(57)【要約】【課題】  本発明は、高振動速度で駆動する素子における支持位置での振動阻害を低減し、出力および駆動安定性の優れた圧電素子および圧電トランスを提供する。【解決手段】  上記課題を解決するため、圧電材料は、複数の電極で狭持された前記圧電材料の一端を含む一次領域と、他端を含む二次領域を有し、支持部材は圧電材料の長辺方向の幾何的中心と接しており、かつ、長辺方向の支持部材の幾何的中心は、圧電材料の幾何的中心より一次領域側に位置していることを特徴とする圧電素子および、その圧電素子を備えた圧電トランスを提供する。【選択図】  図１
2019160873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直方体状の圧電材料と、３つ以上の電極と、前記圧電材料を保持する支持部材を備えた圧電素子であって、
前記圧電材料は、複数の電極で狭持された前記圧電材料の一端を含む一次領域と、他端を含む二次領域を有し、
前記支持部材は前記圧電材料の長辺方向の幾何的中心と接しており、かつ、前記長辺方向の前記支持部材の幾何的中心は、前記圧電材料の幾何的中心より一次領域側に位置していることを特徴とする圧電素子。
【請求項２】
直方体状の圧電材料と、３つ以上の電極と、前記圧電材料を保持する支持部材を備え圧電素子であって、
前記圧電材料は、複数の電極で狭持された前記圧電材料の一端を含む一次領域と、他端を含む二次領域を有し、
前記長辺方向の前記支持部材の幾何的中心は前記圧電材料の幾何的中心より一次領域側に位置しており、前記支持部材の幾何的中心と、前記圧電材料の長辺方向の幾何的中心の間の距離が、前記圧電材料の長辺に対して１％以上５％未満であることを特徴とする圧電素子。
【請求項３】
前記距離が、前記圧電材料の長辺に対して２．５％以上４．５％以下であることを特徴とする請求項２に記載の圧電素子。
【請求項４】
前記支持部材は前記圧電材料の長辺方向の幾何的中心と接していない請求項３に記載の圧電素子。
【請求項５】
前記支持部材が前記直方体状の圧電材料を前記長辺方向と交差する方向に横断するように設置されていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の圧電素子。
【請求項６】
前記圧電素子は前記圧電素子の長さ方向縦振動のλ／２モードで駆動する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の圧電素子。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の圧電素子と外装部を有する圧電トランスであって、前記圧電素子と前記外装部が前記支持部材で支持されていることを特徴とする圧電トランス。
【請求項８】
前記圧電素子と前記外装部が、前記支持部材が配された位置でのみ支持されていることを特徴とする請求項７に記載の圧電トランス。
【請求項９】
前記一次領域の前記電極は前記支持部材を介して引き出し電極が設けられていることを特徴とする請求項８に記載の圧電トランス。
【請求項１０】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の圧電素子、あるいは請求項７乃至９のいずれか１項に記載の圧電トランスと、
前記圧電素子の一次領域の電極に交番電圧を給電する駆動回路、
を備えた圧電トランス装置。
【請求項１１】
前記駆動回路は前記交番電圧を所定の周波数帯で掃引し、前記周波数帯には前記圧電素子の長さ方向縦振動のλ／２モードの共振周波数を含む請求項１０に記載の圧電トランス装置。
【請求項１２】
前記駆動回路と前記一次側の電極の接続が前記支持部材を介している請求項１０または１１に記載の圧電トランス装置。
【請求項１３】
電子部品と、
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の圧電素子、あるいは請求項７乃至９のいずれか１項に記載の圧電トランス、あるいは請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の圧電トランス装置、
を有する電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電素子に関する。また、本発明は前記圧電素子を用いた圧電トランス、圧電トランス装置、および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電トランスは、単板または積層の圧電材料（例えば圧電セラミックス）に一次電極および二次電極を取り付けて、圧電セラミックスを所定の方向に分極処理したものである。圧電トランスの一次電極に交番電圧を印加して電気エネルギーを与えると、一次電極側の圧電セラミックスの逆圧電効果によって伸縮し、電気エネルギーが弾性エネルギーに変換される。この伸縮により二次電極側の圧電セラミックスは、正圧電効果によって電圧を生じ、弾性エネルギーは再び電気エネルギーとなり、二次電極から取り出される。すなわち、一次電極に電圧を印加し、伸縮などの機械振動を介して二次電極に低電圧あるいは高電圧を生じさせ、変圧された出力を得る構成となっている。
【０００３】
圧電トランスは、巻き線トランス（電磁トランスとも言う）と同様に印加された電圧を変圧（昇圧あるいは降圧）する機能を有するが、巻き線トランスと比べて磁気ノイズを発生せずエネルギーロスが少ない、難燃性である、という利点がある。
【０００４】
従来のローゼン型の圧電トランスには、長さ方向縦振動の第１次共振周波数（圧電セラミックス素子長が１／２波長の振動。λ／２モード）あるいは第２次共振周波数（圧電セラミックス素子長と波長が同じとなる振動。λモード）で駆動するものがそれぞれある。
【０００５】
それら従来の圧電トランスを構成する圧電セラミックスの支持構造について、特許文献１、２には、圧電セラミックスの共振周波数における振動モードの節となる部分を抑える構造が開示されている。具体的には、λモードでは圧電セラミックスの長さ方向に端から１／４長さの位置、λ／２モードでは長さ方向で中央の位置で支持される。つまりλ／２モードでの駆動を想定した場合、従来の技術では、圧電素子の長さの半分の位置で支持部材により支持されていた。
【０００６】
圧電トランスは、印加電圧を機械振動に変換してから電圧に再変換して出力するため、圧電セラミックスの支持構造によっては機械振動が阻害され、出力の低下、駆動安定性の低下につながっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２２８０３１号公報
【特許文献２】特開２００９−２５３０２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、この様な課題を解決するためになされたものであり、振動の阻害を低減し、出力および駆動安定性の優れた圧電素子、圧電トランスを提供するものである。また本発明は、前記圧電トランスを用いた圧電トランス装置、および電子機器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、直方体状の圧電材料と、３つ以上の電極と、前記圧電材料を保持する支持部材を備えた圧電素子であって、前記圧電材料は、複数の電極で狭持された前記圧電材料の一端を含む一次領域と、他端を含む二次領域を有し、前記支持部材は前記圧電材料の長辺方向の幾何的中心と接しており、かつ、前記長辺方向の前記支持部材の幾何的中心は、前記圧電材料の幾何的中心より一次領域側に位置していることを特徴とする圧電素子を提供する。
【００１０】
また、本発明は、上記の圧電素子と外装部を有する圧電トランスを提供する。
【００１１】
また、本発明は、前記圧電トランスと、前記圧電トランスに交番電圧を給電する駆動回路を備える圧電トランス装置を提供する。
【００１２】
また、本発明は、電子部品と、圧電素子あるいは前記圧電トランスあるいは前記圧電トランス装置を有する電子機器を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、適切な圧電素子の支持構造を与えることで、支持に由来する振動の阻害を低減し、出力および駆動安定性の優れた、圧電トランスに好適な圧電素子あるいは圧電トランスを提供する。また本発明は、その圧電トランスを用いた圧電トランス装置、および電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の圧電トランス用途の圧電素子（ａ）、（ｂ）および圧電トランス（ｃ）、（ｄ）の構成の一実施形態を示す側面概略図である。
【図２】比較形態１−０の圧電素子におけるλ／２モードの変位量分布（１０９）および、本発明の圧電トランスの構成の一実施態様を示す側面概略図である。
【図３】本発明の圧電トランス用途の圧電素子における実施形態および比較形態の固定位置を示した概略図である。
【図４】本発明の実施形態および比較形態における固定位置と昇圧比との関係を示す図である。
【図５】本発明の圧電トランス装置の構成の一実施態様を示す回路模式図である。
【図６】本発明の電子機器の構成の一実施態様を示す構成概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ本発明を実施するための形態について説明する。本発明は以下の実施形態に限らず、本発明の趣旨の範囲における様々な形態を含むものとする。
【００１６】
本発明に係る第一の形態の圧電素子は、直方体状の圧電材料と、３つ以上の電極と、圧電材料を保持する支持部材を備えた圧電素子であって以下の特徴を有する。すなわち、圧電材料は、複数の電極で狭持された前記圧電材料の一端を含む一次領域と、他端を含む二次領域を有する。
【００１７】
そして前記支持部材は前記圧電材料の長辺方向の幾何的中心と接しており、かつ、前記長辺方向の前記支持部材の幾何的中心は、前記圧電材料の幾何的中心より一次領域側に位置していることを特徴とする。
【００１８】
またさらに、本発明に係る第二の形態の圧電素子は、直方体状の圧電材料と、３つ以上の電極と、前記圧電材料を保持する支持部材を備え圧電素子であって、以下の特徴を有する。
【００１９】
すなわち前記圧電材料は、複数の電極で狭持された前記圧電材料の一端を含む一次領域と、他端を含む二次領域を有している。そして、長辺方向の支持部材の幾何的中心は圧電材料の幾何的中心より一次領域側に位置しており、支持部材の幾何的中心と、圧電材料の長辺方向の幾何的中心の間の距離が、圧電材料の長辺に対して１％以上５％未満であることを特徴とする。
【００２０】
さらに、本発明に係る圧電トランスは前記圧電素子と外装部よりなる圧電トランスであって、前記圧電素子と前記外装部が、前記支持部材で支持されていることを特徴とする圧電トランスである。さらには圧電素子と前記外装部が前記支持部材でのみで支持されていると振動の阻害をいっそう抑制できるため、なおよい。
【００２１】
またさらに、本発明に係る圧電トランス装置は、前記圧電素子あるいは前記圧電トランスと、前記圧電素子の一次領域の電極に交番電圧を給電する駆動回路を備えることを特徴とする圧電トランス装置である。またさらに、本発明に係る電子機器は、電子部品と、前記の圧電トランス装置を有することを特徴とする電子機器である。
【００２２】
前記第一の形態の圧電素子の特徴と第二の形態の圧電素子の特徴は、いずれも満たしていても、いずれかのみを満たしていても本発明の範囲となる。
【００２３】
図１は本発明の圧電トランス用途の圧電素子（ａ）、（ｂ）および圧電トランス（ｃ）、（ｄ）の構成の一実施形態を示す側面概略図である。対象物の一部である基材に本願発明の圧電素子が設けられることにより圧電トランスとしての機能を対象物に持たせることができる。あるいは外装部１１１を備えることでユニット化し、対象物の所望の位置に設けることもできる。
【００２４】
図１において、矩形板状の圧電材料１０４は、電力を入力する側である一次領域１０５および電力を出力する側である二次領域１０６の２つの領域からなる。一次領域１０５には入力用の電極１０１と電極１０２が圧電材料１０４を挟んで対向するように設けられている。二次領域１０６には出力用の電極１０３が設けられている。圧電材料１０４の長手方向長さＬの半分の位置を示す位置１０７（圧電材料の長辺方向の幾何的中心）を境に、圧電材料１０４には一次領域１０５と二次領域１０６が在る。圧電材料１０４の内部に描かれた白抜き矢印は圧電材料の分極方向を示している。
【００２５】
図１（ａ）に示す第一の形態の圧電素子では支持部材１０８は圧電材料１０４と接しているが、図１（ｂ）に示す第二の形態もとり得、支持部材１０８は圧電材料１０４の長辺方向の幾何的中心１０７と接していても離れていてもよい。ただし図１（ａ）から図１（ｄ）のいずれもが示すように、支持部材１０８のＬ方向（圧電材料の長辺方向）の幾何的中心は一次領域１０５の側にある。
【００２６】
このように本願発明は圧電材料の支持構造に特徴があり、このように構成する理由は以下のとおりである。一般的にローゼン型の圧電素子（長辺方向の長さをＬとする）では、一次領域は分極方向の上下面に入力電極が配置され、電位が制御される（入力電位）。一方、二次領域側の電極は開放端（出力電極）となる。ローゼン型の圧電素子は取りうる形状は板状が多いが、圧電素子を構成する圧電材料は分極方向が互いに異なる複数の領域を持つ構成となり、素子の駆動には圧電材料の長さ方向縦振動を利用する。
【００２７】
ヤング率の逆数であるコンプライアンス定数は電界制御条件とオープン条件で異なる値を示すが、電気機械結合係数を介して相関をもち、一般的にオープン条件でのコンプライアンス定数はショート状態のコンプライアンス定数より小さいという関係を有する。
このため、ローゼン型の素子では、駆動時に二次領域よりも一次領域の方が小さいヤング率を示すということになる。  このような領域による特性の違いを反映し、圧電素子における長さ方向縦振動の第１次共振モードの節の位置はＬ／２の位置から、電圧の印加時にヤング率が小さくなる一次領域の側にずれることが分かった。
【００２８】
つまりλ／２モードでの駆動を想定した場合、従来のように、圧電素子の長さの半分の位置で圧電材料を支持すると、振動の節の真の位置とは異なるため、振動が阻害され、十分な出力が得られないことがわかった。
【００２９】
したがって本発明は、電圧を印加した際に生じる振動における真の節の位置を支持部材によって支持することで、高振動速度における振動阻害を低減し、素子の出力および駆動安定性に優れた圧電素子を提供するものである。
【００３０】
ここで、支持部材１０８は、図１（ｃ）、（ｄ）に例示するように、圧電材料１０４の長辺方向の幾何中心と接していても離れていてもよい。
【００３１】
具体的な支持の方法としては、ゴムなどの弾性体を支持部材として用いて圧電素子の上下を挟んで押さえること形態が好ましい。また圧電材料を長辺方向と交差する方向に横断するように設置されているとよい。
【００３２】
支持部材の幾何的中心が圧電材料の幾何的中心よりも一次領域側にシフトしているので、素子駆動時の振動阻害が軽減される。シフト量が小さすぎると十分な効果が得られず、大きすぎると振動の節を大きく超えて素子の一次領域を固定することになり、これも駆動振動の阻害を引き起こしてしまう。支持部材の幾何的中心と、圧電材料の幾何的中心の間の距離ｘは、圧電材料の長辺Ｌに対して１％以上５％未満であることが好ましい。前記距離が、前記圧電材料の長辺に対して２．５％以上４．５％以下であると昇圧比が高くより好ましい。
【００３３】
図１（ａ）に示すように、支持部材は圧電材料の幾何的中心と接していても、図１（ｂ）のように離れていてもよい。また、前記圧電素子と前記外装部１１１が、支持部材が配された位置のみ支持されていることは、そのほかの部材との接触による振動阻害が生じる原因を取り除く観点から好ましい。
【００３４】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、一次側の電極の接続が支持部材を介して引き出し電極が設けられていることも、そのほかの部材との接触による振動阻害が生じる原因を取り除く観点から好ましい。
【００３５】
外装部は、前記圧電材料の全体を取り囲む必要はなく、駆動回路あるいは電子機器に組み込む際に支障のない形状であればよい。
【００３６】
図１（ａ）（ｂ）の例では、電極１０１および電極１０２は一次領域１０５における圧電材料１０４の上面および下面のほぼ全面を被覆し、端部に短絡防止用のマージンを残している。もちろん圧電材料１０４の一次領域１０５の上面または下面の全部分を被覆していても良いし、あるいはより大きなマージンを有していても良い。
【００３７】
二次領域１０６には、出力用の電極１０３が設けられている。図１（ａ）の例では、電極１０３は前記端面の大部分を被覆しているが、前記端面の全部分を被覆あるいはより大きなマージンを有していても良い。また、出力用の電極１０３は二次領域の上面の一部あるいは下面の一部、あるいはその両方に設けてもよい。
【００３８】
以下、本発明を実施するための圧電素子および圧電トランス、圧電トランス装置、電子機器についてさらに詳しく説明する。
【００３９】
以下示すように、長さＬ、幅ｗ、厚さｄのローゼン型圧電トランス用圧電素子の表裏面（あるいは片面）に長さＬｆ，幅ｗｆの固定領域を設け、長さ方向縦振動のλ／２モードの昇圧比（出力電圧／入力電圧）を、確認した。その際、有限要素法パッケージソフト“ＡＮＳＹＳ”（ＡＮＳＹＳ  Ｉｎｃ．）を使用して確認した。シミュレーションに用いる材料特性は、主として、市販されているチタン酸ジルコン酸鉛系材料の物性値を用いた。
【００４０】
（実施形態１−１〜１−５）
図３は、本発明の圧電トランス用途の圧電素子における実施形態および比較形態の固定位置を示した概略図である。
【００４１】
図３に示したような、Ｌ（＝２０ｍｍ）のローゼン型圧電素子において、支持部材による支持位置をずらした例を用意し、入力電圧に対する出力電圧の比、すなわち昇圧比を見積もった。この検討においては、支持位置は振動によって座標が全く変動しないものとしたが、実際の素子では固定位置に与える力は小さいことが望ましい。以下の実施形態および比較形態も同様の条件で実施した。
【００４２】
圧電素子の支持部材による支持位置は、短辺方向に素子を横切る形（幅ｗｆ＝ｗ＝４ｍｍ）で素子の表面および裏面に接して長さＬｆ＝０．４ｍｍの帯状領域とした。この帯状領域（一方のみ図示）は支持部材が配された位置を示すものであり、図中の帯状領域の中心（１１０）は支持部材の幾何的中心に相当する。
【００４３】
また、図３において圧電素子の長さの１／２位置（１０７）は、圧電材料の長辺方向の幾何的中心に相当する。
【００４４】
圧電素子の長さの１／２位置（１０７）を起点とし、帯状領域の中心値（１１０）の一次領域側へのずれをｘ（ｍｍ）とした。
【００４５】
ｘ／Ｌ（％）の値が、１、２．５、３．５、４．５、４．９％の場合の、実施形態１−１〜１−５の結果を表１および図４に示す。これは長辺方向の支持部材の幾何的中心が、圧電材料の幾何的中心より一次領域側にどれだけシフトした位置にあるかを示している。
【００４６】
表１に示すように、比較形態１−１（従来技術）に比べて昇圧比が向上する結果が得られた。
【００４７】
表１は、長さＬ（＝２０ｍｍ）のローゼン型圧電素子におけるλ／２モードを利用した昇圧比の固定位置依存性を示すものである。この結果は短辺方向に圧電素子を横切る形で素子の表面および裏面に接して長さ０．４ｍｍ、幅４ｍｍの支持部材を用いた場合の特性を示している。
【００４８】
（比較形態１−１〜１−３）
実施形態１−１と同様の形状の素子において、ｘがＬの０、０．５、５％の場合について昇圧比を見積もった結果を表１および図４に示す。実施形態よりも昇圧比は低くなる。
【００４９】
（比較形態１−０）
実施形態１−１と同様の形状の素子において、支持部材を設けない場合の昇圧比を見積もった。素子の長さ方向に、図２に示すような変位量の分布がみられ、駆動時の節となる領域が一次領域側にシフトすることが確認できた。実際には支持部材を設けない構成はとりえないので、この比較形態における昇圧比はあくまでも参考値にとどまる。
【００５０】
（実施形態２−１〜２−４）
図３に示したような、Ｌ（＝２０ｍｍ）のローゼン型圧電素子において、支持部材による支持位置をずらして昇圧比を見積もった。実施形態１−１〜１−５と比べて幅ｗｆが小さい構成である。
【００５１】
支持部材による指示位置は、幅ｗｆ＝０．４ｍｍ、長さＬｆ＝０．４ｍｍであり、実質的な点支持構造である。圧電素子の表面および裏面に接する領域を固定した。ｘの値がＬの１、２．５、３．５、４．５％の場合を表２に示す。比較形態１−１および後述する比較形態２−１（従来技術）に比べて昇圧比が向上することが得られた。
【００５２】
表２は、長さＬ（＝２０ｍｍ）のローゼン型圧電素子におけるλ／２モードを利用した昇圧比の固定位置依存性を示すものである。素子の表面および裏面に接して長さ０．４ｍｍ、幅０．４ｍｍの領域を固定した結果を示す。
【００５３】
圧電素子の長さの１／２位置（１０７）を起点とし、帯状領域の中心値（１１０）の一次領域側へのずれをｘ（ｍｍ）とした。
【００５４】
（比較形態２−１）
実施形態２−１〜２−４と同様の形状の素子において、ｘが０の場合について昇圧比を見積もった結果を表２に示す。実施形態よりも昇圧比は低くなる。
【００５５】
（実施形態３−１〜３−４）
図３に示したような、Ｌ（＝２０ｍｍ）のローゼン型圧電素子において、支持部材による支持位置をずらして昇圧比を見積もった。
【００５６】
素子の表面および裏面に接する、幅ｗｆ＝１ｍｍ、長さＬｆ＝０．４ｍｍの領域で素子の領域を固定した。幅ｗｆの大きさが実施形態１および２の間にあたるものである。
【００５７】
ｘ／Ｌ（％）の値が１、２．５、３．５、４．５％の場合を表３に示す。比較形態１−１および後述する比較形態３−１（従来技術）に比べて昇圧比が向上することが得られた。
【００５８】
表３は、長さＬ（＝２０ｍｍ）のローゼン型圧電素子におけるλ／２モードを利用した昇圧比の固定位置依存性を示すものである。素子の表面および裏面に接して長さ０．４ｍｍ、幅１ｍｍの領域を固定した結果を示す。
【００５９】
圧電素子の長さの１／２位置（１０７）を起点とし、帯状領域の中心値（１１０）の一次領域側へのずれをｘ（ｍｍ）とした。
【００６０】
（比較形態３−１）
実施形態３−１〜３−４と同様の形状の素子において、ｘが０の場合について昇圧比を見積もった結果を表３に示す。実施形態よりも昇圧比は低くなる。
【００６１】
（実施形態４−２、４−４）
図３に示したような、Ｌ（＝２０）ｍｍのローゼン型圧電素子において、支持部材による支持位置をずらして昇圧比を見積もった。長さＬｆが実施形態１から３と比べて短く、幅ｗｆは実施形態１と同じく圧電素子の幅と同じ長さである構成をとっている。
【００６２】
素子の表面および裏面に接する、幅ｗｆ＝４ｍｍ、長さＬｆ＝０．２ｍｍの領域で素子の領域を固定した。ｘの値がＬの２．５、４．５％の場合を表４に示す。比較形態１−１および後述する比較形態４−１（従来技術）に比べて昇圧比が向上することが得られた。
【００６３】
表４は、長さＬ（＝２０ｍｍ）のローゼン型圧電素子におけるλ／２モードを利用した昇圧比の固定位置依存性を示すものである。短辺方向に素子を横切る形で素子の表面および裏面に接して長さ０．２ｍｍ、幅４ｍｍの領域を固定した結果をしめす。
【００６４】
圧電素子の長さの１／２位置（１０７）を起点とし、帯状領域の中心値（１１０）の一次領域側へのずれをｘ（ｍｍ）とした。
【００６５】
（比較形態４−１）
実施形態４−２、４−４と同様の形状の素子において、ｘが０の場合について昇圧比を見積もった結果を表４に示す。実施形態よりも昇圧比は低くなる。
【００６６】
（実施形態１１−１）
図３に示したような、Ｌ（＝３０）ｍｍのローゼン型圧電素子において、支持部材による支持位置をずらして昇圧比を見積もった。
【００６７】
素子の固定位置は、幅ｗｆ＝０．４ｍｍ、長さＬｆ＝４ｍｍで素子の表面および裏面に接する領域を固定した。ｘの値がＬの２．５％の場合を表５に示す。後述する比較形態１１−１（従来技術）に比べて昇圧比が向上することが得られた。
【００６８】
（比較形態１１−１）
実施形態１１−１と同様の形状の素子において、ｘが０の場合について昇圧比を見積もった結果を表５に示す。実施形態よりも昇圧比は低くなる。
【００６９】
表５は、長さＬ（＝３０）ｍｍのローゼン型圧電素子におけるλ／２モードを利用した昇圧比の固定位置依存性を示すものである。素子の表面および裏面に接して長さ０．４ｍｍ、幅４ｍｍの領域を固定した結果を示す。圧電素子の長さの１／２位置（１０７）を起点とし、帯状領域の中心値（１１０）の一次領域側へのずれをｘ（ｍｍ）とした。
【００７０】
さらに、素子が固定できれば、固定は片面のみとするのも好ましい。
【００７１】
例えば実施形態１−２において、片面のみを固定する条件では７６ｋＨｚで１３８倍の昇圧比が得られる。利用したいモードの節を固定することで、不要なモードの混成によるロスを抑えられる効果が得られると考えられる。
【００７２】
加えて、チタン酸ジルコン酸鉛系材料とは組成が異なる圧電材料を用いた場合でも、本発明の要件を満たす構成であれば本発明の効果が得られる。
【００７３】
また、ローゼン型の圧電素子において、一次領域の長さが圧電素子長さの半分に満たないような構成の素子でも、本発明の効果は期待できる。
【００７４】
（圧電トランス装置）
本発明の圧電トランス装置は、本発明の圧電素子あるいは圧電トランスと、前記圧電素子に交番電圧を給電する駆動回路とを備えることが好ましい。
【００７５】
図５は、本発明の圧電トランス装置の構成の一例を示す回路模式図である。
【００７６】
但し、本構成はあくまで例示であり、本発明はこれらの構成に限定されるものではない。
【００７７】
ここに示す回路は高圧電源としての圧電トランス装置であり、本発明の圧電トランス１００１を含む。圧電トランス１００１からの電気的出力はダイオード１００２、１００３及び高圧コンデンサ１００４によって正電圧に整流平滑され、負荷（後述するカラーレーザプリンタの場合、転写ローラなど）に供給される。すなわち、ダイオード１００２、１００３及び高圧コンデンサ１００４により整流回路の役割を担う。また、スイッチング素子にＦＥＴ１０１１を用いたＬＣ共振回路を圧電トランス１００１に交番電圧を給電するための駆動回路としている。以上のように、直流高電圧発生のための圧電トランス装置は、駆動回路、圧電トランスを含み、必要に応じて整流回路を含むこととなる。
【００７８】
出力電圧は抵抗１００５、１００６、１００７によって分圧され、保護用抵抗１００８を介してオペアンプ１００９の非反転入力端子（＋端子）に入力される。他方オペアンプの反転入力端子（−端子）には抵抗１０１４を介してアナログ信号である高圧電源の制御信号（Ｖｃｏｎｔ）が入力される。オペアンプ１００９と抵抗１０１４とコンデンサ１０１３を図のように構成することにより、制御信号Ｖｃｏｎｔに対する積分回路として機能する。また抵抗とコンデンサの部品定数によって決まる積分時定数で平滑化された制御信号がオペアンプ１００９に入力される。オペアンプ１００９の出力端は電圧制御発振器（ＶＣＯ）１０１０に接続され、電圧制御発振器（ＶＣＯ）１０１０はオペアンプ１００９の出力電圧に応じた周波数でスイッチング素子１０１１をスイッチングする。そして、インダクタ１０１２で電圧を増幅して圧電トランスの一次側に電圧を供給する。
【００７９】
前記駆動回路は前記交番電圧を所定の周波数帯で掃引するものであることが好ましく、前記周波数帯には前記圧電セラミックスの固有共振周波数が含まれていることが好ましい。前記周波数帯が、前記圧電セラミックスの固有共振周波数を含んでいることで、圧電セラミックス部の振動変位振幅が大きくなる。本発明の圧電素子あるいは圧電トランスを用いることで、優れた出力および駆動安定性を得ることができる。
【００８０】
（電子機器）
図６は、本発明の圧電トランス装置を有する電子機器の一例として、画像形成装置であるカラーレーザプリンタの概略構成を示す断面図である。このカラーレーザプリンタには高圧電源としての圧電トランス装置が搭載されている。図６において、カラーレーザプリンタ４０１は、記録紙３２を収納するデッキ４０２、デッキ４０２内の記録紙３２の有無を検知するデッキ紙有無センサ４０３、デッキ４０２から記録紙３２を繰り出すピックアップローラ４０４を有する。また、カラーレーザプリンタ４０１は、ピックアップローラ４０４によって繰り出された記録紙３２を搬送するデッキ給紙ローラ４０５、デッキ給紙ローラ４０５と対をなし記録紙３２の重送を防止するためのリタードローラ４０６も有する。そして、デッキ給紙ローラ４０５の下流には記録紙３２を同期搬送するレジストローラ対４０７、レジストローラ対４０７への記録紙３２の搬送状態を検知するレジ前センサ４０８が配設されている。
【００８１】
また、レジストローラ対４０７の下流には、静電吸着搬送転写ベルト（以下、ＥＴＢという）４０９が配設されている。本画像形成装置はカラーレーザプリンタであるため、複数色のプロセスカートリッジ４１０を搭載しており、それぞれ交換が可能である。ＥＴＢ４０９上には、４色（イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＢｋ）分のプロセスカートリッジ４１０Ｙ、４１０Ｍ、４１０Ｃ、４１０Ｂｋと、スキャナユニット４２０Ｙ、４２０Ｍ、４２０Ｃ、４２０Ｂｋからなる画像形成部によって形成された画像が、転写ローラ４３０Ｙ、４３０Ｍ、４３０Ｃ、４３０Ｂｋによって順次重ね合わされてゆくことによりカラー画像が形成される。形成されたカラー画像は、記録紙３２上に転写され、記録紙３２は下流に搬送される。下流には記録紙３２上に転写されたトナー像を熱定着するために内部に加熱用のヒータ４３２を備えた定着ローラ４３３と加圧ローラ４３４の対を有する。更に、定着ローラ４３３からの記録紙３２を搬送するための、定着排紙ローラ対４３５、定着部からの搬送状態を検知する定着排紙センサ４３６が配設されている。
【００８２】
また、スキャナユニット４２０のそれぞれは、ビデオコントローラ４４０から送出される各画像信号に基づいて変調されたレーザ光を発光するレーザユニット４２１、各レーザユニット４２１からのレーザ光を感光ドラム３０５上に走査するためのポリゴンミラー４２２とスキャナモータ４２３、結像レンズ群４２４より構成されている。そして、プロセスカートリッジ４１０のそれぞれは、公知の電子写真プロセスに必要な感光ドラム３０５、帯電ローラ３０３と現像ローラ３０２、トナー格納容器４１１を備えている。そして、スキャナユニット４２０はそれぞれカラーレーザプリンタ４０１本体に対して着脱可能に構成されている。さらに、ビデオコントローラ４４０は、パーソナルコンピュータ等の外部装置４４１から送出される画像データを受信すると、受信した画像データをビットマップデータに展開し、画像形成用の画像信号を生成する。
【００８３】
また、カラーレーザプリンタ４０１のエンジンコントローラ２０１は、ＲＡＭ２０７ａ、ＲＯＭ２０７ｂ、タイマ２０７ｃ、デジタル入出力ポート２０７ｄ、Ｄ／Ａポート２０７ｅを備えた制御部であるＣＰＵ２０７、及び各種入出力制御回路（不図示）等で構成されている。また、圧電トランス装置（高圧電源）２０２は以下のように構成されている。各プロセスカートリッジ４１０に対応した帯電高圧電源（不図示）と、現像高圧電源（不図示）と、各転写ローラ４３０に対応した高圧を出力可能な圧電トランスを使用した転写高圧電源（不図示）である。なお、本明細では画像形成装置の説明を、タンデム方式のカラー画像形成装置を例に挙げて説明したが、高圧電源を用いた画像形成装置であれば本発明の圧電トランス装置を適用可能である。
【００８４】
ここでは、本発明の電子機器としてレーザプリンタについて説明したが、本発明の圧電トランス装置は、ＡＣアダプタ、音声録音再生機器、画像入出力装置、空気清浄機やエアコン等のプラズマ発生装置、情報端末等の各種の電子機器に適用することができる。
【００８５】
本発明の圧電素子、あるいは圧電トランス、あるいは本発明の圧電トランス装置は本発明の利用者が用途に応じて適宜利用することができる。たとえば、外装部を有していなくても、対象物の一部品を外装として本発明の圧電素子を組み込み、圧電トランスとしての機能を利用することができる。また駆動回路を有する圧電トランス装置をユニットとして対象物に組み込んでも良い。
【００８６】
本発明の圧電素子、あるいは圧電トランス、あるいは本発明の圧電トランス装置を用いることで、優れた出力および駆動安定性を有する電子機器を得ることができる。
【００８７】
【表１】
2019160873.tif 000003
【００８８】
【表２】
2019160873.tif 000004
【００８９】
【表３】
2019160873.tif 000005
【００９０】
【表４】
2019160873.tif 000006
【００９１】
【表５】
2019160873.tif 000007
【００９２】
以上のように本発明は、圧電トランスおよびその他の用途の圧電素子において支持位置を制御することで、素子の支持に由来する振動の阻害を低減し、素子の出力および駆動安定性の優れた圧電素子を提供する。また本発明は、前記圧電素子を用いた圧電トランス、圧電トランス装置、および電子機器を提供することができる。なお、本発明の圧電トランスは、変圧器としての特性を利用して昇圧器、降圧器等のさまざまな用途に利用することができる。
【符号の説明】
【００９３】
１０１  電極
１０２  電極
１０３  電極
１０４  圧電セラミックス
１０５  一次領域
１０６  二次領域
１０７  Ｌ／２位置目安線（圧電材料の長辺方向の幾何的中心）
１０８  支持位置
１０９  長さ方向振動変位
１１０  支持部材のＬ方向（圧電材料の長辺方向）の幾何的中心
１１１  外装部
２０１  エンジンコントローラ
２０２  圧電トランス装置（高圧電源）
４０１  カラーレーザプリンタ
４４１  外部装置
１００１  圧電トランス
１００９  オペアンプ
１０１０  電圧制御発振器（ＶＣＯ）
１０１１  スイッチング素子
３２  記録紙
【図１】
2019160873.tif 000008
【図２】
2019160873.tif 000009
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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