JP2002009360A - 圧電トランス支持装置及び圧電トランスの支持体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定した支持が行え、また、性能の劣化がな
く、さらに外部からの衝撃にも耐えうる圧電トランスの
支持構造を提供する。 【解決手段】 圧電トランスの支持体を導電および弾性
を持った材料を用いて行い、支持体と圧電トランスとの
接点あるいは接触面を接着材で覆い、かつ外装ケースを
絶縁および弾性を示す材料を用いて行う。または、絶縁
および弾性を示す材料を用いて外装ケースを構成し、か
つ圧電トランスとの接続に用いる支持体と基板との接続
に用いる支持体とに分ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶バックライト
インバータ、高圧電源等の高電圧を出力するインバータ
回路、民生用電子機器一般に用いられるアダプタ電源回
路などに用いられる圧電トランスの支持装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、パソコン、及びデジタルカメラ等
に液晶ディスプレイが急激に普及し、ポータブル化によ
る小型化が加速されている。この液晶ディスプレイのバ
ックライト点灯用に、構造が簡単で薄型化が可能でノイ
ズが低減でき、変換効率の高い圧電トランスが着目され
ている。

【０００３】以下に従来の圧電トランス支持装置につい
て説明する。図１４は従来の圧電トランスの概観を示す
ものである。図１４において、１は圧電セラミック板で
あり、低インピーダンス部２と高インピーダンス部３に
より構成されている。低インピーダンス部２は駆動電極
４、駆動電極５により構成されており、厚み方向の主面
に駆動電極４、駆動電極５が形成されている。駆動電極
４及び５は圧電セラミック板の略半分の範囲に形成さ
れ、厚み方向に分極されている。また、高インピーダン
ス部３には、発電電極６が圧電セラミック板の長手方向
の端面あるいは端面付近の厚み方向の主面に形成され、
長手方向に分極されている。発電電極のもう一方の電極
は、駆動電極４あるいは駆動電極５と共通である。

【０００４】また、外部電極との電気的接続にはリード
線７により行われる。ローゼン２次（λモード）型圧電
トランスの変位分布を図１５に示す。圧電セラミック板
の長手方向の端面からλ/４の位置に振動の節が存在す
る。そのため、リード線と駆動電極４、５及び発電電極
６との接続のための半田付けはこの振動の節付近で行わ
る。

【０００５】圧電トランスの支持は、図１６に示すよう
にシリコーン接着剤により行われ、圧電トランスは外装
ケース９に支持・固定されている。この場合も、電気的
接続の時と同様に振動の節となる位置の近傍で行われて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記に示す従来の構成
では、圧電トランスを駆動した時の機械振動により、リ
ード線７に共振が生じ、うなり音が発生すること、ま
た、振動によりリード線７が外れるという問題点を有し
ていた。

【０００７】さらに、上記のような弾性体を用いた支持
方法では、その幅や押さえる圧力によって圧電トランス
の振動を減衰させてしまい、それによって、圧電トラン
スのＱが低下して所定の出力を得ることが出来なくな
る。逆に、押さえ方が緩いと振動や衝撃によって圧電ト
ランスの位置がずれてしまうという問題も生じる。さら
に、押さえる圧力を所定の値にするためには、外装ケー
スにも所定の強度が必要であり、小型化が困難であっ
た。

【０００８】これらの問題を解決するために、特開平8-
264853号公報では圧電トランスの側面の振動の節に当た
る部分に凹部を形成し、その凹部に枠体から突出する弾
性体の支持部を挿入するという提案を行っている。以
下、図１２、１３を用いて簡単に説明すると、図１２に
おいて、１０は圧電セラミック板であり、１１は入力電
極、１２は出力電極、１３は凹部を示す。また図１３に
おいて、２０は圧電セラミック板で、２１は入力電極、
２２は出力電極、２３は突出部で、２５は電極である。
図１２に凹部に対応した位置に図１３に示した突出部２
３が配置されている。

【０００９】しかしながら、本支持構造の場合、圧電ト
ランスに凹部を形成するため、凹部に応力が集中し、圧
電トランスの信頼性低下を引き起こす可能性があった。
また、外部電極とのコンタクトにはリード線を半田付け
するなどの方法が使用されているため、リード線に関す
る問題の解決にはなっていない。

【００１０】そこで、本発明は、可聴周波数振動音の発
生、コンタクト外れを防ぎ、又外部衝撃に対しても圧電
トランスに影響の少ない、信頼性の高い圧電トランス支
持装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】第１の本発明（請求項１
に記載の本発明に対応）は、圧電効果により、１次端子
から入力された電圧を２次端子から出力する圧電トラン
スの支持装置において、前記圧電トランスよりもひとま
わり大きく、上面に上蓋を有し、絶縁及び弾性を示す材
料からなる外装ケースと、前記圧電トランスを電気的機
械的に接続を行うための導電及び弾性を有する支持体と
からなり、前記圧電トランスと前記支持体の接点あるい
は接触面は接着剤により覆われている圧電トランス支持
装置である。

【００１２】又、第２の本発明（請求項７に記載の本発
明に対応）は、外装ケースの硬度を７０°以下の弾性体
とする圧電トランス支持装置である。

【００１３】又、第３の本発明（請求項８に記載の本発
明に対応）は、圧電効果により、１次端子から入力され
た電圧を２次端子から出力する圧電トランスの支持体に
おいて、圧電トランス接続端子と、基板実装端子の２つ
の弾性体からなる圧電トランスの支持体である。

【００１４】本発明は、上記のように圧電トランスの外
装ケースを弾性体とし、支持に用いる導電性弾性体と圧
電トランスの接触部を導電性を示す接着材で覆う支持装
置である。

【００１５】

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

【００１６】（実施の形態１）本発明の実施の形態１に
ついて、図１、図２、図３、図４を用いて説明を行う。
図１は、本実施の形態における圧電トランス支持構造の
分解斜視図であり、圧電トランス素子１０３を有してい
る。図示された圧電トランスの構造を図４に示す。

【００１７】図４（ａ）は本実施の形態に用いられる圧
電トランスの斜視図、図４（ｂ）は断面図である。圧電
トランス１０３はＰＺＴ等の圧電性を示す圧電材料から
なり、１次電極に印加された電圧は昇圧比倍され２次側
電極から取り出される。１３０は低インピーダンス部で
あり、電極１２１Ｕ、１２１Ｄ、内部電極１２２は１次
側電極である。１３１は高インピーダンス部であり、２
次側電極１３３は高インピーダンス部の端面、あるいは
端面近傍に設けられる。なお、他方の２次側電極は１次
側電極１２１Ｕ、あるいは１２１Ｄ、内部電極１２２と
共用している。電極１２１Ｕと内部電極１２２は各層お
きに圧電トランスの幅方向の端面で接続されている。同
様に電極１２１Ｄと内部電極１２２も各層おきに圧電ト
ランスの幅方向の端面で接続されている。本圧電トラン
スは長手方向２次の振動を用いるローゼン２次（λモー
ド）型圧電トランスとして作製し、３０．０×５．０×
２．０ｍｍの寸法である。

【００１８】また、図２は本実施の形態における圧電ト
ランス支持構造の厚み方向の断面図である。さらに、図
３は、本実施の形態における圧電トランス支持構造の幅
方向の断面図である。

【００１９】図１において、圧電トランス支持装置は外
装ケース１０１と基板１０６とによって収納されてい
る。外装ケース１０１は、弾性を示す絶縁体材料で構成
されている。外装ケース１０１は、圧電トランス１０３
を収容するため、圧電トランス１０３よりもひとまわり
大きい。

【００２０】また、外装ケース１０１には基板１０６上
のランド１０５に電気的に接続するための、電極１０２
が配置されている。本実施の形態では、外装ケース１０
１は硬度５０°のシリコーンゴムによって形成した。ま
た、圧電トランス１０３と外装ケース１０１とは０．５
ｍｍ以下の空間となるように電極１０２により保持を行
った。また、外装ケース１０１は幅方向の弾性を小さく
するために、外装ケース１０１の上蓋部の一部に窓を形
成し幅方向の加圧力を小さくしている。窓の位置は外装
ケースの中央部付近に、長手方向に１０ｍｍとした。

【００２１】以上のように形成された外装ケースの外形
サイズは、３３．０×８．０×３．５ｍｍである。

【００２２】また、図２、図３に示すように電極１０２
は導電性弾性体１１０と導電性接着材１１１で構成され
ており、圧電トランス１０３の振動の節に対応する位置
近傍に形成されている。図示された電極１０２は、厚さ
０．１ｍｍのりん青銅で形成されており、その表面は金
によりめっきされている。

【００２３】導電性弾性体１１０と圧電トランス１０３
は少なくとも点接触、あるいは面接触されておりその接
触部は導電性接着材１１１により覆われている。さら
に、基板１０６との間には０．３〜０．５ｍｍ程度の絶
縁性の防振シート１０４を用いて、絶縁及び基板の防振
を確保している。防振シート１０４は基板１０６に固定
されているが、圧電トランス１０３には固定されていな
い。

【００２４】この構造は、従来の支持構造に比べ、 （１）接点（接触面）がむき出しでないため、接触部の
腐敗がない （２）電極体と圧電トランスを面で接触させることによ
り、外部衝撃に対して安定に保持できる （３）外装ケースによる弾性により、電極設計が容易で
あり、且つ製造バラツキが少ない （４）弾性体でパッケージし、基板面には防振シートを
ほどこすことにより、可聴音の発生を防ぐことができる （５）上蓋により、外部衝撃に対して圧電トランスが外
装ケースから外れることを防ぐと共に安定に保持できる 等の利点を有している。

【００２５】以上のように構成された圧電トランス支持
装置を用いた圧電トランスの特性を示す。まず、圧電ト
ランスの変換効率であるが、リード線を用いて素子に応
力の加わらない状態（加圧しない状態）で測定を行った
ときに比べ、４Ｗ出力時までは同等の効率を得ることが
出来た。また、１０Ｗ出力時には、０．３％以内の低下
で高効率を維持できるという結果であったので、本発明
による電気的接続部による振動阻害が小さいことが確認
できた。発熱特性は、本実施の形態に示す外装ケースを
用いることにより、圧電トランスの接点部分を加圧しな
い構成であるため、リード線を用いた場合と比較し温度
上昇２０℃での出力電力は０．１％以下の低下となっ
た。

【００２６】さらに、外部衝撃に対する衝撃試験をおこ
なったところ、外装ケースおよび圧電トランスと外装ケ
ースとの空間により外部衝撃に対して、圧電トランス１
０３の保護および良好な接点状態を保つことができた。
しかしながら、圧電トランス１０３と外装ケース１０１
との空間が１．０ｍｍ以上とすると、圧電トランスと電
極体のコンタクト部分に応力がかかりやすくなり、電極
外れ等の問題を引き起こす。

【００２７】つまり、外装ケースを弾性を示す材料で構
成することにより、圧電トランスとの空間を小さくして
も外部衝撃に対して外装ケースで吸収し、圧電トランス
を保護できる構造となっているため、小型化が可能とな
る。

【００２８】しかしながら、硬度７０°の弾性体を用い
た外装ケースの場合においても、電極外れは確認できな
かったが、硬度８０°の弾性体を用いた外装ケースで
は、５０個中２個の電極外れが生じた。外装ケースの硬
度が大きくなるにしたがい、外部衝撃の吸収が不十分と
なるため、硬度は７０°以下とすることが望ましい。

【００２９】また、本実施の形態では、外装ケースにシ
リコーンゴムを用いて行ったが、弾性を示す材料であ
り、圧電トランスが外部衝撃に耐えうる材料であれば、
硬質ゴムのように固い材料でも同様の効果を得ることが
できる。

【００３０】さらに、支持体の構造は圧電トランスと接
続ができ、接点および接触面が接着材で覆われ、圧電ト
ランスと外装ケースとの間で弾性を有する構造であれ
ば、他の構造でもよい。

【００３１】（実施の形態２）本発明の実施の形態２に
ついて、図５、図６、図７を用いて説明を行う。図５
は、本実施の形態における圧電トランス支持構造の分解
斜視図であり、圧電トランス素子１０３を有している。
図示された圧電トランスの構造は実施の形態１で用いた
ものと同じである。

【００３２】また、図６は本実施の形態における圧電ト
ランス支持構造の厚み方向の断面図である。さらに、図
７は、本実施の形態における圧電トランス支持構造の幅
方向の断面図である。

【００３３】実施の形態１と異なる点は、外装ケースの
４隅にのみ上蓋を形成した点で、実施の形態１に示した
ものよりもさらに軟弾性の効果を大きくすることもでき
る。

【００３４】この場合の構成では、 （１）上蓋により、外部衝撃に対して圧電トランスが外
装ケースから外れることを防ぐと共に安定に保持でき、
窓を設けることで軟弾性を確保できる （２）圧電トランスが上蓋に接触しても、振動阻害の小
さい外装ケースとなる （３）圧電トランスケース内に熱がこもることを防ぐ 等の利点がある。

【００３５】以上のような構成の圧電トランス支持装置
を用いることにより、圧電トランスの変換効率および衝
撃試験において良好な結果を得ることができた。

【００３６】また、上蓋は外装ケースの４隅にのみ形成
したが、圧電トランスが外装ケースから外れない構造で
あれば、他の構造でも同様の効果を得ることができる。

【００３７】さらに、支持の構造は圧電トランスと接続
ができ、圧電トランスと外装ケースとの間で弾性を有す
る構造であれば、他の構造でもよい。

【００３８】（実施の形態３）本発明の実施の形態３に
ついて、図８を用いて説明を行う。図８は本実施の形態
における圧電トランス支持構造の厚み方向の断面図であ
り、圧電トランス素子１０３を有している。図示された
圧電トランスの構造は実施の形態１で用いたものと同じ
である。

【００３９】実施の形態１と異なる点は、外装ケースの
内壁に突起３０２を形成した点である。ここでは、突起
は４ヶ所形成した。突起の位置としては、圧電トランス
の長手方向の端面付近あるいは、圧電トランスの振動の
節となる位置に形成する方がよい。

【００４０】この場合の構成では、 （１）幅方向に圧電トランスがズレることを防ぐ （２）外装ケース、突起が弾性体でできているので、電
気的接続部にかかる応力を、突起により分散できる 等の利点がある。

【００４１】以上のような構成の圧電トランス支持装置
を用いることにより、圧電トランスの衝撃試験において
圧電トランスの保持を良好に保つことができた。

【００４２】なお、本実施の形態では、突起を内壁に４
ヶ所形成を行ったが、圧電トランスが外部衝撃に対して
ケース内で移動しなければ、１ヶ所以上であればいくら
でも同様の効果を得ることができる。但し、突起が多す
ぎる場合、圧電トランスの収容スペースが小さくなるた
め、作製しにくい等の問題点もあるため、効果を得られ
るよう１から４ヶ所程度、突起を形成する方が望まし
い。

【００４３】また、突起については図８に示す構造で
は、断面図で見ると半円上の突起としたが、図９に示す
ように三角形上の突起とすることでも同様の効果を得る
ことができる。この場合、さらに圧電トランスとの接触
点あるいは面において突起を軟弾性にすることができ、
圧電トランスに突起を接触させた場合においても振動阻
害が少なく、かつ圧電トランスを外部衝撃から保護する
という効果を増すことができる。

【００４４】さらに、圧電トランスと突起を接触させる
ことで、振動が抑圧され特に冷陰極放電管等を負荷とす
る場合、点灯開始時の圧電トランス共振点で、必要以上
に大振幅動作となることを防ぐことができる。

【００４５】また、突起については圧電トランスのズレ
を抑制し、防ぐことができるものであれば、他の構造で
もかまわない。

【００４６】（実施の形態４）本発明の実施の形態４に
ついて、図１０を用いて説明を行う。図１０は、本実施
の形態における圧電トランス支持構造の厚み方向の断面
図である。

【００４７】他の実施の形態と異なる点は、支持に用い
られる電極は弾性及び導電性を有する材料、導電性弾性
体１（４０１）および、導電性弾性体２（４０２）で構
成されている点である。図示された導電性弾性体１（４
０１）は、厚さ０．０５ｍｍのりん青銅で形成されてお
り、その表面は金によりめっきされている。また、導電
性弾性体２（４０２）は厚さ０．１ｍｍのりん青銅で形
成され、その表面は金によりめっきされている。

【００４８】導電性弾性体１（４０１）と圧電トランス
１０３は圧電トランスの幅方向の主面において、少なく
とも点接触、あるいは面接触されておりその接触部は導
電性の接着材により覆われている。

【００４９】また、他方の導電性弾性体２（４０２）は
一方は導電性弾性体１（４０１）と接触し、他方は基板
に接続される。

【００５０】この構造を用いることで、 （１）支持体を固定しないため、基板からの外力に対し
て圧電トランスに応力を加えない （２）振動に対して支持体（導電性弾性体１）が自由に
動けるため、振動阻害が少ない （３）軟弾性により、電極設計が容易であり、且つ製造
バラツキが少ない 等の利点を有している。

【００５１】以上のように構成された圧電トランス支持
装置を用いた圧電トランスの支持部の機械的特性を示
す。圧電トランスの長手方向端面の振動速度０．４ｍ/
ｓｅｃに対して安定に電気的接続を確保することができ
た。さらに、落下等の衝撃に対しても圧電トランスの破
損、および電気的接続の不良等はみられなかった。

【００５２】また、本実施の形態では導電性弾性体１
（４０１）の構造をコの字型としたが、図１１に示すよ
うに導電性弾性体１（５０１）を円筒型にすることもで
きる。この場合、導電性弾性体１（５０１）と導電性弾
性体２（５０２）が線接触し、かつ弾性を保つことがで
きるなどの利点を有する。

【００５３】なお、本実施の形態において、導電性弾性
体１は導電および弾性を有する材料であれば、りん青銅
でなくてもよい、例えば、導電性を示すゴムなどでもよ
い。

【００５４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、圧電トラ
ンスの電気的な接続に対し、接点（接触面）を導電性接
着剤で覆うことにより、腐敗を防ぐことができる。さら
に、本発明の主要な効果である外装ケースを弾性体とす
ることで、圧電トランスの機械振動や、外部応力を吸収
し、音の発生、さらには圧電トランスに不要な応力がか
かるのを防ぐことができる。また、圧電トランスの支持
部を２つの導電及び弾性を示す材料で形成することによ
り、圧電トランスの振動と外部からの応力を分離するこ
とができる。よって、小型で高信頼性の圧電トランス支
持装置を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１による圧電トランス支持
装置の分解斜視図

【図２】本発明の実施の形態１による圧電トランス支持
装置の厚み方向の断面図

【図３】本発明の実施の形態１による圧電トランス支持
装置の幅方向の断面図

【図４】本発明の実施の形態１による圧電トランス構造
を示す図

【図５】本発明の実施の形態２による圧電トランス支持
装置の分解斜視図

【図６】本発明の実施の形態２による圧電トランス支持
装置の厚み方向の断面図

【図７】本発明の実施の形態２による圧電トランス支持
装置の幅方向の断面図

【図８】本発明の実施の形態３による圧電トランス支持
装置の厚み方向の断面図

【図９】実施の形態３におけるその他の圧電トランス支
持装置の厚み方向の断面図

【図１０】本発明の実施の形態４による圧電トランス支
持部を説明するための支持装置の幅方向の断面図

【図１１】実施の形態４におけるその他の圧電トランス
支持部を説明するための支持装置の幅方向の断面図

【図１２】特開平８−２６４８５３号公報で提案されて
いる圧電トランスの構造を示す斜視図

【図１３】特開平８−２６４８５３号公報で提案されて
いる圧電トランス支持装置を示す斜視図

【図１４】従来の圧電トランスの変位を示す図

【図１５】従来の圧電トランスを外装ケースに収納した
状態の断面図

【図１６】従来の圧電トランスの構造を示す斜視図

【符号の説明】

１，１０，２０ 圧電セラミック板 ２，１３０ 低インピーダンス部 ３，１３１ 高インピーダンス部 ４，５ 駆動電極 ６ 発電電極 ７ リード線 ８ シリコーン接着剤 ９，１０１，２０１，３０１，４００，５００ 外装ケ
ース １０２ 電極 １０３ 圧電トランス １０４ 防振シート １０５ ランド １０６ 基板 １１０ 導電性弾性体 １１１ 導電性接着剤 １２１Ｕ，１２１Ｄ 外部電極 １２２ 内部電極 １３３ 電極 １３４ 圧電体 ３０２，３１０ 突起 ４０１，５０１ 導電性弾性体１ ４０２，５０２ 導電性弾性体２

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥山 浩二郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 武田 克 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 守時 克典 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電効果により、１次端子から入力され
   た電圧を２次端子から出力する圧電トランスの支持装置
   において、前記圧電トランスよりもひとまわり大きく、
   上面に上蓋を有し、絶縁及び弾性を示す材料からなる外
   装ケースと前記圧電トランスを電気的機械的に接続を行
   うための導電及び弾性を有する支持体とからなり、前記
   圧電トランスと前記支持体の接点あるいは接触面は接着
   剤により覆われていることを特徴とする圧電トランス支
   持装置。
2. 【請求項２】 前記上蓋は、外装ケースの隅にのみ形成
   されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電トラ
   ンス支持装置。
3. 【請求項３】 前記接着剤は導電性を有する材料である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の圧電トラン
   ス支持装置。
4. 【請求項４】 前記外装ケースの内装壁に１つ以上の突
   起を形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか
   に記載の圧電トランス支持装置。
5. 【請求項５】 前記突起は圧電トランスと接触している
   ことを特徴とする請求項４に記載の圧電トランス支持装
   置。
6. 【請求項６】 圧電トランスと電気的機械的に接続を行
   うための支持体は圧電トランスと面接触していることを
   特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の圧電トラン
   ス支持装置。
7. 【請求項７】 前記外装ケースは硬度７０°以下の弾性
   体であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記
   載の圧電トランス支持装置。
8. 【請求項８】 圧電効果により、１次端子から入力され
   た電圧を２次端子から出力する圧電トランスの支持体に
   おいて、圧電トランス接続端子と基板実装端子の２つの
   弾性体からなることを特徴とする圧電トランスの支持
   体。
9. 【請求項９】 圧電トランス接続端子に用いられる弾性
   体の方が基板実装端子に用いられる弾性体よりも弾性率
   が大きいことを特徴とする請求項８に記載の圧電トラン
   スの支持体。
10. 【請求項１０】 圧電効果により、１次端子から入力さ
    れた電圧を２次端子から出力する圧電トランスの支持体
    において、楕円形状の円筒弾性体であることを特徴とす
    る請求項８または９に記載の圧電トランスの支持体。