JP3185976B2 - 圧電トランス - Google Patents

圧電トランス

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、携帯電子機器等
に内蔵され、供給される電力を所定の電圧に昇圧または
高圧する圧電トランスに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、携帯型等の小型電子機器の分野で
は、鉄心等を使用しないため小型軽量で、巻線等を使用
しないので電磁ノイズの輻射の少ない圧電トランスの使
用が普及し始めている。
【0003】図7は、このような圧電トランスの概略実
装方法を示した斜視図である。このように従来では、取
り付け穴55、55・・・を有するプリント板54上
に、スペーサ57、57・・・を挟んで圧電トランス5
1を載置し、取り付け穴55、55・・・を介して樹脂
等のバンド56、56・・・を圧電トランス51の周囲
に巻き、圧電トランス51を固定している。
【0004】またこの圧電トランス51の表面に形成さ
れた電極52、52・・・とプリント板に設けられた配
線パターンとの間は、各々リード線53、53・・・に
よって電気的に接続される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な構成では、圧電トランス51に対するバンド56、5
6・・・の位置にバラツキを生じ、変換効率の劣化を招
く。特に、小型化と入出力の高変換効率が求められるよ
うな直流電源装置等には適用が難しい。
【0006】また、圧電トランスは機械振動のエネルギ
ーを変換媒体とするため、動作時の振動を抑制するよう
な強固な固定方法では、入出力の変換効率を劣化させる
のみである。
【0007】こういった理由から従来の圧電トランスの
用途は、インバータ等の電圧昇圧変換用等、入出力の変
換効率を考慮しなくてもよい用途に限られていた。この
発明は、このような背景の下になされたもので、安定且
つ確実に実装可能で、高い変換効率を得ることができる
圧電トランスを提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項1に記載の発明にあっては、互いに対向
する第1の面と第2の面とを有し当該第1および第2の
面の一端部側の互いに対応する位置に第1の電極が形成
されるとともに当該第1および第2の面の他端部側の互
いに対応する位置に第2の電極が形成され当該第1の電
極から第2の電極方向に横振動を生じる圧電素子と、前
記圧電素子を実装するための基材と、前記基材の何れか
の面上における前記圧電素子の振動の節と対応する位置
に突出するとともに前記圧電素子の周囲を取り囲んで当
該基材上に支持する複数の支柱と、前記複数の支柱の各
々から前記圧電素子方向に突出するとともに当該圧電素
子とは接触しない凸部とを具備し、前記圧電素子は複数
の前記凸部の各々とに間に緩衝材が介挿されて前記基材
とは接触せずに支持されることを特徴とする。また、請
求項2に記載の発明にあっては、請求項1に記載の圧電
トランスでは、前記圧電素子は、前記互いに略平行する
第1および第2の面とは略直交し且つ互いに略平行する
第3の面と第4の面とを有し、前記第3の面および第4
の面における各々1ヶ所以上の前記振動の節に対応する
位置は前記凸部の先端部に弾性材を介して係止されるこ
とを特徴とする。また、請求項3に記載の発明にあって
は、請求項2に記載の圧電トランスでは、前記弾性材
は、弾性樹脂の接着剤であることを特徴とする。また、
請求項4に記載の発明にあっては、請求項1ないし請求
項3の何れかに記載の圧電トランスでは、前記基材の前
記何れかの面上における前記圧電素子の周囲には複数の
電気端子が設けられており、前記電気端子の各々は他の
電気端子とは互いに異なる1つ以上の前記第1あるいは
第2の電極と電気的に接続されることを特徴とする。ま
た、請求項5に記載の発明にあっては、請求項1ないし
請求項3の何れかに記載の圧電トランスでは、前記基材
における前記圧電素子の周囲には当該基材を貫通する複
数の電気端子が設けられており、前記電気端子の各々は
他の電気端子とは互いに異なる1つ以上の前記第1ある
いは第2の電極と電気的に接続されることを特徴とす
る。また、請求項6に記載の発明にあっては、請求項4
または請求項5の何れかに記載の圧電トランスでは、前
記電極と対応する前記電気端子との間は、軟導線により
電気的に接続されることを特徴とする。
【0009】この発明によれば、圧電素子を実装するた
めの基材の何れかの面上に、圧電素子の振動の節と対応
する位置に突出しまた圧電素子の周囲を取り囲んで基材
上に支持するとともに圧電素子方向に突出し且つ圧電素
子とは接触しない凸部を有する複数の支柱を設け、複数
の凸部の各々と圧電素子との間に緩衝材を介挿すること
で、互いに対向する第1の面と第2の面とを有し第1お
よび第2の面の一端部側の互いに対応する位置に第1の
電極が形成されるとともに第1および第2の面の他端部
側の互いに対応する位置に第2の電極が形成され第1の
電極から第2の電極方向に横振動を生じる圧電素子を、
基材とは接触させずに支持する。また、この圧電素子は
互いに略平行する第1および第2の面とは略直交し且つ
互いに略平行する第3の面と第4の面とを有しており、
第3の面および第4の面における各々1ヶ所以上の振動
の節に対応する位置で凸部の先端部に弾性材を介して係
止する。また、この弾性材を、弾性樹脂の接着剤とす
る。また、基材の何れかの面上における圧電素子の周囲
に複数の電気端子を設け、電気端子の各々を他の電気端
子とは互いに異なる1つ以上の第1あるいは第2の電極
と電気的に接続する。あるいは、基材における圧電素子
の周囲に基材を貫通する複数の電気端子を設け、電気端
子の各々を他の電気端子とは互いに異なる1つ以上の第
1あるいは第2の電極と電気的に接続する。また、これ
ら電極と対応する電気端子との間を、軟導線により電気
的に接続する。
【0010】
【発明の実施の形態】以下に、本発明について説明す
る。図1は、本発明の一実施の形態にかかる圧電トラン
スの構成を示す斜視図である。また図2は、図1におけ
る矢印A方向からの側面図、図3は同矢印B方向からの
上面図である。なおこれらの図では、x方向を横方向、
y方向を奥行き方向そしてz方向を高さ方向と称する。
【0011】これらの図において1は圧電素子であり、
上面の長手方向には蒸着等によって順に電極2-1、電極
-2、電極2-3が形成されている。また圧電素子1の下
面における電極2-1と対向する位置には電極2-6が形成
され、電極2-2と対向する位置には電極2-5が、電極2
-3と対向する位置には電極2-4が形成されている。
【0012】この圧電素子1は、入出力を複数の矩形板
の圧電セラミックの積層で構成され、各層には内部電極
(図1ないし図3では省略)が形成されている。この内
部電極を交互に圧電セラミックの端部に露出させ、互い
に対向する面に形成された電極2-1〜2-6によって電気
的な接続を行う。
【0013】5は、圧電素子1を圧電トランスとして図
示しないプリント板等に実装するためのベース部材であ
る。図1および図3に示すように、このベース部材5の
上方投影面積は、圧電素子1の上方投影面積よりも広
い。
【0014】ベース部材5には、圧電素子1の長手方向
を横方向とした場合の前端部と後端部との上面方向に
は、一例として各々3ヶ所ずつに支柱7、7・・・が設
けられている。
【0015】これら各支柱7、7・・・の高さ方向の長
さは、圧電素子1の高さ方向より長い。また各支柱7、
7・・・の各々は、対向する端部の対応する位置に設け
られた支柱7と互いに対向する面方向に、凸部7aを有
している。
【0016】さらにこれら互いに対応する凸部7a間の
幅は、図2および図3に示すように圧電素子1の奥行き
方向の長さより広い。圧電素子1は、これら各支柱7、
7・・・とは直接接触しておらず、一例としてシリコン
樹脂等の弾性接着剤が緩衝材8として挿入されて、支持
される。
【0017】ベース部材5の前端部と後端部とにおける
各支柱7と支柱7との間には、各々端子6-1、端子
-2、端子6-3、端子6-4が設けられている。これら端
子6-1ないし端子6-4の各々はベース部材5を貫通して
固定されており、この圧電トランスをプリント板等に実
装ならびに配線パターンに接続する際に使用する。
【0018】本実施の形態では、端子6-1は電極2-1
電極2-2とに軟銅線等のリード線4によって電気的に接
続され、端子6-2は電極2-4に、端子6-3は電極2
-3に、そして端子6-4は電極2-5と電極2-6とにそれぞ
れリード線4によって電気的に接続されている。
【0019】図4は、図1ないし図3に示す圧電トラン
スの電気的構成を示す図であり、図4(a)は接続図、
図4(b)は等価回路図である。この図に示すように本
実施の形態は、端子6-2〜端子6-3間から圧電素子1に
対して交流の電圧vinを供給する。なお、この交流の電
圧vinは圧電素子1に共振する周波数であるが、詳細に
ついては説明を省略する。
【0020】供給された交流の電圧vinは、圧電素子1
の入力(1次)側の電極間で圧電逆効果によって機械振
動に変換されて出力(2次)側に伝達され、出力側では
圧電効果によって機械振動が電気信号に変換される。
【0021】この時、圧電素子1の出力側の電極間に
は、圧電素子1の1次、2次の電極の層数比に反比例し
た電圧votが発生し、端子6-1〜端子6-4間から取り出
すことができる。これは等価的に図4(b)に示すよう
に変成器と同等と見なすことができ、vot=n・v
in(nは昇圧または降圧の比率)となる。
【0022】図5は、圧電素子1の振動の様子(3次モ
ード)を説明する説明図である。端子6-2〜端子6-3
から圧電素子1に対して交流の電圧vinを供給し、端子
-1〜端子6-4間から電圧votを取り出すとき、圧電素
子1のa、b・・・f、gの各部には、図のような変位
が生じる。この図からわかるように、c部ならびにe部
は振動の“腹”となり変位が大きい。一方b部、d部お
よびf部は振動の“節”となり変位が極めて小さい。
【0023】従って、圧電素子1のb部、d部およびf
部に各支柱7、7・・・の凸部7aの先端部が対応する
ように支持すれば、圧電素子1の振動を抑制することが
なくなり、高い変換効率が得られる。
【0024】この場合、言うまでもなく凸部7aの先端
部の幅は狭い方がよく、緩衝材8は凸部7aより張り出
していない方がよい。また本実施の形態では、機械振動
の小さい部位で圧電素子1を支持するため、支持部の機
械的疲労も生じにくく、耐久性が高い。
【0025】図6は、本発明の他の実施の形態にかかる
圧電トランス(圧電素子1a)の振動の様子(3次モー
ド)を説明する説明図である。この図では、c'部は振動
の“腹”となり変位が大きい。一方b'部およびd'部は振
動の“節”となり変位が極めて小さい。
【0026】従って、圧電素子1aのb'部およびd'部に
図1ないし図3に示す各支柱7、7・・・の凸部7aの
先端部が対応するように支持すれば、圧電素子1aの振
動を抑制することがなくなり、高い変換効率が得られ
る。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、圧電素子を実装するための基材の何れかの面上に、
圧電素子の振動の節と対応する位置に突出しまた圧電素
子の周囲を取り囲んで基材上に支持するとともに圧電素
子方向に突出し且つ圧電素子とは接触しない凸部を有す
る複数の支柱を設け、複数の凸部の各々と圧電素子との
間に緩衝材を介挿することで、互いに対向する第1の面
と第2の面とを有し第1および第2の面の一端部側の互
いに対応する位置に第1の電極が形成されるとともに第
1および第2の面の他端部側の互いに対応する位置に第
2の電極が形成され第1の電極から第2の電極方向に横
振動を生じる圧電素子を、基材とは接触させずに支持す
る。また、この圧電素子は互いに略平行する第1および
第2の面とは略直交し且つ互いに略平行する第3の面と
第4の面とを有しており、第3の面および第4の面にお
ける各々1ヶ所以上の振動の節に対応する位置で凸部の
先端部に弾性材を介して係止する。また、この弾性材
を、弾性樹脂の接着剤とする。また、基材の何れかの面
上における圧電素子の周囲に複数の電気端子を設け、電
気端子の各々を他の電気端子とは互いに異なる1つ以上
の第1あるいは第2の電極と電気的に接続する。あるい
は、基材における圧電素子の周囲に基材を貫通する複数
の電気端子を設け、電気端子の各々を他の電気端子とは
互いに異なる1つ以上の第1あるいは第2の電極と電気
的に接続する。また、これら電極と対応する電気端子と
の間を、軟導線により電気的に接続するので、安定且つ
確実に実装可能で、高い変換効率を得ることができる圧
電トランスが実現可能であるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施の形態にかかる圧電トランス
の構成を示す斜視図である。
【図2】 図1における矢印A方向からの側面図であ
る。
【図3】 図1における矢印B方向からの上面図であ
る。
【図4】 図1ないし図3に示す圧電トランスの電気的
構成を示す図である。
【図5】 図1ないし図4に示す圧電素子1の振動の様
子(3次モード)を説明する説明図である。
【図6】 本発明の他の実施の形態にかかる圧電トラン
スの振動の様子を説明する説明図である。
【図7】 従来の圧電トランスの概略実装方法を示した
斜視図である。
【符号の説明】
1 圧電素子 1a 圧電素子 2-1、2-2、2-5、2-6 電極(第2の電極) 2-3、2-4 電極(第1の電極) 4、4・・・ リード線(軟導線) 5 ベース部材(基材) 6-1〜6-4 端子(電気端子) 7、7・・・ 支柱 7a 凸部 8 緩衝材 51 圧電トランス 52、52・・・ 電極 53、53・・・ リード線 54 プリント板 55、55・・・ 取り付け穴 56、56・・・ バンド 57、57・・・ スペーサ

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに対向する第1の面と第2の面とを
    有し当該第1および第2の面の一端部側の互いに対応す
    る位置に第1の電極(2-3、2-4)が形成されるととも
    に当該第1および第2の面の他端部側の互いに対応する
    位置に第2の電極(2-1、2-2、2-5、2-6)が形成さ
    れ当該第1の電極から第2の電極方向に横振動を生じる
    圧電素子(1)と、 前記圧電素子を実装するための基材(5)と、 前記基材の何れかの面上における前記圧電素子の振動の
    節と対応する位置に突出するとともに前記圧電素子の周
    囲を取り囲んで当該基材上に支持する複数の支柱(7、
    7・・・)と、 前記複数の支柱の各々から前記圧電素子方向に突出する
    とともに当該圧電素子とは接触しない凸部(7a)とを
    具備し、 前記圧電素子は複数の前記凸部の各々とに間に緩衝材
    (8)が介挿されて前記基材とは接触せずに支持される
    ことを特徴とする圧電トランス。
  2. 【請求項2】 前記圧電素子は、 前記互いに略平行する第1および第2の面とは略直交し
    且つ互いに略平行する第3の面と第4の面とを有し、 前記第3の面および第4の面における各々1ヶ所以上の
    前記振動の節に対応する位置は前記凸部の先端部に弾性
    材を介して係止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。
  3. 【請求項3】 前記弾性材は、 弾性樹脂の接着剤であることを特徴とする請求項2に記
    載の圧電トランス。
  4. 【請求項4】 前記基材の前記何れかの面上における前
    記圧電素子の周囲には複数の電気端子(6-1〜6-4)が
    設けられており、 前記電気端子の各々は他の電気端子とは互いに異なる1
    つ以上の前記第1あるいは第2の電極と電気的に接続さ
    れることを特徴とする請求項1ないし請求項3の何れか
    に記載の圧電トランス。
  5. 【請求項5】 前記基材における前記圧電素子の周囲に
    は当該基材を貫通する複数の電気端子が設けられてお
    り、 前記電気端子の各々は他の電気端子とは互いに異なる1
    つ以上の前記第1あるいは第2の電極と電気的に接続さ
    れることを特徴とする請求項1ないし請求項3の何れか
    に記載の圧電トランス。
  6. 【請求項6】 前記電極と対応する前記電気端子との間
    は、 軟導線(4)により電気的に接続されることを特徴とす
    る請求項4または請求項5の何れかに記載の圧電トラン
    ス。
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