JPH11330580A

JPH11330580A - 圧電トランス、圧電トランスの製造方法および圧電トランスの駆動方法

Info

Publication number: JPH11330580A
Application number: JP10138802A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Asahi; 俊行朝日; Kojiro Okuyama; 奥山浩二郎; Hiroshi Nakatsuka; 宏中塚; Hiroyuki Hase; 裕之長谷; Hiroshi Sogo; 寛十河
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-05-20
Filing date: 1998-05-20
Publication date: 1999-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】破壊強度に対する安全率の増加による耐電力
性の向上、静電容量の増加による電流の印加しやすさを
向上させた大電力用に適した圧電トランスを提供する。【解決手段】対向する主平面上に入力電極１３、出力
電極１４、共通電極１５を備え、厚み方向に分極した少
なくとも２枚以上の円板状もしくはリング状圧電体を主
平面で重ね合わせて、径方向振動モードで駆動すること
を特徴とすることにより大電力用途に適した圧電トラン
スが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電トランス、例
えば、液晶ディスプレイのバックライト用インバータや
ＤＣ−ＤＣコンバータなどの電力変換装置に用いられる
圧電トランス、圧電トランスの製造方法および圧電トラ
ンスの駆動方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】圧電トランスは、入力した電気エネルギ
ーを逆圧電効果によって、機械エネルギーに変換し、そ
の機械エネルギーを再び、圧電効果によって電気エネル
ギーに変換することで、電圧の昇圧または降圧を行って
いる。

【０００３】圧電トランスの一例として、現在、最も一
般的な構成とされているローゼン型圧電トランスを図１
６に示す。このローゼン型圧電トランスを参照して、原
理及び動作を説明する。圧電素子は、ＰＺＴ（チタン酸
ジルコン酸鉛）セラミック等の圧電体で作成されており
板形状をしている。この圧電素子は駆動部８１と発電部
８２として約半分ずつ構成されている。駆動部８１は主
平面上に、例えば銀焼き付けなどにより、入力電極８３
及び共通電極８５が形成されており、厚み方向に分極さ
れている。発電部８２は、端面に出力電極８４が形成さ
れており、長軸方向に分極されている。

【０００４】このように形成された圧電トランスにおい
て、入力電極８３−共通電極８５間に交流電気信号を印
可すると、逆圧電効果によって機械振動が発生する。こ
の機械振動により、発電部８２には応力を受け、圧電効
果によって出力電極８４−共通電極８５間に高電圧が発
生し、電気振動として取り出される。印可される交流電
気信号を圧電素子の長軸方向の共振周波数近傍とする事
により、強い機械振動が得られる。

【０００５】また、別のタイプとして、提案されている
厚み縦振動の圧電トランスを図１７に示す。この圧電ト
ランスは、入力電極９３ａ、共通電極９５ａ、入力電極
９３ｂ、共通電極９５ｂ、出力電極９４の間に圧電体が
挟まれて積層されて、焼結されたものである。入力電極
９３ａから共通電極９５ｂまでの積層体が圧電体駆動部
９１を形成し、共通電極９５ｂから出力電極９４までの
積層体が圧電体発電部９２を形成している。圧電体駆動
部９１と圧電体発電部９２は、厚み方向に分極されてお
り、図１７中の矢印で分極軸の方向を表している。この
タイプは、圧電体駆動部９１および圧電体発電部９２の
厚み方向、すなわち、分極方向と同じ方向の振動によっ
て、駆動される。

【０００６】現在、圧電トランスは液晶デスプレイのバ
ックライトとしての冷陰極管を発光させるインバータと
してよく用いられているが、その他の用途として、ＤＣ
−ＤＣコンバータとしても検討されている。

【０００７】圧電トランスは、電磁トランスと比較し
て、（１）より大きな電力密度で使用でき小型化に適し
ている、（２）不燃化が図れる、（３）電磁誘導による
ノイズが減少する、というメリットを持つ。電磁トラン
スでは高周波化することで電力密度は向上するが、高周
波化に伴い磁気的な損失が増大するため、効率の低下が
問題とされている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ＤＣ−ＤＣコンバータ
等の大電力用途に圧電トランスを用いる際に要求される
性能として、大電力が印加しやすいこと、すなわち電流
を流しやすくすることが挙げられる。そのためには、圧
電トランス入力インピーダンスを低く（＝入力容量が大
きく）する必要がある。ＤＣ−ＤＣコンバータの場合は
出力インピーダンスも低くする必要がある。また、大電
力を印加しても破壊しにくい、耐電力性が高い特性も圧
電トランスに要求される。従来のローゼン型圧電トラン
スは、昇圧を主たる目的としているため、出力部の容量
を大きくできない構造であり、電流を多く取り出すこと
ができない。また、駆動部と発電部との境界で分極軸の
境界層があるため破壊しやすく耐電力性も低い。

【０００９】また、ＤＣ−ＤＣコンバータに用いる時
は、駆動周波数を高くすると、スイッチダイオードやコ
イル、制御回路といったＤＣ−ＤＣコンバータに用いら
れる部品の効率低下という問題が生じることになる。

【００１０】図１７で示した従来の厚み縦振動の圧電ト
ランスは、主平面で圧電体駆動部９１と圧電体発電部９
２とを積層していることにより、出力部の容量を大きく
取ることができるが、振動が厚みで決まるため、主平面
全面の厚みが均一にならない、周波数が高いため他の高
次振動みーども励振されやすい（すなわち、不要な振動
が生じる）等の問題があり、伝播される振動波形が乱れ
てしまい、トランスとしての信頼性が十分ではなかっ
た。また、厚み方向の振動は、周波数が高くなるなるた
め、関連部品でのロスが大きく、本圧電トランスを用い
た場合の装置全体の効率の低下が問題となっている。

【００１１】本発明は、従来の圧電トランスが有する上
述した課題を考慮し、破壊強度に対する安全率の増加に
よる耐電力性の向上、静電容量の増加による電流の印加
しやすさを向上させた大電力用に適した圧電トランス、
圧電トランスの製造方法および圧電トランスの駆動方法
を提供することを目的とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、第１の本発明（請求項１に記載の本発明に対応）
は、厚み方向に分極され、対向する主平面上にそれぞれ
電極を有する少なくとも２枚以上の圧電体を備え、前記
圧電体が、互いに前記主平面で重ね合わされており、広
がり振動モードで駆動されることを特徴とする圧電トラ
ンスである。これにより、主平面全面に入出力電極が形
成でき、静電容量を大きくすることが可能となる。ま
た、使用周波数の上昇を防ぐことが可能となる。また、
破壊強度に対する安全率を増加させることが可能とな
る。

【００１３】第２の本発明（請求項２に記載の本発明に
対応）は、前記電極のうち、互いに重なり合うもの同士
が、一体に形成されたものであることを特徴とする第１
の本発明の圧電トランスである。これにより、電極を共
通電極として共用できるので、製造コストの低減を図れ
る。

【００１４】第３の本発明（請求項３に記載の本発明に
対応）は、前記圧電体が、絶縁層を介して重ね合わされ
ていることを特徴とする第１の本発明の圧電トランスで
ある。これにより、駆動部と発電部を電気的に分離した
状態で使用が可能となり、出力電流が取り出しやすくＤ
Ｃ−ＤＣコンバータに用いやすくなる。

【００１５】第４の本発明（請求項４に記載の本発明に
対応）は、前記絶縁層は、接着材、セラミック、前記圧
電体と同じ材質で未分極のもののいずれかであることを
特徴とする第３の本発明の圧電トランスである。絶縁層
を接着材とすることにより、重ね合わせと発電部、駆動
部の電気的分離が同時にできる。絶縁層をセラミックと
することにより、一体で焼成でき、製造が容易となる。
絶縁層を前記圧電体と同じ材質で未分極とすることによ
り、熱膨張等圧電体部との特性を同じにできる。

【００１６】第５の本発明（請求項５に記載の本発明に
対応）は、前記圧電体のうち少なくとも一つが、一方の
前記主平面の前記電極が前記圧電体の側面を介して反対
側の前記主平面上にまで形成されていることを特徴とす
る第１〜第４のいずれかの本発明の圧電トランスであ
る。これにより、電極を振動方向である側面からではな
く、主平面から引き出せるため、製作が容易になり、圧
電トランスの固定も行いやすくなる。

【００１７】第６の本発明（請求項６に記載の本発明に
対応）は、厚み方向に分極され、対向する主平面上にそ
れぞれ入力電極および出力電極を有する圧電体を備え、
前記入力電極、前記出力電極のうち、いずれか一方が、
実質的に前記主平面の中心に配置され、他方が、前記一
方を取り囲むように配置されており、広がり振動モード
で駆動されることを特徴とする圧電トランスである。こ
れにより、より単純な構成で圧電トランスが製作でき
る。

【００１８】第７の本発明（請求項７に記載の本発明に
対応）は、広がり振動モードで駆動されることを特徴と
する第６の本発明の圧電トランスである。これにより、
使用周波数の上昇を防ぐことが可能となる。また、破壊
強度に対する安全率を増加させることも可能となる。

【００１９】第８の本発明（請求項８に記載の本発明に
対応）は、前記主平面の形状が、実質的に、円、リング
状、多角形、多角形から前記多角形と相似な図形を打ち
抜いた図形のいずれかであることを特徴とする第１〜第
７のいずれかの本発明の圧電トランスである。前記主平
面の形状を、実質的に、円またはリング状とすることに
より、効率の良い圧電トランスを提供できる。また、形
状を、多角形、または、多角形から前記多角形と相似な
図形を打ち抜いた図形、特に正方形、正６角形にするこ
とで切断による加工が容易となり、生産性が向上する。

【００２０】第９の本発明（請求項９に記載の本発明に
対応）は、前記圧電体が、圧電セラミックであることを
特徴とする第１〜第８のいずれかの本発明の圧電トラン
スである。これにより、圧電定数が大きく、安価な圧電
トランスを提供することができる。

【００２１】第１０の本発明（請求項１０に記載の本発
明に対応）は、広がり振動モードで駆動される圧電トラ
ンスの製造方法において、圧電体を厚み方向に分極する
分極工程と、前記分極工程後、少なくとも２枚以上の前
記圧電体をその主平面同士が重ね合わさるように積層す
る積層工程とを含むことを特徴とする圧電トランスの製
造方法である。これにより、圧電特性や強度特性はよい
が、焼結温度が高く、グリーンシートの積層法が使えな
い圧電材料においても、圧電トランスが製造できる。

【００２２】第１１の本発明（請求項１１に記載の本発
明に対応）は、広がり振動モードで駆動される圧電トラ
ンスの製造方法において、少なくとも２枚以上の圧電体
をその主平面同士が重ね合わさるように積層する積層工
程と、前記積層工程後、前記圧電体の焼結を行う焼結工
程を含むことを特徴とする圧電トランスの製造方法であ
る。これにより、圧電体駆動部または、圧電体発電部の
積層が容易になり、静電容量を増加しやすくなる。

【００２３】第１２の本発明（請求項１２に記載の本発
明に対応）は、厚み方向に分極され、対向する主平面上
にそれぞれ電極を有する少なくとも２枚以上の圧電体を
備え、前記圧電体が、互いに前記主平面で重ね合わされ
ている圧電トランスを、広がり振動モードで駆動させる
ことを特徴とする圧電トランスの駆動方法である。これ
により、使用周波数の上昇を防ぐことが可能となる。ま
た、破壊強度に対する安全率を増加させることも可能と
なる。

【００２４】第１３の本発明（請求項１３に記載の本発
明に対応）は、厚み方向に分極され、対向する主平面上
にそれぞれ入力電極および出力電極を有する圧電体を備
え、前記入力電極、前記出力電極のうち、いずれか一方
が、実質的に前記主平面の中心に配置され、他方が、前
記一方を取り囲むように配置されている圧電トランス
を、広がり振動モードで駆動させることを特徴とする圧
電トランスの駆動方法である。これにより、使用周波数
の上昇を防ぐことが可能となる。また、破壊強度に対す
る安全率を増加させることも可能となる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。

【００２６】（第１の実施の形態）まず、本発明の第１
の実施の形態を図面を参照して説明する。

【００２７】図１は、本発明の第１の実施の形態におけ
る圧電トランスを示す外観図をである。本実施の形態に
おける圧電トランスに用いる圧電体は、ＰＺＴ系のセラ
ミックであり、円板形状に焼結後、研磨を行い、圧電体
駆動部１１は、φ１６ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍ、圧電体
発電部１２はφ１６ｍｍ、厚さ０．７５ｍｍの外形寸法
にしたものである。さらに、それぞれ、両主平面上に、
クロム−金を蒸着することにより電極を形成し、厚み方
向に分極したものである。図１中の矢印で分極軸の方向
を表している。この圧電体駆動部１１と圧電体発電部１
２を導電性接着剤を用いて主平面で積層すると、圧電ト
ランスの全体の外形はφ１６ｍｍ、厚さ１ｍｍとなる。
積層面の電極は導電性接着剤で導通が取られており、こ
れを共通電極１５としている。また、共通電極１５以外
の電極は圧電体駆動部１１、圧電体発電部１２それぞれ
入力電極１３、出力電極１４としている。入力電極１
３、出力電極１４、共通電極１５、からのリード線の取
り出しも導電性接着剤を用いている。こうして得られた
圧電トランスは、円板の径方向広がり振動で駆動させ、
共振周波数は約１４５ｋＨｚである。

【００２８】圧電トランスは、従来の技術で述べたよう
に、電気信号を入力し、駆動部で機械振動に変換し、発
電部で再び電気信号に変換して昇圧、降圧を行う構成で
ある。そのため、従来のローゼン型トランスや厚み縦型
トランス、円盤形のトランスでは駆動部の振動方向に発
電部を設け、振動を伝搬する構成である。本実施の形態
においては、主平面で積層することにより、駆動部の径
方向振動を振動方向ではなく、発電部に面として伝搬す
る構成をしている。また、径方向振動は、分極軸に垂直
な振動であるため、大電力印加時の大きな振動に対し
て、圧電特性等の減少を抑制できる。

【００２９】比較のために従来のローゼン型圧電トラン
スも同体積となるように長さ２０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚
み１ｍｍで製作した。駆動部８１は厚み方向に、発電部
８２は長軸方向に分極している。入力電極８３、出力電
極８４、共通電極８５はクロム−金を蒸着することによ
り作成した。ローゼン型トランスは長軸方向の伸び振動
のλモードで駆動し、共振周波数は１５０ｋＨｚであ
る。

【００３０】静電容量は従来のローゼン型圧電トランス
は入力部１ｎＦ、出力部０．１２Ｆであるが、本トラン
スは入力部、出力部とも全面積を使用でき、入力部８ｎ
Ｆ、出力部２．７ｎＦと大幅に増加できていることが確
認された。

【００３１】出力電極１４、共通電極１５間に１ｋΩの
負荷抵抗をつけた時の、効率の周波数特性を図２に示
す。共振周波数の１４５ｋＨｚの時、効率９６％、降圧
比は１／２倍であった。

【００３２】破壊強度に対する安全率を調べるために、
共振周波数で駆動し、印可電力を増やしていき、圧電ト
ランスが破壊するまで、振動速度を増大させた。ローゼ
ン型トランスは印可電力が１９Ｗになったとき、出力部
の中央部で破壊した。本圧電トランスは５０Ｗの印加時
にも破壊は見られず、耐電力を約２．５倍以上にする事
ができていることが確認された。ローゼン型圧電トラン
スが出力部の中央部で破壊した理由は、λモードの時
は、圧電体の入出力部の中央が応力最大の点となるため
である。本トランスでは中央部の応力が最も高いが径方
向広がりのモードなので、ローゼン型と比較すると応力
が分散され、破壊には至っていない。

【００３３】なお、本実施の形態において、圧電体とし
て、ＰＺＴ系のセラミックを用いるとしたが、圧電性を
持つ物質、例えばＬｉＮｏ３の圧電体単結晶でも同様の
効果が得られる。

【００３４】なお、本実施の形態において、圧電体の主
平面全面に電極を形成しているが、主平面の一部に電極
を形成しても同様の効果が得られる。

【００３５】なお、本実施の形態において、分極軸を同
方向にして積層しているが、逆向きに積層しても同様の
効果が得られる。

【００３６】なお、本実施の形態において、圧電体駆動
部、圧電体発電部を円板形状にしているが、圧電体駆動
部、または、圧電体発電部のどちらか一つ、もしくは両
方をリング形状としても径方向振動で駆動できるため同
様の効果が得られる。

【００３７】なお、本実施の形態においては、圧電トラ
ンスを降圧に使用するとしたが、昇圧を目的として設計
しても同じ効果が得られる。

【００３８】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態を図面を参照して説明する。本実施の形態
における圧電トランスは、その平面形状と分極方向に関
する点以外は、上述した第１の実施の形態における圧電
トランスと同様である。したがって、本実施の形態にお
いて、特に説明のないものについては、第１の実施の形
態と同じとし、第１の実施の形態と同じ呼称の構成部材
については、特に説明のない限り、第１の実施の形態と
同様の機能を持つものとする。

【００３９】図３は、本発明の第２の実施の形態におけ
る圧電トランスを示す外観図をである。本実施の形態に
おける圧電トランスに用いる圧電体は、ＰＺＴ系のセラ
ミックであり、焼結後、正方形状に切断、研磨を行い、
圧電体駆動部２１は、１４ｍｍ角、厚さ０．２５ｍｍ、
圧電体発電部２２は１４ｍｍ角、厚さ０．７５ｍｍの外
形寸法にしたものである。分極、電極、積層等は第１の
実施の形態における圧電トランスと同様であり、入力電
極２３、出力電極２４、共通電極２５を構成し、圧電ト
ランスの全体の外形は１４ｍｍ角、厚さ１ｍｍである。
体積は第１の実施の形態における圧電トランスとほぼ同
じである。こうして得られた圧電トランスは、広がり振
動で駆動し、共振周波数は約１６５ｋＨｚである。

【００４０】本圧電トランスにおいて、静電容量は入力
部８ｎＦ、出力部２．７ｎＦであり、第１の実施の形態
における圧電トランスと同様にローゼン型のトランスと
比較して大幅に増加できていることが確認された。

【００４１】出力電極２４、共通電極２５間に１ｋΩの
負荷抵抗をつけた時の、効率の周波数特性を図４に示
す。共振周波数の１６５ｋＨｚの時、効率９２％、降圧
比は約１／２倍であった。

【００４２】破壊強度に対する安全率を調べるために、
共振周波数で駆動し、印可電力を増やしていき、振動速
度を増大させた。しかし、本圧電トランスは５０Ｗの印
加時にも破壊は見られず、ローゼン型圧電トランスと比
較して、耐電力を約２．５倍以上にする事ができている
ことが確認された。

【００４３】（第３の実施の形態）次に、本発明の第３
の実施の形態を図面を参照して説明する。本実施の形態
における圧電トランスは、絶縁層を介して重ね合わされ
ていることに関する点以外は、上述した第１の実施の形
態における圧電トランスと同様である。したがって、本
実施の形態において、特に説明のないものについては、
第１の実施の形態と同じとし、第１の実施の形態と同じ
呼称の構成部材については、特に説明のない限り、第１
の実施の形態と同様の機能を持つものとする。

【００４４】図５は、本発明の第３の実施の形態におけ
る圧電トランスを示す外観図をである。本実施の形態に
おける圧電トランスに用いる圧電体は、ＰＺＴ系のセラ
ミックであり、円板形状に焼結後、研磨を行い、圧電体
駆動部３１は、φ１６ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍ、圧電体
発電部３２はφ１６ｍｍ、厚さ０．７５ｍｍの外形寸法
にしたものである。さらに、それぞれ、両主平面上に、
クロム−金を蒸着することにより電極を形成し、厚み方
向に分極している。図５中の矢印で分極軸の方向を表し
ている。また、絶縁層３５として同じセラミックでφ１
６ｍｍ、厚さ０．１ｍｍのものも形成されている。この
絶縁層３５については、分極は行っていない。この圧電
体駆動部３１と圧電体発電部３２及び、絶縁層３５を絶
縁性の接着剤を用いて主平面で積層すると、圧電トラン
スの全体の外形はφ１６ｍｍ、厚さ１．１ｍｍとなる。
圧電体駆動部３１、圧電体発電部３２のそれぞれの電極
を入力電極３３ａ、ｂ、出力電極３４ａ、ｂとしてい
る。それぞれの電極からのリード線の取り出しは導電性
接着剤を用いている。こうして得られた圧電トランス
は、円板の径方向広がり振動で駆動し、共振周波数は約
１４５ｋＨｚである。

【００４５】本圧電トランスにおいて、圧電体駆動部３
１と圧電体発電部３２の間に、絶縁層３５を介して積層
する事により、入力電圧と出力電圧間の電位を分離した
状態で使えるようになっている。

【００４６】本圧電トランスにおいて、静電容量は入力
部８ｎＦ、出力部２．７ｎＦと第１の実施の形態におけ
る圧電トランスと同様にローゼン型のトランスと比較し
て大幅に増加できていることが確認された。

【００４７】出力電極２４、共通電極２５間に１ｋΩの
負荷抵抗をつけた時の、効率の周波数特性を図３に示
す。共振周波数の１４５ｋＨｚの時、効率９２％、降圧
比は約１／２倍であった。

【００４８】破壊強度に対する安全率を調べるために、
共振周波数で駆動し、印可電力を増やしていき、振動速
度を増大させた。しかし、本圧電トランスは５０Ｗの印
加時にも破壊は見られず、ローゼン型圧電トランスと比
較して、耐電力を約２．５倍以上にする事ができている
ことが確認された。

【００４９】なお、本実施の形態において、絶縁層をセ
ラミックで作成するとしたが、否導電性の接着剤等でも
絶縁性が保たれていれば同様の効果が得られる。

【００５０】（第４の実施の形態）次に、本発明の第４
の実施の形態を図面を参照して説明する。本実施の形態
における圧電トランスは、対向する主平面上にそれぞれ
入力電極および出力電極を有する圧電体を一枚のみ備え
ることに関する点以外は、上述した第１の実施の形態に
おける圧電トランスと同様である。したがって、本実施
の形態において、特に説明のないものについては、第１
の実施の形態と同じとし、第１の実施の形態と同じ呼称
の構成部材については、特に説明のない限り、第１の実
施の形態と同様の機能を持つものとする。

【００５１】本発明の第４の実施の形態における圧電ト
ランスの外観図を図７に、中央横断面図を図８に示す。
本実施の形態において作成した圧電体はＰＺＴ系のセラ
ミックであり、円板形状に焼結後、研磨を行い、φ１６
ｍｍ、厚さ１ｍｍの外径寸法にしたものである。さら
に、それぞれ、両主平面上全面に、クロム−金を蒸着す
ることにより電極を形成し、厚み方向に分極した。その
後、両主平面の電極とも、内径φ８．５ｍｍ、外径φ１
０．５ｍｍのリング部分の電極を落とし、内径φ１０．
５、外径φ１６ｍｍのリング状電極を入力電極４３ａ、
ｂ、φ８．５ｍｍの円電極を出力電極４４ａ、ｂとした
ものである。すなわち、入力電極４３ａ、ｂに挟まれた
部分が、圧電体駆動部４１、出力電極４４ａ、ｂに挟ま
れた部分が圧電体発電部４２となる。図７中の矢印で分
極軸の方向を表している。それぞれの電極からのリード
線の取り出しは導電性接着剤を用いている。こうして得
られた圧電トランスは、円板の径方向広がり振動で駆動
し、共振周波数は外形寸法で決定され、約１４５ｋＨｚ
である。

【００５２】本圧電トランスにおいて、静電容量は入力
部３．５ｎＦ、出力部１．７ｎＦと第１の実施の形態と
同様にローゼン型のトランスより増加できていることが
確認された。

【００５３】出力電極４４ａ、ｂ間に１．６ｋΩの負荷
抵抗をつけた時の、効率の周波数特性を図９に示す。共
振周波数の１４５ｋＨｚの時、効率９４％、降圧比は約
１／２倍であった。

【００５４】破壊強度に対する安全率を調べるために、
共振周波数で駆動し、印可電力を増やしていき、振動速
度を増大させた。しかし、本圧電トランスは５０Ｗの印
加時にも破壊は見られず、ローゼン型圧電トランスと比
較して、耐電力を約２．５倍以上にする事ができている
ことが確認された。

【００５５】なお、本実施の形態においては、径方向広
がり振動で駆動したが、駆動部から発電部に振動が伝わ
るモードであれば、厚み縦振動等であっても、同一圧電
体での駆動、発電が行われるため、従来の厚み縦振動の
圧電トランスのような振動波形の乱れが生じないため、
トランスとしての信頼性が向上するという効果が得られ
る。

【００５６】（第５の実施の形態）次に、本発明の第５
の実施の形態を図面を参照して説明する。本実施の形態
における圧電トランスは、電極の構成と分極方向に関す
る点以外は、上述した第１の実施の形態における圧電ト
ランスと同様である。したがって、本実施の形態におい
て、特に説明のないものについては、第１の実施の形態
と同じとし、第１の実施の形態と同じ呼称の構成部材に
ついては、特に説明のない限り、第１の実施の形態と同
様の機能を持つものとする。

【００５７】図１０は、本発明の第５の実施の形態にお
ける圧電トランスを示す外観図をである。本実施の形態
における圧電トランスに用いる圧電体は、ＰＺＴ系のセ
ラミックであり、円板形状に焼結後、研磨を行い、φ１
６ｍｍ、厚さ１ｍｍの外径寸法にしたものである。さら
に、それぞれ、両主平面上全面に、クロム−金を蒸着す
ることにより電極を形成し、厚み方向に分極している。
圧電体駆動部５１は、φ１６ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍ、
圧電体発電部５２はφ１６ｍｍ、厚さ０．７５ｍｍの外
形寸法にしたものである。図１０中の矢印で分極軸の方
向を表している。分極後、圧電体駆動部５１、圧電体発
電部５２共に、片側の電極を落とし、新たに、中心にφ
１３の円電極と、反対側の主平面と側面を通じて、導通
を持たせたリング状の電極を形成したものである。この
圧電体駆動部５１と圧電体発電部５２を導電性の接着剤
を用いて主平面で積層し、圧電体駆動部５１の円電極を
入力電極５３、圧電体発電部５２の円電極を出力電極５
４とし、側面を通じて引き出した電極を共通電極５５と
したものである。それぞれの電極からのリード線の取り
出しは導電性接着剤を用いている。こうして得られた圧
電トランスは、円板の径方向広がり振動で駆動し、共振
周波数は外形寸法で決定され、約１４５ｋＨｚである。

【００５８】本圧電トランスにおいて、共通電極５５を
主平面上に引き出すことにより、電極の取り出しを容易
にしており、圧電トランスの実装がしやすくなってい
る。

【００５９】本圧電トランスにおいて、静電容量は入力
部６．５ｎＦ、出力部２．２Ｆと第１の実施の形態にお
ける圧電トランスと同様にローゼン型のトランスと比較
して大幅に増加できていることが確認された。

【００６０】出力電極５４、共通電極５５間に１．２ｋ
Ωの負荷抵抗をつけた時の、効率の周波数特性を図１１
に示す。共振周波数の１４５ｋＨｚの時、効率９４％、
降圧比は約１／２倍であった。

【００６１】破壊強度に対する安全率を調べるために、
共振周波数で駆動し、印可電力を増やしていき、振動速
度を増大させた。しかし、本圧電トランスは５０Ｗの印
加時にも破壊は見られず、ローゼン型圧電トランスと比
較して、耐電力を約２．５倍以上にする事ができている
ことが確認された。

【００６２】（第６の実施の形態）次に、本発明の第６
の実施の形態を図面を参照して説明する。本実施の形態
における圧電トランスは、圧電体の積層枚数と分極方向
に関する点以外は、上述した第１の実施の形態における
圧電トランスと同様である。したがって、本実施の形態
において、特に説明のないものについては、第１の実施
の形態と同じとし、第１の実施の形態と同じ呼称の構成
部材については、特に説明のない限り、第１の実施の形
態と同様の機能を持つものとする。

【００６３】図１２は、本発明の第６の実施の形態にお
ける圧電トランスを示す外観図をである。本実施の形態
における圧電トランスに用いる圧電体は、ＰＺＴ系のセ
ラミックであり、厚さ約３０μｍのグリーンシートをド
クターブレード法により作成し、スクリーン印刷法を用
いて、出力電極６４、共通電極６５ａ、ｂ、を銀・パラ
ジウムペーストで形成後、駆動部６１ａ、ｂは３層、発
電部６２は１５層積層後、圧着した後、円形状に打ち抜
き焼結したものである。また、その後、研磨を行い、銀
焼き付けにより、入力電極６３ａ、ｂを設けたものであ
る。焼結後の外見寸法は、φ１６ｍｍ、厚さ１ｍｍであ
る。電極形成後、駆動部、発電部とも厚み方向に分極さ
れている。図１２中の矢印で分極方向を示す。入力電極
６３ａ、ｂ、出力電極６４、共通電極６５ａ、ｂからの
リード線の取り出しは導電性接着剤にて行い、入力電極
６３ａ、ｂ間、共通電極６５ａ、ｂ間はリード線を繋ぐ
ことで導通を持たしている。

【００６４】共振周波数は第１の実施の形態における圧
電トランスと同様に、径方向広がり振動モードで、共振
周波数は約１４５ｋＨｚである。

【００６５】静電容量は圧電体駆動部を薄く、積層数も
２層にしたため、駆動部３３ｎＦ、出力部８．５ｎＦと
従来のローゼン型圧電トランスと比較してかなり大きく
なっている。出力電極６４、共通電極６５ａ、ｂ間に
５００Ωの負荷抵抗をつけた時の、効率の周波数特性を
図１３に示す。共振周波数の１４５ｋＨｚの時、効率９
４％、降圧比は１／２倍であった。

【００６６】破壊強度に対する安全率を調べるために、
共振周波数で駆動し、印可電力を増やしていき、振動速
度を増大させた。しかし、本圧電トランスは５０Ｗの印
加時にも破壊は見られず、ローゼン型圧電トランスと比
較して、耐電力を約２．５倍以上にする事ができている
ことが確認された。

【００６７】（第７の実施の形態）次に、本発明の第７
の実施の形態を図面を参照して説明する。本実施の形態
における圧電トランスは、圧電体の積層枚数に関する点
以外は、上述した第２の実施の形態における圧電トラン
スと同様である。したがって、本実施の形態において、
特に説明のないものについては、第２の実施の形態と同
じとし、第２の実施の形態と同じ呼称の構成部材につい
ては、特に説明のない限り、第２の実施の形態と同様の
機能を持つものとする。

【００６８】図１４は、本発明の第７の実施の形態にお
ける圧電トランスを示す外観図をである。本実施の形態
における圧電トランスに用いる圧電体は、ＰＺＴ系のセ
ラミックであり、厚さ約３０μｍのグリーンシートをド
クターブレード法により作成し、スクリーン印刷法を用
いて、出力電極７４、共通電極７５ａ、ｂ、を銀・パラ
ジウムペーストで形成後、駆動部７１ａ、ｂは３層、発
電部７２は１５層積層後、圧着して焼結した後、主平面
の研磨を行い、銀焼き付けにより、入力電極７３ａ、ｂ
を形成したものである。電極形成後、駆動部、発電部と
も厚み方向に分極し、分極後、切断して、１辺１４ｍｍ
の正方形状、厚さ１ｍｍの外見寸法にしたものである。
形状を正方形とすることにより、切断することで形状を
決定でき生産性が向上している。図１４中の矢印で分極
方向を示す。入力電極７３ａ、ｂ、出力電極７４、共通
電極７５ａ、ｂからのリード線の取り出しは導電性接着
剤にて行い、入力電極７３ａ、ｂ間、共通電極７５ａ、
ｂ間はリード線を繋ぐことで導通を持たしている。

【００６９】共振周波数は第２の実施の形態における圧
電トランスと同様に、広がり振動モードで、共振周波数
は約１６５ｋＨｚである。

【００７０】静電容量は圧電体駆動部を薄く、積層数も
２層にしたため、駆動部３３ｎＦ、出力部８．５ｎＦと
従来のローゼン型圧電トランスと比較してかなり大きく
なっている。出力電極７４、共通電極７５ａ、ｂ間に
５００Ωの負荷抵抗をつけた時の、効率の周波数特性を
図１５に示す。共振周波数の１６５ｋＨｚの時、効率９
０％、降圧比は１／２倍であった。

【００７１】破壊強度に対する安全率を調べるために、
共振周波数で駆動し、印可電力を増やしていき、振動速
度を増大させた。しかし、本圧電トランスは５０Ｗの印
加時にも破壊は見られず、ローゼン型圧電トランスと比
較して、耐電力を約２．５倍以上にする事ができている
ことが確認された。

【００７２】なお、上述した第１〜第７の実施の形態に
おいて、主平面および電極の形状は、実質的に、円、リ
ング状、正方形のいずれかであるとして説明したが、こ
れに限るものではなく、例えば、多角形、または、多角
形から前記多角形と相似な図形を打ち抜いた図形であっ
ても、効果に定量的な差はあるものの、従来の圧電トラ
ンスに比して、静電容量を大きくすることが可能とな
り、使用周波数の上昇を防ぐという効果は得られる。

【００７３】また、上述した第１〜第７の実施の形態に
おいては、本発明の圧電トランスおよび圧電トランスの
製造方法を中心に説明したが、本発明の圧電トランスの
駆動方法は、上述した各圧電トランスと同じ構成の圧電
トランスを広がり振動モードで駆動させる圧電トランス
の駆動方法である。

【００７４】

【発明の効果】以上説明したところから明らかなよう
に、本発明は、破壊強度に対する安全率の増加による耐
電力性の向上、静電容量の増加による電流の印加しやす
さを向上させた大電力用に適した圧電トランス、圧電ト
ランスの製造方法および圧電トランスの駆動方法を提供
することができる。

【００７５】すなわち、請求項１の本発明は、主平面全
面に入出力電極が形成でき、静電容量を大きくすること
が可能とし、使用周波数の上昇を防ぐことが可能とな
る。また、破壊強度に対する安全率を増加させることが
可能とする圧電トランスを提供することができる。

【００７６】請求項２の本発明は、電極を共通電極とし
て共用することによって、製造コストの低減を図れる圧
電トランスを提供することができる。

【００７７】請求項３の本発明は、駆動部と発電部を電
気的に分離した状態で使用が可能となり、出力電流が取
り出しやすくＤＣ−ＤＣコンバータに用いやすくなる圧
電トランスを提供することができる。

【００７８】請求項４の本発明は、絶縁層を接着材とす
ることにより、重ね合わせと発電部、駆動部の電気的分
離が同時にでき、絶縁層をセラミックとすることによ
り、一体で焼成でき、製造が容易となり、絶縁層を前記
圧電体と同じ材質で未分極とすることにより、熱膨張等
圧電体部との特性を同じにできる圧電トランスを提供す
ることができる。

【００７９】請求項５の本発明は、電極を振動方向であ
る側面からではなく、主平面から引き出せるため、製作
が容易になり、圧電トランスの固定も行いやすくなる圧
電トランスを提供することができる。

【００８０】請求項６の本発明は、より単純な構成で製
作できる圧電トランスを提供することができる。

【００８１】請求項７の本発明は、使用周波数の上昇を
防ぐことが可能となる。また、破壊強度に対する安全率
を増加させることが可能となる圧電トランスを提供する
ことができる。

【００８２】請求項８の本発明は、効率の良い圧電トラ
ンス、または、生産性が向上する圧電トランスを提供す
ることができる。

【００８３】請求項９の本発明は、圧電定数が大きく、
安価な圧電トランスを提供することができる。

【００８４】請求項１０の本発明は、圧電特性や強度特
性はよいが、焼結温度が高く、グリーンシートの積層法
が使えない圧電材料においても、圧電トランスが製造で
きる圧電トランスの製造方法を提供することができる。

【００８５】請求項１１の本発明は、圧電体駆動部また
は、圧電体発電部の積層が容易になり、静電容量を増加
しやすくなる圧電トランスの製造方法を提供することが
できる。

【００８６】請求項１２の本発明は、使用周波数の上昇
を防ぐことが可能となる。また、破壊強度に対する安全
率を増加させることが可能となる圧電トランスの駆動方
法を提供することができる。

【００８７】請求項１３の本発明は、使用周波数の上昇
を防ぐことが可能となる。また、破壊強度に対する安全
率を増加させることが可能となる圧電トランスの駆動方
法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における圧電トラン
スを示す外観図をである。

【図２】本発明の第１の実施の形態における圧電トラン
スの効率の周波数特性図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態における圧電トラン
スの外観図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態における圧電トラン
スの効率の周波数特性図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態における圧電トラン
スの外観図である。

【図６】本発明の第３の実施の形態における圧電トラン
スの効率の周波数特性図である。

【図７】本発明の第４の実施の形態における圧電トラン
スの外観図である。

【図８】本発明の第４の実施の形態における圧電トラン
スの中央横断面図である。

【図９】本発明の第４の実施の形態における圧電トラン
スの効率の周波数特性図である。

【図１０】本発明の第５の実施の形態における圧電トラ
ンスの外観図である。

【図１１】本発明の第５の実施の形態における圧電トラ
ンスの効率の周波数特性図である。

【図１２】本発明の第６の実施の形態における圧電トラ
ンスの外観図である。

【図１３】本発明の第６の実施の形態における圧電トラ
ンスの効率の周波数特性図である。

【図１４】本発明の第７の実施の形態における圧電トラ
ンスの外観図である。

【図１５】本発明の第７の実施の形態における圧電トラ
ンスの効率の周波数特性図である。

【図１６】従来のローゼン型圧電トランスの外観図であ
る。

【図１７】従来の円盤型圧電トランスの外観図である。

【符号の説明】

１１、２１、３１、４１、５１、６１、７１、８１、９
１圧電体駆動部１２、２２、３２、４２、５２、６２、７２、８２、９
２圧電体発電部１３、２３、３３、４３、５３、６３、７３、８３、９
３入力電極１４、２４、３４、４４、５４、６４、７４、８４、９
４出力電極１５、２５、５５、６５、７５、８５、９５共通電極３５絶縁層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者長谷裕之大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者十河寛大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】厚み方向に分極され、対向する主平面上
にそれぞれ電極を有する少なくとも２枚以上の圧電体を
備え、前記圧電体は、互いに前記主平面で重ね合わされ
ており、広がり振動モードで駆動されることを特徴とす
る圧電トランス。
【請求項２】前記電極のうち、互いに重なり合うもの
同士は、一体に形成されたものであることを特徴とする
請求項１に記載の圧電トランス。
【請求項３】前記圧電体は、絶縁層を介して重ね合わ
されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電トラ
ンス。
【請求項４】前記絶縁層は、接着材、セラミック、前
記圧電体と同じ材質で未分極のもののいずれかであるこ
とを特徴とする請求項３に記載の圧電トランス。
【請求項５】前記圧電体のうち少なくとも一つは、一
方の前記主平面の前記電極が前記圧電体の側面を介して
反対側の前記主平面上にまで形成されていることを特徴
とする請求項１〜４のいずれかに記載の圧電トランス。
【請求項６】厚み方向に分極され、対向する主平面上
にそれぞれ入力電極および出力電極を有する圧電体を備
え、前記入力電極、前記出力電極のうち、いずれか一方
は、実質的に前記主平面の中心に配置され、他方は、前
記一方を取り囲むように配置されていることを特徴とす
る圧電トランス。
【請求項７】広がり振動モードで駆動されることを特
徴とする請求項６に記載の圧電トランス。
【請求項８】前記主平面の形状は、実質的に、円、リ
ング状、多角形、多角形から前記多角形と相似な図形を
打ち抜いた図形のいずれかであることを特徴とする請求
項１〜７のいずれかに記載の圧電トランス。
【請求項９】前記圧電体は、圧電セラミックであるこ
とを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の圧電ト
ランス。
【請求項１０】広がり振動モードで駆動される圧電ト
ランスの製造方法において、圧電体を厚み方向に分極す
る分極工程と、前記分極工程後、少なくとも２枚以上の
前記圧電体をその主平面同士が重ね合わさるように積層
する積層工程とを含むことを特徴とする圧電トランスの
製造方法。
【請求項１１】広がり振動モードで駆動される圧電ト
ランスの製造方法において、少なくとも２枚以上の圧電
体をその主平面同士が重ね合わさるように積層する積層
工程と、前記積層工程後、前記圧電体の焼結を行う焼結
工程を含むことを特徴とする圧電トランスの製造方法。
【請求項１２】厚み方向に分極され、対向する主平面
上にそれぞれ電極を有する少なくとも２枚以上の圧電体
を備え、前記圧電体が、互いに前記主平面で重ね合わさ
れている圧電トランスを、広がり振動モードで駆動させ
ることを特徴とする圧電トランスの駆動方法。
【請求項１３】厚み方向に分極され、対向する主平面
上にそれぞれ入力電極および出力電極を有する圧電体を
備え、前記入力電極、前記出力電極のうち、いずれか一
方が、実質的に前記主平面の中心に配置され、他方が、
前記一方を取り囲むように配置されている圧電トランス
を、広がり振動モードで駆動させることを特徴とする圧
電トランスの駆動方法。