層疊型壓電變壓器及其製造方法
2023-10-11 02:53:39 4
專利名稱：層疊型壓電變壓器及其製造方法
技術領域：
本發明涉及可以在液晶顯示器的背光用變壓器、螢光管點燈用變壓器等上使用的層疊型壓電變壓器及其製造方法。
上述層疊型壓電變壓器，通常有矩形主體。上述主體具有驅動部分，和沿著上述驅動部分縱向相鄰設置的發電部分。
在上述發電部分形成有沿著縱向極化的壓電體部分和縱向斷面上形成的輸出電極。上述驅動部分中，內部電極和壓電體陶瓷層沿著主體厚度方向被交互層疊，同時各形成一對分別與互相相對的各內部電極連接的外部輸入電極。
這種驅動部分，是將按照內部電極形狀塗布的內部電極用糊料所形成的壓電陶瓷生料片材，沿著其厚度方向互相層疊壓著形成一體化矩形層疊壓電體，經過煅燒得到的。
作為其內部電極用糊料，已知有主要用銀和鈀作為導電性粉末，為控制銀的燒結其中添加由金組成的有機金屬樹脂顏料的。
然而，使用已有內部電極材料的層疊型壓電變壓器，為了調整層疊型壓電變壓器的升壓比，將壓電體陶瓷層厚度加厚的情況下，存在煅燒時銀逐漸擴散，使電極的連續性顯著降低，極化後陶瓷強度減小，或者使特性值的波動增大等問題。
本發明目的在於提供這樣一種層疊型壓電變壓器，其中使用一種即使將壓電體陶瓷層的厚度加厚的情況下煅燒後也能保持電極連續性的內部電極材料。
為了達成上述目的，本發明的層疊型壓電變壓器，是將多數壓電體陶瓷層層疊、一體燒結而成的層疊型壓電變壓器，其特徵在於其中，所述的層疊型壓電變壓器具有沿著層疊方向極化的壓電體陶瓷層與內部電極數層交互層疊、而且具有與所述的內部電極連接的一對輸入外部電極的驅動部分，以及具有沿著所述的層疊方向的垂直方向被極化的壓電體陶瓷體和輸出電極的發電部分；所述的內部電極是包含銀和鈀中至少一種第一金屬以及銠和銥中至少一種第二金屬的內部電極。
按照上述構成，內部電極含有第二金屬的情況下，當壓電體陶瓷層燒結時由於能夠抑制第一金屬向壓電體陶瓷層擴散，所以能進一步維持內部電極的連續性，而且由於能夠避免因第一金屬的擴散造成的壓電體陶瓷層強度的降低，所以能夠減小各種特性的波動。
另外，本發明的層疊型壓電變壓器中，內部電極優選相對於100重量份第一金屬含有0.01～5重量份第二金屬。第二金屬的含量低於0.01重量份的情況下，燒結時不能充分抑制第一金屬向壓電體陶瓷層中擴散，而且當第二金屬含量超過5重量份的情況下，第一金屬向壓電體陶瓷層的擴散雖然能夠得到某種程度的抑制，但是很難發現與其含量相應的特性的改善，導致成本增加。
在上述的層疊型壓電變壓器中，燒結前的第二金屬優選是有機金屬狀態。按照上述構成，由於能夠更確實地抑制燒結時第一金屬向壓電體陶瓷層擴散，所以能夠更加確實地確保特性波動的減小。
此外，本發明還要提供一種層疊型壓電變壓器的製造方法，其中包括在含有壓電體陶瓷材料的生料片材上，部分塗布含有銀和鈀中至少一種第一金屬以及銠和銥中至少一種第二金屬的內部電極用糊料，形成內部電極用糊料層的生料片材準備工序；層疊這種生料片材，製作未煅燒的壓電體陶瓷層疊體的工序；
對所述的未煅燒的壓電體陶瓷層疊體進行煅燒的工序；對煅燒後的壓電體陶瓷層疊體，就將形成其驅動部分的部分沿著壓電體陶瓷層的層疊方向極化，而且就將形成其發電部分的部分沿著所述的層疊方向的垂直方向極化的極化工序；和在所述的驅動部分形成與所述的內部電極連接的一對輸入外部電極，在所述的發電部分形成輸出電極的工序。
按照本發明的層疊型壓電變壓器的製造方法，能夠再現性良好地製造上述的本發明的層疊型壓電變壓器。
本發明層疊型壓電變壓器的製造方法中，內部電極用糊料相對於100重量份第一金屬優選含有0.01～5重量份第二金屬，而且所述的第二金屬優選是有機金屬狀態。
圖2是上述層疊型壓電變壓器沿
圖1所示X-X箭頭的斷面視圖。
圖3是上述層疊型壓電變壓器沿圖1所示Y-Y箭頭的斷面視圖。
圖4是表示上述層疊型壓電變壓內部電極形態的平面視圖。
圖5是表示對照例的對照用層疊型壓電變壓內部電極形態的平面視圖。圖中，1壓電體陶瓷層，2輸入外部電極，3內部電極，4 輸出電極，5壓電體陶瓷，10層疊型壓電變壓器，A驅動部分，B發電部分層疊型壓電變壓器10具有矩形板狀形狀。層疊型壓電變壓器10具有驅動部分A和沿著驅動部分A縱向(圖中X軸方向)相鄰設置的發電部分B。
發電部分B，由沿著縱向(圖中X軸方向)被極化(P)的壓電體陶瓷5，和沿著壓電體陶瓷5縱向端面形成的輸出電極4構成。壓電體陶瓷5在傳來的機械振動下共振，是高效產生高電壓的器件。輸出電極4用於將壓電體陶瓷5產生的高電壓，以後述一對輸入外部電極2中一個端子的電位差形式向外部輸出用的電極。
驅動部分A中，內部電極3與壓電體陶瓷層1沿著層疊型壓電變壓器主體的層疊方向(圖中X軸方向)被交互層疊。壓電體陶瓷層1沿著此層疊方向被極化(P)。
而且在驅動部分A中，沿著層疊型壓電變壓器主體在圖中Y軸方向的端面形成一對輸入外部電極2。也就是說，互相相對的各內部電極3，沿著層疊型壓電變壓器主體的橫向(圖中Y軸方向)的兩個端面交互露出，而且相互間的絕緣性可以由其間所夾持的壓電體陶瓷層1所確保，分別形成各自與互相相對的各內部電極3連接的一對輸入外部電極2。
這樣得到的層疊型壓電變壓器，如果將輸入側液為低阻抗，輸出側設定為高阻抗，則共振時能夠得到大體等於阻抗比的平方根的變壓比。
這樣的驅動部分A，可以通過將按照內部電極3形狀塗布了內部電極用糊料所形成的壓電陶瓷生料片材，沿著其厚度方向互相層疊壓著後，對一體化的矩形層疊壓電體進行煅燒得到。
而且本發明的層疊型壓電變壓器中，內部電極3是含有銀和鈀中至少一種第一金屬以及銠和銥中至少一種第二金屬的燒結內部電極。
第一種實施例作為第一種實施例的各實施例1～12，作為第一金屬的導電性粉末是使用Ag/Pd＝70/30重量比的共沉澱粉末的實例。在94重量份萜品系溶劑中緩緩加入6重量份乙基纖維素樹脂，用攪拌機攪拌24小時，製成有機賦形劑。在40重量份製成的有機賦形劑中加入100重量份Ag/Pd＝70/30重量比的共沉澱粉末，和按表1規定重量份的有機金屬品種(第二金屬)組成的有機金屬(硫化液體樹脂Rh或硫化液體樹脂Ir)，用三輥捏合機捏合後，得到了內部電極用糊料。
另一方面，按照預定組成混合以鈦酸鋯酸鉛(PZT)為主要成分的壓電體陶瓷材料，用刀塗法把經過大約900℃下煅燒的粉末、以及粘合劑和增塑劑等添加劑互相混合而成的漿料成形，得到約100微米左右厚度的生料片材。
用絲網印刷法在這種生料片材上塗布將形成各實施例1～12內部電極的內部電極用糊料，將其乾燥。將形成了這些內部電極用糊料層的生料片材互相重疊，使內部電極用糊料層的一端在層疊體相對的側面交互露出，用熱壓機熱壓使之一體化後，製成層疊體。
然後將上述層疊體在大約500℃溫度下除去粘合劑成分，在於1100～1200℃煅燒數小時，使壓電體陶瓷層和內部電極燒結為一體。接著在預定電壓下，按照壓電陶瓷層的層疊方向將形成驅動部分的部分極化，按照與層疊方向垂直的方向將形成發電部分的部分極化，得到了由驅動部分A和與其相鄰的發電部分構成的層疊型壓電變壓器。
進而就層疊型壓電變壓器，採用膜厚法在驅動部分A和發電部分B形成一對輸入外部電極2和輸出電極4，分別製成了各實施例1～12的層疊型壓電變壓器。
而且作為對照例1和2，除了有機金屬品種用Au代替銠和銥中至少一種金屬，而且其添加量採用表1中記載的之外，與上述實施例1～12同樣的方式，分別製成了對照例的對照用層疊型壓電變壓器。
對於得到的層疊型壓電變壓器和對照用層疊型壓電變壓器，分別測定了(1)極化前初級側(驅動部分A)的ESR、(2)極化後的抗折強度、和(3)極化後初級側(驅動部分A)的電容波動。表1分別示出了對於銀·鈀(重量比7∶3)而言有機金屬的種類和添加量與層疊型壓電變壓器特性之間的關係。
表1中綜合評價所涉及的符號，「×」表示與已有的相同，未發現改善；「△」表示可以發現少許改善；「○」表示發現了顯著改善。這種綜合評價方法在下表2中也同樣採用。表1
表1的結果說明，按照本發明可以得到極化前初級側(驅動部分A)的ESR低、抗折強度高而且電容波動小的層疊型壓電變壓器。極化前初級側(驅動部分A)的ESR之所以低，是由於電極的連續性高、內外電極的連接狀態改善使連接損失降低，內部電極的均勻性提高使電極電阻降低的緣故。而且抗折強度高的理由是，在內部電極端部無缺陷時，能夠使極化變形造成的應力集中分散的緣故。此外電容波動之所以小，是因為內部電極的均勻性高而使電極面積均勻化的緣故。
綜上可知，上述內部電極3中，相對於100重量份銀·鈀粉末而言，更優選含有0.01～5重量份的銠和銥中至少一種金屬。
而且分別對各實施例1～12和各對照例1～2的內部電極進行斷面觀察後確認，本實施例涉及的層疊型壓電變壓器內部電極3的狀態示於圖4，作為已知品的對照例的對照用層疊型壓電變壓器內部電極3的狀態示於圖5。從圖5可以表明，對照例用層疊型壓電變壓器中，在其內部電極3上可以看出多數由內部電極3的金屬成分擴散而成的薄層擴散部分23，顯然這是特性劣化的原因。
第二實種施例作為第二種實施例的各實施例13～24，是使用Ag單質粉末的實例。在第一種實施例中製備的40重量份有機賦形劑中，加入100重量份Ag粉末和表2規定量的有機金屬品種(第二金屬)組成的有機金屬(硫化液體樹脂Rh或硫化液體樹脂Ir)，用三輥捏合機捏合後，得到了內部電極用糊料。
以下與第一種實施例同樣製作了層疊型壓電變壓器。而且作為對照例3～4，除了用Au代替有機金屬品種，其添加量記載於表2中之外，與上述各實施例13～24同樣分別製作了對照用層疊型壓電變壓器。以下與第一種實施例同樣評價了特性。表2分別示出了相對於銀單質粉末的有機金屬品種/添加量與各特性數值。
在銀(Ag)內部電極材料中使用了添加有銠和銥中至少一種金屬的內部電極用糊料，在本發明的這種層疊型壓電變壓器中，正如表2所表明的那樣，按照本發明可以得到極化前初級側(驅動部分A)的ESR低、抗折強度高而且電容波動小的層疊型壓電變壓器。
此外還查明上述內部電極3，相對於100重量份銀粉末而言，更優選含有0.01～5重量份的銠和銥中至少一種金屬。
而且分別對各實施例13～24和對照例3～4的內部電極進行斷面觀察後確認，各實施例13～24中內部電極的連續性提高。表2
本發明的層疊型壓電變壓器，如上所述，具有由被極化的多數壓電體陶瓷層和內部電極交互層疊的驅動部分，和發電部分，上述內部電極是包含銀和鈀中至少一種第一金屬以及銠和銥中至少一種第二金屬的燒接內部電極。
按照上述構成，通過使內部電極含有上述第二金屬，能夠防止煅燒時內部電極向壓電體陶瓷層擴散，確保內部電極的連續性。
因此在上述構成下，具有可以得到這樣一種層疊型壓電變壓器的效果，這種變壓器能夠防止因內部電極的擴散造成壓電體陶瓷層的強度降低，同時還能抑制特性波動。
權利要求
1.一種層疊型壓電變壓器，是將多數壓電體陶瓷層層疊、一體燒結而成的層疊型壓電變壓器，其特徵在於其中所述的層疊型壓電變壓器具有沿著層疊方向極化的壓電體陶瓷層與內部電極數層交互層疊、而且具有與所述的內部電極連接的一對輸入外部電極的驅動部分，以及具有沿著所述的層疊方向的垂直方向被極化的壓電體陶瓷體和輸出電極的發電部分；所述的內部電極是包含銀和鈀中至少一種第一金屬以及銠和銥中至少一種第二金屬的內部電極。
2.按照權利要求1所述的層疊型壓電變壓器，其特徵在於其中所述的內部電極相對於100重量份第一金屬含有0.01～5重量份第二金屬。
3.按照權利要求1或2所述的層疊型壓電變壓器，其特徵在於其中所述的一體燒結的所述的第二金屬，是有機金屬狀態。
4.一種層疊型壓電變壓器的製造方法，其特徵在於，其中包括在含有壓電體陶瓷材料的生料片材上，部分塗布含有銀和鈀中至少一種第一金屬以及銠和銥中至少一種第二金屬的內部電極用糊料，形成內部電極用糊料層的生料片材準備工序；層疊這種生料片材，製作未煅燒的壓電體陶瓷層疊體的工序；對所述的未煅燒的壓電體陶瓷層疊體進行煅燒的工序；對煅燒後的壓電體陶瓷層疊體，就將形成其驅動部分的部分沿著壓電體陶瓷層的層疊方向極化，而且就將形成其發電部分的部分沿著所述的層疊方向的垂直方向極化的極化工序；和在所述的驅動部分形成與所述的內部電極連接的一對輸入外部電極，在所述的發電部分形成輸出電極的工序。
5.按照權利要求4所述的層疊型壓電變壓器的製造方法，其特徵在於其中所述的內部電極用糊料，相對於100重量份第一金屬含有0.01～5重量份第二金屬。
6.按照權利要求4或5所述的層疊型壓電變壓器的製造方法，其特徵在於其中所述的第二金屬，是有機金屬狀態。
全文摘要
提供一種層疊型壓電變壓器，設置多個的、被極化的壓電體陶瓷層(1)與內部電極(3)交互層疊的驅動部分A，在驅動部分A設置與內部電極(3)連接的輸入外部電極(2)，與驅動部分A相鄰地設置具有壓電體陶瓷(5)和輸出電極(4)的發電部分B。上述內部電極(3)是包含銀和鈀中至少一種第一金屬以及銠和銥中至少一種第二金屬的燒結內部電極。本發明的層疊型壓電變壓器煅燒後電極的連續性也不會降低，能夠防止壓電體陶瓷層的強度降低，同時還能抑制特性波動。
文檔編號H01L41/047GK1469539SQ0314233
公開日2004年1月21日 申請日期2003年6月13日 優先權日2002年6月27日
發明者松任隆浩, 加地敏晃, 今西敏雄, 晃, 雄 申請人:株式會社村田製作所