JP2003282990A - Piezoelectric transformer - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、蛍光灯点灯用の高
圧電源や一般家庭電源から低電圧機器への降圧用電源
(AC/DCアダプター)等に用いられる圧電トランス
に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、液晶表示装置のバックライト点灯
用電源として用いられるようになってきた圧電トランス
は、1957年にアメリカ合衆国のC.E.Rosen
により発明されたものを基本としている。このRose
n型圧電トランスは、矩形板状の圧電磁器の長手方向半
分の一方が入力部(一次側)で、長手方向半分の他方が
出力部(二次側)となっており、一次側の表裏面には入
力用電極が形成され、二次側の端面には出力用電極が形
成された構造を有している。
【0003】このようなRosen型の圧電トランスは
一般的に二次側の電極面積が小さく、しかも電極間距離
が長いために、高い電圧を発生させることができるが、
一方で、発生する電流は非常に小さい。そこで、特開平
4-291773号公報には、圧電磁器を積層した構造
を有し、その厚み縦振動を利用して電圧と電流を昇降す
る圧電トランスが提案されている。このような圧電トラ
ンスは、二次側の電極面積が広く、かつ電極間距離も短
いために、昇圧比は小さいが発生電流を大きくすること
が可能である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
4−291773号公報に開示されている厚み縦振動を
用いる圧電トランスは、その駆動周波数が106Hz領
域(メガヘルツ領域)と高いために、圧電トランスの駆
動に際して、入出力に用いる配線間およびこれらの配線
と周囲回路との間の浮遊容量の影響を受け易いために、
電力損失が大きくなるという問題がある。
【0005】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、電力損失の少ない圧電トランスを提供する
ことを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明によれ
ば、表裏面のそれぞれに電極を有し、厚み方向に分極さ
れた矩形状の圧電磁器が複数枚積層され、長手方向の伸
縮振動により入力電圧の昇圧/降圧を行う圧電トランス
であって、前記矩形状圧電磁器の長手方向の最大ずれ量
が、圧電トランスの全長の2%以下であることを特徴と
する圧電トランス、が提供される。
【0007】このような圧電トランスは、機械的品質係
数Qmの低下が抑制されるために、電力損失を小さく抑
えることができる。また、積層された圧電磁器の電極面
積が広く、電極間距離が短いために、出力側の容量を大
きく保持したまま、長手方向の伸縮振動を用いることに
よって低周波で駆動することが可能である。これによっ
て駆動時に浮遊容量の影響を受け難くすることもでき
る。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。図1は本発明に係る圧
電トランス1の概略構造を示す断面図である。圧電トラ
ンス1は、一次側圧電板2と二次側圧電板3との間にア
ース電極4が設けられ、一次側圧電板2の表面に入力電
極5が設けられ、二次側圧電板3の表面に出力電極6が
設けられた構造を有している。
【0009】図1に示すように、一次側圧電板2と二次
側圧電板3はそれぞれ厚み方向に分極されているが、分
極の向きは互いに逆であってもよい。圧電トランス1の
駆動は長手方向の基本伸縮モード、つまり基本共振周波
数での駆動に限られる。基本共振周波数の2倍、4倍と
いった偶数倍の振動モードを用いると、二次側圧電板3
にはプラスの電圧が発生する部分とマイナスの電圧が発
生する部分が現れて互いに発生する電圧が打ち消されて
しまい、結果的に電圧が発生しなくなる。また、基本共
振周波数の3倍、5倍といった奇数倍の振動モードを用
いた場合には、若干の出力は得られるものの、偶数倍の
振動モードを用いた場合と同じ理由により大半の発生電
圧は打ち消し合ってしまうために、事実上、トランスと
しての機能を発揮できない。
【0010】このような圧電トランス1では、入力電極
5に基本共振周波数近傍の駆動電力(入力電力)を加え
ると、一次側圧電板2には、d31モード(厚み−横振
動)に起因する長手方向の伸縮振動が生ずる。つまり、
一次側圧電板2では電気エネルギーから振動エネルギー
への変換が行われる。この伸縮変位は二次側圧電板3に
伝達され、二次側圧電板3では振動エネルギーから電気
エネルギーへの変換が行われる。こうして出力電極6か
ら所定の出力電圧/電流が取り出される。
【0011】なお、圧電トランス1の大きさに制限はな
いが、その基本共振周波数が数十kHz以下の場合に
は、圧電トランス1の入出力に用いる配線間およびこれ
らの配線と周囲回路との間の浮遊容量の影響を受け難く
なるために、これに基づく電力損失を低く抑えることが
できる。また、圧電トランス1は、出力電極6の面積が
広く、各電極間の距離が短いために、出力容量が大きい
という特徴を有する。
【0012】圧電トランス1は、接着法または一体焼成
法により作製することができる。接着法を用いる場合に
は、まず、形状が揃えられた2枚の圧電板を準備し、こ
れらの圧電板の表裏面にそれぞれ銀ペーストを塗布し、
所定の温度で焼き付ける。次いで、表裏面に電極が形成
された圧電板をこれらの電極間に所定の電圧を印加する
ことによって分極処理し、その後に有機高分子系接着剤
(樹脂接着剤)で貼り合わせる。
【0013】圧電トランス1の入出力電力が大きい場合
には、圧電トランス1はかなり発熱することが予想され
る。また、一次側圧電板2で発生した振動エネルギーを
二次側圧電板3に効率よく伝達する必要がある。このた
めに、樹脂接着剤としては、耐熱性が高く、弾性率も高
いエポキシ系接着剤やポリイミド系接着剤が好適に用い
られる。
【0014】一次側圧電板2と二次側圧電板3の分極
は、これらを樹脂接着剤によって接着した後に行うこと
も可能である。一般的に、分極処理はキュリー点に近い
温度で、一次側圧電板2と二次側圧電板3を絶縁オイル
中に浸漬するか、恒温乾燥器中に保持した状態で行われ
る。このため、一次側圧電板2と二次側圧電板3を樹脂
接着剤によって接着した後に分極処理する場合には、樹
脂接着剤には、分極条件に対する耐久性、例えば、耐熱
性、耐電圧性、耐オイル性、耐洗浄性(オイル除去処理
に対する耐久性)等を有していることが必要である。
【0015】接着法を用いる場合には、アース電極4の
取り出しを容易とするために、一次側圧電板2と二次側
圧電板3との間に、所定の厚みの電極板(金属板)を挟
み込んでもよい。この場合には、電極板の厚みが薄いほ
ど圧電トランス1の振動を妨げないが、この電極板への
リード線の接続作業を考えると、電極板の厚みとして
は、20〜100μmが適当である。この電極板の表面
が梨地加工されていると、樹脂接着剤による接着強度が
上がるため、好ましい。また、電極板に貫通穴を設けて
おくことによっても接着力が向上し、好ましい。入力電
極5と出力電極6にそれぞれリード線を設ける場合に
は、入力電極5と出力電極6のそれぞれの所定位置に、
リード線をハンダ付けすればよい。
【0016】このような接着法においては、樹脂接着剤
に代えて、水ガラスなどの無機系接着剤や電極形成用の
銀(Ag)、銀(Ag)/パラジウム(Pd)等を用い
ることも可能である。ここで、銀(Ag)等の高温での
焼成が必要な材料を接着剤として用いる場合には、一次
側圧電板2と二次側圧電板3との接着が終了した後に分
極処理を行う。また、無垢の圧電板に銀ペーストを塗布
し、塗布した銀ペーストが乾かない間に圧電板を貼り合
わせ、その後に焼成することによって、一次側圧電板2
と二次側圧電板3とを銀電極によって接着することがで
きる。つまり、形成されるアース電極4に一次側圧電板
2と二次側圧電板3とを貼り合わせる接着剤としての機
能を持たせることもできる。
【0017】一方、同時焼成法を用いて圧電トランス1
を作製する場合には、最初に圧電セラミックス粉末をシ
ート成形し、得られたグリーンシートにAg/Pdペー
ストや白金(Pt)ペーストを用いてアース電極4とな
る導体パターンを印刷し、それを積層、圧着して焼成す
ることにより、アース電極4と一次側圧電板2および二
次側圧電板3とを同時に焼成する。その後、得られた積
層体の表面に銀ペーストを塗布して焼成することによっ
て、入力電極5と出力電極6を形成し、分極処理を行
う。
【0018】なお、アース電極4の取り出しをリード線
によって行う場合には、例えば、圧電トランス1の側面
にアース電極4と導通するが入力電極5および出力電極
6とは絶縁された所定面積のターミナルを形成し、この
ターミナルにリード線をハンダ付けすればよい。また、
圧電トランス1を同時焼成法で作製した場合の入力電極
5と出力電極6の形成方法は、先に示した銀ペーストの
塗布、焼成という方法に限定されるものではない。例え
ば、ニッケル(Ni)や白金(Pt)、銅(Cu)等を
スパッタ法や蒸着法等によって形成することも可能であ
る。ただし、スパッタ法等で形成した電極膜は密着強度
が高いものではないために、後に剥離等が生じないよう
に注意する必要がある。
【0019】一次側圧電板2と二次側圧電板3に用いら
れる圧電材料としては、一般的にチタン酸ジルコン酸鉛
系の圧電セラミックスが好適に用いられ、その中でも機
械的品質係数Qmが約1000以上、誘電損失tanδが
約0.005以下の材料が好適に用いられる。圧電トラ
ンス1の寸法や一次側圧電板2と二次側圧電板3の厚み
比は必要に応じて決めればよく、特に限定されない。一
次側圧電板2と二次側圧電板3の厚み比は、昇圧比/降
圧比に大きく影響するが、他の要因(材料のQmやK
値、負荷容量等)によっても変化するため、適宜、好適
な条件を設定する必要がある。
【0020】図2は本発明の別の実施形態である圧電ト
ランス10の概略構造を示す断面図であり、図3は本発
明のさらに別の実施形態である圧電トランス20の概略
構造を示す断面図である。
【0021】圧電トランス10は、一次側圧電板12と
二次側圧電板13との間にアース電極14aが設けられ
た構造を有している。一次側圧電板12は2枚の圧電板
12a・12bの間に入力電極15が設けられた構造を
有し、一次側圧電板12の表面にはアース電極14bが
設けられ、二次側圧電板13の表面には出力電極16が
設けられている。
【0022】また、圧電トランス20は、2枚の一次側
圧電板21・22の間に二次側圧電板23が挟まれた構
造を有している。一次側圧電板21は2枚の圧電板21
a・21bの間に入力電極25aが設けられた構造を有
し、同様に一次側圧電板22は2枚の圧電板22a・2
2bの間に入力電極25bが設けられた構造を有してい
る。一次側圧電板21の表面と、一次側圧電板21と二
次側圧電板23との間と、一次側圧電板22と二次側圧
電板23の間と、一次側圧電板22の表面には、それぞ
れアース電極24a、24b、24c、24dが設けら
れている。二次側圧電板23は2枚の圧電板23a・2
3bの間に出力電極26が設けられた構造を有してい
る。
【0023】圧電トランス20において、一次側圧電板
21を構成する圧電板21a・21bはそれぞれ厚み方
向に分極されているが、その分極の向きは、入力した電
圧に対する振動が相互に打ち消し合わないように、1枚
ごとに逆向きであることが必要である。このことは一次
側圧電板22についても同様であり、圧電トランス10
の一次側圧電板12についても同様である。また、圧電
トランス20においては、二次側圧電板23について
も、出力電圧が相互に打ち消し合わないように、圧電板
23a・23bの分極の向きは1枚ごとに逆向きである
ことが必要である。
【0024】しかし、圧電トランス20において、一次
側圧電板21・22を構成する圧電板21a・21b・
22a・22bの分極と、二次側圧電板23を構成する
圧電板23a・23bの分極は互いに独立であり、図3
に示す通りである必要はない。圧電トランス10におい
ても、一次側圧電板12を構成する圧電板12a・12
bの分極の向きは図2に示す向きの逆であってもよい
し、二次側圧電板12の分極の向きも図2に示す向きの
逆であってもよい。
【0025】圧電トランス10・20のように、一次側
圧電板や二次側圧電板が複数の圧電板から構成される場
合において、一次側圧電板を構成する圧電板の積層数と
二次側圧電板構成する圧電板の積層数および積層数の比
と、一次側圧電板と二次側圧電板の厚み比に限定はな
い。なお、圧電板の積層数が多い場合には、その作製に
は先に述べた同時焼成法が好適に用いられる。また、同
時焼成法によって作製された複数層の圧電板を有する積
層体どうしを樹脂接着剤を用いて接着することも可能で
ある。限定されない。
【0026】表1に圧電トランス10を作製してその特
性を測定した結果を示す。
【0027】
【表1】
【0028】ここで、圧電トランス10は、次の方法に
より作製した。つまり、最初に所定の組成を有するチタ
ン酸ジルコン酸鉛系の圧電セラミックス粉末を35mm
角×3mmの板状に成形し、これを大気中、1200℃
で焼成した。次に、得られた焼結体から25mm×6m
m×2mmの圧電板(二次側圧電板12用)を切り出
し、切り出された圧電板の表裏面にそれぞれ銀ペースト
をスクリーン印刷して、850℃で焼き付けた。その
後、電極が形成された圧電板を120℃のシリコンオイ
ル中に浸漬した状態で、3kV/mmの電界強度を30
分間印加し、厚み方向に分極した。
【0029】同様の方法により、25mm×6mm×1
mmの圧電板(一次側圧電板12用)を作製し、同条件
で分極処理した。これらの2種類の圧電板を、図2に示
す状態となるように、常温硬化性のエポキシ接着剤で貼
り合わせ、約48時間放置してエポキシ接着剤を硬化さ
せた。圧電板を貼り合わせる際には、故意に圧電板の位
置を長手方向にずらして、端面で0mmから1mmのず
れが生ずるようにした。作製した圧電トランス10の側
面に露出している電極と表面の電極にそれぞれリード線
をハンダ付けした。
【0030】得られた圧電トランス10の出力リード線
とグラウンドリード線(アース線)線の間に100kΩ
の抵抗と電力計を接続し、入力リード線とグラウンドリ
ード線との間にも電力計を接続して、長手方向伸縮モー
ドの基本共振周波数(約64kHz)付近のサイン波
(電圧:5Vrms)を入力し、出力を5Wと一定にし
て効率(入力電力と出力電力との比)を求めた。この効
率の測定は、駆動信号の周波数を60kHz〜70kH
zまでの間を0.1kHz刻みで変化させて行い、得ら
れた効率−周波数カーブの中で最も高い効率を示した時
の値を結果を表1に示した。
【0031】表1に示されるように、圧電トランス10
として90%以上の高い効率の駆動を可能とするために
は、圧電板のずれ量を2%以内とする必要があることが
わかる。これは、長手方向のずれによって圧電トランス
10の機械的品質係数Qm低下が引き起こされることに
起因するものと考えられる。したがって、圧電トランス
10を接着法によって作製する場合には、積層精度が高
められるように接着処理時に使用される治具を工夫した
り、接着後に圧電トランスの両端面を切り揃える等の処
理を行うことが好ましい。なお、圧電トランスを同時焼
成法によって作製した場合には、焼結体の端面を切断、
切削等することにより、実質的に端面のずれ量を0%と
することができる。
【0032】
【発明の効果】上述の通り、本発明によれば、圧電板の
ずれ量を所定の範囲内に収めることによって、機械的品
質係数Qmの低下を抑制することができる。これにより
電力損失を抑えることができる。また本発明の圧電トラ
ンスは、積層された圧電板の電極面積が広く、電極間距
離が短いために、出力側の容量を大きく保持することが
できる。さらに数十kHz以下の基本共振周波数での駆
動が可能であるために駆動時に浮遊容量の影響を受け難
く、これによる電力損失も抑えることができる。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-voltage power supply for lighting a fluorescent lamp and a step-down power supply (AC / DC adapter) from a general household power supply to low-voltage equipment. Related to a piezoelectric transformer. 2. Description of the Related Art In recent years, a piezoelectric transformer, which has been used as a power source for lighting a backlight of a liquid crystal display device, was developed in 1957 by C.C. E. FIG. Rosen
On the basis of the invention invented. This Rose
The n-type piezoelectric transformer has a rectangular plate-shaped piezoelectric ceramic in which one half of the longitudinal direction is an input unit (primary side) and the other half of the longitudinal direction is an output unit (secondary side). Has a structure in which an input electrode is formed, and an output electrode is formed on an end face on the secondary side. [0003] Such a Rosen type piezoelectric transformer generally has a small secondary electrode area and a long distance between the electrodes, so that a high voltage can be generated.
On the other hand, the generated current is very small. Therefore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-291773 proposes a piezoelectric transformer having a structure in which piezoelectric ceramics are laminated, and which raises and lowers a voltage and a current using the thickness longitudinal vibration. Such a piezoelectric transformer has a large electrode area on the secondary side and a short distance between the electrodes, so that the boosting ratio is small but the generated current can be increased. However, the piezoelectric transformer using the thickness longitudinal vibration disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 4-291773 has a high driving frequency in the 10 6 Hz region (megahertz region). In addition, when driving the piezoelectric transformer, since it is easily affected by the stray capacitance between the wires used for input and output and between these wires and the surrounding circuit,
There is a problem that power loss increases. [0005] The present invention has been made in view of such circumstances, and has as its object to provide a piezoelectric transformer with low power loss. That is, according to the present invention, a plurality of rectangular piezoelectric ceramics each having an electrode on each of the front and back surfaces and polarized in the thickness direction are stacked, and A piezoelectric transformer for increasing / decreasing an input voltage by expansion and contraction vibration, wherein a maximum displacement of the rectangular piezoelectric ceramic in a longitudinal direction is 2% or less of a total length of the piezoelectric transformer. Provided. [0007] In such a piezoelectric transformer, since a decrease in the mechanical quality factor Qm is suppressed, power loss can be suppressed to a small value. Further, since the laminated piezoelectric ceramic has a large electrode area and a short distance between the electrodes, it is possible to drive the piezoelectric ceramic at a low frequency by using longitudinal vibration while maintaining a large output-side capacitance. . This makes it less likely to be affected by the stray capacitance during driving. Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a schematic structure of a piezoelectric transformer 1 according to the present invention. The piezoelectric transformer 1 has a ground electrode 4 provided between the primary side piezoelectric plate 2 and the secondary side piezoelectric plate 3, an input electrode 5 provided on the surface of the primary side piezoelectric plate 2, It has a structure in which an output electrode 6 is provided on the surface. As shown in FIG. 1, the primary side piezoelectric plate 2 and the secondary side piezoelectric plate 3 are each polarized in the thickness direction, but the polarization directions may be opposite to each other. The driving of the piezoelectric transformer 1 is limited to the driving in the longitudinal expansion and contraction mode, that is, the driving at the basic resonance frequency. If an even-numbered vibration mode such as twice or four times the fundamental resonance frequency is used, the secondary piezoelectric plate 3
In this case, a portion where a positive voltage is generated and a portion where a negative voltage is generated appear, and the mutually generated voltages are canceled out, and as a result, no voltage is generated. In addition, when an odd-numbered vibration mode such as three or five times the fundamental resonance frequency is used, although a slight output is obtained, most of the generated voltage is reduced for the same reason as when an even-numbered vibration mode is used. Since they cancel each other, they cannot effectively function as a transformer. [0010] In such a piezoelectric transformer 1, the addition of the fundamental resonance frequency near the drive power (input power) to the input electrode 5, the primary side piezoelectric plate 2, d 31 mode - caused by (thickness transverse vibration) A longitudinal stretching vibration occurs. That is,
The primary-side piezoelectric plate 2 converts electric energy into vibration energy. This expansion / contraction displacement is transmitted to the secondary-side piezoelectric plate 3, and the secondary-side piezoelectric plate 3 converts vibration energy into electric energy. Thus, a predetermined output voltage / current is extracted from the output electrode 6. Although the size of the piezoelectric transformer 1 is not limited, when the basic resonance frequency is several tens of kHz or less, the wiring between the input and output of the piezoelectric transformer 1 and the wiring between these wirings and the surrounding circuit are not limited. Since the influence of the stray capacitance between them is less likely to occur, the power loss based on this can be kept low. Further, the piezoelectric transformer 1 has a feature that the output capacitance is large because the area of the output electrode 6 is large and the distance between the electrodes is short. The piezoelectric transformer 1 can be manufactured by a bonding method or an integral firing method. When using the bonding method, first, two piezoelectric plates having a uniform shape are prepared, and silver paste is applied to the front and back surfaces of these piezoelectric plates, respectively.
Bake at a predetermined temperature. Next, the piezoelectric plate having the electrodes formed on the front and back surfaces is polarized by applying a predetermined voltage between these electrodes, and then bonded with an organic polymer adhesive (resin adhesive). When the input / output power of the piezoelectric transformer 1 is large, it is expected that the piezoelectric transformer 1 will generate considerable heat. Further, it is necessary to efficiently transmit the vibration energy generated in the primary side piezoelectric plate 2 to the secondary side piezoelectric plate 3. For this reason, as the resin adhesive, an epoxy-based adhesive or a polyimide-based adhesive having high heat resistance and high elastic modulus is preferably used. The polarization of the primary side piezoelectric plate 2 and the secondary side piezoelectric plate 3 can be performed after they are bonded by a resin adhesive. In general, the polarization treatment is performed at a temperature close to the Curie point while the primary side piezoelectric plate 2 and the secondary side piezoelectric plate 3 are immersed in insulating oil or held in a thermostatic dryer. For this reason, when the polarization treatment is performed after bonding the primary side piezoelectric plate 2 and the secondary side piezoelectric plate 3 with a resin adhesive, the resin adhesive has durability against polarization conditions, such as heat resistance and voltage resistance. , Oil resistance, washing resistance (durability to oil removal treatment) and the like. When the bonding method is used, an electrode plate (metal plate) having a predetermined thickness is provided between the primary side piezoelectric plate 2 and the secondary side piezoelectric plate 3 in order to easily take out the ground electrode 4. May be interposed. In this case, as the thickness of the electrode plate is smaller, the vibration of the piezoelectric transformer 1 is not hindered. However, considering the work of connecting lead wires to the electrode plate, the thickness of the electrode plate is preferably 20 to 100 μm. . It is preferable that the surface of the electrode plate has a satin finish, because the adhesive strength by the resin adhesive increases. In addition, it is preferable to provide a through hole in the electrode plate because the adhesive strength is improved. When lead wires are provided for the input electrode 5 and the output electrode 6, respectively,
What is necessary is just to solder a lead wire. In such an adhesive method, an inorganic adhesive such as water glass, silver (Ag) for forming electrodes, or silver (Ag) / palladium (Pd) may be used instead of the resin adhesive. It is possible. Here, when a material that needs to be fired at a high temperature such as silver (Ag) is used as the adhesive, the polarization process is performed after the bonding between the primary side piezoelectric plate 2 and the secondary side piezoelectric plate 3 is completed. In addition, a silver paste is applied to a solid piezoelectric plate, the piezoelectric plates are attached to each other while the applied silver paste is not dried, and then fired, whereby the primary side piezoelectric plate 2 is baked.
And the secondary-side piezoelectric plate 3 can be bonded by a silver electrode. That is, the formed ground electrode 4 can have a function as an adhesive for bonding the primary side piezoelectric plate 2 and the secondary side piezoelectric plate 3 together. On the other hand, the piezoelectric transformer 1 is formed by using the simultaneous firing method.
First, a piezoelectric ceramic powder is formed into a sheet, and a conductive pattern serving as the ground electrode 4 is printed on the obtained green sheet using an Ag / Pd paste or a platinum (Pt) paste, and the resultant is laminated. Then, the ground electrode 4 and the primary side piezoelectric plate 2 and the secondary side piezoelectric plate 3 are simultaneously fired by pressing and firing. Thereafter, a silver paste is applied to the surface of the obtained laminated body and baked, thereby forming the input electrode 5 and the output electrode 6, and performing a polarization process. When the ground electrode 4 is taken out by a lead wire, for example, a terminal having a predetermined area which is electrically connected to the ground electrode 4 on the side surface of the piezoelectric transformer 1 but is insulated from the input electrode 5 and the output electrode 6. And a lead wire may be soldered to this terminal. Also,
The method of forming the input electrode 5 and the output electrode 6 when the piezoelectric transformer 1 is manufactured by the simultaneous firing method is not limited to the method of applying and firing the silver paste described above. For example, nickel (Ni), platinum (Pt), copper (Cu), or the like can be formed by a sputtering method, an evaporation method, or the like. However, since an electrode film formed by a sputtering method or the like does not have high adhesion strength, care must be taken so that peeling or the like does not occur later. As the piezoelectric material used for the primary side piezoelectric plate 2 and the secondary side piezoelectric plate 3, a piezoelectric ceramic of lead zirconate titanate is generally preferably used, and among them, the mechanical quality factor Qm is about Materials having a dielectric loss tan δ of not less than 1000 and not more than about 0.005 are preferably used. The dimensions of the piezoelectric transformer 1 and the thickness ratio between the primary side piezoelectric plate 2 and the secondary side piezoelectric plate 3 may be determined as necessary, and are not particularly limited. Although the thickness ratio between the primary side piezoelectric plate 2 and the secondary side piezoelectric plate 3 greatly affects the step-up ratio / step-down ratio, other factors (Qm or K
Value, load capacity, etc.), it is necessary to appropriately set suitable conditions. FIG. 2 is a sectional view showing a schematic structure of a piezoelectric transformer 10 according to another embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a sectional view showing a schematic structure of a piezoelectric transformer 20 according to still another embodiment of the present invention. FIG. The piezoelectric transformer 10 has a structure in which a ground electrode 14a is provided between the primary side piezoelectric plate 12 and the secondary side piezoelectric plate 13. The primary side piezoelectric plate 12 has a structure in which an input electrode 15 is provided between two piezoelectric plates 12a and 12b, and a ground electrode 14b is provided on the surface of the primary side piezoelectric plate 12; An output electrode 16 is provided on the surface of the device 13. The piezoelectric transformer 20 has a structure in which a secondary piezoelectric plate 23 is sandwiched between two primary piezoelectric plates 21 and 22. The primary side piezoelectric plate 21 is composed of two piezoelectric plates 21.
a and 21b, and an input electrode 25a is provided between the first and second piezoelectric plates 22a and 22b.
It has a structure in which an input electrode 25b is provided between 2b. On the surface of the primary side piezoelectric plate 21, between the primary side piezoelectric plate 21 and the secondary side piezoelectric plate 23, between the primary side piezoelectric plate 22 and the secondary side piezoelectric plate 23, and on the surface of the primary side piezoelectric plate 22. Are provided with ground electrodes 24a, 24b, 24c and 24d, respectively. The secondary side piezoelectric plate 23 is composed of two piezoelectric plates 23a and 2
It has a structure in which an output electrode 26 is provided between 3b. In the piezoelectric transformer 20, the piezoelectric plates 21a and 21b constituting the primary side piezoelectric plate 21 are each polarized in the thickness direction, but the direction of the polarization is such that vibrations with respect to the input voltage do not cancel each other. In addition, it is necessary that each sheet be reversed. This is the same for the primary side piezoelectric plate 22, and the piezoelectric transformer 10
The same applies to the primary side piezoelectric plate 12. In the piezoelectric transformer 20, the polarization direction of the piezoelectric plates 23a and 23b needs to be reversed for each of the secondary piezoelectric plates 23 so that the output voltages do not cancel each other. is there. However, in the piezoelectric transformer 20, the piezoelectric plates 21a, 21b,
The polarization of the piezoelectric plates 22a and 22b and the polarization of the piezoelectric plates 23a and 23b constituting the secondary side piezoelectric plate 23 are independent of each other.
It need not be as shown. Also in the piezoelectric transformer 10, the piezoelectric plates 12a and 12
The direction of polarization of b may be the reverse of the direction shown in FIG. 2, and the direction of polarization of the secondary side piezoelectric plate 12 may be the reverse of the direction shown in FIG. When the primary and secondary piezoelectric plates are composed of a plurality of piezoelectric plates, as in the case of the piezoelectric transformers 10 and 20, the number of stacked piezoelectric plates constituting the primary piezoelectric plate and the secondary side There is no limitation on the number of laminated piezoelectric plates and the ratio of the number of laminated piezoelectric plates, and the thickness ratio between the primary side piezoelectric plate and the secondary side piezoelectric plate. When the number of stacked piezoelectric plates is large, the co-firing method described above is preferably used for the production. It is also possible to bond a laminate having a plurality of layers of piezoelectric plates manufactured by a simultaneous firing method using a resin adhesive. Not limited. Table 1 shows the results of manufacturing the piezoelectric transformer 10 and measuring its characteristics. [Table 1] Here, the piezoelectric transformer 10 was manufactured by the following method. That is, first, a lead zirconate titanate-based piezoelectric ceramic powder having a predetermined composition is 35 mm thick.
It is formed into a plate shape of square x 3 mm, and this is 1200 ° C in air.
Was fired. Next, 25 mm x 6 m
An mx 2 mm piezoelectric plate (for the secondary side piezoelectric plate 12) was cut out, and a silver paste was screen-printed on each of the front and back surfaces of the cut out piezoelectric plate, and baked at 850 ° C. Thereafter, an electric field strength of 3 kV / mm was applied to the piezoelectric plate on which the electrodes were formed in a state of being immersed in silicon oil at 120 ° C.
Min, and polarized in the thickness direction. According to the same method, 25 mm × 6 mm × 1
mm piezoelectric plate (for the primary side piezoelectric plate 12) was prepared and polarized under the same conditions. These two types of piezoelectric plates were bonded together with a room-temperature-curable epoxy adhesive so as to obtain the state shown in FIG. 2, and the epoxy adhesive was cured by being left for about 48 hours. When bonding the piezoelectric plates, the positions of the piezoelectric plates were deliberately shifted in the longitudinal direction so that a deviation of 0 mm to 1 mm occurred at the end face. Lead wires were soldered to the electrodes exposed on the side surfaces of the manufactured piezoelectric transformer 10 and to the electrodes on the surface. The output lead wire of the obtained piezoelectric transformer 10 and the ground lead wire (earth wire) are connected by 100 kΩ.
A power meter is connected between the input lead wire and the ground lead wire, and a sine wave (voltage: 5 Vrms) near the fundamental resonance frequency (approximately 64 kHz) in the longitudinal stretching mode is connected. The efficiency (ratio between input power and output power) was determined by inputting and keeping the output constant at 5 W. The measurement of the efficiency is performed by setting the frequency of the drive signal to 60 kHz to 70 kHz.
Table 1 shows the values obtained when the highest efficiency was obtained in the obtained efficiency-frequency curve by changing the frequency up to z in steps of 0.1 kHz. As shown in Table 1, the piezoelectric transformer 10
It can be seen that, in order to enable high-efficiency driving of 90% or more, the displacement of the piezoelectric plate must be within 2%. This is considered to be caused by a decrease in the mechanical quality factor Qm of the piezoelectric transformer 10 due to the displacement in the longitudinal direction. Therefore, when the piezoelectric transformer 10 is manufactured by the bonding method, a jig used at the time of the bonding process is devised so as to enhance the lamination accuracy, or processing such as trimming both end surfaces of the piezoelectric transformer after bonding is performed. Is preferred. When the piezoelectric transformer is manufactured by the simultaneous firing method, the end face of the sintered body is cut,
By performing cutting or the like, the displacement of the end face can be substantially reduced to 0%. As described above, according to the present invention, a decrease in the mechanical quality factor Qm can be suppressed by keeping the amount of displacement of the piezoelectric plate within a predetermined range. As a result, power loss can be suppressed. Further, in the piezoelectric transformer of the present invention, since the electrode area of the laminated piezoelectric plates is large and the distance between the electrodes is short, the capacitance on the output side can be kept large. Furthermore, since driving at a fundamental resonance frequency of several tens of kHz or less is possible, it is hardly affected by stray capacitance during driving, and power loss due to this can be suppressed.
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の圧電トランスの一実施形態を示す断面
図。
【図2】本発明の圧電トランスの別の実施形態を示す断
面図。
【図3】本発明の圧電トランスのさらに別の実施形態を
示す断面図。
【符号の説明】
1;圧電トランス、2;一次側圧電板、3;二次側圧電
板、4;アース電極、5;入力電極、6;出力電極、1
0;圧電トランス、12;一次側圧電板、12a・12
b;圧電板、13;二次側圧電板、14a・14b;ア
ース電極、15;入力電極、16;出力電極、20;圧
電トランス、21・22;一次側圧電板、21a・21
b・22a・22b;圧電板、23;二次側圧電板、2
4a・24b・24c・24d;アース電極、25a・
25b;入力電極、26;出力電極BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a piezoelectric transformer according to the present invention. FIG. 2 is a sectional view showing another embodiment of the piezoelectric transformer of the present invention. FIG. 3 is a sectional view showing still another embodiment of the piezoelectric transformer of the present invention. [Description of Signs] 1; piezoelectric transformer, 2; primary side piezoelectric plate, 3; secondary side piezoelectric plate, 4; ground electrode, 5; input electrode, 6; output electrode, 1
0: piezoelectric transformer, 12: primary side piezoelectric plate, 12a.12
b: piezoelectric plate, 13: secondary side piezoelectric plate, 14a / 14b; ground electrode, 15; input electrode, 16; output electrode, 20; piezoelectric transformer, 21/22; primary side piezoelectric plate, 21a / 21
b, 22a, 22b; piezoelectric plate, 23; secondary-side piezoelectric plate, 2
4a / 24b / 24c / 24d; ground electrode, 25a /
25b; input electrode, 26; output electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関 順子 千葉県佐倉市大作二丁目4番2号 太平洋 セメント株式会社中央研究所内 (72)発明者 福永 了一 千葉県佐倉市大作二丁目4番2号 太平洋 セメント株式会社中央研究所内 (72)発明者 塚本 竜児 千葉県佐倉市大作二丁目4番2号 太平洋 セメント株式会社中央研究所内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Junko Seki 2-4-2 Daisaku, Sakura City, Chiba Prefecture Pacific Ocean Central Research Institute of Cement Co., Ltd. (72) Inventor Ryoichi Fukunaga 2-4-2 Daisaku, Sakura City, Chiba Prefecture Pacific Ocean Central Research Institute of Cement Co., Ltd. (72) Inventor Ryuji Tsukamoto 2-4-2 Daisaku, Sakura City, Chiba Prefecture Pacific Ocean Central Research Institute of Cement Co., Ltd.
Claims (1)
向に分極された矩形状の圧電磁器が複数枚積層され、長
手方向の伸縮振動により入力電圧の昇圧/降圧を行う圧
電トランスであって、 前記矩形状圧電磁器の長手方向の最大ずれ量が、圧電ト
ランスの全長の2%以下であることを特徴とする圧電ト
ランス。Claims: 1. A plurality of rectangular piezoelectric ceramics each having an electrode on each of a front surface and a rear surface and polarized in a thickness direction are stacked, and a step-up / step-down of an input voltage is caused by expansion and contraction vibration in a longitudinal direction. Wherein the maximum displacement of the rectangular piezoelectric ceramic in the longitudinal direction is 2% or less of the total length of the piezoelectric transformer.
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2002
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