JPH1084143A

JPH1084143A - 圧電トランス素子

Info

Publication number: JPH1084143A
Application number: JP14823297A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Ishikawa; 勝之石川; Takeshi Fujimura; 健藤村; Masaaki Toyama; 正明外山
Original assignee: Nihon Cement Co Ltd
Current assignee: Taiheiyo Cement Corp
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1997-06-05
Publication date: 1998-03-31

Abstract

(57)【要約】【課題】安全性及び取り扱いの容易さに優れ、且つ、
トランスとしての良好な性能を有する圧電トランス素子
の提供。【解決手段】圧電トランス素子３６の内部において、
左側には、複数の内部電極が積層されており、それらの
内部電極は層間接続導体により交互に接続され、２つの
内部電極群が形成されている。一方、右側の端部近傍に
は、メッシュ状に形成された２次側出力電極が形成され
ている。当該素子３６の外周表面の同一面上には、２つ
の内部電極群とそれぞれ接続されている１次側入力電極
１及び２，２次側出力電極４０、そしてメッシュ状に形
成された２次側出力電極のリード電極だけが露出してい
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、圧電トランス素子
に関し、例えば、積層構造を有するローゼン型の圧電ト
ランス素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、持ち運びの容易なノート型パーソ
ナルコンピュータ等には、その表示装置として液晶表示
パネルが広く用いられている。この液晶表示パネルの内
部には、液晶表示パネルを背照するバックライトとして
冷陰極管が備えられている。この冷陰極管を点灯させる
ためには、一般に、略１ｋＶ以上の高電圧が必要であ
り、発光を維持するためには数百Ｖ程度の電圧を印加す
ることが必要である。

【０００３】このようなノート型パーソナルコンピュー
タ等の製品においては、その性質上、バックライト点灯
用の昇圧モジュールに対しても小型化、省電力化への要
請が高く、このような要請に答えるべく、単板構造を有
する所謂ローゼン型の圧電トランス素子が使われてい
る。単板構造を有する圧電トランス素子を使用した電源
モジュールによれば、同程度の出力が可能な巻線トラン
スと比較して電源モジュールの小型化及び軽量化が図る
ことが可能である。

【０００４】しかしながら、例えば、長さ３０ｍｍ、幅
３ｍｍ、厚み２ｍｍ程度の寸法の単板構造を有する圧電
トランス素子では、高負荷時、例えば２ワット出力時の
昇圧比（出力電圧と入力電圧の比）は４〜６倍程度であ
り、所望する昇圧比が得られない。そのため、当該圧電
トランスの前段に小型の巻線トランスを接続する必要が
ある。

【０００５】最近では、昇圧比を大きくすることが可能
な、積層構造を有する圧電トランス素子が、例えば、特
開平４−３３８６８５号、特開平７−７９０２７号、特
開平７−１３１０８８号等により提案されている。この
積層構造を有する圧電トランス素子は、複数の単板構造
の圧電トランス素子を並列に接続したものに相当し、こ
れにより高い昇圧比を得ようとするものであり、例え
ば、厚さ５０〜３００μｍ程度のセラミック圧電体と内
部電極とが交互に積層された入力領域を有する。そし
て、それらの積層された内部電極を、一層おきに電気的
に接続することにより、電気的には絶縁された２つの内
部電極群（グループ）を構成する。更に、その２つの内
部電極群は、該入力領域の両側の表面に設けられた２つ
の外部電極にそれぞれ電気的に接続された構造を有する
（特開平７−３０２９３８号）。

【０００６】ここで、積層構造の圧電トランス素子の構
造例を図１から図５に示す。

【０００７】図１は、一般的な積層構造を有する圧電ト
ランス素子の一例を示す斜視図である。図２は、図１に
示した圧電トランス素子の正面図である。そして、図４
は、図１に示した圧電トランス素子の平面図である。

【０００８】この圧電トランス素子は、図１、図２、並
びに図４に示すような外形形状を有しており、以下、左
側半分の領域を第１の領域、右側半分の領域を第２の領
域と呼ぶ。

【０００９】第１の領域の上面及び下面には、１次側
（入力）電極としての外部電極１０１及び１０２が形成
されている。また、外部電極１０１及び１０２間は、内
部電極１０１ａ及び１０２ａが交互に複数積層され、そ
れらの内部電極の間には圧電素子１０６が充填されてい
る。また、第２の領域の右側端部には、２次側（出力）
電極としての外部電極１０３が形成されている。外部電
極１０１，１０２，そして１０３には、ハンダ付け部分
１０４によりリード線１０５がそれぞれ接続されてい
る。

【００１０】次に、第１の領域の内部の構造について説
明する。図３は、図１に示した圧電トランス素子のＡ−
Ａ’断面図である。図５は、図１に示した圧電トランス
素子のＢ−Ｂ’断面図である。

【００１１】第１の領域の内部において、複数の内部電
極１０１ａ及び１０２ａは、図３及び図５に示すよう
に、複数の内部電極１０１ａが柱状の導体（以下、層間
接続導体）１０７ａによりそれぞれ接続され、複数の内
部電極１０２ａが層間接続導体１０７ｂによりそれぞれ
接続されている。また、内部電極１０１ａ，１０２ａに
は、円形の孔（以下、孔という）が形成されており、層
間接続導体１０７ａ及び１０７ｂによる内部電極１０１
ａと１０２ａとの接続はない。

【００１２】上記の構造を有する積層構造の圧電トラン
ス素子を駆動するには、先ず、外部電極１０１及び１０
２間に高電圧を印加することにより、第１の領域を垂直
方向（厚み方向）に分極する。次に、外部電極１０１ま
たは１０２と出力電極１０３との間に所定の電圧を印加
することにより、第２の領域を長手方向に分極する。そ
して、分極された状態の当該素子の外部電極１０１及び
１０２間に交流電圧を印加すると、第１の領域における
圧電素子１０６がその圧電素子固有の圧電材料定数、共
振特性、並びに素子全体の寸法に応じて機械的に振動
し、その振動が第２の領域の圧電素子１０６によって電
圧に変換されることにより、昇圧された交流高電圧が出
力電極１０３から取り出せる。

【００１３】本願発明者等は、圧電素子１層の厚みを約
８０μｍとして２５層積層し、長さ３０ｍｍ、幅３ｍ
ｍ、厚み２ｍｍの積層型の圧電トランス素子を作製して
試験したところ、２ワット出力時の昇圧比が約８０倍と
桁違いに大きい昇圧比が得られた。

【００１４】しかしながら、上記のような構造を有する
圧電トランス素子においては、複数の内部電極が当該圧
電トランス素子の側面に露出した構造であるため、特に
圧電トランス素子の分極処理を空気中で行う場合には、
素子側面に露出した内部電極間で放電が生じることによ
り絶縁が破壊され、分極処理が完全になされないことが
ある。そこで、本発明者等は、先行する特願平８−５２
５５３号において、複数の内部電極を圧電トランス素子
の側面に露出しない構造を有し、且つ圧電体の内部電極
が積層される位置に予め設けた孔に導電体を充填するこ
とにより、内部電極間の電気的な接続を得る構造の積層
構造の圧電トランス素子を提案している。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例の図１に示した圧電トランス素子においては、リー
ド線１０５を半田付けすべき外部電極の位置が当該素子
の上下面と長手方向端面との３面に亘っており、同一面
上にない。従って、産業用ロボットによる自動組み立て
を行う際、半田付け等の工程が複雑となるという問題が
ある。

【００１６】また、上述した従来例の圧電トランス素子
は、それぞれの外部電極及び内部電極が当該素子の外形
部に露出している構造である。そのため、圧電トランス
素子を、単板構造の圧電トランス素子と同様、安全上の
観点から、例えば絶縁材料製のケース（不図示）に収容
する必要がある。このような構造の圧電トランス素子を
ケースに収容して使用する場合には、その接続部分の容
積が考慮されたケースが必要であるため、当該素子自体
の大きさと比較してかなり大きなケースが必要となる。
また、ケースへの収納という製造工程自体が、自動組み
立てを複雑にすることになる。

【００１７】更に、積層構造の圧電トランス素子１０６
において昇圧された交流高電圧を取り出す場合には、外
部電極１０１または１０２の何れかの電極と、外部電極
１０３とを使用することになる。従って、一般的な巻線
トランスとは異なり、外部電極１０１または１０２の何
れかの電極を１次（入力）側と２次（出力）側とで共通
のコモン電極として使用することになる。そのため、１
次側と２次側とを電気的に絶縁する必要がある回路には
用いることができないという問題もある。

【００１８】そこで本発明は、安全性及び取り扱いの容
易さに優れ、且つ、トランスとしての良好な性能を有す
る圧電トランス素子の提供を目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の圧電トランス素子は、以下の構成を特徴と
する。

【００２０】即ち、厚み方向に分極されると共に１次側
電極が形成された第１の領域と、長手方向に分極される
と共に２次側電極が形成された第２の領域とを有し、複
数の圧電素子が積層された圧電トランス素子であって、
前記１次側電極として、前記複数の圧電素子の層間に配
置され、且つ前記第１の領域に内包された複数の第１内
部電極と、前記２次側電極として、前記複数の圧電素子
の層間に配置され、且つ前記第２の領域に内包された複
数の第２内部電極と、前記圧電トランス素子の表面上に
形成され、前記複数の第１内部電極に電圧を印加する第
１外部電極と、前記圧電トランス素子の表面上に形成さ
れ、前記複数の第２内部電極から、前記電圧の印加によ
って前記圧電トランス素子に発生した電圧を取り出す第
２外部電極と、を有することを特徴とする。これによ
り、当該素子の表面に露出する金属部分をできるだけ少
なくする。

【００２１】また、例えば、前記第１及び第２の外部電
極が、前記圧電トランス素子の同一平面上に形成されて
いるとよい。これにより、外部の部材との接続を容易に
する。

【００２２】また、例えば、前記複数の第２内部電極
は、前記第２の領域に内包された複数の柱状導体により
メッシュ状に接続されていることを特徴とする。これに
より、積層構造の圧電トランス素子の内部に２次側電極
の形成を実現する。

【００２３】好ましくは、前記複数の第１内部電極は、
前記第１の領域に内包された少なくとも２本の柱状導体
によって１層おきに接続されることにより、２つの内部
電極群を成すことを特徴とする。

【００２４】更に好ましくは、前記第１の領域側の前記
平面上に、前記第１及び第２内部電極、そして前記第１
及び第２外部電極から絶縁されたところの第３外部電極
を、前記２次側電極のもう一方の電極として形成するこ
とを特徴とする。これにより、１次側と２次側を絶縁
し、トランスとしての良好な性能を得る。

【００２５】以上のような構成を備える場合にあって、
好ましくは前記第１外部電極及び／または第３外部電極
を、前記圧電トランス素子の駆動振動モードの節を含む
位置に形成し、更に、前記２本の柱状導体を、前記圧電
トランス素子の駆動振動モードの節に相当する位置に形
成し、当該素子の振動の減衰を防止するとよい。

【００２６】また、上記の目的を達成するため、本発明
の圧電トランス素子は、以下の構成を特徴とする。

【００２７】即ち、厚み方向に分極されると共に１次側
電極が形成された第１の領域と、長手方向に分極される
と共に２次側電極が形成された第２の領域とを有し、複
数の圧電素子が積層された圧電トランス素子であって、
前記１次側電極として、前記複数の圧電素子の層間の前
記第１の領域側に配置された複数の内部電極と、前記圧
電トランス素子の表面上に形成され、前記複数の内部電
極に電圧を印加する複数の第１外部電極と、前記２次側
電極として、前記第２の領域の端部に形成された第２外
部電極と、前記２次側電極のもう一方の電極として、前
記第１の領域側の前記圧電トランス素子の表面であって
前記第１外部電極が形成された表面上に、前記複数の内
部電極、並びに前記第１及び第２の外部電極から絶縁さ
れて形成された第３外部電極と、を有することを特徴と
する。これにより、１次側と２次側を絶縁し、トランス
としての良好な性能を得る。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る積層構造の圧
電トランス素子の実施形態を図面を参照して詳細に説明
する。

【００２９】尚、以下の各実施形態においては、圧電ト
ランス素子をλモードで駆動する場合について述べる
が、これに限られるものではなく、例えば、λ／２モー
ド，３／２λモードで駆動してもよいことは言うまでも
ない。また、参照する図面において、圧電トランス素子
の内部電極の層数は図面の表現上の便宜的なものであ
り、これに限られるものではないことは言うまでもな
い。

【００３０】

【第１の実施形態】はじめに、本発明の第１の実施形態
を図６から図１２を参照して説明する。

【００３１】図６は、本発明の第１の実施形態としての
積層構造を有する圧電トランス素子の斜視図である。図
７は、図６に示した圧電トランス素子の平面図である。

【００３２】本実施形態における圧電トランス素子は、
図６及び図７に示すような外形形状を有しており、以
下、左側半分の領域を第１の領域、右側半分の領域を第
２の領域と呼ぶ。圧電素子６の第１の領域の上面には、
１次側（入力）電極としての外部電極１及び２が形成さ
れている。また、第２の領域上面には、２次側出力のリ
ード電極としての外部電極３が形成されている。即ち、
本実施形態の圧電トランス素子においては、それらの外
部電極だけが同一面上に露出して形成されおり、下記の
内部電極等は圧電素子６に内包されている構造を有す
る。

【００３３】次に、本実施形態における圧電トランス素
子の内部の構造について説明する。図８は、図７に示し
た圧電トランス素子のＣ−Ｃ’断面図である。図９は、
図７に示した圧電トランス素子のＤ−Ｄ’断面図であ
る。そして、図１０は、図７に示した圧電トランス素子
のＥ−Ｅ’断面図である。

【００３４】第１の領域の内部において、複数の内部電
極１ａ及び２ａは、図８及び図９に示すように、内部電
極１ａ及び２ａが交互に複数積層され、それらの内部電
極の間には圧電素子６が充填されている。また、内部電
極１ａ（２ａ）における柱状の導体（以下、層間接続導
体）８ｂ（８ａ）の周囲には、円形の孔（以下、単に孔
という）が形成されており、層間接続導体８ａ及び８ｂ
による内部電極１ａと２ａとの接続はない（詳細は後述
する）。尚、穴の形状は円形に限られるものではないこ
とは言うまでもない。

【００３５】また、複数の内部電極１ａは、層間接続導
体８ａによりそれぞれ接続されている。そして、接続導
体８ａは、第１の領域の上面方向に向かって延長されて
おり、外部電極１に接続されている。

【００３６】同様に、複数の内部電極２ａは、層間接続
導体８ｂによりそれぞれ接続されている。そして、層間
接続導体８ｂも、第１の領域の上面方向に向かって延長
されており、外部電極２に接続されている。

【００３７】一方、第２の領域内部の長手方向端部近傍
には、図８及び図１０に示すように、内部電極３ａが複
数積層され、それらの内部電極の間には圧電素子６が充
填されている。また、複数の内部電極３ａは、層間接続
導体８ｃと複数の層間接続導体９とによりメッシュ状に
それぞれ接続されている。そして、接続導体８ｃは、第
２の領域の上面方向に向かって延長されており、外部電
極３に接続されている。即ち、本実施形態では、メッシ
ュ状に接続された内部電極３ａ、層間接続導体８ｃ、並
びに層間接続導体９により、当該圧電トランス素子の２
次側（出力）電極を形成する。そして、昇圧された交流
高電圧は、リード電極である外部電極３を介して取り出
す。

【００３８】ここで、当該素子内部にメッシュ状に形成
された２次側電極について説明する。本実施形態の圧電
トランス素子は、図１２を参照して後述する積層構造で
あるため、その製造方法に起因して出力電極を、図１に
示した外部電極１０３ように板状の電極とすることはで
きない。しかしながら、好適な実施形態において、当該
素子の幅方向の断面積の５％以上となるようにメッシュ
状の２次側電極を形成すれば十分に出力電極として機能
する。

【００３９】次に、外部電極１及び２の形成位置につい
て説明する。圧電トランス素子により入力電圧を昇圧す
る際、入出力電極のリード線接続用の端子の位置は、特
に限定する必要はない。しかしながら、当該素子の機械
的な振動の節に相当する位置は、原理的に不動点とな
る。この振動の節に相当する位置に入出力電極のリード
線接続用の端子を形成すれば、振動によるリード線、或
は当該素子自体の剥離や脱落等の不具合を防止し、且つ
振動の減衰も防止できる。具体的には、素子の長手方向
端部からそれぞれ１／４の位置が不動点となる。そこ
で、本実施形態では、圧電素子６の長手方向の長さがＬ
である場合において、外部電極１及び２の中心、並びに
層間接続導体８ａ及び８ｂの中心を、第１の領域の端部
からＬ／４の位置、即ち、当該圧電トランス素子の駆動
振動モードの節に相当する位置に形成している。

【００４０】尚、本願発明者等による当該素子の分極処
理後の駆動試験によれば、従来品と同等の性能を示し
た。

【００４１】次に、上述した本実施形態の圧電トランス
素子の構造及び製造工程を図１２、図１３Ａ〜図１３Ｄ
を参照して説明する。

【００４２】図１２は、本発明の第１の実施形態として
の圧電トランス素子の積層構造を示す図である。また、
図１３Ａから図１３Ｄは、本発明の第１の実施形態とし
ての圧電トランス素子の製造工程を説明する図であり、
何れも圧電セラミックステープ（以下、テープ）６Ａの
層間接続導体の部分で短手方向に切断した状態を示して
いる。図１２に示す圧電トランス素子の製造工程を説明
すれば、１）．各テープ６Ａは、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3 系の圧
電材料の粉末に、水、バインダを配合し、ボールミルに
てスラリーを作り、このスラリーからドクターブレード
法により予め成形しておく。

【００４３】２）．次に、それぞれのテープ６Ａに、積
層したときに層間接続導体（８ａ，８ｂ，８ｃ，９）と
なる位置に、そのテープの上下に貫通した孔を開ける。
尚、層間接続導体８ａ及び８ｂのための孔は直径が同じ
である。また、層間接続導体８ｃのためのそれぞれの孔
は直径が同じである。

【００４４】３）．次に、テープ６Ａの孔の部分に、層
間接続導体となるＡｇ−Ｐｄペーストを充填する（この
とき、充填されたペーストは、図１３Ａの如く、テープ
６Ａの表面から適度に凸状に盛り上がった量とする）。

【００４５】４）．次に、テープ６Ａの上面の、積層し
たときに第１の領域となる位置（図１２の左側）に内部
電極１ａまたは２ａを、そして積層したときに第２の領
域の端部となる位置（図１２の右側）に内部電極３ａを
印刷する。これらの内部電極は、Ａｇ−Ｐｄペーストで
形成した。尚、本実施形態において、テープ６上に形成
された内部電極１ａ，２ａ，そして３ａの縁部は、本実
施形態の圧電トランス素子の特徴である各内部電極の内
包構造を実現すべく、テープ６の縁部より内側となる大
きさであることは言うまでもない。

【００４６】ここで、内部電極１ａ及び２ａの形状につ
いて述べる。内部電極１ａ及び２ａの形状は、テープ６
Ａの孔に充填された１次側の２本の層間接続導体と接続
させるか否かに応じて、当該層間接続導体よりも大きな
直径の孔を開けた形状とする。即ち、内部電極には、そ
の内部電極を層間接続導体が充填されたテープ６Ａに印
刷した際、その内部電極と接続させない方の層間接続導
体の上部に位置する部分に、当該層間接続導体よりも大
きな直径の孔を開ける。一方、該内部電極と接続させる
方の層間接続導体の上部に位置する部分には、孔を開け
ない。この状態を図１３Ｂ及び図１３Ｃに示す。

【００４７】５）．そして、上記の処理がなされたテー
プ６Ａを所望する層数だけ積層する。例として、図１３
Ｂ及び図１３Ｃのテープ６Ａが積層された状態を図１３
Ｄに示す。実際には、この図の上下に複数の層が積層さ
れる。

【００４８】また、積層したテープ６Ａの最上部には、
上記の１）から３）の工程で得られたテープ６Ａを積層
する。更に、その積層したテープ６Ａの最下部には、図
１２の下から２番目のテープ６Ａの如く、層間接続導体
８ａと接続されていない内部電極２ａと、内部電極３ａ
とが印刷されたテープ６Ａを積層する。更にその下側
に、図１２の一番下側のテープ６Ａの如く、孔が開けら
れていない内部電極１ａと内部電極３ａとが印刷された
テープ６Ａを積層する。

【００４９】６）．５）で得られたテープ６Ａを熱圧着
し、１１５０℃で焼成した。尚、内部電極に孔を開けた
部分において、盛り上がった層間接続導体の周囲には、
図１３Ｂ及び図１３Ｃに示すように空隙ができるが、そ
の空隙には、積層する際の熱圧着により、上側に積層さ
れるテープ６Ａの圧電素子が充填されるため、当該空隙
は消滅する。

【００５０】７）．次に、焼成により得られた焼結体の
上面にＡｇペーストで形成した外部電極１，２、そして
３を印刷し、７００℃にて焼き付けた。これにより、外
部電極１，２は、テープ６Ａの孔内に充填された層間接
続導体８ａ，８ｂにより、下側に積層された内部電極１
ａまたは２ａと接続される。同様に、外部電極３は、テ
ープ６Ａの孔内に充填された層間接続導体８ｃにより、
下側に積層された内部電極３ａ及び層間接続導体９と接
続される。

【００５１】８）．以上の処理により得られた圧電トラ
ンス素子を分極することにより、本実施形態に係る圧電
トランス素子が得られる。

【００５２】以上、説明したように、本実施形態に係る
圧電トランス素子によれば、特願平８−５２５５３号で
提案した各内部電極の内包構造は言うに及ばず、当該素
子の外周表面の同一面上に外部電極１，２，並びに３だ
けが露出している構造を実現することがでる。また、こ
れらの外部電極は、例えば、従来例（図１）の圧電トラ
ンス素子が有する外部電極とは異なり、電圧の入出力の
ために使用する端子であるため、リード線がハンダ付け
できる程度の小さな面積にすることができる。従って、
実際の使用に際して各外部電極と周囲との接触を考慮す
れば、基本的にケースに収納する必要はなく、取り扱い
が容易になる。

【００５３】また、本実施形態に係る圧電トランス素子
は、各外部端子が同一面上に配置されているため、例え
ば、当該素子を使用した電源モジュール等の製品の製造
工程において、各外部端子へのリード線を介さずに、当
該素子をプリント基板等へ直接実装することも可能とな
る。従って、不用意な接触による感電を防止することが
できると共に、当該素子を使用した製品自体の小型化及
び製造工程の簡素化が図られ、組み立ての自動化も容易
に可能となる。

【００５４】尚、図１１は、本発明の第１の実施形態と
しての圧電トランス素子を、ケースに収納した場合の断
面図であり、切断面は図９と同じ位置である。同図に示
すように、当該圧電トランス素子をケース７に収納して
使用した場合は、当該素子の下側にはリード線５及びそ
のハンダ付け部分４が存在しない。また、図示は省略す
るが、外部電極３も外部電極１及び２と同一平面上に存
在する。従って、例えば、従来例（図１）の圧電トラン
ス素子とは異なり、ケースの厚さ及び長さを小さくする
ことが可能である。

【００５５】

【第２の実施形態】次に、本発明の第２の実施形態を、
図１４から図１７を参照して説明する。

【００５６】図１４は、本発明の第２の実施形態として
の積層構造を有する圧電トランス素子の斜視図である。
図１５は、図１４に示した圧電トランス素子の平面図で
ある。

【００５７】本実施形態における圧電トランス素子は、
図１４及び図１５に示すような外形形状を有しており、
以下、左側半分の領域を第１の領域、右側半分の領域を
第２の領域と呼ぶ。圧電素子２５の第１の領域の上面に
は、１次側電極としての外部電極２１及び２次側電極と
して外部電極２０が形成されている。また、第１の領域
の下面には、１次側電極としての外部電極２２が形成さ
れている。そして、第２の領域の端部には、２次側電極
としての外部電極２３が形成されている。

【００５８】外部電極２０は、２次側電極としての外部
電極２３と共に使用するため、その形状、面積は特に限
定する必要はない。本実施形態では、電極に電流が流れ
る際の抵抗を考慮し、第１の領域全面に形成した。

【００５９】次に、本実施形態における圧電トランス素
子の内部の構造について説明する。図１６は、図１５に
示した圧電トランス素子のＧ−Ｇ’断面図である。そし
て、図１７は、図１５に示した圧電トランス素子のＦ−
Ｆ’断面図であり、ある時点における圧電素子の分極の
方向を併せて示している。

【００６０】第１の領域の内部において、複数の内部電
極２１ａ及び２２ａは、図１６及び図１７に示すよう
に、内部電極２１ａ及び２２ａが交互に複数積層され、
それらの内部電極の間には圧電素子２５が充填されてい
る。尚、内部電極２１ａ，２２ａには、第１の実施形態
と同様に、円形の孔が形成されており、層間接続導体２
４ａ及び２４ｂによる内部電極１ａと２ａとの接続はな
い。

【００６１】また、複数の内部電極２１ａは、層間接続
導体２４ａによりそれぞれ接続されている。そして、層
間接続導体２４ａは、第１の領域の上面方向に向かって
延長されており、外部電極２１に接続されている。同様
に、複数の内部電極２２ａは、層間接続導体２４ｂによ
りそれぞれ接続されている。そして、層間接続導体２４
ｂは、第１の領域の下面方向に向かって延長されてお
り、外部電極２２に接続されている。このような構造で
あるため、外部電極２１及び２２に電圧を印加しても外
部電極２０と最上部の内部電極２１ａとの間は、図１７
に示すように分極されていない。

【００６２】尚、本実施形態では、外部電極２０が１次
側の外部電極２１及び２２から絶縁されているため、外
部電極２０と最上部の内部電極２１ａとの間が分極され
ていたとしても特に問題にはならない。しかしながら、
外部電極２０と最上部の内部電極２１ａとの間が分極さ
れていると、その領域が第１の領域の振動によって電圧
を発生させ、その電圧がノイズとして２次側の外部電極
２０及び２３間に現れることがあるため、分極しないほ
うがよい。

【００６３】本実施形態における圧電トランス素子は、
前述した図１２の圧電トランス素子の第１の領域の積層
構造、製造工程、並びに電極等の素材と略同様であるた
め、詳細な説明は省略する。但し、内部電極２１ａ及び
２２ａが当該素子の短手方向の側面に露出する大きさで
あること、当該素子の最下部に外部電極２２を形成する
こと、そして、外部電極２３が板状の電極のため、内部
電極２１ａ及び２２ａが形成された圧電セラミックステ
ープを複数積層して焼成した後で、第２の領域の端部に
外部電極２３を形成する点が異なる。

【００６４】次に、外部電極２１の形成位置について説
明する。本実施形態においても、第１の実施形態と同様
に、振動によるリード線、或は当該素子自体の剥離や脱
落等の不具合を防止し、且つ振動の減衰も防止すべく、
圧電素子２５の長手方向の長さがＬである場合におい
て、外部電極２の中心、並びに層間接続導体２４ａ及び
２４ｂの中心を、第１の領域の端部からＬ／４の位置、
即ち、当該圧電トランス素子の駆動振動モードの節に相
当する位置に形成している。

【００６５】以上、説明したように、本実施形態に係る
圧電トランス素子によれば、１次側の外部電極２１及び
２２と、２次側の外部電極２２及び２３とを電気的に絶
縁することができ、１次側で発生したノイズが２次側に
影響を及ぼすことを防止し、トランスとしての良好な昇
圧性能が得られる。

【００６６】尚、本実施形態では、内部電極２１ａ，２
２ａが圧電トランス素子から露出している例ととして説
明したが、第１の実施形態と同様に内包させてもよいこ
とは言うまでもない。

【００６７】

【第３の実施形態】次に、本発明の第３の実施形態を、
図１８から図２２を参照して説明する。

【００６８】図１８は、本発明の第３の実施形態として
の積層構造を有する圧電トランス素子の斜視図である。
図１９は、図１８に示した圧電トランス素子の平面図で
ある。

【００６９】本実施形態における圧電トランス素子は、
図１８及び図１９に示すような外形形状を有しており、
以下、左側半分の領域を第１の領域、右側半分の領域を
第２の領域と呼ぶ。圧電素子３６の第１の領域の上面に
は、１次側電極としての外部電極３１及び３２、そして
２次側電極としての外部電極４０が形成されている。そ
して、第２の領域の端部近傍には、２次側電極としての
外部電極３３が形成されている。

【００７０】外部電極４０は、２次側電極としての外部
電極２３と共に使用するため、その形状、面積は特に限
定する必要はない。本実施形態では、第２の実施形態と
は異なり、圧電素子３６からの電極の露出部分をできる
だけ少なくするため、外部電極３１及び３２と同程度の
大きさとした。

【００７１】次に、本実施形態における圧電トランス素
子の内部の構造について説明する。図２０は、図１９に
示した圧電トランス素子のＨ−Ｈ’断面図である。そし
て、図２１は、図１９に示した圧電トランス素子のＩ−
Ｉ’断面図である。

【００７２】第１の領域の内部において、複数の内部電
極３１ａ及び３２ａは、図２０及び図２１に示すよう
に、内部電極３１ａ及び３２ａが交互に複数積層され、
それらの内部電極の間には圧電素子３６が充填されてい
る。また、内部電極３１ａ，３２ａには、第１の実施形
態と同様に円形の孔が形成されており、層間接続導体３
８ａ及び３８ｂによる内部電極３１ａと３２ａとの接続
はない。

【００７３】また、複数の内部電極３１ａは、層間接続
導体３８ａによりそれぞれ接続されている。そして、接
続導体３８ａは、第１の領域の上面方向に向かって延長
されており、外部電極３１に接続されている。

【００７４】同様に、複数の内部電極３２ａは、層間接
続導体３８ｂによりそれぞれ接続されている。そして、
層間接続導体３８ｂも、第１の領域の上面方向に向かっ
て延長されており、外部電極３２に接続されている。

【００７５】一方、第２の領域内部の長手方向端部近傍
には、第１の実施形態で説明した図９と同様のメッシュ
状の２次側電極及び昇圧された交流高電圧を取り出すリ
ード電極である外部電極３３が形成されている（詳細な
説明及び図示は省略する）。

【００７６】また、本実施形態における圧電トランス素
子は、前述した図１２の圧電トランス素子の積層構造、
製造工程、並びに電極等の素材と略同様であるため、詳
細な説明は省略する。但し、外部電極４０は、内部電極
３１ａ及び３２ａが形成された圧電セラミックステープ
を複数積層して焼成した後、外部電極３１及び３２を形
成する工程において併せて形成すればよい。

【００７７】次に、外部電極３１，３２，並びに４０の
形成位置について説明する。本実施形態においても、第
１の実施形態と同様に、振動によるリード線、或は当該
素子自体の剥離や脱落等の不具合を防止し、且つ振動の
減衰も防止すべく、圧電素子３６の長手方向の長さがＬ
である場合において、外部電極３１，３２，４０の中
心、そして層間接続導体３８ａ及び３８ｂの中心を、第
１の領域の端部からＬ／４の位置、即ち、当該圧電トラ
ンス素子の駆動振動モードの節に相当する位置に形成し
ている。

【００７８】図２２は、本発明の第３の実施形態として
の圧電トランス素子をケースに収納した場合の断面図で
あり、切断面は図２１と同じ位置である。同図に示すよ
うに、当該圧電トランス素子をケース３７に収納して使
用した場合も、図１１の場合と同様に、当該素子の下側
にはリード及びそのハンダ付け部分が存在しない。尚、
このように当該素子をケースに収納して使用するのであ
れば、外部電極４０に電流が流れる際の抵抗を考慮し、
例えば、外部電極４０をＨ型形状とすることによって外
部電極３１及び３２との接触を避け、第１の領域全面に
形成すればよい。

【００７９】以上、説明したように、本実施形態に係る
圧電トランス素子によれば、当該素子の外周表面の同一
面上に外部電極３１，３２，４０，並びに３３だけが露
出している構造を実現することができる。従って、第１
の実施形態で述べたそれぞれの効果（利点）に加え、更
に、１次側の外部電極３１及び３２と、２次側の外部電
極３３及び４０とを電気的に絶縁できる構造であるた
め、第２の実施形態で述べた効果も併せて得られる。即
ち、取り扱いが容易で、且つ良好な性能を有する圧電ト
ランス素子が実現する。

【００８０】

【第４の実施形態】本願発明者等は、上述した各実施形
態の圧電トランス素子のように、層間接続導体を内部に
有する圧電トランス素子においては、内部電極と同様に
層間接続導体が圧電トランス素子の振動が減衰し易く、
昇圧比（変換効率）を低下させていることを見出した。
そこで、本実施形態では、上述した各実施形態の構造を
有する圧電トランス素子に使用する内部電極及び層間接
続導体の硬度を高いものとし、且つ層間接続導体の直径
を所定値以下にすることにより、内部電極における圧電
トランス素子の機械的な振動の減衰を低減する。本実施
形態で説明する内部電極用素材は、一般的な積層構造を
有する圧電トランス素子にも適用できるため、一般的な
積層構造を有する圧電トランス素子に適用して図２３か
ら図２９を参照して説明する。

【００８１】＜実施形態の説明＞はじめに、本実施形態
の内部電極用素材を適用する一般的な圧電トランス素子
の構造について図２３から図２５を参照して説明する。

【００８２】図２３は、本発明の第４の実施形態の内部
電極用素材を適用可能な、一般的な積層構造を有する圧
電トランス素子の斜視図であり、λモードで振動するロ
ーゼン型の圧電トランス素子の一例である。

【００８３】積層構造の圧電トランス素子５１は、図２
３に示すような外形形状を有しており、同図において
も、左側半分の領域を第１の領域、右側半分の領域を第
２の領域と呼ぶ。

【００８４】第１の領域においては、セラミックス圧電
体５７と内部電極５６ａ及び５６ｂとが交互に積層され
ている。尚、セラミックス圧電体は、内部電極の数より
１多い数だけ積層される。また、第１の領域の上面及び
下面には、１次側電極である外部電極５４が形成され、
第２の領域の端部には、２次側電極である外部電極５５
が形成されている。第１の領域は、厚み方向（図２３に
おいて上下方向）に分極され、第２の領域は、長手方向
（図２３において左右方向）に分極されている。

【００８５】第１の領域において、内部電極５６ａ及び
５６ｂは、前述した各実施形態と同様に接続されてい
る。即ち、交互に積層された内部電極５６ａ及び５６ｂ
は、１層おきに電気的に接続されることにより、電気的
には絶縁された２つの内部電極群が形成される。そし
て、２つの内部電極群は、第１の領域の上面と下面のそ
れぞれの電極５４に電気的に接続されている。

【００８６】圧電トランス素子５１の第１の領域におい
て、内部電極５６ａ及び５６ｂと圧電素子は同じ平面形
状を有し、内部電極５６ａ及び５６ｂは素子側面に露出
している。また、第１の領域の端部の２つの角には、複
数の内部電極５６ａ及び５６ｂを前記の２つの内部電極
群として接続するための層間接続導体５８が設けられて
いる。ここで、内部電極５６ａ及び５６ｂは、その端部
の角の部分において２つの角のうちの一方の角が直角三
角形（直角三角形に限られるものではないことは言うま
でもない）に切り欠かれており、且つ、内部電極６ａと
６ｂとでは、反対側の角が切り欠かれている。従って、
各内部電極が角を有る層だけが層間接続導体５８と接続
される。また、層間接続導体５８は、更に外部電極５４
の何れか一方にそれぞれ電気的に接続されている。この
ような構造により、内部電極５６ａ及び５６ｂは、２つ
の内部電極群を形成している。

【００８７】本実施形態で説明する内部電極素材は、図
２２の構造を有する圧電トランス素子だけでなく、例え
ば、以下に説明する構造の圧電トランス素子にも適用で
きる。

【００８８】図２４は、本発明の第４の実施形態の内部
電極用素材を適用可能な、積層構造を有する圧電トラン
ス素子の長手方向の断面図である（尚、層間接続導体５
９の部分で切断している）。図２５は、図２４に示した
圧電トランス素子を層間接続導体（５９）の部分で短手
方向に切断した断面図である。

【００８９】図２４及び図２５に示す外部電極５４及び
内部電極５６ａ’及び５６ｂ’は、上述した図２３の圧
電トランス素子と同様な電気的接続を有している。但
し、層間接続導体５９と各内部電極及び外部電極との接
続構造が異なる。以下、その接続構造について説明す
る。

【００９０】第１の領域において、２本の層間接続導体
５９は、当該素子内部に形成されており、各層の内部電
極５６ａ’または５６ｂ’が接続されている。また、内
部電極５６ａ’及び５６ｂ’は、図２５に示す如く、１
層ごとに交互に積層されており、且つ、同じ種類の内部
電極が１層おきに層間接続導体５９によって接続される
ように、内部電極には孔が開けられている。これによ
り、前述した２つの内部電極群が形成されている。尚、
２本の層間接続導体５９の位置は、上述した各実施形態
と同様に、当該圧電トランス素子の駆動振動モードの節
に相当する位置に形成するとよい。

【００９１】圧電トランス素子は、その材質及び振動方
向の長さに応じて共振周波数を有する。そこで上述した
積層構造の圧電トランス素子の２つの外部電極５４の間
に、該共振周波数に応じた周波数の交流電圧を印加する
と、逆圧電効果によって圧電トランス素子が前記共振周
波数で機械的に振動し、定在波が形成される。圧電トラ
ンス素子がλモードで振動する場合、定在波（定常波）
の振動の節（ノード点）は当該素子の両端部から素子の
長さの４分の１の距離（素子の長さをＬとするとＬ／
４）の位置に存在する。そして、この定在波による圧電
効果により、外部電極５４と外部電極５５との間には、
交流電圧が発生する。一般に、圧電トランス素子では、
１次側の入力電極間の距離よりも入力電極及び出力電極
間の距離の方が長くなるように形成される。そのため、
入力電極と出力電極との間に生じる電圧は、入力電極間
に印加された電圧よりも昇圧された高電圧となる。

【００９２】本実施形態において、積層構造の圧電トラ
ンス素子の寸法等は一般的なものと同様であり、長さ１
０〜５０ｍｍ、幅２〜１５ｍｍ、厚さ０．３〜５ｍｍ程
度の寸法を有する。また、第１の領域においては、５０
〜３００μｍ程度の厚さの圧電体の層が５〜５０層程度
積層される。

【００９３】（内部電極用素材）また、セラミックス誘
電体を積層する場合には、一般に、電極材料としてＡ
ｇ、Ａｇ−Ｐｄ混合物、Ａｇ−Ｐｔ混合物、Ｐｄ、Ｐ
ｔ、Ｃｕ、Ｎｉ等が用いられる。しかしながら、圧電ト
ランス素子に利用されるＰｂ系の圧電素材（Ｐｂ（Ｚ
ｒ，Ｔｉ）Ｏ3 等）は、酸素が存在する雰囲気において
は１０００℃以上の温度で焼成する必要があるため、こ
のような圧電素材と共に焼成する場合にはＡｇ、Ｃｕ、
Ｎｉは用いることができない。また、Ｐｔは高価である
ため、これのみで用いられることは少なく、一般にはＡ
ｇ−Ｐｔ混合物やＡｇ−Ｐｄ混合物の形態の導電体が用
いられる。

【００９４】本実施形態においては、各内部電極５６ａ
及び５６ｂ（５６ａ’及び５６ｂ’）を２０〜８０重量
％のＰｄを含むＡｇ−Ｐｄ混合物により形成する。

【００９５】また、内部電極の厚みは、Ｑｍ（機械的品
質係数）に影響を及ぼす。この影響の程度は、圧電トラ
ンス素子自体の寸法や、内部電極の積層される数にもよ
るが、上記のような一般的な寸法と積層数を採用する本
実施形態においては、例えば、１〜５μｍとする。

【００９６】ここで、Ｑｍについて説明する。圧電トラ
ンスの変換効率は、素子のＱｍと密接な関係がある。即
ち、他の定数が変化せずにＱｍが大きくなるほどエネル
ギーロスが小さくなり、変換効率は向上する。このよう
なエネルギーロスとＱｍとの関係は、ローゼン型圧電ト
ランスの昇圧比の公式を用いれば導くことができる。

【００９７】また、Ｑｍは、与えた振動の減衰のしにく
さを表しており、与えた振動が減衰しにくければ、振動
を継続させるために与え続けなければならないエネルギ
は少なくて済み、変換効率は高くなる。

【００９８】一般に、圧電トランス素子に使用される圧
電体の材料自体は、高いＱｍを有する材料を用いる。例
えば、ＰＺＴ系の圧電体セラミックであれば、ＦｅやＭ
ｎを微量添加することで高いＱｍを有する圧電体材料が
得られる。

【００９９】（セラミックス圧電体）圧電素子を形成す
るセラミックスは、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛系
（ＰＺＴ）セラミックスにより形成するのが一般的であ
るが、本実施形態においては、変換効率（昇圧比）向上
の観点からＡｇ−Ｐｄ混合物を使用する。一般にＡｇ−
Ｐｄ混合物は、Ａｇ−Ｐｔ混合物よりも高い硬度が得ら
れるが、Ａｇ−Ｐｄ混合物においても、Ｐｄ含有量が２
０重量％未満であると層間接続導体（電極）の「硬度」
が不足するためＱｍの低下が起こり、変換効率の向上が
低減される。また、Ｐｄ量が、８０重量％を越えると焼
成後に導電体が繊密にならなくなるため、やはりＱｍが
低下し、変換効率の向上ができない。

【０１００】そこで、本実施形態においては、セラミッ
クス圧電体５７にＡｇ−Ｐｄ混合物であって、Ｐｄを２
０重量％以上、８０重量％以下含むものを使用する。

【０１０１】また、Ａｇ−Ｐｄ導体をセラミックス圧電
体間に内装すると、基本的にセラミックス圧電体単体よ
りもＱｍが低下する。上記のような寸法及び積層数の圧
電トランス素子においては、１層の内部電極の厚みが５
μｍより厚い場合にはこのＱｍの低下が無視できなくな
り、変換効率の低下が許容できないものとなる。一方、
１層の内部電極の厚みが１μｍより薄い場合には、複数
の内部電極がセラミックス圧電体と共に焼成された際、
内部電極用素材が表面張力により丸くなろうとし、結果
として内部電極用素材に網の目状になり、連続した板状
の導電体を得られない。そして、そのような状態となっ
た内部電極を使用するすれば、各内部電極間に存在する
セラミックス圧電体に一様な電界を印加することは不可
能であるため、セラミックス圧電体の電気−機械エネル
ギ変換能力を十分に引き出すことができず、変換効率が
低下する。

【０１０２】（層間接続導体）また、上述したように、
各内部電極の電気的な接続（２つの内部電極群）を層間
接続導体によって実現する場合は、上述した内部電極の
場合と同様の理由から、層間接続導体自体による素子
（セラミックス圧電体）の振動が減衰されることによ
り、変換効率が低下する。また、層間接続導体の直径が
大きくなると、セラミックス圧電体の振動が減衰され易
くなる。逆に、層間接続導体の直径を小さくすると、層
間接続導体自体の導体抵抗が無視できない程大きくな
り、セラミックス圧電体全体のインピーダンスが大きく
なるため、結果的にＱ値が低下し、やはり変換効率が低
下する。

【０１０３】そこで、本実施形態では、層間接続導体５
９自体もＰｄを２０重量％以上、８０重量％以下の量で
含むＡｇ−Ｐｄ混合物とし、その層間接続導体の直径を
２００μｍ以下とする。

【０１０４】上記のように内部電極間の接続のために層
間接続導体を設ける場合、その層間接続導体は圧電トラ
ンス素子の第１の領域平面内の任意の位置に設けること
ができるが、好ましくは、素子の振動の節の位置に設け
る。このような素子の振動の最も少ない位置に層間接続
導体を設けることにより、層間接続導体による素子の振
動の減衰を最小限にすることができる。

【０１０５】＜積層構造を有する圧電トランス素子の製
造方法＞上記のような構造を有する圧電トランス素子の
製造方法は特に限定されないが、例えば、公知の低温焼
成多層セラミック基板の製造方法を使用して製造するこ
とが好ましい。以下、低温焼成多層セラミック基板の製
造方法を使用した、本実施形態の圧電トランス素子の製
造方法の概略を説明する。

【０１０６】はじめに、図２３に示した圧電トランス素
子の製造工程を説明する。図２３に示したような外部導
体（層間接続導体５８）で内部電極間の電気的な接続を
実現する場合は、まずドクターブレード法等により圧電
セラミックステープを形成し、所望する平面寸法の素子
が得られるように切断する。この場合、圧電セラミック
ステープの切断サイズは、量産を考慮して、即ち、複数
の圧電セラミックステープを積層することにより形成さ
れた積層体を切断して複数の圧電トランス素子が得られ
るように、所望する個数の圧電トランス素子が並んだ大
きさにしてもよい。

【０１０７】圧電セラミックステープの表面上には、内
部電極用の導体のペーストを、上述した内部電極の形状
にメッシュマスクを用いて印刷する。このとき、各内部
電極には、圧電トランス素子の第１の領域の長手方向の
端部となる片側の角に、本実施形態では直角三角形の切
り欠き部分を設ける。尚、図２３の圧電トランス素子の
場合、各内部電極の切り欠きパターンは、切り欠き部分
の位置の異なる２種類となることは言うまでもない。

【０１０８】次に、この２つのパターンで内部電極を印
刷された圧電セラミックステープを、交互に所望の数だ
け同数積層する。そして、得られた積層体の上面に、内
部電極を印刷していない圧電セラミックステープを積層
する。そして積層された内部電極を有する圧電セラミッ
クステープを相互に熱圧着し、焼成する。

【０１０９】その後、必要に応じて切断、研削等の加工
を行い、Ａｇペーストを焼き付けること等により外部電
極５４及び５５並びに層間接続導体５４を設け、分極処
理する。

【０１１０】以上のような製造工程により、図２３に示
した積層構造の圧電トランス素子が得られる。

【０１１１】次に、図２４及び図２５に示した圧電トラ
ンス素子の製造工程を説明する。図２４及び図２５に示
したような層間接続導体により各内部電極を接続した構
造の場合は、まずドクターブレード法等により圧電セラ
ミックステープを形成し、所望する平面寸法の素子が得
られるように切断すると共に、積層したときに層間接続
導体が充填される部分に孔を開けたものを用意する。こ
の場合も、圧電セラミックステープの切断サイズは、量
産を考慮して、即ち、複数の圧電セラミックステープを
積層することにより形成された積層体を切断して複数の
圧電トランス素子が得られるように、所望する個数の圧
電トランス素子が並んだ大きさにしてもよい。

【０１１２】図２６は、本発明の第４の実施形態におけ
る孔を形成した圧電セラミックステープを示す図であ
る。同図において、圧電セラミックステープ６０には、
孔６１が２個１組で８個設けられている。従って、圧電
セラミックステープ６０を複数積層し、得られた積層体
を焼成した後に切断すれば、４個の圧電トランス素子が
得られる。

【０１１３】次に、これらの孔に層間接続導体のペース
トをメタルマスク等を用いた印刷法により充填する。こ
の状態を図２７に示す。図２７は、本発明の第４の実施
形態として、圧電セラミックステープ６０の孔に、層間
接続導体のペースト６２を充填したところを示す部分断
面図である。

【０１１４】次に、圧電セラミックステープ上に、メッ
シュマスクを用いて、内部電極５６ａ’または５６ｂ’
の形状となるように内部電極用のペーストを印刷する。
この状態を図２８及び図２９に示す。

【０１１５】図２８及び図２９は、本発明の第４の実施
形態として、圧電セラミックステープ６０に内部電極５
６ａ’または５６ｂ’が印刷された後の状態を示す図で
ある。内部電極５６ａ’または５６ｂ’は、同図に示す
ように、層間接続導体と当該内部電極とが接続しないよ
うに、円形の孔が開けられている。例えば、図２８の場
合は、個々の内部電極５６ａ’の左上の部分には孔が開
けられているため、内部電極５６ｂ’と層間接続導体６
２との絶縁が保たれる。一方、個々の内部電極５６ａ’
の右上の部分には孔が開けられていため、この内部電極
をテープ６０に印刷することにより、その部分で内部電
極とａ’層間接続導体６２とが接続されることになる。

【０１１６】次に、図２８と図２９の状態の圧電セラミ
ックステープを複数製造し、これらを交互に複数積層す
る。そして、得られた積層体の最上面には、完成時に外
部電極５４との接続ができるように孔が１つ設けられ、
且つ内部電極が印刷されていない圧電セラミックステー
プを更に積層する。

【０１１７】そして、積層された圧電セラミックステー
プを熱圧着し、焼成し、必要により切断、研削等の加工
を行う。そして、Ａｇペーストを焼き付けること等によ
り外部電極５４及び５５を設け、分極処理する。

【０１１８】以上のような製造工程により、図２４及び
図２５に示した積層構造の圧電トランス素子が得られ
る。尚、上述した各実施形態における圧電トランス素子
は、上記の製造工程を基本として量産すれば良い。

【０１１９】＜実証例の説明＞次に、第４の実施形態に
おける図２３に示した圧電トランス素子、並びに図２４
及び図２５に示した圧電トランス素子の非限定的な実証
例及び比較例を説明する。

【０１２０】はじめに、図２３に示した圧電トランス素
子についての実証例１〜５及び比較例１〜５を図３０を
参照して説明する。

【０１２１】（実証例１〜５）Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3
系の圧電材料粉末１００重量部に対して、水２５重量
部、エマルション型のアクリル系バインダ１０重量部を
配合し、ボールミルでスラリーを作製した。このスラリ
ーから、乾燥後の厚みが１３０μｍのテープをドクター
ブレード装置を用いて成形し、焼成後のテープの厚さが
約１００μｍとなるようにした。

【０１２２】そして、得られたテープを、長さ１００ｍ
ｍ、幅１００ｍｍの矩形にカットした。その後、印刷用
フレームに貼り、スクリーンマスクを用いてその上に図
３０に示したＡｇ／Ｐｄ重量比の内部電極を、圧電トラ
ンス素子の第１の領域となる部分に印刷した。但し、内
部電極は、積層、焼成及び積層体の切断後に第１の領域
の長手方向の端部の角の何れかに、２辺が２ｍｍの直角
三角形の内部電極の切り欠きが形成されるように、２種
類のパターンで印刷した。

【０１２３】また、スクリーンマスクの乳剤の厚み及び
ペーストの固形分濃度を変えて印刷することにより、焼
成後の内部電極の厚みが図３０に記載した所定の厚みと
なるようにした。

【０１２４】次に、上記の２種のパターンで内部電極を
印刷したテープを、交互に各１０層ずつ重ね、更に内部
電極が露出している側に、内部電極を印刷していない上
記と同様の圧電セラミックステープを積層した。

【０１２５】これを１００℃、３０ＭＰａの条件で熱圧
着し、空気中１１５０℃で２時間焼成した。

【０１２６】次に、得られた焼成体を、長さ４８ｍｍ、
幅１０ｍｍに切断し、第１の領域の上面と下面の外部電
極５４、及び第２の領域の長手方向の端部の外部電極５
５を、Ａｇペーストで印刷し、７００℃にて焼き付け
た。外部電極５４については、それぞれ隣接する内部電
極と左右逆のパターンで同様の直角三角形の切り欠きを
設けた。更に、第１の領域の長手方向の端部の２つの角
の外側には、それぞれ厚み方向全体にわたって、幅方向
及び長さ方向の側面に、それぞれ１ｍｍの幅を有する層
間接続導体５８を、外部電極５４及び５５と同様に、Ａ
ｇペーストで印刷し、７００℃で焼き付けた。

【０１２７】この結果、図２３に示したように、内部電
極が外部電極に電気的に接続された分極前の素子が得
た。

【０１２８】この分極前の素子について、第１の領域
は、空気中２５０℃で、３ＭＶ／ｍの電界強度（３００
Ｖ／１００μｍ）で分極処理した。また、第２の領域で
は、入力電極（外部電極５４）を短絡させ、空気中２５
０℃で、０．８ＭＶ／ｍの電界強度（１９ｋＶ／２４ｍ
ｍ）で分極処理した。

【０１２９】以上の処理により、本実施形態の図２３の
積層型圧電トランス素子を得た。

【０１３０】このようにして得た積層型圧電トランス素
子の出力側に５０ｋΩの負荷抵抗及び電流計、電圧計を
接続し、また入力側に電源及び同様に電流計、電圧計を
接続し、２ワットの所定出力に保ちながら入力電力と出
力電力を測定し、変換効率を算出した。その結果を図３
０に示す。

【０１３１】変換効率を測定した後、積層型圧電トラン
ス素子を切断し、電子顕微鏡により内部電極の厚みを測
定してそれぞれが所定の値にあることを確認した。

【０１３２】（比較例１〜５）更に、図３０に示したＡ
ｇ−Ｐｄの組成比を使用し、内部電極の厚さが図３０に
示したものになるようにして、実証例と同様に積層型の
圧電トランス素子を製造した。

【０１３３】実証例と同様にして変換効率を測定し、ま
た内部電極の厚みを測定した。この結果も図３０に示
す。

【０１３４】図３０に示した結果から判るように、内部
電極のＡｇ／Ｐｄ比が８０／２０〜２０／８０の範囲に
あり、且つ厚さが１〜５μｍの範囲にある場合には、圧
電トランスの変換効率が８５％以上となり、上記範囲外
の比較例と比べて変換効率が良好に改善されることは明
らかである。

【０１３５】次に、図２４及び図２５に示した圧電トラ
ンス素子についての実証例６〜１２及び比較例６〜１２
を、図３１を参照して説明する。

【０１３６】（実証例６〜１２）Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ
3 系の圧電材料粉末１００重量部に対して、水２５重量
部、エマルション型のアクリル系バインダ１０重量部を
配合し、ボールミルでスラリーを作製した。このスラリ
ーから、乾燥後の厚みが１３０μｍのテープをドクター
ブレード装置を用いて成形し、焼成後のテープの厚さが
約１００μｍとなるようにした。

【０１３７】次に、得られたテープを長さ１００ｍｍ、
幅１００ｍｍの矩形にカットした。その後、印刷用フレ
ームに貼り、パンチング装置を用いて層間接続導体を充
填するための円形の孔を、焼成後にそれぞれ図３０に示
す直径になるような大きさで所定位置に穿孔した。孔
は、焼成、切断後に、素子をλモードで振動させたとき
に節の位置となる、素子の長さ方向の端部から１２ｍｍ
の位置に幅方向に２ｍｍの間隔を空けて位置するように
設けた。

【０１３８】図３１に示すように、組成比を変えたＡｇ
−Ｐｄ混合物に、有機バインダ等を加えて作製した層間
接続導体のペーストを、メタルマスクを用いた印刷法に
よって前記孔に充填し、乾燥させた。更に、層間接続導
体のペーストが充填された圧電セラミックステープの上
に、層間接続導体と同じＡｇ／Ｐｄ比の内部電極を、後
で切り出した時に側面にはみださないように、スクリー
ンマスクを用いて印刷した。上述した図２８及び図２９
に示したような形態では、焼成後に長さ２３．５ｍｍ、
幅９ｍｍの寸法を有し、対応する層間接続導体と同一中
心であり、層間接続導体よりも約１ｍｍ大きい直径の円
形の孔を１個有するように印刷した。

【０１３９】次に、スクリーンマスクの乳剤の厚み及び
ペーストの固形分濃度を変えて印刷して、内部電極の厚
みが図３１に記載した所定の厚みとなるようにした。

【０１４０】そして、内部電極側を上面として、図２９
のパターンが最上面となるように、図２９のパターンを
１０枚、図２８のパターンを９枚交互に積層した。更
に、その積層体の最上面には、右側の層間接続導体のみ
が形成された圧電セラミックステープ（内部電極は印刷
されていない）を積層した。また、最下面には、図２８
の右側の層間接続導が無い圧電セラミックステープを積
層した。

【０１４１】このような積層体を、１００℃、３０ＭＰ
ａの条件で熱圧着し、空気中１１５０℃で２時間焼成し
た。

【０１４２】これらのサンプルを、内部電極が側面に露
出しないように長さ４８ｍｍ、幅１０ｍｍに切断した。
そして、第１の領域の上面及び下面には外部電極５４
を、そして第２の領域の長手方向の端部には外部電極５
５をＡｇペーストで印刷し、７００℃で焼き付けた。こ
の結果、図２４及び図２５に示したような構造を有す
る、分極前の圧電トランス素子が得た。

【０１４３】この分極前の素子について、第１の領域
（積層側）は、空気中２５０℃で、３ＭＶ／ｍの電界強
度（３００Ｖ／１００μｍ）で分極処理した。更に、第
２の領域は、入力電極（外部電極５４）を短絡させ、空
気中２５０℃で、０．８ＭＶ／ｍの電界強度（１９ｋＶ
／２４ｍｍ）で分極処理した。

【０１４４】以上の処理により、本実施形態の図２４及
び図２５の積層型圧電トランス素子を得た。

【０１４５】このようにして得た積層型圧電トランス素
子の出力側に、５０ｋΩの負荷抵抗及び電流計、電圧計
を接続し、また入力側に電源及び同様に電流計、電圧計
を接続し、２ワットの所定出力に保ちながら入力電力と
出力電力とを測定し、変換効率を算出した。図３１に結
果を示す。

【０１４６】また、変換効率を測定した後、積層型圧電
トランス素子を切断し、電子顕微鏡にて孔の直径及び内
部電極の厚みを測定し、それぞれが所定の値にあること
を確認した。

【０１４７】（比較例６〜１３）図３１に示したＡｇ−
Ｐｄの組成比を使用し、内部電極の厚さ、孔の直径を図
３１に示したものになるようにして、実証例６〜１２と
同様に積層型の圧電トランス素子を製造した。

【０１４８】そして、実証例６〜１２と同様にして変換
効率を測定し、また孔の直径及び内部電極の厚みを測定
した。この結果も図３１に示す。

【０１４９】図３１に示した結果から判るように、内部
電極のＡｇ／Ｐｄ比が８０／２０〜２０／８０、厚さが
１〜５μｍ、及び層間接続導体の直径が５０〜２００μ
ｍの範囲にある場合には、圧電トランスの変換効率が８
５％を超え、上記範囲外の比較例と比べて有意に改善さ
れることは明らかである。

【０１５０】以上説明したように、本実施形態に係る内
部電極用素材及び層間接続導体を使用して、積層構造を
有する圧電トランス素子を形成すれば、良好な変換（昇
圧）性能を有する圧電トランス素子が実現できる。従っ
て、同程度の出力が可能な従来の圧電トランス素子と比
較して素子を小型化することもできる。

【０１５１】尚、本発明は、図面を参照して上述した各
実施形態に限られるものではなく、各実施形態を組み合
わせた他の実施形態も本発明のスコープに含まれること
は言うまでもない。

【０１５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
安全性及び取り扱いの容易さに優れ、且つ、トランスと
しての良好な性能を有する圧電トランス素子の提供が実
現する。

【０１５３】

【図面の簡単な説明】

【図１】一般的な積層構造を有する圧電トランス素子の
一例を示す斜視図である。

【図２】図１に示した圧電トランス素子の正面図であ
る。

【図３】図１に示した圧電トランス素子のＡ−Ａ’断面
図である。

【図４】図１に示した圧電トランス素子の平面図であ
る。

【図５】図１に示した圧電トランス素子のＢ−Ｂ’断面
図である。

【図６】本発明の第１の実施形態としての積層構造を有
する圧電トランス素子の斜視図である。

【図７】本発明の第１の実施形態で図６に示した圧電ト
ランス素子の平面図である。

【図８】本発明の第１の実施形態で図７に示した圧電ト
ランス素子のＣ−Ｃ’断面図である。

【図９】本発明の第１の実施形態で図７に示した圧電ト
ランス素子のＤ−Ｄ’断面図である。

【図１０】本発明の第１の実施形態で図７に示した圧電
トランス素子のＥ−Ｅ’断面図である。

【図１１】本発明の第１の実施形態としての圧電トラン
ス素子を、ケースに収納した場合の断面図である。

【図１２】本発明の第１の実施形態としての圧電トラン
ス素子の積層構造を示す図である。

【図１３Ａ】本発明の第１の実施形態としての圧電トラ
ンス素子の製造工程を説明する図である。

【図１３Ｂ】本発明の第１の実施形態としての圧電トラ
ンス素子の製造工程を説明する図である。

【図１３Ｃ】本発明の第１の実施形態としての圧電トラ
ンス素子の製造工程を説明する図である。

【図１３Ｄ】本発明の第１の実施形態としての圧電トラ
ンス素子の製造工程を説明する図である。

【図１４】本発明の第２の実施形態としての積層構造を
有する圧電トランス素子の斜視図である。

【図１５】本発明の第２の実施形態として図１４に示し
た圧電トランス素子の平面図である。

【図１６】本発明の第２の実施形態として図１５に示し
た圧電トランス素子のＧ−Ｇ’断面図である。

【図１７】本発明の第２の実施形態として図１５に示し
た圧電トランス素子のＦ−Ｆ’断面図である。

【図１８】本発明の第３の実施形態としての積層構造を
有する圧電トランス素子の斜視図である。

【図１９】本発明の第３の実施形態として図１８に示し
た圧電トランス素子の平面図である。

【図２０】本発明の第３の実施形態として図１９に示し
た圧電トランス素子のＨ−Ｈ’断面図である。

【図２１】本発明の第３の実施形態として図１９に示し
た圧電トランス素子のＩ−Ｉ’断面図である。

【図２２】本発明の第３の実施形態としての圧電トラン
ス素子をケースに収納した場合の断面図である。

【図２３】本発明の第４の実施形態の内部電極用素材を
適用可能な、一般的な積層構造を有する圧電トランス素
子の斜視図である。

【図２４】本発明の第４の実施形態の内部電極用素材を
適用可能な、積層構造を有する圧電トランス素子の長手
方向の断面図である。

【図２５】本発明の第４の実施形態で図２４に示した圧
電トランス素子を層間接続導体の部分で短手方向に切断
した断面図である。

【図２６】本発明の第４の実施形態における孔を形成し
た圧電セラミックステープを示す図である。

【図２７】本発明の第４の実施形態として、圧電セラミ
ックステープの孔に、層間接続導体のペーストを充填し
たところを示す部分断面図である。

【図２８】本発明の第４の実施形態として、圧電セラミ
ックステープに内部電極が印刷された後の状態を示す図
である。

【図２９】本発明の第４の実施形態として、圧電セラミ
ックステープに内部電極が印刷された後の状態を示す図
である。

【図３０】本発明の第４の実施形態における実証例及び
比較例のデータを示す図である。

【図３１】本発明の第４の実施形態における実証例及び
比較例のデータを示す図である。

【符号の説明】

１，２，２１，２２，３１，３２，５４，１０１，１０
２外部電極（１次側電極）３，３３外部電極（リード電極）１ａ，２ａ，３ｃ，２１ａ，２２ａ，３１ａ，３２ａ，
５６ａ，５６ｂ，５６ａ’，５６ｂ’，１０１ａ，１０
２ａ内部電極４，４２，１０４ハンダ付け部分５，４１，１０５リード線６，２５，３６，５７，１０６圧電素子６Ａ，６０圧電セラミックステープ７，３７ケース８ａ，８ｂ，８ｃ，９，２４ａ，２４ｂ，３８ａ，３８
ｂ，５８，５９，１０７ａ，１０７ｂ層間接続導体２０，２３，３３，４０，５５，１０３外部電極（２
次側電極）６２ペースト

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】厚み方向に分極されると共に１次側電極
が形成された第１の領域と、長手方向に分極されると共
に２次側電極が形成された第２の領域とを有し、複数の
圧電素子が積層された圧電トランス素子であって、前記１次側電極として、前記複数の圧電素子の層間に配
置され、且つ前記第１の領域に内包された複数の第１内
部電極と、前記２次側電極として、前記複数の圧電素子の層間に配
置され、且つ前記第２の領域に内包された複数の第２内
部電極と、前記圧電トランス素子の表面上に形成され、前記複数の
第１内部電極に電圧を印加する第１外部電極と、前記圧電トランス素子の表面上に形成され、前記複数の
第２内部電極から、前記電圧の印加によって前記圧電ト
ランス素子に発生した電圧を取り出す第２外部電極と、
を有することを特徴とする圧電トランス素子。
【請求項２】前記第１及び第２の外部電極が、前記圧
電トランス素子の同一平面上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素子。
【請求項３】前記複数の第２内部電極は、前記第２の
領域に内包された複数の柱状導体によりメッシュ状に接
続されていることを特徴とする請求項１または請求項２
記載の圧電トランス素子。
【請求項４】前記第１外部電極は、前記圧電トランス
素子の駆動振動モードの節を含む位置に形成することを
特徴とする請求項１記載の圧電トランス素子。
【請求項５】前記複数の第１内部電極は、前記第１の
領域に内包された少なくとも２本の柱状導体によって１
層おきに接続されることにより、２つの内部電極群を成
すことを特徴とする請求項１または請求項４記載の圧電
トランス素子。
【請求項６】前記少なくとも２本の柱状導体は、前記
圧電トランス素子の駆動振動モードの節に相当する位置
に形成することを特徴とする請求項５記載の圧電トラン
ス素子。
【請求項７】前記複数の第２内部電極及び柱状導体に
より形成されたメッシュ状の２次側電極は、前記圧電ト
ランス素子の幅方向の断面積の５％以上を占めることを
特徴とする請求項３記載の圧電トランス素子。
【請求項８】更に、前記第１の領域側の前記平面上
に、前記第１及び第２内部電極、そして前記第１及び第
２外部電極から絶縁されたところの第３外部電極を、前
記２次側電極のもう一方の電極として形成することを特
徴とする請求項２記載の圧電トランス素子。
【請求項９】前記複数の圧電素子の中で、前記第３外
部電極及びその電極に一番近い前記第１内部電極の間に
配置された圧電素子は、分極されていないことを特徴と
する請求項８記載の圧電トランス素子。
【請求項１０】前記第３外部電極は、前記圧電トラン
ス素子の駆動振動モードの節を含む位置に形成すること
を特徴とする請求項９記載の圧電トランス素子。
【請求項１１】厚み方向に分極されると共に１次側電
極が形成された第１の領域と、長手方向に分極されると
共に２次側電極が形成された第２の領域とを有し、複数
の圧電素子が積層された圧電トランス素子であって、前記１次側電極として、前記複数の圧電素子の層間の前
記第１の領域側に配置された複数の内部電極と、前記圧電トランス素子の表面上に形成され、前記複数の
内部電極に電圧を印加する複数の第１外部電極と、前記２次側電極として、前記第２の領域の端部に形成さ
れた第２外部電極と、前記２次側電極のもう一方の電極として、前記第１の領
域側の前記圧電トランス素子の表面であって前記第１外
部電極が形成された表面上に、前記複数の内部電極、並
びに前記第１及び第２の外部電極から絶縁されて形成さ
れた第３外部電極と、を有することを特徴とする圧電ト
ランス素子。
【請求項１２】前記複数の圧電素子の中で、前記第３
外部電極及びその電極に一番近い前記内部電極の間に配
置された圧電素子は、分極されていないことを特徴とす
る請求項１１記載の圧電トランス素子。
【請求項１３】前記第３外部電極は、前記圧電トラン
ス素子の駆動振動モードの節を含む位置に形成すること
を特徴とする請求項１２記載の圧電トランス素子。
【請求項１４】前記複数の内部電極は、前記第１の領
域に内包された少なくとも２本の柱状導体によって１層
おきに接続されることにより、２つの内部電極群を成す
ことを特徴とする請求項１１乃至請求項１３の何れかに
記載の圧電トランス素子。
【請求項１５】前記少なくとも２本の柱状導体は、前
記圧電トランス素子の駆動振動モードの節に相当する位
置に形成することを特徴とする請求項１４記載の圧電ト
ランス素子。
【請求項１６】前記内部電極が、前記圧電トランス素
子の内部に内包されて形成されていることを特徴とする
請求項１５記載の圧電トランス素子。