JPH0847093A - 櫛形電極を有する圧電磁器トランスの作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高電力・高信頼性を同時に満たすことができ
る小型・薄型の、櫛形電極を有する圧電磁器トランスの
作製方法を提供する。 【構成】 主面上に櫛形電極を配置し、電極指間が交互
に逆方向に分極された構造を特徴とする圧電磁器トラン
スの作製方法である。櫛形電極の寸法以上の長さを有す
る複数の縞状の電極を配置し、各縞状電極間を分極処理
した後、該縞状の電極を除去し、その後、圧電磁器のキ
ュリー点以下の温度で櫛形電極１４，１５を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種の高電圧発生用電
源回路で動作可能な圧電トランス、特に小型化，高信頼
度が要求される小型・薄型でかつ高電圧を発生する圧電
トランスの作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、テレビジョンの偏向装置や複写機
の帯電装置など高電圧を必要とする装置内の電源回路で
は高電圧発生用の変圧素子として巻線型の電磁トランス
が用いられてきた。この電磁トランスは磁性体のコアに
導線を巻き付ける構造になっており、高い変性比を実現
するためには巻き付ける導線の数を多くする必要があ
る。そのため、小型・薄型の電磁トランスを実現するの
は非常に困難であった。

【０００３】これに対し、圧電効果を用いた圧電トラン
スが提案されている。図４に従来の代表的な圧電トラン
スであるローゼン型圧電トランスの構造を示す。このロ
ーゼン型圧電トランスでは、表面に電極が設けられた長
方形状の圧電板において、４１で示す部分は圧電トラン
スの低インピーダンスの駆動部であり、その上下面に電
極４３，４４が設けられており、この部分は図中矢印４
９で示すように厚み方向に分極されている。また、同様
に４２で示す部分は高インピーダンスの発電部分であ
り、その端面に電極４５が設けられており、発電部４２
は図中矢印５０で示すように圧電板の長さ方向に分極さ
れている。

【０００４】この圧電トランスの動作は以下の通りであ
る。外部端子４６，４７から駆動電極４３，４４に電圧
が印加されると、駆動部４１では分極方向に電界が加わ
り分極とは垂直方向に変位する圧電効果（以後、圧電横
効果３１モードと略す）で長さ方向の縦振動が励振さ
れ、トランス全体が振動する。さらに発電部４２では、
分極方向に機械的歪が生じ分極方向に電位差が発生する
圧電効果（以後、圧電縦効果３３モードと略す）によ
り、出力電極４５から外部端子４８に入力電圧と同じ周
波数の電圧が取り出される。このとき、駆動周波数を圧
電トランスの共振周波数と等しくすれば非常に高い出力
電圧が得られる。

【０００５】なお、高電圧を入力し、低電圧を出力させ
る場合には、縦効果の高インピーダンス部分４２を入力
側とし、横効果の低インピーダンス部分４１を出力側に
すれば良いことは明らかである。

【０００６】この圧電トランスは共振状態で使用され、
一般の電磁トランスに比べて（１）巻線構造が不用でエ
ネルギー密度も高いため小型化・薄型化が図れること、
（２）不燃化が図れること、（３）電磁誘導によるノイ
ズがでないこと、など数多くの長所を有している。

【０００７】しかし、従来のローゼン型圧電トランスで
は、発電部の電極が振動の腹に位置するため、外部端子
の接続が振動に悪影響を与えたり信頼性が大きく低下す
る等の短所があった。

【０００８】そこで本願の発明者らは、圧電磁器の表面
に櫛形電極を形成した圧電磁器トランスを提案した。

【０００９】圧電磁器トランスの表面に櫛形電極を形成
する従来の方法を、図５を参照して説明する。焼成後の
圧電体として不活性な状態にある長方形状の圧電磁器５
０の表面に対向する櫛形電極５１，５２を形成する。櫛
形電極５１は、電極指５３と、電極指を連結する連結電
極５４とから構成され、櫛形電極５２は、電極指５５
と、電極指を連結する連結電極５６とから構成される。

【００１０】この櫛形電極は、導電性ペーストを印刷，
焼成する方法、あるいはスパッタ法，真空蒸着法等、圧
電磁器を化学的物理的に破壊しない方法でさえあればど
の方法でも形成できる。

【００１１】櫛形電極を形成した後、圧電体として活性
化するために分極処理が行われる（図中の矢印は分極の
方向を示している）。このとき分極しやすいように、キ
ュリー点以下のある程度の高温状態にし、非常に高い直
流電圧Ｖ_poleを櫛形電極５１−５２間に印加する。代表
的なＰＺＴ系セラミックスの場合で３〜４ｋＶ／ｍｍ程
度の電界強度が必要である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述したように櫛形電
極部の圧電磁器の分極時には非常に高い電界を印加する
必要がある。この電界強度は電極間が絶縁破壊する電界
強度にかなり近い。そのため、対向する２つの電極５
１，５２の間はすべて一定の以上の距離がなければなら
ない。すなわち、電極指５３−５５間の距離ｄ₂₁と同程
度以上に電極指と連結電極の間の距離ｄ₂₂を大きく取ら
なければならない。その結果、電極指５３，５５が交差
している長さｌ₂ が小さくなってしまい、圧電体として
有効に作用する長さ方向に分極される領域が小さくなる
という問題がある。

【００１３】また、圧電磁器には未分極時に比べ分極時
には電界の方向に伸び、それと垂直な方向には縮む特性
がある。従来の方法で作製した圧電磁器トランスでは、
その長手方向に伸びる領域とそれと垂直に幅方向に伸び
る領域が混在しており、それらの領域の境界付近に大き
な応力が加わり、破壊が生じ易いという問題もある。

【００１４】本発明の目的は、上述の問題を解決し、高
電力・高信頼性を同時に満たすことができる小型・薄型
の、櫛形電極を有する圧電磁器トランスの作製方法を提
供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、主面上に櫛形
電極が配置され、電極指間が交互に逆方向に分極された
構造を有する圧電磁器トランスの作製方法であって、櫛
形電極の寸法以上の長さを有する複数の縞状電極を圧電
磁器の主面上に形成し、各縞状電極間を分極処理した
後、これら縞状の電極を除去し、その後、圧電磁器のキ
ュリー点以下の温度で櫛形電極を形成することを特徴と
する。

【００１６】

【作用】対向する櫛形電極の間には分極用の高い電圧が
印加されることはなく、圧電磁器トランスとして動作す
る時の比較的低い電圧に対して絶縁が保てればよい。そ
のため、電極指と対向する連結電極の間の距離は、電極
指間の距離よりも小さくて構わない。そのため電極指の
交差する距離を大きく取れ、その結果、長さ方向に分極
され有効に機能する圧電磁器の領域を大きく取ることが
できる。

【００１７】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。

【００１８】本発明の圧電磁器トランスの作製方法の一
実施例を図１，図２に示す。

【００１９】まず図１に示すように、焼成後の圧電体と
して不活性な長方形状の圧電磁器１０の表面に縞状の電
極１１を配置する。この電極の長さは形成しようとする
櫛形電極全体の長さ以上に設定されている。縞状の電極
１１から電気的に交互に接続した電気端子１２，１３を
取り出し、分極用電圧Ｖ_poleを印加する（図中の矢印は
分極の方向を示す）。分極処理終了後は、電気端子１
２，１３および縞状電極１１を除去する。

【００２０】その後、図２に示すように、対向する櫛形
電極１４，１５をキュリー点以下の低温で形成する。櫛
形電極１４は、電極指１６と、電極指を連結する連結電
極１７とから構成され、櫛形電極１５は、電極指１８
と、電極指を連結する連結電極１９とから構成される。
このとき、櫛形電極１４，１５の電極指１６，１８は元
の縞状電極１１の位置に合わせている。

【００２１】このような手順で櫛形電極１４，１５を形
成した場合、対向する櫛形電極の間には分極用の高い電
圧が印加されることはなく、圧電磁器トランスとして動
作する時の比較的低い電圧に対して絶縁が保てればよ
い。そのため、電極指と対向する連結電極の間の距離ｄ
₁₂は、電極指間の距離ｄ₁₁よりも小さくて構わない。そ
のため電極指の交差する距離ｌ₁ を大きく取れ、その結
果、長さ方向に分極され有効に機能する圧電磁器の領域
を大きく取ることができる。

【００２２】また、図１，図２から明らかなように、圧
電磁器は全て圧電磁器トランスの長手方向にのみ分極さ
れるため、分極方向が異なる領域が接することが無く、
機械的な破壊の発生を抑えることができる。

【００２３】次に、具体例を図３を参照して説明する。
本発明に基づく圧電磁器トランスの具体例として、駆動
部２１，発電部２２共に櫛形電極を有する圧電磁器トラ
ンスを作製した。圧電磁器の材料にはＰＺＴ（ＰｂＺｒ
Ｏ₃ −ＰｂＴｉＯ₃ ）系圧電磁器を用いた。

【００２４】まず、焼成された圧電磁器ブロックをダイ
アモンドカッターで切断し、＃３０００のＳｉＣ研磨粉
を用いて平行平面研磨することにより、長さ３０ｍｍ，
幅８ｍｍ，厚さ１．０ｍｍの圧電磁器単板２０を用意す
る。圧電磁器単板２０上に縞状のＡｌ電極（図示せず）
を金属マスクを用いた真空蒸着法により形成した。縞状
の電極からは交互に電気端子（図示せず）を取り出し
た。接続には１５０℃で硬化するＡｇペーストを用い
た。

【００２５】その後、駆動部、発電部共に１００℃の絶
縁油中において４ｋＶ／ｍｍの電圧を印加する分極処理
を施した。分極処理の後、Ａｇペーストは有機溶剤で除
去し、Ａｌ電極はＫＯＨ系のエッチング液で除去した。

【００２６】その後、Ａｕ／Ｔｉ構成の櫛形電極を金属
マスクを用いた真空蒸着法で形成した。図３において、
駆動部２１の櫛形電極を２３，２４で示し、発電部２２
の櫛形電極を２５，２６で示す。真空蒸着の際、圧電磁
器の温度が常にキュリー点以下となるように、基板加熱
は行わなかった。さらに、外部電気端子１２３，１２
４，１２５，１２６を半田により接続した。

【００２７】以上の作製方法において、縞状電極は除去
可能な導電性材料であればＡｌ以外でも良く、また形成
方法も圧電磁器を侵さない方法であれば、スパッタ法，
焼成法，メッキ法等であっても構わない。さらには除去
方法もエッチング液だけではなく、反応性イオンエッチ
ング（ＲＩＥ）や物理的な研磨も可能である。分極後に
形成する櫛形電極も上記以外の方法で構わないが、圧電
磁器の分極が無くならないようそのキュリー点以下の温
度で形成される必要がある。

【００２８】このようにして作製した圧電磁器トランス
は、最大出力１．５Ｗが得られ、従来の櫛形電極形成後
に分極処理した外形が同一寸法の圧電磁器トランスの最
大出力１．１Ｗと比較して大きく改良された。

【００２９】また、本発明による作製方法により１００
個の圧電磁器トランスを作製したが、分極時あるいはそ
れ以後の作製プロセス間に機械的破壊が発生した試料は
１個も無かった。

【００３０】

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明に従った作製
方法による圧電磁器トランスは、高電力・高信頼性の特
性を持ち、従来の作製方法による圧電トランスにはない
長所があり、工業的価値も多大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の作製方法の一実施例を示す図である。

【図２】本発明の作製方法の一実施例を示す図である。

【図３】本発明の作製方法を用いて作製した圧電磁器ト
ランスの平面図である。

【図４】ローゼン型圧電トランスの斜視図である。

【図５】櫛形電極を有する圧電磁器トランスの従来の作
製方法を示す図である。

【符号の説明】

１０，２０ 圧電磁器 １１ 縞状電極 １２，１３ 分極用端子 １４，１５，２３，２４，２５，２６ 櫛形電極 １６，１８ 電極指 １７，１９ 連結電極 ２１ 駆動部 ２２ 発電部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主面上に櫛形電極が配置され、電極指間が
   交互に逆方向に分極された構造を有する圧電磁器トラン
   スの作製方法であって、 櫛形電極の寸法以上の長さを有する複数の縞状電極を圧
   電磁器の主面上に形成し、各縞状電極間を分極処理した
   後、これら縞状の電極を除去し、その後、圧電磁器のキ
   ュリー点以下の温度で櫛形電極を形成することを特徴と
   する圧電磁器トランスの作製方法。
2. 【請求項２】圧電磁器の主面上に櫛形電極が配置され、
   電極指間が交互に逆方向に分極された構造を有する圧電
   磁器トランスの作製方法であって、 形成すべき櫛形電極の寸法以上の長さを有する複数の縞
   状電極を圧電磁器の主面上に形成し、 縞状電極を交互に接続して２つの電気端子を取り出し、
   これら電気端子間に分極用電圧を印加して、各縞状電極
   間を分極処理し、 縞状電極を除去し、 縞状電極の位置に電極指を合わせて、圧電磁器のキュリ
   ー点以下の温度で対向櫛形電極を形成する、ことを特徴
   とする圧電磁器トランスの作製方法。
3. 【請求項３】対向する櫛形電極のそれぞれに外部電気端
   子を接続することを特徴とする請求項２記載の櫛形電極
   を有する圧電磁器トランスの作製方法。