JP2002176208A - 圧電トランスの実装構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧電トランスの大出力化に伴う振動速度の増
加に対して、振動阻害の影響の少ない実装構造を提供す
る。 【解決手段】 支持体の長さを素子長さの１０％以上３
０％以下とし、厚さを素子厚さの１０％以上とする。ま
た出力電極部と外部端子との接続部には、圧電トランス
の長手方向の振動に応じて振動する振動面と、出力電極
部と接着される第１の接着面及と外部端子と接着される
第２の接続面で構成される継ぎ手９５を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、昇降圧回路素子で
ある圧電トランス素子において、特に実装構造に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】当初、高圧電源用の昇圧トランスとして
開発が進められた圧電トランスは、圧電セラミック材料
の破壊強度等の材料的制約により、製品化が進められて
いなかった。ところが、近年の高強度圧電セラミック材
料開発の進展と共に、ノート型パーソナルコンピュータ
や、携帯端末等の携帯用情報機器の小型化、薄型化の要
求の高まりにより、これらの機器に搭載される液晶のバ
ックライトのインバータ電源用昇圧トランスとして、再
び注目されている。

【０００３】例えば、液晶バックライト用インバータ
は、バックライト光源として利用される冷陰極蛍光管の
点灯電源に用いられている。このようなインバータで
は、電池等による３Ｖから２０Ｖ程度の直流電圧から、
電圧として点灯開始時の１ｋＶｒｍｓから２ｋＶｒｍ
ｓ、定常点灯時の５００Ｖｒｍｓから１ｋＶｒｍｓ程
度、周波数として４０ｋＨｚから１５０ｋＨｚ程度の高
周波高電圧への変換が必要とされている。現在、バック
ライト用インバータに用いられている電磁方式巻きトラ
ンスは、特殊形状のコアによる横型構造のトランスを用
いることにより薄型化に対応している。しかし、数ｋＶ
ｒｍｓという高電圧に対する絶縁耐圧を確保するため、
小型化、薄型化に限界があった。また、コアの材質によ
る損失による変換効率の低下や、小型・薄型化のため限
られた形状で高昇圧を実現するために巻き線数をかせぐ
必要があることから、細い銅線を用いるために巻き線損
失の増大による変換効率の低下という欠点がある。

【０００４】これに対して、圧電トランスは、チタン酸
ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電セラミック材料、或い
は、オニブ酸リチウム等の圧電結晶材料に、入力側及び
出力側の電極を形成して、入力側電極に圧電トランス素
子の共振周波数近傍の交流電圧を印加することにより圧
電トランス素子を機械的に振動させ、この機械的振動を
圧電効果によって高電圧に変換し、出力側電極から取り
出すものである。このような圧電トランスは、電磁トラ
ンスよりも小型化、薄型化が可能であり、高い変換効率
を実現することができる。

【０００５】昇圧型の圧電トランス素子の基本的な構造
は、図２７に示すようなローゼン型構造である。図２７
で、３４０は入力電極、３４１は、コモン電極であり、
３４２は出力電極部である。３５０、３５１、３５２
は、リード線である。このように構成された圧電トラン
ス素子３００の分極方向は、矢印３６０に示す方向であ
る。昇圧比は、入出力電極の電極面積や電極間の距離に
より設計される。さらに昇圧比を大きくするため、内部
電極を配置した積層構造として設計されるのが一般的で
ある。図２８に圧電トランス素子の従来の実装構造を示
す。図２８において、３００は図２７に示す圧電トラン
ス素子、３７０ａは、ケース、３７０ｂはケース蓋、３
８０は支持体である。圧電トランス素子３００は、ケー
ス３７０ａに挿入され、シリコン等を主成分とする比較
的軟性を示す材料からなる接着剤である支持体３８０を
介してケース３７０ｂに支持される。更に、圧電トラン
ス素子３００が挿入されたケース３７０ａは、ケース蓋
３７０ｂにより圧封されている。

【０００６】一般に、入力側及び出力側電極と外部電極
との電気的接続にはリード線が用いられ、これらを半田
付けすることにより行われる。特に、入力側電極と外部
電極との電気的接続は、矩形板に励振される長手方向へ
伸縮する機械的振動が阻害されることのないよう、振動
の節部近傍で行われる。また、圧電トランス素子の支持
は、シリコン等を主成分とする比較的軟性を示す材料か
らなる接着剤を用いて、電気的接続と同様に、長手方向
の振動の節部近傍で行われる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の圧電トランスの
実装構造では、リード線が圧電トランス素子に励振され
る機械的振動以外の振動により、うなり音が発生した
り、これらの振動によりリード線が外れるという課題を
有していた。

【０００８】更に、前記のような比較的軟性を示す材料
からなる弾性体を用いた支持方法では、圧電トランスと
支持体との接触面積が広いことや、圧電トランス素子を
支持体で支持するための圧力が大きすぎることが、圧電
トランス素子の振動を減衰させる要因となってしまう。
これにより圧電トランス素子の長手方向の振動に対する
機械的品質係数Ｑｍが低下し、所定の出力を得ることが
できないという課題も有していた。

【０００９】一方、圧電トランス素子を弾性体で支持す
るための圧力が小さすぎると、振動や衝撃による圧電ト
ランス素子の位置ずれが発生し、確実な支持ができない
という問題が生じる。更に、所定の圧力で支持するため
には、外装ケースに所定の強度が必要となり、これが小
型化に対する阻害要因となる。

【００１０】本発明は、上記課題を解決するために、圧
電トランス素子の特性劣化が少なく、外部からの衝撃に
強く、更に、可聴雑音が少なく、圧電トランス素子に設
けられた電極の外部への電極取り出しの外れや接触不良
を防止し、且つ作成が容易な圧電トランス素子の実装構
造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】上記課題を解決するため
本発明では、 （１） サポートと、所定の厚さと長手方向の所定の長
さを有すると共に、該長手方向に平行な一対の側面と、
対向する一対の平面を有する矩形の圧電体と、該圧電体
の一部に形成した入力電極部と、該圧電体の別の一部に
形成した出力電極部からなり、入力電極部に交流電圧を
印加することにより、前記圧電体に伸縮する機械的振動
を励振し、該機械的振動を電圧に変換し、該変換された
電圧を前記出力電極部から出力する圧電トランス素子
と、所定の厚さと所定の長さを有し、前記圧電体の一対
の平面とサポートの間に配設し、前記圧電トランス素子
を前記サポートに保持する支持体と、前記サポートに配
設され、前記出力電極部及び入力電極部のそれぞれと電
気的に接続する第１接続部及び第２接続部を有し、前記
支持体の長さが、前記圧電トランス素子の長手方向の長
さの１０％以上で、かつ３０％以下であることを特徴と
する。

【００１２】（２） 前記入力電極部は、前記圧電体の
一部の近傍において、前記積層された少なくとも１つの
圧電体層の上平面と下平面のそれぞれに形成した一対の
層状電極からなり、前記出力電極は、前記圧電体の別の
一部の近傍において、前記積層された少なくとも１つの
圧電体層の上平面と下平面のいずれか一方に形成した層
状電極からなることを特徴とする。

【００１３】（３） 前記入力電極部は、前記圧電体の
大略中央に形成されることを特徴とする。 （４） 前記出力電極部は前記圧電体の大略両端に形成
されることを特徴とする。 （５） 前記平面に接する支持体は、前記平面の長手方
向に大略中央で接していることを特徴とする。 （６） 前記支持体の長さは、前記入力電極部の長さ以
下であることを特徴とする。

【００１４】（７） 前記支持体の厚さは、前記圧電ト
ランス素子の厚さの１０％以上であることを特徴とす
る。 （８） 前記第２の接続部が、前記機械的振動に応じて
振動する振動面と、前記出力電極部に接続される第１の
接続面と、前記外部端子に接続される第２の接続面から
なることをを特徴とする。 （９） 前記第１の接続面及び第２の接続面の厚さが、
前記振動面の厚さに比べ、厚いことを特徴とする。 （１０） 前記第２の接続面上に第１の接続面が投影さ
れた投影面内に孔を有することを特徴とする。 （１１） 前記第１の接続面に細孔を有することを特徴
とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を用いて詳細に説明する。 （実施の形態１）本発明における実施の形態１について
図面を参照しながら説明する。図１は、実施の形態１に
用いる圧電トランス素子の斜視図である。図１におい
て、１１は第１の入力電極部、１２は第２の入力電極
部、１３は第１の出力電極部、１４は第２の出力電極
部、１０は圧電トランス素子である。２１は圧電体であ
る。圧電体２１は、圧電性を有する材料からなる層と内
部電極層からなる積層体であり、図１に示すような矩形
状に形成されている。図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ線に
沿った長手方向及び厚さ方向に対して垂直な断面を示す
斜視図であり、圧電体２１は、積層された圧電体層２１
ａ〜ｇから構成されている。圧電体２１には、更に、図
１に示すように、第１の入力電極１１と第２の入力電極
部１２と第１の出力電極部１３と第２の出力電極部１４
が形成され、圧電トランス素子１０を形成している。

【００１６】図２（ａ）において、第１の入力電極部１
１は、層状電極１１ａ〜ｃから構成され、層状電極１１
ａ〜ｃの一端部が、積層された圧電体２１の長手方向に
対して平行な一対の側面の一方に、露出するように形成
されている。一方、第２の入力電極は、層状電極１２ａ
〜ｃから構成され、層状電極１２ａ〜ｃの一端部が、圧
電体２１の前記側面の他方に、露出するように形成され
ている。更に、層状電極１１ａと層状電極１２ａは、圧
電体層２０ｂを挟んで対向して形成されている。同様
に、層状電極１２ａと層状電極１１ｂは、圧電体層２０
ｃを挟み、層状電極１１ｂと層状電極１２ｂは、圧電体
層２０ｄを挟み、層状電極１２ｂと層状電極１１ｃは圧
電体層２０ｅを挟み、層状電極１１ｃと層状電極１２ｃ
は、圧電体層ｆを挟み、それぞれ対向して形成されてい
る。このように形成された第１の入力電極部１１と第２
の入力電極部１２に電圧を印加した場合、対向する層状
電極間の分極方向は、矢印３１に示す通り、圧電トラン
ス素子１０の厚さ方向に互いに逆向きとなっている。

【００１７】図２（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ線に沿った長
手方向及び厚さ方向に対して垂直な断面を示す斜視図で
ある。なお、図２（ｂ）は、第１の出力電極部１３近傍
を示すものであるが、第２の出力電極部１４においても
同様の構成を有する。図２（ｂ）において、第１の出力
電極部１３は、層状電極１３ａ〜ｆから構成され、層状
電極１３ａ〜ｆの端部が、積層された圧電体２１の長手
方向に対して平行な一対の側面の少なくとも一方に、露
出するように形成されている。同様に、第２の出力電極
部１４は、層状電極１４ａ〜ｆから構成され、層状電極
１３ａ〜ｆの端部が、積層された圧電体２１の長手方向
に対して平行な一対の側面の少なくとも一方に、露出す
るように形成される。（図１、２では、第１の入力電極
部１１が形成された側面に露出している。）更に、層状
電極１３ａ、１４ａは、圧電体層２１ａの下平面に形成
されている。同様に、層状電極１３ｂ、１４ｂは、圧電
体層２１ｂの下平面に形成され、層状電極１３ｃ、１４
ｃは、圧電体層２１ｃの下平面に形成され、層状電極１
３ｄ、１４ｄは、圧電体層２１ｄの下平面に形成され、
層状電極１３ｅ、１４ｅは、圧電体層２１ｅの下平面に
形成され、層状電極１３ｆ、１４ｆは、圧電体層２１ｆ
の下平面に形成されている。或いは、圧電体２１におけ
る各圧電体層の上平面に各層状電極が形成されている。
つまり、圧電体層２１ａ〜ｇの対向する一対の上平面と
下平面のいずれか一方に層状電極が形成されていればよ
い。

【００１８】なお、以上のように構成された圧電トラン
ス素子１０の第１の入力電極部１１と出力電極部１３及
び第１の入力電極部１１と出力電極部１４の間に所定の
電圧が印加された際の分極方向は、矢印３０に示すよう
に圧電トランス素子１０の長手方向となっている。ま
た、本実施の形態における圧電トランス素子１０の層数
は、これに限定されないことは言うまでもない。

【００１９】以上のように構成された圧電トランス素子
１０の動作を以下に示す。第１の入力電極部１１と第２
の入力電極部１２との間に圧電トランス素子１０の共振
周波数近傍の交流電圧を印加すると、圧電トランス素子
１０には、長手方向の機械的振動が励振される。この振
動が、圧電効果により第１の入力電極部１１と出力電極
部１３との間、及び第１の入力電力部１１と出力電極部
１４との間に電荷を発生させ、入出力電極部間のインピ
ーダンス比により電圧が昇圧される。なお、本実施の形
態では、圧電トランス素子１０に、振動変位が圧電トラ
ンス素子１０中央部で最小となり、端部で最大となるλ
／２モードの中央駆動型圧電トランスを用いるが、これ
に限定されないことは言うまでもない。図３に圧電トラ
ンス素子１０の振動変位を示す。また、圧電トランス素
子１０の長手方向の振動は、図４に示すとおり、長手方
向の伸長と収縮を繰り返す振動である。図４（ａ）は伸
長時の側面図であり、図４（ｂ）は収縮時の側面図を示
す。また、図４（ａ）、（ｂ）において、振動が停止状
態の圧電トランス素子１０を点線で示している。

【００２０】以上のように構成された圧電トランス素子
１０の本実施の形態における実装構造を図５に示す。図
５（ａ）は、実施の形態１を示す圧電トランスの実装構
造の斜視図であり、図５（ｂ）は側面図である。１は、
圧電トランス素子１０の本実施の形態の実装構造、１５
はサポートであるプリント基板、１６は支持体、１７ａ
〜ｂは入力用の外部端子、１７ｃ〜ｄは出力用の外部端
子、１８ａ〜ｂは、入力用のリード線、１８ｃ〜ｄは出
力用のリード線である。圧電トランス素子１０は、Ｓｉ
ゴム等の比較的軟性を示す材質からなる支持体１６を介
してプリント基板１５に支持固定されている。更に、支
持体１６は、図５（ｂ）に示すように、圧電トランス素
子１０の中央から長手方向に対称な長さになるように圧
電トランス素子１０に接着されている。ここで、支持体
１６の長手方向の長さをｂとし、圧電トランス素子１０
の長手方向の長さをｌとする。（以下、圧電トランス素
子１０及び支持体１６の長手方向の長さを、単に長さと
略す。）また、第１の入力電極部１１と外部端子１７ａ
は、リード線１８ａにより接続され、第２の入力電極部
１２と外部端子１７ｂは、リード線１８ｂにより接続さ
れている。更に、第１の出力電極部１３と外部端子１７
ｃは、リード線１８ｃにより接続され、第２の入力電極
部１４と外部端子１７ｄは、リード線１８ｄにより接続
されている。リード線１８ａ〜ｄの接続は、例えば、半
田付けにより行われる。

【００２１】このように実装された圧電トランス素子１
０は、上述のとおり動作するが、ここで、長さｂを変化
させ、その変化に対する圧電トランス素子１０による長
手方向振動の機械的品質係数Ｑｍ値の計測結果を図６に
示す。図６において、横軸は、長さｌに対する長さｂの
比を表している。図６に示すとおり、長さｂが長くなる
に従い機械的品質係数Ｑｍ値は単調減少することがわか
るが、これは、長さｂが圧電トランス１の振動阻害の程
度に影響しているためである。

【００２２】このような条件下で、圧電トランス素子１
０の出力を増大させた場合の長さｂの変化に対する効率
及び圧電トランス素子１０の温度上昇の最大値を図７に
示す。なお、図７における実線が長さｂの変化に対する
効率を表し、破線が長さｂの変化に対する温度上昇の最
大値を表す。図７において、ｂ／ｌ＞０．２の領域で振
動ロス成分の大きさが顕著になり単調な効率低下を招
く。しかしながら、振動ロス成分による発熱は、支持体
１６により放熱されるため、温度上昇の最大値はｂ／ｌ
＜０．３の領域では変化しない。従って、支持体１６の
長さが圧電トランス素子１０の長さに対して３０％以下
であれば、多少の効率低下を招くものの、圧電トランス
素子１０を安定して駆動できる。

【００２３】一方、支持体１６が圧電トランス素子１０
の長さの１０％未満である場合、落下試験時に圧電トラ
ンス素子１０と支持体１６を介した基板１５との間で一
部はがれが発生する。従って、はがれを防止する観点か
ら、支持体１６の長さは圧電トランス素子１０の長さの
１０％以上にすることが好ましい。これにより、圧電ト
ランス素子１０および電極接続部を外部衝撃から保護で
きるという効果が期待できる。

【００２４】以上のように本実施の形態によれば、支持
体１６の全長を圧電トランス素子１０の全長の１０％以
上３０％以下とすることにより、圧電トランス素子１０
の特性を劣化させることなく、耐衝撃性のある圧電トラ
ンス素子の実装構造１を実現することが可能となる。

【００２５】また、ｂ／ｌ＜０．２の効率低下の見られ
ない領域は、図８に示すように、長さｂが第１の入力電
極部１１及び第２の入力電極部１２の長手方向の長さｌ
１以下となる場合である。この場合、出力側の電気―機
械結合係数が変化しないため、振動ロスによる効率低下
がほどんど見られない。従って、圧電トランス素子１０
の大出力化において、さらに高効率で安定した駆動が可
能である。

【００２６】なお、本実施の形態では圧電トランス素子
１０をサポートであるプリント基板１５上に直接実装し
た構成について説明したが、サポートとして船型筐体を
用いた構成であっても、同様の効果が得られることは言
うまでもない。また、本実施の形態では、リード線１８
ａ〜ｄを用いて電気的接続を行う構成としたが、導電性
接着剤等他の方式とした構成でも、同様の効果が得られ
ることは言うまでもない。

【００２７】（実施の形態２）本発明の実施の形態２に
ついて図面を参照しながら説明する。図９は、実施の形
態２を示す圧電トランスの実装構造の側面図で、構成は
図１、図２、図５と同様である。図９において、圧電ト
ランス素子１０の厚さをＴ、支持体１６の厚さをｔとす
る。

【００２８】ここで、長さｂを所定の長さで固定し、厚
さｔを変化させ、この変化に対する圧電トランス１の大
出力時の効率及び、圧電トランス素子１０の温度上昇の
最大値を図１０に示す。なお、横軸は、Ｔに対するｔの
比率である。また、前記比率に対する圧電トランス素子
１０の大出力時の効率を実線で示し、前記比率に対する
圧電トランス素子１０の温度上昇の最大値を破線で示し
ている。ｔ／Ｔが小さい領域、即ち、支持体１６の厚さ
が薄い領域では、Ｓｉゴム等の比較的軟性を示す材質か
らなる支持体１６の弾性効果が表われず、形状効果によ
り支持体１６は硬性を示す。従って、効率は相対的に低
い値を示す。また、この領域における温度上昇の最大値
は、支持体１６の厚さｔが薄いことにより放熱効果が期
待できないため、相対的に高い値を示す。ここで、支持
体１６の厚さｔを増加させていくと、形状効果により硬
性を示していた支持体１６に、その材質が有する軟性に
よる弾性効果が表われる。従って、効率を示す実線は徐
々に上昇する。また、それに伴い、厚さｔによる放熱効
果から、温度上昇の最大値を示す点線は徐々に下降す
る。厚さｔを更に増加させていくと、まず、温度上昇の
最大値が相対的に低い値で一定となる領域が表われる。
更に、支持体１６の厚さｔを増加させていくと、効率が
比較的高い値で一定となる領域が表われる。ここで、圧
電トランス素子の実装構造１の効率のみを考慮すると、
支持体１６の厚さｔは、効率が最大となる厚さであるこ
とが好ましい。一方、実装構造の低背化を考慮すると、
支持体１６の厚さｔは薄いほうが好ましい。更に、圧電
トランス１の安定駆動を考慮すると、温度上昇の最大値
は、相対的に低い値で安定していることが好ましい。こ
れらの観点を総合的に考慮すると、ｔ／Ｔの限界値は
０．１となる。ｔ／Ｔ＝０．１の際、圧電トランス１の
効率は、多少低下するが、温度上昇の最大値は、低い値
で一定となる領域にある。従って、圧電トランス素子の
実装構造１における効率特性の劣化を低減しながら安定
した駆動が可能となる。

【００２９】以上のように本実施の形態によれば、支持
体１６の厚さを圧電トランス素子１０の厚さの１０％以
上とすることにより、圧電トランス素子の実装構造１に
おいて効率特性の劣化が少なく、かつ低背化を考慮した
実装構造を実現できる。

【００３０】（実施の形態３）本発明の実施の形態３に
ついて図面を参照しながら説明する。図１１は実施の形
態３を示す圧電トランスの実装構造の斜視図である。図
１１において、９０は圧電トランス素子、９１はサポー
トである筐体、９２は第１の入力電極部、１９２は第２
の入力電極部、９３は第１の出力電極部、９４は、第２
の出力電極部、１９３は第３の出力電極部、１９４は第
４の出力電極部、９５、１９５、２９５、３９５は継ぎ
手、９６、１９６は貫通孔、９７、１９７は、入力用外
部端子、９８、９９、１９８，１９９は出力用外部端子
である。１００は、圧電トランス素子９０の本実施の形
態における実装構造である。１６は支持体であり、実施
の形態１及び２における支持体と同様のものである。圧
電トランス素子９０は、出力を圧電トランス素子９０の
長手方向左右両側より取り出す構造としていること以外
は、実施の形態１および２の圧電トランス素子１０と同
様の構造を有する。筐体９１の側壁部９１ａには、第１
の入力電極部９２と対応した位置に外部端子９７が設け
られ、第２の入力電極部１９２と対応した位置に外部端
子１９７が設けられている。第１の出力電極部９３、第
３の入力電極部１９３と対応した位置に外部端子９８、
１９８が設けられている。第２の出力電極部９４、第４
の電極部１９４と対応した位置に外部端子９９、１９９
が設けられている。

【００３１】継ぎ手９５、１９５、２９５、３９５は、
図１２に示すように、金属箔をコの字型に折り曲げた構
造体である。なお、図１２では、継ぎ手９５のみが示さ
れているが、継ぎ手１９５、２９５、３９５においても
同様の構成を有する。出力９５ａは、第１の出力電極部
９３に接続するための第１の接続面であり、９５ｂは、
出力用外部端子９８に接続するための第２の接続面であ
る。９５ｃは、圧電トランス素子９０の長手方向に対し
て垂直であり、圧電トランス素子９０の長手方向の振動
に応じて振動する振動面である。同様に、継ぎ手１９５
は、第２の出力電極部９４に接続するための第１接続面
１９５ａと、出力用外部端子９９に接続するための第２
の接続面１９５ｂと、圧電トランス素子９０の長手方向
に対して垂直であり、圧電トランス素子９０の長手方向
の振動に応じて振動する振動面１９５ｃから構成され
る。継ぎ手２９５は、第３の出力電極部１９３に接続す
るための第１接続面２９５ａと、出力用外部端子１９８
に接続するための第２の接続面２９５ｂと、圧電トラン
ス素子９０の長手方向に対して垂直であり、圧電トラン
ス素子９０の長手方向の振動に応じて振動する振動面２
９５ｃから構成される。継ぎ手３９５は、第４の出力電
極部１９４に接続するための第１接続面２９５ａと、出
力用外部端子１９９に接続するための第２の接続面２９
５ｂと、圧電トランス素子９０の長手方向に対して垂直
であり、圧電トランス素子９０の長手方向の振動に応じ
て振動する振動面２９５ｃから構成される。つまり、継
ぎ手９５を介して第１の出力電極９３と外部電極９８が
接続され、継ぎ手１９５を介して第２の出力電極部９４
と外部電極９９が接続され、継ぎ手２９５を介して第３
の出力電極部１９３と外部電極１９８が接続され、継ぎ
手３９５を介して第４の出力電極１９４と外部電極１９
９が接続される。なお、図１１では、継ぎ手９５、１９
５、２９５、３９５を圧電トランス素子９０側にのみ接
続した状態で示している。また、第１の入力電極部９２
と外部端子９７との電気的接続は、第１の入力電極部９
２と外部端子９７を直接接着することにより行われてい
る。同様に、第２の入力電極部１９２と外部端子１９７
との電気的接続は、第２の入力電極部１９２と外部端子
１９７を直接接着することにより行われている。このと
き、第１の入力電極部９２及び第２の入力電極部１９２
と外部端子９７及び外部端子１９７の接着は、それぞれ
貫通孔９６、１９６に導電性接着剤を注入することによ
り行われる。更に、筐体９１の底面に、Ｓｉゴムシート
やＳｉゴム接着剤をからなる支持体１６が設けられてい
る。この支持体１６を介して圧電トランス素子９０が筐
体９１に固定されている。なお、電気的接続が必要な接
着には、導電性接着剤が用いられる。以上のように構成
された圧電トランス素子９０の実装構造１００の上面図
を図１３に示す。

【００３２】ここで、図１３に示すように実装された圧
電トランス素子９０が駆動した際の出力部の一部拡大図
を図１４に示す。なお、継ぎ手９５の厚さをｔ’とす
る。本発明の構造では、圧電トランス素子９０の長手方
向の振動に伴い、継ぎ手９５の振動面９５ｃが第２の接
続部９５ｂを固定端として振動する。（図１４では誇張
して示している。）圧電トランス素子９０の振動速度が
増加するに従い、それに伴う振動面９５ｃの運動エネル
ギーが大きくなり、これが振動ロスにつながる。つま
り、継ぎ手９５の厚さｔ’が振動に対する負荷となり、
圧電トランス素子９０の振動に大きく影響する。そこ
で、振動に対する負荷を低減するため、継ぎ手９５の厚
さｔ’を薄肉化する。これにより、圧電トランス素子９
０の振動阻害の影響を低減することが可能となり、振動
速度増加を伴う大出力時においても、高効率化を実現す
ることができる。なお、継ぎ手１９５、２９５、３９５
も同様に薄肉化することは言うまでもない。

【００３３】また、振動阻害の影響をさらに低減するた
め、継ぎ手９５の振動面９５ｃの形状を、図１５（ａ）
に示すように圧電トランス素子９０の厚さ方向に小さく
したり、図１５（ｂ）に示すように孔を有する構造とし
てもよい。更に、継ぎ手９５を図１６（ａ）に示す形状
とし、図１６（ｂ）に示すような実装構造としてもよ
い。

【００３４】なお、本実施の形態において、圧電トラン
ス素子９０の出力を圧電トランス素子９０の長手方向左
右両側より取り出す構造としているが、実施の形態１と
同様、圧電トランス素子９０の出力を片側のみとする構
造であってもよいことは言うまでもない。

【００３５】以上のように本実施の形態によれば、各出
力電極部と外部端子の接続を、出力電極に接続される第
１の接続面と外部端子に接続される第２の接続面と圧電
トランス素子１０の長手方向に垂直で、圧電トランス素
子１０の振動に応じて振動する振動面から構成される継
ぎ手により行う。これにより、圧電トランス素子の実装
構造１００の大出力化に伴う圧電トランス素子９０の振
動速度の増加に対して、振動阻害の影響を低減すること
ができ、圧電トランス素子の実装構造１００において特
性劣化が少ない実装構造を実現することができる。

【００３６】次に、本発明の実施の形態３における圧電
トランス１００の実装構造の実装方法について図面を参
照しながら説明する。筐体９１に、まず、図１７に示す
ように入力用外部端子９７、１９７出力用外部端子９
８、９９、１９８、１９９を側壁部９１ａに圧入し、形
成する。圧電トランス素子９０の第１の入力電極部９２
と接続する入力用外部端子９７は、例えば、バネ用りん
青銅材のような弾性的な金属板の一部を筐体９１の側壁
部９１ａの所定位置に圧入し、図１８に示すように圧入
されていない部分を筐体９１の内側に折り曲げる。また
は、予め図１８に示すような形状を有する弾性的な金属
板を圧入してもよい。この時、側壁部９１ａにおける所
定の位置とは、筐体９１に圧電トランス素子９０を挿入
した際、入力用外部端子９７と第１の入力電極部９２が
接続可能である位置であることは言うまでもない。ここ
で、入力外部端子９７の側壁部９１ａに圧入された部分
を固定部９７ａとし、筐体９１の内側に折り曲げられ、
第１の入力電極部９２と接続される部分を電気接続部９
７ｂとする。次に、側壁部９１ａの第１面９１ｂから、
外部端子９７の固定部９７ａ、側壁部９１ａの第２面９
１ｃ、電気接続部９７ｂまでを貫通する貫通孔９６を形
成する。あるいは、外部端子９７と側壁部９１ａに予め
貫通孔９６を形成し、後に位置合わせしてもよい。この
貫通孔９６には、外部端子９７と、入力電極部９２を接
続するために、導電性接着剤を注入する。こうすること
により、外部端子９７と第１の入力電極部９２の接続が
更に安定し好ましい。また、同様に固定部１９７ａと電
気接続部１９７ｂからなる入力用外部端子１９７と、貫
通孔１９６を形成し、電気接続部１９７ｂと第２の入力
電極部１９２を、貫通孔１９６に導電性接着剤を注入す
ることにより接続する。

【００３７】出力用外部端子９８、９９、１９８、１９
９は、例えば、コの字形状の金属片を図１７に示すよう
に側壁部９１ａに圧入して形成する。次に、図１９に示
すようなコの字型の形状を有する金属箔の継ぎ手９５、
１９５、２９５、３９５を形成する。この時、図１９に
示すとおり第２の接続面９５ｂの面積を第１の接続面９
５ａの面積より大きく形成してもよい。第２の接続面９
５ｂを出力用外部端子９８と接続すれば、接着強度が向
上し好ましい。また、作業性の向上を図ることも可能と
なる。このような継ぎ手９５は、出力用外部端子９８に
導電性接着剤を介して接続される。なお、継ぎ手１９
５、２９５、３９５についても同様であることは言うま
でもない。

【００３８】一方、圧電トランス素子９０では、実施の
形態１及び２に示した形状のＳｉゴムシートを接着し、
第１の出力電極部９３、第２の出力電極部９４、第３の
出力電極部１９３及び第４の出力電極部１９４に導電性
接着剤を塗布する。その後、筐体９１の底面にＳｉゴム
シートが接着するように、圧電トランス素子９０を筐体
９１に挿入する。圧電トランス素子９０を筐体９１に挿
入した状態の上面図を図２０に示す。

【００３９】ここで、継ぎ手９５の厚さが薄い場合、図
２１に示すように圧電トランス素子９０の挿入により継
ぎ手９５が屈曲し、第１の出力電極部９３との接着を適
正に行うことができない場合がある。そこで、図２２に
示すように、第１の接着面９５ａおよび第２の接着面９
５ｂの厚さｔ１を厚くし（３００μｍ程度）、振動面９
５ｂの厚さｔ２を薄く（数十μｍ程度）してもよい。な
お、継ぎ手１９５、２９５、３９５についても同様とす
ることは言うまでもない。

【００４０】以上のように本実施の形態によれば、第１
の接着面および第２の接着面の厚さを厚くし、振動面の
厚さを薄くしたコの字型の継ぎ手を用いることにより、
各出力電極部において接続が安定し、実施の形態３にお
ける圧電トランス１００の実装構造を作製しやすくする
ことができる。

【００４１】（実施の形態４）本発明の実施の形態４に
ついて図面を参照しながら説明する。本実施の形態は、
実施の形態３における圧電トランス素子９０の実装構造
１００における他の実装方法であり、その時用いる継ぎ
手９５の構成を図２３に示す。なお、継ぎ手１９５、２
９５、３９５についても同様の構成であることは言うま
でもない。９５ａは、第１の接着面であり、９５ｂは、
第２の接着面、９５ｃは振動面である。継ぎ手９５に
は、更に第２の接着面９５ｂにおける第１の接着面９５
ａの投影面９５ｄに孔９５ｅが形成されている。

【００４２】上記構造の継ぎ手９５を用いることによ
り、継ぎ手９５と圧電トランス素子９０の第１の出力電
極部９３との接着を、図２４に示す治具２００を用いて
行うことができる。圧電トランス素子９０を筐体９１に
挿入後、治具２００側面より細棒２１０を孔９５ｅに差
し込み、第１の接着面９５ａを押さえた状態で導電性接
着剤を硬化させる。これにより、安定した接着が可能と
なる。導電性接着剤が完全硬化すれば、細棒２１０を抜
き取る。なお、継ぎ手１９５と第２の出力電極部９４、
継ぎ手２９５と第３の出力電極部１９３、継ぎ手３９５
と第４の出力電極部１９４の接続も同様に行うことは言
うまでもない。。

【００４３】以上のように本実施の形態によれば、第２
の接着面における第１の接着面の投影面に孔を有する構
造の継ぎ手とすることにより、各出力電極部の第１の接
着面への接着時の仮止めを簡単な治具２００、２１０を
用いて行うことが可能である。従って、出力電極部にお
いて接続が安定し、圧電トランス素子の実装構造１００
を作製しやすくすることができる。

【００４４】（実施の形態５）本発明の実施の形態５に
ついて図面を参照しながら説明する。本実施の形態は、
実施の形態３における圧電トランス素子９０の実装構造
における他の実装方法であり、その時用いる出力電気接
続部９５の構成を図２５に示す。なお、継ぎ手１９５、
２９５、３９５についても同様の構成であることは言う
までもない。図２５で、９５ａは、第１の接着面であ
り、９５ｂは、第２の接着面、９５ｃは振動面である。
第１の接着面９５ａには細孔部９５ｆが設けられてい
る。

【００４５】上記構造の継ぎ手９５を用いることによ
り、図２６に示すように導電性接着剤２３０の塗布を、
圧電トランス素子９０を筐体９１へ挿入した後に行うこ
とができる。また細孔部９５ｆを設けることにより、十
分な接着面積が得られ、接着強度が得られる。

【００４６】以上のように本実施の形態によれば、第１
の接着面に細孔部を有する構造の継ぎ手とすることによ
り、圧電トランス素子９０を筐体９１に挿入した後、導
電性接着剤を塗布することができ、圧電トランス素子の
実装構造１００を作製しやすくすることができる。

【００４７】

【発明の効果】（１）以上のように本発明によれば、支
持体の長さを圧電トランス素子の長手方向の長さの１０
％以上３０％以下とすることにより、支持体による圧電
トランスの振動阻害の影響を低減することができる。そ
の結果、圧電トランスの特性劣化を低減することが可能
となり、かつ外部衝撃に強い実装構造を実現できる。

【００４８】（２）また、支持体の長さを圧電トランス
素子の入力電極の長さ以下とすることにより、支持体に
よる出力側の電気−機械結合係数の低下がなくなるた
め、圧電トランス素子の振動阻害の影響が極めて小さく
なり、圧電トランスの高効率化を実現できる。

【００４９】（３）また、支持体の厚さを圧電トランス
素子の厚さの１０％以上とすることにより、振動阻害の
影響を低減でき、特性劣化が少なく、かつ小型の実装構
造を実現できる。

【００５０】（４）さらに、圧電トランス素子の出力電
極の外部取り出し構造を、圧電トランス素子の長手方向
の振動に応じて振動する振動面と出力電極及び外部端子
との接続面からなる構造とすることにより、圧電トラン
ス素子の振動阻害に対して前記振動面の厚さが支配的に
なるため、圧電トランス素子の振動速度の増加に対する
振動阻害の影響を低減でき、大出力用圧電トランス素子
の実装構造を実現できる。

【００５１】（５）また、出力電極との接続面及び外部
端子との接続面の厚さを厚く、振動面の厚さを薄くする
出力電極の外部取り出し構造とすることにより、出力電
極部の接続が安定し、簡単な方法で実装構造を実現する
ことができる。

【００５２】（６）また、外部端子との接続面に出力電
極部との接続面を投影した面に孔を有する構造とするこ
とにより、出力電極部の接着において治具による仮止め
が可能となり、出力電極部の接続が安定し、簡単な方法
で実装構造を実現することができる。

【００５３】（７）また、出力電極部との接続面に細孔
部を有することにより、圧電トランス素子を筐体に挿入
した後の導電性接着剤塗布が可能となり、出力電極部の
接続が安定し、簡単な方法で実装構造を実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に用いる圧電トランス素子を示す斜視
図

【図２】 （ａ）は、図１のＡ−Ａ線に沿った圧電トラ
ンス素子の長手方向及び厚さ方向に垂直な断面を示す斜
視図であり、（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ線に沿った圧電ト
ランス素子の長手方向及び厚さ方向に垂直な断面を示す
斜視図

【図３】 実施の形態１における圧電トランスの長手方
向の振動変位を示した図

【図４】 （ａ）は、圧電トランス素子の伸長時を示す
側面図であり、（ｂ）は、圧電トランス素子の収縮時を
示す側面図

【図５】 （ａ）は、実施の形態１における圧電トラン
スの実装構造を示す図であり、（ｂ）は、実施の形態１
における圧電トランスの実装構造側面図

【図６】 実施の形態１における圧電トランスの支持体
の長さに対する長手方向振動の機械的品質係数Ｑｍの大
きさを示した図

【図７】 実施の形態１における支持体長さに対する効
率及び温度上昇の最大値を示す図

【図８】 実施の形態１における圧電トランス素子の実
装構造側面図

【図９】 実施の形態２における圧電トランス素子の実
装構造側面図

【図１０】 実施の形態２における支持体厚さに対する
効率及び温度上昇の最大値を示す図

【図１１】 実施の形態３における圧電トランス素子の
実装構造を示した図

【図１２】 実施の形態３における継ぎ手の形状を示す
図

【図１３】 実施の形態３における圧電トランス素子の
実装構造上面図

【図１４】 実施の形態３における圧電トランス素子駆
動時の継ぎ手の振動状態を示す図

【図１５】 （ａ）、（ｂ）は、実施の形態３における
継ぎ手の他の形状を示す図

【図１６】 （ａ）は実施の形態３における継ぎ手の他
の形状を示す図であり、（ｂ）は、実施の形態３におけ
る他の継ぎ手を用いた実装構造を示す図

【図１７】 実施の形態３における筐体部品を示す図

【図１８】 実施の形態３における筐体部品の入力用外
部端子の断面図

【図１９】 実施の形態３における継ぎ手の他の形状を
示す図

【図２０】 実施の形態３における圧電トランス素子の
実装構造上面図

【図２１】 実施の形態３における継ぎ手の不良の状態
を示す図

【図２２】 実施の形態３における継ぎ手の各面の厚さ
を示す図

【図２３】 実施の形態４における継ぎ手を示す図

【図２４】 実施の形態４における出力電極部を外部端
子に接続する際の断面図

【図２５】 実施の形態５における継ぎ手を示す図

【図２６】 実施の形態５における出力電極部と外部端
子の接続を示す図

【図２７】 従来の圧電トランス素子の構造を示す図

【図２８】 従来の圧電トランス素子の実装構造を示す
図

【符号の説明】

１０、９０、３００ 圧電トランス素子 １１、１２、９２、１９２、３４０ 入力電極部 １３，１４、９３、９４、１９３、１９４、３４２ 出
力電極部 １１ａ〜１１ｃ、１２ａ〜１２ｃ、１３ａ〜ｆ、１４ａ
〜ｆ 層状電極 １５ プリント基板 １６、１００、３８０ 支持体 １７ａ〜１７ｄ 外部端子 １８ａ〜ｄ、３５０、３５１、３５２ リード線 ２１ 圧電体 ２１ａ〜ｇ 圧電体層 ３０ 長手方向の分極方向を示す矢印 ３１ 厚さ方向の分極方向を示す矢印 ９１ 筐体 ９１ａ 筐体側壁部 ９１ｂ 筐体側壁部の第１面 ９１ｃ 筐体側壁部の第２面 ９５ 継ぎ手 ９５ａ 第１の接着面 ９５ｂ 第２の接着面 ９５ｃ 振動面 ９５ｄ 第１の接着面を投射した面 ９５ｅ 孔 ９５ｆ 細孔部 ９６、１９６ 貫通孔 ９７、１９７ 入力用の外部端子 ９８、９９、１９８、１９９ 出力用の外部端子 ９７ａ、１９７ａ 外部端子の固定部 ９７ｂ、１９７ｂ 入力用外部端子の電気接続部 ２００ 固定治具 ２１０ 仮止め治具 ２３０ 導電性接着剤 ３４１ コモン電極部 ３７０ａ ケース ３７０ｂ ケース蓋 ｌ 圧電トランス素子の長さ ｂ 支持体の長さ ｌ１ 入力電極部の長さ Ｔ 圧電トランス素子の厚さ ｔ 支持体の厚さ ｔ‘ 出力電気接続部振動面の厚さ ｔ１ 第１の接着面の厚さ ｔ２ 振動面の厚さ ｔ３ 第２の接着面の厚さ

フロントページの続き (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 (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サポートと、 所定の厚さと長手方向の所定の長さを有すると共に、該
   長手方向に平行な一対の側面と、対向する一対の平面を
   有する矩形の圧電体と、該圧電体の一部に形成した入力
   電極部と、該圧電体の別の一部に形成した出力電極部か
   らなり、入力電極部に交流電圧を印加することにより、
   前記圧電体に伸縮する機械的振動を励振し、該機械的振
   動を電圧に変換し、該変換された電圧を前記出力電極部
   から出力する圧電トランス素子と、 所定の厚さと所定の長さを有し、前記圧電体の一対の平
   面とサポートの間に配設し、前記圧電トランス素子を前
   記サポートに保持する支持体と、 前記サポートに配設され、前記出力電極部及び入力電極
   部のそれぞれと電気的に接続する第１接続部及び第２接
   続部を有し、 前記支持体の長さが、前記圧電トランス素子の長手方向
   の長さの１０％以上で、かつ３０％以下であることを特
   徴とする圧電トランス素子の実装構造。
2. 【請求項２】 前記入力電極部は、 前記圧電体の一部の近傍において、前記積層された少な
   くとも１つの圧電体層の上平面と下平面のそれぞれに形
   成した一対の層状電極からなり、 前記出力電極は、 前記圧電体の別の一部の近傍において、前記積層された
   少なくとも１つの圧電体層の上平面と下平面のいずれか
   一方に形成した層状電極からなることを特徴とする請求
   項１に記載の圧電トランス素子の実装構造。
3. 【請求項３】 前記入力電極部は、前記圧電体の大略中
   央に形成されることを特徴とする請求項１に記載の圧電
   トランス素子の実装構造。
4. 【請求項４】 前記出力電極部は、前記圧電体の大略両
   端に形成されることを特徴とする請求項１に記載の圧電
   トランス素子の実装構造。
5. 【請求項５】 前記平面に接する支持体は、前記平面の
   長手方向に大略中央で接し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素子の実装構造。
6. 【請求項６】 前記支持体の長さは、前記入力電極部の
   長さ以下であることを特徴とする請求項１に記載の圧電
   トランス素子の実装構造。
7. 【請求項７】 前記支持体の厚さは、前記圧電トランス
   素子の厚さの１０％以上であることを特徴とする請求項
   １に記載の圧電トランス素子の実装構造。
8. 【請求項８】 前記第２の接続部が、前記機械的振動に
   応じて振動する振動面と、前記出力電極部に接続される
   第１の接続面と、前記外部端子に接続される第２の接続
   面からなることをを特徴とする圧電トランス素子の実装
   構造。
9. 【請求項９】 前記第１の接続面及び第２の接続面の厚
   さが、前記振動面の厚さに比べ、厚いことを特徴とする
   請求項８記載の圧電トランス素子の実装構造。
10. 【請求項１０】 前記第２の接続面上に第１の接続面が
    投影された投影面内に孔を有することを特徴とする請求
    項８記載の圧電トランス素子の実装構造。
11. 【請求項１１】 前記第１の接続面に細孔を有すること
    を特徴とする請求項８記載の圧電トランス素子の実装構
    造。