JP3671382B2 - 圧電トランスおよび圧電トランス電源 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電トランス、特に、圧電振動子矩形板等から成る圧電トランス振動子をトランスフォーマーデバイスとして使用した圧電トランス電源に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図12を参照して、圧電振動子矩形板から成る圧電トランスは、トランスフォーマーデバイスとして応用され、駆動回路、制御回路、および帰還回路からなる電子電源回路を接続して圧電トランス電源を構成することが知られている。ここで、図示されている圧電トランス電源は、VINがDC(直流)の入力を受け、VOUT PPがAC(交流)の出力を生成する圧電トランス式インバーターである。
【0003】
現在、圧電振動子矩形板に用いられる材料としては、セラミックやニオブ酸リチウム単結晶を用いることが多く、一般的な構造としては、図9(a)の概略図に示すように圧電セラミック矩形板11の表面あるいは側面にそれぞれ電力を入力、出力できる入力電極12a,12bと出力電極13が形成されて圧電トランス部材とし、電力の取り出しは、この圧電トランス部材上に形成された電極にリード線12c,12d,13を直接半田付けするか、図9(b)に示すようにバネ状の導体64で取り出して圧電トランスとするのが一般的であった。
【0004】
また、図10に示す特開平6−182754の圧電トランスにおいては、可撓性絶縁シート101を用いた場合でも、複数の表面から電力を取り出すため、信頼性に劣り、構造が複雑であった。
【0005】
さらに、本発明の先願である特願平8−155825および特願平8−155827において、従来の圧電トランス電源では、図11のように圧電トランス部材を支持、固定すると共に高圧を絶縁するケース91を覆いかぶせる構成であるのが一般的であった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
一般に圧電トランスおよび圧電トランス電源は、信頼性が高く、小形化、低背化、低コスト化の要求が非常に強いが、従来の圧電トランスおよび圧電トランス電源の構成では、これらの要求を十分に満足できなかったという欠点があった。
【0007】
詳しく述べると、図9(a)および(b)に示した圧電トランス部材にはリード線等が接続されているため、圧電トランスの小形、低背化を図っても実装面積、工数が膨大となった。また、圧電トランス部材の一表面からのみ、リードを取り出そうとすると、リード線の引き回しが煩雑となり、圧電トランスの信頼性、小形低背化が困難であった。
【0008】
また、従来の圧電トランスの構造のまま、可撓性絶縁シートを用いた図10の場合は、複数の表面から電力を取り出すため、圧電トランスの構造が複雑になり、信頼性にかけ、それ以上の低背化が不可能であった。
【0009】
さらに、図11に示すように圧電トランスを支持、固定すると共に高圧を絶縁するケースを覆いかぶせる従来の構成では、圧電トランスの厚みを十分薄くしても、ケースの厚みの分、圧電トランス電源の低背化が不可能であった。
【0010】
以上説明したように、従来の圧電トランスおよび圧電トランス電源では、信頼性が高く、小形化、低背化、低コスト化の市場要求を十分に満たすことは非常に困難であるという欠点があった。
【0011】
本発明の技術的課題は、小形、低背化を図っても実装面積、工数が膨大とならず、リード線の引き回しが簡単で、構造も単純で、しかも低コストの圧電トランスおよび圧電トランス電源を得ることである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明による圧電トランス及び本発明による圧電トランス電源は、以下のとおりである。
【0013】
[請求項1] 電力を入力するための少なくとも1組の入力用電極と電力を取り出すための少なくとも1つの出力電極とを有する圧電トランス部材を基板または回路基板上に配置し、前記入力電極及び前記出力電極に引き出し用導体をそれぞれ接続し、前記圧電トランス部材と前記基板または前記回路基板とを一体化するようにカバー用の絶縁シートで覆い、固定したことを特徴とする圧電トランス。
【0014】
[請求項2] 複数の線状の導体を一面に設けた可撓性の絶縁シート上に、電力を入力するための少なくとも1組の入力用電極と電力を取り出すための少なくとも1つの出力電極を有する圧電トランス部材を配置し、この圧電トランス部材の前記入力用電極及び前記出力用電極を、複数の線状の導体で各々電気的に接続すると共に、前記圧電トランス部材を支持、固定し前記圧電トランス部材及び前記可撓性の絶縁シートを一体化するように、カバー用の絶縁シートで覆い、固定したことを特徴とする圧電トランス。
【0015】
[請求項3] 請求項1及び2に記載の圧電トランスにおいて、前記カバー用の絶縁シートは、接着テープで固定したことを特徴とする圧電トランス。
【0016】
[請求項4] 請求項2に記載の圧電トランスにおいて、前記可撓性の絶縁シートは、前記圧電トランスの振動節点近傍で接着されたことを特徴とする圧電トランス。
【0017】
[請求項5] 請求項1に記載の圧電トランスにおいて、前記回路基板は、前記圧電トランスの振動節点近傍で接着されたことを特徴とする圧電トランス。
【0018】
[請求項6] 請求項1〜5のいずれかに記載の圧電トランスにおいて、前記圧電トランス部材は、前記圧電トランスの少なくとも一つの振動節点近傍で、前記カバー用の絶縁シートによって覆われ、固定されたことを特徴とする圧電トランス。
【0019】
[請求項7] 請求項1〜6のいずれかに記載の圧電トランスにおいて、前記圧電トランスの振動節点に出力電極を有することを特徴とする圧電トランス。
【0020】
[請求項8] 請求項1及び2のいずれかに記載の圧電トランスにおいて、前記カバー用の絶縁シートは、熱収縮性チューブを用いたことを特徴とする圧電トランス。
【0021】
[請求項9] 請求項2に記載の圧電トランスにおいて、前記可撓性の絶縁シートで前記圧電トランス部材を覆い、固定することで、前記カバー用の絶縁シートを兼ねていることを特徴とする圧電トランス。
【0022】
[請求項10] 電力を入力するための少なくとも1組の入力用電極と電力を取り出すための少なくとも1つの出力電極を有する圧電トランス部材とこの圧電トランス部材を駆動するための電源回路部品を搭載した回路基板との間に、複数の線状の導体を一面に設けた可撓性の絶縁シートを介し、前記圧電トランス部材の入力用電極及び出力用電極と前記回路基板の電極とを、複数の線状の導体でそれぞれ電気的に接続すると共に、前記圧電トランス部材を支持、固定し、前記圧電トランス部材、前記可撓性の絶縁シート、及び前記回路基板を一体化するように、カバー用の絶縁シートで覆い、固定したことを特徴とする圧電トランス電源。
【0023】
[請求項11] 請求項10に記載の圧電トランス電源において、前記カバー用の絶縁シートは、接着テープで固定したことを特徴とする圧電トランス電源。
【0024】
[請求項12] 請求項10に記載の圧電トランス電源において、前記可撓性の絶縁シートは、前記圧電トランス部材の振動節点近傍で接着されたことを特徴とする圧電トランス電源。
【0025】
[請求項13] 請求項10に記載の圧電トランス電源において、前記可撓性の絶縁シートと前記回路基板は、前記圧電トランス部材の振動節点近傍で接着されたことを特徴とする圧電トランス電源。
【0026】
[請求項14] 請求項10〜13のいずれかの記載の圧電トランス電源において、前記圧電トランス部材は、前記圧電トランス部材の振動節点近傍で、前記カバー用の絶縁シートによって覆われ、固定されたことを特徴とする圧電トランス電源。
【0027】
[請求項15] 請求項10〜14のいずれかに記載の圧電トランス電源において、前記圧電トランス部材の振動節点に出力電極を有することを特徴とする圧電トランス電源。
【0028】
[請求項16] 請求項10に記載の圧電トランス電源において、前記カバー用の絶縁シートは、熱収縮性チューブを用いたことを特徴とする圧電トランス電源。
【0029】
【作用】
本発明の圧電トランスおよび圧電トランス電源を用いれば、ケースを用意する必要がなくなり、高圧の絶縁が確保される。
【0030】
また、複数の線状導体を有する可撓性絶縁シートで一表面からのみ回路基板の電気的な接続と機械的な支持、固定が行われている。これにより、信頼性が十分確保され、低背化、小形化、低コスト化が図れた圧電トランス電源が提供される。
【0031】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の圧電トランスおよび圧電トランス電源の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【0032】
【実施例】
図1は本発明の基となる圧電トランスの構成の一例を示す斜視図である。図1に示すように、圧電セラミック矩形板11の内部に複数の内部導体を設け、内部電極と交互にそれぞれ電気的接続を持たせた1組の外部電極12a,12bをセラミック矩形板11の両長辺側面に形成し、さらに出力電極13をセラミック矩形板11の短辺端面に形成して圧電トランス部材が得られる。ここで圧電セラミック矩形板11の寸法は40mm×6mm×1.5mmであり、PZT系セラミックを用い、内部電極はAg/Pbを一体焼結し、外部電極12a,12bはAgを焼き付けにて形成した。次に引き出し用のリード121a,121b,131を前記入力電極、出力電極に各々接続したのち、絶縁シート18で覆って本発明の圧電トランスの素子が得られた。
【0033】
図2は本発明の第1の実施例に係る圧電トランスの構成の一例を示す斜視図である。図2に示すように基板19上に圧電トランス部材を配置し、引き出し用のリード121a,121b,131を各々接続したのち、絶縁シート18で圧電トランス部材と基板19を一体化するように覆い、固定した。
【0034】
図3は本発明の第2の実施例に係る圧電トランスの構成の一例を示す斜視図である。図3に示すように圧電トランス部材は、圧電セラミック矩形板11の内部に複数の内部導体を有し、内部電極と交互にそれぞれ電気的接続を持たせた1組の外部電極12a,12bをセラミック矩形板11の両長辺側面に形成し、さらに出力電極13をセラミック矩形板11の端面に形成したものである。ここで圧電セラミック矩形板11の寸法は40mm×6mm×1.5mmであり、PZT系セラミックを用い、内部電極はAg/Pbを一体焼結し、外部電極はAgを焼き付けにて形成した。次に内部に各々が絶縁された3つの線状導体16a,16b,16cを有する可撓性絶縁シート(FPC)17を形成し、圧電トランス部材の入力用電極12a,12b、出力用電極13と可撓性絶縁シート17の線状導体16a,16b,16c各々一対一に電気的に接続し、最後に絶縁シート18で圧電トランス部材と可撓性絶縁シート17を覆い、固定、一体化して本発明の圧電トランスの素子を得た。
【0035】
可撓性絶縁シート17としてカバー用絶縁シート18の部分と一体化した大きなシートを用い、カバー用絶縁シート18の部分を折り曲げて、図3のような構造とすることもできる。
【0036】
図4は本発明の第3の実施例に係る圧電トランス電源の構成の一例を示す斜視図である。図4に示すように、入力電極12a,12bをセラミック矩形板11の両長辺側面に形成し、出力電極13はセラミック矩形板11の短辺端面に形成して圧電トランス部材を得る。ここで圧電セラミック矩形板11の寸法は40mm×6mm×1.5mmであり、PZT系セラミックを用い、内部電極はAg/Pbを一体焼結し、外部電極はAgを焼き付けにて形成した。次に内部に各々が絶縁された3つの線状導体16a,16b,16cを有する可撓性絶縁シート(FPC)17を形成し、圧電トランス部材の入力用電極12a,12b、出力用電極13と可撓性絶縁シート17の線状導体16a,16b,16c各々一対一に電気的に接続し、さらに電子電源回路を搭載した回路基板14の電極と接続した。最後に圧電トランス部材、可撓性の絶縁シート17、回路基板を一体化するように、カバー用絶縁シート18で覆い、固定、一体化して本発明の圧電トランス電源を得た。ここで、圧電トランス電源の全体の厚さは、2.5mmであり、従来の1/2の厚みである。
【0037】
図5は本発明の第4の実施例に係る圧電トランス電源の構成の一例を示す断面図である。図5に示す本発明の圧電トランス電源は、前記圧電トランス電源に用いている圧電トランス部材の振動節点近傍で接着した構造で、圧電トランス部材と可撓性の絶縁シート17とを有し、これらの間の接着剤としてシリコーン31を用いて柔軟な接着を行った。
【0038】
図6は本発明の第5の実施例に係る圧電トランス電源の構成の一例を示す断面図である。図6に示すように圧電トランス部材と可撓性の絶縁シート17と回路基板14とを本発明の圧電トランス電源に用いている圧電トランス部材の振動節点近傍で接着した構造である。ここでも接着剤はシリコーン41を用いて柔軟な接着を行った。
【0039】
図7は本発明の第6の実施例に係る圧電トランス電源の構成の一例を示す斜視図である。図7に示すように本発明の圧電トランス電源に用いている圧電トランス部材の振動節点近傍で、圧電トランス部材を絶縁シート58a,58bで覆い、固定した。本発明の圧電トランス電源は1波長モードで駆動しているため、振動節点は圧電トランス電源の長さ方向の両端から、それぞれ1/4の寸法であり、2カ所存在する。
【0040】
図8は本発明の第7の実施例に係る圧電トランス電源の構成の一例を示す斜視図である。図8に示す本発明の圧電トランス電源には、圧電セラミック矩形板11から成る圧電トランス部材が長さ方向の半分の一方の領域を入力電極12a,12bとし厚み方向に矢印で示す向きに分極し、残りの一方に短辺端面から1/4の長さの線状に出力電極63を形成し、領域を2分割し、反対向きに分極した構成のものを用いた。ここで、64および65は、アース側の出力電極である。よって高圧が出力される出力電極63を振動節点で絶縁シート58a,58bにより、可撓性の絶縁シート17や回路基板14と固定、一体化できる。
【0041】
カバー用絶縁シート18および可撓性の絶縁シート17としてシートを巻き回す形状の例ばかり示したが、絶縁性の熱収縮チューブを用いて、所定の箇所にセットして熱収縮させて構成することもできる。
【0042】
ここで実施例の圧電トランス電源の代表例の特性を表1に示す。
【0043】
評価試験に用いた圧電トランス電源は、一体積層品(10層)であり、負荷にはφ2mm×200mmの冷陰極管を用いた。表1に示すように、ケースを用いていた従来の構成と比較して、同等以上の特性が得られている。また表2にエージング試験の結果を示すが1000時間後に特性の劣化は確認できない。
【0044】
表3には、従来のケースを用いた場合と本発明のケースを使用しない場合の比較を示す。
【0045】
【表1】
【0046】
【表2】
【0047】
【表3】
【0048】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の圧電トランス電源を用いれば、リード線等を引き回すことなく、FPCにより一表面から容易に電気信号を外部の回路基板と接続できる。さらに従来のケースを取り除く構成としたことにより、信頼性を確保しながら、十分の低背化を図ることができ、生産コストを低減出来ることから実用的効果は非常に大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の基となる圧電トランスの構成を示す斜視図である。
【図2】 本発明の第1の実施例に係る圧電トランスの構成を示す斜視図である。
【図3】 本発明の第2の実施例に係る圧電トランスの構成を示す斜視図である。
【図4】 本発明の第3の実施例に係る圧電トランス電源の構成を示す斜視図である。
【図5】 本発明の第4の実施例に係る圧電トランス電源の構成を示す断面図である。
【図6】 本発明の第5の実施例に係る圧電トランス電源の構成を示す断面図である。
【図7】 本発明の第6の実施例に係る圧電トランス電源の構成を示す斜視図である。
【図8】 本発明の第7の実施例に係る圧電トランス電源の構成を示す斜視図である。
【図9】 (a)および(b)は、従来の圧電トランスの構成を示す概略斜視図である。
【図10】 可撓性絶縁シートを用いた従来の圧電トランスの構成を示す斜視図である。
【図11】 ケースを用いた従来の圧電トランス電源の構成を示す分解斜視図である。
【図12】 一般に圧電トランス電源を構成する電子電源回路のブロック図である。
【符号の説明】
11 圧電セラミック矩形板
12a,12b 入力電極
13 出力電極
14 回路基板または基板
15 ケース
15a,15b,15c ケース凸部
16a,16b,16c 線状導体
17 可撓性絶縁シート
18 カバー用絶縁シート
19 回路基板
31,41 シリコーン接着剤
58a,58b 絶縁シート
Claims (16)
- 電力を入力するための少なくとも1組の入力用電極と電力を取り出すための少なくとも1つの出力電極とを有する圧電トランス部材を基板または回路基板上に配置し、前記入力電極及び前記出力電極に引き出し用導体をそれぞれ接続し、前記圧電トランス部材と前記基板または前記回路基板とを一体化するようにカバー用の絶縁シートで覆い、固定したことを特徴とする圧電トランス。
- 複数の線状の導体を一面に設けた可撓性の絶縁シート上に、電力を入力するための少なくとも1組の入力用電極と電力を取り出すための少なくとも1つの出力電極を有する圧電トランス部材を配置し、この圧電トランス部材の前記入力用電極及び前記出力用電極を、複数の線状の導体で各々電気的に接続すると共に、前記圧電トランス部材を支持、固定し前記圧電トランス部材及び前記可撓性の絶縁シートを一体化するように、カバー用の絶縁シートで覆い、固定したことを特徴とする圧電トランス。
- 請求項1及び2のいずれかに記載の圧電トランスにおいて、前記カバー用の絶縁シートは、接着テープで固定したことを特徴とする圧電トランス。
- 請求項2に記載の圧電トランスにおいて、前記可撓性の絶縁シートは、前記圧電トランスの振動節点近傍で接着されたことを特徴とする圧電トランス。
- 請求項1に記載の圧電トランスにおいて、前記回路基板は、前記圧電トランスの振動節点近傍で接着されたことを特徴とする圧電トランス。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の圧電トランスにおいて、前記圧電トランス部材は、前記圧電トランスの少なくとも一つの振動節点近傍で、前記カバー用の絶縁シートによって覆われ、固定されたことを特徴とする圧電トランス。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の圧電トランスにおいて、前記圧電トランスの振動節点に出力電極を有することを特徴とする圧電トランス。
- 請求項1及び2のいずれかに記載の圧電トランスにおいて、前記カバー用の絶縁シートは、熱収縮性チューブを用いたことを特徴とする圧電トランス。
- 請求項2に記載の圧電トランスにおいて、前記可撓性の絶縁シートで前記圧電トランス部材を覆い、固定することで、前記カバー用の絶縁シートを兼ねていることを特徴とする圧電トランス。
- 電力を入力するための少なくとも1組の入力用電極と電力を取り出すための少なくとも1つの出力電極を有する圧電トランス部材とこの圧電トランス部材を駆動するための電源回路部品を搭載した回路基板との間に、複数の線状の導体を一面に設けた可撓性の絶縁シートを介し、前記圧電トランス部材の入力用電極及び出力用電極と前記回路基板の電極とを、複数の線状の導体でそれぞれ電気的に接続すると共に、前記圧電トランス部材を支持、固定し、前記圧電トランス部材、前記可撓性の絶縁シート、及び前記回路基板を一体化するように、カバー用の絶縁シートで覆い、固定したことを特徴とする圧電トランス電源。
- 請求項10に記載の圧電トランス電源において、前記カバー用の絶縁シートは、接着テープで固定したことを特徴とする圧電トランス電源。
- 請求項10に記載の圧電トランス電源において、前記可撓性の絶縁シートは、前記圧電トランス部材の振動節点近傍で接着されたことを特徴とする圧電トランス電源。
- 請求項10に記載の圧電トランス電源において、前記可撓性の絶縁シートと前記回路基板は、前記圧電トランス部材の振動節点近傍で接着されたことを特徴とする圧電トランス電源。
- 請求項10〜13のいずれかの記載の圧電トランス電源において、前記圧電トランス部材は、前記圧電トランス部材の振動節点近傍で、前記カバー用の絶縁シートによって覆われ、固定されたことを特徴とする圧電トランス電源。
- 請求項10〜14のいずれかに記載の圧電トランス電源において、前記圧電トランス部材の振動節点に出力電極を有することを特徴とする圧電トランス電源。
- 請求項10に記載の圧電トランス電源において、前記カバー用の絶縁シートは、熱収縮性チューブを用いたことを特徴とする圧電トランス電源。
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