(57)【要約】【課題】温度変化が激しい製造工程に適した圧電トランス、電源装置および電源装置の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の電源装置は、駆動電圧が印加される第１入力電極部１３と第２入力電極部１２とを有する圧電トランス１０と、整流作用を有するダイオードとを備え、圧電トランス１０は、１入力電極部１３をダイオードの整流方向の下流側と接続し、第２入力電極部１２を前記ダイオードの整流方向の上流側と接続し、圧電トランス１０の温度が低下すると、第１入力電極部１３の電位が第２入力電極部１２の電位より低くなるように前記２つの入力電極部間の分極方向を決定されている構成を採用した。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動電圧が印加される第１入力電極部と第２入力電極部とを有し、
前記第１入力電極部と前記第２入力電極部との間を熱可溶体で接続したことを特徴とする圧電トランス。
【請求項２】
前記熱可溶体は、前記圧電トランスを回路素子が搭載される回路基板に半田付けする半田の温度もしくは周囲温度によって溶断されることを特徴とする請求項１に記載の圧電トランス。
【請求項３】
前記熱可溶体は、所定以上の電流が流れた時に溶断する電流ヒューズもしくは電流ヒューズエレメントであることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電トランス。
【請求項４】
駆動電圧が印加される第１入力電極部と第２入力電極部とを有する圧電トランスと、
整流作用を有するダイオードとを備え、
前記圧電トランスは、
前記第１入力電極部を前記ダイオードの整流方向の下流側と接続し、
前記第２入力電極部を前記ダイオードの整流方向の上流側と接続し、
前記圧電トランスの温度が低下すると、前記第１入力電極部の電位が前記第２入力電極部の電位より低くなるように前記２つの入力電極部間の分極方向を決定されていることを特徴とする電源装置。
【請求項５】
前記ダイオードを電解効果トランジスタ内のボディーダイオードで構成したことを特徴とする請求項４に記載の電源装置
【請求項６】
駆動電圧が印加される第１入力電極部と第２入力電極部とを有し、
前記第１入力電極部と前記第２入力電極部との間は、予め定められた温度で溶断する熱可溶体で接続されている圧電トランスを回路素子が搭載される基板に搭載する搭載工程と、
前記圧電トランスと前記基板に搭載された他の回路素子とを半田付けする自動半田工程と、
を有することを特徴とする電源装置の製造方法。
【請求項７】
前記圧電トランスは、前記圧電トランスの温度が低下すると、前記第１入力電極部の電位が前記第２入力電極部の電位より低くなるように前記２つの入力電極部間の分極方向を決定されており、
前記回路素子は整流作用を有するダイオードを含み、
前記搭載工程は、
前記圧電トランスの前記第１入力電極部を前記ダイオードの整流方向の下流側と接続し、前記第２入力電極部を前記ダイオードの整流方向の上流側と接続するように前記圧電トランスを搭載することを特徴とする請求項６に記載の電源装置の製造方法。
【請求項８】
前記ダイオードを電解効果トランジスタ内のボディーダイオードで構成したことを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電トランス、電源装置および電源装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電トランスは、磁気トランスと比較して、小型・薄型・軽量である。また、磁気トランスのような電磁界ノイズが発生しないため低ノイズであり、磁気トランスのような巻線を使用していないため難燃性を有する。そこで、ノートパソコン・液晶テレビ等に用いられる電源装置には、圧電トランスを使用した電源装置が多く利用されている。
【０００３】
圧電トランスは強誘電体の一種であるため、焦電効果を有する。焦電効果とは、誘電体が急激な温度変化を受けると温度変化に応じた電荷が電極表面に現れる現象である。したがって、圧電トランスに温度変化が加えられると、焦電効果により圧電トランスに電圧が発生する。
【０００４】
特許文献１では圧電トランスの１次側電極間に並列インピーダンスを接続している。
また、特許文献２では圧電トランスの１次側電極間に感温半導体を接続している。
【特許文献１】特開２０００−３０７１６６号公報
【特許文献２】特開２００５−２７８１２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、温度変化が激しい製造工程に適した圧電トランス、電源装置および電源装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の圧電トランスは、駆動電圧が印加される第１入力電極部と第２入力電極部とを有し、前記第１入力電極部と前記第２入力電極部との間は、予め定められた温度で溶断する熱可溶体で接続されている構成を採用する。
【０００７】
上記の圧電トランスにおいて、前記熱可溶体は、前記圧電トランスを回路素子が搭載される回路基板に半田付けする半田の温度もしくは周囲温度によって溶断されることを特徴とする。
【０００８】
上記の圧電トランスにおいて、前記熱可溶体は、所定以上の電流が流れた時に溶断する電流ヒューズもしくは電流ヒューズエレメントであることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の電源装置は、駆動電圧が印加される第１入力電極部と第２入力電極部とを有する圧電トランスと、整流作用を有するダイオードとを備え、前記圧電トランスは、前記第１入力電極部を前記ダイオードの整流方向の下流側と接続し、前記第２入力電極部を前記ダイオードの整流方向の上流側と接続し、前記圧電トランスの温度が低下すると、前記第１入力電極部の電位が前記第２入力電極部の電位より低くなるように前記２つの入力電極部間の分極方向を決定されている構成を採用する。
【００１０】
上記の電源装置において、前記ダイオードを電解効果トランジスタ内のボディーダイオードで構成することを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の製造方法は、駆動電圧が印加される第１入力電極部と第２入力電極部とを有し、前記第１入力電極部と前記第２入力電極部との間は、予め定められた温度で溶断する熱可溶体で接続されている圧電トランスを回路素子が搭載される基板に搭載する搭載工程と、前記圧電トランスと前記基板に搭載された他の回路素子とを半田付けする自動半田工程とを有する。
【００１２】
上記の製造方法において、前記圧電トランスは、前記圧電トランスの温度が低下すると、前記第１入力電極部の電位が前記第２入力電極部の電位より低くなるように前記２つの入力電極部間の分極方向を決定されており、前記回路素子は整流作用を有するダイオードを含み、前記搭載工程は、前記圧電トランスの前記第１入力電極部を前記ダイオードの整流方向の下流側と接続し、前記第２入力電極部を前記ダイオードの整流方向の上流側と接続するように前記圧電トランスを搭載することを特徴とする。
【００１３】
上記の製造方法において、前記ダイオードを電解効果トランジスタ内のボディーダイオードで構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、焦電効果が生じても圧電トランスに電圧が発生するのを防止することができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明によれば、圧電トランスは、半田付け後、若しくは熱可溶体が溶断する周囲温度を有する環境を経た後に正常に動作する。
【００１６】
請求項３に記載の発明によれば、圧電トランスは、所定の電流を流した後に正常に動作する。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、圧電トランスの温度が低下した場合に焦電効果が生じても、電源装置に備えられた他の回路素子が破壊されることを防止することができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、電界効果トランジスタを基板に配置することでダイオードも配置されるため、回路素子の数が減少する。
【００１９】
請求項６に記載の発明によれば、焦電効果が生じても圧電トランスに電圧が発生するのを防止して電源装置を製造することができる。
【００２０】
請求項７に記載の発明によれば、圧電トランスの温度が低下した場合に焦電効果が生じても、電源装置に備えられた他の回路素子が破壊されることを防止して電源装置を製造することができる。
【００２１】
請求項８に記載の発明によれば、電界効果トランジスタを基板に配置することでダイオードも配置されるため、回路素子の数が減少する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
【実施例１】
【００２３】
まず、本発明の実施の形態の圧電トランスについて、図面を用いて説明する。
圧電トランスは、圧電振動子に一次と二次の電極を設け、１次側を圧電振動子の厚み方向に分極させるとともに、２次側を圧電振動子の長さ方向に分極したものである。この圧電トランスは、１次側に所定周波数のパルス電圧が入力されると、逆圧電効果によって、その所定周波数に応じた昇圧比で昇圧し、２次側から出力する。
【００２４】
次に、圧電トランスを使用した電源装置の構成および動作について説明する。
図１は、圧電トランスを使用した電源装置の回路図の一例である。
電源装置は、圧電トランス６０と、発振回路５０と、ＦＥＴ（Field Effect Transistor：電解効果トランジスタ）５１と、コンデンサ５３と、インダクタンス５２とを備える。
圧電トランス６０の厚み方向に設けられた１次側の入力電極６１の一方の電極は、インダクタンス５２を介して、駆動電圧を供給する入力端子７０に接続される。圧電トランスとインダクタンス５２の間には、一端が接地されたコンデンサ５３の他端と、ＦＥＴ５１のドレインとが接続される。ＦＥＴ５１のソースは接地され、ゲートには発振回路５０が接続される。
【００２５】
インダクタンス５２およびコンデンサ５３はＬＣ共振により、駆動電圧より大きい電圧で圧電トランス６０を駆動する。
【００２６】
圧電トランス６０の１次側の入力電極６１のうち他方の電極は接地される。圧電トランス６０の長手方向の２次側側面には、出力電極６３が設けられ、この出力電極６３は、他の回路素子（不図示）と接続される。圧電トランス６０の長手方向の２次側には、自励発振のための交流電圧を検出する検出電極６２が圧電トランス６０の厚み方向の一方に設けられる。検出電極６２は、発振回路５０に接続される。
【００２７】
駆動電圧が電源回路に印加されると、発振回路５０およびＦＥＴ５１に印加され、設定された電圧でバイアスされる。発振回路５０がＦＥＴ５１を駆動して圧電トランス６０の入力電極６１に交流電圧を印加し、圧電トランス６０を駆動する。この結果、２次側には昇圧した電圧が発生して出力電極６３から出力されると共に、検出電極６２から発振回路５０に帰還される。発振回路５０は、検出電極６２からの交流電圧が示す圧電トランス６０の共振周波数でＦＥＴ５１を駆動する。
【００２８】
図２には本発明を適用した圧電トランスの斜視図を示す。
圧電トランス１０は、１次側には駆動電圧を印加する第１入力電極部１３および第２入力電極部１２を有し、２次側には１次側で昇圧した電圧を取り出す２次側電極部１１を有する。
1次側電極に接続された第２入力電極部１２および第１入力電極部１３の間には、予め定められた温度で溶断する熱可溶体３０が接続されている。熱可溶体３０は、第２入力電極部１２および第１入力電極部１３に巻きつけて接続してもよいし、半田付けして接続しても良い。熱可溶体３０としては、銅合金、亜鉛合金などが存在するが、予め定められた温度によって溶断する物質であれば本発明に用いることができる。熱可溶体は圧電トランスのパッケージ内部に実装してもよい。
【００２９】
本実施例の圧電トランス１０によれば、圧電トランス１０の第２入力電極部１２および第１入力電極部１３に熱可溶体３０が接続され、１次側電極間が短絡されているので、圧電トランス１０が急激な温度変化にさらされても、焦電効果が生じても圧電トランス１０に電圧は発生しない。
【００３０】
次に、上述した圧電トランス１０を用いた電源装置の製造方法について説明する。図３は電源装置の製造過程を表したフローチャートである。
圧電トランス１０を含む回路素子は、回路設計図に従って基板の適切な位置へと搭載される（ステップＳ１）。この時点では、各部品は基板上に設置されているのみで、各回路素子は結合されていない。
【００３１】
各部品は半田付けによって結合されるが、各回路素子が搭載された基板は半田槽への投入前にまず余熱される（ステップＳ２）。
【００３２】
余熱工程の後、各部品が搭載された基板は半田槽へと投入される（ステップＳ３）。本ステップによって、各部品は結合され電源装置の回路が出来上がる。
半田付けが終了した回路は、部品への熱ストレス時間を短縮する為に冷却される（ステップＳ４）。
【００３３】
次に、図３のフローチャートの各ステップに沿って、本実施例による電源装置の製造についてさらに説明する。
図４は本実施例の電源装置が使用する圧電トランスおよび基板の斜視図である。
圧電トランス１０の構成は、上記で説明した圧電トランスの構成と同一であり、同一の要素には同一の符号を付してある。
【００３４】
基板２０には、第２入力電極部１２および第１入力電極部１３と熱可溶体３０が通過できるホール２１が生成されている。本構成をとることで、圧電トランス１０のピンに接続された熱可溶体３０は、基板２０の裏側に突出する。
圧電トランス１０および他の回路素子は、回路設計図に従って基板２０に搭載される。本実施例では図５に示されるように、圧電トランス１０の１次側電極を振動させるための発振回路５０と、圧電トランス１０の駆動電圧を制御するＦＥＴ５１とコンデンサ５３およびインダクタンス５２を配置した回路（以後、実施例回路と略記する）について説明する。
【００３５】
実施例回路は、半田付け前の余熱工程（図３：ステップＳ２）へと進むが、本工程で急激な温度上昇にさらされることになる。これに伴い、圧電トランス１０にも急激な温度変化が加えられるので、通常、焦電効果が生じて、圧電トランス１０に電圧が発生する。この電圧は、温度変化の割合に依存するが、数ｋVに達することもある。
【００３６】
余熱工程では、圧電トランス１０の第２入力電極部１２および第１入力電極部１３は基板２０に結合されてはいない。しかし、基板２０のホール２１と各電極部との距離は近接しているため、圧電トランス１０に発生した電圧がホール２１に放電されてしまい、基板２０に取り付けられたＦＥＴ５１などの他の回路素子が破損してしまう可能性がある。
一方、本実施例では、圧電トランス１０の第２入力電極部１２および第１入力電極部１３に熱可溶体３０が接続され、１次側電極間が短絡されているので、焦電効果が生じても圧電トランス１０に電圧は発生しない。そのため、余熱工程において急激な温度変化が加えられても、圧電トランス１０の焦電効果によって、他の回路素子が破損するおそれがない。
【００３７】
余熱工程後、実施例回路が実装された基板２０は、各回路素子を半田付けによって基板２０と結合するため半田槽に投入される。
図６は、基板２０が半田槽４０に投入された様子を模式的に示した図である。
図６に示されるように、圧電トランス１０の１次電極間に接続された熱可溶体３０は、半田面に突出する構造となっている。したがって、熱可溶体３０の溶断温度が半田槽４０の半田温度以下であれば、基板２０を半田槽４０に投入することで、熱可溶体３０は半田熱により溶断される。
【００３８】
熱可溶体３０が半田熱により溶断されると、１次側電極間の短絡状態は解除されるため、正常な動作回路を得られる。なお、半田槽４０投入時、半田付けされる前に熱可溶体３０が溶断されている可能性があるが、熱可溶体接続による短絡状態が解除されている時間はきわめて短時間であるため、回路素子が破壊する程の高電圧は発生しない。
【００３９】
熱可溶体として電流ヒューズまたは電流ヒューズエレメントを用いることも可能である。その場合、自動半田工程にて熱可溶体が溶断せず半田付け工程後において圧電トランスの1次電極間が短絡状態となっていても、初通電時に熱可溶体に電流が流れることで短絡状態が解除され、正常な動作回路が得られる。よって、機能を喪失することなく電源を稼動させることができる。
【００４０】
ここでは自動半田工程をフロー工程として説明したが、リフロー工程においても同様な原理で本発明を適用できる。
【００４１】
本実施例によれば、１次側電極間に熱可溶体３０ではなく治具を取り付けることで１次側電極間を短絡させる手段と比較して、治具の脱着等の追加工程が必要ない。そのため工数が削減でき、また、治具脱着忘れ・不備による回路素子破損及び回路動作不良の心配がない。
【００４２】
基板２０の半田付けが終了すると、実施例回路は冷却される。この場合にも圧電トランス１０は急激な温度変化にさらされることになり、焦電効果によって圧電トランス１０には高電圧が発生する。
【００４３】
図７では、圧電トランス１０は、温度低下時に圧電トランス１０の上側の第１入力電極部１３の電位が下側の第２入力電極部１２の電位よりも大きくなるように回路に実装されている。この場合、冷却工程では、電子は圧電トランス１０内に示された実線の矢印のように上側から下側へと移動する。したがって、実施例回路内には点線で示した矢印の向きに電流が流れる。しかし、点線の矢印で示した電流の向きはＦＥＴ５１内のボディーダイオードの整流方向とは逆であるため、電流は回路内を流れることはできず、圧電トランス１０に発生した電圧は放電されない。
【００４４】
そこで、本実施例では、図８のように圧電トランス１０の分極方向を、温度低下時に上側の第１入力電極部１３の電位が下側の第２入力電極部１２の電位よりも小さくなる向きにして、圧電トランス１０を回路に実装する。このように実装すると、１次側の分極方向と２次側の分極方向を同時に逆向きとすることで、入出力電圧の関係は変化させずに温度変化により生じる電圧の極性を反転させることができる。
【００４５】
また、冷却工程で急激な温度変化が生じ、焦電効果によって圧電トランス１０に高電圧が発生した場合、電子は圧電トランス１０内に示された実線の矢印のように下側から上側へと移動するため、実施例回路内には点線で示した矢印の向きに電流が流れる。この電流が流れる向きは、ＦＥＴ５１内のボディダイオードの整流方向と同一であるので、電流は回路内を流れることができ、圧電トランス１０に発生した電圧は放電される。したがって、基板２０に搭載された各回路素子は、圧電トランス１０の焦電効果の影響を受けない。
【００４６】
本実施例によれば、圧電トランス1０の焦電効果によって発生した電圧を放電するための回路を追加する必要がない。また、半田付けを半田槽４０による自動工程で実施できるため、圧電トランス１０を基板２０に手半田で実装するよりも生産効率が向上する。
【００４７】
上記実施形態では、少数の回路素子を用いた回路で構成する電源装置について本発明を適用した場合について説明したが、これに限定されるわけではなく、圧電トランスを使用した電源装置に対して本発明の適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】圧電トランスを含む電源装置の回路図の一例である。
【図２】本発明を適用した圧電トランスの一例を示す斜視図である。
【図３】電源装置の製造ステップの一例を示すフローチャートである。
【図４】圧電トランスと基板の一例を示す斜視図である。
【図５】実施例の電源装置の回路図である。
【図６】半田槽による半田付けの一例を示した模式図である。
【図７】温度低下時に回路に流れる電流を示した図である。
【図８】本発明を適用した場合に温度低下時に回路に流れる電流を示した図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０、６０…圧電トランス
１１…２次側電極部
１２…第２入力電極部
１３…第１入力電極部
２０…基板
２１…ホール
３０…熱可溶体
４０…半田槽
５０…発振回路
５１…ＦＥＴ
５２…インダクタンス
５３…コンデンサ
６１…入力電極
６２…検出電極
６３…出力電極
７０…入力端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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