JP3080153B2 - 圧電トランス - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶パネルの冷陰
極管バックライト用のインバータ回路や、各種の高電圧
発生用の電源回路で用いられる圧電トランスに関し、特
に、圧電トランス素子がケースの内部に保持されている
構成の圧電トランスに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、テレビジョンの偏向装置や、複写
機の帯電装置など高電圧を必要とする装置の内部の電源
回路では、高電圧発生用の変圧素子として巻線型の電磁
トランスが用いられてきた。この電磁トランスでは、磁
性体のコアに導線を巻き付ける構造になっており、高い
変性比を実現するために、コアに巻き付ける導線の巻数
を多くする必要がある。このため、小型の電磁トランス
を実現することが非常に困難であった。

【０００３】電磁トランスに対して、小型で高効率の圧
電トランスが用いられつつある。圧電トランスは、駆動
部及び発電部を有するものである。この圧電トランスで
は、駆動部に交流電圧を印加することで、逆圧電効果に
より圧電トランスに歪みを発生させ、その歪みを利用し
て圧電効果によって発電部に電圧を発生させている。

【０００４】図８は、従来の圧電トランスを説明するた
めの斜視図である。図８に示されるように、従来の圧電
トランスとしては、対称ローゼン３次型の圧電トランス
素子１６０が用いられている。この対称ローゼン３次型
の圧電トランス素子１６０は、長板状の圧電体１６０ａ
の両面に電極が形成されたものである。圧電体１６０ａ
の一端部が圧電トランス素子１６０の低インピーダンス
の駆動部１６１ａであり、他端部が圧電トランス素子１
６０の低インピーダンスの駆動部１６１ｂである。

【０００５】駆動部１６１ａの表面に入力電極１１１が
形成され、駆動部１６１ａの裏面に、駆動部１６１ａを
介して入力電極１１１と対向する入力電極（不図示）が
形成されている。また、駆動部１６１ｂの表面に入力電
極１１３が形成され、駆動部１６１ｂの裏面に、駆動部
１６１ｂを介して入力電極１１３と対向する入力電極
（不図示）が形成されている。この駆動部１６１ａ及び
１６１ｂでは、圧電体１６０ａの厚み方向に分極されて
いる。

【０００６】圧電体１６０ａの表面の、入力電極１１１
と入力電極１１３とで挟まれる部分では、入力電極１１
１と入力電極１１３との中間を通る帯状の出力電極１１
５が部分的に形成されている。また、圧電体１６０ａの
裏面にも、圧電体１６０ａを介して出力電極１１５と対
向する出力電極（不図示）が形成されている。

【０００７】圧電体１６０ａの、入力電極１１１と出力
電極１１５との間の部分が、高インピーダンスの発電部
１６２ａである。また、圧電体１６０ｂの、入力電極１
１３と出力電極１１５との間の部分が、高インピーダン
スの発電部１６２ｂである。発電部１６２ａ及び１６２
ｂでは、入力電極１１１、出力電極１１５及び入力電極
１１３が並ぶ方向、すなわち圧電体１６０ａの長さ方向
に分極されている。

【０００８】また、圧電トランス素子１６０では、入力
電極１１１の振動のノード位置１１７、出力電極１１５
の振動のノード位置１１８、入力電極１１３の振動のノ
ード位置１１９にそれぞれ、リード線の端部が半田付け
されている。また、入力電極１１１と対向する入力電極
のノード位置（不図示）、出力電極１１５と対向する出
力電極のノード位置（不図示）、入力電極１１３と対向
する入力電極のノード位置（不図示）にもそれぞれ、リ
ード線の端部が半田付けされている。

【０００９】リード線１２３とリード線１２４との間に
交流電圧を入力することにより、入力電極１１１及び１
１３、入力電極１１１と対向する入力電極、並びに、入
力電極１１３と対向する入力電極に交流電圧が印加さ
れ、駆動部１６１ａ及び１６１ｂが駆動する。そして、
駆動部１６１ａ及び１６１ｂが駆動することにより、圧
電体１６０ａの圧電効果により発電部１６２ａ及び１６
２ｂに電圧が発生する。一方、出力電極１１５及び、出
力電極１１５と対向する出力電極にリード線１２５が半
田付けされており、そのリード線１２５とリード線１２
４との間から、発電部１６２ａ及び１６２ｂに発生した
電圧が出力される。このような対称ローゼン３次型の圧
電トランス素子の場合、振動のノード位置にリード線を
接続するので、ロスの少ない圧電トランスが得られる。

【００１０】しかし、図８に示したような圧電トランス
を量産する場合、リード線を半田付けする際の作業性が
悪いという問題点がある。この問題点に対して、特開平
８−２９８２１３号公報では、バネ性を有するリード端
子をインサートモールドしたケースに圧電トランス素子
を挿入し、リード端子のバネ性を利用して圧電トランス
素子を保持する方法が開示されている。

【００１１】図９は、特開平８−２９８２１３号公報に
おける圧電トランスを示す分解斜視図であり、図１０
は、その圧電トランスの断面図である。

【００１２】図９に示されるように、特開平８−２９８
２１３号公報における圧電トランスとしては、図８に示
した圧電トランスと同様に、圧電体の表面に入力電極２
１１、入力電極２１３及び出力電極２１５が形成された
圧電トランス素子２６０が用いられている。その圧電体
の裏面には、圧電体を介して、入力電極２１１及び２１
３や、出力電極２１５のそれぞれに対向する入力電極や
出力電極が、図８に示した圧電トランスと同様に形成さ
れている。上部ケース２０２ａに第１のリード端子とし
ての上部リード端子２０３ａがインサートモールドさ
れ、下部ケース２０２ｂに第２のリード端子としての下
部リード端子２０３ｂがインサートモールドされてい
る。

【００１３】このような圧電トランスでは、上部ケース
２０２ａと下部ケース２０２ｂとの間に圧電トランス素
子２６０を挿入して上部ケース２０２ａと下部ケース２
０２ｂとが接合される。

【００１４】また、図１０に示されるように、上部ケー
ス２０２ａと下部ケース２０２ｂとが接合されて組み立
てられた状態の圧電トランスでは、入力電極２１１が接
点部２８１ａで上部リード端子２０３ａと電気的に接続
されている。入力電極２１１と圧電体を介して対向する
入力電極２１２が、接点部２８１ｂで下部リード端子２
０３ｂと電気的に接続されている。上部リード端子２０
３ａ及び下部リード端子２０３ｂのバネ性により、それ
ぞれのリード端子が圧電トランス素子２６０を押圧する
ことで圧電トランス２６０がケース内で保持されてい
る。上部ケース３０２ａの内壁には突起２８３ａが形成
され、下部ケース２０２ｂの内壁には突起２８３ｂが形
成されている。突起２８３ａ及び２８３ｂは、圧電トラ
ンス素子２６０の移動を制限するためのものである。

【００１５】このように、圧電トランス素子をリード端
子のバネ性により保持する圧電トランスのパッケージン
グ方法は、圧電トランス素子の組立性及び実装性の面で
大変優れている。

【００１６】次に、圧電トランス素子をケースに実装す
る方法として、弾性体を用いた方法について説明する。
図１１は、特開平９−３６４５３号公報における圧電ト
ランスを示す分解斜視図である。図１１に示される圧電
トランス素子は、横々効果を用いた２次モードの振動の
ものである。また、図１２は、特開平６−３４２９４５
号公報における圧電トランスを示す分解斜視図である。
図１２に示される圧電トランス素子はローゼン２次タイ
プのものである。

【００１７】図１１に示されるように、特開平９−３６
４５３号公報における圧電トランスでは、圧電トランス
素子３９１の振動のノード位置に弾性体３９２ａ及び３
９２ｂが接着剤で取り付けられている。そして、弾性体
３９２ａ及び３９２ｂが取り付けられた状態で圧電トラ
ンス素子３９１がケース３９３に収容される。ケース３
９３の内部では、弾性体３９２ａ及び３９２ｂによって
圧電トランス素子３９１が保持される。圧電トランス素
子３９１に備えられている電極には、振動の非ノード位
置でリード線（不図示）が取り付けられている。

【００１８】また、図１２に示されるように、特開平６
−３４２９４５号公報における圧電トランスでは、圧電
トランス素子４０１の振動のノード位置に弾性体４０２
ａ及び４０２ｂが接着剤で取り付けられている。圧電ト
ランス素子４０１の表面側の電極に、振動の非ノード位
置でリード線４０４ａが取り付けられ、圧電トランス素
子４０１の裏面側の電極に、振動の非ノード位置でリー
ド線４０４ｂが取り付けられている。さらに、圧電トラ
ンス素子４０１の端部の出力側電極にもリード線４０４
ｃが取り付けられている。圧電トランス素子４０１の、
リード線４０４ｃが取り付けられた位置も、振動の非ノ
ード位置である。

【００１９】このような圧電トランス素子４０１がケー
ス４０３の内部に収容される。ここで、弾性体４０２ａ
及び４０２ｂを接着剤でケース４０３の内壁に固着させ
る。これにより、圧電トランス素子４０１が弾性体４０
２ａ及び４０２ｂによってケース４０３の内部で保持さ
れる。

【００２０】図１２に示される圧電トランスの場合、特
に、圧電トランス素子４０１の端部で出力側電極に取り
付けられたリード線４０４ｃは、振動の振幅する部分に
取り付けられており、圧電トランス素子４０１の振動が
著しく阻害されることになる。

【００２１】次に、圧電トランス素子を実装する方法と
して、弾性体であるＯリングを用いた方法について説明
する。図１３は、特開平６−３２６３７１号公報におけ
る圧電トランスを示す斜視図である。図１３に示される
圧電トランス素子は、ローゼン２次タイプのものであ
る。

【００２２】図１３に示されるように、特開平６−３２
６３７１号公報における圧電トランスでは、圧電トラン
ス素子５１１の振動のノード位置にＯリング５１２ａが
接着剤５１３で取り付けられている。Ｏリング５１２ａ
が取り付けられた振動のノード位置と異なる振動のノー
ド位置には、Ｏリング５１２ｂが接着剤５１３により取
り付けられている。一方、基板５１４には、フック５１
５が備えられており、Ｏリング５１２ａ及び５１２ｂを
それぞれ、各Ｏリングに対応するフック５１５に引っか
けることによって圧電トランス素子５１１が基板５１４
に実装されている。

【００２３】圧電トランス素子５１１の、基板５１４と
反対側の面に備えられた電極に、振動の非ノード位置で
リード線５１６ａの一端が取り付けられ、圧電トランス
素子５１１の基板５１４側の面に備えられた電極に、振
動の非ノード位置でリード線５１６ｂの一端が取り付け
られている。そして、圧電トランス素子５１１の端部の
出力側電極にリード線５１６ｃの一端が取り付けられて
いる。

【００２４】図１３に示した圧電トランスの場合でも、
図１２に示したものと同様に、特に、圧電トランス素子
５１１の端部の出力側電極に取り付けられたリード線５
１６ｃは、振動の振幅する部分に取り付けられおり、圧
電トランス素子５１１の振動が著しく阻害されることに
なる。

【００２５】次に、圧電素子を共振子として用いたセラ
ミック共振子において、その圧電素子を、内壁に突起が
形成された弾性体の枠体の内部に実装する方法について
説明する。図１４は、特開平８−１３９５５６号公報に
おけるセラミック共振子を示す分解斜視図である。図１
４に示されるセラミック共振子に用いられている圧電素
子は、広がり振動モードを利用したものである。

【００２６】図１４に示すように、特開平８−１３９５
５６号公報におけるセラミック共振子では、弾性体の枠
体６２２の内壁に位置決め用突起６２３が形成されてい
る。その枠体６２２の内部で、板状の圧電素子６２１が
位置決め用突起６２３によって保持される。圧電素子６
２１の表面に電極板６２４ａが配置され、圧電素子６２
１の裏面に電極板６２４ｂが配置されるようにして、電
極板６２４ａ及び６２４ｂを枠体６２２に組み付けたも
のがケース６２５の内部に収容される。そして、ケース
６２５の開口部が封止樹脂６２６によって封止される。

【００２７】図１４に示したセラミック共振子では、圧
電素子６２１の位置決めをする突起が、圧電素子６２１
の広がり振動を阻害する位置に形成されている。

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ローゼン３次型の圧電トランスにおいては、振動のノー
ド位置にリード線が半田付けされているので、圧電トラ
ンスを量産する際に組立作業性が悪いという問題点があ
る。

【００２９】また、図９及び図１０に示した、特開平８
−２９８２１３号公報における圧電トランスでは、圧電
トランス素子を保持するリード端子及び、圧電トランス
素子の移動を制限する突起が設けられたケースに圧電ト
ランス素子を収容して圧電トランス素子を実装できるこ
とから組立作業性は良好である。ところが、ケース内の
突起２８３ａ及び２８３ｂが、モールドするケースの材
質と同等の硬い材質にならざるを得ないことから、振動
または衝撃等の影響で圧電トランス素子２６０が突起２
８３ａ及び２８３ｂに接触した場合及び、位置ずれによ
り圧電トランス素子２６０がケースに接触した場合、圧
電トランス素子２６０の振動特性が低下したり、可聴音
領域の振動が発生して、この振動がケースに伝搬し、騒
音を発生させるという問題点がある。

【００３０】さらに、特開平９−３６４５３号公報、特
開平６−３４２９４５号公報及び、特開平６−３２６３
７１号公報のそれぞれの公報における圧電トランスで
は、圧電トランス素子を保持するために圧電トランス素
子の振動のノード位置に接着した弾性体により圧電トラ
ンス素子がケースまたは基板に取り付けられていて、圧
電トランス素子の電極には、リード線が半田付けで取り
付けられている。ところが、リード線の半田付けの位置
は圧電トランス素子の振動の非ノード位置であり、リー
ド線を振動のノード位置に取り付けることができない。
このため、振動の非ノード位置にリード線が取り付けら
れることにより圧電トランス素子の振動が阻害され、圧
電トランス素子の振動特性が低下するという問題点があ
る。また、圧電トランス素子を保持するために用いられ
ている弾性体の取り付け位置を、振動のノード位置と規
定するのみで、その取り付け位置の範囲については明示
されておらず、弾性体の材質についても詳細な規定はさ
れていない。さらに、特開平６−３２６３７１号公報に
おける圧電トランスでは、圧電トランス素子に接着され
たＯリングを、基板に備えられたフックに引っかけるこ
とで圧電トランス素子が基板に実装されているが、振動
または衝撃等により、Ｏリングが基板のフックから外れ
てしまうという危険性がある。

【００３１】さらに、図１４に示した特開平８−１３９
５５６号公報におけるセラミック共振子では、弾性体の
枠体６２２に形成された位置決め用突起６２３が、圧電
素子６２１の振動を阻害する位置に形成されているとい
う問題点がある。また、位置決め用突起６２３の形状及
び位置について詳細な規定がされておらず、枠体６２２
の材質として用いる弾性体の材質についても詳細な規定
がされていない。

【００３２】本発明の目的は、上述した従来技術の問題
点に鑑み、ケースの内部に圧電トランス素子が収容され
る圧電トランスにおいて、ケース内での圧電トランス素
子の移動を制限するため、あるいは圧電トランス素子の
位置決めするための突起をケースの内壁に形成せず、振
動または衝撃等の影響で圧電トランス素子がケースなど
に接触して、圧電トランス素子の振動特性が低下した
り、可聴音領域の振動が発生したりすることがない圧電
トランスを提供することにある。

【００３３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、長板状の圧電体の最大面積面となる表面及
び裏面に電極を形成して成る圧電トランス素子と、前記
圧電体の表面の電極と電気的に接続される第１のリード
端子及び、前記圧電体の裏面の電極と電気的に接続され
る第２のリード端子が備えられ、前記圧電トランス素子
が収容されるケースとを有する圧電トランスにおいて、
前記圧電トランス素子は、前記圧電体の表面の電極を押
圧する前記第１のリード端子及び、前記圧電体の裏面の
電極を押圧する前記第２のリード端子、並びに前記圧電
トランス素子が挿入されたリング状弾性体により前記ケ
ースの内部で保持されていることを特徴とする。

【００３４】上記の発明では、第１及び第２のリード端
子が備えられたケースの内部に圧電トランス素子を収納
する際に、圧電トランス素子の電極を押圧する第１及び
第２のリード端子、並びに、圧電トランス素子が挿入さ
れたリング状弾性体により圧電トランス素子を保持する
ので、圧電トランス素子の振動の阻害が抑えられる。従
って、高いエネルギー変換効率を有する圧電トランスが
得られる。また、圧電トランスに外力が加わってもケー
ス内部での圧電トランス素子の位置ずれが防止され、信
頼の高い圧電トランスが得られる。

【００３５】また、前記第１及び第２のリード端子が前
記圧電トランス素子の振動のノード位置で前記圧電トラ
ンス素子を保持し、前記リング状弾性体が、前記圧電ト
ランス素子の振動のノード位置からの距離が３ｍｍ以内
の範囲で前記圧電トランス素子を保持していることが好
ましい。

【００３６】さらに、前記圧電トランス素子が前記リン
グ状弾性体に挿入される方向における前記リング状弾性
体の幅が１〜２ｍｍであることが好ましい。

【００３７】さらに、前記リング状弾性体の材質が、シ
リコン系、ウレタン系またはテフロン系のゴム材であ
り、かつ、前記リング状弾性体の硬度が、 ＪＩＳ Ａ
５７５８に準ずる３０〜５０°であることが好まし
い。

【００３８】上記のような位置で第１及び第２のリード
端子、並びにリング状弾性体が圧電トランス素子を保持
していて、リング状弾性体の幅が１〜２ｍｍであり、か
つ、リング状弾性体が、上記のような材質及び硬度のも
のであることにより、圧電トランス素子の振動の阻害
や、ケース内部での圧電トランス素子の位置ずれが防止
される。

【００３９】また、本発明は、長板状の圧電体の最大面
積面となる表面及び裏面に電極を形成して成る圧電トラ
ンス素子と、前記圧電体の表面の電極と電気的に接続さ
れる第１のリード端子及び、前記圧電体の裏面の電極と
電気的に接続される第２のリード端子が備えられ、前記
圧電トランス素子が収容されるケースとを有する圧電ト
ランスにおいて、前記圧電トランス素子は、前記圧電体
の表面の電極を押圧する前記第１のリード端子及び、前
記圧電体の裏面の電極を押圧する前記第２のリード端
子、並びに前記圧電トランス素子の端部が挿入される凹
部が形成されたホルダー状弾性体により前記ケースの内
部で保持されていることを特徴とする。

【００４０】上記の発明では、第１及び第２のリード端
子が備えられたケースの内部に圧電トランス素子を収納
する際に、圧電トランス素子の電極を押圧する第１及び
第２のリード端子に圧電トランス素子が保持されると共
に、ホルダー状弾性体の凹部に圧電トランス素子の端部
が挿入されて、そのホルダー状弾性体により圧電トラン
ス素子がケースの内部で保持されるので、圧電トランス
素子の振動の阻害が抑えられる。従って、高いエネルギ
ー変換効率を有する圧電トランスが得られる。また、圧
電トランスに外力が加わってもケース内部での圧電トラ
ンス素子の位置ずれが防止され、信頼の高い圧電トラン
スが得られる。

【００４１】さらに、前記ホルダー状弾性体の凹部の深
さが３ｍｍ以下であることが好ましい。

【００４２】さらに、前記ホルダー状弾性体の凹部の内
部の側面及び底面に凸部が複数形成されていることが好
ましい。

【００４３】さらに、前記ホルダー状弾性体の凹部の内
部に形成された前記凸部の位置としては、前記凹部に前
記圧電トランス素子が挿入された状態で前記圧電体の表
面及び裏面と対向する前記凹部の内部の側面に形成され
た凸部の位置が、前記凹部の底面からの距離が２ｍｍ以
内の範囲にあり、前記凹部の底面に形成された凸部の位
置が、前記凹部に前記圧電トランス素子が挿入された状
態で前記圧電体の側面と対向する前記凹部の内部の側面
からの距離が２ｍｍ以内の範囲にあることが好ましい。

【００４４】さらに、前記ホルダー状弾性体の凹部の内
部に複数形成された凸部の形状が、半径０．３ｍｍ以下
の半円柱状であることが好ましい。

【００４５】さらに、前記ホルダー状弾性体の凹部の内
部に複数形成された凸部の形状が、半径０．３ｍｍ以下
の半球状であることが好ましい。

【００４６】さらに、前記ホルダー状弾性体の材質が、
シリコン系、ウレタン系またはテフロン系のゴム材であ
り、かつ、前記ホルダー状弾性体の硬度が、 ＪＩＳ
Ａ５７５８に準ずる３０〜５０°であることが好まし
い。

【００４７】前記圧電トランス素子の外形寸法として
は、長さが４２ｍｍ、幅が５．５ｍｍ、厚さが１ｍｍで
あることが好ましい。

【００４８】上記のような形状でホルダー状弾性体が形
成され、また、ホルダー状弾性体が、上記のような材質
及び硬度のものであることにより、圧電トランス素子の
振動の阻害や、ケース内部での圧電トランス素子の位置
ずれが防止される。

【００４９】

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

【００５０】（第１の実施の形態）図１は、本発明の第
１の実施形態の圧電トランスを示す分解斜視図である。
本実施形態の圧電トランスでは、図１に示すように、長
板状の圧電体１ａの最大面積面となる表面に、入力電極
１１、出力電極１５及び入力電極１３がそれぞれ部分的
に形成されている。また、圧電体１ａの裏面には、圧電
トランス素子１を介して、入力電極１１と対向する入力
電極（不図示）と、出力電極１５と対向する出力電極
（不図示）と、入力電極１３と対向する入力電極（不図
示）とが形成されている。このように圧電体１ａの表面
及び裏面に、入力電極及び出力電極が形成されることで
圧電トランス素子１が構成されている。

【００５１】このような圧電トランス素子１が、リング
状弾性体４を挿入されて、上部ケース２ａと下部ケース
２ｂとにより構成されるケース内に収容される。上部ケ
ース２ａに、第１のリード端子としての上部リード端子
３ａがインサートモールドされ、下部ケース２ｂに、第
２のリード端子としての下部リード端子３ｂがインサー
トモールドされている。上部ケース２ａにはスナップフ
ィットフィンガー５が形成されており、下部ケース２ｂ
には、スナップフィットフィンガー５に対応する突起部
９が形成されている。スナップフィットフィンガー５を
突起部９にはめ合わせることで、上部ケース２ａ及び下
部ケース２ｂから成るケースのケーシングが行われる。

【００５２】そして、下部ケース２ｂの内壁にはリング
状弾性体４を位置決めするための溝６が形成されてお
り、圧電トランス素子１を収容する際に、溝６にリング
状弾性体４を挿入することによりリング状弾性体４の位
置決めを行う。これにより、リング状弾性体４の位置決
めを行うと共に、圧電トランス素子１を上部ケース２ａ
及び下部ケース２ｂの内壁に直接接触させない状態で圧
電トランス素子１をリング状弾性体４によりケース内で
保持することができる。ここで、入力電極１１、出力電
極１５及び入力電極１３には、それぞれの電極に対応す
る上部リード端子３ａが押圧される。圧電体１ａの裏面
の複数の電極にも、それぞれの電極に対応する下部リー
ド端子３ｂが押圧される。このように上部リード端子３
ａ及び下部リード端子３ｂが圧電トランス素子１を押圧
することによっても、圧電トランス素子１がケース内で
保持されている。これにより、圧電トランスの外部から
力が加えられても、圧電トランス素子１がケースに接触
しないので、圧電トランス素子１の振動が阻害されるこ
となく、また、騒音を発生させることもない。

【００５３】次に、本実施形態の圧電トランスに用いら
れた構成部品について詳細に説明する。

【００５４】圧電トランス素子１の外形寸法は、長さＬ
＝４２ｍｍ、幅Ｗ＝５．５ｍｍ、厚さＴ＝１ｍｍであ
る。この圧電トランス素子１は、従来の技術の図８に示
した対称３次ローゼン型の圧電トランス素子と同様のも
のである。圧電トランス素子１の駆動周波数は１１５ｋ
Ｈｚである。

【００５５】上部ケース２ａ及び下部ケース２ｂのモー
ルド材料としては、液晶ポリマであるゼナイト７１３０
（商品名、デュポン社製）を使用した。上部ケース２ａ
及び下部ケース２ｂを組み合わせた時のケースの外形寸
法は、長さＬ＝４４．４ｍｍ、幅Ｗ＝１１．８ｍｍ、厚
さＴ＝３．２ｍｍである。

【００５６】図２は、上部リード端子３ａを示す平面図
及び側面図であり、図２（ａ）が上部リード端子３ａの
平面図、図２（ｂ）が上部リード端子３ａの側面図であ
る。図２（ａ）に示すように、上部リード端子３ａの寸
法としては、上部ケース２ａの内壁から上部リード端子
３ａの先端までの長さａ＝５．１ｍｍ、先端部での幅ｂ
＝０．４ｍｍである。上部リード端子３ａの、上部ケー
ス２ａにインサートモールドされている部分の幅ｃは、
バネ材料としての強度をもたせるため、１．０ｍｍに広
げられている。

【００５７】また、図２（ｂ）に示すように、上部リー
ド端子３ａの板厚ｄが０．１ｍｍであり、上部リード端
子３ａの先端部の段差ｅが０．４５ｍｍである。段差ｅ
には、上部リード端子３ａの板厚ｄが含まれている。

【００５８】図３は、下部リード端子３ｂを示す平面図
及び側面図であり、図３（ａ）が下部リード端子３ｂの
平面図、図３（ｂ）が下部リード端子３ｂの側面図であ
る。図３（ａ）に示すように、下部リード端子３ｂの寸
法としては、下部ケース２ｂの内壁から下部リード端子
３ｂの先端までの長さｆ＝５．１ｍｍ、先端部での幅ｇ
＝０．４ｍｍである。下部リード端子３ｂの、下部ケー
ス２ｂにインサートモールドされている部分の幅ｈは、
バネ材料としての強度をもたせるため、１．０ｍｍに広
げられている。

【００５９】また、図３（ｂ）に示すように、下部リー
ド端子３ｂの板厚ｉが０．１ｍｍであり、下部リード端
子３ｂの先端部の段差ｊが０．４５ｍｍである。段差ｊ
には、下部リード端子３ｂの板厚ｉが含まれている。

【００６０】上部リード端子３ａ及び下部リード端子３
ｂの材料としては、リン青銅（Ｃ−５２１０Ｈ材）が用
いられており、それぞれのリード端子の表面には、厚さ
２〜５μｍのニッケルメッキが施されている。

【００６１】また、上部リード端子３ａ及び下部リード
端子３ｂの圧電トランス素子１への接触部は、振動のノ
ードに位置している。上部リード端子３ａの接触長さ
は、上部リード端子３ａの先端の幅ｂ＝０．４ｍｍであ
り、下部リード端子３ｂの接触面積Ｓは、Ｓ＝０．２５
ｍｍ² である。上部リード端子３ａ及び下部リード端子
３ｂを圧電トランス素子１に接触させるために、それぞ
れのリード端子の押し込みストロークが約０．５ｍｍ、
それぞれのリード端子の押圧力が５０〜６０ｇｆに設定
されている。

【００６２】図４は、図１に示されるリング状弾性体４
を示す斜視図である。図４に示すようにリング状弾性体
４の外形寸法としては、長さｋ₁＝９．５ｍｍ、高さｐ₁
＝２ｍｍ、幅ｑ₁＝２ｍｍとなっている。幅ｑ₁は、圧電
トランス素子１がリング状弾性体４に挿入される方向に
おけるリング状弾性体４の幅である。また、圧電トラン
ス素子１を挿入する、リング状弾性体４の穴の形状は、
長さｋ₂＝５．５ｍｍ、高さｐ₂＝１ｍｍである。そし
て、幅ｋ₃が２ｍｍ、幅ｐ₃が０．５ｍｍとなっている。
リング状弾性体４の材質としては、硬度が３０°（ＪＩ
Ｓ Ａ ５７５８に準ずる）のシリコン系のゴム材が用
いられている。また、リング状弾性体４を圧電トランス
素子１に取り付ける位置は、振動のノード位置から３ｍ
ｍの範囲内とした。

【００６３】上記の構成部品から成る圧電トランスにお
いて、騒音レベル評価、電気特性評価、振動及び衝撃試
験、信頼性評価を行ったところ、以下で説明する結果が
得られた。

【００６４】まず、騒音レベルについて測定したとこ
ろ、従来の技術の図９に示したものではバックグラウン
ドレベルより数ｄＢから１０ｄＢ大きい騒音が発生して
おり、その発生率が約３０％であったが、本実施形態の
圧電トランスでは、騒音レベルが全てバックグラウンド
レベルであった。

【００６５】次に、電気特性を評価したところ、エネル
ギー変換効率は９４％以上であり、従来の圧電トランス
のようにリード端子のみで圧電トランス素子を保持する
構成のものと有意差はなく、良好な結果であった。

【００６６】続いて、振動及び衝撃試験により、圧電ト
ランスの保持力の評価を行った。

【００６７】振動試験は、加速度３Ｇで振動周波数を１
５Ｈｚ〜１ｋＨｚに変化させた振動を１サイクルとし
て、圧電トランスのＸＹＺ方向に対して、１サイクル／
１分、各方向２時間（１２０サイクル）の条件で、圧電
トランスのサンプル数２０個で行った。振動試験後の騒
音レベル測定、電気特性においても、振動試験前の初期
値と変わらず、良好な結果であった。

【００６８】また、衝撃試験は、圧電トランスの±ＸＹ
Ｚ方向から、加速度１００Ｇ（衝撃時間約１０ｍｓｅ
ｃ）の衝撃を、各方向で１０回印加する条件で、サンプ
ル数２０個で行った。衝撃試験後の騒音レベル、電気特
性とも、衝撃試験前の初期値と変わらず、良好な結果で
あった。

【００６９】これより、圧電トランスの外部からの力に
対して信頼性のある圧電トランスが実現できた。

【００７０】さらに、高温放置、低温放置、高温動作、
熱衝撃試験の信頼性評価を行った（サンプル数、各２０
個）ところ、圧電トランスの騒音レベルの増加や、エネ
ルギー変換効率の低下などの問題は生じず、環境変化に
対しても信頼性のある圧電トランスが実現できた。

【００７１】上記と同様な構成の圧電トランスで、リン
グ状弾性体４のシリコン系のゴム材の硬度を変化させて
評価したところ、３０〜５０°（ＪＩＳ Ａ ５７５８
に準ずる）の硬度のものでは、上記と同様に良好な結果
であった。ところが硬度が、３０°（ＪＩＳ Ａ ５７
５８に準ずる）を下回るものでは、リング状弾性体４の
ゴム材が柔らかくなってしまうことから、圧電トランス
素子１を保持する力が弱くなり、振動または衝撃試験に
おける外部からの力の影響で、圧電トランス素子１の位
置ずれが発生し、試験後に騒音レベルが増大するものが
あった。逆に、５０°（ＪＩＳ Ａ ５７５８に準ず
る）を越える硬度のものでは、ゴム材が硬くなってしま
うことから、圧電トランス素子１を押さえる力が強くな
ってしまい、エネルギー変換効率が、９０％以下と低下
するものが発生した。

【００７２】また、リング状弾性体４の幅ｑ₁を変化さ
せて評価したところ、幅ｑ₁が１〜２ｍｍの範囲では上
記と同様に良好な結果であった。ところが、幅ｑ₁が１
ｍｍを下回る場合には、リング状弾性体４の保持力が低
下してしまい、振動または衝撃試験における外部からの
力の影響で、圧電トランス素子１の位置ずれが発生し、
試験後に騒音レベルが増大するものがあった。逆に、幅
ｑ₁が２ｍｍを越える場合には、圧電トランス素子１の
振動の阻害が起こってしまい、エネルギー変換効率が全
体的に低下し、９０％を下回る結果であった。

【００７３】そして、リング状弾性体４を圧電トランス
素子１に取り付ける位置として、振動のノード位置から
３ｍｍを越える位置に取り付けて評価したところ、エネ
ルギー変換効率は低下し、９０％を下回る結果であっ
た。

【００７４】リング状弾性体４の材質として用いたシリ
コン系のゴム材の代わりに、ウレタン系及びテフロン系
のゴム材をリング状弾性体４の材質として用いて、上記
と同様の内容で圧電トランスを評価した結果、シリコン
系のゴム材を用いた場合と同様な結果であった。

【００７５】（第２の実施の形態）図５は、本発明の第
２の実施形態の圧電トランスを示す分解斜視図である。
本実施形態の圧電トランスでは、第１の実施形態と比較
して、圧電トランス素子を保持するために用いる弾性体
と、圧電トランス素子が収容されるケースの一部が異な
っている。この図５では、第１の実施形態と同一の構成
部品に同一の符号を付してある。以下では、第１の実施
形態と異なる点を中心に説明する。

【００７６】本実施形態の圧電トランスでは、図５に示
すように、圧電トランス素子１が、圧電トランス素子１
の両端部に取り付けられるホルダー状弾性体７によって
ケースの内部で保持される。ホルダー状弾性体７には、
圧電トランス素子１の端部が挿入される凹部７ａが形成
されている。圧電トランス素子１の端部を凹部７ａに挿
入することで圧電トランス素子１にホルダー状弾性体７
が取り付けられる。

【００７７】また、下部ケース３２ｂは、第１の実施形
態で用いた下部ケース２ｂと比較して、下部ケース２ｂ
に形成されていた位置決め用溝６が下部ケース３２ｂに
形成されていないことだけが異なっている。下部ケース
３２ｂのその他の形状や寸法は、下部ケース２ｂと同じ
であり、下部ケース３２ｂに形成された突起部３９も下
部ケース２ｂの突起部９と同一の形状である。従って、
突起部３９には上部ケース２ａのスナップフィットフィ
ンガー５がはめ合わされる。

【００７８】図６は、ホルダー状弾性体７を示す斜視図
である。図６に示すように、ホルダー状弾性体７に形成
された凹部７ａの、底面や側面の内壁には、半円柱状に
突出する凸部７ｂが形成されている。

【００７９】図７は、ホルダー状弾性体７を示す断面図
及び、凸部７ｂの形状を説明するための図であり、図７
（ａ）が図６のＡ−Ａ’線断面図、図７（ｂ）が図６の
Ｂ−Ｂ’線断面図である。図７（ｃ）及び図７（ｄ）
は、凸部７ｂの形状を説明するための図である。

【００８０】図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、
ホルダー状弾性体７の外形寸法は、幅ｗ₁＝９．５ｍ
ｍ、高さｖ₁＝２ｍｍ、長さｕ₁＝５ｍｍである。圧電ト
ランス素子１を挿入する凹部７ａの形状は、幅ｗ₂＝
５．５ｍｍ、高さｖ₂＝１ｍｍ、深さｕ₂＝３ｍｍであ
る。そして、幅方向の厚みｗ₃＝２ｍｍ、高さ方向の厚
みｖ₃＝０．５ｍｍとなっている。ホルダー状弾性体７
の材質としては、シリコン系のゴム材を用いており、そ
のシリコン系のゴム材の硬度が３０°（ＪＩＳ Ａ ５
７５８に準ずる）である。

【００８１】また、圧電トランス素子１を挿入する凹部
７ａの内壁には、図７（ｃ）に示される半円柱状の凸部
７ｂが形成されている。凸部７ｂの代わりに、図７
（ｄ）に示される半球状の凸部を凹部７ａの内壁に形成
しても良い。

【００８２】凸部７ｂが形成される位置としては、凹部
７ａに圧電トランス素子１が挿入された状態で圧電トラ
ンス素子１の表面または裏面と対向する凹部７ａ内の側
面に形成された凸部は、その凸部の、凹部７ａの底面側
の端部と、凹部７ａの底面との距離が２ｍｍ以下となる
ように形成されている。また、凹部７ａに圧電トランス
素子１が挿入された状態で圧電トランス素子１の側面と
対向する凹部７ａ内の側面に形成された凸部は、その凹
部７ａの側面の中心を通り圧電トランス素子１の表面及
び裏面に対して平行に延びるように形成されている。さ
らに、凹部７ａの底面に形成される凸部の位置として
は、凹部７ａに圧電トランス素子１が挿入された状態で
圧電トランス素子１の側面と対向する凹部７ａの側面か
らの距離が２ｍｍ以内の範囲に凸部が形成されている。

【００８３】凹部７ａの内壁のそれぞれの面に形成され
た凸部７ｂの大きさとしては、半径０．３ｍｍの半円柱
とした。

【００８４】上述した本実施形態の圧電トランスにおい
て、第１の実施形態のものと同様に騒音レベル評価、電
気特性評価、振動及び衝撃試験、信頼性評価を行ったと
ころ、第１の実施形態の圧電トランスと同様に良好な結
果が得られた。

【００８５】特に、本実施形態の圧電トランスは、第１
の実施形態のものと比べて、圧電トランス素子１のエネ
ルギー変換効率が向上し、エネルギー変換効率が９５％
以上となる結果が得られた。

【００８６】また、ホルダー状弾性体７の材質として用
いるシリコン系のゴム材の硬度を変化させて圧電トラン
スを評価したところ、硬度が３０〜５０°（ＪＩＳ Ａ
５７５８に準ずる）のものでは、上記と同様に良好な
結果であった。ところが、硬度が３０°（ＪＩＳ Ａ
５７５８に準ずる）を下回るものでは、ゴム材が柔らか
くなってしまうことから、振動または衝撃試験における
外部からの力の影響で凹部７ａ内壁の凸部７ｂがつぶれ
てしまい、圧電トランス素子１の振動が阻害され、圧電
トランスのエネルギー変換効率が９０％以下に低下する
ものが発生した。逆に、硬度が５０°（ＪＩＳ Ａ ５
７５８に準ずる）を越えるものでは、ゴム材が硬くなっ
てしまうことから、圧電トランス素子１を押さえる力が
強くなってしまい、エネルギー変換効率が９０％以下に
低下するものが発生した。

【００８７】また、ホルダー状弾性体７の凹部７ａの深
さｕ₂を変化させて圧電トランス評価したところ、深さ
ｕ₂が３ｍｍの範囲内では上記と同様に良好な結果であ
った。ところが、深さｕ₂が３ｍｍを上回る場合には、
圧電トランス素子１の振動の阻害が起こってしまい、圧
電トランスのエネルギー変換効率が全体的に低下し、エ
ネルギー変換効率が９０％を下回る結果であった。

【００８８】そして、ホルダー状弾性体７の凸部７ｂを
形成する位置として、凹部７ａの側面に形成される凸部
を、その凸部の、凹部７ａの底面側の端部と、凹部７ａ
の底面との距離が２ｍｍ以上となるように形成し、か
つ、凹部７ａの底面に形成される凸部を、その凸部の、
凹部７ａの側面側の端部と、凹部７ａの側面との距離が
２ｍｍ以上となるように形成して圧電トランスを評価し
た。この場合、エネルギー変換効率が低下し、９０％を
下回る結果であった。

【００８９】さらに、半円柱状の凸部７ｂの大きさとし
て、凸部７ｂの半円柱の半径を０．３ｍｍより大きくし
たホルダー状弾性体を用いて圧電トランスを評価したと
ころ、圧電トランス素子１の振動が阻害され、圧電トラ
ンスのエネルギー変換効率が低下してしまった。

【００９０】さらに、凹部７ａの内壁に、図７（ｄ）に
示したような半球状の凸部を形成し、その凸部の半球の
半径が０．３ｍｍであるホルダー状弾性体を用いて圧電
トランスを評価したところ、半径０．３ｍｍの半円柱状
の凸部７ｂが形成されたホルダー状弾性体７の場合と同
様な結果が得られた。ところが、凸部の半球の半径が
０．３ｍｍを超える場合には、圧電トランス素子１の振
動が阻害され、圧電トランスのエネルギー変換効率が低
下してしまった。

【００９１】ホルダー状弾性体７の材質として用いたシ
リコン系のゴム材の代わりに、ウレタン系及びテフロン
系のゴム材をホルダー状弾性体７の材質として用いて、
上記と同様の内容で圧電トランスを評価した結果、シリ
コン系のゴム材を用いた場合と同様な結果であった。

【００９２】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、長板状の
圧電体の表面及び裏面に電極を形成して成る圧電トラン
ス素子が、圧電体の表面の電極を押圧する第１のリード
端子及び、圧電体の裏面の電極を押圧する第２のリード
端子、並びに圧電トランス素子が挿入されたリング状弾
性体によりケースの内部で保持されるので、圧電トラン
ス素子の振動が阻害されず、エネルギー変換効率が高い
圧電トランスが得られるという効果がある。また、ケー
ス内での圧電トランス素子の移動を制限するため、ある
いは圧電トランス素子の位置決めをするための突起をケ
ースの内壁に形成しないので、振動または衝撃などの影
響で圧電トランス素子がケースなどに接触して、圧電ト
ランス素子の振動低下したり、可聴音領域の振動が発生
したりすることがない。従って、可聴音領域の振動がケ
ースに伝搬されて騒音が発生せず、低騒音の圧電トラン
スが得られるという効果がある。

【００９３】また、上記の圧電トランスにおいて、リン
グ状弾性体の代わりに、圧電トランスの端部が挿入され
る凹部が形成されたホルダー状弾性体を用いて、ホルダ
ー状弾性体と、第１及び第２のリード端子とにより圧電
トランス素子をケース内で保持することにより、上述し
たリング状弾性体を用いた圧電トランスと同様な効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の圧電トランスを示す
分解斜視図である。

【図２】図１に示される上部リード端子を示す平面図及
び側面図である。

【図３】図１に示される下部リード端子を示す平面図及
び側面図である。

【図４】図１に示されるリング状弾性体を示す斜視図で
ある。

【図５】本発明の第２の実施形態の圧電トランスを示す
分解斜視図である。

【図６】図５に示されるホルダー状弾性体を示す斜視図
である。

【図７】図６のＡ−Ａ’線断面図、Ｂ−Ｂ’線断面図、
及び、図６に示されるホルダー状弾性体の内部に形成さ
れる凸部の形状を説明するための斜視図である。

【図８】従来の技術による圧電トランスを説明するため
の斜視図である。

【図９】従来の技術による圧電トランスを示す分解斜視
図である。

【図１０】図９に示される圧電トランスの断面図であ
る。

【図１１】従来の技術による圧電トランスを示す分解斜
視図である。

【図１２】従来の技術による圧電トランスを示す分解斜
視図である。

【図１３】従来の技術による圧電トランスを示す斜視図
である。

【図１４】従来の技術による圧電トランスを示す分解斜
視図である。

【符号の説明】

１ 圧電トランス素子 １ａ 圧電体 ２ａ 上部ケース ２ｂ、３２ｂ 下部ケース ３ａ 上部リード端子 ３ｂ 下部リード端子 ４ リング状弾性体 ５、３５ スナップフィットフィンガー ６ 位置決め用溝 ７ ホルダー状弾性体 ７ａ 凹部 ７ｂ 凸部 ９、３９ 突起部 １１、１３ 入力電極 １５ 出力電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大白 直人 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７−131088（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−202288（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−97482（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 41/107

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 長板状の圧電体の最大面積面となる表面
   及び裏面に電極を形成して成る圧電トランス素子と、 前記圧電体の表面の電極と電気的に接続される第１のリ
   ード端子及び、前記圧電体の裏面の電極と電気的に接続
   される第２のリード端子が備えられ、前記圧電トランス
   素子が収容されるケースとを有する圧電トランスにおい
   て、 前記圧電トランス素子は、前記圧電体の表面の電極を押
   圧する前記第１のリード端子及び、前記圧電体の裏面の
   電極を押圧する前記第２のリード端子、並びに前記圧電
   トランス素子が挿入されたリング状弾性体により前記ケ
   ースの内部で保持されていることを特徴とする圧電トラ
   ンス。
2. 【請求項２】 前記第１及び第２のリード端子が前記圧
   電トランス素子の振動のノード位置で前記圧電トランス
   素子を保持し、前記リング状弾性体が、前記圧電トラン
   ス素子の振動のノード位置からの距離が３ｍｍ以内の範
   囲で前記圧電トランス素子を保持している請求項１に記
   載の圧電トランス。
3. 【請求項３】 前記圧電トランス素子が前記リング状弾
   性体に挿入される方向における前記リング状弾性体の幅
   が１〜２ｍｍである請求項１または２に記載の圧電トラ
   ンス。
4. 【請求項４】 前記リング状弾性体の材質が、シリコン
   系、ウレタン系またはテフロン系のゴム材であり、か
   つ、前記リング状弾性体の硬度が、ＪＩＳ Ａ５７５８
   に準ずる３０〜５０°である請求項１、２または３に記
   載の圧電トランス。
5. 【請求項５】 長板状の圧電体の最大面積面となる表面
   及び裏面に電極を形成して成る圧電トランス素子と、 前記圧電体の表面の電極と電気的に接続される第１のリ
   ード端子及び、前記圧電体の裏面の電極と電気的に接続
   される第２のリード端子が備えられ、前記圧電トランス
   素子が収容されるケースとを有する圧電トランスにおい
   て、 前記圧電トランス素子は、前記圧電体の表面の電極を押
   圧する前記第１のリード端子及び、前記圧電体の裏面の
   電極を押圧する前記第２のリード端子、並びに前記圧電
   トランス素子の端部が挿入される凹部が形成されたホル
   ダー状弾性体により前記ケースの内部で保持されている
   ことを特徴とする圧電トランス。
6. 【請求項６】 前記ホルダー状弾性体の凹部の深さが３
   ｍｍ以下である請求項５に記載の圧電トランス。
7. 【請求項７】 前記ホルダー状弾性体の凹部の内部の側
   面及び底面に凸部が複数形成されている請求項５または
   ６に記載の圧電トランス。
8. 【請求項８】 前記ホルダー状弾性体の凹部の内部に形
   成された前記凸部の位置としては、前記凹部に前記圧電
   トランス素子が挿入された状態で前記圧電体の表面及び
   裏面と対向する前記凹部の内部の側面に形成された凸部
   の位置が、前記凹部の底面からの距離が２ｍｍ以内の範
   囲にあり、前記凹部の底面に形成された凸部の位置が、
   前記凹部に前記圧電トランス素子が挿入された状態で前
   記圧電体の側面と対向する前記凹部の内部の側面からの
   距離が２ｍｍ以内の範囲にある請求項７に記載の圧電ト
   ランス。
9. 【請求項９】 前記ホルダー状弾性体の凹部の内部に複
   数形成された凸部の形状が、半径０．３ｍｍ以下の半円
   柱状である請求項７または８に記載の圧電トランス。
10. 【請求項１０】 前記ホルダー状弾性体の凹部の内部に
    複数形成された凸部の形状が、半径０．３ｍｍ以下の半
    球状である請求項７または８に記載の圧電トランス。
11. 【請求項１１】 前記ホルダー状弾性体の材質が、シリ
    コン系、ウレタン系またはテフロン系のゴム材であり、
    かつ、前記ホルダー状弾性体の硬度が、ＪＩＳ Ａ ５
    ７５８に準ずる３０〜５０°である請求項５〜１０のい
    ずれか１項に記載の圧電トランス。
12. 【請求項１２】 前記圧電トランス素子の外形寸法とし
    ては、長さが４２ｍｍ、幅が５．５ｍｍ、厚さが１ｍｍ
    である請求項１〜１１のいずれか１項に記載の圧電トラ
    ンス。