JPH1051044A - Lamination type piezoelectric transformer element - Google Patents
Lamination type piezoelectric transformer elementInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置のバ
ックライト用冷陰極管の電源等に使用するのに好適な圧
電トランス素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric transformer element suitable for use as a power source of a cold cathode fluorescent lamp for a backlight of a liquid crystal display device.
【0002】[0002]
【従来の技術】持ち運び可能なノート型パーソナルコン
ピュータ等に用いられる液晶表示装置用のバックライト
には通常冷陰極管が発光源として用いられている。この
冷陰極管を点灯させるためには1kV以上の高電圧が必
要であり、発光を維持するためには数百Vの電圧が必要
である。2. Description of the Related Art A cold cathode tube is usually used as a light source for a backlight for a liquid crystal display device used in a portable notebook personal computer or the like. A high voltage of 1 kV or more is required to light this cold cathode tube, and a voltage of several hundred volts is required to maintain light emission.
【0003】上記のようなノート型パーソナルコンピュ
ータ等の製品ではその性質上、バックライト点灯用の昇
圧モジュールに対しても小型化、省電力化の要請が高
く、このような要請に答えるためにローゼン型の圧電ト
ランス素子を使用した昇圧モジュールが利用されてい
る。このような圧電トランスを使用した昇圧モジュール
は同出力の巻線トランスを用いた昇圧モジュールに比べ
てモジュール全体の厚みを薄くできるというメリットが
ある。[0003] Due to the nature of the above-mentioned products such as notebook personal computers, there is a high demand for downsizing and power saving of a boosting module for lighting a backlight. A step-up module using a piezoelectric transformer element is used. The step-up module using such a piezoelectric transformer has an advantage that the thickness of the entire module can be reduced as compared with the step-up module using a winding transformer having the same output.
【0004】しかしながら、例えば長さ30mm、幅3
mm、厚み2mmの寸法の単板のセラミック圧電体を用
いた圧電トランス素子では、例えば2ワット出力時の昇
圧比(出力電圧と入力電圧の比)は4〜6倍程度と低
い。従って圧電トランスの前段に巻線の小型トランスを
接続する必要があった。However, for example, a length of 30 mm and a width of 3
In a piezoelectric transformer element using a single-plate ceramic piezoelectric body having a size of 2 mm and a thickness of 2 mm, for example, the step-up ratio (output voltage-input voltage ratio) at the time of outputting 2 watts is as low as about 4 to 6 times. Therefore, it was necessary to connect a small-sized winding transformer to the preceding stage of the piezoelectric transformer.
【0005】そこで最近では、積層型の圧電トランス素
子が提案されている。積層型の圧電トランス素子は、入
力領域が交互に積層された厚さ50〜300μm程度の
セラミック圧電体と内部電極からなり、積層された内部
電極が一層おきに電気的に接続されて電気的に接続され
た2つの群を構成しており、その2つの内部電極の群が
前記入力領域の両表面に設けられた2つの外部電極にそ
れぞれ電気的に接続された構造を有している(例えば特
開平7−302938号参照)。即ち、このような積層
型の圧電トランス素子は複数の単板の圧電トランス素子
を並列に接続したものに相当し、これにより高い昇圧比
を得ようとするものである。Therefore, recently, a laminated piezoelectric transformer element has been proposed. The laminated piezoelectric transformer element is composed of a ceramic piezoelectric body having a thickness of about 50 to 300 μm in which input regions are alternately laminated, and internal electrodes, and the laminated internal electrodes are electrically connected every other layer and electrically connected. It has a structure in which two groups are connected, and the two groups of internal electrodes are electrically connected to two external electrodes provided on both surfaces of the input area, respectively (for example, JP-A-7-302938). That is, such a laminated piezoelectric transformer element is equivalent to a plurality of single-plate piezoelectric transformer elements connected in parallel, and is intended to obtain a high step-up ratio.
【0006】上記のような積層型の圧電トランス素子で
は負荷時の昇圧比が大幅に向上し、本発明者らが圧電体
1層の厚みを約80μmとして25層積層し、長さ30
mm、幅3mm、厚み2mmの積層型の圧電トランス素
子を作製して試験したところ、2ワット出力時の昇圧比
が約80倍と桁違いに大きい昇圧比が得られた。しかし
ながらこのような積層型の圧電トランス素子では、トラ
ンスの変換効率、即ち出力電力を入力電力で除した値は
70〜80%と、単板素子の変換効率が90%以上であ
るのに比較して小さいものであった。In the above-described laminated type piezoelectric transformer element, the step-up ratio under load is greatly improved, and the present inventors made a single piezoelectric layer having a thickness of about 80 μm, laminated 25 layers, and set a length of 30 layers.
When a laminated piezoelectric transformer element having a thickness of 3 mm and a width of 3 mm and a thickness of 2 mm was manufactured and tested, a boost ratio at a power output of 2 Watts of about 80 times was obtained, which was an order of magnitude higher. However, in such a laminated piezoelectric transformer element, the conversion efficiency of the transformer, that is, the value obtained by dividing the output power by the input power is 70 to 80%, which is smaller than the conversion efficiency of the single-plate element being 90% or more. Was small.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、変換
効率の高い積層型圧電トランス素子を提供することを目
的とする。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a laminated piezoelectric transformer element having high conversion efficiency.
【0008】[0008]
【問題点を解決するための手段】本発明者等は、上記の
ような積層型の圧電トランス素子は、使用されるセラミ
ック圧電体に比べて柔らかい導電体を多く含むと圧電ト
ランス素子に与えられた振動が吸収されやすく、結果と
してその変換効率が低下することを見出した。即ち、内
部電極をなるべく硬度の高いものとし、かつその厚さを
薄くすることにより積層型圧電トランス素子の変換効率
を改善できることを見出したものである。従って本発明
は、上記の知見に基づき、交互に積層された複数のセラ
ミック圧電体と複数の内部電極からなる入力領域を有す
る積層型圧電トランス素子において、各内部電極が20
〜80重量%のPdを含むAg−Pd混合物からなり、
かつ1〜5μmの厚さを有することを特徴とする積層型
圧電トランス素子を提供するものである。The inventors of the present invention have concluded that the above-mentioned laminated piezoelectric transformer element is given to the piezoelectric transformer element when it contains a larger amount of conductive material than the ceramic piezoelectric substance used. It has been found that vibrations are easily absorbed, and as a result, the conversion efficiency is reduced. That is, they have found that the conversion efficiency of the multilayer piezoelectric transformer element can be improved by making the internal electrode as hard as possible and reducing its thickness. Therefore, based on the above findings, the present invention provides a multilayer piezoelectric transformer element having an input area composed of a plurality of ceramic piezoelectric bodies and a plurality of internal electrodes alternately stacked, wherein
Consisting of an Ag-Pd mixture containing ~ 80 wt% Pd,
Another object of the present invention is to provide a laminated piezoelectric transformer element having a thickness of 1 to 5 μm.
【0009】また、上記のような積層型圧電トランス素
子において複数の内部電極を1層おきに電気的に接続す
る場合、圧電トランス素子の側面に露出した部分でその
接続を得るようにすると、特に圧電トランス素子の分極
処理を空気中で行う場合、素子側面に露出した内部電極
間で放電が起こって絶縁が破壊され、分極処理が完全に
なされないことがあるという問題があった。この問題に
対し本発明者等は、内部電極を素子側面に露出しないよ
うにし、圧電体の内部電極が積層される位置に予め設け
た孔に導電体(バイア導体)を充填することにより内部
電極間の電気的接続を得る構造の積層型圧電トランス素
子を既に提案している(特願平8−52553号)。In the above-described multilayer piezoelectric transformer element, when a plurality of internal electrodes are electrically connected every other layer, the connection is preferably obtained at a portion exposed on the side surface of the piezoelectric transformer element. When the polarization processing of the piezoelectric transformer element is performed in the air, there is a problem that a discharge occurs between the internal electrodes exposed on the side surfaces of the element and the insulation is destroyed, so that the polarization processing may not be completely performed. In order to solve this problem, the present inventors have tried to prevent the internal electrode from being exposed on the side surface of the element, and to fill the hole provided in advance at the position where the internal electrode of the piezoelectric material is laminated with a conductor (via conductor). A multilayer piezoelectric transformer element having a structure for obtaining electrical connection between them has already been proposed (Japanese Patent Application No. 8-52553).
【0010】このような構造は本発明にも使用すること
ができるが、上記のようなバイア導体を内部に有する圧
電トランス素子においては、内部電極と同様にバイア導
体が圧電トランス素子の固有振動を吸収しやすく、変換
効率を低下させていることが見出された。そしてこの問
題は上記の内部電極と同様にバイア導体をなるべく硬度
の高いものとし、バイア導体の直径を一定の値以下にす
ることによりそのような構造の積層型圧電トランス素子
の変換効率を改善できることを見出したものである。Although such a structure can be used in the present invention, in the piezoelectric transformer element having the above-described via conductor inside, like the internal electrode, the via conductor reduces the natural vibration of the piezoelectric transformer element. It was found that it was easy to absorb and reduced the conversion efficiency. The problem is that, like the internal electrodes described above, the via conductor is made as hard as possible and the diameter of the via conductor is reduced to a certain value or less, so that the conversion efficiency of the laminated piezoelectric transformer element having such a structure can be improved. Is found.
【0011】従って本発明の積層型圧電トランス素子の
好適な態様は、内部電極が素子の側面に露出しておら
ず、入力領域のセラミック圧電体に設けられた孔に充填
された導電体により内部電極が電気的に接続されてお
り、該導電体が20〜80重量%のPdを含むAg−P
d混合物からなり、かつ該導電体の直径が50〜200
μmであることを特徴とする。Therefore, a preferred embodiment of the multilayer piezoelectric transformer element of the present invention is such that the internal electrodes are not exposed on the side surfaces of the element, and the internal electrodes are formed by a conductor filled in a hole provided in the ceramic piezoelectric body in the input area. Ag-P, wherein the electrodes are electrically connected and the conductor comprises 20-80% by weight of Pd
d mixture and the conductor has a diameter of 50 to 200
μm.
【0012】[0012]
【作用】圧電トランスの変換効率は、素子のQm(機械
的品質係数)と密接な関係がある。ローゼン型圧電トラ
ンスの昇圧比の公式を用いて、エネルギーロスとQmと
の関係式を導くことができ、これによればQmが大きく
なるほどエネルギーロスが小さくなり、変換効率は向上
する。The conversion efficiency of the piezoelectric transformer is closely related to the element Qm (mechanical quality factor). The relational expression between energy loss and Qm can be derived using the formula of the step-up ratio of the Rosen-type piezoelectric transformer. According to this, as Qm increases, energy loss decreases and conversion efficiency improves.
【0013】Qmは与えた振動の減衰のしにくさを表し
ており、与えた振動が減衰しにくければ、振動を継続さ
せるために与え続けなければならないエネルギーが小さ
くてすみ、変換効率が高くなるのである。Qm represents the difficulty of a given vibration to attenuate. If the given vibration is difficult to attenuate, the energy that must be given to continue the vibration can be small, and the conversion efficiency increases. It is.
【0014】圧電トランス素子に使用される圧電体の材
料自体は高いQmを有する材料を用いることが常識であ
る。例えばPZT系の圧電体セラミックであれば、Fe
やMnを徴量添加することで高いQmを有する圧電体材
料が得られる。しかし積層型の圧電トランス素子の場合
は、圧電体の間に挿入される内部電極が必ず必要であ
る。It is common sense to use a material having a high Qm for the piezoelectric material itself used for the piezoelectric transformer element. For example, in the case of a PZT-based piezoelectric ceramic, FeZ
By adding Mn or Mn in a measured amount, a piezoelectric material having a high Qm can be obtained. However, in the case of a laminated piezoelectric transformer element, an internal electrode inserted between the piezoelectric bodies is necessarily required.
【0015】本発明の積層型圧電トランス素子において
は、内部電極に振動を吸収しにくい特定の組成のAg−
Pd混合物を使用し、特定の厚さとすることによって素
子全体のQmを高いものとし、素子の変換効率の上昇を
図るものである。In the multilayer piezoelectric transformer element of the present invention, the internal electrode has a specific composition of Ag-
By using a Pd mixture and having a specific thickness, the Qm of the entire device is increased, and the conversion efficiency of the device is increased.
【0016】また本発明の好適な態様においては、入力
領域のセラミック圧電体に設けられた孔に充填された導
電体により内部電極間を電気的に接続するが、この導電
体によっても振動が吸収されるので、導電体の組成を上
記の内部電極と同様のものとし、またその直径を特定の
大きさよりも小さいものとすることにより素子の変換効
率の上昇を図るものである。In a preferred embodiment of the present invention, the internal electrodes are electrically connected by a conductor filled in a hole provided in the ceramic piezoelectric body in the input area, and the conductor also absorbs vibration. Therefore, the conversion efficiency of the element is increased by setting the composition of the conductor to be the same as that of the above-mentioned internal electrode and making the diameter smaller than a specific size.
【0017】[0017]
【発明の実施の形態】以下、本発明をさらに詳細に説明
する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
【0018】本発明の積層型圧電トランス素子の構造自
体は、従来公知の任意のものとすることができるが、例
えば図1に示したようなλモードで振動するローゼン型
の圧電トランス素子とすることができる。The structure of the multilayer piezoelectric transformer element of the present invention can be any conventionally known structure. For example, it is a Rosen type piezoelectric transformer element that vibrates in the λ mode as shown in FIG. be able to.
【0019】図1に示した本発明の積層型圧電トランス
素子1は、全体として矩形板(平板状の直方体)の形状
のローゼン型の圧電トランス素子であり、ほぼ半分ずつ
の大きさを有する入力領域2と出力領域3からなる。入
力領域2においては、セラミックス圧電体7と内部電極
6a及び6bとが交互に積層され(セラミックス圧電体
は内部電極の数より1多い数だけ積層される)、上面及
び下面に入力用外部電極4を有し、その圧電体は厚み方
向(図1において上下方向)に分極されている。出力領
域3は、入力領域と逆の側の端部面に出力用外部電極5
を有し、またその圧電体は長さ方向(図1において左右
方向)に分極されている。The laminated piezoelectric transformer element 1 of the present invention shown in FIG. 1 is a Rosen-type piezoelectric transformer element having a rectangular plate (flat rectangular parallelepiped) shape as a whole, and has an input having a size almost half each. An area 2 and an output area 3 are provided. In the input area 2, the ceramic piezoelectric bodies 7 and the internal electrodes 6 a and 6 b are alternately laminated (the ceramic piezoelectric bodies are laminated one more than the number of the internal electrodes), and the input external electrodes 4 are formed on the upper and lower surfaces. And the piezoelectric body is polarized in the thickness direction (vertical direction in FIG. 1). The output region 3 has an output external electrode 5 on the end surface on the side opposite to the input region.
The piezoelectric body is polarized in the length direction (the left-right direction in FIG. 1).
【0020】入力領域2の交互に積層された内部電極6
a及び6bは1つおきに電気的に接続され、即ち、内部
電極6a同士、内部電極6b同士が電気的に接続されて
電気的に接続された2つの群、内部電極6aの群と内部
電極6bの群を形成し、それぞれの群が入力領域の上下
の電極4のそれぞれに電気的に接続されている。The internal electrodes 6 alternately stacked in the input area 2
a and 6b are electrically connected every other, that is, two groups in which the internal electrodes 6a are electrically connected to each other and the internal electrodes 6b are electrically connected to each other, a group of the internal electrodes 6a and the internal electrodes. 6b are formed, and each group is electrically connected to each of the upper and lower electrodes 4 in the input area.
【0021】図1に示した圧電トランス素子では、素子
の入力領域側の端部の2つの隅の一方の部分において内
部電極の隅が直角三角形に切り欠かれている(内部電極
6aと6bとでは逆の隅が切り欠かれている)ことを除
いては、入力領域の内部電極と圧電体は同じ平面形状を
有し、内部電極が素子側面に露出している。素子の入力
領域側の端部の2つの隅の外側にそれぞれ内部電極接続
用導体8が設けられ、内部電極6a間、並びに内部電極
6b間を電気的に接続し、さらにそれらを外部電極4の
一方にそれぞれ電気的に接続している。In the piezoelectric transformer element shown in FIG. 1, the corner of the internal electrode is cut into a right-angled triangle at one of the two corners on the input area side of the element (the internal electrodes 6a and 6b and Except that the opposite corner is cut away), the internal electrode and the piezoelectric body in the input area have the same planar shape, and the internal electrode is exposed on the element side surface. Internal electrode connection conductors 8 are provided outside the two corners of the end portion on the input region side of the element, and electrically connect between the internal electrodes 6a and between the internal electrodes 6b. Each is electrically connected to one.
【0022】内部電極の電気的接続は、図1に示すよう
に内部電極接続用導体8により圧電トランス素子側面に
露出した内部電極の端部で行ってもよいが、好ましくは
本発明者等が上記特願平8−52553号において開示
したように圧電体の入力領域平面内部に設けられた孔に
充填された導電体により行う。そして内部電極の平面形
状を圧電体よりもやや小さいものとし、積層したときに
内部電極が素子側面に露出しないようにすることによ
り、上記したような内部電極が素子側面に露出している
ことにより起こる問題を回避することができる。The internal electrodes may be electrically connected at the ends of the internal electrodes exposed on the side surfaces of the piezoelectric transformer element by the internal electrode connecting conductors 8 as shown in FIG. As disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application No. 8-52553, the conductive material is filled in a hole provided in the input area plane of the piezoelectric body. And by making the planar shape of the internal electrode slightly smaller than that of the piezoelectric body, and by preventing the internal electrode from being exposed on the element side when laminated, the internal electrode as described above is exposed on the element side. The problems that occur can be avoided.
【0023】このような構造においては、入力領域の各
圧電体は、電気的に接続される内部電極の2つの群のそ
れぞれのための2つの導体を収容する2つの孔を有す
る。これらの圧電体の2つの孔は、それぞれの圧電体に
おいて、そこに充填された導電体が積層された内部電極
と接触し、後の焼成時に一体化されて内部電極を電気的
に接続できるような圧電体入力領域内の任意の位置に設
けることができるが、通常は積層される各圧電体の同じ
位置に設けられたバイアホールとする。これらの孔中に
は上記のように導電体(バイア導体)を充填する。In such a configuration, each piezoelectric body in the input area has two holes for receiving two conductors for each of two groups of electrically connected internal electrodes. The two holes of these piezoelectric bodies are brought into contact with the internal electrodes on each of which the conductor filled therein is laminated, and are integrated at a later firing so that the internal electrodes can be electrically connected. Although it can be provided at an arbitrary position within the piezoelectric input region, usually, it is a via hole provided at the same position of each of the stacked piezoelectric materials. These holes are filled with a conductor (via conductor) as described above.
【0024】これらの圧電体の入力領域に相当する部分
の間にはそれぞれ内部電極を積層する。各内部電極に
は、積層される圧電体中の2つの導電体のいずれか一方
に対応する位置に導電体よりも大きい直径の孔を1個設
ける。この内部電極の孔は、内部電極を圧電体を介して
積層したときに、積層した順に上記の圧電体の2つの導
電体のそれぞれに対応する位置に交互に存在するように
設け、内部電極が一つおきに電気的に接続されるように
する。即ち、一つの内部電極においては、上記圧電体の
導電体の一方に対応する位置で導電体よりも大きい直径
の孔が設けられており、その内部電極は両側の圧電体の
その位置の導電体と接続されず、一方、圧電体の他方の
導電体に対応する位置には孔が設けられておらず、両側
の圧電体中のその位置の導電体と接続される。そしてそ
の隣の内部電極においては、前記各圧電体中の2つの導
電体について逆のパターンで孔が設けられる。このよう
な構造とすることにより内部電極の一層おきの電気的接
続が得られる。また、特にこのような構造により内部電
極の電気的接続を得る場合には上記の通り内部電極が外
部に露出しないように圧電体よりもやや小さい寸法のも
のとする。Internal electrodes are laminated between portions corresponding to the input regions of these piezoelectric bodies. Each internal electrode is provided with one hole having a diameter larger than the conductor at a position corresponding to one of the two conductors in the laminated piezoelectric body. The holes of the internal electrodes are provided such that, when the internal electrodes are stacked via the piezoelectric body, the holes are alternately provided at positions corresponding to the two conductors of the piezoelectric body in the order in which the internal electrodes are stacked. Make electrical connections every other one. That is, in one internal electrode, a hole having a diameter larger than that of the conductor is provided at a position corresponding to one of the conductors of the piezoelectric body, and the internal electrode is formed of a conductor at that position of the piezoelectric body on both sides. On the other hand, no hole is provided in a position corresponding to the other conductor of the piezoelectric body, and the piezoelectric body is connected to the conductor at that position in the piezoelectric bodies on both sides. In the adjacent internal electrode, holes are provided in the opposite pattern for the two conductors in each of the piezoelectric bodies. With such a structure, every other electrical connection of the internal electrodes can be obtained. In particular, when the electrical connection of the internal electrodes is obtained by such a structure, the dimensions are slightly smaller than the piezoelectric body so that the internal electrodes are not exposed to the outside as described above.
【0025】図2に、上記のような構造を有する本発明
の積層型圧電トランス素子の、一方のバイアホール及び
それに充填されたバイア導体9の部分を含む、素子の長
さ方向の概略断面図を、図3に2つのバイアホール及び
それに充填されたバイア導体9の部分を含む、素子の幅
方向の概略断面図をそれぞれ示す。これらの図に示した
本発明の積層型圧電トランス素子においては、上記のよ
うに2つの異なるパターンで孔を設けた複数の内部電極
6a’及び6b’が圧電体7を介して交互に積層されて
おり、内部電極6a’同士及び内部電極6b’同士が電
気的に接続されている。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view in the longitudinal direction of the multilayer piezoelectric transformer element of the present invention having the above-described structure, including one via hole and a portion of the via conductor 9 filled therein. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view in the width direction of the device, including two via holes and a portion of the via conductor 9 filled therein. In the multilayer piezoelectric transformer element of the present invention shown in these figures, a plurality of internal electrodes 6a 'and 6b' provided with holes in two different patterns as described above are alternately stacked via the piezoelectric body 7. The internal electrodes 6a 'and the internal electrodes 6b' are electrically connected to each other.
【0026】上記のような構造の本発明の積層型圧電ト
ランス素子においては、2つの入力用外部電極4の間
に、素子の材質及び振動方向の長さから求められる共振
周波数に対応する周波数の交流電圧を印加すると、逆圧
電効果によって前記共振周波数で圧電トランス素子全体
が機械的に振動し、定在波が形成される。λモードで振
動する場合、定在波の振動の節(ノード点)は素子の両
端部から素子の長さの4分の1の距離(素子の長さをL
とするとL/4)の位置に存在する。そしてこの定在波
による圧電効果により、入力用外部電極4と出力用外部
電極5の間から交流電圧が取り出せるようになる。圧電
トランス素子では、入力電極間の距離よりも入力電極及
び出力電極間の距離の方が長くなるように形成されてい
るので、入力電極と出力電極との間に生じる電圧は入力
電極間に印加された電圧よりも昇圧される。In the laminated piezoelectric transformer element of the present invention having the above-described structure, a frequency corresponding to the resonance frequency determined from the material of the element and the length in the vibration direction is provided between the two input external electrodes 4. When an AC voltage is applied, the entire piezoelectric transformer element mechanically vibrates at the resonance frequency due to the inverse piezoelectric effect, and a standing wave is formed. When oscillating in the λ mode, a node (node point) of the oscillation of the standing wave is a quarter of the element length from both ends of the element (the element length is L
Then, it exists at the position of L / 4). By the piezoelectric effect of the standing wave, an AC voltage can be extracted from between the input external electrode 4 and the output external electrode 5. Since the piezoelectric transformer element is formed so that the distance between the input electrode and the output electrode is longer than the distance between the input electrodes, the voltage generated between the input electrode and the output electrode is applied between the input electrodes. Is boosted from the applied voltage.
【0027】本発明の積層型圧電トランス素子の寸法等
は従来の公知の積層型圧電トランス素子と同様のもので
よく、一般的には長さ20〜50mm、幅4〜15m
m、厚さ1〜3mm程度の寸法を有し、入力領域におい
ては50〜300μm程度の厚さの圧電体を10〜30
層程度積層する。圧電体を形成するセラミックス自体も
従来公知のものでよく、例えばチタン酸ジルコン酸鉛系
(PZT)セラミックスにより形成される。The dimensions and the like of the laminated piezoelectric transformer element of the present invention may be the same as those of a conventionally known laminated piezoelectric transformer element, and are generally 20 to 50 mm in length and 4 to 15 m in width.
m, having a size of about 1 to 3 mm, and a piezoelectric body having a thickness of about 50 to 300 μm in the input area.
About layers are laminated. The ceramic itself forming the piezoelectric body may be a conventionally known one, and is formed of, for example, lead zirconate titanate (PZT) ceramic.
【0028】本発明の積層型圧電トランス素子において
は、内部電極を20〜80重量%のPdを含むAg−P
d混合物からなるものとする。In the multilayer piezoelectric transformer element of the present invention, the internal electrode is made of Ag-P containing 20 to 80% by weight of Pd.
d. It shall consist of a mixture.
【0029】セラミックス誘電体を積層する場合、電極
材料としてはAg、Ag−Pd混合物、Ag−Pt混合
物、Pd、Pt、Cu、Ni等が一般的に用いられる。
しかし圧電トランスに利用されるPb系の圧電体(Pb
(Zr,Ti)O3 等)は酸素が存在する雰囲気で10
00℃以上の温度で焼成する必要があるため、これと共
に焼成しようとするとAg、Cu、Niは用いることが
できない。また、Ptは高価であるためこれのみで用い
られることは少なく、通常Ag−Pt混合物やAg−P
d混合物の形態の導電体が用いられることが多い。In the case of laminating ceramic dielectrics, Ag, Ag-Pd mixture, Ag-Pt mixture, Pd, Pt, Cu, Ni and the like are generally used as electrode materials.
However, a Pb-based piezoelectric material (Pb
(Zr, Ti) O 3 etc.) in an atmosphere where oxygen is present
Since it is necessary to fire at a temperature of 00 ° C. or more, Ag, Cu, and Ni cannot be used when firing is performed together with the firing. In addition, Pt is expensive and is therefore rarely used alone. Usually, Ag-Pt mixture or Ag-Pt is used.
Conductors in the form of d mixtures are often used.
【0030】本発明においては、変換効率向上の点から
特にAg−Pd混合物を選択し、さらにPdを20重量
%以上、80重量%以下含むものを使用する。In the present invention, an Ag-Pd mixture is particularly selected from the viewpoint of improving conversion efficiency, and a mixture containing Pd in an amount of 20% by weight or more and 80% by weight or less is used.
【0031】Ag−Pd混合物は一般にAg−Pt混合
物よりも高い硬度が得られるが、Ag−Pd混合物にお
いても、Pd含有量が20重量%未満であると内部導電
体(電極)の「硬度」が不足するためと思われるQmの
低下が起こり、変換効率向上の効果が低くなる。また、
Pd量が80重量%を越えると焼成後に導電体が繊密に
ならなくなるため、やはりQmが低下し、変換効率は向
上しなくなる。The Ag—Pd mixture generally has a higher hardness than the Ag—Pt mixture. However, even in the Ag—Pd mixture, if the Pd content is less than 20% by weight, the “hardness” of the internal conductor (electrode) is reduced. Qm, which is considered to be due to the shortage, occurs, and the effect of improving the conversion efficiency decreases. Also,
If the amount of Pd exceeds 80% by weight, the conductor does not become fine after firing, so that Qm also decreases and the conversion efficiency does not improve.
【0032】内部電極の厚みも同様にQmに影響を及ぼ
し、この影響の程度は圧電トランス素子自体の寸法や、
内部電極の積層される数にもよるが、上記のような一般
的な寸法と積層数を有する本発明の積層型圧電トランス
素子においては特に1〜5μmとする。The thickness of the internal electrode similarly affects Qm, and the degree of this effect depends on the dimensions of the piezoelectric transformer element itself,
Although it depends on the number of laminated internal electrodes, the thickness is particularly 1 to 5 μm in the laminated piezoelectric transformer element of the present invention having the general dimensions and the number of laminated layers as described above.
【0033】Ag−Pd導体をセラミックス圧電体間に
積層すると、基本的にセラミックス圧電体単体よりもQ
mが低下する。上記のような寸法及び積層数の圧電トラ
ンス素子においては1層の内部電極の厚みが5μmより
厚いとこの低下が無視できなくなり、変換効率の低下が
許容できないものとなる。一方、1μmより薄いと、圧
電体と同時に焼成されたときに導電体金属が表面張力に
より丸くなろうとし、網の目状の導電体となってしま
い、結果として連続した1枚の導電体として機能できな
くなる。このような導電体では一様に電界を印加するこ
とは不可能であり、圧電体の電気−機械エネルギー変換
能力を十分に引き出すことができず、変換効率が低下す
る。When the Ag-Pd conductor is laminated between the ceramic piezoelectric bodies, it is basically Q
m decreases. In the piezoelectric transformer element having the dimensions and the number of layers as described above, if the thickness of one internal electrode is more than 5 μm, this decrease cannot be ignored and the conversion efficiency cannot be tolerated. On the other hand, if it is thinner than 1 μm, the conductor metal tends to be rounded due to surface tension when fired at the same time as the piezoelectric body, resulting in a net-like conductor, resulting in a continuous conductor. It will not work. It is impossible to uniformly apply an electric field to such a conductor, and the electric-to-mechanical energy conversion capability of the piezoelectric body cannot be sufficiently brought out, resulting in lower conversion efficiency.
【0034】また上記のように内部電極の電気的接続を
バイア導体により得る構造とする場合、バイア導体によ
り素子の振動が吸収され、素子の変換効率が低下する。
そこでこのような構造の場合には、上記に内部電極につ
いて述べたのと同様の理由から、バイア導体もPdを2
0重量%以上、80重量%以下の量で含むAg−Pd混
合物とすることが好ましい。またバイア導体の直径が大
きくなると素子の振動が吸収されやすくなるので、本発
明においてはその直径を200μm以下とする。また、
直径が50μmよりも小さいと導体抵抗が無視できない
程高くなって素子全体のインピーダンスが高くなり、結
果的にQ値が低下し、変換効率が低下する。When the internal electrodes are electrically connected by the via conductor as described above, the via conductor absorbs the vibration of the element, and the conversion efficiency of the element decreases.
Therefore, in the case of such a structure, the via conductor also has a Pd of 2 for the same reason as described above for the internal electrode.
It is preferable to use an Ag-Pd mixture containing 0% by weight or more and 80% by weight or less. Also, as the diameter of the via conductor increases, the vibration of the element is easily absorbed, so that the diameter is set to 200 μm or less in the present invention. Also,
If the diameter is smaller than 50 μm, the conductor resistance becomes so high that it cannot be ignored, the impedance of the whole element becomes high, and as a result, the Q value decreases and the conversion efficiency decreases.
【0035】上記のように内部電極間の接続のためにバ
イア導体を設ける場合、バイア導体は素子の入力領域平
面内の任意の位置に設けることができるが、好ましくは
素子の振動の節の位置に設ける。このような素子の振動
の最も少ない位置にバイア導体を設けることにより、導
電体の振動による劣化を最小限にすることができる。ま
た、バイア導体による素子の振動の吸収を最小限にする
ことができる。When the via conductor is provided for connection between the internal electrodes as described above, the via conductor can be provided at any position in the plane of the input area of the element, but preferably at the position of the node of the vibration of the element. To be provided. By providing the via conductor at the position where the vibration of the element is minimized, the deterioration due to the vibration of the conductor can be minimized. Further, the absorption of the vibration of the element by the via conductor can be minimized.
【0036】上記のような構造を有する本発明の積層型
圧電トランス素子を製造する方法は特に限定されない
が、例えば公知の低温焼成多層セラミック基板の製造方
法を使用して製造することが好ましい。以下に、公知の
低温焼成多層セラミック基板の製造方法を使用した、本
発明の圧電トランス素子の製造方法の概略を示す。The method for manufacturing the multilayer piezoelectric transformer element of the present invention having the above-mentioned structure is not particularly limited, but it is preferable to use, for example, a known method for manufacturing a low-temperature fired multilayer ceramic substrate. The outline of the method for manufacturing the piezoelectric transformer element of the present invention using a known method for manufacturing a low-temperature fired multilayer ceramic substrate will be described below.
【0037】図1に示したような外部導体で内部電極間
の電気的接続を取る構造の本発明の圧電トランス素子の
場合、先ずドクターブレード法等により形成した圧電セ
ラミックステープを焼成後に素子の所望の平面寸法が得
られるような寸法に切断したものを用意する。この場合
圧電セラミックステープは、複数の圧電体を積層した後
に形成された積層体を切断して複数の素子が得られるよ
うな、所望個数の素子の平面寸法に対応する寸法(積
層、焼成及び切断後に所望寸法の素子が所望個数だけ得
られるような寸法)のものとしてもよい。このようなセ
ラミックステープ上にメッシュマスクを用いて内部電極
用の導体のペーストを内部電極の形状に圧電セラミック
ステープ上に印刷する。このとき、内部電極は例えば素
子入力領域側端部の片側の隅に切り欠きを設ける以外は
入力領域の全面に設ける。この場合内部電極の切り欠き
は入力領域側端部の右の隅または左の隅に設けたものの
2パターンを用意する。この2つのパターンで内部電極
を印刷した圧電セラミックステープを交互に所望の数だ
け同数積層し、最後に内部電極を印刷していない圧電セ
ラミックステープを内部電極が露出している側に積層す
る。そして積層された内部電極を有する圧電セラミック
ステープを相互に熱圧着し、焼成し、必要により切断、
研削等の加工を行い、Agペーストを焼き付けること等
により外部電極及び内部電極接続導体を設け、分極処理
することにより本発明の積層型圧電トランス素子を得る
ことができる。In the case of the piezoelectric transformer element of the present invention having a structure in which electrical connection is made between internal electrodes by external conductors as shown in FIG. 1, first, a piezoelectric ceramic tape formed by a doctor blade method or the like is fired, and then the desired element is obtained. Prepared is one that is cut to a size such that the plane size of is obtained. In this case, the piezoelectric ceramic tape has dimensions (lamination, firing and cutting) corresponding to the planar dimensions of a desired number of elements such that a plurality of elements can be obtained by cutting a laminate formed after laminating a plurality of piezoelectric bodies. The dimensions may be such that a desired number of elements of a desired size will be obtained later). A paste of a conductor for an internal electrode is printed on such a ceramic tape in a shape of an internal electrode on a piezoelectric ceramic tape using a mesh mask. At this time, the internal electrodes are provided on the entire surface of the input region except that a notch is provided at one corner of the element input region side end. In this case, two patterns of notches of the internal electrodes are provided at the right corner or the left corner of the input area side end. A desired number of piezoelectric ceramic tapes on which the internal electrodes are printed in the two patterns are alternately laminated in a desired number, and finally, a piezoelectric ceramic tape on which the internal electrodes are not printed is laminated on the side where the internal electrodes are exposed. Then, the piezoelectric ceramic tapes having the laminated internal electrodes are thermocompression-bonded to each other, fired, cut if necessary,
The laminated piezoelectric transformer element of the present invention can be obtained by performing processing such as grinding, baking an Ag paste or the like to provide external electrode and internal electrode connection conductors, and performing polarization processing.
【0038】また、図2及び図3に示したようなバイア
導体により内部電極を接続した構造の本発明の圧電トラ
ンス素子の場合は、先ず入力領域の圧電体の1層に相当
するドクターブレード法等により形成した圧電セラミッ
クステープにバイアホールに対応する孔を開けたものを
用意する。この場合も、圧電セラミックステープは、複
数の圧電体を積層した後に形成された積層体を切断して
複数の素子が得られるような、所望個数の素子の平面寸
法に対応する寸法のものとすることができる。図4に示
した圧電セラミックステープ10は、積層して得られた
積層体を焼成した後に切断して4個の圧電トランス素子
を得るために、2個1組で8個の孔11を設けたもので
ある。次にこれらの孔にバイア導体のペーストをメタル
マスク等を用いた印刷法により充填する。図5は、圧電
セラミックステープ10の孔11にバイア導体のペース
ト12を充填したところを部分断面図により示すもので
ある。その後、メッシュマスクを用いて内部電極用の導
体のペーストを内部電極6a’、6b’の形状に圧電セ
ラミックステープ上に印刷する(図6)。このとき、積
層したときに素子の側面に内部電極6a’、6b’が露
出しないようにその外形を圧電体よりも小さいものとす
る。また2つの孔の部分においては、その孔を通るバイ
ア導体を電極に接続しない場合はバイア導体よりも大き
い孔を設ける。そして他方のバイア導体に対応する位置
ではベタで印刷し、電極がバイア導体と接続されるよう
にする。2個のバイア導体のいずれか一方の部分に孔を
設けた2種の電極のパターンを有するもの(例えば図6
(a)及び(b)に示したもの)を製造しこれを交互に
積層する。内部電極側を上面として、例えば図6(a)
及び(b)に示したものをそれぞれパターンA及びBと
すると、例えばBABA...BABのようにパターン
Bが上下にくるように所望数だけ積層し、さらにその下
にはパターンAのもので電極に孔が設けられていない方
の孔に対応する位置にはバイア導体が形成されておらず
圧電セラミックスのままのものを積層し、上にはパター
ンBの電極が接続される側のバイア導体に対応する位置
が圧電セラミックスのままのもので内部電極も設けられ
ていない上記と同様のセラミック圧電体を積層する。そ
して積層された圧電セラミックステープを熱圧着し、焼
成し、必要により切断、研削等の加工を行い、Agペー
ストを焼き付けること等により外部電極を設け、分極処
理することにより本発明の積層型圧電トランス素子を得
ることができる。In the case of the piezoelectric transformer element of the present invention having a structure in which the internal electrodes are connected by via conductors as shown in FIGS. 2 and 3, first, the doctor blade method corresponding to one layer of the piezoelectric material in the input area is used. A piezoelectric ceramic tape formed by forming a hole corresponding to a via hole is prepared. Also in this case, the piezoelectric ceramic tape has a size corresponding to a planar dimension of a desired number of elements such that a plurality of elements can be obtained by cutting a laminated body formed after laminating a plurality of piezoelectric bodies. be able to. The piezoelectric ceramic tape 10 shown in FIG. 4 was provided with eight holes 11 in pairs to obtain four piezoelectric transformer elements by baking and cutting the laminated body obtained by laminating. Things. Next, these holes are filled with a via conductor paste by a printing method using a metal mask or the like. FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing a state where the hole 11 of the piezoelectric ceramic tape 10 is filled with the paste 12 of the via conductor. Thereafter, a paste of the conductor for the internal electrode is printed on the piezoelectric ceramic tape in the shape of the internal electrodes 6a 'and 6b' using a mesh mask (FIG. 6). At this time, the outer shape is made smaller than that of the piezoelectric body so that the internal electrodes 6a 'and 6b' are not exposed to the side surfaces of the element when the layers are stacked. In addition, in the portion of the two holes, a hole larger than the via conductor is provided when the via conductor passing through the hole is not connected to the electrode. Then, solid printing is performed at a position corresponding to the other via conductor so that the electrode is connected to the via conductor. One having two types of electrode patterns in which holes are provided in either one of the two via conductors (for example, FIG.
(Shown in (a) and (b)) and alternately stacking them. With the internal electrode side as the upper surface, for example, FIG.
And (b) are patterns A and B respectively, for example, BABA. . . A desired number of layers such as BAB are stacked such that patterns B are arranged vertically, and via conductors are formed below the layers at positions corresponding to the holes of the pattern A having no electrodes. It is the same as above, where the piezoelectric ceramic is laminated and the position corresponding to the via conductor on the side to which the electrode of pattern B is connected is the piezoelectric ceramic and the internal electrode is not provided Are laminated. Then, the laminated piezoelectric ceramic tape is thermo-compressed, baked, processed as necessary, such as cutting and grinding, external electrodes are provided by baking Ag paste or the like, and the laminated piezoelectric transformer of the present invention is subjected to polarization processing. An element can be obtained.
【0039】[0039]
【実施例】以下、本発明を非限定的な実施例及び比較例
によりさらに詳細に説明する。The present invention will be described in more detail with reference to non-limiting examples and comparative examples.
【0040】実施例1〜5 Pb(Zr,Ti)O3 系の圧電材料粉末100重量部
に対し水25重量部、エマルション型のアクリル系バイ
ンダ10重量部を配合し、ボールミルでスラリーを作製
した。このスラリーからドクターブレード装置を用いて
乾燥後の厚みが130μmのテープを成形し、焼成後の
テープの厚さが約100μmとなるようにした。 Examples 1 to 5 25 parts by weight of water and 10 parts by weight of an emulsion-type acrylic binder were mixed with 100 parts by weight of a Pb (Zr, Ti) O 3 -based piezoelectric material powder, and a slurry was prepared by a ball mill. . A tape having a thickness of 130 μm after drying was formed from the slurry using a doctor blade device, and the thickness of the tape after firing was adjusted to about 100 μm.
【0041】得られたテープを長さ100mm、幅10
0mmの矩形にカットした後、印刷用フレームに貼り、
スクリーンマスクを用いてその上に表1に示したAg/
Pd重量比の内部電極を、素子の入力領域となる部分に
印刷した。但し内部電極は、積層、焼成及び積層体の切
断後に入力領域側端部の左右の隅のいずれかに隅を頂角
部分とする2辺が2mmの直角三角形の内部電極の切り
欠きが形成されるように、2種類のパターンで印刷し
た。The obtained tape was 100 mm long and 10 mm wide.
After cutting into a 0 mm rectangle, paste it on the printing frame,
Using a screen mask, the Ag /
An internal electrode having a Pd weight ratio was printed on a portion serving as an input area of the device. However, after laminating, firing, and cutting the laminate, a notch of a right-angled triangular internal electrode having two sides of 2 mm and having a vertex at one of the right and left corners of the input area side end is formed. As described above, printing was performed in two types of patterns.
【0042】スクリーンマスクの乳剤厚み及びぺースト
の固形分濃度を変えて印刷して、焼成後の内部電極の厚
みが表1に記載した所定の厚みとなるようにした。Printing was performed while changing the emulsion thickness of the screen mask and the solid content concentration of the paste so that the thickness of the internal electrode after firing became the predetermined thickness shown in Table 1.
【0043】上記の2種のパターンで内部電極を印刷し
たテープを交互に各10層ずつ重ね、さらに内部電極が
露出している側に、内部電極を印刷していない上記と同
様の圧電セラミックステープを積層した。A tape on which internal electrodes are printed in the above two types of patterns is alternately layered by 10 layers each, and on the side where the internal electrodes are exposed, the same piezoelectric ceramic tape as above without the internal electrodes printed thereon Were laminated.
【0044】これを100℃、30MPaの条件で熱圧
着し、空気中1150℃で2時間焼成した。This was thermocompressed under the conditions of 100 ° C. and 30 MPa, and fired in air at 1150 ° C. for 2 hours.
【0045】得られた焼成体を長さ48mm、幅10m
mに切断し、入力領域上下面及び出力領域端部面の外部
電極をAgペーストで印刷し、700℃にて焼きつけ
た。入力用外部電極については、それぞれ隣接する内部
電極と左右逆のパターンで同様の直角三角形の切り欠き
を設けた。さらに、入力領域端部の2つの角の外側にそ
れぞれ厚み方向全体にわたって、幅方向及び長さ方向の
側面にそれぞれ1mmの幅を有する内部電極用接続導体
を、外部電極と同様にAgペーストで印刷し、700℃
で焼きつけた。The obtained fired body was 48 mm long and 10 m wide.
m, and the external electrodes on the upper and lower surfaces of the input region and the end surface of the output region were printed with Ag paste and baked at 700 ° C. Regarding the input external electrodes, the same right-angled triangular cutouts were provided in the left and right inverted patterns of the adjacent internal electrodes. Further, a connection conductor for an internal electrode having a width of 1 mm is printed on the side in the width direction and the length direction over the entire thickness direction outside the two corners of the end of the input area, using Ag paste in the same manner as the external electrode. And 700 ° C
Baked in.
【0046】この結果、図1に示したような形態で内部
電極が外部電極に電気的に接続された分極前の素子が得
られた。As a result, an unpolarized element in which the internal electrodes were electrically connected to the external electrodes in the form shown in FIG. 1 was obtained.
【0047】この分極前の素子を、入力領域について、
空気中250℃で、3MV/mの電界強度(300V/
100μm)で分極処理し、さらに入力電極を短絡さ
せ、空気中250℃で、0.8MV/mの電界強度(1
9kV/24mm)で出力領域を分極処理して本発明の
積層型圧電トランス素子を得た。The element before the polarization is applied to the input region as follows:
At 250 ° C. in air, an electric field strength of 3 MV / m (300 V / m
(100 μm), further short-circuit the input electrode, and in air at 250 ° C., an electric field strength of 0.8 MV / m (1
The output region was polarized at 9 kV / 24 mm) to obtain a multilayer piezoelectric transformer element of the present invention.
【0048】このようにして得た積層型圧電トランス素
子の出力側に50kΩの負荷抵抗及び電流計、電圧計を
接続し、また入力側に電源及び同様に電流計、電圧計を
接続し、2ワットの一定出力に保ちながら入力電力と出
力電力を測定し、変換効率を算出した。表1に結果を示
す。A load resistance of 50 kΩ, an ammeter, and a voltmeter were connected to the output side of the multilayer piezoelectric transformer element thus obtained, and a power supply and similarly an ammeter and a voltmeter were connected to the input side. The input power and output power were measured while maintaining a constant output of watts, and the conversion efficiency was calculated. Table 1 shows the results.
【0049】変換効率を測定した後、積層型圧電トラン
ス素子を切断し、電子顕微鏡により内部電極の厚みを測
定してそれぞれが所定の値にあることを確認した。比較例1〜5 表1に示したAg−Pdの組成比を使用し、内部電極の
厚さが表1に示したものになるようにして、実施例と同
様に積層型の圧電トランス素子を製造した。After measuring the conversion efficiency, the laminated piezoelectric transformer element was cut, and the thickness of the internal electrodes was measured with an electron microscope to confirm that each was at a predetermined value. Comparative Examples 1 to 5 Using the composition ratio of Ag-Pd shown in Table 1, the thickness of the internal electrode was as shown in Table 1, and a laminated piezoelectric transformer element was formed in the same manner as in Example. Manufactured.
【0050】実施例と同様にして変換効率を測定し、ま
た内部電極の厚みを測定した。この結果も表1に示す。The conversion efficiency was measured in the same manner as in the example, and the thickness of the internal electrode was measured. The results are also shown in Table 1.
【0051】[0051]
【表1】 表1に示した結果から判る通り、内部電極のAg/Pd
比が80/20〜20/80の範囲にあり、かつ厚さが
1〜5μmの範囲にある場合に圧電トランスの変換効率
が85%以上となり、上記範囲外の比較例と比べて変換
効率が有意に改善されることは明らかである。[Table 1] As can be seen from the results shown in Table 1, Ag / Pd of the internal electrode
When the ratio is in the range of 80/20 to 20/80 and the thickness is in the range of 1 to 5 μm, the conversion efficiency of the piezoelectric transformer becomes 85% or more. It is clear that there is a significant improvement.
【0052】実施例6〜12 Pb(Zr,Ti)O3 系の圧電材料粉末100重量部
に対し水25重量部、エマルション型のアクリル系バイ
ンダ10重量部を配合し、ボールミルでスラリーを作製
した。このスラリーからドクターブレード装置を用いて
乾燥後の厚みが130μmのテープを成形し、焼成後の
テープの厚さが約100μmとなるようにした。 Examples 6 to 12 25 parts by weight of water and 10 parts by weight of an emulsion type acrylic binder were mixed with 100 parts by weight of a Pb (Zr, Ti) O 3 -based piezoelectric material powder, and a slurry was prepared by a ball mill. . A tape having a thickness of 130 μm after drying was formed from the slurry using a doctor blade device, and the thickness of the tape after firing was adjusted to about 100 μm.
【0053】得られたテープを長さ100mm、幅10
0mmの矩形にカットした後、印刷用フレームに貼り、
パンチング装置を用いて層間接続用導体(バイア導体)
を充填するための円形の孔(バイアホール)を、焼成後
にそれぞれ表1に示す直径になるような大きさで所定位
置に穿孔した。バイアホールは、焼成、切断後に、素子
をλモードで振動させたときに節の位置となる、素子の
長さ方向の端部から12mmの位置に幅方向に2mmの
間隔を空けて位置するように設けた。The obtained tape was 100 mm long and 10 mm wide.
After cutting into a 0 mm rectangle, paste it on the printing frame,
Conductor for interlayer connection (via conductor) using punching device
Circular holes (via holes) for filling were formed at predetermined positions in a size such that the diameters shown in Table 1 were obtained after firing. After firing and cutting, the via hole is located at a position of a node when the element is vibrated in the λ mode, at a position 12 mm from an end in the longitudinal direction of the element, with a space of 2 mm in the width direction. Provided.
【0054】表2に示すように組成比を変えたAg−P
d混合物に有機バインダ等を加えて作製したバイア導体
ペーストをメタルマスクを用いた印刷法によって前記孔
に充填し、乾燥させ、さらにスクリーンマスクを用いて
その上にバイア導体と同じAg/Pd比の内部電極を、
後で切り出した時に側面にはみ出さないように図6
(a)及び(b)に示したような形態(パターンA及び
B)で、焼成後に長さ23.5mm、幅9mmの寸法を
有し、対応するバイア導体と同心でバイア導体よりも約
1mm大きい直径の円形の孔を1個有するように印刷し
た。Ag-P having different composition ratios as shown in Table 2
d. A via conductor paste prepared by adding an organic binder or the like to the mixture is filled in the holes by a printing method using a metal mask, dried, and further, on a screen mask having the same Ag / Pd ratio as that of the via conductor. Internal electrodes
Fig. 6 so that it does not protrude to the side when cut out later
In the form (patterns A and B) as shown in (a) and (b), it has dimensions of 23.5 mm in length and 9 mm in width after firing and is concentric with the corresponding via conductor and about 1 mm more than the via conductor Printed with one large diameter circular hole.
【0055】スクリーンマスクの乳剤厚みおよびぺース
トの固形分濃度を変えて印刷して、内部電極の厚みが表
2に記載した所定の厚みとなるようにした。Printing was performed while changing the emulsion thickness of the screen mask and the solid content of the paste so that the internal electrodes had the predetermined thickness shown in Table 2.
【0056】内部電極側を上面として、パターンBが上
下にくるようにパターンBを10枚、パターンAを9枚
交互に積層し、さらにその下に最下層としてパターンA
のもので、但しパターンAの電極が接続される方のバイ
ア導体が設けられていない(圧電セラミックスのまま)
ものを積層し、上には最上層として内部電極を印刷して
いない上記と同様のセラミックステープで、但しパター
ンAの電極が接続される方のバイア導体のみが形成され
たものを積層した。Ten patterns B and nine patterns A are alternately laminated such that the pattern B is vertically arranged with the internal electrode side as the upper surface.
However, the via conductor to which the electrode of pattern A is connected is not provided (as a piezoelectric ceramic)
The same ceramic tape having no internal electrode printed thereon as the uppermost layer, except that only the via conductor to which the electrode of pattern A was connected was formed thereon.
【0057】これを100℃、30MPaの条件で熱圧
着し、空気中1150℃で2時間焼成した。This was thermocompression-bonded at 100 ° C. and 30 MPa, and fired in air at 1150 ° C. for 2 hours.
【0058】これらのサンプルを内部電極が側面に露出
しないように長さ48mm、幅10mmに切断し、入力
領域上下面及び出力領域端部面の外部電極をAgペース
トで印刷し、700℃で焼きつけた。この結果、図2及
び図3に示したような形態で内部電極が外部電極に電気
的に接続された分極前の素子が得られた。These samples were cut to a length of 48 mm and a width of 10 mm so that the internal electrodes were not exposed on the side surfaces. The external electrodes on the upper and lower surfaces of the input region and the end surfaces of the output region were printed with an Ag paste and baked at 700 ° C. Was. As a result, an unpolarized element in which the internal electrodes were electrically connected to the external electrodes in the form shown in FIGS. 2 and 3 was obtained.
【0059】この分極前の素子を、入力領域(積層側)
について、空気中250℃で、3MV/mの電界強度
(300V/100μm)で分極処理し、さらに入力電
極を短絡させ、空気中250℃で、0.8MV/mの電
界強度(19kV/24mm)で出力領域を分極処理し
て本発明の積層型圧電トランス素子を得た。The element before the polarization is connected to the input region (lamination side).
About 250 ℃ in the air, polarization treatment with an electric field strength of 3 MV / m (300 V / 100 μm), further short-circuit the input electrode, and in the air at 250 ° C., an electric field strength of 0.8 MV / m (19 kV / 24 mm) Then, the output region was polarized to obtain a multilayer piezoelectric transformer element of the present invention.
【0060】このようにして得た積層型圧電トランス素
子の出力側に50kΩの負荷抵抗及び電流計、電圧計を
接続し、また入力側に電源及び同様に電流計、電圧計を
接続し、2ワットの一定出力に保ちながら入力電力と出
力電力を測定し、変換効率を算出した。表2に結果を示
す。A load resistance of 50 kΩ, an ammeter and a voltmeter were connected to the output side of the multilayer piezoelectric transformer element thus obtained, and a power supply and similarly an ammeter and a voltmeter were connected to the input side. The input power and output power were measured while maintaining a constant output of watts, and the conversion efficiency was calculated. Table 2 shows the results.
【0061】変換効率を測定した後、積層型圧電トラン
ス素子を切断し、電子顕微鏡にてバイアホールの直径及
び内部電極の厚みを測定してそれぞれが所定の値にある
ことを確認した。After measuring the conversion efficiency, the laminated piezoelectric transformer element was cut, and the diameter of the via hole and the thickness of the internal electrode were measured with an electron microscope, and it was confirmed that each value was a predetermined value.
【0062】比較例6〜13 表2に示したAg−Pdの組成比を使用し、内部電極の
厚さ、バイアホールの直径を表2に示したものになるよ
うにして、実施例6〜12と同様に積層型の圧電トラン
ス素子を製造した。 Comparative Examples 6 to 13 Using the composition ratios of Ag-Pd shown in Table 2, the thicknesses of the internal electrodes and the diameters of the via holes were adjusted to those shown in Table 2, and Examples 6 to 13 were used. As in the case of No. 12, a laminated piezoelectric transformer element was manufactured.
【0063】実施例6〜12と同様にして変換効率を測
定し、またバイアホールの直径及び内部電極の厚みを測
定した。この結果も表2に示す。The conversion efficiency was measured in the same manner as in Examples 6 to 12, and the diameter of the via hole and the thickness of the internal electrode were measured. The results are also shown in Table 2.
【0064】[0064]
【表2】 表2に示した結果から判る通り、内部電極のAg/Pd
比が80/20〜20/80、厚さが1〜5μm、及び
バイア導体直径が50〜200μmの範囲にある場合は
圧電トランスの変換効率が85%を超え、上記範囲外の
比較例と比べて有意に改善されることは明らかである。[Table 2] As can be seen from the results shown in Table 2, Ag / Pd of the internal electrode
When the ratio is in the range of 80/20 to 20/80, the thickness is in the range of 1 to 5 μm, and the via conductor diameter is in the range of 50 to 200 μm, the conversion efficiency of the piezoelectric transformer exceeds 85%. It is clear that there is a significant improvement.
【0065】[0065]
【発明の効果】以上詳細に述べたように、本発明の積層
型の圧電トランス素子は高いエネルギー変換効率を示
し、積層型圧電トランス素子のさらに多くの用途への応
用を可能とするものである。As described above in detail, the multilayer piezoelectric transformer element of the present invention exhibits a high energy conversion efficiency, and enables the multilayer piezoelectric transformer element to be applied to more applications. .
【0066】また、本発明の好ましい態様におけるよう
に、内部電極間の電気的接続を素子内部に設けられるバ
イア導体で得るようにすれば、内部電極を外部に露出し
ないようにすることができ、素子の分極処理を空気中で
行っても絶縁が破壊されることがなく、製造上有利であ
る。Further, as in a preferred embodiment of the present invention, when the electrical connection between the internal electrodes is obtained by the via conductor provided inside the element, the internal electrodes can be prevented from being exposed to the outside. Even if the polarization treatment of the element is performed in air, the insulation is not broken, which is advantageous in manufacturing.
【図1】 本発明の積層型圧電トランス素子の一実施例
の概略斜視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view of one embodiment of a multilayer piezoelectric transformer element of the present invention.
【図2】 本発明の積層型圧電トランス素子の一実施例
の構造を示す概略断面図である。FIG. 2 is a schematic sectional view showing the structure of one embodiment of the multilayer piezoelectric transformer element of the present invention.
【図3】 本発明の積層型圧電トランス素子の一実施例
の構造を示す概略断面図である。FIG. 3 is a schematic sectional view showing the structure of one embodiment of the multilayer piezoelectric transformer element of the present invention.
【図4】 本発明の積層型圧電トランス素子の製造過程
を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a manufacturing process of the multilayer piezoelectric transformer element of the present invention.
【図5】 本発明の積層型圧電トランス素子の製造過程
を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a manufacturing process of the multilayer piezoelectric transformer element of the present invention.
【図6】 本発明の積層型圧電トランス素子の製造過程
を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a manufacturing process of the multilayer piezoelectric transformer element of the present invention.
1....積層型圧電トランス素子、 2....積層型圧電トランス素子の入力領域、 3....積層型圧電トランス素子の出力領域、 4....入力用外部電極、 5....出力用外部電極、 6a...内部電極、 6b...内部電極、 6a’..内部電極、 6b’..内部電極、 7....セラミックス圧電体、 8....内部電極接続用導体、 9....内部電極接続用バイア導体、 10...圧電セラミックステープ、 11...バイアホール、 12...導電体ペースト。 1. . . . 1. a multilayer piezoelectric transformer element; . . . 2. input area of the multilayer piezoelectric transformer element; . . . 3. output area of the multilayer piezoelectric transformer element; . . . 4. input external electrode; . . . Output external electrode, 6a. . . Internal electrode, 6b. . . Internal electrode, 6a '. . Internal electrode, 6b '. . 6. internal electrode; . . . 7. ceramic piezoelectric body, . . . 8. conductor for connecting the internal electrode; . . . 9. Via conductor for internal electrode connection, . . 10. Piezoelectric ceramic tape, . . Via holes, 12. . . Conductor paste.
Claims (3)
体と複数の内部電極からなる入力領域を有する積層型圧
電トランス素子において、各内部電極が20〜80重量
%のPdを含むAg−Pd混合物からなり、かつ1〜5
μmの厚さを有することを特徴とする積層型圧電トラン
ス素子。1. A multilayer piezoelectric transformer element having an input region consisting of a plurality of ceramic piezoelectric bodies and a plurality of internal electrodes alternately stacked, wherein each internal electrode contains 20 to 80% by weight of Ag-Pd mixture containing Pd. Consisting of, and 1 to 5
A multilayer piezoelectric transformer element having a thickness of μm.
ず、セラミック圧電体に設けられた孔に充填された導電
体により内部電極が電気的に接続されており、該導電体
が20〜80重量%のPdを含むAg−Pd混合物から
なり、かつ該導電体の直径が50〜200μmであるこ
とを特徴とする請求項1に記載の積層型圧電トランス素
子。2. The internal electrode is not exposed on the side surface of the element, and the internal electrode is electrically connected by a conductor filled in a hole provided in the ceramic piezoelectric body. 2. The multilayer piezoelectric transformer element according to claim 1, comprising a Ag—Pd mixture containing 80% by weight of Pd, and the conductor having a diameter of 50 to 200 μm. 3.
を素子の振動の節の位置に設けたことを特徴とする請求
項2に記載の積層型圧電トランス素子。3. The multilayer piezoelectric transformer element according to claim 2, wherein holes for filling the conductor of the ceramic piezoelectric body are provided at positions of nodes of vibration of the element.
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|---|---|---|---|
| JP20173796A JP3411757B2 (en) | 1996-07-31 | 1996-07-31 | Multilayer piezoelectric transformer element |
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| TW086109729A TW432730B (en) | 1996-07-12 | 1997-07-10 | Piezoelectric transformer device |
| CNB971978476A CN1202579C (en) | 1996-07-12 | 1997-07-10 | Piezoelectric transformer device |
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|---|---|---|---|---|
| US6833655B2 (en) | 2002-06-27 | 2004-12-21 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Monolithic piezoelectric transformer and method for manufacturing the same |
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1996
- 1996-07-31 JP JP20173796A patent/JP3411757B2/en not_active Expired - Fee Related
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