(57)【要約】【課題】複数の振動モードにて駆動可能な積層構造の圧電トランス素子の提供。【解決手段】駆動領域と発電領域とが厚み方向に積層された圧電トランス素子であって、その駆動領域には、複数の振動モードで駆動するための複数の電極対が、入力電極として形成されており、その個々の電極対は、当該駆動領域の圧電体の厚み方向の両側において、該複数の振動モードのうち高次側の振動モードにて該圧電トランス素子が駆動された際に発生する応力分布の腹の位置を基準として長手方向に延設されている。【選択図】　図１
2004146503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電圧を印加する入力電極が形成されると共に厚み方向に分極された圧電体からなる駆動領域と、高電圧を取り出す出力電極が形成されると共に長手方向に分極された圧電体からなる発電領域とが該厚み方向に積層された圧電トランス素子であって、
前記駆動領域には、
複数の振動モードで駆動するための複数の電極対が、前記入力電極として形成されており、その個々の電極対は、前記駆動領域の圧電体の前記厚み方向の両側において、該複数の振動モードのうち高次側の振動モードにて該圧電トランス素子が駆動された際に発生する応力分布の腹の位置に形成されている
ことを特徴とする圧電トランス素子。
【請求項２】
前記複数の電極対は、それぞれが略同じ大きさである
ことを特徴とする請求項１記載の圧電トランス素子。
【請求項３】
前記個々の電極対が、前記腹の位置を基準として前記圧電トランス素子の前記長手方向に延設されることにより、前記駆動領域の圧電体の前記厚み方向の両側は、前記複数の電極対によって、前記圧電トランス素子の長手方向の略全長にわたって覆われている
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の圧電トランス素子。
【請求項４】
前記複数の電極対のうち一部の電極対によって駆動可能である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の圧電トランス素子。
【請求項５】
前記駆動領域の圧電体は、全体にわたって同一方向に分極されており、前記複数の電極対には、前記複数の振動モードが切り替えられるのに応じて、同位相の入力電圧を選択的に印加可能である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の圧電トランス素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電トランス素子に関し、例えば、冷陰極管の点灯駆動用の電源等に用いて好適な圧電トランス素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、入力電圧が印加される駆動領域（入力領域）と、高電圧を発生する発電領域（出力領域）とが長手方向に形成された所謂、ローゼン型圧電トランス素子が各種提案されており、近年においては、係るローゼン型とは異なり、例えば特許文献１及び特許文献２に記載されているように、駆動領域と、発電領域とが積層された構造を有する圧電トランス素子が提案されている。
【０００３】
図９は、特許文献１及び特許文献２に提案されている従来例としての積層構造を有する圧電トランス素子１００の動作特性及び構造を例示する図であり、図９（ａ）では、圧電トランス素子１００のグランドＧを基準とした電位（出力電圧）Ｖを破線で、長手方向の応力Ｆの大きさ（応力分布）を実線で示しており、図９（ｂ）は、圧電トランス素子１００の正面図である（矢線は、分極方向を表わす）。
【０００４】
圧電トランス素子１００は、図９（ｂ）に示すように、入力電圧を印加する入力電極１０３Ａ及び１０３Ｂが形成されると共に厚み方向に分極された圧電体からなる駆動領域と、高電圧を取り出す出力電極１０１−１及び１０１−２、１０２が形成されると共に長手方向に分極された圧電体からなる発電領域とが、該厚み方向に絶縁層３００を介して積層された構造を有している。
【０００５】
このような構造を有する圧電トランス素子１００において、リード端子ＩＮを介して入力電極１０３Ａ及び１０３Ｂに入力電圧が印加されると、圧電トランス素子１００は、図９（ａ）に示す動作特性にて駆動され、これによりリード端子Ｇ（グランド）及びＯＵＴから高電圧を取り出すことができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１６３４３２号公報（第１図及び第９図）
【特許文献２】
特開平１１−２０４８５２号公報（第１図及び第２図）
【発明が解決しようとする課題】
上記積層構造を有する圧電トランス素子は、発電領域と駆動領域とが長手方向の前面にわたって積層された構造のため、従来からのローゼン型の圧電トランス素子と比較して駆動効率に優れるが、その駆動に際して、図９（ａ）に示す如く振動（共振）モードとしてλ／２モードでしか駆動することができない（λは波長である。以下同様）。このため、搭載される電子回路の省スペース化を図るべく、単一の圧電トランス素子を複数の振動モードにて駆動することはできないので、応用性に欠ける。
【０００７】
そこで本発明は、複数の振動モードにて駆動可能な積層構造の圧電トランス素子の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係る圧電トランスは、以下の構成を特徴とする。
【０００９】
即ち、入力電圧を印加する入力電極が形成されると共に厚み方向に分極された圧電体からなる駆動領域と、高電圧を取り出す出力電極が形成されると共に長手方向に分極された圧電体からなる発電領域とが該厚み方向に積層された圧電トランス素子（１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）であって、
前記駆動領域には、複数の振動モードで駆動するための複数の電極対が、前記入力電極として形成されており、その個々の電極対は、前記駆動領域の圧電体の前記厚み方向の両側において、該複数の振動モードのうち高次側の振動モードにて該圧電トランス素子が駆動された際に発生する応力分布の腹の位置に形成されていることを特徴とする。
【００１０】
好適な実施形態において、前記複数の電極対は、それぞれが略同じ大きさであると良い。
【００１１】
また、例えば前記個々の電極対が、前記腹の位置を基準として前記圧電トランス素子の前記長手方向に延設されることにより、前記駆動領域の圧電体の前記厚み方向の両側は、前記複数の電極対によって、前記圧電トランス素子の長手方向の略全長にわたって覆われていると良い。
【００１２】
また、上記構造の圧電トランス素子においては、例えば、後述する第２乃至第４の実施形態（図３乃至図８）における圧電トランス素子（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）の如く、前記複数の電極対のうち一部の電極対によって駆動すると良い。
【００１３】
また、上記構造の圧電トランス素子においては、例えば、後述する第２乃至第４の実施形態（図３乃至図８）における圧電トランス素子（１Ａ，１Ｂ，１Ｃ）の如く、前記駆動領域の圧電体は、全体にわたって同一方向に分極されており、前記複数の電極対には、前記複数の振動モードが切り替えられるのに応じて、同位相の入力電圧を選択的に印加すると良い。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る圧電トランス素子の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る圧電トランス素子１を示す斜視図である。また、図２は、第１の実施形態に係る圧電トランス素子１の動作特性（図２（ａ）及び（ｂ）及び構造（図２（ｃ））を示す図である。
【００１６】
より具体的に、図２（ａ）では、λ／２モードにて駆動した場合について、圧電トランス素子１のグランドＧを基準とした電位（出力電圧）Ｖを破線で、長手方向の応力Ｆの大きさ（応力分布）を実線で示しており、図２（ｂ）では、λモードにて駆動した場合についての同様な動作特性を示しており、図２（ｃ）は、それら動作特性に長手方向において対応させて表現した圧電トランス素子１の正面図である（矢線は、分極方向を表わす。以下同様）。
【００１７】
圧電トランス素子１は、複数の振動モード（λ／２モードまたはλモード）による駆動を実現すべく、駆動領域と、発電領域とが、該厚み方向に絶縁層３０を介して、図１及び図２（ｃ）に示す如く積層された構造を有している。
【００１８】
駆動領域には、厚み方向に分極された圧電体４２の両側において、２組の電極対１３Ａ及び１３Ｂと、１４Ａ及び１４Ｂとが、入力電圧を印加する入力電極として形成されており、当該個々の電極対は、図２（ｂ）に示すように、当該複数の振動モードのうち高次側の振動モード（λモード）にて圧電トランス素子１が駆動された際に発生する応力分布の腹の位置を基準として、長手方向に延設されている。
【００１９】
一方、発電領域には、長手方向に分極された圧電体４１−１及び４１−２に、高電圧を取り出す出力電極１２、グランドとして機能する電極１１−１及び１１−２が形成されており、このうちグランドとして機能する電極１１−１及び１１−２は、圧電トランス素子１の両端面に形成され、出力電極１２は、当該素子の長手方向の中央において、一例として、当該発電領域の露出部において短手方向に取り巻くように形成されている（以下の各実施形態においても同様である）。
【００２０】
上記の駆動領域と発電領域との間において長手方向に延設された絶縁層３０には、アルミナ、セラミック、樹脂、ガラス等の材料を適宜採用することができる。
【００２１】
このような構造を有する圧電トランス素子１において、リード端子ＩＮ１及びＩＮ２を介して、入力電極である２組みの電極対１３Ａ及び１３Ｂと、１４Ａ及び１４Ｂとに対して、振動モードに応じて以下のように入力電圧を印加する。
【００２２】
即ち、λ／２モードにて駆動する場合においては、電極対１３Ａ及び１３Ｂと、電極対１４Ａ及び１４Ｂとに対して、同位相（同相）の駆動信号を印加することにより、圧電トランス素子１は、図２（ａ）に示す動作特性にて駆動される。
【００２３】
一方、λモードにて駆動する場合においては、電極対１３Ａ及び１３Ｂと、電極対１４Ａ及び１４Ｂとに対して、互いに逆位相（逆相）の駆動信号を印加することにより、圧電トランス素子１は、図２（ｂ）に示す動作特性にて駆動される。
【００２４】
従って、圧電トランス素子１によれば、何れの振動モードの場合においても、リード端子Ｇ（グランド）及びＯＵＴからは、図２（ａ）及び図２（ｂ）に破線で示す出力電圧Ｖから判るように、高電圧を取り出すことができる。
【００２５】
また、本実施形態において、駆動領域の圧電体４２は、図２（ｃ）に示すように全体にわたって同一方向に分極されており、互いに逆方向に分極されている場合と異なり、分極時の高電圧印加における近接電極への影響を考慮する必要が無いので、当該２組の電極対間に大きなギャップ（間隔）を設けること無く、それぞれ圧電トランス素子１の長手方向の全長Ｌの略半分（Ｌ／２）にわたって近接して配置することができる。このため、駆動領域の圧電体４２の厚み方向の両側は、これら略同じ大きさの複数の電極対によって、圧電トランス素子１の長手方向の略全長にわたって覆うことができるので、本実施形態に係る圧電トランス素子１は、従来例として上述した圧電トランス素子１００（即ち、駆動領域に１組の電極対１０３Ａ及び１０３Ｂを有する）と略同等な駆動効率を実現することができる。
【００２６】
以上説明したように、本実施形態に係る圧電トランス素子１によれば、積層構造を有する単一の圧電トランス素子を、λ／２モード及びλモードという複数の振動モードにて駆動することができるので、搭載されるべき電子回路の省スペース化等を実現することができ、利便性に優れる。
【００２７】
尚、本実施形態では、図２（ｃ）に示すように、圧電体４１−１と圧電体４１−２とが、それぞれグランドとして機能する出力電極１１−１及び１１−２から、当該素子の中央に設けられた出力電極１２に向かって、即ち、同一方向に分極された例を示したが、この構造に限られるものではなく、圧電体４１−１と圧電体４１−２とが長手方向において互いに異なる方向に分極した構造を採用することもでき、この場合、出力電極１２は、共通のグランドとして機能する。
【００２８】
［第２の実施形態］
第１の実施形態では、圧電トランス素子１の駆動領域に、上述した如く２組の電極対１３Ａ及び１３Ｂと、１４Ａ及び１４Ｂとを設けることによって、積層構造の圧電トランス素子における複数の振動（駆動）モードによる駆動を実現した。しかしながら、圧電トランス素子１においては、その実現のために駆動領域に設けられた２組の電極対に対して、λモードにて駆動する場合においては、互いに逆位相の駆動信号を印加する必要がある。このことは、圧電トランス素子１を駆動するための駆動回路（不図示）において、当該複数の振動モードの切り替えに応じて印加すべき駆動信号の位相を反転することが可能な回路構成が必要であることを意味し、搭載されるべき電子回路全体の簡素化を図る観点からは好ましくない。
【００２９】
そこで、本実施形態では、駆動回路を簡素化することが可能な圧電トランス素子（１Ａ）について説明する。
【００３０】
図３は、第２の実施形態に係る圧電トランス素子１Ａを示す斜視図である。また、図４は、第２の実施形態に係る圧電トランス素子１Ａの動作特性（図４（ａ）及び（ｂ）及び構造（図４（ｃ））を示す図である。
【００３１】
より具体的に、図４（ａ）では、λ／２モードにて駆動した場合について、圧電トランス素子１ＡのグランドＧを基準とした電位（出力電圧）Ｖを破線で、長手方向の応力Ｆの大きさ（応力分布）を実線で示しており、図４（ｂ）では、３λ／２モードにて駆動した場合についての同様な動作特性を示しており、図４（ｃ）は、それら動作特性に長手方向において対応させて表現した圧電トランス素子１Ａの正面図である。
【００３２】
圧電トランス素子１Ａは、複数の振動モード（λ／２モードまたは３λ／２モード）による駆動を実現すべく、駆動領域と、発電領域とが、該厚み方向に絶縁層３０を介して、図３及び図４（ｃ）に示す如く積層された構造を有している。
【００３３】
駆動領域には、厚み方向に分極された圧電体４６の両側において、３組の電極対１７Ａ及び１７Ｂ、１８Ａ及び１８Ｂ、並びに１９Ａ及び１９Ｂが、入力電圧を印加する入力電極として形成されており、当該個々の電極対は、図４（ｂ）に示すように、当該複数の振動モードのうち高次側の振動モード（３λ／２モード）にて圧電トランス素子１Ａが駆動された際に発生する応力分布の腹の位置を基準として、長手方向に延設されている。
【００３４】
一方、発電領域には、長手方向に分極された圧電体４５−２及び４５−３に、高電圧を取り出す出力電極１５−１及び１５−２、１６（グランド）が形成されており、このうち出力電極１５−１は、圧電トランス素子１の一端面から長手方向Ｌ／３の位置に形成され、出力電極１５−２は、当該素子の他端面に形成され、グランドとして機能する出力電極１６は、出力電極１５−１及び１５−２間の、当該他端面から長手方向Ｌ／３の位置に形成されている。また、出力電極１５−１及び１６は、一例として、当該発電領域の露出部において短手方向に取り巻くように形成されている。
【００３５】
また、発電領域において、圧電体４５−２と圧電体４５−３とは、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す如く出力電極１６から出力電極１５−１及び１５−２に向かって、即ち、同一方向に分極されているが、圧電体４５−１は分極されておらず、このため応力は図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す如く発生するものの、駆動に際しての出力電圧の取り出しのためには寄与しない。
【００３６】
このような構造を有する圧電トランス素子１Ａにおいて、リード端子ＩＮ１及びＩＮ２を介して、入力電極である３組みの電極対１７Ａ及び１７Ｂ、１８Ａ及び１８Ｂ、並びに１９Ａ及び１９Ｂに対して、振動モードに応じて以下のように入力電圧を印加する。
【００３７】
即ち、λ／２モードにて駆動する場合においては、２組の電極対１７Ａ及び１７Ｂと、１９Ａ及び１９Ｂとに対しては同位相の駆動信号を印加する一方で、残る１組の電極対１８Ａ及び１８Ｂには駆動信号を印加しないことにより、圧電トランス素子１Ａは、図４（ａ）に示す動作特性にて駆動される。
【００３８】
一方、３λ／２モードにて駆動する場合においては、３組の電極対１７Ａ及び１７Ｂ、１８Ａ及び１８Ｂ、並びに１９Ａ及び１９Ｂにそれぞれ同位相の駆動信号を印加することにより、圧電トランス素子１Ａは、図４（ｂ）に示す動作特性にて駆動される。
【００３９】
従って、圧電トランス素子１Ａによれば、何れの振動モードの場合においても、リード端子Ｇ（グランド）及びＯＵＴからは、図４（ａ）及び図４（ｂ）に破線で示す出力電圧Ｖから判るように高電圧を取り出すことができる。
【００４０】
また、本実施形態において、駆動領域の圧電体４６は、図４（ｃ）に示すように全体にわたって同一方向に分極されており、互いに逆方向に分極されている場合と異なり、分極時の高電圧印加における近接電極への影響を考慮する必要が無いので、当該３組の電極対間に大きなギャップ（間隔）を設けること無く、それぞれ圧電トランス素子１Ａの長手方向の全長Ｌの略１／３にわたって近接して配置することができる。このため、駆動領域の圧電体４６の厚み方向の両側は、これら略同じ大きさの複数の電極対によって、圧電トランス素子１Ａの長手方向の略全長にわたって覆うことができるので、本実施形態に係る圧電トランス素子１Ａは、従来例として上述した圧電トランス素子１００（即ち、駆動領域に１組の電極対１０３Ａ及び１０３Ｂを有する）と略同等な駆動効率を実現することができる。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態に係る圧電トランス素子１Ａによれば、積層構造を有する単一の圧電トランス素子を、λ／２モード及び３λ／２モードという複数の振動モードにて駆動することができるので、搭載されるべき電子回路の省スペース化等を実現することができ、利便性に優れる。
【００４２】
更に、圧電トランス素子１Ａによれば、３λ／２モードにて駆動する場合には、３組の電極対１７Ａ及び１７Ｂ、１８Ａ及び１８Ｂ、並びに１９Ａ及び１９Ｂにそれぞれ同位相の駆動信号を印加する一方で、λ／２モードにて駆動する場合には、それらのうち一部の電極対である電極対１７Ａ及び１７Ｂと、１９Ａ及び１９Ｂとにだけ同位相の駆動信号を印加すれば、何れの振動モードにおいても出力電圧Ｖを取り出すことができる。従って、第１の実施形態における圧電トランス素子１を駆動する場合と異なり、圧電トランス素子１Ａを駆動するための駆動回路（不図示）において、当該複数の振動モードの切り替えに応じて印加すべき駆動信号の位相を反転する回路構成を必要としないため、搭載されるべき電子回路全体の簡素化を図ることができる。
【００４３】
［第３の実施形態］
次に、上述した第２の実施形態に係る圧電トランス素子１Ａを基本とする第３の実施形態を説明する。
【００４４】
上述した第２の実施形態に係る圧電トランス素子１Ａによれば、駆動するための駆動回路（不図示）において、当該複数の振動モードの切り替えに応じて印加すべき駆動信号の位相を反転する回路構成を必要としないため、搭載されるべき電子回路全体の簡素化を図ることができるが、例えば、本願出願人が先に出願しているストロボ装置（特願２００２−２１００４７等）における充放電コンデンサの充電用及び放電管の放電トリガ用に採用する場合のように、異なる複数の振動モードにおいて大きさが異なる出力電圧を選択的に取り出して利用したい場合がある。
【００４５】
そこで、本実施形態では、駆動信号の位相を反転する回路構成を必要とせず、且つ複数の振動モードにおいて大きさが異なる出力電圧を選択的に入手可能な圧電トランス素子（１Ｂ）について説明する。
【００４６】
以下の説明においては、第２の実施形態と同様な構成については重複する説明を省略し、本実施形態における特徴的な部分を中心に説明する。
【００４７】
図５は、第３の実施形態に係る圧電トランス素子１Ｂを示す斜視図である。また、図６は、第３の実施形態に係る圧電トランス素子１Ｂの動作特性（図６（ａ）及び（ｂ）及び構造（図６（ｃ））を示す図である。
【００４８】
より具体的に、図６（ａ）では、λ／２モードにて駆動した場合について、圧電トランス素子１ＢのグランドＧを基準とした電位（出力電圧）Ｖを破線で、長手方向の応力Ｆの大きさ（応力分布）を実線で示しており、図６（ｂ）では、３λ／２モードにて駆動した場合についての同様な動作特性を示しており、図６（ｃ）は、それら動作特性に長手方向において対応させて表現した圧電トランス素子１Ｂの正面図である。
【００４９】
圧電トランス素子１Ｂは、複数の振動モード（λ／２モードまたは３λ／２モード）による駆動を実現すべく、駆動領域と、発電領域とが、該厚み方向に絶縁層３０を介して、図５及び図６（ｃ）に示す如く積層された構造を有しており、駆動領域の構造は、上述した第２の実施形態に係る圧電トランス素子１Ａと同様なため説明を省略する。
【００５０】
一方、発電領域には、長手方向に分極された圧電体５１−１及び５１−２に、高電圧を取り出す出力電極２１−１及び２１−２、２２（グランド）が形成されており、このうち出力電極２１−１及び２１−２は、圧電トランス素子１Ｂの両端面に形成され、グランドとして機能する出力電極２２は、当該素子の長手方向の一端面からＬ／３の位置において、一例として、当該発電領域の露出部において短手方向に取り巻くように形成されている。
【００５１】
また、発電領域において、圧電体５１−１と圧電体５１−２とは、図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す如く出力電極２２から出力電極２１−１及び２１−２に向かって、即ち、同一方向に分極されており、第２の実施形態に係る圧電トランス素子１Ａとは異なり、当該発電領域全体が駆動に際しての出力電圧の取り出しのために寄与する。
【００５２】
このような構造を有する圧電トランス素子１Ｂにおいて、リード端子ＩＮ１及びＩＮ２を介して、入力電極である３組みの電極対１７Ａ及び１７Ｂ、１８Ａ及び１８Ｂ、並びに１９Ａ及び１９Ｂに対して、振動モードに応じて以下のように入力電圧を印加する。
【００５３】
即ち、λ／２モードにて駆動する場合においては、３組の電極対１７Ａ及び１７Ｂ、１８Ａ及び１８Ｂ、並びに１９Ａ及び１９Ｂにそれぞれ同位相の駆動信号を印加することにより、圧電トランス素子１Ｂは、図６（ａ）に示す動作特性にて駆動される。
【００５４】
一方、３λ／２モードにて駆動する場合においては、２組の電極対１７Ａ及び１７Ｂと、１９Ａ及び１９Ｂとに対しては同位相の駆動信号を印加する一方で、残る１組の電極対１８Ａ及び１８Ｂには駆動信号を印加しないことにより、圧電トランス素子１Ｂは、図６（ｂ）に示す動作特性にて駆動される。
【００５５】
従って、圧電トランス素子１Ｂによれば、図６（ａ）及び図６（ｂ）に破線で示す出力電圧Ｖから判るように、第１共振モード（λ／２モード）にて駆動されているときには、第１の出力電圧を、リード端子Ｇ（グランド）及びＯＵＴ１から取り出し可能である一方で、その第１共振モードとは異なる第２共振モード（３λ／２モード）にて駆動されているときには、該第１の出力電圧とは大きさが異なる第２の出力電圧を、リード端子Ｇ及びＯＵＴ２から取り出し可能である。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態に係る圧電トランス素子１Ｂによれば、第２の実施形態に係る圧電トランス素子１Ａと同様な効果に加えて、複数の振動モードにおいて大きさが異なる出力電圧を選択的に取り出すことができる。
【００５７】
［第４の実施形態］
次に、上述した第３の実施形態に係る圧電トランス素子１Ｂを基本とする第４の実施形態を説明する。
【００５８】
上述した第３の実施形態に係る圧電トランス素子１Ｂによれば、駆動信号の位相を反転する回路構成を必要とせず、且つ複数の振動モードにおいて大きさが異なる出力電圧を選択的に入手可能であり、利便性が高い。
【００５９】
ところで、従来のローゼン型の圧電トランス素子では、駆動領域と発電領域とが長手方向の端面においてのみ接合された構造を有している。このため、ローゼン型の圧電トランス素子を設計する際には、負荷として接続される電子回路に合わせて、当該素子の出力インピーダンス及び昇圧比を考慮する必要があり、その際、設計者は、要求された仕様に満足させるべく、素子全体（駆動領域及び発電領域）の形状やサイズを含めて新規に設計する場合が多い。従って、従来のローゼン型の圧電トランス素子の設計においては、基本的な素子形状が統一され、各種仕様の基本となる標準的な素子を予め用意することが困難であるため設計効率が良くない。
【００６０】
特に、ローゼン型の圧電トランス素子において複数の振動モードによる駆動を実現する場合には、その駆動領域を複雑な構造にしなければならないため、要求された仕様を満足する圧電トランス素子の顧客への短納期の実現やコスト低減等を図る際の障害となっており、低い設計効率が問題となる。
【００６１】
そこで、本実施形態では、基本的な素子形状を変更することなく、出力インピーダンス及び昇圧比を設計に際して容易に変更可能な圧電トランス素子（１Ｃ）について説明する。
【００６２】
以下の説明においては、第３の実施形態と同様な構成については重複する説明を省略し、本実施形態における特徴的な部分を中心に説明する。
【００６３】
図７は、第４の実施形態に係る圧電トランス素子１Ｃを示す斜視図である。また、図８は、第４の実施形態に係る圧電トランス素子１Ｃの動作特性（図８（ａ）及び（ｂ）及び構造（図８（ｃ））を示す図である。
【００６４】
より具体的に、図８（ａ）では、λ／２モードにて駆動した場合について、圧電トランス素子１ＣのグランドＧを基準とした電位（出力電圧）Ｖを破線で、長手方向の応力Ｆの大きさ（応力分布）を実線で示しており、図８（ｂ）では、３λ／２モードにて駆動した場合についての同様な動作特性を示しており、図８（ｃ）は、それら動作特性に長手方向において対応させて表現した圧電トランス素子１Ｃの正面図である。
【００６５】
圧電トランス素子１Ｃは、複数の振動モード（λ／２モードまたは３λ／２モード）による駆動を実現すべく、駆動領域と、発電領域とが、該厚み方向に絶縁層３０を介して、図７及び図８（ｃ）に示す如く積層された構造を有しており、係る駆動領域及び発電領域の構造及び動作は、上述した第３の実施形態に係る圧電トランス素子１Ｂと基本的に同様であるが、要求された仕様に基づく設計に際して、発電領域側の構造を容易に変更できるように考慮されている点が異なる。
【００６６】
即ち、圧電トランス素子１Ｃにおいて、発電領域には、高電圧を取り出す出力電極２５−１及び２５−２、２６（グランド）が形成されており、このうち出力電極２５−２は、圧電トランス素子１Ｃの長手方向の一端面に形成され、グランドとして機能する出力電極２６は、当該一端面からＬ／３の位置において、一例として、当該発電領域の露出部において短手方向に取り巻くように形成されている。そして、出力電極２５−２及び２６間の圧電体５５−３の分極方向は、圧電トランス素子１Ｂの場合の圧電体５１−２と同じである。
【００６７】
但し、圧電トランス素子１Ｃの発電領域において、出力電極２５−１は、当該素子端面から長手方向の電極２６に近接するまでの領域において容易に変更できるように考慮されている。即ち、設計者は、要求された仕様を満足すべく、設計対象の素子によって駆動する負荷を最適な状態で駆動するための出力インピーダンス及び昇圧比を満足することが可能な出力電極２５−１の位置を、基本的な素子形状を変更することなく、当該素子端面から長手方向の電極２６に近接するまでの領域において決定する。より具体的には、出力電極２５−１の位置を、圧電トランス素子１Ｃの内側に設ける程、出力インピーダンスを低くすることができる。
【００６８】
また、本実施形態において、当該他端面と、グランドとして機能する出力電極２６との間に位置する圧電体５５−１及び５５−２は、出力電極２５−１が当該他端面に位置する場合には第２の実施形態における圧電トランス素子１Ｂの圧電体５１−１と同様な構成及び分極方向を採る。一方、出力電極２５−１が当該他端面より内側に位置する場合には、圧電体５５−１と圧電体５５−２との間に出力電極２５−１が配置され、その場合、少なくとも圧電体５５−２が、圧電体５５−３の分極方向と同一方向とすれば良い。
【００６９】
そして、このような構造を有する圧電トランス素子１Ｃにおいて、λ／２モードにて駆動する場合においては、３組の電極対１７Ａ及び１７Ｂ、１８Ａ及び１８Ｂ、並びに１９Ａ及び１９Ｂにそれぞれ同位相の駆動信号を印加することにより、圧電トランス素子１Ｃは、図８（ａ）に示す動作特性にて駆動される。
【００７０】
一方、３λ／２モードにて駆動する場合においては、２組の電極対１７Ａ及び１７Ｂと、１９Ａ及び１９Ｂとに対しては同位相の駆動信号を印加する一方で、残る１組の電極対１８Ａ及び１８Ｂには駆動信号を印加しないことにより、圧電トランス素子１Ｃは、図８（ｂ）に示す動作特性にて駆動される。
【００７１】
従って、圧電トランス素子１Ｃによれば、図８（ａ）及び図８（ｂ）に破線で示す出力電圧Ｖから判るように、第１共振モード（λ／２モード）にて駆動されているときには、第１の出力電圧を、リード端子Ｇ（グランド）及びＯＵＴ１から取り出し可能である一方で、その第１共振モードとは異なる第２共振モード（３λ／２モード）にて駆動されているときには、該第１の出力電圧とは大きさが異なる第２の出力電圧を、リード端子Ｇ及びＯＵＴ２から取り出し可能である。
【００７２】
以上説明したように、本実施形態に係る圧電トランス素子１Ｃによれば、第２の実施形態に係る圧電トランス素子１Ａと同様な効果、並びに第３の実施形態に係る圧電トランス素子１Ｂと同様に複数の振動モードにおいて大きさが異なる出力電圧を選択的に取り出すことができるのに加えて、設計に際して、基本的な素子形状を変更することなく、出力インピーダンス及び昇圧比を容易に変更することができる。従って、圧電トランス素子１Ｃによれば、要求された仕様を満足する圧電トランス素子の顧客への短納期の実現やコスト低減等を図ることができ、高い設計効率を実現することができる。
【００７３】
尚、上述した各実施形態においては、各入力電極及び出力電極の少なくとも一部が素子外部に露出した構造を例に説明したが、係る構造に限られるものではなく、例えば、素子内部に複数の内部電極が積層され、それら内部電極を当該素子内部または外部に設けた層間接続導体を利用して電気的に接続する構造を採用しても良い。
【００７４】
【発明の効果】
上述した本発明によれば、複数の振動モードにて駆動可能な積層構造の圧電トランス素子の提供が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係る圧電トランス素子１を示す斜視図である。
【図２】第１の実施形態に係る圧電トランス素子１の動作特性（図２（ａ）及び（ｂ）及び構造（図２（ｃ））を示す図である。
【図３】第２の実施形態に係る圧電トランス素子１Ａを示す斜視図である。
【図４】第２の実施形態に係る圧電トランス素子１Ａの動作特性（図４（ａ）及び（ｂ）及び構造（図４（ｃ））を示す図である。
【図５】第３の実施形態に係る圧電トランス素子１Ｂを示す斜視図である。
【図６】第３の実施形態に係る圧電トランス素子１Ｂの動作特性（図６（ａ）及び（ｂ）及び構造（図６（ｃ））を示す図である。
【図７】第４の実施形態に係る圧電トランス素子１Ｃを示す斜視図である。
【図８】第４の実施形態に係る圧電トランス素子１Ｃの動作特性（図８（ａ）及び（ｂ）及び構造（図８（ｃ））を示す図である。
【図９】従来例としての積層構造を有する圧電トランス素子１００の動作特性及び構造を例示する図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１００：圧電トランス素子，
４１−１〜４１−２，４５−１〜４５−３，５１−１〜５１−２，５５−１〜５５−３：発電領域側圧電体，
４２，４６，５２，５６：駆動領域側圧電体，
１３Ａ−１３Ｂ，１４Ａ−１４Ｂ，１７Ａ−１７Ｂ，１８Ａ−１８Ｂ，１９Ａ−１９Ｂ，１０３Ａ−１０３Ｂ：入力電極，
１１−１，１１−２，１２，１５−１，１５−２，１６，２１−１，２１−２，２２，２５−１，２５−２，２６，１０１−１，１０１−２，１０２：出力電極，
３０，３００：絶縁層，
【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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