(57)【要約】【課題】バラストコンデンサを用いずに一つの圧電トランスで多数の冷陰極ランプを同時に点灯することを可能にして、インバータのコストを削減し、特性を向上させる。【解決手段】圧電セラミック板の表裏面に入力電極を、入力電極に接しない端面に出力電極を具えた圧電トランスにおいて、圧電セラミック板を十字形とし、交差部分の表裏面に入出力電極を形成し、４つの突出部分のそれぞれの先端に出力電極を形成する。４つの出力端から独立した出力が得られ、それぞれの出力で４つの冷陰極ランプを点灯できる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電セラミック板の表裏面に入力電極を、入力電極に接しない端面に出力電極を具えた圧電トランスにおいて、
圧電セラミック板は十字形で、交差部分の表裏面に入出力電極を具え、
４つの突出部分のそれぞれの先端に出力電極を具えた
ことを特徴とする圧電トランス。
【請求項２】
広がり振動モードで動作する請求項１記載の圧電トランス。
【請求項３】
入力電極部が積層構造である請求項１記載の圧電トランス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電トランスの構造に係るもので、特に、輪郭振動（面広がり振動）モードを利用した多出力圧電トランスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
圧電セラミックの固有共振を利用した機能素子は、損失が少ない、小型化が可能で、電気機械結合係数が大きく、温度特性や経年変化特性にも優れているという特長がある。このような機能素子の一種である圧電トランスは、弾性体の振動を利用することから、その蓄積エネルギーが電磁型に比較して大きいので小型化できること、不燃性で安全性に優れること、磁気シールドが不要であることなどの利点があり、圧電トランスを用いたインバータは冷陰極ランプの電源として広く利用されている。
【０００３】
図５は、従来の圧電トランスの例を示す斜視図である。主表面が方形の圧電セラミック板５１の片側半分の表裏面に導体膜を形成して、入力電極５２、５３を形成する。この部分が圧電トランスの駆動部となり、反対側の半分が発電部となり、発電部の端面に導体膜を形成して出力電極５４とするものである。
【０００４】
このような圧電トランスは小型液晶モニターなどの単灯電灯の分野で多く採用されてきた。液晶テレビやパソコンのディスプレイ等の大型液晶モニターの場合、多数の冷陰極ランプを使用するため、一つのランプに一つのインバータを配置する従来の点灯方式はコスト的な面から望ましくない。
【０００５】
それに対して、一つの圧電トランスに多数のランプを並列に接続する場合、その中の１本のランプが先に点灯すると管のインピーダンスが大きく低下する。すると圧電トランスの出力電圧が大きく下がるために、他のランプを点灯できなくなってしまう。この問題の解決策としては、図６に示すようにそれぞれのランプ６６に直列にバラストコンデンサ６７を接続している。これによって１本のランプが先に点灯しても、圧電トランスの出力部に高い出力電圧を確保することができ、一つのインバータで多数のランプを同時に点灯することができる。
【０００６】
しかし、そのような点灯方式には次のような問題が生じる。
▲１▼常時点灯の高電圧が必要なため、安全上好ましくない。
▲２▼より高昇圧比の圧電トランスが必要となる。
▲３▼高圧バラストコンデンサが高価でコストの問題が生じる。
▲４▼管電流の安定性が悪く、バラツキも大きい。
▲５▼バラストコンデンサが電力損失の要因となる。
したがって、圧電トランスに多数の独立した出力端があれば、バラストコンデンサなしに一つの圧電トランスで多数のランプを同時に点灯することが可能となり、コスト削減や特性向上などの面で有利となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、バラストコンデンサを用いずに、一つの圧電トランスで多数の冷陰極ランプを同時に点灯することを可能にするもので、それによって圧電トランスを用いたインバータのコストを削減するとともに、その特性を向上させるものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、圧電セラミック板を一つの入力電極と複数の出力電極を形成できる形状とすることによって、上記の課題を解決するものである。
【０００９】
すなわち、圧電セラミック板の表裏面に入力電極を、入力電極に接しない端面に出力電極を具えた圧電トランスにおいて、圧電セラミック板は十字形で、交差部分の表裏面に入出力電極を具え、４つの突出部分のそれぞれの先端に出力電極を具えたことに特徴を有するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明による圧電トランスは、圧電セラミック板の形状を十字形とし、中央部に入力電極を形成する。十字の４つの突出部の先端にそれぞれ出力電極を形成し、これらの４つの出力電極から個別に出力を得て、その出力によって複数の冷陰極ランプを点灯する。昇圧比を大きくするために入力電極の部分を積層構造とすることもできる。
【００１１】
【実施例】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。図１は、本発明による圧電トランスを示す斜視図で、圧電セラミック板として十字形の圧電セラミック板１１を用いたものである。圧電セラミック板１１の中央の交差部の表裏面に導体膜を形成して入力電極１２、１３とし、この部分が圧電トランスの駆動部となる。
【００１２】
駆動部から外側に伸びる４つのアーム部分が発電部となり、それぞれの先端に導体膜を形成して出力電極１４とする。駆動部は厚み方向に分極し、発電部は入力電極から出力電極に向って長さ方向に分極した。
【００１３】
図２（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ本発明による圧電トランスの１次と２次のモードの面広がり振動（輪郭振動）の変位図を示す。１次振動モードは円盤のラジアル振動と同様に振動節点（変位＝０）は中心にあり、主表面はすべての範囲に同時に縮み、または膨らむように振動する。２次振動モードの場合、出力部の端部と素子の内側が逆相に振動するため、振動節点は素子の中心の他に出力部に４つの振動節点がある（図２（Ｂ）のＮ点）。これは、正方形板の２次広がり振動モードと相似する。したがって、２次モードは１次モードと比較して支持し易いことがメリットとなる。
【００１４】
本発明による圧電トランスのサンプルは、Ｑｍが約２０００の高ＱｍのＰＺＴ系圧電セラミックを材料とし、図１のような形状でプレス成形して得た。厚さは１．５ｍｍ、対向する２つの出力電極の間隔を４５ｍｍとし、駆動部の幅を２０ｍｍとした。ここで、電気機械結合係数を調整するため、またスプリアスを動作帯域から移動させるために、出力部に向って１０°の傾斜角をとった。
【００１５】
図３、図４は、それぞれ１次と２次のモードで動作する場合の特性を示すもので、出力端開放、出力端短絡および１出力あたり１３０ｋΩ負荷時の入力部のインピーダンス特性を示す。２つのモードとも大きな結合係数が得られるため、どの振動モードを使っても圧電トランスとして利用することができる。このサンプルの入力容量Ｃ１＝３５００ｐＦ、１出力端当たりの出力容量Ｃ２＝２０ｐＦとなり、１次モードの動作周波数は約５０ｋＨｚ、１出力当たりの整合インピーダンスが約１６０ｋΩとなり、２次モードの場合は動作周波数は約１１０ｋＨｚ、１出力当たりの整合インピーダンスは約７０ｋΩとなる。冷陰極ランプの配置や浮遊容量等の状況により、２つの動作周波数を選択して駆動することが可能である。
【００１６】
本発明による圧電トランスを用いた点灯試験は、φ＝２．６ｍｍで長さ３２０ｍｍの長尺冷陰極ランプを用い、４本のランプをそれぞれ４つの出力電極にバラストコンデンサなしに接続した。２次モードを利用する場合、１５０Ｖｐ−ｐ以上の入力電圧を固定して、周波数を１３５ｋＨｚから１１０ｋＨｚへ掃引することにより、４本のランプを同時に点灯させることができた。
【００１７】
上記の同時点灯とはいえ、実際には管インピーダンスのばらつきがあるため、各ランプの点灯時の始動電圧または周波数に僅かながら差がある。上記の例で２０ｍｓの掃引速度においては１〜２ｍｓの時間差が予想される。いったん１本のランプが先に点灯すると、負荷により圧電トランスへのダンピングが生じるため、まだ点灯していないランプに接続している出力部の開放電圧が低くなる。したがって、各出力部の開放電圧が点灯の順番に次第に低くなり、最後に点灯するランプが点灯するとき、それに接続された出力部の開放電圧が最も低い。それにもかかわらず、本発明による圧電トランスは、全てのランプを点灯させる開放電圧が確保できた。上記のサンプルが常時点灯の場合、１出力当たり３．５Ｗ程度の場合、素子の発熱は約１０°Ｃと低い値となっている。
【００１８】
本発明による圧電トランスは単板だけでなく、積層型にも適用できる。入力部を積層構造とすることにより、昇圧比を高くできるだけでなく、発生し易いねじれ振動を完全に抑圧することができる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、４つの出力端を持つ圧電トランスによってバラストコンデンサなしに４つの冷陰極ランプを点灯することができ、次のような効果が得られる。
▲１▼高価なバラストコンデンサが不要で、コスト削減が可能である。
▲２▼常時点灯時の高電圧維持が不要となり、安全性が向上し、トランスの昇圧比の要求が軽減される。
▲３▼バラストコンデンサによる電力損失がなくなり、電力効率が向上する。
▲４▼管電流のばらつきが低減される。
▲５▼冷陰極ランプの配置や浮遊容量等の状況に応じて動作周波数を選択することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す斜視図
【図２】変位状態の説明図
【図３】本発明による圧電トランスのインピーダンス特性の説明図
【図４】本発明による圧電トランスのインピーダンス特性の説明図
【図５】従来の圧電トランスの斜視図
【図６】従来の点灯方法を示す説明図
【符号の説明】
１１、５１：圧電セラミック板
１２、１３、５２、５３：入力電極
１４、５４：出力電極
【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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