JP2885274B2

JP2885274B2 - 圧電トランス装置

Info

Publication number: JP2885274B2
Application number: JP4148196A
Authority: JP
Inventors: 光弘杉本; 祐司近藤; 浩一座間; 祐子佐藤
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-02-28
Filing date: 1996-02-28
Publication date: 1999-04-19
Anticipated expiration: 2016-02-28
Also published as: JPH08298213A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電素子を使用し
て、入力電圧を出力電圧に変換する圧電トランス装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、この種の圧電振動子は、電気信
号を機械振動に変換するか、或いは、機械振動を電気信
号に変換するための素子であり、スピーカ、マイクロホ
ン等に広く用いられている。

【０００３】一方、最近、入力電圧を出力電圧に変換す
るトランス装置に、圧電振動子を使用する試みも成され
ており、このように圧電振動子を用いたトランス装置
は、圧電トランス、或いは、圧電トランス装置と呼ばれ
ている。ここでは、圧電トランス装置に使用される圧電
振動子を他の圧電振動子と区別するために、圧電トラン
ス素子と呼ぶ。

【０００４】従来、種々の圧電トランス装置用の圧電ト
ランス素子の構造が提案されており、且つ、その応用回
路についても、種々提案されている。例えば、パソコン
やカーナビゲーション等の液晶表示パネルの冷陰極管バ
ックライト用のインバータ回路、民生製品一般に用いる
アダプタ電源回路、或いは、電子複写機に用いる高圧発
生回路等に、圧電トランス装置を適用することが提案さ
れている。このように、圧電トランス装置は、電源回路
に使用されることが多いため、圧電トランス素子には、
通常の他の圧電振動子に比較して、高い電圧、電力が加
えられ、また、振動の大きさも大きいのが普通である。

【０００５】したがって、この種の圧電トランス素子に
対しては、他の圧電振動子とは異なる配慮が必要であ
る。例えば、通常の圧電振動子を収納するパッケージと
して、多数のパッケージが提案、使用されているが、こ
れらのパッケージを圧電トランス素子を収納するパッケ
ージとして、そのまま使用することはできない。

【０００６】例えば、特開昭５７−１３８２１１号公
報、特開平２−２１３２１０号公報、特開平５−２４３
８８６号公報、実開昭６３−３００１７号公報、実開昭
５９−２９８２０号公報、及び、実開平４−８５８２３
号公報等には、圧電振動子を収納、支持するパッケージ
が提案されているが、これらの提案に係るパッケージ
は、いずれも圧電トランス装置用のパッケージとして使
用することを考慮していない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このため、圧電トラン
ス装置において生じる振動、機械的衝撃、或いは、高い
電圧等に耐えられない保持構造を有している。より具体
的に言えば、従来の圧電振動子のパッケージ内における
保持構造は、圧電フィルタ等のように、圧電振動子のサ
イズが小さく、圧電振動子の振動動作レベルの小さい
（小振動レベル）ものに対してのみ適用可能である。

【０００８】しかし、近年注目されている圧電トランス
素子は、前述したように、電源用のトランス部品として
適用するために電力が数ワットにも達し、振動動作レベ
ルが大きく（大振動レベル）、従来とは全く異なる保持
形態を必要とする。

【０００９】本発明の目的は、大きいサイズを有し、且
つ、重量の重い圧電トランス素子に適したケース、即
ち、パッケージを有する圧電トランス装置を提供するこ
とである。

【００１０】本発明の他の目的は、外部からの振動や衝
撃に耐え得る圧電トランス素子の保持構造を備えた圧電
トランス装置を提供することである。

【００１１】更に、本発明の他の目的は、トランス部品
の電気特性として必要な入出力の電力変換ロスが小さい
圧電トランス装置を提供することである。

【００１２】本発明の更に他の目的は、圧電トランス素
子の大振動レベルの振動を阻害せず、しかも、大振動レ
ベルのために発生する雑音ノイズ（音圧ノイズ）を抑え
ることができる圧電トランス装置を提供することであ
る。

【００１３】また、本発明の他の目的は、信頼性の高い
圧電トランス装置を提供することである。

【００１４】また、本発明は、部品点数を少なくできる
と共に、部品の加工形状を簡略化し、且つ、組み立て工
数を少なくできるため、低コストで、量産性の高い圧電
トランス装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、圧電ト
ランス素子と、当該圧電トランス素子を収納する外装ケ
ース、及び、前記圧電トランス素子に結合されると共
に、前記外装ケース外部に引き出された導体素子とを有
し、前記導体素子は、前記圧電トランス素子に入力電圧
を与えるための第１の導体素子と、出力電圧を取り出す
ための第２の導体素子とを備えた圧電トランス装置が得
られる。

【００１６】更に、本発明によれば、第１の導体素子
は、前記圧電トランス素子上に形成された入力電極部
と、当該入力電極部に接触すると共に、前記外装ケース
の外側まで延在する入力リード部とを有し、他方、第２
の導体素子は、前記圧電トランス素子上に形成された出
力電極部と、当該出力電極部に接触すると共に、前記外
装ケースの外側まで延在する出力リード部とを有してい
る圧電トランス装置が得られる。

【００１７】更に、具体的に言えば、圧電トランス素子
の上面および下面に形成した入力及び出力電極と前記入
力及び出力リード端子とは、圧電トランス素子のノード
点を中心とする位置に対応した位置に設けた構成を有し
ている。

【００１８】この場合、圧電トランス素子の上面側にあ
るリード端子の外部取り出し部と、圧電トランス素子の
下面側にあるリード端子の外部取り出し部とは、外装ケ
ースの側面から対向する方向に配置されており、外装ケ
ースの部品高さ方向に対して異なる高さを有している。

【００１９】また、リード端子の静止時の押圧力は、単
位接点かつ圧電トランス素子単位重さ当りに換算し、２
０〜１２０ｇｒｆであることが望ましいし、また、圧電
トランス素子に形成した電極とリード端子の面接触の割
合が単位接点当り前記圧電トランス素子の片側面積に対
し０．５％以下であることが望ましい。

【００２０】

【発明の実施の形態】

［実施の形態１］以下に本発明の実施の形態について図
面を参照して説明する。

【００２１】まず、本発明の一実施の形態に係る圧電ト
ランス装置１０の部品構成、組み立て方法、及び、部品
の特徴について述べる。

【００２２】図１は、本発明の圧電トランス装置１０に
おける構成部品の概要を示す分解斜視図であり、圧電ト
ランス素子１１を有している。図示された圧電トランス
素子１１は、材料商品名：ネペーク８（ＮＥＰＥＣ）
（トーキン社製）を４２．０×１０．０×１．０ｍｍの
寸法を有する矩形形状に加工したものである。

【００２３】矩形形状の圧電トランス素子１１は、図の
上方向に向けられた上面、下方向に向けられた下面、前
方及び後方に長さ方向に位置づけられた前方及び後方側
面、及び、左及び右の幅方向に位置づけられた左及び右
側面とを備えている。ここで、図示された圧電トランス
素子１１は、長手方向３次の振動を行う対称３次ローゼ
ンタイプのものであり、この結果、圧電トランス素子１
１は、３つのノードを有している。ここで、圧電トラン
ス素子１１のノード位置を中心と上面及び下面には、入
力電極１２ａ及び１２ｂがそれぞれ対の形で設けられる
共に、出力電極１４対が設けられている。これら入出力
電極１２ａ、１２ｂ、及び１４はＡｇＰｄ厚膜ペースト
をスクリーン印刷することにより形成されている。図示
された圧電トランス素子は、スクリーン印刷後、焼成さ
れ、分極されることにより、上記した３次ローゼン型の
タイプとして製作された。

【００２４】また、圧電トランス素子１１は、上部ケー
ス２１と下部ケース２２とによって形成されるパッケー
ジ２０内に収納されている。これら上部ケース２１及び
下部ケース２２は、樹脂モールドによって形成されてお
り、図示された上部ケース２１及び下部ケース２２は、
形成樹脂として商品名：ベクトラＡ−１３０ (ポリプラ
スチック社製）を使用して形成されている。ここで、上
部ケース２１は、平坦面２１ａ、前後に位置づけられた
前後側面２１ｂ、側面２１ｂから下方向に突出した突出
部２１ｃ、及び、左右側面２１ｄとを有している。他
方、下部ケース２２は平坦な底面２２ａ、上部ケース２
１の突起部２１ｃと結合される係合部２２ｂ、係合部２
２ｂの間に設けられた側面部２２ｃ、及び、左右側面部
２２ｄを有している。下部ケース２２の左右側面部２２
ｄは、上部ケース２１の左右側面２１と接触するように
設けられている。

【００２５】図示された上部ケース２１の前後側面２１
ｂには、後方から上部ケース２１の内側へ延びる上部リ
ード端子２５ａ、２５ｂ、及び２５ｃがインサートモー
ルドにより取り付けられており、下部ケース２２の側面
部２２ｃには、図の前方から後方へ延びる下部リード端
子２６ａ、２６ｂ、及び２６ｃが取り付けられている。
上部及び下部リード端子２５ａ、２６ａ及び２５ｂ、２
６ｂとは、それぞれ一対の入力リード端子を構成してお
り、他方、上部及び下部リード端子２５ｃ、２６ｃは出
力リード端子を構成している。これら入力リード端子及
び出力リード端子と、圧電トランス素子１１上の電極と
の組み合わせは、総称的に、導体素子と呼ばれても良
い。

【００２６】入力及び出力リード端子の材料としては、
りん青銅に、錫めっきを施したものを用いても良いし、
ニッケルめっき、或いは、ニッケルめっきに金めっきを
施したものでもよい。

【００２７】いずれにしても、入力及び出力リード端子
は、あらかじめ圧電トランス素子との電極接点の接続に
必要な形状に加工され、その上部リード端子２５ａ〜２
５ｃ或いは下部リード端子２６ａ〜２６ｃを樹脂材とイ
ンサートモールド形成することによって製作された。図
１に示す様に、本発明の実施の態様に係る圧電トランス
は、圧電トランス素子１１、上部ケース２１、下部ケー
ス２２の３つの部品点数のみで構成するので部品コスト
の面からも非常に有利である。また、圧電トランス素子
１１のケース２１、２２内への組み込みは、上部ケース
２１と下部ケース２２が互いにはめ合わせ構造（スナッ
プフィット）になっており手先業で効率よく行える。組
み込みを完了した部品は、ケース外部のリード端子を金
型により切断、曲げを行い、表面実装部品の形態とな
る。外部のリード端子の曲げ形状は、外向きＬ字タイ
プ、内向きＬ字タイプ、内向きＪ字タイプのいずれの形
状も簡単に達成できる。

【００２８】上部及び下部ケース２１、２２によって形
成されるパッケージ２０の外形サイズは、４５．０×１
３．０×３．３ｍｍである。

【００２９】図２は、図１に示された本発明に係る圧電
トランスにおける各部品の位置関係を示す平面図であ
る。また、図３は図２のIII−III線に沿う縦断面図であ
り、図４は図２のIV−IV線に沿う断面図である。図２及
び３に示すように、３次ローゼン型の圧電トランス素子
１１は、その上面および下面にノード点Ｎ１〜Ｎ３をそ
れぞれ三箇所備えており、且つ、各ノード点Ｎ１〜Ｎ３
を中心とする位置において、上面および下面側から、上
部リード端子２５ａ〜２５ｃと下部リード端子２６ａ〜
２６ｃにより押圧されてパッケージ２０内に保持されて
いる。

【００３０】図１及び図４を参照すると、上部リード端
子２５ａ〜２５ｃと下部リード端子２６ａ〜２６ｃは、
上部ケース２１および下部ケース２２の前後の側面２１
ｂ及び側面部２２ｃにモールドされている。また、上部
ケース２１側面からの上部リード端子２５ａ〜２５ｃの
取り出し方向は、下部ケース２２側面からの下部リード
端子２６ａ〜２６ｃの取り出し方向と逆方向であり、且
つ、上部ケース２１側面からの上部リード端子２５ａ〜
２５ｃの取り出し高さは、下部ケース２２側面からの下
部リード端子２６ａ〜２６ｃの取り出し高さと異なって
いる。

【００３１】この構造は以下の点において優れている。

【００３２】（１）リード端子は、必要最小限の曲げ加
工のため、加工精度が良い。

【００３３】（２）リード端子のバネ耐久性が最も良い
構造となる。

【００３４】（３）構造が単純なためバネの設計が容易
で、且つ、製造の際におけるばらつきが小さい。

【００３５】（４）リードフレームおよびモールドの型
設計が容易で、且つ、製造コストが安価となる。

【００３６】また、本実施の形態では、図に示す様に圧
電トランス素子１１に形成した電極１２ａ、１２ｂ、１
４と電気接続および圧電トランス素子の保持をするため
の上部リード端子２５ａ〜２５ｃの接点形状は、線状
（例えば、巾０．５ｍｍ）、また下部リード端子２６ａ
〜２６ｃの接点形状は長方形（例えば、巾０．５×長さ
１．０ｍｍ）の面接点となっている。そして、上部およ
び下部リード端子２５ａ〜２５ｃ及び２６ａ〜２６ｃ
は、モールド端面を固定点とする板バネとして扱うこと
ができる。

【００３７】この場合、上下で対をなす互いのリード端
子におけるバネ定数を実質上、同一にした構成にする。
また、図示されたリード端子の接点形状とばね構成は、
以下の点において優れている。

【００３８】（１）少なくとも一方の接点は面形状で保
持することで、外部からの衝撃に対し圧電トランス素子
を安定に保持できる。

【００３９】（２）接点面積を小さくすることで、圧電
トランス素子の振動に対する影響を極力小さくし、圧電
トランス素子の電気特性を向上させることができる。

【００４０】（３）上下同一のバネ定数で圧電トランス
素子１１を保持することによって、上下いずれの方向か
らの衝撃に対してもバネ性が対称なために安定にリード
端子と電極の接点を確保できる。

【００４１】更に、圧電トランス素子１１の長さ及び幅
方向に規定されたＸ及びＹ方向に対して安定に保持する
ためには、圧電トランス素子１１の重心が少なくとも上
下面の接点部に対して安定な位置にある必要がある。
尚、ここでは、圧電トランス素子１１の厚さ方向をＺ方
向とする。本実施例における圧電トランス素子の安定性
は、接点が押圧力のみで確保し接着剤等で固定していな
いので、ケース内壁の圧電トランス素子とのクリアラン
ス（例えば、片側０．２ｍｍ）だけ圧電トランス素子１
１との重心が移動するものとして考慮する必要がある。
この点を考慮した結果、上述した本実施の形態の接点の
寸法及び形状が得られる。

【００４２】図５（ａ）及び（ｂ）、図６（ａ）及び
（ｂ）に、入力及び出力の各リード端子の接点形状を示
す。ここでは、上下面の少なくとも一方を面状接点（図
４）により保持されているものとする。この場合、他方
の接点形状は、リード端子２５ｂに設けられた線状接点
（図５（ａ）及び（ｂ））であっても良いし、また、線
状接点のかわりに、リード端子２５´に設けられた点状
接点（図６（ａ）及び（ｂ））を用いることによって
も、圧電トランス装置は、同様な特性を示すことが判明
した。尚、接点面積を小さくする手段として、リード端
子面をメッシュ構造や網状に表面加工することも考えら
れる。

【００４３】また、図１、図３、及び図４に示すよう
に、下部ケース２２には圧電トランス素子１１と下部リ
ード端子２６との接点近傍に貫通穴が形成されている。
この貫通穴は、圧電トランス素子１１の動作時の発熱が
接点部で最も大きくなるため熱伝導性の悪いモールド樹
脂を除いて放熱性を良くするため、或いは、圧電トラン
ス部品としてのモールド内部の洗浄時の洗浄性の向上と
乾燥時の洗浄液の抜け性を良くするために設けてある。

【００４４】次に、本実施の形態の圧電トランス装置の
電気特性、機械特性について説明する。先にも述べたよ
うに圧電トランス装置に使用される圧電トランス素子
は、従来の圧電振動子と異なる大振動素子であるため、
その素子の利点を最大に生かすために、いかに素子の振
動を損なわずに、電気接点と素子とを確実に保持するか
が重要である。換言すれば、エネルギー変換ロスの小さ
い電気接点と素子の保持構造を採用することが重要であ
る。

【００４５】そこで、本実施の形態に基づき作製した圧
電トランス装置は、電気特性として入力に１１５ｋＨｚ
前後の交流電圧を印加し、出力側を冷陰極管にみたてた
擬似負荷（抵抗１００ｋΩと容量１５ｐＦの並列素子）
を接続することにより、擬似点灯試験を行い、入出力の
電流、電圧、電力およびその際の圧電トランス素子の発
熱温度の測定をした。また、機械特性として、振動試験
（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向各２〜５Ｇ）および衝撃試験（Ｘ、
Ｙ、Ｚ方向２０〜１００Ｇ、１１ｍｓｅｃ）を行い、そ
の前後での電気特性の変化を測定し、更に、圧電トラン
ス素子１１を動作させ冷陰極管を点灯した状態での衝撃
点灯試験（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向２０〜１００Ｇ、１１ｍｓｅ
ｃ）を行い、圧電トランス素子１１の電極とリード端子
の接点開放による点灯状態の瞬断の有無を確認した。

【００４６】上記の特性の中で、特に重要な項目とし
て、圧電トランス素子１１の入出力の電力から求められ
る電力変換効率が挙げられる。電力変換効率は、バッテ
リー駆動における省力化等の観点から高効率であること
が望まれる。これを達成するには、リード端子が圧電ト
ランス素子１１を押圧する力を極力小さくすること、ま
た、リード端子が圧電トランス素子１１を押圧する面積
を極力小さくすることが必要である。

【００４７】前者の対策として、リード端子の押圧力が
単位接点かつ圧電トランス素子１１の単位重さ当り１２
０ｇｒｆ以下であれば、電力変換効率は加圧しない状態
と比較して０．５％以内の低下で高効率な状態を保つこ
とができる。しかし、１２０ｇｒｆより大きい押圧力で
は、効率の低下が急激に起こり、同時に接点付近の圧電
トランス素子の発熱温度が極端に高くなり、接点部の影
響により圧電トランス素子１１の振動が阻害されること
が確認された。

【００４８】後者の対策として、圧電トランス素子１１
に形成した電極とリード端子の面接触の割合が単位接点
当り圧電トランス素子１１の片側面積に対し０．５％以
下であれば、電力変換効率は加圧しない状態と比較し
０．５％以内の低下で高効率な状態を保つことができ
る。そして、片側面積に対し０．５％より大きくなるに
従い、効率の低下が急激に起こり、同時に接点付近の圧
電トランス素子の発熱温度が極端に高くなり、接点部に
よる影響により圧電トランス素子の振動が阻害されるこ
とが確認された。

【００４９】更に、圧電トランス素子１１を動作させ冷
陰極管を点灯した状態での衝撃点灯試験（瞬断試験）も
重要な項目として挙げられる。日常生活内で起こり得る
微弱な振動による冷陰極管の点灯の瞬断は、例えば数十
ｍｓｅｃ程度のちらつきでディスプレイにあらわれ、使
用する人に異常な不快感を与えるため防止する必要があ
る。本実施例において、リード端子の押圧力が単位接点
かつ圧電トランス素子単位重さ当り２０ｇｒｆ以上であ
れば、通常の製品使用状態において外部からの振動、衝
撃に対して良好な（２０Ｇ以上）接点状態を保つことが
できる。

【００５０】以上のことから、本実施の形態において
は、リード端子の押圧力が単位接点かつ圧電トランス素
子１１単位重さ当り２０〜１２０ｇｒｆの範囲、そして
圧電トランス素子に形成した電極とリード端子の面接触
の割合が単位接点当り圧電トランス素子の片側面積に対
し０．５％以下とした。さらに、この範囲で圧電トラン
ス素子上下面からリード端子のバネ力で保持する限り、
圧電トランス素子はモールド内壁とのクリアランス範囲
内で外部からの衝撃等によりほぼ自由に移動でき、圧電
トランス素子に加わる外部応力や熱応力を最小限にとど
め得るので、電力変換効率を高効率に維持できる。そし
て、詳細に述べた電力変換効率および衝撃点灯試験以外
の電気特性、機械特性についても良好な結果を得てい
る。

【００５１】ここでは、代表例としてリード端子材料に
はりん青銅を示したが、その他の材料として４２ニッケ
ルアロイ、黄銅、ベリリウム銅等、そのめっき材料には
錫めっきを示したが、鉛合金錫めっき、ニッケルめっ
き、インジュウムめっき、金めっき、パラジウムめっ
き、およびそれらの複合めっき等でも同様の結果が得ら
れる。また、モールド樹脂材料には、成形樹脂として、
液晶ポリマーであるベクトラーＡ−１３０を代表例とし
て示したが、商品名：スミカスーパ（住友化学社製）、
商品名：ＮＯＶＡＣＣＵＲＡＴＥ（三菱化学社製）など
の液晶ポリマーあるいはポリフェニレンスルフィド樹脂
等でも同様の結果が得られる。

【００５２】［実施の形態２］図７（ａ）及び（ｂ）
は、本発明の第２の実施の形態に係る圧電トランス装置
を示す横断面図である。本実施の形態では、上部リード
端子２５（添字略）及び下部リード端子２６を上部ケー
ス２１あるいは下部ケース２２の側面だけでなく、図に
示すように上部ケース２１の上面、或いは、下部ケース
２２の底面においてもモールド固定を行っている。この
構成では、リード端子２５、２６のモールド部端面を固
定端としたときの１次モードの固有振動数を可聴周波数
よりも高くすることができた。

【００５３】このとき、実施の形態１で行った大振動動
作時における雑音（ノイズ）レベルの測定（Ａ特性：音
圧レベル）を行ったところ、実施の形態１の構成よりも
さらに３ｄＢ程度改善された。これは、圧電トランス素
子自身の振動がリード端子２５、２６を介して伝播され
るためと推定する。実際に、レーザドップラ測定により
リード端子２５、２６とケースの振動を確認したとこ
ろ、振動レベルはわずかであるが、リード端子２５、２
６の振動の方がケースの振動より大きいことが解った。
以上のことから判断するとリード端子２５、２６のモー
ルド部端面を固定端としたときの１次モードの固有振動
数を可聴周波数より高くすることで、低雑音レベルの圧
電トランス装置を実現できる。また、上述以外の圧電ト
ランス装置の機械特性、および電気特性は、実施の形態
１と同様に良好な結果を得た。

【００５４】ここで、バネとして動作する上部及び下部
リード端子２５、２６はＺ方向、即ち、圧電トランス素
子１１の厚さ方向に対して、所定範囲内で変形され、所
定範囲内の押圧力を与えることが必要であり、これによ
って、上部及び下部リード端子２５、２６の接点部が圧
電トランス素子１１から離れるのを防止できることが判
った。

【００５５】上記した接点部の離脱防止及び機械的衝撃
に対する強度の保証のために、図７（ｂ）では、上部及
び下部リード端子２５、２６の押し込みストローク量が
考慮されている。ここで、押し込みストローク量は、圧
電トランス素子１１の厚さｔ１及び圧電トランス素子１
１が挿入されない状態における上部及び下部リード端子
２５、２６間の間隔Ｄ１との関係、即ち、ｔ１−Ｄ１に
よって表される。即ち、押し込みストローク量は、上下
のリード端子によって形成されるバネの返り量の和とし
て表され、実験によれば、この押し込みストローク量が
０．５ｍｍの時に良好な結果が得られることが判明し
た。また、押し込みストローク量を大きくすると、外部
からの衝撃、パッケージの変形、バネの変形等による変
動に対して、より安定に電極接点を保持できる。更に、
上下のバネ定数を同一にすれば、押し込みストローク量
は、上下において同一となり、最大のストローク量を得
ることができる。

【００５６】［実施の形態３］図８（ａ）は、本発明の
第３の実施の形態に係る圧電トランス装置を示す横断面
図である。本実施の形態では、図に示す様に上部ケース
２１および下部ケース２２の内部壁面にモールド突起３
６、３７を形成している。この突起の役目は、外部より
強い衝撃が加わったとき、リード端子２５及び２６のバ
ネ特性に応じて動く圧電トランス素子１１の動作を制限
するために設けられている。突起３６、３７の形状とし
ては、図８（ａ）に示すように、例えば、断面が半円形
状の突起が使用できる。ここで、この突起３６、３７
は、例えば１．０ｍｍの直径、０．４ｍｍの高さを有し
ていれば良く、また、圧電トランス素子１１と各突起３
６、３７との間の間隔の和は、０．１〜０．２ｍｍの範
囲にあることが望ましい。

【００５７】図８（ｂ）を参照すると、図８（ａ）に示
された圧電トランス装置の変形例が示されており、上部
ケース２１の内側に、２つの突起３６´、３６”が形成
されると共に、下部ケース２２の内側にも、２つの突起
３７´、３７”が形成されている。この例の場合、各突
起３６´、３６”、３７´、３７”の高さは、例えば、
０．４ｍｍであり、各突起３６´、３６”、３７´、３
７”と、圧電トランス素子１１との間隔の和は、０．１
５ｍｍに保たれている。

【００５８】このように、複数の突起３６´、３６”、
３７´、３７”を設けることにより、圧電トランス素子
１１の回転運動を抑制できると共に、接点位置の変位に
よる不規則振動をも防止できる。

【００５９】図９を参照すると、図８（ａ）及び（ｂ）
に使用できる円筒形状突起が例示されている。この円筒
形状突起も、１．０ｍｍの直径及び０．４ｍｍの高さを
有している。いずれの形状の突起を用いても同様の効果
が得られることが確認されている。

【００６０】図１０を参照すると、圧電トランス素子１
１の外周方向に対する動きにも制限を加えるため、ケー
ス２１又は２２の周囲に微小突起３８を設けた。この微
小突起３８は、紙面内で、例えば、直径０．２ｍｍの半
円形状を有しており、且つ、紙面に対して垂直な方向に
対して円筒形状を有している。各突起３８と圧電トラン
ス素子１１とのギャップの和は、０．１〜０．２ｍｍの
範囲内になるように、調整されている。ここで、ギャッ
プの和が０．２ｍｍの場合、電力変換効率の低下が０．
３％しかないことが確認された。

【００６１】本実施の形態に係る圧電トランス装置にお
いても、衝撃点灯試験における瞬断が発生するレベルが
向上（１００Ｇ以上）し、衝撃に対する圧電トランス素
子のチッピング、割れ等の不良発生を防止できる。ま
た、上述以外の圧電トランス装置の機械特性、および電
気特性についても、実施の形態２と同様に良好な結果を
得ることができた。

【００６２】図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、及び
（ｄ）を参照して、上部リード端子２５及び下部リード
端子２６と、圧電トランス素子１１（図示せず）との接
触部の構成を説明する。図１１（ａ）では、上部及び下
部リード端子２５、２６の内側端部４１、４２が圧電ト
ランス素子１１と面接触している場合が示されている。

【００６３】このように、上部及び下部リード端子２
５、２６を圧電トランス素子１１に対して面接触させる
ことにより、衝撃に対するがたつきを防止できると共
に、圧電トランス装置の信頼性を向上させることができ
る。

【００６４】図１１（ｂ）では、上部及び下部リード端
子２５、２６の内側端部４１´、４２´を圧電トランス
素子１１に対して線接触させる場合が示されている。こ
のように、上部及び下部リード端子２５、２６の双方を
圧電トランス素子１１に線接触させることによっても、
圧電トランス素子１１の好ましくない変位を防止でき
る。

【００６５】図１１（ｃ）は、上部及び下部リード端子
２５、２６の内側端部４１”、４２”を圧電トランス素
子１１に対して点接触させる場合を示しており、このよ
うに、圧電トランス素子１１に対するリード端子２５、
２６の接触面積を最小にすることにより、圧電トランス
素子１１の振動に対する接触部分の影響を最低限に抑え
ることができる。したがって、電力変換効率の低下を最
小限に止めることができる。

【００６６】図１１（ｄ）は、上部リード端子２５の内
側端部に幅方向に並べられた２つの突起４３と、下部リ
ード端子２６の内側端部に長さ方向に並べられた２つの
突起４４とを備えている。これら上下４つの突起４３、
４４は、圧電トランス素子１１のノード点を挟むように
配列されている。この構成では、圧電トランス素子１１
のがたつきを防止できると共に、接触面積が非常に小さ
いため、圧電トランス素子１１の振動に対する悪影響を
低減できる。したがって、電力変換効率の低下を最小限
に止めることが可能である。また、接触部における信頼
性をも向上させることができる。

【００６７】図１２を参照すると、モールド樹脂によっ
て形成されたケース２１（２２）に対するリード端子２
５（２６）の抜け防止のために、リード端子２５（２
６）に、切り欠き部４５が設けられている例が示されて
いる。このように、リード端子２５（２６）に切り欠き
部４５を設けることにより、リード端子２５（２６）の
引っ張り強度を５倍にすることができた。

【００６８】図１３（ａ）及び（ｂ）を参照して、下部
リード端子２６の固有振動周波数と、圧電トランス素子
１１の駆動周波数との関係について説明する。通常、圧
電トランス素子１１の駆動周波数は１１５ｋＨｚ程度で
あるから、この駆動周波数に対して、下部リード端子２
６が２０ｋＨｚ以内の固有振動周波数を有している場合
には、駆動周波数と固有振動周波数とのビート音が可聴
音として圧電トランス装置から発生することになる。図
１３（ａ）に示すように、リード端子２６の中間部にお
いて、リード端子２６と圧電トランス素子１１とが接触
する場合には、リード端子２６の先端が、圧電トランス
素子１１に対して５０μｍ以下になるようにする必要が
あることが実験により確認された。また、図１３（ａ）
の構造は、リード端子２６が自由端となるため音を発生
しやすいことも判明した。

【００６９】他方、図１３（ｂ）に示すように、リード
端子２６の先端が圧電トランス素子１１に接触している
場合にも、リード端子２６の折曲部の位置は、圧電トラ
ンス素子１１から５０μｍ以内にあることが望ましい。
いずれにしても、ビート音等のノイズは、リード端子２
６と圧電トランス素子１１との接触点がノード点からず
れた場合に発生し易いことが判った。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の圧電トラ
ンスは電力が数ワットにも達する様な振動動作レベルの
大きい（大振動レベル）電源用のトランス部品として適
用できるため、従来の圧電素子に対して以下の効果を有
する。

【００７１】（１）簡素な部品加工形状でかつ構成部品
点数が少なく、圧電トランス素子の高い組み込み位置精
度が不要であり、部品の組み立て工数が削減できるた
め、非常に安価な圧電トランス部品を提供することがで
きる。

【００７２】（２）従来の圧電振動子の実装形態に比
べ、数ワットレベルの高電力を供給でき、しかも電力の
入出力変換が高効率（電力変換ロスが小さい）で部品発
熱温度が極めて小さい。

【００７３】（３）圧電トランス部品自身が大振動子で
あるために発生する雑音ノイズ（音圧レベル）を低減で
きる。

【００７４】（４）素子サイズの大きく、素子重量の重
い部品について、外部からの振動や衝撃に対して電気特
性、機械特性を十分に満足する構造である。

【００７５】（５）ノード点を直接固定しないため、熱
応力の影響を受けず、高電力変換効率を達成でき、接続
点の信頼性の高い部品を提供できる。

【００７６】（６）必要最小限の電極接続面積で接続す
るため、高効率を達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の態様に係る圧電トランス装置
における構成部品の概要を示す分解斜視図である。

【図２】図１に示された本発明に係る圧電トランス装置
における各部品の位置関係を示す平面図である。

【図３】本発明に係る圧電トランス装置を図２のIII−I
II線に沿って断面した場合を示す断面図である。

【図４】本発明に係る圧電トランス装置を図２のIV−IV
線に沿って断面した場合を示す断面図である。

【図５】（ａ）は、図２〜４において使用されるリード
端子を説明するための平面図である。（ｂ）は、図２〜
４において使用されるリード端子を説明するための側面
図である。

【図６】（ａ）は、本発明の圧電トランス装置に使用で
きる上部リード端子の一例を示す平面図である。（ｂ）
は、本発明の圧電トランス装置に使用できる上部リード
端子の一例を示す側面図である。

【図７】（ａ）は、本発明の他の実施の態様に係る圧電
トランス装置を説明するための断面図である。（ｂ）
は、図７（ａ）に示された圧電トランス装置における押
し込みストロークを説明するための概略図である。

【図８】（ａ）は、本発明の更に他の実施の態様に係る
圧電トランス装置を説明するための断面図である。
（ｂ）は、図８（ａ）に示された圧電トランス装置の変
形例を説明するための断面図である。

【図９】図８（ａ）及び（ｂ）に使用できる他の突起形
状の例を説明するための断面図である。

【図１０】本発明に係る圧電トランス装置の変形例を示
し、ここでは、圧電トランス素子外周に突起を設けた例
を示す断面図である。

【図１１】（ａ）は、圧電トランス素子とリード端子と
の接触部の一構成例を説明するための斜視図である。
（ｂ）は、圧電トランス素子とリード端子との接触部の
他の構成例を説明するための斜視図である。（ｃ）は、
圧電トランス素子とリード端子との接触部の更に他の構
成例を説明するための斜視図である。（ｄ）は、圧電ト
ランス素子とリード端子との接触部のもう一つの構成例
を説明するための斜視図である。

【図１２】リード端子のケースからの抜けを防止するた
めの構成を説明するための図である。

【図１３】（ａ）は、下部リード端子と圧電トランス素
子との間の接触構造の一例を示す図である。（ｂ）は、
下部リード端子と圧電トランス素子との間の接触構造の
他の例を示す図である。

【符号の説明】

１１圧電トランス素子１２ａ、１２ｂ入力電極１４出力電極Ｎ１〜Ｎ３ノード点２０パッケージ２１上部ケース２２下部ケース２５ａ〜２５ｃ上部リード端子２６ａ〜２６ｃ下部リード端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤祐子東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内 (56)参考文献特開平７−79028（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 41/00 - 41/26

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電トランス素子、当該圧電トランス素
子を収納する外装ケース、前記圧電トランス素子上に形
成された入力電極部、及び、前記圧電トランス素子上に
形成された出力電極部とを備え、前記入力電極部は、前
記圧電トランス素子の上面及び下面に設けられた入力電
極対によって構成され、他方、前記出力電極部は、前記
圧電トランス素子の上面及び下面の前記入力電極対とは
異なる位置に設けられた出力電極対とによって構成され
ると共に、前記入力電極対及び前記出力電極対には、そ
れぞれ入力リード端子及び出力リード端子が接触してい
ることを特徴とする圧電トランス装置。
【請求項２】請求項１において、前記入力電極対及び
前記出力電極対は、前記圧電トランス素子のノード位置
を覆うように形成されており、且つ、前記入力リード端
子及び前記出力リード端子は前記ノード位置上で前記入
力及び出力電極対と接触していることを特徴とする圧電
トランス装置。
【請求項３】請求項２において、前記入力リード端子
及び出力リード端子は、それぞれ上面側の入力及び出力
電極と点接触又は線接触されており、更に、前記入力リ
ード端子及び出力リード端子は、それぞれ下面側の入力
及び出力電極と面接触されていることを特徴とする圧電
トランス装置。
【請求項４】請求項２において、前記入力リード端子
及び出力リード端子は、それぞれ上面側の入力及び出力
電極と点接触又は線接触されており、更に、前記入力リ
ード端子及び出力リード端子は、それぞれ下面側の入力
及び出力電極と点接触又は線接触されていることを特徴
とする圧電トランス装置。
【請求項５】請求項２において、前記入力リード端子
及び出力リード端子は、それぞれ上面側の入力及び出力
電極と面接触されており、更に、前記入力リード端子及
び出力リード端子は、それぞれ下面側の入力及び出力電
極と面接触されていることを特徴とする圧電トランス装
置。
【請求項６】請求項２において、前記圧電トランス素
子の上面側にある前記入力及び出力リード端子と、前記
圧電トランス素子の下面側にある前記入力及び出力リー
ド端子とは、互いに対向する方向に延在しており、前記
外装ケースの互いに対向する側面上から外部へ引き出さ
れており、且つ、前記外装ケースの高さ方向に対して異
なる高さを有していることを特徴とする圧電トランス装
置。
【請求項７】請求項２において、前記入力及び出力リ
ード端子の静止時の押圧力が、単位端子当り、圧電トラ
ンス素子単位重さ当りに換算し、２０〜１２０ｇｒｆで
あることを特徴とする圧電トランス装置。
【請求項８】請求項７において、前記圧電トランス素
子に形成した入力及び出力電極と前記入力及び出力リー
ド端子の面接触の割合が、単位端子当り前記圧電トラン
ス素子の片側面積に対し０．５％以下であることを特徴
とする圧電トランス装置。
【請求項９】請求項８において、下面側の前記入力及
び出力電極に対して、前記入力及び出力リード端子とが
傾斜した状態で接触していることを特徴とする圧電トラ
ンス装置。
【請求項１０】請求項２において、前記外装ケース
は、樹脂によって形成されており、前記入力及び出力リ
ード端子は、外装ケースに対してインサートモールドさ
れていることを特徴とする圧電トランス装置。
【請求項１１】請求項１０において、前記外装ケース
内部のモールド端部を固定点とする前記入力及び出力リ
ード端子の固有振動数が可聴周波帯域にないことを特徴
とする圧電トランス装置。
【請求項１２】請求項１０において、前記外装ケース
内部のモールド端部を固定点とする前記入力及び出力リ
ード端子の固有振動数が前記圧電トランス素子の動作周
波数と異なっていることを特徴とする圧電トランス装
置。
【請求項１３】請求項１０において、前記入力及び出
力リード端子の前記外装ケースにモールドされる部分
は、他の部分に比較して狭い幅を有していることを特徴
とする圧電トランス装置。
【請求項１４】請求項２において、前記圧電トランス
素子は３点のノードを有し、各ノードに上下リード端子
が前記入力及び出力リード端子として接触されているこ
とを特徴とする圧電トランス装置。
【請求項１５】請求項１０において、前記外装ケース
の内部壁面に少なくとも１つのモールド突起を形成した
ことを特徴とする圧電トランス装置。
【請求項１６】請求項２において、上面を下面で組を
なす前記入力及び出力リード端子におけるバネ定数が選
択されていることを特徴とする圧電トランス装置。
【請求項１７】請求項１６において、上面と下面で組
をなす前記入力及び出力リード端子は、実質上、同じバ
ネ定数を有していることを特徴とする圧電トランス装
置。