JPH10190087A - 圧電トランス - Google Patents

圧電トランス

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JPH10190087A
JPH10190087A JP35069996A JP35069996A JPH10190087A JP H10190087 A JPH10190087 A JP H10190087A JP 35069996 A JP35069996 A JP 35069996A JP 35069996 A JP35069996 A JP 35069996A JP H10190087 A JPH10190087 A JP H10190087A
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Osamu Shibata
治 柴田
Takaaki Asada
隆昭 浅田
Toshiaki Kachi
敏晃 加地
Akiteru Takatsuka
暁輝 高塚
Michio Kadota
道雄 門田
Yoshiaki Kono
芳明 河野
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 駆動周波数を変化させて出力電圧を調整する
場合であっても効率の低下が生じ難い圧電トランスを得
る。 【解決手段】 直方体状の圧電体2の長さ方向Aに沿っ
て1次側部3及び2次側部4を構成してなるローゼン型
圧電トランス1において、2次側部4に未分極または弱
分極の不活性部6,6を設けることにより、2次側部4
の実効的電気機械結合係数を低下させ、それによって昇
圧比周波数特性の傾きを急峻としたローゼン型圧電トラ
ンス1。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電体の長さ方向
に沿って1次側及び2次側を構成してなるローゼン型の
圧電トランス及びその製造方法に関し、例えば、蛍光管
点灯回路や、高圧発生回路において昇圧トランスとして
好適に用い得る圧電トランス及びその製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】数十〜数百kHz帯で使用される圧電ト
ランスとして、ローゼン型圧電トランスが知られてい
る。
【0003】図1に、従来のローゼン型圧電トランスを
示す。ローゼン型圧電トランス51は、直方体状の圧電
セラミックス52を用いて構成されている。圧電セラミ
ックス52において、長さ方向Aに沿って、1次側部5
3及び2次側部54が構成されている。
【0004】1次側部53では、圧電セラミックス52
が厚み方向に分極処理されている。すなわち、1次側部
53においては、複数の電極55が圧電セラミック層を
介して重なり合うように配置されており、電極55間の
圧電セラミック層は、隣接する圧電セラミック層が厚み
方向において逆方向となるように分極処理されている。
【0005】他方、2次側部54は図示の長さ方向Aに
分極処理されている。2次側部54においては、長さ方
向Aに直交する端面の全面を覆うように電極56が形成
されている。
【0006】圧電トランス51では、複数の電極55が
圧電セラミック層を介して重なり合うように配置されて
いるため、1次側部53は、低インピーダンスとされて
おり、2次側部54は、端面に電極56を形成した構造
を有するため高インピーダンスとされている。
【0007】従って、昇圧トランスとして圧電トランス
51を用いる場合、1次側部53の上面及び下面に配置
された電極55から入力電圧を印加すると、圧電逆効果
により、圧電セラミックス52の長さ方向寸法により決
定される振動数の長さ方向縦振動が励振される。2次側
部54では、上記長さ方向縦振動に基づく振動エネルギ
ーが圧電正効果により、電力として取り出される。2次
側部54のインピーダンスが1次側部53のインピーダ
ンスよりも高いため、電極56から高電圧を取り出すこ
とができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ローゼン型圧電トラン
ス51では、1次側部53及び2次側部54の何れにお
いても、圧電セラミックス52が完全に分極されてい
る。従って、1次側部53及び2次側部54において、
実効電気機械結合係数に自由度を与えることができず、
昇圧比の周波数特性は、圧電セラミックス52の寸法
と、負荷抵抗とによって一義的に定まっている。
【0009】ところで、例えば冷陰極線管点灯回路にお
いては、一般的に、出力電圧を変化させて調光を行って
いる。また、入力電圧の変動に対しても対応する必要が
あるため、通常、冷陰極線管点灯回路に用いられる圧電
トランスでは、出力電圧の調整は駆動周波数を変化させ
ることにより行われている。
【0010】圧電トランス51の昇圧比の周波数特性で
は、共振点において昇圧比が高く、共振点から離れた周
波数、特に高周波数側では昇圧比が大きく低下する。従
って、出力電圧を低める必要がある場合、圧電トランス
の駆動周波数を共振点よりも高い周波数にする必要があ
り、この場合の離調幅は、昇圧比の周波数特性の傾きが
緩やかな程大きくなる。
【0011】他方、圧電トランスの効率は、上記離調幅
が大きい程低下するため、昇圧比の周波数特性が緩やか
なことは好ましくない。特に、圧電トランスの効率の周
波数特性は高周波数領域に行くに従って大きく低下する
ため、離調幅が大きいと、損失による発熱が大きくな
り、圧電トランスを回路に組み込んだ際に誤動作や熱暴
走を引き起こす原因となる。
【0012】従って、本発明の目的は、昇圧比周波数特
性の傾きがより急峻であり、従って、出力電圧の調整の
ための離調幅を小さくでき、それによって効率の低下を
抑制しつつ出力電圧の調整を行うことができる圧電トラ
ンス及びその製造方法を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、分極された圧電体の長さ方向に沿って、1次側部及
び2次側部を構成してなるローゼン型圧電トランスにお
いて、前記2次側部の一部に未分極または弱分極の不活
性部を設けたことを特徴とする。ここでは、2次側部の
一部に未分極または弱分極の不活性部が設けられている
ため、2次側部の実効的電気機械結合係数が低下され、
それによって昇圧比の周波数特性が急峻とされる。
【0014】なお、上記不活性部とは、2次側部の一部
に設けられた未分極または弱分極の領域を広く含むもの
であり、このような不活性部の形成は、後述の発明の実
施形態から明らかなように、種々の態様で実現し得る。
【0015】請求項2に記載の発明は、圧電体の長さ方
向に沿って1次側部及び2次側部が構成されているロー
ゼン型圧電トランスであって、厚み方向に分極された1
次側部と、長さ方向に分極された2次側部とを有する圧
電体と、前記圧電体の1次側部に形成された電極と、前
記圧電体の2次側部において、圧電体の長さ方向に交差
する端面に形成された電極とを備え、該端面に形成され
た電極が端面の面積よりも小さくされていることを特徴
とする。ここでは、2次側部において圧電体の長さ方向
に交差する端面に形成された電極が、端面の面積よりも
小さくされており、かつ該電極を用いて2次側部が分極
処理されている。従って、2次側部に、上記端面に形成
された電極を用いた分極により不活性部が設けられ、2
次側部の実効的電気機械結合係数が低下され、昇圧比の
周波数特性の傾きが急峻とされている。
【0016】請求項3に記載の発明は、圧電体の長さ方
向に沿って1次側部及び2次側部が構成されているロー
ゼン型圧電トランスであって、厚み方向に分極された1
次側部と、長さ方向に分極された2次側部とを有する圧
電体と、前記圧電体の1次側部に形成されており、かつ
2次側部側の端部に電極欠落部が形成された電極と、前
記圧電体の2次側部において、圧電体の長さ方向に交差
する端面に形成された電極とを備えることを特徴とす
る。
【0017】請求項4に記載の発明は、請求項1または
2に記載のローゼン型圧電トランスの製造方法であっ
て、前記圧電体の1次側部に一対の電極を、2次側部に
圧電体の長さ方向に交差する端面に、該端面よりも面積
の小さい電極を形成した後に、2次側部を分極すること
を特徴とする。ここでは、2次側部に、圧電体の長さ方
向に交差する端面に、該端面より面積の小さい電極を形
成した後に、2次側部を分極することにより、2次側部
に上記不活性部が形成される。
【0018】請求項5に記載の発明は、請求項1または
2に記載のローゼン型圧電トランスの製造方法であっ
て、前記圧電体の長さ方向に交差する端面に電極を形成
し、圧電体の2次側部を分極した後に、2次側部の分極
を部分的に除去もしくは分極度を低下させることを特徴
とする。ここでは、2次側部を分極した後に、分極の部
分的除去もしくは分極度の部分的な低下により不活性部
が形成される。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、本発明
の非限定的な実施例に係る圧電トランスを説明する。
【0020】(第1の実施例)図2は、本発明の第1の
実施例に係る圧電トランスを示す斜視図である。圧電ト
ランス1は、直方体状の圧電セラミックス2を用いて構
成されている。圧電セラミックス2としては、チタン酸
ジルコン酸鉛系圧電セラミックスのような適宜の圧電セ
ラミックスを用いることができ、特に限定されるもので
はない。
【0021】圧電セラミックス2の長さ方向Aに沿って
1次側部3及び2次側部4が構成されている。1次側部
3においては、複数の電極5が、圧電セラミック層を介
して重なり合うように配置されている。電極5,5間に
存在する圧電セラミック層は、隣り合う圧電セラミック
層が厚み方向において逆方向となるように分極処理され
ている。従って、1次側部3は、従来の圧電トランス5
1の1次側部53と同様に構成されている。
【0022】2次側部4においては、圧電セラミックス
2は、長さ方向Aに沿うように分極処理されている。も
っとも、この2次側部4においては、全体が長さ方向A
に沿って一様に分極処理されているのではなく、弱分極
状態の不活性部6,6が形成されている。
【0023】不活性部6,6は、端面2aに端面2aよ
りも小さな面積の電極7を形成し、該電極7と、1次側
部3の上面及び下面に配置された電極5,5とを用いて
圧電セラミックス2を分極処理することにより構成され
ている。すなわち、圧電セラミックス2の端面2aの幅
方向両端のコーナー部分近傍は、上記分極処理に際し電
界が十分に印加されないことになるため、弱分極状態と
なり、不活性部6,6が構成されている。
【0024】圧電トランス1では、不活性部6,6が設
けられているため、2次側部4の実効的な電気機械結合
係数が低下されることになる。圧電トランス1を昇圧ト
ランスとして用いる場合、圧電トランス51と同様に、
1次側部3から出力電圧を印加し、電極7から出力電圧
を取り出す。この場合、出力電圧を低める必要がある場
合には、駆動周波数を共振点から離れた周波数に設定す
る。ところが、上記不活性部6,6が設けられているた
め、実効的電気機械結合係数が低下されており、それに
よって昇圧比の周波数特性がより急峻とされている。従
って、出力電圧を低める必要がある場合の共振点からの
離調幅を小さくすることができ、それによって効率の低
下を余り引き起こすことなく、出力電圧を調整すること
ができる。
【0025】上記圧電トランス1において、昇圧比の周
波数特性がより急峻とされることを具体的な実験例に基
づき説明する。圧電トランス1として、チタン酸ジルコ
ン酸鉛系圧電セラミックスからなり、長さ16.5×幅
8.0×厚み2.0mmの寸法のものを用意し、1次側
部3の電極5の寸法を長さ8.25×幅7.5mm、電
極5の積層数を9枚とし、電極7の寸法を、端面2aの
面積の3/4としたものを作製した。また、電極7の面
積を、端面2aの面積の1/2としたものも用意した。
さらに、比較のために、圧電トランス51と同様に、端
面2aに形成された電極の面積を端面2aと同等とした
ものを用意した。
【0026】上記3種類の圧電トランスの昇圧比周波数
特性及び効率周波数特性を測定した。結果を図3,図4
に示す。なお、図3,図4において、実線が電極7の面
積を端面の面積の1/2とした場合を、一点鎖線が電極
7の面積を端面の面積の3/4とした場合を、破線が電
極7の面積を端面の面積と等しくした場合を示す。
【0027】図3から明らかなように、電極7の面積を
端面2aの面積の1/2とした場合、端面2aの全面に
電極を形成した場合に比べて、昇圧比がピーク値で2d
B大きくなっており、昇圧比周波数特性の傾きが急峻で
あることがわかる。
【0028】また、電極7の面積を端面の面積の3/4
及び1/2と小さくした場合、すなわち、電極7の面積
を小さくすればする程、昇圧比周波数特性の傾きが急峻
となることがわかる。従って、電極7の面積を端面2a
の面積よりも小さくすることにより、出力電圧を低める
必要がある場合の離調幅を小さくし得ることがわかる。
【0029】また、図4から、上記のように電極7の面
積を小さくした場合であっても、効率周波数特性がさほ
ど変化しないことがわかる。すなわち、電極7の面積の
大きさの如何に関わらず、効率周波数特性があまり影響
を受けないため、上記のように電極7の面積を小さくし
て離調幅を小さくしたとしても、効率の低下が生じ難い
ことがわかる。
【0030】よって、図3,図4の結果から、本発明実
施例のように電極7の面積を小さくして2次側部を分極
処理し、不活性部6を設けた場合、出力電圧を低めるよ
うに駆動周波数を変化させる場合、周波数を変化させた
幅、すなわち離調幅を小さくすることができ、かつその
場合効率の低下が生じ難いことがわかる。
【0031】(第1の実施例の変形例)図2に示した圧
電トランス1では、端面2aにおいて、端面2aよりも
小さな電極7を形成して不活性部6を構成するにあた
り、電極7の形状は、図5(a)に示すように、端面2
aの幅方向両端近傍部分を残し、端面2aの幅方向中央
に形成することにより行っていたが、電極7の形状につ
いては、特に限定されるものではない。
【0032】例えば、図5(b)に示すように、端面2
aの上方領域及び下方領域を残すように、端面2aの圧
電セラミックス2の厚み方向中央部分にのみ電極7を形
成してもよい。この場合においても、電極7を用いて2
次側部4を分極処理することにより、不活性部が、2次
側部において、圧電セラミックス2の上面及び下面近傍
に形成されることになり、第1の実施例と同様の効果を
得ることができる。
【0033】さらに、図6(a)に示すように、端面2
aにおいて、上面及び下面近傍領域だけでなく、幅方向
両端近傍をも残し、端面2aの中央部分にのみ電極7を
形成してもよい。また、図6(b)に示すように、電極
7は端面2aの外周縁に至るように形成されており、か
つ内部に電極欠落部8を有するように構成してもよい。
この場合、電極欠落部8については、図示のように矩形
の窓部に限定されるものではなく、円、三角形等の適宜
の形状とすることができ、かつ電極欠落部8の数につい
ても任意である。
【0034】(第2の実施例)第1の実施例に係る圧電
トランス1では、2次側部4において、端面2aに形成
された電極7を、端面2aの面積よりも小さくすること
により不活性部6,6が構成されていた。これに対し
て、第2の実施例に係る圧電トランスでは、1次側部に
おいて、電極欠落部を設けることにより、2次側部に不
活性部が構成される。これを、図7(a)を参照して説
明する。図7(a)は、第2の実施例に係る圧電トラン
ス11の平面図である。圧電トランス11は、直方体状
の圧電セラミックス2を用いて構成されており、該圧電
セラミックス2の長さ方向Aに沿って1次側部3及び2
次側部4が構成されている。圧電トランス11が、圧電
トランス1と異なる点は、電極5に代えて、一部が欠
落した電極15が用いられていること、並びに端面2
aに形成されている電極が、端面2aの全面に形成され
ていてもよいことにある。
【0035】1次側部3において、電極15は、圧電セ
ラミックス2の上面だけでなく、圧電セラミックス2
内、及び圧電セラミックス2の下面にも形成されてい
る。1次側部3の分極は、複数の電極15を用いて行わ
れ、それによって電極15,15間に挟まれている圧電
セラミック層が、隣り合う圧電セラミック層において厚
み方向に逆方向となるように分極処理される。すなわ
ち、1次側部3の分極は、圧電トランス1の場合と同様
にして行われる。
【0036】2次側部4の分極は、上面に配置された電
極15及び下面に配置された電極15と、端面2aに形
成された電極(図示されず)との間に電圧を印加するこ
とにより、行われる。すなわち、分極方法自体は、第1
の実施例の圧電トランス1の場合と同様である。もっと
も、電極15の端面2a側の端部では、端面2aと直交
する端縁15aの両端が、圧電セラミックス2の幅方向
両端まで延びていない。端縁15aの両端には、端面2
aから遠ざかる方向に延びる傾斜縁15b,15bが連
ねられている。すなわち、傾斜縁15b,15bが形成
されているため、電極15は、端面2a側の端部におい
て、電極が一部欠落されている。その結果、2次側部4
の分極に際しては、多点のハッチングで示す弱分極部、
すなわち不活性部16,16が形成されることになる。
この不活性部16は図示のように2次側部4に主として
構成される。
【0037】よって、圧電トランス11においても、不
活性部16,16が2次側部4に構成されることになる
ため、2次側部4の実効的電気機械結合係数を低下させ
ることができ、それによって昇圧比周波数特性が急峻化
される。
【0038】なお、圧電トランス11おいては、上記傾
斜縁15b,15bを設けることにより、1次側部3の
電極15に電極欠落部を設けていたが、図7(b)に示
すように、端面2a側の端部を曲線状とし、それによっ
て電極欠落部を設けてもよい。すなわち、図7(b)に
示す電極15は、圧電セラミックス2の幅方向中央にお
いて凸状となるように電極15の端縁15cが曲線状の
形状とされており、それによって分極処理後に2次側部
4に不活性部16,16が構成される。
【0039】(その他の変形例)図2に示した圧電トラ
ンス1では、端面2aよりも面積の小さい電極7を形成
して分極することにより不活性部6,6を設け、第2の
実施例では、1次側部3の電極15の形状を変更するこ
とにより不活性部16,16を分極により得ていたが、
本発明における未分極もしくは弱分極の不活性部を形成
する方法は、これらに限定されるものではない。
【0040】すなわち、圧電トランス1において、端面
2aの全面に電極7を形成し、2次側部4を従来の圧電
トランス51と同様にして分極処理した後、2次側部4
において、部分的に分極を除去してもよい。すなわち、
例えば、図2に示す不活性部6,6に相当する領域の分
極を除去することにより、あるいは分極度を低下させる
ことにより、不活性部6,6を形成してもよい。
【0041】上記のような不活性部6,6を形成するた
めの脱分極あるいは分極度の低下は、不活性部6,6に
相当する領域を部分的に加熱することにより行い得る。
この加熱は、例えば、ラバーヒータなどを、分極度を低
下させたい領域に当接し、分極度が低下する程度まで加
熱することにより容易に行い得る。すなわち、本発明に
係る圧電トランスの製造に際し、上記不活性部を形成す
る方法については、2次側部4の一部に不活性部を設け
るように、2次側部を分極処理した後に、2次側部の一
部を加熱等により脱分極もしくは分極度を低下させるこ
とにより行い得る。
【0042】
【発明の効果】請求項1に記載の発明では、ローゼン型
圧電トランスにおいて、2次側部の一部に未分極または
弱分極の不活性部が設けられているので、昇圧比周波数
特性が従来のローゼン型圧電トランスに比べて急峻化さ
れる。従って、例えば、駆動周波数を高めて出力電圧を
低下させる必要がある場合、離調幅を低減することがで
き、それによって効率の低下をさほど引き起こすことな
く出力電圧を低めることができる。よって、例えば、冷
陰極(蛍光)管に用いた場合、調光に際し、出力電圧を
低めたとしても、熱暴走等を引き起こすことなく、確実
に調光を行い得る。
【0043】また、請求項2に記載の発明では、ローゼ
ン型圧電トランスにおいて、圧電体の2次側部において
長さ方向に交差する端面に形成された電極の面積が、該
端面の面積よりも小さくされているので、該端面に形成
された電極を用いて2次側部を分極することにより、2
次側部に不活性部を得ることができる。この場合、端面
よりも面積の小さな電極を端面に形成する方法について
は、従来のローゼン型圧電トランスにおいて端面に電極
を形成する工程とほぼ同様に容易に行い得るため、製造
工程を増加させることなく、上記不活性部を容易に構成
することができる。
【0044】請求項3に記載の発明では、圧電体の1次
側部の電極の2次側部側の端部に電極欠落部を設けられ
ており、従って、該1次側の電極と、2次側部において
圧電体の長さ方向に交差する端面に形成された電極とを
用いて分極処理することにより、2次側部に上記不活性
部を容易に形成することができる。
【0045】請求項4に記載の発明に係る圧電トランス
の製造方法では、圧電体の2次側部において、長さ方向
に交差する端面に該端面よりも面積の小さい電極を形成
した後に、2次側部を分極することにより、上記不活性
部が形成される。従って、端面に形成される電極の面積
を制御するだけでよいため、所望の不活性部を容易に構
成することができる。
【0046】請求項5に記載の発明に係る圧電トランス
の製造方法では、圧電体の2次側部を分極した後に、2
次側部の分極を部分的に除去もしくは分極度を低下させ
ることにより、上記不活性部が設けられる。この脱分極
もしくは分極度の低下は、不活性部を設けたい部分を部
分的に加熱するだけで容易に行い得る。従って、請求項
5に記載の発明によれば、請求項1または2に記載の発
明に係る圧電トランスを、従来のローゼン型圧電トラン
スの製造方法に従って圧電トランスを作製した後に、上
記脱分極もしくは分極度低下工程を実施するだけで容易
に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のローゼン型圧電トランスを説明するため
の斜視図。
【図2】本発明の第1の実施例に係るローゼン型圧電ト
ランスを示す斜視図。
【図3】ローゼン型圧電トランスにおいて2次側部の長
さ方向に交差する端面に形成された電極の面積を変化さ
せた場合の昇圧比周波数特性を示す図。
【図4】ローゼン型圧電トランスにおいて2次側部の長
さ方向に交差する端面に形成された電極の面積を変化さ
せた場合の効率周波数特性を示す図。
【図5】(a)及び(b)は、それぞれ、2次側部に形
成される電極の形状の例を説明するための各端面図。
【図6】(a)及び(b)は、それぞれ、2次側部に形
成される電極の形状の例を説明するための各端面図。
【図7】(a)及び(b)は、それぞれ、第2の実施例
に係る圧電トランス及び第2の実施例の変形例を説明す
るための各平面図。
【符号の説明】
1…圧電トランス 2…圧電セラミックス 2a…長さ方向に交差する端面 3…1次側部 4…2次側部 5…電極 6,6…不活性部 7…電極 A…長さ方向 11…圧電トランス 15…電極 15a…電極端縁 15b…傾斜縁 15c…電極端縁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高塚 暁輝 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)発明者 門田 道雄 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 (72)発明者 河野 芳明 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 分極された圧電体の長さ方向に沿って、
    1次側部及び2次側部を構成してなるローゼン型圧電ト
    ランスにおいて、 前記2次側部の一部に未分極または弱分極の不活性部を
    設けたことを特徴とする、圧電トランス。
  2. 【請求項2】 圧電体の長さ方向に沿って1次側部及び
    2次側部が構成されているローゼン型圧電トランスであ
    って、 厚み方向に分極された1次側部と、長さ方向に分極され
    た2次側部とを有する圧電体と、前記圧電体の1次側部
    に形成された電極と、 前記圧電体の2次側部において、圧電体の長さ方向に交
    差する端面に形成された電極とを備え、該端面に形成さ
    れた電極が端面の面積よりも小さくされていることを特
    徴とする、圧電トランス。
  3. 【請求項3】 圧電体の長さ方向に沿って1次側部及び
    2次側部が構成されているローゼン型圧電トランスであ
    って、 厚み方向に分極された1次側部と、長さ方向に分極され
    た2次側部とを有する圧電体と、 前記圧電体の1次側部に形成されており、かつ2次側部
    側の端部に電極欠落部が形成された電極と、 前記圧電体の2次側部において、圧電体の長さ方向に交
    差する端面に形成された電極とを備えることを特徴とす
    る、圧電トランス。
  4. 【請求項4】 請求項1または2に記載のローゼン型圧
    電トランスの製造方法であって、 前記圧電体の1次側部に一対の電極を、2次側部に圧電
    体の長さ方向に交差する端面に、該端面よりも面積の小
    さい電極を形成した後に、2次側部を分極することを特
    徴とする圧電トランスの製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項1または2に記載のローゼン型圧
    電トランスの製造方法であって、前記圧電体の長さ方向
    に交差する端面に電極を形成し、圧電体の2次側部を分
    極した後に、2次側部の分極を部分的に除去もしくは分
    極度を低下させることを特徴とする、圧電トランスの製
    造方法。
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