JP5576013B2 - Piezoelectric transformer - Google Patents
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Description
本発明は、圧電体に入力電圧を印加し、その機械的振動を利用して変圧した出力電圧を得る圧電トランスに関する。 The present invention relates to a piezoelectric transformer that applies an input voltage to a piezoelectric body and obtains a transformed output voltage by utilizing the mechanical vibration.
この種の圧電トランスに関する先行技術として、底面が開口した箱形のケース内に圧電トランス本体を収容した構造を有するものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。この先行技術では、ケースに一次側、二次側それぞれのピン端子が設けられており、圧電トランス本体の外面に形成された一次電極と一次側のピン端子、そして二次電極と二次側のピン端子とは、それぞれ金糸線を介して接続されている。
先行技術の圧電トランスは、そのケースを介して回路基板上に実装することができる。そして、一次側のピン端子を通じて圧電トランス本体に入力電圧が印加されると、ケース内で圧電トランス本体に機械的振動が発生し、昇圧された電圧が二次側のピン端子を通じて出力される。金糸線は、多数の細線を縄状に拠り合わせた芯材の周りに銅箔を巻き付けた構造であるため、圧電トランス本体に繰り返し機械的振動が発生しても、それに対して柔軟に追従することができ、長期間にわたって安定した動作を保証する。 The prior art piezoelectric transformer can be mounted on the circuit board through the case. When an input voltage is applied to the piezoelectric transformer body through the primary-side pin terminal, mechanical vibration is generated in the piezoelectric transformer body within the case, and the boosted voltage is output through the secondary-side pin terminal. A gold thread wire is a structure in which a copper foil is wound around a core material made of a large number of fine wires in a rope shape, so even if mechanical vibration repeatedly occurs in the piezoelectric transformer body, it flexibly follows it. Can assure stable operation over a long period of time.
このように、先行技術は圧電トランスの構造として好ましい一例であり、ケース内に圧電トランス本体を収容することによって実装作業時の取り扱い性に優れている上、金糸線を介してピン端子と電極との導通を得ているため、長期間の使用にも充分な耐久性を有する点で優れている。 As described above, the prior art is a preferable example of the structure of the piezoelectric transformer, and the piezoelectric transformer main body is accommodated in the case so that it is excellent in handling at the time of mounting work. Therefore, it is excellent in that it has sufficient durability for long-term use.
その上で本発明は、先行技術の利点を活かしつつ、より実用性を向上することができる技術の提供を課題としてなされたものである。 In addition, the present invention has been made with an object of providing a technique capable of improving the practicality while taking advantage of the prior art.
本発明の圧電トランスは、外面に電極が形成された圧電体と、その電極に対向して配置された端子とを有しており、特に圧電体の電極と端子との間に2種類の弾性部材を配置した構造である。このうち、第1の弾性部材は導電性を有するものであり、電極及び端子の双方に接触してこれらを相互に導通させることができる。また第2の弾性部材は、第1の弾性部材とともに圧電体の電極と端子との間に配置されており、電極及び端子の少なくとも一方に接触した状態で第1の弾性部材を保持するものである。 The piezoelectric transformer of the present invention has a piezoelectric body having an electrode formed on the outer surface, and a terminal disposed so as to face the electrode, and in particular, two types of elasticity between the electrode and the terminal of the piezoelectric body. This is a structure in which members are arranged. Among these, the first elastic member has conductivity, and can contact both of the electrodes and the terminals to make them conductive with each other. The second elastic member is disposed between the electrode and the terminal of the piezoelectric body together with the first elastic member, and holds the first elastic member in contact with at least one of the electrode and the terminal. is there.
上述した構造によれば、第1の弾性部材を介して圧電体の電極と端子との間の電気的な接続が実現される。第1の弾性部材はそれ自身が導電性とともに弾性を有するため、導電性を図りつつ、圧電体の機械的な振動に対して柔軟に追従することができる。その上で本発明では、第1の弾性部材を第2の弾性部材によって保持した構造を採用する。例えば、ゴム等の弾性部材に導電材料を混入させると、材料の機械的な強度が低下することがあるが、本発明では第2の弾性部材によって第1の弾性部材を保持しているため、第1の弾性部材を単独で用いる構造と比較して、より機械的強度を向上させることができる。 According to the above-described structure, the electrical connection between the electrode of the piezoelectric body and the terminal is realized via the first elastic member. Since the first elastic member itself has elasticity as well as conductivity, the first elastic member can flexibly follow the mechanical vibration of the piezoelectric body while achieving conductivity. In addition, the present invention employs a structure in which the first elastic member is held by the second elastic member. For example, when a conductive material is mixed into an elastic member such as rubber, the mechanical strength of the material may be reduced. In the present invention, the first elastic member is held by the second elastic member. Compared with the structure using the first elastic member alone, the mechanical strength can be further improved.
その一方で本発明の構造によれば、第1の弾性部材によって必要な導電性を図りつつ、これを第2の弾性部材で保持しているため、第1及び第2の弾性部材を合わせた全体の大きさや容量に占める導電材料の割合や絶対的な使用量を少なく抑えることができる。例えば、第1及び第2の弾性部材を合わせた全体の大きさについて、圧電トランスの組み立て時に取り扱いの容易さを確保できる大きさを100とすると、その中に占める第1の弾性部材の割合を可能な限り少なくしていけば(ただし0よりも大きい)、それだけ全体として導電材料の使用量を低減することができる。導電材料の使用量はコストに大きく反映されるため、その使用量を低減することは圧電トランスの製造コスト低減に対する寄与度がきわめて大きいという利点がある。 On the other hand, according to the structure of the present invention, since the necessary conductivity is achieved by the first elastic member and this is held by the second elastic member, the first and second elastic members are combined. It is possible to reduce the ratio and absolute amount of the conductive material occupying the entire size and capacity. For example, regarding the total size of the first and second elastic members combined, when the size that can ensure the ease of handling at the time of assembling the piezoelectric transformer is 100, the ratio of the first elastic member occupying the size is 100%. If it is made as small as possible (however, it is greater than 0), the amount of the conductive material used can be reduced as a whole. Since the amount of the conductive material used is greatly reflected in the cost, there is an advantage that reducing the amount used greatly contributes to reducing the manufacturing cost of the piezoelectric transformer.
より好ましくは、本発明において圧電体をケース内に収容した構造を採用する。この場合、ケースの外側(例えば回路基板上の配線パターン)では端子を通じて圧電体との導通をとることができる。なお端子は、ケースに圧電体が収容された状態でその電極に対向して配置される点は上記と同じである。 More preferably, a structure in which the piezoelectric body is accommodated in the case is employed in the present invention. In this case, the outside of the case (for example, the wiring pattern on the circuit board) can be electrically connected to the piezoelectric body through the terminal. The terminal is the same as the above in that the terminal is arranged facing the electrode in a state where the piezoelectric body is accommodated in the case.
そして第1及び第2の弾性部材は、ケース内で圧電体の電極と端子との間に圧入して配置される。この場合、第1の弾性部材がその反発力で電極及び端子の双方に強く接触し、その接触面での電気抵抗を低減してより確実に両者を導通させることができる。したがって、第1の弾性部材の容量や大きさを極力小さくしても、強い圧着力で充分な電気的導通を図ることができるため、導電材料の使用量をさらに少なく抑えることができる。また第2の弾性部材は、その反発力で電極や端子に強く密着するので、ケース内で振動する圧電体を確実に支持することができる。 The first and second elastic members are press-fitted between the electrodes of the piezoelectric body and the terminals in the case. In this case, the first elastic member can be brought into strong contact with both the electrode and the terminal by the repulsive force, and the electrical resistance at the contact surface can be reduced and the both can be conducted more reliably. Therefore, even if the capacity and size of the first elastic member are made as small as possible, sufficient electrical conduction can be achieved with a strong crimping force, so that the amount of conductive material used can be further reduced. In addition, the second elastic member strongly adheres to the electrode and the terminal by its repulsive force, so that the piezoelectric body that vibrates in the case can be reliably supported.
上述した第1及び第2の弾性部材は、端子に規定される長手方向でみて交互に重なり合った積層構造を有していてもよい。この場合、1つ1つの層が端子の長手方向に対して交差する関係にあるため、特に導電性を有する第1の弾性部材の層を全て端子に接触させることができ、その電気的な導通を確実に図ることができる。 The first and second elastic members described above may have a laminated structure in which the first and second elastic members are alternately overlapped when viewed in the longitudinal direction defined by the terminals. In this case, since each of the layers intersects with the longitudinal direction of the terminal, all the layers of the first elastic member having conductivity can be brought into contact with the terminal, and the electrical continuity thereof. Can be achieved reliably.
本発明について、より実用的な形態を以下に提供する。
すなわち圧電体は、互いに対をなす2つの外面にそれぞれ一次電極が形成されるとともに、これら一次電極とは別の位置で外面に二次電極が形成されている。圧電体はケースに収容されており、このケースには圧電体が収容された状態で一次電極及び二次電極にそれぞれ対向する複数の端子が配置されている。これら端子は、ケース外で圧電体(一次電極、二次電極)との導通をとるためのものである。
More practical forms of the present invention are provided below.
That is, in the piezoelectric body, primary electrodes are formed on two outer surfaces that make a pair with each other, and secondary electrodes are formed on the outer surface at positions different from these primary electrodes. The piezoelectric body is accommodated in a case, and a plurality of terminals respectively facing the primary electrode and the secondary electrode are arranged in the case in which the piezoelectric body is accommodated. These terminals are used for electrical connection with the piezoelectric body (primary electrode, secondary electrode) outside the case.
一次電極とこれに対向する端子との間には、一次側の導電性ゴム層、絶縁性ゴム層及び弾性保持部材が配置されている。このうち導電性ゴム層は、ケース内で圧電体の各一次電極とこれに対向する端子との間に圧入して配置されており、一次電極及び端子の双方に接触してこれらを相互に導通させるものである。また絶縁性ゴム層は、導電性ゴム層に重ね合わせられた状態でケース内で圧電体の各一次電極とこれに対向する端子との間に圧入して配置されており、同じく一次電極及び端子の双方に接触した状態で導電性ゴム層を保持するものである。そして弾性保持部材は、導電性ゴム層及び絶縁性ゴム層とともにケース内で圧電体の各一次電極とこれに対向する端子との間に圧入して配置されており、少なくとも一次電極に接触した状態で導電性ゴム層及び絶縁性ゴム層をともに保持するものである。 A primary conductive rubber layer, an insulating rubber layer, and an elastic holding member are disposed between the primary electrode and the terminal facing the primary electrode. Of these, the conductive rubber layer is placed between each primary electrode of the piezoelectric body and the terminal facing it in the case, and both the primary electrode and the terminal are in contact with each other to conduct electricity to each other. It is something to be made. In addition, the insulating rubber layer is press-fitted between the primary electrodes of the piezoelectric body and the terminals facing the piezoelectric body in the case in a state of being superimposed on the conductive rubber layer. The conductive rubber layer is held in contact with both of them. The elastic holding member is disposed by being press-fitted between each primary electrode of the piezoelectric body and the terminal facing the piezoelectric body in the case together with the conductive rubber layer and the insulating rubber layer, and is in contact with at least the primary electrode And holding both the conductive rubber layer and the insulating rubber layer.
上記の構造によれば、端子と接触する部分に導電性ゴム層と絶縁性ゴム層の積層部分が対応し、そのうちの導電性ゴム層によって一次電極と端子との電気的な導通が図られる。また、積層構造の採用により、全体の中に占める導電性ゴム層の割合を少なく抑え、その分だけ導電材料の使用量を抑えることができる。その一方で、導電性ゴム層と絶縁性ゴム層の積層部分とは別に弾性保持部材が設けられていることから、これらを合わせた全体の機械的強度を充分に確保することができる。 According to said structure, the laminated | stacked part of an electroconductive rubber layer and an insulating rubber layer respond | corresponds to the part which contacts a terminal, The electrical conduction with a primary electrode and a terminal is achieved by the electroconductive rubber layer. Further, by adopting the laminated structure, the proportion of the conductive rubber layer in the whole can be suppressed, and the amount of the conductive material used can be suppressed correspondingly. On the other hand, since the elastic holding member is provided separately from the laminated portion of the conductive rubber layer and the insulating rubber layer, it is possible to sufficiently secure the overall mechanical strength combining them.
そして、二次電極とこれに対向する端子との間には、二次側の導電性ゴム層及び絶縁性ゴム層が配置されている。このうち導電性ゴム層は、ケース内で圧電体の二次電極とこれに対向する端子との間に圧入して配置されており、二次電極及び端子の双方に接触してこれらを相互に導通させるものである。また絶縁性ゴム層は、二次側の導電性ゴム層に重ね合わせられた状態でケース内で圧電体の二次電極とこれに対向する端子との間に圧入して配置されており、二次電極及び端子の双方に接触した状態で導電性ゴム層を保持するものである。 A secondary-side conductive rubber layer and an insulating rubber layer are disposed between the secondary electrode and the terminal facing the secondary electrode. Of these, the conductive rubber layer is disposed in the case by being press-fitted between the secondary electrode of the piezoelectric body and the terminal opposite to the piezoelectric electrode. It is made to conduct. In addition, the insulating rubber layer is disposed so as to be press-fitted between the secondary electrode of the piezoelectric body and the terminal facing the piezoelectric material in the case in a state of being superimposed on the conductive rubber layer on the secondary side. The conductive rubber layer is held in contact with both the secondary electrode and the terminal.
二次電極が形成されている圧電体の部位は、一次電極の部位に比較して振幅が大きいため、導電性ゴム層そのものに一次側の導電性ゴム層よりも機械的強度を持たせることが望ましい。一次側の導電性ゴム層に電気抵抗のより低い金属(例えば銀)を導電材料として用いた場合、二次側の導電性ゴム層には、これよりも機械的強度を確保できる非金属の導電材料(例えば炭素)を用いることが好ましい。この場合、二次側については導電性ゴム層と絶縁性ゴム層の2種類だけを使用しても、必要な導電性を図りつつ、充分な機械的強度を発揮させることができる。 Since the portion of the piezoelectric body on which the secondary electrode is formed has a larger amplitude than the portion of the primary electrode, the conductive rubber layer itself may have a mechanical strength higher than that of the primary conductive rubber layer. desirable. When a metal (for example, silver) having a lower electric resistance is used as the conductive material for the conductive rubber layer on the primary side, the nonconductive metal layer that can ensure mechanical strength than the secondary conductive rubber layer. It is preferable to use a material (for example, carbon). In this case, on the secondary side, even if only two types of conductive rubber layer and insulating rubber layer are used, sufficient mechanical strength can be exhibited while achieving necessary conductivity.
圧電体の外面のうち、例えば厚み方向で対をなす2つの外面の片側だけに二次電極が形成されている場合、二次電極と反対側の外面とケースの内面との間に弾性部材を配置することができる。圧電体は、片方の面を弾性部材に支持され、もう片方の面を二次側の導電性ゴム層及び絶縁性ゴム層に支持されることで、これらに挟み込まれた状態となる。これにより、ケース内で圧電体をバランスよく支持することができ、圧電体に偏った力が加わるのを防止することができる。 For example, when the secondary electrode is formed only on one side of the two outer surfaces that form a pair in the thickness direction among the outer surfaces of the piezoelectric body, an elastic member is provided between the outer surface opposite to the secondary electrode and the inner surface of the case. Can be arranged. One surface of the piezoelectric body is supported by an elastic member, and the other surface is supported by a secondary conductive rubber layer and an insulating rubber layer, so that the piezoelectric body is sandwiched between them. Accordingly, the piezoelectric body can be supported in a balanced manner in the case, and it is possible to prevent the biased force from being applied to the piezoelectric body.
本発明によれば、導電性を有した弾性部材によって圧電体の電極と端子との間で必要な電気的導通を図りつつ、圧電体に生じる機械的な振動を吸収して安定した動作を実現することができる。さらに、導電性の弾性部材とは別の弾性部材を合わせて配置することで全体の機械的強度を高め、長期間にわたる使用に充分に耐えられる信頼性の高い圧電トランスを得ることができる。 According to the present invention, a stable operation is realized by absorbing mechanical vibration generated in the piezoelectric body while achieving necessary electrical conduction between the electrode and the terminal of the piezoelectric body by an elastic member having conductivity. can do. Furthermore, by arranging an elastic member different from the conductive elastic member together, the overall mechanical strength can be increased, and a highly reliable piezoelectric transformer that can sufficiently withstand long-term use can be obtained.
また、圧電トランスとしての製品単位で導電材料の使用量を低く抑えることで、必要な導電性を図りつつ、その製造コストを大幅に低減することができる。 Further, by suppressing the amount of the conductive material used in a product unit as a piezoelectric transformer, the manufacturing cost can be greatly reduced while achieving necessary conductivity.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、一実施形態の圧電トランス100を構成要素に分解して示した斜視図である。また図2は、圧電トランス100を完成状態で示す水平断面図(図1中II−II断面)である。図1に示されているように、圧電トランス100は主に圧電セラミックス102及び樹脂ケース104を備えており、樹脂ケース104内に圧電セラミックス102を収容して構成されるものとなっている。なお、図1中の上方向は樹脂ケース104の底面側であり、圧電トランス100は全体として、樹脂ケース104の底面を回路基板(図示していない)の実装面に向き合わせた状態で実装される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing a
圧電セラミックス2は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックス(PZT)等の圧電体を分極して得られたものである。圧電セラミックス102の形状については特に限定しないが、ここでは一例として直方体形状(平板状)を挙げることができる。 The piezoelectric ceramic 2 is obtained by polarizing a piezoelectric body such as lead zirconate titanate ceramic (PZT). Although the shape of the piezoelectric ceramic 102 is not particularly limited, a rectangular parallelepiped shape (flat plate shape) can be given as an example here.
圧電セラミックス102の外面のうち、厚み方向で対になる両面には、それぞれ一次電極106が形成されている。図1には片面のみ示されているが、この反対側の面にも同様の一次電極106が形成されている。また圧電セラミックス102の外面には、厚み方向で対になる一方の面(図示に示される片面)において長手方向の他端部に二次電極108が形成されている。なお、一次電極106及び二次電極108は、圧電セラミックス102の外面に例えば金属ペーストを用いたスクリーン印刷により形成されている。
A
樹脂ケース104の内部には収容部104aが形成されており、この収容部104aは樹脂ケース104の底面側にて開口している。なお図1には示されていないが、樹脂ケース104の開口は底面側のみであり、その上面(図1では下方に位置する)は閉塞されている。収容部104a内には、圧電セラミックス102を縦置きの姿勢(胴回りの側端面を天地にした状態)で収容することができる。収容部104aの周囲には側壁104bが形成されており、この側壁104bは圧電セラミックス102の縦方向の長さよりも僅かに高くなっている。
A
樹脂ケース104には、収容部104a内の4箇所に凹部104c,104d,104e,104fが設けられている。これら4つの凹部104c〜104fはいずれも、収容部104a内から側壁104bを外側へ向かって一定の幅で抉り取る(窪ませる)ようにして形成されている。このうち2つの凹部104c,104dは、収容部104a内で圧電セラミックス102を挟んで対向する位置関係にあり、これら凹部104c,104dは互いに同一(対称)形状である。なお、その他の凹部104e,104fもまた、圧電セラミックス102を挟んで対向する位置関係にあるが、一方の凹部104eに比較して他方の凹部104fは小さい形状である。
The
また樹脂ケース104には、合計で3本の端子110,112,114が設置されている。このうち2本の端子110,112は、樹脂ケース104内で圧電セラミックス102の一次電極106に対向して配置されている。また残りの端子114は、樹脂ケース104内で圧電セラミックス102の二次電極108に対向して配置されている。樹脂ケース104には、図示しない天板を貫通して側壁104b内を上下方向に延びる挿通溝104gが形成されており、3本の端子110,112,114はそれぞれ対応する挿通溝104gに挿通された状態で樹脂ケース104に設置されている。各挿通溝104gの内法は端子110,112,114の太さよりも僅かに小さく設定されているため、各端子110,112,114は挿通溝104g内で締まり嵌めの状態に固定される。
The
また挿通溝104gは、収容部104a内で凹部104c,104d,104eと連通している。すなわち、収容部104a内からみると、挿通溝104gは各凹部104c,104d,104eの内面にて側壁104bをさらに外側へ溝状に抉り取る(窪ませる)ようにして形成されている。このため端子110,112,114が挿通溝104gに挿通された状態で、各端子110,112,114の側面が凹部104c,104d,104e内に露出している。
The
収容部104a内に圧電セラミックス102が収容された状態で、互いに対をなす2つの凹部104c,104dにはそれぞれ導電体ブロック116が設置されており、その他の凹部104eには別の導電体ブロック120が設置されている。また、残りの凹部104fにはブロック状のシリコーンゴム122が設置されている。圧電セラミックス102は、樹脂ケース104内で2つの導電体ブロック116の間、そして導電体ブロック120とシリコーンゴム122との間に挟まれた状態で保持される。
In the state in which the piezoelectric ceramic 102 is accommodated in the
また図2に示されているように、圧電セラミックス102は例えばシリコーン接着剤124を用いて樹脂ケース104に接着される。なお、収容部104a内には圧電セラミックス102を両側から案内する突起状のリブ104hが形成されており、シリコーン接着剤124はリブ104hを覆い隠すようにして樹脂ケース104内に充填されている。
As shown in FIG. 2, the piezoelectric ceramic 102 is bonded to the
導電体ブロック116,120は導電性を有したゴム材料を有しており、それぞれ母材であるシリコーンゴムの弾性に加えて、そこに練り込まれた導電材料による導電性をも有している。樹脂ケース104内で圧電セラミックス102の一次電極106及び二次電極108と各端子110,112,114とは、それぞれ導電体ブロック116,120を介して電気的に接続されている。以下、導電体ブロック116,120について詳細に説明する。
The conductor blocks 116 and 120 have a rubber material having conductivity, and in addition to the elasticity of silicone rubber as a base material, the conductor blocks 116 and 120 also have conductivity by a conductive material kneaded therein. . In the
図3は、図2に示される一次側の導電体ブロック116を中心とした部分の拡大図である。2つの導電体ブロック116は、それぞれ樹脂ケース104内で圧電セラミックス102の一次電極106と端子110,112との間に配置されている。このとき導電体ブロック116は、それぞれ対応する凹部104c,104d内に嵌め込まれ、一次電極106と端子110,112との間で圧縮(圧入)された状態にある。
FIG. 3 is an enlarged view of a portion around the primary-side conductor block 116 shown in FIG. The two
導電体ブロック116は、例えば大きく分けて導電性部材116aと弾性保持部材116bから構成されている。図3に示される水平断面でみると、導電体ブロック116は導電性部材116aを中間層として、その両側に弾性保持部材116bの保持層が積層された構造である。なお、ここでいう積層の方向は、圧電セラミックス102の外面に沿う方向(長手方向)である。
The
導電体ブロック116の長手方向(図3中の上下方向)でみた両端面の位置では、導電性部材116aの端面が一次電極106と端子110,112のそれぞれに密着した状態にある。また、その両側では弾性保持部材116bの端面が一次電極106と凹部104c,104dの内面にそれぞれ密着している。上記のように導電体ブロック116は全体として圧縮された状態にあるので、その反発力で導電性部材116aの両端面と一次電極106又は端子110,112とが強く圧着されている。したがって、導電性部材116aと一次電極106との間、又は導電性部材116aと端子110,112との間の電気的な接触抵抗が軽減されている。
At the positions of both end faces in the longitudinal direction of the conductor block 116 (vertical direction in FIG. 3), the end faces of the
次に図4は、図2に示される二次側の導電体ブロック120及びシリコーンゴム122を中心とした部分の拡大図である。このうち導電体ブロック120は、樹脂ケース104内で圧電セラミックス102の二次電極108と端子114との間に配置されている。またシリコーンゴム122は、二次電極108と反対側の圧電セラミックス102の外面と側壁104bとの間に配置されている。このとき導電体ブロック120は凹部104e内に嵌め込まれており、二次電極108と端子114との間で圧縮(圧入)された状態にある。またシリコーンゴム122についても凹部104f内に嵌め込まれており、圧電セラミックス102の外面と側壁104bとの間で圧縮(圧入)されている。
Next, FIG. 4 is an enlarged view of a portion around the secondary
導電体ブロック120は、単純に導電性ゴム層120aとシリコーンゴム層120bの2つの層から構成されている。これら導電性ゴム層120aとシリコーンゴム層120bとは、樹脂ケース104の深さ方向(端子114の長手方向)へ交互に積層された構造である。図4に示される水平断面では、導電性ゴム層120a又はシリコーンゴム層120bのいずれかの断面のみが示されており、断面方向の関係上、その積層構造は図示されていない。なお、これらの積層構造については別の図面を参照しつつ、さらに後述する。
The
導電体ブロック120の長手方向(図4中の上下方向)でみた両端面の位置では、導電性ゴム層120a及びシリコーンゴム層120bの端面が二次電極108と端子114のそれぞれに密着した状態にある。導電体ブロック120もまた全体として圧縮された状態にあるので、その反発力で導電性ゴム層120aの両端面と二次電極108又は端子114とが強く圧着されている。したがって、ここでも導電性ゴム層120aと二次電極108との間、又は導電性ゴム層120aと端子114との間の電気的な接触抵抗が軽減されている。
At the positions of both end faces of the
〔一次側〕
図5は、一次側の導電体ブロック116を単独で示す図である。図5中(A)は導電体ブロック116の斜視図であり、図5中(B)はその縦断面図(B−B断面)である。
[Primary side]
FIG. 5 is a diagram showing the primary-
上記のように、先ず導電体ブロック116は、中央に導電性部材116aの導電層を挟み、その両側に弾性保持部材116bの保持層を形成した積層構造を有する。本実施形態では、さらに導電性部材116aそのものが多層構造(ゼブラ構造)を有しており、ここでは導電性ゴム層116cと絶縁性のシリコーンゴム層116dとが上下方向に積層された構造を有する。
As described above, the
〔一次側導電性ゴム層(第1の弾性部材),一次側絶縁性ゴム層(第2の弾性部材)〕
このうち導電性ゴム層116cは、例えばシリコーンゴムを母材として、その中に銀(Ag)を練り込んで導電性及び弾性を持たせたものである。またシリコーンゴム層116dは、単純にシリコーンゴムを材料としたものであり、導電性部材116aの中で特に導電性を発揮するものではない。このようなシリコーンゴム層116dは、導電性部材116aの積層内で導電性ゴム層116cを保持するとともに、全体としての機械的強度を向上するのに寄与している。
[Primary side conductive rubber layer (first elastic member), primary side insulating rubber layer (second elastic member)]
Of these, the
上記のように導電性ゴム層116cとシリコーンゴム層116dとは、それぞれ対応する端子110,112の長手方向でみて交互に重なり合った積層構造を有している。また、導電性部材116aの幅Wは、凹部104c,104d内で露出する端子110,112の外面の幅よりも僅かに大きい。この場合、端子110,112の長手方向に対して1つ1つの導電性ゴム層116cが交差(略直交)するため、導電性部材116aの中で全ての導電性ゴム層116cの端面が端子110,112の外面に接触し、それだけ全体としての電気抵抗を小さくすることができる。
As described above, the
〔弾性保持部材(第2の弾性部材)〕
導電性部材116aの両側に位置する弾性保持部材116bもまた、例えば単純なシリコーンゴムを材料とするものである。このような弾性保持部材116bは導電体ブロック116の中で導電性部材116aを両側から保持することで、導電体ブロック116の全体としての機械的強度を向上させている。また導電性部材116aの両側に弾性保持部材116bが配置されていることで、導電体ブロック116が全体として取り扱い容易な外形(大きさ、容積)を有することになる。
[Elastic holding member (second elastic member)]
The
〔二次側〕
次に図6は、二次側の導電体ブロック120を単独で示す図である。図6中(A)は導電体ブロック120の斜視図であり、図6中(B)はその縦断面図(B−B断面)である。
〔Secondary side〕
Next, FIG. 6 is a view showing the secondary-
〔二次側導電性ゴム層(第1の弾性部材),二次側絶縁性ゴム層(第2の弾性部材)〕
上記のように導電体ブロック120は、導電性ゴム層120aの導電層とシリコーンゴム層120bの保持層とを交互に重ね合わせた積層構造(ゼブラ構造)を有する。
[Secondary conductive rubber layer (first elastic member), Secondary insulating rubber layer (second elastic member)]
As described above, the
このうち導電性ゴム層120aは、例えばシリコーンゴムを母材として、その中に炭素微粒子を練り込んで導電性及び弾性を持たせたものである。またシリコーンゴム層120bは、例えば単純にシリコーンゴムを材料としたものであり、導電体ブロック120の中で特に導電性を発揮するものではない。このようなシリコーンゴム層120bは、導電体ブロック120の積層内で導電性ゴム層120aを保持するとともに、全体としての機械的強度を向上するのに寄与している。
Of these, the
上記のように導電性ゴム層120aとシリコーンゴム層120bとは、対応する端子114の長手方向でみて交互に重なり合った積層構造を有している。また、導電体ブロック120全体の幅Wは、凹部104e内で露出する端子114の外面の幅よりも充分に大きい。この場合、端子114の長手方向に対して導電性ゴム層120aの1つ1つの層が交差(略直交)するため、導電体ブロック120の中で全ての導電性ゴム層120aの端面を端子114の外面に接触させることができ、それだけ全体としての電気抵抗を小さくすることができる。なお二次電極108に対応する導電体ブロック120は、導電性ゴム層120aの幅Wが全体の幅に等しいため、そのままで取り扱い容易な外形(大きさ、容積)を有している。
As described above, the
〔弾性部材〕
上記のように二次電極108は、圧電セラミックス102の片側の面だけに形成されているため、これに対応する導電体ブロック120は1つだけでよい。ただし、導電体ブロック120は二次電極108と端子114との間で圧縮されていることから、樹脂ケース104内でのバランスを考慮すると、本実施形態のように二次電極108と反対側の面にもシリコーンゴム122を配置することが好ましい。このようなシリコーンゴム122は、樹脂ケース104内で導電体ブロック120とともに圧電セラミックス102を両面から挟み込み、その動作時に生じる機械的な振動を吸収するのに寄与する。
[Elastic member]
As described above, since the
以上が本実施形態の圧電トランス100の構造に関する説明である。このような圧電トランス100は、上記のように回路基板に実装された状態で、各端子110,112,114が配線パターンに接続される。そして、端子110,112を通じて一次電極106に入力電圧が印加される際、一次側の導電体ブロック116が電気的な導通を行うとともに、圧電セラミックス102に生じる機械的な振動を吸収する役割を果たす。また、圧電セラミックス102の機械的な振動によって変圧された出力電圧を二次電極108から端子114を通じて取り出す際、二次側の導電体ブロック120が電気的な導通を行うとともに、圧電セラミックス102に生じる機械的な振動を吸収する役割を果たす。
This completes the description of the structure of the
上述した本実施形態の圧電トランス100は、例えば以下の観点から優位性を発揮する。
(1)一次側と二次側とで別々の導電体ブロック116,120を使用し、特に一次側については金属(銀)を導電材とした導電性ゴム層116cを採用しているため、圧電セラミックス102に対して入力電圧を印加する際の電気抵抗をより低く抑えることができる。
The
(1) Since separate conductor blocks 116 and 120 are used for the primary side and the secondary side, and the
(2)一次側及び二次側の各導電体ブロック116,120について、いずれも導電性ゴム層116c,120aとシリコーンゴム層116d,120bとが積層された構造(ゼブラ構造)であるため、全体の容積に占める導電材料(銀、炭素)の使用量を少なく抑えることができる。
(2) Since each of the conductor blocks 116 and 120 on the primary side and the secondary side has a structure (zebra structure) in which the conductive rubber layers 116c and 120a and the
(3)さらに一次側については、導電体ブロック116全体を導電性部材116aと弾性保持部材116bの多層構造としているため、二次側と比較して全体の容積に占める導電材料(特に銀)の使用量をより少なく抑えることができる。
(3) Further, on the primary side, since the
なお、一次側の導電体ブロック116が接触している位置は、圧電セラミックス102の長手方向でみた振動の節(振幅0の位置)に相当している。このため、一次電極106と導電体ブロック116との接触面では極端に大きな摩擦(せん断応力)は生じない。ただし、厳密にいうと振動の節は仮想的な直線(圧電セラミックス102の長手方向と直交する直線)上にしかなく、この直線上から僅かでも長手方向に外れると、それに伴って振幅が増えていくことになる。したがって、本実施形態のように導電性部材116aを振動の節の中心に配置し、その両側にシリコーンゴムの弾性保持部材116bを配置している構造であれば、節から外れた位置で生じる振動を良好に吸収することができる上、比較的強度の低い導電性部材116aを節に接触させることができるので、それによって全体としての耐久性を向上することができる。
The position where the primary-
ただし、樹脂ケース104内で圧電セラミックス102の一次側(一次電極106)を振動の節で固定する場合、その固定部材は弾性を有していなくてもよい。この場合、少なくとも二次側(二次電極108)の固定部材が導電性を有する弾性部材(導電体ブロック120)であればよく、一次側の導電体ブロック116に代えて弾性を有しない導電性の固定部材を介在させてもよいし、両側の端子110,112の間隔を狭めて一次電極106と接触させてもよい。
However, when the primary side (primary electrode 106) of the piezoelectric ceramic 102 is fixed at the vibration node in the
また本実施形態では、一次側に比較して振幅の大きい二次側の導電体ブロック120について、導電性ゴム層120aを炭素微粒子入りのシリコーンゴムで構成し、これを単純なシリコーンゴム層120bで保持した構造を採用しているため、全体としての導電性を持たせながら充分な機械的強度を確保することができる。
In the present embodiment, for the secondary
〔別実施形態〕
図7は、一実施形態とは別(第2例)の導電体ブロック216を単独で示す図である。この導電体ブロック216は、例えば一実施形態で挙げた一次側の導電体ブロック116に代えて使用することができるものである。図7中(A)は導電体ブロック216の斜視図であり、図7中(B)はその縦断面図(B−B断面)である。なお図中、一実施形態と共通の事項については同じ符号を付し、その重複した説明を省略するものとする。
[Another embodiment]
FIG. 7 is a diagram independently showing a
第2例の導電体ブロック216は、中央に導電性部材116aの導電層を挟み、その両側及び上下にそれぞれ弾性保持部材116bの保持層を形成した構造を有する。この第2例では両側に加えて上下にも弾性保持部材116bが配置されているため、それだけ導電性部材116a全体の大きさは小さくなる。したがって、導電性部材116aとして必要な導電性を得ながら、全体として導電材料の使用量をさらに少なく抑えることができる。また第2例では、弾性保持部材116bが導電性部材116aを周囲から保持することで、導電体ブロック116の全体としての機械的強度をさらに向上させている。
The
この他にも、導電性部材116aと端子110,112との電気的な接続関係が得られていれば、導電性部材116aの片側だけに弾性保持部材116bを配置した構造を採用することもできる。
In addition, as long as an electrical connection relationship between the
本発明は上述した実施形態に制約されることなく、種々に変形して実施可能である。実施形態では一次側と二次側とで別々の導電体ブロック116,120を使用しているが、両者を共通のものとしてもよいし、あるいは一次側と二次側とで導電体ブロック116,120を入れ替えてもよい。 The present invention can be implemented with various modifications without being limited to the above-described embodiments. In the embodiment, separate conductor blocks 116 and 120 are used on the primary side and the secondary side, but both may be common, or the conductor blocks 116 and 120 may be shared on the primary side and the secondary side. 120 may be replaced.
また、各導電体ブロック116,120での導電性ゴム層116c,120aの積層数には特に制約がなく、必要な導電性(電気抵抗)が得られていれば、導電性ゴム層116c,120aの積層数や層厚を適宜変更することが可能である。 Further, the number of conductive rubber layers 116c and 120a stacked in each of the conductor blocks 116 and 120 is not particularly limited, and the conductive rubber layers 116c and 120a can be provided if necessary conductivity (electric resistance) is obtained. The number of stacked layers and the layer thickness can be changed as appropriate.
その他、実施形態で挙げた部材や部品等の形状や構造はあくまで好ましい例示であり、これらを適宜変形して本発明を実施可能であることはいうまでもない。 In addition, the shapes and structures of the members and parts described in the embodiments are merely preferred examples, and it goes without saying that the present invention can be implemented by appropriately modifying them.
100 圧電トランス
102 圧電セラミックス(圧電体)
104 樹脂ケース
106 一次電極
108 二次電極
110,112,114 端子
116,120 導電体ブロック
116a 導電性部材
116b 弾性保持部材
116c 導電性ゴム層
116d シリコーンゴム層
120a 導電性ゴム層
120b シリコーンゴム層
122 シリコーンゴム
100
104
Claims (3)
前記圧電体を収容するケースと、
前記ケースに前記圧電体が収容された状態で前記圧電体の一次電極及び二次電極にそれぞれ対向して配置され、前記ケース外で前記圧電体との導通をとるための複数の端子と、
前記ケース内で前記圧電体の各一次電極とこれに対向する前記端子との間に圧入して配置され、前記一次電極及び前記端子の双方に接触してこれらを相互に導通させる導電性を有した一次側導電性ゴム層と、
前記一次側導電性ゴム層に重ね合わせられた状態で前記ケース内で前記圧電体の各一次電極とこれに対向する前記端子との間に圧入して配置され、前記一次電極及び前記端子の双方に接触した状態で前記導電性ゴム層を保持する一次側絶縁性ゴム層と、
前記一次側導電性ゴム層及び前記一次側絶縁性ゴム層とともに前記ケース内で前記圧電体の各一次電極とこれに対向する前記端子との間に圧入して配置され、少なくとも前記一次電極に接触した状態で前記一次側導電性ゴム層及び前記一次側絶縁性ゴム層をともに保持する弾性保持部材と
を備えたことを特徴とする圧電トランス。 A piezoelectric body in which a primary electrode is formed on each of two outer surfaces that are paired with each other, and a secondary electrode is formed on the outer surface at a position different from these primary electrodes,
A case for housing the piezoelectric body;
A plurality of terminals arranged to face the primary electrode and the secondary electrode of the piezoelectric body in a state where the piezoelectric body is accommodated in the case, and to conduct with the piezoelectric body outside the case;
In the case, the piezoelectric body is press-fitted between each primary electrode of the piezoelectric body and the terminal facing the piezoelectric body, and has electrical conductivity to contact both the primary electrode and the terminal and to make them mutually conductive. Primary side conductive rubber layer,
In the state of being overlaid on the primary-side conductive rubber layer, the case is press-fitted between each primary electrode of the piezoelectric body and the terminal facing the piezoelectric body in the case, and both the primary electrode and the terminal A primary-side insulating rubber layer that holds the conductive rubber layer in contact with
The primary side conductive rubber layer and the primary side insulating rubber layer are disposed in the case so as to be press-fitted between each primary electrode of the piezoelectric body and the terminal facing the primary electrode, and at least contact the primary electrode. A piezoelectric transformer, comprising: an elastic holding member that holds both the primary side conductive rubber layer and the primary side insulating rubber layer in a state of being formed.
前記ケース内で前記圧電体の二次電極とこれに対向する前記端子との間に圧入して配置され、前記二次電極及び前記端子の双方に接触してこれらを相互に導通させる導電性を有した二次側導電性ゴム層と、
前記二次側導電性ゴム層に重ね合わせられた状態で前記ケース内で前記圧電体の二次電極とこれに対向する前記端子との間に圧入して配置され、前記二次電極及び前記端子の双方に接触した状態で前記二次側導電性ゴム層を保持する二次側絶縁性ゴム層と
をさらに備えたことを特徴とする圧電トランス。 The piezoelectric transformer according to claim 1 ,
In the case, the piezoelectric electrode is placed between the secondary electrode of the piezoelectric body and the terminal facing the piezoelectric body, and has electrical conductivity that makes contact with both the secondary electrode and the terminal so that they are electrically connected to each other. A secondary conductive rubber layer,
The secondary electrode and the terminal are disposed by being press-fitted between the secondary electrode of the piezoelectric body and the terminal facing the piezoelectric body in the case in a state of being superimposed on the secondary conductive rubber layer. And a secondary insulating rubber layer that holds the secondary conductive rubber layer in contact with both of the piezoelectric transformers.
前記圧電体が有する外面のうち、前記二次電極と反対側の外面と前記ケースの内面との間に介在して配置され、この位置で前記二次側導電性ゴム層及び前記二次側絶縁性ゴム層とともに前記ケース内で前記圧電体を支持する弾性部材をさらに備えたことを特徴とする圧電トランス。
The piezoelectric transformer according to claim 2 ,
Of the outer surface of the piezoelectric body, it is disposed between the outer surface opposite to the secondary electrode and the inner surface of the case, and at this position, the secondary conductive rubber layer and the secondary side insulation A piezoelectric transformer, further comprising an elastic member that supports the piezoelectric body in the case together with a conductive rubber layer.
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