(57)【要約】 【課題】  良好な外部電極固着強度が得られ、かつ、効率の良い圧電トランスおよび圧電トランスの製造方法を提供する。【解決手段】  圧電セラミックグリーンシート１に電極ペーストをスクリーン印刷し、一次側の内部電極２および二次側の内部電極１２を形成する際、圧電セラミックグリーンシート１ａ，１ｂの長辺側の側面に露出する内部電極２の取り出し口の面積を小さく抑え、圧電セラミックグリーンシート１を分割して複数枚積層した積層体の長辺側の側面に露出した内部電極２の取り出し部の総面積が、内部電極２を覆うように設けられる外部電極３の総面積の０．３〜５％とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電セラミック層と、同一層内に一次側および二次側の内部電極となる２つの電極パターンが形成された内部電極層とを交互に積層した圧電セラミック積層体の長辺側の両側面に、前記一次側内部電極を交互に取り出し、各前記側面の２箇所で前記一次側内部電極と一次側外部電極を接続するとともに、各前記側面の１箇所で前記二次側内部電極と二次側外部電極を接続した構成体で、前記一次側外部電極から入力された電圧を振動に変換し、前記二次側外部電極から電圧として出力する圧電トランスであって、前記内部電極の前記側面での取り出し部の総面積が、前記外部電極の総面積の０．３〜５％としたことを特徴とする圧電トランス。
【請求項２】
前記内部電極は銀およびパラジウムを主成分とし、前記外部電極は銀を主成分としたことを特徴とする請求項１記載の圧電トランス。
【請求項３】
圧電セラミック層と、同一層内に一次側および二次側の内部電極となる２つの電極パターンが形成された内部電極層とを交互に積層した圧電セラミック積層体の長辺側の両側面に、前記一次側内部電極を交互に取り出し、各前記側面の２箇所で前記一次側内部電極と一次側外部電極を接続するとともに、各前記側面の１箇所で前記二次側内部電極と二次側外部電極を接続した構成体で、前記一次側外部電極から入力された電圧を振動に変換し、前記二次側外部電極から電圧として出力する圧電トランスの製造方法であって、前記内部電極の前記側面での取り出し部の総面積が、前記外部電極の総面積の０．３〜５％とすることを特徴とする圧電トランスの製造方法。
【請求項４】
前記内部電極は銀およびパラジウムを主成分とし、前記外部電極は銀を主成分とすることを特徴とする請求項３記載の圧電トランスの製造方法。
【請求項５】
前記一次側の内部電極および前記二次側の内部電極と、同時に印刷することを特徴とする請求項３または４記載の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、昇圧用もしくは降圧用の積層型圧電トランス素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電トランスは、一般に、励振部となる一次側（または入力側）に入力電圧を印加することにより機械的振動を発生させ、この振動を利用し発電部となる二次側（または出力側）において電圧に変換して出力する機能を基本的に有し、本体部分である圧電セラミックスの内部および外部に一次側電極、二次側電極を有する構造である。
【０００３】
現在普及している圧電トランスの大半は、ローゼン型の構造であり、この構造の圧電トランスは、長さ、幅、厚みの選択範囲が広く、床面積を大きくすれば薄型化を達成でき、携帯機器に適している。図６は、従来のローゼン型圧電トランスを説明する図である。なお、図６（ａ）は、圧電セラミックグリーンシートの平面図、図６（ｂ）は、圧電トランス素子の側面図、図６（ｃ）は、積層構造の圧電トランスの外観斜視図である。
【０００４】
図６（ａ）に示すように、圧電セラミックグリーンシート１１には、例えば、３枚分の内部電極が印刷される。また、圧電セラミックグリーンシート１１には、一次側の内部電極２が長手方向一端側（同図では上部側）に圧電セラミックグリーンシート１１のおよそ半分を占めるように設けられ、圧電セラミックグリーンシート１１の長手方向の他端（同図の下側部）の縁部には、二次側の内部電極１２が設けられる。図６（ｂ）に示した圧電トランス素子は、図６（ａ）の圧電セラミックグリーンシート１１を３枚に切断し、複数枚を積層した後、所定の設計寸法に打ち抜くことにより製造される圧電トランス素子である。
【０００５】
側面には、各圧電セラミックグリーンシート１１の一次側の内部電極２および二次側の内部電極１２の端部が露出している。図６（ｃ）に示すように、図６（ａ）のような電極パターンが印刷された圧電セラミックグリーンシート１１を用いて、積層、打ち抜き、焼成、電極形成して作製される。各内部電極から外部電極への取り出し方にはさまざまな方法があるが、例えば、図６（ｃ）に示した積層面の側面図において、側面に露出した一次側の内部電極２および二次側の内部電極１２の側面露出部に、積層方向に沿ってそれぞれ導電性の電極パターンを結合し、一次側の外部電極３および二次側の外部電極１３とする（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−５８９３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した従来の手法では、外部電極の固着力が低いという問題がある。図７は、従来の圧電トランス積層体の断面を説明する図である。なお、図７（ａ）は、断面の模式図、図７（ｂ）は、積層枚数の多い場合の断面の模式図、図７（ｃ）は、断面の拡大図である。図７（ａ）に示すように、内部電極２が印刷された圧電セラミックグリーンシート１１が複数枚積層され、積層断面に外部電極３が固着されている。
【０００８】
圧電トランスの効率を向上させようとすると、図７（ｂ）に示すように、圧電セラミックの層間距離を小さくし、積層枚数を増やす必要があるが、この場合、図７（ｃ）に示すように、外部電極３に覆われる内部電極の取り出し部となる接合部４の総面積が、積層断面の圧電セラミックと外部電極３の接合界面５の総面積に占める割合が増加し、外部電極の固着力が更に低下するという問題が起こる。これは、外部電極の固着に寄与するのが、前記接合界面５であるため、固着に寄与しにくい内部電極２と外部電極３の接合部４の割合が増えることで外部電極３の固着強度が低下することが起因している。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、外部電極の固着強度を維持し、かつ、効率の高い圧電トランスとその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述した課題を解決するための本発明は、圧電セラミック層と、同一層内に一次側および二次側の内部電極となる２つの電極パターンが形成された内部電極層とを交互に積層した圧電セラミック積層体の長手方向の両側面に、前記一次側内部電極を交互に取り出し、各側面の２箇所で一次側外部電極を接続するとともに、前記二次側外部電極を各側面の１箇所で接続した構成体で、前記一次側外部電極から入力された電圧を振動に変換し、前記二次側外部電極から電圧として出力する圧電トランスであって、前記内部電極の前記側面での取り出し部の総面積が、前記外部電極の総面積を０．３〜５％としたことを特徴とする圧電トランスである。
【００１１】
また、本発明は、前記内部電極は銀およびパラジウムを主成分とし、前記外部電極は銀を主成分とすることを特徴とする圧電トランスである。
【００１２】
また、本発明は、圧電セラミック層と、同一層内に一次側および二次側の内部電極となる２つの電極パターンが形成された内部電極層とを交互に積層した圧電セラミック積層体の長辺側の両側面に、前記一次側内部電極を交互に取り出し、各前記側面の２箇所で前記一次側内部電極と一次側外部電極を接続するとともに、各前記側面の１箇所で前記二次側内部電極と二次側外部電極を接続した構成体で、前記一次側外部電極から入力された電圧を振動に変換し、前記二次側外部電極から電圧として出力する圧電トランスの製造方法であって、前記内部電極の前記側面での取り出し部の総面積が、前記外部電極の総面積の０．３〜５％とすることを特徴とする圧電トランスの製造方法である。
【００１３】
また、本発明は、前記内部電極は銀およびパラジウムを主成分とし、前記外部電極は銀を主成分とすることを特徴とする圧電トランスの製造方法である。
【００１４】
また、本発明は、前記一次側の内部電極および前記二次側の内部電極と、同時に印刷することを特徴とする圧電トランスの製造方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、外部電極の固着強度を維持し、かつ、効率の高い圧電トランスとその製造方法を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の圧電トランスに用いられる圧電セラミックグリーンシートを説明する図である。図２は、本発明の圧電トランス素子の側面図である。また、図３は、本発明の圧電トランスの斜視図である。圧電振動子を作製するための圧電セラミックグリーンシート１は、本発明のローゼン型積層圧電トランスの基本構成となる。
【００１８】
圧電トランスの製造において、まず、図１に示すような圧電セラミックグリーンシート１を作製する。すなわち、原料として例えばチタン酸−ジルコン酸鉛Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3を主成分とする圧電セラミクス仮焼粉末を用いてグリーンシート法により圧電セラミックグリーンシート１を得た後、銀／パラジウムの混合粉、セルロース、および溶剤等で構成される電極用ペーストをスクリーン印刷し、内部電極２，１２が形成された圧電セラミックグリーンシート１を作製する。
【００１９】
図１に示すように、複数枚分（例えば、図１では３枚）の圧電セラミックグリーンシート１を１枚の母材上に形成する。ここで、内部電極２は、一次側内部電極パターンであり、圧電セラミックグリーンシート１の長手方向の一方のほぼ片半分部に形成する。一次側の内部電極２は、最終的に分割される圧電セラミックグリーンシート１ａ，１ｂの長手方向に長辺、短手方向に短辺を持つ矩形部分と、矩形部分の長辺の両側から圧電セラミックグリーンシート１ａ，１ｂの短手方向の両端辺にそれぞれ出る内部電極２の取り出し部分からなる。矩形部分から出る２本の取り出し部分は、両長辺の異なる位置から出るように構成する。
【００２０】
一方、内部電極１２は、二次側内部電極パターンであり、圧電セラミックグリーンシート１の長手方向の内部電極２とは異なる他端に帯状に形成する。
【００２１】
図１に示すように、内部電極２，１２は、複数枚分の圧電セラミックグリーンシート１の母材上に、複数枚分（圧電セラミックグリーンシート１ａ，１ｂ）の内部電極２，１２が連結した電極パターンとして、同時に印刷して形成する。
【００２２】
次に、この母材シートを所定の寸法に（例えば、図１では点線の部分にて）切断し、一次側の内部電極２の取り出し口の位置が異なる２種類の圧電セラミックグリーンシート１ａ，１ｂを多数得る。
【００２３】
図２は、図１を切断して得た２種類の圧電セラミックグリーンシート１ａ，１ｂを交互に積層圧着して一体化し、焼結し、設計に応じた寸法に打ち抜いてできた積層体の長辺側の側面を示している。図２に示すように、内部電極２，１２の取り出し口は側面に露出させる。ここで、側面に露出している内部電極２は、一次側の内部電極２の取り出し口であり、側面に露出している内部電極１２は二次側の内部電極１２の取り出し口である。２種類の圧電セラミックグリーンシート１ａ，１ｂが交互に積層されるので、積層体の側面には一次側の内部電極２の取り出し口が交互に２箇所に露出する。
【００２４】
次に、この積層体の長辺側の側面に露出した２箇所の一次側の内部電極２と１箇所の二次側の内部電極１２の取り出し口を覆うように、Ａｇを主成分とする電極ペーストを焼き付け、外部電極を形成させる。
【００２５】
図３は、本発明の圧電トランスの斜視図である。外部電極３を形成した後の圧電トランスを示している。図３に示すように、一次側の内部電極２の２箇所と二次側の内部電極１２の取り出し口がそれぞれ外部電極３，１３で覆われる。
【００２６】
前述したように、外部電極３を積層体側面に焼き付ける場合、外部電極３は、圧電セラミックとの接合界面で良好に固着するが、内部電極２，１２の取り出し口部分では固着しない。よって、固着力を上げるためには内部電極２，１２の取り出し口をより小面積にし、外部電極３と圧電セラミックの接合面積を大きくすることが望ましい。従って、内部電極２の取り出し部の総面積の外部電極３の総面積に対する比率を０．３〜５％とする。
【実施例】
【００２７】
ここで、良好な外部電極固着強度が得られるために必要な内部電極２の取り出し口の総面積が、外部電極の総面積に占める割合に対してどの程度が良いかの確認を行った。
【００２８】
図４は、本発明の内部電極の配置パターン例を説明する図である。なお、図４（ａ）は、従来の内部電極の例で、図４（ｂ）は、内部電極を外部電極に対して左側に寄せた例で、図４（ｃ）は、内部電極を外部電極に対して右側に寄せた例で、図４（ｄ）は、内部電極を外部電極に対して中央部に寄せた例で、図４（ｅ）は、内部電極を外部電極に対して左右にばらした例である。
【００２９】
内部電極２の取り出し口の総面積を低く抑え、良好な外部電極３の固着強度を得るための内部電極２の配置パターンの実施例として、図４（ａ）〜（ｅ）の固着強度を調べた。図４（ａ）に示したように、外部電極３に対して内部電極２の取り出し口が全面に渡って形成されるものは、内部電極２の取り出し口の総面積が大きく、外部電極３の固着強度が低くなるのに対して、図４（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）は、それぞれ、内部電極２の取り出し口が小さく形成されており、総面積は小さく、外部電極３と圧電セラミックの接合面を大きく取ることが可能で、良好な固着強度が得られた。
【００３０】
図４（ｂ）、（ｃ）は、内部電極２の取り出し口を外部電極３の左右のいずれか一端に寄せて配置することで、大きな接合面が得られた。また、図４（ｄ）のように、外部電極３の中央部に内部電極２の取り出し口を配置することでも外部電極３の両端の接合面が大きくとることができ、大きな接合面が得られた。更に、図４（ｅ）のように、内部電極２の取り出し口を外部電極３の左右にばらして配置することによっても、外部電極３の全体としての接合面を大きく確保することができた。
【００３１】
表１は、図４（ａ）〜（ｅ）の内部電極取り出し口配置方法について、外部電極３の面積を６ｍｍ2、内部電極２の取り出し口本数を２０本、内部電極２の取り出し口の厚みを７μｍとした場合の外部電極固着強度を測定した結果である。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
表１の結果から、外部電極固着強度の内部電極２の配置パターン（図４（ａ）〜（ｅ））への依存性は高くないが、内部電極２の取り出し口の総面積へ高い依存性を示すことが分かった。すなわち、表１に示すように、内部電極２の取り出し口の総面積比率が０．３〜１％の場合に外部電極固着強度が０．９〜１．１ｋｇ/ｍｍ2となり、特に良好な外部電極固着強度が得られた。
【００３４】
一方、内部電極２の取り出し口の総面積が外部電極３の総面積の０．３％以下になった場合、外部電極固着強度は低下しないが、内部電極２と外部電極３の接合において、接触抵抗値が増加し、圧電トランスの性能が低下するという問題が生じた。
【００３５】
従って、外部電極３に覆われる内部電極の取り出し口の総面積を、外部電極３の面積の０．３〜５％とすると、従来と比べ、良好な固着強度が得られるということが分かった。
【００３６】
図５は、内部電極の取り出し口の配置パターンとして図４（ｂ）を採用した場合の圧電トランスの斜視図である。表１の結果より、図４（ｂ）のような圧電トランスを採用すると、内部電極２の取り出し口を小面積にし、外部電極３の一端に寄せる配置を採ることで、外部電極３とリード線７の半田付け位置６を内部電極２の取り出し口を避けて設けることが可能となった。これにより、リード線接続による内部電極２への高温度等による影響が減少し、半田実装条件の選択幅が広がるという利点も期待できるようになった。
【００３７】
なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の改変が可能であり、それらも、本発明の技術範囲に含まれる。特に圧電トランスとしては、ローゼン型として１種類のモードの例で説明したが、他のモードのものであっても、さらに他の型のものであっても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の圧電トランスに用いられる圧電セラミックグリーンシートを説明する図。
【図２】本発明の圧電トランス素子の側面図。
【図３】本発明の圧電トランスの斜視図。
【図４】本発明の内部電極の配置パターン例を説明する図。図４（ａ）は従来の内部電極の例。図４（ｂ）は内部電極を外部電極に対して左側に寄せた例。図４（ｃ）は内部電極を外部電極に対して右側に寄せた例。図４（ｄ）は内部電極を外部電極に対して中央部に寄せた例。図４（ｅ）は内部電極を外部電極に対して左右にばらした例。
【図５】内部電極の取り出し口の配置パターンとして図４（ｂ）を採用した場合の圧電トランスの斜視図。
【図６】従来のローゼン型積層圧電トランスを説明する図。図６（ａ）は圧電セラミックグリーンシートの平面図。図６（ｂ）は圧電トランス素子の側面図。図６（ｃ）は積層構造の圧電トランスの外観斜視図。
【図７】従来の圧電トランス積層体の断面を説明する図。図７（ａ）は断面の模式図。図７（ｂ）は積層数の多い場合の模式図。図７（ｃ）は断面の拡大図。
【符号の説明】
【００３９】
１，１ａ，１ｂ，１１    圧電セラミックグリーンシート
２，１２    内部電極
３，１３    外部電極
４    接合部
５    接合界面
６    半田付け位置
７    リード線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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