JP3079970B2

JP3079970B2 - 圧電トランス

Info

Publication number: JP3079970B2
Application number: JP07238348A
Authority: JP
Inventors: 隆昭浅田; 秀哉堀内; 暁輝高塚; 道雄門田
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1995-09-18
Filing date: 1995-09-18
Publication date: 2000-08-21
Anticipated expiration: 2015-09-18
Also published as: US5894185A; JPH0983034A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶ディスプレイ
のバックライト用インバータ、蛍光管点灯用インバー
タ、複写機等の高圧電源回路等に用いられる圧電トラン
スに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の圧電トランスは、例え
ば、図８に示すように構成されている。図８は、一般に
λモードと呼ばれる縦振動の２次振動モードを利用した
圧電トランスの外観、入出力構成及びその振動姿態を示
す説明図である。以下、使用する縦振動の共振波長をλ
とする。

【０００３】この圧電トランスは、長さλの矩形平板状
の圧電性セラミックからなる圧電板１を備え、圧電板１
の長さ方向の片側半部の両主面には入力電極２ａ，２ｂ
が対向して形成され、他方側の長さ方向の端部となる一
端面には出力電極３が形成され、入力側となる圧電板１
の長さ方向の片側半部は矢印Ｐ１で示すように厚み方向
に分極され、出力側となる他方側の片側半部は矢印Ｐ２
で示すように長さ方向に分極されている。

【０００４】この圧電トランスの振動は、図８の下部に
示すように、長さ方向の両端部から１／４（λ／４）の
ところで振動変位がゼロとなるいわゆるノ−ド点とな
り、両端部で最大変位となっている。

【０００５】そして、この圧電トランスはノード点に対
応する位置で支持固定されるとともに、入力電極２ａ、
２ｂのノード点に対応する位置に入力側配線４ａ，４ｂ
が接続され、出力電極３に出力側配線５が接続されて構
成される。一方の入力側配線４ｂは入出力共通の共通端
（アース端）として機能するものである。入力電極２
ａ，２ｂ間に入力側配線４ａ、４ｂを通じて入力電圧を
印加し、圧電効果と逆圧電効果の作用により、出力電極
３から昇圧された出力電圧が出力側配線５を通じて取り
出される。外部回路との接続のための各配線４ａ，４
ｂ，５としては、リード線等が用いられ、入力電極２
ａ，２ｂ及び出力電極３にはんだ付けされて接続され
る。

【０００６】なお、上記入力側配線４ａ，４ｂの接続位
置はノード点に対応する位置のいずれの箇所でもよく、
入力電極２ａ，２ｂの一部を幅方向に垂直な側面に入力
電極２ａ，２ｂと導通した接続電極を形成し、この側面
のノード点に対応する位置に入力側配線４ａ，４ｂを接
続するようにしたものもある。

【０００７】また、図示しないが、同様の構成でλ／２
モードと呼ばれる基本（１次）振動モードを利用した場
合は、ノード点は長さ方向の１／２（λ／４）の位置に
生じ、両端部では最大の振動変位となる。また、３次
（３λ／２）以上の振動モードにおいても、各λ／２区
間の中央部がノード点となり、両端部および両端部から
λ／２の整数倍の位置で最大の振動変位となる。

【０００８】このような圧電トランスでは、振動をでき
るだけ妨げないように、変位が最小となるノード点に対
応する位置で支持するのが一般的である。また、振動を
妨げないようにかつリード線等が振動により断線しない
ように、入力電極と外部との電気的接続もノード点に対
応する位置で行われている。そして、より薄型化するた
めに、入力側配線は側面のノード点に対応する位置に接
続される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般的
にノード点では振動変位は最小であるが振動応力は最大
となり、上記従来の圧電トランスにおいては、このノー
ド点位置での支持や電気的接続を行った場合でも、支持
部材の接着、接合やリード線等のはんだ付けが劣化しや
すく、支持や電気的接続の信頼性が低下するという問題
があった。

【００１０】また、安定な支持や実用的な実装のため
に、支持、電気的接続はノード点に対応する幅方向の縁
端近傍または側面で行われる場合が多いが、この場合
は、幅方向の振動が規制されて昇圧比の低下等の性能低
下を招いたり、幅方向振動変位によりリード線等に振動
のストレスが加わる等、電気的接続の信頼性が低下する
という問題があった。

【００１１】そこで、本発明の目的は、以上のような従
来の圧電トランスが持つ種々の問題点を解消し、ノード
点に対応する幅方向の縁端部に切込みを形成して、振動
応力及び振動変位を大幅に低減した切込み凸部を設け、
この切込み凸部で支持または電気的接続を行うことによ
り、性能を低下させることなく、信頼性の高い支持およ
び電気的接続を行うことができ、かつ、より小形化でき
る圧電トランスを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明は、矩形状の圧電板に入力電極
及び出力電極を形成し、縦振動モードを利用してなる圧
電トランスにおいて、前記圧電板の長さ方向のノード点
に対応する位置の近傍であって、幅方向の側縁部の少な
くとも一箇所に、幅方向に延びる一対の切込みが形成さ
れ、該切込みにより切込み凸部が設けられていることを
特徴とするものである請求項２に係る発明は、請求項１に記載の圧電トランス
において、前記切込み凸部に前記入力電極または前記出
力電極と導通した接続導体が形成されていることを特徴
とするものである。

【００１３】請求項３に係る発明は、請求項１または請
求項２に記載の圧電トランスにおいて、前記切込み凸部
に実装部材へ支持するための支持部材が取付けられてい
ることを特徴とするものである。

【００１４】請求項４に係る発明は、請求項３に記載の
圧電トランスにおいて、前記支持部材が実装部材への支
持機能と電気的接続機能を兼ね備えていることを特徴と
するものである。

【００１５】上記の構成によれば、切込み凸部ではその
両側の切込みにより振動応力及び幅方向の振動変位が大
幅に低減される。したがって、この切込み凸部で支持及
び電気的接続を行うことにより、性能を低下させること
なく、安定で信頼性の高い支持及び電気的接続が可能と
なる。

【００１６】さらに、幅方向に切込みを形成することに
より共振周波数は低下するので、より小形化することが
できる。すなわち、同一周波数で使用した場合、圧電板
の長さをより短くすることができる。

【００１７】また、切込み凸部に、入力電極または出力
電極に導通した接続導体を形成することにより、切込み
凸部の所望の位置で電気的接続を行うことができ、信頼
性の高い接続を得るとともに、多様な実装形態に対応で
きる。

【００１８】また、切込み凸部に、実装基板やケース等
の実装部材への支持機能と電気的接続機能を兼ね備えた
支持部材を取付けることにより、面実装可能な形態とす
ることもでき、実装を容易にするとともに安定で信頼性
の高い支持及び接続を行うことができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施例を示す
図面に基づいて説明する。図において、従来例と同一ま
たは相当する部分、同一機能のものについては同一符号
を付す。

【００２０】図１は本発明の第１実施例に係る圧電トラ
ンスの構成を示す図であり、図８に示す従来例の圧電ト
ランスに本発明を適用したものである。

【００２１】本実施例の圧電トランスは２次振動モード
を用いたものであり、図１に示すように、長さ方向の各
λ／２の区間の中心すなわち両端部からλ／４のノード
点に対応する位置であって、幅方向の両側縁部に一対の
切込み６ａ，６ｂを形成して切込み凸部６が設けられて
いる。つまり、圧電板のノード点に対応する側縁部の全
ての箇所（４箇所）には切込み凸部６が形成されてい
る。入力側の一方の切欠き凸部６には入力電極２ａに導
通した接続導体７が、入力側の他方の切欠き凸部６には
入力電極２ｂに導通した接続導体７が形成されている。
上記切込み凸部６及び接続導体７以外の構成について
は、従来の図８で説明したものと同様の構成であり、そ
の説明を省略する。

【００２２】切込み６ａ，６ｂはダイサー等により形成
され、その幅は通常０．１〜１ｍｍに設定される。ま
た、切込み凸部６の幅は、支持及び電気的接続に供され
るため、実用上０．５ｍｍ以上に設定される。

【００２３】なお、切込み凸部６の長さ方向の位置は理
論的（幾何学的）ノード点とは限らず、支持及び電気的
接続方法により異なる実際の製品のノード点の位置に形
成される。

【００２４】この構成においては、切込み凸部では振動
応力及び幅方向の振動変位が大幅に低減され、この切込
み凸部で支持や電気的接続を行なうことにより、支持部
材の接着、接合や電気的接続のためのはんだ付け等の劣
化が防止され、かつ振動が阻害されず、安定で信頼性の
高い支持及び電気的接続を行うことができる。

【００２５】さらに、幅方向に切込みが形成され共振周
波数が低下するので、より小形化することができる。

【００２６】また、切込み凸部の先端面には接続導体が
形成されているので、電気的接続を切込み凸部の上下面
のみならず先端面でも行うことができる。

【００２７】次ぎに、具体的な実験結果に基づき、切込
みの作用、効果について説明する。図２〜図４は１次
（基本）振動モードを用いて、圧電板の長さ（λ／２）
寸法を１７ｍｍ（周波数を約９０ＫＨｚ）、幅寸法を８
ｍｍ、切込みの幅を０．２ｍｍで形成し、切込み凸部の
幅寸法Ｃ及び切込みの深さ寸法Ｄを変化させた場合の応
力、変位、共振周波数の変化を示す図である。

【００２８】図２は切込み凸部の側端部での最大応力と
幅Ｃに対する切込みの深さＤの比Ｄ／Ｃの関係を示し、
図３は切込み凸部の側端部での変位と幅Ｃに対する切込
みの深さＤの比Ｄ／Ｃの関係を示し、図４は周波数偏差
と切込み深さＤの関係を示すものであり、最大応力及び
変位は切込みのない場合すなわち従来例のものを１とし
てあり、周波数偏差は切込みのない場合との共振周波数
の差である。

【００２９】最大応力は、図２に示すように、切込みの
幅と深さの比Ｄ／Ｃが約０、２５のところで約０．３と
なり、０〜０．２５の以下では急激に減少し、０．２５
以上でではなだらかに減少していく。

【００３０】変位は、図３に示すように、応力に比べて
減少の度合いはなだらかであるが、切込みの幅と深さの
比Ｄ／Ｃが約１．０で０．５に低減される。

【００３１】つまり、最大応力は幅と深さの比Ｄ／Ｃが
０．２５以上あれば実用上問題はないが、変位は半分以
下を目標としており、幅と深さの比Ｄ／Ｃは１．０以上
が好ましい設定となる。すなわち、切込みの深さＤは切
込みの幅Ｃ以上に設定するのが好ましい。切込みの深さ
Ｄの上限は、圧電板１の機械的強度、縦振動の伝達等を
考慮して設定される。

【００３２】共振周波数は、図４に示すように、切込み
の深さＤが大きく寄与しており、切込みの深さＤが大き
くなるにつれて低下していく。

【００３３】次ぎに、本発明の圧電トランスの支持及び
電気的接続の具体的な実施例を示す。

【００３４】図５は本発明の第２実施例に係る面実装を
可能とした圧電トランスの構成を示す図であり、（ａ）
は平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図、（ｃ）は
（ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。

【００３５】本実施例の圧電トランスは、入力側の切込
み凸部６の先端面に形成され、入力電極２ａ、２ｂにそ
れぞれ導通した接続導体７にそれぞれ接続端子１１が取
付けられ、出力側の切込み凸部６の底面（実装面側）に
それぞれ支持台１２が取付けられ、出力電極３の略中央
部には出力用のリード線１３が取付けられて構成されて
いる。他の構成については、第１実施例の図１で示した
ものと同様の構成であり、その説明を省略する。

【００３６】接続端子１１は金属板を打抜きし、折曲げ
加工して形成されたものであり、一端部がはんだ付け、
導電性ペースト等により接続導体７に接続・固定されて
いる。支持台１２は円柱状あるいは四角柱状に成形、加
工されたセラミック、樹脂、ゴム等の弾性体等からな
り、接着剤により接着されて取付けられている。リード
線１３ははんだ付けされて接続されている。なお、接続
端子１１の取付け強度を高めるために接着剤で補強する
場合もある。

【００３７】そして、接続端子１１及びリード線１３の
他端部は実装基板等の実装部材の配線パターンのパッド
部にはんだ付けされ、支持台１２は支持部材として機能
し、実装部材に接着・固定される。

【００３８】この構成においては、接続端子１１は支持
機能及び電気的接続機能を兼ね備えており、支持部材と
しても機能しており、接続端子１１及び支持台１２は切
込み凸部に取付けられているので、振動応力及び変位の
影響が大幅に緩和され、安定で信頼性の高い支持及び電
気的接続が実現される。

【００３９】なお、上記支持台１２の形状のものの表面
に電極を形成して、支持機能及び電気的接続機能を兼ね
備えるようにしてもよく、または導電性ゴムを用いても
よい。また、上記接続端子１２の形状のものを樹脂等で
成形し、支持部材としてのみ用いるようにしてもよい。

【００４０】図６は本発明の第３実施例に係る圧電トラ
ンスの実装構造を示す図であり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は側面図である。

【００４１】本実施例の圧電トランスは基本（１次）振
動モードを用いたものであり、ノード点に対応する長さ
方向の中央部の両側縁部に切込み凸部６が設けられ、各
切込み凸部６の先端面には、一方が入力電極２ａに導通
した接続導体７、他方が入力電極２ｂに導通した接続導
体７が形成されている。

【００４２】そして、図６に示すように、実装基板等の
実装部材２０上にゴム状またはゲル状のシリコン系接着
剤３０を用いて支持され、切込み凸部６の先端面に形成
された接続導体７にそれぞれ入力用のリード線１３がは
んだ付けされ、出力側端面に形成された出力電極３に出
力用のフィルム状導体１４がはんだ付け、導電性接着剤
等により接続され、リード線１３及びフィルム状導体１
４の他端部は実装部材２０上の配線パターンのパッドに
はんだ付け、導電性接着剤等により接続されている。

【００４３】１次振動モードを用いた場合は、安定な支
持を得るために、上記のようにシリコン系接着剤で支持
する方法が有効である。また、出力用の電気的接続に上
記のようなフィルム状導体を用いれば、振動が抑圧され
ず、かつ振動変位による断線等を低減することができ
る。

【００４４】この構成においては、入力側のリード線１
３は応力及び幅方向の変位を大幅に低減された切込み凸
部に接続されており、リード線１３のはんだ付け強度及
びリード線の幅方向の振動変位による劣化が防止され
る。

【００４５】なお、上記各実施例では１次または２次振
動モードの単板の圧電トランスで説明したが、積層構成
の圧電トランス、３次以上の振動モードを用いた圧電ト
ランスにも本発明を適用できる。

【００４６】図７は３次振動モードを用いた圧電トラン
スであり、入力側及び出力側の両端部からλ／４離れた
ノード点に対応する位置の両側縁部に切込み凸部６がそ
れぞれ設けられている。また、出力電極３は出力側の長
さ方向の端部からλ／４離れた位置の両主面に帯状に形
成され、それぞれの切込み凸部６の先端面には上下の出
力電極３を接続するように接続導体７が形成されてい
る。長さ方向の中央部のノード点に対応する位置には切
込み凸部は設けられていない。

【００４７】この構成においては、入力電極２ａ，２ｂ
のみならず出力電極３をも支持機能及び電気的接続機能
を有する支持部材で支持及び電気的接続を行うことがで
きる。また、この構成のように、切込み凸部は全てのノ
ード点に対応する位置に形成する必要はなく、安定で信
頼性の高い支持及び電気的接続を得る位置にのみ形成す
ればよい。

【００４８】また、上記各実施例では切込み凸部はノー
ド点に対応する位置の両側縁部に対称に設けられている
が、これに限るものではなく、一方の側縁部のみに形成
してもよく、また、一対の切込みの深さはそれぞれ異な
る寸法であってもよい。

【００４９】要するに、切込み凸部の数、形状、形成位
置は、実装の形態、昇圧比等の特性等を考慮して適宜設
定される。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る圧電
トランスによれば、長さ方向のノード点に対応する位置
に、振動応力及び変位が大幅に低減された切込み凸部が
形成され、この切込み凸部で支持及び電気的接続を行う
ことにより、性能を低下させることなく、安定で信頼性
の高い支持及び電気的接続を行うことができる。

【００５１】さらに、幅方向に切込みを形成することに
より共振周波数が低下するので、より小形化することが
できる。

【００５２】また、切込み凸部に入力電極または出力電
極に導通した接続導体を形成することにより、切込み凸
部の所望の位置で電気的接続を行うことができ、信頼性
の高い接続を得るとともに、多様な実装形態にも対応で
きる。

【００５３】また、切込み凸部に支持機能と電気的接続
機能を兼ね備えた支持部材を取り付けることにより、面
実装可能な構成とすることもでき、実装を容易にすると
ともに安定で信頼性の高い支持及び電気的接続を行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る圧電トランスの外観
斜視図である。

【図２】本発明の切込み凸部先端部での最大応力と切込
み凸部の寸法の関係を示す図である

【図３】本発明の切込み凸部先端部での幅方向の変位と
切込み凸部の寸法の関係を示す図である

【図４】本発明の共振周波数と切込みの深さの関係を示
す図である。

【図５】（ａ）は本発明の第２実施例に係る圧電トラン
スの平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図、（ｃ）
は（ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。

【図６】（ａ）は本発明の第３実施例に係る圧電トラン
スの実装構造を示す平面図、（ｂ）はその側面図であ
る。

【図７】本発明の他の実施例に係る外観斜視図である。

【図８】従来の圧電トランスの外観及び振動姿態を示す
説明図である。

【符号の説明】

１圧電板２ａ，２ｂ入力電極３出力電極６切込み凸部６ａ，６ｂ切込み７接続導体１１接続端子１２支持台１３リード線１４フィルム状導体２０実装部材３０シリコン系接着剤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 41/107

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】矩形状の圧電板に入力電極及び出力電極
を形成し、縦振動モードを利用してなる圧電トランスに
おいて、前記圧電板の長さ方向のノード点に対応する位置の近傍
であって、幅方向の側縁部の少なくとも一箇所に、幅方
向に延びる一対の切込みが形成され、該切込みにより切
込み凸部が設けられていることを特徴とする圧電トラン
ス。
【請求項２】前記切込み凸部に前記入力電極または前
記出力電極と導通した接続導体が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。
【請求項３】前記切込み凸部に実装部材へ支持するた
めの支持部材が取付けられていることを特徴とする請求
項１または請求項２に記載の圧電トランス。
【請求項４】前記支持部材が実装部材への支持機能と
電気的接続機能を兼ね備えていることを特徴とする請求
項３に記載の圧電トランス。