JP5962746B2 - 圧電トランス装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧電トランス素子が可撓性部材に接合されている構造を有する圧電トランス装置に関する。

従来、インバータなどの電源回路に用いられるトランス装置として、圧電セラミックからなる圧電トランス素子を用いた圧電トランス装置が種々提案されている。下記の特許文献１に記載の圧電トランス装置では、圧電トランス素子がプリント配線基板内に設けられた取り付け穴内に配置されている。特許文献１に記載の圧電トランス装置では、取り付け穴内に配置された圧電トランス素子の上面から周囲のプリント配線基板部分に至る支持固定部材により、圧電トランス素子が支持されている。

他方、下記の特許文献２には、図６に分解斜視図で示す圧電トランス装置１００１が開示されている。圧電トランス装置１００１では、可撓性を有する絶縁部材１００２上に圧電トランス素子１００３が実装されている。絶縁部材１００２は、圧電トランス素子１００３を外部と電気的に接続するための配線パターンを有するフレキシブルプリント基板である。この配線パターンが、圧電トランス素子１００３の表面電極１００３ａなどに電気的に接続されている。

特開平９−３６５４５号公報 特開平１１−１２１８２６号公報

特許文献１に記載の圧電トランス装置では、上記支持固定部材が圧電トランス素子の上面から周囲のプリント配線基板に至っている。そのため、支持固定部材の厚みの分だけ、薄型化には限界があった。また、支持固定部材により圧電トランス素子とプリント配線基板とが連結されているため、温度変化が加わると、プリント配線基板の熱膨張係数と圧電トランス素子の熱膨張係数との差による機械的ストレスが圧電トランス素子及びプリント配線基板と支持固定部材との連結部分に加わりがちであった。

他方、特許文献２に記載の圧電トランス装置１００１では、絶縁部材１００２上に圧電トランス素子１００３が積層され、実装されている。圧電トランス装置１００１は、図示されていないプリント配線基板に実装されることで支持されるものである。従って、当該プリント配線基板の厚みの分だけ、薄型化には限界があった。さらに、圧電トランス素子１００３を周囲から封止するためには、さらに他の封止部材やケース部材を用意しなければならず、それによっても薄型化が困難であった。

本発明の目的は、より一層の薄型化を図ることができる圧電トランス装置を提供することにある。

本発明に係る圧電トランス装置は、圧電トランス素子と、第１，第２の可撓性電極材とを備える。圧電トランス素子は、圧電トランス本体と、第１，第２の素子電極とを有する。圧電トランス本体は、天面と、底面と、天面と底面とを結ぶ第１，第２の側面とを有し、第１の側面と第２の側面とが対向している。第１，第２の素子電極は、圧電トランス本体の第１，第２の側面にそれぞれ設けられている。第１，第２の可撓性電極材は、圧電トランス本体の第１，第２の側面の側方に配置されている。第１，第２の可撓性電極材は、第１，第２の素子電極にそれぞれ電気的にかつ機械的に接続されている。

本発明に係る圧電トランス装置のある特定の局面では、前記第１，第２の可撓性電極材が、第１の部分と、第２の部分と、第１の部分と第２の部分との間に位置している折り曲げ部とを有する。第２の部分において、第１，第２の可撓性電極材がそれぞれ、第１，第２の素子電極に電気的にかつ機械的に接続されている。

本発明に係る圧電トランス装置の他の特定の局面では、第１，第２の可撓性電極材の折り曲げ部が、折り曲げ部の最外側に位置する第１の絶縁性フィルムと、中間に位置する導電層と、折り曲げ部の内側に位置する第２の絶縁性フィルムとを有する積層体からなる。

本発明に係る圧電トランス装置のさらに他の特定の局面では、第１，第２の可撓性電極材において、第１の部分と第２の部分とを結ぶ方向と直交する方向を幅方向とした場合、折り曲げ部の一部に他の部分よりも幅が狭い部分が設けられている。

本発明に係る圧電トランス装置の別の特定の局面では、第１，第２の可撓性電極材の第２の部分が、圧電トランス本体の第１，第２の側面上において底面よりも上方の位置で第１，第２の素子電極に電気的にかつ機械的に接続されている。さらに、第１，第２の可撓性電極材の第１の部分が、平たいシート状であり、圧電トランス本体の天面と底面との間の高さ位置に配置されている。

本発明に係る圧電トランス装置のさらに他の特定の局面では、圧電トランス素子が搭載される回路基板をさらに備え、第１，第２の可撓性電極材の第１の部分が回路基板に接続されている。

本発明に係る圧電トランス装置のさらに他の特定の局面では、回路基板が、圧電トランス素子がその内側に配置される貫通口または凹部を有する。

本発明に係る圧電トランス装置では、圧電トランス素子の圧電トランス本体の第１，第２の側面の側方に配置された第１，第２の可撓性電極材が、第１，第２の素子電極にそれぞれ電気的にかつ機械的に接続されているため、圧電トランス装置の薄型化を図ることが可能となる。また、圧電トランス装置が搭載される外部の回路基板等への振動の漏洩を小さくすることができる。

図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る圧電トランス装置の平面図及び側面図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る圧電トランス装置が備える圧電トランス素子を示す斜視図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る圧電トランス装置が備える第２の可撓性電極材の要部を示す部分切欠断面図である。 図４は、本発明の一実施形態に係る圧電トランス装置が備える第２の可撓性電極材の折り曲げ前の要部を示す模式的平面図である。 図５は、本発明の他の実施形態に係る圧電トランス装置を示す正面図である。 図６は、従来の圧電トランス装置の一例を示す分解斜視図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。

図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る圧電トランス装置の平面図及び側面図である。

本実施形態に係る圧電トランス装置１は、圧電トランス素子２と、第１，第２の可撓性電極材３，４とを備える。

図２は、圧電トランス素子２を示す斜視図である。本実施形態では、圧電トランス素子２は長さ方向７次振動モードを利用している。もっとも、本発明において、圧電トランス素子の利用する振動モードは特に限定されるものではない。

圧電トランス素子２は、細長い直方体状すなわちストリップ状の圧電トランス本体５を有する。圧電トランス本体５は、圧電セラミックスからなる。圧電トランス本体５は、天面５ａ、底面５ｂ及び対向し合う第１，第２の側面５ｃ，５ｄを有する。

圧電トランス本体５の第１，第２の側面５ｃ，５ｄには、それぞれ、複数の第１，第２の素子電極６，７が設けられている。第１，第２の素子電極６，７は、適宜の金属などの導電性材料からなる。

第１，第２の素子電極６，７は、第１，第２の可撓性電極材３，４との機械的接続部分としての機能だけでなく、圧電トランス装置１を動作させるための電極として機能する。

図１（ａ）に示すように、第１の可撓性電極材３及び第２の可撓性電極材４は、それぞれ、圧電トランス本体５の第１の側面５ｃ及び第２の側面５ｄの側方に配置されている。第２の可撓性電極材４を代表して説明することとする。第２の可撓性電極材４は、平たいシート状の平板部４ａと、折り曲げ部４ｂと、第２の部分４ｃとを有する。平板部４ａは、本発明における可撓性電極材の第１の部分に相当する。

上記平板部４ａの一方端面から、圧電トランス素子２に向って延びるように、折り曲げ部４ｂ及び第２の部分４ｃが連ねられている。

なお、第２の可撓性電極材４において、折り曲げ部４ｂで第２の可撓性電極材４を折り曲げる前の状態で、第１の部分である平板部４ａから第２の部分４ｃに向う方向を長さ方向とし、該長さ方向と直交する方向を幅方向とする。

図３は、第２の可撓性電極材４の要部を示す部分切欠断面図である。第１の部分である平板部４ａと第２の部分４ｃとが、折り曲げ部４ｂを介して連ねられている。折り曲げ部４ｂでは、第２の可撓性電極材４は、上方に折り曲げられている。

第２の可撓性電極材４は、導電層１１と、第１の絶縁性フィルム１２と、第２の絶縁性フィルム１３、第３の絶縁性フィルム１４との積層体からなる。導電層１１は、本実施形態では銅箔からなる。もっとも、導電層１１は他の金属箔により形成されていてもよく、金属箔以外の導電性材料により構成されてもよい。導電層１１は、第２の可撓性電極材４を電極として機能させるために設けられている。

導電層１１の１つの面には、第１の絶縁性フィルム１２が積層されている。第１の絶縁性フィルム１２は、平板部４ａ及び折り曲げ部４ｂにおいて導電層１１に積層されている。すなわち、第１の絶縁性フィルム１２は、第２の部分４ｃにおいては導電層１１に積層されていない。従って、第２の部分４ｃでは、導電層１１が露出している。上記第１の絶縁性フィルム１２は、ポリイミドフィルムなどの適宜の合成樹脂フィルムからなる。

第２の部分４ｃにおいて、導電層１１が、図１に示した圧電トランス素子２の第２の素子電極７に接合される。導電層１１は、加圧によって第２の素子電極７に接触している状態で、エポキシ系接着剤などの絶縁性接着剤によって第２の素子電極７に接合される。それによって、第２の素子電極７に、第２の可撓性電極材４が機械的にかつ電気的に接続されることとなる。なお、第２の部分４ｃにおいて、導電層１１は、導電性接着剤によって第２の素子電極７に接合されてもよい。

他方、導電層１１における第１の絶縁性フィルム１２が積層されている面と対向する面には、第２の絶縁性フィルム１３が積層されている。第２の絶縁性フィルム１３は、導電層１１を裏打ちする基材として機能する。第２の絶縁性フィルム１３は、ポリイミドフィルムなどの適宜の合成樹脂フィルムからなる。さらに、本実施形態では、第２の絶縁性フィルム１３における導電層１１が積層されている面と対向する面に、第３の絶縁性フィルム１４が積層されている。第３の絶縁性フィルム１４もまた、ポリイミドフィルムなどの適宜の合成樹脂フィルムからなる。

第２の可撓性電極材４は、上記のように、導電層１１と、第１〜第３の絶縁性フィルム１２〜１４とが積層されている構造を有し、可撓性を有する。そのため、圧電トランス素子２からの振動を、第２の可撓性電極材４において吸収することができる。すなわち、圧電トランス素子２で生じた振動の外部への漏洩を抑制することができる。

第３の絶縁性フィルム１４は、上記平板部４ａにおいてのみ第２の絶縁性フィルム１３に積層されている。上記第１の絶縁性フィルム１２と、第３の絶縁性フィルム１４とは、カバーレイとして機能する。より詳細には、平板部４ａにおいて、第１の絶縁性フィルム１２と第３の絶縁性フィルム１４とが、導電層１１と、第２の絶縁性フィルム１３からなる基材とを保護している。

折り曲げ部４ｂにおける可撓性を高めるために、折り曲げ部４ｂにおいては、第３の絶縁性フィルム１４が第２の絶縁性フィルム１３に積層されていない。従って、折り曲げ部４ｂでは、導電層１１の１つの面に第１の絶縁性フィルム１２が積層されており、第１の絶縁性フィルム１２が積層されている面と対向する面に第２の絶縁性フィルム１３が積層されている。また、折り曲げ部４ｂにおいては、第１の絶縁性フィルム１２が折り曲げ部における最外側に位置している。そのため、導電層１１における断線を効果的に抑制することができる。

仮に、折り曲げ部４ｂにおいて、第１の絶縁性フィルム１２が位置しないとすると、折り曲げ部における曲げ中性面は、第２の絶縁性フィルム１３に位置することとなる。従って、折り曲げ部における最外側に導電層１１が位置し、該導電層１１に対して折り曲げによる大きな引っ張り応力が加わる。そのため、この引っ張り応力により導電層１１の断線が生じるおそれがある。

これに対して、本実施形態では、折り曲げ部４ｂにおいて、第１の絶縁性フィルム１２が折り曲げ部における最外側に位置している。従って、折り曲げ部における曲げ中性面は、導電層１１に位置することとなる。よって、折り曲げ部４ｂにおいて、大きな引っ張り応力が導電層１１に加わり難い。そのため、導電層１１の断線を効果的に抑制することができる。

もっとも、本発明においては、上記折り曲げ部４ｂにおいて、折り曲げ部４ｂにおける最外側に導電層１１が位置し、第１の絶縁性フィルム１２が省略されていてもよい。その場合においても、本発明に従って薄型化を図ることができる。もっとも、好ましくは、本実施形態のように、折り曲げ部４ｂにおいて、第１の絶縁性フィルム１２が折り曲げ部における最外側に位置していることが望ましい。また、上記カバーレイとしての第３の絶縁性フィルム１４についても省略されてもよい。もっとも、好ましくは、上記のように第３の絶縁性フィルム１４が設けられていることが望ましい。

図４は、第２の可撓性電極材４の折り曲げ前の要部を示す模式的平面図である。折り曲げ部４ｂは、平板部４ａと第２の部分４ｃとの間に位置している。そして、上記導電層１１は破線で示すように、平板部４ａから折り曲げ部４ｂを通り、第２の部分４ｃに至っている。

また、導電層１１は、第２の部分４ｃにおいては、平面視して十字状の形状を有している。そのため、第２の素子電極７に十分な面積で機械的にかつ電気的に接続される。もっとも、導電層１１における第２の素子電極７に接合される部分の形状はこれに限定されるものではない。

なお、第１の絶縁性フィルム１２の外側端は、上記折り曲げ部４ｂの外側端に位置している。

好ましくは、図４に示すように、折り曲げ部４ｂは、該折り曲げ部４ｂにおいて、他の部分よりも幅が細い部分４ｂ１を有することが望ましい。本実施形態では、図４に示すように、折り曲げ部４ｂの中央において幅が最も狭くされている。このように、折り曲げ部４ｂにおいて他の部分よりも幅が細い部分４ｂ１を設けることにより、幅が細い部分４ｂ１において折れ曲がりやすくなることから、折り曲げ部４ｂにおける折り曲げ位置のばらつきの発生を防ぐことができる。

第２の可撓性電極材４につき説明したが、第１の可撓性電極材３も同様に構成されている。第１の可撓性電極材３は、平たいシート状の平板部３ａと、折り曲げ部３ｂと、第２の部分３ｃとを有する。

本実施形態の圧電トランス装置１では、第１，第２の可撓性電極材３，４により圧電トランス素子２が電気的に接続され、機械的に支持されることになる。第１，第２の可撓性電極材３，４は、上記のように可撓性を有する。すなわち、折り曲げ部３ｂ，４ｂにおいて、第１，第２の可撓性電極材３，４が容易に折り曲げられる。従って、折り曲げ部３ｂ，４ｂで折り曲げることにより、圧電トランス装置１の薄型化を図ることができる。

例えば、平板部３ａ，４ａを圧電トランス本体５の天面５ａと底面５ｂとの間の高さ位置、すなわち底面５ｂよりも上方に配置することができる。その場合には、支持構造による厚みの増加をより一層抑制することができる。このような構造例を図５に示す。

図５は、本発明の他の実施形態に係る圧電トランス装置１Ａを示す正面図である。圧電トランス装置１Ａは、回路基板２１をさらに備えること、平板部３ａ，４ａが圧電トランス本体５の天面５ａと底面５ｂとの間の高さ位置に配置されていることが、上述の圧電トランス装置１と異なるが、その他の構成は同じである。本実施形態では、第１，第２の可撓性電極材３，４の平板部３ａ，４ａが、圧電トランス本体５の天面５ａと底面５ｂとの間の高さ位置に配置されている。そして、第１，第２の可撓性電極材３，４は、回路基板２１の上面に設けられた電極ランドに接続されている。

回路基板２１は、貫通口２１ａを有する。圧電トランス装置１Ａは、貫通口２１ａ内に圧電トランス素子２の下方部分が入り込むように配置されている。そして、回路基板２１の上面に第１，第２の可撓性電極材３，４の平板部３ａ，４ａが位置している。そのため、圧電トランス装置１Ａでは薄型化をより一層進めることができる。

本実施形態では、回路基板２１の貫通口２１ａ内に圧電トランス素子２の下方部分が入り込んでいるため、薄型化を図ることが可能とされている。この場合、貫通口２１ａに代えて、回路基板２１に、圧電トランス素子２の下方部分が入りこむ凹部が形成されていてもよい。

本実施形態では、上記第１，第２の可撓性電極材３，４により圧電トランス素子２が支持されることになるため、圧電トランス素子２で生じた振動の回路基板２１側への漏洩を抑制することができる。よって、回路基板２１を含む部分に起きる不要振動の発生を抑制することができる。

１、１Ａ…圧電トランス装置
２…圧電トランス素子
３…第１の可撓性電極材
３ａ，４ａ…平板部
３ｂ，４ｂ…折り曲げ部
３ｃ，４ｃ…第２の部分
４…第２の可撓性電極材
４ｂ１…他の部分に比べて幅が狭い部分
５…圧電トランス本体
５ａ…天面
５ｂ…底面
５ｃ…第１の側面
５ｄ…第２の側面
６…第１の素子電極
７…第２の素子電極
１１…導電層
１２…第１の絶縁性フィルム
１３…第２の絶縁性フィルム
１４…第３の絶縁性フィルム
２１…回路基板
２１ａ…貫通口

Claims (5)

1. 天面と、底面と、天面と底面とを結ぶ第１，第２の側面とを有し、第１の側面と第２の側面とが対向している圧電トランス本体と、前記圧電トランス本体の第１，第２の側面にそれぞれ設けられた第１，第２の素子電極とを有する圧電トランス素子と、
   前記圧電トランス本体の第１，第２の側面の側方に配置されており、第１，第２の素子電極にそれぞれ電気的にかつ機械的に接続されている第１，第２の可撓性電極材と、を備え、
   前記第１，第２の可撓性電極材は、第１の部分と、第２の部分と、第１の部分と第２の部分との間に位置している折り曲げ部とを有し、前記第２の部分において、前記第１，第２の可撓性電極材がそれぞれ、前記第１，第２の素子電極に電気的にかつ機械的に接続されており、
   前記第１，第２の可撓性電極材は、前記第１，第２の可撓性電極材の前記折り曲げ部及び前記第１の部分において最外側に位置する外側絶縁性フィルム体と、中間に位置する導電層と、前記折り曲げ部の内側に位置する内側絶縁性フィルム体とを含む積層体であり、前記第１の部分における前記内側絶縁性フィルム体は、前記折り曲げ部における前記内側絶縁性フィルム体よりも厚く構成されており、
   前記導電層は、前記第１，第２の可撓性電極材の前記折り曲げ部において、曲げ中性面に配置されている、圧電トランス装置。
2. 前記第１，第２の可撓性電極材において、前記第１の部分と前記第２の部分とを結ぶ方向と直交する方向を幅方向とした場合、前記折り曲げ部の一部に他の部分よりも幅が狭い部分が設けられている、請求項１に記載の圧電トランス装置。
3. 前記第１，第２の可撓性電極材の第２の部分が、前記圧電トランス本体の第１，第２の側面上において前記底面よりも上方の位置で前記第１，第２の素子電極に電気的にかつ機械的に接続されており、
   前記第１，第２の可撓性電極材の第１の部分が、平たいシート状であり、前記圧電トランス本体の天面と底面との間の高さ位置に配置されている、請求項１または２に記載の圧電トランス装置。
4. 前記圧電トランス素子が搭載される回路基板をさらに備え、前記第１，第２の可撓性電極材の前記第１の部分が前記回路基板に接続されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電トランス装置。
5. 前記回路基板が、前記圧電トランス素子がその内側に配置される貫通口または凹部を有する、請求項４に記載の圧電トランス装置。

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