JPH0936452A - Piezoelectric transformer - Google Patents

Piezoelectric transformer

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JPH0936452A
JPH0936452A JP7205340A JP20534095A JPH0936452A JP H0936452 A JPH0936452 A JP H0936452A JP 7205340 A JP7205340 A JP 7205340A JP 20534095 A JP20534095 A JP 20534095A JP H0936452 A JPH0936452 A JP H0936452A
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JP
Japan
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piezoelectric transformer
electrode
external input
piezoelectric
transformer
Prior art date
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Pending
Application number
JP7205340A
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Japanese (ja)
Inventor
Shigeru Sadamura
茂 定村
Yasuo Shimoda
康生 下田
Susumu Danbara
奨 檀原
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Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0936452A publication Critical patent/JPH0936452A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To set a resonance frequency at 100kHz or below without sacrifice of boost ratio or durability by forming a thin insulation area on an inner electrode only in the vicinity of part for fixing an external input electrode and supporting and securing a piezoelectric transformer body such that a node will appear substantially in the center in the longitudinal direction. SOLUTION: Only a very thin insulation area 58A or 58B for ensuring insulation with respect to any one unconnected external input electrode 48A, 48B does not form the inner electrode on the side of oscillatory part. Since only that area is not subjected to sufficient polarization, undisplaced part is reduced significantly and thereby a piezoelectric transformer is deformed and oscillated uniformly as a whole. Consequently, cracking and delamination of inner electrode can be suppressed significantly and the durability can be enhanced. More specifically, the resonance frequency can be set at 100kHz or below without sacrifice of boost ratio or durability.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば液晶ディス
プレイのバックライト用の放電管に電力を供給するため
に用いられる圧電トランスに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric transformer used for supplying electric power to a discharge tube for a backlight of a liquid crystal display, for example.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、液晶ディスプレイにあっては、
液晶自身が発光しないことから液晶表示体の背面や側面
に冷陰極管等の放電管を配置してこの放電管からの光を
用いて液晶を表示させるバックライト方式が主流となっ
ている。この放電管を駆動するために、放電管自体の長
さや直径にもよるが数100ボルト以上の高い交流電圧
が要求される。この高い交流電圧を発生させる方法とし
て圧電トランスを用いたインバータが特開平5−114
492号公報に示されている。圧電トランスは構造が非
常に簡素であるため小型・薄型化、低コスト化が可能で
ある。
2. Description of the Related Art Generally, in a liquid crystal display,
Since the liquid crystal itself does not emit light, a backlight system in which a discharge tube such as a cold cathode tube is arranged on the back surface or the side surface of the liquid crystal display and the liquid crystal is displayed using light from the discharge tube is predominant. In order to drive this discharge tube, a high AC voltage of several hundreds of volts or more is required, depending on the length and diameter of the discharge tube itself. An inverter using a piezoelectric transformer is known as a method for generating this high AC voltage.
No. 492 publication. Since the piezoelectric transformer has a very simple structure, it can be made compact, thin, and low cost.

【0003】この圧電トランスの構造を図13を参照し
て説明する。図示例はローゼン型の圧電トランスを示す
斜視図であり、例えばチタン酸ジルコン酸鉛系(PZ
T)のセラミックよりなる板状の圧電セラミック素子2
を形成し、この図中左半分の上下面に例えば銀焼付けな
どにより一対の入力電極4、6を形成し、右側端面にも
同様な方法で出力電極8を形成する。そして、セラミッ
ク素子2の左半分の駆動部は厚み方向に、右半分の発電
部は長手方向に予め分極処理を行なっておく。
The structure of this piezoelectric transformer will be described with reference to FIG. The illustrated example is a perspective view showing a Rosen type piezoelectric transformer. For example, for example, lead zirconate titanate (PZ)
Plate-shaped piezoelectric ceramic element 2 made of T) ceramic
, A pair of input electrodes 4 and 6 are formed on the upper and lower surfaces of the left half in this figure by, for example, silver baking, and an output electrode 8 is formed on the right end surface in the same manner. The left half of the ceramic element 2 is polarized in the thickness direction, and the right half of the power generating portion is polarized in the longitudinal direction.

【0004】このように形成された圧電トランスにおい
て、入力電極4、6間に交流電圧源10よりセラミック
素子2の長さ方向の共振周波数と略同じ周波数の交流電
圧を印加するとこのセラミック素子2は長手方向に強い
機械振動を生じ、これにより右半分の発電部では圧電効
果により電荷が発生し、出力電極8と入力電極の一方、
例えば入力電極6との間に出力電極Voが生ずる。この
出力電圧Voを放電管12の両端に印加することにより
これを発光させることができる。この振動モードには図
14に示すように長手方向に一波長で共振する全波長モ
ード(図14(A))と半波長で共振する半波長モード
(図14(B))の2つがある。
In the piezoelectric transformer thus formed, when an AC voltage having a frequency substantially the same as the resonance frequency in the longitudinal direction of the ceramic element 2 is applied from the AC voltage source 10 between the input electrodes 4 and 6, the ceramic element 2 will be A strong mechanical vibration is generated in the longitudinal direction, and as a result, electric charges are generated by the piezoelectric effect in the power generation section in the right half, and one of the output electrode 8 and the input electrode
For example, the output electrode Vo is generated between the output electrode Vo and the input electrode 6. By applying this output voltage Vo across the discharge tube 12, it can be made to emit light. As shown in FIG. 14, there are two vibration modes, a full-wavelength mode that resonates at one wavelength in the longitudinal direction (FIG. 14A) and a half-wavelength mode that resonates at a half-wavelength (FIG. 14B).

【0005】セラミック素子2は、一波長モードでは両
端より1/4の長さの2点で支持され、半波長モードで
は中央部にて支持される。圧電トランスは、装置の小型
化のために外形寸法はできるだけ小さい方がよいが、外
形寸法は周波数に反比例するため、小型にすると周波数
が必然的に高くなる。しかしながら、周波数が高過ぎる
と液晶表示体のバックライトでは配線などの浮遊容量を
介して筐体に高周波電流が流れてしまい、放電管には十
分な管電流が流れなくなって効率が大幅に低下してしま
う。例えば現状のインバータ回路では、100KHz以
下の周波数であることが望ましいが、そのための圧電ト
ランスの外形寸法長さは34mm以上の長大なものとな
る。このように、高周波数電圧で駆動される放電管では
浮遊容量の影響が大きいため、できるだけ周波数を低く
し、例えば100KHz以下にすることが望まれてい
る。
The ceramic element 2 is supported at two points having a length of 1/4 from both ends in the one-wavelength mode, and is supported at the central portion in the half-wavelength mode. The outer dimensions of the piezoelectric transformer should be as small as possible in order to miniaturize the device, but since the outer dimensions are inversely proportional to the frequency, the smaller the size, the higher the frequency inevitably becomes. However, if the frequency is too high, in the backlight of the liquid crystal display body, a high frequency current will flow into the housing via stray capacitance such as wiring, and a sufficient tube current will not flow into the discharge tube, resulting in a significant decrease in efficiency. Will end up. For example, in the current inverter circuit, it is desirable that the frequency is 100 KHz or less, but the outer dimension length of the piezoelectric transformer for that purpose is as long as 34 mm or more. As described above, in a discharge tube driven by a high frequency voltage, the influence of stray capacitance is great, and therefore it is desired to make the frequency as low as possible, for example, 100 KHz or less.

【0006】このような観点から、セラミック素子2が
同じ長さ寸法であれば、上記した半波長モードの圧電ト
ランス素子の共振周波数は全波長モードの半分となるた
め有利であるが、実際には圧電トランスの固定保持の容
易さ(2点支持)及び昇圧比が高いことから全波長モー
ドが多用されている。また、最近においては、昇圧比を
さらに大きくする目的でニューセラミックス(199
5)NO.3、エレクトロニク・セラミックス26[1
26]55ページに示されているようにセラミック素子
を多層構造とした圧電トランスが提案されている。図1
5乃至図17はこの積層型の圧電トランスの構造を示し
ており、図15(A)及び図15(B)に示すように厚
さ100μm程度の非常に薄いセラミックシート14の
図中左半分の上面に銀等により、内部電極16を形成す
る。この場合、図15(A)に示すシートは、幅方向の
一端縁部、図中上側端縁部が僅かな幅でもって一方の外
部入力電極18Aに対する絶縁を確保するために細長い
絶縁領域20Aが形成されており、他方、図15(B)
に示すシートは、図中下側端縁部が僅かな幅でもって他
方の外部入力電極18Bに対する絶縁を確保するために
細長い絶縁領域20Bが形成されており、それぞれ圧電
トランス素板22A、22Bを構成している。
From this point of view, if the ceramic element 2 has the same length dimension, the resonance frequency of the above-mentioned half-wavelength mode piezoelectric transformer element is half that of the full-wavelength mode, which is advantageous. The full-wavelength mode is often used because the piezoelectric transformer is easily fixed and held (two-point support) and the step-up ratio is high. In recent years, new ceramics (199
5) NO. 3, Electronic Ceramics 26 [1
[26] As shown on page 55, a piezoelectric transformer having a ceramic element having a multilayer structure has been proposed. FIG.
5 to 17 show the structure of this laminated piezoelectric transformer. As shown in FIGS. 15 (A) and 15 (B), a very thin ceramic sheet 14 with a thickness of about 100 μm is shown in the left half of the drawing. The internal electrode 16 is formed on the upper surface with silver or the like. In this case, in the sheet shown in FIG. 15A, the elongated insulating region 20A has a narrow width at one end edge portion in the width direction, that is, an upper end edge portion in the drawing, in order to ensure insulation with respect to one external input electrode 18A. Formed, on the other hand, FIG. 15 (B)
The sheet shown in FIG. 2 has a narrow end portion in the drawing with a narrow width to form an elongated insulating region 20B for ensuring insulation with respect to the other external input electrode 18B. I am configuring.

【0007】このように電極位置が僅かに異なる2種類
の圧電トランス素板22A、22Bを複数枚形成してこ
れを図16に示すように交互に配置して重ね合わせて焼
結し、図17に示すような圧電トランス体24を形成す
る。更に、この圧電トランス体24の図中左半分の駆動
部の幅方向両端面に一対の例えば銀よりなる外部入力電
極18A、18Bを塗布形成する。この結果、各外部入
力電極18A、18Bは、異なる一層置きの内部電極1
6と電気的に接続されることになる。また、発電部にお
いてはトランス体の長さ方向の端面に出力電極26を形
成しており、これにより圧電トランスが構成される。
As described above, a plurality of piezoelectric transformer element plates 22A and 22B of two kinds having slightly different electrode positions are formed, and they are alternately arranged as shown in FIG. A piezoelectric transformer body 24 as shown in is formed. Further, a pair of external input electrodes 18A and 18B made of, for example, silver are formed by coating on both end faces in the width direction of the drive portion of the left half of the piezoelectric transformer body 24 in the figure. As a result, the external input electrodes 18A and 18B are different from each other in the internal electrodes 1 of different layers.
6 will be electrically connected. Further, in the power generation section, the output electrode 26 is formed on the end face in the length direction of the transformer body, and a piezoelectric transformer is constituted by this.

【0008】この構成によれば、内部電極間の間隔が、
図13に示す場合と異なって非常に小さいことから、低
電圧駆動が可能となり昇圧比が大幅に向上する。
According to this structure, the distance between the internal electrodes is
Since it is very small unlike the case shown in FIG. 13, low voltage driving is possible and the boost ratio is greatly improved.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】ところで、この積層型
の圧電トランスにおいては、図15に示したように内部
電極16とこれと非接続となる外部入力電極18A或い
は18Bとの間に絶縁確保用の絶縁領域20A或いは2
0Bを設けるが、この領域20A、20Bはセラミック
素材の上下面の電極が重ならない領域であるため、分極
処理がなされない非分極領域となる。そのため、外部入
力電極18A、18B間に入力電圧が印加されても振動
しない非変位部となり、電極が重なっている本来の変位
部の振動を阻害する。更に、この領域20A、20Bの
トランス長手方向に対応する部分27、すなわち図中破
線で囲まれた領域には、本来の駆動部の振動が伝わら
ず、圧電トランス全体の振動が小さくなると同時に、振
動系態が複雑となる。従って、上記振動の不均一性に基
づく電力損失が発生し、効率が低下するという問題があ
った。更に、圧電トランスの駆動時に、振動しないこの
ような非分極領域と振動する分極領域との境界には大き
な内部応力が発生し、これがためにクラックが発生する
という更なる問題もあった。
By the way, in this laminated piezoelectric transformer, as shown in FIG. 15, for ensuring insulation between the internal electrode 16 and the external input electrode 18A or 18B which is not connected thereto. Insulation area 20A or 2
Although 0B is provided, these regions 20A and 20B are non-polarized regions that are not polarized because the electrodes on the upper and lower surfaces of the ceramic material do not overlap. Therefore, it becomes a non-displacement portion that does not vibrate even when an input voltage is applied between the external input electrodes 18A and 18B, and hinders the vibration of the original displacement portion where the electrodes overlap. Furthermore, the vibration of the original drive unit is not transmitted to the portion 27 of these regions 20A and 20B corresponding to the longitudinal direction of the transformer, that is, the region surrounded by the broken line in the figure, and at the same time the vibration of the entire piezoelectric transformer is reduced. The system becomes complicated. Therefore, there is a problem that power loss occurs due to the non-uniformity of the vibration, and the efficiency decreases. Furthermore, when the piezoelectric transformer is driven, a large internal stress is generated at the boundary between such a non-polarized region that does not vibrate and a polarized region that vibrates, which causes a further problem that cracks occur.

【0010】また、この積層型の圧電トランスは、全波
長モードとして使用することを前提としているためにそ
の長さL、幅W及び厚さTはそれぞれ42mm、12m
m及び1〜2mm程度に設定され、長さL=42mmに
対する共振周波数は略75KHzとなり、前述した周波
数の上限値である100KHzよりも小さくはなってい
るが、その分、外形寸法が42mmと長大化している。
Further, since this laminated piezoelectric transformer is premised to be used in all wavelength mode, its length L, width W and thickness T are 42 mm and 12 m, respectively.
The resonance frequency for the length L = 42 mm is about 75 KHz, which is smaller than 100 KHz, which is the upper limit value of the frequency described above, but the external dimension is 42 mm, which is long. It has become.

【0011】また、他の関連技術として例えば特開平4
−209579号公報に開示されているように圧電基板
の両面の略半分に入力電極を設け、他の半分に出力電極
を設け、入力側と出力側との間隙部に島状電極を用意
し、これより電流の入出力を行うようにした圧電トラン
スもあるが、これは積層構造の圧電トランスではなく、
電流の入出力構造を比較的簡単に形成することができる
単板の圧電トランスを示している。従って、外部入力電
極と内部電極との接続構造に工夫を必要とする多層型の
圧電トランスの構造には直接適用することはできない。
Further, as another related art, for example, Japanese Patent Laid-Open No.
As disclosed in JP-A-209579, input electrodes are provided on approximately half of both surfaces of a piezoelectric substrate, output electrodes are provided on the other half, and island electrodes are prepared in the gap between the input side and the output side. There is also a piezoelectric transformer designed to input and output current from this, but this is not a laminated structure piezoelectric transformer,
1 shows a single-plate piezoelectric transformer capable of forming a current input / output structure relatively easily. Therefore, it cannot be directly applied to the structure of a multi-layer piezoelectric transformer which requires a devise in the connection structure between the external input electrode and the internal electrode.

【0012】しかも、この公報の圧電トランスは、入力
側、出力側ともに厚み方向へ分極する構造であり、発電
部がトランスの長手方向に分極されるトランスとは構造
が異なる。本発明は、以上のような問題点に着目し、こ
れを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の
目的は、内部電極の形状を工夫すると共に積層型の半波
長モードの振動形態とすることにより、昇圧比及び耐久
性を劣化させることなく共振周波数を100KHz以下
とすることができる小型の圧電トランスを提供すること
にある。
Moreover, the piezoelectric transformer of this publication has a structure in which the input side and the output side are polarized in the thickness direction, which is different from the transformer in which the power generation part is polarized in the longitudinal direction of the transformer. The present invention has been devised in view of the above problems and effectively solving them. An object of the present invention is to reduce the resonance frequency to 100 KHz or less without deteriorating the step-up ratio and durability by devising the shape of the internal electrode and adopting the laminated half-wave mode vibration mode. It is to provide a piezoelectric transformer.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、セラミッ
クの積層構造を採用し、且つ非接続となる外部入力電極
取付部の近傍周辺部のみを除き、内部電極を略全面に設
けるようにすることにより、半波長振動モードで100
KHz以下の共振周波数となる、実用に耐え得る圧電ト
ランスを得ることができる、ということを見出すことに
より本発明に至ったものである。
Means for Solving the Problems The present inventors have adopted a laminated structure of ceramics and provided the internal electrodes on substantially the entire surface except for the peripheral portion in the vicinity of the external input electrode mounting portion which is not connected. The half-wave vibration mode
The present invention has been achieved by finding that a piezoelectric transformer having a resonance frequency of KHz or less and capable of withstanding practical use can be obtained.

【0014】すなわち、本発明は、電気機械変換材料か
らなる薄板の略半分の面を覆うようにして内部電極が形
成された圧電セラミック素板を複数枚形成し、この圧電
セラミック素板を積層して圧電トランス体を形成し、異
なった一層置きの前記内部電極と共通に接続された一対
の外部入力電極を設けて駆動部を形成し、この駆動部の
反対側の発電部に出力電極を設けてなる圧電トランスに
おいて、前記内部電極には、これに非接続となる前記外
部入力電極の取付部の近傍においてのみ僅かな幅の絶縁
エリアが形成されており、前記圧電トランス体の長さ方
向の略中央部を振動の節となるように支持固定するよう
にしたものである。
That is, according to the present invention, a plurality of piezoelectric ceramic base plates on which internal electrodes are formed are formed so as to cover a substantially half surface of a thin plate made of an electromechanical conversion material, and the piezoelectric ceramic base plates are laminated. Forming a piezoelectric transformer body, providing a pair of external input electrodes commonly connected to different internal layers of the internal electrodes to form a drive unit, and providing an output electrode at a power generation unit opposite to the drive unit. In the piezoelectric transformer configured as described above, an insulating area having a slight width is formed in the internal electrode only in the vicinity of a mounting portion of the external input electrode that is not connected to the internal electrode, and the insulating area in the length direction of the piezoelectric transformer body is formed. The central portion is supported and fixed so as to serve as a vibration node.

【0015】このように構成することにより、圧電トラ
ンスはその長手方向の中央部で支持され、半波長モード
で振動可能となる。この場合、内部電極構造は多層構造
とされているので、十分な昇圧比を確保でき、また、絶
縁エリアは外部電極の取付部の近傍においてのみ僅かな
幅で形成していることから、発電部(駆動部)に分極さ
れていない非分極領域が発生せず、効率及び耐久性を高
く維持することができる。従って、実用に耐え得る共振
周波数が100Kz以下の半波長モードの圧電トランス
を作成することができ、トランス寸法を小型化できる。
With this structure, the piezoelectric transformer is supported at the central portion in the longitudinal direction and can vibrate in the half-wavelength mode. In this case, since the internal electrode structure is a multi-layer structure, a sufficient boosting ratio can be secured, and the insulating area is formed with a small width only in the vicinity of the external electrode mounting portion. A non-polarized region that is not polarized does not occur in the (driving part), and efficiency and durability can be maintained high. Therefore, it is possible to manufacture a piezoelectric transformer of a half-wavelength mode having a resonance frequency of 100 Kz or less that can be practically used, and the size of the transformer can be reduced.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係る圧電トラン
スの一実施例を添付図面に基づいて詳述する。図1は本
発明に係る圧電トランスを用いた放電管駆動装置を示す
ブロック構成図、図2は本発明に係る圧電トランスを示
す斜視図、図3は図2に示す圧電トランスを支持した状
態を示す平面図である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of a piezoelectric transformer according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. 1 is a block diagram showing a discharge tube driving device using a piezoelectric transformer according to the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing the piezoelectric transformer according to the present invention, and FIG. 3 shows a state in which the piezoelectric transformer shown in FIG. 2 is supported. It is a top view shown.

【0017】まず、本発明の圧電トランスを用いる放電
管駆動装置について説明すると、図1に示すようにこの
駆動装置28は、直流電源30からの直流電圧を任意の
電圧に昇圧或いは降圧するチョッパー回路32を有して
おり、このチョッパー回路32の出力は励振回路34に
入力される。この励振回路34は、本発明の圧電トラン
ス36に対して周期的に反転する電圧を印加するもので
ある。この圧電トランス36は、後述するように圧電セ
ラミック素子よりなり、上記した電圧の印加により出力
側に高い電圧を発生させるものである。この圧電トラン
ス36の出力を例えば冷陰極間などの放電管12に印加
することによりこれを点弧し且つ放電を継続させるよう
になっている。
First, a discharge tube driving device using the piezoelectric transformer of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the driving device 28 is a chopper circuit for stepping up or down the DC voltage from the DC power supply 30 to an arbitrary voltage. The output of the chopper circuit 32 is input to the excitation circuit 34. The excitation circuit 34 applies a voltage that is periodically inverted to the piezoelectric transformer 36 of the present invention. The piezoelectric transformer 36 is composed of a piezoelectric ceramic element as described later, and generates a high voltage on the output side by applying the above voltage. By applying the output of the piezoelectric transformer 36 to the discharge tube 12 such as between cold cathodes, it is ignited and the discharge is continued.

【0018】この放電管12には、これに流れる電流を
検出するために管電流検出部として管電流検出回路38
が接続されており、この検出値は上記圧電トランス36
の出力を制御して前記放電管12の発光量を調節するた
めに、誤差増幅回路40へ入力され、これと基準電圧4
2との差電圧を増幅する。この回路40からの誤差電圧
を、出力パルス幅が変化される、例えばパルス幅変調を
用いたパルス幅制御回路(PWM)44へ入力し、この
制御回路44より出力される制御信号により上記チョッ
パー回路のパルス幅を制御してチョッパー回路の出力電
圧V2を調整するようになっている。
The discharge tube 12 has a tube current detection circuit 38 as a tube current detection section for detecting a current flowing through the discharge tube 12.
Is connected to the piezoelectric transformer 36.
Is input to the error amplifier circuit 40 in order to control the output of the discharge tube 12 and adjust the amount of light emitted from the discharge tube 12.
Amplify the voltage difference between the two. The error voltage from this circuit 40 is input to a pulse width control circuit (PWM) 44 whose output pulse width is changed, for example, using pulse width modulation, and the chopper circuit is output by a control signal output from this control circuit 44. Is controlled to adjust the output voltage V2 of the chopper circuit.

【0019】次に、本発明の特徴とする圧電トランス3
6の構造について説明する。図2及び図3に示すように
この圧電トランス36は、非常に薄い圧電セラミック素
板を複数枚積層して成る圧電トランス体46を有し、こ
の圧電トランス体46は薄板のような直方体状になって
いる。この図示例においては明確には記載されていない
が、図中左側半分には内部電極が形成されて駆動部とし
て構成され、右側半分は発電部として構成される。この
圧電トランス体46に幅方向の両側面の略中央にその厚
み方向に銀等により一対の外部入力電極48A、48B
が形成され、またトランス体46の長手方向の発電部側
端面には、同じく銀等により全面に亘って出力電極50
が形成されている。
Next, the piezoelectric transformer 3 characterized by the present invention
The structure of No. 6 will be described. As shown in FIGS. 2 and 3, the piezoelectric transformer 36 has a piezoelectric transformer body 46 formed by laminating a plurality of very thin piezoelectric ceramic base plates. The piezoelectric transformer body 46 has a rectangular parallelepiped shape like a thin plate. Has become. Although not explicitly shown in this example, internal electrodes are formed in the left half of the drawing to form a drive unit, and the right half is formed to function as a power generation unit. In this piezoelectric transformer body 46, a pair of external input electrodes 48A, 48B made of silver or the like is formed substantially in the center of both side surfaces in the width direction in the thickness direction.
Is formed, and the output electrode 50 on the entire end face of the transformer body 46 in the longitudinal direction is made of silver or the like.
Are formed.

【0020】そして、この一対の外部入力電極48A、
48Bに、先の励振回路34からの出力電圧が入力さ
れ、また、圧電効果により発生した高周波電圧が出力電
極50より放電管12へ供給されることになる。本発明
においては、圧電トランス36は、半波長モードで振動
させるために、トランス長手方向の中央部、すなわち図
示例においては、外部入力電極48A、48Bが設けら
れた部分を一対の固定部材52、52で挟持するように
して例えば接着剤或はバネ機構等を用いて支持固定して
いる。従って、トランスの長手方向の両端は自由端とな
って変形可能状態となり、中央部は固定されて振動或い
は変形しないことから節となる。尚、固定部材52、5
2に導電性部材を用いれば、振動回路の出力電圧V2を
この導電性部材を介して圧電トランスに入力することが
可能となる。その結果、図2及び図3に示すような外部
入力電極48A、48Bへのリード線46、46が不要
となり、ハンダ付け等の工数が削減できるだけでなく、
リード線の断線等の事故が防止でき、信頼性が向上す
る。また固定部材52、52は外部入力電極48A、4
8Bが設けられた側面部を挟持したが、内部電極56
A、56Bの形成面の圧電トランス全長の中央部を挟持
(図示せず)しても同様の効果が得られる。
The pair of external input electrodes 48A,
The output voltage from the excitation circuit 34 is input to 48B, and the high frequency voltage generated by the piezoelectric effect is supplied to the discharge tube 12 from the output electrode 50. In the present invention, in order to vibrate in the half-wavelength mode, the piezoelectric transformer 36 has a central portion in the transformer longitudinal direction, that is, in the illustrated example, a portion provided with the external input electrodes 48A, 48B is provided with a pair of fixing members 52, It is sandwiched by 52 and is supported and fixed by using, for example, an adhesive or a spring mechanism. Therefore, both ends in the longitudinal direction of the transformer become free ends and are in a deformable state, and the central portion is fixed and does not vibrate or deform, thus forming a node. The fixing members 52, 5
If a conductive member is used for 2, the output voltage V2 of the vibration circuit can be input to the piezoelectric transformer via this conductive member. As a result, the lead wires 46, 46 to the external input electrodes 48A, 48B as shown in FIG. 2 and FIG. 3 are not required, and not only the number of steps such as soldering can be reduced, but also
Accidents such as lead wire breaks can be prevented and reliability is improved. Further, the fixing members 52, 52 are external input electrodes 48A, 4
8B is sandwiched between the side portions provided with the internal electrode 56.
The same effect can be obtained by sandwiching (not shown) the central portion of the entire length of the piezoelectric transformer on the formation surface of A and 56B.

【0021】次に、この圧電トランス36の形成方法に
ついて説明する。図4は圧電セラミック素板を示す平面
図、図5及び図6は図4に示す圧電セラミック素板の要
部を示す部分拡大図、図7は圧電トランス体を示す斜視
図である。まず、図4に示すように電気機械変換材料、
例えばチタン酸ジルコン酸鉛系(PZT)のセラミック
材により長方形の薄板54、いわゆるグリーンシートを
形成する。そして、この薄板54の上側表面の半分、図
中においては左側の略半分に例えば銀−パラジウム合金
などよりなる内部電極56A、56Bを形成する。この
薄板54を形成するには、例えばPb(Zr、Ti)O
3 粉末に、有機バインダー、可塑剤、有機溶剤等を添加
混合した原材料を用いて、例えばドクターブレード法に
より焼成後の厚さが略100μmになるようにプレート
を形成する。この時の長さL1及び幅W1はそれぞれ2
0mm及び5mm程度に設定する。次に、この薄板54
の左半分の表面に、銀−パラジウム合金からなるペース
ト或いは白金ペーストをスクリーン印刷によって固着
し、内部電極56A、56Bを形成する。この場合、内
部電極56A、56Bは、ともに薄板表面の図中左側半
分に形成するのであるが、非接続となる外部電極48
A、48Bの取付部の近傍においてのみ、僅かな幅の絶
縁エリア58A、58Bを形成し、両者の絶縁を図って
いる。図4(A)と図4(B)に示すように両絶縁エリ
ア58A、58Bは、トランスの長さ方向の略中央部に
設けられると共にトランスの幅方向においては相互に反
対側端部に設けられる。
Next, a method of forming the piezoelectric transformer 36 will be described. FIG. 4 is a plan view showing the piezoelectric ceramic base plate, FIGS. 5 and 6 are partially enlarged views showing essential parts of the piezoelectric ceramic base plate shown in FIG. 4, and FIG. 7 is a perspective view showing the piezoelectric transformer body. First, as shown in FIG. 4, an electromechanical conversion material,
For example, a rectangular thin plate 54, a so-called green sheet, is formed of a lead zirconate titanate (PZT) ceramic material. Then, the inner electrodes 56A and 56B made of, for example, a silver-palladium alloy are formed on half of the upper surface of the thin plate 54, or substantially on the left half in the figure. To form this thin plate 54, for example, Pb (Zr, Ti) O
A plate is formed by using a raw material obtained by adding an organic binder, a plasticizer, an organic solvent, etc. to 3 powders and mixing the powder by, for example, a doctor blade method so that the thickness after firing becomes approximately 100 μm. At this time, the length L1 and the width W1 are each 2
It is set to about 0 mm and 5 mm. Next, this thin plate 54
A paste made of a silver-palladium alloy or a platinum paste is fixed to the surface of the left half of the above by screen printing to form the internal electrodes 56A and 56B. In this case, the internal electrodes 56A and 56B are both formed on the left half of the thin plate surface in the figure, but the external electrode 48 that is not connected is formed.
Insulation areas 58A and 58B having a small width are formed only near the mounting portions of A and 48B to insulate the two. As shown in FIGS. 4 (A) and 4 (B), both insulating areas 58A and 58B are provided at substantially the central portion in the length direction of the transformer and at opposite end portions in the width direction of the transformer. To be

【0022】従って、後述するように両内部電極56
A、56Bは、互いに反対側に位置する外部入力電極4
8B、48Aに電気的に接続されることになる。この絶
縁エリア58A、58Bは微小な矩形状に成形されてい
るが、非分極領域をできるだけ少なくして非変位部分を
最小にするためにはできるだけ面積が小さい方がよく、
従って、図5に示すように外部入力電極、例えば48B
と内部電極56Aとの間の距離D1或いはここに介在さ
れる絶縁エリア58Aの幅D1は、駆動時においても両
者が絶縁状態を十分に確保することができる距離、例え
ば100μm程度まで小さくすることができる。この関
係は、反対側の絶縁エリア58Bにおいても同じであ
る。尚、この100μmは、薄板54の1枚の厚みに相
当し、薄板54の1枚の厚みが、100μmより更に薄
くなれば、幅D1もそれに比例して更に小さくすること
が出来る。
Therefore, as will be described later, both internal electrodes 56
A and 56B are external input electrodes 4 located on opposite sides of each other.
It will be electrically connected to 8B and 48A. The insulating areas 58A and 58B are formed in a minute rectangular shape, but it is preferable that the area is as small as possible in order to minimize the non-polarized region and minimize the non-displacement portion.
Therefore, as shown in FIG. 5, an external input electrode, for example, 48B
The distance D1 between the inner electrode 56A and the internal electrode 56A or the width D1 of the insulating area 58A interposed therebetween can be reduced to a distance at which both can sufficiently secure an insulating state even during driving, for example, about 100 μm. it can. This relationship is the same in the insulating area 58B on the opposite side. This 100 μm corresponds to the thickness of one thin plate 54, and if the thickness of one thin plate 54 is smaller than 100 μm, the width D1 can be further reduced in proportion thereto.

【0023】また、この幅D1は、機械的強度及び効率
等をある程度以上高く確保するためには、大きくても最
大2mmを限度とし、この値と上記したセラミック薄板
54の板厚に略等しい間隙、例えば100μmの範囲内
に設定するのがよい。このように、絶縁エリア58A、
58Bの幅は非常に小さいのであるが、図5において
は、理解を容易とするために誇張して実際よりも幅広に
記載している。また、図5においては絶縁エリアの形状
は、微小な矩形状としたが、両者の絶縁性が確保できて
面積が小さいならばその形状は問わず、従って、図6に
示すように外部入力電極48Bの隅部を中心として直径
D1の微小な例えば扇形状としてもよい。
Further, the width D1 is limited to a maximum of 2 mm at the maximum in order to secure mechanical strength, efficiency, etc. to a certain degree, and this value and a gap substantially equal to the plate thickness of the ceramic thin plate 54 described above. For example, it is preferable to set it in the range of 100 μm. In this way, the insulation area 58A,
Although the width of 58B is very small, in FIG. 5, the width is exaggerated to make it easier to understand. In addition, although the shape of the insulating area is a minute rectangular shape in FIG. 5, the shape does not matter as long as the insulating properties of both can be secured and the area is small, and therefore, as shown in FIG. For example, a fan shape having a small diameter D1 around the corner of 48B may be used.

【0024】このように微小な絶縁エリアの部分を除
き、薄板54の左側半分の表面は完全に内部電極56A
或いは56Bにより覆われることになり、圧電セラミッ
ク素板60A、60Bが形成される。次に、このように
形成された圧電セラミック素板60A、60Bをそれぞ
れ複数板用意し、これらを交互に例えば5〜20枚複数
板積層し(図16参照)、圧着した後に1050〜12
00℃の高温下にて1〜5時間焼成することにより、図
7に示すような圧電トランス体46を得る。この場合、
内部電極同士は、上下方向にセラミック板を介して重ね
合うように配置するのは勿論であり、図中左側半分が駆
動部として構成され、右側半分が発電部として構成され
ることになる。また、圧電トランス体46の駆動部側端
面には、内部電極の端部が露出状態となっている。
As described above, the surface of the left half of the thin plate 54 is completely covered with the internal electrode 56A except for the minute insulating area.
Alternatively, it is covered with 56B, and the piezoelectric ceramic base plates 60A and 60B are formed. Next, a plurality of piezoelectric ceramic base plates 60A and 60B formed in this manner are prepared, and a plurality of these are alternately laminated, for example, 5 to 20 (see FIG. 16), and after pressure bonding, 1050 to 12
By firing at a high temperature of 00 ° C. for 1 to 5 hours, a piezoelectric transformer body 46 as shown in FIG. 7 is obtained. in this case,
Of course, the internal electrodes are arranged so as to overlap each other in the vertical direction with a ceramic plate interposed therebetween. In the figure, the left half is configured as a drive unit, and the right half is configured as a power generation unit. Further, the end portion of the internal electrode is exposed on the end surface of the piezoelectric transformer body 46 on the drive portion side.

【0025】この圧電トランス体46の厚みT1は、図
4(A)、図4(B)に示す厚さ略100μm程度の圧
電セラミック素板60A、60Bをそれぞれ5枚、計1
0枚用いた場合には1mm程度となる。尚、内部電極の
保護の目的で、圧電トランス体の上面或いは下面または
上下両面に内部電極を設けていないダミー圧電セラミッ
ク素板を形成するようにしてもよい。尚、この場合の固
定部材52、52は図2に示すように素子側面部に設置
してもよいが、外部入力電極48A、48Bをそれぞれ
ダミー圧電セラミックス素板上に廻り込み延設し(図示
せず)、このダミー圧電セラミックス素板を挟持しても
よい。このように圧電トランス体62を形成したなら
ば、トランス体62の長手方向の中央部の両側面すなわ
ち絶縁エリアに対応する部分に厚み方向に亘って一対の
外部入力電極48A、48Bを形成する。この電極48
A、48Bの幅L2は略1〜3mm程度である。また、
発電部側においてもトランス体62の長手方向の端面全
面に亘って出力電極50を形成し、図2に示すような圧
電トランスを完成する。これらの電極の形成は、例えば
前述したようなスクリーン印刷によって精度良く形成す
ることができる。外部電極48A、48Bは、その幅方
向の半分の部分で異なる一層置きの内部電極と電気的に
接続されることになる。
The piezoelectric transformer body 46 has a thickness T1 of five piezoelectric ceramic base plates 60A and 60B each having a thickness of about 100 μm shown in FIGS. 4 (A) and 4 (B).
When 0 sheets are used, the distance is about 1 mm. For the purpose of protecting the internal electrodes, a dummy piezoelectric ceramic base plate having no internal electrodes may be formed on the upper surface, the lower surface, or the upper and lower surfaces of the piezoelectric transformer body. The fixing members 52 and 52 in this case may be installed on the side surface of the element as shown in FIG. 2, but the external input electrodes 48A and 48B are respectively extended around the dummy piezoelectric ceramics base plate (see FIG. (Not shown), this dummy piezoelectric ceramics base plate may be sandwiched. After the piezoelectric transformer body 62 is formed in this manner, a pair of external input electrodes 48A, 48B are formed in the thickness direction on both side surfaces of the center portion of the transformer body 62 in the longitudinal direction, that is, the portions corresponding to the insulating areas. This electrode 48
The width L2 of A and 48B is about 1 to 3 mm. Also,
Also on the power generation section side, the output electrode 50 is formed over the entire longitudinal end surface of the transformer body 62, and the piezoelectric transformer as shown in FIG. 2 is completed. The electrodes can be formed with high precision by screen printing as described above. The outer electrodes 48A and 48B are electrically connected to different one-layered inner electrodes in the half portion in the width direction.

【0026】外部入力電極48A、48B及び出力電極
50の材料としては銀−パラジウム、Niメッキまたは
Ni・Auメッキ等を用いることができる。このよう
に、圧電トランスが完成したならば、外部入力電極48
A、48B及び出力電極50にそれぞれリード線64、
65を接続し、駆動部側においては内部電極間に直流電
圧を印加することによりセラミック素板の積層方向、す
なわち図2中において矢印に示すような上下方向に分極
処理を施す。また、発電部側においては内部電極と出力
電極間に直流電圧を印加することにより図中矢印に示す
ようにトランス長手方向に分極処理を施す。分極処理の
条件は、温度130℃にて距離1mm当たり2〜3KV
の直流電圧を印加した状態で、5分間程の処理を行な
う。従って、極間距離が100μm程度となる内部電極
間には300V程度の直流電圧を印加して分極処理を行
い、これに対して、発電部の長さは10mm程度となる
ので内部電極−出力電極間には30KVの直流電圧を印
加する。このようにして、分極処理が完了したならば、
図3に示すように、トランスの長手方向の中央部、すな
わち外部入力電極48A、48Bが設けられた部分を、
一対の固定部材52、52で挟持するようにして例えば
接着剤等を用いて支持固定する。従って、トランスの長
手方向の両端は自由端となって変形可能状態となり、中
央部は固定部材52、52により固定されて振動或いは
変形していない節となり、半波長モードで振動させるこ
とが可能となる。尚、本実施例では分極処理に当たり、
外部入力電極48A、48B及び出力電極50にそれぞ
れリード線64、65を接触して分極処理を行ったが、
リード線を接続せず、導電性部材を外部入力電極48
A、48B及び出力電極50に例えばバネ部材(図示せ
ず)を押着して駆動部及び発電部をそれぞれ分極処理す
ることも可能であり、また前述したように固定部材52
を導電性部材とし、この固定部材を介して分極処理を行
えば、更に工数を削減することが可能となる。
As materials for the external input electrodes 48A, 48B and the output electrode 50, silver-palladium, Ni plating, Ni.Au plating, or the like can be used. In this way, when the piezoelectric transformer is completed, the external input electrode 48
A, 48B and the output electrode 50 to the lead wire 64,
65 is connected, and a DC voltage is applied between the internal electrodes on the drive unit side to perform polarization processing in the stacking direction of the ceramic base plates, that is, in the vertical direction as shown by the arrow in FIG. On the power generation section side, a DC voltage is applied between the internal electrode and the output electrode to perform polarization treatment in the longitudinal direction of the transformer as shown by the arrow in the figure. The conditions for the polarization treatment are 2-3 KV per 1 mm distance at a temperature of 130 ° C.
The DC voltage is applied for 5 minutes for about 5 minutes. Therefore, a DC voltage of about 300 V is applied between the internal electrodes having a distance between the electrodes of about 100 μm to perform polarization processing, while the length of the power generation unit is about 10 mm, so the internal electrode-output electrode A DC voltage of 30 KV is applied between them. In this way, when the polarization process is completed,
As shown in FIG. 3, the central portion in the longitudinal direction of the transformer, that is, the portion where the external input electrodes 48A and 48B are provided,
The pair of fixing members 52, 52 are supported and fixed by using an adhesive or the like so as to be sandwiched. Therefore, both ends in the longitudinal direction of the transformer become free ends and become deformable, and the central portion becomes a node that is fixed by the fixing members 52, 52 and is not vibrated or deformed, and it is possible to vibrate in the half-wavelength mode. Become. In the present embodiment, the polarization treatment
The lead wires 64 and 65 were respectively brought into contact with the external input electrodes 48A and 48B and the output electrode 50 to perform polarization processing.
Connect the conductive member to the external input electrode 48 without connecting the lead wire.
It is also possible to press a spring member (not shown) on the A and 48B and the output electrode 50 to polarize the drive unit and the power generation unit, respectively.
If a conductive member is used as the conductive member and the polarization process is performed via this fixing member, the number of steps can be further reduced.

【0027】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。まず、図1に基づいて駆動回路
全体の動作について説明すると、直流電源30からの直
流電圧は、チョッパー回路32にてパルス幅変調回路4
4からの制御信号により昇圧或いは降圧されて直流電圧
V2を出力し、この電圧は励振回路34へ入力される。
この励振回路34は本発明に係る圧電トランス36に対
してこの固有振動数に近い周波数で周期的に反転する電
圧V3を印加し、圧電トランス36を伸縮振動させる。
すると、圧電トランス36では圧電効果によって交流の
高い電圧が発生し、この電圧が放電管12に供給されて
これを点弧し、放電を継続させることになる。
Next, the operation of the present embodiment configured as described above will be described. First, the operation of the entire drive circuit will be described with reference to FIG. 1. The DC voltage from the DC power supply 30 is applied to the pulse width modulation circuit 4 by the chopper circuit 32.
A DC signal V2 is output by being stepped up or stepped down by a control signal from 4 and this voltage is input to the excitation circuit 34.
The excitation circuit 34 applies a voltage V3 that is periodically inverted at a frequency close to the natural frequency to the piezoelectric transformer 36 according to the present invention, and causes the piezoelectric transformer 36 to expand and contract.
Then, in the piezoelectric transformer 36, a high AC voltage is generated due to the piezoelectric effect, and this voltage is supplied to the discharge tube 12 to ignite it and continue the discharge.

【0028】この時の放電管の管電流は、管電流検出回
路38にて検出され、この検出電圧は誤差増幅回路40
にて基準電圧42と比較され、誤差電圧を出力する。こ
の誤差電圧に基づいてパルス幅制御回路44は、パルス
幅変調を行なって制御信号を形成し発光量を調整するこ
とになる。
The tube current of the discharge tube at this time is detected by the tube current detection circuit 38, and the detected voltage is the error amplification circuit 40.
Is compared with the reference voltage 42 and an error voltage is output. Based on this error voltage, the pulse width control circuit 44 performs pulse width modulation to form a control signal and adjust the light emission amount.

【0029】ここで圧電トランス36の動作について更
に詳しく説明する励振回路34からの出力電圧V3を例
えばリード線64、64を介して圧電トランス36の外
部入力電極48A、48Bに印加すると、この圧電トラ
ンス36は、その長手方向の中心部が固定部材52によ
り固定されていることから、中心部は振動せず、その両
端側が振動或いは変位することになり、いわゆる半波長
の振動モードとなる。すなわち、トランスの駆動部側の
内部電極56A、56B間にこの固有振動数に近い交流
電圧を印加すると、共振して電気機械変換作用により発
電部側の出力電極50に所定の周波数の高い出力電圧が
得られる。
When the output voltage V3 from the excitation circuit 34 is applied to the external input electrodes 48A and 48B of the piezoelectric transformer 36 through the lead wires 64 and 64, for example, the operation of the piezoelectric transformer 36 will be described in more detail. Since the center portion of the longitudinal direction of 36 is fixed by the fixing member 52, the center portion does not vibrate, but both end sides thereof vibrate or are displaced, which is a so-called half-wavelength vibration mode. That is, when an AC voltage close to this natural frequency is applied between the internal electrodes 56A and 56B on the drive section side of the transformer, the output electrodes 50 on the power generation section side resonate due to the electromechanical conversion action, and a high output voltage having a predetermined frequency. Is obtained.

【0030】ここで、本発明においては図4に示すよう
に駆動部側において内部電極を形成していないエリア
は、いずれか一方の非接続となる外部入力電極48A、
或いは48Bに対する絶縁性を確保するためだけの非常
に僅かな面積の絶縁エリア58A或いは58Bの部分だ
けである。このように内部電極の非形成エリアは外部入
力電圧48A或いは48Bの取付部の周辺部の僅かな面
積部分のみだけであるので、分極処理が十分に施されな
いエリアはこの部分だけとなり、従って、非変位部は非
常に少なくなるので、圧電トランスは全体的に均一に変
形振動する。従って、クラックの発生や内部電極の剥離
の発生を大幅に抑制して、耐久性等を向上させることが
可能となる。
Here, in the present invention, as shown in FIG. 4, one of the areas where the internal electrodes are not formed on the drive unit side is the external input electrode 48A which is not connected,
Alternatively, it is only a portion of the insulating area 58A or 58B having a very small area for ensuring the insulating property with respect to 48B. As described above, since the area where the internal electrodes are not formed is only a small area around the mounting portion for the external input voltage 48A or 48B, this area is the only area where the polarization process is not sufficiently performed. Since the displacement portion is extremely small, the piezoelectric transformer deforms and vibrates uniformly as a whole. Therefore, it is possible to significantly suppress the occurrence of cracks and the peeling of the internal electrodes and improve the durability and the like.

【0031】この点に関し、従来のトランスにあっては
図15に示したように、内部電極の絶縁領域20A、2
0B(非形成エリア)は細長く、面積的にかなり広く、
変位部分と非変位部分との境界において歪みが発生して
内部応力が集中し、クラック等が発生する原因になって
いたが、本発明においては、上述のように内部電極非形
成エリアは非常に僅かであるため、圧電トランスの変形
(振動)が均一となり、電力効率が向上するばかりでな
く、機械的強度や耐久性が劣化することもない。特に、
外部入力電極48A、48Bはトランス長手方向の中央
部、すなわち固定部材52が取り付けられる非変位部分
に設けているので、この電極が剥離することも抑制で
き、耐久性等を一層向上させることができる。
With respect to this point, in the conventional transformer, as shown in FIG.
0B (non-formed area) is long and narrow, and its area is quite wide.
Strain is generated at the boundary between the displaced portion and the non-displaced portion, the internal stress is concentrated, which has been a cause of cracks and the like, but in the present invention, the internal electrode non-formed area is extremely large as described above. Since the amount is small, the deformation (vibration) of the piezoelectric transformer becomes uniform, so that not only the power efficiency is improved, but also the mechanical strength and durability are not deteriorated. Especially,
Since the external input electrodes 48A and 48B are provided in the central portion in the longitudinal direction of the transformer, that is, in the non-displacement portion to which the fixing member 52 is attached, peeling of these electrodes can be suppressed, and durability and the like can be further improved. .

【0032】また、従来のトランスにあっては、非変位
部分が変位部分の振動を阻害するように作用して、効率
も劣る原因になっていたが、本発明の場合には、上述の
ように非変位部分は非常に僅かな面積であり、変位部分
の振動が非変位部分により抑制されることがほとんどな
くなり、効率も高く維持することができる。更に、本発
明においては、トランスをこの長手方向の中央部で支持
固定するようにして半波長モードで振動させるようにし
たので、トランスの長さ寸法を抑制した状態でも比較的
低い共振周波数を得ることができる。例えば、現状の放
電管12の駆動回路においては、高周波漏れを抑制して
電力効率を高く維持するためには駆動周波数を100K
Hz以下に抑制する必要があるが、トランスの長さL
1、幅W1、厚さT1をそれぞれ20mm、5mm、1
〜2mmに設定して本発明のように半波長モードで振動
させた結果、80KHz程度の共振周波数を得ることが
でき、トランスの小型化と同時に高周波漏れを抑制して
電力効率(98%)を高めることができた。特に、トラ
ンスの長さ寸法に関しては、従来トランスの寸法が42
mm程度であったが、本発明のトランスの場合には、2
0mmに小さくでき、しかも、共振周波数を100KH
z以下に押さえることができた。
Further, in the conventional transformer, the non-displacement portion acts so as to inhibit the vibration of the displacement portion, which causes the inferior efficiency. However, in the case of the present invention, as described above. Moreover, the non-displacement portion has a very small area, and the vibration of the displacement portion is hardly suppressed by the non-displacement portion, and the efficiency can be maintained high. Further, in the present invention, since the transformer is supported and fixed at the central portion in the longitudinal direction to vibrate in the half-wavelength mode, a relatively low resonance frequency is obtained even when the length dimension of the transformer is suppressed. be able to. For example, in the current drive circuit of the discharge tube 12, in order to suppress high frequency leakage and maintain high power efficiency, the drive frequency is set to 100K.
It is necessary to suppress below Hz, but the length L of the transformer
1, width W1 and thickness T1 are 20 mm, 5 mm and 1 respectively.
As a result of vibrating in a half-wavelength mode as in the present invention by setting to ~ 2 mm, a resonance frequency of about 80 KHz can be obtained, the transformer can be downsized, and high frequency leakage can be suppressed to improve power efficiency (98%). I was able to raise it. Especially, regarding the length dimension of the transformer, the dimension of the conventional transformer is 42
However, in the case of the transformer of the present invention, it is 2 mm.
It can be reduced to 0 mm, and the resonance frequency is 100 KH.
I was able to hold it below z.

【0033】また、半波長モードにすることにより昇圧
比が劣る傾向となるが、内部電極を積層構造とすること
により、比較的小さな入力電圧でも実用上、十分な昇圧
比(40〜100倍)を得ることができる。尚、上記実
施例において示した各寸法は、単に一例を示したに過ぎ
ず、例えば圧電セラミック素板の積層枚数も10枚では
なく、必要に応じて増減してもよく、特に、この厚みは
1枚100μm程度なので、枚数を増やしてもトランス
の厚さ寸法にさほど影響を与えることもない。
Further, although the step-up ratio tends to be inferior by using the half-wave mode, the step-up ratio (40 to 100 times) is practically sufficient even if the input voltage is comparatively small by the laminated structure of the internal electrodes. Can be obtained. The dimensions shown in the above embodiments are merely examples, and the number of laminated piezoelectric ceramic base plates is not limited to 10, and may be increased or decreased as necessary. Since one sheet is about 100 μm, the thickness of the transformer is not significantly affected even if the number of sheets is increased.

【0034】また、上記実施例では外部入力電極48
A、48Bと内部電極56A、56Bの接続状態は、外
部入力電極の幅方向の半分のエリアにて内部電極と接続
されているが、両者の電気的接続距離を増加させて両者
の接続の信頼性を向上させるためには、両者の接続線を
延ばすことが好ましく、そのためには図8に示すように
構成するようにしてもよい。図示例のように、外部入力
電極と接続される側の内部電極の端部、すなわち絶縁エ
リア58A、或いは58Bが形成された位置に対してト
ランス幅方向の反対側の位置にトランス長手方向(発電
部側)へ僅かな長さで延びる矩形状の内部補助電極66
を内部電極と同じ材料で形成する。そして、この内部補
助電極66も外部入力電極48A、或いは48Bに接続
させることにより、両者の接続部の距離を増大させるこ
とができ、その分、信頼性を上げることができる。この
場合、発電部の分極の均一性を維持するためには、内部
補助電極66の長さL3は、外部入力電極の幅方向の長
さ全体をカバーできるまでの長さとし、できるだけ短く
するのがよい。
In the above embodiment, the external input electrode 48
The connection state of A and 48B and the internal electrodes 56A and 56B is connected to the internal electrodes in a half area in the width direction of the external input electrodes, but the electrical connection distance between them is increased to increase the reliability of the connection between them. In order to improve the property, it is preferable to extend the connecting line between them, and for that purpose, the constitution may be made as shown in FIG. As shown in the illustrated example, at the end of the internal electrode on the side connected to the external input electrode, that is, at the position opposite to the transformer width direction with respect to the position where the insulating area 58A or 58B is formed, the transformer longitudinal direction (power generation) is generated. Internal auxiliary electrode 66 in the shape of a rectangle extending a little length
Are formed of the same material as the internal electrodes. By connecting the internal auxiliary electrode 66 also to the external input electrode 48A or 48B, the distance between the two connecting portions can be increased, and the reliability can be increased accordingly. In this case, in order to maintain the polarization uniformity of the power generation unit, the length L3 of the internal auxiliary electrode 66 is set to a length that can cover the entire length of the external input electrode in the width direction, and is made as short as possible. Good.

【0035】また、上記実施例では、外部入力電極48
A、48Bの取付け位置は、振動量がもっとも少ない
節、すなわちトランス長手方向の中央部に設定したが、
これに限定されるものではなく、例えば図9(A)、図
9(B)に示すように、駆動部の端部に設けるようにし
てもよいし、或いは図11(A)、図11(B)に示す
ように駆動部の長手方向の一側端面に設けるようにして
もよい。この場合にも、絶縁エリア58A、58Bの形
成は、外部入力電極48A、48Bの取付部の近傍のみ
とし、それ以外の部分は全部内部電極を形成して内部歪
或いは内部応力の発生をできるだけ抑制する。更には、
トランスの支持固定位置は、図10及び図12に示すよ
うに半波長モードの振動を行なわせるために、先に示し
た図3の場合と同様にトランスの長手方向の中央部と
し、この中央部を固定部材52で支持固定させる。尚、
図8〜図12に示す実施例においても固定部材に導電性
部材を用い、素子の挟持と電極的接続を兼用させればリ
ード線64は不要となることは前実施の場合と同様であ
る。この場合の外部入力電極48A、48Bは振動振幅
の大きい部分に設置するのでNiメッキ膜、Cr−Au
蒸着膜等、できるだけ薄いものの方が望ましい。
In the above embodiment, the external input electrode 48
The mounting positions of A and 48B were set at the node with the least amount of vibration, that is, at the center in the longitudinal direction of the transformer.
The present invention is not limited to this, and for example, it may be provided at the end portion of the driving portion as shown in FIGS. 9A and 9B, or FIGS. As shown in B), it may be provided on one end face in the longitudinal direction of the drive unit. Also in this case, the insulating areas 58A and 58B are formed only in the vicinity of the mounting portions of the external input electrodes 48A and 48B, and the other portions are formed by internal electrodes to suppress the generation of internal strain or internal stress as much as possible. To do. Furthermore,
The supporting and fixing position of the transformer is the central portion in the longitudinal direction of the transformer in the same manner as in the case of FIG. 3 described above in order to cause the half-wavelength mode vibration as shown in FIG. 10 and FIG. Are fixed and supported by the fixing member 52. still,
Also in the embodiment shown in FIGS. 8 to 12, if a conductive member is used as the fixing member and the element is sandwiched and also used as an electrode connection, the lead wire 64 becomes unnecessary, as in the previous embodiment. In this case, since the external input electrodes 48A and 48B are installed in a portion having a large vibration amplitude, the Ni plating film and Cr-Au are used.
It is desirable that the vapor-deposited film be as thin as possible.

【0036】上記各実施例では、本発明の圧電トランス
を液晶表示装置のバックライト用放電管の駆動電源回路
に用いた場合について説明したが、これに限定されず、
小型で高電圧を必要とされる電源回路、例えば高圧オゾ
ン発生機の電源回路、複写機のトナー付着用の電源回路
等にも適用することができる。
In each of the above embodiments, the case where the piezoelectric transformer of the present invention is used in the drive power supply circuit of the backlight discharge tube of the liquid crystal display device has been described, but the present invention is not limited to this.
It can be applied to a small-sized power supply circuit requiring a high voltage, for example, a power supply circuit for a high-pressure ozone generator, a power supply circuit for adhering toner in a copying machine, and the like.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の圧電トラ
ンスによれば次のように優れた作用効果を発揮すること
ができる。全体を積層構造とすると共に内部電極と非接
続の外部入力電極との絶縁エリアを非常に小さくし且つ
半波長の振動モードとすることにより、昇圧比を劣化さ
せることなく、しかも素子の寸法長さを短くした状態で
比較的低い周波数の出力電圧を得ることができる。ま
た、駆動部において、絶縁エリアは外部入力電極の取付
部の近傍のみに設けて他の部分は内部電極を全面的に形
成するようにしたので、従来トランスと比較してトラン
スの非変位部を大幅に減少でき、従って、クラックの発
生等を抑制して耐久性を向上させることができるのみな
らず、変位部の振動が阻害されることも少ないので、そ
の分、効率を上げることができる。
As described above, according to the piezoelectric transformer of the present invention, the following excellent operational effects can be exhibited. The entire structure has a laminated structure, and the insulation area between the internal electrode and the external input electrode that is not connected is extremely small and the half-wavelength vibration mode is used. It is possible to obtain an output voltage of a relatively low frequency in a state in which is shortened. Further, in the drive section, the insulating area is provided only in the vicinity of the attachment section of the external input electrode, and the internal electrode is formed entirely on the other sections. Therefore, not only can the cracking and the like be suppressed and the durability can be improved, but also the vibration of the displacement portion is not disturbed so much, so that the efficiency can be increased accordingly.

【0038】特に、外部入力電極の取付位置を、振動の
節となるトランスの支持固定位置に一致させることによ
り、耐久性及び効率を一層向上させることができる。更
に、小型化が達成できることから、コストの削減に寄与
でき、しかも、小型化を達成した状態で100KHz以
下の出力を得ることができるので、例えば液晶表示装置
のバックライト放電管の駆動回路に適用することによ
り、高周波漏れを抑制することができ、効率を大幅に向
上させることができる。
Particularly, the durability and efficiency can be further improved by matching the mounting position of the external input electrode with the supporting and fixing position of the transformer, which serves as a vibration node. Furthermore, since miniaturization can be achieved, it can contribute to cost reduction, and since an output of 100 KHz or less can be obtained in the miniaturized state, it is applied to, for example, a drive circuit of a backlight discharge tube of a liquid crystal display device. By doing so, high frequency leakage can be suppressed and efficiency can be significantly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の係る圧電トランスを用いた放電管駆動
装置を示すブロック構成図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a discharge tube driving device using a piezoelectric transformer according to the present invention.

【図2】本発明に係る圧電トランスを示す斜視図であ
る。
FIG. 2 is a perspective view showing a piezoelectric transformer according to the present invention.

【図3】図2に示す圧電トランスを支持した状態を示す
平面図である。
3 is a plan view showing a state in which the piezoelectric transformer shown in FIG. 2 is supported.

【図4】圧電セラミック素板を示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing a piezoelectric ceramic base plate.

【図5】図4に示す圧電セラミック素板の要部を示す部
分拡大図である。
5 is a partially enlarged view showing a main part of the piezoelectric ceramic base plate shown in FIG.

【図6】図4に示す圧電セラミック素板の要部の変形例
を示す部分拡大図である。
6 is a partially enlarged view showing a modified example of the main part of the piezoelectric ceramic base plate shown in FIG.

【図7】圧電トランス体を示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing a piezoelectric transformer body.

【図8】圧電セラミック素板の変形例を示す平面図であ
る。
FIG. 8 is a plan view showing a modified example of the piezoelectric ceramic base plate.

【図9】圧電セラミック素板の他の変形例を示す平面図
である。
FIG. 9 is a plan view showing another modification of the piezoelectric ceramic base plate.

【図10】図9に示す圧電セラミック素板を用いた圧電
トランスを示す平面図である。
10 is a plan view showing a piezoelectric transformer using the piezoelectric ceramic base plate shown in FIG.

【図11】圧電セラミック素板の更に他の変形例を示す
平面図である。
FIG. 11 is a plan view showing still another modification of the piezoelectric ceramic base plate.

【図12】図11に示す圧電セラミック素板を用いた圧
電トランスを示す平面図である。
12 is a plan view showing a piezoelectric transformer using the piezoelectric ceramic base plate shown in FIG.

【図13】圧電トランスの駆動原理を示す原理図であ
る。
FIG. 13 is a principle diagram showing a driving principle of a piezoelectric transformer.

【図14】圧電トランスの振動モードを示す図である。FIG. 14 is a diagram showing a vibration mode of a piezoelectric transformer.

【図15】従来の圧電トランスの内部電極を示す平面図
である。
FIG. 15 is a plan view showing internal electrodes of a conventional piezoelectric transformer.

【図16】圧電セラミックシートの積層状態を示す図で
ある。
FIG. 16 is a diagram showing a laminated state of piezoelectric ceramic sheets.

【図17】従来の圧電トランスを示す斜視図である。FIG. 17 is a perspective view showing a conventional piezoelectric transformer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

28 放電管駆動回路 30 直流電源 32 チョッパー回路 34 励振回路 36 圧電トランス 44 パルス幅制御回路 46 圧電トランス体 48A、48B 外部入力電極 50 出力電極 52 固定部材 54 薄板 56A、56B 内部電極 58A、58B 絶縁エリア 60A、60B 圧電セラミック素板 64、65 リード線 66 内部補助電極 28 Discharge tube drive circuit 30 DC power supply 32 Chopper circuit 34 Excitation circuit 36 Piezoelectric transformer 44 Pulse width control circuit 46 Piezoelectric transformer body 48A, 48B External input electrode 50 Output electrode 52 Fixing member 54 Thin plate 56A, 56B Internal electrode 58A, 58B Insulation area 60A, 60B Piezoelectric ceramic plate 64, 65 Lead wire 66 Internal auxiliary electrode

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電気機械変換材料からなる薄板の略半分
の面を覆うようにして内部電極が形成された圧電セラミ
ック素板を複数枚形成し、この圧電セラミック素板を積
層して圧電トランス体を形成し、異なった一層置きの前
記内部電極と共通に接続された一対の外部入力電極を設
けて駆動部を形成し、この駆動部の反対側の発電部に出
力電極を設けてなる圧電トランスにおいて、前記内部電
極には、これに非接続となる前記外部入力電極の取付部
の近傍においてのみ僅かな幅の絶縁エリアが形成されて
おり、前記圧電トランス体の長さ方向の略中央部を振動
の節となるように支持固定することを特徴とする圧電ト
ランス。
1. A piezoelectric transformer body in which a plurality of piezoelectric ceramic base plates on which internal electrodes are formed are formed so as to cover a substantially half surface of a thin plate made of an electromechanical conversion material, and the piezoelectric ceramic base plates are laminated. A piezoelectric transformer having a pair of external input electrodes commonly connected to the internal electrodes of different layers placed to form a drive section, and an output electrode provided on the power generation section on the opposite side of the drive section. In the above, in the internal electrode, an insulating area having a slight width is formed only in the vicinity of the attachment portion of the external input electrode which is not connected to the internal electrode, and the substantially central portion in the length direction of the piezoelectric transformer body is formed. A piezoelectric transformer characterized by being supported and fixed so that it becomes a node of vibration.
【請求項2】 前記内部電極は、前記薄板の駆動部側に
おいて前記絶縁エリア以外は前面に形成されていること
を特徴とする請求項1記載の圧電トランス。
2. The piezoelectric transformer according to claim 1, wherein the internal electrode is formed on the front surface of the thin plate except for the insulating area on the drive unit side.
【請求項3】 前記非接触となる外部入力電極と内部電
極との間に形成される絶縁エリアの幅は、圧電セラミッ
ク素板の厚さ程度以上であることを特徴とする請求項1
または2記載の圧電トランス。
3. The width of the insulating area formed between the non-contact external input electrode and the internal electrode is not less than the thickness of the piezoelectric ceramic base plate.
Alternatively, the piezoelectric transformer described in 2.
【請求項4】 前記外部入力電極は、前記圧電トランス
体の長さ方向の略中央部である支持固定位置に設けられ
ることを特徴とする請求項1乃至3記載の圧電トラン
ス。
4. The piezoelectric transformer according to claim 1, wherein the external input electrode is provided at a supporting and fixing position which is a substantially central portion in the length direction of the piezoelectric transformer body.
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