(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚み方向に分極されると共に入力電極が形成された入力領域と、長手方向に分極されると共に出力電極が形成された出力領域とを有する積層構造の圧電トランス素子であって、
複数の圧電体の層間に配置された前記入力電極としての複数の内部電極と、
前記入力領域側の前記圧電トランス素子の長手方向の端面に設けられた第１及び第２の外部電極と、
前記出力領域側の前記圧電トランス素子の長手方向の端面に設けられた前記出力電極とを有し、
前記複数の内部電極は、前記第１及び第２の外部電極に１層毎に交互に接続されており、且つそれらの外部電極は、入力電圧を印加するための電極であることを特徴とする圧電トランス素子。
【請求項２】
更に、前記入力領域側の前記圧電トランス素子の長手方向に平行な側面に設けられた第３及び第４の外部電極を有し、
前記複数の内部電極は、前記第３及び第４の外部電極にも１層毎に交互に接続されていることを特徴とする請求項１記載の圧電トランス素子。
【請求項３】
更に、前記入力領域の内部に設けられた複数の柱状導体を有し、
その複数の柱状導体により、前記複数の内部電極は、１層毎に交互に接続されていることを特徴とする請求項１記載の圧電トランス素子。
【請求項４】
前記第３及び第４の外部電極が、前記圧電トランス素子の振動の節に相当する位置に設けられていることを特徴とする請求項２記載の圧電トランス素子。
【請求項５】
前記複数の柱状導体が、前記圧電トランス素子の振動の節に相当する位置に設けら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素子。
【請求項６】
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の圧電トランス素子を収納ケースに装着するケーシング方法であって、
前記収納ケースの長手方向の両端面に複数の実装端子を設け、
前記圧電トランス素子を前記収納ケースに挿入することにより、前記複数の実装端子に、前記第１及び第２の外部電極、並びに出力電極をそれぞれ当接させ、
該当接部分を、それぞれ導電性の接続材により固定することを特徴とする圧電トランス素子のケーシング方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の圧電トランス素子を収納ケースに装着するケーシング方法であって、
前記収納ケースの内側の、前記圧電トランス素子を収納したときにその素子の長手方向の両端面が位置する近傍の位置に突起を設け、その突起によって前記圧電トランス素子を支持し、
前記第１及び第２の外部電極と前記収納ケースの長手方向の端面に設けた複数の実装端子とを、それぞれリード線を介して接続し、
前記出力電極と、前記収納ケースの長手方向のもう一方の端面に設けた実装端子とを、リード線を介して接続することを特徴とする圧電トランス素子のケーシング方法。
【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、冷陰極管の点灯等に用いて好適な圧電トランス素子及びそのケーシング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ノート型のパーソナルコンピュータ等の液晶表示器のバックライトには、一般的に冷陰極管が用いられている。この冷陰極管は、点灯時に１ｋＶ程度の高電圧を必要としながらも、連続点灯中には数１００Ｖ程度の電圧を必要とし、点灯時に必要な電圧と比較して極端に低い電圧で連続点灯させることができる。このような冷陰極管の動作特性は、圧電トランス素子が有する動作特性に類似しているため、近年、冷陰極管用の電源として圧電トランス素子を備える昇圧モジュールが用いられるようになってきている。
【０００３】
圧電トランス素子としては、例えば図２１に示すようなローゼン(Rosen)型の圧電トランス素子が一般に広く知られている。
【０００４】
図２１は、一般的なローゼン型の圧電トランス素子を示す斜視図である。同図において、圧電トランス素子１０６は、短冊形状を有しており、同図左側の半分は入力領域、そして同図右側の半分は出力領域である。入力領域の上部及び下部には、入力電圧を印加する入力電極である外部電極１０１，１０２、そして出力領域の端面には、昇圧された交流電圧を取り出す出力電極である外部電極１０３が設けられている。圧電トランス素子１０６の材質及び長さから求まる共振周波数を有する交流電圧（入力電圧）を、外部電極１０１，１０２の間に印加すると、圧電トランス素子１０６は長手方向に機械的な振動を起して共振する。この機械的な振動により、入力側及び出力側に共通のグランド電極としての外部電極１０１または外部電極１０２の何れか一方の電極と、外部電極１０３との間には、昇圧された交流電圧が発生する。ここで、出力電圧と入力電圧との比である昇圧比は、出力電極間の距離と入力電極間の距離との比に比例する。
【０００５】
従来、圧電トランス素子には、図２１に示したような単板型の圧電トランス素子が用いられていたが、単板型の圧電トランス素子を備えた昇圧モジュールでは、１０倍程度の昇圧比しか得られないため、ノートパソコン用の冷陰極管を点灯させるためには前段に更に昇圧用の巻線トランスを備える必要があった。そこで、入力領域の圧電体層の電極間距離を小さくする、即ち、厚みの薄い圧電体と内部電極とを複数積層した構造の圧電トランス素子を形成することにより、単板型の圧電トランス素子と比較して昇圧比が高く、前段の巻線トランスを不要とする試みがなされている。
【０００６】
このような積層型の圧電トランス素子では、入力領域の各電極間の電気的接続が必須であり、その接続方法として、例えば、特開平７−３０２９３８号では、図２４に示すように、外部電極３０１，３０２の入力領域の各内部電極３０１ａ，３０２ａ間の導通を取るための電極３０５を圧電トランス素子３０６の側面或いは端面のコーナーに設ける方法が提案されている。また、本願出願人は、先行する特願平８−５２５５３号において、圧電トランス素子の入力領域の内部で複数積層された内部電極の層間を接続する２本の柱状の導体（以下、層間接続導体）によって交互に接続する方法を提案している。
【０００７】
このような圧電トランス素子を回路基板に実装する場合には、高圧部分が露出しないように該圧電トランス素子を収納ケースに入れて使用する場合が多い。従来の積層型の圧電トランス素子では、図２１の外部電極１０１，１０２と同様に、入力領域の上下面に設けた外部電極に、はんだ或いは導電性接着剤によってリード線を接着している。圧電トランス素子の利点としては、圧電トランス素子の厚みが薄いということが挙げられているが、このようなリード線が接続された圧電トランス素子を回路基板に実装するときには、少なくともリード線の直径以上の余裕が素子と基板との間に必要であり、また、圧電トランス素子の上面側にもリード線の直径以上の空間が必要となるため、収納ケースの厚みは増し、厚みが薄いという圧電トランス素子の利点が生かし切れない。
【０００８】
また、収納ケースを設計する際には、リード線の直径及びリード線を接着するためのはんだ或いは導電性接着剤の厚みを見込んで設計する必要が有るため、該ケースの厚みを高めに設計する必要がある。従って、実装後の圧電トランス素子のモジュールの厚みには、“接着用の見込み厚み”が加えられることとなり、更に高さが増してしまう。
【０００９】
この対策として、例えば、特開平９−１１６２５０号では、図２２及び図２３に示すように、圧電トランス素子２０６を長手方向側面の節部分において収納ケース２０５の端子２１０Ａ及び端子２１０Ｂにより固定すべく、当該素子の一次側には、その上下面に入力電極２０１及び２０２を設け、その入力電極を当該素子の側面にそれぞれ延長したリード電極２０１ａ及び２０２ａが設けられている。また、当該素子の二次側には、その両側面に出力電極２０４が設けられている。このような構造によれば、収納ケースの厚みを薄くすること、並びに実装作業の工程を簡略化することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ノート型のパーソナルコンピュータ、或は近年では携帯型の情報端末の発達に伴い、本体の小型化への要望は更に高まっている。このため、液晶表示器と本体との寸法差も小さくなリつつある。液晶表示器のバックライト用昇圧モジュールは、一般に液晶表示器の周囲に配置されるため、液晶表示器がパーソナルコンピュータ等の本体の外形寸法に近づけば近づく程、昇圧モジュールの狭幅化が要求される。
【００１１】
しかしながら、上述した従来のケーシング方法では、収納ケースの厚み、或いはモジュール厚みを薄くすることは可能であるものの、ケースの幅を狭くすることはできない。
【００１２】
そこで本発明は、実装する際に必要な短手方向の高さ及び幅を小さくすることができる圧電トランス素子及びそのケーシング方法の提供を目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の圧電トランス素子は以下の構成を特徴とする。
【００１４】
即ち、厚み方向に分極されると共に入力電極が形成された入力領域と、長手方向に分極されると共に出力電極が形成された出力領域とを有する積層構造の圧電トランス素子であって、複数の圧電体の層間に配置された前記入力電極としての複数の内部電極と、前記入力領域側の前記圧電トランス素子の長手方向の端面に設けられた第１及び第２の外部電極と、前記出力領域側の前記圧電トランス素子の長手方向の端面に設けられた前記出力電極とを有し、前記複数の内部電極は、前記第１及び第２の外部電極に１層毎に交互に接続されており、且つそれらの外部電極は、入力電圧を印加するための電極であることを特徴とする。これにより、当該圧電トランス素子を他の部材に実装する際、該素子の長手方向の端面だけで接続可能な構造とし、実装する際に必要な短手方向の高さ及び幅を小さくする。
【００１５】
更に好ましくは、前記入力領域側の前記圧電トランス素子の長手方向に平行な側面に設けられた第３及び第４の外部電極を有し、前記複数の内部電極は、前記第３及び第４の外部電極にも１層毎に交互に接続されているとよい。
【００１６】
また、更に好ましくは、前記入力領域の内部に設けられた複数の柱状導体を有し、その複数の柱状導体により、前記複数の内部電極は、１層毎に交互に接続されているとよい。
【００１７】
これらの構成により、当該圧電トランス素子を駆動できなくなる可能性を顕著に低減する。
【００１８】
尚、前記第３及び第４の外部電極、或いは前記複数の柱状導体は、前記圧電トランス素子の振動の節に相当する位置に設けるとよい。
【００１９】
または、上記の目的を達成するため、本発明の圧電トランス素子のケーシング方法は以下の構成を特徴とする。
【００２０】
即ち、上述した各構成を有する圧電トランス素子を収納ケースに装着するケーシング方法であって、前記収納ケースの長手方向の両端面に複数の実装端子を設け、前記圧電トランス素子を前記収納ケースに挿入することにより、前記複数の実装端子に、前記第１及び第２の外部電極、並びに出力電極をそれぞれ当接させ、該当接部分を、それぞれ導電性の接続材により固定することを特徴とする。これにより、当該圧電トランス素子を、該素子の長手方向の端面だけで接続可能な収納ケースに装着し、実装する際に必要な短手方向の高さ及び幅を小さくすると共に、製造工程を簡略化する。
【００２１】
或いは、上述した各構成を有する圧電トランス素子を収納ケースに装着するケーシング方法であって、前記収納ケースの内側の、前記圧電トランス素子を収納したときにその素子の長手方向の両端面が位置する近傍の位置に突起を設け、その突起によって前記圧電トランス素子を支持し、前記第１及び第２の外部電極と前記収納ケースの長手方向の端面に設けた複数の実装端子とを、それぞれリード線を介して接続し、前記出力電極と、前記収納ケースの長手方向のもう一方の端面に設けた実装端子とを、リード線を介して接続することを特徴とする。これにより、当該圧電トランス素子を、該素子の長手方向の端面だけで接続可能な収納ケースに装着し、実装する際に必要な短手方向の高さ及び幅を小さくする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る圧電トランス素子の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。尚、以下の説明において、圧電トランス素子の長手方向の端面とは、該素子をλモードやλ／２モード等で駆動した場合に振動の節となる位置を含まない面をいう。
【００２３】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態としての圧電トランス素子を示す斜視図である。図２は、図１の圧電トランス素子の正面図である。また、図３は、図２のＡ−Ａ’断面図である。
【００２４】
図１から図３に示すように、圧電トランス素子６の入力領域の長手方向の端面には、入力電圧を印加するための外部電極１及び２が設けられている。もう一方の出力領域の長手方向の端面には、昇圧された高電圧を取り出す外部電極３が設けられている。また、圧電トランス素子６の入力領域には、内部電極１ａ，２ａが薄板状の圧電体シート（後述する焼成前の圧電体シート８に相当）を挟んで交互に複数積層され、且つ内包された構造を有している。また、内部電極１ａ，２ａには、それぞれ外部電極１，２と接続するための突起を有している。尚、各内部電極は、圧電トランス素子に内包する構造ではなく、側面に露出した構造としてもよい。
【００２５】
次に、このような構造を有する圧電トランス素子６の製造工程を図４及び図５を参照して説明する。
【００２６】
図４及び図５は、本発明の第１の実施形態としての圧電体シート上に形成された複数の内部電極を示す図である。この圧電体シートを交互に積層して所定の形状に切り出すことにより、外部電極１から３が設けられていない圧電トランス素子６の形状が構成される。
【００２７】
（１）はじめに、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3系の圧電材料粉末１００重量部に対して、水２５重量部、エマルジョン型のアクリル系バインダ１０重量部を配合し、ボールミルでスラリーを作製する。このスラリーから、ドクターブレード装置を用いて厚みが１３０μｍの圧電体シートを得る。厚みが１３０μｍのシートを焼成することにより、焼成後の厚みは１００μｍとなる。
【００２８】
（２）次に、得られた圧電体シート８を、１００ｍｍ×１００ｍｍに切断して印刷用フレームに貼り、スクリーンマスクを用いて内部電極１ａ及び２ａとなるＡｇ−Ｐｄペーストを印刷する。印刷する際の内部電極１ａ及び２ａの外寸は、焼成後に１６ｍｍ×４．６ｍｍとなるようにし、積層したときに入力領域に位置するように印刷する。また、内部電極１ａ及び２ａは、その一部が素子端面に露出して外部電極１及び２とそれぞれ接続できるように、長方形の１辺に突起のある形状とする。また、内部電極１ａ及び２ａを、外部電極１及び２と１層毎に交互に接触させるため、積層したときに奇数番目になるシート（図５）及び偶数番目になるシート（図４）の２種類の形状のスクリーンマスクを用いる。
【００２９】
（３）内部電極１ａ及び２ａを印刷した圧電体シート８を各１０層交互に積層し、最上層に電極を印刷していない圧電体シートを重ねて１００℃−３０ＭＰａで熱圧着する。これをアルミナの匣を用いて大気中１１５０℃で２時間焼成する。尚、圧電体シートを２１枚積層して焼成することにより、焼成後の素子厚みは、２．２ｍｍになる。
【００３０】
（４）焼成後、ダイヤモンドカッターによって３２ｍｍ×５ｍｍの寸法の複数の素子に切り分ける。そして、切り分けられた素子の入力領域の端面に露出している内部電極１ａ及び２ａの突起部分に、外部電極１及び２となる幅２ｍｍのＡｇペーストをそれぞれ印刷する。また、当該素子の出力領域の端面には、外部電極３となるＡｇペーストを印刷する。そして、Ａｇペーストが印刷された素子を７００℃の焼成炉に投入し、当該ペースト部分を焼成することにより、外部電極１，２，３を形成する。
【００３１】
（５）焼成された素子を１５０℃の絶縁油に入れ、入力領域を３ｋＶ／ｍｍの電界強度で３０分間分極する。次に、入力領域の外部電極を短絡し、この短絡部分と出力領域端部の外部電極との間に１．５ｋＶ／ｍｍの直流電圧を印加して３０分間分極を施し、圧電トランス素子６を得る。
【００３２】
以上、本実施形態で説明した圧電トランス素子６は、入力電圧を印加するための外部電極１，２を、当該素子の長手方向の端面に形成した。これにより、従来の圧電トランス素子のように素子側面に入力電圧の印加用のリード線や外部電極を設ける必要がないため、リード線や外部電極を含めたときの素子の短手方向の高さ及び幅を低減することができる。
【００３３】
また、内部電極１ａ，２ａの形状に突起を設け、その突起を素子端面に露出させ、外部電極１，２と接続する構造にした。これにより、製造工程において、内部電極同士を電気的に接続する工程と入力領域用の外部電極を形成する工程とを１つの工程にまとめることができる。
【００３４】
［第２の実施形態］
図６は、本発明の第２の実施形態としての圧電トランス素子を示す斜視図である。図７は、図６の圧電トランス素子の正面図である。また、図７に示す圧電トランス素子のＢ−Ｂ’断面図は、図３に示した断面図と同様である。
【００３５】
図６及び図７に示すように、圧電トランス素子１６の入力領域の長手方向の端面及び出力領域の長手方向の端面の構造は、第１の実施形態の圧電トランス素子６と同様である。また、内部電極１１ａ及び１２ａの積層構造も第１の実施形態の圧電トランス素子６と略同様であるが、内部電極１１ａ及び１２ａには、当該素子の長手方向の第１の突起の他に、更に短手方向の第２の突起が設けられている。本実施形態では、この突起を圧電トランス素子１６の側面に露出させ、外部電極４，５と接続する構造を有する。尚、内部電極１１ａ及び１２ａに設ける第２の突起、そして外部電極４，５は、好ましくは、圧電トランス素子１６としての振動の節に相当する位置に形成するとよい。
【００３６】
次に、このような構造を有する圧電トランス素子１６の製造工程を図８及び図９を参照して説明する。
【００３７】
図８及び図９は、本発明の第２の実施形態としての圧電体シート上に形成された複数の内部電極を示す図である。この圧電体シートを交互に積層して所定の形状に切り出すことにより、外部電極３，４，５，１１，そして１２が設けられていない圧電トランス素子１６の形状が構成される。
【００３８】
（１）まず、第１の実施形態と同様の方法で圧電体シート８を製造し、フレームに貼る。本実施形態では、図８及び図９に示すように、素子の端面と側面とで各層の電気的な接続がなされるようにするため、内部電極１１ａ及び１２ａは長方形の２辺に突起のある形状としている。
【００３９】
（２）内部電極１１ａ及び１２ａを印刷した圧電体シート８を各１０層交互に積層し、最上層に電極を印刷していない圧電体シートを重ねて１００℃−３０ＭＰａで熱圧着する。これをアルミナの匣を用いて大気中１１５０℃で２時間焼成する。
【００４０】
（３）焼成後、ダイヤモンドカッターによって３２ｍｍ×５ｍｍの寸法の複数の素子に切り分ける。そして、切り分けられた素子の入力領域の端面及び側面に露出している内部電極１１ａ及び１２ａの突起部分に、外部電極１１，１２，４，そして５となる幅２ｍｍのＡｇペーストをそれぞれ印刷する。また、当該素子の出力領域の端面には、外部電極３となるＡｇペーストを印刷する。そして、Ａｇペーストが印刷された素子を７００℃の焼成炉に投入し、当該ペースト部分を焼成することにより、外部電極１１，１２，４，そして５を形成する。この時点で複数の内部電極１１ａには、外部電極１１及び外部電極５が電気的に接続された状態となる。また、複数の内部電極１２ａには、外部電極１２及び外部電極４が電気的に接続された状態となる。また、本実施形態において、焼成された外部電極４，５の厚さは、数μｍから１０μｍ程度であることは言うまでもない。
【００４１】
（４）焼成された素子を１５０℃の絶縁油に入れ、入力領域を３ｋＶ／ｍｍの電界強度で３０分間分極する。次に、入力領域の外部電極を短絡し、この短絡部分と出力領域端部の外部電極との間に１．５ｋＶ／ｍｍの直流電圧を印加して３０分間分極を施し、圧電トランス素子１６を得る。
【００４２】
以上、本実施形態で説明した圧電トランス素子１６は、内部電極と端面及び側面の２箇所の外部電極とが接続された構造としたため、当該素子を駆動できなくなる可能性を顕著に低減することができ、第１の実施形態と比較して信頼性に優れた圧電トランス素子を実現することができる。また、焼成された外部電極４，５の厚さは数μｍから１０μｍ程度と極めて薄いため、圧電トランス素子１６を収納ケースに装着する際、外部電極４，５のために当該ケースの短手方向の長さ（幅）を敢えて大きく設計する必要はない。
【００４３】
［第３の実施形態］
第２の実施形態では、電気的な接続の信頼性を向上すべく圧電トランス素子１６の側面に外部電極４，５を設けた。本実施形態では、外部電極４，５に相当する導体として、従来の技術の欄でも説明した柱状の２本の層間接続導体を素子の内部に設けることにより、第２の実施形態の圧電トランス素子１６と同等の電気的な接続の信頼性を実現する。
【００４４】
本実施形態に係る圧電トランス素子２６において、外形形状は図１及び図２に示す圧電トランス素子６と同様なため説明を省略する。
【００４５】
図１０は、本発明の第３の実施形態としての圧電トランス素子の断面図であり、図２のＡ−Ａ’断面図である。同図に示すように、圧電トランス素子２６の入力領域の内部には、内部電極２１ａ，２２ａが薄板状の圧電体シート（焼成前の圧電体シート８に相当）を挟んで交互に複数積層され、且つ当該素子に内包された構造を有している。また、層間接続導体２５ａと複数の内部電極２１ａ、そして、図１０には切断面の都合上不図示の層間接続導体２５ｂと複数の内部電極２２ａとはそれぞれ接続されている。更に、第１の実施形態と同様に、内部電極２１ａ，２２ａには、圧電トランス素子２６の長手方向の端面側に、それぞれ外部電極２１，２２と接続するための突起を有している。
【００４６】
尚、層間接続導体２５ａ，２５ｂの形成位置は、圧電トランス素子２６の入力領域であればどの位置でも構わないが、本実施形態では、当該素子の振動を妨げないように振動の節に相当する位置に形成する。
【００４７】
また、各内部電極は、圧電トランス素子に内包する構造ではなく、側面に露出した構造としてもよい。
【００４８】
次に、このような構造を有する圧電トランス素子２６の製造工程を図１１から図１３を参照して説明する。
【００４９】
図１１は、本発明の第３の実施形態としての層間接続導体用の穴が形成された圧電体シートを示す図である。また、図１２及び図１３は、本発明の第３の実施形態としての圧電体シート上に形成された複数の内部電極を示す図である。この圧電体シートを交互に積層して所定の形状に切り出すことにより、外部電極３，２１，そして２２が設けられていない圧電トランス素子２６の形状が構成される。
【００５０】
（１）まず、第１の実施形態と同様の方法で圧電体シート８を製造し、フレームに貼る。そして、複数の圧電トランス素子２６として切り分けた時に当該素子の共振の節となる位置２ヶ所に、層間接続導体２５ａ，２５ｂとなるペーストを充填するための孔を、焼成後にφ０．１２ｍｍとなる大きさに開ける。この状態を図１１に示す。これらの孔には、Ａｇ−Ｐｄペーストを、メタルマスクを用いた印刷法で充填した。
【００５１】
（２）図１１の状態の圧電体シート８に、スクリーンマスクを用いて内部電極２１ａ，２２ａとなるＡｇ−Ｐｄペーストを印刷した。内部電極２１ａ及び２２ａを、層間接続導体２５ａ及び２５ｂと１層毎に交互に接触させるため、積層したときに奇数番目になるシート（図１３）及び偶数番目になるシート（図１２）の２種類の形状のスクリーンマスクを用いる。尚、第１の実施形態と同様に、焼成後に圧電トランス素子２６の長手方向の端面側に位置する部分に、突起を設けることは言うまでもない。
【００５２】
（３）内部電極２１ａ，２２ａを印刷した圧電体シート８を各１０層交互に積層し、最上層に電極を印刷していない圧電体シートを重ねて１００℃−３０ＭＰａで熱圧着する。これをアルミナの匣を用いて大気中１１５０℃で２時間焼成する。尚、圧電体シートを２１枚積層して焼成することにより、焼成後の素子厚みは、２．２ｍｍになる。
【００５３】
（４）焼成後、ダイヤモンドカッターによって３２ｍｍ×５ｍｍの寸法の複数の素子に切り分ける。そして、切り分けられた素子の入力領域の端面に露出している内部電極２１ａ及び２２ａの突起部分に、外部電極２１及び２２となる幅２ｍｍのＡｇペーストをそれぞれ印刷する。また、当該素子の出力領域の端面には、外部電極３となるＡｇペーストを印刷する。そして、Ａｇペーストが印刷された素子を７００℃の焼成炉に投入し、当該ペースト部分を焼成することにより、外部電極１，２，３を形成する。
【００５４】
（５）焼成された素子を１５０℃の絶縁油に入れ、入力領域を３ｋＶ／ｍｍの電界強度で３０分間分極する。次に、入力領域の外部電極を短絡し、この短絡部分と出力領域端部の外部電極との間に１．５ｋＶ／ｍｍの直流電圧を印加して３０分間分極を施し、圧電トランス素子２６を得る。
【００５５】
以上、本実施形態で説明した圧電トランス素子２６は、内部電極、外部電極、そして層間接続導体がそれぞれ接続された構造を有するため、第２の実施形態と同様に信頼性に優れた圧電トランス素子２６を実現することができる。
【００５６】
［第４の実施形態］
本実施形態では、上述した第１から第３の実施形態に係る圧電トランス素子を、収納ケースに装着するケーシング方法を説明する。以下の説明では、その一例として、上述した第１の実施形態で説明した圧電トランス素子６を収納ケースに装着するケーシング方法を説明する。
【００５７】
図１４は、本発明の第４の実施形態としての圧電トランス素子が装着された収納ケースを示す斜視図である。また、図１５は、図１４のＣ−Ｃ’断面図である。尚、図１５において、圧電トランス素子６の内部構造に係る断面の部分の表現は省略している。
【００５８】
図１４及び図１５に示すように、収納ケース３１は、絶縁性の樹脂で形成されており、Ｌ３２ｍｍ×Ｗ５．２ｍｍ×Ｄ２．４ｍｍの内部寸法を有する（但し、長さＬは、実装端子３２及び３３と実装端子３４との間の距離とする）。収納ケース３１両端面には、入力電圧を印加する実装端子３２及び３３，そして出力電圧を取り出す実装端子３４が一体に形成された構造を有する。
【００５９】
このような構造を有する収納ケース３１への圧電トランス素子６の装着方法としては、まず、当該ケースに圧電トランス素子６を挿入することにより、外部電極１，２，３と、実装端子３２，３３，３４とをそれぞれ当接させる。そして、各当接部分は、導電性の接続材としてのはんだ、或は導電性の接着剤で固定する。これにより、圧電トランス素子６を、収納ケース３１の内部へ固定すると共に実装端子との電気的な接続を行う。
【００６０】
圧電トランス素子６は、λモードで駆動する場合は当該素子の端部から当該素子の長さの１／４の位置が共振の節となる。また、λモードで駆動された圧電トランス素子６が共振状態にある場合、当該素子の全体としての長さは略一定に保たれる。従って、圧電トランス素子６の両端面を収納ケース３１に固定しても、共振によって固定状態が劣化することはない。
【００６１】
このように、本実施形態の収納ケース３１は、圧電トランス素子６を当該素子の端面にて固定し、且つ当該ケースの実装端子と当該素子との電気的な接続を実現する。このため、収納ケース３１の短手方向の長さ（幅）及び高さ（深さ）は、圧電トランス素子自体の幅及び高さを考慮した寸法にすればよく、収納ケースの幅を狭く、且つ高さを低くすることができ、リード線等を使用しないため、製造工程も簡略化できる。
【００６２】
［第５の実施形態］
本実施形態では、第４の実施形態で採用したところの、圧電トランス素子の長手方向の両端面にて固定する方法を基本とする他のケーシング方法を説明する。以下の説明では、一例として、上述した第１の実施形態で説明した圧電トランス素子６を装着する場合について説明する。
【００６３】
図１６は、本発明の第５の実施形態としての圧電トランス素子が装着された収納ケースを示す斜視図である。また、図１７は、図１６のＤ−Ｄ’断面図である。尚、図１７において、圧電トランス素子６の内部構造に係る断面の部分の表現は省略している。
【００６４】
図１６及び図１７に示すように、収納ケース４１は、絶縁性の樹脂で形成されており、Ｌ３２．６ｍｍ×Ｗ５．２ｍｍ×Ｄ２．４ｍｍの内部寸法を有する。また、収納ケース４１の内部には、端部から０．４ｍｍの２ヶ所、即ち、圧電トランス素子６の長手方向の両端面の近傍位置に、当該素子を収納ケース４１の内部において固定する０．１ｍｍから０．１５ｍｍ程度の高さを有する突起４５が設けられている。この突起４５にエポキシ系接着剤を塗布することにより、圧電トランス素子６は、収納ケース４１内部に固定される。
【００６５】
尚、突起４５は、収納ケース４１内部の底面にだけ設ける構造としてもよい。
【００６６】
また、収納ケース４１の両端面には、入力電圧を印加する実装端子４２及び４３、そして出力電圧を取り出す実装端子４４が一体に形成された構造を有する。これらの実装端子は、金属部材で形成されている。本実施形態において、外部電極１，２，３と実装端子４２，４３，４４との電気的な接続は、φ０．２６ｍｍのリード線をそれぞれはんだ付け、或は導電性の接着剤により接続することにより行う。
【００６７】
尚、収納ケース４１への圧電トランス素子６の固定に先立って、リード線４６は、当該素子の各外部電極に予め接続しておくことは言うまでもない。
【００６８】
また、収納ケース４１の内部に設ける突起４５の形状は、線状の連続した形状であっても、不連続な複数の突起としてもよい。
【００６９】
また、突起４５の形状は、図１６及び図１７に示す形状に限られるものではなく、例えば、図１８に要部断面図として示す収納ケース４１Ａの突起４５Ａのように、圧電トランス素子６を当該素子の長手方向の両端面の近傍位置にて固定可能な形状に成形しても良い。
【００７０】
このように、本実施形態では、収納ケース４１及び４１Ａの実装端子と圧電トランス素子６の外部電極との電気的な接続を、リード線４６を介して当該ケースの端面部分にて行う構造とした。このため、リード線を接続する製造工程は多くなるが、収納ケース４１内で圧電トランス素子６を確実に支持することができる。
【００７１】
尚、上述した各実施形態では、入力電圧を印加する外部電極を素子端面に形成するため、当該素子の入力領域の上下面の外部電極は不要となるが、分極工程において当該素子の上下面に外部電極が必要な場合には設けてもよい。
【００７２】
また、上述した各実施形態における圧電トランス素子や電極等の寸法は一例であり、それらの値に限られるものではないことは言うまでもない。
【００７３】
［両端面にて圧電トランス素子を固定する方法についての考察］
ここで、上述した第4及び第5の実施形態にて説明したケーシング方法、即ち、両端面にて圧電トランス素子を固定する方法について考察する。
【００７４】
収納ケースへの圧電トランス素子の従来の収納方法は、前述の従来技術における図２３の圧電トランス素子２０６及びその収納ケース２０５のように、圧電トランス素子の共振状態における節の位置（以下、節の位置と称する）にて当該素子を支持する方法が一般的である。これは、媒質（この場合、圧電トランス素子を構成する個々の素材）が所謂、縦波（疎密波）を起こしており、且つその縦波が定常波であるときには、その定常波の節において媒質の変位はゼロであり、節と節との位置間隔は所定値である、という従来からの一般的な振動に関する知識に基づいている。従って、圧電トランス素子の従来の収納方法（固定方法）において、当該素子の固定位置は、λモード、即ち、圧電トランス素子を駆動する電圧の１波長（λ）分の長さが当該素子の長手方向の長さ２Ｌである駆動モードにおいて、当該素子の両方の端面からＬ／２の位置である２ケ所の節の位置が最適であり、共振状態を減衰させないためには、これらの節の位置から外れずに如何に当該素子を支持（固定）するかが大きな課題とされている。言い換えると、λモードにおいては、圧電トランス素子の長手方向の両端面は共振の腹とみなされ、当該素子の変位は、それら腹の位置において最大値を採ると考えられている。このため、当該素子を共振の腹の位置、即ち当該素子の両端面にて支持するという、上記本願の技術思想は試みられていない。
【００７５】
しかしながら、本願出願人は、圧電トランス素子、その素子の駆動回路及び収納ケースに関する鋭意研究を進めていく過程において、圧電トランス素子の長手方向の両端面で当該素子を支持し、その支持された状態の圧電トランス素子をλモードで共振させてみたとこところ、従来と同様の節の位置にて圧電トランス素子を支持する場合と略同等の昇圧効率が得られた。
【００７６】
図１９及び図２０は、第４及び第５の実施形態に係る圧電トランス素子の支持方法と、圧電トランス素子を節にて支持する従来の方法とを比較した結果を示す図であり、図１９はλモード、図２０はλ／２モードにて圧電トランス素子を駆動した場合の測定結果を示している。
【００７７】
測定に際しては、第１の実施形態にて説明した図１から図３に示す構造の圧電トランス素子を、第４及び第５の実施形態に係る方法で支持した。また、従来例に係る支持方法については、第１の実施形態にて説明した図１から図３に示す構造の圧電トランス素子を節にて支持し、外部からの駆動はリード線を介して行なった。また、圧電トランス素子を駆動するときの測定条件は、何れの場合も負荷を５０ｋΩ、出力を４Ｗとした。
【００７８】
測定した結果は、図１９及び図２０に示すように、第４及び第５の実施形態に係る方法で支持した場合の昇圧比及び効率／％が従来の支持方法と比較して僅かに劣るものの、その差は実用上問題となる程ではなく、この事象は、前述した従来の考え方により予想される結果とは異なるものである。
【００７９】
以下、この事象について考察する。圧電トランス素子の長手方向の両端面で当該素子を支持しても、良好な昇圧特性（共振特性）が得られるということは、圧電トランス素子が共振状態にあるとき、当該素子の全体としての長さは略一定に保たれているためと考えることができる。即ち、本願出願人は、圧電トランス素子が駆動により共振を起こしているときには、当該素子の全長は保持されていることを見い出した。このことは、圧電トランス素子を収納ケースの内部に固定するに際して、当該素子の長手方向の両端面、或いはその両端面の近傍位置にて固定しても、当該素子の昇圧効率の低下を招く共振状態の減衰、並びに、収納ケース内における素子の固定状態の劣化は招かないということを意味する。そこで、上述した第4及び第5の実施形態では、第1の実施形態にて説明した圧電トランス素子６を、収納ケース３１，４１，或いは４１Ａに、当該素子の長手方向の両端面にて固定した。
【００８０】
また、本願出願人は、上記の事象を解明すべく文献調査を行なったところ、圧電トランスの共振時の変位は、数１にて表わすことができることが判った。即ち、エレクトロニク・セラミクス，１９７６年夏号，「 圧電トランスの振動モードと表面電荷・電位分布（山形積治著、Ｐ４４〜Ｐ５０）」の式（１７））によれば、変位ξ(x)は、
【００８１】
【数１】
0004166867.tif 000002
【００８２】
但し、ξ (ｘ)：時間ｔにおける位置ｘの媒質の変位量［ｍｍ］，Ａ：所定の係数，ｍ：振動モード，λモードではｍ＝２，２Ｌ：圧電トランス素子の長手方向の長さ［ｍｍ］，ｘ：同素子の一方の端部から任意の点までの距離［ｍｍ］，ｅ：自然対数の底，j：−１の平方根，ｖ：素子内での音速［ｍｍ／ｓｅｃ］，ｔ：任意の時間［ｓｅｃ］，ε：誘電率［Ｆ／ｍｍ］，である。
【００８３】
ここで、λモード（ｍ＝２）の駆動における圧電トランス素子の長手方向の全長は、上記の数１を、ｘ＝０から２Ｌまで積分することによって求められ、その結果は、時間ｔに関わらず所定値となる。即ち、この積分計算の結果は、圧電トランス素子をλモードで駆動しても、当該素子の両端面間の距離は変化しないということを表わしており、本願出願人が実験により見い出した事象を説明するものと考えられる。
【００８４】
また、λモードにおける共振状態に、圧電トランス素子の入力領域と出力領域とにそれぞれ現れる節の位置では、その位置の媒質が、静止状態における位置を基準として、当該素子の長手方向に振動していると考えられる。即ち、節の位置は、入力領域側及び出力領域側の各端面に対して相対的に移動を繰り返していると考えられる。これは、λモードにおける共振状態においては、圧電トランス素子の長さが変化しないという上記実験による事象及び計算結果、並びに、共振状態においては、当該素子の入力領域と出力領域とは互いに逆方向の伸縮を繰り返すという公知の事象とを考慮することによって説明することができる。
【００８５】
従って、圧電トランス素子を長手方向の両端面またはその近傍位置にて固定する場合、好ましくは、それら両端面またはその近傍位置以外の位置においては突起物や接着剤等によって当該素子を拘束すべきでないことが判る。
【００８６】
このように、圧電トランス素子をλモードの共振状態で使用するときには、当該素子の長手方向の両端面のみで支持することができ、収納ケースの形状を多様化することができると共に、当該素子を実装する際に必要な短手方向の高さ及び幅を小さくすることができる。
【００８７】
また、上記の数１を、λ／２モード（ｍ＝１）及び３λ／２モード（ｍ＝３）の駆動モードに適用した場合、これらの駆動モードにおいては、共振時に圧電トランス素子の長さが変化することが明らかとなった。しかしながら、その場合であっても、共振の節の位置で支持した場合と素子端面で支持した場合との実験結果を比較すると、素子端で支持することによる共振特性の劣化は僅かであり、実用上の大きな障害とはならないことが判った。むしろ、圧電トランス素子の固定方法やケーシング方法が多様化するという観点からは、λモードの場合と略同様に工業的に有利な効果を得られる。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、実装する際に必要な短手方向の高さ及び幅を小さくすることができる圧電トランス素子及びそのケーシング方法の提供が実現する。
【００８９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態としての圧電トランス素子を示す斜視図である。
【図２】図１の圧電トランス素子の正面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ’断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態としての圧電体シート上に形成された複数の内部電極を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態としての圧電体シート上に形成された複数の内部電極を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態としての圧電トランス素子を示す斜視図である。
【図７】図６の圧電トランス素子の正面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態としての圧電体シート上に形成された複数の内部電極を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態としての圧電体シート上に形成された複数の内部電極を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態としての圧電トランス素子の断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態としての層間接続導体用の穴が形成された圧電体シートを示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態としての圧電体シート上に形成された複数の内部電極を示す図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態としての圧電体シート上に形成された複数の内部電極を示す図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態としての圧電トランス素子が装着された収納ケースを示す斜視図である。
【図１５】図１４のＣ−Ｃ’断面図である。
【図１６】本発明の第５の実施形態としての圧電トランス素子が装着された収納ケースを示す斜視図である。
【図１７】図１６のＤ−Ｄ’断面図である。
【図１８】本発明の第５の実施形態の変形例としての圧電トランス素子が装着された収納ケースを示す要部断面図である。
【図１９】図１９は、第４及び第５の実施形態に係る圧電トランス素子の支持方法と、圧電トランス素子を節にて支持する従来の方法とを比較した結果を示す図である（λモードの場合）。
【図２０】図２０は、第４及び第５の実施形態に係る圧電トランス素子の支持方法と、圧電トランス素子を節にて支持する従来の方法とを比較した結果を示す図である（λ／２モードの場合）。
【図２１】一般的なローゼン型の圧電トランス素子を示す斜視図である。
【図２２】従来例としての圧電トランス素子を示す斜視図である。
【図２３】図２２の圧電トランス素子を収納ケースに装着した状態を示す上面視図である。
【図２４】従来例としての圧電トランス素子を示す斜視図である。
【符号の説明】
１〜３，１１，１２，２１，２２，１０１〜１０３，２０１〜２０４，３０１〜３０３：外部電極，
１ａ，２ａ，１１ａ，１２ａ，２１ａ，２２ａ，３０１ａ，３０２ａ：内部電極，
６，１６，２６，１０６，２０６，３０６：圧電トランス素子，
８：圧電体シート，
２５ａ，２５ｂ：層間接続導体，
３１，４１，４１Ａ，２０５：収納ケース，
３２〜３４，４２〜４４：実装端子，
４５，４５Ａ：突起，
４６：リード線，
２０１ａ，２０２ａ：リード電極，
２１０Ａ，２１０Ｂ：端子，
３０５：電極，
【図１】
0004166867.tif 000003
【図２】
0004166867.tif 000004
【図３】
0004166867.tif 000005
【図４】
0004166867.tif 000006
【図５】
0004166867.tif 000007
【図６】
0004166867.tif 000008
【図７】
0004166867.tif 000009
【図８】
0004166867.tif 000010
【図９】
0004166867.tif 000011
【図１０】
0004166867.tif 000012
【図１１】
0004166867.tif 000013
【図１２】
0004166867.tif 000014
【図１３】
0004166867.tif 000015
【図１４】
0004166867.tif 000016
【図１５】
0004166867.tif 000017
【図１６】
0004166867.tif 000018
【図１７】
0004166867.tif 000019
【図１８】
0004166867.tif 000020
【図１９】
0004166867.tif 000021
【図２０】
0004166867.tif 000022
【図２１】
0004166867.tif 000023
【図２２】
0004166867.tif 000024
【図２３】
0004166867.tif 000025
【図２４】
0004166867.tif 000026