JP4804902B2

JP4804902B2 - 圧電トランス装置

Info

Publication number: JP4804902B2
Application number: JP2005355554A
Authority: JP
Inventors: 比佐志柴田; 昭男町田; 克宏鈴木; 泰秀松尾; 亮中川
Original assignee: Tamura Corp
Current assignee: Tamura Corp
Priority date: 2005-12-09
Filing date: 2005-12-09
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2025-12-09
Also published as: JP2007165342A

Description

この発明は、高電圧を発生する素子として、また、電圧を変換する素子として圧電セラミクスを用い、かつ電源装置に用いられる圧電トランス装置に関する。

従来、この種の一般的な圧電トランス本体は、図７に示すように、圧電セラミクス１００の一半部の上下面にそれぞれ１次側の電極１０１ａ、１０１ｂが設けられ、かつ他半部の外端部に２次側の電極１０２が設けられ、１次側の電極１０１ａ、１０１ｂや２次側の電極１０２にそれぞれ１次側リード線１０３ａ、１０３ｂ、２次側リード線１０４が接続されるなどして構成されている。

そして、この圧電トランス本体は、図８に示すように、底部が開口した箱形のケース１０５内に収納される。

ケース１０５の外面の適位置に形成された適形状の端子部ａの下部には、１次側の端子１０５ａや、２次側の端子１０６ａが設けられ、圧電トランス本体の１次側リード線１０１ａ、１０１ｂ、２次側リード線１０４はケースに形成された切欠き（図示せず）から外部に引出されるなどし、各端子１０５ａ、１０６ａに接続され、圧電トランス１０６が構成される。

この圧電トランス１０６は、所定の電源回路を構成すべく他の電子素子と共に基板（図示せず）に組み込まれる。この場合、複数個の圧電トランスが基板に実装されることがある。

しかし、基板に複数個の圧電トランスをそれぞれ実装するのは組立ての作業性が悪く、煩雑である。

このため、図９に示すように、２つの圧電トランス１０６を巾広のケース１０７内に並置したタイプの圧電トランス装置が提案されている。図９はケースの平面図である。

この圧電トランス装置として、特開２００４−３１９７１８が存在する。
特開２００４−３１９７１８

しかしながら、ケース１０７内に２つの圧電トランス１０６を横方向に寝かせた状態で並べて収納する構造では、ケース１０７がその分横方向に大きく巾広になってしまい基板の床面積を必要とし、実装部品の高密度化、機器の小型化上、問題があった。

この発明は、上記のことに鑑み提案されたもので、その目的とするところは、複数個の圧電トランスであっても、床面積を小さくでき、実装部品の高密度化、機器の小型化に適した圧電トランス装置を提供することにある。

請求項１記載の発明は、第１のケース内に第１の圧電トランス本体を収納してなる第１の圧電トランスと、第２のケース内に第２の圧電トランス本体を収納してなる第２の圧電トランスとを備え、前記第１の圧電トランスに前記第２の圧電トランスを積み重ねて実装し、前記第２のケースは長方形をなす平板とその周囲に立設された周壁を有し、この周壁に部分的にアーム状に延設し、第２の圧電トランス下部に前記第１の圧電トランスを収納する内部空間を形成し、かつ各延設部先端にそれぞれ端子を設け、これら端子と前記第１の圧電トランスの端子とはほぼ同位置に設けられたことを特徴としている。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の圧電トランス装置において、前記第２のケースの左端面の他端部側に延設部を設け、その先端に第３の１次側端子が設けられ、これと並んで前記第１の圧電トランスの第１のケースの左端面の一端部側に第１の１次側端子が設けられ、かつ前記第２のケースの周壁の一方の側面に設けた延設部先端に第４の１次側端子が設けられ、これと並んで前記第１のケースの周壁の一方の側面に第２の１次側端子が設けられたことを特徴としている。
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の圧電トランス装置において、前記第１のケースと前記第２の圧電トランスとの間に空間を設けたことを特徴としている。
請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の圧電トランス装置において、前記第１のケースと前記第２の圧電トランスの間を固着手段により固着したことを特徴としている。
請求項５記載の発明は、請求項１または２記載の圧電トランス装置において、前記第１のケースと前記第２の圧電トランスの間にクッション性を有するバンプを設けたことを特徴としている。
請求項６記載の発明は、請求項２記載の圧電トランス装置において、前記第１、第３の１次側端子を接続し交流電源の一端が接続され、かつ前記第２、第４の１次側端子を接続し、前記交流電源の他端が接続されることを特徴としている。
請求項７記載の発明は、請求項６記載の圧電トランス装置において、前記第１、第３の１次側端子は第１、第２の圧電トランス本体の一方の１次側電極と接続され、前記第２、第４の１次側端子は前記第１、第２の圧電トランス本体の他方の１次側電極と接続され、前記第１、第２の圧電トランス本体の２次側から同相あるいは逆相の出力を取出することを特徴としている。

請求項１記載の本発明によれば、複数個の圧電トランスを積み重ねて組み込み一体化して基板に実装できるようにしたため、床面積は一つ分で済み、省スペース化を図ることができる。
請求項２記載の本発明によれば、各１次側端子が第１、第２のケースの左端部、一方の周壁にそれぞれ並設されているため、接続作業性が良い。
請求項３記載の発明によれば、第１のケースと第２の圧電トランスとの間に空間を設けたため、相互の干渉を防ぐことができる。特に接触を防ぐことで、駆動効率の低下や異音の発生を防ぐことができる。
請求項４記載の発明によれば、第１のケースと第２の圧電トランスとの間を固着手段により固着したため、位置ズレを防止することができる。
請求項５記載の発明によれば、第１のケースと第２の圧電トランスとの間にクッション性を有するバンプを設けたため、相互の干渉を防ぐことができる。
請求項６、７記載の本発明によれば、各圧電トランス本体の２次側から同相あるいは逆相の出力を取り出すことができる。

以下、図面に沿って本発明の実施例を説明する。

図１（ａ）は本発明に用いられる第１の圧電トランスの平面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は（ｃ）図において、矢印ａ方向から見た右端面図、（ｅ）は（ｃ）図において矢印ｂ方向から見た左端面図、（ｆ）は（ａ）図Ａ−Ａ線断面図を示す。

これらの図において図中１は底部が開口した絶縁性の樹脂からなる第１のケースであり、内部に第１の圧電トランス本体２が収納される。

第１のケース１は平面から見ると横長のほぼ長方形をなす平板３と、その周囲を囲むリブ状の周壁４とを備え、図示の状態において周壁４の左端面５の一端部には、一方の１次側リード線接続用の第１の端子支持部６が突設され、この第１の端子支持部６の下部には一方の一次側リード線が接続される第１の１次側端子７が設けられている。

また、周壁４の一方の側面８における左端面５側には、他方の１次側リード線接続用の第２の端子支持部９が突設され、この第２の端子支持部９の下部には他方の１次側リード線が接続される第２の１次側端子１０が設けられている。この第２の端子支持部９の近く、すなわちやや右端面１１側の位置であって周壁４の下部には外部に引出されたリード線を引き回すためのリード線案内用突起１２が突設されている。

また、周壁４一方の側面８の右端面１１側には２次側リード線接続用の第１の端子支持部１３が突設され、その下部には２次側リード線接続用の第１の２次側端子１４が設けられている。

周壁４の他方の側面における左端面１５側には２つのリード線案内用突起１９、２０が離間して突設されている。これらリード線案内用突起１９、２０は第１の１次側端子７にリード線を引き回すためのものである。

周壁４の一方の側面８の右端面１１側には２次側リード線引出用の切欠き２２が形成されている。

周壁４内に第１の圧電トランス本体２が収納して固定される。これは、図１（ｆ）に示すように、節の部分に接着剤２１を用いて第１のケース１の平板３の内面側に固定される。このような固定手段は、この種技術分野において周知である。

第１の圧電トランス本体２は、長方形をなし板状の圧電セラミクス２３と、この圧電セラミクス２３の上下面の一半部に印刷によってそれぞれ設けられた１次電極２４ａ、２４ｂと、他半部の端部に印刷によって設けられた２次電極２５とを備えている。このような第１の圧電トランス本体２の基本構成は図７に示した通りであり、周知である。

図示の状態において下面側に相当する他方の一次電極２４ｂのほぼ中央部には半田２６を介し第２のリード線２７ｂの一端が接続され、この第２のリード線２７ｂは一方の側面８側に設けられたリード線案内用突起１２上を引き回され、第２のリード線２７ｂの他端部は第２の端子支持部９の下部に設けられた第２の１次側端子１０に半田付けによって接続されている。

また、平板３の内面側に位置する一方の１次電極２４ａのほぼ中央部には半田付け（図示せず）によって第１のリード線２７ａの一端が接続され、この第１のリード線２７ａの他端は他方の側面１５側に設けられたリード線案内用突起１９、２０上を介して引き回され、左端面５側に設けられた第１の１次側端子７に半田付けによって接続されている。

また、圧電セラミクス２３の端部に設けられた２次電極２５には２次側リード線２８の一端が接続され、この２次側リード線２８は一方の側面８の右端面１１側に形成された切欠き２２を介し外部に引出され、同一方の側面８側に設けられた第１の２次側端子１４に半田付けによって接続され、このようにして第１の圧電トランス２９が形成されている。

なお、各リード線２７ａ、２７ｂ、２８が接続される第１、第２の１次側端子７、１０および第１の２次側端子１４の構造は面実装タイプとなっている。また、これらの各端子は第１のケース１の周壁４の下部に設けられ、下面の実装面がほぼ同位置になっている。

図２（ａ）は上記第１の圧電トランス２９上に高さ方向に積層状に積み重ねられる第２の圧電トランス３０の平面図、（ｂ）は底面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）は（ｃ）図において矢印ａ方向から見た右端面図、（ｅ）は（ｃ）図において矢印ｂ方向から見た左端図、（ｆ）は（ａ）図中のＢ−Ｂ線断面を示す。

この第２の圧電トランス３０は第２のケース３１の構造が第１のケース１と異なっている。

この第２の圧電トランス３０は、第２のケース３１の平板３２の四方にリブ状に立設された周壁３３の一部を下方に向かってアーム状に延設し、このアーム状の延設部によって形成される下方の内部空間３４内に第１の圧電トランス２９を抱持するようにして収納するように構成されている。

本発明は、このように第１の圧電トランス２９上に第２の圧電トランス３０を積み重ねた状態で基板に実装し、複数個の圧電トランスであっても基板への実装を一つ分の床面積で済むようにしたものである。

すなわち、第２のケース３１の左端面３５側の周壁３３の他端部を下方に向かって延設し、その外側に延設部からなる１次電極接続用の第３の端子支持部３６を突設し、その下部に第３の１次側端子３７を設けている。

また、周壁３３の一方の側面３８の左端面３９からやや右端面４０側の位置には周壁３３の一部を下方に向かってアーム状に延設し、その外側中央部に同じく延設部からなる第４の端子支持部４１を突設し、その下部に第４の１次側端子４２を設けている。

さらに、右端面４０の他端部の周壁３３を下方に向かってアーム状に延設し延設部とし、その外側中央部に２次側リード線接続用の第２の端子支持部４３を突設し、その下部に第２の２次側端子４４を設けている。

平板３２と周壁３３とを備えてなる第２のケース３１内に第２の圧電トランス本体４５がその節部分において接着剤４６を介して収納され固定される（図２（ｆ）参照）。

第２の圧電トランス本体４５も第１の圧電トランス本体２と同様に構成され、特性も同じものが用いられる。

第２の圧電トランス本体４５を構成する圧電セラミクス４７の下面に設けられた一方の１次電極４８ｂのほぼ中央部にリード線４９ｂの一端が半田５０によって接続され、このリード線４９ｂは外側に引出され、周壁３３の他方の側面５１に突設されたリード線案内用突起５２、５３を介し第３の１次側端子３７まで引き回され、リード線４９ｂの他端は半田付けによって接続される。

圧電セラミクス４７の反対側の上面に設けられた他方の１次電極４８ａに一端が接続されたリード線４９ａは、周壁３３の一方の側面３８に設けられた第４の端子支持部４１側へ案内され、下部に設けられた第４の１次側端子４２にリード線４９ａの他端が半田付け接続される。

圧電セラミクス４７の２次電極５４に一端が接続された２次側のリード線５５は、一方の側面３８の端部に形成されたリード線案内部５６、および右端面４０の一端部に形成された第２の端子支持部４３の側方の切欠き５７を介し外部に引出され、リード線５５の他端は第２の２次側端子４４に半田付けによって接続され、第２の圧電トランス３０が構成される。

次に、本発明の第１、第２の圧電トランス２９、３０の実装方法について説明する。図３は第１の圧電トランス２９の上に第２の圧電トランス３０を積み重ねる状態を示す。積み重ねは第１の圧電トランス２９の上に第２の圧電トランス３０を乗せ、第２の圧電トランス３０の内部空間３４に第１の圧電トランス２９を収納すれば良い。

第２のケース３１の長さ方向の寸法ｌ１は、内部空間３４内に第１の圧電トランス２９を収納し得るよう、第１のケース１の寸法ｌ２より若干長く形成されている。

第１、第２のケース１、３１の巾寸法はほぼ同じである。

本発明の実装方法のメリットとして、第１の圧電トランス２９および第２の圧電トランス３０は別体となっているため、それらの組み合わせ前に、それぞれ独立して特性を測定することが出来、特性を検査した後に第１の圧電トランス２９と第２の圧電トランス３０とを組み合わせることによって、所定の性能を出すことが出来る。組み合わせてからではそれぞれの特性をあわせることが困難となる。そのため、第１と第２の圧電トランス２９、３０の特性がそれぞれ、出力同位相、出力逆位相、同出力インピーダンス、同入力インピーダンス、同昇圧比などの特性を持った圧電トランス装置を用いることで次のような利点が得られる。

本発明の使用例として、２本の第１、第２の冷陰極管を点灯させる圧電インバータが考えられ、第１の圧電トランス２９の出力と第２の圧電トランス３０の出力特性を揃えておけば、各冷陰極管に流れる電流をあわせることが出来、冷陰極管同士の輝度差のない点灯が可能になる。

図４（ａ）は第１の圧電トランス２９の上に第２の圧電トランス３０を重ねてなる圧電トランス装置５８を基板５９に実装した状態を示す。図４（ｂ）は（ａ）図において矢印ａ方向から見た右端面図、（ｃ）は（ａ）図において矢印ｂ方向から見た左端面図を示す。これらの図から明らかなように、第１、第２の圧電トランス２９、３０を重ねた場合、第１の圧電トランス２９の第１のケース１と第２の圧電トランス３０との間に空間が形成される。各圧電トランス２９、３０間に空間を設ければ、相互の干渉を防ぐことができる。特に接触を防ぐことで、第１、第２の圧電トランス本体２、４５の駆動効率の低下や異音の発生を防ぐことができる。

組み合わせた場合、第１の圧電トランス２９の第１のケース１左端面５の一端部に設けられた第１の１次側端子７と、第２の圧電トランス３０の第２のケース３１の左端面３５の他端部に設けられた第３の１次側端子３７は左右に並んで配置される。

また、第２の圧電トランス３０の第４の１次側端子４２と、第１の圧電トランス２９の第２の１次側端子１０とが一方の側面８、３８側に並んで位置するように構成されている。

各第１〜第４の１次側端子７、１０、３７、４２、第１、第２の２次側端子１４、４４の下面は同じ位置になっているため、基板５９上に第１、第２の圧電トランス２９、３０を重ねた状態で安定して設置でき、各端子を半田付けすることによって基板５９上に第１、第２の圧電トランス２９、３０を一体化して確実に固定することができる。

なお、特に図示しないが、第１のケース１と第２の圧電トランス３０との間の少なくとも一箇所以上の適箇所に例えばシリコーン接着剤または絶縁テープなどを設け、固着すると相互の位置ズレ、干渉等を防止することができる。

また、第１のケース１と第２の圧電トランス３０との間の少なくとも一箇所以上の適箇所に例えばシリコーン樹脂またはゴム樹脂などのクッション系のバンプを設ければ、相互の位置ズレ、干渉等を防ぐことができる。

図５は第１の圧電トランス本体２と第２の圧電トランス本体４５の一接続例と、２次側から取り出される出力を示す。

交流電源Ｅの一端を、第１、第２の圧電トランス本体２、４５の一方の一次側電極２４ａ、４８ｂに接続し、第１、第２の圧電トランス本体２、４５の他方の１次側電極２４ｂ、４８ａを交流電源Ｅの他端に接続し、第１、第２の圧電トランス本体２、４５を駆動すると各圧電トランス本体２、４５の２次側から同相の出力を取り出すことができる。なお、第１、第２の圧電トランス２、４５中の矢印は発電部、出力部の分極方向を示す。分極方向を異ならせたものを用いれば逆相の出力を取り出すことができる。

このように接続するには、第１の圧電トランス２９の第１の１次側端子７と、これと隣接して配置された第２の圧電トランス３０の第３の１次側端子３７とを接続し、その接続部を交流電源Ｅの一端に接続すれば良い。

また、第１の圧電トランス２９の第２の１次側端子１０と、これと隣接して配置された第２の圧電トランス３０の第４の１次側端子４２とを接続し、その接続部を交流電源Ｅの他端に接続すれば、容易に図５に示した出力を取り出すことができ、接続作業性が良いように本発明では設計してある。

図６は圧電トランス装置５８を基板５９に実装する一例の概念図を示す。第１、第２の圧電トランス２９、３０の他方の側面１５、５１には突起物がなく、また、端子もないため、他方の側面１５、５１側を基板５９の端部５９ａに配置し、スペースの有効利用を図ることができる。また、他方の側面１５、５１を他の電子部品（図示せず）に接近して配置することも可能であり、高密度実装化を図ることができる。

本発明は上記実施例に限定されるものでなく、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々の設計変更は可能である。例えば図示例では第１の圧電トランス２９に第２の圧電トランス３０を組合わせた２段重ねの圧電トランス装置５８について示したが、さらに、アーム状の延設部を延ばした第３、第ｎの圧電トランスを積み重ねるようにしても良い。

（ａ）は本発明に用いられる第１の圧電トランスの平面図、（ｂ）は同上の底面図、（ｃ）は同側面図、（ｄ）は右端面図、（ｅ）は左端面図、（ｆ）は縦断面図を示す。（ａ）は本発明に用いられる第２の圧電トランスの平面図、（ｂ）は同上の底面図、（ｃ）は同側面図、（ｄ）は右端面図、（ｅ）は左端面図、（ｆ）は縦断面図を示す。本発明に用いられる第１の圧電トランスと第２の圧電トランスとを組合わせる状態を示す説明図。（ａ）は第１の圧電トランス上に第２の圧電トランスを積み重ねてなる圧電トランス装置を基板に実装した状態の説明図、（ｂ）は右端面図、（ｃ）は左端面図を示す。本発明に用いられる第１、第２の圧電トランスの接続例を示す。本発明の圧電トランス装置の基板への実装例の概念図を示す。従来からある一般的な圧電トランス本体の斜視図。従来の圧電トランスの斜視図。従来のケース内に２つの圧電トランス本体を並置した圧電トランス装置の概略平面図を示す。

符号の説明

１第１のケース
２第１の圧電トランス本体
３平板
４周壁
５左端面
６第１の端子支持部
７第１の１次側端子
８周壁の一方の側面
９第２の端子支持部
１０第２の１次側端子
１１右端面
１２リード線案内用突起
１３２次側リード線接続用の第１の端子支持部
１４２次側リード線接続用の第１の２次側端子
１５周壁の他方の側面
１９リード線案内用突起
２０リード線案内用突起
２１接着剤
２２切欠き
２３圧電セラミクス
２４ａ一方の１次電極
２４ｂ他方の１次電極
２５２次電極
２６半田
２７ａ第１のリード線
２７ｂ第２のリード線
２８２次側リード線
２９第１の圧電トランス
３０第２の圧電トランス
３１第２のケース
３２平板
３３周壁
３４下方の内部空間
３５左端面
３６１次側電極接続用の第３の端子支持部
３７第３の一次側端子
３８周壁の一方の側面
３９左端面
４０右端面
４１第４の端子支持部
４２第４の１次側端子
４３２次側リード線接続用の第２の端子支持部。
４４第２の２次側端子
４５第２の圧電トランス本体
４６接着剤
４７圧電セラミクス
４８ａ他方の１次電極
４８ｂ一方の１次電極
４９ａ、４９ｂリード線
５０半田
５１周壁の他方の側面
５２リード線案内用突起
５３リード線案内用突起
５４２次電極
５５２次側リード線
５６リード線案内部
５７切欠き
５８圧電トランス装置
５９基板
５９ａ基板の端部

Claims

第１のケース内に第１の圧電トランス本体を収納してなる第１の圧電トランスと、第２のケース内に第２の圧電トランス本体を収納してなる第２の圧電トランスとを備え、前記第１の圧電トランスに前記第２の圧電トランスを積み重ねて実装し、前記第２のケースは長方形をなす平板とその周囲に立設された周壁を有し、この周壁に部分的にアーム状に延設し、第２の圧電トランス下部に前記第１の圧電トランスを収納する内部空間を形成し、かつ各延設部先端にそれぞれ端子を設け、これら端子と前記第１の圧電トランスの端子とはほぼ同位置に設けられたことを特徴とする圧電トランス装置。
請求項１記載の圧電トランス装置において、前記第２の圧電トランスの第２のケースの左端面の他端部側に延設部を設け、その先端に第３の１次側端子が設けられ、これと並んで前記第１の圧電トランスの第１のケースの左端面の一端部側に第１の１次側端子が設けられ、かつ前記第２のケースの周壁の一方の側面に設けた延設部先端に第４の１次側端子が設けられ、これと並んで前記第１のケースの周壁の一方の側面に第２の１次側端子が設けられたことを特徴とする圧電トランス装置。
請求項１または２記載の圧電トランス装置において、前記第１のケースと前記第２の圧電トランスとの間に空間を設けたことを特徴とする圧電トランス装置。
請求項１または２記載の圧電トランス装置において、前記第１のケースと前記第２の圧電トランスの間を固着手段により固着したことを特徴とする圧電トランス装置。
請求項１または２記載の圧電トランス装置において、前記第１のケースと前記第２の圧電トランスの間にクッション性を有するバンプを設けたことを特徴とする圧電トランス装置。
請求項２記載の圧電トランス装置において、前記第１、第３の１次側端子を接続し交流電源の一端が接続され、かつ前記第２、第４の１次側端子を接続し、前記交流電源の他端が接続されることを特徴とする圧電トランス装置。
請求項６記載の圧電トランス装置において、前記第１、第３の１次側端子は第１、第２の圧電トランス本体の一方の１次側電極と接続され、
前記第２、第４の１次側端子は前記第１、第２の圧電トランス本体の他方の１次側電極と接続され、前記第１、第２の圧電トランス本体の２次側から同相あるいは逆相の出力を取出することを特徴とする圧電トランス装置。