JP5352471B2 - 圧電トランス - Google Patents

Description

本発明は、例えば電子機器類の電源回路に用いられる圧電トランスに関するものである。

例えば従来、圧電トランスに用いられる圧電セラミックス等の周囲の温度が変化すると、いわゆる焦電効果が働いて一次側電極間に分極方向とは逆方向への電荷が発生したり、放電が起こりやすくなったりするという問題が知られている。この問題を解決するための焦電対策の１つとして、圧電トランスの一次側端子間に、駆動部電極間インピーダンス値以上の大きさのインピーダンスを有した要素を並列に接続するという先行技術が知られている（例えば、日本国特開２０００−３０７１６６号公報：特許文献１参照。）。

また従来、薄板化した圧電素子の急激な温度変化に対する信頼性を向上することを目的とした別の先行技術も知られている。この先行技術は、圧電素子の入力側電極（一次側電極）間を導電性ペーストで短絡するというものである（例えば、日本国特開平１１−３３０５７８号公報：特許文献２参照。）。この先行技術の詳細な内容は、圧電素子の薄板化によってデバイス特性を向上しようとすると、それに伴って圧電素子の耐熱性（焦電耐久性）が低下するため、これを補う手段として一次側電極間を導電性ペーストで短絡するというものである。

最初に挙げた先行技術の手法は、圧電トランスの駆動時における周囲温度の変化に着目し、そのとき生じる焦電効果に対策を施したものである。すなわち、最初の先行技術において焦電対策用のインピーダンス（抵抗）は、圧電トランスとは別に基板上の回路内に組み込まれた状態で一次側電極間に接続されるものとなっている。

しかしながら、焦電効果は圧電トランスの駆動時のみに発生するものではない。すなわち、圧電トランスをリフローやフロー技術等によって回路基板に実装する際、半田付け時の熱で圧電体に焦電効果が発生する。この点、最初に挙げた先行技術の対策は、圧電トランスが既に回路基板に実装された後でなければ役に立たず、その半田付けの過程において何ら焦電対策となるものではない。

一方、後に挙げた先行技術の手法は、圧電素子そのものに対する概念的な焦電対策としては確かに意味があるものの、それでもやはり、圧電素子を実装部品の形態に応用する場合の具体的な観点には欠けている。すなわち、圧電トランスは通常、圧電体（圧電素子）に入力電圧を印加したときに生じる機械振動を利用して変圧を行うデバイスであるから、これを実用上の実装部品として構成するためには、圧電体の振動を何らかの手段によって吸収しなければならない。このため一般的には、圧電体を樹脂製のケース体に収容し、このケース体の内部で圧電体をゴム等の弾性部材で保持する構造が採用されている。この場合、後者の先行技術の手法では、先ず（１）圧電体そのものに導電性ペーストを付着させて焦電対策を施しておき、（２）さらに圧電体をケース体に収容して弾性部材で保持する、という２重の手間が必要となるから、それだけ生産効率が悪く、また部材の使用量も増加するという問題がある。

上記の背景から、圧電トランスを実装する過程において有効な焦電対策を施すとともに、実装部品としての構造を簡素化することが望まれている。
日本国特開２０００−３０７１６６号公報 日本国特開平１１−３３０５７８号公報

本発明の圧電トランスは、少なくとも２箇所に一次側電極が形成された圧電体と、この圧電体を収容するケース体と、ケース体に設けられて圧電体の一次側電極にそれぞれ接続される端子と、ケース体に収容された状態で圧電体を保持するとともに、圧電体の一次側電極同士を接続する導電性部材とを備えている。

圧電体をケース体に収容した圧電トランスとしての構造は、上記のように実装部品としての適性をカバーするものである。またケース体に設けられた端子は、回路基板等への実装時に配線パターン等との接続を担うものである。その上で本発明の圧電トランスは、ケース体に圧電体を保持するための部材（導電性部材）を実装時の焦電対策部材としても機能させている点に特徴を有するものである。これにより、例えば実装時の温度変化で圧電体に焦電効果が発生しても、導電性部材によって一次側電極同士が接続されているため、焦電効果による分極の劣化や、回路基板上で周辺に位置する他の要素への放電等を確実に防止することができる。

また、導電性部材はケース体に収容された状態で圧電体を保持する部材として機能するため、圧電トランスの組み立て時に別途、振動吸収用のゴム等の別部品を必要としない。したがって、圧電トランスの生産効率を向上し、部品点数を削減してコストダウンを図ることができる。

なお導電性部材は、圧電体をケース体に接着する導電性接着剤であってもよい。この場合、圧電体がケース体の内部で確実に接着により保持されるため、長期にわたり耐久性を保証することができる。

また本発明において、導電性部材は圧電体の入力インピーダンスよりも高いインピーダンス特性を有するものであればよい。これにより、圧電トランスの駆動時には導電性部材（導電性接着剤）によって大幅な分圧がされることがなく、圧電トランスとしての性能を十分に発揮することができる。

ここに開示した圧電トランスは、実装時の温度変化による圧電体の焦電現象を抑えることができる。したがって、実装時の焦電効果によって圧電トランスの特性を劣化させることがない。また、上記の圧電トランスは、圧電体の保持に導電性部材（導電性接着剤）を用いた簡素な構造であるため、製品としての生産性が高く、かつ部品点数の削減により製品としてのコストダウンに大きく寄与することができる。

図１は、一実施形態の圧電トランスを構成要素に分解して示した斜視図、 図２は、導電性接着剤を用いた圧電セラミックスの接着部分をより具体的に示す平面図、 図３は、導電性接着剤を用いた圧電セラミックスの接着部分をより具体的に示す側面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、一実施形態の圧電トランス１０を構成要素に分解して示した斜視図である。この圧電トランス１０は、例えば板状の圧電セラミックス１２を樹脂製のケース体１４に収容して組み立て、図１に示される向きと上下を逆さにした状態で、例えば図示しない回路基板に実装される。

圧電セラミックス１２の外面には、その２箇所に一次側電極１２ａが形成されている。図１にはそのうちの１箇所のみが示されているが、図示の外面と反対側の面にも一次側電極１２ａが形成されている。また圧電セラミックス１２には、その長手方向でみて一次側電極１２ａと反対側の端部に二次側電極１２ｂが形成されている。なお圧電セラミックス１２を長手方向でみて、一次側電極１２ａが形成されている部分は駆動部として機能する。また、一次側電極１２ａが形成されていない部分は発電部として機能する。

ケース体１４は、圧電セラミックス１２よりも大きな外形を有している。そしてケース体１４の内部には、凹形状の収容部１４ｂが形成されている。図１に示される状態（上下を逆さにした状態）では、ケース体１４は上側に位置する面が開口しており、この開口からケース体１４の内部に向けて収容部１４ｂが延びている。収容部１４ｂは圧電セラミックス１２よりも一回り大きい形状を有している。このため収容部１４ｂには、図示のように圧電セラミックス１２を小端立てにした姿勢で、これを開口から挿入するようにして収容することができる。

またケース体１４には、その両側面にそれぞれ突出部１４ａが一体に形成されている。これら突出部１４ａは、それぞれケース体１４の側面からある程度の厚みをもって側方へ突出している。各突出部１４ａには、それぞれ一次側端子１８が挿通されている。また各突出部１４ａには、一次側端子１８のための挿通穴（図示していない）が形成されている。この挿通穴は各突出部１４ａの内部を縦方向に貫通して延びている。これら２本の一次側端子１８は、図１に示される状態でケース体１４の上側の面から上方に向けて突出している。

またケース体１４には、長手方向でみて一次側端子１８と反対側の一端部に二次側端子２０が設けられている。この二次側端子２０もまた、図１に示される状態でケース体１４の上側の面から上方に向けて突出している。

圧電セラミックス１２の２箇所の一次側電極１２ａには、それぞれ略中心の位置に導電線１６（例えば、金糸線）の一端が半田付けされている。また二次側電極１２ｂにも導電線１６（同じく金糸線）の一端が半田付けされている。そして、圧電セラミックス１２がケース体１４に収容された状態で、各導電線１６の他端は一次側端子１８又は二次側端子２０にそれぞれ絡げ付けた状態で半田付けされるものとなっている。これにより、２箇所の一次側電極１２ａはそれぞれ一次側端子１８と接続された状態となり、また二次側電極１２ｂは二次側端子２０と接続された状態となる。

また圧電セラミックス１２は、ケース体１４（収容部１４ｂ内）に収容された状態で、例えば導電性接着剤（図１には示されていない）によって接着及び保持される。ケース体１４には、例えば両側一対の突出部１４ａに隣接した開口の縁に２箇所の凹部１４ｃが形成されている。ケース体１４には、これら凹部１４ｃの位置で導電性接着剤が充填（又は塗布）されるものとなっている。導電性接着剤は、ケース体１４に圧電セラミックス１２を接着して保持するとともに、その定着（乾燥）後も適度な弾性を発揮する材質（例えば、シリコーン接着剤に導電性材料を混入したもの）である。このため圧電セラミックス１２は、駆動時にケース体１４の内部で自在に振動することができ、かつ、その振動が導電性接着剤で吸収されるものとなっている。

図２は、導電性接着剤２２を用いた圧電セラミックス１２のケース体１４への接着部分をより具体的に示す図である。この図２は特に、図１に示される状態における圧電トランス１０の部分的な平面図であり、図３はその一側面図である。以下、具体的に説明する。

図２：圧電セラミックス１２は、例えば収容部１４ｂの幅方向（図中の上下方向）で中央に位置付けられる。そして、この状態で圧電セラミックス１２の外面（この例では各一次側電極１２ａ）と収容部１４ｂの内面との間に導電性接着剤２２が充填されている。また導電性接着剤２２は、両側の一次側電極１２ａだけでなく圧電セラミックス１２の一端面（この例では上端面）にも塗布（付着）されている。これにより、両側の一次側電極１２ａが導電性接着剤２２を介して相互に接続された状態にある。なお導電性接着剤２２は、収容部１４ｂからさらに両側方にまではみ出すようにして塗布されており、はみ出した部分は上記の凹部１４ｃに充填されている。これにより、導電性接着剤２２の接着面積が拡大されるので、それだけ圧電セラミックス１２の接着及び保持をより強固にすることができる。

図３：導電性接着剤２２は、収容部１４ｂ内で圧電セラミックス１２の高さ方向にもある程度まで拡がるようにして充填されている。これにより、高さ方向にも導電性接着剤２２の接着面積が大きく確保されるため、それだけ強固な接着力（保持力）を発揮することができる。なお、図示の状態で圧電セラミックス１２は収容部１４ｂの内面（底）に接触しておらず、これらの間には適度な振動クリアランスが確保されている。また、図示のように一次側電極１２ａと導電線１６との半田付け位置を導電性接着剤２２で覆うように塗布すれば、駆動時の振動による導電線１６の剥離を防止することができるので、それだけ圧電トランス１０の耐久性が向上する。

本実施形態の圧電トランス１０は、例えば回路基板への実装時に半田フロー槽を通したり、リフロー装置を通したりする際、その温度変化によって圧電セラミックス１２に焦電効果が発生しても、一次側電極１２ａが導電性接着剤２２によって接続されているため、焦電による電荷は直ちに消失する（もしくは電荷が溜まらない）。したがって、回路基板上のその他の電子部品に過大な電荷が印加されたり、圧電トランス１０の周辺に放電が起こったりすることがなく、実装作業の終了後も引き続き製品としての品質を保証することができる。

なお導電性接着剤２２には、例えばシリコーン接着剤に導電材料を混入したものを使用することができ、その電気的特性は、圧電セラミックス１２の入力インピーダンスよりも高いインピーダンス（例えば、最大で数ＭΩ）を示すものであればよい。

本発明は上述した実施形態に制約されることなく、種々に変形して実施可能である。例えば、圧電セラミックス１２の形状は図示のものに限らず、その他の形状であってもよい。またケース体１４の形状は、圧電セラミックス１２の外形に合わせて適宜に変形が可能である。

上述した実施形態では、ケース体１４に凹部１４ｃを設けて導電性接着剤２２を充填しているが、特に本発明はこのような形態に限定されるものではない。また、図２又は図３に示した接着位置はあくまで一例であり、圧電セラミックス１２をその他の位置でケース体１４に接着してもよいし、複数の箇所で接着してもよい。

その他、上述の実施形態において図示とともに挙げた構造はあくまで好ましい一例であり、基本的な構造に各種の要素を付加し、あるいは一部を置換しても本発明を好適に実施可能であることはいうまでもない。

〔符号の説明〕
１０ 圧電トランス
１２ 圧電セラミックス（圧電体）
１２ａ 一次側電極
１４ ケース体
１８ 一次側端子
２０ 二次側端子
２２ 導電性接着剤

Claims (2)

1. 少なくとも２箇所に一次側電極が形成された圧電体と、
   前記圧電体を収容するケース体と、
   前記ケース体に設けられて前記圧電体の一次側電極にそれぞれ接続される端子と、
   前記ケース体に収容された状態で前記圧電体を保持するとともに、前記圧電体の一次側電極同士を接続する導電性部材と
   を備え、
   前記導電性部材が前記圧電体の入力インピーダンスよりも高いインピーダンス特性を有する圧電トランス。
2. 請求項１に記載の圧電トランスにおいて、
   前記導電性部材は、
   前記圧電体を前記ケース体に接着する導電性接着剤である。

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