JP2000294847A

JP2000294847A - 圧電トランス

Info

Publication number: JP2000294847A
Application number: JP11096121A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Asahi; 俊行朝日; Kojiro Okuyama; 浩二郎奥山; Hiroshi Sogo; 寛十河; Hiroyuki Hase; 裕之長谷; Hiroshi Nakatsuka; 宏中塚; Katsunori Moritoki; 克典守時; Osamu Kawasaki; 修川▲さき▼
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-04-02
Filing date: 1999-04-02
Publication date: 2000-10-20

Abstract

(57)【要約】【課題】発熱や機械的損失、さらには、振動阻害、波形
の歪みのない圧電トランスの提供。【解決手段】広がり振動モードで駆動される圧電トラン
スにおいて、圧電体発電部１２ａ、１２ｂと圧電体駆動
部１１とをその分極方向に沿って積層配置するととも
に、この積層体１８のノード点およびその近傍に、積層
方向に沿った貫通孔１９を形成する。これにより、応力
を貫通孔１９の周縁に沿って分散させて、局所的に大き
な発熱や応力集中による機械振動損失を防止する。

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に関
する。

【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８
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。圧電体４６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。この圧電体４６には圧電体駆動部４
１と圧電体発電部４２とが約半分ずつ配設されている。
圧電体駆動部４１は主平面上に、例えば銀焼き付けなど
により、入力電極４３及び共通電極４５が形成されてお
り、厚み方向に分極されている。圧電体発電部４２は、
端面に出力電極４４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４３−共通電極４５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、圧電体発電部６２は応力を受け、圧
電効果によって出力電極４４−共通電極４５間に高電圧
が発生し、電気振動として取り出される。印加する交流
電気信号を圧電体４６の長軸方向の共振周波数近傍とす
ることにより、強い機械振動が得られる。

【０００５】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。

【０００６】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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】一般に、圧電体では、
そのノード点に応力が集中する構造となっているため、
従来の圧電トランスにおいては、大電力の印加に伴って
圧電振動（応力）が強くなると、ノード点付近におい
て、局所的に大きな発熱が生じるほか機械振動損失によ
る性能低下も生じてしまい、このことが大きな課題とな
っていた。

【０００８】さらには、従来の圧電トランスには、構造
的に振動阻害、波形の歪みが生じやすいという課題もあ
った。すなわち、圧電トランスは振動の伝搬により、ト
ランスとしての機能が生じる。そのため振動を減衰させ
ないようにノード点において支持、および電極取り出し
が行われている。そこで、従来のローゼン型圧電トラン
スにおいてλモード（長軸方向の長さ＝１波長）の共振
を利用した場合には、圧電体発電部４２の長手方向中央
付近にあるノード点と、圧電体駆動部４１の長軸方向中
央付近にあるノード点との計２カ所のノード点で支持を
行っている。しかしながら、これでは、最も振動する圧
電体発電部４２の先端にある出力電極４４から電極の取
り出しを行わねばならなくなり、このことが振動阻害、
波形の歪みの原因になっていた。

【０００９】本発明は以上のような課題に着目し、発熱
や機械的損失のない圧電トランスの提供を目的としてい
る。さらには、本発明は、振動阻害、波形の歪みのない
圧電トランスの提供をさらなる目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、広がり振動モードで駆動される圧電トラ
ンスにおいて、圧電体発電部と圧電体駆動部とをその分
極方向に沿って積層配置するとともに、当該積層体のノ
ード点およびその近傍に、積層方向に沿った貫通孔を形
成することに特徴を有している。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、広がり振動モードで駆動される圧電トランスにおい
て、圧電体発電部と圧電体駆動部とをその分極方向に沿
って積層配置するとともに、当該積層体のノード点およ
びその近傍に、積層方向に沿った貫通孔を形成すること
に特徴を有しており、これにより次のような作用を有す
る。すなわち、応力が集中するノード点およびその近傍
をくりぬいて貫通孔を形成するので、応力は貫通孔の周
縁に沿って分散されることになり、局所的に大きな発熱
が生じることも、応力集中により機械振動損失が生じる
こともなくなる。

【００１２】本発明の請求項２に記載の発明は、請求項
１に係る圧電トランスであって、前記貫通孔に前記積層
体を機械的に支持する支持体を挿通配置することに特徴
を有しており、これにより次のような作用を有する。す
なわち、支持体は、ノード点およびその近傍に設けられ
た貫通孔に挿通配置されることで前記積層体を支持する
ので、積層体の振動を阻害することなく、圧電トランス
を支持（実装）することが可能となる。

【００１３】本発明の請求項３に記載の発明は、請求項
３に係る圧電トランスであって、前記圧電体発電部およ
び前記圧電体駆動部は、その分極方向に沿った主平面に
電極が設けられたものであり、かつ、前記支持体の貫通
孔当接面に、前記電極に電気的に接続される引き出し電
極を設けることに特徴を有しており、これにより次のよ
うな作用を有する。すなわち、積層体の振動を阻害する
ことなく圧電トランスの電極取り出しが可能となる。

【００１４】本発明の請求項４に記載の発明は、請求項
２または３に係る圧電トランスであって、前記支持体
を、熱伝導性の高い材料から構成することに特徴を有し
ており、これにより次のような作用を有する。すなわ
ち、本発明の構成においては、貫通孔の周縁に応力が分
散されるといえども、貫通孔の周縁には多少とも応力の
集中が生じて発熱が発生する。そこで、本発明では、支
持体を、熱伝導性の高い材料から構成しており、発生し
た熱を効率よく外部に放出することが可能となる。

【００１５】本発明の請求項５に記載の発明は、広がり
振動モードで駆動される圧電トランスにおいて、圧電体
発電部と圧電体駆動部とをその分極方向に沿って積層配
置するとともに、当該積層体のノード点およびその近傍
に、実質的に未分極となった領域を設けることに特徴を
有しており、これにより次のような作用を有する。すな
わち、応力が集中するノード点およびその近傍に未分極
となった領域を設けることで、応力集中により機械振動
損失が生じることがなくなる。

【００１６】本発明の請求項６に記載の発明は、請求項
５に係る圧電トランスであって、実質的に未分極となっ
た前記領域で前記積層体を機械的に支持することに特徴
を有しており、これにより次のような作用を有する。す
なわち、支持体は、ノード点およびその近傍で支持され
るので、積層体の振動を阻害することなく、圧電トラン
スを支持（実装）することが可能となる。

【００１７】本発明の請求項７に記載の発明は、請求項
５または６に係る圧電トランスであって、実質的に未分
極となった前記領域を介して前記圧電体発電部および前
記圧電体駆動部の電極引き出しを行うことに特徴を有し
ており、これにより次のような作用を有する。すなわ
ち、積層体の振動を阻害することなく圧電トランスの電
極取り出しが可能となる。

【００１８】本発明の請求項８に記載の発明は、請求項
１ないし７のいずれかに係る圧電トランスであって、前
記圧電体発電部および前記圧電体駆動部は、その分極方
向に沿った主平面の形状が、実質的に円及び多角形であ
ることに特徴を有しており、これにより次のような作用
を有する。すなわち、結合係数が高い円形もしくは略円
形の広がりモードを利用できるため、波形の揃った均質
な振動を生じさせることが可能とになって、その分、圧
電トランスの特性が向上することになる。さらには、多
角形にすることで切断による加工ができ製造が容易にな
る。

【００１９】本発明の請求項９に記載の発明は、請求項
１ないし８のいずれか記載の圧電トランスであって、前
記圧電体発電部と前記圧電体駆動部との間に絶縁層を介
装するとともに、この絶縁層を、接着剤、セラミック、
前記圧電体駆動部及び／または前記圧電体発電部と同じ
材質で未分極のもののいずれかから構成することに特徴
を有しており、これにより、圧電体発電部と圧電体駆動
部とを電気的に分離することが可能となり、その分、圧
電トランスの特性が向上することになる。さらには、熱
膨張性などの特性が圧電体発電部、圧電体駆動部と同じ
となり、熱による破損等の不具合を無くすことができ
る。

【００２０】以下に、本発明の実施の形態について図面
を参照して説明する。

【００２１】（実施の形態１）以下、本発明の実施の形
態１について図面を参照して説明する。図１は本実施の
形態における圧電トランスの外観斜視図である。圧電ト
ランスは、圧電体駆動部１１と、圧電体発電部１２ａ、
１２ｂとを有している。これら圧電体駆動部１１、圧電
体発電部１２ａ、１２ｂは、共に、円形もしくは多角形
（図では円形）の圧電板からなっており、圧電体駆動部
１１を挟んで、圧電体駆動部１２ａ、１２ｂを積層配置
されている。圧電トランスはこの積層体１８から構成さ
れている。なお、本実施の形態では、圧電体駆動部１１
と、圧電体発電部１２ａ、１２ｂとの間に絶縁層１５
ａ、１５ｂが介装されているが、絶縁層１５ａ、１５ｂ
は特になくともよい。

【００２２】本実施の形態においては、圧電体駆動部１
１、圧電体発電部１２ａ、１２ｂを構成する圧電板は、
ＰＺＴ系のセラミックであって、円板形状に焼結後、研
磨を行うことで構成されている。圧電体駆動部１１を構
成する圧電板は、外径１６ｍｍ、内径３ｍｍ、厚さ０．
５ｍｍの外形寸法となっている。圧電体発電部１２ａ、
１２ｂを構成する圧電板は外径１６ｍｍ、内径３ｍｍ、
厚さ０．２５ｍｍの外形寸法になっている。これら圧電
体はその板厚方向（積層方向）に分極処理（図中、矢印
で表示）されている。

【００２３】圧電体駆動部１１、圧電体発電部１２ａ、
１２ｂの両主平面上にはクロム−金を蒸着することによ
り、入力電極１３ａ、１３ｂ（圧電体駆動部１１）、出
力電極１４ａ、１４ｂ（圧電体発電部１２ａ）、出力電
極１４ｃ、１４ｄ（圧電体発電部１２ｂ）が形成されて
いる。

【００２４】絶縁層１５ａ、１５ｂは、上記圧電板と同
じ材質のセラミック板（外径１６ｍｍ、内径３ｍｍ、厚
さ０．２ｍｍ）から構成されている。このセラミックは
分極がされていない。そして、圧電体駆動部１１と、圧
電体発電部１２ａ、１２ｂと、絶縁層１５ａ、１５ｂを
介装した状態で接着剤を用いて主平面（厚み方向で対向
する面）で積層しており、この積層体（圧電トランス）
１８の全体の外形は、外径１６ｍｍ、内径３ｍｍ、厚さ
１．４ｍｍとなっている。

【００２５】このように構成されて圧電トランスを構成
する積層体１８は、その厚み方向（積層方向）にわたっ
て貫通する貫通孔１９（本実施の形態では３ｍｍ直径の
円形孔）が形成されている。さらに、この貫通孔１９に
は、貫通孔１９と同じ外形形状径の支持体１６が圧入に
より挿通配置されている。支持体１６は、比較的熱伝導
性の高い材質（本実施の形態ではふっ素樹脂）から構成
されている。また、支持体１６の周面には、各電極１３
ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂに接続される引き出し電極
１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄが形成されている。引
き出し電極１７ａ〜１７ｄは、支持体１６の軸方向に沿
って、その周面に形成されている。このように構成され
た引き出し電極１７ａ〜１７ｄと、入出力電極１３ａ、
１３ｂ、（１４ａ、１４ｃ）、（１４ｂ、１４ｄ）とは
次のようにして接続されている。

【００２６】入出力電極１３ａ、１３ｂ、（１４ａ、１
４ｃ）、（１４ｂ、１４ｄ）は、図２に示すように、貫
通孔１９の形成に応じて環状に形成されており、さらに
はその内径は、貫通孔１９の径より若干大径に設定され
ている。そして、このように形成された入出力電極１３
ａ、１３ｂ、（１４ａ、１４ｃ）、（１４ｂ、１４ｄ）
の内側端部から貫通孔１９の周縁まで径方向に沿って延
出する引き出し端１３ａ₁、１３ｂ₁、（１４ａ₁、１４
ｃ₁）、（１４ｂ₁、１４ｄ₁）が形成されている。各引
き出し端１３ａ₁、１３ｂ₁、（１４ａ₁、１４ｃ₁）、
（１４ｂ₁、１４ｄ₁）は、互いに周方向に離間して（本
実施の形態では９０度離間して）配置されている。な
お、図２は、支持体１６が挿通配置されていない状態で
の積層体１８の断面図において、各入出力電極１３ａ、
１３ｂ、１４ａ〜１４ｄを示している。

【００２７】一方、引き出し電極１７ａ〜１７ｄは、入
出力電極１３ａ、１３ｂ、１４ａ〜１４ｄの形成間隔と
同様に、互いに周方向に離間して（本実施の形態では９
０度離間して）配置されている。そのため、各引き出し
電極１７ａ〜１７ｄの位置と各入出力電極１３ａ、１３
ｂ、１４ａ〜１４ｄの位置とが合致するように、支持体
１６の周方向位置を位置合わせしたうえで、支持体１６
を貫通孔１９に挿通配置すれば、各入出力電極１３ａ、
１３ｂ、１４ａ〜１４ｄと各引き出し電極１７ａ〜１７
ｄとを、互いに一対一に対応させた状態で電気的接続さ
せることができ、これにより、各入出力電極１３ａ、１
３ｂ、１４ａ〜１４ｄを引き出し電極１７ａ〜１７ｄを
介して、外部に引き出すことができる。なお、入出力電
極１３ａ、１３ｂ、１４ａ〜１４ｄと引き出し電極１７
ａ〜１７ｄとの接続は、導電性接着剤により行う。

【００２８】以上のように構成した圧電トランスを、円
板の径方向に沿って広がり振動で駆動（共振周波数：約
１４５ｋＨｚ）する。そうすると、圧電トランスのノー
ド点およびその近傍は、貫通孔１９の内部に含まれるこ
とになる。

【００２９】このような本実施の形態の構成では、応力
が集中するノード点およびその近傍に貫通孔が配置され
るので、応力は貫通孔１９の周縁に沿って分散されるこ
とになり、局所的に大きな発熱が生じることも、応力集
中により機械振動損失が生じることもなくない。

【００３０】また、支持体１６は、ノード点およびその
近傍に設けられた貫通孔１９に挿通配置されることで積
層体１８を支持することになり、積層体１８の振動を阻
害することなく、圧電トランスを支持）することができ
る。

【００３１】また、支持体１６の周面に、入出力電極１
３ａ、１３ｂ、１４ａ〜１４ｄに当接して電気的に接続
される引き出し電極１７ａ〜１７ｄを設けることで、積
層体１８の振動を阻害することなく圧電トランスの電極
取り出しを行うことができる。

【００３２】また、貫通孔１９を設けることで、貫通孔
１９の周縁に応力を分散させることができるといえど
も、貫通孔１９の周縁には多少とも応力の集中が生じて
発熱が発生する。しかしながら、本実施の形態では、支
持体１６を、比較的熱伝導性の高い材料（ふっ素実施
等）から構成しており、発生した熱を効率よく外部に放
出することが可能となり、さらに発熱を抑えることがで
きる。

【００３３】また、圧電体駆動部１１や圧電板発電部１
２ａ、１２ｂを構成する圧電板は、その分極方向に沿っ
た主平面の形状が、実質的に円及び多角形にしてるの
で、結合係数が高い円形もしくは略円形の広がりモード
を利用することができ、波形の揃った均質な振動を生じ
させることが可能とになって、その分、圧電トランスの
特性をさらに向上させることができる。さらには、多角
形にすることで切断による加工ができ製造が容易となっ
ている。

【００３４】また、絶縁層１５ａ、１５ｂを、接着剤、
セラミック、圧電体駆動部１１や電体発電部１２ａ、１
２ｂと同じ材質で未分極の圧電体のいずれか（本実施の
形態では圧電体駆動部１１や電体発電部１２ａ、１２ｂ
と同じ材質で未分極の圧電体）から構成しているので、
圧電体発電部１１と圧電体駆動部１２ａ、１２ｂとを確
実に電気的に分離することが可能となり、その分、圧電
トランスの特性が向上することになる。さらには、熱膨
張性などの特性が圧電体発電部１１、圧電体駆動部１２
ａ、１２ｂと同じとなり、熱による破損等の不具合を無
くすことができる。

【００３５】本実施の形態の圧電トランスにおいて、
引き出し電極１７ｂと引き出し電極１７ｄ（出力電極１
４ａ，１４ｃと出力電極１４ｂ，１４ｄ）との間に１０
０Ω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９７％、
降圧比は１／２倍であった。

【００３６】比較のために図８に示す従来のローゼン型
圧電トランスを、長さ２０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚み１ｍ
ｍで製作して効率を測定した。なお、圧電体駆動部４１
は厚み方向に、圧電体発電部４２は長軸方向に分極し、
入力電極４３、出力電極４４、共通電極８５はクロム−
金を蒸着している。

【００３７】ローゼン型トランスは長軸方向の伸び振動
のλモードで駆動したところ、共振周波数は１５０ｋＨ
ｚであり、そのときの効率は９３％と、本実施の形態よ
り低い値となった。

【００３８】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
られるのはいうまでもない。

【００３９】なお、本実施の形態において、図２の電極
パターンを用いているが電極パターンを限定する物では
ないのもいうまでもない。

【００４０】さらに、本実施の形態においては、圧電ト
ランスを降圧に使用したが、昇圧を目的として設計して
も同じ効果が得られるのもいうまでもない。

【００４１】さらにはまた、本実施の形態においては、
上下を発電部、内部を駆動部としたが、逆にしても同じ
効果が得られるのもいうまでもない。

【００４２】（実施の形態２）次に、本発明の実施の形
態２について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ノード点およびその近傍となる径
方向中央部分に、実質的に未分極となった領域２０を設
けることとし、実施の形態１のような貫通孔は形成しな
いことに特徴があり、その他の構成については、上述し
た実施の形態１の圧電トランスと基本的に同様である。
従って、本実施の形態において、特に説明のないものに
ついては、実施の形態１と同じとし、実施の形態１と同
じ呼称の構成部材については、特に説明のない限り、実
施の形態１と同様の機能を持つものとする。

【００４３】本実施の形態における圧電トランスの外観
図を図４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、圧電体駆動部２１は、直径１６ｍｍ、厚さ
０．５ｍｍの外形寸法とした。圧電体発電部２２ａ、２
２ｂは、直径１６ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍの外形寸法と
した。圧電体駆動部２１、圧電体発電部２２ａ、２２ｂ
共に、その両主平面上に外径１６ｍｍ、内径３ｍｍのリ
ング状に、クロム−金を蒸着し電極を形成し、厚み方向
に分極した。さらには、分極に際して、中央部直径３ｍ
ｍが未分極となった領域２０となる用に分極処理した。
図４中の矢印で分極方向を表している。また、絶縁層２
５ａ、２５ｂとして、同じセラミックで直径１６ｍｍ、
厚さ０．２ｍｍとした。この絶縁層２５ａ、２５ｂは分
極は行っていない。これら圧電体駆動部２１と圧電体発
電部２２ａ、２５ｂとを絶縁層２５ａ、２５ｂを介して
接着剤を用いて、主平面で積層し、全体で直径１６ｍ
ｍ、厚さ１．４ｍｍの積層体２７を形成した。さらに
は、圧電体駆動部２１の両主平面上の電極を入力電極２
３ａ、２３ｂとし、圧電体発電部２２ａ，ｂの電極を出
力電極２４ａ〜２４ｄとした。各電極２３ａ、２３ｂ、
２４ａ〜２４ｄの引き出しは領域２０に設けたスルーホ
ール（図示省略）を介して行った。さらには、領域２０
に直径２．５ｍｍ長さ２ｍｍの支持体２６ａ、２６ｂを
取り付け、この支持体２６ａ、２６ｂにより積層体２７
を支持した。支持体２６ａ、２６ｂの材質は、熱伝導性
の高いアルミと低いふっ素樹脂の２種類でそれぞれ作成
した。

【００４４】このようにして本実施の形態の圧電トラン
スを得た。

【００４５】作製した圧電トランスを、共振周波数約１
３５ｋＨｚで、圧電板の径方向広がり振動で駆動した。
これにより、未分極である領域２０は、圧電トランスの
ノード点およびその近傍を覆う状態で配置されることに
なる。

【００４６】本実施の形態の圧電トランスにおいてノー
ド点およびその近傍（径方向中央部）の領域２０を未分
極としたことにより、圧電特性はノード点以外のところ
の特性となっている。当然、トランス特性もノード点以
外で決定される。これにより、応力の集中するノード点
での振動損失を無視できた。しかも、ノード点（領域２
０）において支持体２６ａ、２６ｂで支持するために、
支持による損失も抑えることができる。

【００４７】本実施の形態の圧電トランスにおいて、出
力電極２４ａ、２４ｃと出力電極２４ｂ、２４ｄとの間
に１００Ωの負荷抵抗をつけた時の、効率の周波数特性
を図５に示す。図５に示すように、共振周波数１３５ｋ
Ｈｚの時、効率９５％、降圧比は１／２であった。ま
た、支持体２６ａ、２６ｂの材質の違いによる２０Ｗ印
加時の圧電トランスの温度上昇を比較した。支持体２６
ａ、２６ｂにふっ素樹脂を用いた場合では４７℃の温度
上昇であったのに対し、ふっ素樹脂より熱伝導性（放熱
性）の高いアルミで支持体２６ａ、２６ｂを構成した場
合では、３２℃の温度上昇しかみられなかった。

【００４８】（実施の形態３）次に、本発明の実施の形
態３について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駆動部３１、圧電体発電部
３２ａ、３２ｂを構成する圧電体の形状が楕円であるこ
と以外は、上述した実施の形態１における圧電トランス
と基本的に同様である。従って、本実施の形態におい
て、特に説明のないものについては、実施の形態１と同
じとし、実施の形態１と同じ呼称の構成部材について
は、特に説明のない限り、実施の形態１と同様の機能を
持つものとする。

【００４９】本実施の形態における圧電トランスの外観
図を図６に示す。本実施の形態において圧電体駆動部３
１や圧電体発電部３２ａ、３２ｂを構成する圧電体はＰ
ＺＴ系のセラミックであり、圧電体駆動部３１や圧電体
発電部３２ａ、３２ｂの形状に合わせた楕円板状に焼結
した後、研磨を行っており、このような圧電体からなる
圧電体駆動部３１は、長軸１６ｍｍ、短軸１４ｍｍ、厚
さ０．５ｍｍの楕円の外形寸法を有している。また、圧
電体発電部３２ａ、３６ｂは、長軸１６ｍｍ、短軸１４
ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍの楕円の外形形状を有してい
る。

【００５０】圧電体駆動部３１、圧電体発電部３２ａ、
３２ｂとも、その厚み方向に分極（図６中の矢印方向）
されている。圧電体駆動部３１、圧電体発電部３２ａ、
３２ｂ共に両主平面上に、クロム−金を蒸着して入出力
電極３３ａ、３３ｂ、３４ａ〜３４ｄが形成されてい
る。また、絶縁層３５ａ、２５ｂとして、同じセラミッ
クで長軸１６ｍｍ、短軸１４ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの楕
円形状のものも作成した。この絶縁層３５ａ、３５ｂは
分極は行っていない。これら圧電体駆動部３１と圧電体
発電部３２ａ、３２ｂとを絶縁層３５ａ、３５ｂを介し
て接着剤を用いて、主平面で積層し、全体で長軸１６ｍ
ｍ、短軸１４ｍｍ、厚さ１．２ｍｍの楕円形状の積層体
３６としている。

【００５１】さらに、この積層体３６の径方向中央部
に、厚み方向（積層方向）に貫通する貫通孔３７が形成
されており、この貫通孔３７に支持体３８が挿通配置さ
れている。支持体３８には、その周面に引き出し電極３
９ａ〜３９ｄが形成されている。引き出し電極３９ａ〜
３９ｄは、入出力電極３３ａ、３３ｂ、３４ａ〜３４ｄ
に個別に接続されている。引き出し電極３９ａ〜３９ｄ
と入出力電極３３ａ、３３ｂ、３４ａ〜３４ｄとの接続
構造は、実施の形態１と同様であるのでその説明は省略
する。

【００５２】このようにして作製した圧電トランスを、
径方向広がり振動で駆動した。本実施の形態では、圧電
体駆動部３１、３２ａ、３２ｂを構成する圧電体を楕円
形状にしたことで、長軸方向の共振（１４５ｋＨｚ）と
短軸方向の共振（１６５ｋＨｚ）が重なった形で共振が
生じるために、１５５ｋＨｚに共振のブロードなピーク
を持っている。圧電トランスはこの共振特性に応じた周
波数特性を持つ。

【００５３】出力電極３４ａ、３４ｃ−３４ｂ、３４ｄ
間に１００Ωの負荷抵抗をつけた時の、効率の周波数特
性を図７に示す。図７から明らかなように、３０ｋＨｚ
の範囲で効率が９０％を越えており、広帯域な圧電トラ
ンスができていることがわかる。なお、図８に示す従来
例のローゼン型の圧電トランスでは、効率９０％以上の
範囲は１３ｋＨｚであった。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ノード点に貫通孔を設けたり、ノード点に未分極の領域
を形成することで、大電力の印加に伴って圧電振動（応
力）が強くなっても、局所的に大きな発熱や機械振動損
失による性能低下も生じすることがなくなった。また、
ノード点（貫通孔）に設けた支持体や、ノード点に設け
た未分極の領域を介して圧電トランスを支持すること
で、振動阻害、波形の歪みが生じにくくなった。これに
より、良好な特性を有する圧電トランスを得ることがで
きるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１における圧電トランスの外観図で
ある。

【図２】実施の形態１における電極のパターンを示す断
面図である。

【図３】実施の形態１における圧電トランスの効率の周
波数特性図である。

【図４】実施の形態２における圧電トランスの外観図で
ある。

【図５】実施の形態２における圧電トランスの効率の周
波数特性図である。

【図６】実施の形態３における圧電トランスの外観図で
ある。

【図７】実施の形態３における圧電トランスの効率の周
波数特性図である。

【図８】従来型のローゼン型圧電トランスの外観図であ
る。

【符号の説明】

１１、２１、３１、４１
圧電体駆動部１２ａ、１２ｂ、２２ａ、２２ｂ、３２ａ、３２ｂ
圧電体発電部１３ａ、１３ｂ、２３ａ、２３ｂ、３３ａ、３３ｂ
入力電極１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、
２４ｄ出力電極３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、４４ａ、４４ｂ、４４ｃ、
４４ｄ出力電極１５ａ、１５ｂ、２５ａ、２５ｂ、３５ａ、３５ｂ
絶縁層１６、２６
支持体１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、
３９ｄ引き出し電極１８、２７、３６
積層体２０
領域１９、３７
貫通孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (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)発明者中塚宏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)発明者守時克典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)発明者川▲さき▼ 修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】広がり振動モードで駆動される圧電トラ
ンスにおいて、圧電体発電部と圧電体駆動部とをその分極方向に沿って
積層配置するとともに、当該積層体のノード点およびそ
の近傍に、積層方向に沿った貫通孔を形成することを特
徴とする圧電トランス。
【請求項２】請求項１記載の圧電トランスであって、前記貫通孔に前記積層体を機械的に支持する支持体を挿
通配置することを特徴とする圧電トランス。
【請求項３】請求項３記載の圧電トランスであって、前記圧電体発電部および前記圧電体駆動部は、その分極
方向に沿った主平面に電極が設けられたものであり、かつ、前記支持体の貫通孔当接面に、前記電極に電気的
に接続される引き出し電極を設けることを特徴とする圧
電トランス。
【請求項４】請求項２または３記載の圧電トランスで
あって、前記支持体を、熱伝導性の高い材料から構成することを
特徴とする圧電トランス。
【請求項５】広がり振動モードで駆動される圧電トラ
ンスにおいて、圧電体発電部と圧電体駆動部とをその分極方向に沿って
積層配置するとともに、当該積層体のノード点およびそ
の近傍に、実質的に未分極となった領域を設けることを
特徴とする圧電トランス。
【請求項６】請求項５記載の圧電トランスであって、実質的に未分極となった前記領域で前記積層体を機械的
に支持することを特徴とする圧電トランス。
【請求項７】請求項５または６記載の圧電トランスで
あって、実質的に未分極となった前記領域を介して前記圧電体発
電部および前記圧電体駆動部の電極引き出しを行うこと
を特徴とする圧電トランス。
【請求項８】請求項１ないし７のいずれか記載の圧電
トランスであって、前記圧電体発電部および前記圧電体
駆動部は、その分極方向に沿った主平面の形状が、実質
的に円及び多角形であることを特徴とする圧電トラン
ス。
【請求項９】請求項１ないし８のいずれか記載の圧電
トランスであって、前記圧電体発電部と前記圧電体駆動部との間に絶縁層を
介装するとともに、この絶縁層を、接着剤、セラミッ
ク、前記圧電体駆動部及び／または前記圧電体発電部と
同じ材質で未分極のもののいずれかから構成することを
特徴とする圧電トランス。