JPH11243235A - 積層型圧電トランス及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】分極による機械的強度の劣化を大幅に低減する
ことができる信頼性の高い積層型圧電トランス及びその
製造方法を提供する。 【解決手段】積層構成の圧電板１の長手方向の略片側半
部に一対の入力電極２１，２２が形成され、他方側の長
手方向の端面の略全面に出力電極３が形成され、圧電板
１の発電部Ｂの幅方向の両側縁部にはほぼ対称な位置
に、側面から中央に向かってＵ字状に切り欠かれた凹部
６が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶ディスプレイ
のバックライト用インバータ、蛍光管点灯用インバータ
等に用いられる積層型圧電トランス及びその製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、矩形平板状の圧電板からな
り、厚み方向に分極された駆動部と長手方向に分極され
た発電部とからなるローゼン型圧電トランスが知られて
いる。そして、より小型化するとともにより高い昇圧比
を得るために、内部電極を形成した圧電セラミックスシ
ートを積層焼成して一体化した積層型の圧電トランスが
提案されている。

【０００３】従来、この種の積層型圧電トランスは、例
えば図４に示すように構成されている。この積層型圧電
トランスは、複数の圧電セラミックスを積層焼成して一
体化した矩形平板状の圧電板１を備え、圧電板１の長手
方向の片側半部（図において左側半部）に一対の入力電
極２１，２２が対向して形成され、他方側の長手方向の
端面に出力電極３が形成され、駆動部Ａとなる入力電極
２１，２２が形成された部分は矢印Ｐ１で示すように厚
み方向に分極され、発電部Ｂとなる他方側の片側半部は
矢印Ｐ２で示すように長手方向に分極されている。

【０００４】入力電極２１，２２は、圧電セラミックス
の層間に交互に配置された内部電極及び上下面と側面に
跨って形成された外部電極からなり、各内部電極は一層
おきに入力電極２１，２２の一方の外部電極にそれぞれ
対向する側面で共通接続されている。すなわち、入力電
極２１を構成する内部電極と入力電極２２を構成する内
部電極は、それぞれ幅方向の一端側が一方側面に露出
し、他端側が他方側面に露出しないように交互に積層さ
れ、露出する側の側面でそれぞれの外部電極に接続され
ている。

【０００５】駆動部Ａの厚み方向の分極は、入力電極２
１，２２間に直流電圧を印加して行われ、発電部Ｂの長
手方向の分極は入力電極２１，２２を短絡した状態で入
力電極２１，２２と出力電極３との間に直流電圧を印加
して行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の積層型圧電トランスでは、圧電トランスの動作時に
あるいは分極後に、駆動部Ｂの幅方向の両側縁部の特定
の部分（図５において丸囲いで示す部分）にクラックが
発生することがあった。このクラックの発生は、長手方
向の分極によって生じる残留応力がこの部分に集中する
ことに起因していることが実験や解析により明らかにな
った。つまり、ＦＥＭ解析により解析した応力分布にお
いて、応力が集中する部分が実際のクラック発生位置と
一致した。これは、入力電極２１，２２が全面に形成さ
れず一端側が側面からある程度の間隔を置いて形成され
ており、長手方向の分極において、図５の塗りつぶしで
示す部分は安定な電界が印加されて充分に分極される
が、幅方向の両側縁部側には不安定な電界しか印加され
ず分極されにくいためと考えられる。すなわち、充分に
分極された部分と分極されにくい部分では分極による伸
び（残留歪）の度合いが異なり、この分極による応力が
特定の部分に集中して、この部分の機械的強度が劣化す
るためである。なお、図５において破線の四角囲いで示
す部分は入力電極２１，２２の重なり合う部分である。

【０００７】そこで、本発明の目的は、分極による応力
の集中を除去または緩和して、圧電板の分極による機械
的強度の劣化を大幅に低減することができる信頼性の高
い積層型圧電トランス及びその製造方法を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明は、複数の圧電セラミックスグ
リーンシートを積層焼成して一体化した矩形状の圧電板
からなり、内部電極と圧電セラミックスが交互に積層さ
れるとともに前記内部電極を１層おきに接続する一対の
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積層型圧電
トランスにおいて、前記発電部の幅方向の側縁部であっ
て、分極により応力が集中する部分に凹部が形成されて
いることを特徴とするものである。

【０００９】請求項２に係る積層型圧電トランスの製造
方法は、複数の圧電セラミックグリーンシートを積層焼
成して一体化してなり、内部電極と圧電セラミックスが
交互に積層された駆動部と該駆動部に隣接して配置され
た発電部とを有する矩形状の圧電板を用意する工程と、
前記内部電極を接続する一対の外部電極及び出力電極を
形成する工程と、前記駆動部を厚み方向に分極する工程
と、前記発電部を長手方向に分極する工程と、前記発電
部の幅方向の側縁部であって、分極により応力が集中す
る部分に凹部を形成する工程とを有することを特徴とす
るものである。

【００１０】請求項３に係る発明は、請求項２に記載の
積層型圧電トランスの製造方法において、凹部を形成す
る工程が、前記発電部を分極する工程の前の工程である
ことを特徴とするものである。

【００１１】請求項４に係る発明は、請求項２に記載の
積層型圧電トランスの製造方法において、凹部を形成す
る工程が、前記発電部を分極する工程の後の工程である
ことを特徴とするものである。

【００１２】上記の構成によれば、発電部の幅方向の側
縁部の分極により応力が集中する部分に凹部が設けられ
ているので、分極による応力の集中はこの凹部により除
去または緩和され、圧電板の機械的強度の劣化を大幅に
低減することができる。

【００１３】上記凹部の形成は、圧電板を分極する工程
の前工程または後工程のいずれの段階であってもよい。
つまり、製造工程の設計において、凹部を形成する工程
を最も製造工数を低減できる段階に配置することがで
き、製造効率を高めることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施例を示す
図面に基づいて説明する。

【００１５】本発明の一実施例に係る積層型圧電トラン
スの構造を図１〜図３に示す。図１は外観斜視図、図２
は図１のＸ−Ｘ線（長手方向）断面図、図３は図１のＹ
−Ｙ線(幅方向）断面図である。

【００１６】本実施例の積層型圧電トランスは、１次ま
たは２次振動モードを用いた圧電トランスであり、矩形
平板状の圧電板１は複数枚の圧電セラミックグリーンシ
ートを積層して一体焼成して形成されている。

【００１７】本実施例の積層型圧電トランスは、積層構
成の圧電板１の長手方向の略片側半部に一対の入力電極
２１，２２が形成され、他方側の長手方向の端面の略全
面に出力電極３が形成されている。入力電極２１，２２
は圧電板１の圧電セラミックスの層間に交互に形成され
た内部電極２１ｉ，２２ｉ及び圧電板１の上下面から側
面に跨って形成された外部電極２１ｅ，２２ｅからな
り、図３に示すように内部電極２１ｉは幅方向の一方側
面において外部電極２１ｅに接続され、内部電極２２ｉ
は幅方向の他方側面において外部電極２２ｅに接続され
ている。より詳しくは、図３に示すように、内部電極２
１ｉ，２２ｉは、それぞれ幅方向の一端側が一方側面に
露出し、他端側が他方側面に露出しないように交互に積
層され、露出する側の側面で外部電極２１ｅ，２２ｅに
接続されている。内部電極２１ｉ，２２ｉの露出しない
側の側面からの距離及び圧電板１の上下面の外部電極２
１ｅ，２２ｅの側面からの距離は入力電極２１，２２相
互間の絶縁耐圧を考慮して決定される。

【００１８】入力電極２１，２２が形成された領域は、
入力電極２１，２２間に直流電圧を印加して厚み方向に
分極されて駆動部Ａとなり、他方側の略片側半部の領域
は、入力電極２１，２２を短絡した状態で入力電極２
１，２２と出力電極３との間に直流電圧を印加して長手
方向に分極されて発電部Ｂとなっている。

【００１９】そして、本実施例の積層型圧電トランスに
おいては、圧電板１の発電部Ｂの幅方向の両側縁部には
ほぼ対称な位置に、側面から中央に向かってＵ字状に切
り欠かれた凹部６が形成されている。この凹部６は発電
部Ｂの長手方向の分極によって生じる残留応力が集中す
る部分に形成され、分極による応力の集中を除去または
緩和するために形成される。

【００２０】以下、本実施例の積層型圧電トランスの製
造方法について説明する。まず、大きな圧電セラミック
グリーンシートに複数個の内部電極を印刷等の方法で形
成し、この圧電セラミックグリーンシートを複数枚積層
して圧着し、この積層体を焼成して一体化する。焼成
後、ダイシング等により切断して個々の圧電板１を得
る。

【００２１】次に、圧電板１の発電部Ｂの側縁部の一部
をリュータ、ダイシング等の切削手段により切削して凹
部６を形成する。次に、外部電極２２ｅ及び出力電極３
を印刷等の方法で形成する。次に、駆動部Ａを厚み方向
に、発電部Ｂを長手方向に分極して、本実施例の積層型
圧電トランスが得られる。

【００２２】なお、上記説明では、凹部６の形成を外部
電極及び出力電極の形成前に凹部６を形成した場合につ
いて説明したが、凹部６の形成は、圧電板１の分極前、
または分極後のいずれの段階であってもよい。つまり、
セラミックグリーンシートの成型時から分極後のいずれ
の段階においても、凹部６を形成することが可能であ
る。

【００２３】凹部６の形状や形成位置は、電気的特性を
考慮して、圧電板１、入力電極２１，２２、出力電極３
等の形状や寸法により設定される。すなわち、分極によ
る応力が集中する部分はＦＥＭ解析等により確認するこ
とができ、許容される機械的強度の範囲内で電気的特性
に影響を及ぼさない形状や寸法で形成される。例えば、
積層数７層（内部電極数６）、幅６．０ｍｍ、長さ２
２．０ｍｍ、厚み１．８ｍｍの圧電板を用い、駆動部Ａ
と発電部Ｂの比を６：４、入力電極の側面からの距離を
１．０ｍｍとした場合、凹部６は長手方向３．０〜５．
０ｍｍ、幅方向０．５〜１．０ｍｍ、駆動部Ａと発電部
Ｂの境界からの距離０．５〜２．０ｍｍの範囲で形成さ
れる。

【００２４】また、凹部６の形状は、上記実施例のよう
なＵ字状に限定されるものではなく、円弧状、台形状、
Ｖ字状等の他の形状であってもよく、角部がある場合は
その部分に丸みをもつように形成される。

【００２５】そして、１次振動モードの場合は圧電板１
の長手方向の略中央部が、２次振動モードの場合は長手
方向の両端から略１／４の部位が、振動変位がゼロとな
るノード点となり、このノード点の位置で支持固定さ
れ、入力電極２１，２２のノード点に対応する位置に入
力側配線が接続され、出力電極３に出力側配線が接続さ
れ、入力側配線を通じて入力電圧が印加され、圧電効果
と逆圧電効果の作用により出力電極３に昇圧された出力
電圧が出力側配線を通じて取り出されるように構成され
る。より具体的には、入力用のリード線やリード端子は
外部電極２１ｅ，２２ｅの幅方向側面に形成された部分
のノード点またはノード点の近傍に接続される。

【００２６】以上のように、本実施例の積層型圧電トラ
ンスにおいては、発電部Ｂの幅方向の側縁部の分極によ
り応力が集中する部分に凹部６が設けられているので、
分極による応力の集中はこの凹部６により除去または緩
和され、圧電板１の分極による部分的な機械的強度の劣
化は大幅に低減されたものとなる。すなわち、分極後に
クラック等が発生することもなく、また分極による応力
が除去あるいは緩和されているので、分極による応力と
動作時（駆動時）の応力とが重なることによるクラック
等の破壊が発生することもなく、信頼性の高い積層型圧
電トランスを得ることができる。

【００２７】なお、本実施例では外部電極２１ｅ，２２
ｅの主面に形成された部分と側面に形成された部分の長
手方向の長さはほぼ同一の長さで形成されているが、側
面に形成された部分は内部電極と外部電極とを接続する
ためのものであり、その長さや形状は特に限定されるも
のではない。また、外部電極２１ｅ，２２ｅは両主面に
形成されているが、これに限るものではなく、側面にの
み形成したものであってもよい。

【００２８】また、上記実施例では、１次及び２次振動
モードの積層型圧電トランスで説明したが、これに限る
ものではなく、３次以上の振動モードを利用したものに
も適用できることは勿論である。要するに、本発明は、
発電部の幅方向の側縁部に凹部を形成したことを特徴と
するものであり、他の構成は特に限定するものではな
い。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る積層
型圧電トランスによれば、 発電部Ｂの幅方向の側縁部
の分極により応力が集中する部分に凹部が設けられてい
るので、分極による応力の集中はこの凹部により除去ま
たは緩和され、分極の残留応力による圧電板の機械的強
度の劣化を大幅に低減することができる。

【００３０】そして、凹部の形成は、圧電板を分極する
工程の前工程または後工程のいずれの段階であってもよ
く、製造工程の設計において、凹部を形成する工程を最
も製造工数を低減できる段階に配置することができ、製
造効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る積層型圧電トランスの
斜視図である。

【図２】図１のＸ−Ｘ線（長手方向）断面図である。

【図３】図１のＹ−Ｙ線(幅方向）断面図である。

【図４】従来の積層型圧電トランスの斜視図である。

【図５】積層型圧電トランスの分極の状態を説明するた
めの図である。

【符号の説明】

１ 圧電板 ２１，２２ 入力電極 ２１ｅ，２２ｅ 外部電極 ２１ｉ，２２ｉ 内部電極 ３ 出力電極 ６ 凹部 Ａ 駆動部 Ｂ 発電部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の圧電セラミックスグリーンシート
   を積層焼成して一体化した矩形状の圧電板からなり、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
   前記内部電極を１層おきに接続する一対の外部電極が形
   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積層型圧電トランスにおい
   て、 前記発電部の幅方向の側縁部であって、分極により応力
   が集中する部分に凹部が形成されていることを特徴とす
   る積層型圧電トランス
2. 【請求項２】 複数の圧電セラミックグリーンシートを
   積層焼成して一体化してなり、内部電極と圧電セラミッ
   クスが交互に積層された駆動部と該駆動部に隣接して配
   置された発電部とを有する矩形状の圧電板を用意する工
   程と、 前記内部電極を接続する一対の外部電極及び出力電極を
   形成する工程と、 前記駆動部を厚み方向に分極する工程と、 前記発電部を長手方向に分極する工程と、 前記発電部の幅方向の側縁部であって、分極により応力
   が集中する部分に凹部を形成する工程とを有することを
   特徴とする積層型圧電トランスの製造方法。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の積層型圧電トランスの
   製造方法において、凹部を形成する工程が、前記発電部
   を分極する工程の前の工程であることを特徴とする積層
   型圧電トランスの製造方法。
4. 【請求項４】 請求項２に記載の積層型圧電トランスの
   製造方法において、凹部を形成する工程が、前記発電部
   を分極する工程の後の工程であることを特徴とする積層
   型圧電トランスの製造方法。