JP3008831B2

JP3008831B2 - 圧電トランスの製造方法

Info

Publication number: JP3008831B2
Application number: JP28296095A
Authority: JP
Inventors: 晃福岡
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-10-31
Filing date: 1995-10-31
Publication date: 2000-02-14
Anticipated expiration: 2015-10-31
Also published as: JPH09129943A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電トランスの製
造方法に関し、特に、入力電圧印加用電極および出力電
圧取出し用電極が圧電体の表面に設けられた構造の圧電
トランスを製造する際の、分極処理の方法に関わるもの
である。

【０００２】

【従来の技術】この種の圧電トランスは、基本的に、例
えばチタン酸ジルコニウム酸鉛（ＰＺＴ：ＰｂＺｒＴｉ
Ｏ₃）のような圧電性セラミック材料を焼成して得られ
る長板状の圧電体が、長手方向に沿って、駆動部（以
後、入力部と記す）と発電部（以後、出力部と記す）の
二種類の部分に分けられた構造となっている。昇圧は、
入力部に設けた入力電圧印加用電極（以後、入力電極と
記す）に交流電圧を加えて圧電体全体に長手方向の縦振
動を発生させ、その圧電体の縦振動に応じて出力部に生
じる電圧を、出力電圧取出し用電極（以後、出力電極と
記す）から外部に取り出すことにより、行われる。入力
電圧の加え方を変え、出力電極に入力電圧を印加すれ
ば、降圧された電圧を入力電極から取り出すことができ
る。

【０００３】図６に、このような圧電トランスの一例の
斜視図を示す。図６を参照すると、この圧電トランス１
では、長板状の圧電セラミック板１０が、長手方向軸に
沿って左側から順に、低インピーダンスの入力部１１Ｌ
と、高インピーダンスの出力部１２と、入力部１１Ｌと
同一構造の入力部１１Ｒの三つの部分に区分されてい
る。入力部１１Ｌ，１１Ｒは外部から電圧を入力する部
分であって、それぞれの上・下両面にはほぼ全面（但
し、セラミック板の周辺部を細く残して）に、平面状の
入力電極１３Ａ，１３Ｂ及び１４Ａ，１４Ｂが設けられ
ている。この入力部１１Ｌ，１１Ｒの部分のセラミック
板は、図６中に太い矢印で示すように、予め厚さ方向に
分極させられている。一方、出力部１２は昇圧された電
圧を取り出すための部分である。この出力部には、セラ
ミック板１０の長手方向中央の上下面に、セラミック板
の幅方向に走る細長い出力電極１５Ａ，１５Ｂが設けら
れている。この出力部１２は、図６中に細い矢印で示す
ように、予めセラミック板１０の長手方向に分極させら
れている。

【０００４】上記の圧電トランスを昇圧トランスとして
用いるときは、入力電極および出力電極を下記のように
接続する。すなわち、入力部１１Ｌの上側の電極１３Ａ
と入力部１１Ｒの上側の電極１４Ａとを、入力端子１７
Ａに接続する。一方、入力部１１Ｌの下側の電極１３Ｂ
および入力部１１Ｒの下側の電極１４Ｂは、入力端子１
７Ｂに接続すると共に、出力端子１８Ｂにも接続する。
これに対し出力部１２では、上・下の出力電極１５Ａ，
１５Ｂどうしを短絡して、出力端子１８Ａに接続する。
これでこのトランスは、入力部１１Ｌ，１１Ｒそれぞれ
の下側電極１３Ｂ，１４Ｂを入・出力に共通の電極とす
る、４端子構造となる。この状態で、二つの入力端子１
７Ａ，１７Ｂの間に外部から交流電圧ｅ_inを印加する
と、入力部１１Ｌ，１１Ｒの部分のセラミック板が、圧
電横効果３１モードにより、長手方向に振動する。この
振動は出力部１２側に伝達され、セラミック板１０全体
に長手方向の縦振動が生じる。出力部１２ではこのセラ
ミック板の縦振動に応じて、圧電縦効果３３モードによ
り、出力電極１５Ａ，１５Ｂと入力部の下側電極１３
Ｂ，１４Ｂとの間に電圧が生じる。その電圧が出力電圧
ｅ_outとして出力端子１８Ａ，１８Ｂの間から取り出さ
れる。

【０００５】ここで、上に述べたように、圧電トランス
には入力部と出力部の二種類の領域が必要であり、且
つ、それらの領域は必ず、予めセラミック板の長手方向
または厚さ方向に分極させられている。つまり、一つの
圧電トランスには、必ず、互いに異る方向に分極された
二種類の領域が存在することになる。そして、それらの
領域における分極の度合が高いほど、トランスとしての
変圧比を大きくとれる。それら分極は、製造過程の分極
処理工程で、セラミック板のそれぞれの領域に分極すべ
き方向の電界を加え双極子モーメントを生じさせること
によって、行われる。その場合、双極子モーメントの発
生の大きさつまり分極の度合は加えた電界の強さと温度
に依存し、電界が強いほど分極が十分に行われ、又、温
度が高ければ加えるべき電界が低く済むことが知られて
いる。そこで、圧電トランスに限らず例えば圧電アクチ
ュエータのような、圧電効果を利用する素子の製造にお
ける分極処理には、加熱と電界印加とを併用して比較的
低電界で分極させることが、一般的に行われている。高
電界での分極処理による素子の特性劣化や破壊あるい
は、作業時の危険性や放電防止の困難さなどを避けるた
めである。その場合、素子を加熱するための媒体には、
シリコーンオイルのような絶縁油が多用されている。絶
縁油は絶縁性に優れ、高電圧を必要とする分極処理に適
しており、また１５０〜２００℃程度の高温が比較的容
易に得られるからである。例えば特開昭６４ー１４９８
１号公報に開示されたモノモルフ素子の製造に際して
は、１００℃のシリコーンオイル中で、距離２００μｍ
の電極間に４００Ｖ（２ｋＶ／ｍｍ）の電圧（電界）を
加えて分極処理を行っている。又、この出願発明の譲受
人と同一譲受人による特願平６ー１７４４１７号による
圧電トランスでは、入力部および出力部の分極処理を、
１００℃の絶縁油中で４ｋＶ／ｍｍの電界を加えること
により行っている。更に、同じくこの出願発明の譲受人
と同一譲受人による特願平４ー２７０４０号による圧電
トランスでは、１５０℃の絶縁油中で駆動部および発電
部に１．５ｋＶ／ｍｍの直流電界を加えて分極処理して
いる。

【０００６】このように、従来の圧電トランスの分極処
理は、セラミック板のキュリー点やトランスの構造など
にもよるが、およそ１５０〜２００℃程度に加熱した絶
縁油中で数ｋＶ／ｍｍの電界を加え、且つ、入力部およ
び出力部とも同一の条件で行うことが一般的である。そ
の場合、電界の印加は、通常、入力電極および出力電極
を利用して行われる。例えば図６に示す圧電トランスに
おいて入力部１１Ｌ，１１Ｒを分極処理するときは、上
側の二つの電極１３Ａ，１４Ａどうしを短絡させ、また
下側の二つの電極１３Ｂ，１４Ｂどうしを短絡させた上
で、上下の電極間に直流電圧を加える。一方、出力部１
２の分極処理のときは、入力部の四つの入力電極１３
Ａ，１４Ａ，１３Ｂ，１４Ｂを全て短絡させ、又、出力
部側では、二つの出力電極１５Ａ，１５Ｂどうしを短絡
させる。そして、それら同電位の四つの入力電極と同じ
く同電位の二つの出力電極との間に直流電圧を加える。
従って、入力部の分極処理と出力部の分極処理とは、そ
れぞれの処理における入力電極、出力電極の接続の仕方
が異なるので、必然的に、同時に実施することはでき
ず、別々に、順番に行わなければならないことになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の分極処
理方法、すなわち、入力部と出力部とを同一の条件で、
しかも別々に順番に行うという方法に基づいて製造した
圧電トランスでは、これを動作させたときセラミック板
にクラックが発生し易く、甚だしい場合は破壊に至るこ
とがある。又、先に分極処理を行った部分での分極度が
十分ではない、という問題が起る。以下にその説明を行
う。

【０００８】この種の圧電トランスでは、通常、変圧比
を大きくするために、出力部１２の部分のセラミック板
の長さ（すなわち、出力部の電極１５Ａ，１５Ｂと入力
部の電極１３Ａ，１３Ｂとの間および、電極１４Ａ，１
４Ｂとの間の距離）を、セラミック板の厚さ（すなわ
ち、入力部の電極１３Ａ，１３Ｂ間の距離および電極１
４Ａ，１４Ｂ間の距離）に比べて長く設定する。入力部
では低い入力電圧で大きなひずみを発生させるために、
電極間距離を狭めて電界を高め、一方、出力部では高出
力電圧を得るため、セラミック板のひずみ量つまり長さ
を大きくする必要があるからである。従って、出力部１
２の分極処理の際には、分極を飽和させるために、出力
部の電極１５Ａ，１５Ｂと入力部の電極１３Ａ，１３Ｂ
との間および１４Ａ，１４Ｂとの間に高い電圧を加える
ことになり、この部分のセラミック板に長手方向の大き
なひずみが生じる。

【０００９】但し、上記の長手方向のひずみは、セラミ
ック板１０のうち、出力電極１５Ａ（１５Ｂ）と入力電
極１３Ａ（１３Ｂ）とが向き合っている部分および出力
電極１５Ａ（１５Ｂ）と入力電極１４Ａ（１４Ｂ）とが
向き合っている部分に、発生するものである。ところ
が、セラミック板表面に電極を設けた構造のこの種の圧
電トランスでは一般に、図６に見られるように、各電極
をセラミック板１０のエッジから多少引き退げて内側に
形成する。すなわち、各電極は、セラミック板の幅方向
の端から端まで全幅に亘って形成されているのではな
く、セラミック板の端には電極が形成されていない部分
がある。セラミック板のエッジ部での電界集中による異
常放電を避けるためである。従って、出力部１２には、
分極処理時に長手方向にひずみを発生する部分と、ひず
みが生じない部分とが併存することになる。その結果、
上記のひずみ発生部分とひずみ非発生部分との境界にひ
ずみ量に応じた大きな応力が発生し、その応力が大きい
ときはセラミック板１０に亀裂やクラックが発生してし
まう。このようなクラックの発生は、出力部１２の分極
処理の際の印加電圧の大きさに左右され、分極処理温度
が低く高電圧を加えなければならないほど、クラックが
生じ易い。印加電圧を低下させるには、分極処理温度を
高くすることが効果的であるが、その温度は、従来、絶
縁油の温度に制限されて、高高２００℃である。

【００１０】次に、上述したように、圧電トランス製造
の際には、出力部の分極処理と入力部の分極処理とを、
別々に順番に行わなければならないのであるが、この場
合、先に分極処理した部分の分極が後の分極処理の際の
加熱で戻ってしまうという、脱分極現象が起る。この脱
分極は、高温であるほど著しい。例えば、図７は、ＰＺ
Ｔ系の圧電性セラミック材料から得た焼結体を一度分極
させた後、高温中に保管し、保管温度と分極度の低下度
合との関係を調査した結果を示すものである。セラミッ
ク材料としてはＮＥＰＥＣ８（商品名：（株）トーキ
ン）を用い、これを面積３７．０×５．３ｍｍ²で厚さ
１．３ｍｍの圧電板に成形し、焼成した。その後、その
焼結体の上下面に電極を設け、１５０℃のシリコーンオ
イル中で、厚さ方向に２．０ｋＶ／ｍｍの一定直流電界
を３０分間印加して、分極処理を行った。そして、その
分極させた試料を高温の恒温槽中に３０分間保管した
後、圧電特性（横効果電気機械結合係数ｋ₃₁および機械
品質係数Ｑ_m）を測定し、分極度を算出した。

【００１１】図７を参照すると、分極度は保管温度が１
５０℃を越えると下り始め、２００℃を越えると急激に
低下して行く。すなわち、保管温度が分極処理温度を越
えると、一度分極したものが戻り始めることが分る。こ
のことから、圧電トランスにおいて、出力部と入力部と
を、順番に、同一条件で、分極処理を行うという従来の
製造方法では、先に分極処理を施した部分の分極が後の
分極処理時に受ける熱によって戻ってしまい、十分な変
圧比を得ることができなくなってしまうのである。

【００１２】従って本発明は、出力部および入力部の分
極度が従来より高くしかも、クラック発生などのない、
変圧比が大きく信頼の高い圧電トランスを製造する方
法、特に、分極方法を提供することを目的とするもので
ある。

【００１３】本発明の圧電トランスの製造方法は、長板
状の圧電セラミック板に、分極の方向が互いに異る、入
力部及び出力部の二種類の領域を設けてなる圧電トラン
スを製造する方法であって、前記入力部及び出力部をそ
れぞれ前記分極の方向に分極させるための分極工程を含
む圧電トランスの製造方法において、前記圧電板の材料
にＰＺＴ系の圧電セラミック材料を用い、前記分極工程
では、始めに、前記圧電セラミック板をキュリー点−１
５°Ｃの温度以上に加熱した後、分極距離の長い方の領
域に分極させるべき方向の直流電圧を印加し、その直流
電圧を一定に保持しつつ１００°Ｃ以下になるまで徐冷
した後、電圧印加を停止する第１の分極処理と、次に、
前記圧電セラミック板を前記第１の分極処理における温
度より低い温度に加熱した後、分極距離の短い方の領域
に分極させるべき方向の直流電圧を所定時間印加し、そ
の直流電圧の印加を停止後、急冷する第２の分極処理の
二段階で分極処理することを特徴とする。

【００１４】又、上記の圧電トランスの製造方法におい
て、前記第１の分極処理で、徐冷するのに替えて、急冷
することを特徴とする。

【００１５】更に、上記の圧電トランスの製造方法にお
いて、前記分極距離の長い方の領域に印加した直流電圧
を一定に保つのに替えて、前記徐冷又は急冷の開始か
ら、前記印加した直流電圧を徐々に上昇させて行くこと
を特徴とする。

【００１６】本発明において第１の分極処理では、分極
距離が長く印加電圧に伴うひずみ量の大きい方の領域つ
まり出力部を、キュリー点−１５°Ｃの温度以上の高温
で分極処理することで、低電界で分極できるようにして
いる。これにより、応力の集中する出力部の電極近傍で
のひずみを少くしながら、高い分極度を得る。一方、第
２分極処理では、分極距離が短くひずみ量の小さい領域
つまり入力部を、出力部より低い温度、高い電界で分極
処理している。これにより、先に分極させた出力部の分
極が、後から行われる入力部の分極処理の際の加熱で戻
ることを防ぎ、出力部の分極度を従来より高めている。

【００１７】第１の分極処理の際の冷却を急冷で行う
と、圧電セラミック板が高温に曝されている時間が短く
なるので、出力部では高温による分極の戻りが小さくな
り、その分、分極度が高くなる。

【００１８】更に第１の分極処理の際に、圧電セラミッ
ク板の内部抵抗が温度の低下に伴って上昇する現象を利
用して、出力部に印加した直流電圧を徐々に高めて行く
と、その高めた分、出力部の分極度が高まる。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て、説明する。本発明者は、以下に述べる幾つかの実施
の形態の分極方法により、図６に斜視図を示す構造の圧
電トランスを作製し、出力部および入力部の分極度を測
定した。又、完成したトランスを動作させ、性能を評価
した。

【００２０】始めに、全ての実施の形態に共通な事項に
ついて、述べる。（１）製造工程先ず、圧電セラミック板１０を形成する。

【００２１】ＰＺＴ系の圧電性セラミック材料としてＮ
ＥＰＥＣ８（商品名：（株）トーキン）を用い、これを
焼成して、キュリー点が３１０℃で、平面形状３７×
５．３ｍｍ、厚さ１．３ｍｍの長板状の焼結体を得た。

【００２２】次に、入・出力電極１３Ａ，１３Ｂ，１
４Ａ，１４Ｂ，１５Ａ，１５Ｂを形成する。

【００２３】銀ペーストを使用した厚膜スクリーン印刷
法によりパターン形成した後、６００℃で焼き付けた。
出力部１２の電極１５Ａ，１５Ｂと入力部１１Ｌ側の入
力電極１３Ａ，１３Ｂとの距離および入力部１１Ｒ側の
入力電極１４Ａ．１４Ｂとの距離は、それぞれ６ｍｍで
ある。

【００２４】次いで、出力部１２の分極処理（第１分
極処理）を行う。

【００２５】入力部１１Ｌ，１１Ｒの上下に設けられた
四つの電極１３Ａ，１４Ａ，１３Ｂ，１４Ｂを、治具で
短絡させる。又、出力部１２の上下の電極１５Ａ，１５
Ｂどうしを、同じく治具で、短絡させる。そして、高温
の恒温槽中で加熱しながら、入力部側の四つの電極をア
ース電位として出力側の二つの電極に直流電圧を加え
る。分極処理時の温度プロファイルおよび電圧プロファ
イルについては、後に、実施の形態ごとに詳述する。

【００２６】更に、入力部１１Ｌ，１１Ｒの分極処理
（第２分極処理）を行う。

【００２７】前の第１分極処理で各電極の短絡に用いた
治具を全て取り外し、入力部１１Ｌ，１１Ｒの上側の二
つの電極１３Ａ，１４Ａどうしを、治具で短絡させる。
又、下側の二つの電極１３Ｂ，１４Ｂどうしを、同じく
治具で、短絡させる。そして、シリコーンオイル中で加
熱しながら、上側の電極１３Ａ，１４Ａと下側の電極１
３Ｂ，１４Ｂとの間に直流電圧を加える。分極処理時の
温度プロファイルおよび電圧プロファイルについては、
後に、実施の形態ごとに詳述する。以上の工程で、圧電
トランスが完成する。（２）分極度測定およびトランス性能評価トランス完成後、それぞれの入・出力電極に導線を取り
付け、入力部および出力部それぞれの分極度を測定し
た。又、トランスの性能評価を行った。

【００２８】分極度測定横効果電気機械結合係数ｋ_31eff及び縦効果電気機械結
合係数ｋ_33effを測定し、その測定値から分極度を算出
した。測定結果については、後に、実施の形態ごとに詳
述する。

【００２９】トランス性能評価図２に示す測定回路により、トランスの入力電極に交流
電圧を加え、動作中のトランスの表面温度を測定した。
図２を参照して、直径３ｍｍφ、長さ２２０ｍｍの冷陰
極管２２にバラストコンデンサ２１（容量８ｐＦ）を直
列接続したものを、負荷とした。圧電トランス１への入
力にはシンセサイザ２９を用い、その交流正弦波出力を
アンプ２０により増幅して入力した。入力の際には、ト
ランスの長さ３次振動モードの共振周波数（約１３０ｋ
Ｈｚ）近傍で、出力電流５ｍＡで入力電圧が最低となる
ように、入力周波数を調整した。トランスの表面温度測
定には非接触式赤外線熱画像装置を用い、トランスの出
力部表面で最も温度上昇の大きい位置での温度を採用し
た。評価結果については、後に、実施の形態ごとに詳述
する。

【００３０】尚、分極度測定および性能評価に当って
は、トランスの機械振動の節に相当する位置で、入・出
力電極それぞれの中央に、０．１ｍｍφの銅線をはんだ
付けした。

【００３１】以下に、第１の実施の形態から第４の実施
の形態について、実施の形態ごとに説明する。

【００３２】〔第１の実施の形態〕図１は、本実施の形
態における、第１分極処理（出力部の分極処理）および
第２分極処理（入力部の分極処理）時の、温度プロファ
イルおよび電圧プロファイルを示す図である。図１を参
照して、本実施の形態では、第１分極処理で、トランス
を恒温槽中で３２５℃に加熱し、出力部に３ｋＶ（０．
５ｋＶ／ｍｍ）の直流電圧を印加した状態で５時間掛け
て１００℃以下に徐冷した。次いで第２分極処理で、ト
ランスをシリコーンオイル中で１５０℃に加熱し、入力
部に２．６ｋＶ（２．０ｋＶ／ｍｍ）の直流電圧を２０
分間印加した後、電圧印加を停止すると同時に取り出
し、急冷した。

【００３３】このようにして得たトランスを洗浄、乾燥
した後、１０個につき分極度を確認したところ、入力部
は９９％、出力部は９４％の平均分極度であった。

【００３４】又、図２に示す回路で、入力電極に交流電
圧３４Ｖ_rms を入力し、１０個ともに、５ｍＡ，２．５
Ｗの出力を得た。このとき、トランスの平均温度上昇
は、２５℃であった。

【００３５】更に、第１分極処理の温度を変えて分極度
を測定したところ、２９５℃以上であれば、０．５ｋＶ
／ｍｍの直流電界で同等の分極度が得られることが、判
明した。

【００３６】次に、比較例として、従来の分極方法によ
り、出力部および入力部を分極処理した。先ず、空気中
で１５０℃、２．０ｋＶ／ｍｍの条件、すなわち、（圧
電セラミック焼結体の分極処理条件としては）比較的低
温、高電界で、出力部の分極処理を試みた。しかし、処
理時に放電が生じたり、分極が終了した後のトランスに
クラックが見られ、分極電界を低下させる必要があるこ
とが、分った。

【００３７】その後、分極処理温度を先の温度より高
め、直流電界を先の電界より低めた条件つまり中温度，
中電界の条件に変更し、出力部，入力部の順に同一条件
で分極処理した。すなわち、シリコーンオイルを用いて
トランスを２００℃とし、出力部に６．０ｋＶ（１．０
ｋＶ／ｍｍ）の直流電圧を２０分間印加して分極処理を
行い、次に、同じくシリコーンオイル中、２００℃で、
入力部に１．３ｋＶ（１．０ｋＶ／ｍｍ）の直流電圧を
２０分間印加して、入力部を分極処理した。このトラン
スの１０個について分極度を確認したところ、入力部の
平均分極度は９７％であったが、出力部は平均分極度が
９０％で、分極度に低下が見られた。

【００３８】そこで、更に検討の結果、図３に示す条件
で分極処理を行った。すなわち、トランスを１５０℃の
シリコーンオイル中に入れた後、温度を２００℃に上
げ、出力部に６．０ｋＶ（１．０ｋＶ／ｍｍ）の直流電
圧を２０分間印加し、電圧印加停止後ただちにトランス
を取り出して急冷することにより、出力部を分極処理し
た（第１分極処理）。次に、１５０℃のシリコーンオイ
ル中で、入力部に２．６ｋＶ（２．０ｋＶ／ｍｍ）の直
流電圧を２０分間印加し、電圧印加停止後ただちにトラ
ンスを取り出して急冷することにより、入力部を分極処
理した（第２分極処理）。このようにして得たトランス
１０個につき分極度を確認したところ、入力部は９７
％、出力部は９３％の平均分極度であった。又、図２に
示す回路で、入力電極に交流電圧３７Ｖ_rms を入力し、
１０個ともに５ｍＡ，２．５Ｗの出力を得た。しかし、
このとき、圧電トランスの平均温度上昇は３５℃と高い
値を示した。又、試験中に２個の圧電トランスには、出
力部電極近傍にクラックが発生した。

【００３９】〔第２の実施の形態〕図４は、本実施の形
態における、第１分極処理（出力部の分極処理）および
第２分極処理（入力部の分極処理）時の、温度プロファ
イルおよび電圧プロファイルを示す図である。図４を参
照して、本実施の形態では、第１分極処理で、トランス
を恒温槽中（急冷用の強制空冷装置付）で３２５℃に加
熱し、出力部に３ｋＶ（０．５ｋＶ／ｍｍ）の直流電圧
を印加した状態で、強制空冷装置を用いて−４．５℃／
分の温度勾配で１００℃以下に冷却した。次いで、シリ
コーンオイル中で、第２分極処理を施した。分極処理条
件は、第１の実施の形態における第２分極処理の条件と
同一である。

【００４０】このようにして得たトランスを洗浄、乾燥
した後、１０個につき分極度を確認したところ、入力部
は９９％、出力部は９６％と、第１の実施の形態に比べ
ても更に良好な平均分極度であった。又、図２に示す回
路で、入力電極に交流電圧３０Ｖ_rms を入力し、１０個
ともに、５ｍＡ，２．５Ｗの出力を得た。このとき、ト
ランスの平均温度上昇は２０℃で、第１の実施の形態に
おける２５℃よりも、低かった。

【００４１】前述したように、ＰＺＴ等の圧電セラミッ
ク焼結体の分極処理は、温度が高いほど低電界で済む。
特に、キュリー点以上の高い温度で分極させると、非常
に短い時間で分極が完了する。しかし一方では、分極処
理温度が高ければ高いほど、処理後の冷却過程で高温に
曝されている時間が長くなるので、分極の戻りが大きく
なってしまう。このような、高温による分極の戻りは、
セラミックに電界を加えた状態であっても、程度の違い
はあれ、同様に見られる。従って、第１の実施の形態の
ように第１分極処理の際の冷却を徐冷で行うときには、
出力部の分極度がその徐冷過程で多少低下することは、
免れ難い。そこで、本実施の形態では、その対策とし
て、第１分極処理に際してトランスに熱膨張、熱収縮に
よるクラックを生じさせない程度の急冷を行い、トラン
スが高い温度に曝される時間を短くすることによって、
分極度の低下を防止しているのである。本実施例では、
第１分極処理における冷却速度を−４．５℃／分とした
が、−５０℃／分程度までであれば、クラック発生など
の点では特に問題がないことを確認した。

【００４２】〔第３の実施の形態〕図５は、本実施の形
態における、第１分極処理（出力部の分極処理）および
第２分極処理（入力部の分極処理）時の、温度プロファ
イルおよび電圧プロファイルを示す図である。図５を参
照して、本実施の形態では、第１分極処理で、トランス
を恒温槽中（空冷装置付）で３２５℃に加熱し、出力部
に３ｋＶ（０．５ｋＶ／ｍｍ）の直流電圧を印加した。
その後、約−２．０℃／分の温度勾配で冷却しながら１
５０℃になる迄の間、温度の低下につれて、電圧を約−
１５Ｖ／℃の割合で増加させた。そして、最終的にトラ
ンス温度が１００℃以下になる迄に、６．５ＫＶ（約
１．１ｋＶ／ｍｍ）の電圧を印加した。次いで、シリコ
ーンオイル中で、第２分極処理を施した。分極処理条件
は、第１の実施の形態における第２分極処理の条件と同
一である。

【００４３】このようにして得たトランスを洗浄、乾燥
した後、１０個につき分極度を確認したところ、入力部
は９９％、出力部は９５％と、第１の実施の形態に比べ
ても更に良好な平均分極度であった。又、図２に示す回
路で、入力電極に交流電圧３２Ｖ_rms を入力し、１０個
ともに、５ｍＡ，２．５Ｗの出力を得た。このとき、ト
ランスの平均温度上昇は２２℃で、第１の実施の形態に
おける２５℃よりも、低かった。

【００４４】第１の実施の形態に見られる、分極処理の
際の冷却時の分極度低下を防止する方法としては、印加
電界を高くすることが有効である。しかし、温度が高い
と圧電セラミックの内部抵抗が低いので、分極処理開始
当初のまだ高温のときには、印加できる電界には制限が
ある。そこで、本実施の形態では、セラミックの冷却時
に、その冷極に応じて内部抵抗が上昇することを利用し
て、印加電界を漸増させ、これにより冷却時の分極度低
下を防いでいる。本実施の形態では、第１分極処理を空
気雰囲気中で行っているため、圧電セラミック表面での
リーク発生などの関係で、低温になった後の印加電界を
１．１ｋＶ／ｍｍとそれ程高くはできなかったが、トラ
ンス表面に絶縁油脂等を塗布するなど放電対策を講じれ
ば、もっと大きな効果を期待できる。

【００４５】〔第４の実施の形態〕第１分極処理時に、
第２の実施の形態における第１分極処理時と同じ急冷条
件（−４．５℃／分。図４参照）で冷却しながら、第３
の実施の形態における第１の分極処理時と同じ電圧上昇
条件（−１５Ｖ／℃。図５参照）で漸増させた。その
後、第２分極処理を、第１〜第３の実施の形態における
第２分極処理と同一の条件で行った。

【００４６】このようにして得たトランスを洗浄、乾燥
した後、５個につき分極度を確認したところ、入力部は
９９％、出力部は９７％と、第１の実施の形態に比べて
も更に良好な平均分極度であった。又、図２に示す回路
で、入力電極に交流電圧３０Ｖ_rms を入力し、５ｍＡ，
２．５Ｗの出力を得た。このとき、トランスの平均温度
上昇は１９℃で、第１の実施の形態における２５℃より
も、低かった。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、第１
の分極処理で、分極距離が長く印加電圧に伴うひずみ量
の大きい方の出力部をキュリー点−１５°Ｃの温度以上
の高温で分極処理することで、低電界で分極できるよう
にしている。これにより、応力の集中する出力部の電極
近傍でのひずみを少くしながら、高い分極度を得てい
る。又、第２分極処理では、分極距離が短くひずみ量の
小さい入力部を、出力部より低い温度、高い電界で分極
処理している。これにより、先に分極させた出力部の分
極が、後から行われる入力部の分極処理の際の加熱で戻
ることを防ぎ、出力部の分極度を従来より高めている。

【００４８】これにより本発明によれば、変圧比が大き
くしかも、クラックなどの機械的損傷のない信頼性に高
い圧電トランスを提供することができる。

【００４９】第１の分極処理の際の冷却を急冷で行う
と、圧電セラミック板が高温に曝されている時間が短く
なるので、出力部では高温による分極の戻りが小さくな
り、その分、分極度が高くなり、変圧比を更に大きくで
きる。

【００５０】更に、第１の分極処理の際に、圧電セラミ
ック板の内部抵抗が温度の低下に伴って上昇する現象を
利用して、出力部に印加した直流電圧を冷却開始と同時
に徐々に高めて行くと、その高めた分、出力部の分極度
が高まるので、変圧比をより大きくできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における分極処理条
件を示す図である。

【図２】圧電トランスの性能評価に用いた回路の回路図
である。

【図３】比較例の製造方法における分極処理条件を示す
図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態における分極処理条
件を示す図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態における分極処理条
件を示す図である。

【図６】圧電トランスの一例の斜視図である。

【図７】分極させた圧電セラミック焼結体における、保
管温度と分極度の低下との関係を示す図である。

【符号の説明】１圧電トランス１０セラミック板１１Ｌ，１１Ｒ入力部１２出力部１３Ａ，１３Ｂ，１４Ａ，１４Ｂ入力電極１５Ａ，１５Ｂ出力電極１７Ａ，１７Ｂ入力端子１８Ａ，１８Ｂ出力端子２０アンプ２１バラストコンデンサ２２冷陰極管２９シンセサイザ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】長板状の圧電セラミック板に、分極の方
向が互いに異る、入力部及び出力部の二種類の領域を設
けてなる圧電トランスを製造する方法であって、前記入
力部及び出力部をそれぞれ前記分極の方向に分極させる
ための分極工程を含む圧電トランスの製造方法におい
て、前記圧電セラミック板の材料にＰＺＴ系の圧電セラミッ
ク材料を用い、前記分極工程では、始めに、前記圧電セラミック板をキ
ュリー点−１５°Ｃの温度以上に加熱した後、分極距離
の長い方の領域に分極させるべき方向の直流電圧を印加
し、その直流電圧を一定に保持しつつ１００°Ｃ以下に
なるまで徐冷した後、電圧印加を停止する第１の分極処
理と、次に、前記圧電セラミック板を前記第１の分極処理にお
ける温度より低い温度に加熱した後、分極距離の短い方
の領域に分極させるべき方向の直流電圧を所定時間印加
し、その直流電圧の印加を停止後、急冷する第２の分極
処理の二段階で分極処理することを特徴とする圧電トラ
ンスの製造方法。
【請求項２】請求項１に記載の圧電トランスの製造方
法において、前記第１の分極処理で、徐冷するのに替えて、急冷する
ことを特徴とする圧電トランスの製造方法。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載の圧電トラ
ンスの製造方法において、前記分極距離の長い方の領域に印加した直流電圧を一定
に保つのに替えて、前記徐冷又は急冷の開始から、前記
印加した直流電圧を徐々に上昇させて行くことを特徴と
する圧電トランスの製造方法。