JPH06151995A - 圧電セラミック振動子 - Google Patents
圧電セラミック振動子Info
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- JPH06151995A JPH06151995A JP4317699A JP31769992A JPH06151995A JP H06151995 A JPH06151995 A JP H06151995A JP 4317699 A JP4317699 A JP 4317699A JP 31769992 A JP31769992 A JP 31769992A JP H06151995 A JPH06151995 A JP H06151995A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高周波電圧を入力されることにより励振され
該高周波電圧の周波数で機械振動をし、該機械振動をす
ることにより前記高周波電圧よりも高い電圧の電気信号
を出力する圧電セラミック振動子を提供する。 【構成】 圧電磁器２並びに圧電磁器２の両端面に設け
られた電極Ｄ，Ｆ，ＰおよびＱから成り、小型軽量で簡
単な構造を有する。電極ＤとＦとは互いに絶縁されてい
て、電極ＰとＱとは互いに絶縁されている。電極ＤとＦ
との間に圧電セラミック振動子１の共振周波数とほぼ等
しい周波数の電気信号に対応する電圧が印加されると、
圧電セラミック振動子１が励振される。圧電セラミック
振動子１の励振は再び電気信号に変換され、電極ＰとＱ
との間から出力される。このとき、圧電セラミック振動
子１は昇圧効果をもたらす。
該高周波電圧の周波数で機械振動をし、該機械振動をす
ることにより前記高周波電圧よりも高い電圧の電気信号
を出力する圧電セラミック振動子を提供する。 【構成】 圧電磁器２並びに圧電磁器２の両端面に設け
られた電極Ｄ，Ｆ，ＰおよびＱから成り、小型軽量で簡
単な構造を有する。電極ＤとＦとは互いに絶縁されてい
て、電極ＰとＱとは互いに絶縁されている。電極ＤとＦ
との間に圧電セラミック振動子１の共振周波数とほぼ等
しい周波数の電気信号に対応する電圧が印加されると、
圧電セラミック振動子１が励振される。圧電セラミック
振動子１の励振は再び電気信号に変換され、電極ＰとＱ
との間から出力される。このとき、圧電セラミック振動
子１は昇圧効果をもたらす。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高周波電圧を入力される
ことにより励振され該高周波電圧の周波数で機械振動を
し、該機械振動をすることにより前記高周波電圧よりも
高い電圧の電気信号を出力する圧電セラミック振動子に
関する。
ことにより励振され該高周波電圧の周波数で機械振動を
し、該機械振動をすることにより前記高周波電圧よりも
高い電圧の電気信号を出力する圧電セラミック振動子に
関する。
【０００２】
【従来の技術】圧電セラミック振動子の応用例の１つと
してスイッチング電源が挙げられる。スイッチング電源
は通信機器や情報機器などの電子機器の電源として広く
用いられている。従来のスイッチング電源は入力した直
流電源を半導体の高速スイッチング作用を利用すること
により高周波電力に変換し、さらに制御、整流して所定
の直流を得るものであった。スイッチング電源を小型化
するには高周波化技術の促進、各種の部品のダウンサイ
ジング等の必要がある。スイッチング周波数の高周波化
はスイッチング用半導体の損失と電磁トランスの損失の
増加をもたらすことから、スイッチング電源の小型化は
困難であった。スイッチング周波数が１ＭＨｚを越える
と、スイッチング用半導体の損失と電磁トランスの損失
が著しく増加するので、これ以上の小型化は困難な状況
にある。スイッチング用半導体の損失を最少限に抑える
ためにはスイッチング回路に発生するスイッチ動作の遅
れを共振などの方法により改善する必要がある。電磁ト
ランスの損失を最少限に抑えるためには材料を改善する
必要があるが、大幅な改善は困難な状況にあった。
してスイッチング電源が挙げられる。スイッチング電源
は通信機器や情報機器などの電子機器の電源として広く
用いられている。従来のスイッチング電源は入力した直
流電源を半導体の高速スイッチング作用を利用すること
により高周波電力に変換し、さらに制御、整流して所定
の直流を得るものであった。スイッチング電源を小型化
するには高周波化技術の促進、各種の部品のダウンサイ
ジング等の必要がある。スイッチング周波数の高周波化
はスイッチング用半導体の損失と電磁トランスの損失の
増加をもたらすことから、スイッチング電源の小型化は
困難であった。スイッチング周波数が１ＭＨｚを越える
と、スイッチング用半導体の損失と電磁トランスの損失
が著しく増加するので、これ以上の小型化は困難な状況
にある。スイッチング用半導体の損失を最少限に抑える
ためにはスイッチング回路に発生するスイッチ動作の遅
れを共振などの方法により改善する必要がある。電磁ト
ランスの損失を最少限に抑えるためには材料を改善する
必要があるが、大幅な改善は困難な状況にあった。
【０００３】圧電トランスをスイッチング電源の電源回
路に応用するために様々な試みが行なわれてきた。従来
の圧電トランスとしては圧電セラミックによる分極変化
型圧電トランス（ａ）、ＬｉＮｂＯ3単結晶による横効
果型圧電トランス（ｂ）、積層セラミックによる縦振動
型圧電トランス（ｃ）などが主に挙げられる。
路に応用するために様々な試みが行なわれてきた。従来
の圧電トランスとしては圧電セラミックによる分極変化
型圧電トランス（ａ）、ＬｉＮｂＯ3単結晶による横効
果型圧電トランス（ｂ）、積層セラミックによる縦振動
型圧電トランス（ｃ）などが主に挙げられる。
【０００４】（ａ）のタイプの圧電トランスは入力側と
出力側の電圧比を大きくするための手段として、分極方
向の異なる２つの圧電セラミックを使用するとともに電
極の配置を工夫している。高電圧発生用として小型で不
燃性の点で注目されるが、材料の弾性的な損失や電気的
および弾性的なヒステリシスなどのために大振幅動作が
困難であるという問題点を有する。
出力側の電圧比を大きくするための手段として、分極方
向の異なる２つの圧電セラミックを使用するとともに電
極の配置を工夫している。高電圧発生用として小型で不
燃性の点で注目されるが、材料の弾性的な損失や電気的
および弾性的なヒステリシスなどのために大振幅動作が
困難であるという問題点を有する。
【０００５】（ｂ）のタイプの圧電トランスは結晶の損
失が少なく構造が簡単なものの、結晶の側壁切断部の微
小クラックの影響を受けやすく伝送可能な電力が小さ
い。また、素子によるばらつきが大きいという問題点を
有する。
失が少なく構造が簡単なものの、結晶の側壁切断部の微
小クラックの影響を受けやすく伝送可能な電力が小さ
い。また、素子によるばらつきが大きいという問題点を
有する。
【０００６】（ｃ）のタイプの圧電トランスは入力側と
出力側の積層構造を変えて容量比を変化させたものであ
る。電源回路に応用する際、負荷抵抗の小さな場合の電
圧比を制御することが難しく、また大電力により破損し
やすいという問題点を有する。基板の支持方法も難し
く、電力増加とともに支持を強固にする必要もあって、
素子の損失を増加させる原因になっている。
出力側の積層構造を変えて容量比を変化させたものであ
る。電源回路に応用する際、負荷抵抗の小さな場合の電
圧比を制御することが難しく、また大電力により破損し
やすいという問題点を有する。基板の支持方法も難し
く、電力増加とともに支持を強固にする必要もあって、
素子の損失を増加させる原因になっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】スイッチング電源を小
型化するには高周波化技術の促進、各種の部品のダウン
サイジング等の必要がある。圧電トランスをスイッチン
グ電源の電源回路に応用するために様々な型の圧電トラ
ンスが提案されている。しかし従来型の圧電トランスで
は、素子の支持方法が難しい、圧電トランスの内部損失
抵抗が大きい、側壁切断部の微小トラックの影響で伝送
可能な電力が小さい等の問題点を有する。
型化するには高周波化技術の促進、各種の部品のダウン
サイジング等の必要がある。圧電トランスをスイッチン
グ電源の電源回路に応用するために様々な型の圧電トラ
ンスが提案されている。しかし従来型の圧電トランスで
は、素子の支持方法が難しい、圧電トランスの内部損失
抵抗が大きい、側壁切断部の微小トラックの影響で伝送
可能な電力が小さい等の問題点を有する。
【０００８】本発明の目的は、入力した電圧を高効率で
昇圧して出力することができ、そのうえ高周波での小型
軽量化が可能なことからスイッチング用半導体の損失を
抑えることができ、しかも回路構成が簡単なスイッチン
グ電源の一部を成す圧電セラミック振動子を提供するこ
とにある。
昇圧して出力することができ、そのうえ高周波での小型
軽量化が可能なことからスイッチング用半導体の損失を
抑えることができ、しかも回路構成が簡単なスイッチン
グ電源の一部を成す圧電セラミック振動子を提供するこ
とにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の圧電セ
ラミック振動子は、柱状の圧電磁器の両端面ａおよびｂ
に電極ＡおよびＢをそれぞれ設けて成り、高周波電圧を
入力されることにより励振され該高周波電圧の周波数で
機械振動をし、該機械振動をすることにより前記高周波
電圧よりも高い電圧の電気信号を出力する圧電セラミッ
ク振動子であって、前記圧電磁器の分極軸は前記両端面
に垂直であり、前記電極Ａは互いに絶縁された少なくと
も２つの電極Ａ１およびＡ２から成り、前記電極Ｂは互
いに絶縁された少なくとも２つの電極Ｂ１およびＢ２か
ら成り、前記高周波電圧は前記電極Ａ１とＡ２との間に
入力され、前記電気信号は前記電極Ｂ１とＢ２との間か
ら出力されることを特徴とする。
ラミック振動子は、柱状の圧電磁器の両端面ａおよびｂ
に電極ＡおよびＢをそれぞれ設けて成り、高周波電圧を
入力されることにより励振され該高周波電圧の周波数で
機械振動をし、該機械振動をすることにより前記高周波
電圧よりも高い電圧の電気信号を出力する圧電セラミッ
ク振動子であって、前記圧電磁器の分極軸は前記両端面
に垂直であり、前記電極Ａは互いに絶縁された少なくと
も２つの電極Ａ１およびＡ２から成り、前記電極Ｂは互
いに絶縁された少なくとも２つの電極Ｂ１およびＢ２か
ら成り、前記高周波電圧は前記電極Ａ１とＡ２との間に
入力され、前記電気信号は前記電極Ｂ１とＢ２との間か
ら出力されることを特徴とする。
【００１０】請求項２に記載の圧電セラミック振動子
は、前記電極Ｂ１とＢ２との間に負荷抵抗が接続される
ことによって、該負荷抵抗の大きさに対応した電圧の前
記電気信号が出力されることを特徴とする。
は、前記電極Ｂ１とＢ２との間に負荷抵抗が接続される
ことによって、該負荷抵抗の大きさに対応した電圧の前
記電気信号が出力されることを特徴とする。
【００１１】請求項３に記載の圧電セラミック振動子
は、前記圧電磁器が直径と高さとの寸法比がほぼ１に等
しい円柱であることを特徴とする。
は、前記圧電磁器が直径と高さとの寸法比がほぼ１に等
しい円柱であることを特徴とする。
【００１２】請求項４に記載の圧電セラミック振動子
は、前記電極Ａ１およびＡ２は前記端面ａの面積をほぼ
１：１に分割し該端面ａの直径に対応する直線によって
分割されていて、前記電極Ｂ１およびＢ２は前記端面ｂ
の面積をほぼ１：１に分割し該端面ｂの直径に対応する
直線によって分割されていることを特徴とする。
は、前記電極Ａ１およびＡ２は前記端面ａの面積をほぼ
１：１に分割し該端面ａの直径に対応する直線によって
分割されていて、前記電極Ｂ１およびＢ２は前記端面ｂ
の面積をほぼ１：１に分割し該端面ｂの直径に対応する
直線によって分割されていることを特徴とする。
【００１３】請求項５に記載の圧電セラミック振動子
は、前記圧電磁器が３辺のうち少なくとも２辺の寸法比
がほぼ１に等しい矩形角柱であることを特徴とする。
は、前記圧電磁器が３辺のうち少なくとも２辺の寸法比
がほぼ１に等しい矩形角柱であることを特徴とする。
【００１４】請求項６に記載の圧電セラミック振動子
は、前記電極Ａ１およびＡ２が前記端面ａの面積をほぼ
１：１に分割し前記端面ａの１つの辺に平行な直線で分
割されていて、前記端面ｂは前記端面ａに対面する端面
で成り、前記電極Ｂ１およびＢ２は前記端面ｂの面積を
ほぼ１：１に分割し前記端面ｂの１つの辺に平行な直線
で分割されていることを特徴とする。
は、前記電極Ａ１およびＡ２が前記端面ａの面積をほぼ
１：１に分割し前記端面ａの１つの辺に平行な直線で分
割されていて、前記端面ｂは前記端面ａに対面する端面
で成り、前記電極Ｂ１およびＢ２は前記端面ｂの面積を
ほぼ１：１に分割し前記端面ｂの１つの辺に平行な直線
で分割されていることを特徴とする。
【００１５】
【作用】本発明の圧電セラミック振動子は、柱状の圧電
磁器の両端面ａおよびｂにそれぞれ電極ＡおよびＢを設
けてなる簡単な構造を有する。電極Ａは互いに絶縁され
た少なくとも２つの電極Ａ１およびＡ２から成り、電極
Ｂは互いに絶縁された少なくとも２つの電極Ｂ１および
Ｂ２から成る。本発明の圧電セラミック振動子は高周波
電圧が電極Ａ１とＡ２との間に印加されることにより励
振され、該高周波電圧の周波数で機械振動をし、該機械
振動をすることにより前記高周波電圧よりも高い電圧の
電気信号を前記電極Ｂ１とＢ２との間から出力すること
ができる。本発明の圧電セラミック振動子が圧電セラミ
ックを励振するための回路と、出力した電気信号を処理
するための回路とを備えることにより、スイッチング電
源が形成される。本発明の圧電セラミック振動子を備え
たスイッチング電源は入力電圧を高効率で昇圧して出力
することを可能にする。本発明の圧電セラミック振動子
の構造が簡単で小型軽量であることから、スイッチング
電源の小型軽量化が可能となるばかりでなく、その昇圧
効果も大きい。
磁器の両端面ａおよびｂにそれぞれ電極ＡおよびＢを設
けてなる簡単な構造を有する。電極Ａは互いに絶縁され
た少なくとも２つの電極Ａ１およびＡ２から成り、電極
Ｂは互いに絶縁された少なくとも２つの電極Ｂ１および
Ｂ２から成る。本発明の圧電セラミック振動子は高周波
電圧が電極Ａ１とＡ２との間に印加されることにより励
振され、該高周波電圧の周波数で機械振動をし、該機械
振動をすることにより前記高周波電圧よりも高い電圧の
電気信号を前記電極Ｂ１とＢ２との間から出力すること
ができる。本発明の圧電セラミック振動子が圧電セラミ
ックを励振するための回路と、出力した電気信号を処理
するための回路とを備えることにより、スイッチング電
源が形成される。本発明の圧電セラミック振動子を備え
たスイッチング電源は入力電圧を高効率で昇圧して出力
することを可能にする。本発明の圧電セラミック振動子
の構造が簡単で小型軽量であることから、スイッチング
電源の小型軽量化が可能となるばかりでなく、その昇圧
効果も大きい。
【００１６】本発明の圧電セラミック振動子を効率的に
励振するための回路は、高周波の高電圧を発生させしか
も圧電セラミック振動子の共振周波数を追尾する機能を
持つことが望まれる。つまり、該回路は共振周波数、電
圧、電力などの諸元を満足すると同時に、共振周波数の
自動追尾機能を具備しなければならない。圧電セラミッ
ク振動子の共振周波数に出力の周波数を自動的に追尾さ
せるための有力な手段として自励発振方式がある。自励
発振方式は、発振と電圧・電力増幅が一体となった回路
構成を採用しており、内部に独自の発振回路を持つこと
なく圧電セラミック振動子の共振を利用して発振させる
方式である。本発明の圧電セラミック振動子では電極Ａ
が互いに絶縁された少なくとも２つの電極Ａ１およびＡ
２に分割されていることから、電極Ａ１およびＡ２を自
励式電源のための電極として用いることができる。
励振するための回路は、高周波の高電圧を発生させしか
も圧電セラミック振動子の共振周波数を追尾する機能を
持つことが望まれる。つまり、該回路は共振周波数、電
圧、電力などの諸元を満足すると同時に、共振周波数の
自動追尾機能を具備しなければならない。圧電セラミッ
ク振動子の共振周波数に出力の周波数を自動的に追尾さ
せるための有力な手段として自励発振方式がある。自励
発振方式は、発振と電圧・電力増幅が一体となった回路
構成を採用しており、内部に独自の発振回路を持つこと
なく圧電セラミック振動子の共振を利用して発振させる
方式である。本発明の圧電セラミック振動子では電極Ａ
が互いに絶縁された少なくとも２つの電極Ａ１およびＡ
２に分割されていることから、電極Ａ１およびＡ２を自
励式電源のための電極として用いることができる。
【００１７】本発明の圧電セラミック振動子から出力し
た電気信号を処理するための回路、すなわち出力した高
周波電力を整流し直流電力を生成するための整流回路が
電極Ｂ１とＢ２との間に接続されることにより、本発明
の圧電セラミック振動子はスイッチング電源におけるト
ランスとしての機能を果たし、入力電圧を昇圧して出力
することを可能にする。しかも、微弱な電圧でも効率よ
く昇圧することを可能にする。
た電気信号を処理するための回路、すなわち出力した高
周波電力を整流し直流電力を生成するための整流回路が
電極Ｂ１とＢ２との間に接続されることにより、本発明
の圧電セラミック振動子はスイッチング電源におけるト
ランスとしての機能を果たし、入力電圧を昇圧して出力
することを可能にする。しかも、微弱な電圧でも効率よ
く昇圧することを可能にする。
【００１８】電極Ｂ１とＢ２との間に負荷抵抗が接続さ
れることによって、該負荷抵抗の大きさに対応した電圧
の電気信号を出力することができる。
れることによって、該負荷抵抗の大きさに対応した電圧
の電気信号を出力することができる。
【００１９】圧電磁器として直径と高さとの寸法比がほ
ぼ１に等しい円柱状構造を採用することにより、圧電セ
ラミック振動子は効率よく励振される。従って、このよ
うな圧電セラミック振動子をスイッチング電源に応用す
ることにより、入力電圧の昇圧効果を増大させることが
できる。また、この円柱状構造を成す圧電セラミック振
動子における電極Ａ１およびＡ２が端面ａの面積をほぼ
１：１に分割し端面ａの直径に対応する直線によって分
割され、電極Ｂ１およびＢ２が端面ｂの面積をほぼ１：
１に分割し端面ｂの直径に対応する直線によって分割さ
れていることにより、圧電セラミック振動子はさらに効
率よく励振される。また、その励振は効率よく電気信号
として出力される。
ぼ１に等しい円柱状構造を採用することにより、圧電セ
ラミック振動子は効率よく励振される。従って、このよ
うな圧電セラミック振動子をスイッチング電源に応用す
ることにより、入力電圧の昇圧効果を増大させることが
できる。また、この円柱状構造を成す圧電セラミック振
動子における電極Ａ１およびＡ２が端面ａの面積をほぼ
１：１に分割し端面ａの直径に対応する直線によって分
割され、電極Ｂ１およびＢ２が端面ｂの面積をほぼ１：
１に分割し端面ｂの直径に対応する直線によって分割さ
れていることにより、圧電セラミック振動子はさらに効
率よく励振される。また、その励振は効率よく電気信号
として出力される。
【００２０】圧電磁器として３辺のうち少なくとも２辺
の寸法比がほぼ１に等しい矩形角柱状構造を採用するこ
とにより、圧電セラミック振動子は効率よく励振され
る。従って、このような圧電セラミック振動子をスイッ
チング電源に応用することにより、入力電圧の昇圧効果
を増大させることができる。また、この矩形角柱状構造
を有する圧電セラミック振動子の電極Ａ１およびＡ２は
端面ａの面積をほぼ１：１に分割し端面ａの１つの辺に
平行な直線で分割された構造を成す。また、端面ｂは端
面ａに対面する端面で成り、電極Ｂ１およびＢ２は端面
ｂの面積をほぼ１：１に分割し端面ｂの１つの辺に平行
な直線で分割された構造を成す。従って、圧電セラミッ
ク振動子はさらに効率よく励振される。また、その励振
は効率よく電気信号として出力される。
の寸法比がほぼ１に等しい矩形角柱状構造を採用するこ
とにより、圧電セラミック振動子は効率よく励振され
る。従って、このような圧電セラミック振動子をスイッ
チング電源に応用することにより、入力電圧の昇圧効果
を増大させることができる。また、この矩形角柱状構造
を有する圧電セラミック振動子の電極Ａ１およびＡ２は
端面ａの面積をほぼ１：１に分割し端面ａの１つの辺に
平行な直線で分割された構造を成す。また、端面ｂは端
面ａに対面する端面で成り、電極Ｂ１およびＢ２は端面
ｂの面積をほぼ１：１に分割し端面ｂの１つの辺に平行
な直線で分割された構造を成す。従って、圧電セラミッ
ク振動子はさらに効率よく励振される。また、その励振
は効率よく電気信号として出力される。
【００２１】
【実施例】図１は本発明の圧電セラミック振動子の一実
施例を示す斜視図である。本実施例に示す圧電セラミッ
ク振動子１は圧電磁器２と、圧電磁器２の両端面に設け
られた電極とから成る。本実施例においては圧電磁器２
は直径と高さがともに１０ｍｍのものと、直径と高さが
ともに５ｍｍのものとの２種類を使用している。圧電磁
器２はＴＤＫ製９１Ａ材で成り、直径と高さが１０ｍｍ
の圧電磁器２の共振周波数は約１３８ｋＨｚであり、直
径と高さが５ｍｍの圧電磁器２の共振周波数は約２７７
ｋＨｚである。圧電磁器２の両端面に設けられた電極は
それぞれ１：１に２分割され、電極Ｄ，Ｆおよび電極
Ｐ，Ｑを形成している。電極ＤとＦとは互いに絶縁され
ていて、電極ＰとＱとは互いに絶縁されている。電極Ｄ
はドライブ電極として使用され、電極Ｆはフィードバッ
ク電極として使用される。電極ＤとＦとの間に圧電セラ
ミック振動子１の共振周波数とほぼ等しい周波数の電気
信号に対応する電圧が印加されると、圧電セラミック振
動子１が励振される。圧電セラミック振動子１の励振は
再び電気信号に変換され、電極ＰとＱとの間から出力さ
れる。このとき、電極ＰおよびＱの間には負荷抵抗ＲL
が接続されていて、ほぼ正弦波に近い波形が出力され
る。このようにして、圧電セラミック振動子１は昇圧効
果をもたらす。
施例を示す斜視図である。本実施例に示す圧電セラミッ
ク振動子１は圧電磁器２と、圧電磁器２の両端面に設け
られた電極とから成る。本実施例においては圧電磁器２
は直径と高さがともに１０ｍｍのものと、直径と高さが
ともに５ｍｍのものとの２種類を使用している。圧電磁
器２はＴＤＫ製９１Ａ材で成り、直径と高さが１０ｍｍ
の圧電磁器２の共振周波数は約１３８ｋＨｚであり、直
径と高さが５ｍｍの圧電磁器２の共振周波数は約２７７
ｋＨｚである。圧電磁器２の両端面に設けられた電極は
それぞれ１：１に２分割され、電極Ｄ，Ｆおよび電極
Ｐ，Ｑを形成している。電極ＤとＦとは互いに絶縁され
ていて、電極ＰとＱとは互いに絶縁されている。電極Ｄ
はドライブ電極として使用され、電極Ｆはフィードバッ
ク電極として使用される。電極ＤとＦとの間に圧電セラ
ミック振動子１の共振周波数とほぼ等しい周波数の電気
信号に対応する電圧が印加されると、圧電セラミック振
動子１が励振される。圧電セラミック振動子１の励振は
再び電気信号に変換され、電極ＰとＱとの間から出力さ
れる。このとき、電極ＰおよびＱの間には負荷抵抗ＲL
が接続されていて、ほぼ正弦波に近い波形が出力され
る。このようにして、圧電セラミック振動子１は昇圧効
果をもたらす。
【００２２】図２は圧電セラミック振動子１によって形
成されるスイッチング電源の一実施例を示す構成図であ
る。圧電セラミック振動子１には自励発振回路Ａが接続
されている。自励発振回路Ａは直流電源から電力を供給
され、圧電セラミック振動子１を励振する。圧電セラミ
ック振動子１の励振は再び電力に変換され、負荷抵抗Ｒ
Lの両端から出力させることができる。
成されるスイッチング電源の一実施例を示す構成図であ
る。圧電セラミック振動子１には自励発振回路Ａが接続
されている。自励発振回路Ａは直流電源から電力を供給
され、圧電セラミック振動子１を励振する。圧電セラミ
ック振動子１の励振は再び電力に変換され、負荷抵抗Ｒ
Lの両端から出力させることができる。
【００２３】図３は自励発振回路Ａの一実施例を示す図
である。本実施例は電流検出部１１、電圧増幅部１２お
よび電力増幅部１３から構成される。自励発振回路Ａで
は圧電セラミック振動子１からのフィードバック信号を
増幅してスイッチング用半導体に入力するために電源用
ＩＣ（ＩＣ3）を使用している。但し、図３ではＩＣ3は
省いて描かれている。図３の回路では電源の電圧が１２
Ｖのときに圧電セラミック振動子１の駆動電圧として５
０Ｖｐ−ｐの値が得られた。このようにして、電源電圧
の４倍のピーク電圧で圧電セラミック振動子１を駆動で
きる。
である。本実施例は電流検出部１１、電圧増幅部１２お
よび電力増幅部１３から構成される。自励発振回路Ａで
は圧電セラミック振動子１からのフィードバック信号を
増幅してスイッチング用半導体に入力するために電源用
ＩＣ（ＩＣ3）を使用している。但し、図３ではＩＣ3は
省いて描かれている。図３の回路では電源の電圧が１２
Ｖのときに圧電セラミック振動子１の駆動電圧として５
０Ｖｐ−ｐの値が得られた。このようにして、電源電圧
の４倍のピーク電圧で圧電セラミック振動子１を駆動で
きる。
【００２４】電力増幅部１３はＱ1、Ｌ1、Ｃ3およびＲ3
から構成される逆起電圧回路である。トランジスタＱ1
はスイッチング用であり、スイッチング速度とドライブ
の簡単なことを考慮しパワーＭＯＳ ＦＥＴを使用して
いる。Ｌ1は逆起電圧を発生させ圧電セラミック振動子
１に電源電圧Ｖｃｃより高い電圧の電力を供給するため
のものであり、Ｃ3は逆起電圧の時定数調整用である。
Ｃ3を大きくすると時定数が延びるが最大電圧が低くな
る。Ｃ3を小さくした場合はその逆である。
から構成される逆起電圧回路である。トランジスタＱ1
はスイッチング用であり、スイッチング速度とドライブ
の簡単なことを考慮しパワーＭＯＳ ＦＥＴを使用して
いる。Ｌ1は逆起電圧を発生させ圧電セラミック振動子
１に電源電圧Ｖｃｃより高い電圧の電力を供給するため
のものであり、Ｃ3は逆起電圧の時定数調整用である。
Ｃ3を大きくすると時定数が延びるが最大電圧が低くな
る。Ｃ3を小さくした場合はその逆である。
【００２５】電流検出部１１は検波整流用ダイオードＤ
1およびＤ2から構成され、圧電セラミック振動子１に流
れる電流の位相を検出することを目的としている。図３
の回路図に示すように電流検出部１１は圧電セラミック
振動子１と直列に接続されており、電流検出部１１のイ
ンピーダンスが大きいほど圧電セラミック振動子１に分
圧される電圧は小さくなる。このため電流検出部１１の
条件としてはインピーダンスが低い方がよい。しかし、
インピーダンスが低すぎると検出される電圧も小さくな
り自励の立ちがり時間が遅くなる。
1およびＤ2から構成され、圧電セラミック振動子１に流
れる電流の位相を検出することを目的としている。図３
の回路図に示すように電流検出部１１は圧電セラミック
振動子１と直列に接続されており、電流検出部１１のイ
ンピーダンスが大きいほど圧電セラミック振動子１に分
圧される電圧は小さくなる。このため電流検出部１１の
条件としてはインピーダンスが低い方がよい。しかし、
インピーダンスが低すぎると検出される電圧も小さくな
り自励の立ちがり時間が遅くなる。
【００２６】電流検出部１１においてはダイオードが使
用されている。ダイオードは電流電圧特性から明らかな
ように、自励発振の立ち上がり時の電圧の低い時は高抵
抗として動作し、自励が安定し電圧が高い時は低抵抗と
して動作するから、電流検出部１１の素子として好都合
である。
用されている。ダイオードは電流電圧特性から明らかな
ように、自励発振の立ち上がり時の電圧の低い時は高抵
抗として動作し、自励が安定し電圧が高い時は低抵抗と
して動作するから、電流検出部１１の素子として好都合
である。
【００２７】電圧増幅部１２はＩＣ1、Ｃ1、Ｃ2、Ｒ1お
よびＲ2で構成され、電流検出部１１で検出した微小な
電圧信号を増幅し次段の電力増幅部１３をドライブする
ことを目的としている。圧電セラミック振動子１の駆動
に十分な高周波電力を得るには、電力増幅手段がトラン
ジスタ等で構成される場合、高速で大きな利得を得るた
めに複数の電圧増幅器で成る電圧増幅部を使用しなけれ
ばならない。この実施例では電圧増幅部１２にＣＭＯＳ
ロジックＩＣで成るインバータＩＣ1が使用されてい
る。この電圧増幅部１２はＣＭＯＳ ＩＣのインバータ
ＩＣ1に抵抗Ｒ1で帰還をかけるとスレシホールド付近で
止まった状態となり、アナログアンプとして動作するこ
とを利用したものである。この電圧増幅部１２の回路に
は高速でゲインが大きいという特徴があるが、電源の電
圧に制限があるから、図３の回路では５．１Ｖのツェナ
ーダイオードＺＤ1を使用してインバータＩＣ1に所定の
電圧を得ている。なお、Ｃ1及びＣ2は直流カット用のコ
ンデンサである。
よびＲ2で構成され、電流検出部１１で検出した微小な
電圧信号を増幅し次段の電力増幅部１３をドライブする
ことを目的としている。圧電セラミック振動子１の駆動
に十分な高周波電力を得るには、電力増幅手段がトラン
ジスタ等で構成される場合、高速で大きな利得を得るた
めに複数の電圧増幅器で成る電圧増幅部を使用しなけれ
ばならない。この実施例では電圧増幅部１２にＣＭＯＳ
ロジックＩＣで成るインバータＩＣ1が使用されてい
る。この電圧増幅部１２はＣＭＯＳ ＩＣのインバータ
ＩＣ1に抵抗Ｒ1で帰還をかけるとスレシホールド付近で
止まった状態となり、アナログアンプとして動作するこ
とを利用したものである。この電圧増幅部１２の回路に
は高速でゲインが大きいという特徴があるが、電源の電
圧に制限があるから、図３の回路では５．１Ｖのツェナ
ーダイオードＺＤ1を使用してインバータＩＣ1に所定の
電圧を得ている。なお、Ｃ1及びＣ2は直流カット用のコ
ンデンサである。
【００２８】図３の回路では、低電圧駆動を可能にする
昇圧手段としてスイッチング用のトランジスタＱ1 とコ
イルＬ1 を用いている。同じ程度に昇圧するのにトラン
ジスタ＋コイルの組み合せとトランスとを比べると、ト
ランジスタ＋コイルの方がトランスより小型、軽量、安
価である。また、電力増幅部１３の負荷回路がコイルＬ
1 およびコンデンサＣ3 で成り抵抗器を含まないことか
ら、電源の電力利用効率、すなわち電力効率において優
れている。
昇圧手段としてスイッチング用のトランジスタＱ1 とコ
イルＬ1 を用いている。同じ程度に昇圧するのにトラン
ジスタ＋コイルの組み合せとトランスとを比べると、ト
ランジスタ＋コイルの方がトランスより小型、軽量、安
価である。また、電力増幅部１３の負荷回路がコイルＬ
1 およびコンデンサＣ3 で成り抵抗器を含まないことか
ら、電源の電力利用効率、すなわち電力効率において優
れている。
【００２９】図４は電源から入力される入力電圧（Ｖｄ
ｃ）と電極Ｐ，Ｑ間に出力される出力電圧（Ｖｐ−ｐ）
との関係を示す特性図である。但し、圧電セラミック振
動子１が５ｍｍの円柱状を成し、負荷抵抗ＲLが１０ｋ
ｏｈｍを示すときの値である。出力電圧は入力電圧のほ
ぼ４．５倍の値を示すことがわかる。
ｃ）と電極Ｐ，Ｑ間に出力される出力電圧（Ｖｐ−ｐ）
との関係を示す特性図である。但し、圧電セラミック振
動子１が５ｍｍの円柱状を成し、負荷抵抗ＲLが１０ｋ
ｏｈｍを示すときの値である。出力電圧は入力電圧のほ
ぼ４．５倍の値を示すことがわかる。
【００３０】図５は電源から入力される入力電圧（Ｖｄ
ｃ）と電極Ｐ，Ｑ間に出力される出力電圧（Ｖｐ−ｐ）
との関係を示す特性図である。但し、圧電セラミック振
動子１が１０ｍｍの円柱状を成し、負荷抵抗ＲLが１ｋ
ｏｈｍを示すときの値である。出力電圧は入力電圧のほ
ぼ３倍の値を示すことがわかる。
ｃ）と電極Ｐ，Ｑ間に出力される出力電圧（Ｖｐ−ｐ）
との関係を示す特性図である。但し、圧電セラミック振
動子１が１０ｍｍの円柱状を成し、負荷抵抗ＲLが１ｋ
ｏｈｍを示すときの値である。出力電圧は入力電圧のほ
ぼ３倍の値を示すことがわかる。
【００３１】電源電圧が５Ｖのロジック回路の中で少数
個の１５Ｖ電源のＯＰアンプ等を使用する場合や、小電
力で高い電圧を必要とするセラミックセンサ等を使用す
る場合に、電源の昇圧が問題となる。トランスを使用し
た電源回路は回路規模が大きく、また、昇圧用のＩＣは
高価であるという問題がある。本発明の圧電セラミック
振動子を用いたスイッチング電源は小型軽量で、昇圧効
果が高い。
個の１５Ｖ電源のＯＰアンプ等を使用する場合や、小電
力で高い電圧を必要とするセラミックセンサ等を使用す
る場合に、電源の昇圧が問題となる。トランスを使用し
た電源回路は回路規模が大きく、また、昇圧用のＩＣは
高価であるという問題がある。本発明の圧電セラミック
振動子を用いたスイッチング電源は小型軽量で、昇圧効
果が高い。
【００３２】本実施例では圧電磁器２の両端面に設けら
れた電極は２分割されているが、３分割された形状の電
極でも同様な効果を引き出すことが可能である。
れた電極は２分割されているが、３分割された形状の電
極でも同様な効果を引き出すことが可能である。
【００３３】
【発明の効果】本発明の圧電セラミック振動子は高周波
電圧が電極Ａ１とＡ２との間に印加されることにより励
振され、該高周波電圧の周波数で機械振動をし、該機械
振動をすることにより前記高周波電圧よりも高い電圧の
電気信号を前記電極Ｂ１とＢ２との間から出力すること
ができる。本発明の圧電セラミック振動子が圧電セラミ
ックを励振するための回路と、出力した電気信号を処理
するための回路とを備えることによりスイッチング電源
を形成することができる。本発明の圧電セラミック振動
子を備えたスイッチング電源は入力電圧を高効率で昇圧
して出力することを可能にするばかりでなく、構造が簡
単で小型軽量であることから、スイッチング電源の小型
軽量化を可能とする。しかもその昇圧効果が大きい。
電圧が電極Ａ１とＡ２との間に印加されることにより励
振され、該高周波電圧の周波数で機械振動をし、該機械
振動をすることにより前記高周波電圧よりも高い電圧の
電気信号を前記電極Ｂ１とＢ２との間から出力すること
ができる。本発明の圧電セラミック振動子が圧電セラミ
ックを励振するための回路と、出力した電気信号を処理
するための回路とを備えることによりスイッチング電源
を形成することができる。本発明の圧電セラミック振動
子を備えたスイッチング電源は入力電圧を高効率で昇圧
して出力することを可能にするばかりでなく、構造が簡
単で小型軽量であることから、スイッチング電源の小型
軽量化を可能とする。しかもその昇圧効果が大きい。
【００３４】本発明の圧電セラミック振動子を効率的に
励振するための回路は、高周波の高電圧を発生させしか
も圧電セラミック振動子の共振周波数を追尾する機能を
持つことが望まれる。つまり、該回路は共振周波数、電
圧、電力などの諸元を満足すると同時に、共振周波数の
自動追尾機能を具備しなければならない。本発明の圧電
セラミック振動子では電極Ａが互いに絶縁された少なく
とも２つの電極Ａ１およびＡ２に分割されていることか
ら、電極Ａ１およびＡ２を自励式電源のための電極とし
て用いることができる。
励振するための回路は、高周波の高電圧を発生させしか
も圧電セラミック振動子の共振周波数を追尾する機能を
持つことが望まれる。つまり、該回路は共振周波数、電
圧、電力などの諸元を満足すると同時に、共振周波数の
自動追尾機能を具備しなければならない。本発明の圧電
セラミック振動子では電極Ａが互いに絶縁された少なく
とも２つの電極Ａ１およびＡ２に分割されていることか
ら、電極Ａ１およびＡ２を自励式電源のための電極とし
て用いることができる。
【００３５】本発明の圧電セラミック振動子から出力し
た電気信号を処理するための回路が電極Ｂ１とＢ２との
間に接続されることにより、本発明の圧電セラミック振
動子はスイッチング電源におけるトランスとしての機能
を果たし、入力電圧を昇圧して出力することを可能にす
る。しかも、微弱な電圧でも効率よく昇圧することを可
能にする。また、電極Ｂ１とＢ２との間に負荷抵抗が接
続されることによって、該負荷抵抗の大きさに対応した
電圧の電気信号を出力することができる。
た電気信号を処理するための回路が電極Ｂ１とＢ２との
間に接続されることにより、本発明の圧電セラミック振
動子はスイッチング電源におけるトランスとしての機能
を果たし、入力電圧を昇圧して出力することを可能にす
る。しかも、微弱な電圧でも効率よく昇圧することを可
能にする。また、電極Ｂ１とＢ２との間に負荷抵抗が接
続されることによって、該負荷抵抗の大きさに対応した
電圧の電気信号を出力することができる。
【００３６】圧電磁器として直径と高さとの寸法比がほ
ぼ１に等しい円柱状構造を採用することにより、圧電セ
ラミック振動子は効率よく励振される。従って、このよ
うな圧電セラミック振動子をスイッチング電源に応用す
ることにより、入力電圧の昇圧効果を増大させることが
できる。また、この圧電セラミック振動子における電極
Ａ１およびＡ２が端面ａの面積をほぼ１：１に分割し端
面ａの直径に対応する直線によって分割され、電極Ｂ１
およびＢ２が端面ｂの面積をほぼ１：１に分割し端面ｂ
の直径に対応する直線によって分割されていることによ
り、圧電セラミック振動子はさらに効率よく励振され、
その励振は効率よく電気信号として出力される。
ぼ１に等しい円柱状構造を採用することにより、圧電セ
ラミック振動子は効率よく励振される。従って、このよ
うな圧電セラミック振動子をスイッチング電源に応用す
ることにより、入力電圧の昇圧効果を増大させることが
できる。また、この圧電セラミック振動子における電極
Ａ１およびＡ２が端面ａの面積をほぼ１：１に分割し端
面ａの直径に対応する直線によって分割され、電極Ｂ１
およびＢ２が端面ｂの面積をほぼ１：１に分割し端面ｂ
の直径に対応する直線によって分割されていることによ
り、圧電セラミック振動子はさらに効率よく励振され、
その励振は効率よく電気信号として出力される。
【００３７】圧電磁器として３辺のうち少なくとも２辺
の寸法比がほぼ１に等しい矩形角柱状構造を採用するこ
とにより、圧電セラミック振動子は効率よく励振され
る。従って、このような圧電セラミック振動子をスイッ
チング電源に応用することにより、入力電圧の昇圧効果
を増大させることができる。また、この圧電セラミック
振動子の電極Ａ１およびＡ２は端面ａの面積をほぼ１：
１に分割し端面ａの１つの辺に平行な直線で分割された
構造を成す。また、端面ｂは端面ａに対面する端面で成
り、電極Ｂ１およびＢ２は端面ｂの面積をほぼ１：１に
分割し端面ｂの１つの辺に平行な直線で分割された構造
を成す。従って、圧電セラミック振動子はさらに効率よ
く励振され、その励振は効率よく電気信号として出力さ
れる。
の寸法比がほぼ１に等しい矩形角柱状構造を採用するこ
とにより、圧電セラミック振動子は効率よく励振され
る。従って、このような圧電セラミック振動子をスイッ
チング電源に応用することにより、入力電圧の昇圧効果
を増大させることができる。また、この圧電セラミック
振動子の電極Ａ１およびＡ２は端面ａの面積をほぼ１：
１に分割し端面ａの１つの辺に平行な直線で分割された
構造を成す。また、端面ｂは端面ａに対面する端面で成
り、電極Ｂ１およびＢ２は端面ｂの面積をほぼ１：１に
分割し端面ｂの１つの辺に平行な直線で分割された構造
を成す。従って、圧電セラミック振動子はさらに効率よ
く励振され、その励振は効率よく電気信号として出力さ
れる。
【図１】本発明の圧電セラミック振動子の一実施例を示
す斜視図。
す斜視図。
【図２】圧電セラミック振動子１によって形成されるス
イッチング電源の一実施例を示す構成図。
イッチング電源の一実施例を示す構成図。
【図３】自励発振回路Ａの一実施例を示す図。
【図４】電源から入力される入力電圧（Ｖｄｃ）と電極
Ｐ，Ｑ間に出力される出力電圧（Ｖｐ−ｐ）との関係を
示す特性図。
Ｐ，Ｑ間に出力される出力電圧（Ｖｐ−ｐ）との関係を
示す特性図。
【図５】電源から入力される入力電圧（Ｖｄｃ）と電極
Ｐ，Ｑ間に出力される出力電圧（Ｖｐ−ｐ）との関係を
示す特性図。
Ｐ，Ｑ間に出力される出力電圧（Ｖｐ−ｐ）との関係を
示す特性図。
１ 圧電セラミック振動子 ２ 圧電磁器 Ａ 自励発振回路 ＲL 負荷抵抗 １１ 電流検出部 １２ 電圧増幅部 １３ 電力増幅部 Ｄ，Ｆ 電極 Ｐ，Ｑ 電極 ＩＣ1 ＣＭＯＳ ＩＣ インバータ Ｖｃｃ 電源電圧 Ｌ1 昇圧用コイル Ｑ1 トランジスタ ＺＤ1 ツェナーダイオード Ｄ1、Ｄ2 ダイオード Ｃ1、Ｃ2、Ｃ3 コンデンサ Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3、Ｒ4 抵抗
Claims (6)
- 【請求項１】 柱状の圧電磁器の両端面ａおよびｂに電
極ＡおよびＢをそれぞれ設けて成り、高周波電圧を入力
されることにより励振され該高周波電圧の周波数で機械
振動をし、該機械振動をすることにより前記高周波電圧
よりも高い電圧の電気信号を出力する圧電セラミック振
動子であって、 前記圧電磁器の分極軸は前記両端面に垂直であり、 前記電極Ａは互いに絶縁された少なくとも２つの電極Ａ
１およびＡ２から成り、 前記電極Ｂは互いに絶縁された少なくとも２つの電極Ｂ
１およびＢ２から成り、 前記高周波電圧は前記電極Ａ１とＡ２との間に入力さ
れ、 前記電気信号は前記電極Ｂ１とＢ２との間から出力され
ることを特徴とする圧電セラミック振動子。 - 【請求項２】 前記電極Ｂ１とＢ２との間に負荷抵抗が
接続されることによって、該負荷抵抗の大きさに対応し
た電圧の前記電気信号が出力されることを特徴とする請
求項１に記載の圧電セラミック振動子。 - 【請求項３】 前記圧電磁器は直径と高さとの寸法比が
ほぼ１に等しい円柱であることを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の圧電セラミック振動子。 - 【請求項４】 前記電極Ａ１およびＡ２は前記端面ａの
面積をほぼ１：１に分割し該端面ａの直径に対応する直
線によって分割されていて、 前記電極Ｂ１およびＢ２は前記端面ｂの面積をほぼ１：
１に分割し該端面ｂの直径に対応する直線によって分割
されていることを特徴とする請求項３に記載の圧電セラ
ミック振動子。 - 【請求項５】 前記圧電磁器は３辺のうち少なくとも２
辺の寸法比がほぼ１に等しい矩形角柱であることを特徴
とする請求項１または２に記載の圧電セラミック振動
子。 - 【請求項６】 前記電極Ａ１およびＡ２は前記端面ａの
面積をほぼ１：１に分割し前記端面ａの１つの辺に平行
な直線で分割されていて、 前記端面ｂは前記端面ａに対面する端面で成り、前記電
極Ｂ１およびＢ２は前記端面ｂの面積をほぼ１：１に分
割し前記端面ｂの１つの辺に平行な直線で分割されてい
ることを特徴とする請求項５に記載の圧電セラミック振
動子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4317699A JPH06151995A (ja) | 1992-11-02 | 1992-11-02 | 圧電セラミック振動子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4317699A JPH06151995A (ja) | 1992-11-02 | 1992-11-02 | 圧電セラミック振動子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06151995A true JPH06151995A (ja) | 1994-05-31 |
Family
ID=18091042
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4317699A Pending JPH06151995A (ja) | 1992-11-02 | 1992-11-02 | 圧電セラミック振動子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06151995A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113067497A (zh) * | 2021-03-26 | 2021-07-02 | 合肥工业大学 | 基于压电陶瓷驱动器的迟滞分割建模与补偿方法 |
-
1992
- 1992-11-02 JP JP4317699A patent/JPH06151995A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113067497A (zh) * | 2021-03-26 | 2021-07-02 | 合肥工业大学 | 基于压电陶瓷驱动器的迟滞分割建模与补偿方法 |
| CN113067497B (zh) * | 2021-03-26 | 2022-12-06 | 合肥工业大学 | 基于压电陶瓷驱动器的迟滞分割建模与补偿方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20040823 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20051006 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20060220 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20060616 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |