JPH10200172A - 圧電トランス - Google Patents

圧電トランス

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JPH10200172A
JPH10200172A JP9000540A JP54097A JPH10200172A JP H10200172 A JPH10200172 A JP H10200172A JP 9000540 A JP9000540 A JP 9000540A JP 54097 A JP54097 A JP 54097A JP H10200172 A JPH10200172 A JP H10200172A
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JP
Japan
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piezoelectric
electrodes
piezoelectric transformer
vibration mode
piezoelectric plate
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Withdrawn
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JP9000540A
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English (en)
Inventor
Tetsuo Yoshida
哲男 吉田
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Tokin Corp
Original Assignee
Tokin Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電板の表面の応力がほとんど無い振動モー
ドを利用した圧電トランスを提供することである。 【解決手段】 厚さ方向或いは厚さと平行な方向に分極
軸を有する圧電板11の外周部分を除く領域に厚さ方向
で互いに対向する入力用対向電極21,22及び出力用
対向電極31,32を形成し、対向電極21,22及び
31,33の一方を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に使用し他方をこのエネルギー閉じ
込め振動にともなう出力電圧の取出しに使用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、小形の携帯電子機
器やOA機器等に用いられるDC/DCコンバータやD
C/ACインバータに用いられる圧電トランスに関し、
特に小形で信頼性の高い圧電トランスを提供するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】圧電トランスは圧電振動素子の逆圧電効
果と圧電効果を利用し、電気的入力を先ず機械エネルギ
ーに変換して圧電振動子を機械的に励振し、次にこの機
械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であり、従来の電
磁トランスと比較して、巻線が無いと言う特徴を有して
いる。
【0003】図4は、圧電トランスの原理を説明するた
めの構造該略図である。圧電板(圧電セラミック矩形
板)14の長さ方向の約半分の領域の上下面に対向する
入力用対向電極27,28が形成されており、この領域
は厚さ方向に分極処理が施されている。また、圧電板1
4の残りの半分の領域の長さ方向の端面には出力用電極
37が形成され、この領域は長さ方向に分極されてい
る。図4に示した従来の圧電トランスの電気等価回路は
図5のように表される。図5の回路は更に図6のように
書き換えることができる。図5において、入力端子4
7,48はそれぞれ電極27,28に接続され、出力端
子57,58はそれぞれ電極37,28に接続されてい
る。図4〜図6において、入力端子47,48に圧電板
14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、圧電板14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。このと
き等価回路では、直列インダクタンスLと直列容量Cと
2次側の制動容量Cd2による容量Cd2″との合成の
容量C′が共振し、回路に流れる電流が最大となる。こ
のとき合成容量C′の端子電圧は入力電圧Vo のQm倍
となる。ここでQmは図6に示す等価回路における共振
の先鋭度を表す品質係数で、下記の(1)式で与えられ
る。
【0004】 Qm=ωrL/R、ωr=2πfr(frは共振周波数)…(1) 従って、出力電圧は、この合成容量の端子電圧に発生し
た電圧をCd2″により分圧したものとなる。実際の圧
電トランスでは、負荷抵抗により、実行的なQmが変化
する。また、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Cd2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。また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、下記の(2)式で与えられる負荷
抵抗RLを接続する場合もある。
【0005】RL=1/(ωrCd2)…(2) 小形の圧電トランスを構成しようとした場合、圧電材料
をどれだけ大きな振幅で励振できるかどうかが一つの基
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、
破壊したりし、これが実用上の限界となる。しかし、こ
の振幅限界は材料により大きく異なり、通常の圧電セラ
ミックスが振動速度の値で表して、0.3m/s程度で
あるのに対して、LiNbO3 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
と体積に比例するため、これらの圧電単結晶を用いて圧
電トランスを形成すると寸法は格段に小さくなることが
期待される。しかし、圧電単結晶を用いて図4に示した
従来の圧電トランスを形成した場合、原理的には体積を
数10分の1とすることが可能となるが、実際には、振
動速度の上昇と比例して圧電素子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素子が割れてしま
うと言う欠点があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、小形の圧電
トランスを構成するために、圧電体の発熱や破壊を生じ
る振動限界速度の大きな圧電体を用いて、圧電体の表面
の応力がほとんど無い振動モードを利用した圧電トラン
スを提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、厚さ方
向或いは厚さ方向と直交する方向に分極軸を有する圧電
板の外周部分を除く領域の少なくとも一部分に前記圧電
板の厚さ方向で互いに対向する2対の電極を形成し、該
2対の対向する電極の一方を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に使用し、他方をエネルギ
ー閉じ込め振動に伴なう出力電圧の取出しに使用するこ
とを特徴とする圧電トランスが得られる。
【0008】また、本発明によれば、前記圧電板の厚さ
方向一端面に形成された二つの電極を前記圧電板上で接
続して共通電極としたことを特徴とする圧電トランスが
得られる。
【0009】また、本発明によれば、前記圧電板にコイ
ル状の薄膜導体と磁性体薄膜を積層して少なくとも1個
以上のインダクタを形成し、該インダクタを前記2対の
電極の内の少なくとも一方の対の電極と並列或いは直列
に接続したことを特徴とする圧電トランスが得られる。
【0010】更に、本発明によれば、前記積層して形成
したインダクタのインダクタンスの値とそれぞれ並列或
いは直列に接続された電極対の静電容量との並列或いは
直列の共振周波数の値を前記圧電板の厚さ振動モードの
エネルギー閉じ込め振動モードの共振周波数にほぼ等し
くしたことを特徴とする圧電トランスが得られる。
【0011】
【発明の実施の形態】図1に本発明の第1の実施形態に
よる圧電トランスの構造を示す。厚さ方向に分極軸を有
する圧電板11の中央部分に、その厚さ方向で互いに対
向する入力用対向電極21,22及び出力用対向電極3
1,32を形成し、入力用対向電極21,22にそれぞ
れ入力用引出し端子41,42を連設し(これらの端子
は厚さ方向で対向しないように成っている)、出力用対
向電極31,32にそれぞれ出力用引出し端子51,5
2を連設してある(これらの端子も厚さ方向で対向しな
いように成っている)。そして、端子41,42を通じ
て、対向電極21,22間に、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
しい交流電圧を印加すると、この対向電極21,22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、もう一方の対向電極31,32間
には圧電効果により出力電圧が発生する。図1に示した
圧電トランスの等価回路は図5及び図6に示した等価回
路と全く同じに表すことができる。
【0012】図2に本発明の第2の実施形態による圧電
トランスの構造を示す。厚さと平行な方向に分極軸を有
する圧電板12の中央部分に、その厚さ方向で互いに対
向する入力用対向電極23,24及び出力用対向電極3
3,34を形成し、入力用対向電極23,24にそれぞ
れ入力用引出し端子43,44を連設し(これらの端子
は厚さ方向で対向しないように成っている)、出力用対
向電極33,34にそれぞれ出力用引出し端子53,5
4を連設してある(これらの端子も厚さ方向で対向しな
いように成っている)。そして、端子43,44を通じ
て、対向電極23,24間に、圧電板12の厚みすべり
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印加すると、この対向電極23,2
4の近傍に厚みすべり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、もう一方の対向電極3
3,34間には圧電効果により出力電圧が発生する。図
2に示した圧電トランスの等価回路も同様に図5及び図
6に示した等価回路と全く同じに表すことができる。
【0013】図1及び図2に示した実施形態において、
それぞれ電極22と電極32或いは電極24と電極34
を接続して3端子型の圧電トランスを構成することがで
きる。この接続は、厚み振動モードのエネルギー閉じ込
め振動が励振されている領域以外の圧電板上で行えるた
め、この接続を行う導体パターンは、2対の対向電極、
並びに入力用及び出力用の引出し端子を形成する際に同
時に形成することができる。
【0014】図3に本発明の第3の実施形態による圧電
トランスの構造を示す。図3に示すように、圧電板13
の一方の面にコイル状の薄膜導体と磁性体薄膜を積層し
てインダクタ6が形成されており、更にこのインダクタ
6は入力用対向電極25,26と並列に接続されてい
る。このときインダクタンスの値L1を前記圧電トラン
スの入力側の制動容量Cd1と共振周波数frに対して
下記の(3)式で与えられる値に選定すると、実効的に
制動容量Cd1がキャンセルされて入力電源から見たイ
ンピーダンスが純抵抗となるため、効率良い駆動が可能
となる。
【0015】 L1=1/(4・π2 ・fr2 Cd1)…(3) 図面には示さなかったが、入力側に上記(3)式で与え
られるインダクタを直列に接続することによって、制動
容量のキャンセルと入力電圧の実効的な昇圧の作用を持
たせることができる。
【0016】更に、出力側の対向電極対と並列に下記の
(4)式で与えられるインダクタンス値を有するインダ
クタL2を接続することにより付加抵抗とのマッチング
の条件がほとんど無くなる。
【0017】 L2=1/(4・π2 ・fr2 Cd2)…(4) 更に、出力側に上記(4)式で与えられるインダクタを
直列に接続することによって、付加抵抗とのマッチング
の条件がほとんど無くなる。
【0018】図3に示したインダクタの形成は通常の薄
膜形成技術により導体と磁性体を複数層積層して構成す
ることができる。
【0019】各実施形態に示した厚さモードのエネルギ
ー閉じ込め振動モードを利用した圧電トランスにおいて
は、圧電板の上下面は振動振幅が最大で応力はゼロとな
り、厚さ方向の中心の位置が応力最大となること、更
に、エネルギー閉じ込め振動モードの振動は、圧電板の
中央部に形成された対向する入力用及び出力用電極部だ
けで生ずるため、振動子を最大振動振幅限界以内で励振
した場合、もし圧電板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、振動板が割れることは無
い。
【0020】また、入力側或いは出力側の制動容量と整
合するためのインダクタを同一基板上に形成しているた
め、小形で効率の良い圧電トランスを得ることができ
る。
【0021】
【発明の効果】以上に示したように、本発明によれば、
圧電体の機械加工面の振動応力がほとんどゼロとなる厚
さ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
の破壊の心配が無く、小形で、効率の良い圧電トランス
を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態による圧電トランスの
斜視図である。
【図2】本発明の第2の実施形態による圧電トランスの
斜視図である。
【図3】本発明の第3の実施形態による圧電トランスの
斜視図である。
【図4】従来の圧電トランスの一例の斜視図である。
【図5】図4に示す圧電トランスの機械振動系を含めた
等価回路図である。
【図6】図4に示す圧電トランスの入力側から見た電気
的等価回路図である。
【符号の説明】
6 インダクタ 11 圧電板 12 圧電板 13 圧電板 21 入力用対向電極 22 入力用対向電極 23 入力用対向電極 24 入力用対向電極 25 入力用対向電極 26 入力用対向電極 31 出力用対向電極 32 出力用対向電極 33 出力用対向電極 34 出力用対向電極 35 出力用対向電極 36 出力用対向電極 41 入力用引出し端子 42 入力用引出し端子 43 入力用引出し端子 44 入力用引出し端子 45 入力用引出し端子 46 入力用引出し端子 51 出力用引出し端子 52 出力用引出し端子 53 出力用引出し端子 54 出力用引出し端子 55 出力用引出し端子 56 出力用引出し端子

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 厚さ方向或いは厚さ方向と直交する方向
    に分極軸を有する圧電板の外周部分を除く領域の少なく
    とも一部分に前記圧電板の厚さ方向で互いに対向する2
    対の電極を形成し、該2対の対向する電極の一方を厚さ
    振動モードのエネルギー閉じ込め振動モードの励振に使
    用し、他方をエネルギー閉じ込め振動に伴なう出力電圧
    の取出しに使用することを特徴とする圧電トランス。
  2. 【請求項2】 前記圧電板の厚さ方向一端面に形成され
    た二つの電極を前記圧電板上で接続して共通電極とした
    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】 前記圧電板にコイル状の薄膜導体と磁性
    体薄膜を積層して少なくとも1個以上のインダクタを形
    成し、該インダクタを前記2対の電極の内の少なくとも
    一方の対の電極と並列或いは直列に接続したことを特徴
    とする請求項1又は2記載の圧電トランス。
  4. 【請求項4】 前記積層して形成したインダクタのイン
    ダクタンスの値とそれぞれ並列或いは直列に接続された
    電極対の静電容量との並列或いは直列の共振周波数の値
    を前記圧電板の厚さ振動モードのエネルギー閉じ込め振
    動モードの共振周波数にほぼ等しくしたことを特徴とす
    る請求項3記載の圧電トランス。
JP9000540A 1997-01-07 1997-01-07 圧電トランス Withdrawn JPH10200172A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008181966A (ja) * 2007-01-23 2008-08-07 Sumida Corporation 圧電トランス及び圧電トランスを用いた電源回路
JP2008198847A (ja) * 2007-02-14 2008-08-28 Sumida Corporation 圧電トランス及び電源装置
JP2010203932A (ja) * 2009-03-04 2010-09-16 Epson Toyocom Corp 物理量センサーおよび物理量測定装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008181966A (ja) * 2007-01-23 2008-08-07 Sumida Corporation 圧電トランス及び圧電トランスを用いた電源回路
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Effective date: 20040406