(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、該板長に沿って仮想的に４等分され前記第１端から第２端まで連続的に配列された４つの領域を有する矩形の圧電板と；
前記４つの領域から入力領域として選択された少なくとも２つの領域上に設けられ、前記板長の半分の長さ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２波長共振を駆動するための入力電極手段と；
前記４つの領域のうち残りの少なくとも１つの領域の一位置に設けられ、前記圧電板の２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
前記入力領域は前記板厚の方向に分極されており、前記残りの少なくとも１つの領域は前記板長の方向に分極されており；
前記４つの領域は、前記第１端から前記第２端に前記板長の方向に第１の領域、第２の領域、第３の領域、及び第４の領域の順序で配列されており、前記入力領域は、前記第１端および前記第２端にそれぞれ隣接する前記第１領域および第４領域であり、該第１領域および第４領域は互いに逆方向に分極されており、前記出力電極手段は前記第２領域および第３領域の境界部に設けられている；
ことを特徴とする圧電トランス。
【請求項２】
請求項１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、
前記入力領域の各々に形成された複数の平面電極であって、該入力領域内に限定されるが前記板長の方向および前記幅の方向に延在し、かつ前記板厚の方向に互いに間隔をおいて形成された前記複数の平面電極と、
前記入力領域の各々の内で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３】
前記平面電極が、内部電極として、前記圧電板の中に埋め込まれていることを特徴とする請求項２の圧電トランス。
【請求項４】
前記圧電板が前記板厚の方向において互いに対向する上面および下面を有しており；
前記平面電極の内の２つが、前記入力領域内で、前記上面および下面上に設けられており、残りの平面電極が内部電極として、前記圧電板の中に埋め込まれている；
ことを特徴とする請求項２の圧電トランス。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１つに記載の圧電トランスにおいて、前記出力電極手段は：
前記板幅の方向に延在し、かつ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；
前記対向側面上に形成され、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つの出力側面電極パッドと
を有していること
を特徴とする圧電トランス。
【請求項６】
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５の圧電トランス。
【請求項７】
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５の圧電トランス。
【請求項８】
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、該板長に沿って仮想的に４等分され前記第１端から第２端まで連続的に配列された４つの領域を有する矩形の圧電板と；
前記４つの領域から入力領域として選択された少なくとも２つの領域上に設けられ、前記板長の半分の長さ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２波長共振を駆動するための入力電極手段と；
前記４つの領域のうち残りの少なくとも１つの領域の一位置に設けられ、前記圧電板の２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
前記入力領域は前記板厚の方向に分極されており、前記残りの少なくとも１つの領域は前記板長の方向に分極されており；
前記４つの領域は、前記第１端から前記第２端に前記板長の方向に第１の領域、第２の領域、第３の領域、及び第４の領域の順序で配列されており、前記入力領域は、互いに隣接する前記第２領域および第３領域であり、該第２領域および第３領域は互いに逆方向に分極されており、前記出力電極手段は前記第１端および第２端上に設けられた電極からなる；
ことを特徴とする圧電トランス。
【請求項９】
請求項８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、
前記入力領域の各々に形成された複数の平面電極であって、該入力領域内に限定されるが前記板長の方向および前記幅の方向に延在し、かつ前記板厚の方向に互いに間隔をおいて形成された前記複数の平面電極と、
前記入力領域の各々の内で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１０】
前記平面電極が、内部電極として、前記圧電板の中に埋め込まれていることを特徴とする請求項９の圧電トランス。
【請求項１１】
前記圧電板が前記板厚の方向において互いに対向する上面および下面を有しており；
前記平面電極の内の２つが、前記入力領域内で、前記上面および下面上に設けられており，残りの平面電極が内部電極として、前記圧電板の中に埋め込まれている；
ことを特徴とする請求項９の圧電トランス。
【請求項１２】
請求項９〜１１のいずれか１つに記載の圧電トランスにおいて、前記出力電極手段は：
前記板幅の方向に延在し、かつ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；
前記対向側面上に形成され、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つの出力側面電極パッドと
を有していること
を特徴とする圧電トランス。
【請求項１３】
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１２の圧電トランス。
【請求項１４】
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１２の圧電トランス。
【請求項１５】
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、該板長に沿って仮想的に４等分され前記第１端から第２端まで連続的に配列された４つの領域を有する矩形の圧電板と；
前記４つの領域から入力領域として選択された少なくとも２つの領域上に設けられ、前記板長の半分の長さ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２波長共振を駆動するための入力電極手段と；
前記４つの領域のうち残りの少なくとも１つの領域の一位置に設けられ、前記圧電板の２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
前記入力領域は前記板厚の方向に分極されており、前記残りの少なくとも１つの領域は前記板長の方向に分極されており；
前記４つの領域は、前記第１端から前記第２端に前記板長の方向に第１の領域、第２の領域、第３の領域、及び第４の領域の順序で配列されており、前記入力領域は、前記第１領域、第２領域および第４領域であり、該第１領域と前記第２および第４領域の各々とは、互いに逆方向に分極されており、前記出力電極手段は、前記板長の方向において、前記第３領域の中央部に設けられている；
ことを特徴とする圧電トランス。
【請求項１６】
請求項１５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、
前記入力領域の各々に形成された複数の平面電極であって、該入力領域内に限定されるが前記板長の方向および前記幅の方向に延在し、かつ前記板厚の方向に互いに間隔をおいて形成された前記複数の平面電極と、
前記入力領域の各々の内で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１７】
前記平面電極が、内部電極として、前記圧電板の中に埋め込まれていることを特徴とする請求項１６の圧電トランス。
【請求項１８】
前記圧電板が前記板厚の方向において互いに対向する上面および下面を有しており；
前記平面電極の内の２つが、前記入力領域内で、前記上面および下面上に設けられており，残りの平面電極が内部電極として、前記圧電板の中に埋め込まれている；
ことを特徴とする請求項１６の圧電トランス。
【請求項１９】
請求項１６〜１８のいずれか１つに記載の圧電トランスにおいて、前記出力電極手段は：
前記板幅の方向に延在し、かつ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；
前記対向側面上に形成され、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つの出力側面電極パッドと
を有していること
を特徴とする圧電トランス。
【請求項２０】
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１９の圧電トランス。
【請求項２１】
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１９の圧電トランス。
【請求項２２】
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、該板長に沿って仮想的に４等分され前記第１端から第２端まで連続的に配列された４つの領域を有する矩形の圧電板と；
前記４つの領域から入力領域として選択された少なくとも２つの領域上に設けられ、前記板長の半分の長さ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２波長共振を駆動するための入力電極手段と；
前記４つの領域のうち残りの少なくとも１つの領域の一位置に設けられ、前記圧電板の２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
前記入力領域は前記板厚の方向に分極されており、前記残りの少なくとも１つの領域は前記板長の方向に分極されており；
前記４つの領域は、前記第１端から前記第２端に前記板長の方向に第１の領域、第２の領域、第３の領域、及び第４の領域の順序で配列されており、前記入力領域は、前記第１領域および第２領域であり、該第１領域および第２領域は互いに逆方向に分極されており、前記出力電極手段は前記第３領域および第４領域の境界部に設けられ、前記第２端上に出力用のアース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２３】
請求項２２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、
前記入力領域の各々に形成された複数の平面電極であって、該入力領域内に限定されるが前記板長の方向および前記幅の方向に延在し、かつ前記板厚の方向に互いに間隔をおいて形成された前記複数の平面電極と、
前記入力領域の各々の内で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２４】
前記平面電極が、内部電極として、前記圧電板の中に埋め込まれていることを特徴とする請求項２３の圧電トランス。
【請求項２５】
前記圧電板が前記板厚の方向において互いに対向する上面および下面を有しており；
前記平面電極の内の２つが、前記入力領域内で、前記上面および下面上に設けられており，残りの平面電極が内部電極として、前記圧電板の中に埋め込まれている；
ことを特徴とする請求項２３の圧電トランス。
【請求項２６】
請求項２３〜２５のいずれか１つに記載の圧電トランスにおいて、前記出力電極手段は：
前記板幅の方向に延在し、かつ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；
前記対向側面上に形成され、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つの出力側面電極パッドと
を有していること
を特徴とする圧電トランス。
【請求項２７】
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２６の圧電トランス。
【請求項２８】
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２６の圧電トランス。
【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。
なお、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、製造に置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）に示す圧電トランスの動作を説明する。
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、このような変換系を有する圧電トランスにおいては、低電圧駆動、小形、高昇圧比（出力電圧／入力電圧）の要求を満たすために、圧電板の厚さを薄くしたり、および／または、入力電極（表面電極および内部電極）間の厚みを薄くすることが行われる。その結果として、入力インピーダンスが小さくなり、これにより入力電流（ｍｏｔｉｏｎａｌ電流）が増大する。入力電流は、機械変換により振動速度に変換されるので、入力電流の増大により、振動速度および振幅が使用する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。）を超えた場合には、発熱が大きくなると共に、効率が低下するとの不都合が生じる。
そこで、本発明の技術的課題は、このような従来の欠点を解決すべく、低消費電力、低電圧駆動、小形、高昇圧比の要求を満たしながらも、振動速度が低く、発熱が小さく、効率の高い圧電トランスの構造を得ることにある。
発明の開示
本発明によれば、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、該板長に沿って仮想的に４等分され前記第１端から第２端まで連続的に配列された４つの領域を有する矩形の圧電板と；前記４つの領域から入力領域として選択された少なくとも２つの領域上に設けられ、前記板長の半分の長さ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２波長共振を駆動するための入力電極手段と；前記４つの領域のうち残りの少なくとも１つの領域の一位置に設けられ、前記圧電板の２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、前記入力領域は前記板厚の方向に分極されており、前記残りの少なくとも１つ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、本発明によれば、請求の範囲２〜１１項に記載の圧電トランスが得られる。
本発明によれば、矩形圧電体の２波長共振モードに対応した周波数の電圧を入力電極に印加して、矩形圧電体を２波長共振モードで振動させ、その振動により圧電効果によって発生する電圧を出力端子から得るものであり、１波長共振モードの場合に比して、２倍のエネルギーを出力側から取り出すことができるので、同じ入力電流に対して、振動速度および発熱が小さく、効率の良い圧電トランスを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、従来の一波長共振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）は図（ａ）における３Ｂ−３Ｂ線での断面図、（ｃ）は，図（ａ）における３Ｃ−３Ｃ線での断面図，（ｄ）は，図（ａ）における３Ｄ−３Ｄ線での断面図を示す。
第４図（ａ）および（ｂ）は，第３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応力分布をそれぞれ示す。
第５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５Ｂ−５Ｂ線および５Ｃ−５Ｃ線での断面図をそれぞれ示す。
第６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）、（ｃ）および（ｄ）は，図（ａ）における６Ｂ−６Ｂ、６Ｃ−６Ｃ線および６Ｄ−６Ｄ線での断面図をそれぞれ示す。なお、（ａ）図の６Ｃ′−６Ｃ′線での断面は、（ｃ）図と同様である。
第７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）、（ｃ）および（ｄ）は，図（ａ）における７Ｂ−７Ｂ、７Ｃ−７Ｃ線および７Ｄ−７Ｄ線での断面図をそれぞれ示す。
発明を実施するための最良の形態
本発明の一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）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）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、その長さ方向において４等分した４つの領域を、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、そそれら領域の内部に厚さ方向に間隔をおいて複数の内部電極２６ａ、２７ａ、２６ｂ、２７ｂが形成されている。これらの表面電極および内部電極は、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１の領域Ａ１において、表面電極２４ａおよび２５ａと内部電極２６ａおよび２７ａは、側面電極２８ａおよび２９ａに１つおきの内部電極２６ａと一方の表面電極２５ａ、および他の一つおきの内部電極２７ａと他方の表面電極２４ａがそれぞれ接続されるように、形成されている。一方、第４の領域Ａ４において、表面電極２４ｂおよび２５ｂと内部電極２６ｂおよび２７ｂは、側面電極２９ｂおよび２８ｂに１つおきの内部電極２６ｂと一方の表面電極２５ｂ、および他の一つおきの内部電極２７ｂと他方の表面電極２４ｂがそれぞれ接続されるように、形成されている。
これらの表面電極、内部電極、側面電極は、後述するように、矩形板２３を２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。又、第１および第４の領域Ａ１およびＡ４は入力電極手段を設ける領域であるので、入力領域と呼ばれる。
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の境界部には、矩形板２３を周回するように、帯状の表面電極３０が形成され、内部に、厚み方向に間隔をおいて複数の帯状の内部電極３１が形成されている。図示の通り、帯状表面電極は、矩形板２３の上面と下面に延在している部分とこれらを接続する側面部分とからなり、該側面部分は、パッド状を呈する電極となっている。帯状内部電極３１は、それらの両端が帯状表面電極の内面、詳しくは、側面のパッド状の電極部分の内面に接続されるように設けられている。これらの帯状の表面および内部電極３０、３１は、後述するように、出力電極手段として用いられる。
第１および第４の領域Ａ１およびＡ４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（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３図（ｂ）示される左側の第１の領域Ａ１の部分の分極の向きと、第３図（ｃ）の右側の第４の領域Ａ４の部分の分極の向きは、互いに反対になっている。
また、第１の領域Ａ１の側面電極２８ａ、２９ａを共通に接続し、帯状電極３０と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の側面電極２８ｂ、２９ｂを共通に接続し、帯状電極３０と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。
両側の２つの側面電極２８ａ、２８ｂを共通に接続し、両側の他の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の長さの半分に等しい波長の周波数とすると、矩形板２３は、第４図（ａ）および（ｂ）で示す変位および歪みを呈するように振動する。この振動により、出力電極３０と電極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。
以下、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、高ＱｍのＰＺＴからなる複数枚の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。他方、同様に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。続いて、これらの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１１００℃、２時間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、焼結体の表面に予め積層により内部に形成した電極パターンの投影的なパターンを形成し、側面部に内部電極と接続した入力用の側面電極および出力用のパッド状の側面電極を形成する。かくして、表面電極２４ａ、２５ａ、２４ｂ、２５ｂ、側面電極２８ａ、２９ａ、２８ｂ、２９ｂおよび帯状表面電極３０が形成される。
なお、単板型の圧電トランスの場合には、内部電極２６ａ、２７ａ、２６ｂ、２７ｂ、３１を有せず表面に電極を設けるだけで構成される。すなわち、複数枚の積層を必要としない（すなわち、積層数は１である。）。
第３図に示される構造の長さ方向２波長共振モードの積層型圧電トランスおよび単板型の圧電トランスを、長さ４２ｍｍ、幅１２ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの寸法を有するもの、および幅だけ６ｍｍとし他の寸法を同じとしたものを作成した。また比較例として第１図に示される従来のローゼンタイプ型構造の１波長共振モードの積層型圧電トランス、および近年新規に提案されている３／２波長共振モードの圧電振動子（いわゆる対称３次ローゼンタイプの積層型圧電トランス）を同じく入力側積層構造にて同一寸法で試作した。これらの積層型圧電トランスの分極は、シリコンオイル中にて温度１５０℃、電解強度１．２ｋＶ／ｍｍで実施した。
以上のようにして製造された圧電トランスについて、それらの特性を測定した。その結果を表１に示す。
なお、これら積層型圧電トランスにおいては、発熱ΔＴが２５℃に達するときの振動速度のレベル限界は約０．２２ｍ／ｓである。
表１を参照して、１波長共振モードの比較例においては、単板型でも、積層型でも、寸法が４２×１２×１．５の場合には、発熱も小さく、振動速度も限界レベルに達しない。しかし、幅寸法を半分とし振動子の体積を減少させた場合（寸法が４２×６×１．５のものの場合）、振動速度が限界レベルを越え０．３９５ｍ／ｓとなり、発熱は４３℃にもなる。
また、３／２波長共振モードの比較例においては、１波長共振モードのものに比べて、いずれの型でも、またいずれの寸法のものも、１波長共振モードのものに比べて、振動速度が（ｍ／ｓ）低く、発熱は最大で５℃である。
本発明の２波長共振モードの積層型圧電トランスの場合には、上記２つの比較例と比べて、いずれの型でも、またいずれの寸法のものでも、同一出力下での振動速度および発熱ΔＴが低いことがわかる。更に、積層数を増加すると、昇圧比が大きくなり、より低圧の駆動が実現できる。
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したがって、小型化の要求に対して、本発明の２波長共振モードの積層型圧電トランスは、昇圧比、振動速度、および発熱の観点から優れている。
なお、上記実施例では、矩形板２３の表裏に表面電極を形成したが、以下の実施例に示されるように、表面電極は省略することができる。表面電極を省略すると、表面の絶縁が有利になる。
次に、第５図（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を参照して、本発明の他の実施例を説明する。
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５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に設けられ、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、第３図で第４領域Ａ４および第１領域Ａ１に設けた内部電極および側面電極の構成を、それぞれ第２領域Ａ２および第３領域Ａ３に設けている。それぞれの領域の内部電極を、２６ａ、２７ａ、および２６ｂ、２７ｂとして第５図（ｂ）および（ｃ）に示している。側面電極は、参照符号２８ａ、２９ａおよび２６ｂ、２９ｂとして示されるように、両側面にそれぞれ設けられている。なお、第３図で入力電極手段の要素として設けられている表面電極２４ａ〜２５ｂは、この実施例では、使用されていない。
分極処理は、第３図の実施例と同様に行われる。第２および第３領域Ａ２およびＡ３内では、分極方向は厚み方向で、その向きは、第５図（ｂ）および（ｃ）に矢印で示される向きとなる。この実施例では、表面電極を使用していないので、最上層の内部電極の上方および最下層の下方は、分極されないことになる。
また、入力電極と出力電極の間の第１および第４領域Ａ１およびＡ４は、第５図（ａ）に太い矢印で示すように、長手方向右向きに分極されている。
本実施例の圧電トランスは、矩形板２３の長さが２波長に相当する周波数の交流の入力電圧を側面電極２８および２９間に印加すると、圧電効果により、矩形板は、第４図の（ａ）および（ｂ）に示される変位分布および応力分布を持って振動する。この振動の結果、圧電効果により、端面電極３２ａ、３２ｂ間に出力電圧を得ることができる。
この実施例の圧電トランスの製造は、第３図の実施例の製造方法と同様に、行われる。相違は、グリーンシート上の内部電極用の電極パターンの形成位置が異なること、積層後に電極パターンのないグリーンシートをさらに積層する必要がないこと、焼結後、表面電極を設ける必要がないこと、側面電極の位置が異なること、出力電極として端面電極を形成することである。
本実施例に従う圧電トランス素子を製造した。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。
第６図（ａ）〜（ｄ）を参照して、本発明のさらに他の実施例を説明する。
同図と、第３図（ａ）〜（ｄ）とを比較すると明らかなように、第３図（ａ）に示す圧電トランスの構造から表面電極を削除する一方、圧電性セラミックス矩形板２３の第２領域Ａ２にも、第４領域Ａ４に設けたと同じ構成の内部電極および側面電極を追加的に設けている。すなわち、第１、第２および第４の領域Ａ１、Ａ２およびＡ４を入力領域としている。出力電極手段としての帯状の内部電極は第３領域Ａ３の中央部に設けている。
図では、第１、第２および第４領域Ａ１、Ａ２およびＡ４の内部電極、側面電極は、それぞれ第３図と同じ参照数字に、ａ、ｂおよびｃの添字を付加して示した。第１、第２および第４領域Ａ１、Ａ２およびＡ４の内部電極、側面電極は入力電極手段を構成する。出力電極手段としての帯状の内部電極は、第３図と同じ参照数字で示し、外部電極としてパッド状の側面電極３４、３５を設けている。
この実施例の圧電トランスでは、分極処理は、第３図の実施例と同様に行われ、第１および第２領域Ａ１およびＡ２では、第６図（ｂ）および（ｃ）に矢印で示される通りであり、第４領域Ａ４では、第２領域Ａ２と同様に第６図（ｃ）に示される通りである。第３領域Ａ３は、第６図（ａ）に矢印で示される通り、中央の出力電極の方に向かって長手方向に分極されている。
この圧電トランスでは、側面電極２８ａ、２８ｂおよび２８ｃを共通に接続する一方、２９ａ、２９ｂおよび２９ｃを共通に接続し、その間に、矩形板２３の長さが２波長に相当する周波数の交流の入力電圧を印加する。その結果、圧電効果により、矩形板は、第４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、側面電極３４、３５に出力電圧が現れる。この出力電圧の取り出しは、出力電極の一方の側面電極３４あるいは３５と入力電極の側面電極２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２９ａ、２９ｂおよび２９ｃのいずれか（アースして、入出力共通のアース端子としても良い。）との間から行なわれる。
この実施例の圧電トランスの製造は、第３図の実施例の製造方法と同様に行われる。相違は、グリーンシート上の内部電極用の電極パターンの数が増えていること、出力用の帯状電極の形成位置が異なること、積層後に電極パターンのないグリーンシートをさらに積層する必要がないこと、焼結後、表面電極を設ける必要がないこと、側面電極の数が異なること、出力電極としての側面電極を形成することである。
本実施例に従う圧電トランス素子を製造した。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、その特性評価をするために、第５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３に示した。
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表３より明らかな通り、本実施例の圧電トランスは、従来のローゼンタイプの圧電トランスと比較して、昇圧比に遜色無く、半分の体積でありながら同一出力（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。
第７図（ａ）〜（ｄ）を参照して、本発明のさらに他の実施例を説明する。
この実施例の圧電トランスは、第６図の実施例とほぼ同様の構成を有しているが、第４領域Ａ４の内部電極と側面電極が削除されている。すなわち、入力領域は、第１および第２の領域Ａ１およびＡ２とされている点で異なっている。さらに、出力電極手段としての帯状の内部電極とその側面電極が、第３および第４領域Ａ３およびＡ４の境界部に移動されている。又、出力のアース電極端子として、第４領域側の端面上にアース用端面電極３２が設けられている。
したがって、第１および第２領域Ａ１およびＡ２の分極は、第７図（ｂ）および（ｃ）に示す通り、第６図（ｂ）および（ｃ）と同じであり、第３および第４領域Ａ３およびＡ４の分極は、出力電極の帯状電極および端面電極に向かって、長手方向とされている。
この圧電トランスでは、側面電極２８ａおよび２８ｂを共通に接続する一方、２９ａおよび２９ｂを共通に接続し、その間に、矩形板２３の長さが２波長に相当する周波数の交流の入力電圧を印加する。その結果、圧電効果により、矩形板は、第４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、出力用の側面電極３４、３５に出力電圧が現れる。この出力電圧は、側面電極３４あるいは３５と端面電極３２の間から取り出すことができる。
製造方法は、第６図の実施例とほぼ同じで、相違点は、積層時に第３領域の内部電極パターンを形成せず、出力用の帯状の内部電極用パターンの位置が異なる点、焼結後の出力用の側面電極と端面電極を形成する点である。
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第７図の実施例の圧電トランスを製作した。分極条件および焼結条件は、第６図の実施例と同一とした。
以上のようにして製作した圧電トランスの特性を評価するために、第５図の実施例と同様の評価テストに付した。その結果を表４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４に示した。
表４より、本発明での圧電トランスは、従来のローゼン型と比較して、昇圧比が若干低いものの、半分の体積においても同一出力（管電流）下での振動速度が低いため発熱量が少ないことがわかる。
なお、第５図〜第６図の実施例では、表面電極を採用しなかったが、第３図の実施例と同様に表面電極を設けることができる。表面電極を採用することにより、入力電極を設けた領域が、その厚み方向の全体に渡って分極され、振動に寄与するので、出力の点から有利である。また、表面電極を採用する場合には、第３図の実施例に関して述べた通り、内部電極を用いずに、表面電極のみとして、単板型として構成することもできる。
また、圧電板としては、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よい。さらに、電極としては、銀−パラジウム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ことはいうまでもない。
以上いくつか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形態が可能である。
産業上の利用可能性
以上に述べたように、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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