JPH07131088A - 圧電トランス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 他の電子部品との短絡事故等が生じず、また
製造工数が少なく、製造の自動化に適しかつ全体として
小型化が可能な圧電トランスを提供するとともに、低背
化、薄型化が可能な圧電トランスを提供する。 【構成】 圧電セラミック素子１は、表裏主面に入力電
極が設けられ、裏面の電極の一部を表面の振動の節領域
Ｎ１に引き出した引出電極１２ａが形成された駆動部１
Ａと、長手方向端部には出力電極１３が設けられ、表面
の振動の節領域Ｎ２部分に引出電極１４が設けられた発
電部１Ｂとからなる。基台２にはその表面に外部導出電
極２ａ，２ｂ，２ｃが形成され、外部導出電極上には断
面コ型の金属支持体２１，２２，２３が導電接合されて
いる。上記圧電セラミック素子１の入力電極あるいは出
力電極はこれら金属支持体と導電接合される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子機器等において交
流電圧を変圧する圧電トランスに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】圧電トランスは、巻線型の電磁トランス
に比べて、（１）構造が簡単で小型化が可能である。
（２）出力側の短絡事故に対し、自動的に入力抵抗が増
大し、焼損等の危険性がない。（３）昇圧比が高くとれ
る。（４）電磁誘導がない。等の利点を有しており、近
年実用化に向けての開発が進んでいる。

【０００３】図１０に示すように代表的な圧電トランス
としてローゼン型の圧電トランスが挙げられるが、圧電
セラミック素子８は矩形板状で、この素子の長手方向の
主面片側半分８Ａには厚み方向の一対の入力電極８１，
８２を形成し、他の半分８Ｂはその端面に出力電極８３
を形成している。前者は厚み方向に、後者は長手方向に
それぞれ分極されている。一般に厚み方向に入力電極が
形成された部分を駆動部、出力電極が形成された他の半
分を発電部と称している。この電極形成された圧電セラ
ミック素子に交流電圧を印加すると、駆動部では厚み方
向に縦振動が励振され、発電部では長手方向に振動が励
振され、全体として、例えばλモードと称される全波長
振動では、図１１に示すような振動変位を有する強い機
械振動が起こる。なお、図１２は平面でみた節領域を示
す図である。これにより発電部の出力電極では圧電効果
で高い交流電圧を得ることができる。なお、振動モード
としてλモードを示したが、λ／２モード、３／２λモ
ードでも共振することが知られており、これら各モード
により振動変位分布、振動の節領域が異なっている。λ
モードの場合、従来では図１０に示すように、この節領
域を樹脂、ゴム等の弾性体９１，９２で支持し、各々の
電極に金属線Ａ，Ｂ，Ｃをボンディングして電気的入力
を行っていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成では電気的接続を金属線で行っているため、この圧電
トランスをプリント配線基板上に搭載した場合、全体と
して占有面積が大きくなり、他の電子部品と接触するこ
と等により、短絡事故あるいは断線事故が生じることが
あった。また、圧電トランスの製造面においても圧電セ
ラミック素子の支持体あるいは金属線との接続を別個に
行っているので、製造工数が多くなるとともに製造の自
動化を行いにくいという問題を有していた。さらに従来
の圧電トランスは、支持体は弾性体でできている等の理
由でその厚みが厚く、低背化、薄型化が困難であった。

【０００５】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたもので、他の電子部品との短絡事故等が生じず、ま
た製造工数が少なく、製造の自動化に適しかつ全体とし
て小型化が可能な圧電トランスを提供するとともに、低
背化、薄型化が可能な圧電トランスを提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明による圧電トランスは、特許請求項第１項
に示すように、板状圧電セラミック素子の主面片側半分
を駆動部、他半分を発電部とし、前記駆動部を厚み方向
に分極するとともに表裏両主面に互いに電気的に独立し
た入力電極を形成し、前記発電部を前記入力電極から発
電部端面の向かう方向に分極するとともにこの端面に出
力電極を形成し、振動の節を支持してなる圧電トランス
であって、前記駆動部においては、一主面の入力電極を
他主面の振動の節領域の一部に引き出すことにより当該
振動の節領域に２つの電極を並設した構成とし、前記発
電部においては前記出力電極を発電部側の他主面の振動
の節領域に引き出し、これら圧電セラミック素子に形成
された３つの電極に外部導出端子を電気的機械的接続し
たことを特徴とする。

【０００７】支持構成の具体例として、特許請求項第２
項に示すように、λモード以上の振動モードで駆動する
板状の圧電セラミック素子の主面片側半分を駆動部、他
半分を発電部とし、前記駆動部を厚み方向に分極すると
ともに表裏両主面に互いに電気的に独立した入力電極を
形成し、一主面の入力電極を他主面の振動の節領域の一
部に引き出すことにより、当該振動の節領域に第１、第
２の引出電極を形成し、また、前記発電部を前記入力電
極から発電部端面に向かう方向に分極するとともにこの
端面に出力電極を形成し、この出力電極を発電部側の他
主面の前記出力電極を発電部側の他主面の振動の節領域
に引き出すことにより、第３の引出電極を形成した圧電
セラミック素子と、前記一主面の振動の節領域形成され
た引出電極と導電性接合材により電気的機械的接続され
る金属弾性支持体を設置した基台とからなることを特徴
とする。なお、必要に応じて金属弾性支持体の圧電セラ
ミック素子搭載面に凹部あるいは貫通孔を設けることに
より、導電性接合材の引出電極への付着を助け、接着強
度を上げることが可能となる。

【０００８】特許請求項第３項に示すように、基台に形
成される外部導出端子を金属厚膜電極として、これら電
極と振動の節領域形成された引出電極とを導電接合する
構成でもよい。

【０００９】特許請求項第４項に示すように、特許請求
項第３項に示した構成に付加して、長手方向の金属厚膜
電極間に広口の凹部あるいは貫通孔を設けた基台を用い
てもよい。

【００１０】特許請求項第５項に示すように、上記各構
成において、一主面から他主面の振動の節領域の一部に
引き出された一方の入力電極の引出電極の周囲に短絡防
止用の絶縁物質を連続して設けた構成としてもよい。

【００１１】

【作用】特許請求項第１項によれば、２つの入力電極及
び出力電極を圧電セラミック素子の一主面の振動の節領
域に延出しており、これら各電極と外部導出端子とを電
気的機械的接続しているので、圧電セラミック素子の振
動を阻害することなく、極めて簡便な構成の圧電トラン
スを得ることができる。

【００１２】特許請求項第２項によれば、２つの入力電
極各々及び出力電極を一主面のそれぞれの振動の節領域
のいずれかに延出して引出電極を形成した圧電セラミッ
ク素子を、金属弾性支持体を設置した基台に設置し、引
出電極各々とこれら金属弾性支持体とを電気的機械的接
続しているので、圧電セラミック素子の振動を阻害する
ことがなく、また、支持部分で多少の振動漏れが生じた
場合でも圧電セラミック素子の振動を外部に伝えにくく
し、また逆に外部衝撃が生じた場合でもその衝撃が緩和
されて圧電セラミック素子に伝わる。

【００１３】特許請求項第３項によれば、引出電極と接
続される金属厚膜電極は、支持体を用いた場合に比べて
さらに薄く構成することができるので、極めて薄型の圧
電トランスを得ることができる。

【００１４】特許請求項第４項によれば、金属厚膜電極
の厚さがある程度薄くても圧電セラミック素子の駆動空
間を確保するとともに、駆動時の発熱を分散することが
できる。

【００１５】特許請求項第５項によれば、金属弾性支持
体、金属厚膜電極等の導電支持体と引出電極とを導電接
合する導電性接合材が流出したとしても、連続して設け
られた絶縁物質により、近接する引出電極（入力電極）
同士が短絡することはない。

【００１６】

【実施例】本発明による実施例を図面とともに説明す
る。 第１の実施例 第１の実施例をλモードで振動する圧電トランスを例に
とり説明する。図１は第１の実施例を示す圧電セラミッ
ク素子の平面図、図２は圧電セラミック素子の製造方法
を示す図、図３は圧電セラミック素子の電極形成方法を
示す図、図４は支持体の設けられた基台に圧電セラミッ
ク素子を搭載する状態を示す図である。圧電セラミック
素子１は長方形板状に切断加工されている。この圧電セ
ラミック素子１の長手方向中央部を境にして、駆動部１
Ａと発電部１Ｂとに分けられ、λモードで振動した場
合、振動の節領域Ｎ１とＮ２ができる。駆動部１Ａは板
厚方向に分極処理が施され、表裏主面には銀等の入力電
極１１，１２（一部図示せず）が設けられている。入力
電極１１の設けられた表面の振動の節領域Ｎ１の一部に
は、裏面に設けられた入力電極１２からの引出電極１２
ａが側面を通って引き出されており、表面の振動の節領
域Ｎ１で入力電極１１，１２（引出電極１２ａ）が並設
された構成となっている。なお、引出電極１２ａは後述
の支持体との電気的機械的接続に差し支えない程度に、
その面積を小さく設計することが望ましい。発電部１Ｂ
の長手方向端部には出力電極１３が設けられるととも
に、発電部側の振動の節領域Ｎ２の表面には引出電極１
４が設けられ、連結電極１５により前記出力電極１３と
電気的に接続されている。

【００１７】このような圧電セラミック素子の電極形成
あるいは分極方法は、次のように行うとより効率よく行
うことができる。 ．図２に示すように、大きな矩形板状のセラミックウ
ェハーＷの主面片側半分ＷＡ（駆動部群）の表裏面の各
々に入力電極Ｗ１，Ｗ２（Ｗ２は図示せず）を形成し、
また主面の他半分ＷＢ（発電部群）の端面のほぼ全面に
出力電極Ｗ３を形成する。入力電極Ｗ１の横方向中央部
分には非電極形成部ＷＣを、縦方向に所定の間隔で複数
箇所形成する。これら電極形成はスクリーン印刷を用い
たメタライズ等により行えばよい。 ．上記形成した表裏両面の入力電極を短絡し、これら
入力電極Ｗ１，Ｗ２と出力電極Ｗ３との間に、例えば１
ｍｍの厚さ当たり４ｋＶの直流の高電圧を０．５時間印
加する。これにより、入力電極から出力電極に向かう方
向に分極する。 ．次に、入力電極Ｗ１，Ｗ２間に上記と同程度の条件
で直流の高電圧を印加することにより、入力電極間を厚
み方向に分極する。 ．以上のように電極形成、分極処理されたセラミック
ウェハーを所定の間隔で切断し、一対の入力電極と出力
電極を有する圧電セラミック素子を複数個得る。 ．図３に示すように、圧電セラミック素子の一側面で
駆動部側の振動の節領域と、発電部群側の振動の節領域
の中央部分と、この中央部分と出力電極間をつなぐ部分
のそれぞれに対応する位置に窓５１，５２，５３が形成
された蒸着マスク５を用意し、これを分極処理された複
数の圧電セラミック素子の上下に配置し、真空蒸着法に
より引出電極１２ａ、引出電極１４、連結電極１５を形
成する。窓５１は入力電極側の側面電極形成用であり、
窓５２は出力電極側の引出電極形成用、窓５３は連結電
極形成用である。この窓を介して蒸着金属が圧電セラミ
ック素子の側面等に付着する。なお、図３では圧電セラ
ミック素子を３つ並列した例を示したが、通常は圧電セ
ラミック素子をマトリクス状に多数個並べて一括処理を
行う。

【００１８】この圧電セラミック素子１を支持する具体
例を図４とともに説明する。基台２はアルミナ等の絶縁
体からなり、その表面に外部導出電極２ａ，２ｂ，２ｃ
が形成されている。この基台２の外部導出電極上には、
上記圧電セラミック素子１に形成された引出電極に対応
した位置に、金属支持体２１，２２，２３が導電接合さ
れている。この金属支持体２１，２２，２３は、金属板
を断面でみてコ型に屈曲成形して構成しており、弾性支
持が行えるようになっている。これら金属支持体２１，
２２，２３の上部に、引出電極１２ａ、入力電極１１の
引き出し部、引出電極１４をそれぞれ対応させて搭載
し、導電性接合材（図示せず）により電気的機械的接合
を行う。必要な場合、絶縁性材からなるキャップにてこ
れら圧電セラミック素子等を被覆し、気密封止を行えば
よい。

【００１９】第２の実施例 圧電セラミック素子の支持構成は上記実施例に限定され
るものではなく、例えば図５の斜視図に示すように、基
台３に設置される金属支持体３１，３２，３３を、外部
導出電極３ａ，３ｂ，３ｃとの接合部分から斜め上方に
延出させ圧電セラミック素子搭載部分に到る構成として
もよい。この構成により弾性作用が増し、支持部分で多
少の振動漏れが生じた場合でも、この振動がこの緩衝機
構で減衰するので、圧電トランスの設置構成によって、
周波数等の電気的特性が変動することはない。また逆に
外部衝撃が生じた場合でもその衝撃が緩和されて圧電セ
ラミック素子に伝わるので、耐衝撃性が向上するという
効果が生じる。なお、圧電セラミック素子搭載部分の基
台短手方向の各々端部に立ち上がり部３１ａ，３２ａを
設けているが、これにより圧電セラミック素子の位置決
めを容易にしている。

【００２０】第３の実施例 図６は第３の実施例を示す斜視図である。この実施例で
は、基台４の表面に金属厚膜電極４１，４２，４３を形
成し、それぞれ外部導出電極と電気的に接続している。
金属厚膜電極４１，４２はそれぞれ中央が薄肉部４１
ａ，４２ａで構成され、その周囲が厚肉部４１ｂ，４２
ｂで構成されており、後述する導電性接合材の溜まり部
分を形成している。圧電セラミック素子１に形成された
引出電極１２ａは、その表面への引き出し寸法が先の実
施例に比べて短くなっている。このように反対面への引
き出し寸法を短くすることにより、駆動時の阻害要因を
少なくすることができる。ただし、これは支持体の構成
との兼ね合いによって採用することが必要であり、両入
力電極が短絡しないような支持体（搭載部分）を選択す
る必要がある。圧電セラミック素子１を搭載する際は、
まず金属厚膜電極４１，４２，４３の薄肉部に導電性接
合材を所定量注入あるいは塗布し、圧電セラミック素子
をこれら金属厚膜電極上に搭載する。導電性接合材は厚
肉部の存在により、薄肉部（溜まり部分）より外に流出
しにくい構成となっており、隣接する電極の短絡が防止
できる。

【００２１】なお上記実施例において、基台の長手方向
の金属厚膜電極４１（４２）と４３間に広口の凹部４４
を設けている。この構成により金属厚膜電極の厚さがあ
る程度薄くても圧電セラミック素子の駆動空間を確保す
るとともに、駆動時の発熱を分散、冷却することができ
る。また、この凹部に代えて広口の貫通孔を形成しても
よい。この場合、さらに冷却効率を高めることができ
る。

【００２２】第４の実施例 図７は第４の実施例を示す圧電セラミック素子１の電極
構成を示す図である。圧電セラミック素子に形成された
引出電極１６は連結電極１７を介して長手方向の一端面
に引き出され、図示していないがこの端面で裏面の入力
電極と電気的に接続される。このように長手方向の一端
面で電極接続する場合、出力電極と同時に電極形成が行
える。

【００２３】第５の実施例 第５の実施例を図８の平面図、図９の断面図（図８のＡ
−Ａ断面図）とともに説明する。圧電セラミック素子１
には、第１の実施例と同様の電極形成がなされており、
かつ引出電極１２ａの周囲に短絡防止用の絶縁物質が連
続して設けられている。この構成により圧電セラミック
素子を支持体に搭載し、導電性接合材で導電接合を行っ
た場合、この導電性接合材が他へ流れて隣接する電極と
短絡するという事故を防止することができる。

【００２４】なお、上記実施例において、振動モードと
して２つの節領域の存在するλモードを示したが、それ
以上の振動の節を有するモード（例えば３／２λモー
ド）でも適用することができる。

【００２５】

【発明の効果】本発明の各特許請求項によれば次のよう
な効果を得ることができる。特許請求項第１項によれ
ば、２つの入力電極及び出力電極を圧電セラミック素子
の一主面の振動の節領域に延出しており、これら各電極
と外部導出端子とを電気的機械的接続しているので、一
面で圧電セラミック素子を支持することができ、極めて
薄型で簡便な構成の圧電トランスを得ることができる。
よって、従来のように機械的支持以外に金属線によって
電気的接続を行う必要がなくなり、圧電トランスの占有
面積が大きくならず、他の電子部品との短絡事故あるい
は断線事故も発生しない。

【００２６】特許請求項第２項によれば、２つの入力電
極各々及び出力電極を一主面のそれぞれの振動の節領域
のいずれかに延出して引出電極を形成した圧電セラミッ
ク素子を、金属弾性支持体を設置した基台に設置し、引
出電極各々とこれら金属弾性支持体とを電気的機械的接
続しているので、圧電セラミック素子の振動を阻害する
ことがなく、電気的特性の良好な圧電トランスを得るこ
とができる。また、支持部分で多少の振動漏れが生じた
場合でも圧電セラミック素子の振動を外部に伝えにくく
し、圧電トランスとしての電気的特性の安定を図ること
ができる。また逆に外部衝撃が生じた場合でもその衝撃
が緩和されて圧電セラミック素子に伝わるので、耐衝撃
性が大幅に向上する。また、製造面での自動化も行い易
くなる。

【００２７】特許請求項第３項によれば、引出電極と接
続される金属厚膜電極は、支持体を用いた場合に比べて
さらに薄く構成することができるので、極めて薄型の圧
電トランスを得ることができる。

【００２８】特許請求項第４項によれば、金属厚膜電極
の厚さがある程度薄くても圧電セラミック素子の駆動空
間を確保するとともに、駆動時の発熱を分散することが
でき、電気的特性の変動を防止することができる。

【００２９】特許請求項第５項によれば、金属弾性支持
体、金属厚膜電極等の導電支持体と引出電極とを導電接
合する導電性接合材が流出したとしても、連続して設け
られた絶縁物質により、近接する引出電極（入力電極）
同士が短絡することはない。よって、製造面での歩留ま
りが向上するとともに、製品の信頼性も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す圧電セラミック素
子の平面図

【図２】圧電セラミック素子の製造方法を示す図

【図３】圧電セラミック素子の電極形成方法を示す図

【図４】支持構成を示す斜視図

【図５】第２の実施例を示す斜視図

【図６】第３の実施例を示す斜視図

【図７】第４の実施例を示す平面図

【図８】第５の実施例を示す平面図

【図９】図８のＡ−Ａ断面図

【図１０】従来例を示す斜視図

【図１１】振動モードを示す図

【図１２】振動の節領域を示す図

【符号の説明】

１、８ 圧電セラミック素子 １１，１２，８１，８２ 入力電極 １３，８３ 出力電極 １２ａ，１４，１６ 引出電極 １５，１７ 連結電極 ２，３，４ 基台 ２１，２２，２３，３１，３２，３３ 金属支持体 ４１，４２，４３ 金属厚膜電極 ５ 蒸着マスク Ｎ１，Ｎ２ 振動の節領域

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板状圧電セラミック素子の主面片側半分
   を駆動部、他半分を発電部とし、前記駆動部を厚み方向
   に分極するとともに表裏両主面に互いに電気的に独立し
   た入力電極を形成し、前記発電部を前記入力電極から発
   電部端面の向かう方向に分極するとともにこの端面に出
   力電極を形成し、振動の節を支持してなる圧電トランス
   であって、前記駆動部においては、一主面の入力電極を
   他主面の振動の節領域の一部に引き出すことにより当該
   振動の節領域に２つの電極を並設した構成とし、前記発
   電部においては前記出力電極を発電部側の他主面の振動
   の節領域に引き出し、これら圧電セラミック素子に形成
   された３つの電極に外部導出端子を電気的機械的接続し
   たことを特徴とする圧電トランス。
2. 【請求項２】 λモード以上の振動モードで駆動する板
   状の圧電セラミック素子の主面片側半分を駆動部、他半
   分を発電部とし、前記駆動部を厚み方向に分極するとと
   もに表裏両主面に互いに電気的に独立した入力電極を形
   成し、一主面の入力電極を他主面の振動の節領域の一部
   に引き出すことにより、当該振動の節領域に第１、第２
   の引出電極を形成し、また、前記発電部を前記入力電極
   から発電部端面に向かう方向に分極するとともにこの端
   面に出力電極を形成し、この出力電極を発電部側の他主
   面の前記出力電極を発電部側の他主面の振動の節領域に
   引き出すことにより、第３の引出電極を形成した圧電セ
   ラミック素子と、 前記他主面の振動の節領域形成された引出電極と導電性
   接合材により電気的機械的接続される金属弾性支持体を
   設置した基台とからなる圧電トランス。
3. 【請求項３】 λモード以上の振動モードで駆動する板
   状の圧電セラミック素子の主面片側半分を駆動部、他半
   分を発電部とし、前記駆動部を厚み方向に分極するとと
   もに表裏両主面に互いに電気的に独立した入力電極を形
   成し、一主面の入力電極を他主面の振動の節領域の一部
   に引き出すことにより、当該振動の節領域に第１、第２
   の引出電極を形成し、また、前記発電部を前記入力電極
   から発電部端面に向かう方向に分極するとともにこの端
   面に出力電極を形成し、この出力電極を発電部側の他主
   面の前記出力電極を発電部側の他主面の振動の節領域に
   引き出すことにより、第３の引出電極を形成した圧電セ
   ラミック素子と、 前記他主面の振動の節領域形成された引出電極と導電性
   接合材により電気的機械的接続される金属厚膜電極を設
   置した基台とからなる圧電トランス。
4. 【請求項４】 長手方向の金属厚膜電極間に広口の凹部
   あるいは貫通孔を設けたことを特徴とする特許請求項第
   ３項記載の圧電トランス。
5. 【請求項５】 一主面から他主面の振動の節領域の一部
   に引き出された一方の入力電極の引出電極の周囲に、短
   絡防止用の絶縁物質を連続して設けたことを特徴とする
   特許請求項第１項乃至第４項記載の圧電トランス。