(57)【要約】 【課題】  内部電極の重なり面積を容易に調節可能な積層型圧電トランスおよびその製造方法を提供する。【解決手段】  容量形成部７ａと外部電極引出部８からなる一次側内部電極と、二次側内部電極４を、セラミックグリーンシート１に印刷する工程を含む積層型圧電トランスの製造方法において、第一の一次側内部電極２を含む一次側内部電極が印刷されたセラミックグリーンシート１と、第一の一次側内部電極２とは容量形成部７ａの形状が異なる第二の一次側内部電極３を含む一次側内部電極が印刷されたセラミックグリーンシート１を交互に積層する。あるいは、第二の内部電極を印刷した後、第二の内部電極と、第二の内部電極と二次側内部電極と反対側の端部の間に、第二の内部電極に接続される追加パターン９を印刷する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の一次側内部電極を備えた第一の内部電極が形成された圧電セラミック層と、第二の一次側内部電極を備えた第二の内部電極が形成された圧電セラミック層とを交互に積層した積層型圧電トランスであって、前記第一の一次側内部電極と前記第二の一次側内部電極では、一次側の静電容量を形成する容量形成部の形状が互いに異なることを特徴とする積層型圧電トランス。
【請求項２】
長手方向の端部に形成された二次側内部電極と反対側の端部から、前記第一の一次側内部電極までの距離が、前記二次側内部電極と反対側の端部から、前記第二の一次側内部電極までの距離よりも短いことを特徴とする、請求項１に記載の積層型圧電トランス。
【請求項３】
前記第一の一次側内部電極が印刷されたセラミックグリーンシートと、前記第二の一次側内部電極が印刷されたセラミックグリーンシートとを、交互に積層する工程とを含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の積層型圧電トランスの製造方法。
【請求項４】
前記第二の内部電極をセラミックグリーンシートに印刷した後、前記第二の内部電極と、前記第二の内部電極と前記二次側内部電極と反対側の端部の間に、前記第二の一次側内部電極に接続される追加パターンを印刷する工程を含むことを特徴とする、請求項３に記載の積層型圧電トランスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は積層型圧電トランスおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
積層型圧電トランスは、圧電効果を有するセラミック積層体の内部に一次側内部電極と二次側内部電極を有し、一次側内部電極および二次側内部電極は、積層体側面に形成された一次側外部電極と二次側外部電極にそれぞれ接続されて成る。この積層型圧電トランスの一次側外部電極に交流電力を印加すると、圧電効果により機械的振動が発生する。この機械的振動は積層型圧電トランスの二次側に伝播して交流電気信号に変換され、二次側外部電極に適当な電気的負荷が接続されている場合は、その負荷に電力を供給することができる。
【０００３】
図３は、ローゼン型圧電トランスの斜視図である。図３に示すように、二次側内部電極４はセラミック積層体の第１の側面に形成された二次側外部電極６に接続されている。また、一次側外部電極５は、外部電極引出部８で機械的かつ電気的に接続されている。このような積層型圧電トランスの内部電極及び外部電極は、積層セラミックコンデンサで用いる方法と同様の技術を用いて製造することができる。すなわち、一次側内部電極と二次側内部電極からなる内部電極パターンが印刷されたセラミックグリーンシートを積層した後、所定の形状に打ち抜き、焼成し、積層体の側面に外部電極材料を塗布・焼付することで得られる。
【０００４】
図４は、従来の積層型圧電トランスの製造方法における、内部電極パターンを示す平面図である。図４（ａ）は第一の内部電極パターン、図４（ｂ）は、第二の内部電極パターンをそれぞれ示している。図４（ａ）に示すように、第一及び第二の内部電極パターンは、容量形成部７ａと外部電極引出部８から成る。容量形成部７ａと外部電極引出部８は、繰り返し連続的に接続される。二次側外部電極は、二次側の幅−厚み端部近傍に複数の内部電極を積層し、その内部電極に通ずる外部電極を側面に形成することで得られる。このような構造にすることで、一次側の内部電極と二次側の内部電極を同時に印刷できる。すなわち、一次側と二次側外部電極の両方を一度に形成でき、一次側内部電極と二次側内部電極の間隔を全ての層で均一にすることができるため、出力特性が安定するという利点がある。
【０００５】
一般に圧電トランスには、等価的なキャパシタンス成分（Ｃ成分）、インダクタンス成分（Ｌ成分）、レジスタンス成分（Ｒ成分）が存在し、一次側外部電極から周波数あるいは時間変化する電気信号を入力すると、共振現象が生じて素子全体が振動し、その振動は二次側外部電極間に入力信号に相似した電気信号を発生させる。
【０００６】
積層型圧電トランスのキャパシタンス成分（Ｃ成分）は、内部電極が互いに重なりあう部分の面積で設計される。例えば一次側の静電容量は、一次側内部電極同士が圧電セラミック層を挟んで互いに重なりあう面積と、圧電セラミック層の誘電率と、圧電セラミック層の厚みによって決まる。すなわち、特性値が互いに異なる積層型圧電トランスでは、概観だけでなく内部電極の形状も異なる。実際に製造した積層型圧電トランスの特性値が設計値と異なる場合は、内部電極の重なり面積を変えることで、特性値を設計値に近づける。
【０００７】
内部電極の重なり面積を調整する技術として、例えば特許文献１，２が開示されている。
【０００８】
特許文献１には、対向する内部電極との相対的な位置を内部電極の引き出し方向に対して略直角の方向にずらし、パターンの重なりを調整することを特徴とする積層セラミックコンデンサが開示されている。また、特許文献２には、上下に重なり合う内部電極の奇数番目と偶数番目の面積を異ならせることで、積層精度が悪くても重なり面積を一定に保つことが可能な積層セラミックコンデンサが開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開平０７−３２０９７７号公報
【特許文献２】特開平０８―２７３９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献１の技術を積層型圧電トランスに適用した場合、一次側内部電極と二次側内部電極間の距離が大きくばらつき、二次側の静電容量（および電気機械結合係数）にも影響を及ぼす。
【００１１】
また、特許文献２の技術を積層型圧電トランスに採用した場合、一次側の静電容量は安定するが、一次側内部電極と二次側内部電極間の距離が大きくばらつき、二次側の静電容量および電気機械結合係数に影響をおよぼすばかりでなく、重なり面積が一定に保たれているため、内部電極の重なりあう面積を微調整することが難しい。
【００１２】
さらに、互いに異なる特性が要求される複数種の圧電トランスを製造している場合には、製品仕様毎に内部電極パターンを持たねばならず、製品使用が増加する毎に内部電極パターンの作成に要する費用や時間、工数、さらにはその保管場所の確保が困難になるという問題があった。
【００１３】
本発明は、これらの問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、内部電極の重なり面積を容易に調節可能な積層型圧電トランスおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決する手段として、本発明によれば、第一の一次側内部電極と二次側内部電極からなる、第一の内部電極が印刷された圧電セラミック層と、第二の一次側内部電極と二次側内部電極からなる、第二の内部電極が印刷された圧電セラミック層とを交互に積層した積層体と、前記積層体の側面に、前記第一の一次側外部電極と、前記第二の一次側外部電極と、前記二次側外部電極を備えた積層型圧電トランスであって、前記第一の一次側内部電極及び前記第二の一次側内部電極は、それぞれ前記一次側外部電極に接続される外部電極引出部と、一次側の入力容量を形成する容量形成部を有し、前記第一の一次側内部電極と前記第二の一次側内部電極では、前記容量形成部の形状が互いに異なることを特徴とする積層型圧電トランスが得られる。
【００１５】
また、本発明によれば、前記第一の一次側内部電極と前記第二の一次側内部電極では、前記積層体の長手方向の端部に形成された二次側内部電極と反対側の端部から、前記第一の一次側内部電極までの距離が、前記二次側内部電極と反対側の端部から、前記第二の一次側内部電極までの距離よりも短いことを特徴とする、積層型圧電トランスが得られる。
【００１６】
また、本発明によれば、前記第一の一次側内部電極が印刷されたセラミックグリーンシートと、前記第二の一次側内部電極が印刷されたセラミックグリーンシートとを、交互に積層する工程とを含むことを特徴とする、積層型圧電トランスの製造方法が得られる。
【００１７】
また、本発明によれば、前記第二の内部電極をセラミックグリーンシートに印刷した後、前記第二の内部電極と、前記二次側内部電極と反対側の端部と、前記第二の一次側内部電極との間に、前記第二の一次側内部電極に接続される追加パターンを印刷する工程を含むことを特徴とする、積層型圧電トランスの製造方法が得られる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の積層型圧電トランスの製造方法によれば、内部電極の重なり面積を調整することが容易になるため、積層型圧電トランスのキャパシタンス成分（Ｃ成分）を効率よく設計することができる。また、多種類の積層型圧電トランスを製造する場合でも、あらかじめ追加用の内部電極パターンをいくつか用意して、それらを組み合わせて印刷すればよいので、製品仕様毎に内部電極パターンを大量に持つ必要がない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施の形態を、図１を用いて説明する。 図１は、本発明による積層型圧電トランスの製造方法における、内部電極パターンを示す平面図である。図１（ａ）は第一の内部電極パターンを示している。また、図１（ｂ）は、第二の内部電極パターンをそれぞれ示している。図中の点線部は、それぞれ一個の積層型圧電トランスにおける、一層分の内部電極パターンを構成する部分を示している。
【００２０】
図１（ａ）に示すように、第一の一次側内部電極２のパターンは、一次側容量を形成する容量形成部７ａと、容量形成部７ａの異なる側面のそれぞれの対角近傍で引き出された外部電極引出部８から成る。容量形成部７aと外部電極引出部８は、繰り返し連続的に接続され、隣接する一層分の一次側内部電極パターンは、外部電極引出部８で連続するように形成される。また、第一の一次側内部電極の外部電極引出部８と、第二の一次側内部電極の外部電極引出部８は、セラミックグリーンシートを積層して外部電極材料を塗布・焼付する際に、互いに短絡しないよう配置される。
【００２１】
また、図１（ｂ）に示すように、第二の一次側内部電極３のパターンは、一次側容量を形成する容量形成部７ｂと、容量形成部７ｂの異なる側面のそれぞれの対角近傍で引き出された外部電極引出部８から成る。容量形成部７ｂと外部電極引出部８は、第一の一次側内部電極パターンと同様、繰り返し連続的に接続され、隣接する一層分の一次側内部電極パターンは、外部電極引出部８で連続するように形成される。なお、第一の一次側内部電極２と第二の一次側内部電極３では、長手方向の端部に形成された二次側内部電極４と反対側の端部から、第一の一次側内部電極２までの距離と、長手方向の端部に形成された二次側内部電極４と反対側の端部から、第二の一次側内部電極３までの距離が異なる。
【００２２】
積層型圧電トランスは、例えば、ジルコン酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ2）やチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）のような圧電材料として良く知られる誘電体粉末を成膜して得たセラミックグリーンシート１の上に、第一の一次側内部電極２と二次側内部電極４、または、第二の一次側内部電極３と二次側内部電極４をそれぞれ印刷した後に乾燥させて、これらを交互に積層した後、所定の位置で打ち抜いて焼結し、さらに外部電極を塗布・焼付けすることで得られる。
【００２３】
ここで内部電極は、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ等の金属粉末、またはこれらの混合粉と、セルロースと、溶剤などからなる電極ペーストを用いることができる。一次側の内部電極は、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、外部電極引出部８が積層型圧電トランスの対向する側面に露出するよう、１ 層ごとに交互に印刷される。セラミックグリーンシートを交互に積層後、打ち抜くことで、積層型圧電トランスの側面から内部電極が露出し、内部電極取り出し面が得られる。露出した内部電極は、内部電極取り出し面にＡｇ等の金属を含む電極ペーストなどを焼付けて形成した外部電極に接続される。
【００２４】
一次側の静電容量は、一次側の内部電極間に挟まれる圧電セラミックの誘電率および厚みが一定であれば、内部電極の重なり面積を増減することで変更することができる。
【００２５】
また、第一の一次側内部電極２と第二の一次側内部電極３では、第一の一次側内部電極２から二次側内部電極４と反対側の端部までの距離が、第二の一次側内部電極３から二次側内部電極４と反対側の端部までの距離よりも短くすることで、一次側の電気機械結合係数に殆ど影響を与えることなく、一次側の静電容量を変えることができる。
【実施例】
【００２６】
以下に、本発明の実施例を説明する。
【００２７】
本発明の実施例を、図１を参照しながら説明する。チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とする誘電体粉末を溶剤及びバインダーと混合してスラリー化したものをポリエチレンシート上に均一の厚みに成膜、乾燥してセラミックシートを得る。 次に、セラミックシート１の上にＡｇ８０％Ｐｄ２０％の比率からなる金属粉とセルロースからなる第一の一次側内部電極２と二次側内部電極４、または第二の一次側内部電極３と二次側内部電極４とを印刷し、これを積層して所定の形状に切り出すことで略矩形のセラミック積層体を得た。ここで、第一の一次側内部電極２の容量形成部は矩形状で、寸法は６．１ｍｍ×１６．７ｍｍであり、第二の一次側内部電極３の容量形成部は矩形状で、寸法は６．１ｍｍ×１６．１ｍｍである。また、二次側内部電極４の寸法は７．２ｍｍ×０．８５ｍｍである。第一の一次側内部電極２と第二の一次側内部電極３とは前記セラミック積層体の対向する側面に取り出されるように印刷、積層される。それぞれ外部電極引出部８が露出した側面で一次側のＡｇを主成分とする外部電極と電気的に接続され、さらに一次側の内部電極は図１（ａ）、図１（ｂ）で示す通り、第一の一次側内部電極２の容量形成部７ａと第二の一次側内部電極３の容量形成部７ｂの面積が互いに異なっている。一方、二次側内部電極４の印刷パターンは７．２ｍｍ×０．８５ｍｍの長方形状である。また、一次側外部電極５を配置した側面とは異なる側面（端面）で外部電極を接続し、二次側外部電極を形成した。
【００２８】
上記要領で、一次側の静電容量が４０ｎＦと４１ｎＦと４２ｎＦの３種類の積層型圧電トランスを作製した。そして、作製した試料の一次側にインダクタを接続し、また二次側には負荷抵抗をそれぞれ接続して、交流電圧信号を印加し、作製した試料が共振するかを確認した。静電容量が４１ｎＦ以外は、組み合わせたインダクタ、負荷抵抗とでは共振が発生しなかった。
【００２９】
本発明の第二実施例を、図２を参照しながら説明する。図２は、本発明による積層型圧電トランスの製造方法における、一次側内部電極パターンを示す平面図である。図２（ａ）は、第一の内部電極印刷パターンを示している。図２（ｂ）は、第二の内部電極パターンを示しており、第二の一次側内部電極３と重なるように追加パターン９が印刷されている。第一の実施例において共振が発生しなかった積層型圧電トランスの電極パターンを用いて一次側容量４０ｎＦの積層型圧電トランスを作成するため、第二の一次側内部電極３を印刷した後に、図２（ｂ）に右下がり斜線で示した追加パターン９を印刷する工程を追加し、新たに試料を作成した。新たに作製した試料の一次側静電容量は４０．９ｎＦとなった。なお、一次側と二次側の内部電極間距離は変わらない為、付加印刷工程を追加する前後で積層型圧電トランスの昇圧比に変化はなかった。
【００３０】
以上の実施例でのセラミックシートの材料および内部電極の材料は一実施例を挙げたのみであり、これに限定されないことは言うまでもない。また、一次側の内部電極は奇数枚目と偶数枚目とが対向するように配置したが、規則的に交互に取り出す必要はなく、全ての一次側の内部電極を同一側面に取り出しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明による積層型圧電トランスの製造方法における、一次側内部電極パターンを示す平面図。図１（ａ）は第一の内部電極パターンを示す図。図１（ｂ）は、第二の内部電極パターンを示す図。
【図２】本発明による積層型圧電トランスの製造方法における、一次側内部電極パターンを示す平面図。図２（ａ）は、第一の内部電極パターンを示す図。図２（ｂ）は、第二の内部電極パターンを示す図。
【図３】ローゼン型圧電トランスの斜視図。
【図４】従来の積層型圧電トランスの製造方法における、一次側内部電極パターンを示す平面図。図４（ａ）は第一の内部電極パターンを示す図。図４（ｂ）は、第二の内部電極パターンを示す図。
【符号の説明】
【００３２】
１    セラミックグリーンシート
２    第一の一次側内部電極
３    第二の一次側内部電極
４    二次側内部電極
５    一次側外部電極
６    二次側外部電極
７ａ，７ｂ    容量形成部
８    外部電極引出部
９    追加パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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