JPH08274382A - 圧電トランス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 支持体による振動の減衰を極力少なくし、ま
た支持体の取り付けを容易にし、製造の作業性を向上さ
せた圧電トランスを提供する。 【構成】 圧電セラミック素子の表裏面と側面との各稜
は面取り部１ａが形成されている。駆動部１Ａは表裏主
面には入力電極１１，１２が設けられ、板厚方向に分極
処理が施されている。発電部１Ｂの端面には出力電極１
３が形成され、この発電部１Ｂは長手方向に分極処理が
なされている。支持体２，２は弾性体からなり、直立部
２ａ，２ａとこれら直立部をつなぐ連結部２ｂを有する
凹型をしており、この凹型の内側下方には段部２１，２
１が設けられている。圧電セラミック素子１をその振動
の節領域Ｎが支持されるように支持体の直立部間に挿入
する。段部２１，２１の存在により圧電セラミック素子
１の裏面は連結部２ｂに接触することなく、側面のみで
支持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子機器等において交
流電圧を変圧する圧電トランスに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】圧電トランスは、巻線型の電磁トランス
に比べて、（１）構造が簡単で小型化が可能である。
（２）出力側の短絡事故に対し、自動的に入力抵抗が増
大し、焼損等の危険性がない。（３）昇圧比が高くとれ
る。（４）電磁誘導がない。等の利点を有しており、近
年実用化に向けての開発が進んでいる。

【０００３】図１３に示すように代表的な圧電トランス
としてローゼン型の圧電トランスが挙げられるが、圧電
セラミック素子９は矩形板状で、この素子の長手方向の
主面片側半分９Ａには厚み方向の一対の入力電極９１，
９２を形成し、他の半分９Ｂはその端面に出力電極９３
を形成している。前者は厚み方向に、後者は長手方向に
それぞれ分極されている。一般に厚み方向に入力電極が
形成された部分を駆動部、出力電極が形成された他の半
分を発電部と称している。この電極形成された圧電セラ
ミック素子９にリード線Ｌ１，Ｌ２を介して交流電圧を
印加すると、駆動部では厚み方向に縦振動が励振され、
発電部では長手方向に振動が励振され、全体として、例
えばλモードと称される全波長振動の強い機械振動が起
こる。なお、励振時には振動の節領域が現れ、支持体
Ｓ，Ｓは機械振動の減衰を少なくするためこの振動の節
領域に取り付けられている。そして前述のリード線Ｌ
１，Ｌ２もこの入力電極側の節領域に半田等の導電性接
合材により取り付けられている。これにより発電部の出
力電極９３では圧電効果で高い交流電圧を得ることがで
き、この出力電極９３に半田付けされたリード線Ｌ３に
よりこれを取り出していた。上述の支持体Ｓは一般的に
はゴム状の弾性体が用いられ、図１４に示すように断面
で見て中空形状をしており、この中空部分に圧電セラミ
ック素子１を圧入して貫通させて、弾性により圧電セラ
ミック素子の表裏面並びに側面を挟持固定している。

【０００４】

【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、圧電セラミック素子と支持体を強固に機械
的接続できるが、支持体が圧電セラミック素子の駆動時
の振動を阻害し、充分な昇圧が行われず、意図した電圧
を出力電極側から取り出せないことがあった。特に圧電
セラミック素子の表裏面と支持体との接触面積が大きく
なるため、当該部分からの機械的エネルギーの損失が大
きかった。また、上述の中空形状の支持体を圧電セラミ
ック素子に取り付ける作業が面倒であり、作業性に劣る
という問題点もあった。

【０００５】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたもので、支持体の装着による機械的振動の減衰を極
力少なくし、また支持体の圧電セラミック素子への装着
を容易にし、製造の作業性を向上させた圧電トランスを
提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１による圧電トランスは、板状圧電セラミ
ック素子の主面片側半分を駆動部、他半分を発電部と
し、前記駆動部を厚み方向に分極するとともに表裏両主
面に互いに電気的に独立した入力電極を形成し、前記発
電部を前記入力電極から発電部端面の向かう方向に分極
するとともにこの端面に出力電極を形成してなり、支持
体によって支持される圧電トランスであって、前記支持
体はその断面が上方が開口した凹型であり、凹型の下方
には前記圧電セラミック素子の幅方向寸法より短い間隔
を有する段部が設けられ、圧電セラミック素子はこの段
部に搭載されるとともに凹型の直立部に挟持されている
ことを特徴とする。また、圧電セラミック素子の周囲を
面取り加工することにより、支持体への取付を容易にす
ることができる。

【０００７】また請求項２に示すように、板状圧電セラ
ミック素子の主面片側半分を駆動部、他半分を発電部と
し、前記駆動部を厚み方向に分極するとともに表裏両主
面に互いに電気的に独立した入力電極を形成し、前記発
電部を前記入力電極から発電部端面の向かう方向に分極
するとともにこの端面に出力電極を形成してなり、支持
体によって支持する圧電トランスであって、前記支持体
はその断面が上方が開口した凹型であり、この凹型の支
持体の直立部内側には前記圧電セラミック素子の断面形
状に対応した嵌合部が設けられ、この嵌合部にて前記圧
電セラミック素子の側面をはめ合い、かつ支持体の連結
部に圧電セラミック素子の裏面が接しない状態で支持さ
れている構成としてもよい。

【０００８】また請求項３に示すように、請求項２にお
いて前記圧電セラミック素子はその周囲が面取り加工さ
れた面取り部を有し、前記支持体はその断面が上方が開
口した凹型で、支持体の直立部内側には前記圧電セラミ
ック素子の面取り加工された断面形状に対応した嵌合部
が設けられ、前記圧電セラミック素子の側面をはめ合い
支持している構成としてもよい。

【０００９】また請求項４に示すように、請求項２にお
いて前記圧電セラミック素子はその周囲の少なくとも一
部が小段部を有する構成であり、前記支持体はその断面
が上方が開口した凹型からなり、支持体の直立部内側に
は前記圧電セラミック素子の小段部を形成した断面形状
に対応した嵌合部が設けられ、前記圧電セラミック素子
の側面をはめ合い支持している構成としてもよい。

【００１０】また請求項５に示すように、請求項２にお
いて前記圧電セラミック素子はその側面の少なくとも一
部に凹部を有する構成であり、前記支持体はその断面が
上方が開口した凹型で、支持体の直立部内側には前記圧
電セラミック素子の凹部を形成した断面形状に対応した
嵌合部が設けられ、前記圧電セラミック素子の側面をは
め合い支持している構成としてもよい。

【００１１】

【作用】特許請求項１によれば、支持体はその断面が上
方が開口した凹型であり、凹型の下方には前記圧電セラ
ミック素子の幅方向寸法より短い間隔を有する段部が設
けられ、圧電セラミック素子はこの段部に搭載されると
ともに凹型の直立部に挟持されている構成であるので、
図３に示すように圧電セラミック素子１を支持体２に上
方から挿入するだけで素子の側面を支持する構成を得る
ことができる。段部の存在により、圧電セラミック素子
の裏面が支持体に接触することがないので、素子の機械
振動の減衰がきわめて少なくなる。

【００１２】また請求項２によれば、支持体はその断面
が上方が開口した凹型で、凹型の支持体の直立部内側に
は前記圧電セラミック素子の断面形状に対応した嵌合部
が設けられ、この嵌合部にて前記圧電セラミック素子の
側面をはめ合い、かつ凹型支持体の連結部に圧電セラミ
ック素子の裏面が接しない状態で支持されている構成で
あるので、はめ合い構造により圧電セラミック素子が側
面のみで支持されるとともに、表裏面の大部分は支持体
と接触しない。よって、素子の機械振動の減衰がきわめ
て少なくなる。また支持体への取付も例えば図６に示す
ように、支持体を撓ませることにより、簡単に取り付け
ることができる。

【００１３】また請求項３によれば、圧電セラミック素
子はその周囲が面取り加工されており、前記支持体はそ
の断面が上方が開口した凹型で、この凹型の直立部内側
には前記圧電セラミック素子の面取り加工された断面形
状に対応した嵌合部が設けられ、前記圧電セラミック素
子の側面をはめ合い支持している構成であるので、はめ
合い構造により圧電セラミック素子が側面のみで支持さ
れ、表裏面の大部分は支持体と接触しない。従って素子
の機械振動の減衰がきわめて少なくなる。また、面取り
加工された圧電セラミック素子により、支持体への取付
をスムーズに行うことができる。

【００１４】また請求項４、請求項５によれば、圧電セ
ラミック素子に形成された小段部あるいは凹部と、これ
ら形状に対応する支持体とのはめ合い構造における機械
的強度が向上する。よって、圧電セラミック素子の側面
のみでの支持が確実になり、表裏面の大部分は支持体と
接触しないので素子の機械振動の減衰がきわめて少なく
なる。

【００１５】

【実施例】本発明による実施例を図面とともに説明す
る。 第１の実施例 第１の実施例をλモードで駆動する圧電トランスを例に
とり説明する。図１は第１の実施例を示す圧電トランス
の斜視図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は支持体へ
の取付状態を示す図である。

【００１６】圧電セラミック素子１は長方形板状に切断
加工されている。この圧電セラミック素子１の長手方向
中央部を境にして、駆動部１Ａと発電部１Ｂとに分けら
れている。この圧電セラミック素子の表裏面と側面との
各稜は面取り加工が施され、面取り部１ａが形成されて
いる。駆動部１Ａは表裏主面には銀あるいは銀パラジウ
ム等の入力電極１１，１２が設けられ、板厚方向に分極
処理が施されている。この表裏面の入力電極にはλモー
ド振動の場合の振動の節領域Ｎにあたる位置に、リード
線Ｌ１，Ｌ２が半田等の導電性接合材により導電接合さ
れている。発電部１Ｂの端面には出力電極１３が形成さ
れ、この発電部１Ｂは長手方向に分極処理がなされてい
る。この出力電極１３にはリード線Ｌ３が同じく導電接
合材により導電接合されている。圧電セラミック素子１
を支持する支持体２，２はシリコン系樹脂等の弾性体か
らなり、全体として直立部２ａ，２ａとこれら直立部を
つなぐ連結部２ｂを有する凹型をしており、この凹型の
内側下方には段部２１，２１が設けられている。直立部
２ａ，２ａの間隔は圧電セラミック素子の幅寸法とほぼ
同じか、若干小さい寸法に設定されている。圧電セラミ
ック素子１をその振動の節領域Ｎが支持されるように支
持体の直立部間に挿入する。より強固な接続を得たい場
合は、挿入後接合材で圧電セラミック素子と支持体を接
合してもよい。段部２１，２１の存在により圧電セラミ
ック素子１の裏面は連結部２ｂに接触することなく、側
面のみで支持される。なお、支持体は弾性を有する構成
であることが望ましいが、直立部の間隔を精度良く設定
できる場合は、弾性が小さい材料（例えばエポキシ樹脂
等）を用いてもよい。この点については以下の実施例に
ついても同様である。

【００１７】第２の実施例 第２の実施例を図４、図５、図６とともに説明する。図
４は第２の実施例を示す圧電トランスの斜視図、図５は
図４のＢ−Ｂ断面図、図６は支持体への取付状態を示す
図である。第１の実施例と同じ構成については同番号を
付すとともに、説明を一部割愛する。

【００１８】圧電セラミック素子１の長手方向周囲には
小段部１ｂが形成されている。圧電セラミック素子１を
支持する支持体３，３はシリコン系樹脂等の弾性体から
なり、全体として直立部３ａ，３ａとこれら直立部をつ
なぐ連結部３ｂを有する凹型をしており、直立部内側に
は前記小段部１ｂにより形成された側面の凸部に対応す
る凹部３１，３１が形成されている。支持体３は弾性体
から成っているので、図６に示すように直立部３ａ、連
結部３ｂを撓ませることにより、容易に圧電セラミック
素子１の側面に取り付けることができる。これにより圧
電セラミック素子はその側面部分で支持され、裏面は支
持体に接触することがなくなる。なお、小段部は支持体
の取り付けられる部分のみに限定して形成してもよい。

【００１９】ところで、第１の実施例、第２の実施例で
開示した圧電セラミック素子の形状加工は、各種の加工
方法が可能である。一例を示すと、焼成された大きな板
状の圧電セラミック板から各々の圧電セラミック素子の
大きさに切り出し、その後研磨あるいは研削加工により
所定の形状を得ることもできる。また、焼成前から所定
の形状にプレス成形あるいは押し出し成形し、個々のプ
レス成形体を焼成することにより所定の形状を得ること
もできる。

【００２０】第３の実施例 第３の実施例を図７、図８とともに説明する。図７は第
３の実施例を示す圧電トランスの斜視図、図８は図７の
Ｃ−Ｃ断面図である。第１の実施例と同じ構成について
は同番号を付すとともに、説明を一部割愛する。

【００２１】圧電セラミック素子１の長手方向周囲の支
持体が取り付けられる部分（通常は振動の節領域）に
は、凹部１ｃ，・・・が形成されている。この凹部の加
工は切削加工により行うとよい。圧電セラミック素子１
を支持する支持体４，４は弾性体からなり、全体として
直立部４ａ，４ａとこれら直立部をつなぐ連結部４ｂを
有する凹型をしており、直立部内側には前記凹部１ｃ，
・・・に対応する凸部４１，・・・が形成されている。
これら凹部と凸部をはめ合わせることにより、両者の確
実な機械的接合を行うことができる。なお、もちろん圧
電セラミック素子の凹部は全側面に設けてもよい。

【００２２】その他の実施例 その他の実施例を図９の斜視図，図１０，図１１，図１
２の各断面図とともに説明する。図９，図１０に示す実
施例は、周囲に面取り部１ａが形成された第１の実施例
と同じ構成の圧電セラミック素子１を、この面取り形状
に対応した凹部５１を有する支持体５との組み合わせの
例である。なお、図１０は図９のＤ−Ｄ断面図である。
各支持体５の上面には補助接合のための接合材を注入す
る注入孔５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄが形成されており、圧
電セラミックス素子を支持体に嵌合した後、これら注入
孔から接合材を注入し補助的な接合を行う。なお、圧電
セラミック素子に形成された電極の構成によっては一部
の接合材に導電性接合材を使用して、電気的機械的接合
を行ってもよい。このように角部が除去された面取り部
分により、支持体の取付がスムーズになる利点を有して
いる。図１１に示す実施例は、面取り部１ｄの先端部分
に小凸部１ｅを設けた圧電セラミック素子の構成と、こ
の面取り部等の形状に対応した凹部６１を有する支持体
６との組み合わせの例である。面取り部のみの場合に較
べて支持固定がより安定する利点を有している。図１２
に示す実施例は、面取り部１ａを有するとともに、側面
には凹部１ｃを有する圧電セラミック素子１の構成と、
この面取り部等の形状に対応した凹部７１を有する支持
体７との組み合わせの例である。面取り部のみの場合に
較べて支持固定がより安定する利点を有している。なお
上記各実施例において、より強固な接続を得たい場合
は、挿入後接合材で圧電セラミック素子と支持体を接合
してもよい。

【００２３】

【発明の効果】特許請求項１によれば、支持体はその断
面が上方が開口した凹型であり、凹型の下方には前記圧
電セラミック素子の幅方向寸法より短い間隔を有する段
部が設けられ、圧電セラミック素子はこの段部に搭載さ
れるとともに凹型の直立部内側に挟持されている構成で
あるので、圧電セラミック素子を支持体に上方から挿入
するだけで素子の側面を支持する構成を得ることができ
る。また段部の存在により、圧電セラミック素子の裏面
が支持体に接触することがないので、素子の機械振動の
減衰がきわめて少なくなる。よって、製造の作業性を向
上させるとともに、支持体の影響をほとんど受けること
なく、意図した昇圧比の電圧を出力電極側から取り出す
ことができる、信頼性の高い圧電トランスを得ることが
できる。

【００２４】また請求項２によれば、支持体はその断面
が上方が開口した凹型で、この凹型の支持体の直立部内
側には前記圧電セラミック素子の断面形状に対応した嵌
合部が設けられ、この嵌合部にて前記圧電セラミック素
子の側面をはめ合い、かつ凹型支持体の連結部に圧電セ
ラミック素子の裏面が接しない状態で支持されている構
成であるので、はめ合い構造により圧電セラミック素子
が側面のみで支持され、表裏面の大部分は支持体と接触
しない。従って素子の機械振動の減衰がきわめて少なく
なる。また支持体への取付も、支持体を撓ませることに
より、簡単に取り付けることができる。よって、製造の
作業性を向上させるとともに、支持が確実になり、かつ
意図した昇圧比の電圧を出力電極側から取り出すことが
できる、信頼性の高い圧電トランスを得ることができ
る。

【００２５】また請求項３によれば、圧電セラミック素
子はその周囲が面取り加工されており、前記支持体はそ
の断面が上方が開口した凹型で、この凹型の直立部内側
には前記圧電セラミック素子の面取り加工された断面形
状に対応した嵌合部が設けられ、前記圧電セラミック素
子の側面をはめ合い支持している構成であるので、はめ
合い構造により圧電セラミック素子が側面のみで支持さ
れ、表裏面の大部分は支持体と接触しない。従って素子
の機械振動の減衰がきわめて少なくなる。また、面取り
加工された圧電セラミック素子により、支持体への取付
をスムーズに行うことができる。よって、製造の作業性
を向上させるとともに、支持体の影響をほとんど受ける
ことなく、意図した昇圧比の電圧を出力電極側から取り
出すことができる、信頼性の高い圧電トランスを得るこ
とができる。

【００２６】また請求項４、請求項５によれば、圧電セ
ラミック素子に形成された小段部あるいは凹部と、これ
ら形状に対応する支持体とのはめ合い構造における機械
的強度が向上する。よって、圧電セラミック素子の側面
のみでの支持が確実になり、表裏面の大部分は支持体と
接触しないので素子の機械振動の減衰がきわめて少なく
なる。よって、製造の作業性を向上させるとともに、支
持体の影響をほとんど受けることなく、意図した昇圧比
の電圧を出力電極側から取り出すことができる、信頼性
の高い圧電トランスを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例を示す圧電トランスの斜視図

【図２】図１のＡ−Ａ断面図

【図３】支持体への取付状態を示す図

【図４】は第２の実施例を示す圧電トランスの斜視図

【図５】図４のＢ−Ｂ断面図

【図６】支持体への取付状態を示す図

【図７】第２の実施例を示す圧電トランスの斜視図

【図８】図７のＣ−Ｃ断面図

【図９】他の実施例を示す斜視図

【図１０】図９のＤ−Ｄ断面図

【図１１】他の実施例を示す断面図

【図１２】他の実施例を示す断面図

【図１３】従来例を示す図

【図１４】従来例を示す図

【符号の説明】

１、９ 圧電セラミック素子 １１，１２，９１，９２ 入力電極 １３，９３ 出力電極 １ａ 面取り部 １ｂ 小段部 １ｃ 凹部 １ｄ 小凸部 ２，６，４，５，６，７ 支持体 Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ リード線 Ｎ 振動の節領域

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板状圧電セラミック素子の主面片側半分
   を駆動部、他半分を発電部とし、前記駆動部を厚み方向
   に分極するとともに表裏両主面に互いに電気的に独立し
   た入力電極を形成し、前記発電部を前記入力電極から発
   電部端面の向かう方向に分極するとともにこの端面に出
   力電極を形成してなり、支持体によって支持される圧電
   トランスであって、 前記支持体はその断面が上方が開口した凹型であり、凹
   型の下方には前記圧電セラミック素子の幅方向寸法より
   短い間隔を有する段部が設けられ、圧電セラミック素子
   はこの段部に搭載されるとともに凹型の直立部に挟持さ
   れていることを特徴とする圧電トランス。
2. 【請求項２】 板状圧電セラミック素子の主面片側半分
   を駆動部、他半分を発電部とし、前記駆動部を厚み方向
   に分極するとともに表裏両主面に互いに電気的に独立し
   た入力電極を形成し、前記発電部を前記入力電極から発
   電部端面の向かう方向に分極するとともにこの端面に出
   力電極を形成してなり、支持体によって支持する圧電ト
   ランスであって、 前記支持体はその断面が上方が開口した凹型であり、こ
   の支持体の直立部内側には前記圧電セラミック素子の断
   面形状に対応した嵌合部が設けられ、この嵌合部にて前
   記圧電セラミック素子の側面をはめ合い、かつ支持体の
   連結部に圧電セラミック素子の裏面が接しない状態で支
   持されていることを特徴とする圧電トランス。
3. 【請求項３】 前記圧電セラミック素子はその周囲が面
   取り加工された面取り部を有し、前記支持体はその断面
   が上方が開口した凹型で、支持体の直立部内側には前記
   圧電セラミック素子の面取り加工された断面形状に対応
   した嵌合部が設けられ、前記圧電セラミック素子の側面
   をはめ合い支持していることを特徴とする特許請求項２
   記載の圧電トランス。
4. 【請求項４】 前記圧電セラミック素子はその周囲の少
   なくとも一部が小段部を有する構成であり、前記支持体
   はその断面が上方が開口した凹型で、支持体の直立部内
   側には前記圧電セラミック素子の小段部を形成した断面
   形状に対応した嵌合部が設けられ、前記圧電セラミック
   素子の側面をはめ合い支持していることを特徴とする特
   許請求項２記載の圧電トランス。
5. 【請求項５】 前記圧電セラミック素子はその側面の少
   なくとも一部に凹部を有する構成であり、前記支持体は
   その断面が上方が開口した凹型で、凹型の直立部には前
   記圧電セラミック素子の凹部を形成した断面形状に対応
   した嵌合部が設けられ、前記圧電セラミック素子の側面
   をはめ合い支持していることを特徴とする特許請求項２
   記載の圧電トランス。