JP2000294850A - 圧電トランス - Google Patents
圧電トランスInfo
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- JP2000294850A JP2000294850A JP11099508A JP9950899A JP2000294850A JP 2000294850 A JP2000294850 A JP 2000294850A JP 11099508 A JP11099508 A JP 11099508A JP 9950899 A JP9950899 A JP 9950899A JP 2000294850 A JP2000294850 A JP 2000294850A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 高昇圧比、高効率で小型の圧電トランスを得
る。 【解決手段】 圧電体の逆圧電効果による振動を励振す
る駆動部と、前記振動を正圧電効果により電力として取
り出す発電部を備えた圧電トランスであって、駆動部の
共振抵抗Ｒｄと発電部の共振抵抗Ｒｇとの比Ｒｇ／Ｒｄ
を３０以下とする。
る。 【解決手段】 圧電体の逆圧電効果による振動を励振す
る駆動部と、前記振動を正圧電効果により電力として取
り出す発電部を備えた圧電トランスであって、駆動部の
共振抵抗Ｒｄと発電部の共振抵抗Ｒｇとの比Ｒｇ／Ｒｄ
を３０以下とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は冷陰極管点灯回路
用、小型液晶ディスプレーのバックライト点灯用のイン
バータ回路部品に適した圧電トランスに関するものであ
る。
用、小型液晶ディスプレーのバックライト点灯用のイン
バータ回路部品に適した圧電トランスに関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】一般に、液晶デイスプレイにあっては液
晶自体発光しないことから液晶表示体の背面や側面に冷
陰極管等の放電管を配置するバックライト方式が主流と
なっている。この放電管を駆動するためには、使用する
放電管の長さや直径にもよるが、通常、数百ボルト以上
の交流の高電圧が要求される。
晶自体発光しないことから液晶表示体の背面や側面に冷
陰極管等の放電管を配置するバックライト方式が主流と
なっている。この放電管を駆動するためには、使用する
放電管の長さや直径にもよるが、通常、数百ボルト以上
の交流の高電圧が要求される。
【０００３】従来の代表的な高電圧発生用圧電トランス
としてローゼン型圧電トランスがある。図１にその構造
を示す。図中の１は例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺ
Ｔ）系の圧電セラミックスである。この圧電トランスの
図中左半分の上下面には例えば銀焼き付け法により形成
された入力電極３、４を形成し、右半分にも同様の方法
で出力電極５を形成する。そして圧電トランスの左半分
の駆動部は厚み方向に、右半分の発電部は長さ方向にそ
れぞれ矢印に示すように分極処理を施す。
としてローゼン型圧電トランスがある。図１にその構造
を示す。図中の１は例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺ
Ｔ）系の圧電セラミックスである。この圧電トランスの
図中左半分の上下面には例えば銀焼き付け法により形成
された入力電極３、４を形成し、右半分にも同様の方法
で出力電極５を形成する。そして圧電トランスの左半分
の駆動部は厚み方向に、右半分の発電部は長さ方向にそ
れぞれ矢印に示すように分極処理を施す。
【０００４】上述の圧電トランスの入力電極３、４間
に、圧電セラミックス１の長さ方向の共振周波数と略同
じ周波数の交流電圧を印加すると、この圧電セラミック
ス１は長さ方向に強い機械振動を生じ、これにより右半
分の発電部では圧電効果により電荷を生じ、出力電極５
と入力電極の一方、例えば入力電極４との間に出力電圧
Ｖｏが生じる。
に、圧電セラミックス１の長さ方向の共振周波数と略同
じ周波数の交流電圧を印加すると、この圧電セラミック
ス１は長さ方向に強い機械振動を生じ、これにより右半
分の発電部では圧電効果により電荷を生じ、出力電極５
と入力電極の一方、例えば入力電極４との間に出力電圧
Ｖｏが生じる。
【０００５】上記の構成の圧電トランスで得られる無負
荷時の昇圧比（Ｖｏ／Ｖｉ）（ここでＶｉは、入力電
圧）は、次式のように表される。
荷時の昇圧比（Ｖｏ／Ｖｉ）（ここでＶｉは、入力電
圧）は、次式のように表される。
【０００６】
【数１】
【０００７】前記ｋ３１、ｋ３３、ＱＭは圧電材料によ
り決定される材料定数であり、Ｌ、Ｔは素子の寸法形状
により決定される。
り決定される材料定数であり、Ｌ、Ｔは素子の寸法形状
により決定される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】バックライト用に使用
される圧電トランスは前述のように数１００ボルト以上
の高い交流高電圧が要求されるため、高い昇圧比が必要
とされる。そのためには、数１から導かれるように圧電
トランスの厚さＴを薄くするか、長さＬを大きくするこ
とが有効である。しかしながら、圧電トランスの厚さＴ
を薄くすると圧電トランスの出力インピーダンスは反比
例して増加し数十ｋΩにもなる。前記冷陰極管は放電破
壊が生じるまで実質無限大のインピーダンスであるの
で、圧電トランスの出力インピーダンスが高くても十分
に大きな昇圧比が得られるが、放電破壊後はおおよそ１
００ｋΩ程度のインピーダンスとなり昇圧比が急減し、
さらには出力電力も減少し圧電トランスの効率が低下す
る。本発明は上述の問題点を解決するためになされたも
ので、高昇圧比、高効率で小型の圧電トランスを得るこ
とを目的とする。
される圧電トランスは前述のように数１００ボルト以上
の高い交流高電圧が要求されるため、高い昇圧比が必要
とされる。そのためには、数１から導かれるように圧電
トランスの厚さＴを薄くするか、長さＬを大きくするこ
とが有効である。しかしながら、圧電トランスの厚さＴ
を薄くすると圧電トランスの出力インピーダンスは反比
例して増加し数十ｋΩにもなる。前記冷陰極管は放電破
壊が生じるまで実質無限大のインピーダンスであるの
で、圧電トランスの出力インピーダンスが高くても十分
に大きな昇圧比が得られるが、放電破壊後はおおよそ１
００ｋΩ程度のインピーダンスとなり昇圧比が急減し、
さらには出力電力も減少し圧電トランスの効率が低下す
る。本発明は上述の問題点を解決するためになされたも
ので、高昇圧比、高効率で小型の圧電トランスを得るこ
とを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、圧電体の
逆圧電効果による振動を励振する駆動部と、前記振動を
正圧電効果により電力として取り出す発電部を備えた圧
電トランスであって、駆動部の共振抵抗Ｒｄと発電部の
共振抵抗Ｒｇとの比Ｒｇ／Ｒｄが３０以下とした圧電ト
ランスである。
逆圧電効果による振動を励振する駆動部と、前記振動を
正圧電効果により電力として取り出す発電部を備えた圧
電トランスであって、駆動部の共振抵抗Ｒｄと発電部の
共振抵抗Ｒｇとの比Ｒｇ／Ｒｄが３０以下とした圧電ト
ランスである。
【００１０】第２の発明は、圧電体の逆圧電効果による
振動を励振する駆動部と、前記振動を正圧電効果により
電力として取り出す発電部を長さ方向に隣接して備えた
長板状の圧電トランスであって、該圧電トランスの厚さ
が１ｍｍ〜３ｍｍであるとともに、その幅方向の断面積
が４ｍｍ２以上であり、かつ発電部の共振抵抗が１００
００Ω以下である圧電トランスである。
振動を励振する駆動部と、前記振動を正圧電効果により
電力として取り出す発電部を長さ方向に隣接して備えた
長板状の圧電トランスであって、該圧電トランスの厚さ
が１ｍｍ〜３ｍｍであるとともに、その幅方向の断面積
が４ｍｍ２以上であり、かつ発電部の共振抵抗が１００
００Ω以下である圧電トランスである。
【００１１】また第２の発明において、駆動部の圧電体
を厚さ方向に分極し、発電部の圧電体を長さ方向に分極
した圧電トランスである。
を厚さ方向に分極し、発電部の圧電体を長さ方向に分極
した圧電トランスである。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明に係る圧電トランスは、例
えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系の圧電体に電圧
を印加するための入力電極と電力を取り出す出力電極を
備えた構造である。前記入力電極、出力電極はＡｇやＡ
ｇを含む合金よりなる導電ペーストを厚膜印刷法などに
より圧電体の表面に形成したり、積層型コンデンサに用
いられる積層技術で薄手の圧電体を積層することで圧電
体内部に形成してもよい。この場合は圧電体の外表面に
内部に形成された入力電極、出力電極と電気的に接続す
るように外部電極を形成する。また、前記入力電極は圧
電体の逆圧電効果による振動を励振する駆動部に形成さ
れ、出力電極は前記振動を正圧電効果により電力として
取り出す発電部に形成される。前記圧電トランスにおい
て、駆動部の共振抵抗Ｒｄと発電部の共振抵抗Ｒｇとの
比Ｒｇ／Ｒｄを３０以下とするのが好ましい。前記Ｒｇ
／Ｒｄが３０超であると効率は低下し８０％未満とな
り、圧電トランスを駆動する際の発熱量が増加し、液晶
バックライト用インバータの動作が不安定となり好まし
くない。また前記圧電トランスを長板状とし、その厚さ
を１ｍｍ〜３ｍｍとするのが好ましい。１ｍｍ未満では
発電部での共振抵抗が著しく増加するため圧電トランス
の効率が大きく低下し、また３ｍｍ超では液晶バックラ
イト用のインバータ部品が厚くなり薄型であるという特
徴が損なわれる。さらに圧電トランスの幅方向の断面積
を４ｍｍ２以上とし、かつ発電部の共振抵抗を１０００
０Ω以下とするのが好ましい。
えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系の圧電体に電圧
を印加するための入力電極と電力を取り出す出力電極を
備えた構造である。前記入力電極、出力電極はＡｇやＡ
ｇを含む合金よりなる導電ペーストを厚膜印刷法などに
より圧電体の表面に形成したり、積層型コンデンサに用
いられる積層技術で薄手の圧電体を積層することで圧電
体内部に形成してもよい。この場合は圧電体の外表面に
内部に形成された入力電極、出力電極と電気的に接続す
るように外部電極を形成する。また、前記入力電極は圧
電体の逆圧電効果による振動を励振する駆動部に形成さ
れ、出力電極は前記振動を正圧電効果により電力として
取り出す発電部に形成される。前記圧電トランスにおい
て、駆動部の共振抵抗Ｒｄと発電部の共振抵抗Ｒｇとの
比Ｒｇ／Ｒｄを３０以下とするのが好ましい。前記Ｒｇ
／Ｒｄが３０超であると効率は低下し８０％未満とな
り、圧電トランスを駆動する際の発熱量が増加し、液晶
バックライト用インバータの動作が不安定となり好まし
くない。また前記圧電トランスを長板状とし、その厚さ
を１ｍｍ〜３ｍｍとするのが好ましい。１ｍｍ未満では
発電部での共振抵抗が著しく増加するため圧電トランス
の効率が大きく低下し、また３ｍｍ超では液晶バックラ
イト用のインバータ部品が厚くなり薄型であるという特
徴が損なわれる。さらに圧電トランスの幅方向の断面積
を４ｍｍ２以上とし、かつ発電部の共振抵抗を１０００
０Ω以下とするのが好ましい。
【００１３】前記共振抵抗は共振状態の圧電トランスの
等価回路で、等価抵抗Ｒ１に相当する抵抗成分である。
図２は、共振状態の圧電トランスの等価回路であり、Ｃ
ｏ，Ｌ１，Ｃ１はぞれぞれ、圧電トランスの静電容量、
等価インダクタンス、等価キャパシタンスである。この
共振抵抗は、インピーダンスアナライザーで測定される
共振時のインピーダンスと等価である。
等価回路で、等価抵抗Ｒ１に相当する抵抗成分である。
図２は、共振状態の圧電トランスの等価回路であり、Ｃ
ｏ，Ｌ１，Ｃ１はぞれぞれ、圧電トランスの静電容量、
等価インダクタンス、等価キャパシタンスである。この
共振抵抗は、インピーダンスアナライザーで測定される
共振時のインピーダンスと等価である。
【００１４】また液晶表示用のバックライトに用いる冷
陰極管には、通常金属反射板が冷陰極管を覆う様に設け
られている。このため冷陰極管と金属反射板との間に浮
遊容量が発生するが、圧電トランスの駆動周波数が高い
と、周辺の浮遊容量を介して高周波電流が流れて冷陰極
管に充分な管電流が得られず、効率が低下し冷陰極管の
充分な明るさが得られない。また、駆動周波数が低くて
も管電流が少なく充分な明るさが得られない。したがっ
て前記駆動周波数は実用上４０ｋＨｚ〜１１０ｋＨｚに
設定される。ここで圧電トランスの駆動周波数は、圧電
トランスの長さと次式ような関係がある。
陰極管には、通常金属反射板が冷陰極管を覆う様に設け
られている。このため冷陰極管と金属反射板との間に浮
遊容量が発生するが、圧電トランスの駆動周波数が高い
と、周辺の浮遊容量を介して高周波電流が流れて冷陰極
管に充分な管電流が得られず、効率が低下し冷陰極管の
充分な明るさが得られない。また、駆動周波数が低くて
も管電流が少なく充分な明るさが得られない。したがっ
て前記駆動周波数は実用上４０ｋＨｚ〜１１０ｋＨｚに
設定される。ここで圧電トランスの駆動周波数は、圧電
トランスの長さと次式ような関係がある。
【００１５】
【数２】
【００１６】ここで、周波数定数Ｎは材料固有の定数で
ある。
ある。
【００１７】チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）系の圧電
体にあっては前記Ｎで表される周波数定数が１７００〜
１９００Ｈｚ・ｍ程度であるので、駆動周波数を４０ｋ
Ｈｚ〜１１０ｋＨｚに設定するには圧電トランスの長さ
を、１７ｍｍ〜４２ｍｍに設定することが好ましい。
体にあっては前記Ｎで表される周波数定数が１７００〜
１９００Ｈｚ・ｍ程度であるので、駆動周波数を４０ｋ
Ｈｚ〜１１０ｋＨｚに設定するには圧電トランスの長さ
を、１７ｍｍ〜４２ｍｍに設定することが好ましい。
【００１８】圧電トランスは長さ方向の振動だけではな
く幅方向にも振動をする。そのため幅方向の振動と長さ
方向の振動が互いに影響しあい出力電力の低下を引き起
こす場合がある。このような出力電力の低下を防ぐため
には、圧電トランスの幅と長さの比を最適化することで
防ぐことが出来る。具体的には、長さＬと幅Ｗとの比Ｌ
／Ｗが４．２以下であることが好ましい。
く幅方向にも振動をする。そのため幅方向の振動と長さ
方向の振動が互いに影響しあい出力電力の低下を引き起
こす場合がある。このような出力電力の低下を防ぐため
には、圧電トランスの幅と長さの比を最適化することで
防ぐことが出来る。具体的には、長さＬと幅Ｗとの比Ｌ
／Ｗが４．２以下であることが好ましい。
【００１９】
【実施例】初めに試料の作成方法について説明する。酸
化鉛、酸化チタン、酸化ジルコニウム、炭酸ストロンチ
ウムを、圧電セラミックスが（Ｐｂ０．９５Ｓｒ
０．０５）（Ｚｒ０．５２Ｔｉ０．４８）Ｏ３の組成と
なるように秤量し、湿式ボールミルで混合した後、これ
を乾燥し、解砕し、さらに８５０℃で２時間仮焼して仮
焼粉を作成した。
化鉛、酸化チタン、酸化ジルコニウム、炭酸ストロンチ
ウムを、圧電セラミックスが（Ｐｂ０．９５Ｓｒ
０．０５）（Ｚｒ０．５２Ｔｉ０．４８）Ｏ３の組成と
なるように秤量し、湿式ボールミルで混合した後、これ
を乾燥し、解砕し、さらに８５０℃で２時間仮焼して仮
焼粉を作成した。
【００２０】さらにこの仮焼原料粉にバインダーとして
ＰＶＡを添加し、混合粉砕して６０メッシュのナイロン
製のフルイを通して整粒した。整粒した原料粉を、金型
に充填して成形圧力３５０ｋｇ／ｃｍ２で成形し、成形
体を作製した。この成形体を脱脂後、アルミナからなる
焼成治具に配列し焼成し、さらに入出力電極を印刷し焼
付して、１４０℃、２ｋＶ／ｍｍの分極電界を印加し分
極処理を施して長板状の圧電トランスを作製した。
ＰＶＡを添加し、混合粉砕して６０メッシュのナイロン
製のフルイを通して整粒した。整粒した原料粉を、金型
に充填して成形圧力３５０ｋｇ／ｃｍ２で成形し、成形
体を作製した。この成形体を脱脂後、アルミナからなる
焼成治具に配列し焼成し、さらに入出力電極を印刷し焼
付して、１４０℃、２ｋＶ／ｍｍの分極電界を印加し分
極処理を施して長板状の圧電トランスを作製した。
【００２１】この圧電トランスの効率を以下の条件で測
定した。負荷抵抗として１００ｋΩの抵抗をトランスの
出力側に接続し、発振器からの駆動周波数でパワーアン
プにより電流を増幅し３．０Ｗの電力を圧電トランスの
入力部に供給した。交流電流計により出力電流を測定し
て、出力電力と入力電力の比を圧電トランスの効率とし
て評価した。また共振抵抗は、インピーダンスアナライ
ザー（横河ヒューレットパッカード社製、４１９４Ａ）
を使用し、共振時のインピーダンスの大きさとして測定
した。以上によって得られた結果を表１に示す。
定した。負荷抵抗として１００ｋΩの抵抗をトランスの
出力側に接続し、発振器からの駆動周波数でパワーアン
プにより電流を増幅し３．０Ｗの電力を圧電トランスの
入力部に供給した。交流電流計により出力電流を測定し
て、出力電力と入力電力の比を圧電トランスの効率とし
て評価した。また共振抵抗は、インピーダンスアナライ
ザー（横河ヒューレットパッカード社製、４１９４Ａ）
を使用し、共振時のインピーダンスの大きさとして測定
した。以上によって得られた結果を表１に示す。
【００２２】
【表１】
【００２３】表１のＮｏ．１〜６は本発明の実施例であ
って、Ｎｏ．７〜１０は比較例を示す。Ｎｏ．１〜６で
は効率が８０％以上の優れた圧電トランスが得られる
が、Ｎｏ．７〜１０では効率が８０％未満であって圧電
トランスとして実用に耐えないものである。以上では、
単板圧電トランスを用いた実施例について説明したが、
積層型の圧電トランスであっても本発明の様に構成する
ことで同様の効果が得られた。
って、Ｎｏ．７〜１０は比較例を示す。Ｎｏ．１〜６で
は効率が８０％以上の優れた圧電トランスが得られる
が、Ｎｏ．７〜１０では効率が８０％未満であって圧電
トランスとして実用に耐えないものである。以上では、
単板圧電トランスを用いた実施例について説明したが、
積層型の圧電トランスであっても本発明の様に構成する
ことで同様の効果が得られた。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、小
型で出力電力が大きく、かつ高効率な圧電トランスを得
る。
型で出力電力が大きく、かつ高効率な圧電トランスを得
る。
【図１】ローゼン型圧電トランスの構造を説明するため
の斜視図。
の斜視図。
【図２】共振状態の圧電トランスの等価回路図。
１ 圧電セラミックス ３、４ 入力電極 ５ 出力電極
Claims (3)
- 【請求項１】 圧電体の逆圧電効果による振動を励振す
る駆動部と、前記振動を正圧電効果により電力として取
り出す発電部を備えた圧電トランスであって、駆動部の
共振抵抗Ｒｄと発電部の共振抵抗Ｒｇとの比Ｒｇ／Ｒｄ
が３０以下であることを特徴とする圧電トランス。 - 【請求項２】 圧電体の逆圧電効果による振動を励振す
る駆動部と、前記振動を正圧電効果により電力として取
り出す発電部を長さ方向に隣接して備えた長板状の圧電
トランスであって、該圧電トランスの厚さが１ｍｍ〜３
ｍｍであるとともに、その幅方向の断面積が４ｍｍ２以
上であり、かつ発電部の共振抵抗が１００００Ω以下で
あることを特徴とする圧電トランス。 - 【請求項３】 駆動部の圧電体を厚さ方向に分極し、発
電部の圧電体を長さ方向に分極したことを特徴とする請
求項２に記載の圧電トランス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11099508A JP2000294850A (ja) | 1999-04-07 | 1999-04-07 | 圧電トランス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11099508A JP2000294850A (ja) | 1999-04-07 | 1999-04-07 | 圧電トランス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000294850A true JP2000294850A (ja) | 2000-10-20 |
Family
ID=14249214
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11099508A Pending JP2000294850A (ja) | 1999-04-07 | 1999-04-07 | 圧電トランス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000294850A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002289937A (ja) * | 2001-03-27 | 2002-10-04 | Kyocera Corp | 圧電トランス及び電源装置 |
-
1999
- 1999-04-07 JP JP11099508A patent/JP2000294850A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002289937A (ja) * | 2001-03-27 | 2002-10-04 | Kyocera Corp | 圧電トランス及び電源装置 |
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