JPH0779028A - 圧電トランス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 他の電子部品との短絡事故等が生じず、また
製造工数が少なく、製造の自動化に適しかつ全体として
小型化が可能な圧電トランスを提供するとともに、低背
化、薄型化が可能な圧電トランスを提供する。 【構成】 圧電セラミック素子は板厚方向に分極処理が
施され、表裏主面に入力電極が設けられた駆動部１Ａ
と、長手方向端部には出力電極１３が設けられ、振動の
節領域Ｎ２の側面に引出電極１４が設けられた発電部１
Ｂとからなる。この圧電セラミック素子１を金属リード
端子２１，２２，２３，２４が設けられた絶縁枠体２に
収納し、圧電セラミック素子の振動の節領域に設けられ
た各電極と前記金属リード端子を電気的機械的接続す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子機器等において交
流電圧を変圧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、巻線型の電磁トランス
に比べて、（１）構造が簡単で小型化が可能である。
（２）出力側の短絡事故に対し、自動的に入力抵抗が増
大し、焼損等の危険性がない。（３）昇圧比が高くとれ
る。（４）電磁誘導がない。等の利点を有しており、近
年実用化に向けての開発が進んでいる。

【０００３】図１０に示すように、代表的な圧電トラン
スとしてローゼン型の圧電トランスが挙げられるが、圧
電セラミック素子８は矩形板状で、この素子の長手方向
の主面片側半分８Ａには厚み方向の一対の入力電極８
１，８２を形成し、他の半分８Ｂはその端面に出力電極
８３を形成している。前者は厚み方向に、後者は長手方
向にそれぞれ分極されている。一般に厚み方向に入力電
極が形成された部分を駆動部、出力電極が形成された他
の半分を発電部と称している。この電極形成された圧電
セラミック素子に交流電圧を印加すると、駆動部では厚
み方向に縦振動が励振され、発電部では長手方向に振動
が励振され、全体として、例えばλモードと称される全
波長振動では、図１１に示すような振動変位を有する強
い機械振動が起こる。なお、図１２は平面でみた振動の
節領域Ｎ１，Ｎ２を示す図である。これにより発電部の
出力電極では圧電効果で高い交流電圧を得ることができ
る。なお、振動モードとしてλモードを示したが、λ／
２モード、３／２λモードでも共振することが知られて
おり、これら各モードにより振動変位分布、振動の節領
域が異なっている。λモードの場合、従来では図１０に
示すように、この節領域を樹脂、ゴム等の弾性体９１，
９２で支持し、各々の電極に金属線Ａ，Ｂ，Ｃをボンデ
ィングして電気的入力を行っていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成では電気的接続を金属線で行っているため、この圧電
トランスをプリント配線基板上に搭載した場合、全体と
して占有面積が大きくなり、他の電子部品と接触するこ
と等により、短絡事故あるいは断線事故が生じることが
あった。また、圧電トランスの製造面においても圧電セ
ラミック素子の支持体あるいは金属線との接続を別個に
行っているので、製造工数が多くなるとともに製造の自
動化を行いにくいという問題を有していた。さらに従来
の圧電トランスは、支持体は弾性体でできている等の理
由でその厚みが厚く、低背化、薄型化が困難であった。

【０００５】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたもので、他の電子部品との短絡事故等が生じず、ま
た製造工数が少なく、製造の自動化に適しかつ全体とし
て小型化が可能な圧電トランスを提供するとともに、低
背化、薄型化が可能な圧電トランスを提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明による圧電トランスは、特許請求項第１項
に示すように、板状圧電セラミック素子の主面片側半分
を駆動部、他半分を発電部とし、前記駆動部を厚み方向
に分極するとともに表裏両主面に入力電極を形成し、前
記発電部を前記入力電極から発電部端面の向かう方向に
分極するとともにこの端面に出力電極を形成し、振動の
節を支持してなる圧電トランスにおいて、前記入力電極
各々を入力電極側の振動の節領域のいずれかの側面に延
出して第１、第２の引出電極を形成し、また、前記出力
電極を少なくとも１つの側面の出力電極側の振動の節領
域まで延出して第３の引出電極を形成し、これら各引出
電極部と支持体とを電気的機械的接続したことを特徴と
する。

【０００７】支持構成の具体例として、特許請求項第２
項に示すように、λモード以上の振動モードで駆動する
板状の圧電セラミック素子の主面片側半分を駆動部、他
半分を発電部とし、前記駆動部を厚み方向に分極すると
ともに表裏両主面に入力電極を形成し、前記入力電極各
々を入力電極側の振動の節領域のいずれかの側面に延出
して第１、第２の引出電極を形成し、また、前記発電部
を前記入力電極から発電部端面に向かう方向に分極する
とともにこの端面に出力電極を形成し、前記出力電極を
出力電極側の振動の節領域の少なくとも１つの側面まで
延出して第３の引出電極を形成した圧電セラミック素子
と、この圧電セラミック素子を収納する空間を有し、前
記各引出電極と電気的機械的接続する金属リード端子が
貫通配置された絶縁枠体とからなることを特徴とする。
なお、必要に応じて、これら絶縁枠体の上下に蓋板を設
けてもよい。

【０００８】特許請求項第３項に示すように、上記支持
構成において、絶縁枠体内に突出した金属リード端子に
緩衝機構を設けてもよい。

【０００９】特許請求項第４項に示すように、出力電極
と引出電極をつなぐ連結電極を圧電セラミック素子の側
面に形成してもよい。

【００１０】

【作用】特許請求項第１項によれば、入力電極及び出力
電極を圧電セラミック素子の側面の節領域の一つに延出
し引出電極を形成しており、これら各引出電極と支持体
とを電気的機械的接続しているので、圧電セラミック素
子の振動を阻害することなく、極めて簡便な構成の圧電
トランスを得ることができる。

【００１１】特許請求項第２項によれば、入力電極各々
及び出力電極をそれぞれの振動の節領域のいずれかの側
面に延出して引出電極を形成した圧電セラミック素子
を、金属リード端子を貫通配置した絶縁枠体内に設置
し、引出電極各々と枠体内に突出した金属リード端子を
電気的機械的接続しているので、圧電セラミック素子の
振動を阻害することがなく、極めて薄型の圧電トランス
を得ることができる。

【００１２】特許請求項第３項によれば、絶縁枠体内の
突出した金属リード端子に緩衝機構が備わっているの
で、支持部分で多少の振動漏れが生じた場合でも圧電セ
ラミック素子の振動を外部に伝えにくくし、また逆に外
部衝撃が生じた場合でもその衝撃が緩和されて圧電セラ
ミック素子に伝わる。

【００１３】特許請求項第４項によれば、連結電極を圧
電セラミック素子の側面に形成しているので、連結電極
の全面積が小さくて済み、圧電セラミック素子の振動に
悪影響を与えにくい。

【００１４】

【実施例】本発明による実施例を図面とともに説明す
る。 第１の実施例 第１の実施例をλモードで振動する圧電トランスを例に
とり説明する。図１は第１の実施例を示す斜視図、図２
は図１のＡ−Ａ断面図、図３は、圧電セラミック素子を
示す斜視図、図４は側面電極形成方法を示す図である。
圧電セラミック素子１は長方形板状に切断加工されてい
る。この圧電セラミック素子１の長手方向中央部を境に
して、駆動部１Ａと発電部１Ｂとに分けられ、λモード
で振動した場合、振動の節領域Ｎ１とＮ２ができる。駆
動部１Ａは板厚方向に分極処理が施され、表裏主面には
銀等の入力電極１１，１２が設けられている。入力電極
１１，１２からは振動の節領域Ｎ１の側面に引出電極１
１ａ，１２ａが引き出されている。発電部１Ｂの長手方
向端部には出力電極１３が設けられるとともに、振動の
節領域Ｎ２の側面には引出電極１３ａが設けられ、連結
電極１４により前記出力電極１３と電気的に接続されて
いる。このように連結電極１４を側面に構成することに
より、連結電極の全面積が小さくて済み、圧電セラミッ
ク素子の振動に悪影響を与えにくいという効果がある。
また、この発電部側の引出電極は両側面に設けられてい
てもよいが、片面でも外部との電極接続構成によっては
問題のない場合がある。

【００１５】このような圧電セラミック素子の電極形成
あるいは分極方法は、次のように行うとより効率よく行
うことができる。 ．図示していないが、大きな矩形板状のセラミックウ
ェハーＷの主面片側半分（駆動部群）の表裏面の各々に
入力電極を形成し、主面の他半分（発電部群）の端面の
ほぼ全面に出力電極を形成する。これら電極形成はスク
リーン印刷を用いたメタライズ等により行えばよい。 ．上記形成した表裏両面の入力電極を短絡し、これら
入力電極と出力電極との間に直流の高電圧（例えば４ｋ
Ｖ／ｍｍ²，０．５時間）を印加する。これにより、入
力電極から出力電極に向かう方向に分極される。 ．次に、入力電極間に上記と同程度の条件で直流の高
電圧を印加することにより、入力電極間を厚み方向に分
極される。 .以上のように電極形成、分極処理されたセラミックウ
ェハーを所定の間隔で切断し、一対の入力電極と出力電
極を有する圧電セラミック素子を複数個得る。 ．図４に示すように、圧電セラミック素子の側面で振
動の節部に対応する位置に窓が形成された蒸着マスク５
を、分極処理された複数の圧電セラミック素子の上下に
配置し、真空蒸着法により側面電極を形成する。窓５１
ａは入力電極側の側面電極形成用であり、窓５２ａは出
力電極側の側面電極及び連結電極形成用である。この窓
を介して蒸着金属が圧電セラミック素子の側面に付着す
る。なお、窓５１ｂ，５２ｂは下側の蒸着マスクに設け
られている。図４では圧電セラミック素子を３つ並列し
た例を示したが、通常は圧電セラミック素子をマトリク
ス状に多数個並べて一括処理を行う。

【００１６】この圧電セラミック素子１を支持する具体
例を図１、図２とともに説明する。絶縁枠体２は樹脂等
の絶縁体からなり、圧電セラミック素子１の外形寸法よ
り大となる内形寸法を有する枠部２ａと、この枠部２ａ
に所定の間隔で貫通配置された４本の金属リード端子２
１，２２，２３，２４からなる。これら金属リード端子
は圧電セラミック素子に形成された引出電極に対応する
位置に配置され、枠内においては圧電セラミック素子を
設置する搭載部２１ａ，２２ａ（他の搭載部については
図示せず）を有している。このような絶縁枠体は樹脂モ
ールド成形技術により容易に製造することができる。絶
縁枠体２の枠内の搭載部２１ａ，２２ａに圧電セラミッ
ク素子を設置し、導電性接合材（図示せず）で搭載部と
各引出電極とを接合する。そして、必要な場合、樹脂性
等の上蓋板３，下蓋板４を枠体の上下に接合し、気密封
止を行えばよい。

【００１７】第２の実施例 圧電セラミック素子の電極構成は上記実施例に限定され
るものではなく、例えば図５の斜視図に示すように連結
電極１５を主面に形成してもよい。この場合、連結電極
形成は、入力電極形成と同時に行うことができる。な
お、他の構成は第１の実施例と同様であり、以下の実施
例においても同様に適用することとする。る。

【００１８】第３の実施例 図６は第３の実施例を示す斜視図、図７は図６のＢ−Ｂ
断面図である。この実施例では、表面の入力電極１１の
引出電極１１ａが裏面の一部に、裏面の入力電極１２の
引出電極１２ａが表面の一部に引き出された構成であ
る。この構成により、導電性接合材が少ない場合でも、
各々の反対面に電極が引き出されているので、金属リー
ド端子との電気的接続の信頼性が向上する。

【００１９】第４の実施例 図８は第４の実施例を示す圧電トランスの断面図であ
る。絶縁枠体２に接続配置されたリード端子２５，２６
（他のリード端子は図示せず）の枠内部分のインナーリ
ード２５ａ，２６ａは、リード端子の板厚方向に屈曲成
形され、緩衝機構を構成している。

【００２０】第５の実施例 第５の実施例を図９とともに説明する。図９は金属リー
ド端子のインナーリードの形状を示した分解斜視図であ
る。絶縁枠体６に貫通配置された金属リード端子６１，
６２，６３，６４のインナーリードには、屈曲部分に貫
通孔６１ａ，６４ａ（他の部分については図示せず）が
形成され、緩衝機構を構成している。この緩衝機構は、
貫通孔の他にリード端子の一部の幅を細くしたり、ある
いは薄肉化することによっても実現できる。また、圧電
セラミック素子の搭載部には切り欠き６１ｂ，６４ｂ
（他の部分については図示せず）が形成されており、導
電性接合材の付着を容易にしている。また、金属リード
端子のアウターリード側についても切り欠きが設けられ
ており、外部接続する際の導電性接合材の付着を容易に
している。

【００２１】なお、上記実施例において、振動モードと
して２つの節領域の存在するλモードを示したが、それ
以上の振動の節を有するモード（例えば３／２λモー
ド）でも適用することができる。

【００２２】

【発明の効果】本発明の各特許請求項によれば次のよう
な効果を得ることができる。特許請求項第１項によれ
ば、入力電極及び出力電極を圧電セラミック素子の側面
の節領域の一つに延出し引出電極を形成しており、これ
ら各引出電極と支持体とを電気的機械的接続しているの
で、圧電セラミック素子の振動を阻害することなく、極
めて簡便な構成の圧電トランスを得ることができる。よ
って、従来のように機械的支持以外に金属線によって電
気的接続を行う必要がなくなり、圧電トランスの占有面
積が大きくならず、他の電子部品との短絡事故あるいは
断線事故も発生しない。また、圧電トランスの薄型化に
も寄与する。

【００２３】特許請求項第２項によれば、入力電極各々
及び出力電極をそれぞれの振動の節領域のいずれかの側
面に延出して引出電極を形成した圧電セラミック素子
を、金属リード端子を貫通配置した絶縁枠体内に設置
し、引出電極各々と枠体内に突出した金属リード端子を
電気的機械的接続しているので、圧電セラミック素子の
振動を阻害することがなく、極めて薄型で占有面積の小
さい圧電トランスを得ることができる。また、製造面で
の自動化も行い易くなる。

【００２４】特許請求項第３項によれば、絶縁枠体内の
突出した金属リード端子に緩衝機構が備わっているの
で、支持部分で多少の振動漏れが生じた場合でも、この
振動がこの緩衝機構で減衰するので、圧電トランスの設
置構成によって、周波数等の電気的特性が変動すること
はない。また逆に外部衝撃が生じた場合でもその衝撃が
緩和されて圧電セラミック素子に伝わるので、耐衝撃性
が向上する。

【００２５】特許請求項第４項によれば、連結電極を圧
電セラミック素子の側面に形成しているので、連結電極
の距離が短く、また全面積が小さくて済むので、圧電セ
ラミック素子の振動に悪影響を与えにくい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す圧電トランスの分
解斜視図

【図２】図１のＡ−Ａ断面図

【図３】第１の実施例に用いる圧電セラミック素子の斜
視図

【図４】側面電極形成方法を示す平面図

【図５】第２の実施例を示す圧電セラミック素子の斜視
図

【図６】第３の実施例を示す圧電セラミック素子の斜視
図

【図７】図６のＢ−Ｂ断面図

【図８】第４の実施例を示す断面図

【図９】第５の実施例を示す分解斜視図

【図１０】従来例を示す斜視図

【図１１】振動モードを示す図

【図１２】振動の節領域を示す図

【符号の説明】

１、８ 圧電セラミック素子 １１，１２，８１，８２ 入力電極 １３，８３ 出力電極 １１ａ，１２ａ，１３ａ 引出電極 １４，１５ 連結電極 ２，６ 絶縁枠体 ２１，２２，２３，２４ ６１，６２，６３，６４ 金
属リード端子 ３，４ 蓋板 ５ 蒸着マスク Ｎ１，Ｎ２ 振動の節領域

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板状圧電セラミック素子の主面片側半分
   を駆動部、他半分を発電部とし、前記駆動部を厚み方向
   に分極するとともに表裏両主面に入力電極を形成し、前
   記発電部を前記入力電極から発電部端面の向かう方向に
   分極するとともにこの端面に出力電極を形成し、振動の
   節を支持してなる圧電トランスにおいて、前記入力電極
   各々を入力電極側の振動の節領域のいずれかの側面に延
   出して第１、第２の引出電極を形成し、また、前記出力
   電極を少なくとも１つの側面の出力電極側の振動の節領
   域まで延出して第３の引出電極を形成し、これら各引出
   電極部と支持体とを電気的機械的接続したことを特徴と
   する圧電トランス。
2. 【請求項２】 λモード以上の振動モードで駆動する板
   状の圧電セラミック素子の主面片側半分を駆動部、他半
   分を発電部とし、前記駆動部を厚み方向に分極するとと
   もに表裏両主面に入力電極を形成し、前記入力電極各々
   を入力電極側の振動の節領域のいずれかの側面に延出し
   て第１、第２の引出電極を形成し、また、前記発電部を
   前記入力電極から発電部端面に向かう方向に分極すると
   ともにこの端面に出力電極を形成し、前記出力電極を出
   力電極側の振動の節領域の少なくとも１つの側面まで延
   出して第３の引出電極を形成した圧電セラミック素子
   と、 この圧電セラミック素子を収納する空間を有し、前記各
   引出電極と電気的機械的接続する金属リード端子が貫通
   配置された絶縁枠体とからなる圧電トランス。
3. 【請求項３】 絶縁枠体内に突出した金属リード端子に
   緩衝機構が設けられていることを特徴とする特許請求項
   第２項記載の圧電トランス。
4. 【請求項４】 出力電極と引出電極をつなぐ連結電極が
   圧電セラミック素子の側面に形成されていることを特徴
   とする特許請求項第１項、第２項、第３項記載の圧電ト
   ランス。