(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分極された圧電体の長さ方向に沿って、１次側部及び２次側部が構成されており、
前記１次側部が厚み方向に分極されており、前記２次側部が長さ方向に分極されている、ローゼン型圧電トランスにおいて、
前記圧電体の１次側部に形成された電極と、
前記圧電体の２次側部において、圧電体の長さ方向に交差する端面に形成された電極とをさらに備え、
前記２次側部の一部において圧電体の幅方向両側の未分極または弱分極の不活性部が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】
前記圧電体の端面に形成された電極が端面の面積よりも小さく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】
前記圧電体の１次側部に形成されている前記電極が、２次側部側の端部に電極欠落部を有する、請求項１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、圧電体の長さ方向に沿って１次側及び２次側を構成してなるローゼン型の圧電トランス及びその製造方法に関し、例えば、蛍光管点灯回路や、高圧発生回路において昇圧トランスとして好適に用い得る圧電トランス及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
数十〜数百ｋＨｚ帯で使用される圧電トランスとして、ローゼン型圧電トランスが知られている。
【０００３】
図１に、従来のローゼン型圧電トランスを示す。ローゼン型圧電トランス５１は、直方体状の圧電セラミックス５２を用いて構成されている。圧電セラミックス５２において、長さ方向Ａに沿って、１次側部５３及び２次側部５４が構成されている。
【０００４】
１次側部５３では、圧電セラミックス５２が厚み方向に分極処理されている。すなわち、１次側部５３においては、複数の電極５５が圧電セラミック層を介して重なり合うように配置されており、電極５５間の圧電セラミック層は、隣接する圧電セラミック層が厚み方向において逆方向となるように分極処理されている。
【０００５】
他方、２次側部５４は図示の長さ方向Ａに分極処理されている。２次側部５４においては、長さ方向Ａに直交する端面の全面を覆うように電極５６が形成されている。
【０００６】
圧電トランス５１では、複数の電極５５が圧電セラミック層を介して重なり合うように配置されているため、１次側部５３は、低インピーダンスとされており、２次側部５４は、端面に電極５６を形成した構造を有するため高インピーダンスとされている。
【０００７】
従って、昇圧トランスとして圧電トランス５１を用いる場合、１次側部５３の上面及び下面に配置された電極５５から入力電圧を印加すると、圧電逆効果により、圧電セラミックス５２の長さ方向寸法により決定される振動数の長さ方向縦振動が励振される。２次側部５４では、上記長さ方向縦振動に基づく振動エネルギーが圧電正効果により、電力として取り出される。２次側部５４のインピーダンスが１次側部５３のインピーダンスよりも高いため、電極５６から高電圧を取り出すことができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ローゼン型圧電トランス５１では、１次側部５３及び２次側部５４の何れにおいても、圧電セラミックス５２が完全に分極されている。従って、１次側部５３及び２次側部５４において、実効電気機械結合係数に自由度を与えることができず、昇圧比の周波数特性は、圧電セラミックス５２の寸法と、負荷抵抗とによって一義的に定まっている。
【０００９】
ところで、例えば冷陰極線管点灯回路においては、一般的に、出力電圧を変化させて調光を行っている。また、入力電圧の変動に対しても対応する必要があるため、通常、冷陰極線管点灯回路に用いられる圧電トランスでは、出力電圧の調整は駆動周波数を変化させることにより行われている。
【００１０】
圧電トランス５１の昇圧比の周波数特性では、共振点において昇圧比が高く、共振点から離れた周波数、特に高周波数側では昇圧比が大きく低下する。従って、出力電圧を低める必要がある場合、圧電トランスの駆動周波数を共振点よりも高い周波数にする必要があり、この場合の離調幅は、昇圧比の周波数特性の傾きが緩やかな程大きくなる。
【００１１】
他方、圧電トランスの効率は、上記離調幅が大きい程低下するため、昇圧比の周波数特性が緩やかなことは好ましくない。特に、圧電トランスの効率の周波数特性は高周波数領域に行くに従って大きく低下するため、離調幅が大きいと、損失による発熱が大きくなり、圧電トランスを回路に組み込んだ際に誤動作や熱暴走を引き起こす原因となる。
【００１２】
従って、本発明の目的は、昇圧比周波数特性の傾きがより急峻であり、従って、出力電圧の調整のための離調幅を小さくでき、それによって効率の低下を抑制しつつ出力電圧の調整を行うことができる圧電トランス及びその製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、分極された圧電体の長さ方向に沿って、１次側部及び２次側部が構成されており、前記１次側部が厚み方向に分極されており、前記２次側部が長さ方向に分極されている、ローゼン型圧電トランスにおいて、前記圧電体の１次側部に形成された電極と、前記圧電体の２次側部において、圧電体の長さ方向に交差する端面に形成された電極とをさらに備え、前記２次側部の一部において圧電体の幅方向両側の未分極または弱分極の不活性部が設けられていることを特徴とする、圧電トランスが提供される。
【００１４】
なお、上記不活性部とは、２次側部の一部に設けられた未分極または弱分極の領域を広く含むものであり、このような不活性部の形成は、後述の発明の実施形態から明らかなように、種々の態様で実現し得る。
【００１５】
本発明のある特定の局面では、２次側部において圧電体の長さ方向に交差する端面に形成された電極が、端面の面積よりも小さくされている。従って、２次側部に、上記端面に形成された電極を用いた分極により不活性部が設けられ、２次側部の実効的電気機械結合係数が低下され、昇圧比の周波数特性の傾きが急峻とされている。
【００１６】
本発明の他の特定の局面では、前記圧電体の１次側部に形成されている電極が、２次側部側の端部に電極欠落部を有する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明の非限定的な実施例に係る圧電トランスを説明する。
【００２０】
（第１の実施例）
図２は、本発明の第１の実施例に係る圧電トランスを示す斜視図である。圧電トランス１は、直方体状の圧電セラミックス２を用いて構成されている。圧電セラミックス２としては、チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスのような適宜の圧電セラミックスを用いることができ、特に限定されるものではない。
【００２１】
圧電セラミックス２の長さ方向Ａに沿って１次側部３及び２次側部４が構成されている。１次側部３においては、複数の電極５が、圧電セラミック層を介して重なり合うように配置されている。電極５，５間に存在する圧電セラミック層は、隣り合う圧電セラミック層が厚み方向において逆方向となるように分極処理されている。従って、１次側部３は、従来の圧電トランス５１の１次側部５３と同様に構成されている。
【００２２】
２次側部４においては、圧電セラミックス２は、長さ方向Ａに沿うように分極処理されている。もっとも、この２次側部４においては、全体が長さ方向Ａに沿って一様に分極処理されているのではなく、弱分極状態の不活性部６，６が形成されている。
【００２３】
不活性部６，６は、端面２ａに端面２ａよりも小さな面積の電極７を形成し、該電極７と、１次側部３の上面及び下面に配置された電極５，５とを用いて圧電セラミックス２を分極処理することにより構成されている。すなわち、圧電セラミックス２の端面２ａの幅方向両端のコーナー部分近傍は、上記分極処理に際し電界が十分に印加されないことになるため、弱分極状態となり、不活性部６，６が構成されている。
【００２４】
圧電トランス１では、不活性部６，６が設けられているため、２次側部４の実効的な電気機械結合係数が低下されることになる。
圧電トランス１を昇圧トランスとして用いる場合、圧電トランス５１と同様に、１次側部３から出力電圧を印加し、電極７から出力電圧を取り出す。この場合、出力電圧を低める必要がある場合には、駆動周波数を共振点から離れた周波数に設定する。ところが、上記不活性部６，６が設けられているため、実効的電気機械結合係数が低下されており、それによって昇圧比の周波数特性がより急峻とされている。従って、出力電圧を低める必要がある場合の共振点からの離調幅を小さくすることができ、それによって効率の低下を余り引き起こすことなく、出力電圧を調整することができる。
【００２５】
上記圧電トランス１において、昇圧比の周波数特性がより急峻とされることを具体的な実験例に基づき説明する。
圧電トランス１として、チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスからなり、長さ１６．５×幅８．０×厚み２．０ｍｍの寸法のものを用意し、１次側部３の電極５の寸法を長さ８．２５×幅７．５ｍｍ、電極５の積層数を９枚とし、電極７の寸法を、端面２ａの面積の３／４としたものを作製した。また、電極７の面積を、端面２ａの面積の１／２としたものも用意した。さらに、比較のために、圧電トランス５１と同様に、端面２ａに形成された電極の面積を端面２ａと同等としたものを用意した。
【００２６】
上記３種類の圧電トランスの昇圧比周波数特性及び効率周波数特性を測定した。結果を図３，図４に示す。
なお、図３，図４において、実線が電極７の面積を端面の面積の１／２とした場合を、一点鎖線が電極７の面積を端面の面積の３／４とした場合を、破線が電極７の面積を端面の面積と等しくした場合を示す。
【００２７】
図３から明らかなように、電極７の面積を端面２ａの面積の１／２とした場合、端面２ａの全面に電極を形成した場合に比べて、昇圧比がピーク値で２ｄＢ大きくなっており、昇圧比周波数特性の傾きが急峻であることがわかる。
【００２８】
また、電極７の面積を端面の面積の３／４及び１／２と小さくした場合、すなわち、電極７の面積を小さくすればする程、昇圧比周波数特性の傾きが急峻となることがわかる。従って、電極７の面積を端面２ａの面積よりも小さくすることにより、出力電圧を低める必要がある場合の離調幅を小さくし得ることがわかる。
【００２９】
また、図４から、上記のように電極７の面積を小さくした場合であっても、効率周波数特性がさほど変化しないことがわかる。すなわち、電極７の面積の大きさの如何に関わらず、効率周波数特性があまり影響を受けないため、上記のように電極７の面積を小さくして離調幅を小さくしたとしても、効率の低下が生じ難いことがわかる。
【００３０】
よって、図３，図４の結果から、本発明実施例のように電極７の面積を小さくして２次側部を分極処理し、不活性部６を設けた場合、出力電圧を低めるように駆動周波数を変化させる場合、周波数を変化させた幅、すなわち離調幅を小さくすることができ、かつその場合効率の低下が生じ難いことがわかる。
【００３１】
（第１の実施例の変形例）
図２に示した圧電トランス１では、端面２ａにおいて、端面２ａよりも小さな電極７を形成して不活性部６を構成するにあたり、電極７の形状は、図５（ａ）に示すように、端面２ａの幅方向両端近傍部分を残し、端面２ａの幅方向中央に形成することにより行っていたが、電極７の形状については、特に限定されるものではない。
【００３２】
例えば、図５（ｂ）に示すように、端面２ａの上方領域及び下方領域を残すように、端面２ａの圧電セラミックス２の厚み方向中央部分にのみ電極７を形成してもよい。この場合においても、電極７を用いて２次側部４を分極処理することにより、不活性部が、２次側部において、圧電セラミックス２の上面及び下面近傍に形成されることになり、第１の実施例と同様の効果を得ることができる。
【００３３】
さらに、図６（ａ）に示すように、端面２ａにおいて、上面及び下面近傍領域だけでなく、幅方向両端近傍をも残し、端面２ａの中央部分にのみ電極７を形成してもよい。また、図６（ｂ）に示すように、電極７は端面２ａの外周縁に至るように形成されており、かつ内部に電極欠落部８を有するように構成してもよい。この場合、電極欠落部８については、図示のように矩形の窓部に限定されるものではなく、円、三角形等の適宜の形状とすることができ、かつ電極欠落部８の数についても任意である。
【００３４】
（第２の実施例）
第１の実施例に係る圧電トランス１では、２次側部４において、端面２ａに形成された電極７を、端面２ａの面積よりも小さくすることにより不活性部６，６が構成されていた。これに対して、第２の実施例に係る圧電トランスでは、１次側部において、電極欠落部を設けることにより、２次側部に不活性部が構成される。これを、図７（ａ）を参照して説明する。図７（ａ）は、第２の実施例に係る圧電トランス１１の平面図である。圧電トランス１１は、直方体状の圧電セラミックス２を用いて構成されており、該圧電セラミックス２の長さ方向Ａに沿って１次側部３及び２次側部４が構成されている。圧電トランス１１が、圧電トランス１と異なる点は、▲１▼電極５に代えて、一部が欠落した電極１５が用いられていること、並びに▲２▼端面２ａに形成されている電極が、端面２ａの全面に形成されていてもよいことにある。
【００３５】
１次側部３において、電極１５は、圧電セラミックス２の上面だけでなく、圧電セラミックス２内、及び圧電セラミックス２の下面にも形成されている。１次側部３の分極は、複数の電極１５を用いて行われ、それによって電極１５，１５間に挟まれている圧電セラミック層が、隣り合う圧電セラミック層において厚み方向に逆方向となるように分極処理される。すなわち、１次側部３の分極は、圧電トランス１の場合と同様にして行われる。
【００３６】
２次側部４の分極は、上面に配置された電極１５及び下面に配置された電極１５と、端面２ａに形成された電極（図示されず）との間に電圧を印加することにより、行われる。すなわち、分極方法自体は、第１の実施例の圧電トランス１の場合と同様である。もっとも、電極１５の端面２ａ側の端部では、端面２ａと直交する端縁１５ａの両端が、圧電セラミックス２の幅方向両端まで延びていない。端縁１５ａの両端には、端面２ａから遠ざかる方向に延びる傾斜縁１５ｂ，１５ｂが連ねられている。すなわち、傾斜縁１５ｂ，１５ｂが形成されているため、電極１５は、端面２ａ側の端部において、電極が一部欠落されている。その結果、２次側部４の分極に際しては、多点のハッチングで示す弱分極部、すなわち不活性部１６，１６が形成されることになる。この不活性部１６は図示のように２次側部４に主として構成される。
【００３７】
よって、圧電トランス１１においても、不活性部１６，１６が２次側部４に構成されることになるため、２次側部４の実効的電気機械結合係数を低下させることができ、それによって昇圧比周波数特性が急峻化される。
【００３８】
なお、圧電トランス１１おいては、上記傾斜縁１５ｂ，１５ｂを設けることにより、１次側部３の電極１５に電極欠落部を設けていたが、図７（ｂ）に示すように、端面２ａ側の端部を曲線状とし、それによって電極欠落部を設けてもよい。すなわち、図７（ｂ）に示す電極１５は、圧電セラミックス２の幅方向中央において凸状となるように電極１５の端縁１５ｃが曲線状の形状とされており、それによって分極処理後に２次側部４に不活性部１６，１６が構成される。
【００３９】
（その他の変形例）
図２に示した圧電トランス１では、端面２ａよりも面積の小さい電極７を形成して分極することにより不活性部６，６を設け、第２の実施例では、１次側部３の電極１５の形状を変更することにより不活性部１６，１６を分極により得ていたが、本発明における未分極もしくは弱分極の不活性部を形成する方法は、これらに限定されるものではない。
【００４０】
すなわち、圧電トランス１において、端面２ａの全面に電極７を形成し、２次側部４を従来の圧電トランス５１と同様にして分極処理した後、２次側部４において、部分的に分極を除去してもよい。すなわち、例えば、図２に示す不活性部６，６に相当する領域の分極を除去することにより、あるいは分極度を低下させることにより、不活性部６，６を形成してもよい。
【００４１】
上記のような不活性部６，６を形成するための脱分極あるいは分極度の低下は、不活性部６，６に相当する領域を部分的に加熱することにより行い得る。この加熱は、例えば、ラバーヒータなどを、分極度を低下させたい領域に当接し、分極度が低下する程度まで加熱することにより容易に行い得る。すなわち、本発明に係る圧電トランスの製造に際し、上記不活性部を形成する方法については、２次側部４の一部に不活性部を設けるように、２次側部を分極処理した後に、２次側部の一部を加熱等により脱分極もしくは分極度を低下させることにより行い得る。
【００４２】
【発明の効果】
本発明では、ローゼン型圧電トランスにおいて、２次側部の一部に未分極または弱分極の不活性部が設けられているので、昇圧比周波数特性が従来のローゼン型圧電トランスに比べて急峻化される。従って、例えば、駆動周波数を高めて出力電圧を低下させる必要がある場合、離調幅を低減することができ、それによって効率の低下をさほど引き起こすことなく出力電圧を低めることができる。よって、例えば、冷陰極（蛍光）管に用いた場合、調光に際し、出力電圧を低めたとしても、熱暴走等を引き起こすことなく、確実に調光を行い得る。
【００４３】
また、圧電体の２次側部において長さ方向に交差する端面に形成された電極の面積が、該端面の面積よりも小さくされている場合には、該端面に形成された電極を用いて２次側部を分極することにより、２次側部に不活性部を得ることができる。この場合、端面よりも面積の小さな電極を端面に形成する方法については、従来のローゼン型圧電トランスにおいて端面に電極を形成する工程とほぼ同様に容易に行い得るため、製造工程を増加させることなく、上記不活性部を容易に構成することができる。
【００４４】
圧電体の１次側部の電極の２次側部側の端部に電極欠落部が設けられている場合には、従って、該１次側の電極と、２次側部において圧電体の長さ方向に交差する端面に形成された電極とを用いて分極処理することにより、２次側部に上記不活性部を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のローゼン型圧電トランスを説明するための斜視図。
【図２】本発明の第１の実施例に係るローゼン型圧電トランスを示す斜視図。
【図３】ローゼン型圧電トランスにおいて２次側部の長さ方向に交差する端面に形成された電極の面積を変化させた場合の昇圧比周波数特性を示す図。
【図４】ローゼン型圧電トランスにおいて２次側部の長さ方向に交差する端面に形成された電極の面積を変化させた場合の効率周波数特性を示す図。
【図５】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、２次側部に形成される電極の形状の例を説明するための各端面図。
【図６】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、２次側部に形成される電極の形状の例を説明するための各端面図。
【図７】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、第２の実施例に係る圧電トランス及び第２の実施例の変形例を説明するための各平面図。
【符号の説明】
１…圧電トランス
２…圧電セラミックス
２ａ…長さ方向に交差する端面
３…１次側部
４…２次側部
５…電極
６，６…不活性部
７…電極
Ａ…長さ方向
１１…圧電トランス
１５…電極
１５ａ…電極端縁
１５ｂ…傾斜縁
１５ｃ…電極端縁
【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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