JPH10117023A - 圧電トランス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低コストで、高湿度環境下で使用してもマイ
グレーションの発生しない、高信頼性が得られる構造の
圧電トランスを提供することにある。 【構成】 圧電セラミックス矩形板１１の厚さ方向に対
面する３対の対面電極層１２ａ，１２ｂ，１２ｃがセラ
ミックス分極用電極及びトランス入力用電極として設け
られている。対面電極層１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、そ
れぞれ長側面方向に延びた凸部を設けている。一方の長
側面に向かって延びた凸部は外部電極１４と接続してい
る。他方の長側面に向かって延びた凸部は外部電極１５
と接続している。

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
ものである。

【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−数ワット程度の高電圧電源が用いられて
いる。現在、これらの電源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３は従来の圧電トランスに用いられてい
る圧電振動子の構造の概略斜視図である。図３におい
て、圧電セラミックス矩形板３１には、長さ方向のおよ
そ半分の部分に厚さ方向に対向する電極３２および３３
が形成されている。また、圧電セラミックス矩形板３１
の長側面には、側面電極３４および３５が形成されてい
る。圧電セラミックス矩形板３１において、電極３２，
３３の部分は厚さ方向に分極され、側面電極３４と側面
電極３５の間の部分は圧電セラミックス矩形板３１の幅
方向に分極されている。

【０００４】図４は図３の圧電振動子を用いた圧電トラ
ンスの動作原理の説明図であり、図４（ａ）は圧電セラ
ミックス矩形板の断面図、図４（ｂ）は圧電セラミック
ス矩形板が長さ方向振動の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、図４（ｃ）はその時の歪分
布を示している。図４（ａ）において電極３３をアース
端子とし、電極３２に圧電セラミックス矩形板の長さ方
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、矩形板は、図４（ｂ）及び（ｃ）に示
すように振動する。この時、側面電極３４と３５の間に
は圧電効果により電圧が発生する。ここで、電極３２に
印加した入力電圧と側面電極３４および３５間に発生し
た出力電圧について説明すると、電極３２と電極３３の
対向間隔は側面電極３４および３５との間隔に比べ十分
に小さく、電極３２，３３の面積は側面電極３４および
３５間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。従っ
て、入力側に低い電圧を印加して振動子を振動した場
合、出力側に入力側電極間と出力側電極間の間隔と静電
容量の比に比例した大きな電圧が発生する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、表面電
極ではその端部においてセラミックス分極時に電界が集
中し、甚だしくは短絡し、圧電トランスが破壊に至ると
いう問題点がある。また、銀または銀−パラジウム合金
は、電圧が印加された状態で、大気中の水分が電極に付
着すると容易にイオン化し、所謂マイグレーション現象
を起こすので、かかる構造の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、甚だしくは短絡し、
圧電トランスが破壊に至るという問題点がある。マイグ
レーションの防止方法として、電極材料にイオン化しに
くい白金や金を用いることが考えられるが、白金や金は
高価であり、圧電トランスを工業的に安価に生産するこ
とはできない。

【０００６】本発明の課題は、従来構造の問題点を解決
すべく、セラミックス分極時に短絡し、圧電トランスが
破壊することがなく、低コストで、高湿度環境下で使用
してもマイグレーションの発生しない、高信頼性が得ら
れる構造の圧電トランスを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、圧電セ
ラミックスからな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、前記矩形板に、セラミッ
クス分極用電極及びトランス入力用電極と、前記矩形板
の厚さ方向に対面すると共に、互いに異なる方向に延び
た凸部を有する複数対の対面電極層が形成され、前記矩
形板の一方の長側面に向かって延びた凸部に接続される
第１の共通配線層と他方の長側面に向かって延びた凸部
に接続される第２の共通配線層を具備して構成されてい
ることを特徴とする圧電トランスが得られる。

【０００８】さらに、本発明によれば、前記複数対の対
面電極層が前記矩形板の表面に露出しない状態で前記矩
形板の内部に有していることを特徴とする圧電トランス
が得られる。

【０００９】

【作用】セラミックス分極用電極およびトランス入力用
電極である対面電極は、長方形の四隅の角を落としたこ
とにより、セラミックス分極時に長方形の四隅において
電界が集中することを避けられ、該矩形板の他方の区分
の長側面に設けた電極層との間で短絡、あるいは破壊す
ることのない圧電トランスを得ることができる。また、
前記対面電極層を全て内部に有することにより、高湿環
境下で使用してもマイグレーションの発生しない、高信
頼性が得られる圧電トランスを低コストで得ることがで
きる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明に係る圧電トランスの一実施例
について図１を参照して詳細に説明する。

【００１１】圧電セラミックス矩形板１１の長手方向中
央部を境界としてその境界より左右いずれか一方の区分
（本実施例では左側の区分）には、圧電セラミックス矩
形板１１の厚さ方向に対面する３対の対面電極層１２
ａ，１２ｂ，１２ｃがセラミックス分極用電極及びトラ
ンス入力用電極として設けられている。対面電極層１２
ａ，１２ｂ，１２ｃは、それぞれ圧電セラミックス矩形
板１１の長側面に向かって、かつ互いに異なる方向に延
びた凸部を設けている。一方の長側面に向かって延びた
凸部（図の上から第１，第３，及び第５の電極層に設け
られている凸部）は第１の共通配線層としての外部電極
１４と接続している。他方の長側面に向かって延びた凸
部（図の上から第２，第４，及び第６の電極層に設けら
れている凸部）は第２の共通配線層としての外部電極１
５と接続している。他方の区分（本実施例では右側の区
分）であって、圧電セラミックス矩形板１１の両長側面
には、それぞれセラミックス分極用電極及びトランス出
力用電極として第１及び第２の表面電極層１５，１６を
有している。

【００１２】次に、本実施例に係る圧電トランスの具体
的な製造方法を詳細に説明する。ＰＺＴ系圧電セラミッ
クスの厚み２３５μｍのグリーンシート上に銀−パラジ
ウム電極ペーストで内部電極パターンを印刷し、該印刷
シートを４層積層し、その上に電極パターンのないセラ
ミックグリーンシートを１層積層し、該積層体を熱圧着
し、大気中で焼結する。更に、銀ペーストを用いて、得
られた焼結体表面部に、あらかじめ積層により内部に形
成した電極パターンと同じ電極パターンを形成する。長
側面部に、内部電極１２と接続する外部電極１３，１４
と圧電トランスの出力部の分極及び出力用の表面電極１
５，１６を形成し、長さ４０ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ１
ｍｍの長さ方向１波長共振モードの圧電トランスを構成
する。圧電トランスは、１波長共振モードの節の部分が
圧電セラミックス矩形板の長さ方向の端面からそれぞれ
１０ｍｍの位置にあるので、その近傍の外部電極と表面
電極部を支持し、かつ該電極をリード線の接続取り出し
部とした。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。本圧電トランス
の性能は共振周波数が８１ｋＨｚ、負荷抵抗１００ｋΩ
時、入力電圧５Ｖで出力電圧５００Ｖの昇圧比１００が
得られた。

【００１３】実施例１の圧電トランスの分極時の歩留ま
りを評価した結果を表１に示した。比較のため、図３に
示した圧電トランスも同時に以下の表１に示した。

【００１４】

【表１】

【００１５】表１により明らかに、本発明構造の圧電ト
ランスでは、分極時の歩留まりは１００％であるが、比
較例では歩留まりは２０％となっている。

【００１６】次に、本発明に係る圧電トランスの他の実
施例について図２を参照して説明する。この図２に示さ
れた他の実施例と上述の実施例とは内部電極の形成方法
を除いて同じである。即ち、内部電極２２は図１に示さ
れた内部電極１２と異なり、電極６層全てが圧電セラミ
ックス矩形板２１の内部に設けられている。従って、圧
電セラミックス矩形板２１の表面には図１に示すような
電極の露出部分はない。

【００１７】次に、他の実施例に係る圧電トランスの具
体的な製造方法を詳細に説明する。ＰＺＴ系圧電セラミ
ックスの厚み２１０μｍおよび６０μｍのグリーンシー
ト上に銀−パラジウム電極ペーストで内部電極パターン
を印刷し、６０μｍ印刷シートを１層積層した上に２１
０μｍ印刷シートを５層積層し、その上に電極パターン
のない６０μｍグリーンシートを１層積層し、該積層体
を熱圧着し、大気中で焼結する。更に、銀ペーストを用
いて、得られた焼結体の長側面部に、内部電極と接続す
る外部電極２３，３４と圧電トランスの出力部の分極及
び出力用の表面電極１５，１６を形成し、長さ４０ｍ
ｍ、幅１０ｍｍ、厚さ１ｍｍの長さ方向１波長共振モー
ドの圧電トランスを構成する。本圧電トランスの性能は
共振周波数が８１．５ｋＨｚ、負荷抵抗１００ｋΩ時、
入力電圧５Ｖで出力電圧５１０Ｖの昇圧比１０２が得ら
れた。

【００１８】実施例２の圧電トランスの高湿度環境下で
の信頼性を評価するため、温度８５℃−相対湿度９０％
の環境下で連続駆動試験を実施した。比較のため、図３
に示した圧電トランスも同時に試験し、その結果を以下
の表２に示した。

【００１９】

【表２】

【００２０】表２より明らかに、本発明構造の圧電トラ
ンスでは、温度８５℃−相対湿度９０％の環境下で連続
駆動試験１０００時間での不良発生はないが、比較例で
は１００％不良となっている。

【００２１】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、セラミックス分極時に短絡、破壊することのな
い圧電トランス、さらに、低コストで、高湿度環境下で
使用してもマイグレーションの発生しない、高信頼性が
得られる構造の圧電トランスを提供することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る圧電トランスの構造を
示した斜視図である。

【図２】本発明の他の実施例に係る圧電トランスの構造
を示した斜視図である。

【図３】従来の圧電トランスの構造を示した概略斜視図
である。

【図４】（ａ）は、圧電セラミックス矩形板の断面図で
あり、（ｂ）は圧電セラミックス矩形板が長さ方向１波
長共振モードで振動している場合の変位分布図であり、
（ｃ）はその時の歪分布を示した図である。

【符号の説明】

１１，２１ 圧電セラミックス矩形板 １２，２２ 内部電極層 １３，１４，２３，２４ 外部電極 １５，１６ 表面電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電セラミックスからなる矩形板の長さ
   方向の共振モードを利用した圧電トランスにおいて、前
   記矩形板に、セラミックス分極用電極及びトランス入力
   用電極と、前記矩形板の厚さ方向に対面すると共に、互
   いに異なる方向に延びた凸部を有する複数対の対面電極
   層が形成され、前記矩形板の一方の長側面に向かって延
   びた凸部に接続される第１の共通配線層と他方の長側面
   に向かって延びた凸部に接続される第２の共通配線層を
   具備して構成されていることを特徴とする圧電トラン
   ス。
2. 【請求項２】 請求項１記載の圧電トランスにおいて、
   前記複数対の対面電極層が前記矩形板の表面に露出しな
   い状態でその内部に有していることを特徴とする圧電ト
   ランス。