JP3080033B2 - Multilayer piezoelectric transformer - Google Patents

Multilayer piezoelectric transformer

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JP3080033B2
JP3080033B2 JP11647397A JP11647397A JP3080033B2 JP 3080033 B2 JP3080033 B2 JP 3080033B2 JP 11647397 A JP11647397 A JP 11647397A JP 11647397 A JP11647397 A JP 11647397A JP 3080033 B2 JP3080033 B2 JP 3080033B2
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piezoelectric transformer
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Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、各種の高電圧発生
用電源回路で用いて好適とされる圧電トランスに関し、
特に、小型化、高信頼度が要求される、小型・薄型でか
つ高電圧を発生する積層型圧電トランスの内部電極の構
成に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric transformer suitable for use in various high-voltage generating power supply circuits.
In particular, the present invention relates to the configuration of the internal electrodes of a multilayer piezoelectric transformer that is small, thin, and generates a high voltage, which requires small size and high reliability.

【0002】[0002]

【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に
おいては、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。この電磁トランスは、磁
性体のコアに導線を巻き付ける構造とされており、高い
変成比を実現するためには、コアに巻き付ける導線の数
を多くする必要がある。このため、小型の電磁トランス
を実現するのは非常に困難であった。
2. Description of the Related Art Conventionally, 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, a winding type electromagnetic transformer is used as a transformer for generating a high voltage. Have been. This electromagnetic transformer has a structure in which a conductor is wound around a core made of a magnetic material, and in order to realize a high transformation ratio, it is necessary to increase the number of conductors wound around the core. For this reason, it has been very difficult to realize a small electromagnetic transformer.

【0003】これ対して、圧電効果を用いた圧電トラン
スが提案されている。図3に、従来の対称ローゼン3次
型圧電トランスの構造を斜視図にて示す。
On the other hand, a piezoelectric transformer using a piezoelectric effect has been proposed. FIG. 3 is a perspective view showing the structure of a conventional symmetric Rosen tertiary piezoelectric transformer.

【0004】図3を参照すると、この対称ローゼン3次
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310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あり、駆動部31の上
下面には、平面状電極が設けられている。図3では、上
面側の平面状電極311、313のみが示されいるが、
平面状電極311、313に対向して下面に平面状電極
がそれぞれ設けられており、この部分(駆動部)は、厚
み方向に分極されている。
Referring to FIG. 3, in the symmetric Rosen tertiary piezoelectric transformer, a rectangular piezoelectric plate 310 provided with electrodes on its surface, a portion indicated by 31 is a low impedance driving portion of the piezoelectric transformer. A planar electrode is provided on the upper and lower surfaces of the drive unit 31. FIG. 3 shows only the planar electrodes 311 and 313 on the upper surface side,
Planar electrodes are provided on the lower surface opposite to the planar electrodes 311 and 313, respectively, and this part (driving unit) is polarized in the thickness direction.

【0005】また、同様に、32で示す部分は高インピ
ーダンスの発電部であり、上面側に短冊状電極315、
及び、これに対向して下面側に短冊状電極が設けられて
おり、この部分(発電部)は圧電板長さ方向に分極され
ている。
Similarly, a portion indicated by 32 is a high-impedance power generating portion, and a strip-shaped electrode 315,
In addition, a strip-shaped electrode is provided on the lower surface side facing this, and this portion (power generation unit) is polarized in the length direction of the piezoelectric plate.

【0006】この圧電トランスは、駆動部31の下面及
び上面の電極にそれぞれ接続した外部電気端子317と
外部電気端子318間に、交流電圧を入力して駆動させ
ると、外部電気端子317と外部電気端子319間に電
圧が出力する。
When the piezoelectric transformer is driven by inputting an AC voltage between the external electric terminals 317 and 318 connected to the electrodes on the lower and upper surfaces of the drive unit 31, the external electric terminals 317 and the external electric terminals are driven. Voltage is output between terminals 319.

【0007】そして、外部電気端子317と、発電部3
2の電極に接続した外部電気端子319との間に出力さ
れる電圧は、外部電気端子317と外部電気端子318
間に入力される電圧と、圧電トランスの昇圧比で決ま
り、低い入力電圧で高い出力電圧を取り出そうとした場
合、圧電トランスの昇圧比を高くする必要がある。
The external electric terminal 317 and the power generation unit 3
The voltage output between the external electric terminal 319 connected to the second electrode and the external electric terminal 319 is
It is determined by the voltage input in between and the step-up ratio of the piezoelectric transformer, and when trying to extract a high output voltage with a low input voltage, it is necessary to increase the step-up ratio of the piezoelectric transformer.

【0008】ところで、圧電トランスの昇圧比は、駆動
部31の電極間の厚みと、発電部32の長さで決まって
しまい、厚みを薄く、長さを長くした方が昇圧比が高く
なる。
Incidentally, the step-up ratio of the piezoelectric transformer is determined by the thickness between the electrodes of the drive unit 31 and the length of the power generation unit 32. The step-up ratio becomes higher as the thickness is reduced and the length is increased.

【0009】しかし、上記圧電トランスの場合、圧電板
が単板であることから、駆動部31の電極間の厚みを薄
くするには、自ずと限界があり(実用的に0.5m
m)、長さについても、小型化という点から制限されて
しまう。
However, in the case of the above-described piezoelectric transformer, since the piezoelectric plate is a single plate, there is naturally a limit in reducing the thickness between the electrodes of the drive unit 31 (practically, 0.5 m).
m), and the length is also limited in terms of miniaturization.

【0010】また、電極間の厚みを薄くしていった場
合、圧電トランスの変換効率が低下するという問題もあ
る。
Further, when the thickness between the electrodes is reduced, there is a problem that the conversion efficiency of the piezoelectric transformer is reduced.

【0011】このような問題の改善を図る従来の圧電ト
ランスとして、例えば特開平6−224484号公報に
提案されるような積層型圧電トランスが知られている。
すなわち、上記特開平6−224484号公報には、長
板構造の圧電磁器トランスにおいて、厚さ方向に分極さ
れた圧電磁器層を内部電極を交互に複数層積層した駆動
部を圧電トランスの両端部に配置し、さらに長さ方向の
中心を含む中央部に長さ方向に分極された発電部を配置
し長さ方向の中心部から出力の電気端子を取り出す構造
の圧電磁器トランジスタが提案されている。しかしなが
ら、上記公報には、内部電極の厚み、材質およびこれら
の圧電トランス特性への影響については、何ら記載され
ていない。
As a conventional piezoelectric transformer for solving such a problem, for example, a laminated piezoelectric transformer as proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-224484 is known.
That is, JP-A-6-224484 discloses that in a piezoelectric ceramic transformer having a long plate structure, a driving unit in which a plurality of piezoelectric ceramic layers polarized in the thickness direction are alternately laminated with internal electrodes is provided at both ends of the piezoelectric transformer. A piezoelectric ceramic transistor having a structure in which a power generation unit polarized in the length direction is further disposed at a central portion including the center in the length direction and an output electric terminal is taken out from the center portion in the length direction has been proposed. . However, the above publication does not disclose the thickness and material of the internal electrodes and their influence on the piezoelectric transformer characteristics.

【0012】積層した圧電体と内部電極の厚みに関連し
た技術に係わる公知文献としては、例えば特開昭64−
460号公報、特開平1−174199号公報、特開平
3−106082号公報、特開平3−174782号公
報、特開昭61−272984号公報等がある。以下
に、これら公報記載事項についてその概略を説明する。
Known documents relating to the technology relating to the thickness of the laminated piezoelectric body and the internal electrode include, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No.
460, JP-A-1-174199, JP-A-3-106082, JP-A-3-174772, JP-A-61-272983, and the like. The following is a brief description of these publications.

【0013】まず上記特開昭64−460号公報には、
アレイ型超音波探触子において、圧電体と内部電極の剥
離を改善することを目的に、内部電極を10μm以下の
ピッチで網目状とし、内部電極の平均的な厚さを3μm
以上にしたアレイ型超音波探触子が提案されている。
First, JP-A-64-460 discloses that
In the array type ultrasonic probe, in order to improve the separation between the piezoelectric body and the internal electrodes, the internal electrodes are meshed at a pitch of 10 μm or less, and the average thickness of the internal electrodes is 3 μm.
An array type ultrasonic probe described above has been proposed.

【0014】次に上記特開平1−174199号公報に
は、多層型超音波探触子に関し、内部電極が薄すぎた場
合、導電性が悪化するという問題および圧電体と内部電
極が剥離するという問題を改善することを目的として、
内部電極用金属粉末に圧電セラミックス粉末を16〜2
5wt%配合した組成のペースト状物を、圧電セラミッ
クスを主成分とするグリーンシートに10〜15μmの
厚さに塗布した後、このグリーンシートを用いて内部に
前記ペースト状物の塗膜が少なくとも一層介在された積
層物を作成し、この積層物を焼成して圧電セラミックス
層間に内部電極層を一体化し、外部電極層を形成後、ア
レイ状に切断する、多層超音波探触子の製造方法が提案
されている。
The above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-174199 relates to a multilayer ultrasonic probe, in which when the internal electrode is too thin, the conductivity is deteriorated, and the internal electrode is separated from the piezoelectric body. To improve the problem,
16 ~ 2 piezoelectric ceramic powder for metal powder for internal electrode
A paste having a composition of 5 wt% is applied to a green sheet mainly composed of piezoelectric ceramics to a thickness of 10 to 15 μm, and at least one coating film of the paste is formed inside using the green sheet. A method of manufacturing a multilayer ultrasonic probe, in which an interposed laminate is created, the laminate is fired, the internal electrode layer is integrated between the piezoelectric ceramic layers, and the external electrode layer is formed, and then cut into an array. Proposed.

【0015】さらに上記特開平3−106082号公報
には、圧電体と保護層との間で発生するせん断応力によ
り素子にクラックが発生し、絶縁性が破壊される問題を
改善することを目的として、圧電体に接する部分の内部
電極の厚みを圧電体の厚みの1/50〜1/10とし、
保護層に接する部分の内部電極の厚みを圧電体の厚みの
1/10〜1/5になるようにした積層型圧電アクチュ
エータ素子が提案されている。
Further, Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei 3-106082 discloses an object for improving the problem that cracks are generated in the element due to shear stress generated between the piezoelectric body and the protective layer, and the insulating property is destroyed. The thickness of the internal electrode at the portion in contact with the piezoelectric body is set to 1/50 to 1/10 of the thickness of the piezoelectric body,
There has been proposed a multilayer piezoelectric actuator element in which the thickness of the internal electrode at the portion in contact with the protective layer is set to be 1/10 to 1/5 of the thickness of the piezoelectric body.

【0016】そして上記特開平3−174782号公報
には、圧電体と保護層との間で発生するせん断応力によ
り素子にクラックが発生し、絶縁性が破壊される問題を
改善することを目的として、圧電体の間に埋め込む内部
電極の厚みを10〜15μmとし、積層体の中心部の積
層領域の内部電極より外側の積層領域の内部電極の厚み
を厚く形成するようにした積層型圧電アクチュエータ素
子が提案されている。
The above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 3-174772 aims to improve the problem that cracks are generated in the element due to shear stress generated between the piezoelectric body and the protective layer and the insulating property is destroyed. And a laminated piezoelectric actuator element in which the thickness of the internal electrode embedded between the piezoelectric bodies is set to 10 to 15 μm, and the thickness of the internal electrode in the laminated region outside the internal electrode in the central laminated region is increased. Has been proposed.

【0017】また上記特開昭61−272984号公報
には一実施例として内部電極の厚みを5μmとした電歪
効果素子が記載されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-272984 discloses an electrostrictive element in which the thickness of an internal electrode is 5 μm as an embodiment.

【0018】[0018]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術は下記記載の問題点を有している。
However, the above prior art has the following problems.

【0019】(1)第1の問題点として、従来のローゼ
ン3次型圧電トランスにおいては、低い入力電圧で高い
出力電圧を取り出すため、昇圧比を高くしようとした場
合、駆動部の電極間の厚みを薄くするか、または、発電
部の長さを長くする必要があるが、圧電板が単板である
ことから、駆動部の電極間の厚みを薄くするには自ずと
限界があり、また発電部の長さについても、小型化とい
う点から制限されてしまう、ということである。
(1) As a first problem, in the conventional Rosen tertiary type piezoelectric transformer, a high output voltage is obtained with a low input voltage. It is necessary to reduce the thickness or the length of the power generation unit.However, since the piezoelectric plate is a single plate, there is a natural limit in reducing the thickness between the electrodes of the drive unit. This means that the length of the part is also limited in terms of miniaturization.

【0020】また、電極間の厚みを薄くしていった場
合、圧電トランスの変換効率が低下するという問題もあ
る。
Further, when the thickness between the electrodes is reduced, there is a problem that the conversion efficiency of the piezoelectric transformer is reduced.

【0021】(2)第2の問題点として、上記第1の問
題点の改善を図るものとして、積層型圧電トランスが上
記特開平6−224484号公報に記載されているか、
内部電極の厚み、材質およびこれらの圧電トランス特性
への影響については、何ら述べられていない。
(2) As a second problem, a multilayer piezoelectric transformer is described in JP-A-6-224484 in order to improve the first problem.
No mention is made of the thickness and material of the internal electrodes and their influence on the piezoelectric transformer characteristics.

【0022】そして、圧電トランスの変換効率を高くす
るためには、これらを最適にすることが必要である。
In order to increase the conversion efficiency of the piezoelectric transformer, it is necessary to optimize them.

【0023】(3)第3の問題点として、上記特開昭6
4−460号公報に記載されているように、内部電極を
網目状に形成した場合には、均一に形成した場合に比
べ、電気的な導通性に問題があり、圧電トランスへの応
用の観点からみると、変換効率が低下するという、問題
を有している。
(3) As a third problem, Japanese Patent Application Laid-Open No.
As described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-460, when the internal electrodes are formed in a mesh shape, there is a problem in electrical conductivity as compared with the case where the internal electrodes are formed uniformly. In view of this, there is a problem that the conversion efficiency is reduced.

【0024】(4)第4の問題点として、上記した特開
平1−174199号公報、特開平3−106082号
公報および特開平3−174782号公報に記載されて
いるように、内部電極の厚みを10〜15μm、4〜2
0μm、20〜40μm、10〜50μmと厚く形成す
る場合、圧電トランスの振動の観点からみた場合、内部
電極は、振動の重量負荷となるもので、あまり厚くする
と振動を阻害して、変換効率を低くしてしまう、という
問題がある。
(4) As a fourth problem, as described in the above-mentioned JP-A-1-174199, JP-A-3-106082 and JP-A-3-174772, the thickness of the internal electrode is reduced. 10 to 15 μm, 4 to 2
When formed as thick as 0 μm, 20 to 40 μm, and 10 to 50 μm, from the viewpoint of the vibration of the piezoelectric transformer, the internal electrode is a heavy load for vibration. There is a problem that it is lowered.

【0025】(5)また上記特開昭61−272984
号公報には、一実施例として、内部電極の厚みを5μm
とした電歪効果素子が記載されているが、圧電トランス
への応用としてみた場合には、内部電極の厚みは、圧電
体の厚みとの関係から相対的に最適化されるものであ
り、この一つの厚みに限定されるものではない。
(5) The above-mentioned JP-A-61-272988
In the publication, as an example, the thickness of the internal electrode is set to 5 μm.
Although described as an electrostrictive effect element, when viewed as an application to a piezoelectric transformer, the thickness of the internal electrode is relatively optimized from the relationship with the thickness of the piezoelectric body. It is not limited to one thickness.

【0026】したがって、本発明は、上記問題点に鑑み
てなされたものであって、その目的は、内部電極の厚み
を特定することにより、圧電トランスが振動する際に、
内部電極が重量負荷となって振動を阻害することがない
ようにするとともに、積層型圧電トランスの変換効率を
十分大きく取り出させるようにした積層型圧電トランス
を提供することにある。
Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to specify the thickness of an internal electrode so that when a piezoelectric transformer vibrates,
It is an object of the present invention to provide a multilayer piezoelectric transformer that prevents internal electrodes from becoming a heavy load and hinders vibration, and allows a sufficiently large conversion efficiency of the multilayer piezoelectric transformer to be obtained.

【0027】[0027]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の積層型圧電トランスは、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、前記駆動部に対向して設けられた発電部と、を備え
てなる積層型圧電トランスにおいて、前記内部電極の厚
さが、略2μm以上であり、且つ、略10μm以下であ
るかもしくは前記圧電体一層の厚さの略3%以下、とし
たことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a laminated piezoelectric transformer according to the present invention comprises: a driving unit in which a plurality of piezoelectric layers polarized in a thickness direction and internal electrodes are alternately laminated; A power generation unit provided to face the drive unit, wherein the thickness of the internal electrode is approximately 2 μm or more and approximately 10 μm or less, or the piezoelectric body layer About 3% or less of the thickness.

【0028】本発明においては、内部電極の材料がAg
及びPdからなり、前記内部電極の材料中に前記圧電体
の粉末を含んでいる。
In the present invention, the material of the internal electrode is Ag
And Pd, and the powder of the piezoelectric body is contained in the material of the internal electrode.

【0029】また、本発明においては、内部電極の材料
のAg/Pdの組成比が重量比(wt%)で、Ag70
〜80/Pd30〜20からなり、前記圧電体の粉末の
含有量が略5〜20wt%からなることを特徴とする。
In the present invention, the composition ratio of Ag / Pd of the material of the internal electrode is expressed by weight ratio (wt%) of Ag70.
~ 80 / Pd30 ~ 20, and the content of the piezoelectric powder is about 5 ~ 20wt%.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について以下
に説明する。まず本発明の原理・作用について説明す
る。
Embodiments of the present invention will be described below. First, the principle and operation of the present invention will be described.

【0031】圧電トランスは入力側の振動を利用して、
出力側の圧電効果によりパワーを取り出すもので、基本
的には振動子であり、その振動の状態・大きさが、パワ
ーの取り出し量および変換効率に影響する。このため、
重量負荷が振動子に付いたような場合、振動が阻害され
て振動レベルを大きくすることができず、パワーの取り
出し量および変換効率が低下する。すなわち、積層型圧
電トランスとしてみると、内部電極の厚みを厚くしすぎ
た場合、それが重量負荷となって振動を阻害し、変換効
率が低下する。
The piezoelectric transformer utilizes the vibration on the input side,
Power is extracted by the piezoelectric effect on the output side, and is basically a vibrator, and the state and magnitude of the vibration affect the amount of extracted power and the conversion efficiency. For this reason,
When a heavy load is applied to the vibrator, the vibration is hindered and the vibration level cannot be increased, and the power extraction amount and the conversion efficiency decrease. That is, in the case of a laminated piezoelectric transformer, if the thickness of the internal electrode is too large, it becomes a heavy load, hinders vibration, and lowers the conversion efficiency.

【0032】また、この問題を改善するため、逆に、内
部電極の厚みを薄くしすぎた場合、電気的な導通が十分
とれず、駆動上、問題となる。
On the other hand, if the thickness of the internal electrodes is excessively reduced to improve this problem, sufficient electrical conduction cannot be obtained, which causes a problem in driving.

【0033】以上のことから、本発明における積層型圧
電トランスに用いる内部電極においては、重量負荷とな
って振動阻害とならないレベルに、電極の最大側(上
限)の厚みを規定するとともに、電気的な導通が十分と
れるレベルに電極の最小側(下限)の厚みを最適化して
いる。
As described above, in the internal electrode used in the multilayer piezoelectric transformer according to the present invention, the thickness on the maximum side (upper limit) of the electrode is set to a level that does not hinder the vibration due to the weight load. The thickness on the minimum side (lower limit) of the electrode is optimized to a level that allows sufficient conduction.

【0034】また、圧電体と内部電極の接合強度および
内部電極の電気的な導通性を向上するために、用いる内
部電極材およびこれに加える圧電体粉末の量を最適化し
ている。
Further, in order to improve the bonding strength between the piezoelectric body and the internal electrode and the electrical conductivity of the internal electrode, the internal electrode material to be used and the amount of the piezoelectric powder added thereto are optimized.

【0035】本発明は、その好ましい実施の形態におい
て、厚さ方向に分極された圧電体(図1の111)と、
内部電極(図1の112、113)とを交互に複数層積
層した駆動部(図1の11)と、駆動部に対向して設け
られた発電部(図1の12)と、を備えてなる積層型圧
電トランスにおいて、内部電極はその厚さを、好ましく
は、下限側が略2μm以上とし、上限側が10μm以下
もしくは圧電体一層の厚さの略3%以下の範囲としてい
る。
The present invention, in a preferred embodiment thereof, comprises a piezoelectric body (111 in FIG. 1) polarized in the thickness direction,
A drive unit (11 in FIG. 1) in which a plurality of internal electrodes (112 and 113 in FIG. 1) are alternately stacked, and a power generation unit (12 in FIG. 1) provided to face the drive unit are provided. In the laminated piezoelectric transformer, the thickness of the internal electrode is preferably about 2 μm or more on the lower limit side and 10 μm or less on the upper limit side or about 3% or less of the thickness of one piezoelectric body.

【0036】[0036]

【実施例】本発明の実施例について図面を参照して以下
に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0037】[実施例1]図1は、本発明の第1の実施
例の構成を示す斜視図である。図1を参照して、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、113を交互に複
数枚積層しており、上下面に形成された外部電極が設け
られており、図1では、上面側の外部電極114が示さ
れているが、下面側の対応する位置に外部電極が設けら
れている。また、116は、一層おきに対向する側面上
に露出した内部電極112、113を電気的に接続する
外部電極である。なお、図1において、外部電極116
が設けられる側面に対向する側面にも外部電極(不図
示)が設けられている。そして、これらの電極間(駆動
部)は、厚み方向に分極されている。
Embodiment 1 FIG. 1 is a perspective view showing the structure of a first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a portion indicated by reference numeral 11 is a low-impedance driving unit of a piezoelectric transformer, in which a plurality of piezoelectric bodies 111 and internal electrodes 112 and 113 are alternately laminated, and external electrodes formed on upper and lower surfaces are formed. Although the external electrodes 114 on the upper surface are shown in FIG. 1, the external electrodes are provided at corresponding positions on the lower surface. Reference numeral 116 denotes an external electrode for electrically connecting the internal electrodes 112 and 113 exposed on the side surfaces facing each other. Note that, in FIG.
An external electrode (not shown) is also provided on a side surface opposite to the side surface on which is provided. And between these electrodes (drive part) is polarized in the thickness direction.

【0038】また、12で示す部分は高インピーダンス
の発電部であり、帯状電極118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 generation portion, and a band-shaped electrode 118 is provided. This portion is polarized in the length direction of the piezoelectric transformer.

【0039】本実施例の圧電トランスは、下面に設けら
れた外部電極(不図示)に接続した外部電気端子119
と外部電極114に接続した外部電気端子120と間に
交流電圧を入力して駆動させると、外部電気端子119
と、帯状電極に接続した外部電気端子121間に電圧が
出力する。
The piezoelectric transformer of this embodiment has an external electric terminal 119 connected to an external electrode (not shown) provided on the lower surface.
When an AC voltage is input between the external electric terminal 120 and the external electric terminal 120 connected to the external electrode 114 and driven, the external electric terminal 119 is driven.
Then, a voltage is output between the external electric terminals 121 connected to the strip electrode.

【0040】次に、本実施例の製造方法について説明す
る。
Next, the manufacturing method of this embodiment will be described.

【0041】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1
11の材料にはネペック8(トーキン社製)を用いた。
As the piezoelectric transformer, the piezoelectric transformer having the structure shown in FIG. 1 was manufactured by a green sheet method. Piezoelectric body 1
11 was Nepec 8 (manufactured by Tokin).

【0042】また、内部電極112、113は、焼成タ
イプのAg/Pdペースト(但し、銀Ag/パラジウム
Pd比が重量比(wt%)で70/30、圧電体粉末5
wt%添加)を、焼結後の厚みが2〜10μmとなるよ
うに調整して、圧電体111のグリーンシート上に、所
定のパターンでスクリーン印刷した後積層し、圧電体1
11と共に、温度1200℃、キープ時間が2時間の条
件で一体焼成することにより形成した。
The internal electrodes 112 and 113 are made of a baked Ag / Pd paste (where the silver Ag / palladium Pd ratio is 70/30 by weight (wt%) and the piezoelectric powder 5
wt%) is adjusted so that the thickness after sintering is 2 to 10 μm, and is screen-printed on a green sheet of the piezoelectric body 111 in a predetermined pattern, and then laminated.
11 together with a temperature of 1200 ° C. and a keeping time of 2 hours.

【0043】ここでは、圧電体と内部電極の材料とし
て、PZT系圧電セラミックスおよびAg/Pdを用い
たが、圧電性を有する圧電材料およびこれと一体焼成可
能な電極材料であれば他の組み合わせでも、動作するこ
とはいうまでもない。
Here, PZT-based piezoelectric ceramics and Ag / Pd are used as the material of the piezoelectric body and the internal electrode. However, any combination of a piezoelectric material having piezoelectricity and an electrode material which can be fired integrally therewith may be used. Needless to say, it works.

【0044】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.

【0045】次に焼成後、長さ42mm、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、長手方向の両端面および発
電部12の上下面と側面の所定の位置に印刷後、温度7
00℃、キープ時間15分の条件で焼成することによ
り、外部電極114、116および帯状電極118を形
成した。
Next, after firing, it is processed into dimensions of 42 mm in length, 5 mm in width, and 1 mm in thickness. And after printing at a predetermined position on the side, temperature 7
The external electrodes 114 and 116 and the strip electrode 118 were formed by baking at 00 ° C. for a keeping time of 15 minutes.

【0046】上記実施例は、発電部12については、内
部電極を積層していない構成を例として説明したが、内
部電極を積層したものも同様のプロセスにより製造でき
る。
In the above embodiment, the power generation section 12 has been described as an example in which the internal electrodes are not laminated. However, the power generation section 12 in which the internal electrodes are laminated can be manufactured by the same process.

【0047】次に、分極治具を用いて、温度300〜3
50℃の空気中において電界を0.5〜0.7kV/m
m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
分極する。
Next, using a polarization jig, a temperature of 300 to 3
Electric field is set to 0.5 to 0.7 kV / m in air at 50 ° C.
After applying m, the temperature is reduced to 100 ° C. or less in the applied state, and the applied electric field is cut off to polarize the power generation unit 11.

【0048】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を分極する。
Subsequently, in the silicone oil at a temperature of 100 to 200 ° C., an electric field of 2 to 3 kV / mm is applied to polarize the driving section 12.

【0049】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
た結果を、図2に示す。
The resulting piezoelectric transformer is 100 k
FIG. 2 shows the results of evaluating the transformer characteristics by applying a voltage with Ω as a load.

【0050】図2から、内部電極の厚みの範囲が、2〜
10μmを外れるものは変換効率が低下することがわか
る。すなわち、内部電極の厚みが2μmより薄い場合に
は、電気的導通性が悪くなり、急激に変換効率が低下し
(1μmの時で75%)、10μmより厚い場合には、
電極が重量負荷となって振動を阻害し、変換効率が低下
した。よって、従来より高い変換効率を実現するために
は、内部電極の厚みを上記範囲に特定することがポイン
トとなる。
From FIG. 2, the range of the thickness of the internal electrode is 2 to 2.
It can be seen that the conversion efficiency is reduced when the thickness is outside 10 μm. That is, when the thickness of the internal electrode is thinner than 2 μm, the electrical conductivity is deteriorated, and the conversion efficiency is rapidly reduced (75% at 1 μm).
The electrode became a heavy load, hindered the vibration, and reduced the conversion efficiency. Therefore, in order to realize higher conversion efficiency than before, it is important to specify the thickness of the internal electrode within the above range.

【0051】[実施例2]本発明の第2の実施例が第1
の実施例と相違する点は、内部電極材料に添加する圧電
体粉末の量を変えていることである。すなわち、本発明
の第2の実施例では、内部電極のAg/Pdペースト
を、Ag/Pd比が70/30で、圧電体粉末を20w
t%添加したものとし、焼結後の厚みが2〜10μmに
なるように調整して印刷した場合である。
[Embodiment 2] The second embodiment of the present invention is the first embodiment.
The difference from the embodiment is that the amount of the piezoelectric powder added to the internal electrode material is changed. That is, in the second embodiment of the present invention, the Ag / Pd paste of the internal electrode was prepared by mixing the Ag / Pd ratio of 70/30 and the piezoelectric powder by 20 watts.
In this case, the thickness after sintering was adjusted to 2 to 10 μm and printing was performed.

【0052】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
た結果(□で表示)を、図2に、前記第1の実施例の結
果(○で表示)と合わせて示す。
The resulting piezoelectric transformer was 100 k
The results of the evaluation of the transformer characteristics by applying a voltage with Ω as a load (indicated by □) are shown in FIG. 2 together with the results of the first embodiment (indicated by 前 記).

【0053】図2より明らかなように、添加する圧電体
の量によって、電極の厚みによる効果の変化の様子が若
干異なる。これは添加した圧電体による電気的な導通性
の違いが出ているものと考えられるが、実用的には、従
来技術にない高効率(90%以上)を実現しており、何
ら問題ではない。
As apparent from FIG. 2, the effect of the thickness of the electrode changes slightly depending on the amount of the piezoelectric substance to be added. This is considered to be due to the difference in electrical conductivity due to the added piezoelectric material. However, practically, a high efficiency (90% or more) not achieved by the conventional technology is realized, and there is no problem at all. .

【0054】また、添加する圧電体粉末の量を5wt%
より少なくした場合には、圧電体と内部電極間でデラミ
ネーションが発生して変換効率が低下し、20wt%よ
り多くした場合には、電気的導通性が低下して変換効率
が低下する。
The amount of the piezoelectric powder to be added is 5 wt%.
If the amount is less than the above, delamination occurs between the piezoelectric body and the internal electrode, and the conversion efficiency is reduced. If the amount is more than 20 wt%, the electrical conductivity is reduced and the conversion efficiency is reduced.

【0055】上記では、Ag/Pdの比率を70/30
とした場合について説明したが、この比率を80/20
までの範囲で変化させても、同様な結果であった。
In the above, the ratio of Ag / Pd is set to 70/30
Has been described, but this ratio is set to 80/20.
The same result was obtained even when it was changed in the range up to.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、積
層型圧電トランスにおいて、内部電極の厚みを特定(2
μm以上10μm以下、もしくは圧電体一層の厚さの3
%以下)して、圧電トランスの振動阻害を起こさないよ
うにすることにより、積層型圧電トランスの変換効率を
十分大きく取り出せるという効果がある。
As described above, according to the present invention, in the multilayer piezoelectric transformer, the thickness of the internal electrode is specified (2).
μm or more and 10 μm or less, or 3
% Or less) so that the vibration of the piezoelectric transformer is not hindered, there is an effect that the conversion efficiency of the multilayer piezoelectric transformer can be sufficiently increased.

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

【図1】本発明の積層型圧電トランスの一実施例の構成
を示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an embodiment of a multilayer piezoelectric transformer according to the present invention.

【図2】本発明の実施例の測定結果を示すグラフであ
る。
FIG. 2 is a graph showing a measurement result of the example of the present invention.

【図3】従来の単板型圧電トランスの構成を示す斜視図
である。
FIG. 3 is a perspective view showing a configuration of a conventional single-plate type piezoelectric transformer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11、31 駆動部 12、32 発電部 111 圧電体 310 圧電板 112、113 内部電極 114 外部電極 116 外部電極(内部電極接続用) 118 帯状電極 311、313 平面状電極 315 短冊状電極 119、120、121、317、318、319 外
部電気端子
11, 31 Drive unit 12, 32 Power generation unit 111 Piezoelectric body 310 Piezoelectric plate 112, 113 Internal electrode 114 External electrode 116 External electrode (for connecting internal electrode) 118 Strip electrode 311 313 Planar electrode 315 Strip electrode 119, 120, 121, 317, 318, 319 External electric terminals

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 41/107 H01L 41/22 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 41/107 H01L 41/22

Claims (5)

(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、 前記駆動部に対向して設けられた発電部と、を備えてな
る積層型圧電トランスにおいて、 前記内部電極の厚さが、略2μm以上であり、且つ、略
10μm以下であるかもしくは前記圧電体一層の厚さの
略3%以下、としたことを特徴とする積層型圧電トラン
ス。
1. A multi-layer piezoelectric device comprising: a drive section in which a plurality of piezoelectric bodies and internal electrodes polarized in a thickness direction are alternately stacked; and a power generation section provided to face the drive section. In the transformer, the thickness of the internal electrode is approximately 2 μm or more and approximately 10 μm or less, or approximately 3% or less of the thickness of the piezoelectric layer. .
【請求項2】請求項1記載の積層型圧電トランスにおい
て、 前記内部電極の材料がAg及びPdを含み、前記内部電
極の材料中に前記圧電体の粉末を含む、ことを特徴とす
る積層型圧電トランス。
2. The multilayer piezoelectric transformer according to claim 1, wherein the material of the internal electrode includes Ag and Pd, and the material of the internal electrode includes the powder of the piezoelectric body. Piezo transformer.
【請求項3】請求項2記載の積層型圧電トランスにおい
て、 前記内部電極の材料のAg/Pdの組成が重量比で、A
g70〜80/Pd30〜20であり、前記圧電体の粉
末の含有量が略5〜20wt%である、ことを特徴とす
る積層型圧電トランス。
3. The multilayer piezoelectric transformer according to claim 2, wherein a composition of Ag / Pd of the material of the internal electrode is expressed by a weight ratio of A / Pd.
g70-80 / Pd30-20, wherein the content of the powder of the piezoelectric body is approximately 5-20 wt%.
【請求項4】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、 前記駆動部に対向して設けられた発電部と、を備えてな
る積層型圧電トランスにおいて、 前記内部電極の厚さが、略2μm以上、且つ、略10μ
m以下であることを特徴とする積層型圧電トランス。
4. A multi-layer piezoelectric device comprising: a driving unit in which a plurality of piezoelectric bodies and internal electrodes polarized in the thickness direction are alternately stacked; and a power generation unit provided to face the driving unit. In the transformer, the thickness of the internal electrode is approximately 2 μm or more and approximately 10 μm.
m or less.
【請求項5】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、 前記駆動部に対向して設けられた発電部と、を備えてな
る積層型圧電トランスにおいて、 前記内部電極の厚さが、略2μm以上であり、且つ、前
記圧電体一層の厚さの略3%以下、としたことを特徴と
する積層型圧電トランス。
5. A multilayer piezoelectric device comprising: a driving section in which a plurality of piezoelectric bodies and internal electrodes polarized in the thickness direction are alternately laminated; and a power generation section provided to face the driving section. In the transformer, the thickness of the internal electrode is approximately 2 μm or more, and approximately 3% or less of the thickness of the piezoelectric layer.
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