JPH09219545A - 圧電トランス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １つの圧電トランスでもって複数の出力を得
られる圧電トランスを提供する。 【解決手段】 圧電性材料から成る矩形板１１の長さ方
向の共振モードを利用した圧電トランスである。矩形板
１１の長さ方向についておよそ３分の１である第１の領
域（Ｌ₁₁）には、厚さ方向に対向する第１の電極対１２
ａおよび１２ｂを形成している。残りのおよそ３分の２
である第２の領域（Ｌ₁₂）には、さらにそのおよそ半分
である第２の一方および他方の領域（Ｌ₁₂₁ 、Ｌ₁₂₂ ）
にそれぞれ、幅方向に対向し、かつ各々電気的に独立し
た第２の電極対１３ａおよび１３ｂと第３の電極対１４
ａおよび１４ｂを形成している。第１の領域を厚さ方向
に分極して１次側としている。第２の一方および他方の
領域を、各々幅方向に分極して互いに独立した２次側と
している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電セラミックス
から成る矩形板の長さ方向の共振モードを利用した圧電
トランスに関し、特に、液晶ディスプレイのバックライ
ト点灯用や複写機のトナー帯電用などの用途に適した圧
電トランスに関する。

【０００２】

【従来の技術】圧電振動子を応用したデバイスとして圧
電トランスが知られている。現在、圧電トランスに用い
る振動子としてセラミックやニオブ酸リチウム単結晶を
用いることが多い。図７を参照すると、一般的な構造を
呈する従来の圧電トランス７０では、圧電セラミックス
から成る矩形板（圧電振動子）７１の表面に、それぞれ
電気的信号を入力、出力できる入力対向電極７２ａおよ
び７２ｂと出力対向電極７３ａおよび７３ｂとが形成さ
れている。また、圧電トランスとしての特性は、共振先
鋭度Ｑに大きく依存するが、例えばＱの大きなニオブ酸
リチウム単結晶を用いた圧電トランスでは、５００以上
の昇圧比を得ることが可能である。即ち、入力電圧２Ｖ
時の出力電圧は、１ｋＶ以上である。このため、この種
の圧電トランスは、大きな電流値は必要としないが１ｋ
Ｖ程度の高電圧を必要とする液晶ディスプレイのバック
ライトや複写機のトナー帯電器などの機器に対して、有
用である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この種の圧電トランス
は、前述したように大きな昇圧比を実現可能であるとい
う利点を有している反面、一般にその入力と出力とが一
対一に対応しているため、複数の出力が必要な場合に
は、その出力電圧値の数だけ圧電トランスが必要であ
り、圧電トランスを適用する機器の構成の簡素化、小型
化、軽量化等に対して好ましくないという実情にある。

【０００４】最近では、液晶ディスプレイのバックライ
トには、複数の冷陰極管を用いるタイプのものも多く、
このようなタイプにはインバータ回路が複数必要であ
る。仮に、１台のインバータで複数の冷陰極管を点灯さ
せるためには、冷陰極管を直列または並列に複数接続す
ることになる。直列に複数接続する場合には、圧電トラ
ンスの出力電圧値は１本の冷陰極管を点灯させるのに必
要な電圧の複数倍の電圧値が必要であり、圧電トランス
に過剰な負担がかかってしまうし、並列に複数接続する
場合には、接続した複数の冷陰極管間のインピーダンス
のばらつきにより、インピーダンスが最も低い冷陰極管
が他よりも明るく点灯してしまうので好ましくない。

【０００５】即ち、実用を考慮すれば、単出力の圧電ト
ランスを用いたインバータ回路では、冷陰極管を１本し
か点灯できないという実情にある。

【０００６】本発明の課題は、１つの圧電トランスで複
数の出力を得られるように、複数の出力部を持つ圧電ト
ランスを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、圧電性
材料から成る矩形板の長さ方向の共振モードを利用した
圧電トランスにおいて、前記矩形板の長さ方向について
およそ３分の１である第１の領域には、厚さ方向に対向
する第１の電極対を形成し、残りのおよそ３分の２であ
る第２の領域には、さらにそのおよそ半分である第２の
一方および他方の領域にそれぞれ、幅方向に対向し、か
つ各々電気的に独立した第２の電極対および第３の電極
対を形成し、前記第１の領域を厚さ方向に分極して１次
側とし、前記第２の一方および他方の領域を、各々幅方
向に分極して互いに独立した２次側としたことを特徴と
する圧電トランスが得られる。

【０００８】本発明によればまた、圧電性材料から成る
矩形板の長さ方向の共振モードを利用した圧電トランス
において、前記矩形板の長さ方向についておよそ３分の
１である第１の領域には、厚さ方向に対向する第１の電
極対を形成し、残りのおよそ３分の２である第２の領域
の幅方向の一端面には、該第２の領域のおよそ半分であ
る第２の一方および他方の領域にそれぞれ、第２の電極
および第３の電極を形成すると共に、該第２の領域の幅
方向の他端面には、第２の一方および他方の領域にわた
って、共通電極を形成し、前記第１の領域を厚さ方向に
分極して１次側とし、前記第２の一方および他方の領域
を、各々幅方向に分極して２次側としたことを特徴とす
る圧電トランスが得られる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態による圧電トランスを説明する。

【００１０】［実施の形態１］図１は、本発明の実施の
形態１による圧電トランスの構成を示す斜視図である。
図１において、本形態による圧電トランス１０は、圧電
セラミックスから成り、長さ（全長＝Ｌ₁₀）、幅、およ
び厚さを持つ矩形板１１の長さ方向の共振モードを利用
した圧電トランスであり、矩形板１１の長さ方向につい
ておよそ３分の１である第１の領域（長さＬ₁₁）には、
厚さ方向に対向する第１の電極対１２ａおよび１２ｂが
形成されている。残りのおよそ３分の２である第２の領
域（長さＬ₁₂）には、さらにそのおよそ半分である第２
の一方（長さＬ₁₂₁ ）ならびに他方（長さＬ₁₂₂ ）の領
域にそれぞれ、幅方向に対向し、かつ各々電気的に独立
した第２の電極対１３ａおよび１３ｂならびに第３の電
極対１４ａおよび１４ｂが形成されている。

【００１１】さらに、第１の領域は、厚さ方向に分極
（矢印Ｐ₁₁）され、１次側（入力電極）とされている。
第２の一方および他方の領域は、各々幅方向の同じ向き
に分極（矢印Ｐ₁₂₁ 、Ｐ₁₂₂ ）され、２次側（出力電
極）とされている。第２の電極対１３ａおよび１３ｂと
第３の電極対１４ａおよび１４ｂとは、互いに電気的に
独立しており、第２の電極対１３ａおよび１３ｂが第１
の出力電極、第３の電極対１４ａおよび１４ｂが第２の
出力電極である。

【００１２】さて、以上説明した構造の圧電トランス１
０の１次側電極に矩形板１１の３／２波長共振モードの
共振周波数にほぼ等しい周波数の電圧を印加すると、矩
形板１１は長さ方向に振動する。この時、第１の出力電
極（第２の電極対１３ａおよび１３ｂ）、第２の出力電
極（第３の電極対１４ａおよび１４ｂ）には、圧電横効
果により高電圧を発生する。また、振動の節となる位置
は、矩形板１１の長さ方向の端面から１／６、３／６お
よび５／６の３箇所に存在し、電極形成部分に振動の節
が存在するため、振動の節からのリード取出しが可能で
ある。振動の節からリードを取出した場合には、矩形板
１１の振動によって接続箇所が破損等することがなく、
信頼性が高い。

【００１３】［実施の形態２］図２は、本発明の実施の
形態２による圧電トランスの構成を示す斜視図である。
図２において、本形態による圧電トランス２０は、圧電
トランス１０と同様に、圧電セラミックスから成る矩形
板２１（全長＝Ｌ₂₀）の長さ方向の共振モードを利用し
た圧電トランスであり、矩形板２１の長さ方向について
およそ３分の１である第１の領域（長さＬ₂₁）には、厚
さ方向に対向する第１の電極対２２ａおよび２２ｂが形
成されている。残りのおよそ３分の２である第２の領域
（長さＬ₂₂）には、さらにそのおよそ半分である第２の
一方（長さＬ₂₂₁ ）ならびに他方（長さＬ₂₂₂ ）の領域
にそれぞれ、幅方向に対向し、かつ各々電気的に独立し
た第２の電極対２３ａおよび２３ｂならびに第３の電極
対２４ａおよび２４ｂが形成されている。さらに、第１
の領域は、厚さ方向に分極（矢印Ｐ₂₁）され、１次側
（入力電極）とされている。本形態では、第２の一方お
よび他方の領域は、各々幅方向の互いに逆向きに分極
（矢印Ｐ₂₂₁ 、Ｐ₂₂₂ ）され、２次側（入力電極）とさ
れている。第２の電極対２３ａおよび２３ｂと第３の電
極対２４ａおよび２４ｂとは、互いに電気的に独立して
おり、第２の電極対２３ａおよび２３ｂが第１の出力電
極、第３の電極対２４ａおよび２４ｂが第２の出力電極
である。

【００１４】［実施の形態３］本発明においては、第２
の一方の領域と第２の他方の領域とが、第３および４に
示した実施の形態３および４のごとく、長さ方向に連続
していなくともよい。即ち、これら実施の形態では、第
２の一方の領域と第２の他方の領域との間に、第１の領
域が存在している。

【００１５】図３において、実施の形態３による圧電ト
ランス３０は、圧電セラミックスから成る矩形板３１
（全長＝Ｌ₃₀）の長さ方向についておよそ３分の１であ
り、かつほぼ中央の第１の領域（長さＬ₃₁）には、厚さ
方向に対向する第１の電極対３２ａおよび３２ｂが形成
されている。残りの第２の一方（長さＬ₃₂₁ ）ならびに
他方（長さＬ₃₂₂ ）の領域にそれぞれ、幅方向に対向
し、かつ各々電気的に独立した第２の電極対３３ａおよ
び３３ｂならびに第３の電極対３４ａおよび３４ｂが形
成されている。即ち、第２の一方の領域と第２の他方の
領域はどちらも、第１の領域の残りであり、全長Ｌ₃₀の
およそ３分の１であり、両者を合わせて第２の領域と考
える。そして、第１の領域は厚さ方向に分極（矢印
Ｐ₃₁）され、１次側（入力電極）とされている。一方、
第２の一方および他方の領域は、圧電トランス１０と同
様に、各々幅方向の同じ向きに分極（矢印Ｐ₃₂₁ 、Ｐ
₃₂₂ ）され、２次側（出力電極）とされている。第２の
電極対３３ａおよび３３ｂと第３の電極対３４ａおよび
３４ｂとは、互いに電気的に独立しており、第２の電極
対３３ａおよび３３ｂが第１の出力電極、第３の電極対
３４ａおよび３４ｂが第２の出力電極である。

【００１６】［実施の形態４］図４において、実施の形
態４による圧電トランス４０は、圧電セラミックスから
成る矩形板４１（全長＝Ｌ₄₀）の長さ方向についておよ
そ３分の１であり、かつほぼ中央の第１の領域（長さＬ
₄₁）には、厚さ方向に対向する第１の電極対４２ａおよ
び４２ｂが形成されている。残りの第２の一方の領域
（長さＬ₄₂₁ ）ならびに他方（長さＬ₄₂₂ ）の領域にそ
れぞれ、幅方向に対向し、かつ各々電気的に独立した第
２の電極対４３ａおよび４３ｂならびに第３の電極対４
４ａおよび４４ｂが形成されている。即ち、第２の一方
の領域と第２の他方の領域はどちらも、第１の領域の残
りであり、全長Ｌ₄₀のおよそ３分の１であり、両者を合
わせて第２の領域と考える。そして、第１の領域は厚さ
方向に分極（矢印Ｐ₄₁）され、１次側（入力電極）とさ
れている。第２の一方および他方の領域は、圧電トラン
ス２０と同様に、各々幅方向の互いに逆向きに分極（矢
印Ｐ₄₂₁ 、Ｐ₄₂₂ ）され、２次側（出力電極）とされて
いる。第２の電極対４３ａおよび４３ｂと第３の電極対
４４ａおよび４４ｂとは、互いに電気的に独立してお
り、第２の電極対４３ａおよび４３ｂが第１の出力電
極、第３の電極対４４ａおよび４４ｂが第２の出力電極
である。

【００１７】［実施の形態５］図５は、本発明の実施の
形態５による圧電トランスの構成を示す斜視図である。

【００１８】図５において、本形態による圧電トランス
５０は、圧電セラミックスから成り、長さ（全長＝
Ｌ₅₀）、幅、および厚さを持つ矩形板５１の長さ方向の
共振モードを利用した圧電トランスであり、矩形板５１
の長さ方向についておよそ３分の１である第１の領域
（長さＬ₅₁）には、厚さ方向に対向する第１の電極対５
２ａおよび５２ｂが形成されている。残りのおよそ３分
の２である第２の領域（長さＬ₅₂）の幅方向の一端面に
は、第２の領域のおよそ半分である第２の一方（長さＬ
₅₂₁ ）および他方（長さＬ₅₂₂ ）の領域にそれぞれ、第
２の電極５３および第３の電極５４が形成されている。
これと共に、第２の領域の幅方向の他端面には、第２の
一方および他方の領域にわたって、共通電極５５が形成
されている。

【００１９】さらに、第１の領域は、厚さ方向に分極
（矢印Ｐ₅₁）され、１次側（入力電極）とされている。
第２の一方および他方の領域は、各々幅方向の同じ向き
に分極（矢印Ｐ₅₂₁ 、Ｐ₅₂₂ ）され、２次側（出力電
極）とされている。第２の電極５３と共通電極５５との
対は第１の出力電極、第３の電極５４と共通電極５５と
の対は第２の出力電極である。

【００２０】さて、以上説明した構造の圧電トランス５
０の１次側電極に矩形板５１の３／２波長共振モードの
共振周波数にほぼ等しい周波数の電圧を印加すると、矩
形板５１は長さ方向に振動する。この時、第１の出力電
極（第２の電極５３と共通電極５５との対）、第２の出
力電極（第３の電極５４と共通電極５５との対）には、
圧電横効果により高電圧を発生する。また、振動の節と
なる位置は、矩形板５１の長さ方向の端面から１／６、
３／６、５／６の３箇所に存在し、電極形成部分に振動
の節が存在するため振動の節からのリード取り出しが可
能である。

【００２１】圧電トランス５０は、実施の形態１等と同
様に複数の２次側（出力電極）を持つ構造であるもの
の、共通電極を有する形態であるため、実施の形態１等
に比べて配線が簡略化される。

【００２２】次に、実施の形態１および５の圧電トラン
ス１０および５０について、出力電圧特性を測定した。
尚、圧電トランス１０および５０の具体的な寸法は、い
ずれも、長さ４０ｍｍ（Ｌ₁₀およびＬ₅₀）×幅１０ｍｍ
×厚さ１ｍｍとした。測定した圧電トランス１０および
５０の出力電圧特性を以下の表１に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】表１において、負荷抵抗は、ほぼ冷陰極管
のインピーダンスである８０ｋΩとし、入力電圧を変化
させた場合の出力電圧特性を示している。圧電トランス
１０および５０どちらの出力電圧特性共に、ほぼ同等の
特性が得られている。

【００２５】［実施の形態６］図６は、本発明の実施の
形態６による圧電トランスの構成を示す斜視図である。

【００２６】図６において、本形態による圧電トランス
６０は、圧電トランス５０と同様に、圧電セラミックス
から成る矩形板６１（全長＝Ｌ₆₀）の長さ方向の共振モ
ードを利用した圧電トランスであり、矩形板６１の長さ
方向についておよそ３分の１である第１の領域（長さＬ
₆₁）には、厚さ方向に対向する第１の電極対６２ａおよ
び６２ｂが形成されている。残りのおよそ３分の２であ
る第２の領域（長さＬ₆₂）の幅方向の一端面には、第２
の領域の幅方向の他端面には、第２の一方（長さ
Ｌ₆₂₁ ）および他方（長さＬ₆₂₂ ）の領域にわたって、
共通電極６５が形成されている。これと共に、第２の領
域のおよそ半分である第２の一方および他方の領域にそ
れぞれ、第２の電極６３および第３の電極６４が形成さ
れている。第１の領域は、厚さ方向に分極（矢印Ｐ₆₁）
され、１次側（入力電極）とされている。第２の一方お
よび他方の領域は、各々幅方向の互いに逆向きに分極
（矢印Ｐ_{62 1} 、Ｐ₆₂₂ ）され、２次側（出力電極）とさ
れている。第２の電極６３と共通電極６５との対は第１
の出力電極、第３の電極６４と共通電極６５との対は第
２の出力電極である。

【００２７】圧電トランス６０も、実施の形態１等と同
様に複数の２次側（出力電極）を持つ構造であるもの
の、共通電極を有する形態であるため、実施の形態１等
に比べて配線が簡略化される。

【００２８】尚、以上説明した本発明の実施の形態１〜
６においては、圧電トランスの矩形板として圧電セラミ
ックスから成るものを例にあげたが、本発明における矩
形板は、圧電性材料から成るものであればよい。例え
ば、ＬｉＮｂＯ₃ 単結晶から成る矩形板を用いれば、圧
電セラミックスによるものに比べて同等以上の圧電トラ
ンスとしての特性が得られる。

【００２９】

【発明の効果】本発明による圧電トランスは、圧電性材
料から成る矩形板の長さ方向についておよそ３分の１で
ある第１の領域には、厚さ方向に対向する第１の電極対
を形成し、残りのおよそ３分の２である第２の領域に
は、さらにそのおよそ半分である第２の一方および他方
の領域にそれぞれ、幅方向に対向し、かつ各々電気的に
独立した第２の電極対および第３の電極対を形成し、第
１の領域を厚さ方向に分極して１次側とし、第２の一方
および他方の領域を、各々幅方向に分極して互いに独立
した２次側としたため、１つの圧電トランスで複数の出
力が得られる。これにより、複数の出力が必要な機器に
対し、本圧電トランスを１つまたは可及的少ない数だけ
用いればよく、その機器の構成の簡素化、小型化、軽量
化等に有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１による圧電トランスを示
す斜視図である。

【図２】本発明の実施の形態２による圧電トランスを示
す斜視図である。

【図３】本発明の実施の形態３による圧電トランスを示
す斜視図である。

【図４】本発明の実施の形態４による圧電トランスを示
す斜視図である。

【図５】本発明の実施の形態５による圧電トランスを示
す斜視図である。

【図６】本発明の実施の形態６による圧電トランスを示
す斜視図である。

【図７】従来例による圧電トランスを示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０ 圧電ト
ランス １１、２１、３１、４１、５１、６１、７１ 矩形板 １２ａ、２２ａ、３２ａ、４２ａ、５２ａ、６２ａ、７
２ａ １次側の電極 １２ｂ、２２ｂ、３２ｂ、４２ｂ、５２ｂ、６２ｂ、７
２ｂ １次側の電極 １３ａ、２３ａ、３３ａ、４３ａ、７３ａ ２次側の電
極 １３ｂ、２３ｂ、３３ｂ、４３ｂ、７３ｂ ２次側の電
極 １４ａ、２４ａ、３４ａ、４４ａ ２次側の電極 １４ｂ、２４ｂ、３４ｂ、４４ｂ ２次側の電極 ５３、６３ ２次側の電極 ５４、６４ ２次側の電極 ５５、６５ ２次側の共通電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧電性材料から成る矩形板の長さ方向の
   共振モードを利用した圧電トランスにおいて、前記矩形
   板の長さ方向についておよそ３分の１である第１の領域
   には、厚さ方向に対向する第１の電極対を形成し、残り
   のおよそ３分の２である第２の領域には、さらにそのお
   よそ半分である第２の一方および他方の領域にそれぞ
   れ、幅方向に対向し、かつ各々電気的に独立した第２の
   電極対および第３の電極対を形成し、前記第１の領域を
   厚さ方向に分極して１次側とし、前記第２の一方および
   他方の領域を、各々幅方向に分極して互いに独立した２
   次側としたことを特徴とする圧電トランス。
2. 【請求項２】 圧電性材料から成る矩形板の長さ方向の
   共振モードを利用した圧電トランスにおいて、前記矩形
   板の長さ方向についておよそ３分の１である第１の領域
   には、厚さ方向に対向する第１の電極対を形成し、残り
   のおよそ３分の２である第２の領域の幅方向の一端面に
   は、該第２の領域のおよそ半分である第２の一方および
   他方の領域にそれぞれ、第２の電極および第３の電極を
   形成すると共に、該第２の領域の幅方向の他端面には、
   第２の一方および他方の領域にわたって、共振電極を形
   成し、前記第１の領域を厚さ方向に分極して１次側と
   し、前記第２の一方および他方の領域を、各々幅方向に
   分極して２次側としたことを特徴とする圧電トランス。