JP2002280631A - 圧電トランス - Google Patents
圧電トランスInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高効率で高出力の圧電トランスを提供する。
【解決手段】 長板状の圧電体の中央部の上下に一対の
入力電極を設けて一つの厚み方向に分極した駆動部領域
と、長手方向の端面に一対の出力電極を設けて長手方向
に駆動部領域を挟んで逆方向に分極した発電部領域を両
端部に配置し、前記出力電極とどちらか一方の入力電極
の間で出力を得るようになし、半波長モードで励振され
る圧電トランスであって、長手方向の全長Ｌ１と厚みＴ
１の比Ｔ１／Ｌ１が０．０６〜０．１１であることを特
徴とした。
入力電極を設けて一つの厚み方向に分極した駆動部領域
と、長手方向の端面に一対の出力電極を設けて長手方向
に駆動部領域を挟んで逆方向に分極した発電部領域を両
端部に配置し、前記出力電極とどちらか一方の入力電極
の間で出力を得るようになし、半波長モードで励振され
る圧電トランスであって、長手方向の全長Ｌ１と厚みＴ
１の比Ｔ１／Ｌ１が０．０６〜０．１１であることを特
徴とした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は液晶ディスプレイの
バックライト点灯用に適した中央駆動型圧電トランスに
関するものである。
バックライト点灯用に適した中央駆動型圧電トランスに
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、液晶デイスプレイにあっては液
晶自体発光しないことから液晶表示体の背面や側面に冷
陰極管等の放電管を配置するバックライト方式が主流と
なっている。この放電管を駆動するためには、使用する
放電管の長さや直径にもよるが、通常、数百ボルト以上
の交流の高電圧が要求され、この交流の高電圧を発生さ
せる方法として圧電トランス装置を用いたインバータが
提案されている。ここで用いられる圧電トランスは、巻
線が不要なことから構造が非常に簡単であるので、圧電
トランス装置は小型化、薄型化、低コスト化が可能であ
る。
晶自体発光しないことから液晶表示体の背面や側面に冷
陰極管等の放電管を配置するバックライト方式が主流と
なっている。この放電管を駆動するためには、使用する
放電管の長さや直径にもよるが、通常、数百ボルト以上
の交流の高電圧が要求され、この交流の高電圧を発生さ
せる方法として圧電トランス装置を用いたインバータが
提案されている。ここで用いられる圧電トランスは、巻
線が不要なことから構造が非常に簡単であるので、圧電
トランス装置は小型化、薄型化、低コスト化が可能であ
る。
【０００３】図１に前記圧電トランスの一例を示す。図
中の１は例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系の圧
電材料を用いた圧電トランスである。この圧電トランス
１はＰＺＴ系セラミックスのグリーンシート上の一部に
内部電極を印刷し、このシートを積層圧着して焼結し、
その後、切断、研磨を行い、その外表面に入力電極１
１、１２と出力電極１３、１４を形成する。そして圧電
トランスの中央部の駆動部は厚み方向に、その両側に配
置される発電部は長さ方向に分極処理が施されている。
このような圧電トランスでは、入力電極１１、１２間に
交流電圧源より圧電トランス１の長さ方向の機械的な共
振周波数とほぼ同じ周波数の交流電圧を印加すると、こ
の圧電トランス１は長手方向に強い機械振動を生じ、こ
れにより発電部で圧電効果により電荷が発生し、出力電
極１３、１４と入力電極の一方、例えば入力電極１１と
の間に出力電圧Ｖｏが生じる。
中の１は例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系の圧
電材料を用いた圧電トランスである。この圧電トランス
１はＰＺＴ系セラミックスのグリーンシート上の一部に
内部電極を印刷し、このシートを積層圧着して焼結し、
その後、切断、研磨を行い、その外表面に入力電極１
１、１２と出力電極１３、１４を形成する。そして圧電
トランスの中央部の駆動部は厚み方向に、その両側に配
置される発電部は長さ方向に分極処理が施されている。
このような圧電トランスでは、入力電極１１、１２間に
交流電圧源より圧電トランス１の長さ方向の機械的な共
振周波数とほぼ同じ周波数の交流電圧を印加すると、こ
の圧電トランス１は長手方向に強い機械振動を生じ、こ
れにより発電部で圧電効果により電荷が発生し、出力電
極１３、１４と入力電極の一方、例えば入力電極１１と
の間に出力電圧Ｖｏが生じる。
【０００４】この中央駆動型圧電トランスの形状として
特許３１１９１５４号に入力電極長さと全長の比を規定
した内容が記されているが圧電トランスの厚みについて
は触れていない。本発明の目的は圧電トランスの厚みを
考慮することで、高効率で高出力の圧電トランスを提供
することである。
特許３１１９１５４号に入力電極長さと全長の比を規定
した内容が記されているが圧電トランスの厚みについて
は触れていない。本発明の目的は圧電トランスの厚みを
考慮することで、高効率で高出力の圧電トランスを提供
することである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】近年の液晶ディスプレ
イの大型化により、高出力圧電トランスの要求が高まっ
てきている。また圧電トランスの信頼性を確保する為に
は、低い振動速度で発熱を抑制する事が要求される。一
般に圧電トランスの出力は、 Wout＝Ａ×（ＷＴ／Ｌ）×Ｖ２で示される。 （ここでＡは係数、Ｗは素子の幅、Ｔは素子の厚み、Ｖ
は振動速度） 圧電トランスの出力は振動速度の二乗に比例するため、
圧電トランス装置において高出力を得ようとすれば高い
振動速度で圧電トランスを駆動する方が望ましいが、振
動速度が高くなれば圧電トランスの破断、発熱に起因す
る暴走等の恐れがあり、本発明では安全率を考慮し１．
０ｍ／ｓ０−Ｐ程度で振動速度の上限を設定している。
つぎに圧電トランスの発熱量ΔTに関しては一般に次式
に示される ΔT∝Wout×（（１／η）−１）×Tm／（V×ρ×Cp×Q
m）で示される。 （ここでηは効率、Tmは平衡時間、Vは体積、Cpは比
熱、Qmは共振尖鋭度） 上式より、圧電トランスの発熱は出力に比例すること、並び
に、圧電セラミックスの材質および、形状が一定の場合、効率
が高い程圧電トランスの発熱を抑制できることがわかる。液
晶画面の寸法は年々大型化の傾向にあり、それに比例し
て圧電トランスに要求される出力も大きくなっている。
使用時の圧電トランスの発熱を押さえてトランスの信頼性を向上
させるため、或いは、モバイルタイフ゜のノートハ゜ソコンで特
に要求の高い電池の高寿命化に対応するためには、トランス
の高効率化が不可欠である。しかしながら、従来の圧電
トランスでは高効率化に限界があった。
イの大型化により、高出力圧電トランスの要求が高まっ
てきている。また圧電トランスの信頼性を確保する為に
は、低い振動速度で発熱を抑制する事が要求される。一
般に圧電トランスの出力は、 Wout＝Ａ×（ＷＴ／Ｌ）×Ｖ２で示される。 （ここでＡは係数、Ｗは素子の幅、Ｔは素子の厚み、Ｖ
は振動速度） 圧電トランスの出力は振動速度の二乗に比例するため、
圧電トランス装置において高出力を得ようとすれば高い
振動速度で圧電トランスを駆動する方が望ましいが、振
動速度が高くなれば圧電トランスの破断、発熱に起因す
る暴走等の恐れがあり、本発明では安全率を考慮し１．
０ｍ／ｓ０−Ｐ程度で振動速度の上限を設定している。
つぎに圧電トランスの発熱量ΔTに関しては一般に次式
に示される ΔT∝Wout×（（１／η）−１）×Tm／（V×ρ×Cp×Q
m）で示される。 （ここでηは効率、Tmは平衡時間、Vは体積、Cpは比
熱、Qmは共振尖鋭度） 上式より、圧電トランスの発熱は出力に比例すること、並び
に、圧電セラミックスの材質および、形状が一定の場合、効率
が高い程圧電トランスの発熱を抑制できることがわかる。液
晶画面の寸法は年々大型化の傾向にあり、それに比例し
て圧電トランスに要求される出力も大きくなっている。
使用時の圧電トランスの発熱を押さえてトランスの信頼性を向上
させるため、或いは、モバイルタイフ゜のノートハ゜ソコンで特
に要求の高い電池の高寿命化に対応するためには、トランス
の高効率化が不可欠である。しかしながら、従来の圧電
トランスでは高効率化に限界があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、長板状の圧電
体の中央部の上下に一対の入力電極を設けて一つの厚み
方向に分極した駆動部領域と長手方向の端面に一対の出
力電極を設けて長手方向に駆動部領域を挟んで逆方向に
分極した発電部領域を両端に配置し、前記出力電極とど
ちらか一方の入力電極の間で出力を得るようになし、半
波長モードで励振される圧電トランスであって長手方向
の長さＬ１と厚みＴの比Ｔ／Ｌ１を０．０６〜０．１１
としたことを特徴とする。また本発明においては、前記
駆動部の長さＬ２と全長Ｌ１の比Ｌ２／Ｌ１が０．３〜
０．６とするのが好ましい。そして、記駆動部が圧電体
と入力電極が交互に積層され、前記入力電極が外部電極
と一層おきに接続された積層型とするのがより好まし
い。
体の中央部の上下に一対の入力電極を設けて一つの厚み
方向に分極した駆動部領域と長手方向の端面に一対の出
力電極を設けて長手方向に駆動部領域を挟んで逆方向に
分極した発電部領域を両端に配置し、前記出力電極とど
ちらか一方の入力電極の間で出力を得るようになし、半
波長モードで励振される圧電トランスであって長手方向
の長さＬ１と厚みＴの比Ｔ／Ｌ１を０．０６〜０．１１
としたことを特徴とする。また本発明においては、前記
駆動部の長さＬ２と全長Ｌ１の比Ｌ２／Ｌ１が０．３〜
０．６とするのが好ましい。そして、記駆動部が圧電体
と入力電極が交互に積層され、前記入力電極が外部電極
と一層おきに接続された積層型とするのがより好まし
い。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明者等は鋭意研究の結果、圧
電トランスの効率が圧電トランスの長手方向の長さL１
と厚みTとの比に依存し、前記比率を所定比とすること
で、トランス効率の優れた圧電トランスが得られること
を見出した。以下、本発明の効果を実施例にて具体的に
説明する。 （実施例１）本発明に係る圧電トランスの実施例を図１
に示す。この実施例は、組成Pb3O4：64.6%、SrTiO3：3.
9%、TiO2：9.7%、ZrO2：20.6%、Fe2O3：1.2%から成るPZ
T材料を用い、一体焼成した長板状の圧電体の中央部の
上下に一対の入力電極１１，１２を印刷、焼き付け等に
より形成し、長手方向の端面に一対の出力電極１３、１
４を印刷、焼き付け等により形成して構成される。そし
て圧電トランスの中央部の駆動部は厚み方向に、その両
側に配置される発電部は長さ方向に分極処理が施されて
いる。ここでトランス全長Ｌ１、トランス厚みをＴとし
た時の効率のＴ／Ｌ１依存性を図２に示す。実際には全
長L1=30mmとし厚みTを1.2mm〜3.9ｍｍで試作した。この
時、トランス全長Ｌ１と駆動長さＬ２の比Ｌ２／Ｌ１は
０．４、負荷条件は負荷抵抗１００ｋΩ、負荷電流７．
１mAである。効率はＴ／Ｌ１が０．０６〜０．１１の領
域で９５％以上の効率が得られる。
電トランスの効率が圧電トランスの長手方向の長さL１
と厚みTとの比に依存し、前記比率を所定比とすること
で、トランス効率の優れた圧電トランスが得られること
を見出した。以下、本発明の効果を実施例にて具体的に
説明する。 （実施例１）本発明に係る圧電トランスの実施例を図１
に示す。この実施例は、組成Pb3O4：64.6%、SrTiO3：3.
9%、TiO2：9.7%、ZrO2：20.6%、Fe2O3：1.2%から成るPZ
T材料を用い、一体焼成した長板状の圧電体の中央部の
上下に一対の入力電極１１，１２を印刷、焼き付け等に
より形成し、長手方向の端面に一対の出力電極１３、１
４を印刷、焼き付け等により形成して構成される。そし
て圧電トランスの中央部の駆動部は厚み方向に、その両
側に配置される発電部は長さ方向に分極処理が施されて
いる。ここでトランス全長Ｌ１、トランス厚みをＴとし
た時の効率のＴ／Ｌ１依存性を図２に示す。実際には全
長L1=30mmとし厚みTを1.2mm〜3.9ｍｍで試作した。この
時、トランス全長Ｌ１と駆動長さＬ２の比Ｌ２／Ｌ１は
０．４、負荷条件は負荷抵抗１００ｋΩ、負荷電流７．
１mAである。効率はＴ／Ｌ１が０．０６〜０．１１の領
域で９５％以上の効率が得られる。
【０００８】本発明の請求項２に記載の発明は、トラン
ス全長Ｌ１と駆動長さＬ２の比Ｌ２／Ｌ１を０．３〜
０．６に規定した請求項１に記載の圧電トランスであ
る。トランス全長Ｌ１、駆動部の長さＬ２とした時の効
率のＬ２／Ｌ１依存性を図３に示す。実際には全長L1=3
0mmとし駆動部長さ6mm〜24ｍｍで試作した。この時、ト
ランス厚みＴ／トランス全長Ｌ１は０．０９、負荷条件
は負荷抵抗１００ｋΩ、負荷電流７．１mAである。この
図よりＬ２／Ｌ１が０．３〜０．６の領域で９５％以上
の効率が得られる。
ス全長Ｌ１と駆動長さＬ２の比Ｌ２／Ｌ１を０．３〜
０．６に規定した請求項１に記載の圧電トランスであ
る。トランス全長Ｌ１、駆動部の長さＬ２とした時の効
率のＬ２／Ｌ１依存性を図３に示す。実際には全長L1=3
0mmとし駆動部長さ6mm〜24ｍｍで試作した。この時、ト
ランス厚みＴ／トランス全長Ｌ１は０．０９、負荷条件
は負荷抵抗１００ｋΩ、負荷電流７．１mAである。この
図よりＬ２／Ｌ１が０．３〜０．６の領域で９５％以上
の効率が得られる。
【０００９】（実施例２）本発明の請求項３に記載の圧
電トランスの実施例を平面図を図４に、断面図を図５
に、斜視図を図６に示す。この実施例は、駆動部を積層
構造とした積層型圧電トランスである。この積層型圧電
トランスの作製方法はＰＺＴセラミックスのグリーンシ
ート４１の一面上の中央部にスクリーン印刷法を用いて
入力電極となる内部電極４２を印刷し、別のグリーンシ
ートの一面上の中央部に同様に入力電極となる内部電極
を印刷する。これらの圧電体シートを交互に積層し、圧
着、切断、脱バイ、焼結を行い、中央部の側面に一対の
入力電極４４，４５を印刷、焼き付け等により形成し、
長手方向の端面に一対の出力電極４３を印刷、焼き付け
等により成形して構成される。そして圧電トランスの中
央部の駆動部は厚み方向に、その両側に配置される発電
部は長さ方向に分極処理が施されている。ここでトラン
ス全長Ｌ１、トランス厚みをＴとした時の効率のＴ／Ｌ
１依存性を図７に示す。実際には全長L1=30mmとし厚みT
を1.2mm〜3.9ｍｍで試作した。この時、トランス全長Ｌ
１と駆動長さＬ２の比Ｌ２／Ｌ１は０．４、負荷条件は
負荷抵抗１００ｋΩ、負荷電流７．１mAである。効率は
Ｔ／Ｌ１が０．０６〜０．１１の領域で９５％以上の効
率が得られる。
電トランスの実施例を平面図を図４に、断面図を図５
に、斜視図を図６に示す。この実施例は、駆動部を積層
構造とした積層型圧電トランスである。この積層型圧電
トランスの作製方法はＰＺＴセラミックスのグリーンシ
ート４１の一面上の中央部にスクリーン印刷法を用いて
入力電極となる内部電極４２を印刷し、別のグリーンシ
ートの一面上の中央部に同様に入力電極となる内部電極
を印刷する。これらの圧電体シートを交互に積層し、圧
着、切断、脱バイ、焼結を行い、中央部の側面に一対の
入力電極４４，４５を印刷、焼き付け等により形成し、
長手方向の端面に一対の出力電極４３を印刷、焼き付け
等により成形して構成される。そして圧電トランスの中
央部の駆動部は厚み方向に、その両側に配置される発電
部は長さ方向に分極処理が施されている。ここでトラン
ス全長Ｌ１、トランス厚みをＴとした時の効率のＴ／Ｌ
１依存性を図７に示す。実際には全長L1=30mmとし厚みT
を1.2mm〜3.9ｍｍで試作した。この時、トランス全長Ｌ
１と駆動長さＬ２の比Ｌ２／Ｌ１は０．４、負荷条件は
負荷抵抗１００ｋΩ、負荷電流７．１mAである。効率は
Ｔ／Ｌ１が０．０６〜０．１１の領域で９５％以上の効
率が得られる。
【００１０】本発明の別の実施例を平面図を図８に、断
面図を図９に、斜視図を図１０に示す。この積層型圧電
トランスの作製方法はＰＺＴセラミックスのグリーンシ
ートの一面上にスクリーン印刷法を用いて入力電極とな
る一次側内部電極５１と二次側内部電極５２を印刷し、
これらの圧電体シートを交互に積層し、圧着、切断、脱
バイ、焼結を行い、中央部の側面に一対の入力電極を印
刷、焼き付け等により形成し、長手方向の端面に一対の
出力電極を印刷、焼き付け等により成形して構成され
る。そして圧電トランスの中央部の駆動部は厚み方向
に、その両側に配置される発電部は長さ方向に分極処理
が施されている
面図を図９に、斜視図を図１０に示す。この積層型圧電
トランスの作製方法はＰＺＴセラミックスのグリーンシ
ートの一面上にスクリーン印刷法を用いて入力電極とな
る一次側内部電極５１と二次側内部電極５２を印刷し、
これらの圧電体シートを交互に積層し、圧着、切断、脱
バイ、焼結を行い、中央部の側面に一対の入力電極を印
刷、焼き付け等により形成し、長手方向の端面に一対の
出力電極を印刷、焼き付け等により成形して構成され
る。そして圧電トランスの中央部の駆動部は厚み方向
に、その両側に配置される発電部は長さ方向に分極処理
が施されている
【００１１】
【発明の効果】本発明によれば、高効率で高出力の中央
駆動型圧電トランスを提供することができ、駆動時の発
熱を抑制することより、信頼性を飛躍的に向上させる事
が出来る。
駆動型圧電トランスを提供することができ、駆動時の発
熱を抑制することより、信頼性を飛躍的に向上させる事
が出来る。
【図１】本発明に係る圧電トランスの斜視図
【図２】トランス全長とトランス厚みの比と効率の関係
【図３】トランス全長と駆動部長さの比と効率の関係
【図４】本発明に係る圧電トランスの平面図
【図５】本発明に係る圧電トランスの断面図
【図６】本発明に係る圧電トランスの斜視図
【図７】トランス全長とトランス厚みの比と効率の関係
【図８】本発明に係る圧電トランスの平面図
【図９】本発明に係る圧電トランスの断面図
【図１０】本発明に係る圧電トランスの斜視図
Ｌ１ 圧電トランス全長 Ｌ２ 駆動部長さ Ｔ トランス厚み １１、１２ 入力電極 １３，１４ 出力電極 ４１ 圧電体シート ４２ 入力内部電極 ４３ 出力電極 ４４，４５ 入力電極 ５２ 出力内部電極
Claims (3)
- 【請求項１】 長板状の圧電体の中央部の上下に一対の
入力電極を設けて一つの厚み方向に分極した駆動部領域
と、長手方向の端面に一対の出力電極を設けて長手方向
に駆動部領域を挟んで逆方向に分極した発電部領域を両
端部に配置し、前記出力電極とどちらか一方の入力電極
の間で出力を得るようになし、半波長モードで励振され
る圧電トランスであって、長手方向の全長Ｌ１と厚みＴ
１の比Ｔ１／Ｌ１が０．０６〜０．１１であることを特
徴とする圧電トランス。 - 【請求項２】 前記駆動部の長さＬ２と全長Ｌ１の比Ｌ
２／Ｌ１が０．３〜０．６であ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】 前記駆動部が圧電体と入力電極が交互に
積層され、前記入力電極が外部電極と一層おきに接続さ
れた積層型であることを特徴とする請求項１又は請求項
２に記載の圧電トランス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001074007A JP2002280631A (ja) | 2001-03-15 | 2001-03-15 | 圧電トランス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001074007A JP2002280631A (ja) | 2001-03-15 | 2001-03-15 | 圧電トランス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002280631A true JP2002280631A (ja) | 2002-09-27 |
Family
ID=18931351
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001074007A Pending JP2002280631A (ja) | 2001-03-15 | 2001-03-15 | 圧電トランス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002280631A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005034257A1 (ja) | 2003-09-30 | 2005-04-14 | Taiheiyo Cement Corporation | 圧電トランス |
| US10189052B2 (en) | 2013-11-21 | 2019-01-29 | Thunder Bay Regional Health Research Institute | Methods of driving polarization inversion in ferroelectric materials and devices |
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| JPH0974236A (ja) * | 1995-07-06 | 1997-03-18 | Hitachi Metals Ltd | 圧電トランス及びそれを用いた電力変換装置 |
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-
2001
- 2001-03-15 JP JP2001074007A patent/JP2002280631A/ja active Pending
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