(57)【要約】 【課題】  長さ方向に直交した複数の線状内部電極が形成されているシート状圧電セラミック部材を巻いた筒状構造にする事により、機械的強度が高く、エネルギー変換効率も良く、更に低コストな圧電トランスを提供する。【解決手段】  シート状圧電セラミック４の長さ方向に分割した一方の部分領域に、長さ方向に直交した複数の入力用線状内部電極５、他方の部分領域にも、長さ方向に直交した複数の出力用線状内部電極６をそれぞれ設けている。長さ方向に直交した複数の線状内部電極が形成されているシート状圧電セラミックを巻いた構造を持つ筒状圧電セラミック構造体の巻回軸方向の１波長共振モードを利用する事により、トランス特性の優れた圧電トランス１が得られる。【選択図】  図１
2006156774.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状圧電セラミック部材を巻回してなる筒状圧電セラミック構造体であって、前記圧電セラミック構造体の巻回軸方向の１波長共振モードを利用することを特徴とする圧電トランス。
【請求項２】
前記圧電セラミック構造体において、前記シート状圧電セラミック部材の少なくともいずれか一方の面上の前記巻回軸方向に分割してなる２つの領域の各々に、前記巻回軸方向に直交する複数の線状内部電極が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電トランス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電セラミックを用いた圧電トランスに関するもので、特に各種電子機器やＡＣアダプター等に好適な圧電トランスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯テレビやノート型パソコンを始めとする各種携帯電子機器の普及に伴い、これらの機器に直流電圧を供給するために、商用交流電圧を電源とし直流電圧を出力するＡＣアダプターが用いられている。
【０００３】
最近、ＡＣアダプターに対する高効率、小型低背化、電磁ノイズ低減や低消費電力化の要求が高まり、ＡＣアダプターにおいても電磁式トランスに代わり、機械振動エネルギーを変換媒体とする圧電トランスの検討がされている。
【０００４】
圧電トランスの高効率化は、トランス出力インピーダンスと負荷インピーダンスとのインピーダンスマッチングが重要である。ＡＣアダプターの出力部に接続される各種携帯電子機器の入力インピーダンスＲは、通常、数Ω〜数十Ωである。圧電トランスの出力インピーダンスは、角周波数ω（＝２πｆ）、出力制動容量Ｃｄ２より（１）式のように表される。
Ｒ＝１／ω・Ｃｄ２・・・・・・・（１）
ここで、一例として、Ｒ＝１０Ω、ｆ＝１２０ｋＨｚのときはＣｄ２＝１３０ｎＦとなる。
【０００５】
従来、圧電トランスは、このような大きな制動容量を得るために、圧電セラミック矩形板の厚さ方向に種々の対抗内部電極による積層構造を設け、セラミックの積層方向が長さ方向に一致するｋ３３、セラミックの積層方向が厚み方向に一致するｋ３１を利用している。
【０００６】
圧電セラミック矩形板については、例えば、特許文献１に開示されている。この例においては、内部電極を面電極ではなくて線状電極とし、積層方向は圧電トランス矩形板の厚み方向とすることで、機械的強度が高く、エネルギー変換効率も良く、更に低コストな圧電トランスを提供している。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−００８４２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載されている技術では、製造工程において、多数のシートの位置合わせを正確に行い積層する必要があり、複雑な工程となる。また、内部電極を矩形板側面で１層おきに露出させ接続するので、図２（ｂ）に示すように側面近傍に分極されない不活性部分が生じ、セラミック内部に残留応力を発生させ圧電トランスとしてのエネルギー変換効率、および機械的強度低下の原因となる。
【０００９】
本発明の目的は、積層工程が無く、側面近傍に不活性部が存在せず、機械的強度がより高く、エネルギー変換効率もより良い圧電トランスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記課題の解決のため、シート状圧電セラミック部材を巻いた筒状構造を持つ圧電トランスの構成を検討した結果なされたものである。
【００１１】
即ち、本発明の圧電トランスは、シート状圧電セラミック部材を巻回してなる筒状圧電セラミック構造体であって、圧電セラミック構造体の巻回軸方向の１波長共振モードを利用することを特徴とする。
【００１２】
さらに圧電セラミック構造体において、シート状圧電セラミック部材の少なくともいずれか一方の面上の前記巻回軸方向に分割してなる２つの領域の各々に、前記巻回軸方向に直交する複数の線状内部電極が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
前記のようなことから、長さ方向に直交した複数の線状内部電極が形成されているシート状圧電セラミック部材を巻いた構造を持つ筒状圧電セラミック構造体の巻回軸方向の１波長共振モードを利用することにより、トランス特性、特に機械的強度がより高く、エネルギー変換効率もより良い優れた圧電トランスが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明による圧電トランスの実施の形態について、具体的な例を挙げて説明する。
【００１５】
まず、圧電トランスの基本的な動作原理について説明する。本発明品は、入出力時に圧電横効果を用い、入力と出力間を直流的に絶縁構造とすることで、フルブリッジ回路が構成でき、実効的に昇圧比を向上させることができ、高信頼を実現できる。圧電材料としては、ＰＺＴ系の高機械的品質係数Ｑｍ材料（Ｑｍの値が１０００以上）を用い、積層一体焼結圧電セラミック素子を作製した。
【００１６】
圧電トランスは、Ｑｍを大きくすることによって、昇圧比と効率を向上出来るが、さらに昇圧比を大きくするためには、入力に対する出力の制動容量の比を大きくし、効率を高くするためには、駆動周波数での出力側の制動容量のインピーダンスを負荷インピーダンスに合わせる必要がある。この様に、高Ｑｍ材料を用いて、入出力側を内部電極層を含む積層巻回構造とする方法が有効である。
【実施例】
【００１７】
次に、具体的な実施例をあげ、本発明の圧電トランスについて、さらに詳しく説明する。図１（ａ）に本発明の圧電トランスの一実施例の概略斜視図を示す。高Ｑｍ材料のＰＺＴ系セラミックグリンシートを成膜後、銀−パラジウム合金から成る複数の内部電極群をそのシート上に印刷した。次に所定の寸法に切断し、所定数巻回積層し、脱バインダーを行った。更に１１００℃にて２時間焼結を行った。焼結後の形状寸法は長さ３２ｍｍ×外径φ９ｍｍ×内径φ２ｍｍの筒状である。
【００１８】
図１（ｂ）に、圧電セラミックの内部電極パターンを示してある。入力部は巻回軸方向の約半分の部分に形成され、巻回軸方向に垂直に筒状内周部シート端から、線幅１００μｍの線状内部電極５がピッチ２ｍｍで８本筒状外周側シート端面まで形成されている。また出力部は巻回軸方向の残り半分の部分に形成され、入力部と同様に線幅８０μｍの線状内部電極６がピッチ５００μｍで３０本がシート端面まで形成されている。入力、出力共に１本おきに同極となっており、図中の矢印は分極方向である。このパターンが筒状内周部から外周部にかけて１２０μｍ間隔で５８層巻回形成されている。円筒外周には、焼結後、内部電極と接続する入力部外部電極２、出力部外部電極３をＡｇ焼き付けにより形成した。
【比較例】
【００１９】
図２（ａ）に、比較品の圧電トランスの概略斜視図を示す。本発明品と同様にＰＺＴ系セラミックグリンシートを成膜後、銀−パラジウム合金から成る複数の内部電極群をそのシート上に印刷した。次に、シートを所要数積層し、熱プレス後、所定の寸法に切断し、脱バインダーを行い、更に１１００℃にて２時間焼結を行った。焼結後の形状寸法は長さ３２×幅１０×厚さ６ｍｍである。
【００２０】
図２（ｂ）に、圧電セラミックの内部電極パターンを示してある。入力部は線幅１００μｍ、長さ９ｍｍの線状内部電極がピッチ２ｍｍで８本配置され両側面に露出している。出力部は線幅８０μｍ、長さ８ｍｍの線状内部電極がピッチ５００μｍで３０本配置され１本おきに側面に露出している。入力、出力共に１本おきに同極となっており、図中の矢印は分極方向である。このパターンが厚さ方向に１２０μm間隔で５０層積層されている。焼結後、内部電極と接続する入力部外部電極２、出力部外部電極３をＡｇ焼き付けにより形成した。
【００２１】
試作した圧電トランスの１次波長共振モードを利用し、入力７０Ｖｒｍｓ、負荷抵抗１０Ω時の圧電トランス特性を表１に示す。
【００２２】
【表１】
2006156774.tif 000003
【００２３】
表１より、発明品は比較品に比べ、入力容量比の改善、素子温度上昇の抑制が見られる。これは、外部電極近傍の不活性部の有無によるものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施例の圧電トランスを示す図。図１（ａ）は圧電トランスの斜視図。図１（ｂ）は内部電極パターン。
【図２】従来の圧電トランスを示す図。図２（ａ）は圧電トランスの斜視図。図２（ｂ）は内部電極パターン。
【符号の説明】
【００２５】
１    圧電トランス
２    入力部外部電極
３    出力部外部電極
４    圧電セラミック
５    入力用線状内部電極
６    出力用線状内部電極
【図１】
2006156774.tif 000004
【図２】
2006156774.tif 000005