專利名稱：用于壓電變壓器的壓電基片支承結(jié)構(gòu)以及壓電變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于壓電變壓器的壓電支承結(jié)構(gòu)，它將壓電基片固定在例如壓電基片容放外封裝盒以及壓電基片固定板上，從而使壓電基片得到支承和固定并可以實(shí)現(xiàn)壓電基片電極免除。本發(fā)明還涉及包含上述壓電基片支承結(jié)構(gòu)的壓電變壓器。
近年來，諸如便攜式信息終端和便攜式通信設(shè)備之類電子設(shè)備小型化的趨勢要求在性能和質(zhì)量不低于普通電子元件的前提下提供體積小和厚度薄的電子元件。對于諸如壓電諧振器、壓電變壓器、壓電陀螺儀、壓電蜂鳴器以及壓電促動器之類的壓電元件而言同樣如此。特別是對于利用壓電諧振器的能量限制型諧振，已經(jīng)研制出了一種薄型表面安裝諧振器。在這種情況下，諧振器的支承和固定通過直接將提供激發(fā)電極的壓電基片安裝在形成于基板上的電極上而不用任何支承件并且利用導(dǎo)電膠粘合實(shí)現(xiàn)。
對于利用壓電諧振器以外的諧振元件(例如壓電變壓器、壓電陀螺儀、壓電蜂鳴器以及壓電促動器)，提出了以下壓電基片支承和固定方法。即，壓電基片的支承和固定方式是將帶狀橡膠彈性體之類沿壓電基片諧振方向的諧振節(jié)點(diǎn)線(表面)放置從而不阻礙諧振。此外，引線端被焊接在壓電基片的激發(fā)電極上從而可以電極引出(參見日本專利公開No．8(1996)-32135)。提出的另一種方法是將作為彈性金屬端的引線端彈壓在壓電基片上從而可以同時實(shí)現(xiàn)支承和固定與電極引出(參見日本專利公開No．8(1996)-298213)。進(jìn)一步提出的結(jié)構(gòu)是在壓電基片容放外封裝盒與壓電基片之間插入彈簧片，并且彈簧片從外封裝盒凸出來以用作輸入引線(見日本專利公開)No．7(1995)-079029)。
上述壓電元件通常安裝在運(yùn)動中的便攜式裝置中，所以需要抗沖擊和保持穩(wěn)定的頻率溫度特性。
但是，在上述包括利用導(dǎo)電膠將壓電基片粘合在基板上的支承和固定方法中，壓電基片與基板的溫度膨脹系數(shù)不同。因此，在溫度變化時，壓電基片產(chǎn)生應(yīng)力，從而有可能使頻率特性變化。而且在這種方法中，粘合沒有采用減震材料，所以當(dāng)為改善抗沖擊性能而強(qiáng)粘合基板時，頻率溫度特性將會變差。
另一方面，在上述利用橡膠彈性體、彈簧金屬端或彈簧片的支承和固定方法中，要求支承位置、支承方法、驅(qū)動方法和電極引出方法不阻礙壓電基片的振動。因此這帶來了如何保持用于大振幅諧振壓電基片的壓電元件(例如壓電促動器、壓電陀螺儀、壓電變壓器或壓電蜂鳴器)性能不變的問題。
而且在采用橡膠彈性體的支承和固定方法中，為了與壓電基片電學(xué)接觸，要求將引線端單獨(dú)焊接在激發(fā)電極上從而引出電極。而且在該方法中，即使當(dāng)支承是利用帶狀彈性體沿著壓電基片激發(fā)方向的諧振節(jié)點(diǎn)線進(jìn)行的，也抑止了在諧振引起的激發(fā)方向以外的方向上壓電基片的位移，從而抑止了這些方向上的諧振。其它可以采用的方法包括利用引線或其它包含彈性粘合插腳的引線。在所有這些方法中，增加了元件的數(shù)量并且使制造工作更為復(fù)雜從而對提高產(chǎn)率和降低成本不利。
因此為了利用彈性體支承壓電基片，可以考慮擴(kuò)展彈性體寬度并與壓電基片的接觸面。但是這導(dǎo)致被彈性體覆蓋的壓電基片上表面增大，從而不僅抑止機(jī)械振動而且不利于縮小壓電元件尺寸。
而且在利用彈簧片將壓電基片固定在壓電基片容放蘢形外封裝盒的方法中，彈簧片和壓電基片的位置可能會因?yàn)槔缯駝記_擊而錯位。當(dāng)壓電基片與外封裝盒接觸時，極大地抑止壓電基片的振動。
在日本專利公開No．55(1980)-100719中，提出了一種壓電基片支承結(jié)構(gòu)，其中壓電基片電極和涂敷在電路板上的電極由導(dǎo)電橡膠組成的橡膠觸點(diǎn)支承從而實(shí)現(xiàn)連接。但是在這種結(jié)構(gòu)中，橡膠觸點(diǎn)本身必須由設(shè)置的凹口(用來將電路板上涂敷電極的橡膠觸點(diǎn)隱埋)固定或者在電極涂層上面單獨(dú)形成硅橡膠固定，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)過分復(fù)雜。而且在這種結(jié)構(gòu)中，上述橡膠觸點(diǎn)的彈性位移不可能很大，所以可能會阻止壓電基片的振動。而且橡膠觸點(diǎn)可能因?yàn)榕c例如空氣接觸而使性能變壞，從而使壓電基片的功能失效。在所有上述方法中，驅(qū)動壓電基片產(chǎn)生的振動被傳遞到基板和外封裝盒從而導(dǎo)致音頻元件產(chǎn)生振動并加劇振動，由此產(chǎn)生雜音。
針對上述問題提出了本發(fā)明。本發(fā)明的一個目標(biāo)是提供壓電變壓器的壓電基片支承結(jié)構(gòu)，當(dāng)在基板上或外封裝盒內(nèi)支承和固定壓電基片時不會抑止壓電基片的振動，具有良好的抗沖擊性能并且支承穩(wěn)定，性能不會變差并且同時能夠和方便地從壓電基片中實(shí)現(xiàn)電極引出。本發(fā)明另一個目標(biāo)是提供包含上述壓電基片支承結(jié)構(gòu)的壓電變壓器。
本發(fā)明進(jìn)一步的目標(biāo)是提供一種用于壓電變壓器的壓電基片支承結(jié)構(gòu)，它吸收和阻尼從驅(qū)動壓電基片傳播過來的振動從降低傳播到基板和外封裝盒的聲音強(qiáng)度，以及提供包含上述壓電基片支承結(jié)構(gòu)的壓電變壓器。
本發(fā)明進(jìn)一步的目標(biāo)是提供一種用于壓電變壓器的壓電基片支承結(jié)構(gòu)，它能夠減少元件數(shù)量，省略焊接和其它工作并減少裝配步驟，以及提供包含上述壓電基片支承結(jié)構(gòu)的壓電變壓器。
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題和達(dá)到上述目標(biāo)，提出了本發(fā)明。按照本發(fā)明的用于壓電變壓器的壓電基片支承結(jié)構(gòu)包括作為壓電變壓器要素的壓電基片，壓電基片包含電極，以及插入在壓電基片電極部分與位于固定壓電基片用的安裝部件上的導(dǎo)電元件之間的導(dǎo)電支承件；其中導(dǎo)電支承件由彈性非金屬材料和導(dǎo)電材料組成。
在按照本發(fā)明的用于壓電變壓器的壓電基片支承結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)電支承件包含內(nèi)部元件或帶內(nèi)腔的表面。
在按照本發(fā)明的用于壓電變壓器的壓電基片支承結(jié)構(gòu)中，一部分導(dǎo)電支承件由從導(dǎo)電支承件內(nèi)向外依次排列的第一樹脂層、導(dǎo)電層和第二樹脂層組成的至少三層構(gòu)成，第一和第二樹脂層中至少一層由彈性材料構(gòu)成，導(dǎo)電層由導(dǎo)電材料構(gòu)成。
而且在按照本發(fā)明的用于壓電變壓器的壓電基片支承結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)電支承件的導(dǎo)電材料包括多種導(dǎo)電材料，這些導(dǎo)電材料經(jīng)過排布沿著從壓電基片電極部分到安裝部件導(dǎo)電元件部分的方向通過導(dǎo)電支承件，導(dǎo)電支承件沿該方向插入壓電基片與安裝部件之間。
而且在按照本發(fā)明的用于壓電變壓器的壓電基片支承結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)電支承件的內(nèi)腔是沿著從壓電基片電極部分到安裝部件導(dǎo)電元件部分的方向通過的過孔，導(dǎo)電支承件沿該方向插入壓電基片與安裝部件之間。
而且在按照本發(fā)明的用于壓電變壓器的壓電基片支承結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)電支承件的內(nèi)腔是位于導(dǎo)電支承件表面上的凹口。
而且在按照本發(fā)明的用于壓電變壓器的壓電基片支承結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)電支承件的內(nèi)腔是位于導(dǎo)電支承件內(nèi)部元件內(nèi)的腔體。
而且在按照本發(fā)明的用于壓電變壓器的壓電基片支承結(jié)構(gòu)中，壓電基片被卡入封裝部件內(nèi)從而使得壓電基片的電極部分與安裝部件的導(dǎo)電元件壓縮導(dǎo)電支承件。
而且在按照本發(fā)明的用于壓電變壓器的壓電基片支承結(jié)構(gòu)中，安裝部件是固定壓電基片的板體或者用于容放壓電基片的外封裝盒。這里所用的名詞“板體”表示安裝壓電基片的板，特別是指其上形成引線圖案的印刷板或電路板。
而且在按照本發(fā)明的用于壓電變壓器的壓電基片支承結(jié)構(gòu)中，安裝部件是容放壓電基片的外封裝盒。
本發(fā)明的壓電變壓器包含上述用于壓電變壓器的壓電基片支承結(jié)構(gòu)。
而且按照本發(fā)明，提供了一種包含上述壓電變壓器作為變壓器單元的壓電逆變器。
在將壓電基片支承和固定在作為安裝部件的基板或者外封裝盒內(nèi)時，利用上述結(jié)構(gòu)在振動節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行支承。而且整個導(dǎo)電支承件是有彈性的，從而使得壓電基片的振動不被阻止，具有良好的抗沖擊性能并且確保支承穩(wěn)定，性能變差的可能性也降低到最低限度。
特別是，在內(nèi)腔位于內(nèi)部元件或者表面上的時候，內(nèi)腔允許較大的彈性位移從而增強(qiáng)彈性。因此能夠更有效地使壓電基片振動，確保良好抗沖擊性和穩(wěn)定的支承，并且性能變差的可能性最小。而且壓電基片上的激發(fā)電極與導(dǎo)電支承件的導(dǎo)電元件接觸，從而可以從壓電基片中容易實(shí)現(xiàn)電極引出。而且組裝元件的數(shù)量也可以減少，從而提高了產(chǎn)量并降低了成本。
凹口形成于導(dǎo)電支承件的上下表面從而使結(jié)構(gòu)在從與支承件點(diǎn)接觸的壓電基片電極部分到安裝部件導(dǎo)電元件部分的方向上具有過孔。因此通過尺寸上可以插入凹口的凸起可以避免導(dǎo)電支承件的錯位，即壓電基片電極的安裝部件上的過孔與導(dǎo)電支承件上下面接觸。而且對于具有上述過孔的導(dǎo)電支承件，在將壓電基片固定到安裝部件的裝配過程中，例如通過使單線穿過導(dǎo)電支承件的過孔可以保持多個的導(dǎo)電支承件。而且只需將引線移動至給定位置即可以將導(dǎo)電支承件移動到給定位置。當(dāng)導(dǎo)電支承件不含過孔時，必須固定導(dǎo)電支承件并且利用準(zhǔn)備的固定工具逐個移動。相反，當(dāng)提供過孔時，裝置的結(jié)構(gòu)簡單以利于實(shí)現(xiàn)自動化。
而且，從驅(qū)動壓電基片傳播的振動被上述結(jié)構(gòu)吸收和阻尼。因此傳輸?shù)交搴屯夥庋b盒而產(chǎn)生的聲音可以降低。由于與壓電基片接觸的面積較小，所以可以利用具有過孔的上述結(jié)構(gòu)有效實(shí)現(xiàn)。
即使當(dāng)在這種壓電基片結(jié)構(gòu)中需要從振動節(jié)點(diǎn)以外區(qū)域電極引出時，壓電基片的振動也不會被抑止，確保了良好的抗沖擊性和穩(wěn)定的支承，并且避免性能變差。
而且當(dāng)在導(dǎo)電支承件與壓電基片之間進(jìn)行電極連接時，只需直接提供導(dǎo)電支承件并互相接觸即可完成電極連接，無需單獨(dú)提供焊接材料實(shí)現(xiàn)焊接。因此提高了工作效率，并極大地提高了產(chǎn)量。
而且本發(fā)明的導(dǎo)電支承件可以以少許壓迫狀態(tài)插入壓電基片與安裝部件之間，從而確保在振動時不會錯位。而且導(dǎo)電支承件是有彈性的，從而使安裝壓電基片產(chǎn)生的沖擊和加速引起的位移被限制或吸收從而避免壓電基片在安裝時錯位和斷裂。
而且，在具有作為保護(hù)層的第二樹脂層的結(jié)構(gòu)中，保護(hù)層避免了導(dǎo)電元件因與內(nèi)部或表面空氣接觸而性能變差，所以導(dǎo)電元件性能不會變差并且壓電基片可以始終保持穩(wěn)定的振動。


圖1為按照本發(fā)明第一實(shí)施例的導(dǎo)電支承件透視圖；圖2為包含壓電基片的壓電變壓器分解透視圖，它利用了本發(fā)明第一實(shí)施例的導(dǎo)電支承件；圖3為與圖2對應(yīng)的平面圖；圖4為沿圖3中A-A直線剖取的縱向剖面；圖5(A)為圖2壓電變壓器的電路原理圖；以及圖5(B)為圖2壓電變壓器振幅曲線圖；圖6為按照本發(fā)明第二實(shí)施例的電路基片銅圖案部分表面的放大示意圖，它包含壓電基片作為安裝在諸如逆變器之類的電路基片上的變壓器，它利用了本發(fā)明的導(dǎo)電支承件；圖7為按照本發(fā)明另一實(shí)施例的導(dǎo)電支承件透視圖；圖8為按照本發(fā)明進(jìn)一步實(shí)施例的導(dǎo)電支承件透視圖；圖9為按照本發(fā)明另一實(shí)施例的導(dǎo)電支承件透視圖；圖10為沿圖9X-X直線剖取的縱向剖面；圖11為圖10部分A的縱向放大剖面圖12為按照本發(fā)明另一實(shí)施例的導(dǎo)電支承件透視圖；圖13為圖12導(dǎo)電支承件的平面圖；圖14為圖13直線ⅩⅣ-ⅩⅣ的縱向剖面；圖15為沿直線ⅩⅤ-ⅩⅤ剖取的縱向剖面；以及圖16為壓電逆變器系統(tǒng)的示意圖。
以下借助附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1為按照本發(fā)明第一實(shí)施例的導(dǎo)電支承件透視圖；圖2為包含壓電基片的壓電變壓器分解試圖，它利用了本發(fā)明第一實(shí)施例的導(dǎo)電支承件；圖3為與圖2對應(yīng)的平面圖；圖4為沿圖3中A-A直線剖取的縱向剖面；圖5(A)為圖2壓電變壓器的電路原理圖；以及圖5(B)為圖2壓電變壓器振幅曲線圖。
參見圖1，本發(fā)明的導(dǎo)電支承件10為柱狀并且由導(dǎo)電部件12(構(gòu)成具有導(dǎo)電性能和彈性的環(huán)形導(dǎo)電層)、內(nèi)部邊界彈性部件14(在導(dǎo)電部件12的內(nèi)部圓形表面提供具有彈性的環(huán)形第一樹脂層)以及外側(cè)絕緣保護(hù)層16(在導(dǎo)電部件12的外側(cè)提供第二樹脂層)。導(dǎo)電支承件10具有空心部分18，它構(gòu)成了位于內(nèi)部邊界側(cè)彈性部件14中央內(nèi)并且垂直延伸的腔體。
例如，EP橡膠、丁基橡膠、EPDM和氨基甲酸乙酯可以在導(dǎo)電部件12中作為基本材料從而使得導(dǎo)電部件12具有彈性(橡膠硬度)，能夠支承和固定壓電基片但不阻止壓電基片振動和破壞其性能。特別是從耐磨、摩擦阻力和與壓電基片表面附著的角度出發(fā)，比較好的是采用硅橡膠。就提供的電導(dǎo)率而言，可以將導(dǎo)電材料固定在主要材料內(nèi)或者利用珠狀、光纖和片狀的剝離或彈性顆粒，它們的表面涂敷有導(dǎo)電材料。這些剝離或彈性顆?？梢允强招牡?。具有一定導(dǎo)電性能的碳、石墨或金屬都可以用作導(dǎo)電材料。上述材料中至少有一種可以滿足要求。特別是從導(dǎo)電和可靠性出發(fā)，利用Ag、Ag-Pd和Au中的一種。其中Ag特別合適。就導(dǎo)電材料與主要材料混合比例而言，從彈性和導(dǎo)電出發(fā)，比較好的是將55-95％重量百分比的導(dǎo)電材料Ag混合入主要材料硅橡膠中。當(dāng)導(dǎo)電部件12是由Ag與硅橡膠混合形成的時候，可以采用注入和擠壓之類的普通成型方法。雖然導(dǎo)電部件12的層厚并無特別的規(guī)定，但是厚度在0．05-0．3mm范圍內(nèi)是令人滿意的。
內(nèi)部邊界側(cè)彈性部件14與導(dǎo)電部件12一樣，必須能夠支承和固定壓電基片但不阻止壓電基片振動和破壞其性能。作為導(dǎo)電部件12的主材料同樣可以用于內(nèi)部邊界側(cè)彈性部件14。特別是從耐磨、抗摩擦和與壓電基片表面附著力的角度出發(fā)，比較好的是采用硅橡膠。就給出導(dǎo)電性的方法而論，可通過將采電材料混入基本材料，或采用形成球形、纖維和片狀的其表面涂以導(dǎo)電材料的玻璃或塑料顆粒。這些玻璃或塑料顆?？梢允强招牡??？捎镁哂袑?dǎo)電性的碳、石墨以及金屬作為導(dǎo)電材料。至少可選自上述導(dǎo)電材料中的一種加以應(yīng)用。具體地說，從導(dǎo)電性和可靠性角度考慮，較好的是采用Ag、Ag和Au中任一種。當(dāng)然，Ag特別好。就導(dǎo)電材料與基本材料的混合比而言，從彈性和導(dǎo)電性的觀點(diǎn)看，例如將55％-95％重量的Ag作為導(dǎo)電材料混入基本材料硅橡膠中為好。當(dāng)將Ag混入硅橡膠成形導(dǎo)電部件12時，可采用注模法或擠壓法。雖然導(dǎo)電部件12的層厚不加特別限制，但厚度在0．05-0．3mm范圍內(nèi)是令人滿意的。
內(nèi)部邊界側(cè)彈性部件14與導(dǎo)體部件12類似，必須具有彈性，能支承和固定壓電基片而不抑止壓電基片的振動和不損害其性能。內(nèi)部邊界側(cè)彈性部件14可使用與導(dǎo)體部件12的基本材料同樣的材料。特別是從與壓電基板的接觸表面的耐磨、抗摩擦、附著力和抗蠕變角度考慮，采用硅橡膠是較好的。
這種內(nèi)部邊界側(cè)彈性部件14在中央具有空心部分18，從而使得空心部分內(nèi)能夠在彈性增加時發(fā)生較大的彈性位移。因此壓電基片的振動不會被阻止，抗沖擊性能出色從而能夠穩(wěn)定支承，并且可以避免性能變壞。
提供的外側(cè)絕緣保護(hù)層16防止了導(dǎo)電部件12中所含諸如Ag和Pd之類的導(dǎo)電填充物與導(dǎo)電部件12外側(cè)的空氣接觸從而發(fā)生氧化和性能變差。從靈活性、耐天氣影響和抗蠕變的角度考慮，比較好的是外側(cè)絕緣保護(hù)層16由硅橡膠構(gòu)成。雖然外側(cè)絕緣保護(hù)層的厚度并無特別限定，但是厚度在0．05-0．3mm范圍內(nèi)是令人滿意的。
只要厚度能夠保證略微處于壓迫狀態(tài)的導(dǎo)電支承件10能夠插入壓電基片與安裝部件之間，對于本發(fā)明的導(dǎo)電支承件大小并無限定。導(dǎo)電支承件10的厚度比較好的是在0．3-2mm范圍內(nèi)。為了避免對壓電基片振動的阻止作用，導(dǎo)電支承件10的直徑比較好的是在0．5-4mm范圍內(nèi)，更好的是在1-3mm范圍內(nèi)。
在制作具有上述結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電支承件時，首先擠壓硅橡膠從而提供內(nèi)部邊界側(cè)彈性部件14。隨后，硅橡膠管的外表面涂以涂層以提供導(dǎo)電部件12和外側(cè)絕緣保護(hù)層16。最終的帶三層結(jié)構(gòu)的連續(xù)空心管被切割成具有合適厚度的圓柱片。
利用這種結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電支承件10吸收和阻尼從壓電基片驅(qū)動傳播的振動從而降低傳播到基板和外封裝盒的聲音強(qiáng)度。而且導(dǎo)電支承件10的電阻和接觸電阻使得壓電變壓器的性能在壓電基片工作輸入頻率帶(10KHz-幾百個kHz)內(nèi)不會變壞。
導(dǎo)電支承件10的構(gòu)造可如圖7所示，導(dǎo)電支承件10為圓柱形，內(nèi)部邊界側(cè)彈性部件14不設(shè)空心部分18而在外側(cè)絕緣保護(hù)層16的表面和內(nèi)部設(shè)置多個腔體18。
而且，導(dǎo)電支承件10的構(gòu)造可如圖8所示，導(dǎo)電支承件10為矩形并且位于其中央的內(nèi)部邊界側(cè)彈性部件14提供有矩形管空心部分18。而且作為圖8的應(yīng)用，導(dǎo)電支承件10可以是三角形管、多邊形管或其它形狀。在本實(shí)施例中，雖然只形成一個空心部分18”，但是內(nèi)部邊界側(cè)彈性部件14可以提供多個空心部分18”。
可以采用下述方法向?qū)щ娭С屑?0的表面和內(nèi)部提供腔體。
在第一種方法中，如上所述，彈性樹脂被成型為柱狀以提供內(nèi)部邊界側(cè)彈性部件14，并且用于提供導(dǎo)電部件12和外側(cè)絕緣保護(hù)層16的涂層被涂敷到柱體外表面上。在該方法中，通過將吹氣劑混合入用于內(nèi)部邊界側(cè)彈性部件14的注模材料可以提供凹口和腔體，無需形成空心部分18，通過蒸發(fā)步驟形成吹氣氣體從而在內(nèi)部邊界側(cè)彈性部件14內(nèi)部形成腔體(空洞)。在內(nèi)部具有腔體(空洞)的導(dǎo)電支承件10可以向內(nèi)部邊界側(cè)彈性部件14的外表面涂敷用于導(dǎo)電部件12和外側(cè)絕緣保護(hù)層16的涂層獲得。只要確保了導(dǎo)電性，導(dǎo)電部件12可以在腔體處局部斷裂。
在第二種方法中，外側(cè)絕緣保護(hù)層16為管狀并且用于提供導(dǎo)電部件12和內(nèi)部邊界側(cè)彈性部件14的涂層以該次序涂敷在內(nèi)部表面上從而獲得導(dǎo)電支承件10。在該方法中，空心部分可以形成于導(dǎo)電支承件10的內(nèi)芯部分?？招牟糠?8使得可以發(fā)生彈性位移。
在第三種方法中，吹氣劑混合在用于外側(cè)絕緣保護(hù)層16的注模材料中，并且在成型階段由蒸發(fā)產(chǎn)生吹氣氣體。這樣就可以在外側(cè)絕緣保護(hù)層16的表面形成凹口，并且可以在內(nèi)部形成腔體(空洞)。
在內(nèi)部邊界側(cè)彈性部件14與外側(cè)絕緣保護(hù)層16之間插入導(dǎo)電部件12可以不僅防止重復(fù)振動的導(dǎo)電部件12從內(nèi)部邊界側(cè)彈性部件14和外側(cè)絕緣保護(hù)層16脫落，而且避免了導(dǎo)電部件12與外部空氣的接觸從而防止因?yàn)榕c空氣接觸而導(dǎo)致的性能下降。在所有上述方法中，顯然空心部分18與凹口或腔體可以共存于導(dǎo)電支承件10內(nèi)芯部分。
在該實(shí)施例中，雖然導(dǎo)電支承件10由導(dǎo)電部件12、內(nèi)部邊界側(cè)彈性部件14和外側(cè)絕緣保護(hù)層16構(gòu)成，但是導(dǎo)電支承件10可以由外側(cè)絕緣保護(hù)層16、導(dǎo)電部件12和內(nèi)部邊界側(cè)彈性部件14層疊的多層結(jié)構(gòu)構(gòu)成。而且雖然導(dǎo)電部件12由連續(xù)的環(huán)形層構(gòu)成，但是導(dǎo)電部件12可以由沿著圓周方向切割的不連續(xù)層構(gòu)成。
以下借助附圖2-5描述第一實(shí)施例，它的上述結(jié)構(gòu)導(dǎo)電支承件10被用于具有壓電基片的壓電變壓器上。
本發(fā)明的導(dǎo)電支承件10可以不僅用于壓電變壓器而且可以用于其它利用諧振的壓電元件，例如壓電陀螺儀、壓電蜂鳴器和壓電促動器(未畫出)。但是為便于闡述，以下描述針對壓電變壓器的應(yīng)用。
參見圖2-4，標(biāo)號20表示作為本發(fā)明壓電元件的整個壓電變壓器。壓電變壓器20包括一對垂直排放的外封裝盒，即上外封裝盒22與下外封裝盒24。上外封裝盒22與下外封裝盒24在邊緣處分別提供嚙合凸起和嚙合孔(未畫出)，外封裝盒可以借此互相嚙合與固定。矩形壓電基片30被插入由上外封裝盒22與下外封裝盒24限定的容放部分26內(nèi)。
對于壓電基片30，采用了極化反轉(zhuǎn)Rosen型壓電變壓器，它包含由壓電陶瓷構(gòu)成的壓電板32，通過例如絲網(wǎng)印刷等方法、將銀電極提供于表面。特別是，在壓電基片30的上下表面提供總共4個輸入電極，即輸入電極34A-34D。在圖2中，輸出電極36提供于壓電基片30右上邊緣。該壓電基片30沿著圖5(a)箭頭方向預(yù)先極化。當(dāng)在電極34A與電極34C以及電極34B與電極34D之間施加交流輸入電壓時，發(fā)生壓電振動。在輸出側(cè)發(fā)生功率變換電壓，它從輸出電極36輸出。
雖然在本實(shí)施例中描述的是極化反轉(zhuǎn)Rosen型壓電變壓器，但是本發(fā)明可以用于其它所有類型的壓電變壓器，例如Rosen型壓電變壓器和目標(biāo)三階Rosen型壓電變壓器。
壓電變壓器通過機(jī)械振動傳遞能量。因此壓電變壓器(壓電基片30)必須包括支承件從而在驅(qū)動壓電變壓器時不會阻止壓電效應(yīng)激發(fā)的機(jī)械振動。壓電基片30的機(jī)械振動處于駐波模式并且如圖5(B)所示，具有振動節(jié)點(diǎn)40、42、44。當(dāng)在這些振動節(jié)點(diǎn)部分支承時，可以最大限度地防止對壓電基片30機(jī)械振動的阻礙。
因此，在本發(fā)明的壓電變壓器20中，導(dǎo)電支承件10被排放在上述振動節(jié)點(diǎn)42和44上。特別是，上外封裝盒22的內(nèi)部卡入由銅等導(dǎo)電金屬組成的引線端50。觸點(diǎn)部分52、54位于對應(yīng)振動節(jié)點(diǎn)42、44的引線端50。同樣，與下外封裝盒24內(nèi)部卡入引線端60。觸點(diǎn)部分62、64位于對應(yīng)振動節(jié)點(diǎn)42、44的引線端60。標(biāo)號56、66表示引線端50、60引出連接。引線端50、60在外封裝盒22、24上的卡入可以通過粘合劑粘結(jié)、熔融、插入、嵌接或單片注模實(shí)現(xiàn)，也可以通過電鍍實(shí)現(xiàn)。而且引線端50、60可以作為外封裝盒的構(gòu)成部分提供。
導(dǎo)電支承件10A、10B分別位于引線端50的觸點(diǎn)部分52、54與對應(yīng)振動節(jié)點(diǎn)42、44的壓電基片30的輸入電極34A和34B之間。同樣，導(dǎo)電支承件10C、10D分別位于引線端60的觸點(diǎn)部分62、64與對應(yīng)振動節(jié)點(diǎn)42、44的壓電基片30的輸入電極34C和34D之間。因此，不僅壓電基片30得到了支承和固定，而且可以進(jìn)行電極引出。
另一方面，通過焊接引線80，壓電基片30的輸出電極36與位于下外封裝盒24右側(cè)邊緣的引線端70連接，從而使得引出線(76)引出在外封裝盒外部。引線80無需支承壓電基片30，從而可以采用不會阻止振動并且剛性低的引線。如圖5(A)所示，導(dǎo)電支承件10E可以通過放置引線端70排放在輸出電極36上從而延伸形成Z形實(shí)現(xiàn)支承。
雖然沒有畫出，但是顯然在外密封盒上沖孔和在外封裝盒外部引出導(dǎo)電支承件10是方便的。而且雖然步驟數(shù)增加了，但是利用粘合劑固定導(dǎo)電支承件10也是方便的。
上述壓電變壓器20可以采用以下方法制造。在第一種方法中，導(dǎo)電支承件10被固定在壓電基片30上并且隨后進(jìn)行組裝。在第二種方法中，導(dǎo)電支承件10被固定在上下外封裝盒22、24上并隨后進(jìn)行組裝從而在它們之間插入壓電基片30。在第三種方法中，上外封裝盒22或下外封裝盒24、導(dǎo)電支承件10和下外封裝盒24或上外封裝盒22依次組裝在一起。
以下借助圖6描述第二實(shí)施例，其中利用本發(fā)明的導(dǎo)電支承件10將作為變壓器的壓電基片安裝在諸如逆變器之類的電路基片上。
圖6為按照本發(fā)明第二實(shí)施例的電路基片銅圖案部分表面的放大示意圖。
參見示出壓電逆變器系統(tǒng)的圖16，壓電逆變器90包含電路板91和疊加在它上面的直流輸入92、能夠?qū)⒅绷鬏斎?2的直流電轉(zhuǎn)換為交流電的交流發(fā)生電路93、由壓電變壓器組成并能夠改變來自交流發(fā)生電路93的交流電壓的變壓電路94、能夠進(jìn)行控制的控制電路96以及能夠輸出來自變壓電路94的交流的交流輸出95。在上述變壓電路94中，利用本發(fā)明的導(dǎo)電支承件10將壓電基片用作壓電變壓器。如圖6所示，標(biāo)號100表示電路板，并且銅圖案電路102形成于電路板100表面。與其它銅圖案電路104的觸點(diǎn)部分106焊接在一起的彎曲端108排列在銅圖案電路102觸點(diǎn)部分104上方。由此獲得的結(jié)構(gòu)中，借助導(dǎo)電支承件10，壓電基片110在銅圖案電路102的觸點(diǎn)部分104與端子108前邊緣部分108A之間受到彈性支承。
這種結(jié)構(gòu)可以直接安裝在電路板上并且在第一實(shí)施例中無需上下外封裝盒與電極端接線，從而降低了成本、元件厚度(高度降低)并縮小體積。
在這種結(jié)構(gòu)中，不僅可以采用反向極化方向Rosen型壓電變壓器而且可以采用其它諸如Rosen型壓電變壓器和目標(biāo)三階Rosen型壓電變壓器之類的壓電變壓器作為壓電變壓器。而且雖然步驟數(shù)增加了，但是可以方便地利用粘合劑固定導(dǎo)電支承件。
圖9為按照本發(fā)明另一實(shí)施例的導(dǎo)電支承件透視圖；圖10為沿圖9X-X直線剖取的縱向剖面；圖11為圖10部分A的縱向放大剖面圖。
該導(dǎo)電支承件110包含柱狀、無粘性和有彈性的硅橡膠部件111以及埋在硅橡膠部件111內(nèi)由金屬纖維組成的導(dǎo)電部件112。如圖10和11所示，該導(dǎo)電部件112至少包含從上表面111A經(jīng)硅橡膠部件111到達(dá)下表面111B的金屬纖維。利用這種結(jié)構(gòu)，可以在導(dǎo)電支承件110垂直方向上實(shí)現(xiàn)電學(xué)連接，即在壓電基片電極到安裝部件導(dǎo)電部件部分方向上，在該方向上，導(dǎo)電支承件被插在壓電基片與安裝部件之間。
例如可以采用“Shinestu互聯(lián)器MAF型”(由Shinestu聚合物KabushikiKaisha制造)作為上述導(dǎo)電支承件110。
圖12為按照本發(fā)明另一實(shí)施例的導(dǎo)電支承件透視圖；圖13為圖12導(dǎo)電支承件的平面圖；圖14為圖13直線ⅩⅣ-ⅩⅣ的縱向剖面；圖15為沿直線ⅩⅤ-ⅩⅤ剖取的縱向剖面。
該導(dǎo)電支承件110包含矩形平行管道形、無粘性和有彈性的硅橡膠部件211以及埋在硅橡膠部件211內(nèi)由金屬纖維組成的導(dǎo)電部件212。如圖13和14所示，該導(dǎo)電部件212包含從上表面211A經(jīng)硅橡膠部件211到達(dá)下表面211B的金屬纖維，金屬纖維在硅橡膠部件211中線上以給定間隔排列。利用這種結(jié)構(gòu)，可以在導(dǎo)電支承件210垂直方向上實(shí)現(xiàn)電學(xué)連接，即在壓電基片電極到安裝部件導(dǎo)電部件部分方向上，在該方向上，導(dǎo)電支承件被插在壓電基片與安裝部件之間。
就金屬纖維排列而言，它們可以隨機(jī)放置或者以多條直線代替給定間隔放置的線。
例如可以采用“Fuji聚合物互聯(lián)器FL-LS”(由Fuji Kobunshi kogyo kabushikikaisha制造)作為上述導(dǎo)電支承件210。
雖然沒有畫出，但是在上述圖9和12所示構(gòu)成導(dǎo)電支承件的硅橡膠部分中放置圖1或7所示腔體可以方便地增加彈性。
權(quán)利要求
1．一種用于壓電變壓器的壓電基片支承結(jié)構(gòu)，其特征在于包括作為壓電變壓器要素的壓電基片，所述壓電基片包含電極，以及插入在壓電基片電極部分與位于固定壓電基片用的安裝部件上的導(dǎo)電元件之間的導(dǎo)電支承件；其中導(dǎo)電支承件由彈性非金屬材料和導(dǎo)電材料組成。
2．如權(quán)利要求1所述的用于壓電變壓器的壓電基片支承結(jié)構(gòu)，其特征在于導(dǎo)電支承件包含內(nèi)部元件或帶內(nèi)腔的表面。
3．如權(quán)利要求1或2所述的用于壓電變壓器的壓電基片支承結(jié)構(gòu)，其特征在于一部分導(dǎo)電支承件由從導(dǎo)電支承件內(nèi)向外依次排列的第一樹脂層、導(dǎo)電層和第二樹脂層組成的至少三層構(gòu)成，第一和第二樹脂層中至少一層由彈性材料構(gòu)成，導(dǎo)電層由導(dǎo)電材料構(gòu)成。
4．如權(quán)利要求1或2所述的用于壓電變壓器的壓電基片支承結(jié)構(gòu)，其特征在于導(dǎo)電支承件的導(dǎo)電材料是多種導(dǎo)電材料，所述導(dǎo)電材料經(jīng)過排布沿著從壓電基片電極部分到安裝部件導(dǎo)電元件部分的方向通過導(dǎo)電支承件，導(dǎo)電支承件沿該方向插入壓電基片與安裝部件之間。
5．如權(quán)利要求2-4中任意一項(xiàng)所述的用于壓電變壓器的壓電基片支承結(jié)構(gòu)，其特征在于導(dǎo)電支承件的內(nèi)腔是沿著從壓電基片電極部分到安裝部件導(dǎo)電元件部分的方向通過的過孔，導(dǎo)電支承件沿該方向插入壓電基片與安裝部件之間。
6．如權(quán)利要求2-4中任意一項(xiàng)所述的用于壓電變壓器的壓電基片支承結(jié)構(gòu)，其特征在于導(dǎo)電支承件的內(nèi)腔是位于導(dǎo)電支承件表面上的凹口。
7．如權(quán)利要求2-4中任意一項(xiàng)所述的用于壓電變壓器的壓電基片支承結(jié)構(gòu)，其特征在于導(dǎo)電支承件的內(nèi)腔是位于導(dǎo)電支承件內(nèi)部元件內(nèi)的腔體。
8．如權(quán)利要求1-7中任意一項(xiàng)所述的用于壓電變壓器的壓電基片支承結(jié)構(gòu)，其特征在于壓電基片被卡入封裝部件內(nèi)從而使得壓電基片的電極部分與安裝部件的導(dǎo)電元件壓縮導(dǎo)電支承件。
9．如權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)所述的用于壓電變壓器的壓電基片支承結(jié)構(gòu)，其特征在于安裝部件是固定壓電基片的板體。
10．如權(quán)利要求1-8中任意一項(xiàng)所述的用于壓電變壓器的壓電基片支承結(jié)構(gòu)，其特征在于安裝部件是容放壓電基片的外封裝盒。
11．一種壓電變壓器，其特征在于包含如權(quán)利要求1-10中任意一項(xiàng)所述的用于壓電變壓器的壓電基片支承結(jié)構(gòu)。
12．一種壓電逆變器，其特征在于包含如權(quán)利要求11所述的壓電變壓器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于壓電變壓器的壓電基片支承結(jié)構(gòu),它包括:作為壓電變壓器要素的壓電基片,壓電基片包含電極,以及插入在壓電基片電極部分與位于固定壓電基片用的安裝部件上的導(dǎo)電元件之間的導(dǎo)電支承件;其中導(dǎo)電支承件由彈性非金屬材料和導(dǎo)電材料組成。
文檔編號H01F19/00GK1206206SQ9811516
公開日1999年1月27日 申請日期1998年6月24日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月24日
發(fā)明者高木周作, 田中正光, 坂東茂, 砂原忠男, 河野勝男, 吉田光伸, 巖田靖司 申請人:三井化學(xué)株式會社