JPH1197756A - 圧電トランス - Google Patents
圧電トランスInfo
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- JPH1197756A JPH1197756A JP9256680A JP25668097A JPH1197756A JP H1197756 A JPH1197756 A JP H1197756A JP 9256680 A JP9256680 A JP 9256680A JP 25668097 A JP25668097 A JP 25668097A JP H1197756 A JPH1197756 A JP H1197756A
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Abstract
く、更に低コストの圧電トランスを提供すること。 【解決手段】 圧電セラミックスの矩形板11の長さ方
向に2等分したうちの少なくとも一方の部分に、長さ方
向に直交した複数層の面内において幅方向に平行に厚み
方向に複数設けられた線状内部電極14をもち、この線
状内部電極が矩形板の2つの側面に露出し、矩形板側面
においてポリイミド絶縁膜13によって長さ方向に1層
おきに絶縁され、絶縁されていない線状内部電極は厚さ
方向に平行な外部電極12によって長さ方向に1層おき
に接続され、更に矩形板側面、上下面、あるいは両端面
のいずれかにおいて同極となるようまとめられている。
Description
形板の長さ振動を用いながら、入力側、あるいは出力
側、もしくは双方にk33モードを利用した圧電トラン
スに関する。
各種携帯電子機器の普及に伴い、これらの携帯電子機器
に直流電圧を供給するために商用交流電圧を電源とし直
流電圧を出力するACアダプターが用いられている。一
般的なACアダプターの回路図を図10に示す。
対策用のコモンモードチョークコイル101があり、次
に全波整流回路102があり、次に直流回路に並列に大
きな瞬時断線対策用の平滑コイル103がある。その次
に直流を交流に変換するスイッチング回路104があ
り、ここで変換された交流電圧が電磁トランス105に
入り、所定の交流電圧に変換される。更にこの交流電圧
を整流回路106で整流すると共に、平滑回路107で
平滑し、所定の直流電圧を出力するのがスイッチング方
式のACアダプターである。
の中で体積が大きくかつ、ACアダプターの変換効率に
影響を及ぼすのが電磁トランスである。最近、ACアダ
プターに対する高効率化、小型低背化、電磁ノイズの低
減や低消費電力化の要求が高まり、電磁トランスに変わ
り、機械振動のエネルギーを変換媒体とする圧電トラン
スの検討がなされている。圧電トランスの効率は圧電ト
ランス出力インピーダンスと負荷とのインピーダンスマ
ッチングが重要であるが、ACアダプターの出力部に接
続される各種携帯電子機器の入力インピーダンスはおよ
そ数Ωから数十Ω程度である。圧電トランスの出力イン
ピーダンスRは角周波数ω(=2πf)と出力側制動容
量Cd2によって次式のように求まる。
きCd2 =160nFとなる。
ンスにおいてこのような大きな制動容量を確保するため
には対向内部電極による積層構造が必要となってくる。
スの振動子構造の概略図を示す。圧電セラミックスによ
る矩形板111を長さ方向に2等分した内の入力部であ
る左側の領域には銀−パラジウム合金を用いた線状内部
電極114,116を8本配置し、一本おきに交互に側
面に露出させている。出力部である矩形板111の右側
の領域には同じく銀−パラジウム合金を用いた線状内部
電極115,117を30本配置し、一本おきに交互に
側面に露出させている。この平面パターンを図11
(b)に示す。図中の矢印は分極方向である。この平面
パターンが厚さ方向に多数積層されている。また、入出
力部それぞれの側面には複数積層された線状内部電極と
接続するための外部電極112,113が存在する。
力側の振動子定数及び出力側の制動容量から計算した最
適負荷を後述する表1に示す。また、試作した圧電トラ
ンスの2波長共振モードを利用し、矩形板111の長さ
方向の端面から1/8の位置を支持して入力70Vrms
、負荷抵抗10Ω時の圧電トランス特性を測定した。
その結果も表1に示す。
動子構造の概略図を示す。寸法は長さ24mm、幅9m
m、厚さ5mmである。矩形板121を長さ方向に4等
分した内の入力部である中央部2ヶ所の領域には銀−パ
ラジウム合金を用いた線状内部電極124,126を線
幅100ミクロン、長さ8mm、ピッチ2mmで8本配
置し、一本おきに交互に側面に露出させている。出力部
である矩形板121の両端からそれぞれ長さ方向に1/
4の領域には同じく銀−パラジウム合金を用いた線状内
部電極125,127を線幅80ミクロン、長さ8m
m、ピッチ500μmで30本配置し、一本おきに交互
に側面に露出させている。この平面パターンを図12
(b)に示す。図中の矢印は分極方向である。この平面
パターンが厚さ方向に100μm間隔で50層積層され
ている。また、入出力部それぞれの側面には複数積層さ
れた線状内部電極と接続するための外部電極122,1
23が存在する。
力側の振動子定数及び出力側の制動容量から計算した最
適負荷を後述する表3に示す。また、試作した圧電トラ
ンスの2波長共振モードを利用し、矩形板121の長さ
方向の端面から1/8の位置を支持して入力70Vrms
、負荷抵抗10Ω時の圧電トランス特性を測定した。
その結果も表3に示す。
ンス整合をとるために、出力側に対向内部電極を採用す
るには、内部電極とセラミックスの積層方向が圧電セラ
ミックス矩形板の長さ方向に一致する(k33)と厚み
方向に一致する(k31)方法の2通りが考えられる。
数を期待できることから圧電トランスとしてのエネルギ
ー変換効率が高くなる。しかし、機械的な強度の面で問
題が残る。
セラミックスは化学的に反応せず、機械的に固着してい
るだけである。長さ方向の共振周波数で駆動された場
合、内部電極とセラミックス境界面から破壊する可能性
がある。更に、長さ方向への積層は、積層数が多くコス
ト的にも問題である。また、内部電極が矩形板側面にお
いて1層おきに露出し、外部電極によって接続されてい
る場合はもう一つ別の強度的問題が生ずる。
合、側面近傍には、図11(b)あるいは図12(b)
に不活性部と表示した部分が分極されない。一方、活性
部分は分極されると長さ方向に伸びるため、不活性部近
傍は図11(c)あるいは図12(c)に示したように
変形し、大きな歪みを生ずることになる。これによる残
留応力は圧電セラミックス材料の場合、一般的に材料の
引っ張り強度に相当するものであることが知られてい
る。
くて線状電極とし積層方向は圧電トランス矩形板の厚み
方向とすることで、機械的強度が高く、エネルギー変換
効率も良く、更に低コストの圧電トランスを提供するこ
とにある。
電極を用いて高い結合係数を得ながらも、不活性部にお
ける強度低下を防止することにある。
めに、第1の実施例では、圧電セラミックス矩形板の長
さ方向の1波長共振モードを利用した圧電トランスにお
いて、矩形板の長さ方向に2等分したうちの少なくとも
一方の部分に、長さ方向に直交して複数層設けられた内
部電極または、長さ方向に直交した複数層の面内におい
て幅方向に平行に厚み方向に複数設けられた線状内部電
極群をもち、これら複数層の内部電極または線状内部電
極群が矩形板の2つの側面に露出し、矩形板側面におい
て絶縁層によって長さ方向に1層おきに絶縁され、絶縁
されていない内部電極または線状内部電極群は厚さ方向
に平行な電極によって長さ方向に1層おきに接続され、
更に矩形板側面、上下面、あるいは両端面のいずれかに
おいて同極となるようまとめられていることを特徴とす
る。
板の長さ方向の1.5波長共振モードを利用した圧電ト
ランスにおいて、矩形板の長さ方向に3等分したうちの
少なくとも1ヶ所の部分に、長さ方向に直交して複数層
設けられた内部電極または、長さ方向に直交した複数層
の面内において幅方向に平行に厚み方向に複数設けられ
た線状内部電極群をもち、これら複数層の内部電極また
は線状内部電極群が、矩形板の側面に長さ方向において
1層おきに交互に露出していることを特徴とする。
板の長さ方向の1.5波長共振モードを利用した圧電ト
ランスにおいて、矩形板の長さ方向に3等分したうちの
少なくとも1ヶ所の部分に、長さ方向に直交して複数層
設けられた内部電極または、長さ方向に直交した複数層
の面内において幅方向に平行に厚み方向に複数設けられ
た線状内部電極群をもち、これら複数層の内部電極また
は線状内部電極群が、矩形板の2つの側面に露出してい
ることを特徴とする。
施例として、矩形板の2つの側面に露出している複数層
の内部電極または線状内部電極群が、矩形板側面に設け
られた厚さ方向に平行な複数の側面電極によって接続さ
れ、これら厚さ方向に平行な側面電極が長さ方向に1つ
おきに同極となるよう引き出され、矩形板側面、上下
面、あるいは両端面のいずれかにおいて接続されていて
も良い。
施例においては、矩形板の2つの側面に露出している複
数層の内部電極または線状内部電極群が、矩形板側面に
おいて絶縁層によって長さ方向に1層おきに絶縁され、
絶縁されていない内部電極または線状内部電極群は厚さ
方向に平行な側面電極によって長さ方向に1層おきに接
続され、更に矩形板側面、上下面、あるいは両端面のい
ずれかにおいて同極となるようまとめられていても良
い。
板の長さ方向の2波長共振モードを利用した圧電トラン
スにおいて、矩形板の長さ方向に4等分したうちの少な
くとも1ヶ所の部分に、長さ方向に直交して複数層設け
られた内部電極または、長さ方向に直交した複数層の面
内において幅方向に平行に厚み方向に複数設けられた線
状内部電極群をもち、これら複数層の内部電極または線
状内部電極群が矩形板の2つの側面に露出し、矩形板側
面において絶縁層によって長さ方向に1層おきに絶縁さ
れ、絶縁されていない内部電極または線状内部電極群は
厚さ方向に平行な側面電極によって長さ方向に1層おき
に接続され、更に矩形板側面、上下面、あるいは両端面
のいずれかにおいて同極となるようまとめられているこ
とを特徴とする。
板の長さ方向の2波長共振モードを利用した圧電トラン
スにおいて、矩形板の長さ方向に4等分したうちの少な
くとも1ヶ所の部分に、長さ方向に直交して複数層設け
られた内部電極または、長さ方向に直交して複数層の面
内において幅方向に平行に厚み方向に複数設けられた線
状内部電極群をもち、これら複数層の内部電極または線
状内部電極群が、矩形板の側面に長さ方向において1層
おきに交互に露出していることを特徴とする。
板の長さ方向の2波長共振モードを利用した圧電トラン
スにおいて、矩形板の長さ方向に4等分したうちの少な
くとも1ヶ所の部分に、長さ方向に直交して複数層設け
られた内部電極または、長さ方向に直交した複数層の面
内において幅方向に平行に厚み方向に複数設けられた線
状内部電極群をもち、これら複数層の内部電極または線
状内部電極群が、矩形板の2つの側面に露出しているこ
とを特徴とする。
板の長さ方向の2波長共振モードを利用した圧電トラン
スにおいて、矩形板の長さ方向に4等分したうちの少な
くとも1ヶ所の部分に、長さ方向に直交して複数層設け
られた内部電極または、長さ方向に直交した複数層の面
内において幅方向に平行に厚み方向に複数設けられた線
状内部電極群をもち、これら複数層の内部電極または線
状内部電極群が、矩形板の2つの側面に露出し、更に矩
形板側面に設けられた厚さ方向に平行な複数の側面電極
によって接続され、これら厚さ方向に平行な側面電極が
長さ方向に1つおきに同極となるよう引き出され、矩形
板側面、上下面、あるいは両端面のいずれかにおいて接
続されていることを特徴とする。
出力側、あるいは双方ともk33を用いたうえで強度の
確保を図れる。また、矩形板側面の線状電極を引き出し
て側面、上下面、あるいは両端面においてまとめること
により、振動のノード点(振幅ゼロの部分)においてリ
ード付けが可能となり、信頼性の向上を図ることができ
る。
くつかの実施例にもとづいて説明する。
による振動子構造の概略図を示す。寸法は長さ32m
m、幅10mm、厚さ6mmである。入力部である圧電
セラミックスによる矩形板11の約半分の領域には、銀
−パラジウム合金を用いた線状内部電極14を線幅10
0ミクロン、長さ9mm、ピッチ2mmで8本配置し、
それぞれ両方の側面に露出させている。出力部である矩
形板11の残りの約半分の領域には、同じく銀−パラジ
ウム合金を用いた線状内部電極16,17を線幅100
ミクロン、長さ8mm、ピッチ500μmで30本配置
し、一本おきに交互に側面に露出させている。この平面
パターンを図1(b)に示す。図中の矢印は分極方向で
ある。また、この平面パターンが厚さ方向に120μm
間隔で50層積層されている。
印刷によって長さ方向に1層おきにポリイミド絶縁膜1
3を形成し、矩形板11の側面に露出した部分を絶縁し
た。なお、図1(c)に平面パターンを拡大して示した
通り、矩形板11の一方の側面において絶縁されている
線状内部電極群は反対側の側面においては絶縁されてい
ない。次に、メッキ電極を用いて矩形板11の側面に外
部電極12を設け、絶縁されていない線状内部電極群と
接続した。
生ずることなく、分極を行うことができる。試作した圧
電トランスの1波長共振モードを利用し、矩形板11の
長さ方向の端面から1/4の位置を支持して入力70V
rms 、負荷抵抗10Ω時の圧電トランス特性を測定し
た。その結果を表1に示す。
極群が矩形板11の長さ方向に1層おきに露出している
従来の構造(図11)に対しても同様の評価を行った。
その結果も表1に示す。これによると実施例1の圧電ト
ランスは、入力部の線状内部電極群が矩形板11の長さ
方向に1層おきに露出している図11で説明した従来の
構造に対して入力側の容量比が7から5に改善されてい
ることが示されている。これは実施例1の圧電トランス
の場合、外部電極近傍の圧電的に不活性な部分が入力側
に存在しないことから振動子特性が改善されたものと考
えられる。また、実施例1の圧電トランスの抵抗強度
は、入力部において分極時あるいは駆動に圧電トランス
の破壊の起点となる不活性部が無くなることから、線状
内部電極群が交互に露出する従来の構造より改善されて
いることがわかる。
部電極が入力部のみに配置され、出力部は従来の構造の
ままであるが、スクリーン印刷あるいはスパッタリング
等の手法によって出力部にも適用できる。その場合は強
度、振動子特性等においてより改善が可能である。ま
た、使用した絶縁物は、耐圧があり振動子定数に悪影響
を与えないものであれは有機物、無機物に関わらず使用
可能であることは言うまでもない。
による振動子構造の概略図を示す。寸法は長さ24m
m、幅9mm、厚さ5mmである。図2(d)は圧電セ
ラミックスによる矩形板21を1.5波長に相当する周
波数(本実施例では180kHz)で駆動した場合の応
力分布である。矩形板21を長さ方向に3等分した内の
入力部である中央の領域には銀−パラジウム合金を用い
た線状内部電極22,23が線幅100ミクロン、長さ
8mm、ピッチ400μmで14本配置され、一本おき
に交互に側面に露出している。出力部である矩形板21
の両端からそれぞれ長さ方向に1/3の領域には同じく
銀−パラジウム合金を用いた線状内部電極24,25が
線幅80ミクロン、長さ8mm、ピッチ300μmで2
0本配置され、一本おきに交互に側面に露出している。
この平面パターンを図2(b)に示す。図中隣り合う線
状内部電極間は互いに逆向きに分極されている。この平
面パターンは厚さ方向に100μm間隔で50層積層さ
れている。入出力部それぞれの側面には複数積層された
線状内部電極と接続するための外部電極26,27が存
在する。
から1/6の位置を支持して入力70Vrms 、駆動周波
数180kHz、負荷抵抗10Ω時の圧電トランス特性
を測定した結果を表2に示す。
による振動子構造の概略図を示す。寸法は長さ24m
m、幅9mm、厚さ5mmである。矩形板31を長さ方
向に3等分した内の入力部である中央の領域には銀−パ
ラジウム合金を用いた線状内部電極32が線幅100ミ
クロン、長さ8mm、ピッチ400μmで14本配置さ
れ、すべて2つの側面に露出している。出力部である矩
形板の両端からそれぞれ長さ方向に1/3の領域には同
じく銀−パラジウム合金を用いた線状内部電極33,3
4が線幅80ミクロン、長さ9mm、ピッチ300μm
で20本配置され、一本おきに交互に側面に露出してい
る。この平面パターンを図3(b)に示す。この平面パ
ターンが厚さ方向に100μm間隔で50層積層されて
いる。出力部の側面には複数積層された線状内部電極と
接続するための外部電極35が存在する。一方、入力部
においては、長さ方向に直交し、厚さ方向に平行な線状
電極36によって側面に露出した線状内部電極32を1
本おきに選択接続してある。
の両端面から1/6の位置を支持して入力70Vrms 、
駆動周波数180kHz、負荷抵抗10Ω時の圧電トラ
ンス特性を測定した結果を表2に示す。
による振動子構造の概略図を示す。寸法は長さ24m
m、幅9mm、厚さ5mmである。矩形板31を長さ方
向に3等分した内の入力部である中央部には図3(b)
と同様なパターンで銀−パラジウム合金を用いた線状内
部電極32が線幅100ミクロン、長さ8mm、ピッチ
400μmで14本配置され、すべて2つの側面に露出
している。出力部である矩形板の両端からそれぞれ長さ
方向に1/3の領域には同じく図3(b)と同パターン
で銀−パラジウム合金を用いた線状内部電極33(図3
bに示されているものと同じであるので図示省略),3
4が線幅80ミクロン、長さ9mm、ピッチ300μm
で20本配置され、一本おきに交互に側面に露出してい
る。平面パターンは厚さ方向に100μm間隔で50層
積層されている。出力部の側面には複数積層された線状
内部電極と接続するための外部電極35が存在する。一
方、入力部においては、長さ方向に直交し、厚さ方向に
平行な線状電極36によって側面に露出した線状内部電
極を1本おきに選択接続し、矩形板31上面にて2つの
上面電極37によりまとめて接続されている。
部電極32の投影線)、2つの上面電極37は互いに線
状内部電極を1層ずらしてまとめて接続するためのもの
である。また、上面電極37が反対極の線状内部電極3
2との間でショートするのを防止する目的で、矩形板3
1の入力部上面には内部電極が存在しない絶縁層38を
設けてある。
から1/6の位置を支持して入力70Vrms 、駆動周波
数180kHz、負荷抵抗10Ω時の圧電トランス特性
を測定した結果を表2に示す。
による振動子構造の概略図を示す。寸法は長さ24m
m、幅9mm、厚さ5mmである。矩形板41を長さ方
向に3等分した内の入力部である中央部には図3(b)
と同様なパターンで銀−パラジウム合金を用いた線状内
部電極42が線幅100ミクロン、長さ8mm、ピッチ
400μmで14本配置され、すべて2つの側面に露出
している。出力部である矩形板41の両端からそれぞれ
長さ方向に1/3の領域には、同じく図3(b)と同パ
ターンで銀−パラジウム合金を用いた線状内部電極(図
3bに示されている33、34と同じであり、一方の4
4のみ図示)が線幅80ミクロン、長さ9mm、ピッチ
300μmで20本配置され、一本おきに交互に側面に
露出している。平面パターンは厚さ方向に100μm間
隔で50層積層されている。出力部の側面には複数積層
された線状内部電極と接続するための外部電極45が存
在する。一方、入力部においては、長さ方向に直交し厚
さ方向に平行なポリイミド絶縁膜46によって側面に露
出した線状内部電極を1本おきに絶縁し、更にその上か
ら入力部側面全体にメッキ電極47を形成することで線
状内部電極を1層おきに入力部の2つの側面にてまとめ
て接続している。
から1/6の位置を支持して入力70Vrms 、駆動周波
数180kHz、負荷抵抗10Ω時の圧電トランス特性
を測定した結果を表2に示す。
は、実施例2の圧電トランスと比較して入力側の容量比
が7から5に改善されていることが示されている。これ
は、実施例3の圧電トランスの場合、外部電極近傍の圧
電的に不活性な部分が入力側に存在しないことから振動
子特性が改善されたものと考えられる。また、線状内部
電極群を採用した実施例2の圧電トランスの抗折強度
は、面状電極を採用した場合よりも大きくなり、更に実
施例3の圧電トランスの場合、入力部において分極時あ
るいは駆動に圧電トランスの破壊の起点となる不活性部
が無くなることから、より強度が改善されていることが
わかる。実施例4,5においては入力部の複数の線状内
部電極が1本のリード線にまとめて接続されることから
若干振動子定数が向上するため同一入力電圧での出力電
力が増大している。また、実施例3、4、5では2つの
側面に露出した線状内部電極は入力部のみに配置し、出
力部は実施例2と同じ構造であるが、スクリーン印刷あ
るいはスパッタリング等の手法によって出力部にも適用
できる。その場合は強度、振動子特性等においてより改
善が可能であることは言うまでもない。
による振動子構造の概略図を示す。寸法は長さ24m
m、幅9mm、厚さ5mmである。矩形板51を長さ方
向に4等分した内の入力部である中央部2ヶ所の領域に
は、銀−パラジウム合金を用いた線状内部電極54が線
幅100ミクロン、長さ9mm、ピッチ2mmで8本配
置され、すべて2つの側面に露出している。出力部であ
る矩形板51の両端からそれぞれ長さ方向に1/4の領
域には、同じく銀−パラジウム合金を用いた線状内部電
極55,56を線幅80ミクロン、長さ8mm、ピッチ
500μmで30本配置し、一本おきに交互に側面に露
出させている。この平面パターンを図6(b)に示す。
図中の矢印は分極方向である。この平面パターンが厚さ
方向に100μm間隔で50層積層されている。
刷によって長さ方向に1層おきにポリイミド絶縁膜57
を形成し、矩形板51の側面に露出した部分を絶縁し
た。なお、図6(c)に平面パターンを拡大して示した
通り、矩形板51の一方の側面において絶縁されている
線状内部電極群は反対側の側面においては絶縁されてい
ない。次に、メッキ電極を用いて矩形板の側面に外部電
極52を設け、絶縁されていない線状内部電極群と接続
した。
生ずることなく、分極を行うことができる。試作した圧
電トランスの共振周波数と入出力側の振動子定数及び出
力側の制動容量から計算した最適負荷を表3に示す。ま
た、試作した圧電トランスの1波長共振モードを利用
し、矩形板51の長さ方向の端面から1/4の位置を支
持して入力70Vrms 、負荷抵抗10Ω時の圧電トラン
ス特性を測定した。その結果も表3に示す。
は、図12に示した従来の圧電トランスと比較して入力
側の容量比が10から8に改善されていることが示され
ている。これは実施例6の圧電トランスの場合、外部電
極近傍の圧電的に不活性な部分が入力側に存在しないこ
とから振動子特性が改善されたものと考えられる。ま
た、圧電トランスの抗折強度は、実施例6の圧電トラン
スの場合、入力部において分極時あるいは駆動に圧電ト
ランスの破壊の起点となる不活性部が無くなることか
ら、より強度が改善されていることがわかる。
線状内部電極は入力部のみに配置し、出力部は従来の圧
電トランスと同じ構造であるが、スクリーン印刷あるい
はスパッタリング等の手法によって出力部にも適用でき
る。その場合は強度、振動子特性等においてより改善が
可能であることは言うまでもない。
による振動子構造の概略図を示す。寸法は長さ24m
m、幅9mm、厚さ5mmである。矩形板71を長さ方
向に4等分した内の入力部である中央部2ヶ所の領域に
は、銀−パラジウム合金を用いた線状内部電極74,7
6が線幅100ミクロン、長さ8mm、ピッチ2mmで
8本配置され、一本おきに交互に側面に露出している。
出力部である矩形板71の両端からそれぞれ長さ方向に
1/4の領域には、同じく銀−パラジウム合金を用いた
線状内部電極75,77が線幅80ミクロン、長さ8m
m、ピッチ500μmで30本配置され、一本おきに交
互に側面に露出している。この平面パターンを図7
(b)に示す。図中の矢印は分極方向である。この平面
パターンが厚さ方向に100μm間隔で50層積層され
ている。また、入出力部それぞれの側面には複数積層さ
れた線状内部電極と接続するための外部電極72,73
が存在する。
力側の振動子定数及び出力側の制動容量から計算した最
適負荷も表4に示す。また、試作した圧電トランスの2
波長共振モードを利用し、矩形板の長さ方向の端面から
1/8の位置を支持して入力70Vrms 、負荷抵抗10
Ω時の圧電トランス特性を測定した。その結果を表4に
示す。
による振動子構造の概略図を示す。寸法は長さ24m
m、幅9mm、厚さ5mmである。矩形板81を長さ方
向に4等分した内の入力部である中央部2ヶ所の領域に
は、銀−パラジウム合金を用いた線状内部電極84を線
幅100ミクロン、長さ9mm、ピッチ2mmで8本配
置し、すべて2つの側面に露出させている。出力部であ
る矩形板の両端からそれぞれ長さ方向に1/4の領域に
は、同じく銀−パラジウム合金を用いた線状内部電極8
5,86を線幅80ミクロン、長さ8mm、ピッチ50
0μmで30本配置し、一本おきに交互に側面に露出さ
せている。この平面パターンを図8(b)に示す。図中
の矢印は分極方向である。この平面パターンが厚さ方向
に100μm間隔で50層積層されている。入出力部そ
れぞれの側面には複数積層された線状内部電極と接続す
るための外部電極82,83が存在する。なお、図示し
ていないが、入力側においては、図4で説明したよう
に、線状電極を1本おきに選択して矩形板81の上面に
おいてまとめて接続可能な構造としてある。
力側の振動子定数及び出力側の制動容量から計算した最
適負荷を表4に示す。また、試作した圧電トランスの1
波長共振モードを利用し、矩形板81の長さ方向の端面
から1/4の位置を支持して入力70Vrms 、負荷抵抗
10Ω時の圧電トランス特性を測定した。その結果も表
4に示す。
は、実施例7の圧電トランスと比較して入力側の容量比
が10から8に改善されていることが示されている。こ
れは、実施例8の圧電トランスの場合、外部電極近傍の
圧電的に不活性な部分が入力側に存在しないことから振
動子特性が改善されたものと考えられる。また、線状内
部電極群を採用した実施例7の圧電トランスの抗折強度
は、面状電極を採用した場合よりも大きくなる。更に、
実施例8の圧電トランスの場合、入力部において分極時
あるいは駆動に圧電トランスの破壊の起点となる不活性
部が無くなることから、より強度が改善されていること
がわかる。また、実施例8では2つの側面に露出した線
状内部電極は入力部のみに配置し、出力部は実施例7と
同じ構造であるが、スクリーン印刷あるいはスパッタリ
ング等の手法によって出力部にも適用できる。その場合
は強度、振動子特性等においてより改善が可能であるこ
とは言うまでもない。
による振動子構造の概略図を示す。寸法は長さ24m
m、幅9mm、厚さ5mmである。矩形板91を長さ方
向に4等分した内の入力部である中央部2ヶ所の領域に
は、銀−パラジウム合金を用いた線状内部電極94を線
幅100ミクロン、長さ9mm、ピッチ2mmで8本配
置し、すべて2つの側面に露出させている。出力部であ
る矩形板の両端からそれぞれ長さ方向に1/4の領域に
は、同じく銀−パラジウム合金を用いた線状内部電極9
5,96を線幅80ミクロン、長さ8mm、ピッチ50
0μmで30本配置し、一本おきに交互に側面に露出さ
せている。この平面パターンを図9(b)に示す。図中
の矢印は分極方向である。この平面パターンが厚さ方向
に100μm間隔で50層積層されている。2つの入力
部においては、これら線状内部電極は矩形板91の側面
に設けられた厚さ方向に平行な複数の線状電極92によ
って長さ方向に1つおきに同極となるよう接続され、更
に、矩形板91の上面において上面電極97によってま
とめて接続されている。また、出力部の側面には複数積
層された線状内部電極と接続するための外部電極93が
存在する。
力側の振動子定数及び出力側の制動容量から計算した最
適負荷を表5に示す。また、試作した圧電トランスの1
波長共振モードを利用し、矩形板の長さ方向の端面から
1/4の位置を支持して入力70Vrms 、負荷抵抗10
Ω時の圧電トランス特性を測定した。その結果を表5に
示す。
スは、図12で説明した圧電トランスと比較して入力側
の容量比が10から8に改善されていることが示されて
いる。これは、実施例9の圧電トランスの場合、外部電
極近傍の圧電的に不活性な部分が入力側に存在しないこ
とから振動子特性が改善されたものと考えられる。ま
た、圧電トランスの抗折強度は、実施例9の圧電トラン
スの場合、入力部において分極時あるいは駆動に圧電ト
ランスの破壊の起点となる不活性部が無くなることか
ら、より強度が改善されていることがわかる。なお、実
施例9では2つの側面に露出した線状内部電極は入力部
のみに配置し、出力部は従来の圧電トランスと同じ構造
であるが、スクリーン印刷あるいはスパッタリング等の
手法によって出力部にも適用できる。その場合は強度、
振動子特性等においてより改善が可能であることは言う
までもない。
ずれの実施例にも適用可能であることは言うまでも無
い。
の長さ方向に2等分したうちの少なくとも一方の部分
に、長さ方向に直交した複数層の面内において幅方向に
平行に厚み方向に複数設けられた線状内部電極群を持つ
場合について説明したが、このような線状内部電極群に
代えて、長さ方向に直交して設けられる複数層の内部電
極を持つようにしても良い。
ば、線状内部電極を用いた構造とし積層方向は圧電セラ
ミックス矩形板の厚み方向とすることで機械的強度が高
くかつ効率90%以上の構造の圧電トランスを提供する
ことが可能になる。また、矩形板側面の線状電極を引き
出して側面、上下面、あるいは両端面においてまとめる
ことにより、振動のノード点(振幅ゼロの部分)におい
てリード付けが可能となり、信頼性の向上を図ることが
できる。
内部電極を用いた構造とし積層方向は圧電セラミックス
矩形板の厚み方向とすることができるため、製造コスト
を低下させることができる。更に、圧電トランス的に不
活性な部分を除くことによって機械的強度が大きく信頼
性に優れた構造の圧電トランスを提供することが可能に
なる。
いた構造とし積層方向は圧電セラミックス矩形板の厚み
方向とすることができるため、製造コストを低下させる
ことができる。更に、圧電トランス的に不活性な部分を
除くことによって機械的強度が大きく信頼性に優れた構
造の圧電トランスを提供することが可能になる。
内部電極を用いた構造とし積層方向は圧電セラミックス
矩形板の厚み方向とすることができるため、製造コスト
を低下させることができる。更に、圧電トランス的に不
活性な部分を除くことによって機械的強度が大きく信頼
性に優れた構造の圧電トランスを提供することが可能に
なる。
いた構造とし積層方向は圧電セラミックス矩形板の厚み
方向とすることができるため、製造コストを低下させる
ことができる。更に、圧電トランス的に不活性な部分を
除くことによって機械的強度が大きく信頼性に優れた構
造の圧電トランスを提供することが可能になる。
造を説明するための概略図で、図(a)は斜視図、図
(b)は内部電極パターンを説明するための横断面図、
図(c)は図(b)の一部拡大断面図である。
造を説明するための概略図で、図(a)は斜視図、図
(b)は内部電極パターンを説明するための横断面図、
図(c)は圧電トランス分極時の変形を説明するための
部分断面図、図(d)は圧電トランス駆動時の応力分布
を示した図である。
造を説明するための概略図で、図(a)は斜視図、図
(b)は内部電極パターンを説明するための横断面図、
図(c)は図(a)の一部を拡大して示した図である。
造を説明するための概略図で、図(a)は斜視図、図
(b)は図(a)の側面の一部を拡大して示した図、図
(c)は図(a)の上面の一部を拡大して示した図であ
る。
造を説明するための概略図で、図(a)は斜視図、図
(b)は図(a)の側面の一部を拡大して示した図、図
(c)は図(a)の上面の一部を拡大して示した図であ
る。
造を説明するための概略図で、図(a)は斜視図、図
(b)は内部電極パターンを説明するための横断面図、
図(c)は図(b)の一部拡大断面図である。
造を説明するための概略図で、図(a)は斜視図、図
(b)は内部電極パターンを説明するための横断面図、
図(c)は圧電トランス分極時の変形を説明するための
部分断面図である。
造を説明するための概略図で、図(a)は斜視図、図
(b)は内部電極パターンを説明するための横断面図で
ある。
造を説明するための概略図で、図(a)は斜視図、図
(b)は内部電極パターンを説明するための横断面図で
ある。
ク図である。
するための概略図で、図(a)は斜視図、図(b)は内
部電極パターンを説明するための横断面図、図(c)は
分極時の変形を説明するための部分断面図である。
するための概略図で、図(a)は斜視図、図(b)は内
部電極パターンを説明するための横断面図、図(c)は
分極時の変形を説明するための部分断面図である。
圧電セラミックスによる矩形板 12、26、27、35、45、52、72、73、8
2、83、93、94、95、96 外部電極 13、46、57、 ポリイミド絶縁膜 14、16、17、22、23、24、25、32、3
3、34、36、42、44、54、55、56、7
4、75、76、77、84、85、86、線状内部電
極 37、97 上面電極 38 絶縁層 47 メッキ電極
Claims (9)
- 【請求項1】 圧電セラミックス矩形板の長さ方向の1
波長共振モードを利用した圧電トランスにおいて、矩形
板の長さ方向に2等分したうちの少なくとも一方の部分
に、長さ方向に直交して複数層設けられた内部電極また
は、長さ方向に直交した複数層の面内において幅方向に
平行に厚み方向に複数設けられた線状内部電極群をも
ち、これら複数層の内部電極または線状内部電極群が矩
形板の2つの側面に露出し、矩形板側面において絶縁層
によって長さ方向に1層おきに絶縁され、絶縁されてい
ない内部電極または線状内部電極群は厚さ方向に平行な
電極によって長さ方向に1層おきに接続され、更に矩形
板側面、上下面、あるいは両端面のいずれかにおいて同
極となるようまとめられていることを特徴とする圧電ト
ランス。 - 【請求項2】 圧電セラミックス矩形板の長さ方向の
1.5波長共振モードを利用した圧電トランスにおい
て、矩形板の長さ方向に3等分したうちの少なくとも1
ヶ所の部分に、長さ方向に直交して複数層設けられた内
部電極または、長さ方向に直交した複数層の面内におい
て幅方向に平行に厚み方向に複数設けられた線状内部電
極群をもち、これら複数層の内部電極または線状内部電
極群が、矩形板の側面に長さ方向において1層おきに交
互に露出していることを特徴とする圧電トランス。 - 【請求項3】 圧電セラミックス矩形板の長さ方向の
1.5波長共振モードを利用した圧電トランスにおい
て、矩形板の長さ方向に3等分したうちの少なくとも1
ヶ所の部分に、長さ方向に直交して複数層設けられた内
部電極または、長さ方向に直交した複数層の面内におい
て幅方向に平行に厚み方向に複数設けられた線状内部電
極群をもち、これら複数層の内部電極または線状内部電
極群が、矩形板の2つの側面に露出していることを特徴
とする圧電トランス。 - 【請求項4】 請求項3記載の圧電トランスにおいて、
矩形板の2つの側面に露出している複数層の内部電極ま
たは線状内部電極群が、矩形板側面に設けられた厚さ方
向に平行な複数の側面電極によって接続され、これら厚
さ方向に平行な側面電極が長さ方向に1つおきに同極と
なるよう引き出され、矩形板側面、上下面、あるいは両
端面のいずれかにおいて接続されていることを特徴とす
る圧電トランス。 - 【請求項5】 請求項3記載の圧電トランスにおいて、
矩形板の2つの側面に露出している複数層の内部電極ま
たは線状内部電極群が、矩形板側面において絶縁層によ
って長さ方向に1層おきに絶縁され、絶縁されていない
内部電極または線状内部電極群は厚さ方向に平行な側面
電極によって長さ方向に1層おきに接続され、更に矩形
板側面、上下面、あるいは両端面のいずれかにおいて同
極となるようまとめられていることを特徴とする圧電ト
ランス。 - 【請求項6】 圧電セラミックス矩形板の長さ方向の2
波長共振モードを利用した圧電トランスにおいて、矩形
板の長さ方向に4等分したうちの少なくとも1ヶ所の部
分に、長さ方向に直交して複数層設けられた内部電極ま
たは、長さ方向に直交した複数層の面内において幅方向
に平行に厚み方向に複数設けられた線状内部電極群をも
ち、これら複数層の内部電極または線状内部電極群が矩
形板の2つの側面に露出し、矩形板側面において絶縁層
によって長さ方向に1層おきに絶縁され、絶縁されてい
ない内部電極または線状内部電極群は厚さ方向に平行な
側面電極によって長さ方向に1層おきに接続され、更に
矩形板側面、上下面、あるいは両端面のいずれかにおい
て同極となるようまとめられていることを特徴とする圧
電トランス。 - 【請求項7】 圧電セラミックス矩形板の長さ方向の2
波長共振モードを利用した圧電トランスにおいて、矩形
板の長さ方向に4等分したうちの少なくとも1ヶ所の部
分に、長さ方向に直交して複数層設けられた内部電極ま
たは、長さ方向に直交して複数層の面内において幅方向
に平行に厚み方向に複数設けられた線状内部電極群をも
ち、これら複数層の内部電極または線状内部電極群が、
矩形板の側面に長さ方向において1層おきに交互に露出
していることを特徴とする圧電トランス。 - 【請求項8】 圧電セラミックス矩形板の長さ方向の2
波長共振モードを利用した圧電トランスにおいて、矩形
板の長さ方向に4等分したうちの少なくとも1ヶ所の部
分に、長さ方向に直交して複数層設けられた内部電極ま
たは、長さ方向に直交した複数層の面内において幅方向
に平行に厚み方向に複数設けられた線状内部電極群をも
ち、これら複数層の内部電極または線状内部電極群が、
矩形板の2つの側面に露出していることを特徴とする圧
電トランス。 - 【請求項9】 圧電セラミックス矩形板の長さ方向の2
波長共振モードを利用した圧電トランスにおいて、矩形
板の長さ方向に4等分したうちの少なくとも1ヶ所の部
分に、長さ方向に直交して複数層設けられた内部電極ま
たは、長さ方向に直交した複数層の面内において幅方向
に平行に厚み方向に複数設けられた線状内部電極群をも
ち、これら複数層の内部電極または線状内部電極群が、
矩形板の2つの側面に露出し、更に矩形板側面に設けら
れた厚さ方向に平行な複数の側面電極によって接続さ
れ、これら厚さ方向に平行な側面電極が長さ方向に1つ
おきに同極となるよう引き出され、矩形板側面、上下
面、あるいは両端面のいずれかにおいて接続されている
ことを特徴とする圧電トランス。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25668097A JP3401664B2 (ja) | 1997-09-22 | 1997-09-22 | 圧電トランス |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25668097A JP3401664B2 (ja) | 1997-09-22 | 1997-09-22 | 圧電トランス |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1197756A true JPH1197756A (ja) | 1999-04-09 |
JP3401664B2 JP3401664B2 (ja) | 2003-04-28 |
Family
ID=17295987
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP25668097A Expired - Fee Related JP3401664B2 (ja) | 1997-09-22 | 1997-09-22 | 圧電トランス |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3401664B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20130255049A1 (en) * | 2008-06-19 | 2013-10-03 | Epcos Ag | Piezoelectric Component and Method for Producing an Electrical Contact |
US11094874B2 (en) | 2015-09-10 | 2021-08-17 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric vibration device |
-
1997
- 1997-09-22 JP JP25668097A patent/JP3401664B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20130255049A1 (en) * | 2008-06-19 | 2013-10-03 | Epcos Ag | Piezoelectric Component and Method for Producing an Electrical Contact |
US9490417B2 (en) * | 2008-06-19 | 2016-11-08 | Epcos Ag | Method for producing an electrical contact |
US11094874B2 (en) | 2015-09-10 | 2021-08-17 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Piezoelectric vibration device |
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Publication number | Publication date |
---|---|
JP3401664B2 (ja) | 2003-04-28 |
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