JPH1023753A - 高圧発生回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】力率が向上し、効率のよい高圧発生回路を提供
する。 【解決手段】圧電トランス１００の一次側と電源８０と
の間にコイル７０を直列に接続する。圧電トランス１０
０は圧電セラミックス基板２１０を備え、圧電セラミッ
クス基板２１０の上面２１２には一次側電極２２２、２
２６、二次側電極２４２を設け、下面２１４には一次側
電極２２４、２２８、二次側電極２４４を設け、一次側
電極２２２、２２４間を上向きに分極し、一次側電極２
２６、２２８間を下向きに分極する。二次側領域ｄを左
向きに分極する。一次側電極２２２、２２６をコイル７
０を介して電源８０の一端に接続し、電源８０の他端を
一次側電極２２４、２２８、ＣＦＬ９０の一端に接続
し、ＣＦＬ９０の他端を二次側電極２４２に接続する。
コイル７０により入力側の位相が０に近づき、力率が改
善され、入力電圧も低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高圧発生回路に関
し、特に圧電トランスを使用した高圧発生回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ノート型パーソナルコンピュータなどの
液晶ディスプレー（ＬＣＤ）パネルを搭載した携帯機器
では、小型化、省消費電力化が望まれている。このＬＣ
Ｄパネルのバックライトとして広く用いられている冷陰
極管（ＣＦＬ）は、点灯開始時には１ｋＶ以上の高電圧
を必要とし、また連続点灯している時には数百Ｖ程度の
高電圧を必要とする。そのためのトランスとして、高昇
圧巻線トランスが用いられてきたが、効率や大きさ等の
点で高性能化の限界に近づきつつある。

【０００３】近年、このＬＣＤパネル用として、より小
型で高効率を実現できる圧電トランスが注目されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のように圧電トラ
ンスをＬＣＤパネル用バックライト電源用として用いる
場合、例えばノートパソコンや携帯端末まで搭載用途を
広げるためには、圧電トランスは電池などの低い電圧で
駆動させる必要がある。圧電トランスを低電圧で駆動し
ようとする場合、その構造を工夫することで入力電圧を
低減することが考えられる。

【０００５】しかしながら、圧電トランスを回路に組み
込むと位相が容量性となって負側にシフトし、その結
果、力率（電力×ｃｏｓ（位相））が低くなるため駆動
時の入力電圧を低減しようとする場合、回路上の限界が
ある。

【０００６】従って、本発明の目的は、力率が向上し、
より低い入力電圧で高い出力を得る効率のよい高圧発生
回路を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、電源と
圧電トランスの一次側との間にインダクタンス素子を直
列に接続したことを特徴とする高圧発生回路が提供され
る。

【０００８】このように、インダクタンス素子を圧電ト
ランスの一次側と電源との間に直列に接続することによ
り、入力側の位相を０にするかまたは０に近づけること
ができ、力率が改善される。その結果、入力電圧も低減
することができ、電源としての効率も向上することがで
きる。また、圧電トランスとして駆動できる帯域も拡大
することができる。

【０００９】このことを、図３を参照してさらに説明す
る。圧電トランスは、駆動状態、特に共振点Ｆ付近では
位相は容量性であって、負にシフトしている（実線参
照）。いま、インダクタンス素子を圧電トランスの一次
側と電源との間に直列に接続すると、位相の周波数特性
においては、波線に示すように、共振周波数が低下し、
位相変化を生じる帯域が広がり、また位相も大きくなり
０に近づき、Ｌの値によっては０よりも大きくなる周波
数帯域が存在する。

【００１０】圧電トランスを共振周波数Ｆに近い周波数
で駆動する場合には、インダクタンス素子を接続しない
場合に比べて位相が大きくなって０に近づくので、力率
が向上できる。そして、このように力率が向上できるの
で、必要な実効電力を得るために必要な入力電圧を低減
することができる。また、インダクタンス素子を接続す
れば、位相変化を生じる帯域が広がるので、圧電トラン
スとして駆動できる帯域を拡大することができる。ま
た、Ｌの値を選ぶことによって、位相０となる駆動周波
数を可変にすることができる。このように、位相が０で
あれば、力率１００％で駆動することができる。

【００１１】好ましくは、本発明の高圧発生回路で使用
される圧電トランスが、互いに対向する第１の主面と第
２の主面とを有する圧電基板を備え、前記第１の主面お
よび前記第２の主面が延在する方向のうちの所定の一方
向である第１の方向の縦振動共振モードを利用する圧電
トランスであって、前記共振モードが、前記第１の方向
に少なくとも１波長以上の応力分布が存在する共振モー
ドであり、前記第１の方向において互いに離間する第１
の一次側領域と第２の一次側領域と二次側領域とを少な
くとも有し、前記第１の一次側領域が前記第１の方向に
おいて前記共振時の前記応力分布のほぼ半波長の長さを
有し前記共振時に前記第１の方向において正または負の
うちいずれか一つの応力が生じる領域であり、前記第１
の一次側領域の前記第１の主面および第２の主面には第
１の一次側電極および第２の一次側電極がそれぞれ互い
に対向して設けられ、前記第１の一次側領域の前記第１
の一次側電極と前記第２の一次側電極間が前記第１の主
面と前記第２の主面間の第２の方向において第１の所定
の方向に分極され、前記第２の一次側領域が前記第１の
方向において前記共振時の前記応力分布の半波長以下の
長さを有し前記共振時に前記第１の方向において正また
は負のうちいずれか一つの応力が生じる領域であり、前
記第１の一次側領域の前記第１の主面および前記第２の
主面に第３の一次側電極および第４の一次側電極がそれ
ぞれ互いに対向して設けられ、前記第２の一次側領域の
前記第３の一次側電極と前記第４の一次側電極間が前記
第２の方向において第２の所定の方向に分極され、前記
第１の一次側領域および前記第２の一次側領域のいずれ
の一方も前記第１の一次側領域および前記第２の一次側
領域の他方の領域によって励振される共振を増大すべく
振動するように、前記共振時に前記第１の一次側領域と
前記第２の一次側領域とにそれぞれ生じる応力の方向に
応じて前記第１の一次側領域と前記第２の一次側領域と
が前記第２の方向の所定の方向にそれぞれ分極されてい
ると共に前記第３の一次側電極および前記第４の一次側
電極と前記第１の一次側電極および前記第２の一次側電
極とが所定の接続状態に電気的に接続可能とされている
かまたは接続されており、前記二次側領域に二次側電極
が設けられ、前記二次側領域が所定の方向に分極分極さ
れている第１の圧電トランスである。

【００１２】この第１の圧電トランスにおいては、第１
の一次側電極と第２の一次側電極とに加えて第３の一次
側電極および第４の一次側電極を設けているから、一次
側の電極面積がより大きくなって、圧電トランスの入力
インピーダンスが小さくなる。その結果、圧電トランス
に電源から電気エネルギーが供給されやすくなる。

【００１３】また、このように、入力インピーダンスが
小さくなるので、位相を大きくして０に近づけるのに必
要なＬの値を小さくできる。その結果、接続されるイン
ダクタンス素子が小型化され、占有面積を小さくでき
る。

【００１４】さらに、入力インピーダンスが小さくなる
ことと、位相が０に近づくことが相まって入力電圧をさ
らに下げることができる。

【００１５】また、第１の一次側領域および第２の一次
側領域のいずれの一方も第１の一次側領域および第２の
一次側領域の他方の領域によって励振される共振を増大
すべく振動するように、共振時に第１の一次側領域と第
２の一次側領域とにそれぞれ生じる応力の方向に応じて
第１の一次側領域と第２の一次側領域とが第２の方向の
所定の方向にそれぞれ分極されていると共に第３の一次
側電極および第４の一次側電極と第１の一次側電極およ
び第２の一次側電極とが所定の接続状態に電気的に接続
可能とされているか接続されているから、この第１の一
次側領域および第２の一次側領域によって圧電基板の共
振がさらに増大され、一次側において入力の電気エネル
ギーをより効率よく機械的な弾性エネルギーに変換でき
る。

【００１６】なお、第１の一次側領域および第２の一次
側領域のいずれの一方も、第１の一次側領域および第２
の一次側領域の他方の領域によって励振される共振を増
大すべく振動するようにするには、共振時に第１の一次
側領域に生じる応力の方向が共振時に第２の一次側領域
に生じる応力の方向と反対である場合には、好ましく
は、第２の一次側領域の第３の一次側電極と第４の一次
側電極間の分極方向を、第１の一次側領域の第１の一次
側電極と第２の一次側電極間の分極方向と同じとすると
共に、第３の一次側電極および第２の一次側電極を電気
的に接続し、第４の一次側電極および第１の一次側電極
を電気的に接続する。

【００１７】また、第１の一次側領域および第２の一次
側領域のいずれの一方も、第１の一次側領域および第２
の一次側領域の他方の領域によって励振される共振を増
大すべく振動するようにするには、共振時に第１の一次
側領域に生じる応力の方向が共振時に第２の一次側領域
に生じる応力の方向と反対である場合には、第２の一次
側領域の第３の一次側電極と第４の一次側電極間の分極
方向を、第１の一次側領域の第１の一次側電極と第２の
一次側電極間の分極方向と反対とすると共に、第３の一
次側電極および第１の一次側電極を電気的に接続し、第
４の一次側電極および第２の一次側電極を電気的に接続
することも好ましい。

【００１８】また、第１の一次側領域および第２の一次
側領域のいずれの一方も、第１の一次側領域および第２
の一次側領域の他方の領域によって励振される共振を増
大すべく振動するようにするには、共振時に第１の一次
側領域に生じる応力の方向が共振時に第２の一次側領域
に生じる応力の方向と同じ場合には、第２の一次側領域
の第３の一次側電極と第４の一次側電極間の分極方向
を、第１の一次側領域の第１の一次側電極と第２の一次
側電極間の分極方向と同じとすると共に、第３の一次側
電極および第１の一次側電極を電気的に接続し、第４の
一次側電極および第２の一次側電極を電気的に接続する
ことが好ましい。

【００１９】また、好ましくは、本発明の高圧発生回路
で使用される圧電トランスが、互いに対向する第１の主
面と第２の主面とを有する圧電基板を備え、前記第１の
主面および前記第２の主面が延在する一方向を第１の方
向とし、前記圧電基板が、前記第１の方向を分割する第
１の一次側領域、第２の一次側領域および二次側領域を
少なくとも有し、前記圧電基板の前記第１の一次側領域
は前記圧電基板の前記第１の方向の長さのほぼ１／ｎ
（ｎは２以上の整数である。）の長さを有し、前記第１
の一次側領域の前記第１の主面および第２の主面に第１
の一次側電極および第２の一次側電極がそれぞれ互いに
対向して設けられ、前記第１の一次側領域の前記第１の
一次側電極と前記第２の一次側電極間が前記第１の主面
と前記第２の主面間の第２の方向において第１の所定の
方向に分極され、前記圧電基板の前記第２の一次側領域
は、前記圧電基板の前記第１の方向の長さの１／ｎ以下
の長さを有し、前記第２の一次側領域の前記第１の主面
および前記第２の主面に第３の一次側電極および第４の
一次側電極がそれぞれ互いに対向して設けられ、前記第
２の一次側領域の前記第３の一次側電極と前記第４の一
次側電極間が前記第２の方向において第２の所定の方向
に分極され、前記第３の一次側電極および前記第４の一
次側電極と前記第１の一次側電極および前記第２の一次
側電極とが所定の接続状態に電気的に接続可能とされて
いるかまたは接続されており、前記二次側領域に二次側
電極が設けられ、前記二次側領域が所定の方向に分極さ
れている第２の圧電トランスである。

【００２０】一次側電極への入力周波数と圧電基板の物
性および振動方向の長さで共振モードが決まるが、ここ
で圧電基板の第１の方向の１／ｎの長さは共振モードの
半波長に相当する。したがって、例えば、共振モードが
１．５波長であればｎは３、１波長であればｎは２とな
る。圧電トランスでの共振モードはいくらでも大きな波
数をとれるため、ｎは２以上の整数をとり得る。

【００２１】この第２の圧電トランスにおいては、第１
の一次側電極と第２の一次側電極とに加えて第３の一次
側電極および第４の一次側電極を設けているから、一次
側の電極面積がより大きくなって、圧電トランスの入力
インピーダンスが小さくなる。その結果、圧電トランス
に電源から電気エネルギーが供給されやすくなる。

【００２２】また、このように、入力インピーダンスが
小さくなるので、位相を大きくして０に近づけるのに必
要なＬの値を小さくできる。その結果、接続されるイン
ダクタンス素子が小型化され、占有面積を小さくでき
る。

【００２３】さらに、入力インピーダンスが小さくなる
ことと、位相が０に近づくことが相まって入力電圧をさ
らに下げることができる。

【００２４】また、第１の一次側領域が圧電基板の第１
の方向の長さのほぼ１／ｎ（ｎは２以上の整数であ
る。）の長さを有しているから、第１の一次側領域は、
圧電基板の第１の方向において、共振時の応力分布の半
波長の長さを有し共振時に第１の方向において正または
負のうちいずれか一つの応力が生じる圧電基板の領域と
なる。また、第２の一次側領域は圧電基板の第１の方向
の長さの１／ｎ以下の長さを有するから、第２の一次側
領域は圧電基板の第１の方向において、共振時の応力分
布の半波長以下の長さを有し、共振時に第１の方向にお
いて正または負のうちいずれか一つの応力が生じる領域
となる。そして、第１の一次側領域の第１の主面および
第２の主面に第１の一次側電極および第２の一次側電極
をそれぞれ互いに対向して設け、第１の一次側領域の第
１の一次側電極と第２の一次側電極間を第２の方向にお
いて第１の所定の方向に分極し、第２の一次側領域の第
１の主面および第２の主面に第３の一次側電極および第
４の一次側電極をそれぞれ互いに対向して設け、第２の
一次側領域の第３の一次側電極と第４の一次側電極間を
第２の方向において第２の所定の方向に分極していると
共に第３の一次側電極および第４の一次側電極と第１の
一次側電極および前記第２の一次側電極とを所定の接続
状態に電気的に接続可能であるとするか接続しているか
ら、共振時に第１の一次側領域および第２の一次側領域
にそれぞれ生じる応力の方向に応じて、第１の一次側領
域および第２の一次側領域のいずれの一方も、第１の一
次側領域および第２の一次側領域の他方の領域によって
励振される共振を増大すべく振動するようにすることが
でき、その結果、一次側において入力の電気エネルギー
をより効率よく機械的な弾性エネルギーに変換できるよ
うになる。

【００２５】なお、第１の一次側領域および第２の一次
側領域のいずれの一方も、第１の一次側領域および第２
の一次側領域の他方の領域によって励振される共振を増
大すべく振動するようにするには、共振時に第１の一次
側領域に生じる応力の方向が共振時に第２の一次側領域
に生じる応力の方向と反対である場合には、好ましく
は、第２の一次側領域の第３の一次側電極と第４の一次
側電極間の分極方向を、第１の一次側領域の第１の一次
側電極と第２の一次側電極間の分極方向と同じとすると
共に、第３の一次側電極および第２の一次側電極を電気
的に接続し、第４の一次側電極および第１の一次側電極
を電気的に接続する。

【００２６】また、第１の一次側領域および第２の一次
側領域のいずれの一方も、第１の一次側領域および第２
の一次側領域の他方の領域によって励振される共振を増
大すべく振動するようにするには、共振時に第１の一次
側領域に生じる応力の方向が共振時に第２の一次側領域
に生じる応力の方向と反対である場合には、第２の一次
側領域の第３の一次側電極と第４の一次側電極間の分極
方向を、第１の一次側領域の第１の一次側電極と第２の
一次側電極間の分極方向と反対とすると共に、第３の一
次側電極および第１の一次側電極を電気的に接続し、第
４の一次側電極および第２の一次側電極を電気的に接続
することも好ましい。

【００２７】また、第１の一次側領域および第２の一次
側領域のいずれの一方も、第１の一次側領域および第２
の一次側領域の他方の領域によって励振される共振を増
大すべく振動するようにするには、第１の一次側領域と
第２の一次側領域との間の距離が圧電基板の第２の方向
の長さの１／ｎ以上離れており共振時に第１の一次側領
域に生じる応力の方向が共振時に第２の一次側領域に生
じる応力の方向と同じ場合には、第２の一次側領域の第
３の一次側電極と第４の一次側電極間の分極方向を、第
１の一次側領域の第１の一次側電極と第２の一次側電極
間の分極方向と同じとすると共に、第３の一次側電極お
よび第１の一次側電極を電気的に接続し、第４の一次側
電極および第２の一次側電極を電気的に接続することが
好ましい。

【００２８】また、好ましくは、前記第２の一次側領域
が前記第１の一次側領域と前記二次側領域との間に設け
られている。

【００２９】このように、第２の一次側領域を第１の一
次側領域と二次側領域との間に設けることによって、二
次側領域を第１の方向において短くでき、その結果、二
次側を第１の方向において分極する場合には、出力イン
ピーダンスを小さくできる。圧電トランスの出力インピ
ーダンスが小さくなると、圧電トランスの二次側に接続
される負荷に印加できる電圧が大きくなる。

【００３０】また、このように、第２の一次側領域を第
１の一次側領域と二次側領域間に設けることによって二
次側領域を第１の方向において短くでき、二次側領域を
第１の方向において分極する場合には、この第２の一次
側領域を設けない場合と比べて、分極の際に印加する絶
対電圧が小さくなる。その結果、高圧の対策が容易とな
り、分極用の電源もより低圧のものを使用できるように
なる。

【００３１】さらに、圧電トランスの二次側に接続され
る負荷が冷陰極管（ＣＦＬ）である場合には、より有効
に作用する。ＣＦＬは、放電開始時には１ｋＶ以上の高
電圧を必要とする。一方圧電トランスの昇圧比は共振子
の品質係数であるＱｍに比例する。放電開始前において
はＣＦＬのインピーダンスは無限大に近いから、圧電ト
ランスそのもののＱｍに昇圧比が比例することになり、
昇圧比を大きくとれる。従って、このように第２の一次
側領域を設けることによって二次側領域が短くなって二
次側の形状から決まる昇圧比は小さくなっても、上述の
ように、放電開始時には共振子そのもののＱｍが昇圧比
に大きく寄与するから、放電を開始できる電圧までの昇
圧は容易にできる。そして放電が開始すると、ＣＦＬの
インピーダンスは下がるが、このような第２の一次側領
域を設けることによって上述のように圧電トランスの出
力インピーダンスは小さくなるから、その分ＣＦＬに印
加される電圧を大きくすることができる。

【００３２】また、好ましくは、上記第１の圧電トラン
スまたは第２の圧電トランスの二次側領域は、第１の主
面および第２の主面と平行な前記第１の方向において分
極されている。また、上記第１の圧電トランスまたは第
２の圧電トランスの二次側領域を、第１の主面および第
２の主面と平行な方向であって、前記第１の方向とほぼ
直角な方向において分極してもよい。

【００３３】さらに、好ましくは、本発明の高圧発生回
路で使用される圧電トランスが、上記第１の圧電トラン
スまたは第２の圧電トランスを複数前記第２の方向に積
層一体化した積層型圧電トランスである。

【００３４】この積層型圧電トランスにおいては、一次
側の電極面積がより大きくなって、圧電トランスの入力
インピーダンスがさらに小さくなり、圧電トランスに電
源から電気エネルギーがさらに供給されやすくなる。

【００３５】また、このように、入力インピーダンスが
さらに小さくなるので、位相を大きくして０に近づける
のに必要なＬの値をさらに小さくできる。その結果、接
続されるインダクタンス素子がさらに小型化され、占有
面積をさらに小さくできる。

【００３６】そして、入力インピーダンスが小さくなる
ことと、位相が０に近づくことが相まって入力電圧を下
げることができる効果もさらに大きくなる。

【００３７】この積層型圧電トランスにおいては、各圧
電トランスの一次側領域には他の圧電トランスの一次側
領域を積層し、各圧電トランスの二次側領域には他の圧
電トランスの二次側領域を積層し、これら複数の圧電ト
ランスの一次側領域の分極方向および一次側電極の接続
状態をこれら複数の圧電トランスが互いの振動をさらに
増大すべく設定することが好ましい。この場合に、積層
される圧電トランスは同一構造のものとし、対応する電
極同士をそれぞれ電気的に並列に接続することがより好
ましい。

【００３８】このようにすれば、入力電流は積層数倍流
れるから、入力電力が一定の場合は、入力電圧は積層数
分の１となり、入力電圧を低減することができる。ま
た、入力電流を積層数倍流すことができるから、入力電
力を増大させてハイパワー駆動することもできる。な
お、上記のように複数の圧電トランスを一体化すること
によって、複数の圧電トランスの振動モードを単一のも
のとすることができる。なお、複数の圧電トランスを一
体化するには、複数の圧電トランス同士を接着剤等で貼
りあわせてもよく、一体焼結してもよい。

【００３９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００４０】（第１の実施の形態）図１は、本発明の第
１の実施の形態の高圧発生回路を説明するための図であ
り、図１（Ａ）は斜視図、図１（Ｂ）は断面図、図１
（Ｃ）は応力分布を示す図、図１（Ｄ）は振幅分布を示
す図である。

【００４１】本実施の形態の高圧発生回路１０において
は、圧電トランス１００の一次側と電源８０との間にコ
イル７０が直列に接続されている。

【００４２】このように、コイル７０を圧電トランス１
００の一次側と電源８０との間に直列に接続することに
より、入力側の位相を０にするかまたは０に近づけるこ
とができ、力率が改善される。その結果、入力電圧も低
減することができ、電源としての効率も向上することが
できる。また、圧電トランスとして駆動できる帯域も拡
大することができる。

【００４３】圧電トランス１００は圧電セラミックス基
板２１０を備え、圧電セラミックス基板２１０の上面２
１２の左側１／３には一次側電極２２２が設けられ、一
次側電極２２２と対向して圧電セラミックス基板２１０
の下面２１４にも一次側電極２２４が設けられている。
圧電セラミックス基板２１０の上面２１２には、一次側
端面２１６から圧電セラミックス基板２１０の長手方向
Ｌの長さの１／３の距離離間した位置から、一次側端面
２１６から圧電セラミックス基板２１０の長手方向Ｌの
長さの２／３の距離離間した位置まで、一次側電極２２
６が設けられ、一次側電極２２６と対向して圧電セラミ
ックス基板２１０の下面２１４にも一次側電極２２８が
設けられている。一次側電極２２２は一次側電極２２６
と離間して設けられ、一次側電極２２４は一次側電極２
２８と離間して設けられている。

【００４４】一次側電極２２２と一次側電極２２４との
間の圧電セラミックス基板２１０は厚み方向Ｔにおいて
上向きに分極されている。一次側電極２２６と一次側電
極２２８との間の圧電セラミックス基板２１０は厚み方
向Ｔにおいて下向きに分極されている。

【００４５】二次側端面２１７近傍の上面２１２には二
次側電極２４２が設けられ、二次側端面２１７近傍の下
面２１４には二次側電極２４４が設けられている。圧電
セラミックス基板２１０の二次側領域ｄは上面２１２お
よび下面２１４の延在方向である長手方向Ｌにおいて左
向きに分極されている。

【００４６】なお、一次側電極２２２、２２４、２２
６、２２８および二次側電極２４２、２４４は長手方向
端面２１８から長手方向端面２１９まで圧電基板２１０
の幅方向Ｗの全幅にわたって延在して設けられている。

【００４７】一次側電極２２２、２２６はコイル７０を
介して電源８０の一端に接続され、電源８０の他端は一
次側電極２２４および２２８ならびに負荷としてのＣＦ
Ｌ９０の一端に接続され、ＣＦＬ９０の他端は二次側電
極２４２に接続されている。なお、電源８０の他端は接
地されている。

【００４８】この圧電トランス１００では一次側端面２
１６と２次側端面２１７との間に、例えば１．５波長の
振動モードが立つように駆動することができる。この場
合には、一次側端面２１６から圧電セラミックス基板２
１０の長手方向Ｌの長さの１／６、３／６および５／６
の箇所がそれぞれ長手方向の振動の節２０１、２０２、
２０３となる。なお、この圧電トランス１００において
は、左側の２／３が一次側領域ｃであり、右側の１／３
が二次側領域ｄである。

【００４９】この圧電トランス１００においては、一次
側電極２２２、２２４間および一次側電極２２６、２２
８間に電圧が印加されると、一次側領域ｃでは、厚み方
向Ｔに電界が加わり、分極方向とは垂直方向に変位する
圧電横効果で長手方向Ｌの縦振動が励振されて、圧電ト
ランス１００全体が振動する。さらに二次側では、長手
方向Ｌに機械的歪みが生じ、分極方向に電位差が発生す
る圧電縦効果により、二次側電極２４２、２４４から一
次側電極２２２、２２４間および一次側電極２２６、２
２８間に印加された一次電圧と同じ周波数の電圧が取り
出される。圧電トランス１００の共振周波数に等しい周
波数の駆動電圧を一次側電極２２２、２２４間および一
次側電極２２６、２２８間に印加すると、非常に高い昇
圧比を得ることができる。

【００５０】また、この圧電トランス１００において
は、一次側電極２２２と一次側電極２２４に加えて、一
次側電極２２６と一次側電極２２８とを設けているか
ら、一次側の電極面積がより大きくなって、圧電トラン
ス１００の入力インピーダンスが小さくなる。その結
果、圧電トランス１００に電源８０から電気エネルギー
が供給されやすくなる。

【００５１】また、このように、入力インピーダンスが
小さくなるので、位相を大きくして０に近づけるのに必
要なＬの値を小さくできる。その結果、接続されるコイ
ル７０が小型化され、占有面積を小さくできる。

【００５２】さらに、入力インピーダンスが小さくなる
ことと、位相が０に近づくことが相まって入力電圧をさ
らに下げることができる。

【００５３】さらに、一次側電極２２２と一次側電極２
２４との間の圧電セラミックス基板２１０は厚み方向Ｔ
において上向きに分極され、一次側電極２２６と一次側
電極２２８との間の圧電セラミックス基板２１０は厚み
方向Ｔにおいて下向きに分極され、一次側電極２２２と
２２６が共通に接続され、一次側電極２２４と２２８が
共通に接続されているから、一次側電極２２２と一次側
電極２２４との間の圧電セラミックス基板２１０によっ
て励振される圧電セラミックス基板２１０全体の共振
と、一次側電極２２６と一次側電極２２８との間の圧電
セラミックス基板２１０によって励振される圧電セラミ
ックス基板２１０全体の共振とが互いに他の共振を増大
する。従って、一次側において入力の電気エネルギーを
より効率よく機械的な弾性エネルギーに変換できる。

【００５４】また、一次側電極２２６と２２８とが、一
次側電極２２２、２２４と二次側電極２４２、２４４と
の間に設けられている。

【００５５】一次側電極２２６と２２８とをこのように
設けることによって、二次側領域ｄを長手方向Ｌにおい
て短くでき、その結果、圧電トランス１００の出力イン
ピーダンスを小さくでき、ひいては圧電トランス１００
の出力インピーダンスを小さくできる。圧電トランス１
００の出力インピーダンスが小さくなると、圧電トラン
ス１００の二次側に接続される負荷（ＣＦＬ）９０に印
加できる電圧が大きくなる。

【００５６】また、一次側電極２２６と２２８とをこの
ように設けることによって、二次側領域ｄを長手方向Ｌ
において短くでき、二次側領域ｄを長手方向Ｌにおいて
分極する場合には、この一次側電極２２６と２２８とを
設けない場合と比べて、分極の際に印加する絶対電圧が
小さくなる。その結果、高圧の対策が容易となり、分極
用の電源もより低圧のものを使用できるようになる。

【００５７】さらに、圧電トランス１００の二次側に接
続される負荷がＣＦＬ９０である場合には、この圧電ト
ランス１００はより有効に作用する。ＣＦＬは、放電開
始時には１ｋＶ以上の高電圧を必要とする。一方、圧電
トランス１００の昇圧比は共振子の品質係数であるＱｍ
に比例する。放電開始前においてはＣＦＬ９０のインピ
ーダンスは無限大に近いから、圧電トランス１００その
もののＱｍに昇圧比が比例することになり、昇圧比を大
きくとれる。従って、一次側電極２２６と２２８とをこ
のように設けることによって二次側領域ｄが短くなって
二次側の形状から決まる昇圧比は小さくなっても、放電
開始時には共振子そのもののＱｍが昇圧比に大きく寄与
するから、放電を開始できる電圧までの昇圧は容易にで
きる。そして放電が開始すると、ＣＦＬ９０のインピー
ダンスは下がるが、一次側電極２２６と２２８とをこの
ように設けることによって圧電トランス１００の出力イ
ンピーダンスは小さくなるから、その分ＣＦＬ９０に印
加される電圧を大きくすることができる。

【００５８】（第２の実施の形態）図２は、本発明の第
２の実施の形態の高圧発生回路を説明するための図であ
り、図２Ａは斜視図、図２Ｂは平面図、図２Ｃは側面
図、図２Ｄは応力分布を示す図、図２Ｅは振幅分布を示
す図である。

【００５９】本実施の形態の高圧発生回路２０において
は、圧電トランス２００の一次側と電源８０との間にコ
イル７０が直列に接続されている。

【００６０】このように、コイル７０を圧電トランス２
００の一次側と電源８０との間に直列に接続することに
より、入力側の位相を０にするかまたは０に近づけるこ
とができ、力率が改善される。その結果、入力電圧も低
減することができ、電源としての効率も向上することが
できる。また、圧電トランスとして駆動できる帯域も拡
大することができる。

【００６１】本実施の形態の圧電トランス２００は、単
板の圧電トランス３００と単板の圧電トランス４００と
をこれらの間に設けられたエポキシ樹脂５０で貼り合わ
せることによって構成されている。

【００６２】単板の圧電トランス３００（４００）は直
方体状の圧電セラミックス基板３１０（４１０）を備え
ている。なお、本実施の形態においては、単板の圧電ト
ランス３００と単板の圧電トランス４００とは実質的に
同一構造なので、単板の圧電トランス３００の構造のみ
を主として説明し、単板の圧電トランス４００について
は、対応する構成要素を（）内に記載してその説明は省
略する。

【００６３】圧電セラミックス基板３１０（４１０）の
上面３１２（４１２）の左側１／３には一次側電極３２
２が設けられ、一次側電極３２２と対向して圧電セラミ
ックス基板３１０（４１０）の下面３１４（４１４）に
も一次側電極３２４（４２４）が設けられている。

【００６４】圧電セラミックス基板３１０（４１０）の
上面３１２（４１２）には、一次側端面３１６（４１
６）から圧電セラミックス基板３１０（４１０）の長手
方向Ｌの長さの１／３の距離離間した位置から、一次側
端面３１６（４１６）から圧電セラミックス基板３１０
（４１０）の長手方向Ｌの長さの２／３の距離離間した
位置まで、一次電極３２６（４２６）が設けられ、一次
側電極３２６（４２６）と対向して圧電セラミックス基
板３１０（４１０）の下面３１４（４１４）にも一次側
電極３２８（４２８）が設けられている。一次側電極３
２２（４２２）は一次側電極３２６（４２６）と離間し
て設けられ、一次側電極３２４（４２４）は一次側電極
３２８（４２８）と離間して設けられている。

【００６５】一次側電極３２２と一次側電極３２４との
間の圧電セラミックス基板３１０は厚み方向Ｔにおいて
上向きに分極されている。一次側電極３２６と一次側電
極３２８との間の圧電セラミックス基板３１０は厚み方
向Ｔにおいて下向きに分極されている。一次側電極４２
２と一次側電極４２４との間の圧電セラミックス基板４
１０は厚み方向Ｔにおいて下向きに分極されている。一
次側電極４２６と一次側電極４２８との間の圧電セラミ
ックス基板４１０は厚み方向Ｔにおいて上向きに分極さ
れている。

【００６６】二次側端面３１７（４１７）近傍の上面３
１２（４１２）には二次側電極３４２（４４２）が設け
られ、二次側端面３１７（４１７）近傍の下面３１４
（４１４）には二次側電極３４４（４４４）が設けられ
ている。一次側電極３２６（４２６）、３２８（４２
８）と二次側電極３４２（４４２）、３４４（４４４）
との間の圧電セラミックス基板３１０（４１０）の二次
側領域は上面３１２（４１２）および下面３１４（４１
４）の延在方向である長手方向Ｌにおいて左向きに分極
されている。

【００６７】なお、一次側電極３２２（４２２）、３２
４（４２４）、３２６（４２６）、３２８（４２８）、
二次側電極３４２（４４２）、３４４（４４４）は長手
方向端面３１８（４１８）から長手方向端面３１９（４
１９）まで圧電基板３１０（４１０）の幅ｗの全幅にわ
たって延在して設けられている。

【００６８】圧電セラミックス基板３１０の下面３１４
と圧電セラミックス基板４１０の上面４１２とが向かい
合わせられ、一次側電極３２４と一次側電極４２２とが
向かい合わせられ、一次側電極３２８と一次側電極４２
６とが向かい合わせられている。圧電セラミックス基板
３１０の下面３１４と圧電セラミックス基板４１０の上
面４１２との間、一次側電極３２４と一次側電極４２２
との間、一次側電極３２８と一次側電極４２６との間お
よび二次側電極３４４と二次側電極４４２との間にはエ
ポキシ樹脂５０が全面にわたって設けられている。本実
施の形態ではエポキシ樹脂３０としてビスフェノールＦ
型樹脂を使用した。

【００６９】一次側電極３２４、３２８、４２２および
４２６は、一次側端面３１６（４１６）から圧電セラミ
ックス基板３１０（４１０）の長手方向Ｌの長さの約１
／３離間した位置を中心として長手方向端面３１８（４
１８）に設けられた共通外部電極６０によって接続され
ている。電源８０の一端が、この共通外部電極６０にコ
イル７０を介して接続され、電源８０の他端は一次側電
極３２２、３２６、４２４および４２８ならびに負荷と
してのＣＦＬ９０の一端に接続され、ＣＦＬ９０の他端
は二次側電極３４２に接続されている。なお、電源８０
の他端は接地されている。

【００７０】本実施の形態の圧電トランス２００は、２
つの単板の圧電トランス３００、４００を背中合わせに
して、対応する一次側電極同士を並列に接続した構成と
なっている。

【００７１】従って、この圧電トランス２００において
は、一次側の電極面積が単板の圧電トランス３００（４
００）の約２倍と大きくなって、圧電トランス２００の
入力インピーダンスが小さくなる。その結果、圧電トラ
ンス２００に電源８０から電気エネルギーが供給されや
すくなる。また、このように、入力インピーダンスが小
さくなるので、位相を大きくして０に近づけるのに必要
なＬの値を小さくできる。その結果、接続されるコイル
７０が小型化され、占有面積を小さくできる。そして、
この積層型の圧電トランス２００においては、入力イン
ピーダンスがさらに小さくなるので、入力インピーダン
スが小さくなることと位相が０に近づくことが相まって
入力電圧を下げることができる効果がさらに大きくな
る。

【００７２】本実施の形態の圧電トランス素子２００で
は一次側端面３１６（４１６）と２次側端面３１７（４
１７）との間に、例えば１．５波長の振動モードが立つ
ように駆動することができる。この場合には、一次側端
面３１６（４１６）から圧電セラミックス基板３１０
（４１０）の長手方向Ｌの長さの１／６、３／６および
５／６の箇所がそれぞれ長手方向の振動の節３０１、３
０２および３０３となる。なお、この圧電トランス２０
０においては、左側の２／３が一次側領域ｃであり、右
側の１／３が二次側領域ｄである。

【００７３】個々の単板の圧電トランス３００（４０
０）の構造および作用は図１に示した圧電トランス１０
０と同様である。

【００７４】本実施の形態においては、圧電セラミック
ス基板３１０、４１０を積層しているから、個々の圧電
セラミックス基板３１０、４１０の幅ｗをそれぞれ狭く
して圧電トランス２０の幅を狭くしても、圧電セラミッ
クス基板３１０と４１０との積層体の体積が小さくなら
ないようにすることができる。従って、圧電トランス２
０の幅を狭くしても、パワー密度の上昇がなく、かつ変
換効率を減少させずに所定の入力電力を供給できる。

【００７５】また、２つの圧電セラミックス基板３１
０、４１０を積層しているから、圧電セラミックス基板
３１０と４１０との積層体内のパワー密度が下がり、そ
の結果、効率低下を引き起こすことなく入力電流を積層
数分（本実施の形態では２倍）流すことができる。従っ
て、圧電基板の幅ｗを一定とすれば、入力電力をほぼ倍
増させてハイパワー駆動することができる。

【００７６】また、このように入力電流を積層数倍（本
実施の形態では２倍）流すことができるから、入力電力
が一定の場合には、入力電圧は積層数分の１（本実施の
形態では１／２）となり、入力電圧を低減することがで
きる。

【００７７】また、上記のように２つの圧電セラミック
ス基板３１０、４１０を積層し互いにエポキシ樹脂で接
着することによって、２つの圧電セラミックス基板３１
０、４１０の振動モードを単一のものにすることができ
る。

【００７８】そして、一次側電極３２２、３２６、４２
４および４２８を共通に接続し、一次側電極３２４、３
２８、４２２および４２６を共通に接続し、一次側電極
３２２と一次側電極３２４との間の圧電セラミックス基
板３１０を厚さ方向Ｔにおいて上向きに分極し、一次側
電極３２６と一次側電極３２８との間の圧電セラミック
ス基板３１０を厚さ方向Ｔにおいて下向きに分極し、一
次側電極４２２と一次側電極４２４との間の圧電セラミ
ックス基板４１０を厚さ方向Ｔにおいて下向きに分極
し、一次側電極４２６と一次側電極４２８との間の圧電
セラミックス基板４１０を厚さ方向Ｔにおいて上向きに
分極しているから、一次側電極３２２と一次側電極３２
４との間の圧電セラミックス基板３１０が圧電セラミッ
クス基板４１０の共振を増大すべく振動し、一次側電極
３２６と一次側電極３２８との間の圧電セラミックス基
板３１０が圧電セラミックス基板４１０の共振を増大す
べく振動し、一次側電極４２２と一次側電極４２４との
間の圧電セラミックス基板４１０が圧電セラミックス基
板３１０の共振を増大すべく振動し、一次側電極４２６
と一次側電極４２８との間の圧電セラミックス基板４１
０が圧電セラミックス基板３１０の共振を増大すべく振
動する。

【００７９】

【実施例】

（実施例１）図１に示す１．５波長モードの圧電トラン
ス１００の入力端子に１６０μＨのコイル７０を直列に
接続することで、負荷抵抗１００ｋΩに２Ｗ出力するた
めに必要な入力電圧を２２Ｖから１８Ｖに低減できた。

【００８０】（実施例２）図２に示す１．５波長モード
の積層型の圧電トランス２００の入力端子に１６０μＨ
のコイル７０を直列に接続することで、負荷抵抗１００
ｋΩに２Ｗ出力するために必要な入力電圧を２２Ｖから
１２．５Ｖに低減できた。

【００８１】

【発明の効果】本発明によれば、インダクタンス素子を
圧電トランスの一次側と電源との間に直列に接続するこ
とにより、入力側の位相を０にするかまたは０に近づけ
ることができ、力率が改善される。その結果、入力電圧
も低減することができ、電源としての効率も向上するこ
とができる。また、圧電トランスとして駆動できる帯域
も拡大することができる。このように力率が向上し、効
率がよく優れた特性の高圧発生回路が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の高圧発生回路を説
明するための図であり、図１（Ａ）は斜視図、図１
（Ｂ）は断面図、図１（Ｃ）は応力分布を示す図、図１
（Ｄ）は振幅分布を示す図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態の高圧発生回路を説
明するための図であり、図２Ａは斜視図、図２Ｂは平面
図、図２Ｃは側面図、図２Ｄは応力分布を示す図、図２
Ｅは振幅分布を示す図である。

【図３】圧電トランスの位相の周波数特性を説明するた
めの図である。

【符号の説明】

１０、２０…高圧発生回路 ５０…エポキシ樹脂 ６０…共通外部電極 ７０…コイル ８０…電源 ９０…負荷（冷陰極管：ＣＦＬ） １００、２００…圧電トランス ３００、４００…単板の圧電トランス ２１０、３１０、４１０…圧電セラミックス基板 ２１２、３１２、４１２…上面 ２１４、３１４、４１４…下面 ２１６、３１６、４１６…一次側端面 ２１７、３１７、４１７…二次側端面 ２１８、２１９、３１８、３１９、４１８、４１９…長
手方向端面 ２２２、２２４、２２６、２２８、３２２、３２４、３
２６、３２８、４２２、４２４、４２６、４２８…一次
側電極 ２４２、２４４、３４２、３４４、４４２、４４４…二
次側電極 ｃ…一次側領域 ｄ…二次側領域 Ｗ…幅方向 Ｔ…厚さ方向 Ｌ…長手方向

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電源と圧電トランスの一次側との間にイン
   ダクタンス素子を直列に接続したことを特徴とする高圧
   発生回路。
2. 【請求項２】前記圧電トランスが、 互いに対向する第１の主面と第２の主面とを有する圧電
   基板を備え、前記第１の主面および前記第２の主面が延
   在する方向のうちの所定の一方向である第１の方向の縦
   振動共振モードを利用する圧電トランスであって、 前記共振モードが、前記第１の方向に少なくとも１波長
   以上の応力分布が存在する共振モードであり、 前記第１の方向において互いに離間する第１の一次側領
   域と第２の一次側領域と二次側領域とを少なくとも有
   し、 前記第１の一次側領域が前記第１の方向において前記共
   振時の前記応力分布のほぼ半波長の長さを有し前記共振
   時に前記第１の方向において正または負のうちいずれか
   一つの応力が生じる領域であり、前記第１の一次側領域
   の前記第１の主面および第２の主面には第１の一次側電
   極および第２の一次側電極がそれぞれ互いに対向して設
   けられ、前記第１の一次側領域の前記第１の一次側電極
   と前記第２の一次側電極間が前記第１の主面と前記第２
   の主面間の第２の方向において第１の所定の方向に分極
   され、 前記第２の一次側領域が前記第１の方向において前記共
   振時の前記応力分布の半波長以下の長さを有し前記共振
   時に前記第１の方向において正または負のうちいずれか
   一つの応力が生じる領域であり、前記第１の一次側領域
   の前記第１の主面および前記第２の主面に第３の一次側
   電極および第４の一次側電極がそれぞれ互いに対向して
   設けられ、前記第２の一次側領域の前記第３の一次側電
   極と前記第４の一次側電極間が前記第２の方向において
   第２の所定の方向に分極され、 前記第１の一次側領域および前記第２の一次側領域のい
   ずれの一方も前記第１の一次側領域および前記第２の一
   次側領域の他方の領域によって励振される共振を増大す
   べく振動するように、前記共振時に前記第１の一次側領
   域と前記第２の一次側領域とにそれぞれ生じる応力の方
   向に応じて前記第１の一次側領域と前記第２の一次側領
   域とが前記第２の方向の所定の方向にそれぞれ分極され
   ていると共に前記第３の一次側電極および前記第４の一
   次側電極と前記第１の一次側電極および前記第２の一次
   側電極とが所定の接続状態に電気的に接続可能とされて
   いるかまたは接続されており、 前記二次側領域に二次側電極が設けられ、前記二次側領
   域が所定の方向に分極されている圧電トランスであるこ
   とを特徴とする請求項１記載の高圧発生回路。
3. 【請求項３】前記圧電トランスが、 互いに対向する第１の主面と第２の主面とを有する圧電
   基板を備え、前記第１の主面および前記第２の主面が延
   在する一方向を第１の方向とし、前記圧電基板が、前記
   第１の方向を分割する第１の一次側領域、第２の一次側
   領域および二次側領域を少なくとも有し、 前記圧電基板の前記第１の一次側領域は前記圧電基板の
   前記第１の方向の長さのほぼ１／ｎ（ｎは２以上の整数
   である。）の長さを有し、前記第１の一次側領域の前記
   第１の主面および第２の主面に第１の一次側電極および
   第２の一次側電極がそれぞれ互いに対向して設けられ、
   前記第１の一次側領域の前記第１の一次側電極と前記第
   ２の一次側電極間が前記第１の主面と前記第２の主面間
   の第２の方向において第１の所定の方向に分極され、 前記圧電基板の前記第２の一次側領域は、前記圧電基板
   の前記第１の方向の長さの１／ｎ以下の長さを有し、前
   記第２の一次側領域の前記第１の主面および前記第２の
   主面に第３の一次側電極および第４の一次側電極がそれ
   ぞれ互いに対向して設けられ、前記第２の一次側領域の
   前記第３の一次側電極と前記第４の一次側電極間が前記
   第２の方向において第２の所定の方向に分極され、 前記第３の一次側電極および前記第４の一次側電極と前
   記第１の一次側電極および前記第２の一次側電極とが所
   定の接続状態に電気的に接続可能とされているかまたは
   接続されており、 前記二次側領域に二次側電極が設けられ、前記二次側領
   域が所定の方向に分極されている圧電トランスであるこ
   とを特徴とする請求項１記載の高圧発生回路。
4. 【請求項４】前記第２の一次側領域が前記第１の一次側
   領域と前記二次側領域との間に設けられていることを特
   徴とする請求項３または４記載の高圧発生回路。