JP2004031383A - 圧電トランス - Google Patents
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Abstract
【課題】バラストコンデンサを用いずに、一つの圧電トランスで多数の冷陰極ランプを同時に点灯することを可能にしてコストを削減するとともに、特性を向上させる。
【解決手段】圧電セラミック板の表裏面に入力電極を、入力電極に接しない端面に出力電極を具えた圧電トランスにおいて、圧電セラミック板は六角形で、中央部分の表裏面に入力電極を具え、入力電極に接しない３つの辺に出力電極を具えて輪郭振動で動作させる。入力部は厚み方向に分極し、出力部は長さ方向に分極する。
【選択図】 図１
【解決手段】圧電セラミック板の表裏面に入力電極を、入力電極に接しない端面に出力電極を具えた圧電トランスにおいて、圧電セラミック板は六角形で、中央部分の表裏面に入力電極を具え、入力電極に接しない３つの辺に出力電極を具えて輪郭振動で動作させる。入力部は厚み方向に分極し、出力部は長さ方向に分極する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電トランスの構造に係るもので、特に、輪郭振動（面広がり振動）モードを利用した多出力圧電トランスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
圧電セラミックの固有共振を利用した機能素子は、損失が少ない、小型化が可能で、電気機械結合係数が大きく、温度特性や経年変化特性にも優れているという特長がある。このような機能素子の一種である圧電トランスは、弾性体の振動を利用することから、その蓄積エネルギーが電磁型に比較して大きいので小型化できること、不燃性で安全性に優れること、磁気シールドが不要であることなどの利点があり、圧電トランスを用いたインバータは冷陰極ランプの電源として広く利用されている。
【０００３】
図５は、従来の圧電トランスの例を示す斜視図である。主表面が方形の圧電セラミック板５１の片側半分の表裏面に導体膜を形成して、入力電極５２、５３を形成する。この部分が圧電トランスの駆動部となり、反対側の半分が発電部となり、発電部の端面に導体膜を形成して出力電極５４とするものである。
【０００４】
このような圧電トランスは小型液晶モニターなどの単灯電灯の分野で多く採用されてきた。液晶テレビやパソコンのディスプレイ等の大型液晶モニターの場合、多数の冷陰極ランプを使用するため、一つのランプに一つのインバータを配置する従来の点灯方式はコスト的な面から望ましくない。
【０００５】
それに対して、一つの圧電トランスに多数のランプを並列に接続する場合、その中の１本のランプが先に点灯すると管のインピーダンスが大きく低下する。すると圧電トランスの出力電圧が大きく下がるために、他のランプを点灯できなくなってしまう。この問題の解決策としては、図６に示すようにそれぞれのランプ６６に直列にバラストコンデンサ６７を接続している。これによって１本のランプが先に点灯しても、圧電トランスの出力部に高い出力電圧を確保することができ、一つのインバータで多数のランプを同時に点灯することができる。
【０００６】
しかし、そのような点灯方式には次のような問題が生じる。
▲１▼常時点灯の高電圧が必要なため、安全上好ましくない。
▲２▼より高昇圧比の圧電トランスが必要となる。
▲３▼高圧バラストコンデンサが高価でコストの問題が生じる。
▲４▼管電流の安定性が悪く、バラツキも大きい。
▲５▼バラストコンデンサが電力損失の要因となる。
したがって、圧電トランスに多数の独立した出力端があれば、バラストコンデンサなしに一つの圧電トランスで多数のランプを同時に点灯することが可能となり、コスト削減や特性向上などの面で有利となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、バラストコンデンサを用いずに、一つの圧電トランスで多数の冷陰極ランプを同時に点灯することを可能にするもので、それによって圧電トランスを用いたインバータのコストを削減するとともに、その特性を向上させるものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、圧電セラミック板を一つの入力電極と複数の出力電極を形成できる形状とすることによって、上記の課題を解決するものである。
【０００９】
すなわち、圧電セラミック板の表裏面に入力電極を、入力電極に接しない端面に出力電極を具えた圧電トランスにおいて、圧電セラミック板は六角形で、中央部分の表裏面に入力電極を具え、入力電極に接しない３つの辺に出力電極を具えて輪郭振動で動作することに特徴を有するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明による圧電トランスは、圧電セラミック板の形状を六角形とし、中央部に入力電極を形成する。３つの短辺のにそれぞれ出力電極を形成し、これらの３つの出力電極から個別に出力を得て、その出力によって複数の冷陰極ランプを点灯する。昇圧比を大きくするために入力電極の部分を積層構造とすることもできる。
【００１１】
【実施例】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。図１は、本発明による圧電トランスを示す斜視図で、圧電セラミック板として六角形の圧電セラミック板１１を用いたものである。これは正三角形の圧電セラミック板の各頂点を対向する辺に平行に切除して六角形としたもので、切除してできた辺は、対向する辺の残った部分より短くなっている。圧電セラミック板１１の中央の交差部の表裏面に導体膜を形成して入力電極１２、１３とし、この部分が圧電トランスの駆動部となる。
【００１２】
駆動部から外側に伸びる３つの台形の部分が発電部となり、それぞれの先端すなわち辺に導体膜を形成して出力電極１４とする。駆動部は厚み方向に分極し、発電部は入力電極から出力電極に向って長さ方向に分極した。
【００１３】
図２は、本発明による圧電トランスが縮む時の輪郭変位図を示す。これは円盤のラジアル振動と同様に振動節点（変位＝０）は中心にあり、主表面はすべての範囲に同時に縮み、または膨らむように振動する。
【００１４】
本発明による圧電トランスのサンプルは、Ｑｍが約２０００の高ＱｍのＰＺＴ系圧電セラミックを材料とし、厚さは１．０ｍｍで辺長が５４ｍｍの板の頂点部分を対向する辺に平行に長さが１２．２ｍｍとなるように切除して形成した。入力電極は長い辺の中点を結んだ三角形として、図１のような形状とした。
【００１５】
図３、本発明による圧電トランスの動作の特性を示すもので、３つの出力端がすべて開放の状態から順番に短絡させるとき、各出力端に１５０ｋΩ負荷を接続する時の入力部のインピーダンス特性を示す。ここでＳ１Ｏ２は１個出力部短絡、２個開放、Ｓ２Ｏ１は２個短絡、１個開放時の特性を示す。全部開放時の共振周波数約６０ｋＨｚ入力容量Ｃ１＝４０００ｐＦ、各出力端容量Ｃ２＝１８ｐＦとなり、各出力側の整合インピーダンス約１５０ｋΩとなる。図５に示した非対称構造に対して、本発明による圧電トランスは構造的に完全な対称となるために、スプリアスの発生が少なく、制御がし易い。各出力端に１５０ｋΩの抵抗負荷を接続して、１出力あたり３．５Ｗ程度の場合、素子の発熱が１０°Ｃ以下と少ない。
【００１６】
本発明による圧電トランスを用いた点灯試験は、φ＝２．６ｍｍで長さ３２０ｍｍの長尺冷陰極ランプを用い、３本のランプをそれぞれ３つの出力電極にバラストコンデンサなしに接続した。１４０Ｖｐ−ｐ以上の入力電圧を固定して、周波数を７５ｋＨｚから５６ｋＨｚへ掃引することにより、３本のランプを同時に点灯させることができた。
【００１７】
上記の同時点灯とはいえ、実際には管インピーダンスのばらつきがあるため、各ランプの点灯時の始動電圧または周波数に僅かながら差がある。上記の例で２０ｍｓの掃引速度においては１〜２ｍｓの時間差が予想される。いったん１本のランプが先に点灯すると、負荷により圧電トランスへのダンピングが生じるため、まだ点灯していないランプに接続している出力部の開放電圧が低くなる。したがって、各出力部の開放電圧が点灯の順番に次第に低くなり、最後に点灯するランプが点灯するとき、それに接続された出力部の開放電圧が最も低い。それにもかかわらず、本発明による圧電トランスは、全てのランプを点灯させる開放電圧が確保できた。
【００１８】
本発明による圧電トランスは単板だけでなく、積層型にも適用できる。入力部を積層構造とすることにより、昇圧比を高くできるだけでなく、発生し易いねじれ振動を完全に抑圧することができる。また、図４のように長辺部分を内側に凹むように形成すると、互いに影響が少なく、独立性の高い出力部が得られる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、３つの出力端を持つ圧電トランスによってバラストコンデンサなしに３つの冷陰極ランプを点灯することができ、次のような効果が得られる。
▲１▼高価なバラストコンデンサが不要で、コスト削減が可能である。
▲２▼常時点灯時の高電圧維持が不要となり、安全性が向上し、トランスの昇圧比の要求が軽減される。
▲３▼バラストコンデンサによる電力損失がなくなり、電力効率が向上する。
▲４▼管電流のばらつきが低減される。
また、１次広がり振動を利用することにより、点灯周波数を低くできる利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す斜視図
【図２】変位状態の説明図
【図３】本発明による圧電トランスのインピーダンス特性の説明図
【図４】本発明の他の実施例を示す斜視図
【図５】従来の圧電トランスの斜視図
【図６】従来の点灯方法を示す説明図
【符号の説明】
１１、５１：圧電セラミック板
１２、１３、５２、５３：入力電極
１４、５４：出力電極
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電トランスの構造に係るもので、特に、輪郭振動（面広がり振動）モードを利用した多出力圧電トランスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
圧電セラミックの固有共振を利用した機能素子は、損失が少ない、小型化が可能で、電気機械結合係数が大きく、温度特性や経年変化特性にも優れているという特長がある。このような機能素子の一種である圧電トランスは、弾性体の振動を利用することから、その蓄積エネルギーが電磁型に比較して大きいので小型化できること、不燃性で安全性に優れること、磁気シールドが不要であることなどの利点があり、圧電トランスを用いたインバータは冷陰極ランプの電源として広く利用されている。
【０００３】
図５は、従来の圧電トランスの例を示す斜視図である。主表面が方形の圧電セラミック板５１の片側半分の表裏面に導体膜を形成して、入力電極５２、５３を形成する。この部分が圧電トランスの駆動部となり、反対側の半分が発電部となり、発電部の端面に導体膜を形成して出力電極５４とするものである。
【０００４】
このような圧電トランスは小型液晶モニターなどの単灯電灯の分野で多く採用されてきた。液晶テレビやパソコンのディスプレイ等の大型液晶モニターの場合、多数の冷陰極ランプを使用するため、一つのランプに一つのインバータを配置する従来の点灯方式はコスト的な面から望ましくない。
【０００５】
それに対して、一つの圧電トランスに多数のランプを並列に接続する場合、その中の１本のランプが先に点灯すると管のインピーダンスが大きく低下する。すると圧電トランスの出力電圧が大きく下がるために、他のランプを点灯できなくなってしまう。この問題の解決策としては、図６に示すようにそれぞれのランプ６６に直列にバラストコンデンサ６７を接続している。これによって１本のランプが先に点灯しても、圧電トランスの出力部に高い出力電圧を確保することができ、一つのインバータで多数のランプを同時に点灯することができる。
【０００６】
しかし、そのような点灯方式には次のような問題が生じる。
▲１▼常時点灯の高電圧が必要なため、安全上好ましくない。
▲２▼より高昇圧比の圧電トランスが必要となる。
▲３▼高圧バラストコンデンサが高価でコストの問題が生じる。
▲４▼管電流の安定性が悪く、バラツキも大きい。
▲５▼バラストコンデンサが電力損失の要因となる。
したがって、圧電トランスに多数の独立した出力端があれば、バラストコンデンサなしに一つの圧電トランスで多数のランプを同時に点灯することが可能となり、コスト削減や特性向上などの面で有利となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、バラストコンデンサを用いずに、一つの圧電トランスで多数の冷陰極ランプを同時に点灯することを可能にするもので、それによって圧電トランスを用いたインバータのコストを削減するとともに、その特性を向上させるものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、圧電セラミック板を一つの入力電極と複数の出力電極を形成できる形状とすることによって、上記の課題を解決するものである。
【０００９】
すなわち、圧電セラミック板の表裏面に入力電極を、入力電極に接しない端面に出力電極を具えた圧電トランスにおいて、圧電セラミック板は六角形で、中央部分の表裏面に入力電極を具え、入力電極に接しない３つの辺に出力電極を具えて輪郭振動で動作することに特徴を有するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明による圧電トランスは、圧電セラミック板の形状を六角形とし、中央部に入力電極を形成する。３つの短辺のにそれぞれ出力電極を形成し、これらの３つの出力電極から個別に出力を得て、その出力によって複数の冷陰極ランプを点灯する。昇圧比を大きくするために入力電極の部分を積層構造とすることもできる。
【００１１】
【実施例】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。図１は、本発明による圧電トランスを示す斜視図で、圧電セラミック板として六角形の圧電セラミック板１１を用いたものである。これは正三角形の圧電セラミック板の各頂点を対向する辺に平行に切除して六角形としたもので、切除してできた辺は、対向する辺の残った部分より短くなっている。圧電セラミック板１１の中央の交差部の表裏面に導体膜を形成して入力電極１２、１３とし、この部分が圧電トランスの駆動部となる。
【００１２】
駆動部から外側に伸びる３つの台形の部分が発電部となり、それぞれの先端すなわち辺に導体膜を形成して出力電極１４とする。駆動部は厚み方向に分極し、発電部は入力電極から出力電極に向って長さ方向に分極した。
【００１３】
図２は、本発明による圧電トランスが縮む時の輪郭変位図を示す。これは円盤のラジアル振動と同様に振動節点（変位＝０）は中心にあり、主表面はすべての範囲に同時に縮み、または膨らむように振動する。
【００１４】
本発明による圧電トランスのサンプルは、Ｑｍが約２０００の高ＱｍのＰＺＴ系圧電セラミックを材料とし、厚さは１．０ｍｍで辺長が５４ｍｍの板の頂点部分を対向する辺に平行に長さが１２．２ｍｍとなるように切除して形成した。入力電極は長い辺の中点を結んだ三角形として、図１のような形状とした。
【００１５】
図３、本発明による圧電トランスの動作の特性を示すもので、３つの出力端がすべて開放の状態から順番に短絡させるとき、各出力端に１５０ｋΩ負荷を接続する時の入力部のインピーダンス特性を示す。ここでＳ１Ｏ２は１個出力部短絡、２個開放、Ｓ２Ｏ１は２個短絡、１個開放時の特性を示す。全部開放時の共振周波数約６０ｋＨｚ入力容量Ｃ１＝４０００ｐＦ、各出力端容量Ｃ２＝１８ｐＦとなり、各出力側の整合インピーダンス約１５０ｋΩとなる。図５に示した非対称構造に対して、本発明による圧電トランスは構造的に完全な対称となるために、スプリアスの発生が少なく、制御がし易い。各出力端に１５０ｋΩの抵抗負荷を接続して、１出力あたり３．５Ｗ程度の場合、素子の発熱が１０°Ｃ以下と少ない。
【００１６】
本発明による圧電トランスを用いた点灯試験は、φ＝２．６ｍｍで長さ３２０ｍｍの長尺冷陰極ランプを用い、３本のランプをそれぞれ３つの出力電極にバラストコンデンサなしに接続した。１４０Ｖｐ−ｐ以上の入力電圧を固定して、周波数を７５ｋＨｚから５６ｋＨｚへ掃引することにより、３本のランプを同時に点灯させることができた。
【００１７】
上記の同時点灯とはいえ、実際には管インピーダンスのばらつきがあるため、各ランプの点灯時の始動電圧または周波数に僅かながら差がある。上記の例で２０ｍｓの掃引速度においては１〜２ｍｓの時間差が予想される。いったん１本のランプが先に点灯すると、負荷により圧電トランスへのダンピングが生じるため、まだ点灯していないランプに接続している出力部の開放電圧が低くなる。したがって、各出力部の開放電圧が点灯の順番に次第に低くなり、最後に点灯するランプが点灯するとき、それに接続された出力部の開放電圧が最も低い。それにもかかわらず、本発明による圧電トランスは、全てのランプを点灯させる開放電圧が確保できた。
【００１８】
本発明による圧電トランスは単板だけでなく、積層型にも適用できる。入力部を積層構造とすることにより、昇圧比を高くできるだけでなく、発生し易いねじれ振動を完全に抑圧することができる。また、図４のように長辺部分を内側に凹むように形成すると、互いに影響が少なく、独立性の高い出力部が得られる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、３つの出力端を持つ圧電トランスによってバラストコンデンサなしに３つの冷陰極ランプを点灯することができ、次のような効果が得られる。
▲１▼高価なバラストコンデンサが不要で、コスト削減が可能である。
▲２▼常時点灯時の高電圧維持が不要となり、安全性が向上し、トランスの昇圧比の要求が軽減される。
▲３▼バラストコンデンサによる電力損失がなくなり、電力効率が向上する。
▲４▼管電流のばらつきが低減される。
また、１次広がり振動を利用することにより、点灯周波数を低くできる利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す斜視図
【図２】変位状態の説明図
【図３】本発明による圧電トランスのインピーダンス特性の説明図
【図４】本発明の他の実施例を示す斜視図
【図５】従来の圧電トランスの斜視図
【図６】従来の点灯方法を示す説明図
【符号の説明】
１１、５１：圧電セラミック板
１２、１３、５２、５３：入力電極
１４、５４：出力電極
Claims (3)
- 圧電セラミック板の表裏面に入力電極を、入力電極に接しない端面に出力電極を具えた圧電トランスにおいて、
圧電セラミック板は六角形で、中央部分の表裏面に入力電極を具え、
入力電極に接しない３つの辺に出力電極を具えて輪郭振動で動作することを特徴とする圧電トランス。 - 圧電セラミック板の表裏面に入力電極を、入力電極に接しない端面に出力電極を具えた圧電トランスにおいて、
圧電セラミック板は正三角形の頂点を対向する辺に平行に切除した六角形で、切除しない辺の中央部分を結んだ三角形の部分の表裏面に入力電極を具え、
入力電極に接しない３つの辺に出力電極を具え、
入力部は厚み方向に分極し、出力部は入力電極から出力電極の方向に分極されて輪郭振動で動作することを特徴とする圧電トランス。 - 入力電極部が積層構造である請求項１記載の圧電トランス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002180766A JP2004031383A (ja) | 2002-06-21 | 2002-06-21 | 圧電トランス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002180766A JP2004031383A (ja) | 2002-06-21 | 2002-06-21 | 圧電トランス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004031383A true JP2004031383A (ja) | 2004-01-29 |
Family
ID=31177786
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002180766A Pending JP2004031383A (ja) | 2002-06-21 | 2002-06-21 | 圧電トランス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004031383A (ja) |
-
2002
- 2002-06-21 JP JP2002180766A patent/JP2004031383A/ja active Pending
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