JPH0521858A - 圧電トランス - Google Patents

圧電トランス

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JPH0521858A
JPH0521858A JP3202359A JP20235991A JPH0521858A JP H0521858 A JPH0521858 A JP H0521858A JP 3202359 A JP3202359 A JP 3202359A JP 20235991 A JP20235991 A JP 20235991A JP H0521858 A JPH0521858 A JP H0521858A
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Tetsuo Yoshida
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 直流高電圧電源における圧電振動子の機械振
動を利用した圧電トランスに於て、簡単な構造で、信頼
性の高い支持固定が可能な圧電トランスとすることを目
的とする。 【構成】 圧電セラミックス矩形板11の一方の端面か
ら矩形板長さの3分の1の長さの矩形板の両面全面に対
向する入力電極12とアース電極13を形成し、前記端
面から3分の2の位置に帯状に分極電極14a、分極電
極14bを、6分の5の位置に出力電極15a、出力電
極15bを形成し、入力電極とアース電極間は厚さ方向
に、入力電極、アース電極と分極電極との間には入力電
極から分極電極方向に、分極電極と出力電極との間は出
力電極方向から分極電極方向へ分極を行い、入力電極と
アース電極間と出力電極間とを金属線で支持して圧電ト
ランスとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子式複写機や静電式
空気清浄器などに用いられる直流高電圧電源を得るの
に、特に圧電振動子の機械振動を利用した圧電トランス
に関し、入出力端子を振動の節の点から取り出すことに
より信頼性の向上を計った圧電トランスに関する。
【0002】
【従来の技術】図5は従来の圧電トランスの構造の概略
を示す斜視図である。図5において、圧電セラミックス
矩形板1には長さ方向のおよそ半分の部分に厚さ方向に
対向する入力電極2およびアース電極3が形成され、入
力電極2およびアース電極3が形成された部分と反対の
端面に出力電極4が形成されている。図5に示される従
来の圧電トランスにおいては、入力電極2、アース電極
3の部分は厚さ方向に分極され、出力電極4と、入力電
極2とアース電極3との間の部分は圧電セラミックス矩
形板1の長さ方向に分極されている。図6は従来の圧電
トランスの動作原理の説明図であり、図6の(a)は圧
電セラミックス矩形板の断面図、図6の(b)は圧電セ
ラミックス矩形板が長さ方向振動の1波長共振モードで
振動している場合の変位分布であり、図6の(c)はそ
の時の歪み分布を示している。図6の(a)において、
アース電極3を接地端子とし、入力電極2に圧電セラミ
ックス矩形板の長さ方向振動の1波長共振モードの共振
周波数に等しい周波数の電圧を印加すると、矩形板は図
6の(b)、図6の(c)に示すように振動する。この
時アース電極3と出力電極4との間には圧電効果により
電圧を発生する。ここで入力電極2に印加した入力電圧
と出力電極4に発生した出力電圧について説明すると、
入力電極2とアース電極3の対向間隔はアース電極3と
出力電極4との間隔に比べて充分に小さく、入力電極
2、アース電極3の面積は出力電極4の面積よりも充分
大きいため、入力側の静電容量は出力側の静電容量に比
べて充分大きな値となる。従って、入力側に交流の電圧
を印加して振動子を励振した場合、アース電極と出力電
極間に発生する電圧は、入力側に印加された交流電圧に
よって出力側に発生する振動が出力側に電圧を印加した
時に同じ大きさの振動を発生させるのに必要な電圧とほ
ぼ等しい大きさの電圧が出力電極に発生することにな
る。図5および図6に示した従来の圧電トランスにおい
ては、振動子を振動に影響を与えないように支持するた
めには、図6に示した振動の節の部分で支持する必要が
ある。一方、前述したように出力端子は振動振幅の最も
大きな端面から取り出す必要があるため、リード線の重
さによる振動子特性の変化、および振動によるリード線
取り出し部の断線など、特性の劣化と信頼性の悪化を招
くという欠点があり、特に出力端子の取り出し部に導電
ゴムなどの振動に与える影響の少ない材料を用いたり、
端面電極として圧電セラミックスとの密着性の高い電極
を形成したりする必要があるなどの特別な構造上の対策
を必要としていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は叙上に
示した従来の圧電トランスの問題点を除去し、簡単な構
造で信頼性の高い支持固定が可能な圧電トランスを提供
することを目的としている。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明による圧電トラン
スは、図1に示す圧電セラミックス矩形板の一方の端面
からほぼ前記圧電セラミックス矩形板の長さの3分の1
の領域のほぼ全面に厚さ方向に対向する入力電極および
アース電極を形成し、同じ端面から矩形板の長さの3分
の2の位置および6分の5の位置にそれぞれ厚さ方向に
対向する分極電極および出力電極を形成し、分極電極間
および出力電極間をそれぞれ電気的に接続した後、入力
電極およびアース電極の部分に厚さ方向の分極を施し、
入力電極とアース電極と分極電極の間の部分および、分
極電極と出力電極の間の部分に矩形板の長さ方向に互い
に逆向きに示す方向に分極を施し、前記入力電極および
アース電極の形成された端面から矩形板の長さの6分の
1の部分、および前記出力電極の部分を、前記圧電セラ
ミックス矩形板の長さ方向と直角な方向に配置した金属
線により、半田付け等により接続し、前記金属線で前記
圧電セラミックス矩形板を挟むように支持して圧電トラ
ンスを得るものである。
【0005】即ち本発明は、圧電セラミックス矩形板の
一方の端面からほぼ前記圧電セラミックス矩形板の長さ
の3分の1の領域のほぼ全面に厚さ方向に対向する入力
電極を形成し、前記端面から矩形板の長さの3分の2の
位置に分極電極および6分の5の位置に出力電極をそれ
ぞれ厚さ方向に対向して帯状に形成し、分極電極間およ
び出力電極間をそれぞれ電気的に接続した後、入力電極
とアース電極の部分に厚さ方向の分極を施し、入力電極
とアース電極と分極電極の間の部分、および分極電極と
出力電極との間の部分に矩形板の長さ方向に、互いに逆
向きの分極を施し、前記入力電極の端面から矩形板の長
さの6分の1の部分、および前記出力電極の部分に、圧
電セラミックス矩形板の長さ方向と直角な方向に、圧電
セラミックス矩形板の両面に形成した電極から金属線を
半田付け等により接続し、かつ前記金属線で前記圧電セ
ラミックス矩形板を挟むように支持し構成したことを特
徴とする圧電トランスである。
【0006】
【作用】圧電セラミックス矩形板の、一方の端からほぼ
圧電セラミックス矩形板の長さの3分の1の領域のほぼ
両面の全面に入力電極面とアース電極面を形成し、前記
一方の端から3分の2の位置の両面に帯状の分極電極を
セラミックス矩形板の両面に形成し、6分の5の位置に
帯状の出力電極をセラミックス矩形板の両面に形成し、
入力電極面とアース電極面方向の分極と、入力電極とア
ース電極間と分極電極との間を分極電極方向から入力電
極方向への分極、及び分極電極方向から出力電極方向へ
の分極処理を行うことにより分極電極の両側の分極の向
きは逆向きとなり、振動時歪の特性は逆極性になってい
るため、この部分に発生する電圧は相加されて大きな出
力電圧となる。又出力電極からの金属線を振動の節の位
置から取り出しているため、金属線は圧電セラミックス
矩形板の振動時、大きく振れることはない故、出力電極
からの振動による剥離を生ずることはなく圧電トランス
の信頼性が大幅に改善される。
【0007】
【実施例】以下本発明の圧電トランスについて図面を用
いて詳しく説明する。図1は本発明の圧電トランスの構
造の概略を示す斜視図であり、圧電セラミックス矩形板
11の一方の端面からおよそ前記圧電セラミックス矩形
板の長さの3分の1の領域のほぼ全面に厚さ方向に対向
する入力電極12およびアース電極13を形成し、同じ
端面から矩形板の長さの3分の2の位置および6分の5
の位置にそれぞれ厚さ方向に対向する分極電極14a、
分極電極14b、および出力電極15a、出力電力15
bが形成されている。分極電極14a、分極電極14b
間、および出力電極15a、出力電極15b間をそれぞ
れ電気的に接続した後、入力電極12およびアース電極
13の部分に厚さ方向に分極を施し、入力電極12、ア
ース電極13と、分極電極14a、分極電極14bの部
分、および分極電極14a、分極電極14bと、出力電
極15a、出力電極15bの間の部分は、矩形板の長さ
方向に、矢印A、矢印B、矢印Cの方向に互いに逆向き
に分極される。図2は1台の直流高電圧電源を用いて以
上に示した分極を行う方法の例を示す回路結線図であ
り、各電極間距離に対応した電圧が、分極を充分に飽和
させるのに必要な電界強度が得られるように抵抗器を用
いて分圧して各端子に印可される。図3は本発明による
圧電トランスの動作原理の説明図であり、図3の(a)
は圧電セラミックス矩形板の断面図、図3の(b)は圧
電セラミックス矩形板が長さ方向振動の2分の3波長共
振モードで振動している場合の変位分布であり、図3の
(c)はその時の歪分布を示している。図3において、
アース電極13をアース端子とし、入力電極12に圧電
セラミックス矩形板の長さ方向振動の2分の3波長共振
モードの共振周波数に等しい周波数の電圧を印加する
と、圧電セラミックス矩形板は図3の(b)、図3の
(c)に示すように振動する。この時図6で説明したの
とほぼ同じ原理でアース電極13をアース端子とし、出
力電極15a、出力電極15bに高い出力電圧を発生す
る。図3において、分極電極14a、分極電極14bは
分極のために用いた電極であり、圧電トランスとして用
いる場合は分極後は浮遊電極となるため、除去しても差
し支えない。
【0008】図3の(a)に示すように分極電極14
a、分極電極14bの両側の分極の向きは逆向きである
が、図3の(c)に示すように分極の向きが逆向きの部
分に対応して歪みの極性が逆極性になっているため、こ
の部分に発生する電圧は互いに相加されて出力電圧とな
る。さらに本発明の圧電トランスにおいては、図3の
(b)に示すように、出力端子を振動の節の位置から取
り出しているため、圧電トランスの振動特性に影響を与
えないだけでなく、端子接続部が振動しないため、端子
がはずれることもなく信頼性が大幅に改善される。
【0009】図4は本発明の圧電トランスの、支持、固
定方法を示す斜視図であり、入力用電極12とアース電
極13の端面から矩形板の長さの6分の1の部分、およ
び出力電極15a、出力電極15bの部分を、前記圧電
セラミックス矩形板の長さ方向と直角な方向に配置され
た金属線16と入力電極12、金属線17とアース電極
13、金属線18と出力電極15a、金属線19と出力
電極15bとを夫々半田付けにより接続している。各金
属線は両端をそれぞれ絶縁性の高いプラスチックからな
るホルダー20、ホルダー21に固定されており、これ
らの金属線で前記圧電セラミックス矩形板を挟まれるよ
うに支持されている。金属線として帯状の金属を用い、
しかも、ばね性を有する例えばリン青銅などの材料を使
用すると振動子の支持の安定さと振動子特性への影響が
さらに改善される。
【0010】
【発明の効果】以上示したように本発明による圧電トラ
ンスは、振動の節の位置から入出力端子を得ることが可
能で、振動の節の位置を金属線で挟んだ簡単な構造であ
り、信頼性の高いかつ出力電圧が高い圧電トランスを得
ることが可能となり、実用的上その効果は非常に大き
い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による圧電トランスの構造の概略を示す
外観斜視図。
【図2】本発明の圧電トランスの振動子の分極方法の1
例を示す回路図。
【図3】本発明の圧電トランスの動作を説明する正面図
で、図3の(a)は側面断面図、図3の(b)は変位分
布を示す図、図3の(c)は歪分布図。
【図4】本発明の圧電トランスの支持固定を示す外観斜
視図。
【図5】従来の圧電トランスと構造の概略を示す斜視
図。
【図6】従来の圧電トランスの動作を説明する図で、図
6の(a)は側面断面図、図6の(b)は変位分布図、
図6の(c)は歪み分布図。
【符号の説明】
1,11 圧電セラミックス矩形板 2,12 入力電極 3,13 アース電極 4 端面電極(出力電極) 14a,14b 分極電極 15a,15b 出力電極 16,17,18,19 金属線 20,21 ホルダー 22 リード線 A,B,C 分極方向

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 圧電セラミックス矩形板の一方の端面か
    らほぼ前記圧電セラミックス矩形板の長さの3分の1の
    領域のほぼ全面に厚さ方向に対向する入力電極を形成
    し、前記端面から矩形板の長さの3分の2の位置に分極
    電極、および6分の5の位置に出力電極をそれぞれ厚さ
    方向に対向して帯状に形成し、分極電極間および出力電
    極間をそれぞれ電気的に接続した後、入力電極とアース
    電極の部分に厚さ方向の分極を施し、入力電極とアース
    電極と分極電極の間の部分、および分極電極と出力電極
    との間の部分に矩形板の長さ方向に、互いに逆向きの分
    極を施し、前記入力電極の端面から矩形板の長さの6分
    の1の部分、および前記出力電極の部分に、圧電セラミ
    ックス矩形板の長さ方向と直角な方向に、圧電セラミッ
    クス矩形板の両面に形成した電極から金属線を半田付け
    等により接続し、かつ前記金属線で前記圧電セラミック
    ス矩形板を挟むように支持し構成したことを特徴とする
    圧電トランス。
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