JP4940509B2

JP4940509B2 - 積層型圧電トランス

Info

Publication number: JP4940509B2
Application number: JP2001184980A
Authority: JP
Inventors: 敏晃加地; 敏雄今西; 隆昭浅田; 明小俣
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2001-06-19
Filing date: 2001-06-19
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2021-06-19
Also published as: JP2003008097A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層型圧電トランス、特に液晶ディスプレイのバックライト用インバータ、蛍光燈点灯用インバータ、複写機等の高圧電源回路に用いられる積層型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略半分を駆動部、他方側略半分を発電部として構成される。ここで、駆動部には厚み方向に対向する1対の入力電極が形成され、他方側の発電部の端面には、出力電極が形成される。上述の入力電極間に、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。これを入力電極の一方と出力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う。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。そして、比較的大きな昇圧比が得られ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、駆動部部分には複数の入力内部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ている。また、積層体の外面表面上には、駆動部側に1対の入力外部電極が、発電部側に出力電極が形成されており、前記複数の入力内部電極は、対向する入力外部電極に交互に電気的に接続され、発電部側端面には出力電極が形成されている。
【０００３】
【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。駆動部においては入力外部電極に電圧を印加し、厚み方向に分極し、発電部においては1対の入力外部電極を短絡した電極と、出力電極間に電圧を印加して長手方向に分極している。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、分極時や駆動時に内部応力が発生し、その結果、圧電体が破壊したり、マイクロクラックが発生して機械的強度が低下する場合があるという問題点があった。また、駆動時に、対向する入力内部電極間に電圧が印加されると、入力内部電極の入力外部電極に接続されていない側の終端部に電界が集中する。その電界集中箇所には、圧電効果または電歪効果により歪みが発生し、その結果電界集中箇所に応力が集中し、マイクロクラックが発生するという問題点があった。本発明の目的は、上述の問題を鑑みてなされたものであり、これらの問題を解決し、分極時及び駆動時における応力集中を低減し、歩留まりが良く、機械的強度の高い圧電トランスを提供することを目的としている。
【０００４】
【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圧電トランスは、入力内部電極と圧電セラミックスが交互に積層されるとともに、入力内部電極を1層おきに接続する一対の入力外部電極が形成され、かつ厚み方向に分極された駆動部と、一部に出力電極が形成され、かつ長手方向に分極された発電部とが長手方向に隣接して配置された矩形状の積層圧電体からなる積層型圧電トランスにおいて、前記駆動部における前記入力内部電極の層間であって、前記駆動部と前記発電部との境界面近辺に、前記入力外部電極及び前記出力電極のいずれとも接続しない複数の短冊形状の浮遊内部電極を、前記積層圧電体の長手方向に対して垂直方向に設けたことを特徴とする。そして、前記短冊形状の浮遊内部電極が、その両端から、前記入力外部電極に沿って延長部分を有することを特徴とする。そして、前記浮遊内部電極がコの字状に形成されたことを特徴とする。これにより、分極時及び駆動時における応力集中を低減し、歩留まりが良く、機械的強度の高い圧電トランスを提供することができる。
【０００５】
【作用】
本発明の構成では、内部電極が印刷されたセラミックグリーンシート間に、同様の電極ペーストを用いて浮遊内部電極を印刷したセラミックグリーンシートを挟む構造にすることで、昇圧比に影響を及ぼすことなく電界集中の度合いを低減し、機械的強度の高い圧電トランスを得ることが可能である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例である圧電トランスを、図１〜図４に基づいて説明する。図１は本発明による一実施例である積層型圧電トランスの斜視図（一部透視斜視図）である。同図において、１は積層型圧電トランス、２及び３は入力外部電極、４は出力電極、５a〜５dは入力内部電極を示す。図２は図１に示す圧電トランスのa−a'線断面図である。図３は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。まず、図３を参照しながら、本発明の一実施例に用いた積層圧着体の製造方法を説明する。図４において、６ａ〜６ｊはセラミックグリーンシートである。まず、圧電体材料からなるグリーンシート６a、６b、６c、６d、６e、６f、６g、６h、６i、６jを用意した。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。次に、グリーンシート６a、６d、６g、及び６j上に入力内部電極５a、５b、５c、５dをそれぞれ電極ペーストの印刷により形成した。次に、入力内部電極が印刷されたグリーンシート６a、６d、６g、及び６jのそれぞれ層間にあたるグリーンシート６b、６c、６e、６f、６h、及び６i上に、短冊形状の浮遊内部電極７a、７b、７c、７d、７e、７fをそれぞれ電極ペーストの印刷により形成した。次に、下からグリーンシート６j、６i、６h、６g、６f、６e、６d、６c、６b、６aの順に重ね合せた。さらに最上面に、入力内部電極を露出させないためにもう１枚セラミックグリーンシート（図示せず）を重ね合せた。その後、このように重ね合せたグリーンシートを圧着して積層圧着体を得た。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着体１を得た。その後、図１に示すように圧電体１の表面に電極ペーストを用いて、入力内部電極５a、５cに電気的に接続した入力外部電極２を形成し、入力内部電極５b、５dに電気的に接続した入力外部電極３を形成した。また、発電部側の端面に発電用の出力電極４を形成した。次に、駆動部における入力外部電極２、３間に直流電圧を印加して厚み方向に分極し、他方側の発電部を、入力外部電極２、３を短絡した状態で入力外部電極２、３と出力電極４との間に直流電圧を印加して長手方向に分極した。本発明による積層型圧電トランスの機械的特性及び電気的特性を、従来の積層型圧電トランス（浮遊内部電極なし）のそれらと比較し、機械的強度及び昇圧比を測定した。機械的強度を測る手段として、入力外部電極面に垂直な方向から力を加える３点曲げ試験で抗折強度を測定した。結果を下記の表１に示す。
【０００７】
【表１】

【０００８】
表１から、浮遊内部電極を備えた圧電トランスは、昇圧比を損なうことなく、機械的強度を上げていることが分かる。次に、本発明の第2の実施例を図４に示す。図４は、第１の実施例の図３に相当する分解斜視図である。ここで、第１の実施例と同一部分は同一符号を付し、その説明を省略する。図４に示すように、第２の実施例においては、駆動部と発電部の境界面近辺において、入力内部電極５ａ〜５ｄの層間に配置された浮遊内部電極８ａ〜８ｆは、積層圧電体の長手方向に対して垂直方向になっているだけでなく、さらに外部入力電極に沿って延長形成された部分を有し、コの字状になっている。以上、第１の実施例及び第２の実施例を説明したが、第１の実施例においては、分極及び駆動時に、駆動部と発電部の境界面近辺における電界集中、及び応力集中によるマイクロクラックの発生、及びそれによる機械的強度の低下を防ぐことが出来る。加えて第２の実施例においては、入力内部電極の入力外部電極と電気的に接続されない側の終端部近辺における電界集中、及び応力集中によるマイクロクラックの発生、及びそれによる機械的強度の低下をも防ぐことが出来る。なお、本発明の積層型圧電トランスは、入力内部電極の数や積層するセラミックグリーンシートの枚数等が上記実施例により限定されるものではない。
【０００９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、入力内部電極間に浮遊内部電極を設け、それを駆動部と発電部との境界面近辺に、長手方向に垂直となるように配置することによって、分極時及び駆動時において、内部応力の発生によるマイクロクラックの発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による一実施例である積層型圧電トランスの斜視図（一部透視斜視図）である。
【図２】図１に示す圧電トランスのａ−ａ'線断面図である。
【図３】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。同図において、６a〜６jはセラミックグリーンシートを示す。
【図４】他の実施例を示す、図３に相当する分解斜視図である。
【符号の説明】
１積層型圧電トランス
２,３入力外部電極
４出力電極
５a,５b,５c,５d 入力内部電極
６a,６b,６c,６d,６e,６f,６g,６h,６i,６j セラミックグリーンシート
７a,７b,７c,７d,７e,７f,８a,８b,８c,８d,８e,８f 浮遊内部電極

Claims

入力内部電極と圧電セラミックスが交互に積層されるとともに、入力内部電極を1層おきに接続する一対の入力外部電極が形成され、かつ厚み方向に分極された駆動部と、一部に出力電極が形成され、かつ長手方向に分極された発電部とが長手方向に隣接して配置された矩形状の積層圧電体からなる積層型圧電トランスにおいて、前記駆動部における前記入力内部電極の層間であって、前記駆動部と前記発電部との境界面近辺に、前記入力外部電極及び前記出力電極のいずれとも接続しない複数の短冊形状の浮遊内部電極を、前記積層圧電体の長手方向に対して垂直方向に設けたことを特徴とする積層型圧電トランス。
前記短冊形状の浮遊内部電極が、その両端から、前記入力外部電極に沿って延長部分を有す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。
請求項２に記載の積層型圧電トランスにおいて、前記浮遊内部電極がコの字状に形成されたことを特徴とする積層型圧電トランス。