JPH10135532A

JPH10135532A - 圧電トランス

Info

Publication number: JPH10135532A
Application number: JP8305874A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Kuroda; 達也黒田; Yoichi Mizuno; 洋一水野; Hirotoshi Tanaka; 博敏田中; Daisuke Kaino; 大助戒能
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1996-10-31
Publication date: 1998-05-22

Abstract

(57)【要約】【課題】高い昇圧比もしくは降圧比を得ることができ
るとともに、支持の容易な圧電トランスを得る。【解決手段】入力側圧電部１０，出力側圧電部３０は
振動方向に重ねて結合しており、振動方向と直交する方
向から支持固定されている。入力側圧電部１０側におい
て、振動体１２の共振周波数の交流電圧２２が励振用電
極１４，１６間に印加されると、結合係数ｄ31，ｄ33よ
りも大きな結合係数ｄ15によって矢印ＦＢ方向に振動が
生じ、同方向に振動体１２が伸縮する。これらの振動，
伸縮が振動体１２，３２の結合個所を通じて出力側圧電
部３０に伝達されると、出力側でも矢印ＦＢ方向に振動
体３２の振動が生ずる。この振動により、結合係数ｄ15
によって電圧４２が生成される。電圧４２は、取出用電
極３４，３６から取り出される。

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（もしくは降圧
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（1
993-02）,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】図６（A）にはローゼン型の圧電トランス
が示されており、板状の振動体１１０の左側の上下（表
裏）面には電極１１２，１１４がそれぞれ形成されてお
り、右側の端面には電極１１６が形成されている。振動
体１１０の分極方向は、それぞれ矢印で示す方向であ
り、左側では上下方向，右側では左右方向となってい
る。

【０００５】ところで、このような圧電トランスの昇圧
比は、結合係数を用いて表わされる。入力側及び出力側
の長さをＬ，厚みをＴ，入力側の圧電横効果の結合係数
をｄ31，出力側の圧電縦効果の結合係数をｄ33，入力電
圧をＶin，出力電圧をＶout，機械的品質係数をＱmとす
ると、Ｖout／Ｖinは、ｄ31・ｄ33・Ｑm・（Ｌ／Ｔ）に
比例する。従って、結合係数ｄ31，ｄ33やＱmが大きい
ほど、昇圧比の大きな圧電トランスを得ることができ
る。ところで、従来の圧電トランスは、上述したように
横効果の結合係数ｄ31もしくは縦効果の結合係数ｄ33を
利用した構成となっている。従って、それら係数によっ
て昇圧比の上限が決まってしまい、それ以上の昇圧比を
得ることはできない。

【０００６】次に、圧電トランスは、圧電材料によって
形成された振動体の機械振動を妨げないように、振動モ
ードによって決まる振動の節，つまり振幅が「0」のノ
ード点で支持される。図６（A）の圧電トランスの場
合、１次モードの振動振幅は同図（B）に示すようにな
り、ノード点は中心ＰＣである。従って、振動体１１０
の振動を阻害しないためには、中心ＰＣのみで振動体１
１０を支持しなければならない。

【０００７】本発明は、このような点に着目したもの
で、高い昇圧比もしくは降圧比を得ることができるとと
もに、支持の容易な圧電トランスを得ることをその目的
とするものである。

【０００８】

【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、第１の方向に分極が施されており、こ
の第１の方向に対して斜めの方向に振動する第１の振動
体，及び、第１の方向と直交する第２の方向に分極が施
されており、この第２の方向に対して斜めの方向に振動
する第２の振動体を備え、前記第１の方向に沿って第１
及び第２の振動体を重ねて結合するとともに、振動方向
と直交する方向からそれら振動体を固定したことを特徴
とする。

【０００９】他の発明によれば、第１の方向に分極が施
されており、この第１の方向に対して斜めの方向に振動
する第１及び第２の振動体を備え、前記第１の方向に沿
って第１及び第２の振動体を重ねて結合するとともに、
振動方向と直交する方向からそれら振動体を固定したこ
とを特徴とする。

【００１０】更に他の発明によれば、前記振動体のう
ち、長さ方向に分極される振動体に分極用電極が積層し
て形成される。また、前記第１の振動体は、第２の振動
体を挟んで対称に重ねて配置される。

【００１１】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。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本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。

【００１３】

【実施例１】最初に、図１〜図３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の正面
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。

【００１４】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の上下面に励振用電極
１４，１６がそれぞれ形成されており、更に左右両端に
分極用電極１８，２０が形成されている。分極用電極１
８，２０には、分極用の直流電圧が印加され、これによ
って振動体１２が矢印ＦＡ方向に分極されている。励振
用電極１４，１６に駆動用の交流電圧２２が印加される
と、振動体１２は矢印ＦＢ方向に点線で示すように振
動，伸縮する。この場合の結合係数はｄ15である。

【００１５】図２には、この係数と分極や振動の方向と
の関係が示されている。振動体１００の分極方向を矢印
ｆａとする。結合係数ｄ33は、分極方向ｆａと同一もし
くは平行な方向に振動体１００が振動する場合である。
結合係数ｄ31は、分極方向ｆａと直交する方向に振動体
１００が振動する場合である。これに対し、結合係数ｄ
15は、分極方向ｆａに対して斜めの方向に振動する場合
である。後述する出力側圧電部の振動体の結合係数も同
様である。

【００１６】次に、出力側圧電部３０は、図１（C）に
示すように、平板状の振動体３２の左右両端に取出用電
極３４，３６がそれぞれ形成されており、上下面に分極
用電極３８，４０がそれぞれ形成されている。分極用電
極３８，４０には分極用の直流電圧が印加され、これに
よって振動体３２が矢印ＦＣ方向に分極されている。入
力側圧電部１０が矢印ＦＢ方向に振動すると、その機械
的エネルギが出力側圧電部３０に伝達され、振動体３２
も矢印ＦＢ方向に点線で示すように振動，伸縮する。こ
の振動の結合係数はｄ15である。この振動により、横方
向に電気エネルギが発生し、取出用電極３４，３６から
出力電圧４２が出力される。

【００１７】なお、入力側圧電部１０及び出力側圧電部
３０の分極用電極１８，２０，３８，４０は、振動体１
２，３２を所定方向に分極するためのもので、何らかの
方法で分極されていれば必ずしもなくてもよい。

【００１８】次に、以上のような構成の入力側圧電部１
０及び出力側圧電部３０は、図１（A）に示すように、
上下に重ねて接着剤などにより結合され、更に、固定用
のベース４４，４６によって固定されている。図３に
は、固定用ベース４４，４６の各種の形状が示されてい
る。同図（A）に示す例は、紡錘型の突起４８が固定用
ベース４４，４６の圧電部当接側に形成されている。同
図（B）に示す例は、２つの円柱状の突起５０を形成し
たものである。突起５０は、振動体長手方向に沿って形
成されている。同図（C）に示す例は、四角柱状の突起
５２を形成したものである。突起５２は、振動体長手方
向に沿って形成されている。同図（D）に示す例は、前
記突起５２の幅を大きくした突起５４の例である。これ
らの突起は、振動体１２の励振用電極１４又は振動体３
２の分極用電極４０に当接する。

【００１９】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２２が励振用電極１４，１６間に印加されると、電気
機械結合係数ｄ15によって矢印ＦＢ方向に振動が生じ、
同方向に振動体１２が伸縮する。これらの振動，伸縮が
振動体１２，３２の結合個所を通じて出力側圧電部３０
に伝達されると、出力側でも矢印ＦＢ方向に振動体３２
の振動が生ずる。この振動により、電気機械結合係数ｄ
15によって電圧４２が生成される。この電圧４２は、電
極３４，３６から取り出される。

【００２０】このように、本実施例によれば、上述した
背景技術と異なり、分極方向に対して斜めの方向に振動
する場合の結合係数ｄ15で昇圧又は降圧が行われる。一
般的な材料特性としては、結合係数ｄ31，ｄ33よりも結
合係数ｄ15の方が大きい。従って、上述した昇圧比もし
くは降圧比も大きくなる。また、本実施例によれば、振
動方向と直交する方向から振動体を支持しているので、
振動体の固定，支持が容易であるという利点もある。更
に、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。

【００２１】

【実施例２】次に、図４を参照しながら実施例２につい
て説明する。同図（A）の実施例は、出力側圧電部６０
の振動体６２の分極方向が入力側圧電部１０と同様の矢
印ＦＡ方向となっている。すなわち、電極６４，６６が
分極用電極と取出用電極を兼ねている。なお、入力側圧
電部１０，固定用ベース４６との間には、スペーサ６８
が設けられている。この実施例では、出力側の結合係数
がｇ31となる。従って、上述した実施例１と比較すれば
やや低下するものの、従来よりも高い昇圧比ないしは降
圧比を得ることができる。

【００２２】次に、同図（B）に示す実施例は分極を容
易に行うためのものである。上述した振動体１２の内部
には、図の左右方向に沿って，すなわち長さ方向に積層
して複数の内部電極７０が形成されている。内部電極７
０は、交互に電極７２，７４にそれぞれ接続されてい
る。そして、電極７２，７４に直流電圧を印加すること
で、内部電極７０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７
０に着目すると、その左右で電界の方向が逆になるの
で、分極方向も逆となる。このような積層構造とするこ
とで、比較的低い電圧で振動体１２の長さ方向の分極が
可能となる。なお、この例では、電極７２，７４が分極
用電極と励振用電極を兼ねている。図４（A）に示した
出力側圧電部の振動体についても同様の積層構造として
よい。

【００２３】同図（C）に示す実施例は、（B）の実施例
の電極７２，７４を絶縁膜７６で覆ったものである。こ
のようにすることで、図４（A）のスペーサ６８が不要
となり、部品点数を少なくすることができるという利点
がある。

【００２４】

【実施例３】次に、図５を参照しながら実施例３につい
て説明する。この実施例は、入力側圧電部が出力側圧電
部を挟んで対称に設けられている。入力側圧電部の基本
的な構成は上述した実施例と同様であるので、一方に符
号Ａを、他方に符号Ｂを付して示す。また、出力側圧電
部は前記実施例と同様である。

【００２５】入力側圧電部１０Ａ，１０Ｂの振動体１２
Ａ，１２Ｂの厚さは、上述した実施例の１／２となって
おり、交流電圧２２Ａ，２２Ｂは逆位相となっている。
すなわち、前記実施例では、出力側圧電部３０の一方の
側から機械的振動が印加されたが、本実施例では両側か
ら機械的振動が逆位相で加えられる。この実施例によれ
ば、前記実施例の効果に加えて昇圧比が向上するという
効果も得られる。なお、振動体１２Ａ，１２Ｂの分極方
向を逆にするとともに、交流電圧２２Ａ，２２Ｂを同一
位相としてもよい。

【００２６】

【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。また、入
力側と出力側で振動体の形状を一致させる必要もない。（2）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。いずれの圧
電部を入力側あるいは出力側とするかも、昇圧，降圧の
関係から設定してよい。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば次
のような効果がある。（1）分極方向に対して斜めの方向に振動体を振動させ
ることとしたので、高い昇圧比もしくは降圧比を得るこ
とができる。（2）振動体を振動方向に沿って重ねて結合するととも
に、振動方向と直交する方向から支持することとしたの
で、振動体の支持を簡便に行うことができる。

【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
正面図，（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と背景技術の振動方向を示す図であ
る。

【図３】実施例１の固定用ベースの各種の例を示す図で
ある。

【図４】実施例２を示す図である。（A）は正面図，
（B），（C）は断面図である。

【図５】実施例３を示す正面図である。

【図６】ローゼン型圧電トランスの構成と振幅の一例を
示す図である。

【符号の説明】

１０…入力側圧電部１２，３２，６２，１００…振動体１４，１６…励振用電極１８，２０，３８，４０，７２，７４…分極用電極２２…交流電圧３０，６０…出力側圧電部３４，３６…取出用電極４２…出力電圧４４，４６…固定用ベース４８，５０，５２，５４…突起６４，６６…電極６８…スペーサ７０…内部電極７６…絶縁膜ＦＡ，ＦＣ，ｆａ…分極方向ＦＢ…振動，伸縮方向ｋ31，ｋ33，ｋ15…結合係数

───────────────────────────────────────────────────── 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

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の方向に分極が施されており、この
第１の方向に対して斜めの方向に振動する第１の振動
体；第１の方向と直交する第２の方向に分極が施されて
おり、この第２の方向に対して斜めの方向に振動する第
２の振動体；前記第１の方向に沿って第１及び第２の振
動体を重ねて結合するとともに、振動方向と直交する方
向からそれら振動体を固定したことを特徴とする圧電ト
ランス。
【請求項２】第１の方向に分極が施されており、この
第１の方向に対して斜めの方向に振動する第１及び第２
の振動体；前記第１の方向に沿って第１及び第２の振動
体を重ねて結合するとともに、振動方向と直交する方向
からそれら振動体を固定したことを特徴とする圧電トラ
ンス。
【請求項３】前記振動体のうち、長さ方向に分極され
る振動体に分極用電極を積層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。
【請求項４】前記第１の振動体を、第２の振動体を挟
んで対称に重ねて結合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。