(57)【要約】【課題】  高域側のスプリアスを抑制し、周波数掃引時のスタート周波数の許容変動範囲を広げ、設計の自由度を向上させたインバータユニットを実現できる圧電トランスを提供する。【解決手段】  主表面が長方形の圧電セラミック板１の長手方向の一端側の約半分の表裏面に入力電極２，３を、反対側の端面に出力電極４を具えた圧電トランスにおいて、その圧電セラミック板は入力側は厚み方向に分極され、出力側が長さ方向に分極され、出力電極側の表裏面にそれぞれ出力電極とほぼ平行なストリッブ電極５を少なくとも1本具える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主表面が長方形の圧電セラミック板の長手方向の一端側の約半分の表裏面に入力電極を、反対側の端面に出力電極を具えた圧電トランスにおいて、
圧電セラミック板の長さと幅の比率が1.3〜1.6（1.3と1.6を含む）であり、
その圧電セラミック板は入力側は厚み方向に分極され、出力側が長さ方向に分極され、
出力電極側の表面に出力電極とほぼ平行なストリッブ電極を具えたことを特徴とする圧電トランス。
【請求項２】
主表面が長方形の圧電セラミック板の長手方向の一端側の約半分の表裏面に入力電極を、反対側の端面に出力電極を具えた圧電トランスにおいて、
圧電セラミック板の長さと幅の比率が1.3〜1.6（1.3と1.6を含む）であり、
その圧電セラミック板は入力側は厚み方向に分極され、出力側が長さ方向に分極され、
出力電極側の表裏面にそれぞれ出力電極とほぼ平行なストリッブ電極を少なくとも1本具えたことを特徴とする圧電トランス。
【請求項３】
主表面が長方形の圧電セラミック板の長手方向の一端側の約半分の表裏面に入力電極を、反対側の端面に出力電極を具えた圧電トランスにおいて、
出力電極側の表裏面に上記の入力電極とは逆相で駆動される補助入力電極を具え、
圧電セラミック板の長さと幅の比率が1.3〜1.6（1.3と1.6を含む）であり、
その圧電セラミック板は入力側は厚み方向に分極され、出力側が長さ方向に分極され、
出力電極側の表裏面にそれぞれ出力電極とほぼ平行なストリッブ電極を少なくとも1本具えたことを特徴とする圧電トランス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電トランスの構造に係るもので、特に、2次面広がり振動モードを利用した圧電トランスの電極構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧電トランスは、弾性体の振動を利用するので、
（１）蓄積エネルギが電磁型に比較して大きいこと、
（２）不燃性で安全面で優れていること、
（３）磁気シールドが不要であること、
が大きな特長である。圧電トランスを利用したインバータは、液晶表示パネル用冷陰極ランプの電源として広く利用されている。圧電板の長手方向の振動モードを利用するローゼン型圧電トランスが主流であるが、昇圧比が約４〜７倍と低いことや、共振インピーダンスが大きくハイパワーを得ることが難しいなどの問題点があった。
【０００３】
一方、長さL，幅Wの関係においてＬ／Ｗが２またはその近傍となる、すなわち入力部と出力部が正方形に近い場合、長さ方向の振動と幅方向の振動とが結合されて強い２次面広がり振動が発生する。この場合、矩形板の振動は図７に示すように、入力部の面積が広がった時に他方の出力部の面積が縮み、次いで入力部が縮んだ時に出力部が広がるという交互の広がり振動を起こしている。このような交互面積振動を斜対称面広がり振動ともいう。
【０００４】
斜対称振動モードを利用する圧電トランスは、高出力、高昇圧比、高効率圧電トランスとしてきわめて魅力があるが、長さ方向と幅方向の結合振動なので、不要なスプリアス振動が数多く発生する。その改善方法の一つとして、特開2002-76462同公報（東光）に開示されたように、Ｌ／Ｗの比を1.3〜1.6にすれば、常時動作周波数範囲にあるスプリアスを範囲外に移動させることができることが知られている。図８はＬ／W＝1.5の場合の入力側インピーダンス特性を示す。常時動作周波数範囲（出力開放状態と短絡状態の共振点の間）において、スプリアス振動がないため、発熱が抑制され、動作の信頼性が向上する。
【０００５】
実際に冷陰極管を放電させるためには、周波数を高域側から低域側に掃引し、出力開放時の共振点の近傍で高電圧が発生し、ランプを点灯させる。その後、管電流が一定になるように周波数が出力開放状態と短絡状態の共振点の間に自動的に制御される。ただし、図８に示すように、高域側に大きなスプリアス振動SP2とSP3が存在する。大電力でそれらのスプリアスを通過すると、圧電素子が破壊される恐れがある。そのため、圧電トランスの信頼性を確保するためには、掃引のスタート周波数上限をSP2の低域側に設定する必要がある。だが、実際のインバータユニットでは、制御ICなどの特性のばらつきに起因する掃引スタート周波数のばらつきが大きくなる。その場合、制御ICをランク分けするか、または可変抵抗を設けてインバータユニットごとにスタート周波数を調整することが必要とされる。いずれにしても工数がかかるので、高域側のスプリアスはなくすことが望ましい。
【特許文献１】特開２００２−７６４６２号公報
【特許文献２】特開２００３−１７７７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、高域側のスプリアスを抑制し、周波数掃引時のスタート周波数の許容変動範囲を広げ、設計の自由度を向上させたインバータユニットを実現できる圧電トランスを提供するものである。主振動の高域側にあるスプリアスを電気的に抑制できる圧電トランスを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、圧電セラミック板に形成する電極の構造を改良することによって、上記の課題を解決するものである。すなわち、主表面が長方形の圧電セラミック板の長手方向の一端側の約半分の表裏面に入力電極を、反対側の端面に出力電極を具えた圧電トランスにおいて、圧電セラミック板の長さと幅の比率が1.3〜1.6（1.3と1.6を含む）であり、その圧電セラミック板は入力側は厚み方向に分極され、出力側が長さ方向に分極され、出力電極側の表面に出力電極とほぼ平行なストリッブ電極を具えたことに特徴を有するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、主振動の高域側にあるスプリアスを電気的に抑制することができ、周波数掃引のスタート周波数の変動許容範囲を広くすることができるので、
（１）設計の自由度を向上させることができ、
（２）インバータユニットごとのスタート周波数の調整が不要となるので、工数を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明による圧電トランスの構成要素は以下のとおりである。
（１）圧電セラミック基板：主表面が長方形で長さと幅の比が1.3〜1.6とし、入力側は厚み方向に分極され、出力側は長さ方向に分極されている。
（２）入力電極：厚み方向に分極された部分の表裏面に対向して形成された導体膜からなる。
（３）出力電極：長さ方向に分極された端面に形成された導体膜からなる。
（４）導体ストリップ：出力電極と平行に出力側の基板表面の少なくとも一方の表面に１本または複数本形成される。
【実施例】
【００１０】
以下、図面を参照して、従来の素子と比較しながら、本発明の実施例について説明する。斜対称モード圧電トランスは不必要なスプリアス振動が数多く存在するので、単一のＬ／Wの調整方法では多数のスプリアス振動に対応することが難しい。発明者らは１次輪郭振動モードの圧電トランス(特開2003―17773)と３次面広がり振動モード圧電トランス(特願2004−23197)において、電気的スプリアス制御方法を用いて常時動作点付近でのスプリアス移動を実現した。ここで、同様の方法を２次面広がり振動モード圧電トランスに試みた。電気的スプリアス制御方法とは、基本的にスプリアス振動と主振動との電位分布の違いを利用して、スプリアスを移動、抑制する方法である。図９に示すように、スプリアス振動モードSP2は、出力側の中心部とその幅方向の両側に逆符号の電位が発生している。
【００１１】
本発明では、図１に示すように、出力側表裏面に出力側端部電極とほぼ平行する方向に導体のストリップラインを設けることで、出力側の中心部とその幅方向の両側の電位を強制的に等電位とすることで、+／−電荷の一部がキャンセルされる。スプリアス振動の電荷発生が抑制される結果、図２に示すように、スプリアス振動SP2が低域側にシフトすると同時に振幅が小さくなる。図中の矢印はスプリアス振動の位置シフトを示す。その一方で、主振動の等電位線が出力側端部とほぼ平行となるため、ストリップラインを形成しても主振動への影響はほとんどない。その結果、スプリアスのみを移動させることができる。スプリアス振動SP2のほか、高域側に存在するスプリアスSP3と低域側にあるスプリアスSP1はスプリアスSP2と相似である電位分布を持つので、ストリップラインによりSP2と同様に低域側にシフトする。
【００１２】
図２に示すように、スプリアス振動SP2の振幅が十分に小さくなったため、ランプ放電前の周波数掃引のスタート周波数の上限をSP3の低域側近傍までにしてもよい。その場合、スタート周波数の許容可変範囲が広く、インバータユニットごとの調整をしなくても制御系の周波数のばらつきを吸収することが可能となる。
【００１３】
ストリップラインはある程度の線幅を持つため、その分だけ圧電トランスの出力側有効長が短くなるため、できる限り線幅を狭く設計する必要がある。サンプルでは、ストリップライン本数＝2、ストリップライン幅=0.15mmとし、そのピッチが出力側をほぼ等分割するとうに設けた。また、圧電素子が薄い場合、片面のみにストリップラインを設けるだけでもよいが、素子が厚くなった場合には両面に設けるほうがより大きな効果が得られる。
【００１４】
図３に示すように。主駆動電極2,3の近傍に、主駆動電極2,3と逆相で駆動される補助入力電極6、7を形成することにより、斜対称モード圧電トランスの結合係数や昇圧比などの諸特性を調整することができる(特願2003−414283参照)。図４はその入力部のインピーダンス特性の例を示すものである。同様に主振動の高域側にスプリアスSP2とスプリアスSP3が現れる。点灯する前に周波数を高域から低域へ掃引する際にスプリアスSP2を通過すると、素子が破壊することはないが雑音が発生するので掃引のスタート位置の上限が図４に示すスプリアスSP2の低域側に設定されることが望ましい。
【００１５】
図６に示すように、圧電トランスの出力部に２本のストリップラインを設けると、主振動とスプリアスSP3がほとんど動かないのに対して、スプリアス振動SP2のみが低域側に移動するとともに振幅が小さくなる。ここで、矢印の始点がストリップラインのない場合にSP2の位置である。この場合、SP2を通過しても雑音がほとんど発生しないので、スプリアスSP3の低域側近傍から掃引しても問題がなく、スタート周波数の変動許容範囲を広げることができる。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本発明による圧電トランスは、高出力、高昇圧比、高効率を要求される、冷陰極管を点灯させるインバータユニットに特に適している。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例を示す斜視図
【図２】そのインピーダンス特性の説明図
【図３】補助電極を設けた圧電トランスの斜視図
【図４】そのインピーダンス特性の説明図
【図５】本発明の他の実施例を示す斜視図
【図６】そのインピーダンス特性の説明図
【図７】２次面広がり振動モードの圧電トランスの振動状態の説明図
【図８】そのインピーダンス特性の説明図
【図９】スプリアス振動の電位分布の説明図
【符号の説明】
【００１８】
１：圧電セラミック基板
２，３：入力電極
４：出力電極
５：ストリップライン導体
６，７：補助入力電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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