JPH11186629A - 圧電トランス素子及びそのケーシング方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 実装する際に必要な短手方向の高さ及び幅を
小さくすることができる圧電トランス素子及びそのケー
シング方法の提供。 【解決手段】 収納ケース３１の長手方向の端面に設け
られた実装端子３２〜３４は、圧電素子６の長手方向の
端面に設けられた入力電圧を印加する外部端子１，２、
出力電圧を取り出す外部電極３にそれぞれ当接する。こ
れらの当接部分を、はんだ付け、或は導電性の接着剤で
固定することにより、当該実装端子と当該外部電極との
電気的な接続を行うと共に、収納ケース３１の内部に圧
電素子６を固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、冷陰極管
の点灯等に用いて好適な圧電トランス素子及びそのケー
シング方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ノート型のパーソナルコンピュータ等の
液晶表示器のバックライトには、一般的に冷陰極管が用
いられている。この冷陰極管は、点灯時に１ｋＶ程度の
高電圧を必要としながらも、連続点灯中には数１００Ｖ
程度の電圧を必要とし、点灯時に必要な電圧と比較して
極端に低い電圧で連続点灯させることができる。このよ
うな冷陰極管の動作特性は、圧電トランス素子が有する
動作特性に類似しているため、近年、冷陰極管用の電源
として圧電トランス素子を備える昇圧モジュールが用い
られるようになってきている。

【０００３】圧電トランス素子としては、例えば図２１
に示すようなローゼン(Rosen)型の圧電トランス素子が
一般に広く知られている。

【０００４】図２１は、一般的なローゼン型の圧電トラ
ンス素子を示す斜視図である。同図において、圧電トラ
ンス素子１０６は、短冊形状を有しており、同図左側の
半分は入力領域、そして同図右側の半分は出力領域であ
る。入力領域の上部及び下部には、入力電圧を印加する
入力電極である外部電極１０１，１０２、そして出力領
域の端面には、昇圧された交流電圧を取り出す出力電極
である外部電極１０３が設けられている。圧電トランス
素子１０６の材質及び長さから求まる共振周波数を有す
る交流電圧（入力電圧）を、外部電極１０１，１０２の
間に印加すると、圧電トランス素子１０６は長手方向に
機械的な振動を起して共振する。この機械的な振動によ
り、入力側及び出力側に共通のグランド電極としての外
部電極１０１または外部電極１０２の何れか一方の電極
と、外部電極１０３との間には、昇圧された交流電圧が
発生する。ここで、出力電圧と入力電圧との比である昇
圧比は、出力電極間の距離と入力電極間の距離との比に
比例する。

【０００５】従来、圧電トランス素子には、図２１に示
したような単板型の圧電トランス素子が用いられていた
が、単板型の圧電トランス素子を備えた昇圧モジュール
では、１０倍程度の昇圧比しか得られないため、ノート
パソコン用の冷陰極管を点灯させるためには前段に更に
昇圧用の巻線トランスを備える必要があった。そこで、
入力領域の圧電体層の電極間距離を小さくする、即ち、
厚みの薄い圧電体と内部電極とを複数積層した構造の圧
電トランス素子を形成することにより、単板型の圧電ト
ランス素子と比較して昇圧比が高く、前段の巻線トラン
スを不要とする試みがなされている。

【０００６】このような積層型の圧電トランス素子で
は、入力領域の各電極間の電気的接続が必須であり、そ
の接続方法として、例えば、特開平７−３０２９３８号
では、図２４に示すように、外部電極３０１，３０２の
入力領域の各内部電極３０１ａ，３０２ａ間の導通を取
るための電極３０５を圧電トランス素子３０６の側面或
いは端面のコーナーに設ける方法が提案されている。ま
た、本願出願人は、先行する特願平８−５２５５３号に
おいて、圧電トランス素子の入力領域の内部で複数積層
された内部電極の層間を接続する２本の柱状の導体（以
下、層間接続導体）によって交互に接続する方法を提案
している。

【０００７】このような圧電トランス素子を回路基板に
実装する場合には、高圧部分が露出しないように該圧電
トランス素子を収納ケースに入れて使用する場合が多
い。従来の積層型の圧電トランス素子では、図２１の外
部電極１０１，１０２と同様に、入力領域の上下面に設
けた外部電極に、はんだ或いは導電性接着剤によってリ
ード線を接着している。圧電トランス素子の利点として
は、圧電トランス素子の厚みが薄いということが挙げら
れているが、このようなリード線が接続された圧電トラ
ンス素子を回路基板に実装するときには、少なくともリ
ード線の直径以上の余裕が素子と基板との間に必要であ
り、また、圧電トランス素子の上面側にもリード線の直
径以上の空間が必要となるため、収納ケースの厚みは増
し、厚みが薄いという圧電トランス素子の利点が生かし
切れない。

【０００８】また、収納ケースを設計する際には、リー
ド線の直径及びリード線を接着するためのはんだ或いは
導電性接着剤の厚みを見込んで設計する必要が有るた
め、該ケースの厚みを高めに設計する必要がある。従っ
て、実装後の圧電トランス素子のモジュールの厚みに
は、“接着用の見込み厚み”が加えられることとなり、
更に高さが増してしまう。

【０００９】この対策として、例えば、特開平９−１１
６２５０号では、図２２及び図２３に示すように、圧電
トランス素子２０６を長手方向側面の節部分において収
納ケース２０５の端子２１０Ａ及び端子２１０Ｂにより
固定すべく、当該素子の一次側には、その上下面に入力
電極２０１及び２０２を設け、その入力電極を当該素子
の側面にそれぞれ延長したリード電極２０１ａ及び２０
２ａが設けられている。また、当該素子の二次側には、
その両側面に出力電極２０４が設けられている。このよ
うな構造によれば、収納ケースの厚みを薄くすること、
並びに実装作業の工程を簡略化することができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ノート
型のパーソナルコンピュータ、或は近年では携帯型の情
報端末の発達に伴い、本体の小型化への要望は更に高ま
っている。このため、液晶表示器と本体との寸法差も小
さくなリつつある。液晶表示器のバックライト用昇圧モ
ジュールは、一般に液晶表示器の周囲に配置されるた
め、液晶表示器がパーソナルコンピュータ等の本体の外
形寸法に近づけば近づく程、昇圧モジュールの狭幅化が
要求される。

【００１１】しかしながら、上述した従来のケーシング
方法では、収納ケースの厚み、或いはモジュール厚みを
薄くすることは可能であるものの、ケースの幅を狭くす
ることはできない。

【００１２】そこで本発明は、実装する際に必要な短手
方向の高さ及び幅を小さくすることができる圧電トラン
ス素子及びそのケーシング方法の提供を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の圧電トランス素子は以下の構成を特徴とす
る。

【００１４】即ち、厚み方向に分極されると共に入力電
極が形成された入力領域と、長手方向に分極されると共
に出力電極が形成された出力領域とを有する積層構造の
圧電トランス素子であって、複数の圧電体の層間に配置
された前記入力電極としての複数の内部電極と、前記入
力領域側の前記圧電トランス素子の長手方向の端面に設
けられた第１及び第２の外部電極と、前記出力領域側の
前記圧電トランス素子の長手方向の端面に設けられた前
記出力電極とを有し、前記複数の内部電極は、前記第１
及び第２の外部電極に１層毎に交互に接続されており、
且つそれらの外部電極は、入力電圧を印加するための電
極であることを特徴とする。これにより、当該圧電トラ
ンス素子を他の部材に実装する際、該素子の長手方向の
端面だけで接続可能な構造とし、実装する際に必要な短
手方向の高さ及び幅を小さくする。

【００１５】更に好ましくは、前記入力領域側の前記圧
電トランス素子の長手方向に平行な側面に設けられた第
３及び第４の外部電極を有し、前記複数の内部電極は、
前記第３及び第４の外部電極にも１層毎に交互に接続さ
れているとよい。

【００１６】また、更に好ましくは、前記入力領域の内
部に設けられた複数の柱状導体を有し、その複数の柱状
導体により、前記複数の内部電極は、１層毎に交互に接
続されているとよい。

【００１７】これらの構成により、当該圧電トランス素
子を駆動できなくなる可能性を顕著に低減する。

【００１８】尚、前記第３及び第４の外部電極、或いは
前記複数の柱状導体は、前記圧電トランス素子の振動の
節に相当する位置に設けるとよい。

【００１９】または、上記の目的を達成するため、本発
明の圧電トランス素子のケーシング方法は以下の構成を
特徴とする。

【００２０】即ち、上述した各構成を有する圧電トラン
ス素子を収納ケースに装着するケーシング方法であっ
て、前記収納ケースの長手方向の両端面に複数の実装端
子を設け、前記圧電トランス素子を前記収納ケースに挿
入することにより、前記複数の実装端子に、前記第１及
び第２の外部電極、並びに出力電極をそれぞれ当接さ
せ、該当接部分を、それぞれ導電性の接続材により固定
することを特徴とする。これにより、当該圧電トランス
素子を、該素子の長手方向の端面だけで接続可能な収納
ケースに装着し、実装する際に必要な短手方向の高さ及
び幅を小さくすると共に、製造工程を簡略化する。

【００２１】或いは、上述した各構成を有する圧電トラ
ンス素子を収納ケースに装着するケーシング方法であっ
て、前記収納ケースの内側の、前記圧電トランス素子を
収納したときにその素子の長手方向の両端面が位置する
近傍の位置に突起を設け、その突起によって前記圧電ト
ランス素子を支持し、前記第１及び第２の外部電極と前
記収納ケースの長手方向の端面に設けた複数の実装端子
とを、それぞれリード線を介して接続し、前記出力電極
と、前記収納ケースの長手方向のもう一方の端面に設け
た実装端子とを、リード線を介して接続することを特徴
とする。これにより、当該圧電トランス素子を、該素子
の長手方向の端面だけで接続可能な収納ケースに装着
し、実装する際に必要な短手方向の高さ及び幅を小さく
する。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る圧電トランス
素子の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。尚、
以下の説明において、圧電トランス素子の長手方向の端
面とは、該素子をλモードやλ／２モード等で駆動した
場合に振動の節となる位置を含まない面をいう。

【００２３】［第１の実施形態］図１は、本発明の第１
の実施形態としての圧電トランス素子を示す斜視図であ
る。図２は、図１の圧電トランス素子の正面図である。
また、図３は、図２のＡ−Ａ’断面図である。

【００２４】図１から図３に示すように、圧電トランス
素子６の入力領域の長手方向の端面には、入力電圧を印
加するための外部電極１及び２が設けられている。もう
一方の出力領域の長手方向の端面には、昇圧された高電
圧を取り出す外部電極３が設けられている。また、圧電
トランス素子６の入力領域には、内部電極１ａ，２ａが
薄板状の圧電体シート（後述する焼成前の圧電体シート
８に相当）を挟んで交互に複数積層され、且つ内包され
た構造を有している。また、内部電極１ａ，２ａには、
それぞれ外部電極１，２と接続するための突起を有して
いる。尚、各内部電極は、圧電トランス素子に内包する
構造ではなく、側面に露出した構造としてもよい。

【００２５】次に、このような構造を有する圧電トラン
ス素子６の製造工程を図４及び図５を参照して説明す
る。

【００２６】図４及び図５は、本発明の第１の実施形態
としての圧電体シート上に形成された複数の内部電極を
示す図である。この圧電体シートを交互に積層して所定
の形状に切り出すことにより、外部電極１から３が設け
られていない圧電トランス素子６の形状が構成される。

【００２７】（１）はじめに、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3
系の圧電材料粉末１００重量部に対して、水２５重量
部、エマルジ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する。このスラリ
ーから、ドクターブレード装置を用いて厚みが１３０μ
ｍの圧電体シートを得る。厚みが１３０μｍのシートを
焼成することにより、焼成後の厚みは１００μｍとな
る。

【００２８】（２）次に、得られた圧電体シート８を、
１００ｍｍ×１００ｍｍに切断して印刷用フレームに貼
り、スクリーンマスクを用いて内部電極１ａ及び２ａと
なるＡｇ−Ｐｄペーストを印刷する。印刷する際の内部
電極１ａ及び２ａの外寸は、焼成後に１６ｍｍ×４．６
ｍｍとなるようにし、積層したときに入力領域に位置す
るように印刷する。また、内部電極１ａ及び２ａは、そ
の一部が素子端面に露出して外部電極１及び２とそれぞ
れ接続できるように、長方形の１辺に突起のある形状と
する。また、内部電極１ａ及び２ａを、外部電極１及び
２と１層毎に交互に接触させるため、積層したときに奇
数番目になるシート（図５）及び偶数番目になるシート
（図４）の２種類の形状のスクリーンマスクを用いる。

【００２９】（３）内部電極１ａ及び２ａを印刷した圧
電体シート８を各１０層交互に積層し、最上層に電極を
印刷していない圧電体シートを重ねて１００℃−３０Ｍ
Ｐａで熱圧着する。これをアルミナの匣を用いて大気中
１１５０℃で２時間焼成する。尚、圧電体シートを２１
枚積層して焼成することにより、焼成後の素子厚みは、
２．２ｍｍになる。

【００３０】（４）焼成後、ダイヤモンドカッターによ
って３２ｍｍ×５ｍｍの寸法の複数の素子に切り分け
る。そして、切り分けられた素子の入力領域の端面に露
出している内部電極１ａ及び２ａの突起部分に、外部電
極１及び２となる幅２ｍｍのＡｇペーストをそれぞれ印
刷する。また、当該素子の出力領域の端面には、外部電
極３となるＡｇペーストを印刷する。そして、Ａｇペー
ストが印刷された素子を７００℃の焼成炉に投入し、当
該ペースト部分を焼成することにより、外部電極３を形
成する。

【００３１】（５）焼成された素子を１５０℃の絶縁油
に入れ、入力領域を３ｋＶ／ｍｍの電界強度で３０分間
分極する。次に、入力領域の外部電極を短絡し、この短
絡部分と出力領域端部の外部電極との間に１．５ｋＶ／
ｍｍの直流電圧を印加して３０分間分極を施し、圧電ト
ランス素子６を得る。

【００３２】以上、本実施形態で説明した圧電トランス
素子６は、入力電圧を印加するための外部電極１，２
を、当該素子の長手方向の端面に形成した。これによ
り、従来の圧電トランス素子のように素子側面に入力電
圧の印加用のリード線や外部電極を設ける必要がないた
め、リード線や外部電極を含めたときの素子の短手方向
の高さ及び幅を低減することができる。

【００３３】また、内部電極１ａ，２ａの形状に突起を
設け、その突起を素子端面に露出させ、外部電極１，２
と接続する構造にした。これにより、製造工程におい
て、内部電極同士を電気的に接続する工程と入力領域用
の外部電極を形成する工程とを１つの工程にまとめるこ
とができる。

【００３４】［第２の実施形態］図６は、本発明の第２
の実施形態としての圧電トランス素子を示す斜視図であ
る。図７は、図６の圧電トランス素子の正面図である。
また、図７に示す圧電トランス素子のＢ−Ｂ’断面図
は、図３に示した断面図と同様である。

【００３５】図６及び図７に示すように、圧電トランス
素子１６の入力領域の長手方向の端面及び出力領域の長
手方向の端面の構造は、第１の実施形態の圧電トランス
素子６と同様である。また、内部電極１１ａ及び１２ａ
の積層構造も第１の実施形態の圧電トランス素子６と略
同様であるが、内部電極１１ａ及び１２ａには、当該素
子の長手方向の第１の突起の他に、更に短手方向の第２
の突起が設けられている。本実施形態では、この突起を
圧電トランス素子１６の側面に露出させ、外部電極４，
５と接続する構造を有する。尚、内部電極１１ａ及び１
２ａに設ける第２の突起、そして外部電極４，５は、好
ましくは、圧電トランス素子１６としての振動の節に相
当する位置に形成するとよい。

【００３６】次に、このような構造を有する圧電トラン
ス素子１６の製造工程を図８及び図９を参照して説明す
る。

【００３７】図８及び図９は、本発明の第２の実施形態
としての圧電体シート上に形成された複数の内部電極を
示す図である。この圧電体シートを交互に積層して所定
の形状に切り出すことにより、外部電極３，４，５，１
１，そして１２が設けられていない圧電トランス素子１
６の形状が構成される。

【００３８】（１）まず、第１の実施形態と同様の方法
で圧電体シート８を製造し、フレームに貼る。本実施形
態では、図８及び図９に示すように、素子の端面と側面
とで各層の電気的な接続がなされるようにするため、内
部電極１１ａ及び１２ａは長方形の２辺に突起のある形
状としている。

【００３９】（２）内部電極１１ａ及び１２ａを印刷し
た圧電体シート８を各１０層交互に積層し、最上層に電
極を印刷していない圧電体シートを重ねて１００℃−３
０ＭＰａで熱圧着する。これをアルミナの匣を用いて大
気中１１５０℃で２時間焼成する。

【００４０】（３）焼成後、ダイヤモンドカッターによ
って３２ｍｍ×５ｍｍの寸法の複数の素子に切り分け
る。そして、切り分けられた素子の入力領域の端面及び
側面に露出している内部電極１１ａ及び１２ａの突起部
分に、外部電極１１，１２，４，そして５となる幅２ｍ
ｍのＡｇペーストをそれぞれ印刷する。また、当該素子
の出力領域の端面には、外部電極３となるＡｇペースト
を印刷する。そして、Ａｇペーストが印刷された素子を
７００℃の焼成炉に投入し、当該ペースト部分を焼成す
ることにより、外部電極１１，１２，４，そして５を形
成する。この時点で複数の内部電極１１ａには、外部電
極１１及び外部電極５が電気的に接続された状態とな
る。また、複数の内部電極１２ａには、外部電極１２及
び外部電極４が電気的に接続された状態となる。また、
本実施形態において、焼成された外部電極４，５の厚さ
は、数μｍから１０μｍ程度であることは言うまでもな
い。

【００４１】（４）焼成された素子を１５０℃の絶縁油
に入れ、入力領域を３ｋＶ／ｍｍの電界強度で３０分間
分極する。次に、入力領域の外部電極を短絡し、この短
絡部分と出力領域端部の外部電極との間に１．５ｋＶ／
ｍｍの直流電圧を印加して３０分間分極を施し、圧電ト
ランス素子１６を得る。

【００４２】以上、本実施形態で説明した圧電トランス
素子１６は、内部電極と端面及び側面の２箇所の外部電
極とが接続された構造としたため、当該素子を駆動でき
なくなる可能性を顕著に低減することができ、第１の実
施形態と比較して信頼性に優れた圧電トランス素子を実
現することができる。また、焼成された外部電極４，５
の厚さは数μｍから１０μｍ程度と極めて薄いため、圧
電トランス素子１６を収納ケースに装着する際、外部電
極４，５のために当該ケースの短手方向の長さ（幅）を
敢えて大きく設計する必要はない。

【００４３】［第３の実施形態］第２の実施形態では、
電気的な接続の信頼性を向上すべく圧電トランス素子１
６の側面に外部電極４，５を設けた。本実施形態では、
外部電極４，５に相当する導体として、従来の技術の欄
でも説明した柱状の２本の層間接続導体を素子の内部に
設けることにより、第２の実施形態の圧電トランス素子
１６と同等の電気的な接続の信頼性を実現する。

【００４４】本実施形態に係る圧電トランス素子２６に
おいて、外形形状は図１及び図２に示す圧電トランス素
子６と同様なため説明を省略する。

【００４５】図１０は、本発明の第３の実施形態として
の圧電トランス素子の断面図であり、図２のＡ−Ａ’断
面図である。同図に示すように、圧電トランス素子２６
の入力領域の内部には、内部電極２１ａ，２２ａが薄板
状の圧電体シート（焼成前の圧電体シート８に相当）を
挟んで交互に複数積層され、且つ当該素子に内包された
構造を有している。また、層間接続導体２５ａと複数の
内部電極２１ａ、そして層間接続導体２５ｂと複数の内
部電極２２ａとはそれぞれ接続されている。更に、第１
の実施形態と同様に、内部電極２１ａ，２２ａには、圧
電トランス素子２６の長手方向の端面側に、それぞれ外
部電極２１，２２と接続するための突起を有している。

【００４６】尚、層間接続導体２５ａ，２５ｂの形成位
置は、圧電トランス素子２６の入力領域であればどの位
置でも構わないが、本実施形態では、当該素子の振動を
妨げないように振動の節に相当する位置に形成する。

【００４７】また、各内部電極は、圧電トランス素子に
内包する構造ではなく、側面に露出した構造としてもよ
い。

【００４８】次に、このような構造を有する圧電トラン
ス素子２６の製造工程を図１１及び図１３を参照して説
明する。

【００４９】図１１は、本発明の第３の実施形態として
の層間接続導体用の穴が形成された圧電体シートを示す
図である。また、図１２及び図１３は、本発明の第３の
実施形態としての圧電体シート上に形成された複数の内
部電極を示す図である。この圧電体シートを交互に積層
して所定の形状に切り出すことにより、外部電極３，２
１，そして２２が設けられていない圧電トランス素子２
６の形状が構成される。

【００５０】（１）まず、第１の実施形態と同様の方法
で圧電体シート８を製造し、フレームに貼る。そして、
複数の圧電トランス素子２６として切り分けた時に当該
素子の共振の節となる位置２ヶ所に、層間接続導体２５
ａ，２５ｂとなるペーストを充填するための孔を、焼成
後にφ０．１２ｍｍとなる大きさに開ける。この状態を
図１１に示す。これらの孔には、Ａｇ−Ｐｄペースト
を、メタルマスクを用いた印刷法で充填した。

【００５１】（２）図１１の状態の圧電体シート８に、
スクリーンマスクを用いて内部電極２１ａ，２２ａとな
るＡｇ−Ｐｄペーストを印刷した。内部電極２１ａ及び
２２ａを、層間接続導体２５ａ及び２５ｂと１層毎に交
互に接触させるため、積層したときに奇数番目になるシ
ート（図１３）及び偶数番目になるシート（図１２）の
２種類の形状のスクリーンマスクを用いる。尚、第１の
実施形態と同様に、焼成後に圧電トランス素子２６の長
手方向の端面側に位置する部分に、突起を設けることは
言うまでもない。

【００５２】（３）内部電極２１ａ，２２ａを印刷した
圧電体シート８を各１０層交互に積層し、最上層に電極
を印刷していない圧電体シートを重ねて１００℃−３０
ＭＰａで熱圧着する。これをアルミナの匣を用いて大気
中１１５０℃で２時間焼成する。尚、圧電体シートを２
１枚積層して焼成することにより、焼成後の素子厚み
は、２．２ｍｍになる。

【００５３】（４）焼成後、ダイヤモンドカッターによ
って３２ｍｍ×５ｍｍの寸法の複数の素子に切り分け
る。そして、切り分けられた素子の入力領域の端面に露
出している内部電極２１ａ及び２２ａの突起部分に、外
部電極２１及び２２となる幅２ｍｍのＡｇペーストをそ
れぞれ印刷する。また、当該素子の出力領域の端面に
は、外部電極３となるＡｇペーストを印刷する。そし
て、Ａｇペーストが印刷された素子を７００℃の焼成炉
に投入し、当該ペースト部分を焼成することにより、外
部電極３を形成する。

【００５４】（５）焼成された素子を１５０℃の絶縁油
に入れ、入力領域を３ｋＶ／ｍｍの電界強度で３０分間
分極する。次に、入力領域の外部電極を短絡し、この短
絡部分と出力領域端部の外部電極との間に１．５ｋＶ／
ｍｍの直流電圧を印加して３０分間分極を施し、圧電ト
ランス素子２６を得る。

【００５５】以上、本実施形態で説明した圧電トランス
素子２６は、内部電極、外部電極、そして層間接続導体
がそれぞれ接続された構造を有するため、第２の実施形
態と同様に信頼性に優れた圧電トランス素子２６を実現
することができる。

【００５６】［第４の実施形態］本実施形態では、上述
した第１から第３の実施形態に係る圧電トランス素子
を、収納ケースに装着するケーシング方法を説明する。
以下の説明では、その一例として、上述した第１の実施
形態で説明した圧電トランス素子６を収納ケースに装着
するケーシング方法を説明する。

【００５７】図１４は、本発明の第４の実施形態として
の圧電トランス素子が装着された収納ケースを示す斜視
図である。また、図１５は、図１４のＣ−Ｃ’断面図で
ある。尚、図１５において、圧電トランス素子６の内部
構造に係る断面の部分の表現は省略している。

【００５８】図１４及び図１５に示すように、収納ケー
ス３１は、絶縁性の樹脂で形成されており、Ｌ３２ｍｍ
×Ｗ５．２ｍｍ×Ｄ２．４ｍｍの内部寸法を有する（但
し、長さＬは、実装端子３２及び３３と実装端子３４と
の間の距離とする）。収納ケース３１両端面には、入力
電圧を印加する実装端子３２及び３３，そして出力電圧
を取り出す実装端子３４が一体に形成された構造を有す
る。

【００５９】このような構造を有する収納ケース３１へ
の圧電トランス素子６の装着方法としては、まず、当該
ケースに圧電トランス素子６を挿入することにより、外
部電極１，２，３と、実装端子３２，３３，３４とをそ
れぞれ当接させる。そして、各当接部分は、導電性の接
続材としてのはんだ、或は導電性の接着剤で固定する。
これにより、圧電トランス素子６を、収納ケース３１の
内部へ固定すると共に実装端子との電気的な接続を行
う。

【００６０】圧電トランス素子６は、λモードで駆動す
る場合は当該素子の端部から当該素子の長さの１／４の
位置が共振の節となる。また、λモードで駆動された圧
電トランス素子６が共振状態にある場合、当該素子の全
体としての長さは略一定に保たれる。従って、圧電トラ
ンス素子６の両端面を収納ケース３１に固定しても、共
振によって固定状態が劣化することはない。

【００６１】このように、本実施形態の収納ケース３１
は、圧電トランス素子６を当該素子の端面にて固定し、
且つ当該ケースの実装端子と当該素子との電気的な接続
を実現する。このため、収納ケース３１の短手方向の長
さ（幅）及び高さ（深さ）は、圧電トランス素子自体の
幅及び高さを考慮した寸法にすればよく、収納ケースの
幅を狭く、且つ高さを低くすることができ、リード線等
を使用しないため、製造工程も簡略化できる。

【００６２】［第５の実施形態］本実施形態では、第４
の実施形態で採用したところの、圧電トランス素子の長
手方向の両端面にて固定する方法を基本とする他のケー
シング方法を説明する。以下の説明では、一例として、
上述した第１の実施形態で説明した圧電トランス素子６
を装着する場合について説明する。

【００６３】図１６は、本発明の第５の実施形態として
の圧電トランス素子が装着された収納ケースを示す斜視
図である。また、図１７は、図１６のＤ−Ｄ’断面図で
ある。尚、図１７において、圧電トランス素子６の内部
構造に係る断面の部分の表現は省略している。

【００６４】図１６及び図１７に示すように、収納ケー
ス４１は、絶縁性の樹脂で形成されており、Ｌ３２．６
ｍｍ×Ｗ５．２ｍｍ×Ｄ２．４ｍｍの内部寸法を有す
る。また、収納ケース４１の内部には、端部から０．４
ｍｍの２ヶ所、即ち、圧電トランス素子６の長手方向の
両端面の近傍位置に、当該素子を収納ケース４１の内部
において固定する０．１ｍｍから０．１５ｍｍ程度の高
さを有する突起４５が設けられている。この突起４５に
エポキシ系接着剤を塗布することにより、圧電トランス
素子６は、収納ケース４１内部に固定される。

【００６５】尚、突起４５は、収納ケース４１内部の底
面にだけ設ける構造としてもよい。

【００６６】また、収納ケース４１の両端面には、入力
電圧を印加する実装端子４２及び４３、そして出力電圧
を取り出す実装端子４４が一体に形成された構造を有す
る。これらの実装端子は、金属部材で形成されている。
本実施形態において、外部電極１，２，３と実装端子４
２，４３，４４との電気的な接続は、φ０．２６ｍｍの
リード線をそれぞれはんだ付け、或は導電性の接着剤に
より接続することにより行う。

【００６７】尚、収納ケース４１への圧電トランス素子
６の固定に先立って、リード線４６は、当該素子の各外
部電極に予め接続しておくことは言うまでもない。

【００６８】また、収納ケース４１の内部に設ける突起
４５の形状は、線状の連続した形状であっても、不連続
な複数の突起としてもよい。

【００６９】また、突起４５の形状は、図１６及び図１
７に示す形状に限られるものではなく、例えば、図１８
に要部断面図として示す収納ケース４１Ａの突起４５Ａ
のように、圧電トランス素子６を当該素子の長手方向の
両端面の近傍位置にて固定可能な形状に成形しても良
い。

【００７０】このように、本実施形態では、収納ケース
４１及び４１Ａの実装端子と圧電トランス素子６の外部
電極との電気的な接続を、リード線４６を介して当該ケ
ースの端面部分にて行う構造とした。このため、リード
線を接続する製造工程は多くなるが、収納ケース４１内
で圧電トランス素子６を確実に支持することができる。

【００７１】尚、上述した各実施形態では、入力電圧を
印加する外部電極を素子端面に形成するため、当該素子
の入力領域の上下面の外部電極は不要となるが、分極工
程において当該素子の上下面に外部電極が必要な場合に
は設けてもよい。

【００７２】また、上述した各実施形態における圧電ト
ランス素子や電極等の寸法は一例であり、それらの値に
限られるものではないことは言うまでもない。

【００７３】［両端面にて圧電トランス素子を固定する
方法についての考察］ここで、上述した第4及び第5の実
施形態にて説明したケーシング方法、即ち、両端面にて
圧電トランス素子を固定する方法について考察する。

【００７４】収納ケースへの圧電トランス素子の従来の
収納方法は、前述の従来技術における図２３の圧電トラ
ンス素子２０６及びその収納ケース２０５のように、圧
電トランス素子の共振状態における節の位置（以下、節
の位置と称する）にて当該素子を支持する方法が一般的
である。これは、媒質（この場合、圧電トランス素子を
構成する個々の素材）が所謂、縦波（疎密波）を起こし
ており、且つその縦波が定常波であるときには、その定
常波の節において媒質の変位はゼロであり、節と節との
位置間隔は所定値である、という従来からの一般的な振
動に関する知識に基づいている。従って、圧電トランス
素子の従来の収納方法（固定方法）において、当該素子
の固定位置は、λモード、即ち、圧電トランス素子を駆
動する電圧の１波長（λ）分の長さが当該素子の長手方
向の長さ２Ｌである駆動モードにおいて、当該素子の両
方の端面からＬ／２の位置である２ケ所の節の位置が最
適であり、共振状態を減衰させないためには、これらの
節の位置から外れずに如何に当該素子を支持（固定）す
るかが大きな課題とされている。言い換えると、λモー
ドにおいては、圧電トランス素子の長手方向の両端面は
共振の腹とみなされ、当該素子の変位は、それら腹の位
置において最大値を採ると考えられている。このため、
当該素子を共振の腹の位置、即ち当該素子の両端面にて
支持するという、上記本願の技術思想は試みられていな
い。

【００７５】しかしながら、本願出願人は、圧電トラン
ス素子、その素子の駆動回路及び収納ケースに関する鋭
意研究を進めていく過程において、圧電トランス素子の
長手方向の両端面で当該素子を支持し、その支持された
状態の圧電トランス素子をλモードで共振させてみたと
こところ、従来と同様の節の位置にて圧電トランス素子
を支持する場合と略同等の昇圧効率が得られた。

【００７６】図１９及び図２０は、第４及び第５の実施
形態に係る圧電トランス素子の支持方法と、圧電トラン
ス素子を節にて支持する従来の方法とを比較した結果を
示す図であり、図１９はλモード、図２０はλ／２モー
ドにて圧電トランス素子を駆動した場合の測定結果を示
している。

【００７７】測定に際しては、第１の実施形態にて説明
した図１から図３に示す圧電トランス素子を、第４及び
第５の実施形態に係る方法で支持した。また、従来例に
係る支持方法については、図２１に示すような一般的な
圧電トランス素子を節にて支持し、外部からの駆動はリ
ード線を介して行なった。また、圧電トランス素子を駆
動するときの測定条件は、何れの場合も負荷を５０ｋ
Ω、出力を４Ｗとした。

【００７８】測定した結果は、図１９及び図２０に示す
ように、第４及び第５の実施形態に係る方法で支持した
場合の昇圧比及び効率／％が従来の支持方法と比較して
僅かに劣るものの、その差は実用上問題となる程ではな
く、この事象は、前述した従来の考え方により予想され
る結果とは異なるものである。

【００７９】以下、この事象について考察する。圧電ト
ランス素子の長手方向の両端面で当該素子を支持して
も、良好な昇圧特性（共振特性）が得られるということ
は、圧電トランス素子が共振状態にあるとき、当該素子
の全体としての長さは略一定に保たれているためと考え
ることができる。即ち、本願出願人は、圧電トランス素
子が駆動により共振を起こしているときには、当該素子
の全長は保持されていることを見い出した。このこと
は、圧電トランス素子を収納ケースの内部に固定するに
際して、当該素子の長手方向の両端面、或いはその両端
面の近傍位置にて固定しても、当該素子の昇圧効率の低
下を招く共振状態の減衰、並びに、収納ケース内におけ
る素子の固定状態の劣化は招かないということを意味す
る。そこで、上述した第4及び第5の実施形態では、第1
の実施形態にて説明した圧電トランス素子６を、収納ケ
ース３１，４１，或いは４１Ａに、当該素子の長手方向
の両端面にて固定した。

【００８０】また、本願出願人は、上記の事象を解明す
べく文献調査を行なったところ、圧電トランスの共振時
の変位は、数１にて表わすことができることが判った。
即ち、エレクトロニク・セラミクス，１９７６年夏号，
「 圧電トランスの振動モードと表面電荷・電位分布
（山形積治著、Ｐ４４〜Ｐ５０）」の式（１７））によ
れば、変位ξ(x)は、

【００８１】

【数１】

【００８２】但し、ξ (ｘ)：時間ｔにおける位置ｘの
媒質の変位量［ｍｍ］，Ａ：所定の係数，ｍ：振動モー
ド，λモードではｍ＝２，２Ｌ：圧電トランス素子の長
手方向の長さ［ｍｍ］，ｘ：同素子の一方の端部から任
意の点までの距離［ｍｍ］，ｅ：自然対数の底，j：−
１の平方根，ｖ：素子内での音速［ｍｍ／ｓｅｃ］，
ｔ：任意の時間［ｓｅｃ］，ε：誘電率［Ｆ／ｍｍ］，
である。

【００８３】ここで、λモード（ｍ＝２）の駆動におけ
る圧電トランス素子の長手方向の全長は、上記の数１
を、ｘ＝０から２Ｌまで積分することによって求めら
れ、その結果は、時間ｔに関わらず所定値となる。即
ち、この積分計算の結果は、圧電トランス素子をλモー
ドで駆動しても、当該素子の両端面間の距離は変化しな
いということを表わしており、本願出願人が実験により
見い出した事象を説明するものと考えられる。

【００８４】また、λモードにおける共振状態に、圧電
トランス素子の入力領域と出力領域とにそれぞれ現れる
節の位置では、その位置の媒質が、静止状態における位
置を基準として、当該素子の長手方向に振動していると
考えられる。即ち、節の位置は、入力領域側及び出力領
域側の各端面に対して相対的に移動を繰り返していると
考えられる。これは、λモードにおける共振状態におい
ては、圧電トランス素子の長さが変化しないという上記
実験による事象及び計算結果、並びに、共振状態におい
ては、当該素子の入力領域と出力領域とは互いに逆方向
の伸縮を繰り返すという公知の事象とを考慮することに
よって説明することができる。

【００８５】従って、圧電トランス素子を長手方向の両
端面またはその近傍位置にて固定する場合、好ましく
は、それら両端面またはその近傍位置以外の位置におい
ては突起物や接着剤等によって当該素子を拘束すべきで
ないことが判る。

【００８６】このように、圧電トランス素子をλモード
の共振状態で使用するときには、当該素子の長手方向の
両端面のみで支持することができ、収納ケースの形状を
多様化することができると共に、当該素子を実装する際
に必要な短手方向の高さ及び幅を小さくすることができ
る。

【００８７】また、上記の数１を、λ／２モード（ｍ＝
１）及び３λ／２モード（ｍ＝３）の駆動モードに適用
した場合、これらの駆動モードにおいては、共振時に圧
電トランス素子の長さが変化することが明らかとなっ
た。しかしながら、その場合であっても、共振の節の位
置で支持した場合と素子端面で支持した場合との実験結
果を比較すると、素子端で支持することによる共振特性
の劣化は僅かであり、実用上の大きな障害とはならない
ことが判った。むしろ、圧電トランス素子の固定方法や
ケーシング方法が多様化するという観点からは、λモー
ドの場合と略同様に工業的に有利な効果を得られる。

【００８８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
実装する際に必要な短手方向の高さ及び幅を小さくする
ことができる圧電トランス素子及びそのケーシング方法
の提供が実現する。

【００８９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態としての圧電トランス
素子を示す斜視図である。

【図２】図１の圧電トランス素子の正面図である。

【図３】図２のＡ−Ａ’断面図である。

【図４】本発明の第１の実施形態としての圧電体シート
上に形成された複数の内部電極を示す図である。

【図５】本発明の第１の実施形態としての圧電体シート
上に形成された複数の内部電極を示す図である。

【図６】本発明の第２の実施形態としての圧電トランス
素子を示す斜視図である。

【図７】図６の圧電トランス素子の正面図である。

【図８】本発明の第２の実施形態としての圧電体シート
上に形成された複数の内部電極を示す図である。

【図９】本発明の第２の実施形態としての圧電体シート
上に形成された複数の内部電極を示す図である。

【図１０】本発明の第３の実施形態としての圧電トラン
ス素子の断面図である。

【図１１】本発明の第３の実施形態としての層間接続導
体用の穴が形成された圧電体シートを示す図である。

【図１２】本発明の第３の実施形態としての圧電体シー
ト上に形成された複数の内部電極を示す図である。

【図１３】本発明の第３の実施形態としての圧電体シー
ト上に形成された複数の内部電極を示す図である。

【図１４】本発明の第４の実施形態としての圧電トラン
ス素子が装着された収納ケースを示す斜視図である。

【図１５】図１４のＣ−Ｃ’断面図である。

【図１６】本発明の第５の実施形態としての圧電トラン
ス素子が装着された収納ケースを示す斜視図である。

【図１７】図１６のＤ−Ｄ’断面図である。

【図１８】本発明の第５の実施形態の変形例としての圧
電トランス素子が装着された収納ケースを示す要部断面
図である。

【図１９】図１９は、第４及び第５の実施形態に係る圧
電トランス素子の支持方法と、圧電トランス素子を節に
て支持する従来の方法とを比較した結果を示す図である
（λモードの場合）。

【図２０】図２０は、第４及び第５の実施形態に係る圧
電トランス素子の支持方法と、圧電トランス素子を節に
て支持する従来の方法とを比較した結果を示す図である
（λ／２モードの場合）。

【図２１】一般的なローゼン型の圧電トランス素子を示
す斜視図である。

【図２２】従来例としての圧電トランス素子を示す斜視
図である。

【図２３】図２２の圧電トランス素子を収納ケースに装
着した状態を示す上面視図である。

【図２４】従来例としての圧電トランス素子を示す斜視
図である。

【符号の説明】

１〜３，１１，１２，２１，２２，１０１〜１０３，２
０１〜２０４，３０１〜３０３：外部電極， １ａ，２ａ，１１ａ，１２ａ，２１ａ，２２ａ，３０１
ａ，３０２ａ：内部電極， ６，１６，２６，１０６，２０６，３０６：圧電トラン
ス素子， ８：圧電体シート， ２５ａ，２５ｂ：層間接続導体， ３１，４１，４１Ａ，２０５：収納ケース， ３２〜３４，４２〜４４：実装端子， ４５，４５Ａ：突起， ４６：リード線， ２０１ａ，２０２ａ：リード電極， ２１０Ａ，２１０Ｂ：端子， ３０５：電極，

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１０年９月１８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３０】（４）焼成後、ダイヤモンドカッターによ
って３２ｍｍ×５ｍｍの寸法の複数の素子に切り分け
る。そして、切り分けられた素子の入力領域の端面に露
出している内部電極１ａ及び２ａの突起部分に、外部電
極１及び２となる幅２ｍｍのＡｇペーストをそれぞれ印
刷する。また、当該素子の出力領域の端面には、外部電
極３となるＡｇペーストを印刷する。そして、Ａｇペー
ストが印刷された素子を７００℃の焼成炉に投入し、当
該ペースト部分を焼成することにより、外部電極１，
２，３を形成する。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４５】図１０は、本発明の第３の実施形態として
の圧電トランス素子の断面図であり、図２のＡ−Ａ’断
面図である。同図に示すように、圧電トランス素子２６
の入力領域の内部には、内部電極２１ａ，２２ａが薄板
状の圧電体シート（焼成前の圧電体シート８に相当）を
挟んで交互に複数積層され、且つ当該素子に内包された
構造を有している。また、層間接続導体２５ａと複数の
内部電極２１ａ、そして、図１０には切断面の都合上不
図示の層間接続導体２５ｂと複数の内部電極２２ａとは
それぞれ接続されている。更に、第１の実施形態と同様
に、内部電極２１ａ，２２ａには、圧電トランス素子２
６の長手方向の端面側に、それぞれ外部電極２１，２２
と接続するための突起を有している。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４８】次に、このような構造を有する圧電トラン
ス素子２６の製造工程を図１１から図１３を参照して説
明する。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５３】（４）焼成後、ダイヤモンドカッターによ
って３２ｍｍ×５ｍｍの寸法の複数の素子に切り分け
る。そして、切り分けられた素子の入力領域の端面に露
出している内部電極２１ａ及び２２ａの突起部分に、外
部電極２１及び２２となる幅２ｍｍのＡｇペーストをそ
れぞれ印刷する。また、当該素子の出力領域の端面に
は、外部電極３となるＡｇペーストを印刷する。そし
て、Ａｇペーストが印刷された素子を７００℃の焼成炉
に投入し、当該ペースト部分を焼成することにより、外
部電極１，２，３を形成する。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７７】測定に際しては、第１の実施形態にて説明
した図１から図３に示す構造の圧電トランス素子を、第
４及び第５の実施形態に係る方法で支持した。また、従
来例に係る支持方法については、第１の実施形態にて説
明した図１から図３に示す構造の圧電トランス素子を節
にて支持し、外部からの駆動はリード線を介して行なっ
た。また、圧電トランス素子を駆動するときの測定条件
は、何れの場合も負荷を５０ｋΩ、出力を４Ｗとした。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 厚み方向に分極されると共に入力電極が
   形成された入力領域と、長手方向に分極されると共に出
   力電極が形成された出力領域とを有する積層構造の圧電
   トランス素子であって、 複数の圧電体の層間に配置された前記入力電極としての
   複数の内部電極と、 前記入力領域側の前記圧電トランス素子の長手方向の端
   面に設けられた第１及び第２の外部電極と、 前記出力領域側の前記圧電トランス素子の長手方向の端
   面に設けられた前記出力電極とを有し、前記複数の内部
   電極は、前記第１及び第２の外部電極に１層毎に交互に
   接続されており、且つそれらの外部電極は、入力電圧を
   印加するための電極であることを特徴とする圧電トラン
   ス素子。
2. 【請求項２】 更に、前記入力領域側の前記圧電トラン
   ス素子の長手方向に平行な側面に設けられた第３及び第
   ４の外部電極を有し、前記複数の内部電極は、前記第３
   及び第４の外部電極にも１層毎に交互に接続されている
   ことを特徴とする請求項１記載の圧電トランス素子。
3. 【請求項３】 更に、前記入力領域の内部に設けられた
   複数の柱状導体を有し、その複数の柱状導体により、前
   記複数の内部電極は、１層毎に交互に接続されているこ
   とを特徴とする請求項１記載の圧電トランス素子。
4. 【請求項４】 前記第３及び第４の外部電極が、前記圧
   電トランス素子の振動の節に相当する位置に設けられて
   いることを特徴とする請求項２記載の圧電トランス素
   子。
5. 【請求項５】 前記複数の柱状導体が、前記圧電トラン
   ス素子の振動の節に相当する位置に設けられていること
   を特徴とする請求項３記載の圧電トランス素子。
6. 【請求項６】 請求項１乃至請求項３の何れかに記載の
   圧電トランス素子を収納ケースに装着するケーシング方
   法であって、 前記収納ケースの長手方向の両端面に複数の実装端子を
   設け、 前記圧電トランス素子を前記収納ケースに挿入すること
   により、前記複数の実装端子に、前記第１及び第２の外
   部電極、並びに出力電極をそれぞれ当接させ、 該当接部分を、それぞれ導電性の接続材により固定する
   ことを特徴とする圧電トランス素子のケーシング方法。
7. 【請求項７】 請求項１乃至請求項３の何れかに記載の
   圧電トランス素子を収納ケースに装着するケーシング方
   法であって、 前記収納ケースの内側の、前記圧電トランス素子を収納
   したときにその素子の長手方向の両端面が位置する近傍
   の位置に突起を設け、その突起によって前記圧電トラン
   ス素子を支持し、 前記第１及び第２の外部電極と前記収納ケースの長手方
   向の端面に設けた複数の実装端子とを、それぞれリード
   線を介して接続し、 前記出力電極と、前記収納ケースの長手方向のもう一方
   の端面に設けた実装端子とを、リード線を介して接続す
   ることを特徴とする圧電トランス素子のケーシング方
   法。