JP2003037309A - 積層型圧電トランスおよびそれを用いた電子装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 効率を低減させずに分極歪みの集中を分散さ
せてクラックの発生を防止することのできる積層型圧電
トランスおよびそれを用いた電子装置を提供する。 【解決手段】 駆動部２の内部電極２１において、厚み
方向中央部の１枚の長さを、他の長さに比べて、発電部
３との境界より離れる方向に短く形成する。そして、こ
の長さの差Ｂが発電部の長さＡの５〜１０％になるよう
にする。 【効果】 効率を低減させずに分極歪みの集中を分散さ
せてクラックの発生を防止し、信頼性の向上を図ること
ができる。また、歩留の向上により低コスト化を実現す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は積層型圧電トランス
およびそれを用いた電子装置、例えば液晶ディスプレイ
のバックライト用冷陰極管駆動用のインバータに用いら
れる積層型圧電トランスおよびそれを用いた電子装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】図４に、従来の積層型圧電トランスの斜
視図を示す。また、図５に、その長手方向断面図を示
す。

【０００３】図４および図５において、積層型圧電トラ
ンス１は、駆動部２と発電部３を隣接して配置して一体
化して構成されている。駆動部２の、発電部３に隣接し
互いに対向する２つの側面にはそれぞれ入力電極４（一
方の側面のみ図示）が形成されている。発電部３の、駆
動部２との接続面と対向する側面には発電電極５が形成
されている。駆動部２の内部は、複数の内部電極７と圧
電体層６が交互に積層されており、内部電極７は交互に
互いに対向する異なる側面に引き出され、それぞれ互い
に異なる入力電極４に接続されている。駆動部２におい
ては、圧電体層６は積層型圧電トランス１の厚み方向、
すなわち圧電体層６自身の厚み方向に分極されている。
そして、発電部３においては複数の圧電体層８が積層さ
れており、圧電体層８は積層型圧電トランス１の長さ方
向、すなわち駆動部２から発電部３に向かう方向、ある
いは逆の方向に分極されている。これより、駆動部２は
発電部３の圧電体層８の分極方向に隣接して配置されて
いることになる。

【０００４】このような積層型圧電トランス１の製造方
法を示す。まず、チタン酸ジルコン酸鉛ＰＺＴを主成分
とする圧電セラミック材料で厚さ約１００μｍのグリー
ンシートを作成する。次に、これに内部電極となる銀−
パラジウムペーストをスクリーン印刷し、この内部電極
が形成されたグリーンシートを積み重ねて圧着して所定
の寸法にカットし、焼成する。焼成後、外部電極すなわ
ち入力電極４と発電電極５を形成する。そして、この外
部電極を用いて、駆動部２に厚み方向の所定の電圧を印
加し、発電部３に長さ方向の所定の電圧を印加して、そ
れぞれ圧電体を分極することによって圧電トランスが形
成される。

【０００５】このように構成された積層型圧電トランス
１において、２つの入力電極４の間に交流電圧を加える
と、発電電極５には昇圧された電圧が発生し、昇圧トラ
ンスとして機能する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、積層型圧電
トランス１においては、駆動部２の圧電体層６が厚み方
向に分極され、発電部３の圧電体層８が長さ方向に分極
されるため、両者の境界部に分極歪みが発生し応力が集
中する。この応力集中は厚み方向中央部もしくは表面付
近ほど大きくなる。そして、特に厚みの厚い積層圧電体
では厚みに比例して分極歪みが大きくなるため、分極歪
みによって厚み方向の中央部にクラックが発生するとい
う問題がある。

【０００７】これに対する対策として、特開平１１−２
６１１２５号公報には、図６に示すような積層型圧電ト
ランスが開示されている。図６において、図５と同一も
しくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略
する。

【０００８】図６において、積層型圧電トランス１０の
駆動部２は、内部電極１１の長さが交互に短く形成され
ている。これによって駆動部２と発電部３の間には、分
極時に電圧が印加されないために圧電体がいずれの方向
にも分極されない緩衝部１２が形成される。積層型圧電
トランス１０においては、このように緩衝部１２を形成
することによって、分極歪みを小さくすることができ
る。

【０００９】しかしながら、積層型圧電トランス１０の
ように駆動部２と発電部３の間に緩衝部１２を形成する
と、昇圧の効率が低下するという別の問題が発生する。

【００１０】本発明は上記の問題点を解決することを目
的とするもので、効率を低減させずに分極歪みの集中を
分散させてクラックの発生を防止することのできる積層
型圧電トランスおよびそれを用いた電子装置を提供す
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の積層型圧電トランスは、厚み方向に分極さ
れた圧電体層を介して複数の内部電極が積層して形成さ
れた駆動部と、水平方向に分極された圧電体層を積層し
て形成されるとともに一部に発電電極が形成された発電
部とを有し、前記駆動部が前記発電部の圧電体層の分極
方向に隣接して配置された積層型圧電トランスにおい
て、前記駆動部の前記内部電極において、厚み方向中央
部の前記内部電極が他の前記内部電極に比べて、前記発
電部との境界より離れる方向に短く形成されていること
を特徴とする。

【００１２】また、本発明の積層型圧電トランスは、前
記駆動部に偶数枚の前記内部電極が形成されるととも
に、前記駆動部の前記内部電極において、厚み方向中央
部の２枚の前記内部電極が他の前記内部電極に比べて、
前記発電部との境界より離れる方向に短く形成されてい
ることを特徴とする。

【００１３】また、本発明の積層型圧電トランスは、前
記駆動部に奇数枚の前記内部電極が形成されるととも
に、前記駆動部の前記内部電極において、厚み方向中央
部の１枚の前記内部電極が他の前記内部電極に比べて、
前記発電部との境界より離れる方向に短く形成されてい
ることを特徴とする。

【００１４】また、本発明の積層型圧電トランスは、前
記中央部の内部電極が、他の前記内部電極に比べて、前
記発電部との境界より離れる方向に、前記発電部の長さ
の５乃至１０％短く形成されていることを特徴とする。

【００１５】また、本発明の電子装置は、上記の積層型
圧電トランスを用いたことを特徴とする。

【００１６】このように構成することにより、本発明の
積層型圧電トランスにおいては、効率を低減させずに分
極歪みの集中を分散させてクラックの発生を防止するこ
とができる。

【００１７】また、本発明の電子装置においては、信頼
性の向上を図ることができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１に、本発明の積層型圧電トラ
ンスの一実施例の断面図を示す。図１において、図５と
同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明
を省略する。なお、本発明の積層型圧電トランスの斜視
図については、図４に示した従来の積層型圧電トランス
の斜視図と同じであるため、ここでは省略する。

【００１９】図１に示すように、本発明の積層型圧電ト
ランス２０においては、駆動部２に奇数である９枚の内
部電極２１が設けられており、その中の厚み方向中央部
の１枚の長さが残りの８枚に比べて、発電部３との境界
より離れる方向に短く形成されている。そして、この１
枚の内部電極２１の、他の８枚の内部電極２１との長さ
の差Ｂが、発電部３の長さＡの５〜１０％になるように
形成されている。

【００２０】次に、駆動部２の圧電体層６と発電部３の
圧電体層８の分極について説明する。まず、駆動部２に
おいて、２つの入力電極４の間に電圧を印加すると、内
部電極２１には交互に異なる電圧が印加されるため、圧
電体層６は交互に厚み方向逆方向に分極される。このと
き、圧電体層６の内部電極２１が短くなって存在しなく
なった部分においては、上下が同じ電位の内部電極２１
になるために、厚み方向には分極されない。次に、２つ
の入力電極４を短絡し、入力電極４と発電電極５との間
に電圧を印加すると、内部電極２１と発電電極５との間
に電圧が印加されることになるため、その間に存在する
圧電体層８は積層型圧電トランス２０の長さ方向、すな
わち駆動部２から発電部３に向かう方向、あるいは逆の
方向に分極される。このとき、圧電体層６の内部電極２
１が短くなって存在しなくなった部分においても長さ方
向に分極されるが、厚み方向中央部の１枚の内部電極２
１だけが発電部３との境界より離れる方向に短く形成さ
れているために、その１枚の内部電極２１と発電電極５
との間の距離が長くなり、その分だけ圧電体層６に印加
される単位長さあたりの電圧が弱くなる。そのため、圧
電体層６の内部電極２１が短くなって存在しなくなった
部分においては、積層型圧電トランス２０の長さ方向の
分極が弱くなる。この圧電体層６の分極が弱くなった部
分においては、周囲との分極方向のギャップが小さいた
め、分極歪みが緩和される。

【００２１】このように、厚み方向中央部の内部電極２
１の長さを短くすることによって、駆動部２と発電部３
の境界に発生する分極歪みが、特に厚み方向中央部にお
いて緩和されるため、応力集中も緩和され、クラックの
発生が防止され、信頼性が向上する。しかも、厚み方向
中央部の１枚の内部電極２１の長さだけを短くしている
ために、図６に示した従来の積層型圧電トランス１０の
ような緩衝部はほとんど形成されず、昇圧の効率が低下
することはなく、従来の積層圧電トランス１の場合と同
様の昇圧比を得ることができる。

【００２２】また、クラックの発生が防止されるために
歩留が改善され、その結果として積層型圧電トランスの
低コスト化を実現することができる。

【００２３】ここで、本願発明者による従来例（従来例
１）との比較実験の結果を表１に示す。このうち、隔た
り量は内部電極の長さの差Ｂの発電部の長さＡに対する
割合を、クラック発生率は５０個の試作品に対してクラ
ックが発生した試作品の割合を、昇圧比は駆動部と発電
部との昇圧比をそれぞれ示している。また、積層型圧電
トランスのサイズは、長さ２５ｍｍ、幅７ｍｍ、厚み
２．２ｍｍである。なお、隔たり量０％のものを従来例
１としている。

【００２４】

【表１】

【００２５】これより、隔たり量が小さいとクラック発
生率が大きく、逆に隔たり量が大きいと昇圧比が低下す
るため、隔たり量が５〜１０％の時に所定の昇圧比を維
持したままでクラック発生率を低下させられることが分
かる。

【００２６】また、本願発明者による別の従来例（特開
平１１−２６１１２５号公報に開示された従来例、従来
例２）との比較実験の結果を表２に示す。ここで、緩衝
領域幅は従来例２のみに存在する緩衝領域の幅である。
なお、積層型圧電トランスのサイズは上述の比較実験と
同じである。

【００２７】

【表２】

【００２８】これより、特開平１１−２６１１２５号公
報に開示された従来例においてもクラックの発生を防止
することができるが、本願発明の方は緩衝領域がないた
めに昇圧比が高く、最大効率もよくなっていることが分
かる。

【００２９】図２に、本発明の積層型圧電トランスの別
の実施例の断面図を示す。図２において、図１と同一も
しくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略
する。

【００３０】図２に示した積層型圧電トランス３０にお
いては、駆動部２に偶数である８枚の内部電極３１が設
けられており、その中の厚み方向中央部の２枚の長さが
残りの６枚に比べて、発電部３との境界より離れる方向
に短く形成されている。そして、この２枚の内部電極３
１の、他の６枚の内部電極３１との長さの差Ｂが、発電
部３の長さＡの５〜１０％に設定されている。

【００３１】次に、駆動部２の圧電体層６と発電部３の
圧電体層８の分極について説明する。まず、駆動部２に
おいて、２つの入力電極４の間に電圧を印加すると、内
部電極３１には交互に異なる電圧が印加されるため、圧
電体層６は交互に厚み方向逆方向に分極される。このと
き、圧電体層６の内部電極２１が短くなって存在しなく
なった部分においては、上下が異なる電位の電極になる
ものの、その距離が約３倍になるために、厚み方向には
弱くしか分極されない。また、発電部の分極に関しては
積層型圧電トランス２０の場合と同じで、圧電体層６の
内部電極３１が短くなって存在しなくなった部分におい
ては、積層型圧電トランス３０の長さ方向の分極が弱く
なる。この圧電体層６の分極が弱くなった部分において
は、周囲との分極方向のギャップが小さいため、分極歪
みが緩和される。

【００３２】このように、内部電極３１の数が偶数の場
合には、厚み方向中央部の２枚の内部電極３１の長さを
短くすることによって、積層型圧電トランス２０の場合
と同様に、駆動部２と発電部３の境界に発生する分極歪
みが、特に厚み方向中央部において緩和されるため、応
力集中も緩和され、クラックの発生が防止される。しか
も、厚み方向中央部の２枚の内部電極３１の長さだけを
短くしているために、図６に示した従来の積層型圧電ト
ランス１０のような緩衝部は形成されず、昇圧の効率が
低下することはなく、従来の積層圧電トランス１の場合
と同様の昇圧比を得ることができる。

【００３３】なお、上記の各実施例においては、内部電
極が奇数の場合には厚み方向中央部の１枚だけを、偶数
の場合には２枚をだけを、他の内部電極より短く形成し
ている。しかしながら、長さが短く形成される内部電極
は、厚み方向の完全な中央の１〜２枚に限定されるもの
ではない。たとえば内部電極の数が多い場合には、その
数が奇数、偶数に限らず、厚み方向中央部付近の１枚だ
け、あるいは互いに隣接する数枚だけを短く形成しても
構わないもので、上記の各実施例の場合と同様の作用効
果を奏するものである。

【００３４】図３に、本発明の電子装置の一実施例の斜
視図を示す。図３において、電子装置の１つであるノー
トパソコン４０は、液晶ディスプレイ４１と、そのバッ
クライト用の冷陰極管４２を備えている。また、冷陰極
管４２を点灯させるための圧電インバータ４３を備えて
おり、圧電インバータ４３には本発明の積層型圧電トラ
ンス４４が用いられている。

【００３５】このように構成されたノートパソコン４０
においては、本発明の積層型圧電トランス４４を用いた
圧電インバータ４３を備えているために、高い信頼性を
得ることができ、しかも低コスト化を図ることができ
る。

【００３６】なお、図４においては電子装置としてノー
トパソコンを示したが、電子装置としてはノートパソコ
ンに限るものではなく、据え置き型の液晶ディスプレイ
などの圧電インバータが用いられる他の電子装置でもよ
く、あるいは圧電インバータに限らず積層型圧電トラン
スを昇圧用のトランスとして用いる電子装置であれば何
でも構わないものである。

【００３７】

【発明の効果】本発明の積層型圧電トランスによれば、
厚み方向に分極された圧電体層を介して複数の内部電極
が積層して形成された駆動部と、水平方向に分極された
圧電体層を積層して形成されるとともに一部に発電電極
が形成された発電部とを有し、駆動部が発電部の圧電体
層の分極方向に隣接して配置された積層型圧電トランス
において、駆動部の内部電極において、厚み方向中央部
の内部電極が他の内部電極に比べて、発電部との境界よ
り離れる方向に短く形成されていることによって、効率
を低減させずに分極歪みの集中を分散させてクラックの
発生を防止し、信頼性の向上を図ることができる。ま
た、歩留の向上により低コスト化を実現することができ
る。

【００３８】また、本発明の電子装置によれば、本発明
の積層型圧電トランスを用いることによって、信頼性の
向上と低コスト化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の積層型圧電トランスの一実施例を示す
断面図である。

【図２】本発明の積層型圧電トランスの別の実施例を示
す断面図である。

【図３】本発明の電子装置の一実施例を示す斜視図であ
る。

【図４】従来の積層型圧電トランスを示す斜視図であ
る。

【図５】図４の積層型圧電トランスを示す断面図であ
る。

【図６】従来の別の積層型圧電トランスを示す断面図で
ある。

【符号の説明】

２…駆動部 ３…発電部 ４…入力電極 ５…発電電極 ６、８…圧電体層 ２０、３０…積層型圧電トランス ２１、３１…内部電極 ４０…ノートパソコン

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 厚み方向に分極された圧電体層を介して
   複数の内部電極が積層して形成された駆動部と、水平方
   向に分極された圧電体層を積層して形成されるとともに
   一部に発電電極が形成された発電部とを有し、前記駆動
   部が前記発電部の圧電体層の分極方向に隣接して配置さ
   れた積層型圧電トランスであって、 前記駆動部の前記内部電極において、厚み方向中央部の
   前記内部電極が他の前記内部電極に比べて、前記発電部
   との境界より離れる方向に短く形成されていることを特
   徴とする積層型圧電トランス。
2. 【請求項２】 前記駆動部に偶数枚の前記内部電極が形
   成されるとともに、前記駆動部の前記内部電極におい
   て、厚み方向中央部の２枚の前記内部電極が他の前記内
   部電極に比べて、前記発電部との境界より離れる方向に
   短く形成されていることを特徴とする、請求項１に記載
   の積層型圧電トランス。
3. 【請求項３】 前記駆動部に奇数枚の前記内部電極が形
   成されるとともに、前記駆動部の前記内部電極におい
   て、厚み方向中央部の１枚の前記内部電極が他の前記内
   部電極に比べて、前記発電部との境界より離れる方向に
   短く形成されていることを特徴とする、請求項１に記載
   の積層型圧電トランス。
4. 【請求項４】 前記厚み方向中央部の内部電極が、他の
   前記内部電極に比べて、前記発電部との境界より離れる
   方向に、前記発電部の長さの５乃至１０％短く形成され
   ていることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか
   に記載の積層型圧電トランス。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載の積
   層型圧電トランスを用いたことを特徴とする電子装置。