JPH1094263A

JPH1094263A - 圧電トランス駆動装置、圧電トランスおよび液晶表示装置

Info

Publication number: JPH1094263A
Application number: JP8240049A
Authority: JP
Inventors: Osamu Kawasaki; 修川崎
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-09-11
Filing date: 1996-09-11
Publication date: 1998-04-10
Anticipated expiration: 2016-09-11
Also published as: JP3412736B2

Abstract

(57)【要約】【課題】駆動開始時に発生する高周波電圧の発生を抑
えて、信頼性が高く寿命が長く、駆動効率が高い圧電ト
ランス駆動装置を実現する。【解決手段】交流信号を発生する発振回路１と、交流
信号を増幅して駆動信号とする駆動回路３と、圧電トラ
ンス４と、出力電極につながれた負荷５を有し、圧電ト
ランスの入力電極に駆動信号を印加して、駆動信号を昇
圧して圧電トランスの出力電極より取り出し、負荷を駆
動する圧電トランス駆動装置であって、負荷への流入電
流を検出する電流検出回路７と、駆動開始時に、圧電ト
ランスの実駆動時の共振周波数より少なくても１．１倍
以内の高い周波数に駆動信号を設定し、駆動信号より駆
動周波数の掃引を開始し、電流検出回路による負荷電流
が設定値になった時に駆動周波数の掃引を停止し、掃引
停止後は圧電トランスの実駆動時の共振周波数と一定関
係にある設定周波数範囲内で負荷電流を制御する周波数
制御回路８を有すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電セラミック等
の圧電体の圧電効果により交流電圧の振幅値を変換する
圧電トランス駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】１９５０年代末に開発された圧電トラン
スは、高圧電源用の昇圧トランスとして着目されて開発
が進められたが、圧電セラミック材料の破壊強度などの
材料的制約があったため大きな製品化が行われないまま
開発が中断されていた。しかし、最近、高強度圧電セラ
ミックの開発が進むとともに、ノートパソコン、電子手
帳、ゲーム機等の携帯用情報機器の小型化・薄型化の要
求が強くなるにつれ、これらの機器に搭載される液晶バ
ックライトのインバータ電源用昇圧トランス等として再
び大きく注目されている。

【０００３】液晶バックライト用インバータは、バック
ライト光源として使用される冷陰極蛍光灯の点灯電源に
使用されるものであり、電池などによる５Ｖ、９Ｖ、１
２Ｖなどの直流低電圧から、点灯時１０００Ｖrms程
度、定常時５００Ｖrms程度の高周波高電圧への変換を
必要とする。現在、バックライト用インバータに使用さ
れている電磁式巻線トランスは、特殊コアによる横型構
造のトランスを用いることにより薄型化に対応してきて
いるが、絶縁耐圧の確保のため小型・薄型化には限度が
あり、またコアロスや細い銅線を使用することによる巻
線ロスが大きく、効率が低いという欠点がある。

【０００４】これに対し、圧電トランスはチタン酸ジル
コン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電セラミック材料またはニ
オブ酸リチウムなどの圧電結晶材料に１次側（入力側）
および２次側（出力側）の電極を付け、１次側電極に圧
電トランスの共振周波数近傍の交流電圧を印加して圧電
トランスを機械的に共振させ、この機械的振動を圧電効
果により変換して２次側電極から高圧発生電力として取
り出すものである。そして、電磁トランスよりも小型
化、特に薄型化を実現でき、また高変換効率を達成する
ことができるという特徴を持つ。

【０００５】以下に、図面を参照しながら従来の圧電ト
ランス駆動装置について説明する。図１６はローゼン型
圧電トランスの概観図であり、チタン酸ジルコン酸鉛
（ＰＺＴ）などの圧電セラミック材料から成る矩形板に
１次側（入力側）および２次側（出力側）の電極を付け
て構成している。同図中にＰで示すように、１次側電極
部は矩形板の厚さ方向に分極されており、２次側電極部
は長さ方向に分極されている。１次側電極に圧電トラン
スの共振周波数近傍の交流電圧を印加すると、圧電トラ
ンスは長さ方向に機械的振動を起こし、この機械的振動
を圧電効果により２次側電極部で高圧電圧に変換してか
ら高圧電力として取り出す。

【０００６】従来から、圧電トランスの駆動方式とし
て、圧電トランスを発振回路のループの中に入れた自励
発振回路方式と、発振回路が別途設けられている他励発
振回路方式がある。自励発振回路方式は駆動効率に問題
が有り、負荷の大きな変動に追随できないなどの欠点が
あるので、最近の例では他励発振回路方式が使用される
ことが多い。図１７は、図１６に示したローゼン型圧電
トランスの従来の他励発振回路方式駆動回路、すなわち
従来の圧電トランス駆動装置のブロック図である。

【０００７】図１７において、可変発振回路１０１は圧
電トランス１０４の共振周波数近傍の駆動交流信号を発
生し、可変発振回路１０１の出力信号がパルス信号の場
合には駆動周波数成分以外の高周波信号を多く含んでお
り、これらの高周波信号成分は圧電トランス１０４内で
損失つまり熱となり、圧電トランス１０４の信頼性を著
しく低下させる。そこで圧電トランス１０４内での損失
低減のために波形整形回路１０２によりほぼ正弦波に波
形整形される。波形整形回路１０２は簡単な場合にはロ
ーパスフィルタであり、効率を重視する場合にはバンド
パスフィルタが用いられる。波形整形回路１０２の出力
はドライブ回路１０３で圧電トランスを駆動するに充分
なレベルに電流増幅あるいは電圧増幅される。ここで、
ドライブ回路１０３はトランジスタから成る通常の増幅
回路のみで構成されるか、あるいは増幅回路と昇圧トラ
ンスの組み合せで構成される。ドライブ回路１０３の出
力は圧電トランス１０４で昇圧され、冷陰極蛍光灯１０
５に印加され冷陰極蛍光灯１０５は点灯する。

【０００８】ここで、圧電トランス１０４は温度や負荷
等の環境変化により共振周波数が変化するので、図１７
に示した回路のように一定周波数で圧電トランス１０４
を駆動したのでは、圧電トランスの共振周波数と駆動周
波数との関係が変化してしまう。駆動周波数が圧電トラ
ンスの共振周波数から大きく離れた時には、圧電トラン
スによる電圧昇圧比が著しく低下してしまい、冷陰極蛍
光灯１０５に充分な電流を流すことができなくなり、冷
陰極蛍光灯１０５は充分な輝度を保つことができなくな
る。

【０００９】そこで、図１８に示した回路は、この圧電
トランス１０４の共振周波数等の特性の変化に対応した
もので、図１６に示した圧電トランス１０４の別の従来
の駆動回路、すなわち従来の圧電トランス駆動装置のブ
ロック図である。可変発振回路１０１、波形整形回路１
０２、ドライブ回路１０３、圧電トランス１０４などの
機能は図１７に示した回路と同様である。しかし、冷陰
極蛍光灯１０５には直列に小さな値の帰還抵抗１０６が
接続され、帰還抵抗１０６で冷陰極蛍光灯１０５に流れ
る電流検出がなされている。電流に比例した帰還抵抗１
０６の両端電圧は発振制御回路１０７に入力され、発振
制御回路１０７は帰還抵抗１０６の両端電圧が一定にな
るように、つまり冷陰極蛍光灯１０５に流れる電流が一
定になるように、可変発振回路１０１の出力信号の周波
数を制御する。この制御により冷陰極蛍光灯１０５はほ
ぼ一定の輝度で点灯する。

【００１０】図１９に示した回路も、圧電トランス１０
４の共振周波数等の特性の変化に対応したもので、図１
６に示した圧電トランス１０４の別の従来の駆動回路、
すなわち従来の圧電トランス駆動装置のブロック図であ
る。可変発振回路１０１、波形整形回路１０２、ドライ
ブ回路１０３、圧電トランス１０４などの機能は図１７
に示した回路と同様である。しかし、冷陰極蛍光灯１０
５には直列に小さな値の帰還抵抗１０６が接続され、帰
還抵抗１０６で冷陰極蛍光灯１０５に流れる電流検出が
なされている。負荷や環境等が変化して圧電トランス１
０４の共振周波数等の特性が変化した時には、冷陰極蛍
光灯１０５に流れる電流が変化する。そして電流に比例
した帰還抵抗１０６の両端電圧はパルス幅制御回路１０
８に入力され、パルス幅制御回路１０８は、帰還抵抗１
０６の両端電圧が一定になるように、つまり冷陰極蛍光
灯１０５に流れる電流が一定になるように、パルス幅可
変回路１０９で可変発振回路１０１の出力信号のパルス
幅を可変することにより振幅値を制御する。この制御に
より冷陰極蛍光灯１０５はほぼ一定の輝度で点灯する。

【００１１】図２０は、実駆動時における圧電トランス
のアドミッタンスの周波数特性であり、同図中の矢印は
駆動周波数の掃引方向を示し、圧電トランスは実駆動時
では駆動周波数の掃引方向により共振周波数近傍でヒス
テリシス特性を示す。この同図に斜線で示すヒステリシ
ス領域では動作が不安定になり、圧電トランスを安定に
動作させるためにはこの動作不安定領域を避けて駆動す
る必要がある。この動作不安定なヒステリシス領域を避
けて駆動した例としては、圧電素子を使用した超音波モ
ータ駆動方法の特公平５−２８０７２（特開昭６３−５
６１７８）があり、動作不安定領域を避けて駆動するた
めに、駆動周波数をヒステリシス領域より高い周波数か
ら下に掃引して、ヒステリシス領域より高い所定の周波
数になった時に駆動周波数の掃引を停止する駆動方法を
とっている。圧電トランスの駆動方法も同様の駆動方法
がとられ、駆動周波数をヒステリシス領域より高い周波
数から低い周波数下のに掃引して、ヒステリシス領域よ
り高い所定の周波数になった時に駆動周波数の掃引を停
止する駆動方法をとる。

【００１２】以上、圧電トランス駆動装置の従来例とし
て、他励発振回路方式の駆動装置を取り上げて説明し
た。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】以上に説明したよう
に、従来の圧電トランス駆動装置は、駆動周波数を圧電
トランスが示すヒステリシス領域より高い周波数から低
い方へ掃引して、ヒステリシス領域より高い所定の周波
数になった時に駆動周波数の掃引を停止して、以後は圧
電トランスの出力電流をほぼ一定にするために、ヒステ
リシス領域より高い周波数領域で圧電トランスの駆動周
波数を可変して出力電流を制御していた。

【００１４】しかし、従来の圧電トランス駆動方式で
は、駆動開始時に共振周波数近傍のヒステリシス領域よ
り高い周波数から駆動周波数を掃引する時に圧電トラン
スに高周波電圧が印加されるため、圧電トランスの材料
定数を劣化させ、また機械的に破壊するなどの損傷を与
える。

【００１５】また、入力高周波電圧が圧電トランスによ
り昇圧されて圧電トランスの負荷に高圧の高周波電圧を
印加して負荷に損傷を与える、また負荷が軽いかまたは
圧電トランスの２次側が開放または開放に近いときには
昇圧された高圧の高周波電圧により圧電トランスが機械
的に破壊するという課題がある。

【００１６】本発明は、このような従来のトランスの課
題を考慮し、駆動開始時に発生する高周波電圧の発生を
抑えて、信頼性が高く寿命が長く、駆動効率が高いとい
う条件を備えた圧電トランス駆動装置を提供することを
目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の１つめの実施態様は、交流信号を発生する可
変発振回路（１）と、交流信号を増幅して駆動信号とす
る駆動回路（３）と、圧電体に入力電極と出力電極を構
成した圧電トランス（４）と、出力電極につながれた負
荷（５）を有し、圧電トランスの入力電極に駆動信号を
印加して、駆動信号を昇圧して圧電トランスの出力電極
より取り出し、負荷を駆動する圧電トランス駆動装置で
あって、負荷への流入電流を検出する電流検出回路
（７）と、駆動開始時に、圧電トランスの実駆動時の共
振周波数より少なくても１．１倍以内の高い周波数に駆
動信号を設定し、駆動信号より駆動周波数の掃引を開始
し、電流検出回路による負荷電流が設定値になった時に
駆動周波数の掃引を停止し、掃引停止後は圧電トランス
の実駆動時の共振周波数と一定関係にある設定周波数範
囲内で負荷電流を制御する周波数制御回路（８）を有す
ることを特徴とし、上記目的を達成するために本発明の
２つめの実施態様は、交流信号を発生する可変発振回路
（１）と、交流信号を増幅して駆動信号とする駆動回路
（３）と、圧電体に入力電極と出力電極を構成した圧電
トランス（４）と、出力電極につながれた負荷（５）を
有し、圧電トランスの入力電極に駆動信号を印加して、
駆動信号を昇圧して圧電トランスの出力電極より取り出
し、負荷を駆動する圧電トランス駆動装置であって、負
荷への流入電流を検出する電流検出回路（７）と、駆動
開始時に、圧電トランスの実駆動時の共振周波数より高
い周波数に駆動信号を設定し、駆動信号より駆動周波数
の掃引を開始し、電流検出回路による負荷電流が設定値
になった時に駆動周波数の掃引を停止し、掃引停止後は
圧電トランスの実駆動時の共振周波数と一定関係にある
設定周波数範囲内で負荷電流を制御する周波数制御回路
（８）を有し、駆動開始時に、通常駆動時の前記駆動信
号の０．７倍以内に駆動信号の振幅を設定し、電流検出
回路による負荷電流が設定値になった時に駆動周波数の
掃引を停止するまで、駆動信号の電圧振幅を徐々に上げ
ていく制御を行う振幅制御回路（９）を有することを特
徴とし、上記目的を達成するために本発明の３つめの実
施態様は、交流信号を発生する可変発振回路（１）と、
交流信号を増幅して駆動信号とする駆動回路（３）と、
圧電体に入力電極と出力電極を構成した圧電トランス
（４）と、出力電極につながれた負荷（５）を有し、圧
電トランスの入力電極に駆動信号を印加して、駆動信号
を昇圧して前記圧電トランスの出力電極より取り出し、
負荷を駆動する圧電トランス駆動装置であって、負荷へ
の流入電流を検出する電流検出回路（７）と、駆動開始
時に、圧電トランスの実駆動時の共振周波数より高い周
波数に前記駆動信号を設定し、駆動信号より駆動周波数
の掃引を開始し、電流検出回路による負荷電流が設定値
になった時に駆動周波数の掃引を停止し、掃引停止後は
前記圧電トランスの実駆動時の共振周波数と一定関係に
ある設定周波数範囲内で負荷電流を制御する周波数制御
回路（８）を有し、駆動回路としてＦＥＴ素子（３１）
を用い、ＦＥＴ素子のゲートに抵抗素子（１０）とダイ
オード（１１）の並列回路を接続するか、ＦＥＴ素子の
ゲートとドレイン間に容量素子（１２）を接続するか、
ＦＥＴ素子のドレインとアース間に容量素子（１３）を
接続するかの少なくとも１つを採用したことを特徴と
し、上記目的を達成するために本発明の４つめの実施態
様は、交流信号を発生する可変発振回路（１）と、交流
信号を増幅して駆動信号とする駆動回路（３）と、圧電
体に入力電極と出力電極を構成した圧電トランス（４）
と、出力電極につながれた負荷（５）を有し、圧電トラ
ンスの前記入力電極に前記駆動信号を印加して、駆動信
号を昇圧して前記圧電トランスの出力電極より取り出
し、負荷を駆動する圧電トランス駆動装置であって、負
荷への流入電流を検出する電流検出回路（７）と、駆動
開始時に、圧電トランスの実駆動時の共振周波数より高
い周波数に駆動信号を設定し、駆動信号より駆動周波数
の掃引を開始し、電流検出回路による負荷電流が設定値
になった時に駆動周波数の掃引を停止し、掃引停止後は
圧電トランスの実駆動時の共振周波数と一定関係にある
設定周波数範囲内で前記負荷電流を制御する周波数制御
回路（８）を有し、駆動回路としてＦＥＴ素子（３１）
を用い、ＦＥＴ素子のドレインにインダクタンス（１
４）とコンデンサ（１５）の直列回路を接続するか、Ｆ
ＥＴ素子のドレインにインダクタンス（１４）のみを接
続するか、ＦＥＴ素子のドレインに昇圧トランス（１
６）の１次側を接続し、昇圧トランスの２次側にコンデ
ンサ（１７）を接続するかの少なくとも１つを採用した
ことを特徴とする圧電トランス駆動装置を特徴とするも
のである。

【００１８】また、上記目的を達成するために本発明の
５つめの実施態様は、圧電セラミック材料または圧電単
結晶から成り、１次側（入力側）電極（２１）および２
次側（出力側）電極（２２）を付けて構成し、１次側電
極に入力された駆動交流電圧を電圧変換して２次側電極
より出力する圧電トランス（２０）において、圧電トラ
ンスの２次側電極部に抵抗値にして１０ＭΩ〜数１００
ＭΩ程度の高抵抗導電膜（２２）を形成することを特徴
とし、上記目的を達成するために本発明の６つめの実施
態様は、圧電セラミック材料または圧電単結晶から成
り、１次側（入力側）電極（２５）および２次側（出力
側）電極（２６）を付けて構成し、１次側電極に入力さ
れた駆動交流電圧を電圧変換して２次側電極より出力す
る圧電トランス（２４）において、圧電トランスに形成
されている１次側電極の２次側電極部との境界（圧電ト
ランスの中央部）は直線であり、他方の端部側は１次側
電極の２つの角に半径２〜７ｍｍ程度の丸み、または２
〜５ｍｍ程度の面取りが施されていることを特徴とする
圧電トランスを特徴とするものである。

【００１９】本発明では、第１の発明によれば圧電トラ
ンスの駆動開始時の駆動信号の掃引開始周波数を圧電ト
ランスの共振周波数よりあまり高くとらないようにする
ことにより、つまり駆動の開始信号周波数を圧電トラン
スの実駆動時の共振周波数の１．１倍以内（より確実に
は１．０７倍以内）に設定して、駆動電圧の高周波成分
を少なくすることにより、特性劣化、また機械的破壊の
確率の極めて小さい信頼性の高い、また駆動効率の高い
圧電トランス駆動装置を提供することができる。

【００２０】第２の発明によれば圧電トランスの駆動開
始時の駆動信号の振幅値を徐々に高くしていくことによ
り、つまり駆動開始時の駆動信号周波数を圧電トランス
の実駆動時に示すヒステリシス領域よりも高く、その通
常駆動時の電圧振幅の０．７倍（顕著な効果を望む時に
は０．５倍）以内に設定し、負荷電流が設定値になるま
でに駆動周波数を低下させるとともに、駆動電圧を徐々
に上げていくことにより、特性劣化、また機械的破壊の
確率の極めて小さい信頼性の高い、また駆動効率の高い
圧電トランス駆動装置を提供することができる。

【００２１】第３の発明によれば圧電トランスの駆動信
号を出力するドライブ回路（駆動回路）の応答を遅くす
ることにより、つまり実験では、ドライブ回路の応答を
圧電トランスの使用モードの共振周波数の５〜７倍以上
の周波数で遅くすれば、特性劣化、また機械的破壊の確
率の極めて小さい信頼性の高い、また駆動効率の高い圧
電トランス駆動装置を提供することができる。

【００２２】第４の発明によれば圧電トランスの駆動信
号を出力するドライブ回路（駆動回路）の出力の高周波
成分を低減することにより、つまり実験では、前記直列
共振回路の直列共振周波数を圧電トランスの共振周波数
の０．７〜１．３倍の範囲内に設定することにより、特
性劣化、また機械的破壊の確率の極めて小さい信頼性の
高い、また駆動効率の高い圧電トランス駆動装置を提供
することができる。

【００２３】また、本発明では、第５の発明によれば高
抵抗導電膜などにより１０ＭΩ〜数１００ＭΩ程度の抵
抗を圧電トランスに２次側電極部に形成することによ
り、駆動開始時に発生する高周波電圧により圧電トラン
スの２次側に発生する高電圧の振幅値を抑えて、信頼性
が高く寿命が長く、駆動効率が高いという条件をすべて
兼ね備えた圧電トランスを提供することができる。

【００２４】第６の発明によれば圧電トランスの１次側
電極構造により高周波である高次振動モードを極めて弱
くすることにより、駆動開始時に発生する高周波電流が
圧電トランスに入力されても、信頼性が高く寿命が長
く、駆動効率が高いという条件をすべて兼ね備えた圧電
トランスを提供することができる。

【００２５】また、それらの発明を利用した液晶表示装
置を提供できる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００２７】（実施の形態１）図１は本発明の１実施の
形態である圧電トランス駆動装置のブロック図である。
同図において、圧電トランス４はローゼン型のもので
も、他のタイプのものでも任意の圧電トランスでよい。
図２は圧電トランス４の駆動端子から見たアドミッタン
スの周波数特性である。両図を使用して本発明の１実施
の形態である圧電トランス駆動装置の動作を詳細に説明
する。

【００２８】駆動装置のスタート信号が周波数制御回路
８に出され圧電トランス４の駆動が開始されると、外部
端子により発振周波数を可変することができる発振回路
である可変発振回路１は、圧電トランス４の共振周波数
近傍にある図２に斜線で示すヒステリシス領域よりも高
い周波数である発振周波数fsを発生する。この発振周波
数を外部端子により制御するのが周波数制御回路８であ
る。可変発振回路１の出力信号は波形整形回路２により
きれいなパルス波形に波形整形される。波形整形回路２
の出力はＦＥＴ３１と昇圧コイル３２とから成るドライ
ブ回路３で圧電トランス４を駆動するに充分なレベルに
電圧増幅される。圧電トランス４は圧電効果により入力
電圧を昇圧し、その出力信号は負荷である冷陰極蛍光灯
５に印加される。そして、冷陰極蛍光灯５に直列接続さ
れた帰還抵抗６の両端電圧により電流検出回路７で負荷
電流が検出され、負荷電流が設定値になっていなければ
周波数制御回路８は可変発振回路１の出力周波数を低下
する。そして、再び可変発振回路１の出力信号は波形整
形回路２によりきれいなパルス波形に波形整形され、ド
ライブ回路３で電圧増幅されて圧電トランス４に入力さ
れる。入力電圧は圧電効果により昇圧され、その出力信
号は冷陰極蛍光灯５に印加される。そして、冷陰極蛍光
灯５に直列接続された帰還抵抗６により電流検出回路７
で負荷電流が検出される。そして、負荷電流が設定値に
なるまでこの動作が繰り返される。

【００２９】つまり、起動時には駆動周波数は圧電トラ
ンス４の共振周波数近傍にあるヒステリシス領域よりも
高い周波数fsより低い方へ掃引され、負荷電流が設定値
になれば駆動周波数の掃引は停止される。そして、通常
動作時には圧電トランス４の駆動周波数が図２のヒステ
リシス領域よりも高い周波数範囲f1〜f2であるように設
定されており、負荷電流が一定になるように駆動周波数
を可変している。周波数範囲f1〜f2の設定は、圧電トラ
ンスの共振周波数近傍のヒステリシス領域では動作が不
安定になるので、低い周波数f1はヒステリシス領域より
も高く設定され、そして圧電トランスの昇圧比（効率）
は駆動周波数が共振周波数から離れるに従って低下する
ので、高い周波数f2は効率の低下が許される範囲内で、
そして負荷電流の制御範囲の広さから決定する。従っ
て、定常動作時には共振周波数から一定関係にある周波
数範囲f1〜f2で、負荷電流が一定に保たれ冷陰極蛍光灯
５は安定に点灯する。駆動周波数があらかじめ設定した
周波数範囲f1〜f2内にあるように制御するのも周波数制
御回路８の役目である。

【００３０】ここで、圧電トランス４を高周波成分の大
きい駆動信号で駆動すると、共振周波数近傍の成分以外
の高周波成分はすべて圧電トランス４内で熱として損失
され、圧電トランス４の特性は劣化し、また高周波成分
の特に大きい時には機械的に破壊するので、圧電トラン
ス４の信頼性の点から、また変換効率の点から、駆動波
形の高周波成分は極力小さくしておく必要がある。とこ
ろが、駆動開始時に共振周波数近傍のヒステリシス領域
より高い周波数から駆動周波数を掃引すると、圧電トラ
ンスに高周波電圧が印加され圧電トランスの材料定数を
劣化させ、また機械的に破壊するなどの損傷を与える。
また、入力高周波電圧が圧電トランスにより昇圧されて
圧電トランスの負荷に高圧の高周波電圧を印加して負荷
に損傷を与える。特に負荷が軽いか、または圧電トラン
スの２次側が開放または開放に近い時には、昇圧された
高圧の高周波電圧により圧電トランスが機械的に破壊す
るという課題がある。図３は駆動開始時の圧電トランス
４の入力電圧波形であり、同図（ａ）は駆動開始時の駆
動周波数を圧電トランス４の共振周波数よりもかなり高
く設定した時の駆動波形であり、圧電トランス４は共振
周波数よりかなり高い周波数では純粋な容量素子とな
り、駆動開始時に駆動電圧波形に大きな高周波成分が重
畳されているのがわかる。この時には圧電トランス４の
特性は劣化し、または機械的に破壊するものが多くあっ
た。同図（ｂ）は駆動開始時の駆動周波数を圧電トラン
ス４の共振周波数よりも少しだけ高く設定した時の波形
であり、圧電トランス４は純粋な容量素子とはならない
ので、駆動開始時に駆動電圧波形にあまり高周波成分が
重畳されていない。この時には圧電トランス４の特性劣
化はなく、また機械的破壊も無かった。実験では、駆動
開始時の駆動周波数を圧電トランス４の実駆動時の共振
周波数の１．１倍以内に設定すれば顕著な効果のあるこ
とが認められた。また、駆動開始時の駆動周波数を圧電
トランス４の実駆動時の共振周波数の１．０７倍以内に
設定すれば効果は確実なものになることが認められた。

【００３１】本発明の実施の形態によれば、駆動の開始
信号周波数を圧電トランス４の実駆動時の共振周波数の
１．１倍以内（より確実には１．０７倍以内）に設定し
て、駆動電圧の高周波成分を少なくすることにより、特
性劣化、また機械的破壊の確率の極めて小さい信頼性の
高い、また駆動効率の高い圧電トランス駆動装置を提供
することができる。

【００３２】（実施の形態２）図４は本発明の第２の実
施の形態である圧電トランス駆動装置のブロック図であ
る。同図において、圧電トランス４はローゼン型のもの
でも、他のタイプのものでも任意の圧電トランスでよ
い。また、同図において図１と同じ番号１〜８を付して
いるブロックは同じ機能を有する。図５は圧電トランス
４の駆動端子から見たアドミッタンスの周波数特性であ
る。図６は圧電トランス４の駆動端子に印加する駆動電
圧の包絡線波形である。これらの図を使用して本発明の
第２の実施の形態である圧電トランス駆動装置の動作を
詳細に説明する。

【００３３】駆動スタート信号が周波数制御回路８と振
幅制御回路９に出され圧電トランス４の駆動が開始され
ると、外部端子により発振周波数を可変することができ
る可変発振回路１は、図５に斜線で示す圧電トランス４
の共振周波数近傍にあるヒステリシス領域よりも高い周
波数の駆動交流信号である発振周波数fsを発生する。こ
の発振周波数を制御するのが周波数制御回路８である。
可変発振回路１の出力信号は外部制御端子によりパルス
幅あるいはパルス高さを可変できる波形整形回路２によ
りきれいなパルス波形に波形整形される。波形整形回路
２の出力はＦＥＴ３１と昇圧コイル３２とから成るドラ
イブ回路３で圧電トランス４を駆動するに充分なレベル
に電圧増幅される。圧電トランス４は圧電効果により入
力電圧を昇圧し、その出力信号は負荷である冷陰極蛍光
灯５に印加される。ここで、駆動開始時には振幅制御回
路９は波形整形回路２に指令を出しパルス幅を狭くする
かパルス高さを低くしている。そして、冷陰極蛍光灯５
に直列接続された帰還抵抗６により電流検出回路７を介
して負荷電流が検出され、負荷電流が設定値になってい
なければ周波数制御回路８は可変発振回路１の出力周波
数を低下し、振幅制御回路９は波形整形回路２に指令を
出しパルス幅を少し広くするかパルス高さを高くする。
そして、再び可変発振回路１の出力信号は波形整形回路
２によりきれいなパルス波形に波形整形され、ドライブ
回路３で電圧増幅されて圧電トランス４に入力される。
入力電圧は圧電効果により昇圧され、その出力信号は冷
陰極蛍光灯５に印加される。そして、冷陰極蛍光灯５に
直列接続された帰還抵抗６により電流検出回路７を介し
て負荷電流が検出される。そして、負荷電流が設定値に
なるまでこの動作が繰り返される。

【００３４】つまり、起動時には駆動周波数は圧電トラ
ンス４の共振周波数近傍にあるヒステリシス領域よりも
高い周波数fsより低い方へ掃引され、負荷電流が設定値
になれば駆動周波数の掃引は停止される。また、起動時
には圧電トランス４の駆動電圧は低く徐々に高くしてい
き負荷電流が設定値になるころには一定電圧にする。そ
して、通常動作時には圧電トランス４の駆動周波数が図
５のヒステリシス領域よりも高い周波数範囲f1〜f2であ
るように設定されており、負荷電流が一定になるように
周波数範囲f1〜f2で駆動周波数を可変している。周波数
範囲f1〜f2の設定は、圧電トランスの共振周波数近傍の
ヒステリシス領域では動作が不安定になるので、低い周
波数f1はヒステリシス領域よりも高く設定され、圧電ト
ランスの効率（昇圧比）は駆動周波数が共振周波数から
離れるに従って低下するので、高い周波数f2は効率の低
下が許される範囲内で、そして負荷電流の制御範囲から
決定される。従って、定常動作時には圧電トランス４の
共振周波数と一定関係にある周波数範囲f1〜f2で負荷電
流が一定に保たれ冷陰極蛍光灯５は安定に点灯する。駆
動周波数があらかじめ設定した周波数範囲f1〜f2内にあ
るように制御するのも周波数制御回路８である。

【００３５】ここで、圧電トランス４を高周波成分の大
きい駆動信号で駆動すると、共振周波数近傍の成分以外
の高周波成分はすべて圧電トランス４内で損失され熱に
変わり、このため圧電トランス４の特性は劣化し、また
は機械的に破壊するので、圧電トランス４の信頼性の点
から、また変換効率の点から、駆動波形の高周波成分は
小さくしておく必要がある。駆動開始時に共振周波数近
傍のヒステリシス領域より高い周波数から駆動周波数を
掃引する、圧電トランスは共振周波数よりかなり高い周
波数では純粋な容量素子となり、この時に圧電トランス
に高周波電圧が印加され圧電トランスの材料定数を劣化
させ、また機械的に破壊するなどの損傷を与える。ま
た、入力高周波電圧が圧電トランスにより昇圧されて圧
電トランスの負荷に高圧の高周波電圧を印加して負荷に
損傷を与える、また負荷が軽いかまたは圧電トランスの
２次側が開放または開放に近いときには昇圧された高圧
の高周波電圧により圧電トランスが機械的に破壊すると
いう課題がある。図６は駆動開始時のドライブ回路３の
出力電圧波形であり、同図（ａ）は駆動開始時から駆動
電圧の振幅値を一定にした時の駆動電圧の包絡線波形で
あり、（ｂ）は駆動開始時の駆動電圧の振幅値を小さく
して、徐々に電圧値を上げていき駆動周波数の掃引終了
時には一定電圧になるようにした時の駆動電圧の包絡線
波形である。

【００３６】図７は駆動開始時の圧電トランス４の入力
電流波形であり、（ａ）は駆動開始時から一定電圧で圧
電トランス４を駆動した時の波形であり、駆動開始時に
駆動波形に大きな高周波成分が重畳されているのがわか
る。この時には圧電トランス４の特性は劣化し、または
機械的に破壊ものが多くあった。（ｂ）は駆動開始時に
は駆動電圧を小さくして徐々に電圧を上げていった時の
圧電トランス４の駆動波形であり、駆動開始時に駆動電
圧波形にあまり高周波成分が重畳されていない。この時
には圧電トランス４の特性劣化はなく、また機械的破壊
も無かった。実験では、駆動開始時の駆動電圧を通常駆
動時の０．７倍以内に設定すれば顕著な効果のあること
が認められた。

【００３７】上記に説明したように駆動開始時の駆動信
号周波数を圧電トランス４の実駆動時に示すヒステリシ
ス領域よりも高く、その通常駆動時の電圧振幅の０．７
倍（顕著な効果を望む時には０．５倍）以内に設定し、
負荷電流が設定値になるまでに駆動周波数を低下させる
とともに、駆動電圧を徐々に上げていくことにより、特
性劣化、また機械的破壊の確率の極めて小さい信頼性の
高い、また駆動効率の高い圧電トランス駆動装置を提供
することができる。

【００３８】（実施の形態３）図８は、本発明の第３の
実施の形態である圧電トランス駆動装置のブロック図で
ある。同図において、圧電トランス４はローゼン型のも
のでも、他のタイプのものでも任意の圧電トランスでよ
い。また、同図において図１と同じ番号１〜８を付して
いるブロックはほぼ同じ機能を有する。同図において本
発明の第３の実施の形態である圧電トランス駆動装置の
動作を詳細に説明する。

【００３９】駆動スタート信号が周波数制御回路８に出
され圧電トランス４の駆動が開始されると、周波数制御
回路８は外部端子により可変発振回路１に指示を出し、
発振周波数を可変することができる発振回路である可変
発振回路１は、圧電トランス４の共振周波数近傍にある
図２に斜線で示すヒステリシス領域よりも高い周波数で
ある発振周波数fsを発生する。つまり、発振周波数を制
御するのが周波数制御回路８である。可変発振回路１の
出力信号は波形整形回路２によりきれいなパルス波形に
波形整形される。波形整形回路２の出力はＦＥＴ３１と
昇圧コイル３２とから成るドライブ回路３で圧電トラン
ス４を駆動するに充分なレベルに電圧増幅される。ここ
で、ドライブ回路３を構成しているＦＥＴ３１のゲート
には抵抗１０とダイオード１１が接続されており、ドラ
イブ回路３の応答を若干遅くしている。

【００４０】圧電トランス４は圧電効果により入力電圧
を昇圧し、その出力信号は負荷である冷陰極蛍光灯５に
印加される。そして、冷陰極蛍光灯５に直列接続された
帰還抵抗６により電流検出回路７を介して負荷電流が検
出され、負荷電流が設定値になっていなければ周波数制
御回路８は可変発振回路１の出力周波数を低下する。そ
して、再び可変発振回路１の出力信号は波形整形回路２
によりきれいなパルス波形に波形整形され、ドライブ回
路３で電圧増幅されて圧電トランス４に入力される。入
力電圧は圧電効果により昇圧され、その出力信号は冷陰
極蛍光灯５に印加される。そして、冷陰極蛍光灯５に直
列接続された帰還抵抗６により電流検出回路７を介して
負荷電流が検出される。そして、負荷電流が設定値にな
るまでこの動作が繰り返される。つまり、起動時には駆
動周波数は圧電トランス４の共振周波数近傍にあるヒス
テリシス領域よりも高い周波数fsより低い方へ掃引さ
れ、負荷電流が設定値になれば駆動周波数の掃引は停止
される。そして、通常動作時には圧電トランス４の駆動
周波数が、図２のヒステリシス領域よりも高く、圧電ト
ランス４の共振周波数と一定関係にある周波数範囲f1〜
f2内にあるように制御されており、この周波数範囲内で
負荷電流が一定になるように駆動周波数を可変してい
る。周波数範囲f1〜f2の設定は、圧電トランスの共振周
波数近傍のヒステリシス領域では動作が不安定になるの
で、低い周波数f1はヒステリシス領域よりも高く設定さ
れ、圧電トランスの効率（昇圧比）は駆動周波数が圧電
トランスの共振周波数から離れるに従って低下するの
で、高い周波数f2は効率の低下が許される範囲内で、そ
して負荷電流の制御範囲の広さから決定する。従って、
定常動作時には駆動周波数範囲f1〜f2で負荷電流が一定
に保たれ冷陰極蛍光灯５は安定に点灯する。駆動周波数
があらかじめ設定した周波数範囲f1〜f2内にあるように
制御するのも周波数制御回路８である。

【００４１】ここで、圧電トランス４を高周波成分の大
きい駆動信号で駆動すると、共振周波数近傍の成分以外
の高周波成分はすべて圧電トランス４内で熱に変わり、
圧電トランス４の特性は劣化し、または機械的に破壊す
るので、圧電トランス４の信頼性の点から、また変換効
率の点から、駆動波形の高周波成分は小さくしておく必
要がある。駆動開始時に共振周波数近傍のヒステリシス
領域より高い周波数から駆動周波数を掃引する、そし
て、圧電トランスは共振周波数よりもかなり高い周波数
では純粋な容量素子となり、通常のドライブ回路で駆動
すると高周波成分の多い電流が流れる。図９は駆動開始
時の圧電トランス４の入力電流波形であり、同図（ａ）
は駆動開始時の駆動周波数を圧電トランス４の共振周波
数より高く設定し、通常のドライブ回路で駆動した時の
波形であり、駆動開始時に駆動電流波形に大きな高周波
成分が重畳されているのがわかる。この時には圧電トラ
ンス４の特性は劣化し、または機械的に破壊ものが多く
あった。

【００４２】しかし本発明ではドライブ回路３を構成し
ているＦＥＴ３１のゲートには抵抗１０とダイオード１
１が接続されており、ドライブ回路３の応答を遅くして
いるので、この時に圧電トランスに高周波電流が流入さ
れない。従って、図９（ｂ）に示すように駆動開始時の
圧電トランス４の入力電流波形にあまり高周波成分が重
畳されていない。この時には圧電トランス４の特性劣化
はなく、また機械的破壊も無かった。

【００４３】上記に説明したように、ドライブ回路３の
応答を少し遅くすることにより、特性劣化、また機械的
破壊の確率の極めて小さい信頼性の高い、また駆動効率
の高い圧電トランス駆動装置を提供することができる。
実験では、ドライブ回路の応答を圧電トランスの使用モ
ードの共振周波数の５〜７倍以上の周波数で遅くすれば
効果のあることを確認した。

【００４４】ドライブ回路３の応答を少し遅くするに
は、図８に示した回路の他に図１０のようにＦＥＴ３１
のゲート・ドレイン間にコンデンサ１２を挿入しても良
いし、図１１のようにＦＥＴ３１のドレイン・アース間
にコンデンサ１３を挿入しても同様の効果が得られる。
また、図８〜図１１に示した方法を組み合わせて用いて
も同様の効果が得られる。

【００４５】（実施の形態４）図１２は本発明の第４の
実施の形態である圧電トランス駆動装置のブロック図で
ある。同図において、圧電トランス４はローゼン型のも
のでも、他のタイプのものでも任意の圧電トランスでよ
い。また、同図において図１と同じ番号１〜８を付して
いるブロックはほぼ同じ機能を有する。同図において本
発明の第４の実施の形態である圧電トランス駆動装置の
動作を詳細に説明する。

【００４６】駆動スタート信号が周波数制御回路８に出
され圧電トランス４の駆動が開始されると、周波数制御
回路８は外部端子により可変発振回路１に指示を出し、
発振周波数を可変することができる発振回路である可変
発振回路１は、圧電トランス４の共振周波数近傍にある
図２に斜線で示すヒステリシス領域よりも高い周波数で
ある発振周波数fsを発生する。つまり、発振周波数を制
御するのが周波数制御回路８である。可変発振回路１の
出力信号は波形整形回路２によりきれいなパルス波形に
波形整形される。波形整形回路２の出力はＦＥＴ３１と
抵抗素子３３とから成るドライブ回路３で圧電トランス
４を駆動するに充分なレベルに電圧増幅される。圧電ト
ランス４は圧電効果により入力電圧を昇圧し、その出力
信号は負荷である冷陰極蛍光灯５に印加される。そし
て、冷陰極蛍光灯５に直列接続された帰還抵抗６により
電流検出回路７を介して負荷電流が検出され、負荷電流
が設定値になっていなければ周波数制御回路８は可変発
振回路１の出力周波数を低下する。そして、再び可変発
振回路１の出力信号は波形整形回路２によりきれいなパ
ルス波形に波形整形され、ドライブ回路３で電圧増幅さ
れて圧電トランス４に入力される。入力電圧は圧電効果
により昇圧され、その出力信号は冷陰極蛍光灯５に印加
される。そして、冷陰極蛍光灯５に直列接続された帰還
抵抗６により電流検出回路７を介して負荷電流が検出さ
れる。そして、負荷電流が設定値になるまでこの動作が
繰り返される。

【００４７】つまり、起動時には駆動周波数は圧電トラ
ンス４の共振周波数近傍にあるヒステリシス領域よりも
高い周波数fsより低い方へ掃引され、負荷電流が設定値
になれば駆動周波数の掃引は停止される。そして、通常
動作時には圧電トランス４の駆動周波数が、図２のヒス
テリシス領域よりも高く、圧電トランス４の共振周波数
と一定関係にある周波数範囲f1〜f2内にあるように制御
されており、この周波数範囲内で負荷電流が一定になる
ように駆動周波数を可変している。周波数範囲f1〜f2の
設定は、圧電トランスの共振周波数近傍のヒステリシス
領域では動作が不安定になるので、低い周波数f1はヒス
テリシス領域よりも高く設定され、圧電トランスの効率
（昇圧比）は駆動周波数が圧電トランスの共振周波数か
ら離れるに従って低下するので、高い周波数f2は効率の
低下が許される範囲内で、そして負荷電流の制御範囲の
広さから決定する。従って、定常動作時には駆動周波数
範囲f1〜f2で負荷電流が一定に保たれ冷陰極蛍光灯５は
安定に点灯する。駆動周波数があらかじめ設定した周波
数範囲f1〜f2内にあるように制御するのも周波数制御回
路８である。

【００４８】ここで、圧電トランス４を高周波成分の大
きい駆動信号で駆動すると、共振周波数近傍の成分以外
の高周波成分はすべて圧電トランス４内で熱に変わり、
圧電トランス４の特性は劣化し、または機械的に破壊す
るので、圧電トランス４の信頼性の点から、また変換効
率の点から、駆動波形の高周波成分は小さくしておく必
要がある。駆動開始時に共振周波数近傍のヒステリシス
領域より高い周波数から駆動周波数を掃引する、そし
て、圧電トランスは共振周波数よりもかなり高い周波数
では純粋な容量素子となり、通常のドライブ回路で駆動
すると高周波成分の多い電流が流れる。

【００４９】しかし本発明ではドライブ回路３を構成し
ているＦＥＴ３１の出力であるドレインにインダクタン
ス素子（コイル）１４とコンデンサ１５が接続されてお
り、ドライブ回路３の高周波出力を低減しているので圧
電トランスに高周波電流が流入されない。ここで、イン
ダクタンス素子（コイル）１４と、コンデンサ１５と圧
電トランス４の入力容量の直列共振周波数が、圧電トラ
ンス４の共振周波数にほぼ等しくなるように設定すれば
高周波低減の効果は大きい。また、インダクタンス素子
（コイル）１４と圧電トランス４の入力容量の直列共振
周波数が、圧電トランス４の共振周波数にほぼ等しくな
るように設定することもできる。従って、圧電トランス
４の特性劣化はなく、また機械的破壊も無かった。

【００５０】上記に説明したように、ドライブ回路３の
出力の高周波成分を低減することにより、特性劣化、ま
た機械的破壊の確率の極めて小さい信頼性の高い、また
駆動効率の高い圧電トランス駆動装置を提供することが
できる。実験では、前記直列共振回路の直列共振周波数
を圧電トランスの共振周波数の０．７〜１．３倍の範囲
内に設定すれば特に効果が大きく、圧電トランス４の特
性劣化をなくし、また機械的破壊も無くす効果のあるこ
とを確認した。

【００５１】ドライブ回路３の出力の高周波成分を低減
するためには、図１２に示した回路の他に図１３のよう
にＦＥＴ３１のドレインに昇圧トランス１６の１次側を
接続し、２次側にコンデンサ１７を挿入しても同様の効
果が得られる。

【００５２】（実施の形態５）図１４は本発明の第５の
実施の形態であるローゼン型圧電トランス２０の概観図
であり、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電セ
ラミック材料から成る矩形板に１次側（入力側）電極２
１および２次側（出力側）電極２３を付けて構成してい
る。同図中に矢印とＰで示すように、１次側電極部は矩
形板の厚さ方向に分極されており、２次側電極部は長さ
方向に分極されている。圧電トランス２０の２次側電極
部には抵抗値にして１０ＭΩ〜数１００ＭΩ程度の高抵
抗導電膜２２が形成されている。

【００５３】従来の圧電トランス駆動装置は、駆動開始
時に駆動周波数を圧電トランスが示すヒステリシス領域
より高い周波数から低い方へ駆動周波数を掃引して、ヒ
ステリシス領域より高い所定の周波数範囲になった時に
駆動周波数の掃引を停止して、以後は圧電トランスの出
力電流をほぼ一定にするために、ヒステリシス領域より
高い周波数領域で圧電トランスの駆動周波数を可変して
出力電流を制御している。しかし、駆動開始時には圧電
トランスに高周波電圧が印加され、圧電トランスの材料
定数を劣化させ、また機械的に破壊するなどの損傷を与
える。また、入力高周波電圧が圧電トランスにより昇圧
されて圧電トランスの負荷に高圧の高周波電圧を印加し
て負荷に損傷を与える、圧電トランスの２次側が開放ま
たは開放に近いときには、２次側電極の出力電圧が大き
くなり圧電トランスに与えるダメージが大きくなる。

【００５４】しかし本発明では、高抵抗導電膜２２によ
り、１０ＭΩ〜数１００ＭΩ程度の抵抗が圧電トランス
２０の出力の負荷となり、例え負荷が開放状態になって
も圧電トランス２０の２次側電極２３の出力電圧が過度
に大きくなることがないので、高圧の高周波電圧により
圧電トランス２０が機械的に破壊されることをなくする
ことができる。また、回路基板上で抵抗素子を用いて保
護回路を構成していないので、例え圧電トランス２０か
ら取り出した出力リード線が切れても圧電トランス２０
が破壊されることを無くすることができる。

【００５５】本発明の目的とするところは、駆動開始時
に発生する高周波電圧により圧電トランスの２次側に発
生する高電圧の振幅値を抑えて、信頼性が高く寿命が長
く、駆動効率が高いという条件をすべて兼ね備えた圧電
トランスを提供することにある。ここでは、圧電セラミ
ック製の圧電トランスに対して説明したが、圧電単結晶
性の圧電トランスに対しても高抵抗導電膜により、例え
ば１０ＭΩ〜数１００ＭΩ程度の抵抗を２次側電極部に
形成することにより同様の効果が得られることは言うま
でもない。

【００５６】（実施の形態６）図１５は本発明の第６の
実施の形態であるローゼン型圧電トランス２４の概観図
であり、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）などの圧電セ
ラミック材料から成る矩形板に１次側（入力側）電極２
５および２次側（出力側）電極２６を付けて構成してい
る。そして、同図中に矢印とＰで示すように、１次側電
極部は矩形板の厚さ方向に分極されており、２次側電極
部は長さ方向に分極されている。圧電トランス２４に形
成されている１次側電極２５の２次側電極部との境界
（圧電トランス２４の中央部）は直線であり、他方の圧
電トランス２４の端部側は２つの角に半径２〜７ｍｍ程
度の丸みまたは２〜５ｍｍ程度の面取りが施されてい
る。この１次側電極２５の電極構造により圧電トランス
２４は高次の共振を極めて弱くすることができる。

【００５７】圧電トランス駆動装置は、駆動開始時に駆
動周波数を圧電トランスが示すヒステリシス領域より高
い周波数から低い方へ掃引して、ヒステリシス領域より
高い所定の周波数になった時に駆動周波数の掃引を停止
して、以後は圧電トランスの出力電流をほぼ一定にする
ために、ヒステリシス領域より高い周波数領域で圧電ト
ランスの駆動周波数を可変して出力電流を制御してい
る。しかし、駆動開始時に圧電トランスに高周波電流が
流入し、圧電トランス２４により高電圧に昇圧され圧電
トランス２４に損傷を与える。しかし本発明では圧電ト
ランス２４の高次の共振モードを極めて弱くできるの
で、高周波電流が入力されても昇圧することができない
ので負荷に損傷を与えず、圧電トランス２４自身に損傷
を与えることがない。

【００５８】本発明の目的とするところは、圧電トラン
スの１次側電極構造により高周波である高次振動モード
を極めて弱くすることにより、駆動開始時に発生する高
周波電流が圧電トランスに入力されても、信頼性が高く
寿命が長く、駆動効率が高いという条件をすべて兼ね備
えた圧電トランスを提供することにある。ここでは、圧
電セラミック製の圧電トランスに対して説明したが、圧
電単結晶性の圧電トランスに対しても同様な２次側電極
を形成することにより同様の効果が得られることは言う
までもない。

【００５９】本発明の圧電トランス、圧電トランス駆動
装置は、例えば液晶表示装置に応用することが出来る。

【００６０】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明の第１の発明によれば圧電トランスの駆動開始時
の駆動信号の掃引開始周波数を圧電トランスの共振周波
数よりあまり高くとらないようにすることにより、つま
り駆動の開始信号周波数を圧電トランスの実駆動時の共
振周波数の１．１倍以内（より確実には１．０７倍以
内）に設定して、駆動電圧の高周波成分を少なくするこ
とにより、特性劣化、また機械的破壊の確率の極めて小
さい信頼性の高い、また駆動効率の高い圧電トランス駆
動装置を提供することができる。

【００６１】第２の発明によれば圧電トランスの駆動開
始時の駆動信号の振幅値を徐々に高くしていくことによ
り、つまり駆動開始時の駆動信号周波数を圧電トランス
の実駆動時に示すヒステリシス領域よりも高く、その通
常駆動時の電圧振幅の０．７倍（顕著な効果を望む時に
は０．５倍）以内に設定し、負荷電流が設定値になるま
でに駆動周波数を低下させるとともに、駆動電圧を徐々
に上げていくことにより、特性劣化、また機械的破壊の
確率の極めて小さい信頼性の高い、また駆動効率の高い
圧電トランス駆動装置を提供することができる。

【００６２】第３の発明によれば圧電トランスの駆動信
号を出力するドライブ回路（駆動回路）の応答を遅くす
ることにより、つまり実験では、ドライブ回路の応答を
圧電トランスの使用モードの共振周波数の５〜７倍以上
の周波数で遅くすれば、特性劣化、また機械的破壊の確
率の極めて小さい信頼性の高い、また駆動効率の高い圧
電トランス駆動装置を提供することができる。

【００６３】第４の発明によれば圧電トランスの駆動信
号を出力するドライブ回路（駆動回路）の出力の高周波
成分を低減することにより、つまり実験では、前記直列
共振回路の直列共振周波数を圧電トランスの共振周波数
の０．７〜１．３倍の範囲内に設定することにより、特
性劣化、また機械的破壊の確率の極めて小さい信頼性の
高い、また駆動効率の高い圧電トランス駆動装置を提供
することができる。

【００６４】また、本発明の第５の発明によれば高抵抗
導電膜などにより所定の大きさの抵抗を圧電トランスに
２次側電極部に形成することにより、駆動開始時に発生
する高周波電圧により圧電トランスの２次側に発生する
高電圧の振幅値を抑えて、信頼性が高く寿命が長く、駆
動効率が高いという条件をすべて兼ね備えた圧電トラン
スを提供することができる。

【００６５】第６の発明によれば圧電トランスの１次側
電極構造により高周波である高次振動モードを極めて弱
くすることにより、駆動開始時に発生する高周波電流が
圧電トランスに入力されても、信頼性が高く寿命が長
く、駆動効率が高いという条件をすべて兼ね備えた圧電
トランスを提供することができる。

【００６６】第７、第８の発明によれば、安定した液晶
表示が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による圧電トランス駆動装置の実施の形
態１のブロック図

【図２】実施の形態１で用いる圧電トランスのアドミッ
タンスの周波数特性図

【図３】実施の形態１の駆動周波数の掃引による圧電ト
ランスの駆動電流波形図

【図４】本発明による圧電トランス駆動装置の実施の形
態２のブロック図

【図５】実施の形態２で用いる圧電トランスのアドミッ
タンスの周波数特性図

【図６】実施の形態２の駆動周波数の掃引時の圧電トラ
ンスへの印加電圧波形図

【図７】実施の形態２の駆動周波数の掃引による圧電ト
ランスの駆動電流波形図

【図８】本発明による圧電トランス駆動装置の実施の形
態３ー１のブロック図

【図９】実施の形態３ー１の駆動周波数の掃引による圧
電トランスの駆動電流波形図

【図１０】本発明による圧電トランス駆動装置の実施の
形態３ー２のブロック図

【図１１】本発明による圧電トランス駆動装置の実施の
形態３ー３のブロック図

【図１２】本発明による圧電トランス駆動装置の実施の
形態４ー１のブロック図

【図１３】本発明による圧電トランス駆動装置の実施の
形態４ー２のブロック図

【図１４】本発明による圧電トランスの実施の形態５の
構造図

【図１５】本発明による圧電トランスの実施の形態６の
構造図

【図１６】従来のローゼン型圧電トランスの構造図

【図１７】従来の圧電トランス駆動装置のブロック図

【図１８】従来の別の圧電トランス駆動装置のブロック
図

【図１９】従来の別の圧電トランス駆動装置のブロック
図

【符号の説明】

１可変発振回路２波形整形回路３ドライブ回路（駆動回路）３１ＦＥＴ３２昇圧コイル４圧電トランス５冷陰極蛍光灯６帰還抵抗７電流検出回路８周波数制御回路９振幅制御回路１０抵抗１１ダイオード１２コンデンサ１３コンデンサ１４コイル（インダクタンス）１６昇圧トランス１７コンデンサ２０圧電トランス２１１次側電極２２高抵抗導電膜２３２次側電極２４圧電トランス２５１次側電極２６２次側電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流信号を発生する可変発振回路と、前記
交流信号を増幅して駆動信号とする駆動回路と、圧電体
に入力電極と出力電極を構成した圧電トランスと、前記
出力電極につながれた負荷を有し、前記圧電トランスの
前記入力電極に前記駆動信号を印加して、前記駆動信号
を昇圧して前記圧電トランスの出力電極より取り出し、
前記負荷を駆動する圧電トランス駆動装置であって、前記負荷への流入電流を検出する電流検出回路と、駆動開始時に、前記圧電トランスの実駆動時の共振周波
数より少なくても１．１倍以内の高い周波数に前記駆動
信号を設定し、前記駆動信号より駆動周波数の掃引を開
始し、前記電流検出回路による負荷電流が設定値になっ
た時に駆動周波数の掃引を停止し、前記掃引停止後は前
記圧電トランスの実駆動時の共振周波数と一定関係にあ
る設定周波数範囲内で前記負荷電流を制御する周波数制
御回路とを有することを特徴とする圧電トランス駆動装
置。
【請求項２】交流信号を発生する可変発振回路と、前記
交流信号を増幅して駆動信号とする駆動回路と、圧電体
に入力電極と出力電極を構成した圧電トランスと、前記
出力電極につながれた負荷を有し、前記圧電トランスの
前記入力電極に前記駆動信号を印加して、前記駆動信号
を昇圧して前記圧電トランスの出力電極より取り出し、
前記負荷を駆動する圧電トランス駆動装置であって、前記負荷への流入電流を検出する電流検出回路と、駆動開始時に、前記圧電トランスの実駆動時の共振周波
数より高い周波数に前記駆動信号を設定し、前記駆動信
号より駆動周波数の掃引を開始し、前記電流検出回路に
よる負荷電流が設定値になった時に駆動周波数の掃引を
停止し、前記掃引停止後は前記圧電トランスの実駆動時
の共振周波数と一定関係にある設定周波数範囲内で前記
負荷電流を制御する周波数制御回路と、駆動開始時に、通常駆動時の前記駆動信号の０．７倍以
内に前記駆動信号の振幅を設定し、前記電流検出回路に
よる負荷電流が設定値になった時に駆動周波数の掃引を
停止するまで、前記駆動信号の電圧振幅を徐々に上げて
いく制御を行う振幅制御回路とを有することを特徴とす
る圧電トランス駆動装置。
【請求項３】交流信号を発生する可変発振回路と、前記
交流信号を増幅して駆動信号とする駆動回路と、圧電体
に入力電極と出力電極を構成した圧電トランスと、前記
出力電極につながれた負荷を有し、前記圧電トランスの
前記入力電極に前記駆動信号を印加して、前記駆動信号
を昇圧して前記圧電トランスの出力電極より取り出し、
前記負荷を駆動する圧電トランス駆動装置であって、前記負荷への流入電流を検出する電流検出回路と、駆動開始時に、前記圧電トランスの実駆動時の共振周波
数より高い周波数に前記駆動信号を設定し、前記駆動信
号より駆動周波数の掃引を開始し、前記電流検出回路に
よる負荷電流が設定値になった時に駆動周波数の掃引を
停止し、前記掃引停止後は前記圧電トランスの実駆動時
の共振周波数と一定関係にある設定周波数範囲内で前記
負荷電流を制御する周波数制御回路とを有し、前記駆動回路としてＦＥＴ素子を用い、前記ＦＥＴ素子
のゲートに抵抗素子とダイオードの並列回路を接続する
か、前記ＦＥＴ素子のゲートとドレイン間に容量素子を
接続するか、前記ＦＥＴ素子のドレインとアース間に容
量素子を接続するかの少なくとも１つを採用したことを
特徴とする圧電トランス駆動回路。
【請求項４】交流信号を発生する可変発振回路と、前記
交流信号を増幅して駆動信号とする駆動回路と、圧電体
に入力電極と出力電極を構成した圧電トランスと、前記
出力電極につながれた負荷を有し、前記圧電トランスの
前記入力電極に前記駆動信号を印加して、前記駆動信号
を昇圧して前記圧電トランスの出力電極より取り出し、
前記負荷を駆動する圧電トランス駆動装置であって、前記負荷への流入電流を検出する電流検出回路と、駆動開始時に、前記圧電トランスの実駆動時の共振周波
数より高い周波数に前記駆動信号を設定し、前記駆動信
号より駆動周波数の掃引を開始し、前記電流検出回路に
よる負荷電流が設定値になった時に駆動周波数の掃引を
停止し、前記掃引停止後は前記圧電トランスの実駆動時
の共振周波数と一定関係にある設定周波数範囲内で前記
負荷電流を制御する周波数制御回路とを有し、前記駆動回路としてＦＥＴ素子を用い、前記ＦＥＴ素子
のドレインにインダクタンスとコンデンサの直列回路を
接続するか、前記ＦＥＴ素子のドレインにインダクタン
スのみを接続するか、前記ＦＥＴ素子のドレインに昇圧
トランスの１次側を接続し、前記昇圧トランスの２次側
にコンデンサを接続するかの少なくとも１つを採用した
ことを特徴とする圧電トランス駆動回路。
【請求項５】圧電セラミック材料または圧電単結晶から
成り、１次側（入力側）電極および２次側（出力側）電
極が付され、前記１次側電極に入力された駆動交流電圧
を電圧変換して前記２次側電極より出力する圧電トラン
スにおいて、前記圧電トランスの２次側電極部に、所定の大きさの抵
抗値を有する高抵抗導電膜が形成されていることを特徴
とする圧電トランス。
【請求項６】圧電セラミック材料または圧電単結晶から
成り、１次側（入力側）電極および２次側（出力側）電
極が付され、前記１次側電極に入力された駆動交流電圧
を電圧変換して前記２次側電極より出力する圧電トラン
スにおいて、前記圧電トランスに形成されている前記１次側電極の２
次側電極部との境界、つまり前記圧電トランスの中央部
は直線であり、他方の端部側は前記１次側電極の２つの
角に所定の大きさの半径の丸み、または所定の大きさの
面取りが施されていることを特徴とする圧電トランス。
【請求項７】請求項１〜４の少なくとも１つの圧電トラ
ンス駆動装置を、液晶表示装置のバックライトの駆動装
置に利用したことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項８】請求項５又は６の圧電トランスを、液晶表
示装置のバックライトの駆動装置の圧電トランスに利用
したことを特徴とする液晶表示装置。