JPH08195513A

JPH08195513A - 圧電トランス

Info

Publication number: JPH08195513A
Application number: JP7006539A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Fuda; 良明布田; Tetsuo Yoshida; 哲男吉田; Yuji Ono; 裕司小野
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1995-01-19
Filing date: 1995-01-19
Publication date: 1996-07-30

Abstract

(57)【要約】【目的】入力側のインピーダンスが小さく、かつ高湿
度環境下で使用してもミグレーション現象が生ずること
のない高い信頼性を有することは勿論、安価である圧電
トランスを提供する。【構成】圧電性セラミックスから成る矩形板１１の長
さ方向の共振モードを利用した圧電トランスである。矩
形板１１は、その長さ方向に一方および他方の区分に二
分されている。矩形板１１の一方の区分では、矩形板１
１の内部にて矩形板１１の厚さ方向に対面する対の内部
電極層１２ａ、１２ｂ、１２ｃと１３ａ、１３ｂ、１３
ｃをセラミックス分極用極およびトランス入力用極とし
て有していると共に、矩形板１１の両長側面のそれぞれ
にて対の内部電極層の一方の極１２ａ、１２ｂ、１２ｃ
および他方の極１３ａ、１３ｂ、１３ｃにそれぞれ接続
される外部電極層１６および１７を矩形板１１の共振振
動の節上に有している。矩形板１１の他方の区分では、
矩形板１１の両長側面のそれぞれにて互いに対面する対
の側面電極層１８および１９をセラミックス分極用極お
よびトランス出力用極として有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧電性セラミックスを
用いた圧電トランスに関し、特に、圧電セラミックスか
ら成る矩形板の内部と表面に分極用と入出力用の電極を
形成し、矩形板の長さ方向の共振を利用した圧電トラン
スに関する。

【０００２】

【従来の技術】静電気発生装置や液晶ディスプレイのバ
ックライト点灯用などでは、大きな電流値は必要としな
いが、１ｋＶで数ワット程度の高電圧電源装置が用いら
れている。現在、これらの高電圧電源装置には電磁式ト
ランスが昇圧用として用いられているが、発生電磁ノイ
ズの低減や低消費電力化、機器の小型低背化などの要求
により、圧電トランスの実用化の検討がなされている。

【０００３】図４は、従来の圧電トランスを示す概略的
な斜視図である。図４に示す圧電振動子の一種である圧
電トランス３０において、圧電セラミックスから成る矩
形板３１には、矩形板３１の表裏面のうちの矩形板３１
の長さ方向のおよそ半分の部分に、矩形板３１の厚さ方
向に対向する表面電極３２および３３が形成されてい
る。また、矩形板３１の長側面のうちの矩形板３１の長
さ方向の残り半分の部分には、矩形板３１の幅方向に対
向する側面電極３４および３５が形成されている。矩形
板３１は、その表面電極３２、３３の部分は図中矢印Ｃ
で示すように矩形板３１の厚さ方向に分極され、また、
側面電極３４と３５との間の部分は図中矢印Ｄで示すよ
うに矩形板３１の幅方向に分極されている。

【０００４】図５（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）は、図
４に示した圧電トランス３０の動作原理の説明図であ
り、（ａ）は矩形板３１の長さ方向の断面図、（ｂ）は
矩形板３１が長さ方向振動の１波長共振モードで振動し
ている場合の変位分布であり、（ｃ）はその時の歪分布
を示している。尚、説明の便宜上、各電極は図示せず、
また、切断面には斜線を付していない。図５（ｂ）にお
いて、符号Ｅは、共振振動の節を示す。

【０００５】図４に図５（ａ）を併せ参照すると、表面
電極３３をアース端子とし、表面電極３２に矩形板３１
の長さ方向の１波長共振モードの共振周波数に等しい周
波数の電圧を印加すると、矩形板３１は、図５（ｂ）お
よび（ｃ）に示すように振動する。このとき、側面電極
３４と３５との間には、圧電効果により電圧が発生す
る。ここで、表面電極３２に印加した入力電圧、ならび
に側面電極３４と３５との間に発生した出力電圧につい
て説明すると、表面電極３２と表面電極３３との対向間
隔は側面電極３４と３５との間隔に比べ十分に小さく、
かつ表面電極３２、３３の面積は側面電極３４、３５の
面積より十分に大きいため、入力側の静電容量は出力側
の静電容量に比べ十分大きな値となる。したがって、入
力側に低い電圧を印加して振動子を振動した場合には、
出力側には入力側電極間隔と出力側電極間隔との比に比
例した大きな電圧が発生する。

【０００６】静電気発生装置や液晶バックライトには、
低消費電力化や低電圧駆動化の要求がなされている。こ
の要求を実現する方法の一つとして、高電圧電源装置に
おける圧電トランスの入力側のインピーダンスを小さく
する方法がある。入力側のインピーダンスを小さくする
ために、圧電セラミック矩形板の厚さを薄し、入力側電
極を積層構造とすることが提案されている。例えば、矩
形板の長さ方向の２区分のうちの一方の区分にてセラミ
ックス分極用極およびトランス入力用極として矩形板の
表裏面にて対向する対の表面電極層ならびに矩形板の厚
さ方向に対面する対の対面電極層（複数対であってもよ
い）を厚さ方向に投影的に有し、対の表面電極層および
対の対面電極層の各一方の極および各他方の極をそれぞ
れ、矩形板の長側面にて第１、第２の共通配線層により
接続し、第１および第２の共通接続層をそれぞれ、矩形
板の長側面のうちの矩形板の共振振動の節上に形成する
と共に、外部へ配線するための外部電極として用いるよ
うな入力部構造を呈する圧電トランスが提案されてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、圧電トラン
スの電極材料としては、一般に、銀または銀−パラジウ
ム合金が用いられる。ところが、銀や銀−パラジウム合
金は、これに電圧が印加された状態で大気中の水分が付
着した場合に、容易にイオン化し、所謂ミグレーション
（流動）現象を起こす。即ち、銀や銀−パラジウム合金
を対の表面電極の電極材料として用いた圧電トランスを
高湿度環境下で使用すると、絶縁抵抗が低下し、悪い場
合には短絡して圧電トランスの破壊に至ることがある。

【０００８】ミグレーション現象の防止策として、電極
材料に銀を用いずに、イオン化しにくい白金や金を用い
ればよいが、白金や金は高価であり、圧電トランスを工
業的に安価に製造するには不適である。あるいは、ハー
メチックシールにより、電極を含む圧電トランス全体を
密封し、電極が大気中の水分に触れることを防止する方
法も考えられるが、やはり、圧電トランスを工業的に安
価に製造するには不適である。

【０００９】本発明の課題は、入力側のインピーダンス
が小さく、かつ高湿度環境下で使用してもミグレーショ
ン現象が生ずることのない高い信頼性を有することは勿
論、安価である圧電トランスを提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、圧電性
セラミックスから成る矩形板の長さ方向の共振モードを
利用した圧電トランスにおいて、前記矩形板は、その長
さ方向に一方および他方の区分に二分され、前記矩形板
の前記一方の区分では、該矩形板の内部にて該矩形板の
厚さ方向に対面する対の内部電極層をセラミックス分極
用極およびトランス入力用極として少なくとも一対有す
ると共に、該矩形板の両長側面のそれぞれにて前記対の
内部電極層の一方の極および他方の極にそれぞれ接続さ
れる第１および第２の外部電極層を該矩形板の共振振動
の節上に有し、前記矩形板の前記他方の区分では、前記
矩形板の前記両長側面のそれぞれにて互いに対面する対
の側面電極層をセラミックス分極用極およびトランス出
力用極として有することを特徴とする圧電トランスが得
られる。

【００１１】本発明によればまた、前記第１および第２
の外部電極層ならびに前記対の側面電極層は、柔軟な樹
脂材で被覆されている前記圧電トランスが得られる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例によ
る圧電トランスを説明する。

【００１３】［実施例１］図１は、本発明の実施例１に
よる圧電トランスを示す斜視図である。図２は、図１に
おける圧電トランスを切断線Ａ−Ａ´により切断した縦
断面図である。図１および図２において、圧電トランス
１０は、圧電性セラミックスから成る矩形板１１の長さ
方向の共振モードを利用する圧電トランスである。

【００１４】矩形板１１は、その長さ方向に（図中左右
方向に）、２つに区分されている。圧電トランス１０
は、矩形板１１の図１中左側の区分では、内部に、内部
電極層１２ａ、１２ｂ、および１２ｃと、内部電極層１
３ａ、１３ｂ、および１３ｃとを有している。内部電極
層１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１３ａ、１３ｂ、および１
３ｃは、矩形板１１の厚さ方向に投影的に配され、セラ
ミックスを介して各々対面している。さらに、内部電極
層１２ａ、１２ｂ、および１２ｃ、内部電極層１３ａ、
１３ｂ、および１３ｃはそれぞれ、矩形板１１の長側面
にて外部電極層１６、１７により接続されている。この
ような構造によって、内部電極層１２ａ、１２ｂ、およ
び１２ｃがセラミックス分極用極およびトランス入力用
極の一方として、また、内部電極層１３ａ、１３ｂ、お
よび１３ｃがセラミックス分極用極およびトランス入力
用極の他方として用いられる。即ち、内部電極層は、セ
ラミックス分極用極、トランス入力用極を受け持たせる
ために、少なくとも一対設けられればよい。また、外部
電極層１６、１７は、矩形板１１が振動するときの振幅
がゼロである点、即ち、共振振動の節上に形成されるべ
きである。そして、圧電トランス１０を電気回路等に配
する際の支持については、共振振動の節にて支持を行う
ことが好ましいので、外部電極層１６、１７を利用す
る。

【００１５】さらに、圧電トランス１０は、矩形板１１
の図１中右側の区分では、矩形板１１の両長側面のそれ
ぞれにて互いに対面する対の側面電極層１８、１９をセ
ラミックス分極用極およびトランス出力用極として有し
ている。

【００１６】次に、本発明の実施例１による圧電トラン
ス１０の製造方法を説明する。

【００１７】まず、ＰＺＴ系圧電セラミックスから成る
幅１０ｍｍ、長さ４０ｍｍ、厚さ２３０μｍの７枚のグ
リーンシートを用意する。７枚のグリーンシートのうち
の６枚の片面上に、銀−パラジウムから成る電極用ペー
ストにより内部電極層となるべき所定の電極パターンを
印刷する。この６枚の印刷シートを積層し、さらにこの
上に電極パターンの無いグリーンシートを１枚積層し、
圧着する。この積層体の長側面に外部電極層１６および
１７、側面電極層１８および１９となるべき所定の電極
パターンを印刷後、大気中で焼結する。

【００１８】以上のようにして製造された圧電トランス
１０は、幅１０ｍｍ、長さ４０ｍｍ、厚さ１ｍｍであっ
て、１波長共振モードである。共振振動の節は、端面か
ら１０ｍｍの位置にある。尚、矩形板１１の圧電セラミ
ックスの分極は、温度１５０℃、電界強度１．２ｋＶ／
ｍｍで実施した。

【００１９】実施例１による圧電トランス１０の性能
は、共振周波数が８１．０ＫＨｚ、不可抵抗が１００Ｋ
Ωのときに、入力電圧５Ｖに対して出力電圧５００Ｖで
あり、昇圧比は１００であった。

【００２０】［実施例２］図３は、本発明の実施例２に
よる圧電トランスを示す縦断面図である。尚、同図３に
おいて、実施例１と同一部あるいは同様部には、図１お
よび図２と同符号を付している。図３において、圧電ト
ランス１０´は、実施例１による圧電トランス１０と同
様に、矩形板１１がその長さ方向に２つに区分されお
り、その一方の区分では、内部に内部電極層１２ａ、１
２ｂ、１２ｃと内部電極層１３ａ、１３ｂ、および１３
ｃとを有し、これら内部電極層が矩形板１１の長側面に
て外部電極層１６、１７により接続されている。また、
図示はしないが、矩形板１１の他方の区分では、矩形板
１１の両長側面のそれぞれにて互いに対面する対の側面
電極層を実施例１と同様に有している。

【００２１】さらに、実施例２による圧電トランス１０
´では、外部電極層１６および１７ならびに図示しない
対の側面電極層が、柔軟な弾性エポキシ樹脂から成る樹
脂層２１で被覆されている。尚、図３中、外部電極層１
６および１７は、実施例１とは異なり、矩形板１１の表
裏面にまで達していない。これは、外部電極層１６およ
び１７に被覆される樹脂層２１が圧電トランス１０´の
外形（矩形板１１の厚さ方向）からはみ出さないように
するためであるが、僅かなはみ出しに不都合がない場合
には、外部電極層１６および１７を実施例１と同様に矩
形板１１の表裏面にまで達するように形成してもよい。
いずれにしても、外部電極層１６および１７は、矩形板
１１の両長側面のうちの矩形板の共振振動の節上に形成
されればよい。

【００２２】実施例２による圧電トランス１０´も、実
施例１による圧電トランス１０と同様の製造工程（圧電
セラミックスの分極は、温度１５０℃、電界強度１．２
ｋＶ／ｍｍで実施）に加えて、樹脂層２１の被覆工程を
経て製造される。圧電トランス１０´（幅１０ｍｍ、長
さ４０ｍｍ、厚さ１ｍｍ）の性能は、共振周波数が８
０．５ＫＨｚ、不可抵抗が１００ＫΩのときに、入力電
圧５Ｖに対して出力電圧４８５Ｖであり、昇圧比は９７
であった。

【００２３】次に、実施例１および２による圧電トラン
ス１０および１０´と、比較例として、図４に示した従
来例による圧電トランス３０それぞれ（いずれも、電極
材料として銀−パラジウムを用い、外形は幅１０ｍｍ、
長さ４０ｍｍ、厚さ１ｍｍである）の高湿度環境下の信
頼性を評価するために、高湿度環境（温度８５℃、相対
湿度９０％）下で連続駆動した際の故障率を試験した。
試験結果を表１に示す。尚、実施例１および２による圧
電トランス１０および１０´共に、その共振振動の節に
て支持した。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１を参照すると、本発明による圧電トラ
ンスは、電極材料として同じ銀−パラジウム合金を用い
た従来構造の圧電トランスよりも、高湿度環境下に対す
る信頼性に優れていることがわかる。

【００２６】

【発明の効果】本発明による圧電トランスは、矩形板が
その長さ方向に一方および他方の区分に二分され、矩形
板の一方の区分では、矩形板の内部にて矩形板の厚さ方
向に対面する対の内部電極層をセラミックス分極用極お
よびトランス入力用極として少なくとも一対有すると共
に、矩形板の両長側面のそれぞれにて対の内部電極層の
一方の極および他方の極にそれぞれ接続される第１およ
び第２の外部電極層を矩形板の共振振動の節上に有し、
矩形板の前記他方の区分では、矩形板の両長側面のそれ
ぞれにて互いに対面する対の側面電極層をセラミックス
分極用極およびトランス出力用極として有しているた
め、入力側のインピーダンスが小さいことは勿論、電極
材料として銀あるいは銀−パラジウム合金等を用いて高
湿度環境下で使用してもミグレーション現象が生ずるこ
とがない。即ち、高い信頼性を有していることは勿論、
安価である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１による圧電トランスを示す斜
視図である。

【図２】図１に示す圧電トランスの縦断面図である。

【図３】本発明の実施例２による圧電トランスを示す縦
断面図である。

【図４】従来例による圧電トランスを示す斜視図であ
る。

【図５】図４に示す圧電トランスの動作を説明するため
の図であり、（ａ）は矩形板の断面図、（ｂ）は矩形板
が長さ方向１／２波長共振モードで振動している場合の
変位分布、（ｃ）はそのときの歪分布を示す。

【符号の説明】

１０、１０´、３０圧電トランス１１、３１矩形板１２ａ、１２ｂ、１２ｃ内部電極層１３ａ、１３ｂ、１３ｃ内部電極層１６、１７外部電極層１８、１９、３４、３５側面電極層３２、３３表面電極層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電性セラミックスから成る矩形板の長
さ方向の共振モードを利用した圧電トランスにおいて、
前記矩形板は、その長さ方向に一方および他方の区分に
二分され、前記矩形板の前記一方の区分では、該矩形板
の内部にて該矩形板の厚さ方向に対面する対の内部電極
層をセラミックス分極用極およびトランス入力用極とし
て少なくとも一対有すると共に、該矩形板の両長側面の
それぞれにて前記対の内部電極層の一方の極および他方
の極にそれぞれ接続される第１および第２の外部電極層
を該矩形板の共振振動の節上に有し、前記矩形板の前記
他方の区分では、前記矩形板の前記両長側面のそれぞれ
にて互いに対面する対の側面電極層をセラミックス分極
用極およびトランス出力用極として有することを特徴と
する圧電トランス。
【請求項２】前記第１および第２の外部電極層ならび
に前記対の側面電極層は、柔軟な樹脂材で被覆されてい
る請求項１記載の圧電トランス。