JPH11186627A - Piezoelectric transducer - Google Patents

Piezoelectric transducer

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Publication number
JPH11186627A
JPH11186627A JP9348288A JP34828897A JPH11186627A JP H11186627 A JPH11186627 A JP H11186627A JP 9348288 A JP9348288 A JP 9348288A JP 34828897 A JP34828897 A JP 34828897A JP H11186627 A JPH11186627 A JP H11186627A
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JP
Japan
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piezoelectric
electrodes
piezoelectric transformer
thickness
vibration mode
Prior art date
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Pending
Application number
JP9348288A
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Japanese (ja)
Inventor
Yukifumi Katsuno
超史 勝野
Yoshiaki Fuda
良明 布田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokin Corp
Original Assignee
Tokin Corp
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Filing date
Publication date
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  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small-sized piezoelectric transducer which can be used without hindrance even when the oscillating speed of the transducer approaches its limit oscillating speed and, at the same time, which utilizes an oscillation mode in which stress hardly exists on the surface of a piezoelectric body. SOLUTION: A piezoelectric transducer is composed of a piezoelectric body 11 (rectangular piezoelectric ceramic thin plate) which is formed by laminating a plurality of piezoelectric thin plates (rectangular piezoelectric ceramic thin plates) upon another in one direction in which the thickness of the body 11 is decided and in which a plurality of pairs of electrodes 12, 13, and 14 are arranged in one direction in such a state that the electrodes 12, 13, and 14 are faced oppositely to each other and part 12 and 13 of the electrode pairs are used for exciting the energy trapping oscillation mode of a thickness mode. The other electrode pairs 13 and 14 are used for taking out the output associated with the excitation of the energy confining oscillation mode. Since the polarization among the electrodes 12, 13, and 14 which are faced oppositely to each other in one direction is made in the direction shown by the arrow and an oscillation mode in which stress hardly exists on the surface of the piezoelectric body 11 is used, the transduce can be used without hindrance even when the oscillating speed of the transducer approaches its limit speed.

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、主として小形の携
帯電子機器,OA機器等に具備されるDC/DCコンバ
ータやDC/ACインバータに用いられると共に、圧電
体表面の応力が殆ど無い振動モードを利用した小形の圧
電トランスに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is mainly used for DC / DC converters and DC / AC inverters provided in small-sized portable electronic equipment and OA equipment, and has a vibration mode in which there is almost no stress on the piezoelectric body surface. The present invention relates to a small-sized piezoelectric transformer used.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種の圧電トランスは、圧電振
動素子の逆圧電効果及び圧電効果を利用し、先ず電気的
入力を機械エネルギーに変換して圧電振動子を機械的に
励振させ、次にこの機械的振動を再び電気出力に変換す
ることにより、電圧の昇圧や降圧等の作用を得る電子デ
バイスとして知られており、汎用的な電磁トランスと比
較べて巻線が無いという特徴を有している。
2. Description of the Related Art Conventionally, this type of piezoelectric transformer utilizes an inverse piezoelectric effect and a piezoelectric effect of a piezoelectric vibrating element, first converts electric input into mechanical energy to mechanically excite a piezoelectric vibrator, and It is known as an electronic device that obtains voltage boosting and step-down functions by converting this mechanical vibration into electrical output again, and has the feature of having no windings as compared with general-purpose electromagnetic transformers. doing.

【0003】図4は、従来の圧電トランスの基本構成を
示した斜視図である。この圧電トランスは、圧電体(圧
電セラミック矩形板)41の長さ方向の約半分の領域の
上下面に対向する電極42a,42bが形成され、この
領域は厚さ方向に分極処理が施されており、圧電体41
の残りの半分の領域の長さ方向の端面に電極43が形成
され、この領域は長さ方向に分極されている。又、電極
42a,42bの間には入力電圧Vinが印加されるよう
に配線接続されており、この配線の電極42b寄りの所
定箇所と電極43との間で出力電圧Vout が得られるよ
うに配線接続されている。
FIG. 4 is a perspective view showing a basic structure of a conventional piezoelectric transformer. In this piezoelectric transformer, opposing electrodes 42a and 42b are formed on upper and lower surfaces of a region approximately half in the length direction of a piezoelectric body (piezoelectric ceramic rectangular plate) 41, and this region is subjected to a polarization process in a thickness direction. And the piezoelectric body 41
An electrode 43 is formed on the longitudinal end face of the other half of the region, and this region is polarized in the longitudinal direction. The electrodes 42a, between 42b are hardwired to the input voltage V in is applied, so that the output voltage V out between a predetermined position and the electrodes 43 of the electrode 42b side of the wiring is obtained Are connected by wire.

【0004】図5は、この圧電トランスの機械振動系を
含む電気的な等価回路を示したものである。この等価回
路は、昇圧比1:A1 (定数)で定められる1次側の入
力端子Tin間に制動容量Cd1が形成され、昇圧比A2
(定数):1で定められる2次側の出力端子Tout 間に
制動容量Cd2が形成されると共に、制動容量Cd1及
び制動容量Cd2の間に直列インダクタンスm,直列容
量s,直列抵抗rが直列接続されて成っている。
FIG. 5 shows an electric equivalent circuit including a mechanical vibration system of the piezoelectric transformer. The equivalent circuit, the step-up ratio 1: A1 braking between the input terminal T in the primary side defined by the (constant) capacity Cd1 is formed, the step-up ratio A2
(Constant) A braking capacitance Cd2 is formed between the secondary-side output terminals T out defined by 1, and a series inductance m, a series capacitance s, and a series resistance r are connected in series between the braking capacitance Cd1 and the braking capacitance Cd2. Made of connected.

【0005】図6は、この等価回路を入力側から見たも
のとして書き換えたものである。この等価回路では、昇
圧比に代わる形態として、入力端子Tin間に1次側の制
動容量Cd1が形成されると共に抵抗を含む交流電源が
接続され、出力端子Tout 間に2次側の制動容量Cd2
による容量Cd2´が形成されると共に負荷抵抗RLが
接続され、制動容量Cd1及び制動容量Cd2の間に直
列インダクタンスL,直列容量C,直列抵抗Rが直列接
続されて成っている。
FIG. 6 is a rewritten version of this equivalent circuit as viewed from the input side. In this equivalent circuit, the form in place of the step-up ratio, the input terminal T in between the primary side of the damping capacity Cd1 is connected to an AC power supply including a resistance while being formed, the braking of the secondary side between the output terminal T out Capacity Cd2
, A load resistance RL is connected, and a series inductance L, a series capacitance C, and a series resistance R are connected in series between the braking capacitance Cd1 and the braking capacitance Cd2.

【0006】これらの等価回路では、入力端子Tinはそ
れぞれ電極42a,42bに接続され、出力端子Tout
はそれぞれ電極43,42bに接続されている。これら
の等価回路において、入力端子Tinに圧電体41の共振
モードの共振周波数にほぼ等しい周波数の交流電圧を印
加すると、圧電体41は対応する振動モードで共振す
る。共振モードとしては、一般に1次(半波長)或いは
2次(1波長)モードが利用される。
In these equivalent circuits, the input terminal T in is connected to the electrodes 42a and 42b, respectively, and the output terminal T out is connected.
Are connected to the electrodes 43 and 42b, respectively. In these equivalent circuits, applying an AC voltage of a frequency approximately equal to the resonant frequency of the resonant modes of the piezoelectric element 41 to the input terminal T in, the piezoelectric body 41 resonates in the corresponding vibration mode. As a resonance mode, a primary (half wavelength) or secondary (one wavelength) mode is generally used.

【0007】このとき、図6に示す等価回路では、直列
インダクタンスLと直列容量C及び容量Cd2´を合成
した合成容量C′とが共振し、回路に流れる電流が最大
となり、合成容量C′の端子電圧は入力電圧Vin=V
のQm倍となる。ここでQmは共振の先鋭度を表す品質
係数であり、ωr=2πfr(frは共振周波数)とし
たとき、Qm=ωrL/Rなる関係で与えられる。従っ
て、出力電圧Vout は、この合成容量C′の端子電圧に
発生した電圧を容量Cd2´により分圧したものとな
る。
At this time, in the equivalent circuit shown in FIG. 6, the series inductance L and the combined capacitance C 'obtained by combining the series capacitance C and the capacitance Cd2' resonate, the current flowing through the circuit becomes maximum, and the combined capacitance C ' terminal voltage input voltage V in = V o
Qm times of Here, Qm is a quality coefficient representing the sharpness of resonance, and given by ωr = 2πfr (fr is the resonance frequency), Qm = ωrL / R. Therefore, the output voltage Vout is obtained by dividing the voltage generated at the terminal voltage of the combined capacitor C 'by the capacitor Cd2'.

【0008】実際の圧電トランスでは、負荷抵抗により
実効的にQmが変化する。又、電力の効率を良くするた
めに、入力側の制動容量Cd1や出力側の制動容量Cd
2と直列或いは並列に共振周波数で共振するようなイン
ダクタを接続する。更に、出力側ではインダクタを接続
する代わりに制動容量Cd2に対して負荷抵抗RL を接
続する場合もあるが、この負荷抵抗RL はRL =1/
(ωrCd2)なる関係で与えられる。
In an actual piezoelectric transformer, Qm is effectively changed by a load resistance. In order to improve the power efficiency, the braking capacity Cd1 on the input side and the braking capacity Cd1 on the output side are improved.
An inductor that resonates at the resonance frequency is connected in series or parallel with the inductor 2. Further, on the output side, a load resistor RL may be connected to the braking capacitor Cd2 instead of connecting an inductor, but this load resistor RL is RL = 1 /
(ΩrCd2).

【0009】小形の圧電トランスを構成しようとした場
合、圧電材料が如何に大きな振幅で励振できるかが一つ
の基準になる。一般に圧電材料に限らず、弾性体を大振
幅で励振した場合、内部損失の増加により発熱を生じた
り、或いは破壊したりするため、こうした状況から圧電
体の実用上の振幅限界を把握することができる。
When an attempt is made to construct a small piezoelectric transformer, one criterion is how large the amplitude of the piezoelectric material can be excited. In general, not only the piezoelectric material but also the excitation of a large-amplitude elastic body generates or destroys heat due to an increase in internal loss. it can.

【0010】このような振幅限界は圧電材料により大き
く異なり、通常の圧電セラミックスの場合には振動速度
の値で表して0.3m/s程度であるのに対し、LiN
bO3 等の圧電単結晶では1桁程度大きい。機械振動子
のエネルギーは振動速度の2乗及び体積に比例するた
め、こうした圧電単結晶を用いて圧電トランスを形成す
れば、寸法を格段に小さくできることが期待される。
Such an amplitude limit greatly differs depending on the piezoelectric material. In the case of ordinary piezoelectric ceramics, the vibration speed is about 0.3 m / s, whereas LiN
In the case of a piezoelectric single crystal such as bO 3, it is about one digit larger. Since the energy of the mechanical oscillator is proportional to the square of the oscillation speed and the volume, it is expected that the size can be significantly reduced by forming a piezoelectric transformer using such a piezoelectric single crystal.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】上述した図4に示した
圧電トランスの場合、圧電体の圧電材料に圧電単結晶を
用いれば原理的に体積を数10分の1にできる筈である
が、実際には振動速度の上昇と比例して圧電体に加わる
応力も増加するため、機械加工時に生じた微小クラック
等により期待する振動速度よりも小さい振動速度で圧電
体が割れてしまうという重大な欠点がある。
In the case of the above-described piezoelectric transformer shown in FIG. 4, if a piezoelectric single crystal is used as the piezoelectric material of the piezoelectric body, the volume should be reduced to several tenths in principle. In practice, the stress applied to the piezoelectric body increases in proportion to the increase in the vibration speed, so a serious drawback is that the piezoelectric body breaks at a vibration speed lower than the expected vibration speed due to minute cracks generated during machining. There is.

【0012】本発明は、このような問題点を解決すべく
なされたもので、その技術的課題は、振動限界速度に近
い状態でも支障無く使用できると共に、圧電体表面の応
力が殆ど無い振動モードを利用した小形の圧電トランス
を提供することにある。
The present invention has been made in order to solve such a problem, and the technical problem thereof is that a vibration mode in which almost no stress is applied to the surface of a piezoelectric body can be used without any problem even in a state near a vibration limit speed. An object of the present invention is to provide a small-sized piezoelectric transformer utilizing the above.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、複数の
圧電薄板を厚さを定める一方向に積層することで該一方
向において複数の電極が複数対を成して対向して配置さ
れた圧電体から成る圧電トランスであって、複数の電極
は、複数対を成す一部のものが厚さ振動モードのエネル
ギー閉じ込め振動モードの励振用として用いられ、且つ
他部のものが該エネルギー閉じ込め振動モードの励振に
伴う出力電圧の取出し用として用いられる圧電トランス
が得られる。
According to the present invention, a plurality of piezoelectric thin plates are stacked in one direction to determine the thickness so that a plurality of electrodes are arranged in a plurality of pairs in the one direction so as to face each other. A plurality of electrodes, some of which form a plurality of pairs are used for exciting the energy confinement vibration mode in the thickness vibration mode, and the others are used for exciting the energy confinement vibration mode. As a result, a piezoelectric transformer used for taking out an output voltage accompanying the excitation of the vibration mode is obtained.

【0014】又、本発明によれば、上記圧電トランスに
おいて、圧電薄板は圧電単結晶から成り、圧電体は圧電
単結晶の結合により積層された圧電トランスが得られ
る。
Further, according to the present invention, in the above-mentioned piezoelectric transformer, a piezoelectric transformer in which the piezoelectric thin plate is made of a piezoelectric single crystal and the piezoelectric body is laminated by coupling the piezoelectric single crystal is obtained.

【0015】更に、本発明によれば、上記何れかの圧電
トランスにおいて、複数対を成す電極のうちの内部に埋
設されるものは、圧電体における厚み振動の節面以外の
部分に配置された圧電トランスが得られる。
Further, according to the present invention, in any one of the above-mentioned piezoelectric transformers, the electrode buried inside the plural pairs of electrodes is disposed in a portion other than the nodal surface of the thickness vibration in the piezoelectric body. A piezoelectric transformer is obtained.

【0016】加えて、本発明によれば、上記何れか一つ
の圧電トランスにおいて、複数対を成す電極は、外部へ
取り出すための引き出し電極を含み、且つ該引き出し電
極が互いに一方向において電位の異なる他のものと重な
ることがないよう位置ずれされて配置された圧電トラン
スが得られる。
In addition, according to the present invention, in any one of the above piezoelectric transformers, the electrodes forming a plurality of pairs include extraction electrodes for extracting to the outside, and the extraction electrodes have different potentials in one direction from each other. A piezoelectric transformer is obtained which is displaced so as not to overlap with another one.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下に実施例を挙げ、本発明の圧
電トランスについて、図面を参照して詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

【0018】図1は、本発明の一実施例に係る圧電トラ
ンスの基本構成を示したもので、同図(a)はその外観
斜視図に関するもの,同図(b)は同図(a)のA−
A′線方向における断面側面図に関するものである。
FIG. 1 shows the basic structure of a piezoelectric transformer according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) relates to an external perspective view, and FIG. 1 (b) shows the same. A-
It relates to a sectional side view in the direction of the line A '.

【0019】この圧電トランスは、複数の圧電薄板(圧
電セラミック矩形薄板)を厚さを定める一方向に積層す
ることでその一方向において複数の電極12,13,1
4が複数対を成して対向して配置された圧電体(圧電セ
ラミック矩形板)11から成るもので、電極12,1
3,14は、複数対を成す一部のもの(電極12,1
3)が厚さ振動モードのエネルギー閉じ込め振動モード
の励振用として用いられ、且つ他部のもの(電極13,
14)がそのエネルギー閉じ込め振動モードの励振に伴
う出力電圧の取出し用として用いられる。但し、ここで
一方向に対向する電極12,13,14間はそれぞれ図
中の矢印方向に分極されているものとする。又、圧電薄
板は圧電単結晶から成り、圧電体11は圧電薄板の圧電
単結晶の結合により(接着でも良い)積層された小型構
造であり、これによって電極12,13,14の外部も
同様に一方向に分極される。
In this piezoelectric transformer, a plurality of piezoelectric thin plates (piezoelectric ceramic rectangular thin plates) are stacked in one direction to determine the thickness, so that a plurality of electrodes 12, 13, 1 in one direction.
Reference numeral 4 denotes a plurality of pairs of piezoelectric bodies (piezoelectric ceramic rectangular plates) 11 which are arranged to face each other.
Reference numerals 3 and 14 denote a plurality of pairs (electrodes 12 and 1).
3) is used for exciting the energy confinement vibration mode of the thickness vibration mode, and the other parts (electrodes 13,
14) is used for extracting an output voltage accompanying the excitation of the energy trapping vibration mode. Here, it is assumed that the space between the electrodes 12, 13, and 14 facing each other in one direction is polarized in the direction of the arrow in the figure. Further, the piezoelectric thin plate is made of a piezoelectric single crystal, and the piezoelectric body 11 has a small structure in which the piezoelectric single crystals of the piezoelectric thin plate are laminated (or may be bonded) by bonding. Polarized in one direction.

【0020】この圧電トランスでは、圧電板11の厚み
縦振動モードのエネルギー閉じ込め振動の共振周波数に
ほぼ等しい交流電圧を電極12,13間に印加すると、
この対向する電極12,13の近傍に厚み縦振動モード
のエネルギー閉じ込め振動が励振される。このとき、電
極13,14間には圧電効果により出力電圧が発生す
る。ここでは、圧電体11表面の応力が殆ど無い振動モ
ードを使用するため、振動限界速度に近い状態でも支障
無く使用できるものとなる。
In this piezoelectric transformer, when an AC voltage substantially equal to the resonance frequency of the energy trapping vibration in the thickness longitudinal vibration mode of the piezoelectric plate 11 is applied between the electrodes 12 and 13,
Energy trapped vibration in the thickness longitudinal vibration mode is excited near the opposed electrodes 12 and 13. At this time, an output voltage is generated between the electrodes 13 and 14 by a piezoelectric effect. Here, since the vibration mode in which there is almost no stress on the surface of the piezoelectric body 11 is used, it can be used without any trouble even in a state near the vibration limit speed.

【0021】因みに、この圧電トランスの等価回路は、
図5や図6に示した等価回路と全く同じものとして表わ
すことができる。
Incidentally, the equivalent circuit of this piezoelectric transformer is:
It can be expressed as exactly the same as the equivalent circuit shown in FIG. 5 or FIG.

【0022】尚、この一実施例の圧電トランスでは、厚
さ振動モードのエネルギー閉じ込め振動モードとして厚
み縦振動モードが適用される場合を説明したが、他の形
態として厚み滑り振動モードを適用することも可能であ
る。
In the piezoelectric transformer of this embodiment, the case where the thickness longitudinal vibration mode is applied as the energy trapping vibration mode of the thickness vibration mode has been described. However, the thickness slip vibration mode is applied as another mode. Is also possible.

【0023】図2は、本発明の他の実施例に係る圧電ト
ランスの基本構成及び機能を示した断面側面図である。
FIG. 2 is a sectional side view showing a basic configuration and functions of a piezoelectric transformer according to another embodiment of the present invention.

【0024】この圧電トランスにおいても、一実施例の
ものと同様に、複数の圧電薄板(圧電セラミック矩形薄
板)を厚さを定める一方向に積層することでその一方向
において複数の電極22,23,24が複数対を成して
対向して配置された圧電体(圧電セラミック矩形板)2
1から成るもので、電極22,23,24は、複数対を
成す一部のもの(電極22,23)が厚さ振動モードの
エネルギー閉じ込め振動モードの励振用として用いら
れ、且つ他部のもの(電極23,24)がそのエネルギ
ー閉じ込め振動モードの励振に伴う出力電圧の取出し用
として用いられる。但し、ここで複数対を成す電極2
2,23,24のうちの内部に埋設されるもの(電極2
3,24)は、圧電体21における厚み振動の節面(応
力最大又は変位ゼロの面を示す)を回避してそれ以外の
部分に配置されている。又、ここでも、一方向に対向す
る電極22,23,24間は一実施例の場合と同様に分
極されているものとし、圧電体21は圧電薄板の圧電単
結晶の結合により(接着でも良い)積層された小型構造
であり、これによって電極22,23,24の外部も同
様に一方向に分極されるものとする。
Also in this piezoelectric transformer, a plurality of piezoelectric thin plates (piezoelectric ceramic rectangular thin plates) are stacked in one direction to determine the thickness, so that a plurality of electrodes 22 and 23 are formed in one direction. , 24 in which a plurality of pairs of piezoelectric bodies (piezoelectric ceramic rectangular plates) are arranged facing each other.
A plurality of pairs of electrodes 22, 23, and 24 (electrodes 22, 23) are used for excitation in the energy trapping vibration mode in the thickness vibration mode, and in other parts. The (electrodes 23 and 24) are used for extracting an output voltage accompanying the excitation of the energy trapping vibration mode. Here, a plurality of pairs of electrodes 2
Buried inside (electrode 2
3, 24) are disposed at other portions avoiding the nodal plane of thickness vibration (indicating a plane of maximum stress or zero displacement) in the piezoelectric body 21. Also in this case, it is assumed that the electrodes 22, 23, and 24 facing each other in one direction are polarized as in the case of the embodiment, and the piezoelectric body 21 is bonded by bonding a piezoelectric single crystal of a piezoelectric thin plate (adhesion may be used). ) It is a laminated small structure, whereby the outside of the electrodes 22, 23, 24 is similarly polarized in one direction.

【0025】即ち、この圧電トランスを一方向(厚み方
向)の1波長共振で駆動する場合、図2を参照すれば、
厚み方向の応力分布が曲線で示されるような状態とな
り、圧電体21の厚さをtとすれば、圧電体21の表面
からt/4の位置に応力最大の面が現れる。そこで、内
部の電極23,24は引っ張りに弱いため、こうした応
力最大の面や変位ゼロの面の部分を避けてそれ以外の部
分に内部の電極23,24を配置することで強度的に優
れた構造の圧電トランスとすることができる。
That is, when this piezoelectric transformer is driven by one-wavelength resonance in one direction (thickness direction), referring to FIG.
The stress distribution in the thickness direction is as shown by a curve, and assuming that the thickness of the piezoelectric body 21 is t, a plane with the maximum stress appears at a position of t / 4 from the surface of the piezoelectric body 21. Therefore, since the internal electrodes 23 and 24 are vulnerable to tension, by arranging the internal electrodes 23 and 24 in other portions while avoiding such a surface having a maximum stress or a surface having zero displacement, excellent strength is obtained. It can be a piezoelectric transformer having a structure.

【0026】因みに、この圧電トランスの等価回路も、
図5や図6に示した等価回路と全く同じものとして表わ
すことができる。
Incidentally, the equivalent circuit of this piezoelectric transformer is
It can be expressed as exactly the same as the equivalent circuit shown in FIG. 5 or FIG.

【0027】図3は、本発明の別の実施例に係る圧電ト
ランスの基本構成を要部を透視して示した外観斜視図で
ある。
FIG. 3 is an external perspective view showing a basic configuration of a piezoelectric transformer according to another embodiment of the present invention, with a main part seen through.

【0028】この圧電トランスにおいても、一実施例の
ものと同様に、複数の圧電薄板(圧電セラミック矩形薄
板)を厚さを定める一方向に積層することでその一方向
において複数の電極32,33,34が複数対を成して
対向して配置された圧電体(圧電セラミック矩形板)3
1から成るもので、電極32,33,34は、複数対を
成す一部のもの(電極32,33)が厚さ振動モードの
エネルギー閉じ込め振動モードの励振用として用いら
れ、且つ他部のもの(電極33,34)がそのエネルギ
ー閉じ込め振動モードの励振に伴う出力電圧の取出し用
として用いられる。但し、ここで複数対を成す電極3
2,33,34は、それぞれ外部へ取り出すための引き
出し電極32a,33a,34aを含んでおり、これら
の引き出し電極32a,33a,34aが互いに一方向
(厚さ方向であり、図中では上下方向)において電位の
異なる他のものと重なることがないよう位置ずれされて
配置されている。尚、ここでの内部に埋設された電極3
3,34の引き出し電極33a,34aは、圧電体31
の隣接する端面に形成される電極35,36によって接
続される。又、ここでも、一方向に対向する電極32,
33,34間は一実施例の場合と同様に分極されている
ものとし、圧電体31は圧電薄板の圧電単結晶の結合に
より(接着でも良い)積層された小型構造であり、これ
によって電極32,33,34の外部も同様に一方向に
分極されるものとする。
In this piezoelectric transformer, as in the case of the embodiment, a plurality of piezoelectric thin plates (piezoelectric ceramic rectangular thin plates) are stacked in one direction to determine the thickness, so that a plurality of electrodes 32 and 33 are formed in one direction. , 34 (piezoelectric ceramic rectangular plate) 3 in which a plurality of pairs are opposed to each other.
A plurality of pairs of electrodes (electrodes 32, 33) are used for exciting the energy confined vibration mode of the thickness vibration mode, and the other parts are used. The (electrodes 33, 34) are used for extracting an output voltage accompanying the excitation of the energy trapping vibration mode. However, a plurality of pairs of electrodes 3
2, 33, and 34 include extraction electrodes 32a, 33a, and 34a, respectively, for taking out to the outside. These extraction electrodes 32a, 33a, and 34a are arranged in one direction (thickness direction; vertical direction in the drawing). ) Are displaced so as not to overlap with other components having different potentials. The electrode 3 buried inside here
The extraction electrodes 33 a and 34 a of the piezoelectric body 31
Are connected by electrodes 35 and 36 formed on the adjacent end faces of. Also in this case, the electrodes 32 facing each other in one direction,
The portions between 33 and 34 are polarized in the same manner as in the embodiment, and the piezoelectric body 31 is a small-sized structure that is laminated (or may be bonded) by bonding a piezoelectric single crystal of a piezoelectric thin plate. , 33, and 34 are similarly polarized in one direction.

【0029】即ち、一般的な圧電トランスでは入力,出
力,及びグラウンドの最低3つの異なる電位を持った電
極が必要となるが、これらを互いに立体的に重ねるよう
に配置した場合、分極時に引き出し電極間が分極される
ため、弾性波の閉じ込めを行う際に好ましくない伝搬や
反射等を生ずる可能性があるが、ここでの圧電トランス
ではこうした点を考慮している。
That is, a general piezoelectric transformer requires electrodes having at least three different potentials of input, output, and ground. Since the gaps are polarized, undesired propagation and reflection may occur when confining the elastic wave. However, the piezoelectric transformer here takes such points into consideration.

【0030】上述した各実施例で説明した厚さ振動モー
ドのエネルギー閉じ込め振動モードを利用した圧電トラ
ンスは、何れも場合も圧電板11,21,31の上下面
は振動振幅が最大で応力はゼロとなり、エネルギー閉じ
込め振動モードの振動が圧電板11,21,31の中央
部に形成された対向する入力用及び出力用の電極だけで
生ずるため、振動子としての圧電板11,21,31を
最大振動振幅限界以内で励振したとき、仮に圧電板1
1,21,31の表面や端面に機械加工による微小クラ
ックが生じていても、圧電板11,21,31自体が割
れること無しに使用できる。
In each of the piezoelectric transformers utilizing the energy confinement vibration mode of the thickness vibration mode described in each of the above embodiments, the upper and lower surfaces of the piezoelectric plates 11, 21 and 31 have the maximum vibration amplitude and no stress. Since the vibration in the energy trapping vibration mode occurs only at the opposed input and output electrodes formed at the center of the piezoelectric plates 11, 21, 31, the piezoelectric plates 11, 21, 31 as the vibrators are maximally formed. When excited within the vibration amplitude limit, if the piezoelectric plate 1
Even if minute cracks are generated on the surfaces and end faces of the first, second, and 31 by machining, the piezoelectric plates 11, 21, and 31 themselves can be used without cracking.

【0031】尚、上述した各実施例の圧電トランスで
は、厚さ振動モードのエネルギー閉じ込め振動モードと
して厚み縦振動モードを適用した場合を説明したが、こ
れ以外に厚み滑り振動モードを適用することも可能であ
る。
In the piezoelectric transformers of the above embodiments, the case where the thickness longitudinal vibration mode is applied as the energy trapping vibration mode of the thickness vibration mode has been described. It is possible.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上に述べた通り、本発明の圧電トラン
スによれば、圧電体表面の振動応力が殆ど零となる厚さ
振動モードのエネルギー閉じ込め振動モードを利用して
いるため、圧電体の持っている最大振動速度限界に近い
振動振幅で励振しても、表面の微小クラックによる振動
子(圧電体)の破壊の心配が無く、小形で効率の良い圧
電トランスが得られるようになる。
As described above, according to the piezoelectric transformer of the present invention, since the energy trapping vibration mode of the thickness vibration mode in which the vibration stress on the surface of the piezoelectric material is almost zero is used, Even when excitation is performed with a vibration amplitude close to the maximum vibration velocity limit, a small-sized and efficient piezoelectric transformer can be obtained without fear of destruction of the vibrator (piezoelectric body) due to minute cracks on the surface.

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

【図1】本発明の一実施例に係る圧電トランスの基本構
成を示したもので、(a)はその外観斜視図に関するも
の,(b)は(a)のA−A′線方向における断面側面
図に関するものである。
1A and 1B show a basic configuration of a piezoelectric transformer according to one embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is related to an external perspective view, and FIG. 1B is a cross section taken along line AA ′ of FIG. It relates to a side view.

【図2】本発明の他の実施例に係る圧電トランスの基本
構成及び機能を示した断面側面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional side view showing a basic configuration and functions of a piezoelectric transformer according to another embodiment of the present invention.

【図3】本発明の別の実施例に係る圧電トランスの基本
構成を要部を透視して示した外観斜視図である。
FIG. 3 is an external perspective view showing a basic configuration of a piezoelectric transformer according to another embodiment of the present invention, with a main part seen through.

【図4】従来の圧電トランスの基本構成を示した斜視図
である。
FIG. 4 is a perspective view showing a basic configuration of a conventional piezoelectric transformer.

【図5】図4に示す圧電トランスの機械振動系を含む電
気的な等価回路を示したものである。
5 shows an electric equivalent circuit including a mechanical vibration system of the piezoelectric transformer shown in FIG.

【図6】図5に示す等価回路を入力側から見たものとし
て書き換えたものである。
FIG. 6 is a diagram in which the equivalent circuit shown in FIG. 5 is rewritten as viewed from the input side.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11,21,31,41 圧電体(圧電セラミック矩
形板) 12〜14,22〜24,32〜36,42a,42
b,43 電極 32a,33a,34a 引き出し電極
11, 21, 31, 41 Piezoelectric body (piezoelectric ceramic rectangular plate) 12 to 14, 22 to 24, 32 to 36, 42a, 42
b, 43 electrode 32a, 33a, 34a extraction electrode

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の圧電薄板を厚さを定める一方向に
積層することで該一方向において複数の電極が複数対を
成して対向して配置された圧電体から成る圧電トランス
であって、前記複数の電極は、前記複数対を成す一部の
ものが厚さ振動モードのエネルギー閉じ込め振動モード
の励振用として用いられ、且つ他部のものが該エネルギ
ー閉じ込め振動モードの励振に伴う出力電圧の取出し用
として用いられることを特徴とする圧電トランス。
1. A piezoelectric transformer comprising a piezoelectric body in which a plurality of piezoelectric thin plates are stacked in one direction to determine a thickness, and a plurality of electrodes are arranged in a plurality of pairs so as to face each other in the one direction. In the plurality of electrodes, a part of the plurality of electrodes is used for exciting the energy trapping vibration mode in the thickness vibration mode, and the other part is an output voltage accompanying excitation in the energy trapping vibration mode. A piezoelectric transformer characterized in that it is used for taking out an object.
【請求項2】 請求項1記載の圧電トランスにおいて、
前記圧電薄板は圧電単結晶から成り、前記圧電体は前記
圧電単結晶の結合により積層されたことを特徴とする圧
電トランス。
2. The piezoelectric transformer according to claim 1, wherein
The piezoelectric transformer according to claim 1, wherein the piezoelectric thin plate is made of a piezoelectric single crystal, and the piezoelectric body is stacked by combining the piezoelectric single crystals.
【請求項3】 請求項1又は2記載の圧電トランスにお
いて、前記複数対を成す電極のうちの内部に埋設される
ものは、前記圧電体における厚み振動の節面以外の部分
に配置されたことを特徴とする圧電トランス。
3. The piezoelectric transformer according to claim 1, wherein one of the plurality of pairs of electrodes buried inside is disposed at a portion other than a nodal surface of the thickness vibration in the piezoelectric body. A piezoelectric transformer characterized by the following.
【請求項4】 請求項1〜3の何れか一つに記載の圧電
トランスにおいて、前記複数対を成す電極は、外部へ取
り出すための引き出し電極を含み、且つ該引き出し電極
が互いに前記一方向において電位の異なる他のものと重
なることがないよう位置ずれされて配置されたことを特
徴とする圧電トランス。
4. The piezoelectric transformer according to claim 1, wherein the plurality of pairs of electrodes include extraction electrodes for extracting to the outside, and the extraction electrodes are mutually separated in the one direction. A piezoelectric transformer, wherein the piezoelectric transformer is displaced so as not to overlap with another one having a different potential.
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