JPH0983032A - 圧電トランス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】全ての電気的接続をノード点で行うことができ
るとともに、分極に伴う機械的強度の低下を防止し、か
つ入力側と出力側の良好なアイソレーションを得ること
ができる圧電トランスを提供する。 【解決手段】３次縦振動モードを利用する圧電トランス
であって、圧電板１の一方端部からλ／２の区間に入力
電極２ａ，２ｂが対向して形成され、入力電極２ａ，２
ｂからλ／４離れたノード点に対応する位置に第１の出
力電極３ａが、他方端部からλ／４離れたノード点に対
応する位置に第２の出力電極３ｂが形成され、入力電極
２ａ，２ｂが形成された区間は厚み方向に、第１と第２
の出力電極３ａ，３ｂ間は長手方向に分極され、入力電
極２ａ，２ｂと第１の出力電極３ａの間の区間には非分
極部が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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、蛍光管点灯用インバー
タ、複写機等の高圧電源回路等に用いられる圧電トラン
スに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の圧電トランスは、例え
ば、図６に示すように構成されている。図６は、一般に
λ／２モードと呼ばれる長手方向の縦振動の基本（１
次）振動モードを利用した圧電トランスの外観斜視図で
あり、その入出力構成および縦振動の振動姿態をも示
す。以下、使用する縦振動の共振波長をλとする。

【０００３】この圧電トランスは、矩形平板状の圧電性
セラミックからなる圧電板１を備え、圧電板１の長手方
向の片側半部の両主面には入力電極２ａ，２ｂが対向し
て形成され、他方側の長手方向の端部となる一端面には
出力電極３が形成され、入力電極２ａ，２ｂ及び出力電
極３を利用して、入力側となる圧電板１の長手方向の片
側半部は矢印Ｐ１で示すように厚み方向に分極され、出
力側となる他方側の片側半部は矢印Ｐ２で示すように長
手方向に分極されている。

【０００４】この圧電トランスの振動は、図６の下部に
示すように、長手方向の１／２（λ／４）のところで振
動変位がゼロとなるいわゆるノ−ド点となり、両端部で
最大変位となっている。

【０００５】そして、入力電極２ａ、２ｂのノード点に
対応する位置に入力側配線４ａ，４ｂが接続され、出力
電極３に出力側配線５が接続され、入力側配線４ｂは共
通端（アース端）として構成されている。入力電極２
ａ，２ｂ間に入力側配線４ａ、４ｂを通じて入力電圧を
印加し、圧電効果と逆圧電効果の作用により、出力電極
３から昇圧された高電圧の出力電圧が出力側配線５を通
じて取り出される。

【０００６】通常、外部回路との接続のための各配線４
ａ，４ｂ，５としてはリード線等が用いられ、入力電極
２ａ，２ｂ及び出力電極３にはんだ付けされて接続され
る。

【０００７】また、図示しないが、同様の構成でλモー
ドと呼ばれる２次振動モード（λ／２モードの２倍の周
波数）を利用した場合は、ノード点は長手方向の両端部
から１／４（λ／４）の位置に生じ、両端部では最大の
振動変位となる。この２次振動モードを利用した場合
は、入力側配線はノード点に対応する入力電極の長手方
向の中央部に接続される。３次以上の振動モードにおい
ても、両端部で最大の振動変位となる。

【０００８】一般的に、このような圧電トランスでは、
振動をできるだけ妨げないように、変位が最小となるノ
ード点に対応する位置で支持するのが望ましく、また、
入力側及び出力側の配線もノード点に対応する位置で接
続するのが望ましい。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の圧電トランスにおいては、入力側配線４ａ，４ｂは
ノード点に対応する位置での取付け（接続）が可能であ
り問題はないが、出力側配線５は振動変位の最大点とな
る端面に取付けられているので、振動が妨げられて出力
電圧の発生効率が低下するとともに、振動のストレスに
より出力側配線５が断線し易いという問題があった。す
なわち、特性を劣化させることなく、信頼性の高い接続
を行うことが困難であった。

【００１０】さらに、分極方向が直角に異なる部分が連
続しており、分極に伴う変形応力がこの分極方向の異な
る境界部に集中し、この境界部にクラック、割れ等が発
生する等、圧電板の機械的強度が劣化するという問題が
あった。

【００１１】さらに、入力側配線の一方が出力側と共通
端となっているので、入出力間のアイソレーションを充
分に確保できないという問題があった。つまり、入出力
間の干渉が問題となる用途には不向きであった。

【００１２】そこで、本発明の目的は、以上のような従
来の圧電トランスが持つ種々の問題点を解消し、ノード
点に対応する位置に入力電極及び出力電極を形成するこ
とができ、よって全ての電気的接続をノード点に対応す
る位置で行うことができるとともに、分極に伴う機械的
強度の劣化を防止し、かつ入力側と出力側の良好なアイ
ソレーションを得ることができる圧電トランスを提供す
ることにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明は、矩形状の圧電板に入力電極
及び出力電極を形成し、３次以上の縦振動モードを利用
してなる圧電トランスであって、前記縦振動の共振波長
をλとしたとき、前記圧電板の長手方向の一方端部から
λ／２の区間に一対の入力電極が対向して形成され、前
記入力電極からλ／４離れたノード点に対応する位置に
第１の出力電極が形成され、前記圧電板の長手方向の他
方端部からλ／４離れたノード点に対応する位置に第２
の出力電極が形成され、前記入力電極が形成された区間
は厚み方向に分極され、前記第１の出力電極と前記第２
の出力電極の間の区間は長手方向に分極され、前記入力
電極と前記第１の出力電極の間の区間に非分極部が設け
られ、前記第１の出力電極と前記第２の出力電極との間
で出力電圧を得るようにしたことを特徴とするものであ
る。請求項２に係る発明は、請求項１に記載の構成の圧
電板が複数枚積層されて一体焼成されていることを特徴
とするものである。

【００１４】請求項３に係る発明は、請求項１または請
求項２に記載の圧電トランスにおいて、前記入力電極の
ノード点に対応するの位置、前記第１の出力電極及び前
記第２の出力電極に電気的接続手段が取付けられている
ことを特徴とするものである。 請求項４に係る発明
は、請求項３に記載の圧電トランスにおいて、前記電気
的接続手段が実装部材への支持と電気的接続を兼ね備え
ていることを特徴とするものである。

【００１５】上記の構成によれば、入力電極はノード点
に対応する位置を含み、出力電極はノード点に対応する
位置に形成されているので、ノード点に対応する位置で
支持するとともに収納ケース、実装基板等の実装部材
（外部回路）との電気的接続を全てノード点に対応する
位置で行うことができ、特性を劣化させることなく、信
頼性の高い接続及び実装が可能となる。

【００１６】さらに、分極方向の異なる部分の間には分
極の施されていない部分（非分極部）が設けられている
ので、分極方向の違いによる変形応力（歪み）が緩和さ
れ、圧電板の機械的強度の低下を防止できる。

【００１７】さらに、入力側と出力側は共通端がなく構
成され、入力側と出力側は分離されているので、入力側
と出力側の良好なアイソレーションを得ることができ
る。

【００１８】また、複数枚の圧電板を積層一体化するこ
とにより、より大きな昇圧比（出力電圧）を得ることが
できる。

【００１９】また、上記各電極に実装部材への支持と電
気的接続を兼ね備えた電気的接続手段を取付けることに
より、面実装をも可能となり、実装を容易にするととも
に信頼性の高い接続及び実装を行うことができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施例を示す
図面に基づいて説明する。図において、従来例と同一ま
たは相当する部分、同一機能のものについては同一符号
を付す。

【００２１】図１は本発明の基本構成となる３次振動モ
ードを用いた第１実施例に係る圧電トランスの構成を示
す図であり、圧電トランスの外観、入出力構成及び振動
姿態を示す。

【００２２】本実施例の圧電トランスは、図１に示すよ
うに、長さ３λ／２の矩形平板状の圧電セラミックスか
らなる圧電板１を備え、圧電板１の長手方向の一方端部
からλ／２の区間Ａの両主面には一対の入力電極２ａ，
２ｂが対向して形成され、入力電極２ａ，２ｂからλ／
４離れた位置に幅方向に帯状の第１の出力電極３ａが形
成され、圧電板１の他方端部からλ／４離れた位置に幅
方向に帯状の第２の出力電極３ｂが形成されている。し
たがって、第１の出力電極３ａと第２の出力電極３ｂの
中心間の距離はλ／２となる。第１及び第２の出力電極
３ａ，３ｂはそれぞれ両主面及び端面つまり幅方向の全
周に亘って形成されている。

【００２３】入力電極２ａ，２ｂが形成された区間Ａ
は、矢印Ｐ１で示すように厚み方向に分極され、第１の
出力電極３ａと第２の出力電極３ｂの間の区間Ｃは、矢
印Ｐ２で示すように長手方向に分極されている。つま
り、入力電極２ａ，２ｂ間に直流電圧を印加して厚み方
向の分極が、第１及び第２の出力電極３ａ，３ｂ間に直
流電圧を印加して長手方向の分極が行われる。入力電極
２ａ，２ｂと第１の出力電極３ａの間の区間Ｂ、及び第
２の出力電極３ｂと端部の間の区間Ｄは分極が施されて
いない非分極部となっている。

【００２４】この圧電トランスは長手方向に３次振動モ
ード（λ／２モードの３倍の周波数）で使用され、図１
の下部に示すように、長手方向の両端からそれぞれλ／
４の位置及び長手方向の中心位置がノード点となってい
る。すなわち、入力電極２ａ，２ｂはノード点に対応す
る位置を含んで形成され、第１及び第２の出力電極３
ａ，３ｂはノード点に対応する位置に形成されている。

【００２５】そして、入力電極２ａ，２ｂのノード点に
対応する位置に入力側配線４ａ，４ｂが接続され、第１
及び第２の出力電極３ａ，３ｂに出力側配線５ａ，５ｂ
が接続されるように構成されている。入力電極２ａ，２
ｂ間に入力側配線４ａ，４ｂを通じて入力電圧が印加さ
れ、出力電極３ａ，３ｂ間に発生した昇圧された出力電
圧が出力側配線５ａ，５ｂを通じて出力される。

【００２６】上記各配線４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂに相当
する電気的接続手段としては、具体的には、リード線、
フィルム状導体、金属端子、表面に電極が形成された柱
状の支持部材等が用いられ、各電極２ａ，２ｂ、３ａ，
３ｂにはんだ、導電性接着剤、電極焼付け等により接続
される。

【００２７】なお、第２の出力電極３ｂと端部の間の区
間Ｄは長手方向に分極されていても構わない。また、圧
電板の材料として圧電単結晶を用いるようにしてもよ
い。

【００２８】この構成においては、入力電極２ａ，２ｂ
及び出力電極３ａ，３ｂはノード点に対応する位置を含
んで形成されており、圧電板１をノード点に対応する位
置で支持するとともに入出力等の外部回路との電気的接
続を全てノード点に対応する位置で行うことができるの
で、振動を阻害することなくつまり特性を劣化させるこ
となく、リード線等の接続手段を接続することができ
る。

【００２９】さらに、分極方向の異なる部分の間には非
分極部が設けられており、分極方向の違いによる変形応
力（歪み）が緩和され、圧電板の機械的強度の低下が防
止されている。

【００３０】さらに、入力側と出力側は共通端がなく構
成されており、入力側と出力側の良好なアイソレーショ
ンが得られ、入力側と出力側との不要な干渉を防止する
ことができる。

【００３１】なお、上記電気的接続手段の接続位置はノ
ード点に対応する位置のいずれの箇所でもよく、例えば
入力電極２ａ，２ｂの一部を幅方向の端面に形成して、
入力側及び出力側のいずれの接続手段をも幅方向端面の
ノード点に対応する位置に接続・固定するようにしても
よい。接続位置は、実装方法、実装の容易さを考慮して
設定される。

【００３２】また、出力インピーダンス等の特性上、上
記実施例のように、出力電極３ａ，３ｂは幅方向の全周
に亘って形成されているのが好ましいが、これに限るも
のではなく、例えば、圧電板の一方主面のみに形成して
もよく、ノード点に対応する位置を含んで形成されてお
ればよい。その形状、面積、形成位置は出力インピーダ
ンス、昇圧比等の電気的特性や実装形態等を考慮して適
宜設定される。

【００３３】次ぎに、本発明の第２実施例に係る３次振
動モードを用いた圧電トランスの構成を図２に示す。図
２（ａ）は長手方向の断面図、図２（ｂ）は（ａ）のＸ
−Ｘ線の断面図である。

【００３４】本実施例の圧電トランスは、図２に示すよ
うに、複数枚（図では５枚）の圧電セラミックグリーン
シート１を積層して一体焼成して形成された多層基板で
構成され、この多層基板の表面及び内部の所定の部分に
は入力電極２ａ，２ｂ及び出力電極３ａ，３ｂが形成さ
れている。

【００３５】入力電極２ａ，２ｂは、多層基板の長手方
向の一方端部からλ／２の区間の表面及び各シート１間
に交互に配置されて形成され、図２（ｂ）に示すよう
に、各シートの入力電極２ａは幅方向の一方端面で接続
され、各シートの入力電極２ｂは他方端面で接続されて
いる。

【００３６】第１の出力電極３ａは、入力電極２ａ，２
ｂからλ／４離れた位置に形成され、各シートに形成さ
れた全ての出力電極３ａは両端面で接続されている。第
２の出力電極３ｂは入力電極２ａ，２ｂが形成された側
と反対の端部からλ／４離れた位置に形成され、全ての
出力電極３ｂは両端面で接続されている。

【００３７】入力電極２ａ，２ｂが形成された区間Ａ
は、厚み方向に分極され、第１の出力電極３ａと第２の
出力電極３ｂの間の区間Ｃは、長手方向に分極されてい
る。入力電極２ａ，２ｂと第１の出力電極３ａの間の区
間Ｂ、及び第２の出力電極３ｂと端部の間の区間Ｄは非
分極部となっている。

【００３８】すなわち、本実施例の圧電トランスは、第
１実施例の圧電トランスの構成を多層基板で構成したも
のであり、外観、入出力配線及び振動姿態は図１に示し
たものと同様の構成であり、その説明を省略する。

【００３９】この構成においては、第１実施例で説明し
た効果に加え、入力電極が形成された複数枚の圧電板が
積層一体化されて構成されており、大きな昇圧比を得る
ことができ、高性能、高品質の圧電トランスを得ること
ができる。

【００４０】なお、特性上、本実施例のように、出力電
極３ａ，３ｂを多層基板の内部に形成した方が好ましい
が、多層基板の内部には出力電極を設けなくともよい。

【００４１】次ぎに、支持と電気的接続を兼ね備えた接
続手段を取付け、面実装を可能とした圧電トランスを図
３及び図４に示す。図３は第３実施例を示し、接続支持
手段として接続端子を用いたものであり、（ａ）は平面
図、（ｂ）（ａ）のＸ−Ｘ線の断面図である。図４は第
４実施例を示し、外面に電極が形成された四角柱の支持
台を用いたものであり、実装面側からみた外観斜視図で
ある。

【００４２】図３に示す圧電トランスは、入力電極２
ａ、２ｂ及び出力電極３ａ，３ｂの端面に形成された部
分であって、ノード点に対応する位置にそれぞれ接続端
子６が取付けられている。接続端子６は金属板を打抜き
し、折曲げ加工して形成されたものであり、一端部がは
んだ付け、導電性接着剤等により電極２ａ，２ｂ，３
ａ，３ｂに接続・固定されている。取付け強度を高める
ために接着剤で補強することも行われる。

【００４３】そして、接続端子６の他端部は実装基板の
配線パターンのはんだ付けランドにはんだ付けされる。
なお、接続端子の形状、取付け位置は本実施例に限るも
のではなく、例えば、台形状に曲げ加工された接続端子
を実装面側主面に取付けるようにしてもよい。

【００４４】図４に示す圧電トランスは、入力電極２ｂ
及び出力電極３ａ，３ｂの実装面側主面（図において上
面）に形成された部分であって、ノード点の位置にそれ
ぞれ外面に電極が形成された支持台７がはんだ付け、導
電性接着剤、電極焼付け等により取付けられている。支
持台７は、四角柱状に成形、加工されたセラミック、樹
脂等の表面にＡｇ等の電極を形成したものであり、この
支持台７で実装基板に面実装される。

【００４５】なお、本実施例では、支持台７は外面の全
面に電極が形成され、圧電板１の幅とほぼ同一長さで形
成されているが、これに限るものではなく、その形状、
電極形成位置は特に限定するものではない。例えば、サ
イコロ状、円柱状で形成した場合、取付け位置の自由度
を高めることができる。

【００４６】図３及び図４に示す構成においては、接続
端子６または支持台７は、支持機能及び電気的接続機能
を兼ね備えており、実装基板への面実装を容易に行うこ
とができる。

【００４７】なお、上記各実施例では３次振動モードの
圧電トランスで説明したが、４次以上の振動モードを利
用した圧電トランスにも本発明を適用できる。図５は４
次振動モードを用いた圧電トランスであり、図５に示す
ように、４次振動モードでは長手方向に分極された出力
電極３ａ，３ｂの中心間の距離はλとなる。他の区間
Ａ，Ｂ，Ｃの長さは３次振動モードの場合と変わらな
い。つまり、ｎ次振動モードを用いた場合は第１と第２
の出力電極の中心間の距離はλ／２の（ｎ−２）倍に設
定され、第１および第２の出力電極はそれぞれ縦振動の
ノード点に対応する位置に形成される。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る圧電
トランスによれば、入力電極はノード点に対応する位置
を含み、出力電極はノード点に対応する位置に形成され
ているので、ノード点に対応する位置で支持するととも
に実装部材（外部回路）との電気的接続を全てノード点
に対応する位置で行うことができ、特性を劣化させるこ
となく、信頼性の高い接続及び実装を実現できる。

【００４９】さらに、分極方向の異なる部分の間には非
分極部が設けられているので、圧電板の機械的強度の低
下を防止できる。

【００５０】さらに、入力側と出力側は共通端がなく構
成されており、入力側と出力側の良好なアイソレーショ
ンを得ることができ、入力側と出力側との不要な干渉を
防止することができる。

【００５１】また、積層構造とすることにより、より大
きな昇圧比を得ることができ、高性能化を実現できる。

【００５２】また、支持と電気的接続を兼ね備えた電気
的接続手段を取付けることにより、面実装が可能とな
り、実装を容易にするとともに信頼性の高い接続及び実
装を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る圧電トランスの外観
斜視図である。

【図２】（ａ）は本発明の第２実施例に係る圧電トラン
スの長手方向の断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面
図である。

【図３】（ａ）は本発明の第３実施例に係る圧電トラン
スの平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。

【図４】本発明の第４実施例に係る圧電トランスの外観
斜視図である。

【図５】本発明の他の実施例に係る圧電トランスの外観
斜視図である。

【図６】従来の圧電トランスの外観斜視図である。

【符号の説明】

１ 圧電板 ２ａ，２ｂ 入力電極 ３ａ 第１の出力電極 ３ｂ 第２の出力電極 ４ａ，４ｂ 入力側配線 ５ａ，５ｂ 出力側配線 ６ 接続端子 ７ 支持台

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 矩形状の圧電板に入力電極及び出力電極
   を形成し、３次以上の縦振動モードを利用してなる圧電
   トランスであって、 前記縦振動の共振波長をλとしたとき、 前記圧電板の長手方向の一方端部からλ／２の区間に一
   対の入力電極が対向して形成され、前記入力電極からλ
   ／４離れたノード点に対応する位置に第１の出力電極が
   形成され、前記圧電板の長手方向の他方端部からλ／４
   離れたノード点に対応する位置に第２の出力電極が形成
   され、 前記入力電極が形成された区間は厚み方向に分極され、
   前記第１の出力電極と前記第２の出力電極の間の区間は
   長手方向に分極され、前記入力電極と前記第１の出力電
   極の間の区間に非分極部が設けられ、 前記第１の出力電極と前記第２の出力電極との間で出力
   電圧を得るようにしたことを特徴とする圧電トランス。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の構成の圧電板が複数枚
   積層されて一体焼成されていることを特徴とする圧電ト
   ランス。
3. 【請求項３】 前記入力電極のノード点に対応するの位
   置、前記第１の出力電極及び前記第２の出力電極に電気
   的接続手段が取付けられているこを特徴とする請求項１
   または請求項２に記載の圧電トランス。
4. 【請求項４】 前記電気的接続手段が実装部材への支持
   と電気的接続を兼ね備えていることを特徴とする請求項
   ３に記載の圧電トランス。