(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形の圧電板の長さ方向における１波長共振モードで振動を利用した圧電トランスにおいて、
第１端から反対側の第２端まで延在する板長と、板幅と、板厚とを有し、外板長に沿って仮想的に４等分された第１から第４の領域が前記第１端から第２端までこの順序で配列されている前記矩形の圧電板と；
前記圧電板の第１端および第２端にそれぞれ隣接する前記第１領域および第４領域の各々に設けられた少なくとも２枚の平面電極を有し、前記板長に等しい波長に対応した周波数の交流入力電圧を受けて前記圧電板の１波長共振を駆動するための入力電極手段と；
前記圧電板の前記第２および第３の領域の境界部において前記幅方向に延在するように設けられた帯状の電極を有し、前記圧電板の１波長共振から発生する交流出力電圧を出力するための出力電極手段と；
を有し、かつ
前記第１領域および第４領域は前記板厚の方向で互いに逆方向に分極されており、前記第２および第３の領域は前記板長の方向に分極されている；
ことを特徴とする圧電トランス。
【請求項２】
矩形の圧電板の長さ方向における１波長共振モードで振動を利用した圧電トランスにおいて、
第１端から反対側の第２端まで延在する板長と、板幅と、板厚とを有し、外板長に沿って仮想的に４等分された第１から第４の領域が前記第１端から第２端までこの順序で配列されている前記矩形の圧電板と；
前記圧電板の前記第１領域および第２領域に渡って設けられた少なくとも２枚の平面電極を有し、前記板長に等しい波長に対応した周波数の交流入力電圧を受けて前記圧電板の１波長共振を駆動するための入力電極手段と；
前記圧電板の前記第３および第４の領域の境界部において前記幅方向に延在するように設けられた帯状の電極と、前記第２端の端面上に設けられたアース用電極とを有し、前記圧電板の１波長共振から発生する交流出力電圧を出力するための出力電極手段と；
を有し、かつ
前記第１領域および第２領域は前記板厚の方向で同じ向きに分極されており、前記第３および第４の領域は前記板長の方向で互いに逆向きに分極されている；
ことを特徴とする圧電トランス。
【請求項３】
請求項２の圧電トランスにおいて、前記圧電板の前記第２の領域と第３の領域との境界部に、さらに追加のアース用電極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４】
請求項１〜３のいずれかの圧電トランスにおいて、前記入力電極手段を構成する前記平面電極の２枚は、前記圧電板の表面上および裏面上にそれぞれ形成されていることを特徴とする圧電トランス。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかの圧電トランスにおいて、前記入力電極手段を構成する平面電極は、前記圧電板の中に、前記板厚方向に互いに間隔をもって形成された少なくとも３枚の内面電極であることを特徴とする圧電トランス。
【請求項６】
請求項５の圧電トランスにおいて、前記入力電極手段は、さらに、前記圧電板の表面上および裏面上にそれぞれ形成された平面電極を有していることを特徴とする圧電トランス。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかの圧電トランスにおいて、
前記圧電板は前記板幅方向において互いに対向する側面を有し；
前記入力電極部は、
前記平面電極と、
前記圧電板の該入力電極手段を設けられた領域の前記対向側面に前記交流入力電圧を印加されるために設けられた２つの側面電極と
を有し；
該２つの側面電極の１つは前記平面電極の前記板厚方向で互いに隣接する各２つの一方に接続されており、他方の側面電極は該平面電極の互いに隣接する各２つの他方に接続されており；
前記入力電極手段を設けられた領域の各々は、前記２つの側面電極に予め直流電圧を印加することによって、前記平面電極の互いに隣接する各２つの間で分極されている；
ことを特徴とする圧電トランス。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の圧電トランスにおいて、前記出力電極手段を構成する前記帯状の電極は、前記板厚の方向に互いに間隔付けられた複数の帯状電極と；
前記圧電板の板幅方向において互いに対向する側面上に形成され、かつ前記帯状電極の両端にそれぞれ接続され、前記交流出力電圧を取り出すための２つの出力側面電極と
を有していること
を特徴とする圧電トランス。
【請求項９】
前記帯状電極が、内部帯状電極として、前記圧電板内に埋め込まれていることを特徴とする請求項８の圧電トランス。
【請求項１０】
前記帯状電極の内の２つが前記上面および下面上に、それぞれ、設けられ、残りの帯状電極が、内部帯状電極として、前記圧電板内に埋め込まれていることを特徴とする請求項８の圧電トランス。
【請求項１１】
請求項３の圧電トランスにおいて、前記追加のアース用電極は、前記板厚の方向に互いに間隔付けられた複数のアース用帯状電極と；
前記圧電板の板幅方向において互いに対向する側面上に形成され、かつ前記アース用帯状電極の両端にそれぞれ接続され、前記交流出力電圧を取り出すための２つのアース用側面電極と
を有していること
を特徴とする圧電トランス。
【請求項１２】
前記アース用帯状電極が、内部帯状電極として、前記圧電板内に埋め込まれていることを特徴とする請求項１１の圧電トランス。
【請求項１３】
前記アース用帯状電極の内の２つが前記圧電板の表面および裏面上に、それぞれ、設けられ、残りのアース用帯状電極が、内部帯状電極として、前記圧電板内に埋め込まれていることを特徴とする請求項１１の圧電トランス。
【請求項１４】
請求項２の圧電トランスにおいて、前記圧電板の前記入力電極手段を有する前記第１および第２の領域の部分と、前記圧電板の前記出力手段を有する前記第３および第４の領域の部分とが、それぞれ、入力部および出力部とてして、別体の部品からなり、該入力部と出力部とが互いに接合され、かつ接着されていることを特徴とする圧電トランス。
【請求項１５】
請求項１４の圧電トランスにおいて、前記入力部は、前記平面電極と圧電体層とが交互に積層されている焼結された積層体であり、前記出力部は、圧電体の成形焼結体の表面に前記出力電極手段が設けられたものであることを特徴とする圧電トランス。
【請求項１６】
請求項１５において、前記成形焼結体が、熱間静水圧プレスしたものであることを特徴とする圧電トランス。
【請求項１７】
請求項１４〜１６のいずれかの圧電トランスにおいて、前記出力部の前記入力部との接合面間に、追加のアース用電極が介在していることを特徴とする圧電トランス。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、圧電性セラミックスからなる矩形板を用いた１波長共振型圧電振動子を利用した圧電トランスに関するものである。
背景技術
トランス（変圧器）としては、鉄心に巻線をしてなる電磁式トランスが周知である。この電磁式トランスは、寸法が大型であること、消費電力が大であること、電磁ノイズや熱が発生することから、小型の電気機器の電源用としては不適当である。例えば、静電気発生装置や液晶ディスプレイのバックライト点灯用の高電圧電源におけるトランスとしては、大きな出力電流は必要ではないが、出力電圧としては１ｋＶ−数ワット程度のものが必要であると共に、電磁ノイズや消費電力の低減、小型化などが要求されている。
一方、圧電気現象を利用した圧電トランスは、電磁ノイズの発生がほとんどなく、小型にできるので、小型機器の電源用トランスとしての実用化が検討されている。
第１図（ａ）および（ｂ）を参照して，従来の圧電トランス１１は、圧電性セラミックス矩形板１３と、この圧電性セラミックス矩形板１３の一端から長さ方向のおよそ半分の部分（以下第１の部分と呼ぶ）において厚さ方向に対向して設けられた２つの表面電極１５、１５と、両表面電極の間の前記第１の部分の内部に厚さ方向に間隔をおいて形成されている複数の内部電極１６，１７を備えている。なお、前記第１の部分の対向する側面にそれぞれ形成されている側面電極１８、１９には、表面電極１５、１５がそれぞれ接続されると共に、一つ置きの内部電極１６と残りの内部電極１７とがそれぞれ接続されている。さらに、圧電性セラミックス矩形板１３の前記第１の部分とは反対側の半分の部分（以下第２の部分と呼ぶ）の端面の上に出力取出し用に形成された端面電極２０を備えている。
側面電極１８，１９の間に直流電圧を印加することによって、圧電性セラミックス矩形板１３の前記第１の部分が分極処理されている。すなわち、圧電性セラミックス矩形板１３は、表面電極１５、１５および内部電極１６、１７の各電極間で分極されており、その分極の方向は、第２図（ｂ）に小さな矢印で示すように、内部電極１６、１７の各々の両側で、互いに反対向となる。さらに、両表面電極１５と端面電極２０との間にも直流電圧を加えることによって、圧電性セラミックス矩形板１３の第２の部分が、第１図（ｂ）に大きい矢印で示すように、長さ方向に分極されている。
上記した電極構造の１波長共振型の圧電トランスは、ローゼン型圧電トランスと呼ばれている。
なお、入力電極として、上記した複数の内部電極を有するタイプは、実際には、その製造の際、内部電極と圧電体とを交互に積層しながら形成するので、積層型と呼ぶことにする。これに対して、内部電極を設けずに、厚み方向の分極を対向する表面電極１５、１５間で一方の向きのみとしたタイプのものも知られている。このタイプは、製造においても積層を行う必要がなく、一枚の圧電体の表面に電極を構成するだけで良いので、以下単板型と呼ぶことにする。
第１図（ａ）および（ｂ）に示すローゼン型圧電トランスの動作を、以下に説明する。
側面電極１８、１９の一方をアース端子とし、他方に対して、圧電性セラミックス矩形板１３の長さ方向振動の１波長共振モードの共振周波数に等しい周波数の交流電圧を入力電圧として印加すると、積層型圧電トランスは圧電振動子として作用し、第２図（ａ）および（ｂ）に、それぞれ示す変位分布および歪み分布を持って振動する。この時、表面電極１５及び内部電極１６，１７と端面電極２０との間には圧電効果により交流電圧が発生する。発生する電圧の大きさは、表面電極１５及び内部電極１６、１７の間の距離、表面電極１５と端面電極２０との間の距離、および入力電圧によってほぼ決まる。すなわち、圧電トランスにおいては、圧電効果を利用したエネルギー変換、すなわち、電気−機械−電気変換によって、変圧した電圧を得ることができる。
ところで、近年の電子機器の小形軽量化の要求に伴い、この種の圧電トランスについても小形軽量化が要求されている。例えば、長さ（mm）×幅（mm）×厚み（mm）＝42×12×1.5の圧電振動子の幅を半分（42×6×1.5）にして、その体積を半分にすることが要求されている。
ところが、圧電振動子の体積を減少させると、伝達される電力が体積の減少に比例して低下する。このため、所定の出力を得るためには、圧電振動子の振動速度を増大させなければならない。つまり、振動モード及び圧電振動子の長さが決まれば、振動周波数は決まってしまうので、上記のように圧電振動子の幅を半分にした場合に、振動速度を増大させるには、入力電圧を大きくして、圧電振動子の変位量（振幅）を大きくしなければならない。
しかしながら、圧電振動子における振動速度の増大は、発熱の増大を招き、効率の低下を招く。特に、圧電セラミックス固有の振動レベル限界（振動子が大振動速度、大振幅下で発熱による温度（ΔＴ）が所定値に達する振動速度を意味し、その所定値は、例えばΔＴ＝２５℃に選定することができる。）に達するような振動速度でも所望の出力が得られない場合に、さらに振動レベル限界を超えて振動速度を増加させたとしても、発熱が指数関数的に増大して効率が大きく低下するだけで、所望の出力を得ることができない。即ち、従来のローゼン型電極構造の圧電トランスでは、小型化が困難であるという問題点がある。
本発明は、従来の圧電トランスよりも小型でありながら、材料固有の振動レベル限界よりも低い振動速度で、従来の圧電トランスと同程度の出力を得ることができる圧電トランスを提供することを目的とする。
発明の開示
本発明の一態様によれば、矩形の圧電板の長さ方向における１波長共振モードで振動を利用した圧電トランスにおいて、第１端から反対側の第２端まで延在する板長と、板幅と、板厚とを有し、外板長に沿って仮想的に４等分された第１から第４の領域が前記第１端から第２端までこの順序で配列されている前記矩形の圧電板と；前記圧電板の第１端および第２端にそれぞれ隣接する前記第１領域および第４領域の各々に設けられた少なくとも２枚の平面電極を有し、前記板長に等しい波長に対応した周波数の交流入力電圧を受けて前記圧電板の１波長共振を駆動するための入力電極手段と；前記圧電板の前記第２および第３の領域の境界部において前記幅方向に延在するように設けられた帯状の電極を有し、前記圧電板の１波長共振から発生する交流出力電圧を出力するための出力電極手段と；を有し、かつ前記第１領域および第４領域は前記板厚の方向で互いに逆方向に分極されており、前記第２および第３の領域は前記板長の方向に分極されている；ことを特徴とする圧電トランスが得られる。
さらに、本発明の他の態様によれば、矩形の圧電板の長さ方向における１波長共振モードで振動を利用した圧電トランスにおいて、第１端から反対側の第２端まで延在する板長と、板幅と、板厚とを有し、外板長に沿って仮想的に４等分された第１から第４の領域が前記第１端から第２端までこの順序で配列されている前記矩形の圧電板と；前記圧電板の前記第１領域および第２領域に渡って設けられた少なくとも２枚の平面電極を有し、前記板長に等しい波長に対応した周波数の交流入力電圧を受けて前記圧電板の１波長共振を駆動するための入力電極手段と；前記圧電板の前記第３および第４の領域の境界部において前記幅方向に延在するように設けられた帯状の電極と、前記第２端の端面上に設けられたアース用電極とを有し、前記圧電板の１波長共振から発生する交流出力電圧を出力するための出力電極手段と；を有し、かつ前記第１領域および第２領域は前記板厚の方向で同じ向きに分極されており、前記第３および第４の領域は前記板長の方向で互いに逆向きに分極されている；ことを特徴とする圧電トランスが得られる。
さらに、本発明の別の態様によれば、前記圧電板の前記入力電極手段を有する前記第１および第２の領域の部分と、前記圧電板の前記出力手段を有する前記第３および第４の領域の部分とが、それぞれ、入力部および出力部とてして、別体の部品からなり、該入力部と出力部とが互いに接合され、かつ接着されていることを特徴とする圧電トランスが得られる。
すなわち、本発明によれば、１波長共振モードを利用した圧電トランスでありながら、圧電板の前記第１から第４の領域の内、前記１波長共振振動による圧電板の変位が互いに対象あるいは逆になる２つの領域に入力電極を設け、出力電極を他の領域に設けることによって、従来のローゼン型の圧電振動子に比して振動速度および発熱が小さく小型で効率の良い圧電トランスを得ている。
【図面の簡単な説明】
第１図は、従来のローゼン型圧電トランスの説明図で、（ａ）は概略斜視図、（ｂ）は（ａ）の１Ｂ−１Ｂ線での断面図である。
第２図（ａ）および（ｂ）は，第１図の圧電トランスを駆動したときの圧電セラミックス板の変位分布と歪分布をそれぞれ示す。
第３図は、本発明の一実施例による圧電トランスを示す図で、（ａ）はその概略斜視図であり、（ｂ）は（ａ）図の圧電トランスを駆動したときの圧電セラミックス板の変位分布と歪分布を示す。
第４図は、本発明の他の実施例による圧電トランスを示す図で、（ａ）はその概略斜視図であり、（ｂ）および（ｃ）は，図（ａ）における４Ｂ−４Ｂ線および４Ｃ−４Ｃ線での断面図を、それぞれ、示す。
第５図は、第４図の積層型圧電トランスの製造の際に交互に積層される２種類の電極付きグリーンシートのそれぞれの斜視図である。
第６図は、本発明の他の実施例による単板型圧電トランスを示す概略斜視図である。
第７図は、本発明の他の実施例による積層型圧電トランスを示す図で、（ａ）はその概略斜視図であり、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）および（ｅ）は，図（ａ）における７Ｂ−７Ｂ、７Ｃ−７Ｃ、７Ｄ−７Ｄおよび７Ｅ−７Ｅ線での断面図を、それぞれ、示す。
第８図は、本発明のさらに他の実施例による積層型圧電トランスを示す概略斜視図である。
発明を実施するための最良の形態
本発明の実施例による圧電トランスを図面を用いて説明する。
第３図（ａ）を参照して、圧電トランス２１は、圧電性セラミックス（例えば、ＰＺＴ＝鉛・ジルコネート・チタネート）からなる矩形板２３を有する。この圧電性セラミックス矩形板２３を、その長さ（ｌ）方向において４等分した４つの領域（長さｌ／４）を、それぞれ、図中左から、第１〜４の領域Ａ１、Ａ２、Ａ３およびＡ４と仮定する。長さ方向の両端側の第１および第４の領域Ａ１およびＡ４のそれぞれに、その厚さ方向で対向する表面に入力用の表面電極２４ａ、２５ａ、２４ｂ、２５ｂが形成されている。これらの表面電極は、平面電極で、第１および第４の領域の各々の内で、矩形板２３の長さ方向および幅方向に延在するが、各領域内に限定される。
更に、圧電性セラミックス矩形板２３の中央側の第２および第３の領域Ａ２およびＡ３の境界部において、矩形板２３の表裏面上に、その幅方向に延在する帯状の表面電極３０ａおよび３０ｂが形成されている。
表面電極２４ａ、２５ａ、２４ｂ、２５ｂは、矩形板２３を１波長共振モードで駆動するための入力電圧を印加する入力電極手段として用いられるもので、それぞれ隣接する領域との境界部付近に、入力端子２８ａ、２９ａ、２８ｂ、２９ｂを、それぞれ、接続されている。
一方、帯状内部電極２６および２７は、出力電圧を取り出す出力電極手段として用いられ、出力電極端子３０ａおよび３０ｂが、それぞれ、接続されている。
入力端子２８ａと２８ｂとを共通に接続し、かつ入力端子２９ａと２９ｂとを共通に接続して、これらの間に、直流電圧を印加することによって、前記第１および第４の領域Ａ１およびＡ４の部分が分極処理される。分極の向きは、第３図に矢印で示すように、厚み方向で、互いに反対向きである。
また、第１の領域Ａ１の２つの入力端子２８ａ、２９ａを共通に接続し、出力電極２６、２７の２つの出力端子３０ａと３０ｂとを共通に接続し、これらの間に直流電圧を印加することによって、第２の領域Ａ２が第３図（ａ）に太い矢印で示されるように、長さ方向右向きに分極されている（当然の事ながら、左向きでも良い）。同様に、第４の領域Ａ４の２つの入力端子２８ｂ、２９ｂを共通に接続し、出力端子３０ａおよび３０ｂを共通に接続し、これらの間に直流電圧を印加することによって、第３の領域Ａ３が第３図（ａ）に太い矢印で示されるように、長さ方向右向きに分極されている（当然の事ながら、左向きに分極しても良い）。
表面側で、両側の２つの入力端子２８ａ、２８ｂを共通に接続し、裏面側の両側の２つの入力端子２９ａ、２９ｂを共通に接続し、これらの間に交流電圧を印加する。その周波数を矩形板２３の長さ（ｌ）に等しい波長の周波数とすると、矩形板２３は、第３図（ｂ）で示す変位および歪みを呈するように振動する。第１および第２の領域Ａ１およびＡ２の境界部と、第３および第４の領域Ａ３およびＡ４の境界部が振動の節となる。
この振動により、出力電極２６および２７と入力電極２８ａ、２８ｂ、２９ａあるいは２９ｂとの間に、昇圧した交流の出力電圧を得ることができる。したがって、入力端子２８ａあるいは２９ａと出力端子３０ａあるいは３０ｂの間から出力電圧を得る事ができる。あるいは、入力端子２８ｂあるいは２９ｂと出力端子３０ａあるいは３０ｂの間から出力電圧を得る事ができる。
上記の構成の圧電トランスを以下の通りにして製造した。
高ＱｍのＭｎ1/3Ｓｂ2/3を含有するＰＺＴからなる４２×６×１．５（ｍｍ）の寸法の矩形の圧電セラミックスのグリーンシートを大気中にて１２００℃で焼成した後、入力電極２８ａ〜２９ｂと出力電極２６および２７を、上記の所定位置に銀ペーストを焼き付けることによって形成した。その後、シリコンオイル中にて温度１４０℃、電解強度１．０ｋＶ／ｍｍで、上記した分極処理を実施した。
以上のようにして製造された圧電トランスについて、負荷として、直径２．６ｍｍ長さ２２０ｍｍの冷陰極管を駆動して、評価テストを行った。測定した特性を表１に示す。比較例として、従来のローゼン型圧電トランスを作成し、同様の評価テストを行った。その結果を表１に併せて示した。
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表１から明らかなように、本発明の実施例による電圧トランス（実施例）では、従来の電圧トランス（ローゼン型）に比べ、同一の出力（管電流）が得られるときの振動速度が低く、発熱量が小さい。したがって、効率も高い。
実施例の圧電トランスでは、その振動レベル限界は電極形状や振動板の形状にもよるが、通常０．１〜０．２（ｍ／ｓ）程度であり、大きな発熱が見られないことから、振動レベル限界内と考えられる。これに対し、比較例のローゼン型では、振動速度は実施例の２倍近くあり、発熱量も多い。したがって、比較例のローゼン型では既に振動レベル限界を超えており、これ以上の小型化は不可能と思われる。
なお、実施例の圧電トランスでは、比較例のローゼン型圧電トランスに比べ、若干、昇圧比が低下している。しかしながら、この昇圧比の低下は僅かであり、入力電極を積層構造（圧電材料と電極材料とを交互に積層した構造）にすることで昇圧比は容易に向上させることができるので特に問題になることはない。
本実施例によれば、１波長振動モードで駆動される圧電トランスにおいて、入力電極を圧電振動子の長手方向端部に形成し、出力電極を長手方向中央に形成するようにしたことで、小型で、振動速度が小さく、発熱の少ない、効率の高い圧電トランスが提供できる。
なお、上記実施例では、入力電極としては、矩形板２３の表裏に形成した表面電極のみとしたが、以下の実施例に示されるように、内部電極を有する積層型とすることもできる。また、入出力端子を側面電極として形成しても良い。
次に、第４図および第５図を参照して、本発明の他の実施例を説明する。
第４図（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を参照して、本実施例の圧電トランスも、前記の実施例と同様に、圧電性セラミックス矩形板２３に入力電極手段と出力電極手段を設けてなるものである。第３図の実施例と同様に、圧電性セラミックス矩形板２３をその長手方向において、第４図（ａ）で左から第１〜第４領域Ａ１〜Ａ４に４等分したと仮定して、本実施例の圧電トランスは、入力電極手段が、第２および第３の領域Ａ２およびＡ３（Ａ２＋Ａ３として表示）に設けられ、かつ表面電極２４ａ〜２５ｂの代わりに内部電極３３ａ〜３４ｂで構成され、入力端子として側面電極２８ａ〜２９ｂを有してる点、および出力電極手段が、矩形板の長手方向の両端面に端面電極３２ａおよび３２ｂとして設けられる点で、第３図の圧電トランスとは基本的に異なっている。より詳細には、本実施例では、矩形板２３の長さ方向の中央部の第２および第３の領域Ａ２およびＡ３のそれぞれの内部に、入力電極として、厚さ方向に間隔をおいて複数の内部電極３３ａ、３４ａ、３３ｂ、３４ｂが形成されている。これらの内部電極は、平面電極で、第２および第３の領域Ａ１およびＡ２の各々の内で、矩形板２３の長さ方向および幅方向に延在するが、各領域内に限定される。更に幅方向で対向する側面に側面電極２８ａ、２９ａ、２８ｂ、２９ｂが形成されている。
第４図（ｂ）に示される通り、第２の領域Ａ２において、内部電極３３ａおよび３４ａには、側面電極２８ａおよび２９ａに１つおきの内部電極３３ａおよび他の一つおきの内部電極３４ａが，それぞれ，接続されている。一方、第４図（ｃ）に示される通り、第３の領域Ａ３において、内部電極３３ｂおよび３４ｂは、側面電極２９ｂおよび２８ｂに１つおきの内部電極３３ｂおよび他の一つおきの内部電極３４ｂが，それぞれ，接続されている。
これらの内部電極、側面電極は、矩形板２３を１波長共振モードで駆動するための入力電圧を印加する入力電極手段として用いられる。
分極処理は、第３図の実施例と同様に行われる。すなわち、第２および第３の領域Ａ２およびＡ３の各々の部分の側面電極２８ａと２８ｂを共通に接続し、２９ａと２９ｂとを共通に接続して、これらの間に、直流電圧を印加することによって、前記第２および第３の領域Ａ２およびＡ３の部分が分極処理される。分極の向きは、第４図（ｂ）および（ｃ）に矢印で示すように、厚み方向で、各内部電極の両側で互いに反対向きである。なお、第４図（ｂ）示される第２の領域Ａ２の部分の分極の向きと、第４図（ｃ）の第３の領域Ａ３の部分の分極の向きは、互いに反対になっている。
また、第２の領域Ａ２の側面電極２８ａ、２９ａを共通に接続し、端面電極３２ａとの間に直流電圧を印加することによって、第１の領域Ａ１が第４図（ａ）に太い矢印で示されるように、長さ方向右向きに分極されている（当然の事ながら、左向きでも良い）。同様に、第３の領域Ａ３の側面電極２８ｂ、２９ｂを共通に接続し、端面電極３２ｂとの間に直流電圧を印加することによって、第４の領域Ａ４が第４図（ａ）に太い矢印で示されるように、長さ方向右向きに分極されている（当然の事ながら、左向きでも良い）。
第２領域および第３領域のＡ２およびＡ３の一方の側の２つの側面電極２８ａ、２８ｂを共通に接続し、反対側の他の２つの側面電極２９ａ、２９ｂを共通に接続し、これらの間に交流電圧を印加する。その周波数を矩形板２３の長さ（ｌ）と等しい波長の周波数とすると、矩形板２３は、第３図（ｂ）で示すと同じ変位および歪みをもって振動する。この振動により、端面電極３２ａと３２ｂとの間に、昇圧した交流の出力電圧を得ることができる。
以下、第５図を参照して、この圧電トランスの製造方法について、具体的に説明する。
まず、第５図（ａ）に示すように、高ＱｍのＰＺＴからなる所定形状の圧電セラミックスのグリーンシート上の所定位置に、銀−パラジウム電極ペーストで内部電極２６ａ、２６ｂおよび帯状内部電極３１を内部電極パターンとして印刷する。同じ電極パターンを有するグリーンシートを複数枚用意する。他方、第５図に示すように、同じ圧電セラミックスのグリーンシート上に内部電極２７ａ、２７ｂおよび帯状内部電極３１を印刷する。同じ電極パターンを有するグリーンシートを複数枚用意する。続いて、これらの（ａ）図および（ｂ）図に示すグリーンシートを交互に複数枚積層し、その上に電極パターンのないセラミックスグリーンシートを積層して積層体とする。更に、この積層体を熱圧着し、大気中で焼結して焼結体とする。続いて、銀−パラジウムペーストを用いて、焼結体の両側面と両端面に，側面電極２８ａ〜２９ｂと端面電極３２ａ、３２ｂをそれぞれ形成する。その後前記の方法で分極処理を施して、第４図の圧電トランスが得られる。
本実施例に従って、圧電トランスを製造した。焼結条件は、１１００℃で２時間とし、分極条件は、１５０℃のシリコンオイル中にて、電界強度１ｋＶ／ｍｍで１５分間とした。得られた圧電トランスを、その特性を評価するために、直径２．２ｍｍ、長さ２２０ｍｍの冷陰極管を負荷とし、正弦波入力電圧を印加して駆動した。その時の昇圧特性、及び安定点灯時の振動速度と発熱の関係を測定した。その測定結果を表２に示す。
比較のために従来構造のローゼン型の圧電トランスを同一の寸法、積層数、焼結および分極条件にて作成し、同じ評価テストを行い、その結果を同じ表２に示した。
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表２を参照すると、従来の圧電トランスでは、振動速度が０．３８ｍ／ｓ、発熱が６５℃にもなっている。しかしながら、本発明の圧電トランスでは、昇圧比が４５と若干低いものの、同一出力（管電流）下での振動速度および発熱量ΔＴが低く、より効率の良いことがわかる。
なお、上記実施例では、入力電極として、内部電極のみを用いた積層型としたが、さらに矩形板の第２および第３領域Ａ２およびＡ３の表裏面に表面電極を設けてもよい。また、内部電極を設けずに、表裏面上の表面電極のみを用いても良い。
第６図を参照して、本発明のさらに他の実施例を説明する。
同図を参照して、本実施例の圧電トランスは、第１図に関して説明した従来のローゼン型圧電トランスの内の単板型に類似している。相違点は、出力電極が第３図の実施例と同様の帯状電極２６および２７から構成されていること、その出力電極の設けられる位置が第３領域Ａ３および第４領域Ａ４の境界であることである。なお、第４領域Ａ４の側の端面には端面電極が出力用接地（アース）電極として設けられており、第３および第４領域Ａ３およびＡ４の分極方向が、長手方向で逆向きになっている。
分極処理および製造方法は、第３図の実施例と同様で、入力電極の数および電極の形成位置が異なるのみであることは明らかであるので、ここでの詳細な説明は省略する。
以下に、動作を説明する。
入力電極としての表面電極２４および２５の一方および端面電極３２は、アースしておく。図示を省略したが、図３と同様に入力電極２４および２５に接続した入力端子（図３の２８、２９）あるいは図１と同様に側面に形成した側面電極（図１の１８）を介して、入力電極２４および２５間に入力電圧を印加する。この入力電圧は、矩形板２３の長さ（ｌ）が１波長に相当する周波数の交流電圧である。その結果、従来のローゼン型の圧電トランスと同様に、圧電効果により、矩形板は、第２図の（ａ）および（ｂ）に示される変位分布および応力分布をもって振動する。この振動の結果、圧電効果により、出力電極２６および２７に出力電圧が現れる。この出力電圧の取り出しは、出力電極２６、２７の少なくとも一方の電極とアースした側の入力電極２４あるいは２５との間から行なわれる。あるいは、出力電極２６、２７の少なくとも一方の電極と端面電極３２（アースされている）との間から取り出される。
本実施例に従う圧電トランス素子を製造した。分極条件は、１４０℃のシリコンオイル中にて、電界強度１ｋＶ／ｍｍで１５分間とした。得られた圧電トランスを、その特性評価をするために、第３図の実施例と同様の評価テストに付した。その結果を表３に示す。
比較のために従来構造の単板型のローゼン型圧電トランスを同一の寸法および分極条件にて作成し、同じ評価テストを行い、その結果を同じ表３に示した。
表３より明らかな通り、本発明の実施例の圧電トランスは、従来のローゼン型の圧電トランスと比較して、半分の体積でありながら、昇圧比に遜色ない。また、同一出力（管電流）下での振動速度が低く、そのため発熱量が少なくなっている。したがって、小型で高出力の圧電トランスとして優れていることが分かる。
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なお、本実施例では、入力電極を表面電極２４および２５のみとした単板型の構造について図示し、説明した。しかしながら、入力電極として、第１図の従来例に示すように、内部電極と表面電極を用いた積層型とすることもできる。また、表面電極を用いず、内部電極のみで入力電極を構成した積層型としても良い。積層型にすると、昇圧比を高くすることができる。
上記したように、第６図の実施例の圧電トランスは、使用時に、入力電極の一方と端面電極をアースして用いる。これは、高圧の出力電圧を得るためである。これは、入力電極として内面電極を用いた積層構造とした場合もおなじである。
ところで、入力電極の一方をアースする代わりに、入力電極の近傍に、すなわち、第２領域Ａ２と第３領域Ａ３の境界近傍に入力電極に隣接してアース電極を設けても良い。第７図はこの構成を有する実施例である。
この実施例の圧電トランスにおいては、第７図（ａ）、（ｂ）および（ｅ）を参照して、入力電極は、第１図の実施例に示す入力電極と同様に内部電極３３および３４、および側面電極２８および２９を備えている。しかしながら、表面電極（２４、２５）は用いていない。もちろん、表面電極を採用しても良い。
第７図（ａ）、（ｃ）および（ｅ）を参照して、入力電極の近傍に設けたアース電極は、その位置において、圧電板の内部で厚み方向に間隔をおき、幅方向に伸びる帯状の複数の内部電極３５とその側面電極３６ａおよび３６ｂからなる。もちろん、矩形板の表面に、帯状の内部電極３５と一致した位置に、帯状の表面電極を設けても良いし、帯状の内部電極を使用せず表面電極のみとしても良い。
力電極は、第７図（ａ）、（ｄ）および（ｅ）を参照して、第３および第４の領域Ａ３およびＡ４の境界部に設けた帯状の内部電極３７およびその両側の側面電極３０ａおよび３０ｂで構成されている。これも第６図に示す帯状の表面電極２６および２７を追加的に設けても良いし、あるいは、表面の帯状電極のみとしても良い。
この実施例の圧電トランスの動作は、第６図の実施例と同様である。ただし、使用時に入力電極をアースする必要はなく、代わりにアース電極３５をその側面電極３６ａ、３６ｂを介してアースすることはいうまでもない。
第８図は、さらに他の実施例を示す斜視図である。この実施例のものは、第７図の実施例と基本的構成においては同一であるが、第１および第２の領域Ａ１およびＡ２からなる入力部２３ａと、第２および第３領域Ａ３およびＡ４からなる出力部２３ｂとを異なる矩形板で形成し、それらを互いに接着した構成を有する圧電トランスである。
入力部２３ａは、入力電極として第７図の実施例の入力電極と同様の複数の内部電極３３、３４と、入力端子としての側部電極２８および２９とを有する積層型として構成されている。もちろん、入力電極は、表面電極を有しても良いし、あるいは、内面電極を用いず表面電極のみで構成されても良い。
出力部２３ｂは、プレス成形した圧電板からなり、その長手方向両端面にアース電極として端面電極３２ａおよび３２ｂを有し、長手方向中央部の表裏面に、幅方向に延在する帯状の表面電極２６、２７を有している。出力部２３ｂの両側面には、これら帯状の表面電極２６、２７の両端と接続した側面電極３０ａ、３０ｂ（３０ｂのみを図示する。）を有し、全体として無端の帯状電極を構成し、出力電極としている。
入力部２３ａおよび出力部２３ｂは、その端面同志を接着剤にて接着することにより、一枚の矩形圧電板からなる圧電トランスを構成している。なお、入力部２３ａおよび出力部２３ｂの接着面間に配置されることになるアース用端面電極３２ａを外部に導出するために、このアース用端面電極３２ａと接続された側面電極３６ａ、３６ｂを出力部２３ｂの側面に形成している。この結果、端面電極３２ａは、第７図のアース電極３５に相当する。
この圧電トランスの動作は、第７図の圧電トランスの動作と、基本的に同じであるので、動作についての説明はここでは省略する。
第７図に示す積層型の圧電トランスを、第５図の実施例の場合と同様に、グリーンシートにそれぞれの電極を印刷し、積層し、焼結し、その後、焼結体の外表面に側面電極および端面電極を形成し、表４に示す種々の条件で分極処理を施すことによって、製作した。製作した圧電トランスの寸法は、４２ｍｍ×６ｍｍ×２ｍｍであった。
他方、同じ寸法（４２ｍｍ×６ｍｍ×２ｍｍ）の第８図の圧電トランスを以下に述べる方法で製作した。
２１×６×２ｍｍ3の寸法を有する入力部２３ａを積層体として製作した。すなわち、高Ｑｍを有する圧電セラミックスからなるグリーンシートを製膜し、その上に内部電極パターンを印刷したものを１０層に積層した後、所定寸法に切断した。この積層体を、脱バインダー後、１１００℃、２時間で焼結した。得られた焼結体の外側面に入力用の側面電極２３を焼き付けて、圧電トランスの入力部２３ａを得た。
他方、出力部２３ｂは、プレス成形品と、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）品の２種類を製作した。すなわち、入力部２３に用いたと同じ組成の圧電セラミックス粉末を乾式プレスにより成形品をプレスし、得られた成形品を１２００℃にて焼結して、焼結品を得た。こうして得られた焼結品のいくつかを、入力部２３ａの寸法と同じ２１×６×２ｍｍ3に加工した後、その外表面にアース用端面電極および無端の帯状出力電極を施して、プレス品としての出力部２３ｂを得た。さらに、上記の焼結品の残りのものに熱間静水圧プレスを施して、磁器特性を改善したＨＩＰ成形品を得た。このＨＩＰ成形品を入力部２３ａの寸法と同じ２１×６×２ｍｍ3に加工した後、その外表面に、同様に、アース用端面電極および無端の帯状出力電極を施すことによって、ＨＩＰ品としての出力部２３ｂを得た。
先に得た積層型の入力部２３ａの複数枚と、出力部２３ｂとしてのプレス品およびＨＩＰ品を、それぞれ、接着剤によって接着した。こうして得た接着体を、それぞれ、表４に示す種々の条件で分極処理して、第８図の圧電トランスの試料を得た。
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表４において、第７図の実施例のタイプをＩとし、第８図の実施例のうち、出力部２３ｂにプレス品を用いたタイプをIIとし、ＨＩＰ品を用いたタイプをIIIとして示した。各タイプに対して、３種類の分極条件を適用したので、Ｉ▲１▼からIII▲３▼までの９種類の試料が得られた。
表４において、入力側分極条件を一定に保ち、出力側印加電界強度を増加させると、Ｉのタイプでは１．０ｋＶ／ｍｍで、またIIのタイプでは１．５ｋＶ／ｍｍの電界強度で、出力側帯状電極近辺にクラックが生じた。一方、IIIのタイプでは、３種類の分極条件のいずれにおいても、異常はみられなかった。すなわち第７図の実施例の一体焼結品では出力側が焼結不足のため、不十分な電界強度しか印加できない。すなわち、第７図に示した構造の圧電トランスでは、出力側の分極において高圧取り出し用の帯状電極近傍に引っ張り応力が集中するため、分極条件の選定には注意を要する。これに対し、第８図の実施例に係る入力部を積層品とし、出力部を成形品として別々に形成し、接着したものでは、出力部の焼結温度の違いにより磁器としての機械的強度が向上している為、同組成でありながら充分な分極が可能である。
分極によって得られた圧電トランスの試料の内、各タイプから一つずつ選んだ試料Ｉ▲１▼、II▲２▼およびIII▲３▼について、直径２．６ｍｍ、長さ２２０ｍｍの冷陰極管を負荷として、圧電トランスの長さに等しい波長に対応した周波数の正弦波電圧を圧電トランスの入力に印加して、振動子特性、昇圧特性を測定した。得られた結果を、表５および表６に示した。
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表５から、第７図の実施例のタイプＩよりも、第８図の実施例のタイプII、更には、タイプIIIの方が、出力側の静電容量Ｃｄ及び結合係数ｋeffにおいて、向上していることが分かる。これは、入力部と出力部との間で焼結条件を変えたことによって、圧電板の磁器特性が向上し、充分な分極を行うことが可能となった結果、振動子定数に顕著な差が生じたものと考えられる。
さらに，表６は、５ｍＡ安定点灯時の入力電圧、素子温度、振動速度を示すもので、第８図の実施例によるタイプIIおよびIIIのものは、いずれも、第７図の実施例のタイプＩよりも低くなっていることが分かる。
なお、第７図の実施例のタイプＩのものも、第１図に示す従来の積層型のローゼン型圧電トランスに比して、振動速度および発熱温度において、改善されていることは、表２と表６を比較することによって、明らかである。
以上の実施例において、圧電板として、ＰＺＴのセラミックス板を例示したが、圧電性を有するものであれば他の材料でも良い。例えば、圧電振動特性に優れているとして知られているニオブ酸リチウム単結晶なども、用いられ得る。さらに、電極としては、銀ペーストの印刷による薄膜を例示したが、他の導電性薄膜を用いることができる事はいうまでもない。
以上、幾つ化の実施例について本発明を説明したが、本発明は、これらの実施例に限定されることなく、本発明の範囲内で種々の実施の形態が可能である。
産業上の利用可能性
以上のべたように、本発明によれば、従来のローゼン型圧電トランスと比較して、１／２の体積でありながら、同一出力下で振動速度が低く、発熱の少ない効率の高い圧電トランスが得られ、特に液晶ディスプレイのバックライト点灯用の電源に用いるに適した圧電トランスを提供することが可能となる。
【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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