JPH11204852A - 圧電トランス - Google Patents
圧電トランスInfo
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- JPH11204852A JPH11204852A JP10007737A JP773798A JPH11204852A JP H11204852 A JPH11204852 A JP H11204852A JP 10007737 A JP10007737 A JP 10007737A JP 773798 A JP773798 A JP 773798A JP H11204852 A JPH11204852 A JP H11204852A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高い昇圧比が得られ，効率も優れた構造を備
えた圧電トランスを提供すること。 【解決手段】 １層の常誘電セラミック層３を２層の第
１及び第２の圧電セラミック層１１，１５によって挟み
込んだ３層構造のセラミック矩形板を備え，前記矩形板
の長さ方向の振動モードを利用した圧電トランスにおい
て，第１の圧電セラミック層１１は，圧電横効果を利用
し，前記矩形板を長さ方向に励振するための第１の圧電
セラミック層１１の表裏をなす二面に互いに対向する内
部電極１１と表面電極１３と前記矩形板側面に少なくと
も１個の前記電極に電気的に接続する第１の外部電極１
４とを有する。また，第２の圧電セラミック層１５は，
長さ方向に振動する前記矩形板から圧電縦効果を利用し
電力を取り出すため，第２の圧電セラミック層１５の長
さ方向の両端面に形成された第２の外部電極１６，１７
を有する。
えた圧電トランスを提供すること。 【解決手段】 １層の常誘電セラミック層３を２層の第
１及び第２の圧電セラミック層１１，１５によって挟み
込んだ３層構造のセラミック矩形板を備え，前記矩形板
の長さ方向の振動モードを利用した圧電トランスにおい
て，第１の圧電セラミック層１１は，圧電横効果を利用
し，前記矩形板を長さ方向に励振するための第１の圧電
セラミック層１１の表裏をなす二面に互いに対向する内
部電極１１と表面電極１３と前記矩形板側面に少なくと
も１個の前記電極に電気的に接続する第１の外部電極１
４とを有する。また，第２の圧電セラミック層１５は，
長さ方向に振動する前記矩形板から圧電縦効果を利用し
電力を取り出すため，第２の圧電セラミック層１５の長
さ方向の両端面に形成された第２の外部電極１６，１７
を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，圧電性セラミック
スを用いた圧電トランスに関し，特に矩形板の長さ方向
の共振を利用した圧電トランスに関するものである。
スを用いた圧電トランスに関し，特に矩形板の長さ方向
の共振を利用した圧電トランスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年，ノート型パーソナルコンピュータ
や携帯ビデオカメラの普及に伴い，画像表示装置として
液晶ユニットが普及し，液晶バックライトの点灯用にイ
ンバータが多用されている。このインバータには，高電
圧発生用に，電磁式トランスが用いられているが，発生
電磁ノイズの低減や低消費電力化，高効率化，機器の小
型低背化などの要求により，電磁式トランスに代わつて
圧電トランスの実用化が進みつつある。
や携帯ビデオカメラの普及に伴い，画像表示装置として
液晶ユニットが普及し，液晶バックライトの点灯用にイ
ンバータが多用されている。このインバータには，高電
圧発生用に，電磁式トランスが用いられているが，発生
電磁ノイズの低減や低消費電力化，高効率化，機器の小
型低背化などの要求により，電磁式トランスに代わつて
圧電トランスの実用化が進みつつある。
【０００３】圧電トランスの電力伝送は，双方向性が有
り，高電圧を入力し，降圧して低電圧を得る事も可能で
あり，圧電トランスを用いたＤＣ／ＤＣコンバータやＡ
Ｃアダプターの研究がなされている。
り，高電圧を入力し，降圧して低電圧を得る事も可能で
あり，圧電トランスを用いたＤＣ／ＤＣコンバータやＡ
Ｃアダプターの研究がなされている。
【０００４】図３は従来のローゼンタイブλモード圧電
トランスに用いられている圧電振動子の構造の概略斜視
図である。図３において，圧電振動子３０は，圧電セラ
ミックス矩形板３１と，この圧電セラミックス矩形板３
１の長さ方向のおよそ半分の部分に厚さ方向に対向する
ように形成された電極３２，３３とを備えている。ま
た，圧電セラミックス矩形板３１の電極３２，３３が形
成された部分とは，反対側の残りの部分は，長さ方向の
端面に表面電極３４が形成されている。
トランスに用いられている圧電振動子の構造の概略斜視
図である。図３において，圧電振動子３０は，圧電セラ
ミックス矩形板３１と，この圧電セラミックス矩形板３
１の長さ方向のおよそ半分の部分に厚さ方向に対向する
ように形成された電極３２，３３とを備えている。ま
た，圧電セラミックス矩形板３１の電極３２，３３が形
成された部分とは，反対側の残りの部分は，長さ方向の
端面に表面電極３４が形成されている。
【０００５】圧電セラミックス矩形板３１は，矢印３５
で示すように，電極３２，３３の部分は，圧電セラミッ
クス矩形板３１の厚さ方向に分極され，端面電極３４の
間の部分は，矢印３６で示すように，圧電セラミックス
矩形板３１の長さ向に分極されている。この圧電振動子
２０において，電極３２，３３間に矩形板の共振周波数
近傍の電圧が印加されると，圧電横効果により，圧電セ
ラミックス矩形板３１は，励振され，この時，電極３３
を入出力共通端子として，電極３３と電極３４の間に
は，圧電縦効果により電圧が発生する。ここで，電極３
２，３３に印加した入力電圧と，電極３３，３４に発生
した出力電圧について説明すると，電極３２，３３の対
向電極間隔は電極３３，３４との間隔に比べ十分に小さ
く，電極３２，３３の面積は電極３４の面積より十分に
大きいため，入力側の静電容量は出力側の静電容量に比
べ十分大きな値となる。従つて，入力側に低い電圧を印
加して圧電振動子３０を励振した場合，出力側には入力
側の電極３２，３３の間隔と出力側の電極３３，３４間
の間隔の比に比例し，入出力側のそれぞれの静電容量の
比に逆比例した大きな電圧が発生する。
で示すように，電極３２，３３の部分は，圧電セラミッ
クス矩形板３１の厚さ方向に分極され，端面電極３４の
間の部分は，矢印３６で示すように，圧電セラミックス
矩形板３１の長さ向に分極されている。この圧電振動子
２０において，電極３２，３３間に矩形板の共振周波数
近傍の電圧が印加されると，圧電横効果により，圧電セ
ラミックス矩形板３１は，励振され，この時，電極３３
を入出力共通端子として，電極３３と電極３４の間に
は，圧電縦効果により電圧が発生する。ここで，電極３
２，３３に印加した入力電圧と，電極３３，３４に発生
した出力電圧について説明すると，電極３２，３３の対
向電極間隔は電極３３，３４との間隔に比べ十分に小さ
く，電極３２，３３の面積は電極３４の面積より十分に
大きいため，入力側の静電容量は出力側の静電容量に比
べ十分大きな値となる。従つて，入力側に低い電圧を印
加して圧電振動子３０を励振した場合，出力側には入力
側の電極３２，３３の間隔と出力側の電極３３，３４間
の間隔の比に比例し，入出力側のそれぞれの静電容量の
比に逆比例した大きな電圧が発生する。
【０００６】一方，圧電トランスの双方向性から，電極
３４に高電圧を印加して圧電振動子３０を励振した場
合，電極３２，３３間では低電圧が得られる。
３４に高電圧を印加して圧電振動子３０を励振した場
合，電極３２，３３間では低電圧が得られる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来のローゼン型圧電
トランスを基本とする矩形板の長さ方向の共振を利用し
た圧電トランスは，各種の構造が提案，実用化されてい
るが，いずれの構造も矩形板の長さ方向を振動のモード
に応じて入力部と出力部に分割した構造である。
トランスを基本とする矩形板の長さ方向の共振を利用し
た圧電トランスは，各種の構造が提案，実用化されてい
るが，いずれの構造も矩形板の長さ方向を振動のモード
に応じて入力部と出力部に分割した構造である。
【０００８】したがって，矩形板に長さ振動を励振する
際，矩形板の全長と入力部の長さの比はローゼン型で１
／２，１．５波長モードでも２／３となり，実際に振動
する長さよりも励振部の長さが小さくなるので，見かけ
の電気機械結合係数が小さくなり，励振効率が低下する
という問題点が有る。
際，矩形板の全長と入力部の長さの比はローゼン型で１
／２，１．５波長モードでも２／３となり，実際に振動
する長さよりも励振部の長さが小さくなるので，見かけ
の電気機械結合係数が小さくなり，励振効率が低下する
という問題点が有る。
【０００９】また，先行技術文献として，特開平９−２
６０７３９号公報（以下，従来技術１と呼ぶ）がある。
従来技術１に記載された発明は，圧電横効果を利用した
入力部と圧電縦効果を利用した出力部の２層から構成さ
れ，入力部と出力部の境界には圧電横効果のための入力
用電極が存在する。この従来技術１の圧電トランスをグ
リーンシートから一体焼結で製造した場合，入力部と出
力部の境界に電極層があるので，出力部の分極の向きを
長さ方向に均一にそろえる事が困難で，また，電界の集
中により絶縁破壊が生じる可能性が十分有る。
６０７３９号公報（以下，従来技術１と呼ぶ）がある。
従来技術１に記載された発明は，圧電横効果を利用した
入力部と圧電縦効果を利用した出力部の２層から構成さ
れ，入力部と出力部の境界には圧電横効果のための入力
用電極が存在する。この従来技術１の圧電トランスをグ
リーンシートから一体焼結で製造した場合，入力部と出
力部の境界に電極層があるので，出力部の分極の向きを
長さ方向に均一にそろえる事が困難で，また，電界の集
中により絶縁破壊が生じる可能性が十分有る。
【００１０】さらに，分極の終了した入力部と出力部の
矩形板を接着して圧電トランスを構成しても，入力部と
出力部の境界にある電極層は等電位であり，その影響
で，高電圧を出力部に発生させる事は困難である。
矩形板を接着して圧電トランスを構成しても，入力部と
出力部の境界にある電極層は等電位であり，その影響
で，高電圧を出力部に発生させる事は困難である。
【００１１】そこで，本発明の技術的課題は，高い昇圧
比が得られ，効率も優れた構造を備えた圧電トランスを
提供することにある。
比が得られ，効率も優れた構造を備えた圧電トランスを
提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明によれば，１層の
常誘電セラミック層を２層の第１及び第２の圧電セラミ
ック層によって挟み込んだ３層構造のセラミック矩形板
を備え，前記矩形板の長さ方向の振動モードを利用した
圧電トランスにおいて，前記第１の圧電セラミック層
は，圧電横効果を利用し，前記矩形板を長さ方向に励振
するための当該第１の圧電セラミック層の表裏をなす二
面に対向するように設けられた対向電極と前記矩形板側
面に少なくとも１個の前記対向電極に電気的に接続する
第１の外部電極とを有し，前記第２の圧電セラミック層
は，長さ方向に振動する前記矩形板から圧電縦効果を利
用し電力を取り出すため，当該第２の圧電セラミック層
の長さ方向の両端面に形成された一対の第２の外部電極
を有することを特徴とする圧電トランスが得られる。
常誘電セラミック層を２層の第１及び第２の圧電セラミ
ック層によって挟み込んだ３層構造のセラミック矩形板
を備え，前記矩形板の長さ方向の振動モードを利用した
圧電トランスにおいて，前記第１の圧電セラミック層
は，圧電横効果を利用し，前記矩形板を長さ方向に励振
するための当該第１の圧電セラミック層の表裏をなす二
面に対向するように設けられた対向電極と前記矩形板側
面に少なくとも１個の前記対向電極に電気的に接続する
第１の外部電極とを有し，前記第２の圧電セラミック層
は，長さ方向に振動する前記矩形板から圧電縦効果を利
用し電力を取り出すため，当該第２の圧電セラミック層
の長さ方向の両端面に形成された一対の第２の外部電極
を有することを特徴とする圧電トランスが得られる。
【００１３】また，本発明によれば，１層の常誘電セラ
ミック層を２層の第１及び第２の圧電セラミック層によ
って挟み込んだ３層構造のセラミック矩形板を備え，前
記矩形板の長さ方向の振動モードを利用した圧電トラン
スにおいて，前記第１の圧電セラミック層は，圧電横効
果を利用し，前記矩形板を長さ方向に励振するための矩
形板厚さ方向に直交するように離間して積層された複数
の対向電極と，前記矩形板側面に形成され，前記対向電
極に前記矩形板の両側面において，夫々電気的に接続す
る一対の第１の外部電極とを有し，前記第２の圧電セラ
ミック層は，長さ方向に振動する矩形板から圧電横効果
を利用し電力を取り出すため，前記矩形板の長さ方向の
両端面に形成された一対の第２の外部電極を有すること
を特徴とする圧電トランスが得られる。
ミック層を２層の第１及び第２の圧電セラミック層によ
って挟み込んだ３層構造のセラミック矩形板を備え，前
記矩形板の長さ方向の振動モードを利用した圧電トラン
スにおいて，前記第１の圧電セラミック層は，圧電横効
果を利用し，前記矩形板を長さ方向に励振するための矩
形板厚さ方向に直交するように離間して積層された複数
の対向電極と，前記矩形板側面に形成され，前記対向電
極に前記矩形板の両側面において，夫々電気的に接続す
る一対の第１の外部電極とを有し，前記第２の圧電セラ
ミック層は，長さ方向に振動する矩形板から圧電横効果
を利用し電力を取り出すため，前記矩形板の長さ方向の
両端面に形成された一対の第２の外部電極を有すること
を特徴とする圧電トランスが得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下，本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
て図面を参照して説明する。
【００１５】（第１の実施の形態）図１は本発明の第１
の実施の形態による圧電トランスに用いられる圧電振動
子の概略構造を示す斜視図である。図１を参照すると，
圧電振動子１０は，常誘電セラミック層３を介して積層
された入力部１及び出力部２とを備えた３層構造のセラ
ミック矩形板からなる。
の実施の形態による圧電トランスに用いられる圧電振動
子の概略構造を示す斜視図である。図１を参照すると，
圧電振動子１０は，常誘電セラミック層３を介して積層
された入力部１及び出力部２とを備えた３層構造のセラ
ミック矩形板からなる。
【００１６】入力部１は，常誘電セラミック層３の一面
に設けられた圧電セラミックからなる第１の圧電セラミ
ック層１１と，第１の圧電セラミック層１１の表裏をな
す両面に，長さ方向の一側及び他側に夫々至る対向電極
としての内部電極１２及び表面電極１３と，セラミック
矩形板の側面に設けられ内部電極１２に接続された第１
の外部電極１４を備えている。
に設けられた圧電セラミックからなる第１の圧電セラミ
ック層１１と，第１の圧電セラミック層１１の表裏をな
す両面に，長さ方向の一側及び他側に夫々至る対向電極
としての内部電極１２及び表面電極１３と，セラミック
矩形板の側面に設けられ内部電極１２に接続された第１
の外部電極１４を備えている。
【００１７】また，出力部２は，常誘電セラミック層３
の他面に設けられた圧電セラミックからなる第２の圧電
セラミック層１５と，第２の圧電セラミック層１５の長
さ方向両端に設けられた一対の外部電極１６，１７とを
備えている。
の他面に設けられた圧電セラミックからなる第２の圧電
セラミック層１５と，第２の圧電セラミック層１５の長
さ方向両端に設けられた一対の外部電極１６，１７とを
備えている。
【００１８】外部電源を第１の外部電極１４及び表面電
極に接続し，一方，第２の外部電極１６，１７を出力端
とすると，圧電振動子１０は，圧電トランスとして機能
する。
極に接続し，一方，第２の外部電極１６，１７を出力端
とすると，圧電振動子１０は，圧電トランスとして機能
する。
【００１９】このような構造の本発明の第１の実施の形
態による圧電トランスでは，３層構造の中間にある常誘
電セラミック層１は，上下に設けられた第１及び第２の
圧電セラミック層１１，１５に比べ誘電率が極端に小さ
いので，出力部２の分極時に電気力線の入力部電極方向
への集中を防止し，電気力線を均一に出力部２の長さ方
向にそろえる効果と，圧電トランス駆動時にも高電圧が
安定して得られる効果がある。
態による圧電トランスでは，３層構造の中間にある常誘
電セラミック層１は，上下に設けられた第１及び第２の
圧電セラミック層１１，１５に比べ誘電率が極端に小さ
いので，出力部２の分極時に電気力線の入力部電極方向
への集中を防止し，電気力線を均一に出力部２の長さ方
向にそろえる効果と，圧電トランス駆動時にも高電圧が
安定して得られる効果がある。
【００２０】ここで，第１と第２の圧電セラミック層１
１，１５を別々に製造し，第３層である常誘電セラミッ
ク層３を介して接着する工程で製造する場合には，第３
の常誘電セラミック層３としては，アルミナやジルコニ
ア等の誘電率の小さい絶縁性セラミックスを使用するこ
とができる。
１，１５を別々に製造し，第３層である常誘電セラミッ
ク層３を介して接着する工程で製造する場合には，第３
の常誘電セラミック層３としては，アルミナやジルコニ
ア等の誘電率の小さい絶縁性セラミックスを使用するこ
とができる。
【００２１】また，圧電トランスをグリーンシートを用
いた一体焼結ブロセスで製造する際，第１及び第２の圧
電セラミック層１１，１５と常誘電セラミック層３の収
縮率が一致しないと焼結工程で境界にクラックが発生
し，一体焼結が不可能である。
いた一体焼結ブロセスで製造する際，第１及び第２の圧
電セラミック層１１，１５と常誘電セラミック層３の収
縮率が一致しないと焼結工程で境界にクラックが発生
し，一体焼結が不可能である。
【００２２】しかし，常誘電セラミック材料は，圧電セ
ラミックスと類似の組成系で材料設計する事が可能であ
り，クラックの発生の無い一体焼結が可能である。さら
に，セラミックスを焼結する際，構成物質の相互拡散に
よりセラミックスが変質し，圧電特性が得られなく可能
性が有るが，常誘電セラミック材料は，圧電セラミック
スと類似の組成系で材料設計する事が可能であり，相互
拡散による圧電セラミックスの特性変化を最小限にとど
める事も可能である。
ラミックスと類似の組成系で材料設計する事が可能であ
り，クラックの発生の無い一体焼結が可能である。さら
に，セラミックスを焼結する際，構成物質の相互拡散に
よりセラミックスが変質し，圧電特性が得られなく可能
性が有るが，常誘電セラミック材料は，圧電セラミック
スと類似の組成系で材料設計する事が可能であり，相互
拡散による圧電セラミックスの特性変化を最小限にとど
める事も可能である。
【００２３】また，圧電振動子３０をなすセラミック矩
形板に，長さ方向の振動を励振するのに，入力部１の電
極長さと幅寸法がほぼセラミック矩形板の長さと幅寸法
に等しくなり，従来のローゼン型やその改良構造トラン
ス等の長さ方向を入出力部に分割し，入力部に圧電横効
果を用いて矩形板を励振するより，高効率で機械振動を
励振する事が可能である。
形板に，長さ方向の振動を励振するのに，入力部１の電
極長さと幅寸法がほぼセラミック矩形板の長さと幅寸法
に等しくなり，従来のローゼン型やその改良構造トラン
ス等の長さ方向を入出力部に分割し，入力部に圧電横効
果を用いて矩形板を励振するより，高効率で機械振動を
励振する事が可能である。
【００２４】次に本発明の第１の実施の形態による圧電
トランスの具体的な製造方法について説明する。
トランスの具体的な製造方法について説明する。
【００２５】圧電セラミックスとしてＰｂＴｉＯ3 −Ｐ
ｂＺｒＯ3 系材料，常誘電セラミックスとして，Ｐｂ
（Ｚｎ−Ｎｂ）Ｏ3 −ＰｂＴｉＯ3 系材料をそれぞれ用
いて，２２ｍｍ）幅５ｍｍ，厚さ１．２ｍｍの圧電トラ
ンスを試作した。入出力部１，２であるセラミック矩形
板の第１及び第２の圧電セラミックス層１１，１５は，
厚さそれぞれ０．５ｍｍ，第３の常誘電セラミックス層
３は，厚さ０．２ｍｍである。
ｂＺｒＯ3 系材料，常誘電セラミックスとして，Ｐｂ
（Ｚｎ−Ｎｂ）Ｏ3 −ＰｂＴｉＯ3 系材料をそれぞれ用
いて，２２ｍｍ）幅５ｍｍ，厚さ１．２ｍｍの圧電トラ
ンスを試作した。入出力部１，２であるセラミック矩形
板の第１及び第２の圧電セラミックス層１１，１５は，
厚さそれぞれ０．５ｍｍ，第３の常誘電セラミックス層
３は，厚さ０．２ｍｍである。
【００２６】入力部１の内部電極１２に接続する第１の
外部電極１４を，セラミック矩形板の片端から５．５ｍ
ｍの位置を中心にセラミック矩形板の側面に形成した。
分極は，温度１５００℃で入力部１への印加電圧１ｋＶ
−１５分間，出力部２への印加電圧３３ｋＶ−１５分間
でそれぞれ処理した。試作した圧電トランスの外観斜視
図は，図１に示した圧電振動子３０と同様である。この
圧電振動子３０に対して，１波長共振モードを使用し，
入力電圧２４Ｖｐｐ，負荷抵抗５００ｋΩの時の圧電ト
ランス特性を測定した。測定結果を同一寸法の図３に示
したローゼン構造と比較して，試料１として表１に示し
た。
外部電極１４を，セラミック矩形板の片端から５．５ｍ
ｍの位置を中心にセラミック矩形板の側面に形成した。
分極は，温度１５００℃で入力部１への印加電圧１ｋＶ
−１５分間，出力部２への印加電圧３３ｋＶ−１５分間
でそれぞれ処理した。試作した圧電トランスの外観斜視
図は，図１に示した圧電振動子３０と同様である。この
圧電振動子３０に対して，１波長共振モードを使用し，
入力電圧２４Ｖｐｐ，負荷抵抗５００ｋΩの時の圧電ト
ランス特性を測定した。測定結果を同一寸法の図３に示
したローゼン構造と比較して，試料１として表１に示し
た。
【００２７】（第２の実施の形態）図２は本発明の第２
の実施の形態による圧電トランスに用いられる圧電振動
子の概略構造を示す斜視図である。図２に示すように，
圧電振動子２０は，常誘電セラミック層３を介して入力
部４及び出力部５とを備えた３層構造のセラミック矩形
板からなる。
の実施の形態による圧電トランスに用いられる圧電振動
子の概略構造を示す斜視図である。図２に示すように，
圧電振動子２０は，常誘電セラミック層３を介して入力
部４及び出力部５とを備えた３層構造のセラミック矩形
板からなる。
【００２８】入力部４は，圧電セラミックからなる圧電
セラミックシート２１と対向電極２２ａ又は２２ｂとを
交互に，且つ隣接する対向電極２２ａ又は２２ｂの夫々
が交互に第１の圧電セラミック層の長さ方向の異なる側
に露出するように積層されて第１の圧電セラミック層２
３を形成している。ここで，第１の圧電セラミック層２
３において，セラミック矩形板内部に形成された対向電
極２２ａを内部電極，セラミック矩形板表面に形成され
た対向電極２３ｂを表面電極と呼ぶ。この第１の圧電セ
ラミック層２１の両側面には，厚さ方向に，内部電極２
２ａ及び表面電極２２ｂとを交互に接続する一対の第１
の外部電極２４ａ，２４ｂが夫々形成されている。
セラミックシート２１と対向電極２２ａ又は２２ｂとを
交互に，且つ隣接する対向電極２２ａ又は２２ｂの夫々
が交互に第１の圧電セラミック層の長さ方向の異なる側
に露出するように積層されて第１の圧電セラミック層２
３を形成している。ここで，第１の圧電セラミック層２
３において，セラミック矩形板内部に形成された対向電
極２２ａを内部電極，セラミック矩形板表面に形成され
た対向電極２３ｂを表面電極と呼ぶ。この第１の圧電セ
ラミック層２１の両側面には，厚さ方向に，内部電極２
２ａ及び表面電極２２ｂとを交互に接続する一対の第１
の外部電極２４ａ，２４ｂが夫々形成されている。
【００２９】また，出力部５は，第２の圧電セラミック
層２５と，第２の圧電セラミック層２５の長さ方向両端
に形成された一対の第２の外部電極２６ａ，２６ｂを備
えている。
層２５と，第２の圧電セラミック層２５の長さ方向両端
に形成された一対の第２の外部電極２６ａ，２６ｂを備
えている。
【００３０】第１の外部電極２４ａ，２４ｂを外部電源
の入力端とし，第２の外部電極２６ａ，２６ｂと出力端
とすると，圧電振動子２０は圧電トランスとして機能す
る。
の入力端とし，第２の外部電極２６ａ，２６ｂと出力端
とすると，圧電振動子２０は圧電トランスとして機能す
る。
【００３１】このような構成の本発明の第２の実施の形
態における圧電トランスでは，第１の実施の形態と同様
に，３層構造の中間にある常誘電セラミック層３は，上
下の第１及び第２の圧電セラミック層２３，２５を構成
する圧電セラミックに，比べ誘電率が極端に小さいの
で，出力部５の分極時に電気力線の入力部３電極方向へ
の集中を防止し，電気力線を均一に出力部の長さ方向に
そろえる効果と，圧電トランス駆動時にも高電圧が安定
して得られる効果がある。第１と第２の圧電セラミック
層２３，２５を別々に製造し，第３層である常誘電セラ
ミック層３を介して接着する工程で製造する場合には，
第３の常誘電セラミック層３としては，アルミナやジル
コニア等の誘電率の小さい絶縁性セラミックスを使用す
ることができる。
態における圧電トランスでは，第１の実施の形態と同様
に，３層構造の中間にある常誘電セラミック層３は，上
下の第１及び第２の圧電セラミック層２３，２５を構成
する圧電セラミックに，比べ誘電率が極端に小さいの
で，出力部５の分極時に電気力線の入力部３電極方向へ
の集中を防止し，電気力線を均一に出力部の長さ方向に
そろえる効果と，圧電トランス駆動時にも高電圧が安定
して得られる効果がある。第１と第２の圧電セラミック
層２３，２５を別々に製造し，第３層である常誘電セラ
ミック層３を介して接着する工程で製造する場合には，
第３の常誘電セラミック層３としては，アルミナやジル
コニア等の誘電率の小さい絶縁性セラミックスを使用す
ることができる。
【００３２】また，圧電トランスをグリーンシートを用
いた一体焼結ブロセスで製造する際，圧電セラミック層
２３，２５と常誘電セラミック層３の収縮率が一致しな
いと焼結工程で境界にクラックが発生し，一体焼結が不
可能であるが，常誘電セラミック材料は圧電セラミック
スと類似の組成系で材料設計する事が可能であり，クラ
ックの発生の無い一体焼結が可能である。さらに，セラ
ミックスを焼結する際，構成物質の相互拡散によりセラ
ミックスが変質し，圧電特性が得られなく可能性が有る
が，常誘電セラミック材料は，圧電セラミックスと類似
の組成系で材料設計する事が可能であり，相互拡散によ
る圧電セラミックスの特性変化を最小限にとどめる事も
可能である。
いた一体焼結ブロセスで製造する際，圧電セラミック層
２３，２５と常誘電セラミック層３の収縮率が一致しな
いと焼結工程で境界にクラックが発生し，一体焼結が不
可能であるが，常誘電セラミック材料は圧電セラミック
スと類似の組成系で材料設計する事が可能であり，クラ
ックの発生の無い一体焼結が可能である。さらに，セラ
ミックスを焼結する際，構成物質の相互拡散によりセラ
ミックスが変質し，圧電特性が得られなく可能性が有る
が，常誘電セラミック材料は，圧電セラミックスと類似
の組成系で材料設計する事が可能であり，相互拡散によ
る圧電セラミックスの特性変化を最小限にとどめる事も
可能である。
【００３３】また，セラミック矩形板に長さ方向の振動
を励振するのに，入力部４の電極長さと幅寸法が，ほぼ
セラミック矩形板の長さと幅寸法に等しくなり，従来の
ローゼン型やその改良構造トランス等の長さ方向を入出
力部４，５に分割し，入力部４に圧電横効果を用いて矩
形板を励振するより，高効率で機械振動を励振する事が
可能である。
を励振するのに，入力部４の電極長さと幅寸法が，ほぼ
セラミック矩形板の長さと幅寸法に等しくなり，従来の
ローゼン型やその改良構造トランス等の長さ方向を入出
力部４，５に分割し，入力部４に圧電横効果を用いて矩
形板を励振するより，高効率で機械振動を励振する事が
可能である。
【００３４】さらに，本発明の第２の実施の形態におい
ては，入力部４に矩形板の厚さ方向に複数の対向する内
部電極２２ａ及び表面電極２２ｂを形成する事で，入力
電圧の低電圧化の効果が得られ，結果的に昇圧比の大き
い圧電トランスが得られる。
ては，入力部４に矩形板の厚さ方向に複数の対向する内
部電極２２ａ及び表面電極２２ｂを形成する事で，入力
電圧の低電圧化の効果が得られ，結果的に昇圧比の大き
い圧電トランスが得られる。
【００３５】次に本発明の第２の実施の形態による圧電
トランスの具体的製造方法について説明する。
トランスの具体的製造方法について説明する。
【００３６】圧電セラミックスとして，ＰｂＴｉＯ3 −
ＰｂＺｒＯ3 系材料，常誘電セラミックスとしてＰｂ
（Ｚｎ−Ｎｂ）Ｏ3 −ＰｂＴｉＯ3 系材料をそれぞれ用
いて，２２ｍｍ，幅５ｍｍ，厚さ１．２ｍｍの圧電トラ
ンスを試作した。入出力部４，５である矩形板の第１及
び第２の圧電セラミック層２３，２５の厚さは，それぞ
れ０．５ｍｍで，第１の入力層には，間隔０．１ｍｍで
５層の内部電極２２ａ及び表面電極２２ｂを銀−パラジ
ウム合金で印刷形成し，同時焼結で一体化した。第３の
常誘電セラミック層３は厚さ０．２ｍｍである。
ＰｂＺｒＯ3 系材料，常誘電セラミックスとしてＰｂ
（Ｚｎ−Ｎｂ）Ｏ3 −ＰｂＴｉＯ3 系材料をそれぞれ用
いて，２２ｍｍ，幅５ｍｍ，厚さ１．２ｍｍの圧電トラ
ンスを試作した。入出力部４，５である矩形板の第１及
び第２の圧電セラミック層２３，２５の厚さは，それぞ
れ０．５ｍｍで，第１の入力層には，間隔０．１ｍｍで
５層の内部電極２２ａ及び表面電極２２ｂを銀−パラジ
ウム合金で印刷形成し，同時焼結で一体化した。第３の
常誘電セラミック層３は厚さ０．２ｍｍである。
【００３７】入力部４の内部電極２２ａ及び表面電極に
接続する第１及び第２の外部電極２６ａ，２６ｂをセラ
ミック矩形板の両端から５．５ｍｍの位置を中心にセラ
ミック矩形板の側面に形成した。分極には，温度１５０
℃で入力部４に対しては，印加電圧２００Ｖ−１５分，
出力部５に対しては，印加電圧３３ｋＶ−１５分間でそ
れぞれ処理した。試作した圧電トランスの圧電振動子２
０の外観斜視図は，図２に示すものと同様である。この
圧電振動子２０に，１波長共振モードを使用し，入力電
圧７．２Ｖｐｐ，負荷抵抗５００ｋΩの時の圧電トラン
ス特性を測定した。測定結果を試料１と同様に，試料２
として，下記表１に示した。
接続する第１及び第２の外部電極２６ａ，２６ｂをセラ
ミック矩形板の両端から５．５ｍｍの位置を中心にセラ
ミック矩形板の側面に形成した。分極には，温度１５０
℃で入力部４に対しては，印加電圧２００Ｖ−１５分，
出力部５に対しては，印加電圧３３ｋＶ−１５分間でそ
れぞれ処理した。試作した圧電トランスの圧電振動子２
０の外観斜視図は，図２に示すものと同様である。この
圧電振動子２０に，１波長共振モードを使用し，入力電
圧７．２Ｖｐｐ，負荷抵抗５００ｋΩの時の圧電トラン
ス特性を測定した。測定結果を試料１と同様に，試料２
として，下記表１に示した。
【００３８】一方，本発明の第１及び第２の実施の形態
によるものと同一寸法でローゼンタイブの圧電トランス
を試作した場合，本発明と比較し入力側の静電容量は１
／５になり，出力側の静電容量は５倍大きくなるので，
理論的な昇圧比は，本発明の１／２５になるが，負荷抵
抗の値や出力側の静電容量と負荷抵抗とのインピーダン
スマッチングの関係により１／４程度の値が得られてい
る。
によるものと同一寸法でローゼンタイブの圧電トランス
を試作した場合，本発明と比較し入力側の静電容量は１
／５になり，出力側の静電容量は５倍大きくなるので，
理論的な昇圧比は，本発明の１／２５になるが，負荷抵
抗の値や出力側の静電容量と負荷抵抗とのインピーダン
スマッチングの関係により１／４程度の値が得られてい
る。
【００３９】
【表１】
【００４０】上記表１より，本発明の第１及び第２の実
施の形態による圧電トランスはローゼンタイブ圧電トラ
ンスに比較し，昇圧比は数十倍であり，効率も９０％以
上が得られている。また，第２の実施の形態によるよう
に，入力部４を積層構造とする事で昇圧比が大きくなる
ので，入力電圧の低電圧化が可能であることが明らかで
ある。
施の形態による圧電トランスはローゼンタイブ圧電トラ
ンスに比較し，昇圧比は数十倍であり，効率も９０％以
上が得られている。また，第２の実施の形態によるよう
に，入力部４を積層構造とする事で昇圧比が大きくなる
ので，入力電圧の低電圧化が可能であることが明らかで
ある。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように，本発明によれば，
数１０倍の昇圧比が得られ，効率が９０％以上と優れた
構造の圧電トランスを提供することができる。
数１０倍の昇圧比が得られ，効率が９０％以上と優れた
構造の圧電トランスを提供することができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態による圧電トランス
の圧電振動子の概略構成を示す斜視図である。
の圧電振動子の概略構成を示す斜視図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態による圧電トランス
の圧電振動子の概略構成を示す斜視図である。
の圧電振動子の概略構成を示す斜視図である。
【図３】従来のローゼンタイプの圧電トランスの圧電振
動子の概略構成を示す斜視図である。
動子の概略構成を示す斜視図である。
１，４ 入力部 ２，５ 出力部 ３ 常誘電セラミック層 １０，２０ 圧電振動子 １１，２３ 第１の圧電セラミック層 １２，２２ａ 内部電極 １３，２２ｂ 表面電極 １４，２４ａ，２４ｂ 第１の外部電極 １６，１７，２６ａ，２６ｂ 第２の外部電極 １５，２５ 第２の圧電セラミック層 ２１ 圧電セラミックシート ２７，３５，３６ 分極方向を示す矢印 ３１ 圧電セラミック矩形板 ３２，３３，３４ 電極
Claims (2)
- 【請求項１】 １層の常誘電セラミック層を２層の第１
及び第２の圧電セラミック層によって挟み込んだ３層構
造のセラミック矩形板を備え，前記矩形板の長さ方向の
振動モードを利用した圧電トランスにおいて，前記第１
の圧電セラミック層は，圧電横効果を利用し，前記矩形
板を長さ方向に励振するための当該第１の圧電セラミッ
ク層の表裏をなす二面に対向するように設けられた対向
電極と前記矩形板側面に少なくとも１個の前記対向電極
に電気的に接続する第１の外部電極とを有し，前記第２
の圧電セラミック層は，長さ方向に振動する前記矩形板
から圧電縦効果を利用し電力を取り出すため，当該第２
の圧電セラミック層の長さ方向の両端面に形成された一
対の第２の外部電極を有することを特徴とする圧電トラ
ンス。 - 【請求項２】 １層の常誘電セラミック層を２層の第１
及び第２の圧電セラミック層によって挟み込んだ３層構
造のセラミック矩形板を備え，前記矩形板の長さ方向の
振動モードを利用した圧電トランスにおいて，前記第１
の圧電セラミック層は，圧電横効果を利用し，前記矩形
板を長さ方向に励振するための矩形板厚さ方向に直交す
るように離間して積層された複数の対向電極と，前記矩
形板側面に形成され，前記対向電極に前記矩形板の両側
面において，夫々電気的に接続する一対の第１の外部電
極とを有し，前記第２の圧電セラミック層は，長さ方向
に振動する矩形板から圧電横効果を利用し電力を取り出
すため，前記矩形板の長さ方向の両端面に形成された一
対の第２の外部電極を有することを特徴とする圧電トラ
ンス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10007737A JPH11204852A (ja) | 1998-01-19 | 1998-01-19 | 圧電トランス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10007737A JPH11204852A (ja) | 1998-01-19 | 1998-01-19 | 圧電トランス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11204852A true JPH11204852A (ja) | 1999-07-30 |
Family
ID=11674025
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10007737A Pending JPH11204852A (ja) | 1998-01-19 | 1998-01-19 | 圧電トランス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11204852A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6326718B1 (en) * | 1999-12-23 | 2001-12-04 | Face Internatinal Corp. | Multilayer piezoelectric transformer |
| RU2648301C1 (ru) * | 2016-12-23 | 2018-03-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Ультразвуковой преобразователь |
-
1998
- 1998-01-19 JP JP10007737A patent/JPH11204852A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6326718B1 (en) * | 1999-12-23 | 2001-12-04 | Face Internatinal Corp. | Multilayer piezoelectric transformer |
| RU2648301C1 (ru) * | 2016-12-23 | 2018-03-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Ультразвуковой преобразователь |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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|
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070523 |
|
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