JP2006353056A - 圧電トランス - Google Patents

Abstract

【課題】 安定した動作を維持したままで小型化、低コスト化が可能な圧電インバータ用の圧電トランスの提供を目的とする。
【解決手段】 電気的信号を入力する入力部１１と前記電気的信号を増幅して出力する出力部１２を有し、前記出力部１２の端部１３に対向する内部電極１４ａ，１４ｂと外部電極１５ａからなるコンデンサ１６ａ，１６ｂが形成されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は圧電トランスの構造に関し、特に冷陰極管を点灯させるのに好適な圧電トランスに関するものである。

圧電トランスを用いた冷陰極管点灯装置（以下、圧電インバータと省略する）は、携帯機器やノート型パーソナルコンピュータの液晶バックライト用冷陰極管を点灯させる目的で広く使用されている。近年、液晶パネルの大型化に伴い、冷陰極管を複数本用いてより高輝度化を図る傾向にあり、１つの圧電トランスで複数本の冷陰極管を点灯させる要求が出てきている。

１つの圧電トランスに複数本の冷陰極管を並列に接続する場合、その中の１本の冷陰極管が先に点灯するとその冷陰極管のインピーダンスが急激に低下し、圧電トランスの出力電圧が大きく下がり他の冷陰極管が点灯できなくなってしまうという問題があった。この問題の解決策としては、冷陰極管毎に直列にバラストコンデンサを接続することによって、１本の冷陰極管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し、１つの圧電トランスで多数の冷陰極管を同時に点灯するようにした圧電インバータが提案されている。

しかしながら、バラストコンデンサを冷陰極管毎に直列に接続するとコスト高になり、特性にもばらつきが出るなどの問題点も多い。これらの問題の解決策として、圧電トランスに多数の独立した出力端を設け、バラストコンデンサなしに、１つの圧電トランスで多数の冷陰極管を同時に点灯できる圧電トランスの提案もなされている。これらの圧電トランスは、例えば特許文献１に開示されている。

特開２００４−６３６２６号公報

しかしながら、冷陰極管のインピーダンスはその特性上、点灯直後の冷陰極管に流れる管電流が小さい状態ではインピーダンスが高く、点灯後の定常状態ではインピーダンスは低くなるという特性を持ち、更に同一仕様の冷陰極管でも個々の冷陰極管毎に前記管電流値によるインピーダンス特性にばらつきがある。そのため、点灯直後の遷移状態における各々の冷陰極管のインピーダンス差を平準化して複数の冷陰極管に対して均等な電力を伝送する為のバラストコンデンサの接続は不可欠であり、安定した動作を維持したままでの圧電インバータの小型化や低コスト化が図れないという問題があった。

そこで、本発明では、上記課題を解決し、安定した動作を維持したまま小型化や低コスト化が可能な圧電インバータ用の圧電トランスの提供を目的とする。

本発明によれば、電気的信号を入力する入力部と前記電気的信号を増幅して出力する出力部とを有する圧電トランスであって、前記出力部に、対向する電極を少なくとも１対以上配置し、前記対向する電極はコンデンサとして機能することを特徴とする圧電トランスが得られる。

前記コンデンサは圧電トランスの出力部にあって、積層された内部電極と外部電極によって構成される。前記コンデンサの静電容量は前記内部電極と外部電極の間隔、形状、寸法、面積、積層数により調整が可能であり、例えば前記内部電極と外部電極の間隔を狭くすれば静電容量は大きくなり、前記内部電極と外部電極の面積を大きくすれば静電容量は大きくなる。

前記コンデンサが構成される数は少なくとも１つ以上であって、点灯させる冷陰極管の数と同数構成することが望ましい。

前述の手段によると、圧電トランスの出力部内部にバラストコンデンサの働きをするコンデンサが内蔵された構造となる為、圧電トランス外部に接続するバラストコンデンサが不要となる。

また、本発明によれば、前記圧電トランスであって、前記コンデンサの静電容量が５０ｐＦ以上の圧電トランスが得られる。

さらに本発明によれば、前記圧電トランスを使用した冷陰極管点灯装置が得られる。

前記の如く、本発明によれば、電気的信号を入力する入力部と前記電気的信号を増幅して出力する出力部とを有する圧電トランスであって、前記出力部に、対向する電極を少なくとも１対以上配置し、前記対向する電極はコンデンサとして機能する圧電トランスが得られるので、圧電トランス外部に接続するバラストコンデンサが不要となり、圧電インバータの部品点数が減り、安定した動作を維持したままで小型化、低コスト化が可能な圧電インバータ用の圧電トランスの提供が可能となった。

また、本発明によれば、前記コンデンサは静電容量を５０ｐＦ以上としたことにより高効率な圧電インバータ用の圧電トランスの提供が可能となった。

さらに、本発明によれば、前記圧電トランスを使用したことにより、部品点数が減り、安定した動作を維持したままで小型化、低コスト化が可能な圧電インバータの提供が可能となった。

次に、本発明による圧電トランスの実施の形態について、図面に基づいて具体的に説明する。

図１は、本発明の圧電トランスを示す斜視図である。電気的信号を入力する入力部１１と前記電気的信号を増幅して出力する出力部１２を有し、入力部１１は電気的信号を入力する為の電極１７，１８を備えている。前記出力部１２の端部１３には、外部電極１５ａと内部電極１４ａ，１４ｂから成る対向した電極が配置されている。電極５１ａは内部電極１４ａを電気的に接続して外部に取り出す為の電極であり、電極５１ｂは外部電極１５ａと内部電極１４ｂを電気的に接続して外部に取り出す為の電極である。外部電極１５ａと内部電極１４ａ，１４ｂは、それぞれに対向して各電極間には静電容量が存在し、これらを電気的に接続して外部に取り出した電極５１ａと電極５１ｂはコンデンサ１６ａを形成している。さらに、前記コンデンサ構造は前記出力部１２の端部１３に１つ以上構成されている。図１には、前記コンデンサ１６ａと、前記コンデンサ１６ａと同様の構造を持つコンデンサ１６ｂを構成した例を示してある。

図２は、本発明の圧電トランスの出力部端部の電極構造を示す斜視図であり、図１で示したコンデンサ１６ａを部分拡大したものである。内部電極１４ａ，１４ｂは、圧電トランスの出力部１２の内部に、それぞれ対向するように積層されてなる電極である。また、外部電極１５ａと内部電極１４ａは互いに対向し、圧電トランスの出力部１２に配置してある。

尚、使用される圧電材料の材質、圧電トランスの形状に合わせて、内部電極及び外部電極の配置、形状、積層数等は、点灯させる冷陰極管のインピーダンス等も考慮して、効率が最適になるように設定するのが望ましい。また、内部電極１４ａ，１４ｂ及び外部電極１５ａ及び電極５１ａ，５１ｂの配置は、出力部１２の範囲内であれば特に図２に示す位置に限定されるものではない。

次に、具体的な例を挙げ、本発明の圧電トランスについて、図１及び図２を用いてさらに詳しく説明する。

この圧電トランスは、ジルコン酸チタン酸鉛系の圧電セラミックス材料を使用し、形状は３０ｍｍ×６ｍｍ×３ｍｍで、圧電横効果を用い、長さ方向に約６０ｋＨｚの共振周波数で振動する圧電トランスである。また、図１において、入力部１１には内部電極が複数積層された、積層型の圧電トランスとした。圧電トランスの入力部１１には、内部電極１９，２０が厚み方向に積層され、圧電トランスの側面に露出し、電極１７，１８とそれぞれ接続している。入力部１１の対抗する内部電極１９，２０の間は、それぞれ分極方向が逆向きになるように厚み方向に分極されている。出力部１２における分極方向４０は、図１に示す矢印のように、入力部１１の内部電極１９，２０と出力部１２の端部１３の内部電極１４ａ，１４ｂとの間で長手方向になされている。

図２において、出力部１２には圧電トランス表面に配置された外部電極１５ａと圧電トランス内部に配置された内部電極１４ａ，１４ｂがそれぞれ対向し、４対の積層された電極として配置されている。内部電極１４ａは電極５１ａと電気的に接続され、内部電極１４ｂと外部電極１５ａは電極５１ｂと電気的に接続されている。電極５１ａと電極５１ｂは、コンデンサ１６ａを形成している。

本実施例では、内部電極１４ａ，１４ｂと外部電極１５ａの対向する面積、間隔を調整してコンデンサ１６ａの静電容量が１０ｐＦ、２０ｐＦ、５０ｐＦ、１００ｐＦ、２５０ｐＦとなる５種類の圧電トランスを試作した。また、前記コンデンサ１６ａと同様の構造を持つコンデンサ１６ｂを出力部１２に長手方向と平行で、幅を２等分する中心線４１に対して線対象となる位置に配置し、容量が等しい２つのコンデンサを有する圧電トランスとし、それぞれの電極５１ｂに冷陰極管が接続できるようにした。

上記圧電トランスの性能を評価する為、上記圧電トランスを組み込んだ圧電インバータを試作した。図３は、本発明の圧電トランスを使用した圧電インバータの等価回路図である。上記圧電トランス３１と入力信号３２が抵抗３３を介して入力部３１ａに入力され、２本の冷陰極管３８，３９が抵抗３６，３７を介して圧電トランスの出力部３１ｂ，３１ｃのコンデンサ３４，３５にそれぞれ接続してある。

ここで、コンデンサ３４，３５は、上記圧電トランスにおいて図１に示すところのコンデンサ１６ａ，１６ｂの等価回路として示している。また、２本の冷陰極管３８，３９として、長さが２５０ｍｍ、管の直径がφ２．０ｍｍ、安定点灯時の定格電圧は６００Ｖｒｍｓで管電流は６ｍＡの冷陰極管を用いた。この状態で入力信号３２の周波数を変化させて圧電トランスの出力の効率を実測した。

図４は、本発明の圧電トランスを使用した圧電インバータにおいて圧電トランスの出力の効率を実測した結果を示すグラフである。図４は、横軸に駆動周波数、縦軸に圧電トランスの出力の効率を示している。

図４のグラフから、本発明の実施例１による５種類の圧電トランス、即ちコンデンサ１６ａ，１６ｂの静電容量を１０ｐＦ、２０ｐＦ、５０ｐＦ、１００ｐＦ、２５０ｐＦとした圧電トランスは電気的入力信号を増幅し、冷陰極管を点灯するに十分な効率を有している事が判る。特に、本発明の実施例１による５種類の圧電トランスのうちコンデンサ１６ａ，１６ｂの静電容量を５０ｐＦとした圧電トランスの出力の効率は、駆動周波数が５８．４ｋＨｚから６１．５ｋＨｚの間で、図４中に矢印で示した効率９０％以上の効率が得られており、さらに静電容量の値が１００ｐＦ、２５０ｐＦと大きくなる程広い駆動周波数範囲で効率が９０％以上となることが判明した。また、例えば、駆動周波数の帯域幅が３ｋＨｚ以上で９０％以上の効率を得ようとするならば、コンデンサ１６ａ，１６ｂの静電容量は５０ｐＦ以上にすることが好ましい。上記のごとく、本発明による圧電トランスを使用することにより、圧電トランス外部に接続するコンデンサなしでも充分実用に耐えられる圧電トランス及び圧電インバータが得られた。

図５は、本発明の実施例２の圧電トランスを示す斜視図である。電気的信号を入力する入力部１１と前記電気的信号を増幅して出力する出力部１２を有し、入力部１１は電気的信号を入力する為の電極１７，１８を備えている。前記出力部１２の端部１３には、外部電極１５ａと内部電極１４ａ，１４ｂから成る対向した電極が配置されている。電極５１ａは、内部電極１４ａを電気的に接続して外部に取り出す為の電極であり、電極５１ｂは外部電極１５ａと内部電極１４ｂを電気的に接続して外部に取り出す為の電極である。電極５１ａと電極５１ｂはコンデンサ１６ａを形成している。これは、本発明の圧電トランスにおいて出力部１２の端部１３に１つのコンデンサ１６ａのみを配置した場合の一実施例で、１つの冷陰極管を点灯する場合に有効である。

上記圧電トランスにおいても、コンデンサ１６ａの静電容量を１０ｐＦ、２０ｐＦ、５０ｐＦ、１００ｐＦ、２５０ｐＦとした圧電トランスを試作し評価した結果、実施例１と同様に圧電トランス外部に接続するコンデンサなしでも充分実用に耐えられる圧電トランス及び圧電インバータが得られた。

図６は、本発明の実施例３の圧電トランスを示す斜視図である。電気的信号を入力する入力部１１と前記電気的信号を増幅して出力する出力部１２を有し、入力部１１は電気的信号を入力する為の電極１７，１８を備えている。前記出力部１２の端部１３には、外部電極１５ａと内部電極１４ａ，１４ｂから成る対向した電極が配置されている。電極５１ａは、内部電極１４ａを電気的に接続して外部に取り出す為の電極であり、電極５１ｂは外部電極１５ａと内部電極１４ｂを電気的に接続して外部に取り出す為の電極である。電極５１ａと電極５１ｂは、コンデンサ１６ａ及びコンデンサ１６ｂを形成している。

さらに、前記出力部１２の端部１３の幅方向中央に外部電極１５ｂと内部電極１４ｃ、１４ｄから成る対向した電極が配置されている。電極５１ｃは内部電極１４ｃを電気的に接続して外部に取り出す為の電極であり、電極５１ｄは外部電極１５ｂと内部電極１４ｄを電気的に接続して外部に取り出す為の電極である。電極５１ｃと電極５１ｄは、コンデンサ１６ｃを形成している。これは、本発明による圧電トランスにおいて出力部１２の端部１３に３つのコンデンサ１６ａ，１６ｂ，１６ｃを配置したことで、３本の冷陰極間を点灯するのに有効である。

上記圧電トランスにおいても、コンデンサ１６ａ，１６ｂ，１６ｃの静電容量を１０ｐＦ、２０ｐＦ、５０ｐＦ、１００ｐＦ、２５０ｐＦとした圧電トランスを試作し評価した結果、実施例１と同様に圧電トランス外部に接続するコンデンサなしでも充分実用に耐えられる圧電トランス及び圧電インバータが得られた。

図７は、本発明の実施例４の圧電トランスを示す斜視図である。電気的信号を入力する入力部１１と前記電気的信号を増幅して出力する出力部１２を有し、入力部１１は電気的信号を入力する為の電極１７，１８を備えている。前記出力部１２の端部１３には外部電極１５ａと内部電極１４ａ，１４ｂから成る対向した電極が配置されている。内部電極１４ａは電極５１ａと電気的に接続され、内部電極１４ｂと外部電極１５ａは電極５１ａと同一面内にある電極５１ｂと電気的に接続されている。電極５１ａと電極５１ｂはコンデンサ１６ａ及びコンデンサ１６ｂを形成している。

さらに、前記出力部１２の端部１３の幅方向中央に外部電極１５ｂと内部電極１４ｃ、１４ｄから成る対向した電極が配置されている。内部電極１４ｃは電極５１ｃと電気的に接続され、内部電極１４ｄと外部電極１５ｂは電極５１ｄと電気的に接続されている。電極５１ｃと電極５１ｄはコンデンサ１６ｃを形成している。これは、本発明による圧電トランスにおいて出力部１２の端部１３に３つのコンデンサ１６ａ，１６ｂ，１６ｃを配置したことで、３本の冷陰極間を点灯するのに有効である。

上記圧電トランスにおいても、コンデンサ１６ａ，１６ｂ，１６ｃの静電容量を１０ｐＦ、２０ｐＦ、５０ｐＦ、１００ｐＦ、２５０ｐＦとした圧電トランスを試作し評価した結果、実施例１と同様に圧電トランス外部に接続するコンデンサなしでも充分実用に耐えられる圧電トランス及び圧電インバータが得られた。

上記以外にも、前記出力部１２の端部１３近傍の外部または内部に、対向する電極を少なくとも１対以上配置し、前記対向する電極をコンデンサとして機能するようにし、その電極の形状、位置、数は、点灯する冷陰極管の本数、特性に合わせて調整し配置すれば良く、上記に限定されるものではない。

実施例１において既に述べたように、本発明の圧電トランスを用いた圧電インバータは、図３に示すような等価回路となるが、従来、コンデンサ３４，３５は圧電トランスの外部にあって、コンデンサ部品を外付けで実装していたが、本発明では前記コンデンサが圧電トランスの出力部に内蔵した形態となるため、実際試作した圧電インバータにおいても、外付けのコンデサ部品は不要となり、従来、コンデンサ部品を配置し、接続する為に使用していた回路基板上のスペースが不要になった。

この為、例えば、大型の液晶パネルにおいては１台あたり圧電トランスを１６個使用し３２本の冷陰極管を点灯させるような圧電インバータの場合、３２個のコンデンサ部品が不要となり、小型化のみならずコスト低減にも大きく寄与する圧電インバータの提供が可能となる。

本発明は液晶パネル用の冷陰極管点灯装置のみならず、その他電子機器等における高電圧発生装置等への利用が可能である。

本発明の圧電トランスを示す斜視図。 本発明の圧電トランスの出力部端部の電極構造を示す斜視図。 本発明の圧電トランスを使用した圧電インバータの等価回路図。 本発明の圧電トランスを使用した圧電インバータにおいて圧電トランスの出力の効率を実測した結果を示すグラフ。 本発明の圧電トランスを示す斜視図。 本発明の圧電トランスを示す斜視図。 本発明の圧電トランスを示す斜視図。

符号の説明

１１ 入力部
１２ 出力部
１３ 出力部端部
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ 内部電極
１５ａ，１５ｂ 外部電極
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ コンデンサ
１７ 電極
１８ 電極
１９ 内部電極
２０ 内部電極
３１ 圧電トランス
３１ａ 入力部
３１ｂ 出力部
３１ｃ 出力部
３２ 入力信号
３３ 抵抗
３４ コンデンサ
３５ コンデンサ
３６ 抵抗
３７ 抵抗
３８ 冷陰極管
３９ 冷陰極管
４０ 分極方向
４１ 中心線
５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ 電極

Claims (3)

1. 電気的信号を入力する入力部と前記電気的信号を増幅して出力する出力部とを有する圧電トランスであって、前記出力部に、対向する電極を少なくとも１対以上配置し、前記対向する電極はコンデンサとして機能することを特徴とする圧電トランス。
2. 請求項１記載の圧電トランスであって、前記コンデンサの静電容量が５０ｐＦ以上であることを特徴とする圧電トランス。
3. 請求項１記載の圧電トランスを使用したことを特徴とする冷陰極管点灯装置。

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