JP2009253021A

JP2009253021A - 圧電トランス

Info

Publication number: JP2009253021A
Application number: JP2008099222A
Authority: JP
Inventors: Kanetaka Niiyama; 謙隆新山; Tadahiro Kosaka; 忠洋高坂
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2008-04-07
Filing date: 2008-04-07
Publication date: 2009-10-29

Abstract

【課題】低背かつ安価な、従来と同等な特性を有するλ／２モードで駆動する単板型圧電トランス素子（以下、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】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側面に出力電極５を備えた発電部からなる、λ／２モードで駆動する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圧電板２の幅方向外側面にまで２ヶ所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側面（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）モードで駆動する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３は、従来のλ／２モードで駆動する積層型圧電トランス素子を示す図である。図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は正面図、図３（ｃ）は背面図、図３（ｄ）は下面図、図３（ｅ）は左側面図、図３（ｆ）は右側面図、図３（ｇ）は斜視図を示す。従来のλ／２モードで駆動する積層型圧電トランス素子３１（以下、積層型トランス素子３１）は、積層型圧電トランス素子３１の入力電極３３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３１の圧電板３２を機械振動させ、出力電極３４に生じた高電圧を出力電極３４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４は従来のλ／２モードで駆動する単板型圧電トランス素子を示す図である。図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は正面図、図４（ｃ）は背面図、図４（ｄ）は下面図、図４（ｅ）は左側面図、図４（ｆ）は右側面図、図４（ｇ）は斜視図を示す。従来のλ／２モードで駆動する単板型圧電トランス素子４１（以下、単板型圧電トランス素子４１）は、単板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、この単板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。

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、一般的な圧電トランス構造について説明する。圧電トランス構造としては、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構造である。

以下に、前記した従来のλ／２モードで駆動する単板型圧電トランス構造を説明する。

図５は、従来のλ／２モードで駆動する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構造の圧電トランスを示す図である。図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は正面図、図５（ｃ）は下面図、図５（ｄ）は左側面図、図５（ｅ）は右側面図、図５（ｆ）は平面斜視図、図５（ｇ）は下面斜視図を示す。従来の圧電トランス構造の圧電トランス５１は、単板型圧電トランス素子４１と単板型圧電トランス素子４１を収納する箱状ケース５６（以下、下ケース５６）と前記下ケース５６と接合する蓋状ケース５７（以下、上ケース５７）とを備え、単板型圧電トランス素子４１は入力電極４３が設けられた二面（平面、下面）と下ケース５６の底面、上ケース５７の下面それぞれと複数の弾性体５２を介して支持されている。

この下ケース５６、上ケース５７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５４（以下入力用端子５４）が設けられ、入力用端子５４と単板型圧電トランス素子４１の平面、下面の前記入力電極４３にそれぞれＡｇ導電ゴムを用いた導電性を有した弾性体５３を介して電気的接続がされている。更に、下ケース５６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５５（以下出力用端子５５）が設けられ、出力用端子５５と単板型圧電トランス素子４１の出力電極４４にＡｇ導電ゴムを用いた導電性を有した弾性体５３を介して電気的接続して、従来の圧電トランス構造の圧電トランス５１が構成される。

また、従来の圧電トランス構造の圧電トランス５１は、単板型圧電トランス素子４１の長さ方向外側面（端面）とＡｇ導電ゴムを用いた導電性を有した弾性体５３の接合が困難な構造であることから単板型圧電トランス素子４１の出力電極４４と入力電極４３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５５とＡｇ導電ゴムを用いた導電性を有した弾性体５３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Ａｇを混入した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、シリコン樹脂とＡｇ箔を交互に積層した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に隙間を設けたり、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。また、積層型圧電トランス素子の電極の形成を幅方向端面の一面（長手側面）のみとし、圧電トランス素子電極との電気接続を、導電性弾性部材を用いて積層型圧電トランス素子の一方の長手側面において行うことが、例えば特許文献７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号公報特開２０００−１２４５１９号公報

しかしながら、上記従来の圧電トランス構造の圧電トランス５１は次のような問題点を有していた。

図４に示すように、従来のλ／２モードで駆動する単板型圧電トランス素子４１は、矩形平板状の圧電板４２厚み方向表（以下平面）裏（以下下面）にそれぞれ入力電極４３を備え、入力電極４３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では上述した（図５）ように矩形平板状の圧電板４２厚み方向に大きくなってしまう。

また、従来のλ／２モードで駆動する単板型圧電トランス素子４１を構成要素とした圧電トランス構造の圧電トランス５１（図５）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４１に設けた電極への印加および取出に用いる導電部品にＡｇ導電ゴムを用いた導電性を有した弾性体５３が単板型圧電トランス素子４１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４１の特性を劣化させてしまうなどの問題を有していた。また、導電性を有した弾性体５３として、一般的に用いられているＡｇ導電ゴムは、導電性の良い高価なＡｇ金属粒子を高充填して作成されているため従来構造の圧電トランス５１は、価格が高くなってしまう問題も有していた。

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４１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３に示す従来のλ／２モードで駆動する積層型圧電トランス素子３１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４１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６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モードで駆動する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。

図７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モードで駆動する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）は正面斜視図、図７（ｇ）は下面斜視図を示す。

図６（ａ）〜図６（ｇ）に示すように、矩形平板状の圧電板６２厚み方向表（以下、平面）裏（以下、下面）にそれぞれ入力電極６３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、長さ方向外側面（以下、正面）に出力電極６４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６３を圧電板６２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６５がある。このように入力印加のための導電部品を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側面（背面)に延長した、λ／２モードで駆動する単板型圧電トランス素子６１（以下、単板型圧電トランス素子６１）は従来からある。

従来の入力電極を長手方向外側面（背面）に延長したλ／２モードで駆動する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７１は、単板型圧電トランス素子６１と単板型圧電トランス素子６１を収納する外装ケース７７を備え、単板型圧電トランス素子６１は入力電極６３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７７の底面が弾性接着剤７２を介して接合されている。また、平面、下面の入力電極６３の長手方向の外側面（背面）に延長した入力電極６５には、入力印加のための配線用リード線７３がハンダにより接続され、かつ、出力電極６４には出力取出のための配線用リード線７４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７３が外装ケース７７に備えられた導電性を有する入力端子７５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７４が外装ケース７７に備えられた導電性を有する出力端子７６にハンダで接続されて、従来の入力電極を長手方向外側面（背面）に延長したλ／２モードで駆動する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７１が構成される。

この単板型圧電トランス素子６１の構造の場合、長手方向外側面（背面）に極性の異なるそれぞれの長手方向の外側面（背面）に延長した入力電極６５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面（背面）に延長したλ／２モードで駆動する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７１は、低背化は出来るが、長手方向の外側面（背面）に延長した入力電極６５は、前記単板型圧電トランス素子６１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安価で、従来と同等な特性を有するλ／２モードで駆動する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安価で、従来と同等な特性を有するλ／２モードで駆動する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側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素子を用いた圧電トランスであって、圧電板厚み方向表面に備えられた入力電極を矩形平板状圧電板の一辺の幅方向外側面に２ヶ所延長し、圧電板厚み方向裏面に設けられた入力電極をもう片側一辺の幅方向外側面に２ヶ所延長した構造であることを特徴とした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素子に、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モードで駆動する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側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近い方の前記入力電極端まで矩形平板状圧電板長の５〜１０％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側面にまで延長した各々の入力電極幅を矩形平板状圧電板長の５〜１０％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側面にまで延長した前記入力電極とをカーボン粒子を高充填した導電性を有した弾性体を用いて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安価で、従来と同等な特性を有するλ／２モードで駆動する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モードで駆動する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モードで駆動する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(以下、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、長さ方向外側面（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を左側の幅方向外側面（以下、左側面）に２ヶ所延長し、入力電極４を右側の幅方向外側面（以下、右側面）に２ヶ所延長した構造である。以下、左側面まで延長した入力電極のうち単板型圧電トランス素子１の長方向の中心側入力電極を入力電極の左側面中心側延長電極６（以下、左側面中心側延長電極６）、左側面まで延長した入力電極のうち単板型圧電トランス素子１の長方向の端部側入力電極を入力電極の左側面端部側延長電極７（以下、左側面端部側延長電極７）、右側面まで延長した入力電極のうち単板型圧電トランス素子１の長方向の中心側入力電極を入力電極の右側面中心側延長電極８（以下、右側面中心側延長電極８）、右側面まで延長した入力電極のうち単板型圧電トランス素子１の長方向の端部側入力電極を入力電極の右側面端部側延長電極９（以下、右側面端部側延長電極９）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の形状および左側面中心側延長電極６、左側面端部側延長電極７、右側面中心側延長電極８、右側面端部側延長電極９の形状を図１記載の様にして確保した。即ち、左側面中心側延長電極６、左側面端部側延長電極７と十分な沿面距離を保つため、下面に設けた入力電極４の形状を凹形状にし、同様に、右側面中心側延長電極８、右側面端部側延長電極９と十分な沿面距離を保つため、上面に設けた入力電極３の形状を凹形状にした。更に、両極性の入力電極形状（入力電極３，４、左、右側面中心側延長電極６，８、左、右側面端部側延長電極７，９）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、右側面中心側延長電極６，８、左、右側面端部側延長電極７，９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、右側面中心側延長電極６，８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）より近い方の入力電極端（左、右側面中心側延長電極６，８）まで矩形平板状圧電板長の５〜１０％離し、かつ、入力電極の左、右側面中心側延長電極６，８、左、右側面端部側延長電極７，９の電極幅は矩形平板状圧電板長の５〜１０％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、右側面中心側延長電極６，８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、入力電極の左、右側面中心側延長電極６，８、左、右側面端部側延長電極７，９の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構造に至る圧電トランス素子単品特性検討評価結果をトランス素子構造別に示す。

表１につき詳細に説明する。λ／２モードで駆動する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、従来品を基準とし最適な電極構造を求めるために、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。入力電極と入力用端子を接続する導電性を有した弾性体と各電極構造については、表１のλ／２モードで駆動する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、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８％にあたる２．４ｍｍ離し、かつ、電極幅は矩形平板状圧電板長の約１４％にあたる４ｍｍ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より入力電極端まで矩形平板状圧電板長の約８％にあたる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２ｍｍ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項目とした。

圧電トランス素子単体の一次側電気機械結合係数Ｋ３１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、下記記載の式（１）、（２）より算出した。

Ｋ３１＝［ｒ／（ｒ−ｔａｎｒ）］^1/2×１００・・・・・（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、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。また、検討２の場合には、入力電極の寸法が異なることから導電性を有した弾性体の部品統一が出来ない問題があった。

表１の圧電トランス素子単品特性検討結果から、多くの破壊が見られた検討１と導電性を有した弾性体の部品統一の難しい検討２を除いた、従来、検討３、本発明について、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項目を追加試験した。検討３は、導電性を有した弾性体を変えた２タイプ検討し、検討３ａ、検討３ｂとした。

表２に、上述した本発明の圧電トランス構造に至る圧電トランスの導電ゴム弾性体を構成要素とした圧電インバータ特性検討評価結果をトランス素子構造別に示す。

前記表２につき詳細に説明する。
圧電トランスを構成する導電性を有した弾性体である導電ゴム弾性体のコストは、実際に圧電トランスを作成する（対の弾性体は、バランスを取るために同じ種類を使用する）として、最適な導電性を有した弾性体を用いるとして、算出した。全て安価な導電性ゴムを用いる本発明の構造が、最低の価格であった。

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３ｂの構造で、３％低下した以外はほぼ同等の特性を示した。検討３ｂの構造と検討３ａの構造では、導電性を有した弾性体の使用種類が、異なっているためと考える。検討３ｂ構造は、安価なカーボン粒子を高充電して作製されているカーボン導電ゴム（以下、Ｃ導電ゴム）を用いているため、Ａｇ導電ゴムに比較して、導電性特性が低下しているためである。しかし、電極との接続領域を、多く取る構造にすることによって、本発明構造のように、従来構造以上の効率を得ることができている。

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３ｂ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３ａ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った。入力電極位置は、１０％で試作したところ破壊率が０／３０であり、２０％で試作したところ破壊率が１３／３０となった。よって、１０％以下が望ましい。入力電極幅は、小さいと電流不足となり、大きくすると全面電極に近くなり破壊率が３０／３０となるので５〜１０％が望ましい。圧電板厚み方向表面に備えられた入力電極を矩形平板状圧電板の一辺の幅方向外側面に２ヶ所延長し、圧電板版厚み方向裏面に設けられた入力電極をもう片側一辺の幅方向外側面に２ヶ所延長した構造にし、入力電極の左側面中心側延長電極６と右側面中心側延長電極８の位置は、矩形平板状圧電板長の中心から矩形平板状圧電板長の５〜１０％離した構造とし、矩形平板状圧電板の幅方向外側面にまで延長した入力電極の左側面中心側延長電極６、左側面端部側延長電極７、右側面中心側延長電極８、右側面端部側延長電極９の入力電極幅を矩形平板状圧電板長の５〜１０％とすることが望ましいことがわかった。

次に、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を従来例と比較しながら説明する。

（実施例１）
次に、図２に本発明のλ／２モードで駆動する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構造の圧電トランスと本発明の圧電トランス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構造を説明する。図２に示した圧電トランス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２５（以下、ケース２５）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、右側面中心側延長電極６，８、左、右側面端部側延長電極７，９が設けられた両側面それぞれとケース２５内面とを複数のＣ導電ゴムを用いた導電性を有した弾性体２２を介して支持した。

更に、ケース２５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２３（以下、入力用端子２３）を設け、入力用端子２３と単板型圧電トランス素子１の入力電極３，４の左、右側面中心側延長電極６，８、左、右側面端部側延長電極７，９とそれぞれＣ導電ゴムを用いた導電性を有した弾性体２２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Ｃ導電ゴムを用いた導電性を有した弾性体２２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１０からＣ導電ゴムを用いた導電性を有した弾性体２２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２４（以下、出力用端子２４）と電気的接続をした本発明の圧電トランス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構造の圧電トランス２１を実装基板１１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Ａｇ導電ゴムを用いた導電性を有した弾性体５３を用いた従来の圧電トランス構造の圧電トランス５１（図５）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。また、導電性を有した弾性体２２として、安価なカーボン粒子を高充填して作成されているＣ導電ゴムを用いているため本発明構造の圧電トランス２１は、価格が安く実現できた。

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、長さ方向外側面（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モードで駆動する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側面（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性を有した弾性体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モードで駆動する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で安価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モードで駆動する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モードで駆動する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モードで駆動する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）は従来のトランス構造の圧電トランスと、本発明のトランス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モードで駆動する積層型圧電トランス素子を示す図、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は正面図、図３（ｃ）は背面図、図３（ｄ）は下面図、図３（ｅ）は左側面図、図３（ｆ）は右側面図、図３（ｇ）は斜視図。従来のλ／２モードで駆動する単板型圧電トランス素子を示す図、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は正面図、図４（ｃ）は背面図、図４（ｄ）は下面図、図４（ｅ）は左側面図、図４（ｆ）は右側面図、図４（ｇ）は斜視図。従来のλ／２モードで駆動する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構造の圧電トランスを示す図、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は正面図、図５（ｃ）は下面図、図５（ｄ）は左側面図、図５（ｅ）は右側面図、図５（ｆ）は平面斜視図、図５（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モードで駆動する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。従来の入力電極を長手方向外側面（背面）に延長したλ／２モードで駆動する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）は正面斜視図、図７（ｇ）は下面斜視図。

符号の説明

１本発明のλ／２モードで駆動する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入力電極の左側面中心側延長電極（左側面中心側延長電極）
７入力電極の左側面端部側延長電極（左側面端部側延長電極）
８入力電極の右側面中心側延長電極（右側面中心側延長電極）
９入力電極の右側面端部側延長電極（右側面端部側延長電極）
１０出力電極の左側面延長電極
１１実装基板
２１本発明の圧電トランス構造の圧電トランス
２２導電性を有した弾性体
２３金属平板から形成される入力用端子（入力用端子）
２４金属平板から形成される出力用端子（出力用端子）
２５方形枠状ケース（ケース）
３１従来のλ／２モードで駆動する積層型圧電トランス素子（積層型圧電トランス素子）
３２圧電板
３３入力電極
３４出力電極
４１従来のλ／２モードで駆動する単板型圧電トランス素子（単板型圧電トランス素子）
４２圧電板
４３入力電極
４４出力電極
５１従来の圧電トランス構造の圧電トランス
５２弾性体
５３導電性を有した弾性体
５４金属平板から形成される入力用端子（入力用端子）
５５金属平板から形成される出力用端子（出力用端子）
５６箱状ケース（下ケース）
５７蓋状ケース（上ケース）
６１従来の入力電極を長手方向外側面（背面）に延長したλ／２モードで駆動する単板型圧電トランス素子（単板型圧電トランス素子）
６２圧電板
６３入力電極
６４出力電極
６５長手方向の外側面（背面）に延長した入力電極
７１従来の入力電極を長手方向外側面（端面）に延長したλ／２モードで駆動する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
７２弾性接着剤
７３入力印加のための配線用リード線
７４出力取出のための配線用リード線
７５導電性を有する入力用端子
７６導電性を有する出力用端子
７７外装ケース

Claims

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側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素子を用いた圧電トランスであって、圧電板厚み方向表面に備えられた入力電極を矩形平板状圧電板の一辺の幅方向外側面に２ヶ所延長し、圧電板厚み方向裏面に設けられた入力電極をもう片側一辺の幅方向外側面に２ヶ所延長した構造であることを特徴とした圧電トランス。
前記ローゼン型単板圧電トランス素子に、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モードで駆動することを特徴とする請求項１記載の圧電トランス。
前記圧電トランス素子の矩形平板状圧電板の幅方向外側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近い方の前記入力電極端まで矩形平板状圧電板長の５〜１０％離した構造であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の圧電トランス。
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側面にまで延長した各々の入力電極幅を矩形平板状圧電板長の５〜１０％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１項に記載の圧電トランス。
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側面にまで延長した前記入力電極とをカーボン粒子を高充填した導電性を有した弾性体を用いて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１項に記載の圧電トランス。