DE69936836T2

DE69936836T2 - Piezoelektrischer transformator

Info

Publication number: DE69936836T2
Application number: DE69936836T
Authority: DE
Inventors: Katsunori Sendai-shi Kumasaka; Masao Sendai-shi YAMAGUCHI
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1998-05-29
Filing date: 1999-05-31
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2019-06-01
Also published as: KR20010013601A; CN1202580C; TW595096B; EP1026756A4; EP1026756A1; DE69936836D1; JPH11346015A; EP1026756B1; JP2000269564A; WO1999063603A1; JP4271764B2; CN1272962A; US6960871B1; CA2298734A1

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf einen piezoelektrischen Wandler, der in einer Wechselrichterschaltung oder in einer Adapter-Spannungsversorgungsschaltung für eine Kaltkatodenröhre als eine Hintergrundbeleuchtung eines Flüssigkristall-Anzeigefelds in einem Personal-Computer des Notebook-Typs oder in einem Fahrzeugnavigationssystem, in einer Hochspannungs-Erzeugungsschaltung für ein elektronisches Kopiergerät und dergleichen verwendet wird, und insbesondere auf eine Struktur einer Ausgangselektrode eines derartigen Wandlers und auf das Montieren eines derartigen Wandlers auf eine Schaltplatine.
Technischer Hintergrund
JP 09-064433 A beschreibt einen piezoelektrischen keramischen Rosenberg-Wandler, in dem die Zuverlässigkeit des Verbindungsteils einer Ausgangsseiten-Elektrode mit einer Anschlussleitung und die Zuverlässigkeit des Bruchs der Anschlussleitung selbst vergrößert werden können, ohne die Resonanzschärfe und eine Ausgangskennlinie zu verschlechtern.
WO 97/43791 offenbart einen piezoelektrischen Wandler, der Eingangs- und Ausgangsanschlusselektroden besitzt, die mechanisch und elektrisch mit den Verbindungsabschnitten einer flexiblen Leiterplatte verbunden sind. Das Wandlerelement umfasst eine rechteckige Platte, die aus einer piezoelektrischen Keramik besteht, ein Paar von primären Elektroden zum Empfangen einer Treiberspannung und wenigstens eine sekundäre Elektrode, die in einem Bereich der rechteckigen Platte ausgebildet ist, wo ein Spannungspotential durch die Schwingung der rechteckigen Platte aufgrund des piezoelektrischen Effekts erzeugt wird.
JP 09-083033 offenbart einen piezoelektrischen keramischen Wandler des Rosen-Typs, der auf einer Leiterplatte mittels eines Unterstützungselements unterstützt ist, das drahtartige Metallanschlüsse umfasst, die sich schlängelnde Knickabschnitte aufweisen, die aus einem leitfähigen Material bestehen, das Elastizität und eine bestimmte Steifigkeit besitzt. Die an einem Metallanschluss zum Zeitpunkt der schwingenden Betätigung des piezoelektrischen keramischen Wandlers erzeugte mechanische Spannung wird im Knickabschnitt effektiv absorbiert.
Üblicherweise ist ein piezoelektrischer Wandler in einer Spannungsversorgung verschiedener kleiner elektronischer Vorrichtungen verwendet worden. Typischerweise sind Wandler des Rosen-Typs und des modifizierten Rosen-Typs bekannt.
Ein Beispiel eines piezoelektrischen Wandlers des Rosen-Typs umfasst eine rechteckige piezoelektrische Keramikplatte, ein Paar von Eingangsseiten-Elektroden, die auf ihren Ober- und Unterseiten über etwa der Hälfte in ihrer Längsrichtung ausgebildet sind, und eine Ausgangsseiten-Elektrode, die auf einer Stirnfläche der anderen Hälfte ausgebildet ist, auf der das obenerwähnte Paar von Eingangsseiten-Elektroden nicht ausgebildet ist. Einer der Zuleitungsdrähte, die jeweils mit dem Paar der Eingangsseiten-Elektroden verbunden sind, dient als ein Eingangsanschluss eines Eingangsabschnitts. Einer der Zuleitungsdrähte, die mit der Ausgangsseiten-Elektrode verbunden sind, dient als eine Ausgangselektrode, die auf einem hohen Potential gehalten wird. Der andere Zuleitungsdraht, der mit der Eingangsseiten-Elektrode verbunden ist, dient als ein gemeinsamer Eingangs-/Ausgangsanschluss.
Andererseits umfasst ein Beispiel des piezoelektrischen Wandlers des modifizierten Rosen-Typs eine Schichtstruktur, die durch das abwechselnde Aufeinanderstapeln innerer Elektroden filme und piezoelektrischer Keramik ausgebildet ist. Etwa die Hälfte der Schichtstruktur in ihrer Längsrichtung wird als ein Eingangsabschnitt verwendet, während die andere Hälfte als ein Ausgangsabschnitt verwendet wird. Im Eingangsabschnitt sind jeweils benachbarte innere Elektroden, die abwechselnd mit den piezoelektrischen Keramikschichten gestapelt sind, zu unterschiedlichen Seitenflächen, die einander gegenüberliegen, verlängert oder geführt und jeweils mit den Eingangselektroden verbunden, die auf den Seitenflächen der Schichtstruktur ausgebildet sind. Andererseits umfasst der Ausgangsabschnitt streifenartige Elektroden, die in der Längsrichtung der Schichtstruktur parallel angeordnet sind und mit den piezoelektrischen Keramikschichten abwechselnd gestapelt sind. Beide Seiten dieser inneren Elektroden sind auf den gegenüberliegenden Seitenflächen freigelegt und jeweils mit einem Paar von Ausgangselektroden verbunden, die auf jeweils gegenüberliegenden Seitenflächen ausgebildet sind und einander gegenüberliegend sind. Die Eingangselektroden sind mit Zuleitungsdrähten versehen, die mit einer Eingangsseite verbunden sind. Die Ausgangselektroden sind mit Zuleitungsdrähten versehen, die mit einer Ausgangsseite verbunden sind. Einer der Zuleitungsdrähte des Ausgangsabschnitts besitzt ein hohes Potential, während die benachbarten Zuleitungsdrähte ein tiefes und ein gleiches Potential besitzen.
Es ist jedoch erforderlich gewesen, dass ein erweiterter Bereich der Leuchtdichtensteuerung für einen den piezoelektrischen Wandler verwendenden Wechselrichter verarbeitet wird, der zunehmend öfter die Burst-Einstellung der Helligkeit übernehmen kann, um den Anforderungen zu entsprechen.
Dies führt zu einem Problem der Erzeugung eines hörbaren Tons, der bei einem herkömmlichen Montageverfahren nicht aufgetreten ist. Der Grund ist wie folgt. Die Schwingung des piezoelektrischen Wandlers ist in den meisten Fällen traditi onell in einer einzigen Schwingungsmode angeregt worden. Durch die Ergänzung der Helligkeitseinstellfunktion ist jedoch die Schwingung des piezoelektrischen Wandlers nicht länger eine Einmodenschwingung, wobei sie dadurch seine elektrischen Verbindungen beeinflusst.
Zusätzlich zum Problem, dass die Schwingungsmode nicht länger eine Einmodenschwingung ist, gibt es ein weiteres Problem, das auf den Übergang zu einer kleinen und dünnen Vorrichtung des piezoelektrischen Wandlerelements zurückzuführen ist und das darin besteht, dass auf einer Elektrodenstruktur von ihm eine Fläche für die elektrische Verbindung begrenzt ist, wodurch sich ein Problem der Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindung zwischen dem piezoelektrischen Wandlerelement und der Schaltplatine ergibt.
Es ist deshalb eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen piezoelektrischen Wandler zu schaffen, der die Anzahl der Schritte und die Zeit, die für die Montage erforderlich sind, im Vergleich zu einem herkömmlichen Montageverfahren minimieren kann.
Es ist eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Montageverfahren des obenerwähnten piezoelektrischen Wandlers zu schaffen.
Es ist eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen piezoelektrischen Wandler zu schaffen, der einen Schalldruckpegel eines hörbaren Tons verringern kann, ohne die elektrischen Eigenschaften, wie z. B. ein Übersetzungsverhältnis und die Wärmeerzeugung, zu verschlechtern, und der die Zuverlässigkeit verbessern kann.
Es ist eine vierte Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen piezoelektrischen Wandler zu schaffen, der einen sehr dünnen piezoelektrischen Wechselrichter verwirklichen kann.
Es ist eine vierte Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spannungsversorgung zu schaffen, die einen piezoelektrischen Wechselrichter besitzt, der den obenerwähnten piezoelektrischen Wandler verwendet.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein piezoelektrischer Wandler mit einem piezoelektrischen Wandlerkörper geschaffen, welcher eine rechteckige piezoelektrische Keramikplatte, ein Paar von ersten Elektroden, die auf gegenüberliegenden Seitenflächen von annähernd der Hälfte des Wandlerkörpers in seiner Längsrichtung ausgebildet sind, und zumindest ein Paar von zweiten Elektroden enthält, die auf Seitenflächen der anderen näherungsweisen Hälfte des Wandlerkörpers in seiner Längsrichtung ausgebildet sind, wobei der piezoelektrische Wandler auf eine Schaltplatine montiert ist mit einer darauf montierten Spannungsversorgungsschaltungskomponente zum Treiben des piezoelektrischen Wandlers und die zweite Elektrode mit einer Mehrzahl von Anschlüssen versehen ist, von denen jeder mit der Schaltplatine verbunden ist.
Der Wandlerkörper weist eine Schichtstruktur auf, die ausgebildet ist durch abwechselndes Aufeinanderstapeln einer Mehrzahl von inneren Elektroden und einer Mehrzahl von piezoelektrischen Keramikschichten in einer Dickenrichtung.
Die ersten Elektroden sind mit den inneren Elektroden verbunden, das zumindest eine Paar von zweiten Elektroden wird auf dem gleichen Potential gehalten und ist mit der Schaltplatine verbunden und das zumindest eine Paar von zweiten Elektroden ist mit streifenartigen Elektroden verbunden, die abwechselnd mit den piezoelektrischen Schichten gestapelt sind.
In der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass der piezoelektrische Wandler in einem Halbwellenlängen-Schwingungsmodus oder einem Einfach-Wellenlängen-Schwingungsmodus angesteuert wird und ein Befestigungsteil aus einem elastischen Material aufweist, das Flexibilität besitzt und zwischen den piezoelektrischen Wandler und die Schaltplatine gefügt ist zum Montieren des piezoelektrisches Wandlers auf der Schaltplatine, wobei der piezoelektrische Wandler durch das Befestigungsteil auf der Schaltplatine befestigt ist und das Befestigungsteil innerhalb jeder der Flächen, die ein Fünftel der Gesamtlänge des Wandlers ausgehend von seinen beiden Seiten einnehmen, angeordnet ist und in einer Punktartigen oder linearen Weise ausgebildet ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Anschlussstruktur eines herkömmlichen piezoelektrischen Wandlers des modifizierten Rosen-Typs zeigt;
2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Anschlussstruktur eines herkömmlichen piezoelektrischen Wandlers des Rosen-Typs zeigt;
3A ist eine perspektivische Ansicht, die eine Anschlussstruktur eines piezoelektrischen Wandlers des modifizierten Rosen-Typs gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
3B ist eine Schnittansicht, die längs einer Linie IIIB-IIIB in 3A genommen ist;
3C ist eine Schnittansicht, die längs einer Linie IIIC-IIIC in 3A genommen ist, die einen Abschnitt eines Hochspannungsabschnitts einer Ausgangsseite zeigt;
4 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem der piezoelektrische Wandler des modifizierten Rosen-Typs in 3A auf eine Schaltplatine montiert ist;
5 ist ein Verdrahtungsplan des in 4 gezeigten piezoelektrischen Wandlers des modifizierten Rosen-Typs;
6 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Anschlussstruktur eines piezoelektrischen Wandlers gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist;
7 ist eine perspektivische Ansicht, die den Zustand zeigt, in dem der piezoelektrische Wandler in 6 auf eine Schaltplatine montiert ist;
8A ist ein Grundriss, der den Zustand zeigt, in dem ein piezoelektrischer Wandler gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf eine Schaltplatine montiert ist; und
8B ist eine Seitenansicht des in 8A gezeigten piezoelektrischen Wandlers.
Beste Art für die Ausführung der Erfindung
Für den Zweck der Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden eine Beschreibung herkömmlicher piezoelektrischer Wandler unter Bezugnahme auf die 1 und 2 gegeben, um ein Verständnis der vorliegenden Erfindung zu unterstützen.
In 1 umfasst ein piezoelektrischer Wandler 11 als ein Beispiel eines modifizierten Rosen-Typs eine Schichtstruktur 15, die durch das abwechselnde Aufeinanderstapeln innerer Elektroden 13 und piezoelektrischer Keramikschichten ausgebildet ist. Etwa die Hälfte der Schichtstruktur 15 in einer Längsrichtung dient als ein Eingangsabschnitt 17, während die andere Hälfte als ein Ausgangsabschnitt 19 dient.
Im Eingangsabschnitt 17 sind jeweils benachbarte der inneren Elektroden 13, die abwechselnd mit den piezoelektrischen Keramikschichten gestapelt sind, zu unterschiedlichen Seitenflächen, die einander gegenüberliegen, verlängert oder geführt und mit den Eingangselektroden 21 bzw. 23 verbunden, die auf den Seitenflächen der Schichtstruktur 15 ausgebildet sind.
Andererseits ist der Ausgangsabschnitt 19 mit streifenartigen Elektroden 25a, 25b und 25c versehen, die in der Längsrichtung der Schichtstruktur 15 parallel angeordnet sind und mit den piezoelektrischen Keramikschichten abwechselnd gestapelt sind. Beide Seiten dieser inneren Elektroden 25a, 25b und 25c sind auf den gegenüberliegenden Seitenflächen freigelegt und mit Paaren von Ausgangselektroden 27 und 29, 31 und 33 sowie 35 und 37 verbunden, die auf den gegenüberliegenden Seitenflächen ausgebildet sind, so dass sie einander gegenüberliegen.
Um den in 1 gezeigten piezoelektrischen Wandler 11 mit einer Schaltplatine, die in der Figur nicht gezeigt ist, elektrisch zu verbinden, sind die Eingangselektroden 21 und 23 mit den Zuleitungsdrähten 39 bzw. 41 versehen, die mit einer Eingangsseite verbunden sind, während die Ausgangs elektroden 27, 33 und 35 mit den Zuleitungsdrähten 43, 45 bzw. 47 versehen sind, die mit einer Ausgangsseite verbunden sind. Der Zuleitungsdraht 45 des Ausgangsabschnitts 19 besitzt ein relativ hohes Potential. Die Zuleitungsdrähte 43 und 47 besitzen ein relativ niedriges und das gleiche Potential.
Als eine Anschlussstruktur und elektrische Verbindung des Ausgangsabschnitts 19 sind die Zuleitungsdrähte 43, 45 und 47 mit der Schaltplatine verbunden.
Ein in 2 gezeigter piezoelektrischer Wandler 51 wird als ein Rosen-Typ bezeichnet und ist ebenso wie das piezoelektrische Wandlerelement in 1 wohlbekannt. Wie in 2 gezeigt ist, umfasst der piezoelektrische Wandler 51 als ein Beispiel eines Rosen-Typs eine rechteckige piezoelektrische Keramikplatte 53, ein Paar von Elektroden 55 und 57, die auf den Ober- und Unterseiten von etwa der Hälfte in ihrer Längsrichtung ausgebildet sind, und eine Elektrode 59, die auf einer Stirnfläche auf der Seite ausgebildet ist, wo diese Elektroden 55 und 57 nicht ausgebildet sind. Im piezoelektrischen Wandler 51 mit der obenerwähnten Struktur dienen die Zuleitungsdrähte 61 und 63, die mit dem Paar von Elektroden 55 und 57 verbunden sind, als die Eingangsanschlüsse eines Eingangsabschnitts 65, während ein Zuleitungsdraht 67, der mit Elektrode 59 verbunden ist, als ein Ausgangsanschluss eines Ausgangsabschnitts 69 dient und auf einem hohen Potential gehalten wird.
Unter Bezugnahme auf die 3A, 3B und 3C bis 8A und 8B wird eine Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gegeben.
In den 3A, 3B und 3C ist ein piezoelektrischer Wandler 101 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Er findung ein piezoelektrischer Wandler des modifizierten Rosen-Typs.
Der piezoelektrische Wandler 101 umfasst die rechteckigen inneren Elektroden 13, die streifenartigen Elektroden 25a, 25b und 25c und die piezoelektrischen Keramikschichten 103, die abwechselnd gestapelt sind, um eine Schichtstruktur 15 zu bilden. Etwa die Hälfte der Schichtstruktur 15 in einer Längsrichtung dient als ein Eingangsabschnitt 17, während die andere Hälfte als ein Ausgangsabschnitt 19 dient. Jede piezoelektrische Keramikschicht 103 besteht aus Bleizirkonattitanat. Die Verbindungselektroden 25a, 25b und 25c bestehen aus Silberpalladium. Jede der externen Elektroden 21, 23, 27, 29, 31, 33, 35 und 37 besteht aus Silber oder Silberpalladium.
Im Eingangsabschnitt 17 sind jeweils benachbarte der inneren Elektroden 13, die abwechselnd mit den piezoelektrischen Keramikschichten 103 gestapelt sind, zu unterschiedlichen Seitenflächen, die einander gegenüberliegen, verlängert oder geführt und mit den Eingangselektroden 21 bzw. 23 verbunden, die auf den Seitenflächen der Schichtstruktur 15 ausgebildet sind. Die Eingangselektroden 21 und 23 sind mit den Zuleitungsdrähten 39 bzw. 41 versehen.
Andererseits ist der Ausgangsabschnitt 19 mit den streifenartigen Elektroden 13 versehen, die in der Längsrichtung der Schichtstruktur 15 parallel angeordnet und abwechselnd mit den piezoelektrischen Keramikschichten 103 gestapelt sind. Beide Seiten dieser Verbindungselektroden 13 sind auf den gegenüberliegenden Seitenflächen der Schichtstruktur 15 freigelegt und mit Paaren von Ausgangselektroden 27 und 29, 31 und 33 sowie 35 und 37 verbunden, die auf gegenüberliegenden Seitenflächen ausgebildet sind, so dass sie einander gegenüberliegen. Die Ausgangselektroden 27 und 29, 31 und 33 sowie 35 und 37 sind mit den Zuleitungsdrähten 43 und 105, 107 und 45 bzw. 47 und 109 verbunden. Der Ausgangsabschnitt 19 besitzt einen Hochspannungsabschnitt, der die Elektroden 31 und 33 enthält. Die Elektroden 31 und 33 sind elektrisch miteinander verbunden.
Die Elektroden 27, 29, 35 und 37 in einem Niederspannungsabschnitt besitzen eine ähnliche Struktur wie die oben beschriebenen Elektroden 31 und 33.
In 4 ist der Zustand veranschaulicht, in dem der piezoelektrische Wandler 101 in 3A auf eine Schaltplatine 111 montiert ist. Die Zuleitungsdrähte 39 und 41, 43 und 105, 107 und 45 und 47 und 109, die verarbeitet werden, damit sie vorgegebenen Längen besitzen, werden an acht Punkte gelötet, d. h. die externen Elektroden 21, 23, 27, 29, 31 bzw. 35 und 37 des in 3A gezeigten piezoelektrischen Wandlers 101. Als Nächstes wird unter Verwendung eines Siliciumklebers über eine Siliciumplatte der piezoelektrische Wandler 101 mit den angeschlossenen Zuleitungen an den Schwingungsknoten auf die Schaltplatine 111 (siehe 4) 30 geklebt. Die Zuleitungsdrähte 39 und 41, 43 und 105, 107 und 45 und 47 und 109 werden an acht bestimmte Punkte auf der Schaltplatine 111 gelötet. Hierin werden die Zuleitungsdrähte in der ersten Ausführungsform gelötet. Alternativ kann außerdem eine flexible Leiterplatte (FPC) gelötet und angeschlossen werden.
5 ist der Stromlaufplan einer Wechselrichter-Spannungsversorgung, die den piezoelektrischen Wandler in 4 verwendet.
Wie in 5 gezeigt ist, sind die Eingangsseiten-Zuleitungsdrähte 39 und 41 mit einer Eingangsseiten-Schaltung 113 verbunden. Die Ausgangsseiten-Zuleitungsdrähte 107 und 117 sind zusammengenommen und durch eine einzige Verbindungsleitung 117 in ein Ende einer Ausgangsseiten-Schaltung eingege ben. Die Ausgangsseiten-Zuleitungsdrähte 105 und 109 sind kurzgeschlossen. Die Ausgangsseiten-Zuleitungsdrähte 43 und 47 sind in eine einzige Verbindungsleitung 119 zusammengenommen, die in das andere Ende der Ausgangsseiten-Schaltung eingegeben ist.
Im piezoelektrischen Wandler mit der oben beschriebenen Struktur gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzt der Ausgangsabschnitt 19 des piezoelektrischen Wandlers 101 des modifizierten Rosen-Typs eine Elektrodenstruktur, in der die externen Elektroden des Ausgangsabschnitts 19 auf beiden Seiten angeordnet sind, wie in den 3A, 3B und 3C gezeigt ist. Die Ausgangsseite 12 des piezoelektrischen Wandlerelements besitzt eine interne Struktur, wie in 3C gezeigt ist. Zwischen den Zuleitungsdrähten 43 und 105, zwischen 107 und 45 und zwischen 47 und 109 ist eine elektrische Verbindung hergestellt. Bei dieser Struktur ist die Schwingung des piezoelektrischen Wandlers in der Längsrichtung symmetrisch, so dass der Schalldruck eines hörbaren Tons verringert werden kann. Außerdem besitzt der Ausgangsabschnitt 19 an jedem Teil zwei elektrische Verbindungen, d. h. die Zuleitungsdrähte 107 und 45 mit hohem Potential, die Zuleitungsdrähte 43 und 105 mit niedrigem Potential und die Zuleitungsdrähte 47 und 109 mit niedrigem Potential. Deshalb ändern sich die elektrischen Eigenschaften des piezoelektrischen Wandlers nicht, selbst wenn an einer der elektrischen Verbindungen irgendeine Störung auftritt.
Als Nächstes sind die Eigenschaften des piezoelektrischen Wandlerelements gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in der folgenden Tabelle 1 gezeigt. Wie in der Tabelle 1 gezeigt ist, ist es offensichtlich, dass im piezoelektrischen Wandlerelement des modifizierten Rosen-Typs der hörbare Ton um etwa 8 dB verringert werden kann, in den elektrischen Eigenschaften, wie z. B. dem Übersetzungsver hältnis und der Wärmeerzeugung, keine Verschlechterung beobachtet wird und die Zuverlässigkeit verbessert ist. Tabelle 1

Element vorhandenes Produkt Produkt der vorliegenden Erfindung

Übersetzungsverhältnis 90 91

Ansteuerfrequenz (kHz) 64,5 64,5

Wärmeerzeugung (°C) 18 17

hörbarer Ton (dB) 70 62
In 6 wird ein piezoelektrischer Wandler 121, der kein Teil einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, als ein Rosen-Typ bezeichnet. Das Wandlerelement 121 umfasst eine rechteckige piezoelektrische Keramikplatte 53 mit den Elektroden 55 und 57, die auf den Ober- und Unterseiten auf etwa der Hälfte der Platte in einer Längsrichtung ausgebildet sind. Andererseits ist eine Elektrode 59 auf einer Stirnfläche der rechteckigen piezoelektrischen Keramikplatte 53 auf einer Seite ausgebildet, wo die Elektroden 55 und 57 nicht ausgebildet sind. Der Wandler ist insofern vom herkömmlichen piezoelektrischen Wandler 51, der in 2 gezeigt ist, verschieden, als die Elektrode 59 mit den zwei Zuleitungsdrähten 123 und 125 versehen ist.
Im piezoelektrischen Wandler 121 mit der oben beschriebenen Struktur dienen die Zuleitungsdrähte 61 und 63, die mit den Elektroden 55 und 57 verbunden sind, als die Eingangsanschlüsse eines Eingangsabschnitts 65. Die Zuleitungsdrähte 123 und 125, die mit der Elektrode 59 verbunden sind, werden auf einem hohen Potential gehalten und dienen zusammen mit einem der Eingangsanschlüsse, der als ein gemeinsamer Anschluss verwendet wird, als die Ausgangsanschlüsse.
In 7 ist ein Zustand veranschaulicht, in dem der piezoelektrische Wandler 121 in 6 auf eine Schaltplatine 111 montiert ist.
Wie in den 6 und 7 gezeigt ist, sind die Zuleitungsdrähte 123 und 125 an zwei Positionen auf der Ausgangsseite des piezoelektrischen Wandlers 121 des Rosen-Typs angeschlossen. Bei dieser Struktur kann ein piezoelektrischer Wandler geschaffen werden, in dem sich die elektrischen Eigenschaften nicht ändern, selbst wenn an einer Position der elektrischen Verbindung die Störung aufgetreten ist.
In der zweiten Ausführungsform, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, wird außerdem herausgefunden, dass im Vergleich zur vorhandenen Technik keine Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften beobachtet wird und dass die Zuverlässigkeit verbessert ist.
Wie oben beschrieben worden ist, ist es gemäß den ersten und zweiten Ausführungsformen möglich, einen piezoelektrischen Wandler zu schaffen, der in Bezug auf die Schwingung des piezoelektrischen Wandlers eine symmetrische Struktur besitzt, so dass der Schalldruckpegel des hörbaren Tons, der ein unerledigtes Problem gewesen ist, verringert werden kann, in den elektrischen Eigenschaften keine Verschlechterung beobachtet wird und die Zuverlässigkeit verbessert werden kann.
Gemäß den ersten und zweiten Ausführungsformen ist es außerdem möglich, einen piezoelektrischen Wandler zu schaffen, der einen sehr dünnen piezoelektrischen Wechselrichter verwirklichen kann.
In den 8A und 8B besitzt ein piezoelektrischer Wandler 127 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Er findung eine ähnliche Struktur wie jene der in 3A und 3B gezeigten vorhandenen Technik, mit Ausnahme, dass eine Leiterplatten-Montagestruktur anders ist. Spezifisch ist der piezoelektrische Wandler 127 mit den externen Elektroden 75, 77, 79 und 81 versehen, die auf den Oberflächen sowohl der Vorder- als auch der Rückseite des Wandlers ausgebildet sind. Hierin sind außerdem Zuleitungsdrähte an diese externen Elektroden 75, 77, 79 und 81 gelötet, aber nicht gezeigt.
In der zum vorhandenen piezoelektrischen Wandler 71 ähnlichen Weise wird eine Spannungsversorgung, wie z. B. ein piezoelektrischer Wechselrichter, erhalten, indem der piezoelektrische Wandler 127 auf eine Schaltplatine 10 montiert wird, die mit den Schaltungskomponenten zum Ansteuern des piezoelektrisches Wandlers versehen ist.
In der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der piezoelektrische Wandler 127 jedoch in einer Weise auf die Schaltplatine 73 montiert, die von der vorhandenen Technik verschieden ist. Spezifisch sind die Befestigungsteile 129 und 131 aus einem flexiblen elastischen Material unter einer Bodenfläche des piezoelektrischen Wandlers 127 in Positionen, die sich näher als die Schwingungsknoten 83 und 85 in einem Halbwellen-Modus bei seinen beiden Enden befinden, eingesetzt und an sie geklebt.

Als ein spezifisches Beispiel der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde der piezoelektrische Wandler 127 mit einer dreidimensionalen Größe von 53/7,7/3,2 mm auf die Schaltplatine 73 montiert. Danach wurden die Eigenschaften des Beispiels der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verglichen, wie in der folgenden Tabelle 2 gezeigt ist. Tabelle 2

Element	vorhandenes Produkt	Produkt der vorliegenden Erfindung
Stromaufnahme (mA)	1,05	1,02
Wärmeerzeugung (°C)	30	32
hörbarer Ton (dB)	50	49
Schwingungsrate in der Längsrichtung (m/s)	0,364	0,357
Schwingungsrate in der Breitenrichtung (m/s)	0,063	0,058
Schwingungsrate in der Dickenrichtung (m/s)	0,027	0,024

Wie in der obigen Tabelle 2 gezeigt ist, zeigt der piezoelektrische Wandler gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Vergleich zum vorhandenen Produkt keine wesentliche Änderung der Wärmeerzeugung des piezoelektrischen Wandlers, der Stromaufnahme und der Signalform der Schwingungsrate in der Längsrichtung. Es ist außerdem selbstverständlich, dass im Vergleich zum vorhandenen Produkt die Schwingung sowohl in der Breiten- als auch in der Dickenrichtung unterdrückt ist und der Pegel des hörbaren Tons verringert ist.
Wie oben beschrieben worden ist, wird gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beim piezoelektrischen Wandler für die Verwendung im piezoelektrischen Wechselrichter und der Spannungsversorgung, die den piezoelektrischen Wandler umfassen, der auf die Schaltplatine montiert ist, die mit den Schaltungskomponenten zum Ansteuern des piezoelektrischen Wandlers ausgerüstet ist, von dem Montageverfahren Gebrauch gemacht, bei dem das flexible elastische Ma terial, das nicht nur als ein Befestigungsteil, sondern außerdem als ein Unterstützungselement dient, in jedem von Bereichen, die ein Fünftel der Gesamtlänge des Wandlers ausgehend von seinen beiden Enden einnehmen, in den Wandler eingesetzt und an ihn geklebt ist. Bei diesem Montageverfahren ist es möglich, eine Montagestruktur des piezoelektrischen Wandlers zu schaffen, die den hörbaren Ton und die Schwingung sowohl in der Breiten- als auch in der Dickenrichtung unterdrücken kann, ohne die Eigenschaften, wie z. B. die Wärmeerzeugung und die Schwingung in der Längsrichtung, zu ändern, und die durch das Weglassen des Unterstützungselements die Anzahl der Montageschritte und die Zeit, die für die Montage erforderlich sind, minimieren kann.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie oben beschrieben worden ist, sind der piezoelektrische Wandler und seine Montagestruktur gemäß der vorliegenden Erfindung als ein piezoelektrischer Wandler nützlich, der in einer Wechselrichterschaltung oder in einer Adapter-Spannungsversorgungsschaltung für eine Kaltkatodenröhre als eine Hintergrundbeleuchtung eines Flüssigkristall-Anzeigefelds in einem Personal-Computer des Notebook-Typs oder einem Fahrzeugnavigationssystem verwendet wird und in einer Hochspannungs-Erzeugungsschaltung für ein elektronisches Kopiergerät verwendet wird.

Claims

Piezoelektrischer Wandler mit einem piezoelektrischen Wandlerkörper, welcher eine rechteckige piezoelektrische Keramikplatte, ein Paar von ersten Elektroden (21, 23), die auf gegenüberliegenden Seitenflächen von annähernd der Hälfte des Wandlerkörpers in seiner Längsrichtung ausgebildet sind, und zumindest ein Paar von zweiten Elektroden (27, 29; 31, 33; 35, 37) enthält, die auf Seitenflächen der anderen näherungsweisen Hälfte des Wandlerkörpers in seiner Längsrichtung ausgebildet sind, wobei der piezoelektrische Wandler auf eine Schaltplatine (111) montiert ist mit einer darauf montierten Spannungsversorgungsschaltungskomponente (113, 115) zum Treiben des piezoelektrischen Wandlers und die zweite Elektrode mit einer Mehrzahl von Anschlüssen (43, 105; 107, 45; 47, 109) versehen ist, von denen jeder mit der Schaltplatine (111) verbunden ist, und wobei der piezoelektrische Wandlerkörper eine Schichtstruktur aufweist, die ausgebildet ist durch abwechselndes Aufeinanderstapeln einer Mehrzahl von inneren Elektroden (13, 25a, 25b, 25c) und einer Mehrzahl von piezoelektrischen Keramikschichten (103) in einer Dickenrichtung, wobei die ersten Elektroden (21, 23) mit den inneren Elektroden verbunden sind, das zumindest eine Paar von zweiten Elektroden (27, 29; 31, 33; 35, 37) auf dem gleichen Potential gehalten wird und mit der Schaltplatine verbunden ist und, wobei das zumindest eine Paar von zweiten Elektroden (27, 29; 31, 33; 35, 37) mit streifenartigen Elektroden (25a, 25b, 25c) verbunden ist, die abwechselnd mit den piezoelektrischen Schichten gestapelt sind.
Piezoelektrischer Wandler nach Anspruch 1, bei dem der piezoelektrische Wandler und die Schaltplatine elektrisch durch einen Zuleitungsdraht oder eine FPC oder beide verbunden sind.
Piezoelektrischer Wandler nach Anspruch 1, bei dem eine Mehrzahl von Paaren (27, 29; 33, 35) der zweiten Elektrode parallel zueinander in der Längsrichtung angeordnet sind, wobei die Elektroden in jedem Paar der zweiten Elektrode mit Ausgangsanschlüssen verbunden sind, welche ein gleiches Potential aufweisen, und benachbarte Paare der zweiten Elektrode als zueinander unterschiedliche Ausgangsanschlüsse mit der Schaltplatine (111) verbunden sind.
Piezoelektrischer Wandler nach Anspruch 1, der in einem Halbwellenlängen-Schwingungsmodus oder einem Einfach-Wellenlängen-Schwingungsmodus angesteuert wird und ein Befestigungsteil (129, 131) aus einem elastischen Material aufweist, das Flexibilität besitzt und zwischen den piezoelektrischen Wandler und die Schaltplatine (73) gefügt ist zum Montieren des piezoelektrischen Wandlers auf der Schaltplatine (73), wobei der piezoelektrische Wandler durch das Befestigungsteil (129, 131) auf der Schaltplatine (73) befestigt ist und das Befestigungsteil (129, 131) innerhalb jeder der Flächen, die ein Fünftel der Gesamtlänge des Wandlers ausgehend von seinen beiden Enden einnehmen, angeordnet ist und in einer punktartigen oder linearen Weise ausgebildet ist.
Montageaufbau eines piezoelektrischen Wandlers, bei dem ein Piezoelektrischer Wandler nach Anspruch 1 in einem Halbwellenlängen- oder einem Einfach-Wellenlängen-Modus betrieben wird, wobei der piezoelektrische Wandler (127) an der Schalt platine (73) durch ein Befestigungsteil (129, 131) befestigt ist, das aus einem elastischen Material mit Flexibilität besteht und zwischen den piezoelektrischen Wandler (127) und die Schaltplatine (73) gefügt ist zum Montieren des piezoelektrischen Wandlers (127), wobei das Befestigungsteil (129, 131) innerhalb jeder der Flächen, die ein Fünftel der Gesamtlänge des piezoelektrischen Wandlers (127) ausgehend von seinen beiden Enden einnehmen, angeordnet ist und in einer punktartigen oder einer linearen Weise ausgebildet ist.