JPH0997933A

JPH0997933A - 圧電トランス

Info

Publication number: JPH0997933A
Application number: JP7253649A
Authority: JP
Inventors: Yuko Sato; 祐子佐藤; Takayuki Inoi; 隆之猪井
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1995-09-29
Publication date: 1997-04-08
Anticipated expiration: 2015-09-29
Also published as: KR100241576B1; KR970018761A; US5757106A; JP2757835B2

Abstract

(57)【要約】【課題】各種高電圧発生回路において動作可能な圧電
トランスにおいて、クラックの発生がなく、なおかつ昇
圧比の高い圧電トランスを提供すること。【解決手段】駆動部１１と発電部１２に大別される圧
電トランス１０において、駆動部１１に形成する入力電
極１４ａ・１４ｂを、セラミック板１３の上下の主面及
び側面に形成してリング状とし、駆動部１１に長手方向
の分極を得る。この分極は、入力電極１４ａと１４ｂの
形状がリング状であるので、駆動部１１の分極される全
ての領域において長手方向とすることができる。これに
より、クラックを発生させることなく、昇圧比の高い圧
電トランスを得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はバックライトインバ
ータ等高電圧発生用電源回路にて動作可能な圧電トラン
スに関し、特に駆動部に形成される電極形状がリング状
の圧電トランスと駆動部の分極方向が発電部と同じ方向
に分極されてなる圧電トランスに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、バックライトインバータやテレビ
ジョンの偏向装置など、高電圧を必要とする装置内の電
源回路に用いる高電圧発生用の変圧素子として、圧電効
果を用いた圧電トランスの開発が盛んとなっている。こ
の圧電トランスは従来より用いられている巻き線型電磁
トランスに比べて、小型・薄型化が容易であり、材料に
セラミックを用いるため不燃化が図れる、電磁誘導によ
るノイズがでないという数多くの長所を有している。

【０００３】このような圧電トランスの代表的なものに
ローゼン型圧電トランスがある。この一例として、特開
平７−１９３２９３号公報（以下、第１の公報という）
に開示された技術がある。図６はこの第１の公報による
圧電トランスの構成を示している。図６に示される圧電
トランスは、３次ローゼン型圧電トランスと呼ばれてい
る。

【０００４】図６において圧電トランス６０は低インピ
ーダンスの２つの駆動部６１と高インピーダンスの１つ
の発電部６２に大別され、発電部６２の長手方向両隣に
駆動部６１が配置されている。駆動部６１には、長板状
のセラミック板６３の上下の主面のほぼ全面（但し、セ
ラミック板６３の周辺部を細く残して）に、平面上の入
力電極６４ａ・６４ｂが形成されており、この部分は図
中の太い矢印６６ａで示されるように厚み方向に分極さ
れている。

【０００５】また、発電部６２の長手方向中央部には、
長板状のセラミック板６３の上下の主面に短冊状の出力
電極６５ａ・６５ｂが形成されており、この部分は図中
の太い矢印６６ｂで示されるように長手方向に分極され
ている。

【０００６】このように構成された圧電トランス６０の
動作は次の通りである。入力電極６４ａと６４ｂに接続
される外部端子（図示せず）から入力電極６４ａ−６４
ｂ間に電圧が印加されると、駆動部６１に分極とは垂直
方向に変位する圧電効果（以降、圧電横効果３１モード
と略す）により長さ方向の縦振動が励振され、トランス
全体が振動する。さらに発電部６２では、分極方向に機
械的歪みが生じ分極方向に電位差が発生する圧電効果
（以降、圧電縦効果３３モードと略す）により、出力電
極６５ａ・６５ｂに接続された外部端子（図示せず）に
電圧が発生する。このとき、駆動周波数を圧電トランス
の共振周波数と等しくすれば非常に高い出力電圧が得ら
れる。

【０００７】従来の圧電トランスの第２の例として、特
開平５−２１８５８号公報（以下、第２の公報という）
に開示される技術がある。図７（ａ）は上記第２の公報
による圧電トランスの外観斜視図であり、図７（ｂ）は
図７（ａ）の側断面図、図７（ｃ）は変位分布を示す図
である。図７（ａ）において圧電トランス７０は駆動部
７１と発電部７２に大別され、駆動部７１には厚さ方向
に対向する入力電極７４及びアース電極７７が形成され
ている。また発電部７２には、駆動部７１がある側のこ
の圧電トランス７０の端面から長さの３分の２の位置に
帯状の分極電極７６ａ・７６ｂが、長さ６分の５の位置
に帯状の出力電極７５ａ・７５ｂが形成されている。

【０００８】この圧電トランス７０における分極は、図
中の矢印７９ａ・７９ｂ・７９ｃの方向にそれぞれ分極
されており、駆動部７１では厚み方向、発電部７２では
長さ方向の分極となっている。また、図７（ｃ）の変位
分布において、変位が０となる位置からリード線７８が
それぞれ取り出された構成となっている。

【０００９】この圧電トランス７０における動作は、入
力電極７４−アース電極７７間にリード線７８から電圧
が印加されると、駆動部７１では圧電横効果３１モード
により長さ方向の縦振動が励振され、この振動が発電部
７２に伝搬して圧電縦効果３３モードにより、出力電極
７５ａ・７５ｂに接続されたリード線７８に電圧が発生
する。

【００１０】また、従来の圧電トランスの第３の例とし
て、特開平５−１１０３６８号公報（以下、第３の公報
という）に開示された技術がある。図８（ａ）は上記第
３の公報による圧電トランスの外観斜視図であり、図８
（ｂ）は図８（ａ）の側断面図、図８（ｃ）は変位分布
を示す図である。図８（ａ）において圧電トランス８０
は駆動部８１と発電部８２に大別され、駆動部８１には
島状の帰還電極８３と入力電極８４が同一面に形成さ
れ、これに対向してアース電極８７が形成されている。
また発電部８２には、駆動部８１がある側のこの圧電ト
ランス８０の端面から長さの３分の２の位置に帯状の分
極電極８６ａ・８６ｂが、長さ６分の５の位置に帯状の
出力電極８５ａ・８５ｂが形成されている。

【００１１】この圧電トランス８０における分極は、図
中の矢印８９ａ・８９ｂ・８９ｃの方向にそれぞれ分極
されており、駆動部８１では厚み方向、発電部８２では
長さ方向の分極となっている。また、図８（ｃ）の変位
分布において変位が０となる位置から、入力端子８８ａ
・アース端子８８ｂ・出力端子８８ｃ・帰還端子８８ｄ
がそれぞれ取り出された構成となっている。

【００１２】この圧電トランス８０における動作は、入
力端子８８ａ−アース端子８８ｂ間に電圧が印加される
と、駆動部８１では圧電横効果３１モードにより長さ方
向の縦振動が励振され、この振動が発電部８２に伝搬し
て圧電縦効果３３モードにより出力端子８８ｃに電圧が
発生する。

【００１３】ところで、上述した従来例１・２・３のよ
うな構成の圧電トランスよりもさらに高い昇圧比を得る
ことのできる圧電トランスが求められるようになってき
ている。その一例として、駆動部の分極方向を従来例１
・２・３のような厚み方向ではなく、長手方向とした圧
電トランスが提案されている。図９（ａ）・（ｂ）はこ
のような圧電トランスの例を示す図である。

【００１４】第４の従来例として、図９（ａ）・（ｂ）
にあげられる圧電トランスは、本願と同一出願人による
特願平７−１３３９７６に記載された圧電トランスであ
る。図９（ａ）は、この従来例４による圧電トランスの
外観斜視図、図９（ｂ）は図９（ａ）の櫛形電極部の電
界分布を示した部分拡大平面図である。図９（ａ）にお
いて、圧電トランス９０は駆動部９１と発電部９２に大
別され、駆動部９１ではセラミック板９３の上下の主面
上に、厚み方向に対向して櫛形の入力電極９４ａ・９４
ｂが形成されている。また、発電部９２には出力電極９
５ａ・９５ｂが形成されている。さらに、駆動部９１側
の端面には分極用の分極電極９６が形成されている。こ
の圧電トランスの分極は、図中の矢印９７・９８ａ・９
８ｂで示されるように、駆動部９１、発電部９２共に長
手方向に分極されている。

【００１５】この従来例における入力電極９４ａ・９４
ｂは、櫛形形状であるので、櫛の根本付近の電界方向は
詳しくは図９（ｂ）に示されるものとなっている。即
ち、櫛の根本付近の電界方向は櫛の歯の先端との間に生
じるため、略放射状の電界方向となっている。この結
果、ここに分極による電界方向が長手方向とならない領
域９９が存在している。

【００１６】このように構成された圧電トランス９０の
動作は、入力電極９４ａと９４ｂに接続される外部端子
（図示せず）から入力電極９４ａ−９４ｂ間に電圧が印
加されると、駆動部９１では圧電縦効果３３モードによ
る振動が生じ、この振動が発電部９２に伝搬し、圧電縦
効果３３モードによって出力電極９５ａ・９５ｂに接続
された外部端子（図示せず）に電圧が発生する。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな従来技術では、図６、図７、図８で示されるような
駆動部６１・７１・８１の分極が厚み方向になされてい
る圧電トランスにおいては、厚みを薄くして昇圧比を向
上させることは可能であるが、厚みを薄くするとパワー
のロスにつながるため、昇圧比の向上に限界があった。

【００１８】また、これに対して提案されている図９で
示されるような圧電トランスにおいては、櫛形形状の入
力電極９４ａ・９４ｂの櫛の根本付近に、分極による電
界方向が長手方向とならない領域９９が存在するため、
この領域９９においてクラックが発生するという問題が
あると同時に、この領域９９における電界方向は、圧電
トランス９０の振動を阻害するように作用するため、十
分な昇圧比の向上はできないという問題を有していた。

【００１９】本発明は上記従来の圧電トランスの問題点
に省みてなされたものであって、クラックの発生をなく
すと同時に昇圧比の向上を可能とした圧電トランスを提
供することを目的としている。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は前述した課題を
解決するための手段として、長板状のセラミック板が長
手方向に亘って少なくとも１つの駆動部と発電部に区分
され、前記発電部は、出力電極取り出し用の取り出し電
極を有し、前記駆動部は、高位側電源に接続する第１の
駆動用電極と低位側電源に接続する第２の駆動用電極を
有する圧電トランスにおいて、前記取り出し電極が前記
セラミック板の上下の主面及び側面上にリング状に形成
されると共に前記セラミック板の長手方向に分極されて
なること、または前記取り出し電極が前記セラミック板
の上下の主面上に短冊状に形成されると共に前記セラミ
ック板の長手方向に分極されてなること、前記第１の駆
動用電極と前記第２の駆動用電極は、前記セラミック板
の上下の主面及び側面上にリング状に形成される電極で
あって、それぞれ少なくとも１本以上が前記セラミック
板の長手方向に形成されると共に、前記第１の駆動用電
極と前記第２の駆動用電極間が分極されてなること、前
記第１の駆動用電極と前記第２の駆動用電極は、それぞ
れ少なくとも１本以上が前記セラミック板の長手方向に
交互に形成されていること、前記第１の駆動用電極と前
記第２の駆動用電極は、前記第１の駆動用電極間及び前
記第２の駆動用電極間を金属細線で電気的に接続したこ
とを特徴としている。

【００２１】さらに本発明の圧電トランスは、前記駆動
部に、長手方向に線状の第１の絶縁保護層を形成し、前
記第１の絶縁保護層は前記第１の駆動用電極上の電気的
接続をとる部分を除去し、前記第１の絶縁保護層の上に
線状の第１の接続電極を形成することにより、前記第１
の駆動用電極間を電気的に接続し、前記駆動部に、長手
方向に線状の第２の絶縁保護層を形成し、前記第２の絶
縁保護層は前記第２の駆動用電極上の電気的接続をとる
部分を除去し、前記第２の絶縁保護層の上に線状の第２
の接続電極を形成することにより、前記第２の駆動用電
極間を電気的に接続したことを特徴としている。

【００２２】本発明の構成によれば、駆動部に形成され
る第１及び第２の駆動用電極が、セラミック板の上下の
主面及び側面にリング状に形成されているので、駆動部
の分極方向は、駆動部の分極される部分全てが長手方向
となる。このような長手方向の分極が得られる結果、こ
の駆動部における電気機械結合係数は、厚み方向に分極
した場合に得られる電気機械結合係数より大きい値を得
ることができる。圧電トランスの昇圧比は、電気機械結
合係数が大きければ大きいほど高い値が得られるので、
従って、駆動部を厚み方向に分極した場合よりも高い昇
圧比を得ることができる。

【００２３】また、本発明の構成によれば、上述した分
極方向は、駆動部の分極される部分全てにおいて長手方
向とすることができ、分極方向が長手方向とならない領
域、即ち、クラックが発生し圧電トランスの振動を阻害
する領域をなくすことができるので、クラックの発生を
なくすことができると同時に、圧電トランスの振動を阻
害することなく、十分高い昇圧比を得ることができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて説明する。

【００２５】図１乃至図３は本発明を３次ローゼン型圧
電トランスに実施した第１の実施の形態を示す図であ
る。図１（ａ）は本実施例による圧電トランスの外観斜
視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ′線に沿
った断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ′線に沿
った断面図である。

【００２６】図１（ａ）において、圧電トランス１０は
２つの駆動部１１と１つの発電部１２に大別され、発電
部１２の長手方向両隣に駆動部１１が配置されている。
駆動部１１には、長板状のセラミック板１３の上下の主
面及び側面を覆うようにリング状の入力電極１４ａと１
４ｂが形成されており、この入力電極１４ａと１４ｂは
長手方向に一定の間隔をもって交互に複数本形成され
る。

【００２７】また、発電部１２の長手方向中央部には、
長板状のセラミック板１３の上下の主面及び側面を覆う
ようにリング状の出力電極１５が形成されている。な
お、本実施例では出力電極１５をリング状に形成してい
るが、セラミック板１３の上下の主面上のみに短冊状に
形成してリード線等で電気的接続をとってもよい。

【００２８】上記した入力電極１４ａと１４ｂの最適な
幅・形成される間隔及び本数は、圧電トランス１０のサ
イズによって決まるものであって、図中で示される幅・
間隔及び本数に制限されるものではない。例えば、長さ
４２．０ｍｍ、幅１０．０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの３次
ローゼン型圧電トランスの場合、入力電極１４ａと１４
ｂの幅は０．３ｍｍ、１４ａと１４ｂの間隔（セラミッ
ク板１３の地が出ている幅）は０．６ｍｍ、本数は１６
本がよい。

【００２９】次に、本実施の形態における圧電トランス
１０の分極方向を図２に示す。図２（ａ）は本実施例に
よる圧電トランスの分極方向を示した平面図、図２
（ｂ）は図２（ａ）の側断面図である。本実施の形態に
おける圧電トランス１０の分極は、駆動部１１において
は、入力電極１４ａを低位側電源に、入力電極１４ｂを
高位側電源に接続して電圧を印加することにより、図２
で示されるような長手方向の入力側分極２１ａ・２１ｂ
が得られる。この入力側分極２１ａ・２１ｂは隣り合う
入力電極１４ａ・１４ｂの間に生じており、入力側分極
２１ａと２１ｂが交互に反転した状態となる。本例では
入力電極１４ａを低位側電源に、入力電極１４ｂを高位
側電源に接続して分極しているが、もちろん逆に接続し
て分極しても何ら問題はない。

【００３０】一方、発電部１２における分極は、短絡し
た入力電極１４ａ・１４ｂを低位側電源に、出力電極１
５を高位側電源に接続して電圧を印加することにより、
図２で示されるような長手方向の出力側分極２２ａ・２
２ｂが得られる。これももちろん、駆動部１１における
分極と同様、高位側電源と低位側電源を逆に接続して分
極することは全く問題ない。〔実施例１〕ここで、具体的に本実施の形態の製造方法
を説明する。本実施例では、材料にはＰＺＴ（ＰｂＺｒ
Ｏ₃−ＰｂＴｉＯ₃）系の圧電性セラミック材料（商品
名：ＮＥＰＥＣ８、（株）トーキン製）を用いて、長さ
４２．０ｍｍ、幅１０．０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍのセラ
ミック板１３を作製した。そして、セラミック板１３の
上下の主面及び側面に、電極材として銀ペーストまたは
銀・パラジウムペーストを用い、スクリーン印刷により
パターンを形成、焼成して電極を形成した。

【００３１】次に、発電部１２を分極処理をする。駆動
部１１の入力電極１４ａと１４ｂは導電性治具で挟持し
短絡しておく。また、出力電極１５は導電性治具で挟持
しておく。そしてこの電極の形成されたセラミック板１
３を温度３００〜３５０℃の空気中に置き、二つの導電
性治具間に、電界が０．５〜０．７ｋＶ／ｍｍとなるよ
うに直流電圧を印加する。このまま電圧を印加した状態
で温度を１００℃以下にまで下げた後、電圧を切る。こ
の分極処理により、発電部１２の分極方向は図２のよう
に長手方向となる。このように、分極すべき部分に高温
状態で電界を加え、電界印加状態で温度を低下する分極
方法を、一般に電界冷却法と呼んでいる。

【００３２】次いで、駆動部１１の分極処理をする。駆
動部１１の入力電極１４ａと１４ｂにそれぞれ金属製プ
ローブを押し付けて加熱シリコンオイル中に入れ、入力
電極１４ａと１４ｂの間に直流電圧を印加する。このと
き、シリコンオイルの温度は１８０℃、電界は１．８ｋ
Ｖ／ｍｍとなるようにする。この分極処理により、駆動
部１１の分極方向は図２のように長手方向となる。この
ように、分極すべき部分に高温で電界を加え温度を保持
する分極方法を、一般に高温分極法と呼んでいる。

【００３３】上記のようにして圧電トランス１０は作製
される。

【００３４】この圧電トランス１０の電気的接続は図３
のようにするとよい。まず、入力側電極１４ａ・１４ｂ
について、１４ａは１４ａ同士、１４ｂは１４ｂ同士を
ワイヤーボンディング（Ｗ／Ｂ）により金属細線３１に
て電気的に接続する。この金属細線３１には、例えばア
ルミニウム（Ａｌ）線を用いるとよい。ＡｌのＷ／Ｂは
常温で行えるので、圧電トランス１０の熱による分極劣
化を防止できるという有効な効果がある。

【００３５】次に、圧電トランス１０を駆動するための
外部入力端子３２ａ・３２ｂは、図で示すように、複数
本形成されている入力電極１４ａ・１４ｂの内１つの駆
動部１１につき１本ずつ取り出す。この取り出し位置
は、なるべくそれぞれの駆動部１１の中心に近い位置で
あるのが好ましい。さらに、発電部１２における出力電
極１５から外部出力端子３３を取り出す。この外部出力
端子３３の取り出し位置は、発電部１２の中心位置とす
るのがよい。

【００３６】このように構成された圧電トランス１０の
動作は次のようになる。駆動部１１の外部入力端子３２
ａ−３２ｂ間に交流電圧を印加すると、各入力電極１４
ａ・１４ｂ間では電気機械結合係数ｋ₃₃を介して圧電縦
効果３３モードにより長手方向の歪が発生する。このと
き、分極の方向及び印加電界の方向が交互になっている
ため、駆動部１１の入力電極１４ａ・１４ｂ間は全て同
位相で伸縮を繰り返す。その結果、圧電トランス１０全
体に長手方向の縦振動が発生する。この長手方向の縦振
動が発電部１２に伝搬し、発電部１２では、電気機械結
合係数ｋ₃₃を介する圧電縦効果３３モードにより、外部
出力端子３３に電圧が発生する。このような圧電トラン
ス１０を駆動するときの駆動周波数は、圧電トランス１
０の共振周波数もしくはこれに近い値とすることによっ
て、高い出力電圧を得ることができる。

【００３７】さて、前述したように、本実施例では図１
で示されるように、入力電極１４ａ・１４ｂ及び出力電
極１５は、セラミック板１３の上下の主面と側面に電極
が形成されてリング状となっている。駆動部１１ではこ
のリング状の入力電極１４ａと１４ｂが長手方向に交互
に複数本形成されており、分極方向は図２にあるように
長手方向の分極となっている。

【００３８】ところで、長手方向の分極によって得られ
る電気機械結合係数ｋ₃₃は、厚み方向によって得られる
電気機械結合係数ｋ₃₁より大きい値となる。電気機械結
合係数ｋ₃₃が電気機械結合係数ｋ₃₁に比べて大きい値と
なるのは、材料の特性によるものである。例えば、本実
施例でセラミック板１３の材料として使用しているＰＺ
Ｔ系圧電性セラミック材料ＮＥＰＥＣ８（商品名、
（株）トーキン製）の電気機械結合係数は、ｋ₃₁が０．
３４、ｋ₃₃が０．６７である。ただこの値は材料の値で
あるから、圧電トランスに加工した場合は形状効果等に
よりこのままの値とはならないが、ｋ₃₁とｋ₃₃の基本的
な関係は維持される。

【００３９】上記した電気機械結合係数とは、電気的エ
ネルギーを機械的エネルギーに変換する（この逆も然
り）特性を持つ圧電材料（または磁歪材料）の、電気系
と機械系の結合の程度をあらわす定数である。この定数
は、厚み方向の分極によって得られる電気機械結合係数
をｋ₃₁、長手方向の分極によって得られる電気機械結合
係数をｋ₃₃と呼んでいる。

【００４０】一方昇圧比は、電気機械結合係数と比例的
関係にある。すなわち、電気機械結合係数が大きい程、
高い昇圧比を得ることができる。

【００４１】図６や図７、図８にあるような従来例では
駆動部６１・７１・８１の分極は厚み方向であるが、本
実施例では図２に示されるように長手方向の分極である
ので、駆動部１１の電気機械結合係数は従来例の図６、
図７、図８の場合に比べて大きくとることができる。本
発明はこの点が図６、図７、図８における従来例の構成
と大きく異なっている。この電気機械結合係数の値は、
材料の長手方向の分極による電気機械結合係数ｋ₃₃が
０．６７と、厚み方向の分極による電気機械結合係数ｋ
₃₁の値０．３４の約２倍であるから、これに近い向上が
期待できる。従って、本実施例によれば、従来例の図
６、図７、図８のような圧電トランスに比べて昇圧比を
飛躍的に向上させることができる。

【００４２】具体的には、本実施例の圧電トランス１０
と同様の形状である図６のタイプの従来の圧電トランス
６０と比較した場合、従来の圧電トランス６０の駆動部
６１における電気機械結合係数ｋ₃₁は０．１７、発電部
６２における電気機械結合係数ｋ₃₃は０．３６であっ
た。これに対して本実施例の圧電トランス１０の駆動部
１１における電気機械結合係数ｋ₃₃は０．２７、発電部
１２における電気機械結合係数ｋ₃₃は０．３５となる。
このように、駆動部１１の電気機械結合係数の値は、従
来例における駆動部６１の電気機械結合係数の値に対し
て約１．６倍とすることができている。これに伴い、昇
圧比は、従来の圧電トランス６０では２６であったが、
本実施例によれば４２とすることができ、従来の圧電ト
ランス６０に対して約１．６倍の昇圧比を得ることがで
きた。

【００４３】一方の図９の従来例では、従来技術の項で
も説明したように、駆動部９１の分極方向は基本的には
長手方向（９８ａ・９８ｂ）となっている。しかしなが
ら、入力電極９４ａ・９４ｂは櫛形形状であるが故に、
図９（ｂ）のような電界分布を示す。即ち、櫛の根本付
近の電界は、櫛の歯の先端との間に生じるために、図９
（ｂ）中で示される矢印のように放射状のような方向と
なっており、ここに分極による電界方向が長手方向とな
らない領域９９が存在する。この領域９９と、この領域
９９を除いた分極方向が長手方向となっている領域、即
ち分極９８ａ・９８ｂの領域とは伸縮する方向が異なる
ことになり、そのため分極による電界方向が長手方向と
ならない領域９９には大きな歪みが生じる。その結果、
図９のような圧電トランス９０においては、分極による
電界方向が長手方向とならない領域９９にこの歪みが原
因であるクラックが発生するという問題が生じる。仮
に、この領域９９にクラックが発生しなかったとして
も、領域９９における電界方向は、駆動部の主要な振動
方向である長手方向と一致せず、圧電トランス９０の振
動を阻害するように作用するため、十分な昇圧比の向上
ができない。

【００４４】ところが、本実施例では図１に示されるよ
うに、セラミック板１３の上下の主面及び側面上にリン
グ状の入力電極１４ａ・１４ｂを形成したので、従来例
の図９（ｂ）のような、分極による電界方向が長手方向
とならない領域９９は存在しない。本発明による本実施
の形態の構成は、この点が図９の従来例と大きく異なっ
ている。従って、本実施の形態によれば、図９の従来例
のようなクラックの発生はない。なおかつ、分極による
電界方向が長手方向とならない領域９９のような領域が
ないので、圧電トランス１０の振動を阻害するような作
用もない。この結果、図９の従来例よりもさらに昇圧比
を向上することができる。

【００４５】より具体的に、昇圧比について図９のよう
な従来例と本実施例を比較してみる。比較を行うため
に、図９のような従来例を本実施例と同様に３次ローゼ
ン型圧電トランスに適用する。従来の圧電トランス９０
のタイプの場合、駆動部の電気機械結合係数ｋ₃₃は０．
２１であった。これに対して、本実施例の駆動部１１の
電気機械結合係数ｋ₃₃は前述した通り０．２７であり、
従来の圧電トランス９０のタイプの場合に対して、約
１．３倍となった。これに伴い、昇圧比は従来の圧電ト
ランス９０のタイプで３４であったのが、本実施例では
４２の昇圧比を得ることができ、昇圧比は図９の従来の
圧電トランスに対して約１．３倍に向上できた。

【００４６】即ち、本実施の形態の圧電トランス１０に
よれば、図９の従来例で問題となっていたクラックの発
生を防止できると同時に、さらなる昇圧比の向上が可能
なのである。

【００４７】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。

【００４８】図４、図５は第２の実施の形態による圧電
トランスに関わる図であり、図４は第２の実施の形態に
よる圧電トランスの外観斜視図、図５（ａ）は図４のＡ
−Ａ′線に沿った断面図、図５（ｂ）は図４のＢ−Ｂ′
線に沿った断面図、図５（ｃ）は図４のＣ−Ｃ′線に沿
った断面図である。

【００４９】図４において、圧電トランス４０は２つの
駆動部４１と１つの発電部４２に大別され、発電部４２
の長手方向両隣に駆動部４１が配置されている。駆動部
４１には、長板状のセラミック板４３の上下の主面及び
側面を覆うようにリング状の入力電極４４ａと４４ｂが
形成されており、この入力電極４４ａと４４ｂは長手方
向に一定の間隔をもって交互に複数本形成される。ま
た、発電部４２の長手方向中央部には、長板状のセラミ
ック板４３の上下の主面及び側面を覆うようにリング状
の出力電極４５が形成されている。さらに、本実施例に
おいては、入力電極４４ａ同士及び４４ｂ同士を接続す
る、接続電極４６ａ・４６ｂがセラミック板４３の主面
上に形成されている。そして、この圧電トランス４０は
分極処理により、図中の太い矢印４９ａ・４９ｂ及び５
０ａ・５０ｂで示されるように、駆動部４１・発電部４
２共に長手方向に分極されている。

【００５０】なお、本実施の形態では出力電極４５をリ
ング状に形成しているが、セラミック板４３の上下の主
面上のみに短冊状に形成してリード線等で電気的接続を
とってもよい。

【００５１】上記の接続電極４６ａ・４６ｂは、詳しく
は図５に示されているような構成となっている。図５
（ａ）は接続電極４６ａの部分の構造を示す図である。
図５（ａ）において、セラミック板４３上に入力電極４
４ａと４４ｂが形成された後、入力電極４４ａと４４ｂ
が接続電極４６ａによって短絡されないために、入力電
極４４ｂ上とさらに、入力電極４４ａと４４ｂ間のセラ
ミック板４３の地が出ている部分を絶縁保護層５１でカ
バーするように形成する。この絶縁保護層の幅は、接続
電極４６ａの幅より少し広い幅とすればよい。そして、
絶縁保護層５１を形成した後、絶縁保護層５１の上に接
続電極４６ａを形成する。このように構成することによ
り、入力電極４４ａ同士を接続電極４６ａによって接続
することができる。

【００５２】また、図５（ｂ）は接続電極４６ｂの部分
の構造を示す図である。図５（ｂ）において、セラミッ
ク板４３上に入力電極４４ａと４４ｂが形成された後、
入力電極４４ａと４４ｂが接続電極４６ｂによって短絡
されないために、入力電極４４ａ上とさらに、入力電極
４４ａと４４ｂ間のセラミック板４３の地が出ている部
分を絶縁保護層５１でカバーするように形成する。この
絶縁保護層の幅は、接続電極４６ａの幅より少し広い幅
とすればよい。そして、絶縁保護層５１を形成した後、
絶縁保護層５１の上に接続電極４６ｂを形成する。この
ように構成することにより、入力電極４４ｂ同士を接続
電極４６ｂによって接続することができる。

【００５３】ところで上述した入力電極４４ａと４４ｂ
の最適な幅・形成される間隔及び本数は、圧電トランス
４０のサイズによって決まるものであって、もちろん、
図中で示される幅・間隔及び本数に制限されるものでは
ない。例えば、長さ４２．０ｍｍ、幅１０．０ｍｍ、厚
さ１．０ｍｍの３次ローゼン型圧電トランスの場合、入
力電極４４ａと４４ｂの幅は０．３ｍｍ、４４ａと４４
ｂの間隔（セラミック板４３の地が出ている幅）は０．
６ｍｍ、本数は１６本がよい。〔実施例２〕ここで、具体的に本実施の形態の製造方法
を説明する。本実施例では、実施例１と同様、圧電性セ
ラミック材料ＮＥＰＥＣ８を用いて、長さ４２．０ｍ
ｍ、幅１０．０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍのセラミック板４
３を作製した。そして、まずセラミック板４３の上下の
主面及び側面に、電極材として銀ペーストまたは銀・パ
ラジウムペーストを用い、スクリーン印刷により入力電
極４４ａ・４４ｂのパターンを形成後、焼成して電極を
形成する。

【００５４】次に、発電部４２を分極処理をする。駆動
部４１の入力電極４４ａと４４ｂは導電性治具で挟持し
短絡しておく。また、出力電極４５は導電性治具で挟持
しておく。そしてこの電極の形成されたセラミック板４
３を温度３００〜３５０℃の空気中に置き、二つの導電
性治具間に、電界が０．５〜０．７ｋＶ／ｍｍとなるよ
うに直流電圧を印加する。このまま電圧を印加した状態
で温度を１００℃以下にまで下げた後、電圧を切る。こ
の分極処理により、発電部４２の分極方向は長手方向と
なる。

【００５５】その後、絶縁保護層５１を、例えばポリイ
ミドのような樹脂を用いて入力電極４４ａ・４４ｂの上
にパターン形成してキュアし、さらにその上に導電性ペ
ーストを用いて接続電極４６ａ・４６ｂをパターン形成
・キュアする。

【００５６】次いで、駆動部４１の分極処理をする。駆
動部４１の入力電極４４ａと４４ｂにそれぞれ金属製プ
ローブを押し付けて加熱シリコンオイル中に入れ、入力
電極４４ａと４４ｂの間に直流電圧を印加する。このと
き、シリコンオイルの温度は１８０℃、電界は１．８ｋ
Ｖ／ｍｍとなるようにする。この分極処理により、駆動
部４１には長手方向の分極方向が得られる。

【００５７】上記のようにして圧電トランス４０が作製
される。

【００５８】このようにして作製された圧電トランス４
０は、図４で示すように、接続電極４６ａから外部入力
端子４７ａを、接続電極４６ｂから外部入力端子４７ｂ
を、出力電極４５から外部出力端子４８をそれぞれ取り
出して動作させる。本実施例の圧電トランス４０の動作
は次の通りである。

【００５９】駆動部４１の外部入力端子４７ａ−４７ｂ
間に交流電圧を印加すると、各入力電極４４ａ・４４ｂ
間では電気機械結合係数ｋ₃₃を介して圧電縦効果３３モ
ードにより長手方向の歪が発生する。このとき、分極の
方向及び印加電界の方向が交互になっているため、駆動
部４１の入力電極４４ａ・４４ｂ間は全て同位相で伸縮
を繰り返す。その結果、圧電トランス４０全体に長手方
向の縦振動が発生する。この長手方向の縦振動が発電部
４２に伝搬し、発電部４２では、電気機械結合係数ｋ₃₃
を介する圧電縦効果３３モードにより、外部出力端子４
８に電圧が発生する。このような圧電トランス４０を駆
動するときの駆動周波数は、圧電トランス４０の共振周
波数もしくはこれに近い値とすることによって、高い出
力電圧を得ることができる。

【００６０】さて、前述したように、本実施例では図４
で示されるように、入力電極４４ａ・４４ｂ及び出力電
極４５は、セラミック板４３の上下の主面と側面に電極
が形成されてリング状となっている。駆動部４１ではこ
のリング状の入力電極４４ａと４４ｂが長手方向に交互
に複数本形成されており、分極方向は図４にあるように
長手方向の分極となっている。

【００６１】ところで、実施例１でも説明したように、
材料の特性により、長手方向の分極によって得られる電
気機械結合係数ｋ₃₃は、厚み方向によって得られる電気
機械結合係数ｋ₃₁より大きい値となる。従って、本実施
例では、駆動部４１が長手方向に分極されているので、
図６、図７、図８のように駆動部６１・７１・８１が厚
み方向に分極されている圧電トランスよりも、駆動部４
１の電気機械結合係数は大きい値が得られる。この結
果、昇圧比も向上できる。本実施例の場合、図６、図
７、図８のような従来の圧電トランスに対して、約１．
６倍の昇圧比を得ることができた。

【００６２】また、一方の図９の従来例では、従来技術
の項でも説明したように、駆動部９１の分極方向は基本
的には長手方向となっている。しかしながら、入力電極
９４ａ・９４ｂは櫛形形状であるが故に、電界分布は図
９（ｂ）のように放射状のような方向となっており、分
極による電界方向が長手方向とならない領域９９が存在
する。この領域９９と分極方向が９８ａ・９８ｂの領域
とは伸縮する方向が異なるため、分極による電界方向が
長手方向とならない領域９９には大きな歪みが生じてお
り、結果、クラックが発生するという問題が生じる。仮
に、この領域９９にクラックが発生しなかったとして
も、領域９９における電界方向は、駆動部の主要な振動
方向である長手方向と一致せず、圧電トランス９０の振
動を阻害するように作用するため、十分な昇圧比の向上
ができない。

【００６３】ところが、本実施例では図４に示されるよ
うに、セラミック板４３の上下の主面及び側面上にリン
グ状の入力電極４４ａ・４４ｂを形成したので、従来例
の図９（ｂ）のような、分極による電界方向が長手方向
とならない領域９９は存在しない。本発明による本実施
例の構成は、この点が図９の従来例と大きく異なってい
る。従って、本実施例によれば、図９の従来例のような
クラックの発生はない。なおかつ、分極による電界方向
が長手方向とならない領域９９のような領域がないの
で、圧電トランス４０の振動を阻害するような作用もな
い。この結果、図９の従来例よりもさらに昇圧比を向上
することができる。本実施例の場合、昇圧比は図９の従
来例に対して約１．３倍の昇圧比を得ることができた。

【００６４】なお、本実施例では、接続電極４６ａと４
６ｂをセラミック板４３の同一主面上に形成している
が、接続電極４６ａ・４６ｂはそれぞれ入力電極４４ａ
・４４ｂを接続することができれば同一主面上である必
要はなく、上下の主面及び側面の何れに形成してもよ
い。

【００６５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
駆動部に形成する入力電極を、セラミック板の上下の主
面及び側面に形成してリング状の入力電極とし、このリ
ング状の入力電極を圧電トランスの長手方向に複数本設
けて分極方向が長手方向となるような構成としたので、
（１）駆動部の分極方向を厚み方向としている圧電トラ
ンスに比べて約１．６倍の昇圧比を得ることができる。

【００６６】また、上記の構成とした本発明では、駆動
部の入力電極形状が櫛形の場合の圧電トランスに存在す
る分極方向が長手方向とならない領域、即ちクラックを
発生させ圧電トランスの振動を阻害する領域をなくすこ
とができたので、（２）駆動部の入力電極形状が櫛形の
場合の圧電トランスに比べて、クラックの発生をなくす
ことができると同時に、さらに昇圧比を約１．３倍に向
上することができる、という効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の第１の実施の形態による圧電ト
ランスの外観斜視図。（ｂ）図１（ａ）のＡ−Ａ′線に沿った断面図。（ｃ）図１（ａ）のＢ−Ｂ′線に沿った断面図。

【図２】（ａ）本発明の第１の実施の形態における圧電
トランスの分極方向を示す平面図。（ｂ）本発明の第１の実施の形態における圧電トランス
の分極方向を示す側断面図。

【図３】本発明の第１の実施の形態の圧電トランスの電
気的接続を示した図。

【図４】本発明の第２の実施の形態による圧電トランス
の外観斜視図。

【図５】（ａ）図４のＡ−Ａ′線に沿った断面図。（ｂ）図４のＢ−Ｂ′線に沿った断面図。（ｃ）図４のＣ−Ｃ′線に沿った断面図。

【図６】従来例１における圧電トランスの外観斜視図。

【図７】（ａ）従来例２における圧電トランスの外観斜
視図。（ｂ）従来例２における圧電トランスの側断面図。（ｃ）従来例２における圧電トランスの変位分布を示す
図。

【図８】（ａ）従来例３における圧電トランスの外観斜
視図。（ｂ）従来例３における圧電トランスの側断面図。（ｃ）従来例３における圧電トランスの変位分布を示す
図。

【図９】（ａ）従来例４における圧電トランスの外観斜
視図。（ｂ）図９（ａ）の櫛形電極部の電界分布を示した部分
拡大平面図。

【符号の説明】

１０，４０，６０，７０，８０，９０圧電トランス１１，４１，６１，７１，８１，９１駆動部１２，４２，６２，７２，８２，９２発電部１３，４２，６３，９３セラミック板１４ａ・ｂ，４４ａ・ｂ，６４ａ・ｂ，７４，８４，９
４ａ・ｂ入力電極１５，４５，６５ａ・ｂ，７５ａ・ｂ，８５ａ・ｂ，９
５ａ・ｂ出力電極２１ａ・ｂ，４９ａ・ｂ入力側分極２２ａ・ｂ，５０ａ・ｂ出力側分極３１金属細線３２ａ・ｂ，４７ａ・ｂ外部入力端子３３，４８外部出力端子４６ａ・ｂ接続電極５１絶縁保護層６６ａ・ｂ・ｃ，７９ａ・ｂ・ｃ，８９ａ・ｂ・ｃ，９
７，９８ａ・ｂ分極方向７６ａ・ｂ，８６ａ・ｂ，９６分極電極７７，８７アース電極７８，８８ｅリード線８８ａ入力端子８８ｂアース端子８８ｃ出力端子８８ｄ帰還端子９９分極による電界方向が長手方向とならない領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】長板状のセラミック板が長手方向に亘っ
て少なくとも１つの駆動部と発電部に区分され、前記発
電部は、出力電極取り出し用の取り出し電極を有し、前
記駆動部は、高位側電源に接続する第１の駆動用電極と
低位側電源に接続する第２の駆動用電極を有する圧電ト
ランスにおいて、前記取り出し電極が前記セラミック板の上下の主面及び
側面上にリング状に形成されると共に前記セラミック板
の長手方向に分極されてなり、前記第１の駆動用電極と前記第２の駆動用電極は、前記
セラミック板の上下の主面及び側面上にリング状に形成
される電極であって、それぞれ少なくとも１本以上が前
記セラミック板の長手方向に形成されると共に、前記第
１の駆動用電極と前記第２の駆動用電極間が分極されて
なることを特徴とする圧電トランス。
【請求項２】前記取り出し電極が前記セラミック板の
上下の主面上に短冊状に形成された請求項１記載の圧電
トランス。
【請求項３】前記第１の駆動用電極と前記第２の駆動
用電極は、それぞれ少なくとも１本以上が前記セラミッ
ク板の長手方向に交互に形成されていることを特徴とす
る請求項１記載の圧電トランス。
【請求項４】前記第１の駆動用電極と前記第２の駆動
用電極は、前記第１の駆動用電極間及び前記第２の駆動
用電極間を金属細線で電気的に接続したことを特徴とす
る請求項３記載の圧電トランス。
【請求項５】長板状のセラミック板が長手方向に亘っ
て少なくとも１つの駆動部と発電部に区分され、前記発
電部は、前記セラミック板の上下の主面及び側面上にリ
ング状に出力電極取り出し用の取り出し電極が形成され
ると共に、前記セラミック板の長手方向に分極されてな
り、前記駆動部は、高位側電源に接続する第１の駆動用
電極と低位側電源に接続する第２の駆動用電極が前記セ
ラミック板の上下の主面及び側面上にリング状に形成さ
れ、それぞれ少なくとも１本以上が長手方向に交互に形
成されると共に、前記第１の駆動用電極と前記第２の駆
動用電極間が分極されてなる圧電トランスにおいて、前記駆動部に、長手方向に線状の第１の絶縁保護層を形
成し、前記第１の絶縁保護層は前記第１の駆動用電極上
の電気的接続をとる部分を除去し、前記第１の絶縁保護
層の上に線状の第１の接続電極を形成することにより、
前記第１の駆動用電極間を電気的に接続し、前記駆動部に、長手方向に線状の第２の絶縁保護層を形
成し、前記第２の絶縁保護層は前記第２の駆動用電極上
の電気的接続をとる部分を除去し、前記第２の絶縁保護
層の上に線状の第２の接続電極を形成することにより、
前記第２の駆動用電極間を電気的に接続したことを特徴
とする圧電トランス。
【請求項６】前記第１の絶縁保護層及び前記第１の接
続電極と、前記第２の絶縁保護層及び前記第２の接続電
極は、前記セラミック板の一方の同一の主面上に形成さ
れたことを特徴とする請求項５記載の圧電トランス。
【請求項７】前記第１の絶縁保護層及び前記第１の接
続電極と、前記第２の絶縁保護層及び前記第２の接続電
極は、前記セラミック板の異なる主面上に形成されたこ
とを特徴とする請求項５記載の圧電トランス。
【請求項８】前記第１の絶縁保護層及び前記第１の接
続電極と、前記第２の絶縁保護層及び前記第２の接続電
極は、前記セラミック板の側面に形成されたことを特徴
とする請求項５記載の圧電トランス。