JPH1197756A - 圧電トランス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機械的強度が高く、エネルギー変換効率も良
く、更に低コストの圧電トランスを提供すること。 【解決手段】 圧電セラミックスの矩形板１１の長さ方
向に２等分したうちの少なくとも一方の部分に、長さ方
向に直交した複数層の面内において幅方向に平行に厚み
方向に複数設けられた線状内部電極１４をもち、この線
状内部電極が矩形板の２つの側面に露出し、矩形板側面
においてポリイミド絶縁膜１３によって長さ方向に１層
おきに絶縁され、絶縁されていない線状内部電極は厚さ
方向に平行な外部電極１２によって長さ方向に１層おき
に接続され、更に矩形板側面、上下面、あるいは両端面
のいずれかにおいて同極となるようまとめられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧電セラミックス矩
形板の長さ振動を用いながら、入力側、あるいは出力
側、もしくは双方にｋ３３モードを利用した圧電トラン
スに関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯テレビやノート型パソコンをはじめ
各種携帯電子機器の普及に伴い、これらの携帯電子機器
に直流電圧を供給するために商用交流電圧を電源とし直
流電圧を出力するＡＣアダプターが用いられている。一
般的なＡＣアダプターの回路図を図１０に示す。

【０００３】図１０において、入力側にまず電磁ノイズ
対策用のコモンモードチョークコイル１０１があり、次
に全波整流回路１０２があり、次に直流回路に並列に大
きな瞬時断線対策用の平滑コイル１０３がある。その次
に直流を交流に変換するスイッチング回路１０４があ
り、ここで変換された交流電圧が電磁トランス１０５に
入り、所定の交流電圧に変換される。更にこの交流電圧
を整流回路１０６で整流すると共に、平滑回路１０７で
平滑し、所定の直流電圧を出力するのがスイッチング方
式のＡＣアダプターである。

【０００４】ＡＣアダプターに用いられている電子部品
の中で体積が大きくかつ、ＡＣアダプターの変換効率に
影響を及ぼすのが電磁トランスである。最近、ＡＣアダ
プターに対する高効率化、小型低背化、電磁ノイズの低
減や低消費電力化の要求が高まり、電磁トランスに変わ
り、機械振動のエネルギーを変換媒体とする圧電トラン
スの検討がなされている。圧電トランスの効率は圧電ト
ランス出力インピーダンスと負荷とのインピーダンスマ
ッチングが重要であるが、ＡＣアダプターの出力部に接
続される各種携帯電子機器の入力インピーダンスはおよ
そ数Ωから数十Ω程度である。圧電トランスの出力イン
ピーダンスＲは角周波数ω（＝２πｆ）と出力側制動容
量Ｃｄ２によって次式のように求まる。

【０００５】Ｒ＝１／ωＣｄ₂ ここで一例としてＲ＝１０Ω、ｆ＝１２０ｋＨｚ、のと
きＣｄ₂ ＝１６０ｎＦとなる。

【０００６】実用的な寸法のＡＣアダプター用圧電トラ
ンスにおいてこのような大きな制動容量を確保するため
には対向内部電極による積層構造が必要となってくる。

【０００７】参考のために、図１１に従来型圧電トラン
スの振動子構造の概略図を示す。圧電セラミックスによ
る矩形板１１１を長さ方向に２等分した内の入力部であ
る左側の領域には銀−パラジウム合金を用いた線状内部
電極１１４，１１６を８本配置し、一本おきに交互に側
面に露出させている。出力部である矩形板１１１の右側
の領域には同じく銀−パラジウム合金を用いた線状内部
電極１１５，１１７を３０本配置し、一本おきに交互に
側面に露出させている。この平面パターンを図１１
（ｂ）に示す。図中の矢印は分極方向である。この平面
パターンが厚さ方向に多数積層されている。また、入出
力部それぞれの側面には複数積層された線状内部電極と
接続するための外部電極１１２，１１３が存在する。

【０００８】試作した圧電トランスの共振周波数と入出
力側の振動子定数及び出力側の制動容量から計算した最
適負荷を後述する表１に示す。また、試作した圧電トラ
ンスの２波長共振モードを利用し、矩形板１１１の長さ
方向の端面から１／８の位置を支持して入力７０Ｖrms
、負荷抵抗１０Ω時の圧電トランス特性を測定した。
その結果も表１に示す。

【０００９】図１２に従来型圧電トランスの別の例の振
動子構造の概略図を示す。寸法は長さ２４ｍｍ、幅９ｍ
ｍ、厚さ５ｍｍである。矩形板１２１を長さ方向に４等
分した内の入力部である中央部２ヶ所の領域には銀−パ
ラジウム合金を用いた線状内部電極１２４，１２６を線
幅１００ミクロン、長さ８ｍｍ、ピッチ２ｍｍで８本配
置し、一本おきに交互に側面に露出させている。出力部
である矩形板１２１の両端からそれぞれ長さ方向に１／
４の領域には同じく銀−パラジウム合金を用いた線状内
部電極１２５，１２７を線幅８０ミクロン、長さ８ｍ
ｍ、ピッチ５００μｍで３０本配置し、一本おきに交互
に側面に露出させている。この平面パターンを図１２
（ｂ）に示す。図中の矢印は分極方向である。この平面
パターンが厚さ方向に１００μｍ間隔で５０層積層され
ている。また、入出力部それぞれの側面には複数積層さ
れた線状内部電極と接続するための外部電極１２２，１
２３が存在する。

【００１０】試作した圧電トランスの共振周波数と入出
力側の振動子定数及び出力側の制動容量から計算した最
適負荷を後述する表３に示す。また、試作した圧電トラ
ンスの２波長共振モードを利用し、矩形板１２１の長さ
方向の端面から１／８の位置を支持して入力７０Ｖrms
、負荷抵抗１０Ω時の圧電トランス特性を測定した。
その結果も表３に示す。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、インピーダ
ンス整合をとるために、出力側に対向内部電極を採用す
るには、内部電極とセラミックスの積層方向が圧電セラ
ミックス矩形板の長さ方向に一致する（ｋ３３）と厚み
方向に一致する（ｋ３１）方法の２通りが考えられる。

【００１２】前者は後者よりもより高い電気機械結合係
数を期待できることから圧電トランスとしてのエネルギ
ー変換効率が高くなる。しかし、機械的な強度の面で問
題が残る。

【００１３】すなわち、内部電極層である貴金属と圧電
セラミックスは化学的に反応せず、機械的に固着してい
るだけである。長さ方向の共振周波数で駆動された場
合、内部電極とセラミックス境界面から破壊する可能性
がある。更に、長さ方向への積層は、積層数が多くコス
ト的にも問題である。また、内部電極が矩形板側面にお
いて１層おきに露出し、外部電極によって接続されてい
る場合はもう一つ別の強度的問題が生ずる。

【００１４】内部電極を１層おきに側面に露出させる場
合、側面近傍には、図１１（ｂ）あるいは図１２（ｂ）
に不活性部と表示した部分が分極されない。一方、活性
部分は分極されると長さ方向に伸びるため、不活性部近
傍は図１１（ｃ）あるいは図１２（ｃ）に示したように
変形し、大きな歪みを生ずることになる。これによる残
留応力は圧電セラミックス材料の場合、一般的に材料の
引っ張り強度に相当するものであることが知られてい
る。

【００１５】本発明の課題は、内部電極を面電極ではな
くて線状電極とし積層方向は圧電トランス矩形板の厚み
方向とすることで、機械的強度が高く、エネルギー変換
効率も良く、更に低コストの圧電トランスを提供するこ
とにある。

【００１６】本発明の他の課題は、面電極あるいは線状
電極を用いて高い結合係数を得ながらも、不活性部にお
ける強度低下を防止することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、第１の実施例では、圧電セラミックス矩形板の長
さ方向の１波長共振モードを利用した圧電トランスにお
いて、矩形板の長さ方向に２等分したうちの少なくとも
一方の部分に、長さ方向に直交して複数層設けられた内
部電極または、長さ方向に直交した複数層の面内におい
て幅方向に平行に厚み方向に複数設けられた線状内部電
極群をもち、これら複数層の内部電極または線状内部電
極群が矩形板の２つの側面に露出し、矩形板側面におい
て絶縁層によって長さ方向に１層おきに絶縁され、絶縁
されていない内部電極または線状内部電極群は厚さ方向
に平行な電極によって長さ方向に１層おきに接続され、
更に矩形板側面、上下面、あるいは両端面のいずれかに
おいて同極となるようまとめられていることを特徴とす
る。

【００１８】第２の実施例では、圧電セラミックス矩形
板の長さ方向の１．５波長共振モードを利用した圧電ト
ランスにおいて、矩形板の長さ方向に３等分したうちの
少なくとも１ヶ所の部分に、長さ方向に直交して複数層
設けられた内部電極または、長さ方向に直交した複数層
の面内において幅方向に平行に厚み方向に複数設けられ
た線状内部電極群をもち、これら複数層の内部電極また
は線状内部電極群が、矩形板の側面に長さ方向において
１層おきに交互に露出していることを特徴とする。

【００１９】第３の実施例では、圧電セラミックス矩形
板の長さ方向の１．５波長共振モードを利用した圧電ト
ランスにおいて、矩形板の長さ方向に３等分したうちの
少なくとも１ヶ所の部分に、長さ方向に直交して複数層
設けられた内部電極または、長さ方向に直交した複数層
の面内において幅方向に平行に厚み方向に複数設けられ
た線状内部電極群をもち、これら複数層の内部電極また
は線状内部電極群が、矩形板の２つの側面に露出してい
ることを特徴とする。

【００２０】なお、上記第３の実施例に基づく第４の実
施例として、矩形板の２つの側面に露出している複数層
の内部電極または線状内部電極群が、矩形板側面に設け
られた厚さ方向に平行な複数の側面電極によって接続さ
れ、これら厚さ方向に平行な側面電極が長さ方向に１つ
おきに同極となるよう引き出され、矩形板側面、上下
面、あるいは両端面のいずれかにおいて接続されていて
も良い。

【００２１】また、上記第３の実施例に基づく第５の実
施例においては、矩形板の２つの側面に露出している複
数層の内部電極または線状内部電極群が、矩形板側面に
おいて絶縁層によって長さ方向に１層おきに絶縁され、
絶縁されていない内部電極または線状内部電極群は厚さ
方向に平行な側面電極によって長さ方向に１層おきに接
続され、更に矩形板側面、上下面、あるいは両端面のい
ずれかにおいて同極となるようまとめられていても良
い。

【００２２】第６の実施例では、圧電セラミックス矩形
板の長さ方向の２波長共振モードを利用した圧電トラン
スにおいて、矩形板の長さ方向に４等分したうちの少な
くとも１ヶ所の部分に、長さ方向に直交して複数層設け
られた内部電極または、長さ方向に直交した複数層の面
内において幅方向に平行に厚み方向に複数設けられた線
状内部電極群をもち、これら複数層の内部電極または線
状内部電極群が矩形板の２つの側面に露出し、矩形板側
面において絶縁層によって長さ方向に１層おきに絶縁さ
れ、絶縁されていない内部電極または線状内部電極群は
厚さ方向に平行な側面電極によって長さ方向に１層おき
に接続され、更に矩形板側面、上下面、あるいは両端面
のいずれかにおいて同極となるようまとめられているこ
とを特徴とする。

【００２３】第７の実施例では、圧電セラミックス矩形
板の長さ方向の２波長共振モードを利用した圧電トラン
スにおいて、矩形板の長さ方向に４等分したうちの少な
くとも１ヶ所の部分に、長さ方向に直交して複数層設け
られた内部電極または、長さ方向に直交して複数層の面
内において幅方向に平行に厚み方向に複数設けられた線
状内部電極群をもち、これら複数層の内部電極または線
状内部電極群が、矩形板の側面に長さ方向において１層
おきに交互に露出していることを特徴とする。

【００２４】第８の実施例では、圧電セラミックス矩形
板の長さ方向の２波長共振モードを利用した圧電トラン
スにおいて、矩形板の長さ方向に４等分したうちの少な
くとも１ヶ所の部分に、長さ方向に直交して複数層設け
られた内部電極または、長さ方向に直交した複数層の面
内において幅方向に平行に厚み方向に複数設けられた線
状内部電極群をもち、これら複数層の内部電極または線
状内部電極群が、矩形板の２つの側面に露出しているこ
とを特徴とする。

【００２５】第９の実施例では、圧電セラミックス矩形
板の長さ方向の２波長共振モードを利用した圧電トラン
スにおいて、矩形板の長さ方向に４等分したうちの少な
くとも１ヶ所の部分に、長さ方向に直交して複数層設け
られた内部電極または、長さ方向に直交した複数層の面
内において幅方向に平行に厚み方向に複数設けられた線
状内部電極群をもち、これら複数層の内部電極または線
状内部電極群が、矩形板の２つの側面に露出し、更に矩
形板側面に設けられた厚さ方向に平行な複数の側面電極
によって接続され、これら厚さ方向に平行な側面電極が
長さ方向に１つおきに同極となるよう引き出され、矩形
板側面、上下面、あるいは両端面のいずれかにおいて接
続されていることを特徴とする。

【００２６】

【作用】本発明の圧電トランスによって入力側、または
出力側、あるいは双方ともｋ３３を用いたうえで強度の
確保を図れる。また、矩形板側面の線状電極を引き出し
て側面、上下面、あるいは両端面においてまとめること
により、振動のノード点（振幅ゼロの部分）においてリ
ード付けが可能となり、信頼性の向上を図ることができ
る。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態をい
くつかの実施例にもとづいて説明する。

【００２８】［実施例１］図１は本発明の第１の実施例
による振動子構造の概略図を示す。寸法は長さ３２ｍ
ｍ、幅１０ｍｍ、厚さ６ｍｍである。入力部である圧電
セラミックスによる矩形板１１の約半分の領域には、銀
−パラジウム合金を用いた線状内部電極１４を線幅１０
０ミクロン、長さ９ｍｍ、ピッチ２ｍｍで８本配置し、
それぞれ両方の側面に露出させている。出力部である矩
形板１１の残りの約半分の領域には、同じく銀−パラジ
ウム合金を用いた線状内部電極１６，１７を線幅１００
ミクロン、長さ８ｍｍ、ピッチ５００μｍで３０本配置
し、一本おきに交互に側面に露出させている。この平面
パターンを図１（ｂ）に示す。図中の矢印は分極方向で
ある。また、この平面パターンが厚さ方向に１２０μｍ
間隔で５０層積層されている。

【００２９】これら線状内部電極群に対してスクリーン
印刷によって長さ方向に１層おきにポリイミド絶縁膜１
３を形成し、矩形板１１の側面に露出した部分を絶縁し
た。なお、図１（ｃ）に平面パターンを拡大して示した
通り、矩形板１１の一方の側面において絶縁されている
線状内部電極群は反対側の側面においては絶縁されてい
ない。次に、メッキ電極を用いて矩形板１１の側面に外
部電極１２を設け、絶縁されていない線状内部電極群と
接続した。

【００３０】以上の方法により、入力部には不活性部を
生ずることなく、分極を行うことができる。試作した圧
電トランスの１波長共振モードを利用し、矩形板１１の
長さ方向の端面から１／４の位置を支持して入力７０Ｖ
rms 、負荷抵抗１０Ω時の圧電トランス特性を測定し
た。その結果を表１に示す。

【００３１】また、前述した通り、入力部の線状内部電
極群が矩形板１１の長さ方向に１層おきに露出している
従来の構造（図１１）に対しても同様の評価を行った。
その結果も表１に示す。これによると実施例１の圧電ト
ランスは、入力部の線状内部電極群が矩形板１１の長さ
方向に１層おきに露出している図１１で説明した従来の
構造に対して入力側の容量比が７から５に改善されてい
ることが示されている。これは実施例１の圧電トランス
の場合、外部電極近傍の圧電的に不活性な部分が入力側
に存在しないことから振動子特性が改善されたものと考
えられる。また、実施例１の圧電トランスの抵抗強度
は、入力部において分極時あるいは駆動に圧電トランス
の破壊の起点となる不活性部が無くなることから、線状
内部電極群が交互に露出する従来の構造より改善されて
いることがわかる。

【００３２】

【表１】

【００３３】実施例１では２つの側面に露出した線状内
部電極が入力部のみに配置され、出力部は従来の構造の
ままであるが、スクリーン印刷あるいはスパッタリング
等の手法によって出力部にも適用できる。その場合は強
度、振動子特性等においてより改善が可能である。ま
た、使用した絶縁物は、耐圧があり振動子定数に悪影響
を与えないものであれは有機物、無機物に関わらず使用
可能であることは言うまでもない。

【００３４】［実施例２］図２に本発明の第２の実施例
による振動子構造の概略図を示す。寸法は長さ２４ｍ
ｍ、幅９ｍｍ、厚さ５ｍｍである。図２（ｄ）は圧電セ
ラミックスによる矩形板２１を１．５波長に相当する周
波数（本実施例では１８０ｋＨｚ）で駆動した場合の応
力分布である。矩形板２１を長さ方向に３等分した内の
入力部である中央の領域には銀−パラジウム合金を用い
た線状内部電極２２，２３が線幅１００ミクロン、長さ
８ｍｍ、ピッチ４００μｍで１４本配置され、一本おき
に交互に側面に露出している。出力部である矩形板２１
の両端からそれぞれ長さ方向に１／３の領域には同じく
銀−パラジウム合金を用いた線状内部電極２４，２５が
線幅８０ミクロン、長さ８ｍｍ、ピッチ３００μｍで２
０本配置され、一本おきに交互に側面に露出している。
この平面パターンを図２（ｂ）に示す。図中隣り合う線
状内部電極間は互いに逆向きに分極されている。この平
面パターンは厚さ方向に１００μｍ間隔で５０層積層さ
れている。入出力部それぞれの側面には複数積層された
線状内部電極と接続するための外部電極２６，２７が存
在する。

【００３５】試作した圧電トランスの長さ方向の両端面
から１／６の位置を支持して入力７０Ｖrms 、駆動周波
数１８０ｋＨｚ、負荷抵抗１０Ω時の圧電トランス特性
を測定した結果を表２に示す。

【００３６】

【表２】

【００３７】［実施例３］図３に本発明の第３の実施例
による振動子構造の概略図を示す。寸法は長さ２４ｍ
ｍ、幅９ｍｍ、厚さ５ｍｍである。矩形板３１を長さ方
向に３等分した内の入力部である中央の領域には銀−パ
ラジウム合金を用いた線状内部電極３２が線幅１００ミ
クロン、長さ８ｍｍ、ピッチ４００μｍで１４本配置さ
れ、すべて２つの側面に露出している。出力部である矩
形板の両端からそれぞれ長さ方向に１／３の領域には同
じく銀−パラジウム合金を用いた線状内部電極３３，３
４が線幅８０ミクロン、長さ９ｍｍ、ピッチ３００μｍ
で２０本配置され、一本おきに交互に側面に露出してい
る。この平面パターンを図３（ｂ）に示す。この平面パ
ターンが厚さ方向に１００μｍ間隔で５０層積層されて
いる。出力部の側面には複数積層された線状内部電極と
接続するための外部電極３５が存在する。一方、入力部
においては、長さ方向に直交し、厚さ方向に平行な線状
電極３６によって側面に露出した線状内部電極３２を１
本おきに選択接続してある。

【００３８】試作した圧電トランスにおいて、長さ方向
の両端面から１／６の位置を支持して入力７０Ｖrms 、
駆動周波数１８０ｋＨｚ、負荷抵抗１０Ω時の圧電トラ
ンス特性を測定した結果を表２に示す。

【００３９】［実施例４］図４に本発明の第４の実施例
による振動子構造の概略図を示す。寸法は長さ２４ｍ
ｍ、幅９ｍｍ、厚さ５ｍｍである。矩形板３１を長さ方
向に３等分した内の入力部である中央部には図３（ｂ）
と同様なパターンで銀−パラジウム合金を用いた線状内
部電極３２が線幅１００ミクロン、長さ８ｍｍ、ピッチ
４００μｍで１４本配置され、すべて２つの側面に露出
している。出力部である矩形板の両端からそれぞれ長さ
方向に１／３の領域には同じく図３（ｂ）と同パターン
で銀−パラジウム合金を用いた線状内部電極３３（図３
ｂに示されているものと同じであるので図示省略），３
４が線幅８０ミクロン、長さ９ｍｍ、ピッチ３００μｍ
で２０本配置され、一本おきに交互に側面に露出してい
る。平面パターンは厚さ方向に１００μｍ間隔で５０層
積層されている。出力部の側面には複数積層された線状
内部電極と接続するための外部電極３５が存在する。一
方、入力部においては、長さ方向に直交し、厚さ方向に
平行な線状電極３６によって側面に露出した線状内部電
極を１本おきに選択接続し、矩形板３１上面にて２つの
上面電極３７によりまとめて接続されている。

【００４０】図４（ｃ）に示したように（点線は線状内
部電極３２の投影線）、２つの上面電極３７は互いに線
状内部電極を１層ずらしてまとめて接続するためのもの
である。また、上面電極３７が反対極の線状内部電極３
２との間でショートするのを防止する目的で、矩形板３
１の入力部上面には内部電極が存在しない絶縁層３８を
設けてある。

【００４１】試作した圧電トランスの長さ方向の両端面
から１／６の位置を支持して入力７０Ｖrms 、駆動周波
数１８０ｋＨｚ、負荷抵抗１０Ω時の圧電トランス特性
を測定した結果を表２に示す。

【００４２】［実施例５］図５に本発明の第５の実施例
による振動子構造の概略図を示す。寸法は長さ２４ｍ
ｍ、幅９ｍｍ、厚さ５ｍｍである。矩形板４１を長さ方
向に３等分した内の入力部である中央部には図３（ｂ）
と同様なパターンで銀−パラジウム合金を用いた線状内
部電極４２が線幅１００ミクロン、長さ８ｍｍ、ピッチ
４００μｍで１４本配置され、すべて２つの側面に露出
している。出力部である矩形板４１の両端からそれぞれ
長さ方向に１／３の領域には、同じく図３（ｂ）と同パ
ターンで銀−パラジウム合金を用いた線状内部電極（図
３ｂに示されている３３、３４と同じであり、一方の４
４のみ図示）が線幅８０ミクロン、長さ９ｍｍ、ピッチ
３００μｍで２０本配置され、一本おきに交互に側面に
露出している。平面パターンは厚さ方向に１００μｍ間
隔で５０層積層されている。出力部の側面には複数積層
された線状内部電極と接続するための外部電極４５が存
在する。一方、入力部においては、長さ方向に直交し厚
さ方向に平行なポリイミド絶縁膜４６によって側面に露
出した線状内部電極を１本おきに絶縁し、更にその上か
ら入力部側面全体にメッキ電極４７を形成することで線
状内部電極を１層おきに入力部の２つの側面にてまとめ
て接続している。

【００４３】試作した圧電トランスの長さ方向の両端面
から１／６の位置を支持して入力７０Ｖrms 、駆動周波
数１８０ｋＨｚ、負荷抵抗１０Ω時の圧電トランス特性
を測定した結果を表２に示す。

【００４４】これによると、実施例３の圧電トランス
は、実施例２の圧電トランスと比較して入力側の容量比
が７から５に改善されていることが示されている。これ
は、実施例３の圧電トランスの場合、外部電極近傍の圧
電的に不活性な部分が入力側に存在しないことから振動
子特性が改善されたものと考えられる。また、線状内部
電極群を採用した実施例２の圧電トランスの抗折強度
は、面状電極を採用した場合よりも大きくなり、更に実
施例３の圧電トランスの場合、入力部において分極時あ
るいは駆動に圧電トランスの破壊の起点となる不活性部
が無くなることから、より強度が改善されていることが
わかる。実施例４，５においては入力部の複数の線状内
部電極が１本のリード線にまとめて接続されることから
若干振動子定数が向上するため同一入力電圧での出力電
力が増大している。また、実施例３、４、５では２つの
側面に露出した線状内部電極は入力部のみに配置し、出
力部は実施例２と同じ構造であるが、スクリーン印刷あ
るいはスパッタリング等の手法によって出力部にも適用
できる。その場合は強度、振動子特性等においてより改
善が可能であることは言うまでもない。

【００４５】［実施例６］図６に本発明の第６の実施例
による振動子構造の概略図を示す。寸法は長さ２４ｍ
ｍ、幅９ｍｍ、厚さ５ｍｍである。矩形板５１を長さ方
向に４等分した内の入力部である中央部２ヶ所の領域に
は、銀−パラジウム合金を用いた線状内部電極５４が線
幅１００ミクロン、長さ９ｍｍ、ピッチ２ｍｍで８本配
置され、すべて２つの側面に露出している。出力部であ
る矩形板５１の両端からそれぞれ長さ方向に１／４の領
域には、同じく銀−パラジウム合金を用いた線状内部電
極５５，５６を線幅８０ミクロン、長さ８ｍｍ、ピッチ
５００μｍで３０本配置し、一本おきに交互に側面に露
出させている。この平面パターンを図６（ｂ）に示す。
図中の矢印は分極方向である。この平面パターンが厚さ
方向に１００μｍ間隔で５０層積層されている。

【００４６】これら線状内部電極群に対しスクリーン印
刷によって長さ方向に１層おきにポリイミド絶縁膜５７
を形成し、矩形板５１の側面に露出した部分を絶縁し
た。なお、図６（ｃ）に平面パターンを拡大して示した
通り、矩形板５１の一方の側面において絶縁されている
線状内部電極群は反対側の側面においては絶縁されてい
ない。次に、メッキ電極を用いて矩形板の側面に外部電
極５２を設け、絶縁されていない線状内部電極群と接続
した。

【００４７】以上の方法により、入力部には不活性部を
生ずることなく、分極を行うことができる。試作した圧
電トランスの共振周波数と入出力側の振動子定数及び出
力側の制動容量から計算した最適負荷を表３に示す。ま
た、試作した圧電トランスの１波長共振モードを利用
し、矩形板５１の長さ方向の端面から１／４の位置を支
持して入力７０Ｖrms 、負荷抵抗１０Ω時の圧電トラン
ス特性を測定した。その結果も表３に示す。

【００４８】

【表３】

【００４９】これによると、実施例６の圧電トランス
は、図１２に示した従来の圧電トランスと比較して入力
側の容量比が１０から８に改善されていることが示され
ている。これは実施例６の圧電トランスの場合、外部電
極近傍の圧電的に不活性な部分が入力側に存在しないこ
とから振動子特性が改善されたものと考えられる。ま
た、圧電トランスの抗折強度は、実施例６の圧電トラン
スの場合、入力部において分極時あるいは駆動に圧電ト
ランスの破壊の起点となる不活性部が無くなることか
ら、より強度が改善されていることがわかる。

【００５０】なお、実施例６では２つの側面に露出した
線状内部電極は入力部のみに配置し、出力部は従来の圧
電トランスと同じ構造であるが、スクリーン印刷あるい
はスパッタリング等の手法によって出力部にも適用でき
る。その場合は強度、振動子特性等においてより改善が
可能であることは言うまでもない。

【００５１】［実施例７］図７に本発明の第７の実施例
による振動子構造の概略図を示す。寸法は長さ２４ｍ
ｍ、幅９ｍｍ、厚さ５ｍｍである。矩形板７１を長さ方
向に４等分した内の入力部である中央部２ヶ所の領域に
は、銀−パラジウム合金を用いた線状内部電極７４，７
６が線幅１００ミクロン、長さ８ｍｍ、ピッチ２ｍｍで
８本配置され、一本おきに交互に側面に露出している。
出力部である矩形板７１の両端からそれぞれ長さ方向に
１／４の領域には、同じく銀−パラジウム合金を用いた
線状内部電極７５，７７が線幅８０ミクロン、長さ８ｍ
ｍ、ピッチ５００μｍで３０本配置され、一本おきに交
互に側面に露出している。この平面パターンを図７
（ｂ）に示す。図中の矢印は分極方向である。この平面
パターンが厚さ方向に１００μｍ間隔で５０層積層され
ている。また、入出力部それぞれの側面には複数積層さ
れた線状内部電極と接続するための外部電極７２，７３
が存在する。

【００５２】試作した圧電トランスの共振周波数と入出
力側の振動子定数及び出力側の制動容量から計算した最
適負荷も表４に示す。また、試作した圧電トランスの２
波長共振モードを利用し、矩形板の長さ方向の端面から
１／８の位置を支持して入力７０Ｖrms 、負荷抵抗１０
Ω時の圧電トランス特性を測定した。その結果を表４に
示す。

【００５３】

【表４】

【００５４】［実施例８］図８に本発明の第８の実施例
による振動子構造の概略図を示す。寸法は長さ２４ｍ
ｍ、幅９ｍｍ、厚さ５ｍｍである。矩形板８１を長さ方
向に４等分した内の入力部である中央部２ヶ所の領域に
は、銀−パラジウム合金を用いた線状内部電極８４を線
幅１００ミクロン、長さ９ｍｍ、ピッチ２ｍｍで８本配
置し、すべて２つの側面に露出させている。出力部であ
る矩形板の両端からそれぞれ長さ方向に１／４の領域に
は、同じく銀−パラジウム合金を用いた線状内部電極８
５，８６を線幅８０ミクロン、長さ８ｍｍ、ピッチ５０
０μｍで３０本配置し、一本おきに交互に側面に露出さ
せている。この平面パターンを図８（ｂ）に示す。図中
の矢印は分極方向である。この平面パターンが厚さ方向
に１００μｍ間隔で５０層積層されている。入出力部そ
れぞれの側面には複数積層された線状内部電極と接続す
るための外部電極８２，８３が存在する。なお、図示し
ていないが、入力側においては、図４で説明したよう
に、線状電極を１本おきに選択して矩形板８１の上面に
おいてまとめて接続可能な構造としてある。

【００５５】試作した圧電トランスの共振周波数と入出
力側の振動子定数及び出力側の制動容量から計算した最
適負荷を表４に示す。また、試作した圧電トランスの１
波長共振モードを利用し、矩形板８１の長さ方向の端面
から１／４の位置を支持して入力７０Ｖrms 、負荷抵抗
１０Ω時の圧電トランス特性を測定した。その結果も表
４に示す。

【００５６】これによると、実施例８の圧電トランス
は、実施例７の圧電トランスと比較して入力側の容量比
が１０から８に改善されていることが示されている。こ
れは、実施例８の圧電トランスの場合、外部電極近傍の
圧電的に不活性な部分が入力側に存在しないことから振
動子特性が改善されたものと考えられる。また、線状内
部電極群を採用した実施例７の圧電トランスの抗折強度
は、面状電極を採用した場合よりも大きくなる。更に、
実施例８の圧電トランスの場合、入力部において分極時
あるいは駆動に圧電トランスの破壊の起点となる不活性
部が無くなることから、より強度が改善されていること
がわかる。また、実施例８では２つの側面に露出した線
状内部電極は入力部のみに配置し、出力部は実施例７と
同じ構造であるが、スクリーン印刷あるいはスパッタリ
ング等の手法によって出力部にも適用できる。その場合
は強度、振動子特性等においてより改善が可能であるこ
とは言うまでもない。

【００５７】［実施例９］図９に本発明の第９の実施例
による振動子構造の概略図を示す。寸法は長さ２４ｍ
ｍ、幅９ｍｍ、厚さ５ｍｍである。矩形板９１を長さ方
向に４等分した内の入力部である中央部２ヶ所の領域に
は、銀−パラジウム合金を用いた線状内部電極９４を線
幅１００ミクロン、長さ９ｍｍ、ピッチ２ｍｍで８本配
置し、すべて２つの側面に露出させている。出力部であ
る矩形板の両端からそれぞれ長さ方向に１／４の領域に
は、同じく銀−パラジウム合金を用いた線状内部電極９
５，９６を線幅８０ミクロン、長さ８ｍｍ、ピッチ５０
０μｍで３０本配置し、一本おきに交互に側面に露出さ
せている。この平面パターンを図９（ｂ）に示す。図中
の矢印は分極方向である。この平面パターンが厚さ方向
に１００μｍ間隔で５０層積層されている。２つの入力
部においては、これら線状内部電極は矩形板９１の側面
に設けられた厚さ方向に平行な複数の線状電極９２によ
って長さ方向に１つおきに同極となるよう接続され、更
に、矩形板９１の上面において上面電極９７によってま
とめて接続されている。また、出力部の側面には複数積
層された線状内部電極と接続するための外部電極９３が
存在する。

【００５８】試作した圧電トランスの共振周波数と入出
力側の振動子定数及び出力側の制動容量から計算した最
適負荷を表５に示す。また、試作した圧電トランスの１
波長共振モードを利用し、矩形板の長さ方向の端面から
１／４の位置を支持して入力７０Ｖrms 、負荷抵抗１０
Ω時の圧電トランス特性を測定した。その結果を表５に
示す。

【００５９】

【表５】

【００６０】これによると、実施例９による圧電トラン
スは、図１２で説明した圧電トランスと比較して入力側
の容量比が１０から８に改善されていることが示されて
いる。これは、実施例９の圧電トランスの場合、外部電
極近傍の圧電的に不活性な部分が入力側に存在しないこ
とから振動子特性が改善されたものと考えられる。ま
た、圧電トランスの抗折強度は、実施例９の圧電トラン
スの場合、入力部において分極時あるいは駆動に圧電ト
ランスの破壊の起点となる不活性部が無くなることか
ら、より強度が改善されていることがわかる。なお、実
施例９では２つの側面に露出した線状内部電極は入力部
のみに配置し、出力部は従来の圧電トランスと同じ構造
であるが、スクリーン印刷あるいはスパッタリング等の
手法によって出力部にも適用できる。その場合は強度、
振動子特性等においてより改善が可能であることは言う
までもない。

【００６１】なお、図４、図９に示された上面電極はい
ずれの実施例にも適用可能であることは言うまでも無
い。

【００６２】なお、いずれの実施例においても、矩形板
の長さ方向に２等分したうちの少なくとも一方の部分
に、長さ方向に直交した複数層の面内において幅方向に
平行に厚み方向に複数設けられた線状内部電極群を持つ
場合について説明したが、このような線状内部電極群に
代えて、長さ方向に直交して設けられる複数層の内部電
極を持つようにしても良い。

【００６３】

【発明の効果】以上に述べたように第１の実施例によれ
ば、線状内部電極を用いた構造とし積層方向は圧電セラ
ミックス矩形板の厚み方向とすることで機械的強度が高
くかつ効率９０％以上の構造の圧電トランスを提供する
ことが可能になる。また、矩形板側面の線状電極を引き
出して側面、上下面、あるいは両端面においてまとめる
ことにより、振動のノード点（振幅ゼロの部分）におい
てリード付けが可能となり、信頼性の向上を図ることが
できる。

【００６４】また、第２〜第５の実施例によれば、線状
内部電極を用いた構造とし積層方向は圧電セラミックス
矩形板の厚み方向とすることができるため、製造コスト
を低下させることができる。更に、圧電トランス的に不
活性な部分を除くことによって機械的強度が大きく信頼
性に優れた構造の圧電トランスを提供することが可能に
なる。

【００６５】第６の実施例によれば、線状内部電極を用
いた構造とし積層方向は圧電セラミックス矩形板の厚み
方向とすることができるため、製造コストを低下させる
ことができる。更に、圧電トランス的に不活性な部分を
除くことによって機械的強度が大きく信頼性に優れた構
造の圧電トランスを提供することが可能になる。

【００６６】更に、第７，第８の実施例によれば、線状
内部電極を用いた構造とし積層方向は圧電セラミックス
矩形板の厚み方向とすることができるため、製造コスト
を低下させることができる。更に、圧電トランス的に不
活性な部分を除くことによって機械的強度が大きく信頼
性に優れた構造の圧電トランスを提供することが可能に
なる。

【００６７】第９の実施例によれば、線状内部電極を用
いた構造とし積層方向は圧電セラミックス矩形板の厚み
方向とすることができるため、製造コストを低下させる
ことができる。更に、圧電トランス的に不活性な部分を
除くことによって機械的強度が大きく信頼性に優れた構
造の圧電トランスを提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による圧電トランスの構
造を説明するための概略図で、図（ａ）は斜視図、図
（ｂ）は内部電極パターンを説明するための横断面図、
図（ｃ）は図（ｂ）の一部拡大断面図である。

【図２】本発明の第２の実施例による圧電トランスの構
造を説明するための概略図で、図（ａ）は斜視図、図
（ｂ）は内部電極パターンを説明するための横断面図、
図（ｃ）は圧電トランス分極時の変形を説明するための
部分断面図、図（ｄ）は圧電トランス駆動時の応力分布
を示した図である。

【図３】本発明の第３の実施例による圧電トランスの構
造を説明するための概略図で、図（ａ）は斜視図、図
（ｂ）は内部電極パターンを説明するための横断面図、
図（ｃ）は図（ａ）の一部を拡大して示した図である。

【図４】本発明の第４の実施例による圧電トランスの構
造を説明するための概略図で、図（ａ）は斜視図、図
（ｂ）は図（ａ）の側面の一部を拡大して示した図、図
（ｃ）は図（ａ）の上面の一部を拡大して示した図であ
る。

【図５】本発明の第５の実施例による圧電トランスの構
造を説明するための概略図で、図（ａ）は斜視図、図
（ｂ）は図（ａ）の側面の一部を拡大して示した図、図
（ｃ）は図（ａ）の上面の一部を拡大して示した図であ
る。

【図６】本発明の第６の実施例による圧電トランスの構
造を説明するための概略図で、図（ａ）は斜視図、図
（ｂ）は内部電極パターンを説明するための横断面図、
図（ｃ）は図（ｂ）の一部拡大断面図である。

【図７】本発明の第７の実施例による圧電トランスの構
造を説明するための概略図で、図（ａ）は斜視図、図
（ｂ）は内部電極パターンを説明するための横断面図、
図（ｃ）は圧電トランス分極時の変形を説明するための
部分断面図である。

【図８】本発明の第８の実施例による圧電トランスの構
造を説明するための概略図で、図（ａ）は斜視図、図
（ｂ）は内部電極パターンを説明するための横断面図で
ある。

【図９】本発明の第９の実施例による圧電トランスの構
造を説明するための概略図で、図（ａ）は斜視図、図
（ｂ）は内部電極パターンを説明するための横断面図で
ある。

【図１０】従来のＡＣアダプタの回路構成を示すブロッ
ク図である。

【図１１】従来の圧電トランスの第１の例の構造を説明
するための概略図で、図（ａ）は斜視図、図（ｂ）は内
部電極パターンを説明するための横断面図、図（ｃ）は
分極時の変形を説明するための部分断面図である。

【図１２】従来の圧電トランスの第２の例の構造を説明
するための概略図で、図（ａ）は斜視図、図（ｂ）は内
部電極パターンを説明するための横断面図、図（ｃ）は
分極時の変形を説明するための部分断面図である。

【符号の説明】

１１、２１、３１、４１、５１、７１、８１、９１
圧電セラミックスによる矩形板 １２、２６、２７、３５、４５、５２、７２、７３、８
２、８３、９３、９４、９５、９６ 外部電極 １３、４６、５７、 ポリイミド絶縁膜 １４、１６、１７、２２、２３、２４、２５、３２、３
３、３４、３６、４２、４４、５４、５５、５６、７
４、７５、７６、７７、８４、８５、８６、線状内部電
極 ３７、９７ 上面電極 ３８ 絶縁層 ４７ メッキ電極

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電セラミックス矩形板の長さ方向の１
   波長共振モードを利用した圧電トランスにおいて、矩形
   板の長さ方向に２等分したうちの少なくとも一方の部分
   に、長さ方向に直交して複数層設けられた内部電極また
   は、長さ方向に直交した複数層の面内において幅方向に
   平行に厚み方向に複数設けられた線状内部電極群をも
   ち、これら複数層の内部電極または線状内部電極群が矩
   形板の２つの側面に露出し、矩形板側面において絶縁層
   によって長さ方向に１層おきに絶縁され、絶縁されてい
   ない内部電極または線状内部電極群は厚さ方向に平行な
   電極によって長さ方向に１層おきに接続され、更に矩形
   板側面、上下面、あるいは両端面のいずれかにおいて同
   極となるようまとめられていることを特徴とする圧電ト
   ランス。
2. 【請求項２】 圧電セラミックス矩形板の長さ方向の
   １．５波長共振モードを利用した圧電トランスにおい
   て、矩形板の長さ方向に３等分したうちの少なくとも１
   ヶ所の部分に、長さ方向に直交して複数層設けられた内
   部電極または、長さ方向に直交した複数層の面内におい
   て幅方向に平行に厚み方向に複数設けられた線状内部電
   極群をもち、これら複数層の内部電極または線状内部電
   極群が、矩形板の側面に長さ方向において１層おきに交
   互に露出していることを特徴とする圧電トランス。
3. 【請求項３】 圧電セラミックス矩形板の長さ方向の
   １．５波長共振モードを利用した圧電トランスにおい
   て、矩形板の長さ方向に３等分したうちの少なくとも１
   ヶ所の部分に、長さ方向に直交して複数層設けられた内
   部電極または、長さ方向に直交した複数層の面内におい
   て幅方向に平行に厚み方向に複数設けられた線状内部電
   極群をもち、これら複数層の内部電極または線状内部電
   極群が、矩形板の２つの側面に露出していることを特徴
   とする圧電トランス。
4. 【請求項４】 請求項３記載の圧電トランスにおいて、
   矩形板の２つの側面に露出している複数層の内部電極ま
   たは線状内部電極群が、矩形板側面に設けられた厚さ方
   向に平行な複数の側面電極によって接続され、これら厚
   さ方向に平行な側面電極が長さ方向に１つおきに同極と
   なるよう引き出され、矩形板側面、上下面、あるいは両
   端面のいずれかにおいて接続されていることを特徴とす
   る圧電トランス。
5. 【請求項５】 請求項３記載の圧電トランスにおいて、
   矩形板の２つの側面に露出している複数層の内部電極ま
   たは線状内部電極群が、矩形板側面において絶縁層によ
   って長さ方向に１層おきに絶縁され、絶縁されていない
   内部電極または線状内部電極群は厚さ方向に平行な側面
   電極によって長さ方向に１層おきに接続され、更に矩形
   板側面、上下面、あるいは両端面のいずれかにおいて同
   極となるようまとめられていることを特徴とする圧電ト
   ランス。
6. 【請求項６】 圧電セラミックス矩形板の長さ方向の２
   波長共振モードを利用した圧電トランスにおいて、矩形
   板の長さ方向に４等分したうちの少なくとも１ヶ所の部
   分に、長さ方向に直交して複数層設けられた内部電極ま
   たは、長さ方向に直交した複数層の面内において幅方向
   に平行に厚み方向に複数設けられた線状内部電極群をも
   ち、これら複数層の内部電極または線状内部電極群が矩
   形板の２つの側面に露出し、矩形板側面において絶縁層
   によって長さ方向に１層おきに絶縁され、絶縁されてい
   ない内部電極または線状内部電極群は厚さ方向に平行な
   側面電極によって長さ方向に１層おきに接続され、更に
   矩形板側面、上下面、あるいは両端面のいずれかにおい
   て同極となるようまとめられていることを特徴とする圧
   電トランス。
7. 【請求項７】 圧電セラミックス矩形板の長さ方向の２
   波長共振モードを利用した圧電トランスにおいて、矩形
   板の長さ方向に４等分したうちの少なくとも１ヶ所の部
   分に、長さ方向に直交して複数層設けられた内部電極ま
   たは、長さ方向に直交して複数層の面内において幅方向
   に平行に厚み方向に複数設けられた線状内部電極群をも
   ち、これら複数層の内部電極または線状内部電極群が、
   矩形板の側面に長さ方向において１層おきに交互に露出
   していることを特徴とする圧電トランス。
8. 【請求項８】 圧電セラミックス矩形板の長さ方向の２
   波長共振モードを利用した圧電トランスにおいて、矩形
   板の長さ方向に４等分したうちの少なくとも１ヶ所の部
   分に、長さ方向に直交して複数層設けられた内部電極ま
   たは、長さ方向に直交した複数層の面内において幅方向
   に平行に厚み方向に複数設けられた線状内部電極群をも
   ち、これら複数層の内部電極または線状内部電極群が、
   矩形板の２つの側面に露出していることを特徴とする圧
   電トランス。
9. 【請求項９】 圧電セラミックス矩形板の長さ方向の２
   波長共振モードを利用した圧電トランスにおいて、矩形
   板の長さ方向に４等分したうちの少なくとも１ヶ所の部
   分に、長さ方向に直交して複数層設けられた内部電極ま
   たは、長さ方向に直交した複数層の面内において幅方向
   に平行に厚み方向に複数設けられた線状内部電極群をも
   ち、これら複数層の内部電極または線状内部電極群が、
   矩形板の２つの側面に露出し、更に矩形板側面に設けら
   れた厚さ方向に平行な複数の側面電極によって接続さ
   れ、これら厚さ方向に平行な側面電極が長さ方向に１つ
   おきに同極となるよう引き出され、矩形板側面、上下
   面、あるいは両端面のいずれかにおいて接続されている
   ことを特徴とする圧電トランス。