JPH05251784A - Thickness-wise longitudinal-vibration piezoelectric porcelain transformer and manufacture thereof - Google Patents

Thickness-wise longitudinal-vibration piezoelectric porcelain transformer and manufacture thereof

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JPH05251784A
JPH05251784A JP4083180A JP8318092A JPH05251784A JP H05251784 A JPH05251784 A JP H05251784A JP 4083180 A JP4083180 A JP 4083180A JP 8318092 A JP8318092 A JP 8318092A JP H05251784 A JPH05251784 A JP H05251784A
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JP
Japan
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piezoelectric ceramic
transformer
piezoelectric
low impedance
thickness
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Application number
JP4083180A
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Japanese (ja)
Inventor
Akio Iwamoto
明夫 岩本
Yasuhiro Sasaki
康弘 佐々木
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH05251784A publication Critical patent/JPH05251784A/en
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Abstract

PURPOSE:To manufacture a piezoelectric transformer capable of being operated in a high-frequency band, particularly a piezoelectric transformer for an on- board power supply, in which miniaturization and the reduction of noises are required, and to enable multi-outputs and multi-inputs. CONSTITUTION:A high impedance section 17 and a low impedance section 16 are formed integrally by alternately laminating internal electrodes and piezoelectric porcelain layers in the thickness direction. Kerfs 18 are formed to the low impedance section 16, and three independent low impedance sections 11, 12, 13 are shaped, thus manufacturing a piezoelectric porcelain transformer with a plurality of output sections or input sections.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は高周波帯で動作可能な圧
電トランスに関し、特に小型化、低ノイズ化が要求され
るオンボード電源用圧電磁器トランスおよびその製造方
法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric transformer capable of operating in a high frequency band, and more particularly to a piezoelectric ceramic transformer for an on-board power supply, which requires miniaturization and low noise, and a manufacturing method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電子装置の電源回路を小型にする
ために、スイッチング電源には電磁トランスが用いられ
ており、スイッチング電源の小型化にはスイッチング周
波数の高周波化が望ましい。しかしながら、スイッチン
グ周波数を高くすると、電磁トランスに用いられている
磁性材料のヒステリシス損失、渦電流損失や導線の表皮
効果による損失が急激に増大し、トランスの効率が非常
に低くなる欠点があった。このため、電磁トランスの実
用的な周波数帯域の上限はせいぜい500kHzであっ
た。これに対して、積層型圧電トランスは、共振状態で
使用され、一般の電磁トランスに比べて、(1)同一周
波数においてエネルギー密度が高いため小型化が図れ
る、(2)不燃化が図れる、(3)電磁誘導によるノイ
ズがでないこと、等数多くの長所を有している。
2. Description of the Related Art In recent years, an electromagnetic transformer is used as a switching power supply in order to miniaturize a power supply circuit of an electronic device, and it is desirable to increase the switching frequency to reduce the size of the switching power supply. However, when the switching frequency is increased, the hysteresis loss of the magnetic material used for the electromagnetic transformer, the eddy current loss, and the loss due to the skin effect of the conductor wire are rapidly increased, and the efficiency of the transformer is extremely low. Therefore, the upper limit of the practical frequency band of the electromagnetic transformer is at most 500 kHz. On the other hand, the laminated piezoelectric transformer is used in a resonance state, and compared with a general electromagnetic transformer, (1) the energy density is high at the same frequency, so that the piezoelectric transformer can be downsized, and (2) noncombustible. 3) It has many advantages such as no noise due to electromagnetic induction.

【0003】図5に従来の代表的な積層型圧電トランス
であるローゼン型圧電トランスの構造を示す。以下、図
面に沿って説明する。高電圧を取り出す場合、表面に電
極が設けられた圧電板において、61で示す部分は圧電
トランスの低インピーダンスの駆動部分であり、その上
下面に電極63,64が設けられており、この部分は図
中66で示すように厚み方向に分極されている。また、
同様に62で示す部分は高インピーダンスの発電部分で
あり、その端面に電極65が設けられており、発電部分
62は図中67で示すように圧電板の長さ方向に分極さ
れている。この圧電トランスの動作は、駆動電極63,
64に電圧が印加されると横効果31モードで電気機械
結合係数k31によって縦振動が励振され、トランス全体
が振動する。さらに発電部分62では、電気機械結合係
数k33によって縦効果縦振動モード(33モード)によ
り、出力電極65から高電圧が取り出される。一方、高
電圧を入力し、低電圧を出力させる場合には、縦効果の
高インピーダンス部分62を入力側とし、横効果の低イ
ンピーダンス部分61を出力側にすればよい。他のタイ
プの圧電トランスも、いずれもローゼン型と同じ平板の
伸び振動や円板の半径方向拡がり振動を利用したもので
あり、適用周波数は最高200kHz程度までである。
FIG. 5 shows the structure of a conventional Rosen type piezoelectric transformer, which is a typical laminated type piezoelectric transformer. Hereinafter, description will be given with reference to the drawings. When a high voltage is to be taken out, in the piezoelectric plate having electrodes provided on the surface, a portion indicated by 61 is a low impedance driving portion of the piezoelectric transformer, and electrodes 63 and 64 are provided on the upper and lower surfaces thereof. It is polarized in the thickness direction as indicated by 66 in the figure. Also,
Similarly, a portion indicated by 62 is a high-impedance power generation portion, an electrode 65 is provided on the end face thereof, and the power generation portion 62 is polarized in the length direction of the piezoelectric plate as indicated by 67 in the figure. The operation of this piezoelectric transformer is as follows.
When a voltage is applied to 64, longitudinal vibration is excited by the electromechanical coupling coefficient k 31 in the transverse effect 31 mode, and the entire transformer vibrates. Further, in the power generation portion 62, a high voltage is taken out from the output electrode 65 by the longitudinal effect longitudinal vibration mode (33 mode) due to the electromechanical coupling coefficient k 33 . On the other hand, when a high voltage is input and a low voltage is output, the vertical effect high impedance portion 62 may be the input side and the horizontal effect low impedance portion 61 may be the output side. The other types of piezoelectric transformers also use the same extension vibration of a flat plate and radial vibration of a circular plate as in the Rosen type, and the applicable frequency is up to about 200 kHz.

【0004】それに対して、本発明者らが先に特願平1
−139525号で開示した圧電磁器トランスは、厚み
方向に分極した圧電磁器板を積み重ねた構造であり、厚
み縦振動の共振周波数で駆動することにより、MHz帯
での動作が可能である。
On the other hand, the present inventors first filed Japanese Patent Application 1
The piezoelectric ceramic transformer disclosed in Japanese Patent No. 139525 has a structure in which piezoelectric ceramic plates polarized in the thickness direction are stacked, and can be operated in the MHz band by driving at the resonance frequency of longitudinal vibration of thickness.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】以上の従来例で示した
ように、ローゼン型の圧電トランスの適用周波数領域は
200kHz以下の低周波領域においてのみであった。
また、ローゼン型の圧電トランスは縦効果の電気機械結
合係数に比べて著しく小さい横効果振動モードの電気機
械結合係数k31を用いざるを得ないため、帯域幅が小さ
いという欠点があった。さらに、特願平1−13952
5号で開示した圧電磁器トランスでは、単入力、単出力
であるので、限定された箇所でしか用いることができ
ず、多様でかつ広範囲の応用ができなかった。本発明
は、以上の欠点を克服するためになされたものである。
As shown in the above-mentioned conventional example, the applicable frequency range of the Rosen type piezoelectric transformer is only in the low frequency range of 200 kHz or less.
Further, the Rosen type piezoelectric transformer has a drawback that the bandwidth is small because it is unavoidable to use the electromechanical coupling coefficient k 31 of the transverse effect vibration mode which is remarkably smaller than the electromechanical coupling coefficient of the longitudinal effect. Furthermore, Japanese Patent Application No. 1-13952
Since the piezoelectric ceramic transformer disclosed in No. 5 has a single input and a single output, it can be used only in a limited place and cannot be applied in various and wide ranges. The present invention has been made to overcome the above drawbacks.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の内部電
極層と圧電磁器層が交互に積層され、内部電極層を介し
て隣接する圧電磁器層が互いに厚み方向逆向きに分極さ
れている積層体であって、薄い前記圧電磁器層を多数枚
積層した低インピーダンス部と厚い前記圧電磁器層を単
層もしくは少数枚積層した高インピーダンス部からなる
厚み縦振動圧電磁器トランスにおいて、低インピーダン
ス部および/または高インピーダンス部が厚さ方向に形
成された切込み溝によって複数部分に分割された構造を
有することを特徴とする厚み縦振動圧電磁器トランスで
ある。またその製造方法は、圧電材料、分散媒およびバ
インダからなる泥漿よりグリーンシートを作製する工程
と、該グリーンシートに内部電極を印刷し、積層して熱
圧着する工程と、脱バインダと焼成を行い所定形状に切
断する工程と、低インピーダンス部および/または高イ
ンピーダンス部に切込み溝を設ける工程と、外部電極を
形成する工程と、外部電極に電圧を印加し分極を施す工
程と、平行平面研磨して共振周波数を調整する工程とを
備えたことを特徴とする。
According to the present invention, a plurality of internal electrode layers and piezoelectric ceramic layers are alternately laminated, and the piezoelectric ceramic layers adjacent to each other via the internal electrode layers are polarized in directions opposite to each other in the thickness direction. In a laminated body, in a thickness longitudinal vibration piezoelectric ceramic transformer consisting of a low impedance portion in which a large number of thin piezoelectric ceramic layers are laminated and a high impedance portion in which a single thick or small number of thick piezoelectric ceramic layers are laminated, a low impedance portion and And / or a thickness longitudinal oscillating piezoelectric ceramic transformer having a structure in which a high impedance portion is divided into a plurality of portions by cut grooves formed in the thickness direction. In addition, the manufacturing method includes a step of producing a green sheet from a slurry composed of a piezoelectric material, a dispersion medium and a binder, a step of printing internal electrodes on the green sheet, laminating and thermocompression bonding, and performing binder removal and firing. A step of cutting into a predetermined shape, a step of forming a cut groove in a low impedance portion and / or a high impedance portion, a step of forming an external electrode, a step of applying a voltage to the external electrode to polarize, and a parallel plane polishing. And a step of adjusting the resonance frequency.

【0007】[0007]

【実施例】次に本発明の実施例について説明する。図1
は本発明の圧電磁器トランスの一例の斜視図であり、図
2はその断面結線図である。図1、図2において、本発
明の圧電磁器トランスは、内部電極層14,15を介し
て厚み方向に逆向きに分極された圧電磁器層19を多数
積層した低インピーダンス部16と、その中間に絶縁層
を介して形成された単層の圧電磁器層10からなる高イ
ンピーダンス部17で構成されている。また、低インピ
ーダンス部16は、積層方向に垂直に切込み溝18が設
けられている。外部電極端子は、図2に示すように、低
インピーダンス部16の内部電極層14を外部で交互に
接続して出力端子21,22,25,26,27,28
とし、高インピーダンス部17の上下に位置する内部電
極層15から入力端子を取り出し、23,24とする。
なお、高インピーダンス部17の圧電セラミック層の合
計厚さと低インピーダンス部16の圧電セラミック層の
合計厚さとが同じになるように構成する。ここで、低イ
ンピーダンス部の圧電磁器層は隣接する各層の分極方向
が逆になるように配置されている。また、切込み溝18
を設けたことにより、独立した3個の低インピーダンス
部11,12,13と1個の高インピーダンス部が1つ
の積層体として構成されている。
EXAMPLES Next, examples of the present invention will be described. Figure 1
Is a perspective view of an example of the piezoelectric ceramic transformer of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional connection diagram thereof. 1 and 2, the piezoelectric ceramic transformer of the present invention has a low impedance portion 16 in which a large number of piezoelectric ceramic layers 19 polarized in opposite directions in the thickness direction are laminated via internal electrode layers 14 and 15, and in the middle thereof. The high impedance portion 17 is composed of a single piezoelectric ceramic layer 10 formed via an insulating layer. Further, the low impedance portion 16 is provided with a cut groove 18 perpendicular to the stacking direction. The external electrode terminals are, as shown in FIG. 2, output terminals 21, 22, 25, 26, 27, 28 formed by alternately connecting the internal electrode layers 14 of the low impedance portion 16 outside.
Then, the input terminals are taken out from the internal electrode layers 15 located above and below the high impedance portion 17, and are designated as 23 and 24.
The total thickness of the piezoelectric ceramic layers of the high impedance portion 17 and the total thickness of the piezoelectric ceramic layers of the low impedance portion 16 are the same. Here, the piezoelectric ceramic layers of the low impedance portion are arranged such that the polarization directions of adjacent layers are opposite. Also, the cut groove 18
By providing, the three independent low impedance portions 11, 12, 13 and one high impedance portion are configured as one laminated body.

【0008】高インピーダンス部17の電極端子23,
24間に厚み縦振動の共振周波数と等しい周波数の高電
圧を印加すると、圧電磁器トランスの全体が機械的に共
振し、低インピーダンス部16では正圧電効果により入
力電圧と同一周波数の電圧を発生し、電極端子21,2
2,25,26,27,28に出力する。その際、入力
側と出力側のインピーダンスの違いにより、出力端子2
1,22間、25,26間、27,28間の電圧は入力
端子23,24間の電圧よりも低くなる。さらに、低イ
ンピーダンス部の電極間隔を変えることにより異なった
電圧を自由に出力することができる。なお、低電圧を高
電圧に変換する場合は、端子21,22間、25,26
間、27,28間に低電圧を印加すれば、端子23,2
4間から高電圧が出力される。このように一体型の積層
体で多出力あるいは多入力を有する圧電トランスが実現
でき、電源の小型化及びコストダウンに非常に効果があ
る。
The electrode terminals 23 of the high impedance part 17,
When a high voltage having a frequency equal to the resonance frequency of the thickness longitudinal vibration is applied between 24, the entire piezoelectric ceramic transformer mechanically resonates, and the low impedance section 16 generates a voltage having the same frequency as the input voltage due to the positive piezoelectric effect. , Electrode terminals 21,2
It outputs to 2, 25, 26, 27, 28. At that time, due to the difference in impedance between the input side and the output side, the output terminal 2
The voltage between 1, 22 and between 25, 26 and 27, 28 is lower than the voltage between the input terminals 23, 24. Further, different voltages can be freely output by changing the electrode interval of the low impedance part. When converting a low voltage to a high voltage, between terminals 21 and 22, 25 and 26
If a low voltage is applied between terminals 27 and 28, terminals 23 and 2
High voltage is output from between 4. In this way, a piezoelectric transformer having multiple outputs or multiple inputs can be realized with an integrated type laminated body, and it is very effective in downsizing the power supply and reducing costs.

【0009】厚み縦振動の共振周波数は、圧電縦効果に
よる共振周波数の低下を無視すれば次式で表される。 fr=n・vt /2t (n=1,2,3 ・・・) ここに、 fr: 厚み縦振動の共振周波数 n : モード次数 vt: 厚さ方向の縦波の音速 t : 厚み ここでvt,tが一定となるように圧電磁器トランスを
作製できれば厚み縦振動の共振周波数frも一定となる
が、一体焼成時の収縮率のバラツキ等により必ずしも設
計通りの共振周波数とはならない。そこで、焼成後に共
振周波数を調整できる構造が望ましい。上下主面に電極
を設けている圧電トランスでは焼成後に調整する事は容
易ではないが、上下に研磨可能な周波数調整層を配置す
ることにより、焼成後の研磨により所期の共振周波数が
得られ、外部回路の駆動周波数と正確に一致させること
ができる。
The resonance frequency of the thickness longitudinal vibration is expressed by the following equation, ignoring the decrease of the resonance frequency due to the piezoelectric longitudinal effect. to f r = n · v t / 2t (n = 1,2,3 ···) Here, f r: the resonance frequency of the thickness longitudinal vibration n: mode order v t: of the longitudinal wave in the thickness direction speed of sound t: Thickness Here, if a piezoelectric ceramic transformer can be manufactured so that v t and t are constant, the resonance frequency f r of the thickness longitudinal vibration is also constant, but the resonance frequency is not always the designed resonance frequency due to variations in contraction rate during integral firing. Don't Therefore, a structure capable of adjusting the resonance frequency after firing is desirable. It is not easy to adjust after firing with a piezoelectric transformer that has electrodes on the upper and lower main surfaces, but by arranging a frequency adjustment layer that can be polished up and down, the desired resonance frequency can be obtained by polishing after firing. , It is possible to exactly match the drive frequency of the external circuit.

【0010】次に、効率について考える。圧電磁器トラ
ンスの損失は大半が機械的損失であり、その機械的損失
は機械的品質係数Qmが小さいほど大きい。この機械的
品質係数Qmは上下主面の平行度、平面度に大きく依存
する。焼成しただけの圧電トランスの表面は平行度、平
面度とも悪く、その機械的品質係数Qmはせいぜい数1
00である。これに対しては、平行平面研磨を行うこと
により、数μm以内の平行度、平面度を得ることが可能
で、1000以上の機械的品質係数Qmが容易に得られ
る。更に、本発明に基づく圧電トランスでは主面に垂直
な切込み溝を形成しているが、切込み溝の間隔を、利用
する厚み縦振動の共振周波数を避けるような寸法とする
ことにより圧電横効果に基づく幅スプリアス振動を使用
帯域外に追いやることが可能である。
Next, efficiency will be considered. Most of the loss of the piezoelectric ceramic transformer is mechanical loss, and the mechanical loss is larger as the mechanical quality factor Qm is smaller. The mechanical quality factor Qm largely depends on the parallelism and flatness of the upper and lower principal surfaces. The surface of a piezoelectric transformer that has just been fired has poor parallelism and flatness, and its mechanical quality factor Qm is at most 1
00. On the other hand, by performing parallel plane polishing, it is possible to obtain parallelism and flatness within several μm, and a mechanical quality factor Qm of 1000 or more can be easily obtained. Further, in the piezoelectric transformer according to the present invention, the notch groove perpendicular to the main surface is formed. However, by making the interval of the notch groove such that the resonance frequency of the thickness longitudinal vibration to be used is avoided, the piezoelectric lateral effect can be obtained. Based on this, it is possible to drive the width spurious vibration out of the used band.

【0011】このような内部多層電極および1個の積層
体の中に独立した3個の低インピーダンス部を有する圧
電磁器トランスは、積層圧電セラミックコンデンサや積
層圧電アクチュエータ等で用いられている積層セラミッ
ク技術(ドクターブレード法)にて作製することが可能
である。また、溝を形成する方法としては、本発明のよ
うに焼成された積層体にダイシングソー,ワイヤーカッ
トなどを用いて溝を形成することが可能である。このよ
うな方法で作製した圧電磁器トランスでは層間隔を25
μm程度まで薄くすることも可能である。従って、1/
2波長モード(両端自由の基本モード)あるいは1波長
モード(両端自由の2次モード)の厚み縦共振振動を利
用するとしても、積層セラミック技術を用いて、2〜1
0MHz帯の超高周波領域で動作する圧電磁器トランス
を実現できる。
A piezoelectric ceramic transformer having such an internal multi-layer electrode and three independent low impedance parts in one laminated body is used in a laminated piezoelectric ceramic capacitor, a laminated piezoelectric actuator or the like. It can be manufactured by the (doctor blade method). In addition, as a method of forming the groove, it is possible to form the groove by using a dicing saw, a wire cut, or the like in the laminated body that is fired as in the present invention. In the piezoelectric ceramic transformer manufactured by such a method, the layer spacing is 25
It is possible to reduce the thickness to about μm. Therefore, 1 /
Even if the thickness longitudinal resonance vibration of the two-wavelength mode (fundamental mode with both ends free) or the one-wavelength mode (secondary mode with both ends free) is used, the laminated ceramic technique is used to
It is possible to realize a piezoelectric ceramic transformer that operates in the ultrahigh frequency region of 0 MHz band.

【0012】図3は図1、図2に示した構造の圧電磁器
トランスの作製方法の説明図である。図1、図2に示し
た圧電磁器トランスは、3個の独立した低インピーダン
ス部を有する四端子型圧電トランスの一体積層型であ
り、各々、2MHz帯厚み縦2次モードを用い、圧電材
料としてはPbTiO3 系圧電材料を用いている。その
製造方法は、図3(a)〜(c)に示すように、まず圧
電材料としてPbTiO3 系圧電セラミック粉末を有機
バインダと共に溶媒中に分散し、スラリー状とする。こ
れをドクターブレードを用いたキャスティング法によっ
て、厚さが約70μmのグリーンシートを作製する。そ
の後、熱プレス機で積層圧着するために必要な形状、す
なわちプレス金型に適合する大きさにパンチング機によ
り打ち抜き切断する。前述したグリーンシート(圧電磁
器層)10に内部電極層14としてPt、バインダ、有
機溶剤からなるPtペーストをスクリーン印刷法により
印刷する (図3(a))。その後、熱プレス機にてグ
リーンシートを複数枚積層圧着し、一枚のグリーン積層
体とする。このグリーン積層体を所定の形状に切断し、
500℃,10時間空気中で熱処理して脱バインダを終
了する。その後、1200℃,2時間焼成し、ダイシン
グソーにより所定の形状に切断して図3(b)のような
積層体を作製する。その後、共振周波数調整のために必
要な厚さになるように平行平面研磨を施す。この実施例
では2MHzで圧電トランスを駆動するため、圧電トラ
ンスの厚さが2.2mmになるように平行平面研磨す
る。その後、低インピーダンス部をダイシングソーによ
り積層方向に垂直に切込み溝を入れ、図3 (c)のよ
うな圧電磁器トランス素子を作製する。
FIG. 3 is an explanatory view of a method of manufacturing the piezoelectric ceramic transformer having the structure shown in FIGS. The piezoelectric ceramic transformer shown in FIGS. 1 and 2 is a monolithic laminated type of a four-terminal type piezoelectric transformer having three independent low impedance portions, each of which uses a 2 MHz band thickness longitudinal secondary mode and uses piezoelectric material as a piezoelectric material. Uses a PbTiO 3 based piezoelectric material. In the manufacturing method, as shown in FIGS. 3A to 3C, PbTiO 3 -based piezoelectric ceramic powder as a piezoelectric material is first dispersed in a solvent together with an organic binder to form a slurry. A green sheet having a thickness of about 70 μm is produced by a casting method using a doctor blade. After that, it is punched and cut by a punching machine into a shape required for laminating and pressure bonding with a hot press machine, that is, a size suitable for a press die. The Pt paste composed of Pt, a binder, and an organic solvent is printed on the green sheet (piezoelectric ceramic layer) 10 as the internal electrode layer 14 by a screen printing method (FIG. 3A). After that, a plurality of green sheets are laminated and pressure-bonded by a heat press machine to obtain one green laminated body. This green laminated body is cut into a predetermined shape,
The binder is removed by heat treatment in air at 500 ° C. for 10 hours. After that, it is baked at 1200 ° C. for 2 hours and cut into a predetermined shape with a dicing saw to produce a laminated body as shown in FIG. After that, parallel-plane polishing is performed so as to have a thickness required for resonance frequency adjustment. In this embodiment, since the piezoelectric transformer is driven at 2 MHz, parallel plane polishing is performed so that the piezoelectric transformer has a thickness of 2.2 mm. Then, the low impedance portion is cut with a dicing saw so as to be perpendicular to the stacking direction, and a piezoelectric ceramic transformer element as shown in FIG. 3C is manufactured.

【0013】内部電極はそれぞれ1端面のみに露出して
おり、その端面に外部電極を焼き付けし、図2に示すよ
うに電極端子21〜28をそれぞれ接続する。次に、電
極端子23と24間、21と22間、27と28間、2
5と26間に7kV/mmの直流電圧を印加し分極させ
る。
The internal electrodes are exposed on only one end face, and the external electrodes are baked on the end faces to connect the electrode terminals 21 to 28, respectively, as shown in FIG. Next, between the electrode terminals 23 and 24, between 21 and 22, between 27 and 28, 2
A DC voltage of 7 kV / mm is applied between 5 and 26 for polarization.

【0014】次に、高インピーダンス部17の電極端子
23,24からそれぞれ縦2次モードを励振する高周波
・高電圧信号を入力し、低インピーダンス部16の電気
端子21,22と25,26と27,28に適当な抵抗
負荷で終端し、出力を取り出す降圧型のトランスとして
評価した。試作した一体型圧電トランスにて、出力部
(低インピーダンス部)11,12,13の共振周波数
は1.98〜2.06MHz,機械的品質係数Qm値は
845〜870、最大エネルギー変換効率は92〜94
%で、電力容量はそれぞれ5Wを実現し、完全に独立し
た3つの出力電圧が得られた。なお、図4に圧電磁器ト
ランス11の周波数−ゲイン、効率特性の実測値を示
す。試作した圧電トランスは、トランスの降圧機能およ
び高いエネルギー変換効率を実現していることは明らか
である。更に、低インピーダンス部の1層の層間隔を変
えることにより、希望の電圧が得られることも確認され
た。
Next, high-frequency and high-voltage signals for exciting the longitudinal secondary mode are input from the electrode terminals 23 and 24 of the high impedance section 17, respectively, and the electrical terminals 21, 22 and 25, 26 and 27 of the low impedance section 16 are inputted. , 28 were terminated with an appropriate resistance load, and evaluated as a step-down transformer for extracting the output. In the prototype integrated piezoelectric transformer, the resonance frequencies of the output parts (low impedance parts) 11, 12, and 13 are 1.98 to 2.06 MHz, the mechanical quality factor Qm value is 845 to 870, and the maximum energy conversion efficiency is 92. ~ 94
%, The power capacity achieved 5 W each, and three completely independent output voltages were obtained. Note that FIG. 4 shows measured values of the frequency-gain and efficiency characteristics of the piezoelectric ceramic transformer 11. It is clear that the prototyped piezoelectric transformer has realized the step-down function of the transformer and high energy conversion efficiency. It was also confirmed that the desired voltage can be obtained by changing the layer spacing of one layer in the low impedance part.

【0015】以上のように、本発明の圧電磁器トランス
はトランスの降圧機能および高いエネルギー変換効率を
有し、電源の小型化およびコストダウンに非常に有利で
あり、多出力を実現していることは明らかである。な
お、入力端子を低インピーダンス部分、出力端子を高イ
ンピーダンス部分から取り出すことにより昇圧用トラン
スとしても用いることが可能であり、この場合、多入力
を実現することは言うまでもない。また、本実施例では
低インピーダンス部を独立した3つの積層体としたが、
高インピーダンス部を独立した3つの積層体として多入
力、多出力を実現することも可能である。
As described above, the piezoelectric ceramic transformer of the present invention has the transformer step-down function and high energy conversion efficiency, is very advantageous for downsizing the power supply and reducing the cost, and realizes multiple outputs. Is clear. It should be noted that the input terminal can be used as a step-up transformer by taking out the low impedance portion and the output terminal from the high impedance portion. In this case, needless to say, a large number of inputs can be realized. Further, in this embodiment, the low impedance portion is formed of three independent laminated bodies,
It is also possible to realize multi-input and multi-output by using three independent high-impedance layers.

【0016】[0016]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の構造によ
る圧電磁器トランスは、複数の低インピーダンス部ある
いは高インピーダンス部を一体化することにより電源の
小型化およびコストダウン等を図ることができ、非常に
効果がある。さらに、1MHz以上の高周波帯において
広帯域で使用することができ、小型、高効率で、かつ多
入力、多出力化を実現していることは明らかである。従
って、従来の圧電トランスにはない多様な、かつ広範囲
の応用が可能で、工業的価値も多大である。
As described above, in the piezoelectric ceramic transformer according to the structure of the present invention, by integrating a plurality of low impedance parts or high impedance parts, the power supply can be downsized and the cost can be reduced. Very effective. Further, it is obvious that it can be used in a wide band in a high frequency band of 1 MHz or more, and it is small in size, highly efficient, and has a large number of inputs and a large number of outputs. Therefore, it can be applied to a wide variety of applications that conventional piezoelectric transformers do not have, and has great industrial value.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の厚み縦振動圧電磁器トランスの一例の
斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view of an example of a thickness longitudinal vibration piezoelectric ceramic transformer of the present invention.

【図2】本発明の圧電磁器トランスの一例の断面結線図
である。
FIG. 2 is a cross-sectional connection diagram of an example of the piezoelectric ceramic transformer of the present invention.

【図3】本発明の圧電磁器トランスの一例の製造方法の
説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a manufacturing method of an example of the piezoelectric ceramic transformer of the present invention.

【図4】本発明による圧電磁器トランスの一例の周波数
−ゲイン、効率特性図である。
FIG. 4 is a frequency-gain and efficiency characteristic diagram of an example of a piezoelectric ceramic transformer according to the present invention.

【図5】従来のローゼン型圧電トランスの一例の斜視図
である。
FIG. 5 is a perspective view of an example of a conventional Rosen type piezoelectric transformer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 圧電磁器層 11,12,13,16,61 低インピーダンス部 14,15, 内部電極層 17,62 高インピーダンス部 18 切込み溝 19 圧電磁器層 21,22,23,24,25,26,27,28 電
極端子 63,64,65 電極 66,67 分極方向
10 Piezoelectric ceramic layer 11, 12, 13, 16, 61 Low impedance part 14, 15, Internal electrode layer 17,62 High impedance part 18 Notch groove 19 Piezoelectric ceramic layer 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28 electrode terminals 63, 64, 65 electrodes 66, 67 polarization direction

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の内部電極層と圧電磁器層が交互に
積層され、内部電極層を介して隣接する圧電磁器層が互
いに厚み方向逆向きに分極されている積層体であって、
薄い前記圧電磁器層を多数枚積層した低インピーダンス
部と厚い前記圧電磁器層を単層もしくは少数枚積層した
高インピーダンス部からなる厚み縦振動圧電磁器トラン
スにおいて、低インピーダンス部および/または高イン
ピーダンス部が厚さ方向に形成された切込み溝によって
複数部分に分割された構造を有することを特徴とする厚
み縦振動圧電磁器トランス。
1. A laminate in which a plurality of internal electrode layers and piezoelectric ceramic layers are alternately laminated, and piezoelectric ceramic layers adjacent to each other through the internal electrode layers are polarized in directions opposite to each other in the thickness direction,
In a thickness longitudinal vibration piezoelectric ceramic transformer composed of a low impedance part in which a large number of thin piezoelectric ceramic layers are laminated and a high impedance part in which a single thick piezoelectric ceramic layer is laminated or a small number of layers, a low impedance part and / or a high impedance part is provided. A thickness longitudinal oscillating piezoelectric ceramic transformer having a structure divided into a plurality of parts by cut grooves formed in the thickness direction.
【請求項2】 請求項1に記載した圧電磁器トランスの
製造方法であって、圧電材料、分散媒およびバインダか
らなる泥漿よりグリーンシートを作製する工程と、該グ
リーンシートに内部電極を印刷し、積層して熱圧着する
工程と、脱バインダと焼成を行い所定形状に切断する工
程と、低インピーダンス部および/または高インピーダ
ンス部に切込み溝を設ける工程と、外部電極を形成する
工程と、外部電極に電圧を印加し分極を施す工程と、平
行平面研磨して共振周波数を調整する工程とを備えたこ
とを特徴とする厚み縦振動圧電磁器トランスの製造方
法。
2. The method for manufacturing a piezoelectric ceramic transformer according to claim 1, wherein a step of producing a green sheet from a slurry comprising a piezoelectric material, a dispersion medium and a binder, and an internal electrode is printed on the green sheet, Steps of stacking and thermocompression bonding, steps of removing the binder and firing to cut into a predetermined shape, steps of forming cut grooves in the low impedance section and / or high impedance section, steps of forming external electrodes, and external electrodes A method of manufacturing a thickness longitudinal oscillating piezoelectric ceramic transformer, comprising: a step of applying a voltage to the substrate to perform polarization, and a step of parallel-plane polishing to adjust a resonance frequency.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7012578B2 (en) 2002-06-21 2006-03-14 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Light emission control device, backlight device, liquid crystal display apparatus, liquid crystal monitor and liquid crystal television

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