JP3025651B2

JP3025651B2 - 圧電トランス

Info

Publication number: JP3025651B2
Application number: JP8265587A
Authority: JP
Inventors: 実高橋; 朝子山道
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1996-09-13
Filing date: 1996-09-13
Publication date: 2000-03-27
Anticipated expiration: 2016-09-13
Also published as: JPH1093156A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷陰極管、複写
機、空気清浄機等の高電圧電源に利用される圧電トラン
スに関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、パーソナルコンピュータやＰＤ
Ａ、ナビゲータ、ゲーム機等の液晶のバックライトに使
用されている冷陰極管の点灯用として、圧電トランスが
注目されている。圧電トランスは、従来使用されている
電磁トランスと比較して、電磁ノイズが出ない、不燃性
である、縁面距離が取れる、薄型化が可能等の利点があ
り、一部では実用化がなされている。

【０００３】従来のローゼン型と呼ばれる圧電トランス
を図１７及び図１８で説明する。これらの図において、
１は長さ２Ｌ、幅Ｗ、厚みＴの長方形の圧電セラミック
板であり、この圧電セラミック板１の両幅広面（表裏
面）に入力電極２，３が、これらから離れた方の端面に
出力電極４がそれぞれ形成されている。圧電セラミック
板１の入力電極２，３間は厚さ方向に分極され、出力電
極４と入力電極２，３間で長さ方向に分極されている。
そして、入力電極２，３間に交流の入力電圧Ｖinを印加
して圧電セラミック板１の長手方向寸法で決定される振
動で駆動し（図１８では２Ｌが振動の１波長に一致する
モード）、出力電極４と電極３間から昇圧された出力電
圧Ｖoutを取り出す。その昇圧比Ｖout／Ｖinは出力負荷
が解放時において下記(1)式で表される。（Ｖout／Ｖin）＝（４／π²）ｋ₃₁ｋ₃₃Ｑm（Ｌ／Ｔ） …(1) 但し、ｋ₃₁：長さ方向の電気機械結合係数、ｋ₃₃：厚み
方向の電気機械結合係数、Ｑm：機械的Ｑ、Ｌ：入力電
極と出力電極の距離、Ｔ：素子厚みである。

【０００４】ところで、最近、ハンディタイプの機器が
種々開発されているが、このようなハンディタイプの機
器ではバッテリの寿命を長くするために、冷陰極管等を
駆動するために高効率な駆動ユニットが要求されてい
る。図１９は冷陰極管（直径３mm、長さ１５０mm）を点
灯する場合の圧電トランスと電磁トランスとの効率を比
較したグラフである。但し、図中折れ線（イ）は電磁ト
ランス、折れ線（ロ）は図１７の従来のローゼン型圧電
トランス（長さ５０mm、幅１０mm、厚み１mm）を３枚貼
り付けて電気的に並列接続したもの、折れ線（ハ）は同
じくローゼン型圧電トランスを５枚貼り付けて電気的に
並列接続したものである。この図から、圧電トランスを
用いた方が電磁トランスよりも輝度効率（ｃｄ／ｍ²／
Ｗ）が相当向上していることがわかる。一般的にも圧電
トランスを用いた場合、電磁トランスよりも効率が１０
％程度良いとされており、その面からも圧電トランスは
注目を浴びている。

【０００５】一般に図１７及び図１８のローゼン型の圧
電トランスの設計において、長さと幅の寸法比は３：１
程度が実用的とされているが、これは長さ方向と幅方向
の共振点を出来るだけ離すことにより、それぞれの振動
の干渉を避けるためである。このことは、公知文献「圧
電セラミックスとその応用」電子材料工業会監修、電波
新聞社昭和４９年４月１５日初版発行の第１５９頁〜第
１６４頁で言及されている。

【０００６】図２０乃至図２３に圧電トランスすなわち
圧電セラミック板の長さと厚みの寸法を一定にしたまま
（長さ３０mm、厚み１mm）、幅寸法を変化させた場合の
入力側及び出力側のインピーダンスカーブを示す。ちな
みに図２０は幅１０mm、図２１は幅１５mm、図２２は幅
２０mm、図２３は幅３０mmの場合をそれぞれ示してい
る。これらの図を対比してみると、図２０の幅が長さの
１／３の振動子となる圧電トランスは基本モードと二次
モードがきれいに共振しているが、図２１、図２２、図
２３と幅を長さに近くする毎にスプリアス共振が増えて
くるのがわかる。このため、従来においては、図２０の
寸法関係が最適であると判断して圧電トランスの設計を
行うのが普通であった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来技術に
係るローゼン型の圧電トランスでは、その長手方向寸法
で定まる振動で駆動しているため、振動の節点（ノード
点）は図１８のように線として現れるが、実際は節点を
完全に幾何学的に支持することは量産上困難であり、あ
る程度広く固定されるようになる。また、負荷時と無負
荷時では圧電トランスの共振周波数は変化するため、厳
密には支持点も変わってくる。ローゼン型の圧電トラン
スでは振動の節が線となり固定点もばらつくことから、
出力負荷接続時のＱmは無負荷時と比べかなり低下して
しまう。従って、前述した(1)式より出力負荷接続時の
昇圧比も大幅に低下することになり、入力電圧を上げな
ければ駆動が出来ないために圧電トランスの前段に昇圧
用の電磁トランスを挿入しなければならないという問題
があった。

【０００８】また、出力電流をとるためには、出力側の
容量成分を大きくしなければならないが、そのためには
形状を大きくするか、特公昭５２−３０１１８号等の多
数の公知文献が提示しているように単板を複数枚貼り合
わせたり、一体焼成した積層トランスを用い、見掛け上
の容量を上げなければならない。これでは、圧電トラン
スを内蔵したインバータユニットの高さを小さく出来な
くなったり、価格が高価になるという問題があった。

【０００９】さらに、液晶バックライト点灯用等に使用
する場合、冷陰極管が出力負荷となるが、この冷陰極管
は点灯時にインピーダンスがほぼ無限大で点灯するため
に、例えば直径３mm、長さ１５０mm管では１０００〜１
５００Ｖ_RMS程度の高電圧を必要とする。そして、点灯
後は放電インピーダンスが下がるという負抵抗特性を持
っている。このような冷陰極管を出力負荷とする圧電ト
ランスを用いた点灯用駆動回路では、圧電トランスの共
振点が無負荷時と負荷接続時で大きく変化するため、そ
の追従用にＰＬＬ（Phase Locked Loop）等のＩＣを用
いている。従って、駆動回路は部品点数の多い、高価な
ものとなってしまう。

【００１０】本発明の第１の目的は、上記の点に鑑み、
出力負荷接続時においても高い機械的Ｑを維持でき、高
い昇圧比を保つことのできる圧電トランスを提供するこ
とにある。

【００１１】本発明の第２の目的は、出力側の容量成分
を大きく取ることができ、積層構造によらなくとも単板
構造のままで低電圧駆動で充分な出力電力を取ることが
可能な圧電トランスを提供することにある。

【００１２】本発明の第３の目的は、無負荷時と負荷接
続時の共振周波数の変化が少なく、駆動回路の回路構成
を簡素化できる圧電トランスを提供することにある。

【００１３】本発明のその他の目的や新規な特徴は後述
の実施の形態において明らかにする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、圧電セラミック板の表裏面に相互に対向
する入力電極を形成し、該圧電セラミック板の前記入力
電極から離間した端面に出力電極を形成するとともに、
前記圧電セラミック板の前記入力電極間を厚み方向に分
極させかつ前記出力電極と入力電極間を長さ方向に分極
させた圧電トランスにおいて、前記圧電セラミック板を
正方形板として長さ方向と幅方向の共振を一致させた結
合振動を行わせることを特徴としている。

【００１５】また、前記結合振動は１波長モードにする
とよい。

【００１６】さらに、前記相互に対向する入力電極の一
方を分割して帰還電極を形成した構成としてもよい。

【００１７】また、前記圧電セラミック板の振動の節部
４点を機械的に支持し、かつ該節部の一部又は全てを電
極とする構成でもよい。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る圧電トランス
の実施の形態を図面に従って説明する。

【００１９】図１及び図２は本発明に係る圧電トランス
の基本構成を示す第１の実施の形態である。これらの図
において、１１は長さ２Ｌ、幅Ｗも２Ｌ、厚みＴの正方
形の圧電セラミック板であり、この圧電セラミック板１
１の両幅広面（表裏面）に等面積の入力電極１２，１３
が、これらから離れた方の端面に出力電極１４がそれぞ
れ形成されている。ここで、入力電極１２，１３は各幅
広面の半分の面積を有するものであり、圧電セラミック
板１１の左端から長さ方向にＬ、幅Ｗでそれぞれ形成さ
れており、出力電極１４は長さ方向の右側の端面に形成
されている。このように電極１２，１３，１４を形成し
た圧電セラミック板１１は、入力電極１２，１３同士を
短絡し、これらと出力電極１４間に電圧を印加して長さ
方向に分極させ、その後入力電極１２，１３間に電圧を
印加して厚み方向に分極させたものである。

【００２０】そして、入力電極１２，１３間に交流の入
力電圧Ｖinを印加して圧電セラミック板１の長さ方向寸
法及びこれと一致した幅方向寸法で決定される結合振動
で駆動し（図２では２Ｌが振動の１波長に一致する１波
長モード）、出力電極４と電極１３（一方の入力電極を
グランド電極として用いる）間から昇圧された出力電圧
Ｖoutを取り出す。

【００２１】なお、振動の変位分布は、結合振動の１波
長モードの場合に図２のようになるから、４個の節点
（ノード点）Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４が存在することに
なる。従って、圧電トランスの支持は、図２に示す４個
の節点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を利用し、ゴム等の振動
緩衝材（ダンパー材）で支えること等で実施できる。

【００２２】この第１の実施の形態において、圧電セラ
ミック板１１を長さ２Ｌ＝３０mm、幅Ｗ＝３０mm、厚み
Ｔ＝１mmのＰＺＴで構成し、入力電極１２，１３及び出
力電極１４を銀ペーストの印刷、焼き付けで形成し、所
要の分極を施した後、入力電極１２，１３に対して左端
より７．５mm（長さ方向の左端からＬ／２の位置で長さ
方向の振動の節となる位置）にそれぞれリード線２２，
２３をはんだ付けし、出力電極１４に対して当該電極端
より７．５mm（幅方向端からＬ／２の位置で幅方向の振
動の節となる位置）にリード線２４をはんだ付けして正
方形型の圧電トランスの測定試料（以下試料Ａという）
を作製した。比較のために、長さ２Ｌ＝３０mm、厚みＴ
＝１mmは一定のまま、幅Ｗを２０mm，１５mm，１０mmと
した長方形型の圧電トランスの測定試料（以下それぞれ
試料Ｂ、試料Ｃ、試料Ｄという）を作製した。そして、
これらの試料Ａ乃至試料Ｄを１波長振動モード（周波数
１２７ｋＨｚ）付近で駆動し、入力電圧Ｖin＝１Ｖp-p
を入力したときの昇圧比Ｖout／Ｖinの周波数特性を測
定したところ、図３及び図４の結果となった。但し、図
３は出力負荷が無い無負荷状態での昇圧比の周波数特
性、図４は出力負荷が８０ｋΩの場合の昇圧比の周波数
特性である。なお、測定に際し、試料Ａでは４個の節点
をコンタクトピンで支持して測定を実施し、試料Ｂ，
Ｃ，Ｄではリード線が支持手段を兼ねるようにして別に
支持手段は設けていない。

【００２３】図３の無負荷時においては、各試料Ａ乃至
Ｄの幅Ｗの違いによって昇圧比の絶対値に差があるもの
の、共振周波数（共振点）ｆrできれいな昇圧比のピー
クが見られ、全ての試料において比較的高いＱmを示し
ている。

【００２４】しかし、図４の出力負荷として負荷抵抗Ｒ
Ｌ＝８０ｋΩを接続したときの昇圧比のカーブは、従来
技術に係る３種の長方形型圧電トランスの試料Ｂ，Ｃ，
Ｄ（Ｗ＝２０，１５，１０mm）では非常になだらかとな
ってＱmが著しく低下している。これに対し、第１の実
施の形態に係る試料Ａ（Ｗ＝３０mm）は共振周波数ｆr
付近で充分大きな昇圧比のピークを持ち、比較的高いＱ
mを維持している。すなわち、第１の実施の形態に係る
試料Ａの場合、従来技術に係る試料Ｂ乃至Ｄとは明確に
異なる特性となっていることがわかる。

【００２５】図５は第１の実施の形態に係る試料Ａ（Ｗ
＝３０mm）で負荷抵抗ＲＬを２７ｋΩ乃至２００ｋΩの
範囲で変化させた場合の昇圧比の周波数特性を示し、比
較のために図６で試料Ｂ（Ｗ＝２０mm）、図７で試料Ｃ
（Ｗ＝１５mm）、図８で試料Ｄ（Ｗ＝１０mm）の場合を
同様に示す。

【００２６】図５から、第１の実施の形態に係る試料Ａ
では出力負荷としての負荷抵抗による昇圧比の変化はあ
るがＱmの急激な変化はなく、各負荷抵抗に対して昇圧
比の最大値を充分高く維持でき、しかも、負荷抵抗が変
化しても昇圧比のピーク点の周波数変動はごく少ないこ
とがわかる。このことは、圧電トランスの駆動回路に周
波数追従のための複雑な回路を設ける必要性がないこと
を意味する。

【００２７】図６乃至図８のように、従来技術に係る試
料Ｂ，Ｃ，Ｄでは全般的にＱmが低くて各負荷抵抗に対
して昇圧比の最大値が低いだけでなく、負荷抵抗が変化
すると昇圧比のピーク点の周波数が大きく変化する。こ
のため、圧電トランスを効率的に駆動するために、圧電
トランスの駆動回路に周波数追従のための複雑な回路を
設ける必要性がでてくる。

【００２８】図９は第１の実施の形態に係る試料Ａの圧
電トランスを用いて冷陰極管（直径２mm、長さ８５mm）
を点灯したときの入力電圧と輝度との関係を図中線
（ニ）で、比較のために従来のローゼン型圧電トランス
（５０×１０×１mm）を３枚貼り付けた場合を線
（ホ）、同じく５枚貼り付けた場合を線（ヘ）でそれぞ
れ示す。この図９によると、従来技術に係る長方形圧電
トランスでは単板を３枚乃至５枚貼り合わせた場合でも
入力電圧Ｖinを１２〜１６Ｖp-p程度印加しなければ点
灯が出来ないのに対し、第１の実施の形態に係る試料Ａ
では単板構造であっても７〜８Ｖp-p程度の入力電圧で
点灯可能であり、低電圧駆動が可能であることがわか
る。なお、図９には図示していないが、試料Ｄ（３０×
１０×１mm）の単板で点灯させようとする場合、入力電
圧Ｖinとして３０Ｖp-p程度必要である。

【００２９】この第１の実施の形態によれば、次の通り
の効果を得ることができる。

【００３０】(1) 入力電極１２，１３及び出力電極１
４が形成された圧電セラミック板１１を正方形板として
長さ方向と幅方向の共振を一致させた結合振動の１波長
モードで駆動し、振動の節点で支持することにより、出
力負荷接続時においても高い機械的Ｑを維持でき、高い
昇圧比を保つことができる。

【００３１】(2) 昇圧比が高く、圧電セラミック板１
１の幅形状に比例した圧電トランス出力側の容量成分を
大きく取ることができ、積層構造によらなくとも単板構
造のままで低電圧駆動で充分な出力電力を取ることが可
能である。このため、圧電トランスを用いたインバータ
ユニットを構成する場合に、その高さを小さくすること
ができる。そして、低い入力電圧であっても冷陰極管の
点灯が可能であるため、前段に電磁トランスを設けたり
する必要がなく、かつ単板の成型で済むため、素子単体
の成型の面でも駆動回路の面でも大きなコストダウンと
なる。

【００３２】(3) 無負荷時と負荷接続時の共振周波数
の変化が少ないため、周波数追従のためのＰＬＬ等のＩ
Ｃは不要であり、この面でも駆動回路の構成の簡素化、
コストダウンが可能である。

【００３３】図１０及び図１１は本発明に係る圧電トラ
ンスの第２の実施の形態である。この場合、正方形板で
ある圧電セラミック板１１を挟んで相互に対向する入力
電極１２，１３のうちの一方の電極１２を分割して帰還
電極１５を形成している。この帰還電極１５には、圧電
トランスの入力電極１２，１３間に交流の入力電圧を印
加して振動させたときに、その振動周波数の帰還信号が
現れる。なお、その他の構成は前述した第１の実施の形
態と同様でよく、図１１のように振動の変位分布及び振
動の節点も第１の実施の形態と同じになる。

【００３４】この第２の実施の形態において、前記帰還
電極１５には、圧電トランスの入力電極１２，１３間に
交流の入力電圧を印加して振動させたときに、その振動
周波数の帰還信号が現れるので、その帰還信号を利用す
ることで部品点数の少ない簡単な回路構成の自励発振回
路で駆動可能となり、大幅なコストダウンを図れる。

【００３５】図１２及び図１３は本発明に係る圧電トラ
ンスのより具体的構成を示す第３の実施の形態である。
これらの図において、３０は絶縁樹脂等の絶縁ケースで
あり、これに弾性金属のリードフレームからなる入力端
子３２，３３、出力端子３４、及び帰還用端子３５がそ
れぞれ固定支持されている。正方形板である圧電セラミ
ック板１１に入力電極１２，１３、出力電極１４及び帰
還電極１５を形成してなる圧電トランス本体１０は前述
した第２の実施の形態と同様な構造であるが、さらに出
力電極１４を最も近い節点Ｐ３上に引き出すための延長
電極部１４ａを表側の面に有している。

【００３６】圧電トランス本体１０は、第１及び第２の
実施の形態において説明したように、４個の節点Ｐ１，
Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４を持つため、これらの節点上で各端子
と各電極間の電気接続を行えばよい。すなわち、入力端
子３２の先端部は節点Ｐ１上に達しており、節点Ｐ１上
で入力電極１２と入力端子３２間に介在するように導電
性振動緩衝材としての導電性ゴム３６が導電性接着剤で
固着されている。同様に入力端子３３の先端部は節点Ｐ
２（裏側）に達し、節点Ｐ２で入力電極１３（入力電極
１２と帰還電極１５の両方に対向する面積を持つ）と入
力端子３３間に介在するように導電性ゴム３６が固着さ
れ、帰還用端子３５の先端部は節点Ｐ２（表側）に達
し、節点Ｐ２で帰還電極１５と帰還用端子３５間に介在
するように導電性ゴム３６が固着されている。また、出
力端子３４の先端部は節点Ｐ３上に達しており、節点Ｐ
３で出力電極１４の延長電極部１４ａと出力端子３４間
に介在するように導電性ゴム３６が固着されている。

【００３７】なお、各端子３２，３３，３４，３５の先
端部と絶縁ケース３０内面との間にも振動緩衝材（ダン
パー材）としてのゴム３７（導電性ゴムを用いても差し
支えない）が固着されるとともに、各節点Ｐ１，Ｐ２，
Ｐ３，Ｐ４の各端子３２，３３，３４，３５が対向して
いない側にも当該節点を支持するための振動緩衝材（ダ
ンパー材）としてのゴム３８（導電性ゴムを用いても差
し支えない）が当該節点と絶縁ケース３０内面間に固着
されている。従って、圧電トランス本体１０は全ての節
点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４において振動緩衝材を介して
絶縁ケース３０に支持されることになる。

【００３８】この第３の実施の形態において、入力端子
３２，３３間に入力電圧を印加すると、導電性ゴム３６
を通して入力電極１２，１３にそれぞれ入力電圧が加わ
ることになり、昇圧された出力電圧は出力電極１４の延
長電極部１４ａ、導電性ゴム３６を通して出力端子３４
と端子３３間に得られる。また、帰還電極１５に誘起し
た帰還信号は導電性ゴム３６を通して帰還用端子３５に
取り出される。

【００３９】この第３の実施の形態によれば、絶縁ケー
ス３０内に圧電トランス本体１０を４個の節点Ｐ１，Ｐ
２，Ｐ３，Ｐ４にて振動緩衝材（導電性ゴム３６、ゴム
３７，３８）で支持しており、機械的に堅牢な構造とす
ることができる。また、仮に振動周波数変動に起因して
節点が移動しても振動緩衝材で支持しているため、Ｑm
の低下は生じない。なお、帰還用端子３５の帰還信号を
利用して自励発振回路を簡単に構成可能な点等は第２の
実施の形態と同様である。

【００４０】なお、第３の実施の形態において、入力電
極１２から帰還電極１５を分割せず、帰還電極１５及び
帰還用端子３５を省略した構造とすることができる。こ
の場合にも絶縁ケース３０内に圧電トランス本体を４個
の節点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４にて振動緩衝材で支持し
た機械的に堅牢な圧電トランスを得ることができる。

【００４１】図１４乃至図１６は本発明の実施の形態に
係る圧電トランスを駆動するための自励発振回路をそれ
ぞれ例示している。

【００４２】図１４は第２又は第３の実施の形態のよう
に帰還電極を有する圧電トランスに適した自励発振回路
である。この図において、ＰＴ１は圧電トランス、Ｔr
はスイッチング素子としてのトランジスタ、ＣＨはチョ
ークコイル、Ｒ１はベースバイアス用抵抗、Ｃ１は直流
阻止用コンデンサ、ＣＲＴは冷陰極管である。

【００４３】この図１４の自励発振回路において、圧電
トランスＰＴ１の長さ方向と幅方向の共振を一致させた
１波長モードの結合振動の周波数を持つ帰還信号が帰還
電極１５に現れると、これがトランジスタＴrのベース
側に帰還され、コレクタ側に接続された入力電極１２，
１３間に増幅された入力電圧として印加されることで自
励発振が継続する。そして、昇圧された出力電圧が出力
電極１４とグランド側の電極１３間に発生し、これが冷
陰極管ＣＲＴに印加されて点灯する。

【００４４】この図１４の自励発振回路は圧電ブザー等
の駆動にも用いられる最も簡素な回路構成であり、部品
点数が少なく、小型化及びコストダウンに適したものと
いえる。

【００４５】図１５は第１の実施の形態（又は第３の実
施の形態において帰還電極１５及び帰還用端子３５を省
略した構造）の圧電トランスに適した自励発振回路を示
す。この図において、ＰＴ２は圧電トランス、Ｔrはト
ランジスタ、ＣＨはチョークコイル、Ｔ１は帰還用トラ
ンス、Ｒ１はベースバイアス用抵抗、Ｃ１は直流阻止用
コンデンサ、Ｃ２は共振用コンデンサである。帰還用ト
ランスＴ１の１次巻線は圧電トランスＰＴ２のグランド
側の入力電極１３とグランド間に挿入され、帰還用トラ
ンスＴ１の２次巻線の両端に前記共振用コンデンサＣ２
が接続されて、圧電トランスＰＴ２の長さ方向と幅方向
の共振を一致させた１波長モードの結合振動の周波数に
概ね共振（同調）する並列共振回路をなしている。

【００４６】この場合、帰還用トランスＴ１で１波長モ
ードの結合振動の周波数を持つ帰還信号が選択的にトラ
ンジスタＴrのベース側に帰還され、コレクタ側に接続
された入力電極１２，１３間に増幅された入力電圧とし
て印加されることで自励発振が継続する。そして、昇圧
された出力電圧が出力電極１４とグランド側の電極１３
間に発生し、これが冷陰極管ＣＲＴに印加されて点灯す
る。

【００４７】この図１５の自励発振回路は圧電トランス
として帰還電極１５を持たないものを使用できる利点が
ある。

【００４８】図１６は第２又は第３の実施の形態のよう
に帰還電極を有する圧電トランスに適した自励発振回路
であり、とくに高出力を得るのに適した自励発振回路で
ある。この図において、ＰＴ１は圧電トランス、ＦＥＴ
はスイッチング素子としての電界効果トランジスタ、Ｌ
１は共振用コイル、Ｃ３は共振用コンデンサ、ＡＭＰは
３段の増幅器ＯＰ１，ＯＰ２，ＯＰ３を有する増幅回
路、ＣＲＴは冷陰極管である。前記共振用コイルＬ１及
び共振用コンデンサＣ３は圧電トランスＰＴ１の長さ方
向と幅方向の共振を一致させた１波長モードの結合振動
の周波数に概ね共振（同調）する並列共振回路をなして
いる。

【００４９】この場合も、増幅回路ＡＭＰで増幅された
帰還電極１５の帰還信号のうち１波長モードの結合振動
の周波数を持つ帰還信号が選択されてＦＥＴのドレイン
側に現れて入力電極１２，１３間に増幅された入力電圧
として印加されることで自励発振が継続する。そして、
昇圧された出力電圧が出力電極１４とグランド側の電極
１３間に発生し、これが冷陰極管ＣＲＴに印加されて点
灯する。

【００５０】この図１６の自励発振回路はＦＥＴの前段
に増幅回路ＡＭＰを設けており、電力用ＦＥＴを用いる
ことで圧電トランスＰＴ１を充分大きな入力電圧で駆動
可能であり、高い出力電圧を得ることができる。また、
圧電トランスＰＴ１に形成する帰還電極１５の面積を小
さくすることができる。

【００５１】なお、第１乃至第３に示した圧電トランス
を複数個貼り合わせて積層構造とすることで、さらに低
電圧（Ｖin＝３Ｖ程度）でも冷陰極管等を駆動可能とな
ることは当然考えられる。

【００５２】以上本発明の実施の形態について説明して
きたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記
載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当
業者には自明であろう。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、圧電セ
ラミック板の表裏面に相互に対向する入力電極を形成
し、該圧電セラミック板の前記入力電極から離間した端
面に出力電極を形成するとともに、前記圧電セラミック
板の前記入力電極間を厚み方向に分極させかつ前記出力
電極と入力電極間を長さ方向に分極させた圧電トランス
において、前記圧電セラミック板を正方形板として長さ
方向と幅方向の共振を一致させた結合振動で駆動するよ
うにしたので、長さ振動のみを利用した従来技術の圧電
トランスに比べて負荷接続時に高い機械的Ｑを維持で
き、高い昇圧比が得られる。

【００５４】また、出力側の容量成分が大きいために単
板構造のままで（積層構造としなくとも）出力電力が大
きく取れ、低電圧の駆動が可能であるため、冷陰極管点
灯用等のインバータユニットの薄型化ができ、コストダ
ウンにも寄与できる。

【００５５】また、入力電極の片側を一部分割して帰還
電極とし、駆動回路の帰還信号として取り出す構造を採
用すれば、部品点数の少ない簡単な自励振の回路で駆動
可能となり大幅なコストダウンが図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る圧電トランスの基本構成である第
１の実施の形態を示す斜視図である。

【図２】第１の実施の形態の振動の変位分布及び節点を
示す説明図である。

【図３】第１の実施の形態による試料Ａ及び従来技術に
よる試料Ｂ，Ｃ，Ｄの場合の昇圧比の周波数特性であっ
て無負荷の場合のグラフである。

【図４】第１の実施の形態による試料Ａ及び従来技術に
よる試料Ｂ，Ｃ，Ｄの場合の昇圧比の周波数特性であっ
て負荷抵抗ＲＬ＝８０ｋΩの場合のグラフである。

【図５】第１の実施の形態による試料Ａの場合において
負荷抵抗ＲＬを２７ｋΩ〜２００ｋΩに変化させた場合
の昇圧比の周波数特性を示すグラフである。

【図６】従来技術による試料Ｂの場合において負荷抵抗
ＲＬを２７ｋΩ〜２００ｋΩに変化させた場合の昇圧比
の周波数特性を示すグラフである。

【図７】従来技術による試料Ｃの場合において負荷抵抗
ＲＬを２７ｋΩ〜２００ｋΩに変化させた場合の昇圧比
の周波数特性を示すグラフである。

【図８】従来技術による試料Ｄの場合において負荷抵抗
ＲＬを２７ｋΩ〜２００ｋΩに変化させた場合の昇圧比
の周波数特性を示すグラフである。

【図９】第１の実施の形態による試料Ａの入力電圧と冷
陰極管の輝度との関係を示すグラフである。

【図１０】本発明の第２の実施の形態を示す斜視図であ
る。

【図１１】第２の実施の形態の振動の変位分布及び節点
を示す説明図である。

【図１２】本発明の具体的構成である第３の実施の形態
であってケース部分を断面とした平面図である。

【図１３】同側断面図である。

【図１４】本発明の圧電トランスを駆動するのに使用可
能な自励発振回路の第１例を示す回路図である。

【図１５】本発明の圧電トランスを駆動するのに使用可
能な自励発振回路の第２例を示す回路図である。

【図１６】本発明の圧電トランスを駆動するのに使用可
能な自励発振回路の第３例を示す回路図である。

【図１７】従来のローゼン型圧電トランスを示す斜視図
である。

【図１８】従来のローゼン型圧電トランスの振動の変位
分布及び節点を示す説明図である。

【図１９】入力電力に対する冷陰極管の輝度効率との関
係を圧電トランス及び電磁トランスについてそれぞれ示
すグラフである。

【図２０】圧電トランスのインピーダンスの周波数特性
であって長さ３０mm、幅１０mm、厚み１mmの場合のグラ
フである。

【図２１】圧電トランスのインピーダンスの周波数特性
であって長さ３０mm、幅１５mm、厚み１mmの場合のグラ
フである。

【図２２】圧電トランスのインピーダンスの周波数特性
であって長さ３０mm、幅２０mm、厚み１mmの場合のグラ
フである。

【図２３】圧電トランスのインピーダンスの周波数特性
であって長さ３０mm、幅３０mm、厚み１mmの場合のグラ
フである。

【符号の説明】

１，１１圧電セラミック板２，３，１２，１３入力電極４，１４出力電極１０圧電トランス本体１５帰還電極２２，２３，２４リード線３０絶縁ケース３２，３３入力端子３４出力端子３５帰還用端子３６導電性ゴム３７，３８ゴムＡＭＰ増幅回路ＣＲＴ冷陰極管Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３コンデンサＦＥＴ電界効果トランジスタＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４節点ＰＴ１，ＰＴ２圧電トランスＴr トランジスタ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電セラミック板の表裏面に相互に対向
する入力電極を形成し、該圧電セラミック板の前記入力
電極から離間した端面に出力電極を形成するとともに、
前記圧電セラミック板の前記入力電極間を厚み方向に分
極させかつ前記出力電極と入力電極間を長さ方向に分極
させた圧電トランスにおいて、前記圧電セラミック板を
正方形板として長さ方向と幅方向の共振を一致させた結
合振動を行わせることを特徴とする圧電トランス。
【請求項２】前記結合振動が１波長モードである請求
項１記載の圧電トランス。
【請求項３】前記相互に対向する入力電極の一方を分
割して帰還電極を形成した請求項１又は２記載の圧電ト
ランス。
【請求項４】前記圧電セラミック板の振動の節部４点
を機械的に支持し、かつ該節部の一部又は全てを電極と
した請求項１，２又は３記載の圧電トランス。