JPH10135531A - 圧電トランス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 振動体の入力側と出力側における分極方向の
設定や支持位置の自由度の向上を図る。 【解決手段】 交流電圧１８が印加されていない状態で
は、振動体２２の中心は、一点鎖線ＬＡで示す位置にあ
る。入力側圧電部１０に交流電圧１８が印加されると、
上下方向に振動体１２が振動する。圧電体１２は出力側
の圧電体２２の中央部分に結合しており、圧電体２２の
両端が自由端となっているため、振動体２２はいわゆる
一次モードで自由振動することとなり、振動体２２の中
心ＬＡが点線ＬＢ，ＬＣで示すように振動する。振動体
２２は、自由振動のノード点ＰＡ，ＰＢで支持される。
振動体が入力側と出力側で分割構成されているので、別
個に分極を施したり、電極を形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、圧電トランスに
かかり、更に具体的には、その振動体構造の改良に関す
るものである。

【０００２】

【背景技術と発明が解決しようとする課題】圧電トラン
スは、従来の巻線トランスと比較して、 （1）エネルギ密度が高く、小型化，薄型化を図ること
ができる。 （2）スイッチング周波数の高周波化が可能である。 （3）電磁的なノイズが出ない。 （4）発熱などの影響も低減される。 などの利点があり、各方面で研究が進んでいる。

【０００３】例えば、特開平４−１６７５０４号公報
（公知例１）には、圧電セラミック円板を積層すること
によって５００ｋＨｚ以上で動作する圧電セラミックト
ランスが開示されている。電子情報通信学会の信学技報
PE92-68（1993-02）,P25〜31（公知例２）では、厚み縦
振動型圧電トランスの等価回路が考察されている。同技
報PE93-19（1993-07）,P51〜55（公知例３）には、圧電
トランスのスイッチングの際の効率をソフトスイッチン
グ方式で改善した圧電トランスコンバータが開示されて
いる。同技報US95-21,EMD95-17,CPM95-29（1995-07）,P
9〜16（公知例４）には、大きな昇圧比を得ることがで
きる積層一体焼結型圧電トランスが開示されている。同
技報US95-22,EMD95-18,CPM95-30（1993-02）,P17〜21
（公知例５）には、フルブリッジ回路を用いて電源電圧
の２倍の電圧で駆動するようにした冷陰極管用の圧電ト
ランスが開示されている。

【０００４】振動体に着目すると、前記公知例１では円
盤形状，公知例２，３では積層形状，最も基本的なロー
ゼン型や公知例４，５では平板形状となっている。そし
て、いずれも、一体となった振動体に入力側と出力側の
電極が形成されている。このため、振動体と電極をどの
ように形成するかによって振動体の分極の方向も決まっ
てしまい、入力側と出力側で全く独立して分極方向を設
定することができないという不都合がある。また、所定
の振動モードを想定して電極の位置などが決められてい
るため、振動モードの変更を容易に行うことができな
い。更に、振動モードによっては、振動体の振動を妨げ
るような位置で支持しなければならず、効率が低下する
などの不都合もある。

【０００５】本発明は、このような点に着目したもの
で、その目的は、振動体の入力側と出力側における分極
方向の設定や支持位置，あるいは振動モードの選択性の
向上を図ることである。他の目的は、振動体の振動効率
の向上を図ることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、この発明は、分極が施された振動体に出力電圧を取
り出す電極が形成された第１の圧電部；分極が施された
振動体に入力側の電圧を印加する電極が形成されてお
り、前記第１の圧電部と独立して構成されて、前記第１
の圧電部の振動の腹の位置に結合された第２の圧電部；
を備えたことを特徴とする。

【０００７】他の発明によれば、前記第２の圧電部は、
前記第１の圧電部の振動体を挟んで対称に配置される。
また、前記第１の圧電部の振動体の表面には、電極を引
き出すためのリードパターンが形成される。更に、第１
の圧電部の振動体の両端は、中央部分よりも重く形成さ
れる。前記第１の圧電部の振動体は、その自由振動のノ
ード点で支持される。

【０００８】この発明の前記及び他の目的，特徴，利点
は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態につい
て、実施例を参照しながら詳細に説明する。本発明にか
かる圧電トランスは、例えば、ノート型パソコンにバッ
クライト光源として使用されている冷陰極蛍光灯の点灯
電源などに好適である。

【００１０】

【実施例１】最初に、図１及び図２を参照しながら実施
例１について説明する。図１（A）には、実施例１の外
観が示されている。同図に示すように、本実施例の圧電
トランスでは、入力側（一次側）の振動体と出力側（二
次側）の振動体が分割構成されており、両者を接着剤な
どを用いて接合することで圧電トランスが構成されてい
る。なお、いずれを入力側あるいは出力側とするかは、
昇圧，降圧の必要性に応じて設定してよいが、以下の説
明では上側を入力側，下側を出力側とする。

【００１１】まず、入力側圧電部１０は、同図（B）に
示すように、平板状の振動体１２の左右両端に外部電極
１４，１６がそれぞれ形成されており、更に内部に左右
方向に沿って，すなわち厚み方向に積層して複数の内部
電極１５（同図（A）にのみ図示）が形成されている。
内部電極１５は、交互に外部電極１４，１６にそれぞれ
接続されている。そして、外部電極１４，１６に直流電
圧を印加することで、内部電極１５の積層方向である矢
印ＦＡ方向に振動体１２が分極される。なお、いずれか
一つの内部電極１５に着目すると、その上下で電界の方
向が逆になるので、分極方向も逆となる。

【００１２】次に、出力側圧電部２０は、同図（C）に
示すように、平板状の振動体２２の左右両端に外部電極
２４，２６がそれぞれ形成された構成となっている。そ
して、これら外部電極２４，２６に直流電圧を印加する
ことで、矢印ＦＤ方向に振動体２２が分極される。上述
した入力側圧電部１０は、出力側圧電部２０の上面中央
に接着剤などによって同図（A）に示すように結合され
る。図２には、結合状態の側面が示されている。

【００１３】次に、本実施例の作用を説明する。入力側
圧電部１０において、振動体１２の共振周波数の交流電
圧１８が外部電極１４，１６間に印加されると、電気機
械結合係数ｄ31によって矢印ＦＢ方向に縦振動が生じ、
矢印ＦＣ方向に振動体１２が伸縮する。これらの振動，
伸縮が振動体１２，２２の結合個所を通じて出力側圧電
部２０に伝達されると、出力側では矢印ＦＥ方向に振動
体２２の縦振動が生ずる。この振動方向ＦＥは分極方向
ＦＤと直交するため、振動体２２が矢印ＦＦ方向に伸縮
するとともに、電気機械結合係数ｄ33によって電圧２８
が生成される。この電圧２８は、電極２４，２６から取
り出される。

【００１４】図２には、出力側圧電部２０における振動
体２２の振動の様子が示されている。交流電圧１８が印
加されていない状態では、振動体２２の中心は、一点鎖
線ＬＡで示す位置にある。ここで、入力側圧電部１０に
交流電圧１８が印加されると、上下方向に振動体１２が
振動する。他方、入力側の振動体１２は出力側の振動体
２２の中央部分に結合しており、出力側の振動体２２の
両端が自由端となっているため、振動体２２はいわゆる
自由振動することとなる。すなわち、振動体２２は、そ
の中心ＬＡが点線ＬＢ，ＬＣで示すように振動する。こ
のように、本実施例では、振動体２２が自由振動する。
このため、全長を「1」とすると、両端から「0.225」の
位置に振動の節，すなわち振幅ゼロのノード点ＰＡ，Ｐ
Ｂが存在する。従って、これらの位置ＰＡ，ＰＢで振動
体２２が支持される。

【００１５】このように、本実施例によれば、振動体が
入力側と出力側で分割形成されており、それらを結合し
て圧電トランスが構成されている。このため、入力側と
出力側で別個に独立して分極を行うことができる。ま
た、電極の位置も同様に別個に独立して配置することが
できるので、配線を容易に行うことができる。振動体
は、いずれも自由振動であり、支持手段によって振動が
阻害されないので、良好な振動効率を得ることができ
る。

【００１６】

【実施例２】次に、図３を参照しながら実施例２につい
て説明する。まず、同図（A）に示す例は、上述した入
力側圧電部１０と同様の構成の他の入力側圧電部３０
を、出力側圧電部２０を挟んで入力側圧電部１０と対称
に設けたものである。入力側圧電部１０，３０の振動体
１２，３２は、同一の方向に振動するように駆動され
る。すなわち、振動体１２が図の上方に振動すれば振動
体３２も図の上方に振動し、振動体１２が図の下方に振
動すれば振動体３２も図の下方に振動するという具合で
ある。このような同一方向の振動が得られるように、交
流電圧１８，３８の位相が調整されている。なお、交流
電圧１８，３８を同一位相とするかどうかは、振動体１
２，３２の分極方向によって決まる。

【００１７】以上のような構成とすることで、図２に点
線ＬＢ，ＬＣで示した自由振動が二つの入力側圧電部１
０，３０によって倍の効率で行われるようになり、振幅
が増大して高い昇圧比を得ることができる。

【００１８】次に、図３（B）に示す実施例は、入力側
圧電部１０，３０の位置を変えて、出力側圧電部２０を
二次モードで振動させるようにした例である。二次モー
ドの自由振動の場合の振幅変化は、同図（C）に示すよ
うになり、振動体２２の中心及び両端近傍にノード点Ｐ
Ｃ，ＰＤ，ＰＥが存在する。そして、この振動の腹の部
分に入力側圧電部１０，３０が配置されている。なお、
入力側圧電部１０，３０は、出力側圧電部２０の表裏に
それぞれ設けられているが、もちろん同一面に両者を設
けてもよい。

【００１９】この例では、入力側圧電部１０，３０の振
動体１２，３２は、反対の方向に振動するように駆動さ
れる。すなわち、振動体１２が図の上方に振動すれば振
動体３２は図の下方に振動し、振動体１２が図の下方に
振動すれば振動体３２は図の上方に振動するという具合
である。同図（A）の場合と比較して、交流電圧１８，
３８の位相をちょうど反対にすればよい。

【００２０】同図（A）の例と（B）の例を比較すれば明
らかなように、入力側圧電部１０，３０の位置を変更し
て振動位相を調整するだけで、一次モード，二次モード
のいずれも振動モードも簡単に得ることができる。もち
ろん、三次以上の振動モードも可能である。このような
高次モードを利用すれば、高周波帯で駆動されるトラン
スを容易に実現することができる。振動体２２をノード
点ＰＣ，ＰＤ，ＰＥで支持する点は、前記実施例と同様
である。

【００２１】次に、同図（D）に示す例は、同図（B）に
示す二次モードの例を更に高効率化したものである。す
なわち、上述した入力側圧電部１０と同様の構成の他の
入力側圧電部４０，５０を、出力側圧電部２０を挟んで
入力側圧電部１０，３０と対称に設けたものである。入
力側圧電部１０，４０の振動体１２，４２は、同一の方
向に振動するように駆動される。すなわち、振動体１２
が図の上方に振動すれば振動体４２も図の上方に振動
し、振動体１２が図の下方に振動すれば振動体４２も図
の下方に振動するという具合である。同様に、入力側圧
電部３０，５０の振動体３２，５２は、同一の方向に振
動するように駆動される。すなわち、振動体３２が図の
上方に振動すれば振動体５２も図の上方に振動し、振動
体３２が図の下方に振動すれば振動体５２も図の下方に
振動するという具合である。

【００２２】更に、振動体１０，４０の組と、振動体３
０，５０の組は、反対の方向に振動するように駆動され
る。すなわち、振動体１２，４２が図の上方に振動すれ
ば振動体３２，５２は図の下方に振動し、振動体１２，
４２が図の下方に振動すれば振動体３２，５２は図の上
方に振動するという具合である。この例では、同図
（C）に示した二次振動がより大きな振幅で行われるよ
うになり、同図（A）の例と同様に昇圧比の向上を図る
ことが可能となる。

【００２３】

【実施例３】次に、図４を参照しながら実施例３につい
て説明する。まず、同図（A）に示す例は、電極のリー
ド付けを工夫したものである。上述したように、振動体
は入力側，出力側いずれも自由振動となっているため、
外部電極は多少でも振動する部位にある。しかし、外部
へのリード線の引出しは、振動による断線及び振動の疎
外を避けるため、振動していない個所から行うと好都合
である。そこで、本実施例では、振動の節であるノード
点までリードパターンを形成し、ここから外部に引出す
ようにしたものである。

【００２４】同図（A）において、入力側圧電部１０の
外部電極１４は、出力側圧電部２０の振動体２２の表面
２２Ａから側面２２Ｂに至るリードパターン６０によっ
てノード点ＰＡ付近に導かれている。位置側圧電部１０
の他方の外部電極１６も、同様に振動体２２の表面２２
Ａから側面２２Ｂに至るリードパターン６２によってノ
ード点ＰＡ付近に導かれている。他方、出力側圧電部２
０の外部電極２４，２６は、振動体２２の側面２２Ｂ上
のリードパターン６４，６６によってノード点ＰＡ付近
に導かれている。

【００２５】このようなリードパターンを利用すると、
入出力用のリード線がノード点ＰＡ付近に集約され、振
動による断線が低減されて信頼性が向上し、振動の疎外
を低減でき、更には効率が上がる。なお、入力側圧電部
１０の外部電極１４，１６とリードパターン６０，６２
との接続については、もし必要であれば、より線を用い
て両者を半田付けする，あるいは点線６０Ａ，６０Ｂで
示すように複数個所で両者を接続するなどの工夫をすれ
ば、更に断線を防止できる。

【００２６】次に、同図（B）に示す例は、出力側圧電
部７０の振動体７２を、入力側圧電部１０が取付けられ
る中心部分よりも両端部分を重くした例である。図示の
例では、側面から見たときに振動体７２の両端がホーン
状に広がっており、その端部に外部電極７４，７６が形
成されている。なお、支持は、前記実施例と同様に振動
体７２の振動のノード点で行う。この例によれば、振動
体７２の両端が重いので、上下方向の振動に対する振幅
が増大し、大きな昇圧比を得ることができる。

【００２７】

【他の実施例】この発明には数多くの実施の形態があ
り、以上の開示に基づいて多様に改変することが可能で
ある。例えば、次のようなものも含まれる。 （1）前記実施例では、平板型の圧電トランスに対して
本発明を適用した場合を説明したが、例えば四角柱など
各種の振動体形状のものにも適用可能である。振動体の
電極の形状や配置，分極や振動の方向も、同様に必要に
応じて適宜設定してよい。

【００２８】（2）前記実施例では、入力側圧電部を積
層構造としたが、これは振動体の分極を容易にするとと
もに、昇圧比を高めるためであり、単層構造とすること
を妨げるものではない。逆に、出力側圧電部を積層構造
としてもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
入力側と出力側の圧電部を別個に構成して結合すること
としたので、入力側と出力側における分極方向の設定や
支持位置の選択性の幅が広がり、設計の自由度の向上を
図ることができるとともに、各種の振動モードに容易に
対応できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を示す図である。（A）は
斜視図，（B）は入力側の断面図，（C）は出力側の断面
図である。

【図２】実施例１の振動状態を示す正面図である。

【図３】実施例２を示す図である。（A），（B），
（D）は正面図、（C）は振動振幅を示すグラフである。

【図４】実施例３を示す斜視図である。

【符号の説明】

１０，３０，４０，５０…入力側圧電部 ２０，７０…出力側圧電部 １２，２２，３２，４２，５２，７２…振動体 １４，１６，２４，２６…外部電極 １５…内部電極 １８，３８…交流電圧 ２８…出力電圧 ６０，６０Ａ，６０Ｂ，６２，６４，６６…リードパタ
ーン ＦＡ，ＦＤ…分極方向 ＦＢ，ＦＥ…振動方向 ＦＣ，ＦＦ…伸縮方向 ＬＡ…静止時の振動体の中心 ＬＢ，ＬＣ…振動時の振動体の中心 ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ，ＰＤ，ＰＥ…ノード点

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 戒能 大助 東京都台東区上野６丁目16番20号 太陽誘 電株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 分極が施された振動体に出力電圧を取り
   出す電極が形成された第１の圧電部；分極が施された振
   動体に入力側の電圧を印加する電極が形成されており、
   前記第１の圧電部と独立して構成されて、前記第１の圧
   電部の振動の腹の位置に結合された第２の圧電部；を備
   えたことを特徴とする圧電トランス。
2. 【請求項２】 前記第２の圧電部を、前記第１の圧電部
   の振動体を挟んで対称に配置した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】 前記第１の圧電部の振動体の表面に電極
   を引き出すためのリードパターンを形成したことを特徴
   とする請求項１又は２記載の圧電トランス。
4. 【請求項４】 第１の圧電部の振動体の両端を、中央部
   分よりも重く形成したことを特徴とする請求項１，２又
   は３記載の圧電トランス。
5. 【請求項５】 前記第１の圧電部の振動体を、その自由
   振動のノード点で支持したことを特徴とする請求項１，
   ２，３又は４記載の圧電トランス。