(57)【要約】【課題】１つの出力部から２つの出力電圧を得ることができ、それによってバラストコンデンサなしに２本のランプを点灯できる圧電トランスを提供する。【解決手段】大出力が得られる斜対称面広がり振動モードの圧電トランスを用い、また１つの端面に２つの出力電極を形成する。主平面が直方体の圧電セラミック板の長手方向の一端側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、圧電セラミック板に生じる振動モードが斜対称面広がり振動であり、出力電極として幅方向に分割された２つの電極を具える。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主平面が長方形の圧電セラミック板の長手方向の一端側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、
圧電セラミック板に生じる振動モードが斜対称面広がり振動であり、
出力電極として幅方向に分割された２つの電極を具えたことを特徴とする圧電トランス。
【請求項２】
主平面が長方形の圧電セラミック板の長手方向の中央の表裏面に入力電極を、両側の端面に出力電極を具えた圧電トランスにおいて、
圧電セラミック板に生じる振動モードが斜対称面広がり振動であり、
出力電極として幅方向に分割された２つの電極を両端面に具えたことを特徴とする圧電トランス。
【請求項３】
主平面が長方形の圧電セラミック板の長手方向に等分した区間のうち両端を除く区間の表裏面にそれぞれ入力電極を、両側の端面に出力電極を具えた圧電トランスにおいて、
圧電セラミック板に生じる振動モードが斜対称面広がり振動であり、入力電極の隣接する区間は逆相で駆動され、
出力電極として幅方向に分割された２つの電極を両端面に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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大型の圧電トランスの構造に係るもので、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く、小型にできること、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は大きな特徴である。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６は従来の圧電トランスの構造を示す。主表面が方形の圧電セラミック板６１の片側半分の表裏面に導体膜を形成して入力電極６２、６３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る。発電部側の端面に導体膜を形成して出力電極６４とする。
【０００４】
このような圧電トランスは主に小型の液晶モニタなどの単灯点灯の分野で採用されていた。液晶テレビ、ＰＣデイスプレイなどの大型の液晶モニタの場合、多数の冷陰極ランプを使用するため、１つのランプに１つのインバータを配置する従来の点灯方式はコスト面で望ましくない。
【０００５】
それに対して、１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急激に低下し、圧電トランスの出力電圧が大きく下がるので他のランプが点灯できなくなってしまう。この問題の解決策として、図６に示すようにランプごとに直列にバラストコンデンサを接続している。これによって、１本のランプが先に点灯しても、圧電出力部に高い出力電圧を確保することができるため、１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、このような点灯方式には次のような問題がある。
▲１▼常時点灯の高電圧が必要なため、安全面で好ましくない。
▲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は高価なため、コスト増となる。
▲４▼管電流の安定性が悪く、ばらつきも大きい。
▲５▼バラストコンデンサが電力損失の原因となる。
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、１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、コスト削減や特性安定などの効果がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、１つの出力部から２つの出力電圧を得ることができ、それによってバラストコンデンサなしに２本のランプを点灯できる圧電トランスを提供するものである。
【０００８】
本発明は、大出力が得られる斜対称面広がり振動モードの圧電トランスを用い、また１つの端面に２つの出力電極を形成することによって、上記の課題を解決するものである。
【０００９】
すなわち、主平面が長方形の圧電セラミック板の長手方向の一端側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、圧電セラミック板に生じる振動モードが斜対称面広がり振動であり、出力電極として幅方向に分割された２つの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】
また、主平面が直方体の圧電セラミック板の長手方向の中央の表裏面に入力電極を、両側の端面に出力電極を具えた圧電トランスにおいて、圧電セラミック板に生じる振動モードが斜対称面広がり振動であり、出力電極として幅方向に分割された２つの電極を両端面に具えたことに特徴を有するものをも含む。
【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の構造を示す斜視図と冷陰極ランプとの接続を示すブロック図とを合成したものである。基本的には従来と変わらず、主表面が方形の圧電セラミック板１１の片側半分の表裏面に導体膜を形成して入力電極１２、１３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る。発電部側の端面に導体膜を形成して出力電極１４とするが、幅方向に２つの出力電極１４Ａ，１４Ｂに２分割され、それぞれが冷陰極管１６に接続されて独立に点灯する。
【００１２】
図２と図３は、本発明による圧電トランスの出力部の電位分布のＦＥＭ解析結果を示す。解析例は長さ＝２２ｍｍ、幅１１ｍｍ、厚さ０．８ｍｍの長方形板で、斜対称広がり（入力と出力部逆相）モードで振動する圧電トランスである。図２は２つの出力電極が開放時の電位分布であり、電位は１，２，３…の順に次第に高くなり、出力電極に最大の電位が得られ、ランプの点灯に十分な開放電圧を出力できる。
【００１３】
しかし、実際の冷陰極ランプは管インピーダンスのばらつきがあるので同時点灯ではなく、僅かの時間差で順次点灯することになる。したがって、片方が点灯しても残った他方に十分な点灯電圧を確保する必要がある。図３は、片方の電極Ａが短絡、電極Ｂが開放時の電位分布を示す。電極Ａが短絡しても電極Ｂには依然として高電圧が発生する。
【００１４】
この場合、電極Ｂの開放電圧は図２に示す両方の開放状態に比較して低くなるが、十分な入力電圧があれば冷陰極ランプを点灯させる電圧を提供できる。図３によれば、圧電トランスの幅、また電極Ａと電極Ｂの距離が大きくなるほど電極Ｂに高電圧を維持し易くなる。ただし、電極距離が大きすぎると有効電極面積が小さくなるので取り扱える電力が小さくなるので、実際に使用するランプに応じて最適な距離を選択する必要がある。
【００１５】
出力電極の分割数は任意ではなく、２分割を超えるとうまく動作しない場合も多くなる。例えば３分割の場合、一端両側の電極に接続されたランプが点灯したら、中間の電極はもはや高い開放電圧は維持できず、接続されたランプを点灯させることができない。
【００１６】
本発明の電極分割法による多出力圧電トランスは、形状や振動モードに限定されるものではなく汎用性がある。発明者らが提案した２〜４出力の圧電トランスの出力電極を２分割することで点灯できるランプの数を倍にすることができる。例えば４出力素子に適用すれば、バラストコンデンサなしに８本のランプを点灯することができる。
【００１７】
本発明による圧電トランスの点灯用サンプルとして、Ｑｍが約２０００の高Ｑｍ系のＰＺＴ系の圧電性磁器を材料とし、長さ５５ｍｍ、幅１２．７ｍｍ、厚さ１．５ｍｍで図４のような形状に加工した。中央部に３対の入力電極が設けられ、隣り合う部分は逆方向に分極される。両端の２つの出力部は長さ方向に分極され、両端に２つに分割された計４個の出力電極が設けられる。分割した電極の長さは４．５ｍｍ、間隔は３．７ｍｍとした。５等分された圧電トランスの各区間が交互に縮み、また膨らむように面広がり振動で動作する。駆動周波数は約１６８ｋＨｚであった。
【００１８】
実際の冷陰極管の点灯試験は、φ＝２．６ｍｍ、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つの出力端にバラストコンデンサなしで接続した。周波数を１９０ｋＨｚから１６８ｋＨｚまで１０ｍｓのスピードで掃引することによって４本のランプを点灯することができた。管電流が小さくなるにともない、ランプの管電流と輝度のばらつきが次第に大きくなるが、正常点灯時、例えば、輝度が４００００Ｃｄ／ｍ２程度ならばらつきはほとんどなくなる。一般に圧電インバータでは電流調光方式は使わず、定電流でＰＷＭで調光するため、電流を絞ることはないのでばらつきの問題は生じない。
【００１９】
なお、図５に示したように、出力電極５４を圧電セラミック板の端部の表面に形成してもよい。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、出力電極を２分割するのみで、バラストコンデンサなしに１出力で２灯の点灯が可能となる。それによって、次のような利点が生じる。
▲１▼高価なバラストコンデンサが不要となり、コスト削減が可能となる。
▲２▼常時点灯時の高電圧維持が不要となり、安全性が高まり、昇圧比の要求も軽減される。
▲３▼バラストコンデンサによる電力損失がなくなるので電力効率が向上する。
▲４▼多出力トランスと併用して点灯できる本数を２倍にできる。
【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】本発明による圧電トランスの電位分布の説明図
【図３】本発明による圧電トランスの電位分布の説明図
【図４】本発明の他の実施例を示す斜視図
【図５】本発明の他の実施例を示す斜視図
【図６】従来の圧電トランスを示す斜視図
【符号の説明】
１１、４１、５１、６１：圧電セラミック板
１２、１３、４２、６２、６３：入力電極
１４、４４、５４、６４：出力電極
１６、６６：冷陰極管
６７：バラストコンデンサ
【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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