JPH10308544A - Piezoelectric transformer - Google Patents

Piezoelectric transformer

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JPH10308544A
JPH10308544A JP9118388A JP11838897A JPH10308544A JP H10308544 A JPH10308544 A JP H10308544A JP 9118388 A JP9118388 A JP 9118388A JP 11838897 A JP11838897 A JP 11838897A JP H10308544 A JPH10308544 A JP H10308544A
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JP
Japan
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output
input
vibrating arm
vibration
vibrating
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Withdrawn
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JP9118388A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazumasa Onishi
一正 大西
Yoshiro Tomikawa
義朗 富川
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Alps Alpine Co Ltd
Original Assignee
Alps Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric transformer which allows stable support, connection of a lead wire to a portion generating no vibration, selection of a driving frequency, and driving at a low voltage by reducing the input impedance. SOLUTION: A vibrator 10 made of piezoelectric ceramics or the like has a support 11 and vibrating arms 12a, 12b, 13. When a driving voltage is supplied to input side electrodes 14, 14, the vibrating arms 12a, 12b on both lateral sides and the vibrating arm 13 at the center generate balanced vibration, and a generated voltage is outputted from an output side electrode 15. Since the support 11 is a portion generating no vibration, it can be supported easily. Also, when a lead wire is connected to the support 11, no stress acts on the connection part. Thus, problems such as disconnection can be prevented.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電振動子を用い
た圧電トランスに係り、特に支持が容易で且つ薄型の圧
電トランスに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric transformer using a piezoelectric vibrator, and more particularly to a thin piezoelectric transformer which can be easily supported.

【0002】[0002]

【従来の技術】図8は従来の圧電トランスを示す斜視図
である。この圧電トランスは、圧電材料で形成された平
板型の振動子1の入力部2が厚み方向に分極されて、表
裏両面に入力側電極3が設けられている。この入力側電
極3に与えられる駆動電圧により、横効果モードによる
縦振動が励起される。発電部4では、端面に出力側電極
5が設けられており、縦効果モードの電気機械結合係数
により出力側電極5から、インピーダンスに応じて変圧
された電圧が取り出される。
2. Description of the Related Art FIG. 8 is a perspective view showing a conventional piezoelectric transformer. In this piezoelectric transformer, an input portion 2 of a flat plate type vibrator 1 formed of a piezoelectric material is polarized in a thickness direction, and input electrodes 3 are provided on both front and back surfaces. The drive voltage applied to the input electrode 3 excites longitudinal vibration in the transverse effect mode. In the power generation unit 4, an output-side electrode 5 is provided on an end face, and a voltage transformed according to impedance is extracted from the output-side electrode 5 by an electromechanical coupling coefficient in a longitudinal effect mode.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、図8に示す従
来の圧電トランスには、以下に示す問題点がある。 (1)振動子1全体が縦振動を発生する構造であるた
め、安定した支持が難しい。 (2)入力インピーダンスが高いため、縦振動を生じさ
せるために高い駆動電圧が必要となり、低電圧駆動がで
きない。 (3)出力側電極5が、縦振動の振幅の大きい部分に形
成されているので、この出力側電極5に接続されるリー
ド線に作用する応力が大きく、断線などが生じやすい。 (4)駆動周波数が振動子1の形状および寸法により一
義的に決められるため、駆動周波数に選択性がない。
However, the conventional piezoelectric transformer shown in FIG. 8 has the following problems. (1) Since the entire vibrator 1 has a structure that generates longitudinal vibration, stable support is difficult. (2) Since the input impedance is high, a high driving voltage is required to generate longitudinal vibration, and low-voltage driving cannot be performed. (3) Since the output-side electrode 5 is formed in a portion where the amplitude of the longitudinal vibration is large, the stress acting on the lead wire connected to the output-side electrode 5 is large, and disconnection or the like is likely to occur. (4) Since the drive frequency is uniquely determined by the shape and dimensions of the vibrator 1, there is no selectivity in the drive frequency.

【0004】本発明は上記従来の課題を解決するもので
あり、安定した支持が可能で且つ振動を生じない部分に
リード線を接続することが可能であり、且つ駆動周波数
を選択でき、さらに入力インピーダンスを低くして低電
圧での駆動も可能な圧電トランスを提供することを目的
としている。
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and it is possible to stably support and connect a lead wire to a portion where vibration does not occur. It is an object of the present invention to provide a piezoelectric transformer capable of driving at a low voltage with a low impedance.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は、圧電材料で形
成された支持体から平行に延びる入力側の振動腕および
出力側の振動腕と、前記入力側の振動腕に形成された入
力側電極と、この入力側電極に交流駆動電圧を与えて前
記各振動腕を振動させる交流駆動電源部と、前記出力側
の振動腕に形成されてインピーダンスに応じて変圧され
た発電電圧を取り出す出力側電極と、が設けられている
ことを特徴とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides an input-side vibrating arm and an output-side vibrating arm extending in parallel from a support formed of a piezoelectric material, and an input-side vibrating arm formed on the input-side vibrating arm. An electrode, an AC drive power supply unit that applies an AC drive voltage to the input side electrode to vibrate the respective vibrating arms, and an output side that is formed on the output side vibrating arm and extracts a generated voltage that is transformed according to impedance. And an electrode.

【0006】例えば、入力側電極に与えられる交流駆動
電圧によって、入力側の振動腕に、横効果モードにより
腕の延び方向に伸縮する縦振動が励起され、これにより
出力側の振動腕が同様に縦振動を生じるものであり、出
力側電極から、出力側の振動腕の縦振動により発電され
た電圧が取り出されるものとなり、
For example, the AC drive voltage applied to the input side electrode excites the input side vibrating arm to longitudinal vibration that expands and contracts in the direction in which the arm extends in the transverse effect mode, thereby causing the output side vibrating arm to likewise move. A vertical vibration is generated, and the voltage generated by the vertical vibration of the vibrating arm on the output side is extracted from the output side electrode,

【0007】あるいは、入力側電極に与えられる交流駆
動電圧によって、入力側の振動腕に、横効果モードによ
り腕の延び方向に伸縮する縦振動が励起され、これによ
り出力側の振動腕に縦振動と屈曲振動との結合振動を生
じるものであり、出力側電極から、出力側の振動腕の縦
振動により発電された電圧が取り出されるものとなる。
Alternatively, the AC drive voltage applied to the input-side electrode excites the input-side vibrating arm to longitudinal vibration that expands and contracts in the direction in which the arm extends in the transverse effect mode. And a bending vibration, and a voltage generated by the longitudinal vibration of the vibrating arm on the output side is extracted from the output side electrode.

【0008】また、出力側の振動腕の出力インピーダン
スが、入力側の振動腕の入力インピーダンスよりも高
く、出力側電極から昇圧された電圧が出力される構成と
することも可能である。
It is also possible to adopt a configuration in which the output impedance of the vibrating arm on the output side is higher than the input impedance of the vibrating arm on the input side, and a boosted voltage is output from the output side electrode.

【0009】あるいは、出力側電極の面積を大きくし
て、出力側電極から大電流の出力を得るようにすること
も可能である。
Alternatively, it is possible to increase the area of the output-side electrode to obtain a large current output from the output-side electrode.

【0010】さらに、入力側電極と出力側電極とが支持
体に延び、この支持体の部分に、前記各電極とリード線
との接続部が形成されているものとすることができる。
Further, the input side electrode and the output side electrode may extend to the support, and a connection portion between each of the electrodes and the lead wire may be formed in the support.

【0011】本発明の圧電トランスは、圧電材料により
支持体と、入力側の振動腕および出力側の振動腕とが一
体に形成された二脚音叉型または三脚音叉型あるいは四
脚以上の音叉型として構成できる。
The piezoelectric transformer of the present invention is a two-leg tuning fork type or a three-leg tuning fork type or a four-leg or more tuning fork type in which a support, a vibrating arm on the input side and a vibrating arm on the output side are integrally formed by a piezoelectric material. Can be configured as

【0012】この二脚以上の音叉型の圧電トランスは、
支持体の部分に入力と出力に直接に関与する大きな振動
が生じないため、この支持体を支持することが可能とな
り、支持固定構造を簡単にできる。特に三脚音叉型にお
いて、両側の振動腕を同じ位相で振動させ、中央の振動
腕を前記両側の振動腕と逆の位相で振動させると、全体
としてバランスのよい振動が可能となり、支持体を剛性
支持することも可能になる。
The tuning fork type piezoelectric transformer having two or more legs is
Since large vibrations directly related to input and output do not occur in the portion of the support, the support can be supported, and the support fixing structure can be simplified. In particular, in a tripod tuning fork type, if the vibrating arms on both sides are vibrated in the same phase and the center vibrating arm is vibrated in the opposite phase to the vibrating arms on both sides, a well-balanced vibration is possible as a whole, and the support is rigid. It becomes possible to support.

【0013】したがって、前記支持体に入力側電極およ
び出力側電極を延ばし、支持体の部分でリード線を各電
極に接続する構造にすると、リード線が接続されている
部分に振動および応力が作用しなくなり、または作用し
てもその大きさが小さくなる。よってリード線の接続不
良や断線が生じにくくなる。
Therefore, if the input side electrode and the output side electrode are extended on the support and the lead wire is connected to each electrode at the support, vibration and stress act on the portion where the lead wire is connected. No longer occurs, or its size is reduced even if it acts. Therefore, poor connection or disconnection of the lead wire is less likely to occur.

【0014】この圧電トランスでは、例えば入力側の振
動腕と出力側の振動腕を、同じ位相で縦方向に伸縮さ
せ、または異なる振動で縦方向に伸縮させ、あるいは振
動腕に、縦振動と屈曲振動との結合振動を生じさせるこ
とができる。この各振動モードでは、駆動周波数が互い
に相違するため、この圧電トランスは、複数の周波数で
の駆動が可能となり、駆動周波数の選択性を持たせるこ
とができる。
In this piezoelectric transformer, for example, the vibrating arm on the input side and the vibrating arm on the output side are expanded and contracted in the vertical direction at the same phase, or expanded and contracted in the vertical direction with different vibrations. Vibration coupled with vibration can be generated. In each of the vibration modes, since the driving frequencies are different from each other, the piezoelectric transformer can be driven at a plurality of frequencies, and the driving frequency can have selectivity.

【0015】また、前記結合振動では、入力インピーダ
ンスが低くなるため、低電圧駆動が可能になる。
[0015] In addition, in the coupled oscillation, since the input impedance is reduced, low-voltage driving can be performed.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】図1(A)は本発明の圧電トラン
スを示す平面図、図1(B)はその裏面図、図2は図1
(A)のII矢視の端面図、図3(A)(B)は振動モ
ードの説明図、図4は等価回路図である。図1に示す圧
電トランスの振動体10は、全体が圧電セラミックなど
の圧電材料で形成されており、支持体11と、入力側の
振動腕12a,12bおよび出力側の振動腕13とが一
体に形成されている。各振動腕12a,12bおよび1
3は、平面形状および寸法が全て同じであり、且つ互い
に平行に延びている。図2に示すように、各振動腕12
a,12bおよび13では、全て誘電分極方向が矢印で
示すように厚さ方向である。
FIG. 1A is a plan view showing a piezoelectric transformer of the present invention, FIG. 1B is a rear view thereof, and FIG.
FIG. 3A is an end view taken in the direction of the arrow II, FIGS. 3A and 3B are explanatory diagrams of the vibration mode, and FIG. 4 is an equivalent circuit diagram. The vibrating body 10 of the piezoelectric transformer shown in FIG. 1 is entirely formed of a piezoelectric material such as piezoelectric ceramic, and a support 11 and the input-side vibrating arms 12a and 12b and the output-side vibrating arm 13 are integrally formed. Is formed. Each vibrating arm 12a, 12b and 1
3 have the same planar shape and dimensions, and extend parallel to each other. As shown in FIG.
In a, 12b, and 13, the dielectric polarization direction is the thickness direction as indicated by the arrow.

【0017】図1(A)に示すように、振動体10の表
面側では、入力側の振動腕12aと12bに、比較的広
い面積の入力側電極14,14が形成されており、出力
側の振動子13には比較的狭い面積の出力側電極15が
形成されている。入力側電極14,14に一体に形成さ
れたランド部14a,14aは、支持体11の基端部に
延びている。また出力側電極15に一体に形成されたラ
ンド部15aも、支持体11の基端部に延びている。
As shown in FIG. 1A, on the surface side of the vibrating body 10, input side electrodes 14, 14 having a relatively large area are formed on the input side vibrating arms 12a and 12b. The output electrode 15 having a relatively small area is formed on the vibrator 13. The lands 14 a, 14 a formed integrally with the input electrodes 14, 14 extend to the base end of the support 11. In addition, a land portion 15 a formed integrally with the output side electrode 15 also extends to the base end of the support 11.

【0018】図1(B)に示すように、振動体10の裏
面側では、入力側の振動腕12a,12bにアース電極
16a,16aが形成されており、このアース電極16
a,16aは、前記入力側電極14,14と同じ面積
で、入力側電極14,14に対向して形成されている。
中央の出力側の振動腕13には、アース電極16bが形
成されている。このアース電極16bは、前記出力側電
極15と同じ面積で、出力側電極15に対向して形成さ
れている。また、アース電極16a,16aおよび16
bは、導体パターンで一体に形成されており、このアー
ス電極と一体に形成されたランド部16c,16cは、
支持体11の基端部に延びている。
As shown in FIG. 1B, on the back side of the vibrating body 10, ground electrodes 16a, 16a are formed on the input side vibrating arms 12a, 12b.
Reference numerals a and 16a have the same area as the input electrodes 14 and 14 and are formed to face the input electrodes 14 and 14.
A ground electrode 16b is formed on the center vibration arm 13 on the output side. The ground electrode 16b has the same area as the output electrode 15 and is formed to face the output electrode 15. Also, the ground electrodes 16a, 16a and 16
b is formed integrally with a conductor pattern, and the lands 16c, 16c formed integrally with the ground electrode are
The support 11 extends to the base end.

【0019】図2に示すように、各アース電極16a,
16aおよび16bは、ランド部16cに接続されたリ
ード線により接地電位に接続される。また交流駆動電源
部17から延びるリード線は、ランド部14a,14a
に接続され、出力側電極15と一体のランド部15aが
出力部となっており、この出力部に接続されたリード線
と接地電位との間に出力電圧Voutが得られる。
As shown in FIG. 2, each of the ground electrodes 16a,
16a and 16b are connected to the ground potential by a lead wire connected to the land 16c. The lead wires extending from the AC drive power supply unit 17 are connected to the land portions 14a, 14a.
And a land portion 15a integrated with the output side electrode 15 is an output portion, and an output voltage Vout is obtained between a lead wire connected to the output portion and a ground potential.

【0020】図4は振動体10の等価回路を示している
が、Cd1は入力側の振動腕12aと12bの制動容
量、Cd2は出力側の振動腕13の制動容量、m1,s
1,r1は、各振動腕12a,12bおよび13の等価
質量、等価スチフネス、等価共振抵抗である。またA1
は入力側の振動腕12a,12bの力定数であり、A2
は出力側の振動腕13の力定数である。
FIG. 4 shows an equivalent circuit of the vibrating body 10. Cd1 is the braking capacity of the input-side vibrating arms 12a and 12b, Cd2 is the braking capacity of the output-side vibrating arm 13, and m1 and s.
1 and r1 are the equivalent mass, equivalent stiffness and equivalent resonance resistance of each of the vibrating arms 12a, 12b and 13. A1
Is the force constant of the input side vibrating arms 12a and 12b, and A2
Is a force constant of the vibrating arm 13 on the output side.

【0021】図3(A)(B)は、図4に示す等価質量
での振動モードを示しているものであるが、交流駆動電
源部17から各入力側電極14,14に所定の周波数の
交流駆動電圧が与えられると、両側の振動腕12a,1
2bでは、横効果モードの電気機械結合係数K31による
縦振動が励起され、振動腕12aと12bが縦方向に伸
縮振動し、且つ出力側の振動腕13も伸縮振動する。図
3(A)に示す振動モードでは、両側の入力側の振動腕
12a,12bと、中央の出力側の振動腕13が逆の位
相で縦振動を生じる。例えば両側の振動腕12aと12
bが長手方向に伸びたときに中央の振動腕が縦方向に縮
む。図3(B)に示す振動モードでは、両側の振動腕1
2a,12aと、中央の振動腕13とが同時に縦方向に
伸び且つ同時に縮むように同位相の振動を生じる。この
とき、中央の出力側の振動腕13では、出力側電極15
とこれに対向するアース電極16bが小面積であるた
め、出力インピーダンスが高くなり、出力側電極15と
接地電位との間に、昇圧された電圧(Vout)が出力さ
れる。この場合に、図3(A)に示す振動モードと、図
3(B)に示す振動モードとで、振動体10の振動周波
数が相違する。
FIGS. 3A and 3B show the vibration mode at the equivalent mass shown in FIG. 4. The AC driving power supply 17 applies a predetermined frequency to each of the input electrodes 14 and 14. When an AC drive voltage is applied, the vibrating arms 12a, 1
In 2b, the longitudinal vibration due to the electromechanical coupling coefficient K31 in the transverse effect mode is excited, the vibrating arms 12a and 12b vibrate in the longitudinal direction, and the vibrating arm 13 on the output side also vibrates in the longitudinal direction. In the vibration mode shown in FIG. 3A, the input side vibrating arms 12a and 12b on both sides and the central output side vibrating arm 13 generate longitudinal vibrations in opposite phases. For example, the vibrating arms 12a and 12 on both sides
When b extends in the longitudinal direction, the central vibrating arm contracts in the vertical direction. In the vibration mode shown in FIG.
Vibrations of the same phase are generated so that 2a, 12a and the central vibrating arm 13 simultaneously extend in the vertical direction and simultaneously contract. At this time, the output side electrode 15 is
And the ground electrode 16b opposed thereto have a small area, the output impedance is increased, and a boosted voltage (Vout) is output between the output electrode 15 and the ground potential. In this case, the vibration frequency of the vibrating body 10 is different between the vibration mode shown in FIG. 3A and the vibration mode shown in FIG.

【0022】この圧電トランスの振動体10は音叉型で
あるため、支持体11の部分を支持することが可能とな
るため、図8に示すように全体が同じ状態で振動する振
動子となっているものに比べて、支持が容易である。特
に、三脚音叉型において、両側の入力側の振動腕12
a,12bとが同じ位相で振動し、中央の出力側の振動
腕13が前記各振動腕12a,12bと逆の位相で振動
するモードに設定すると、振動体10全体としてバラン
スのよい振動が発生する。また、支持体11には捻りな
どの歪みおよび実質的な振動が発生しなくなり、支持体
11の基端部を剛体で支持することも可能である。同様
に二脚音叉型においても、2つの振動腕が異なる位相で
振動するモードに設定されると、支持体11の部分を支
持しやすくなる。
Since the vibrating body 10 of this piezoelectric transformer is of a tuning fork type, it is possible to support the portion of the supporting body 11, so that the whole vibrator vibrates in the same state as shown in FIG. It is easier to support than it is. Particularly, in the case of a tripod tuning fork type, the vibrating arms 12 on both input sides are used.
a and 12b vibrate in the same phase, and the vibrating arm 13 on the central output side is set to vibrate in the opposite phase to the vibrating arms 12a and 12b. I do. Further, distortion such as torsion and substantial vibration do not occur in the support 11, and the base end of the support 11 can be supported by a rigid body. Similarly, in the two-leg tuning fork type, if the two vibrating arms are set in the mode of vibrating in different phases, the support 11 can be easily supported.

【0023】一方、図3(B)に示すように、各振動腕
12a,12bおよび13が同じ位相で振動するもので
は、支持体11にも伸び振動が発生するが、この場合に
は支持体11に振動の節が形成されるように全体の構造
を設定しておくことにより、前記節の部分で振動体10
を安定して支持することが可能になる。このように、音
叉型の振動体で構成した圧電トランスは、支持が容易で
あり、支持構造を簡単にできる。また、各電極のランド
部14a,15a,16cは、支持体11の基端部に位
置しているため、これらのランド部にリード線を接続し
たときに、リード線の接続部に応力が作用せず、リード
線の外れや断線を防止できるようになる。
On the other hand, as shown in FIG. 3B, when the vibrating arms 12a, 12b and 13 vibrate in the same phase, elongation vibration also occurs in the support 11, but in this case, the support 11 By setting the entire structure so that a node of vibration is formed at 11, the vibrating body 10
Can be stably supported. Thus, the piezoelectric transformer constituted by the tuning-fork type vibrator can be easily supported, and the supporting structure can be simplified. Since the land portions 14a, 15a, and 16c of the respective electrodes are located at the base end of the support 11, when a lead wire is connected to these land portions, stress acts on the connection portion of the lead wire. Without disconnecting, disconnection or disconnection of the lead wire can be prevented.

【0024】図5は本発明の圧電トランスを他の振動モ
ードで駆動する場合を示しており、(A)は平面図、
(B)はその端面図である。この圧電トランスの振動体
10は、図1(A)(B)に示したものと同じであり、
支持体11と、3個の平行な振動腕12a,12bおよ
び13とが、圧電セラミックなどの圧電材料で一体に形
成されている。この振動体10では、全ての振動腕12
a,12bおよび振動腕13が同じ寸法である。図5の
圧電トランスでは、中央の振動腕13が入力側であり、
両側の振動腕12a,12bが出力側となる。中央の振
動腕13に縦方向へ一次の伸縮振動αが励起されたとき
に、両側の振動腕12aと12bが、所定の振動数で、
一次の伸縮振動(縦振動)αと、片持ちによる二次の曲
げ振動βとの結合振動(複合振動)を生じるよう、各振
動腕の縦方向寸法Lと幅方向寸法Dが設定されている。
FIG. 5 shows a case where the piezoelectric transformer of the present invention is driven in another vibration mode.
(B) is an end view thereof. The vibrating body 10 of this piezoelectric transformer is the same as that shown in FIGS.
The support 11 and the three parallel vibrating arms 12a, 12b and 13 are integrally formed of a piezoelectric material such as a piezoelectric ceramic. In this vibrating body 10, all the vibrating arms 12
a, 12b and the vibrating arm 13 have the same dimensions. In the piezoelectric transformer of FIG. 5, the center vibrating arm 13 is the input side,
The vibrating arms 12a and 12b on both sides are output sides. When the primary stretching vibration α is excited in the longitudinal direction in the central vibrating arm 13, the vibrating arms 12 a and 12 b on both sides have a predetermined frequency,
The longitudinal dimension L and the width dimension D of each vibrating arm are set so as to generate a combined vibration (complex vibration) of the primary stretching vibration (longitudinal vibration) α and the cantilever secondary bending vibration β. .

【0025】図7は、振動腕12a,12bおよび13
の長さ寸法Lと幅寸法Dとの比(D/L)と振動周波数
fとの関係を示している。faは縦振動の周波数の変
化、fbは屈曲振動の周波数の変化を示している。縦振
動の周波数と屈曲振動の周波数は、D/Lが所定の値の
ときに一致する。よって、振動腕12a,12bおよび
振動腕13の寸法比D/Lが、図7の結合領域となるよ
うに設定されると、図5(A)に示す結合モードでの振
動を励起させることができる。
FIG. 7 shows the vibrating arms 12a, 12b and 13
The relationship between the ratio (D / L) of the length dimension L to the width dimension D (D / L) and the vibration frequency f is shown. fa indicates a change in the frequency of the longitudinal vibration, and fb indicates a change in the frequency of the bending vibration. The frequency of the longitudinal vibration and the frequency of the bending vibration match when D / L is a predetermined value. Therefore, when the dimensional ratio D / L of the vibrating arms 12a and 12b and the vibrating arm 13 is set to be the coupling region in FIG. 7, the vibration in the coupling mode shown in FIG. it can.

【0026】入力側である中央の振動腕13は、厚み方
向へ分極されており、表面に入力側電極(駆動側電極)
21aが、裏面にアース電極21bが形成され、前記入
力側電極21aに交流駆動電源部22から交流駆動電圧
が与えられる。出力側となる両側の振動腕12aと12
bは、幅方向に分極されている。両振動腕12aと12
bは、内側の側端面に、アース電極23a,23aが形
成され、外側の側端部には出力側電極(発電側電極)2
3b,23bが形成されており、出力側の電極23aと
23bは、両側の振動腕12a,12bにおいて幅方向
Dにて対向して形成されている。また、各出力側電極2
3b,23bに接続された出力リード線が出力端子24
と24に延びている。
The central vibrating arm 13 on the input side is polarized in the thickness direction, and has an input side electrode (drive side electrode) on its surface.
21a has a ground electrode 21b formed on the back surface thereof, and an AC drive voltage is applied to the input side electrode 21a from an AC drive power supply unit 22. The vibrating arms 12a and 12 on both sides serving as output sides
b is polarized in the width direction. Both vibrating arms 12a and 12
b, an earth electrode 23a, 23a is formed on the inner side end face, and an output side electrode (power generation side electrode) 2 is formed on the outer side end.
3b and 23b are formed, and the electrodes 23a and 23b on the output side are formed so as to face each other in the width direction D on the vibrating arms 12a and 12b on both sides. In addition, each output side electrode 2
The output lead wires connected to 3b and 23b are output terminals 24.
And 24.

【0027】交流駆動電源部22から、入力側電極21
aに所定の周波数の交流駆動電圧が与えられると、入力
部である中央の振動腕13が横効果モードの電気機械結
合係数K31で、一次の伸縮振動(縦振動)αを励起す
る。前記縦振動が所定の周波数で起きると、振動体10
全体では、両側の振動腕12aと12bが、一次の伸縮
振動(縦振動)αと、二次の屈曲振動(板面方向への曲
げ振動)βを生じ、振動腕12aと12bとでは、二次
の曲げ振動βが対称の向きで生じる。出力側である両側
の振動腕12a,12bでは、分極方向が幅方向で且つ
側端面に小面積の電極23aと23bが幅方向Dに間隔
を開けて形成されているため、出力側のインピーダンス
が高くなり、出力端子24と24には、縦効果モードの
電気機械結合係数K33により、昇圧された電圧が取り出
される。
From the AC drive power supply 22, the input side electrode 21
When an AC drive voltage of a predetermined frequency is applied to a, the central vibrating arm 13 as an input unit excites primary stretching vibration (longitudinal vibration) α with the electromechanical coupling coefficient K31 in the transverse effect mode. When the longitudinal vibration occurs at a predetermined frequency, the vibrating body 10
As a whole, the vibrating arms 12a and 12b on both sides generate primary stretching vibration (longitudinal vibration) α and secondary bending vibration (bending vibration in the plate surface direction) β, and the vibrating arms 12a and 12b The next bending vibration β occurs in a symmetric direction. In the vibrating arms 12a and 12b on both sides on the output side, the polarization direction is the width direction, and the electrodes 23a and 23b having a small area are formed on the side end faces with an interval in the width direction D. As a result, the output terminals 24 and 24 output a boosted voltage by the electromechanical coupling coefficient K33 in the longitudinal effect mode.

【0028】図6は、振動腕が縦振動と屈曲振動の結合
振動を生じているときの等価回路図を示している。Cd
1は入力側の振動腕13の制動容量、Cd2は出力側の
振動腕12a、12bの制動容量、m1,s1,r1
は、出力側の振動腕12a,12bの伸縮振動(縦振
動)モードでの等価質量、等価スチフネス、等価共振抵
抗、m1′,s1′,r1′は、振動腕12a,12b
の屈曲振動モードでの等価質量、等価スチフネス、等価
共振抵抗である。またn1とn2は、伸縮振動(縦振
動)モードと曲げ振動モードでの力係数である。この振
動体10では、振動腕の伸縮振動および曲げ振動が同じ
固有振動数で共に共振状態となるため、m1とs1、お
よびm1′とs1′は、共振により実質的に無視でき
る。よって等価共振抵抗r1とr1′によって入力側の
インピーダンスが決まる。前記等価共振抵抗r1とr
1′は並列であるため、入力側のインピーダンスが低
く、低電圧での駆動が可能となる。
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram when the vibrating arm generates a combined vibration of the longitudinal vibration and the bending vibration. Cd
1 is the braking capacity of the input-side vibrating arm 13, Cd2 is the braking capacity of the output-side vibrating arms 12a and 12b, m1, s1, r1
Is the equivalent mass, equivalent stiffness, equivalent resonance resistance, m1 ', s1', r1 'of the output side vibrating arms 12a, 12b in the stretching vibration (longitudinal vibration) mode.
Are equivalent mass, equivalent stiffness, and equivalent resonance resistance in the bending vibration mode. Further, n1 and n2 are force coefficients in a stretching vibration (longitudinal vibration) mode and a bending vibration mode. In this vibrating body 10, since the stretching vibration and the bending vibration of the vibrating arm resonate at the same natural frequency, m1 and s1 and m1 'and s1' can be substantially ignored by resonance. Therefore, the impedance on the input side is determined by the equivalent resonance resistances r1 and r1 '. The equivalent resonance resistances r1 and r
Since 1 'is in parallel, the impedance on the input side is low, and driving at a low voltage is possible.

【0029】すなわち、図5(A)(B)に示す圧電ト
ランスは、結合振動(複合振動)を用いることにより入
力インピーダンスが低く、低電圧で駆動が可能であり、
且つ昇圧率の高いものとなる。このように、本発明の音
叉型の振動体を用いた圧電トランスでは、各振動腕12
a、12bおよび13が、図3(A)に示すモードと、
図3(B)に示すモード、さらには図5(A)に示す結
合モードで振動するが、それぞれのモードで、振動周波
数が相違する。したがって、同じ構造のものであって
も、使用周波数を選択できる。
That is, the piezoelectric transformer shown in FIGS. 5A and 5B has a low input impedance and can be driven at a low voltage by using coupled vibration (complex vibration).
In addition, the boost rate is high. Thus, in the piezoelectric transformer using the tuning-fork type vibrator of the present invention, each vibrating arm 12
a, 12b and 13 are modes shown in FIG.
Vibration occurs in the mode shown in FIG. 3B and further in the coupling mode shown in FIG. 5A, but the vibration frequency differs in each mode. Therefore, the use frequency can be selected even with the same structure.

【0030】また、図1(A)(B)に示すものでは、
出力側電極15およびこれと対向するアース電極16b
の面積を変えることにより、出力側のインピーダンスを
調整でき、電極15と16bの面積を小さくすれば、高
インピーダンスとなって昇圧率を高くでき、電極15と
16bの面積を大きくすると、低インピーダンスとなっ
て、昇圧率が低くなるが、大きな電流出力を得ることが
できる。そして図5(A)に示すように、縦振動と屈曲
振動との結合振動モードを用いれば、入力インピーダン
スを低くでき、低電圧駆動が可能になる。
In the case shown in FIGS. 1A and 1B,
Output-side electrode 15 and ground electrode 16b opposed thereto
, The impedance on the output side can be adjusted. If the area of the electrodes 15 and 16b is reduced, the impedance can be increased to increase the boosting rate. If the area of the electrodes 15 and 16b is increased, the impedance can be reduced. As a result, although the boosting rate decreases, a large current output can be obtained. Then, as shown in FIG. 5A, if a combined vibration mode of longitudinal vibration and bending vibration is used, the input impedance can be reduced, and low-voltage driving can be performed.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上のように、本発明の圧電トランスで
は、支持体の部分を支持できるため、支持構造が簡単に
なる。特に三脚音叉型では、全体がバランスの良い動作
を生じるため、支持体の部分を剛体支持することも可能
である。また、前記支持体の部分で電極にリード線を接
続することにより、リード線へ作用する応力を小さくで
き、接続不良や断線が生じにくくなる。
As described above, in the piezoelectric transformer according to the present invention, since the supporting portion can be supported, the supporting structure is simplified. In particular, in the case of a tripod tuning fork type, since a well-balanced operation occurs as a whole, it is possible to rigidly support the support portion. In addition, by connecting the lead wire to the electrode at the portion of the support, the stress acting on the lead wire can be reduced, and connection failure and disconnection hardly occur.

【0032】さらに、各振動腕の振動モードにより駆動
周波数を選択することができ、また入力インピーダンス
を低くしたり、出力インピーダンスを高くすることも可
能である。
Further, the driving frequency can be selected according to the vibration mode of each vibrating arm, and the input impedance can be lowered and the output impedance can be raised.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(A)は本発明の第1の実施の形態の圧電トラ
ンスを示す平面図、(B)はその裏面図、
1A is a plan view showing a piezoelectric transformer according to a first embodiment of the present invention, FIG. 1B is a rear view thereof,

【図2】図1(A)に示す第1の実施の形態の圧電トラ
ンスのII矢視の端面図、
FIG. 2 is an end view of the piezoelectric transformer according to the first embodiment shown in FIG.

【図3】(A)(B)はそれぞれの振動腕の縦振動モー
ドを示す平面図、
FIGS. 3A and 3B are plan views showing longitudinal vibration modes of respective vibrating arms; FIGS.

【図4】図1に示す圧電トランスが縦振動で駆動される
場合の等価回路図、
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram when the piezoelectric transformer shown in FIG. 1 is driven by longitudinal vibration;

【図5】(A)は本発明の第2の実施の形態の圧電トラ
ンスの平面図、(B)はその端面図、
5A is a plan view of a piezoelectric transformer according to a second embodiment of the present invention, FIG. 5B is an end view thereof,

【図6】図5に示す圧電トランスが結合振動を生じる場
合の等価回路図、
FIG. 6 is an equivalent circuit diagram in the case where the piezoelectric transformer shown in FIG. 5 generates coupling vibration;

【図7】振動腕の縦と幅の寸法比と振動周波数との関係
を示す線図、
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the vibration frequency and the dimensional ratio of the length and width of the vibrating arm;

【図8】従来の圧電トランスの斜視図、FIG. 8 is a perspective view of a conventional piezoelectric transformer,

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 振動体 11 支持体 12a,12b,13 振動腕 14 入力側電極 14a ランド部 15 出力側電極 15a ランド部 16a,16b アース電極 16c ランド部 21a 入力側電極 21b,23a アース電極 23b 出力側電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Vibration body 11 Support body 12a, 12b, 13 Vibration arm 14 Input side electrode 14a Land part 15 Output side electrode 15a Land part 16a, 16b Earth electrode 16c Land part 21a Input side electrode 21b, 23a Earth electrode 23b Output side electrode

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 圧電材料で形成された支持体から平行に
延びる入力側の振動腕および出力側の振動腕と、前記入
力側の振動腕に形成された入力側電極と、この入力側電
極に交流駆動電圧を与えて前記各振動腕を振動させる交
流駆動電源部と、前記出力側の振動腕に形成されてイン
ピーダンスに応じて変圧された発電電圧を取り出す出力
側電極と、が設けられていることを特徴とする圧電トラ
ンス。
An input-side vibrating arm and an output-side vibrating arm extending in parallel from a support made of a piezoelectric material; an input-side electrode formed on the input-side vibrating arm; An AC drive power supply unit that applies an AC drive voltage to vibrate each of the vibrating arms, and an output-side electrode formed on the output-side vibrating arm to extract a generated voltage that is transformed according to impedance is provided. A piezoelectric transformer, characterized in that:
【請求項2】 入力側電極に与えられる交流駆動電圧に
よって、入力側の振動腕に、横効果モードにより腕の延
び方向に伸縮する縦振動が励起され、これにより出力側
の振動腕が同様に縦振動を生じるものであり、出力側電
極から、出力側の振動腕の縦振動により発電された電圧
が取り出される請求項1記載の圧電トランス。
2. An AC drive voltage applied to an input-side electrode excites a longitudinal vibration that expands and contracts in a direction in which the arm extends in a lateral effect mode on an input-side vibrating arm, thereby similarly causing an output-side vibrating arm to move. 2. The piezoelectric transformer according to claim 1, wherein a vertical vibration is generated, and a voltage generated by the vertical vibration of the output-side vibrating arm is taken out from the output-side electrode.
【請求項3】 入力側電極に与えられる交流駆動電圧に
よって、入力側の振動腕に、横効果モードにより腕の延
び方向に伸縮する縦振動が励起され、これにより出力側
の振動腕に縦振動と屈曲振動との結合振動を生じるもの
であり、出力側電極から、出力側の振動腕の縦振動によ
り発電された電圧が取り出される請求項1記載の圧電ト
ランス。
3. An AC drive voltage applied to an input-side electrode excites a longitudinal vibration that expands and contracts in a direction in which the arm extends in a lateral effect mode in the vibrating arm on the input side, thereby causing a longitudinal vibration on the vibrating arm on the output side. The piezoelectric transformer according to claim 1, wherein the voltage generated by the longitudinal vibration of the vibrating arm on the output side is extracted from the output-side electrode.
【請求項4】 出力側の振動腕の出力インピーダンス
が、入力側の振動腕の入力インピーダンスよりも高く、
出力側電極から昇圧された電圧が出力される請求項1な
いし3のいずれかに記載の圧電トランス。
4. The output impedance of the vibrating arm on the output side is higher than the input impedance of the vibrating arm on the input side.
4. The piezoelectric transformer according to claim 1, wherein a boosted voltage is output from the output electrode.
【請求項5】 入力側電極と出力側電極とが支持体に延
び、この支持体の部分に、前記各電極とリード線との接
続部が形成されている請求項1ないし4のいずれかに記
載の圧電トランス。
5. The device according to claim 1, wherein the input side electrode and the output side electrode extend to the support, and a connecting portion between each of the electrodes and the lead wire is formed in the support. The described piezoelectric transformer.
JP9118388A 1997-05-08 1997-05-08 Piezoelectric transformer Withdrawn JPH10308544A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2015079736A1 (en) * 2013-11-27 2017-03-16 株式会社村田製作所 Drive device

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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