JPH1174581A - 圧電トランス及び圧電トランスの製造方法 - Google Patents

圧電トランス及び圧電トランスの製造方法

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JPH1174581A
JPH1174581A JP16420398A JP16420398A JPH1174581A JP H1174581 A JPH1174581 A JP H1174581A JP 16420398 A JP16420398 A JP 16420398A JP 16420398 A JP16420398 A JP 16420398A JP H1174581 A JPH1174581 A JP H1174581A
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input
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paste
piezoelectric ceramic
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JP16420398A
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Kenichi Goto
賢一 後藤
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Daishinku Corp
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Daishinku Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 入力電力の供給、並びに出力電力の取り出し
を、振動節部、あるいは所望部分にて行っても、分極時
や駆動時におけるの電界の不具合をなくすとともに、電
気特性の面、基板への搭載性と薄型化の面、製造性の面
で、より信頼性の高い圧電トランスを提供する。 【解決手段】 圧電セラミック素子1に、駆動部1A
と、発電部1Bとを具備し、前記駆動部の表裏に入力電
極11,12を形成するとともに厚み方向に分極され、
発電部の端部に出力電極13を形成するとともに、前記
発電部を、前記入力電極から発電部端部へ向かう方向の
圧電トランスであって、前記出力電極のから延出された
外部接続電極14を前記圧電セラミック素子上に形成す
るとともに、前記外部接続電極と前記圧電セラミック素
子の間には、比誘電率の低い低融点ガラス層Sが形成さ
れてなる。

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、さ
らに、積層型の圧電トランスは単層型の圧電トランスに
くらべて、昇圧比を高くすることができ、駆動回路の構
成を簡単にすることができるため、近年実用化が進んで
いるのが現状である。
【0003】図11に示すように、代表的な単層型の圧
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
長手方向片側半分8Aには厚み方向の一対の銀等の入力
電極81,82を形成し、他の半分8Bはその端面部に
銀等の出力電極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、図12に示すように、全体として例えばλモードと
称される振動変位を有する強い機械振動が起こる。な
お、λモードで励振されている場合の振動の節領域をN
1,N2にて示す。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11に示すように、こ
の節領域N1,N2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を半田付けし
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
成では圧電トランスの出力電極は最大振幅部分にあり、
しかも高電圧を発生するため、出力電極に電気的接続を
金属線で行っても、断線事故が発生したり、逆に圧電ト
ランスの振動を阻害し、振動効率を低下させてしまう問
題を有していた。このため、安定確実に外部回路との電
気的接続を保つのは容易ではなかった。
【0005】そこで、特願平5−172556号に示さ
れるように、出力電極を振動の節領域まで延出した引出
電極を形成し、この引出電極において、少なくとも電気
的接続を行う構成が考え出されている。この引出電極
は、圧電トランスの入出力電極が形成され、焼成、分極
後に、前記出力電極と接続する必要がある。
【0006】これは、分極前に出力電極と接続された引
出電極を形成すると、分極する際に入力電極から出力電
極に電界がかからず、その手前に形成された引出電極に
電界がかかり、入力電極から引出電極にかけて電気力線
が形成されてしまう。このため、分極されない領域がで
きて、入力電極から出力電極にかけての分極が不完全に
なるという問題点を有していた(図13参照)。また、
圧電トランスの製造面においても、例えば、ペーストに
より引出電極を形成すれば、入出力電極形成、乾燥・電
極焼き付け(焼成)、分極、引出電極形成、乾燥・電極
焼き付けと(焼成)、製造工数が多くなり製造効率が悪
いという問題を有していた。
【0007】また、図11に示すような構成では、前記
圧電セラミック素子の入力電極と金属線の接続構造、並
びに、前記圧電セラミック素子を支持する構造が、前記
素子の主面にて、高さを要し、低背化、薄型化の妨げと
なっていた。さらに、各金属線と入出力電極の電気的機
械的接続が半田でおこなわれており、入出力電極が銀電
極からなる場合、半田くわれの悪影響が受けやすいとい
う問題点も有していた。このような場合、各電極と金属
線の接続間の抵抗が上がり、圧電トランスの正常な使用
を妨げるという問題があった。
【0008】本発明は、入力電力の供給、並びに出力電
力の取り出しを、振動節部、あるいは所望部分にて行っ
ても、分極時や駆動時におけるの電界の不具合をなくす
とともに、電気特性の面、基板への搭載性と薄型化の
面、製造性の面で、より信頼性の高い圧電トランスを提
供することを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、請求項1に示
すように、圧電セラミック板に少なくとも1つの駆動部
と、少なくとも1つの発電部とを具備し、前記駆動部の
少なくとも表裏両主面に入力電極を形成するとともに厚
み方向に分極され、発電部の端部(主面端部、端面部、
側面端部のうちの少なくとも一つ以上)に出力電極を形
成するとともに、前記発電部を、前記入力電極から発電
部端部へ向かう方向、あるいは前記発電部端部から前記
入力電極へ向かう方向に分極されてなる、単層型または
積層型の圧電トランスであって、前記入出力電極の少な
くとも一方から延出された外部接続電極を前記圧電セラ
ミック板上に形成するとともに、前記外部接続電極と前
記圧電セラミック板の間には、比誘電率の低い低融点ガ
ラス層が形成されてなることを特徴とする。
【0010】この構成により、圧電トランスの入出力電
極の形成エリア外へ、入力電力の供給、並びに出力電力
を取り出すための外部接続電極を延出し、圧電トランス
の入出力電極の形成エリア外での電気的接続を有効に利
用できる。このため、前記外部接続電極を導体で接続す
れば、圧電トランスの特性を低下させることなく、安定
確実に外部回路との電気的接続を行うことができる。ま
た、電気的接続位置の設計自由度が増し、パッケージ
化、表面実装化、小型化が容易になる。さらに、前記外
部接続電極と前記圧電セラミック板の間には、比誘電率
の低い低融点ガラス層(例えば、主要組成がPbO、B
23、SiO2からなるもので、1MHzにおける比誘
電率が10±5のものが好ましい)を介在させているた
め、圧電トランスから前記外部接続電極への電界をかか
りにくく、入力電極から出力電極までの分極を完全なも
のとするとともに、前記介在するガラス層はセラミック
との接合強度が強く、セラミックである素子とガラス層
の剥がれをなくすことができる。
【0011】また、請求項2に示すように、請求項1記
載の圧電トランスにおいて、焼成可能温度範囲が重なる
電極ペーストとガラスペーストを用いて、前記入出力電
極、前記低融点ガラス層、前記外部接続電極が形成され
てなることを特徴とする。
【0012】この構成により、上記作用効果に加えて、
焼成可能温度範囲(例えば、500〜700℃)の重な
る電極ペーストとガラスペーストを用いて形成された入
出力電極、低融点ガラス層、外部接続電極により構成さ
れているため、前記焼成可能温度範囲にて入出力電極、
低融点ガラス層、外部接続電極の一体焼成(同時焼成)
が可能となり、極めて効率的に作成することができる。
【0013】また、請求項3に示すように、請求項1,
2記載の圧電トランスにおいて、前記外部接続電極が、
前記出力電極を振動の節領域まで延出する出力引出電極
であることを特徴とする。
【0014】この構成により、上記作用効果に加えて、
圧電トランスの入出力電極の形成エリア外の節領域へ、
出力電源の取り出するための出力引出電極を延出し、圧
電トランスの振動を阻害することのないより安定確実な
外部回路との電気的接続を行うことができる。また、節
領域での簡便な方法で電気的機械的接続を同時に行うこ
ともできるため、パッケージ化、表面実装化、小型化が
より一層容易になる。
【0015】また、請求項4に示すように、圧電セラミ
ック板の駆動部に入力用の電極ペーストと、発電部の端
部(主面端部、端面部、側面端部のうちの少なくとも一
つ以上)に出力用の電極ペーストを印刷する工程と、前
記圧電セラミック板の発電部のうち、前記出力用の電極
ペーストが形成されていない主面、または側面、または
主面と側面領域に低融点ガラスのペーストを印刷する工
程と、前記圧電セラミック板の発電部の節領域となる主
面、または側面、または主面と側面に引出用の電極ペー
ストを印刷する工程と、これら入出力用の電極ペース
ト、低融点ガラスのペースト、並びに引出用の電極ペー
ストの形成された圧電セラミック板を一体焼成する工程
と、入力電極と出力電極間、並びに入力電極間に直流の
高電圧を印加することにより、入力電極から出力電極、
あるいは出力電極から入力電極に向かう方向に分極、並
びに入力電極間を厚み方向に分極する工程とにより、電
極形成並び分極等の製造を行えばよい。
【0016】上記製造方法により、入出力電極を形成
し、低融点ガラス層を形成する。そして、引出電極を形
成した後に、一体焼成(同時焼成)することが可能とな
り、途中工程(乾燥、焼き付け)を省略することができ
るため、製造時間を短縮し、極めて効率的に製造するこ
とができるとともに素子に対する熱ストレスによる影響
が極めて少なくなる。さらに、前記引出電極と圧電セラ
ミック板との間には比誘電率の低い低融点ガラスが介在
されており、分極前に出力電極と接続された引出電極を
形成しても、電界を引出電極へかかりにくくし、入力電
極から出力電極、あるいは出力電極から入力電極にかけ
ての電界を形成して分極を完全なものとすることができ
る。
【0017】また、請求項5に示すように、請求項1,
2記載の圧電トランスにおいて、前記外部接続電極が、
少なくとも前記表裏の各入力電極を圧電セラミック板の
相対する側面部へ延出された入力引出電極と、出力電極
を圧電セラミック板の相対する少なくとも一方の側面部
へ延出された出力引出電極であることを特徴とする。
【0018】この構成により、上記作用効果に加え、入
力電源の供給、並びに出力電源の取り出すための外部接
続を圧電トランスの側面部へ延出し、圧電トランスの主
面部での電気的機械的接続を避けることで、圧電トラン
スの低背化、薄型化を生かすことができる。
【0019】また、請求項6に示すように、請求項5記
載の圧電トランスにおいて、前記入力引出電極、並びに
前記出力引出電極が、振動の節領域まで延出されている
ことを特徴とする。
【0020】この構成により、上記作用効果に加え、入
力電源の供給、並びに、出力電源の取り出すための外部
接続を圧電トランスの側面部の振動節領域に延出し、圧
電トランスの主面部での電気的機械的接続を避けること
で、圧電トランスの低背化、薄型化を生かすとともに、
圧電トランスの振動を阻害することのないより安定確実
な外部回路との電気的接続を行うことができる。
【0021】
【実施例】本発明による実施例を図面とともに説明す
る。
【0022】第1の実施例 第1の実施例をλモードで振動する単層型の圧電トラン
スを例にとり説明する。図1は圧電トランスに使用する
第1の圧電セラミック素子の斜視図であり、図2は図1
の圧電セラミック素子の電極形成等の製造方法を説明す
る図である。
【0023】圧電セラミック素子1は、Pb(ZrT
i)O3系の圧電性のセラミック材料からなり、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の
長手方向中央部を境にして、駆動部1A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N
1とN2ができる。駆動部1Aは、表裏主面には銀ある
いは銀パラジウム等の入力電極11,12が形成されて
いる。発電部1Bの長手方向端面部には銀等の出力電極
13が設け形成されるとともに、前記発電部1Bの主面
11B(入力電極11の形成エリア外)には誘電率の低
い低融点ガラス膜S(例えば、主要組成がPbO、B2
3、SiO2からなるもので、1MHzにおける比誘電
率が10±5のものが好ましい)が形成される。そし
て、このガラス膜Sの上面に、表面の振動の節領域N2
部分にまで引き出された銀等の出力引出電極(外部接続
電極)14が形成され、前記出力電極13と電気的に接
続されている。尚、この出力引出電極は表裏両面に形成
してもよいが、片面でも外部との電極接続構成によって
は特に問題はない。
【0024】このような圧電セラミック素子の電極形成
あるいは分極等の製造方法を図2とともに説明する。 圧電セラミック板Gの主面片側半分の駆動部1Aに入
力電極用の電極ペースト11p,12pと、他半分の発
電部1Bの端面部に出力電極用の電極ペースト13pを
スクリーン印刷等により形成する。 前記圧電セラミック板Gの他半分の発電部1Bのうち
の一つの主面G1で、前記電極ペースト11pが形成さ
れていない領域に、低融点ガラスペーストSpをスクリ
ーン印刷等により形成する。 前記圧電セラミック板Gの前記低融点ガラスペースト
Spの上面で、節領域N2に引き出された出力引出電極
用の電極ペースト14pをスクリーン印刷等により形成
する。 前記電極ペースト11p,12p,13p、低融点ガ
ラスペーストSp、並びに電極ペースト14pの形成さ
れた圧電セラミック板Gを一体焼成する(焼成温度は、
例えば、600℃)。 .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11,12と出力電13との間に直流の高電圧
を印加する。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11,12間を上記同様に直流の高
電圧を印加して、入力電極間を厚み方向に分極すること
により、出力引出電極を有する圧電セラミック素子を得
ることができる。 尚、電極ペーストとして、ガラス粉末(例えば、主要組
成がPbO、B23、SiO2からなるもので焼成温度
が600℃)、銀、あるいは銀パラジウムの粉末、有機
溶剤等から構成されたフリットボンド型のものを用い、
ガラスペーストとして、ガラス粉末(例えば、主要組成
がPbO、B23、SiO2からなるもので焼成温度が
600℃)と有機溶剤等から構成されたものを用いた。
【0025】第2の実施例 第2の実施例をλモードで振動する単層型の圧電トラン
スを例にとり説明する。図3は圧電トランスに使用する
第2の圧電セラミック素子の斜視図であり、図4は図3
の圧電セラミック素子の電極形成等の製造方法を説明す
る図である。尚、本発明の第1の実施例と同様の部分に
ついては同番号を付した。
【0026】圧電セラミック素子1は、Pb(ZrT
i)O3系の圧電性のセラミック材料からなり、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の
長手方向中央部を境にして、駆動部1A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N
1とN2ができる。駆動部1Aは、表裏主面には銀ある
いは銀パラジウム等の入力電極11,12が形成されて
いる。発電部1Bの長手方向端面部には銀等の出力電極
13が形成されるとともに、前記発電部1Bの主面11
B,13B、側面12B,14B(入力電極11,12
の形成エリア外)には誘電率の低い低融点ガラス膜S
(例えば、主要組成がPbO、B23、SiO2からな
るもので、1MHzにおける比誘電率が10±5のもの
が好ましい)が形成される。そして、前記側面12Bの
ガラス膜Sの上面に、表面の振動の節領域N2部分にま
で引き出された銀等の出力引出電極(外部接続電極)1
5が形成され、前記出力電極13と電気的に接続されて
いる。尚、この出力引出電極は相対向する側面14Bに
形成されてもよいが、片面でも外部との電極接続構成に
よっては特に問題はない。
【0027】このような圧電セラミック素子の電極形成
あるいは分極等の製造方法を図4とともに説明する。 圧電セラミック板Gの主面片側半分の駆動部1Aに入
力電極用の電極ペースト11p,12pと、他半分の発
電部1Bの端面部に出力電極用の電極ペースト13pを
スクリーン印刷等により形成する。 前記圧電セラミック板Gの他半分の発電部1Bの主面
G1,G3、側面G2,G4で、前記電極ペースト11
p,12pが形成されていない領域には低融点ガラスペ
ーストSpをスクリーン印刷等により形成する。 前記圧電セラミック板発電部の側面G2の前記低融点
ガラスペーストSpの上面で、節領域N2に引き出され
た出力引出電極用の電極ペースト15pをスクリーン印
刷等により形成する。 前記電極ペースト11p,12p,13p、低融点ガ
ラスペーストSp、並びに電極ペースト15pの形成さ
れた圧電セラミック板Gを一体焼成する(焼成温度は、
例えば、600℃)。 .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11,12と出力電13との間に直流の高電圧
を印加する。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11,12間を上記同様に直流の高
電圧を印加して、入力電極間を厚み方向に分極すること
により、出力引出電極を有する圧電セラミック素子を得
ることができる。 尚、電極ペーストとして、ガラス粉末(例えば、主要組
成がPbO、B23、SiO2からなるもので焼成温度
が600℃)、銀、あるいは銀パラジウムの粉末、有機
溶剤等から構成されたフリットボンド型のものを用い、
ガラスペーストとして、ガラス粉末(例えば、主要組成
がPbO、B23、SiO2からなるもので焼成温度が
600℃)と有機溶剤等から構成されたものを用いた。
【0028】第3の実施例 第3の実施例をλモードで振動する多層型の圧電トラン
スを例にとり説明する。図5は圧電トランスに使用する
第3の圧電セラミック素子の斜視図であり、図6は図5
の圧電セラミック素子の電極形成等の製造方法を説明す
る図である。尚、本発明の第1,第2の実施例と同様の
部分については同番号を付した。
【0029】積層型圧電セラミック素子2は、Pb(Z
rTi)O3系の圧電性のセラミック材料からなり、長
方形板状に切断加工された複数の圧電素子21,22・・
nが厚み方向に積層されて一体化された構造となって
いる。そして、この積層型圧電素子の長手方向中央部を
境にして、駆動部2Aと発電部2Bとに分けられてお
り、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2Aは、各圧電素子の主面に、銀ある
いは銀パラジウム等の第1の入力電極(211,・・2
n)、第2の入力電極(212,・・)が交互に形成さ
れているとともに、前記振動節領域N1にスルーホール
41A,42A(貫通孔に銀等の導電材料が充填されて
いる)が設けられている。そして、前記第1の入力電極
はスルーホール41Aの周囲に、第2の入力電極はスル
ーホール42Aの周囲に各々無電極部分が形成されて、
前記第1の入力電極と第2の入力電極とでお互いに絶縁
を確保できるようにずらせて構成されている。一方、前
記発電部2Bには、圧電素子21の上面端部に、銀等の
出力電極23が形成されるとともに、前記圧電素子21
の主面21B(出力電極23、入力電極21の形成エリ
ア外)には誘電率の低い低融点ガラス膜Sが(例えば、
主要組成がPbO、B23、SiO2からなるもので、
1MHzにおける比誘電率が10±5のものが好まし
い)形成される。そして、このガラス膜Sの上面に、表
面の振動の節領域N2部分にまで引き出された銀等の出
力引出電極(外部接続電極)24が形成され、前記出力
電極23と電気的に接続されている。尚、第3の実施例
では、第1、並びに第2の各入力電極を接続する手段と
してスルーホールにより形成したが、圧電素子の側面等
に入力共通電極を形成してもよい。
【0030】このような圧電セラミック素子の電極形成
あるいは分極等の製造方法を図6とともに説明する。 駆動部の各素子間に入力電極とスルーホールが形成さ
れた積層型圧電セラミック板Hの主面片側半分の駆動部
2Aに、表裏入力電極用の電極ペースト211p,21n
pと、前記積層型圧電セラミック板Hの発電部2Bの上
面端部に出力電極用の電極ペースト23pをスクリーン
印刷等により形成する。 前記積層型圧電セラミック板Hの他半分の発電部2B
の上面で、前記電極ペースト21p,23pが形成され
ていない領域には低融点ガラスペーストSpをスクリー
ン印刷等により形成する。 前記発電部の前記低融点ガラスペーストSpの上面
で、節領域N2に引き出された出力引出電極用の電極ペ
ースト24pをスクリーン印刷等により形成する。 前記電極ペースト211p,21np,23p、低融点
ガラスペーストSp、並びに電極ペースト24pの形成
された積層型圧電セラミック板Hを一体焼成する(焼成
温度は、例えば、600℃)。 .上記形成した第1の入力電極群と第2の入力電極群
を短絡し、これら各入力電極群と出力電極23との間に
直流の高電圧を印加する。これにより、入力電極群から
出力電極に向かう方向に分極する。 .次に、第1の入力電極群と、第2の入力電極群間に
上記と同程度の条件で直流の高電圧を印加して、入力電
極間を厚み方向に分極することにより、出力引出電極を
有する積層型圧電セラミック素子を得ることができる。 尚、電極ペーストとして、ガラス粉末(例えば、主要組
成がPbO、B23、SiO2からなるもので焼成温度
が600℃)、銀、あるいは銀パラジウムの粉末、有機
溶剤等から構成されたフリットボンド型のものを用い、
ガラスペーストとして、ガラス粉末(例えば、主要組成
がPbO、B23、SiO2からなるもので焼成温度が
600℃)と有機溶剤等から構成されたものを用いた。
【0031】以上のように構成された第1〜第3の実施
例の圧電セラミック素子は、振動の節領域N1,N2に
て電気的機械的接続を施すことができるため、圧電セラ
ミック素子の振動を阻害することなく、安定確実に外部
回路との電気的接続を行うことができる。
【0032】尚、上記第1〜第3の実施例では、各入出
力電極(但し、積層型圧電セラミック素子における各素
子間の入力電極は除く)、出力引出電極はガラス材質を
含んだ電極ペーストを用いており、発電部に形成する低
融点ガラスペーストの焼成温度(600℃)に近く一体
焼成できるので、焼成をより効率化できる。また、上記
各実施例のように、出力引出電極の形成部分より広範囲
の発電部の主面、または側面上、または主面と側面上の
無電極部分全体に形成すれば、より電界を通しにくくす
る点と、圧電セラミック素子の駆動部側と発電部側との
重量バランスがとれて、振動を減衰させることが少なく
なる点で好ましいが、引出電極の形成領域の下側のみに
形成しても実施するうえで特に問題はない。また、上記
実施例では、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、それ以上つ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。
【0033】第4の実施例 第4の実施例をλモードで振動する多層型の圧電トラン
スを例にとり説明する。図7は圧電トランスに使用する
第4の圧電セラミック素子の斜視図である。尚、上記実
施例と同様の部分については同番号を付した。
【0034】積層型圧電セラミック素子2は、Pb(Z
rTi)O3系の圧電性のセラミック材料からなり、長
方形板状に切断加工された複数の圧電素子21〜2nが厚
み方向に積層されて一体化された構造となっている。そ
して、この積層型圧電素子の長手方向中央部を境にし
て、駆動部2Aと発電部2Bとに分けられており、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2Aは振動節部N1にスルーホール41A,
42A(貫通孔に銀等の導電材料が充填されている)が
設けられており、各圧電素子の主面に、銀あるいは銀パ
ラジウム等の第1の入力電極(211〜21n)、第2の
入力電極(212,・・)が交互に形成されている。そ
して、前記第1の入力電極はスルーホール41Aの周囲
に、第2の入力電極はスルーホール42Aの周囲に各々
無電極部分が形成されて、前記第1の入力電極と第2の
入力電極とでお互いに絶縁を確保できるようにずらせて
構成されている。一方、前記発電部2Bには、圧電素子
1〜2nの端部に、銀等の出力電極231が形成されて
いる。そして、前記圧電素子21〜2nの側面22B,2
4Bの全体には、一方のみしか図示しないが、誘電率の
低い低融点ガラス膜S(例えば、主要組成がPbO、B
23、SiO2からなるもので、1MHzにおける比誘
電率が10±5のものが好ましい)が形成され、このガ
ラス膜Sの上面に、表面の振動の節領域N2部分にまで
引き出された銀等の出力引出電極(外部接続電極)25
1、並びに表面の振動の節領域N1部分にまで引き出さ
れた銀等の入力引出電極(外部接続電極)252,25
3が形成されているとともに、前記出力電極と前記出力
引出電極、並びに前記第1の入力電極と前記入力引出電
極252、並びに前記第2の入力電極と前記入力引出電
極253とが、各々電気的に接続されている。
【0035】第4の実施例の圧電トランスは、前記第3
の実施例のように、ペースト状の入出力電極膜、ペース
ト状の低融点ガラス膜、ペースト状の入出力引出電極膜
を、各々、スクリーン印刷等で形成し、その後一体焼成
し、分極処理(駆動部は厚み方向、発電部は入力電極か
ら出力電極の方向に分極処理)すれば、極めて効率的に
製造できる点で好ましい。しかし、ペースト状の入出力
電極膜、ペースト状の低融点ガラス膜をスクリーン印刷
等で形成し、一体焼成・分極処理した後、導電性接着剤
状のペーストを入出力引出電極として塗布、硬化したも
のであってもよい。
【0036】第5の実施例 第5の実施例をλモードで振動する多層型の圧電トラン
スを例にとり説明する。図8は圧電トランスに使用する
第5の圧電セラミック素子の斜視図である。尚、上記実
施例と同様の部分については同番号を付した。
【0037】積層型圧電セラミック素子2は、Pb(Z
rTi)O3系の圧電性のセラミック材料からなり、長
方形板状に切断加工された複数の圧電素子21〜2nが厚
み方向に積層されて一体化された構造となっている。そ
して、この積層型圧電素子の長手方向中央部を境にし
て、駆動部2Aと発電部2Bとに分けられており、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2Aは、各圧電素子の主面に、銀あるいは銀
パラジウム等の第1の入力電極(211〜21n)、第2
の入力電極(212,・・)が交互に形成されるととも
に、前記第1の入力電極は入力共通電極44Aの周囲
に、前記第2の入力電極は入力共通電極43Aの周囲に
各々無電極部分が形成されて、前記第1の入力電極と第
2の入力電極とでお互いに絶縁を確保できるようにずら
せて構成されている。そして、前記駆動部2Aの側面端
部には、入力共通電極43A,44Aが設けられてお
り、前記入力共通電極43Aは前記第1の入力電極に、
前記入力共通電極44Aは前記第2の入力電極にそれぞ
れ接続されている。一方、前記発電部2Bには、圧電素
子21〜2nの端部に、銀等の出力電極231が形成され
る。そして、前記圧電素子21〜2nの側面22B,24
B(前記入力共通電極43A,44Aの形成エリア外)
の一部には、一方のみしか図示しないが、誘電率の低い
低融点ガラス膜S(例えば、主要組成がPbO、B
23、SiO2からなるもので、1MHzにおける比誘
電率が10±5のものが好ましい)が形成され、このガ
ラス膜Sの上面に、表面の振動の節領域N2部分にまで
引き出された銀等の出力引出電極(外部接続電極)25
1、並びに表面の振動の節領域N1部分にまで引き出さ
れた銀等の入力引出電極(外部接続電極)254,25
5が形成されている。そして、前記出力電極と前記出力
引出電極、並びに前記入力共通電極43Aと前記入力引
出電極254、並びに前記入力共通電極44Aと前記入
力引出電極255とが、各々電気的に接続されている。
【0038】第5の実施例の圧電トランスは、前記第3
の実施例のように、ペースト状の入出力電極膜、ペース
ト状の入力共通電極膜、ペースト状の低融点ガラス膜、
ペースト状の入出力引出電極膜を、各々、スクリーン印
刷等で形成し、その後一体焼成し、分極処理(駆動部は
厚み方向、発電部は入力電極から出力電極の方向に分極
処理)すれば、極めて効率的に製造できる点で好まし
い。しかし、ペースト状の入出力電極膜、ペースト状の
低融点ガラス膜をスクリーン印刷等で形成し、一体焼成
・分極処理した後、導電性接着剤状のペーストを入出力
引出電極として塗布、硬化したものであってもよい。
【0039】以上のように構成された第4,第5の実施
例の圧電セラミック素子は、振動の節領域N1,N2に
て電気的機械的接続を施すことができるため、圧電セラ
ミック素子の振動を阻害することなく、安定確実に外部
回路との電気的接続を行うことができるとともに、入力
電源の供給、並びに出力電源を取り出すための外部接続
を圧電トランスの側面部(入出力電極の形成エリア外)
へ延出し、圧電トランスの主面部での電気的機械的接続
を避けることで、圧電トランスの低背を生かすことがで
きる。
【0040】尚、前記第4,第5の実施例では、図9
(第4,第5の変形例を示す圧電セラミック素子の側面
図である。)に示すような、入出力引出電極(外部接続
電極)の形成位置も考えられる。(上記第4,第5実施
例と同様の部分については同番号を付すとともに、詳細
な説明を一部割愛した。)尚、図中の点線は圧電トラン
スの振動変位を示すものであり、点線が素子の端辺方向
の中央にある部分は振動変位が小さい振動の節領域とな
り、素子の端辺方向の中央から外れるに従って振動変位
が大きくなるものである。図9(a)は、第5の変形例
であり、入力共通電極43A(一方のみ図示)を素子の
側面中央付近に形成された構成において、低融点ガラス
膜Sを介して、入力引出電極254(一方のみ図示)、
並びに出力引出電極251が振動の節領域に引き出され
たものである。図9(b)は、第4の変形例であり、低
融点ガラスSを介して、入力引出電極252(一方のみ
図示)、並びに出力引出電極251が素子の側面端部に
形成されたものである。尚、この構成では、トランスの
振動を阻害しにくい弾性を有した保持形態(例えば、弾
性質の導電性接着剤による保持、金属弾性片による保
持、フレキシブル基板による保持等)の採用する必要が
ある。図9(c)は、1/2λモードにて振動した場合
の第5の変形例であり、低融点ガラス膜Sを介して、入
力引出電極254(一方のみ図示)、並びに出力引出電
極251が素子中央の振動の節領域に近づけることもで
きる。しかし、この実施例の場合、入力引出電極と出力
引出電極を近づけすぎると、電力が短絡する危険性があ
るので、設計するうえで注意する必要がある。尚、本発
明は、図9で示した入出力引出電極(外部接続電極)の
形成位置に限らず、振動モード、素子の保持位置、パッ
ケージの電極引出位置、あるいはこれらの組合せに応じ
た、様々な実施例に適用できることは言うまでもない。
【0041】第6の実施例 第6の実施例を3/2λモードで振動する多層型圧電ト
ランスを例にとり説明する。図10は圧電トランスに使
用する第6の圧電セラミック素子の斜視図である。
【0042】積層型圧電セラミック素子3は、Pb(Z
rTi)O3系の圧電性のセラミック材料からなり、長
方形板状に切断加工された複数の圧電素子31〜3nが厚
み方向に積層されて一体化された構造となっている。そ
して、この積層型圧電素子の長手方向中央部を駆動部3
Aとし、その両端に発電部3B,3Cとに分けられてお
り、3/2λモードで振動した場合、振動の節領域N3
とN4とN5ができる。駆動部3Aは、各圧電素子の主
面に、銀あるいは銀パラジウム等の第1の入力電極(3
1〜31n)、第2の入力電極(312,・・)が交互
に形成されるとともに、前記第1の入力電極は入力共通
電極46Aの周囲に、前記第2の入力電極は入力共通電
極45Aの周囲に各々無電極部分が形成されて、前記第
1の入力電極と第2の入力電極とでお互いに絶縁を確保
できるようにずらせて構成されている。そして、前記駆
動部3Aの側面中央の節領域N4に入力共通電極45
A,46Aが設けられており、前記入力共通電極45A
は前記第1の入力電極に、前記入力共通電極46Aは前
記第2の入力電極にそれぞれ接続されている。一方、前
記発電部3B,3Cには、圧電素子31〜3nの各両端部
に、銀等の出力電極232,233が形成される。そし
て、前記圧電素子31〜3nの側面32B,34Bの一部
には、一方のみしか図示しないが、誘電率の低い低融点
ガラス膜S(例えば、主要組成がPbO、B23、Si
2からなるもので、1MHzにおける比誘電率が10
±5のものが好ましい)が形成され、このガラス膜Sの
上面に、表面の振動の節領域N3,N5部分にまで引き
出された銀等の出力引出電極(外部接続電極)256,
257が形成され、前記各出力電極と前記各出力引出電
極とが、各々電気的に接続されている。
【0043】第6の実施例の圧電トランスは、前記第3
の実施例のように、ペースト状の入出力電極膜、ペース
ト状の入力共通電極膜、ペースト状の低融点ガラス膜、
ペースト状の出力引出電極膜を、各々、スクリーン印刷
等で形成し、その後一体焼成し、分極処理(駆動部は厚
み方向、発電部は入力電極から出力電極の方向に分極処
理、あるいは、駆動部は厚み方向、発電部の一方(例え
ば前記3B)は入力電極から出力電極へ、他方(例えば
前記3C)は入力電極から出力電極へ分極処理)すれ
ば、極めて効率的に製造できる点で好ましい。しかし、
ペースト状の入出力電極膜、ペースト状の低融点ガラス
膜をスクリーン印刷等で形成し、一体焼成・分極処理し
た後、導電性接着剤状のペーストを入出力引出電極とし
て塗布、硬化したものであってもよい。
【0044】尚、前記第6の実施例では、圧電セラミッ
ク素子の側面部に入力共通電極、出力引出電極を形成し
たが、前記第3の実施例のように、出力引出電極を圧電
セラミック素子の主面に引き出した構成でもよく、ま
た、入力共通電極のかわりにスルーホールを設けた構成
であってもよい。さらに、圧電トランスの振動に影響を
及ぼしにくい弾性を有した保持形態(例えば、弾性質の
導電性接着剤による保持、金属弾性片による保持、フレ
キシブル基板による保持等)の採用すれば、振動の節領
域を考慮することなく、パッケージの電気的接続位置に
合わせて入出力引出電極(外部接続電極)を形成するこ
とができる。
【0045】尚、上記第4〜第6の実施例では、各入出
力電極(但し、積層型圧電セラミック素子における各素
子間の入力電極は除く)、出力引出電極はガラス材質を
含んだ電極ペーストを用いており、発電部に形成する低
融点ガラスペーストの焼成温度(600℃)に近く一体
焼成できるので、焼成をより効率化できる。また、上記
第4〜第6の実施例では、入出力引出電極を圧電素子の
側面部に延出するために、当該圧電素子の側面部にのみ
ガラス膜を形成したが、前記圧電素子の主面部と側面部
の両方に前記ガラス膜を形成してもよい。これにより、
より電界を通しにくくする点と、圧電セラミック素子の
駆動部側と発電部側との重量バランスがとれて、振動を
減衰させることが少なくなる点で好ましい。
【0046】
【発明の効果】特許請求項1により、圧電トランスの入
出力電極の形成エリア外へ、入力電源の供給、並びに出
力電源の取り出するための外部接続電極を延出し、圧電
トランスの入出力電極の形成エリア外での電気的接続を
有効に利用できる。このため、前記外部接続電極を導体
で接続すれば、圧電トランスの特性を低下させることな
く、安定確実に外部回路との電気的接続を行うことがで
きる。また、電気的接続位置の設計自由度が増し、パッ
ケージ化、表面実装化、小型化が容易になる。さらに、
前記外部接続電極と前記圧電セラミック板の間には、比
誘電率の低い低融点ガラス層が介在させているため、圧
電トランスから前記外部接続電極への電界をかかりにく
く、入力電極から出力電極までの分極を完全なものとす
るとともに、前記介在するガラス層はセラミックとの接
合強度が強く、セラミックである素子とガラス層の剥が
れをなくすことができる。
【0047】特許請求項2により、上記作用効果に加え
て、焼成可能温度範囲の重なる電極ペーストとガラスペ
ーストを用いて形成された入出力電極、低融点ガラス
層、外部接続電極により構成されているため、前記焼成
可能温度範囲にて入出力電極、低融点ガラス層、外部接
続電極の一体焼成(同時焼成)が可能となり、極めて効
率的に作成することができる。
【0048】特許請求項3により、上記作用効果に加え
て、圧電トランスの入出力電極の形成エリア外の節領域
へ、出力電源の取り出するための出力引出電極を延出
し、圧電トランスの振動を阻害することのないより安定
確実な外部回路との電気的接続を行うことができる。ま
た、節領域での簡便な方法で電気的機械的接続を同時に
行うこともできるため、パッケージ化、表面実装化、小
型化がより一層容易になる。
【0049】特許請求項4により、入出力電極を形成
し、低融点ガラス層を形成し、引出電極を形成した後
に、一体焼成(同時焼成)することが可能となり、途中
工程(乾燥、焼き付け)を省略することができるため、
製造時間を短縮し、極めて効率的に製造することができ
るとともに素子に対する熱ストレスによる影響を最小限
におさえる。さらに、前記引出電極と圧電セラミック板
との間には比誘電率の低い低融点ガラスが介在されてお
り、分極前に出力電極と接続された引出電極を形成して
も、電界を引出電極へかかりにくくし、入力電極から出
力電極にかけての電界を形成して分極を完全なものとす
ることができる。
【0050】特許請求項5により、上記作用効果に加
え、入力電源の供給、並びに出力電源の取り出するため
の外部接続を圧電トランスの側面部へ延出し、圧電トラ
ンスの主面部での電気的機械的接続を避けることで、圧
電トランスの低背化、薄型化を生かすことができる。
【0051】特許請求項6により、上記作用効果に加
え、入力電源の供給、並びに、出力電源の取り出するた
めの外部接続を圧電トランスの側面部の振動節領域に延
出し、圧電トランスの主面部での電気的機械的接続を避
けることで、圧電トランスの低背化、薄型化を生かすと
ともに、圧電トランスの振動を阻害することのないより
安定確実な外部回路との電気的接続を行うことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示した圧電セラミック
素子の斜視図である。
【図2】図1の圧電セラミック素子の製造方法を示す図
である。
【図3】本発明の第2の実施例を示した圧電セラミック
素子の斜視図である。
【図4】図3の圧電セラミック素子の製造方法を示す図
である。
【図5】本発明の第3の実施例を示した圧電セラミック
素子の斜視図である。
【図6】図5の圧電セラミック素子の製造方法を示す図
である。
【図7】本発明の第4の実施例を示した圧電セラミック
素子の斜視図である。
【図8】本発明の第5の実施例を示した圧電セラミック
素子の斜視図である。
【図9】本発明の第4,第5の変形例を示した圧電セラ
ミック素子の側面図である。
【図10】本発明の第6の実施例を示した圧電セラミッ
ク素子の斜視図である。
【図11】従来例を示す斜視図である。
【図12】振動モードを示す模式図である。
【図13】従来の引出電極の問題点を示す側面図であ
る。
【符号の説明】
1,2,3・・・圧電セラミック素子 11,12,81,82・・・入力電極 211〜21n,311〜31n・・・入力電極 13,23,83,231,232,233・・・出力
電極 14,15,24,251,252,253,254,
255,256,257・・・引出電極

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧電セラミック板に少なくとも1つの駆
    動部と、少なくとも1つの発電部とを具備し、前記駆動
    部の少なくとも表裏両主面に入力電極を形成するととも
    に厚み方向に分極され、発電部の端部(主面端部、端面
    部、側面端部のうちの少なくとも一つ以上)に出力電極
    を形成するとともに、前記発電部を、前記入力電極から
    発電部端部へ向かう方向、あるいは前記発電部端部から
    前記入力電極へ向かう方向に分極されてなる、単層型ま
    たは積層型の圧電トランスであって、 前記入出力電極の少なくとも一方から延出された外部接
    続電極を前記圧電セラミック板上に形成するとともに、
    前記外部接続電極と前記圧電セラミック板の間には、比
    誘電率の低い低融点ガラス層が形成されてなることを特
    徴とする圧電トランス。
  2. 【請求項2】 焼成可能温度範囲が重なる電極ペースト
    とガラスペーストを用いて、前記入出力電極、前記低融
    点ガラス層、前記外部接続電極が形成されてなることを
    特徴とする特許請求項1記載の圧電トランス。
  3. 【請求項3】 前記外部接続電極が、前記出力電極を振
    動の節領域まで延出された出力引出電極であることを特
    徴とする特許請求項1、または特許請求項2記載の圧電
    トランス。
  4. 【請求項4】 圧電セラミック板の駆動部に入力用の電
    極ペーストと、発電部の端部(主面端部、端面部、側面
    端部のうちの少なくとも一つ以上)に出力用の電極ペー
    ストを印刷する工程と、前記圧電セラミック板の発電部
    のうち、前記出力用の電極ペーストが形成されていない
    主面、または側面、または主面と側面領域に低融点ガラ
    スのペーストを印刷する工程と、前記圧電セラミック板
    の発電部の節領域となる主面、または側面、または主面
    と側面に引出用の電極ペーストを印刷する工程と、これ
    ら入出力用の電極ペースト、低融点ガラスのペースト、
    並びに引出用の電極ペーストの形成された圧電セラミッ
    ク板を一体焼成する工程と、入力電極と出力電極間、並
    びに入力電極間に直流の高電圧を印加することにより、
    入力電極から出力電極、あるいは出力電極から入力電極
    に向かう方向に分極、並びに入力電極間を厚み方向に分
    極する工程と、を具備する単層型、または積層型の圧電
    トランスの製造方法。
  5. 【請求項5】 前記外部接続電極が、少なくとも前記表
    裏の各入力電極を圧電セラミック板の相対する側面部へ
    延出された入力引出電極と、出力電極を圧電セラミック
    板の相対する少なくとも一方の側面部へ延出された出力
    引出電極であることを特徴とする特許請求項1、または
    特許請求項2、または特許請求項3記載の圧電トラン
    ス。
  6. 【請求項6】 前記入力引出電極、並びに前記出力引出
    電極が、振動の節領域まで延出されていることを特徴と
    する特許請求項5記載の圧電トランス。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017529687A (ja) * 2014-07-23 2017-10-05 エプコス アクチエンゲゼルシャフトEpcos Ag 圧電トランス

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