壓電變壓器的制作方法

專利名稱：壓電變壓器的制作方法
技術領域：
本發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成的矩形片。
背景技術：
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、以及產生電磁噪音和發熱，所以不適合作為小型電氣設備的電源使用。例如，作為靜電發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，由于利用壓電現象的壓電變壓器幾乎不產生電磁噪音，且能小型化，所以可以研究將其作為小型設備的電源用變壓器的實用化的問題。
參照圖1(a)及(b)，現有的壓電變壓器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部分的內部沿厚度方向互相間隔開形成的多個內部電極16、17。另外，表面電極15、15分別連接著在上述第1部分的相對的側面上分別形成的側面電極18、19，同時每隔一個內部電極16和剩余的內部電極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部分進行極化處理。即，壓電性陶瓷矩形片13在表面電極15、15及內部電極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，在內部電極16、17各自的兩側彼此方向相反。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，具有上述的多個內部電極的類型，實際上是在制造時將內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，它不設內部電極、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行重疊，只在一個壓電體的表面上構成電極即可，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行振動。這時，利用壓電效應，在表面電極15及內部電極16、17和端面電極20之間產生交流電壓。所產生的交流電壓的大小基本上由表面電極15及內部電極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的壓電變壓器中，為了滿足低電壓驅動、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(表面電極和內部電極)之間的厚度。其結果是輸入阻抗變小，從而輸入電流(動態電流)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、振幅大時由于發熱造成的溫度(ΔT)達到規定值的振動速度，該規定值可選定例如ΔT＝25℃)時，會出現與發熱增大的同時效率下降的不理想情況。
因此，本發明的技術課題在于解決上述現有的缺點，獲得一種既能滿足消耗功率低、驅動電壓低、小型、高升壓比的要求，又能使振動速度低、發熱量小、效率高的壓電變壓器的結構。
發明的公開如果采用本發明，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等分地連續地排列的4個區的矩形壓電片；設在從上述4個區中作為輸入區被選擇的至少2個區上、接收與上述片長的一半長度相等的波長對應的頻率的交流輸入電壓、驅動上述壓電片進行2波長共振用的輸入電極裝置；以及設在上述4個區中剩下的至少1個區的一位置處、輸出由上述壓電片的2波長共振發生的交流輸出電壓用的輸出電極裝置，而且上述輸入區沿上述片的厚度方向極化，上述剩下的至少1個區沿上述片的長度方向極化。
另外，如果采用本發明，則能獲得本發明的第2～第11方面所述的壓電變壓器。
如果采用本發明，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產生的電壓，與1波長共振方式的情況相比，能從輸出側取出2倍能量，所以對應于相同的電流，能獲得振動速度及發熱量都小、效率高的壓電變壓器。
附圖的簡單說明圖1是現有的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)是分別表示驅動圖3中的壓電變壓器時壓電陶瓷片的位移分布和應力分布的示意圖。
圖5是表示本發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。
實施發明用的最佳形態用


本發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個區在圖中從左至右分別為第1～第4區A1、A2、A3及A4。在長度方向上兩端的第1及第4區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，在這些區的內部沿厚度方向且互相簡隔開形成多個內部電極26a、27a、26b、27b。這些表面電極及內部電極是平面電極，沿矩形片23的長度方向及寬度方向存在于第1及第4區的內部，被限定在各區內。
還在寬度方向上相對的側面上形成側面電極28a、29a、28b、29b。在第1區A1中，表面電極24a及25a和內部電極26a及27a是這樣形成的，即每隔1個的內部電極26a和一側的表面電極25a連接在側面電極28a上，其它的每隔1個的內部電極27a和另一側的表面電極24a連接在側面電極29a上。另一方面，在第4區A4中，表面電極24b及25b和內部電極26b及27b是這樣形成的，即每隔1個的內部電極26b和一側的表面電極25b連接在側面電極29b上，其它的每隔1個的內部電極27b和另一側的表面電極24b連接在側面電極28b上。
如后文所述，這些表面電極、內部電極、側面電極作為施加以2波長共振方式驅動矩形片23用的輸入電壓的輸入電極裝置。另外，第1及第4區A1及A4是設置輸入電極裝置的區，所以稱為輸入區。
另外，在壓電性陶瓷矩形片23的中央側的第2及第3區A2及A3的邊界部分，環繞著矩形片23形成帶狀的表面電極30，在內部沿厚度方向互相間隔開形成多個帶狀的內部電極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面部分構成，該側面部分構成凸緣狀的電極。帶狀內部電極31各自的兩端與帶狀表面電極的內表面連接，更詳細地說，與側面的凸緣狀的電極部分的內表面連接。如后文所述，這些帶狀的表面及內部電極30、31被作為輸出電極裝置用。
第1及第4區A1及A4各部分的側面電極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A1及A4部分進行極化處理。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部電極的兩側極化方向相反。另外，圖3(b)所示的左側的第1區A1部分的極化方向和圖3(c)所示的右側的第4區A4部分的極化方向彼此相反。
另外，第1區A1的側面電極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A2如圖3(a)中的粗箭頭所示，沿縱向向右的方向被極化(當然也可以向左)。同樣，第4區A4的側面電極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。
兩側的兩個側面電極28a、28b互相連接，兩側的另兩個側面電極29a、29b互相連接，在它們之間施加交流電壓。設其頻率為與矩形片23的長度的一半相等的波長的頻率，矩形片23進行呈圖4(a)及(b)所示的位移及變形狀態的振動。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構成的數個給定形狀的壓電陶瓷印刷電路基板上的給定位置，作為內部電極圖形，用銀-鈀電極膏印刷內部電極26a、26b及帶狀內部電極31。另一方面，在壓電陶瓷印刷電路基板上同樣印刷內部電極27a、27b及帶狀內部電極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，構成重疊體。再對該重疊體進行熱壓結合，在大氣中在1100℃的溫度下燒結2小時，制成燒結體。接著，用銀-鈀膏在燒結體的表面上形成通過預先重疊而在內部形成的電極圖形的投影圖形，在側面部分形成與內部電極連接的輸入用的側面電極及輸出用的凸緣狀的側面電極。如此，形成表面電極24a、25a、24b、25b，側面電極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，沒有內部電極26a、27a、26b、27b、31，只將電極設在表面上。即，不需要重疊多層(即層數為1)。
圖3所示結構的縱向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所示的現有的羅真(ロゼ-ン)式結構的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重疊結構、以相同的尺寸制作了近年來新設計的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的條件下進行的。
測定了如上制造的壓電變壓器的特性。其結果示于表1。
另外，在這些重疊型壓電變壓器中，發熱ΔT達到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，發熱少，振動速度也達不到極限程度。可是，在將寬度尺寸減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為0.395m/s，發熱也變為43℃。
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，發熱最大為5℃。
在本發明的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，振動速度及發熱ΔT都低。另外，如果增加重疊層數，則升壓比變大，能實現電壓更低的驅動。
表1共振共振輸入輸出升壓振動發熱重疊尺寸波長頻率電壓電壓比 速度ΔT 層數(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、振動速度及發熱的觀點來看都是優異的。
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A1～A4，本實施例的壓電變壓器，其輸入電極裝置設在第2及第3區A2及A3，輸出電極裝置作為端面電極32a及32b設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。更詳細地說，在本實施例中，將圖3中設在第4區A4及第1區A1中的內部電極及側面電極的結構分別設在第2區A2及第3區A3。各區的內部電極分別為26a、27a及26b、27b，并示于圖5(b)及(c)。側面電極用參照符號28a、29a及28b、29b表示，分別設在兩側面。另外，在圖3中作為輸入電極裝置的主要元件設置的表面電極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行極化處理。在第2及第3區A2及A3內，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，所以在最上層的內部電極的上方及最下層的下方不進行極化。
另外，輸入電極和輸出電極之間的第1及第4區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波長相當的頻率的交流輸入電壓加在側面電極28及29之間時，由于壓電效應，矩形片進行具有圖4(a)及(b)所示的位移分布及應力分布的振動。該振動的結果能利用壓電效應而在端面電極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行制造。不同的是印刷電路基板上的內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；燒結后不需要設置表面電極；側面電極的位置不同；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。燒結條件為在1100℃下燒結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的冷陰極管作為負載，施加正弦波輸入電壓，驅動該壓電變壓器。測定了這時的升壓特性及穩定亮燈時的振動速度和發熱的關系。將該測定結果示于表2。
為了比較，在相同的尺寸、重疊層數、燒結及極化條件下制成現有結構的羅真式的壓電變壓器，進行了相同的評價實驗，將其結果示于同一表2。
表2羅真式 本發明尺寸(mm) 42×6×1.542×3×1.5共振頻率(kHz)78 150重疊層數 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發熱量ΔT(℃)65 8效率(％) 80 84參照表2可知，在現有的壓電變壓器中，振動速度為0.38m/s，發熱為65℃。可是，在本發明的壓電變壓器中，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，振動速度及發熱量ΔT都低，效率更好。
參照圖6(a)～(d)，再說明本發明的又一實施例。
對該圖和圖3(a)～(d)進行比較可知，將表面電極從圖3(a)所示的壓電變壓器的結構中除去，另一方面，也將與設在第4區A4中的結構相同的內部電極及側面電極增設在壓電性陶瓷矩形片23的第2區A2中。即，將第1、第2及第4區A1、A2及A4作為輸入區。作為輸出電極裝置的帶狀內部電極設在第3區A3的中央部分。
圖中，第1、第2及第4區A1、A2及A4的內部電極及側面電極分別與圖3相同，在參照數字中附加a、b及c字符來表示。第1、第2及第4區A1、A2及A4的內部電極及側面電極構成輸入電極裝置。作為輸出電極裝置的帶狀內部電極用與圖3相同的參照數字表示，設置凸緣狀的側面電極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行極化處理，在第1及第2區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A4中與第2區A2相同，如圖6(c)所示。第3區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波長相當的頻率的交流輸入電壓。其結果是矩形片由于壓電效應進行具有圖4(a)及(b)所示的位移分布及應力分布的振動。該振動的結果能利用壓電效應而在端面電極34、35上出現輸出電壓。該輸出電壓的取出與下述任一電極之間進行，即從輸出電極一方的側面電極34或35和輸入電極中的側面電極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行制造。不同的是印刷電路基板上的內部電極用的電極圖形的數目增加；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；燒結后不需要設置表面電極；側面電極的數目不同；以及形成作為輸出電極的側面電極。
制造了遵照本實施例的壓電變壓器元件。燒結條件為在1100℃下燒結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，附加進行了與圖5所示實施例相同的評價實驗。將其結果示于表3。
為了比較，在相同的尺寸、重疊層數、燒結及極化條件下制成現有結構的羅真式的壓電變壓器，進行了相同的評價實驗，將其結果示于同一表3。
表3羅真式本發明共振頻率(kHz) 78 155元件尺寸(mm) 42×6×1.542×3×1.5重疊層數 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發熱量ΔT(℃) 4025效率(％) 8084
由表3可知，本實施例的壓電變壓器與現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，因此發熱量變小。
參照圖7(a)～(d)，再說明本發明的另一實施例。
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構，但第4區A4中的內部電極和側面電極被除掉。即，不同點在于以第1及第2區A1及A2作為輸入區。另外，作為輸出電極裝置的帶狀內部電極及其側面電極移到了第3及第4區A3及A4的邊界部分。還有，在第4區一側的端面上設置接地用端面電極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波長相當的頻率的交流輸入電壓。其結果是利用壓電效應，矩形片進行具有圖4(a)及(b)所示的位移分布及應力分布的振動。該振動的結果能利用壓電效應而在輸出用的側面電極34、35上出現輸出電壓。該輸出電壓能從側面電極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區的內部電極圖形，輸出用的帶狀內部電極用圖形的位置不同，形成燒結后的輸出用的側面電極和端面電極。
表4羅真式 本發明共振頻率(kHz) 78155元件尺寸(mm) 42×6×1.542×3×1.5重疊層數 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，附加進行了與圖5所示實施例相同的評價實驗。將其結果示于表4。
為了比較，在相同的尺寸、重疊層數、燒結及極化條件下制成現有結構的羅真式的壓電變壓器，進行了相同的評價實驗，將其結果示于同一表4。
由表4可知，本發明的壓電變壓器與現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，也可以設置表面電極。通過采用表面電極，設了輸入電極的區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，可以不使用內部電極，只有表面電極，呈單片型的結構。
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，當然也可以使用其它導電性的薄膜。
以上就幾個實施例說明了本發明，但本發明不限于這些實施例，在本發明的范圍內各種實施形態都是可能的。
工業上利用的可能性如上所述，如果采用本發明，與現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等分地連續地排列的4個區的矩形壓電片；設置在從上述4個區中作為輸入區被選擇的至少2個區上、接收與上述片長的一半長度相等的波長對應的頻率的交流輸入電壓、驅動上述壓電片進行2波長共振用的輸入電極裝置；以及設置在上述4個區中剩下的至少1個區的一位置處、輸出由上述壓電片的2波長共振發生的交流輸出電壓用的輸出電極裝置，而且上述輸入區沿上述片的厚度方向極化，上述剩下的至少1個區沿上述片長方向極化。
2.根據權利要求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面；上述輸入電極部具有在上述各輸入區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區內，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面上而設在上述各輸入區內的兩個側面電極；該兩個側面電極中的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先將直流電壓加在上述2個側面電極上，而在上述平面電極中的彼此鄰接的每2個之間被極化。
3.根據權利要求2所述的壓電變壓器，其特征在于上述平面電極作為內部電極被埋入上述壓電片中。
4.根據權利要求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；上述平面電極內的2個在上述輸入區內設在上述上表面及下表面上，其余的平面電極作為內部電極被埋入上述壓電片中。
5.根據權利要求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個輸出側面電極凸緣。
6.根據權利要求5所述的壓電變壓器，其特征在于上述帶狀電極作為內部帶狀電極被埋入上述壓電片內。
7.根據權利要求5所述的壓電變壓器，其特征在于上述帶狀電極內的2個分別設在上述上表面及下表面上，其余的帶狀電極作為內部帶狀電極被埋入上述壓電片內。
8.根據權利要求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，上述輸入區是分別與上述第1端及上述第2端鄰接的上述第1區及第4區，該第1區及第4區互相沿相反的方向被極化，上述輸出電極裝置設在上述第2區及第3區的邊界部分。
9.根據權利要求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，上述輸入區是互相鄰接的上述第2區及第3區，該第2區及第3區互相沿相反的方向被極化，上述輸出電極裝置由設在上述第1端及第2端上的電極構成。
10.根據權利要求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，上述輸入區是上述第1區、第2區及第4區，該第1區和上述第2及第4區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在上述第3區的中央部分。
11.根據權利要求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，上述輸入區是上述第1區及第2區，該第1區及第2區互相沿相反的方向被極化，上述輸出電極裝置設在上述第3區及第4區的邊界部分，輸出用的接地電極設在上述第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(A1、A2、A3、A4),在第1及第4區(A1、A4)設有平面電極(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(A2、A3)的邊界上設有帶狀電極(30、31)作為輸出電極,構成壓電變壓器(21)。該變壓器體積小、振動速度低、發熱少、效率高。輸入電極不限于第1及第4區,上述2波長共振時,可設在位移分布互相相反的2個或3個區中,輸出電極設在其它區中。
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 優先權日1996年1月30日
發明者勝野超史, 布田良明 申請人:株式會社東金