JPH05206539A - 厚み縦振動圧電磁器トランスとその駆動方法 - Google Patents
厚み縦振動圧電磁器トランスとその駆動方法Info
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- JPH05206539A JPH05206539A JP3302952A JP30295291A JPH05206539A JP H05206539 A JPH05206539 A JP H05206539A JP 3302952 A JP3302952 A JP 3302952A JP 30295291 A JP30295291 A JP 30295291A JP H05206539 A JPH05206539 A JP H05206539A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は高周波帯で動作可能な圧電磁器トラ
ンス、特に小型化、低ノイズ化が要求されるオンボード
電源用圧電磁器トランスを目的としたものである。 【構成】 本発明に基づく圧電磁器トランスは、図１に
示す如く、低インピーダンス部１１、高インピーダンス
部１２、周波数調整層１３、１４、絶縁層１５、および
入力部が部分型、出力部が全面型の内部電極１６から構
成される。
ンス、特に小型化、低ノイズ化が要求されるオンボード
電源用圧電磁器トランスを目的としたものである。 【構成】 本発明に基づく圧電磁器トランスは、図１に
示す如く、低インピーダンス部１１、高インピーダンス
部１２、周波数調整層１３、１４、絶縁層１５、および
入力部が部分型、出力部が全面型の内部電極１６から構
成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高周波帯で動作可能な圧
電トランス、特に小型化、低ノイズ化が要求されるオン
ボード用圧電トランスの製造方法に関するものである。
電トランス、特に小型化、低ノイズ化が要求されるオン
ボード用圧電トランスの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、電子装置の電源回路を小型にする
ために、スイッチング電源には電磁トランスが用いられ
ており、スイッチング電源の小型化にはスイッチング周
波数の高周波化が望ましい。しかしながら、スイッチン
グ周波数を高くすると、電磁トランスに用いられている
磁性材料のヒステリシス損失、渦電流損失や導線の表皮
効果による損失が急激に増大し、トランスの効率が非常
に低くなる欠点があった。このため、電磁トランスの実
用的な周波数帯域の上限はせいぜい５００ｋＨｚであっ
た。
ために、スイッチング電源には電磁トランスが用いられ
ており、スイッチング電源の小型化にはスイッチング周
波数の高周波化が望ましい。しかしながら、スイッチン
グ周波数を高くすると、電磁トランスに用いられている
磁性材料のヒステリシス損失、渦電流損失や導線の表皮
効果による損失が急激に増大し、トランスの効率が非常
に低くなる欠点があった。このため、電磁トランスの実
用的な周波数帯域の上限はせいぜい５００ｋＨｚであっ
た。
【０００３】これに対して、積層型圧電トランスは、共
振状態で使用され、一般の電磁トランスに比べて （１）同一周波数においてエネルギー密度が高いため小
型化が図れる。
振状態で使用され、一般の電磁トランスに比べて （１）同一周波数においてエネルギー密度が高いため小
型化が図れる。
【０００４】（２）不燃化が図れる。
【０００５】（３）電磁誘導によるノイズがでないこ
と。等数多くの長所を有している。
と。等数多くの長所を有している。
【０００６】図４には従来の代表的な圧電トランスであ
るローゼン型圧電トランスの構造を示す。以下、図面に
沿って説明する。高電圧を取り出す場合、表面に電極が
設けられた圧電磁器板において、４１で示す部分は圧電
トランスの低インピーダンスの駆動部分であり、その上
下面に電極４３、４４が設けられており、この部分は高
インピーダンスの発電部分であり、その端面に電極４５
が設けられており、発電部分４２は図中４７で示すよう
に圧電磁器板の長さ方向に分極されている。この圧電ト
ランスの動作は、駆動電極４３、４４に電圧が印加され
ると横効果３１モードで電気機械結合係数ｋ3 1 によっ
て縦振動が励振され、トランス全体が振動する。さらに
発電部分４２では、電気機械結合係数ｋ3 3 により縦効
果縦振動（３３モード）により、出力電極４５から高電
圧が取り出せる。一方、高電圧を入力して低電圧を出力
させるには、縦効果の高インピーダンス部分４２を入力
側として、横効果の低インピーダンス部分４１を出力側
にすればよいことは明らかである。他の圧電トランスい
ずれもローゼン型と同じ平板の伸び振動や円板径方向の
径広がり振動を利用したものであり、適用周波数はせい
ぜい２００ｋＨｚまでであった。
るローゼン型圧電トランスの構造を示す。以下、図面に
沿って説明する。高電圧を取り出す場合、表面に電極が
設けられた圧電磁器板において、４１で示す部分は圧電
トランスの低インピーダンスの駆動部分であり、その上
下面に電極４３、４４が設けられており、この部分は高
インピーダンスの発電部分であり、その端面に電極４５
が設けられており、発電部分４２は図中４７で示すよう
に圧電磁器板の長さ方向に分極されている。この圧電ト
ランスの動作は、駆動電極４３、４４に電圧が印加され
ると横効果３１モードで電気機械結合係数ｋ3 1 によっ
て縦振動が励振され、トランス全体が振動する。さらに
発電部分４２では、電気機械結合係数ｋ3 3 により縦効
果縦振動（３３モード）により、出力電極４５から高電
圧が取り出せる。一方、高電圧を入力して低電圧を出力
させるには、縦効果の高インピーダンス部分４２を入力
側として、横効果の低インピーダンス部分４１を出力側
にすればよいことは明らかである。他の圧電トランスい
ずれもローゼン型と同じ平板の伸び振動や円板径方向の
径広がり振動を利用したものであり、適用周波数はせい
ぜい２００ｋＨｚまでであった。
【０００７】それに対し、本発明者らはすでに厚み方向
に分極した圧電磁器板を積み重ねた構造で、厚み縦振動
の共振周波数で駆動することにより、ＭＨｚ帯での動作
が可能な圧電磁器トランスを提案している。（特願平１
−１３９５２５）。
に分極した圧電磁器板を積み重ねた構造で、厚み縦振動
の共振周波数で駆動することにより、ＭＨｚ帯での動作
が可能な圧電磁器トランスを提案している。（特願平１
−１３９５２５）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明者らが提案した
厚み縦振動モードを用いた積層圧電磁器トランスを駆動
させる際、入力側、出力側に設けられた内部電極の電極
面積を等しくした部分電極構造にすると出力側が部分電
極構造であるために、出力側の内部電極対のない部分に
伝送されたエネルギーを出力させることが困難となり、
したがって圧電磁器トランスの電力伝送効率は低下す
る。
厚み縦振動モードを用いた積層圧電磁器トランスを駆動
させる際、入力側、出力側に設けられた内部電極の電極
面積を等しくした部分電極構造にすると出力側が部分電
極構造であるために、出力側の内部電極対のない部分に
伝送されたエネルギーを出力させることが困難となり、
したがって圧電磁器トランスの電力伝送効率は低下す
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、内部電極と圧
電磁器層とが交互に積層され構造を有し、該積層体中に
低インピーダンス部と高インピーダンス部とが形成さ
れ、入力側の内部電極を部分電極、出力側の内部電極を
全面電極にした構造を有する厚み縦振動圧電磁器トラン
スである。
電磁器層とが交互に積層され構造を有し、該積層体中に
低インピーダンス部と高インピーダンス部とが形成さ
れ、入力側の内部電極を部分電極、出力側の内部電極を
全面電極にした構造を有する厚み縦振動圧電磁器トラン
スである。
【００１０】また、分極された該圧電磁器トランスにお
いて、分極方向の上下面を平行平面研磨することにより
厚み縦振動の２分の１波長あるいは１波長モードの共振
周波数が所期の周波数と一致するように厚さを調整し、
その共振周波数で駆動することを特徴とする厚み縦振動
圧電磁器トランスの駆動方法である。
いて、分極方向の上下面を平行平面研磨することにより
厚み縦振動の２分の１波長あるいは１波長モードの共振
周波数が所期の周波数と一致するように厚さを調整し、
その共振周波数で駆動することを特徴とする厚み縦振動
圧電磁器トランスの駆動方法である。
【００１１】
【作用】本発明は、１ＭＨｚ以上の周波数において低損
失で十分な機能を有する圧電トランスを提供するために
なされたものである。図１、図２に例示するように、本
発明の圧電磁器トランスは、厚み方向に分極され、かつ
分極の向き１８のことなる圧電磁器層１１１〜１１５を
多数積層した低インピーダンス部１１と単層もしくはせ
いぜい２、３層の圧電磁器層からなる高インピーダンス
部１２および周波数調整用磁器層１３、１４、低インピ
ーダンス部１１と高インピーダンス部１２を電気的に分
離する働きをもつ絶縁層１５で構成されている。
失で十分な機能を有する圧電トランスを提供するために
なされたものである。図１、図２に例示するように、本
発明の圧電磁器トランスは、厚み方向に分極され、かつ
分極の向き１８のことなる圧電磁器層１１１〜１１５を
多数積層した低インピーダンス部１１と単層もしくはせ
いぜい２、３層の圧電磁器層からなる高インピーダンス
部１２および周波数調整用磁器層１３、１４、低インピ
ーダンス部１１と高インピーダンス部１２を電気的に分
離する働きをもつ絶縁層１５で構成されている。
【００１２】図１には本発明降圧型電磁器トランスに対
し、高インピーダンス部１２を出力部、低インピーダン
ス部１１を出力部とする降圧型圧電トランスの斜視図を
示す。この図において低インピーダンス部１１の内部電
極を部分電極、高インピーダンス１２の内部電極を全面
電極としている。このような電極構造を有する圧電磁器
トランスは、低インピーダンス部、高インピーダンス部
の内部電極をすべて部分電極にしたものに比べ、低イン
ピーダンス部に伝送されたエネルギーをすべて出力でき
るため電力伝送効率が向上する。
し、高インピーダンス部１２を出力部、低インピーダン
ス部１１を出力部とする降圧型圧電トランスの斜視図を
示す。この図において低インピーダンス部１１の内部電
極を部分電極、高インピーダンス１２の内部電極を全面
電極としている。このような電極構造を有する圧電磁器
トランスは、低インピーダンス部、高インピーダンス部
の内部電極をすべて部分電極にしたものに比べ、低イン
ピーダンス部に伝送されたエネルギーをすべて出力でき
るため電力伝送効率が向上する。
【００１３】図２には本発明昇圧型圧電トランスに対
し、高インピーダンス部１２を出力部、低インピーダン
ス部１１入力部とする圧電磁器トランスの斜視図を示
す。この図において低インピーダンス部１１の内部電極
を全面電極、高インピーダンス部１２の内部電極を全面
電極としている。このような電極構造を有する該圧電磁
器トランスは、本発明降圧型と同等の理由で、低インピ
ーダンス部、高インピーダンス部をともに部分電極にし
た圧電磁器トランスよりも電力伝送効率が向上すること
は言うまでもない。
し、高インピーダンス部１２を出力部、低インピーダン
ス部１１入力部とする圧電磁器トランスの斜視図を示
す。この図において低インピーダンス部１１の内部電極
を全面電極、高インピーダンス部１２の内部電極を全面
電極としている。このような電極構造を有する該圧電磁
器トランスは、本発明降圧型と同等の理由で、低インピ
ーダンス部、高インピーダンス部をともに部分電極にし
た圧電磁器トランスよりも電力伝送効率が向上すること
は言うまでもない。
【００１４】また、本発明者らが提案した出力部全面型
内部電極構造をもつ圧電磁器トランスは、入力部、出力
部ともに部分型内部電極構造にした圧電磁器トランスに
比べ、出力部の分極が一方向に揃うため、部分型内部電
極の出力部の相対向する内部電極に挟まれない部分、す
なわち不活性部により生じたスプリアス振動を制御で
き、トランス駆動の際、周波数制御という面においても
有利である。
内部電極構造をもつ圧電磁器トランスは、入力部、出力
部ともに部分型内部電極構造にした圧電磁器トランスに
比べ、出力部の分極が一方向に揃うため、部分型内部電
極の出力部の相対向する内部電極に挟まれない部分、す
なわち不活性部により生じたスプリアス振動を制御で
き、トランス駆動の際、周波数制御という面においても
有利である。
【００１５】さらには、図３に示すように、低インピー
ダンス部１１と高インピーダンス部１２の間に絶縁層１
５を配置すれば電気端子２１、２２と電気端子２３、２
４を電気的に分離できるため周辺回路の自由度を増すこ
とができる。さらに分極方向に対し上下面の磁器層を平
行平面研磨することにより厚み縦振動の２分の１波長あ
るいは１波長モードの所期の周波数と一致するように厚
さを調整することで、その共振周波数で駆動する厚み縦
振動圧電磁器トランスを実現できる。
ダンス部１１と高インピーダンス部１２の間に絶縁層１
５を配置すれば電気端子２１、２２と電気端子２３、２
４を電気的に分離できるため周辺回路の自由度を増すこ
とができる。さらに分極方向に対し上下面の磁器層を平
行平面研磨することにより厚み縦振動の２分の１波長あ
るいは１波長モードの所期の周波数と一致するように厚
さを調整することで、その共振周波数で駆動する厚み縦
振動圧電磁器トランスを実現できる。
【００１６】このような内部多層電極構造を有する圧電
磁器トランスは、積層セラミックコンデンサーや積層圧
電アクチュエター等で用いられている積層セラミック技
術（ドクターブレード法）で作製可能であり、このよう
な方法で作製した圧電磁器トランスでは層間隔を２０μ
ｍ程度まで薄くできる。従って、２分の１波長モード
（両端自由の基本モード）あるいは１波長モード（両端
自由の２次モード）で厚み縦共振振動を利用するとして
も、積層セラミック技術を用いて、５〜１０ＭＨｚ帯の
超高周波領域で動作する圧電磁器トランスも実現でき
る。
磁器トランスは、積層セラミックコンデンサーや積層圧
電アクチュエター等で用いられている積層セラミック技
術（ドクターブレード法）で作製可能であり、このよう
な方法で作製した圧電磁器トランスでは層間隔を２０μ
ｍ程度まで薄くできる。従って、２分の１波長モード
（両端自由の基本モード）あるいは１波長モード（両端
自由の２次モード）で厚み縦共振振動を利用するとして
も、積層セラミック技術を用いて、５〜１０ＭＨｚ帯の
超高周波領域で動作する圧電磁器トランスも実現でき
る。
【００１７】
【実施例】本発明に基づく圧電磁器トラントの実施例と
して、図１に示した構成の圧電磁器トランスを積層セラ
ミック技術により作製した。圧電磁器の材料はＰｂＴｉ
Ｏ3 系圧電磁器（株式会社トーキン製、商品名ＮＥＰＥ
Ｃ−２００）である。
して、図１に示した構成の圧電磁器トランスを積層セラ
ミック技術により作製した。圧電磁器の材料はＰｂＴｉ
Ｏ3 系圧電磁器（株式会社トーキン製、商品名ＮＥＰＥ
Ｃ−２００）である。
【００１８】低インピーダンス部１１の圧電磁器板を１
層の厚さが約０．２４ｍｍのものを５層積層した。高イ
ンピーダンス部１２の厚さは約１．２ｍｍであり、また
周波数調整層１３、１４にも同じ材料を用い、厚さは約
０．１ｍｍとした。尚、この周波数調整層は低インピー
ダンス部、高インピーダンス部と一体焼成できるもので
あれば一向に構わない。ここで外形寸法を１７ｍｍ（＝
Ｌ）×１３ｍｍ（＝Ｗ）×２．８ｍｍ（＝ｔ）とした。
白金ペーストをスクリーン印刷し圧電磁器板とともに内
部電極層１６を形成した。低インピーダンス部１１の内
部電極は有効面率１００％の全面電極にし、高インピー
ダンス部１２の内部電極は有効面積率８５％の部分電極
とした。焼成後に研磨材を用いて上下面に対し平行平面
研磨をおこなった。また、高インピーダンス部の圧電磁
器トランスの側面に電気泳動法と熱処理によりガラス絶
縁部１７を形成した。その後、直流高電圧により分極処
理を施した。
層の厚さが約０．２４ｍｍのものを５層積層した。高イ
ンピーダンス部１２の厚さは約１．２ｍｍであり、また
周波数調整層１３、１４にも同じ材料を用い、厚さは約
０．１ｍｍとした。尚、この周波数調整層は低インピー
ダンス部、高インピーダンス部と一体焼成できるもので
あれば一向に構わない。ここで外形寸法を１７ｍｍ（＝
Ｌ）×１３ｍｍ（＝Ｗ）×２．８ｍｍ（＝ｔ）とした。
白金ペーストをスクリーン印刷し圧電磁器板とともに内
部電極層１６を形成した。低インピーダンス部１１の内
部電極は有効面率１００％の全面電極にし、高インピー
ダンス部１２の内部電極は有効面積率８５％の部分電極
とした。焼成後に研磨材を用いて上下面に対し平行平面
研磨をおこなった。また、高インピーダンス部の圧電磁
器トランスの側面に電気泳動法と熱処理によりガラス絶
縁部１７を形成した。その後、直流高電圧により分極処
理を施した。
【００１９】実施例では本発明圧電磁器トランスを、高
インピーダンス部１２の電気端子３１、３２から厚み縦
２次モード（１波長共振動モード）を励振する高周波、
高電圧信号を入力し、低インピーダンス部１１の電気端
子３３、３４から出力を取り出す降圧型の４端子圧電ト
ランスとして評価した。
インピーダンス部１２の電気端子３１、３２から厚み縦
２次モード（１波長共振動モード）を励振する高周波、
高電圧信号を入力し、低インピーダンス部１１の電気端
子３３、３４から出力を取り出す降圧型の４端子圧電ト
ランスとして評価した。
【００２０】一方、外形寸法を本発明圧電磁器トランス
と同様にし低インピーダンス部１１、高インピーダンス
部１２の内部電極の有効面積率をともに８５％とした部
分電極を有する圧電磁器トランスの電力電送効率は、駆
動共振周波数１．６ＭＨｚにおいて８６％であるのに対
し、本発明圧電磁器トランスは駆動共振周波数１．６Ｍ
Ｈｚにおいて９８％の電力伝送効率が得られた。
と同様にし低インピーダンス部１１、高インピーダンス
部１２の内部電極の有効面積率をともに８５％とした部
分電極を有する圧電磁器トランスの電力電送効率は、駆
動共振周波数１．６ＭＨｚにおいて８６％であるのに対
し、本発明圧電磁器トランスは駆動共振周波数１．６Ｍ
Ｈｚにおいて９８％の電力伝送効率が得られた。
【００２１】別の実施例として図２に示すように、有効
面積率８５％の内部電極を有する低インピーダンス部１
１と、有効面積率１００％の内部電極と、圧電磁器トラ
ンスの側面にガラス絶縁部１７を形成した高インピーダ
ンス部１２を有し、低インピーダンス部を入力１系統２
端子、高インピーダンス部を出力１系統２端子のトラン
スとして評価したところ駆動共振周波数１．６ＭＨｚに
おいて電力伝送効率が９８％となった。
面積率８５％の内部電極を有する低インピーダンス部１
１と、有効面積率１００％の内部電極と、圧電磁器トラ
ンスの側面にガラス絶縁部１７を形成した高インピーダ
ンス部１２を有し、低インピーダンス部を入力１系統２
端子、高インピーダンス部を出力１系統２端子のトラン
スとして評価したところ駆動共振周波数１．６ＭＨｚに
おいて電力伝送効率が９８％となった。
【００２２】
【発明の効果】以上記述したごとく、本発明に従った構
成の圧電磁器トランスは、すでに提案されているものの
欠点を解決し、１ＭＨｚ以上の高周波帯において使用す
ることができ、かつ小型で高効率であるという従来の圧
電トランスにはない長所があり、工業価値も多大であ
る。
成の圧電磁器トランスは、すでに提案されているものの
欠点を解決し、１ＭＨｚ以上の高周波帯において使用す
ることができ、かつ小型で高効率であるという従来の圧
電トランスにはない長所があり、工業価値も多大であ
る。
【図１】本発明の実施例を示す降圧型圧電磁器トランス
の斜視図である。
の斜視図である。
【図２】本発明の実施例を示す昇圧型電磁器トランスの
結線図である。
結線図である。
【図３】本発明の実施例を示す圧電磁器トランスの結線
図である。
図である。
【図４】従来のローゼン型圧電トランスの斜視図であ
る。
る。
１１、４１ 低インピーダンス部 １２、４２ 高インピーダンス部 １１１、１１２、１１３、１１４、１１５ 磁器層 １３、１４ 周波数調整層 １５ 絶縁層 １６ 内部電極 １７ ガラス絶縁部 ３１、３２、３３、３４ 電気端子 １８、４６、４７ 分極方向
Claims (3)
- 【請求項１】 内部電極と圧電磁器層とが交互に積層さ
れた積層体構造を有し、該積層体中に低インピーダンス
部と高インピーダンス部とが形成された圧電磁器トラン
スにおいて、該積層体断面と同形状の全面型内部電極を
有する低インピーダンス部を出力部とし、該積層体断面
より小さい面積の部分型内部電極を有する高インピーダ
ンス部を入力部とした構造を特徴とする厚み縦振動圧電
磁器トランス。 - 【請求項２】 内部電極と圧電磁器層とが交互に積層さ
れた積層体構造を有し、該積層体中に低インピーダンス
部と高インピーダンス部とが形成された圧電磁器トラン
スにおいて、該積層体断面より小さい面積の部分型内部
電極を有する低インピーダンス部を入力部とし、該積層
体断面と同形状の全面型内部電極を有する高インピーダ
ンスを出力部にした構造を特徴とする厚み縦振動圧電磁
器トランス。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２の厚み縦振動圧
電磁器トランスにおいて、厚み縦振動２分の１波長モー
ドあるいは１波長モードの周波数が所期の周波数と一致
するように積層体厚さを調整し、その共振周波数で駆動
することを特徴とする厚み縦振動圧電磁器トランスの駆
動方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3302952A JP3060666B2 (ja) | 1991-11-19 | 1991-11-19 | 厚み縦振動圧電磁器トランスとその駆動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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