(57)【要約】【課題】高電圧を高効率で出力するとともに力率を向上させ、回路全体の効率を高くできる圧電トランスを提供する。【解決手段】長手方向の一方に入力領域１１０、他方に出力領域１２０を有する矩形の圧電トランス１００であって、厚み方向に分極された圧電層と主面に平行に設けられた入力電極１１１ａ、１１２ａとからなり、入力電極１１１ａ、１１２ａに入力電圧が印加される複数の入力部１１１、１１２と、長手方向に分極された圧電体と端面に設けられた出力電極１６０とからなり、入力電圧の印加により、出力電極１６０に出力電圧を発生させる複数の出力部１２１、１２２と、を備え、入力部１１１、１１２および出力部１２１、１２２のそれぞれは、長手方向に全長を４以上の自然数ｎで等分した長さを有し、長手方向に連続して設けられている。【選択図】図１
2012009708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向の一方に入力領域、他方に出力領域を有する矩形の圧電トランスであって、
厚み方向に分極された圧電層と主面に平行に設けられた入力電極とからなり、前記入力電極に入力電圧が印加される複数の入力部と、
長手方向に分極された圧電体と端面に設けられた出力電極とからなり、前記入力電圧の印加により、前記出力電極に出力電圧を発生させる複数の出力部と、を備え、
前記入力部および出力部のそれぞれは、長手方向に全長を４以上の自然数ｎで等分した長さを有し、長手方向に連続して設けられていることを特徴とする圧電トランス。
【請求項２】
前記入力部の数をｉとし、前記出力部の数をｋとすると、ｉ＋ｋ＝ｎであり、｜ｉ−ｋ｜≦１であることを特徴とする請求項１記載の圧電トランス。
【請求項３】
前記各入力部は、隣り合う入力部の分極方向とは逆向きに分極し、
前記各出力部は、隣り合う出力部の分極方向とは逆向きに分極していることを特徴としている請求項１または請求項２記載の圧電トランス。
【請求項４】
前記各入力部は、隣り合う入力部の分極方向と同じ向きに分極し、
前記各出力部は、隣り合う出力部の分極方向とは逆向きに分極していることを特徴としている請求項１または請求項２記載の圧電トランス。
【請求項５】
前記圧電層または圧電体は、３１モードの周波数定数がＮ３１である圧電材料で形成され、
（Ｎ３１・ｎ）／１４０００以下である長手方向の長さを有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の圧電トランス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、長手方向の一方に入力領域、他方に出力領域を有する矩形の圧電トランスに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電トランスは、共振振動を利用する昇圧部品である。例えば、液晶バックライト点灯用インバータでは、入力される１２Ｖ程度の電圧に対し、数ｋＶの高電圧を発生させバックライト用のＣＣＦＬを点灯させる。そして、薄さが要求される液晶バックライト点灯用インバータの昇圧部品に、圧電トランスが用いられている。このような圧電トランスとして、複数の出力部を有するものが提案されている（特許文献１、２参照）。また、複数の入力部および複数の出力部を有する中央駆動型の圧電トランスも開発されている（特許文献３参照）。
【０００３】
たとえば特許文献１記載の圧電トランスは、長手方向の一方に入力領域、他方に出力領域を有し、一つの入力部と長手方向に連続して設けられた複数の出力部とを備えており、ｎ次の共振振動を発生させることで、定常的な高電圧の発生を可能にしている。図１０、図１１は、このような従来の圧電トランス８００、９００の斜視図である。図１０、図１１では、便宜上圧電トランス８００、９００の内部に設けられた電極も透視可能に表現している（以下、斜視図はすべて同様）。
【０００４】
圧電トランス８００は、長手方向の一方に入力領域８１０、他方に出力領域８２０を有し、矩形状に形成されている。入力領域８１０は、厚み方向に入力部と入力電極とが積層した構造を有し、厚み方向に区分された入力部は、１層毎に逆方向になるように交互の方向に分極されている。
【０００５】
出力領域８２０内には、第１〜第３の出力部８２１〜８２３が長手方向に連続して設けられている。各出力部８２１〜８２３は長手方向に分極処理されており、隣り合う分極方向は、逆向きである。圧電トランス８００は、長手方向に４等分に区分された構造を有している。入力領域８１０および各出力部８２１〜８２３の長手方向の長さは、それぞれ圧電トランス８００の長手方向の全長Ｌ８を４等分した長さＬ８／４である。第１の中間電極８５１は、第１の出力部８２１と第２の出力部８２２との間に設けられている。第２の中間電極８５２は、第２の出力部８２２と第３の出力部８２３との間に設けられている。出力電極８６０は、出力領域８２０の長手方向の端部に設けられている。
【０００６】
圧電トランス９００も同様に長手方向の一方に入力領域９１０、他方に出力領域９２０を有し、矩形状に形成されている。出力領域９２０内には、第１〜第４の出力部９２１〜９２４が長手方向に連続して設けられている。圧電トランス９００は、長手方向に５等分に区分された構造を有している。入力領域９１０および各出力部９２１〜９２４の長手方向の長さは、それぞれ圧電トランス９００の長手方向の全長Ｌ９を５等分した長さＬ９／５である。第１〜第３の中間電極９５１〜９５３が、各出力部９２１〜９２４との間に設けられている。出力電極９６０は、出力領域９２０の長手方向の端部に設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−３０２３８２号公報
【特許文献２】特許第３９７８４７２号公報
【特許文献３】特許第２８５０２１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記のような圧電トランスは、高電圧を高効率で出力できるものの、入力領域が小さいことが影響し、その力率は小さくなる。したがって、駆動時に同じ電力を投入しようとすると、大きな電流を流す必要がある。そして、圧電トランスの入力電極の抵抗によるロスや、回路で使用しているMOSFETのスイッチングロス、on抵抗によるロスが大きくなり、圧電トランス単体では効率が高くても回路を含めた全体の効率は低くなる。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高電圧を高効率で出力するとともに力率を向上させ、回路全体の効率を高くできる圧電トランスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）上記の目的を達成するため、本発明の圧電トランスは、長手方向の一方に入力領域、他方に出力領域を有する矩形の圧電トランスであって、厚み方向に分極された圧電層と主面に平行に設けられた入力電極とからなり、前記入力電極に入力電圧が印加される複数の入力部と、長手方向に分極された圧電体と端面に設けられた出力電極とからなり、前記入力電圧の印加により、前記出力電極に出力電圧を発生させる複数の出力部と、を備え、前記入力部および出力部のそれぞれは、長手方向に全長を４以上の自然数ｎで等分した長さを有し、長手方向に連続して設けられていることを特徴としている。
【００１１】
このようにして、本発明の圧電トランスに固有のモードである共振周波数の交流電圧を入力すると、圧電トランスに応力分布が発生し、その出力電極には積算された高電圧が発生する。そして、その際に力率を大きくすることができ、駆動時に同じ電力を投入するのに、小さな電流で済み、回路で使用しているMOSFETのスイッチングロスやon抵抗によるロスを低減し、圧電トランスを含む回路全体の効率を高くすることができる。
【００１２】
（２）また、本発明の圧電トランスは、前記入力部の数をｉとし、前記出力部の数をｋとすると、ｉ＋ｋ＝ｎであり、｜ｉ−ｋ｜≦１であることを特徴としている。これにより、力率を向上させつつ、出力インピーダンスを高く維持できるため、負荷の仕様に応じて昇圧することが可能になる。
【００１３】
（３）また、本発明の圧電トランスは、前記各入力部は、隣り合う入力部の分極方向とは逆向きに分極し、前記各出力部は、隣り合う出力部の分極方向とは逆向きに分極していることを特徴としている。これにより、同じ向きの入力電圧を各入力部の入力電極間に印加することで、圧電トランスを駆動することができる。
【００１４】
（４）また、本発明の圧電トランスは、前記各入力部は、隣り合う入力部の分極方向と同じ向きに分極し、前記各出力部は、隣り合う出力部の分極方向とは逆向きに分極していることを特徴としている。これにより、異なる向きの入力電圧を隣り合う入力部の入力電極間に印加することで、圧電トランスを駆動することができる。
【００１５】
（５）また、本発明の圧電トランスは、前記圧電層または圧電体は、３１モードの周波数定数がＮ３１である圧電材料で形成され、（Ｎ３１・ｎ）／１４０００以下である長手方向の長さを有することを特徴としている。これにより、圧電トランスの共振周波数は可聴周波数域に入ることがなく、不快な音が発生しない。特に、本発明の圧電トランスでは、複数の入力部と複数の出力部を有するため、全長が長くなりがちであり、これに適した材料と寸法を選択することが重要である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高電圧を高効率で出力するとともに力率を向上させ、回路全体の効率を高くできる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施形態に係る圧電トランスの斜視図である。
【図２】（ａ）第１の実施形態に係る圧電トランスの分極処理時の配線例を示す概略図（ｂ）使用時の配線例を示す概略図である。
【図３】（ａ）第１の実施形態に係る圧電トランスの分極処理時の配線例を示す概略図（ｂ）使用時の配線例を示す概略図である。
【図４】第１の実施形態に係る圧電トランスの（ａ）駆動時の応力分布を示すグラフ、（ｂ）駆動時の電圧分布を示すグラフである。
【図５】（ａ）〜（ｄ）第１の実施形態に係る圧電トランスの特性を示すグラフである。
【図６】第２の実施形態に係る圧電トランスの（ａ）斜視図、（ｂ）駆動時の応力分布を示すグラフ、（ｃ）駆動時の電圧分布を示すグラフである。
【図７】第３の実施形態に係る圧電トランスの（ａ）斜視図、（ｂ）駆動時の応力分布を示すグラフ、（ｃ）駆動時の電圧分布を示すグラフである。
【図８】（ａ）〜（ｄ）第２、第３の実施形態に係る圧電トランスの特性を示すグラフである。
【図９】（ａ）４等分に区分された構造を２λ振動モードで駆動したときの、（ｂ）５等分に区分された構造を５λ／２振動モードで駆動したときの、入力領域の数に対する力率および出力インピーダンスの関係を示すグラフである。
【図１０】従来の圧電トランスの斜視図である。
【図１１】従来の圧電トランスの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００１９】
［第１の実施形態］
（圧電トランスの構造）
図１は、圧電トランス１００の斜視図である。圧電トランス１００は、長手方向の一方に入力領域１１０、他方に出力領域１２０を有し、板状すなわち矩形状に形成されている。入力領域１１０は、複数の入力部１１１、１１２で構成されている。入力部１１１は、厚み方向に入力電極１１１ａと圧電層が積層した構造を有している。また、入力部１１２も同様に、厚み方向に入力電極１１２ａと圧電層が交互に積層した構造を有している。入力電極１１１ａ、１１２ａはそれぞれ主面に平行に設けられており、入力電圧が印加される。なお、昇圧比を稼ぐためには上記のような積層構造が好ましいが、積層構造は必須ではない。
【００２０】
厚み方向に積層された圧電層は、１層毎に逆方向になるように交互に厚み方向に分極されている。出力領域１２０内には、第１の出力部１２１および第２の出力部１２２が長手方向に連続して設けられている。各出力部１２１、１２２は、長手方向に分極された圧電体と端面に設けられた出力電極１６０とからなり、出力電極１６０に出力電圧を発生させる。入力部１１１、１１２および出力部１２１、１２２は、長手方向に連続して設けられている。なお、圧電トランス１００内に図示された矢印は、分極方向を示している（以下で説明する他の図面においても同様）。
【００２１】
図１に示すように、圧電トランス１００は、長手方向に４等分された構造を有している。すなわち、入力部１１１、１１２および出力部１２１、１２２のそれぞれの長手方向の長さは、それぞれ圧電トランス１００の長手方向の全長Ｌ１を４等分した長さＬ１／４である。中間電極１５１は、第１の出力部１２１と第２の出力部１２２との間に設けられている。中間電極１５１は、分極用の電極である。分極処理の詳細については後述する。なお、図１に図示される中間電極１５１は積層構造に形成されているが、単に圧電トランス１００の表面に形成されていてもよい。出力電極１６０は、出力領域１２０の長手方向の端部に設けられる。図に示すように端面の一面に電極を設けるのが好ましい。
【００２２】
なお、圧電トランス１００全体を形成する圧電材料の３１モードの周波数定数をＮ３１とするとき、圧電トランス１００の長手方向の全長Ｌ１は４・Ｎ３１／１４０００〔ｍ〕以下である。これにより、圧電トランス１００の共振周波数は可聴周波数域に入ることがなく、不快な音が発生しない。一方で、上記範囲内で圧電トランスを細長くし出力側の静電容量を小さくすることで圧電トランス１００の振動速度を下げ、折損を防止することができる。
【００２３】
入力部１１１の圧電層の分極方向と入力部１１２の圧電層の分極方向との関係は、回路構成によって異なる。図２（ａ）は圧電トランス１００の分極処理時の配線例を示す概略図（ｂ）そのように分極処理された圧電トランス１００の使用時の配線例を示す概略図である。また、図３（ａ）、（ｂ）についても同様に分極処理時と使用時の配線例をそれぞれ示している。
【００２４】
図２に示す例では、入力部１１１の各圧電層の分極方向は、入力部１１２の対応する各圧電層の分極方向と逆方向であり、図２（ａ）に示すように分極処理時にそれぞれ逆方向の電圧を印加することで生成可能である。そして、図２（ｂ）に示すように使用時には入力部１１１、１１２の両方の対応する各圧電層に同じ向きの交流電圧を印加する。その結果、負荷７００に昇圧された出力電圧を印加できる。
【００２５】
一方、図３に示す例では、入力部１１１の各圧電層の分極方向は、入力部１１２の対応する各圧電層の分極方向と同じ方向であり、図３（ａ）に示すように分極処理時に入力部１１１、１１２の両方の対応する各圧電層に同じ方向の電圧を印加することで生成可能である。そして、図３（ｂ）に示すように使用時には入力部１１１の各圧電層の印加方向と入力部１１２の対応する各圧電層の印加方向が逆向きになるように交流電圧を印加する。その結果、負荷７００に昇圧された出力電圧を印加できる。
【００２６】
各出力部１２１、１２２の圧電体は長手方向に分極処理されており、第１の出力部１２１の圧電体の分極方向は、第２の出力部１２２の圧電体の分極方向とは逆向きである。このような構造により、圧電トランス１００を長手方向の４次の共振モードで振動させたときには、定常的に高電圧を発生させることができる。なお、たとえば、入力部１１１、１１２や出力部１２１、１２２の本体部分はＰＺＴ等の圧電材料により形成され、入力電極または出力電極はＡｇ−Ｐｄ等の金属により形成されている。
【００２７】
（作製方法）
次に、圧電トランス１００の作製方法の一例を説明する。まず、圧電材料を調整し、バインダーを混合して圧電材料シートを用意する。この圧電材料シートの所定の位置に、電極ペーストを印刷し、型抜きをする。この際には、長手方向の２／４の区分に入力電極用の印刷をし、残りの２／４を２等分する位置に中間電極用に電極ペーストを印刷する。型抜きされた圧電材料シートを所定枚数重ねて圧着し、焼成する。焼成体の入力部１１１、１１２に設けられた入力電極１１１ａ、１１２ａは、交互に接続するために、圧電トランス１００の側面に接続用の外部電極（図示せず）を設ける。また、中間電極１５１については側面に外部電極（図示せず）を設けてすべてを接続することが好ましい。
【００２８】
上記のようにして得られた焼成体に分極処理を行うことで、圧電トランス１００が完成する。分極処理については上記の図２（ａ）、図３（ａ）による説明の通りである。これにより、各出力部１２１、１２２が長手方向について逆向きの分極方向を有する圧電トランスが完成する。なお、上記の作製方法例では入力領域１１０および出力領域１２０の各部を一体で作製しているが、各部を作製（焼成、分極）した後、接着することで圧電トランス１００全体を作製してもよい。
【００２９】
（駆動方法）
次に、上記のように構成される圧電トランス１００の駆動方法を説明する。まず、入力部１１１、１１２の入力電極１１１ａ、１１２ａに入力電圧を印加する。入力電圧として２λモードの共振周波数の交流電圧を印加すると、圧電トランス１００が２λモードで共振振動する。中間電極１５１は使用せずに、出力電極１６０から出力電圧を得る。なお、図中の入力電極１１１ａ、１１２ａは、それぞれ積層された電極の集合を指している。
【００３０】
図４（ａ）は、圧電トランス１００を駆動させたときの応力分布を示すグラフである。図４（ｂ）は、圧電トランス１００を駆動させたときの電圧分布を示すグラフである。応力分布と分極方向の関係に応じて各出力部１２１、１２２に電界が発生し、発生した電界の長手方向の積分値が出力電圧となる。このとき出力電圧は、応力と分極方向の積に比例する値を積算したものとなる。このようにして、高電圧を効率よく、定常的に発生させることができる。
【００３１】
なお、圧電トランス１００の出力の静電容量は端面の出力電極１６０と入力領域１１０の間の容量となる。圧電トランス１００は、高次の振動モードで動作させるため、共振周波数を比較的高くすることができ、可聴周波数域に入らない振動数で動作できる。
【００３２】
（実施例１）
２λ振動モードの圧電トランス１００（実施例）と圧電トランス８００（従来例）を駆動し、それぞれの周波数特性を測定した。いずれの圧電トランスも、長さ１２５ｍｍ、幅１３ｍｍ、厚さ４．６ｍｍの単板構造に形成した。また、いずれもマッチングインピーダンスの負荷を接続して測定した。図５（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ圧電トランス１００、８００の特性を示すグラフである。図５（ａ）に示すように、圧電トランス１００の昇圧比Ｓ１は、最大で１０．５程度であり、最大でも６．５程度である圧電トランス８００の昇圧比Ｓ８より高いことが実証された。
【００３３】
一方、図５（ｂ）に示すように、圧電トランス１００の力率Ｐ１は、最大で０．３程度であり、０．２に及ばない圧電トランス８００の力率Ｐ８より高いことが実証された。これにより、実施例の方が従来例より皮相電力または入力電流を小さくできることが示された。また、図５（ｄ）に示すように、ピークにおいては圧電トランス１００の効率Ｅ１の方が圧電トランス８００の効率Ｅ８より大きいことが実証された。なお、図５（ｃ）は、入力電圧の周波数に対する圧電トランス１００の入力インピーダンスＺ１および圧電トランス８００のインピーダンスＺ８を示している。
【００３４】
［第２の実施形態］
（圧電トランスの構造）
上記の実施形態では、圧電トランスは２λモードで振動するが、５λ／２モードで振動するものであってもよい。図６は、圧電トランス２００の（ａ）斜視図、（ｂ）駆動時の応力分布を示すグラフ、（ｃ）駆動時の電圧分布を示すグラフである。圧電トランス２００は、長手方向の一方に入力領域２１０、他方に出力領域２２０を有し、板状すなわち矩形状に形成されている。入力領域２１０は、複数の入力部２１１、２１２で構成されている。
【００３５】
入力部２１１は、厚み方向に入力電極２１１ａと圧電層が積層した構造を有している。また、入力部２１２も同様に、厚み方向に入力電極２１２ａと圧電層が交互に積層した構造を有している。なお、昇圧比を稼ぐためには上記のような積層構造が好ましいが、積層構造は必須ではない。厚み方向に積層された圧電層は、１層毎に逆方向になるように交互の方向に分極されている。出力領域２２０内には、第１〜第３の出力部２２１〜２２３が長手方向に連続して設けられている。
【００３６】
図６（ａ）に示すように、圧電トランス２００は、長手方向に５等分に区分された構造を有している。すなわち、各入力部２１１、２１２および各出力部２２１〜２２３の長手方向の長さは、それぞれ圧電トランス２００の長手方向の全長Ｌ２を５等分した長さＬ２／５である。第１の中間電極２５１は、第１の出力部２２１と第２の出力部２２２との間に設けられている。第２の中間電極２５２は、第２の出力部２２２と第３の出力部２２３との間に設けられている。出力電極２６０は、出力領域２２０の長手方向の端部に設けられる。
【００３７】
入力部２１１の圧電層の分極方向と入力部２１２の圧電層の分極方向との関係は、回路構成によって異なる。使用時に入力部２１１の振動方向と入力部２１２の振動方向が逆向きになるように交流電圧を印加する。その結果、負荷７００に昇圧された出力電圧を印加できる。
【００３８】
各出力部２２１、２２２の圧電体は長手方向に分極処理されており、第１の出力部２２１の圧電体の分極方向は、第２の出力部２２２の圧電体の分極方向とは逆向きである。このような構造により、圧電トランス２００を長手方向の５次の共振モードで振動させたときには、定常的に高電圧を発生させることができる。なお、たとえば、入力部２１１、２１２や出力部２２１、２２２の本体部分はＰＺＴ等の圧電材料により形成され、入力電極または出力電極はＡｇ−Ｐｄ等の金属により形成されている。なお、作製方法は出力部の数が異なる以外は圧電トランス１００と同様なので省略する。
【００３９】
（駆動方法）
次に、上記のように構成される圧電トランス２００の駆動方法を説明する。まず、入力部２１１、２１２で積層されている入力電極２１１ａ、２１２ａのそれぞれを交互に接続して、この電極間に入力電圧を印加する。入力電圧として５λ／２モードの共振周波数の交流電圧を印加すると、圧電トランス２００が５λ／２モードで共振振動する。第１の中間電極２５１と第２の中間電極２５２は使用せずに、出力電極２６０から出力電圧を得る。なお、図中の入力電極１１１ａ、１１２ａは、それぞれ積層された電極の集合を指している。
【００４０】
図６（ｂ）は、圧電トランス２００を駆動させたときの応力分布を示すグラフである。図６（ｃ）は、圧電トランス２００を駆動させたときの電圧分布を示すグラフである。応力分布と分極方向の関係に応じて各出力部２２１、２２２、２２３に電界が発生し、発生した電界の長手方向の積分値が出力電圧となる。このとき出力電圧は、応力と分極方向の積に比例する値を積算したものとなる。このようにして、高電圧を効率よく、定常的に発生させることができる。
【００４１】
［第３の実施形態］
（圧電トランスの構造）
上記の実施形態では、５λ／２モードの圧電トランスが入力部を２つ有しているが、３つ有していてもよい。図７は、圧電トランス３００の（ａ）斜視図、（ｂ）駆動時の応力分布を示すグラフ、（ｃ）駆動時の電圧分布を示すグラフである。
【００４２】
圧電トランス３００は、長手方向の一方に入力領域３１０、他方に出力領域３２０を有し、板状すなわち矩形状に形成されている。入力領域３１０は、複数の入力部３１１〜３１３で構成されている。入力部３１１は、厚み方向に入力電極３１１ａと圧電層が積層した構造を有している。また、入力部３１２、３１３も同様に、厚み方向に入力電極３１２ａ、３１３ａと圧電層が交互に積層した構造を有している。なお、昇圧比を稼ぐためには上記のような積層構造が好ましいが、積層構造は必須ではない。厚み方向に積層された圧電層は、１層毎に逆方向になるように交互の方向に分極されている。出力領域３２０内には、第１、第２の出力部３２１、３２２が長手方向に連続して設けられている。
【００４３】
図７（ａ）に示すように、圧電トランス３００は、長手方向に５等分に区分された構造を有している。すなわち、各入力部３１１〜３１３および各出力部３２１、３２２の長手方向の長さは、それぞれ圧電トランス３００の長手方向の全長Ｌ３を５等分した長さＬ３／５である。中間電極３５１は、第１の出力部３２１と第２の出力部３２２との間に設けられている。出力電極３６０は、出力領域３２０の長手方向の端部に設けられる。
【００４４】
入力部３１１、３１２、３１３の圧電層の分極方向との関係は、回路構成によって異なる。たとえば入力部３１１、３１３の圧電層の分極方向を、入力部３１２の圧電層の分極方向と逆方向にする。このとき、分極処理時に入力部３１１、３１３、３１２で逆方向の電圧を印加することで生成可能である。そして、使用時には入力部３１１〜３１３の全てに同じ向きの交流電圧を印加する。その結果、負荷７００に昇圧された出力電圧を印加できる。
【００４５】
一方、図３に示す例では、入力部３１１、３１２、３１３の圧電層の分極方向は同じ方向であり、分極処理時に同じ方向の電圧を印加することで生成可能である。そして、使用時には入力部３１１、３１３の印加方向と入力部３１２の印加方向が逆向きになるように交流電圧を印加する。その結果、負荷７００に昇圧された出力電圧を印加できる。
【００４６】
各出力部３２１、３２２の圧電体は長手方向に分極処理されており、第１の出力部３２１の圧電体の分極方向は、第２の出力部３２２の圧電体の分極方向とは逆向きである。このような構造により、圧電トランス３００を長手方向の５次の共振モードで振動させたときには、定常的に高電圧を発生させることができる。なお、たとえば、入力部３１１、３１２や出力部３２１、３２２の本体部分はＰＺＴ等の圧電材料により形成され、入力電極または出力電極はＡｇ−Ｐｄ等の金属により形成されている。なお、作製方法は出力部の数が異なる以外は圧電トランス１００と同様なので省略する。
【００４７】
（駆動方法）
次に、上記のように構成される圧電トランス３００の駆動方法を説明する。まず、入力部３１１〜３１３の入力電極３１１ａ〜３１３ａに入力電圧を印加する。具体的な入力方法は、圧電トランス１００の場合と同様で各圧電層の分極方向による。入力電圧として５λ／２モードの共振周波数の交流電圧を印加すると、圧電トランス３００が５λ／２モードで共振振動する。中間電極３５１は使用せずに、出力電極３６０から出力電圧を得る。なお、図中の入力電極３１１ａ〜３１３ａは、それぞれ積層された電極の集合を指している。
【００４８】
図７（ｂ）は、圧電トランス３００を駆動させたときの応力分布を示すグラフである。図７（ｃ）は、圧電トランス３００を駆動させたときの電圧分布を示すグラフである。応力分布と分極方向の関係に応じて各出力部３２１、３２２に電界が発生し、発生した電界の長手方向の積分値が出力電圧となる。このとき出力電圧は、応力と分極方向の積に比例する値を積算したものとなる。このようにして、高電圧を効率よく、定常的に発生させることができる。
【００４９】
（実施例２）
圧電トランス２００、３００（実施例）と圧電トランス９００（従来例）を駆動し、それぞれの周波数特性を測定した。いずれの圧電トランスも、長さ１２５ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ４．６ｍｍの単板構造に形成した。また、いずれもマッチングインピーダンスの負荷を接続して測定した。図８（ａ）〜（ｄ）は、圧電トランス２００、３００、９００の特性を示すグラフである。図８（ａ）に示すように、圧電トランス３００の昇圧比Ｓ３は、最大で１４．７程度、次いで圧電トランス２００の昇圧比Ｓ２は、最大で１０．５程度であり、最大でも６に満たない圧電トランス９００の昇圧比Ｓ９より高いことが実証された。
【００５０】
一方、図８（ｂ）に示すように、最大昇圧比を示す周波数での圧電トランス３００の力率Ｐ３は０．８４程度、次いで圧電トランス２００の力率Ｐ２は０．５２程度であり、０．２６に過ぎない圧電トランス９００の力率Ｐ９より高いことが実証された。すなわち、実施例の方が従来例より皮相電力または入力電流を小さくできることが示された。また、図８（ｄ）に示すように、ピークにおいては圧電トランス２００、３００の効率Ｅ２、Ｅ３の方が圧電トランス９００の効率Ｅ９より大きいことが実証された。なお、図８（ｃ）は、入力電圧の周波数に対する圧電トランス２００、３００、９００の入力インピーダンスＺ２、Ｚ３、Ｚ９を示している。
【００５１】
このように、圧電トランス２００、３００は昇圧比、効率とも圧電トランス９００より大きく、良好な特性を示している。なお、圧電トランス２００より圧電トランス２００の方が大きな昇圧比、力率を示しているが、出力領域の距離が短い分、マッチングインピーダンスが低くなっている。圧電トランス２００、３００のいずれを選ぶかは、出力仕様の負荷に応じて選択すればよい。
【００５２】
（実施例３）
次に、２λ振動モードの圧電トランスと５λ／２振動モードの圧電トランスについて、入力部の数に対する共振時の力率および出力インピーダンスを測定した。図９（ａ）は４等分に区分された構造を２λ振動モードで駆動したときの、（ｂ）は５等分に区分された構造を５λ／２振動モードで駆動したときの、入力領域の数に対する力率および出力インピーダンスの関係を示すグラフである。
【００５３】
図９（ａ）に示す測定では、入力部の数が２の場合が圧電トランス１００の測定を意味し、入力部の数が１、３の場合はいずれも比較例である。また、図９（ｂ）に示す測定では、入力部の数が２または３の場合が圧電トランス２００、３００の測定を意味し、入力部の数が１、４の場合はいずれも比較例である。
【００５４】
図９（ａ）、（ｂ）に示すように、入力部の数が増加するに従って、力率Ｐは増加し、出力インピーダンスＺｏｕｔは減少している。通常、力率Ｐは高い方が好ましい。しかし、出力インピーダンスＺｏｕｔについては、用途や負荷にもよるものの、大きい方が好ましい。したがって、力率Ｐと出力インピーダンスＺｏｕｔについてはトレードオフの関係が成立する。このような測定結果を考慮すると、入力部の数は、出力部の数と同程度であることが好ましいことが分かる。このように、入力部の数をｉとし、出力部の数をｋとすると｜ｉ−ｋ｜≦１であることが好ましい。このような形態とすることで、力率を向上させつつ、出力インピーダンスを高く維持できるため、負荷の仕様に応じて昇圧することが可能になる。なお、入力部および出力部の長さは、圧電トランスを長手方向にｎ＝ｉ＋ｋ等分した長さである。
【００５５】
なお、上記の実施形態では、入力部および出力部のそれぞれが、全長を４等分または５等分した長さを有しているが、これ以上に等分された長さであってもよい。その場合も含め、本発明では、入力部および出力部のそれぞれは長手方向に全長を４以上の自然数ｎで等分した長さを有し、長手方向に連続して設けられている。
【００５６】
したがって、ｎが偶数の場合と奇数の場合に分けて特徴をまとめると以下の通りである。すなわち、ｎを４以上の偶数としたとき、本発明の圧電トランスは、入力領域として長手方向に連続して設けられる第１から第ｎ／２の入力部と、出力領域として長手方向に連続して設けられる第１から第ｎ／２の出力部と、各出力部のうち隣り合うもの同士の間に設けられる第１から第ｎ／２−１の中間電極と、出力領域の長手方向端部に設けられる出力電極とを備えている。
【００５７】
また、ｎを５以上の奇数としたとき、本発明の圧電トランスは、入力領域として長手方向に連続して設けられる第１から第（ｎ−１）／２の入力部と、出力領域として長手方向に連続して設けられる第１から第（ｎ＋１）／２の出力部と、各出力部のうち隣り合うもの同士の間に設けられる第１から第（ｎ＋１）／２−１の中間電極と、出力領域の長手方向端部に設けられる出力電極とを備えている。あるいは、入力領域として長手方向に連続して設けられる第１から第（ｎ＋１）／２の入力部と、出力領域として長手方向に連続して設けられる第１から第（ｎ−１）／２の出力部と、各出力部のうち隣り合うもの同士の間に設けられる第１から第（ｎ−１）／２−１の中間電極と、出力領域の長手方向端部に設けられる出力電極とを備えている。
【符号の説明】
【００５８】
１００  圧電トランス
１１０  入力領域
１１１、１１２  入力部
１１１ａ、１１２ａ  入力電極
１２０  出力領域
１２１、１２２  出力部
１５１  中間電極
１６０  出力電極
２００  圧電トランス
２１０  入力領域
２１１  入力部
２１１ａ、２１２ａ  入力電極
２１２  入力部
２２０  出力領域
２２１−２２３  出力部
２５１、２５２  中間電極
２６０  出力電極
３００  圧電トランス
３１０  入力領域
３１１−３１３  入力部
３１１ａ−３１３ａ  入力電極
３２０  出力領域
３２１−３２２  出力部
３５１  中間電極
３６０  出力電極
７００  負荷
Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ８、Ｅ９  効率
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ８、Ｌ９  全長
Ｐ、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ８、Ｐ９  力率
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ８、Ｓ９  昇圧比
Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３、Ｚ８、Ｚ９  入力インピーダンス
Ｚｏｕｔ  出力インピーダンス
【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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【図１０】
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【図１１】
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