JP2000228546A - 圧電トランスおよびその使用方法 - Google Patents
圧電トランスおよびその使用方法Info
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- JP2000228546A JP2000228546A JP11028535A JP2853599A JP2000228546A JP 2000228546 A JP2000228546 A JP 2000228546A JP 11028535 A JP11028535 A JP 11028535A JP 2853599 A JP2853599 A JP 2853599A JP 2000228546 A JP2000228546 A JP 2000228546A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 出力電力が高く、小型でスペース効率が良い
圧電トランスを提供する。 【解決手段】 円板形の実効振動領域を持つ板状の圧電
振動体に所定の電極を形成して構成され径拡がり１次振
動モード特性を有する圧電トランス用素子１１を複数有
している。複数の圧電トランス用素子１１の各入力部同
士および各出力部同士は、それぞれ並列接続されてい
る。
圧電トランスを提供する。 【解決手段】 円板形の実効振動領域を持つ板状の圧電
振動体に所定の電極を形成して構成され径拡がり１次振
動モード特性を有する圧電トランス用素子１１を複数有
している。複数の圧電トランス用素子１１の各入力部同
士および各出力部同士は、それぞれ並列接続されてい
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電トランスおよ
びその使用方法に関する。
びその使用方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧電トランスは、機械振動のエネルギを
変換媒体とするものであり、従来の電磁式トランスより
もエネルギ密度が高いので、同じ出力の電磁式トランス
よりも小型化が期待でき、また、低背化しても電磁式ト
ランスのように効率低下することなく高効率である。
変換媒体とするものであり、従来の電磁式トランスより
もエネルギ密度が高いので、同じ出力の電磁式トランス
よりも小型化が期待でき、また、低背化しても電磁式ト
ランスのように効率低下することなく高効率である。
【０００３】このため、圧電トランスは、ノート型パー
ソナルコンピュータなどの携帯型情報処理装置、携帯型
テレビ、あるいは車載型テレビ等、液晶ディスプレイを
有し、小型であることが特徴の１つである電子機器の普
及に伴い、液晶ディスプレイ用バックライトのインバー
タ回路等に電磁式トランスに代わって用いられつつあ
る。さらに、圧電トランスは、やはり小型化が要望され
ているＡＣアダプタやＤＣ−ＤＣコンバータ等の電源回
路にも、電磁式トランスに代わって用いられつつある。
ソナルコンピュータなどの携帯型情報処理装置、携帯型
テレビ、あるいは車載型テレビ等、液晶ディスプレイを
有し、小型であることが特徴の１つである電子機器の普
及に伴い、液晶ディスプレイ用バックライトのインバー
タ回路等に電磁式トランスに代わって用いられつつあ
る。さらに、圧電トランスは、やはり小型化が要望され
ているＡＣアダプタやＤＣ−ＤＣコンバータ等の電源回
路にも、電磁式トランスに代わって用いられつつある。
【０００４】液晶ディスプレイ用バックライトのインバ
ータ回路用トランスとしては、一般に、負荷抵抗が高く
（数１０ｋΩから数１００ｋΩ程度）、比較的小さい電
流しか流れないため、図１２（ａ）に示すローゼン型の
圧電トランス３１０に代表される昇圧タイプの圧電トラ
ンスが用いられることが多い。
ータ回路用トランスとしては、一般に、負荷抵抗が高く
（数１０ｋΩから数１００ｋΩ程度）、比較的小さい電
流しか流れないため、図１２（ａ）に示すローゼン型の
圧電トランス３１０に代表される昇圧タイプの圧電トラ
ンスが用いられることが多い。
【０００５】一方、ＡＣアダプタやＤＣ−ＤＣコンバー
タ等の電源回路用トランスとしては、一般に、負荷抵抗
が低く（数１０Ω程度）、比較的大きい電流が流れるた
め、出力部が複数積層された図１２（ｂ）に示す縦効果
型の圧電トランス４１０、図１２（ｃ）に示す縦−縦効
果型の圧電トランス５１０、または図１２（ｄ）に示す
横−横効果型の圧電トランス６１０、あるいは図１２
（ｅ）に示す径拡がり１次振動モードの圧電トランス用
素子１１を含む圧電トランス７１０が提案もしくは使用
されている。
タ等の電源回路用トランスとしては、一般に、負荷抵抗
が低く（数１０Ω程度）、比較的大きい電流が流れるた
め、出力部が複数積層された図１２（ｂ）に示す縦効果
型の圧電トランス４１０、図１２（ｃ）に示す縦−縦効
果型の圧電トランス５１０、または図１２（ｄ）に示す
横−横効果型の圧電トランス６１０、あるいは図１２
（ｅ）に示す径拡がり１次振動モードの圧電トランス用
素子１１を含む圧電トランス７１０が提案もしくは使用
されている。
【０００６】尚、圧電トランス用素子１１は、中心点か
らほぼ放射状に拡がる板面形（例えば、真円形または多
角形）を持つ板状を呈する圧電セラミックスまたは圧電
単結晶から成る圧電振動体に所定の電極を形成して構成
されており、径拡がり１次振動モードで振動する素子の
一例である。そして、本従来例では、圧電トランス用素
子１１単体で、圧電トランス７１０が構成されている。
１次振動モードで振動する圧電トランス用素子の板面形
状は、最も好ましくは真円形であるが、本例では圧電振
動体が正方形、電極板が真円形である。尚、圧電振動体
の板面が真円形以外の場合でも、振動に関する実効領域
は、真円形である。
らほぼ放射状に拡がる板面形（例えば、真円形または多
角形）を持つ板状を呈する圧電セラミックスまたは圧電
単結晶から成る圧電振動体に所定の電極を形成して構成
されており、径拡がり１次振動モードで振動する素子の
一例である。そして、本従来例では、圧電トランス用素
子１１単体で、圧電トランス７１０が構成されている。
１次振動モードで振動する圧電トランス用素子の板面形
状は、最も好ましくは真円形であるが、本例では圧電振
動体が正方形、電極板が真円形である。尚、圧電振動体
の板面が真円形以外の場合でも、振動に関する実効領域
は、真円形である。
【０００７】一般に、圧電トランスの出力電力Ｐout
は、以下の数１式（（１）式）のように、質量ｍ、振動
速度ｖの二乗、電気機械結合係数ｋの二乗、および駆動
周波数ｆの積にほぼ比例することが知られている。
は、以下の数１式（（１）式）のように、質量ｍ、振動
速度ｖの二乗、電気機械結合係数ｋの二乗、および駆動
周波数ｆの積にほぼ比例することが知られている。
【０００８】
【数１】
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】（１）式によると、圧
電トランスの小型化と高出力化とを両立するためには、
ｋeff 2、ｖ2、および駆動周波数ｆのいずれかを大きく
すればよいことになる。ただし、電気機械結合係数ｋ
effおよび振動速度ｖは、材質によって概ね決定され、
さらに最適条件下で最大に設定されて用いられるもので
あるから、材料特性を現状のままとするならば、圧電ト
ランスの小型化と高出力化とを両立するためには、駆動
周波数ｆを大きくすること、即ち高周波化が必要であ
る。
電トランスの小型化と高出力化とを両立するためには、
ｋeff 2、ｖ2、および駆動周波数ｆのいずれかを大きく
すればよいことになる。ただし、電気機械結合係数ｋ
effおよび振動速度ｖは、材質によって概ね決定され、
さらに最適条件下で最大に設定されて用いられるもので
あるから、材料特性を現状のままとするならば、圧電ト
ランスの小型化と高出力化とを両立するためには、駆動
周波数ｆを大きくすること、即ち高周波化が必要であ
る。
【００１０】一方、圧電トランスに限らず、圧電振動体
の共振周波数は、寸法に概ね反比例するものである。例
えば、矩形板の長さ振動を用いた圧電振動体では、断面
形状を変えずに長さ寸法を半分にすることによって駆動
周波数ｆを２倍にした場合は、（１）式によれば質量ｍ
が半減しても駆動周波数ｆが２倍になるから出力電力は
維持されるはずである。ところが、実際には、図１３に
示すように、形状によって振動し易さが異なり、ｋeff
が低下してしまうことから、高い出力電力Ｐoutを維持
することが困難である。
の共振周波数は、寸法に概ね反比例するものである。例
えば、矩形板の長さ振動を用いた圧電振動体では、断面
形状を変えずに長さ寸法を半分にすることによって駆動
周波数ｆを２倍にした場合は、（１）式によれば質量ｍ
が半減しても駆動周波数ｆが２倍になるから出力電力は
維持されるはずである。ところが、実際には、図１３に
示すように、形状によって振動し易さが異なり、ｋeff
が低下してしまうことから、高い出力電力Ｐoutを維持
することが困難である。
【００１１】特に、図１２（ｅ）の径拡がり１次振動モ
ードを用いた圧電トランス７１０の場合には、駆動周波
数ｆが、円板形実効領域の直径に反比例することから、
同様に２倍の高周波化を図るために直径を半分にする
（ただし、厚みは変えず）と、体積が４分の１になって
しまう。（１）式から、厚みを２倍にすれば単純に体積
は満足できるが、実際には、圧電振動体の高さ寸法が大
きく増加することから、長さ振動の場合よりもｋeffが
低下しやすい。これらのことは、大きさを変化させずに
出力電力を増大する場合でも、同様である。
ードを用いた圧電トランス７１０の場合には、駆動周波
数ｆが、円板形実効領域の直径に反比例することから、
同様に２倍の高周波化を図るために直径を半分にする
（ただし、厚みは変えず）と、体積が４分の１になって
しまう。（１）式から、厚みを２倍にすれば単純に体積
は満足できるが、実際には、圧電振動体の高さ寸法が大
きく増加することから、長さ振動の場合よりもｋeffが
低下しやすい。これらのことは、大きさを変化させずに
出力電力を増大する場合でも、同様である。
【００１２】このように、径拡がり１次振動モードを用
いた圧電トランスにおいて、同一の出力を維持しつつ、
かつ高周波化によって小型化を図る場合には、形状の悪
化による振動体特性の低下という問題を生ずる。
いた圧電トランスにおいて、同一の出力を維持しつつ、
かつ高周波化によって小型化を図る場合には、形状の悪
化による振動体特性の低下という問題を生ずる。
【００１３】本発明の課題は、出力電力が高く、小型で
スペース効率が良い径拡がり１次振動モードの圧電トラ
ンスを提供することである。
スペース効率が良い径拡がり１次振動モードの圧電トラ
ンスを提供することである。
【００１４】本発明の他の課題は、出力電力を高め、ス
ペース効率良く径拡がり１次振動モードの圧電トランス
を使用する方法を提供することである。
ペース効率良く径拡がり１次振動モードの圧電トランス
を使用する方法を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、円板形
の実効振動領域を持つ板状の圧電振動体に所定の電極を
形成して構成され径拡がり１次振動モード特性を有する
圧電トランス用素子を複数有し、複数の前記圧電トラン
ス用素子の各入力部同士および各出力部同士は、それぞ
れ並列接続されていることを特徴とする圧電トランスが
得られる。
の実効振動領域を持つ板状の圧電振動体に所定の電極を
形成して構成され径拡がり１次振動モード特性を有する
圧電トランス用素子を複数有し、複数の前記圧電トラン
ス用素子の各入力部同士および各出力部同士は、それぞ
れ並列接続されていることを特徴とする圧電トランスが
得られる。
【００１６】本発明においては、最大出力が得られる駆
動周波数以上の駆動周波数で駆動することにより複数の
圧電トランス用素子間の共振周波数のずれを防止しても
よい。また、前記複数の圧電トランス用素子は、厚さ方
向に積層されてもよい。また、前記複数の圧電トランス
用素子は、絶縁材からなるホルダを介して積層されても
よい。また、前記複数の圧電トランス用素子は、前記実
効振動領域の直径の１／２の直径以内のほぼ全域に弾性
材を介して積層されてもよい。また、前記複数の圧電ト
ランス用素子は、板面を実装面に対しておよそ９０度を
なす姿勢で実装されてもよい。
動周波数以上の駆動周波数で駆動することにより複数の
圧電トランス用素子間の共振周波数のずれを防止しても
よい。また、前記複数の圧電トランス用素子は、厚さ方
向に積層されてもよい。また、前記複数の圧電トランス
用素子は、絶縁材からなるホルダを介して積層されても
よい。また、前記複数の圧電トランス用素子は、前記実
効振動領域の直径の１／２の直径以内のほぼ全域に弾性
材を介して積層されてもよい。また、前記複数の圧電ト
ランス用素子は、板面を実装面に対しておよそ９０度を
なす姿勢で実装されてもよい。
【００１７】本発明によればまた、円板形の実効振動領
域を持つ板状の圧電振動体に所定の電極を形成して構成
され径拡がり１次振動モード特性を有する圧電トランス
用素子を複数用意し、複数の前記圧電トランス用素子の
各入力部同士および各出力部同士を、それぞれ並列接続
することを特徴とする圧電トランスの使用方法が得られ
る。
域を持つ板状の圧電振動体に所定の電極を形成して構成
され径拡がり１次振動モード特性を有する圧電トランス
用素子を複数用意し、複数の前記圧電トランス用素子の
各入力部同士および各出力部同士を、それぞれ並列接続
することを特徴とする圧電トランスの使用方法が得られ
る。
【００１８】本発明においては、最大出力が得られる駆
動周波数以上の駆動周波数で駆動することにより複数の
圧電トランス用素子間の共振周波数のずれを防止しても
よい。また、前記複数の圧電トランス用素子は、厚さ方
向に積層してもよい。また、前記複数の圧電トランス用
素子は、絶縁材からなるホルダを介して積層してもよ
い。また、前記複数の圧電トランス用素子は、前記実効
振動領域の直径の１／２の直径以内のほぼ全域に弾性材
を介して積層してもよい。また、前記複数の圧電トラン
ス用素子は、板面を実装面に対しておよそ９０度をなす
姿勢で実装してもよい。
動周波数以上の駆動周波数で駆動することにより複数の
圧電トランス用素子間の共振周波数のずれを防止しても
よい。また、前記複数の圧電トランス用素子は、厚さ方
向に積層してもよい。また、前記複数の圧電トランス用
素子は、絶縁材からなるホルダを介して積層してもよ
い。また、前記複数の圧電トランス用素子は、前記実効
振動領域の直径の１／２の直径以内のほぼ全域に弾性材
を介して積層してもよい。また、前記複数の圧電トラン
ス用素子は、板面を実装面に対しておよそ９０度をなす
姿勢で実装してもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態による圧電トランスおよびその使用方法を説
明する。
実施の形態による圧電トランスおよびその使用方法を説
明する。
【００２０】［実施の形態１］図１を参照して、本発明
の実施の形態１による圧電トランス１１０では、それぞ
れ径拡がり１次振動モードを用いた２つの圧電トランス
用素子１１の各入力部に単一の電源からの入力信号を印
加すると共に、それぞれの出力部を単一の負荷に接続し
ている。これにより、前述の（１）式における質量ｍの
増大に加え、個々の圧電トランス用素子自体は前述のご
とく良好な形状であるから、振動体特性の低下という問
題を避けることができる。
の実施の形態１による圧電トランス１１０では、それぞ
れ径拡がり１次振動モードを用いた２つの圧電トランス
用素子１１の各入力部に単一の電源からの入力信号を印
加すると共に、それぞれの出力部を単一の負荷に接続し
ている。これにより、前述の（１）式における質量ｍの
増大に加え、個々の圧電トランス用素子自体は前述のご
とく良好な形状であるから、振動体特性の低下という問
題を避けることができる。
【００２１】さらに、並列に駆動する場合の個々の圧電
トランス用素子の共振周波数のばらつきを検討してみ
た。即ち、図２の回路図において圧電トランスを構成す
るそれぞれの回路素子に対してばらつきを考慮して解析
を行ったものである。この結果、圧電トランスの直列共
振即ち、Ｌ、Ｃのばらつきが出力特性に大きく影響する
ことが判明した。
トランス用素子の共振周波数のばらつきを検討してみ
た。即ち、図２の回路図において圧電トランスを構成す
るそれぞれの回路素子に対してばらつきを考慮して解析
を行ったものである。この結果、圧電トランスの直列共
振即ち、Ｌ、Ｃのばらつきが出力特性に大きく影響する
ことが判明した。
【００２２】図２においてＬ、Ｃにそれぞれ２％のばら
つきを考慮して出力電力、効率を計算した結果を図６に
示す。図６において、それぞれの圧電トランスの直列共
振周波数近辺に、効率が大きく低下する領域が存在し、
出力電力が極端に変動している。これは底列共振周波数
の僅かなばらつきによって、負荷からみた個々の圧電ト
ランス用素子の出カインピーダンスが異なるため、より
低い側の出カインピーダンスの影響を受け、出力の極端
な変動が生じるものと考えられる。
つきを考慮して出力電力、効率を計算した結果を図６に
示す。図６において、それぞれの圧電トランスの直列共
振周波数近辺に、効率が大きく低下する領域が存在し、
出力電力が極端に変動している。これは底列共振周波数
の僅かなばらつきによって、負荷からみた個々の圧電ト
ランス用素子の出カインピーダンスが異なるため、より
低い側の出カインピーダンスの影響を受け、出力の極端
な変動が生じるものと考えられる。
【００２３】実際の圧電トランスの駆動では、このよう
な効率の低下は極端な温度上昇となることが予想される
ことから、この領域で駆動することは好ましくない。
な効率の低下は極端な温度上昇となることが予想される
ことから、この領域で駆動することは好ましくない。
【００２４】一方、出力電力のピークよりも高周波側に
おいては、個々の圧電トランス用素子の出力インピーダ
ンスは同様に異なっていると考えられるが、この領域で
はインピーダンスが最大になる並列共振の近辺であるこ
とから高インピーダンス領域となるために、出力電力の
大きな変動がみられなくなるものと考えられる。即ち、
並列駆動の場合には、個々の圧電トランス用素子の共振
周波数のばらつきを避けるため、圧電トランスの出カイ
ンピーダンスが高い領域、即ち、出力電力最大付近およ
びこれよりも高周波領域で駆動することが好ましい。
おいては、個々の圧電トランス用素子の出力インピーダ
ンスは同様に異なっていると考えられるが、この領域で
はインピーダンスが最大になる並列共振の近辺であるこ
とから高インピーダンス領域となるために、出力電力の
大きな変動がみられなくなるものと考えられる。即ち、
並列駆動の場合には、個々の圧電トランス用素子の共振
周波数のばらつきを避けるため、圧電トランスの出カイ
ンピーダンスが高い領域、即ち、出力電力最大付近およ
びこれよりも高周波領域で駆動することが好ましい。
【００２５】圧電トランス１１０では、２つの圧電トラ
ンス用素子１１が横に並べて配置されている。圧電トラ
ンス用素子１１は、図１２（ｅ）に示した大きさ１３．
０×１３．０×４．５ｍｍの正方形板形状のものであ
る。内部は厚み方向に複数の電極が積層された構造であ
り、１４０ＫＨｚ近辺で正方形板の径拡がり１次振動モ
ードが励振される。
ンス用素子１１が横に並べて配置されている。圧電トラ
ンス用素子１１は、図１２（ｅ）に示した大きさ１３．
０×１３．０×４．５ｍｍの正方形板形状のものであ
る。内部は厚み方向に複数の電極が積層された構造であ
り、１４０ＫＨｚ近辺で正方形板の径拡がり１次振動モ
ードが励振される。
【００２６】１つの電源で２つの圧電トランス用素子を
駆動するために入力信号は並列にそれぞれの圧電トラン
スに印加される。また負荷としては２個の圧電トランス
の出力側の制動容量が負荷からみれば並列に接続される
ことから、最も効率よく出力を伝達するために、以下の
数２式（（２）式）に合わせた負荷抵抗を接続した。
駆動するために入力信号は並列にそれぞれの圧電トラン
スに印加される。また負荷としては２個の圧電トランス
の出力側の制動容量が負荷からみれば並列に接続される
ことから、最も効率よく出力を伝達するために、以下の
数２式（（２）式）に合わせた負荷抵抗を接続した。
【００２７】
【数２】
【００２８】尚、（２）式中、ωは角周波数、Ｃd2は１
個の圧電トランスの出力側制動容量である。図３に、圧
電トランス用素子１１単体での出力特性を示す。温度上
昇約２５℃での出力電力は２０Ｗである。また、図４に
圧電トランス１１０の出力特性を示す。出力４０Ｗでの
温度上昇量は約２８℃であった。並列に接続した場合、
約２倍の出力電力が得られていることが示されている。
個の圧電トランスの出力側制動容量である。図３に、圧
電トランス用素子１１単体での出力特性を示す。温度上
昇約２５℃での出力電力は２０Ｗである。また、図４に
圧電トランス１１０の出力特性を示す。出力４０Ｗでの
温度上昇量は約２８℃であった。並列に接続した場合、
約２倍の出力電力が得られていることが示されている。
【００２９】比較例として、図５には、図１２（ｅ）の
圧電トランスと同一直径で（即ち同一の共振周波数）あ
りながら単体で２倍の出力電力を得ることを目的とし、
単純に厚さを図１２（ｅ）の圧電トランスの２倍、外形
形状が１３．０×１３．０×９．０ｍｍである圧電トラ
ンスの出力特性を示す。形状の影響による振動体特性の
劣化が無ければ、厚さを２倍にしたことで出力電力は２
倍になるはずであるが、定格出力電力は２８Ｗ程度に過
ぎず、形状の影響が出力電力の増大に悪影響を与えてい
ることが分かる。
圧電トランスと同一直径で（即ち同一の共振周波数）あ
りながら単体で２倍の出力電力を得ることを目的とし、
単純に厚さを図１２（ｅ）の圧電トランスの２倍、外形
形状が１３．０×１３．０×９．０ｍｍである圧電トラ
ンスの出力特性を示す。形状の影響による振動体特性の
劣化が無ければ、厚さを２倍にしたことで出力電力は２
倍になるはずであるが、定格出力電力は２８Ｗ程度に過
ぎず、形状の影響が出力電力の増大に悪影響を与えてい
ることが分かる。
【００３０】圧電トランス１１０は、具体的には、図７
（ａ）に示すように、ＡＣアダプタの回路基板等（図示
せず）の上に、圧電トランス１１０ａとして実装され
る。圧電トランス１１０ａは、樹脂等の絶縁材からなる
取付用ホルダ１２にそれぞれ嵌めこまれた２つの圧電ト
ランス用素子１１を有し、回路基板等の上に並列に実装
される。また、図示はしないが、２つの圧電トランス用
素子１１の各入力部同士および各出力部同士は、それぞ
れ並列接続されている。
（ａ）に示すように、ＡＣアダプタの回路基板等（図示
せず）の上に、圧電トランス１１０ａとして実装され
る。圧電トランス１１０ａは、樹脂等の絶縁材からなる
取付用ホルダ１２にそれぞれ嵌めこまれた２つの圧電ト
ランス用素子１１を有し、回路基板等の上に並列に実装
される。また、図示はしないが、２つの圧電トランス用
素子１１の各入力部同士および各出力部同士は、それぞ
れ並列接続されている。
【００３１】［実施の形態２］図７（ｂ）を参照して、
本発明の実施の形態２による圧電トランス１１０ｂは、
ＡＣアダプタの回路基板等（図示せず）の上に実装され
る。圧電トランス１１０ｂは、樹脂等の絶縁材からなる
取付用ホルダ１２にそれぞれ嵌めこまれた２つの圧電ト
ランス用素子１１を有し、回路基板等の上に積層して実
装される。また、図示はしないが、２つの圧電トランス
用素子１１の各入力部同士および各出力部同士は、それ
ぞれ並列接続されている。即ち、電気回路的には、実施
の形態１（図２）と同じである。
本発明の実施の形態２による圧電トランス１１０ｂは、
ＡＣアダプタの回路基板等（図示せず）の上に実装され
る。圧電トランス１１０ｂは、樹脂等の絶縁材からなる
取付用ホルダ１２にそれぞれ嵌めこまれた２つの圧電ト
ランス用素子１１を有し、回路基板等の上に積層して実
装される。また、図示はしないが、２つの圧電トランス
用素子１１の各入力部同士および各出力部同士は、それ
ぞれ並列接続されている。即ち、電気回路的には、実施
の形態１（図２）と同じである。
【００３２】尚、取付用ホルダ１２と圧電トランス用素
子１１の接触面は大きすぎると振動を阻害し、Ｑｍの低
下を引き起こし、最終的に効率の低下をもたらすことか
ら、可及的小さくしている。
子１１の接触面は大きすぎると振動を阻害し、Ｑｍの低
下を引き起こし、最終的に効率の低下をもたらすことか
ら、可及的小さくしている。
【００３３】このように構成することで、圧電トランス
１１０ｂは、実施の形態１による圧電トランス１１０ａ
と同等の特性でありながら、圧電トランス１１０ａより
も小さい占有面積である。
１１０ｂは、実施の形態１による圧電トランス１１０ａ
と同等の特性でありながら、圧電トランス１１０ａより
も小さい占有面積である。
【００３４】尚、圧電トランス用素子１１は比較的薄型
（例えば、取付用ホルダ１２を除いた厚さは、４．５ｍ
ｍ）であるため、圧電トランス用素子１１が積層された
圧電トランス１１０ｂも、実際上、薄型であるといえ
る。
（例えば、取付用ホルダ１２を除いた厚さは、４．５ｍ
ｍ）であるため、圧電トランス用素子１１が積層された
圧電トランス１１０ｂも、実際上、薄型であるといえ
る。
【００３５】圧電トランス１１０ｂの出力特性を図９に
示す。図９において、４０Ｗ出力時の温度上昇量は約４
０℃と大きいが、これは、下側のトランスの温度上昇分
が上側のトランスの温度上昇量に重畳しているためであ
ると考えられる。
示す。図９において、４０Ｗ出力時の温度上昇量は約４
０℃と大きいが、これは、下側のトランスの温度上昇分
が上側のトランスの温度上昇量に重畳しているためであ
ると考えられる。
【００３６】［実施の形態３］図７（ｃ）を参照して、
本発明の実施の形態３による圧電トランス１１０ｃは、
ＡＣアダプタの回路基板等（図示せず）の上に実装され
る。圧電トランス１１０ｃは、２つの圧電トランス用素
子１１を図示しない弾性材としてのシリコンゴムシート
（あるいは弾性を持つ両面テープ等であってもよい）を
介して積層し、さらに当該積層体を取付ホルダ１３内に
収容して実装される。また、図示はしないが、２つの圧
電トランス用素子１１の各入力部同士および各出力部同
士は、それぞれ並列接続されている。即ち、電気回路的
には、実施の形態１（図２）と同じである。
本発明の実施の形態３による圧電トランス１１０ｃは、
ＡＣアダプタの回路基板等（図示せず）の上に実装され
る。圧電トランス１１０ｃは、２つの圧電トランス用素
子１１を図示しない弾性材としてのシリコンゴムシート
（あるいは弾性を持つ両面テープ等であってもよい）を
介して積層し、さらに当該積層体を取付ホルダ１３内に
収容して実装される。また、図示はしないが、２つの圧
電トランス用素子１１の各入力部同士および各出力部同
士は、それぞれ並列接続されている。即ち、電気回路的
には、実施の形態１（図２）と同じである。
【００３７】このように構成することで、圧電トランス
１１０ｃは、実施の形態１による圧電トランス１１０ａ
と同等の特性でありながら、圧電トランス１１０ａより
も小さい占有面積である。
１１０ｃは、実施の形態１による圧電トランス１１０ａ
と同等の特性でありながら、圧電トランス１１０ａより
も小さい占有面積である。
【００３８】弾性材について、効率および温度上昇量と
実装上の安定度の兼ね合いから、シリコンゴムの接着半
径は、板面が正方形の圧電トランス用素子１１の内接円
（実効振動領域）半径の１／２以内の全域とすることが
好ましい。それよりも小さい面積では、効率は同等以上
でも実装上の安定度がやや劣る。一方、内接円半径の中
心から１／２を超えて大面積であると、効率は大きく低
下する。
実装上の安定度の兼ね合いから、シリコンゴムの接着半
径は、板面が正方形の圧電トランス用素子１１の内接円
（実効振動領域）半径の１／２以内の全域とすることが
好ましい。それよりも小さい面積では、効率は同等以上
でも実装上の安定度がやや劣る。一方、内接円半径の中
心から１／２を超えて大面積であると、効率は大きく低
下する。
【００３９】［実施の形態４］図１０を参照して、本発
明の実施の形態４による圧電トランス１１０ｄは、ＡＣ
アダプタの回路基板等（図示せず）の上に実装される。
圧電トランス１１０ｄは、２つの圧電トランス用素子１
１を各板面を実装面（回路基板等の板面）に対して直立
姿勢で実装される。２つの圧電トランス用素子１１の各
入力部同士および各出力部同士は、それぞれ並列接続さ
れている。即ち、電気回路的には、実施の形態１（図
２）と同じである。
明の実施の形態４による圧電トランス１１０ｄは、ＡＣ
アダプタの回路基板等（図示せず）の上に実装される。
圧電トランス１１０ｄは、２つの圧電トランス用素子１
１を各板面を実装面（回路基板等の板面）に対して直立
姿勢で実装される。２つの圧電トランス用素子１１の各
入力部同士および各出力部同士は、それぞれ並列接続さ
れている。即ち、電気回路的には、実施の形態１（図
２）と同じである。
【００４０】このように構成することで、圧電トランス
１１０ｄは、実施の形態１による圧電トランス１１０ａ
と同等の特性でありながら、圧電トランス１１０ｄより
も小さい占有面積である。
１１０ｄは、実施の形態１による圧電トランス１１０ａ
と同等の特性でありながら、圧電トランス１１０ｄより
も小さい占有面積である。
【００４１】図１１に圧電トランス１１０ｄの出力特性
を示す。出力４０Ｗでの温度上昇量をみると、約２０℃
以下となっており、本発明の実施の形態１〜４中で最も
温度上昇量が低くい。これは、正方形拡がり振動トラン
スにおいて最も専有面積の大きな対の板面が両面とも露
出する（単純に横置きだけでは１面のみ）ことによって
放熱が促進されたものと考えられる。
を示す。出力４０Ｗでの温度上昇量をみると、約２０℃
以下となっており、本発明の実施の形態１〜４中で最も
温度上昇量が低くい。これは、正方形拡がり振動トラン
スにおいて最も専有面積の大きな対の板面が両面とも露
出する（単純に横置きだけでは１面のみ）ことによって
放熱が促進されたものと考えられる。
【００４２】
【発明の効果】本発明による圧電トランスは、円板形の
実効振動領域を持つ板状の圧電振動体に所定の電極を形
成して構成され径拡がり１次振動モード特性を有する圧
電トランス用素子を複数有し、複数の圧電トランス用素
子の各入力部同士および各出力部同士は、それぞれ並列
接続されているため、出力電力が高く、小型でスペース
効率が良い。
実効振動領域を持つ板状の圧電振動体に所定の電極を形
成して構成され径拡がり１次振動モード特性を有する圧
電トランス用素子を複数有し、複数の圧電トランス用素
子の各入力部同士および各出力部同士は、それぞれ並列
接続されているため、出力電力が高く、小型でスペース
効率が良い。
【００４３】本発明による圧電トランスの使用方法によ
れば、圧電振動体の形状の影響を避け、同一の駆動周波
数であればより大出力の獲得、高周波化で小型化を図る
際には必要な出力電力を維持することが可能となる。
れば、圧電振動体の形状の影響を避け、同一の駆動周波
数であればより大出力の獲得、高周波化で小型化を図る
際には必要な出力電力を維持することが可能となる。
【図１】本発明の実施の形態１による圧電トランスを概
念的に示す図である。
念的に示す図である。
【図２】図１に示す圧電トランスの等価電気回路図であ
る。
る。
【図３】圧電トランス用素子単体での出力特性を示す図
である。
である。
【図４】図１に示す圧電トランスの出力特性を示す図で
ある。
ある。
【図５】比較例として厚みを２倍にした圧電トランスの
出力特性を示す図である。
出力特性を示す図である。
【図６】出力電力、効率に対する共振周波数のばらつき
の影響を示す図である。
の影響を示す図である。
【図７】（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）はそれぞれ、本
発明の実施の形態１、２、および３による圧電トランス
の要部を示す斜視図である。
発明の実施の形態１、２、および３による圧電トランス
の要部を示す斜視図である。
【図８】図７（ｃ）に示す圧電トランスにて使用するシ
リコンゴムのサイズと効率との関係を示す図である。
リコンゴムのサイズと効率との関係を示す図である。
【図９】図７（ｂ）に示す圧電トランスの出力特性を示
す図である
す図である
【図１０】本発明の実施の形態４による圧電トランスを
概念的に示す図である。
概念的に示す図である。
【図１１】図１０に示す圧電トランスの出力特性を示す
図である
図である
【図１２】（ａ）〜（ｅ）は、従来の各種圧電トランス
を示す斜視図である。
を示す斜視図である。
【図１３】周波数と圧電振動体の形状との関係（拡がり
振動、長さ振動の各場合）を示す図である。
振動、長さ振動の各場合）を示す図である。
Claims (12)
- 【請求項１】 円板形の実効振動領域を持つ板状の圧電
振動体に所定の電極を形成して構成され径拡がり１次振
動モード特性を有する圧電トランス用素子を複数有し、
複数の前記圧電トランス用素子の各入力部同士および各
出力部同士は、それぞれ並列接続されていることを特徴
とする圧電トランス。 - 【請求項２】 最大出力が得られる駆動周波数以上の駆
動周波数で駆動することにより複数の圧電トランス用素
子間の共振周波数のずれを防止した請求項１に記載の圧
電トランス。 - 【請求項３】 前記複数の圧電トランス用素子は、厚さ
方向に積層されている請求項１または２に記載の圧電ト
ランス。 - 【請求項４】 前記複数の圧電トランス用素子は、絶縁
材からなるホルダを介して積層されている請求項３に記
載の圧電トランス。 - 【請求項５】 前記複数の圧電トランス用素子は、前記
実効振動領域の直径の１／２の直径以内のほぼ全域に弾
性材を介して積層されている請求項３に記載の圧電トラ
ンス。 - 【請求項６】 前記複数の圧電トランス用素子は、板面
を実装面に対しておよそ９０度をなす姿勢で実装される
請求項１または２に記載の圧電トランス。 - 【請求項７】 円板形の実効振動領域を持つ板状の圧電
振動体に所定の電極を形成して構成され径拡がり１次振
動モード特性を有する圧電トランス用素子を複数用意
し、複数の前記圧電トランス用素子の各入力部同士およ
び各出力部同士を、それぞれ並列接続することを特徴と
する圧電トランスの使用方法。 - 【請求項８】 最大出力が得られる駆動周波数以上の駆
動周波数で駆動することにより複数の圧電トランス用素
子間の共振周波数のずれを防止する請求項７に記載の圧
電トランスの使用方法。 - 【請求項９】 前記複数の圧電トランス用素子を、厚さ
方向に積層する請求項７または８に記載の圧電トランス
の使用方法。 - 【請求項１０】 前記複数の圧電トランス用素子を、絶
縁材からなるホルダを介して積層する請求項９に記載の
圧電トランスの使用方法。 - 【請求項１１】 前記複数の圧電トランス用素子を、前
記実効振動領域の直径の１／２の直径以内のほぼ全域に
弾性材を介して積層する請求項９に記載の圧電トランス
の使用方法。 - 【請求項１２】 前記複数の圧電トランス用素子を、板
面を実装面に対しておよそ９０度をなす姿勢で実装する
請求項７または８に記載の圧電トランスの使用方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02853599A JP4102504B2 (ja) | 1999-02-05 | 1999-02-05 | 圧電トランスおよびその使用方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02853599A JP4102504B2 (ja) | 1999-02-05 | 1999-02-05 | 圧電トランスおよびその使用方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000228546A true JP2000228546A (ja) | 2000-08-15 |
| JP4102504B2 JP4102504B2 (ja) | 2008-06-18 |
Family
ID=12251374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02853599A Expired - Fee Related JP4102504B2 (ja) | 1999-02-05 | 1999-02-05 | 圧電トランスおよびその使用方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4102504B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007165342A (ja) * | 2005-12-09 | 2007-06-28 | Tamura Seisakusho Co Ltd | 圧電トランス装置 |
| WO2009098934A1 (ja) * | 2008-02-05 | 2009-08-13 | Tamura Corporation | 圧電トランス装置 |
| CN116140174A (zh) * | 2023-01-03 | 2023-05-23 | 深圳高性能医疗器械国家研究院有限公司 | 微纳超声发生器件以及声穿孔基因转染系统 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS529823A (en) * | 1975-07-14 | 1977-01-25 | Denki Onkyo Co Ltd | Parallel driving method of piezo-electric transformer |
| JPH0936451A (ja) * | 1995-07-20 | 1997-02-07 | Toto Ltd | 圧電トランスの実装構造 |
| JPH10135529A (ja) * | 1996-10-25 | 1998-05-22 | Toto Ltd | 圧電トランスの駆動回路 |
| JP2003086857A (ja) * | 2001-09-07 | 2003-03-20 | Nec Tokin Corp | 圧電トランス |
-
1999
- 1999-02-05 JP JP02853599A patent/JP4102504B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS529823A (en) * | 1975-07-14 | 1977-01-25 | Denki Onkyo Co Ltd | Parallel driving method of piezo-electric transformer |
| JPH0936451A (ja) * | 1995-07-20 | 1997-02-07 | Toto Ltd | 圧電トランスの実装構造 |
| JPH10135529A (ja) * | 1996-10-25 | 1998-05-22 | Toto Ltd | 圧電トランスの駆動回路 |
| JP2003086857A (ja) * | 2001-09-07 | 2003-03-20 | Nec Tokin Corp | 圧電トランス |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007165342A (ja) * | 2005-12-09 | 2007-06-28 | Tamura Seisakusho Co Ltd | 圧電トランス装置 |
| WO2009098934A1 (ja) * | 2008-02-05 | 2009-08-13 | Tamura Corporation | 圧電トランス装置 |
| JP5474572B2 (ja) * | 2008-02-05 | 2014-04-16 | 株式会社タムラ製作所 | 圧電トランス装置 |
| CN116140174A (zh) * | 2023-01-03 | 2023-05-23 | 深圳高性能医疗器械国家研究院有限公司 | 微纳超声发生器件以及声穿孔基因转染系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4102504B2 (ja) | 2008-06-18 |
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