JP3405033B2 - 圧電トランス - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧電セラミック等の
圧電体の圧電効果により交流電圧の振幅値を変換する圧
電トランスに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】１９５０年代末に開発された圧電トラン
スは、高圧電源用の昇圧トランスとして着目されて開発
が進められたが、圧電セラミック材料の破壊強度などの
材料的制約があったため大きな製品化が行われないまま
開発が中断されていた。しかし、最近、高強度圧電セラ
ミックの開発が進むとともに、ノートパソコン、電子手
帳、ゲーム機等の携帯用情報機器の小型化・薄型化の要
求が強くなるにつれ、これらの機器に搭載される液晶バ
ックライトのインバータ電源用昇圧トランス等として再
び大きく注目されている。

【０００３】例えば、液晶バックライト用インバータ
は、バックライト光源として使用される冷陰極蛍光灯の
点灯電源に使用されるものであり、電池などによる３
Ｖ、５Ｖ、９Ｖ、１２Ｖなどの直流低電圧から、点灯時
１０００Ｖrms程度、定常時５００Ｖrms程度の高周波高
電圧への変換を必要とする。現在、バックライト用イン
バータに使用されている電磁式巻線トランスは、特殊コ
アによる横型構造のトランスを用いることにより薄型化
に対応してきているが、絶縁耐圧の確保のため小型・薄
型化には限度があり、またコアロスや細い銅線を使用す
ることによる巻線ロスが大きく、そのため効率が低いと
いう欠点がある。

【０００４】これに対し、圧電トランスはチタン酸ジル
コン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電セラミック材料またはニ
オブ酸リチウムなどの圧電結晶材料に１次側（入力側）
および２次側（出力側）の電極を付け、１次側電極に圧
電トランスの共振周波数近傍の交流電圧を印加して圧電
トランスを機械的に振動させ、この機械的振動を圧電効
果により変換して２次側電極から高圧電力として取り出
すものである。そして、電磁トランスよりも小型化、特
に薄型化を実現でき、また高い変換効率を達成すること
ができるという特徴を持つ。

【０００５】以下に、図面を参照しながら従来の圧電ト
ランスについて説明する。図１０は従来のローゼン型圧
電トランス３１の概観図であり、チタン酸ジルコン酸鉛
（ＰＺＴ）などの圧電セラミック材料から成る矩形板
に、主面に１次側（入力側）および端面に２次側（出力
側）の電極を付けて構成している。同図中に矢印とＰで
示すように、１次側電極部は矩形板の厚さ方向に分極さ
れており、２次側電極部は矩形板の長さ方向に分極され
ている。１次側電極に圧電トランスの共振周波数近傍の
交流電圧を印加すると、圧電トランスは長さ方向に伸縮
する機械的振動を起こし、この機械的振動は圧電効果に
より２次側電極部で高圧電圧に変換され２次側電極より
高圧電力として取り出す。

【０００６】図１１は図１０に示した圧電トランス３１
を横から見た図であり、矩形板の主面に１次側（入力
側）電極として電極１が形成されており、共通電極とし
て電極２が形成されており、端面に２次側（出力側）電
極として電極３が形成されている。そして、電極２を共
通電極として電極１と電極３にそれぞれ高電圧を印加す
ることにより、それぞれ同図中に矢印と示すように、１
次側電極部は矩形板の厚さ方向に分極され、２次側電極
部は矩形板の長さ方向に分極される。そして、電極２を
共通電極として電極１に交流電圧を印加すると、同図中
で示す変位分布を持つ長さ方向の伸縮振動を起こし、電
極３より高圧電圧に変換して取り出すことができる。そ
して、この型の圧電トランスは図１１に示した変位分布
からもわかるように、矩形板の圧電トランスに２分の１
波長（１波長をλで表わす）の伸縮振動を励振している
のでλ／２のローゼン型圧電トランスとも呼ばれる。

【０００７】通常、携帯機器の電源は電池であるため
に、その電源電圧は３Ｖ、５Ｖ、９Ｖ、１２Ｖなどの低
電圧直流である。そして、例えばこれらの携帯機器の液
晶バックライトでは冷陰極管の点灯開始時に１０００Ｖ
rms程度、定常時に５００Ｖrms程度の高周波電圧を必要
とする。すなわち、携帯機器用液晶バックライト用圧電
トランスとしては低電圧交流から高電圧交流が得られる
ことが必要である。しかし、図１０および１１に示した
圧電トランスは、入力電極面積が小さいため入力容量が
小さく（入力インピーダンスが大きく）、そのため低電
圧の交流信号を入力した時には入力電極に流入する電流
が小さく、出力として高い交流電圧を得ることはでき
ず、このため高圧直流電圧を必要とする場合には入力交
流電圧を昇圧するために巻数比の比較的大きな電磁トラ
ンスが必要であるという課題があった。

【０００８】図１２は、このような課題に対して開発さ
れた圧電トランス３２の概観図であり、チタン酸ジルコ
ン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電セラミック材料から成る矩
形板の主面に１次側（入力側）および端面に２次側（出
力側）の電極を付けて構成している。同図中に矢印と記
号Ｐで示すように、１次側電極部は矩形板の厚さ方向に
分極されており、２次側電極部は矩形板の長さ方向に分
極されている。１次側電極に圧電トランスの共振周波数
近傍の交流電圧を印加すると、圧電トランスは長さ方向
に伸縮する機械的振動を起こし、この機械的振動を圧電
効果により２次側電極部で高圧交流電圧に変換してから
高圧電力として取り出すことができる。

【０００９】図１３は図１２に示した圧電トランス３２
を横から見た側面図であり、矩形板の主面に１次側（入
力側）電極として電極１と電極２と電極３が形成されて
おり、端面に２次側（出力側）電極として電極４が形成
されている。そして、電極３を共通電極として電極１と
電極２、および電極４にそれぞれ高電圧を印加すること
により、それぞれ同図中に矢印で示すように、１次側電
極部は矩形板の厚さ方向に分極され、２次側電極部は矩
形板の長さ方向に分極される。そして、電極２を共通電
極として電極１と電極２に交流電圧を印加すると、同図
中で示す変位分布を持つ長さ方向の伸縮振動を起こし、
電極４から高圧電圧に変換されて取り出すことができ
る。そして、この型の圧電トランスは図１３に示した変
位分布からもわかるように矩形板の圧電トランスに２分
の３波長（１波長をλで表わす）の伸縮振動を励振して
いるので３λ／２型ローゼン圧電トランスとも呼ばれ
る。図１２、１３に示した圧電トランス３２では、図１
０、１１に示した圧電トランス３１に比べて入力電極面
積が大きいので、入力容量が大きく（入力インピーダン
スが小さい）、そのため低電圧の交流信号を入力した時
にも入力電極に流入する電流を大きくすることができ、
出力としてより高電圧を得ることができる。しかし、出
力としてバックライトを点灯する程の充分な高電圧を得
ることはできず、やはり入力交流電圧を昇圧するための
電磁トランスが必要であるという課題が依然としてあ
る。

【００１０】図１４は低電圧駆動という課題に対して発
明された別の圧電トランス３３の概観図であり、チタン
酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電セラミック材料か
ら成る矩形板の主面に１次側（入力側）および２次側
（出力側）の電極を付けて構成している（ＮＥＣ技報
１９９４年 ｖｏｌ．４７ Ｎｏ．１０ １０６〜１１
０頁）。同図中に矢印と記号Ｐで示すように、１次側電
極部は矩形板の厚さ方向に分極されており、２次側電極
部は矩形板の長さ方向に分極されている。１次側電極に
圧電トランスの共振周波数近傍の交流電圧を印加する
と、圧電トランスは長さ方向に伸縮する機械的振動を起
こし、この機械的振動を圧電効果により２次側電極部で
高圧交流電圧に変換してから高圧電力として取り出すこ
とができる。

【００１１】図１５は図１４に示した圧電トランス３３
を横から見た側面図であり、矩形板の主面に１次側（入
力側）電極として電極１と電極２および電極３と電極４
が形成されており、端面に２次側（出力側）電極として
電極５と電極６が形成されている。そして、電極２と電
極４を共通電極として電極１と電極３にそれぞれ反対極
性の高電圧を印加することにより、それぞれ同図中に矢
印に示すように、１次側電極部は矩形板の厚さ方向に分
極され、また電極２と電極４を共通電極として電極５と
電極６に高電圧を印加することにより２次側電極部は矩
形板の長さ方向に分極される。そして、電極２と電極４
を共通電極として電極１と電極３に交流電圧を印加する
と、同図中で示す変位分布を持つ長さ方向の伸縮振動を
起こし、電極５より高圧電圧に変換して取り出すことが
できる。そして、この型の圧電トランスは図１５に示し
た変位分布からもわかるように、矩形板の圧電トランス
に２分の３波長（１波長をλで表わす）の伸縮振動を励
振しているので３λ／２型ロゼン圧電トランスとも呼ば
れる。そして、この型の圧電トランスは図１３に示した
変位分布からもわかるように矩形板の圧電トランスに２
分の３波長（１波長をλで表わす）の伸縮振動を励振し
ているので３λ／２型ローゼン圧電トランスとも呼ばれ
る。図１４、１５に示した圧電トランス３３では、図１
０、１１に示した圧電トランス３１に比べて入力電極面
積が大きいので、入力容量が大きく（入力インピーダン
スが小さい）、そのため低電圧の交流信号を入力した時
にも入力電極に流入する電流を大きくすることができ、
出力としてより高電圧を得ることができる。しかし、出
力としてバックライトを点灯する程の高電圧を得ること
はできず、やはり、入力交流電圧を昇圧する電磁トラン
スが必要であるいう課題が依然としてあった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上に説明した従来の
圧電トランスでは、入力電極面積が小さいため入力容量
が小さいので入力インピーダンスが大きくなり、低電圧
の交流信号を入力した時には入力電極に流入する電流が
小さく、その結果、出力としてバックライトを点灯する
に充分な高電圧を得ることはできないという課題があっ
た。そのため、従来の圧電トランスを使用したインバー
タ回路（昇圧回路）では、入力交流電圧を電磁トランス
で昇圧してから、圧電トランスに入力していた。

【００１３】そして、この課題を解決するために、３λ
／２型ローゼン圧電トランスにおいて、入力電極面積が
大きくして入力容量を大きくし、低電圧の交流信号を入
力した時にも入力電極に流入する電流を大きくして、出
力としてより高電圧を得る圧電トランスを使用したイン
バータ回路（昇圧回路）が提案されていたが、出力とし
てバックライトを点灯するに充分な高電圧を得ることは
できず、やはり、入力交流電圧を昇圧する電磁トランス
が必要であるいう課題が依然としてある。また、圧電ト
ランスとして３λ／２モードのローゼン型圧電トランス
のみを使用していたので、形状寸法と駆動周波数の設計
自由度が小さいという課題もある。

【００１４】本発明の目的は、この課題を解決するため
に、任意のモードのローゼン型圧電トランスにおいて、
入力電極面積が大きくして入力容量を大きくし、低電圧
の交流信号を入力した時にも入力電極に流入する電流を
大きくして、出力としてより高電圧を得る圧電トランス
を使用したインバータ回路（昇圧回路）を提供すること
にある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の１つめの実施態様は、圧電材料から成る矩形
板に１次側（入力側）電極と２次側（出力側）電極を形
成し、１次側電極部は矩形板の厚さ方向に分極し、２次
側電極部は前記矩形板の長さ方向に分極し、１次側電極
に交流電圧を印加し、矩形板に２分の１波長の長さ方向
に伸縮する機械的振動を起こし、２次側電極部から電圧
を取り出すローゼン型圧電トランスの１次側電極を圧電
トランスの主面面積の５５％〜９０％に形成する圧電ト
ランスを特徴とし、本発明の２つめの実施態様は、圧電
材料から成る矩形板に１次側（入力側）電極と２次側
（出力側）電極を形成し、１次側電極部は矩形板の厚さ
方向に分極し、２次側電極部は矩形板の長さ方向に分極
し、１次側電極に交流電圧を印加し、矩形板に１波長の
長さ方向に伸縮する機械的振動を起こし、２次側電極部
から電圧を取り出すローゼン型圧電トランスの主面のほ
ぼ２等分に相当する２つの領域の第１の領域に第１の電
極を形成し、第２の領域の一部に第２の電極を形成し、
前記圧電トランスの他方の主面に共通電極を形成し、前
記２次側電極から電圧を取り出す圧電トランスを特徴と
し、本発明の３つめの実施態様は、圧電材料から成る矩
形板に１次側（入力側）電極と２次側（出力側）電極を
形成し、１次側電極部は矩形板の厚さ方向に分極し、２
次側電極部は矩形板の長さ方向に分極し、１次側電極に
交流電圧を印加し、矩形板に２分の３波長の長さ方向に
伸縮する機械的振動を起こし、２次側電極部から電圧を
取り出すローゼン型圧電トランスの主面のほぼ３等分に
相当する３つの領域の第１の領域に第１の電極を形成
し、第１の領域と隣合う第２の領域に第２の電極を形成
し、第２の領域と隣合う第３の領域の一部に第３の電極
を形成し、第１の電極と第２の電極と第３の電極を１次
側（入力側）電極とする圧電トランスを特徴とし、本発
明の４つめの実施態様は、圧電材料から成る矩形板に１
次側（入力側）電極と２次側（出力側）電極を形成し、
１次側電極部は矩形板の厚さ方向に分極し、２次側電極
部は矩形板の長さ方向に分極し、１次側電極に交流電圧
を印加し、矩形板に２分の３波長の長さ方向に伸縮する
機械的振動を起こし、２次側電極部から電圧を取り出す
ローゼン型圧電トランスの主面のほぼ２／３である領域
に第１の電極及び第３の電極を形成し、第１の電極及び
前記第３の電極の間で、かつ主面の中央部のほぼ１／３
である領域の一部に第２の電極を形成し、第１の電極と
第２の電極と第３の電極を１次側（入力側）電極とする
圧電トランスを特徴とするものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面に従って本発明の実施
の形態について詳細に説明する。

【００１７】（実施の形態１）図１は本発明の実施形態
１の１実施例である圧電トランスの概観図であり、図２
は圧電トランスの変位分布と電荷分布を示す側面図であ
る。図１、２において、圧電トランス１はチタン酸ジル
コン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電セラミック材料から成る
矩形板であり、その１主面に１次側（入力側）電極とし
て電極１が形成され、反対面に共通電極として電極２が
形成され、その端面に２次側（出力側）電極として電極
３が形成されている。これらの電極は銀、ニッケル、金
等の金属から成り、蒸着、スパッタ、印刷、メッキ等の
工法で形成される。そして、図１中に矢印とＰで示すよ
うに、１次側電極部は矩形板の厚さ方向に分極されてお
り、２次側電極部は矩形板の長さ方向に分極されてい
る。電極１と電極２に圧電トランス１の共振周波数近傍
の交流電圧を印加すると、圧電トランス１は長さ方向に
伸縮する機械的振動を起こし、この機械的振動を圧電効
果により２次側電極部で高圧電圧に変換してから高圧電
力として取り出すことができる。

【００１８】圧電トランス１の分極は、電極２を共通電
極として電極１と電極３にそれぞれ高電圧を印加するこ
とにより、図１、２中に矢印と示すように、それぞれ１
次側電極部は矩形板の厚さ方向に分極され、２次側電極
部は矩形板の長さ方向に分極される。そして、電極２を
共通電極として電極１に交流電圧を印加すると、図２中
で示す変位分布を持つ長さ方向の伸縮振動を起こし、電
極３より高圧電圧に変換して取り出すことができる。そ
して、この実施例の圧電トランス１は図２に示した変位
分布からもわかるように、矩形板に２分の１波長の伸縮
振動を励振しているのでλ／２モードのローゼン型圧電
トランスと呼ばれる。

【００１９】図１に示したλ／２モードのローゼン型圧
電トランス１では、動作時（振動時）に誘起する電荷分
布は図２に示すように全域で同一符号となる。そして、
入力電極を図１０、１１に示した従来の圧電トランスの
ように主面のほぼ半分に形成するよりも、図１、２に示
したように圧電トランス１の主面の半分以上に形成する
方が、入力容量が大きく（入力インピーダンスが小さ
く）なり、そのため低電圧の交流信号を入力した場合で
も入力電極１、２に流入する電流を大きくすることがで
き、出力として高い交流電圧を得ることができる。例え
ば、液晶ディスプレイのバックライトである冷陰極管を
点灯するに充分な高電圧を得ることができる。例えば、
実験では入力電極である電極１（および共通電極である
電極２）の面積を主面面積の５５〜９０％、特に６０〜
８５％にすれば著しい効果が得られた。そして、従来の
圧電トランスは入力インピーダンスが大きいので、入力
電流を増やそうとすれば入力電圧を電磁トランスで昇圧
する必要があったが、本発明の圧電トランスでは入力イ
ンピーダンスが小さいので電磁トランスをなくすことが
できる。また、強勢に振動させることができるので駆動
効率を向上する事ができるという効果もある。

【００２０】図３は本発明の実施形態２の別の実施例で
ある圧電トランスの概観図であり、図１、２の実施例で
は、出力電極として電極３を端面に形成しているが、図
３に示すよう出力電極として電極４を主面上の端面に近
いところに形成しても、若干の昇圧比の低下はみられる
が、入力インピーダンスを小さくでき、そのため低電圧
の交流信号を入力した場合でも入力電極１、２に流入す
る電流を大きくすることができ、出力としてバックライ
トを点灯するに充分な高電圧を得ることができる。そし
て、入力交流電圧を昇圧するための電磁トランスをなく
すことができるという同様の効果が得られることは言う
までもない。

【００２１】（実施の形態２）図４は本発明の実施形態
２の１実施例である圧電トランスの概観図であり、図５
は図４の圧電トランスの変位分布と電荷分布を示す側面
図である。図４、５において、圧電トランス３はチタン
酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電セラミック材料か
ら成る矩形板であり、その１主面に１次側（入力側）電
極として電極１と電極２が形成され、反対面に共通電極
として電極３が形成され、その端面に２次側（出力側）
電極として電極４が形成されている。これらの電極は
銀、ニッケル、金等の金属材料で蒸着、スパッタ、印
刷、メッキ等の工法で形成することができる。そして、
図４中に矢印とＰで示すように、１次側電極である電極
部１と電極部２は矩形板の厚さ方向に逆向きに分極され
ており、２次側電極部は矩形板の長さ方向に分極されて
いる。電極３を共通電極として電極１と電極２に圧電ト
ランス３の共振周波数近傍の交流電圧を印加すると、圧
電トランス３は長さ方向に伸縮する機械的振動を起こ
し、この機械的振動を圧電効果により２次側電極部で高
圧交流電圧に変換してから高圧電力として取り出すこと
ができる。

【００２２】圧電トランス３の分極は、電極３を共通電
極として電極１と電極２に逆方向の高電圧を、電極４に
高電圧を印加することにより、図４、５中に矢印で示す
ように、それぞれ１次側電極部は矩形板の厚さ方向に分
極され、２次側電極部は矩形板の長さ方向に分極され
る。そして、電極３を共通電極として電極１と電極２に
圧電トランス３の共振周波数近傍の交流電圧を印加する
と、図２中に示す変位分布を持つ長さ方向の伸縮振動を
起こし、電極４より高圧電圧に変換して取り出すことが
できる。そして、この実施例の圧電トランス３は図５示
した変位分布からもわかるように、矩形板に１波長の伸
縮振動を励振しているのでλモードのローゼン型圧電ト
ランスである。

【００２３】図４、５に示したλモードのローゼン型圧
電トランス３では、動作時（振動時）に振動により誘起
する電荷分布は図５に示すように圧電トランス３のほぼ
中央の位置で符号が反転するので、入力電極を図１２、
１３に示した従来の圧電トランスのように主面のほぼ半
分に形成するよりも、図４、５に示したように圧電トラ
ンス３の誘起電荷の極性が同じである主面のほぼ半分に
電極１を形成し、誘起電荷の極性が反対である主面のほ
ぼ別の半分の一部に電極２を形成し、駆動時には電極１
と電極２を短絡して交流電圧を印加する方が、入力容量
が大きく（入力インピーダンスが小さく）なり、そのた
め低電圧の交流信号を入力した場合でも入力電極１、
２、に流入する電流を大きくすることができ、出力とし
てバックライトを点灯するに充分な高い交流電圧を得る
ことができる。例えば、実験では電極２の面積を圧電ト
ランス３の主面面積の１０〜４０％程度にすると著しい
効果を確認することができた。そして、従来の圧電トラ
ンスは入力インピーダンスが大きいので、入力電流を増
やそうとすれば入力電圧を電磁トランスで昇圧する必要
があったが、本発明の圧電トランスでは入力インピーダ
ンスが小さいので入力交流電圧を昇圧するための電磁ト
ランスをなくすことができる。また、λモードの振動が
励振しやすくなるので駆動効率も向上する事ができると
いう効果もある。

【００２４】なお、上記の実施例では、出力電極として
電極４を端面に形成しているが、主面上の端面に近いと
ころに形成しても、若干の昇圧比の低下はみられるが、
入力インピーダンスを小さくでき、そのため低電圧の交
流信号を入力した場合でも入力電極１、２に流入する電
流を大きくすることができ、例えば出力としてバックラ
イトを点灯するに充分な高電圧を得ることができる。そ
して、入力交流電圧を昇圧するための電磁トランスをな
くすことができるという同様の効果が得られることは言
うまでもない。

【００２５】また、図４、５に示したように圧電トラン
ス３の誘起電荷の同極性である主面のほぼ半分であるに
電極１を形成し、誘起電荷の反対極性である主面のほぼ
半分の一部に電極２を形成し、電極１と電極２の部分を
同一方向に分極し、駆動時には電極１と電極２にそれぞ
れ反対符号の交流電圧を印加しても、入力容量が大きく
（入力インピーダンスが小さく）なり、そのため低電圧
の交流信号を入力した場合でも入力電極１、２、に流入
する電流を大きくすることができ、出力としてバックラ
イトを点灯するに充分な高電圧を得ることができる。そ
して、入力交流電圧を昇圧するための電磁トランスをな
くすことができるという同様の効果が得られることは言
うまでもない。

【００２６】（実施の形態３）図６は本発明の実施形態
３の１実施例である圧電トランスの概観図であり、図７
は図６に示した圧電トランスの変位分布と電荷分布を示
す側面図である。図６、７において、圧電トランス４は
チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電セラミック
材料から成る矩形板であり、その１主面に１次側（入力
側）電極として電極１と電極２と電極３が、反対面にこ
れらの電極に対応して電極４が形成され、その端面に２
次側（出力側）電極として電極５が形成されている。こ
れらの電極は銀、ニッケル等の金属を蒸着、スパッタ、
印刷、メッキ等の工法で形成することができる。そし
て、図６中に矢印とＰで示すように、１次側電極である
電極部１と電極部２と電極部３は、それぞれ隣合う部分
が矩形板の厚さ方向に逆向きに分極されており、２次側
電極部は矩形板の長さ方向に分極されている。電極４を
共通電極として電極１と電極２と電極３に圧電トランス
４の共振周波数近傍の交流電圧を印加すると、圧電トラ
ンス４は長さ方向に伸縮する機械的振動を起こし、この
機械的振動を圧電効果により２次側電極部で高圧交流電
圧に変換してから高圧電力として取り出すことができ
る。

【００２７】圧電トランス４の分極は、電極４を共通電
極として電極１と電極２と電極３にそれぞれ隣合う部分
が逆方向の高圧直流電圧を、そして電極５に高圧直流電
圧を印加することにより、図６および７中に矢印で示す
ように、それぞれ１次側電極部は矩形板の厚さ方向に分
極され、２次側電極部は矩形板の長さ方向に分極され
る。そして、電極４を共通電極として電極１と電極２と
電極３に圧電トランス４の共振周波数近傍の交流電圧を
印加すると、圧電トランス４に図７中に示す変位分布を
持つ長さ方向の伸縮振動が励振され、圧電効果により高
圧交流電圧に変換され電極５より取り出すことができ
る。そして、この実施例の圧電トランス４は図７に示し
た変位分布からもわかるように、矩形板に２分の３波長
の伸縮振動を励振しているので３λ／２モードのローゼ
ン型圧電トランスである。

【００２８】図６、７に示した３λ／２モードの圧電ト
ランス４では、動作時（振動時）に振動により誘起する
電荷分布は、図７に示すように圧電トランス４の長さ方
向のほぼ１／３の位置で符号が反転するので、入力電極
を図１２および１３に示した従来の圧電トランスのよう
に主面のほぼ２／３の領域に形成するよりも、図６、７
に示したように圧電トランス３の誘起電荷の同極性であ
る主面のほぼ１／３であるである領域に電極１を形成
し、誘起電荷の反対極性である主面のほぼ１／３の領域
に電極２を形成し、誘起電荷の同極性である主面のほぼ
１／３である領域の一部に電極３を形成し、駆動時には
電極１と電極２と電極３を短絡して交流電圧を印加する
方が、入力容量が大きく（入力インピーダンスが小さ
く）なり、そのため低電圧の交流信号を入力した場合で
も入力電極１と電極２と電極３に流入する電流を大きく
することができ、例えば出力としてバックライトを点灯
するに充分な高電圧を得ることができる。実際に実験し
た結果では電極３を圧電トランス４の主面面積の５〜２
０％に設定すれば著しい効果を確認することができた。
そして、入力容量が大きく入力インピーダンスが小さい
ので、入力交流電圧を昇圧するための電磁トランスをな
くすことができる。また、３λ／２モードの振動が強勢
に励振できるので駆動効率も向上する事ができるという
効果もある。

【００２９】なお、上記の実施例では、出力電極として
電極５を端面に形成しているが、主面上の端面に近いと
ころに形成しても、若干の昇圧比の低下はみられるが、
入力インピーダンスを小さくでき、そのため低電圧の交
流信号を入力した場合でも入力電極（電極１と電極２と
電極３）に流入する電流を大きくすることができ、例え
ば出力としてバックライトを点灯するに充分な高電圧を
得ることができる。そして、入力交流電圧を昇圧するた
めの電磁トランスをなくすことができるという同様の効
果が得られることは言うまでもない。

【００３０】また、図６、７に示したように圧電トラン
ス４の主面のほぼ１／３である第１の領域に電極１を形
成し、誘起電荷が反対極性である主面のほぼ１／３の第
２の領域に電極２を形成し、誘起電荷の同極性である主
面のほぼ１／３である第３の領域の一部に電極３を形成
し、３つの電極部１と電極部２と電極部３を同一極性に
分極して、駆動時には 電極１と電極２にそれぞれ反対
符号の交流電圧を、電極３には電極１と同符号の交流電
圧を印加しても、入力容量が大きく（入力インピーダン
スが小さく）なり、そのため低電圧の交流信号を入力し
た場合でも入力電極に流入する電流を大きくすることが
でき、例えば出力としてバックライトを点灯するに充分
な高電圧を得ることができる。そして、入力交流電圧を
昇圧するための電磁トランスをなくすことができるとい
う同様の効果が得られることは言うまでもない。

【００３１】（実施の形態４）図８は本発明の実施形態
４の１実施例である圧電トランスの概観図であり、図９
は図８に示した圧電トランスの変位分布と電荷分布を示
す側面図である。図８、９において、圧電トランス５は
チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電セラミック
材料から成る矩形板であり、その１主面に１次側（入力
側）電極として電極１と電極３と電極５が、反対面に共
通電極として電極２と電極４と電極６が形成され、２次
側（出力側）電極として電極７と電極８が形成されてい
る。これらの電極は銀、ニッケル、金等の金属を蒸着、
スパッタ、印刷、メッキ等の工法で形成することができ
る。そして、図８中に矢印とＰで示すように、１次側電
極である電極部１と電極部５はそれぞれ厚さ方向に逆向
きに分極されており、電極部１と電極部３はそれぞれ厚
さ方向に同じ向きに分極されている。２次側出力部は図
８に示すように矩形板の長さ方向に逆向きに分極されて
いる。電極２と電極４と電極６を共通電極として電極１
と電極３と電極５に圧電トランス５の共振周波数近傍の
交流電圧を印加すると、圧電トランス５は長さ方向に伸
縮する機械的振動を起こし、この機械的振動を圧電効果
により２次側電極部で高圧交流電圧に変換してから電極
７から高圧電圧として取り出すことができる。

【００３２】圧電トランス５の分極は、電極２と電極４
と電極６を共通電極として、電極１と電極３に同方向の
高圧直流電圧を、電極５に逆方向の高圧直流電圧を、そ
して電極７（または電極８、または電極７と電極８に高
圧直流電圧を印加することにより、図８、９中に矢印で
示すように、それぞれ１次側電極部は矩形板の厚さ方向
に分極され、２次側電極部は矩形板の長さ方向に分極さ
れる。そして、電極２と電極４と電極６を共通電極とし
て、電極１と電極３と電極５に圧電トランス５の共振周
波数近傍の交流電圧を印加すると、圧電トランス５は長
さ方向に伸縮する機械的振動を起こし、この実施例の圧
電トランス５は図９に示した変位分布からもわかるよう
に、矩形板に２分の３波長の伸縮振動を励振しているの
で３λ／２モードのローゼン型圧電トランスである。

【００３３】図８、９に示した３λ／２モードのローゼ
ン型圧電トランス５では、動作時（振動時）に振動によ
り誘起する電荷分布は図９に示すように圧電トランス５
の長さ方向のほぼ１／３、２／３の位置で符号が反転す
る。入力電極を図１２、１３に示した従来の圧電トラン
スのように主面のほぼ２／３の領域に形成するよりも、
図６、７に示したように圧電トランス３の誘起電荷の同
極性である主面のほぼ２／３であるである領域に電極１
と電極３を形成し、誘起電荷の反対極性である主面の中
央のほぼ１／３である領域の一部に電極５を形成し、駆
動時には電極１と電極３と電極５を短絡して交流電圧を
印加する方が、入力容量が大きく（入力インピーダンス
が小さく）なり、そのため低電圧の交流信号を入力した
場合でも入力電極１と入力電極２と入力電極３に流入す
る電流を大きくすることができ、例えば出力としてバッ
クライトを点灯するに充分な高い交流電圧を得ることが
できる。つまり昇圧回路において入力交流電圧を昇圧す
るための電磁トランスをなくすことができる。また、３
λ／２モードの振動が励振しやすくなるので駆動効率も
向上する事ができるという効果もある。

【００３４】なお、上記の実施例では、出力電極として
電極７を採用しているが、出力電極として電極８を採用
しても、出力電極として電極７と電極８を採用しても、
同様の効果が得られることは言うまでもない。

【００３５】また、図８、９に示したように圧電トラン
ス４の誘起電荷の同極性である主面のほぼ１／３である
領域に電極１を形成し、誘起電荷の反対極性である主面
のほぼ１／３の領域に電極５を形成し、誘起電荷の同極
性である主面のほぼ１／３である領域の一部に電極３を
形成し、３つの電極部１と電極部３と電極部５を同一極
性に分極して、駆動時には 電極１と電極３にそれぞれ
同符号の交流電圧を、電極５に反対符号の交流電圧を印
加しても、入力容量が大きく（入力インピーダンスが小
さく）なり、そのため低電圧の交流信号を入力した場合
でも入力電極に流入する電流を大きくすることができ、
出力としてバックライトを点灯するに充分な高電圧を得
ることができる。そして、入力交流電圧を昇圧するため
の電磁トランスをなくすことができるという同様の効果
が得られることは言うまでもない。

【００３６】

【発明の効果】本発明の第１の発明によれば、λ／２モ
ードのローゼン型圧電トランスにおいて、入力電極面積
を大きくして、入力容量が大きく（入力インピーダンス
が小さく）することにより、そのため低電圧の交流信号
を入力した場合でも入力電極に流入する電流を大きくす
ることができ、出力として高電圧を得ることができる。
そして、本発明の圧電トランスを使用した交流電圧昇圧
回路において、入力交流電圧を昇圧するための電磁トラ
ンスをなくすことができるという効果のある圧電トラン
スを提供することができる。

【００３７】また本発明の第２の発明によれば、λモー
ドのローゼン型圧電トランスにおいて、入力電極面積を
大きくして、入力容量が大きく（入力インピーダンスが
小さく）することにより、そのため低電圧の交流信号を
入力した場合でも入力電極に流入する電流を大きくする
ことができ、出力として高電圧を得ることができる。そ
して、本発明の圧電トランスを使用した交流電圧昇圧回
路において、入力交流電圧を昇圧するための電磁トラン
スをなくすことができるという効果のある圧電トランス
を提供することができる。

【００３８】本発明の第３の発明によれば、３λ／２モ
ードのローゼン型圧電トランスにおいて、入力電極面積
を大きくして、入力容量が大きく（入力インピーダンス
が小さく）することにより、そのため低電圧の交流信号
を入力した場合でも入力電極に流入する電流を大きくす
ることができ、出力として高電圧を得ることができる。
そして、本発明の圧電トランスを使用した交流電圧昇圧
回路において、入力交流電圧を昇圧するための電磁トラ
ンスをなくすことができるという効果のある圧電トラン
スを提供することができる。

【００３９】本発明の第４の発明によれば、３λ／２モ
ードのローゼン型圧電トランスにおいて、入力電極面積
を大きくして、入力容量が大きく（入力インピーダンス
が小さく）することにより、そのため低電圧の交流信号
を入力した場合でも入力電極に流入する電流を大きくす
ることができ、出力として高電圧を得ることができる。
そして、本発明の圧電トランスを使用した交流電圧昇圧
回路において、入力交流電圧を昇圧するための電磁トラ
ンスをなくすことができるという効果のある圧電トラン
スを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のλ／２モードのローゼン型圧電トラン
スの概観図

【図２】本発明のλ／２モードのローゼン型圧電トラン
スの側面と変位分布と電荷分布図

【図３】本発明の別実施例であるλ／２モードのローゼ
ン型圧電トランスの概観図

【図４】本発明のλモードのローゼン型圧電トランスの
概観図

【図５】本発明のλモードのローゼン型圧電トランスの
側面と変位分布と電荷分布図

【図６】本発明の３λ／２モードのローゼン型圧電トラ
ンスの概観図

【図７】本発明の３λ／２モードのローゼン型圧電トラ
ンスの側面と変位分布と電荷分布図

【図８】本発明の３λ／２モードのローゼン型圧電トラ
ンスの概観図

【図９】本発明の３λ／２モードのローゼン型圧電トラ
ンスの側面と変位分布と電荷分布図

【図１０】従来のλ／２モードのローゼン型圧電トラン
スの概観図

【図１１】従来のλ／２モードのローゼン型圧電トラン
スの側面と変位分布と電荷分布図

【図１２】従来のλモードのローゼン型圧電トランスの
概観図

【図１３】従来のλモードのローゼン型圧電トランスの
側面と変位分布と電荷分布図

【図１４】従来の３λ／２モードのローゼン型圧電トラ
ンスの概観図

【図１５】従来の３λ／２モードのローゼン型圧電トラ
ンスの側面と変位分布と電荷分布図

【符号の説明】

１〜５ 圧電トランス ３１〜３３ 圧電トランス

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧電材料から成る矩形板に１次側（入力
   側）電極と２次側（出力側）電極を形成し、前記１次側
   電極部は前記矩形板の厚さ方向に分極し、前記２次側電
   極部は前記矩形板の長さ方向に分極し、前記１次側電極
   に交流電圧を印加し、前記矩形板に２分の１波長の長さ
   方向に伸縮する機械的振動を起こし、前記２次側電極か
   ら電圧を取り出すローゼン型圧電トランスであって、 前記１次側電極の大きさは、前記圧電トランスの主面面
   積の５５％〜９０％であることを特徴とする圧電トラン
   ス。
2. 【請求項２】圧電材料から成る矩形板に１次側（入力
   側）電極と２次側（出力側）電極を形成し、前記１次側
   電極部は前記矩形板の厚さ方向に分極し、前記２次側電
   極部は前記矩形板の長さ方向に分極し、前記１次側電極
   に交流電圧を印加し、前記矩形板に１波長の長さ方向に
   伸縮する機械的振動を起こし、前記２次側電極部から電
   圧を取り出すローゼン型圧電トランスであって、前記１次側電極は、 前記圧電トランスの主面のほぼ２等
   分に相当する２つの領域の第１の領域に設けられた第１
   の電極と、第２の領域の一部に設けられた第２の電極
   と、前記圧電トランスの他方の主面に設けられた共通電
   極とを備えており、前記２次側電極から電圧を取り出す
   ことを特徴とする圧電トランス。
3. 【請求項３】第１の電極と第２の電極の分極方向を逆に
   し、前記第１の電極と前記第２の電極を短絡して交流電
   圧を印加することを特徴とする請求項２に記載の圧電ト
   ランス。
4. 【請求項４】第１の電極と第２の電極の分極方向を同一
   にし、前記第１の電極と前記第２の電極に逆極性の交流
   電圧を印加することを特徴とする請求項２に記載の圧電
   トランス。
5. 【請求項５】圧電材料から成る矩形板に１次側（入力
   側）電極と２次側（出力側）電極を形成し、前記１次側
   電極部は前記矩形板の厚さ方向に分極し、前記２次側電
   極部は前記矩形板の長さ方向に分極し、前記１次側電極
   に交流電圧を印加し、前記矩形板に２分の３波長の長さ
   方向に伸縮する機械的振動を起こし、前記２次側電極部
   から電圧を取り出すローゼン型圧電トランスであって、 前記圧電トランスの主面のほぼ３等分に相当する３つの
   領域の第１の領域に第１の電極を形成し、前記第１の領
   域と隣合う第２の領域に第２の電極を形成し、前記第２
   の領域と隣合う第３の領域の一部に第３の電極を形成
   し、前記第１の電極と前記第２の電極と前記第３の電極
   を１次側（入力側）電極とすることを特徴とする圧電ト
   ランス。
6. 【請求項６】第１の電極と第３の電極の分極方向を同一
   にし、前記第１の電極と第２の電極の分極方向を逆に
   し、前記第１の電極と前記第２の電極と前記第３の電極
   を短絡して交流電圧を印加することを特徴とする請求項
   ５に記載の圧電トランス。
7. 【請求項７】第１の電極と第２の電極と第３の電極の分
   極方向を同一にし、前記第１の電極と前記第２の電極に
   逆極性の交流電圧を印加し、前記第１の電極と前記第３
   の電極に逆極性の交流電圧を印加することを特徴とする
   請求項５に記載の圧電トランス。
8. 【請求項８】圧電材料から成る矩形板に１次側（入力
   側）電極と２次側（出力側）電極を形成し、前記１次側
   電極部は前記矩形板の厚さ方向に分極し、前記２次側電
   極部は前記矩形板の長さ方向に分極し、前記１次側電極
   に交流電圧を印加し、前記矩形板に２分の３波長の長さ
   方向に伸縮する機械的振動を起こし、前記２次側電極部
   から電圧を取り出すローゼン型圧電トランスであって、 前記圧電トランスの主面のほぼ２／３である領域に第１
   の電極及び第３の電極を形成し、前記第１の電極及び前
   記第３の電極の間で、かつ主面の中央部のほぼ１／３で
   ある領域の一部に第２の電極を形成し、前記第１の電極
   と前記第２の電極と前記第３の電極を１次側（入力側）
   電極とすることを特徴とする圧電トランス。