JP2009141212A - 圧電トランス - Google Patents

Abstract

【課題】圧電トランスを実装する過程において有効な焦電対策を施すとともに、製造工程を複雑化しない構造の圧電トランスを提供する。
【解決手段】圧電トランス１０は、外面の２箇所に極性の異なる一次側電極１２ａが形成された圧電セラミックス１２をケース体１４に収容した構造である。ケース体１４には、２箇所の一次側電極１２ａにそれぞれ接続される２本の一次側端子１８が設けられており、各一次側電極１２ａと各一次側端子１８は、導電線１６を介して接続される。２本の一次側端子１８は導電性部材２４によって互いに接続されているため、実装時の温度変化で焦電効果が発生しても、焦電による電荷は極性の異なる一次側電極１２ａ間で消失する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば電子機器類の電源回路に用いられる圧電トランスに関するものである。

従来、圧電トランスに用いられる圧電セラミックス等の周囲温度が変化すると、いわゆる焦電効果が働いて一次側電極間に分極方向とは逆方向に電荷が発生したり、放電が起こりやすくなったりするという問題が知られている。この焦電対策として、圧電トランスの一次側端子間に、駆動部電極間インピーダンス値以上の大きさを有するインピーダンスを並列に接続する先行技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また従来、薄板化した圧電素子の急激な温度変化に対する信頼性を向上するため、圧電素子の入力側電極（一次側電極）間を導電性ペーストで短絡する先行技術も知られている（例えば、特許文献２参照。）。この先行技術は、圧電素子の薄板化によってデバイス特性を向上しようとすると、それに伴って圧電素子の耐熱性（焦電耐久性）が低下するため、これを補う手段として一次側電極間を導電性ペーストで短絡するというものである。
特開２０００−３０７１６６号公報（図３） 特開平１１−３３０５７８号公報（図８）

最初に挙げた先行技術（特許文献１）の手法は、圧電トランスの駆動時における周囲温度の変化に着目し、そのとき生じる焦電効果に対策を施したものである。すなわち、焦電対策用のインピーダンス（抵抗）は、圧電トランスとは別に基板上の回路内に組み込まれた状態で一次側電極間に接続されるものとなっている。

しかしながら、焦電効果は圧電トランスの駆動時のみに発生するものではない。すなわち、圧電トランスをリフローやフロー技術等によって回路基板に実装する際、半田付け時の熱で圧電体に焦電効果が発生する。この点、先行技術（特許文献１）の対策は圧電トランスが既に回路基板に実装された後でなければ役に立たず、その半田付けの過程において何ら焦電対策となるものではない。

一方、後に挙げた先行技術（特許文献２）の手法では、圧電素子を実装部品として樹脂ケース等にパッケージする際、事前に圧電素子に導電性ペーストを塗布し、これを硬化（又は乾燥）させて確実に定着させておく手間が必要になる。さらには、導電性ペーストによる確実な導通をテストした上で圧電素子をパッケージする必要があり、その分、製造工程が複雑化するという問題もある。

そこで本発明は、圧電トランスを実装する過程において有効な焦電対策を施すとともに、製造工程を容易化することができる圧電トランスを提供しようとするものである。

本発明の圧電トランスは、少なくとも２箇所にそれぞれ極性が異なる一次側電極が形成された圧電体と、圧電体を収容するケース体と、ケース体に設けられて圧電体の２箇所の一次側電極にそれぞれ接続される少なくとも２つの一次側端子と、２つの一次側端子を相互に接続する導電性部材とを備えた構造である。

このため本発明では、圧電体をケース体に収容した構造を採用することで、実装部品としての適性をカバーしている。またケース体に設けられた端子（一次側端子）は、回路基板等への実装時に配線パターン等との接続を担うものであり、圧電体の少なくとも２箇所の一次側電極は、それぞれ一次側端子を介して回路基板に接続される。なお、ケース体には一次側端子の他に、二次側端子が設けられていてもよい。

その上で本発明の圧電トランスは、圧電体に対して直に何らかの導体を設けるのではなく、２つの一次側端子同士を導電性部材によって相互に接続することで上記の課題を解決する。すなわち、導電性部材で一次側端子同士を接続しておくことにより、例えば実装時の温度変化で圧電体に焦電効果が発生しても、一次側端子及び導電性部材を通じて圧電体のそれぞれ極性が異なる２箇所の一次側電極同士が電気的に接続されるため、発生した電荷を直ちに消滅させることができる（又は、電荷そのものが溜まらない。）。これにより、実装時の焦電効果による分極の劣化や、回路周辺への放電等を確実に防止することができる。

また、導電性部材は一次側端子に圧着するだけでよいので、特段の作業工程（例えば、熱硬化や乾燥）は不要である。さらに導電性部材は、一次側端子同士を接続するものであれば、特に形態上の制約がない。したがって、それだけ設計や製造上の自由度を高くすることができる。また、圧電トランスの製造過程で導電性部材を圧電体に対して直に取り付ける必要がなく、導電性部材はケース体に圧電体を収容する前、収容した後、収容する途中のいずれのタイミングで取り付けてもよいので、製造工程が制約されたり、不用意に複雑化したりすることがない。

なお、２つの一次側端子がケース体から突出して延びている場合、導電性部材は、２つの一次側端子がケース体から突出する部分の基端位置同士を接続する形態であることが望ましい。

このような形態であれば、一次側端子の基端位置以外の部分（先端部分）を回路基板への実装時に使用しやすくなり、それだけ実装部品としての有用性を向上することができる。

また導電性部材は、２つの一次側端子を挿通させた状態で保持されているものであってもよい。この場合、導電性部材をケース体や圧電体に固定した上で一次側端子同士を接続させる必要がなく、単に一次側端子を挿通させるだけで導電性部材を保持しつつ、そのまま一次側端子同士を接続することができるので、それだけ取り付け作業が容易になる。

また本発明において、導電性部材は圧電体の入力インピーダンスよりも高いインピーダンス特性を有するものであればよい。これにより、圧電トランスの駆動時には導電性部材によって大幅な分圧がされることがなく、圧電トランスとしての性能を十分に発揮することができる。

本発明の圧電トランスは、実装時の温度変化による圧電体の焦電現象を抑えることができ、焦電効果によって圧電トランスの特性を劣化させることがない。また、不用意に圧電トランスの製造工程を複雑化することがなく、その生産性の向上に寄与することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、一実施形態の圧電トランス１０を構成要素に分解して示した斜視図である。圧電トランス１０は、例えば板状の圧電セラミックス１２を樹脂製のケース体１４に収容して組み立て、図１に示される向きと上下を逆さにした状態で、例えば図示しない回路基板に実装される構造である。なお、ここでは挿入実装の形態を想定しているが、圧電トランス１０は面実装されるものであってもよい。

圧電セラミックス１２の外面には２箇所に一次側電極１２ａが形成されている。図１には１箇所のみ示されているが、図示の外面と反対側の面にも一次側電極１２ａが形成されており、これらは互いの極性が異なっている。また圧電セラミックス１２には、その長手方向でみて一次側電極１２ａと反対の端部に二次側電極１２ｂが形成されている。なお圧電セラミックス１２を長手方向でみて、一次側電極１２ａが形成されている部分は駆動部として機能する。また、一次側電極１２ａが形成されていない部分は発電部として機能する。

ケース体１４は、圧電セラミックス１２よりも大きな外形をなし、その内部には凹形状の収容部１４ｂが形成されている。図１に示される状態（上下を逆さにした状態）では、ケース体１４は上側に位置する面が開口しており、この開口からケース体１４の内部に向けて収容部１４ｂが延びている。収容部１４ｂは圧電セラミックス１２よりも一回り大きい形状を有しており、このため収容部１４ｂには、図示のように圧電セラミックス１２を小端立てした姿勢で開口から挿入するようにして収容することができる。

またケース体１４には、その両側面にそれぞれ突出部１４ａが一体に形成されており、これら突出部１４ａは、それぞれケース体１４の側面からある程度の厚みをもって側方へ突出している。各突出部１４ａには、それぞれ一次側端子１８が挿通されている。また各突出部１４ａには、一次側端子１８のための挿通穴（図示していない）が形成されており、この挿通穴は各突出部１４ａの内部を縦方向に貫通して延びている。これら２本の一次側端子１８は、図１に示される状態でケース体１４の上側の面から上方に向けて突出している。

またケース体１４には、長手方向でみて一次側端子１８と反対側の一端部に二次側端子２０が設けられている。この二次側端子２０もまた、図１に示される状態でケース体１４の上側の面から上方に向けて突出している。なお、一次側端子１８及び二次側端子２０は、いずれも導電性で無垢の棒体（いわゆるリードピン）である。

圧電セラミックス１２の２箇所の一次側電極１２ａには、それぞれ略中心の位置に導電線１６（例えば、金糸線）の一端が半田付けされている。また二次側電極１２ｂにも導電線１６（同じく金糸線）の一端が半田付けされている。そして、圧電セラミックス１２がケース体１４に収容された状態で、各導電線１６の他端は一次側端子１８又は二次側端子２０にそれぞれ絡げ付けた状態で半田付けされるものとなっている。これにより、２箇所の一次側電極１２ａはそれぞれ一次側端子１８と接続された状態となり、また二次側電極１２ｂは二次側端子２０と接続された状態となる。

また圧電セラミックス１２は、ケース体１４（収容部１４ｂ内）に収容された状態で、例えばシリコーン接着剤（図示されていない）等によって接着及び保持される。ケース体１４には、例えば両側一対の突出部１４ａに隣接した開口の縁に２箇所の凹部１４ｃが形成されており、これら凹部１４ｃの位置でシリコーン接着剤が充填（又は塗布）されるものとなっている。シリコーン接着剤は、ケース体１４に圧電セラミックス１２を接着して保持するとともに、その定着（乾燥）後も適度な弾性を発揮する。このため圧電セラミックス１２は、駆動時にケース体１４の内部で自在に振動することができ、かつ、その振動がシリコーン接着剤の弾性で吸収されるものとなっている。

また圧電トランス１０は、その完成状態で２本の一次側端子１８が導電性部材２４によって相互に接続されるものとなっている。導電性部材２４は、例えば導電性ゴムシートや抵抗樹脂等の導体であり、その電気的特性は、圧電セラミックス１２の入力インピーダンスよりも高いインピーダンス（例えば、最大で数ＭΩ〜数ＧΩ）を示すものであればよい。

本実施形態では、導電性部材２４が矩形シート状の導体であり、この導電性部材２４には、２本の一次側端子１８に対応する位置に２つの挿通穴２４ａが予め形成されている。このため導電性部材２４は、２つの挿通穴２４ａにそれぞれ一次側端子１８を挿通させるだけで容易に取り付けることができる。また、このとき導電性部材２４は、挿通穴２４ａの内縁で一次側端子１８に対して強固に圧着されるので、その電気的な導通を確実にとることができる。

図２は、圧電トランス１０の組み立て状態を示す斜視図である。上記のように圧電セラミックス１２をケース体１４（収容部１４ｂ）に収容し、これをシリコーン接着剤で接着するとともに、導電線１６をそれぞれ対応する一次側端子１８、二次側端子２０にそれぞれ絡げ付けた状態で半田付けする。本実施形態では、この後で導電性部材２４に一次側端子１８を挿通させて取り付けることができる。導電性部材２４は、一次側端子１８を挿通させるだけで、その後は摩擦力で保持されるため、特に接着剤等を用いることなく組み立てが完了する。なお、導電性部材２４の配置が圧電セラミックス１２の挿入を妨げない場合には、先に導電性部材２４を取り付けた状態で、後から圧電セラミックス１２をケース体１４に挿入してもよいし、これらを同時並行に行ってもよい。

図２に示される圧電トランス１０は、上記のように上下を反転させた状態で図示しない回路基板に実装することができる。また、このとき導電性部材２４が薄いシート状であるため、特に圧電トランス１０の実装に際して導電性部材２４が障害になることがなく、その実装作業を容易に行うことができる。図１，図２に示される例では導電性部材２４がケース体１４から側方に張り出しているが、導電性部材２４を全体的に小型化し、突出部１４ａを含めた実装面積の範囲内に収まるようにしてもよい。

本実施形態の圧電トランス１０は、例えば半田フロー槽を通したり、リフロー装置を通したりする際、その温度変化によって圧電セラミックス１２に焦電効果が発生しても、一次側端子１８同士が導電性部材２４によって接続されているため、極性の異なる一次側電極１２ａ間で電荷が打ち消し合い、直ちに電荷を消失させることができる（もしくは電荷が溜まらない）。したがって、回路基板上のその他の電子部品に過大な電荷が印加されたり、圧電トランス１０の周辺に放電が起こったりすることがなく、実装作業の終了後も引き続き製品の品質を保証することができる。

本発明は上述した実施形態に制約されることなく、種々に変形して実施可能である。例えば、圧電セラミックス１２の形状は図示のものに限らず、その他の形状であってもよい。またケース体１４の形状は、圧電セラミックス１２の外形に合わせて適宜に変形が可能である。

一実施形態では、導電性部材２４に予め挿通穴２４ａを形成した例を挙げているが、特に挿通穴２４ａを設ける必要はない。この場合、一次側端子１８を導電性部材２４に突き刺すようにして挿通し、互いを強固に圧着させることができる。また、導電性部材２４の大きさや形状はあくまで一例に過ぎず、適宜にその形態を変形することは可能である。

また、一次側端子１８がケース体１４の反対側（図１，図２中の下方）にまで突出している場合、一次側端子１８の反対側に導電性部材２４を取り付けてもよい。

その他、一実施形態において図示とともに挙げた構造はあくまで好ましい一例であり、基本的な構造に各種の要素を付加し、あるいは一部を置換しても本発明を好適に実施可能であることはいうまでもない。

一実施形態の圧電トランスを構成要素に分解して示した斜視図である。 一実施形態の圧電トランスの組み立て状態を示す斜視図である。

符号の説明

１０ 圧電トランス
１２ 圧電セラミックス（圧電体）
１２ａ 一次側電極
１４ ケース体
１８ 一次側端子
２０ 二次側端子
２４ 導電性部材

Claims (4)

1. 少なくとも２箇所にそれぞれ極性が異なる一次側電極が形成された圧電体と、
   前記圧電体を収容するケース体と、
   前記ケース体に設けられて前記圧電体の２箇所の一次側電極にそれぞれ接続される少なくとも２つの一次側端子と、
   ２つの前記一次側端子を相互に接続する導電性部材と
   を備えたことを特徴とする圧電トランス。
2. 請求項１に記載の圧電トランスであって、
   ２つの前記一次側端子は、前記ケース体から突出して延びており、
   前記導電性部材は、２つの前記一次側端子が前記ケース体から突出する部分の基端位置同士を接続していることを特徴とする圧電トランス。
3. 請求項１又は２に記載の圧電トランスであって、
   前記導電性部材は、
   ２つの前記一次側端子を挿通させた状態で保持されていることを特徴とする圧電トランス。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の圧電トランスであって、
   前記導電性部材が前記圧電体の入力インピーダンスよりも高いインピーダンス特性を有することを特徴とする圧電トランス。

Images