JPH08306981A - 圧電トランスの実装構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ノード点でもって支持しなくてもフリーな状態
におけると同様の昇圧比や変換効率を確保することが可
能な圧電トランスの実装構造を提供する。 【構成】本発明は、接着用材料１１を介したうえで平面
１０上に配置して支持される圧電トランスの実装構造に
おいて、接着用材料１１がシリコン系のゴム状またはゲ
ル状接着剤であり、かつ、圧電トランスの主表面と平面
１０との間の少なくとも一部に介装されたものであるこ
とを特徴としている。または、空間内に配置して支持さ
れる圧電トランスの実装構造において、接着用材料１１
がシリコン系のゴム状またはゲル状接着剤であり、か
つ、圧電トランスを取り囲む空間内に充填されたもので
あることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液晶ディスプレイのバ
ックライト用インバータなどを構成する際に用いられる
圧電トランスの実装構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電トランスは、入力した電気エネルギ
を圧電効果によって機械エネルギに変換した後、再び圧
電効果を利用して電気エネルギに変換することで昇圧さ
れた高電圧を得るものであり、図８で示す単板２次ロー
ゼン型といわれる圧電トランスのように、ＰＺＴ（チタ
ン酸ジルコン酸鉛）などの圧電性材料を用いて作製され
た矩形平板状の圧電素子１を備えており、その長手方向
に沿う一方側の片側半部（図では、左側）の主表面上に
は厚み方向に沿って対向配置された入力用の１次側電極
２が形成される一方、他方側の片側半部（図では、右
側）の端面上には出力用の２次側電極３が形成された構
成を有するのが一般的となっている。そして、この際、
１次側及び２次側電極２，３を利用することにより、圧
電素子１の長手方向に沿う一方側の片側半部は厚み方向
に沿って分極され、また、他方側の片側半部は長手方向
に沿って分極されている。

【０００３】すなわち、この圧電トランスでは、圧電素
子１の共振周波数をもった電圧が入力側のリード線４を
通じたうえで１次側電極２に対して印加されると、圧電
効果による機械振動が発生し、かつ、この機械振動によ
る圧電効果に伴って高電圧が発生するから、発生した高
電圧を２次側電極３から出力側のリード線４を通じて取
り出すことが行われているのである。ところで、２次ロ
ーゼン型圧電トランスでは、図８中の破線で示す変位が
最小となる振動の節、いわゆるノード点５が二つある状
態下で振動することになる。そこで、この圧電トランス
を実装する際には、圧電素子１の振動を妨げる恐れのな
いノード点５もしくはその極近傍位置でもって支持して
おくのが通例であり、図示していないが、この際におけ
る圧電トランスはエポキシ系接着剤などの接着用材料を
介したうえで回路基板などの平面上に配置された実装構
造を有している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来例に係る圧電トランスの実装構造では、次のような不
都合が生じることになっていた。すなわち、これらの実
装構造においては、ノード点５もしくはその極近傍位置
でもって圧電トランスを支持することが行われるのであ
るが、圧電トランスの変位は必ずしも幾何学的に対称で
あるとは限らず、ノード点５が幾何学的な対称位置から
ずれていることも多いため、これらノード点５の位置を
確定するための作業が必要となる。

【０００５】また、圧電トランスに対する支持点がノー
ド点５からずれていると、振動が阻害されることになっ
て昇圧比や変換効率の低下を招くことが起こるため、点
状または線状などの理想に近い状態でもって支持してお
くことが必要となる。さらにまた、接着用材料として一
般的なエポキシ系接着剤は、振動に伴う圧電トランスの
ずれに対する抵抗力が大きいものであるから、エポキシ
系接着剤を用いたうえでの支持が行われた圧電トランス
には大きなずれ応力が生じることになり、やはり昇圧比
などの低下が避けられないことになってしまう。

【０００６】本発明は、このような不都合に鑑みて創案
されたものであり、ノード点でもって支持しなくてもフ
リー（自由）な状態におけると同様の昇圧比や変換効率
を確保することが可能な圧電トランスの実装構造を提供
することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の手段
は、接着用材料を介したうえで平面上に配置して支持さ
れる圧電トランスの実装構造において、上記目的を達成
するため、接着用材料がシリコン系のゴム状またはゲル
状接着剤であり、かつ、圧電トランスの主表面と平面と
の間の少なくとも一部に介装されたものであることを特
徴としている。そして、この際における圧電トランスの
振動主成分方向は平面に対して平行とされており、接着
用材料は圧電トランスと平面との間の全面にわたって、
あるいはまた、圧電トランスのノード点近傍位置と平面
との間にのみ介装されたものであってもよい。

【０００８】また、本発明に係る第２の手段は、接着用
材料を介したうえで空間内に配置して支持される圧電ト
ランスの実装構造において、接着用材料がシリコン系の
ゴム状またはゲル状接着剤であり、かつ、圧電トランス
を取り囲む空間内に充填されたものであることを特徴と
している。

【０００９】

【作用】上記構成によれば、接着用材料としてシリコン
系のゴム状またはゲル状接着剤を用いているので、振動
に伴う圧電トランスのずれに対する抵抗力が低下するこ
とになり、圧電トランスに生じるずれ応力が小さくなる
結果、昇圧比や変換効率の実装による低下を小さくする
ことが可能になる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１１】第１実施例 図１は本発明の第１実施例に係る圧電トランスの実装構
造を簡略化して示す説明図であり、図２から図５のそれ
ぞれは昇圧特性試験の結果を示す説明図である。なお、
この第１実施例に係る圧電トランス自体の構成は従来例
と基本的に異ならないので、図１において図８と互いに
同一もしくは相当する部品、部分には同一符号を付し、
ここでの詳しい説明は省略する。

【００１２】この実施例に係る圧電トランスは従来例同
様の単板２次ローゼン型（λ振動モード）といわれるも
のであり、その振動主成分方向Ａはこれが配置される回
路基板やケース底面などのような平面１０に対して平行
とされている。すなわち、この圧電トランスは、圧電性
材料を用いて作製され、かつ、所要方向に沿って分極さ
れた矩形平板状の圧電素子１を備えており、その長手方
向に沿う一方の片側半部の表裏に位置する主表面上には
入力用の１次側電極２が形成されるとともに、他方の片
側半部の端面上には出力用の２次側電極３が形成された
ものとなっている。

【００１３】そして、これら１次側電極２及び２次側電
極３のそれぞれに対しては、圧電素子１の共振周波数と
対応した入力電圧を印加し、また、発生した出力電圧を
取り出すためのリード線４が半田付けなどによって導通
接続されている。なお、１次側電極２のうちの一方は、
入出力共通のアース電極として機能するものである。ま
た、この実施例においては、圧電トランスが単板２次ロ
ーゼン型であり、その振動主成分方向Ａが平面１０と平
行であるとしているが、このような条件に限定されるこ
とはないのであり、例えば、単板１次ローゼン型（λ／
２振動モード）や積層２次ローゼン型などのような圧電
トランスであってもよいことは勿論である。

【００１４】さらにまた、本実施例に係る圧電トランス
は、接着用材料１１を介したうえで平面１０上に配置し
て支持される実装構造を有しており、ここでの接着用材
料１１はシリコン系のゴム状またはゲル状接着剤、例え
ば、シリコンゴムとされている。なお、ここでの接着用
材料１１がシリコンゴムに限定されることはなく、シリ
コンゴムを主成分とする混合物、例えば、シリコンゴム
と発泡マイクロカプセルとからなる混合物やシリコンゲ
ルなどであってもよいことは勿論である。そして、この
際における接着用材料１１は、圧電トランスの主表面と
平面との間の全面にわたって介装されており、圧電トラ
ンスと平面とは接着用材料１１によって互いに接着固定
されている。つまり、本実施例に係る圧電トランスは、
ノード点もしくはその極近傍位置を特定したうえで支持
されているのではなく、シリコンゴムでもって全面的に
支持された実装構造を有している。

【００１５】そして、この圧電トランスにおいては、入
力側のリード線４を通じたうえで１次側電極２に対して
圧電素子１の共振周波数をもった電圧が印加されると、
圧電効果によって圧電素子１が機械振動することにな
り、かつ、この機械振動による圧電効果に伴って高電圧
が発生する結果、２次側電極３からは出力側のリード線
４を通じたうえで高電圧が取り出されることになる。ま
た、この際には、圧電トランスがＡ方向に沿って伸びる
振動を行うため、平面１０上で圧電トランスを支持して
いる接着用材料１１には圧電トランスの振動に伴うずれ
に対する抵抗力が発生し、圧電トランスにおいてはずれ
応力が生じる。しかしながら、本実施例における接着用
材料１１はずれに対する抵抗力が小さいシリコンゴムか
らなるものであるため、圧電トランスにおいて生じるず
れ応力はエポキシ系接着剤からなる接着用材料を用いた
場合よりも小さくて済むことになる。

【００１６】すなわち、このような事実は本発明の発明
者らが行った昇圧特性試験によって確認されており、こ
の際の試験によっては図２から図５のそれぞれで示すよ
うな結果が得られている。つまり、図２及び図３は負荷
抵抗が１００ＫΩの場合と１００ＭΩの場合とにおける
接着用材料１１としてシリコンゴム（図２，３では、記
号□を付す）及びエポキシ系接着剤（図２，３では、記
号△を付す）を用いた際の昇圧特性をそれぞれ示す説明
図、また、図４及び図５は負荷抵抗が１００ＫΩの場合
と１００ＭΩの場合とにおける接着用材料１１としてシ
リコンゲル（図４，５では、記号△を付す）を用いた際
の昇圧特性をそれぞれ示す説明図であり、これらの図に
おける横軸は周波数、縦軸は出力電圧である。なお、こ
れらの図２から図５における記号○は圧電トランスがフ
リーな状態の場合における昇圧特性を示しており、図４
ではフリーな状態における昇圧特性がノード点近傍位置
のみにシリコンゴムからなる接着用材料１１を設けた場
合と重なるので図示を省略している。

【００１７】そして、図２によれば、負荷抵抗が１００
ＫΩである場合の接着用材料１１としてエポキシ系接着
剤を用いた際にはフリーな状態の２５％程度の昇圧比し
か得られないが、接着用材料１１としてシリコンゴムを
用いた際にはフリーな状態の９０％に近い昇圧比が得ら
れており、圧電トランスのずれに対するシリコンゴムの
抵抗力の方がエポキシ系接着剤よりも小さいことが分か
る。また、図３によれば、１００ＭΩの負荷抵抗時にお
いては、振動による変位が大きくなるために、シリコン
ゴムを用いても昇圧比の低下が避けられないことが明ら
かであり、さらにまた、図４及び図５によれば、接着用
材料１１としてシリコンゲルを用いた場合にはシリコン
ゴムより大きな昇圧比が得られることが分かる。そこ
で、これらの結果によれば、特に、負荷抵抗が数十ＫΩ
ないし数ＭΩの範囲内においては、シリコンゴムやシリ
コンゲルを接着用材料１１として用いることによって昇
圧比の大きな低下を防ぎうることになり、圧電トランス
に生じるずれ応力の低減を図りうることが明白となる。

【００１８】一方、シリコンゴムを接着用材料１１とし
て用いた本実施例に係る圧電トランスの場合と、圧電ト
ランスをフリーな状態とした場合とにおける最大出力電
圧を比較してみると、１００ＫΩの負荷抵抗時では９０
％程度、ほぼ開放とみなせる１００ＭΩの負荷抵抗時で
は２５％程度の値となり、本実施例の圧電トランスでは
１００ＫΩ負荷時の昇圧比が１００ＭΩ負荷時の１／２
ないし１／３程度となることが分かる。そこで、この圧
電トランスは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックラ
イトを構成する際の冷陰極管が必要とする点灯電圧の変
化に近い関係を有しているといえる。

【００１９】すなわち、一般的な冷陰極管は、点灯開始
時に１ＫＶ以上の開放電圧を必要とするにも拘わらず、
点灯後の負荷抵抗が１００ＫΩ程度にまで下がって数百
Ｖ程度の電圧で点灯を持続するものであるから、本実施
例に係る圧電トランスの実装構造は圧電トランスをＬＣ
Ｄのバックライト用インバータに組み込んで用いるのに
適している。また、点灯開始時の昇圧比をある程度抑え
るので、点灯時に余分な高電圧を発生することがなくな
って安全であり、大振幅時に発生しやすい圧電素子１の
破損やリード線４の断線というような不都合を解消しう
るという利点も得られる。

【００２０】第２実施例 図６は、本発明の第２実施例に係る圧電トランスの実装
構造を簡略化して示す説明図である。なお、この第２実
施例に係る圧電トランスの基本構成は第１実施例と異な
らないので、図６において図１と互いに同一もしくは相
当する部品、部分には同一符号を付し、ここでの詳しい
説明は省略する。

【００２１】この実施例に係る圧電トランスは単板２次
ローゼン型といわれるものであり、圧電トランスの振動
主成分方向Ａはこれが配置される回路基板などの平面１
０に対して平行とされている。そして、この圧電トラン
スは二つのノード点５でもって支持されたうえで平面１
０上に配置されることになっており、ノード点５の近傍
位置と平面１０との間にはシリコン系のゴム状またはゲ
ル状接着剤、例えば、シリコンゴムからなる接着用材料
１１が部分的に介装されている。つまり、この実装構造
における接着用材料１１は圧電トランスのノード点５近
傍位置と平面１０との間にのみ介装されており、圧電ト
ランスのリード点５近傍を除く振動部分は平面１０から
浮いた離間状態となっている。

【００２２】そして、本実施例に係る圧電トランスにお
いても圧電効果を利用したうえでの昇圧が行われること
になり、この際には、圧電トランスがＡ方向に沿って伸
びる振動を行う結果、平面１０上で圧電トランスを支持
している接着用材料１１には圧電トランスの振動に伴う
ずれに対する抵抗力が発生し、これによって圧電トラン
スにはずれ応力が生じる。しかしながら、この第２実施
例における接着用材料１１はずれに対する抵抗力が小さ
いシリコンゴムからなり、かつ、圧電トランスのノード
点５近傍位置と平面１０との間にのみ介装されたもので
あるため、圧電トランスにおいて生じるずれ応力は第１
実施例の場合よりも一層小さくなる。

【００２３】すなわち、本発明の発明者らが昇圧特性試
験を行ってみたところ、シリコンゴムからなる接着用材
料１１をノード点５近傍位置のみに設けた際における昇
圧特性は図４及び図５中の記号□を付した曲線でもって
示されるようになり、負荷抵抗が１００ＫΩである場合
にはフリーな状態（図４，５では、記号○を付す）と同
程度の昇圧比が得られることが分かっている。なお、図
５によれば、１００ＭΩの負荷抵抗時においても、ほぼ
同程度の昇圧比が得られることが分かる。

【００２４】ところで、本実施例においては、圧電トラ
ンスのノード点５近傍位置を接着用材料１１でもって支
持するとしているが、発明者らが検討したところによれ
ば、圧電トランスの振動部分のみを接着用材料１１で支
持した場合であっても、接着用材料１１としてシリコン
系のゴム状またはゲル状接着剤を用いている限りは圧電
トランスのずれに対する抵抗力がエポキシ系接着剤の場
合よりも低下することになり、圧電トランスに生じるず
れ応力も小さくなることが確認されている。したがっ
て、接着用材料１１を介して支持される圧電トランスの
支持点がノード点５がずれていてもさほどの影響はない
ことになり、必ずしもノード点５を確定するための作業
を行う必要はないことになる。

【００２５】さらにまた、この第２実施例における圧電
トランスとしてノード点が一つの単板１次ローゼン型を
用いてもよいことは勿論であり、この場合には、図６中
の仮想線で示すように、圧電トランスの長手方向に沿う
略中央位置のみに接着用材料１１を介装しておくことに
なる。すなわち、シリコン系のゴム状またはゲル状接着
剤からなる接着用材料１１は、圧電トランスの主表面と
平面１０との間の少なくとも一部に介装されていればよ
いのである。

【００２６】第３実施例 図７は、本発明の第３実施例に係る圧電トランスの実装
構造を簡略化して示す説明図である。そして、この第３
実施例に係る圧電トランス自体の基本構成も第１実施例
と異ならないので、図７において図１と互いに同一もし
くは相当する部品、部分には同一符号を付すこととし、
ここでの詳しい説明は省略する。

【００２７】この実施例に係る圧電トランスも単板２次
ローゼン型といわれるものであり、この圧電トランスは
所定の内容積を有する保護ケース１３内に収納されるこ
とになっている。そして、この際、圧電トランスにおけ
る振動主成分方向Ａは平面である保護ケース１３の底面
に対して平行とされており、収納された圧電トランスを
取り囲む保護ケース１３の空間内にはシリコン系のゴム
状またはゲル状接着剤からなる接着用材料１１が充填さ
れている。そこで、圧電トランスがＡ方向に沿って伸び
る振動を行うと、接着用材料１１には圧電トランスの振
動に伴うずれに対する抵抗力が発生し、また、圧電トラ
ンスにはずれ応力が生じることになる。

【００２８】しかしながら、この接着用材料１１はシリ
コンゴムなどからなるものであるため、第１実施例や第
２実施例の場合よりも若干大きくはなるものの、エポキ
シ系接着剤を用いた場合よりは小さな抵抗力を示すこと
になる。その結果、圧電トランスに生じるずれ応力は、
接着用材料１１としてエポキシ系接着剤を用いた場合よ
りも小さくて済むことになる。そして、本実施例におい
ては、圧電トランスが接着用材料１１を介したうえで保
護ケース１３内に収納された実装構造を採用しているの
であるから、圧電トランスの封止性が高まり、良好な耐
候性が得られることになる。

【００２９】すなわち、この第３実施例においては、昇
圧比や変換効率が実施例１，２の場合よりも若干低下す
ることになるが、接着用材料１１によって圧電トランス
を全体的に包み込むことが行われているため、振動によ
る圧電素子１の破損やリード線４の断線及び外れ、また
は、電極剥がれなどの不都合が発生するのを防ぐことが
でき、外部応力などのような外乱要因から圧電トランス
を保護することが可能となる。なお、保護ケース１３を
なくしたうえ、ゴム状またはゲル状接着剤からなる接着
用材料１１でもって覆われたままの圧電トランスを回路
基板上などに直接的に実装した場合にも、同様の利点が
得られることになる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る圧電
トランスの実装構造によれば、接着用材料としてシリコ
ン系のゴム状またはゲル状接着剤を用いているので、振
動に伴う圧電トランスのずれに対する抵抗力が低下する
ことになり、圧電トランスに生じるずれ応力も小さくな
る結果、昇圧比や変換効率の向上を図ることができると
いう効果が得られる。また、シリコン系のゴム状または
ゲル状接着剤を用いることにより圧電トランスをノード
点もしくはその極近傍位置でもって支持しておく必要も
なくなるため、ノード点の確定作業に煩わしい手間を要
することもなく、実装作業の簡素化を図ることが可能に
なるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例に係る圧電トランスの実装構造を簡
略化して示す説明図である。

【図２】昇圧特性試験の結果を示す説明図である。

【図３】昇圧特性試験の結果を示す説明図である。

【図４】昇圧特性試験の結果を示す説明図である。

【図５】昇圧特性試験の結果を示す説明図である。

【図６】第２実施例に係る圧電トランスの実装構造を簡
略化して示す説明図である。

【図７】第３実施例に係る圧電トランスの実装構造を簡
略化して示す説明図である。

【図８】従来例に係る圧電トランスの実装構造を簡略化
して示す説明図である。

【符号の説明】

２ １次側電極 １０ 平面 １１ 接着用材料 Ａ 振動主成分方向

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 接着用材料を介したうえで平面上に配置
   して支持される圧電トランスの実装構造であって、 接着用材料はシリコン系のゴム状またはゲル状接着剤で
   あり、かつ、圧電トランスの主表面と平面との間の少な
   くとも一部に介装されたものであることを特徴とする圧
   電トランスの実装構造。
2. 【請求項２】 圧電トランスの振動主成分方向は平面に
   対して平行とされ、かつ、接着用材料は圧電トランスと
   平面との間の全面にわたって介装されたものであること
   を特徴とする請求項１に記載した圧電トランスの実装構
   造。
3. 【請求項３】 圧電トランスの振動主成分方向は平面に
   対して平行とされ、かつ、接着用材料は圧電トランスの
   ノード点近傍位置と平面との間にのみ介装されたもので
   あることを特徴とする請求項１に記載した圧電トランス
   の実装構造。
4. 【請求項４】 接着用材料を介したうえで空間内に配置
   して支持される圧電トランスの実装構造であって、 接着用材料はシリコン系のゴム状またはゲル状接着剤で
   あり、かつ、圧電トランスを取り囲んだ空間内に充填さ
   れたものであることを特徴とする圧電トランスの実装構
   造。