JP4312853B2 - Piezoelectric transformer - Google Patents

Description

一例としてＲ＝６０Ω、ｆ＝１２０ＫＨｚの際、Ｃ_d2＝２２ｎＦとなる。
【０００６】
実用的な寸法のＡＣ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、制動容量を対抗内部電極による積層構造とする必要がある。
【０００７】
このような積層構造の一例として、圧電セラミックス円板又は正方形板の径広がり振動を用いて、内部電極とセラミックスとの積層方向を厚み方向とする構造が知られている。径広がり振動を用いた場合には、各種振動モードの中で最も電気機械結合係数が高くなり、さらに最も周波数定数が高くなる。つまり、圧電トランスの出力電力Ｐｏｕｔは、数２で表される。
【０００８】
【数２】

ここでｋ_eff 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、ｍはトランスの質量である。
【０００９】
上式から明らかなように、圧電セラミックス円板又は正方形板を用いた場合には、ｋ_eff 及びｆが大きくなり、この結果、径広がり振動の場合には、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することができる。加えて、円板状又は正方形状の圧電セラミックスを用いているから、トランスの背（高さ）を低くでき、しかも、損失分による発熱をより効率よく放熱することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の圧電トランスの場合、例えば、圧電セラミックス円板を厚み方向に分割して、入出力部を形成する際、入出力間の距離が極めて接近している関係上、入出力間の結合容量が大きくなって、伝導ノイズに対する耐性が小さくなってしまう。さらに、入出力間の絶縁距離が極めて小さくなってしまう。従って、単純に厚み方向に入力部と出力部とを重ねて形成することが難しく、そのため、圧電セラミックス円板（又は正方形板）において、例えば、その中心領域を入力部として、入力部（中心領域）の外側に出力部を形成すれば、上述の不具合を防止することができる。なお、入出力部の位置は反対でもよい。つまり、中心領域を出力部として、出力部の外側に入力部を形成するようにしてもよい。
【００１１】
ここで、図６ａに示すように、圧電セラミックス円板１１の中央領域に入力部１２を形成し、その外側に出力部１３を形成したとすると、入力部１２から２つ端子１２ａを取り出す際には、例えば、異なる極性の入力端子１２ａを互いに反対側に取り出すようにしている。つまり、入力端子１２ａが１８０度の角度をもって引き出される。このような入力端子１２ａの配置では、振動に寄与しない端子電極間において、不要な分極領域がないという利点があるが、外側に位置する出力部１３が出力部１３ａ及び１３ｂに２分割されてしまい、この結果、各出力部１３ａ及び１３ｂでそれぞれ２つの出力端子が必要となり、合計で４つの出力端子が必要となる。
【００１２】
一方、図６ｂに示すように２つ入力端子１２ａを１８０度以内の角度で配置すると、出力部１３が２分割されることはなくなるものの、出力部１３の面積が入力端子１２ａによって削減されてしまい、出力側各種特性が悪化する恐れがある。
【００１３】
本発明の目的は端子数を削減してしかも出力側各種特性が悪化することのない圧電トランスを提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、圧電セラミックス板の中心領域に位置し前記圧電セラミックス板の厚み方向に互いに対向して圧電セラミック層と電極とが交互に積層された入力部と、該入力部の径方向外側に位置する絶縁環状領域と、該絶縁環状領域の径方向外側に位置し前記厚み方向に互いに対向して圧電セラミックス層と電極が交互に積層された出力部とを有し、前記入力部及び前記出力部において前記各電極間が前記厚み方向に分極されている圧電トランスにおいて、前記入力部用の２つの端子は前記厚み方向からみて同一の位置に配置された一対の線状電極によって前記圧電セラミックス板の外周面近辺に引きだされ、該外周面近傍において前記線状電極は互いに離れる方向に２方向に分かれて前記圧電セラミックス板の外周面に達していることを特徴とする圧電トランスが得られる。
さらに、圧電セラミックス板の中心領域に位置し前記圧電セラミックス板の厚み方向に互いに対向して圧電セラミック層と電極とが交互に積層された出力部と、該出力部の径方向外側に位置する絶縁環状領域と、該絶縁環状領域の径方向外側に位置し前記厚み方向に互いに対向して圧電セラミックス層と電極が交互に積層された入力部とを有し、前記入力部及び前記出力部において前記各電極間が前記厚み方向に分極されている圧電トランスにおいて、前記出力部用の２つの端子は前記厚み方向からみて同一の位置に配置された一対の線状電極によって前記圧電セラミックス板の外周面近辺に引きだされ、該外周面近傍において前記線状電極は互いに離れる方向に２方向に分かれて前記圧電セラミックス板の外周面に達していることを特徴とする圧電トランスが得られる。
【００１５】
さらに、圧電セラミックス板の中心領域に位置し前記圧電セラミックス板の厚み方向に互いに対向して圧電セラミック層と電極とが交互に積層された入力部と、該入力部の径方向外側に位置する絶縁環状領域と、該絶縁環状領域の径方向外側に位置し前記厚み方向に互いに対向して圧電セラミックス層と電極が交互に積層された出力部とを有し、前記入力部及び前記出力部において前記各電極間が前記厚み方向に分極されている圧電トランスにおいて、前記入力部用の２つの端子は前記厚み方向からみて同一の位置に配置された一対の線状電極によって前記圧電セラミックス板の外周面近辺に引きだされ、該外周面近傍において前記線状電極は互いに離れる方向に２方向に分かれて前記圧電セラミックス板の外周面に達していることを特徴とする圧電トランスが得られる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下本発明について図面を参照して説明する。
【００１７】
まず、図１を参照して本発明による圧電トランスの第１の例について説明する。
【００１８】
図示の圧電トランスは直径が２０ｍｍの円板形であり、その厚さは２．３ｍｍである。図示の圧電トランスでは圧電セラミックス円板２１が用いられており、圧電セラミックス円板２１の中心領域では、その厚み方向に互いに対向するようにして圧電セラミック層２２ａと電極２２ｂが交互に積層されて、複数の電極を有する入力部２２が形成されている。中心領域の外側には絶縁環状領域２３が形成されており、さらに、絶縁環状領域２３の外側には、厚み方向に互いに対向するようにして圧電セラミックス層２４ａと電極２４ｂとが交互に積層されて、複数の環状電極を有する出力部２４が形成されている。これによって、入力部２２及び出力部２４においては、各電極間は円板の厚み方向に分極されている。
【００１９】
図１ａに示すように、圧電セラミックス円板の中心領域には、厚み方向に延びる一対のスルーホール２５が形成されており、図示の例では、これらスルーホール２５は、１８０度の角度をおいて形成されている。そして、これらスルーホール２５を用いて２つの入力端子が円板表面に引き出される。
【００２０】
図１ａには破線で内部電極パターンが示されており、前述のように、絶縁環状領域２３によって、圧電セラミックス円板２１は入力部２２と出力部２４とに２分割されている。つまり、入出力部の境界領域には円環状のセラミックス絶縁領域２３が配置されている。図１ｂに示すように，入力部２２には入力用電極２２ｂが配置されており、これら電極２２ｂは厚み方向に分極されている。なお、図示の例では、入力部２２は３層である。
【００２１】
同様にして、出力部２４には出力用内部電極２４ｂが配置され、厚み方向に一層置きに互いに厚み方向に逆向きに分極されている。なお、図示の例では、出力部は６層の積層構造である。分極は入出力部双方ともに、１５０℃のシリコンオイル中で１ｋＶ／ｍｍの電界強度で行った。入力部２２の入力端子の取り出しに当たっては、図１ｂにおいて、厚み方向に形成されたスルーホール（スルーホール電極）２５を用いて内部電極２２ｂを厚み方向に一層置きに接続した後、圧電セラミックス円板の表面上に形成された表面電極と接続される。
【００２２】
上述のようにして、試作した圧電トランス（例１）の出力側に負荷抵抗６０Ωを接続して、振動子定数とパワー特性とを測定した結果を図２に示す。図２において、上段側に微少振動時の振動子定数、下段側に負荷を接続した状態における振動子定数とパワー特性とが表示されている。なお、図２において、ｆｒ（ＫＨｚ）は共振周波数、Ｃd2（ｎＦ）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）、１／ωＣd2（Ω）は負荷マッチング状態におけるインピーダンス、γ１，γ２はそれぞれ入力、出力側容量比、Ｐｏｕｔは出力電力を示す。
【００２３】
なお、上述の例では、圧電セラミックス円板の中心領域に入力部を形成し、入力部の外側に出力部を形成する例について説明したが、圧電セラミックス円板の中心領域に出力部を形成し、出力部の外側に入力部を形成するようにしてもよい。この場合、出力部から前述のようにスルーホールを用いて出力端子が引き出されることになる。
【００２４】
次に図３を参照して、本発明による圧電トランスの第２の例について説明する。
【００２５】
図示の圧電トランスは、図１に示す圧電トランスと同一の外形寸法を有しており、入力部は図１に示す圧電トランスと同様の構造を有している（図１に示す圧電トランスと同一の構成要素については同一の参照番号を付す）。図３ａには破線で内部電極パターンが示されており、入力用電極２２ｂは厚さ方向に同一の位置に配置された一対の線状電極２６によって圧電セラミックス円板２１の外周面近辺まで引き出されている。そして、一対の線状電極２６は外周面近傍において２方向に分かれ外周面に達している（図３ｂ及びｃ参照）。
【００２６】
図示の圧電トランスにおいて、出力電極パターンは、入力用引き出し電極を通すために一部が切り欠かれている。分極は入出力双方ともに、１５０℃のシリコンオイル中で１ｋＶ／ｍｍの電界強度で行った。
【００２７】
上述のようにして試作された圧電トランス（例２）の出力側に負荷抵抗６０Ωを接続して、例１と同様にして振動子定数とパワー特性を測定した。その結果を図２に示す。
【００２８】
なお、上述の例では、圧電セラミックス円板の中心領域に入力部を形成し、入力部の外側に出力部を形成する例について説明したが、圧電セラミックス円板の中心領域に出力部を形成し、出力部の外側に入力部を形成するようにしてもよい。この場合、出力部から前述のように線状電極を用いて出力端子が引き出されることになる。
【００２９】
さらに、図４を参照して、本発明による圧電トランスの第３の例について説明する。
【００３０】
図示の圧電トランスは、圧電セラミックス正方形板３１を有しており、圧電セラミックス正方形板３１は、例えば、一辺が２０ｍｍの正方形であり、その厚さは２．３ｍｍである。図４ａには破線で内部電極パターンが示されており、圧電セラミック正方形板３１は、径方向外側に向かって二つの領域に２分割されており、一方の領域には入力部３２が形成され、他方の領域には出力部３３が形成される（図示の例では、中心領域が入力部３２とされ、入力部３２の外側に出力部３３が形成されている）。そして、図１に関連して説明したように、入出力部の境界領域には縁状のセラミックスの絶縁領域３４が配置されている。
【００３１】
図４ｂに示すように、入力部３２には厚み方向に互いに対向するようにして圧電セラミック層３２ａと電極３２ｂが交互に積層されており、入力用電極３２ｂは厚み方向に分極されている。なお、入力部は３層である。同様に、出力部３３には、厚み方向に互いに対向するようにして圧電セラミックス層３３ａと電極３３ｂとが交互に積層されて、出力用内部電極３３ｂは厚み方向一層おきに互いに逆向きに分極されている。なお、図示の例では、出力部は６層の積層構造である。
【００３２】
入力部３２から入力端子を取り出すに当たっては、図４ｂにおいて厚み方向にスルーホール３５を形成して、スルーホール（スルーホール電極）３５を用いて内部電極３２ｂを厚み方向に一層置きに接続した後、圧電セラミックス正方形板３１の表面上に形成された表面電極と接続される。
【００３３】
図４ｃには、応力変位分布が示されており、実線は応力を示し、破線が変位を示している。
【００３４】
上述のようにして、試作した圧電トランス（例３）の出力側に負荷抵抗６０Ωを接続して、振動子定数とパワー特性を測定した結果を図２に示す。
【００３５】
なお、上述の例では、圧電セラミックス正方形板の中心領域に入力部を形成し、入力部の外側に出力部を形成する例について説明したが、圧電セラミックス正方形板の中心領域に出力部を形成し、出力部の外側に入力部を形成するようにしてもよい。この場合、出力部から前述のようにスルーホールを用いて出力端子が引き出されることになる。
【００３６】
図５を参照して、本発明による圧電トランスの第４の例について説明する。
【００３７】
図示の圧電トランスは図４に示す圧電トランスと同一の外形寸法を有している（図４に示す圧電トランスと同一の構成要素については同一の参照番号を付す）。図５ａには破線で内部電極パターンが示されており、図５ａにおいて、入力用電極３２ｂは厚さ方向において同一の位置に配置された一対の線状電極３６によって圧電セラミックス正方形板３１の外周面近辺まで引き出されており、線状電極３６は外周面近傍で２方向に分かれ外周面に達している（図５ｂ及びｃ参照）。出力電極パターンは入力用引き出し電極（線状電極）３６を通すため、その一部が切り欠かれている。なお、分極は入出力部双方ともに、１５０℃のシリコンオイル中で１ｋＶ／ｍｍの電界強度で行った。
【００３８】
上述のようにして試作された圧電トランス（例４）の出力側に負荷抵抗６０Ωを接続して、振動子定数とパワー特性を測定した結果、図２に示す結果が得られた。
【００３９】
なお、上述の例では、圧電セラミックス正方形板の中心領域に入力部を形成し、入力部の外側に出力部を形成する例について説明したが、圧電セラミックス正方形板の中心領域に出力部を形成し、出力部の外側に入力部を形成するようにしてもよい。この場合、出力部から前述のように線状電極を用いて出力端子が引き出されることになる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、スルーホール又は平面的に重なって配置された線状電極を用いて圧電セラミック板の中心領域に形成された入力部又は出力部が端子を引き出すようにしたから、端子数が削減できるばかりでなく出力側各種特性を良好に保つことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による圧電トランスの第１の例を示す図であり、（ａ）は上方からみた図、（ｂ）は断面構造を示す図（Ａ−Ａ´線断面図）、（ｃ）は応力変位分布を示す図である。
【図２】本発明による圧電トランスの振動子特性及びパワー特性を示す図である。
【図３】本発明による圧電トランスの第２の例を示す図であり、（ａ）は上方からみた図、（ｂ）及び（ｃ）は内部電極パターンを示す図である。
【図４】本発明による圧電トランスの第３の例を示す図であり、（ａ）は上方からみた図、（ｂ）は断面構造を示す図（Ｂ−Ｂ´線断面図）、（ｃ）は応力変位分布を示す図である。
【図５】本発明による圧電トランスの第４の例を示す図であり、（ａ）は上方からみた図、（ｂ）及び（ｃ）は内部電極パターンを示す図である。
【図６】従来の圧電トランスを示す図であり、（ａ）は端子引き出しの一例を示す図、（ｂ）は端子引き出しの他の例を示す図である。
【符号の説明】
２１ 圧電セラミックス円板
２２，３２ 入力部
２３，３４ 絶縁環状領域
２４，３３ 出力部
２５，３５ スルーホール
２６，３６ 線状電極
３１ 圧電セラミックス正方形板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric transformer using radial vibration for input / output in a piezoelectric ceramic disk and a square plate.
[0002]
[Prior art]
In general, along with the widespread use of various portable electronic devices such as portable TVs and laptop computers, AC adapters that output DC voltage using commercial AC voltage as a power source are used to supply DC voltage to these devices. Yes. Among the electronic components used in the AC adapter, the transformer has a large volume and affects the conversion efficiency of the AC adapter.
[0003]
In recent years, the demand for higher efficiency, smaller size, lower height, reduced electromagnetic noise, and lower power consumption for AC adapters has increased, and instead of electromagnetic transformers, piezoelectric transformers that use mechanical vibration energy as a conversion medium have been studied. Has been done. For the efficiency of the piezoelectric transformer, impedance matching between the piezoelectric transformer output impedance and the load is important, but the input impedance of various portable electronic devices connected to the output part of the AC adapter is about several Ω to several tens Ω.
[0004]
The output impedance (R) of the piezoelectric transformer is expressed by Equation 1 by the frequency ω (= 2πf) and the output side braking capacity C _d2 .
[0005]
[Expression 1]

As an example, when R = 60Ω and f = 120 KHz, C _d2 = 22 nF.
[0006]
In order to ensure such a large braking capacity in a practically sized AC adapter piezoelectric transformer, the braking capacity needs to have a laminated structure with a counter internal electrode.
[0007]
As an example of such a laminated structure, there is known a structure in which the lamination direction of internal electrodes and ceramics is in the thickness direction using the diametrical expansion vibration of a piezoelectric ceramic disk or a square plate. When the spread-diameter vibration is used, the electromechanical coupling coefficient is the highest among the various vibration modes, and the frequency constant is the highest. That is, the output power Pout of the piezoelectric transformer is expressed by Equation 2.
[0008]
[Expression 2]

Here, k _eff is an effective electromechanical coupling coefficient, v is a vibration speed, f is a driving frequency, and m is a mass of the transformer.
[0009]
As is clear from the above equation, when a piezoelectric ceramic disk or a square plate is used, k _eff and f are large. As a result, in the case of radial expansion vibration, compared with other vibration modes, The same output power can be realized with a smaller volume. In addition, since the disk-shaped or square-shaped piezoelectric ceramic is used, the back (height) of the transformer can be lowered, and the heat generated by the loss can be radiated more efficiently.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the case of the conventional piezoelectric transformer, for example, when the input / output part is formed by dividing the piezoelectric ceramic disk in the thickness direction, the distance between the input and the output is so close that the coupling between the input and output The capacity increases and the resistance to conduction noise decreases. Furthermore, the insulation distance between the input and output becomes extremely small. Therefore, it is difficult to simply form the input portion and the output portion so as to overlap each other in the thickness direction. For this reason, in a piezoelectric ceramic disk (or square plate), for example, the input region (central region) is set with the central region as the input portion. If the output part is formed on the outside of), the above-mentioned problems can be prevented. Note that the positions of the input / output units may be reversed. In other words, the input area may be formed outside the output section with the central region as the output section.
[0011]
Here, as shown in FIG. 6 a, assuming that the input portion 12 is formed in the central region of the piezoelectric ceramic disk 11 and the output portion 13 is formed outside thereof, the two terminals 12 a are taken out from the input portion 12. For example, the input terminals 12a having different polarities are taken out on the opposite sides. That is, the input terminal 12a is pulled out with an angle of 180 degrees. Such an arrangement of the input terminal 12a has an advantage that there is no unnecessary polarization region between terminal electrodes that do not contribute to vibration, but the output unit 13 located outside is divided into two output units 13a and 13b. As a result, each output unit 13a and 13b requires two output terminals, and a total of four output terminals are required.
[0012]
On the other hand, when the two input terminals 12a are arranged at an angle of 180 degrees or less as shown in FIG. 6b, the output unit 13 is not divided into two, but the area of the output unit 13 is reduced by the input terminal 12a. The various characteristics on the output side may be deteriorated.
[0013]
An object of the present invention is to provide a piezoelectric transformer in which the number of terminals is reduced and various characteristics on the output side are not deteriorated.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, the input portion that is located in the central region of the piezoelectric ceramic plate and is opposed to each other in the thickness direction of the piezoelectric ceramic plate and in which the piezoelectric ceramic layers and the electrodes are alternately stacked, and the radially outer side of the input portion And an output portion in which piezoelectric ceramic layers and electrodes are alternately stacked so as to be opposed to each other in the thickness direction and located outside in the radial direction of the insulating annular region. In the piezoelectric transformer in which the electrodes are polarized in the thickness direction in the output section, the two terminals for the input section are formed by the piezoelectric ceramics by a pair of linear electrodes arranged at the same position as viewed from the thickness direction. It is drawn out in the vicinity of the outer peripheral surface of the plate, and in the vicinity of the outer peripheral surface, the linear electrodes are divided in two directions away from each other and reach the outer peripheral surface of the piezoelectric ceramic plate. A piezoelectric transformer is obtained which is characterized.
In addition, an output portion that is located in the central region of the piezoelectric ceramic plate and is opposed to each other in the thickness direction of the piezoelectric ceramic plate and in which piezoelectric ceramic layers and electrodes are alternately stacked, and an insulation that is located radially outside the output portion An annular region, and an input portion that is located radially outside the insulating annular region and is opposed to each other in the thickness direction and in which piezoelectric ceramic layers and electrodes are alternately stacked, and in the input portion and the output portion, In the piezoelectric transformer in which each electrode is polarized in the thickness direction, the two terminals for the output unit are arranged on the outer peripheral surface of the piezoelectric ceramic plate by a pair of linear electrodes arranged at the same position when viewed from the thickness direction. The linear electrode is drawn in the vicinity, and in the vicinity of the outer peripheral surface, the linear electrodes are divided in two directions away from each other and reach the outer peripheral surface of the piezoelectric ceramic plate. The piezoelectric transformer can be obtained that.
[0015]
In addition, an input portion that is located in the center region of the piezoelectric ceramic plate and is opposed to each other in the thickness direction of the piezoelectric ceramic plate and in which piezoelectric ceramic layers and electrodes are alternately stacked, and an insulation that is located radially outside the input portion An annular region, and an output portion that is located radially outside the insulating annular region and is opposed to each other in the thickness direction and in which piezoelectric ceramic layers and electrodes are alternately stacked, and in the input portion and the output portion, In the piezoelectric transformer in which each electrode is polarized in the thickness direction, the two terminals for the input unit are arranged on the outer peripheral surface of the piezoelectric ceramic plate by a pair of linear electrodes arranged at the same position when viewed from the thickness direction. The linear electrode is drawn in the vicinity, and in the vicinity of the outer peripheral surface, the linear electrodes are divided in two directions away from each other and reach the outer peripheral surface of the piezoelectric ceramic plate. The piezoelectric transformer can be obtained that.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described below with reference to the drawings.
[0017]
First, a first example of a piezoelectric transformer according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0018]
The illustrated piezoelectric transformer has a disk shape with a diameter of 20 mm and a thickness of 2.3 mm. In the illustrated piezoelectric transformer, a piezoelectric ceramic disk 21 is used. In the central region of the piezoelectric ceramic disk 21, piezoelectric ceramic layers 22a and electrodes 22b are alternately stacked so as to face each other in the thickness direction. An input unit 22 having a plurality of electrodes is formed. Insulating annular regions 23 are formed outside the central region, and piezoelectric ceramic layers 24a and electrodes 24b are alternately stacked on the outside of the insulating annular region 23 so as to face each other in the thickness direction. An output portion 24 having a plurality of annular electrodes is formed. Thereby, in the input part 22 and the output part 24, between each electrode is polarized in the thickness direction of a disc.
[0019]
As shown in FIG. 1a, a pair of through holes 25 extending in the thickness direction are formed in the central region of the piezoelectric ceramic disk. In the illustrated example, these through holes 25 are spaced at an angle of 180 degrees. Is formed. Then, using these through holes 25, two input terminals are drawn out to the disk surface.
[0020]
In FIG. 1 a, the internal electrode pattern is indicated by a broken line. As described above, the piezoelectric ceramic disk 21 is divided into the input part 22 and the output part 24 by the insulating annular region 23. That is, an annular ceramic insulating region 23 is disposed in the boundary region of the input / output unit. As shown in FIG. 1b, input electrodes 22b are arranged in the input section 22, and these electrodes 22b are polarized in the thickness direction. In the illustrated example, the input unit 22 has three layers.
[0021]
Similarly, an output internal electrode 24b is disposed in the output unit 24, and is polarized in opposite directions in the thickness direction with each other in the thickness direction. In the example shown in the figure, the output unit has a six-layer structure. Polarization was performed at 150 ° C. silicon oil with an electric field strength of 1 kV / mm for both the input and output parts. In taking out the input terminal of the input unit 22, the internal electrodes 22b are connected to each other in the thickness direction by using the through holes (through hole electrodes) 25 formed in the thickness direction in FIG. It is connected with the surface electrode formed on the surface.
[0022]
FIG. 2 shows the result of measuring the vibrator constant and the power characteristic by connecting the load resistance 60Ω to the output side of the prototype piezoelectric transformer (Example 1) as described above. In FIG. 2, the vibrator constant at the time of minute vibration is displayed on the upper side, and the vibrator constant and power characteristics in a state where a load is connected to the lower side. Incidentally, in FIG. 2, fr (KHz) the resonance frequency, Cd2 (nF) (inverse of the loss factor) of the output-side damping capacity, Qm ₂ is output mechanical quality factor, 1 / ωCd2 (Ω) load matching state , Γ1 and γ2 are input and output capacitance ratios, respectively, and Pout is output power.
[0023]
In the above example, the input part is formed in the central area of the piezoelectric ceramic disk and the output part is formed outside the input part. However, the output part is formed in the central area of the piezoelectric ceramic disk. The input unit may be formed outside the output unit. In this case, the output terminal is drawn out from the output unit using the through hole as described above.
[0024]
Next, a second example of the piezoelectric transformer according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0025]
The illustrated piezoelectric transformer has the same outer dimensions as the piezoelectric transformer shown in FIG. 1, and the input section has the same structure as the piezoelectric transformer shown in FIG. 1 (the same as the piezoelectric transformer shown in FIG. 1). The same reference numerals are assigned to the components of). The internal electrode pattern is shown by broken lines in FIG. 3a, and the input electrode 22b is drawn out to the vicinity of the outer peripheral surface of the piezoelectric ceramic disk 21 by a pair of linear electrodes 26 arranged at the same position in the thickness direction. ing. The pair of linear electrodes 26 are divided in two directions in the vicinity of the outer peripheral surface and reach the outer peripheral surface (see FIGS. 3b and c).
[0026]
In the illustrated piezoelectric transformer, the output electrode pattern is partially cut away to allow the input lead electrode to pass through. Polarization was performed at 150 ° C. in silicon oil with an electric field strength of 1 kV / mm for both input and output.
[0027]
A load resistance of 60Ω was connected to the output side of the piezoelectric transformer (Example 2) prototyped as described above, and the vibrator constant and power characteristics were measured in the same manner as in Example 1. The result is shown in FIG.
[0028]
In the above example, the input part is formed in the central area of the piezoelectric ceramic disk and the output part is formed outside the input part. However, the output part is formed in the central area of the piezoelectric ceramic disk. The input unit may be formed outside the output unit. In this case, the output terminal is drawn from the output unit using the linear electrode as described above.
[0029]
Further, a third example of the piezoelectric transformer according to the present invention will be described with reference to FIG.
[0030]
The illustrated piezoelectric transformer includes a piezoelectric ceramic square plate 31. The piezoelectric ceramic square plate 31 is, for example, a square having a side of 20 mm and a thickness of 2.3 mm. The internal electrode pattern is shown by a broken line in FIG. 4a, and the piezoelectric ceramic square plate 31 is divided into two regions radially outward, and an input part 32 is formed in one region, An output unit 33 is formed in the other region (in the illustrated example, the central region is the input unit 32, and the output unit 33 is formed outside the input unit 32). As described with reference to FIG. 1, an edge-shaped ceramic insulating region 34 is disposed in the boundary region of the input / output unit.
[0031]
As shown in FIG. 4b, piezoelectric ceramic layers 32a and electrodes 32b are alternately stacked on the input portion 32 so as to face each other in the thickness direction, and the input electrode 32b is polarized in the thickness direction. The input unit has three layers. Similarly, piezoelectric ceramic layers 33a and electrodes 33b are alternately stacked on the output section 33 so as to face each other in the thickness direction, and the output internal electrodes 33b are polarized in opposite directions to each other in the thickness direction. ing. In the example shown in the figure, the output unit has a six-layer structure.
[0032]
In taking out the input terminal from the input part 32, after forming the through hole 35 in the thickness direction in FIG. 4B and connecting the internal electrodes 32b in the thickness direction one layer at a time using the through hole (through hole electrode) 35, A surface electrode formed on the surface of the piezoelectric ceramic square plate 31 is connected.
[0033]
In FIG. 4c, the stress displacement distribution is shown, the solid line indicates the stress and the broken line indicates the displacement.
[0034]
FIG. 2 shows the result of measuring the vibrator constant and the power characteristic by connecting the load resistance 60Ω to the output side of the prototype piezoelectric transformer (Example 3) as described above.
[0035]
In the above example, the input part is formed in the central area of the piezoelectric ceramic square plate and the output part is formed outside the input part. However, the output part is formed in the central area of the piezoelectric ceramic square plate. The input unit may be formed outside the output unit. In this case, the output terminal is drawn out from the output unit using the through hole as described above.
[0036]
With reference to FIG. 5, a fourth example of the piezoelectric transformer according to the present invention will be described.
[0037]
The illustrated piezoelectric transformer has the same outer dimensions as the piezoelectric transformer shown in FIG. 4 (the same components as those of the piezoelectric transformer shown in FIG. 4 are given the same reference numerals). The internal electrode pattern is shown by a broken line in FIG. 5a. In FIG. 5a, the input electrode 32b is an outer peripheral surface of the piezoelectric ceramic square plate 31 by a pair of linear electrodes 36 arranged at the same position in the thickness direction. The linear electrode 36 is divided into two directions in the vicinity of the outer peripheral surface and reaches the outer peripheral surface (see FIGS. 5b and 5c). Since the output electrode pattern passes through the input lead electrode (linear electrode) 36, a part thereof is cut away. Note that the polarization was performed at a field strength of 1 kV / mm in silicon oil at 150 ° C. for both the input and output parts.
[0038]
A load resistance of 60Ω was connected to the output side of the piezoelectric transformer (Example 4) prototyped as described above, and the vibrator constant and power characteristics were measured. As a result, the result shown in FIG. 2 was obtained.
[0039]
In the above example, the input part is formed in the central area of the piezoelectric ceramic square plate and the output part is formed outside the input part. However, the output part is formed in the central area of the piezoelectric ceramic square plate. The input unit may be formed outside the output unit. In this case, the output terminal is drawn from the output unit using the linear electrode as described above.
[0040]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the input part or the output part formed in the central region of the piezoelectric ceramic plate uses the through-holes or the linear electrodes arranged in a plane so as to draw out the terminals. Therefore, there is an effect that not only the number of terminals can be reduced but also various characteristics on the output side can be kept good.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are diagrams showing a first example of a piezoelectric transformer according to the present invention, in which FIG. 1A is a view from above, FIG. 1B is a view showing a cross-sectional structure (cross-sectional view taken along line AA ′), FIG. ) Is a diagram showing a stress displacement distribution.
FIG. 2 is a diagram showing vibrator characteristics and power characteristics of a piezoelectric transformer according to the present invention.
3A and 3B are diagrams showing a second example of a piezoelectric transformer according to the present invention, in which FIG. 3A is a diagram seen from above, and FIGS. 3B and 3C are diagrams showing internal electrode patterns.
4A and 4B are diagrams showing a third example of a piezoelectric transformer according to the present invention, where FIG. 4A is a diagram seen from above, FIG. 4B is a diagram showing a cross-sectional structure (cross-sectional view along the line BB ′), and FIG. ) Is a diagram showing a stress displacement distribution.
FIGS. 5A and 5B are diagrams showing a fourth example of a piezoelectric transformer according to the present invention, where FIG. 5A is a diagram seen from above, and FIGS. 5B and 5C are diagrams showing internal electrode patterns. FIGS.
6A and 6B are diagrams illustrating a conventional piezoelectric transformer, in which FIG. 6A is a diagram illustrating an example of a terminal lead, and FIG. 6B is a diagram illustrating another example of the terminal lead.
[Explanation of symbols]
21 Piezoelectric ceramic disks 22, 32 Input portions 23, 34 Insulating annular regions 24, 33 Output portions 25, 35 Through holes 26, 36 Linear electrodes 31 Piezoelectric ceramic square plates

Claims (3)

  An input portion in which a piezoelectric ceramic layer and an electrode are alternately stacked in the central region of the piezoelectric ceramic plate and facing each other in the thickness direction of the piezoelectric ceramic plate, and an insulating annular region positioned radially outside the input portion And an output portion in which piezoelectric ceramic layers and electrodes are alternately stacked so as to face each other in the thickness direction and are located radially outside the insulating annular region, and each of the electrodes in the input portion and the output portion In the piezoelectric transformer whose space is polarized in the thickness direction, the two terminals for the input section are located near the outer peripheral surface of the piezoelectric ceramic plate by a pair of linear electrodes arranged at the same position as viewed from the thickness direction. The piezoelectric device is characterized in that, in the vicinity of the outer peripheral surface, the linear electrodes are divided into two directions in directions away from each other and reach the outer peripheral surface of the piezoelectric ceramic plate. Lance. An output part in which the piezoelectric ceramic layers and the electrodes are alternately stacked in the central region of the piezoelectric ceramic plate and facing each other in the thickness direction of the piezoelectric ceramic plate, and an insulating annular region located radially outside the output part And an input portion in which piezoelectric ceramic layers and electrodes are alternately stacked so as to face each other in the thickness direction and are located on the outer side in the radial direction of the insulating annular region, and each of the electrodes in the input portion and the output portion In the piezoelectric transformer whose space is polarized in the thickness direction, the two terminals for the output unit are located near the outer peripheral surface of the piezoelectric ceramic plate by a pair of linear electrodes arranged at the same position when viewed from the thickness direction. The piezoelectric device is characterized in that, in the vicinity of the outer peripheral surface, the linear electrodes are divided into two directions in directions away from each other and reach the outer peripheral surface of the piezoelectric ceramic plate. Lance. 3. The piezoelectric transformer according to claim 1 , wherein the piezoelectric ceramic plate has a disc shape or a square shape.

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