JPH10154835A - 圧電トランス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、実装基板上に外付部品としてヒュ
ーズを取り付ける必要がないようにするとともに、圧電
トランスの機械的振動に対して安定し、かつ製造容易な
ヒューズ内蔵の圧電トランス部品を提供することを課題
とする。 【解決手段】 本発明は、平面視略短形状の基板が複数
枚積層された積層体と、各基板間にて前記積層体の長手
方向に沿って一方側の端部から略中央部に向かって形成
された内部電極層と、これら内部電極層のうちの一層お
きと電気的に接続するように前記積層体の外周面に形成
された外部電極層と、前記積層体の他方側の端面に形成
された端面電極層とを備えた圧電トランスであって、前
記外部電極層と電気的に接続され、前記積層体の側面に
形成された端子電極との間にヒューズ部が設けられてい
ることを特徴とする圧電トランス。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は、強誘電体材料か
らなる基板を積層してなる圧電トランスに関し、特にヒ
ューズ部を有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、従来からよく知られ
ているように、入力の電気エネルギを一旦機械エネルギ
に変換した後に再び電気エネルギに変換するといった原
理により、圧電効果を利用し入力電圧を昇圧して高出力
電圧を得るものであり、一般に用いられる巻線トランス
を用いた場合の電磁波ノイズの発生、絶縁破壊又は短絡
による発火および昇圧効率の低下といった問題を解消す
るとともに実装密度を向上させることを目的としたもの
である。圧電トランスは、このような特徴を生かして、
近年、例えば液晶ディスプレイのバックライト用冷陰極
管を始動させるような高電圧を必要とする部位に用いる
ことが検討され始めている。

【０００３】従来、この圧電トランスは、例えば、図６
に示すように、チタン酸ジルコン酸鉛（以下ＰＺＴと称
す）等の強誘電性材料からなる平面視略矩形状の基板１
１ａが複数枚積層された積層体１１と、各基板１１ａ
に、その長手方向に沿って一方端部から略中央部に向か
って形成された銀パラジウムからなる内部電極層１２
と、これら内部電極層１２のうちの一層おきと電気的に
接続するように積層体１１の両側面に形成された銀から
なる外部電極層１３ａ、１３ｂと、積層体１１の他方端
面に形成された銀からなる端面電極層１４とを備えたも
のである。これら外部電極層１３ａ、１３ｂおよび端面
電極層１４を除いた積層体１１の全周面は、図示しない
エポキシ樹脂等からなる絶縁性樹脂にて被覆されてい
る。

【０００４】このような構造の圧電トランスでは、外部
電極層１３ａ、１３ｂ間に交流電圧が印加されると、各
基板１１ａの内部電極層１２間において逆圧電効果によ
り積層体１１の厚み方向に強い機械振動が発生し、この
機械振動のエネルギーを（途中熱の発生により１部エネ
ルギーが消失するが）圧電効果によって端面電極層１４
から昇圧された高出力電圧として取り出すことができ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】 このような構造を有
する圧電トランスの故障態様として、耐圧不良による短
絡が一般的であり、特に、圧電トランスを構成する基板
の積層体にピンホール等の欠陥がある場合やクラックが
発生している場合には、短絡による過電流が流れてしま
う。そしてこのときの発熱のため、圧電トランスの搭載
された回路や他の電子部品が焼損事故により損傷してし
まうおそれがある。

【０００６】そこで、電子装置全体の損傷を防止するた
めには、圧電トランスにヒューズ素子を接続することが
考えられる。しかしながら、ヒューズ素子を圧電トラン
スと共に実装基板上に外付け部品として接続する場合に
は、ヒューズ部品の取付け工程が特に必要となり、煩雑
であるとともに外付構造が複雑になって、その部分だけ
プリント基板に余分なスペースを要し、実装密度を低下
させてしまうという問題がある。

【０００７】一方、ヒューズ素子を実装基板上に直接形
成する場合は、その部分を保護するために、ヒューズ素
子をケースで封入したり、あるいは外装樹脂により被覆
したりする必要もあった。そこで、本発明の目的は、実
装基板上に別途、ヒューズ素子を取り付ける必要がない
ようにするとともに、交流電圧が印加された場合に発生
する圧電トランスの機械的振動に対して断線やヒューズ
素子が剥がれてしまうおそれがなく、かつ製造容易なヒ
ューズ内蔵の圧電トランス部品を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

【０００９】

【発明の実施の形態】 以下、本発明の実施の形態を、
図を参照しつつ説明するが、本発明はこれらに限定され
るものでない。図１は本発明の実施例に係る圧電トラン
スを示す斜視図であり、図２は該圧電トランスを示す分
解図である。図３は、圧電トランスの振動の変位量が最
っとも大きくなる固有共振周波数（例えばλ（１波長）
モード）下における振動による変位量と積層体１の位置
との関係を示すグラフであり、これから、圧電トランス
の位置によって変位量が、ほぼ０となる部分及び最大と
なる部分がわかる（図３において横軸は積層体１の長手
方向を示し、縦軸は積層体１の水平を０とした場合の厚
み方向における固有共振周波数下の変位量を示す）。

【００１０】そして、かかる圧電トランスの振動特性に
着目し、最っとも振動による変位量が少ない積層体１の
長手方向位置で固定することにより基板実装できる圧電
トランスを製造した。すなわち、この圧電トランスは、
平面視略矩形状のＰＺＴからなる基板１ａが複数枚積層
された積層体１と、各基板１ａ間並びに最上及び最下の
基板の外側（積層体１の上下面）にて積層体１の長手方
向に沿って一方端部から略中央部に向かって形成された
銀パラジウムからなる内部電極層２と、これら内部電極
層２のうちの一層おきと電気的に接続するように積層体
１の両側面に離隔して形成された銀からなる一対の外部
電極層３ａ、３ｂと、積層体１の他方端面に形成された
銀からなる端面電極層４とを備えたものである。

【００１１】内部電極層２は、各基板１ａ上にスクリー
ン印刷・焼成して形成される。このとき、内部電極層２
の一部分が基板１ａの周縁に達するように凸形状の突状
部２ａ、２ｂが形成され、該突状部は、交互に積層体の
両側面に達するように反対方向に突き出している。尚、
突状部２ａ、２ｂを除く内部電極層２の周縁は基板１ａ
の周縁から０．３ｍｍ程度離間するように形成されてい
る。

【００１２】本実施例における積層体１は、長さ寸法が
３０ｍｍ程度、幅寸法が７ｍｍ程度及び厚さ寸法が１．
５ｍｍ程度の直方体形状をなすものであり、共振周波数
が１２０ｋＨｚ程度のものである。この積層体１は、上
記のように内部電極層２が形成された基板１ａを、図１
に示すように内部電極層２の突状部２ａ、２ｂが一層お
きに同一方向を向くように重ね、この状態で加圧した後
にこれを焼成し複数の基板１ａを一体化することにより
得られる。従って、内部電極層２は、各層の突状部２
ａ、２ｂという僅かな部分のみが積層体１の側面に露出
されることとなる。

【００１３】そして、上記露出された内部電極層２の突
出部２ａ、２ｂを一括して覆うように積層体１の両側面
の各々に縦方向に幅細状の外部電極層３ａ、３ｂが形成
される。３ａは、積層体１の一方端面から１０ｍｍ程度
（全長の約１／３）の部分にあり、圧電トランスの固有
共振周波数下における振動による変位量が少ない部分に
位置する。３ｂは、積層体１の一方端面から７．５ｍｍ
程度（全長約１／４）の部分にあり、圧電トランスの固
有共振周波数下における振動による変化量がほぼ０の部
分に位置し、端子電極層８ｂを兼ねる。

【００１４】さらに、端面電極層４は、（図示はしない
が）積層体１下面にてその長手方向に沿って、圧電トラ
ンスの振動の素子変位量がほぼ０の部分（他方端面から
７．５ｍｍ程度の部分）まで延出されている。前記積層
体１の一側面の縦方向に形成された外部電極層３ａは、
該積層体１の一側面に形成された端子電極８ａにヒュー
ズ部９を介して電気的に接続されている。端子電極８ａ
は、従来のスクリーン印刷・焼成方法により圧電トラン
スの固有共振周波数下における振動による変化量がほぼ
０となる、積層体１の一方端面から７．５mm（全長の約
１／４）の部分に形成されている。ヒューズ部９はＰ
ｂ、Ｓｎ／Ｐｂｋ合金等の低融点金属やＮｉ／Ｃｒのよ
うな高抵抗金属からなるもの、あるいは非常に細い金属
線をスクリーン印刷又は電気トーチ等の方法により融着
して接合形成され得る。

【００１５】そして、この場合のヒューズ部９は、積層
体１の側面に設けられることにより積層体１の表面を有
効的に利用できる。また、ヒューズ部９を圧電トランス
自身の振動による変化量がほぼ０になる積層体１の表面
の個所の近傍に設けるときは、ヒューズ部９の特に安定
した装着が可能となる。ここで「近傍」とは圧電トラン
スの振動による変化量がほぼ０になる位置付近であっ
て、ヒューズ部が圧電トランスの振動による断線、剥が
れなどの原因でヒューズ本来の機能を失う個所をいう。
図４は圧電トランスの実装状態を示す説明図である。一
般に圧電トランスは、実装基板６の配線パターン（図示
せず）上に実装する際に、自身の振動が妨げられること
の無いように、振動の変位量が０に近い部分と押圧接触
するように、且つ、実装基板６の表面に直接接触しない
ように、板状の銅等の金属からなる取付金具７を介在さ
せて取り付けられる。

【００１６】本実施例のものでは、図４に示すように、
振動の変位量が０に近い部分（積層体１の左右２つあ
る）に、前記端子電極層８ａ、８ｂ及び端面電極層４の
延出部分が位置するので、この取付金具７が、前記端子
電極８ａ、８ｂと接触する部分並びに、図示しない前記
端面電極層４の延出部分と接触する部分の３箇所におい
て、実装基板６の配線パターンとを直接電気的に接続さ
せる構造となっている。

【００１７】尚、上記取付金具７は、板ばねの弾性作用
により積層体１の側面を押圧するようにして保持してい
る。図５（ａ）および図５（ｂ）は本発明に係る他の実
施例を示す圧電トランスの斜視図である。実装基板６と
の接続用の端子電極８ａが積層体１の−側面における圧
電トランスの振動の変化量がほぼ０になる個所に設けら
れ、外部電極層３ａとヒューズ部９を介して電気的に接
続されているが、該外部電極層３ａは図５（ａ）では積
層体１の−側面の端部近くに、また図５（ｂ）では他の
側面に形成されている。即ち、外部電極層３ａは積層体
１の側面における任意の位置に設けることができる。

【００１８】この場合においてもヒューズ素子を実装基
板上に外付部品として取り付けること等に比べれば、煩
雑な製造工程を省略して実装密度を向上させることがで
きることは明らかである。本実施例の圧電トランスで
は、内部電極層２が基板１の周縁から０．３ｍｍ程度離
間するように形成されているが、これに限定されるもの
でなく、この離間寸法は、スクリーン印刷の精度等を考
えると約０．３ｍｍ以上とするのが好ましく、基板への
電圧の印加面積を大きくすることを考えるとできるだけ
小さくするのが好ましい。

【００１９】さらに、本実施例の圧電トランスでは、積
層体１の上面及び下面に内部電極層２が形成されている
が、これに限定されるものでなく、積層体１の上面及び
下面に内部電極層２を形成しない構造のものでも良く、
このような構造のものにおいては、積層体１の外表面に
外部電極層３ａおよび端子電極８ａ、８ｂ以外に導電層
が存在しないので、水分等の付着による電気的ショート
の発生等の不良が低減されることになる。

【００２０】また、本実施例では、基板の材料としてＰ
ＺＴを用いているが、これに限定されるものでなく、Ｐ
ｂＺｎ０₃、ＰｂＴｉ０₃またはＰｂ（Ｍｎ_1/3Ｓｂ_2/3）
０3等の圧電効果を生じ得る材料を用いることも可能で
ある。さらに、本実施例では、内部電極層の材料として
銀パラジウムを用いているが、これに限定されるもので
なく、Ｐｄ、Ｐｔ、ＣｕまたはＮｉ等の金属を用いるこ
とが可能である。

【００２１】尚、本発明における平面視略矩形状の基板
とは、内部電極層が形成される表面の形状がほぼ長方形
状のものであり、例えば角部がＣ面取りやＲ形状となっ
たものや、周縁部に切欠きが入ったもの等を含むことは
言うまでもない。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば、次のような効果を奏する。 （１）本発明に係る圧電トランスを用いることにより実
装基板上にヒューズを外付した場合のスペースを省略で
き、実装密度を著しく向上させることができる。 （２）交流電圧印加時における機械的振動に対して安定
し、断線や剥がれの生じない信頼性の高いヒューズ付き
の圧電トランスを用いることにより圧電トランスの組み
込まれた回路や他の電子部品の短落、過電流による焼損
事故を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例に係る圧電トランスを示す
斜視図である。

【図２】 本発明の実施例に係る圧電トランスを示す
分解図である。

【図３】 圧電トランスの振動の変位量をグラフ化し
た図である。

【図４】 本発明の実施例に係る圧電トランスを実装
基板に実装した際の実装構造を説明する説明図である。

【図５】 本発明の他の実施例に係る圧電トランスを
示す斜視図である。

【図６】 従来の圧電トランスを示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 積層体 ２ 内部電極層 ３ａ、３ｂ 外部電極層 ４ 端面電極層 ６ 実装基板 ７ 取付金具 ８ａ、８ｂ 端子電極層 ９ ヒューズ部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平面視略矩形状の基板が複数枚積層され
   た積層体と、各基板間にて前記積層体の長手方向に沿っ
   て一方側の端部から略中央部に向かって形成された内部
   電極層と、これら内部電極層のうちの一層おきと電気的
   に接続するように前記積層体の外周面に形成された外部
   電極層と、前記積層体の他方側の端面に形成された端面
   電極層とを備えた圧電トランスであって、 前記外部電極層と、前記積層体の側面に形成された端子
   電極との間にヒューズ部が設けられていることを特徴と
   する圧電トランス。
2. 【請求項２】 前記ヒューズ部が圧電トランスの機械的
   振動による変位量がほぼ０になる個所の近傍に設けられ
   ていることを特徴とする請求項１に記載の圧電トラン
   ス。