JP3028083B2 - 積層型圧電トランスおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種の高電圧発生
用電源回路で用いられる圧電トランスに関し、特に低コ
スト、高信頼度で、小型・高効率が要求される積層型圧
電トランスおよびその製造方法に関するものである。

【０００１】

【従来の技術】従来、積層型圧電トランスにおいては、
表面電極と内部電極とを接続するため、内部電極と接続
した側面電極と表面電極とが角部において接続されるよ
うな構成になるが、角部が角張っていたり、電極材料の
粘性によっては電極の回り込み量が不足して、接続がと
れない、すなわち断線した状態になるという問題があっ
た。

【０００２】これを解決するため、角部を面取りする方
法が提案されており、これの例として特開平３−２８９
８０６号公報に示されたものがある。

【０００３】同公報においては、外装基板用シートの切
り出し後に外装基板の両端部となる位置に、横断面が略
Ｖ字状の溝部を形成すると共に、この溝部に外装基板側
導電層を設け、溝部の中央に沿って切断することによ
り、角部を面取りした構成の素子を製造する方法が提案
されている。

【０００４】また、内部電極と側面電極の接続性を改善
する目的で、内部電極側のセラミック部分に溝を形成
し、この溝部に電極材料を充填する構成のものが特開平
３−２１６００９号公報に示されているが、この発明に
おいては、研削加工により溝部が形成されており、溝部
の形成位置は素子の端から端まで、ライン状に形成され
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】第１の問題点は、上記
したように、従来面取りや溝を形成する場合には、研削
・研磨加工の後加工により行っているが、研削・研磨の
後加工を行った場合、チッピング・欠け等の欠陥や加工
変質層の影響により、セラミックスの機械的強度が低下
するという問題がある。

【０００６】第２の問題点は、後加工により溝を形成す
る場合、加工位置の位置合わせの問題があり、特に、内
部電極のセラミックス部分に溝を形成する場合、内部電
極が薄いことから、この位置合わせは非常に困難であ
り、加工工数がかかり、生産性が悪いという問題があ
る。

【０００７】第３の問題点は、内部電極の接続を行うた
めの側面電極を形成する場合、印刷位置を目視で確認す
ることが困難であり、顕微鏡、拡大鏡等を用いて位置確
認作業を行うために工数がかかるという問題がある。

【０００８】本発明の目的は、積層型圧電トランスおよ
びその製造方法において、電極接続の信頼性向上および
内部電極向きの視認性向上により安価で信頼性の高い積
層型圧電トランスとその製造方法を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の積層型圧電トラ
ンスは、厚さ方向に分極された圧電体と内部電極とを交
互に複数層積層した駆動部と、上記駆動部上下面に形成
された表面電極と、上記表面電極と前記内部電極とを接
続する側面電極と、長さ方向に分極された圧電体からな
る発電部を有する積層型圧電トランスにおいて、上記表
面電極と上記側面電極とが接続される角部に複数個の溝
を形成し、上記溝が電極材料で充填されていることを特
徴とし、上記溝の形状が半円筒形または半楕円筒形また
は四角柱形または三角柱形を有することを特徴とする。

【００１０】また、本発明の積層型圧電トランスの製造
方法は、セラミックスグリーンシートにバイアホールを
形成する工程と、上記バイアホールに電極端部がかかる
位置で、上記バイアホールに電極材料が充填するよう
に、内部電極を印刷する工程と、積層後バイアホールを
２分する位置で切断する工程とを含むことを特徴とす
る。

【００１１】本発明の積層型圧電トランスとその製造方
法によれば、表面電極と内部電極を接続するため内部電
極に接続した側面電極と表面電極を角部において接続す
るが、この角部に溝を形成し、この溝に電極材料を充填
することから、角部の出っ張りにより電極が薄れること
の影響がなくなり、側面電極と表面電極の接続が不良に
なるということがなくなる。

【００１２】そして、グリーンシートの段階でバイアホ
ールを形成し、ここに電極材料を充填して積層した後、
このバイアホールで位置決めして切断できることから、
加工工数がかからず、コストを低減化でき、また、グリ
ンシートの状態で加工した後に焼結することから、チッ
ピング・欠けや加工変質層の発生がないことから、機械
的強度が低下しない。

【００１３】さらに、側面電極を形成する側にバイアホ
ールを２分した溝ができることにより、側面電極印刷時
の位置確認用マーカーとして使用できることから、印刷
位置間違いの発生と目視で位置確認ができるため歩留り
および作業性が向上する。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
図面を参照して説明する。

【００１５】図１は本発明の積層型圧電トランスの斜視
図であり、図２は駆動部の断面図である。

【００１６】図１において、１３は駆動部、１４は発電
部を示す。８は圧電体、１および３は表面電極（３は１
の反対面に形成）、２および４は側面電極（４は２の反
対面に形成）で、この側面電極２，４と内部電極１６お
よび表面電極１，３の接続状態は図２の断面図のように
なる。５，６は溝であり、この溝の中に電極材料が充填
されている。７は発電部の電極であり、素子を長手方向
に２分した位置に全幅に渡り設ける。９，１０は各電極
上に設けた駆動部および発電部の端子で、それぞれλ／
２の３倍の縦振動をした時の節に位置しており、駆動部
端子９にλ／２の３倍に相当する共振周波数の交流電圧
１１を入力すると、発電部端子１０に出力１２が得られ
る。

【００１７】次に、本例の製造方法について説明する。

【００１８】この積層型圧電トランス素子の製造に当た
っては、まず、電気機械結合係数が大きく機械品質係数
の大きな圧電セラミックス材料、例えばＮＥＰＥＣ８
（商品名、（株）トーキン製）を用い、セラミックグリ
ーンシート法により積層体を形成した。

【００１９】まず、図４に示すようにドクターブレード
法により成膜したセラミックスグリーンシート１７の所
定の位置（図４中の拡大図参照）に、バイアホール形成
治具を用いてバイアホール１９を形成し、図示したよう
なパターンで焼成タイプのＡｇ／Ｐｄペーストで内部電
極１６を印刷するとともに、バイアホール中に電極材料
を充填する。

【００２０】積層専用治具を用いて、内部電極層が４
層、セラミック層が５層の構成で、積層・プレスして、
図５に示すグリーンの積層ブロック２０を形成し、バイ
アホール１９を目印に切断線２１で切断した後、温度：
１１００℃、キープ時間：２時間の条件でセラミックス
およびＡｇ／Ｐｄを一体焼成することにより、図６に示
す長さ４２ｍｍ、幅５．５ｍｍ、厚さ１．４ｍｍの長板
状の焼結ブロック２２を形成する。この焼結ブロック２
２の表面および側面に、溝を形成した角部で接続するよ
うに表面電極１，３および側面電極２，４をＡｇ／Ｐｄ
電極を用いて形成し、６００℃で焼成して本発明の積層
型圧電トランスを得る。

【００２１】溝部の１個当たりの形状としては、直径が
０．５ｍｍ以下で、深さが０．１ｍｍ以下であり、形成
する溝の数としては、駆動部の長さ方向に占める溝長さ
が３０〜６０％になるようにした。直径が０．５ｍｍ、
深さが０．１ｍｍを越えた寸法および溝の占める割合が
６０％を越えて溝を形成した場合、セラミックスの機械
的強度が低下し、振動応力により割れるものが発生し
た。

【００２２】温度：１５０℃の絶縁油中で、得られた圧
電トランスに電圧：１．５ｋＶ／ｍｍを１５分間加えて
分極処理を施した後、駆動部端子９および発電部端子１
０を半田付けした。

【００２３】従来の溝を有さない積層型圧電トランスに
おいては、角部での電極薄れにより起こる電気的接続不
良や製造工程の取り扱いや切断時に発生する欠けやチッ
ピングの影響によるトランスの割れ不良が約５％程度発
生していたが、本発明の積層型圧電トランスにおいて
は、このような電気的接続不良や割れの発生は無かっ
た。さらに後加工で溝を設けた場合に比べ、加工工数が
減少し、また、溝５により内部電極向きの視認性が向上
したために、表面電極と側面電極を印刷する際に内部電
極の向きを顕微鏡で確認する作業が不要になり、量産性
が大幅に向上し、約３円／ｐのコストダウンができた。
さらに、内部電極向きの位置確認間違いによる不良が皆
無になった。

【００２４】上記した例では、溝５の形状として半円筒
形状のものについて説明したが、図７に示す半楕円筒
形、四角柱形、三角柱形のものについても同様の効果が
得られた。

【００２５】次に本発明の他の実施の形態について説明
する。本例が前例と異なるのは、図３に示す様な構成の
もので、長さ方向縦振動機械共振の波長λの１／２の２
倍のモードで駆動する積層型圧電トランスに本発明を適
用した場合である。

【００２６】本例の圧電トランスは、前例と同じ材料を
用い、長さ２８ｍｍ、幅５．５ｍｍ、厚さ１ｍｍの長板
状である。本例による積層型圧電トランスの発電部８
は、圧電体の端面の全幅に渡り設けられ、その中央部に
ある１０の発電部電極端子から出力を取出している。

【００２７】本例における溝形成も、前例と同様に溝部
の１個当たりの形状としては、直径が０．５ｍｍ以下
で、深さが０．１ｍｍ以下であり、形成する溝の数とし
ては、駆動部の長さ方向に占める溝長さが３０〜６０％
になるようにした。

【００２８】本例のように振動モードが変わっても、溝
を設けることによる効果は、何ら変わらず得られた。

【００２９】

【発明の効果】第１の効果は、角部に電極材料を充填し
た溝を形成して、表面電極と側面電極を接続することに
より、角部における接続の信頼性が向上する点である。

【００３０】第２の効果は、溝により、内部電極の向き
を目視で容易に判断できるため、内部電極向きの視認性
が向上し、内部電極接続用電極の塗り間違いによる不良
が無くなり、内部電極向きの確認作業が容易になること
から、作業効率が向上し、コストダウンできる点であ
る。

【００３１】第３の効果は、セラミックスグリーンシー
トにバイアホールを設け、これにより溝を形成するた
め、溝を形成するための後加工がいらなくなって、素子
へのダメージが無くなることから、欠けやチッピング、
加工変質層等の発生がなくなり、セラミックスの機械的
強度の低下を防止できる点である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す積層型圧電ト
ランスの斜視図である。

【図２】本発明の積層型圧電トランスの駆動部の断面を
示す断面図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態を示す積層型圧電ト
ランスの斜視図である。

【図４】本発明のセラミックスグリーンシート、内部電
極パターンおよびバイアホール形成位置を示す平面図で
ある。

【図５】本発明のセラミックスグリーンシートを積層し
てプレスして形成したグリーンの積層体ブロックを示す
斜視図である。

【図６】本発明のグリーンの積層体ブロックを切断し焼
結したブロックおよび溝の拡大を示す斜視図である。

【図７】本発明の各種溝の種類を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 表面電極（上側） ２ 側面電極（上側用） ３ 表面電極（下側） ４ 側面電極（下側用） ５ 溝（上側用） ５−１ 半楕円筒形溝 ５−２ 四角柱形溝 ５−３ 三角柱形溝 ７ 発電部電極 ８ 圧電体 ９ 駆動部端子 １０ 発電部端子 １１ 入力 １２ 出力 １３ 発電部 １４ 駆動部 １５ 駆動部断面切断線 １６ 駆動部内部電極 １７ セラミックスグリーンシート １８ 圧電体仕上がり外形予定線 １９ バイアホール ２０ グリーンの積層体ブロック ２１ 積層体ブロック切断予定位置線 ２２ 焼結体ブロック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 41/107 H01G 1/14

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 厚さ方向に分極された圧電体と内部電極
   とを交互に複数層積層した駆動部と、前記駆動部上下面
   に形成された表面電極と、前記表面電極と前記内部電極
   とを接続する側面電極と、長さ方向に分極された圧電体
   からなる発電部を有する積層型圧電トランスにおいて、
   前記表面電極と前記側面電極とが接続される角部に複数
   個の溝を形成し、前記溝が電極材料で充填されているこ
   とを特徴とする積層型圧電トランス。
2. 【請求項２】 前記溝の形状が半円筒形であることを特
   徴とする請求項１記載の積層型圧電トランス。
3. 【請求項３】 前記溝の形状が半楕円筒形であることを
   特徴とする請求項１記載の積層型圧電トランス。
4. 【請求項４】 前記溝の形状が四角柱形であることを特
   徴とする請求項１記載の積層型圧電トランス。
5. 【請求項５】 前記溝の形状が三角柱形であることを特
   徴とする請求項１記載の積層型圧電トランス。
6. 【請求項６】 セラミックスグリーンシートにバイアホ
   ールを形成する工程と、前記バイアホールに電極端部が
   かかる位置で、前記バイアホールに電極材料が充填され
   るように、内部電極を印刷する工程と、積層後バイアホ
   ールを２分する位置で切断する工程とを有することを特
   徴とする積層型圧電トランスの製造方法。