JP2000040844A - Piezoelectric transformer and driving method thereof - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 薄型低背な積層型圧電トランスを入出力間の
絶縁距離を確保した上で提供すること及びその積層型圧
電トランスの駆動方法を提供することである。
【解決手段】 入力部12は入力用内部電極15a,1
5bを有し、電極間は厚み方向一層ごと逆向きに分極さ
れている。出力部13は出力用内部電極16a、16b
を有し、電極間は厚み方向逆向きに分極されている。入
力部12と出力部13は圧電セラミックス正八角形板1
1の厚み方向に2分割されて配置されている。
An object of the present invention is to provide a thin and low-profile multilayer piezoelectric transformer while ensuring an insulation distance between input and output, and to provide a method of driving the multilayer piezoelectric transformer. An input unit includes input internal electrodes.
5b, and the electrodes are polarized in opposite directions in the thickness direction. The output unit 13 includes output internal electrodes 16a and 16b.
And the electrodes are polarized in the direction opposite to the thickness direction. The input unit 12 and the output unit 13 are made of a piezoelectric ceramic octagonal plate 1
1 are divided into two parts in the thickness direction.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は圧電セラミックス正
多角形板において入出力に径方向振動を利用した圧電ト
ランス及びその駆動方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric transformer using radial vibration for input and output in a piezoelectric ceramic regular polygon plate, and a method of driving the piezoelectric transformer.
【0002】[0002]
【従来の技術】携帯テレビやノート型パソコンを始め各
種携帯電子機器の普及にともない、これらの機器に直流
電圧を供給するために商用交流電圧を電源とし直流電圧
を出力ずるACアダプターが用いられている。ACアダ
プターに用いられている電子部品の中で体積が大きくか
つ、ACアダプターの変換効率に影響を及ぼすのが電磁
トランスである。最近、ACアダプターに対する高効率
化、小型低背化、電磁ノイズの低減や低消費電力の要求
が高まり、電磁式トランスに変わり、機械振動のエネル
ギ一を変換媒体とする圧電トランスの検討がなされてい
る。圧電トランスの効率は圧電トランス出力インピーダ
ンスと負荷とのインピ一ダンスマッチングが重要である
が、ACアダプターの出力部に接続される各種携帯電子
機器の入力インピ一ダンスはおよそ数Ωから数十Ω程度
である。圧電トランスの出力インピ一ダンスは各周波数
ω(=2πf)と出力側制動容量Cd2によって以下の数
1に示す数式のように求まる。2. Description of the Related Art With the spread of various portable electronic devices such as portable televisions and notebook personal computers, AC adapters that use a commercial AC voltage as a power source and output a DC voltage have been used to supply a DC voltage to these devices. I have. Among the electronic components used for the AC adapter, an electromagnetic transformer has a large volume and affects the conversion efficiency of the AC adapter. In recent years, demands for higher efficiency, smaller size, lower electromagnetic noise and lower power consumption of AC adapters have been increasing, and instead of electromagnetic transformers, piezoelectric transformers using energy of mechanical vibration as a conversion medium have been studied. I have. For the efficiency of the piezoelectric transformer, impedance matching between the output impedance of the piezoelectric transformer and the load is important, but the input impedance of various portable electronic devices connected to the output of the AC adapter is about several Ω to several tens Ω. It is. The output impedance of the piezoelectric transformer is obtained from the respective frequencies ω (= 2πf) and the output side braking capacitance C d2 as in the following equation (1).
【0003】[0003]
【数1】 (Equation 1)
【0004】ここで一例としてR=60Ω、f=120
KHzのときCd2=22nFとなる。実用的な寸法のA
Cアダプター用圧電トランスにおいてこのような大きな
制動容量を確保するためには対抗内部電極による積層構
造が必要となってくる。Here, as an example, R = 60Ω, f = 120
At KHz, C d2 = 22 nF. A of practical dimensions
In order to secure such a large braking capacity in the piezoelectric transformer for the C adapter, a laminated structure using opposing internal electrodes is required.
【0005】出力側に対抗内部電極を採用する構造の一
例として、圧電セラミックス円板の径方向振動を利用し
ながら、内部電極とセラミックスの積層方向が厚み方向
とする構造が考えられる。径広がり1次振動モードは、
各種振動モードの内最も電気機械結合係数が高く、更に
最も周波数定数が高いという利点がある。ここで圧電ト
ランスの出力電力POUT は、以下の数2に示されるよう
な数式にて求められる。[0005] As an example of a structure employing an opposing internal electrode on the output side, a structure in which the lamination direction of the internal electrode and the ceramics is the thickness direction using the radial vibration of a piezoelectric ceramic disk can be considered. The radial expansion primary vibration mode is
Among various vibration modes, there is an advantage that the electromechanical coupling coefficient is the highest and the frequency constant is the highest. Here, the output power P OUT of the piezoelectric transformer is obtained by an equation as shown in the following Expression 2.
【0006】[0006]
【数2】 (Equation 2)
【0007】ここでkeff は実効的電気機械結合係数、
Vは振動速度、fは駆動周波数、更にmはトランスの質
量である。上記した数2から、径広がり1次振動モード
krを用いた場合には、実効的電気機械結合係数keff
及び駆動周波数fが大きくなることから、他の振動モー
ドと比較して、同一出力電力をより小さな体積で実現可
能である。更に形状が円板状であるから、低背である上
に、損失分の発熱量をより効率よく放熱することが可能
である。Where k eff is the effective electromechanical coupling coefficient,
V is the vibration speed, f is the drive frequency, and m is the mass of the transformer. From the above equation 2, when the radially expanded primary vibration mode kr is used, the effective electromechanical coupling coefficient k eff
In addition, since the driving frequency f increases, the same output power can be realized in a smaller volume as compared with other vibration modes. Furthermore, since the shape is a disk shape, it is low in height, and it is possible to more efficiently dissipate the heat generated by the loss.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、径広が
り1次振動モードを用いる場合のデメリットとしては、
第1に円板を厚み方向に分割して入出力部を設ける場
合、入出力間距離が極めて接近していることから、入出
力間の結合容量が大きくなり、伝導ノイズに対する耐性
が小さくなってしまうことが挙げられる。第2のデメリ
ットとして、入出力間の縁面距離が極めて小さく電源
(ACアダプター用電源トランスでは通常2〜3mm、
強化絶縁でも0.5mm程度は必要)用に用いることが
できない。第3のデメリットとして、円板状構造は製造
が複雑で多くの工程を要する。However, the disadvantages of using the radially expanded primary vibration mode are as follows.
First, when a disk is divided in the thickness direction to provide an input / output unit, the coupling capacitance between the input and output is increased because the distance between the input and output is extremely short, and the resistance to conduction noise is reduced. That is. The second disadvantage is that the edge distance between the input and output is extremely small (power supply for AC adapter is usually 2-3 mm,
Even with reinforced insulation, about 0.5 mm is required). As a third disadvantage, the disk-shaped structure is complicated to manufacture and requires many steps.
【0009】本発明の目的は薄型低背な積層型圧電トラ
ンスを入出力間の絶縁距離を確保した上で提供すること
及びその積層型圧電トランスの駆動方法を提供すること
である。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a thin and low-profile multilayer piezoelectric transformer with a sufficient insulation distance between input and output, and to provide a method of driving the multilayer piezoelectric transformer.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、圧電セ
ラミック正多角形板において厚み方向に相対向するよう
に圧電セラミックス層と電極が交互に積層された複数の
電極を有する入力部と、同様に厚み方向に相対向するよ
うに圧電セラミックス層と電極が交互に積層された複数
の電極を持つ出力部を備え、前記入力部と前記出力部に
おける前記各電極間は前記圧電セラミック正多角形板の
厚み方向に分極されていることを特徴とする圧電トラン
スが得られる。According to the present invention, there is provided an input portion having a plurality of electrodes in which piezoelectric ceramic layers and electrodes are alternately stacked on a piezoelectric ceramic regular polygon plate so as to face each other in the thickness direction; Similarly, an output section having a plurality of electrodes in which piezoelectric ceramic layers and electrodes are alternately stacked so as to face each other in the thickness direction is provided, and the piezoelectric ceramic regular polygon is provided between the electrodes in the input section and the output section. A piezoelectric transformer characterized by being polarized in the thickness direction of the plate is obtained.
【0011】又、本発明によれば、圧電セラミックス正
多角形板の中心領域において厚み方向に相対向するよう
に圧電セラミックス層と電極が交互に積層された複数の
電極を有する入力部と、その外側に電極を有しない絶縁
環状領域と、更にその外側に厚み方向に相対向するよう
に圧電セラミックス層と電極が交互に積層された複数の
環状電極を有する出力部を備え、前記入力部と前記出力
部における前記各電極間は前記圧電セラミックス正多角
形板の厚み方向に分極されていることを特徴とする圧電
トランスが得られる。According to the present invention, there is provided an input section having a plurality of electrodes in which piezoelectric ceramic layers and electrodes are alternately stacked so as to oppose each other in the thickness direction in a central region of a piezoelectric ceramic regular polygon plate. An insulating annular region having no electrodes on the outside, and further including an output unit having a plurality of annular electrodes in which piezoelectric ceramic layers and electrodes are alternately stacked so as to face each other in the thickness direction, the input unit and the A piezoelectric transformer is obtained, characterized in that the space between the electrodes in the output section is polarized in the thickness direction of the piezoelectric ceramic regular polygon plate.
【0012】又、本発明によれば、圧電セラミックス正
多角形板の中心領域において厚み方向に相対向するよう
に圧電セラミックス層と電極が交互に積層された複数の
電極を有する出力部と、その外側に電極を有しない絶縁
環状領域と、更にその外側に厚み方向に相対向するよう
に圧電セラミックス層と電極が交互に積層された複数の
環状電極を有する入力部を備え、前記入力部と前記出力
部では各電極間は前記圧電セラミックス正多角形板の厚
み方向に分極されていることを特徴とする圧電トランス
が得られる。Further, according to the present invention, there is provided an output section having a plurality of electrodes in which piezoelectric ceramic layers and electrodes are alternately stacked so as to face each other in a thickness direction in a central region of a piezoelectric ceramic regular polygon plate, and An insulating annular region having no electrodes on the outside, and further including an input unit having a plurality of annular electrodes in which piezoelectric ceramic layers and electrodes are alternately stacked so as to face each other in the thickness direction, and the input unit and the In the output section, a piezoelectric transformer is obtained in which the electrodes are polarized in the thickness direction of the piezoelectric ceramic regular polygon plate between the electrodes.
【0013】又、本発明によれば、前記圧電トランスを
前記圧電セラミックス正多角形板の径広がり1次振動モ
ードあるいは径広がり3次振動モードで駆動させること
を特徴とする圧電トランスの駆動方法が得られる。According to the present invention, there is provided a method for driving a piezoelectric transformer, characterized in that the piezoelectric transformer is driven in a radially expanding primary vibration mode or a radially expanding tertiary vibration mode of the piezoelectric ceramic regular polygon plate. can get.
【0014】[0014]
【作用】本発明の圧電トランスにより薄型低背な積層型
圧電トランスを入出力間の絶縁距離を確保した上で提供
することが可能となる。The piezoelectric transformer of the present invention makes it possible to provide a thin and low-profile laminated piezoelectric transformer with a sufficient insulation distance between input and output.
【0015】更に上記同様の特性をもった圧電トランス
を製造の容易な正多角形板形状にて提供することが可能
となる。Further, it is possible to provide a piezoelectric transformer having the same characteristics as described above in the form of a regular polygonal plate which is easy to manufacture.
【0016】[0016]
【発明の実施の形態】以下、本発明の第1の実施の形態
について図1を参照して説明する。本実施の形態に係る
圧電トランスの寸法は一片が7.7mmの正八角形で、
厚さ2.3mmである。図1(a)は本実施の形態に係
る圧電トランスの平面図(点線は内部電極パターンであ
る)であり、図1(b)は図1(a)の圧電トランスの
内部構造を示した断面図あり、図1(c)は図1(b)
の部分拡大図であり、図1(d)は図1(a)の圧電ト
ランスの応力、変位分布図である。図1(b)に示され
るとおり、内部電極パターンは入力部12として機能す
るものと出力部13として機能するものに分かれ、それ
ぞれ圧電トランス正八角形板11の厚さ方向に2分割さ
れて設けられている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The size of the piezoelectric transformer according to the present embodiment is a regular octagon with one piece being 7.7 mm,
The thickness is 2.3 mm. FIG. 1A is a plan view of the piezoelectric transformer according to the present embodiment (dotted lines are internal electrode patterns), and FIG. 1B is a cross-section showing the internal structure of the piezoelectric transformer of FIG. FIG. 1 (c) shows FIG. 1 (b)
1 (d) is a stress and displacement distribution diagram of the piezoelectric transformer of FIG. 1 (a). As shown in FIG. 1B, the internal electrode pattern is divided into a part functioning as an input part 12 and a part functioning as an output part 13, and each is divided into two in the thickness direction of a piezoelectric transformer regular octagonal plate 11 and provided. ing.
【0017】入力部12と出力部13の境界の中央領域
には電極を有しない厚み0.3mmの正八角形状のセラ
ミックスの絶縁領域14が配置されている。図1(b)
に示すように、入力部12には入力用内部電極15a,
15bが配置され、圧電セラミックス正八角形板11の
中心領域において厚み方向に相対向するように圧電セラ
ミックス層と入力用内部電極が交互に積層され、図1
(c)中の矢印で示すように厚み方向に分極されてい
る。入力部は1層の積層構造である。出力部には同じく
出力用内部電極16a、16bが配置され、厚み方向一
層置きに、互いに厚み方向に逆向きに分極されている。
出力部は4層の積層構造である。分極は入出力双方と
も、150℃のシリコンオイル中でlkv/n]mの電
界強度で行った。試作した圧電トランスの出力側に負荷
抵抗60Ωを接続し、振動子定数とパワー特性を測定し
た結果を以下の表1に示す。In the central region of the boundary between the input portion 12 and the output portion 13, there is disposed an insulating region 14 of a regular octagonal ceramic having a thickness of 0.3 mm and having no electrode. FIG. 1 (b)
As shown in FIG. 2, the input section 12 has input internal electrodes 15a,
15b, piezoelectric ceramic layers and input internal electrodes are alternately stacked in the central region of the piezoelectric ceramic regular octagonal plate 11 so as to face each other in the thickness direction.
It is polarized in the thickness direction as shown by the arrow in (c). The input unit has a one-layer laminated structure. Output internal electrodes 16a and 16b are also arranged in the output section, and are polarized in opposite directions in the thickness direction, with the other in the thickness direction.
The output unit has a four-layer laminated structure. Polarization was performed in silicon oil at 150 ° C. at an electric field strength of lkv / n] m for both input and output. Table 1 shows the results obtained by connecting a load resistance of 60Ω to the output side of the prototyped piezoelectric transformer and measuring the oscillator constant and the power characteristics.
【0018】[0018]
【表1】 [Table 1]
【0019】上記した表1では上段に微少振動時の振動
子定数、下段に負荷を接続した状熊での振動子定数とパ
ワー特性が表示されている。ここでfrは共振周波数、
Cd2は出力側制動容量、Qm2 は出力側機械的品質係数
(損失係数の逆数)、γ1は入力側容量比、γ2は出力
側容量比を示している。In the above Table 1, the upper row shows the oscillator constants at the time of micro-vibration, and the lower row shows the oscillator constants and power characteristics in a state where a load is connected. Where fr is the resonance frequency,
C d2 indicates an output side braking capacity, Qm 2 indicates an output side mechanical quality factor (reciprocal of a loss coefficient), γ1 indicates an input side capacity ratio, and γ2 indicates an output side capacity ratio.
【0020】次に本発明の第2の実施の形態について図
2を参照して説明する。本実施の形態に係る圧電トラン
スの寸法は一辺が7.7mmの正八角形で、厚さ2.3
mmである。図2(a)は本実施の形態に係る圧電トラ
ンスの平面図(点線は内部電極パターンである)であ
り、図2(b)は図2(a)の圧電トランスの内部構造
を示した断面図あり、図2(c)は図2(b)の部分拡
大図であり、図2(d)は図2(a)の圧電トランスの
1次振動モードでの応力、変位分布図であり、図2
(e)は図2(a)の圧電トランスの3次振動モードで
の応力、変位分布図である。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The size of the piezoelectric transformer according to the present embodiment is a regular octagon having a side of 7.7 mm and a thickness of 2.3.
mm. FIG. 2A is a plan view of the piezoelectric transformer according to the present embodiment (dotted lines are internal electrode patterns), and FIG. 2B is a cross section showing the internal structure of the piezoelectric transformer of FIG. FIG. 2 (c) is a partially enlarged view of FIG. 2 (b), and FIG. 2 (d) is a stress and displacement distribution diagram in the primary vibration mode of the piezoelectric transformer of FIG. 2 (a). FIG.
FIG. 2E is a stress and displacement distribution diagram in the third vibration mode of the piezoelectric transformer of FIG.
【0021】図2(a)の点線で示された内部電極パタ
ーンに示されるとおり、内部電極パターンは圧電トラン
ス正八角形板21の外周方向に絶縁領域24を介して2
分割されて設けられている。中央部の内部電極パターン
は入力部22として機能し、その周辺領域の内部電極パ
ターンは出力部23として機能する。入力部22と出力
部23の境界領域には電極を有しないセラミックスの絶
縁領域24が配置されている。As shown by the dotted internal electrode pattern in FIG. 2A, the internal electrode pattern extends through the insulating region 24 in the outer peripheral direction of the piezoelectric transformer regular octagonal plate 21.
It is provided separately. The central internal electrode pattern functions as the input unit 22, and the internal electrode pattern in the peripheral area functions as the output unit 23. In a boundary region between the input unit 22 and the output unit 23, a ceramic insulating region 24 having no electrodes is arranged.
【0022】図2(b)に示すように、入力部22には
入力用内部電極25a,25bが配置され、圧電セラミ
ックス正八角形板21の中心領域において厚み方向に圧
電セラミックス層と入力用内部電極が相対向するように
交互に積層されている。電極間は図2(c)の矢印で示
すように、厚み方向一層ごと逆向きに分極されている。As shown in FIG. 2 (b), input internal electrodes 25a and 25b are arranged in the input section 22, and the piezoelectric ceramic layer and the input internal electrodes are arranged in the thickness direction in the central region of the piezoelectric ceramic regular octagonal plate 21. Are alternately stacked so as to face each other. As shown by arrows in FIG. 2C, the electrodes are polarized in the opposite direction with respect to one layer in the thickness direction.
【0023】出力部23には縁状もしくは環状の出力用
内部電極26a,26bが配置され、圧電セラミックス
正八角形板21の外周領域において厚み方向に圧電セラ
ミックス層と出力用内部電極が相対向するように交互に
積層されている。電極間は図2(c)の矢印で示すよう
に、厚み方向一層ごと逆向きに分極されている。前記電
極間の分極は入出力双方とも、150℃のシリコンオイ
ル中で1kv/mmの電界強度で行う。The output portion 23 is provided with edge-shaped or annular output internal electrodes 26a and 26b. The piezoelectric ceramic layer and the output internal electrode are opposed to each other in the thickness direction in the outer peripheral region of the piezoelectric ceramic regular octagonal plate 21. Are alternately stacked. As shown by arrows in FIG. 2C, the electrodes are polarized in the opposite direction with respect to one layer in the thickness direction. The polarization between the electrodes is performed at a field strength of 1 kv / mm in silicon oil at 150 ° C. for both input and output.
【0024】試作した圧電トランスの出力側に負荷低抗
60Ωを接続し、振動子定数と径広がり1次振動モード
でのパワー特性を測定した結果を上記した表1に示す。Table 1 shows the results obtained by connecting a load resistance of 60 Ω to the output side of the prototyped piezoelectric transformer and measuring the vibrator constant and the power characteristics in the radially expanded primary vibration mode.
【0025】次に、本発明の第3の実施の形態について
図3を参照して説明する。本実施の形態に係る圧電トラ
ンスの寸法は一片が20mmの正方形で、厚さ2.3m
mである。図3(a)は本実施の形態に係る圧電トラン
スの平面図(点線は内部電極パターンである)であり、
図3(b)は図3(a)の圧電トランスの内部構造を示
した断面図あり、図3(c)は図3(b)の部分拡大図
であり、図3(d)は図3(a)の圧電トランスの応
力、変位分布図である。図3(b)に示されるとおり、
内部電極パターンは入力部32として機能するものと出
力部33として機能するものに分かれ、それぞれ圧電ト
ランス正方形板31の厚さ方向に2分割されて設けられ
ている。Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The dimensions of the piezoelectric transformer according to the present embodiment are each a square of 20 mm and a thickness of 2.3 m.
m. FIG. 3A is a plan view of the piezoelectric transformer according to the present embodiment (dotted lines are internal electrode patterns).
3B is a cross-sectional view showing the internal structure of the piezoelectric transformer of FIG. 3A, FIG. 3C is a partially enlarged view of FIG. 3B, and FIG. FIG. 3A is a stress and displacement distribution diagram of the piezoelectric transformer. As shown in FIG.
The internal electrode patterns are divided into those that function as the input unit 32 and those that function as the output unit 33, and are provided in two in the thickness direction of the piezoelectric transformer square plate 31, respectively.
【0026】入力部32と出力部33の境界の中央領域
には電極を有しない厚み0.3mmの正方形状のセラミ
ックスの絶縁領域34が配置されている。図3(b)に
示すように、入力部32には入力用内部電極35a,3
5bが配置され、圧電セラミックス正方形板31の中心
領域において厚み方向に相対向するように圧電セラミッ
クス層と入力用内部電極が交互に積層され、図3(c)
中の矢印で示すように厚み方向に分極されている。入力
部は1層の積層構造である。出力部には同じく出力用内
部電極36a、36bが配置され、厚み方向一層置き
に、互いに厚み方向に逆向きに分極されている。出力部
は4層の積層構造である。分極は入出力双方とも、15
0℃のシリコンオイル中でlkv/n]mの電界強度で
行った。試作した圧電トランスの出力側に負荷抵抗60
Ωを接続し、振動子定数とパワー特性を測定した結果を
上記表1に示す。In the center area of the boundary between the input section 32 and the output section 33, a 0.3 mm thick ceramic insulating region 34 having no electrode is arranged. As shown in FIG. 3B, the input section 32 has input internal electrodes 35a and 35a.
5b are arranged, and the piezoelectric ceramic layers and the input internal electrodes are alternately laminated so as to face each other in the thickness direction in the central region of the piezoelectric ceramic square plate 31, and FIG.
Polarized in the thickness direction as shown by the arrow in the middle. The input unit has a one-layer laminated structure. Output internal electrodes 36a and 36b are also arranged in the output section, and are polarized in opposite directions in the thickness direction, with the other in the thickness direction. The output unit has a four-layer laminated structure. The polarization is 15 for both input and output.
The test was performed in silicon oil at 0 ° C. with an electric field strength of lkv / n] m. A load resistor 60 is connected to the output side of the prototype piezoelectric transformer.
Table 1 shows the results of measuring the oscillator constant and the power characteristics by connecting Ω.
【0027】次に本発明の第4の実施の形態について図
4を参照して説明する。本実施の形態に係る圧電トラン
スの寸法は一辺が20mmの正方形で、厚さ2.3mm
である。図4(a)は本実施の形態に係る圧電トランス
の平面図(点線は内部電極パターンである)であり、図
4(b)は図4(a)の圧電トランスの内部構造を示し
た断面図あり、図4(c)は図4(b)の部分拡大図で
あり、図4(d)は図4(a)の圧電トランスの1次振
動モードでの応力、変位分布図である。図4(a)の点
線で示された内部電極パターンに示されるとおり、内部
電極パターンは圧電トランス正方形板41の外周方向に
絶縁領域44を介して2分割されて設けられている。中
央部の内部電極パターンは入力部42として機能し、そ
の周辺領域の内部電極パターンは出力部43として機能
する。入力部42と出力部43の境界領域には電極を有
しないセラミックスの絶縁領域44が配置されている。Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The dimension of the piezoelectric transformer according to the present embodiment is a square having a side of 20 mm and a thickness of 2.3 mm.
It is. FIG. 4A is a plan view of the piezoelectric transformer according to the present embodiment (dotted lines are internal electrode patterns), and FIG. 4B is a cross section showing the internal structure of the piezoelectric transformer of FIG. 4C is a partially enlarged view of FIG. 4B, and FIG. 4D is a stress and displacement distribution diagram in the primary vibration mode of the piezoelectric transformer of FIG. 4A. As shown in the internal electrode pattern indicated by the dotted line in FIG. 4A, the internal electrode pattern is divided into two in the outer peripheral direction of the piezoelectric transformer square plate 41 via the insulating region 44. The central internal electrode pattern functions as the input section 42, and the internal electrode pattern in the peripheral area functions as the output section 43. In a boundary region between the input unit 42 and the output unit 43, a ceramic insulating region 44 having no electrode is disposed.
【0028】図4(b)に示すように、入力部42には
入力用内部電極45a,45bが配置され、圧電セラミ
ックス正方形板41の中心領域において厚み方向に圧電
セラミックス層と入力用内部電極が相対向するように交
互に積層されている。電極間は図4(c)の矢印で示す
ように、厚み方向一層ごと逆向きに分極されている。As shown in FIG. 4B, input internal electrodes 45a and 45b are arranged in the input section 42. The piezoelectric ceramic layer and the input internal electrodes are arranged in the thickness direction in the central region of the piezoelectric ceramic square plate 41. They are alternately stacked so as to face each other. As shown by the arrows in FIG. 4C, the electrodes are polarized in the thickness direction in opposite directions.
【0029】出力部43には縁状もしくは環状の出力用
内部電極46a,46bが配置され、圧電セラミックス
正方形板41の外周領域において厚み方向に圧電セラミ
ックス層と出力用内部電極が相対向するように交互に積
層されている。電極間は図4(c)の矢印で示すよう
に、厚み方向一層ごと逆向きに分極されている。前記電
極間の分極は入出力双方とも、150℃のシリコンオイ
ル中で1kv/mmの電界強度で行う。The output portion 43 is provided with edge-shaped or annular output internal electrodes 46a and 46b. The piezoelectric ceramic layer and the output internal electrode face each other in the thickness direction in the outer peripheral region of the piezoelectric ceramic square plate 41. They are alternately stacked. As shown by the arrows in FIG. 4C, the electrodes are polarized in the thickness direction in opposite directions. The polarization between the electrodes is performed at a field strength of 1 kv / mm in silicon oil at 150 ° C. for both input and output.
【0030】試作した圧電トランスの出力側に負荷低抗
60Ωを接続し、振動子定数と径広がり1次振動モード
でのパワー特性を測定した結果を上記した表1に示す。
ここで構造的な見地から本実施の形態は上記した第2の
実施の形態と比較して圧電トランスの外形形状が異なる
他は同様である。Table 1 shows the results obtained by connecting a load resistance of 60Ω to the output side of the prototyped piezoelectric transformer and measuring the oscillator characteristics and the power characteristics in the radially expanded primary vibration mode.
Here, from a structural point of view, this embodiment is the same as the above-described second embodiment except that the outer shape of the piezoelectric transformer is different.
【0031】上記した第1〜第4の実施の形態に係る圧
電トランスの入力側、または出力側、若しくは入出力双
方ともそれぞれ前記圧電セラミックス円板及び前記圧電
セラミックス正方形板の径広がり1次振動モードで駆動
させた例であるが3次振動モードで駆動させても同様の
効果が得られる。尚、上記した第2の実施の形態に係る
圧電トランスのおける径広がり3次振動モードでの応
力、変位分布図を図2(e)に示す。In the piezoelectric transformers according to the first to fourth embodiments, the input side, the output side, or both the input and output sides of the piezoelectric ceramic disk and the piezoelectric ceramic square plate have the radially expanding primary vibration mode, respectively. The same effect can be obtained by driving in the third vibration mode. FIG. 2E shows a stress and displacement distribution diagram in the radially expanded tertiary vibration mode in the piezoelectric transformer according to the second embodiment.
【0032】尚、上記した第2及び第4の実施の形態で
は入力部22,42はそれぞれ圧電セラミックス正八角
形板21及び圧電セラミックス正方形板41の中心領域
に設けられており、出力部23,43はそれぞれ圧電セ
ラミックス正八角形板21及び圧電セラミックス正方形
板41の外周領域に設けられているが、適切な積層数と
面積が得られれば、入力部を外周領域に、出力部を中心
領域に設けてもよい。In the above-described second and fourth embodiments, the input portions 22 and 42 are provided in the central regions of the piezoelectric ceramic regular octagonal plate 21 and the piezoelectric ceramic square plate 41, respectively, and the output portions 23 and 43 are provided. Are provided in the outer peripheral region of the piezoelectric ceramic regular octagonal plate 21 and the piezoelectric ceramic square plate 41, respectively. If an appropriate number of layers and area can be obtained, the input unit is provided in the outer peripheral region and the output unit is provided in the central region. Is also good.
【0033】[0033]
【発明の効果】本発明の圧電トランスによれば、入力
側、または出力側、あるいは双方とも径広がり1次振動
モードkrを用いた、小型で低背な、量産性に優れた圧
電トランスを提供することが可能となる。According to the piezoelectric transformer of the present invention, there is provided a small, low-profile, excellent mass-productivity piezoelectric transformer that uses the primary vibration mode kr whose diameter is expanded on the input side, the output side, or both. It is possible to do.
【図1】(a)は本発明の第1の実施の形態に係る圧電
トランスの構造を示した平面図であり、(b)は(a)
の圧電トランスの内部構造を示した縦断面図であり、
(c)は(b)の部分拡大図であり、(d)は(a)の
1次振動モードでの圧電トランスの応力、変位分布図で
ある。FIG. 1A is a plan view showing a structure of a piezoelectric transformer according to a first embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the internal structure of the piezoelectric transformer of FIG.
(C) is a partial enlarged view of (b), and (d) is a stress and displacement distribution diagram of the piezoelectric transformer in the primary vibration mode of (a).
【図2】(a)は本発明の第2の実施の形態に係る圧電
トランスの構造を示した平面図であり、(b)は(a)
の圧電トランスの内部構造を示した縦断面図であり、
(c)は(b)の部分拡大図であり、(d)は(a)の
1次振動モードでの圧電トランスの応力、変位の分布を
示した図であり、(e)は(a)の3次振動モードでの
圧電トランスの応力、変位の分布を示した図である。FIG. 2A is a plan view showing a structure of a piezoelectric transformer according to a second embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the internal structure of the piezoelectric transformer of FIG.
(C) is a partially enlarged view of (b), (d) is a view showing the distribution of stress and displacement of the piezoelectric transformer in the primary vibration mode of (a), and (e) is (a) FIG. 5 is a diagram showing distributions of stress and displacement of the piezoelectric transformer in the third vibration mode.
【図3】(a)は本発明の第3の実施の形態に係る圧電
トランスの構造を示した平面図であり、(b)は(a)
の圧電トランスの内部構造を示した縦断面図であり、
(c)は(b)の部分拡大図であり、(d)は(a)の
1次振動モードでの圧電トランスの応力、変位分布図で
ある。FIG. 3A is a plan view showing a structure of a piezoelectric transformer according to a third embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the internal structure of the piezoelectric transformer of FIG.
(C) is a partial enlarged view of (b), and (d) is a stress and displacement distribution diagram of the piezoelectric transformer in the primary vibration mode of (a).
【図4】(a)は本発明の第4の実施の形態に係る圧電
トランスの構造を示した平面図であり、(b)は(a)
の圧電トランスの内部構造を示した縦断面図であり、
(c)は(b)の部分拡大図であり、(d)は(a)の
1次振動モードでの圧電トランスの応力、変位分布図で
ある。FIG. 4A is a plan view showing a structure of a piezoelectric transformer according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing the internal structure of the piezoelectric transformer of FIG.
(C) is a partial enlarged view of (b), and (d) is a stress and displacement distribution diagram of the piezoelectric transformer in the primary vibration mode of (a).
11,21 圧電トランス正八角形板 31,41 圧電トランス正方形板 12,22,32,42 入力部 13,23,33,43 出力部 14,34 セラミックスの絶縁領域 15a,15b,25a,25b,35a,35b,4
5a,45b 入力用内部電極 16a,16b,26a,26b,36a,36b,4
6a,46b 出力用内部電極11, 21 Piezoelectric transformer regular octagon plate 31, 41 Piezoelectric transformer square plate 12, 22, 32, 42 Input unit 13, 23, 33, 43 Output unit 14, 34 Insulating region of ceramics 15a, 15b, 25a, 25b, 35a, 35b, 4
5a, 45b Input internal electrodes 16a, 16b, 26a, 26b, 36a, 36b, 4
6a, 46b Output internal electrode
Claims (5)
方向に相対向するように圧電セラミックス層と電極が交
互に積層された複数の電極を有する入力部と、同様に厚
み方向に相対向するように圧電セラミックス層と電極が
交互に積層された複数の電極を持つ出力部を備え、前記
入力部と前記出力部における前記各電極間は前記圧電セ
ラミック正多角形板の厚み方向に分極されていることを
特徴とする圧電トランス。1. An input section having a plurality of electrodes in which piezoelectric ceramic layers and electrodes are alternately stacked so as to face each other in a thickness direction of a piezoelectric ceramic regular polygon plate, and similarly to face an input section in a thickness direction. An output unit having a plurality of electrodes in which piezoelectric ceramic layers and electrodes are alternately stacked is provided, and between the electrodes in the input unit and the output unit is polarized in the thickness direction of the piezoelectric ceramic regular polygon plate. A piezoelectric transformer characterized by the following.
において厚み方向に相対向するように圧電セラミックス
層と電極が交互に積層された複数の電極を有する入力部
と、その外側に電極を有しない絶縁環状領域と、更にそ
の外側に厚み方向に相対向するように圧電セラミックス
層と電極が交互に積層された複数の環状電極を有する出
力部を備え、前記入力部と前記出力部における前記各電
極間は前記圧電セラミックス正多角形板の厚み方向に分
極されていることを特徴とする圧電トランス。2. An input section having a plurality of electrodes in which piezoelectric ceramic layers and electrodes are alternately laminated so as to face each other in a thickness direction in a central region of a piezoelectric ceramic regular polygon plate, and has no electrodes outside thereof. An insulating annular region, further comprising an output unit having a plurality of annular electrodes in which piezoelectric ceramic layers and electrodes are alternately stacked so as to face each other outside in the thickness direction, wherein the input unit and the respective electrodes in the output unit are provided. The piezoelectric transformer is characterized in that the space is polarized in the thickness direction of the piezoelectric ceramic regular polygon plate.
において厚み方向に相対向するように圧電セラミックス
層と電極が交互に積層された複数の電極を有する出力部
と、その外側に電極を有しない絶縁環状領域と、更にそ
の外側に厚み方向に相対向するように圧電セラミックス
層と電極が交互に積層された複数の環状電極を有する入
力部を備え、前記入力部と前記出力部では各電極間は前
記圧電セラミックス正多角形板の厚み方向に分極されて
いることを特徴とする圧電トランス。3. An output portion having a plurality of electrodes in which piezoelectric ceramic layers and electrodes are alternately stacked so as to face each other in a thickness direction in a central region of a piezoelectric ceramic regular polygon plate, and no electrodes outside the output portion. An insulating annular region, further comprising an input unit having a plurality of annular electrodes in which piezoelectric ceramic layers and electrodes are alternately stacked so as to face each other outside in the thickness direction, wherein the input unit and the output unit include a plurality of annular electrodes. A piezoelectric transformer characterized in that the piezoelectric transformer is polarized in the thickness direction of the piezoelectric ceramic regular polygon plate.
方法において、該圧電トランスを前記圧電セラミックス
正多角形板の径広がり1次振動モードで駆動させること
を特徴とする圧電トランスの駆動方法。4. The method for driving a piezoelectric transformer according to claim 1, wherein the piezoelectric transformer is driven in a radially expanding primary vibration mode of the piezoelectric ceramic regular polygon plate.
動する方法において、該圧電トランスを前記圧電セラミ
ックス正多角形板の径広がり1次振動モードあるいは径
広がり3次振動モードで駆動させることを特徴とする圧
電トランスの駆動方法。5. The method for driving a piezoelectric transformer according to claim 2, wherein the piezoelectric transformer is driven in a radially expanding primary vibration mode or a radially expanding tertiary vibration mode of the piezoelectric ceramic regular polygon plate. Characteristic driving method of piezoelectric transformer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10207735A JP2000040844A (en) | 1998-07-23 | 1998-07-23 | Piezoelectric transformer and driving method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10207735A JP2000040844A (en) | 1998-07-23 | 1998-07-23 | Piezoelectric transformer and driving method thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000040844A true JP2000040844A (en) | 2000-02-08 |
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ID=16544681
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10207735A Withdrawn JP2000040844A (en) | 1998-07-23 | 1998-07-23 | Piezoelectric transformer and driving method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000040844A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6873089B2 (en) * | 2000-05-31 | 2005-03-29 | Denso Corporation | Piezoelectric device for injector |
-
1998
- 1998-07-23 JP JP10207735A patent/JP2000040844A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6873089B2 (en) * | 2000-05-31 | 2005-03-29 | Denso Corporation | Piezoelectric device for injector |
| US7067960B2 (en) | 2000-05-31 | 2006-06-27 | Denso Corporation | Piezoelectric device for injector |
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