JP2000332315A - Piezoelectric transformer - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は冷陰極放電管及び放
電ランプ等の点灯駆動装置として用いられる駆動装置と
圧電振動子等の振動体、概して圧電セラミックスから成
る圧電素子ないし電気−機械量変換素子に関し、より詳
しくは冷陰極放電管及び放電ランプ等の点灯駆動装置に
使用される駆動装置及び圧電セラミックスを用いた駆動
装置等のトランスとして作用する電気信号を機械的な変
位量に変換できて、また機械的な変位量を電気的信号に
も逆変換できる電圧昇圧型の圧電トランス駆動装置に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a driving device used as a lighting driving device such as a cold cathode discharge tube and a discharge lamp, and a vibrating body such as a piezoelectric vibrator, and a piezoelectric element or an electro-mechanical conversion element generally made of piezoelectric ceramic. More specifically, it is possible to convert an electric signal acting as a transformer such as a driving device used for a lighting driving device such as a cold cathode discharge tube and a discharge lamp and a driving device using piezoelectric ceramics into a mechanical displacement amount, The present invention also relates to a voltage boosting type piezoelectric transformer driving device capable of inverting a mechanical displacement into an electric signal.
【0002】[0002]
【従来の技術】最近、小型携帯用のパーソナルコンピュ
ータ、ワードプロセッサ等、いわゆるラップトップ及び
パームトップタイプの電子機器が急速に普及してきてお
り、一方、これらの電子機器には液晶表示装置が表示部
として使用され、その照明用光源である冷陰極放電ラン
プの駆動に圧電トランスを含む回路が採用されるべく検
討されていることは周知である。2. Description of the Related Art Recently, so-called laptop and palmtop type electronic devices such as small portable personal computers and word processors have rapidly become widespread. On the other hand, in these electronic devices, a liquid crystal display device is used as a display unit. It is well known that a circuit including a piezoelectric transformer is being considered for driving a cold-cathode discharge lamp used as a light source for illumination.
【0003】前記、圧電トランスは、1次側に発生する
機械的な変位量を、2次側で拡大して出力する事によ
り、高電圧の発生を可能ならしめたもので、電気量を機
械量に変換し、さらに電気量に変換することで、高電圧
を得るものであるが、ドライブする負荷が容量性の負荷
となるので、これまで大電力を出力することが難しく、
実用出力電力を得るために、3次モード、あるいは2次
モード等の出力電流が大きくとれる、次数の高い高次モ
ードを利用してきた。(参考文献:特開平8−2648
54号広報参照)The above-mentioned piezoelectric transformer is capable of generating a high voltage by enlarging and outputting a mechanical displacement generated on a primary side on a secondary side. High voltage is obtained by converting it into a quantity and then into a quantity of electricity.However, since the driving load becomes a capacitive load, it has been difficult to output large power until now.
In order to obtain a practical output power, a higher-order mode having a higher order, such as a tertiary mode or a secondary mode, capable of obtaining a large output current has been used. (Reference: JP-A-8-2648
(See No. 54 Public Relations)
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし我が国におい
て、1997年10月にコンピュータ厚み18mmとい
う前例のない薄型のモバイルコンピュータが発売され
た。これがトリガーとなり、以後モバイルコンピュータ
の薄型化及び小型化はトレンドとなっている。However, in October 1997, an unprecedented thin mobile computer having a computer thickness of 18 mm was released in Japan. This has been a trigger, and mobile computers have become thinner and smaller.
【0005】これらの事により業界の流れとして、急速
に液晶表示装置が薄型化したため、バックライトの内部
に用いられる冷陰極放電管とリフレクター(反射板)の
距離が0.5mm程度に近接され、浮遊容量が増加し、
交流インピーダンス値が従来の150KΩないし200
KΩから、70KΩから100KΩ程度と半減した。[0005] Due to these facts, the liquid crystal display device has rapidly become thinner as a trend in the industry, and the distance between the cold cathode discharge tube used inside the backlight and the reflector (reflector) has been reduced to about 0.5 mm. Stray capacitance increases,
AC impedance value of conventional 150KΩ to 200
From KΩ, it was halved from 70 KΩ to about 100 KΩ.
【0006】従来から多用されてきた巻線型のバックラ
イトインバータのドライブ周波数は、40KHzないし
60KHzの間の周波数を用いており、放電管部でのリ
ーク電流が少なく、形状が大きいことは否めないが使用
効率の良いものであった。これに比べ、軽く、薄く、小
さくなる利点により実用されている、圧電トランスを用
いたバックライトインバータ周波数は、ほぼ80KHz
ないし120KHzの間の高い周波数帯であった。[0006] The drive frequency of the wound-type backlight inverter, which has been widely used in the past, uses a frequency between 40 KHz and 60 KHz, and it is undeniable that the leakage current in the discharge tube portion is small and the shape is large. It had good use efficiency. In comparison with this, the backlight inverter frequency using a piezoelectric transformer, which is practically used due to its advantages of being light, thin, and small, is approximately 80 KHz.
高 い 120 KHz.
【0007】前記、圧電インバータが高い周波数帯を使
用している主な理由は、大きな出力電流(5mAないし
6mA)を得るために、振動の節が2カ所となる2次モ
ードの1波長モード、あるいは振動の節が3カ所となる
3次モードの1.5波長モードを用いることで、入力イ
ンピーダンスが数Ωから20Ω程度と、低インピーダン
ス化して、圧電トランスの長手方向には2カ所ないし3
カ所の振動の節ができることで、ベンディングモードが
抑制されて、目的とする縦方向振動による電気量−機械
量変換が効率よく行われていて、実用出力電流の5mA
から6mAの、上限電流値が実現できることによってい
る。The main reason why the piezoelectric inverter uses a high frequency band is that, in order to obtain a large output current (5 mA to 6 mA), a one-wavelength mode of a secondary mode having two nodes of vibration, Alternatively, by using a 1.5-wavelength mode of the third mode in which three nodes of vibration are provided, the input impedance is reduced to several ohms to about 20 ohms, and two to three in the longitudinal direction of the piezoelectric transformer.
The formation of nodes at the vibrations suppresses the bending mode, enables efficient electrical-mechanical conversion by the intended longitudinal vibration, and achieves a practical output current of 5 mA.
From 6 mA to 6 mA.
【0008】バックライトインバータはますます薄型
化、小型化し、コンピュータ本体と、蓋(筐体)部に収
納される液晶表示部が接続される複数のヒンジー部の間
の、例えば長さ110mm・幅9mm・厚さ4mm程度
の微小空間に収納されるものが要求されている。The backlight inverter is becoming thinner and more compact, and has a length of, for example, 110 mm and a width between the computer body and a plurality of hinges to which a liquid crystal display unit housed in a lid (housing) is connected. What is stored in a small space of about 9 mm and thickness of about 4 mm is required.
【0009】これまでの圧電トランスは、2次モードの
1波長モード、あるいは3次モードの1.5波長モード
を使用してきたが、前記3次モードは周波数が高すぎ
て、新しい液晶表示部ではリーク電流が大きくて使用で
きず、2次モードの1波長モードを用いてリーク電流の
少ない50KHzを実現すると、70mm程度の長さの
圧電トランスとなり、回路部品が搭載できない欠点が生
じている。Conventional piezoelectric transformers have used the one-wavelength mode of the secondary mode or the 1.5-wavelength mode of the tertiary mode. However, the tertiary mode has an excessively high frequency, so that a new liquid crystal display unit cannot be used. When the 50 kHz of a small leak current is realized by using the one-wavelength mode of the secondary mode due to a large leak current, a piezoelectric transformer having a length of about 70 mm is obtained, which has a disadvantage that circuit components cannot be mounted.
【0010】次に、従来から用いられてきたローゼンタ
イプの圧電トランスは、長手方向の1/2寸法部に入力
電極がほどこされ、他の1/2寸法部に出力部が設けら
れているが、前記入力部の分極が厚み方向に行われるの
に対して、前記出力部の分極が長さ方向に行われるため
に、圧電トランスの中央部に、分極処理に伴う応力最大
部が内在している。Next, in a Rosen type piezoelectric transformer which has been conventionally used, an input electrode is provided in a half dimension portion in a longitudinal direction, and an output portion is provided in another half dimension portion. In contrast, the polarization of the input portion is performed in the thickness direction, whereas the polarization of the output portion is performed in the length direction. I have.
【0011】前記圧電トランスを、2次モードの1波長
共振モードを用いてドライブすると、全長を100%と
して両端から22.4%の位置にそれぞれ2つの振動の
節ができるので、分極時に発生し内在する応力最大部
と、ドライブ時に発生する応力最大部(2つの振動の節
部)が異なった位置関係となるので、応力集中による破
壊が生じにくい。また長時間の駆動における特性劣化も
生じない。When the piezoelectric transformer is driven by using the one-wavelength resonance mode of the secondary mode, two vibration nodes are formed at positions 22.4% from both ends with the total length being 100%. Since the inherent stress maximum portion and the stress maximum portion (nodes of two vibrations) generated during driving have different positional relationships, destruction due to stress concentration is unlikely to occur. In addition, there is no characteristic deterioration during long-time driving.
【0012】圧電トランスを、軽く、薄く、短く、小さ
くするには、1次モードの1/2波長共振モードを使用
することで実現できるが、前述した、分極時に発生して
内在する応力最大部と、ドライブ時に発生する応力最大
部が重なるため、2Wから3W程度の入力電力により、
圧電トランスのほぼ中央部で幅方向に亀裂が入り、長手
方向に2つに破壊する。The piezoelectric transformer can be made lighter, thinner, shorter, and smaller by using a half-wave resonance mode of the first-order mode. And the maximum stress generated at the time of driving overlaps.
A crack is formed in the width direction substantially at the center of the piezoelectric transformer and breaks into two in the longitudinal direction.
【0013】また振動の節が、圧電トランスの中央部の
1カ所となるため電気パワーを入れるとベンディングモ
ードの振幅が大きくなって、電気量−機械量変換に寄与
する縦方向振動の励起が少なく、出力電流の上限が3m
A程度となる。3mA以上の出力電流を取り出そうとす
ると、高い発熱を伴い、破壊に至った。Further, since the vibration node is located at one place in the center of the piezoelectric transformer, the amplitude of the bending mode increases when electric power is applied, and the excitation of the longitudinal vibration contributing to the conversion of electric quantity to mechanical quantity is reduced. , Output current upper limit is 3m
A. Attempts to extract an output current of 3 mA or more were accompanied by high heat generation, leading to destruction.
【0014】本発明は、このような従来の圧電トランス
のもつ欠点を改善して、新規の安価でかつ実用的な信頼
性の高い圧電インバータを得るために、圧電セラミック
スから成る圧電トランスの、新規な構成と特性を有す
る、圧電トランスを提供する事を目的としたものであ
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention aims at improving the disadvantages of the conventional piezoelectric transformer and obtaining a new, inexpensive, practical and highly reliable piezoelectric inverter. It is an object of the present invention to provide a piezoelectric transformer having various configurations and characteristics.
【0015】[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、本発明によって成る圧電トランスは、前記圧電トラ
ンスの長手方向に、1次モードの1/2波長で共振する
圧電トランスに着目したもので、前記圧電トランスの領
域を、第1の領域となる出力部と、第2の領域となる入
力部と、第3の領域となる剛体部の、3領域から構成さ
れており、長手方向にほぼ4:4:2の割合から構成さ
れている。In order to achieve the above object, a piezoelectric transformer according to the present invention focuses on a piezoelectric transformer that resonates at a half wavelength of a primary mode in a longitudinal direction of the piezoelectric transformer. The area of the piezoelectric transformer is composed of three areas of an output part serving as a first area, an input part serving as a second area, and a rigid body part serving as a third area, and is arranged in a longitudinal direction. It is composed of a ratio of approximately 4: 4: 2.
【0016】前記、第2の領域となる入力部に電気信号
を印加すると、第2の領域は厚み方向に分極されている
ので幅方向と長さ方向の静的な内部応力にさからい、ベ
ンディングモードの共振振動を励振する。第3の領域は
第2の領域とは180度方向の異なった厚み方向分極が
施されており、作動方向が正反対の振動となるため、力
学的に剛体として作用するので、ベンディングモードを
抑制する方向に作用する。When an electric signal is applied to the input portion serving as the second region, the second region is polarized in the thickness direction, so that the second region is exposed to static internal stress in the width direction and the length direction. Excitation of resonance vibration in bending mode. The third region is polarized in a thickness direction different from that of the second region by 180 degrees, and the operation direction is oscillated in the opposite direction. Therefore, the third region acts mechanically as a rigid body, thereby suppressing the bending mode. Acts in the direction.
【0017】このことより、変位の最小位置が圧電トラ
ンスの1/2寸法部となる圧電トランスの中央部と、第
1の領域となる出力部と、第2の領域となる入力部の、
2つの領域のほぼ中央部に位置する縦振動モードのほぼ
起点の2カ所に発生して、入力インピーダンスを低イン
ピーダンス化し、ベンディングモードを抑制して、電気
量−機械量変換に寄与する縦方向振動を効率良く取り出
すという、圧電トランスの新規な構成と効果及び特性
を、はじめて実現したものである。Thus, the center of the piezoelectric transformer in which the minimum position of the displacement is a half dimension of the piezoelectric transformer, the output section as the first area, and the input section as the second area,
The longitudinal vibration that occurs at almost the two starting points of the longitudinal vibration mode, which is located at the approximate center of the two regions, reduces the input impedance, suppresses the bending mode, and contributes to the electrical-mechanical conversion. For the first time, a novel configuration, effect, and characteristics of a piezoelectric transformer, in which the piezoelectric transformer is efficiently extracted, are realized.
【0018】[0018]
【発明の実施の形態】発明の実施の形態を、実施例に基
づき図面を参照して説明する。図1は、従来から用いら
れてきたローゼンタイプの圧電トランスを示したもの
で、矩形状の圧電セラミックス1の端面に、出力電極2
が設けられ、前記圧電トランス1の長さ方向の約1/2
寸法部の上下面に、各々入力電極3及び入力電極4が設
けられている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described based on examples with reference to the drawings. FIG. 1 shows a Rosen type piezoelectric transformer that has been used conventionally. An output electrode 2 is provided on an end face of a rectangular piezoelectric ceramic 1.
And about 1/2 of the length direction of the piezoelectric transformer 1
An input electrode 3 and an input electrode 4 are provided on the upper and lower surfaces of the dimension portion, respectively.
【0019】前記入力電極3に直流電源のプラス端子
(図示せず)を接続して、入力電極4をアース端子(図
示せず)に接続した後、両極間に直流高電圧を印加する
と矢印で示した厚み方向に分極処理が行われる。次に入
力電極3及び入力電極4を電源のアース端子に共に接続
して、出力電極2に直流電源のプラス端子を接続した
後、両極間に直流高電圧を印加すると、矢印で示した長
さ方向に分極処理が行われる。After connecting a positive terminal (not shown) of a DC power supply to the input electrode 3 and connecting the input electrode 4 to a ground terminal (not shown), when a high DC voltage is applied between the two electrodes, an arrow is displayed. Polarization is performed in the thickness direction shown. Next, the input electrode 3 and the input electrode 4 are connected together to the ground terminal of the power supply, the positive electrode of the DC power supply is connected to the output electrode 2, and then a high DC voltage is applied between both electrodes. Polarization is performed in the direction.
【0020】図2は、分極処理がなされた圧電トランス
の完成品14に、長さ方向に1次モード(1/2波長)
で共振するドライブ周波数により、前記圧電トランスを
駆動したときの振動姿態を示したもので、点線で示した
カーブは、変位分布を示した物で、前記圧電トランスの
長さ方向の中心部が変位の最小点となり、両端面で変位
が最大となっている。また実線で示したカーブは応力分
布を示したもので、前記圧電トランスの長さ方向の中心
部が応力最大点となり、両端面で応力が最小となってい
る。FIG. 2 shows that the completed piezoelectric transformer 14 which has been subjected to polarization processing has a primary mode (モ ー ド wavelength) in the longitudinal direction.
The drive frequency that resonates with the piezoelectric transformer shows the state of vibration when the piezoelectric transformer is driven, and the curve shown by the dotted line shows the displacement distribution, in which the center of the piezoelectric transformer in the length direction is displaced. , And the displacement is maximum at both end faces. The curve shown by the solid line shows the stress distribution. The center of the piezoelectric transformer in the length direction is the maximum stress point, and the stress is minimum at both end faces.
【0021】図2から理解できるように、分極時に生じ
て内在する応力最大位置と、ドライブにより生じる応力
最大点が、共に圧電トランスの中央部に重畳するため、
圧電トランスに電力を入力すると、2Wから3W程度の
入力電力により、圧電トランスのほぼ中央部で幅方向に
亀裂が入り、長手方向に二つに破壊する。As can be understood from FIG. 2, the maximum stress position generated during the polarization and the maximum stress generated by the drive are both superimposed on the center of the piezoelectric transformer.
When power is input to the piezoelectric transformer, the input power of about 2 W to 3 W causes a crack in the width direction substantially at the center of the piezoelectric transformer and breaks into two in the longitudinal direction.
【0022】これらの特性を鑑み、本発明では図3に示
すように、圧電セラミックスから成る圧電トランスにお
いて、前記圧電トランスの長手方向に1次モード(1/
2波長)で共振する圧電トランス5が、端面に出力電極
6が設けられた第1の領域となる出力部と、圧電セラミ
ックスの上下面に入力電極7および入力電極8が設けら
れた第2の領域となる入力部と、同様に圧電セラミック
スの上下面に剛体部電極9および剛体電極10が設けら
れた第3の領域となる剛体部から成り、前記第1の領域
は矢印で示す長さ方向に、前記第2の領域は矢印で示す
厚み方向に、前記第3の領域は、矢印で示すように第2
の領域とは厚み方向の分極の位相が反対となる方向にそ
れぞれ分極を施して成り、前記の各領域は長手方向に各
々ほぼ4:4:2の割合で分割されて構成されている。In view of these characteristics, in the present invention, as shown in FIG. 3, in a piezoelectric transformer made of piezoelectric ceramics, a primary mode (1/1) is set in the longitudinal direction of the piezoelectric transformer.
A piezoelectric transformer 5 that resonates at two wavelengths) has an output portion serving as a first region provided with an output electrode 6 on an end face, and a second portion provided with input electrodes 7 and 8 on upper and lower surfaces of a piezoelectric ceramic. An input portion serving as a region, and a rigid portion serving as a third region in which rigid body electrodes 9 and rigid electrodes 10 are similarly provided on the upper and lower surfaces of the piezoelectric ceramic, wherein the first region is in a length direction indicated by an arrow. The second region is in the thickness direction indicated by the arrow, and the third region is in the second direction as indicated by the arrow.
The region is formed by applying polarization in the direction in which the phase of polarization in the thickness direction is opposite, and each of the regions is divided in the longitudinal direction at a ratio of approximately 4: 4: 2.
【0023】前記第2の領域となる入力部に、入力端子
11及び入力端子12を介して電気信号を印加すると、
第2の領域は厚み方向に分極されているので幅方向と長
さ方向の静的な内部応力にさからい、ベンディングモー
ドの共振振動を励振する。第3の領域は電気的な入力手
段を持たず、第2の領域とは180度方向の異なった厚
み方向分極が施されており、第2の領域の入力部に印加
された電気量により、電気−機械変換されたところの機
械量が伝播して、作動方向の位相が正反対の振動を励起
するため、力学的に剛体として作用するので、前記第3
の領域はベンディングモードを抑制する方向に作用す
る。When an electric signal is applied to the input section serving as the second area via the input terminal 11 and the input terminal 12,
Since the second region is polarized in the thickness direction, the second region excites a static internal stress in the width direction and the length direction, and excites a bending mode resonance vibration. The third region has no electrical input means, and is polarized in a thickness direction different from that of the second region by 180 degrees, and the amount of electricity applied to the input portion of the second region is Since the mechanical amount after the electro-mechanical conversion propagates and excites vibrations whose operating directions are diametrically opposite each other, they mechanically act as a rigid body.
Region acts in a direction to suppress the bending mode.
【0024】このことより変位の最小位置が圧電トラン
スの1/2寸法部となる圧電トランスの中央部と、第1
の領域となる出力部と、第2の領域となる入力部の、2
つの領域のほぼ中央部に位置する、縦振動モードのほぼ
起点の2カ所に発生して、入力インピーダンスを従来の
70Ωないし90Ωから、本発明では10Ωないし30
Ωに低インピーダンス化し、ベンディングモードを抑制
して、電気量−機械量変換に寄与する縦方向振動を、出
力端子13より効率良く取り出すという、圧電トランス
の新規な構成と効果及び特性を、はじめて実現したもの
である。From this, the center of the piezoelectric transformer where the minimum position of displacement is a half dimension of the piezoelectric transformer,
Of the output section serving as the area of the second area and the input section serving as the second area of the second area.
The input impedance is generated at two places substantially at the center of the two regions, substantially at the starting point of the longitudinal vibration mode, and the input impedance is increased from 70 Ω to 90 Ω in the related art to 10 Ω to 30 Ω in the present invention.
For the first time, a new configuration, effect, and characteristics of a piezoelectric transformer have been realized, in which the impedance is reduced to Ω, the bending mode is suppressed, and the longitudinal vibration that contributes to the electric quantity-mechanical quantity conversion is efficiently extracted from the output terminal 13. It was done.
【0025】また上記したように、圧電セラミックスか
ら成る圧電トランスにおいて、前記圧電トランスの長手
方向に1次モード(1/2波長)で共振する圧電トラン
スが、共振周波数によるドライブにより、中央部近傍に
生じる節部と、縦方向振動の起点に生じる複数の節部を
有するように、はじめて構成された圧電トランスを実現
したものである。As described above, in the piezoelectric transformer made of piezoelectric ceramics, the piezoelectric transformer that resonates in the primary mode (1 / wavelength) in the longitudinal direction of the piezoelectric transformer is driven near the center by the resonance frequency drive. This is the first realization of a piezoelectric transformer configured to have nodes that occur and a plurality of nodes that occur at the starting point of the longitudinal vibration.
【0026】また上記したように、圧電セラミックスか
ら成る圧電トランスにおいて、前記圧電トランスの長手
方向に1次モード(1/2波長)で共振する圧電トラン
スが、分極時に生じて内在する応力最大位置と、ドライ
ブ時の応力最大位置が、重複せずに位置するよう、はじ
めて構成された圧電トランスを実現したものである。As described above, in the piezoelectric transformer made of piezoelectric ceramics, the piezoelectric transformer that resonates in the primary mode (1 / wavelength) in the longitudinal direction of the piezoelectric transformer is located at the position of the maximum stress that is generated during the polarization and exists. This realizes a piezoelectric transformer configured for the first time so that the maximum stress position at the time of driving does not overlap.
【0027】さらに本発明の構成では、主に第1の領域
の寸法変化、あるいは第2の領域、第3の領域の寸法調
整により、数10KΩから300KΩ程度の間で、出力
インピーダンスを任意に設計できるので、圧電トランス
の出力インピーダンスと実負荷となる冷陰極放電管等の
インピーダンスを、設計段階でインピーダンスマッチン
グする事が可能となり、このことより低温時あるいは低
輝度時における全灯ドライブが可能となった。Further, according to the structure of the present invention, the output impedance is arbitrarily designed between several tens KΩ and 300 KΩ by mainly changing the dimensions of the first region or adjusting the dimensions of the second and third regions. Since the output impedance of the piezoelectric transformer and the impedance of the actual load such as the cold cathode discharge tube can be matched at the design stage, it is possible to drive all lamps at low temperature or low brightness. Was.
【0028】本発明によって成る、別の実施例を図4に
示した。圧電セラミックスから成る圧電トランスにおい
て、前記圧電トランスの長手方向に1次モード(1/2
波長)で共振する圧電トランス5′が、端面に出力電極
6′が設けられた第1の領域となる出力部と、圧電セラ
ミックスの上下面に入力電極7′及び入力電極8′が設
けられた第2の領域となる入力部と、同様に圧電セラミ
ックスの上下面に電極のない第3の領域となる剛体部か
ら成り、前記第1の領域は矢印で示す長さ方向に、前記
第2の領域は矢印で示す厚み方向に、前記第3の領域
は、未分極領域として成り、長手方向に各々ほぼ4:
4:2の割合で分割されて構成されている。Another embodiment according to the present invention is shown in FIG. In a piezoelectric transformer made of piezoelectric ceramics, a primary mode (1/2) is set in a longitudinal direction of the piezoelectric transformer.
(Wavelength), a piezoelectric transformer 5 'is provided with an output portion serving as a first region provided with an output electrode 6' on the end face, and input electrodes 7 'and 8' on the upper and lower surfaces of the piezoelectric ceramic. An input section serving as a second area, and a rigid body serving as a third area having no electrodes on the upper and lower surfaces of the piezoelectric ceramics, the first area extending in the length direction indicated by an arrow. The regions are formed in the thickness direction indicated by the arrows, and the third region is formed as an unpolarized region, and each of the regions is approximately 4:
It is divided and divided at a ratio of 4: 2.
【0029】前記第2の領域となる入力部に入力端子1
1′及び入力端子12′を介して電気信号を印加する
と、第2の領域は厚み方向に分極されているので幅方向
と長さ方向の静的な内部応力にさからい、ベンディング
モードの共振振動を励振する。第3の領域は無電極で電
気的な入力手段を持たず、力学的に剛体として作用する
ので、前記第3の領域はベンディングモードを抑制する
方向に作用する。An input terminal 1 is connected to the input section serving as the second area.
When an electric signal is applied through the input terminal 1 'and the input terminal 12', since the second region is polarized in the thickness direction, the internal stress in the width direction and the length direction is suppressed, and the resonance in the bending mode is prevented. Excite vibration. Since the third region has no electrodes and has no electric input means, and acts mechanically as a rigid body, the third region acts in a direction to suppress the bending mode.
【0030】このことより変位の最小位置が圧電トラン
スの1/2寸法部となる圧電トランスの中央部と、第1
の領域となる出力部と、第2の領域となる入力部の、前
記2つの領域のほぼ中央部に位置する、縦振動モードの
ほぼ起点の2カ所に発生して、入力インピーダンスを従
来の70Ωないし90Ωから、本発明では10Ωないし
30Ωに低インピーダンス化し、ベンディングモードを
抑制して、電気量−機械量変換に寄与する縦方向振動
を、出力端子13′より効率良く取り出すという、圧電
トランスの新規な構成と効果及び特性を、はじめて実現
したものである。From the above, the center of the piezoelectric transformer where the minimum position of the displacement is a half dimension of the piezoelectric transformer,
And an input section serving as a second area, which are located at substantially the center of the two areas, substantially at the starting point of the longitudinal vibration mode, and have an input impedance of 70 Ω in the related art. In the present invention, the impedance is reduced from 10 Ω to 90 Ω to 10 Ω to 30 Ω, the bending mode is suppressed, and the longitudinal vibration that contributes to the electric quantity-mechanical quantity conversion is efficiently extracted from the output terminal 13 ′. It has been realized for the first time that various configurations, effects and characteristics are realized.
【0031】[0031]
【発明の効果】本発明は、以上に説明したように構成さ
れているので、以下に記載されるような効果を奏する。
圧電トランスの長手方向に1次モードの1/2波長で共
振する圧電トランスを、第1の領域となる出力部と、第
2の領域となる入力部と、第3の領域となる剛体部から
構成することにより、従来から実用されてきた圧電トラ
ンスの長さ、幅、重量が、ほぼ半値となる圧電トランス
を実現した。Since the present invention is configured as described above, it has the following effects.
A piezoelectric transformer that resonates at a half wavelength of the first mode in the longitudinal direction of the piezoelectric transformer is formed from an output section serving as a first area, an input section serving as a second area, and a rigid body serving as a third area. With this configuration, a piezoelectric transformer that has been conventionally practically used has a length, width, and weight that are almost half.
【0032】また、分極時に生じて内在する応力最大部
と、ドライブ時の応力最大位置が重複せず位置するよう
構成されることにより、従来の2Wないし3Wで破壊し
た圧電トランスが、本発明による小型で薄型で軽量な圧
電トランスにおいて、6Wから7Wの大電力による使用
が可能となった。Further, since the maximum stress portion generated during polarization and the maximum stress position during driving do not overlap with each other, the conventional piezoelectric transformer broken at 2 W to 3 W is provided by the present invention. A small, thin, and lightweight piezoelectric transformer can be used with a large power of 6 W to 7 W.
【0033】これまで80KHzから120KHzの間
での、高周波数帯で使用してきたドライブ周波数を、低
周波数の50KHzでのドライブを可能にしたことによ
り、放電管部でのリーク電流を約半値にすることによ
り、使用効率の良いインバータを実現できた。The drive frequency, which has been used in the high frequency band between 80 KHz and 120 KHz, can be driven at a low frequency of 50 KHz, so that the leak current in the discharge tube section is reduced to about half. As a result, a highly efficient inverter was realized.
【0034】また、本発明では、第3の領域の剛体部と
いう、圧電トランスに新しい概念を取りいれる事によ
り、入力インピーダンスを、従来の圧電トランスの70
Ωないし90Ωという高インピーダンスを、本発明では
10Ωないし30Ω程度に低インピーダンス化すること
により、大電力での使用を可能にした。In the present invention, the input impedance is reduced to 70% of the conventional piezoelectric transformer by adopting a new concept of the piezoelectric transformer called the rigid portion in the third region.
By reducing the high impedance of Ω to 90 Ω to about 10 Ω to 30 Ω in the present invention, it is possible to use with high power.
【0035】さらに本発明の構成では、主に第1の領域
の寸法変化、あるいは第2の領域、第3の領域の寸法調
整により、数10KΩから300KΩ程度の間で、出力
インピーダンスを任意に設計できるので、圧電トランス
の出力インピーダンスと実負荷となる冷陰極放電管等の
インピーダンスを、設計段階でインピーダンスマッチン
グする事が可能となり、このことより低温時あるいは低
輝度時における全灯ドライブが可能となったなど、実用
レベルにおける、多くの効果を有するものである。Further, in the configuration of the present invention, the output impedance is arbitrarily designed between several tens of KΩ to about 300 KΩ mainly by dimensional change of the first region or dimensional adjustment of the second and third regions. Since the output impedance of the piezoelectric transformer and the impedance of the actual load such as the cold cathode discharge tube can be matched at the design stage, it is possible to drive all lamps at low temperature or low brightness. It has many effects on a practical level.
【図1】従来の圧電トランスの実施例を示す斜視図であ
る。FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a conventional piezoelectric transformer.
【図2】従来の圧電トランスの応力分布及び変位分布を
示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a stress distribution and a displacement distribution of a conventional piezoelectric transformer.
【図3】本発明によって成る圧電トランスの斜視図であ
る。FIG. 3 is a perspective view of a piezoelectric transformer according to the present invention.
【図4】本発明によって成る別の実施例の圧電トランス
の斜視図である。FIG. 4 is a perspective view of another embodiment of a piezoelectric transformer according to the present invention.
1 圧電セラミックス 2、6、6′ 出力電極 3、4、7、7′、8、8′ 入力電極 5、5′ 圧電トランス 9、10 剛体部電極 11、11′、12、12′ 入力端子 13、13′ 出力端子 14 圧電セラミックス完成品 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric ceramics 2, 6, 6 'Output electrode 3, 4, 7, 7', 8, 8 'Input electrode 5, 5' Piezoelectric transformer 9, 10 Rigid body electrode 11, 11 ', 12, 12' Input terminal 13 , 13 'Output terminal 14 Piezoelectric ceramic finished product
Claims (5)
において、前記圧電トランスの長手方向に1次モード
(1/2波長)で共振する圧電トランスが、分極時に生
じて内在する応力最大位置と、ドライブ時の応力最大位
置が、重複せずに位置するよう構成されたことを特徴と
する圧電トランス。In a piezoelectric transformer made of piezoelectric ceramics, a piezoelectric transformer that resonates in a primary mode (1 / wavelength) in the longitudinal direction of the piezoelectric transformer includes: A piezoelectric transformer, wherein the maximum stress position is located without overlapping.
において、前記圧電トランスの長手方向に1次モード
(1/2波長)で共振する圧電トランスが、共振周波数
によるドライブにより、中央部近傍に生じる節部と、縦
方向振動の起点に生じる複数の節部を有するように構成
されたことを特徴とする圧電トランス。2. A piezoelectric transformer made of piezoelectric ceramics, wherein a piezoelectric transformer that resonates in a primary mode (波長 wavelength) in a longitudinal direction of the piezoelectric transformer has a node formed near a center portion by driving at a resonance frequency. A piezoelectric transformer having a plurality of nodes generated at the starting point of the longitudinal vibration.
において、前記圧電トランスの長手方向に1次モード
(1/2波長)で共振する圧電トランスが第1の領域と
なる出力部と、第2の領域となる入力部と、第3の領域
となる剛体部の前記3領域から構成されて成り、長手方
向に各々ほぼ4:4:2の割合で分割されて構成された
ことを特徴とする圧電トランス。3. An output section in which a piezoelectric transformer resonating in a primary mode (で wavelength) in a longitudinal direction of the piezoelectric transformer in a longitudinal direction of the piezoelectric transformer is a first area, and a second area is provided. A piezoelectric transformer, comprising: an input portion; and a rigid region serving as a third region, wherein the three regions are divided at a ratio of approximately 4: 4: 2 in the longitudinal direction.
において、前記圧電トランスの長手方向に1次モード
(1/2波長)で共振する圧電トランスが、端面に出力
電極が設けられた第1の領域となる出力部と、圧電セラ
ミックスの上下面に電極が設けられた第2の領域となる
入力部と、同様に圧電セラミックスの上下面に電極が設
けられた第3の領域となる剛体部から成り、前記第1の
領域は長さ方向に、前記第2の領域は厚み方向に、前記
第3の領域は、第2の領域とは厚み方向の分極の位相が
反対となる方向にそれぞれ分極を施して成り、長手方向
に各々ほぼ4:4:2の割合で分割されて構成されたこ
とを特徴とする圧電トランス。4. In a piezoelectric transformer made of piezoelectric ceramics, a piezoelectric transformer that resonates in a primary mode (1 / wavelength) in a longitudinal direction of the piezoelectric transformer becomes a first region having an output electrode provided on an end face. An output unit, an input unit serving as a second region in which electrodes are provided on the upper and lower surfaces of the piezoelectric ceramic, and a rigid body serving as a third region in which electrodes are provided on the upper and lower surfaces of the piezoelectric ceramic. The first region is polarized in the length direction, the second region is polarized in the thickness direction, and the third region is polarized in the direction in which the polarization direction in the thickness direction is opposite to that of the second region. A piezoelectric transformer characterized by being divided in the longitudinal direction at a ratio of approximately 4: 4: 2.
において、前記圧電トランスの長手方向に1次モード
(1/2波長)で共振する圧電トランスが、端面に出力
電極が設けられた第1の領域となる出力部と、圧電セラ
ミックスの上下面に電極が設けられた第2の領域となる
入力部と、圧電セラミックスの上下面に電極のない第3
の領域となる剛体部から成り、前記第1の領域は長さ方
向に、前記第2の領域は厚み方向にそれぞれ分極を施し
て成り、前記第3の領域は未分極領域として成り、長手
方向に前記3つの領域が各々ほぼ4:4:2の割合で分
割されて構成されたことを特徴とする圧電トランス。5. In a piezoelectric transformer made of piezoelectric ceramics, a piezoelectric transformer that resonates in a primary mode (1 / wavelength) in a longitudinal direction of the piezoelectric transformer becomes a first region in which an output electrode is provided on an end face. An output unit, an input unit serving as a second region in which electrodes are provided on the upper and lower surfaces of the piezoelectric ceramic, and a third unit having no electrodes on the upper and lower surfaces of the piezoelectric ceramic.
Wherein the first region is polarized in the length direction, the second region is polarized in the thickness direction, and the third region is an unpolarized region. 3. The piezoelectric transformer according to claim 1, wherein the three regions are each divided at a ratio of approximately 4: 4: 2.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11178820A JP2000332315A (en) | 1999-05-20 | 1999-05-20 | Piezoelectric transformer |
Applications Claiming Priority (1)
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JP11178820A JP2000332315A (en) | 1999-05-20 | 1999-05-20 | Piezoelectric transformer |
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Publication Number | Publication Date |
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ID=16055243
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Country | Link |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004119416A (en) * | 2002-09-24 | 2004-04-15 | Tamura Seisakusho Co Ltd | Piezoelectric transformer |
-
1999
- 1999-05-20 JP JP11178820A patent/JP2000332315A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2004119416A (en) * | 2002-09-24 | 2004-04-15 | Tamura Seisakusho Co Ltd | Piezoelectric transformer |
JP4570840B2 (en) * | 2002-09-24 | 2010-10-27 | 株式会社タムラ製作所 | Piezoelectric transformer |
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