JPH05160460A - 圧電トランス - Google Patents

圧電トランス

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JPH05160460A
JPH05160460A JP3322145A JP32214591A JPH05160460A JP H05160460 A JPH05160460 A JP H05160460A JP 3322145 A JP3322145 A JP 3322145A JP 32214591 A JP32214591 A JP 32214591A JP H05160460 A JPH05160460 A JP H05160460A
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JP
Japan
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piezoelectric ceramic
ceramic plate
piezoelectric
input
electrodes
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Withdrawn
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JP3322145A
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English (en)
Inventor
Masuji Sato
万寿治 佐藤
Noboru Wakatsuki
昇 若月
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は圧電セラミック板を用いて昇降圧を
行う圧電トランスに関し、均一分極の圧電セラミック板
で、機械的Q値を向上させ、目的に応じた特性を得るこ
とを目的とする。 【構成】 圧電セラミック板21,31を厚さ方向又は
長さ方向に均一分極させた強誘電性部材で形成し、均一
分極方向又はこれを垂直な方向に入出力の電極22a,
33a,32a1 ,33a1 …を形成する。この場合、
圧電セラミック板21,31はホットプレス法により形
成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電セラミック板を用
いて昇降圧を行う圧電トランスに関する。
【0002】近年、一般に使用される電磁型トランス
は、形状が大きく重いものであり、また電磁雑音の発生
源や発火源となることから、これらを追放するために圧
電セラミック板を用いた圧電トランスが提案されてい
る。この圧電トランスは未だ信頼性が不足しており、信
頼性の向上が要求されている。
【0003】
【従来の技術】図5に、従来の圧電トランスの原理図を
示す。図5における圧電トランス11は、長さ2L,幅
W,厚さTの長方形状の圧電セラミック板12が使用さ
れる。この圧電セラミック板12の片側半分に厚み方向
に一対の電極13a,13bが形成され、他の半分は長
さ方向の端面に電極14が形成される。電極13a,1
3b側の半分は厚み方向に分極し、他の半分は長さ方向
に分極する。
【0004】そして、電極13a,13bより入力電圧
1 を入力し、電極14より出力電圧V2 を取り出すも
のである。いま、圧電セラミック板12の長さ2Lで決
まる固有共振周波数の入力電圧V1 を電極13a,13
bに印加すると、電歪効果により長さ方向に強い機械的
振動を起こし、電極14側で圧電効果により電荷が発生
して電極14に交番高電圧V2 が得られる。
【0005】すなわち、電気エネルギから機械エネルギ
へ変換し、さらに電気エネルギに変換することにより昇
圧作用を行うものである。
【0006】この場合の変圧比(V2 /V1 )は、 (V2 /V1 )=(4/π2 )・Qm・k31,k33・(L/T) … (1) で表わされる。上式において、Qmは機械的Q値、k31
及びk33は電気機械結合係数である。
【0007】この電気機械結合係数kの添字は、1が長
さ方向、2が幅方向、3が厚さ方向を示しており、例え
ばk31は、長さ方向に伸縮しうる状態で厚さ方向に電界
を印加したときに蓄えられる電気エネルギと、長さ方向
を束縛して電界を印加したときに蓄えられるエネルギに
より決定される。k33及び後述するk23も同様な方法で
決定されるものである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、圧電トラン
ス11は、図5に示すように、分極方向が圧電セラミッ
ク板12内で厚さ方向と長さ方向の二方向でなければな
らない。そのため界面付近で分極に伴う大きな歪みが発
生し、効率よくエネルギが変換されず信頼性を低下させ
る原因になっている。
【0009】そのため、圧電セラミック板12に、均一
に分極させたLiNbO3 (リチウムナイオベート)を
用いたものが提案されている。しかし、材質と分極方向
が定っていることから電気機械結合係数が一定となり、
目的に応じた圧電トランスを構成することができないと
いう問題がある。
【0010】また、機械的Q値を向上させることができ
ず、電力伝送等に適用することが困難であるという問題
がある。
【0011】そこで、本発明は上記課題に鑑みなされた
もので、均一分極の圧電セラミック板で機械的Q値を向
上させ、目的に応じた特性を得る圧電トランスを提供す
ることを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】図1に、本発明の原理説
明図を示す。図1(A)において、圧電セラミック板2
1が厚さ方向に均一に分極された強誘電性部材により、
ホットプレス法で形成される。そして、均一分極方向と
垂直な方向に、入力電極22a,22bが形成されると
共に、出力電極23a,23bが形成される。
【0013】また、図1(B)において、圧電セラミッ
ク板31が長さ方向に均一に分極された強誘電性部材に
より形成される。そして、均一分極方向に入力電極32
1 ,32a2 ,接地電極32b1 ,32b2 ,33b
1 ,33b2 及び出力電極33a1 ,33a2 が形成さ
れる。
【0014】
【作用】図1(A),(B)に示すように、圧電セラミ
ック板21,31は厚さ方向又は長さ方向に均一に分極
させた強誘電性部材で形成され、均一分極方向又はこれ
と垂直な方向に入出力の電極22a,32a1 ,32a
2…が形成される。
【0015】この場合、電気機械変換は、電気機械結合
係数k12又はk33の一つだけが寄与する。従って、強誘
電性部材における電気機械結合係数を適宜設定すること
が可能となり、目的に応じた特性を得ることが可能とな
ると共に、圧電セラミック板をホットプレス法で形成す
ることにより機械的Q値を向上させることが可能とな
る。
【0016】
【実施例】図2に、本発明の第1の実施例の構成図を示
す。図2(A)の圧電トランスは、チタン酸ジルコン酸
鉛等の強誘電性の部材で、図2(B)に示すような厚さ
方向に均一分極(横効果)された圧電セラミック板21
が用いられる(後述する)。
【0017】圧電セラミック板21の片側半分の表裏、
すなわち均一分極方向と垂直な方向に入力電極22a,
22bが形成され、同様に他の半分の表裏には出力電極
23a,23bが形成される。入力電極22a,22b
に、圧電セラミック板21の長さで決まる固有共振周波
数の入力電圧V1 が印加されることにより、出力電極2
3a,23bより出力電圧V2 が得られる。
【0018】この場合、圧電セラミック板21における
電気超音波変換にあたる電気機械結合係数はk
12(k23)が寄与するもので、k12を大きい値にするこ
とで伝送効率が向上する。すなわち、k12の値の大きい
強誘電部材を選択すればよい。
【0019】従来、セラミックの形成は比較的低い温度
で焼結して粉体を固化することから、結晶粒子の成長が
不十分でグレン(粒径)が小さい。そのため、振動吸収
の役割をして圧電体のQ値が向上せず1000程度のもので
ある。従って、本発明の圧電セラミック板21を形成す
るに当たり、結晶粒子のグレンを大きく単結晶構造に近
い状態にすればQ値を向上させることができる。
【0020】すなわち、圧電セラミック板21は、k12
の大きい強誘電部材で、ホットプレス法により形成する
ことにより、目的に応じた特性の、Q値が高く(数千か
ら1万程度)、損失の少ない高効率の圧電トランスを形
成することができるものである。
【0021】ここで、上記ホットプレス法及び分極につ
いて簡単に説明する。ホットプレス法は、普通焼成法の
工程のうち成型と焼成を同時に行う製造法であり、普通
焼成における最適焼結温度より低い温度で、圧力を加え
ながら焼結させる方法である。この方法は、理論密度に
近いものが得られ、組織構造がある程度制御できること
から、単結晶構造に近いグレン(シングルグレン)の結
晶粒子を得ることができる。
【0022】このようにして形成されたセラミックは分
極されて圧電セラミック板21が形成される。分極は、
一般に用いられている方法として高温分極法がある。こ
の方法は、温度を上げて直流の高電界を印加するもの
で、電界、温度、時間を制御することにより、均一の方
向に分極を行うことができる。この場合、単一のセラミ
ック板を均一分極としてもよく、均一分極したセラミッ
ク層を積層してもよい。
【0023】次に、図3に、本発明の第2の実施例の構
成図を示す。図3(A)の圧電トランスは、図3(B)
に示すような長さ方向に均一分極(縦効果)した圧電セ
ラミック板31が用いられる。
【0024】この圧電セラミック板31は、電気超音波
変換にあたり、電気機械結合係数k 33が寄与する。従っ
て、k33の大きい強誘電部材で、上述のホットプレス法
により焼成し、上述の分極法により長さ方向に均一に分
極を行うものである。
【0025】一般に、圧電体として使用される圧電セラ
ミックの電気機械結合係数k31,k 33の値の代表的は0.
32,0.64である。これはリチウムナイオベート(LiN
bO 3 )で最も大きい角度の値0.51(140°Y)、0.
60(128°)のなかで、最も大きい値を有する。従っ
て、セラミックでk33(縦効果)の強誘電性部材を用い
たものが、最も伝送効率を向上させることができる。
【0026】また、図3(A)に戻って説明するに、圧
電セラミック板31の一端の表裏に入力電極32a1
32a2 が形成され、他端の表裏に出力電極33a1
33a2 が形成される。そして、中央付近の表裏に、そ
れぞれの接地電極32b1 ,32b2 ,33b1 ,33
2 が形成される。すなわち、これら入出力の電極は、
圧電セラミック板31の均一分極方向にそれぞれ形成さ
れるものである。
【0027】また、入力電極32a1 ,32a2 と接地
電極33b1 ,33b2 間に、固有共振周波数の入力電
圧V1 が印加され、出力電極33a1 ,33a2 と接地
電極33b1 ,33b2 より交番高電圧の出力電圧V2
が得られる。この場合、接地電極32b1 ,32b2
33b1 ,33b2 は共通接地される。
【0028】このような圧電トランスは、図2と同様
に、目的に応じた特性が得られ、Q値を高くして伝送効
率を向上させることができる。
【0029】次に、図4に、図3の他の実施例を説明す
るための図を示す。図4は、図3における圧電セラミッ
ク板31の入力電極32a1 ,32a2 を導通させて入
力電極32aを形成し、出力電極33a1 ,33a2
導通させて出力電極33aを形成したもので、さらに接
地電極32b1 ,33b1 と32b2 ,33b2 をそれ
ぞれ一つにして接地電極32c1 ,32c2 としたもの
であり、接続状態は図3(A)と同様である。
【0030】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、圧電セラ
ミック板を厚さ方向又は長さ方向に均一分極させた強誘
電性部材で形成し、均一分極方向又はこれと垂直な方向
に入出力の電極を形成することにより、目的に応じた特
性を得て伝送効率を向上させることができると共に、圧
電セラミック板をホットプレス法で形成することによ
り、機械的Q値を向上させて損失を低減させることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理説明図である。
【図2】本発明の第1の実施例の構成図である。
【図3】本発明の第2の実施例の構成図である。
【図4】図3の他の実施例を説明するための図である。
【図5】従来の圧電トランスの原理図である。
【符号の説明】
21,31 圧電セラミック板 22a,32a1 ,32a2 入力電極 23a,33a1 ,33a2 出力電極

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電セラミック板(21,31)に、入
    力及び出力の電極(22a,23a,32a1 ,33a
    1 …)を形成した圧電トランスにおいて、 前記圧電セラミック板(21,31)を、厚さ方向、長
    さ方向の何れかに均一に分極させた強誘電性部材で形成
    することを特徴とする圧電トランス。
  2. 【請求項2】 前記入出力の電極(22a,22b,2
    3a,23b)を、前記圧電セラミック板(21)の均
    一分極方向に垂直な方向にそれぞれ形成することを特徴
    とする請求項1記載の圧電トランス。
  3. 【請求項3】 前記入出力の電極(32a1 ,32
    2 ,32b1 ,32b 2 ,33a1 ,33a2 ,33
    1 ,33b2 )を、前記圧電セラミック板(31)の
    均一分極方向にそれぞれ形成することを特徴とする請求
    項1記載の圧電トランス。
  4. 【請求項4】 前記圧電セラミック板(21,31)
    を、ホットプレス法により形成することを特徴とする請
    求項1乃至3記載の圧電トランス。
JP3322145A 1991-12-05 1991-12-05 圧電トランス Withdrawn JPH05160460A (ja)

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JPH05160460A true JPH05160460A (ja) 1993-06-25

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ID=18140433

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0854564A3 (en) * 1997-01-16 1999-09-22 Nec Corporation AC/CD converter with a piezoelectric transformer
CN102130291A (zh) * 2010-12-27 2011-07-20 广州金升阳科技有限公司 一种压电陶瓷圆片型隔离信号变压器及其制造方法
US8164268B2 (en) * 2009-07-24 2012-04-24 Midas Wei Trading Co., Ltd. Lighting device implemented through utilizing insulating type piezoelectric transformer in driving light-emitting-diodes (LEDs)

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Effective date: 19990311