JP2002141572A

JP2002141572A - 圧電トランス

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Publication number: JP2002141572A
Application number: JP2000332652A
Authority: JP
Inventors: Harumi Hayashi; 春美林
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-10-31
Filing date: 2000-10-31
Publication date: 2002-05-17
Anticipated expiration: 2020-10-31
Also published as: JP4831859B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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
達成できる圧電トランスを提供する。【解決手段】両主面が長方形状の圧電基板２０の長さ方
向に、電圧入力部２１、２３、電圧出力部２２を交互に
順次形成し、電圧入力部２１、２３および電圧出力部２
２における圧電基板２０内に、それぞれ２以上の入力部
用内部電極層２５ａ、２５ｂおよび出力部用内部電極層
２７ａ、２７ｂを厚み方向に所定間隔を置いて設けると
ともに、電圧入力部２１、２３に、入力部用内部電極層
２５ａ、２５ｂにより挟持され、振動に寄与する圧電体
層２９ａを２層以上有し、且つ圧電基板２０の主面の幅
方向に対して基本波モードで縦振動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧電トランスに関
し、特に、各種電子機器に用いられるＡＣアダプタやＤ
Ｃ−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、電磁トランスと比べて、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１２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、長板状圧電基
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次側は圧電基板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、圧電基板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。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。

【００１４】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基
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、使用中に圧電基板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。

【００１５】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、圧電基板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。

【００１６】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、小型化を達成できる圧電トランスを提供するこ
とを目的とする。

【００１７】

【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、電圧出力部を交互に順次形成し、前記電圧入力部
および前記電圧出力部における圧電基板内に、それぞれ
２以上の入力部用内部電極層および出力部用内部電極層
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、振動に寄与する圧電体層が２層以上形成さ
れ、且つ前記圧電基板の主面の幅方向に対して基本波モ
ードで縦振動するものである。

【００１８】このような構成を採用することにより、内
部電極層間の圧電体層が厚み方向に分極され、内部電極
層を介して隣設する圧電体層の分極方向が逆であり、主
面の幅方向に対して基本波モードで縦振動させることに
より、電圧入力部の圧電体層に、圧電基板の主面の幅方
向に対して縦振動する振動（以下、幅方向縦振動という
こともある）が生じ、例えば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。

【００１９】即ち、本発明の圧電トランスでは、入力部
用内部電極層間に、圧電基板の主面の幅方向に振動する
基本波振動の共振周波数、またはその近傍に対応した周
波数を持つ同位相の交流電圧を印加することで駆動す
る。

【００２０】この場合、電圧入力部は、圧電基板の幅方
向に振動する基本波振動の共振周波数またはその近傍の
周波数で、且つ同位相の交流電圧の印加で励振すること
で、電圧入力部に形成された振動が電圧出力部に伝搬
し、電圧出力部の振動により圧電効果を介して交流の出
力電圧が発生する。

【００２１】本発明の圧電トランスでは、強制振動部と
なる電圧入力部を電圧出力部に隣設し弾性的な連続体と
して形成することで、電圧出力部においても強制振動部
と同一方向の振動が形成しやすくなり、弾性損失の低下
とともに高電力化、高効率化を図ることができる。

【００２２】また、表層の圧電体層の表面を研摩するこ
とにより、上下面の平行を出し、保持をし易くできる。
この後、表層の圧電体層の表面に外部電極を形成するこ
ともできる。

【００２３】即ち、電圧入力部、電圧出力部における圧
電基板の両主面に、それぞれ入力部用第２外部電極、出
力部用第２外部電極が形成されており、該入力部用第２
外部電極、出力部用第２外部電極が、それぞれ入力部用
第１外部電極、出力部用第１外部電極に接続されている
ことが望ましい。

【００２４】また、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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】本発明の圧電トランスは、基本波モードで
作動することが望ましい。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。

【００２８】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。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、それぞれ入力部用第２外部電極、出力部用
第２外部電極を形成することにより、これらの入力部用
第２外部電極、出力部用第２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。また、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外部電極の部分
を固定したり、この部分にリード線等を接続することが
できる。

【００２９】そして、本発明では、電圧入力部および電
圧出力部に、それぞれ２以上の入力部用内部電極層およ
び出力部用内部電極層を厚み方向に所定間隔を置いて設
けるとともに、電圧入力部に、振動に寄与する圧電体層
が２層以上形成されているので、電圧入力部に、振動に
寄与する圧電体層を形成しない場合と比較して、同一電
圧印可時に圧電体に作用する電場を高くすることがで
き、同一電圧印可時の出力電力を高くすることができ
る。

【００３０】また、電圧出力部の積層構造を変更する事
で電圧出力部の静電容量を所望の値に設定する事がで
き、機器とのインピーダンス整合を容易にできる。

【００３１】特に、電圧出力部における出力部用内部電
極層の層数が、電圧入力部における入力部用内部電極層
の層数より多いことが望ましい。これにより、電圧入力
部の静電容量を電圧出力部の静電容量より低くできるの
で、低負荷接続時に降圧特性を示すことができる。さら
に、電圧入力部の積層構造を変更する事で電圧入力部の
静電容量を所望の値に設定する事ができ、入力部と出力
部の静電容量の比率を自由に変更でき、降圧比を制御で
きる。

【００３２】

【発明の実施の形態】第１の実施の形態本発明の第１の実施の形態について説明する。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２０の長さ方向に、電圧入力部２１、電圧出
力部２２、電圧入力部２３が順次形成され、電圧入力部
２１における圧電基板２０内に、２層の入力部用内部電
極層２５ａ、２５ｂが厚み方向に所定間隔を置いて形成
され、電圧出力部２２における圧電基板２０内に、８層
の出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂが厚み方向に所定
間隔を置いて交互に設けられている。

【００３３】即ち、電圧入力部２１は、入力部用内部電
極層２５ａ、２５ｂと圧電体層２９ａが交互に積層さ
れ、振動に寄与する圧電体層２９ａを３層有しており、
電圧出力部２２は、出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂ
と圧電体層３１ａが交互に積層され構成され、振動に寄
与する圧電体層３１ａを９層有している。

【００３４】電圧入力部２１、２３における圧電基板２
０の側面には、入力部用内部電極層２５ａ、２５ｂにそ
れぞれ接続する一対の入力部用第１外部電極３３ａ、３
３ｂが形成され、入力部用内部電極層２５ａ、２５ｂは
それぞれ入力部用第１外部電極３３ｂ、３３ａと絶縁層
１５により絶縁されている。

【００３５】電圧出力部２２における圧電基板２０の側
面には、出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂに交互に接
続する一対の出力部用第１外部電極３５ａ、３５ｂが形
成され、出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂはそれぞれ
出力部用第１外部電極３５ｂ、３５ａと絶縁層１５によ
り絶縁されている。

【００３６】即ち、出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂ
は、図２（ａ）に示すように、圧電基板２０の両側面に
露出し、一方の側面を絶縁層１５により被覆されてお
り、出力部用内部電極層２７ａの被覆されていない端部
は、出力部用第１外部電極３５ａと電気的に接続され、
出力部用内部電極層２７ｂの被覆されていない端部は、
出力部用第１外部電極３５ｂと接続されている。

【００３７】また、一対の入力部用内部電極層２５ａ、
２５ｂは図２（ｂ）に示すように、圧電基板２０の両側
面に露出しており、一方の側面を絶縁層１５により被覆
されており、入力部用内部電極層２５ａの被覆されてい
ない端部は、入力部用第１外部電極３３ａと電気的に接
続され、入力部用内部電極層２５ｂの被覆されていない
端部は、入力部用第１外部電極３３ｂと接続されてい
る。

【００３８】電圧入力部２１、２３、電圧出力部２２に
おける圧電基板２０の両主面には、それぞれ入力部用第
２外部電極３７ａ、３７ｂ、出力部用第２外部電極３９
ａ、３９ｂが形成されており、入力部用第２外部電極３
７ａ、３７ｂは、それぞれ入力部用第１外部電極３３
ａ、３３ｂに、また出力部用第２外部電極３９ａ、３９
ｂは、出力部用第１外部電極３５ａ、３５ｂにそれぞれ
接続されている。

【００３９】そして、電圧入力部２１、２３、電圧出力
部２２では、圧電体層２９ａ、３１ａが厚み方向に分極
されているとともに、内部電極層を介して上下に隣接す
る圧電体層の分極方向が逆とされている。

【００４０】この圧電トランスは、主面の幅方向に対し
て縦振動するものであり、基本波モードで作動すること
が望ましい。また降圧用として機能することが望まし
い。

【００４１】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、また内部電極層としてＡｇ／Ｐｄを用いて、
ＰＺＴ系圧電材料からなるグリーンシート上に、図３
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す内部電極パター
ン形状にＡｇ／Ｐｄペーストをスクリーン印刷し、この
ような内部電極パターン７１が形成されたグリーンシー
ト７３を、図４に示す積層構造となるように、８層積層
し、その上に内部電極パターンが形成されていないグリ
ーンシートを積層し、この積層成形体を焼成する。

【００４２】この後、両主面に図４に示すように銀とガ
ラスを主成分とする電極ペーストを塗布して焼き付け、
入力部用第２外部電極３７ａ、３７ｂ、出力部用第２外
部電極３９ａ、３９ｂを形成すると同時に、両側面に電
極ペーストを塗布して焼き付け、分極用外部電極４５
ａ、４５ｂ、４７ａ、４７ｂを形成する。分極用外部電
極４５ａ、４５ｂはそれぞれ入力部用内部電極層２５
ａ，２５ｂおよび入力部用第２外部電極３７ａ、３７ｂ
と接続され、分極用外部電極４７ａ、４７ｂはそれぞれ
出力部用内部電極層２７ａ，２７ｂおよび出力部用第２
外部電極３９ａ、３９ｂと接続されている。図５に図４
の断面図を示す。

【００４３】この後、入力部用第２外部電極３７ａ、３
７ｂ間および出力部用第２外部電極３９ａ、３９ｂ間に
直流の高電界を印加して分極処理する。

【００４４】入力部用第２外部電極３７ａ、３７ｂ、出
力部用第２外部電極３９ａ、３９ｂ、および分極用外部
電極４５ａ、４５ｂ、４７ａ、４７ｂは、例えば、Ａｇ
粉末とガラスからなるペーストをスクリーン印刷し、焼
成して形成してもよい。また、蒸着、スパッタ、メッキ
等の手法を用いて形成しても良い。また、Ａｇ以外の導
電性材料を用いても良い。

【００４５】この後、ダイシングソーを用いて図４中の
破線形状に切断加工して、図１の圧電基板２０を作製す
る。圧電基板２０の側面に、内部電極層の一方端部を絶
縁するため、スクリーン印刷によりポリイミド絶縁層１
５を形成した。次にメッキ電極を用いて圧電基板２０の
側面に入力部用第１外部電極３３ａ、３３ｂ、出力部用
第１外部電極３５ａ、３５ｂを設け、それぞれ入力部用
内部電極層２５ａ、２５ｂ、出力部用内部電極層２７
ａ、２７ｂに接続する。入力部用第２外部電極３７ａ、
３７ｂ、出力部用第２外部電極３９ａ、３９ｂは、それ
ぞれ入力部用第１外部電極３３ａ、３３ｂ、出力部用第
１外部電極３５ａ、３５ｂに接続されている。

【００４６】尚、ここでは圧電磁器材料としてＰＺＴ系
圧電磁器材料を、内部電極材料として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
いことは言うまでもない。

【００４７】本発明の圧電トランスでは、電圧入力部２
１、２３の入力部用内部用電極層２５ａ、２５ｂ間、即
ち圧電体層２９ａに、圧電基板２０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２０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２２の出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂ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。

【００４８】即ち、電圧入力部２１、２３の入力部用内
部電極層２５ａ、２５ｂ間に、圧電基板２０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２０
の主面の幅方向（短辺方向）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２２に伝達され、電
圧出力部２２の出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂ間に
入力電圧と同じ周波数の電圧が発生する。

【００４９】そして、このような幅方向に縦振動する基
本波を用いると、図１の一点鎖線で示すように、圧電基
板２０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２０を保持すれば、圧電基
板２０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。特に、節Ｙで各電極の中央部を保持す
ることが望ましい。

【００５０】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２０の幅方向縦振動の電気機械結合係数Ｋ’
₃₁は、圧電基板２０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。

【００５１】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２０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。

【００５２】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。第２の実施の形態本発明の第２の実施の形態について説明する。本発明の
圧電トランスは、図６に示すように、両主面が長方形状
の圧電基板５０の長さ方向に、電圧入力部５１、電圧出
力部５２、電圧入力部５３が順次形成され、電圧入力部
５１における圧電基板５０内に、４層の入力部用内部電
極層２５ａ、２５ｂが厚み方向に所定間隔を置いて交互
に設けられ、電圧出力部５２における圧電基板５０内
に、１０層の出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂが厚み
方向に所定間隔を置いて交互に設けられている。

【００５３】即ち、電圧入力部５１は、入力部用内部電
極層２５ａ、２５ｂと圧電体層２９ａが交互に積層さ
れ、最上下の入力部用内部電極層２５ａ、２５ｂの表面
に表層圧電体層２９ｂ、２９ｃを形成して構成され、電
圧出力部５２は、出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂと
圧電体層３１ａが交互に積層され、最上下の出力部用内
部電極層２７ａ、２７ｂの表面に表層圧電体層３１ｂ、
３１ｃを形成して構成されている。

【００５４】電圧入力部５１、５３における圧電基板５
０の側面には、一対の入力部用内部電極層２５ａ、２５
ｂに交互に接続する一対の入力部用第１外部電極３３
ａ、３３ｂが形成され、入力部用内部電極層２５ａ、２
５ｂはそれぞれ入力部用第１外部電極３３ｂ、３３ａと
絶縁層１５により絶縁されている。

【００５５】電圧出力部５２における圧電基板５０の側
面には、出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂに交互に接
続する一対の出力部用第１外部電極３５ａ、３５ｂが形
成され、出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂはそれぞれ
出力部用第１外部電極３５ｂ、３５ａと絶縁層１５によ
り絶縁されている。

【００５６】即ち、出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂ
は、図７（ａ）に示すように、圧電基板５０の両側面に
露出し、一方の側面を絶縁層１５により被覆されてお
り、出力部用内部電極層２７ａの被覆されていない端部
は、出力部用第１外部電極３５ａと電気的に接続され、
出力部用内部電極層２７ｂの被覆されていない端部は、
出力部用第１外部電極３５ｂと接続されている。

【００５７】また、一対の入力部用内部電極層２５ａ、
２５ｂは図７（ｂ）に示すように、圧電基板５０の両側
面に露出しており、一方の側面を絶縁層１５により被覆
されており、入力部用内部電極層２５ａの被覆されてい
ない端部は、入力部用第１外部電極３３ａと電気的に接
続され、入力部用内部電極層２５ｂの被覆されていない
端部は、入力部用第１外部電極３３ｂと接続されてい
る。

【００５８】また、電圧入力部５１、５３、電圧出力部
５２における圧電基板５０の両主面には、それぞれ入力
部用第２外部電極３７ａ、３７ｂ、出力部用第２外部電
極３９ａ、３９ｂが形成されており、入力部用第２外部
電極３７ａ、３７ｂに入力部用第１外部電極３３ａ、３
３ｂが、出力部用第２外部電極３９ａ、３９ｂにそれぞ
れ出力部用第１外部電極３５ａ、３５ｂに接続されてい
る。

【００５９】そして、最上の入力部用内部電極層２５ｂ
は、入力部用第２外部電極３７ｂと、最下の入力部用内
部電極層２５ａは、入力部用第２外部電極３７ａと、最
上の出力部用内部電極層２７ｂは、出力部用第２外部電
極３９ｂと、最下の出力部用内部電極層２７ａは、出力
部用第２外部電極３９ａと接続され、同電位とされてお
り、表層圧電体層２９ｂ、２９ｃ、３１ｂ、３１ｃは、
振動に寄与しない圧電体層とされている。

【００６０】このような構成にすることで、、入力部用
第２外部電極３７ａ、３７ｂ、出力部用第２外部電極３
９ａ、３９ｂを形成する前に、表層圧電体層２９ｂ、２
９ｃ、３１ｂ、３１ｃの表面を研摩することにより、上
下面の平行を出し、保持をし易くできる。

【００６１】また、電圧入力部５１、５３、電圧出力部
５２では圧電体層２９ａ、３１ａが厚み方向に分極され
ているとともに、内部電極層を介して上下に隣接する圧
電体層の分極方向が逆とされている。

【００６２】この圧電トランスは、主面の幅方向に対し
て縦振動するものであり、基本波モードで作動すること
が望ましい。また降圧用として機能することが望まし
い。第３の実施の形態本発明の第３の実施の形態について説明する。本発明の
圧電トランスは、図８に示すように、両主面が長方形状
の圧電基板６０の長さ方向に、電圧入力部６１、電圧出
力部６２、電圧入力部６３が順次形成され、電圧入力部
６１における圧電基板６０内に、２層の入力部用内部電
極層２５ａ、２５ｂが厚み方向に所定間隔を置いて交互
に設けられ、電圧出力部６２における圧電基板６０内
に、８層の出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂが厚み方
向に所定間隔を置いて交互に設けられている。

【００６３】即ち、電圧入力部６１は、入力部用内部電
極層２５ａ、２５ｂと圧電体層２９ａが交互に積層さ
れ、電圧出力部６２は、出力部用内部電極層２７ａ、２
７ｂと圧電体層３１ａが交互に積層され構成されてい
る。

【００６４】電圧出力部６２における圧電基板６０の側
面には、出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂが、図９
（ａ）に示すように、圧電基板６０の厚み方向に１層お
きに露出している。

【００６５】即ち、出力部用内部電極層２７ａは圧電基
板６０の片方の同一側面に露出し、出力部用内部電極層
２７ｂは、相対する同一側面に露出している。

【００６６】電圧入力部６１、６３における圧電基板６
０の側面には、入力部用内部電極層２５ａ、２５ｂが、
図９（ｂ）に示すように、圧電基板２０の対向する側面
に露出している。

【００６７】電圧入力部６１、６３における圧電基板６
０の側面には、入力部用内部電極層２５ａと接続する入
力部用第１外部電極３３ａと、入力部用内部電極層２５
ｂに接続する入力部用第１外部電極３３ｂが形成され、
電圧出力部６２における圧電基板６０の側面には、出力
部用内部電極層２７ａに接続する出力部用第１外部電極
３５ａと、出力部用内部電極層２７ｂに接続する出力部
用第１外部電極３５ｂが形成されている。

【００６８】この構成により、本発明の第１の実施の形
態と比較して、絶縁層を形成して内部電極層と接続する
必要がなく、製造工程を短縮することができる。

【００６９】また、電圧入力部６１、６３、電圧出力部
６２における圧電基板６０の両主面には、それぞれ入力
部用第２外部電極３７ａ、３７ｂ、出力部用第２外部電
極３９ａ、３９ｂが形成されており、入力部用第２外部
電極３７ａ、３７ｂ、出力部用第２外部電極３９ａ、３
９ｂが、それぞれ入力部用第１外部電極３３ａ、３３
ｂ、出力部用第１外部電極３５ａ、３５ｂに接続されて
いる。

【００７０】また、電圧入力部６１、６３、電圧出力部
６２では圧電体層２９ａ、３１ａが厚み方向に分極され
ているとともに、内部電極層を介して上下に隣接する圧
電体層の分極方向が逆とされている。

【００７１】この圧電トランスは、主面の幅方向に対し
て縦振動するものであり、基本波モードで作動すること
が望ましい。また降圧用として機能することが望まし
い。第４の実施の形態本発明の第４の実施の形態につい
て説明する。本発明の圧電トランスは、図１０に示すよ
うに、両主面が長方形状の圧電基板７０の長さ方向に、
電圧入力部７１、電圧出力部７２、電圧入力部７３が順
次形成され、電圧入力部７１における圧電基板７０内
に、４層の入力部用内部電極層２５ａ、２５ｂが厚み方
向に所定間隔を置いて交互に設けられ、電圧出力部７２
における圧電基板７０内に、１０層の出力部用内部電極
層２７ａ、２７ｂが厚み方向に所定間隔を置いて交互に
設けられている。

【００７２】即ち、電圧入力部７１は、入力部用内部電
極層２５ａ、２５ｂと圧電体層２９ａが交互に積層さ
れ、最上下の入力部用内部電極層２５ａ、２５ｂの表面
に表層圧電体層２９ｂ、２９ｃを形成して構成され、電
圧出力部７２は、出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂと
圧電体層３１ａが交互に積層され、最上下の出力部用内
部電極層２７ａ、２７ｂの表面に表層圧電体層３１ｂ、
３１ｃを形成して構成されている。

【００７３】電圧出力部７２における圧電基板７０の側
面には、出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂが、図１１
（ａ）に示すように、圧電基板７０の厚み方向に１層お
きに露出している。

【００７４】即ち、出力部用内部電極層２７ａは圧電基
板７０の片方の同一側面に露出し、出力部用内部電極層
２７ｂは、相対する同一側面に露出している。

【００７５】電圧入力部７１、７３における圧電基板７
０の側面には、入力部用内部電極層２５ａ、２５ｂが、
図１１（ｂ）に示すように、圧電基板７０の厚み方向に
１層おきに露出している。

【００７６】即ち、出力部用内部電極層２５ａは圧電基
板７０の片方の同一側面に露出し、出力部用内部電極層
２７ｂは、相対する同一側面に露出している。

【００７７】電圧入力部７１、７３における圧電基板７
０の側面には、入力部用内部電極層２５ａと接続する入
力部用第１外部電極３３ａと、入力部用内部電極層２５
ｂに接続する入力部用第１外部電極３３ｂが形成され、
電圧出力部７２における圧電基板７０の側面には、出力
部用内部電極層２７ａに接続する出力部用第１外部電極
３５ｂと、出力部用内部電極層２７ｂに接続する出力部
用第１外部電極３５ａが形成されている。

【００７８】この構成により、本発明の第２の実施の形
態と比較して、絶縁体層を形成する必要がなく、製造プ
ロセスを短縮することができる。

【００７９】また、電圧入力部７１、７３、電圧出力部
７２における圧電基板７０の両主面には、それぞれ入力
部用第２外部電極３７ａ、３７ｂ、出力部用第２外部電
極３９ａ、３９ｂが形成されており、入力部用第２外部
電極３７ａ、３７ｂ、出力部用第２外部電極３９ａ、３
９ｂが、それぞれ入力部用第１外部電極３３ａ、３３
ｂ、出力部用第１外部電極３５ａ、３５ｂに接続されて
いる。

【００８０】そして、最上の入力部用内部電極層２５ｂ
は、入力部用第２外部電極３７ｂと、最下の入力部用内
部電極層２５ａは、入力部用第２外部電極３７ａと、最
上の出力部用内部電極層２７ｂは、出力部用第２外部電
極３９ｂと、最下の出力部用内部電極層２７ａは、出力
部用第２外部電極３９ａと接続され、同電位とされてお
り、表層圧電体層２９ｂ、２９ｃ、３１ｂ、３１ｃは、
振動に寄与しない圧電体層とされている。

【００８１】このような構成にすることで、、入力部用
第２外部電極３７ａ、３７ｂ、出力部用第２外部電極３
９ａ、３９ｂを形成する前に、表層圧電体層の表面を研
摩することにより、上下面の平行を出し、保持をし易く
できる。

【００８２】また、電圧入力部７１、７３、電圧出力部
７２における圧電体層２９ａ、３１ａが厚み方向に分極
され、内部電極を介して隣接する圧電体層の分極方向が
逆とされている。

【００８３】この圧電トランスは、主面の幅方向に対し
て縦振動するものであり、基本波モードで作動すること
が望ましい。また降圧用として機能することが望まし
い。

【００８４】

【実施例】第１の実施の形態の実施例として、図１に示
した圧電トランス（層構成は異なる）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、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す内
部電極パターン形状にＡｇ／Ｐｄペーストをスクリーン
印刷し、このような内部電極パターンが形成されたグリ
ーンシートを８層積層し、その上に内部電極パターンが
形成されていないグリーンシートを積層した後、焼成
し、図５に示すような圧電基板を得た。

【００８５】この後、両主面に図４に示すように銀とガ
ラスを主成分とする電極ペーストを塗布して焼き付け、
入力部用第２外部電極３７ａ、３７ｂ、出力部用第２外
部電極３９ａ、３９ｂを形成すると同時に、両側面に電
極ペーストを塗布して焼き付け、分極用外部電極４５
ａ、４５ｂ、４７ａ、４７ｂを形成した。

【００８６】作製した圧電基板２０の電圧入力部２１、
２３では、圧電体層２９ａが３層、入力部用内部電極層
２５ａ、２５ｂが１層づつ積層され、電圧出力部２２で
は、圧電体層３１ａが１５層、出力部用内部電極層２７
ａ、２７ｂが７層づつ、積層されており、圧電体層３１
ａの厚さが０．２ｍｍ、圧電体層２９ａの厚さが１．０
ｍｍであった。

【００８７】この後、１９０℃のシリコンオイル中で
１．６ｋＶ／ｍｍの電場を印加した。つまり入力部用第
２外部電極３７ａ、３７ｂ間には１．６ｋＶを、出力部
用第２外部電極３９ａ、３９ｂ間に３２０Ｖを印加し、
１０分間分極を行い、圧電基板２０を厚み方向に分極
し、図４および図５に示すような圧電基板を得た。

【００８８】次に、ダイシングソーを用いて図４中の破
線形状に加工して、長さ３５．２ｍｍ、幅７．０ｍｍの
圧電基板２０を得た。

【００８９】次に圧電基板２０の側面に、スクリーン印
刷によりポリイミド絶縁層１５を形成した。次にメッキ
電極を用いて圧電基板２０の側面に入力部用第１外部電
極３３ａ、３３ｂ、出力部用第１外部電極３５ａ、３５
ｂを形成し、それぞれ入力部用内部電極層２５ａ、２５
ｂ、出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂと電気的に接続
した。入力部用第２外部電極３７ａ、３７ｂ、出力部用
第２外部電極３９ａ、３９ｂは、それぞれ入力部用第１
外部電極３３ａ、３３ｂ、出力部用第１外部電極３５
ａ、３５ｂと電気的に接続した。

【００９０】電圧入力部２１、２３の入力部用第２外部
電極３７ａ、３７ｂ、および入力部用内部電極層２５
ａ、２５ｂの寸法は、主面の長さ方向の辺を７．６ｍ
ｍ、主面の幅方向の辺を７．０ｍｍとし、入力部用第２
外部電極３７ａ、３７ｂと、出力部用第２外部電極３９
ａ、３９ｂとの間隔、および入力部用内部電極層２５
ａ、２５ｂと出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂの間隔
は１．２ｍｍとした。

【００９１】電圧出力部２２の出力部用第２外部電極３
９ａ、３９ｂ、およびの出力部用内部電極層２７ａ、２
７ｂの寸法は、主面の長さ方向の辺を７．６ｍｍ、主面
の幅方向の辺を７．０ｍｍとした。

【００９２】そして、圧電トランスの電圧入力部２１、
２３の入力部用第２外部電極３７ａ、３７ｂ（１次側電
極）に入力用端子を接続し、電圧出力部２２の出力部用
第２外部電極３９ａ、３９ｂ（２次側電極）に出力用端
子を接続し、この出力用端子に負荷抵抗１０Ωを接続し
た。入力電圧は関数発生器を用い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）、変換効率（出力
電力／入力電力×１００）を求めた。

【００９３】振幅５Ｖの正弦波を入力した場合には、出
力電圧＝０．８９５Ｖ、出力電流＝８９．５ｍＡ、出力
電力＝８０ｍＷ、最大変換効率（出力電力／入力電力×
１００）＝８３％を示し、ゲイン（＝出力電圧／入力電
圧）は０．１７９であった。

【００９４】振幅３０Ｖの正弦波を入力した場合には、
出力電圧＝５．３８５Ｖ、出力電流＝５３９．５ｍＡ、
出力電力＝２．９Ｗ、最大変換効率（出力電力／入力電
力×１００）＝８２％を示し、ゲイン（＝出力電圧／入
力電圧）は０．１８０であった。

【００９５】この結果より、本発明のトランスは負荷抵
抗が１０Ω程度と小さい場合においても、高電圧、高電
流、高電力および高変換効率を得ることができ、低負荷
時に充分使用できることが判った。よって、本発明の圧
電トランスでは、出力側に大電流を得ることが可能で、
かつ、低負荷時に出力電力を大きくとることができ、し
かもトランス形状は小型であり、分極が一方向であるた
め、製造も容易であることが明白である。

【００９６】比較のため、図１２に示すようなローゼン
型圧電トランスを作製した。ここで、圧電基板の形状は
長さ３０ｍｍ、幅４．５ｍｍ、厚み１．０ｍｍとし、電
極は、一次側電極を片側端部から中央部まで１５ｍｍ
で、両面に一様となるように塗布し、２次側電極につい
ては端面部に形成した。１次側電極を入力とし、２次側
電極を出力とし、この出力用端子に種々の負荷抵抗ＲＬ
を接続した。ＲＬ＝１０Ωの場合では出力電圧を測定で
きず、比較例では、低負荷では使用できないことがわか
る。ＲＬ＝１０ｋΩの場合は、出力電圧＝２９．８Ｖ、
出力電流＝２．９８ｍＡ、出力電力＝４４．４ｍＷを示
し、高負荷抵抗において出力電力が高い値を示した。

【００９７】

【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、圧電基板の主面の幅方向に対
して縦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。

【００９８】また、電圧出力部の積層構造を変更する事
で電圧出力部の静電容量を所望の値に設定する事がで
き、機器とのインピーダンス整合を容易にできる。

【００９９】さらに、電圧入力部の積層構造を変更する
事で電圧入力部の静電容量を所望の値に設定する事がで
き、入力部と出力部の静電容量の比率を自由に変更でき
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Ｂ−Ｂ線に沿った断面図、（ｂ）は図１のＡ−Ａ線
に沿った断面図である。

【図３】本発明の圧電トランスを作製する際の印刷パタ
ーンを示す平面図である。

【図４】本発明の圧電トランスを作製する途中の、圧電
磁器の斜視図である。

【図５】図４の圧電磁器の断面図を示すもので、（ａ）
は図４のＣ−Ｃ線に沿った断面図、（ｂ）は図４のＤ−
Ｄ線に沿った断面図、（ｃ）は図４のＥ−Ｅ線に沿った
断面図である。

【図６】本発明の他の圧電トランスを示す斜視図であ
る。

【図７】図６の圧電トランスを示すもので、（ａ）は図
６のＦ−Ｆ線に沿った断面図、（ｂ）は図６のＧ−Ｇ線
に沿った断面図である。

【図８】本発明のさらに他の圧電トランスを示す斜視図
である。

【図９】図８の圧電トランスを示すもので、（ａ）は図
８のＨ−Ｈ線に沿った断面図、（ｂ）は図８のＩ−Ｉ線
に沿った断面図である。

【図１０】本発明のさらに他の圧電トランスを示す斜視
図である。

【図１１】図１０の圧電トランスを示すもので、（ａ）
は図１０のＪ−Ｊ線に沿った断面図、（ｂ）は図１０の
Ｋ−Ｋ線に沿った断面図である。

【図１２】従来のローゼン型圧電トランスを示す斜視図
である。

【符号の説明】

２０、５０、６０、７０・・・圧電基板２１、２３、５１、５３、６１、６３、７１、７３・・
・電圧入力部２２、５２、６２、７２・・・電圧出力部２５ａ、２５ｂ・・・入力部用内部電極層２７ａ、２７ｂ・・・出力部用内部電極層２９ａ、３１ａ・・・圧電体層２９ｂ、２９ｃ、３１ｂ、３１ｃ・・・表層圧電体層３３ａ、３３ｂ・・・入力部用第１外部電極３５ａ、３５ｂ・・・出力部用第１外部電極３７ａ、３７ｂ・・・入力部用第２外部電極３９ａ、３９ｂ・・・出力部用第２外部電極

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、電圧出力部を交互に順次形成し、前記
電圧入力部および前記電圧出力部における圧電基板内
に、それぞれ２以上の入力部用内部電極層および出力部
用内部電極層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、振動に寄与する圧電体層が２
層以上形成され、且つ前記圧電基板の主面の幅方向に対
して基本波モードで縦振動することを特徴とする圧電ト
ランス。
【請求項２】電圧出力部における出力部用内部電極層の
層数が、電圧入力部における入力部用内部電極層の層数
より多い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】電圧入力部における圧電基板の側面に、入
力部用内部電極層に交互に接続する一対の入力部用第１
外部電極がそれぞれ設けられるとともに、電圧出力部に
おける圧電基板の側面に、出力部用内部電極層に交互に
接続する一対の出力部用第１外部電極がそれぞれ設けら
れてい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】電圧入力部、電圧出力部における圧電基板
の両主面に、それぞれ入力部用第２外部電極、出力部用
第２外部電極が形成されており、該入力部用第２外部電
極、出力部用第２外部電極が、それぞれ入力部用第１外
部電極、出力部用第１外部電極に接続されていることを
特徴とする請求項３記載の圧電トランス。
【請求項５】降圧用であ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。