专利名称：压电变压器元件及将其装入外壳的方法
技术领域：
本发明是关于一种压电变压器元件，适合使用于例如打开一冷阴极管，及其封装方法。
相关技艺的叙述冷阴极管通常被使用于笔记型个人电脑的液晶显示的背光。此冷阴极管需要约1kV的高电压使其打开，及约数百V的电压来保持打开的状态。可在远低于将其打开所需要的电压的电压，使冷阴极管保持在打开的状态。冷阴极管的操作特性是与压电变压器元件的操作特性类似，所以具有此压电变压器元件的反相器近来被使用作为冷阴极管的电源。
广泛地使用图21所示的Rosen压电变压器元件作为压电变压器元件。
图21是一立体图，指出Rosen压电变压器元件。图21中，压电变压器元件106具有矩形的形状，图21中的左半部作用为输入区域，且图21中的右半部作用为输出区域。作为用于施加输入电压的输入电极的外部电极101与102，被形成在输入区域的上与下表面上。作为用于取出升压的AC电压的输出电极的外部电极103，被形成在输出区域的端面上。当具有由压电变压器元件106的材料与长度来决定的共振频率的AC电压(输入电压)，被施加于外部电极101与102的间时，压电变压器元件106在纵向上机械地振动及共振。机械振动在作为通至输入与输出侧的接地电极的外部电极101与102的其中的一与外部电极103的间产生升压的AC电压。作为输出电压对输入电压的比的升压比，是和输出电极间的距离与输入电极间的距离的比成正比。
习知已使用图21所示的单板压电变压器元件作为压电变压器元件。在具有此单板压电变压器元件的反相器中，升压比最多为10。欲打开笔记型个人电脑的冷阴极管，在压电变压器元件的输入级上必须提供升压绕组变压器。因此，欲得到比单板压电变压器元件更高的升压比，且欲从输入级消除绕组变压器，形成具大一构造的压电变压器元件，其中在压电层的输入区域中内部电极间的距离减小，亦即压电层与内部电极被堆叠。
在此多层压电变压器元件中，输入区域中的电极必须被电气地连接。作为连接方法，例如日本专利公开第7-302938号揭示如图24所示，在压电变压器元件306的端面或侧面的角隅形成电极305，用于电气地连接在外部电极301与302间的输入区域中的内部电极301a与302a。在日本专利第8-52553号中，申请人提出一种方法，藉着两个行导体(下文中称为中间位准连接导体)来交替地连接堆叠于压电变压器元件的输入区域内的许多内部电极。
当此一压电变压器元件被安装在电路板上时，压电变压器元件通常被使用于外壳中以暴露高电压部分。在习知多层压电变压器元件中，引线以焊料或导电粘着剂被结合至形成在输入区域的上与下表面的外部电极，类似于图21中的外部电极101与102。虽然压电变压器元件具有小厚度的优点，安装连接至引线的压电变压器元件需要至少元件与板的间的引线的直径的边限，及一空间用于至少压电变压器元件上方的引线的直径。结果，外壳的厚度增加，且薄压电变压器元件的优点无法充分地显露出来。
考虑引线的直径及用于结合引线的焊料或导电粘剂的厚度，外壳必须被设计成具有大的厚度。所以于安装时压电变压器模组的厚度随着结合空间的厚度而增加。
欲解决此问题，例如依据日本专利公开第9-116250号，输入电极201与202被形成在压电变压器元件206的主侧上的上与下表面上，并延伸至元件的侧表面以形成引线电极201a与202a，以将压电变压器元件206固定至外壳205，藉着在纵向上的侧表面的节点位置，如图22与23所示。输出电极204被形成在二次侧上的元件的两个表面上。此构造可使外壳变薄并简化安装程序。
然而，随着近来在笔记型个人电脑或可携式资讯终端的发展，对于较小尺寸的装置的需求已增加。伴随着此，消除液晶显示与主体的间的尺寸差异。由于用于液晶显示的背光的反相器通常被摆设于液晶显示器的周围，随着个人电脑的主体的外尺寸减小，反相器必须变窄。
然而藉着习知的封装方法，外壳或模组可以变薄，但是外壳无法变窄。
发明节要本发明的目的在于提供一种压电变压器元件，其用于安装所需的高度与宽度可被减小，以及其封装方法。
欲达成上述目的，本发明的压电变压器元件的特征为以下配置。
一种具有多层构造的压电变压器元件，多层构造具有在厚度的方向被极化且具有输入电极的输入区域，以及在纵向上被极化且具有输出电极的输出区域，其特征在于包含许多输入电极作为形成在许多压电层间的输入电极；形成在输入区域侧的纵向上的压电变压器元件的端面上的第一与第二外部电极；及形成在输出区域侧的纵向上的压电变压器元件的端面上的外部电极，其中许多内部电极被每两层交替地连接至第一与第二外部电极，且外部电极为用于施加输入电压的电极。使用此构造，当压电变压器元件被安装在另一构件上时，元件可只被连接在其纵向上的端面，且用于安装所需的高度与宽度(元件的宽度方向上的宽度)可被减小。
元件最好进一步包含形成在与输入区域侧上的压电变压器元件的纵向平行的侧表面上的第三与第四外部电极，且许多内部电极亦每两层被交替地连接至第三与第四外部电极。
元件最好进一步包含许多形成在输入区域内的行导体，且许多内部电极每两层经由许多行导体被交替地连接。
此配置可大大地减小没有驱动压电变压器元件的可能性第三与第四外部电极或许多行导体被形成在对应压电变压器元件的振动节点的位置。
欲达成上述目的，本发明的压电变压器元件封装方法的特征为以下步骤。
特别是，安装具有上述配置的压电变压器元件于外壳上的压电变压器元件封装方法的特征为包含以下步骤在纵向上的外壳的端面上形成许多安装端子；将压电变压器元件插入于外壳中以使许多安装端子靠在第一与第二外部电极及输出电极；及藉由导电的连接材料来固定被靠着的部分。藉着此方法，压电变压器元件可被安装在外壳上，只能将元件连接在其纵向上的端面上，安装所需的高度与宽度(元件的宽度方向的宽度)可被减小，且可简化制造程序。
另一种方式，安装具有上述配置的压电变压器元件于外壳上的压电变压器元件封装方法的特征为包含以下步骤在压电变压器元件被封装的后，在元件的两个端面于纵向上被定位的外壳内的位置附近形成突起；以突起来支撑压电变压器元件；经由引线将第一与第二外部电极连接至形成在纵向上的外壳的端面上的许多安装端子；及经由引线将输出电极连接至形成在纵向上的外壳的另一端面上的安装端子。藉着此方法，压电变压器元件可被安装在外壳上，能够只将元件连接在其纵向上的端面上，且安装所需的高度与宽度(元件的宽度方向的宽度)可被减小。
连同附图从以下的叙述可明显看出本发明的其它特征与优点，其中相同的字元代表相同或类似的部分。
附图的简要叙述
图1是一立体图，指出依据本发明的第一实施例的压电变压器元件；图2是图1中的压电变压器元件的前视图；图3是一剖面图，取自沿着图2中的线I-I；图4是一平面图，指出形成在依据本发明的第一实施例的压电绿片上的许多内部电极；图5是一平面图，指出形成在依据本发明的第一实施例的压电绿片上的许多内部电极；图6是一立体图，指出依据本发明的第二实施例的压电变压器元件；图7是图6中的压电变压器元件的前视图；图8是一平面图，指出形成在依据本发明的第二实施例的压电绿片上的许多内部电极；图9是一平面图，指出形成在依据本发明的第二实施例的压电绿片上的许多内部电极；图10是依据本发明的第三实施例的压电变压器元件的剖面图；图11是一平面图，指出具有依据本发明的第三实施例的中间位准连接导体的孔的压电绿片；图12是一平面图，指出形成在依据本发明的第三实施例的压电绿片上的许多内部电极；图13是一平面图，指出形成在依据本发明的第三实施例的压电绿片上的许多内部电极；图14是一立体图，指出依据本发明的第四实施例的外壳，其上安装压电变压器元件；图15是一剖面图，取自沿着图14中的λ线III-III；图16是一立体图，指出依据本发明的第五实施例的外壳，其上安装压电变压器元件；图17是一剖面图，取自沿着图16中的线IV-IV；图18是一剖面图，指出依据本发明的第五实施例的修改的外壳，其上安装压电变压器元件；图19是一表(λ模式)，指出依据本发明的第四与第五实施例的压电变压器元件支撑方法，与在节点支撑压电变压器元件的习知方法的比较结果；图20是一表(λ/2模式)，指出依据本发明的第四与第五实施例的压电变压器元件支撑方法，与在节点支撑压电变压器元件的习知方法的比较结果；图21是一立体图，指出一卢森(Rosen)压电变压器元件图22是一立体图，指出一习知的压电变压器元件；图23是一顶面图，指出图22中的压电变压器元件被安装在外壳上的状态；及图24是一立体图，指出另一个习知的压电变压器元件较佳实施例的詳細叙述
参见附图将叙述依据本发明的压电变压器元件的实施例。在以下的叙述中，在纵向上压电变压器元件的端面意指于驱动λ或λ/2模式中的元件时，不包括对应振动节点的位置的两个端面。〔第一实施例〕图1是一立体图，指出依据本发明的第一实施例的压电变压器元件。图2是图1中的压电变压器元件的前视图。图3是一剖面图，取自图1中的线I-I。
如图1至3所示，用于施加输入电压的外部电极1与2，被形成在压电变压器元件6的纵向上左侧输入区域的端面上。用于取出升压的高电压的外部电极3，被形成在纵向上右侧输出区域的端面上。许多内部电极1a与2a被交替地堆叠，经由在压电变压器元件6的输入区域中的薄板状压电绿片(对应在烧结的前的压电绿片，将叙述于后)。内部电极1a与2a具有突起，分别连接至外部电极1与2。注意各内部电极不需要形成于压电变压器元件中，但可被曝露在侧表面上。
参见图4与5，将叙述具有此构造的压电变压器元件6的制造方法。
图4与5为附图，指出依据本发明的第一实施例，形成在压电绿片上的许多内部电极。压电片被交替地堆叠且切割成预定形状，以形成没有外部电极1至3的压电变压器元件6。
(1)25重量比例的水与10重量比例的乳状丙烯酸粘合剂与100重量比例的Pb(Zr，TI)O3基的压电材料粉末混合，且所得到的材料被搅拌成土泥。使用手术刀此土泥被处理成130μm厚的压电绿片。130μm厚的绿片被烧结以得到烧结后为100μm的厚度。
(2)所得到的压电绿片8被切割成100mm×100mm形状并结合至一印刷框。用于形成内部电极1a与2a的Ag-Pd膏使用银幕罩被印刷在压电绿片8上。内部电极1a与2a被印刷成具有16mm×4.6mm的外部尺寸，并在堆叠时被定位在输入区域中。各内部电极1a与2a在矩形的一侧上提供一突起，以被曝露在元件的端面上，并被连接至对应的外部电极1与2。欲每两层将内部电极1a与2a交替地连接至外部电极1与2，于堆叠时使用两种型式的银幕罩作为奇数片(图5)与偶数片(图4)。
(3)其上印刷有内部电极1a的10个压电绿片8，及其上印刷有内部电极2a的10个压电绿片8被交替地堆叠，没有印刷电极的压电绿片被放置在顶部上，且全部的这些片在100℃及30Mpa被热处理。所得到的构造使用铝容器在空气中于1150℃被烧结2小时。藉着堆叠及锻烧21个压电片，元件具有2.2mm的厚度。
(4)在烧结的后，烧结的构造藉由手术刀被切割成许多32mm×5mm的元件。用于形成外部电极1与2的2mm宽的Ag膏，被印刷在曝露于各切割元件的输入区域的端面上的内部电极1a与2a的突起上。用于形成外部电极3的Ag膏被印刷在元件的输出区域的端面上。以Ag膏印刷的元件被负载进入炉中以700℃来烧结膏，藉以形成外部电极1、2与3。
(5)烧结后的元件被浸渍于绝缘油中，在150℃下以3kV/mm的场强度来极化输入区域30分钟。输入区域的外部电极被短路，且1.5kV/mm的DC电压被施加于输出区域的端面上的短路部分与外部电极间，以形成极化30分钟，藉以得到压电变压器元件6。
在第一实施例中所述的压电变压器元件6中，用于施加输入电压的外部电极1与2被形成在纵向上的元件的端面上。此构造在元件的侧表面上不需要用于施加输入电压的引线或外部电极，与习知的压电变压器元件不同。所以，可以减小包括引线与外部电极的元件的高度与宽度(宽度方向的宽度)。
突起被形成在内部电极1a与2a上，被曝露在元件的端面上，并被连接至外部电极1与2。以此构造，在制造程序中，电气地连接内部电极的步骤与形成输入区域的外部电极的步骤可被结合成一步骤。〔第二实施例〕图6是一立体图，指出依据本发明的第二实施例的压电变压器元件。图7是图6中的压电变压器元件的前视图。图7中取自沿着线II-II的压电变压器元件的剖面，与图3所示的类似。
如图6与7所示，在纵向上的压电变压器元件16的输入与输出区域的端面，具有与依据第一实施例的压电变压器元件6相同的构造。而且，内部电极11a与12a的多层构造几乎与依据第一实施例的压电变压器元件6相同，除了内部电极11a与12a在纵向上的第一突起外，在元件的宽度方向上设有第二突起。在第二实施例中，第二突起被曝露在压电变压器元件16的侧表面上，并被连接至外部电极4与5。注意提供至内部电极11a与12a的第二突起及外部电极4与5，最好被形成在对应压电变压器元件16的振动节点的位置参见图8与9，将叙述具有此构造的压电变压器元件16的制造程序。
图8与9为图形，指出依据本发明的第二实施例，形成在压电绿片上的许多内部电极。此压电绿片被交替地堆叠并切割成预定形状，以形成没有外部电极3、4、5、11与12的压电变压器元件16。
(1)藉着与第一实施例相同的方法，压电绿片8被制造并被结合至一框。在第二实施例中，如图8与9所示，各内部电极11a与12a在矩形的两侧上具有突起，以将各别层电气地连接在元件的端面与侧表面上。
(2)其上印刷有内部电极11a的10个压电绿片8，及其上印刷有内部电极12a的10个压电绿片8被交替地堆叠，没有印刷电极的压电绿片被放置在顶部上，且全部的这些片在100℃及30Mpa被热处理。所得到的构造使用铝容器在空气中于1150℃被烧结2小时。
(3)在烧结的后，烧结的构造藉由手术刀被切割成许多32mm×5mm的元件。用于形成外部电极11、12、4与5的2mm宽的Ag膏，被印刷在曝露于各切割元件的输入区域的端面上的内部电极11a与12a的突起上。用于形成外部电极3的Ag膏被印刷在元件的输出区域的端面上。以Ag膏印刷的元件被负载进入炉中以700℃来烧结膏，藉以形成外部电极11、12、4与5。在此时，许多内部电极11a被电气地连接至外部电极11与5，而许多内部电极12a被电气地连接至外部电极12与4。在第二实施例中，烧结后的外部电极4与5具有约数μm至10μm的厚度。
(4)烧结后的元件被浸渍于绝缘油中，在150℃下以3kV/mm的场强度来极化输入区域30分钟。输入区域的外部电极被短路，且1.5kV/mm的DC电压被施加于输出区域的端面上的短路部分与外部电极间，以形成极化30分钟，藉以得到压电变压器元件16。
在第二实施例中所述的压电变压器元件16中，由于内部电极被连接至端面与侧表面上的两个电极，无法驱动元件的可能性可大幅地减小，且可以实现具有可靠度比第一实施例的压电变压器元件更高的压电变压器元件。由于烧结后的外部电极4与5的厚度非常小，约数μm至10μm，在将压电变压器元件16安装于外壳上时由于外部电极4与5，外壳的宽度尺寸(宽度)不需要被设计成很大。〔第三实施例〕在第二实施例中，外部电极4与5被形成在压电变压器元件16的侧表面上，以改善电气连接的可靠度。在第三实施例中，在“相关技艺的叙述”中所述的两个行中间位准连接导体，被形成在元件内作为对应外部电极4与5的导体，藉以得到与依据第二实施例的压电变压器元件16相等的电气连接可靠度。
依据第三实施例的压电变压器元件26的外部形状，与图1及2所示的压电变压器元件6相同，将省略其叙述。
图10是取自沿着图2的线I-I，依据本发明的第三实施例的压电变压器元件的剖面图。如图10所示，许多内部电极21a与22a经由元件中的薄皮状压电绿片(对应烧结前的压电绿片8)，被交替地堆叠在压电变压器元件26的输入区域内。中间位准连接导体25a被连接至许多内部电极21a，而中间位准连接导体25b(为了显示方便，在图10的剖面中未示)被连接至许多内部电极22a。此外，与第一实施例类似，内部电极21a与22a具有突起，分别被连接至在纵向上的压电变压器元件26的端面侧上的外部电极21与22。
中间位准连接导体25a与25b的形成位置并没有限制，只要它们是在压电变压器元件26的输入区域内。在第三实施例中，中间位准连接导体25a与25b被形成在对应振动节点的位置，以不干扰元件的振动。
各内部电极可被曝露在压电变压器元件的侧表面上，没有包括于压电变压器元件中。
参见图11至13，将叙述具有此构造的压电变压器元件26的制造程序。
图11是一平面图，指出依据本发明的第三实施例，具有中间位准连接导体的孔的压电绿片。图12与13为平面图，指出依据本发明的第三实施例，形成在压电绿片上的许多内部电极。此压电绿片被交替地堆叠并切割成预定形状，以形成具有外部电极3、21与22的压电变压器元件26。
(1)藉着与第一实施例相同的方法，压电绿片8被制造并被结合至一框。形成用于填充形成中间位准连接导体25a与25b的膏的孔，以在压电变压器元件26被切割成许多压电绿片8的后，在对应元件的谐振节点的位置中，具有烧结时为0.12mm的直径。图11指出此状态。使用金属罩藉着印刷而使Ag-Pd膏被填充于这些孔中。
(2)使用在图11的状态的压电绿片8上的银幕罩，用于形成内部电极21a与22a的Ag-Pd膏被印刷。欲交替地将内部电极21a与22a连接至中间位准连接导体25a与25b，于堆叠时使用两种型式的银幕罩，奇数片(图13)与偶数片(图12)。注意，与第一实施例类似，在烧结的后于纵向上的压电变压器元件26的端面侧上的部分，各内部电极设有一突起。
(3)其上印刷有内部电极21a的10个压电绿片8，及其上印刷有内部电极22a的10个压电绿片8被交替地堆叠，没有印刷电极的压电绿片被放置在顶部上，且全部的这些片在100℃及30Mpa被热处理。所得到的构造使用铝容器在空气中于1150℃被烧结2小时。藉着堆叠及锻烧21个压电片，元件具有2.2mm的厚度。
(4)在烧结的后，烧结的构造藉由钻石切割器被切割成许多32mm×5mm的元件。用于形成外部电极21、22的2mm宽的Ag膏，被印刷在曝露于各切割元件的输入区域的端面上的内部电极21a与22a的突起上。用于形成外部电极3的Ag膏被印刷在元件的输出区域的端面上。以Ag膏印刷的元件被负载进入炉中以700℃来烧结膏，藉以形成外部电极1、2与3。
(5)烧结后的元件被浸渍于绝缘油中，在150℃下以3kV/mm的场强度来极化输入区域30分钟。输入区域的外部电极被短路，且1.5kV/mm的DC电压被施加于输出区域的端面上的短路部分与外部电极间，以形成极化30分钟，藉以得到压电变压器元件26。
在第三实施例中所述的压电变压器元件26中，内部电极、外部电极与中间位准连接导体被连接。因此，与第二实施例类似，可实现具有高可靠度的压电变压器元件26。〔第四实施例〕第四实施例是关于将依据第一至第三实施例的压电变压器元件封装于外壳上的封装方法。在以下的叙述中，将举例将第一实施例中所述的压电变压器元件6封装于外壳上的封装方法。
图14是一立体图，指出依据本发明的第四实施例的外壳，其上封装有一压电变压器元件。图15是取自沿着图14中的线III-III的剖面图。在图15中，并没有示出压电变压器元件6的内部构造。
如图14与15所示，由绝缘树脂形成一外壳31，并有L32mm×W5.2mm×D2.4mm的内部尺寸(注意长度L等于安装端子32或33与安装端子34的间的距离)。用于施加输入电压的安装端子32与33及用于取出输出电压的安装端子34，被集积地形成在外壳31的两个端面上。
依据将压电变压器元件6封装于具有此构造的外壳31上的方法，压电变压器元件6被插入于外壳中，以分别使外部电极1、2与3靠在安装端子32、33与34。各被靠着的部分是以作为导电连接材料的焊料或导电粘着剂来固定。结果，压电变压器元件6被固定在外壳31内，且安装端子被电气地连接。
当压电变压器元件6在λ模式中被驱动时，谐振节点来到对应元件至元件的尾端部分的长度的1/4的位置。当λ模式中被驱动的压电变压器元件6正在谐振时，元件的总长度几乎保持固定。所以，即使压电变压器元件6的两个端面被固定至外壳31，不会被谐振破坏固定的状态。
以此方式，在第四实施例的外壳31中，压电变压器元件6被固定在其端面，并被电气地连接至外壳的安装端子。由于只考虑压电变压器元件本身的宽度与高度，可满意地设定外壳31的宽度尺寸(宽度)与高度(深度)，所以可减小外壳的宽度与高度。由于没有使用引线等等，可简化制造程序。〔第五实施例〕第五实施例是关于将压电变压器元件固定在纵向上的两个端面上的另一封装方法，其使用于第四实施例中。在以下的叙述中，将举例封装第一实施例所述的压电变压器元件6的方法。
图16是一立体图，指出依据本发明的第五实施例的外壳，其上封装有一压电变压器元件。图17是取自沿着图16中的线IV-IV的剖面图。在图17中，并没有示出压电变压器元件6的内部构造。
如图16与17所示，由绝缘树脂形成一外壳31，并有L32.6mm×W5.2mm×D2.4mm的内部尺寸。在距离端部0.4mm的两个位置，亦即在纵向上压电变压器元件6的两个端面附近的位置，形成将压电变压器元件6固定于外壳41内并具有约0.1mm至0.15mm的高度的突起。环氧树脂基的粘着剂被涂至突起45，以将压电变压器元件6固定于外壳41内。
注意突起45可只被形成在外壳41的内部底表面上。
用于施加输入电压的安装端子42与43及用于取出输出电压的安装端子44，被集积地形成在外壳41的两个端面上。这些安装端子是由一金属构件做成。在第五实施例中，外部电极1、2与3被电气地连接至安装端子42、43与44，藉着以焊料或导电粘着剂来连接直径为0.26mm的引线。
引线46在将压电变压器元件6固定至外壳41的前，分别被连接至元件的外部电极。
形成于外壳41内的突起45可具有连续的线性形状，或者可以是非连续的突起。
突起45的形状并不限于图16与17所示。例如，在指出主要部分的图18的剖面图中，外壳41A的突起45A可被形成在纵向上的压电变压器元件6的两个端面附近以固定元件。
在第五实施例中，外壳41或41A的安装端子经由引线46，被电气地连接至在外壳的端面上的压电变压器元件6的外部电极。此额外地需要连接引线的步骤，但是压电变压器元件6可被可靠地支撑于外壳41内。
在前述的实施例中，由于用于施加输入电压的外部电极被形成在元件的端面上，所以在元件的输入区域的上与下表面上不需要外部电极。然而，在极化步骤中，外部电极可被形成在元件的上与下表面上，如果需要的话。
在各别的实施例中压电变压器元件、电极等等的尺寸只是例子，其尺寸并不限于上述值。〔将压电变压器元件固定在两个端面的方法的讨论〕将讨论在第四与第五实施例中所述的封装方法，亦即将压电变压器元件固定在两个端面的方法。
作为将压电变压器元件封装于外壳中的习知方法，于谐振时压电变压器元件通常被支撑在元件的节点(在下文中称为节点位置)的位置，如同图23中的习知的外壳205与压电变压器元件206。此方法是根据振动的常识，媒体(在此情形中为构成压电变压器元件的各成分的材料)会产生所谓的纵向波(压缩波)，且当纵向波为静止波时，媒体在静止波的节点没有位移，且节点的间的间隔被保持在一预定值。因此，在习知压电变压器元件封装方法(固定方法)中，元件的最佳固定位置是在对应距离λ模式中的元件的两个端面L/2的两个节点位置，λ模式亦即用于驱动压电变压器元件的电压的波长(λ)等于在纵向上的元件的长度2L。欲避免谐振的衰减，元件必须被支撑(固定)，而没有偏离这些节点位置。换句话说，在λ模式中，纵向上的压电变压器元件的两个端面作用为谐振回路，且元件在这些谐振回路具有最大的位移。为此理由，没有采用本发明的技术原理，其中元件被支撑在谐振回路位置，亦即元件的两个端面。
然而，在压电变压器元件的广泛研究中，申请人已将压电变压器元件支撑在纵向上的两个端面，并在λ模式中的支撑压电变压器元件谐振。结果，可得到与将压电变压器元件支撑在节点位置的习知方法几乎相同的升压效率。
图19与20为表，指出依据第四和第五实施例的压电变压器元件封装方法，与将压电变压器元件支撑在节点的习知方法的间的比较结果。图19与20分别指出当以λ模式及λ/2模式来驱动压电变压器元件时的测量结果。
在测量中，第一实施例中所述的图1至3中的压电变压器元件是以依据第四和第五实施例的方法被支撑。至于习知的支撑方法，第一实施例中所述的图1至3中的压电变压器元件被支撑在节点，并经由引线被外部地驱动。在两种情形中，驱动压电变压器元件的测量条件为50kΩ的负载及4W的输出。
如图19与20所示，在依据第四和第五实施例的支撑方法中的升压比及效率(％)，比习知的支撑方法稍低，但是它们的间的差异在实际上不可忽略。此现象与习知原理所预期的结果并不相合。
以下将说明现象的检查。由于即使压电变压器元件被支撑在纵向上的两个端面，可得到良好的升压特性(谐振特性)，所以假设在谐振时压电变压器元件的总长度几乎是固定的。特别是，申请人发现当驱动被谐振的压电变压器元件时，元件的总长度保持相同。此意指将压电变压器元件固定在纵向上的元件的两个端面附近的外壳内，并不会导致谐振的衰减，其减小元件的升压效率，且使外壳内的元件的固定状态变差。所以在第四和第五实施例中，第一实施例中所述的压电变压器元件6被固定至纵向上的元件的两个端面的外壳31、41或41A。
申请人研究相关的文獻以说明此现象，并发现谐振时压电变压器元件的位移是由以下的公式1来給定。依据SekijiYamagata，“Vibrating Modes，Surface Electric Charge andPotential Distributions of Ceramic Transformer”，E1ectronicCeramics，Summer1976，PP.44-50中的公式(17)，位移ξ(x)給定如下ξ(x)＝Acos(mπ/2L)xej(mxv/2L)t+ε其中ξ(x)在时间t的位置x的媒体的位移量〔mm〕；A预定的是数；m振动模式(在λ模式中m＝2)；2L纵向上的压电变压器元件的长度〔mm〕；x从元件的尾端部分至任意点的距离〔mm〕；E自然对数的底；j-1的均方根；V在元件内的声音的速度〔mm/秒〕；t任意时间〔秒〕；ε介电常数〔F/mm〕。
藉着对于x＝0至2L积分公式(1)，得到在驱动于λ模式(m＝2)中时纵向上的压电变压器元件的总长度。不论时间t为何，结果总是一预定值。亦即，积分结果表示即使当在λ模式中驱动元件时，压电变压器元件的两个端面的间的距离不会改变，并说明了由申请人实验所发现的现象。
在λ模式中的谐振时的压电变压器元件的输入与输出区域中出现的节点位置，参见静止状态的位置，在这些位置的媒体可能会在元件的纵向上振动。特别是，相对于输入与输出区域的端面，假设节点位置重覆相对移动。此可藉由考虑支持在λ模式中谐振时压电变压器元件的长度不会改变的实验现象与计算结果，及元件的输入与输出区域在谐振时于相反方向上的重覆扩张收缩的已知现象来说明。
所以当压电变压器元件被固定在纵向上的两个端面时，元件不应以突起、粘着剂等等被固定在两个端面或其附近的位置以外。
如上所述，当使用压电变压器元件在λ模式中谐振时，它只能被支撑在纵向上的两个端面，且外壳可使用不同的形状。同时，可减小封装元件所需的高度与宽度。
当上述公式(1)被应用于例如λ/2模式(m＝1)与3λ/2模式(m＝3)的驱动模式时，当在这些驱动模式谐振时压电变压器元件的长度会改变。然而即使在此情形中，由将元件支撑在其尾端所导致的谐振特性变差非常小，且在元件被支撑在谐振节点的情形与元件被支撑在其尾端的情形的实验结果的间的比较，可知在实际的使用中不会产生任何严重的问题。相反地，以压电变压器元件固定及封装方法的改变的观点来看，这些模式产生与λ模式相同的工业优点。
如以上已叙述了依据上述实施例，提供一压电变压器元件，可减小封装所需的高度与宽度，及此压电变压器元件的封装方法。
在不偏离本发明的精神与范围下，可做成本发明的不同实施例，应了解本发明并不限于这些特定的实施例，而是欲以申请专利范围来界定其范围。
权利要求
1.一种多层构造的压电变压器元件(6)，具有在厚度方向被极化且具有输入电极的输入区域，及在纵方向上被极化且具有输出电极的输出区域，其特征在于包含许多内部电极(1a，2a)作为输入电极，其被形成于许多压电层之间；第一及第二外部电极(1，2)，形成在输入区域侧上纵方向的该压电变压器元件之端面上；及一外部电极(3)，形成在输出区域侧上纵方向的该压电变压器元件之端面上，其中该许多内部电极每两个层被交替地连接至该第一及第二外部电极，且该外部电极为用于施加输入电压的电极。
2.如权利要求1所述的压电变压器元件(16)，其特征在于该元件进一步包含第三及第四外部电极(4，5)，形成在与输入区域侧上的该压电变压器元件之纵方向平行的侧表面上，且该许多内部电极(21a，22a)亦每两个层被交替地连接至该第三及第四外部电极。
3.如权利要求1所述的压电变压器元件(26)，其特征在于该元件进一步包含许多行导体(25a，25b)形成于输入区域的内部，且该许多内部电极(21a，22a)被交替地连接经过每两个层的该许多行导体。
4.如权利要求2所述的压电变压器元件，其特征在于该第三及第四外部电极被形成在对应该压电变压器元件的振动节点的位置。
5.如权利要求3所述的压电变压器元件，其特征在于该许多行导体被摆设在对应该压电变压器元件的振动节点的位置。
6.一种压电变压器元件封装方法，将如权利要求1-3中任一项所述的该压电变压器元件(6，16，26)安装在外壳(31)上，其特征在于包含以下步骤将许多安装端子(32，33，34)形成在纵向上的该外壳的两个端面上；将该压电变压器元件插入于该外壳以使该许多安装端子靠在该第一及第二外部电极与该输出电极；及藉由导电连接材料来固定被靠著的部分。
7.一种压电变压器元件封装方法，将如权利要求1-3中任一项所述的该压电变压器元件(6，16，26)安装在外壳(41)上，其特征在于包含以下步骤在封装该压电变压器元件之后，定位在纵向上的该元件的两个端面的该外壳内部的部分附近形成突起(45)，由突起来支撑压电变压器组件；经由引线(46)将该第一及第二外部电极连接至，形成在纵向上的该外壳的端面上的许多安装端子(42，43)；及经由引线(46)将输出电极连接至，形成在纵向上的该外壳的另一端面上的安装端子(44)。
全文摘要
形成在纵向上的外壳(31)的端面上的安装端子(32—34)分别靠在外部电极(1,2),其被形成在纵向上的压电元件的端面上且用来施加输入电压,及用于取出输出电压的外部电极(3)。这些被靠着的部分以焊接或导电粘着剂被固定,以电气地连接安装端子至外部电极,并固定外壳(31)内部的压电元件(6)。
文档编号H01L41/107GK1275247SQ98810045
公开日2000年11月29日 申请日期1998年10月14日 优先权日1997年10月15日
发明者片冈昌子, 藤村健, 石川胜之, 山川孝宏, 塚本惠三 申请人:太平洋水泥株式会社