JP2002076465A

JP2002076465A - 圧電トランスおよびａｄコンバータ

Info

Publication number: JP2002076465A
Application number: JP2000261833A
Authority: JP
Inventors: Harumi Hayashi; 春美林
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-08-30
Filing date: 2000-08-30
Publication date: 2002-03-15

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、低負荷時に高出力電力が得られ、か
つ大出力電流を高効率で取り出すことができるととも
に、小型化を達成でき、さらに、外部電極と内部電極を
確実に接続できる圧電トランスおよびＡＤコンバータを
提供する【解決手段】圧電基板１１に、電圧入力部１３、電圧出
力部１５、電圧入力部１７を形成し、電圧出力部１５に
おける圧電基板１１内に、４以上の出力部用内部電極５
３ａ、５３ｂを厚み方向に設け、電圧出力部１５におけ
る圧電基板１１の内部に、出力部用内部電極５３ａ、５
３ｂに交互に接続する内部電極接続用ビアホール導体６
１ａ、６１ｂを設け、電圧出力部１５における圧電基板
１１の両主面に出力部用外部電極５１ａ、５１ｂを設
け、出力部用外部電極５１ａ、５１ｂと出力部用内部電
極５３ａ、５３ｂとを外部電極接続用ビアホール導体５
７ａ、５７ｂで接続した。

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および
ＡＤコンバータに関し、特に、各種電子機器に用いられ
るＡＣアダプタやＤＣ−ＤＣコンバータ、およびノート
パソコン、携帯用端末等に使用される液晶ディスプレイ
用のバックライト冷陰極管のインバータ等に用いられる
圧電トランスおよびＡＤコンバータに関する。

【０００２】

【従来技術】近年、電子機器の小型化に関し、電源回路
の小型化は重要な課題の一つであり、電源回路内の高周
波化による小型化が図られている。

【０００３】従来のスイッチング電源では、変圧器とし
て電磁誘導を原理とする電磁トランスを用いるが、高周
波下での電磁トランスは、ヒステリシス損、渦電流損お
よび表皮効果による損失が増大するという問題があっ
た。

【０００４】さらに、電磁トランス自身の小型化、薄型
化は、巻線の極細線多数巻による銅損、磁気結合の低下
および漏れ磁束の増加を招き、いずれも電源回路の効率
を大きく下げる原因となっていた。さらにまた、巻線に
よる電磁ノイズの発生などの問題があった。

【０００５】一方、圧電トランスは圧電効果を原理と
し、電磁トランスと比較して、小型化してもエネルギー
密度が高く、かつ巻線を用いないため電磁ノイズが少な
いなどの長所がある。

【０００６】図５に、従来のローゼン型圧電トランスを
示す。このローゼン型圧電トランスは、長板状圧電板１
の長手方向のほぼ半分を１次側とし、厚み方向に電極
２、３が形成され、長手方向の残るほぼ半分を２次側と
し、端面に電極４が形成されて構成されている。１次側
は厚み方向に分極され、２次側は長手方向に分極されて
いる。圧電トランスの１次側は圧電板１の制動容量が大
きいため低インピーダンスであり、２次側は制動容量が
小さいため高インピーダンスである。

【０００７】そして、２次側の電極４と１次側の電極２
（あるいは３）に負荷抵抗を接続し、圧電トランスの１
次側の電極２、３間に、圧電板１の長さで決まる圧電ト
ランスの共振周波数あるいはその近傍の周波数の交流電
圧を印加すると、逆圧電効果により長さ方向に強い機械
的振動を励起し、これにより電極４に圧電効果によって
電荷が発生し、２次側の電極４と１次側の電極２（ある
いは３）間に電圧が得られる。

【０００８】このローゼン型圧電トランスは、２次側の
制動容量にもよるが、一般に使用される範囲として、負
荷抵抗が１０ＫΩ以上の高インピーダンスであれば、昇
圧用の圧電トランスとして、一方、負荷が１０ＫΩ未満
の低インピーダンスであれば降圧用の圧電トランスとし
て動作する。

【０００９】一方、負荷抵抗を１次側の電極２、３間に
接続し、圧電トランスの２次側の電極４を入力とし、電
極４と電極２（あるいは３）に共振周波数あるいはその
近傍の周波数の交流電圧を印加すると、負荷抵抗が高イ
ンピーダンスであれば昇圧用の圧電トランスとして、低
インピーダンスであれば降圧用の圧電トランスとして動
作する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ロ
ーゼン型圧電トランスにおいて、１次側を入力とし、２
次側を出力とした場合、２次側の電極４の面積が狭いた
め、電極４に表れる電荷量が少なく、高出力電流を得る
ことは困難であった。

【００１１】また電極４と電極２（あるいは３）との距
離が長いため、圧電トランスの出力側の容量が小さく、
出力インピーダンスが高い。そのため、負荷を接続した
場合、高出力電力が得られる負荷はおのずと高いものに
制限されてしまうという問題があった。

【００１２】即ち、例えば、ノートパソコン等の電子機
器に用いられるアダプタ用電源の場合、負荷が低インピ
ーダンスのため、従来のローゼン型圧電トランスでは高
出力電力を得ることができず、アダプタ用電源として用
いることができないという問題があった。

【００１３】一方、上記圧電トランスにおいて、２次側
を入力とし、１次側を出力とすると、出力側電極面積は
広くなるが、電極４と電極２（あるいは３）との距離が
長いため、入力インピーダンスが高くなり、圧電トラン
ス入力部での損失が大きく、高出力電力を得ることがで
きない。

【００１４】また、入力インピーダンスを下げるため電
極４の面積を広げると、圧電トランス自体が大型化して
しまい、圧電トランスの持つ小型という利点を損なうと
いう問題があった。

【００１５】さらに、上記従来のローゼン型圧電トラン
スでは、電極４を持つため、単一の磁器からなる圧電板
１を長手方向と厚み方向の異なる２方向に分極する必要
があり、そのため、分極方向が異なる界面付近で分極に
伴う大きな応力が発生し、使用中に圧電板１が損傷した
り破壊するなど信頼性が低いという問題があった。

【００１６】また、単一の磁器に方向が異なる２種類の
分極を施す必要があるため、製造が困難であるという問
題があった。さらに、圧電板１の長手方向の分極作業は
高電圧を印加する必要があるため、作製時のトランス破
壊および作製時における作業の危険性が増大するという
問題があった。

【００１７】このような問題を解決するために、近年、
圧電基板に、電圧入力部、電圧出力部を設け、これらの
電圧入力部、電圧出力部を、圧電体層と内部電極層を交
互に積層して構成した圧電トランスが知られている（例
えば、特開平１１−４０２６号公報参照）。

【００１８】しかしながら、このような積層型の圧電ト
ランスでは、上下の内部電極を交互にずらし、外部電極
は側面から上・下面にまで回り込むように形成されてい
るために、図６（ａ）に示すように積層体６の角部での
電極７の厚みが薄くなり断線が生じることがあった。そ
れを解決する方法として、図６（ｂ）に示すように積層
体６の角部を研磨したり、図６（ｃ）に示すように積層
体６の角部に電極７の盛り上がり（こぶ）を形成したり
する方法が考えられるが、研磨の場合は角部を均等に再
現よく研磨するのは非常に難しく、電極７の盛り上がり
（こぶ）を形成する場合も盛り上がりに対する再現性に
問題があり、どちらの方法も信頼性という点で問題があ
った。

【００１９】また、圧電トランスの側面に余計な突起を
形成しているために、外部電極を含めた外形寸法の変動
により、振動時のノイズ発生の問題があった。

【００２０】本発明は、低負荷時に高出力電力が得ら
れ、かつ大出力電流を高効率で取り出すことができると
ともに、小型化を達成でき、さらに、外部電極と内部電
極を確実に接続できる圧電トランスおよびＡＤコンバー
タを提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明の圧電トランス
は、両主面が長方形状の圧電基板の長さ方向に、電圧入
力部、電圧出力部、電圧入力部を順次形成し、前記電圧
出力部における圧電基板内に、４以上の出力部用内部電
極を厚み方向に所定間隔を置いて設けるとともに、内部
電極接続用ビアホール導体を有し、該ビアホール導体に
より前記出力部用内部電極が一層おきに接続され、さら
に、前記電圧出力部における圧電基板の両主面にそれぞ
れ出力部用外部電極を設けてなり、前記出力部用外部電
極と、該出力部用外部電極に最も近い前記出力部用内部
電極とを外部電極接続用ビアホール導体により接続して
なるものである。

【００２２】このような構成を採用することにより、電
圧出力部において、磁器側面における外部電極の削れ、
剥がれ等による導通不良を防止することができ、外部電
極を側面から上下面にまで回り込むように形成する必要
がなくなり、積層体の角部における断線の危険がなくな
るとともに、圧電基板の両主面に形成された出力部用外
部電極を、外部電極接続用ビアホール導体を介して出力
部用内部電極と確実に接続することが可能となる。

【００２３】また、前記内部電極接続用ビアホール導体
を前記圧電トランスの内部に形成することにより、該圧
電トランスの側面に余計な突起を付与するような配線を
無くすことができ、圧電トランスの共振に対するノイズ
を除去できる。

【００２４】また、積層構造にすることで、同じ設置面
積で電圧出力部の電極面積を広くすることができ、大電
力電流が取り出せる。さらに、圧電基板の厚さ方向に分
極するため、分極処理用の印加電圧を低くすることがで
きる。

【００２５】本発明の圧電トランスでは、電圧入力部に
おける圧電基板内に、一対の入力部用内部電極を厚み方
向に所定間隔を置いて設けるとともに、前記電圧入力部
における圧電基板の両主面にそれぞれ入力部用外部電極
を設けてなり、前記入力部用外部電極と前記入力部用内
部電極とを外部電極接続用ビアホール導体により接続し
てなることが望ましい。

【００２６】このような構造によれば、電圧入力部にお
いて、外部電極を側面から上下面にまで回り込むように
形成する必要がなくなり、磁器側面における外部電極の
削れ、剥がれ等による導通不良を防げるとともに、積層
体の角部における断線の危険がなくなるとともに、圧電
基板の両主面に形成された入力部用外部電極を、外部電
極接続用ビアホール導体を介して入力部用内部電極と確
実に接続することが可能となる。

【００２７】また、電圧入力部、電圧出力部における圧
電基板の両主面に、それぞれ入力部用外部電極、出力部
用外部電極を形成することにより、これらの入力部用外
部電極、出力部用外部電極を用いて、単一方向に分極処
理を行うことができるため、製造が容易となる。

【００２８】また、本発明の圧電トランスでは、一対の
入力部用内部電極間の圧電体層、および出力部用内部電
極層間の圧電体層が厚み方向に分極され、電圧出力部で
は、隣設する前記圧電体層の分極方向が逆であることが
望ましい。

【００２９】このような構造によれば、両側の電圧入力
部の圧電体層において、圧電基板の主面の幅方向に基本
波振動（以下、幅方向縦振動ということもある）が生
じ、例えば、共振周波数近傍の周波数において、基本波
の交流電圧を入力すれば、電気機械結合係数Ｋ’₃₁をも
って圧電基板の電圧入力部に幅方向縦振動の基本波が励
振され、再び電気機械結合係数Ｋ’₃₁をもって、中央の
電圧出力部の圧電体層に入力電圧と同じ周波数の出力電
圧が発生する。

【００３０】幅方向縦振動の電気機械結合係数は一般的
に長さ方向の電気機械結合係数よりも大きいが、本発明
の圧電トランスでは、幅方向縦振動を利用するために、
長さ方向の振動モードを利用する従来のローゼン型圧電
トランスに比べると、エネルギー伝送を行う場合におい
ては、高効率化、高電力化が可能となる。

【００３１】また、圧電トランスの出力側の制動容量を
Ｃｄ₂、圧電トランスの共振周波数をｆｒ、負荷抵抗を
ＲＬとした場合、ローゼン型圧電トランスと比較して、
同形状において電極面積を広く取れるためＣｄ₂を大き
な値とでき、共振周波数ｆｒに関しても、幅方向縦振動
を用いるため大きな値にできる。

【００３２】最大電力を取れる負荷抵抗、すなわちイン
ピーダンス整合となる負荷抵抗ＲＬ’は、ＲＬ’＝１／
（２πｆｒＣｄ₂）で決定されるので、本発明の圧電ト
ランスでは、従来のローゼン型圧電トランスと比べて、
低インピーダンスにおいて高出力電力を得ることができ
る。

【００３３】本発明の圧電トランスは、圧電基板の幅方
向に基本波振動することが望ましい。これにより、一般
に、基本波の電気機械結合係数は高次モードの電気機械
結合係数に比べて大きいことから、基本波を利用した本
発明の圧電トランスは、高次モードを利用したトランス
と比較すると材料の持つ特性を充分に発揮でき、高効率
化、高電力化が可能となる。

【００３４】また、本発明の圧電トランスでは、外部電
極接続用ビアホール導体が振動の節に形成されているこ
とが望ましい。主面の幅方向に対して基本波モードで縦
振動することにより、振動の節が圧電基板の幅中央であ
って長さ方向に形成され、この振動の節に対応する部分
に形成された外部電極と内部電極を外部電極接続用ビア
ホールにより、確実に接続することができる。

【００３５】また、圧電トランスとして、デバイス加工
するために、焼成後に、圧電磁器の表面研磨を行う。こ
れにより素子の寸法と特性の精度を高めることができ、
研磨によりビアホールに充填された導体を露出させ、外
部電極との接続を確実にすることもできる。

【００３６】本発明の圧電トランスは、降圧用の圧電ト
ランスとして好適に用いることができる。積層構成を変
えることにより、負荷のインピーダンスに応じて低イン
ピーダンス化しやすく、インピーダンス整合を容易にと
ることができる。尚、本発明の圧電トランスは、入力と
出力の関係を逆にすることにより昇圧型としても、同様
に実施でき、同様な効果を有するのである。

【００３７】本発明のＡＤコンバータは、交流電圧を直
流電圧に変換する１次側整流回路と、直流電圧を高周波
交流電圧に変換するとともに、該高周波交流電圧を降圧
する発振回路と、前記降圧された高周波交流電圧を直流
電圧に変換する２次整流回路とを具備するＡＤコンバー
タであって、前記発振回路内に、上記圧電トランスを有
するものである。

【００３８】

【発明の実施の形態】ここで、圧電トランスの斜視図で
ある図１と、各電極層を図１の長さ方向に対向する側面
から見たときに概念的に見える形で表した図２（ａ）、
（ｂ）および（ｃ）とを併せて参照する。

【００３９】本発明の圧電トランスは、図１に示すよう
に、両主面が長方形状の圧電基板１１の長さ方向に、電
圧入力部１３、電圧出力部１５、電圧入力部１７が順次
形成され、電圧出力部１５と、その両側に設けられた電
圧入力部１３、１７との間には、絶縁部１９が設けられ
ている。次に、図２（ａ）に示すように、電圧入力部１
３、１７における圧電基板１１の両主面には、それぞれ
入力部用外部電極３１ａ、３１ｂが形成され、一方、該
電圧入力部１３、１７における圧電基板１１の内部に
は、投影的に一対の入力部用内部電極３３ａ、３３ｂが
厚み方向に所定間隔をおいて形成されている。

【００４０】これらの前記入力部用外部電極３１ａ、３
１ｂと、前記一対の入力部用内部電極３３ａ、３３ｂと
は、表層圧電体層３５ａ、３５ｂに形成されたビアホー
ル内に導体を充填した外部電極接続用ビアホール導体３
７ａ、３７ｂにより、それぞれ接続されている。即ち、
電圧入力部１３、１７は、一対の入力部用内部電極３３
ａ、３３ｂにより挟持された圧電体層３９と表層圧電体
層３５ａ、３５ｂとから構成されている。

【００４１】また、一対の入力部用内部電極３３ａ、３
３ｂは、その電圧出力部１５側の端部を除いて、圧電基
板１１の側面に露出し、該入力部用内部電極３３ａ、３
３ｂ間の圧電体層３９は、厚み方向に分極されている。
次に、図２（ｂ）に示すように、電圧出力部１５におけ
る圧電基板１１の両主面には、それぞれ出力部用外部電
極５１ａ、５１ｂが形成され、一方、該電圧出力部１５
における圧電基板１１の内部には、投影的に６層の出力
部用内部電極５３ａ、５３ｂが厚み方向に所定間隔をお
いて交互に形成されている。これらの前記出力部用外部
電極５１ａ、５１ｂと、前記出力部用内部電極５３ａ、
５３ｂとは、表層圧電体層５５ａ、５５ｂに形成された
ビアホール内に導体を充填した外部電極接続用ビアホー
ル導体５７ａ、５７ｂにより、前記出力部用外部電極５
１ａ、５１ｂに最も近い出力部用内部電極５３ａ、５３
ｂにそれぞれ接続されている。

【００４２】そして、電圧出力部１５における圧電基板
１１の幅方向の端面５９ａ、５９ｂの近傍には内部電極
接続用ビアホール導体６１ａ、６１ｂが形成され、出力
部用内部電極５３ａ、５３ｂは、内部電極接続用ビアホ
ール導体６１ａ、６１ｂにより交互に電気的に接続され
ている。

【００４３】即ち、電圧出力部１５は、６層で構成され
た出力部用内部電極５３ａ、５３ｂにより挟持された圧
電体層６３と表層圧電体層５５ａ、５５ｂとから構成さ
れている。

【００４４】そして、電圧出力部１５では、出力部用内
部電極５３ａ、５３ｂ間の圧電体層６３は厚み方向に分
極されているとともに、上下に隣接する圧電体層６３の
分極方向が逆とされている。

【００４５】そして、図２（ｃ）に示すように、電圧出
力部１５における内部電極接続用ビアホール導体６１
ａ、６１ｂと、内部電極接続用ビアホール導体６１ａ、
６１ｂと電気的に絶縁されている出力部用内部電極５３
ａ、５３ｂとの間隔をＬ、対向して形成された一対の出
力部用内部電極５３ａ、５３ｂの間隔をｔ、即ち圧電体
層６３の厚みをｔとした時、ｔ／２≦Ｌを満足すること
が望ましい。

【００４６】これは、内部電極接続用ビアホール導体６
１ａ、６１ｂと電気的に絶縁されている出力部用内部電
極５３ａ、５３ｂとの間隔が、上記の条件を満足する場
合には、電圧出力部１５における分極時の絶縁破壊を防
止することができるからである。一方、間隔がｔ／２よ
りも小さい場合には、分極時における耐電圧が低下する
傾向にある。

【００４７】また、電圧出力部１５の出力部用内部電極
５３ａ、５３ｂを交互に接続している内部電極接続用ビ
アホール導体６１ａ、６１ｂは、電圧出力部１５におけ
る圧電基板１１の幅方向の端面５９ａ、５９ｂの近傍に
形成されることが好ましく、特には、圧電基板１１の幅
中央に形成される振動の節に対して、幅方向に対称的
に、外部電極接続用ビアホール導体５７ａ、５７ｂを形
成することが基本波の振動を高効率化するために好適で
ある。

【００４８】また、出力部用内部電極５３ａ、５３ｂを
接続する他の導体構造としては、図７、図8（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）に示しているように、電圧出力部１５に
おける圧電基板１１の幅方向の端面５９ａ、５９ｂに、
予め凹を設けて、端面が盛り上がらないように、半月型
の内部電極接続用ビアホール導体６１ａ、６１ｂを形成
することもできる。

【００４９】この圧電トランスは、図１に示したよう
に、圧電基板の幅方向（Ｘ方向）に振動し、また、幅方
向の中心に振動の節を有するものであり、基本波で作動
することが望ましい。また降圧用として機能することが
望ましい。

【００５０】本発明の圧電トランスの製造方法について
説明する。例えば、圧電体層としてＰＺＴ系圧電磁器材
料を用い、また内部電極材料としてＡｇ／Ｐｄを用い、
図３に示すように、ＰＺＴ系圧電材料からなるグリーン
シート７１上に、必要に応じてＡｇ／Ｐｄペーストをス
クリーン印刷して入力部用内部電極３３ａ、３３ｂ、出
力部用内部電極５３ａ、５３ｂとなる内部電極パターン
を形成し、打ち抜き加工でビアホール７３を形成した
後、Ａｇ／Ｐｄペーストを充填する。このようなグリー
ンシート７１を、図３に示すように７層積層し、この積
層成形体を焼成する。

【００５１】この後、両主面の表層圧電体層３５ａ、３
５ｂ、５５ａ、５５ｂの表面を研磨した後、電圧入力部
１３、１７および電圧出力部１５の両主面に、銀とガラ
スを主成分とする電極ペーストを塗布して焼き付け、外
部電極３１ａ、３１ｂ、５１ａ、５１ｂを形成する。

【００５２】この後、電圧入力部１３、１７及び電圧出
力部１５の電極間に直流の高電界を印加して分極処理す
る。

【００５３】尚、ここでは圧電磁器材料と内部電極材料
としてＰＺＴ系圧電磁器材料およびＡｇ／Ｐｄを用いた
が、圧電性を有する圧電磁器材料およびそれと一体焼成
可能である電極材料であれば他の組み合わせでも良いこ
とはいうまでもない。

【００５４】本発明の圧電トランスでは、電圧入力部１
３、１７の入力部用内部電極３３ａ、３３ｂ間、即ち圧
電体層３９に、圧電基板１の主面の幅方向Ｘに縦振動す
る基本波の共振周波数近傍の周波数を持つ交流電圧を印
加すれば、圧電横効果の電気機械結合係数Ｋ’₃₁をもっ
て圧電基板１１が幅方向縦振動の基本波で励振し、再び
圧電横効果の電気機械結合係数Ｋ’₃₁をもって電圧出力
部１５の出力部用内部電極５３ａ、５３ｂ間に、入力電
圧と同じ周波数の電圧が発生する。このとき、出力電圧
は負荷抵抗や駆動周波数に依存する。

【００５５】即ち、電圧入力部１３、１７の入力部用内
部電極３３ａ、３３ｂ間に、圧電基板１１の幅方向に縦
振動する基本波の共振周波数近傍の周波数を持つ交流電
圧を印加すると、図１に示したように、圧電基板１１の
主面の幅方向（短辺方向：Ｘ方向）に半周期となるよう
な振動（基本波）が生じ、つまり、短辺方向に伸縮する
振動が生じ、この振動が中央の電圧出力部１５に伝達さ
れ、電圧出力部１５の出力部用内部電極５３ａ、５３ｂ
間に入力電圧と同じ周波数の電圧が発生する。

【００５６】そして、このような幅方向縦振動で基本波
を用いると、図１の一点鎖線で示すように、圧電基板１
１の主面の短辺の中央部が振動の節Ｙとなり、この振動
の節Ｙの部分で圧電基板１１を保持すれば、圧電基板１
１の幅方向縦振動モードの基本波を妨げずに固定するこ
とができる。

【００５７】即ち、電圧入力部１３、１７の外部電極接
続用ビアホール導体３７ａ、３７ｂ、および電圧出力部
１５の外部電極接続用ビアホール導体５７ａ、５７ｂ
を、振動の節Ｙの線上に形成することが望ましい。

【００５８】さらに、本発明の圧電トランスは幅方向縦
振動モードを利用しており、一般に主面が長方形状の圧
電基板１１の幅方向縦振動の電気機械結合係数Ｋ’
₃₁は、圧電基板１１の長さ方向振動の電気機械結合係数
Ｋ₃₁よりも大きいため、より高電力化、高効率化を図る
ことができる。

【００５９】また、本発明の圧電トランスは分極方向が
積層方向の単一方向であるために、ローゼン型圧電トラ
ンスと比較して、圧電基板１１の長さ方向の分極処理の
必要がないため、比較的低電圧の直流電圧で分極でき、
製造工程を簡略化でき、製造工程における安全性を向上
できる。

【００６０】本発明の圧電トランスは、圧電横効果の電
気機械結合係数Ｋ’₃₁をもって交流の入力電圧を機械的
な振動に変換し、再び圧電横効果の電気機械結合係数
Ｋ’₃₁をもって交流の出力電圧に変換するために、エネ
ルギー伝送の高効率化、高電力化を図るために、圧電材
料としては、電気機械結合係数Ｋ’₃₁の大きな材料が望
ましい。特にＰＺＴ系の圧電セラミック材料が望まし
い。

【００６１】そして、本発明の圧電トランスでは、従来
のように、外部電極３１ａ、３１ｂ、５１ａ、５１ｂを
側面から上下面にまで回り込むように形成する必要がな
くなり、圧電基板１１の角部における断線の危険がなく
なるとともに、圧電基板１１の両主面に形成された外部
電極３１ａ、３１ｂ、５１ａ、５１ｂを、外部電極接続
用ビアホール導体３７ａ、３７ｂ、５７ａ、５７ｂ、お
よび、内部電極接続用ビアホール導体６１ａ、６１ｂを
介して内部電極３３ａ、３３ｂ、５３ａ、５３ｂと確実
に接続することができる。

【００６２】本発明のＡＤコンバータは、図４に示すよ
うに、交流電圧を直流電圧に変換する１次側整流回路
と、直流電圧を高周波交流電圧に変換するとともに、該
高周波交流電圧を降圧する発振回路と、降圧された高周
波交流電圧を直流電圧に変換する２次整流回路とを具備
するものである。

【００６３】１次側整流回路は、例えば、ブリッジダイ
オードとコンデンサとを有し、２次側整流回路は、例え
ば、２個のダイオード、コンデンサを有し、発振回路
は、スイッチング回路と、上記した圧電トランスを有し
ている。

【００６４】

【実施例】図１に示した圧電トランスをグリーンシート
法により作製した。先ず、圧電磁器材料としてＰＺＴ系
圧電磁器材料を用い、また内部電極材料としてＡｇ／Ｐ
ｄを用い、ＰＺＴ系圧電磁器材料からなるグリーンシー
ト上に、Ａｇ／Ｐｄペーストをスクリーン印刷し、内部
電極接続用ビアホール導体及び外部電極接続用ビアホー
ル導体を形成するグリーンシート上の位置に打ち抜き加
工でビアホールを形成した後、Ａｇ／Ｐｄペーストを充
填し、電圧入力部１３、１７、電圧出力部１５の内部電
極パターンを形成した。この内部電極パターンが形成さ
れたグリーンシートを７枚積層し、焼成した。

【００６５】電圧入力部１３、１７では、圧電体層３９
が１層、入力部用内部電極３３ａ、３３ｂが２層、表層
圧電体層３５ａ、３５ｂが２層積層されて構成され、電
圧出力部１５では、圧電体層６３が５層、出力部用内部
電極５３ａ、５３ｂが６層、表層圧電体層５５ａ、５５
ｂが２層積層されて構成されており、圧電体層６３の厚
さが０．３ｍｍ、圧電体層３９の厚さが１．５ｍｍであ
った。

【００６６】この場合、電圧出力部１５における１層当
りの出力部圧電体層の厚みｔは、０．３ｍｍ、絶縁して
形成された出力部用内部電極と内部電極接続用ビアホー
ル導体との距離Ｌは０．２ｍｍであった。

【００６７】また、焼成後に表層圧電体層３５ａ、３５
ｂ、５５ａ、５５ｂの研磨を行い、全体の長さ３０ｍ
ｍ、幅７ｍｍに切断した。出力部用内部電極５３ａ及び
５３ｂはそれぞれ内部電極接続用ビアホール導体６１
ａ、６１ｂで電気的に接続されている。外部電極接続用
ビアホール導体３７ａ、３７ｂ、５７ａ、５７ｂは、振
動の節に形成した。

【００６８】電圧入力部１３、１７および電圧出力部１
５の両主面に、銀とガラスを主成分とする電極ペースト
を塗布して焼き付けることにより、外部電極３１ａ、３
１ｂ、５１ａ、５１ｂを形成すると同時に、入力部用外
部電極３１ａと入力部用内部電極３３ａ、入力部用外部
電極３１ｂと入力部用内部電極３３ｂ、出力部用外部電
極５１ａと出力部用内部電極５３ａ、出力部用外部電極
５１ｂと出力部用内部電極５３ｂの導通をとった。

【００６９】電圧入力部１３、１７の入力部用外部電極
３１ａ、３１ｂ、および入力部用内部電極３３ａ、３３
ｂの寸法は、主面の長さ方向の辺が９ｍｍ、主面の幅方
向の辺が７ｍｍであり、入力部用外部電極３１ａ、３１
ｂと、出力部用外部電極５１ａ、５１ｂとの間隔、およ
び入力部用内部電極３３ａ、３３ｂと出力部用内部電極
５３ａ、５３ｂの間隔は１．５ｍｍとした。

【００７０】電圧出力部１５の出力部用外部電極５１
ａ、５１ｂの寸法は、主面の長さ方向の辺が９ｍｍ、主
面の幅方向の辺が７ｍｍであり、出力部用内部電極５３
ａ、５３ｂの寸法は、主面の長さ方向の辺が９ｍｍ、主
面の幅方向の辺が６．５５ｍｍである。

【００７１】この場合、内部電極接続用ビアホール導体
６１ａ、６１ｂは、直径０．１５ｍｍで、電圧出力部１
５における圧電基板１１の端面５９ａ、５９ｂから前記
内部電極接続用ビアホール導体６１ａ、６１ｂの側面ま
での距離は０．１ｍｍであった。

【００７２】この後、１９０℃のシリコンオイル中で
１．６ｋＶ／ｍｍの電場を印加する、つまり電圧入力部
１３、１７には２．４ｋＶを、電圧出力部１５には４８
０Ｖを印加し、１０分間分極を行い、圧電基板１１を厚
み方向に分極し、図１および図２に示すような圧電トラ
ンスを得た。

【００７３】そして、圧電トランスの電圧入力部１３、
１７の入力部用外部電極３１ａ、３１ｂ（１次側電極）
に入力用端子を接続し、電圧出力部１５の出力部用外部
電極５１ａ、５１ｂ（２次側電極）に出力用端子を接続
し、この出力用端子に１０Ωの負荷抵抗ＲＬを接続し
た。入力電圧は関数発生器を用い振幅が５Ｖの正弦波を
入力側電極に印加し、出力用端子からの出力電圧（Ｖ）
を検出し、出力電流（ｍＡ）、出力電力（ｍＷ）を求
め、最大効率８０％のトランスとして駆動することを確
認した。この結果から、本発明の圧電トランスでは、負
荷抵抗が１０Ωでも高い変換効率を示すことが判る。

【００７４】

【発明の効果】本発明の圧電トランスでは、電圧入力部
の入力部用内部電極間に、圧電基板の幅方向に振動する
基本波の共振周波数近傍の周波数の交流電圧を入力すれ
ば、電気機械結合係数Ｋ’₃₁をもって圧電基板に幅方向
縦振動の基本波が励振され、再び電気機械結合係数Ｋ’
₃₁をもって電圧出力部の出力部用内部電極間に入力電圧
と同じ周波数の出力電圧が発生し、従来のローゼン型圧
電トランスと比較して、大出力電流を取り出せる。

【００７５】そして、表層用圧電体層に形成された外部
電極接続用ビアホール導体と、電力出力部に形成した内
部電極接続用ビアホール導体により、入力部用外部電極
と入力部用内部電極の接続、および出力部用外部電極と
出力部用内部電極の接続を確実に行えるようになり、磁
器の角部の加工や電極材料の角部での盛り上がり（こ
ぶ）を形成する必要がないばかりでなく、また、共振に
対する振動ノイズを除くことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧電トランスを示す斜視図である。

【図２】図１の圧電トランスを示すもので、（ａ）は図
１のＡ−Ａ’線に沿った断面図、（ｂ）は図１のＢ−
Ｂ’線に沿った断面図、（ｃ）は（ａ）の一部を拡大し
て示す断面図である。

【図３】本発明の圧電トランスを作製する際のグリーン
シートの積層を説明する分解斜視図である。

【図４】ＡＤコンバータを示す回路図である。

【図５】従来のローゼン型圧電トランスを示す斜視図で
ある。

【図６】圧電基板の角部を示すもので、（ａ）は角部で
の電極厚みが薄くなった状態を示す断面図、（ｂ）は圧
電基板の角部を研磨した断面図、（ｃ）は圧電基板の角
部に電極の盛り上がりを形成した状態を示す断面図であ
る。

【図７】本発明の圧電トランスを示す斜視図である。

【図８】図7の圧電トランスを示すもので、（ａ）は図7
のＣ−Ｃ’線に沿った断面図、（ｂ）は図７のＤ−Ｄ’
線に沿った断面図、（ｃ）は（ａ）の一部を拡大して示
す断面図である。

【符号の説明】

１１圧電基板１３、１７電圧入力部１５電圧出力部３１ａ、３１ｂ入力部用外部電極３３ａ、３３ｂ入力部用内部電極３５ａ、３５ｂ、５５ａ、５５ｂ表層用圧電体層３７ａ、３７ｂ、５７ａ、５７ｂ外部電極接続用ビア
ホール導体３９、６３圧電体層５１ａ、５１ｂ出力部用外部電極５３ａ、５３ｂ出力部用内部電極６１ａ、６１ｂ内部電極接続用ビアホール導体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】両主面が長方形状の圧電基板の長さ方向
に、電圧入力部、電圧出力部、電圧入力部を順次形成
し、前記電圧出力部における圧電基板内に、４以上の出
力部用内部電極を厚み方向に所定間隔を置いて設けると
ともに、前記出力部用内部電極を内部電極接続用ビアホ
ール導体により一層おきに接続し、さらに、前記電圧出
力部における圧電基板の両主面にそれぞれ出力部用外部
電極を設けてなり、前記出力部用外部電極と、該出力部
用外部電極に最も近い前記出力部用内部電極とを外部電
極接続用ビアホール導体により接続してなることを特徴
とする圧電トランス。
【請求項２】電圧入力部における圧電基板内に、一対の
入力部用内部電極を厚み方向に所定間隔を置いて設ける
とともに、前記電圧入力部における圧電基板の両主面に
それぞれ入力部用外部電極を設けてなり、前記入力部用
外部電極と前記入力部用内部電極とを外部電極接続用ビ
アホール導体により接続してなることを特徴とする請求
項１記載の圧電トランス。
【請求項３】一対の入力部用内部電極間の圧電体層、お
よび出力部用内部電極層間の圧電体層が厚み方向に分極
され、電圧出力部の隣設する前記圧電体層の分極方向が
逆であることを特徴とする請求項１または２記載の圧電
トランス。
【請求項４】圧電基板の幅方向に基本波振動することを
特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載の圧電
トランス。
【請求項５】外部電極接続用ビアホール導体が振動の節
に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のう
ちいずれかに記載の圧電トランス。
【請求項６】降圧用であることを特徴とする請求項１乃
至５のうちいずれかに記載の圧電トランス。
【請求項７】交流電圧を直流電圧に変換する１次側整流
回路と、直流電圧を高周波交流電圧に変換するととも
に、該高周波交流電圧を降圧する発振回路と、前記降圧
された高周波交流電圧を直流電圧に変換する２次整流回
路とを具備するＡＤコンバータであって、前記発振回路
内に、請求項１乃至６のうちいずれかに記載の圧電トラ
ンスを有することを特徴とするＡＤコンバータ。