JPH09116202A

JPH09116202A - 圧電トランス

Info

Publication number: JPH09116202A
Application number: JP7268448A
Authority: JP
Inventors: Futoshi Shiotani; 太志塩谷; Katsunori Kumasaka; 克典熊坂; Tetsuo Yoshida; 哲男吉田
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1995-10-17
Filing date: 1995-10-17
Publication date: 1997-05-02

Abstract

(57)【要約】【課題】幅方向振動の影響を受けずに高い昇圧比を得
られる圧電トランスを提供する。【解決手段】圧電セラミックスから成る矩形板１１の
長さ方向の共振モードを利用した圧電トランスである。
矩形板１１の長さ方向についておよそ３分の１である第
１の領域（Ｌ₁₁）には、厚さ方向に対向する第１の電極
対１２ａおよび１２ｂを形成している。残りのおよそ３
分の２である第２の領域（Ｌ₁₂）には、さらにそのおよ
そ半分である第２の一方および他方の領域（Ｌ₁₂₁、Ｌ
₁₂₂）にそれぞれ、幅方向に対向し、かつ各々電気的に
独立した第２の電極対１３ａおよび１３ｂと第３の電極
対１４ａおよび１４ｂを形成している。第１の領域を厚
さ方向に分極して１次側としている。第２の一方および
他方の領域を、各々幅方向の同じ向きに分極すると共
に、第２ならびに第３の電極対１３ａおよび１３ｂなら
びに１４ａおよび１４ｂを電気的に直列に接続して２次
側としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電セラミックス
から成る矩形板の長さ方向の共振モードを利用した圧電
トランスに関し、特に、液晶ディスプレイのバックライ
ト点灯用や複写機のトナー帯電用などの用途に適した圧
電トランスに関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電振動子を応用したデバイスとして圧
電トランスが知られている。現在、圧電トランスに用い
る振動子としてセラミックやニオブ酸リチウム単結晶を
用いることが多い。図５を参照すると、一般的な構造を
呈する従来の圧電トランス５０では、圧電セラミックス
から成る矩形板（圧電振動子）５１の表面に、それぞれ
電気的信号を入力、出力できる入力対向電極５２ａおよ
び５２ｂと出力対向電極５３ａおよび５３ｂとが形成さ
れている。また、圧電トランスとしての特性は、共振先
鋭度Ｑに大きく依存するが、例えばＱの大きなニオブ酸
リチウム単結晶を用いた圧電トランスでは、５００以上
の昇圧比を得ることが可能である。即ち、入力電圧２Ｖ
時の出力電圧は、１ｋＶ以上である。

【０００３】ところが、ニオブ酸リチウム単結晶等を用
いた圧電トランスは、Ｑが大きく、大きな昇圧比を得る
ことが可能である反面、その入出力電極の矩形板に対す
る位置が規定されるため、製品としての汎用性に劣る。
よって、汎用性に優れる製品を得る目的からは、分極方
向次第で入出力電極を種々の形態でもって構成できる多
結晶の圧電セラミックスを用いた圧電トランスの製品化
が要求されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】液晶ディスプレイのバ
ックライトや複写機のトナー帯電器など、大きな電流値
は必要としないが、１ｋＶ程度の高電圧を必要とする機
器は数多くある。

【０００５】一般に、多結晶の圧電セラミックスを用い
た圧電トランスは、単体では昇圧比が数十程度と低いた
め、トランス前段に昇圧用の巻線トランスやコイルが必
要であった。さらに、近年、入力電圧の低電圧化が要望
されており、従来の圧電トランスでは十分な昇圧が得ら
れない可能性が有る。

【０００６】さらに、２次側電極を圧電セラミックス矩
形板の両側面に形成し、幅方向に分極した構造で長さ方
向の振動を利用する従来の圧電トランスにおいて、高い
昇圧比を得るためには、圧電トランスの長さに対する幅
の比を大きくしなければならない。しかし、長さ方向の
振動が幅方向の振動の影響を受け、特性が劣化するとい
う問題のために、幅を広くするのには限界があり、設計
の自由度が限られていた。

【０００７】本発明の課題は、幅方向振動の影響を受け
ずに高い昇圧比を得られる圧電トランスを提供すること
である。

【０００８】本発明の他の課題は、幅方向の小形化を特
に可能とした圧電トランスを提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、圧電セ
ラミックスから成る矩形板の長さ方向の共振モードを利
用した圧電トランスにおいて、前記矩形板の長さ方向に
ついておよそ３分の１である第１の領域には、厚さ方向
に対向する第１の電極対を形成し、残りのおよそ３分の
２である第２の領域には、さらにそのおよそ半分である
第２の一方および他方の領域にそれぞれ、幅方向に対向
し、かつ各々電気的に独立した第２の電極対および第３
の電極対を形成し、前記第１の領域を厚さ方向に分極し
て１次側とし、前記第２の一方および他方の領域を、各
々幅方向の同じ向きに分極すると共に、前記第２および
第３の電極対を電気的に直列に接続して２次側としたこ
とを特徴とする圧電トランスが得られる。

【００１０】本発明によればまた、圧電セラミックスか
ら成る矩形板の長さ方向の共振モードを利用した圧電ト
ランスにおいて、前記矩形板の長さ方向についておよそ
３分の１である第１の領域には、厚さ方向に対向する第
１の電極対を形成し、残りのおよそ３分の２である第２
の領域には、さらにそのおよそ半分である第２の一方お
よび他方の領域にそれぞれ、幅方向に対向し、かつ各々
電気的に独立した第２の電極対および第３の電極対を形
成し、前記第１の領域を厚さ方向に分極して１次側と
し、前記第２の一方および他方の領域を、幅方向の互い
に逆向きに分極すると共に、前記第２および第３の電極
対を電気的に直列に接続して２次側としたことを特徴と
する圧電トランスが得られる。

【００１１】

【作用】本発明では、複数の出力電極を形成し、各々の
出力電極同士を接続することにより、所望の高出力電圧
を容易に得ることが可能である。また、従来の圧電トラ
ンスに比べて、圧電トランスの幅を狭くすることが可能
となり、設計の自由度が広がる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態による圧電トランスを説明する。

【００１３】［実施の形態１］図１は、本発明の実施の
形態１による圧電トランスの構成を示す斜視図である。
図１において、本形態による圧電トランス１０は、圧電
セラミックスから成り、長さ（全長＝Ｌ₁₀）、幅、およ
び厚さを持つ矩形板１１の長さ方向の共振モードを利用
した圧電トランスであり、矩形板１１の長さ方向につい
ておよそ３分の１である第１の領域（長さＬ₁₁）には、
厚さ方向に対向する第１の電極対１２ａおよび１２ｂが
形成されている。残りのおよそ３分の２である第２の領
域（長さＬ₁₂）には、さらにそのおよそ半分である第２
の一方（長さＬ₁₂₁）ならびに他方（長さＬ₁₂₂）の領
域にそれぞれ、幅方向に対向し、かつ各々電気的に独立
した第２の電極対１３ａおよび１３ｂならびに第３の電
極対１４ａおよび１４ｂが形成されている。

【００１４】さらに、第１の領域は、厚さ方向に分極
（矢印Ｐ₁₁）され、１次側とされている。第２の一方お
よび他方の領域は、各々幅方向の同じ向きに分極（矢印
Ｐ₁₂₁、Ｐ₁₂₂）されている。さらに、電極１３ｂと電
極１４ａとの間が電気的に接続されることにより、第２
の電極対１３ａおよび１３ｂと第３の電極対１４ａおよ
び１４ｂとが電気的に直列に接続され、第２の一方およ
び他方の領域が２次側とされている。即ち、電極１３ａ
および電極１４ｂは、２次側の電極である。尚、２次側
の構成に関しては、電極１３ａ−電極１４ｂ間を電気的
に接続して電極１３ｂ、電極１４ａを出力端子として
も、同様の動作をなす。

【００１５】さて、以上説明した構造の圧電トランス１
０の１次側電極に矩形板１１の３／２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、矩
形板１１は長さ方向に振動する。この時、２次側の電極
１３ａおよび１４ｂ間には、圧電横効果により高電圧を
発生する。また、振動の節となる位置は、矩形板１１の
長さ方向の端面から１／６、３／６、および５／６の３
箇所に存在し、電極形成部分に振動の節が存在するた
め、振動の節からのリード取出しが可能である。

【００１６】圧電トランス１０の具体的な寸法として
は、従来の圧電トランスの幅寸法を１／２とした長さ
（Ｌ₁₀）４０ｍｍ×幅５ｍｍ×厚さ１ｍｍである。

【００１７】圧電トランス１０、比較例１としての上記
従来の圧電トランス、および従来の圧電トランスの幅寸
法を１／２にした比較例２の各出力電圧特性を以下の表
１に示す。

【００１８】

【表１】

【００１９】表１において、負荷抵抗は、ほぼ冷陰極管
のインピーダンスである８０ＫΩとし、入力電圧を変化
させた場合の出力電圧特性を示している。従来の圧電ト
ランスと比較して、幅寸法を１／２とした場合でもほぼ
同等の特性が得られていることがわかる。

【００２０】［実施の形態２］図２は、本発明の実施の
形態２による圧電トランスの構成を示す斜視図である。
図２において、本形態による圧電トランス２０は、圧電
トランス１０と同様に、圧電セラミックスから成る矩形
板２１（全長＝Ｌ₂₀）の長さ方向の共振モードを利用し
た圧電トランスであり、矩形板２１の長さ方向について
およそ３分の１である第１の領域（長さＬ₂₁には、厚さ
方向に対向する第１の電極対２２ａおよび２２ｂが形成
されている。残りのおよそ３分の２である第２の領域
（長さＬ₂₂には、さらにそのおよそ半分である第２の一
方（長さＬ₂₂₁）ならびに他方（長さＬ₂₂₂）の領域に
それぞれ、幅方向に対向し、かつ各々電気的に独立した
第２の電極対２３ａおよび２３ｂならびに第３の電極対
２４ａおよび２４ｂが形成されている。さらに、第１の
領域は、厚さ方向に分極（矢印Ｐ₂₁）され、１次側とさ
れている。本形態では、第２の一方および他方の領域
は、各々幅方向の互いに逆向きに分極（矢印Ｐ₂₂₁、Ｐ
₂₂₂）されている。電極２３ｂと電極２４ｂとの間が電
気的に接続されることにより、第２の電極対２３ａおよ
び２３ｂと第３の電極対２４ａおよび２４ｂとが電気的
に直列に接続され、第２の一方および他方の領域が２次
側とされている。即ち、電極２３ａおよび電極２４ａ
は、２次側の電極である。尚、２次側の構成に関して
は、電極２３ａ−電極２４ａ間を電気的に接続して電極
２３ｂ、電極２４ｂを出力端子としても、同様の動作を
なす。

【００２１】さて、以上説明した構造の圧電トランス２
０の１次側電極に矩形板２１の３／２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、矩
形板２１は長さ方向に振動する。この時、この時、２次
側の電極２３ａと電極２４ａとの間には、圧電横効果に
より高電圧を発生する。また、振動の節となる位置は、
矩形板２１の長さ方向の端面から１／６、３／６、５／
６の３箇所に存在し、電極形成部分に振動の節が存在す
るため振動の節からのリード取り出しが可能である。

【００２２】圧電トランス２０の具体的な寸法として
は、従来の圧電トランスの幅寸法を１／２とした長さ
（Ｌ₂₀）４０ｍｍ×幅５ｍｍ×厚さ１ｍｍである。

【００２３】圧電トランス２０、比較例１としての上記
従来の圧電トランス、および従来の圧電トランスの幅寸
法を１／２にした比較例２の各出力電圧特性を以下の表
２に示す。

【００２４】

【表２】

【００２５】表２において、負荷抵抗は、ほぼ冷陰極管
のインピーダンスである８０ＫΩとし、入力電圧を変化
させた場合の出力電圧特性を示している。従来の圧電ト
ランスと比較して、幅寸法を１／２とした場合でもほぼ
同等の特性が得られていることがわかる。

【００２６】［実施の形態３および４］本発明において
は、第２の一方の領域と第２の他方の領域とが、図３お
よび４に示した実施の形態３および４のごとく、長さ方
向に連続していなくともよい。即ち、これら実施の形態
では、第２の一方の領域と第２の他方の領域との間に、
第１の領域が存在している。

【００２７】図３において、実施の形態３による圧電ト
ランス３０は、圧電セラミックスから成る矩形板３１
（全長＝Ｌ₃₀）の長さ方向についておよそ３分の１であ
り、かつほぼ中央の第１の領域（長さＬ₃₁）には、厚さ
方向に対向する第１の電極対３２ａおよび３２ｂが形成
されている。残りの第２の一方（長さＬ₃₂₁）ならびに
他方（長さＬ₃₂₂）の領域にそれぞれ、幅方向に対向
し、かつ各々電気的に独立した第２の電極対３３ａおよ
び３３ｂならびに第３の電極対３４ａおよび３４ｂが形
成されている。即ち、第２の一方の領域と第２の他方の
領域はどちらも、第１の領域の残りであり、全長Ｌ₃₀の
およそ３分の１であり、両者を合わせて第２の領域と考
える。そして、第１の領域は厚さ方向に分極（矢印
Ｐ₃₁）され、１次側とされている。一方、第２の一方お
よび他方の領域は、圧電トランス１０と同様に、各々幅
方向の同じ向きに分極（矢印Ｐ₃₂₁、Ｐ₃₂₂）されてい
る。さらに、電極３３ｂと電極３４ａとの間が電気的に
接続されることにより、第２の電極対３３ａおよび３３
ｂと第３の電極対３４ａおよび３４ｂとが電気的に直列
に接続され、第２の一方および他方の領域が２次側とさ
れている。即ち、電極３３ａおよび電極３４ｂは、２次
側の電極である。尚、２次側の構成に関しては、電極３
３ａ−電極３４ｂ間を電気的に接続して電極３３ｂ、電
極３４ａを出力端子としても、同様の動作をなす。

【００２８】図４において、実施の形態４による圧電ト
ランス４０は、圧電セラミックスから成る矩形板４１
（全長＝Ｌ₄₀）の長さ方向についておよそ３分の１であ
り、かつほぼ中央の第１の領域（長さＬ₄₁）には、厚さ
方向に対向する第１の電極対４２ａおよび４２ｂが形成
されている。残りの第２の一方（長さＬ₄₂₁）ならびに
他方（長さＬ₄₂₂）の領域にそれぞれ、幅方向に対向
し、かつ各々電気的に独立した第２の電極対４３ａおよ
び４３ｂならびに第３の電極対４４ａおよび４４ｂが形
成されている。即ち、第２の一方の領域と第２の他方の
領域はどちらも、第１の領域の残りであり、全長Ｌ₄₀の
およそ３分の１であり、両者を合わせて第２の領域と考
える。そして、第１の領域は厚さ方向に分極（矢印Ｐ4
1）され、１次側とされている。一方、第２の一方およ
び他方の領域は、圧電トランス２０と同様に、各々幅方
向の互いに逆向きに分極（矢印Ｐ₄₂₁、Ｐ₄₂₂）されて
いる。さらに、電極４３ｂと電極４４ｂとの間が電気的
に接続されることにより、第２の電極対４３ａおよび４
３ｂと第３の電極対４４ａおよび４４ｂとが電気的に直
列に接続され、第２の一方および他方の領域が２次側と
されている。即ち、電極４３ａおよび電極４４ａは、２
次側の電極である。尚、２次側の構成に関しては、電極
４３ａ−電極４４ａ間を電気的に接続して電極４３ｂ、
電極４４ｂを出力端子としても、同様の動作をなす。

【００２９】

【発明の効果】本発明による圧電トランスは、圧電セラ
ミックスから成る矩形板の長さ方向についておよそ３分
の１である第１の領域には、厚さ方向に対向する第１の
電極対を形成し、残りのおよそ３分の２である第２の領
域には、さらにそのおよそ半分である第２の一方および
他方の領域にそれぞれ、幅方向に対向し、かつ各々電気
的に独立した第２の電極対および第３の電極対を形成
し、第１の領域を厚さ方向に分極して１次側とし、第２
の一方および他方の領域を、幅方向に分極すると共に、
第２および第３の電極対を電気的に直列に接続して２次
側としたため、高い出力電圧を容易に得ることが可能で
あり、設計の自由度が広がると共に、圧電トランスの幅
方向の小形化が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１による圧電トランスを示
す斜視図である。

【図２】本発明の実施の形態２による圧電トランスを示
す斜視図である。

【図３】本発明の実施の形態３による圧電トランスを示
す斜視図である。

【図４】本発明の実施の形態４による圧電トランスを示
す斜視図である。

【図５】従来例による圧電トランスを示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１０、２０、３０、４０、５０圧電トランス１１、２１、３１、４１、５１矩形板１２ａ、２２ａ、３２ａ、４２ａ、５２ａ１次側の電
極１２ｂ、２２ｂ、３２ｂ、４２ｂ、５２ｂ１次側の電
極１３ａ、２３ａ、３３ａ、４３ａ、５３ａ２次側の電
極１３ｂ、２３ｂ、３３ｂ、４３ｂ、５３ｂ２次側の電
極１４ａ、２４ａ、３４ａ、４４ａ２次側の電極１４ｂ、２４ｂ、３４ｂ、４４ｂ２次側の電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電セラミックスから成る矩形板の長さ
方向の共振モードを利用した圧電トランスにおいて、前
記矩形板の長さ方向についておよそ３分の１である第１
の領域には、厚さ方向に対向する第１の電極対を形成
し、残りのおよそ３分の２である第２の領域には、さら
にそのおよそ半分である第２の一方および他方の領域に
それぞれ、幅方向に対向し、かつ各々電気的に独立した
第２の電極対および第３の電極対を形成し、前記第１の
領域を厚さ方向に分極して１次側とし、前記第２の一方
および他方の領域を、各々幅方向の同じ向きに分極する
と共に、前記第２および第３の電極対を電気的に直列に
接続して２次側としたことを特徴とする圧電トランス。
【請求項２】圧電セラミックスから成る矩形板の長さ
方向の共振モードを利用した圧電トランスにおいて、前
記矩形板の長さ方向についておよそ３分の１である第１
の領域には、厚さ方向に対向する第１の電極対を形成
し、残りのおよそ３分の２である第２の領域には、さら
にそのおよそ半分である第２の一方および他方の領域に
それぞれ、幅方向に対向し、かつ各々電気的に独立した
第２の電極対および第３の電極対を形成し、前記第１の
領域を厚さ方向に分極して１次側とし、前記第２の一方
および他方の領域を、幅方向の互いに逆向きに分極する
と共に、前記第２および第３の電極対を電気的に直列に
接続して２次側としたことを特徴とする圧電トランス。