JPH09331086A - 積層型圧電トランスおよびその製造方法 - Google Patents
積層型圧電トランスおよびその製造方法Info
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- JPH09331086A JPH09331086A JP14929596A JP14929596A JPH09331086A JP H09331086 A JPH09331086 A JP H09331086A JP 14929596 A JP14929596 A JP 14929596A JP 14929596 A JP14929596 A JP 14929596A JP H09331086 A JPH09331086 A JP H09331086A
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 変換効率・昇圧比が向上した積層型圧電トラ
ンスを提供する。 【解決手段】 長板状圧電体の長さ方向の両端側で、厚
さ方向に分極された圧電体１１１と内部電極１１２が複
数積層された駆動部１１と、２つの駆動部１１に挟まれ
た部分で、圧電体１１１と内部電極１１３が複数積層さ
れ、長さ方向に分極された発電部１２と、内部電極１１
２，１１３が内部電極取り出し用開孔１１４と内部電極
接続用電極１１６を介して電気的に接続されている。
ンスを提供する。 【解決手段】 長板状圧電体の長さ方向の両端側で、厚
さ方向に分極された圧電体１１１と内部電極１１２が複
数積層された駆動部１１と、２つの駆動部１１に挟まれ
た部分で、圧電体１１１と内部電極１１３が複数積層さ
れ、長さ方向に分極された発電部１２と、内部電極１１
２，１１３が内部電極取り出し用開孔１１４と内部電極
接続用電極１１６を介して電気的に接続されている。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、各種の高電圧発生
用電源回路で用いられる圧電トランスに関し、特に長板
状圧電トランスの長さ方向の両端側に、厚さ方向に分極
された圧電体と内部電極が交互に複数層積層された駆動
部または長さ方向に分極された圧電体と内部電極が形成
された層が複数層積層された駆動部が配置され、前記二
つの駆動部に挟まれた部分で、長さ方向の中心を含む中
央部に長さ方向に分極された発電部が配置された積層型
圧電トランスに関する。
用電源回路で用いられる圧電トランスに関し、特に長板
状圧電トランスの長さ方向の両端側に、厚さ方向に分極
された圧電体と内部電極が交互に複数層積層された駆動
部または長さ方向に分極された圧電体と内部電極が形成
された層が複数層積層された駆動部が配置され、前記二
つの駆動部に挟まれた部分で、長さ方向の中心を含む中
央部に長さ方向に分極された発電部が配置された積層型
圧電トランスに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、テレビジョンの偏向装置や複写機
の帯電装置など高電圧を必要とする装置内の電源回路で
は、高電圧発生用の変圧素子として巻線型の電磁トラン
スが用いられてきた。この電磁トランスは磁性体のコア
に導線を巻き付ける構造になっており、高い変性比を実
現するためには巻き付ける導線の数を多くする必要があ
る。このため、小型の電磁トランスを実現するのは非常
に困難であった。
の帯電装置など高電圧を必要とする装置内の電源回路で
は、高電圧発生用の変圧素子として巻線型の電磁トラン
スが用いられてきた。この電磁トランスは磁性体のコア
に導線を巻き付ける構造になっており、高い変性比を実
現するためには巻き付ける導線の数を多くする必要があ
る。このため、小型の電磁トランスを実現するのは非常
に困難であった。
【０００３】これに対し、圧電効果を用いた圧電トラン
スが提案されている。
スが提案されている。
【０００４】圧電トランスにおいて、昇圧比は駆動部の
電極間の厚みと発電部の長さで決まり、高い昇圧比を得
るためには、厚みに薄く、長さを長くする必要がある。
電極間の厚みと発電部の長さで決まり、高い昇圧比を得
るためには、厚みに薄く、長さを長くする必要がある。
【０００５】しかし、従来の圧電トランスの場合、圧電
板が単板であることから、駆動部の電極間の厚みを薄く
するには自ずと限界があり（実用的に０．５ｍｍ）、長
さについても小型化という点から制限されてしまう。ま
た、電極間の厚みを薄くしていった場合、圧電トランス
の変換効率が低下するという問題もある。
板が単板であることから、駆動部の電極間の厚みを薄く
するには自ずと限界があり（実用的に０．５ｍｍ）、長
さについても小型化という点から制限されてしまう。ま
た、電極間の厚みを薄くしていった場合、圧電トランス
の変換効率が低下するという問題もある。
【０００６】このような問題を改善した圧電トランスと
しては、例えば、特開平６−２２４４８４で示されるよ
うな積層型の圧電トランスがある（図９）。
しては、例えば、特開平６−２２４４８４で示されるよ
うな積層型の圧電トランスがある（図９）。
【０００７】図９において、９１で示す部分は圧電トラ
ンスの低インピーダンスの駆動部で、圧電体９１１と内
部電極９１２，９１３が交互に複数枚積層されており、
上下面に外部電極９１４，９１５（９１５は９１４の反
対面に形成、図示せず）がそれぞれ形成されている。ま
た、それぞれ一層おきに対向する側面上に露出した内部
電極９１２，９１３を電気的に接続する外部電極９１
６，９１７（９１７は９１６の反対面に形成、図示せ
ず）が設けられている。そして、これらの電極間は厚み
方向に分極されている。また、９２で示す部分は高イン
ピーダンスの発電部であり、帯状電極９１８が設けられ
ており、この部分は圧電トランスの長さ方向に分極され
ている。外部電気端子９１９と９２０間に交流電圧を入
力して本圧電トランスを駆動すると、外部電極端子９１
９と９２１間に電圧が出力される。
ンスの低インピーダンスの駆動部で、圧電体９１１と内
部電極９１２，９１３が交互に複数枚積層されており、
上下面に外部電極９１４，９１５（９１５は９１４の反
対面に形成、図示せず）がそれぞれ形成されている。ま
た、それぞれ一層おきに対向する側面上に露出した内部
電極９１２，９１３を電気的に接続する外部電極９１
６，９１７（９１７は９１６の反対面に形成、図示せ
ず）が設けられている。そして、これらの電極間は厚み
方向に分極されている。また、９２で示す部分は高イン
ピーダンスの発電部であり、帯状電極９１８が設けられ
ており、この部分は圧電トランスの長さ方向に分極され
ている。外部電気端子９１９と９２０間に交流電圧を入
力して本圧電トランスを駆動すると、外部電極端子９１
９と９２１間に電圧が出力される。
【０００８】本圧電トランスは、グリーンシート法によ
りセラミックスおよび内部電極９１２，９１３を積層・
燒結した後、外部電極９１４，９１５を焼成して得られ
る。このため、電極間の厚みを安定に薄くでき、昇圧比
も高くできる。また、積層することにより圧電体の全体
の厚みも厚くできることから、単板のように変換効率が
低下することもない。
りセラミックスおよび内部電極９１２，９１３を積層・
燒結した後、外部電極９１４，９１５を焼成して得られ
る。このため、電極間の厚みを安定に薄くでき、昇圧比
も高くできる。また、積層することにより圧電体の全体
の厚みも厚くできることから、単板のように変換効率が
低下することもない。
【０００９】また、開孔を介して内部電極を接続する技
術として、特開平３−１５１６７７に示されている積層
型圧電アクチュエータがある。これは図１１に示すよう
なもので、円筒状の積層型圧電アクチュエータ１１００
に、縁部まで電極を延在させた開孔１１０１と縁部を除
いて電極を近傍まで延在させた開孔１１０２を形成し、
これをそれぞれ交互に重なるように積層し、開孔１１０
１，１１０２内を導電性弾性体１１０３で充填し、各内
部電極を接続しているものであり、開孔１１０１，１１
０２の径としてはφ１〜２ｍｍである。開孔１１０１，
１１０２内への導電性弾性体１１０３の充填は、開孔１
１０１，１１０２を設けた圧電体ペレットを積層・燒結
後、開孔１１０１，１１０２に導電性圧電体１１０３を
圧入することにより行われる。
術として、特開平３−１５１６７７に示されている積層
型圧電アクチュエータがある。これは図１１に示すよう
なもので、円筒状の積層型圧電アクチュエータ１１００
に、縁部まで電極を延在させた開孔１１０１と縁部を除
いて電極を近傍まで延在させた開孔１１０２を形成し、
これをそれぞれ交互に重なるように積層し、開孔１１０
１，１１０２内を導電性弾性体１１０３で充填し、各内
部電極を接続しているものであり、開孔１１０１，１１
０２の径としてはφ１〜２ｍｍである。開孔１１０１，
１１０２内への導電性弾性体１１０３の充填は、開孔１
１０１，１１０２を設けた圧電体ペレットを積層・燒結
後、開孔１１０１，１１０２に導電性圧電体１１０３を
圧入することにより行われる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の圧電ト
ランスは下記のような問題点がある。
ランスは下記のような問題点がある。
【００１１】（１）従来のローゼン３次型圧電トランス
において、低い入力電圧で高い出力電圧を取り出すた
め、昇圧比を高くしようとした場合、駆動部の電極間の
厚みを薄くするか、または、発電部の長さを長くする必
要があるが、圧電板が単板であることから、駆動部の電
極間の厚みを薄くするには自ずと限界があり、発電部の
長さについても、小型化という点から制限されてしま
う。また、電極間の厚みを薄くしていった場合、圧電ト
ランスの変換効率が低下するという問題もある。
において、低い入力電圧で高い出力電圧を取り出すた
め、昇圧比を高くしようとした場合、駆動部の電極間の
厚みを薄くするか、または、発電部の長さを長くする必
要があるが、圧電板が単板であることから、駆動部の電
極間の厚みを薄くするには自ずと限界があり、発電部の
長さについても、小型化という点から制限されてしま
う。また、電極間の厚みを薄くしていった場合、圧電ト
ランスの変換効率が低下するという問題もある。
【００１２】（２）積層型圧電トランスにすることによ
り電極間の厚みを薄くできることから、昇圧比としては
高くできるが、図９に示した従来例のように、側面で内
部電極９１２，９１３を電気的に接続する構成にする
と、変換効率が十分取り出せないという問題がある。こ
れは、圧電トランスは振動時、図１０の点線で示すよう
に、厚み方向１００３、幅方向１００１、長さ方向１０
０２に変位しており、図９および図１０（ａ）に示すよ
うな位置で側面に外部電極９１６がある構成の場合、こ
の外部電極９１６が幅方向１００１、厚み方向１００３
の変位を阻害することになり、変換効率が低下すること
になる。
り電極間の厚みを薄くできることから、昇圧比としては
高くできるが、図９に示した従来例のように、側面で内
部電極９１２，９１３を電気的に接続する構成にする
と、変換効率が十分取り出せないという問題がある。こ
れは、圧電トランスは振動時、図１０の点線で示すよう
に、厚み方向１００３、幅方向１００１、長さ方向１０
０２に変位しており、図９および図１０（ａ）に示すよ
うな位置で側面に外部電極９１６がある構成の場合、こ
の外部電極９１６が幅方向１００１、厚み方向１００３
の変位を阻害することになり、変換効率が低下すること
になる。
【００１３】（３）従来の積層型圧電トランスを製造す
る場合、グリーンシート法によりセラミックスおよび内
部電極を積層・燒結した後、外部電極を焼成して形成し
ている。このため、焼成のための熱履歴を２回受けるこ
とになり、圧電トランスの変換効率が低下するという問
題がある。また、電極形成を２回行わねばならないこと
から、工数がかかるという問題もある。特に、外部電極
の形成においては、上下面の全面電極と側面の電極を形
成しなければならず、工数上問題となる。
る場合、グリーンシート法によりセラミックスおよび内
部電極を積層・燒結した後、外部電極を焼成して形成し
ている。このため、焼成のための熱履歴を２回受けるこ
とになり、圧電トランスの変換効率が低下するという問
題がある。また、電極形成を２回行わねばならないこと
から、工数がかかるという問題もある。特に、外部電極
の形成においては、上下面の全面電極と側面の電極を形
成しなければならず、工数上問題となる。
【００１４】（４）従来例における開孔の径はφ１〜２
ｍｍと大きいことから、積層型圧電トランスの内部電極
接続用開孔としてみた場合、その形成位置にもよるが、
圧電トランスの振動を阻害する危険性がある。すなわち
圧電トランスの振動方向に対し重量負荷となり、振動を
阻害する危険性がある。また、開孔内への導電体の充填
の方法も、積層後圧入により行っていることから、高昇
圧化のためセラミックスの厚みを薄くし、積層数を増や
した場合など電極切れの危険性がある。
ｍｍと大きいことから、積層型圧電トランスの内部電極
接続用開孔としてみた場合、その形成位置にもよるが、
圧電トランスの振動を阻害する危険性がある。すなわち
圧電トランスの振動方向に対し重量負荷となり、振動を
阻害する危険性がある。また、開孔内への導電体の充填
の方法も、積層後圧入により行っていることから、高昇
圧化のためセラミックスの厚みを薄くし、積層数を増や
した場合など電極切れの危険性がある。
【００１５】本発明の目的は、変換効率および昇圧比を
十分大きく取り出せる積層型圧電トランスおよびその製
造方法を提供することである。
十分大きく取り出せる積層型圧電トランスおよびその製
造方法を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の積層型圧電トラ
ンスは、長板状圧電トランスの長さ方向の両端側に、厚
さ方向に分極された圧電体と内部電極が交互に複数層積
層された駆動部が配置され、前記二つの駆動部に挟まれ
た部分で、長さ方向の中心を含む中央部に長さ方向に分
極された発電部が配置された積層型圧電トランスにおい
て、最外層がセラミックスの層で形成され、前記最外層
に内部電極取り出し用の開孔が形成され、前記二つの駆
動部の内部電極が全面電極のパターンで形成され、前記
駆動部の内部電極の端部の二つのコーナーのうち、一方
は導電体が充填された開孔が形成され、もう一方は縁部
の電極が除去されたパターンで導電体が充填された開孔
が形成され、前記導電体が充填された開孔と前記縁部の
電極が除去されたパターンで導電体が充填された開孔と
が、それぞれ交互に重なり合うように積層されて、内部
電極が一層おきに接続され、さらに前記発電部の内部電
極が帯状に形成され、少なくとも一方の端部に導電体が
充填された開孔が形成され、前記導電体が充填された開
孔がそれぞれ重なり合うように積層されて内部電極が接
続されている。
ンスは、長板状圧電トランスの長さ方向の両端側に、厚
さ方向に分極された圧電体と内部電極が交互に複数層積
層された駆動部が配置され、前記二つの駆動部に挟まれ
た部分で、長さ方向の中心を含む中央部に長さ方向に分
極された発電部が配置された積層型圧電トランスにおい
て、最外層がセラミックスの層で形成され、前記最外層
に内部電極取り出し用の開孔が形成され、前記二つの駆
動部の内部電極が全面電極のパターンで形成され、前記
駆動部の内部電極の端部の二つのコーナーのうち、一方
は導電体が充填された開孔が形成され、もう一方は縁部
の電極が除去されたパターンで導電体が充填された開孔
が形成され、前記導電体が充填された開孔と前記縁部の
電極が除去されたパターンで導電体が充填された開孔と
が、それぞれ交互に重なり合うように積層されて、内部
電極が一層おきに接続され、さらに前記発電部の内部電
極が帯状に形成され、少なくとも一方の端部に導電体が
充填された開孔が形成され、前記導電体が充填された開
孔がそれぞれ重なり合うように積層されて内部電極が接
続されている。
【００１７】また、本発明の他の積層型圧電トランス
は、長板状圧電トランスの長さ方向の両端側に、長さ方
向に分極された圧電体と内部電極が形成された層が複数
層積層された駆動部が配置され、前記二つの駆動部に挟
まれた部分で、長さ方向の中心を含む中央部に長さ方向
に分極された発電部が配置された積層型圧電トランスに
おいて、最外層がセラミックスの層で形成され、前記最
外層に内部電極取り出し用の開孔が形成され、前記二つ
の駆動部の内部電極が少なくとも二つの帯状電極のパタ
ーンで形成され、各帯状電極の少なくとも一方の端部に
導電体が充填された開孔が形成され、前記導電体が充填
された開孔がそれぞれ重なり合うように積層されて内部
電極が接続され、さらに前記発電部の内部電極が帯状に
形成され、少なくとも一方の端部に導電体が充填された
開孔が形成され、前記導電体が充填された開孔がそれぞ
れ重なり合うように積層されて内部電極が接続されてい
る。
は、長板状圧電トランスの長さ方向の両端側に、長さ方
向に分極された圧電体と内部電極が形成された層が複数
層積層された駆動部が配置され、前記二つの駆動部に挟
まれた部分で、長さ方向の中心を含む中央部に長さ方向
に分極された発電部が配置された積層型圧電トランスに
おいて、最外層がセラミックスの層で形成され、前記最
外層に内部電極取り出し用の開孔が形成され、前記二つ
の駆動部の内部電極が少なくとも二つの帯状電極のパタ
ーンで形成され、各帯状電極の少なくとも一方の端部に
導電体が充填された開孔が形成され、前記導電体が充填
された開孔がそれぞれ重なり合うように積層されて内部
電極が接続され、さらに前記発電部の内部電極が帯状に
形成され、少なくとも一方の端部に導電体が充填された
開孔が形成され、前記導電体が充填された開孔がそれぞ
れ重なり合うように積層されて内部電極が接続されてい
る。
【００１８】本発明の実施態様によれば、最外層に形成
された内部電極取り出し用の開孔に導電体が充填されて
いる。
された内部電極取り出し用の開孔に導電体が充填されて
いる。
【００１９】また、本発明の積層型圧電トランスの製造
方法は、前記セラミックスの層の所定の位置に開孔を設
ける工程と、前記開孔に導電体を充填するとともに所定
の内部電極パターンを形成する工程と、前記開孔のそれ
ぞれを所定の位置で重ね合わせるように前記セラミック
スの層を積層する工程と、前記セラミックスの層、内部
電極および開孔内の導電体を同時に焼成する工程を有す
る。
方法は、前記セラミックスの層の所定の位置に開孔を設
ける工程と、前記開孔に導電体を充填するとともに所定
の内部電極パターンを形成する工程と、前記開孔のそれ
ぞれを所定の位置で重ね合わせるように前記セラミック
スの層を積層する工程と、前記セラミックスの層、内部
電極および開孔内の導電体を同時に焼成する工程を有す
る。
【００２０】本発明の積層型圧電トランスは、圧電トラ
ンスの振動時における入力側での変位をみると、幅方
向、厚み方向、長さ方向において、図４（ａ）、図４
（ｂ）、図８（ａ）、図８（ｂ）、図１０（ａ）、図１
０（ｂ）の点線で示すような変位を示す。
ンスの振動時における入力側での変位をみると、幅方
向、厚み方向、長さ方向において、図４（ａ）、図４
（ｂ）、図８（ａ）、図８（ｂ）、図１０（ａ）、図１
０（ｂ）の点線で示すような変位を示す。
【００２１】内部電極を電気的に接続する電極の位置と
この変位の状態との比較から、トランス特性への影響に
ついて以下に説明する。
この変位の状態との比較から、トランス特性への影響に
ついて以下に説明する。
【００２２】従来例の場合、図１０（ａ）、図１０
（ｂ）に示すように、幅方向１００１、厚み方向１００
３における変位の最大位置に、内部電極を電気的に接続
するための外部電極９１６，９１７が設けられている。
このため、これらの外部電極９１６，９１７が振動時、
変位を阻害してしまい、振動ロスとなって、圧電トラン
スの効率を低下させる原因となっている。
（ｂ）に示すように、幅方向１００１、厚み方向１００
３における変位の最大位置に、内部電極を電気的に接続
するための外部電極９１６，９１７が設けられている。
このため、これらの外部電極９１６，９１７が振動時、
変位を阻害してしまい、振動ロスとなって、圧電トラン
スの効率を低下させる原因となっている。
【００２３】これに対し、本発明の内部電極を電気的に
接続するための電極の形成位置は、図４（ａ）、図４
（ｂ）、図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、幅方向
４１、８１、厚み方向４３、８３、長さ方向４２、８２
とも変位の最大位置にはないことから、振動時に、内部
電極を電気的に接続するための電極が変位を阻害するレ
ベルは、従来例の場合より低くなる。このため、本発明
のような電極の取り出し方法にすれば、振動のロスを小
さくでき、圧電トランスの効率も向上することになる。
接続するための電極の形成位置は、図４（ａ）、図４
（ｂ）、図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、幅方向
４１、８１、厚み方向４３、８３、長さ方向４２、８２
とも変位の最大位置にはないことから、振動時に、内部
電極を電気的に接続するための電極が変位を阻害するレ
ベルは、従来例の場合より低くなる。このため、本発明
のような電極の取り出し方法にすれば、振動のロスを小
さくでき、圧電トランスの効率も向上することになる。
【００２４】また、製造工程における熱履歴のトランス
特性への影響についてみると、従来例においては、セラ
ミックスと内部電極を積層・燒結後、導電性ペーストを
上下面および側面に塗布・焼成することにより外部電極
を形成していることから、トランスは２回熱履歴を受け
ることになる。特に、外部電極を形成する際の焼成プロ
ファイルがトランス特性に影響する。
特性への影響についてみると、従来例においては、セラ
ミックスと内部電極を積層・燒結後、導電性ペーストを
上下面および側面に塗布・焼成することにより外部電極
を形成していることから、トランスは２回熱履歴を受け
ることになる。特に、外部電極を形成する際の焼成プロ
ファイルがトランス特性に影響する。
【００２５】これに対し、本発明の積層型圧電トランス
の製造方法では、セラミックス、内部電極および内部電
極を電気的に接続するための電極を同時に焼成すること
から、トランスが受ける熱履歴は１回で済むことにな
り、トランス特性への熱履歴の影響を低減できる。
の製造方法では、セラミックス、内部電極および内部電
極を電気的に接続するための電極を同時に焼成すること
から、トランスが受ける熱履歴は１回で済むことにな
り、トランス特性への熱履歴の影響を低減できる。
【００２６】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。
図面を参照して説明する。
【００２７】図１は本発明の第１の実施形態の圧電トラ
ンスの斜視図、図２はその断面図、図３はその積層構成
を示す分解斜視図である。
ンスの斜視図、図２はその断面図、図３はその積層構成
を示す分解斜視図である。
【００２８】図１において、１１で示す部分は圧電トラ
ンスの低インピーダンスの駆動部で、圧電体１１１と内
部電極１１２が複数枚積層されており、圧電トランスに
電圧を印加して駆動するための内部電極接続用電極１１
６が形成された内部電極取り出し用開孔１１４が設けら
れている。
ンスの低インピーダンスの駆動部で、圧電体１１１と内
部電極１１２が複数枚積層されており、圧電トランスに
電圧を印加して駆動するための内部電極接続用電極１１
６が形成された内部電極取り出し用開孔１１４が設けら
れている。
【００２９】また、１２で示す部分は高インピーダンス
の発電部で、圧電体１１１と内部電極１１３が複数枚積
層されており、圧電トランスの出力を取り出すための内
部電極接続用電極１１７が形成された内部電極取り出し
用開孔１１５が設けられている。
の発電部で、圧電体１１１と内部電極１１３が複数枚積
層されており、圧電トランスの出力を取り出すための内
部電極接続用電極１１７が形成された内部電極取り出し
用開孔１１５が設けられている。
【００３０】図２（ａ）は図１のＡ−Ａ’面で切断した
状態の断面図、図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ’面で切断し
た状態の断面図、図２（ｃ）は図１のＣ−Ｃ’面で切断
した状態の断面図をそれぞれ示している。
状態の断面図、図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ’面で切断し
た状態の断面図、図２（ｃ）は図１のＣ−Ｃ’面で切断
した状態の断面図をそれぞれ示している。
【００３１】駆動部１１における内部電極１１２の接続
状態を図２（ａ）を用いて説明すると、内部電極１１２
を一層おきに交互に接続するため、内部電極接続用電極
１１６が充填された開孔１１４を介して電気的な接続を
とるとともに、一層おきに設けられた空白部１１８によ
り絶縁している。そして、これらの内部電極１１２間は
厚み方向に分極されている。
状態を図２（ａ）を用いて説明すると、内部電極１１２
を一層おきに交互に接続するため、内部電極接続用電極
１１６が充填された開孔１１４を介して電気的な接続を
とるとともに、一層おきに設けられた空白部１１８によ
り絶縁している。そして、これらの内部電極１１２間は
厚み方向に分極されている。
【００３２】また、発電部１２での出力を取り出すため
の内部電極１１２の接続状態を図２（ａ）を用いて説明
すると、内部電極接続用電極１１７が充填された開孔１
１５を介して、内部電極１１２が全層電気的に接続され
ている。
の内部電極１１２の接続状態を図２（ａ）を用いて説明
すると、内部電極接続用電極１１７が充填された開孔１
１５を介して、内部電極１１２が全層電気的に接続され
ている。
【００３３】次に、図３を用いて、内部電極のパターン
について説明する。
について説明する。
【００３４】図３（ａ）および図３（ｅ）は最外層に位
置する圧電体の層で、駆動部１１および内部電極接続用
電極１１６および１１７がそれぞれ形成されており（図
３（ｅ）については図示せず）、３１２は駆動部１１に
おける内部電極１１２のパターンで、全面内部電極にな
っており、端部のコーナーに、内部電極１１２を一層お
きに交互に接続するための内部電極接続用電極１１５に
充填された開孔１１４が形成され、この周りに空白部１
１８が設けられて一層おきの絶縁を図っている。また、
図示していないが、反対側のコーナーには同様に内部電
極を接続するための開孔が形成されており、この周りに
は空白部が設けられていない。
置する圧電体の層で、駆動部１１および内部電極接続用
電極１１６および１１７がそれぞれ形成されており（図
３（ｅ）については図示せず）、３１２は駆動部１１に
おける内部電極１１２のパターンで、全面内部電極にな
っており、端部のコーナーに、内部電極１１２を一層お
きに交互に接続するための内部電極接続用電極１１５に
充填された開孔１１４が形成され、この周りに空白部１
１８が設けられて一層おきの絶縁を図っている。また、
図示していないが、反対側のコーナーには同様に内部電
極を接続するための開孔が形成されており、この周りに
は空白部が設けられていない。
【００３５】３１３は発電部１２での出力を取り出すた
めの内部電極１１３のパターンで、帯状内部電極になっ
ており、図示していないが、端部に、内部電極を接続す
るための内部電極接続用電極が充填された開孔が形成さ
れている。
めの内部電極１１３のパターンで、帯状内部電極になっ
ており、図示していないが、端部に、内部電極を接続す
るための内部電極接続用電極が充填された開孔が形成さ
れている。
【００３６】次に、本実施形態の積層圧電トランスの製
造方法について説明する。
造方法について説明する。
【００３７】本実施形態の圧電トランスは、図１に示し
た構成の圧電トランスをグリーンシート法により作成し
た。圧電体１１１の材料にはネペック８（トーキン社
製）を用いた。
た構成の圧電トランスをグリーンシート法により作成し
た。圧電体１１１の材料にはネペック８（トーキン社
製）を用いた。
【００３８】まず、圧電体１１１のグリーンシートを作
成した後、打ち抜きピンを形成した治具を用いて、孔径
０．５ｍｍφの開孔を所定の位置に形成する。
成した後、打ち抜きピンを形成した治具を用いて、孔径
０．５ｍｍφの開孔を所定の位置に形成する。
【００３９】次に、焼成タイプのＡｇ／Ｐｄ導電ペース
トを用いて、図３に示した内部電極パターン３１２，３
１３で、駆動部１１の内部電極１１２および発電部１２
の内部電極１１３を印刷するとともに、開孔１１４，１
１５に導電ペーストを充填する。また、同様にして、内
部電極取り出し用開孔１１４，１１５にも導電ペースト
を充填する。
トを用いて、図３に示した内部電極パターン３１２，３
１３で、駆動部１１の内部電極１１２および発電部１２
の内部電極１１３を印刷するとともに、開孔１１４，１
１５に導電ペーストを充填する。また、同様にして、内
部電極取り出し用開孔１１４，１１５にも導電ペースト
を充填する。
【００４０】次に、これらを積層・プレスした後、温度
・１１００℃、キープ時間・２時間の条件で、圧電体１
１１と内部電極１１２，１１３を一体焼成することによ
り圧電トランスを形成する。
・１１００℃、キープ時間・２時間の条件で、圧電体１
１１と内部電極１１２，１１３を一体焼成することによ
り圧電トランスを形成する。
【００４１】なお、ここで圧電体１１１と内部電極１１
２，１１３の材料としてＰＺＴ系圧電セラミックスおよ
びＡｇ／Ｐｄを用いたが、圧電性を有する圧電材料およ
びこれと一体焼成可能な電極材料であれば他の組み合わ
せでも動作することは言うまでもない。
２，１１３の材料としてＰＺＴ系圧電セラミックスおよ
びＡｇ／Ｐｄを用いたが、圧電性を有する圧電材料およ
びこれと一体焼成可能な電極材料であれば他の組み合わ
せでも動作することは言うまでもない。
【００４２】また、本例の積層の構成としては、圧電体
の活性層３層、不活性層としての最外層２層、内部電極
４層であり、各圧電体１１１の厚さは２００μｍで、全
体の厚みを１ｍｍとした。
の活性層３層、不活性層としての最外層２層、内部電極
４層であり、各圧電体１１１の厚さは２００μｍで、全
体の厚みを１ｍｍとした。
【００４３】次に、分極治具を用いて、温度３００〜３
５０℃の空気中において電界を０．５〜０．７ｋＶ／ｍ
ｍ印加し、印加した状態で１００℃以下まで温度を下げ
た後、印加している電界を切ることにより発電部１１を
分極する。
５０℃の空気中において電界を０．５〜０．７ｋＶ／ｍ
ｍ印加し、印加した状態で１００℃以下まで温度を下げ
た後、印加している電界を切ることにより発電部１１を
分極する。
【００４４】続いて、温度１００〜２００℃のシリコー
ンオイル中において、電界を２〜３ｋＶ／ｍｍ印加し
て、駆動部１２を分極する。
ンオイル中において、電界を２〜３ｋＶ／ｍｍ印加し
て、駆動部１２を分極する。
【００４５】この結果得られた圧電トランスを１００ｋ
Ωを負荷として、電圧を印加してトランス特性を評価し
たところ、効率で従来９３％だったものが９８％、昇圧
比で従来４４倍だったものが４８倍となった。また、繰
り返しの駆動においてもクラックの発生することもな
く、十分な信頼性を確保できた。
Ωを負荷として、電圧を印加してトランス特性を評価し
たところ、効率で従来９３％だったものが９８％、昇圧
比で従来４４倍だったものが４８倍となった。また、繰
り返しの駆動においてもクラックの発生することもな
く、十分な信頼性を確保できた。
【００４６】本例においては、出力側の内部電極１１
２，１１３を形成した場合について述べたが、内部電極
１１２，１１３を形成していないものについても、同様
の結果が得られた。また、本例においては内部電極取り
出し用開孔１１４，１１５を表裏両面に形成した場合に
ついて述べたが、どちらか一方の面に、全ての内部電極
取り出し用開孔１１４，１１５を形成しても、何ら問題
はない。
２，１１３を形成した場合について述べたが、内部電極
１１２，１１３を形成していないものについても、同様
の結果が得られた。また、本例においては内部電極取り
出し用開孔１１４，１１５を表裏両面に形成した場合に
ついて述べたが、どちらか一方の面に、全ての内部電極
取り出し用開孔１１４，１１５を形成しても、何ら問題
はない。
【００４７】図５は本発明の第２の実施形態の圧電トラ
ンスの斜視図、図６はその断面図、図７はその積層構成
を示す分解斜視図である。
ンスの斜視図、図６はその断面図、図７はその積層構成
を示す分解斜視図である。
【００４８】本例が、第１の実施形態と異なるのは、駆
動部５１の内部電極５１２のパターン、これらの接続の
形態および分極方向である。
動部５１の内部電極５１２のパターン、これらの接続の
形態および分極方向である。
【００４９】図５において、５１で示す部分は圧電トラ
ンスの低インピーダンスの駆動部で、圧電体５１１と内
部電極５１２が複数枚積層されており、圧電トランスに
電圧を印加して駆動するための内部電極接続用電極５１
６が形成された内部電極取り出し用開孔５１４が設けら
れている。
ンスの低インピーダンスの駆動部で、圧電体５１１と内
部電極５１２が複数枚積層されており、圧電トランスに
電圧を印加して駆動するための内部電極接続用電極５１
６が形成された内部電極取り出し用開孔５１４が設けら
れている。
【００５０】また、５２で示す部分は高インピーダンス
の発電部で、圧電体５１１と内部電極５１３が複数枚積
層されており、圧電トランスの出力を取り出すための内
部電極接続用電極５１７が形成された内部電極取り出し
用開孔５１５が設けられている。
の発電部で、圧電体５１１と内部電極５１３が複数枚積
層されており、圧電トランスの出力を取り出すための内
部電極接続用電極５１７が形成された内部電極取り出し
用開孔５１５が設けられている。
【００５１】図６（ａ）は図５のＤ−Ｄ’面で切断した
状態の断面図、図６（ｂ）は図５のＥ−Ｅ’面で切断し
た状態の断面図、図６（ｃ）は図５のＦ−Ｆ’面で切断
した状態の断面図をそれぞれ示している。駆動部５１に
おける内部電極の接続状態を図６（ａ），（ｃ）を用い
て説明すると、内部電極５１２Ａ，５１２Ｂをそれぞれ
接続するため、内部電極接続用電極５１６Ａ，５１６Ｂ
が充填された開孔５１４Ａ，５１４Ｂを介して電気的な
接続がとられている。そして、これら内部電極５１２
Ａ，５１２Ｂ間は厚み方向に分極されている。
状態の断面図、図６（ｂ）は図５のＥ−Ｅ’面で切断し
た状態の断面図、図６（ｃ）は図５のＦ−Ｆ’面で切断
した状態の断面図をそれぞれ示している。駆動部５１に
おける内部電極の接続状態を図６（ａ），（ｃ）を用い
て説明すると、内部電極５１２Ａ，５１２Ｂをそれぞれ
接続するため、内部電極接続用電極５１６Ａ，５１６Ｂ
が充填された開孔５１４Ａ，５１４Ｂを介して電気的な
接続がとられている。そして、これら内部電極５１２
Ａ，５１２Ｂ間は厚み方向に分極されている。
【００５２】また、発電部５２での出力を取り出すため
の内部電極５１２の接続状態を図６（ａ）を用いて説明
すると、内部電極接続用電極５１７が充填された開孔５
１５を介して、内部電極５１２が全層電気的に接続され
ている。
の内部電極５１２の接続状態を図６（ａ）を用いて説明
すると、内部電極接続用電極５１７が充填された開孔５
１５を介して、内部電極５１２が全層電気的に接続され
ている。
【００５３】次に、図７を用いて、内部電極パターンに
ついて説明する。
ついて説明する。
【００５４】まず、図７（ａ）および図７（ｃ）は最外
層に位置する圧電体の層で、駆動部５１および発電部５
２の内部電極接続用電極５１６および５１７がそれぞれ
形成されている（図７（ｃ）については図示せず）。
層に位置する圧電体の層で、駆動部５１および発電部５
２の内部電極接続用電極５１６および５１７がそれぞれ
形成されている（図７（ｃ）については図示せず）。
【００５５】本例の駆動部５１における内部電極５１２
のパターンは、図７に示すように、複数の帯状内部電極
７１２からなり、これら電極の端部に設けられた開孔５
１４に充填された電極５１６を介して内部電極５１２の
電気的接続をとっている。また、７１３は発電部５２で
の出力を取り出すための内部電極パターンで、帯状内部
電極になっており、図示していないが、端部に、内部電
極５１２を接続するための内部電極接続用電極５１６が
充填された開孔５１４が形成されている。
のパターンは、図７に示すように、複数の帯状内部電極
７１２からなり、これら電極の端部に設けられた開孔５
１４に充填された電極５１６を介して内部電極５１２の
電気的接続をとっている。また、７１３は発電部５２で
の出力を取り出すための内部電極パターンで、帯状内部
電極になっており、図示していないが、端部に、内部電
極５１２を接続するための内部電極接続用電極５１６が
充填された開孔５１４が形成されている。
【００５６】そして、分極治具を用いて、温度１００〜
２００℃でシリコーンオイル中において、電界を１．５
〜２ｋＶ／ｍｍ印加して、各帯状電極７１２の間を長さ
方向に分極した。
２００℃でシリコーンオイル中において、電界を１．５
〜２ｋＶ／ｍｍ印加して、各帯状電極７１２の間を長さ
方向に分極した。
【００５７】本例においては、各帯状電極７１２間を
０．５ｍｍとし、一層当たり片側８本の帯状電極７１２
を設け、積層の構成としては、圧電体の活性層３層、不
活性層としての最外層２層、内部電極４層であり、各圧
電体７１１の厚さは２００μｍで、全体の厚みを１ｍｍ
とした。
０．５ｍｍとし、一層当たり片側８本の帯状電極７１２
を設け、積層の構成としては、圧電体の活性層３層、不
活性層としての最外層２層、内部電極４層であり、各圧
電体７１１の厚さは２００μｍで、全体の厚みを１ｍｍ
とした。
【００５８】この結果得られた圧電トランスを１００ｋ
Ωを負荷として、電圧を印加してトランス特性を評価し
たところ、効率で従来９３％だったものが９６％、昇圧
比で従来４４倍だったものが７０倍となった。本結果は
第１の実施形態に比べると、効率はやや低いものの、昇
圧比が約１．５倍となり、より高昇圧が必要な応用に有
利である。
Ωを負荷として、電圧を印加してトランス特性を評価し
たところ、効率で従来９３％だったものが９６％、昇圧
比で従来４４倍だったものが７０倍となった。本結果は
第１の実施形態に比べると、効率はやや低いものの、昇
圧比が約１．５倍となり、より高昇圧が必要な応用に有
利である。
【００５９】第２の実施形態の圧電トランスの昇圧比
が、第１の実施形態の圧電トランスより高くなり理由と
しては以下の通りである。
が、第１の実施形態の圧電トランスより高くなり理由と
しては以下の通りである。
【００６０】まず、第１の実施形態の駆動部１１におい
ては、圧電体１１１の分極方向を厚み方向にしており、
駆動時には、電気機械の変換を分極の方向で行う、すな
わち本例の場合、厚み方向の変位を横方向に取り出すｋ
３１の電気機械結合係数に基づいて電圧を発生してい
る。
ては、圧電体１１１の分極方向を厚み方向にしており、
駆動時には、電気機械の変換を分極の方向で行う、すな
わち本例の場合、厚み方向の変位を横方向に取り出すｋ
３１の電気機械結合係数に基づいて電圧を発生してい
る。
【００６１】これに対し、第２の実施形態の駆動部５１
においては、圧電体５１１の分極方向を長さ方向にして
おり、駆動時には、電気機械の変換を分極の方向と同じ
方向で行う、すなわち本例の場合、長さ方向の変位を長
さ方向で取り出すｋ３３の電気機械結合係数に基づいて
電圧を発生している。
においては、圧電体５１１の分極方向を長さ方向にして
おり、駆動時には、電気機械の変換を分極の方向と同じ
方向で行う、すなわち本例の場合、長さ方向の変位を長
さ方向で取り出すｋ３３の電気機械結合係数に基づいて
電圧を発生している。
【００６２】そして、ｋ３１とｋ３３の値を比較した場
合、材料定数としてｋ３３はｋ３１の約２倍の値であ
り、この結果、ｋ３３を利用した方がより高い電圧を発
生することになる。なお、第２の実施形態の圧電トラン
スの昇圧比が、第１の実施形態の約２倍（材料定数の
比）ではなく、約１．５倍になる理由としては、トラン
ス形状の影響があるためである。
合、材料定数としてｋ３３はｋ３１の約２倍の値であ
り、この結果、ｋ３３を利用した方がより高い電圧を発
生することになる。なお、第２の実施形態の圧電トラン
スの昇圧比が、第１の実施形態の約２倍（材料定数の
比）ではなく、約１．５倍になる理由としては、トラン
ス形状の影響があるためである。
【００６３】本例においては、出力側の内部電極を形成
した場合について述べたが、内部電極を形成していない
ものについても、同様の結果が得られた。また、本例に
おいては内部電極取り出し用開孔を表面で、両端部に形
成した場合について述べたが、どちらか一方の端部また
は表裏両面に形成しても何ら問題はない。
した場合について述べたが、内部電極を形成していない
ものについても、同様の結果が得られた。また、本例に
おいては内部電極取り出し用開孔を表面で、両端部に形
成した場合について述べたが、どちらか一方の端部また
は表裏両面に形成しても何ら問題はない。
【００６４】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、積層型圧
電トランスにおいて、内部電極の電気的な接続を端部に
設けた開孔を介して行い、また最外層をセラミックスの
層にして、内部電極取り出し用の開孔を形成した構成に
することにより、積層型圧電トランスの変換効率・昇圧
比が向上する効果があり、また、繰り返しの駆動におい
てもクラックの発生がなく、信頼性が十分確保できると
いう効果がある。
電トランスにおいて、内部電極の電気的な接続を端部に
設けた開孔を介して行い、また最外層をセラミックスの
層にして、内部電極取り出し用の開孔を形成した構成に
することにより、積層型圧電トランスの変換効率・昇圧
比が向上する効果があり、また、繰り返しの駆動におい
てもクラックの発生がなく、信頼性が十分確保できると
いう効果がある。
【図１】本発明の第１の実施形態の圧電トランスの斜視
図である。
図である。
【図２】第１の実施形態の圧電トランスの断面図であ
る。
る。
【図３】第１の実施形態の圧電トランスの積層構成を示
す分解斜視図である。
す分解斜視図である。
【図４】第１の実施形態の圧電トランスの振動時の変位
分布を示す図である。
分布を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の圧電トランスの斜視
図である。
図である。
【図６】第２の実施形態の圧電トランスの断面図であ
る。
る。
【図７】第２の実施形態の圧電トランスの積層構成を示
す分解斜視図である。
す分解斜視図である。
【図８】第２の実施形態の圧電トランスの振動時の変位
分布を示す図である。
分布を示す図である。
【図９】従来の圧電トランスの斜視図である。
【図１０】従来の圧電トランスの振動時の変位分布を示
す図である。
す図である。
【図１１】開孔が形成された従来の積層型圧電アクチュ
エータを示す断面図および上下面図である。
エータを示す断面図および上下面図である。
１１，５１，９１ 駆動部 １２，５２，９２ 発電部 ４１，８１，１００１ 幅方向 ４２，８２，１００２ 長さ方向 ４３，８３，１００３ 厚み方向 １１１，２１１，５１１，６１１，７１１，９１１
圧電体 １１２，１１３，５１２，５１３，５１２Ａ，５１２
Ｂ，６１３，９１２内部電極 １１４，１１５，５１４，５１５ 内部電極取り出し
用開孔 １１６，１１７，５１７，５１６Ａ，５１６Ｂ，６１７
内部電極接続用電極 ５１４Ａ，５１４Ｂ，１１０１，１１０２ 開孔 １１８ 空白部 ３１２ 全面内部電極 ３１３，７１２，７１３ 帯状内部電極 ４１１，４１２ 内部電極接続用開孔 ９１４，９１５，９１６，９１７ 外部電極 ９１８ 帯状電極 ９１９，９２０，９２１ 外部電気端子 １１００ 積層型圧電アクチュエータ １１０３ 導電性弾性体
圧電体 １１２，１１３，５１２，５１３，５１２Ａ，５１２
Ｂ，６１３，９１２内部電極 １１４，１１５，５１４，５１５ 内部電極取り出し
用開孔 １１６，１１７，５１７，５１６Ａ，５１６Ｂ，６１７
内部電極接続用電極 ５１４Ａ，５１４Ｂ，１１０１，１１０２ 開孔 １１８ 空白部 ３１２ 全面内部電極 ３１３，７１２，７１３ 帯状内部電極 ４１１，４１２ 内部電極接続用開孔 ９１４，９１５，９１６，９１７ 外部電極 ９１８ 帯状電極 ９１９，９２０，９２１ 外部電気端子 １１００ 積層型圧電アクチュエータ １１０３ 導電性弾性体
Claims (4)
- 【請求項１】 長板状圧電トランスの長さ方向の両端側
に、厚さ方向に分極された圧電体と内部電極が交互に複
数層積層された駆動部が配置され、前記二つの駆動部に
挟まれた部分で、長さ方向の中心を含む中央部に長さ方
向に分極された発電部が配置された積層型圧電トランス
において、 最外層がセラミックスの層で形成され、前記最外層に内
部電極取り出し用の開孔が形成され、前記二つの駆動部
の内部電極が全面電極のパターンで形成され、前記駆動
部の内部電極の端部の二つのコーナーのうち、一方は導
電体が充填された開孔が形成され、もう一方は縁部の電
極が除去されたパターンで導電体が充填された開孔が形
成され、前記導電体が充填された開孔と前記縁部の電極
が除去されたパターンで導電体が充填された開孔とが、
それぞれ交互に重なり合うように積層されて、内部電極
が一層おきに接続され、さらに前記発電部の内部電極が
帯状に形成され、少なくとも一方の端部に導電体が充填
された開孔が形成され、前記導電体が充填された開孔が
それぞれ重なり合うように積層されて内部電極が接続さ
れていることを特徴とする積層型圧電トランス。 - 【請求項２】 長板状圧電トランスの長さ方向の両端側
に、長さ方向に分極された圧電体と内部電極が形成され
た層が複数層積層された駆動部が配置され、前記二つの
駆動部に挟まれた部分で、長さ方向の中心を含む中央部
に長さ方向に分極された発電部が配置された積層型圧電
トランスにおいて、 最外層がセラミックスの層で形成され、前記最外層に内
部電極取り出し用の開孔が形成され、前記二つの駆動部
の内部電極が少なくとも二つの帯状電極のパターンで形
成され、各帯状電極の少なくとも一方の端部に導電体が
充填された開孔が形成され、前記導電体が充填された開
孔がそれぞれ重なり合うように積層されて内部電極が接
続され、さらに前記発電部の内部電極が帯状に形成さ
れ、少なくとも一方の端部に導電体が充填された開孔が
形成され、前記導電体が充填された開孔がそれぞれ重な
り合うように積層されて内部電極が接続されていること
を特徴とする積層型圧電トランス。 - 【請求項３】 前記最外層に形成された内部電極取り出
し用の開孔に導電体が充填されている請求項１または２
記載の積層型圧電トランス。 - 【請求項４】前記セラミックスの層の所定の位置に開孔
を設ける工程と、前記開孔に導電体を充填するとともに
所定の内部電極パターンを形成する工程と、前記開孔の
それぞれを所定の位置で重ね合わせるように前記セラミ
ックスの層を積層する工程と、前記セラミックスの層、
内部電極および開孔内の導電体を同時に焼成する工程を
有する請求項１または２記載の積層型圧電トランスの製
造方法。
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1998
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