JPH09116204A

JPH09116204A - 圧電トランス

Info

Publication number: JPH09116204A
Application number: JP7271025A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Kumasaka; 克典熊坂; Yukifumi Katsuno; 超史勝野; Hiroyuki Sato; 宏行佐藤; Yuji Ono; 裕司小野; Yoshiaki Fuda; 良明布田
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1995-10-19
Filing date: 1995-10-19
Publication date: 1997-05-02

Abstract

(57)【要約】【課題】小型化・低背化・低コスト化が可能であり、
さらに特性・信頼性等の劣化なく表面実装が容易となる
こと。【解決手段】出力用電極４、５を含む圧電振動子矩形
板１は、その表面の一部または全体が絶縁物１１で覆わ
れている。また、入出力電極２、３の外周面を前記圧電
振動子矩形板１と同材質の圧電セラミックスが被覆され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複写機のトナー帯
電用などに用いられる高電圧ＤＣ／ＤＣコンバータや液
晶バックライト用インバータなどに用いられるＤＣ／Ａ
Ｃインバータに利用される圧電振動子矩形板（以下、振
動子板と呼ぶ）を用いた圧電トランスに属する。

【０００２】

【従来の技術】従来、振動子板を応用したデバイスとし
て圧電トランスが知られている。圧電トランスの一般的
な構造としては、従来技術１として図１３に示すよう
に、１波長共振モードで振動する構造のものがある。振
動子板１としては、一般にセラミックやニオブ酸リチウ
ム単結晶を用いることが多い。

【０００３】図１３において、圧電セラミックス矩形板
である振動子板１の長手方向の一方の端面から振動子板
１の長手方向のおよそ２分の１の領域のほぼ全面には、
厚さ方向に対向する入力用電極２及び入力用電極３が形
成されている。振動子板１の残りの２分の１の領域の両
側面には、幅方向に対向する出力用電極４及び出力用電
極５が形成されている。

【０００４】入力用電極２，３及び出力用電極４，５に
は、それぞれリード線６，７，８，９がはんだ付けされ
ている。振動子板１は、長手方向のおよそ２分の１の領
域で入力用電極２、３により厚さ方向に分極され、残り
の２分の１の領域では出力用電極４、５により幅方向に
分極されている。

【０００５】入力用電極２、３を１次側として振動子板
１の１波長共振モードの共振周波数にほぼ等しい周波数
の電圧を印加すると、振動子板１は長手方向に共振す
る。この時、出力用電極４、５を２次側とすると、圧電
横効果により出力用電極４−出力用電極５間に出力電圧
を発生する。

【０００６】圧電トランスをプリント回路基板のような
基板に実装する際、出力用電極４、５から取り出される
出力は高電圧であるため、出力用電極４、５から放電し
ないように基板との絶縁距離を確保する必要がある。

【０００７】このため、従来の圧電トランスでは、図１
４及び図１５に示すように、出力用電極４、５を絶縁す
るための対策として圧電トランス全体を絶縁性のパッケ
ージ部材１０によって収容する方法が採用されている。

【０００８】また、従来技術２として、圧電トランスの
振動子板１の例では、図１６に示すように、振動子板１
の長手方向の一方の端面から振動子板１の長手方向のお
よそ２分の１の領域のほぼ全面に厚さ方向に対向する入
力用電極２及び入力用電極３が形成され、振動子板１の
長手方向を直交する他方の端面には、出力用電極４が形
成されているものがある。

【０００９】さらに、従来技術３として、圧電トランス
の振動子板１では、図１７に示すように、振動子板１の
側面にのみ１組の入力用電極２，３、１組の出力用電極
４、５を形成したものも知られている。

【００１０】一般に圧電トランスを使用している液晶デ
ィスプレイのバックライト点灯や複写機のトナー帯電用
などには大きな電流値は必要としないが、１ｋＶ程度の
高電圧を必要とする機器が数多くあり、圧電トランスが
昇圧トランスとして用いられる。このような圧電トラン
スでは、昇圧比が１００以上の場合、入力電圧１０Ｖ時
の出力は１ｋＶ以上となる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術１に
示した圧電トランスでは、出力用電極４、５を絶縁する
ための対策として圧電トランス全体をパケージ部材１０
に収容しているが、より小型化にするためには限界を生
じてしまうという問題がある。

【００１２】即ち、圧電トランスを基板等に実装する
際、圧電トランスは、高圧を発生する出力用電極４、５
からの放電等を考慮して、基板からの絶縁距離を確保し
て実装され、また、安全面を確保するため（高圧に直接
触れないように）、圧電トランス全体をパッケージ部材
１０に納めるなどして絶縁対策を施して実装されため、
圧電トランスユニットとして小型化するのに限界を生じ
てしまう。

【００１３】また、従来技術１及び２に示した圧電トラ
ンスでは、高電圧を生ずる関係上、入力用電極２、３と
出力用電極４、５の絶縁性の都合上、設計の自由度が阻
害されるという問題が存在する。

【００１４】また、圧電トランスを基板に実装する際に
は、同様に基板との絶縁性の都合上、別途絶縁性を有す
るパッケージ部材１０が必要となる等の問題があった。

【００１５】さらに、従来技術１乃至３に示した圧電ト
ランスでは、小型化、低背化、低コスト化の要求が非常
に強いが、これらの要求を十分に満足できなかったとい
う問題がある。

【００１６】すなわち、図１６に示した圧電トランスの
構成においては、矩形板である振動子板１の上下表面と
端面の少なくとも３面から電極２、３、４を取り出す必
要があり、振動子板１を小さくしても、圧電トランスと
しては小型化、低背化、低コスト化の要求を十分満足出
来ないという問題がある。

【００１７】また、図１７に示した圧電トランスの構成
においても、電極２、３、４、５が振動子板１の側面に
のみ存在するため、そのままの構成では表面実装は困難
であり、支持具、引き出し電極等を工夫して表面実装を
行う場合でも、振動子板１の表面積より支持具等の寸法
が大きくなり、本来の圧電トランスの要求を満たすこと
は困難であった。

【００１８】それ故に、本発明の課題は、出力用電極
と、入力用電極及び実装する基板等との絶縁問題を解決
し、さらにはパッケージを不要とすることを課題とする
ものである。

【００１９】また、本発明の他の課題は、基板への表面
実装が容易になり、実装面積を非常に小さくすることに
より、特性・信頼性・小型化を十分に満足した圧電トラ
ンスを提供することにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、圧電振
動子矩形板の表面にそれぞれ電気的信号を入出力するた
めの電極を有する圧電トランスにおいて、該電極の出力
用電極を含む前記圧電振動子矩形板は、その表面の一部
または全体が絶縁物で覆われていることを特徴とする圧
電トランスが得られる。

【００２１】また、本発明によれば圧電振動子矩形板の
表面にそれぞれ電気的信号を入力するための少なくとも
１組の入力用電極と電気的信号を取り出すための少なく
とも１個の出力用電極を有する圧電トランスにおいて、
前記入出力電極の外周面を圧電振動子矩形板と同材質の
圧電セラミックスで被覆したことを特徴とする圧電トラ
ンスが得られる。

【００２２】また、本発明によれば、少なくとも１つ以
上の表面あるいは側面にそれぞれ電気的信号を入出力で
きる複数の電気的に独立している電極を形成した圧電振
動子矩形板を、一層あるいは複数層に積層して前記圧電
振動子矩形板を形成し、前記圧電振動子矩形板の一表面
に前記電気信号を入出力できる複数の電極と各々一対一
に接続できる複数引き出し電極を形成した後、前記圧電
振動子矩形板の線状あるいは点状の振動の節点の位置
に、前記複数表面電極を表面に露出できるよう絶縁物が
形成されていることを特徴とする圧電トランスが得られ
る。

【００２３】また、本発明によれば、前記絶縁物は前記
圧電振動子矩形板に用いられる圧電体と同一の組成とし
たことを特徴とする圧電トランスが得られる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の圧電トランスの実
施形態を説明する。図１及び図２は、本発明の圧電トラ
ンスの第１の実施例を示している。なお、圧電トランス
は、従来技術１として図１３に示した１波長共振モード
で振動する圧電トランスの構造と同じ例を採用している
ため同じ部分は同じ符号を付して一部の説明を省略す
る。

【００２５】図１及び図２を参照して、圧電トランス
は、振動子板１の表面のそれぞれ電気的信号を入力する
ための入力用電極２、３、電気的信号を出力するための
出力用電極４、５を有している。圧電トランスの出力用
電極４、５を含む振動子１の表面の一部または全体は軟
弾性体の絶縁膜１１によって覆われている。

【００２６】この圧電トランスでは、表面の出力用電極
４、５から外部に電気的信号を取り出すリード線１８、
１９を出力用電極４、５に接続した後、出力用電極４、
５を含む一部（全体でも可）を圧電トランスの振動に影
響を及ぼさないように、絶縁膜１１であるシリコーン樹
脂を用いて絶縁を確保している。

【００２７】絶縁膜１１の厚さは約０．５ｍｍ程度であ
る。この構造を用いることにより、従来と同等の絶縁を
確保しながら、高圧発生装置等における圧電トランス
（絶縁対策を含めた）大きさを小さくする。

【００２８】即ち、圧電トランスの出力用電極４、５を
含む振動子板１の表面の一部または全体を圧電トランス
の振動に影響を与えない程度の薄い絶縁膜１１で覆うこ
とで、基板との間の絶縁距離を確保でき、圧電トランス
を用いた高圧を発生するデバイスの小型化が可能であ
る。

【００２９】図３乃至図５は、本発明の圧電トランスの
第２の実施例を示している。ここでは図１３の例に示し
た振動子板１を採用して、出力用電極４、５を幅方向で
取り出したものに対する実施例を以下に説明する。

【００３０】振動子板１の寸法は４１ｍｍ×１２ｍｍ×
１．５ｍｍとした。振動子板１の全体の外周面には、振
動子板１と同一材料のセラミックス被膜１５が被覆され
ている。ここでは振動子板１を焼結する以前に入力用電
極２、３、出力用電極４、５を印刷し、更に振動子板１
と同一材料のスラリーを外周面に印刷し、大気中、１１
００℃にて一体焼結を行ったものである。リード線６、
７、８、９の取り出し用に振動の節となる位置には取り
出し口２３、２４、２５、２６を設けている。

【００３１】入力側では振動子板１の上下に、入力用電
極２、３が存在し、最外層はセラミックス被膜１５で覆
われている。出力側も振動子板１の側面に出力用電極
４、５が存在し、最外層はセラミックス被膜１５で覆わ
れている。ここで図６に示すように、入力用電極２、３
と出力用電極４、５との間の距離Ｓ1 は１ｍｍ、セラミ
ックス被膜１５の厚みは１０μｍとした。振動子板１５
は入出力側双方とも１４０℃のシリコンオイル中で１ｋ
Ｖ／ｍｍにて分極処理を行った。

【００３２】図６は本発明の効果の評価確認方法を示し
ている。振動子板１は振動の節２ケ所にて複数の振動子
支持具４１で保持されている。これらの振動子支持具４
１は導体台座４２の上に固定される。振動子板１と台座
４２との間の距離Ｓ2 は１ｍｍとし台座４２は電気的に
接地される。

【００３３】表１に出力電圧を増加した場合の本発明の
効果を出力用電極１０４、１０５と台座４２との絶縁に
関して最外層のセラミックス被膜１５が存在しない場合
との比較で示した。

【００３４】

【表１】

【００３５】また表２には同様に出力電極と入力電極と
の絶縁に関して示した。

【００３６】

【表２】

【００３７】測定環境は大気中２５℃、湿度５５％であ
るが、昇圧比が増大するに従い素子は発熱するため、こ
こではΔＴ＝４０℃を上限としその範囲内での評価とし
た。上表に示すようにセラミックス被膜１５がないもの
においては、出力用電極４、５と台座４２、入力用電極
２、３との絶縁性において、大気の絶縁耐圧１ｋＶ／ｍ
ｍ前後でショートしてしまうのに対し、セラミックス被
膜１５がある場合は、その数倍の高電圧まで絶縁が確保
されることが示されている。

【００３８】第２の実施例によれば絶縁性に優れた振動
子板１が得られる他、従来のように基板との絶縁を確保
するためのパッケージ部材は不要である。即ち、本発明
においては、圧電トランスの入出力用電極２、３、４、
５の外周面上に絶縁層であるセラミックス被膜１５を形
成することにより、高圧を生ずる入出力用電極２、３、
４、５間の絶縁性が向上するため設計上の自由度が増
し、更に出力電極と実装基板回路上との間でパッケージ
部材を不要とすることが可能となるため、よりいっそう
の低背化が可能である。

【００３９】図７は本発明の圧電トランスの第３の実施
例を示している。図８は変位分布を示している。

【００４０】図７を参照して、圧電トランスは、少なく
とも１つ以上の表面あるいは側面にそれぞれ電気的信号
を入出力できる複数の電気的に独立している入力用電極
２ａ，２ｂ、出力用電極３ａ，３ｂを形成した振動子板
１１を、一層あるいは複数層積層して振動子板１を形成
し、振動子板１の一表面に電気信号を入出力できる複数
の入力用電極２ａ，２ｂ、出力用電極３ａ，３ｂと各々
一対一に接続できる複数引き出し電極を形成した後、振
動子板１の線状あるいは点状の振動の節点の位置に、複
数の表面電極を表面に露出できるような絶縁膜２８が形
成されている。

【００４１】図８より振動子板１の長さ方向１／４，３
／４の点がノードになっていることがわかる。

【００４２】また、圧電トランスは、図９に示すよう
に、複数のセラミック板３０を用いて、これらのセラミ
ック板３０の一表面の１／２の領域に電圧を入力するた
めに、入力電極２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，を形成し積層
する。

【００４３】この実施例では、積層セラミックコンデン
サ等で用いられるグリーンシート成形方法を用いて形成
した。すなわち、ＰＺＴ系の粉末を用いてセラミックペ
ーストを作製し、グリーンシートを形成し、グリーンシ
ート上にＡｇ−Ｐｄの電極２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ，を
印刷により形成した。

【００４４】さらに所望の形状に切断した後、グリーン
シートを積層し、熱プレスにより接着し、その後１１０
０℃で２時間焼結し、振動子板１とした。外部には引き
出し用電極と兼用の入力、出力電極をＡｇを焼き付け
し、各々電極２ａ，２ｂ，３ａ，３ｂを形成した。最後
に引き出し電極を形成した表面に、引き出し電極を振動
子板１の振動節点に露出するように絶縁膜２８を形成し
た。ここで振動子板１の寸法は４０ｍｍ×１０ｍｍ×
１．５ｍｍである。

【００４５】図１０は本発明の第４の実施例に係る圧電
トランスの構成の一例を示している。図１１はその変位
分布を示した。図１２に示すように圧電トランスは、セ
ラミック板３０を用いており、製造方法はグリーンシー
ト方法を用いている。すなわち、最下部セラミックグリ
ーンシートの表裏面の１／２の領域に電圧を入力するた
めに、各々１組の入力電極２ａ，２ｂ、さらに中間部は
セラミックグリーンシートの表面の１／２の領域に電圧
を入力するために入力用電極２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆを
形成し、さらに出力用電極３ａ，３ｂも同時に形成し、
さらに一表面に引き出すように電極を各々引き出し電極
を形成し、最後に振動子板１の振動の節点に引き出し電
極を露出するように形状のセラミックグリーンシートを
形成し、積層した後、焼結して形成する。

【００４６】以下に、本発明の第３、４の実施例による
圧電トランスの特性を示す。ここで負荷抵抗を冷陰極管
とほぼ同等の５０ｋΩとしたとき、積層数による出力電
圧特性を表３に示す。また入力電圧を上げることでφ
２．６×２２０ｍｍの冷陰極管を点灯することができ
た。

【００４７】

【表３】

【００４８】表４に図７及び図９の構成による圧電トラ
ンスのＱｍの変化を示す。圧電トランスは入力側を５層
積層した構成となっている。

【００４９】

【表４】

【００５０】最後に本発明の実施例において、圧電トラ
ンスの積層方法は一体焼結方法、接着方法のいずれを用
いても本発明の効果はほとんど同一であることを付け加
えておく。

【００５１】

【発明の効果】以上説明した通り、振動子板の表面にそ
れぞれ電気的信号を入出力するための電極を有する圧電
トランスにおいて、圧電トランスの出力用電極を含む振
動子板の表面の一部または全体を絶縁物で覆う構造を用
いることにより、絶縁対策を施した小型である圧電トラ
ンスが可能となる。

【００５２】また、入出力用電極の位置を決定する上で
の設計上の自由度が増大し、更に振動子板を絶縁するた
めのパッケージが不要となることからインバーター全体
の小型化、低背化が可能となる。

【００５３】また、１つの表面にのみ引き出し用の電極
を取り出せるため、従来の圧電トランスと比較して、大
いに小型化・低背化・低コスト化が可能であり、さらに
特性・信頼性等の劣化なく表面実装が容易となるため、
実用的効果は非常に大きい。

【００５４】さらに、振動子板の１つの表面にのみ引き
出し用の電極を形成し直接基板に接続可能とする圧電ト
ランスとしたことにより、表面実装が容易になり、圧電
トランスの実装面積を非常に小さくすることにより、特
性・信頼性・小型化を十分に満足した圧電トランスが得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】１波長共振モードで振動する圧電トランスの第
１の実施例を示す斜視図である。

【図２】図１の圧電トランスの断面図である。

【図３】本発明の１波長共振モードで振動する圧電トラ
ンスの第２の実施例を示す斜視図である。

【図４】図３の圧電トランスの断面図である。

【図５】図３の圧電トランスの断面図である。

【図６】図３の圧電トランスにおける評価方法概略図で
ある。

【図７】本発明の１波長共振モードで振動する圧電トラ
ンスの第３の実施例を示す斜視図である。

【図８】図７の圧電トランスにおける変位分布図であ
る。

【図９】図７の圧電トランスにおける分解斜視図であ
る。

【図１０】本発明の１波長共振モードで振動する圧電ト
ランスの第４の実施例を示す斜視図である。

【図１１】図１０の圧電トランスにおける変位分布図で
ある。

【図１２】図１０の圧電トランスにおける分解斜視図で
ある。

【図１３】従来の圧電トランスの斜視図である。

【図１４】図１３の圧電トランスの積層構成を示す斜視
図である。

【図１５】図１４の圧電トランスの積層状態における断
面図である。

【図１６】従来の圧電トランスの他の例を示す斜視図で
ある。

【図１７】従来の圧電トランスのさらに他例を示す斜視
図である。

【符号の説明】

１振動子板２，２ａ，２ｂ，３、入力用電極３ａ，３ｂ，４，５出力用電極６，７，８，９リード線１０パッケージ部材１１、１５、２８絶縁膜２３，２４、２５、２６リード線取り出し口４１振動子支持具４２導体台座

フロントページの続き (72)発明者小野裕司宮城県仙台市太白区郡山六丁目７番１号株式会社トーキン内 (72)発明者布田良明宮城県仙台市太白区郡山六丁目７番１号株式会社トーキン内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電振動子矩形板の表面にそれぞれ電気
的信号を入出力するための電極を有する圧電トランスに
おいて、該電極の出力用電極を含む前記圧電振動子矩形
板は、その表面の一部または全体が絶縁物で覆われてい
ることを特徴とする圧電トランス。
【請求項２】圧電振動子矩形板の表面にそれぞれ電気
的信号を入力するための少なくとも１組の入力用電極と
電気的信号を取り出すための少なくとも１個の出力用電
極を有する圧電トランスにおいて、前記入出力電極の外
周面を圧電振動子矩形板と同材質の圧電セラミックスで
被覆したことを特徴とする圧電トランス。
【請求項３】少なくとも１つ以上の表面あるいは側面
にそれぞれ電気的信号を入出力できる複数の電気的に独
立している電極を形成した圧電振動子矩形板を、一層あ
るいは複数層に積層して前記圧電振動子矩形板を形成
し、前記圧電振動子矩形板の一表面に前記電気信号を入
出力できる複数の電極と各々一対一に接続できる複数引
き出し電極を形成した後、前記圧電振動子矩形板の線状
あるいは点状の振動の節点の位置に、前記複数表面電極
を表面に露出できるよう絶縁物が形成されていることを
特徴とする圧電トランス。
【請求項４】前記請求項３項記載の圧電トランスにお
いて、前記絶縁物は前記圧電振動子矩形板に用いられる
圧電体と同一の組成としたことを特徴とする圧電トラン
ス。