JP2000077246A - 変成器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄型化、小型化しても、昇圧比が高く、高変
換効率であり、しかも構造の簡略化が可能な変成器の提
供。 【解決手段】 一対の導体１１，１２からなる伝送線路
１０と、誘電性と磁性を有するコアを備えた電圧変換部
２と、電圧変換部２の固有インピーダンスと異なるイン
ピーダンスを有する冷陰極管（負荷装置）２０が具備さ
れてなる変成器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置のバ
ックライト用インバータ等に用いることができる変成器
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、液晶表示装置のバックライト用
インバータには、昇圧トランスが備えられていることが
知られている。このような用途に用いられる昇圧トラン
スとしては、従来から巻線トランスが使用されている。
この巻線トランスは、バラスト・コンデンサを介して冷
陰極管に接続されている。この冷陰極管には、水銀が封
入されており、高い電圧が印加されることで発生した電
子が上記水銀に衝突し、紫外線を発生し、この紫外線が
管の内側に塗布された蛍光体を励起発光させ可視光に変
換されるようになっている。このような冷陰極管は、始
動時には電子を発生させるため高い電圧を印加する必要
があるが、しかし、一度放電を開始してしまえば、放電
を維持する電圧は始動電圧の１／３程度で済む。このと
き冷陰極管には５〜６ｍＡ程度の電流を流すだけで十分
であり、大電流は必要ない。従って、このような用途に
用いられる昇圧トランスに望まれる特性としては、冷陰
極管の放電開始時に出力電圧を一瞬上昇させることがで
き、定常時には放電維持電圧まで低下できることであ
る。

【０００３】ところで、近年、液晶表示装置に対する小
型軽量化ならびに高性能化の要求はさらに高まってお
り、このような要求を満足するために、上記バックライ
ト用インバータの小型化、薄型化、高変換効率化が強く
要望されるようになってきている。しかしながら従来の
インバータにおいては、巻線トランスを使って薄型化を
実現しようとすると、変換効率が低下してしまうという
問題があった。この理由は、巻線トランスを薄くするた
めにコアの形状を扁平にすると、結果として巻線が長く
なって直流抵抗が増えてしまうためである。また、巻線
トランスを使用する場合は、設置面積が大きくなってし
まい、小型化に制約があった。

【０００４】そこで、巻線トランスに代えて平板状のセ
ラミック素子からなる圧電トランスを備えたバックライ
ト用インバータが考えられている。この圧電トランス
は、高変換効率を維持したまま薄型化が可能であるが、
昇圧比が不足するため、巻線トランスを補助トランスと
して使用する場合があり、薄型化に制約があった。ま
た、圧電トランスの昇圧比や共振周波数は、上記素子の
形状や電気機械結合係数によって決まるため、素子の大
きさを小さくすると、共振周波数が高周波側にシフト
し、昇圧比も小さくなってしまうため、上記素子の大き
さをあまり小さくすることができず、巻線トランスと同
様に設置面積が大きくなってしまい、インバータの小型
化に制約があった。また、圧電トランスにおいて、高昇
圧比と高変換効率を両立させるためには、積層構造にし
たり、長辺が２０〜３０ｍｍの長方形状にする必要があ
り、構造が比較的複雑となってしまう。

【０００５】一方、インピーダンス変換作用を応用した
変成器としては、これまでに放電灯の点灯装置用に分布
定数線路として高周波同軸ケーブルを使用し、該高周波
同軸ケーブルを電圧変換器として使用した例が報告され
ている。この同軸ケーブルの絶縁体としては、使用周波
数にもよるが、通常、ポリエチレン（ε＝２．３）かテ
フロン（ε＝２．１）が使用されている。しかしながら
従来の変成器においては、同軸ケーブルの絶縁体の誘電
率が低く、例えば、１ＭＨｚで使用するためには同軸ケ
ーブルの長さを約４９ｍにする必要があり、特に、液晶
表示装置のバックライト用インバータとして用いる場合
に、６０ｋＨｚ程度で使用するためには同軸ケーブルの
長さを約８８４ｍにする必要があり、小型化が困難であ
った。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みてなされたものであり、薄型化、小型化しても、昇圧
比が高く、高変換効率であり、しかも構造の簡略化が可
能な変成器の提供を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる変成器
は、少なくとも一対の導体からなる伝送線路と、誘電性
と磁性を有するコアを備えた電圧変換部を少なくとも具
備してなることを特徴とするものである。本発明に係わ
る変成器においては、上記電圧変換部の固有インピーダ
ンスと異なるインピーダンスを有する負荷装置が具備さ
れていることが好ましい。また、本発明に係わる変成器
においては、上記コアはＭｎ−Ｚｎフェライト、Ｎｉ−
Ｚｎフェライト、Ｎｉ−Ｃｕフェライトの群から選ばれ
た１種又は２種以上からなるものであってもよい。ま
た、本発明に係わる変成器においては、上記コアは、Ｆ
ｅ、Ｃｏ、Ｎｉの群から選ばれた１種又は２種以上の元
素Ｔと、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃ
ｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃ
ｕ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓ
ｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｐｂ、Ｂｉ、希土類元素の群から選ば
れた１種又は２種以上の元素Ｍと、Ｏ、Ｃ、Ｎ、Ｂの群
から選ばれた１種又は２種以上の元素Ｄを含む軟磁性合
金粉末と、合成樹脂からなるものであることが好まし
い。

【０００８】さらに、本発明に係わる変成器において
は、上記コアの１００ｋＨｚにおける実効透磁率μが１
０〜２００００であり、実効誘電率εが１０〜５０００
であることが好ましい。また、本発明に係わる変成器に
おいては、上記伝送線路の線路長Ｌが該伝送線路に印加
する電圧の周波数の１／４波長にほぼ等しいことが好ま
しい。また、本発明の係わる変成器においては、上記伝
送線路の一対の導体は、上記コアの間に設けられた内部
導体と、上記コアの外方に設けられた外部導体であって
もよい。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の変成器の一実施形
態について説明する。なお、以下に述べる実施の形態で
は、本発明の変成器が液晶表示装置のバックライト用イ
ンバータに適用された場合について述べる。図１は、本
発明の第一の実施形態の変成器の概略構成を示す斜視図
であり、図２はこの第一の実施形態の変成器の断面図で
ある。この第一の実施形態の変成器は、電圧変換部２
と、負荷装置としての冷陰極管２０から概略構成されて
なるものである。

【００１０】電圧変換部２は、コア部３と、伝送線路１
０から構成されている。コア部３は、図２に示すよう
に、誘電性と磁性を有するコア４の両面に第一の接着層
５を介して絶縁層６が形成され、さらに該絶縁層６上に
第二の接着層７が形成されてなるものである。コア４を
なす材料としては、Ｍｎ−Ｚｎフェライト、Ｎｉ−Ｚｎ
フェライト、Ｎｉ−Ｃｕフェライトの群から選ばれた１
種又は２種以上からなるものを用いることが、コア４の
寸法を短くでき、変成器の小型化が可能である点で好ま
しい。

【００１１】コア４は、１００ｋＨｚにおける実効透磁
率μが１０〜２００００であることが好ましく、また、
コア４は、実効誘電率εが１０〜５０００であることが
好ましい。波長短縮効果は、実効透磁率μ、実効誘電率
εが大きいほど大きくなるため変成器が小型化できる。
しかし、伝送線路の特性インピーダンスは、実効透磁率
μが大きいほど高くなるが、実効誘電率εが大きくなる
と低くなるため、μとεには最適な範囲が存在する。よ
って、本発明においては、波長短縮効果を大きくし、か
つ、特性インピーダンスを所定の値にするには、μとε
は上記の範囲であることが好ましい。

【００１２】絶縁層６をなす材料としては、ポリイミド
等が用いられる。伝送路線１０は、一対の導体１１，１
２からなるものである。これら一対の導体１１，１２
は、それぞれコア部３の周囲に巻かれたように形成され
ている。また、この伝送線路１０では、コア部３の一方
の面側にある導体と他方の面側にある導体に流れる電流
の方向を逆（コア部の表裏で電流方向が逆）にして、磁
束を強め合う構造となっている。この第一の実施形態で
は、一方の導体１１と他方の導体１２がコア部３におい
て磁束が矢印ＭＦの方向を向くように形成されている。
図中、符号Ｉ_a，Ｉ_bで示される矢印の向きは、導体１
１，１２に流れる電流により発生する磁束の方向であ
る。このような伝送路線１０をコア部３の周囲に形成す
る方法としては、例えば、一般的な被覆銅線を巻回す
る、絶縁層６上にメッキまたはスパッタで導体を形成す
る、接着層５・絶縁層６・第２の接着層７・導体が一体
で形成されたものを帯状に加工し、コア４の両面に所定
の形状で配置するなどの方法により形成することができ
る。

【００１３】このような伝送路線１０の一方の導体１１
の出力側（受端側）の端子１１ａには、冷陰極管２０が
接続されており、入力側（送端側）の端子１１ｂには、
交流電源（図示略）と接続されたスイッチ回路（図示
略）が接続されている。また、他方の導体１２の出力側
（受端側）の端子１２ａには、上記冷陰極管２０が接続
されており、入力側（送端側）の端子１２ｂには、上記
交流電源（図示略）と接続されたスイッチ回路（図示
略）が接続されている。伝送線路１０の各導体１１、１
２の線路長Ｌは、該伝送線路１０に印加する交流電圧の
周波数（動作周波数）の１／４波長にほぼ等しいことが
好ましい。伝送路線１０の線路長Ｌが該伝送線路１０に
印加する交流電圧の周波数（動作動作周波数）の１／４
波長とほぼ等しくないと、電圧変換部２の固有インピー
ダンスより大きなインピーダンスを有する冷陰極管２０
が接続された場合に、インピーダンス変換ならびに電圧
変換が行われず、好ましくない。

【００１４】冷陰極管２０としては、上述のような構成
の電圧変換部２の固有インピーダンスと異なるインピー
ダンスを有するものを用いるのが、負荷の両端に電圧変
換部２の固有のインピーダンスとの比に応じた倍率で入
力電圧と異なる電圧が加わる点で好ましい。さらに、こ
の冷陰極管２０は、電圧変換部２の固有インピーダンス
より大きなインピーダンスを有するものを用いるのが、
負荷の両端に電圧変換部２の固有のインピーダンスとの
比に応じた倍率で入力電圧より高い電圧が加わる点でよ
り好ましい。この第一の実施形態の変成器では、磁束の
方向が図１の矢印ＭＦで示される向きとなっている。

【００１５】上述のような構成の第一の実施形態の変成
器では、寄生容量（分布定数）を回路定数に取り込み、
誘電性と磁性を有するコア４と、伝送線路１０を使った
図３に示すような分布定数回路が構成されている。図３
中、符号Ｖ₁は入力電圧、Ｖ₂は受端電圧、Ｉ₁は入力電
流、Ｉ₂は受端電流、Ｚ₁は入力側から見たインピーダン
ス、Ｚ₂は出力側から見たインピーダンス、Ｚ₀は伝送線
路１０の固有のインピーダンス、Ｌは各導体１１、１２
の線路長である。図３に示す分布定数回路は、下記式
（１）で表される。

【００１６】

【数１】

【００１７】上記式中、Ｖ₁は入力電圧、Ｖ₂は受端電
圧、Ｉ₁は入力電流、Ｉ₂は受端電流、Ｚ₁は入力側から
見たインピーダンス、Ｚ₂は出力側から見たインピーダ
ンス、Ｚ₀は伝送線路１０の固有のインピーダンス、Ｌ
は各導体１１、１２の線路長、βは伝送線路１０の伝搬
定数（β＝２πｆ／ｖ＝２π／λ・・・（１−ａ）式）
である。（１−ａ）式でのｖは伝搬速度（＝ｆλ）、λ
は伝搬波長である。

【００１８】本実施形態においては、導体１１，１２の
線路長Ｌは、それぞれ動作周波数のλ／４であるので、 βＬ＝（２π／λ）×（λ／４）＝π／２ となる。よって、式（１）は、下記式（４）で表せる。

【００１９】

【数２】

【００２０】上記式（４）を変形し、入力側から見たイ
ンピーダンスＺ₁を求めると、 Ｚ₁＝Ｖ₁／Ｉ₁＝（ｊＺ₀・Ｉ₂）／（（ｊ／Ｚ₀）・Ｖ₂） ・・・（５） ここでＶ₂＝Ｚ₂・Ｉ₂であるので、 Ｚ₁＝Ｚ₀／（Ｚ₂／Ｚ₀）＝Ｚ₀ ²／Ｚ₂ ・・・式（６） これは、伝搬波長／４＝伝送線路長である場合において
は、固有のインピーダンス５０オームの伝送線路の出力
側の端子に１００オームのインピーダンスを接続した場
合、入力側から見ると２５オームに見えることを示して
おり、受電端に接続されたインピーダンスＺ₂は、送
電端からはＺ₁に変換されて見える。よって、インピー
ダンス変換がされることになる。

【００２１】また、上記式（４）から 以上のことから、電圧は他端の電流に比例し、電流は
他端の電圧に比例することがわかる。伝送線路の線路長
Ｌが伝搬波長／４のときにおいてのみ、上記並びに
の関係が成り立ち電圧変換が行われる。このように伝送
線路１０の固有のインピーダンスと、負荷抵抗（負荷装
置の抵抗）の比率で昇圧比が決まるので、第一の実施形
態の変成器は、高電圧が必要な始動時に高抵抗、点灯時
に抵抗が下がる冷陰極管のインピーダンス特性に適して
いる。

【００２２】次に、第一の実施形態の変成器の動作につ
いて、上記式（６）、式（７）及び図４を用いて説明す
る。図４は、第一の実施形態の変成器の伝送線路の昇圧
作用を説明するためのグラフである。図４のグラフにお
いて、横軸は出力側から見たインピーダンス（負荷イン
ピーダンス）Ｚ₂と伝送線路１０の固有のインピーダン
スＺ₀の比を表している。ここで、入力電圧Ｖ₁が定電圧
であるとする。負荷インピーダンスＺ₂が伝送線路１０
の固有のインピーダンスＺ₀に等しい場合（Ｚ₂／Ｚ₀＝
１）は、伝送線路は整合状態となっており、図中Ａ点に
示されているように送端と受端の電圧が等しいのが明ら
かである。Ｚ₂＞Ｚ₀なる負荷を接続した場合（Ｚ₂／Ｚ₀
＞１）は、上記式（６）よりＺ₁＜Ｚ₀となって入力電流
Ｉ₁が増える。また、上記式（７）から、受端電圧Ｖ₂は
入力電圧Ｉ₁に比例するので、図中Ｂ点に示されている
ように同じく増える。Ｚ₂＞Ｚ₀の領域では、Ｖ₂はＶ₁よ
り大きくなっており昇圧されていることになる。よっ
て、線路長Ｌが動作周波数の１／４波長の伝送線路１０
の負荷として、該線路１０の固有のインピーダンスより
大きな負荷を接続すると、その負荷の両端には伝送線路
１０の固有のインピーダンスとの比に応じた倍率で入力
電圧より高い電圧が加わる。

【００２３】次に、第一の実施形態の変成器において、
上述のようなコア４を用いることにより、波長を短縮で
き、変成器を小型化できる理由について説明する。自由
空間における波長は下記式（８）で表される。 λ＝ｖ／ｆ ・・・（８） 電圧変換部２の電界が発生する部分の誘電率・透磁率が
大きいと、進行波の伝搬速度ｖが遅くなる。この伝搬速
度ｖは、下記式（９）で示される。 ｖ［ｍ／ｓ］＝３×１０⁸×（ε^1/2・μ^1/2）^-1 ・・・（９） よって、その場合の波長は下記式（１０）で示される。 λ＝（ｖ／ｆ）・（ε^1/2・μ^1/2）^-1 ・・・（１０） 上記（１０）式から明らかなように誘電率、透磁率の値
に応じて波長短縮が生じ、すなわち、誘電率、透磁率が
大きくなるとこれに応じて波長も短くなっており、よっ
て、コア４を誘電率、透磁率が大きい材料から構成する
ことにより、波長を短縮でき、コア寸法も短くでき、変
成器の小型化が可能である。

【００２４】従って、第一の実施形態の変成器にあって
は、一対の導体１１，１２からなる伝送線路１０と、誘
電性と磁性を有するコア４を備えた電圧変換部２と、電
圧変換部２の固有インピーダンスと異なるインピーダン
スを有する冷陰極管（負荷装置）２０が具備されたこと
により、波長を短縮でき、これによってコア寸法を短く
できるので、設置面積も小さくて済み、高昇圧比及び高
変換効率を維持したうえで変成器の小型化が可能であ
る。また、巻線トランス等の補助トランスを使用しなく
ても、高昇圧比と高変換効率を両立できるので、補助ト
ランスを用いる圧電トランスに比べて、薄型化が可能で
ある。また、電誘電性と磁性を有するコア４に伝送線路
１０を設けるだけで、高昇圧比と高変換効率を両立させ
ることができ、構造の簡略化が可能である。

【００２５】本実施形態の変成器においては、コア４を
なす材料として、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの群から選ばれた１
種又は２種以上の元素Ｔと、Ｈｆ、Ｚｒ、Ｗ、Ｔｉ、
Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃ
ａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｚ
ｎ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｐｂ、Ｂｉ、希土
類元素の群から選ばれた１種又は２種以上の元素Ｍと、
Ｏ、Ｃ、Ｎ、Ｂの群から選ばれた１種又は２種以上の元
素Ｄを含む軟磁性合金粉末と、合成樹脂からなるものを
用いるのが、コア４の透磁率及び誘電率を大きくでき、
波長短縮効果が十分となり、変成器を小型化できる点で
好ましい。

【００２６】上記軟磁性合金粉末としては、例えば、以
下の組成式で示されるものが好適に用いられる。 Ｔ_aＭ_bＤ_c （上記組成式中、ＴはＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉの群から選ばれ
た１種または２種以上の元素を表し、ＭはＨｆ，Ｚｒ，
Ｗ，Ｔｉ，Ｖ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｃｒ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ａｌ，
Ｓｉ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｃｕ，Ｇａ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｓ
ｅ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｔｅ，Ｐｂ，Ｂ
ｉ，希土類元素の群から選ばれた１種または２種以上の
元素を表し、ＤはＯ，Ｃ，Ｎ，Ｂの群から選ばれた１種
または２種以上の元素を表す。また、組成式中、組成比
を示すａ，ｂ，ｃは、原子％で、４０≦ａ＜８７、０＜
ｂ≦２０、０＜ｃ≦５０なる関係を満足するものであ
る。）

【００２７】上記合成樹脂としては、誘電損失が小さい
材料（即ちＱの大きい材料でＱが４００以上のもの）が
用いられ、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポ
リスチレン、パラフィン、ポリテトラフルオロエチレ
ン、ポリカーボネート、シリコーン樹脂等が挙げられ
る。

【００２８】上述のような軟磁性合金粉末と合成樹脂か
らなるコア４は、例えば、以下のようにして製造するこ
とができる。まず、組成式がＴ_aＭ_bＤ_cで示される軟磁
性合金粉末の組成になるように各原料を秤量する。ここ
での原料は、Ｔの粉末、Ｍの粉末が用いられる。Ｔの粉
末としては、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉの群から選ばれた少なく
とも一種の元素の単体，酸化物，炭化物，炭酸塩，窒素
化物，ホウ化物のうちから選ばれた粉末が用いられる。
Ｍの粉末としては、Ｈｆ，Ｚｒ，Ｗ，Ｔｉ，Ｖ，Ｎｂ，
Ｍｏ，Ｃｒ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂ
ａ，Ｃｕ，Ｇａ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｓｅ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ｉ
ｎ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｔｅ，Ｐｂ，Ｂｉ，希土類元素の群か
ら選ばれた少なくとも１種の元素の単体，酸化物，炭化
物，炭酸塩，窒素化物，ホウ化物のうちから選ばれた粉
末が用いられる。上記希土類元素としては、周期表の３
Ａ族に属するＳｃ，Ｙ，あるいは、Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，
Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅ
ｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕなどのランタノイドの群から選ば
れる少なくとも１種の元素またはそれらの混合物が挙げ
られる。この際、Ｔの粉末は粒径が１００μｍ以下、Ｍ
の粉末は粒径が２μｍ以下のものが望ましい。

【００２９】次いで、Ｄのうち、Ｏ，Ｃ，Ｎを添加する
場合は、上述のＴの粉末とＭの粉末とをステンレス鋼製
ポット中に、ポットと同材質のステンレス球と共に封入
し、Ｏ，Ｃ，Ｎの群から選ばれた少なくとも一種の元素
の単体ガス，酸化物ガス，炭化物ガスのうちから選ばれ
たＤのガスを充満させる。そして、高エネルギ型遊星式
ボールミルを用いて所定時間、粉砕、攪拌するメカニカ
ルアロイングにより、組成式がＴ_aＭ_bＤ_cで示される軟
磁性合金粉末が得られる。メカニカルアロイングの時間
は、２時間以上とするのが、ｂｃｃ構造もしくはｆｃｃ
構造、または、これらが混在したＴの結晶の微細化を十
分にできる点で好ましい。ここで得られた軟磁性合金粉
末は、平均結晶粒径が数ｎｍ〜数１０ｎｍオーダーのｂ
ｃｃ構造のＴの微結晶相が、Ｍ，Ｄを多量に含む非晶質
相で取り囲まれたような構造を有する平均粒径が１〜２
μｍ程度の凝集粒子となる。この軟磁性合金粉末は、凝
集粒子を構成するｂｃｃ構造もしくはｆｃｃ構造、また
は、これらが混在したＴの微結晶の平均粒径が微細であ
るため、優れた軟磁気特性を示し、また、ｂｃｃ構造も
しくはｆｃｃ構造、またはこれらが混在したＴの微結晶
が、高抵抗の非晶質相によって取り囲まれているため、
渦電流損失を小さく押えることができるという特徴があ
る。

【００３０】次に、得られた軟磁性合金粉末を有機溶剤
を溶媒とする合成樹脂液に分散してスラリーを得た後、
このスラリーを３本ロールに繰り返し通して該スラリー
が粉末状になるまで混練し混練物を得る。この合成樹脂
を溶解させる有機溶剤としては、キシレン、トルエン、
ベンゼン等が挙げられる。合成樹脂への軟磁性合金粉末
の添加割合は、目的とするコア４の磁性と誘電性によっ
て適宜変更可能であるが、スラリー中の体積割合で５０
〜８０vol％程度となるように添加するのが好ましい。
軟磁性合金粉末の体積割合が５０ｖｏｌ％未満である
と、透磁率が低くなるという不都合が生じる恐れがあ
り、一方、８０ｖｏｌ％を超えると射出成形等により成
形するのが困難になるという不都合が生じる恐れがあ
る。

【００３１】上記軟磁性合金粉末は合成樹脂液に分散、
混練する前に、空気，酸素，窒素，水蒸気のうちから選
択される雰囲気中またはこれらの混合雰囲気中で熱処理
を行うことが望ましい。ここでの加熱温度は、２５℃〜
３００℃程度、加熱時間は、０.５時間〜４８時間程度
が好ましい。このようにすると、上記軟磁性合金粉末の
表面に酸化物からなる絶縁層が形成されるので、軟磁性
合金粉末の固有抵抗が上がり、高周波での誘電率をより
低くすることができる。なお、ここでの絶縁層は、酸化
膜に限らず、他の絶縁膜を用いて形成してもよい。

【００３２】ついで、上記混練物を乾燥器等に入れて加
熱することにより有機溶剤を蒸発させたのち、プレス成
形機、射出成形機、押出装置等を用いて所望の形状に成
形して成形体を作製する。この後、この成形体を１５０
〜４００℃程度、１時間程度加熱することにより、目的
とする磁性と誘電性とを有するコア４が得られる。ま
た、軟磁性合金粉末と合成樹脂からなるコア４は、Ｔの
粉末とＭの粉末とを混合後、Ｄのガス雰囲気中で粉砕、
攪拌するのに代えて、Ｔの粉末と、Ｍの粉末と、Ｄの粉
末とを混合後、不活性ガス雰囲気中、あるいはＯ，Ｃ，
Ｎの群から選ばれた少なくとも一種の元素の単体ガス，
酸化物ガス，炭化物ガスのうちから選ばれたＤのガス雰
囲気中で粉砕、攪拌する以外は先に述べた製造例と同様
にして製造することもできる。上記Ｄの粉末としては、
カーボンとＢのうちから選ばれた少なくとも一種または
混合物が用いられる。また、この例では、上記Ｔの粉末
とＭの粉末とＤの粉末の粉砕、攪拌をＤのガス雰囲気
下、またはＡｒガス等の不活性ガス雰囲気下、あるいは
上記ＤのガスとＡｒガス等の不活性ガスとの混合ガス雰
囲気下で行なわれ、上記混合ガス雰囲気下で行う場合に
は材料中の酸素，炭素，窒素量を調整することができ
る。

【００３３】また、軟磁性合金粉末と合成樹脂からなる
コア４は、Ｔの粉末とＭの粉末に代えて液体急冷法によ
り得られたＴ−Ｍ合金薄帯の粉砕物粉末を用いる以外
は、先に述べた製造例と同様にして製造することもでき
る。また、軟磁性合金粉末と合成樹脂からなるコア４
は、Ｔの粉末とＭの粉末と、Ｄの粉末および／またはＤ
のガスに加えて液体急冷法により得られたＴ−Ｍ合金薄
帯の粉砕物粉末も用いる以外は、先に述べた製造例と同
様にして製造することもできる。

【００３４】誘電損失が小さい合成樹脂と、組成式がＴ
_aＭ_bＤ_cで示される軟磁性合金粉末からコア４を構成す
ることにより、コア４の固有抵抗が１０⁸Ω・ｃｍ以上
となるうえ、合成樹脂が有する絶縁体（誘電体）として
の誘電特性と、軟磁性合金粉末が有する軟磁気特性とを
合わせ持つことができる。上述のような組成式がＴ_aＭ_b
Ｄ_cで示される軟磁性合金粉末と合成樹脂から構成した
コア４は、透磁率および誘電率が十分大きく、従って、
このようなコア４と伝送線路１０からなる電圧変換部２
を具備する変成器にあっては、特に、波長短縮効果が十
分であり、コア寸法を短くでき、変成器の小型化が可能
である。

【００３５】本発明の変成器は、図５に示すような構造
のものであってもよい。図５は、第二の実施形態の変成
器を示す断面図である。この第二の実施形態の変成器
が、図１ないし図２に示した第一の実施形態の変成器と
異なるところは、伝送線路１０を覆うカバー２２が最外
部に設けられた点である。上記カバー２２は、感電防止
のために設けられたもので、絶縁材料から構成されてい
る。

【００３６】また、本発明の変成器は図６ないし図７に
示すような構造のものであってもよい。図６ないし図７
は、本発明の変成器の第三の実施形態を示す図である。
この第三の実施形態の変成器は、コイル状導体３１と膜
状導体３２とからなる伝送線路１０と、誘電性と磁性を
有するコア４を備えた電圧変換部２と、電圧変換部２の
固有インピーダンスと異なるインピーダンスを有する冷
陰極管（負荷装置）２０を具備してなるものである。コ
イル状導体３１の出力側（受端側）の端子３１ａには、
冷陰極管２０が接続されており、入力側（送端側）の端
子３１ｂには、交流電源（図示略）と接続されたスイッ
チ回路３５が接続されている。また、膜状導体３２の出
力側（受端側）の端子には、上記冷陰極管２０が接続さ
れており、入力側（送端側）の端子には、上記交流電源
（図示略）と接続されたスイッチ回路３５が接続されて
いる。第三の実施形態の変成器では、コイル状導体３１
と膜状導体３２の間の静電容量を使って昇圧比（ゲイ
ン）と動作周波数が調整できるようになっている。第三
の実施形態の変成器によれば、上述のような構成とした
ことにより、薄型化、小型化しても、昇圧比が高く、高
変換効率であり、しかも構造の簡略化が可能である。な
お、第三の実施形態の変成器においては、導体３２がコ
ア４の一面の全面に形成された膜状のものである場合に
ついて説明したが、コイル状のものであってもよい。

【００３７】また、本発明の変成器は図８に示すような
構造のものであってもよい。図８は、本発明の変成器の
第四の実施形態を示す図である。この第四の実施形態の
変成器は、誘電性と磁性を有する一対のコア４，４と、
これらコア４，４の間に設けられたコイル状の内部導体
４１とコア４，４の外方に設けられた外部導体４２，４
２とからなる伝送線路１０を備えた電圧変換部２と、電
圧変換部２の固有インピーダンスと異なるインピーダン
スを有する冷陰極管（負荷装置）２０を具備してなるも
のである。外部導体４２，４２は、コイル状のものであ
っても膜状のものであってよい。これら外部導体４２，
４２は、電位を同じにするために接続用導体４３により
電気的に接続されている。第四の実施形態の変成器によ
れば、特に、コア４が２枚使用されているため、第三の
実施形態の変成器に比べてインダクタンスを大きくする
ことが可能で、静電容量（Ｃ）を大きくとることがで
き、回路の設計の自由度が高くなるという利点がある。

【００３８】また、本発明の変成器は図９に示すような
構造のものであってもよい。図９は、本発明の変成器の
第五の実施形態を示す図である。この第五の実施形態の
変成器が、図８に示した第四の実施形態の変成器と異な
るところは、一対のコア４，４のうち一方のコア４の外
方のみに設けられた点である。

【００３９】

【実施例】以下、本発明を、実施例および比較例によ
り、具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例のみ
に限定されるものではない。 （実施例１） 図５に示した第二の実施形態の変成器と同様の変成器を
作製した。ここで作製した変成器の電圧変換部２のコア
部３の厚みｄは０．９５５ｍｍ、第一の接着層５と絶縁
層６と第二の接着層７の合計の厚みｔ₁は０．３２５ｍ
ｍ、Ｍｎ−Ｚｎフェライトからなるコア４の厚みｔ₂は
０．８９ｍｍ、導体１１，１２の厚みｔ₃は０．０３ｍ
ｍ、導体１１，１２の幅Ｗは１．２４ｍｍであった。ま
た、導体１１，１２の線路長Ｌは、それぞれ、０．３４
ｍであった。なお、ここで作製した電圧変換部２には、
図５の第二の実施形態と同様にカバー２２を設けたもの
である。ここで作製した変成器の電圧変換部のゲインフ
ェーズを測定した。ここでの測定には、インピーダンス
アナライザＨＰ４１９４Ａ（商品名；日本ヒューレット
パッカード株式会社製）を用いてゲインフェーズ（専用
の測定ジグ使用）の測定を出力側の端子に接続する終端
抵抗Ｚ_Lを１ｋΩ、１０ｋΩ、２０ｋΩと変化させて行
った。測定周波数範囲は、共振近傍の点が細かくとれる
ように１ＭＨｚから４０ＭＨｚとした。 終端抵抗Ｚ_Lに
は、炭素皮膜抵抗を用いた。測定結果を図１０ないし図
１２に示す。また、λ／４に同調したときの周波数ｆ、
ゲインＧ_vの値を以下に示す。

【００４０】 Ｚ_L＝１ｋΩ時 ｆ＝１３．８５（ＭＨｚ）、Ｇ_v＝１
８．２２ｄＢ Ｚ_L＝１０ｋΩ時 ｆ＝１３．５９（ＭＨｚ）、Ｇ_v＝３
０．２２ｄＢ Ｚ_L＝２０ｋΩ時 ｆ＝１３．２２（ＭＨｚ）、Ｇ_v＝４
５．２９ｄＢ

【００４１】図１０ないし図１２に示した結果からフェ
ーズ（入出力電圧の位相差）が−９０（ｄｅｇ．）のと
き、ゲインが最大となっており、また、終端抵抗が大き
くなるほど高いゲイン（昇圧比）が得られていることが
わかる。

【００４２】また、実施例の変成器を液晶表示装置のバ
ックライト用インバータとして使用する場合の必要な線
路長さを以下のようにして計算したところ、使用周波数
が６０ｋＨｚにおいて１２ｃｍであった。この実施例の
変成器は、実効透磁率μ＝１５００であり、実効誘電率
ε＝７００００であった。

【００４３】

【数３】

【００４４】このように実施例の変成器では、磁性と誘
電性を有するコアの使用による波長短縮効果があるの
で、後述する同軸ケーブルを用いる比較例の変成器に比
べて線路長を大幅に短縮できることがわかる。

【００４５】（比較例）高周波同軸ケーブルが電圧変換
器として備えられた従来の変成器（比較例の変成器）の
線路長は、８８４ｍであった。比較例の変成器の線路長
は、該変成器を液晶表示装置のバックライト用インバー
タとして使用するときの使用周波数が６０ｋＨｚである
場合の必要な長さを以下のように計算して設定したもの
である。同軸ケーブルの絶縁体の実効誘電率ε＝２であ
った。

【００４６】

【数４】

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように本発明の変成器にあ
っては、一対の導体からなる伝送線路と、誘電性と磁性
を有するコアを備えた電圧変換部を少なくとも具備する
ものであるので、波長を短縮でき、これによってコア寸
法を短くできるので、設置面積も小さくて済み、高昇圧
比及び高変換効率を維持したうえで変成器の小型化が可
能である。また、巻線トランス等の補助トランスを使用
しなくても、高昇圧比と高変換効率を両立できるので、
補助トランスを用いる圧電トランスに比べて、薄型化が
可能である。また、電圧変換部を、電誘電性と磁性を有
するコアに伝送線路を設けただけの簡単な構成として
も、高昇圧比と高変換効率を両立させることができ、構
造の簡略化が可能である。

【００４８】また、上記電圧変換部の固有インピーダン
スと異なるインピーダンスを有する負荷装置が具備され
たものにあっては、負荷の両端に上記電圧変換部の固有
のインピーダンスとの比に応じた倍率で入力電圧と異な
る電圧を加えることができ、特に、上記負荷装置が電圧
変換部の固有インピーダンスより大きなインピーダンス
を有するものである場合は、負荷の両端に電圧変換部の
固有のインピーダンスとの比に応じた倍率で入力電圧よ
り高い電圧を加えることができ、液晶表示装置のバック
ライト用インバータ等に好適に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第一の実施形態の変成器の概略構成
を示す斜視図である。

【図２】 図１の変成器を示す断面図である。

【図３】 第一の実施形態の変成器の分布定数回路を説
明するための図である。

【図４】 第一の実施形態の変成器の伝送線路の昇圧作
用を説明するための図である。

【図５】 本発明の第二の実施形態の変成器の概略構成
を示す断面図である。

【図６】 本発明の第三の実施形態の変成器の概略構成
を示す断面図である。

【図７】 図６の変成器の電圧変成部を説明するための
平面図である。

【図８】 本発明の第四の実施形態の変成器の概略構成
を示す断面図である。

【図９】 本発明の第五の実施形態の変成器の概略構成
を示す断面図である。

【図１０】 終端抵抗が１ｋΩ時のゲイン−フェーズ特
性を示す図である。

【図１１】 終端抵抗が１０ｋΩ時のゲイン−フェーズ
特性を示す図である。

【図１２】 終端抵抗が２０ｋΩ時のゲイン−フェーズ
特性を示す図である。

【符号の説明】

２・・・電圧変換部、４・・・コア、１０・・・伝送線路、１１・
・・導体、１２・・・導体、２０・・・冷陰極管（負荷装置）、
３１・・・導体、３２・・・導体、４１・・・内部導体、４２・・・
外部導体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 畑内 隆史 東京都大田区雪谷大塚町１番７号 アルプ ス電気株式 会社内 (72)発明者 高橋 利男 東京都大田区雪谷大塚町１番７号 アルプ ス電気株式 会社内 (72)発明者 山本 豊 東京都大田区雪谷大塚町１番７号 アルプ ス電気株式 会社内 (72)発明者 牧野 彰宏 東京都大田区雪谷大塚町１番７号 アルプ ス電気株式 会社内 (72)発明者 佐藤 敏郎 長野県長野市稲葉1006番−１ (72)発明者 山沢 清人 長野県長野市若里500番地

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一対の導体からなる伝送線路
   と、誘電性と磁性を有するコアを備えた電圧変換部を少
   なくとも具備されてなることを特徴とする変成器。
2. 【請求項２】 前記電圧変換部の固有インピーダンスと
   異なるインピーダンスを有する負荷装置が具備されたこ
   とを特徴とする請求項１記載の変成器。
3. 【請求項３】 前記コアはＭｎ−Ｚｎフェライト、Ｎｉ
   −Ｚｎフェライト、Ｎｉ−Ｃｕフェライトの群から選ば
   れた１種又は２種以上からなるものであることを特徴と
   する請求項１又は２に記載の変成器。
4. 【請求項４】 前記コアは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉの群から
   選ばれた１種又は２種以上の元素Ｔと、Ｈｆ、Ｚｒ、
   Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ａｌ、
   Ｓｉ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓ
   ｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｐｂ、Ｂ
   ｉ、希土類元素の群から選ばれた１種又は２種以上の元
   素Ｍと、Ｏ、Ｃ、Ｎ、Ｂの群から選ばれた１種又は２種
   以上の元素Ｄを含む軟磁性合金粉末と、合成樹脂からな
   ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の変
   成器。
5. 【請求項５】 前記コアの１００ｋＨｚにおける実効透
   磁率μが１０〜２００００であり、実効誘電率εが１０
   〜５０００であることを特徴とする請求項１〜４のいず
   れかに記載の変成器。
6. 【請求項６】 前記伝送線路の線路長Ｌが該伝送線路に
   印加する電圧の周波数の１／４波長にほぼ等しいことを
   特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の変成器。
7. 【請求項７】 前記伝送線路の一対の導体は、前記コア
   の間に設けられた内部導体と、前記コアの外方に設けら
   れた外部導体であることを特徴とする請求項１〜６のい
   ずれかに記載の変成器。