專利名稱：壓電變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用壓電振子的壓電變壓器，該壓電振子采用由壓電性陶瓷構(gòu)成的矩形片。
背景技術(shù)：
作為變壓器，已知有將線圈繞在鐵心上的電磁式變壓器。該電磁式變壓器由于尺寸大、消耗功率大、以及產(chǎn)生電磁噪音和發(fā)熱，所以不適合作為小型電氣設(shè)備的電源使用。例如，作為靜電發(fā)生裝置或液晶顯示器的背面光點亮用的高電壓電源中的變壓器，雖然不需要大的輸出電流，但卻需要1kV-數(shù)瓦左右的輸出電壓，同時要求降低電磁噪音和消耗功率、以及小型化等。
另一方面，由于利用壓電現(xiàn)象的壓電變壓器幾乎不產(chǎn)生電磁噪音，且能小型化，所以可以研究將其作為小型設(shè)備的電源用變壓器的實用化的問題。
參照圖1(a)及(b)，現(xiàn)有的壓電變壓器11備有壓電性陶瓷矩形片13；在從該壓電性陶瓷矩形片13的一端起沿縱向的大約一半的部分(以下稱第1部分)沿厚度方向相對地設(shè)置的2個表面電極15、15；以及在兩個表面電極之間的上述第1部分的內(nèi)部沿厚度方向互相間隔開形成的多個內(nèi)部電極16、17。另外，表面電極15、15分別連接著在上述第1部分的相對的側(cè)面上分別形成的側(cè)面電極18、19，同時每隔一個內(nèi)部電極16和剩余的內(nèi)部電極17分別連接。另外，還備有在與壓電性陶瓷矩形片13的上述第1部分相反一側(cè)的半部分(以下稱第2部分)的端面上形成的輸出、取出用的端面電極20。
通過將直流電壓加在側(cè)面電極18、19之間，能對壓電陶瓷矩形片13的上述第1部分進(jìn)行極化處理。即，壓電性陶瓷矩形片13在表面電極15、15及內(nèi)部電極16、17各電極之間被極化，其極化方向如圖1(b)中的小箭頭所示，在內(nèi)部電極16、17各自的兩側(cè)彼此方向相反。再者，通過將直流電壓再加在2個表面電極15和端面電極20之間，如圖1(b)中的大箭頭所示，壓電性陶瓷矩形片13的第2部分沿縱向被極化。
另外，具有上述的多個內(nèi)部電極的類型，實際上是在制造時將內(nèi)部電極和壓電體互相交替地重疊形成的，所以稱為重疊型。與此不同，還知道有這樣一種類型的電極，它不設(shè)內(nèi)部電極、而在相對的表面電極15、15之間使厚度方向的極化只朝向一個方向。這種類型在制造時不需要進(jìn)行重疊，只在一個壓電體的表面上構(gòu)成電極即可，以下稱為單片型。
說明圖1(a)及(b)所示的壓電變壓器的工作情況。
將側(cè)面電極18、19中的一個作為接地電極，將交流電壓作為輸入電壓加在另一個電極上，上述交流電壓的頻率與壓電性陶瓷矩形片13沿長度方向振動時的1波長共振方式的共振頻率相等，這樣，重疊型壓電變壓器就能起壓電振子的作用，如圖2(a)及(b)所示，分別以所示的位移分布和變形分布進(jìn)行振動。這時，利用壓電效應(yīng)，在表面電極15及內(nèi)部電極16、17和端面電極20之間產(chǎn)生交流電壓。所產(chǎn)生的交流電壓的大小基本上由表面電極15及內(nèi)部電極16、17之間的距離、表面電極15和端面電極20之間的距離、以及輸入電壓決定。
即，在壓電變壓器中，通過利用壓電效應(yīng)的能量變換、即電-機械-電變換，能獲得壓電電壓。因此，在具有這種變換系統(tǒng)的壓電變壓器中，為了滿足低電壓驅(qū)動、小型、高升壓比(輸出電壓/輸入電壓)的要求，而減薄壓電片的厚度和/或減薄輸入電極(表面電極和內(nèi)部電極)之間的厚度。其結(jié)果是輸入阻抗變小，從而輸入電流(動態(tài)電流)增大。由于輸入電流通過機械變換而變換成振動速度，所以由于輸入電流的增大，當(dāng)振動速度及振幅超過所使用的壓電陶瓷的固有振動程度的極限(意味著振子在振動速度大、振幅大時由于發(fā)熱造成的溫度(ΔT)達(dá)到規(guī)定值的振動速度，該規(guī)定值可選定例如ΔT＝25℃)時，會出現(xiàn)與發(fā)熱增大的同時效率下降的不理想情況。
因此，本發(fā)明的技術(shù)課題在于解決上述現(xiàn)有的缺點，獲得一種既能滿足消耗功率低、驅(qū)動電壓低、小型、高升壓比的要求，又能使振動速度低、發(fā)熱量小、效率高的壓電變壓器的結(jié)構(gòu)。
發(fā)明的公開如果采用本發(fā)明，則能獲得具有以下特征的壓電變壓器，即它備有具有從第1端延伸到相對一側(cè)的第2端的片長、片寬和片厚、且沿該片長從上述第1端至第2端假想地被4等分地連續(xù)地排列的4個區(qū)的矩形壓電片；設(shè)在從上述4個區(qū)中作為輸入?yún)^(qū)被選擇的至少2個區(qū)上、接收與上述片長的一半長度相等的波長對應(yīng)的頻率的交流輸入電壓、驅(qū)動上述壓電片進(jìn)行2波長共振用的輸入電極裝置；以及設(shè)在上述4個區(qū)中剩下的至少1個區(qū)的一位置處、輸出由上述壓電片的2波長共振發(fā)生的交流輸出電壓用的輸出電極裝置，而且上述輸入?yún)^(qū)沿上述片的厚度方向極化，上述剩下的至少1個區(qū)沿上述片的長度方向極化。
另外，如果采用本發(fā)明，則能獲得本發(fā)明的第2～第11方面所述的壓電變壓器。
如果采用本發(fā)明，則能獲得這樣一種壓電變壓器，即將與矩形壓電體的2波長共振方式對應(yīng)的頻率的電壓加在輸入電極上，使矩形壓電體以2波長共振方式振動，通過該振動而從輸出端獲得由壓電效應(yīng)產(chǎn)生的電壓，與1波長共振方式的情況相比，能從輸出側(cè)取出2倍能量，所以對應(yīng)于相同的電流，能獲得振動速度及發(fā)熱量都小、效率高的壓電變壓器。
附圖的簡單說明圖1是現(xiàn)有的1波長型壓電變壓器的說明圖，(a)是簡略的斜視圖，(b)是沿(a)中的1B-1B線的剖面圖。
圖2(a)及(b)是分別表示驅(qū)動圖1中的壓電變壓器時壓電陶瓷片的位移分布和變形分布的示意圖。
圖3是表示本發(fā)明的一實施例的壓電變壓器的示意圖，(a)是其簡略的斜視圖，(b)是沿圖(a)中的3B-3B線的剖面圖，(c)是沿圖(a)中的3C-3C線的剖面圖，(d)是沿圖(a)中的3D-3D線的剖面圖。
圖4(a)及(b)是分別表示驅(qū)動圖3中的壓電變壓器時壓電陶瓷片的位移分布和應(yīng)力分布的示意圖。
圖5是表示本發(fā)明的另一實施例的壓電變壓器的示意圖，(a)是其簡略的斜視圖，(b)及(c)分別是沿圖(a)中的5B-5B線及5C-5C線的剖面圖。
圖6是表示本發(fā)明的另一實施例的壓電變壓器的示意圖，(a)是其簡略的斜視圖，(b)、(c)及(d)分別是沿圖(a)中的6B-6B線、6C-6C線及6D-6D線的剖面圖。另外，沿(a)圖中的6C′-6C′線的剖面與(c)圖相同。
圖7是表示本發(fā)明的另一實施例的壓電變壓器的示意圖，(a)是其簡略的斜視圖，(b)、(c)及(d)分別是沿圖(a)中的7B-7B線、7C-7C線及7D-7D線的剖面圖。
實施發(fā)明用的最佳形態(tài)用


本發(fā)明的一實施例的壓電變壓器。
參照圖3(a)、(b)、(c)及(d)，壓電變壓器21有由壓電性陶瓷(例如，PZT＝鉛·鋯酸鹽·鈦酸鹽)構(gòu)成的矩形片23。假定將該壓電性陶瓷矩形片23沿其長度方向4等分，且等分后的4個區(qū)在圖中從左至右分別為第1～第4區(qū)A1、A2、A3及A4。在長度方向上兩端的第1及第4區(qū)A1及A4分別沿其厚度方向相對的表面上形成輸入用的表面電極24a、25a、24b、25b，在這些區(qū)的內(nèi)部沿厚度方向且互相簡隔開形成多個內(nèi)部電極26a、27a、26b、27b。這些表面電極及內(nèi)部電極是平面電極，沿矩形片23的長度方向及寬度方向存在于第1及第4區(qū)的內(nèi)部，被限定在各區(qū)內(nèi)。
還在寬度方向上相對的側(cè)面上形成側(cè)面電極28a、29a、28b、29b。在第1區(qū)A1中，表面電極24a及25a和內(nèi)部電極26a及27a是這樣形成的，即每隔1個的內(nèi)部電極26a和一側(cè)的表面電極25a連接在側(cè)面電極28a上，其它的每隔1個的內(nèi)部電極27a和另一側(cè)的表面電極24a連接在側(cè)面電極29a上。另一方面，在第4區(qū)A4中，表面電極24b及25b和內(nèi)部電極26b及27b是這樣形成的，即每隔1個的內(nèi)部電極26b和一側(cè)的表面電極25b連接在側(cè)面電極29b上，其它的每隔1個的內(nèi)部電極27b和另一側(cè)的表面電極24b連接在側(cè)面電極28b上。
如后文所述，這些表面電極、內(nèi)部電極、側(cè)面電極作為施加以2波長共振方式驅(qū)動矩形片23用的輸入電壓的輸入電極裝置。另外，第1及第4區(qū)A1及A4是設(shè)置輸入電極裝置的區(qū)，所以稱為輸入?yún)^(qū)。
另外，在壓電性陶瓷矩形片23的中央側(cè)的第2及第3區(qū)A2及A3的邊界部分，環(huán)繞著矩形片23形成帶狀的表面電極30，在內(nèi)部沿厚度方向互相間隔開形成多個帶狀的內(nèi)部電極31。如圖所示，帶狀表面電極由存在于矩形片23的上表面及下表面上的部分和與它們連接的側(cè)面部分構(gòu)成，該側(cè)面部分構(gòu)成凸緣狀的電極。帶狀內(nèi)部電極31各自的兩端與帶狀表面電極的內(nèi)表面連接，更詳細(xì)地說，與側(cè)面的凸緣狀的電極部分的內(nèi)表面連接。如后文所述，這些帶狀的表面及內(nèi)部電極30、31被作為輸出電極裝置用。
第1及第4區(qū)A1及A4各部分的側(cè)面電極28a和28b互相連接，29a和29b互相連接，在它們之間施加直流電壓，于是在上述第1及第4區(qū)A1及A4部分進(jìn)行極化處理。極化方向如圖3(b)及(c)中的箭頭所示，在厚度方向上在各內(nèi)部電極的兩側(cè)極化方向相反。另外，圖3(b)所示的左側(cè)的第1區(qū)A1部分的極化方向和圖3(c)所示的右側(cè)的第4區(qū)A4部分的極化方向彼此相反。
另外，第1區(qū)A1的側(cè)面電極28a、29a互相連接，且在與帶狀電極30之間施加直流電壓，于是第2區(qū)A2如圖3(a)中的粗箭頭所示，沿縱向向右的方向被極化(當(dāng)然也可以向左)。同樣，第4區(qū)A4的側(cè)面電極28b、29b互相連接，且在與帶狀電極30之間施加直流電壓，于是第3區(qū)A3如圖3(a)中的粗箭頭所示，沿縱向向右的方向被極化。
兩側(cè)的兩個側(cè)面電極28a、28b互相連接，兩側(cè)的另兩個側(cè)面電極29a、29b互相連接，在它們之間施加交流電壓。設(shè)其頻率為與矩形片23的長度的一半相等的波長的頻率，矩形片23進(jìn)行呈圖4(a)及(b)所示的位移及變形狀態(tài)的振動。由于該振動，能在輸出電極30和電極28a、28b、29a或29b之間獲得升高了的交流輸出電壓。
以下，具體地說明該壓電變壓器的制造方法。
首先，在由高Qm的PZT構(gòu)成的數(shù)個給定形狀的壓電陶瓷印刷電路基板上的給定位置，作為內(nèi)部電極圖形，用銀-鈀電極膏印刷內(nèi)部電極26a、26b及帶狀內(nèi)部電極31。另一方面，在壓電陶瓷印刷電路基板上同樣印刷內(nèi)部電極27a、27b及帶狀內(nèi)部電極31。接著，將多個這樣的印刷電路基板互相重疊，再在其上面重疊沒有電極圖形的陶瓷印刷電路基板，構(gòu)成重疊體。再對該重疊體進(jìn)行熱壓結(jié)合，在大氣中在1100℃的溫度下燒結(jié)2小時，制成燒結(jié)體。接著，用銀-鈀膏在燒結(jié)體的表面上形成通過預(yù)先重疊而在內(nèi)部形成的電極圖形的投影圖形，在側(cè)面部分形成與內(nèi)部電極連接的輸入用的側(cè)面電極及輸出用的凸緣狀的側(cè)面電極。如此，形成表面電極24a、25a、24b、25b，側(cè)面電極28a、29a、28b、29b及帶狀表面電極30。
另外，在單片型壓電變壓器的情況下，沒有內(nèi)部電極26a、27a、26b、27b、31，只將電極設(shè)在表面上。即，不需要重疊多層(即層數(shù)為1)。
圖3所示結(jié)構(gòu)的縱向2波長共振方式的重疊型壓電變壓器及單片型壓電變壓器具有長42mm、寬12mm、厚1.5mm的尺寸，還制成了寬度為6mm，其它尺寸與上述相同的壓電變壓器。另外作為比較例，按同樣的尺寸制作了圖1所示的現(xiàn)有的羅真(ロゼ-ン)式結(jié)構(gòu)的1波長共振方式的重疊型壓電變壓器、以及按相同的輸入側(cè)重疊結(jié)構(gòu)、以相同的尺寸制作了近年來新設(shè)計的3/2波長共振方式的壓電振子(所謂對稱3次羅真式重疊型壓電變壓器)。這些重疊型壓電變壓器的極化是在硅油中，在溫度為150℃、電場強度為1.2kV/mm的條件下進(jìn)行的。
測定了如上制造的壓電變壓器的特性。其結(jié)果示于表1。
另外，在這些重疊型壓電變壓器中，發(fā)熱ΔT達(dá)到25℃時，振動速度的極限約為0.22m/s。
參照表1，在1波長共振方式的比較例中，不管是單片型的還是重疊型的，尺寸為42×12×1.5時，發(fā)熱少，振動速度也達(dá)不到極限程度?？墒牵趯挾瘸叽鐪p小一半而減小了振子的體積的情況下(尺寸為42×6×1.5的情況下)，振動速度超過極限程度而變?yōu)?.395m/s，發(fā)熱也變?yōu)?3℃。
另外，在3/2波長共振方式的比較例中，即使任何類型，任何尺寸的壓電變壓器，與1波長共振方式相比，振動速度(m/s)低，發(fā)熱最大為5℃。
在本發(fā)明的2波長共振方式的重疊型壓電變壓器的情況下，與上述2個比較例相比，可知不管是哪種類型，也不管是哪種尺寸的壓電變壓器，在相同的輸出功率的條件下，振動速度及發(fā)熱ΔT都低。另外，如果增加重疊層數(shù)，則升壓比變大，能實現(xiàn)電壓更低的驅(qū)動。
表1共振共振輸入輸出升壓振動發(fā)熱重疊尺寸波長頻率電壓電壓比 速度ΔT 層數(shù)(mm)(kHz) (rmsV) (rmsV) (m/s) (℃)1 73.548.5401.2 8.270.20010 142×12×1.5波 73.350.0400.5 8.010.39543 142×6×1.573.59.9 400.9 40.49 0.19910 542×12×1.5長 73.313.5400.5 29.60 0.39543 542×6×1.53/2 120.0 33.5400.0 11.90 0.1421 142×12×1.5波 116.5 53.0399.2 7.530.1795 142×6×1.5118.6 11.5403.4 35.00 0.1431 342×12×1.5長 116.3 22.6400.2 17.70.1795 442×6×1.52 155.1 56.0401.6 7.170.0850 142×12×1.5波 149.4 81.0404.3 5.000.1200.5 142×6×1.5155.1 9.6 401.6 41.80 0.0850 642×12×1.5長 149.4 10.3402.7 39.09 0.1200.5 842×6×1.5因此，對于小型化的要求來說，本發(fā)明的2波長共振方式的重疊型壓電變壓器從升壓比、振動速度及發(fā)熱的觀點來看都是優(yōu)異的。
另外，在上述實施例中，在矩形片23的表面和背面形成了表面電極，但也可以如以下的實施例所示，可以省去表面電極。如果省去表面電極，則有利于表面的絕緣。
其次，參照圖5(a)、(b)及(c)，說明本發(fā)明的另一實施例。
本實施例的壓電變壓器也與上述實施例一樣，將輸入電極裝置和輸出電極裝置設(shè)在壓電性陶瓷矩形片23上。與圖3所示的實施例一樣，假定沿壓電性陶瓷矩形片23的縱向，將其4等分成圖5(a)所示的從左至右的第1～第4區(qū)A1～A4，本實施例的壓電變壓器，其輸入電極裝置設(shè)在第2及第3區(qū)A2及A3，輸出電極裝置作為端面電極32a及32b設(shè)在矩形片的縱向的兩端面上，這一點基本上與圖3中的壓電變壓器不同。更詳細(xì)地說，在本實施例中，將圖3中設(shè)在第4區(qū)A4及第1區(qū)A1中的內(nèi)部電極及側(cè)面電極的結(jié)構(gòu)分別設(shè)在第2區(qū)A2及第3區(qū)A3。各區(qū)的內(nèi)部電極分別為26a、27a及26b、27b，并示于圖5(b)及(c)。側(cè)面電極用參照符號28a、29a及28b、29b表示，分別設(shè)在兩側(cè)面。另外，在圖3中作為輸入電極裝置的主要元件設(shè)置的表面電極24a～25b，在本實施例中不使用。
用與圖3中的實施例同樣的方法進(jìn)行極化處理。在第2及第3區(qū)A2及A3內(nèi)，極化方向在厚度方向上，其方向為圖5(b)及(c)中的箭頭所示的方向。在該實施例中，由于不使用表面電極，所以在最上層的內(nèi)部電極的上方及最下層的下方不進(jìn)行極化。
另外，輸入電極和輸出電極之間的第1及第4區(qū)A1及A4，如圖5(a)中的粗箭頭所示，被沿縱向向右極化。
本實施例的壓電變壓器在將矩形片23的長度與2波長相當(dāng)?shù)念l率的交流輸入電壓加在側(cè)面電極28及29之間時，由于壓電效應(yīng)，矩形片進(jìn)行具有圖4(a)及(b)所示的位移分布及應(yīng)力分布的振動。該振動的結(jié)果能利用壓電效應(yīng)而在端面電極32a、32b之間獲得輸出電壓。
該實施例的壓電變壓器按照與圖3中的實施例同樣的制造方法進(jìn)行制造。不同的是印刷電路基板上的內(nèi)部電極用的電極圖形的形成位置不同；重疊后不需要再重疊沒有電極圖形的印刷電路基板；燒結(jié)后不需要設(shè)置表面電極；側(cè)面電極的位置不同；以及形成端面電極作為輸出電極。
制造了遵照本實施例的壓電變壓器元件。燒結(jié)條件為在1100℃下燒結(jié)2小時，極化條件為在150℃的硅油中，在1kV/mm的電場強度下極化15分鐘。為了評價所得到的壓電變壓器的特性，將直徑為2.2mm、長為220mm的冷陰極管作為負(fù)載，施加正弦波輸入電壓，驅(qū)動該壓電變壓器。測定了這時的升壓特性及穩(wěn)定亮燈時的振動速度和發(fā)熱的關(guān)系。將該測定結(jié)果示于表2。
為了比較，在相同的尺寸、重疊層數(shù)、燒結(jié)及極化條件下制成現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的羅真式的壓電變壓器，進(jìn)行了相同的評價實驗，將其結(jié)果示于同一表2。
表2羅真式 本發(fā)明尺寸(mm) 42×6×1.542×3×1.5共振頻率(kHz)78 150重疊層數(shù) 65輸入電壓(Vpp)18 24管電流(mA) 55升壓比 50 45振動速度(m/s)0.38 0.15發(fā)熱量ΔT(℃)65 8效率(％) 80 84參照表2可知，在現(xiàn)有的壓電變壓器中，振動速度為0.38m/s，發(fā)熱為65℃?？墒?，在本發(fā)明的壓電變壓器中，升壓比為45低一些的壓電變壓器，在輸出(管電流)相同的情況下，振動速度及發(fā)熱量ΔT都低，效率更好。
參照圖6(a)～(d)，再說明本發(fā)明的又一實施例。
對該圖和圖3(a)～(d)進(jìn)行比較可知，將表面電極從圖3(a)所示的壓電變壓器的結(jié)構(gòu)中除去，另一方面，也將與設(shè)在第4區(qū)A4中的結(jié)構(gòu)相同的內(nèi)部電極及側(cè)面電極增設(shè)在壓電性陶瓷矩形片23的第2區(qū)A2中。即，將第1、第2及第4區(qū)A1、A2及A4作為輸入?yún)^(qū)。作為輸出電極裝置的帶狀內(nèi)部電極設(shè)在第3區(qū)A3的中央部分。
圖中，第1、第2及第4區(qū)A1、A2及A4的內(nèi)部電極及側(cè)面電極分別與圖3相同，在參照數(shù)字中附加a、b及c字符來表示。第1、第2及第4區(qū)A1、A2及A4的內(nèi)部電極及側(cè)面電極構(gòu)成輸入電極裝置。作為輸出電極裝置的帶狀內(nèi)部電極用與圖3相同的參照數(shù)字表示，設(shè)置凸緣狀的側(cè)面電極34、35作為外部電極。
在本實施例的壓電變壓器中，與圖3所示實施例同樣地進(jìn)行極化處理，在第1及第2區(qū)A1及A2中的極化方向如圖6(b)及(c)中的箭頭所示，在第4區(qū)A4中與第2區(qū)A2相同，如圖6(c)所示。第3區(qū)A3如圖6(a)中的箭頭所示，沿縱向朝向中央的輸出電極的方向被極化。
在該壓電變壓器中，側(cè)面電極28a、28b及28c互相連接，另一方面，29a、29b及29c互相連接，在它們之間施加矩形片23的長度與2波長相當(dāng)?shù)念l率的交流輸入電壓。其結(jié)果是矩形片由于壓電效應(yīng)進(jìn)行具有圖4(a)及(b)所示的位移分布及應(yīng)力分布的振動。該振動的結(jié)果能利用壓電效應(yīng)而在端面電極34、35上出現(xiàn)輸出電壓。該輸出電壓的取出與下述任一電極之間進(jìn)行，即從輸出電極一方的側(cè)面電極34或35和輸入電極中的側(cè)面電極28a、28b、28c、29a、29b及29c中的任意一個(作為地，也可以作為輸入輸出公用的接地端)之間進(jìn)行。
該實施例的壓電變壓器按照與圖3中的實施例同樣的制造方法進(jìn)行制造。不同的是印刷電路基板上的內(nèi)部電極用的電極圖形的數(shù)目增加；輸出用的帶狀電極的形成位置不同；重疊后不需要再重疊沒有電極圖形的印刷電路基板；燒結(jié)后不需要設(shè)置表面電極；側(cè)面電極的數(shù)目不同；以及形成作為輸出電極的側(cè)面電極。
制造了遵照本實施例的壓電變壓器元件。燒結(jié)條件為在1100℃下燒結(jié)2小時，極化條件為在150℃的硅油中，在1kV/mm的電場強度下極化15分鐘。為了評價所得到的壓電變壓器的特性，附加進(jìn)行了與圖5所示實施例相同的評價實驗。將其結(jié)果示于表3。
為了比較，在相同的尺寸、重疊層數(shù)、燒結(jié)及極化條件下制成現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的羅真式的壓電變壓器，進(jìn)行了相同的評價實驗，將其結(jié)果示于同一表3。
表3羅真式本發(fā)明共振頻率(kHz) 78 155元件尺寸(mm) 42×6×1.542×3×1.5重疊層數(shù) 6 6輸入電壓(Vpp) 1815管電流(mA) 5 5升壓比 5060振動速度(m/s) 0.38 0.2發(fā)熱量ΔT(℃) 4025效率(％) 8084
由表3可知，本實施例的壓電變壓器與現(xiàn)有的羅真式的壓電變壓器相比較，在升壓比方面毫不遜色，體積減小了一半，在輸出(管電流)相同的情況下，振動速度低，因此發(fā)熱量變小。
參照圖7(a)～(d)，再說明本發(fā)明的另一實施例。
本實施例的壓電變壓器具有與圖6中的實施例大致相同的結(jié)構(gòu)，但第4區(qū)A4中的內(nèi)部電極和側(cè)面電極被除掉。即，不同點在于以第1及第2區(qū)A1及A2作為輸入?yún)^(qū)。另外，作為輸出電極裝置的帶狀內(nèi)部電極及其側(cè)面電極移到了第3及第4區(qū)A3及A4的邊界部分。還有，在第4區(qū)一側(cè)的端面上設(shè)置接地用端面電極32作為輸出的接地電極端。
因此，第1及第2區(qū)A1及A2的極化如圖7(b)及(c)所示，與圖6(b)及(c)相同，第3及第4區(qū)A3及A4的極化方向沿縱向朝向輸出電極的帶狀電極及端面電極。
在該壓電變壓器中，側(cè)面電極28a及28b互相連接，另一方面，29a及29b互相連接，在它們之間施加矩形片23的長度與2波長相當(dāng)?shù)念l率的交流輸入電壓。其結(jié)果是利用壓電效應(yīng)，矩形片進(jìn)行具有圖4(a)及(b)所示的位移分布及應(yīng)力分布的振動。該振動的結(jié)果能利用壓電效應(yīng)而在輸出用的側(cè)面電極34、35上出現(xiàn)輸出電壓。該輸出電壓能從側(cè)面電極34或35和端面電極32之間取出。
制造方法基本上與圖6中的實施例相同，不同點在于重疊時不形成第3區(qū)的內(nèi)部電極圖形，輸出用的帶狀內(nèi)部電極用圖形的位置不同，形成燒結(jié)后的輸出用的側(cè)面電極和端面電極。
表4羅真式 本發(fā)明共振頻率(kHz) 78155元件尺寸(mm) 42×6×1.542×3×1.5重疊層數(shù) 6 5輸入電壓(Vpp) 1828管電流(mA) 5 5升壓比 5045振動速度(m/s) 0.38 0.2發(fā)熱量ΔT(℃) 4025效率(％) 8084
制作了圖7中的實施例的壓電變壓器。極化條件及燒結(jié)條件與圖6中的實施例相同。
為了評價如上制作的壓電變壓器的特性，附加進(jìn)行了與圖5所示實施例相同的評價實驗。將其結(jié)果示于表4。
為了比較，在相同的尺寸、重疊層數(shù)、燒結(jié)及極化條件下制成現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的羅真式的壓電變壓器，進(jìn)行了相同的評價實驗，將其結(jié)果示于同一表4。
由表4可知，本發(fā)明的壓電變壓器與現(xiàn)有的羅真式的相比較，升壓比低一些的壓電變壓器，其體積即使減小了一半，在輸出(管電流)相同的情況下，振動速度低，因此發(fā)熱量變小。
另外，在圖5～圖6所示的實施例中，雖然未采用表面電極，但與圖3中的實施例一樣，也可以設(shè)置表面電極。通過采用表面電極，設(shè)了輸入電極的區(qū)沿其厚度方向全部被極化，有助于振動，所以從輸出方面來看是有利的。另外，在采用表面電極的情況下，在圖3中的實施例已說明過，可以不使用內(nèi)部電極，只有表面電極，呈單片型的結(jié)構(gòu)。
另外，作為壓電片，舉例示出了PZT陶瓷片，但如果是具有壓電性能的其它材料也可以。再者，作為電極，舉例示出了用銀-鈀印刷的薄膜，當(dāng)然也可以使用其它導(dǎo)電性的薄膜。
以上就幾個實施例說明了本發(fā)明，但本發(fā)明不限于這些實施例，在本發(fā)明的范圍內(nèi)各種實施形態(tài)都是可能的。
工業(yè)上利用的可能性如上所述，如果采用本發(fā)明，與現(xiàn)有的羅真式壓電變壓器相比較，能獲得體積減小1/2、在相同的輸出功率下、振動速度低、發(fā)熱少、效率高的壓電變壓器，特別是能提供一種適用于液晶顯示器的背面光點亮用的電源的壓電變壓器。
權(quán)利要求
1.一種壓電變壓器，其特證在于備有具有從第1端延伸到相對一側(cè)的第2端的片長、片寬和片厚、且沿該片長從上述第1端至第2端假想地被4等分地連續(xù)地排列的4個區(qū)的矩形壓電片；設(shè)置在從上述4個區(qū)中作為輸入?yún)^(qū)被選擇的至少2個區(qū)上、接收與上述片長的一半長度相等的波長對應(yīng)的頻率的交流輸入電壓、驅(qū)動上述壓電片進(jìn)行2波長共振用的輸入電極裝置；以及設(shè)置在上述4個區(qū)中剩下的至少1個區(qū)的一位置處、輸出由上述壓電片的2波長共振發(fā)生的交流輸出電壓用的輸出電極裝置，而且上述輸入?yún)^(qū)沿上述片的厚度方向極化，上述剩下的至少1個區(qū)沿上述片長方向極化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電變壓器，其特征在于上述壓電片在上述片的寬度方向上有互相相對的側(cè)面；上述輸入電極部具有在上述各輸入?yún)^(qū)中形成的多個平面電極，上述多個平面電極被限定在該輸入?yún)^(qū)內(nèi)，沿上述片長方向及上述寬度方向延伸，而且在上述片的厚度方向上互相間隔開形成，以及為了將上述交流輸入電壓加在上述相對的側(cè)面上而設(shè)在上述各輸入?yún)^(qū)內(nèi)的兩個側(cè)面電極；該兩個側(cè)面電極中的1個連接著上述平面電極中的互相鄰接的每2個中的1個，另一個側(cè)面電極連接著上述平面電極中的互相鄰接的每2個中的另1個；上述各輸入電極通過預(yù)先將直流電壓加在上述2個側(cè)面電極上，而在上述平面電極中的彼此鄰接的每2個之間被極化。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓電變壓器，其特征在于上述平面電極作為內(nèi)部電極被埋入上述壓電片中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的壓電變壓器，其特征在于上述壓電片在上述片的厚度方向上有互相相對的上表面及下表面；上述平面電極內(nèi)的2個在上述輸入?yún)^(qū)內(nèi)設(shè)在上述上表面及下表面上，其余的平面電極作為內(nèi)部電極被埋入上述壓電片中。
5.根據(jù)權(quán)利要求2～4中的任意一項所述的壓電變壓器，其特征在于上述輸出電極裝置有沿上述片的寬度方向延伸、且在片的厚度方向上互相間隔開的多個帶狀電極；以及在上述相對的側(cè)面上形成、且與上述帶狀電極的兩端分別連接、取出上述交流輸出電壓用的2個輸出側(cè)面電極凸緣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓電變壓器，其特征在于上述帶狀電極作為內(nèi)部帶狀電極被埋入上述壓電片內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓電變壓器，其特征在于上述帶狀電極內(nèi)的2個分別設(shè)在上述上表面及下表面上，其余的帶狀電極作為內(nèi)部帶狀電極被埋入上述壓電片內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1～7中的任意一項所述的壓電變壓器，其特征在于第1～第4上述4個區(qū)沿上述片的長度方向從上述第1端按該順序排列到上述第2端，上述輸入?yún)^(qū)是分別與上述第1端及上述第2端鄰接的上述第1區(qū)及第4區(qū)，該第1區(qū)及第4區(qū)互相沿相反的方向被極化，上述輸出電極裝置設(shè)在上述第2區(qū)及第3區(qū)的邊界部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～4中的任意一項所述的壓電變壓器，其特征在于第1～第4上述4個區(qū)沿上述片的長度方向從上述第1端按該順序排列到第2端，上述輸入?yún)^(qū)是互相鄰接的上述第2區(qū)及第3區(qū)，該第2區(qū)及第3區(qū)互相沿相反的方向被極化，上述輸出電極裝置由設(shè)在上述第1端及第2端上的電極構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～7中的任意一項所述的壓電變壓器，其特征在于第1～第4上述4個區(qū)沿上述片的長度方向從上述第1端按該順序排列到第2端，上述輸入?yún)^(qū)是上述第1區(qū)、第2區(qū)及第4區(qū)，該第1區(qū)和上述第2及第4區(qū)互相沿相反的方向被極化，上述輸出電極裝置在上述片的長度方向上設(shè)在上述第3區(qū)的中央部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求1～7中的任意一項所述的壓電變壓器，其特征在于第1～第4上述4個區(qū)沿上述片的長度方向從上述第1端按該順序排列到第2端，上述輸入?yún)^(qū)是上述第1區(qū)及第2區(qū)，該第1區(qū)及第2區(qū)互相沿相反的方向被極化，上述輸出電極裝置設(shè)在上述第3區(qū)及第4區(qū)的邊界部分，輸出用的接地電極設(shè)在上述第2端上。
全文摘要
一種壓電變壓器,它有沿長度方向等分的第1至第4區(qū)(A1、A2、A3、A4),在第1及第4區(qū)(A1、A4)設(shè)有平面電極(24、25、26、27)作為輸入電極,同時沿厚度方向極化,在其余的第2及第3區(qū)(A2、A3)的邊界上設(shè)有帶狀電極(30、31)作為輸出電極,構(gòu)成壓電變壓器(21)。該變壓器體積小、振動速度低、發(fā)熱少、效率高。輸入電極不限于第1及第4區(qū),上述2波長共振時,可設(shè)在位移分布互相相反的2個或3個區(qū)中,輸出電極設(shè)在其它區(qū)中。
文檔編號H01L41/107GK1178603SQ97190051
公開日1998年4月8日 申請日期1997年1月30日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月30日
發(fā)明者勝野超史, 布田良明 申請人:株式會社東金