JPH10135533A - 圧電トランス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 支持の容易な振動効率が高い圧電トランスを
得る。 【解決手段】 矢印ＦＡ，ＦＢ方向に分極された振動体
１０の共振周波数の交流電圧２０が電極１２，１４間に
印加されると、結合係数ｄ31によって矢印ＦＣ方向に縦
振動が生じ、矢印ＦＤ方向に振動体１０が伸縮する。こ
れらの振動，伸縮が振動体１０の出力側に伝達される
と、出力側では矢印ＦＥ方向に振動体１０の縦振動が生
じ、結合係数ｇ31によって電圧２２が生成され、電極１
６，１８から取り出される。振動体１０が二次振動モー
ドで振動するため、振動の節が２個所存在するようにな
り、振動体の支持が容易に行なわれる。特に自由振動の
節を支持すれば、振動が妨げられないため高い振動効率
が得られる。

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、圧電トランスに
かかり、更に具体的には、その振動体効率の改善に関す
るものである。

【０００２】

【背景技術と発明が解決しようとする課題】圧電トラン
スは、従来の巻線トランスと比較して、 （1）エネルギ密度が高く、小型化，薄型化を図ること
ができる。 （2）スイッチング周波数の高周波化が可能である。 （3）電磁的なノイズが出ない。 （4）発熱などの影響も低減される。 などの利点があり、各方面で研究が進んでいる。

【０００３】例えば、特開平４−１６７５０４号公報
（公知例１）には、圧電セラミック円板を積層すること
によって５００ｋＨｚ以上で動作する圧電セラミックト
ランスが開示されている。電子情報通信学会の信学技報
PE92-68（1993-02）,P25〜31（公知例２）では、厚み縦
振動型圧電トランスの等価回路が考察されている。同技
報PE93-19（1993-07）,P51〜55（公知例３）には、圧電
トランスのスイッチングの際の効率をソフトスイッチン
グ方式で改善した圧電トランスコンバータが開示されて
いる。同技報US95-21,EMD95-17,CPM95-29（1995-07）,P
9〜16（公知例４）には、大きな昇圧比（もしくは降圧
比）を得ることができる積層一体焼結型圧電トランスが
開示されている。同技報US95-22,EMD95-18,CPM95-30（1
993-02）,P17〜21（公知例５）には、フルブリッジ回路
を用いて電源電圧の２倍の電圧で駆動するようにした冷
陰極管用の圧電トランスが開示されている。

【０００４】図５（A）にはローゼン型の圧電トランス
が示されており、板状の振動体１１０の左側の上下（表
裏）面には電極１１２，１１４がそれぞれ形成されてお
り、右側の端面には電極１１６が形成されている。振動
体１１０の分極方向は、それぞれ矢印で示す方向であ
り、左側では上下方向，右側では左右方向となってい
る。

【０００５】ところで、圧電トランスは、圧電材料によ
って形成された振動体の機械振動を妨げないように、振
動モードによって決まる振動の節，つまり振幅が「0」
のノード点で支持される。図５（A）の圧電トランスの
場合、一次モードの振動振幅は同図（B）に示すように
なり、ノード点は中心ＰＱである。従って、振動体１１
０の振動を阻害しないためには、中心ＰＱのみで振動体
１１０を支持しなければならない。

【０００６】本発明は、このような点に着目したもの
で、支持の容易な振動効率が高い圧電トランスを得るこ
とをその目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、この発明は、振動体の対向面に対して対称に形成さ
れた一組の入力側電極；これら入力側電極と並列であっ
て、振動体を挟んで対称となるように形成された一組の
出力側電極；を備え、前記振動体を、前記入力側電極及
び出力側電極と平行な方向であって、入力側と出力側で
直交する方向に分極して二次振動モードで振動させるこ
とを特徴とするものである。

【０００８】他の発明によれば、前記入力側電極又は出
力側電極の一方が振動体の中央部分に形成され、他方は
振動体の両端部分にそれぞれ形成される。また、前記振
動体の入力側電極又は出力側電極に挟まれた部分の少な
くとも一方に、分極用の内部電極が形成される。前記振
動体は、自由振動したときの振動の節で支持される。

【０００９】この発明の前記及び他の目的，特徴，利点
は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態につい
て、実施例を参照しながら詳細に説明する。本発明にか
かる圧電トランスは、例えば、ノート型パソコンにバッ
クライト光源として使用されている冷陰極蛍光灯の点灯
電源などに好適である。

【００１１】

【実施例１】最初に、図１〜図３を参照しながら実施例
１について説明する。図１（A）には、実施例１の斜視
図が示されている。また、同図の＃１Ｂ−＃１Ｂ線に沿
って矢印方向に見た断面が同図（B）に示されており、
＃１Ｃ−＃１Ｃ線に沿って矢印方向に見た断面が同図
（C）に示されている。また、同図（D）には、四角柱状
の振動体の長さ方向断面が示されている。なお、入力側
（一次側），出力側（二次側）をいずれとするかは、昇
圧，降圧に応じて設定してよいが、以下の説明では同図
（A）の左側を入力側，右側を出力側とする。

【００１２】まず、振動体１０の分極方向から説明する
と、同図（B）〜（D）に示すように、入力側は、矢印Ｆ
Ａで示す振動体１０の厚み方向に分極されている。ま
た、出力側は、矢印ＦＢで示すように振動体１０の長さ
方向に分極されている。これらの分極方向は、上述した
ローゼン型と同様である。しかし、本実施例では、ロー
ゼン型と電極配置が異なる。すなわち、振動体１０の両
側面１０Ａ，１０Ｂに電極１２，１４，１６，１８が対
称に形成されている。入力側の電極１２，１４には、振
動体の共振周波数に相当する駆動用の交流電圧２０が印
加されるようになっている。また、出力側の電極１６，
１８からは、出力電圧２２が取り出されるようになって
いる。

【００１３】次に、図２を参照しながら振動体１０の分
極の方法について一例を説明する。まず、同図（A）に
示す例は、振動体１０の上下面１０Ｃ，１０Ｄにそれぞ
れ分極用電極２４，２６が設けられており、これらに直
流電圧を印加することによって振動体１０の左側が矢印
ＦＡ方向に分極される。また、振動体１０の右側側面１
０Ｅには分極用電極２８が設けられており、これと分極
用電極２４，２６との間に直流電圧を印加することによ
って振動体１０の右側が矢印ＦＢ方向に分極される。こ
のような分極用電極２４〜２８は、図１に示した入出力
用電極１２〜１８とともに振動体１０に形成してよい。

【００１４】次に、図２（B）に示す例は入力側の分極
手法の他の例で、同図の＃２−＃２線に沿って矢印方向
に見た断面が（C）に示されている。これらの図のよう
に、振動体１０の左側内部に分極用電極３０が複数積層
されており、これら分極用電極３０は、交互に振動体側
面の電極１２，１４にそれぞれ接続されている。電極１
２，１４に直流電圧を印加することで、分極用電極３０
の積層方向である矢印ＦＡ方向に振動体１０が分極され
る。なお、いずれか一つの分極用電極３０に着目する
と、その上下で電界の方向が逆になるので、分極方向も
逆となる。

【００１５】次に、図２（D）に示す例は出力側の分極
手法の他の例で、振動体１０の右側内部に分極用電極３
２が複数積層されており、これら分極用電極３２は、交
互に振動体上下面の電極３４，３６にそれぞれ接続され
ている。電極３４，３６に直流電圧を印加することで、
分極用電極３２の積層方向である矢印ＦＢ方向に振動体
１０が分極される。なお、一つの内部電極３２の左右で
分極方向は逆となる点は、前記図２（B）と同様であ
る。同図（E）に示す例は、同図（D）の例の分極用電極
３４，３６の代わりに図１に示した電極１６，１８を用
いたもので、積層された振動体内部の分極用電極３２
は、電極１６，１８に交互に接続されている。これら電
極１６，１８に直流電圧を印加することで、同図（D）
と同様の分極を行うことができる。

【００１６】次に、本実施例の作用を説明する。入力側
において、振動体１０の共振周波数の交流電圧２０が電
極１２，１４間に印加されると、電気機械結合係数ｄ31
によって矢印ＦＣ方向に縦振動が生じ、矢印ＦＤ方向に
振動体１０が伸縮する。これらの振動，伸縮が振動体１
０の出力側に伝達されると、出力側では矢印ＦＥ方向に
振動体１０の縦振動が生ずる。この振動方向ＦＥは分極
方向ＦＢと直交するため、振動体１０が矢印ＦＦ方向に
伸縮するとともに、電気機械結合係数ｇ31によって電圧
２２が生成される。この電圧２２は、電極１６，１８か
ら取り出される。

【００１７】図３には、振動体１０の振動の様子が示さ
れている。まず、同図（A）に示す例は、振動体１０の
全長を「1」としたときに、その両端から「0.25」の位
置ＰＡ，ＰＢで振動体１０を強制的に固定した場合であ
る。この場合の振動振幅は、同図（B）にグラフＧＡで
示すようになる。これに対し、同図（C）は振動体１０
の両端を自由端として振動させた場合、いわゆる自由振
動の場合であり、両端から「0.225」の位置ＰＣ，ＰＤ
で振動体１０が固定される。この場合の振動振幅は、同
図（B）にグラフＧＢで示すようになる。同図（A）の場
合は、位置ＰＡ，ＰＢで無理に振動体１０に節，つまり
振幅ゼロのノード点を作っている。これに対し、同図
（C）の場合は、自由振動の節である位置ＰＣ，ＰＤで
振動体１０が支持されているため、振動が阻害されな
い。

【００１８】このように、本実施例によれば、入力側及
び出力側の電極がいずれも振動体の側面に形成されてお
り、入力側が結合係数ｄ31，出力側が結合係数ｇ31で二
次モードで振動が生ずる。従って、上述したローゼン型
と比較して、振動の節が２個所存在するようになり、振
動体の支持を容易に行うことができる。また、特に自由
振動の節を支持するようにすれば、振動が妨げられない
ため高い振動効率が得られる。

【００１９】また、振動周波数や斜めの振動モードの調
整などをリード付けや支持の後に行う場合、振動体１０
を加工することは一般に困難である。しかし、動作に直
接関与しない分極用の電極をトリミングして容量調節を
行うようにすれば、かかる調整をリード付け後に容易に
行うことができる。

【００２０】

【実施例２】次に、図４を参照しながら実施例２につい
て説明する。上述した実施例では、振動体の長さ方向の
一方が入力部，他方が出力部となっている。しかし、こ
の実施例では、振動体の中央部分と両端部分が入力部又
は出力部となっている。同図（A）は側面図，（B）は平
面図，（C）は長さ方向の断面図である。これらの図に
おいて、振動体５０の側面５０Ａ，５０Ｂには、電極５
２，５４，５６，５８，６０，６２が対称に形成されて
いる。また、振動体５０の端面５０Ｃ，５０Ｄには、分
極用電極６４，６６が形成されている。更に、振動体５
０の中央部分には、分極用内部電極６８が積層して形成
されている。

【００２１】次に、振動体５０の分極の手法について説
明する。振動体５０の中央部分は、分極用内部電極６８
に直流電圧を印加することで、矢印ＦＧ方向に分極され
る。振動体５０の左右両端部分は、電極５２，５４（あ
るいは分極用内部電極６８）と、両端の分極用電極６
４，６６の間に直流電圧を印加することで、矢印ＦＨ，
ＦＩ方向に分極される。

【００２２】次に、作用を説明する。振動体５０の共振
周波数に対応する交流電圧７０が電極５２，５４間に印
加されると、電気機械結合係数ｄ31によって分極方向で
ある矢印ＦＧ方向に縦振動が生じ、矢印ＦＨ，ＦＩであ
る横方向に振動体５０が伸縮する。これらの振動，伸縮
は、振動体５０の両端側に伝達される。この振動方向
は、出力側では分極方向ＦＨ，ＦＩと直交するため、電
気機械結合係数ｇ31によって電圧が生成される。電圧７
２は電極５６，５８から取り出され、電圧７４は電極６
０，６２から取出される。

【００２３】ところで、本実施例によれば、入力側は分
極用内部電極６８によって振動体５０が矢印ＦＧ方向に
分極される。従って、例えば図２（A）に示した外部電
極による分極方法と比較して分極を容易に行うことがで
きる。また、出力側についても、仮に振動体５０の長さ
が上述した実施例と同様であるとすると、電極５２，５
４（あるいは分極用内部電極６８）から両端の分極用電
極６４，６６に至る距離が短くなるため、同様に分極を
容易に行うことが可能となる。

【００２４】

【他の実施例】この発明には数多くの実施の形態があ
り、以上の開示に基づいて多様に改変することが可能で
ある。例えば、次のようなものも含まれる。 （1）前記実施例では、角柱状の振動体に対して本発明
を適用した場合であるが、例えば平板状など各種の振動
体形状のものにも適用可能である。 （2）いずれを入力側あるいは出力側とするかも、昇
圧，降圧の関係から設定してよい。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
入力側及び出力側の電極を振動体の対向面に対称にそれ
ぞれ並んで形成し、二次モードで振動を行うこととした
ので、振動体の支持を容易に行うことができ、特に自由
振動の節を支持することによって、高い振動効率を得る
ことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を示す図である。（A）は
斜視図，（B）は（A）の＃1B−＃1B線に沿って矢印方向
に見た断面図，（C）は（A）の＃1C−＃1C線に沿って矢
印方向に見た断面図，（D）は振動体の長さ方向の断面
図である。

【図２】実施例１の分極手法を示す図である。（A），
（B），（D），（E）は振動体の長さ方向の断面図、
（C）は（B）の＃２−＃２線に沿って矢印方向に見た断
面図である。

【図３】実施例１の支持手法を示す図である。（A），
（C）は振動体の長さ方向の側面図，（B）は振動振幅を
示す波形図である。

【図４】実施例２を示す図である。（A）は側面図，
（B），（C）は振動体の長さ方向に沿った断面図であ
る。

【図５】ローゼン型圧電トランスの構成と振幅の一例を
示す図である。

【符号の説明】

１０，５０…振動体 １０Ａ，１０Ｂ，５０Ａ，５０Ｂ…側面 １０Ｃ，１０Ｄ…上下面 １２，１４，１６，１８，５２，５４，５６，５８，６
０，６２…電極 ２０，７０…交流電圧 ２２，７２，７４…出力電圧 ２４，２６，２８，３０，３２，３４，３６，６４，６
６，６８…分極用電極 ３０…取出用電極 ５０Ｃ，５０Ｄ…端面 ＦＡ，ＦＢ，ＦＧ，ＦＨ，ＦＩ…分極方向 ＦＣ，ＦＥ…振動方向 ＦＤ，ＦＦ…伸縮方向 ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤ…支持位置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 戒能 大助 東京都台東区上野６丁目16番20号 太陽誘 電株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 振動体の対向面に対して対称に形成され
   た一組の入力側電極；これら入力側電極と並列であっ
   て、振動体を挟んで対称となるように形成された一組の
   出力側電極；を備え、 前記振動体を、前記入力側電極及び出力側電極と平行な
   方向であって、入力側と出力側で直交する方向に分極し
   て二次振動モードで振動させることを特徴とする圧電ト
   ランス。
2. 【請求項２】 前記入力側電極又は出力側電極の一方を
   振動体の中央部分に形成し、他方を振動体の両端部分に
   それぞれ形成したことを特徴とする請求項１記載の圧電
   トランス。
3. 【請求項３】 前記振動体の入力側電極又は出力側電極
   に挟まれた部分の少なくとも一方に、分極用の内部電極
   を形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の圧電
   トランス。
4. 【請求項４】 前記振動体を自由振動させたときの振動
   の節で支持することを特徴とする請求項１，２又は３記
   載の圧電トランス。