JPH1074991A - 圧電セラミックトランス及びその支持方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、より薄型化を図ることができ、か
つ圧電セラミック素子の固定の信頼性を高めることがで
きる圧電セラミックトランス及びその支持方法を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】 本発明は、横効果圧電セラミック素子部
と縦効果圧電セラミック素子部とからなる圧電セラミッ
ク素子２を有する圧電セラミックトランスに関するもの
である。ここで、弾力性を有する材料からなる支持体
７，８の孔部に圧電セラミック素子２を挿入する。ま
た、支持体７，８の位置を圧電セラミック素子２の振動
の節部に一致させる。また、支持体７，８の下について
いる突起部７ｂ，８ｂを基板の固定用孔に挿入すること
により、支持体７，８を介して圧電セラミック素子２を
基板に固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はジルコン酸チタン酸
鉛等の圧電セラミック素子を用いた圧電セラミックトラ
ンス及びその支持方法に関し、特に圧電セラミック素子
の振動の節部を弾力性を有する材料からなる支持体によ
り基板上に固定する圧電セラミックトランス及びその支
持方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から圧電セラミックトランスは高圧
電源を得る方法として広く利用されている。圧電セラミ
ックトランスは非巻線型の変圧器であり、高電圧発生用
に適している。

【０００３】従来のローゼン型の圧電セラミックトラン
スの構造は図４に示すとおりである。ここで、図４を参
照してローゼン型の圧電セラミックトランスとその特性
について説明する。

【０００４】圧電セラミックトランスの全体を１で示
し、圧電セラミック素子を２で示す。この圧電セラミッ
ク素子２の一方側の上下面にはＡｇ等の焼き付けからな
る入力側電極（図では一方のみを示してある）３が形成
され、両入力側電極３に端子リード４が接続されてい
る。一方、圧電セラミック素子２の他方側の端面にはＡ
ｇ等の焼き付けからなる出力側電極５が形成され、この
出力側電極５に端子リード６が接続されている。

【０００５】このように構成した圧電セラミックトラン
ス１は、端子リード４から交流電圧を印加することで、
圧電セラミック素子２自体がその長さ方向へ伸縮による
振動が発生し、振動は出力側電極５の部分で最大とな
り、この振動を電気信号として端子リード６から出力す
ることができる特性を有する。

【０００６】ところで、圧電セラミックトランス１は圧
電セラミック素子２の寸法で決まる共振周波数近傍で動
作する。ここで、駆動周波数ｆは次式で決定される。

【０００７】ｆ＝Ｃ／２Ｌ ただし、Ｃはセラミックの音速 Ｌは圧電セラミック素子の長さ方向の寸法

【０００８】上述した圧電セラミック素子２は、１／２
λ（λは波長）の整数倍の周波数で共振するが、通常良
好な特性の得られるλ共振を利用している。このλ共振
モードで使用した場合、圧電セラミック素子の振動は図
４Ｂに示すようなサインカーブの長さ方向の変位特性と
なる。つまり、圧電セラミック素子２には２つの変位零
の部分、すなわち入力側振動節部２ａおよび出力側振動
節部２ｂが両端からほぼ１／４の部分に生じる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来、圧電
セラミックトランスを基板等に実装する場合、保持用の
ケ−スが必要となり、薄型化等の効果が損なわれてい
た。

【００１０】圧電トランスの保持は、振動節部２カ所を
接着剤でケ−スに貼り付けて固定されており、圧電トラ
ンス保持用のケ−スが必要となり、圧電トランスの利点
である薄型化の効果が損なわれるという問題があった。

【００１１】すなわち、圧電トランスを図５に示すよう
に、箱状のケース１１に入れ、入力側振動節部２ａおよ
び出力側振動節部２ｂを接着剤（シリコン系の弾力性の
あるもの）１４で固定していたため以下のような問題点
を有していた。

【００１２】すなわち、箱状のケースが高価であるこ
と、ケースに入れた状態での厚さが厚くなり圧電セラミ
ックトランスのメリットが生かせない（圧電セラミック
トランスの厚さは、同電力の電磁トランスの厚さの１／
１０〜１／５である）こと、接着に数時間要するため加
工コストが高価であること、接着部分の目視検査ができ
ないため信頼性に欠けること、といった問題があった。

【００１３】本発明はこのような課題に鑑みてなされた
ものであり、より薄型化を図ることができ、かつ圧電セ
ラミック素子の固定の信頼性を高めることができる圧電
セラミックトランス及びその支持方法を提供することを
目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の圧電セラミック
トランスは、横効果圧電セラミック素子部と縦効果圧電
セラミック素子部とからなる圧電セラミック素子を有す
る圧電セラミックトランスにおいて、弾力性を有する材
料からなる支持体の孔部に圧電セラミック素子を挿入す
るとともに、支持体の位置を圧電セラミック素子の振動
の節部に一致させて圧電セラミック素子を固定したもの
である。

【００１５】また、本発明の圧電セラミックトランス
は、凸状の突起部またはその先端に引っかかり部がある
突起部がある支持体を有する上述構成の圧電セラミック
トランスである。

【００１６】また、本発明の圧電セラミックトランスの
支持方法は、横効果圧電セラミック素子部と縦効果圧電
セラミック素子部とからなる圧電セラミック素子を有す
る圧電セラミックトランスの支持方法において、弾力性
を有する材料からなる支持体の孔部に圧電セラミック素
子を挿入するとともに、支持体の位置を圧電セラミック
素子の振動の節部に一致させて、圧電セラミック素子を
支持体に固定する方法である。

【００１７】また、本発明の圧電セラミックトランスの
支持方法は、凸状の突起部またはその先端に引っかかり
部がある突起部を有する支持体を用いて圧電セラミック
素子を基板に固定する上述構成の方法である。

【００１８】本発明の圧電セラミックトランスによれ
ば、弾力性を有する材料からなる支持体の孔部に圧電セ
ラミック素子を挿入させ、支持体の位置を圧電セラミッ
ク素子の振動の節部に一致させ、さらに支持体の突起部
を基板の固定用孔に挿入するので、支持体を介して圧電
セラミック素子を基板に固定できる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明圧電セラミックトラ
ンス及びその支持方法の実施例について図１〜図３を参
照しながら説明する。

【００２０】図１は、本発明の圧電セラミックトランス
を示した斜視図である。図１において、２は圧電セラミ
ック素子を示している。圧電セラミック素子２の表面に
はその面積の半分に当たるところに入力側電極３が設け
られている。また、圧電セラミック素子２の長手方向の
一方の端面には出力側電極５が設けられている。また、
圧電セラミック素子２の長手方向の端面からそれぞれ１
／４の長さに相当するところに支持体７，８が設置して
ある。なお、この図１においては、入力側電極３に接続
する端子リード、および出力側電極５に接続する端子リ
ードはそれぞれ省略している。

【００２１】図１において、７及び８は、圧電セラミッ
ク素子２を固定する支持体を示すものである。図２から
もわかるように、支持体７は出力側振動節部２ｂの位置
に設置され、また、支持体８は入力側振動節部２ａに配
置されている。この結果、圧電セラミック素子２は、圧
電セラミック素子２の振動に影響されることなく支持体
７，８によりしっかりと支持され基板９に固定されてい
る。このように、振動の節部２ａ，２ｂにこの支持体を
配することによって、圧電トランスの電気的特性を何ら
劣化させることなく固定することが可能となる。

【００２２】支持体７，８は、たとえばシリコンゴムな
どの弾力性のある材料からなっている。しかし、支持体
７，８は、シリコンゴムに限らず、他の合成ゴム、天然
ゴムなど弾力性を有する材料を用いることができる。

【００２３】支持体の形状は、図３に示すようにほぼ長
方形状の平板である。この支持体１０はその下方には突
起部１０ｂを有し、また支持体の中央には圧電セラミッ
ク素子２の断面寸法よりも少し小さめの長方形状の孔部
１０ｃを設けてある。

【００２４】支持体１０の本体部１０ａは、その厚さ
（圧電セラミック素子２の長手方向の厚さ）は０．５〜
２ｍｍの範囲である。厚さが０．５ｍｍより薄くなると
圧電セラミック素子２を支持するのに機械的強度が不足
する。また、厚さが２ｍｍより厚くなると、圧電セラミ
ック素子２に支持体１０を装着するときにその操作が困
難になるなどの不都合が生じる。

【００２５】支持体１０の厚さ（圧電セラミック素子の
長手方向に対して直角の方向の厚さ）は、０．２〜２ｍ
ｍの範囲にある。ただし、突起部１０ｂのある部分は除
く。厚さが０．２ｍｍより薄くなると、支持体１０が圧
電セラミック素子２を支持するのにその機械的強度が不
足する。また、厚さが２ｍｍより厚くなると圧電セラミ
ックトランスの薄型化を図るという目的に沿わなくなる
などの不都合が生じる。

【００２６】支持部１０の孔部１０ｃは、圧電セラミッ
ク素子２の断面寸法よりも多少小さくする。このように
孔部１０ｃの寸法を圧電セラミック素子２の断面よりも
小さくすることにより、支持体材料の弾性力を利用して
圧電セラミック素子２を孔部１０ｃの中に摩擦力により
はずれないように固定することができる。また、孔部１
０ｃの内側に接着剤を塗布することにより、圧電セラミ
ック素子２を支持体１０により確実に固着させることが
できることはもちろんである。

【００２７】図３Ａの例に示すように、支持体１０の突
起部１０ｂは、基板９の固定用孔９ａに挿入され固定さ
れている。この突起部１０ｂの断面寸法（基板９の平面
方向の断面寸法）は、基板９の固定用孔９ａの寸法より
多少大きめとする。この結果、突起部１０ｂを固定用孔
９ａに挿入したときに、突起部１０ｂの外側表面と固定
用孔９ａの内側表面との間に摩擦力を生じ、突起部１０
ｂが固定用孔９ａからはずれにくくなる。従って、突起
部１０ｂの外側表面と、固定用孔９ａの内側表面との間
には接着剤を用いる必要がなくなる。ただし、接着剤を
用いて、この固定をより確実にすることはもちろんでき
る。

【００２８】図３Ａの例における、突起部１０ｂの高さ
（基板の平面方向に対して直角の方向）は、０．２〜１
ｍｍの範囲にある。この高さが０．２ｍｍより低いと突
起部１０ｂの外側表面と固定用孔９ｂの内側表面との接
触面積が減少するので発生する摩擦力が小さくなり、圧
電セラミック素子２を固定する力が不足する。また、高
さが１ｍｍを越えると突起部１０ｂが基板９の厚さより
も厚くなるなどの不都合が生じる。

【００２９】図３Ｂの例に示すように、支持体１０の突
起部１０ｂは、その先端に引っかかり部を設けてある。
この引っかかり部の寸法（基板の平面方向で、基板に接
する部分の寸法）は、基板の固定用孔９ａよりも大きく
してあり、突起部１０ｂが基板９の固定用孔９ａからは
ずれにくいようにしてある。このことにより、支持体１
０の基板９の固定用孔９ａに対する固定力より増大す
る。この結果、接着剤を使用しなくても固定力は十分で
ある。なお、この場合においても、接着剤を使用するこ
とはもちろんできる。

【００３０】支持体１０の製造は、０．５〜２ｍｍの厚
さのシート材から打ち抜く方法を採用することができ
る。しかし、この方法に限るわけではなく、金型による
成形その他の通常用いる方法を採用することができる。

【００３１】また、圧電セラミック素子に設置する支持
体の個数は、上述実施例のように２カ所とは限らず、圧
電セラミック素子の振動の節部の個数に合わせ、１カ
所、または３カ所以上の複数とすることもできる。

【００３２】以上のことから、本例によれば、従来のよ
うに、ケースの中に圧電セラミック素子を納め、さらに
このケースを基板に固定するといった手間が不要にな
る。すなわち、支持体に圧電セラミック素子を固定し、
この支持体を直接基板に固定できるので、支持用部品の
コストを低減させることができる。

【００３３】また、従来のようにケースの中に圧電セラ
ミック素子を納める必要がないので、圧電セラミック素
子の厚さに、ケースおよび接着剤の厚さ分が加わり、全
体の厚さが非常に厚くなるといった欠点がなくなる。す
なわち、支持体の厚さ分のみが加わるだけであるので、
圧電セラミックトランスのメリットである薄型さを生か
すことができる。

【００３４】さらに、従来ではケースの底に圧電セラミ
ック素子を接着剤で固定していたため、接着の良否を直
接目視検査することができなかったが、本例では、支持
体の突起部と基板の固定用孔の摩擦力を利用して固定が
できるので、接着剤に依存する必要がなく、圧電セラミ
ック素子の固定の信頼性を高めることができる。

【００３５】なお、本発明は上述実施例に限らず本発明
の要旨を逸脱することなくその他種々の構成をとり得る
ことはもちろんである。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
支持体に圧電セラミック素子を固定し、この支持体を直
接基板に固定できるので、支持用部品のコストを低減さ
せることができる。

【００３７】また、圧電セラミック素子の厚さに、支持
体の厚さ分のみが加わるだけであるので、全体の厚さが
厚くなるといった欠点がなくなり、圧電セラミックトラ
ンスのメリットである薄型さを生かすことができる。

【００３８】さらに、支持体の突起部と基板の固定用孔
の摩擦力を利用して固定ができるので、接着剤に依存す
る必要がなく、圧電セラミック素子の固定の信頼性を高
めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧電セラミックトランスの一実施例を
示す斜視図である。

【図２】圧電セラミック素子の長さ方向の変位特性と支
持体の位置との関係を示す断面図である。

【図３】本発明の圧電セラミックトランスに用いる支持
体の例を示す側面図である。

【図４】圧電セラミック素子とその長さ方向の変位特性
を示す斜視図である。

【図５】従来の圧電セラミックトランスの固定方法の例
を示す斜視図と断面図である。

【符号の説明】

１ 圧電セラミックトランス、２ 圧電セラミック素
子、２ａ 入力側振動節部、２ｂ 出力側振動節部、３
入力側電極、４ 端子リード、５ 出力側電極、６
端子リード、７，８ 支持体、７ａ，８ａ 本体、７
ｂ，８ｂ 突起部、９ 基板、９ａ 固定用孔、１０
支持体、１０ａ 本体、１０ｂ 突起部、１０ｃ 孔
部、１１ ケース、１２ ツメ、１４ 接着剤

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 横効果圧電セラミック素子部と縦効果圧
   電セラミック素子部とからなる圧電セラミック素子を有
   する圧電セラミックトランスにおいて、 上記圧電セラミック素子を支持体により固定したことを
   特徴とする圧電セラミックトランス。
2. 【請求項２】 支持体を、圧電セラミック素子の振動の
   節部に設置したことを特徴とする請求項１記載の圧電セ
   ラミックトランス。
3. 【請求項３】 弾力性を有する材料からなる支持体を、
   圧電セラミック素子の振動の節部に設置したことを特徴
   とする請求項１記載の圧電セラミックトランス。
4. 【請求項４】 弾力性を有する材料からなる支持体を、
   圧電セラミック素子が有する１個または複数個の振動の
   節部に、設置したことを特徴とする請求項１記載の圧電
   セラミックトランス。
5. 【請求項５】 弾力性を有する材料からなる支持体の孔
   部に圧電セラミック素子を挿入するとともに、支持体の
   位置を圧電セラミック素子の振動の節部に一致させたこ
   とを特徴とする請求項１記載の圧電セラミックトラン
   ス。
6. 【請求項６】 圧電セラミック素子の長手方向の、支持
   体の厚さは０．５〜２ｍｍの範囲であることを特徴とす
   る請求項１、２、３、４、または５記載の圧電セラミッ
   クトランス。
7. 【請求項７】 圧電セラミック素子の長手方向に対して
   直角の方向の、支持体の厚さは、０．２〜２ｍｍの範囲
   にあることを特徴とする請求項１、２、３、４、または
   ５記載の圧電セラミックトランス。
8. 【請求項８】 支持体は、突起部を有することを特徴と
   する請求項１、２、３、４、または５記載の圧電セラミ
   ックトランス。
9. 【請求項９】 突起部の高さは、０．２〜１ｍｍの範囲
   にあることを特徴とする請求項８記載の圧電セラミック
   トランス。
10. 【請求項１０】 支持体は、その先端に引っかかり部が
    ある突起部を有することを特徴とする請求項８記載の圧
    電セラミックトランス。
11. 【請求項１１】 横効果圧電セラミック素子部と縦効果
    圧電セラミック素子部とからなる圧電セラミック素子を
    有する圧電セラミックトランスの支持方法において、 上記圧電セラミック素子を支持体により固定したことを
    特徴とする圧電セラミックトランスの支持方法。
12. 【請求項１２】 支持体を、圧電セラミック素子の振動
    の節部に設置したことを特徴とする請求項１１記載の圧
    電セラミックトランスの支持方法。
13. 【請求項１３】 弾力性を有する材料からなる支持体
    を、圧電セラミック素子の振動の節部に設置したことを
    特徴とする請求項１１記載の圧電セラミックトランスの
    支持方法。
14. 【請求項１４】 弾力性を有する材料からなる支持体
    を、圧電セラミック素子が有する１個または複数個の振
    動の節部に、設置したことを特徴とする請求項１１記載
    の圧電セラミックトランスの支持方法。
15. 【請求項１５】 弾力性を有する材料からなる支持体の
    孔部に圧電セラミック素子を挿入するとともに、支持体
    の位置を圧電セラミック素子の振動の節部に一致させた
    ことを特徴とする請求項１１記載の圧電セラミックトラ
    ンスの支持方法。
16. 【請求項１６】 圧電セラミック素子の長手方向の、支
    持体の厚さは０．５〜２ｍｍの範囲であることを特徴と
    する請求項１１、１２、１３、１４、または１５記載の
    圧電セラミックトランスの支持方法。
17. 【請求項１７】 圧電セラミック素子の長手方向に対し
    て直角の方向の、支持体の厚さは、０．２〜２ｍｍの範
    囲にあることを特徴とする請求項１１、１２、１３、１
    ４、または１５記載の圧電セラミックトランスの支持方
    法。
18. 【請求項１８】 支持体は突起部を有し、この突起部を
    基板の固定用孔に挿入することを特徴とする請求項１
    １、１２、１３、１４、または１５記載の圧電セラミッ
    クトランスの支持方法。
19. 【請求項１９】 突起部の高さは、０．２〜１ｍｍの範
    囲にあることを特徴とする請求項１８記載の圧電セラミ
    ックトランスの支持方法。
20. 【請求項２０】 支持体は、その先端に引っかかり部が
    ある突起部を有することを特徴とする請求項１８記載の
    圧電セラミックトランスの支持方法。