(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向もしくは横手方向を主方向とし、圧電材料で構成される矩形板と、前記矩形板の厚み方向に相対する面にそれぞれ形成された一組の１次電極と、前記矩形板に形成された一組の２次電極とを備え、前記１次電極の少なくとも一方の電極は前記矩形板の前記主方向を基準としての中央部を覆い、かつ前記矩形板の前記主方向を基準としての左右両端部と重ならないように配置され、また、前記中央部を覆う電極によって覆われていない、前記矩形板の左右２つのエリアのうち一方のみしか分極が存在せず、前記分極は主方向への分極であり、前記２次電極の一方の電極は前記分極のある側の矩形板に配置され、前記１次側電極に印加された交流電圧によって、前記矩形板が前記主方向に伸縮する２分の１波長の機械的振動を起こし、それによって前記２次側電極から電圧を出力することを特徴とする圧電トランス。
【請求項２】
前記圧電材料は、圧電セラミックであり、前記矩形板は、前記１次側電極を利用して前もって前記厚み方向に、また前記２次側電極を利用して前もって前記主方向にそれぞれ分極されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電トランス。
【請求項３】
前記主方向は前記長手方向であることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電トランス。
【請求項４】
前記一組の１次側電極のうちの一方は、前記一組の２次側電極のうちの一方を兼ねることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圧電トランス。
【請求項５】
前記一組の２次側電極のうちの他の一方は、前記矩形板の前記主方向を基準としての左右両端部の側面に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の圧電トランス。
【請求項６】
前記一組の２次側電極のうちの他の一方は、前記矩形板の前記１次電極の一方が形成された面上で、且つ前記矩形板の前記主方向を基準としての端部近傍に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の圧電トランス。
【請求項７】
前記一組の１次側電極は、いずれの電極も前記矩形板の前記主方向を基準としての中央部に配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の圧電トランス。
【請求項８】
前記一組の１次側電極の一方の電極が前記中央部を、対応する前記２次電極の一方の電極側へ超えた範囲は、大きくても、前記矩形板の主方向の長さの４分の１であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の圧電トランス。
【請求項９】
前記中央部を覆っている前記１次側電極の一方の電極が、前記矩形板の前記左右両端部からそれぞれ後退している各範囲は、大きくても、前記矩形板の主方向の長さの４分の１であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の圧電トランス。
【請求項１０】
前記中央部を覆っている前記１次側電極の一方の電極は、前記中央部を基準として前記主方向に左右対称では無いことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の圧電トランス。
【請求項１１】
前記中央部を覆っている前記１次側電極の一方の電極は、前記主方向に直角方向を基準としての、前記矩形板の両側端部にそれぞれ到達した状態で配置されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の圧電トランス。
【請求項１２】
前記矩形板は、実質的に前記主方向の中央部にて支持されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の圧電トランス。
【請求項１３】
前記矩形板は、前記矩形板の前記主方向に垂直な各端部から前記矩形板の長さの実質的に４分の１の距離の位置以外の位置においても支持されていることを特徴とする請求項１２に記載の圧電トランス。
【請求項１４】
前記矩形板は、積層されて作られたものではなく、一体型板であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに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】
本発明は圧電セラミック等の圧電体の圧電効果により交流電圧の振幅値を変換する圧電トランスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
１９５０年代末に開発された圧電トランスは、高圧電源用の昇圧トランスとして着目されて開発が進められたが、圧電セラミック材料の破壊強度などの材料的制約があったため大きな製品化が行われないまま開発が中断されていた。しかし、最近、高強度圧電セラミックの開発が進むとともに、ノートパソコン、電子手帳、ゲーム機等の携帯用情報機器の小型化・薄型化の要求が強くなるにつれ、これらの機器に搭載される液晶バックライトのインバータ電源用昇圧トランス等として再び大きく注目されている。
【０００３】
例えば、液晶バックライト用インバータは、バックライト光源として使用される冷陰極蛍光灯の点灯電源に使用されるものであり、電池などによる３Ｖ、５Ｖ、９Ｖ、１２Ｖなどの直流低電圧から、点灯時１０００Ｖrms程度、定常時５００Ｖrms程度の高周波高電圧への変換を必要とする。現在、バックライト用インバータに使用されている電磁式巻線トランスは、特殊コアによる横型構造のトランスを用いることにより薄型化に対応してきているが、絶縁耐圧の確保のため小型・薄型化には限度があり、またコアロスや細い銅線を使用することによる巻線ロスが大きく、そのため効率が低いという欠点がある。
【０００４】
これに対し、圧電トランスはチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電セラミック材料またはニオブ酸リチウムなどの圧電結晶材料に１次側（入力側）および２次側（出力側）の電極を付け、１次側電極に圧電トランスの共振周波数近傍の交流電圧を印加して圧電トランスを機械的に振動させ、この機械的振動を圧電効果により変換して２次側電極から高圧電力として取り出すものである。そして、電磁トランスよりも小型化、特に薄型化を実現でき、また高い変換効率を達成することができるという特徴を持つ。
【０００５】
以下に、図面を参照しながら従来の圧電トランスについて説明する。
【０００６】
図１０は従来のローゼン型圧電トランス１０１の概観図であり、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電セラミック材料から成る矩形板１０５に、主面のほぼ半分に相対して１次側（入力側）電極１０２、および端面に２次側（出力側）電極１０３を付けて構成している。同図中に矢印とＰで示すように、矩形板１０５は１次側電極１０２を利用して予め厚み方向に分極されており、２次側電極１０３を利用して予め長手方向に分極されている。１次側電極１０２に圧電トランス１０１の共振周波数近傍の交流電圧を印加すると、圧電トランス１０１は長手方向に伸縮する機械的振動を起こし、この機械的振動は圧電効果により高圧電圧に変換されて２次側電極１０２から出力される。
【０００７】
図１１は図１０に示した圧電トランス１０１を横から見た側面図および変位分布と電荷分布を示す図である。同図において、１次側電極１０２ｂを共通電極として１次側電極１０２ａと２次側電極１０３にそれぞれ高電圧を印加することにより、それぞれ同図中に矢印で示すように、１次側電極対１０２ａ、１０２ｂは矩形板１０５を厚み方向に分極し、２次側電極対１０３、１０２ｂは矩形板１０５を長手方向に分極する。分極後、電極１０２ｂを共通電極として電極１０２ａに矩形板１０５の共振周波数近傍の交流電圧を印加すると、矩形板１０５は同図中で示す変位分布を持つ長手方向の伸縮振動を起こし、この機械的振動を圧電効果により高圧電圧に変換して、２次側電極対１０３、１０２ｂより取り出すことができる。この圧電トランスはローゼンにより発明されたものであるので、ローゼン型圧電トランスと呼ばれる。また、この型の圧電トランスのうち、図１１中に示した長手方向の変位分布のように、２分の１波長の伸縮振動を励振しているものを、λ／２（１波長をλで表わす）モードのローゼン型圧電トランスと呼ぶこともある。λ／２モードのローゼン型圧電トランスは、必要とされる高圧交流電圧の駆動周波数が決まると、その周波数を共振周波数に持つ一番小さな圧電トランスであるので、一般的によく使用される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上に説明した従来の圧電トランスでは、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電セラミック材料から成る矩形板１０５の主面のほぼ半分に相対して１次側（入力側）電極１０２ａ、１０２ｂおよび端面に２次側（出力側）電極１０３を付けて構成している。図１２は図１０に示した圧電トランスの１次側から見た入力アドミッタンスの周波数特性である。同図からわかるように、従来のλ／２モードのローゼン型圧電トランスでは、基本の振動モードであるλ／２（１／２波長）振動モードとともにλ（１波長）振動モードも強勢に励振することができる。
【０００９】
従って、矩形波などの多くの周波数成分を含んだ交流電圧で駆動すると、基本の振動モードであるλ／２（１／２波長）振動モードと共にλ（１波長）振動モードも強勢に励振してしまう。これによりλ／２振動モードとともにλ振動モードの振動による歪みおよび応力が重畳され、圧電トランスの歪みおよび応力が大きくなり特性劣化や破壊などの信頼性低下をもたらすという課題がある。
【００１０】
また、特開平９ー１８１３７１号公報には、１次側電極を長さ方向の一方端部から中央部を越えて形成し、２次側電極を他方の端部に形成する圧電トランス素子が開示されている。この圧電トランス素子を図１３に示す。図１４は図１３に示した圧電トランスの１次側から見た入力アドミッタンスの周波数特性である。このように、１次側電極を中央部を越えて形成することにより、λ振動モードの誘起電荷が一部キャンセルされる。しかしながら、この構造ではλ振動モードの抑制効果が小さいため、実際には、λ（１波長）振動モードの振動も励振してしまう。そのため、基本の振動モードであるλ／２（１／２波長）振動モードだけを強勢に励振することができない。
【００１１】
その結果、従来のローゼン型圧電トランスと同様に、出力交流電圧波形が正弦波でなくなり高周波を含んだ交流電圧となる。負荷によっては正弦波駆動が必要な場合があり、高周波成分は負荷の信頼性低下や回路効率の低下をもたらし、外部に対して不要電磁波を放射するという課題も有する。
【００１２】
さらに、特開平９ー７４２３６号公報には、λ／２モードの圧電トランスとして、中央駆動型の圧電トランス素子が開示されている。この圧電トランス素子を図１５に示すが、中央部に厚さ方向に分極された駆動部を有し、駆動部の両側に端部に向かい長手方向に分極された発電部を両側に有する構造である。図１６は図１５に示した圧電トランスの１次側から見た入力アドミッタンスの周波数特性である。同図からわかるように、このタイプのλ／２モードのローゼン型圧電トランスでは、基本の振動モードであるλ／２（１／２波長）振動モードだけを強勢に励振することができるという点で優れている。
【００１３】
しかしながら、この構造の圧電トランスでは、２次側出力端が素子の両端に配置される。そのため、両方の端子結線したとき、高電圧の配線を回路上に形成しなければならず、不要電磁波を放射するという課題があった。また、配線により、浮遊容量による特性の変動が起こる。さらに、２箇所の振動の腹の部分から電気接続を取らなければならず、振動の阻害による効率の低下といった問題も有する。
【００１４】
そのため、これを回避するために、一方の出力端のみを用いる場合、他方の２次側端子には、素子の信頼性、安全性のためにも負荷を接続するか、グランドに接続する必要があった。このとき、負荷接続による回路効率の低下、さらに、両端での出力電圧が異なることで、圧電トランス素子の信頼性の低下といった問題があった。
【００１５】
本発明は、このような従来の圧電トランスの有する上記課題を考慮して、λ振動モードの振動を抑制し、λ／２振動モードのみを励振することによって、振動中の歪みおよび応力を低減し、信頼性の高い圧電トランスを提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、第１の本発明は、
長手方向もしくは横手方向を主方向とし、圧電材料で構成される矩形板と、前記矩形板の厚み方向に相対する面にそれぞれ形成された一組の１次電極と、前記矩形板に形成された一組の２次電極とを備え、前記１次電極の少なくとも一方の電極は前記矩形板の前記主方向を基準としての中央部を覆い、かつ前記矩形板の前記主方向を基準としての左右両端部と重ならないように配置され、また、前記中央部を覆う電極によって覆われていない、前記矩形板の左右２つのエリアのうち一方のみしか分極が存在せず、前記分極は主方向への分極であり、前記２次電極の一方の電極は前記分極のある側の矩形板に配置され、前記１次側電極に印加された交流電圧によって、前記矩形板が前記主方向に伸縮する２分の１波長の機械的振動を起こし、それによって前記２次側電極から電圧を出力することを特徴とする圧電トランスである。
また、第２の本発明は、
前記圧電材料は、圧電セラミックであり、前記矩形板は、前記１次側電極を利用して前もって前記厚み方向に、また前記２次側電極を利用して前もって前記主方向にそれぞれ分極されていることを特徴とする第１の本発明の圧電トランスである。
また、第３の本発明は、
前記主方向は前記長手方向であることを特徴とする第１または第２の本発明の圧電トランスである。
また、第４の本発明は、
前記一組の１次側電極のうちの一方は、前記一組の２次側電極のうちの一方を兼ねることを特徴とする第１〜第３のいずれかの本発明の圧電トランスである。
また、第５の本発明は、
前記一組の２次側電極のうちの他の一方は、前記矩形板の前記主方向を基準としての左右両端部の側面に形成されていることを特徴とする第４の本発明の圧電トランスである。
また、第６の本発明は、
前記一組の２次側電極のうちの他の一方は、前記矩形板の前記１次電極の一方が形成された面上で、且つ前記矩形板の前記主方向を基準としての端部近傍に形成されていることを特徴とする第４の本発明の圧電トランスである。
また、第７の本発明は、
前記一組の１次側電極は、いずれの電極も前記矩形板の前記主方向を基準としての中央部に配置されていることを特徴とする第１〜第６のいずれかの本発明の圧電トランスである。
また、第８の本発明は、
前記一組の１次側電極の一方の電極が前記中央部を、対応する前記２次電極の一方の電極側へ超えた範囲は、大きくても、前記矩形板の主方向の長さの４分の１であることを特徴とする第１〜第７のいずれかの本発明の圧電トランスである。
また、第９の本発明は、
前記中央部を覆っている前記１次側電極の一方の電極が、前記矩形板の前記左右両端部からそれぞれ後退している各範囲は、大きくても、前記矩形板の主方向の長さの４分の１であることを特徴とする第１〜第８のいずれかの本発明の圧電トランスである。
また、第１０の本発明は、
前記中央部を覆っている前記１次側電極の一方の電極は、前記中央部を基準として前記主方向に左右対称では無いことを特徴とする第１〜第９のいずれかの本発明の圧電トランスである。
また、第１１の本発明は、
前記中央部を覆っている前記１次側電極の一方の電極は、前記主方向に直角方向を基準としての、前記矩形板の両側端部にそれぞれ到達した状態で配置されていることを特徴とする第１〜第１０のいずれかの本発明の圧電トランスである。
また、第１２の本発明は、
前記矩形板は、実質的に前記主方向の中央部にて支持されていることを特徴とする第１〜第１１のいずれかの本発明の圧電トランスである。
また、第１３の本発明は、
前記矩形板は、前記矩形板の前記主方向に垂直な各端部から前記矩形板の長さの実質的に４分の１の距離の位置以外の位置においても支持されていることを特徴とする第１２の本発明の圧電トランスである。
また、第１４の本発明は、
前記矩形板は、積層されて作られたものではなく、一体型板であることを特徴とする第１〜第１３のいずれかの本発明の圧電トランスである。
次に、上記本発明に関連する発明の圧電トランスは、
長手方向もしくは横手方向を主方向とし、圧電材料から成る矩形板と、前記矩形板の厚み方向に相対する面にそれぞれ形成され、その少なくとも一方が前記矩形板の前記主方向の中央部を覆い、かつその前記主方向に垂直な端部が前記矩形板の前記主方向に垂直な端部と重ならないように配置された、一組の１次側電極と、前記矩形板に形成された一組の２次側電極とを備え、前記１次側電極に印加された交流電圧によって、前記矩形板が前記主方向に伸縮する２分の１波長の機械的振動を起こし、それによって前記２次側電極から電圧を出力することを特徴とする圧電トランスである。
【００１７】
さらに、本発明の圧電トランスにおいて、１次側電極の中心部からの範囲を矩形板の主方向の長さの４分の１以下の範囲に設定することにより、高い効率で冷陰極管の点灯が行える。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明、および本発明に関連する発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１９】
（第１の実施の形態）
図１は本発明に関連する発明の一実施の形態におけるλ／２モードの圧電トランスの概観図であり、図２は図１に示した圧電トランス１を横から見た側面図および圧電トランス動作時の変位分布と電荷分布を示す図である。図１、２において、圧電トランス１は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電セラミック材料またはニオブ酸リチウムなどの圧電単結晶材料から成る矩形板５と、その一主面の中心線４とそれ自身の中心線が実質的に一致するように１次側（入力側）電極として形成された電極２ａと、前記一主面の反対面に電極２ａに対応して共通電極として形成された電極２ｂと、長手方向と垂直な端面、すなわち前記主面の一方の短辺側の面に２次側（出力側）電極として形成された電極３とで構成されている。なお、電極２ａ、２ｂの長さは矩形板５の長さより短くなっており、その端部は前記主面の短辺と重ならないようになっている。電極２ａ、２ｂ、３は銀、ニッケル、金等の金属から成り、蒸着、スパッタ、印刷、メッキ等の工法で形成されている。
【００２０】
矩形板５の材料が圧電セラミックの場合には、電極２ｂを共通電極として電極２ａと電極３にそれぞれ適切な直流高電圧を印加することにより、図１、２中に矢印で示すように、１次側電極対２ａ、２ｂを用いて矩形板５を厚み方向に、２次側電極対３、２ｂを用いて矩形板５を長手方向にそれぞれ分極しておいてやる必要がある。矩形板５の材料が圧電単結晶材料の場合は分極しておく必要はない。
【００２１】
次に、このような本実施の形態の動作を説明する。電極２ｂを共通電極として電極２ａに矩形板５の共振周波数近傍の交流電圧を印加すると、矩形板５は長手方向に伸縮する機械的共振振動を起こし、この機械的振動を圧電効果により高圧電圧に変換して、２次側電極対３、２ｂより取り出すことができる。
【００２２】
図２は、図１に示したλ／２振動モードの圧電トランス１の動作時（振動励振時）の長手方向に伸縮する機械的振動の変位分布と振動により誘起される電荷分布を示す図である。これに対し、図３は、図１に示したλ／２振動モードの圧電トランス１と同様の配置のλ振動モードの圧電トランスの動作時の長手方向に伸縮する機械的振動の変位分布と振動により誘起される電荷分布を示す図である。図２および図３においては、変位分布および電荷分布は共に、横軸の方向は圧電トランス１の長手方向と一致させ、原点は矩形板５の中心と一致させて表示している。図２の圧電トランスと図３の圧電トランスは同じ構造のものであり、振動モードの違いを表している。なお、図３中の符番は図２との比較を考慮して図２のものと同じとしてある。図２と図３からわかるように、λ／２モードの誘起電荷は図２に示すように全域で同一符号となり、λモードの誘起電荷は図３に示すように中央部で符号が変化する。従って、１次側電極を従来の圧電トランスのように主面の片側のほぼ半分に形成した場合には、λ／２モードおよびλモードの両方の振動を同様に励振することができるため、矩形波などの多くの周波数成分を含んだ交流電圧で駆動すると、基本の振動モードであるλ／２振動モードと共にλ（１波長）振動モードも強勢に励振してしまう。そこで、本実施の形態では、図１に示したように圧電トランス１の主面のほぼ中央部に１次側電極２を形成している。そこで、λ／２モードの振動による１次側電極の誘起電荷量は大きくなるが、λモードの電荷は電極部内である圧電トランス５の中央線８で符号が変化するためにほぼ打ち消し合って誘起電荷量は小さくなり、その結果、基本の振動モードであるλ／２振動モードは強勢励振できるが、λ振動モードはわずかにしか励振できないようになる。
【００２３】
図４は図１に示した圧電トランス１の１次側から見た入力アドミッタンスの周波数特性である。従来のλ／２モードのローゼン型圧電トランスでは基本の振動モードであるλ／２モードとともにλモードもともに強勢に励振しているが、図４からわかるように、本実施の形態におけるλ／２モードの圧電トランス１では、基本の振動モードであるλ／２モードのみを強勢に励振している。従って、矩形波などの多くの周波数成分を含んだ交流電圧で駆動しても、基本の振動モードであるλ／２振動モードのみを強勢に励振することができる。これにより、圧電トランスの歪みおよび応力が多振動モードの同時励振により重畳されて大きくなることを防止することができるため、特性劣化や破壊などの信頼性低下をもたらすという課題を克服して信頼性の高い圧電トランスを実現できる。また、出力交流電圧波形が正弦波となり負荷の信頼性低下や回路効率の低下を防止でき、外部に対して不要電磁波を放射するという課題を克服することができる。その結果、効率と信頼性が高く、不要電磁波の放射の少ない、しかも負荷に損傷を与えない駆動ができる圧電トランスを実現できる。
【００２４】
さらに、本発明では、圧電セラミックスの場合、一方の端部にのみ２次側電極を形成し、この電極を用いて分極を行っている。他の一方では振動により電圧を発生することがない、そのために、他の一方の端部で高電圧が発生しない。その結果、負荷接続による効率の低下や、２次側両端を接続することによる不要電磁波の放射および、特性のアンバランスによる素子の信頼性低下の問題、振動の阻害による回路効率の低下といった課題を克服することもできる。
【００２５】
なお、本発明の一組の２次側電極は、上述した本実施の形態においては、一方の電極を１次側電極の一方と共通電極とし、他の一方の電極が矩形板の長手方向と垂直な端面に形成されているとして説明したが、これに限らず、共通電極化しなくてもよく、あるいは共通電極はそのままとして前記他の一方の電極を矩形板の主面上で前記長手方向と垂直な端面近傍に形成されているとしてもよい。これらの場合、圧電トランスとしては、若干の昇圧比の変化はあるが、同様の効果が得られる。
【００２６】
また、本発明の一組の１次側電極は、上述した本実施の形態においては、矩形板の主面の長手方向の中央部に実質的に配置されているとして説明したが、中央部から多少ずれていても同様の効果が得られる。
【００２７】
なお、矩形板の全長に対して１次側電極の割合を大きくしていくと、同じ負荷を用いた場合においても、効率が変化が生じる。冷陰極管を効率よく点灯するためには、１次側電極の中央部を超えた範囲は全長の４分の１以下に設定することが望ましい。
【００２８】
さらに、１次側電極が左右端部からの後退する範囲は、大きくても、全長の４分の１とすることにより、従来の圧電トランスよりも高効率で出力を得ることが出来る。
【００２９】
なお、１次側電極の上の電極を中心部に対し非対称に形成することにより、他の振動モードについても抑制を行えるという効果も得られる。
【００３０】
また、１次側電極の上の電極は、上述した左右両端部からは離されているが、残る前後の両端部には接続されていることが望ましい。
【００３１】
また、矩形板の構造は積層体で作ることも出来るが、非積層体で一体構造とすることが望ましい。
【００３２】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。図５は本発明の一実施の形態におけるλ／２モードの圧電トランスの概観図である。同図において、圧電トランス２０は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電セラミック材料またはニオブ酸リチウムなどの圧電単結晶材料から成る矩形板９と、その主面に相対して１次側（入力側）電極として形成された電極６ａおよび電極６ｂ（反対面の電極６ｂは、ここでは図示されていないが反対面に形成されている）と、電極６ａが形成されている面上で長手方向と垂直な端面、すなわち前記主面の一方の短辺側の面の近傍に２次側（出力側）電極として形成された電極７とで構成されている。なお、電極６ａまたは６ｂの少なくとも１つは、１端を矩形板の端面から後退させるとともに、他端を矩形板の中心線８を越えて形成されている。そして、これらの電極６ａ、６ｂ、７は銀、ニッケル、金等の金属から成り、蒸着、スパッタ、印刷、メッキ等の工法で形成されている。
【００３３】
矩形板９の材料が圧電セラミックの場合には、電極６ｂを共通電極として電極６ａと電極７にそれぞれ適切な直流高電圧を印加することにより、図５に矢印と記号Ｐで示すように、１次側電極対６ａ、６ｂは矩形板９を厚み方向に、２次側電極対７、６ｂは矩形板９を長手方向にそれぞれ分極しておいてやる必要がある。矩形板９の材料が圧電単結晶材料の場合は分極しておく必要はない。
【００３４】
次に、このような本実施の形態の動作を説明する。電極６ｂを共通電極として電極６ａに矩形板９の共振周波数近傍の交流電圧を印加すると、矩形板９は長手方向に伸縮する機械的共振振動を起こし、この機械的振動を圧電効果により高圧電圧に変換して、２次側電極対７、６ｂより取り出すことができる。
【００３５】
λ／２モードの圧電トランス２０の動作時（振動励振時）の長手方向に伸縮する機械的振動の変位分布と振動により誘起される電荷分布との関係は図２と同様であり、λ／２振動モードの圧電トランス２０と同様の配置のλ振動モードの圧電トランスの動作時の長手方向に伸縮する機械的振動の変位分布と振動により誘起される電荷分布との関係は図３と同様である。従って、第１の実施の形態の場合と同様に、１次側電極を従来の圧電トランスのように主面の片側のほぼ半分に形成した場合には、λ／２モードおよびλモードの両方の振動を同様に励振することができるため、矩形波などの多くの周波数成分を含んだ交流電圧で駆動すると、基本の振動モードであるλ／２振動モードと共にλ（１波長）振動モードも強勢に励振してしまう。本実施の形態では、１次側電極６ａまたは６ｂの少なくとも１つが、１端を矩形板の端面から後退させるとともに、他端を矩形板の中心線８を越えさせるように形成されている。そこで、λ／２モードの振動による１次側電極の誘起電荷量は全電極領域で重畳されて大きくなるが、λモードの電荷は電極部内である圧電トランス２０の中央線８で符号が変化するために一部打ち消し合って誘起電荷量は小さくなり、その結果、基本の振動モードであるλ／２振動モードは強勢励振できるが、λ振動モードはわずかにしか励振できないようになる。
【００３６】
図６は図５に示した圧電トランス２０の１次側から見た入力アドミッタンスの周波数特性である。従来のλ／２のローゼン型圧電トランスでは基本の振動モードであるλ／２モードとともにλモードもともに強勢に励振しているが、図６からわかるように、本実施の形態におけるλ／２モードの圧電トランス２０では、基本の振動モードであるλ／２モードのみを強勢に励振しており、λモードはわずかにしか励振できない。従って、矩形波などの多くの周波数成分を含んだ交流電圧で駆動しても、基本の振動モードであるλ／２振動モードのみを強勢に励振することができる。これにより、圧電トランスに多振動モードを同時に励振することによる歪みおよび応力が重畳により大きくなることを防止することができるため、特性劣化や破壊などの信頼性低下をもたらすという課題を克服して信頼性の高い圧電トランスを実現できる。また、出力交流電圧波形が正弦波となり負荷の信頼性低下や回路効率の低下を防止でき、外部に対して不要電磁波を放射するという課題を克服することができる。その結果、効率と信頼性が高く、不要電磁波の放射の少ない、しかも圧電トランスの負荷に損傷を与えない駆動ができる圧電トランスを実現できる。
【００３７】
さらに、本発明では、圧電セラミックスの場合、一方の端部にのみ２次側電極を形成し、分極を行っているため、他の一方、つまり電極を後退させた部分では振動により電圧を発生することがない。そのため、他の一方の端部で高電圧が発生しない。その結果、負荷接続による効率の低下や、２次側両端を接続することによる不要電磁波の放射および、特性のアンバランスによる素子の信頼性低下の問題、振動の阻害による回路効率の低下といった課題を克服することもできる。
【００３８】
なお、本発明の一組の２次側電極は、上述した本実施の形態においては、一方の電極を１次側電極の一方と共通電極とし、他の一方の電極が矩形板の主面上で前記長手方向と垂直な端面近傍に形成されているとして説明したが、これに限らず、共通電極化しないでもよく、あるいは共通電極はそのままとして前記他の一方の電極を矩形板の長手方向と垂直な端面に形成されているとしてもよい。これらの場合、圧電トランスとしては、若干の昇圧比の変化はあるが、同様の効果が得られる。
【００３９】
なお、１次側電極の全長に対する割合を大きくしていくと、同じ負荷を用いた場合においても、効率が変化が生じる。冷陰極管を効率よく点灯するためには、１次側電極の中央部を超えた範囲は全長の４分の１以下に設定することが望ましい。
【００４０】
さらに、端部からの後退する範囲は、大きくても、全長の４分の１とすることにより、従来の圧電トランスよりも高効率で出力を得ることが出来る。なお、１次側電極を中心部に対し非対称に形成することにより、他の振動モードについても抑制を行えるという効果も得られる。
【００４１】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。図７は本発明の一実施の形態におけるλ／２モードの圧電トランスの支持構造を示す断面図および圧電トランス動作時の変位分布を示す図である。同図において、圧電トランス３０は、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電セラミック材料またはニオブ酸リチウムなどの圧電単結晶材料から成る矩形板１５と、その一主面の中心線とそれ自身の中心線が実質的に一致するように１次側（入力側）電極として形成された電極１０ａと、前記一主面の反対面に電極１０ａに対応して共通電極として形成された電極１０ｂと、長手方向と垂直な端面、すなわち前記主面の一方の短辺側の面に２次側（出力側）電極として形成された電極１１とで構成されている。すなわち、本実施の形態における圧電トランス３０と、上述した第１の実施の形態における圧電トランス１との構成上の違いは、本実施の形態における圧電トランス３０が支持体１２、１３によってケース１４に収められている点である。したがって、第１の実施の形態と同様の事項については、説明を省略する。また、特に説明のないものについては、第１の実施の形態と同じとする。
【００４２】
図７中にλ／２モードの圧電トランス３０の動作時（振動励振時）の長手方向に伸縮する機械的振動の変位分布を示す。これに対し、図８は、図７に示したλ／２振動モードの圧電トランス３０と同様の配置のλ振動モードの圧電トランスの動作時の長手方向に伸縮する機械的振動の変位分布を示す図である。図７に示すようにλ／２モードの振動変位は圧電トランス３０の中央で０になるので、中央部で支持すれば振動阻害を極力抑えた支持構造を実現することができる。ここでは、圧電トランス３０をケース１４に納め支持体１２で両側から挟み込むことにより支持している。また、一点支持では圧電トランス３０の姿勢が不安定になるので、圧電トランス３０の長手方向に垂直な各端面から圧電トランス３０の長さの１／４の距離のところ以外を支持体１３で上下両側から挟み込むことにより支持している。ここでは、圧電トランス３０の両側を支持しているが片側だけでもよい。また、ここでは振動阻害を小さくするために支持体１３は支持体１２よりも弾性が大きい（柔らかい）ものを使用している。また、振動阻害を小さくするために支持体１３の支持幅を大きくして、支持体１２の支持幅を小さくしてもよい。
【００４３】
図８に示すように圧電トランス３０をλ振動モードで駆動した時の変位分布は、圧電トランス３０の長手方向に垂直な各端面から圧電トランス３０の長さの１／４の距離のところで０になる。従って、λモードの振動変位の大きい中央部で圧電トランス３０を支持すればλモードの振動を極力抑えた支持構造を実現することができる。また、圧電トランス３０の長手方向に垂直な各端面から圧電トランス３０の長さの１／４の距離のところ以外を支持体１３で上下両側から挟み込むことにより、λ／２モードの振動とλモードの振動への支持の影響を同程度にすることができる。つまり、図７に示すように圧電トランス３０の中央部と長手方向に垂直な各端面から圧電トランス３０の長さの１／４の距離のところ以外を支持することにより、λ／２モードのみの振動阻害を抑え、λモードの振動を抑制した支持構造を実現することができる。
【００４４】
なお、λ／２モードの振動への支持の影響を極力抑えるためには、長手方向のλ／２モードの振動の節、λモードの振動の腹の近く、つまり、中心部から長さの１／４の距離の範囲内で支持を行うことが望ましい。
【００４５】
図９は図７に示した圧電トランス３０の１次側から見た入力アドミッタンスの周波数特性である。従来のλ／２のローゼン型圧電トランスでは基本の振動モードであるλ／２モードとともにλモードもともに強勢に励振しているが、図９からわかるように、本発明では基本の振動モードであるλ／２モードのみを強勢に励振しており、λモードはわずかにしか励振できない。従って、矩形波などの多くの周波数成分を含んだ交流電圧で駆動しても、基本の振動モードであるλ／２振動モードのみを強勢に励振することができる。これにより、圧電トランスの歪みおよび応力が大きくなることを防止することができるため、特性劣化や破壊などの信頼性低下をもたらすという課題を克服して信頼性の高い圧電トランスを実現できる。また、出力交流電圧波形が正弦波となり負荷の信頼性低下や回路効率の低下を防止でき、外部に対して不要電磁波を放射するという課題を克服することができる。その結果、効率と信頼性が高く、不要電磁波の放射の少ない、しかも圧電トランスの負荷に損傷を与えない駆動ができる圧電トランスを実現できる。
【００４６】
なお、本発明の一組の２次側電極は、上述した本実施の形態においては、一方の電極を１次側電極の一方と共通電極とし、他の一方の電極が矩形板の長手方向と垂直な端面に形成されているとして説明したが、これに限らず、共通電極化してなくてもよく、あるいは  共通電極はそのままとして前記他の一方の電極を矩形板の主面上で前記長手方向と垂直な端面近傍に形成されているとしてもよい。これらの場合、圧電トランスとしては、若干の昇圧比の変化はあるが、同様の効果が得られる。
【００４７】
また、本発明の一組の１次側電極は、上述した本実施の形態においては、矩形板の主面の長手方向の中央部に実質的に配置されているとして説明したが、第２の実施の形態における圧電トランス２０のように、１次側電極を矩形板の中央部からずらして形成しても、上述した支持構造により同様の効果が得られる。
【００４８】
なお、本発明の矩形板の主方向は、上述した第１〜第３の実施の形態においては、前記矩形板の主面の短辺に垂直な方向、すなわち、前記矩形板の長手方向として説明したが、これに限らず、前記矩形板の主面の長辺に垂直な方向、すなわち、前記矩形板の横手方向であるとしてもよい。
【００４９】
また、本発明の１次側電極の下部の電極２ｂを、図１７に示すように、主方向を基準とする両端部の内、分極の無い方の端部に達していてもかまわない。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したところからあきらかなように、本発明は、λ振動モードの振動を抑制し、λ／２振動モードのみを励振することによって、振動中の歪みおよび応力を低減し、信頼性の高い圧電トランスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に関連する発明の一実施の形態におけるλ／２モードの圧電トランスの概観図。
【図２】  本発明に関連する発明の一実施の形態におけるλ／２モードの圧電トランスの側面図および変位分布と電荷分布を示す図。
【図３】  本発明に関連する発明の一実施の形態におけるλ／２モードの圧電トランスと同様の配置のλ振動モードの圧電トランスの側面図および変位分布と電荷分布を示す図。
【図４】  本発明に関連する発明の一実施の形態におけるλ／２モードの圧電トランスのアドミッタンスの周波数特性図。
【図５】  本発明の一実施の形態におけるλ／２モードの圧電トランスの概観図。
【図６】  本発明の一実施の形態におけるλ／２モードの圧電トランスのアドミッタンスの周波数特性図。
【図７】  本発明の一実施の形態におけるλ／２モードの圧電トランスの断面図および変位分布を示す図。
【図８】  本発明の一実施の形態におけるλ／２モードの圧電トランスと同様の配置のλ振動モードの圧電トランスの側面図および変位分布を示す図。
【図９】  本発明の一実施の形態におけるλ／２モードの圧電トランスのアドミッタンスの周波数特性図。
【図１０】  従来のλ／２モードのローゼン型圧電トランスの概観図。
【図１１】  従来の圧電トランスの側面図および変位分布と電荷分布を示す図。
【図１２】  従来のローゼン型圧電トランスのアドミッタンスの周波数特性図。
【図１３】  従来の圧電トランスの構造を示す説明図。
【図１４】  従来の圧電トランスのアドミッタンスの周波数特性図。
【図１５】  従来の圧電トランスの構造を示す説明図。
【図１６】  従来の圧電トランスのアドミッタンスの周波数特性図。
【図１７】  本発明の別の実施の形態における圧電トランスの概観図。
【符号の説明】
１、２０、３０  圧電トランス
２ａ、２ｂ、６ａ、６ｂ、１０ａ、１０ｂ  電極
３、７、１１  電極
４、８  中心線
５、９、１５  矩形板
１２  支持体
１３  支持体
１４  ケース
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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