(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に複数の内部電極層を有する圧電セラミックスと、この内部電極層に電気的に接続すると共にこの圧電セラミックスの表面に設けた複数の外部電極とを備え、前記内部電極層は前記圧電セラミックスの長手方向の中央部に位置する複数の入力側内部電極層と前記圧電セラミックスの相対向する長手方向の両端部に位置する複数の出力側内部電極層からなり、前記入力側内部電極層は同一平面上にかつ異なる入力側外部電極と接続するように形成した二つの内部電極層からなる積層型圧電トランス。
【請求項２】
電力供給手段と、この電力供給手段にその入力側を接続したインダクタンス手段と、このインダクタンス手段の出力側にその入力側を接続したスイッチング手段と、このスイッチング手段の出力側にその入力側を接続した請求項１に記載の積層型圧電トランスとを備えた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えばパーソナルコンピュータ、携帯情報端末、ビデオムービ等液晶画面を有する電子機器で使用されるバック冷陰極管インバータ回路で、電圧を昇圧し冷陰極管を点灯、調光するための積層型圧電トランスとこれを用いた電子機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の積層型圧電トランスは、図１２に示すように直方体状の圧電セラミックス１１１の長手方向の中央部に複数の入力側内部電極層１１２を交互に相対向する側面に露出するように形成し、圧電セラミックス１１１の長手方向の中央部の両側面に入力側内部電極層１１２と電気的に接続した入力側外部電極１１３と、両端部に出力側外部電極１１４とを形成したものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この構成によると、振動方向に対して垂直方向に出力側外部電極１１４を設けているため、振動を減衰させエネルギー変換効率を低下させるという問題点を有していた。
【０００４】
そこで本発明は、高いエネルギー変換効率で電圧を昇圧できる積層型圧電トランスとこれを用いた電子機器を提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明の積層型圧電トランスは、内部に複数の内部電極層を有する圧電セラミックスと、この内部電極層に電気的に接続すると共にこの圧電セラミックスの表面に設けた複数の外部電極とを備え、前記内部電極層は前記圧電セラミックスの長手方向の中央部に位置する複数の入力側内部電極層と前記圧電セラミックスの相対向する長手方向の両端部に位置する複数の出力側内部電極層からなり、前記入力側内部電極層は同一平面上にかつ異なる入力側外部電極と接続するように形成した二つの内部電極層からなるものであり、出力側の分極体積を大きくすることができるため、高いエネルギー変換効率で電圧を昇圧することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、内部に複数の内部電極層を有する圧電セラミックスと、この内部電極層に電気的に接続すると共にこの圧電セラミックスの表面に設けた複数の外部電極とを備え、前記内部電極層は前記圧電セラミックスの長手方向の中央部に位置する複数の入力側内部電極層と前記圧電セラミックスの相対向する長手方向の両端部に位置する複数の出力側内部電極層からなり、前記入力側内部電極層は同一平面上にかつ異なる入力側外部電極と接続するように形成した二つの内部電極層からなる積層型圧電トランスであり、これにより、入力側内部電極層の形成面積を大きくすることができ、出力側の分極体積を大きくすることができるため高いエネルギー変換効率で電圧を昇圧することができるものである。
【００２４】
請求項２に記載の発明は、電力供給手段と、この電力供給手段にその入力側を接続したインダクタンス手段と、このインダクタンス手段の出力側にその入力側を接続したスイッチング手段と、このスイッチング手段の出力側にその入力側を接続した請求項１に記載の積層型圧電トランスとを備えた電子機器であり、高いエネルギー変換効率で電圧を昇圧できる積層型圧電トランスを用いることにより、消費電力を小さくすることができる。
【００２５】
以下本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における積層型圧電トランスの斜視図、図２は図１のＡ−Ｂ断面図、図３は図１のＣ−Ｄ断面図、図４は図１に示す積層型圧電トランスの外部電極形成前の分解斜視図、図５は図１に示す積層型圧電トランスの製造工程図である。
【００２７】
１は圧電セラミックス、２ａは入力側内部電極層、２ｂは入力側内部電極層、２ｃは出力側内部電極層、３ａは入力側外部電極、３ｂは出力側外部電極である。
【００２８】
このような積層型圧電トランスの製造方法を図５に示す製造工程図に従って説明する。
【００２９】
まず、セラミック原料としてＰｂＯ（酸化鉛）、ＺｒＯ２（二酸化ジルコニウム）、ＴｉＯ２（二酸化チタン）を主原料とし、副原料を所定の割合に原料配合し、この原料をボールミルにて所定時間混合することにより、例えばチタン酸ジルコン酸鉛系圧電材料を得るように調合する。
【００３０】
次いで、この原料粉体を仮焼後、有機結合材、可塑剤、有機溶媒を所定量配合し、スラリー混合を行い、シート成形用スラリーを得る。
【００３１】
その後、ドクターブレード法によってシート成形を行い、圧電セラミックス１となる所定厚みのセラミックグリーンシートを得る。
【００３２】
次に、このセラミックグリーンシート上に図４に示す形状の入力側及び出力側内部電極層２ａ，２ｂ，２ｃとなる例えばＡｇ−Ｐｄを主成分とし、副成分として少なくともセラミックシートの原料粉体を含有した内部電極ペーストを印刷した。
【００３３】
次いで、内部電極ペーストを印刷していないセラミックグリーンシートを所望の枚数積層したもの（以下無効層とする）の上に、内部電極ペーストを印刷したセラミックグリーンシートを所望の特性を得るように積層し、再び無効層を形成してほぼ直方体状の積層体を得た。
【００３４】
この時、図４に示すように一層の圧電セラミックス１において、ほぼ中央部に入力側内部電極層２ａ，２ｂを幅方向で対向するように、かつその一端部が積層体の幅方向の両端面に露出するようにした。
【００３５】
また、出力側内部電極層２ｃは、一層の圧電セラミックス１において、長手両端部に形成すると共に、後に形成する積層体の幅方向の端面にそれぞれ露出するようにした。
【００３６】
次に、この積層体中の有機結合材を除去し、１０００〜１２００℃で１時間焼成し、積層体の外表面全体を研磨して端部が曲面状となるように加工すると共に、入力側及び出力側内部電極層２ａ，２ｂ，２ｃが積層体の端面に完全に露出するように加工した。
【００３７】
次いで、積層体の長手方向の中央部に形成した入力側内部電極層２ａ，２ｂが露出した積層体の幅方向の両端面に入力側外部電極３ａを、積層体の長手方向の両端部に形成した出力側内部電極層２ｃの露出した積層体の幅方向の一端面に出力側外部電極３ｂをそれぞれ形成した。
【００３８】
次いで、入力側外部電極３ａ間に電圧を印加することにより、入力側内部電極層２ａ間の圧電セラミックス１を分極し、その後入力側外部電極３ａをマイナス側、出力側外部電極３ｂをプラス側として電圧を印加して、出力側内部電極層２ｃと入力側内部電極層２ａ，２ｂ間の圧電セラミックス１全体を分極して、積層型圧電トランスを得た。
【００３９】
（実施の形態２）
図６は本実施の形態２における積層型圧電トランスの斜視図である。
【００４０】
実施の形態１では、入力側外部電極３ａ及び出力側外部電極３ｂを積層体の幅方向の端面のみに形成しているが、本実施の形態においては、入力側及び出力側外部電極３ａ，３ｂを積層体の幅方向の端面だけでなく、この端面に続く積層体の上下面にも設けている。
【００４１】
この構成とすることにより、積層体と入力側及び出力側外部電極３ａ，３ｂとの接着強度が向上すると共に積層体の強度が向上する。
【００４２】
更に、積層体の上、下面の入力側及び出力側外部電極３ａ，３ｂと積層体の上、下面の最外層の圧電セラミックス１も分極されるので、昇圧比が向上する。昇圧比の向上を考えると、入力側及び出力側外部電極３ａ，３ｂは積層体の表面にできるだけ大きく形成することが望ましい。
【００４３】
（実施の形態３）
図１１は本実施の形態３における電子機器の回路図であり、３００は直流入力電源、３０１は直流入力電源３００の出力側に入力側を接続したコイル、３０２はコイル３０１の出力側に入力側を接続した電界効果トランジスタ（以下ＦＥＴとする）、３０３はＦＥＴ３０２に接続した発振回路、３０４はコイル３０１に接続した本発明の積層型圧電トランス、３０５は積層型圧電トランス３０４の出力側にその入力側を接続した冷陰極管である。
【００４４】
また、積層型圧電トランス３０４とコイル３０１とは並列接続されていると共に、積層型圧電トランス３０４の入力側静電容量とコイル３０１で共振回路を構成している。
【００４５】
この電子機器の動作について説明する。直流入力電源３００の出力電圧は、発振回路３０３からの信号を受けたＦＥＴ３０２によりＯＮ−ＯＦＦ制御され、共振回路が共振する例えば半波正弦波の駆動電圧となって積層型圧電トランス３０４の入力側に印加される。そして積層型圧電トランス３０４において、この入力電圧を昇圧してその出力電圧が冷陰極管３０５に印加され点灯する。
【００４６】
ここで用いる本発明の積層型圧電トランスは、高いエネルギー変換効率で電圧を昇圧することができるので、消費電力を小さくすることができると共に電子機器を小型化することができる。
【００４７】
以下、本発明のポイントとなることについて説明する。
【００４８】
（１）積層体の幅方向の長さは、入力側内部電極層２ａ，２ｂ及び出力側内部電極層２ｃを形成した部分、すなわち積層体の長手方向の中央部及び両端部よりも、入力側及び出力側内部電極層２ａ，２ｂ，２ｃを形成していない部分、すなわち圧電セラミックス１のみの部分の方を短くすることにより、出力側の静電容量を小さくすることができ、例えばインバータ回路に組み込んだ時脈流が小さくなり、冷陰極管３０５のちらつきを抑制することができる。
【００４９】
（２）積層体の厚み方向の長さは、入力側及び出力側内部電極層２ａ，２ｂ，２ｃを形成した部分、すなわち積層体の長手方向の中央部及び両端部よりも、入力側及び出力側内部電極層２ａ，２ｂ，２ｃを形成していない部分、すなわち圧電セラミックス１のみの部分の方を短くすることにより、出力側の静電容量を小さくすることができ、例えばインバータ回路に組み込んだ時脈流が小さくなり、冷陰極管３０５のちらつきを抑制することができる。
【００５０】
（３）入力側内部電極層２ｂを形成しなくても積層型圧電トランスとして機能するのであるが、本発明においては、入力側内部電極層２ｂを入力側内部電極層２ａと同一平面上にかつ入力側内部電極層２ａと異なる入力側外部電極３ａと接続するように形成することにより、入力側内部電極層２ａ，２ｂの面積を大きくすることができ、出力側の圧電セラミックス１の分極体積を大きくすることができるものである。
【００５１】
また、積層体の形成時に積層体を上、下面から加圧する場合、入力側内部電極層２ｂを形成したことにより積層体をより均一に加圧することができる。
【００５２】
（４）また、上記実施の形態では、同一平面上に二つの入力側内部電極層２ａ，２ｂを形成したが、三つ以上形成しても構わない。
【００５３】
その場合、例えば、図７に示すように入力側内部電極層２ａを積層体の長手方向の中央部分で二つに分割して同一平面上に三つの入力側内部電極層２ａ，２ｂ，２ｄを形成することにより、積層型圧電トランスの駆動時に最大応力が加わる積層体の長手方向の中央部分の強度を向上させることができる。
【００５４】
（５）入力側内部電極層２ａ，２ｂ間の距離は、積層体の厚み方向の入力側内部電極層２ａ，２ｂ間の圧電セラミックス１の厚みより短くすることにより、入力側内部電極層２ａ，２ｂを大きくすることができ、二次側の分極体積を大きくすることができるものである。しかしながら、入力側内部電極層２ａ，２ｂ間の距離を短くしすぎると、積層体の幅方向の入力側内部電極層２ａ，２ｂ間で絶縁破壊してしまうので、少なくとも積層体の厚み方向の入力側内部電極層２ａ，２ｂ間の圧電セラミックス１の厚みの１／４よりも長くすることが好ましい。
【００５５】
（６）各内部電極層において、入力側、出力側内部電極層２ａ，２ｃの端部は、図３に示すように積層体の厚み方向において少なくとも一部分が圧電セラミックス１を介して対向していないようにすることにより、入、出力側内部電極層２ａ，２ｃの端部での分極歪みの集中を抑制することができるものである。また分極歪みの集中は、圧電セラミックス１を介して対向していない部分が多いほど抑制できる。
【００５６】
（７）入力側及び出力側外部電極３ａ，３ｂを積層体の幅方向の同一側面に設けることにより、振動を阻害しない構造となるのでエネルギー変換効率が向上する。
【００５７】
また、入力側及び出力側外部電極３ａ，３ｂを同時に形成できるので外部電極の形成工程を短くできる。
【００５８】
（８）入力側、出力側内部電極層２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの表面荒さを、数μｍとすることより、圧電セラミックス１と入力側、出力側内部電極層２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの接着強度を向上させることができる。
【００５９】
入力側、出力側内部電極層２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの表面荒さを、数μｍとする方法の一つとして、入力側、出力側内部電極層２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを形成する内部電極ペースト中に圧電セラミックス１と同一成分を含有させることがある。またこの場合、入力側、出力側内部電極層２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを介する圧電セラミックス１を連結して、更に圧電セラミックス１と入力側、出力側内部電極層２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの接着強度を向上させることができる。
【００６０】
また、内部電極ペーストに添加したセラミックグリーンシートの原料粉体と同じ原料粉体を、金属成分の重量に対し１０〜１００％添加することが上記効果を得るためには望ましい。
【００６１】
（９）入力側、出力側内部電極層２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ中のＡｇ−Ｐｄ成分の平均粒径よりも圧電セラミックス１の平均粒径の方を大きくすることにより、圧電セラミックス１と入力側、出力側内部電極層２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの接着強度を向上させることができる。
【００６２】
（１０）積層体の端部表面を曲面状にすることにより、積層体の端部への応力集中を抑制でき、破壊強度、駆動時の破損電力の向上ができるものである。
【００６３】
（１１）入力側、出力側内部電極層２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの外周部を図８に示すように曲線状とすることにより、入力側、出力側内部電極層２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの外周部に発生する分極歪みの集中するのを抑制し、駆動時の耐電力を向上させることができる。
【００６４】
（１２）入力側、出力側内部電極層２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ間の圧電セラミックス１の平均粒径よりも、入力側、出力側内部電極層２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄの非形成部分の圧電セラミックス１の平均粒径を大きくすることにより、分極歪みを緩和して強度を向上させることができる。
【００６５】
（１３）無効層の厚みは、入力側、出力側内部電極層２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ間の圧電セラミックス１の厚みと同等以下とすることにより、昇圧比、変換効率を大きく下げることなく、駆動時に振動する圧電セラミックス１を保護することができる。
【００６６】
（１４）積層体の各辺のなす角は非直角とする、つまり図２に示すように幅方向断面がほぼ台形状とすることにより、図９に示すように積層型圧電トランスをケース２００に組み込む際、ケース２００内に積層型トランスを固定し、電気的に接続を取る導電ゴム２０１との接触を確実に行うことができ、振動、衝撃が加わった場合でも接続をはずれにくくすることができる。この場合、ケース２００の底面側に長辺がくるようにする方が好ましい。
【００６７】
（１５）入力側内部電極層２ａの厚みを、図１０に示すように中央部分より端部の厚みを薄くすることにより、入力側内部電極層２ａの端部と圧電セラミックス１との界面の接着強度を向上させることができる。もちろん他の入力側、出力側内部電極層２ｂ，２ｃ，２ｄについても同様のことが言える。
【００６８】
【発明の効果】
以上本発明によると、高いエネルギー変換効率で電圧を昇圧できる積層型圧電トランスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における積層型圧電トランスの斜視図
【図２】図１のＡ−Ｂ断面図
【図３】図１のＣ−Ｄ断面図
【図４】図１に示す積層型圧電トランスの外部電極形成前の分解斜視図
【図５】図１に示す積層型圧電トランスの製造工程図
【図６】本発明の実施の形態２における積層型圧電トランスの斜視図
【図７】本発明の一実施の形態における積層型圧電トランスの断面図
【図８】本発明の一実施の形態における積層型圧電トランスの要部拡大断面図
【図９】本発明の一実施の形態における積層型圧電トランスの断面図
【図１０】本発明の一実施の形態における積層型圧電トランスの要部拡大断面図
【図１１】本発明の実施の形態３における電子機器の回路図
【図１２】従来の積層型圧電トランスの斜視図
【符号の説明】
１  圧電セラミックス
２ａ  入力側内部電極層
２ｂ  入力側内部電極層
２ｃ  出力側内部電極層
２ｄ  入力側内部電極層
３ａ  入力側外部電極
３ｂ  出力側外部電極
２００  ケース
２０１  導電ゴム
３００  直流入力電源
３０１  コイル
３０２  ＦＥＴ
３０３  発振回路
３０４  積層型圧電トランス
３０５  冷陰極管
【図１】
0003551078.tif 000002
【図２】
0003551078.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003551078.tif 000007
【図７】
0003551078.tif 000008
【図８】
0003551078.tif 000009
【図９】
0003551078.tif 000010
【図１０】
0003551078.tif 000011
【図１１】
0003551078.tif 000012
【図１２】
0003551078.tif 000013