JPH0878751A - 圧電セラミックトランス - Google Patents

圧電セラミックトランス

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JPH0878751A
JPH0878751A JP6207734A JP20773494A JPH0878751A JP H0878751 A JPH0878751 A JP H0878751A JP 6207734 A JP6207734 A JP 6207734A JP 20773494 A JP20773494 A JP 20773494A JP H0878751 A JPH0878751 A JP H0878751A
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JP
Japan
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piezoelectric ceramic
electrodes
pair
transformer
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JP6207734A
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English (en)
Inventor
Junichi Toyoda
準一 豊田
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧電素子セラミック素体の長さL及び厚さT
のL/Tを大きくすることなく、昇圧比の大きい圧電セ
ラミックトランスを得る。 【構成】 偏平な直方体状の圧電セラミック素体1の第
1の電極2及び3側は厚さT方向に対向した主面に形成
し、第2の電極8及び9を圧電セラミック素体1の左右
側面に形成して、長さL方向に分極P1 させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はセラミック(磁器)を用
いたコイル不用の圧電セラミックトランスに係わり、特
に圧電セラミック素体の長手方向にのみ分極を行った圧
電セラミックトランスに関する。
【0002】
【従来の技術】従来からローゼン(Rosen)型圧電
セラミックトランスは高電圧電源を得る方法としてトラ
ンジスタテレビ受像機等に広く利用されている。この圧
電セラミックトランスは図6に示す様に、長さ2Lm
m、幅Wmm、厚さTmmの偏平な直方体状の圧電セラ
ミック素体1の上下面(2L×W面)の長さ2L方向の
略2L/2=L位置まで1次側の入力電極2及び3を形
成し、同じく右側面(W×T面)に出力電極6を形成
し、入力側は厚さT方向にP1 の様に分極し、出力側は
長さ2Lの半分のLにP2 の様に分極させる。これら、
各電極2及び3並びに6は夫々入出力端子4及び5並び
に7に接続され、入力端子4及び5間に入力電圧を供給
することで出力端子7及び5間に出力電圧が得られる様
に成されている。
【0003】上述の構成で入力電圧が供給される入力側
を低インピーダンスと成し、出力電圧が得られる出力側
を高インピーダンスにすれば、共振時にはインピーダン
ス比の平方根に等しい変圧比が得られる。
【0004】即ち、変圧比(Vout /Vin)は次の
(1)式の様に表される。 Vout /Vin∝k31・k33・Qm ・L/T ‥‥ (1) ここで、K31:横効果の結合係数、k33:縦効果の結合
係数、Qm :機械品質係数、L及びTは圧電セラミック
素体1の長さ及び厚さである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来構成で説明
した圧電セラミックトランスは上述の(1)式から解る
様に変圧比を大きく(或は入力電圧を低減)するにはk
31,k33,Qm 等の各係数が一定であるためL/Tを大
きくすればよい。然し、L/Tを大きくするためにはL
を大きくするかTを小さくすることになり、Lを大きく
すれば当然圧電セラミックトランスが大型化する、又、
Tを小さくすれば当然薄くなり、機械的強度出力で問題
があった。
【0006】本発明は叙上の問題点を解消するために成
されたもので、その目的とするところは従来構成と同一
形状でもより高い変圧比(昇圧比及び降圧比)が得られ
る新規な圧電セラミックトランスを得ようとするもので
ある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の圧電セラミック
トランスはその例が図1に示されている様に偏平な長方
形状の圧電セラミック素体1の上下主面1a及び1bの
厚み方向に対向して形成した第1の1対の電極2及び3
と、圧電セラミック素体1の長手方向の側面1c及び1
dに形成した第2の1対の電極8及び9とを有し、長手
方向の側面1c及び1dに形成した第2の1対の電極8
及び9間に直流電圧を印加して長手方向に分極を行なっ
て成るものである。
【0008】
【作用】本発明によれば圧電セラミック素体の長さL及
び厚さT、即ちL/Tを大きくすることなく、極めて、
大きな変圧比の圧電セラミックトランスを得ることが可
能となる。
【0009】
【実施例】以下、図1乃至図3について本発明の一実施
例の昇圧型の圧電セラミックトランスを説明する。図1
は本発明の圧電セラミックトランス10の全体の斜視
図、図2は図1の圧電セラミックトランスの分極説明
図、図3は本発明と従来構成の圧電セラミックトランス
の入出力特性図を示すものである。尚、従来構成で説明
した圧電セラミックトランスとの対応部分には同一符号
を付して示してある。
【0010】図1で圧電セラミック素体1は長さ2Lm
m、幅Wmm、厚さTmmの薄板状の偏平な略々直方体
状と成される。その材料としては機械品質係数の大きい
PZTセラミックスが選択される。
【0011】この圧電セラミック素体1の上下主面(2
L×W面)1a及び1bに長さ2Lの略々中心位置に所
定長L1 ×幅Wの第1の1対の電極2及び3を形成す
る。本例の昇圧用の圧電セラミックトランス10では、
この第1の1対の電極が1次側の入力電極と成される。
又、圧電セラミック素体1の左右側面1c及び1dには
第2の1対の電極8及び9を形成する。これら第2の1
対の電極8及び9は本例では2次側の出力電極と成さ
れ、これら電極は圧電セラミック素体1上にAgベース
ト等で焼付けられる。
【0012】更に、第2の1対の電極8及び9間に直流
電圧を印加して圧電セラミック素体1の長さL方向に分
極P1 を施す。これらの第1及び第2の各電極2及び3
並びに8及び9は入出力端子4及び5並に6及び7に接
続され、出力端子6及び7は負荷抵抗R等を介して直列
接続され、入力端子4及び5間にAC5V〜12V程度
の入力電圧を供給することで出力端子6及び7間に昇圧
された高電圧が出力される様に成されている。
【0013】この様な圧電セラミックトランス10の電
極形成手順及び分極手順を図2を用いて説明する。
【0014】先ずセラミック素体1の原料としては機械
品質係数Qm の高いPZTセラミックスが選択される。
このPZTセラミックは例えばPbZrO3 (ジルコン
酸鉛)にPbTiO3 (チタン酸鉛)を加えて固溶体結
晶を作る際に菱面体晶系を経て正方晶系に移る相境界近
傍となる組成比で機械品質係数Qm の最大値が現われ、
温度に対しても安定なものが得られている。
【0015】この様なPZTに所定のバインダ(成形助
剤)を混合して流込み法、押出し法、プレス法等の成形
型に入れ、偏平な例えば長さ2L=24mm、幅W=6
mm、厚さT=1.5mmの偏平な直方体(板体)に形
成、焼結して図2Aの様な圧電セラミック素体1を得
る。
【0016】次に図2Bに示す様にこの圧電セラミック
素体1の上下主面1a及び1bの長手方向2Lの略々中
心位置に1対の第1の電極2及び3を形成する。この第
1の電極2及び3の大きさは昇圧比、入力容量によって
適宜定められる。図2Bでは幅Wmm×長さL1 mmに
選択されている。更に圧電セラミック素体1の左右側面
1c及び1dに第2の1対の電極8及び9を形成する。
これら第1及び第2の電極2及び3並びに8及び9はA
gベーストを圧電セラミック素体の各面に塗布して焼付
けて形成される。
【0017】又、従来の図6で説明したローゼン型の圧
電セラミックトランス10では入力側(1次側)の一方
の入力端子5(接地端子)と出力側(2次側)の一方の
出力端子5(接地端子)とは共通に成されているため1
次側と2次側を完全に絶縁した絶縁型トランスにするこ
とが出来なかったか、本例では図1で説明した様に1次
側の入力端子4及び5と2次側の出力端子6及び7は完
全に絶縁されている。そして圧電セラミック素体が絶縁
物であるから第1の1対の電極2及び3と第2の1対の
電極8及び9間の距離L2 及びL3 (図2B参照)を所
定の寸法、例えば3.2mm程度にとれば絶縁型トラン
スとして充分に機能させることが出来る。
【0018】次に図2Cに示す様に圧電セラミック素体
1の長さL方向に2次側の分極を行なう、即ち圧電セラ
ミック素体1の左側面1cに形成した出力側の第2の電
極8の一端を接地し、他方の第2の電極9に例えば、D
C25KV/cmの電圧を1時間、シリコン油槽中で供
給して矢印P1 に示す様に圧電セラミック素体1の長さ
L方向に分極を施す。
【0019】上述の場合、電極8から電極9側に向って
分極が施されているが、上述の電極へのDC供給方法を
逆にすれば電極9から電極8に向かう方向に分極が成さ
れる。
【0020】この様に第2の電極8及び9のみに分極を
施した圧電セラミック素体1の第1及び第2の1対の電
極2及び3並びに8及び9から図1の様に入出力端子4
及び5並びに6及び7に接続するリード線を接続するこ
とで、1次側の入力端子4及び5にACの1次電圧(低
圧)を供給することで2次側の出力端子6及び7間に接
続された負荷抵抗Rに昇圧された高電圧の2次電圧が誘
起される。
【0021】即ち、従来のローゼン型の圧電セラミック
トランスの様に圧電セラミック素体1の長さ2Lの略々
半分Lまでは厚さT方向に分極P1 を1次側のトランス
として利用し、残りの半分のLを長さ方向に分極P2
ているため、圧電セラミック素体1の全長2Lの半分の
Lしか昇圧させる場合に寄与しなかったか、本例では2
次側の第2の電極8及び9間を全長2Lに亘って分極さ
せることが出来るので、従来と同一寸法のL/Tで略々
3倍〜4倍の昇圧比が得られている。
【0022】上記した本例の板状の長方形の圧電セラミ
ック素体1の長さL=24mm、幅W=6mm、厚さ
1.5mmとした圧電セラミックトランス10と、図6
に示した従来の同一寸法の圧電セラミックトランス10
に1次電圧としてAC10V〜40Vを印加したときの
昇圧された2次側出力電圧は図3の入出力特性図に示す
様に略々3〜4倍の値を示している。即ち、図3で横軸
は1次側のAC入力電圧(Vrms)を縦軸は2次側の
昇圧されたAC出力電圧(Vrms)を示し、直線11
が本例の入出力特性であり、直線12が従来の入出力特
性を示している。
【0023】尚、上述の実施例では昇圧型の圧電セラミ
ックトランス10を説明したが、降圧用の圧電セラミッ
クトランス10として利用する場合にも本例では大きな
降圧比の得られる圧電セラミックトランスの提供が可能
である。
【0024】図4は降圧型の圧電セラミックトランス1
0の例を示すもので、例えばDC−DCコンバータ等に
利用可能である。圧電セラミック素体1及び第1及び第
2の電極2おらび3並びに8及び9と、分極P1 は図1
と同一構成であり、本発明の実施例では第1の電極2及
び3が2次側の出力端子6及び7に接続され、第2の電
極8及び9が1次側の入力端子4及び5に接続され図1
と入出力部が逆になる様に接続させたものである。
【0025】上述の説明では圧電セラミック素体1を所
定の厚さTを有する様に構成し、単体として用いたが複
数枚の薄い圧電セラミック素体1をラミネートさせる様
にしてもよい。即ち、図5A〜5Eに示す様に薄く形成
した圧電セラミック素体1A〜1Dを例えば、テープキ
ャスティング法として知られているドクタブレード法等
で得る。この方法はPZTセラミックから得たテープ成
形用スリップをホッパーに流し込み、ドクタブレードで
所定厚みに成されたシートをベルト上を移動させる途中
に配設した乾燥炉で溶剤を蒸発させて、所定厚み例え
ば、200μmのセラミックグリーンシートを得て、こ
れを所定形状に打抜いて、圧電セラミック素体1A,1
B,1C,1Dを得るものである。
【0026】次にこの様な所定形状に形成した圧電セラ
ミック素体1A〜1D(以下セラミックグリーンシート
素体と記す)の主面(2L×W面)の片面に第1の電極
2A〜2Dを所定の形状に印刷する。この電極2A〜2
DとしてはAgペースト等が用いられる。セラミックグ
リーンシート素体1A〜1Dの長手方向の長さ2Lの略
々真中は図1と同様に長さL1 ×幅Wの第1の電極2が
形成される。本例の場合は図1の様に反対の主面の電極
3の様な1対の電極を形成しない。セラミックグリーン
シート素体1A〜1Dの左右の側面には8A〜8D及び
9A〜9Dの様に第2の電極が形成される。
【0027】第1の片面にのみ形成した電極2A〜2D
には交互にAg−ベーストが付着されていない半円部1
3A〜13Dが形成されている。この様な電極2A〜2
Dの形成されたセラミックグリーンシート素体1A〜1
Dを所定枚数(図5では4枚であるが実際には10枚程
度)積層する。
【0028】次に、ラミネートされたセラミックグリー
ンシート素体1A〜1Dを熱圧着又は接着剤で貼着して
一体化して図5Eの様な圧電セラミックトランスを得
る。
【0029】最終的には第1の電極2A〜2DをAg等
の導体パターン14A及び14Bで互に並列接続される
様に成す。
【0030】この様に積層化し、入力側(出力側)電極
2A〜2Dを並列接続させた圧電セラミックトランスと
成せば更に昇圧比を上げ、入力電圧を低減出来るものが
得られる。
【0031】上述の各構成では圧電セラミック素体を偏
平な長方形状と成したが、これらは偏平な長さを有する
所定形状の円を含む多角形状と成し得ることは明らかで
ある。
【0032】
【発明の効果】本発明の圧電セラミックトランスによれ
ば従来の圧電セラミックトランスと同一形状寸法即ちL
/Tを有していながら二次電圧は略3〜4倍の昇圧比
(降圧比)のものが得られ、圧電セラミック素体の長さ
Lを大きくしたり厚さTを薄くする必要がないので機械
的強度を下げずに高(低)出力電圧の圧電セラミックト
ランスを得ることができる。又、複数枚の薄い圧電セラ
ミック素体を積層し、並列接続させることで低い(高
い)入力電圧で高い(低い)出力電圧が容易に得られ、
絶縁型圧電セラミックトランスが構成出来る等の効果を
有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す圧電セラミックトラン
スの斜視図である。
【図2】本発明の圧電セラミックトランスの電極及び分
極手順を示す説明図である。
【図3】本発明と従来の圧電セラミックトランスの入出
力特性図である。
【図4】本発明の他の実施例を示す圧電セラミックトラ
ンスの斜視図である。
【図5】本発明の他の圧電セラミックトランスの組立説
明図である。
【図6】従来の圧電セラミックトランスの原理的説明図
である。
【符号の説明】
1 圧電セラミック素子 2,3 第1の電極 8,9 第2の電極 P1 分極方向

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 偏平な長方形状の圧電セラミック素体の
    上下主面の厚み方向に対向して形成した第1の1対の電
    極と、 上記圧電セラミック素体の長手方向の側面に形成した第
    2の1対の電極とを有し、 上記長手方向の側面に形成した第2の1対の電極間に直
    流電圧を印加して長手方向に分極を行なって成ることを
    特徴とする圧電セラミックトランス。
  2. 【請求項2】 前記第1及び第2の1対の電極が形成さ
    れた圧電セラミック素体を積層し、該第1の1対の電極
    を互に並列接続して成ることを特徴とする請求項1記載
    の圧電セラミックトランス。
  3. 【請求項3】 前記第1の1対の電極を入力(1次)電
    極とし、前記第2の1対の電極を出力(2次)電極とし
    て昇圧用トランスとして用いることを特徴とする請求項
    1又は請求項2記載の圧電セラミックトランス。
  4. 【請求項4】 前記第1の1対の電極を出力(2次)電
    極とし、前記第2の1対の電極を入力(1次)電極とし
    て降圧用トランスとして用いることを特徴とする圧電セ
    ラミックトランス。
JP6207734A 1994-08-31 1994-08-31 圧電セラミックトランス Pending JPH0878751A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100317186B1 (ko) * 1999-11-08 2001-12-24 손동준 압전 세라믹 변압기 및 이를 이용하여 냉 음극 형광등을구동하기 위한 회로
KR100456714B1 (ko) * 1998-11-18 2004-11-10 다이요 유덴 가부시키가이샤 압전 트랜스포머

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