JP2009170784A - 圧電トランス - Google Patents

Abstract

【課題】 低背かつ、従来と同等な特性を有するλ／２の単板型圧電トランス素子を構成要素とした圧電トランスを提供する。
【解決手段】 矩形平板状の圧電板厚み方向表裏にそれぞれ入力電極３，４が備えられ厚み方向に分極された駆動部と、長さ方向に分極され長さ方向外周面に出力電極５を備えた発電部からなる、λ／２の単板型圧電トランス素子１であって、少なくとも入力電極が前記矩形平板状の圧電板２の幅方向外周面にまで延長した構造を構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、主に液晶ディスプレイのバックライト用インバータ等に用いられる圧電トランスに関するものである。

近年、携帯型パーソナルコンピュータなどの液晶表示パネルバックライト用として冷陰極線管が設けられている。この冷陰極線管を点灯させるためには高電圧印加が必要であり、こうしたバックライト点灯用昇圧モジュール（以下、インバータ）の構成要素として小型化、省電力化、低ノイズなどの特徴を有する圧電トランス素子を用いることが多くなっている。また、このような圧電トランスの２次領域側には前記したように冷陰極管を駆動可能な程度の高電圧が発生するため、安全への配慮からケースに収納して周囲と隔離し沿面距離を確保することが一般的である。

圧電トランス素子としては種々のタイプのものが存在するが、一般的なものとしては矩形平板状の圧電板に一対の入力電極が備えられ、厚み方向に分極された駆動部と、長さ方向に分極され長さ方向外周面（端面）に電極を備えた発電部からなるローゼン型圧電トランス素子が知られている。

この圧電トランス素子には積層型と単板型が存在する。現在は、積層型より昇圧比が大幅に劣る問題はあるが、安価に製造が可能であることから圧電インバータの圧電トランス素子として単板型を用いることが多くなっている。更に、圧電インバータの長さ方向を小型化できることからλ／２（波長）の単板型圧電トランス素子を用いることが多くなっている。

図５は、従来のλ／２の積層型圧電トランス素子を示す図である。図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は正面図、図５（ｃ）は背面図、図５（ｄ）は下面図、図５（ｅ）は左側面図、図５（ｆ）は右側面図、図５（ｇ）は斜視図を示す。従来のλ／２の積層型圧電トランス素子（以下、積層型トランス素子）４１は、積層型圧電トランス素子４１の入力電極４３に導電部品を介して入力電圧を印加して、この積層型圧電トランス素子４１の圧電板４２を機械振動させ、出力電極４４に生じた高電圧を出力電極４４から導電部品を介して取り出す構造となっている。

また、図６は従来のλ／２の単板型圧電トランス素子を示す図である。図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は正面図、図６（ｃ）は背面図、図６（ｄ）は下面図、図６（ｅ）は左側面図、図６（ｆ）は右側面図、図６（ｇ）は斜視図を示す。従来のλ／２の単板型圧電トランス素子（以下、単板型トランス素子）５１は、単板型圧電トランス素子５１の入力電極５３に導電部品を介して入力電圧を印加して、この単板型圧電トランス素子５１を構成している圧電板５２を機械振動させ、出力電極５４に生じた高電圧を出力電極５４から導電部品を介して取り出す構造となっている。

現在多く用いられている単板型圧電トランス素子の入力電極への印加および出力電極から取出すための導電部品のタイプについて、一般的な３種類について説明する。１つ目の圧電トランスＡ構造としては、圧電トランス素子を収納するケースに備えられた端子と圧電トランス素子の電極に配線用リード線を介して電気的に接続するタイプである。２つ目の圧電トランスＢ構造としては、圧電トランス素子を収納するケースにバネ性を有した金属平板端子を備え、この端子とトランス素子の電極を導電性接着剤もしくはハンダ付けして電気的に接続するタイプである。３つ目の圧電トランスＣ構造としては、圧電トランス素子を収納するケースに備えた端子とトランス素子の電極を導電性弾性体で狭持させ電気的に接続するタイプである。

以下に、前記した３種類の従来のλ／２の単板型圧電トランスＡ〜Ｃ構造を従来例に従い説明する。図７は、従来のλ／２の単板型圧電トランス素子を構成要素とした圧電トランスＡ構造の圧電トランスを示す図である。図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は正面図、図７（ｃ）は下面図、図７（ｄ）は左側面図、図７（ｅ）は右側面図、図７（ｆ）は平面斜視図、図７（ｇ）は下面斜視図を示す。従来の圧電トランスＡ構造の圧電トランス６１は、従来のλ／２の単板型圧電トランス素子（以下、単板型圧電トランス素子）５１と単板型圧電トランス素子５１を収納する箱状ケース（以下、ケース）６７とを備え、単板型圧電トランス素子５１の入力電極５３が設けられた表（以下、平面）裏（以下、下面）の内のどちらか一面とケース６７の底面が弾性接着剤６２を介して接合されている。

また、平面、下面の入力電極５３には入力印加のための配線用リード線６３がハンダにより接続され、かつ出力電極５４には出力取出のための配線用リード線６４がハンダにより接続され、入力印加のための配線用リード線６３がケース６７に備えられた導電性を有する入力用端子６５にそれぞれハンダにより接続され、出力取出のための配線用リード線６４がケース６７に備えられた導電性を有する出力用端子６６にハンダにより接続されて、従来の圧電トランスＡ構造の圧電トランス６１が構成される。

図８は、従来のλ／２の単板型圧電トランス素子を構成要素とした圧電トランスＢ構造の圧電トランスを示す図である。図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は正面図、図８（ｃ）は下面図、図８（ｄ）は左側面図、図８（ｅ）は右側面図、図８（ｆ）は平面斜視図、図８（ｇ）は下面斜視図を示す。従来の圧電トランスＢ構造の圧電トランス７１は、単板型圧電トランス素子５１と単板型圧電トランス素子５１を収納する箱状ケース（以下、下ケース）７６と下ケース７６と接合する蓋状ケース（以下、上ケース）７７とを備え、単板型圧電トランス素子５１の入力電極５３が設けられた平面、下面の内どちらか一面と下ケース７６の底面が弾性接着剤７２を介して接合されている。

また、上ケース７７と単板型圧電トランス素子５１が弾性接着剤７２を介して接合、もしくは下ケース７６、上ケース７７両方と単板型圧電トランス素子５１の入力電極５３が設けられた平面、下面それぞれと弾性接着剤７２を介して接合されている場合もある。

この下ケース７６、上ケース７７には入力印加のためのバネ性を有した金属平板から形成される入力用端子（以下、入力用端子）７４がそれぞれ設けられ、入力用端子７４と単板型圧電トランス素子５１に設けられた平面、下面の入力電極５３をそれぞれ導電性接着剤７３もしくはハンダで接合することにより電気的な接続がされている。

更に、下ケース７６には出力取出のためのバネ性を有した金属平板から形成される出力用端子（以下、出力用端子）７５も設けられ、出力用端子７５と単板型圧電トランス素子５１の出力電極５４を導電性接着剤７３もしくはハンダで接合することにより電気的接続して、従来の圧電トランスＢ構造の圧電トランス７１が構成される。

図９は、従来のλ／２の単板型圧電トランス素子を構成要素とした圧電トランスＣ構造の圧電トランスを示す図である。図９（ａ）は平面図、図９（ｂ）は正面図、図９（ｃ）は下面図、図９（ｄ）は左側面図、図９（ｅ）は右側面図、図９（ｆ）は平面斜視図、図９（ｇ）は下面斜視図を示す。従来の圧電トランスＣ構造の圧電トランス８１は、単板型圧電トランス素子５１と単板型圧電トランス素子５１を収納する箱状ケース（以下、下ケース）８６と前記下ケース８６と接合する蓋状ケース（以下、上ケース）８７とを備え、単板型圧電トランス素子５１は入力電極５３が設けられた二面（平面、下面）と下ケース８６の底面、上ケース８７の下面それぞれと複数の弾性体８２を介して支持されている。

この下ケース８６、上ケース８７には入力印加のための金属平板から形成される入力用端子（以下、入力用端子）８４が設けられ、入力用端子８４と単板型圧電トランス素子５１の平面、下面の前記入力電極５３にそれぞれ導電性を有した弾性体８３を介して電気的接続がされている。更に、下ケース８６には出力取出のための金属平板から形成される出力用端子（以下、出力用端子）８５が設けられ、出力用端子８５と単板型圧電トランス素子５１の出力電極５４に導電性を有した弾性体８３を介して電気的接続して、従来の圧電トランスＣ構造の圧電トランス８１が構成される。

また、従来の圧電トランスＣ構造の圧電トランス８１は、単板型圧電トランス素子５１の長さ方向外側面（端面）と導電性を有した弾性体８３の接合が困難であることから単板型圧電トランス素子５１の出力電極５４と入力電極５３を設けている平面または下面にまで延長し、この延長した電極面と出力用端子８５と導電性を有した弾性体８３を介して接続している構造であることが多い。

圧電トランス素子とケースの接続方法としては、圧電トランス素子の保持部を圧電板の振動の節よりλ／８以上離れている所に規定して、圧電トランス素子とケースの接続用として銀のゴム導電材を用いていることが、例えば特許文献１に開示されている。また、圧電トランス素子とケースの接続方法としては、振動緩衝部を設けたり、弾性導電体を用いたりすることが、例えば特許文献２、３、４に開示されている。また、圧電トランス素子とケースの関係としては、圧電トランス素子とケースの隙間を設けたり、隙間の開口部を覆ったりすることが、例えば特許文献５、６に開示されている。

特開平１０−７４９９２号公報 特開２０００−３４９３６０号公報 特開２００１−１０２６５３号公報 特開２００１−１４８４４０号公報 特開２００３−１３３６０６号公報 特開２００３−１３３６０７号公報

しかしながら、上記従来構造の圧電トランス６１、７１、８１は次のような問題点を有していた。

図６に示すように、従来のλ／２の単板型圧電トランス素子５１は、矩形平板状の圧電板５２厚み方向表（以下、平面）裏（以下、下面）にそれぞれ入力電極５３を備え、入力電極５３から電気的な接合を取る構造であることから、従来の圧電トランス構造として上述した３種類（図７〜９）のように矩形平板状の圧電板５２厚み方向に大きくなってしまう。

また、従来のλ／２の単板型圧電トランス素子を構成要素とした圧電トランスＣ構造の圧電トランス（図９）などは、圧電トランス素子の振動の生じない、いわゆる節の部分が長さ方向の中心であるので、圧電トランス素子の長手方向端面は振動の最も大きくなる部位であることから単板型圧電トランス素子５１に設けた電極への印加および取出に用いる導電部品に導電性を有した弾性体８３が単板型圧電トランス素子５１の振動を吸収しきれずに振動阻害要因となり単板型圧電トランス素子５１の特性を劣化させてしまうなどの問題を有していた。

近年、携帯型パーソナルコンピュータおよび薄型ＴＶの更なる薄型化が進んでおり、両者に内蔵される液晶表示パネルバックライト点灯用インバータ（以下、インバータ）への製品高さを低くする（以下、低背化）要求は強くなっており、上述した従来の圧電トランス素子５１を構成要素とした圧電インバータではこの低背化要求を満足することが困難となっている問題があった。

また、図５に示す従来のλ／２の積層型圧電トランス素子４１を構成要素とした圧電インバータは積層型圧電トランス素子の構造上低背化が可能であるが、上述した単板型圧電トランス素子５１よりはるかに圧電トランスが高価となってしまう問題があった。

図１０は従来の入力電極を長手方向外側面（背面）に延長したλ／２の単板型圧電トランス素子を示す図である。図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は正面図、図１０（ｃ）は背面図、図１０（ｄ）は下面図、図１０（ｅ）は左側面図、図１０（ｆ）は右側面図、図１０（ｇ）は斜視図を示す。

図１１は、従来の入力電極を長手方向外側（背面）に延長したλ／２の単板型圧電トランス素子を構成要素とした圧電トランスを示す。図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）は正面図、図１１（ｃ）は下面図、図１１（ｄ）は左側面図、図１１（ｅ）は右側面図、図１１（ｆ）は正面斜視図、図１１（ｇ）は下面斜視図を示す。

図１０（ａ）〜図１０（ｇ）に示すように、矩形平板状の圧電板９２厚み方向表（以下、平面）裏（以下、下面）にそれぞれ入力電極９３が備えられ、厚み方向に分極された駆動部と長さ方向に分極され、長さ方向外周面（以下、正面）に出力電極９４を備えた発電部からなるローゼン型圧電トランス素子において、入力電極９３を圧電板９２の従来の入力電極を長手方向外側面（背面）に延長した入力電極９５があることから入力印加のための導電部品は長手方向に接続することとなる従来の入力電極を長手方向外周面（背面）に延長したλ／２の単板型圧電トランス素子（以下、単板型圧電トランス素子）９１は従来からある。

図１１（ａ）〜図１１（ｇ）に示すように、従来の入力電極を長手方向外側（背面）に延長したλ／２の単板型圧電トランス素子を構成要素とした圧電トランス１０１は、単板型圧電トランス素子９１と単板型圧電トランス素子９１を収納する外装ケース１０７を備え、単板型圧電トランス素子９１は入力電極９３が設けられ表（以下、平面）裏（以下、下面）の内のどちらか一面と外装ケース１０７の底面が弾性接着剤１０２を介して接合されている。また、平面、下面の入力電極９３の長手方向の外周面（背面）に延長した入力電極９５には、入力印加のための配線用リード線１０３がハンダにより接続され、かつ、出力電極９４には出力取出のための配線用リード線１０４がハンダにより接続され、入力印加のための配線用リード線１０３が外装ケース１０７に備えられた導電性を有する入力端子１０５にそれぞれハンダにより接続され、出力取出のための配線用リード線１０４が外装ケース１０７に備えられた導電性を有する出力用端子１０６にハンダで接続されて、従来の入力電極を長手方向外側（背面）に延長したλ／２の単板型圧電トランス素子を構成要素とした圧電トランス１０１が構成される。

この単板型圧電トランス素子９１の構造の場合、長手方向外周面（背面）に極性の異なるそれぞれの長手方向の外周面（背面）に延長した入力電極９５を設けなければならないため、高電圧の入力の為に両電極の沿面距離を確保しつつ、入力印加のための電気的接続を満足する必要があり、本構造は量産性に優れたものではないという問題も有していた。

従来の入力電極を長手方向外側（背面）に延長したλ／２の単板型圧電トランス素子を構成要素とした圧電トランス１０１は、低背化は出来るが、長手方向の外周面（背面）に延長した入力電極９５は、前記単板型圧電トランス素子９１の振動の最も大きくなる部位であり、劣化の問題があった。

そこで、本発明の目的は、上述したパーソナルコンピュータおよび薄型ＴＶなどの液晶表示バックライトユニット（以下、インバータ）の低背化要求を満足することが可能な低背かつ、従来と同等な特性を有するλ／２の単板型圧電トランス素子を構成要素とした圧電トランスを提供することである。

本発明は、低背化要求を満足することが可能な低背かつ、従来と同等な特性を有するλ／２の単板型圧電トランス素子を構成要素とした圧電トランスを提供することである。

本発明によれば、矩形平板状の圧電板厚み方向表裏にそれぞれ入力電極が備えられ厚み方向に分極された駆動部と、長さ方向に分極され長さ方向外周面に出力電極を備えた発電部からなる、ローゼン型単板圧電トランスであって、少なくとも入力電極が前記矩形平板状圧電板の幅方向外周面にまで延長した構造であることを特徴とする圧電トランスが得られる。

また本発明によれば、前記ローゼン型単板圧電トランスに、振動の生じないいわゆる節の部分が矩形平板状圧電板の長さ方向中心であるλ／２の圧電トランス素子を用いたことを特徴とする圧電トランスが得られる。

また本発明によれば、前記圧電トランス素子の矩形平板状圧電板の幅方向外周面にまで延長した入力電極位置は、前記矩形平板状圧電板長の中心より前記入力電極端まで矩形平板状圧電板長の５〜１５％離した構造であることを特徴とする圧電トランスが得られる。

また本発明によれば、前記圧電トランス素子は、前記圧電トランス素子の矩形平板状圧電板の幅方向外周面にまで延長した入力電極幅を矩形平板状圧電板長の５〜１２％とした構造であることを特徴とする圧電トランスが得られる。

また本発明によれば、前記圧電トランス素子は入力端子と出力端子を備えた導電部を有する方形枠状もしくは箱状の外装ケースに収納され、前記外装ケースに備えた入力端子と前記圧電トランス素子の外周面にまで延長した入力電極とを電気的に接続した構造であることを特徴とする圧電トランスが得られる。

本発明によれば、低背化要求を満足することが可能な低背かつ、従来と同等な特性を有するλ／２の単板型圧電トランス素子を構成要素とした圧電トランスを提供することが出来る。

以下、本発明に係わる圧電トランスおよびインバータの実施の形態について図面を参照して説明する。

図１に、本発明のλ／２の単板型圧電トランス素子を示す。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は正面図、図１（ｃ）は背面図、図１（ｄ）は下面図、図１（ｅ）は左側面図、図１（ｆ）は右側面図、図１（ｇ）は斜視図を示す。本発明のλ／２の単板型圧電トランス素子１（以下、単板型圧電トランス素子１）は、矩形平板状の圧電板２厚み方向表（以下、平面）裏（以下、下面）に、平面に設けた入力電極３(以下、入力電極３)と下面に設けた入力電極４を備え、厚み方向に分極された駆動部と長さ方向に分極され、長さ方向外周面（以下、正面）に出力電極５を備えた発電部からなり、かつ振動の生じない、いわゆる節の部分が圧電板２の長さ方向の中心である単板型圧電トランス素子１であり、入力電極３を左側の幅方向外周面（以下、左側面）にまで延長し、入力電極４を右側の幅方向外周面（以下、右側面）にまで延長した構造である。以下、左側面まで延長した入力電極を入力電極の左側面延長電極６、右側面まで延長した入力電極を入力電極の右側面延長電極７とする。

また、単板型圧電トランス素子１の平面、下面に設けた入力電極３，４は極性が異なり、極性間には約２００Ｖの電圧が加わるため、安全規定に基づいた沿面距離を平面、下面の入力電極３，４の形状および左、右側面延長電極６，７の形状を図１記載の様にして確保した。更に、この両極性の入力電極形状（入力電極３，４、左、右側面延長電極６，７）を同一形状にすることにより、同一の製造工程で容易に製造可能（量産性に優れた）な構造とした。

また、本発明の構造を実施するにあたり、上述した入力電極の左、右側面延長電極６，７は、その位置および幅の仕様により圧電トランス素子の機械強度および圧電トランス素子を構成要素とした圧電インバータとして動作させた際の製品寿命に大きく影響を与えることが判り、入力電極３，４の左、右側面延長電極６，７の位置は、後述する検討結果より矩形平板状圧電板長の中心（単板型圧電トランス素子１の振動の節）より入力電極端まで矩形平板状圧電板長の５〜１５％離し、かつ、電極幅は矩形平板状圧電板長の５〜１２％にすることにより上述した単板型圧電トランス素子１の機械強度および圧電インバータ製品の製品寿命を十分に確保することができる。

本発明の実施例の単板型圧電トランス素子１（長さ２９．３ｍｍ、幅７ｍｍ、厚さ２．６ｍｍ）は、入力電極３，４の左、右側面延長電極６，７の位置は単板型圧電トランス素子１の振動の節（矩形平板状圧電板長の中心）より入力電極端まで矩形平板状圧電板長の約８％に当たる２．４ｍｍ離し、かつ、電極幅は矩形平板状圧電板長の約７％にあたる２．０ｍｍである。

表１に上述した本発明の圧電トランス素子構造に至る検討評価結果をトランス素子構造別に示す。前記表１につき詳細に説明する。λ／２の単板型圧電トランス素子構造を検討するため、圧電板形状を同一として入力電極構造のみ変えて、他の構造等はすべて同じにして、従来品を基準とし検討１〜３と本発明品の４種類について比較検討した。圧電板形状としては、長さ２９．３ｍｍ、幅７ｍｍ、厚さ２．６ｍｍと共通にして実施した。各電極構造については、表１のλ／２単板型圧電トランス素子構造の図に記載した。

従来の構造は、入力電極の左、右側面延長電極は設けなかった。検討１の構造は、入力電極の左、右側面延長電極の位置は、圧電トランスの振動の節の箇所から設け、かつ、左、右側面延長電極幅は矩形平板状圧電板長の約５１％にあたる１５ｍｍとした。検討２の構造は、入力電極の左、右側面延長電極の位置は、圧電トランスの振動の節より入力電極端まで矩形平板状圧電板長の約３４％にあたる９．６５ｍｍ離し、かつ、左、右側面延長電極幅は矩形平板状圧電板長の約１５％にあたる４．５ｍｍとした。検討３の構造は、入力電極の左、右側面延長電極の位置は、圧電トランスの振動の節の箇所から設け、かつ、左、右側面延長電極幅は矩形平板状圧電板長の約１６％にあたる４．７５ｍｍとした。

比較項目は、圧電トランス素子単品特性として、一次側電気機械結合係数、機械的破壊試験の２項目とし、圧電トランスを構成要素とした圧電インバータ特性として、効率、圧電トランス素子の発熱、連続駆動試験の３項目とした。

圧電トランス素子単体の一次側電気機械結合係数は、圧電トランス素子単体の共振特性をインピーダンスアナライザで測定して、共振周波数ｆｒ、反共振周波数ｆａを求め、式（１）、式（２）より算出した。

Ｋ３１＝√（ｒ／（ｒ−ｔａｎｒ））× １００・・・・・・・（１）
ｒ＝（π／２）（ｆａ／ｆｒ） ・・・・・・・（２）
Ｋ３１：電気機械結合係数（％）、ｆｒ：共振周波数（Ｈｚ）、ｆａ：反共振周波数（Ｈｚ）

結果は、検討３の構造で、６％劣化した以外は、ほぼ同等の特性を示した。

圧電トランス素子単体の機械的破壊試験は、圧電トランス素子単体の一次側電極に、圧電トランス素子単体振動速度が素子の強度確認レベル（量産時の圧電トランス素子スクリーニングレベル）の１．５ｍ／ｓになるような入力電圧を、レーザー振動速度計で圧電トランス素子の振動状況を計測確認しながら印加した。振動速度が１．５ｍ／ｓで、圧電トランス素子が破壊するかの機械強度を確認した。結果は、検討１と検討３の構造で、多くの破壊が見られ強度的に問題があるのが、確認できた。

圧電トランスを構成要素とした圧電インバータの効率は、実際に負荷（液晶ディスプレイのバックライト）を圧電トランス素子構造以外統一した圧電インバータで駆動させ、その時の効率を式（３）より算出した。

効率（％）＝（出力電力／入力電力）×１００ ・・・・・・・（３）

各々圧電トランス素子試料を変えて、検討比較品について各３０台の平均した結果は、検討３の構造で、４％劣化した以外はほぼ同等の特性を示した。

圧電トランスを構成要素とした圧電インバータ稼動時の圧電トランス素子の発熱は、実際に負荷（液晶ディスプレイのバックライト）を圧電トランス素子構造以外統一した圧電インバータで駆動させ、その時に表１のλ／２単板型圧電トランス素子構造の図に記載したＡ、Ｂ、Ｃ地点の各温度を稼動後安定してから、一定時間後放射温度計により測定した。各々圧電トランス素子試料を変えて、検討比較品について各３０台の平均した結果は、検討３の構造で、発熱が大きかった以外は、ほぼ同等の特性を示した。

圧電トランスを構成要素とした圧電インバータ稼動時の連続駆動試験は、実際に負荷（液晶ディスプレイのバックライト）を圧電トランス素子構造以外統一した圧電インバータで、過大負荷となる圧電トランス素子が通常の約３倍の振動速度になるように駆動させ、その時連続駆動時間を測定した。各々圧電トランス素子試料変えて、検討比較品について各３０台試験し最短駆動時間を測定した結果は、検討３と本発明の構造で、従来と同等の連続駆動特性を示した。

上記の５項目の圧電トランス素子単体と圧電トランスを構成要素とした圧電インバータ特性の特性比較より、本発明の実施例の構造が従来の構造と同等の特性を有していることを、確認することが出来たとともに、本発明の構造が適していることを検証することが出来た。入力電極位置が、近いと圧電トランス素子単品特性の一次側電気機械結合係数の劣化、機械的破壊試験の破壊率上昇が起こると共に、圧電インバータ特性の効率の劣化、圧電トランス素子の発熱温度上昇が起こり、遠いと圧電インバータ特性の連続駆動試験の寿命が短くなる。入力電極幅が、狭いと導電性部品との接合、接触が不十分となり非導通不具合が起こりやすく作業性が悪化すると共に規定の電流値が流せなくなり、広いと圧電トランス素子単品特性の機械的破壊試験の破壊率上昇が起こると共に圧電インバータ特性の連続駆動試験の寿命が短くなる。

さらに上記圧電トランス素子構造の入力電極位置と入力電極幅の詳細な評価試験を行い、入力電極位置は矩形平板状圧電板長の中心から入力電極端まで矩形平板状圧電板長の５〜１５％離した構造とし、矩形平板状圧電板の幅方向外周面にまで延長した入力電極幅を矩形平板状圧電板長の５〜１２％とすることが望ましいことがわかった。

次に、前記した本発明の実施の形態に係わる単板型圧電トランス素子１を外装ケース収納したトランス構造Ａ〜Ｃを従来例と比較しながら説明する。

（実施例１）
図２に、本発明のλ／２の単板型圧電トランス素子を構成要素とした圧電トランスＡ構造の圧電トランスを示す。図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は正面図、図２（ｃ）は下面図、図２（ｄ）は左側面図、図２（ｅ）は右側面図、図２（ｆ）は平面斜視図、図２（ｇ）は下面斜視図を示す。図２（ｈ）は従来の圧電トランスＡ構造の圧電トランスと、本発明の圧電トランスＡ構造の圧電トランスとの基板実装状態右側面比較図を示す。

本発明のλ／２の単板型圧電トランス素子１を外装ケースに収納し、単板型圧電トランス素子１の電極と外装ケースに設けた導電性を有する端子との接続に配線用リード線を使用した本発明の圧電トランスＡ構造を説明する。図２に示した圧電トランスＡ構造は本発明の単板型圧電トランス素子１と単板型圧電トランス素子１を収納する箱状ケース（以下、ケース）１７とを備え、単板型圧電トランス素子１の平面と前記ケース１７の底面が弾性接着剤１２を介して接合した。

また、単板型圧電トランス素子１の入力電極３，４の左、右側面延長電極６，７には入力印加のための配線用リード線１３をハンダにより接続し、かつ出力電極５に出力取出のための配線用リード線１４をハンダにより接続した。

更に、入力印加のための配線用リード線１３をケース１７に備えられた入力用端子１５にそれぞれハンダにより接続し、出力取出のための配線用リード線１４をケース１７に備えられた出力用端子１６にハンダにより接続して、本発明の圧電トランスＡ構造の圧電トランス１１を構成した。

上述した本発明の単板型圧電トランス素子１を構成要素とした本発明の圧電トランスＡ構造の圧電トランス１１を実装基板８上に設置した時の高さは４．０５ｍｍで、従来の配線用リード線を用いた従来の圧電トランスＡ構造の圧電トランス６１（図７）の高さ４．６ｍｍより、約０．６ｍｍ低背な圧電トランス構造が実現できた。

（実施例２）
次に、図３に本発明のλ／２の単板型圧電トランス素子を構成要素とした圧電トランスＢ構造の圧電トランスを示す。図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は正面図、図３（ｃ）は下面図、図３（ｄ）は左側面図、図３（ｅ）は右側面図、図３（ｆ）は平面斜視図、図３（ｇ）は下面斜視図を示す。図３（ｈ）は従来の圧電トランスＢ構造の圧電トランスと、本発明の圧電トランスＢ構造の圧電トランスの基板実装状態右側面比較図を示す。

本発明の単板型圧電トランス素子１を外装ケースに収納し、単板型圧電トランス素子１の電極と外装ケースに設けた導電性を有する端子にバネ性を有する金属平板を使用した本発明の圧電トランスＢ構造を説明する。図３に示した圧電トランスＢ構造は本発明の単板型圧電トランス素子１と単板型圧電トランス素子１を収納する箱状ケース（以下、ケース）２６とを備え、単板型圧電トランス素子１の下面とケース２６の底面が弾性接着剤２２を介して接合した。

更に、ケース２６に入力印加のためのバネ性を有した金属平板で形成した入力用端子（以下、入力用端子）２４と出力取出のためのバネ性を有した金属平板で形成した出力用端子２５を設け、単板型圧電トランス素子１の入力電極３，４の左、右側面延長電極６，７と入力用端子２４をそれぞれ導電性接着剤２３により接続し、単板型圧電トランス素子１の出力電極５と出力用端子２５を導電接着剤２３により接続して、本発明の圧電トランスＢ構造の圧電トランス２１を構成した。

上述した本発明の単板型圧電トランス素子１を構成要素とした本発明の圧電トランスＢ構造の圧電トランス２１を実装基板８上に設置した時の高さは３．６５ｍｍで、従来のケースに設けた導電部を有する端子にバネ性を有した金属平板を用いた従来の圧電トランスＢ構造の圧電トランス７１（図８）の高さ４．６ｍｍより、約１．０ｍｍ低背な圧電トランス構造が実現できた。

（実施例３）
次に、図４に本発明のλ／２の単板型圧電トランス素子を構成要素とした圧電トランスＣ構造の圧電トランスを示す。図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は正面図、図４（ｃ）は下面図、図４（ｄ）は左側面図、図４（ｅ）は右側面図、図４（ｆ）は平面斜視図、図４（ｇ）は下面斜視図を示す。図４（ｈ）は従来の圧電トランスＣ構造の圧電トランスと本発明の圧電トランスＣ構造の圧電トランスの基板実装状態右側面比較図を示す。

本発明の単板型圧電トランス素子１を外装ケースに収納し、単板型圧電トランス素子１の電極と外装ケースに設けた導電性を有する端子との接続に導電性を有した弾性体を使用した本発明の圧電トランスＣ構造を説明する。図４に示した圧電トランスＣ構造は本発明の単板型圧電トランス素子１と単板型圧電トランス素子１を収納する２分割したケース構成体を組み合わせた方形枠状ケース（以下、ケース）３７とを備え、単板型圧電トランス素子１を入力電極３，４の左、右側面延長電極６，７が設けられた両側面それぞれとケース３７内面とを複数の弾性体３２を介して支持した。

更に、ケース３７には入力印加のための金属平板から形成される入力用端子３５を設け、入力用端子３５と単板型圧電トランス素子１の入力電極３，４の左、右側面延長電極６，７とそれぞれ導電性を有した弾性体３３を介して電気的に接続した。

また、出力取出のための電気的接続は従来のトランス構造で説明したように、単板型圧電トランス素子１の正面に設けた出力電極５から導電性を有した弾性体３３を介して取出す構造とした場合、弾性体が圧電トランス素子の振動を阻害してしまい、圧電トランス素子の特性を劣化させてしまう問題があることから本発明の単板型圧電トランス素子１は出力電極５を左側面にまで延長し、出力電極５の出力電極の左側面延長電極３４から導電性を有した弾性体３３を介して出力取出のための金属平板から形成される出力用端子３６と電気的接続をした本発明の圧電トランスＣ構造の圧電トランス３１を構成した。

上述した本発明の単板型圧電トランス素子１を構成要素とした本発明の圧電トランスＣ構造の圧電トランス３１を実装基板８上に設置した時の高さは３．３５ｍｍで、従来の圧電トランス素子の電極と外装ケースに設けた導電性を有する端子との接続に導電性を有した弾性体を用いた従来の圧電トランスＣ構造の圧電トランス８１（図９）の高さ６．２５ｍｍより、約３．０ｍｍ低背な圧電トランス構造が実現できた。

以上、実施例を用いて、この発明の実施の形態を説明したが、この発明は、これらの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても本発明に含まれる。すなわち、当業者であれば、当然なしえるであろう各種変形、修正もまた本発明に含まれる。

以上のように本発明の圧電トランス素子は、矩形平板状の圧電板厚み方向表裏にそれぞれ入力電極が備えられ、厚み方向に分極された駆動部と長さ方向に分極され、長さ方向外周面（端面）に出力電極を備えた発電部からなり、かつ振動の生じない、いわゆる節の部分が長さ方向の中心であるλ／２の単板型単板圧電トランス素子において、少なくとも入力電極を矩形平板状圧電板の幅方向外周面（側面）にまで延長した構造とすることにより、前記本発明の圧電トランス素子を構成要素とした圧電トランスは圧電トランス素子の幅方向外側面に設けた入力電極から導電部品を介して外装ケース等の導電部を有した端子と電気的接続が可能となるため、従来のλ／２の単板型圧電トランス素子を用いた圧電トランスのように圧電板厚み方向に大きくなることなく低背な圧電トランスおよび圧電インバータが実現できる。

このことにより 近年活発化しつつあるパーソナルコンピュータおよび薄型ＴＶなどの液晶表示バックライトユニット（以下、インバータ）の低背化要求を満足することが可能な低背かつ、従来と同等な特性を有するλ／２の単板型圧電トランス素子を構成要素とした圧電インバータを提供することができる。

更に、上述した圧電トランスを構成要素とした圧電インバータのみならず、圧電トランスを構成要素としたＤＣ−ＤＣコンバータ等の電源装置に本発明の圧電トランスを用いても良い。

本発明のλ／２の単板型圧電トランス素子を示す図、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は正面図、図１（ｃ）は背面図、図１（ｄ）は下面図、図１（ｅ）は左側面図、図１（ｆ）は右側面図、図１（ｇ）は斜視図。 本発明のλ／２の単板型圧電トランス素子を構成要素とした圧電トランスＡ構造の圧電トランスを示す図、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は正面図、図２（ｃ）は下面図、図２（ｄ）は左側面図、図２（ｅ）は右側面図、図２（ｆ）は平面斜視図、図２（ｇ）は下面斜視図。図２（ｈ）は従来のトランスＡ構造の圧電トランスと、本発明のトランスＡ構造の圧電トランスとの基板実装状態右側面比較図。 本発明のλ／２の単板型圧電トランス素子を構成要素とした圧電トランスＢ構造の圧電トランスを示す図、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は正面図、図３（ｃ）は下面図、図３（ｄ）は左側面図、図３（ｅ）は右側面図、図３（ｆ）は平面斜視図、図３（ｇ）は下面斜視図。図３（ｈ）は従来のトランスＢ構造の圧電トランスと、本発明のトランスＢ構造の圧電トランスとの基板実装状態右側面比較図。 本発明のλ／２の単板型圧電トランス素子を構成要素とした圧電トランスＣ構造の圧電トランスを示す図、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は正面図、図４（ｃ）は下面図、図４（ｄ）は左側面図、図４（ｅ）は右側面図、図４（ｆ）は平面斜視図、図４（ｇ）は下面斜視図。図４（ｈ）は従来のトランスＣ構造の圧電トランスと、本発明のトランスＣ構造の圧電トランスの基板実装状態右側面比較図。 従来のλ／２の積層型圧電トランス素子を示す図、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は正面図、図５（ｃ）は背面図、図５（ｄ）は下面図、図５（ｅ）は左側面図、図５（ｆ）は右側面図、図５（ｇ）は斜視図。 従来のλ／２の単板型圧電トランス素子を示す図、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は正面図、図６（ｃ）は背面図、図６（ｄ）は下面図、図６（ｅ）は左側面図、図６（ｆ）は右側面図、図６（ｇ）は斜視図。 従来のλ／２の単板型圧電トランス素子を構成要素とした圧電トランスＡ構造の圧電トランスを示す図、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は正面図、図７（ｃ）は下面図、図７（ｄ）は左側面図、図７（ｅ）は右側面図、図７（ｆ）は平面斜視図、図７（ｇ）は下面斜視図。 従来のλ／２の単板型圧電トランス素子を構成要素とした圧電トランスＢ構造の圧電トランスを示す図、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）は正面図、図８（ｃ）は下面図、図８（ｄ）は左側面図、図８（ｅ）は右側面図、図８（ｆ）は平面斜視図、図８（ｇ）は下面斜視図。 従来のλ／２の単板型圧電トランス素子を構成要素とした圧電トランスＣ構造の圧電トランスを示す図、図９（ａ）は平面図、図９（ｂ）は正面図、図９（ｃ）は下面図、図９（ｄ）は左側面図、図９（ｅ）は右側面図、図９（ｆ）は平面斜視図、図９（ｇ）は下面斜視図。 従来の入力電極を長手方向外側面（背面）に延長したλ／２の単板型圧電トランス素子を示す図、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は正面図、図１０（ｃ）は背面図、図１０（ｄ）は下面図、図１０（ｅ）は左側面図、図１０（ｆ）は右側面図、図１０（ｇ）は斜視図。 従来の入力電極を長手方向外側面（背面）に延長したλ／２の単板型圧電トランス素子を構成要素とした圧電トランスを示す図、図１１（ａ）は平面図、図１１（ｂ）は正面図、図１１（ｃ）は下面図、図１１（ｄ）は左側面図、図１１（ｅ）は右側面図、図１１（ｆ）は正面斜視図、図１１（ｇ）は下面斜視図。

符号の説明

１ 本発明のλ／２の単板型圧電トランス素子(単板型圧電トランス素子)
２ 圧電板
３ 平面に設けた入力電極(入力電極)
４ 下面に設けた入力電極(入力電極)
５ 出力電極
６ 入力電極の左側面延長電極（左側面延長電極）
７ 入力電極の右側面延長電極（右側面延長電極）
８ 実装基板
１１ 本発明の圧電トランスＡ構造の圧電トランス
１２ 弾性接着剤
１３ 入力印加のための配線用リード線
１４ 出力取出のための配線用リード線
１５ 入力用端子
１６ 出力用端子
１７ 箱状ケース（ケース）
２１ 本発明の圧電トランスＢ構造の圧電トランス
２２ 弾性接着剤
２３ 導電性接着剤
２４ バネ性を有した金属平板で形成した入力用端子（入力用端子）
２５ バネ性を有した金属平板で形成した出力用端子（出力用端子）
２６ 箱状ケース（ケース）
３１ 本発明の圧電トランスＣ構造の圧電トランス
３２ 弾性体
３３ 導電性を有した弾性体
３４ 出力電極の左側面延長電極
３５ 金属平板から形成される入力用端子（入力用端子）
３６ 金属平板から形成される出力用端子（出力用端子）
３７ 方形枠状ケース（ケース）
４１ 従来のλ／２の積層型圧電トランス素子（積層型圧電トランス素子）
４２ 圧電板
４３ 入力電極
４４ 出力電極
５１ 従来のλ／２の単板型圧電トランス素子（単板型圧電トランス素子）
５２ 圧電板
５３ 入力電極
５４ 出力電極
６１ 従来の圧電トランスＡ構造の圧電トランス
６２ 弾性接着剤
６３ 入力印加のための配線用リード線
６４ 出力取出のための配線用リード線
６５ 導電性を有する入力用端子
６６ 導電性を有する出力用端子
６７ 箱状ケース（ケース）
７１ 従来の圧電トランスＢ構造の圧電トランス
７２ 弾性接着剤
７３ 導電性接着剤
７４ バネ性を有した金属平板で形成した入力端子（入力用端子）
７５ バネ性を有した金属平板で形成した出力端子（出力用端子）
７６ 箱状ケース（下ケース）
７７ 蓋状ケース（上ケース）
８１ 従来の圧電トランスＣ構造の圧電トランス
８２ 弾性体
８３ 導電性を有した弾性体
８４ 金属平板から形成される入力用端子（入力用端子）
８５ 金属平板から形成される出力用端子（出力用端子）
８６ 箱状ケース（下ケース）
８７ 蓋状ケース（上ケース）
９１ 従来の入力電極を長手方向外周面（背面）に延長したλ／２の単板型圧電トランス素子（単板型圧電トランス素子）
９２ 圧電板
９３ 入力電極
９４ 出力電極
９５ 長手方向の外周面（背面）に延長した入力電極
１０１ 従来の入力電極を長手方向外側面（端面）に延長したλ／２の単板型圧電トランス素子を構成要素とした圧電トランス
１０２ 弾性接着剤
１０３ 入力印加のための配線用リード線
１０４ 出力取出のための配線用リード線
１０５ 導電性を有する入力用端子
１０６ 導電性を有する出力用端子
１０７ 外装ケース

Claims (5)

1. 矩形平板状の圧電板厚み方向表裏にそれぞれ入力電極が備えられ厚み方向に分極された駆動部と、長さ方向に分極され長さ方向外周面に出力電極を備えた発電部からなる、ローゼン型単板圧電トランスであって、少なくとも入力電極が前記矩形平板状圧電板の幅方向外周面にまで延長した構造であることを特徴とする圧電トランス。
2. 前記ローゼン型単板圧電トランスに、節の部分が矩形平板状圧電板の長さ方向中心にあるλ／２の圧電トランス素子を用いたことを特徴とする請求項１記載の圧電トランス。
3. 前記圧電トランス素子の矩形平板状圧電板の幅方向外周面にまで延長した入力電極位置は、前記矩形平板状圧電板長の中心より前記入力電極端まで矩形平板状圧電板長の５〜１５％離した構造であることを特徴とする請求項１記載または請求項２記載の圧電トランス。
4. 前記圧電トランス素子は、前記圧電トランス素子の矩形平板状圧電板の幅方向外周面にまで延長した入力電極幅を矩形平板状圧電板長の５〜１２％とした構造であることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の圧電トランス。
5. 前記圧電トランス素子は入力端子と出力端子を備えた導電部を有する方形枠状もしくは箱状の外装ケースに収納され、前記外装ケースに備えた入力端子と前記圧電トランス素子の外周面にまで延長した入力電極とを電気的に接続した構造であることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載の圧電トランス。

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