圧電トランス
【課題】 トランス入力部での励振とトランス出力部での電圧変換との双方が効率良く行われる圧電トランスを提供すること。
【解決手段】 この圧電トランスの場合、トランス入力部１１及びトランス出力部１２における圧電セラミックス層における圧電セラミックス材料を異なる化学組成のものを用いており、トランス入力部１１には印加電圧に対して励振力が大きい（圧電ｄ定数の大きな）圧電セラミック材料Ａ［化学組成Ｐｂ（Ｍｎ−Ｓｂ）0.02Ｚｒ0.49Ｔｉ0.49Ｏ3 のもの］を用い、トランス出力部１２には圧電セラミック円板の広がり方向（径方向）の機械的振動エネルギーを高効率に電圧に変換可能な（圧電ｇ定数の大きな）圧電セラミック材料Ｂ［化学組成Ｐｂ（Ｍｎ−Ｓｂ）0.06Ｚｒ0.47Ｔｉ0.47Ｏ3 のもの］を用いているため、トランス入力部１１での励振とトランス出力部１２での電圧変換との双方が効率良く行われる。
【解決手段】 この圧電トランスの場合、トランス入力部１１及びトランス出力部１２における圧電セラミックス層における圧電セラミックス材料を異なる化学組成のものを用いており、トランス入力部１１には印加電圧に対して励振力が大きい（圧電ｄ定数の大きな）圧電セラミック材料Ａ［化学組成Ｐｂ（Ｍｎ−Ｓｂ）0.02Ｚｒ0.49Ｔｉ0.49Ｏ3 のもの］を用い、トランス出力部１２には圧電セラミック円板の広がり方向（径方向）の機械的振動エネルギーを高効率に電圧に変換可能な（圧電ｇ定数の大きな）圧電セラミック材料Ｂ［化学組成Ｐｂ（Ｍｎ−Ｓｂ）0.06Ｚｒ0.47Ｔｉ0.47Ｏ3 のもの］を用いているため、トランス入力部１１での励振とトランス出力部１２での電圧変換との双方が効率良く行われる。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主として圧電セラミック板の広がり振動モードを利用した圧電トランスに関し、詳しくはトランス入力部での励振とトランス出力部での電圧変換との双方の効率化を計った圧電トランスに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、携帯テレビやノート型パソコン等の各種携帯電子機器の普及に伴い、これらの機器には直流電圧を供給するために商用交流電圧を電源として直流電圧を出力するＡＣ（交流）アダプタが用いられている。このＡＣアダプタに用いられている電子部品のうち、巻き線型の電磁式トランスは体積が大きく、且つその変換効率に大きく影響を及ぼすものとなっている。
【０００３】最近、ＡＣアダプタに対する高効率化，小型低背化，電磁ノイズの低減や低消費電力化等の様々な要求が高まり、こうした要求に応えるべく、既存の電磁式トランスに代わり機械振動エネルギーを変換媒体とする圧電トランスの利用が盛んに検討されている。
【０００４】このような圧電トランスの場合、その効率はトランス出力部の出力インピーダンス及び負荷のマッチングが重要となっている。ＡＣアダプタの出力部に接続される各種携帯電子機器の入力インピーダンスλは概ね数Ωから数十Ω程度であり、圧電トランスの出力インピーダンスＲは角周波数ω（＝２πｆ）及び出力側制動容量Ｃd2の関係で示されるＲ＝１／ωＣd2なる関係式で得られる。ここでは、例えばＲ＝６０Ω、駆動周波数ｆ＝１２０ＫＨｚのときにＣd2＝１６０ｎＦとなる場合を例示できる。
【０００５】ところで、実用的な寸法のＡＣアダプタ用圧電トランスにおいて、こうした大きな制動容量Ｃd2を確保するためには、積層セラミックコンデンサと類似した構造の出力側に対向内部電極を設けた積層構造が必要となっている。この対向内部電極を採用した圧電トランスの一例として、圧電セラミック板の広がり方向の振動を利用して内部電極及び圧電セラミックス板の積層方向を圧電セラミックス板の厚み方向とした構造のものが挙げられる。
【０００６】このような圧電トランスの場合、トランス入力部において電気的エネルギーを圧電セラミック板の機械的振動エネルギーに変換し、トランス出力部において圧電セラミック板の機械的振動エネルギーを電気的エネルギーに変換する機能を有する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述した圧電トランスの場合、トランス入力部やトランス出力部に用いられる圧電セラミック層の圧電セラミック材料には一般に機械的品質係数（Ｑｍ）の大きなものが共通して用いられているが、更に、トランス入力部で大きな振動振幅を得るためには印加電圧当たりの変位量の大きさを表わす圧電ｄ定数が大きい圧電セラミック材料を用いる必要があり、トランス出力部では振動エネルギーを電圧に変換する大きさを表わす圧電ｇ定数が大きい圧電セラミック材料を用いる必要がある。
【０００８】これらの圧電ｄ定数並びに圧電ｇ定数は圧電セラミックス材料の他の定数である電気機械結合係数ｋ，ヤング率Ｙ，及び比誘電率εの間でそれぞれｄ＝ｋ（ε／Ｙ）1/2 ＝ｋ（Ｙ）-1/2・（ε）1/2 、ｇ＝ｄ／ε＝ｋ（Ｙ）-1/2・（ε）-1/2なる関係として表わすことができる。
【０００９】これらの関係式を比較すると、圧電ｄ定数は比誘電率εの平方根に比例し、圧電ｇ定数は比誘電率εの平方根に反比例しているため、同じ圧電セラミックス材料では圧電ｄ定数と圧電ｇ定数とを同時に大きくすることが困難であることが判る。
【００１０】従って、既存の圧電トランスの場合、トランス入力部やトランス出力部に用いられる圧電セラミック層の圧電セラミック材料が同じであるため、トランス入力部での励振とトランス出力部での電圧変換との双方を一層効率良く行わせることができないという問題がある。
【００１１】本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、トランス入力部での励振とトランス出力部での電圧変換との双方が効率良く行われる圧電トランスを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、圧電セラミック層と内部電極とを厚み方向へ交互に積層した積層体から成る圧電セラミック板の広がり振動モードを利用すると共に、該圧電セラミック板が厚み方向で分割されたトランス入力部とトランス出力部とを有する圧電トランスにおいて、トランス入力部とトランス出力部とにおける圧電セラミック層はそれぞれ異なる化学組成の圧電セラミック材料から成る圧電トランスが得られる。
【００１３】又、本発明によれば、上記圧電トランスにおいて、トランス入力部における圧電セラミック材料は印加電圧に対して励振力が大きい化学組成であり、トランス出力部における圧電セラミック材料は圧電セラミック板の広がり方向の機械的振動エネルギーを高効率に電圧に変換可能な化学組成である圧電トランスが得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に幾つかの実施例を挙げ、本発明の圧電トランスについて、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】［実施例１］図１は、本発明の実施例１に係る圧電トランスの基本構成を示した斜視図である。この圧電トランスは、圧電セラミック層と内部電極とを厚み方向へ交互に積層した積層体から成る圧電セラミック円板の広がり振動モードを利用すると共に、この圧電セラミック円板が厚み方向で分割されたトランス入力部１１とトランス出力部１２とを有するもので、トランス入力部１１とトランス出力部１２とにおける圧電セラミック層にそれぞれ異なる化学組成の圧電セラミック材料が用いられている。
【００１６】具体的に言えば、圧電トランス全体の圧電セラミック円板は、圧電セラミック層と内部電極とを厚み方向へ積層した５層の積層体から成るもので、その寸法は直径が２０ｍｍで厚さが２．５ｍｍとなっている。
【００１７】このうち、トランス入力部１１は、圧電セラミック層と内部電極とを厚み方向へ積層した１層の積層体構造による圧電セラミック円板から成るもので、一方向で対向する側面の所定箇所にそれぞれ側面へ露出した内部電極に接続された入力信号印可用の側面外部電極１１ａ，１１ｂが配設（但し、図１中で側面外部電極１１ｂは正面側に示される側面外部電極１１ａの対向位置の背面側に位置されるために表記されない）されている。このトランス入力部１１における圧電セラミック層の圧電セラミック材料Ａには、印加電圧に対して励振力が大きい（即ち、圧電ｄ定数の大きな）化学組成Ｐｂ（Ｍｎ−Ｓｂ）0.02Ｚｒ0.49Ｔｉ0.49Ｏ3 のセラミックス仮焼粉末を用いている。
【００１８】トランス出力部１２は、圧電セラミック層と内部電極とを厚み方向へ積層した４層の積層体構造による圧電セラミック円板から成るもので、他方向（トランス入力部１１の一方向で対向する側面に設けられた側面外部電極１１ａ，１１ｂとはほぼ同一平面上で垂直な方向となっている）で対向する側面の所定箇所にそれぞれ一層毎に交互に側面へ露出した内部電極に接続された出力取り出し用の側面外部電極１２ａ，１２ｂが配設されている。このトランス出力部１２における圧電セラミック層の圧電セラミック材料Ｂには、圧電セラミック円板の広がり方向（径方向）の機械的振動エネルギーを高効率に電圧に変換可能な（即ち、圧電ｇ定数の大きな）化学組成Ｐｂ（Ｍｎ−Ｓｂ）0.06Ｚｒ0.47Ｔｉ0.47Ｏ3 のセラミックス仮焼粉末を用いている。
【００１９】これらのトランス入力部１１及びトランス出力部１２における分極は、何れも１５０℃のシリコンオイル中で１ｋＶ／ｍｍの電界強度条件下で行った。但し、トランス出力部１２は厚み方向に一層毎に互いに厚み方向に逆向きに分極される。尚、トランス入力部１１及びトランス出力部１２の何れに関しても、圧電セラミック層と内部電極とを厚み方向へ積層して積層体を得る場合、圧電セラミック層としてセラミックスグリーンシートを用い、このセラミックスグリーンシートへ内部電極を印刷して積層する方法を採用して作製している。
【００２０】表１は、これらのトランス入力部１１及びトランス出力部１２の圧電セラミック層における圧電セラミックス材料Ａ，Ｂの物理特性を示したものである。
【００２１】
【表１】
【００２２】表１からは、圧電セラミック材料Ａ，Ｂは、何れも非誘電率（ε33／ε0 ），電気機械結合係数（ｋr ），及びヤング率（×１０10Ｎ／ｍ2 ）に関しては大きな相違が無いが、これらの物理特性の顕著な相違点として、トランス入力部１１に用いた圧電セラミック材料Ａの圧電ｄ31定数（×１０-12 ｍ／Ｖ）は、その絶対値１４０がトランス出力部１２の圧電セラミック材料Ｂの圧電ｄ31定数の絶対値９０よりも大きくなっており、反対にトランス出力部１２に用いた圧電セラミック材料Ｂの圧電ｇ31定数（×１０-3Ｖｍ／Ｎ）は、その絶対値１４がトランス入力部１１に用いた圧電セラミック材料Ａの圧電ｇ31定数の絶対値１０よりも大きくなっていることが判る。
【００２３】このようにして作製された広がり振動モードを利用した圧電トランスの場合、トランス入力部１１に圧電ｄ定数の大きな圧電セラミック材料Ａを用い、トランス出力部１２に圧電ｇ定数の大きな圧電セラミック材料Ｂを用いているため、トランス入力部１１での励振とトランス出力部１２での電圧変換との双方が効率良く行われるようになる。
【００２４】［実施例２］図２は、本発明の実施例２に係る圧電トランスの基本構成を示した斜視図である。この圧電トランスの場合、先の実施例１に係る圧電トランスの全体が圧電セラミック円板となっていたのに対し、その全体が圧電セラミック矩形板として構成される点が相違している。
【００２５】即ち、この圧電トランスの場合、圧電セラミック層と内部電極とを厚み方向へ交互に積層した積層体から成る圧電セラミック矩形板の広がり振動モードを利用すると共に、この圧電セラミック矩形板が厚み方向で分割されたトランス入力部２１とトランス出力部２２とを有するもので、ここでのトランス入力部２１とトランス出力部２２とにおける圧電セラミック層にもそれぞれ異なる化学組成の圧電セラミック材料が用いられている。
【００２６】具体的に言えば、圧電トランス全体の圧電セラミック矩形板は、圧電セラミック層と内部電極とを厚み方向へ積層した５層の積層体から成るもので、その寸法は一辺２０ｍｍの正方形表面を有して厚さが２．５ｍｍとなっている。
【００２７】このうち、トランス入力部２１は、圧電セラミック層と内部電極とを厚み方向へ積層した１層の積層体構造による圧電セラミック矩形板から成るもので、一方向で対向する側面の所定箇所にそれぞれ側面へ露出した内部電極に接続された入力信号印可用の側面外部電極２１ａ，２１ｂが配設（但し、この図２中でも側面外部電極２１ｂは正面側に示される側面外部電極２１ａの対向位置の背面側に位置されるために表記されない）されている。このトランス入力部２１における圧電セラミック層の圧電セラミック材料Ａには、印加電圧に対して励振力が大きい（即ち、圧電ｄ定数の大きな）化学組成Ｐｂ（Ｍｎ−Ｓｂ）0.02Ｚｒ0.49Ｔｉ0.49Ｏ3 のセラミックス仮焼粉末を用いている。
【００２８】トランス出力部２２は、圧電セラミック層と内部電極とを厚み方向へ積層した４層の積層体構造による圧電セラミック矩形板から成るもので、他方向（ここでもトランス入力部２１の一方向で対向する側面に設けられた側面外部電極２１ａ，２１ｂとはほぼ同一平面上で垂直な方向となっている）で対向する側面の所定箇所にそれぞれ一層毎に交互に側面へ露出した内部電極に接続された出力取り出し用の側面外部電極２２ａ，２２ｂが配設されている。このトランス出力部２２における圧電セラミック層の圧電セラミック材料Ｂには、圧電セラミック矩形板の広がり方向の機械的振動エネルギーを高効率に電圧に変換可能な（即ち、圧電ｇ定数の大きな）化学組成Ｐｂ（Ｍｎ−Ｓｂ）0.06Ｚｒ0.47Ｔｉ0.47Ｏ3 のセラミックス仮焼粉末を用いている。
【００２９】これらのトランス入力部２１及びトランス出力部２２における分極に関しても、何れも１５０℃のシリコンオイル中で１ｋＶ／ｍｍの電界強度条件下で行った。但し、ここでのトランス出力部２２も厚み方向に一層毎に互いに厚み方向に逆向きに分極される。尚、トランス入力部２１及びトランス出力部２２の何れに関しても、圧電セラミック層と内部電極とを厚み方向へ積層して積層体を得る場合、圧電セラミック層としてセラミックスグリーンシートを用い、このセラミックスグリーンシートへ内部電極を印刷して積層する方法を採用して作製している。
【００３０】このようにして作製された広がり振動モードを利用した圧電トランスの場合も、トランス入力部２１に圧電ｄ定数の大きな圧電セラミック材料Ａを用い、トランス出力部２２に圧電ｇ定数の大きな圧電セラミック材料Ｂを用いているため、トランス入力部１１での励振とトランス出力部１２での電圧変換との双方が効率良く行われるようになる。
【００３１】そこで、試作された実施例１及び実施例２に係る圧電トランス、並びに実施例２と同じ構造としてトランス入力部及びトランス出力部における圧電セラミック層の何れに関しても圧電セラミック材料Ａを用いて試作した比較例に係る圧電トランスに対し、何れも出力側に負荷抵抗６０Ωを接続して振動子特性及び７０Ｖ入力時の諸特性（パワー特性）を測定したところ、表２に示すような結果になった。
【００３２】
【表２】
【００３３】尚、表２中では共振周波数ｆｒ（ＫＨｚ），出力側制動容量Ｃd2（ｎＦ），入力側制動容量Ｃd1（ｎＦ），出力側機械的品質係数Ｑｍ2 ，負荷マッチング状態でのインピーダンス１／ωＣd2（Ω），入力側容量比γ１，及び出力側容量比γ２が微少振動時の振動子定数を示し、出力電力Ｐout （Ｗ），変成比，温度上昇（℃），及び効率（％）が負荷を接続した状態での振動子定数とパワー特性とを示している。因みに、出力側機械的品質係数Ｑｍ2 は損失係数の逆数となる。
【００３４】表２からは、実施例１及び実施例２に係る圧電トランスの場合、何れも比較例に係る圧電トランスと比べて伝送パワーが大きく、発熱が約２０℃も低くなっており、しかも効率が約１５％大きくなっていることが判る。
【００３５】
【発明の効果】以上に述べた通り、本発明の圧電トランスによれば、トランス入力部及びトランス出力部における圧電セラミックス層における圧電セラミックス材料を異なる化学組成のものを用いるものとし、トランス入力部には圧電ｄ定数の大きな圧電セラミック材料を用い、トランス出力部に圧電ｇ定数の大きな圧電セラミック材料を用いているため、トランス入力部での励振とトランス出力部での電圧変換との双方が効率良く行われ、結果として従来に無く高効率で大出力の特性が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る圧電トランスの基本構成を示した斜視図である。
【図２】本発明の実施例２に係る圧電トランスの基本構成を示した斜視図である。
【符号の説明】
１１，２１ トランス入力部
１２，２２ トランス出力部
１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ，２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ 側面外部電極
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、主として圧電セラミック板の広がり振動モードを利用した圧電トランスに関し、詳しくはトランス入力部での励振とトランス出力部での電圧変換との双方の効率化を計った圧電トランスに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、携帯テレビやノート型パソコン等の各種携帯電子機器の普及に伴い、これらの機器には直流電圧を供給するために商用交流電圧を電源として直流電圧を出力するＡＣ（交流）アダプタが用いられている。このＡＣアダプタに用いられている電子部品のうち、巻き線型の電磁式トランスは体積が大きく、且つその変換効率に大きく影響を及ぼすものとなっている。
【０００３】最近、ＡＣアダプタに対する高効率化，小型低背化，電磁ノイズの低減や低消費電力化等の様々な要求が高まり、こうした要求に応えるべく、既存の電磁式トランスに代わり機械振動エネルギーを変換媒体とする圧電トランスの利用が盛んに検討されている。
【０００４】このような圧電トランスの場合、その効率はトランス出力部の出力インピーダンス及び負荷のマッチングが重要となっている。ＡＣアダプタの出力部に接続される各種携帯電子機器の入力インピーダンスλは概ね数Ωから数十Ω程度であり、圧電トランスの出力インピーダンスＲは角周波数ω（＝２πｆ）及び出力側制動容量Ｃd2の関係で示されるＲ＝１／ωＣd2なる関係式で得られる。ここでは、例えばＲ＝６０Ω、駆動周波数ｆ＝１２０ＫＨｚのときにＣd2＝１６０ｎＦとなる場合を例示できる。
【０００５】ところで、実用的な寸法のＡＣアダプタ用圧電トランスにおいて、こうした大きな制動容量Ｃd2を確保するためには、積層セラミックコンデンサと類似した構造の出力側に対向内部電極を設けた積層構造が必要となっている。この対向内部電極を採用した圧電トランスの一例として、圧電セラミック板の広がり方向の振動を利用して内部電極及び圧電セラミックス板の積層方向を圧電セラミックス板の厚み方向とした構造のものが挙げられる。
【０００６】このような圧電トランスの場合、トランス入力部において電気的エネルギーを圧電セラミック板の機械的振動エネルギーに変換し、トランス出力部において圧電セラミック板の機械的振動エネルギーを電気的エネルギーに変換する機能を有する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述した圧電トランスの場合、トランス入力部やトランス出力部に用いられる圧電セラミック層の圧電セラミック材料には一般に機械的品質係数（Ｑｍ）の大きなものが共通して用いられているが、更に、トランス入力部で大きな振動振幅を得るためには印加電圧当たりの変位量の大きさを表わす圧電ｄ定数が大きい圧電セラミック材料を用いる必要があり、トランス出力部では振動エネルギーを電圧に変換する大きさを表わす圧電ｇ定数が大きい圧電セラミック材料を用いる必要がある。
【０００８】これらの圧電ｄ定数並びに圧電ｇ定数は圧電セラミックス材料の他の定数である電気機械結合係数ｋ，ヤング率Ｙ，及び比誘電率εの間でそれぞれｄ＝ｋ（ε／Ｙ）1/2 ＝ｋ（Ｙ）-1/2・（ε）1/2 、ｇ＝ｄ／ε＝ｋ（Ｙ）-1/2・（ε）-1/2なる関係として表わすことができる。
【０００９】これらの関係式を比較すると、圧電ｄ定数は比誘電率εの平方根に比例し、圧電ｇ定数は比誘電率εの平方根に反比例しているため、同じ圧電セラミックス材料では圧電ｄ定数と圧電ｇ定数とを同時に大きくすることが困難であることが判る。
【００１０】従って、既存の圧電トランスの場合、トランス入力部やトランス出力部に用いられる圧電セラミック層の圧電セラミック材料が同じであるため、トランス入力部での励振とトランス出力部での電圧変換との双方を一層効率良く行わせることができないという問題がある。
【００１１】本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、トランス入力部での励振とトランス出力部での電圧変換との双方が効率良く行われる圧電トランスを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、圧電セラミック層と内部電極とを厚み方向へ交互に積層した積層体から成る圧電セラミック板の広がり振動モードを利用すると共に、該圧電セラミック板が厚み方向で分割されたトランス入力部とトランス出力部とを有する圧電トランスにおいて、トランス入力部とトランス出力部とにおける圧電セラミック層はそれぞれ異なる化学組成の圧電セラミック材料から成る圧電トランスが得られる。
【００１３】又、本発明によれば、上記圧電トランスにおいて、トランス入力部における圧電セラミック材料は印加電圧に対して励振力が大きい化学組成であり、トランス出力部における圧電セラミック材料は圧電セラミック板の広がり方向の機械的振動エネルギーを高効率に電圧に変換可能な化学組成である圧電トランスが得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に幾つかの実施例を挙げ、本発明の圧電トランスについて、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】［実施例１］図１は、本発明の実施例１に係る圧電トランスの基本構成を示した斜視図である。この圧電トランスは、圧電セラミック層と内部電極とを厚み方向へ交互に積層した積層体から成る圧電セラミック円板の広がり振動モードを利用すると共に、この圧電セラミック円板が厚み方向で分割されたトランス入力部１１とトランス出力部１２とを有するもので、トランス入力部１１とトランス出力部１２とにおける圧電セラミック層にそれぞれ異なる化学組成の圧電セラミック材料が用いられている。
【００１６】具体的に言えば、圧電トランス全体の圧電セラミック円板は、圧電セラミック層と内部電極とを厚み方向へ積層した５層の積層体から成るもので、その寸法は直径が２０ｍｍで厚さが２．５ｍｍとなっている。
【００１７】このうち、トランス入力部１１は、圧電セラミック層と内部電極とを厚み方向へ積層した１層の積層体構造による圧電セラミック円板から成るもので、一方向で対向する側面の所定箇所にそれぞれ側面へ露出した内部電極に接続された入力信号印可用の側面外部電極１１ａ，１１ｂが配設（但し、図１中で側面外部電極１１ｂは正面側に示される側面外部電極１１ａの対向位置の背面側に位置されるために表記されない）されている。このトランス入力部１１における圧電セラミック層の圧電セラミック材料Ａには、印加電圧に対して励振力が大きい（即ち、圧電ｄ定数の大きな）化学組成Ｐｂ（Ｍｎ−Ｓｂ）0.02Ｚｒ0.49Ｔｉ0.49Ｏ3 のセラミックス仮焼粉末を用いている。
【００１８】トランス出力部１２は、圧電セラミック層と内部電極とを厚み方向へ積層した４層の積層体構造による圧電セラミック円板から成るもので、他方向（トランス入力部１１の一方向で対向する側面に設けられた側面外部電極１１ａ，１１ｂとはほぼ同一平面上で垂直な方向となっている）で対向する側面の所定箇所にそれぞれ一層毎に交互に側面へ露出した内部電極に接続された出力取り出し用の側面外部電極１２ａ，１２ｂが配設されている。このトランス出力部１２における圧電セラミック層の圧電セラミック材料Ｂには、圧電セラミック円板の広がり方向（径方向）の機械的振動エネルギーを高効率に電圧に変換可能な（即ち、圧電ｇ定数の大きな）化学組成Ｐｂ（Ｍｎ−Ｓｂ）0.06Ｚｒ0.47Ｔｉ0.47Ｏ3 のセラミックス仮焼粉末を用いている。
【００１９】これらのトランス入力部１１及びトランス出力部１２における分極は、何れも１５０℃のシリコンオイル中で１ｋＶ／ｍｍの電界強度条件下で行った。但し、トランス出力部１２は厚み方向に一層毎に互いに厚み方向に逆向きに分極される。尚、トランス入力部１１及びトランス出力部１２の何れに関しても、圧電セラミック層と内部電極とを厚み方向へ積層して積層体を得る場合、圧電セラミック層としてセラミックスグリーンシートを用い、このセラミックスグリーンシートへ内部電極を印刷して積層する方法を採用して作製している。
【００２０】表１は、これらのトランス入力部１１及びトランス出力部１２の圧電セラミック層における圧電セラミックス材料Ａ，Ｂの物理特性を示したものである。
【００２１】
【表１】
【００２２】表１からは、圧電セラミック材料Ａ，Ｂは、何れも非誘電率（ε33／ε0 ），電気機械結合係数（ｋr ），及びヤング率（×１０10Ｎ／ｍ2 ）に関しては大きな相違が無いが、これらの物理特性の顕著な相違点として、トランス入力部１１に用いた圧電セラミック材料Ａの圧電ｄ31定数（×１０-12 ｍ／Ｖ）は、その絶対値１４０がトランス出力部１２の圧電セラミック材料Ｂの圧電ｄ31定数の絶対値９０よりも大きくなっており、反対にトランス出力部１２に用いた圧電セラミック材料Ｂの圧電ｇ31定数（×１０-3Ｖｍ／Ｎ）は、その絶対値１４がトランス入力部１１に用いた圧電セラミック材料Ａの圧電ｇ31定数の絶対値１０よりも大きくなっていることが判る。
【００２３】このようにして作製された広がり振動モードを利用した圧電トランスの場合、トランス入力部１１に圧電ｄ定数の大きな圧電セラミック材料Ａを用い、トランス出力部１２に圧電ｇ定数の大きな圧電セラミック材料Ｂを用いているため、トランス入力部１１での励振とトランス出力部１２での電圧変換との双方が効率良く行われるようになる。
【００２４】［実施例２］図２は、本発明の実施例２に係る圧電トランスの基本構成を示した斜視図である。この圧電トランスの場合、先の実施例１に係る圧電トランスの全体が圧電セラミック円板となっていたのに対し、その全体が圧電セラミック矩形板として構成される点が相違している。
【００２５】即ち、この圧電トランスの場合、圧電セラミック層と内部電極とを厚み方向へ交互に積層した積層体から成る圧電セラミック矩形板の広がり振動モードを利用すると共に、この圧電セラミック矩形板が厚み方向で分割されたトランス入力部２１とトランス出力部２２とを有するもので、ここでのトランス入力部２１とトランス出力部２２とにおける圧電セラミック層にもそれぞれ異なる化学組成の圧電セラミック材料が用いられている。
【００２６】具体的に言えば、圧電トランス全体の圧電セラミック矩形板は、圧電セラミック層と内部電極とを厚み方向へ積層した５層の積層体から成るもので、その寸法は一辺２０ｍｍの正方形表面を有して厚さが２．５ｍｍとなっている。
【００２７】このうち、トランス入力部２１は、圧電セラミック層と内部電極とを厚み方向へ積層した１層の積層体構造による圧電セラミック矩形板から成るもので、一方向で対向する側面の所定箇所にそれぞれ側面へ露出した内部電極に接続された入力信号印可用の側面外部電極２１ａ，２１ｂが配設（但し、この図２中でも側面外部電極２１ｂは正面側に示される側面外部電極２１ａの対向位置の背面側に位置されるために表記されない）されている。このトランス入力部２１における圧電セラミック層の圧電セラミック材料Ａには、印加電圧に対して励振力が大きい（即ち、圧電ｄ定数の大きな）化学組成Ｐｂ（Ｍｎ−Ｓｂ）0.02Ｚｒ0.49Ｔｉ0.49Ｏ3 のセラミックス仮焼粉末を用いている。
【００２８】トランス出力部２２は、圧電セラミック層と内部電極とを厚み方向へ積層した４層の積層体構造による圧電セラミック矩形板から成るもので、他方向（ここでもトランス入力部２１の一方向で対向する側面に設けられた側面外部電極２１ａ，２１ｂとはほぼ同一平面上で垂直な方向となっている）で対向する側面の所定箇所にそれぞれ一層毎に交互に側面へ露出した内部電極に接続された出力取り出し用の側面外部電極２２ａ，２２ｂが配設されている。このトランス出力部２２における圧電セラミック層の圧電セラミック材料Ｂには、圧電セラミック矩形板の広がり方向の機械的振動エネルギーを高効率に電圧に変換可能な（即ち、圧電ｇ定数の大きな）化学組成Ｐｂ（Ｍｎ−Ｓｂ）0.06Ｚｒ0.47Ｔｉ0.47Ｏ3 のセラミックス仮焼粉末を用いている。
【００２９】これらのトランス入力部２１及びトランス出力部２２における分極に関しても、何れも１５０℃のシリコンオイル中で１ｋＶ／ｍｍの電界強度条件下で行った。但し、ここでのトランス出力部２２も厚み方向に一層毎に互いに厚み方向に逆向きに分極される。尚、トランス入力部２１及びトランス出力部２２の何れに関しても、圧電セラミック層と内部電極とを厚み方向へ積層して積層体を得る場合、圧電セラミック層としてセラミックスグリーンシートを用い、このセラミックスグリーンシートへ内部電極を印刷して積層する方法を採用して作製している。
【００３０】このようにして作製された広がり振動モードを利用した圧電トランスの場合も、トランス入力部２１に圧電ｄ定数の大きな圧電セラミック材料Ａを用い、トランス出力部２２に圧電ｇ定数の大きな圧電セラミック材料Ｂを用いているため、トランス入力部１１での励振とトランス出力部１２での電圧変換との双方が効率良く行われるようになる。
【００３１】そこで、試作された実施例１及び実施例２に係る圧電トランス、並びに実施例２と同じ構造としてトランス入力部及びトランス出力部における圧電セラミック層の何れに関しても圧電セラミック材料Ａを用いて試作した比較例に係る圧電トランスに対し、何れも出力側に負荷抵抗６０Ωを接続して振動子特性及び７０Ｖ入力時の諸特性（パワー特性）を測定したところ、表２に示すような結果になった。
【００３２】
【表２】
【００３３】尚、表２中では共振周波数ｆｒ（ＫＨｚ），出力側制動容量Ｃd2（ｎＦ），入力側制動容量Ｃd1（ｎＦ），出力側機械的品質係数Ｑｍ2 ，負荷マッチング状態でのインピーダンス１／ωＣd2（Ω），入力側容量比γ１，及び出力側容量比γ２が微少振動時の振動子定数を示し、出力電力Ｐout （Ｗ），変成比，温度上昇（℃），及び効率（％）が負荷を接続した状態での振動子定数とパワー特性とを示している。因みに、出力側機械的品質係数Ｑｍ2 は損失係数の逆数となる。
【００３４】表２からは、実施例１及び実施例２に係る圧電トランスの場合、何れも比較例に係る圧電トランスと比べて伝送パワーが大きく、発熱が約２０℃も低くなっており、しかも効率が約１５％大きくなっていることが判る。
【００３５】
【発明の効果】以上に述べた通り、本発明の圧電トランスによれば、トランス入力部及びトランス出力部における圧電セラミックス層における圧電セラミックス材料を異なる化学組成のものを用いるものとし、トランス入力部には圧電ｄ定数の大きな圧電セラミック材料を用い、トランス出力部に圧電ｇ定数の大きな圧電セラミック材料を用いているため、トランス入力部での励振とトランス出力部での電圧変換との双方が効率良く行われ、結果として従来に無く高効率で大出力の特性が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る圧電トランスの基本構成を示した斜視図である。
【図２】本発明の実施例２に係る圧電トランスの基本構成を示した斜視図である。
【符号の説明】
１１，２１ トランス入力部
１２，２２ トランス出力部
１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ，２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ 側面外部電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】 圧電セラミック層と内部電極とを厚み方向へ交互に積層した積層体から成る圧電セラミック板の広がり振動モードを利用すると共に、該圧電セラミック板が厚み方向で分割されたトランス入力部とトランス出力部とを有する圧電トランスにおいて、前記トランス入力部と前記トランス出力部とにおける前記圧電セラミック層はそれぞれ異なる化学組成の圧電セラミック材料から成ることを特徴とする圧電トランス。
【請求項２】 請求項１記載の圧電トランスにおいて、前記トランス入力部における前記圧電セラミック材料は印加電圧に対して励振力が大きい化学組成であり、前記トランス出力部における前記圧電セラミック材料は前記圧電セラミック板の広がり方向の機械的振動エネルギーを高効率に電圧に変換可能な化学組成であることを特徴とする圧電トランス。
【請求項１】 圧電セラミック層と内部電極とを厚み方向へ交互に積層した積層体から成る圧電セラミック板の広がり振動モードを利用すると共に、該圧電セラミック板が厚み方向で分割されたトランス入力部とトランス出力部とを有する圧電トランスにおいて、前記トランス入力部と前記トランス出力部とにおける前記圧電セラミック層はそれぞれ異なる化学組成の圧電セラミック材料から成ることを特徴とする圧電トランス。
【請求項２】 請求項１記載の圧電トランスにおいて、前記トランス入力部における前記圧電セラミック材料は印加電圧に対して励振力が大きい化学組成であり、前記トランス出力部における前記圧電セラミック材料は前記圧電セラミック板の広がり方向の機械的振動エネルギーを高効率に電圧に変換可能な化学組成であることを特徴とする圧電トランス。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０００−１２４５１７（Ｐ２０００−１２４５１７Ａ）
【公開日】平成１２年４月２８日（２０００．４．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平１０−２９８５４６
【出願日】平成１０年１０月２０日（１９９８．１０．２０）
【出願人】（０００１３４２５７）株式会社トーキン (1,832)
【公開日】平成１２年４月２８日（２０００．４．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１０年１０月２０日（１９９８．１０．２０）
【出願人】（０００１３４２５７）株式会社トーキン (1,832)
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