JP3090022B2 - 積層型圧電トランス - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電体を用いた圧
電トランスに関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電トランスは、最も基本的には、長板
状の圧電体を備え、その圧電体の長手方向の一方側に、
厚み方向に対向する１対の電極を形成し、長手方向の他
方側の端面に、もう１つの電極を形成するとともに、圧
電体の前記一方側を厚み方向に分極し、他方側を長手方
向に分極することによって構成される。ここで、厚み方
向に対向する１対の電極を有する部分は、駆動部ないし
は入力部となり、長手方向の他方側の部分は、発電部な
いしは出力部となる。

【０００３】上述の駆動部の電極間に、圧電体の長手寸
法で決まる固有周波数の入力電圧を印加すると、圧電体
は、電歪効果により長手方向に強い機械的振動を起こ
し、これにより、圧電体の他方側では、圧電効果により
電荷が発生する。これを駆動部の電極の一方と発電部の
電極との間で交番高電圧として取り出すことができる。
このように、圧電トランスは、電気エネルギから機械エ
ネルギへの変換、さらに機械エネルギから電気エネルギ
への変換を通して昇圧作用を行なう。

【０００４】このような圧電トランスにおいて、圧電体
としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛系のような圧電
体磁器が通常用いられている。

【０００５】そして、比較的大きな昇圧比を得ることが
できる圧電トランスとして、積層タイプの圧電トランス
が提案されている。この積層タイプの圧電トランスは、
圧電体が複数の圧電体磁器層からなる積層体によって与
えられ、入力側の電極となる複数の駆動用の電極が各々
隣り合う電極に対して圧電体磁器を介して対向するよう
に形成される。積層体の外面表面上には、駆動用の端子
電極および発電用の端子電極が形成され、複数の駆動用
の電極は、対向する端子電極に交互に電気的に接続され
る。発電用の端子電極は、出力用の電極とされる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記圧電ト
ランスにおいては、入出力用に厚さ方向と長手方向に形
成された電極を用いて駆動部及び発電部の分極処理が施
されている。このため、駆動部及び発電部の各分極の度
合いはそれぞれ一様となっている。

【０００７】したがって、分極方向が異なる駆動部と発
電部の境界付近において、内部応力が発生する。その結
果、分極時に圧電体が破壊したり、あるいはマイクロク
ラックが発生して機械的強度が低下することがあるとい
う問題点を有していた。

【０００８】そこで、本発明の目的は、上述したような
分極時の内部応力の発生による圧電体の破壊やマイクロ
クラックの発生を抑えた、機械的強度に優れた圧電トラ
ンスを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の積層型圧電トランスは、駆動部と発電部が
一体的に形成された圧電体からなる積層型圧電トランス
において、前記駆動部と発電部の境界付近の駆動部及び
発電部のうち少なくとも一方の分極の度合いが、前記境
界付近より離れた駆動部及び発電部の各分極の度合いよ
りも小さいことを特徴とする。

【００１０】 又、駆動用の電極と厚さ方向に分極され
た圧電体とが交互に複数層積層された駆動部が一方側に
配置され、発電用の電極と長手方向に分極された圧電体
とで構成された発電部が他方側に配置されている、一体
型の板状の積層型圧電トランスにおいて、前記駆動部と
発電部の境界付近の駆動部及び発電部のうち少なくとも
一方の分極の度合いが、前記境界付近より離れた駆動部
及び発電部の各分極の度合いより小さいことを特徴とす
る。

【００１１】そして、前記圧電体は磁器であることを特
徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の圧電トランスの実
施の形態を、実施例に基づき図面を参照して説明する。

【００１３】図１は、本発明の一実施例による、磁器を
圧電体とした圧電トランスの、焼成前の積層圧着体の分
解斜視図である。同図において、１ａ、１ｂ、１ｃ、１
ｄ、１ｅは圧電体材料からなるグリーンシートである。
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆは駆
動用の電極である。１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、
１３ｅ、１３ｆ、及び１４ａ、１４ｆ、１５ａ、１５
ｆ、１６ａ、１６ｆ、１７ａ、１７ｆは分極処理用の電
極である。なお、図１の最下部の図は、グリーンシート
１ｅの下面の駆動用の電極の配置を示すために、グリー
ンシート１ｅを透視した図である。又、上記各電極につ
いては、焼成後も同一の符号を付与する。

【００１４】図２は、図１に示す積層圧着体を用いて得
られる圧電トランス１０の斜視図である。同図におい
て、１１は圧電体であり、Ａは駆動部、Ｂは発電部であ
る。１９、２０は駆動用電極の端子電極であり、２１は
発電用の端子電極である。その他の部分は図１と同様で
あるので、同一の符号を付与して説明は省略する。

【００１５】図３は、図２に示す圧電トランス１０のＸ
−Ｙ面の断面図である。同図において、各部分は図１及
び図２と同様であるので、同一符号を付与して説明は省
略する。

【００１６】以下、図１に基づいて、図２及び図３に示
す圧電トランス１０の製造方法を説明する。

【００１７】まず、圧電体材料からなるグリーンシート
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅを準備した。これら圧電
体材料からなるグリーンシートは、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）
Ｏ₃系磁器材料粉末をバインダ及び溶剤などと混練して
ペースト状にした後、ドクターブレード法でシート状に
したものである。

【００１８】次に、グリーンシート１ａの表面に、Ａｇ
／Ｐｄを導電成分とする導体ペーストを用いて、矩形状
の駆動用の電極１２ａ、略Ｉ字型の分極処理用の電極１
３ａ、１４ａ、１５ａ、１６ａ、１７ａ、１８ａをスク
リーン印刷法で形成した。なお、電極１２ａと１３ａと
の間のギャップは１ｍｍであり、その他の電極間のギャ
ップは２ｍｍとした。その他、それぞれの電極形状は図
１に示す通りである。

【００１９】同様にして、グリーンシート１ｂの表面
に、駆動用の電極１２ｂ、分極処理用の電極１３ｂを形
成した。グリーンシート１ｃの表面に、駆動用の電極１
２ｃ、分極処理用の電極１３ｃを形成した。グリーンシ
ート１ｄの表面に、駆動用の電極１２ｄ、分極処理用の
電極１３ｄを形成した。グリーンシート１ｅの表面に、
駆動用の電極１２ｅ、分極処理用の電極１３ｅを形成し
た。

【００２０】又、グリーンシート１ｅの裏面に、駆動用
の電極１２ｆと分極処理用の電極１３ｆ、１４ｆ、１５
ｆ、１６ｆ、１７ｆ、１８ｆを形成した。なお、電極１
２ｆと１３ｆとの間のギャップは１ｍｍであり、その他
の電極間のギャップは２ｍｍとした。その他、それぞれ
の電極形状は図１に示す通りである。

【００２１】次に、図１に示すように、下からグリーン
シート１ｅ、１ｄ、１ｃ、１ｂ、１ａの順に重ね合わせ
た。その後、このように重ね合わせたグリーンシートを
圧着して積層圧着体を得た。

【００２２】次に、この積層圧着体を１１００℃で焼結
させて、内部及び外部に電極を有する圧電体１１を得
た。その後、圧電体１１の表面に、Ａｇを主成分とする
導体ペーストを用いて、駆動用の電極１２ａ、１２ｃ、
１２ｅに電気的に接続した端子電極１９を形成し、駆動
用の電極１２ｂ、１２ｄ、１２ｆに電気的に接続した端
子電極２０を形成した。又、発電部側の端面に発電用の
端子電極２１を形成した。

【００２３】次に、以上得られた圧電体について、シリ
コンオイル中で分極処理を施した。まず、電極１３ａ、
１３ｃ、１３ｅを電気的に短絡して一方の極とし、電極
１３ｂ、１３ｄ、１３ｆを電気的に短絡して他方の極と
し、この両極間に温度１００℃で０．５〜１．５ｋＶ／
ｍｍの電界を印加して、厚さ方向に、圧電体の分極度が
飽和に至らない程度に分極した。

【００２４】次に、端子電極１９と２０の間に温度１０
０℃で２〜５ｋＶ／ｍｍの電界を印加して、厚さ方向
に、圧電体の分極度が飽和に至るまで分極した。

【００２５】次に電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３
ｄ、１３ｅ、１３ｆを電気的に短絡して一方の極とし、
電極１４ａと１４ｆを電気的に短絡して他方の極とし、
この両極間に電界を印加して、長手方向に、圧電体の分
極度が飽和に至らない程度に分極した。

【００２６】次に、電極１４ａと１４ｆを電気的に短絡
して一方の極とし、電極１５ａと１５ｆを電気的に短絡
して他方の極とし、この両極間に電界を印加して、長手
方向に、圧電体の分極度が飽和に至るまで分極した。な
お、分極の方向は、電極１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３
ｄ、１３ｅ、１３ｆと電極１４ａ、１４ｆ間の分極方向
と同一にした。同様にして、電極１５ａ、１５ｆと電極
１６ａ、１６ｆ間を圧電体の分極度が飽和に至るまで分
極した。電極１６ａ、１６ｆと電極１７ａ、１７ｆ間を
圧電体の分極度が飽和に至るまで分極した。電極１７
ａ、１７ｆと電極１８ａ、１８ｆ間を圧電体の分極度が
飽和に至るまで分極した。電極１８ａ、１８ｆと端子電
極２１間を圧電体の分極度が飽和に至るまで分極した。

【００２７】以上のようにして、駆動部と発電部の境界
付近の分極の度合いが、境界付近より離れた駆動部及び
発電部の各分極の度合いより小さい、本発明の圧電トラ
ンスを得た。なお、得られた圧電トランスの寸法は４０
×２０×２ｍｍであった。

【００２８】一方、比較のため、従来例として、上述の
圧電トランスと同一寸法、同一電極構造であって、駆動
部内の分極の度合いを同じとし、発電部内の分極の度合
いを同じとした圧電トランスを作製した。

【００２９】以上得られた本実施例及び比較例の圧電ト
ランスについて、その機械的強度を評価した。即ち、圧
電トランス各１０個について、厚み方向での抗折強度を
測定した。そして、得られたデータをワイブル確率紙に
プロットして、平均破壊強度（μ）及び形状母数（ｍ）
を求めた。その結果を表１に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】表１に示す通り、本発明の圧電トランス
は、従来例と比較して、平均破壊強度が約２倍と向上し
ており、そのばらつきも形状母数に示されているように
大幅に小さくなっている。このことは、分極処理時に、
圧電トランスにマイクロクラックなどの欠陥が発生して
いないことを示している。

【００３２】なお、本発明の圧電トランスは、上記実施
例に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々
に変形することができる。例えば、駆動用の電極の位
置、形状や数、分極処理用の電極の位置、形状や数、発
電用の端子電極の位置や形状などは適宜変更可能であ
る。

【００３３】

【００３４】又、上記実施例では、分極処理用の電極を
そのまま残して圧電トランスとしているが、用途によっ
ては、分極処理後に、圧電体表面の分極処理用電極を取
り除くこともできる。

【００３５】又、上記実施例では、駆動部、発電部双方
に分極度合いの小さい領域を設けたが、駆動部又は発電
部どちらか一方のみに分極度合いの小さい領域を設ける
こともできる。

【００３６】又、上記実施例では、圧電トランスを一体
的に形成するために、圧電体材料からなるグリーンシー
トの積層体を焼結させる方法を用いたが、圧電体ペース
トの印刷による重ね合わせ、焼結体同士の融着などによ
る方法で形成することもできる。

【００３７】さらに、上記実施例では、圧電体として磁
器を用いたが、例えば磁器−圧電性樹脂の複合物、圧電
性樹脂などを用いることもできる。

【００３８】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、駆動部と発電部の境界付近の駆動部及び発電部
のうち少なくとも一方の分極の度合いが、前記境界付近
より離れた駆動部及び発電部の各分極の度合いよりも小
さくされるので、分極時の内部応力の発生による圧電体
の破壊やマイクロクラックの発生を抑えることができ
る。

【００３９】したがって、機械的強度に優れた圧電トラ
ンスを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による圧電トランスの、焼成
前の積層圧着体の分解斜視図である。

【図２】図１に示す積層圧着体を用いて得られる圧電ト
ランスの斜視図である。

【図３】図２に示す圧電トランスのＸ−Ｙ面の断面図で
ある。

【符号の説明】

Ａ 駆動部 Ｂ 発電部 １ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ グリーンシート １０ 圧電トランス １１ 圧電体 １２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ
駆動用の電極 １３ａ〜１３ｆ，１４ａ，１４ｆ，１５ａ，１５ｆ，１
６ａ，１６ｆ，１７ａ，１７ｆ 分極処理用の電極 １９，２０ 駆動用電極の端子電極 ２１ 発電用の端子電極

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動部と発電部が一体的に形成された
   圧電体からなる積層型圧電トランスにおいて、前記駆動
   部と発電部の境界付近の駆動部及び発電部のうち少なく
   とも一方の分極の度合いが、前記境界付近より離れた駆
   動部及び発電部の各分極の度合いよりも小さいことを特
   徴とする、積層型圧電トランス。
2. 【請求項２】 駆動用の電極と厚さ方向に分極された
   圧電体とが交互に複数層積層された駆動部が一方側に配
   置され、発電用の電極と長手方向に分極された圧電体と
   で構成された発電部が他方側に配置されている、一体型
   の板状の積層型圧電トランスにおいて、前記駆動部と発
   電部の境界付近の駆動部及び発電部のうち少なくとも一
   方の分極の度合いが、前記境界付近より離れた駆動部及
   び発電部の各分極の度合いより小さいことを特徴とす
   る、積層型圧電トランス。
3. 【請求項３】 前記圧電体は磁器であることを特徴と
   する、請求項１又は請求項２記載の積層型圧電トラン
   ス。