JP2003204090A - 圧電トランス、並びに、圧電トランスを備える昇圧回路および冷陰極管発光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大きな電力を扱う用途で圧電トランスの小型
化を図ると、歪みの増加による発熱により、特性に悪影
響を及ぼし、高効率化が困難である。 【解決手段】 高次モードの振動を用い、かつ一次側電
極を複数の電極で形成して実効的電気機械結合係数を大
きくすることで、小型で大出力の圧電トランスを実現す
る。

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。

【０００２】

【従来の技術】高圧電源用の昇圧トランスとして開発が
進められた圧電トランスは、当初、圧電セラミック材料
の破壊強度等の材料的制約により、製品化が進められて
いなかった。しかし、最近の高強度圧電セラミック材料
開発の進展、及び、ノート型パーソナルコンピュータや
携帯端末等の携帯用情報機器の小型化、薄型化の需要の
高まりにより、圧電トランスは、これらの機器に搭載さ
れている液晶バックライトのインバータ電源用昇圧トラ
ンスとして再び注目されている。

【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管の
点灯電源として使用されており、電池等による３Ｖから
１２Ｖ程度の直流電圧から、電圧として点灯開始時の１
ｋＶｒｍｓ、定常点灯時の５００Ｖｒｍｓ程度、周波数
として６０ｋＨｚから８０ｋＨｚ程度の高周波高電圧へ
の変換が要求される。現在、バックライト用インバータ
に使用されている電磁方式巻き線トランスは、特殊形状
のコアによる横型構造のトランスを用いることにより薄
型化に対応しているが、数ｋＶｒｍｓという高電圧に対
する絶縁耐圧確保のため、小型化、及び薄型化には限界
がある。また、高昇圧のために巻き線数を稼ぐ細い銅線
を使用するので、巻き線損失が大きくなり、変換効率が
下がる。更に、コアの材質による損失という欠点もあ
る。

【０００４】これに対して、圧電トランスは、チタン酸
ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電セラミック材料、また
は、ニオブ酸リチウム等の圧電結晶材料に、一次側（入
力側）、及び二次側（出力側）の電極を形成したもので
ある。この一次側電極に、周波数が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
的に振動させると、この機械的振動が圧電効果によって
電圧に変換されて、一次側電極に対する二次側電極のイ
ンピーダンス比に応じて、二次側電極から高電圧として
取り出すことができる。圧電トランスは、電磁トランス
よりも小型化、薄型化が可能であり、高い変換効率を実
現できる。

【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。まず、図３１は従来の圧電ト
ランス１００の斜視図である。圧電トランス１００は、
圧電材料から成る矩形板１０２において、厚さ方向に垂
直な主面のほぼ左半分に、相対する一次側（入力側）電
極である電極１０４、電極１０６が形成され、長さ方向
の一方の端面に、二次側（出力側）電極である電極１０
８が形成される。矩形板１０２の材質がチタン酸ジルコ
ン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電セラミックである場合には、
矩形板１０２は、図３１に矢印で示すように、電極１０
４、及び電極１０６を利用して、左半分であらかじめ厚
さ方向に分極されており、電極１０４、電極１０６、及
び電極１０８を利用して、右半分であらかじめ長さ方向
に分極されている。ここで、電極１０６を共通電極とし
て、電極１０４、電極１０６間に、周波数が矩形板１０
２の長さ方向に伸縮する機械的振動を励振する圧電トラ
ンス１００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１００は長さ方向に伸縮する機械的振動を
励振し、この機械的振動が圧電効果により電圧に変換さ
れ、一次側電極である電極１０４と電極１０６で求める
ことができるインピーダンスに対する、二次側電極であ
る電極１０８と電極１０６で求めることができるインピ
ーダンスの比に応じて、高電圧として二次側電極である
電極１０８と電極１０６との間で取り出すことができ
る。

【０００６】図３２の（１）は図３１に示した圧電トラ
ンス１００の側面図である。図３２の（１）の矢印は、
矩形板１０２があらかじめ分極された向きを示す。図３
２の（２）は、圧電トランス１００が、長さ方向に１／
２波長の伸縮振動をしている時のある時点での長さ方向
の変位分布を示す。ここで、横軸は、圧電トランス１０
０の長さ方向の位置を示す。縦軸は、ある瞬間の圧電ト
ランス１００の機械的振動による長さ方向の変位を示
し、＋の方向には圧電トランス１００長さ方向右側への
変位を示し、−の方向には長さ方向左側への変位を示
す。更に、圧電トランス１００が図３２の（２）に示す
変位分布である時の矩形板１０２の内部応力分布を図３
２の（３）に、振動により誘起される電荷分布を図３２
の（４）にそれぞれ示す。図３２の（３）において、横
軸は、圧電トランス１００の長さ方向の位置を示す。縦
軸は、長さ方向への圧縮、伸張方向の内部応力の大きさ
を示す。更に、図３２の（４）において、横軸は、圧電
トランス１００の長さ方向の位置を示す。縦軸は、振動
により誘起される電荷の正負の極性と電荷量を示す。図
３２の（３）、及び（４）より、矩形板の中央部分、つ
まり、振動の変位が０の部分において、矩形板内部の応
力が最大となり、誘起される電荷量も最大となることが
示される。図３２の（２）に示した変位分布のように、
２分の１波長の機械的振動を励振させる圧電トランス
は、一般に、λ／２振動モード（λは１波長を示す）の
圧電トランスと呼ばれる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】圧電トランスは、一般
に、機械的振動による歪みが極端に大きくなると、破断
する可能性が高くなり、信頼性の低下につながる。よっ
て、圧電トランスの機械的振動の振幅はできるだけ抑制
する必要がある。ここで、圧電トランスの厚さや幅を大
きくすると、大きな電力を扱う場合でも圧電トランスの
機械的振動の振幅を小さくすることができる。しかし、
圧電トランスを導入するシステムや機器で圧電トランス
が使用できる空間が制限されると、形状だけによる弾性
歪みの抑制には限界が生じる。

【０００８】また、圧電トランスで扱う電力が数Ｗ程度
の小電力であっても、携帯用機器等のシステムに導入す
るためには、圧電トランスのさらなる小型化、薄型化、
及び低背化を実現しなければならず、その場合には、圧
電トランスの単位体積当たりに扱う電力は大きくなる。
よって、大きな電力を扱う場合と同様に、機械的強度の
点から、信頼性が高い小型、及び薄型の圧電トランスを
実現することができないという課題がある。

【０００９】また、圧電トランスを構成する矩形板の材
質が圧電セラミックである場合、分極方向が不連続な部
分は、分極の際に発生する歪みの影響により、分極方向
が連続な部分に比べて機械的な強度が弱い。しかし、図
３１、図３２の（１）に示すような従来のλ／２振動モ
ードの圧電トランス１００では、矩形板１０２におい
て、通常の動作時に大きな応力が発生する部分（図３２
における点Ｐ）と、分極が不連続な部分（矩形板１０２
において、電極１０４及び電極１０６で挟まれた部分で
あって、電極１０８側の端部近傍）とがほぼ一致する。
よって、圧電トランスの扱う電力が大きくなって機械的
振動の振幅が増大すると、大きな応力が、分極方向が不
連続な部分に発生し、割れが生じやすくなるという課題
がある。

【００１０】また、矩形板１０２に、分極処理を必要と
しない圧電単結晶を用いた場合（この場合、図３１、及
び図３２の（１）における矢印はｃ軸配向の向きを示
す）であっても、この構造の圧電トランスを実現するた
めには、ｃ軸の向きが異なる素子の張り合わせ、及び、
圧電セラミックの分極処理に相当する方法でｃ軸の向き
を変えることを行わなければならないので、圧電セラミ
ックの場合と同様に、圧電単結晶においてｃ軸方向の向
きが不連続な部分の機械的強度は、連続的な部分に比べ
て弱くなっている。よって、圧電トランスの扱う電力が
大きくなって機械的振動の振幅が増大すると、大きな応
力が、ｃ軸方向の向きが不連続な部分に発生し、割れが
生じやすくなるという課題がある。

【００１１】次に、従来の別の圧電トランスとして、特
開平９−７４２３６号公報等に示されている圧電トラン
スを説明する。この圧電トランスは、図３１に示す圧電
トランス１００と異なり、機械的振動による応力が最大
となる部分と、分極の向きが不連続な部分とが一致しな
いような構造となっている。

【００１２】図３３に、機械的振動による応力が最大と
なる部分と、分極の向きが不連続な部分とが一致しない
λ／２振動モードの圧電トランス１２０の斜視図を示
す。圧電セラミック材料から成る矩形板１２２におい
て、一次側（入力側）電極である電極１２４、及び電極
１２６が、矩形板１２２の厚さ方向に垂直な２つの主面
の中央部に、厚さ方向に相対するように形成され、二次
側（出力側）電極である電極１２８、及び電極１３０
は、矩形板１２２の長さ方向の２つの端面に、長さ方向
に相対するように形成される。図３３に矢印で示される
ように、矩形板１２２は、一次側電極である電極１２
４、電極１２６間で厚さ方向に分極されており、一次側
電極と二次側電極との間で長さ方向に分極されている。

【００１３】図３４の（１）は、図３３に示した圧電ト
ランス１２０の側面図である。図３４の（２）、図３４
の（３）、及び図３４の（４）は、それぞれ圧電トラン
ス１２０が長さ方向に１／２波長の伸縮振動をしている
時のある時点での長さ方向の変位分布、圧電トランス１
２０が図３４の（２）に示す変位分布である時の矩形板
１２２の内部応力分布、及び振動により矩形板１２２に
誘起される電荷分布を示す。図３４の（１）の矢印は、
図３３に示した場合と同様に分極方向を示す。図３４の
（２）において、横軸は、圧電トランス１２０の長さ方
向の位置を示す。縦軸は、ある瞬間の圧電トランス１２
０の機械的振動による長さ方向の変位を示し、＋の方向
には圧電トランス１２０の長さ方向右側への変位を示
し、−の方向には長さ方向左側への変位をそれぞれ示し
ている。図３４の（３）において、横軸は、圧電トラン
ス１２０の長さ方向の位置を示す。縦軸は、長さ方向へ
の圧縮、伸張方向の内部応力の大きさを示す。更に、図
３４の（４）において、横軸は、圧電トランス１２０の
長さ方向の位置を示す。縦軸は、振動により誘起される
電荷の正負の極性と電荷量を示す。

【００１４】圧電トランス１２０は、図３１に示す圧電
トランス１００と同様に、λ／２振動モードを励振す
る。圧電トランス１２０の電極１２６を共通電極とし
て、一次側電極である電極１２４と電極１２６との間
に、周波数が矩形板１２２の長さ方向に伸縮する機械的
振動を励振する共振周波数近傍の交流電圧を印加する
と、圧電トランス１２０は、図３４の（２）に示すよう
な変位分布をもつ長さ方向に伸縮する機械的振動を励振
し、この機械的振動が圧電効果により電圧に変換され
る。変換された電圧は、一次側電極と二次側電極とのイ
ンピーダンス比に応じた高電圧として、電極１２６と電
極１２８との間、電極１２６と電極１３０との間で取り
出すことができる。

【００１５】図３４に示すように、圧電トランス１２０
では、機械的振動による応力が最大となる部分（図３４
の（３）における点Ｐ）と、分極の向きが不連続な部分
（矩形板１２２において、電極１２４及び電極１２６で
挟まれる部分であって、電極１２８側の端部近傍や、電
極１２４及び電極１２６で挟まれる部分であって、電極
１３０側の端部近傍）とが一致しない。よって、圧電ト
ランス１２０は、大きな電力を扱うために優れた構造で
ある。

【００１６】しかし、図３４に示す圧電トランス１２０
は、図３１で示す圧電トランス１００と同様に、λ／２
振動モードを用いているので、単位体積当たりに扱う電
力が大きくなると機械的振動の振幅が大きくなって弾性
歪みも増加する。また、圧電トランスを導入するシステ
ムや機器において、圧電トランスが使用できる空間が制
限されると、形状による弾性歪みの抑制に限界が生じ
る。

【００１７】また、特許第２８５０２１６号公報等にお
いて、３λ／２振動モードを用いる方法が提案されてい
る。これにより、機械的振動振幅を小さくして弾性歪み
を抑制し、かつ駆動周波数が高くなることから、一度の
振動で扱う電力は小さくして、振動回数が増えることに
より、圧電トランスが大きな電力を扱えるようにしてい
る。

【００１８】以下に、特許第２８５０２１６号公報等に
示されている圧電トランスを説明する。図３５は、３λ
／２振動モードの圧電トランス１４０の斜視図である。
圧電セラミック材料等から成る矩形板１４２において、
一次側（入力側）電極である電極１４３、電極１４４、
電極１４５、電極１４６、電極１４７、及び電極１４８
は、厚さ方向に垂直な２つの主面に形成され、二次側
（出力側）電極である電極１５４は、長さ方向の一方の
端面に形成される。電極１４３と電極１４４、電極１４
５と電極１４６、及び電極１４７と電極１４８は、それ
ぞれ矩形板１４２の厚さ方向に相対するように形成され
る。図３５に矢印で示されているように、矩形板１４２
は、一次側電極間において、一次側電極を利用してあら
かじめ厚さ方向に分極されており、また、一次側電極電
極である電極１４７、電極１４８と二次側電極である電
極１５４との間で、電極１５４を利用してあらかじめ長
さ方向に分極されている。

【００１９】図３６の（１）は、図３５に示した圧電ト
ランス１４０の側面図である。図３６の（１）の矢印
は、図３５に示した場合と同様に分極方向を示す。図３
６の（２）、図３６の（３）、及び図３６の（４）は、
それぞれ圧電トランス１４０が長さ方向に３／２波長の
伸縮振動をしている時のある時点での長さ方向の変位分
布、圧電トランス１４０が図３６の（２）に示す変位分
布である時の矩形板１４２の内部応力分布、及び振動に
より矩形板１４２に誘起される電荷分布を示す。図３６
の（２）において、横軸は、圧電トランス１４０の長さ
方向の位置を示す。縦軸は、ある瞬間の圧電トランス１
４０の機械的振動による長さ方向の変位を示し、＋の方
向には圧電トランス１４０の長さ方向右側への変位を示
し、−の方向には長さ方向左側への変位をそれぞれ示し
ている。図３６の（３）において、横軸は、圧電トラン
ス１４０の長さ方向の位置を示す。縦軸は、長さ方向へ
の圧縮、伸張方向の内部応力の大きさを示す。更に、図
３６の（４）において、横軸は、圧電トランス１４０の
長さ方向の位置を示す。縦軸は、振動により誘起される
電荷の正負の極性と電荷量を示す。

【００２０】圧電トランス１４０において、電極１４
４、電極１４５、及び電極１４８は電気的に接続されて
一次側電極として、電極１４３、電極１４６、及び電極
１４７は電気的に接続されて共通電極として、それぞれ
構成されている。圧電トランス１４０の一次側電極と共
通電極との間に、周波数として、矩形板１４２の長さ方
向に伸縮する機械的振動を励振する共振周波数近傍の交
流電圧を印加すると、圧電トランス１４０は、図３６の
（２）に示すような変位分布をもつ長さ方向に伸縮する
機械的振動を励振する。励起された機械的振動は、圧電
効果によって電圧に変換され、一次側電極と二次側電極
とのインピーダンス比に応じた高電圧として、二次側電
極である電極１５４と共通電極との間で取り出すことが
できる。

【００２１】この圧電トランス１４０は、３λ／２振動
モードを用いているので、圧電トランスの機械的振動の
振幅を小さくして弾性歪みを抑制し、かつ駆動周波数が
高くなることから、一度の振動で扱う電力は小さくし
て、振動回数が増えることによって、大きな電力を扱え
る。

【００２２】しかし、この３λ／２振動モードの圧電ト
ランス１４０では、λ／２振動モードの圧電トランス１
００と同様に、図３６の（３）に示すように、機械的振
動による応力が最大となる部分（図３６の（３）におけ
る点Ｐ）と、分極の向きが不連続な部分（矩形板１４０
において、電極１４７及び電極１４８で挟まれた部分で
あって、電極１５４側の端部近傍）とがほぼ一致し、矩
形板１４２の機械的強度が弱い分極方向が不連続な部分
に大きな応力が発生するので、割れが生じやすくなると
いう課題がある。

【００２３】以上のような課題に対して、機械的振動に
よる応力が最大となる部分と、分極の向きが不連続な部
分が一致しないλ／２振動モードの圧電トランス１２０
（図３３）の構造で、３λ／２振動モードを励振させる
場合について考える。図３７の（１）は、図３３に示し
た圧電トランス１２０の側面図である。図３７の（２）
は、圧電トランス１２０に３λ／２振動モードを励振し
た場合にある時点で矩形板１２２に誘起される電荷分布
を示し、図３７の（３）は、矩形板１２２に図３７の
（２）に示す電荷分布が誘起される時に圧電トランス１
２０に励振される機械的振動の長さ方向の変位分布を示
している。図３７の（２）において、横軸は、圧電トラ
ンス１２０の長さ方向の位置を示す。縦軸は、振動によ
り誘起される電荷の正負の極性と電荷量を示す。図３７
の（３）において、横軸は、圧電トランス１２０の長さ
方向の位置を示す。縦軸は、圧電トランス１２０の機械
的振動による長さ方向の変位を示し、＋の方向には圧電
トランス１２０の長さ方向右側への変位を示し、−の方
向には長さ方向左側への変位をそれぞれ示している。

【００２４】この場合において、圧電トランス１２０
は、３λ／２振動モードを用いているので、圧電トラン
スの機械的振動の振幅を小さくし、弾性歪みを抑制でき
る。更に、機械的振動による応力が最大となる部分と、
分極の向きが不連続な部分とが一致せず、割れが生じや
すいという課題が解決される。

【００２５】しかし、この場合の圧電トランスにも、以
下のような課題がある。一般に、圧電トランスは、一次
側電極に入力した電気エネルギーを機械エネルギーに変
換し、更に、その機械エネルギーを二次側電極から電気
エネルギーとして取り出すものである。一次側電極にお
ける圧電体の電気エネルギーと機械エネルギーとの変換
できる割合を示す実効的な電気機械結合係数ｋ_ｅｆｆが
大きければ、電気エネルギーを、高い割合で機械エネル
ギーに変換することができ、圧電トランスにおいて同じ
体積当たりに大きな電力を扱える。λ／２振動モードの
場合、圧電トランスの一次側電極の実効的電気機械結合
係数ｋ_ｅｆｆは、矩形板の厚さと幅が同じであれば、一
次側電極の長さが長い方が大きい。

【００２６】しかし、図３７の（１）に示すような３λ
／２振動モードの圧電トランス１２０において、一次側
電極である電極１２４、及び電極１２６のそれぞれの長
さを、矩形板１２２に３λ／２振動モードを励振させた
場合に誘起される電荷の極性が変わる点を越えるほど長
く設定すると、一次側電極の長さが、誘起される電荷の
極性が変わる点を越えない場合の振幅（図３７の（３）
に一点鎖線で示す振幅）の最大値に比べて、電荷が打ち
消し合う分（図３７の（２）に示す斜線部分）だけ、図
３７の（３）に実線で示すように、圧電トランス１２０
の振幅の最大値は小さくなる。これは、一次側電極にお
ける電気エネルギーが機械エネルギーに変換される割合
である、実効的電気機械結合係数ｋ_ｅｆｆが小さくなる
ことに相当する。よって、圧電トランスが扱える電力が
小さくなるという課題が生じる。

【００２７】一方、振動により誘起される電荷が打ち消
し合わないように、圧電トランス１２０の一次側電極で
ある電極１２４、電極１２６を、図３８の（１）に示す
ように、上記振動により誘起される電荷の極性が変わる
点を越えない長さにすると、図３８の（２）に示すよう
に、電荷の打ち消し合いはなく、図３８の（３）に示す
ように、圧電トランス１２０の機械的振動の振幅の最大
値も、図３７の（３）に実線で示す振幅の最大値よりも
大きくなる。しかしながら、一次側電極である電極１２
４、電極１２６のそれぞれの長さが、矩形板１２２に励
振する２分の３波長相当の弾性波に対して２分の１波長
相当長さに制限され、一次側電極における実効的電気機
械結合係数ｋ_ｅｆｆが大きくできないことに相当するこ
とから、圧電トランス１２０が扱える電力が制限される
という課題が生じる。

【００２８】また、圧電トランスに接続する冷陰極間等
の負荷への電流供給能力を大きく取れるように、出力イ
ンピーダンスが小さい圧電トランスが望まれる。更に、
昇圧比を高く設定することができる圧電トランスが望ま
れる。更に、駆動効率の高い圧電トランスが実現できる
ことが望まれる。更に、小さな歪みで大きな電力を扱う
ことができる圧電トランスが望まれる。更に、圧電トラ
ンスの製造に関して、その製造工程数を削減し、製造に
要する時間を短縮できることが望まれる。更に、圧電ト
ランスの振動を阻害せずに圧電トランスを支持固定し、
圧電トランスの入出力側それぞれの電極と、支持台端子
等を介して外部と確実に電気的に接続できる支持台を提
供できることが望まれる。

【００２９】本発明の目的は、大きな電力を扱える信頼
性の高い圧電トランスを提供することである。

【００３０】本発明の他の目的は、一次側電極の電気機
械結合係数ｋ_ｅｆｆが大きい圧電トランスを提供するこ
とである。

【００３１】本発明の他の目的は、昇圧比を高く設定す
ることができる圧電トランスを提供することである。

【００３２】本発明の他の目的は、圧電トランスの製造
工程数を削減し、製造に要する時間を短縮することであ
る。

【００３３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明における第１の圧電トランスは、圧電材料か
ら成る矩形板と、矩形板上に形成された一次側電極、及
び二次側電極とを備え、一次側電極に交流電圧を印加し
て、矩形板に、矩形板の長さ方向に伸縮する２分の３波
長相当の機械的振動を励振し、二次側電極から電圧を出
力させる圧電トランスであって、一次側電極は、矩形板
の厚さ方向に垂直な２つの主面に矩形板を挟むように相
対して形成された複数の電極対から成り、二次側電極
は、複数の電極から成るように構成する。

【００３４】好ましくは、前記の圧電トランスにおい
て、一次側電極は、矩形板の長さ方向を基準として中央
部に形成される第１の電極対と、矩形板の長さ方向を基
準として第１の電極対に対して両側に、かつ第１の電極
対と隣接して形成される第２、及び第３の電極対とから
成る。

【００３５】好ましくは、前記の圧電トランスにおい
て、矩形板は、圧電セラミック、または圧電単結晶から
成り、矩形板において、第２、及び第３の電極対によっ
て挟まれる領域における圧電セラミックの分極方向、ま
たは圧電単結晶のｃ軸方向は、矩形板の第１の電極対に
よって挟まれる領域における分極方向、またはｃ軸方向
と異なる。

【００３６】好ましくは、前記の圧電トランスにおい
て、矩形板は、圧電セラミック、または圧電単結晶から
成り、矩形板において、第１、第２、及び第３の電極対
によって挟まれる領域における圧電セラミックの分極方
向、または圧電単結晶のｃ軸方向は全て等しい。

【００３７】好ましくは、前記の圧電トランスにおい
て、二次側電極は、矩形板の長さ方向の２つの端部近傍
に形成される。

【００３８】本発明における第２の圧電トランスは、圧
電材料から成る矩形板と、矩形板上に形成された一次側
電極、及び二次側電極とを備え、一次側電極に交流電圧
を印加して、矩形板に、矩形板の長さ方向に伸縮する２
分の３波長相当の機械的振動を励振し、二次側電極から
電圧を出力させる圧電トランスであって、矩形板は、厚
さ方向に積み重ねられた複数の圧電体層から成り、一次
側電極は、複数の圧電体層と複数の電極層とが、矩形板
の厚さ方向に積み重ねられて形成され、かつ長さ方向に
複数の電極群から成り、二次側電極は、矩形板の長さ方
向の２つの端部近傍に形成される。

【００３９】前記の圧電トランスにおいて、一次側電極
は、矩形板の長さ方向を基準として中央部に形成される
第１の電極群と、矩形板の長さ方向を基準として第１の
電極群に対して両側に、かつ第１の電極群と隣接して形
成される第２、及び第３の電極群とから成る。

【００４０】好ましくは、前記の圧電トランスにおい
て、矩形板内部の電極層の端部は、矩形板の幅方向の端
面に露出し、矩形板内部の電極層は、その端面で電気的
に接続される。

【００４１】好ましくは、前記の圧電トランスにおい
て、矩形板内部の電極層の端部は、矩形板の幅方向の一
方の端面のみに露出し、矩形板内部の電極層は、その一
方の端面のみで電気的に接続される。

【００４２】好ましくは、前記の圧電トランスにおい
て、一次側電極のうち矩形板の厚さ方向に垂直な２つの
主面上に形成される電極は、その主面上から矩形板の幅
方向の一方の端面上まで形成される。

【００４３】好ましくは、前記の圧電トランスにおい
て、二次側電極は、矩形板の長さ方向の２つの端部近傍
に形成される。また、前記の矩形板の長さ方向におい
て、第１の電極対、または電極群における電極の長さ
は、矩形板の３分の１以下の長さである。

【００４４】好ましくは、前記の圧電トランスにおい
て、前記の第１、第２、及び第３の電極対、または前記
の第１、第２、及び第３の電極群は、前記の矩形板の長
さ方向に垂直、かつ、前記の矩形板を長さ方向に２等分
する中心線に関して、対称に形成される。

【００４５】好ましくは、前記の圧電トランスにおい
て、前記の第２、及び第３の電極対における電極の面積
は、それぞれ、前記の第１の電極対における電極の面積
よりも小さい。同様に、前記の第２、及び第３の電極群
における電極の面積は、それぞれ、前記の第１の電極群
における電極の面積よりも小さい。

【００４６】好ましくは、前記の矩形板の幅方向におい
て、前記の第２、及び第３の電極対における電極の長さ
は、それぞれ、前記の第１の電極対における電極の長さ
と等しい。同様に、前記の矩形板の幅方向において、前
記の第２、及び第３の電極群における電極の長さは、そ
れぞれ、前記の第１の電極群における電極の長さと等し
い。また、前記の矩形板の長さ方向において、前記の第
２、及び第３の電極対における電極の長さは、それぞ
れ、前記の第１の電極対における電極の長さの１０％以
上、かつ、１００％未満である。同様に、前記の矩形板
の長さ方向において、前記の第２、及び第３の電極群に
おける電極の長さは、それぞれ、前記の第１の電極群に
おける電極の長さの１０％以上、かつ、１００％未満で
ある。

【００４７】好ましくは、前記の圧電トランスにおい
て、二次側電極は、矩形板の長さ方向の２つの端部近傍
に形成される。また、矩形板は、圧電セラミック、また
は圧電単結晶から成り、矩形板の二次側電極近傍におい
て、圧電セラミックの分極方向、または圧電単結晶のｃ
軸方向は、矩形板の長さ方向に等しい。

【００４８】好ましくは、前記の圧電トランスにおい
て、二次側電極は、一次側電極が形成された同じ面上に
形成される。

【００４９】好ましくは、前記の圧電トランスにおい
て、二次側電極は、矩形板の長さ方向の２つの端部近傍
に形成される。また、圧電トランスの機械的振動の節部
において、圧電トランスを固定し、かつ、電極に接触す
る導電性材料から成る支持部を備える。

【００５０】本発明における昇圧回路は、前記の圧電ト
ランスと、前記の圧電トランスに入力電圧を供給する入
力回路と、前記の圧電トランスの出力電圧を取り出す出
力回路とを備える。

【００５１】本発明における冷陰極管発光装置は、前記
の圧電トランスと、前記の圧電トランスに入力電圧を供
給する入力回路と、前記の圧電トランスの出力電圧を取
り出す出力回路とを備え、前記の出力回路は冷陰極管を
含む。

【００５２】好ましくは、前記の昇圧回路、または冷陰
極管発光装置において、圧電トランスにおいて矩形板の
厚さ方向に垂直な２つの主面上に矩形板を挟んで対向す
るように形成された複数の一次側電極対に印加される交
流電圧の位相は、一次側電極対によって異なる。

【００５３】好ましくは、前記の昇圧回路、または冷陰
極管発光装置において、一次側電極対は、矩形板の長さ
方向を基準として中央部に形成される第１の電極対と、
矩形板の長さ方向を基準として第１の電極対に対して両
側に、かつ第１の電極対と隣接して形成される第２、及
び第３の電極対とから成る。また、第１の電極対に印加
される交流電圧の位相は、第２、及び第３の電極対に印
加される交流電圧の位相と１８０度異なる。

【００５４】本発明における液晶パネルは、前記の冷陰
極管発光装置を組み込む。

【００５５】本発明における機器は、前記の液晶パネル
を組み込む。

【００５６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、図面を参照して説明する。 （実施の形態１）図１は、本発明の実施の形態１におけ
る３λ／２振動モードの圧電トランスの斜視図であり、
図２の（１）は、図１に示した圧電トランスの側面図で
ある。図１、及び図２の（１）において、圧電トランス
２００は、圧電材料から成る矩形板２０２で構成され
る。まず最初に、図１に示された直交座標系を用いて、
矩形板２０２における方向を定義する。矩形板２０２の
長さ方向、幅方向、及び厚さ方向とは、それぞれ、図１
の直交座標系において、ｘ軸方向、ｙ軸方向、及びｚ軸
方向を指すものとする。これは、以後述べられる全ての
圧電トランスに適用される。また、以後の説明におい
て、単に長さとは、矩形板の長さ方向における長さを示
す。矩形板の幅方向における長さ、および、矩形板の厚
さ方向における長さは、それぞれ、矩形板の幅および厚
さを意味する。図１および図２の（１）において、矩形
板２０２の厚さ方向に垂直な面である２つの主面には、
一次側（入力側）電極が形成される。この２つの主面の
うち、一方の主面上に電極２０３、電極２０５、及び電
極２０７から成る一次側電極が形成され、もう一方の主
面上に電極２０４、電極２０６、及び電極２０８から成
る一次側電極が形成される。ここで、同じ主面上に形成
された一次側電極を構成する電極間の間隔は、例えば、
矩形板の厚さの１倍から１．５倍の範囲であることが好
ましい。また、電極２０３、及び電極２０４のそれぞれ
の中心線は、矩形板２０２の中心線２１９と実質的に一
致するように形成されている。電極２０３と電極２０
４、電極２０５と電極２０６、及び電極２０７と電極２
０８は、それぞれ矩形板２０２の厚さ方向に互いに対向
して形成されている。矩形板２０２の長さ方向の２つの
端面には、二次側（出力側）電極として、電極２１６と
電極２１７が形成されている。電極２０３、電極２０
４、電極２０５、電極２０６、電極２０７、電極２０
８、電極２１６、及び電極２１７は、銀、ニッケル、ま
たは金等の金属等から成り、蒸着、スパッタ、印刷、ま
たはメッキ等の工法により形成される。

【００５７】また、図１、及び図２の（１）において、
矩形板２０２上に示した矢印は、矩形板２０２の材質が
チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電セラミックの
場合は、分極の向きを示し、圧電性結晶の場合は、ｃ軸
配向の向きを示す。矩形板２０２が圧電セラミックの場
合、電極２０３と電極２０４との間、電極２０５と電極
２０６との間、及び電極２０７と電極２０８との間に、
矩形板２０２の厚さ方向に適切な直流高電圧を印加し
て、分極処理を行う。また、電極２０５、電極２０６と
電極２１６との間、及び電極２０７、電極２０８と電極
２１７との間に、矩形板２０２の長さ方向に適切な直流
高電圧を印加して分極処理を行う。

【００５８】続いて、圧電トランス２００の動作につい
て説明する。図２の（１）において、一方の一次側電極
である電極２０３、電極２０５、及び電極２０７は、電
気的に接続されて端子Ａに接続される。また、もう一方
の一次側電極である電極２０４、電極２０６、及び電極
２０８は、電気的に接続され共通電極として端子Ｂ、及
び端子Ｄに接続される。更に、二次側電極である電極２
１６、及び電極２１７は、電気的に接続されて端子Ｃに
接続される。ここで、端子Ａと端子Ｂとの間に、周波数
が矩形板２０２の長さ方向に伸縮する機械的振動を起こ
す共振周波数近傍の交流電圧（入力電圧）を印加する
と、圧電トランス２００は長さ方向に伸縮する機械的振
動を励振する。励振された機械的振動は、圧電効果によ
って電圧に変換され、一次側電極と二次側電極とのイン
ピーダンス比に応じた高電圧を、出力電圧として端子Ｃ
Ｄ間で取り出すことができる。

【００５９】図２の（２）は、圧電トランス２００が、
長さ方向に３／２波長の伸縮振動をしている時のある時
点での長さ方向の変位分布を示す。ここで、横軸は、圧
電トランス２００の長さ方向の位置を示す。縦軸は、あ
る瞬間の圧電トランス２００の機械的振動による長さ方
向の変位を示し、＋の方向には長さ方向右側への変位を
示し、−の方向には長さ方向左側への変位を示す。更
に、圧電トランス２００が図２の（２）に示す変位分布
である時の矩形板２０２の内部応力分布を図２の（３）
に、振動により誘起される電荷分布を図２の（４）にそ
れぞれ示す。図２の（３）において、横軸は、圧電トラ
ンス２００の長さ方向の位置を示す。縦軸は、長さ方向
への圧縮、伸張方向の内部応力の大きさを示す。更に、
図２の（４）において、横軸は、圧電トランス２００の
長さ方向の位置を示す。縦軸は、振動により誘起される
電荷の正負の極性と電荷量を示す。

【００６０】本実施の形態による圧電トランス２００
は、３λ／２振動モードを用いることで、機械的振動の
振幅を小さくして弾性歪みを抑制し、かつ駆動周波数を
高くすることで、一度の振動で扱う電力を小さくして振
動回数を増やすことで大きな電力を扱うことができる。

【００６１】また、本実施の形態による圧電トランス２
００において、図２の（２）に示す３λ／２振動モード
では、図２の（３）に示すように、大きな応力が発生す
る部分（点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）と、分極の向きが不連続
な部分（矩形板２０２において、電極２０３及び電極２
０４で挟まれた部分と電極２０５及び電極２０６で挟ま
れた部分との間、電極２０３及び電極２０４で挟まれた
部分と電極２０７及び電極２０８で挟まれた部分との
間、電極２０５及び電極２０６で挟まれた部分であっ
て、電極２１６側の端部近傍、電極２０７及び電極２０
８で挟まれた部分であって、電極２１７側の端部近傍）
とは一致しない。つまり、通常の動作時に、機械的強度
が弱い分極が不連続な部分には、大きな応力や歪みがか
からない。従って、本実施の形態による圧電トランスは
大きな電力を扱うことができ、信頼性の高い圧電トラン
スを実現できる。

【００６２】更に、図１、及び図２の（１）に示すよう
に、本実施の形態による圧電トランス２００では、電極
２０３、電極２０４間の厚さ方向の分極方向と、電極２
０５、電極２０６間、及び電極２０７、電極２０８間の
厚さ方向の分極方向とが異なるので、電極２０３、電極
２０４間、電極２０５、電極２０６間、及び電極２０
７、電極２０８間に同じ位相の交流電圧を印加しても、
振動により誘起される電荷の極性が同じであるため打ち
消し合いは生じない。その上、一次側電極の長さは、そ
れぞれ矩形板２０２の主面上において、ほぼ３つの電極
を足し合わせたものとみなせるので、本実施の形態で
は、電荷の打ち消し合いを生じさせることなく、一次側
電極の長さを従来の圧電トランスよりも長く設定でき
る。従って、一次側電極の実効的電気機械結合係数ｋ
_ｅｆｆを従来の圧電トランスよりも大きくすることがで
き、圧電トランスが単位体積当たりに扱える電力を大き
くすることができる。ここで、電極２０５、電極２０
６、電極２０７、及び電極２０８の長さは、それぞれ、
効果的な実効的電気機械結合係数ｋ_ｅｆｆを得るため
に、電極２０３、または電極２０４の長さの１０分の１
以上であることが好ましい。一般的に、電極２０３と電
極２０４、電極２０５と電極２０６、及び電極２０７と
電極２０８は、それぞれ、電極の長さが等しいので、電
極２０３、及び電極２０４の長さを、それぞれ、Ｌ_１、
電極２０５、及び電極２０６の長さを、それぞれ、
Ｌ_２、電極２０７、及び電極２０８の長さを、それぞ
れ、Ｌ_３とすると（図２の（１）参照）、Ｌ_２＜Ｌ_１／
１０、かつＬ_３＜Ｌ_１／１０が成り立つ。このとき、分
極の向きが不連続な部分（矩形板２０２において、電極
２０５及び電極２０６で挟まれた部分であって、電極２
１６側の端部近傍や、電極２０７及び電極２０８で挟ま
れた部分であって、電極２１７側の端部近傍）が、大き
な応力が発生する部分（例えば、図２の（３）における
点Ｐ１及び点Ｐ３）と一致しないように、電極２０５、
電極２０６、電極２０７、及び電極２０８のそれぞれの
長さ（配置）を定める必要がある。

【００６３】以下で、本実施の形態による圧電トランス
の一次側電極の実効的電気機械結合係数ｋ_ｅｆｆと、図
３３に示した従来の圧電トランス１２０の一次側電極の
実効的電気機械結合係数ｋ_ｅｆｆとを比較する。一般
に、λ／２振動モードの圧電トランスは、３λ／２振動
モードの圧電トランスと比較して一次側電極の実効的電
気機械結合係数ｋ_ｅｆｆが大きい。本実施の形態による
圧電トランス２００は、３λ／２振動モードを使用して
いるが、一次側電極の実効的電気的結合係数ｋ
_{ｅ ｆｆ}は、λ／２振動モードの圧電トランスと同程度ま
で大きくできる。以下に、図３と図４を用いて具体的に
説明する。

【００６４】まず、図３の（１）は、図３３に示した圧
電トランス１２０の斜視図である。図３３と同様に、圧
電トランス１２０は、圧電材料から成る矩形板１２２、
一次側（入力側）電極である電極１２４、電極１２６、
二次側（出力側）電極である電極１２８、及び電極１３
０とから成る。矩形板１２２の長さをＬ、一次側電極で
ある電極１２４、電極１２６の長さを、それぞれＬ_１と
する。電極１２４、電極１２６、電極１２８、及び電極
１３０の厚さは、矩形板の厚さに対して十分薄い。図３
の（１）における矢印は、矩形板１２２の分極方向（材
質が圧電セラミックの場合）を示す。

【００６５】図３の（２）は、矩形板１２２の長さＬで
規格化した矩形板１２２の幅と厚さが、それぞれ、０.
１５Ｌと０.０２Ｌで、かつ矩形板の長さ方向に伸縮す
る振動の電気機械結合係数ｋ_３１が０.３６である圧電
セラミックを用いた場合の、一次側電極である電極１２
４、電極１２６のそれぞれの長さＬ_１に対する圧電トラ
ンス１２０の一次側電極の実効的電気機械結合係数ｋ
_ｅｆｆを示す。横軸は、矩形板１２２の長さＬで規格化
した一次側電極である電極１２４、電極１２６のそれぞ
れの長さＬ_１を示し、縦軸は、実効的電気機械結合係数
ｋ_ｅｆｆを示す。また、図３の（２）における実線は、
圧電トランス１２０がλ／２振動モードで振動した場合
の一次側電極の実効的電気機械結合係数ｋ_ｅｆｆを示
し、破線は、圧電トランス１２０が３λ／２振動モード
で振動した場合の一次側電極の実効的電気機械結合係数
ｋ_ｅｆｆを示す。図３の（２）の実線について、一次側
電極の実効的電気機械結合係数ｋ_ｅｆｆは、一次側電極
である電極１２４、電極１２６のそれぞれの長さＬ
_１が、１.０に近づくと、０.３６に漸近している。これ
は、矩形板１２２の厚さ方向に垂直な２つの主面上全面
に電極を形成し、長さ方向の振動を励振した場合の電気
機械結合係数ｋ_３１に相当する。また、図３の（２）に
おける点Ａ、点Ｂは、共に、一次側電極である電極１２
４、電極１２６のそれぞれの長さＬ_１が０.３２Ｌであ
る場合の一次側電極の実効的電気機械結合係数ｋ _ｅｆｆ
を示し、λ／２振動モードでは０.２９（点Ａ）、３λ
／２振動モードでは０.１７（点Ｂ）である。

【００６６】一方、図４の（１）は、本実施の形態によ
る圧電トランス２００の斜視図である。矩形板２０２の
長さをＬ、一次側電極である電極２０３、電極２０４の
それぞれの長さをＬ_１１、電極２０５、電極２０６、電
極２０７、及び電極２０８のそれぞれの長さをＬ_１２と
する。電極２０３と電極２０５との間、電極２０３と電
極２０７との間、電極２０４と電極２０６との間、及び
電極２０４と電極２０８との間には、Ｌ_１１より十分小
さな間隔がある。電極２０３、電極２０４、電極２０
５、電極２０６、電極２０７、電極２０８、電極２１
６、及び電極２１７の厚さは、矩形板２０２の厚さに対
して十分薄い。また、図４の（１）における矢印は、矩
形板２０２における分極方向（材質が圧電セラミックの
場合）を示す。

【００６７】図４の（２）は、図３の（２）と同様に、
矩形板２０２の長さＬで規格化した矩形板２０２の幅と
厚さが、それぞれ０.１５Ｌ、０.０２Ｌで、かつ矩形板
の長さ方向に伸縮する振動の電気機械結合係数ｋ_３１が
０.３６である圧電セラミックを用いた場合の、一次側
電極である電極２０５、電極２０６、電極２０７、及び
電極２０８の長さＬ_1２に対する圧電トランス２００の
一次側電極の実効的電気機械結合係数ｋ_ｅｆｆを示す。
横軸は、矩形板２０２の長さＬで規格化した一次側電極
である電極２０５、電極２０６、電極２０７、及び電極
２０８のそれぞれの長さＬ_1２を示し、縦軸は、実効的
電気機械結合係数ｋ_ｅｆｆを示す。尚、一次側電極であ
る電極２０３、及び電極２０４のそれぞれの長さＬ_１１
が０.２４Ｌの場合である。

【００６８】図４の（２）により、一次側電極である電
極２０５、電極２０６、電極２０７、及び電極２０８の
それぞれの長さＬ_１２が０.３Ｌの時、一次側電極の実
効的電気機械結合係数ｋ_ｅｆｆは、ほぼ０.３である。
これは、図３の（２）に示した点Ａの一次側電極の実効
的電気機械結合係数ｋ_ｅｆｆとほぼ等しい。従って、本
実施の形態における３λ／２振動モードの圧電トランス
２００は、λ／２振動モードの圧電トランス１２０と同
程度の一次側電極の実効的電気機械結合係数ｋ _ｅｆｆの
値を実現できるということができる。

【００６９】更に、本実施の形態の圧電トランスによっ
て、二次側電極の容量が大きく、出力インピーダンスの
小さい、二次側電極から従来の圧電トランスよりも多く
の電流を流すことができる圧電トランスを実現すること
ができる。以下に、３λ／２振動モードを用いた従来の
圧電トランス１４０（図３５、図３６）と比較して説明
する。

【００７０】図５は、本実施の形態における圧電トラン
ス２００と、従来の圧電トランス１４０の側面図であ
る。ここで、図５の（１）、及び図５の（２）の圧電ト
ランスは、それぞれ図２の（１）、及び図３６の（１）
の圧電トランスと同様に一次側電極と二次側電極を電気
的に接続して入出力を構成する。また、簡単のために、
圧電トランス２００の一次側電極を構成する各電極の長
さ方向の隙間と、圧電トランス１４０の一次側電極を構
成する各電極の長さ方向の隙間は、省略して示してい
る。

【００７１】圧電トランス２００を構成する矩形板２０
２と、圧電トランス１４０を構成する矩形板１４２が、
同じ材質、同じ体積で、幅や厚さも等しいとすると、圧
電トランス２００と圧電トランス１４０との一次側電極
の容量Ｃ０_１の違いは、一次側電極の長さで決まり、圧
電トランス２００と圧電トランス１４０との二次側電極
の容量Ｃ０_２の違いは、一次側電極端部から二次側電極
までの長さで決まる。まず、矩形板２０２と矩形板１４
２の長さを共にＬとすると、圧電トランス２００と圧電
トランス１４０との一次側電極の容量Ｃ０_１を一致させ
るために、圧電トランス２００において、一次側電極を
構成する電極２０３、及び電極２０４のそれぞれの長さ
をＬ／３とし、電極２０５、電極２０６、電極２０７、
及び電極２０８のそれぞれの長さをＬ／４とする。ま
た、圧電トランス１４０において、一次側電極を構成す
る電極１４３、電極１４４、電極１４５、及び電極１４
６のそれぞれの長さをＬ／３とし、電極１４７、及び電
極１４８のそれぞれの長さをＬ／６とする。この場合、
圧電トランス２００と圧電トランス１４０の一次側電極
の長さは、５Ｌ／６で一致する。つまり、圧電トランス
２００と圧電トランス１４０との一次側電極の容量Ｃ０
_１はそれぞれ等しくなる。

【００７２】次に、上記場合の二次側電極の容量Ｃ０_２
について説明する。圧電トランス１４０において、二次
側電極である電極１５４から電極１４７、及び電極１４
８までの長さはＬ／６となり、圧電トランス２００にお
いて、二次側電極である電極２１６から電極２０５、及
び電極２０６までの長さと、二次側電極である電極２１
７から電極２０７、及び電極２０８までの長さは共に、
Ｌ／１２となる。よって、圧電トランス２００における
２つの二次側電極の容量Ｃ０_２は、それぞれ圧電トラン
ス１４０の二次側電極の容量Ｃ０_２の２倍であり、更
に、これらの容量が並列に接続されているので、圧電ト
ランス２００の二次側電極の容量Ｃ０_２は、圧電トラン
ス１４０の二次側電極の容量の４倍となる。

【００７３】以上のことから、同じ材質で、同じ形状の
矩形板で、一次側電極の容量が同じ場合、本実施の形態
の圧電トランス２００は、従来の圧電トランス１４０と
比較して二次側電極の容量が大きく、二次側のインピー
ダンス（出力インピーダンス）を小さくできるので、よ
り多くの電流を流すことができる構造である。

【００７４】尚、図１、及び図２の（１）に示した矩形
板２０２の分極方向は、図示したものに限らない。電極
２０５と電極２０６との間と、電極２０７と電極２０８
との間の分極方向が、矩形板２０２の厚さ方向に同じ
で、電極２０３と電極２０４との間の分極方向と異なっ
ていればよく、二次側電極である電極２１６、及び電極
２１７近傍の分極方向も、矩形板２０２の長さ方向に互
いに異なる方向であればよい。このような場合において
も、以上説明した内容と同様の効果を得ることができ
る。

【００７５】また、図２の（１）において、一次側電極
である電極２０４、電極２０６、及び電極２０８を共通
電極として説明したが、一次側電極である電極２０３、
電極２０５、及び電極２０７を共通電極としても、以上
説明した内容と同様の効果を得ることができる。

【００７６】また、図１、及び図２の（１）に示した圧
電トランス２００において、電極２０３、電極２０５、
及び電極２０７と、電極２０４、電極２０６、及び電極
２０８とはそれぞれ別の手段で電気的に接続するように
図示しているが、矩形板２０２の分極方向が、本実施の
形態で示した関係を満たしていれば、電極２０３、電極
２０５、及び電極２０７と、電極２０４、電極２０６、
及び電極２０８とを、それぞれ１つの電極として構成し
ても、以上説明した内容と同様の効果を得ることができ
る。

【００７７】更に、本実施の形態では、矩形板の材質と
して圧電セラミックを用いて説明したが、ニオブ酸リチ
ウム等の圧電性結晶を用いて、分極の方向をｃ軸の方向
として構成すれば、圧電セラミックの場合と同様の効果
を得ることができる。

【００７８】（実施の形態２）図６は、本発明の実施の
形態２における３λ／２振動モードの圧電トランスの斜
視図であり、図７の（１）は、図６に示した圧電トラン
スの側面図である。図６、及び図７の（１）において、
圧電トランス２２０は、圧電材料から成る矩形板２２２
で構成される。矩形板２２２の厚さ方向に垂直な面であ
る２つの主面には一次側（入力側）電極が形成される。
この２つの主面のうち、一方の主面上に電極２２３、電
極２２５、及び電極２２７から成る一次側電極が形成さ
れ、もう一方の主面上に電極２２４、電極２２６、及び
電極２２８から成る一次側電極が形成される。また、電
極２２３、及び電極２２４のそれぞれの中心線は、矩形
板２２２の中心線２３９と実質的に一致するように形成
されている。電極２２３と電極２２４、電極２２５と電
極２２６、及び電極２２７と電極２２８は、それぞれ矩
形板２２２の厚さ方向に互いに対向して形成されてい
る。矩形板２２２の長さ方向の２つの端面には、二次側
（出力側）電極として、電極２３６と電極２３７が形成
されている。電極２２３、電極２２４、電極２２５、電
極２２６、電極２２７、電極２２８、電極２３６、及び
電極２３７は、銀、ニッケル、または金等の金属等から
成り、蒸着、スパッタ、印刷、またはメッキ等の工法に
より形成される。

【００７９】また、図６、及び図７の（１）において、
矩形板２２２上に示した矢印は、矩形板２２２の材質が
チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電セラミックの
場合は、分極の向きを示し、圧電性結晶の場合は、ｃ軸
配向の向きを示す。矩形板２２２が圧電セラミックの場
合、電極２２３と電極２２４の間、電極２２５と電極２
２６との間、及び電極２２７と電極２２８との間に、矩
形板２２２の厚さ方向に適切な直流高電圧を印加して、
分極処理を行う。また、電極２２５、電極２２６と電極
２３６との間、及び電極２２７、電極２２８と電極２３
７との間に、矩形板２２２の長さ方向に適切な直流高電
圧を印加して分極処理を行う。

【００８０】次に、圧電トランス２２０の動作について
説明する。図７の（１）において、一方の一次側電極で
ある電極２２３、電極２２６、及び電極２２８は、電気
的に接続されて端子Ａに接続される。また、もう一方の
一次側電極である電極２２４、電極２２５、及び電極２
２７は、電気的に接続され共通電極として端子Ｂ、及び
端子Ｄに接続される。更に、二次側電極である電極２３
６、及び電極２３７は、電気的に接続されて端子Ｃに接
続される。ここで、端子Ａと端子Ｂとの間に、周波数が
矩形板２２２の長さ方向に伸縮する機械的振動を起こす
共振周波数近傍の交流電圧（入力電圧）を印加すると、
圧電トランス２２０は長さ方向に伸縮する機械的振動を
励振する。励振された機械的振動は、圧電効果によって
電圧に変換され、一次側電極と二次側電極とのインピー
ダンス比に応じた高電圧を、出力電圧として端子ＣＤ間
で取り出すことができる。

【００８１】図７の（２）は、圧電トランス２２０が、
長さ方向に３／２波長の伸縮振動をしている時のある時
点での長さ方向の変位分布を示す。ここで、横軸は、圧
電トランス２２０の長さ方向の位置を示す。縦軸は、あ
る瞬間の圧電トランス２２０の機械的振動による長さ方
向の変位を示し、＋の方向には圧電トランス２２０の長
さ方向右側への変位を示し、−の方向には長さ方向左側
への変位を示す。更に、圧電トランス２２０が図７の
（２）に示す変位分布である時の矩形板２２２の内部応
力分布を図７の（３）に、振動により誘起される電荷分
布を図７の（４）にそれぞれ示す。図７の（３）におい
て、横軸は、圧電トランス２２０の長さ方向の位置を示
す。縦軸は、長さ方向への圧縮、伸張方向の内部応力の
大きさを示す。更に、図７の（４）において、横軸は、
圧電トランス２２０の長さ方向の位置を示す。縦軸は、
振動により誘起される電荷の正負の極性と電荷量を示
す。

【００８２】本実施の形態の圧電トランス２２０は、一
次側電極の分極方向が矩形板２２２の厚さ方向に揃って
いるので、本発明の実施の形態１における圧電トランス
２００のように、分極作業時に、一次側電極の長さ方向
の隙間（電極２２３、電極２２４と電極２２５、電極２
２６との間、及び電極２２３、電極２２４と電極２２
７、電極２２８との間）に、矩形板２２２の厚さ方向に
対して逆方向に高電界をかけることにより発生する内部
歪みによる割れの発生を抑制できる。その上、本発明の
実施の形態１における圧電トランス２２０に比べて、上
記電極間の隙間には分極後の残留歪みが少なく、かつ分
極の向きが不連続な部分が少ないので、機械的強度が高
い圧電トランスを実現することができる。

【００８３】更に、近接した電極間で電界方向を逆にし
て分極作業を行うと、電極の境界近傍では十分に分極さ
れずに、実効的電気機械結合係数ｋ_ｅｆｆの低下につな
がる場合があるが、本実施の形態における圧電トランス
においてはその影響もない。

【００８４】また、本実施の形態による圧電トランス２
２０において、図７の（２）に示す３λ／２振動モード
では、図７の（３）に示すように、大きな応力が発生す
る部分（点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）と、分極の向きが不連続
な部分（矩形板２２２において、電極２２５及び電極２
２６で挟まれた部分であって、電極２３６側の端部近
傍、電極２２５及び電極２２６で挟まれた部分であっ
て、電極２３７側の端部近傍）とは一致しない。つま
り、本発明の実施の形態１と同様に、通常の動作時に、
機械的強度が弱い分極が不連続な部分には、大きな応力
や歪みがかからない。従って、本実施の形態による圧電
トランスは大きな電力を扱うことができ、信頼性の高い
圧電トランスを実現できる。

【００８５】更に、図６、及び図７の（１）に示すよう
に、本実施の形態による圧電トランス２２０では、矩形
板２２２において、電極２２３、電極２２４間、電極２
２５、電極２２６間、及び電極２２７、電極２２８間の
厚さ方向の分極方向は等しいが、一方の一次側電極が電
極２２３、電極２２６、及び電極２２８で構成され、他
方の一次側電極が電極２２４、電極２２５、及び電極２
２７で構成され、電極２２３、電極２２４間に印加する
交流電圧の位相と、電極２２５、電極２２６間、及び電
極２２７、電極２２８間に印加する交流電圧の位相が１
８０度異なるので、図７の（４）に示すように、振動に
より誘起される電荷の極性が同じであるため打ち消し合
いは生じない。その上、一次側電極の長さは、それぞれ
矩形板２２２の主面上において、ほぼ３つの電極を足し
合わせたものとみなせるので、本実施の形態では、一次
側電極の長さを比較的長く設定できる。よって、一次側
電極の実効的電気機械結合係数ｋ_ｅｆｆを従来の圧電ト
ランスよりも大きくすることができ、圧電トランスが単
位体積当たりに扱うことができる電力を大きくすること
ができる。

【００８６】また、本実施の形態の圧電トランス２２０
は、３λ／２振動モードを用いることで、機械的振動の
振幅を小さくして弾性歪みを抑制し、かつ駆動周波数を
高くすることで、一度の振動で扱う電力を小さくして振
動回数を増やすことで大きな電力を扱うことができる。

【００８７】更に、本実施の形態の圧電トランス２２０
は、一次側電極、及び二次側電極を、本発明の実施の形
態１の圧電トランス２００と同様に形成しているので、
二次側のインピーダンス（出力インピーダンス）を小さ
くでき、より多くの電流を流すことができる構造であ
る。

【００８８】尚、図６、及び図７の（１）に示した圧電
トランス２２０の分極方向は、図示したものに限られな
い。一次側電極である電極２２３、電極２２４間、電極
２２５、電極２２６間、及び電極２２７、電極２２８間
の分極方向が、矩形板２２２の厚さ方向に同じであれば
よく、二次側電極である電極２３６、電極２３７近傍の
分極方向も、矩形板２２２の長さ方向に互いに異なる方
向であれば、以上説明した内容と同様の効果を得ること
ができる。

【００８９】また、図７の（１）において、一次側電極
である電極２２４、電極２２５、及び電極２２７を共通
電極として説明したが、一次側電極である電極２２３、
電極２２６、及び電極２２８を共通電極としても、以上
説明した内容と同様の効果を得ることができる。

【００９０】更に、本実施の形態では、矩形板の材質と
して圧電セラミックを用いて説明したが、ニオブ酸リチ
ウム等の圧電性結晶を用いて、分極の方向をｃ軸の方向
として構成すれば、圧電セラミックの場合と同様の効果
を得ることができる。

【００９１】（実施の形態３）図８は、本発明の実施の
形態３における３λ／２振動モードの圧電トランスの斜
視図であり、図９の（１）は、図８に示した圧電トラン
スの側面図である。図８、及び図９の（１）において、
圧電トランス２４０は、圧電材料から成る矩形板２４２
で構成される。矩形板２４２の長さ方向の中央付近に
は、矩形板２４２の長さ方向と厚さ方向に複数の電極か
ら成る一次側（入力側）電極が形成されている。これ
は、矩形板２４２の厚さ方向に、圧電セラミック等の圧
電材料から成る圧電体層と金属材料等から成る内部電極
層とが交互に重ね合わされた積層構造である。

【００９２】図９の（１）において、矩形板２４２の厚
さ方向に垂直な面である２つの主面に対向する一次側電
極間には、５つの圧電体層と４つの電極層が存在する。
矩形板２４２の厚さ方向に垂直な面である一方の主面上
には、電極３００、電極３１０、及び電極３２０がそれ
ぞれ形成され、矩形板２４２のもう一方の主面上には電
極３０１、電極３１１、及び電極３２１がそれぞれ形成
される。更に、矩形板２４２の内部には電極３０２、電
極３０３、電極３０４、電極３０５、電極３１２、電極
３１３、電極３１４、電極３１５、電極３２２、電極３
２３、電極３２４、及び電極３２５が形成される。電極
３００、電極３０１、電極３０２、電極３０３、電極３
０４、及び電極３０５は、矩形板２４２の厚さ方向に互
いに対向する。同様に、電極３１０、電極３１１、電極
３１２、電極３１３、電極３１４、及び電極３１５も、
矩形板２４２の厚さ方向に互いに対向する。また、電極
３２０、電極３２１、電極３２２、電極３２３、電極３
２４、及び電極３２５も、矩形板２４２の厚さ方向に互
いに対向する。電極３００、電極３０２、及び電極３０
４は、電気的に接続されて電極２４３を構成し、電極３
０１、電極３０３、及び電極３０５は、電気的に接続さ
れて電極２４４を構成する。同様に、電極３１０、電極
３１２、及び電極３１４は、電気的に接続されて電極２
４５を構成し、電極３１１、電極３１３、及び電極３１
５は、電気的に接続されて電極２４６を構成する。ま
た、電極３２０、電極３２２、及び電極３２４は、電気
的に接続されて電極２４７を構成し、電極３２１、電極
３２３、及び電極３２５は、電気的に接続されて電極２
４８を構成する。電極２４３、及び電極２４４を構成す
る各電極の中心線は、矩形板２４２の中心線２５９と実
質的に一致するように形成されている。矩形板２４２の
長さ方向の２つの端面には、二次側（出力側）電極とし
て、電極２５６、及び電極２５７が形成されている。電
極３００、電極３０１、電極３１０、電極３１１、電極
３２０、電極３２１、電極２５６、及び電極２５７は、
銀、ニッケル、または金等の金属等から成り、蒸着、ス
パッタ、印刷、またはメッキ等の工法により形成され
る。

【００９３】また、図９の（１）において、矩形板２４
２に示した矢印は、圧電材料の分極の向きを示してい
る。電極３００から電極３０１までの電極に挟まれた各
圧電体層間、電極３１０から電極３１１までの電極に挟
まれた各圧電体層間、及び電極３２０から電極３２１ま
での電極に挟まれた各圧電体層間の矩形板２４２におい
て、分極方向は、矩形板２４２の厚さ方向であり、矩形
板２４２の厚さ方向、及び長さ方向に隣り合う各電極間
で反対方向である。電極２４５、２４６と電極２５６と
の間、及び電極２４７、２４８と電極２５７との間は、
矩形板２４２の長さ方向に分極され、それらの分極の向
きは互いに反対である。分極処理は、それぞれの領域
に、適切な直流高電圧を印加することによってなされ
る。

【００９４】続いて、圧電トランス２４０の動作につい
て説明する。図９の（１）において、一方の一次側電極
である電極２４３、電極２４５、及び電極２４７は、電
気的に接続されて端子Ａに接続される。また、もう一方
の一次側電極である電極２４４、電極２４６、及び電極
２４８は、電気的に接続され共通電極として端子Ｂ、及
び端子Ｄに接続される。更に、二次側電極である電極２
５６、及び電極２５７は、電気的に接続されて端子Ｃに
接続される。ここで、端子Ａと端子Ｂとの間に、入力電
圧として、周波数が矩形板２４２の長さ方向に伸縮する
機械的振動を起こす共振周波数近傍の交流電圧を印加す
ると、圧電トランス２４０は長さ方向に伸縮する機械的
振動を励振する。励振された機械的振動は、圧電効果に
よって電圧に変換され、一次側電極と二次側電極とのイ
ンピーダンス比に応じた高電圧を、出力電圧として端子
ＣＤ間で取り出すことができる。

【００９５】図９の（２）は、圧電トランス２４０が、
長さ方向に３／２波長の伸縮振動をしている時のある時
点での長さ方向の変位分布を示す。ここで、横軸は、圧
電トランス２４０の長さ方向の位置を示す。縦軸は、あ
る瞬間の圧電トランス２４０の機械的振動による長さ方
向の変位を示し、＋の方向には長さ方向右側への変位を
示し、−の方向には長さ方向左側への変位を示す。更
に、圧電トランス２４０が図９の（２）に示す変位分布
である時の矩形板２４２の内部応力分布を図９の（３）
に、振動により誘起される電荷分布を図９の（４）にそ
れぞれ示す。図９の（３）において、横軸は、圧電トラ
ンス２４０の長さ方向の位置を示す。縦軸は、長さ方向
への圧縮、伸張方向の内部応力の大きさを示す。更に、
図９の（４）において、横軸は、圧電トランス２４０の
長さ方向の位置を示す。縦軸は、振動により誘起される
電荷の正負の極性と電荷量を示す。

【００９６】本実施の形態による圧電トランス２４０に
おいて、一次側電極の分極方向は、矩形板２４２の厚さ
方向であり、矩形板２４２の厚さ方向、及び長さ方向に
隣り合う圧電体層間で反対方向であるので、本発明の実
施の形態１、あるいは実施の形態２における圧電トラン
スに比べて、一次側電極の容量値を大きくすることがで
きる。

【００９７】一次側電極の容量をＣ０_１、二次側電極の
容量をＣ０_２、一次側電極に入力する電圧をＶ_ｉｎ、二
次側電極から出力する電圧をＶ_ｏｕｔとすると、一次側
電力Ｗ_ｉｎは（式１）で、二次側電力Ｗ_ｏｕｔは（式
２）で表される。簡単のために、電力の損失がないと仮
定すれば、入力電圧Ｖ_ｉｎに対する出力電圧Ｖ_ｏｕｔの
比である昇圧比γは、（式３）で表されるように、Ｃ０
_１／Ｃ０_２の平方根に比例する。従って、本実施の形態
における圧電トランス２４０は、本発明の実施の形態
１、あるいは実施の形態２における圧電トランスに比べ
て、一次側電極の容量Ｃ０_１が大きくとれるので、大き
な昇圧比γを得ることができる。 Ｗ_ｉｎ＝Ｃ０_１（Ｖ_ｉｎ）^２／２ （１） Ｗ_ｏｕｔ＝Ｃ０_２（Ｖ_ｏｕｔ）^２／２ （２） γ＝Ｖ_ｏｕｔ／Ｖ_ｉｎ＝（Ｃ０_１／Ｃ０_２）^１／２ （３）

【００９８】また、本実施の形態の圧電トランス２４０
は、３λ／２振動モードを用いることで、機械的振動の
振幅を小さくして弾性歪みを抑制し、かつ駆動周波数を
高くすることで、一度の振動で扱う電力を小さくして振
動回数を増やすことで大きな電力を扱うことができる。

【００９９】また、本実施の形態による圧電トランス２
４０において、図９の（２）に示す３λ／２振動モード
では、図９の（３）に示すように、大きな応力が発生す
る部分（点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）と、分極の向きが不連続
な部分（矩形板２４２において、電極２４３及び電極２
４４で挟まれた部分と電極２４５及び電極２４６で挟ま
れた部分との間、電極２４３及び電極２４４で挟まれた
部分と電極２４７及び電極２４８で挟まれた部分との
間、電極２４５及び電極２４６で挟まれた部分であっ
て、電極２５６側の端部近傍、電極２４７及び電極２４
８で挟まれた部分であって、電極２５７側の端部近傍）
とは一致しない。つまり、本発明の実施の形態１、及び
実施の形態２と同様に、通常の動作時に、機械的強度が
弱い分極が不連続な部分には、大きな応力や歪みがかか
らない。従って、本実施の形態による圧電トランスは大
きな電力を扱うことができ、信頼性の高い圧電トランス
を実現できる。

【０１００】更に、図９の（１）に示すように、本実施
の形態による圧電トランス２４０において、電極２４３
と電極２４４を構成する各電極間の分極方向と、電極２
４５と電極２４６を構成する各電極間の分極方向、及び
電極２４７と電極２４８を構成する各電極間の分極方向
とが、矩形板２４２の長さ方向に隣り合う各電極間でそ
れぞれ厚さ方向に異なる。よって、図９の（４）に示す
ように、電極２４３、電極２４４間、電極２４５、電極
２４６間、及び電極２４７、電極２４８間に同じ位相の
交流電圧を印加しても、振動により誘起される電荷の極
性が同じであるため打ち消し合いは生じない。その上、
一次側電極の長さは、矩形板２４２の長さ方向に並んだ
電極の長さを足し合わせたものとみなせるので、本実施
の形態では、一次側電極の長さを比較的長く設定でき
る。よって、一次側電極の実効的電気機械結合係数ｋ
_ｅｆｆを従来の圧電トランスよりも大きくすることがで
き、圧電トランスが単位体積当たりに扱うことができる
電力を大きくすることができる。

【０１０１】尚、図９の（１）に示した圧電トランス２
４０の分極方向は、図示したものに限られない。一次側
電極である電極２４３、電極２４４、電極２４５、電極
２４６、及び電極２４７、電極２４８を構成する各電極
間の分極方向が、矩形板２４２の厚さ方向と長さ方向に
隣り合う各電極間で、互いに矩形板２４２の厚さ方向に
異なっていればよく、二次側電極である電極２５６、電
極２５７近傍の分極方向も、矩形板２４２の長さ方向に
互いに異なる方向であれば、以上説明した内容と同様の
効果を得ることができる。

【０１０２】また、図９の（１）において、一次側電極
である電極２４４、電極２４６、及び電極２４８を共通
電極として説明したが、一次側電極である電極２４３、
電極２４５、及び電極２４７を共通電極としても、以上
説明した内容と同様の効果を得ることができる。

【０１０３】更に、図９の（１）において、圧電体層数
は５層であるが、これに限られない。圧電体層数を変化
させても、一次側電極の容量が変化するだけであり、得
られる効果は本実施の形態と同様である。

【０１０４】更に、本実施の形態では、矩形板の材質と
して圧電セラミックを用いて説明したが、ニオブ酸リチ
ウム等の圧電性結晶を用いて、分極の方向をｃ軸の方向
として構成すれば、圧電セラミックの場合と同様の効果
を得ることができる。

【０１０５】（実施の形態４）図１０は、本発明の実施
の形態４における３λ／２振動モードの圧電トランスの
斜視図であり、図１１の（１）は、図１０に示した圧電
トランスの側面図である。図１０、及び図１１の（１）
において、圧電トランス２６０は、圧電材料から成る矩
形板２６２で構成される。矩形板２６２の長さ方向の中
央付近には、矩形板２６２の長さ方向と厚さ方向に複数
の電極から成る一次側（入力側）電極が形成されてい
る。これは、矩形板２６２の厚さ方向に、圧電セラミッ
ク等の圧電材料から成る圧電体層と、金属材料から成る
内部電極層とが交互に重ね合わされた積層構造である。

【０１０６】図１１の（１）において、矩形板２６２の
厚さ方向に垂直な面である２つの主面に対向する一次側
電極間には、５つの圧電体層と４つの電極層が存在す
る。矩形板２６２の厚さ方向に垂直な面である一方の主
面上には、電極３３０、電極３４０、及び電極３５０が
それぞれ形成され、矩形板２６２のもう一方の主面上に
は電極３３１、電極３４１、及び電極３５１がそれぞれ
形成される。更に、矩形板２６２の内部には、電極３３
２、電極３３３、電極３３４、電極３３５、電極３４
２、電極３４３、電極３４４、電極３４５、電極３５
２、電極３５３、電極３５４、及び電極３５５が形成さ
れる。電極３３０、電極３３１、電極３３２、電極３３
３、電極３３４、及び電極３３５は、矩形板２６２の厚
さ方向に互いに対向する。同様に、電極３４０、電極３
４１、電極３４２、電極３４３、電極３４４、及び電極
３４５も、矩形板２６２の厚さ方向に互いに対向する。
また、電極３５０、電極３５１、電極３５２、電極３５
３、電極３５４、及び電極３５５も、矩形板２６２の厚
さ方向に互いに対向する。電極３３０、電極３３２、及
び電極３３４は、電気的に接続されて電極２６３を構成
し、電極３３１、電極３３３、及び電極３３５は、電気
的に接続されて電極２６４を構成する。同様に、電極３
４０、電極３４２、及び電極３４４は、電気的に接続さ
れて電極２６５を構成し、電極３４１、電極３４３、及
び電極３４５は、電気的に接続されて電極２６６を構成
する。また、電極３５０、電極３５２、及び電極３５４
は、電気的に接続されて電極２６７を構成し、電極３５
１、電極３５３、及び電極３５５は、電気的に接続され
て電極２６８を構成する。電極２６３、及び電極２６４
を構成する各電極の中心線は、矩形板２６２の中心線２
７９と実質的に一致するように形成されている。矩形板
２６２の長さ方向の２つの端面には、二次側（出力側）
電極として、電極２７６、及び電極２７７が形成されて
いる。電極３３０、電極３３１、電極３４０、電極３４
１、電極３５０、電極３５１、電極２７６、及び電極２
７７は、銀、ニッケル、または金等の金属等から成り、
蒸着、スパッタ、印刷、またはメッキ等の工法により形
成される。

【０１０７】また、図１１の（１）において、矩形板２
６２に示した矢印は、圧電材料の分極の向きを示してい
る。電極３３０から電極３３１までの電極に挟まれた各
圧電体層間、電極３４０から電極３４１までの電極に挟
まれた各圧電体層間、及び電極３５０から電極３５１ま
での電極に挟まれた各圧電体層間の矩形板２６２におい
て、分極方向は矩形板２６２の厚さ方向であり、矩形板
２６２の厚さ方向に隣り合う各電極間で反対方向であ
る。

【０１０８】更に、本発明の実施の形態３と異なる点と
して、矩形板２６２の長さ方向に隣り合う各電極間で分
極方向が、矩形板２６２の厚さ方向に同じである。電極
２６５、電極２６６と電極２７６との間、及び電極２６
７、電極２６８と電極２７７との間は、矩形板２６２の
長さ方向に分極され、それらの分極の向きは互いに反対
方向である。分極処理は、それぞれの領域に、適切な直
流高電圧を印加することによってなされる。

【０１０９】続いて、圧電トランス２６０の動作につい
て説明する。図１１の（１）において、一方の一次側電
極である電極２６３、電極２６６、及び電極２６８は、
電気的に接続されて端子Ａに接続される。また、もう一
方の一次側電極である電極２６４、電極２６５、及び電
極２６７は、電気的に接続され共通電極として端子Ｂ、
及び端子Ｄに接続される。更に、二次側電極である電極
２７６、及び電極２７７は、電気的に接続されて端子Ｃ
に接続される。ここで、端子Ａと端子Ｂとの間に、入力
電圧として、周波数が矩形板２６２の長さ方向に伸縮す
る機械的共振振動を起こす共振周波数近傍の交流電圧を
印加すると、圧電トランス２６０は長さ方向に伸縮する
機械的振動を励振する。励振された機械的振動は、圧電
効果によって電圧に変換され、一次側電極と二次側電極
とのインピーダンス比に応じた高電圧を、出力電圧とし
て端子ＣＤ間で取り出すことができる。

【０１１０】図１１の（２）は、圧電トランス２６０
が、長さ方向に３／２波長の伸縮振動をしている時のあ
る時点での長さ方向の変位分布を示す。ここで、横軸
は、圧電トランス２６０の長さ方向の位置を示す。縦軸
は、ある瞬間の圧電トランス２６０の機械的振動による
長さ方向の変位を示し、＋の方向には圧電トランス２６
０の長さ方向右側への変位を示し、−の方向には長さ方
向左側への変位を示す。更に、圧電トランス２６０が図
１１の（２）に示す変位分布である時の矩形板２６２の
内部応力分布を図１１の（３）に、振動により誘起され
る電荷分布を、図１１の（４）にそれぞれ示す。図１１
の（３）において、横軸は、圧電トランス２６０の長さ
方向の位置を示す。縦軸は、長さ方向への圧縮、伸張方
向の内部応力の大きさを示す。更に、図１１の（４）に
おいて、横軸は、圧電トランス２６０の長さ方向の位置
を示す。縦軸は、振動により誘起される電荷の正負の極
性と電荷量を示す。

【０１１１】本実施の形態の圧電トランス２６０は、一
次側電極の分極方向が矩形板２６２の長さ方向に隣り合
う各電極間で、矩形板２６２の厚さ方向に同じなので、
分極作業時に、一次側電極の長さ方向の隙間（電極２６
３、電極２６４と電極２６５、電極２６６との間、及び
電極２６３、電極２６４と電極２６７、電極２６８との
間）において、矩形板２６２の厚さ方向に対して逆方向
に高電界をかけることにより発生する内部歪みによる割
れの発生を抑制できる。また、本発明の実施の形態３に
おける圧電トランス２４０に比べて、上記電極間の隙間
には分極後の残留歪みが小さく、かつ分極の向きが不連
続な部分が少ないので、機械的強度が高い圧電トランス
を実現することができる。

【０１１２】更に、図１１の（１）に示すように、本実
施の形態による圧電トランス２６０では、一次側電極を
構成する電極２２３、電極２２４間、電極２２５、電極
２２６間、及び電極２２７、電極２２８間において、矩
形板２６２の長さ方向に隣り合う各電極間で、分極方向
が厚さ方向に同じ方向であるが、一方の一次側電極が電
極２６４、電極２６５、及び電極２６７で構成され、他
方の一次側電極が電極２６３、電極２６６、及び電極２
６８で構成され、電極２６３、電極２６４間に印加する
交流電圧の位相と、電極２６５、電極２６６間、及び電
極２６７、電極２６８間に印加する交流電圧の位相が１
８０度異なるので、図１１の（４）に示すように、振動
により誘起される電荷の極性が同じであるため打ち消し
合いは生じない。その上、一次側電極の長さは、矩形板
２６２の長さ方向に並んだ電極の長さを足し合わせたも
のとほぼみなせるので、本実施の形態では、一次側電極
の長さを比較的長く設定できる。よって、一次側電極の
実効的電気機械結合係数ｋ _ｅｆｆを従来の圧電トランス
よりも大きくすることができ、圧電トランスが単位体積
当たりに扱うことができる電力を大きくすることができ
る。

【０１１３】また、本実施の形態の圧電トランス２６０
は、３λ／２振動モードを用いることで、機械的振動の
振幅を小さくして弾性歪みを抑制し、かつ駆動周波数を
高くすることで、一度の振動で扱う電力を小さくして振
動回数を増やすことで大きな電力を扱うことができる。

【０１１４】また、本実施の形態による圧電トランス２
６０において、図１１の（２）に示す３λ／２振動モー
ドでは、図１１の（３）に示すように、大きな応力が発
生する部分（点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）と、分極の向きが不
連続な部分（矩形板２６２において、電極２６３及び電
極２６４で挟まれた部分と電極２６５及び電極２６６で
挟まれた部分との間、電極２６３及び電極２６４で挟ま
れた部分と電極２６７及び電極２６８で挟まれた部分と
の間、電極２６５及び電極２６６で挟まれた部分であっ
て、電極２７６側の端部近傍、電極２６７及び電極２６
８で挟まれた部分であって、電極２７７側の端部近傍）
とは一致しない。つまり、本発明の実施の形態１、実施
の形態２、及び実施の形態３と同様に、通常の動作時
に、機械的強度が弱い分極が不連続な部分には、大きな
応力や歪みがかからない。従って、本実施の形態による
圧電トランスは大きな電力を扱うことができ、信頼性の
高い圧電トランスを実現できる。

【０１１５】本実施の形態による圧電トランス２６０に
おいて、一次側電極は、以上説明したような積層構造で
あるので、本発明の実施の形態１、あるいは実施の形態
２における圧電トランスに比べて、一次側電極の容量値
を大きくすることができる。従って、本実施の形態にお
ける圧電トランス２６０は、本発明の実施の形態３の圧
電トランス２４０と同様に、本発明の実施の形態１、あ
るいは実施の形態２における圧電トランスに比べて、一
次側電極の容量Ｃ０_１が大きくとれるので、大きな昇圧
比γを得ることができる。

【０１１６】尚、図１１の（１）に示した圧電トランス
２６０の分極方向は、図示したものに限られない。一次
側電極である電極２６３、電極２６４、電極２６５、電
極２６６、電極２６７、及び電極２６８を構成する各電
極間の分極方向が、矩形板２６２の厚さ方向に隣り合う
各電極間で、互いに矩形板２６２の厚さ方向に異なって
おり、矩形板２６２の長さ方向に隣り合う各電極間で、
互いに矩形板２６２の厚さ方向に同じ方向であればよ
い。二次側電極である電極２７６、電極２７７近傍の分
極方向も、矩形板２６２の長さ方向に互いに異なる方向
であれば、以上説明した内容と同様の効果を得ることが
できる。

【０１１７】また、図１１の（１）において、一次側電
極である電極２６４、電極２６５、及び電極２６７を共
通電極として説明したが、一次側電極である電極２６
３、電極２６６、及び電極２６８を共通電極としても、
以上説明した内容と同様の効果を得ることができる。

【０１１８】図１１の（１）において、圧電体層数は５
層であるが、これに限られない。圧電体層数を変化させ
ても、一次側電極の容量が変化するだけであり、得られ
る効果は本実施の形態と同様である。

【０１１９】更に、本実施の形態では、矩形板の材質と
して圧電セラミックを用いて説明したが、ニオブ酸リチ
ウム等の圧電性結晶を用いて、分極の方向をｃ軸の方向
として構成すれば、圧電セラミックの場合と同様の効果
を得ることができる。

【０１２０】（実施の形態５）図１２の（１）は、本発
明の実施の形態５における３λ／２振動モードの圧電ト
ランスの斜視図である。また、図１２の（２）は、図１
２の（１）に示した圧電トランス２８０の中心線２９９
における断面図を示す。更に、図１３、及び図１４は、
それぞれ圧電トランス２８０の側面図である。図１２の
（３）は、圧電トランス２８０の変形例を示し、図１２
の（２）と同様に中心線２９９で切断した場合の断面図
を示す。

【０１２１】図１２の（１）、図１３、及び図１４にお
いて、圧電トランス２８０は、圧電材料から成る矩形板
２８２で構成される。矩形板２８２の長さ方向の中央付
近には、矩形板２８２の長さ方向と厚さ方向に複数の電
極から成る一次側（入力側）電極が形成されている。こ
れは、矩形板２８２の厚さ方向に、圧電セラミック等の
圧電材料から成る圧電体層と金属材料等から成る内部電
極層とが交互に重ね合わされた積層構造である。図１２
の（２）、図１３、及び図１４において、矩形板２８２
の厚さ方向に垂直な面である２つの主面に対向する一次
側電極間には、５つの圧電体層と４つの電極層が存在す
る。

【０１２２】図１２の（１）において、矩形板２８２の
厚さ方向に垂直な面である一方の主面上には、電極３６
０、電極３７０、及び電極３８０がそれぞれ形成され、
矩形板２８２のもう一方の主面上には電極３６１、電極
３７１、及び電極３８１がそれぞれ形成される。更に、
矩形板２８２の内部には、電極３６２、電極３６３、電
極３６４、電極３６５、電極３７２、電極３７３、電極
３７４、電極３７５、電極３８２、電極３８３、電極３
８４、及び電極３８５が形成される。電極３６０、電極
３６１、電極３６２、電極３６３、電極３６４、及び電
極３６５は、矩形板２８２の厚さ方向に互いに対向す
る。同様に、電極３７０、電極３７１、電極３７２、電
極３７３、電極３７４、及び電極３７５も、矩形板２８
２の厚さ方向に互いに対向する。また、電極３８０、電
極３８１、電極３８２、電極３８３、電極３８４、及び
電極３８５も、矩形板２８２の厚さ方向に互いに対向す
る。図１２の（２）に示すように、電極３６０、電極３
６２、及び電極３６４は、電気的に接続されて電極２８
３を構成し、電極３６１、電極３６３、及び電極３６５
は、電気的に接続されて電極２８４を構成する。同様
に、電極３７０、電極３７２、及び電極３７４は、電気
的に接続されて電極２８５を構成し、電極３７１、電極
３７３、及び電極３７５は、電気的に接続されて電極２
８６を構成する。また、電極３８０、電極３８２、及び
電極３８４は、電気的に接続されて電極２８７を構成
し、電極３８１、電極３８３、及び電極３８５は、電気
的に接続されて電極２８８を構成する。電極２８３、及
び電極２８４を構成する各電極の中心線は、矩形板２８
２の中心線２９９と実質的に一致するように形成されて
いる。矩形板２８２の長さ方向の２つの端面には、二次
側（出力側）電極として、電極２９６、及び電極２９７
が形成されている。電極３６０、電極３６１、電極３７
０、電極３７１、電極３８０、電極３８１、電極２９６
及び電極２９７は、銀、ニッケル、または金等の金属等
から成り、蒸着、スパッタ、印刷、またはメッキ等の工
法により形成される。

【０１２３】本実施の形態の圧電トランス２８０におい
て、矩形板２８２の厚さ方向における積層構造は、例え
ば、電極３６０、電極３６１間において、図１２の
（２）に示される。矩形板２８２の内部電極である電極
３６２、電極３６４は、矩形板２８２の幅方向の一方の
端面に露出し、内部電極である電極３６３、電極３６５
は、矩形板２８２の幅方向の他方の端面に露出してい
る。図１２の（２）に示すように、電極３６０をＬ字型
形状にすることにより、電極３６０、電極３６２、及び
電極３６４が接続され、同様に、電極３６１をＬ字型形
状にすることにより、電極３６１、電極３６３、及び電
極３６５が接続される。

【０１２４】図１２の（２）、図１３、及び図１４にお
いて、矩形板２８２に示した矢印は、圧電材料の分極の
向きを示している。電極３６０から電極３６１までの電
極に挟まれた各圧電体層間、電極３７０から電極３７１
までの電極に挟まれた各圧電体層間、及び電極３８０か
ら電極３８１までの電極に挟まれた各圧電体層間の矩形
板２８２において、分極方向は矩形板２８２の厚さ方向
であり、矩形板２８２の厚さ方向に隣り合う各電極間で
反対方向である。更に、図１３においては、矩形板２８
２の長さ方向に隣り合う各電極間で分極方向が、矩形板
２８２の厚さ方向に異なり、図１４においては、矩形板
２８２の長さ方向に隣り合う各電極間で分極方向が、矩
形板２８２の厚さ方向に同じである。電極２８５、電極
２８６と電極２９６との間、及び電極２８７、電極２８
８と電極２９７との間は、矩形板２８２の長さ方向に分
極され、それらの分極の向きは互いに反対方向である。
分極処理は、それぞれの領域に、適切な直流高電圧を印
加することによってなされる。

【０１２５】続いて、圧電トランス２８０の動作につい
て説明する。図１３において、一方の一次側電極である
電極２８３、電極２８５、及び電極２８７は、電気的に
接続されて端子Ａに接続される。また、もう一方の一次
側電極である電極２８４、電極２８６、及び電極２８８
は、電気的に接続され共通電極として端子Ｂ、及び端子
Ｄに接続される。一方、図１４において、一方の一次側
電極である電極２８３、電極２８６、及び電極２８８
は、電気的に接続されて端子Ａに接続される。また、も
う一方の一次側電極である電極２８４、電極２８５、及
び電極２８７は、電気的に接続され共通電極として端子
Ｂ、及び端子Ｄに接続される。更に、図１３、及び図１
４において、二次側電極である電極２９６と電極２９７
は、電気的に接続されて端子Ｃに接続される。

【０１２６】ここで、図１３、及び図１４において、端
子Ａと端子Ｂとの間に、入力電圧として、周波数が矩形
板２８２の長さ方向に伸縮する機械的振動を起こす共振
周波数近傍の交流電圧を印加すると、圧電トランス２８
０は長さ方向に伸縮する機械的振動を励振する。励振さ
れた機械的振動は、圧電効果によって電圧に変換され、
一次側電極と二次側電極とのインピーダンス比に応じた
高電圧を、出力電圧として端子ＣＤ間で取り出すことが
できる。図１３の場合と図１４の場合とでは、電極２８
３、電極２８４、電極２８５、電極２８６、電極２８
７、及び電極２８８の接続の組合せが異なるだけで、交
流電圧を印加した時の振る舞いは同じである。

【０１２７】本実施の形態の圧電トランス２８０におい
て、矩形板２８２の内部に構成されている電極は、矩形
板２８２の幅方向の端面に露出している。従って、矩形
板２８２の内部電極と矩形板２８２の厚さ方向に垂直な
主面上に構成された電極との電気的接続が容易に実現で
きる。

【０１２８】図１２の（３）は、圧電トランス２８０に
おいて、矩形板２８２の主面上に電極を形成しない場合
の、中心線２９９における断面図である。圧電トランス
２８０において、矩形板２８２の奇数番目の内部電極
（例えば、電極３６５や電極３６３）を矩形板２８２の
幅方向の一方の端面に露出させ、矩形板２８２の偶数番
目の内部電極（例えば、電極３６２や電極３６４）を矩
形板２８２の幅方向の他方の端面に露出させれば、矩形
板２８２の主面上に電極を形成せずに、矩形板２８２の
内部電極のみを互いに接続することが可能である。図１
２の（３）において、電極３６０および電極３６１は、
Ｌ字型形状ではなく、平板状に形成され、圧電トランス
の幅方向の端面のみに設けられている。また、積層構造
の最上層および最下層である圧電体層には分極が存在し
ない。これらは、電極３７０と電極３７１、及び電極３
８０と電極３８１のそれぞれに関しても適用される。以
上のように、その主面上に電極を設けない矩形板２８２
を配置すれば、圧電トランスの主面を電気的に絶縁させ
ることができる。尚、本実施の形態による一次側電極
は、圧電体層と電極層とが積層された積層構造である
が、図１２の（２）および図１２の（３）に示されるよ
うに、圧電体層間は電極層によって完全に分離されるわ
けではなく、隣り合う圧電体層の端部間に結合が存在す
る。つまり、任意の隣り合う２つの圧電体層は、Ｕ字型
構造をしている。これは、圧電トランスの製造工程にお
いて、圧電体層と電極層とを積層して圧着する際に、隣
合う圧電体層が融着するからである。

【０１２９】本実施の形態の圧電トランス２８０は、一
次側電極が、以上説明したような積層構造であるので、
本発明の実施の形態３、及び実施の形態４における圧電
トランスと同様に、本発明の実施の形態１、あるいは実
施の形態２における圧電トランスに比べて、一次側電極
の容量値を大きくすることができる。従って、本実施の
形態における圧電トランス２８０は、本発明の実施の形
態１、あるいは実施の形態２における圧電トランスに比
べて、一次側電極の容量Ｃ０_１が大きくとれるで、大き
な昇圧比γを得ることができる。

【０１３０】また、本実施の形態の圧電トランス２８０
において、３λ／２振動モードを用いることで、機械的
振動の振幅を小さくして弾性歪みを抑制し、かつ駆動周
波数を高くすることで、一度の振動で扱う電力を小さく
して振動回数を増やすことで大きな電力を扱うことがで
きる。また、本発明の実施の形態３、及び実施の形態４
における圧電トランスと同様に、大きな応力が発生する
部分と、分極の向きが不連続な部分とは一致しない。つ
まり、通常の動作時に、機械的強度が弱い分極が不連続
な部分には、大きな応力や歪みがかからない。従って、
本実施の形態による圧電トランスは大きな電力を扱うこ
とができ、信頼性の高い圧電トランスを実現できる。

【０１３１】更に、本実施の形態の圧電トランス２８０
において、本発明の実施の形態１、実施の形態２、実施
の形態３、及び実施の形態４における圧電トランスと同
様に、一次側電極の長さを比較的長く設定でき、また、
振動により誘起される電荷の極性が同じであるため打ち
消し合いは生じないので、一次側電極の実効的電気機械
結合係数ｋ_ｅｆｆを従来の圧電トランスよりも大きくす
ることができ、圧電トランスが単位体積当たりに扱うこ
とができる電力を大きくすることができる。

【０１３２】尚、図１３、及び図１４に示した圧電トラ
ンス２８０の分極方向は、それぞれ図示したものに限ら
れない。一次側電極を構成する各電極間については、図
１３では、矩形板２８２の厚さ方向と長さ方向とで隣り
合う電極間で互いに異なる方向であればよく、図１４で
は、矩形板２８２の厚さ方向で隣り合う電極間で互いに
異なる方向であり、長さ方向で隣り合う電極間で互いに
同じ方向であればよい。また、二次側電極である電極２
９６、電極２９７近傍の分極方向も、矩形板２８２の長
さ方向に互いに異なる方向であれば、以上説明した内容
と同様の効果を得ることができる。

【０１３３】また、図１３において、一次側電極である
電極２８４、電極２８６、及び電極２８８を共通電極と
して説明したが、一次側電極である電極２８３、電極２
８５、及び電極２８７を共通電極としても、以上説明し
た内容と同様の効果を得ることができる。

【０１３４】図１３、及び図１４において、圧電体層数
は５層であるが、これに限られない。圧電体層数を変化
させても、一次側電極の容量が変化するだけであり、得
られる効果は本実施の形態と同様である。

【０１３５】更に、本実施の形態では、矩形板の材質と
して圧電セラミックを用いて説明したが、ニオブ酸リチ
ウム等の圧電性結晶を用いて、分極の方向をｃ軸の方向
として構成すれば、圧電セラミックの場合と同様の効果
を得ることができる。

【０１３６】（実施の形態６）図１５、及び図１６は、
本発明の実施の形態６における３λ／２振動モードの圧
電トランスの斜視図である。また、図１７は、図１６に
示した圧電トランス４００の分解図を示す。更に、図１
７において、図１６の直線４２０における断面構造も示
している。

【０１３７】図１５において、圧電トランス３８８は、
圧電材料から成る矩形板３８９で構成される。矩形板３
８９の厚さ方向に垂直な面である２つの主面には、一次
側（入力側）電極が形成される。この２つの主面のう
ち、一方の主面上に電極３９０、電極３９２、及び電極
３９４から成る一次側電極が形成され、もう一方の主面
上に電極３９１、電極３９３、及び電極３９５から成る
一次側電極がそれぞれ形成される。電極３９０、及び電
極３９１のそれぞれの中心線は、矩形板３８９の中心線
３９８と実質的に一致するように形成されている。電極
３９０と電極３９１、電極３９２と電極３９３、及び電
極３９４と電極３９５は、それぞれ矩形板３８９の厚さ
方向に互いに対向して形成されている。矩形板３８９の
長さ方向の２つの端面には、二次側（出力側）電極とし
て、電極３９６、及び電極３９７が形成されている。電
極３９０、電極３９１、電極３９２、電極３９３、電極
３９４、電極３９５、電極３９６、及び電極３９７は、
銀、ニッケル、または金等の金属等から成り、蒸着、ス
パッタ、印刷、またはメッキ等の工法により形成され
る。

【０１３８】図１６、及び図１７において、圧電トラン
ス４００は、圧電材料から成る矩形板４０２で構成され
る。矩形板４０２の長さ方向の中央付近には、矩形板４
０２の長さ方向と厚さ方向に複数の電極から成る一次側
（入力側）電極が形成されている。これは、矩形板４０
２の厚さ方向に、圧電セラミック等の圧電材料から成る
圧電体層と金属材料等から成る内部電極層とが交互に重
ね合わされた積層構造である。図１６において、矩形板
４０２の厚さ方向に垂直な面である一方の主面上には、
電極５００、電極５１０、及び電極５２０がそれぞれ形
成され、矩形板４０２のもう一方の主面上には電極５０
１、電極５１１、及び電極５２１がそれぞれ形成され
る。図１７に示しているように、矩形板４０２の厚さ方
向に垂直な面である２つの主面に対向する一次側電極間
には、５つの圧電体層と４つの電極層が存在する。更
に、矩形板４０２の内部には、電極５０２、電極５０
３、電極５０４、電極５０５、電極５１２、電極５１
３、電極５１４、電極５１５、電極５２２、電極５２
３、電極５２４、及び電極５２５が形成される。電極５
００、電極５０１、電極５０２、電極５０３、電極５０
４、及び電極５０５は、矩形板４０２の厚さ方向に互い
に対向する。同様に、電極５１０、電極５１１、電極５
１２、電極５１３、電極５１４、及び電極５１５も、矩
形板４０２の厚さ方向に互いに対向する。また、電極５
２０、電極５２１、電極５２２、電極５２３、電極５２
４、及び電極５２５も、矩形板４０２の厚さ方向に互い
に対向する。電極５００、及び電極５０１のそれぞれの
中心線は、矩形板４０２の中心線４１９と実質的に一致
するように形成されている。矩形４０２の長さ方向の２
つの端面には、二次側（出力側）電極として、電極４１
６、及び電極４１７が形成されている。電極５００、電
極５０１、電極５１０、電極５１１、電極５２０、電極
５２１、電極４１６、及び電極４１７は、銀、ニッケ
ル、または金等の金属等から成り、蒸着、スパッタ、印
刷、またはメッキ等の工法により形成される。

【０１３９】図１７に示すように、本実施の形態の圧電
トランス４００において、矩形板４０２の内部電極は、
それぞれその一部が矩形板４０２の幅方向の一方の端面
に露出する。また、電極５０２と電極５０４、電極５０
３と電極５０５、電極５１２と電極５１４、電極５１３
と電極５１５、電極５２２と電極５２４、及び電極５２
３と電極５２５は、それぞれの一部が、矩形板４０２の
幅方向の端面に、矩形板４０２の長さ方向に異なる領域
に露出する。従って、電極５００、電極５０１、電極５
０２、電極５０３、電極５０４、及び電極５０５が、矩
形板４０２の厚さ方向に対向して形成されていても、電
極５００と電極５０１の形状を、図１７に示すように、
矩形板４０２の幅方向の端面まで延びた形状にすること
により、矩形板４０２の表面に形成された電極５００と
内部電極である電極５０２と電極５０４とを電気的に接
続し、更に、それと独立して同一端面上で、矩形板４０
２の表面に形成された電極５０１と内部電極である電極
５０３と電極５０５とを電気的に接続できる。同様に、
電極５１０、電極５１２、及び電極５１４が電気的に接
続され、同一端面上で、電極５１１、電極５１３、及び
電極５１５が電気的に接続される。また、電極５２０、
電極５２２、及び電極５２４が電気的に接続され、同一
端面上で、電極５２１、電極５２３、及び電極５２５が
電気的に接続される。

【０１４０】本実施の形態の圧電トランス３８８、及び
圧電トランス４００において、矩形板３８９、及び矩形
板４０２の幅方向の一方の端面だけに、一次側電極の両
極が形成されるので、外部と圧電トランスの一次側電極
との電気的接続が容易に実現できる。例えば、圧電トラ
ンスの製造工程において、一次側電極の電極取り出しを
リード線で行う場合、圧電トランスを回転させて２面で
接続するといった工程が不要になり、製造時間を短縮で
きる。

【０１４１】更に、本実施の形態の圧電トランス４００
において、矩形板４０２の表面に形成された電極と矩形
板４０２の内部電極とは、矩形板４０２の幅方向の１つ
の端面だけで、電気的に接続できる。図１７に示すよう
に、複数の圧電体層と電極層とから構成される積層構造
を有する場合には、矩形板４０２の内部の電極のうち接
続したい電極について、その電極の一部を幅方向の一方
の端面から露出させる構造にすると、矩形板４０２の表
面に形成された電極と矩形板４０２の内部にある電極と
の接続も１つの面だけでできる。

【０１４２】なお、実施の形態５で説明したように、本
実施の形態の圧電トランス３８８において、矩形板３８
９の内部電極を矩形板３８８の幅方向の端面に露出させ
れば、矩形板３８８の主面上に電極を形成せずに、矩形
板３８９の内部電極のみを互いに接続することも可能で
ある。その場合であっても、外部と圧電トランスの一次
側電極との電気的接続が容易に実現できるといった効果
が得られる。

【０１４３】また、本実施の形態の圧電トランス３８８
において矩形板３８９の表面に形成される電極３９０、
電極３９１、電極３９２、電極３９３、電極３９４、及
び電極３９５の形状は、本発明の実施の形態１、及び実
施の形態２における圧電トランスの一次側電極の形状に
適用できる。その場合には、本実施の形態と同様に、矩
形板の幅方向の一方の端面に、一次側電極の両極が形成
されるので、外部と圧電トランスの一次側電極との電気
的接続が容易に実現できる。また、その場合には、それ
ぞれの実施の形態の圧電トランスにおける効果を保持し
つつ、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【０１４４】本実施の形態で述べられたような矩形板４
０２の表面に形成される電極と矩形板４０２の内部電極
との接続は、矩形板の表面に形成される電極の形状を変
化させ、矩形板の内部電極を矩形板の一方の端面に露出
させることで、本発明の実施の形態３、及び実施の形態
４の圧電トランスに適用できる。また、その場合には、
それぞれの実施の形態の圧電トランスにおける効果を保
持しつつ、本実施の形態と同様の効果を得ることができ
る。

【０１４５】（実施の形態７）図１８の（１）は、本発
明の実施の形態７における３λ／２振動モードの圧電ト
ランスの側面図である。圧電トランス４４０は、圧電材
料から成る矩形板４４２で構成される。矩形板４４２の
厚さ方向に垂直な面である２つの主面には、一次側（入
力側）電極が形成される。この２つの主面のうち、一方
の主面上に電極４４３、電極４４５、及び電極４４７か
ら成る一次側電極が形成され、もう一方の主面上に電極
４４４、電極４４６、及び電極４４８から成る一次側電
極が形成される。また、電極４４３、及び電極４４４の
それぞれの中心線は、矩形板４４２の中心線と実質的に
一致するように形成されている。電極４４３と電極４４
４、電極４４５と電極４４６、及び電極４４７と電極４
４８は、それぞれ矩形板４４２の厚さ方向に互いに対向
して形成されている。矩形板４４２の長さ方向の２つの
端面には、二次側（出力側）電極として、電極４５６と
電極４５７が形成されている。電極４４３、電極４４
４、電極４４５、電極４４６、電極４４７、電極４４
８、電極４５６、及び電極４５７は、銀、ニッケル、ま
たは金等の金属等から成り、蒸着、スパッタ、印刷、ま
たはメッキ等の工法により形成される。

【０１４６】本実施の形態では、図１８の（１）に示さ
れるように、矩形板４４２の長さ方向において、電極４
４３、電極４４４のそれぞれの長さ（Ｌ_１）は、矩形板
４４２の長さ（Ｌ）の１／３である（Ｌ_１＝Ｌ／３）。
また、電極４４５と電極４４６、及び電極４４７と電極
４４８は、矩形板４４２の長さ方向の中心に関して対称
に形成される。また、電極４４５、及び電極４４６の長
さを、それぞれＬ_２、電極４４７、及び電極４４８の長
さを、それぞれＬ_３とすると、Ｌ_２＝Ｌ_３が成り立つ。

【０１４７】更に、図１８の（１）において、矩形板４
４２上に示した矢印は、矩形板４４２の材質がチタン酸
ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電セラミックの場合は、
分極の向きを示し、圧電性結晶の場合は、ｃ軸配向の向
きを示す。矩形板４４２が圧電セラミックの場合、電極
４４３と電極４４４との間、電極４４５と電極４４６と
の間、及び電極４４７と電極４４８との間は、矩形板４
４２の厚さ方向に分極され、電極４４３、電極４４４間
の厚さ方向の分極方向と、電極４４５、電極４４６間、
及び電極４４７、電極４４８間の厚さ方向の分極方向と
が異なる。また、電極４４５、電極４４６と電極４５６
との間、及び電極４４７、電極４４８と電極４５７との
間は、矩形板４４２の長さ方向に分極され、それらの分
極の向きは、矩形板４４２の長さ方向に異なる。分極処
理は、それぞれの領域に、適切な直流高電圧を印加する
ことによってなされる。

【０１４８】次に、圧電トランス４４０の動作について
説明する。図１８の（１）において、一方の一次側電極
である電極４４３、電極４４５、及び電極４４７は、電
気的に接続されて端子Ａに接続される。また、もう一方
の一次側電極である電極４４４、電極４４６、及び電極
４４８は、電気的に接続され共通電極として端子Ｂ、及
び端子Ｄに接続される。更に、二次側電極である電極４
５６、及び電極４５７は、電気的に接続されて端子Ｃに
接続される。ここで、端子Ａと端子Ｂとの間に、周波数
が矩形板４４２の長さ方向に伸縮する機械的振動を起こ
す共振周波数近傍の交流電圧（入力電圧）を印加する
と、圧電トランス４４０は長さ方向に伸縮する機械的振
動を励振する。励振された機械的振動は、圧電効果によ
って電圧に変換され、一次側電極と二次側電極とのイン
ピーダンス比に応じた高電圧を、出力電圧として端子Ｃ
Ｄ間で取り出すことができる。

【０１４９】図１８の（２）は、圧電トランス４４０
が、長さ方向に３／２波長の伸縮振動をしている時のあ
る時点での長さ方向の変位分布を示す。ここで、横軸
は、圧電トランス４４０の長さ方向の位置を示す。縦軸
は、ある瞬間の圧電トランス４４０の機械的振動による
長さ方向の変位を示し、＋の方向には圧電トランス４４
０の長さ方向右側への変位を示し、−の方向には長さ方
向左側への変位を示す。更に、圧電トランス４４０が図
１８の（２）に示す変位分布である時の振動により矩形
板４４２に誘起される電荷分布を、図１８の（３）に示
す。図１８の（３）において、横軸は、圧電トランス４
４０の長さ方向の位置を示す。縦軸は、振動により誘起
される電荷の正負の極性と電荷量を示す。

【０１５０】圧電トランス４４０は、矩形板４４２の長
さ方向に３／２波長の振動を励振するため、一次側電極
を構成する矩形板４４２の中央部の電極４４３、電極４
４４のそれぞれの長さを長くしすぎると、駆動効率が低
下する。図１９の（１）は、電極４４３、電極４４４の
それぞれの長さが、矩形板４４２の長さの１／３より長
い場合の圧電トランス４４０の側面図である。図１９の
（２）は、振動により誘起される電荷分布を示す。図１
９の（２）において、横軸は、圧電トランス４４０の長
さ方向の位置を示し、縦軸は、振動により矩形板４４２
に誘起される電荷の正負の極性と電荷量を示す。図１９
の（３）は、矩形板４４２に図１９の（２）に示す電荷
分布が誘起される時に圧電トランス４４０に励振される
機械的振動の長さ方向の変位分布を示している。図１９
の（３）において、横軸は、圧電トランス４４０の長さ
方向の位置を示す。縦軸は、圧電トランス４４０の機械
的振動による長さ方向の変位を示し、＋の方向には圧電
トランス４４０の長さ方向右側への変位を示し、−の方
向には長さ方向左側への変位をそれぞれ示している。こ
の場合には、電極４４３、電極４４４のそれぞれの長さ
が、誘起される電荷の極性が変わる点を越える。よっ
て、図１９の（２）に示すように、電極４４３、電極４
４４間の二次側電極側には、中央部とは極性が逆の電荷
が発生することで電荷の打ち消し合いが起こり、図１９
の（３）に示すように、励振により誘起された電荷が打
ち消し合った分だけ振動による変位が小さくなる。

【０１５１】一方、図１８に示すように電極４４３、電
極４４４のそれぞれの長さを、矩形板４４２の長さの１
／３以下に設定すれば、図１８の（３）に示すように、
電極４４３、電極４４４間には同じ極性の電荷しか発生
しない。つまり、圧電トランス４４０の一次側電極が、
図１９の（１）に示す構成よりも、図１８の（１）に示
す構成の方が、同じ電力を入力した場合に変位が小さく
ならないので、圧電トランスの駆動効率が高くなる。

【０１５２】また、矩形板４４２の長さ方向に３／２波
長の振動モードを励振させた時に誘起される電荷の極性
が、一次側電極の中央部にある電極である電極４４３、
電極４４４が、電極４４５と電極４４６、及び電極４４
７と電極４４８に対して逆になる位置に設置され、か
つ、矩形板４４２の分極方向が、電極４４３、電極４４
４間に対して、電極４４５、電極４４６間、及び電極４
４７、電極４４８間では、矩形板４４２の厚さ方向で異
なる方向に分極されているので、等価的に一次側電極の
面積が大きくとれる。よって、一次側電極の実効的電気
機械結合係数ｋ_{ｅ ｆｆ}を従来の圧電トランスよりも大き
くすることができ、圧電トランスが単位体積当たりに扱
うことができる電力を大きくすることができる。

【０１５３】また、本実施の形態の圧電トランス４４０
において、電極４４５、電極４４６、電極４４７、及び
電極４４８のそれぞれの長さを等しくすることにより、
一次側電極のインピーダンスを矩形板４４２の中心に関
して対称に設定できる。よって、二次側電極である電極
４５６、電極４５７の容量、及びインピーダンスを等し
くできる。この場合、二次側（出力側）の端子Ｃ、及び
端子Ｄに接続した冷陰極管等の負荷に対して、２つの二
次側電極である電極４５６、電極４５７に同じ割合で負
荷がかかるので、安定した圧電トランスの駆動ができ、
駆動効率の劣化を抑制できる。

【０１５４】尚、図１８において、矩形板４４２におけ
る一次側電極を構成する電極４４３、電極４４４間の分
極方向と、電極４４５、電極４４６間、及び電極４４
７、電極４４８間の分極方向が、矩形板４４２の厚さ方
向で異なる場合について説明したが、分極方向が同じ場
合でも、電極４４３、電極４４６、及び電極４４８を電
気的に接続し、電極４４４、電極４４５、及び電極４４
７を電気的に接続して、一次側電極を構成すれば同様の
効果を得ることができる。また、二次側電極近傍におけ
る分極の向きは、図１８に示した方向に限らない。矩形
板４４０の長さ方向の分極の向きが互いに異なれば、以
上説明した内容と同様の効果を得ることができる。

【０１５５】また、図１８の（１）において、一次側電
極である電極４４４、電極４４６、及び電極４４８を共
通電極として説明したが、一次側電極である電極４４
３、電極４４５、及び電極４４７を共通電極としても、
以上説明した内容と同様の効果を得ることができる。

【０１５６】本実施の形態は、一次側電極について、矩
形板の厚さ方向に垂直な２つの主面の中央部に形成され
る電極、及びその２つの電極で厚さ方向に挟まれている
内部電極のそれぞれの長さを、矩形板の長さの１／３以
下に設定し、その矩形板の中央部に形成された電極に対
して、矩形板の長さ方向に隣接した電極を、矩形板の長
さ方向の中心に関して対称に形成することによって、一
次側電極が圧電体層と電極層とから成る積層構造である
場合にも適用できる。よって、本発明の実施の形態３、
及び実施の形態４の圧電トランスにも適用しても、それ
ぞれの実施の形態の圧電トランスにおける効果を保持し
つつ、本実施の形態と同様の効果を得ることができる。

【０１５７】また、本実施の形態は、矩形板における一
次側電極を構成する電極について、中央の電極のそれぞ
れの長さが１／３以下であって、中央の電極に矩形板の
長さ方向に隣接する電極が、矩形板の長さ方向の中心に
関して対称であればよく、一次側電極の形状によらな
い。よって、本発明の実施の形態５、及び実施の形態６
の圧電トランスに適用しても、それぞれの実施の形態の
圧電トランスにおける効果を保持しつつ、本実施の形態
と同様の効果を得ることができる。

【０１５８】（実施の形態８）図２０は、本発明の実施
の形態８における３λ／２振動モードの圧電トランスの
斜視図である。図２０において、圧電トランス４６０
は、圧電材料から成る矩形板４６２で構成される。矩形
板４６２の厚さ方向に垂直な面である２つの主面には、
一次側（入力側）電極が形成される。この２つの主面の
うち、一方の主面上には電極４６３、電極４６５、及び
電極４６７から成る一次側電極が形成され、もう一方の
主面上には電極４６４、電極４６６、及び電極４６８か
ら成る一次側電極がそれぞれ形成される。電極４６３、
及び電極４６４のそれぞれの中心線は、矩形板４６２の
中心線４７９と実質的に一致するように形成されてい
る。電極４６３と電極４６４、電極４６５と電極４６
６、及び電極４６７と電極４６８は、それぞれ矩形板４
６２の厚さ方向に互いに対向して形成される。

【０１５９】本実施の形態において、二次側（出力側）
電極は、電極４７６、及び電極４７７として、矩形板４
６２の長さ方向の２つの端面近傍で、矩形板４６２の厚
さ方向に垂直な面である主面のうちの一方の主面上に形
成されている。電極４６３、電極４６４、電極４６５、
電極４６６、電極４６７、電極４６８、電極４７６及び
電極４７７は、銀、ニッケル、または金等の金属等から
成り、蒸着、スパッタ、印刷、またはメッキ等の工法に
より形成される。

【０１６０】本実施の形態の圧電トランス４８０におい
て、二次側電極は、一次側電極が形成される一方の面と
同一平面上に形成される。よって、圧電トランスの製造
時に、２度の工程で一次側電極と二次側電極とを形成で
きる。つまり、二次側電極を一次側電極と同一平面上に
形成することにより、製造工程を削減し、所要時間の短
縮を図ることができる。

【０１６１】尚、図２０において、二次側電極は、一次
側電極を構成する電極４６３等と同一面上に形成してい
るが、一次側電極を構成する電極４６４等と同一面上に
形成しても、同様の効果を得ることができる。

【０１６２】本実施の形態の二次側電極の構造は、二次
側電極を、一次側電極が形成される一方の主面と同一平
面上に形成することにより、これまで述べたそれぞれの
実施の形態における圧電トランスに適用できる。また、
その場合には、それぞれの実施の形態の圧電トランスに
おける効果を保持しつつ、本実施の形態と同様の効果を
得ることができる。

【０１６３】（実施の形態９）図２１は、本発明の実施
の形態９における３λ／２振動モードの圧電トランスの
斜視図である。図２１において、圧電トランス４８０
は、圧電材料から成る矩形板４８２で構成される。矩形
板４８２の厚さ方向に垂直な面である２つの主面には、
一次側（入力側）電極が形成される。この２つの主面の
うち、一方の主面上には電極４８３、電極４８５、及び
電極４８７から成る一次側電極が形成され、もう一方の
主面上には電極４８４、電極４８６、及び電極４８８か
ら成る一次側電極がそれぞれ形成される。電極４８３、
及び電極４８４のそれぞれの中心線は、矩形板４８２の
中心線４９９と実質的に一致するように形成されてい
る。電極４８３と電極４８４、電極４８５と電極４８
６、及び電極４８７と電極４８８は、それぞれ矩形板４
８２の厚さ方向に互いに対向して形成されている。矩形
板４８２の長さ方向の２つの端面には、二次側（出力
側）電極として、電極４９６、及び電極４９７が形成さ
れている。電極４８３、電極４８４、電極４８５、電極
４８６、電極４８７、電極４８８、電極４９６、及び電
極４９７は、銀、ニッケル、または金等の金属等から成
り、蒸着、スパッタ、印刷、またはメッキ等の工法によ
り形成される。

【０１６４】更に、本実施の形態においては、圧電トラ
ンス４８０を支持する支持台６００が提供される。この
支持台６００は、１つの主面上に支持部６０２、６０
４、及び６０６を備えている。

【０１６５】図２２の（１）は、本実施の形態の圧電ト
ランス４８０と支持台６００の側面図である。例えば、
図２２の（１）において、矩形板４８２を矢印で示され
る方向に分極し、一方の一次側電極である電極４８３、
電極４８５、及び電極４８７を、電気的に接続して端子
Ａに接続し、もう一方の一次側電極である電極４８４、
電極４８６、及び電極４８８を、電気的に接続して共通
電極として端子Ｂ、及び端子Ｄに接続する。更に、二次
側電極である電極４９６、及び電極４９７は、電気的に
接続して端子Ｃに接続する。ここで、端子Ａと端子Ｂと
の間に、周波数が矩形板４８２の長さ方向に伸縮する機
械的振動を起こす共振周波数近傍の交流電圧（入力電
圧）を印加すると、圧電トランス４８０は長さ方向に伸
縮する機械的振動を励振する。

【０１６６】図２２の（２）は、圧電トランス４８０
が、長さ方向に３／２波長の伸縮振動をしている時のあ
る時点での長さ方向の変位分布を示す。ここで、横軸
は、圧電トランス４８０の長さ方向の位置を示す。縦軸
は、ある瞬間の圧電トランス４８０の機械的振動による
長さ方向の変位を示し、＋の方向には圧電トランス４８
０の長さ方向右側への変位を示し、−の方向には長さ方
向左側への変位を示す。

【０１６７】本実施の形態において、支持台６００上に
構成されている３つの支持部は、図２２の（１）に示す
ように、矩形板４８０に励振する３λ／２振動モードの
節部で圧電トランス４８０を支持している。よって、支
持台６００は、振動を阻害することなく圧電トランスの
支持固定を行うことができる。更に、３つの支持部を電
気的に導通がとれるように設定すれば、圧電トランスの
一次側電極との接続が実現され、一次側電極に電力を供
給することができる。

【０１６８】尚、図２２の（１）に示した分極方向しか
本発明の実施の形態による効果が表れないわけではな
く、矩形板４８２における厚さ方向の分極方向が、矩形
板４８２の厚さ方向に全て同じであってもよい。その場
合には、電極４８３、電極４８６、及び電極４８８を電
気的に接続して一方の一次側電極を構成し、電極４８
４、電極４８５、及び電極４８７を電気的に接続しても
う一方の一次側電極を構成すれば、同様の効果を得るこ
とができる。

【０１６９】本実施の形態は、振動の節部で圧電トラン
スを支持し、かつ一次側電極に接触できれば、これまで
述べたそれぞれの実施の形態における圧電トランスに適
用できる。また、その場合には、それぞれの実施の形態
の圧電トランスにおける効果を保持しつつ、本実施の形
態と同様の効果を得ることができる。

【０１７０】（実施の形態１０）図２３は、本発明の実
施の形態１０における３λ／２振動モードの圧電トラン
スの斜視図である。図２４は、図２３に示した圧電トラ
ンスの側面図であり、図２５は圧電トランスの二次側に
冷陰極管を接続した場合を示す図である。また、図２６
は本発明の実施の形態１０におけるもう１つの実施例で
ある圧電トランスの斜視図、図２７は図２６に示した圧
電トランスの側面図である。

【０１７１】図２３から図２７において、圧電トランス
７００は、圧電材料から成る矩形板７０２で構成され
る。矩形板７０２の厚さ方向に垂直な面である２つの主
面には、一次側（入力側）電極が形成される。この２つ
の主面のうち、一方の主面上には電極７０３、電極７０
５、及び電極７０７から成る一次側電極が形成され、も
う一方の主面上には電極７０４、電極７０６、及び電極
７０８から成る一次側電極がそれぞれ形成される。ま
た、電極７０３、及び電極７０４のそれぞれの中心線
は、矩形板７０２の中心線７１９と実質的に一致するよ
うに形成されている。電極７０３と電極７０４、電極７
０５と電極７０６、及び電極７０７と電極７０８は、そ
れぞれ矩形板７０２の厚さ方向に互いに対向して形成さ
れている。矩形板７０２の長さ方向の２つの端面には、
二次側（出力側）電極として、電極７１６、及び電極７
１７が形成されている。電極７０３、電極７０４、電極
７０５、電極７０６、電極７０７、電極７０８、電極７
１６、及び電極７１７は、銀、ニッケル、または金等の
金属等から成り、蒸着、スパッタ、印刷、またはメッキ
等の工法により形成される。

【０１７２】更に、図２３から図２７において、矩形板
７０２に示した矢印は、矩形板７０２の材質がチタン酸
ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の圧電セラミックである場合
には、あらかじめ分極された向きを示し、圧電性結晶で
ある場合には、ｃ軸配向の向きを示す。図２３から図２
７において、矩形板７０２の材質が圧電セラミックの場
合、電極７０３と電極７０４との間、電極７０５と電極
７０６との間、及び電極７０７と電極７０８との間で
は、矩形板７０２の厚さ方向に分極される。そして、一
次側電極を構成する各電極間における矩形板７０２の厚
さ方向の分極の向きは、図２３から図２５において、電
極７０３、電極７０４間の厚さ方向の分極の向きと、電
極７０５、電極７０６間、及び電極７０７、電極７０８
間の厚さ方向の分極の向きとでは異なる。一方、図２
６、及び図２７において、電極７０３、電極７０４間、
電極７０５、電極７０６間、及び電極７０７、電極７０
８間の厚さ方向の分極の向きは等しい。

【０１７３】本実施の形態における圧電トランス７００
において、電極７０５、電極７０６と電極７１６との
間、及び電極７０７、電極７０８と電極７１７との間の
分極方向は、矩形板７０２の長さ方向に分極され、その
向きは矩形板７０２の長さ方向に同じである。

【０１７４】次に、圧電トランス７００の動作について
説明する。図２４は、図２３に示した圧電トランスの側
面図である。図２４において、一方の一次側電極である
電極７０３、電極７０５、及び電極７０７は、電気的に
接続されて端子Ａに接続される。また、もう一方の一次
側電極である電極７０４、電極７０６、及び電極７０８
は、電気的に接続され共通電極として端子Ｂに接続され
る。更に、二次側電極である電極７１６は、電気的に接
続されて端子Ｄに、電極７１７は、電気的に接続されて
端子Ｃに接続される。ここで、端子Ａと端子Ｂとの間
に、周波数が矩形板７０２の長さ方向に伸縮する機械的
振動を起こす共振周波数近傍の交流電圧（入力電圧）を
印加すると、圧電トランス７００は長さ方向に伸縮する
機械的振動を励振する。励振された機械的振動は、圧電
効果によって電圧に変換され、一次側電極と二次側電極
とのインピーダンス比に応じた高電圧を、出力電圧とし
て端子ＣＤ間で取り出すことができる。

【０１７５】本実施の形態の圧電トランス７００におい
て、二次側電極近傍の分極方向は、矩形板７０２の長さ
方向に同じ向きに設定している。これにより、二次側電
極近傍の分極の割合が等しく、インピーダンスが等しい
とき、二次側電極である電極７１６、及び電極７１７か
らの出力電圧は、振幅が等しく、位相が１８０度異な
る。

【０１７６】従って、圧電トランス７００の出力側であ
る端子Ｃ、端子Ｄ間に負荷を接続すると、本発明の実施
の形態１における圧電トランス２００等のように、二次
側電極近傍の分極方向を矩形板の長さ方向に異なる向き
に設定し、かつ二次側電極を電気的に接続した場合に比
べて、接続した負荷に供給する電力が同じ場合、圧電ト
ランス７００にかかる機械的な負担は、圧電トランス２
００等と同じであるが、圧電トランス７００の２つの二
次側電極それぞれからの出力電圧の振幅は１／２倍に、
出力電流の振幅は２倍となる。

【０１７７】例えば、図２５に示すように、二次側電極
に２つの冷陰極管８００を直列に接続した場合、接続し
た２つの冷陰極管８００の両端の電位差Ｖ_ｏｕｔに対し
て、電極７１６と電極７１７の出力電圧の位相は互いに
１８０度異なり、振幅はそれぞれＶ_ｏｕｔ／２となる。
従って、圧電トランス７００の二次側電極と、冷陰極管
との接続に関わる配線、端子等の耐電圧レベルを小さく
設定することができ、また高電圧の配線と他の部分との
距離により発生する絶縁破壊に対しても、電圧の振幅が
小さい分だけ、近接させることができる。

【０１７８】図２３から図２５において、圧電トランス
７００の一次側電極を構成する電極７０３、電極７０４
間の分極方向と、一次側電極を構成する他の電極間の分
極方向が、矩形板７０２の厚さ方向に異なる場合につい
て説明したが、図２６、及び図２７に示すように、圧電
トランス７００の一次側電極を構成する各電極間で、分
極方向が矩形板７０２の厚さ方向にすべて同じ場合で
も、電極７０３、電極７０６、及び電極７０８を電気的
に接続し、電極７０４、電極７０５、及び電極７０７を
電気的に接続して構成すれば同様の効果を得ることがで
きる。また、圧電トランス７００の二次側電極近傍の分
極の向きは、図２３から図２７に示すような方向に限ら
ない。二次側電極近傍の分極の向きが、矩形板の長さ方
向に等しければ、圧電トランス７００における分極の向
きと反対であっても、本実施の形態と同様の効果を得る
ことができる。

【０１７９】本実施の形態における圧電トランスは、二
次側電極近傍の分極の向きを矩形板の長さ方向に同じ向
きに設定することにより、２つの二次側電極から、同じ
振幅で位相が１８０度互いに異なる電圧を出力すること
ができる。その場合、それぞれの実施の形態の圧電トラ
ンスにおける効果を保持しつつ、本実施の形態と同様の
効果を得ることができる。

【０１８０】（実施の形態１１）図２８は、本発明によ
る圧電トランスを用いた昇圧回路の構成の一例を示すブ
ロック図である。昇圧回路は、可変発振回路９０２、駆
動回路９０４、スイッチング回路９０６、圧電トランス
９０８、負荷９１０、信号検出回路９１２、及び制御回
路９１４から成る。可変発振回路９０２により周波数信
号を発生させ、駆動回路９０４とスイッチング回路９０
６とにより、圧電トランス９０８の駆動信号を作る。圧
電トランス９０８の二次側（出力側）電極に接続した負
荷９１０に対する電圧変化に応じて、圧電トランス９０
８を安定して駆動できるように、信号検出回路９１２に
よって検出された信号に応じて、制御回路９１４によ
り、可変発振回路９０２、駆動回路９０４を介して、圧
電トランス９０８が制御される。

【０１８１】圧電トランスを昇圧用インバータ回路に用
いると、従来の電磁方式のトランスに比べて、圧電方式
のトランスは駆動効率が高いことから、電磁方式のトラ
ンスを用いた昇圧回路に比べて回路効率の高い回路を実
現できる。また、圧電方式のトランスは、電磁方式のト
ランスよりも単位体積当たりに扱うことができる電気エ
ネルギーが大きいので体積が小さく、更に、圧電トラン
スが矩形板の長さ振動を用いているため、その形状から
昇圧回路の薄型化にも有利である。その上、本発明によ
る圧電トランスでは、３λ／２振動モードを用いている
ので、従来のλ／２振動モードや、λ振動モードを用い
た同形状の圧電トランスよりも内部応力や歪みの最大値
が小さくて、大きな電力を扱うことができる。

【０１８２】（実施の形態１２）図２９は、本発明によ
る圧電トランスを用いた冷陰極管発光装置の構成の一例
を示すブロック図である。冷陰極管発光装置は、可変発
振回路９２２、駆動回路９２４、スイッチング回路９２
６、圧電トランス９２８、冷陰極管９３０、信号検出回
路９３２、及び制御回路９３４から成る。可変発振回路
９２２により周波数信号を発生させ、駆動回路９２４と
スイッチング回路９２６とにより、圧電トランス９２８
の駆動信号を作る。圧電トランス９２８の二次側（出力
側）電極に接続した冷陰極管９３０に流れる電流変化に
応じて、圧電トランス９２８を安定して駆動できるよう
に、信号検出回路９１２によって検出された電流に応じ
て、制御回路９３４により、可変発振回路９２２、駆動
回路９２４を介して、圧電トランス９２８が制御され
る。

【０１８３】（実施の形態１３）図３０は、図２９に示
す冷陰極管発光装置を組み込んだ液晶パネルの模式図で
ある。液晶パネル９４０は、圧電トランスインバータ回
路９４２と冷陰極管９４４とから成る冷陰極管発光装置
によって、液晶パネル用発光装置を構成できる。

【０１８４】従来の電磁方式のトランスでは、冷陰極管
の点灯開始時の高電圧を常に出力しておかなければなら
ない。しかし、本発明による圧電トランスを用いること
により、冷陰極管の点灯開始時と点灯時の負荷変動に応
じて、圧電トランスの出力電圧が変化するため、液晶デ
ィスプレイや液晶モニタに存在する別の回路系への悪影
響が少ない。また、圧電トランスから冷陰極管への出力
電圧がほぼ正弦波であるため、冷陰極管の点灯に寄与し
ない不要な周波数成分も少ない。

【０１８５】また、圧電方式のトランスは、電磁方式の
トランスよりも単位体積当たりに扱うことができる電気
エネルギーが大きいので体積が小さく、更に、圧電方式
のトランスが矩形板の長さ振動を用いているため、その
形状から薄型化にも有利である。よって、液晶ディスプ
レイや、液晶モニタの縁部等の狭い場所にも搭載でき
る。その上、本発明による圧電トランスでは、３λ／２
振動モードを用いているので、従来のλ／２振動モード
や、λ振動モードを用いた同形状の圧電トランスよりも
内部応力や歪みの最大値が小さくて、大きな電力を扱う
ことができる。

【０１８６】

【発明の効果】本発明によれば、圧電トランスに励振す
る振動により発生する内部応力や歪みが大きい部分と、
分極の向きが不連続な部分とがずれていることによっ
て、機械的な強度が弱い部分に、通常の動作時には大き
な応力や歪みはかからず、大きな電力を扱うことができ
る。また、３λ／２振動モードを用いることで、機械的
振動振幅を小さくして弾性歪みを抑制し、かつ駆動周波
数を高くすることで、一度の振動で扱う電力は小さくし
て振動回数を増やすことで大きな電力を扱うことができ
る。更に、二次側のインピーダンスが低いので電流を流
しやすい構造である。

【０１８７】また、本発明によれば、分極の向きが不連
続な部分が少なく、機械的強度が高く信頼性を向上させ
ることができるので、大きな電力を扱うことができる。

【０１８８】また、本発明によれば、一次側電極が圧電
体層と電極層から成る積層構造であるため、一次側電極
の容量を大きくとることができるので、昇圧比を大きく
とることができる。

【０１８９】また、本発明によれば、一次側電極を構成
する矩形板内部の電極が、矩形板の幅方向の一方の端面
にのみ露出していることで、矩形板の厚さ方向に垂直な
２つの主面上に構成された電極と、内部に構成された電
極との電気的接続を容易に実現することができる。

【０１９０】また、本発明によれば、一次側電極と外部
端子との接続を、矩形板の幅方向の一つの面だけで行う
ことができるので、製造工程数を削減し、所要時間を短
縮することができる。

【０１９１】また、本発明によれば、一次側電極を構成
する電極について、矩形板の中央部に設置される電極を
長さ方向に挟む２つの電極の長さを等しくすることで、
一次側電極のインピーダンスを矩形板の中心から対称に
設定することができる上に、二次側電極のインピーダン
スを等しくできることから、２つの二次側電極に同じ割
合で負荷がかかるため、安定した駆動ができ、駆動効率
の劣化を抑制することができる。

【０１９２】また、本発明によれば、矩形板の主面上に
一次側電極と二次側電極を構成することにより、製造工
程、所要時間の短縮を図ることができる。

【０１９３】また、本発明によれば、圧電トランスに励
振する３λ／２振動モードの節部で支持固定を行い、か
つ支持固定と、一次側電極と外部端子との電気的な接続
とを兼ねていることで、振動阻害が少なく確実に支持固
定と、一次側電極と外部端子との電気的な接続をするこ
とができる。

【０１９４】また、本発明によれば、二次側電極近傍の
分極方向を矩形板の長さ方向に同じ向きに設定すること
で、２つの二次側電極から同じ振幅で、位相が１８０度
異なる電圧を出力することができる。

【０１９５】また、本発明によれば、従来の電磁方式の
トランスを用いた昇圧回路に比べて、小型、薄型で回路
効率の高い昇圧回路を実現することができる。

【０１９６】また、本発明によれば、別の回路系への悪
影響が少なく、冷陰極管の点灯に寄与しない不要な周波
数成分も少ない液晶パネル、及び液晶パネルを搭載した
機器を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による実施の形態１の圧電トランスの
斜視図。

【図２】 図１の圧電トランスの（１）側面図、（２）
変位分布図、（３）応力分布図、（４）電荷分布図。

【図３】 従来の圧電トランスと、一次側電極の長さに
対する実効的電気機械結合係数の変化を示す図。

【図４】 本発明による実施の形態１の圧電トランス
と、一次側電極の長さに対する実効的電気機械結合係数
の変化を示す図。

【図５】 本発明による第１の実施の形態の圧電トラン
スと、従来の圧電トランスとのインピーダンスを比較し
た図。

【図６】 本発明による実施の形態２の圧電トランスの
斜視図。

【図７】 図６の圧電トランスの（１）側面図、（２）
変位分布図、（３）応力分布図、（４）電荷分布図。

【図８】 本発明による実施の形態３の圧電トランスの
斜視図。

【図９】 図８の圧電トランスの（１）側面図、（２）
変位分布図、（３）応力分布図、（４）電荷分布図。

【図１０】 本発明による実施の形態４の圧電トランス
の斜視図。

【図１１】 図１０の圧電トランスの（１）側面図、
（２）変位分布図、（３）応力分布図、（４）電荷分布
図。

【図１２】 本発明による実施の形態５の圧電トランス
の（１）斜視図、（２）幅方向断面図、（３）本発明に
よる実施の形態５の圧電トランスの変形例の幅方向断面
図。

【図１３】 図１２の（１）の圧電トランスの側面図。

【図１４】 図１２の（１）の圧電トランスの他の実施
例を示す側面図。

【図１５】 本発明による実施の形態６の圧電トランス
の斜視図。

【図１６】 本発明による実施の形態６の圧電トランス
のもう１つの実施例を示す斜視図。

【図１７】 図１６の圧電トランスの電極接続を示す斜
視図。

【図１８】 本発明による実施の形態７の圧電トランス
の（１）側面図、（２）変位分布図、（３）電荷分布
図。

【図１９】 本発明による実施の形態７の別の例である
圧電トランスの（１）側面図、（２）電荷分布図、
（３）変位分布図。

【図２０】 本発明による実施の形態８の圧電トランス
の斜視図。

【図２１】 本発明による実施の形態９の圧電トランス
の斜視図。

【図２２】 図２１の圧電トランスの（１）側面図、
（２）変位分布図。

【図２３】 本発明による実施の形態１０の圧電トラン
スの斜視図。

【図２４】 図２３の圧電トランスの側面図。

【図２５】 本発明による実施の形態１０の圧電トラン
スに冷陰極管を接続した側面図。

【図２６】 本発明による実施の形態１０の圧電トラン
スのもう１つの例を示す斜視図。

【図２７】 図２６の圧電トランスの側面図。

【図２８】 本発明による圧電トランスを用いた昇圧回
路の構成を示すブロック図。

【図２９】 本発明による圧電トランスを用いた冷陰極
管発光装置の構成を示すブロック図。

【図３０】 図２９の冷陰極管発光装置を用いた液晶パ
ネルを示す図。

【図３１】 従来の一出力のλ／２振動モードの圧電ト
ランスの斜視図。

【図３２】 図３１の圧電トランスの（１）側面図、
（２）変位分布図、（３）応力分布図、（４）電荷分布
図。

【図３３】 従来の二出力のλ／２振動モードの圧電ト
ランスの斜視図。

【図３４】 図３３の圧電トランスの（１）側面図、
（２）変位分布図、（３）応力分布図、（４）電荷分布
図。

【図３５】 従来の一出力の３λ／２振動モードの圧電
トランスの斜視図。

【図３６】 図３５の圧電トランスの（１）側面図、
（２）変位分布図、（３）応力分布図、（４）電荷分布
図。

【図３７】 図３３の圧電トランスを３λ／２振動モー
ドで励振させた場合の（１）側面図、（２）電荷分布
図、（３）変位分布図。

【図３８】 図３７の圧電トランスにおいて、中央の電
極の長さを短くした場合の（１）側面図、（２）電荷分
布図、（３）変位分布図。

【符号の説明】

２００、２４０ 圧電トランス ２０２、２４２ 矩形板 ２０３、２０４、２０５、２０６、２０７、２０８、２
４３、２４４、２４５、２４６、２４７、２４８ 一次
側電極 ２１６、２１７、２５６、２５７ 二次側電極

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｈ０１Ｊ 61/56 Ｈ０１Ｌ 41/08 Ａ (72)発明者 山口 健 神奈川県横浜市港北区綱島東四丁目３番１ 号 松下通信工業株式会社内 (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） 3K072 AB03 AC02 AC11 BC05 CA16 DE02 DE04 5C039 BB17 BB25 5H007 AA06 BB03 CB02 CC32 HA01 5H730 AA14 AS11 BB21 BB61 ZZ16

Claims (25)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電材料から成る矩形板と、 前記矩形板上に形成された一次側電極、及び二次側電極
   とを備え、 前記一次側電極に交流電圧を印加して、前記矩形板に、
   前記矩形板の長さ方向に伸縮する２分の３波長相当の機
   械的振動を励振し、前記二次側電極から電圧を出力させ
   る圧電トランスであって、 前記一次側電極は、前記矩形板の厚さ方向に垂直な２つ
   の主面に前記矩形板を挟むように相対して形成された複
   数の電極対から成り、 前記二次側電極は、複数の電極から成ることを特徴とす
   る圧電トランス。
2. 【請求項２】 前記一次側電極が、 前記矩形板の長さ方向を基準として中央部に形成される
   第１の電極対と、 前記矩形板の長さ方向を基準として前記第１の電極対に
   対して両側に、かつ、前記第１の電極対と隣接して形成
   される第２、及び第３の電極対とから成る請求項１に記
   載の圧電トランス。
3. 【請求項３】 前記矩形板が圧電セラミック、または圧
   電単結晶から成り、前記矩形板において、前記第２、及
   び第３の電極対によって挟まれる領域における圧電セラ
   ミックの分極方向、または圧電単結晶のｃ軸方向が、前
   記矩形板の前記第１の電極対によって挟まれる領域にお
   ける分極方向、またはｃ軸方向と異なることを特徴とす
   る請求項２に記載の圧電トランス。
4. 【請求項４】 前記矩形板が圧電セラミック、または圧
   電単結晶から成り、前記矩形板において、前記第１、第
   ２、及び第３の電極対によって挟まれる領域における圧
   電セラミックの分極方向、または圧電単結晶のｃ軸方向
   が全て等しい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】 前記二次側電極が、前記矩形板の長さ方
   向の２つの端部近傍に形成されることを特徴とする請求
   項１から請求項４のいずれかに記載の圧電トランス。
6. 【請求項６】 圧電材料から成る矩形板と、 前記矩形板上に形成された一次側電極、及び二次側電極
   とを備え、 前記一次側電極に交流電圧を印加して、前記矩形板に、
   前記矩形板の長さ方向に伸縮する２分の３波長相当の機
   械的振動を励振し、前記二次側電極から電圧を出力させ
   る圧電トランスであって、 前記矩形板は、厚さ方向に積み重ねられた複数の圧電体
   層から成り、 前記一次側電極は、前記複数の圧電体層と複数の電極層
   とが、前記矩形板の厚さ方向に積み重ねられて形成さ
   れ、かつ長さ方向に複数の電極群から成り、 前記二次側電極は、前記矩形板の長さ方向の２つの端部
   近傍に形成されることを特徴とする圧電トランス。
7. 【請求項７】 前記一次側電極が、 前記矩形板の長さ方向を基準として中央部に形成される
   第１の電極群と、 前記矩形板の長さ方向を基準として前記第１の電極群に
   対して両側に、かつ前記第１の電極群と隣接して形成さ
   れる第２、及び第３の電極群とから成る請求項６に記載
   の圧電トランス。
8. 【請求項８】 前記矩形板内部の電極層の端部が、前記
   矩形板の幅方向の端面に露出し、前記矩形板内部の電極
   層が前記端面で電気的に接続されることを特徴とする請
   求項６、または請求項７に記載の圧電トランス。
9. 【請求項９】 前記矩形板内部の電極層の端部が、前記
   矩形板の幅方向の一方の端面のみに露出し、前記矩形板
   内部の電極層が前記一方の端面のみで電気的に接続され
   ることを特徴とする請求項６、または請求項７に記載の
   圧電トランス。
10. 【請求項１０】 前記一次側電極のうち前記矩形板の厚
    さ方向に垂直な２つの主面上に形成される電極が、前記
    主面上から前記矩形板の幅方向の一方の端面上まで形成
    されることを特徴とする請求項１から請求項５、請求項
    ８、及び請求項９のいずれかに記載の圧電トランス。
11. 【請求項１１】 前記二次側電極が、前記矩形板の長さ
    方向の２つの端部近傍に形成され、 前記矩形板の長さ方向において、前記第１の電極対、ま
    たは電極群における電極の長さが、前記矩形板の３分の
    １以下の長さであることを特徴とする請求項２から請求
    項５のいずれか、または、請求項７から請求項１０のい
    ずれかに記載の圧電トランス。
12. 【請求項１２】 前記第１、第２、及び第３の電極対、
    または前記第１、第２、及び第３の電極群が、前記矩形
    板の長さ方向に垂直、かつ、前記の矩形板を長さ方向に
    ２等分する中心線に関して、対称に形成されることを特
    徴とする請求項２から請求項５のいずれか、または、請
    求項７から請求項１１のいずれかに記載の圧電トラン
    ス。
13. 【請求項１３】 前記第２、及び第３の電極対における
    電極の面積が、それぞれ、前記第１の電極対における電
    極の面積よりも小さく、前記第２、及び第３の電極群に
    おける電極の面積が、それぞれ、前記第１の電極群にお
    ける電極の面積よりも小さいことを特徴とする請求項２
    から請求項５のいずれか、または、請求項７から請求項
    １２のいずれかに記載の圧電トランス。
14. 【請求項１４】 前記矩形板の幅方向において、前記第
    ２、及び第３の電極対における電極の長さが、それぞ
    れ、前記第１の電極対における電極の長さと等しく、前
    記矩形板の幅方向において、前記第２、及び第３の電極
    群における電極の長さが、それぞれ、前記第１の電極群
    における電極の長さと等しく、 前記矩形板の長さ方向において、前記第２、及び第３の
    電極対における電極の長さが、それぞれ、前記第１の電
    極対における電極の長さの１０％以上、かつ、１００％
    未満であり、前記矩形板の長さ方向において、前記第
    ２、及び第３の電極群における電極の長さが、それぞ
    れ、前記第１の電極群における電極の長さの１０％以
    上、かつ、１００％未満であることを特徴とする請求項
    １３に記載の圧電トランス。
15. 【請求項１５】 前記二次側電極が、前記矩形板の長さ
    方向の２つの端部近傍に形成され、 前記矩形板が、圧電セラミック、または圧電単結晶から
    成り、 前記矩形板の前記二次側電極近傍において、圧電セラミ
    ックの分極方向、または圧電単結晶のｃ軸方向が、前記
    矩形板の長さ方向に等しいことを特徴とする請求項１か
    ら請求項１４のいずれかに記載の圧電トランス。
16. 【請求項１６】 前記二次側電極が、前記一次側電極が
    形成された同じ面上に形成されることを特徴とする請求
    項１から請求項１５のいずれかに記載の圧電トランス。
17. 【請求項１７】 前記二次側電極は、前記矩形板の長さ
    方向の２つの端部近傍に形成され、 前記圧電トランスの機械的振動の節部において、前記圧
    電トランスを固定し、かつ、電極に接触する導電性材料
    から成る支持部を備えた請求項１から請求項１６のいず
    れかに記載の圧電トランス。
18. 【請求項１８】 請求項１から請求項１７のいずれかに
    記載の圧電トランスと、 前記圧電トランスに入力電圧を供給する入力回路と、 前記圧電トランスの出力電圧を取り出す出力回路とを備
    える昇圧回路。
19. 【請求項１９】 請求項１から請求項１７のいずれかに
    記載の圧電トランスと、 前記圧電トランスに入力電圧を供給する入力回路と、 前記圧電トランスの出力電圧を取り出す出力回路とを備
    え、 前記出力回路が冷陰極管を含むことを特徴とする冷陰極
    管発光装置。
20. 【請求項２０】 前記圧電トランスにおいて、矩形板の
    厚さ方向に垂直な２つの主面上に前記矩形板を挟んで対
    向するように形成された複数の一次側電極対に印加され
    る交流電圧の位相が、前記一次側電極対によって異なる
    ことを特徴とする請求項１８に記載の昇圧回路。
21. 【請求項２１】 前記圧電トランスにおいて、矩形板の
    厚さ方向に垂直な２つの主面上に前記矩形板を挟んで対
    向するように形成された複数の一次側電極対に印加され
    る交流電圧の位相が、前記一次側電極対によって異なる
    ことを特徴とする請求項１９に記載の冷陰極管発光装
    置。
22. 【請求項２２】 前記一次側電極対が、 前記矩形板の長さ方向を基準として中央部に形成される
    第１の電極対と、 前記矩形板の長さ方向を基準として前記第１の電極対に
    対して両側に、かつ、前記第１の電極対と隣接して形成
    される第２、及び第３の電極対とから成り、 前記第１の電極対に印加される交流電圧の位相が、前記
    第２、及び第３の電極対に印加される交流電圧の位相と
    １８０度異なることを特徴とする請求項２０に記載の昇
    圧回路。
23. 【請求項２３】 前記一次側電極対が、 前記矩形板の長さ方向を基準として中央部に形成される
    第１の電極対と、 前記矩形板の長さ方向を基準として前記第１の電極対に
    対して両側に、かつ、前記第１の電極対と隣接して形成
    される第２、及び第３の電極対とから成り、 前記第１の電極対に印加される交流電圧の位相が、前記
    第２、及び第３の電極対に印加される交流電圧の位相と
    １８０度異なることを特徴とする請求項２１に記載の冷
    陰極管発光装置。
24. 【請求項２４】 請求項１９、請求項２１、及び請求項
    ２３のいずれかに記載の冷陰極管発光装置を組み込んだ
    液晶パネル。
25. 【請求項２５】 請求項２４に記載の液晶パネルを組み
    込んだ機器。