JP2907153B2 - Piezoelectric transformer and method of manufacturing the same - Google Patents

Piezoelectric transformer and method of manufacturing the same

Info

Publication number
JP2907153B2
JP2907153B2 JP8274505A JP27450596A JP2907153B2 JP 2907153 B2 JP2907153 B2 JP 2907153B2 JP 8274505 A JP8274505 A JP 8274505A JP 27450596 A JP27450596 A JP 27450596A JP 2907153 B2 JP2907153 B2 JP 2907153B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
piezoelectric
piezoelectric transformer
transformer
power generation
particle size
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP8274505A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH10125968A (en
Inventor
隆之 猪井
晋 斉藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Electric Co Ltd filed Critical Nippon Electric Co Ltd
Priority to JP8274505A priority Critical patent/JP2907153B2/en
Publication of JPH10125968A publication Critical patent/JPH10125968A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2907153B2 publication Critical patent/JP2907153B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【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、特に変換
効率が高く高信頼度が要求される小形および薄型でかつ
高電圧を発生する圧電トランスの構成に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric transformer used in various power supply circuits for generating a high voltage, and more particularly to a small, thin, and high-voltage piezoelectric transformer requiring high conversion efficiency and high reliability. It is related to the configuration of

【0001】[0001]

【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。しかし、電磁トランスは、高い変圧
比を実現するために磁性体のコアに巻き付ける導線の数
を多くする必要があるので小型の電磁トランスを実現す
るのは非常に困難である。特に、最近の携帯用情報機器
に搭載される表示用のバックライトの冷陰極管インバー
タは小型化および薄膜化が厳しく要求されるので電磁ト
ランスを用いるのは不適当である。
2. Description of the Related Art Conventionally, a winding type electromagnetic transformer has been used as a transformer for generating a high voltage in a power supply circuit in a device requiring a high voltage such as a deflection device of a television or a charging device of a copying machine. However, it is very difficult to realize a small-sized electromagnetic transformer because it is necessary to increase the number of conductors wound around a magnetic core in order to realize a high transformation ratio. In particular, it is inappropriate to use an electromagnetic transformer because a cold cathode tube inverter of a backlight for a display mounted on a recent portable information device is strictly required to be small and thin.

【0002】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。この一例として、ローゼン型圧電
トランスの構造を図4に示す。このローゼン型圧電トラ
ンスでは、表面に電極が設けられた長方形状の圧電板2
10において、21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あり、その上面に平面状電極21
1と、それと対向して下面に平面状電極が設けられてお
り、この部分は矢印23に示すように厚み方向に分極さ
れている。
On the other hand, a piezoelectric transformer using a piezoelectric effect has been proposed. As an example of this, the structure of a Rosen-type piezoelectric transformer is shown in FIG. In this Rosen-type piezoelectric transformer, a rectangular piezoelectric plate 2 provided with electrodes on its surface is provided.
In FIG. 10, a portion indicated by 21 is a low impedance driving portion of the piezoelectric transformer, and a planar electrode 21 is provided on the upper surface thereof.
1 and a planar electrode provided on the lower surface opposite to this, and this portion is polarized in the thickness direction as shown by an arrow 23.

【0003】また、同様に22で示す部分は高インピー
ダンスの発電部であり、端面電極213が設けられてお
り、この部分は矢印24に示すように長さ方向に分極さ
れている。本圧電トランスは、外部電気端子214と2
15間に1/2または1波長共振の共振周波数の交流電
圧を入力すると長さ方向に共振し、外部電気端子215
と216間に電圧が出力する。
[0003] Similarly, a portion indicated by reference numeral 22 is a high-impedance power generation portion, and an end face electrode 213 is provided. This portion is polarized in the length direction as indicated by an arrow 24. This piezoelectric transformer has external electric terminals 214 and 2
When an AC voltage having a resonance frequency of 1/2 or 1 wavelength resonance is input between the external electric terminals 215 and
And 216 output a voltage.

【0004】そして、外部電気端子215と216間に
出力する電圧は、圧電トランスの振動レベルと圧電トラ
ンスの昇圧比で決まり、高い出力電圧を得るためには、
外部電気端子214と215間に入力する電圧を上げ
て、圧電トランスの振動レベルを大きくするか、圧電ト
ランスそのものの昇圧比を大きくする必要がある。
The voltage output between the external electric terminals 215 and 216 is determined by the vibration level of the piezoelectric transformer and the step-up ratio of the piezoelectric transformer.
It is necessary to increase the voltage input between the external electric terminals 214 and 215 to increase the vibration level of the piezoelectric transformer or to increase the step-up ratio of the piezoelectric transformer itself.

【0005】ところで、入力電圧を上げて圧電トランス
の振動レベルを大きくした場合、共振に伴う応力によ
り、圧電トランスが破壊してしまうという問題がある。
この問題を改善するため、特開平6−112542号公
報に示されているものがある。これは、圧電体に細かな
セラミックス粉末を用い、焼結体の結晶粒子の粒子径を
1μm以下にすることにより、空孔の発生が少ない緻密
なセラミックスにして、セラミックスの機械的強度を上
げることにより、入力電圧を上げて振動レベルを高くし
ても、圧電トランスの破壊が起きにくいようにしたもの
である。
[0005] When the vibration level of the piezoelectric transformer is increased by increasing the input voltage, there is a problem that the piezoelectric transformer is broken by a stress accompanying resonance.
To solve this problem, there is one disclosed in JP-A-6-112542. This is to increase the mechanical strength of ceramics by using fine ceramic powders for the piezoelectric material and reducing the crystal particle size of the sintered body to 1 μm or less to produce dense ceramics with few voids. Thus, even if the vibration level is increased by increasing the input voltage, the piezoelectric transformer is hardly broken.

【0006】しかし、上記したような単板型構造の圧電
トランスを用いて、入力電圧を上げ、振動レベルを高く
して、出力電圧を上げる方法では、いくら圧電体の機械
的な強度を上げても得られる出力電圧に限界がある。ち
なみに、上記従来例のように、圧電体の結晶粒子の粒子
径を1μm以下にした場合でも、機械的な強度の向上は
約2倍であり、実用的な対象負荷(100kΩ)におい
て、入力電圧30Vrms の時出力電圧はせいぜい500
Vrms 程度である。
However, in the method of increasing the input voltage, increasing the vibration level, and increasing the output voltage by using the above-described piezoelectric transformer having a single-plate structure, the mechanical strength of the piezoelectric body must be increased. However, there is a limit to the output voltage that can be obtained. Incidentally, even when the particle diameter of the crystal grains of the piezoelectric material is reduced to 1 μm or less as in the above-mentioned conventional example, the mechanical strength is improved about twice, and the input voltage is reduced under a practical target load (100 kΩ). At 30Vrms, output voltage is at most 500
About Vrms.

【0007】これに対し、出力電圧を上げる方法とし
て、圧電トランスの昇圧比を上げることが考えられる
が、圧電トランスの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、薄く、長くすると昇圧比が高くな
る。
On the other hand, as a method of increasing the output voltage, it is conceivable to increase the step-up ratio of the piezoelectric transformer. The step-up ratio of the piezoelectric transformer is determined by the thickness between the electrodes of the drive unit and the length of the power generation unit. , The longer, the higher the boost ratio.

【0008】しかし、上記圧電トランスのように圧電板
が単板の場合には、駆動部の電極間の厚みを薄くするに
は自ずと強度に限界があり(実用的には0.5mm)、
長さについても小型化を目的とするために制限される。
また、電極間の厚みを薄くすると、圧電トランスの変換
効率が低下するという問題もある。
However, when the piezoelectric plate is a single plate as in the above-described piezoelectric transformer, there is naturally a limit in strength (in practice, 0.5 mm) to reduce the thickness between the electrodes of the driving section.
The length is also limited for the purpose of miniaturization.
Further, when the thickness between the electrodes is reduced, there is a problem that the conversion efficiency of the piezoelectric transformer is reduced.

【0009】このような問題を改善する方法として、T
OKIN Technical Review、NO.
22、p67〜p74(1996)(以下文献1と称す
る)で説明されているような積層型圧電トランスを用い
る方法がある。
As a method for improving such a problem, T
OKIN Technical Review, NO.
22, p67-p74 (1996) (hereinafter referred to as Document 1) using a laminated piezoelectric transformer.

【0010】積層型圧電トランスの一例として、上記ロ
ーゼン型圧電トランスの電極パターンで、圧電体と内部
電極を積層化したものを図5に示す。
As an example of a laminated piezoelectric transformer, FIG. 5 shows an electrode pattern of the Rosen type piezoelectric transformer in which a piezoelectric body and internal electrodes are laminated.

【0011】図5において、31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311と内
部電極312が交互に複数層積層されており、最外層に
は、外部取り出し電極313と、それと対向する下面に
外部取り出し電極が設けられ、側面には内部電極接続用
電極315と、それと対向する側面に内部電極接続用電
極が設けられていて、各層間は厚み方向に分極されてい
る。
In FIG. 5, a portion indicated by 31 is a low impedance driving portion of a piezoelectric transformer, in which a plurality of piezoelectric bodies 311 and internal electrodes 312 are alternately laminated, and an outer electrode 313 is provided on the outermost layer. An external extraction electrode is provided on the lower surface facing the electrode, an internal electrode connection electrode 315 is provided on the side surface, and an internal electrode connection electrode is provided on the side surface facing the external electrode. Each layer is polarized in the thickness direction.

【0012】また、32で示す部分は高インピーダンス
の発電部であり、端面電極317が設けられており、こ
の部分は単板型と同様に長さ方向に分極されている。そ
して、単板型圧電トランスと同様に、外部電気端子31
8と319間に1/2または1波長共振の共振周波数の
交流電圧を入力すると長さ方向に共振し、外部電気端子
319と320間に電圧が出力する。
A portion indicated by reference numeral 32 is a high-impedance power generation portion, provided with an end face electrode 317, and this portion is polarized in the length direction similarly to the single plate type. Then, similarly to the single-plate type piezoelectric transformer, the external electric terminals 31
When an AC voltage having a resonance frequency of ま た は or 1 wavelength resonance is input between 8 and 319, resonance occurs in the length direction, and a voltage is output between the external electric terminals 319 and 320.

【0013】積層型圧電トランスは、原理的に昇圧比が
積層数に比例して増大し、たとえば5層積層の場合、昇
圧比は同じ素子厚みの単板型圧電トランスに対し、約5
倍となる。ちなみに、上記単板型圧電トランスと比較し
た場合、500Vrms の出力電圧を得るのに、30Vrm
s の入力電圧が必要だったものが、積層型圧電トランス
の場合、6Vrms の入力電圧で済むことになる。
In a laminated piezoelectric transformer, in principle, the step-up ratio increases in proportion to the number of layers. For example, in the case of a five-layer stack, the step-up ratio is about 5 times that of a single-plate type piezoelectric transformer having the same element thickness.
Double. By the way, when compared with the single-plate type piezoelectric transformer, an output voltage of 500 Vrms is obtained by 30 Vrms.
The input voltage of 6 Vrms is required for the multi-layer piezoelectric transformer instead of the input voltage of s.

【0014】この積層型の圧電トランスの製造方法とし
ては、導電体を形成した圧電体のグリーンシートを積層
した後、1100℃で焼成するものである。また、圧電
体として鉛系酸化物のセラミックス(PZT系)、内部
電極材として銀パラジウム合金(以下Ag/Pdと表記
する)電極が用いられている。
As a method of manufacturing the laminated piezoelectric transformer, a piezoelectric green sheet on which a conductor is formed is laminated and then fired at 1100 ° C. Also, a lead-based oxide ceramic (PZT-based) is used as the piezoelectric body, and a silver-palladium alloy (hereinafter referred to as Ag / Pd) electrode is used as the internal electrode material.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】積層型圧電トランスの
製造方法において、圧電トランスに用いられる鉛系酸化
物セラミックス(PZT系)は、内部電極に用いられる
Ag/Pd電極の影響で結晶粒子の粒子径が肥大化する
現象が知られている。
In the manufacturing method of the laminated piezoelectric transformer, the lead-based oxide ceramic (PZT-based) used for the piezoelectric transformer is made of crystal particles under the influence of the Ag / Pd electrode used for the internal electrode. It is known that the diameter increases.

【0016】それについて文献1では、内部電極近傍の
焼結体の結晶粒子径が約5μm、焼結体の内部電極から
離れた位置の結晶粒子径は3μmであることが述べられ
ている。
Reference 1 describes that the crystal grain size of the sintered body near the internal electrode is about 5 μm, and the crystal grain size of the sintered body away from the internal electrode is 3 μm.

【0017】そのように圧電トランスにおいて結晶粒径
が局所的に肥大化した場合、振動の伝搬等の影響で、機
械的品質係数Qm および変換効率等のトランス特性が悪
くなることがわかった。
It has been found that when the crystal grain size is locally enlarged in the piezoelectric transformer, the transformer characteristics such as the mechanical quality factor Qm and the conversion efficiency are deteriorated due to the influence of vibration propagation and the like.

【0018】例えば、先に述べた従来例の圧電トランス
の変換効率を調べると、内部電極を積層した駆動部の結
晶粒子の粒子径が5μm、発電部の粒子径が3μmであ
る積層型圧電トランスの変換効率は90%であった。ま
た、駆動部の結晶粒子の粒子径が5.2〜7.2μm、
発電部の粒子径が4.0〜5.0μmの範囲では、変換
効率はほぼ85%とさらに低かった。
For example, when examining the conversion efficiency of the above-described conventional piezoelectric transformer, the multilayer piezoelectric transformer in which the crystal diameter of the driving unit on which the internal electrodes are laminated is 5 μm and the particle diameter of the power generation unit is 3 μm is shown. Was 90%. In addition, the particle size of the crystal particles of the driving unit is 5.2 to 7.2 μm,
When the particle diameter of the power generation unit was in the range of 4.0 to 5.0 μm, the conversion efficiency was even lower at approximately 85%.

【0019】また、結晶粒子の粒子径の肥大化を抑える
ため、単板型圧電トランスと同じような細かさのセラミ
ックス粉末を積層型圧電トランスに適用した場合、(パ
ッキン効果により)積層層間で剥離してしまうという問
題もある。
When ceramic powder having the same fineness as that of a single-plate type piezoelectric transformer is applied to a laminated piezoelectric transformer in order to suppress the enlargement of the particle diameter of the crystal particles, separation between the laminated layers (due to the packing effect) occurs. There is also the problem of doing it.

【0020】そこで本発明は、積層型圧電トランスにお
いて、圧電セラミックスの結晶粒子の粒子径の肥大化を
抑制し、粒子径の範囲を特定することにより圧電トラン
スの特性を格段に向上させ、従来のトランスにはなかっ
た小型で高性能な積層型圧電トランスを提供するもので
ある。
Therefore, the present invention provides a multilayer piezoelectric transformer which suppresses the enlargement of the particle size of crystal grains of the piezoelectric ceramics, specifies the range of the particle size, and significantly improves the characteristics of the piezoelectric transformer. An object of the present invention is to provide a small-sized and high-performance laminated piezoelectric transformer that has not been provided in a transformer.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】本発明の圧電トランス素
子は、厚さ方向に分極された圧電体と内部電極とを交互
に複数層積層した駆動部と、長さ方向に分極された圧電
体からなる発電部とを有する圧電トランスにおいて、上
記圧電体が鉛系酸化物セラミックスからなり、上記内部
電極が銀系導電体からなり、上記駆動部の圧電体の結晶
粒子の粒子径が2.5〜4.0μmであり、かつ上記発
電部の圧電体の結晶粒子の粒子径が2.0〜3.5μm
であることを特徴としており、その製造において、上記
圧電トランスを1080〜1100℃の温度で焼成する
ことを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a piezoelectric transformer element comprising: a drive section in which a plurality of piezoelectric layers polarized in a thickness direction and internal electrodes are alternately laminated; and a piezoelectric body polarized in a length direction. Wherein the piezoelectric body is made of a lead-based oxide ceramic, the internal electrode is made of a silver-based conductor, and the crystal size of the piezoelectric body of the driving section has a particle size of 2.5. 44.0 μm, and the particle size of the crystal grains of the piezoelectric body of the power generation unit is 2.0 to 3.5 μm.
In the manufacture thereof, the piezoelectric transformer is fired at a temperature of 1,080 to 1,100 ° C.

【0022】圧電体として鉛系酸化物セラミックスを用
い、内部電極としてAg/Pd電極を用いる場合、圧電
体の結晶粒子の粒子径が肥大化している状態にあり、振
動伝搬の影響から、トランス特性において、Qm 、変換
効率が低い結果となっている。そこで、本発明の積層型
圧電トランスは、鉛系酸化物セラミックスの焼結性への
銀の影響を考慮し、焼成条件を適性化し、結晶粒子の粒
子径の肥大化を抑制して、トランス特性を格段に向上さ
せている。
When a lead-based oxide ceramic is used as the piezoelectric body and an Ag / Pd electrode is used as the internal electrode, the crystal size of the piezoelectric body is in a state of being enlarged, and the transformer characteristic is affected by the influence of vibration propagation. In this case, Qm and conversion efficiency are low. In view of this, the multilayer piezoelectric transformer of the present invention considers the influence of silver on the sinterability of lead-based oxide ceramics, optimizes the firing conditions, suppresses the enlargement of the crystal particle diameter, and reduces the transformer characteristics. Is significantly improved.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下に、図面を用いて本発明の実
施の形態を説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0024】図1は本発明の第1の実施の形態を示す斜
視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of the present invention.

【0025】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を交互に複数枚積層しており、上面に形成
された外部電極113とそれと対向する下面に外部電極
を有している。また、それぞれ一層おきに側面上に露出
した内部電極112を電気的に接続する内部電極接続用
電極115、およびそれと対向する反対側面に内部電極
接続用電極を有している。そして、この駆動部は厚み方
向に分極されている。
In FIG. 1, a portion indicated by reference numeral 11 is a low impedance driving portion of the piezoelectric transformer, in which a plurality of piezoelectric bodies 111 and internal electrodes 112 are alternately laminated, and an external electrode 113 formed on the upper surface is opposed to the external electrode 113. Has an external electrode on the lower surface. In addition, an internal electrode connecting electrode 115 for electrically connecting the internal electrode 112 exposed on the side surface is provided on every other layer, and an internal electrode connecting electrode is provided on the opposite side surface facing the internal electrode 112. The driving section is polarized in the thickness direction.

【0026】また、12で示す部分は高インピーダンス
の発電部であり、端面電極117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。
A portion indicated by reference numeral 12 is a high-impedance power generating portion, and is provided with an end face electrode 117. This portion is polarized in the length direction of the piezoelectric transformer.

【0027】本圧電トランスは、外部電気端子118と
119間に1/2または1波長共振の共振周波数の交流
電圧を入力して駆動させると、外部電気端子119と1
20間に電圧が出力される。
When the piezoelectric transformer is driven by inputting an AC voltage having a resonance frequency of ま た は or one wavelength resonance between the external electric terminals 118 and 119, the piezoelectric transformer is driven.
A voltage is output during 20.

【0028】本発明の積層型圧電トランス素子は、駆動
部の圧電体の結晶粒径の粒子径が2.5〜4.0μmで
あり、かつ発電部の圧電体の粒子径が2.0〜3.5μ
mであることを特徴としている。また、このような粒子
径の範囲は、その製造において焼成のピーク温度が10
80〜1100℃の範囲で得られる。
In the multilayer piezoelectric transformer element according to the present invention, the crystal size of the piezoelectric body of the driving unit is 2.5 to 4.0 μm, and the particle size of the piezoelectric body of the power generation unit is 2.0 to 4.0 μm. 3.5μ
m. Further, such a range of the particle size is such that the peak temperature of the firing in the production is 10 ° C.
It is obtained in the range of 80 to 1100 ° C.

【0029】図2は、圧電体の駆動部および発電部の粒
子径の範囲と、圧電体の性質または圧電体がその範囲の
粒子径を有する積層型圧電トランスの特性を示す図であ
り、本発明の粒子径の範囲を特定した根拠を示す。図2
に示すB領域は、発電部の粒子径が駆動部の粒子径より
大きい範囲である。Ag/Pd等の内部電極を有する駆
動部の粒子径より発電部の粒子径が大きくなることはあ
り得ないからB領域は形成不可の範囲である。一方、C
領域は、駆動部の粒子形が発電部の粒子径より非常に大
きくなる範囲であり、条件を変えても安定的に得られな
い形成不可の範囲である。また、A領域の範囲は、発電
部の粒子径が2μm未満であって、圧電体の分極がしに
くく、分極処理をするための電界を増大させると圧電体
セラミックスにクラックが入ったり割れるなどするの
で、分極が不適当な範囲である。なお、E領域は発電部
の粒子径が2μm以下であるが、駆動部の粒子径が2.
5μm未満であるため、圧電トランスの変換効率が95
%未満となる領域である。そして、D領域は駆動部の粒
子が4μmを越えて肥大化している範囲であり、圧電ト
ランスの変換効率等の特性が低い領域である。また、F
領域は駆動部の粒子径は4μm以下であるが、発電部の
粒子径が3.5μmを越えているために圧電トランスの
変換効率が95%未満となっている領域である。図中の
G領域は前述したように駆動部の粒子径が5.2〜7.
2μm、発電部の粒子径が4〜5μmの範囲であり、積
層型圧電トランスの場合で交換効率がせいぜい85%で
ある。またHは文献1にある例で、交換効率が90%で
あることを示す。
FIG. 2 is a graph showing the range of the particle size of the driving portion and the power generation portion of the piezoelectric body, and the properties of the piezoelectric body or the characteristics of the laminated piezoelectric transformer in which the piezoelectric body has the particle size in the range. The basis for specifying the range of the particle size of the invention is shown. FIG.
The B region shown in the above is a range in which the particle diameter of the power generation unit is larger than the particle diameter of the drive unit. Since the particle size of the power generation unit cannot be larger than the particle size of the drive unit having an internal electrode of Ag / Pd or the like, the region B is a range in which formation is not possible. On the other hand, C
The region is a range in which the particle shape of the drive unit is much larger than the particle size of the power generation unit, and is a range in which formation cannot be performed stably even if the conditions are changed. Further, in the range of the region A, the particle size of the power generation unit is less than 2 μm, the piezoelectric body is hardly polarized, and the piezoelectric ceramic cracks or cracks when the electric field for the polarization treatment is increased. Therefore, the polarization is in an inappropriate range. In the area E, the particle size of the power generation unit is 2 μm or less, but the particle size of the drive unit is 2 μm or less.
Since it is less than 5 μm, the conversion efficiency of the piezoelectric transformer is 95%.
%. The area D is an area in which the particles of the driving section are enlarged beyond 4 μm, and are areas where characteristics such as the conversion efficiency of the piezoelectric transformer are low. Also, F
The region is a region where the particle size of the driving unit is 4 μm or less, but the conversion efficiency of the piezoelectric transformer is less than 95% because the particle size of the power generation unit exceeds 3.5 μm. In the G region in the figure, as described above, the particle size of the driving unit is 5.2 to 7.0.
2 μm, the particle size of the power generation unit is in the range of 4 to 5 μm, and the exchange efficiency is at most 85% in the case of the multilayer piezoelectric transformer. H is an example described in Document 1 and indicates that the exchange efficiency is 90%.

【0030】一方、本発明では駆動部および発電部の粒
子径が2.5〜4.0μmおよび2.0〜3.5μmの
範囲内であると、変換効率が95%以上の良い特性の積
層型圧電トランスが得られることが図2から明らかであ
る。また、Qm の値も1500以上と優れている。圧電
トランスは、小型、薄型化、高変換効率化が厳しく求め
られるので、性能がこれより劣ると圧電トランスとして
の実用価値がなくなる。
On the other hand, according to the present invention, when the particle diameters of the driving section and the power generation section are in the range of 2.5 to 4.0 μm and 2.0 to 3.5 μm, the conversion efficiency is 95% or more. It is clear from FIG. 2 that a type piezoelectric transformer is obtained. Further, the value of Qm is as excellent as 1500 or more. Piezoelectric transformers are strictly required to be small, thin, and have high conversion efficiency. If the performance is inferior to this, the practical value of the piezoelectric transformer is lost.

【実施例】次に、本発明の一実施例の製造方法について
具体的に説明する。
Next, a manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be specifically described.

【0031】本発明の圧電トランスは、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製した。
圧電体111の材料にはネペック8(トーキン社製、粉
末の比表面積:1m2 /g)を用いた。
The piezoelectric transformer of the present invention was manufactured by a green sheet method using the piezoelectric transformer having the structure shown in FIG.
The material of the piezoelectric body 111 was Nepec 8 (manufactured by Tokin Co., Ltd., specific surface area of powder: 1 m 2 / g).

【0032】また、内部電極112は、焼成タイプのA
g/Pdペーストを圧電体111のグリーンシート上に
形成し、側面の電極を帯状に除去したパターンでスクリ
ーン印刷した後積層し、圧電体111と共に、昇温速度
100℃/時間、ピーク温度1100℃、維持時間2時
間、合計の焼成時間24時間とした条件で一体焼成する
ことにより形成した。
The internal electrode 112 is made of a firing type A
The g / Pd paste is formed on a green sheet of the piezoelectric body 111, and is screen-printed in a pattern in which the electrodes on the side are removed in a strip shape, and then laminated. , And a total firing time of 24 hours.

【0033】積層の構成としては、入力側について、圧
電体5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。
As for the configuration of the lamination, five layers of piezoelectric bodies and four layers of internal electrodes were provided on the input side, and the thickness of each piezoelectric body 111 was 200 μm, and the total thickness was 1 mm.

【0034】次に焼成後、長さ36mm、幅5mm、厚
み1mmの寸法に加工し、焼成タイプのAg/Pdペー
ストを駆動部11の上下面および発電部12の端面に印
刷後、温度700℃、維持時間15分の条件で焼成する
ことにより、内部電極接続用電極115とそれと対向す
る側面の内部電極接続用電極および端面電極117を形
成した。
Then, after firing, it is processed into dimensions of 36 mm in length, 5 mm in width, and 1 mm in thickness, and a firing type Ag / Pd paste is printed on the upper and lower surfaces of the drive unit 11 and the end surface of the power generation unit 12, and then heated to a temperature of 700 ° C. By sintering under the condition of a maintenance time of 15 minutes, the internal electrode connecting electrode 115 and the internal electrode connecting electrode and the end face electrode 117 on the side surface facing the internal electrode connecting electrode 115 were formed.

【0035】その次に分極治具を用いて、温度300〜
350℃の空気中において電界を0.5〜0.7kV/
mm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
を分極した。
Then, using a polarization jig, a temperature of 300 to
An electric field of 0.5 to 0.7 kV /
mm, the temperature is reduced to 100 ° C. or less in the applied state, and then the applied electric field is cut off to generate the power generation unit 11.
Was polarized.

【0036】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を分極した。
Subsequently, an electric field of 2 to 3 kV / mm was applied in silicone oil at a temperature of 100 to 200 ° C. to polarize the driving section 12.

【0037】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、Qm は1800、変換効率で95%であり、
従来の積層型圧電トランスでは、Qm が900、変換効
率が85%であったのに比べ、格段に特性が向上してい
る結果が得られた。
The resulting piezoelectric transformer is 100 k
When a transformer was evaluated by applying a voltage with Ω as a load, the Qm was 1800 and the conversion efficiency was 95%.
Compared to the conventional multilayer piezoelectric transformer having a Qm of 900 and a conversion efficiency of 85%, the results showed that the characteristics were significantly improved.

【0038】また、得られた積層型圧電トランスの圧電
体部分について、結晶粒子の粒子径を測定したところ、
駆動部においては、平均の粒子径が3.4μmであり、
発電部においては、平均の粒子径が2.7μmであっ
た。
Further, the particle size of crystal grains of the piezoelectric body portion of the obtained multilayer piezoelectric transformer was measured.
In the driving section, the average particle diameter is 3.4 μm,
In the power generation section, the average particle diameter was 2.7 μm.

【0039】なお、ピーク温度1080℃、維持時間2
時間の焼成条件でも、これと同様の結果が得られた。
Incidentally, a peak temperature of 1080 ° C. and a maintenance time of 2
The same result was obtained under the firing conditions of time.

【0040】上記と同様にして作製された積層体を昇温
速度100℃/時間、ピーク温度1120℃、維持時間
2時間、合計の焼成時間24時間の条件で一体焼成して
得られた積層型圧電トランスの圧電体部分について、結
晶粒子の粒子径を測定したところ、駆動部においては、
平均の粒子径が5.2μmであり、発電部においては、
平均粒子径が4μmであった。また、トランス特性につ
いて評価したところ、従来例と同様、Qm 、変換効率と
も低い値であった(Qm :1100、変換効率:86
%)。図2に不十分な例としてプロットした。
The laminate obtained by integrally firing the laminate manufactured in the same manner under the conditions of a heating rate of 100 ° C./hour, a peak temperature of 1120 ° C., a maintenance time of 2 hours, and a total firing time of 24 hours. For the piezoelectric part of the piezoelectric transformer, the particle diameter of the crystal particles was measured.
The average particle size is 5.2 μm, and in the power generation section,
The average particle size was 4 μm. When the transformer characteristics were evaluated, the Qm and the conversion efficiency were low as in the conventional example (Qm: 1100, conversion efficiency: 86).
%). FIG. 2 is plotted as a poor example.

【0041】一方、昇温速度100℃/時間、ピーク温
度1050℃、維持時間2時間、合計の焼成時間24時
間の条件で一体焼成した結果得られた積層型圧電トラン
スは、焼成状態が不十分であり、トランスとしての十分
な作用をなさず、評価するに値しなかった。
On the other hand, the laminated piezoelectric transformer obtained by integrally firing under the conditions of a heating rate of 100 ° C./hour, a peak temperature of 1050 ° C., a maintenance time of 2 hours, and a total firing time of 24 hours has an insufficient firing state. It did not sufficiently function as a transformer and was not worthy of evaluation.

【0042】次に他の実施例について述べる。先の実施
例と異なるのは、外部電極として焼成型(キャアタイ
プ)の電極材料を用い、これに合わせて分極条件を見直
している点であるのでこの点のみ説明する。
Next, another embodiment will be described. The difference from the previous embodiment is that a firing type (carrier type) electrode material is used as the external electrode and the polarization conditions are reviewed in accordance with this, so only this point will be described.

【0043】まず外部電極の材料として、キュアタイプ
のAgペーストを先の実施例と同様にして所定の位置に
印刷後、温度200℃、維持時間15分の条件でキュア
した。
First, as a material for the external electrode, a curing type Ag paste was printed at a predetermined position in the same manner as in the previous embodiment, and then cured at a temperature of 200 ° C. for a maintenance time of 15 minutes.

【0044】次に分極治具を用いて、温度100〜20
0℃のシリコーンオイル中において、電界を1.5〜2
kV/mm印加して、発電部11を分極した。
Next, using a polarization jig, a temperature of 100 to 20
In silicone oil at 0 ° C., an electric field of 1.5 to 2
By applying kV / mm, the power generation unit 11 was polarized.

【0045】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を分極した。
Subsequently, an electric field of 2 to 3 kV / mm was applied in silicone oil at a temperature of 100 to 200 ° C. to polarize the driving section 12.

【0046】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、Qm および変換効率は最初の実施例とほぼ同
等の値が得られた。また、この実施例では製造のプロセ
ス(特に、外部電極形成、分極プロセス)および外部電
極に用いる材料の点からコスト的に安くできるメリット
がある(最初の実施例のコスト80円/個に対し、60
円/個)。
The resulting piezoelectric transformer is 100 k
When the transformer characteristics were evaluated by applying a voltage with Ω as a load, the values of Qm and the conversion efficiency were almost the same as those of the first embodiment. Further, in this embodiment, there is a merit that the cost can be reduced in terms of the manufacturing process (especially, external electrode formation and polarization process) and the material used for the external electrode (compared to the cost of 80 yen / piece in the first embodiment, 60
Yen / piece).

【0047】なお上記した実施例は、1/2波長または
1波長共振の共振周波数で振動させる圧電トランスにつ
いて示したが、3/2波長共振の共振周波数で振動させ
る構成の圧電トランスについても何ら効果に変わりはな
い。例えば図3に3/2波長共振の共振周波数で振動さ
せるタイプの3次ローゼン型の積層型圧電トランスの構
造を示す。Ag/Pd等の内部電極412を有するPZ
T系セラミックシート421を一体焼結化し、外部電極
413、外部電気端子418,419,420を取り付
けた例である。この例でも圧電体の駆動部41,43の
結晶粒子の粒子径を2.5〜4.0μmとし、発電部4
2の粒子径を2.0〜3.5μmとしている。
In the above-described embodiment, the piezoelectric transformer vibrating at the resonance frequency of 1/2 wavelength or 1 wavelength resonance has been described, but the piezoelectric transformer having the configuration vibrating at the resonance frequency of 3/2 wavelength resonance has no effect. Has not changed. For example, FIG. 3 shows a structure of a third-order Rosen-type laminated piezoelectric transformer of a type that vibrates at a resonance frequency of 3/2 wavelength resonance. PZ having an internal electrode 412 such as Ag / Pd
This is an example in which a T-based ceramic sheet 421 is integrally sintered and external electrodes 413 and external electric terminals 418, 419, 420 are attached. Also in this example, the particle diameters of the crystal particles of the piezoelectric driving units 41 and 43 are set to 2.5 to 4.0 μm,
2 has a particle diameter of 2.0 to 3.5 μm.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上説明したように本発明は、積層型圧
電トランスのうち、特に圧電体として鉛系酸化物セラミ
ックスを用い、内部電極として銀系導電体を用いるもの
において、1080〜1100℃の温度で焼成し、内部
電極を積層した駆動部における圧電体の結晶粒子の粒子
径が2.5〜4.0μm、そして、発電部の圧電体の結
晶粒子の粒子径が2.0〜3.5μmになるように調整
することにより、積層型圧電トランスのトランス特性と
して、Qm 、変換効率が格段に向上する効果がある。
As described above, the present invention relates to a laminated piezoelectric transformer which uses a lead-based oxide ceramic as a piezoelectric material and a silver-based conductor as an internal electrode. It is fired at a temperature, and the particle size of the crystal grains of the piezoelectric body in the drive unit where the internal electrodes are laminated is 2.5 to 4.0 μm, and the crystal grain size of the piezoelectric body in the power generation unit is 2.0 to 3. By adjusting the thickness to 5 μm, there is an effect that the transformer characteristics of the multilayer piezoelectric transformer, such as Qm and conversion efficiency, are significantly improved.

【0049】また、本発明によりトランスの性能が格段
に向上したので、小型、薄型で高電圧を発生し、また高
効率な圧電トランスを提供できる。例えば、ノート型パ
ソコンに代表される携帯用情報機器に搭載される表示用
のバックライトの冷陰極管インバータに用いると非常に
有益である。携帯用情報機器は、小型、薄型化が厳しく
求められるからである。
Further, since the performance of the transformer is remarkably improved by the present invention, it is possible to provide a small, thin, high-voltage and high-efficiency piezoelectric transformer. For example, it is very useful when used for a cold cathode tube inverter of a display backlight mounted on a portable information device represented by a notebook personal computer. This is because portable information devices are strictly required to be small and thin.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態を示す圧電トランスの斜視
図である。
FIG. 1 is a perspective view of a piezoelectric transformer showing an embodiment of the present invention.

【図2】圧電体の駆動部および発電部の粒子径の範囲
と、圧電体の性質または積層型圧電トランスの特性を示
す図。
FIG. 2 is a diagram illustrating ranges of particle diameters of a driving unit and a power generation unit of a piezoelectric body, and properties of the piezoelectric body or characteristics of a laminated piezoelectric transformer.

【図3】本発明の3次ローゼン型の積層型圧電セラミッ
クトランスの構造を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing the structure of a tertiary Rosen-type laminated piezoelectric ceramic transformer of the present invention.

【図4】従来の単板型圧電トランスを示す斜視図であ
る。
FIG. 4 is a perspective view showing a conventional single-plate type piezoelectric transformer.

【図5】従来の積層型圧電トランスを示す斜視図であ
る。
FIG. 5 is a perspective view showing a conventional laminated piezoelectric transformer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11,21,31,41,43 駆動部 12,22,32,42 発電部 111,311 圧電体 210 圧電板 112,312,412 内部電極 113,313,413,414 外部電極 115,315 内部電極接続用電極 117,213,317 端面電極 211 平面状電極 118,119,120,214,215,216,3
18,319,320,418,419,420 外
部電気端子 23 厚み方向の分極を示す矢印 24 長さ方向の分極を示す矢印 421 セラミックシート
11, 21, 31, 41, 43 Drive unit 12, 22, 32, 42 Power generation unit 111, 311 Piezoelectric body 210 Piezoelectric plate 112, 312, 412 Internal electrode 113, 313, 413, 414 External electrode 115, 315 Internal electrode connection Electrodes 117, 213, 317 End face electrodes 211 Planar electrodes 118, 119, 120, 214, 215, 216, 3
18, 319, 320, 418, 419, 420 External electric terminal 23 Arrow indicating polarization in thickness direction 24 Arrow indicating polarization in length direction 421 Ceramic sheet

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 厚さ方向に分極された圧電体と内部電極
とを交互に複数層積層した駆動部と、長さ方向に分極さ
れた圧電体からなる発電部とを有する圧電トランスにお
いて、前記駆動部の圧電体の結晶粒子の粒子径が2.5
〜4.0μmであり、かつ前記発電部の圧電体の結晶粒
子の粒子径が前記駆動部の圧電体の結晶粒子の粒子径よ
り小さいことを特徴とする圧電トランス。
1. A piezoelectric transformer, comprising: a driving unit in which a plurality of piezoelectric bodies and internal electrodes polarized in a thickness direction are alternately stacked; and a power generation unit including a piezoelectric body polarized in a length direction. The particle size of the piezoelectric crystal grains of the driving unit is 2.5
A piezoelectric transformer, wherein the diameter of the crystal grains of the piezoelectric body of the power generation unit is smaller than the diameter of the crystal grains of the piezoelectric body of the drive unit.
【請求項2】 前記発電部の圧電体の結晶粒子の粒子径
が2.0〜3.5μmであることを特徴とする請求項1
記載の圧電トランス。
2. The power generation unit according to claim 1, wherein the crystal particles of the piezoelectric body have a particle size of 2.0 to 3.5 μm.
The described piezoelectric transformer.
【請求項3】 前記圧電体が鉛系酸化物セラミックスか
らなり、前記内部電極が銀系導電体からなることを特徴
とする請求項1記載の圧電トランス。
3. The piezoelectric transformer according to claim 1, wherein the piezoelectric body is made of a lead-based oxide ceramic, and the internal electrode is made of a silver-based conductor.
【請求項4】 発電部と積層構造の駆動部とを有する圧
電トランスの製造方法において、前記駆動部として鉛系
酸化物セラミックと銀系導電体の内部電極とを交互に複
数層積層して1080〜1100℃の温度範囲内で焼成
し、前記駆動部の結晶粒子の粒子径を2.5〜4.0μ
mの範囲にすることを特徴とする圧電トランスの製造方
法。
4. A method of manufacturing a piezoelectric transformer having a power generation unit and a driving unit having a laminated structure, wherein a plurality of layers of lead-based oxide ceramics and silver-based conductor internal electrodes are alternately laminated as the driving unit. Firing at a temperature in the range of 1 to 1100 ° C to reduce the particle size of the crystal particles of the driving section to 2.5 to 4.0 μm.
m, a method for manufacturing a piezoelectric transformer.
JP8274505A 1996-10-17 1996-10-17 Piezoelectric transformer and method of manufacturing the same Expired - Fee Related JP2907153B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8274505A JP2907153B2 (en) 1996-10-17 1996-10-17 Piezoelectric transformer and method of manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8274505A JP2907153B2 (en) 1996-10-17 1996-10-17 Piezoelectric transformer and method of manufacturing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH10125968A JPH10125968A (en) 1998-05-15
JP2907153B2 true JP2907153B2 (en) 1999-06-21

Family

ID=17542639

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP8274505A Expired - Fee Related JP2907153B2 (en) 1996-10-17 1996-10-17 Piezoelectric transformer and method of manufacturing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2907153B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW432731B (en) 1998-12-01 2001-05-01 Murata Manufacturing Co Multilayer piezoelectric part
JP2001007417A (en) * 1999-06-21 2001-01-12 Tokin Ceramics Corp Element for stacked piezoelectric transformer and its manufacture

Also Published As

Publication number Publication date
JPH10125968A (en) 1998-05-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3064458B2 (en) Thickness longitudinal vibration piezoelectric transformer and its driving method
JP2508575B2 (en) Piezoelectric transformer and its driving method
JP2842382B2 (en) Laminated piezoelectric transformer and method of manufacturing the same
JPH0567819A (en) Piezoelectric ceramic transformer
EP0914681B1 (en) Piezoelectric transformer device
JP3137063B2 (en) Piezoelectric transformer element and manufacturing method thereof
Priya High power universal piezoelectric transformer
JP3370982B2 (en) Piezoelectric ceramic composition and high-output piezoelectric transformer using the same
JP2907153B2 (en) Piezoelectric transformer and method of manufacturing the same
JP3060666B2 (en) Thickness longitudinal vibration piezoelectric transformer and its driving method
JP2940282B2 (en) Thickness vertical vibration piezoelectric transformer and method of driving the same
JP3080033B2 (en) Multilayer piezoelectric transformer
JP2576648B2 (en) Thickness longitudinal vibration piezoelectric transformer and its driving method
JP2655450B2 (en) Thickness longitudinal vibration piezoelectric transformer, manufacturing method and driving method thereof
WO2000070688A1 (en) Laminated piezoelectric transducer
JP2910392B2 (en) Manufacturing method of thickness vibration pressure ceramic transformer
JP3709114B2 (en) Piezoelectric transformer
JP2531087B2 (en) Piezoelectric transformer and driving method thereof
JP3144376B2 (en) Piezoelectric transformer and method of manufacturing the same
JPH0476969A (en) Electrostrictive effect element
JP3659309B2 (en) Piezoelectric transformer
JP2757561B2 (en) Thickness longitudinal vibration piezoelectric transformer and its driving method
JP3450689B2 (en) Piezoelectric transformer
JP2904137B2 (en) Multilayer piezoelectric transformer
JP4831859B2 (en) Piezoelectric transformer

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 19990302

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080402

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090402

Year of fee payment: 10

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100402

Year of fee payment: 11

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110402

Year of fee payment: 12

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120402

Year of fee payment: 13

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120402

Year of fee payment: 13

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130402

Year of fee payment: 14

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130402

Year of fee payment: 14

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140402

Year of fee payment: 15

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees