(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両主面が長方形状の圧電基板の長さ方向に、電圧入力部、電圧出力部を交互に順次形成し、前記電圧入力部および前記電圧出力部における前記圧電基板内に、それぞれ２以上の入力部用内部電極層および出力部用内部電極層を厚み方向に所定間隔を置いて設けられているとともに、前記電圧入力部および前記電圧出力部における前記圧電基板の両主面に、それぞれ入力部用第２外部電極、出力部用第２外部電極が設けられており、前記入力部用第２外部電極と、該入力部用第２外部電極に最も近接して配置された前記入力部用内部電極層とが同電位になるように接続されており、前記出力部用第２外部電極と、該出力部用第２外部電極に最も近接して配置された前記出力部用内部電極層とが同電位になるように接続されており、前記電圧入力部に、振動に寄与する圧電体層が２層以上形成され、且つ前記圧電基板の主面の幅方向に対して基本波モードで縦振動することを特徴とする圧電トランス。
【請求項２】
前記電圧出力部における前記出力部用内部電極層の層数が、前記電圧入力部における前記入力部用内部電極層の層数より多い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】
前記電圧入力部における前記圧電基板の側面に、前記入力部用内部電極層に交互に接続する一対の入力部用第１外部電極がそれぞれ設けられるとともに、前記電圧出力部における前記圧電基板の側面に、前記出力部用内部電極層に交互に接続する一対の出力部用第１外部電極がそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の圧電トランス。
【請求項４】
前記入力部用第２外部電極、前記出力部用第２外部電極が、それぞれ前記入力部用第１外部電極、前記出力部用第１外部電極に接続されていることを特徴とする請求項３記載の圧電トランス。
【請求項５】
降圧用であることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれかに記載の圧電トランス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧電トランスに関し、特に、各種電子機器に用いられるＡＣアダプタやＤＣ−ＤＣコンバータ、およびノートパソコン、携帯用端末等に使用される液晶ディスプレイ用のバックライト冷陰極管のインバータ等に用いられる圧電トランスに関する。
【０００２】
【従来技術】
近年、電子機器の小型化に関し、電源回路の小型化は重要な課題の一つであり、電源回路内の高周波化による小型化が図られている。
【０００３】
従来のスイッチング電源では、変圧器として電磁誘導を原理とする電磁トランスを用いるが、高周波下での電磁トランスは、ヒステリシス損、渦電流損および表皮効果による損失が増大するという問題があった。
【０００４】
さらに、電磁トランス自身の小型化、薄型化は、巻線の極細線多数巻による銅損、磁気結合の低下および漏れ磁束の増加を招き、いずれも電源回路の効率を大きく下げる原因となっていた。さらにまた、巻線による電磁ノイズの発生などの問題があった。
【０００５】
一方、圧電トランスは圧電効果を原理とし、電磁トランスと比べて、小型化してもエネルギー密度が高く、かつ巻線を用いないため電磁ノイズが少ないなどの長所がある。
【０００６】
図１２に、従来のローゼン型圧電トランスを示す。このローゼン型圧電トランスは、長板状圧電基板１の長手方向のほぼ半分を１次側とし、厚み方向に電極２、３が形成され、長手方向の残るほぼ半分を２次側とし、端面に電極４が形成されて構成されている。１次側は厚み方向に分極され、２次側は長手方向に分極されている。圧電トランスの１次側は圧電基板１の制動容量が大きいため低インピーダンスであり、２次側は制動容量が小さいため高インピーダンスである。
【０００７】
そして、２次側の電極４と１次側の電極２（あるいは３）に負荷抵抗を接続し、圧電トランスの１次側の電極２、３間に、圧電基板１の長さで決まる圧電トランスの共振周波数あるいはその近傍の周波数の交流電圧を印加すると、逆圧電効果により長さ方向に強い機械的振動を励起し、これにより電極４に圧電効果によって電荷が発生し、２次側の電極４と１次側の電極２（あるいは３）間に電圧が得られる。
【０００８】
このローゼン型圧電トランスは、２次側の制動容量にもよるが、一般に使用される範囲として、負荷抵抗が１０ＫΩ以上の高インピーダンスであれば、昇圧用の圧電トランスとして、一方、負荷が１０ＫΩ未満の低インピーダンスであれば降圧用の圧電トランスとして動作する。
【０００９】
一方、負荷抵抗を１次側の電極２、３間に接続し、圧電トランスの２次側の電極４を入力とし、電極４と電極２（あるいは３）に共振周波数あるいはその近傍の周波数の交流電圧を印加すると、負荷抵抗が高インピーダンスであれば昇圧用の圧電トランスとして、低インピーダンスであれば降圧用の圧電トランスとして動作する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ローゼン型圧電トランスにおいて、１次側を入力とし、２次側を出力とした場合、２次側の電極４の面積が狭いため、電極４に表れる電荷量が少なく、高出力電流を得ることは困難であった。
【００１１】
また電極４と電極２（あるいは３）との距離が長いため、圧電トランスの出力側の容量が小さく、出力インピーダンスが高い。そのため、負荷を接続した場合、高出力電力が得られる負荷はおのずと高いものに制限されてしまうという問題があった。
【００１２】
即ち、例えば、ノートパソコン等の電子機器に用いられるアダプタ用電源の場合、負荷が低インピーダンスのため、従来のローゼン型圧電トランスでは高出力電力を得ることができず、アダプタ用電源として用いることができないという問題があった。
【００１３】
一方、上記圧電トランスにおいて、２次側を入力とし、１次側を出力とすると、出力側電極面積は広くなるが、電極４と電極２（あるいは３）との距離が長いため、入力インピーダンスが高くなり、圧電トランス入力部での損失が大きく、高出力電力を得ることができない。また、入力インピーダンスを下げるため電極４の面積を広げると、圧電トランス自体が大型化してしまい、圧電トランスの持つ小型という利点を損なうという問題があった。
【００１４】
さらに、上記従来のローゼン型圧電トランスでは、電極４を持つため、単一の磁器からなる圧電基板１を長手方向と厚み方向の異なる２方向に分極する必要があり、そのため、分極方向が異なる界面付近で分極に伴う大きな応力が発生し、使用中に圧電基板１が損傷したり破壊するなど信頼性が低いという問題があった。
【００１５】
また、単一の磁器に方向が異なる２種類の分極を施す必要があるため、製造が困難であるという問題があった。さらに、圧電基板１の長手方向の分極作業は高電圧を印加する必要があるため、作製時のトランス破壊および作製時における作業の危険性が増大するという問題があった。
【００１６】
本発明は、低負荷時に高出力電力が得られ、かつ大出力電流を高効率で取り出すことができるとともに、小型化を達成できる圧電トランスを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧電トランスは、両主面が長方形状の圧電基板の長さ方向に、電圧入力部、電圧出力部を交互に順次形成し、前記電圧入力部および前記電圧出力部における前記圧電基板内に、それぞれ２以上の入力部用内部電極層および出力部用内部電極層を厚み方向に所定間隔を置いて設けられているとともに、前記電圧入力部および前記電圧出力部における前記圧電基板の両主面に、それぞれ入力部用第２外部電極、出力部用第２外部電極が設けられており、前記入力部用第２外部電極と、該入力部用第２外部電極に最も近接して配置された前記入力部用内部電極層とが同電位になるように接続されており、前記出力部用第２外部電極と、該出力部用第２外部電極に最も近接して配置された前記出力部用内部電極層とが同電位になるように接続されており、前記電圧入力部に、振動に寄与する圧電体層が２層以上形成され、且つ前記圧電基板の主面の幅方向に対して基本波モードで縦振動するものである。
【００１８】
このような構成を採用することにより、内部電極層間の圧電体層が厚み方向に分極され、内部電極層を介して隣設する圧電体層の分極方向が逆であり、主面の幅方向に対して基本波モードで縦振動させることにより、電圧入力部の圧電体層に、圧電基板の主面の幅方向に対して縦振動する振動（以下、幅方向縦振動ということもある）が生じ、例えば基本波の共振周波数近傍の周波数の交流電圧を入力すれば、電気機械結合係数Ｋ’31をもって圧電基板の電圧入力部に幅方向縦振動の基本波が励振され、再び電気機械結合係数Ｋ’31をもって、中央の電圧出力部の圧電体層に入力電圧と同じ周波数の出力電圧が発生する。
【００１９】
即ち、本発明の圧電トランスでは、入力部用内部電極層間に、圧電基板の主面の幅方向に振動する基本波振動の共振周波数、またはその近傍に対応した周波数を持つ同位相の交流電圧を印加することで駆動する。
【００２０】
この場合、電圧入力部は、圧電基板の幅方向に振動する基本波振動の共振周波数またはその近傍の周波数で、且つ同位相の交流電圧の印加で励振することで、電圧入力部に形成された振動が電圧出力部に伝搬し、電圧出力部の振動により圧電効果を介して交流の出力電圧が発生する。
【００２１】
本発明の圧電トランスでは、強制振動部となる電圧入力部を電圧出力部に隣設し弾性的な連続体として形成することで、電圧出力部においても強制振動部と同一方向の振動が形成しやすくなり、弾性損失の低下とともに高電力化、高効率化を図ることができる。
【００２２】
また、表層の圧電体層の表面を研摩することにより、上下面の平行を出し、保持をし易くできる。この後、表層の圧電体層の表面に外部電極を形成することもできる。
【００２３】
即ち、電圧入力部、電圧出力部における圧電基板の両主面に、それぞれ入力部用第２外部電極、出力部用第２外部電極が形成されており、該入力部用第２外部電極、出力部用第２外部電極が、それぞれ入力部用第１外部電極、出力部用第１外部電極に接続されていることが望ましい。
【００２４】
また、幅方向縦振動の電気機械結合係数は一般的に長さ方向の電気機械結合係数よりも大きいが、本発明の圧電トランスでは、幅方向縦振動を利用するために、長さ方向の振動モードを利用する従来のローゼン型圧電トランスに比べると、エネルギー伝送を行う場合においては、高効率化、高電力化が可能となる。
【００２５】
また、圧電トランスの出力側の制動容量をＣｄ2、圧電トランスの共振周波数をｆｒ、負荷抵抗をＲＬとした場合、ローゼン型圧電トランスと比較して、同形状において電極面積を広く取れるためＣｄ2を大きな値とでき、共振周波数ｆｒに関しても、幅方向縦振動を用いるため大きな値にできる。
【００２６】
最大電力を取れる負荷抵抗、すなわちインピーダンス整合となる負荷抵抗ＲＬ’は、ＲＬ’＝１／（２πｆｒＣｄ2）で決定されるので、本発明の圧電トランスでは、従来のローゼン型圧電トランスと比べて、低インピーダンスにおいて高出力電力を得ることができる。
【００２７】
本発明の圧電トランスは、基本波モードで作動することが望ましい。一般に、基本波の電気機械結合係数は高次モードの電気機械結合係数に比べて大きいことから、基本波を利用した本発明の圧電トランスは、高次モードを利用したトランスと比較すると材料の持つ特性を充分に発揮でき、高効率化、高電力化が可能となる。
【００２８】
また、積層構造にすることで、同じ設置面積で電圧出力部の電極面積を広くすることができ、大電力電流が取り出せる。さらに、圧電基板の厚さ方向に分極するため、分極処理用の印加電圧を低くすることができる。また、電圧入力部、電圧出力部における圧電基板の両主面に、それぞれ入力部用第２外部電極、出力部用第２外部電極を形成することにより、これらの入力部用第２外部電極、出力部用第２外部電極を用いて、単一方向に分極処理を行うことができるため、製造が容易となる。また、振動の節が圧電基板の幅中央であって長さ方向に形成され、この振動の節に対応する外部電極の部分を固定したり、この部分にリード線等を接続することができる。
【００２９】
そして、本発明では、電圧入力部および電圧出力部に、それぞれ２以上の入力部用内部電極層および出力部用内部電極層を厚み方向に所定間隔を置いて設けるとともに、電圧入力部に、振動に寄与する圧電体層が２層以上形成されているので、電圧入力部に、振動に寄与する圧電体層を形成しない場合と比較して、同一電圧印可時に圧電体に作用する電場を高くすることができ、同一電圧印可時の出力電力を高くすることができる。
【００３０】
また、電圧出力部の積層構造を変更する事で電圧出力部の静電容量を所望の値に設定する事ができ、機器とのインピーダンス整合を容易にできる。
【００３１】
特に、電圧出力部における出力部用内部電極層の層数が、電圧入力部における入力部用内部電極層の層数より多いことが望ましい。これにより、電圧入力部の静電容量を電圧出力部の静電容量より低くできるので、低負荷接続時に降圧特性を示すことができる。さらに、電圧入力部の積層構造を変更する事で電圧入力部の静電容量を所望の値に設定する事ができ、入力部と出力部の静電容量の比率を自由に変更でき、降圧比を制御できる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
圧電トランスは、図１に示すように、両主面が長方形状の圧電基板２０の長さ方向に、電圧入力部２１、電圧出力部２２、電圧入力部２３が順次形成され、電圧入力部２１における圧電基板２０内に、２層の入力部用内部電極層２５ａ、２５ｂが厚み方向に所定間隔を置いて形成され、電圧出力部２２における圧電基板２０内に、８層の出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂが厚み方向に所定間隔を置いて交互に設けられている。
【００３３】
即ち、電圧入力部２１は、入力部用内部電極層２５ａ、２５ｂと圧電体層２９ａが交互に積層され、振動に寄与する圧電体層２９ａを３層有しており、電圧出力部２２は、出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂと圧電体層３１ａが交互に積層され構成され、振動に寄与する圧電体層３１ａを９層有している。
【００３４】
電圧入力部２１、２３における圧電基板２０の側面には、入力部用内部電極層２５ａ、２５ｂにそれぞれ接続する一対の入力部用第１外部電極３３ａ、３３ｂが形成され、入力部用内部電極層２５ａ、２５ｂはそれぞれ入力部用第１外部電極３３ｂ、３３ａと絶縁層１５により絶縁されている。
【００３５】
電圧出力部２２における圧電基板２０の側面には、出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂに交互に接続する一対の出力部用第１外部電極３５ａ、３５ｂが形成され、出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂはそれぞれ出力部用第１外部電極３５ｂ、３５ａと絶縁層１５により絶縁されている。
【００３６】
即ち、出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂは、図２（ａ）に示すように、圧電基板２０の両側面に露出し、一方の側面を絶縁層１５により被覆されており、出力部用内部電極層２７ａの被覆されていない端部は、出力部用第１外部電極３５ａと電気的に接続され、出力部用内部電極層２７ｂの被覆されていない端部は、出力部用第１外部電極３５ｂと接続されている。
【００３７】
また、一対の入力部用内部電極層２５ａ、２５ｂは図２（ｂ）に示すように、圧電基板２０の両側面に露出しており、一方の側面を絶縁層１５により被覆されており、入力部用内部電極層２５ａの被覆されていない端部は、入力部用第１外部電極３３ａと電気的に接続され、入力部用内部電極層２５ｂの被覆されていない端部は、入力部用第１外部電極３３ｂと接続されている。
【００３８】
電圧入力部２１、２３、電圧出力部２２における圧電基板２０の両主面には、それぞれ入力部用第２外部電極３７ａ、３７ｂ、出力部用第２外部電極３９ａ、３９ｂが形成されており、入力部用第２外部電極３７ａ、３７ｂは、それぞれ入力部用第１外部電極３３ａ、３３ｂに、また出力部用第２外部電極３９ａ、３９ｂは、出力部用第１外部電極３５ａ、３５ｂにそれぞれ接続されている。
【００３９】
そして、電圧入力部２１、２３、電圧出力部２２では、圧電体層２９ａ、３１ａが厚み方向に分極されているとともに、内部電極層を介して上下に隣接する圧電体層の分極方向が逆とされている。
【００４０】
この圧電トランスは、主面の幅方向に対して縦振動するものであり、基本波モードで作動することが望ましい。また降圧用として機能することが望ましい。
【００４１】
本発明の圧電トランスの製造方法について説明する。例えば、圧電体層としてＰＺＴ系圧電磁器材料を用い、また内部電極層としてＡｇ／Ｐｄを用いて、ＰＺＴ系圧電材料からなるグリーンシート上に、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す内部電極パターン形状にＡｇ／Ｐｄペーストをスクリーン印刷し、このような内部電極パターン７１が形成されたグリーンシート７３を、図４に示す積層構造となるように、８層積層し、その上に内部電極パターンが形成されていないグリーンシートを積層し、この積層成形体を焼成する。
【００４２】
この後、両主面に図４に示すように銀とガラスを主成分とする電極ペーストを塗布して焼き付け、入力部用第２外部電極３７ａ、３７ｂ、出力部用第２外部電極３９ａ、３９ｂを形成すると同時に、両側面に電極ペーストを塗布して焼き付け、分極用外部電極４５ａ、４５ｂ、４７ａ、４７ｂを形成する。分極用外部電極４５ａ、４５ｂはそれぞれ入力部用内部電極層２５ａ，２５ｂおよび入力部用第２外部電極３７ａ、３７ｂと接続され、分極用外部電極４７ａ、４７ｂはそれぞれ出力部用内部電極層２７ａ，２７ｂおよび出力部用第２外部電極３９ａ、３９ｂと接続されている。図５に図４の断面図を示す。
【００４３】
この後、入力部用第２外部電極３７ａ、３７ｂ間および出力部用第２外部電極３９ａ、３９ｂ間に直流の高電界を印加して分極処理する。
【００４４】
入力部用第２外部電極３７ａ、３７ｂ、出力部用第２外部電極３９ａ、３９ｂ、および分極用外部電極４５ａ、４５ｂ、４７ａ、４７ｂは、例えば、Ａｇ粉末とガラスからなるペーストをスクリーン印刷し、焼成して形成してもよい。また、蒸着、スパッタ、メッキ等の手法を用いて形成しても良い。また、Ａｇ以外の導電性材料を用いても良い。
【００４５】
この後、ダイシングソーを用いて図４中の破線形状に切断加工して、図１の圧電基板２０を作製する。圧電基板２０の側面に、内部電極層の一方端部を絶縁するため、スクリーン印刷によりポリイミド絶縁層１５を形成した。次にメッキ電極を用いて圧電基板２０の側面に入力部用第１外部電極３３ａ、３３ｂ、出力部用第１外部電極３５ａ、３５ｂを設け、それぞれ入力部用内部電極層２５ａ、２５ｂ、出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂに接続する。入力部用第２外部電極３７ａ、３７ｂ、出力部用第２外部電極３９ａ、３９ｂは、それぞれ入力部用第１外部電極３３ａ、３３ｂ、出力部用第１外部電極３５ａ、３５ｂに接続されている。
【００４６】
尚、ここでは圧電磁器材料としてＰＺＴ系圧電磁器材料を、内部電極材料としてＡｇ／Ｐｄを用いたが、圧電性を有する圧電磁器材料、およびそれと一体焼成可能である電極材料であれば他の組み合わせでも良いことは言うまでもない。
【００４７】
本発明の圧電トランスでは、電圧入力部２１、２３の入力部用内部用電極層２５ａ、２５ｂ間、即ち圧電体層２９ａに、圧電基板２０の主面の幅方向ｘに縦振動する基本波の共振周波数近傍の周波数を持つ交流電圧を印加すれば、圧電横効果の電気機械結合係数Ｋ’31をもって圧電基板２０が幅方向縦振動の基本波で励振し、再び圧電横効果の電気機械結合係数Ｋ’31をもって電圧出力部２２の出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂ間に、入力電圧と同じ周波数の電圧が発生する。このとき、出力電圧は負荷抵抗や駆動周波数に依存する。
【００４８】
即ち、電圧入力部２１、２３の入力部用内部電極層２５ａ、２５ｂ間に、圧電基板２０の幅方向に縦振動する基本波の共振周波数近傍の周波数を持つ交流電圧を印加すると、図１に示したように、圧電基板２０の主面の幅方向（短辺方向）に半周期となるような振動（基本波）が生じ、つまり、短辺方向に伸縮する振動が生じ、この振動が中央の電圧出力部２２に伝達され、電圧出力部２２の出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂ間に入力電圧と同じ周波数の電圧が発生する。
【００４９】
そして、このような幅方向に縦振動する基本波を用いると、図１の一点鎖線で示すように、圧電基板２０の主面の短辺の中央部が振動の節Ｙとなり、この振動の節Ｙの部分で圧電基板２０を保持すれば、圧電基板２０の幅方向縦振動モードの基本波を妨げずに固定することができる。特に、節Ｙで各電極の中央部を保持することが望ましい。
【００５０】
さらに、本発明の圧電トランスは幅方向縦振動モードを利用しており、一般に主面が長方形状の圧電基板２０の幅方向縦振動の電気機械結合係数Ｋ’31は、圧電基板２０の長さ方向振動の電気機械結合係数Ｋ31よりも大きいため、より高電力化、高効率化を図ることができる。
【００５１】
また、本発明の圧電トランスは分極方向が積層方向の単一方向であるために、ローゼン型圧電トランスと比較して、圧電基板２０の長さ方向の分極処理の必要がないため、比較的低電圧の直流電圧で分極でき、製造工程を簡略化でき、製造工程における安全性を向上できる。
【００５２】
本発明の圧電トランスは、圧電横効果の電気機械結合係数Ｋ’31をもって交流の入力電圧を機械的な振動に変換し、再び圧電横効果の電気機械結合係数Ｋ’31をもって交流の出力電圧に変換するために、エネルギー伝送の高効率化、高電力化を図るために、圧電材料としては、電気機械結合係数Ｋ’31の大きな材料が望ましい。特にＰＺＴ系の圧電セラミック材料が望ましい。
第２の実施の形態
本発明の第２の実施の形態について説明する。本発明の圧電トランスは、図６に示すように、両主面が長方形状の圧電基板５０の長さ方向に、電圧入力部５１、電圧出力部５２、電圧入力部５３が順次形成され、電圧入力部５１における圧電基板５０内に、４層の入力部用内部電極層２５ａ、２５ｂが厚み方向に所定間隔を置いて交互に設けられ、電圧出力部５２における圧電基板５０内に、１０層の出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂが厚み方向に所定間隔を置いて交互に設けられている。
【００５３】
即ち、電圧入力部５１は、入力部用内部電極層２５ａ、２５ｂと圧電体層２９ａが交互に積層され、最上下の入力部用内部電極層２５ａ、２５ｂの表面に表層圧電体層２９ｂ、２９ｃを形成して構成され、電圧出力部５２は、出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂと圧電体層３１ａが交互に積層され、最上下の出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂの表面に表層圧電体層３１ｂ、３１ｃを形成して構成されている。
【００５４】
電圧入力部５１、５３における圧電基板５０の側面には、一対の入力部用内部電極層２５ａ、２５ｂに交互に接続する一対の入力部用第１外部電極３３ａ、３３ｂが形成され、入力部用内部電極層２５ａ、２５ｂはそれぞれ入力部用第１外部電極３３ｂ、３３ａと絶縁層１５により絶縁されている。
【００５５】
電圧出力部５２における圧電基板５０の側面には、出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂに交互に接続する一対の出力部用第１外部電極３５ａ、３５ｂが形成され、出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂはそれぞれ出力部用第１外部電極３５ｂ、３５ａと絶縁層１５により絶縁されている。
【００５６】
即ち、出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂは、図７（ａ）に示すように、圧電基板５０の両側面に露出し、一方の側面を絶縁層１５により被覆されており、出力部用内部電極層２７ａの被覆されていない端部は、出力部用第１外部電極３５ａと電気的に接続され、出力部用内部電極層２７ｂの被覆されていない端部は、出力部用第１外部電極３５ｂと接続されている。
【００５７】
また、一対の入力部用内部電極層２５ａ、２５ｂは図７（ｂ）に示すように、圧電基板５０の両側面に露出しており、一方の側面を絶縁層１５により被覆されており、入力部用内部電極層２５ａの被覆されていない端部は、入力部用第１外部電極３３ａと電気的に接続され、入力部用内部電極層２５ｂの被覆されていない端部は、入力部用第１外部電極３３ｂと接続されている。
【００５８】
また、電圧入力部５１、５３、電圧出力部５２における圧電基板５０の両主面には、それぞれ入力部用第２外部電極３７ａ、３７ｂ、出力部用第２外部電極３９ａ、３９ｂが形成されており、入力部用第２外部電極３７ａ、３７ｂに入力部用第１外部電極３３ａ、３３ｂが、出力部用第２外部電極３９ａ、３９ｂにそれぞれ出力部用第１外部電極３５ａ、３５ｂに接続されている。
【００５９】
そして、最上の入力部用内部電極層２５ｂは、入力部用第２外部電極３７ｂと、最下の入力部用内部電極層２５ａは、入力部用第２外部電極３７ａと、最上の出力部用内部電極層２７ｂは、出力部用第２外部電極３９ｂと、最下の出力部用内部電極層２７ａは、出力部用第２外部電極３９ａと接続され、同電位とされており、表層圧電体層２９ｂ、２９ｃ、３１ｂ、３１ｃは、振動に寄与しない圧電体層とされている。
【００６０】
このような構成にすることで、、入力部用第２外部電極３７ａ、３７ｂ、出力部用第２外部電極３９ａ、３９ｂを形成する前に、表層圧電体層２９ｂ、２９ｃ、３１ｂ、３１ｃの表面を研摩することにより、上下面の平行を出し、保持をし易くできる。
【００６１】
また、電圧入力部５１、５３、電圧出力部５２では圧電体層２９ａ、３１ａが厚み方向に分極されているとともに、内部電極層を介して上下に隣接する圧電体層の分極方向が逆とされている。
【００６２】
この圧電トランスは、主面の幅方向に対して縦振動するものであり、基本波モードで作動することが望ましい。また降圧用として機能することが望ましい。
第３の実施の形態
本発明の第３の実施の形態について説明する。本発明の圧電トランスは、図８に示すように、両主面が長方形状の圧電基板６０の長さ方向に、電圧入力部６１、電圧出力部６２、電圧入力部６３が順次形成され、電圧入力部６１における圧電基板６０内に、２層の入力部用内部電極層２５ａ、２５ｂが厚み方向に所定間隔を置いて交互に設けられ、電圧出力部６２における圧電基板６０内に、８層の出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂが厚み方向に所定間隔を置いて交互に設けられている。
【００６３】
即ち、電圧入力部６１は、入力部用内部電極層２５ａ、２５ｂと圧電体層２９ａが交互に積層され、電圧出力部６２は、出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂと圧電体層３１ａが交互に積層され構成されている。
【００６４】
電圧出力部６２における圧電基板６０の側面には、出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂが、図９（ａ）に示すように、圧電基板６０の厚み方向に１層おきに露出している。
【００６５】
即ち、出力部用内部電極層２７ａは圧電基板６０の片方の同一側面に露出し、出力部用内部電極層２７ｂは、相対する同一側面に露出している。
【００６６】
電圧入力部６１、６３における圧電基板６０の側面には、入力部用内部電極層２５ａ、２５ｂが、図９（ｂ）に示すように、圧電基板２０の対向する側面に露出している。
【００６７】
電圧入力部６１、６３における圧電基板６０の側面には、入力部用内部電極層２５ａと接続する入力部用第１外部電極３３ａと、入力部用内部電極層２５ｂに接続する入力部用第１外部電極３３ｂが形成され、電圧出力部６２における圧電基板６０の側面には、出力部用内部電極層２７ａに接続する出力部用第１外部電極３５ａと、出力部用内部電極層２７ｂに接続する出力部用第１外部電極３５ｂが形成されている。
【００６８】
この構成により、本発明の第１の実施の形態と比較して、絶縁層を形成して内部電極層と接続する必要がなく、製造工程を短縮することができる。
【００６９】
また、電圧入力部６１、６３、電圧出力部６２における圧電基板６０の両主面には、それぞれ入力部用第２外部電極３７ａ、３７ｂ、出力部用第２外部電極３９ａ、３９ｂが形成されており、入力部用第２外部電極３７ａ、３７ｂ、出力部用第２外部電極３９ａ、３９ｂが、それぞれ入力部用第１外部電極３３ａ、３３ｂ、出力部用第１外部電極３５ａ、３５ｂに接続されている。
【００７０】
また、電圧入力部６１、６３、電圧出力部６２では圧電体層２９ａ、３１ａが厚み方向に分極されているとともに、内部電極層を介して上下に隣接する圧電体層の分極方向が逆とされている。
【００７１】
この圧電トランスは、主面の幅方向に対して縦振動するものであり、基本波モードで作動することが望ましい。また降圧用として機能することが望ましい。
第４の実施の形態
本発明の第４の実施の形態について説明する。本発明の圧電トランスは、図１０に示すように、両主面が長方形状の圧電基板７０の長さ方向に、電圧入力部７１、電圧出力部７２、電圧入力部７３が順次形成され、電圧入力部７１における圧電基板７０内に、４層の入力部用内部電極層２５ａ、２５ｂが厚み方向に所定間隔を置いて交互に設けられ、電圧出力部７２における圧電基板７０内に、１０層の出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂが厚み方向に所定間隔を置いて交互に設けられている。
【００７２】
即ち、電圧入力部７１は、入力部用内部電極層２５ａ、２５ｂと圧電体層２９ａが交互に積層され、最上下の入力部用内部電極層２５ａ、２５ｂの表面に表層圧電体層２９ｂ、２９ｃを形成して構成され、電圧出力部７２は、出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂと圧電体層３１ａが交互に積層され、最上下の出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂの表面に表層圧電体層３１ｂ、３１ｃを形成して構成されている。
【００７３】
電圧出力部７２における圧電基板７０の側面には、出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂが、図１１（ａ）に示すように、圧電基板７０の厚み方向に１層おきに露出している。
【００７４】
即ち、出力部用内部電極層２７ａは圧電基板７０の片方の同一側面に露出し、出力部用内部電極層２７ｂは、相対する同一側面に露出している。
【００７５】
電圧入力部７１、７３における圧電基板７０の側面には、入力部用内部電極層２５ａ、２５ｂが、図１１（ｂ）に示すように、圧電基板７０の厚み方向に１層おきに露出している。
【００７６】
即ち、出力部用内部電極層２５ａは圧電基板７０の片方の同一側面に露出し、出力部用内部電極層２７ｂは、相対する同一側面に露出している。
【００７７】
電圧入力部７１、７３における圧電基板７０の側面には、入力部用内部電極層２５ａと接続する入力部用第１外部電極３３ａと、入力部用内部電極層２５ｂに接続する入力部用第１外部電極３３ｂが形成され、電圧出力部７２における圧電基板７０の側面には、出力部用内部電極層２７ａに接続する出力部用第１外部電極３５ｂと、出力部用内部電極層２７ｂに接続する出力部用第１外部電極３５ａが形成されている。
【００７８】
この構成により、本発明の第２の実施の形態と比較して、絶縁体層を形成する必要がなく、製造プロセスを短縮することができる。
【００７９】
また、電圧入力部７１、７３、電圧出力部７２における圧電基板７０の両主面には、それぞれ入力部用第２外部電極３７ａ、３７ｂ、出力部用第２外部電極３９ａ、３９ｂが形成されており、入力部用第２外部電極３７ａ、３７ｂ、出力部用第２外部電極３９ａ、３９ｂが、それぞれ入力部用第１外部電極３３ａ、３３ｂ、出力部用第１外部電極３５ａ、３５ｂに接続されている。
【００８０】
そして、最上の入力部用内部電極層２５ｂは、入力部用第２外部電極３７ｂと、最下の入力部用内部電極層２５ａは、入力部用第２外部電極３７ａと、最上の出力部用内部電極層２７ｂは、出力部用第２外部電極３９ｂと、最下の出力部用内部電極層２７ａは、出力部用第２外部電極３９ａと接続され、同電位とされており、表層圧電体層２９ｂ、２９ｃ、３１ｂ、３１ｃは、振動に寄与しない圧電体層とされている。
【００８１】
このような構成にすることで、、入力部用第２外部電極３７ａ、３７ｂ、出力部用第２外部電極３９ａ、３９ｂを形成する前に、表層圧電体層の表面を研摩することにより、上下面の平行を出し、保持をし易くできる。
【００８２】
また、電圧入力部７１、７３、電圧出力部７２における圧電体層２９ａ、３１ａが厚み方向に分極され、内部電極を介して隣接する圧電体層の分極方向が逆とされている。
【００８３】
この圧電トランスは、主面の幅方向に対して縦振動するものであり、基本波モードで作動することが望ましい。また降圧用として機能することが望ましい。
【００８４】
【実施例】
第１の実施の形態の実施例として、図１に示した圧電トランス（層構成は異なる）をグリーンシート法により作製した。先ず、圧電磁器材料としてＰＺＴ系圧電磁器材料を用い、また内部電極材料としてＡｇ／Ｐｄを用い、ＰＺＴ系圧電磁器材料からなるグリーンシート上に、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示す内部電極パターン形状にＡｇ／Ｐｄペーストをスクリーン印刷し、このような内部電極パターンが形成されたグリーンシートを８層積層し、その上に内部電極パターンが形成されていないグリーンシートを積層した後、焼成し、図５に示すような圧電基板を得た。
【００８５】
この後、両主面に図４に示すように銀とガラスを主成分とする電極ペーストを塗布して焼き付け、入力部用第２外部電極３７ａ、３７ｂ、出力部用第２外部電極３９ａ、３９ｂを形成すると同時に、両側面に電極ペーストを塗布して焼き付け、分極用外部電極４５ａ、４５ｂ、４７ａ、４７ｂを形成した。
【００８６】
作製した圧電基板２０の電圧入力部２１、２３では、圧電体層２９ａが３層、入力部用内部電極層２５ａ、２５ｂが１層づつ積層され、電圧出力部２２では、圧電体層３１ａが１５層、出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂが７層づつ、積層されており、圧電体層３１ａの厚さが０．２ｍｍ、圧電体層２９ａの厚さが１．０ｍｍであった。
【００８７】
この後、１９０℃のシリコンオイル中で１．６ｋＶ／ｍｍの電場を印加した。つまり入力部用第２外部電極３７ａ、３７ｂ間には１．６ｋＶを、出力部用第２外部電極３９ａ、３９ｂ間に３２０Ｖを印加し、１０分間分極を行い、圧電基板２０を厚み方向に分極し、図４および図５に示すような圧電基板を得た。
【００８８】
次に、ダイシングソーを用いて図４中の破線形状に加工して、長さ３５．２ｍｍ、幅７．０ｍｍの圧電基板２０を得た。
【００８９】
次に圧電基板２０の側面に、スクリーン印刷によりポリイミド絶縁層１５を形成した。次にメッキ電極を用いて圧電基板２０の側面に入力部用第１外部電極３３ａ、３３ｂ、出力部用第１外部電極３５ａ、３５ｂを形成し、それぞれ入力部用内部電極層２５ａ、２５ｂ、出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂと電気的に接続した。入力部用第２外部電極３７ａ、３７ｂ、出力部用第２外部電極３９ａ、３９ｂは、それぞれ入力部用第１外部電極３３ａ、３３ｂ、出力部用第１外部電極３５ａ、３５ｂと電気的に接続した。
【００９０】
電圧入力部２１、２３の入力部用第２外部電極３７ａ、３７ｂ、および入力部用内部電極層２５ａ、２５ｂの寸法は、主面の長さ方向の辺を７．６ｍｍ、主面の幅方向の辺を７．０ｍｍとし、入力部用第２外部電極３７ａ、３７ｂと、出力部用第２外部電極３９ａ、３９ｂとの間隔、および入力部用内部電極層２５ａ、２５ｂと出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂの間隔は１．２ｍｍとした。
【００９１】
電圧出力部２２の出力部用第２外部電極３９ａ、３９ｂ、およびの出力部用内部電極層２７ａ、２７ｂの寸法は、主面の長さ方向の辺を７．６ｍｍ、主面の幅方向の辺を７．０ｍｍとした。
【００９２】
そして、圧電トランスの電圧入力部２１、２３の入力部用第２外部電極３７ａ、３７ｂ（１次側電極）に入力用端子を接続し、電圧出力部２２の出力部用第２外部電極３９ａ、３９ｂ（２次側電極）に出力用端子を接続し、この出力用端子に負荷抵抗１０Ωを接続した。入力電圧は関数発生器を用いの正弦波を入力側電極に印加し、出力用端子からの出力電圧（Ｖ）を検出し、出力電流（ｍＡ）、出力電力（ｍＷ）、変換効率（出力電力／入力電力×１００）を求めた。
【００９３】
振幅５Ｖの正弦波を入力した場合には、出力電圧＝０．８９５Ｖ、出力電流＝８９．５ｍＡ、出力電力＝８０ｍＷ、最大変換効率（出力電力／入力電力×１００）＝８３％を示し、ゲイン（＝出力電圧／入力電圧）は０．１７９であった。
【００９４】
振幅３０Ｖの正弦波を入力した場合には、出力電圧＝５．３８５Ｖ、出力電流＝５３９．５ｍＡ、出力電力＝２．９Ｗ、最大変換効率（出力電力／入力電力×１００）＝８２％を示し、ゲイン（＝出力電圧／入力電圧）は０．１８０であった。
【００９５】
この結果より、本発明のトランスは負荷抵抗が１０Ω程度と小さい場合においても、高電圧、高電流、高電力および高変換効率を得ることができ、低負荷時に充分使用できることが判った。よって、本発明の圧電トランスでは、出力側に大電流を得ることが可能で、かつ、低負荷時に出力電力を大きくとることができ、しかもトランス形状は小型であり、分極が一方向であるため、製造も容易であることが明白である。
【００９６】
比較のため、図１２に示すようなローゼン型圧電トランスを作製した。ここで、圧電基板の形状は長さ３０ｍｍ、幅４．５ｍｍ、厚み１．０ｍｍとし、電極は、一次側電極を片側端部から中央部まで１５ｍｍで、両面に一様となるように塗布し、２次側電極については端面部に形成した。１次側電極を入力とし、２次側電極を出力とし、この出力用端子に種々の負荷抵抗ＲＬを接続した。ＲＬ＝１０Ωの場合では出力電圧を測定できず、比較例では、低負荷では使用できないことがわかる。ＲＬ＝１０ｋΩの場合は、出力電圧＝２９．８Ｖ、出力電流＝２．９８ｍＡ、出力電力＝４４．４ｍＷを示し、高負荷抵抗において出力電力が高い値を示した。
【００９７】
【発明の効果】
本発明の圧電トランスでは、電圧入力部の入力部用内部電極間に、圧電基板の主面の幅方向に対して縦振動する基本波の共振周波数近傍の周波数の交流電圧を入力すれば、電気機械結合係数Ｋ’31をもって圧電基板に幅方向縦振動の基本波が励振され、再び電気機械結合係数Ｋ’31をもって電圧出力部の出力部用内部電極間に入力電圧と同じ周波数の出力電圧が発生し、従来のローゼン型圧電トランスと比較して、大出力電流を取り出せる。
【００９８】
また、電圧出力部の積層構造を変更する事で電圧出力部の静電容量を所望の値に設定する事ができ、機器とのインピーダンス整合を容易にできる。
【００９９】
さらに、電圧入力部の積層構造を変更する事で電圧入力部の静電容量を所望の値に設定する事ができ、入力部と出力部の静電容量の比率を自由に変更できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧電トランスを示す斜視図である。
【図２】図１の圧電トランスを示すもので、（ａ）は図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図、（ｂ）は図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】本発明の圧電トランスを作製する際の印刷パターンを示す平面図である。
【図４】本発明の圧電トランスを作製する途中の、圧電磁器の斜視図である。
【図５】図４の圧電磁器の断面図を示すもので、（ａ）は図４のＣ−Ｃ線に沿った断面図、（ｂ）は図４のＤ−Ｄ線に沿った断面図、（ｃ）は図４のＥ−Ｅ線に沿った断面図である。
【図６】本発明の他の圧電トランスを示す斜視図である。
【図７】図６の圧電トランスを示すもので、（ａ）は図６のＦ−Ｆ線に沿った断面図、（ｂ）は図６のＧ−Ｇ線に沿った断面図である。
【図８】本発明のさらに他の圧電トランスを示す斜視図である。
【図９】図８の圧電トランスを示すもので、（ａ）は図８のＨ−Ｈ線に沿った断面図、（ｂ）は図８のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図１０】本発明のさらに他の圧電トランスを示す斜視図である。
【図１１】図１０の圧電トランスを示すもので、（ａ）は図１０のＪ−Ｊ線に沿った断面図、（ｂ）は図１０のＫ−Ｋ線に沿った断面図である。
【図１２】従来のローゼン型圧電トランスを示す斜視図である。
【符号の説明】
２０、５０、６０、７０・・・圧電基板
２１、２３、５１、５３、６１、６３、７１、７３・・・電圧入力部
２２、５２、６２、７２・・・電圧出力部
２５ａ、２５ｂ・・・入力部用内部電極層
２７ａ、２７ｂ・・・出力部用内部電極層
２９ａ、３１ａ・・・圧電体層
２９ｂ、２９ｃ、３１ｂ、３１ｃ・・・表層圧電体層
３３ａ、３３ｂ・・・入力部用第１外部電極
３５ａ、３５ｂ・・・出力部用第１外部電極
３７ａ、３７ｂ・・・入力部用第２外部電極
３９ａ、３９ｂ・・・出力部用第２外部電極
【図１】
0004831859.tif 000002
【図２】
0004831859.tif 000003
【図３】
0004831859.tif 000004
【図４】
0004831859.tif 000005
【図５】
0004831859.tif 000006
【図６】
0004831859.tif 000007
【図７】
0004831859.tif 000008
【図８】
0004831859.tif 000009
【図９】
0004831859.tif 000010
【図１０】
0004831859.tif 000011
【図１１】
0004831859.tif 000012
【図１２】
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