專(zhuān)利名稱(chēng)：壓電變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及應(yīng)用于液晶顯示器的背光用換流器(inverter)等中的中央驅(qū)動(dòng)型壓電變壓器。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，為了實(shí)現(xiàn)電子電路的小型化與薄型化，液晶面板用的換流器及DC/DC直流變換器(converter)等采用壓電變壓器。
圖6是已知一般的羅森型(Rosen Type)壓電變壓器的斜視圖。羅森型壓電變壓器使用例如鋯鈦酸鉛(PZT)系陶瓷作為材料的組件，如圖6所示，在壓電變壓器20左半部的輸入部21中，設(shè)有在厚度方向上疊層導(dǎo)體的輸入電極22，而輸入電極間的壓電體在厚度方向被實(shí)施極化處理。并且，在壓電變壓器20右半部的輸出部23的端面上，設(shè)有通過(guò)例如燒結(jié)銀等所產(chǎn)生的輸出電極24，而輸出部23的壓電體在長(zhǎng)度方向被實(shí)施極化處理。
在此，所謂輸入部，是指壓電變壓器中，在厚度方向設(shè)有輸入電極，且該輸入電極間的壓電體在厚度方向被極化的部分；而所謂輸出部，是指壓電變壓器中，在端部具有輸出電極，且從輸出電極至輸入部為止的壓電體在長(zhǎng)度方向被極化的部分。
在這樣一般的羅森型壓電變壓器的輸入電極間，若施加頻率與長(zhǎng)度方向的機(jī)械共振頻率大致相同的交流電壓，則會(huì)激發(fā)在該壓電變壓器的長(zhǎng)度方向產(chǎn)生強(qiáng)烈的機(jī)械振動(dòng)，而在輸出電極上則因壓電效應(yīng)而產(chǎn)生高電壓。
近年來(lái)，隨著壓電變壓器小型化的傾向，開(kāi)發(fā)出不會(huì)產(chǎn)生失真波的中央驅(qū)動(dòng)型壓電變壓器(例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。在此中央驅(qū)動(dòng)型壓電變壓器中，在中央部設(shè)有疊層輸入電極的輸入部，而輸入電極間的壓電體在厚度方向被極化處理。中央部?jī)蓚?cè)的輸出部分別沿長(zhǎng)度方向被極化處理，而在兩端面上，設(shè)有通過(guò)例如燒結(jié)銀所產(chǎn)生的輸出電極。
(專(zhuān)利文獻(xiàn)1)日本專(zhuān)利第3119154號(hào)公報(bào)(專(zhuān)利文獻(xiàn)2)日本專(zhuān)利特開(kāi)2000-150981號(hào)公報(bào)(專(zhuān)利文獻(xiàn)3)日本專(zhuān)利特開(kāi)2002-305332號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容發(fā)明所要解決的問(wèn)題如上所述，在壓電變壓器中的輸出部沿著長(zhǎng)度方向逆向極化的中央驅(qū)動(dòng)型壓電變壓器，其2個(gè)輸出電極上所產(chǎn)生的電壓同相位，而由于連接在輸出電極間的負(fù)載中并無(wú)電流流動(dòng)，因此，即使具有冷陰極管連接于壓電變壓器兩端的輸出電極間的結(jié)構(gòu)，冷陰極管也不會(huì)點(diǎn)亮。
因此，輸出部逆向極化的壓電變壓器，雖然在其兩端的輸出電極與GND間串連2根冷陰極管，假設(shè)在連接1根冷陰極管的情況下，需要輸出電極施加+Vout的電壓，則2根冷陰極管需要2Voutt的電壓，因此，液晶面板的背光的反射板及框體間的寄生電容所造成的電力損失是1根冷陰極管造成損失的四倍。
并且，在點(diǎn)亮用于大型液晶面板的背光的管電壓相對(duì)較高的冷陰極管的情況下，必須在一般的羅森型壓電變壓器中，直接施加較高的Vlamp的管電壓。
近年來(lái)，液晶面板有大型化的傾向，而有將用作為背光的冷陰極管做得更長(zhǎng)，同時(shí)增高管電壓的必要。若將管電壓增高，寄生電容所產(chǎn)生的電力損失則會(huì)增加，因此，寄生電容所產(chǎn)生的電力損失則會(huì)成為換流器消耗電力增大的一個(gè)原因。
另一方面，輸出部在同一方向極化的壓電變壓器的輸出阻抗，在頻率為f、一側(cè)輸出的靜電電容為C2的情況下，會(huì)變大為1/(2πf·C2/2)，并且在使用串聯(lián)的兩根冷陰極管或高管電壓的冷陰極管等情況下，不適合負(fù)載阻抗較高。
由于如上述的狀況，因此需要一種適于點(diǎn)亮大型液晶面板的背光，且輸出部沿長(zhǎng)度方向而在同一方向極化的中央驅(qū)動(dòng)型壓電變壓器。并且，為了將上述輸出部沿長(zhǎng)度方向而在同一方向極化的中央驅(qū)動(dòng)型壓電變壓器，作為液晶面板的背光用換流器實(shí)用化，需要可一致控制兩根冷陰極管的電路，而現(xiàn)在針對(duì)這種電路的開(kāi)發(fā)也在進(jìn)行之中，因此，針對(duì)上述輸出部在同一方向極化的壓電變壓器的需求也不斷增加。
然而，另一方面，在需求不斷增加的情況下，雖然有文獻(xiàn)評(píng)估過(guò)輸出部沿長(zhǎng)度方向逆向極化的變換效率相對(duì)于中央驅(qū)動(dòng)型壓電變壓器的整體長(zhǎng)度與輸入部長(zhǎng)度的比的特性影響，或有文獻(xiàn)討論過(guò)輸出部沿長(zhǎng)度方向而在同一方向極化的中央驅(qū)動(dòng)型壓電變壓器，但卻沒(méi)有關(guān)于實(shí)際制作輸出部沿長(zhǎng)度方向而在同一方向極化的中央驅(qū)動(dòng)型壓電變壓器，評(píng)估電極的設(shè)計(jì)對(duì)效率特性的影響，并檢討其實(shí)用化的可行性的文獻(xiàn)。
在上述輸出部沿長(zhǎng)度方向而在同一方向極化的中央驅(qū)動(dòng)型壓電變壓器中，根據(jù)其電極的設(shè)置方式，會(huì)有無(wú)法獲得充分的效率，且發(fā)熱量變大的情況。若壓電變壓器的效率過(guò)低，則在使用裝有此變壓器的電氣機(jī)器時(shí)，消耗電力會(huì)因而增加。特別是，如果在筆記型計(jì)算機(jī)等機(jī)器中使用效率低的壓電變壓器，消耗電力會(huì)變大而使電池壽命縮短。此外，也會(huì)產(chǎn)生因發(fā)熱而使壓電變壓器本身功能的可靠性下降，并且發(fā)熱對(duì)周?chē)M件或機(jī)器產(chǎn)生不良影響的問(wèn)題。因此，為了能配合實(shí)現(xiàn)筆記型計(jì)算機(jī)中要求特別高的電池的高壽命化，同時(shí)為了能在機(jī)器使用時(shí)抑制壓電變壓器的發(fā)熱提高變壓器本身與周邊機(jī)器的可靠性，必須提高壓電變壓器的效率。
本發(fā)明的目的在于，提供一種適于連接高管電壓的冷陰極管等，輸出部沿長(zhǎng)度方向而在同一方向極化，且具有高效率的壓電變壓器。
解決問(wèn)題的手段(1)為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明涉及的壓電變壓器是一種包含輸入部，其具有在矩形壓電體的長(zhǎng)度方向的中央部設(shè)置的厚度方向疊層的輸入電極；一對(duì)輸出部，其沿上述長(zhǎng)度方向以?shī)A住上述輸入部的方式設(shè)置；以及輸出電極，其設(shè)置于上述各輸出部的端部；并且上述輸入部在輸入電極間沿厚度方向極化，而上述輸出部沿上述長(zhǎng)度方向而在同一方向極化，并以半波長(zhǎng)模式動(dòng)作的壓電變壓器，其特征在于若上述壓電體的長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，上述輸入部的上述長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)2，而任意一側(cè)的上述輸出電極的上述長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)3時(shí)，L1、L2及L3滿(mǎn)足0.1≤(4L2-L3)/4L1≤0.5的關(guān)系。
如此，本發(fā)明中，針對(duì)壓電體的長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度L1、輸入部的長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度L2及任意一側(cè)的輸出電極的長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度L3，將(4L2-L3)/4L1設(shè)為自0.1至0.5的值。
因此，本發(fā)明所涉及的壓電變壓器的效率可維持在約94％至96％的高水平。其結(jié)果，電氣機(jī)器在使用本發(fā)明涉及的壓電變壓器的情況下，可降低其消耗電力，也可追求筆記型計(jì)算機(jī)中要求特別高的電池的高壽命化。并且，也可抑制發(fā)熱，提升壓電變壓器本身的功能的可靠性，并防止發(fā)熱對(duì)周?chē)M件或機(jī)器產(chǎn)生不良影響。此外，特別是在連接作為液晶面板的背光的2根冷陰極管的情況下，更可作為高效率的換流器而組裝至抑制因寄生電容所產(chǎn)生的電力損失的點(diǎn)亮驅(qū)動(dòng)裝置的電路中。
此外，由于在上述式子的范圍內(nèi)，可以穩(wěn)定地維持高效率，因此可輕易地量產(chǎn)具有設(shè)計(jì)功能的壓電變壓器，并提高制造過(guò)程中的合格品率。并且，可考慮與升壓比等其它特性的關(guān)系容易的選擇最佳值。
(2)并且，本發(fā)明涉及的壓電變壓器，其特征在于上述輸出電極僅形成于上述各輸出的端面，若上述壓電體的長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，上述輸入部的上述長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)2時(shí)，L1及L2滿(mǎn)足0.1≤L2/L1≤0.5的關(guān)系。
如此，由于將輸出電極設(shè)于λ/2模式的振動(dòng)的波峰位置，因此可提高升壓比。此外，由于簡(jiǎn)化了輸出電極的構(gòu)造，因此可以減小輸出電極的周邊部分的殘留應(yīng)力。
(3)并且，本發(fā)明涉及的壓電變壓器，其特征在于上述輸出電極配置在上述各輸出部的端部，沿上述壓電體厚度方向內(nèi)層部分疊層。
如此，本發(fā)明涉及的壓電變壓器的輸出電極配置在各輸出部的端部中，沿壓電體厚度方向內(nèi)層部分疊層。由此，可更加提高壓電變壓器的效率。
此外，該疊層的輸出電極在壓電變壓器的制造過(guò)程中，可以與中央部的輸入電極同時(shí)印刷，而不需要特別在壓電體的兩端面燒結(jié)電極的步驟。由此，可提高制造過(guò)程的生產(chǎn)效率。此外，在此情況下，雖然需要連接于輸出電極的外部電極，但是其可在壓電體燒成后，設(shè)置連接于輸入電極的外部電極時(shí)，同時(shí)以一個(gè)步驟設(shè)置。
(4)并且，本發(fā)明涉及的壓電變壓器，其特征在于將連接于上述輸入電極的外部電極至少設(shè)置在平行于上述長(zhǎng)度方向及厚度方向的上述輸入部外面；而將連接于上述輸出電極的外部電極設(shè)置在上述各輸出部的兩側(cè)端面或平行于上述長(zhǎng)度方向及厚度方向的上述輸出部的外面的至少一面上。
如此，本發(fā)明中，將連接于輸入電極的外部電極及連接于輸出電極的外部電極分別設(shè)置于壓電變壓器的指定的面上。由此，在作為壓電變壓器的取出電極的外部電極的印刷制程中，例如，可在特定的面一起印刷，而僅以一次印刷即可完成外部電極的印刷步驟，進(jìn)而達(dá)成制造過(guò)程的簡(jiǎn)化并降低成本。并且，也可同樣地配合其它步驟的狀況，以選擇外部電極的設(shè)置面。此外，在將本發(fā)明涉及的壓電變壓器組入電路時(shí)，也可考慮空間及配置，來(lái)選擇外部電極的設(shè)置面。其結(jié)果，可實(shí)現(xiàn)制造生產(chǎn)的高效化，以及提高構(gòu)成電路時(shí)的兼容性。此外，由于輸出電極與該外部電極設(shè)置成コ字型電極，更可以提高效率。
發(fā)明效果本發(fā)明涉及的壓電變壓器，可將效率維持在94％至96％的高水平。其結(jié)果，電氣機(jī)器在使用本發(fā)明涉及的壓電變壓器的情況下，可降低其消耗電力，也可實(shí)現(xiàn)筆記型計(jì)算機(jī)中要求特別高的電池的高壽命化。并且，也可抑制發(fā)熱，提升壓電變壓器本身的功能的可靠性，并防止發(fā)熱對(duì)周?chē)M件或機(jī)器產(chǎn)生不良影響。此外，特別是在連接作為液晶面板的背光的2根冷陰極管的情況下，更可作為高效率的換流器而組裝至抑制因寄生電容所產(chǎn)生的電力損失的點(diǎn)亮驅(qū)動(dòng)裝置的電路中。
并且，由于在上述式子的范圍內(nèi)，可以穩(wěn)定地維持高效率，因此可輕易地量產(chǎn)具有設(shè)計(jì)功能的壓電變壓器，并提高制造過(guò)程中的合格品率。此外，可考慮與升壓比等其它特性的關(guān)系容易選擇最佳值。
此外，本發(fā)明涉及的壓電變壓器，由于將輸出電極設(shè)于λ/2模式的振動(dòng)的波峰位置，因此可提高升壓比。并且，由于簡(jiǎn)化了輸出電極的構(gòu)造，因此可以減小輸出電極的周邊部分的殘留應(yīng)力。
此外，本發(fā)明涉及的壓電變壓器，該輸出電極配置在各輸出部的端部中，沿壓電體厚度方向內(nèi)層部分疊層。由此，可更加提高壓電變壓器的效率。
此外，該疊層的輸出電極在壓電變壓器的制造過(guò)程中，可以與中央部的輸入電極同時(shí)印刷，而不需要特別在壓電體的兩端面燒結(jié)電極的步驟。由此，可提高制造過(guò)程的生產(chǎn)效率。此外，在此情況下，雖然需要連接于輸出電極的外部電極，但是其可在壓電體燒成后，涂布設(shè)置連接于輸入電極的外部電極時(shí)，同時(shí)以一個(gè)步驟設(shè)置。
此外，本發(fā)明涉及的壓電變壓器，將連接于輸入電極的外部電極及連接于輸出電極的外部電極分別設(shè)置于壓電變壓器的指定的面上。由此，在作為壓電變壓器的取出電極的外部電極的印刷制程中，例如，可在特定的面一起印刷，而僅以一次印刷即可完成外部電極的印刷步驟，進(jìn)而達(dá)成制造過(guò)程的簡(jiǎn)化并降低成本。并且，也可同樣地配合其它步驟的狀況，以選擇外部電極的設(shè)置面。此外，在將本發(fā)明涉及的壓電變壓器組入電路時(shí)，亦可考慮空間及配置，來(lái)選擇外部電極的設(shè)置面。其結(jié)果，可實(shí)現(xiàn)制造生產(chǎn)的高效化，以及提高構(gòu)成電路時(shí)的兼容性。此外，由于輸出電極與該外部電極設(shè)置成コ字型電極，更可以提高效率。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1涉及的壓電變壓器的斜視圖。
圖2是顯示輸出部在同一方向極化的壓電變壓器的效率特性與L2/L1的值的關(guān)系的示意圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例2涉及的壓電變壓器的斜視圖。
圖4是為顯示輸出部在同一方向極化的壓電變壓器的效率特性與(4L2-L3)/4L1的值的關(guān)系的示意圖。
圖5(A)是實(shí)施例3涉及的壓電變壓器的俯視圖；圖5(B)是實(shí)施例3涉及的壓電變壓器的側(cè)視圖。
圖6是已知一般的羅森型壓電變壓器的斜視圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖，說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施。
實(shí)施例1圖1為本發(fā)明實(shí)施例1涉及的壓電變壓器的斜視圖。圖1所示的中央驅(qū)動(dòng)型壓電變壓器1中，使用鋯鈦酸鉛(PZT)系的陶瓷作為壓電體的材料，而以銀(Ag)作為電極。但是，本發(fā)明涉及的壓電變壓器所使用的材料并非限制于此，也可以使用鈦酸鋇(BaTiO3)等其它壓電材料制造壓電體，而以鉑(Pt)、鈀(Pd)、金(Au)、鎳(Ni)或銅(Cu)等其它導(dǎo)體作為電極。
圖1所示的壓電變壓器1的中央部中，設(shè)置有疊層輸入電極2的輸入部3，輸入電極間的壓電體在厚度方向被極化處理。沿著壓電變壓器1的長(zhǎng)度方向，在輸入部3的兩側(cè)有輸出部4a及輸出部5a，其分別沿長(zhǎng)度方向而在同一方向即圖中的P1及P2方向上被極化處理。
在此，就極化的方向，針對(duì)輸出部在相反方向極化的壓電變壓器及輸出部在同一方向極化的壓電變壓器做比較并說(shuō)明。
輸出部沿著長(zhǎng)度方向而在相反方向極化的壓電變壓器，其2個(gè)輸出電極上所產(chǎn)生的電壓同相位，而由于連接在輸出電極間的負(fù)載中并無(wú)電流流動(dòng)，因此，即使具有將冷陰極管連接于壓電變壓器兩端的輸出電極間的結(jié)構(gòu)，冷陰極管也不會(huì)點(diǎn)亮。因此，輸出部在相反方向極化的壓電變壓器，在其兩端的輸出電極與GND間串聯(lián)2根冷陰極管。假設(shè)在連接1根冷陰極管的情況下，需要輸出電極施加+Vout的電壓，則2根冷陰極管需要2Vout的電壓，因此，液晶面板的背光的反射板及框體間的寄生電容所造成的電力損失是1根冷陰極管造成損失的四倍。
另一方面，輸出部在同一方向極化的壓電變壓器，在兩端的輸出電極間串聯(lián)2根冷陰極管，可以點(diǎn)亮冷陰極管。在此情況下，如果在一側(cè)的輸出電極上施加+Vout的電壓，則在另一側(cè)的輸出電極上會(huì)施加有逆相位的-Vout的電壓，其結(jié)果，在2根冷陰極管內(nèi)則施加有2Vout的電壓。然而，由于相對(duì)于GND的電位差停留在Vout，因此，可將液晶面板的背光的反射板或框體的寄生電容所造成的電力損失抑制在1根冷陰極管造成損失的兩倍。
并且，在點(diǎn)亮用作大型液晶面板的背光的管電壓較高的冷陰極管的情況下，相對(duì)于一般羅森型壓電變壓器中需施加Vlamp的管電壓，輸出部在同一方向分極的壓電變壓器中，也只要施加+Vlamp/2及-Vlamp/2的電壓即可，可以抑制因寄生電容所造成的損失。
近年來(lái)，液晶面板有大型化的傾向，而有將用作為背光的冷陰極管做得更長(zhǎng)，同時(shí)增高管電壓的必要。若將管電壓增高，寄生電容所產(chǎn)生的電力損失則會(huì)增加，因此，寄生電容所產(chǎn)生的電力損失則會(huì)成為換流器的消耗電力增大的一個(gè)原因。
另一方面，輸出部在同一方向極化的壓電變壓器的輸出阻抗，在頻率為f、一側(cè)輸出的靜電電容為C2的情況下，會(huì)成為1/(2πf·C2/2)，而為輸出部在相反方向極化的壓電變壓器的輸出阻抗1/(2πf·2·C2)的四倍。因此，在使用串聯(lián)的2根冷陰極管或高管電壓的冷陰極管，且負(fù)載阻抗較大的情況下，優(yōu)選使用輸出部在同一方向極化的壓電變壓器。因此，輸出部在相反方向極化的壓電變壓器與輸出部在同一方向極化的壓電變壓器可以說(shuō)是具有完全不同的特性。
由于上述理由，實(shí)施例1的壓電變壓器的輸出部在同一方向被極化。
此外，如圖1所示，實(shí)施例1的壓電變壓器中，在輸出部4a的長(zhǎng)度方向的整個(gè)端面上設(shè)有輸出電極6a，而在輸出部5a的長(zhǎng)度方向的整個(gè)端面上設(shè)有輸出電極7a。如此，由于將輸出電極設(shè)于λ/2模式的振動(dòng)的波峰位置，因此可提高升壓比。并且，由于簡(jiǎn)化了輸出電極的構(gòu)造，因此可以減小輸出電極的周邊部分的殘留應(yīng)力。在壓電變壓器1的側(cè)面上，設(shè)有連接在輸入電極2上的外部電極8。
此外，如圖1所示的壓電變壓器1中，針對(duì)該長(zhǎng)度方向的整體長(zhǎng)度L1及輸入部的長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度L2，使L2/L1的值保持在0.1至0.5來(lái)設(shè)計(jì)壓電變壓器及其電極的長(zhǎng)度。
由此，本發(fā)明涉及的壓電變壓器的效率可維持在約94％至96％的高水平。其結(jié)果，在將其使用于電氣設(shè)備的情況下，可降低其消耗電力，也可實(shí)現(xiàn)筆記型計(jì)算機(jī)中要求特別高的電池的高壽命化。并且，也可抑制發(fā)熱，提升壓電變壓器本身功能的可靠性，并防止發(fā)熱對(duì)周?chē)M件或機(jī)器產(chǎn)生不良影響。此外，特別是在連接作為液晶面板的背光的2根冷陰極管的情況下，更可作為高效率的換流器而組裝至抑制因寄生電容所產(chǎn)生的電力損失的點(diǎn)亮驅(qū)動(dòng)裝置的電路中。
并且，由于在上述式子的范圍內(nèi)，可以穩(wěn)定地維持高效率，因此可輕易地量產(chǎn)具有設(shè)計(jì)功能的壓電變壓器，并提高制造過(guò)程中的合格率率。此外，可考慮與升壓比等其它特性的關(guān)系容易選擇最佳值。
以下說(shuō)明實(shí)施例1涉及的壓電變壓器的制作方法。由擠壓成形法或刮刀法(doctor blade method)制作PZT系陶瓷印刷電路基板(greensheet)，在該印刷電路基板的一面的中央部上，由網(wǎng)版印刷(screenprinting)印刷輸入電極，在其它的印刷電路基板的一面的中央部上，也同樣地印刷輸入電極。將這些壓電體板交互地疊層，壓焊并燒成。其后，進(jìn)行切斷、研磨，由燒結(jié)銀來(lái)設(shè)置連接至輸入電極的外部電極以及輸出電極。此時(shí)，如圖1所示，在圖中的壓電變壓器的側(cè)面上，每隔一層將輸入電極分別連接至對(duì)應(yīng)的外部電極上。其次，在輸入部的厚度方向及輸出部的長(zhǎng)度方向進(jìn)行極化處理。通過(guò)這樣的方法，制作實(shí)施例1涉及的壓電變壓器。
針對(duì)輸出部在同一方向極化的壓電變壓器，改變相對(duì)于壓電變壓器長(zhǎng)度方向的全長(zhǎng)L1的輸入部長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度L2，并測(cè)定其變換效率(變換効率)。圖2為顯示輸出部在同一方向極化的壓電變壓器的效率特性與L2/L1關(guān)系的示意圖。在此，圖2縱軸所示的效率是指針對(duì)分別具有L2/L1值的壓電變壓器，使其頻率變化時(shí)的最大效率。如圖2所示，實(shí)施例1涉及的壓電變壓器的效率在L2/L1的值為0.26時(shí)，具有最大值。并且，也確認(rèn)了當(dāng)L2/L1的值在0.1至0.5的范圍內(nèi)時(shí)，可以穩(wěn)定地維持94％至96％的高效率。特別是，更確認(rèn)了當(dāng)L2/L1的值在0.12至0.44的范圍內(nèi)時(shí)，可維持在95％以上的高效率。另一方面，當(dāng)L2/L1的值小于0.1或大于0.5時(shí)，其效率相比最大效率大幅降低，而隨著L2/L1的值的變化，其效率的變化也變得極不安定。
實(shí)施例2圖3是本發(fā)明的實(shí)施例2涉及的壓電變壓器的斜視圖。圖3所示的中央驅(qū)動(dòng)型壓電變壓器1中，使用鋯鈦酸鉛(PZT)系的陶瓷作為壓電體的材料，而以銀(Ag)作為電極。此外，本發(fā)明涉及的壓電變壓器所使用的材料并非限制于此，也可使用鈦酸鋇(BaTiO3)等其它壓電材料作為壓電體，而以鉑(Pt)、鈀(Pd)、金(Au)、鎳(Ni)或銅(Cu)等其它導(dǎo)體作為電極。
圖3所示的壓電變壓器1的中央部中，設(shè)置有疊層輸入電極2的輸入部3，輸入電極間的壓電體系在厚度方向被極化處理。沿著壓電變壓器1的長(zhǎng)度方向，在輸入部3的兩側(cè)有輸出部4b及輸出部5b，其分別沿長(zhǎng)度方向而在圖中同一方向的P1及P2方向上被極化處理。輸出部4b的長(zhǎng)度方向端部上，設(shè)有疊層于厚度方向內(nèi)層部分的輸出電極6b，而在輸出部5b的長(zhǎng)度方向端部上，設(shè)有疊層于厚度方向內(nèi)層部分的輸出電極7b。此外，所謂端部，是指壓電變壓器的端面附近的部分。
如此，實(shí)施例2的壓電變壓器的輸出電極，在各輸出部的端部，疊層于壓電體厚度方向的內(nèi)層部分。由此，可更加提高壓電變壓器的效率。此外，該疊層的輸出電極在壓電變壓器的制造過(guò)程中，可以與中央部的輸入電極同時(shí)印刷，而不需要特別在壓電體的兩端面燒結(jié)電極的步驟。由此，可以提高制造過(guò)程中的生產(chǎn)效率。此外，在此情況下，雖然需要連接于輸出電極的外部電極，但是其可在壓電體燒成后，設(shè)置連接于輸入電極的外部電極時(shí)，同時(shí)以一個(gè)步驟設(shè)置。
圖3所示的壓電變壓器1的側(cè)面上，設(shè)有連接于輸入電極2的外部電極8，而在壓電變壓器1的兩端面上，設(shè)有分別連接于輸出電極6b及輸出電極7b的外部電極9b及外部電極10b。
此外，圖3所示的壓電變壓器1中，該長(zhǎng)度方向的整體長(zhǎng)度L1、輸入部的長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度L2以及任意一側(cè)的輸出電極的長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度L3，保持(4L2-L3)/4L1的值在在0.1至0.5來(lái)設(shè)計(jì)壓電變壓器及其電極的長(zhǎng)度。
由此，本發(fā)明涉及的壓電變壓器的效率可維持在約94％至96％的高水平。其結(jié)果，電氣機(jī)器在使用本發(fā)明涉及的壓電變壓器的情況下，可降低其消耗電力。并且，也可抑制發(fā)熱，提高壓電變壓器本身以及周邊機(jī)器功能的可靠性。
并且，由于在上述式子的范圍內(nèi)，可以穩(wěn)定地維持高效率，因此可輕易地量產(chǎn)具有設(shè)計(jì)功能的壓電變壓器，并提高制造過(guò)程中的合格品率。此外，可考慮與升壓比等其它特性的關(guān)系容易選擇最佳值。
以下說(shuō)明實(shí)施例2涉及的壓電變壓器的制作方法。由擠壓成形法或刮刀法制作PZT系陶瓷的印刷電路基板，在該印刷電路基板的一面的中央部上，通過(guò)網(wǎng)版印刷來(lái)印刷輸入電極及輸出電極，而在其它的印刷電路基板的一面的中央部上，也同樣地印刷輸入電極及輸出電極。輸出電極是由在所完成的實(shí)施例2涉及的壓電變壓器中，由為使其位于長(zhǎng)度方向兩端部而設(shè)計(jì)的網(wǎng)版印刷出來(lái)。將這些壓電體板交互地疊層，壓焊并燒成。其后，進(jìn)行切斷、研磨，并由燒結(jié)銀分別設(shè)置連接至輸入電極以及輸出電極的外部電極。此時(shí)，如圖3所示，在圖中的壓電變壓器的側(cè)面上，每隔一層將輸入電極分別連接至對(duì)應(yīng)的外部電極上。其次，在輸入部的厚度方向及輸出部的長(zhǎng)度方向進(jìn)行極化處理。以這樣的方法，制作實(shí)施例2涉及的壓電變壓器。
針對(duì)輸出部在同一方向極化的壓電變壓器，改變相對(duì)于壓電變壓器的全長(zhǎng)L1及任意一側(cè)輸出電極長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度L3的輸入部的長(zhǎng)度L2，并測(cè)定其變換效率。各輸出電極的長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度設(shè)成兩側(cè)皆為L(zhǎng)3，而L3的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)成壓電變壓器的全長(zhǎng)L1的一定比例。圖4為顯示輸出部在同一方向極化的壓電變壓器的效率特性與(4L2-L3)/4L1關(guān)系的示意圖。在此，圖4縱軸所示的效率是指針對(duì)分別具有(4L2-L3)/4L1值的壓電變壓器，使其頻率變化時(shí)的最大效率。如圖4所示，上述的壓電變壓器的效率在(4L2-L3)/4L1的值大約為0.26時(shí)，具有最大值。并且，也確認(rèn)了當(dāng)(4L2-L3)/4L1的值在0.1至0.5的范圍內(nèi)時(shí)，可以穩(wěn)定地維持在94％至96％的高效率。特別是，更確認(rèn)了當(dāng)(4L2-L3)/4L1的值在0.12至0.44的范圍內(nèi)時(shí)，可維持在95％以上的高效率。另一方面，當(dāng)(4L2-L3)/4L1的值未滿(mǎn)0.1或大于0.5時(shí)，其效率相比最大效率大幅降低，而隨著(4L2-L3)/4L1的值的變化，其效率的變化也變得極不安定。
實(shí)施例3圖5(A)為實(shí)施例3涉及的壓電變壓器的俯視圖，圖5(B)為實(shí)施例3的壓電變壓器的側(cè)視圖。如圖5所示，實(shí)施例3涉及的壓電變壓器，將疊層的輸入電極2及疊層于壓電變壓器長(zhǎng)度方向兩端的內(nèi)層部分的輸出電極6b以及輸出電極7b，在壓電變壓器的特定側(cè)面上，分別連接于外部電極8、外部電極9c以及外部電極10c。實(shí)施例3涉及的壓電變壓器的制作方法雖與實(shí)施例1或?qū)嵤├?相同，然而由于設(shè)計(jì)成如上所述的結(jié)構(gòu)，因此，在作為輸入電極及輸出電極的取出電極的各個(gè)外部電極的印刷步驟中，可在設(shè)置外部電極的特定側(cè)面上，僅由一次的印刷即可完成外部電極的印刷，從而可以簡(jiǎn)化制造過(guò)程并降低成本。
此外，實(shí)施例3涉及的壓電變壓器中，雖然將所有外部電極設(shè)置于特定的側(cè)面，但是也可配合其它步驟的實(shí)際狀況來(lái)選擇外部電極的設(shè)置面。并且，在將本發(fā)明的壓電變壓器組入電路時(shí)，也可以考慮空間及配置，來(lái)選擇外部電極的設(shè)置面。其結(jié)果，可實(shí)現(xiàn)制造生產(chǎn)的高效化，以及提高構(gòu)成電路時(shí)的兼容性。此外，由于輸出電極與該外部電極設(shè)置成“コ”字型電極，更可以提高效率。
此外，本發(fā)明涉及的壓電變壓器以λ/2的模式動(dòng)作，但在以3λ/2模式動(dòng)作的壓電變壓器中，也存在可獲得穩(wěn)定高效率的(4L2-L3)/4L1的值的范圍。
權(quán)利要求
1.一種壓電變壓器，該壓電變壓器是一種包含輸入部，其具有在矩形壓電體的長(zhǎng)度方向的中央部的厚度方向疊層的輸入電極；一對(duì)輸出部，其沿上述長(zhǎng)度方向以?shī)A住上述輸入部的方式設(shè)置；以及輸出電極，其設(shè)置于上述各輸出部的端部；且上述輸入部在輸入電極間沿厚度方向極化，而上述輸出部沿上述長(zhǎng)度方向而在同一方向極化，并以半波長(zhǎng)模式動(dòng)作的壓電變壓器，其特征在于若上述壓電體的長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，上述輸入部的上述長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)2，而任意一側(cè)的上述輸出電極的上述長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)3時(shí)，L1、L2及L3滿(mǎn)足0.1≤(4L2-L3)/4L1≤0.5的關(guān)系。
2.如權(quán)利要求1所述的壓電變壓器，其特征在于，上述輸出電極僅形成于上述各輸出端面，若上述壓電體的長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)1，上述輸入部的上述長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)2時(shí)，L1及L2滿(mǎn)足0.1≤L2/L1≤0.5的關(guān)系。
3.如權(quán)利要求1所述的壓電變壓器，其特征在于，上述輸出電極疊層于上述各輸出部的端部中，沿上述壓電體厚度方向的內(nèi)層部分上。
4.如權(quán)利要求1或3所述的壓電變壓器，其特征在于，將連接于上述輸入電極的外部電極至少設(shè)置在平行于上述長(zhǎng)度方向及厚度方向的上述輸入部外面；將連接于上述輸出電極的外部電極設(shè)置在于上述各輸出部的兩側(cè)端面或平行于上述長(zhǎng)度方向及厚度方向的上述輸出部的外面的至少一面上。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種適于連接高管電壓的冷陰極管等，輸出部沿長(zhǎng)度方向而在同一方向極化，且具有高效率的壓電變壓器。該壓電變壓器包含輸入部(3)，其具有在矩形壓電體的長(zhǎng)度方向的中央部的厚度方向疊層的輸入電極(2)；一對(duì)輸出部(4b、5b)，其沿長(zhǎng)度方向以?shī)A住輸入部(3)的方式設(shè)置；以及輸出電極(6b、7b)，其設(shè)置于各輸出部(4b、5b)的端部；其中輸入部(3)在輸入電極(2)間沿厚度方向極化，而輸出部(4b、5b)沿長(zhǎng)度方向而在同一方向極化，并以半波長(zhǎng)模式動(dòng)作；若壓電體的長(zhǎng)度方向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)
文檔編號(hào)H01L41/107GK1853286SQ20048002704
公開(kāi)日2006年10月25日 申請(qǐng)日期2004年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月30日
發(fā)明者藤村健, 外山正明 申請(qǐng)人:太平洋水泥株式會(huì)社