JP2004146660A

JP2004146660A - Piezoelectric transformer and ion generator provided therewith

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Publication number: JP2004146660A
Application number: JP2002311015A
Authority: JP
Inventors: Takanori Tsunoda; 角田　孝典; Katsutoshi Yamamoto; 山本　勝敏; Kazuo Kiyotaki; 清滝　和雄
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 2002-10-25
Filing date: 2002-10-25
Publication date: 2004-05-20
Anticipated expiration: 2022-10-25
Also published as: JP4107049B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a piezoelectric transformer suitable for applications wherein a light load and a high output voltage are requirements. <P>SOLUTION: The piezoelectric transformer 2a is structured such that a pair of input electrodes 6, 8 is provided on a piezoelectric rectangular board 4, an output electrode 10 is located in the vicinity of an end of the piezoelectric board in the lengthwise direction, the piezoelectric board 4 located between both input electrodes 6, 8 is polarized in the thickness direction, and the piezoelectric board 4 between the input electrodes 6, 8 and the output electrode 10 is polarized in the lengthwise direction. Captions P shown in Fig. indicate the polarization directions. Then the length L<SB>2</SB>of each of the input electrodes 6, 8 is selected to be 20% to 40% of the length L<SB>1</SB>of the piezoelectric board 4. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばイオン発生器のような軽負荷かつ高出力電圧の用途に好適な圧電トランスおよびそれを備えるイオン発生器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高電圧発生用に、圧電トランスを用いる技術が注目されている。これまでの圧電トランスの主な用途は、液晶ディスプレイのバックライト光源として使用される冷陰極管の点灯用である。
【０００３】
このような用途に用いられる従来の圧電トランスの基本的な構造を図６に示す。この圧電トランス２は、ローゼン型と呼ばれるものであり、平面形状が矩形の圧電基板（例えば圧電セラミックス基板）４の上下の両主面に一対の入力電極６、８を、圧電基板４を挟んで相対向するように設け、当該圧電基板４の長さ方向であって入力電極６、８とは反対側の端面に出力電極１０を設け、両入力電極６、８間の圧電基板４はその厚さ方向に分極し（図中の矢印Ｐはその分極方向を示す。以下同じ）、入力電極６、８と出力電極１０間の圧電基板４はその長さ方向に分極した構造をしている。各入力電極６、８は、圧電基板４の一方の（即ち出力電極１０とは反対側の）端部から中央部にかけて形成されており、その長さＬ_２は、圧電基板４の長さＬ_１の約１／２である。
【０００４】
両入力電極６、８間に、当該圧電トランス２の共振周波数近傍の交流電圧を印加して励振すると、圧電基板４における電歪効果および圧電効果によって、出力電極１０に、より具体的には出力電極１０と入力電極８（または６）との間に、昇圧された交流電圧を得ることができる。なお、このような圧電トランス２は、圧電基板４の長さＬ_１を入力交流電圧の１／２波長にして１／２波長（λ／２）モードの共振振動モードを利用する場合と、当該長さＬ_１を入力交流電圧の１波長にして１波長（λ）モードの共振振動モードを利用する場合とがある。
【０００５】
これまで、上記のような基本的な構造を元にして、大パワーが得られるように、様々な改良案が提案されている。この改良は、例えば特許文献１にも提案されているように、基本的には、入力インピーダンスを小さくし、出力インピーダンスも小さくする改良である。なぜなら、従来の圧電トランスは、前述したように冷陰極管を点灯することを主目的として開発されており、このような用途では比較的大きい電力（例えば数Ｗ程度）の供給が使命となっていたからである。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−１８１３７１号公報（段落番号００１９、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
圧電トランスの上記以外の用途として、高電圧を用いてイオン（例えば負イオン）を発生するイオン発生器に用いることが挙げられる。
【０００８】
図６に示す従来の圧電トランス２を用いたイオン発生器の一例を図７に示す。このイオン発生器は、上記のような圧電トランス２と、それの両入力電極６、８間に前述したような共振周波数近傍の交流電圧を印加する交流電源１２と、圧電トランス２の出力電極１０とグラウンドとの間にカップリングコンデンサ１４を介して接続された整流用のダイオード１６と、カップリングコンデンサ１４の出力部（換言すれば、当該コンデンサ１４とダイオード１６（この例ではそのアノード）との接続部）に接続されたイオン発生用の針状電極１８とを備えている。交流電源１２は、その出力交流電圧の周波数を圧電トランス２の共振周波数の変化に自動で追従させる機能は有していない。交流電源１２を安価にするためである。図２に示すイオン発生器においても同様である。なお、この明細書でグラウンドとは、当該イオン発生器の電気回路のアース部のことである。
【０００９】
圧電トランス２の出力電極１０から出力される出力電圧Ｖ_２は、カップリングコンデンサ１４を介してダイオード１６および針状電極１８に印加され、ダイオード１６で半波整流される。これによって、この例では負の直流高電圧が得られ、これが針状電極１８に印加される。これによって、針状電極１８から負イオン２０を発生させることができる。なお、カップリングコンデンサ１４は、圧電トランス２の出力部をダイオード１６で直接短絡させることによって大きな電流が流れるのを、インピーダンスを高めることによって抑制するためのものである。
【００１０】
このような用途の場合、出力電圧は高いけれども、その出力電力は概して大きくない。例えば、出力電圧Ｖ_２が５０００Ｖ（波高値）で負イオン２０を１０００万／ｃｃの濃度で毎秒１ｍ^３発生させるとしても、その出力電力値Ｗ_２は、次式に示すように、８ｍＷ程度である。ｅは電子の電荷であり、１．６×１０^−１９クーロンである。
【００１１】
【数１】

【００１２】
このように、イオン発生器で必要とされる圧電トランスの出力は、１０ｍＷ以下であり、大きくてもせいぜい２０〜３０ｍＷ以下である。これは、これまでの冷陰極管点灯用の出力（数Ｗ）に比べて、必要とされる出力が非常に（２〜３桁）小さい。反対に、圧電トランスに必要とされる出力電圧Ｖ_２は、５ｋＶ前後（例えば２〜７ｋＶ程度）と、これまでの冷陰極管点灯用の出力電圧（例えば１００Ｖ程度）に比べてかなり（１桁程度）大きい。
【００１３】
そこで、必要とする出力が小さいので、従来の圧電トランス２の内で小出力（１Ｗ出力）の圧電トランス２を用いて上記のようなイオン発生器を構成して動作させたところ、圧電トランス２の温度上昇が激しく、圧電トランス２は、自己発熱で自らの共振周波数を大きく変化させて、出力が低下してしまい、安定動作が不可能になった。実験の結果、耐熱の観点からは、実用的には出力が数Ｗクラスという大型の圧電トランス２を必要とすることが判明した。
【００１４】
しかし、せいぜい２０〜３０ｍＷ以下の出力を取り出すのに、出力が数Ｗクラスの圧電トランス２を用いなければならないのは、非常に効率が悪く、しかも圧電トランス２ひいてはイオン発生器の寸法も大きくなり、かつコストも嵩む。
【００１５】
なお、交流電源１２は、その出力交流電圧の周波数を圧電トランス２の共振周波数の変化に自動で追従させる機能は有していない。そのような機能を有するものを用いると、交流電源１２が非常に高価になる、という別の問題が発生する。また、正確な周波数制御は、実際上は難しい。
【００１６】
例えば２０〜３０ｍＷ以下という軽負荷で、例えば２〜７ｋＶ程度という高出力電圧の用途に好適な圧電トランスが必要である。そこでこの発明は、軽負荷かつ高出力電圧の用途に好適な圧電トランスを提供することを一つの目的としている。また、そのような圧電トランスを用いたイオン発生器を提供することを他の目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、種々の検討を行った。その結果を以下に示す。
【００１８】
圧電トランスの簡略化した等価回路は、一般的に図８のように示される。つまり、一方の入力電極６と出力電極１０間にインダクタンスＬ、静電容量Ｃおよび抵抗Ｒが直列に形成され、両入力電極６、８間に入力側静電容量Ｃ_１が形成され、出力電極１０と他方の入力電極８間に出力側静電容量Ｃ_２が形成されている。両入力電極６、８間には交流電源１２が接続される。出力電極１０と入力電極８間には、負荷２２（その負荷インピーダンスはＲ_Ｌ）が接続される。
【００１９】
イオン発生器のような用途においては、負荷２２は前述したように非常に小さく（軽く）、即ち負荷インピーダンスＲ_Ｌは極めて大きく、出力がオープンのモデルで考えて良い。そうすると、前述した圧電トランス２の発熱の要因は、出力側静電容量Ｃ_２を通して圧電トランス２の内部を流れる内部環流電流Ｉ_０による抵抗Ｒでの電力損失（ジュール損。これは簡単に言えばＩ_０ ^２Ｒで表される）であり、入力電力の殆どはこの電力損失（内部損失）になっている。
【００２０】
ところが、従来の圧電トランス２は、冷陰極管のように負荷インピーダンスＲ_Ｌが比較的小さい（例えば冷陰極管の点灯後で数十ｋΩ）負荷を対象に開発されており、そのために、圧電トランス２の出力インピーダンスＺ_２も比較的小さい（例えば１００ｋΩ程度）。圧電トランス２の出力インピーダンスＺ_２は、簡単に言えば、図８からも分かるように、出力側静電容量Ｃ_２によって決まり、Ｚ_２＝１／ωＣ_２で表される。ωは角周波数である。即ち従来の圧電トランス２は、この出力側静電容量Ｃ_２の値が大きい。また、前述したように、従来成されているのは、出力インピーダンスをより小さくする（即ち出力側静電容量Ｃ_２をより大きくする）改良である。
【００２１】
上記のように出力インピーダンスの小さい圧電トランス２を用いて、前述したように冷陰極管点灯用よりも少なくとも１桁程度は大きい出力電圧Ｖ_２を得るためには、内部環流電流Ｉ_０を大きくせざるを得ず（なぜなら、簡単に言えばＶ_２＝Ｉ_０・Ｚ_２で表される）、これが、圧電トランス２の内部における抵抗Ｒでの電力損失を大きくし、発熱を大きくしているということが分かった。
【００２２】
従って、例えばイオン発生器のような軽負荷かつ高出力電圧の用途に用いる圧電トランスにおいては、従来とは全く逆に、上記出力側静電容量Ｃ_２を小さくして圧電トランスの出力インピーダンスＺ_２を大きくすれば良く、そのためには、圧電トランスの入力電極の長さを小さくして、入力電極と出力電極との間の距離を大きくすれば良いことを見出した。この発明は、このような知見に基づいてなされたものである。
【００２３】
即ち、この発明に係る圧電トランスは、前記各入力電極の長さＬ_２を、前記圧電基板の長さＬ_１の２０％〜４０％にしていることを特徴としている（請求項１に対応）。
【００２４】
上記のように構成することによって、軽負荷かつ高出力電圧の用途に好適な圧電トランスを実現することができる。即ち、前述した等価回路における出力側静電容量Ｃ_２が小さくなり、出力インピーダンスＺ_２が大きくなるので、内部環流電流Ｉ_０を大きくしなくても、高い出力電圧Ｖ_２を得ることができる。その結果、圧電トランスにおける電力損失を小さくすることができるので、圧電トランスの温度上昇を小さくすることができる。その結果、圧電トランスの安定動作が可能になる。ひいては、圧電トランスの小型化を図ることができる等の様々な効果が得られる。
【００２５】
入力電極の長さＬ_２を上記のような範囲に限定したのは、４０％を超えると、従来の圧電トランスに近づき、出力側静電容量Ｃ_２をあまり小さくすることはできず、圧電トランスの温度上昇を抑える効果が小さくなるからである。２０％未満になると、圧電トランスへ入力電力を供給する効率が低下すること等によって、高い出力電圧Ｖ_２を得ることが困難になるからである。入力電極の長さＬ_２は、上記範囲の内でも、２５％〜３４％がより好ましい。
【００２６】
この発明に係るイオン発生器は、上記のような圧電トランスと、この圧電トランスの両入力電極間に交流電圧を印加する交流電源と、当該圧電トランスの出力電極とグラウンドとの間に接続された整流用のダイオードと、当該圧電トランスの出力電極に接続されたイオン発生用の針状電極とを備えることを特徴としている（請求項２に対応）。
【００２７】
このイオン発生器によれば、圧電トランスに対する負荷インピーダンスは非常に大きく圧電トランスの負荷は軽負荷であるので、しかも高出力電圧を必要とするので、圧電トランスの上記のような作用効果をより顕著に発揮させることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係る圧電トランスの一例を示す斜視図である。図６に示した従来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明する。
【００２９】
この圧電トランス２ａにおいては、前記各入力電極６、８の長さＬ_２を、前記圧電基板４の長さＬ_１の２０％〜４０％にしている。即ち、圧電基板４の長さＬ_１に対する各入力電極６、８の長さＬ_２の割合（＝Ｌ_２／Ｌ_１×１００）を２０％以上４０％以下の範囲内にしている。両入力電極６、８は、前述したように、圧電基板４の一方の（即ち出力電極１０とは反対側の）端部から中央部の方向に形成されている。両入力電極６、８は、圧電基板４の幅方向（即ち、長さＬ_１と直交する方向）には、通常はこの例のように全体に形成されている。従って、この例では、各入力電極６、８の面積が、圧電基板４の一つの主面の面積の２０％〜４０％であると言うこともできる。上記割合が好ましい理由は、図３を参照して後で詳述する。
【００３０】
上記のように構成することによって、軽負荷かつ高出力電圧の用途に好適な圧電トランス２ａを実現することができる。即ち、入力電極６、８と出力電極１０との間の距離が大きくなって前述した等価回路（図８参照）における出力側静電容量Ｃ_２が小さくなり、出力インピーダンスＺ_２が大きくなる。例えば、長さＬ_２の割合を上記のような範囲にすることによって、１ＭΩ以上の出力インピーダンスＺ_２を実現することができる。これは従来例よりも１桁は大きい。その結果、内部環流電流Ｉ_０を大きくしなくても、高い出力電圧Ｖ_２を得ることができる。特に、軽負荷の用途においてはそうである。その結果、圧電トランス２ａにおける電力損失を小さくすることができるので、圧電トランス２ａの温度上昇を小さくすることができる。ひいては、圧電トランス２ａの小型化を図ることができる等の様々な効果が得られる。この効果については後で更に説明する。
【００３１】
この圧電トランス２ａの定格出力電力は、例えば５〜３０ｍＷの範囲内である。定格出力電圧Ｖ_２は、例えば２〜７ｋＶの範囲内である。
【００３２】
図２は、図１に示す圧電トランスを用いたイオン発生器の一例を示す回路図である。図７に示した従来例と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該従来例との相違点を主に説明する。
【００３３】
このイオン発生器では、従来例で用いていた出力側のカップリングコンデンサ１４を省略しており、上記圧電トランス２ａの出力電極１０に直接（即ちカップリングコンデンサ１４を介在させることなく）、前記ダイオード１６の一端（この例ではアノード）および針状電極１８を接続している。ダイオード１６の他端（この例ではカソード）はグラウンドに接続されている。なお、圧電トランス２ａの入力電極の一方（この例では入力電極８）および交流電源１２の一端もグラウンドに接続されている。従って、ダイオード１６の他端（この例ではカソード）は、この一方の入力電極８あるいは交流電源１２の一端に接続されていると言うこともできる。
【００３４】
このイオン発生器でカップリングコンデンサ１４を省略することができるのは、前述したように、圧電トランス２ａの出力インピーダンスＺ_２が高いからである。即ち、ダイオード１６は、圧電トランス２ａの出力電圧Ｖ_２を半サイクルごとに短絡することになる。そのようなことを、従来のように出力インピーダンスＺ_２の低い圧電トランス２で行うと、ダイオード１６に大きな電流が流れるので、ダイオード１６および圧電トランス２に容量の大きいものが必要であり、かつ消費電力も大きく、また圧電トランスの動作が不安定になりやすい。従来はこれを防止するために、出力部にカップリングコンデンサ１４を介在させて、このカップリングコンデンサ１４によってインピーダンスを高めていたのである。これに対して、上記圧電トランス２ａは、それ自身で出力インピーダンスＺ_２が高いので、カップリングコンデンサ１４を介在させなくても、上記のような問題発生を防止することができる。
【００３５】
図２のイオン発生器において、圧電基板４の長さＬ_１に対する各入力電極６、８の長さＬ_２の割合の異なる（即ち、当該割合が２５％、３４％および５０％の）圧電トランス２ａを用いたときの、圧電トランス２ａの表面の温度上昇ΔＴおよび出力電圧Ｖ_２を測定した結果を図３に示す。このとき、交流電源１２から入力電極６、８に供給する交流電圧の大きさは同一とした。
【００３６】
割合が５０％（即ちＬ_２／Ｌ_１＝１／２）というのは、従来の圧電トランス２と構造が同じであり、従来例である。このときの温度上昇ΔＴは、約４０℃と非常に大きい。出力電圧Ｖ_２は約２．３ｋＶである。
【００３７】
割合が３４％（即ちＬ_２／Ｌ_１≒１／３）のときは、温度上昇ΔＴは約５℃と非常に（従来例の１／１０程度に）小さく、しかも出力電圧Ｖ_２は約５．６ｋＶで従来例の２倍以上大きい。温度上昇ΔＴが小さいのは、圧電トランス２ａにおける電力損失（内部損失）が小さいことの表れである。
【００３８】
割合が２５％（即ちＬ_２／Ｌ_１＝１／４）のときは、温度上昇ΔＴは約３℃と非常に（従来例の１／１０程度に）小さく、しかも出力電圧Ｖ_２は約３．５ｋＶで従来例よりも明らかに大きい。
【００３９】
割合が２０％（即ちＬ_２／Ｌ_１＝１／５）のときの測定は行っていないけれども、グラフを延長することによって、図３中に破線で示すような結果が得られるものと推定される。また、割合が４０％の場合は、図３のグラフから、温度上昇ΔＴは従来例に比べて明らかに小さく、しかも従来例よりも明らかに大きい出力電圧Ｖ_２が得られることが分かる。
【００４０】
上記から分かるように、入力電極６、８の長さＬ_２の割合が２０％〜４０％の範囲内では、圧電トランス２ａの温度上昇ΔＴは従来例に比べて明らかに小さく、しかも従来例と同程度以上の出力電圧Ｖ_２が得られる。従って、圧電基板４の長さＬ_１に対する各入力電極６、８の長さＬ_２の割合は、２０％〜４０％の範囲内が好ましい。特に、上記割合が２５％〜３４％の場合は、温度上昇ΔＴが従来例に比べて非常に小さく、しかも従来例よりも明らかに大きい出力電圧Ｖ_２が得られる。従って、上記割合は、２５％〜３４％の範囲内がより好ましい。
【００４１】
この発明に係る圧電トランス２ａの効果の詳細を列挙すると次のとおりである。
【００４２】
（１）この圧電トランス２ａは、その内部における電力損失を小さくすることができ、当該圧電トランス２ａの温度上昇を従来例に比べて明らかに小さくすることができる。その結果、圧電トランス２ａの安定動作が可能になる。従って、従来のように耐熱のためにわざわざ大型の圧電トランスを用いなくて済む。即ち、小型のものでも安定動作が可能になるので、圧電トランス２ａの小型化を図ることができる。これは省スペースにつながり、ひいてはこのような圧電トランス２ａを用いた機器（例えば図２に示すイオン発生器）の小型化を図ることが可能になる。
【００４３】
（２）この圧電トランス２ａは、上記のようにそれ自身で出力インピーダンスＺ_２が高いので、出力側のインピーダンスを高めるために従来必要としていたカップリングコンデンサを省略することができる。これは図２の所で詳述したとおりである。
【００４４】
（３）従来の圧電トランス２もこの発明に係る圧電トランス２ａも、１波長モードの振動モードを利用する場合に比べて、１／２波長モードの振動モードを利用する方が、圧電トランスの長さが半分になり小型化することができるという利点がある。しかし、１／２波長モードの場合は、図４ＢおよびＣに示すように、圧電基板４の長さ方向の中央に、振動の節部３２すなわち振動応力の最大部が位置することになる。
【００４５】
一方、この種の圧電トランス２、２ａでは、圧電基板４の分極時に生じて内在する分極応力の最大部３０は、前述したような分極方向Ｐの境界部、即ち入力電極６、８の出力電極１０側の端部に生じる。
【００４６】
従来の圧電トランス２では、入力電極６、８の長さＬ_２が圧電基板４の長さＬ_１の約１／２であるので、図６中に矢印で示すように、上記分極応力の最大部３０と振動応力の最大部３２とが一致または近接する関係にあり、これによって応力集中が生じて圧電トランス２（より具体的にはその圧電基板４）が中央部で破損しやすいという大きな課題がある。
【００４７】
これに対して、この発明に係る圧電トランス２ａでは、入力電極６、８の長さＬ_２を圧電基板４の長さＬ_１の２０％〜４０％にしているので、図４に示すように、分極応力の最大部３０と振動応力の最大部３２とを完全に分離することができる。即ち、両者３０、３２の位置を完全にずらすことができる。その結果、応力集中を避けることができるので、圧電トランス２ａ（より具体的にはその圧電基板４）が破損しにくくなり、機械的強度の高い圧電トランス２ａを実現することができる。
【００４８】
（４）この圧電トランス２ａは、上記のように出力インピーダンスＺ_２が高いので、高電圧出力時の人に対する安全性が高い。なぜなら、仮に出力電極１０やそれに接続された針状電極１８等の出力部に人が触れると、圧電トランス２ａの共振周波数が大きく変化して出力電圧Ｖ_２が急減に低下すると共に、出力電圧Ｖ_２は高い出力インピーダンスＺ_２とそれよりもかなり低い人体のインピーダンスとで分圧される形になるため、一瞬にして出力電圧Ｖ_２は人体に安全な領域（例えば数Ｖ程度）まで急激に低下するからである。
【００４９】
この発明に係る圧電トランス２ａは、上記（１）〜（４）に挙げた効果を奏するので、例えば図２に示したような、軽負荷でしかも高出力電圧を必要とするイオン発生器に用いるのが特に好適であり、そのようなイオン発生器に用いると上記効果をより顕著に発揮することができる。
【００５０】
なお、圧電トランス２ａの出力電極１０は、圧電基板４の端面ではなく、例えば図５に示す例のように、圧電基板４の主面の端部付近に設けても良い。そのようにすると、出力電極１０をそれと同一面に設ける入力電極６（または８）と同時に形成することができるので、出力電極１０の形成が容易になる。
【００５１】
また、図２のようなイオン発生器において、正イオンを発生させる場合は、ダイオード１６の向きを図示とは逆にすれば良い。
【００５２】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、軽負荷かつ高出力電圧の用途に好適な圧電トランスを実現することができる。しかも次のような効果を奏する。
【００５３】
（１）圧電トランスの内部における電力損失を小さくして、圧電トランスの温度上昇を小さくすることができるので、小型のものでも安定動作が可能になる。その結果、圧電トランスの小型化を図ることができる。
【００５４】
（２）この圧電トランスはそれ自身で出力インピーダンスが高いので、出力側のインピーダンスを高めるために従来必要としていたカップリングコンデンサを省略することができる。
【００５５】
（３）１／２波長モードの振動モードの利用時に、分極応力の最大部と振動応力の最大部とを分離して応力集中を避けることができるので、機械的強度の高い圧電トランスを実現することができる。即ち、１／２波長モードの振動モードを機械的に安定して利用することが可能になる。
【００５６】
（４）この圧電トランスは出力インピーダンスが高く、出力部に人が触れると出力電圧は一瞬にして急激に低下するので、高電圧発生に利用しても人に対する安全性が高い。
【００５７】
請求項２記載の発明によれば、圧電トランスに対する負荷インピーダンスは非常に大きく圧電トランスの負荷は軽負荷であるので、しかも高出力電圧を必要とするので、請求項１記載の圧電トランスの上記のような作用効果をより顕著に発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る圧電トランスの一例を示す斜視図である。
【図２】図１に示す圧電トランスを用いたイオン発生器の一例を示す回路図である。
【図３】入力電極の長さの割合に対する圧電トランスの表面の温度上昇および出力電圧を測定した結果の一例を示す図である。
【図４】この発明に係る圧電トランスを１／２波長モードで励振する場合の例を示す図であり、（Ａ）は圧電トランスの断面図、（Ｂ）は変位分布図、（Ｃ）は振動応力分布図である。
【図５】この発明に係る圧電トランスの他の例を示す斜視図である。
【図６】従来の圧電トランスの一例を示す斜視図である。
【図７】図６に示す従来の圧電トランスを用いたイオン発生器の一例を示す回路図である。
【図８】圧電トランスの簡略化した等価回路図である。
【符号の説明】
２ａ　圧電トランス
４　圧電基板
６、８　入力電極
１０　出力電極
１２　交流電源
１６　ダイオード
１８　針状電極[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric transformer suitable for use with a light load and a high output voltage, such as an ion generator, and an ion generator including the same.
[0002]
[Prior art]
A technique using a piezoelectric transformer for generating a high voltage has attracted attention. The main use of piezoelectric transformers so far is for lighting cold-cathode tubes used as backlight sources for liquid crystal displays.
[0003]
FIG. 6 shows a basic structure of a conventional piezoelectric transformer used for such an application. The piezoelectric transformer 2 is of a so-called Rosen type, in which a pair of

input electrodes

6 and 8 are provided on both upper and lower main surfaces of a piezoelectric substrate (for example, a piezoelectric ceramic substrate) 4 having a rectangular planar shape. An output electrode 10 is provided on the end face of the piezoelectric substrate 4 opposite to the

input electrodes

6 and 8 in the length direction of the piezoelectric substrate 4, and the piezoelectric substrate 4 between the

input electrodes

6 and 8 has the same thickness. The piezoelectric substrate 4 between the

input electrodes

6 and 8 and the output electrode 10 has a structure in which it is polarized in its length direction (the arrow P in the figure indicates its polarization direction, the same applies hereinafter). Each of the

input electrodes

6 and 8 is formed from one end of the piezoelectric substrate 4 (that is, the end opposite to the output electrode 10) to the center, and its length L ₂ is equal to the length L of the piezoelectric substrate 4. It is about 1/2 of ₁ .
[0004]
When an AC voltage in the vicinity of the resonance frequency of the piezoelectric transformer 2 is applied between the two

input electrodes

6 and 8 for excitation, the output electrode 10 is more specifically output to the output electrode 10 by the electrostrictive effect and the piezoelectric effect of the piezoelectric substrate 4. A boosted AC voltage can be obtained between the electrode 10 and the input electrode 8 (or 6). It should be noted that such a piezoelectric transformer 2 has a length L ₁ of the piezoelectric substrate 4 of 振動 wavelength of the input AC voltage and uses a half-wavelength (λ / 2) mode resonance vibration mode. and a case of using the resonance vibration mode of one wavelength (lambda) mode in the 1 wavelength of the input AC voltage the length L _1.
[0005]
Until now, various improvements have been proposed based on the above basic structure so as to obtain large power. This improvement is basically an improvement in reducing the input impedance and the output impedance, as proposed in Patent Document 1, for example. This is because the conventional piezoelectric transformer has been developed mainly for lighting the cold-cathode tube as described above, and the supply of relatively large power (for example, about several W) has been a mission in such an application. It is.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-9-181371 (paragraph number 0019, FIG. 1)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
Other applications of the piezoelectric transformer include the use of the piezoelectric transformer in an ion generator that generates ions (eg, negative ions) using a high voltage.
[0008]
FIG. 7 shows an example of an ion generator using the conventional piezoelectric transformer 2 shown in FIG. The ion generator includes the piezoelectric transformer 2 described above, an AC power supply 12 for applying an AC voltage near the resonance frequency between the

input electrodes

6 and 8 as described above, and an output electrode 10 of the piezoelectric transformer 2. A rectifying diode 16 connected between the power supply and the ground via a coupling capacitor 14, and an output portion of the coupling capacitor 14 (in other words, a connection between the capacitor 14 and the diode 16 (in this example, an anode thereof)). And a needle-like electrode 18 for ion generation connected to the connection portion). The AC power supply 12 does not have a function of automatically following the frequency of the output AC voltage to a change in the resonance frequency of the piezoelectric transformer 2. This is for reducing the cost of the AC power supply 12. The same applies to the ion generator shown in FIG. In this specification, the ground refers to a ground portion of an electric circuit of the ion generator.
[0009]
The output voltage V ₂ output from the output electrode 10 of the piezoelectric transformer 2 is applied to the diode 16 and the needle electrode 18 via the coupling capacitor 14 and half-wave rectified by the diode 16. Thereby, in this example, a negative DC high voltage is obtained, and this is applied to the needle electrode 18. Thereby, the negative ions 20 can be generated from the needle-shaped electrode 18. The coupling capacitor 14 is for suppressing a large current from flowing by directly short-circuiting the output section of the piezoelectric transformer 2 with the diode 16 by increasing the impedance.
[0010]
For such applications, the output voltage is high, but the output power is generally not large. For example, the negative ions 20 output voltage _{V 2} is at 5000 V (peak value) as is per 1 m ³ occurs at a concentration of 10 million / cc, and the output power value _{W 2,} as shown in the following equation, of about 8mW is there. e is the electron charge, which is 1.6 × 10 ⁻¹⁹ coulomb.
[0011]
(Equation 1)

[0012]
As described above, the output of the piezoelectric transformer required in the ion generator is 10 mW or less, and at most 20 to 30 mW or less. The required output is very small (2 to 3 digits) compared to the conventional output (several W) for lighting a cold cathode tube. On the other hand, the output voltage V2 required for the piezoelectric transformer is about 5 kV (for example, about ₂ to 7 kV), which is considerably (single digit) compared to the conventional output voltage for cold-cathode tube lighting (for example, about 100 V). Degree) is large.
[0013]
Therefore, since the required output is small, the above-described ion generator is configured and operated using the piezoelectric transformer 2 having a small output (1 W output) among the conventional piezoelectric transformers 2. The temperature of the piezoelectric transformer 2 was drastically increased, and the self-heating of the piezoelectric transformer 2 greatly changed its own resonance frequency. As a result, the output was lowered, and stable operation became impossible. As a result of experiments, it has been found that a large-sized piezoelectric transformer 2 having an output of several W class is practically required from the viewpoint of heat resistance.
[0014]
However, the use of a piezoelectric transformer 2 having an output of several W class to extract an output of at most 20 to 30 mW is very inefficient, and the size of the piezoelectric transformer 2 and thus the size of the ion generator becomes large. , And the cost increases.
[0015]
Note that the AC power supply 12 does not have a function of automatically causing the frequency of the output AC voltage to follow a change in the resonance frequency of the piezoelectric transformer 2. The use of a device having such a function causes another problem that the AC power supply 12 becomes very expensive. Also, accurate frequency control is difficult in practice.
[0016]
For example, a piezoelectric transformer suitable for applications with a light load of 20 to 30 mW or less and a high output voltage of about 2 to 7 kV is required. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a piezoelectric transformer suitable for a light load and a high output voltage application. It is another object to provide an ion generator using such a piezoelectric transformer.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, various studies were made. The results are shown below.
[0018]
A simplified equivalent circuit of a piezoelectric transformer is generally shown in FIG. In other words, one of the inductance between the input electrode 6 and the output electrode 10 L, capacitance C and resistance R is formed in series, the input-side capacitances C ₁ is formed between the two

input electrodes

6 and 8, the output electrode 10 and the other input electrode output capacitance C ₂ between 8 are formed. An AC power supply 12 is connected between the

input electrodes

6 and 8. A load 22 (the load impedance is R _L ) is connected between the output electrode 10 and the input electrode 8.
[0019]
In an application such as an ion generator, the load 22 is very small (light) as described above, that is, the load impedance _RL is very large, and the output may be considered as an open model. Then, factors of the heat generation of the piezoelectric transformer 2 described above, the power loss in the resistor R due to internal reflux current I ₀ flowing inside the piezoelectric transformer 2 through the output-side capacitance C ₂ (Joule loss. This Briefly I 0 ₂ represented by ^R), most of the input power has become the power loss (internal loss).
[0020]
However, the conventional piezoelectric transformer 2 has been developed for a load such as a cold-cathode tube having a relatively small load impedance _RL (for example, several tens of kΩ after lighting of the cold-cathode tube). 2 of the output impedance _{Z 2} is relatively small (for example, about 100 k.OMEGA). Output impedance _{Z 2} of the piezoelectric transformer 2, Briefly, as can be seen from FIG. 8, determined by the output-side capacitance _{C _2,} represented by _Z 2 = 1 / .omega.C _2. ω is the angular frequency. That conventional piezoelectric transformer 2, the larger the value of the output-side capacitance C _2. Further, as described above, it is what is done conventionally, (a larger ie output side capacitances C ₂₎ to further reduce the output impedance is improved.
[0021]
Using a small piezoelectric transformer 2 output impedance as described above, in order to obtain at least one order of magnitude is a large output voltage V ₂ than for a cold cathode tube lighting as mentioned above causes a large internal circulating current I ₀ Inevitably (because simply expressed as V ₂ = I ₀ · Z ₂ ), this increases the power loss at the resistor R inside the piezoelectric transformer 2 and increases the heat generation. I found out.
[0022]
Thus, for example, in the piezoelectric transformer used in applications of light loads and high output voltages such as ion generators, quite contrary to the prior art, the output impedance of the piezoelectric transformer to reduce the output-side capacitance C ₂ Z ₂ Has been found to be large, and for that purpose, the length of the input electrode of the piezoelectric transformer should be reduced and the distance between the input electrode and the output electrode should be increased. The present invention has been made based on such findings.
[0023]
That is, the piezoelectric transformer according to the present invention (corresponding to claim 1), wherein the length L ₂ of each input electrode, said piezoelectric substrate length L that is characterized in that 20% to 40% of the ₁ .
[0024]
With the above-described configuration, it is possible to realize a piezoelectric transformer suitable for applications with a light load and a high output voltage. That is, the output-side capacitance C ₂ is reduced in the equivalent circuit described above, the output impedance Z ₂ is increased, without increasing the internal reflux current I _0, it is possible to obtain a high output voltage V _2. As a result, the power loss in the piezoelectric transformer can be reduced, so that the temperature rise of the piezoelectric transformer can be reduced. As a result, stable operation of the piezoelectric transformer becomes possible. As a result, various effects can be obtained, such as downsizing of the piezoelectric transformer.
[0025]
The length L ₂ of the input electrodes is limited to a range as described above, more than 40% closer to the conventional piezoelectric transformer can not to be so small output capacitance C _2, the piezoelectric transformer This is because the effect of suppressing the temperature rise of the above becomes small. If less than 20%, such as by efficient supplying input power to the piezoelectric transformer is reduced, it becomes difficult to obtain a high output voltage V _2. The length _{L 2} of the input electrodes, among the above-mentioned range, more preferably 25% to 34%.
[0026]
An ion generator according to the present invention is connected between the above-described piezoelectric transformer, an AC power supply that applies an AC voltage between both input electrodes of the piezoelectric transformer, and an output electrode of the piezoelectric transformer and ground. It is characterized by including a rectifying diode and an ion-generating needle electrode connected to the output electrode of the piezoelectric transformer (corresponding to claim 2).
[0027]
According to this ion generator, the load impedance of the piezoelectric transformer is very large, and the load of the piezoelectric transformer is light, and a high output voltage is required. Can be demonstrated.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a piezoelectric transformer according to the present invention. Parts that are the same as or correspond to those in the conventional example shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals, and differences from the conventional example will be mainly described below.
[0029]
In this piezoelectric transformer 2a is the length _{L 2} of the

respective input electrodes

6 and 8, and 20% to 40% of the length _{L 1} of the piezoelectric substrate 4. That is, the within a length ratio of _{_{(= L 2 / L 1 ×}} 100) 20% to 40% of the length _{L 2} of each

input electrode

6, 8 with respect to _{L 1} of the piezoelectric substrate 4. As described above, both

input electrodes

6 and 8 are formed in the direction from one end of piezoelectric substrate 4 (that is, the side opposite to output electrode 10) to the center. Both

input electrode

6 and 8, the width direction of the piezoelectric substrate 4 is (i.e., the direction perpendicular to the length L _1), which is usually formed on the entire, as in this example. Therefore, in this example, it can be said that the area of each of the

input electrodes

6 and 8 is 20% to 40% of the area of one main surface of the piezoelectric substrate 4. The reason why the above ratio is preferable will be described later in detail with reference to FIG.
[0030]
With the above-described configuration, it is possible to realize a piezoelectric transformer 2a suitable for applications with a light load and a high output voltage. That is, the output-side capacitance C ₂ is reduced in the equivalent circuit distance described above becomes larger between the output electrode 10 and the input electrode 6 and 8 (see FIG. 8), the output impedance Z ₂ becomes large. For example, by the range described above the ratio of the length L _2, it is possible to realize more output impedance Z ₂ 1 M.OMEGA. This is one digit larger than the conventional example. As a result, without increasing the internal reflux current I _0, it is possible to obtain a high output voltage V _2. This is especially true for light load applications. As a result, the power loss in the piezoelectric transformer 2a can be reduced, so that the temperature rise of the piezoelectric transformer 2a can be reduced. As a result, various effects such as the downsizing of the piezoelectric transformer 2a can be obtained. This effect will be further described later.
[0031]
The rated output power of the piezoelectric transformer 2a is, for example, in the range of 5 to 30 mW. The rated output voltage V2 is, for example, in the range of ₂ to 7 kV.
[0032]
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of an ion generator using the piezoelectric transformer shown in FIG. Parts that are the same as or correspond to those in the conventional example shown in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and differences from the conventional example will be mainly described below.
[0033]
In this ion generator, the output side coupling capacitor 14 used in the conventional example is omitted, and the diode is directly connected to the output electrode 10 of the piezoelectric transformer 2a (that is, without the coupling capacitor 14 being interposed). One end (anode in this example) of 16 and the needle electrode 18 are connected. The other end (the cathode in this example) of the diode 16 is connected to the ground. One of the input electrodes of the piezoelectric transformer 2a (the input electrode 8 in this example) and one end of the AC power supply 12 are also connected to the ground. Therefore, it can be said that the other end (the cathode in this example) of the diode 16 is connected to the one input electrode 8 or one end of the AC power supply 12.
[0034]
The can be omitted a coupling capacitor 14 in this ion generator, as described above, since the output impedance Z ₂ of the piezoelectric transformer 2a is high. That is, the diode 16 will short-circuit the output voltage V ₂ of the piezoelectric transformer 2a for each half cycle. Such that, when a low piezoelectric transformer 2 output impedance Z ₂ as in the prior art, since a large current flows through the diode 16, is required having a large capacity diode 16 and the piezoelectric transformer 2, and consumption The power is large, and the operation of the piezoelectric transformer tends to be unstable. Conventionally, in order to prevent this, a coupling capacitor 14 is interposed in the output section, and the impedance is increased by the coupling capacitor 14. In contrast, the piezoelectric transformer 2a, it because of the high output impedance Z ₂ themselves, even without interposing a coupling capacitor 14, it is possible to prevent problem occurrence as described above.
[0035]
In the ion generator of Figure 2, different ratio of the length _{L 2} of each

input electrodes

6 and 8 to the length _{L 1} of the piezoelectric substrate 4 (i.e., the ratio is 25%, 34% and 50%) the piezoelectric transformer when using the 2a, the result of the temperature rise ΔT, and the output voltage V ₂ was measured of the surface of the piezoelectric transformer 2a shown in FIG. At this time, the magnitude of the AC voltage supplied from the AC power supply 12 to the

input electrodes

6 and 8 was the same.
[0036]
The ratio of 50% (that is, L ₂ / L ₁ = １／) is the same as that of the conventional piezoelectric transformer 2 and is a conventional example. The temperature rise ΔT at this time is as large as about 40 ° C. The output voltage _{V 2} is about 2.3 kV.
[0037]
When the ratio is 34% (that is, L ₂ / L ₁ ≒ 1/3), the temperature rise ΔT is as small as about 5 ° C. (about 1/10 of the conventional example), and the output voltage V ₂ is about 5%. 0.6 kV, which is more than twice as large as the conventional example. The small temperature rise ΔT indicates that the power loss (internal loss) in the piezoelectric transformer 2a is small.
[0038]
When the ratio is 25% (that is, L ₂ / L ₁ ）), the temperature rise ΔT is as small as about 3 ° C. (about 1/10 of the conventional example), and the output voltage V ₂ is about 3 At 0.5 kV, it is clearly larger than the conventional example.
[0039]
Although the ratio is measured at 20% (i.e. _{_{L 2 / L 1 = 1/}} 5) does not perform, by extending the graph, the results shown by the broken line is estimated to those obtained in FIG. 3 You. Also, if the ratio is 40% from the graph of FIG. 3, the temperature rise ΔT is clearly smaller than the conventional example, moreover it can be seen that the output voltage V ₂ clearly greater than the conventional example can be obtained.
[0040]
As can be seen from the above, within the ratio of the length L ₂ was 20% to 40% of the

input electrode

6 and 8, the temperature rise ΔT of the piezoelectric transformer 2a is obviously smaller than the conventional example, moreover the conventional example output voltage V ₂ than comparable is obtained. Thus, the ratio of the length _{L 2} of each

input electrodes

6 and 8 to the length _{L 1} of the piezoelectric substrate 4 is preferably within the range of 20% to 40%. In particular, when the ratio is 25% to 34%, much smaller than the temperature rise ΔT is prior art, yet the output voltage V ₂ clearly greater than that of the conventional example is obtained. Therefore, the above ratio is more preferably in the range of 25% to 34%.
[0041]
The details of the effects of the piezoelectric transformer 2a according to the present invention are as follows.
[0042]
(1) The power loss inside the piezoelectric transformer 2a can be reduced, and the temperature rise of the piezoelectric transformer 2a can be clearly reduced as compared with the conventional example. As a result, stable operation of the piezoelectric transformer 2a becomes possible. Therefore, it is not necessary to use a large-sized piezoelectric transformer for heat resistance as in the related art. That is, since stable operation is possible even with a small one, the size of the piezoelectric transformer 2a can be reduced. This leads to space saving, and furthermore, downsizing of a device (for example, an ion generator shown in FIG. 2) using such a piezoelectric transformer 2a can be achieved.
[0043]
(2) The piezoelectric transformer 2a, the output impedance Z ₂ itself as described above is high, it is possible to omit a coupling capacitor which has been conventionally required in order to increase the impedance of the output side. This is as detailed in FIG.
[0044]
(3) Both the conventional piezoelectric transformer 2 and the piezoelectric transformer 2a according to the present invention use the half-wavelength mode vibration mode as compared with the case using the one-wavelength mode vibration mode. There is an advantage that the size can be reduced to half and the size can be reduced. However, in the case of the 波長 wavelength mode, as shown in FIGS. 4B and 4C, the vibration node 32, that is, the maximum portion of the vibration stress, is located at the center of the piezoelectric substrate 4 in the longitudinal direction.
[0045]
On the other hand, in the

piezoelectric transformers

2 and 2a of this type, the maximum portion 30 of the internal polarization stress generated when the piezoelectric substrate 4 is polarized is the boundary portion in the polarization direction P as described above, that is, the output electrodes of the

input electrodes

6 and 8. It occurs at the end on the 10 side.
[0046]
In the conventional piezoelectric transformer 2, the length L ₂ of the

input electrode

6, 8 is about half the length L ₁ of the piezoelectric substrate 4, as shown by the arrows in FIG. 6, the maximum of the polarization stresses The major problem is that the piezoelectric transformer 2 (more specifically, the piezoelectric substrate 4 thereof) is likely to be broken at the central portion, because the portion 30 and the maximum portion 32 of the vibration stress are in agreement or close proximity to each other. There is.
[0047]
In contrast, in the piezoelectric transformer 2a according to the present invention, since the length _{L 2} of the

input electrode

6, 8 to 20% to 40% of the length _{L 1} of the piezoelectric substrate 4, as shown in FIG. 4 Thus, the maximum portion 30 of the polarization stress and the maximum portion 32 of the vibration stress can be completely separated. That is, the positions of the two 30 and 32 can be completely shifted. As a result, since stress concentration can be avoided, the piezoelectric transformer 2a (more specifically, the piezoelectric substrate 4) is less likely to be damaged, and the piezoelectric transformer 2a having high mechanical strength can be realized.
[0048]
(4) The piezoelectric transformer 2a, the output impedance Z ₂ as described above, the higher safety to human when high voltage output. This is because when if touched by a person in the output of such an output electrode 10 and the needle electrode 18 connected thereto, the output voltage V ₂ resonant frequency greatly changes the piezoelectric transformer 2a is decreased abruptly, the output voltage V ₂ to become a form of being divided by a high output impedance Z ₂ and it significantly lower body impedance than, rapidly decreases to a safe area output voltage V ₂ in a moment to the human body (for example, about several V) Because you do.
[0049]
Since the piezoelectric transformer 2a according to the present invention has the effects described in the above (1) to (4), it is used for an ion generator requiring a light load and a high output voltage as shown in FIG. 2, for example. It is particularly preferable that the above effects can be more remarkably exhibited when used in such an ion generator.
[0050]
Note that the output electrode 10 of the piezoelectric transformer 2 a may be provided near the end of the main surface of the piezoelectric substrate 4, for example, as shown in FIG. In this case, since the output electrode 10 can be formed simultaneously with the input electrode 6 (or 8) provided on the same surface as the output electrode 10, the output electrode 10 can be easily formed.
[0051]
Further, in the case of generating positive ions in the ion generator as shown in FIG. 2, the direction of the diode 16 may be reversed from that shown in the figure.
[0052]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, it is possible to realize a piezoelectric transformer suitable for applications with a light load and a high output voltage. In addition, the following effects are obtained.
[0053]
(1) Since the power loss inside the piezoelectric transformer can be reduced and the temperature rise of the piezoelectric transformer can be reduced, stable operation is possible even with a small one. As a result, the size of the piezoelectric transformer can be reduced.
[0054]
(2) Since the output impedance of the piezoelectric transformer itself is high, the coupling capacitor conventionally required to increase the output impedance can be omitted.
[0055]
(3) When the vibration mode of the １／ wavelength mode is used, the maximum part of the polarization stress and the maximum part of the vibration stress can be separated to avoid stress concentration, thereby realizing a piezoelectric transformer having high mechanical strength. be able to. That is, it is possible to mechanically use the half-wavelength vibration mode mechanically stably.
[0056]
(4) The output impedance of this piezoelectric transformer is high, and when a person touches the output section, the output voltage drops suddenly and instantaneously. Therefore, even if the piezoelectric transformer is used for generating a high voltage, the safety for the person is high.
[0057]
According to the second aspect of the present invention, the load impedance of the piezoelectric transformer is very large, and the load of the piezoelectric transformer is light, and a high output voltage is required. Such action and effect can be more remarkably exhibited.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a piezoelectric transformer according to the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of an ion generator using the piezoelectric transformer shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a result of measuring a temperature rise and an output voltage of a surface of a piezoelectric transformer with respect to a ratio of a length of an input electrode.
4A and 4B are diagrams illustrating an example of a case where the piezoelectric transformer according to the present invention is excited in a half-wavelength mode, wherein FIG. 4A is a cross-sectional view of the piezoelectric transformer, FIG. 4B is a displacement distribution diagram, and FIG. It is a vibration stress distribution diagram.
FIG. 5 is a perspective view showing another example of the piezoelectric transformer according to the present invention.
FIG. 6 is a perspective view showing an example of a conventional piezoelectric transformer.
FIG. 7 is a circuit diagram showing an example of an ion generator using the conventional piezoelectric transformer shown in FIG.
FIG. 8 is a simplified equivalent circuit diagram of a piezoelectric transformer.
[Explanation of symbols]
2a Piezoelectric transformer 4

Piezoelectric substrate

6, 8 Input electrode 10 Output electrode 12 AC power supply 16 Diode 18 Needle electrode

Claims

A pair of input electrodes is provided on both main surfaces of the rectangular piezoelectric substrate, and an output electrode is provided near the end of the piezoelectric substrate in the longitudinal direction and opposite to the input electrode. In a piezoelectric transformer having a structure in which the piezoelectric substrate is polarized in the thickness direction and the piezoelectric substrate between the input electrode and the output electrode is polarized in the length direction, the length of each input electrode is set to 20% to 40% of the length of the piezoelectric substrate. A piezoelectric transformer characterized in that:

2. The piezoelectric transformer according to claim 1, an AC power supply for applying an AC voltage between both input electrodes of the piezoelectric transformer, a rectifying diode connected between an output electrode of the piezoelectric transformer and ground, and the piezoelectric transformer. An ion generator, comprising: an ion-generating needle-like electrode connected to an output electrode of a transformer.