(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、
前記基材によって支持された上部層とを備え、
前記上部層は、前記上部層のうち前記基材に重ならない部分である振動部集合部を含み、
前記振動部集合部は、厚み方向に互いに離隔して厚み方向に順に並ぶように配置された出力電極、出力側中間電極、入力側中間電極および入力電極を含み、
ｎを３以上の整数としたとき、
前記振動部集合部は、１つの方向に並ぶｎ個の振動部を含み、
前記上部層は、少なくとも前記ｎ個の振動部の各々において前記出力電極および前記出力側中間電極によって挟み込まれる部分を含むように配置された第１圧電体層と、前記第１圧電体層に重なるように配置されつつ少なくとも前記ｎ個の振動部の各々において前記入力側中間電極および前記入力電極によって挟み込まれる部分を含むように配置された第２圧電体層とを含み、
前記入力電極は、前記ｎ個の振動部のうち少なくとも１つの振動部に対応するように配列された１個以上ｎ個以下の入力電極片を含み、
前記出力電極は、前記ｎ個の振動部のうち少なくとも１つの振動部に対応するように配列された１個以上ｎ個以下の出力電極片を含み、
前記出力側中間電極は、前記ｎ個の振動部のうち少なくとも１つの振動部に対応するように配列された１個以上ｎ個以下の出力側中間電極片を含み、
前記第２圧電体層は、前記ｎ個の振動部にわたって一定の向きに分極されており、
前記ｎ個の振動部の各々を、前記１つの方向に沿って一端から他端にかけて１番目からｎ番目の振動部と呼ぶこととしたとき、
前記１個以上ｎ個以下の入力電極片においては、奇数番目の振動部に対応する入力電極片のうち１つ以上が属する集合である第１入力電極片群と、偶数番目の振動部に対応する入力電極片のうち１つ以上が属する集合である第２入力電極片群とに対して、前記入力側中間電極の電位を基準として逆相となるような電圧を、それぞれ印加可能なように配線されており、
前記第１圧電体層は、前記ｎ個の振動部にわたって一定の向きに分極されており、
前記１個以上ｎ個以下の出力電極片は、互いに電気的に接続された第１出力電極片および第２出力電極片を含み、
前記１個以上ｎ個以下の出力側中間電極片は、互いに電気的に接続された第１出力側中間電極片および第２出力側中間電極片を含み、
前記第２出力電極片と前記第１出力側中間電極片とが厚み方向に重なり合っており、前記第１出力電極片は、前記第１出力側中間電極片および前記第２出力側中間電極片のいずれに対しても厚み方向に重なり合っておらず、前記第２出力側中間電極片は、前記第１出力電極片および前記第２出力電極片のいずれに対しても厚み方向に重なり合っていない、圧電トランス。
【請求項２】
基材と、
前記基材によって支持された上部層とを備え、
前記上部層は、前記上部層のうち前記基材に重ならない部分である振動部集合部を含み、
前記振動部集合部は、厚み方向に互いに離隔して厚み方向に順に並ぶように配置された出力電極、出力側中間電極、入力側中間電極および入力電極を含み、
ｎを３以上の整数としたとき、
前記振動部集合部は、１つの方向に並ぶｎ個の振動部を含み、
前記上部層は、少なくとも前記ｎ個の振動部の各々において前記出力電極および前記出力側中間電極によって挟み込まれる部分を含むように配置された第１圧電体層と、前記第１圧電体層に重なるように配置されつつ少なくとも前記ｎ個の振動部の各々において前記入力側中間電極および前記入力電極によって挟み込まれる部分を含むように配置された第２圧電体層とを含み、
前記入力電極は、前記ｎ個の振動部のうち少なくとも一部に対応するように分割されて配列された１個以上ｎ個以下の入力電極片を含み、
前記出力電極は、前記ｎ個の振動部のうち少なくとも一部に対応するように分割されて配列された１個以上ｎ個以下の出力電極片を含み、
前記出力側中間電極は、前記ｎ個の振動部のうち少なくとも一部に対応するように分割されて配列された１個以上ｎ個以下の出力側中間電極片を含み、
前記ｎ個の振動部の各々を、前記１つの方向に沿って一端から他端にかけて１番目からｎ番目の振動部と呼ぶこととしたとき、
前記第２圧電体層は、前記ｎ個の振動部のうち少なくとも一部に対応するように１個以上ｎ個以下の分極領域を有しており、前記１個以上ｎ個以下の分極領域においては、奇数番目の振動部に対応する分極領域のうち１つ以上が属する集合である第１分極領域群と、偶数番目の振動部に対応する分極領域のうち１つ以上が属する集合である第２分極領域群とで、互いに逆向きとなるようにそれぞれ分極されており、
前記１個以上ｎ個以下の入力電極片においては、前記入力側中間電極の電位を基準として同位相の電圧を、それぞれ印加可能なように配線されており、
前記第１圧電体層は、前記ｎ個の振動部にわたって一定の向きに分極されており、
前記１個以上ｎ個以下の出力電極片は、互いに電気的に接続された第１出力電極片および第２出力電極片を含み、
前記１個以上ｎ個以下の出力側中間電極片は、互いに電気的に接続された第１出力側中間電極片および第２出力側中間電極片を含み、
前記第２出力電極片と前記第１出力側中間電極片とが厚み方向に重なり合っており、前記第１出力電極片は、前記第１出力側中間電極片および前記第２出力側中間電極片のいずれに対しても厚み方向に重なり合っておらず、前記第２出力側中間電極片は、前記第１出力電極片および前記第２出力電極片のいずれに対しても厚み方向に重なり合っていない、圧電トランス。
【請求項３】
前記１個以上ｎ個以下の出力電極片は、互いに電気的に接続された第３出力電極片および第４出力電極片を含み、
前記第３出力電極片と前記第２出力電極片とは、互いに絶縁されており、
前記第３出力電極片と前記第２出力側中間電極片とが厚み方向に重なり合っており、前記第４出力電極片は、前記第１出力側中間電極片および前記第２出力側中間電極片のいずれにも厚み方向に重なり合っていない、請求項１または２に記載の圧電トランス。
【請求項４】
前記１個以上ｎ個以下の出力電極片は、互いに電気的に接続された第５出力電極片および第６出力電極片を含み、
前記第５出力電極片と前記第２出力電極片とは、互いに絶縁されており、
前記第５出力電極片と前記第４出力電極片とは、互いに絶縁されており、
前記１個以上ｎ個以下の出力側中間電極片は、互いに電気的に接続された第３出力側中間電極片および第４出力側中間電極片を含み、
前記第３出力側中間電極片と前記第２出力側中間電極片とは、互いに絶縁されており、
前記第４出力電極片と前記第３出力側中間電極片とが厚み方向に重なり合っており、
前記第５出力電極片と前記第４出力側中間電極片とが厚み方向に重なり合っており、前記第６出力電極片は、前記第１から前記第４出力側中間電極片のいずれにも厚み方向に重なり合っていない、請求項３に記載の圧電トランス。
【請求項５】
前記１個以上ｎ個以下の出力側中間電極片は、２つの電極片が互いに電気的に接続された出力側中間電極片対を１以上含み、
前記１個以上ｎ個以下の出力電極片は、２つの電極片が互いに電気的に接続された出力電極片対を１以上含み、
前記出力電極片対と前記出力側中間電極片対とにおいては、１つの対の内部でなされた電極片同士の電気的接続と、異なる対との間で電極片同士が厚み方向に重なり合うことによる幾何学的接続とを交互に繰り返すことによって、１以上の前記出力側中間電極片対と１以上の前記出力電極片対とが交互に直列に配列されている、請求項１または２に記載の圧電トランス。
【請求項６】
前記出力側中間電極片対と前記出力電極片対とが前記電気的接続と前記幾何学的接続とを交互に繰り返すように直列に配列された連なりの両端は、前記１個以上ｎ個以下の出力側中間電極片の集合に属する第１末端出力側中間電極片および第２末端出力側中間電極片である、請求項５に記載の圧電トランス。
【請求項７】
前記第１圧電体層の材料と前記第２圧電体層の材料とで、インピーダンスが異なる、請求項１から６のいずれかに記載の圧電トランス。
【請求項８】
基材と、
前記基材によって支持された上部層とを備え、
前記上部層は、前記上部層のうち前記基材に重ならない部分である振動部集合部を含み、
前記振動部集合部は、厚み方向に互いに離隔して厚み方向に順に並ぶように配置された出力電極、出力側中間電極、入力側中間電極および入力電極を含み、
前記振動部集合部は、１つの方向に並ぶ第１、第２の振動部を含み、
前記上部層は、前記第１、第２の振動部の各々において前記出力電極および前記出力側中間電極によって挟み込まれる部分を含むように配置された第１圧電体層と、前記第１圧電体層に重なるように配置されつつ前記第１、第２の振動部の各々において前記入力側中間電極および前記入力電極によって挟み込まれる部分を含むように配置された第２圧電体層とを含み、
前記入力電極は、前記第１、第２の振動部に対応するように配列された第１、第２の入力電極片を含み、
前記出力電極は、前記第１、第２の振動部に対応するように配列された第１、第２の出力電極片を含み、
前記第２圧電体層は、前記第１、第２の振動部にわたって一定の向きに分極されており、
前記第１の入力電極片と、前記第２の入力電極片とに対して、前記入力側中間電極の電位を基準として逆相となるような電圧を、それぞれ印加可能なように配線されており、
前記第１圧電体層は、前記第１、第２の振動部にわたって一定の向きに分極されており、
前記出力側中間電極は、第１出力側中間電極片および第２出力側中間電極片を含み、
前記第１出力電極片と前記第１出力側中間電極片とが厚み方向に重なり合っており、前記第２出力電極片と前記第２出力側中間電極片とが厚み方向に重なり合っている、圧電トランス。
【請求項９】
基材と、
前記基材によって支持された上部層とを備え、
前記上部層は、前記上部層のうち前記基材に重ならない部分である振動部集合部を含み、
前記振動部集合部は、厚み方向に互いに離隔して厚み方向に順に並ぶように配置された出力電極、出力側中間電極、入力側中間電極および入力電極を含み、
前記振動部集合部は、１つの方向に並ぶ第１、第２の振動部を含み、
前記上部層は、前記第１、第２の振動部の各々において前記出力電極および前記出力側中間電極によって挟み込まれる部分を含むように配置された第１圧電体層と、前記第１圧電体層に重なるように配置されつつ前記第１、第２の振動部の各々において前記入力側中間電極および前記入力電極によって挟み込まれる部分を含むように配置された第２圧電体層とを含み、
前記入力電極は、前記第１、第２の振動部に対応するように配列された第１、第２の入力電極片を含み、
前記出力電極は、前記第１、第２の振動部に対応するように配列された第１、第２の出力電極片を含み、
前記第２圧電体層は、前記第１の振動部と前記第２の振動部とで互いに逆向きとなるようにそれぞれ分極されており、
前記第１の入力電極片と、前記第２の入力電極片とに対しては、前記入力側中間電極の電位を基準として同位相の電圧を、それぞれ印加可能なように配線されており、
前記第１圧電体層は、前記第１、第２の振動部にわたって一定の向きに分極されており、
前記出力側中間電極は、第１出力側中間電極片および第２出力側中間電極片を含み、
前記第１出力電極片と前記第１出力側中間電極片とが厚み方向に重なり合っており、前記第２出力電極片と前記第２出力側中間電極片とが厚み方向に重なり合っている、圧電トランス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電トランスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
国際公開ＷＯ２０１５／１７１２２４（特許文献１）には、圧電体層を備える超音波トランスデューサが記載されている。特許文献１では、基板上に２種類の圧電体層の積層構造を載せることによって振動膜を構成している。この超音波トランスデューサでは、振動膜の中心部が腹となり、外周部が節となるようにして面に垂直な方向の変位を伴う振動モードを利用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１５／１７１２２４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されたものは超音波トランスデューサであるが、この超音波トランスデューサに含まれる圧電体層の積層構造を利用して圧電トランスフォーマ（以下「圧電トランス」という。）を実現しようとした場合、第２の圧電体層に電圧を印加し、積層構造で構成される振動膜を特定の振動モードで励振し、第１の圧電体層から変圧された電圧を取り出すということになる。【０００５】
この変圧動作は、入力側のインピーダンスと出力側のインピーダンスとが異なることによって実現される。一般的には、入力側のインピーダンスが出力側のインピーダンスに対して低ければ、出力電圧としては昇圧された電圧を得ることができる。入力側のインピーダンスが出力側のインピーダンスに対して高ければ、出力電圧としては降圧された電圧を得ることができる。これらの昇圧／降圧の比率を併せて「変圧比」というものとすると、入出力のインピーダンス比を大きくすれば、より大きな変圧比を実現することができる。たとえば、特許文献１に記載された構造においては、圧電体の膜厚、材料、電極面積を変えることで変圧比をある程度まで大きくすることが可能である。ただし、圧電体の膜厚や材料は、製造面において品質やコストに大きく影響を与えるため自在に変えることは難しく、現実的には電極面積を変えることが最も容易な方法である。【０００６】
しかしながら、電極面積は電気エネルギ−機械エネルギ間の変換効率に深く関わる因子であり、この変換効率を最大化する最適な電極面積が存在する。したがって、前記変圧比を高める目的で電極面積を変えると、変換効率は悪くなってしまい、結果的に圧電トランスとしての電力伝送効率が悪くなってしまうという問題があった。【０００７】
そこで、本発明は、高い変圧比を実現することができる圧電トランス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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に基づく圧電トランスは、基材と、上記基材によって支持された上部層とを備える。上記上部層は、上記上部層のうち上記基材に重ならない部分である振動部集合部を含む。上記振動部集合部は、厚み方向に互いに離隔して厚み方向に順に並ぶように配置された出力電極、出力側中間電極、入力側中間電極および入力電極を含む。ｎを３以上の整数としたとき、上記振動部集合部は、１つの方向に並ぶｎ個の振動部を含む。上記上部層は、少なくとも上記ｎ個の振動部の各々において上記出力電極および上記出力側中間電極によって挟み込まれる部分を含むように配置された第１圧電体層と、上記第１圧電体層に重なるように配置されつつ少なくとも上記ｎ個の振動部の各々において上記入力側中間電極および上記入力電極によって挟み込まれる部分を含むように配置された第２圧電体層とを含む。上記入力電極は、上記ｎ個の振動部のうち少なくとも１つの振動部に対応するように配列された１個以上ｎ個以下の入力電極片を含む。上記出力電極は、上記ｎ個の振動部のうち少なくとも１つの振動部に対応するように配列された１個以上ｎ個以下の出力電極片を含む。上記出力側中間電極は、上記ｎ個の振動部のうち少なくとも１つの振動部に対応するように配列された１個以上ｎ個以下の出力側中間電極片を含む。上記第２圧電体層は、上記ｎ個の振動部にわたって一定の向きに分極されている。上記ｎ個の振動部の各々を、上記１つの方向に沿って一端から他端にかけて１番目からｎ番目の振動部と呼ぶこととしたとき、上記１個以上ｎ個以下の入力電極片においては、奇数番目の振動部に対応する入力電極片のうち１つ以上が属する集合である第１入力電極片群と、偶数番目の振動部に対応する入力電極片のうち１つ以上が属する集合である第２入力電極片群とに対して、上記入力側中間電極の電位を基準として逆相となるような電圧を、それぞれ印加可能なように配線されている。上記第１圧電体層は、上記ｎ個の振動部にわたって一定の向きに分極されている。上記１個以上ｎ個以下の出力電極片は、互いに電気的に接続された第１出力電極片および第２出力電極片を含む。上記１個以上ｎ個以下の出力側中間電極片は、互いに電気的に接続された第１出力側中間電極片および第２出力側中間電極片を含む。上記第２出力電極片と上記第１出力側中間電極片とが厚み方向に重なり合っている。上記第１出力電極片は、上記第１出力側中間電極片および上記第２出力側中間電極片のいずれに対しても厚み方向に重なり合っていない。上記第２出力側中間電極片は、上記第１出力電極片および上記第２出力電極片のいずれに対しても厚み方向に重なり合っていない。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、出力側中間電極片と出力電極片との連鎖的組合せによって電位差は大きくなるので、出力電圧を大きな電圧とすることできる。いいかえれば、高い変圧比を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に基づく実施の形態１における圧電トランスの斜視図である。
【図２】本発明に基づく実施の形態１における圧電トランスの平面図である。
【図３】図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に関する矢視断面図である。
【図４】本発明に基づく実施の形態１における圧電トランスに含まれる各層におけるレイアウトを示す第１の図である。
【図５】本発明に基づく実施の形態１における圧電トランスに含まれる各層におけるレイアウトを示す第２の図である。
【図６】本発明に基づく実施の形態１における圧電トランスに含まれる各層におけるレイアウトを示す第３の図である。
【図７】本発明に基づく実施の形態１における圧電トランスに含まれる各層におけるレイアウトを示す第４の図である。
【図８】本発明に基づく実施の形態１における圧電トランスの振動膜近傍の概念図である。
【図９】本発明に基づく実施の形態１における圧電トランスの振動部集合部の挙動の説明図である。
【図１０】本発明に基づく実施の形態２における圧電トランスの斜視図である。
【図１１】本発明に基づく実施の形態２における圧電トランスの平面図である。
【図１２】本発明に基づく実施の形態２における圧電トランスに含まれるある１つの層におけるレイアウトを示す図である。
【図１３】本発明に基づく実施の形態２における圧電トランスの振動膜近傍の概念図である。
【図１４】本発明に基づく実施の形態２における圧電トランスの振動部集合部の挙動の説明図である。
【図１５】本発明に基づく実施の形態３における圧電トランスの平面図である。
【図１６】本発明に基づく実施の形態３における圧電トランスに含まれる各層におけるレイアウトを示す第１の図である。
【図１７】本発明に基づく実施の形態３における圧電トランスに含まれる各層におけるレイアウトを示す第２の図である。
【図１８】本発明に基づく実施の形態３における圧電トランスに含まれる各層におけるレイアウトを示す第３の図である。
【図１９】本発明に基づく実施の形態３における圧電トランスに含まれる各層におけるレイアウトを示す第４の図である。
【図２０】本発明に基づく実施の形態３における圧電トランスの振動部集合部の挙動の説明図である。
【図２１】本発明に基づく実施の形態４における圧電トランスの平面図である。
【図２２】本発明に基づく実施の形態４における圧電トランスに含まれる各層におけるレイアウトを示す第１の図である。
【図２３】本発明に基づく実施の形態４における圧電トランスに含まれる各層におけるレイアウトを示す第２の図である。
【図２４】本発明に基づく実施の形態４における圧電トランスに含まれる各層におけるレイアウトを示す第３の図である。
【図２５】本発明に基づく実施の形態４における圧電トランスに含まれる各層におけるレイアウトを示す第４の図である。
【図２６】本発明に基づく実施の形態４における圧電トランスの振動膜近傍の概念図である。
【図２７】ｎ＝５の場合の圧電トランスの出力側の構造を模式的に示した図である。
【図２８】ｎ＝６の場合の圧電トランスの出力側の構造を模式的に示した図である。
【図２９】一般的な整数ｎの場合の圧電トランスの出力側の構造を模式的に示した図である。
【図３０】本発明に基づく実施の形態１における圧電トランスの変形例の振動膜近傍の概念図である。
【図３１】本発明に基づく実施の形態３における圧電トランスの変形例の振動膜近傍の概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面において示す寸法比は、必ずしも忠実に現実のとおりを表しているとは限らず、説明の便宜のために寸法比を誇張して示している場合がある。以下の説明において、上または下の概念に言及する際には、絶対的な上または下を意味するとは限らず、図示された姿勢の中での相対的な上または下を意味する場合がある。
【００１２】
（実施の形態１）
図１〜図８を参照して、本発明に基づく実施の形態１における圧電トランスについて説明する。本実施の形態における圧電トランス１０１の外観を図１に示す。圧電トランス１０１の平面図を図２に示す。図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線に関する矢視断面図を図３に示す。圧電トランス１０１に含まれる各層における導体パターンなどのレイアウトを、図４〜図７に示す。圧電トランス１０１の振動膜を、関連する配線と共に表示した概念図を図８に示す。
【００１３】
図１に示すように、圧電トランス１０１は、基材１と、基材１によって支持された上部層１５とを備える。基材１は、たとえばＳｉからなる部材であってもよい。基材１は板状のものとは限らないが、板状の部材を用いて形成することができる。たとえばＳｉ基板を利用して基材１を形成してもよい。図３に示すように、上部層１５は、上部層１５のうち基材１に重ならない部分である振動部集合部９を含む。振動部集合部９は、厚み方向に互いに離隔して厚み方向に順に並ぶように配置された出力電極２、出力側中間電極４１、入力側中間電極４２および入力電極６を含む。ここで示す例では、基材１から近い側から順に、出力電極２、出力側中間電極４１、入力側中間電極４２および入力電極６と並んでいるが、逆の順であってもよい。ｎを３以上の整数としたとき、振動部集合部９は、１つの方向に並ぶｎ個の振動部９ａ〜９ｄを含む。ここでは、説明の便宜のため、ｎ＝４であるものとして以下の説明を続けるが、これはあくまで一例であって、ｎは４以外であってもよい。上部層１５は、少なくともｎ個の振動部９ａ〜９ｄの各々において出力電極２および出力側中間電極４１によって挟み込まれる部分を含むように配置された第１圧電体層３と、第１圧電体層３に重なるように配置されつつ少なくともｎ個の振動部９ａ〜９ｄの各々において入力側中間電極４２および入力電極６によって挟み込まれる部分を含むように配置された第２圧電体層５とを含む。入力電極６は、ｎ個の振動部９ａ〜９ｄのうち少なくとも１つの振動部に対応するように配列された１個以上ｎ個以下の入力電極片６ａ〜６ｄを含む。出力電極２は、ｎ個の振動部９ａ〜９ｄのうち少なくとも１つの振動部に対応するように配列された１個以上ｎ個以下の出力電極片２ａ〜２ｄを含む。入力側中間電極４２は、ｎ個の振動部９ａ〜９ｄのうち少なくとも１つの振動部に対応するように配列された１個以上ｎ個以下の入力側中間電極片４２ａ〜４２ｄを含む。出力側中間電極４１は、ｎ個の振動部９ａ〜９ｄのうち少なくとも１つの振動部に対応するように配列された１個以上ｎ個以下の出力側中間電極片４１ａ〜４１ｄを含む。
【００１４】
図８に示すように、第２圧電体層５は、ｎ個の振動部９ａ〜９ｄにわたって一定の向きに分極されている。第１圧電体層３も、ｎ個の振動部９ａ〜９ｄにわたって一定の向きに分極されている。図８において第１圧電体層３および第２圧電体層５の内部に表示された矢印は分極の向きを表す。
【００１５】
ｎ個の振動部の各々を、前記１つの方向に沿って一端から他端にかけて１番目からｎ番目の振動部と呼ぶこととしたとき、奇数番目の振動部に対応する入力電極片のうち１つ以上が属する集合である第１入力電極片群と、偶数番目の振動部に対応する入力電極片のうち１つ以上が属する集合である第２入力電極片群とに対して、入力側中間電極４２の電位を基準として逆相となるような電圧を、それぞれ印加可能なように配線されている。
【００１６】
１個以上ｎ個以下の出力電極片２ａ〜２ｄは、互いに電気的に接続された第１出力電極片および第２出力電極片を含む。ここでは、図７および図８に示すように、たとえば出力電極片２ａと出力電極片２ｂとが互いに電気的に接続されているので、出力電極片２ａが第１出力電極片に相当し、出力電極片２ｂが第２出力電極片に相当する。
【００１７】
１個以上ｎ個以下の出力側中間電極片４１ａ〜４１ｄは、互いに電気的に接続された第１出力側中間電極片および第２出力側中間電極片を含む。ここでは、図６および図８に示すように、たとえば出力側中間電極片４１ｂと出力側中間電極片４１ｃとが互いに電気的に接続されているので、出力側中間電極片４１ｂが第１出力側中間電極片であり、出力側中間電極片４１ｃが第２出力側中間電極片であるとみなすことができる。
【００１８】
第２出力電極片としての出力電極片２ｂと第１出力側中間電極片としての出力側中間電極片４１ｂとが厚み方向に重なり合っている。第１出力電極片としての出力電極片２ａは、第１出力側中間電極片としての出力側中間電極片４１ｂおよび第２出力側中間電極片としての出力側中間電極片４１ｃのいずれに対しても厚み方向に重なり合っていない。第２出力側中間電極片としての出力側中間電極片４１ｃは、第１出力電極片としての出力電極片２ａおよび第２出力電極片としての出力電極片２ｂのいずれに対しても厚み方向に重なり合っていない。
【００１９】
圧電トランス１０１は、パッド電極３５に与えられる電位を基準としてパッド電極３１，３２の間に互いに逆相となる電圧をそれぞれ入力して使用すべきものである。パッド電極３１，３２にそれぞれ入力される電圧を、互いに逆相とするための機構自体を、圧電トランス自体が備えていてもよい。入力される電圧を逆相とするための機構は、圧電トランス１０１に含まれないものとして、使用者が別途用意するものとしてもよい。
【００２０】
圧電トランス１０１を得るための製造方法について説明する。
基材１としてのＳｉ基板の表面にＭｏ膜を厚み１００ｎｍとなるように成膜し、このＭｏ膜をパターニングする。これによって、出力電極２が形成される。なお、出力電極２を形成する前にＡｌＮ膜を成膜して、出力電極保護膜（図示せず）を形成してもよい。出力電極保護膜は、図３における出力電極２を下側から一括して覆う形で形成される保護膜である。図３では出力電極保護膜がない例を示している。
【００２１】
出力電極２を上側から覆うように、第１圧電体層３としてのＡｌＮ膜を、厚み１０００ｎｍとなるようにスパッタ法を用いて成膜する。続いて、第１圧電体層３を覆うようにＭｏ膜を厚み１００ｎｍとなるように成膜し、このＭｏ膜をパターニングする。これにより出力側中間電極４１を得る。さらに出力側中間電極４１を覆うように、中間絶縁層１０としてのＡｌＮ膜を、厚み１０００ｎｍとなるようにスパッタ法を用いて成膜する。
【００２２】
Ｐｔ膜を厚み１００ｎｍとなるように成膜し、このＰｔ膜をパターニングする。Ｐｔ膜と第１圧電体層３であるＡｌＮ膜の間には密着層を形成してもよい。こうしてパターニングしたＰｔ膜によって、入力側中間電極４２を得る。
【００２３】
続いて、第２圧電体層５としてのＰＺＴ膜を、厚み１２００ｎｍでスパッタ法、あるいはゾルゲル法を用いて成膜する。続いて、第２圧電体層５を覆うように厚み１００ｎｍのＡｕ膜を成膜し、パターニングする。このＡｕ膜と第２圧電体層５であるＰＺＴ膜との間には、密着層を形成してもよい。こうして、パターニングしたＡｕ膜によって、入力電極６が形成される。
【００２４】
続いて、出力電極２、出力側中間電極４１、入力側中間電極４２にそれぞれ接続するためのパッド電極となる部分を露出させるために、第１圧電体層３、中間絶縁層１０および第２圧電体層５をエッチングする。パッド電極３３，３４は配線によって出力側中間電極４１に接続されている。本実施の形態では、出力側中間電極４１が１個以上ｎ個以下の出力側中間電極片４１ａ〜４１ｄに分割されており、パッド電極３３から出力側中間電極片４１ａに配線が接続されている。パッド電極３４から出力側中間電極片４１ｄに配線が接続されている。出力側中間電極片４１ｂと出力側中間電極片４１ｃとは互いに電気的に接続されている。パッド電極３５は配線によって入力側中間電極４２に接続されている。本実施の形態では、入力側中間電極４２が１個以上ｎ個以下の入力側中間電極片４２ａ〜４２ｄに分割されており、パッド電極３５から１個以上ｎ個以下の入力側中間電極片４２ａ〜４２ｄの各々に配線が接続されている。パッド電極３３，３４を露出させるためには、第２圧電体層５および中間絶縁層１０をエッチングする。パッド電極３５を露出させるためには、第２圧電体層５をエッチングする。その後、各パッド電極が露出した部分においては、露出した各パッド電極を覆うようにＡｌ膜などを形成する。
【００２５】
続いて、基材１の裏面から、出力電極２および第１圧電体層３に到達するまで基材１をエッチングする。この際、上述した出力電極保護膜があれば、出力電極保護膜によってエッチングの進行を遮断することが容易にできる。こうして、基材１に開口部８が形成され、開口部８の上側に残る部分は振動部集合部９となる。ここで示す例では、開口部８は貫通孔として形成されている。
【００２６】
以上のようにして、図１〜図３に示した構造の圧電トランス１０１を得ることができる。
【００２７】
本実施の形態で示した例では、振動部集合部９は主に出力電極２、第１圧電体層３、出力側中間電極４１、入力側中間電極４２、第２圧電体層５、入力電極６の積層構造で構成されているが、これ以外にも可撓膜として１０００ｎｍ程度の厚みで別途形成されたＡｌＮ膜やＳｉＮ膜、ＳｉＯ2膜、ＺｒＯ2膜などが積層されていてもよい。また、基材１を得るためにＳｉ基板の代わりにＳＯＩ基板などを用いて、活性層としてのＳｉ層を可撓膜として用いてもよい。ＳＯＩ基板における活性層としてのＳｉ層の厚みはたとえば３μｍ以上５０μｍ以下であってもよく、このＳｉ層をそのままの厚みで可撓膜として用いることとしてもよい。
【００２８】
本実施の形態で示した例では、振動部集合部９に存在する出力電極２、出力側中間電極４１、入力側中間電極４２、入力電極６は、それぞれ４つの島状の部分に分割されている。ここで、出力電極２、出力側中間電極４１、入力側中間電極４２、入力電極６の各々の分割数を「４つ」としているが、これはあくまで一例であり、振動部の数ｎが変われば、出力電極２、出力側中間電極４１、入力側中間電極４２、入力電極６の各々の分割数もこれに合わせて変わりうる。各々の分割数は、適宜、他の数であってもよい。
【００２９】
図２に示すように、入力電極４においては、隣り同士の電極が電気的に分離されており、１つ飛ばしで配線を介して導通するように接続されている。入力電極６に属する１個以上ｎ個以下の入力電極片６ａ〜６ｄは、２つの群に分けられる。すなわち、入力電極片６ａ，６ｃからなる第１入力電極片群と、入力電極片６ｂ，６ｄからなる第２入力電極片群とに分けられる。同一の入力電極片群内では各入力電極片は同電位であるが、異なる入力電極片群同士は異なる電位となりうる。
【００３０】
図２では配線が実線および破線で示されているが、各パッド電極からどこに配線が接続されているかがわかりやすいように、異なる層にある配線の位置を少しずつずらして表示している。これらの配線のずらした配置はあくまで説明の便宜のためであって、実際には、異なる層にある配線同士が上から見たときに重なる位置関係となっていてもよい。配線の電気的接続関係については、図４〜図８にも示されている。
【００３１】
本実施の形態では、図８に示すように、入力側中間電極４２を基準電位として、第１入力電極片群を交流電源の入力端子３６に、第２入力電極片群を位相反転器３０を介して入力端子３６に接続した。ここでいう入力端子３６は、パッド電極３１，３２とは別に存在するものとしたが、圧電トランス１０１が位相反転器３０を備えるものとしてもよい。その場合、パッド電極３１と第１入力電極片群との間、あるいは、パッド電極３２と第２入力電極片群との間のいずれか一方に位相反転機能を備えてもよい。これらのうちいずれか一方に位相反転機能が備わっていれば、交流電源から供給される同位相の入力電圧Ｖｉｎをパッド電極３１，３２の両方に同じく接続するだけで一方の位相が反転する構成とすることができる。
【００３２】
本実施の形態では、パッド電極３３，３４間において出力電圧Ｖｏｕｔを取り出すことができる。
【００３３】
ここで示す例では、入力側中間電極４２は、ｎ個の振動部９ａ〜９ｄのうち少なくとも１つの振動部に対応するように配列された１個以上ｎ個以下の入力側中間電極片４２ａ〜４２ｄを含むものとしたが、入力側中間電極４２は、ｎ個の振動部９ａ〜９ｄの全体を一括して覆う一体物の電極であってもよい。
【００３４】
たとえば図８においては、出力側中間電極片４１ｂと出力側中間電極片４１ｃとは別々の電極片であって配線によって電気的に接続されているものとして示したが、このような構成に限らない。このように電気的に接続されて同電位とされるべき電極片同士については、振動部ごとに個別に分割された形の電極片として設ける代わりに、複数の振動部にまたがって一体的となった形状の電極片として設けることとしてもよい。
【００３５】
出力電極においても同様であり、電気的に接続されて同電位とされるべき電極片同士については、複数の振動部にまたがって一体的となった形状の電極片として設けることとしてもよい。
【００３６】
たとえば図８においては、出力側中間電極片４１ｂと出力側中間電極片４１ｃとが配線によって互いに接続されて同電位とされているが、これらはフロート状態となっている。このようなフロート状態とする代わりに、図３０に示すような構成としてもよい。すなわち、出力側中間電極片４１ｂと出力側中間電極片４１ｃとを接続する配線からパッド電極３７を引き出し、パッド電極３７を基準として２通りの出力電圧を取り出すことが考えられる。図３０に示した例では、パッド電極３４，３７間において出力電圧Ｖｏｕｔ１を取り出し、パッド電極３３，３７間において出力電圧Ｖｏｕｔ２を取り出している。このようにすることで２通りの出力電圧を得ることができる。
【００３７】
以上のように得られた素子は、交流電源の電圧を変圧して出力端子に出力させる圧電トランスとして利用できる。本実施の形態によれば、高い変圧比を実現することができる。このことについて、以下に詳しく説明する。
【００３８】
本実施の形態における圧電トランスは、具体的には、以下のような原理で駆動する。まず、交流電源による印加電圧によって第２圧電体層５であるＰＺＴ膜が伸縮し、その結果、図９に示すように振動部９ａ〜９ｄの各々が駆動する。
【００３９】
図９では、第１圧電体層３および第２圧電体層５の中に表示された単純な矢印は分極の向きを表し、第２圧電体層５の中に表示された白抜き矢印は発生する電界の向きを表す。
【００４０】
この際、図９に示すように、第１入力電極片群としての入力電極片６ａ，６ｃが配置される領域と第２入力電極片群としての入力電極片６ｂ，６ｄが配置される領域とで、与えられる電圧が逆位相であるので、これらの領域の第２圧電体層５に生じる変形は互いに逆相となる。第１入力電極片群が配置される領域と第２入力電極片群の配置される領域とは交互に並ぶように配列されているので、第１入力電極片群が配置される領域と第２入力電極片群の配置される領域とで変位が逆相となるような振動モードが励振される。こうして、振動部９ａ〜９ｄは共振振動となる。
【００４１】
振動部９ａ〜９ｄの共振振動によって第１圧電体層３であるＡｌＮ膜には電荷が発生する。第２圧電体層５によって引き起こされる変位が互いに逆相であるので、図９に「＋」および「−」によって示すように、出力電極片２ａ，２ｃが配置される領域と出力電極片２ｂ，２ｄが配置される領域とで、発生する電荷の極性は逆となる。出力電極片２ａに「−」マークが表示されているのは出力側中間電極片４１ａと出力電極片２ａとの間で、出力電極片２ａには相対的に負の電荷が集まるという意味である。同様に、出力電極片２ｂに「＋」マークが表示されているのは出力側中間電極片４１ｂと出力電極片２ｂとの間で、出力電極片２ｂには相対的に正の電荷が集まるという意味である。出力電極片２ａには「−」マークが表示され、出力電極片２ｂには「＋」マークが表示されており、マークの種類としては異なるが、出力電極片２ａと出力電極片２ｂとは、電気的に接続されているので、同電位である。出力側中間電極片４１ｂと出力側中間電極片４１ｃとの間も、電気的に接続されているので、同電位である。第２圧電体層５によって生じる電荷はそれぞれ相対的なものであるので、出力側中間電極片と出力電極片との連鎖的組合せによって電位差は大きくなる。こうして、出力電圧を大きな電圧とすることできる。これは、複数個の電池を直列につないだときに得られる電圧が大きくなるのと同じ原理である。たとえば出力側中間電極片４１ａと出力電極片２ａとの間で生じる電位差に比べて、出力側中間電極片４１ａ、出力電極片２ａ、出力電極片２ｂ、出力側中間電極片４１ｂ、出力側中間電極片４１ｃ、出力電極片２ｃ、出力電極片２ｄ、出力側中間電極片４１ｄの連なりによって出力側中間電極片４１ａと出力側中間電極片４１ｄとの間で生じる電位差はほぼ４倍となる。
【００４２】
最終的に、生じた電位差はパッド電極３３，３４間から出力電圧として検出される。この際、得られる出力電圧Ｖｏｕｔは入力電圧Ｖｉｎに比べて大きな電圧とすることができる。特に、ここで示した例のように、第１圧電体層３をＡｌＮ膜によって形成し、第２圧電体層５をＰＺＴ膜によって形成することとすれば、出力電圧Ｖｏｕｔは入力電圧Ｖｉｎよりも大きくしやすいので、より大きな変圧比で昇圧動作を行なうことができる。
【００４３】
圧電トランスにおいて、１個以上ｎ個以下の出力電極片２ａ〜２ｄは、互いに電気的に接続された第３出力電極片および第４出力電極片を含み、前記第第３出力電極片と前記第２出力電極片とは、互いに絶縁されており、前記第３出力電極片と前記第２出力側中間電極片とが厚み方向に重なり合っており、前記第４出力電極片は、前記第１出力側中間電極片および前記第２出力側中間電極片のいずれにも厚み方向に重なり合っていないことが好ましい。図８に示した例では、この条件が満たされている。図８に示した例では、圧電トランスは、第３出力電極片として出力電極片２ｃを備え、第４出力電極片として出力電極片２ｄを備える。出力電極片２ｃと出力電極片２ｄとは互いに電気的に接続されている。第４出力電極片として出力電極片２ｄは、第１出力側中間電極片としての出力側中間電極片４１ｂおよび第２出力側中間電極片としての出力側中間電極片４１ｃのいずれにも厚み方向に重なり合っていない。
【００４４】
圧電トランスを作製する際には、圧電トランスとして駆動する前に、第１入力電極片群としての入力電極片６ａ，６ｃと入力側中間電極４２との間に、入力電圧Ｖｉｎよりも大きい直流電圧であって、かつ、第２圧電体層５にその抗電界を超えるような電界を印加できるような直流電圧を印加することによって分極処理を行なうことが好ましい。この場合、併せて第２入力電極片群としての入力電極片６ｂ，６ｄと入力側中間電極４２との間にも、先ほど印加したのと同じ振幅、極性で直流電圧を印加することによって分極処理をすることが好ましい。
【００４５】
（実施の形態２）
図１０〜図１３を参照して、本発明に基づく実施の形態２における圧電トランスについて説明する。本実施の形態における圧電トランス１０２の外観を図１０に示す。圧電トランス１０２の平面図を図１１に示す。圧電トランス１０２に含まれる第２圧電体層５の上面における入力電極６などのレイアウトを図１２に示す。他の各層における導体パターンなどのレイアウトは、実施の形態１において図５〜図７に示したものと同じである。圧電トランス１０２の振動膜を、関連する配線と共に表示した概念図を図１３に示す。
【００４６】
図１０に示すように、圧電トランス１０２は、基材１と、基材１によって支持された上部層１５とを備える。基材１に関する詳細は、実施の形態１で説明した通りである。上部層１５は、上部層１５のうち基材１に重ならない部分である振動部集合部９を含む。振動部集合部９は、厚み方向に互いに離隔して基材１の側から順に厚み方向に並ぶように配置された出力電極２、出力側中間電極４１、入力側中間電極４２および入力電極６を含む。ｎを３以上の整数としたとき、振動部集合部９は、１つの方向に並ぶｎ個の振動部９ａ〜９ｄを含む。ここでは、説明の便宜のため、ｎ＝４であるものとして以下の説明を続けるが、これはあくまで一例であって、ｎは４以外であってもよい。上部層１５は、少なくともｎ個の振動部９ａ〜９ｄの各々において出力電極２および出力側中間電極４１によって挟み込まれる部分を含むように配置された第１圧電体層３と、第１圧電体層３に重なるように配置されつつ少なくともｎ個の振動部９ａ〜９ｄの各々において入力側中間電極４２および入力電極６によって挟み込まれる部分を含むように配置された第２圧電体層５とを含む。入力電極６は、ｎ個の振動部９ａ〜９ｄのうち少なくとも一部に対応するように分割されて配列された１個以上ｎ個以下の入力電極片６ａ〜６ｄを含む。出力電極２は、ｎ個の振動部９ａ〜９ｄのうち少なくとも一部に対応するように分割されて配列された１個以上ｎ個以下の出力電極片２ａ〜２ｄを含む。出力側中間電極４１は、ｎ個の振動部９ａ〜９ｄのうち少なくとも一部に対応するように分割されて配列された１個以上ｎ個以下の出力側中間電極片４１ａ〜４１ｄを含む。
【００４７】
ｎ個の振動部の各々を、前記１つの方向に沿って一端から他端にかけて１番目からｎ番目の振動部と呼ぶこととしたとき、図１３に示すように、第２圧電体層５は、ｎ個の振動部９ａ〜９ｄのうち少なくとも一部に対応するように１個以上ｎ個以下の分極領域を有しており、１個以上ｎ個以下の分極領域においては、奇数番目の振動部に対応する分極領域のうち１つ以上が属する集合である第１分極領域群と、偶数番目の振動部に対応する分極領域のうち１つ以上が属する集合である第２分極領域群とで、互いに逆向きとなるようにそれぞれ分極されている。１個以上ｎ個以下の入力電極片６ａ〜６ｄにおいては、入力側中間電極４２の電位を基準として同位相の電圧を、それぞれ印加可能なように配線されている。第１圧電体層３は、ｎ個の振動部９ａ〜９ｄにわたって一定の向きに分極されている。図１３において第１圧電体層３および第２圧電体層５の内部に表示された矢印は分極の向きを表す。
【００４８】
１個以上ｎ個以下の出力電極片２ａ〜２ｄは、互いに電気的に接続された第１出力電極片および第２出力電極片を含む。１個以上ｎ個以下の出力側中間電極片４１ａ〜４１ｄは、互いに電気的に接続された第１出力側中間電極片および第２出力側中間電極片を含む。第２出力電極片と第１出力側中間電極片とが厚み方向に重なり合っている。第１出力電極片は、第１出力側中間電極片および第２出力側中間電極片のいずれに対しても厚み方向に重なり合っていない。第２出力側中間電極片は、第１出力電極片および第２出力電極片のいずれに対しても厚み方向に重なり合っていない。
【００４９】
本実施の形態では、図１３に示すように、入力側中間電極４２を基準電位として、１個以上ｎ個以下の入力電極片６ａ〜６ｄの全てを交流電源の入力端子としてのパッド電極３１に接続した。パッド電極３５は配線によって入力側中間電極４２に接続されている。
【００５０】
本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、パッド電極３３，３４間において出力電圧Ｖｏｕｔを取り出すことができる。
【００５１】
本実施の形態では、実施の形態１に比べて入力側の構成が異なるが、出力側の構成は実施の形態１と同じである。本実施の形態においても、圧電トランスとして利用できる。本実施の形態により、実施の形態１と同様に、高い変圧比を実現することができる。本実施の形態では、入力側の第２圧電体層５を単一位相の電圧で駆動することができるので、入力側の配線や回路を簡素化することができる。
【００５２】
本実施の形態では、入力電圧Ｖｉｎを印加したときの挙動は、図１４に示すようになる。各矢印の意味は図９に関して説明したのと同様である。図１４では、第２圧電体層５の１個以上ｎ個以下の分極領域に印加される電圧はいずれも同位相であるので、電界を表す白抜き矢印の向きはいずれも同じとなっている。本実施の形態では、第２圧電体層５の１個以上ｎ個以下の分極領域は図１４に単純矢印で示すように隣り合うもの同士が逆向きとなるようにそれぞれ分極されているので、たとえ電界の向きが同じであってもそれぞれ逆向きに変形を引き起こす。こうして、振動部９ａ〜９ｄは共振振動となる。
【００５３】
この共振振動によって出力側の第１圧電体層３で電荷が発生する。この電荷が出力電圧として取り出される仕組みについては、実施の形態１で説明したものと同じである。
【００５４】
（実施の形態３）
図１５〜図２０を参照して、本発明に基づく実施の形態３における圧電トランスについて説明する。本実施の形態における圧電トランス１０３の平面図を図１５に示す。圧電トランス１０３に含まれる各層における導体パターンなどのレイアウトを、図１６〜図１９に示す。圧電トランス１０３の振動膜を、関連する配線と共に表示した概念図を図２０に示す。
【００５５】
圧電トランス１０３は、実施の形態１で説明した圧電トランス１０１においてｎ＝２としたものに相当する。すなわち、図２０に示すように、振動部集合部９は２個の振動部９ａ，９ｂを含む。入力電極６は、ｎ個すなわち２個の振動部９ａ，９ｂのうち少なくとも一部に対応するように分割されて配列された１個以上ｎ個以下の入力電極片６ａ，６ｂを含む。出力電極２は、ｎ個すなわち２個の振動部９ａ，９ｂのうち少なくとも一部に対応するように分割されて配列された１個以上ｎ個以下の出力電極片２ａ，２ｂを含む。出力側中間電極４１は、ｎ個すなわち２個の振動部９ａ，９ｂのうち少なくとも一部に対応するように分割されて配列された１個以上ｎ個以下の出力側中間電極片４１ａ，４１ｂを含む。入力側中間電極４２は、ｎ個すなわち２個の振動部９ａ，９ｂのうち少なくとも一部に対応するように分割されて配列された１個以上ｎ個以下の入力側中間電極片４２ａ，４２ｂを含む。
【００５６】
本実施の形態では、ｎ＝２であるので、第１入力電極片群には入力電極片６ａのみが属し、第２入力電極片群には入力電極片６ｂのみが属する。第１入力電極片群と第２入力電極片群とに対して、入力側中間電極４２の電位を基準として逆相となるような電圧を、それぞれ印加可能なように配線されている。
【００５７】
出力電極片２ａと出力電極片２ｂとは互いに電気的に接続されている。出力側中間電極片４１ａは出力電極片２ａに対して厚み方向に重なり合っている。出力側中間電極片４１ｂは出力電極片２ｂに対して厚み方向に重なり合っている。出力側中間電極片４１ａはパッド電極３３に接続されている。出力側中間電極片４１ｂはパッド電極３４に接続されている。
【００５８】
本実施の形態における圧電トランスは、以下のように表現することができる。本実施の形態における圧電トランスは、基材１と、基材１によって支持された上部層１５とを備える。上部層１５は、上部層１５のうち基材１に重ならない部分である振動部集合部９を含む。振動部集合部９は、厚み方向に互いに離隔して厚み方向に順に並ぶように配置された出力電極２、出力側中間電極４１、入力側中間電極４２および入力電極６を含む。振動部集合部９は、１つの方向に並ぶ第１、第２の振動部９ａ，９ｂを含み、上部層１５は、第１、第２の振動部９ａ，９ｂの各々において出力電極２および出力側中間電極４１によって挟み込まれる部分を含むように配置された第１圧電体層３と、第１圧電体層３に重なるように配置されつつ第１、第２の振動部９ａ，９ｂの各々において入力側中間電極４２および入力電極６によって挟み込まれる部分を含むように配置された第２圧電体層５とを含む。入力電極６は、第１、第２の振動部９ａ，９ｂに対応するように配列された第１、第２の入力電極片６ａ，６ｂを含む。出力電極２は、第１、第２の振動部９ａ，９ｂに対応するように配列された第１、第２の出力電極片２ａ，２ｂを含む。第２圧電体層５は、第１、第２の振動部９ａ，９ｂにわたって一定の向きに分極されている。第１の入力電極片６ａと、第２の入力電極片６ｂとに対して、入力側中間電極４２の電位を基準として逆相となるような電圧を、それぞれ印加可能なように配線されている。第１圧電体層３は、第１、第２の振動部９ａ，９ｂにわたって一定の向きに分極されている。出力側中間電極４１は、第１出力側中間電極片４１ａおよび第２出力側中間電極片４１ｂを含む。第１出力電極片２ａと第１出力側中間電極片４１ａとが厚み方向に重なり合っている。第２出力電極片２ｂと第２出力側中間電極片４１ｂとが厚み方向に重なり合っている。
【００５９】
本実施の形態では、交流電源による印加電圧によって第２圧電体層５であるＰＺＴ膜が伸縮し、その結果、振動部９ａ，９ｂの各々が駆動する。この際、図２０に示すように、第１入力電極片群としての入力電極片６ａが配置される領域と第２入力電極片群としての入力電極片６ｂが配置される領域とで、与えられる電圧が逆位相であるので、これらの領域の第２圧電体層５に生じる変形は互いに逆相となる。第１入力電極片群が配置される領域と第２入力電極片群の配置される領域とで変位が逆相となるような振動モードが励振される。こうして、振動部９ａ，９ｂは共振振動となる。
【００６０】
振動部９ａ，９ｂの共振振動によって第１圧電体層３であるＡｌＮ膜には電荷が発生する。出力電極片２ａと出力電極片２ｂとは電気的に接続されていることにより、同電位であるので、出力側中間電極片４１ａと出力側中間電極片４１ｂとの間の電位差は、出力側中間電極片４１ａと出力電極片２ａとの間の電位差に比べて約２倍となる。パッド電極３３，３４においては、出力側中間電極片４１ａと出力側中間電極片４１ｂとの間の電位差を取り出しているので、出力電圧Ｖｏｕｔとして大きな電圧を得ることができる。
【００６１】
特に、ここで示した例のように、第１圧電体層３をＡｌＮ膜によって形成し、第２圧電体層５をＰＺＴ膜によって形成することとすれば、出力電圧Ｖｏｕｔは入力電圧Ｖｉｎよりも大きくしやすいので、より大きな変圧比で昇圧動作を行なうことができる。
【００６２】
ここでは、出力電極２は、第１、第２の振動部９ａ，９ｂに対応するように配列された第１、第２の出力電極片２ａ，２ｂを含むものとしたが、出力電極２がこのように２つの電極片に分かれておらず、第１、第２の振動部９ａ，９ｂをカバーするように延在する一体的な電極であってもよい。後述する変形例においても同様である。
【００６３】
本実施の形態における圧電トランスの変形例として、以下のようなものも考えられる。図３１に主要部を示すように、圧電トランスは、基材１と、基材１によって支持された上部層１５とを備える。上部層１５は、上部層１５のうち基材１に重ならない部分である振動部集合部９を含む。振動部集合部９は、厚み方向に互いに離隔して厚み方向に順に並ぶように配置された出力電極２、出力側中間電極４１、入力側中間電極４２および入力電極６を含む。振動部集合部９は、１つの方向に並ぶ第１、第２の振動部９ａ，９ｂを含む。上部層１５は、第１、第２の振動部９ａ，９ｂの各々において出力電極２および出力側中間電極４１によって挟み込まれる部分を含むように配置された第１圧電体層３と、第１圧電体層３に重なるように配置されつつ第１、第２の振動部９ａ，９ｂの各々において入力側中間電極４２および入力電極６によって挟み込まれる部分を含むように配置された第２圧電体層５とを含む。入力電極６は、第１、第２の振動部９ａ，９ｂに対応するように配列された第１、第２の入力電極片６ａ，６ｂを含む。出力電極２は、第１、第２の振動部９ａ，９ｂに対応するように配列された第１、第２の出力電極片２ａ，２ｂを含む。第２圧電体層５は、第１の振動部９ａと第２の振動部９ｂとで互いに逆向きとなるようにそれぞれ分極されている。第１の入力電極片６ａと、第２の入力電極片６ｂとに対しては、入力側中間電極４２の電位を基準として同位相の電圧を、それぞれ印加可能なように配線されている。第１圧電体層３は、第１、第２の振動部９ａ，９ｂにわたって一定の向きに分極されている。出力側中間電極４１は、第１出力側中間電極片４１ａおよび第２出力側中間電極片４１ｂを含む。第１出力電極片２ａと第１出力側中間電極片４１ａとが厚み方向に重なり合っている。第２出力電極片２ｂと第２出力側中間電極片４１ｂとが厚み方向に重なり合っている。
【００６４】
（実施の形態４）
図２１〜図２６を参照して、本発明に基づく実施の形態４における圧電トランスについて説明する。本実施の形態における圧電トランス１０４の平面図を図２１に示す。圧電トランス１０４に含まれる各層における導体パターンなどのレイアウトを、図２２〜図２５に示す。圧電トランス１０４の振動膜を、関連する配線と共に表示した概念図を図２６に示す。
【００６５】
圧電トランス１０４は、実施の形態１で説明した圧電トランス１０１においてｎ＝３としたものに相当する。すなわち、図２６に示すように、振動部集合部９は３個の振動部９ａ〜９ｃを含む。
【００６６】
入力電極６は、ｎ個すなわち３個の振動部９ａ〜９ｃのうち少なくとも一部に対応するように分割されて配列された１個以上ｎ個以下の入力電極片６ａ〜６ｃを含む。出力電極２は、ｎ個すなわち３個の振動部９ａ〜９ｃのうち少なくとも一部に対応するように分割されて配列された１個以上ｎ個以下の出力電極片２ａ〜２ｃを含む。出力側中間電極４１は、ｎ個すなわち３個の振動部９ａ〜９ｃのうち少なくとも一部に対応するように分割されて配列された１個以上ｎ個以下の出力側中間電極片４１ａ〜４１ｃを含む。入力側中間電極４２は、ｎ個すなわち３個の振動部９ａ〜９ｃのうち少なくとも一部に対応するように分割されて配列された１個以上ｎ個以下の入力側中間電極片４２ａ〜４２ｃを含む。
【００６７】
本実施の形態では、ｎ＝３であるので、第１入力電極片群には入力電極片６ａ，６ｃのみが属し、第２入力電極片群には入力電極片６ｂのみが属する。第１入力電極片群と第２入力電極片群とに対して、入力側中間電極４２の電位を基準として逆相となるような電圧を、それぞれ印加可能なように配線されている。
【００６８】
出力電極片２ａと出力電極片２ｂとは互いに電気的に接続されている。出力側中間電極片４１ａは出力電極片２ａに対して厚み方向に重なり合っている。出力側中間電極片４１ｂは出力電極片２ｂに対して厚み方向に重なり合っている。出力側中間電極片４１ｂと出力側中間電極片４１ｃとは互いに電気的に接続されている。出力側中間電極片４１ａはパッド電極３３に接続されている。出力側中間電極片４１ｂはパッド電極３４に接続されている。
【００６９】
本実施の形態においても、実施の形態３と同様に、振動部９ａ〜９ｃは共振振動となる。
【００７０】
振動部９ａ〜９ｃの共振振動によって第１圧電体層３であるＡｌＮ膜には電荷が発生する。出力電極片２ａと出力電極片２ｂとは同電位であり、かつ、出力側中間電極片４１ｂと出力側中間電極片４１ｃとは同電位であるので、出力側中間電極片４１ａと出力側中間電極片４１ｂとの間の電位差は、出力側中間電極片４１ａと出力電極片２ａとの間の電位差に比べて約３倍となる。パッド電極３３，３４においては、出力側中間電極片４１ａと出力側中間電極片４１ｂとの間の電位差を取り出しているので、出力電圧Ｖｏｕｔとして大きな電圧を得ることができる。
【００７１】
圧電トランスの出力側の構造について、さらに説明する。ここまでのいくつかの実施の形態で説明してきたように、振動部の個数をｎとすると、圧電トランスは、１個以上ｎ個以下の出力側中間電極片と１個以上ｎ個以下の出力電極片とを備えている。ここでは一例として、圧電トランスが振動部の個数ｎと同じく、ｎ個の出力側中間電極片と、ｎ個の出力電極片とを備えているものとする。圧電トランスに備わるｎ個の出力側中間電極片と、ｎ個の出力電極片とを取り出して、電気的接続および重なりの関係を模式的に図示すると、図２７に示すようになる。図２７では、ｎ＝５の場合を示している。図２７では、出力電極片２ａ〜２ｅと、出力側中間電極片４１ａ〜４１ｅとが配列されている。
【００７２】
ｎ＝６の場合について、図２８に示す。図２８では、出力電極片２ａ〜２ｆと、出力側中間電極片４１ａ〜４１ｆとが配列されている。
【００７３】
ｎが６以上である場合には、以下の条件が満たされていることが好ましい。圧電トランスにおいて、前記１個以上ｎ個以下の出力電極片は、互いに電気的に接続された第５出力電極片および第６出力電極片を含む。前記第５出力電極片と前記第２出力電極片とは、互いに絶縁されており、前記第５出力電極片と前記第４出力電極片とは、互いに絶縁されている。前記１個以上ｎ個以下の出力側中間電極片は、互いに電気的に接続された第３出力側中間電極片および第４出力側中間電極片を含む。前記第３出力側中間電極片と前記第２出力側中間電極片とは、互いに絶縁されている。前記第４出力電極片と前記第３出力側中間電極片とが厚み方向に重なり合っている。前記第５出力電極片と前記第４出力側中間電極片とが厚み方向に重なり合っている。前記第６出力電極片は、前記第１から前記第４出力側中間電極片のいずれにも厚み方向に重なり合っていない。図２８に示した例では、圧電トランスは、第５出力電極片としての出力電極片２ｄと、第６出力電極片２ｅとを含む。
【００７４】
圧電トランスにおいて、前記１個以上ｎ個以下の出力側中間電極片は、２つの電極片が互いに電気的に接続された出力側中間電極片対を１以上含み、前記１個以上ｎ個以下の出力電極片は、２つの電極片が互いに電気的に接続された出力電極片対を１以上含み、前記出力電極片対と前記出力側中間電極片対とにおいては、１つの対の内部でなされた電極片同士の電気的接続と、異なる対との間で電極片同士が厚み方向に重なり合うことによる幾何学的接続とを交互に繰り返すことによって、１以上の前記出力側中間電極片対と１以上の前記出力電極片対とが交互に直列に配列されている。このような関係を、一般的な整数ｎについて示すと、図２９に示すようになる。この例では、振動部の個数がｎ個である。出力電極２は、ｎ個の出力電極片に分割されている。出力側中間電極４１は、ｎ個の出力側中間電極片に分割されている。図２９においては、説明の便宜のために最下部に、１，２，３，…，ｎ−２，ｎ−１，ｎというように番号を表示している。
【００７５】
前記出力側中間電極片対と前記出力電極片対とが前記電気的接続と前記幾何学的接続とを交互に繰り返すように直列に配列された連なりの両端は、前記１個以上ｎ個以下の出力側中間電極片の集合に属する第１末端出力側中間電極片および第２末端出力側中間電極片であることが好ましい。図２９に示した例では、出力側中間電極片４１ａが第１末端出力側中間電極片に相当し、出力側中間電極片４１ｘが第２末端出力側中間電極片に相当する。入力側が基材１から遠い側であって出力側が基材１に近い側である場合には、上記連なりの両端がこのように１個以上ｎ個以下の出力側中間電極片の集合に属していれば、出力電圧を取り出すためのパッド電極が少しでも基材１から遠い側に位置することとなるので、出力電圧の取出しが行ないやすい。
【００７６】
なお、上述のいずれの実施の形態においてもいえることであるが、第１圧電体層３の材料と第２圧電体層５の材料とで、インピーダンスが異なることが好ましい。このようになっていれば、入力側と出力側との間でインピーダンスを異ならせることが容易となり、所望の変圧比を容易に実現することができる。
【００７７】
なお、上記各実施の形態では、第１圧電体層３がＡｌＮ膜によって形成され、第２圧電体層５がＰＺＴ膜によって形成されている例を示したが、この材料の選択および組合せはあくまで一例であって、第１圧電体層３および第２圧電体層５の一方または両方の層において異なる材料を用いてもよい。第１圧電体層３の材料のインピーダンスに比べて、第２圧電体層５の材料のインピーダンスが低ければ、これまで述べてきたのと同様の効果が見込める。ここでは、第２圧電体層５を入力用、第１圧電体層３を出力用として昇圧を想定した実施の形態を示してきたが、第１圧電体層３と第２圧電体層５とで用いる材料を逆にすれば圧電トランスを降圧に用いることができる。
【００７８】
なお、上記各実施の形態では、基材に近い側の圧電体層が出力用、基材から遠い側の圧電体層が入力用としているが、この配置は逆であってもよい。
【００７９】
なお、上記各実施の形態では、振動膜は、基材１の開口部８を完全に塞ぐように配置されたものとして説明した。振動膜は振動部集合部９を含む。上部層１５のうち基材１に重なる部分を、以下「基材被覆上部層」というものとする。上部層１５のうち振動部集合部９となる部分は、振動部集合部９の外周の全てにおいて、基材被覆上部層とつながっていたが、これはあくまで一例であり、このような構成には限らない。上部層１５のうち振動部集合部９と基材被覆上部層とは、限られた部分を介して接続されていてもよい。振動部集合部９の外周の一部は、振動部集合部９と基材被覆上部層とを隔てるようにスリットとなっていてもよい。振動部集合部９と基材被覆上部層とはブリッジ状の部分を介してつながっていてもよい。１つの振動部集合部９を支持するために２ヶ所以上のブリッジ状の部分が設けられていてもよい。
【００８０】
上記各実施の形態では、開口部８は貫通孔であるものとして説明したが、開口部８は貫通孔とは限らない。開口部８を取り囲む基材１は、平面図で見たときに完全に１周分がつながっている閉ループ形状とは限らず、１周分のうち途中で途切れた構造、たとえばＣ字形状、Ｕ字形状などであってもよい。
【００８１】
上記各実施の形態では、ｎ個存在する振動部の全てに対して電圧が印加されている例を示して説明してきたが、たとえばｎ個存在する振動部のうちに電圧が印加されない振動部が１個以上混入していてもよい。電圧が印加されない振動部には入力電極片を形成しなくてもよい。振動部に対応して入力電極片が存在していても入力電極片に配線がつながっていない状態のものが混入していてもよい。このように、電圧が印加されない振動部が混入している場合には、そのような振動部が混入していない場合に比べて電気的特性は劣るが、全体として動作することができれば、ある程度の効果を得ることができる。
【００８２】
このことは入力側だけでなく出力側においてもいえる。上記各実施の形態では、全ての振動部から電圧が取り出されているが、たとえばｎ個存在する振動部のうちに電圧が取り出されない振動部が１個以上混入していてもよい。電圧が取り出されない振動部には出力電極片を形成しなくてもよい。振動部に対応して出力電極片が存在していても出力電極片に配線がつながっていない状態のものが混入していてもよい。このように、電圧が取り出されない振動部が混入している場合には、そのような振動部が混入していない場合に比べて電気的特性は劣るが、全体として動作することができれば、ある程度の効果を得ることができる。
【００８３】
これらの変更は、必要とされる電気的特性により適宜選択されるものである。
なお、上記実施の形態のうち複数を適宜組み合わせて採用してもよい。
【００８４】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【符号の説明】
【００８５】
１  基材、２  出力電極、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ  出力電極片、３  第１圧電体層、５  第２圧電体層、６  入力電極、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ  入力電極片、８  開口部、９  振動部集合部、９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ  振動部、１０  中間絶縁層、１５  上部層、３０  位相反転器、３１，３２，３３，３４，３５，３７  パッド電極、３６  入力端子、４１  出力側中間電極、４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ  出力側中間電極片、４２  入力側中間電極、４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ  入力側中間電極片、１０１，１０２，１０３，１０４  圧電トランス。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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