JPH09275230A

JPH09275230A - 圧電トランス

Info

Publication number: JPH09275230A
Application number: JP8082791A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Shimoda; 康生下田; Yasuo Yamamoto; 泰夫山本; Hiroshi Endo; 博遠藤; Shigeru Sadamura; 茂定村
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1996-04-04
Filing date: 1996-04-04
Publication date: 1997-10-21

Abstract

(57)【要約】【目的】リード線の接続が容易で、しかも剥離等の問
題を生じない圧電トランスを提供する。【構成】矩形平板状のローゼン型圧電トランスにおい
て、端面上に形成される出力電極が、該端面に隣接する
主面又は側面に延長された延長電極を有し、該延長電極
の長さが前記圧電トランス全長の２０％以下である圧電
トランス。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は電圧変換に用いら
れる圧電トランスに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、検討されてきた圧電トランスは図
１６に示す如く、矩形平板状の圧電体素子の表裏一対の
主面の片側半分に入力電極を形成し、この入力電極から
遠い側の素子端面に出力電極を形成し、一対の入力電極
間、及び入力電極と出力電極の間にそれぞれ直流高電圧
を印加し分極して構成されるものが主流であった。この
ような構成の圧電トランスのことを、一般にローゼン型
の圧電トランスと称している。図１６の中の素子内部の
矢印は分極の方向を示している。ローゼン型の圧電トラ
ンスにおいては、出力電極の形成される領域は、図１６
に示す如く一般に素子の端面の全面に限られ、出力電極
が端面以外の面上、例えば主面上に廻り込み延長されて
形成されることはまれである。出力電極を素子端面上の
みに形成する場合、一般には出力電極にリード線の末端
を半田付けすることにより、出力電極と外部回路間の電
気的接続を行なうことが多い。入出力電極は、一般的に
は銀ペースト等を素子に塗布し焼付けることによって形
成されている。

【０００３】ローゼン型の圧電トランスで出力電極が端
面以外の領域に形成されている例としては、例えば、特
開平７−７９０２７号公報に示されている例が挙げられ
る。この構成を図１７に示すが、あらかじめ発電部の節
領域に引出電極を設けておき、発電部を分極したのちに
連結電極を形成して出力電極と引出電極を電気的に接続
し、この引出電極を導体に固定することによって圧電ト
ランス素子と外部回路の間の電気的接続を実現してい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術において出
力電極を素子端面上のみに形成する場合、素子の厚みは
比較的薄く端面の面積は小さいので、リード線の末端を
出力電極に半田付けすることは容易な作業とはいえな
い。また、同様の理由により、広い範囲にわたってリー
ド線と出力電極の間を半田付けすることは困難であり、
圧電トランスを長期間使用する場合、この接合部におい
てリード線の断線または素子からの出力電極の剥離が生
じるおそれがある。

【０００５】一方、特開平７−７９０２７号公報の例で
は、出力電極から振動の節にいたる連結電極が素子の表
面に設けられており、振動しない節部分から外部に電気
的接続がなされるためリード線は不要であり、断線等の
心配はない。しかし、同公報の実施例に明記されている
ように、この例においては、最初、出力電極と引出電極
を形成し、その後発電部側を分極したのちあらためて連
結電極を形成しており、素子を分極したのちにもう一度
電極形成の工程が必要となり、工程が複雑となるという
問題点がある。本発明は、リード線の接続が容易で、し
かも剥離等の問題を生じない圧電トランスを提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、半波長振動モ
ードまたは一波長振動モードで駆動される、矩形平板状
の単層型または積層型のローゼン型圧電トランスにおい
て、その一方の端面上に形成されるところの出力電極
が、該矩形平板の出力部の主面の上に、もしくは主面及
び側面の上に形成された延長電極と連続して一体に形成
されており、該延長電極の長さが前記圧電トランス全長
の２０％以下としたものである。また、この延長電極お
よび出力電極を形成したのちに、延長電極及び入力電極
と、出力電極の間を分極することによって構成される圧
電トランスである。

【０００７】また本発明は、半波長振動モードで駆動さ
れる、矩形平板上の単層型または積層型の中央部駆動型
圧電トランスにおいて、その両端の端面上に形成される
ところの出力電極が、該矩形平板の出力部の主面の上
に、若しくは主面及び側面の上に形成された延長電極と
連続して一体に形成されており、この片側の延長電極の
長さが前記圧電トランス素子の全長の１０％以下とした
ものである。また、この延長電極および出力電極を形成
したのちに、延長電極および入力電極と、出力電極の間
を分極することによって構成される圧電トランスであ
る。

【０００８】本発明を実施することの利点を以下に述べ
る。利点の第一は、本発明によってリード線の末端を半
田付け等の手法により出力電極に接続する作業が容易と
なることである。本発明の請求範囲に記載されるところ
の延長電極は、素子の主面上に印刷等の手法により形成
されるが、この主面上には入力電極につながる延長電極
も同様の手法によって形成されている。入力電極にリー
ド線末端を半田付けする作業は半田付けロボット等によ
って行われるが、入力電極と同一の面上にある延長電極
に対するリード線の半田付けも、ロボットの動作を入力
電極についてと同様に操作することによって容易に実施
することが出来る。延長電極のない、出力電極が端面上
のみに形成されている従来の電極構造では、半田ゴテと
糸ハンダを保持しているロボットの動作は三次元的によ
り複雑な動きとなり、半田付けを施している間の素子の
保持固定方法についても工夫が必要となる。

【０００９】利点の第二は、出力端に延長電極を形成す
ることにより、ローゼン型圧電トランスの電力変換効率
が改善されることである。常識的には出力電極を端面上
のみに限定したほうが効率が良いように思われる。しか
し、実際に延長電極を主面上に形成し効率を測定してみ
ると、素子の全長Ｌに対する延長電極Ｌｅの長さの比率
（Ｘ＝Ｌｅ／Ｌ）がある一定の範囲内にある時、延長電
極を設けない場合に比べ効率はむしろ改善されることが
判明した。この比率の範囲は、半波長または一波長振動
モードのローゼン型圧電トランスの場合２０％以下であ
る。一方、延長電極の長さを長くしていくと昇圧比は次
第に低下する傾向が見られる。しかし、圧電トランスを
積層化することによって昇圧比は大幅に改善、調整する
ことが可能であり、本発明を実施する上で大きな障害に
はならない。

【００１０】半波長振動モードの中央部駆動型圧電トラ
ンスにおいては、この延長電極は素子の二つの端面の出
力電極に連結して形成され、素子全体としての電極構成
は左右対称となる事が望ましい。この種の素子について
実験を行ったところ、延長電極を主面上に形成すること
による効率の改善は明瞭なものではないことが判明し
た。しかし、片側の延長電極の長さが素子全長の１０％
以下であれば、延長電極を設けることによる効率の低下
は顕著ではないという結果を得た。従って、中央部駆動
型の場合でも、出力電極へのリード線の接続を容易にす
るため延長電極を設けて差し支えない。

【００１１】

【実施例】本発明に係る第１実施例の斜視図を図１に示
す。この圧電トランス素子１の出力端の拡大図を図１３
に示した。この実施例は、単層のローゼン型圧電トラン
ス素子１であり、その主面２の片側に入力電極３が形成
されている。この主面２の裏面も同様であり、この対向
する平面を主面とする。また、一方の端面には出力電極
４が形成され、その出力電極４は、主面２に延長された
延長電極５が形成されている。この端面では、末端の主
面両面に銀の微粒子入りのペーストを塗布し、さらにこ
の塗布領域に隣接している端面上にも同じペーストを塗
布し焼付けることにより、端面上の出力電極４と、それ
に連続し一体となった延長電極５を形成した。入力電極
３及び出力電極４にそれぞれリード線６を半田付けした
のち、駆動部及び発電部に直流高電圧を印可して分極す
ることにより圧電トランスは完成する。この出力電極４
へのリード線６の半田付けは、延長電極５部分で行なっ
た。このローゼン型圧電トランスは単層であり、半波長
モードで駆動されるため、リード線は振動の節となる素
子中央部にハンダ付けされている。圧電トランスの材質
はＰＺＴ系のセラミックスである。（以下の他の実施例
においても同一材質を使用した。）この圧電トランス素子１の大きさは３４×５．５×１．
０ｔ（ｍｍ）であり、延長電極の長さＬｅを変えた場合
の昇圧比（出力電圧／入力電圧）と電力変換効率をそれ
ぞれ図２、図３に示した。測定回路は図１５に示した。
負荷抵抗ＲＬは９８．９ｋΩであり、出力電圧が最大と
なる共振周波数において昇圧比と効率を求めた。この実
施例では、圧電トランス素子の全長Ｌ（３４ｍｍ）に対
して、延長電極の長さＬｅが４ｍｍのときが一番効率が
良かった。また、７ｍｍ（２１％）になると効率がダウ
ンした。

【００１２】本発明に係る第２実施例の斜視図を図４に
示す。なお、同様の部材には第１実施例と同一符号を付
す。この実施例は、積層型の圧電トランス素子であり、
半波長モードで駆動され、９層の積層型である。積層型
の為、入力電極３の各層間の接続用の連結電極７が側面
に形成されている。この一層あたりの厚みは１３０μｍ
であり、素子全体の大きさは２４×５×１．２ｔ（ｍ
ｍ）となる。第１実施例と同様に、延長電極の長さＬｅ
を変えた場合の昇圧比と効率を図５、図６に示した。こ
の実施例では、圧電トランス素子の全長Ｌ（２４ｍｍ）
に対して、延長電極の長さＬｅが４ｍｍのときが一番効
率が良かった。また、６ｍｍ（２５％）になると効率が
ダウンした。

【００１３】本発明に係る第３実施例の斜視図を図７に
示す。なお、同様の部材には第１実施例と同一符号を付
す。この圧電トランスは単層のローゼン型であり、一波
長振動モードで駆動される。素子の大きさは３４×５．
５×１．０ｔ（ｍｍ）である。この実施例において、延
長電極の長さＬｅを変えた場合の昇圧比と効率を図８、
図９に示す。この実施例では、圧電トランス素子の全長
Ｌ（３４ｍｍ）に対して、延長電極の長さＬｅが４ｍｍ
のときが一番効率が良かった。また、７ｍｍ（２１％）
になると効率がダウンした。

【００１４】本発明に係る第４実施例を図１０に示す。
なお、同様の部材には第１実施例と同一符号を付す。こ
の圧電トランスは、入力電極３が中央部に形成され、出
力電極４が両端に形成された積層型の中央部駆動型であ
り、半波長モードで駆動される。また、それぞれの出力
電極４には延長電極５が形成されている。この圧電トラ
ンス素子の大きさは２０×５×１．３５ｔ（ｍｍ）であ
り、１５層からなる。延長電極の長さＬｅを変えた場合
の昇圧比と効率を図１１、図１２に示す。この実施例で
は、延長電極を長くすればするほど、効率はダウンする
が、昇圧比は、２ｍｍのときに最大となった。Ｌｅが３
ｍｍ（１５％）では、効率がかなりダウンする為、使用
には適さない。

【００１５】以上、図示した例では延長電極は図１３に
示したように素子の主面の表面と裏面に形成した。しか
し、図１４に示すように、更に素子の側面に延長電極を
付加形成し分極しても効率は低下しない。さらに、素子
の主面のうちの片面のみ、例えば表側の面のみに延長電
極を形成し、裏側の面には延長電極を形成しない場合で
も、延長電極が全くない場合に比べ効率は改善される。
但し、主面上に延長電極のみを形成し端面上に出力電極
を形成しなかった場合には効率は顕著に低下する。

【００１６】

【発明の効果】本発明によれば、圧電トランス素子の主
面上に出力電極に連結した延長電極を形成することによ
り、出力電極へのリード線の接続作業を容易とすること
ができた。また、素子全長に対する延長電極の長さの比
率を特定の範囲に制限するならば、延長電極を設けない
場合に比べて電力変換効率を改善することが可能となっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施例の斜視図である。

【図２】本発明に係る第１実施例の延長電極の長さＬｅ
を変えた場合の昇圧比である。

【図３】本発明に係る第１実施例の延長電極の長さＬｅ
を変えた場合の電力変換効率である。

【図４】本発明に係る第２実施例の斜視図である。

【図５】本発明に係る第２実施例の延長電極の長さＬｅ
を変えた場合の昇圧比である。

【図６】本発明に係る第２実施例の延長電極の長さＬｅ
を変えた場合の電力変換効率である。

【図７】本発明に係る第３実施例の斜視図である。

【図８】本発明に係る第３実施例の延長電極の長さＬｅ
を変えた場合の昇圧比である。

【図９】本発明に係る第３実施例の延長電極の長さＬｅ
を変えた場合の電力変換効率である。

【図１０】本発明に係る第４実施例の斜視図である。

【図１１】本発明に係る第４実施例の延長電極の長さＬ
ｅを変えた場合の昇圧比である。

【図１２】本発明に係る第４実施例の延長電極の長さＬ
ｅを変えた場合の電力変換効率である。

【図１３】本発明に係る圧電トランス素子１の出力端の
拡大図である。

【図１４】本発明に係る圧電トランス素子１の出力端の
拡大図である。

【図１５】本発明に係る測定回路である。

【図１６】従来例の斜視図である。

【図１７】別の従来例の平面図である。

【符号の説明】

１圧電トランス素子２主面３入力電極４出力電極５延長電極６リード線７連結電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者定村茂鳥取県鳥取市南栄町33番地12号日立金属株式会社鳥取工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】矩形平板状のローゼン型圧電トランスに
おいて、端面上に形成される出力電極が、該端面に隣接
する主面又は側面に延長された延長電極を有し、該延長
電極の長さが前記圧電トランス全長の２０％以下である
ことを特徴とする圧電トランス。
【請求項２】矩形平板状のローゼン型圧電トランスに
おいて、端面上に形成される出力電極が、該端面に隣接
する主面又は側面に延長された延長電極を有し、該延長
電極が形成された後分極された構成であることを特徴と
する圧電トランス。
【請求項３】半波長振動モードで駆動される矩形平板
状の圧電体の主面の中央部に入力電極を形成した単層型
または積層型の中央部駆動型圧電トランスにおいて、そ
の両端の端面上に形成される出力電極が、該矩形平板の
出力部の主面の上に、もしくは主面及び側面の上に形成
された延長電極と圧電トランス素子表面上で電気的に接
続されており、この片側の延長電極の長さが前記圧電ト
ランス素子の全長の１０％以下であることを特徴とする
圧電トランス。
【請求項４】半波長振動モードで駆動される矩形平板
状の圧電体の主面の中央部に入力電極を形成した単層型
または積層型の中央部駆動型圧電トランスにおいて、そ
の両端の端面上に形成される出力電極が、該矩形平板の
出力部の主面の上に、もしくは主面及び側面の上に形成
された延長電極と圧電トランス素子表面上で電気的に接
続されており、この延長電極および出力電極を形成した
のちに、延長電極および入力電極と出力電極の間を分極
することによって構成されることを特徴とする圧電トラ
ンス。