JPH08125246A - 圧電トランスの実装方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ローゼン型圧電トランスの電極と外部回路の
間の接続を容易にする。 【構成】 ローゼン型圧電トランス素子の出力端面電極
の近傍に導電体を設置し、この導電体と出力電極の間を
導電接着剤で接続固定し、かつ素子を支持する支持治具
と入力電極に電力を供給する端子は素子表面に、相対的
に移動可能な状態で接触している。

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４にローゼン型の単層の素
子の構成例を示す。素子１の左半分では両面に入力電極
３、４が形成されて面に垂直に分極され、素子１の右側
端面には出力電極２が形成され入力電極３、４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４に示した単層ローゼン型素子には、リー
ド線１７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の場合、リード線に外
部から力が加わったときに半田付けした部分の周辺で銀
電極がはがれやすい。また出力側のリード線は素子の振
動を阻害しないよう細い導線とする必要があり、しかも
出力電極部分は振動の腹に相当し最も振幅の大きい部分
であるため、リード線が断線し易い。また細いリード線
の半田付けの工程自体が人手を要するものであり、製品
のコストアップの要因となる。このように、圧電トラン
スを回路基板上に実装するため電極にリード線を半田付
けすることは、様々な障害が生じる原因となっており、
より簡単で信頼性の高い実装方法が求められていた。本
発明は、上記の事を鑑みて、簡便でかつ信頼性の高いロ
ーゼン型圧電トランスの実装方法を提供する事を目的と
する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、単層型または
積層型のローゼン型圧電トランス素子の出力側端面電極
が、該端面電極と接触するかまたはその近傍に設置され
た導電体と導電性接着剤によって電気的に接続され、ま
た前記ローゼン型圧電トランス素子の入力電極には、該
入力電極と外部回路とを電気的に接続する機能を有する
端子が、前記ローゼン型圧電トランス素子を支持すると
ともに該入力電極表面に、相対的に移動可能な状態で接
触していることを特徴とする圧電トランスの実装方法で
ある。

【０００５】

【作用】先に述べたように、ローゼン型の圧電トランス
の振動の節を固定しても素子の振動には影響を与えな
い。半波長振動モード以外のモードでは入力電極内部に
振動の節が存在するので、この節を固定する部材に導電
性の材質を用いることによってリード線を省略すること
ができる。半波長モードの場合には入力電極の端、入力
部と出力部の境界に振動の節があり、ここを導電性の部
材で固定することにより、同様にリード線を省略するこ
とができる。一方、ローゼン型圧電トランスの出力電極
は素子の端面に位置し、常に振動の腹となる。このため
リード線を用いる方法に代えて、基板上に何らかの手段
で固定された導電性の部材を出力電極に接触させて電気
的接続をとるという方法は、素子の力学的振動を妨げる
という結果を招き、応用上望ましいことではない。しか
し、出力電極以外の素子の固定位置について詳細に検討
した結果、発明者は以上の考察を踏まえ、以下に述べる
ところの、出力電極のリード線を省略したローゼン型圧
電トランスの実装方法を発明した。以下、この方法につ
いて説明する。

【０００６】本発明の内容は、出力側端面電極の近傍
に、外部回路に接続されている導電体を接近または接触
させておき、この板と電極の間を導電接着剤で固定する
ことにより、出力電極と外部回路を電気的に接続すると
いうものである。ここで、圧電トランス素子を支持する
支持治具、または外部回路より入力電極に電力を供給す
るための端子が素子の表面に接着等の手段によって固定
されることは、素子の振動を阻害し、出力電力と効率を
阻害する原因となる。例えば、従来のローゼン型圧電ト
ランスの場合、振動の節を固定することが常識となって
いる。しかし、振動の腹である出力端電極と振動の節と
の間の距離は、素子の振動に伴い伸び縮みする。従っ
て、素子を腹と節の二点で固定することは、ただ素子の
振動を妨害するのみであり、何等有益な結果をもたらさ
ない。この理由から、本発明においては素子の固定点は
出力電極のみとし、素子は支持治具や端子の間を摺動し
ながら自由に振動できる実装構造とした。その一例を一
波長振動モードの単層のローゼン型圧電トランス素子に
ついて図１に示した。入力部の節を支持する支持治具、
図中では基板７に固定されるところの突起８と抑え板９
は、金属製で導電性である。出力部の支持治具、図中で
の突起１０と抑え板１１は回路に接続されないのであれ
ば導電性であっても差し支えないが、動作時には高電位
になるので安全性の点から樹脂等の絶縁物であることが
望ましい。ここで、出力電極の近傍に設置する導電体６
が薄い金属板等の質量の小さい物体である場合には、圧
電トランス素子１の振動によりこの金属板も共振し、う
なりを生じ効率、出力ともに低下することがある。本発
明の場合、この導電体６には厚い銅板のような比較的質
量の大きいものを選択したほうがよい。以上、単層型の
ローゼン型圧電トランスについて述べたが、積層型のロ
ーゼン型圧電トランスについても上に述べたことと同様
な手法によって、出力電極からのリード線を省略するこ
とができる。

【０００７】本発明においては、ローゼン型圧電トラン
スの出力端面電極と外部回路の間の電気的接続を、従来
のリード線を半田付けする方法に代わって、導電性接着
剤を使用するというより簡便な方法によって実現してい
る。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて述べ
る。

【０００９】実施例１ 図１は本発明に係る一実施例の正面図である。この実施
例は、単層一波長振動モードのローゼン型圧電トランス
１の端面の出力電極２に、その近傍にある導電体６と導
電性接着剤５により接着されている。この導電体６は基
板７に固定されている。また、このローゼン型圧電トラ
ンス１の入力電極３、４は、導電性の突起８と導電性の
抑え板９とにより挟まれている。この入力電極４と突起
８、及び入力電極３と抑え板９とは、接触しているのみ
で、接着されていない。また、出力側でもこのローゼン
型圧電トランス１は、絶縁性の突起１０と抑え板１１と
により挟持されている。この突起１０及び抑え板１１も
ローゼン型圧電トランス１と接着されていない。表１
に、図１に示した単層一波長振動モードのローゼン型圧
電トランスの実装方法において、導電接着剤５の種類の
変更、入力電極面内の節の固定の有無によって、出力と
電力変換効率がどのように変化するかを示した。入力電
極節部の固定は、入力電極面に接している端子８、９と
電極面３、４の間を導電接着剤で接着することにより行
った。出力側の支持治具１０、１１と素子１の間は接着
されていない。測定回路は図３に示す他励発振回路であ
り、周波数１４０ｋＨｚ付近で周波数を変化させ、出力
最大となるときの出力と効率を求めた。ここで、導電性
接着剤のウレタン系と表示したものは、ウレタン系接着
剤に銀粒子を混練したもので、柔軟でゴム状であり、そ
の鉛筆硬度は５Ｂである。一方、導電性接着剤のエポキ
シ系と表示したものは、エポキシ系接着剤に銀粒子を混
練したもので、比較的硬く強度があり、その鉛筆硬度は
４Ｈである。この圧電トランス素子１の大きさは２４×
５×０．７ｔ（ｍｍ）であり、導電性接着剤は出力電極
上の２×０．７ｍｍの領域に塗布され、その厚み（電極
と銅板の間の距離）は０．５ｍｍであった。

【００１０】

【表１】

【００１１】表１に示すように、本発明の実施例は、比
較例に比べ高出力及び高効率を得ることが出来ているこ
とがわかる。また、導電性接着剤として、エポキシ系の
ものを使用した場合には、従来のリード線を半田付けし
た実装方法とほとんど同等の値を得ている。

【００１２】実施例２ 図２（ａ）に本発明に係る他の実施例の分解斜視図を示
した。単層半波長モードのローゼン型圧電トランス素子
１を、外部回路へ接続するための外部端子の付属すると
ころの保護ケース１６中に組み込んで、素子の破損を防
止し信頼性を高めている。組立方法を以下に述べる。ま
ず保護ケース１６に外部端子Ａ１３および外部端子Ｂ１
４を差し込んで固定する。次に、素子の位置決めのため
のスポンジ１２と圧電トランス素子１を正面から保護ケ
ース中に差し込み、続いて外部端子Ｃ１５を保護ケース
に固定し、出力電極２と外部端子Ｃ１５の間に、保護ケ
ースと外部端子Ｃに開けた穴を通じて導電接着剤５を注
入し、これを硬化させて組立は完了する。組立後の外観
斜視図を図２（ｂ）に示した。図２（ｂ）中のＡ―Ａ断
面図を図２（ｃ）に、Ｂ―Ｂ断面図を図２（ｄ）に示し
た。

【００１３】実施例３ さらに本発明の実装方法を積層型一波長振動モードのロ
ーゼン型圧電トランスに適用した実施例の斜視図をを図
３に示した。入力電極各層間の連結電極２０を素子の側
面に設けている。

【００１４】

【発明の効果】本発明によって、リード線を省略して導
電性接着剤を用いて出力電極から直接外部回路へ出力を
取り出すことを可能とし、あるいは入出力電極を外部回
路に電気的に接続するための端子への固定を容易とし、
あわせて圧電トランスの実装工程を簡素化しかつ製品の
信頼性を高めており、その産業上の効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例の正面図である。

【図２】本発明に係る別の実施例の分解斜視部（ａ）、
組立後の斜視図（ｂ）、斜視図（ｂ）のＡ―Ａ断面図
（ｃ）、斜視図（ｂ）のＢ―Ｂ断面図である。

【図３】本発明に係る更に別の実施例の斜視図である。

【図４】本発明の実施例を評価するための発振回路の構
成図である。

【図５】従来例の外観斜視図である。

【符号の説明】

１ ローゼン型圧電トランス素子 ２ 出力電極 ３、４ 入力電極 ５ 導電接着剤 ６ 導電体 ７ 基板 ８、１０ 指示治具（突起） ９、１１ 指示治具（抑え板） １２ スポンジ １３ 外部端子Ａ １４ 外部端子Ｂ １５ 外部端子Ｃ １６ 保護ケース １７ リード線 ２０ 入力電極層の連結電極

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【手続補正書】

【提出日】平成７年２月２７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】 （ａ）は本発明に係る別の実施例の分解斜視
図であり、（ｂ）は組立後の斜視図であり、（ｃ）は斜
視図（ｂ）のＡ―Ａ断面図であり、（ｄ）は斜視図
（ｂ）のＢ―Ｂ断面図である。

Claims (1)

【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
   ランス素子の出力側端面電極が、該端面電極と接触する
   かまたはその近傍に設置された導電体と導電性接着剤に
   よって電気的に接続され、また前記ローゼン型圧電トラ
   ンス素子の入力電極には、該入力電極と外部回路とを電
   気的に接続する機能を有する端子が、前記ローゼン型圧
   電トランス素子を支持するとともに該入力電極表面に、
   相対的に移動可能な状態で接触していることを特徴とす
   る圧電トランスの実装方法。