JPH0851242A - 圧電トランスの実装方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 ローゼン型圧電トランスの回路基板への実装
を簡単にし、実装後の信頼性を高める。 【構成】 圧電トランス素子をその間に挟み込む回路基
板１０に固定された突起と抑え板に素子の入力電極２、
３と回路基板１０の回路との間を電気的に接続する役割
を兼ねさせ、さらに突起および抑え板と入力電極の間に
導電性接着剤１７を流し込み硬化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は電圧変換に用いられる
圧電トランスに関する。

【０００２】

【従来の技術】電圧変換に用いられる圧電トランスは、
従来の巻線型の電磁トランスに比べて小型化でき、かつ
より単純な構造であり、近年特に高電圧発生装置として
の用途がさかんに検討されるようになってきた。この圧
電トランスの素子の形状としては円板状、円柱状など様
々の形状を採用することが可能であるが、最も一般的に
検討されその動作解析も進んでいるのは、長方形板状の
いわゆるローゼン型の素子である。図６にローゼン型の
単層の素子で一波長モードで振動するものの構成例を示
す。素子１の左半分では両面に入力電極２，３が形成さ
れて面に垂直に分極され、素子１の右端面には出力電極
４が形成され入力電極の接地側３との間で分極される。
図中の素子１の内部に示した矢印は分極の方向を示して
いる。また単層の同一形状の素子を積み重ねて構成した
積層型のローゼン型素子も盛んに検討されている。積層
型の方が昇圧比を高くすることができ、駆動回路の構成
が簡単になるという利点がある。ローゼン型の圧電トラ
ンスの中でも最も一般的に検討の対象となっているの
は、一波長モードで振動する素子である。この場合には
素子内部には長さ方向に進行する弾性波が定在波として
存在し、その振動方向は波の進行方向と同じ向きで縦波
であり、この定在波の一波長分の長さが素子の全長に等
しくなっている。この一波長モードの場合には、素子全
長の４分の１および４分の３の位置が振動の節で不動点
となるので、この二点で素子を固定しても原理的には素
子の振動に影響を与えない。従って一波長型のローゼン
型圧電トランスを固定する方法としては、この二点にお
いて素子を固定することが一般的である。また素子の入
出力電極と外部回路を接続する方法としては、銀ペース
トを塗布し焼き付けることによって電極を形成し、この
電極面にリード線を半田付けする方法が普通である。図
６に示した単層ローゼン型素子には、リード線５を三つ
の電極に半田付けした様子も合わせて示してある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上に述べたような電極
面にリード線を半田付けする方法は、リード線の断線等
のトラブルを生じ易く耐久性に問題がある。このため、
例えば「電子科学 １９８０年６月号 Ｐ６７〜Ｐ７
３」に記述されているように、ゴムリングによって二点
の振動の節を支持し、かつ入力電極とゴムリングの間に
導電端子をはめこんで外部回路との接続をとる等の方法
が考案されている。しかしこの手法の場合にも、導電端
子から外部回路への接続はリード線の半田付けによって
なされるため素子の回路基板上への実装に手間がかか
る、ゴムリングに素子をはめ込む作業が煩雑である等の
問題点が指摘される。

【０００４】

【課題を解決するための手段】発明者らは上記の課題を
解決するための手段として、以下に述べるような圧電ト
ランスの実装方法を発明した。この実装方法に用いる構
成部品の外観図を図１に示した。この図中で用いられて
いる圧電トランス１は単層の一波長モードのローゼン型
である。回路基板１０上の圧電トランスの振動の節に対
応する位置にあらかじめ二個の突起８，９を設けてお
く。この突起の材質は、二個のうちの少なくとも一個の
突起８は金属等の導電性を有するものであり、圧電トラ
ンスの入力側の電極３の下に配置され、基板１０の回路
に電気的に接続されている。突起の他の一個９は圧電ト
ランスの出力側の領域の電極が形成されていない下面に
接触するように配置される。この突起が導電性である場
合には、電力としては取り出せないものの、突起自身が
出力電圧の２分の１程度（一波長振動モードの素子の場
合）の高電圧を帯びる。この現象を回避したい場合に
は、この出力側の突起９をプラスチック等の絶縁性の材
質としておく。この二個の突起に対応して図１において
示すように二個の抑え板６，７を回路基板１０に取り付
け、抑え板と突起の間に圧電トランス素子１の振動の節
が挟み込まれるようにする。図１に示した抑え板６，７
はコの字の形状で、基板１０の裏側で半田付けまたは接
着によって基板に固定されている。この抑え板は二点で
回路基板に固定されるものであってもよいが、図１のよ
うに一点で回路基板に固定され一方が開いている方が素
子の挟み込みが簡単にできる。入力電極側の抑え板６の
材質は導電性の弾性を有する金属板とし、素子１を固定
すると同時に素子の上面の入力電極２と基板１０の回路
の間を電気的に接続するという役割も兼ねている。出力
側の抑え板７は、先に述べた出力側の突起９についてと
同様の理由で、必要に応じて金属板または弾性を有する
絶縁材を使い分ける。また本発明では、入力側電極面
２，３と抑え板６および突起８の間の電気的接続を確実
にし、かつ使用中に素子１が移動して抑え位置が振動の
節からずれることを防止するため、入力側の二つの電極
面と抑え板および突起の間に導電性接着剤を流し込み硬
化させるものとする。なお出力電極４と外部回路の接続
はリード線５の半田付けによって行われる。

【０００５】次に本発明請求項２について説明する。上
に述べたように本発明においては、入力側電極面と抑え
板および突起の間に導電性接着剤を流し込み硬化させて
いる。最初に電極面に導電性接着剤を塗布したのち素子
を抑え板と突起の間に挟み込む工法を採用した場合に
は、接着剤の塗布されている領域が広がり易く、接着剤
が素子の側面に付着して入力電極間を短絡する可能性が
ある。この点を改善するため図３に示すように、あらか
じめ抑え板６の入力電極に接触する面に穴１２を開けて
おき、素子電極面には何も塗布しないまま素子を挟み込
み、そののちに穴１２を通じて抑え板の外側から導電接
着剤を注入するという工法を採用した。抑え板が素子の
振動の節以外の広い範囲を抑えて振動を阻害することの
ないようにするため、図３においては抑え板に突起１３
を設けて振動の節のみを抑えるようにしている。この抑
え板６はハトメ金具で基板に固定され、穴１４はハトメ
金具を通すためのものである。

【０００６】次に本発明請求項３について説明する。こ
の請求項３の目的とするところは上に述べた請求項２の
目的と同一である。回路基板１０の裏側から導電接着剤
を注入するため、回路基板１０と金属製の突起８の両方
にあらかじめ穴１５、１６を開けた例を図４に示した。

【０００７】さらに本発明請求項４について説明する。
圧電トランス素子の厚さはたかだか１ｍｍから２ｍｍで
あり、巻線型の電磁トランスにくらべてはるかに薄い。
圧電トランスの駆動回路など、圧電トランスが搭載され
るのと同一の回路基板上に形成される回路の構成部品
は、抵抗、チップコンデンサ、トランジスタなどであ
る。これらの電子部品の厚さは１ｍｍ程度である。した
がって本発明請求項１に記述したような圧電トランスの
実装方法を採用した場合、圧電トランス素子の振動の節
をささえる回路基板上の突起の高さを２ｍｍ程度とすれ
ば、素子の下の回路基板上に他の電子部品を搭載するこ
とが可能となる。このような構成としても圧電トランス
の上面の回路基板からの高さは４ｍｍ以下におさえるこ
とができる。ただし、圧電トランス素子の出力側では出
力電極と入力電極の間には強い電界が発生して駆動周波
数に従って変化しており、素子の出力側の下の基板上に
回路パターンを引き回した場合、この電界が回路パター
ン上に出力に類似したノイズを誘導する可能性がある。
このため素子の下で電子部品を搭載する場所について
は、入力側電極の下を主とすることが望ましい。本発明
請求項４に述べたような回路構成を採用することによ
り、圧電トランスを搭載した回路基板の面積を削減する
ことができる。

【０００８】

【作用】本発明においては、ローゼン型圧電トランスの
振動の節を回路基板に固定した突起および抑え板の間に
挟み込み圧電トランス素子を固定するが、この突起と抑
え板が圧電トランスの入力電極と基板上の回路の間の電
気的に接続する役割も兼ねることにより、圧電トランス
の回路基板への実装工程を簡単にしている。また、突起
および抑え板と圧電トランスの入力電極面の間に導電性
接着剤を流し込み硬化させることによって電気的接続を
確実なものとし、同時に圧電トランスの位置ずれを防止
している。さらに、回路基板に固定した突起によって生
じた圧電トランス素子の下の基板上の空間に電子部品を
搭載し、回路全体の面積を削減している。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて述べ
る。

【００１０】実施例１ 本発明の請求項１および請求項２および請求項３の実施
例である、一波長モードで振動する積層型のローゼン型
圧電トランスについて図２に示した。素子２１の層数は
５層であり、大きさは２８×５×１．０（ｍｍ）で周波
数１２０ｋＨｚで動作する。積層型の場合には、各層の
接地電極と入力印加電極は各々他の層の同種の電極と、
素子の側面に形成された連結電極１１により接続してい
る。層数が奇数である場合、素子の最上層の入力印加電
極２と最下層の接地電極３は、各々素子２１の表面に露
出しているので、抑え板６および突起８と容易に接触す
る。この実施例では抑え板はハトメ金具によって基板に
固定されている。また突起８、９と抑え板６、７および
基板１０には、導電性接着剤または絶縁性接着剤を注入
するための穴が開けられている。このように、積層型の
ローゼン型圧電トランスであっても本発明の内容を適用
する上で特に問題は生じない。一波長モード以外の、例
えば二分の三波長モードのばあいであっても、おさえる
節の位置が変わるだけであり、本発明をそのまま適用す
ることができる。ただし半波長モードの場合には振動の
節の数は一個であり、これを固定しても実装上不安定で
信頼性に乏しいので、本発明の請求範囲からは除外す
る。

【００１１】実施例２ 本発明請求項４の実施例を図５に示した。圧電トランス
素子１は単層の一波長モードで作動し、素子１の下の基
板１０上に形成されているのは抵抗１９とトランジスタ
２０からなる圧電トランス出力電圧の検出回路である。
図５中の入力側の突起８と抑え板６の周囲には導電性接
着剤１７が塗布されており、出力側の突起９と抑え板７
の周囲には絶縁性のシリコーン接着剤１８が塗布され、
電極との接続を確実とし、かつ素子が移動することを防
いでいる。

【００１２】

【発明の効果】本発明によれば、圧電トランス素子をそ
の間に挟み込む回路基板に固定された突起と抑え板に素
子の入力電極と基板の回路との間を電気的に接続する役
割を兼ねさせることにより、圧電トランスの回路基板へ
の実装を容易にしている。また突起および抑え板と電極
面の間に導電性接着剤を流し込み硬化させることによ
り、電気的接続を確実にし、圧電トランスの位置ずれを
防止している。さらに、回路基板上に固定した突起によ
って生じた圧電素子の下の基板上の空間に電子部品を搭
載し、回路全体の面積を削減している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる単層で一波長モードのローゼン
型圧電トランスの実装方法の一実施例の構成部品の斜視
図である。

【図２】本発明に係わる積層型で一波長モードのローゼ
ン型圧電トランスの実装方法の一実施例の構成部品の斜
視図である。

【図３】本発明請求項２に係わる圧電トランスの抑え板
の一実施例の側面図である。

【図４】本発明請求項３に係わる圧電トランスをのせる
突起と回路基板の一実施例の外観斜視図である。

【図５】本発明請求項４に係わる圧電トランス素子の下
の回路基板上に電子部品を搭載した圧電トランスを含む
回路構成方法の一例の側面図である。

【図６】従来のリード線の半田付けによって電気的な接
続をとったところの、単層で一波長モードのローゼン型
圧電トランスの構成例である。

【符号の説明】

１ ローゼン型単層一波長モード圧電トランス素子 ２、３ 入力側電極 ４ 出力側電極 ５ リード線 ６ 入力側抑え板 ７ 出力側抑え板 ８ 入力側突起 ９ 出力側突起 １０ 回路基板 １１ 連結電極 １２ 抑え板の接着剤注入用穴 １３ 抑え板突起 １４ 抑え板のハトメ用穴 １５ 基板固定突起の接着剤注入用穴 １６ 回路基板の接着剤注入用穴 １７ 導電性接着剤 １８ シリコーン接着剤 １９ 抵抗部品 ２０ トランジスタ ２１ ローゼン型積層型一波長モード圧電トランス素子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単層型または積層型のローゼン型圧電ト
   ランスにおいて、各振動モードごとに定まる振動の節の
   中から二個の節を選びだし、これらの節に対応する回路
   基板上の位置に設けた二個の突起の上に圧電トランスの
   節をのせ、弾性を有する金属板または樹脂板を加工して
   作製した抑え板を回路基板に固定してこれらの圧電トラ
   ンスの節の双方を抑え、圧電トランスの表面に形成され
   た入力側の一方の電極面と金具の間、および入力側のも
   う一方の電極面と突起の間を導電接着剤によって電気的
   に接続することを特徴とする圧電トランスの実装方法。
2. 【請求項２】 ローゼン型圧電トランスの振動の節を抑
   える抑え板に、外部から抑え板と電極面の間に導電性の
   接着剤を注入するための穴を有することを特徴とする請
   求項１記載の圧電トランスの実装方法。
3. 【請求項３】 ローゼン型圧電トランスの振動の節をの
   せる回路基板上に固定した突起および回路基板に、回路
   基板の裏側から突起と電極面の間に導電性の接着剤を注
   入するための穴を有することを特徴とする請求項１記載
   の圧電トランスの実装方法。
4. 【請求項４】 請求項１記載の圧電トランスの実装方法
   によって回路基板上に固定したローゼン型圧電トランス
   素子の下の回路基板上に、回路を構成する他の電子部品
   を搭載したことを特徴とする圧電トランスを含む回路構
   成方法。