JPH0832133A - 圧電トランス - Google Patents
圧電トランスInfo
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- JPH0832133A JPH0832133A JP6165636A JP16563694A JPH0832133A JP H0832133 A JPH0832133 A JP H0832133A JP 6165636 A JP6165636 A JP 6165636A JP 16563694 A JP16563694 A JP 16563694A JP H0832133 A JPH0832133 A JP H0832133A
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- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 14
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- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
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- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 設計の自由度の高い圧電トランスを提供す
る。 【構成】 圧電セラミックス矩形板の長さ方向において
２分の１の領域を厚み方向に分極し、上下面に一次側電
極を設け、残りの半分の領域を幅方向に分極し、両側面
に二次側電極を設ける。二次側電極は、上下の面の一方
の面で両側面の近傍に設けても良い。
る。 【構成】 圧電セラミックス矩形板の長さ方向において
２分の１の領域を厚み方向に分極し、上下面に一次側電
極を設け、残りの半分の領域を幅方向に分極し、両側面
に二次側電極を設ける。二次側電極は、上下の面の一方
の面で両側面の近傍に設けても良い。
Description
【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や、液晶デ
ィスプレー用バックライト点灯用のインバータ電源に用
いられる圧電トランスに関し、負荷インピーダンスの異
なる用途にも容易に適用可能な圧電トランスに関する。
空気清浄器などに用いられる直流高電圧電源や、液晶デ
ィスプレー用バックライト点灯用のインバータ電源に用
いられる圧電トランスに関し、負荷インピーダンスの異
なる用途にも容易に適用可能な圧電トランスに関する。
【０００２】
【従来の技術】図４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４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
対向する電極２および３が形成され、電極２および３が
形成された部分から遠い方の矩形板端面に電極４が形成
されている。図４に示される従来の圧電トランスにおい
て、電極２，３を設けたセラミックス矩形板１の部分は
厚さ方向に分極され、電極４と電極２，３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。図中白抜き矢印は分極方向を示す。
を示す斜視図である。図４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
対向する電極２および３が形成され、電極２および３が
形成された部分から遠い方の矩形板端面に電極４が形成
されている。図４に示される従来の圧電トランスにおい
て、電極２，３を設けたセラミックス矩形板１の部分は
厚さ方向に分極され、電極４と電極２，３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。図中白抜き矢印は分極方向を示す。
【０００３】図５は従来の圧電トランスの動作原理の説
明図であり、図５（ａ）は圧電セラミックス矩形板の断
面図、図５（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５（ｃ）はその時の歪分布を示している。図
５（ａ）において、電極３をアース端子とし、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５（ｂ），（ｃ）に示すように振動する。この
時電極３と端面電極４との間には圧電効果により電圧を
発生する。
明図であり、図５（ａ）は圧電セラミックス矩形板の断
面図、図５（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５（ｃ）はその時の歪分布を示している。図
５（ａ）において、電極３をアース端子とし、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５（ｂ），（ｃ）に示すように振動する。この
時電極３と端面電極４との間には圧電効果により電圧を
発生する。
【０００４】圧電トランスの電気的な等価回路は図６の
ように表わされる。図６（ａ）は、それぞれの変成比は
φ1 およびφ2 の１次側および２次側の電気−機械変換
の変成器を含む場合であり、φ1 およびφ2 の１次側お
よび２次側の電気−機械変換の変成器を含む場合であ
り、ｍ，ｓ，ｒはそれぞれ、機械振動系の等価質量、等
価スティフネスおよび等価抵抗である。また、Ｃｄ1 お
よびＣｄ2 はそれぞれ、１次側および２次側の制動容量
である。さらに、ＲL は負荷抵抗である。図６（ｂ）は
図６（ａ）の回路を１次側から見た場合の等価回路であ
る。図６（ｂ）において、等価回路の各定数は下記数１
で与えられる。
ように表わされる。図６（ａ）は、それぞれの変成比は
φ1 およびφ2 の１次側および２次側の電気−機械変換
の変成器を含む場合であり、φ1 およびφ2 の１次側お
よび２次側の電気−機械変換の変成器を含む場合であ
り、ｍ，ｓ，ｒはそれぞれ、機械振動系の等価質量、等
価スティフネスおよび等価抵抗である。また、Ｃｄ1 お
よびＣｄ2 はそれぞれ、１次側および２次側の制動容量
である。さらに、ＲL は負荷抵抗である。図６（ｂ）は
図６（ａ）の回路を１次側から見た場合の等価回路であ
る。図６（ｂ）において、等価回路の各定数は下記数１
で与えられる。
【０００５】
【数１】
【０００６】図６の（ｂ）の等価回路における等価直列
インダクタンスＬ、等価直列キャパシタンスＣ，２次側
の制動容量Ｃ′ｄ2 の直列回路の共振周波数で励振する
と等価直列インダクタンスＬの端子電圧と等価直列キャ
パシタンスＣと２次側の制動容量Ｃ′ｄ2 の直列接続し
た合計のキャパシタンスの端子には、（１）式で与えら
れる振動の極性の逆の出力電圧が発生する。
インダクタンスＬ、等価直列キャパシタンスＣ，２次側
の制動容量Ｃ′ｄ2 の直列回路の共振周波数で励振する
と等価直列インダクタンスＬの端子電圧と等価直列キャ
パシタンスＣと２次側の制動容量Ｃ′ｄ2 の直列接続し
た合計のキャパシタンスの端子には、（１）式で与えら
れる振動の極性の逆の出力電圧が発生する。
【０００７】
【数２】 ここで、Ｑm は直列共振回路のＱであり、Ｖ1 は入力電
圧である。
圧である。
【０００８】したがって、圧電トランスの出力電圧は
（１）式で表わされる入力電圧のＱm倍の電圧が、等価
直列キャパシタタンスＣと２次側の制動容量Ｃ′ｄ2 と
で分圧された電圧となる。したがって、高い出力電圧を
得るためには、（２）式で表される２次側の容量比γ2
の値が小さいことが要求される。
（１）式で表わされる入力電圧のＱm倍の電圧が、等価
直列キャパシタタンスＣと２次側の制動容量Ｃ′ｄ2 と
で分圧された電圧となる。したがって、高い出力電圧を
得るためには、（２）式で表される２次側の容量比γ2
の値が小さいことが要求される。
【０００９】
【数３】
【００１０】一方、圧電トランスに負荷抵抗ＲL を接続
した場合、負荷抵抗ＲL により、実効的なＱm の値が低
下し、負荷抵抗ＲL が小さくなると出力電圧が急激に低
下する。さらに、圧電トランスの効率は、負荷抵抗ＲL
の値が２次側の制動容量Ｃｄ2 の共振周波数でのインピ
ーダンス１／（ωｒ・Ｃｄ2 ）に等しい時に最大になる
ことが知られている。
した場合、負荷抵抗ＲL により、実効的なＱm の値が低
下し、負荷抵抗ＲL が小さくなると出力電圧が急激に低
下する。さらに、圧電トランスの効率は、負荷抵抗ＲL
の値が２次側の制動容量Ｃｄ2 の共振周波数でのインピ
ーダンス１／（ωｒ・Ｃｄ2 ）に等しい時に最大になる
ことが知られている。
【００１１】したがって、圧電トランスが使用される負
荷抵抗の条件により、必要な出力電圧と効率の両方を満
足させる条件を求める必要がある。
荷抵抗の条件により、必要な出力電圧と効率の両方を満
足させる条件を求める必要がある。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図４および図
５に示した従来の圧電トランスにおいて、結合振動の無
い長さ振動モードで励振しようとした場合、幅と長さの
比を４倍以上にする必要があり、２次側の電極間距離が
大きくなり、制動容量Ｃｄ2 の値が小さくなる。したが
って、図４のタイプの圧電トランスでは、負荷抵抗ＲL
が大きい時に、出力電圧が大きくなり、効率も高くな
る。一方、この圧電トランスの負荷抵抗ＲLが小さいと
きは、出力電圧と効率が大幅に低下する。
５に示した従来の圧電トランスにおいて、結合振動の無
い長さ振動モードで励振しようとした場合、幅と長さの
比を４倍以上にする必要があり、２次側の電極間距離が
大きくなり、制動容量Ｃｄ2 の値が小さくなる。したが
って、図４のタイプの圧電トランスでは、負荷抵抗ＲL
が大きい時に、出力電圧が大きくなり、効率も高くな
る。一方、この圧電トランスの負荷抵抗ＲLが小さいと
きは、出力電圧と効率が大幅に低下する。
【００１３】図４に示した従来の圧電トランスの構造に
おいて、２次側の制動容量Ｃｄ2 の値を大きくしようと
すると、２次側の電極間距離を短くするか、圧電セラミ
ックス矩形板の厚さを厚くする必要がある。しかし、圧
電セラミックス矩形板の厚さを厚くすることは、１次側
の制動容量Ｃｄ1 の値が小さくなり、出力電圧の低下を
招くことになり、２次側の電極間距離を短くすること
は、圧電セラミックス矩形板の幅を小さくしないと結合
振動を生じさせることになり、幅を小さくするとまた２
次側の制動容量Ｃｄ2 が小さくなり、設計の自由度は極
めて狭いものであった。
おいて、２次側の制動容量Ｃｄ2 の値を大きくしようと
すると、２次側の電極間距離を短くするか、圧電セラミ
ックス矩形板の厚さを厚くする必要がある。しかし、圧
電セラミックス矩形板の厚さを厚くすることは、１次側
の制動容量Ｃｄ1 の値が小さくなり、出力電圧の低下を
招くことになり、２次側の電極間距離を短くすること
は、圧電セラミックス矩形板の幅を小さくしないと結合
振動を生じさせることになり、幅を小さくするとまた２
次側の制動容量Ｃｄ2 が小さくなり、設計の自由度は極
めて狭いものであった。
【００１４】本発明の目的は以上に示した従来の圧電ト
ランスの欠点を除去し、比較的小さな負荷抵抗に適し、
しかも、圧電セラミックス矩形板の寸法電極寸法を変化
させることにより、広い範囲の負荷抵抗の変化に容易に
対応可能な圧電トランスを提供することを目的としてい
る。
ランスの欠点を除去し、比較的小さな負荷抵抗に適し、
しかも、圧電セラミックス矩形板の寸法電極寸法を変化
させることにより、広い範囲の負荷抵抗の変化に容易に
対応可能な圧電トランスを提供することを目的としてい
る。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、圧電セ
ラミックス矩形板の一方の端面から該圧電セラミックス
矩形板の長さのおよそ２分の１の領域を厚さ方向に分極
し、残りの２分の１の領域を幅方向に分極し、前記厚さ
方向に分極した領域に、厚さ方向に対向する第１の対向
電極１２および１３を形成し、前記幅方向に分極した領
域の両側面あるいは上下面の少なくとも一方の面上で両
側面近傍に圧電セラミックス矩形板の長さ方向に平行な
対向する第２の対向電極１４および１５を形成し、前記
第１の対向電極１２および１３を１次側、前記第２の対
向電極１４および１５を２次側としたことを特徴とする
圧電トランスを得ることができる。
ラミックス矩形板の一方の端面から該圧電セラミックス
矩形板の長さのおよそ２分の１の領域を厚さ方向に分極
し、残りの２分の１の領域を幅方向に分極し、前記厚さ
方向に分極した領域に、厚さ方向に対向する第１の対向
電極１２および１３を形成し、前記幅方向に分極した領
域の両側面あるいは上下面の少なくとも一方の面上で両
側面近傍に圧電セラミックス矩形板の長さ方向に平行な
対向する第２の対向電極１４および１５を形成し、前記
第１の対向電極１２および１３を１次側、前記第２の対
向電極１４および１５を２次側としたことを特徴とする
圧電トランスを得ることができる。
【００１６】また、本発明によれば、前記圧電セラミッ
クス矩形板の前記第１の対向電極１２および１３を設け
た側の端面から、その長さの４分の１の距離において、
前記第１の対向電極１２および１３の一方の電極の一部
が除去され、代りに帰還用の電極が形成された構成とな
っていることを特徴とする、請求項１の圧電トランスを
得ることができる。
クス矩形板の前記第１の対向電極１２および１３を設け
た側の端面から、その長さの４分の１の距離において、
前記第１の対向電極１２および１３の一方の電極の一部
が除去され、代りに帰還用の電極が形成された構成とな
っていることを特徴とする、請求項１の圧電トランスを
得ることができる。
【００１７】また、本発明によれば、前記圧電セラミッ
クス矩形板の側面に形成した第２の対向電極１４および
１５の一部を、それぞれ側面電極が形成された側の前記
圧電セラミックス矩形板の端面からほぼ４分の１の位置
から前記圧電セラミックス矩形板の上面あるいは下面に
延長し、この延長部をリード引出部としたことを特徴と
する請求項１に記載の圧電トランスを得ることができ
る。
クス矩形板の側面に形成した第２の対向電極１４および
１５の一部を、それぞれ側面電極が形成された側の前記
圧電セラミックス矩形板の端面からほぼ４分の１の位置
から前記圧電セラミックス矩形板の上面あるいは下面に
延長し、この延長部をリード引出部としたことを特徴と
する請求項１に記載の圧電トランスを得ることができ
る。
【００１８】さらに、本発明によれば、前記第１の対向
電極１２および１３と前記第２の対向電極１４および１
５のそれぞれの長さを前記圧電セラミックス矩形板の異
なる端面から矩形板の長さの４分の１の２位置をそれぞ
れ中心に長さの１０分の３から１０分の４の長さとした
ことを特徴とする請求項１，２および３のいずれかに記
載の圧電トランスを得ることができる。
電極１２および１３と前記第２の対向電極１４および１
５のそれぞれの長さを前記圧電セラミックス矩形板の異
なる端面から矩形板の長さの４分の１の２位置をそれぞ
れ中心に長さの１０分の３から１０分の４の長さとした
ことを特徴とする請求項１，２および３のいずれかに記
載の圧電トランスを得ることができる。
【００１９】以下本発明について図面を用いて詳しく説
明する。
明する。
【００２０】
【実施例】図１は本発明の圧電トランスの１実施例の構
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の一方の端面から前記圧電セラミックス矩形板の長
さのおよそ２分の１の領域のほぼ全面に厚さ方向に対向
する第１の対向電極１２および電極１３を形成し、残り
の２分の１の領域の両側面に、第２の対向電極１４，１
５が形成されている。図１の圧電セラミックス矩形板は
その半分の領域で第１の対向電極１２および１３により
厚さ方向に分極され、残り半分の領域で第２の対向電極
１４および１５により、幅方向に分極されている。分極
方向を白抜矢印で示す。図１において、第１の対向電極
１２および１３を１次側として、圧電セラミックス矩形
板１１の１波長共振モードの共振周波数にほぼ等しいい
周波数の電圧を印加すると、逆圧電効果により圧電セラ
ミックス矩形板１１は長さ方向に共振する。このとき第
２の対向電極１４および１５を２次側とすると、圧電横
効果により、電極１４−１５間に出力電圧を発生する。
このようにして圧電トランスを構成することができる。
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の一方の端面から前記圧電セラミックス矩形板の長
さのおよそ２分の１の領域のほぼ全面に厚さ方向に対向
する第１の対向電極１２および電極１３を形成し、残り
の２分の１の領域の両側面に、第２の対向電極１４，１
５が形成されている。図１の圧電セラミックス矩形板は
その半分の領域で第１の対向電極１２および１３により
厚さ方向に分極され、残り半分の領域で第２の対向電極
１４および１５により、幅方向に分極されている。分極
方向を白抜矢印で示す。図１において、第１の対向電極
１２および１３を１次側として、圧電セラミックス矩形
板１１の１波長共振モードの共振周波数にほぼ等しいい
周波数の電圧を印加すると、逆圧電効果により圧電セラ
ミックス矩形板１１は長さ方向に共振する。このとき第
２の対向電極１４および１５を２次側とすると、圧電横
効果により、電極１４−１５間に出力電圧を発生する。
このようにして圧電トランスを構成することができる。
【００２１】図１に示した圧電トランスでは、例えば、 １）圧電セラミックス矩形板の厚さを薄く変化させる
と、１次側の制動容量が大きくなり、同時に２次側の制
動容量の値は小さくなる。
と、１次側の制動容量が大きくなり、同時に２次側の制
動容量の値は小さくなる。
【００２２】逆に厚さを厚くした場合は、１次側の制動
容量が小さくなり、同時に２次側の制動容量の値は大き
くなる。
容量が小さくなり、同時に２次側の制動容量の値は大き
くなる。
【００２３】２）圧電セラミックス矩形板の幅を小さく
変化させると、１次側の制動容量が小さくなり、同時に
２次側の制動容量の値は大きくなる。
変化させると、１次側の制動容量が小さくなり、同時に
２次側の制動容量の値は大きくなる。
【００２４】逆に幅を大きくした場合は、１次側の制動
容量が大きくなり、同時に２次側の制動容量の値は小さ
くなる。
容量が大きくなり、同時に２次側の制動容量の値は小さ
くなる。
【００２５】このように、用途に合わせて、最適の設計
が可能となる。
が可能となる。
【００２６】表１に厚さ１．０ｍｍ、長さ４０ｍｍの圧
電セラミックス矩形板を用いて図１に示す構造の圧電ト
ランスを構成した場合の特性例を示す。
電セラミックス矩形板を用いて図１に示す構造の圧電ト
ランスを構成した場合の特性例を示す。
【００２７】
【表１】
【００２８】なお、側面に設けた第２の対向電極１４，
１５のリード線を取り付けるために、図１に点線で示す
ように、第２の対向電極１４，１５の一部を圧電セラミ
ックス矩形板１１の上面（下面でも良い）に延長してリ
ード取付部１４ａ，１５ａを形成しても良い。なお、こ
のリード取付部１４ａ，１５ａの位置は、振動の節の位
置となるのが好ましいので、圧電セラミックス矩形板１
１の長さ方向において、第２の対向電極１４，１５が設
けられている方の端面から、矩形板１１の長さの１／４
の距離の点とすると良い。
１５のリード線を取り付けるために、図１に点線で示す
ように、第２の対向電極１４，１５の一部を圧電セラミ
ックス矩形板１１の上面（下面でも良い）に延長してリ
ード取付部１４ａ，１５ａを形成しても良い。なお、こ
のリード取付部１４ａ，１５ａの位置は、振動の節の位
置となるのが好ましいので、圧電セラミックス矩形板１
１の長さ方向において、第２の対向電極１４，１５が設
けられている方の端面から、矩形板１１の長さの１／４
の距離の点とすると良い。
【００２９】図２は本発明の圧電トランスの他の実施例
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の一方の端面から前記圧電セラミックス矩形板
の長さのおよそ２分の１の領域のほぼ全面に厚さ方向に
対向する第１の対向電極１２および１３を形成し、残り
の２分の１の領域の上下面の内の少なくとも一方の面上
で両側面の近傍に、長さ方向と平行な第２の対向電極１
４′および１５′が形成されている。図２の圧電セラミ
ックス矩形板はその半分の領域で第１の対向電極１２お
よび１３により厚さ方向に分極され、残りの半分の領域
で第２の対向電極１４′および１５′により幅方向に分
極されている。図２において、第１の対向電極１２およ
び１３を１次側として、圧電セラミックス矩形板１１の
１波長共振モードの共振周波数にほぼ等しいい周波数の
電圧を印加すると、逆圧電横効果により圧電セラミック
ス矩形板１１は長さ方向に共振する。このとき第２の対
向電極１４′および１５′を２次側とすると、圧電横効
果により、電極１４′−１５′間に出力電圧を発生す
る。このようにして圧電トランスを構成することができ
る。
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の一方の端面から前記圧電セラミックス矩形板
の長さのおよそ２分の１の領域のほぼ全面に厚さ方向に
対向する第１の対向電極１２および１３を形成し、残り
の２分の１の領域の上下面の内の少なくとも一方の面上
で両側面の近傍に、長さ方向と平行な第２の対向電極１
４′および１５′が形成されている。図２の圧電セラミ
ックス矩形板はその半分の領域で第１の対向電極１２お
よび１３により厚さ方向に分極され、残りの半分の領域
で第２の対向電極１４′および１５′により幅方向に分
極されている。図２において、第１の対向電極１２およ
び１３を１次側として、圧電セラミックス矩形板１１の
１波長共振モードの共振周波数にほぼ等しいい周波数の
電圧を印加すると、逆圧電横効果により圧電セラミック
ス矩形板１１は長さ方向に共振する。このとき第２の対
向電極１４′および１５′を２次側とすると、圧電横効
果により、電極１４′−１５′間に出力電圧を発生す
る。このようにして圧電トランスを構成することができ
る。
【００３０】図２の場合も図１の場合とほぼ同様の作用
をするため、ほぼ同じ効果を得ることができる。
をするため、ほぼ同じ効果を得ることができる。
【００３１】図３は本発明の他の実施例の構造を示す斜
視図であり、図２に示した構造の圧電トランスにさら
に、自励発振回路を構成するための帰還電極１６を付加
したものである。図６に示すように第１の対向電極のう
ちの一方の電極１２の一部を圧電セラミックス矩形板１
１の端面からその長さの４分の１の位置で除去し、その
後に帰還電極１６を形成することにより実現したもので
ある。
視図であり、図２に示した構造の圧電トランスにさら
に、自励発振回路を構成するための帰還電極１６を付加
したものである。図６に示すように第１の対向電極のう
ちの一方の電極１２の一部を圧電セラミックス矩形板１
１の端面からその長さの４分の１の位置で除去し、その
後に帰還電極１６を形成することにより実現したもので
ある。
【００３２】図１および図２の説明は、圧電セラミック
ス板の分極に用い電極をそのままトランスの電極として
用いた場合について行ったが、あらかじめ電極１２，１
３の領域を厚さ方向に分極しておき、電極１４，１５あ
るいは１４′，１５′が対向する領域も予め幅方向に分
極しておき、後から、電極１２−１５あるいは１２′−
１５′を設けても同様の作用、効果を得ることができ
る。
ス板の分極に用い電極をそのままトランスの電極として
用いた場合について行ったが、あらかじめ電極１２，１
３の領域を厚さ方向に分極しておき、電極１４，１５あ
るいは１４′，１５′が対向する領域も予め幅方向に分
極しておき、後から、電極１２−１５あるいは１２′−
１５′を設けても同様の作用、効果を得ることができ
る。
【００３３】さらに、本発明の圧電トランでは、圧電横
効果の振動を効率良く励振できる電極寸法範囲として知
られている、振動の節の点を中心に２分の１波長の長さ
の６０％から８０％の範囲で、１次側および２次側それ
ぞれの電極の寸法を変化させることが可能であり、最適
な負荷抵抗の範囲をさらに広くすることができる。
効果の振動を効率良く励振できる電極寸法範囲として知
られている、振動の節の点を中心に２分の１波長の長さ
の６０％から８０％の範囲で、１次側および２次側それ
ぞれの電極の寸法を変化させることが可能であり、最適
な負荷抵抗の範囲をさらに広くすることができる。
【００３４】具体的に言えば、第１の対向電極１２，１
３は、圧電セラミックス矩形板の電極１２，１３を設け
た側の端面から、矩形板の長さの１／４の距離（図１の
ａ）の点を中心に矩形板の長さの３／１０から４／１０
に渡る長さ（図１のｂ）に選ぶのが良い。第２の対向電
極１４，１５あるいは１４′，１５′も矩形板の反対側
の端面からその長さの１／４の距離（図１のａ）の点を
中心に矩形板の長さの３／１０から４／１０に渡る長さ
（図１のｂ）に選ぶと良い。
３は、圧電セラミックス矩形板の電極１２，１３を設け
た側の端面から、矩形板の長さの１／４の距離（図１の
ａ）の点を中心に矩形板の長さの３／１０から４／１０
に渡る長さ（図１のｂ）に選ぶのが良い。第２の対向電
極１４，１５あるいは１４′，１５′も矩形板の反対側
の端面からその長さの１／４の距離（図１のａ）の点を
中心に矩形板の長さの３／１０から４／１０に渡る長さ
（図１のｂ）に選ぶと良い。
【００３５】
【発明の効果】以上示したように、本発明によれば、圧
電セラミックス矩形板の長さを一定（共振周波数一定）
の状態で、厚さおよび幅、さらには電極の寸法を変化さ
せることにより、１次側および２次側の制動容量の値を
幅広く変化させることが可能であり、広い負荷抵抗範囲
の用途に対して、所望の出力電圧を効率良く発生させる
ことが可能な圧電トランスを得ることが可能となり、実
用的な効果は非常に大きい。
電セラミックス矩形板の長さを一定（共振周波数一定）
の状態で、厚さおよび幅、さらには電極の寸法を変化さ
せることにより、１次側および２次側の制動容量の値を
幅広く変化させることが可能であり、広い負荷抵抗範囲
の用途に対して、所望の出力電圧を効率良く発生させる
ことが可能な圧電トランスを得ることが可能となり、実
用的な効果は非常に大きい。
【図１】本発明の圧電トランスの１実施例の構造概略
図。
図。
【図２】本発明の圧電トランスの他の実施例の構造概略
図。
図。
【図３】本発明の圧電トランスの他の実施例の構造概略
図。
図。
【図４】従来の圧電トランスの構造の概略を示す斜視
図。
図。
【図５】従来の圧電トランスの動作説明図。
【図６】圧電トランスの一般的な電気的等価回路図。
１，１１ 圧電セラミックス矩形板 ２ 入力電極 ３ アース電極 ４ 端面電極（出力電極） １２，１３ 第１の対向電極 １４，１４′，１５，１５′ 第２の対向電極 １６ 帰還電極
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年８月９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００４】圧電トランスの電気的な等価回路は図６の
ように表わされる。図６（ａ）は、それぞれの変成比φ
1 およびφ2 の１次側および２次側の電気−機械変換の
変成器を含む場合であり、ｍ，ｓ，ｒはそれぞれ、機械
振動系の等価質量、等価スティフネスおよび等価抵抗で
ある。また、Ｃｄ1 およびＣｄ2 はそれぞれ、１次側お
よび２次側の制動容量である。さらに、ＲL は負荷抵抗
である。図６（ｂ）は図６（ａ）の回路を１次側から見
た場合の等価回路である。図６（ｂ）において、等価回
路の各定数は下記数１で与えられる。
ように表わされる。図６（ａ）は、それぞれの変成比φ
1 およびφ2 の１次側および２次側の電気−機械変換の
変成器を含む場合であり、ｍ，ｓ，ｒはそれぞれ、機械
振動系の等価質量、等価スティフネスおよび等価抵抗で
ある。また、Ｃｄ1 およびＣｄ2 はそれぞれ、１次側お
よび２次側の制動容量である。さらに、ＲL は負荷抵抗
である。図６（ｂ）は図６（ａ）の回路を１次側から見
た場合の等価回路である。図６（ｂ）において、等価回
路の各定数は下記数１で与えられる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００６】図６の（ｂ）の等価回路における等価直列
インダクタンスＬ、等価直列キャパシタンスＣ，２次側
の制動容量Ｃｄ´2 の直列回路の共振周波数で励振する
と等価直列インダクタンスＬの端子電圧と等価直列キャ
パシタンスＣと２次側の制動容量Ｃｄ´2 の直列接続し
た合計のキャパシタンスの端子には、それぞれ（１）式
で与えられる振幅で振動の極性の逆の出力電圧が発生す
る。
インダクタンスＬ、等価直列キャパシタンスＣ，２次側
の制動容量Ｃｄ´2 の直列回路の共振周波数で励振する
と等価直列インダクタンスＬの端子電圧と等価直列キャ
パシタンスＣと２次側の制動容量Ｃｄ´2 の直列接続し
た合計のキャパシタンスの端子には、それぞれ（１）式
で与えられる振幅で振動の極性の逆の出力電圧が発生す
る。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００８】したがって、圧電トランスの出力電圧は
（１）式で表わされる入力電圧のＱm倍の電圧が、等価
直列キャパシタタンスＣと２次側の制動容量Ｃｄ´2 と
で分圧された電圧となる。したがって、高い出力電圧を
得るためには、（２）式で表される２次側の容量比γ2
の値が小さいことが要求される。
（１）式で表わされる入力電圧のＱm倍の電圧が、等価
直列キャパシタタンスＣと２次側の制動容量Ｃｄ´2 と
で分圧された電圧となる。したがって、高い出力電圧を
得るためには、（２）式で表される２次側の容量比γ2
の値が小さいことが要求される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正内容】
【０００９】
【数３】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正内容】
【００１４】本発明の目的は以上に示した従来の圧電ト
ランスの欠点を除去し、比較的小さな負荷抵抗に適し、
しかも、圧電セラミックス矩形板の寸法、電極寸法を変
化させることにより、広い範囲の負荷抵抗の変化に容易
に対応可能な圧電トランスを提供することを目的として
いる。
ランスの欠点を除去し、比較的小さな負荷抵抗に適し、
しかも、圧電セラミックス矩形板の寸法、電極寸法を変
化させることにより、広い範囲の負荷抵抗の変化に容易
に対応可能な圧電トランスを提供することを目的として
いる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２０】
【実施例】図１は本発明の圧電トランスの１実施例の構
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の一方の端面から前記圧電セラミックス矩形板の長
さのおよそ２分の１の領域のほぼ全面に厚さ方向に対向
する第１の対向電極１２および電極１３を形成し、残り
の２分の１の領域の両側面に、第２の対向電極１４，１
５が形成されている。図１の圧電セラミックス矩形板は
その半分の領域で第１の対向電極１２および１３により
厚さ方向に分極され、残り半分の領域で第２の対向電極
１４および１５により、幅方向に分極されている。分極
方向を白抜矢印で示す。図１において、第１の対向電極
１２および１３を１次側として、圧電セラミックス矩形
板１１の１波長共振モードの共振周波数にほぼ等しい周
波数の電圧を印加すると、逆圧電効果により圧電セラミ
ックス矩形板１１は長さ方向に共振する。このとき第２
の対向電極１４および１５を２次側とすると、圧電横効
果により、電極１４−１５間に出力電圧を発生する。こ
のようにして圧電トランスを構成することができる。
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の一方の端面から前記圧電セラミックス矩形板の長
さのおよそ２分の１の領域のほぼ全面に厚さ方向に対向
する第１の対向電極１２および電極１３を形成し、残り
の２分の１の領域の両側面に、第２の対向電極１４，１
５が形成されている。図１の圧電セラミックス矩形板は
その半分の領域で第１の対向電極１２および１３により
厚さ方向に分極され、残り半分の領域で第２の対向電極
１４および１５により、幅方向に分極されている。分極
方向を白抜矢印で示す。図１において、第１の対向電極
１２および１３を１次側として、圧電セラミックス矩形
板１１の１波長共振モードの共振周波数にほぼ等しい周
波数の電圧を印加すると、逆圧電効果により圧電セラミ
ックス矩形板１１は長さ方向に共振する。このとき第２
の対向電極１４および１５を２次側とすると、圧電横効
果により、電極１４−１５間に出力電圧を発生する。こ
のようにして圧電トランスを構成することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３２】図１および図２の説明は、圧電セラミック
ス板の分極に用いた電極をそのままトランスの電極とし
て用いた場合について行ったが、あらかじめ電極１２，
１３の領域を厚さ方向に分極しておき、電極１４，１５
あるいは１４′，１５′が対向する領域も予め幅方向に
分極しておき、後から、電極１２−１５あるいは１２′
−１５′を設けても同様の作用、効果を得ることができ
る。
ス板の分極に用いた電極をそのままトランスの電極とし
て用いた場合について行ったが、あらかじめ電極１２，
１３の領域を厚さ方向に分極しておき、電極１４，１５
あるいは１４′，１５′が対向する領域も予め幅方向に
分極しておき、後から、電極１２−１５あるいは１２′
−１５′を設けても同様の作用、効果を得ることができ
る。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３３】さらに、本発明の圧電トランスでは、圧電
横効果の振動を効率良く励振できる電極寸法範囲として
知られている、振動の節の点を中心に２分の１波長の長
さの６０％から８０％の範囲で、１次側および２次側そ
れぞれの電極の寸法を変化させることが可能であり、最
適な負荷抵抗の範囲をさらに広くすることができる。
横効果の振動を効率良く励振できる電極寸法範囲として
知られている、振動の節の点を中心に２分の１波長の長
さの６０％から８０％の範囲で、１次側および２次側そ
れぞれの電極の寸法を変化させることが可能であり、最
適な負荷抵抗の範囲をさらに広くすることができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正内容】
【図６】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塩谷 太志 宮城県仙台市太白区郡山六丁目７番１号 株式会社トーキン内
Claims (4)
- 【請求項１】 圧電セラミックス矩形板の一方の端面か
ら該圧電セラミックス矩形板の長さのおよそ２分の１の
領域を厚さ方向に分極し、残りの２分の１の領域を幅方
向に分極し、前記厚さ方向に分極した領域に、厚さ方向
に対向する第１の対向電極１２および１３を形成し、前
記幅方向に分極した領域の両側面あるいは上下面の少な
くとも一方の面上で両側面近傍に圧電セラミックス矩形
板の長さ方向に平行な対向する第２の対向電極１４およ
び１５を形成し、前記第１の対向電極１２および１３を
１次側、前記第２の対向電極１４および１５を２次側と
したことを特徴とする圧電トランス。 - 【請求項２】 前記圧電セラミックス矩形板の前記第１
の対向電極１２および１３を設けた側の端面から、その
長さの４分の１の距離において、前記第１の対向電極１
２および１３の一方の電極の一部が除去され、代りに帰
還用の電極が形成された構成となっていることを特徴と
する、請求項１の圧電トランス。 - 【請求項３】 前記圧電セラミックス矩形板の側面に形
成した第２の対向電極１４および１５の一部を、それぞ
れ側面電極が形成された側の前記圧電セラミックス矩形
板の端面からほぼ４分の１の位置から前記圧電セラミッ
クス矩形板の上面あるいは下面に延長し、この延長部を
リード引出部としたことを特徴とする請求項１に記載の
圧電トランス。 - 【請求項４】 前記第１の対向電極１２および１３と前
記第２の対向電極１４および１５のそれぞれの長さを前
記圧電セラミックス矩形板の異なる端面から矩形板の長
さの４分の１の２位置をそれぞれ中心に長さの１０分の
３から１０分の４の長さとしたことを特徴とする請求項
１，２および３のいずれかに記載の圧電トランス。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16563694A JP3398848B2 (ja) | 1994-07-18 | 1994-07-18 | 圧電トランス |
| EP95111237A EP0693789A3 (en) | 1994-07-18 | 1995-07-18 | Piezoelectric transformer with primary and secondary electrodes isolated from each other and voltage converters using the same |
| CN95115028A CN1082257C (zh) | 1994-07-18 | 1995-07-18 | 压电变压器及采用该变压器的电压变换装置 |
| KR1019950021723A KR100325648B1 (ko) | 1994-07-18 | 1995-07-18 | 압전트랜스를이용한전압변환장치 |
| US08/707,144 US5777425A (en) | 1994-07-18 | 1996-09-03 | Voltage converter for use with a piezoelectric transformer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16563694A JP3398848B2 (ja) | 1994-07-18 | 1994-07-18 | 圧電トランス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0832133A true JPH0832133A (ja) | 1996-02-02 |
| JP3398848B2 JP3398848B2 (ja) | 2003-04-21 |
Family
ID=15816133
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16563694A Expired - Fee Related JP3398848B2 (ja) | 1994-07-18 | 1994-07-18 | 圧電トランス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3398848B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9833351B2 (en) | 2007-02-19 | 2017-12-05 | Spidertech Inc. | Precut adhesive body support articles and support system |
-
1994
- 1994-07-18 JP JP16563694A patent/JP3398848B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9833351B2 (en) | 2007-02-19 | 2017-12-05 | Spidertech Inc. | Precut adhesive body support articles and support system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3398848B2 (ja) | 2003-04-21 |
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