JP2001189501A

JP2001189501A - 圧電トランス

Info

Publication number: JP2001189501A
Application number: JP2000000375A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nakatsuka; 宏中塚; Takeshi Yamaguchi; 健山口; Katsu Takeda; 克武田; Kojiro Okuyama; 浩二郎奥山; Katsunori Moritoki; 克典守時
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-01-05
Filing date: 2000-01-05
Publication date: 2001-07-10

Abstract

(57)【要約】【課題】高電圧の出力に対して安定した過電圧保護を
行うのに適した構造を有する信頼性の高い圧電トランス
を提供する。【解決手段】圧電体層と電極層が交互に積層された圧
電トランスであって、前記圧電トランスの長手方向の第
１の部分領域における厚み方向一方の表面に形成された
第１の電極１０と、第１の部分領域とは異なる第２の部
分領域における厚み方向一方の表面に形成された第２の
電極１２と、第１および第２の部分領域における厚み方
向他方の表面に、第１および第２の電極と対向して形成
された第３の電極１１とを備え、第１の電極に入力され
た電圧を昇圧して第２の電極から出力すると共に、第３
の電極から出力に比例した電圧を取り出す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷陰極管点灯装置
やＤＣ−ＤＣコンバータ等の高電圧発生装置に用いられ
る積層型の圧電トランスに関する。

【０００２】

【従来の技術】図９に、従来の圧電トランスの１つであ
るローゼン型圧電トランスの構造を示す。この圧電トラ
ンスは、電磁トランスに比べて小型化が図れ、不燃性で
あり、電磁誘導によるノイズを出さないなどの長所を有
している。１で示す部分が圧電トランスの低インピーダ
ンス部であり、昇圧用として用いる場合の入力部とな
る。低インピーダンス部１は、厚み方向Ａに分極が施さ
れており、厚み方向の主面に電極３Ｕ、３Ｄが配置され
ている。一方、２で示す部分は高インピーダンス部であ
り、昇圧用として用いる場合の出力部となる。高インピ
ーダンス部２は、長手方向Ｂに分極が施されており、長
手方向の端面に電極４が配置されている。

【０００３】次に、この圧電トランスの動作について説
明する。入力部の電極３Ｕ、３Ｄに電圧が印加される
と、逆圧電効果により、電気エネルギーが機械エネルギ
ーに変換され、長手方向の縦振動が励振される。このと
きのエネルギー比が電気機械結合係数k３１である。圧
電トランスの駆動周波数が、長手方向縦振動の１次モー
ドや２次モードにおける共振周波数の近傍に設定される
と、出力部２にも大きな機械振動が発生する。出力部２
では、圧電効果により、機械エネルギーが電気エネルギ
ーに変換され、電圧が発生する。このときのエネルギー
比が電気機械結合係数k３３である。このとき出力部２
では分極方向が長さ方向であり、その長さは厚みに比べ
て大きいので、電極４からは高電圧を容易に得ることが
できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のローゼン型圧電
トランスの出力電圧の過電圧制御では、圧電トランスの
出力端に分圧抵抗を接続し、その分圧抵抗により分圧し
た電圧を検出して制御を行っていた。

【０００５】しかしながら、従来の過電圧保護は、出力
端における高電圧を分圧し、その分圧した電圧をフィー
ドバックするため、分圧抵抗の抵抗値を小さくすると、
圧電トランスの出力負荷が小さくなり、例えば、圧電ト
ランスにより駆動される冷陰極管の点灯に必要な昇圧比
を得ることができなくなる、また、分圧抵抗により不要
な電流を消費してしまう等の問題から、分圧抵抗の抵抗
値を十分大きな値にする必要があった。その結果、抵抗
値のバラツキ、基板との寄生容量等に起因して、分圧抵
抗により正確な検出電圧を得ることができなくなり、過
電圧保護回路が誤動作する恐れがあった。

【０００６】また、冷陰極管の点灯に必要な電圧が高く
なると、フィードバック用の分圧抵抗にかかる電圧も非
常に大きくなる。そのため、安全規格上、回路基板にお
いて十分な沿面距離を取らざるをえなくなり、それによ
り回路が大型化してしまうなどの問題点があった。

【０００７】また、特開平９−９６４０号公報には、図
１０に示すように、負荷ＲＬに流れる電流ＩＬを電流検
出手段１６８により検出し、この検出結果を輝度設定電
圧Ｖ１と比較し、比較結果である誤差電圧を積分器１６
２によりフィルタリングすると共に位相補償を行い、Ｖ
−Ｆコンバータ１６３により電圧／周波数変換を行い、
駆動手段１６７により圧電トランス１６１を駆動して、
負荷ＲＬの電流制御を行う駆動装置が開示されている。
この駆動装置において、過電圧保護回路の誤動作を防ぐ
ため、圧電トランス１６１の出力に、負荷ＲＬと並列に
サージクランパ１６９を接続するという構成をとってい
る。しかしながら、この場合においても、２次側の高電
圧部からの出力をフィードバックするため、回路基板上
で高圧ラインを引き回す必要がでてくる。その結果、浮
遊容量による誤動作の可能性や沿面距離を十分に取れな
い等の問題点もでてくる。

【０００８】さらに、特開平１１−６８１８５号公報に
は、圧電トランスの１次側積層部の一部を帰還電極とし
て用いることが提案されている。図１１（ａ）および図
１１（ｂ）はそれぞれ、この圧電トランスの構造を示す
斜視図および正面図である。

【０００９】図１１において、圧電トランスはＰＺＴ等
の圧電性を示す圧電材料からなり、１次電極に印加され
た電圧は昇圧比倍され２次側電極から取り出される。１
２５は低インピーダンス部であり、１２１Ｕ、１２１Ｄ
は１次側電極である。１２６は高インピーダンス部であ
り、２次側電極１２２は高インピーダンス部１２６の端
面に設けられる。なお、他方の２次側電極は１次側電極
１２１Ｕと共用している。また、低インピーダンス部１
２５の厚み方向の一部に設けた１２３Dはセンサ電極の
うちの一方の電極である。尚、センサ電極の他方の電極
は、１次側電極１２１Ｕと共用している。

【００１０】この圧電トランスは、低インピーダンス部
１２５に設けた１次側電極１２１Ｕ、１２１Ｄ、圧電ト
ランスの端面に設けた電極１２２、およびセンサ電極１
２３Dから電気接続をとる。しかしながら、センサ電極
１２３Ｄからの出力は、圧電トランスの駆動回路を簡略
化する目的で使用されるため、圧電トランスの振動を制
御するという問題の対策には不十分であった。

【００１１】また、圧電トランスの１次および２次側電
極とは別個に設けたセンサ電極を用いて、圧電トランス
の過電圧制御を行うことで、低電圧で圧電トランスの出
力電圧を制御することも考えられる。このように、セン
サ電極を用いた場合、圧電トランスの振動をセンサ電極
により検出し過電圧制御を行うため、不要振動をできる
だけ励振しないで駆動を行う必要があるが、容易に高次
の振動を検出することができる構造のため、過電圧保護
回路が誤動作する原因となってしまう。

【００１２】したがって、本発明の目的は、入力電圧を
昇圧して出力電圧を得る圧電トランスにおいて、安定し
た過電圧保護に適した構造を有する信頼性の高い圧電ト
ランスを提供すると共に、この圧電トランスを用いるこ
とで、回路を小型化および高効率化することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明の第１の圧電トランスは、圧電体層と電極層
が交互に積層された圧電トランスであって、前記圧電ト
ランスの長手方向の第１の部分領域における厚み方向一
方の表面に形成された第１の電極と、前記第１の部分領
域とは異なる第２の部分領域における厚み方向一方の前
記表面に形成された第２の電極と、前記第１および第２
の部分領域における厚み方向他方の表面に、前記第１お
よび第２の電極と対向して形成された第３の電極とを備
え、前記第１の電極に入力された電圧を昇圧して前記第
２の電極から出力すると共に、前記第３の電極から出力
に比例した電圧を取り出すことを特徴とする。

【００１４】前記の目的を達成するため、本発明の第２
の圧電トランスは、厚み方向に分極された圧電体と内部
電極とを厚み方向に交互に積層してなる低インピーダン
ス部と、単層もしくは複数層の圧電体と内部電極からな
り、前記低インピーダンス部と同厚の高インピーダンス
部を長手方向に一体的に連結してなる圧電トランスであ
って、前記低インピーダンス部における厚み方向一方の
表面に形成された第１の電極と、前記高インピーダンス
部における厚み方向一方の前記表面に形成された第２の
電極と、前記低インピーダンス部および高インピーダン
ス部における厚み方向他方の表面に、前記第１および第
２の電極と対向して形成された第３の電極とを備え、前
記第１の電極に入力された電圧を昇圧して前記第２の電
極から出力すると共に、前記第３の電極から出力に比例
した電圧を取り出すことを特徴とする。

【００１５】前記第１および第２の圧電トランスにおい
て、前記第３の電極は、前記厚み方向他方の表面の全面
に形成されることが好ましい。

【００１６】または、前記第１および第２の圧電トラン
スにおいて、前記第３の電極は、前記厚み方向他方の表
面の所定領域に形成され、前記圧電トランスの幅方向に
対して非対称に形成されることが好ましい。

【００１７】また、前記第１および第２の圧電トランス
は、半波長が圧電トランスの全長に等しい長手方向縦振
動１次モードの交流電圧で駆動されることが好ましい。

【００１８】さらに、前記第１および第２の電極のそれ
ぞれを外部に接続する導線を前記圧電トランスの長手方
向の中心付近に配置することが好ましい。

【００１９】前記第２の圧電トランスにおいて、前記第
３の電極は、前記低インピーダンス部の所定領域と前記
高インピーダンス部の所定領域に同厚で厚み方向に形成
されることが好ましい。

【００２０】さらに、前記第３の電極の分極方向が互い
に逆向きであることが好ましい。

【００２１】また、前記第１および第２の圧電トランス
は、１波長が圧電トランスの全長に等しい長手方向縦振
動２次モードの交流電圧で駆動されることが好ましい。

【００２２】さらに、前記第１および第２の電極のそれ
ぞれを外部に接続する導線を前記圧電トランスの長手方
向の中心付近に配置することが好ましい。

【００２３】また、前記第１および第２の圧電トランス
において、前記圧電トランスの厚み方向で前記第３の電
極に隣接し対向する電極を接地電極とすることが好まし
い。

【００２４】前記の目的を達成するため、本発明の第３
の圧電トランスは、単層の、もしくは分極方向が互い違
いになるよう長手方向に沿って積層した複数層の圧電体
層と、前記圧電体層間に介在させた内部電極とからなる
低インピーダンス部と、単層の、もしくは分極方向が互
い違いになるよう長手方向に沿って積層した複数層の圧
電体層と、前記圧電体層間に介在させた内部電極とから
なる高インピーダンス部とで構成され、前記低インピー
ダンス部と前記高インピーダンス部が同じ厚さで、長手
方向に接続されてなる圧電トランスにおいて、前記低イ
ンピーダンス部における厚み方向一方の表面に形成され
た第１の電極と、前記高インピーダンス部における厚み
方向一方の前記表面に形成された第２の電極と、前記低
インピーダンス部および高インピーダンス部における厚
み方向他方の表面に、前記第１および第２の電極と対向
して形成された第３の電極とを備え、前記第１の電極に
入力された電圧を昇圧して前記第２の電極から出力する
と共に、前記第３の電極から出力に比例した電圧を取り
出すことを特徴とする。

【００２５】上記構成によれば、第１の電極に入力され
た電圧が昇圧されて第２の電極にが発生する圧電トラン
スの２次側での過電圧保護を、第３の電極からの比較的
低い電圧で行うことができるとともに、第３の電極によ
り圧電トランスの振動を簡単にフィードバックすること
ができる。

【００２６】また、第１および第２の電極のそれぞれを
外部回路に接続する導線を圧電トランスの長手方向の中
心付近に配置して、圧電トランスを長手方向縦振動１次
または２次モードで駆動することにより、導線が振動に
悪影響を与えることがなく、大振幅時に導線が切断され
る恐れもなくなる。

【００２７】これにより、圧電トランスを過電圧保護す
る際に、高圧ラインの保護回路への引き回しを無くすと
共に、圧電トランスの不要振動による誤動作を防止し、
小型、高効率、高信頼性の高電圧発生装置を提供するこ
とが可能になる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。

【００２９】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態による圧電トランスの構造を示す斜視図であ
る。本実施形態に用いる圧電トランスは、ＰＺＴ等の圧
電性を示す圧電材料からなり、１次電極に印加された電
圧は昇圧比倍され２次側電極から取り出される。

【００３０】図１において、１５は低インピーダンス部
であり、１０Ｕ、１０Ｄは１次側電極である。１６は高
インピーダンス部であり、２次側電極１２は高インピー
ダンス部１６の厚み方向の主面に設けられ、２次側電極
１２の電圧基準電極は、１次側電極１０Ｕの電圧基準電
極１０Dと共用される。また、１０Dと対向する電極はセ
ンサ電極１１である。この圧電トランスは、低インピー
ダンス部１５に設けた１次側電極１０Ｕ、１０Ｄ、高イ
ンピーダンス部１６の厚み方向の主面に設けた２次側電
極１２、およびセンサ電極１１から電気接続をとる。こ
のとき、センサ電極１１と対向する１次側電極１０Ｄ
は、電圧基準電極として接地される。

【００３１】次に、以上のように構成された圧電トラン
スの昇圧動作について、図２を参照して説明する。

【００３２】図２は、本実施形態による圧電トランスの
共振周波数近傍の集中定数近似等価回路である。図２に
おいて、Ｃｄ１およびＣｄ２はそれぞれ、１次側および
２次側の束縛容量、Ｃｓはセンサ部の束縛容量、Ａ１お
よびＡ２はそれぞれ、１次側および２次側の力係数、Ａ
ｓはセンサ部の力係数、mは等価質量、Cは等価コンプラ
イアンス、Ｒｍは等価機械抵抗である。

【００３３】本実施形態による圧電トランスでは、力係
数Ａ１は、Ａ２（およびＡｓ）よりも大きく、図２中の
力係数Ａ１およびＡ２で表される２つの等価理想変成器
により昇圧動作が行われる。また、圧電トランスは、等
価質量ｍと等価コンプライアンスＣからなる直列共振回
路を含むため、特に、負荷抵抗の値が大きい場合に、２
次側電極からの出力は、変成器の変成比以上に大きな値
となる。また、センサ電極からの出力は、等価回路にお
いてＡｓの力係数で表される理想変成器の出力で表され
る。

【００３４】次に、本実施形態による圧電トランスの製
造方法について説明する。

【００３５】圧電トランスは、接着積層により、ＰＺＴ
（ＰｂＺｒＯ₃−ＰｂＴｉＯ₃)系の圧電材料で作ること
ができる。まず、圧電層の厚さの板を焼結し、所望の位
置にＡｕを圧電焼結体表面に蒸着することにより、外部
電極及び内部電極を形成する。電極を形成した後に分極
を施し、その後、接着により積層を行う。最後に、端面
を研磨して、内部電極を端面に露出させ、導電性樹脂に
より内部電極と外部電極を接続する。

【００３６】なお、接着により積層を行う代わりに、圧
電性を有する圧電材料およびそれと一体焼成可能である
電極材料を用いて、圧電体を焼結する前に圧電材料と電
極材料を積層し、同時に焼成して図１に示すトランス構
造を形成することもできる。

【００３７】上記の製造方法により、内部電極間の各圧
電層の厚さが０．１mm、全体の厚さが１．５mm、全体の
長さが３０mm、幅が６mmの寸法を有する圧電トランスを
製造した。

【００３８】この圧電トランスの長手方向縦振動１次モ
ードの共振周波数は、アドミタンスの周波数特性から６
１ｋＨｚと測定された。この圧電トランスに５ｋΩの負
荷抵抗を２次側電極１２に、５００Ωの抵抗をセンサ電
極１１に接続したところ、入力電圧１０Ｖに対して８０
Ｖの出力が得られ、このときの出力電力は１．３Wであ
った。また、センサ電極１１からの出力は５Ｖであり、
入力電圧よりも低い電圧を出力することができた。

【００３９】また、本実施形態では、低インピーダンス
部１５および高インピーダンス部１６の外部回路接続用
導線を圧電トランスの長手方向の中心付近に配置した。
図３に、その場合の棒状振動子７１の変位と応力の分布
を示す。図３は、長手方向縦振動１次モードの分布を示
し、これは半波長が振動子７１の長さと等しい振動モー
ドである。この場合、図３からも明らかなように、振動
子７１の中心に振動の節が存在している。そのため、圧
電トランスの長手方向の中心付近に導線を接続し、長手
方向縦振動１次モードの共振周波数で駆動すれば、導線
が振動に悪影響を与えることがない。また、大振幅時に
導線が切断されるという問題にも対処することができ
る。

【００４０】なお、本実施形態では、圧電トランスは、
ＰＺＴなどの圧電セラミックを用いて形成したが、圧電
性を示す材料であれば、ＬｉＴｉＯ₃などのような単結
晶材料を用いても同様の特性を得ることができる。

【００４１】また、センサ電極についても、圧電トラン
スの厚み方向の主面の一方の全面に形成したが、図４に
示すように、長手方向縦振動１次モードを用いる場合、
幅方向については、端面から後退させて形成しても同様
の効果を得ることができる。さらに、センサ電極は幅方
向に対して対称に形成しなくても同様の効果を得ること
ができ、幅方向の振動検出がしにくくなり、その効果は
大きい。

【００４２】さらに、圧電トランスを長手方向縦振動２
次モードで駆動する場合、図５に示すように、低インピ
ーダンス部の一部に第３の電極４１Ｌを、高インピーダ
ンス部の一部に第４の電極４１Ｒを形成し、第３の電極
４１Ｌと第４の電極４１Ｒを外部で接続してセンサ電極
として用いることでも同様の効果を得ることができる。
また、長手方向縦振動２次モードを用いる場合、全面に
第３の電極を形成し、低インピーダンス部と高インピー
ダンス部で厚み方向の分極方向を逆向きにすることでも
同様の効果を得ることができる。

【００４３】なお、長手方向縦振動２次モードを用いる
場合、圧電トランスの長手方向の長さをＬとした時、低
インピーダンス部、高インピーダンス部、およびセンサ
電極の外部回路接続用導線を圧電トランスの長手方向の
端面からＬ／４の位置に配置する。図６に、その場合の
棒状振動子９１の変位と応力の分布を示す。図６は、長
手方向縦振動２次モードの分布を示し、半波長が振動子
９１の長さと等しい振動モードである。この場合、図６
からも明らかなように、振動子９１の中心に振動の節が
存在している。そのため、圧電トランスの長手方向の端
面からＬ／４の位置に導線を接続し、長手方向縦振動２
次モードの共振周波数で駆動すれば、導線が振動に悪影
響を与えることがない。また、大振幅時に導線が切断さ
れるという問題にも対処することができる。

【００４４】また、本実施形態による圧電トランスの場
合、センサ出力を必要としないときは、センサ電極から
の出力を圧電トランスの出力電圧制御に用いたり、電圧
の異なった出力を必要な場合の出力として用いることも
できる。

【００４５】（第２の実施形態）図７は、本発明の第２
の実施形態による圧電トランスの構造を示す斜視図であ
る。本実施形態に用いる圧電トランスは、ＰＺＴ等の圧
電性を示す圧電材料からなり、１次側電極に印加された
電圧は昇圧比倍され２次側電極から取り出される。な
お、本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、低イン
ピーダンス部、高インピーダンス部の分極方向を厚み方
向ではなく、長手方向にした点にある。

【００４６】図７において、５５は低インピーダンス部
であり、５０Ｕ、５０Ｄは１次側電極である。５６は高
インピーダンス部であり、２次側電極５２は高インピー
ダンス部の厚み方向の主面に設けられ、２次側電極５２
の電圧基準電極は、１次側電極５０Ｕの電圧基準電極５
０Dと共用される。また、厚み方向の他の主面に形成さ
れた電極５１はセンサ電極である。センサ電極５１の電
圧基準電極は、１次側電極５０Ｕの電圧基準電極５０Ｄ
と共用される。センサ部は、１次側電極５０Ｄと、セン
サ電極５１と、これら２つの電極で挟まれた圧電体とで
形成され、厚み方向に分極が施されている。この圧電ト
ランスは、図７に示すように、低インピーダンス部５５
の上下主面に設けた１次側電極５０Ｕ、５０Ｄ、２次側
電極５２、センサ電極５１から電気接続をとる。このと
き、センサ電極５１と対向する電極５０Ｄは、電圧基準
電極として接地される。

【００４７】ここで、本実施形態が第１の実施形態と異
なる点は、前述したように、低インピーダンス部、高イ
ンピーダンス部の分極方向を厚み方向ではなく、長手方
向にした点にある。それは、図７に示すように、１次側
電極５０Ｕと２次側電極５２に接続され、厚み方向の上
面側から下面側へと延伸する一方の内部電極５４と、１
次側電極５０Ｕの電圧基準電極５０Ｄに接続され、厚み
方向の下面側から上面側へと延伸する他方の内部電極５
４’とを交互に配置して、その間の圧電体に長手方向に
分極方向が交互に異なる分極構造を形成することによっ
て実現される。

【００４８】本実施形態による圧電トランスでは、圧電
性を有する圧電材料およびそれと一体焼成可能である電
極材料を用いて、圧電体を焼結する前に圧電材料と電極
材料を積層し、同時に焼成して図７に示すトランス構造
を形成する。

【００４９】上記のようにして、全体の厚さが２．１m
m、内部電極５４と５４’間の各圧電体の長さが３．３m
m、全体の長さが４０mm、幅が６mmの寸法を有する圧電
トランスを製造した。

【００５０】この圧電トランスの長手方向縦振動１次モ
ードの共振周波数は、アドミタンスの周波数特性から８
３ｋＨｚと測定された。この圧電トランスに１００ｋΩ
の負荷抵抗を２次側電極５２に、３ｋΩの抵抗をセンサ
電極５１に接続したところ、入力電圧１０Ｖに対して４
００Ｖの出力が得られ、このときの出力電力は１．６W
であった。また、センサ電極５１からの出力は１０Ｖで
あり、入力電圧よりも低い電圧を出力することができ
た。

【００５１】また、本実施形態でも、第１の実施形態と
同様に、低インピーダンス部５５および高インピーダン
ス部５６の外部回路接続用導線を圧電トランスの長手方
向の中心付近に配置した。やはり、圧電トランスの長手
方向の中心付近に導線を接続し、長手方向縦振動１次モ
ードの共振周波数で駆動することで、導線が振動に悪影
響を与えることがなく、大振幅時に導線が切断されると
いう問題にも対処することができる。

【００５２】なお、本実施形態では、圧電トランスは、
ＰＺＴなどの圧電セラミックを用いて形成したが、圧電
性を示す材料であれば、ＬｉＴｉＯ₃などのような単結
晶材料を用いても同様の特性を得ることができる。

【００５３】また、センサ電極についても、圧電トラン
スの厚み方向の主面の一方の全面に形成したが、長手方
向縦振動１次モードを用いる場合、幅方向については、
端面から後退させて形成しても同様の効果を得ることが
できる。

【００５４】さらに、圧電トランスを長手方向縦振動２
次モードで駆動する場合、低インピーダンス部の一部に
第３の電極を、高インピーダンス部の一部に第４の電極
を形成し、第３の電極と第４の電極を外部で接続してセ
ンサ電極として用いることでも同様の効果を得ることが
できる。

【００５５】また、長手方向縦振動２次モードを用いる
場合、全面に第３の電極を形成し、低インピーダンス部
と高インピーダンス部で厚み方向の分極方向を逆向きに
することでも同様の効果を得ることができる。

【００５６】なお、本実施形態でも、第１の実施形態と
同様に、長手方向縦振動２次モードを用いる場合、電気
接続を圧電トランスの長手方向の長さをＬとした時、低
インピーダンス部、高インピーダンス部、およびセンサ
電極の外部回路接続用導線を圧電トランスの長手方向の
端面からＬ／４の位置に配置する。やはり、圧電トラン
スの長手方向の端面からＬ／４の位置に導線を接続し、
長手方向縦振動２次モードの共振周波数で駆動すれこと
で、導線が振動に悪影響を与えることがなく、大振幅時
に導線が切断されるという問題にも対処することができ
る。

【００５７】さらに、図８に示すように、圧電トランス
の高インピーダンス部と低インピーダンス部のあいだに
絶縁層６１を形成し、１次側と２次側を分離した構造と
した場合でも、同様に圧電トランスの厚み方向の主面の
全面にセンサ電極を形成することで同様の効果を得るこ
とができる。

【００５８】また、本実施形態による圧電トランスの場
合、センサ出力を必要としないときは、センサ電極から
の出力を圧電トランスの出力電圧制御に用いたり、電圧
の異なった出力を必要な場合の出力として用いることも
できる。

【００５９】

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明の圧電トラン
スによれば、高電圧が発生する圧電トランスの２次側で
の過電圧保護を、センサ電極からの比較的低い電圧で行
うことができるとともに、センサ電極により圧電トラン
スの振動を簡単にフィードバックすることができる。こ
れにより、圧電トランスを過電圧保護する際に、高圧ラ
インの保護回路への引き回しを無くすと共に、圧電トラ
ンスの不要振動による誤動作を防止し、小型、高効率、
高信頼性の高電圧発生装置を提供することが可能にな
り、実用的上その効果は非常に大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による圧電トランス
の構造を示す斜視図

【図２】図１に示す圧電トランスの集中定数近似等価
回路図

【図３】長手方向縦振動１次モードにおける棒状振動
子の変位分布および応力分布図

【図４】本発明の第１の実施形態による圧電トランス
の変形例を示す斜視図

【図５】本発明の第１の実施形態による圧電トランス
の変形例を示す斜視図

【図６】長手方向縦振動２次モードにおける棒状振動
子の変位分布および応力分布図

【図７】本発明の第２の実施形態による圧電トランス
の構造を示す斜視図

【図８】本発明の第２の実施形態による圧電トランス
の変形例を示す斜視図

【図９】従来のローゼン型圧電トランスの構造を示す
斜視図

【図１０】従来の圧電トランスを用いた負荷駆動装置
のブロック図

【図１１】従来の圧電トランスの他の構造を示す斜視
図

【符号の説明】

１０Ｕ、１０Ｄ１次側電極１１センサ電極１２２次側電極１３圧電体１５低インピーダンス部１６高インピーダンス部４１Ｌ４１Ｒ電極７１９１振動子

フロントページの続き (72)発明者武田克大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者奥山浩二郎大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者守時克典大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 5H730 AA15 AA20 AS04 AS11 EE48 FD31 ZZ19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電体層と電極層が交互に積層された圧
電トランスであって、前記圧電トランスの長手方向の第
１の部分領域における厚み方向一方の表面に形成された
第１の電極と、前記第１の部分領域とは異なる第２の部
分領域における厚み方向一方の前記表面に形成された第
２の電極と、前記第１および第２の部分領域における厚
み方向他方の表面に、前記第１および第２の電極と対向
して形成された第３の電極とを備え、前記第１の電極に
入力された電圧を昇圧して前記第２の電極から出力する
と共に、前記第３の電極から出力に比例した電圧を取り
出すことを特徴とする圧電トランス。
【請求項２】厚み方向に分極された圧電体と内部電極
とを厚み方向に交互に積層してなる低インピーダンス部
と、単層もしくは複数層の圧電体と内部電極からなり、
前記低インピーダンス部と同厚の高インピーダンス部を
長手方向に一体的に連結してなる圧電トランスであっ
て、前記低インピーダンス部における厚み方向一方の表
面に形成された第１の電極と、前記高インピーダンス部
における厚み方向一方の前記表面に形成された第２の電
極と、前記低インピーダンス部および高インピーダンス
部における厚み方向他方の表面に、前記第１および第２
の電極と対向して形成された第３の電極とを備え、前記
第１の電極に入力された電圧を昇圧して前記第２の電極
から出力すると共に、前記第３の電極から出力に比例し
た電圧を取り出すことを特徴とする圧電トランス。
【請求項３】前記第３の電極は、前記厚み方向他方の
表面の全面に形成される請求項１または２記載の圧電ト
ランス。
【請求項４】前記第３の電極は、前記厚み方向他方の
表面の所定領域に形成され、前記圧電トランスの幅方向
に対して非対称に形成される請求項１または２記載の圧
電トランス。
【請求項５】前記圧電トランスは、半波長が圧電トラ
ンスの全長に等しい長手方向縦振動１次モードの交流電
圧で駆動される請求項１から４のいずれか一項記載の圧
電トランス。
【請求項６】前記第１および第２の電極のそれぞれを
外部に接続する導線を前記圧電トランスの長手方向の中
心付近に配置する請求項５記載の圧電トランス。
【請求項７】前記第３の電極は、前記低インピーダン
ス部の所定領域と前記高インピーダンス部の所定領域に
同厚で厚み方向に形成される請求項１または２記載の圧
電トランス。
【請求項８】前記第３の電極の分極方向が互いに逆向
きである請求項７記載の圧電トランス。
【請求項９】前記圧電トランスは、１波長が圧電トラ
ンスの全長に等しい長手方向縦振動２次モードの交流電
圧で駆動される請求項１、２、７および８のいずれか一
項記載の圧電トランス。
【請求項１０】前記第１および第２の電極のそれぞれ
を外部に接続する導線を前記圧電トランスの長手方向の
中心付近に配置する請求項９記載の圧電トランス。
【請求項１１】前記圧電トランスの厚み方向で前記第
３の電極に隣接し対向する電極を接地電極とする請求項
１から８のいずれか一項記載の圧電トランス。
【請求項１２】単層の、もしくは分極方向が互い違い
になるよう長手方向に沿って積層した複数層の圧電体層
と、前記圧電体層間に介在させた内部電極とからなる低
インピーダンス部と、単層の、もしくは分極方向が互い
違いになるよう長手方向に沿って積層した複数層の圧電
体層と、前記圧電体層間に介在させた内部電極とからな
る高インピーダンス部とで構成され、前記低インピーダ
ンス部と前記高インピーダンス部が同じ厚さで、長手方
向に接続されてなる圧電トランスであって、前記低イン
ピーダンス部における厚み方向一方の表面に形成された
第１の電極と、前記高インピーダンス部における厚み方
向一方の前記表面に形成された第２の電極と、前記低イ
ンピーダンス部および高インピーダンス部における厚み
方向他方の表面に、前記第１および第２の電極と対向し
て形成された第３の電極とを備え、前記第１の電極に入
力された電圧を昇圧して前記第２の電極から出力すると
共に、前記第３の電極から出力に比例した電圧を取り出
すことを特徴とする圧電トランス。