圧電セラミックトランス
【課題】高効率でより高電力の出力が可能で、かつ高電力の出力時に圧電セラミックスが破損することを防止できる圧電セラミックトランスを提供すること。
【解決手段】圧電セラミックスは、長手方向と、長手方向に垂直な第１の方向と、長手方向および第１の方向に垂直な第２の方向との３つの特定方向のうちのいずれか１つの特定方向に垂直な面上の任意の点を通過する特定方向の長さが、特定方向に垂直な面上の通過する位置に応じて変化する部分を有する形状とすることで上記課題を解決する。
【解決手段】圧電セラミックスは、長手方向と、長手方向に垂直な第１の方向と、長手方向および第１の方向に垂直な第２の方向との３つの特定方向のうちのいずれか１つの特定方向に垂直な面上の任意の点を通過する特定方向の長さが、特定方向に垂直な面上の通過する位置に応じて変化する部分を有する形状とすることで上記課題を解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電セラミックトランスの分野に属し、より詳しくは、照明装置に用いられる冷陰極管、蛍光灯等をドライブする駆動装置に用いる圧電セラミックトランスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
照明装置として用いる冷陰極管、蛍光灯等の光源は、発光させるために高い電圧を印加する必要がある。このため、通常ドライブには、光源を発光させることができる電圧まで昇圧させるためにトランスが用いられる。トランスとしては、巻線を利用した巻線トランスと、圧電セラミックスを利用した圧電セラミックトランスとが知られている。
【０００３】
巻線トランスは、通常、鉄心と、鉄心に鎖交された２つの巻線とから構成され、一方の巻線（一次巻線）が入力側回路に接続されている。この入力側回路から一次巻線に交流電力を供給すると、出力側回路に接続される他方の巻線（二次巻線）に電圧が誘起される。この二次巻線に誘起される電圧は、一次巻線の巻き数と二次巻線の巻き数との比に応じて変化し、一次巻線よりも二次巻線の巻き数を多くすることで、二次巻線に流れる電圧を入力側回路から一次巻線に印加される電圧よりも高い電圧とすることができる。つまり、昇圧することができる。
このようにして、電圧を昇圧させる巻線トランスでは、電圧を大幅に昇圧するためには、一次巻線と二次巻線との巻き数の比を大きくする必要があるが、二次巻線の巻き数を多くすると、装置として大きくなってしまう。
このような問題に対しては、巻線に用いる線を細くすることで、巻線トランスを小さくすることはできるが、極細化には限界があるため、小型化には限界がある。また、巻線を細くするために巻線の絶縁層を薄くすると巻線間でショートしやすくなり、故障の原因となる。さらに、ショートによりトランスで発火する危険性もあるという問題がある。また、各種損失のため効率も低下するという問題もある。
【０００４】
一方、圧電セラミックトランスは、電圧が印加されると形状が変化する圧電セラミックスに入力側から電圧を印加して圧電逆効果により機械的に大きく振動させる。この振動により入力側とは異なる方向の出力側で機械的歪みを生じさせ、この機械的歪みを圧電効果により電荷として取り出すことで、入力側よりも高い電圧を出力側で取り出すことができる。
このような圧電セラミックトランスは、高電圧、高効率、小型、薄型、不燃性、低ノイズ、耐熱等の優れた特性を有するが、高出力を得ることができないという問題があった。具体的には、大電力化とともに高熱を発生して、出力低下や効率低下などが伴い、３〜５Ｗを超えると圧電トランスが熱暴走して、圧電セラミックスが破壊されてしまうという問題があった。このように、出力５Ｗ以上で使用すると、圧電セラミックスが割れてしまうため、例えば、直径２ｍｍ、長さ２５０ｍｍの冷陰極管を１〜２本発光させることが可能な３Ｗ程度の出力が限界であった。
そのため、１５インチないし１７インチ程度の液晶ディスプレイのバックライトの光源のトランスとして用いることはできたが、高出力を要する大型の液晶ディスプレイの光源のトランスとして用いることはできなかった。
【０００５】
このような問題に対して、本発明者の一人は、特許文献１に示すような複数の入力部と複数の出力部と中央部の未分極部からなる剛体部とから構成されてなり、前記トランスの長さ方向の寸法と、幅方向の寸法との寸法比が、略０．２前後以下となる形状を有する圧電セラミックトランスを提案した。
このような構成とすることで、超音波振動励振の中央部が、未分極で振動せず強固な剛体部として機能することで、ハイパワードライブ時に発生する捩り方向振動モードや、蛇行方向振動モードを共に抑制する効果を発して、前記構成がロス系を小さくする方向に働き、この振動モードに起因する効果で圧電インバータ効率が１５Ｗ程度のドライブ時にも、１８Ｗないし３０Ｗ程度の大電力ドライブ時においても共に９０％ないし９５％という高効率を始めて実現した。
【特許文献１】特開２００５−１２９４７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、引用文献１の構成の圧電セラミックトランスとすることで、高出力とすることができるが、さらに高出力を得るために高電力を入力すると圧電セラミックスの温度が瞬時に上昇し、出力低下や効率低下が生じ、さらに、圧電セラミックスが破損してしまうことがあった。
【０００７】
本発明の目的は、高効率でより高電力の出力が可能で、かつ高電力の出力時に圧電セラミックスが破損することを防止できる圧電セラミックトランスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、駆動信号を圧電セラミックスに入力し、圧電効果を利用して前記駆動信号として入力された電圧を変圧させて前記圧電セラミックスから出力する圧電セラミックトランスであって、前記圧電セラミックスは、長手方向と、前記長手方向に垂直な第１の方向と、前記長手方向および前記第１の方向に垂直な第２の方向との３つの特定方向のうちのいずれか１つの前記特定方向に垂直な面上の任意の点を通過する前記特定方向の長さが、前記特定方向に垂直な面上の通過する位置に応じて変化する部分を有する形状であることを特徴とする圧電セラミックトランスを提供するものである。
【０００９】
ここで、前記特定方向の長さとは、特定方向に平行な線の特定方向の一方の端面から他方の端面までの距離である。
また、前記特定方向に垂直な面上の任意の点を通過する前記特定方向に平行な方向の長さを基準長さとしたときに、前記特定方向に垂直な面上を通過する前記特定方向に平行な方向の長さが、前記基準長さよりも長い部分および前記基準長さよりも短い部分の少なくとも一方を有することが好ましい。
【００１０】
ここで、前記圧電セラミックスは、さらに、前記長手方向と、前記第１の方向と、前記第２の方向とのうち前記特定方向とは異なる第２特定方向に垂直な面上の任意の点を通過する前記第２特定方向の長さが、前記第２特定方向に垂直な面上の通過する位置に応じて変化する部分を有する形状であることが好ましい。
さらに、前記圧電セラミックスは、さらに、前記長手方向と、前記第１の方向と、前記第２の方向とのうち前記特定方向および前記第２特定方向とは異なる第３特定方向に垂直な面上の任意の点を通過する前記第３特定方向の長さが、前記第３特定方向に垂直な面上の通過する位置に応じて変化する部分を有する形状であることが好ましい。
また、前記圧電セラミックスは、前記特定方向に垂直な面上の任意の点における前記特定方向の長さと、前記特定方向に垂直な面上の前記任意の点とは異なる点における前記特定方向の長さとが異なることが好ましい。
【００１１】
また、前記圧電セラミックスは、前記特定方向の一方の端面と他方の端面とが互いに平行でない部分を有する形状であることが好ましい。
ここで、前記圧電セラミックスは、前記特定方向の一方の端面の少なくとも一部が他方の端面に対して所定角度の傾斜を有する形状であることが好ましい。
【００１２】
また、前記圧電セラミックスは、前記特定方向に平行な任意の面において、前記特定方向に垂直な方向の前記圧電セラミックスの中心を通りかつ前記特定方向に平行な線を軸として非対称な形状であることが好ましい。
また、前記圧電セラミックスは、前記特定方向に垂直な面上において、前記特定方向の長さが変化する部分の領域が前記特定方向に垂直な面上の領域の５０％以上１００％以下であることが好ましい。
【００１３】
ここで、前記圧電セラミックスの前記特定方向の最大長さＬmaxと最小長さＬminとの関係が、０．９≦Ｌmin／Ｌmax＜１．０を満たすことが好ましい。
また、前記特定方向が前記長手方向であることが好ましい。
さらに、前記圧電セラミックスは、前記長手方向および前記第２の方向に平行な面上を通過する前記長手方向の長さが、通過する前記長手方向および前記第２の方向に平行な面上の位置に応じて変化する部分を有することが好ましい。
【００１４】
また、前記圧電セラミックスは、長手方向の端部から他方の端部までの分極状態が、前記長手方向に分極された第１領域と、前記第１の方向に分極された第２領域と、未分極の第３領域と、前記第２領域とは逆方向の前記第１の方向に分極された第４領域と、前記第１領域とは逆方向の長手方向に分極された第５領域とに分割された形状であることが好ましい。
さらに、前記第１領域と前記第２領域と前記第３領域と前記第４領域と前記第５領域との前記長手方向における長さの比が、実質的に２：２：１：２：２となる形状であることが好ましい。
【００１５】
さらに、前記第２領域を挟んで設けられた一対の第１入力電極と、前記第４領域を挟んで設けられた一対の第２入力電極と、前記圧電セラミックスの長手方向の両方の端部にそれぞれ配置された出力電極を有することが好ましい。
さらに、前記第１入力電極は、前記圧電セラミックスの前記長手方向に垂直な面における中心を通りかつ前記第１の方向と平行な線と前記圧電セラミックスの前記第２領域の表面との交点の一方のみを含むようにそれぞれ配置することが好ましく、また、第２入力電極は、前記圧電セラミックスの前記長手方向に垂直な面における中心を通りかつ前記第１の方向と平行な線と前記圧電セラミックスの前記第４領域の表面との交点の一方のみを含むようにそれぞれ配置することが好ましい。
また、前記圧電セラミックスは、長手方向に垂直な方向の断面の形状において、前記第１の方向の長さｔと前記第２の方向の長さｗとの関係が、０．５≦ｔ／ｗ≦２．０を満たす形状であることが好ましく、０．５≦ｔ／ｗ≦１．０を満たす形状であることがより好ましい。
また、前記圧電セラミックスは、長手方向に垂直な方向の断面の少なくとも一部が曲線形状であることが好ましい。また、前記圧電セラミックスは、長手方向に垂直な方向の断面の形状が円形であることが好ましい。さらに、前記圧電セラミックスは、長手方向に垂直な方向の断面の形状が正方形であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、耐破壊性を向上させることができ、より高電力を出力することが可能となる。また、高い電力を圧電セラミックスで扱う場合も圧電セラミックスに急激な負荷がかかることを防ぐことができ、圧電セラミックスが破損することも防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の圧電セラミックトランスについて、添付の図面に示される好適な態様に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１（Ａ）は、本発明に従う圧電セラミックトランスの一実施形態の概略構成を示す斜視図であり、図２は、図１に示した圧電セラミックスの上面図である。
圧電セラミックトランス１０は、圧電セラミックス１２と、第１入力電極１４ａ、１４ｂと、第２入力電極１６ａ、１６ｂと、第１出力電極１８と、第２出力電極２０とを有する。
【００１９】
圧電セラミックス１２は、厚みが一定の平板形状を有している。圧電セラミックス１２は、長手方向の位置に応じて分極の状態が異なっており、長手方向の略中央の第３領域２６は未分極であり、第３領域２６の両側に隣接する第２領域２４および第４領域２８は厚さ方向に分極し、第２領域２４および第４領域２８よりも外側に隣接する第１領域２２と第５領域３０は、長手方向に分極している。長手方向における第１領域２２から第５領域３０の比率は、略２：２：１：２：２である。第１領域２２と第５領域３０は、圧電セラミックス１２の長手方向において互いに逆向きに分極しており、それぞれ、中央から外側に向かう方向に分極している。また、第２領域２４と第４領域２８の分極方向も互いに逆向きであり、図示例では、第２領域２４が上向きに分極し、第４領域２８が下向きに分極している。
【００２０】
本実施形態の圧電セラミックス１２は、図２に示すように、一方の（第１領域２２側の）端面に対して、他方の（第５領域３０側）の端面が所定角度の傾斜した台形形状を有する。
従って、長手方向に平行な一方（図２中上側）の外形線の長さＬ1と、長手方向に平行な他方（図２中下側）の外形線の長さＬ2との関係がＬ1＞Ｌ2となる。つまり、本実施形態では、Ｌ1が長手方向の最大長さＬmaxとなりＬ2が長手方向の最小長さＬminとなる。
【００２１】
圧電セラミックス１２の厚さ方向の表面には、一対の第１入力電極１４ａおよび１４ｂが圧電セラミックス１２の第２領域２４を挟むように形成され、一対の第２入力電極１６ａおよび１６ｂが圧電セラミックス１２の第４領域２８を挟むように形成されている。第１入力電極１４ａ、１４ｂおよび第２入力電極１６ａ、１６ｂには、それぞれ、入力端子３２（３２ａ、３２ｂ）、入力端子３４（３４ａ、３４ｂ）が設けられており、これらの入力端子３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂは、図示しない駆動回路と接続されている。また、入力端子３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂは、圧電セラミックスを駆動させて振動させたときに節となる位置に形成されることが好ましい。
また、圧電セラミックスの長手方向において、第１領域２２の端面には第１出力電極１８が形成され、第５領域３０の端面には第２出力電極２０が形成されている。第１出力電極１８および第２出力電極２０には、それぞれ出力端子３６および３８が設けられている。
【００２２】
第１入力電極１４ａ、１４ｂと第２入力電極１６ａ、１６ｂには、図示しない駆動回路から駆動信号が入力される。ここで、第１入力電極１４ｂおよび第２入力電極１６ｂに入力される駆動信号は、第１入力電極１４ａおよび第２入力電極１６ｂに入力される駆動信号に対して位相が１８０度異なるように調整されている。具体的には、第１入力電極１４ａに接続された入力端子３２ａと、第２入力電極１６ａに接続された入力端子３４ａとを互いに接続し、第１入力電極１４ｂに接続された入力端子３２ｂと、第２入力電極１６ｂに接続された入力端子３４ｂとを互いに接続して、入力端子３２ａ、３４ａに一方の駆動信号、入力端子３２ｂ、３４ｂに、他方の駆動信号を駆動回路から入力する。ここで、本実施形態では、第１入力電極１４ａ及び第２入力電極１６ａに、第１入力電極１４ｂ及び第２入力電極１６ｂに入力される駆動信号に対して位相が１８０度異なる駆動信号が入力される。つまり、第１入力電極１４ａ、第２入力電極１６ａと、第１入力電極１４ｂ、第２入力電極１６とには、それぞれ互いに位相の１８０度異なる２相の駆動信号が入力される。
【００２３】
このように、図示しない駆動回路から入力端子３２および３４を介して第１入力電極１４ａ、１４ｂおよび第２入力電極１６ａ、１６ｂに駆動信号が入力されて、第２領域２４および第４領域２８に電圧（交流電圧）が印加されると、圧電セラミックス１２には逆圧電効果により、駆動信号に応じた周期で応力が生じ機械的歪みが生じる。これにより、圧電セラミックス１２は振動する。
具体的には、第１入力電極１４ａ、第２入力電極１６ａと、第１入力電極１４ｂ、第２入力電極１６ｂとに駆動信号として互いに１８０度位相の異なる２相の駆動信号が入力されると、第２領域２４と第４領域２８には、駆動信号に応じた周期で機械的に応力が生じる。これにより、圧電セラミックス１２は、所定の振動数で振動する。
【００２４】
このような圧電セラミックス１２の振動によって、第２領域２４および第４領域２８には、厚さ方向（第１の方向）に機械的歪みが生じる。すると、第１領域２２と第５領域３０には、圧電効果によりその分極方向に電位差が生じる。その結果、第１領域２２と第５領域３０の端部にそれぞれ形成された第１出力電極１８と第２出力電極２０には互いに１８０度位相の異なる高電圧の信号が同時に出力される。ここで、第１出力電極１８および第２出力電極２０から出力される信号の電圧は、第１入力電極および第２入力電極に入力した駆動信号の電圧よりも高くなっている。
【００２５】
つぎに、第１入力電極１４ａ、１４ｂおよび第２入力電極１６ａ、１６ｂに、駆動信号として圧電セラミックス１２の２次モード（λモード）の共振周波数となる周波数の交流電圧を印加する場合を例に、圧電セラミックトランス１０の動作について詳しく説明する。
第１入力電極１４ａ、１４ｂおよび第２入力電極１６ａ、１６ｂに駆動信号が印加されると、第２領域２４および第４領域２８には、逆圧電効果により分極方向に応力が生じ、この応力により圧電セラミックス１２が２次モードで振動する。２次モードの振動とは、圧電セラミックス１２の端部からの距離が圧電セラミックス１２の長さの１／４、３／４となる位置を節として振動するモードである。
ここで、上述したように、第１入力電極１４ａ、第２入力電極１６ａと第１入力電極１４ｂ、第２入力電極１６ｂに互いに１８０度異なる位相の駆動信号が印加されると、互いに１８０度異なる方向に分極された第２領域２４および第４領域２８には、機械的に応力が生じ、圧電セラミックス１２が振動する。
【００２６】
圧電セラミックス１２が振動することにより、長手方向に分極された第１領域２２および第５領域３０には、圧電効果により電位差が生じる。そして、この電位差が出力電圧として第１出力電極１８および第２出力電極２０から出力される。
【００２７】
ここで、本実施形態では、圧電セラミックス１２を、長手方向の一方の端面に対して他方の端面が所定角度傾斜している形状とすることで、長手方向の共振周波数におけるＱ値（機械的品質係数）を下げることができる。
これにより、耐破壊性を向上させることができ、より高電力を出力することが可能となる。
また、高い電力を圧電セラミックスで扱う場合も、例えば、振動開始時等に急激な負荷が圧電セラミックスにかかることを防ぐことができ、圧電セラミックスが破損することも防止できる。
また、Ｑ値を下げることで、圧電セラミックスの直列接続も可能となる。
【００２８】
ここで、上記実施形態では、一方の（第１領域２２側の）端面に対して、他方の（第５領域３０側）の端面が所定角度の傾斜した台形形状の圧電セラミックスを用いたが本発明はこれに限定されない。以下、本発明に用いることができる圧電セラミックスの他の例について説明する。
【００２９】
図３（Ａ）〜（Ｅ）は、それぞれ本発明に用いることができる圧電セラミックスの他の一例を示す上面図である。
図３（Ａ）は、圧電セラミックス１２ａの長手方向の一方の端面が長手方向に垂直な平面形状、他方の端面が長手方向に垂直な方向に対して所定角度の傾斜を有する複数の平面により形成された凸部７０を有する形状の場合である。このような形状の圧電セラミックス１２ａにおいては、凸部７０の先端部における長手方向の長さが最大長さＬmaxとなり、幅方向の一方の端部、本実施形態では図３（Ａ）中下側の端部における長手方向の長さが最小長さＬminとなる。
ここで、長手方向の長さとは、長手方向の一方の端面から他方の端面までの長手方向に平行な線の距離である。
図３（Ｂ）は、圧電セラミックス１２ｂの長手方向の一方の端面が長手方向に垂直な平面形状、他方の端面が角度の異なる複数の平面により形成された凹部７２を有する形状の場合である。このような形状の圧電セラミックス１２ｂにおいては、幅方向の一方の端部、本実施形態では図３（Ｂ）中上側の端部における長手方向の長さが最大長さＬmaxとなり、凹部７２の最深部における長手方向の長さが最小長さＬminとなる。
図３（Ｃ）は、圧電セラミックス１２ｃの両端面が長手方向の外側に凸の曲面７４ａ、７４ｂとなる形状の場合である。このような形状の圧電セラミックス１２ｃにおいては、幅方向の中心を通り長手方向に平行な線を軸として対称形状（図３（Ｃ）では、上下対称形状）であり、幅方向の中心における長手方向の長さが最大長さＬmaxとなり、幅方向の端部における長手方向の長さが最小長さＬminとなる。
図３（Ｄ）は、圧電セラミックス１２ｄの両端面が長手方向の外側に凹（内側に凸）の曲面７６ａ、７６ｂとなる形状の場合である。このような形状の圧電セラミックス１２ｃにおいては、幅方向の中心を通り長手方向に平行な線を軸として対称形状（図３（Ｃ）では、上下対称形状）であり、幅方向の端部における長手方向の長さが最大長さＬmaxとなり、幅方向の中心における長手方向の長さが最小長さＬminとなる。
【００３０】
図３（Ａ）〜（Ｄ）に示したように、本発明の圧電セラミックスは、長手方向の端面を平面で形成しても曲面で形成しても良く、また、曲面と平面を組み合わせた形状としてもよい。また、長手方向の最大長さ、最小長さとなる点は、長手方向に垂直な平面上の任意の位置とすることができる。
さらに、上記実施形態では、長手方向の端面の全面を長手方向に垂直な面に対して傾斜を有する面、または、曲面としたが、本発明はこれに限定されず、少なくとも一部を長手方向に垂直な面に対して傾斜を有する面、または曲面とすることで上記効果を得ることができる。つまり、圧電セラミックスは、長手方向の端面の一部に互いに平行な部分を有する形状、すなわち、少なくとも一部の長手方向の長さが位置に応じて変化する形状としてもよい。
【００３１】
また、上記実施形態では、いずれも圧電セラミックスを長手方向および幅方向に垂直な方向から見た場合に位置に応じて長手方向に長さが変化する形状としたが、図３（Ａ）〜（Ｄ）に示した圧電セラミックスの上面図を側面図とした形状も好適に用いることができる。つまり、圧電セラミックスの長手方向および厚み方向に垂直な方向から見た場合に位置に応じて長手方向の長さが変化する形状としてもよい。
【００３２】
このように、圧電セラミックスの長手方向に垂直な面上の任意の点を通過する特定方向の長さが長手方向に垂直な面上の通過する位置に応じて変化する部分を有する形状、また、長手方向の一方の端面と他方の端面とが互いに平行ではない部分を有する形状とすることで、長手方向の共振周波数におけるＱ値を下げ、耐破壊性を向上させることができ、より高電力を出力することが可能となる。さらに、長手方向に垂直な面上の任意の点における長手方向の長さと長手方向の長さが異なる点を、長手方向に垂直な面上に一点以上有する形状とすることでも、長手方向の共振周波数におけるＱ値を下げ、耐破壊性を向上させることができ、より高電力を出力することが可能となる。
【００３３】
また、図３（Ａ）〜（Ｄ）は、長手方向に垂直な面上の任意の点を通過する長手方向の長さが、長手方向に垂直な面上の通過する位置に応じて変化する部分を有する形状、つまり長手方向の長さのみが位置に応じて異なる形状としたが、本発明はこれに限定されない。
図３（Ｅ）は、圧電セラミックス１２ｅの長手方向の一方の端面７８ａと他方の端面７８ｂとが平行でない部分を有し、かつ、厚み方向に垂直な平面における長手方向に垂直な方向（幅方向）の一方の端面７８ｃと他方の端面７８ｄとが平行でない部分を有する形状の場合である。
図３（Ｅ）に示すように、圧電セラミックス１２ｅを、長手方向の長さが位置に応じて変化する部分を有し、かつ幅方向の長さも位置に応じて変化する部分を有する形状とすることでも、上記効果を得ることができる。
さらに、厚さ方向の長さも位置に応じて変化する形状としてもよい。
【００３４】
ここで、圧電セラミックスは、長手方向に垂直な面上の任意の点を通過する長手方向の長さの最大長さＬmaxと最小長さＬminとの関係は、０．９≦Ｌmin／Ｌmax＜１．０を満たす形状とすることが好ましく、０．９５≦Ｌmin／Ｌmax＜１．０を満たす形状とすることがより好ましい。
Ｌmin／Ｌmaxを０．９以上１．０未満とすることで、より好適に長手方向の共振周波数におけるＱ値を下げ、耐破壊性を向上させることができ、より高電力を出力することができる。また、Ｌmin／Ｌmaxを０．９５以上１．０未満とすることで、高い耐破壊性を維持し、かつ、出力電力効率をより高くすることができる。
【００３５】
また、圧電セラミックスは、長手方向に垂直な面上において、長手方向の長さが変化する部分の領域が長手方向に垂直な面上の領域の５０％以上１００％以下であることが好ましい。
長手方向の長さが変化する部分の領域を上記範囲とすることで、長手方向の共振周波数におけるＱ値を下げ、耐破壊性を向上させることができ、より高電力を出力することが可能となる。
【００３６】
また、圧電セラミックスは、長手方向の長さが連続的に変化することが好ましい。さらに、長手方向に垂直な面上の任意の点における長手方向の長さと、長手方向に垂直な面上の任意の点とは異なる点における長手方向の長さとが異なることがより好ましい。
長手方向の長さが連続的に変化する形状とすることで、出力特性が離散的になることを防止でき、振動時の負荷が一部に集中し、圧電セラミックスが破損することをより確実に防止することができる。
【００３７】
なお、本実施形態では、圧電セラミックスを長手方向に振動させる（長手方向に弾性波が伝播する）駆動方法の場合を示したが、本発明はこれに限定されず、圧電セラミックスを長手方向に垂直な第１の方向（厚み方向）に振動させる駆動方法の場合は、第１の方向に垂直な面上の任意の点を通過する第１の方向の長さが、第１の方向に垂直な面上の通過する位置に応じて変化する部分を有する形状とすることで、耐破壊性を向上させ、より高い電力を出力することが可能となる。
また、圧電セラミックスを長手方向および第1の方向に垂直な第２の方向（幅方向）に振動させる駆動方法の場合は、第２の方向に垂直な面上の任意の点を通過する第２の方向の長さが、第２の方向に垂直な面上の通過する位置に応じて変化する部分を有する形状とすることで、耐破壊性を向上させ、より高い電力を出力することが可能となる。
【００３８】
また、上記形状を組み合わせてもよく、例えば、長手方向、第１の方向および第２の方向のいずれの方向においても、位置に応じてその方向の長さが変化する部分を有する形状とすることで、圧電セラミックトランスを長手方向、第１の方向および第２の方向のいずれの方向に振動させた場合でも、耐破壊性を向上させることができ、かつ、より高い電力を出力させることができる。
また、面振動のように長手方向と幅方向（第１の方向）の両方を共振させる方法のような場合には、両方の方向に対して同時に適用すればよい。つまり、長手方向の長さが長手方向に垂直な面上の通過する位置に応じて変化する部分を有し、かつ、幅方向の長さが、幅方向に垂直な面上の通過する位置に応じて変化する部分を有する形状とすることで、面振動で振動させる場合でも、耐破壊性を向上させ、より高い電力を出力することが可能となる。
【００３９】
ここで、圧電セラミックスの長手方向の長さＬと、第２の方向の長さｗとの関係は、ｗ／Ｌを実質的に０．２とすることが好ましい。なお、長手方向の長さＬは、圧電セラミックスの長手方向の平均長さである。
ｗ／Ｌを実質的に０．２とすることで、ハイパワー時の圧電セラミックスの耐破壊性をより向上させることができる。
【００４０】
以上、本発明の圧電セラミックトランスについて詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
上記実施形態では、圧電セラミックトランスの圧電セラミックスとして平板形状の圧電セラミックスを用いたが、これに限定されず、柱状形状の圧電セラミックスを用いてもよく、例えば、軸に垂直な断面形状が正方形、円形、楕円形などの形状の圧電セラミックスを利用することもできる。
また、本発明の圧電セラミックトランスは、上記構造の圧電セラミックトランスに限定されず、例えば、ローゼン型トランス、横効果を用いた圧電トランス、面振動圧電トランス、中央駆動圧電トランス、ブロック型圧電トランス、中央出力圧電トランス、複数出力型圧電トランス、高次モードを用いた圧電トランス、ボルト締型圧電トランス、アレイ形圧電トランスなどの圧電セラミックトランスにも好適に適用することができる。また、上記実施形態では、単板圧電トランスを用いたが、積層圧電トランスにも好適に適用することができる。
【００４１】
図４には、円柱形状の圧電セラミックスを用いた圧電セラミックトランスの構成例を示した。図４に示される圧電セラミックトランス４０は、圧電セラミックス４２の形状が異なる以外は、図１に示される圧電セラミックトランス１０と、基本的には同じであるので、図１に示される圧電セラミックトランス１０と同じ機能を有する構成要素には同じ符号を付し、その詳しい説明については省略する。
圧電セラミックス４２は、軸方向が長手方向となる円柱形状を有する。この圧電セラミックス４２の第１領域２２および第５領域３０は、長手方向に平行で、かつそれぞれの端面方向（外側方向）に分極され、第２領域２４は、長手方向に垂直な第１の方向に分極され、第４領域２８は、長手方向に垂直かつ第１の方向と１８０度反対側の方向に分極され、中央部の第３領域は、未分極状態とされている。また、長手方向における第１領域２２と、第２領域２４と、第３領域２６と、第４領域２８と、第５領域３０との長さの割合は、実質的に２：２：１：２：２の割合に分割されている。また、圧電セラミックス４２は、図４（Ｂ）に示すように、長手方向の一方の端面に対して他方の端面が所定角度傾斜した形状を有する。
【００４２】
図４に示される第１入力電極１４ａ、１４ｂは、圧電セラミックスの長手方向に垂直な面における中心を通りかつ第１の方向に対して平行な線と第２領域２４の表面との交点の一方を含むように第２領域２４の表面にそれぞれ配置されている。また、第２入力電極１６ａ、１６ｂは、圧電セラミックス４２の長手方向に垂直な面における中心を通りかつ第１の方向に対して平行な線と第４領域２８の表面との交点の一方を含むように第４領域２８の表面にそれぞれ配置されている。
【００４３】
かかる形状の圧電セラミックトランス４２も、上記と同様に、駆動時には、第１入力電極と第２入力電極に駆動信号が入力され、入力された駆動信号の電圧よりも高い電圧が、出力端子３６および３８から出力される。
【００４４】
図４に示した圧電トランス１０においては、第１入力電極および第２入力電極を矩形状としたが、電極の形状は、特に限定されず、多角形、円形、楕円形等種々の形状とすることができる。また、第１入力電極および第２入力電極の大きさも、特に限定されないが、長手方向においては、それぞれ、第２の領域または第４の領域の全域、つまり、第２の領域または第４領域の長さと同じ長さとすることが好ましい。また、円周方向、つまり長手方向に垂直な断面においては、上下の電極（対になっている入力電極）間での短絡（電極間リーク）の発生を防止できる範囲で最大の大きさとすることが好ましい。
このように、第１入力電極および第２入力電極を広い形状とすることで、入力インピーダンスを下げ、より大きな電力の投入が可能となり、より高い電力（ハイパワー）の出力が可能となる。
【００４５】
このように、圧電セラミックスを円柱形状とすることで、つまり図４（Ｃ）に示すように長手方向に垂直な方向における断面形状を円形形状とすることで、圧電セラミックスの強度をより高くすることができる。
これにより大電力駆動時に生じる発熱により、圧電セラミックスが軟化することで発生する、圧電セラミックスの電力伝送に寄与しない捩れ方向の振動モードや蛇行方向の振動モードをより抑制でき、大電力の出力が可能となる。つまり、圧電セラミックスの強度を高くすることで、発熱により圧電セラミックスが軟化した場合でも、圧電セラミックスの電力伝送に寄与しない捩れ方向の振動モードや蛇行方向の振動モードをより抑制でき、これらの振動モードがλモードの振動に重畳することを防止できる。従って、急激な発熱を生じることを防ぎ、圧電セラミックスが破損することが防止でき、また、電力伝送に寄与しない振動モードを抑制することで、エネルギーの損失（ロス）を少なくすることができ、高い効率で電力を出力することができる。
また、圧電セラミックスを円柱形状とすることで、不要な振動を発生させる可能性の高い角部のない形状とすることができ、電力伝送損失を少なくすることができる。
【００４６】
また、円柱形状の圧電セラミックスの代わりに、圧電セラミックスの長手方向に垂直な方向の断面形状が、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示されるような断面形状である圧電セラミックスも好適に用いることができる。図５（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の圧電トランスユニットに用いることができる種々の圧電セラミックスの長手方向に垂直な面における断面形状を示すものである。ここで、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示す圧電セラミックスの長手方向に垂直な面の断面形状は、圧電セラミックスの長手方向のいずれの位置においても同一の形状を有する。
図５（Ａ）は、圧電セラミックス４２ａの長手方向に垂直な断面形状が楕円形状の場合である。このような形状の圧電セラミックス４２ａにおいては、図５（Ａ）に示されるように、楕円の短軸方向の表面に第１入力電極１４ａ、１４ｂと第２入力電極１６ａおよび１６ｂが形成される。図５（Ｂ）は、圧電セラミックス４２ｂの長手方向に垂直な断面形状が、互いに対向する２つの円弧部分と２つの直線部分とから構成された形状、すなわち、円の直径方向の両端の一部を切り取ったような形状の場合である。このような形状の圧電セラミックス１２ｂにおいては、図５（Ｂ）に示されるように、互いに対向する円弧に第１入力電極１４ａ、１４ｂと第２入力電極１６ａおよび１６ｂが形成される。また、図５（Ｃ）は、圧電セラミックス４２ｃの長手方向に垂直な断面形状が、図５（Ｃ）に示すように、互いに対向する２つの曲線部分と２つの直線部分とから構成された形状、断面形状が楕円の長径方向の両端の一部を切り取ったような形状の場合である。このような形状の圧電セラミックス１２ｂにおいては、図５（Ｃ）に示されるように、互いに対向する曲面に第１入力電極１４ａ、１４ｂと第２入力電極１６ａおよび１６ｂが形成される。
【００４７】
このように、圧電セラミックスの長手方向に垂直な断面の形状の少なくとも一部に曲線を有する形状とすることで、図４に示した圧電トランス１０と同様に耐破壊性を強くすることができる。
また、上記実施形態に示すように第１および第２入力電極が配置されている部分を曲面とすることが好ましい。第１および第２入力電極が配置されている部分を曲面とすることで、分極軸の方向を断面中心方向に集中させることができる。これにより、入力部における損失を減らすことができ、より効率よく、高い電力を出力させることができる。
【００４８】
また、圧電セラミックスの長手方向に垂直な面の断面形状を円とすることが好ましい。断面形状を円とすることで、分極軸の方向を断面中心方向により集中させることができ、さらに高い電力を出力させることができる。
また、圧電セラミックスの長手方向に垂直な面の断面形状を楕円とすることも好ましい。断面形状を楕円とすることで、断面中心付近での分極軸の方向の集中がぼやける（分散する）ため、応力集中をやわらげ（低減させ）、ハイパワー時のトランスの耐破壊性を向上させることができる。つまり、耐破壊性を向上させ、かつ、効率よく高い電力を出力させることができる。
【００４９】
以上、圧電セラミックスの長手方向に垂直な断面における形状として、円や楕円など種々の形状を示したが、本発明においては、入力電極が形成される面が曲面形状である場合に、図に示される圧電セラミックスの長手方向に垂直な断面おける第１の方向の長さｔと、それに垂直な第２の方向の長さｗとの関係が、０．５≦ｔ／ｗ≦２．０を満たす形状であることが好ましく、０．５≦ｔ／ｗ≦１．０を満たす形状であることがより好ましい。このような関係を満たす形状であれば、上記効果を得ることができる。
【００５０】
また、圧電セラミックスの第１の方向の長さｔは、５ｍｍ以上１２ｍｍ以下であることが好ましい。長さｔを５ｍｍ以上とすることで、ハイパワー時の圧電セラミックス（トランス）の耐破壊性をより向上させることができる。また、長さｔを１２ｍｍ以下とすることで、圧電セラミックトランスの製造時に圧電セラミックスの分極精度の低下を防ぎ、歩留まりを高くすることができる。つまり、圧電セラミックスを好適に分極させることができる。これにより、製造コストを低くすることができる。
【００５１】
また、圧電セラミックスの長手方向の長さＬと、第２の方向の長さｗとの関係は、ｗ／Ｌを実質的に０．２とすることが好ましい。
ｗ／Ｌを実質的に０．２とすることで、ハイパワー時の圧電セラミックスの耐破壊性をより向上させることができる。
【００５２】
また、図６には、本発明の圧電セラミックトランスに用いられる圧電セラミックスの更に異なる構成例を示す。
図６（Ａ）は、本発明に従う圧電セラミックトランスの他の一例の概略構成を示す斜視図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示した圧電セラミックトランスの長手方向に垂直な方向における断面図である。
図６（Ａ）および（Ｂ）に示す圧電セラミックトランス４６は、圧電セラミックス４８の形状を除いて図１に示した圧電セラミックトランス１０と同じ構成のものである。従って、両者で同一の構成要素には、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５３】
本実施形態の圧電セラミックス４８は、長手方向に垂直な方向の断面形状が、長手方向に垂直な第１の方向と、長手方向および第１の方向に垂直な第２の方向とに平行な線で構成される正方形を有する。つまり、第１の方向の長さｔと第２の方向の長さｗとの関係がｔ／ｗ＝１となる形状を有する。また、圧電セラミックス４８も、上記実施形態と同様に、長手方向の一方の端面に対して他方の端面が所定角度傾斜した形状を有する。
また、圧電セラミックス４８は、上記の圧電セラミックス１２と同様に、第１領域２２と第５領域３０が、長手方向と平行で、かつ互いに異なる方向に分極され、第２領域２４と第４領域２８が、第１の方向に平行で、かつ互いに異なる方向に分極され、第３領域２６は、未分極状態とされている。
【００５４】
このように断面形状が正方形の圧電セラミックス４８を用いた場合でも、第１入力電極１４ａ、１４ｂおよび第２入力電極１６ａ、１６ｂに駆動信号を印加することで、逆圧電効果により圧電セラミックス４８は振動し、圧電効果により出力される高電圧を第１出力電極１８および第２出力電極２０から取り出すことができる。
【００５５】
このように、圧電セラミックスの断面形状を正方形とすることで、つまり第１の方向の長さｔと第２の方向の長さｗとの関係をｔ／ｗ＝１とすることで、圧電セラミックスの強度を高くすることができる。
これにより、大電力駆動時に生じる発熱により、圧電セラミックスが軟化することで発生する、圧電セラミックスの電力伝送に寄与しない捩れ方向の振動モードや蛇行方向の振動モードをより抑制でき、大電力の出力が可能となる。
【００５６】
なお、上記実施形態のように、圧電セラミックスの長手方向に垂直な方向の断面形状を正方形とすることで、圧電セラミックスの電力伝送に寄与しない捩れ方向の振動モードや蛇行方向の振動モードをより好適に抑制することができるが、本発明はこれに限定されず、圧電セラミックスの長手方向に垂直な方向の断面形状の第１の方向の長さｔと第２の方向の長さｗとの関係が、０．５≦ｔ／ｗ≦２．０を満たす矩形形状、好ましくは０．５≦ｔ／ｗ≦１．０を満たす矩形形状とすることで、圧電セラミックスの電力伝送に寄与しない捩れ方向の振動モードや蛇行方向の振動モードを抑制することができる。これにより、大電力の出力が可能であり、かつ、大電力の出力時に圧電セラミックスが破損することを防止できる。
【００５７】
ここで、図６に示される形状の圧電セラミックスの第１の方向の長さｔ（厚み方向の長さ）は、５ｍｍ以上１２ｍｍ以下であることが好ましい。長さｔを５ｍｍ以上とすることで、ハイパワー時の圧電セラミックスの耐破壊性をより向上させることができる。また、長さｔを１２ｍｍ以下とすることで、圧電セラミックトランスの製造時に圧電セラミックスの分極精度の低下を防ぎ、歩留まりを高くすることができる。つまり、圧電セラミックスを好適に分極させることができる。これにより、製造コストを低くすることができる。
【００５８】
次に、上述した本発明の圧電セラミックトランスを用いる照明装置の一例を説明する。図７に、かかる照明装置のブロック図を示す。
照明装置５０は、電源５２と、電圧制御発振回路５４と、駆動回路５６と、圧電セラミックトランス１０と、発光部５８と、管電流検出回路６０とを有する。
【００５９】
電源５２は、所定電圧（本実施形態では、２４Ｖ）の直流電圧を出力する直流電源である。電源５２は、駆動回路５６と接続されており、直流電圧が駆動回路５６に供給される。
【００６０】
電圧制御発振回路５４は、後述する管電流検出回路６０から供給される冷陰極管の合計電流の電流値に応じて、その発振周波数が変化する初期周波数約４０ＫＨｚの基本波を発生する。電圧制御発振回路５４は、例えば、合計電流が基準電流量よりも少ない場合には、基本波の周波数を初期周波数よりも低くする方向に制御し、逆に合計電流が基準電流量よりも多い場合には基本波の周波数を初期周波数よりも高くする方向に制御する。電圧制御発振回路５４は、駆動回路に接続されており、この基本波が、同じく駆動回路５６に供給される。
【００６１】
なお、電圧制御発振回路５４の具体的な構成は特に限定されず、同様の機能を実現する各種構成の回路を使用することができる。また、基準電流量は、外部から制御可能であり、必要に応じて可変できる。
【００６２】
駆動回路５６は、電源５２から供給された所定電圧および電圧制御発振回路５４から供給される基本波とに基づいて、圧電セラミックトランス１０を駆動する２種類の駆動信号を生成する。本実施例では、２本の駆動信号は、約６５０Ｖｐ−ｐ、約４０ＫＨｚで、１８０度逆位相の交流信号（正弦波）である。電圧制御発振回路５４から供給される基本波の周波数に応じて駆動信号の周波数が変化し、冷陰極管の合計電流すなわち発光部５８の輝度が常に同じ一定値に保たれる。
【００６３】
なお、駆動回路１４の具体的な回路構成は何ら限定されず、同様の機能を実現する各種構成の回路を使用することができる。
【００６４】
圧電セラミックトランス１０は、上述の構成を有するものであり、駆動回路５６から入力された６５０Ｖｐ−ｐの駆動信号を６５００Ｖｐ−ｐに昇圧させて出力する。
【００６５】
続いて、圧電セラミックトランス１０によって発生された高圧信号は、バラストコンデンサ５７に入力される。従来、３Ｗ級のローパワー出力の圧電セラミックトランスと冷陰極管との組合せでは、圧電セラミックトランスの出力インピーダンスが大きいため、バラストコンデンサを使用せずに冷陰極管を駆動できた。しかし、本実施形態のように、３０Ｗ級のハイパワー出力の圧電セラミックトランスの場合、その厚みが増えたために出力インピーダンスが小さくなり、負性抵抗素子（冷陰極管）とのバランスがとれずに安定点灯しにくくなる。
【００６６】
これは負荷側（冷陰極管）の負性抵抗よりも、入力側（圧電セラミックトランス）の出力インピーダンスの方が大きくないと、安定しないという理由による。すなわち、本実施形態のように、ハイパワー化した圧電セラミックトランス１０と冷陰極管との組合せにおいては、圧電セラミックトランス１０の出力側と冷陰極管との間にバラストコンデンサ５７を入れることで、冷陰極管を安定駆動することが可能となる。
【００６７】
発光部５８は、４本の冷陰極管（ＣＣＦＬ）を有し、２本の冷陰極管を直列に接続した２管直列光源を２系統交差しないように並列に配置し、同時複数点灯を可能にしている。冷陰極管としては、管長５２７ｍｍ、管外形φ２．６ｍｍ、管内径φ２．０ｍｍ、色温度６５００Ｋ、Ｎｉ電極、ガス圧７０Ｔｏｒｒ、輝度約３００００ｃｄ／ｍ2が例示される。
ここで、冷陰極管の接続本数、接続方法は特に限定されず、種々の構成とすることができる。また、発光部としては、冷陰極管に限定されず、通常の蛍光管、熱陰極管、外部電極管、ネオン管、水銀灯の種々の放電管等の種々の光源を用いることができる。
【００６８】
管電流検出回路６０は、２系統の冷陰極管の２管直列光源の合計電流を出力するものである。本実施形態では、リング状のコアに、３つのコイルを巻きつけたトロイダル型のトランスを用いている。２つのコイルは、２系統の２管直列光源のそれぞれの直列接続部間において極性（コイルの巻く方向）が同じ向きの一対のコイルであって、管電流の合計電流を算出する。もう一つのコイルは、前述の管電流の合計電流を出力するためのもので、前述の電圧制御発振回路５４にフィードバックされる。
電圧制御発振回路５４は、上述したように、管電流検出回路６０から出力された合計電流に応じて、発振周波数を変化させた基本波を駆動回路５６に供給する。
【００６９】
このように、本発明の圧電セラミックトランスを用いることで、１つの圧電セラミックトランスで複数本の冷陰極管を駆動することができ、電磁波を発生せず、高効率、省スペースで発火の危険性のない大型のディスプレイ等の照明装置とすることができる。
【００７０】
ここで、管電流検出回路６０には、さらに、２系統の２管直列光源のそれぞれの冷陰極管に流れる管電流をほぼ同じ一定値に揃えるバランス回路、２系統の冷陰極管の２管直列光源の電流差（差分電流）を検出する電流差検出回路等を設けてもよい。
バランス回路を設けることで、各冷陰極管の輝度のばらつきを抑えることができ、電流差検出回路を設けることで、光源の各系統間の差分電流を検出することができる。
【００７１】
また、駆動回路５６には、合計電流検出回路から供給される冷陰極管の合計電流の電流値が所定の範囲を超えている場合や、電流差検出回路から供給される電流差の電流値が所定値を上回っている場合に、駆動回路５６から駆動信号の出力を停止するように制御する保護回路を備えることが好ましい。保護回路を備えることによって、発光部５８の冷陰極管に何らかの異常が発生した場合に圧電セラミックトランス２が破壊されるのを未然に防止することができる。
また、保護回路において、冷陰極管の合計電流の許容範囲や、電流差の上限値などの値は外部から制御可能であり、必要に応じて可変できる。
【００７２】
ここで、本発明の圧電セラミックトランスは、上述したように、電磁波を発生せず、小型・軽量で低価格、省スペースであり、高電力の出力が可能であるという種々の効果を有する。従って、上記のような照明装置に限定されず、小型・携帯機器、冷・暖房機器、イオナイザー等の健康機器等、種々の装置のトランスとして用いることができる。
【００７３】
以上、本発明の圧電セラミックトランスについて詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種改良や変更を行ってもよいのはもちろんである。
【００７４】
例えば、上記実施形態では、第１出力電極および第２出力電極を圧電セラミックスの端面に配置したが、これに限定されず、入力電極と同様に、第１領域および第５領域の側面に設けてもよい。ここで、出力電極は、圧電セラミックスの端部側に設けることが好ましい。つまり、それぞれ第１領域、第５領域の端面に近い位置に配置することが好ましい。
出力電極を圧電セラミックスの端部に設けることで、効率よく、高い電圧を出力することができる。
【００７５】
また、本実施形態では、一対の入力電極にそれぞれ１８０度位相の異なる２相の駆動信号を入力したが、本発明は、これに限定されず、一対の入力電極の内の一方の電極を接地させ（ＧＮＤとし）、もう一方の電極に駆動信号を入力するようにしてもよい。つまり、単相の駆動信号により、圧電セラミックトランスを駆動してもよい。
【００７６】
また、上記実施形態では、電圧を昇圧させているが、これも限定されず、降圧させてもよく、同一電圧を出力してもよい。すなわち、必要に応じて所定電圧に変圧してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明に従う圧電セラミックトランスの一実施形態の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示した圧電セラミックスの上面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｅ）は、それぞれ本発明に用いることができる圧電セラミックスの他の一例を示す上面図である。
【図４】（Ａ）は、本発明に従う圧電セラミックトランスの他の一例の概略構成を示す斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示した圧電セラミックトランスの上面図であり、（Ｃ）は、（Ａ）に示した圧電セラミックトランスの長手方向に垂直な面における断面図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ本発明に用いることができる種々の圧電セラミックスの長手方向に垂直な面における断面図である。
【図６】（Ａ）は、本発明に従う圧電セラミックトランスの他の一例の概略構成を示す斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示した圧電セラミックトランスの長手方向に垂直な方向における断面図である。
【図７】本発明の圧電セラミックトランスを用いる光源装置の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００７８】
１０、４０、４６ 圧電セラミックトランス
１２、４２、４８ 圧電セラミックス
１４ａ、１４ｂ 第１入力電極
１６ａ、１６ｂ 第２入力電極
１８ 第１出力電極
２０ 第２出力電極
２２ 第１領域
２４ 第２領域
２６ 第３領域
２８ 第４領域
３０ 第５領域
３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂ 入力端子
３６、３８ 出力端子
５０ 照明装置
５２ 電源
５４ 電圧制御発信回路
５６ 駆動回路
５７ バラストコンデンサ
５８ 発光部
６０ 管電流検出回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電セラミックトランスの分野に属し、より詳しくは、照明装置に用いられる冷陰極管、蛍光灯等をドライブする駆動装置に用いる圧電セラミックトランスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
照明装置として用いる冷陰極管、蛍光灯等の光源は、発光させるために高い電圧を印加する必要がある。このため、通常ドライブには、光源を発光させることができる電圧まで昇圧させるためにトランスが用いられる。トランスとしては、巻線を利用した巻線トランスと、圧電セラミックスを利用した圧電セラミックトランスとが知られている。
【０００３】
巻線トランスは、通常、鉄心と、鉄心に鎖交された２つの巻線とから構成され、一方の巻線（一次巻線）が入力側回路に接続されている。この入力側回路から一次巻線に交流電力を供給すると、出力側回路に接続される他方の巻線（二次巻線）に電圧が誘起される。この二次巻線に誘起される電圧は、一次巻線の巻き数と二次巻線の巻き数との比に応じて変化し、一次巻線よりも二次巻線の巻き数を多くすることで、二次巻線に流れる電圧を入力側回路から一次巻線に印加される電圧よりも高い電圧とすることができる。つまり、昇圧することができる。
このようにして、電圧を昇圧させる巻線トランスでは、電圧を大幅に昇圧するためには、一次巻線と二次巻線との巻き数の比を大きくする必要があるが、二次巻線の巻き数を多くすると、装置として大きくなってしまう。
このような問題に対しては、巻線に用いる線を細くすることで、巻線トランスを小さくすることはできるが、極細化には限界があるため、小型化には限界がある。また、巻線を細くするために巻線の絶縁層を薄くすると巻線間でショートしやすくなり、故障の原因となる。さらに、ショートによりトランスで発火する危険性もあるという問題がある。また、各種損失のため効率も低下するという問題もある。
【０００４】
一方、圧電セラミックトランスは、電圧が印加されると形状が変化する圧電セラミックスに入力側から電圧を印加して圧電逆効果により機械的に大きく振動させる。この振動により入力側とは異なる方向の出力側で機械的歪みを生じさせ、この機械的歪みを圧電効果により電荷として取り出すことで、入力側よりも高い電圧を出力側で取り出すことができる。
このような圧電セラミックトランスは、高電圧、高効率、小型、薄型、不燃性、低ノイズ、耐熱等の優れた特性を有するが、高出力を得ることができないという問題があった。具体的には、大電力化とともに高熱を発生して、出力低下や効率低下などが伴い、３〜５Ｗを超えると圧電トランスが熱暴走して、圧電セラミックスが破壊されてしまうという問題があった。このように、出力５Ｗ以上で使用すると、圧電セラミックスが割れてしまうため、例えば、直径２ｍｍ、長さ２５０ｍｍの冷陰極管を１〜２本発光させることが可能な３Ｗ程度の出力が限界であった。
そのため、１５インチないし１７インチ程度の液晶ディスプレイのバックライトの光源のトランスとして用いることはできたが、高出力を要する大型の液晶ディスプレイの光源のトランスとして用いることはできなかった。
【０００５】
このような問題に対して、本発明者の一人は、特許文献１に示すような複数の入力部と複数の出力部と中央部の未分極部からなる剛体部とから構成されてなり、前記トランスの長さ方向の寸法と、幅方向の寸法との寸法比が、略０．２前後以下となる形状を有する圧電セラミックトランスを提案した。
このような構成とすることで、超音波振動励振の中央部が、未分極で振動せず強固な剛体部として機能することで、ハイパワードライブ時に発生する捩り方向振動モードや、蛇行方向振動モードを共に抑制する効果を発して、前記構成がロス系を小さくする方向に働き、この振動モードに起因する効果で圧電インバータ効率が１５Ｗ程度のドライブ時にも、１８Ｗないし３０Ｗ程度の大電力ドライブ時においても共に９０％ないし９５％という高効率を始めて実現した。
【特許文献１】特開２００５−１２９４７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、引用文献１の構成の圧電セラミックトランスとすることで、高出力とすることができるが、さらに高出力を得るために高電力を入力すると圧電セラミックスの温度が瞬時に上昇し、出力低下や効率低下が生じ、さらに、圧電セラミックスが破損してしまうことがあった。
【０００７】
本発明の目的は、高効率でより高電力の出力が可能で、かつ高電力の出力時に圧電セラミックスが破損することを防止できる圧電セラミックトランスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は、駆動信号を圧電セラミックスに入力し、圧電効果を利用して前記駆動信号として入力された電圧を変圧させて前記圧電セラミックスから出力する圧電セラミックトランスであって、前記圧電セラミックスは、長手方向と、前記長手方向に垂直な第１の方向と、前記長手方向および前記第１の方向に垂直な第２の方向との３つの特定方向のうちのいずれか１つの前記特定方向に垂直な面上の任意の点を通過する前記特定方向の長さが、前記特定方向に垂直な面上の通過する位置に応じて変化する部分を有する形状であることを特徴とする圧電セラミックトランスを提供するものである。
【０００９】
ここで、前記特定方向の長さとは、特定方向に平行な線の特定方向の一方の端面から他方の端面までの距離である。
また、前記特定方向に垂直な面上の任意の点を通過する前記特定方向に平行な方向の長さを基準長さとしたときに、前記特定方向に垂直な面上を通過する前記特定方向に平行な方向の長さが、前記基準長さよりも長い部分および前記基準長さよりも短い部分の少なくとも一方を有することが好ましい。
【００１０】
ここで、前記圧電セラミックスは、さらに、前記長手方向と、前記第１の方向と、前記第２の方向とのうち前記特定方向とは異なる第２特定方向に垂直な面上の任意の点を通過する前記第２特定方向の長さが、前記第２特定方向に垂直な面上の通過する位置に応じて変化する部分を有する形状であることが好ましい。
さらに、前記圧電セラミックスは、さらに、前記長手方向と、前記第１の方向と、前記第２の方向とのうち前記特定方向および前記第２特定方向とは異なる第３特定方向に垂直な面上の任意の点を通過する前記第３特定方向の長さが、前記第３特定方向に垂直な面上の通過する位置に応じて変化する部分を有する形状であることが好ましい。
また、前記圧電セラミックスは、前記特定方向に垂直な面上の任意の点における前記特定方向の長さと、前記特定方向に垂直な面上の前記任意の点とは異なる点における前記特定方向の長さとが異なることが好ましい。
【００１１】
また、前記圧電セラミックスは、前記特定方向の一方の端面と他方の端面とが互いに平行でない部分を有する形状であることが好ましい。
ここで、前記圧電セラミックスは、前記特定方向の一方の端面の少なくとも一部が他方の端面に対して所定角度の傾斜を有する形状であることが好ましい。
【００１２】
また、前記圧電セラミックスは、前記特定方向に平行な任意の面において、前記特定方向に垂直な方向の前記圧電セラミックスの中心を通りかつ前記特定方向に平行な線を軸として非対称な形状であることが好ましい。
また、前記圧電セラミックスは、前記特定方向に垂直な面上において、前記特定方向の長さが変化する部分の領域が前記特定方向に垂直な面上の領域の５０％以上１００％以下であることが好ましい。
【００１３】
ここで、前記圧電セラミックスの前記特定方向の最大長さＬmaxと最小長さＬminとの関係が、０．９≦Ｌmin／Ｌmax＜１．０を満たすことが好ましい。
また、前記特定方向が前記長手方向であることが好ましい。
さらに、前記圧電セラミックスは、前記長手方向および前記第２の方向に平行な面上を通過する前記長手方向の長さが、通過する前記長手方向および前記第２の方向に平行な面上の位置に応じて変化する部分を有することが好ましい。
【００１４】
また、前記圧電セラミックスは、長手方向の端部から他方の端部までの分極状態が、前記長手方向に分極された第１領域と、前記第１の方向に分極された第２領域と、未分極の第３領域と、前記第２領域とは逆方向の前記第１の方向に分極された第４領域と、前記第１領域とは逆方向の長手方向に分極された第５領域とに分割された形状であることが好ましい。
さらに、前記第１領域と前記第２領域と前記第３領域と前記第４領域と前記第５領域との前記長手方向における長さの比が、実質的に２：２：１：２：２となる形状であることが好ましい。
【００１５】
さらに、前記第２領域を挟んで設けられた一対の第１入力電極と、前記第４領域を挟んで設けられた一対の第２入力電極と、前記圧電セラミックスの長手方向の両方の端部にそれぞれ配置された出力電極を有することが好ましい。
さらに、前記第１入力電極は、前記圧電セラミックスの前記長手方向に垂直な面における中心を通りかつ前記第１の方向と平行な線と前記圧電セラミックスの前記第２領域の表面との交点の一方のみを含むようにそれぞれ配置することが好ましく、また、第２入力電極は、前記圧電セラミックスの前記長手方向に垂直な面における中心を通りかつ前記第１の方向と平行な線と前記圧電セラミックスの前記第４領域の表面との交点の一方のみを含むようにそれぞれ配置することが好ましい。
また、前記圧電セラミックスは、長手方向に垂直な方向の断面の形状において、前記第１の方向の長さｔと前記第２の方向の長さｗとの関係が、０．５≦ｔ／ｗ≦２．０を満たす形状であることが好ましく、０．５≦ｔ／ｗ≦１．０を満たす形状であることがより好ましい。
また、前記圧電セラミックスは、長手方向に垂直な方向の断面の少なくとも一部が曲線形状であることが好ましい。また、前記圧電セラミックスは、長手方向に垂直な方向の断面の形状が円形であることが好ましい。さらに、前記圧電セラミックスは、長手方向に垂直な方向の断面の形状が正方形であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、耐破壊性を向上させることができ、より高電力を出力することが可能となる。また、高い電力を圧電セラミックスで扱う場合も圧電セラミックスに急激な負荷がかかることを防ぐことができ、圧電セラミックスが破損することも防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の圧電セラミックトランスについて、添付の図面に示される好適な態様に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１（Ａ）は、本発明に従う圧電セラミックトランスの一実施形態の概略構成を示す斜視図であり、図２は、図１に示した圧電セラミックスの上面図である。
圧電セラミックトランス１０は、圧電セラミックス１２と、第１入力電極１４ａ、１４ｂと、第２入力電極１６ａ、１６ｂと、第１出力電極１８と、第２出力電極２０とを有する。
【００１９】
圧電セラミックス１２は、厚みが一定の平板形状を有している。圧電セラミックス１２は、長手方向の位置に応じて分極の状態が異なっており、長手方向の略中央の第３領域２６は未分極であり、第３領域２６の両側に隣接する第２領域２４および第４領域２８は厚さ方向に分極し、第２領域２４および第４領域２８よりも外側に隣接する第１領域２２と第５領域３０は、長手方向に分極している。長手方向における第１領域２２から第５領域３０の比率は、略２：２：１：２：２である。第１領域２２と第５領域３０は、圧電セラミックス１２の長手方向において互いに逆向きに分極しており、それぞれ、中央から外側に向かう方向に分極している。また、第２領域２４と第４領域２８の分極方向も互いに逆向きであり、図示例では、第２領域２４が上向きに分極し、第４領域２８が下向きに分極している。
【００２０】
本実施形態の圧電セラミックス１２は、図２に示すように、一方の（第１領域２２側の）端面に対して、他方の（第５領域３０側）の端面が所定角度の傾斜した台形形状を有する。
従って、長手方向に平行な一方（図２中上側）の外形線の長さＬ1と、長手方向に平行な他方（図２中下側）の外形線の長さＬ2との関係がＬ1＞Ｌ2となる。つまり、本実施形態では、Ｌ1が長手方向の最大長さＬmaxとなりＬ2が長手方向の最小長さＬminとなる。
【００２１】
圧電セラミックス１２の厚さ方向の表面には、一対の第１入力電極１４ａおよび１４ｂが圧電セラミックス１２の第２領域２４を挟むように形成され、一対の第２入力電極１６ａおよび１６ｂが圧電セラミックス１２の第４領域２８を挟むように形成されている。第１入力電極１４ａ、１４ｂおよび第２入力電極１６ａ、１６ｂには、それぞれ、入力端子３２（３２ａ、３２ｂ）、入力端子３４（３４ａ、３４ｂ）が設けられており、これらの入力端子３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂは、図示しない駆動回路と接続されている。また、入力端子３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂは、圧電セラミックスを駆動させて振動させたときに節となる位置に形成されることが好ましい。
また、圧電セラミックスの長手方向において、第１領域２２の端面には第１出力電極１８が形成され、第５領域３０の端面には第２出力電極２０が形成されている。第１出力電極１８および第２出力電極２０には、それぞれ出力端子３６および３８が設けられている。
【００２２】
第１入力電極１４ａ、１４ｂと第２入力電極１６ａ、１６ｂには、図示しない駆動回路から駆動信号が入力される。ここで、第１入力電極１４ｂおよび第２入力電極１６ｂに入力される駆動信号は、第１入力電極１４ａおよび第２入力電極１６ｂに入力される駆動信号に対して位相が１８０度異なるように調整されている。具体的には、第１入力電極１４ａに接続された入力端子３２ａと、第２入力電極１６ａに接続された入力端子３４ａとを互いに接続し、第１入力電極１４ｂに接続された入力端子３２ｂと、第２入力電極１６ｂに接続された入力端子３４ｂとを互いに接続して、入力端子３２ａ、３４ａに一方の駆動信号、入力端子３２ｂ、３４ｂに、他方の駆動信号を駆動回路から入力する。ここで、本実施形態では、第１入力電極１４ａ及び第２入力電極１６ａに、第１入力電極１４ｂ及び第２入力電極１６ｂに入力される駆動信号に対して位相が１８０度異なる駆動信号が入力される。つまり、第１入力電極１４ａ、第２入力電極１６ａと、第１入力電極１４ｂ、第２入力電極１６とには、それぞれ互いに位相の１８０度異なる２相の駆動信号が入力される。
【００２３】
このように、図示しない駆動回路から入力端子３２および３４を介して第１入力電極１４ａ、１４ｂおよび第２入力電極１６ａ、１６ｂに駆動信号が入力されて、第２領域２４および第４領域２８に電圧（交流電圧）が印加されると、圧電セラミックス１２には逆圧電効果により、駆動信号に応じた周期で応力が生じ機械的歪みが生じる。これにより、圧電セラミックス１２は振動する。
具体的には、第１入力電極１４ａ、第２入力電極１６ａと、第１入力電極１４ｂ、第２入力電極１６ｂとに駆動信号として互いに１８０度位相の異なる２相の駆動信号が入力されると、第２領域２４と第４領域２８には、駆動信号に応じた周期で機械的に応力が生じる。これにより、圧電セラミックス１２は、所定の振動数で振動する。
【００２４】
このような圧電セラミックス１２の振動によって、第２領域２４および第４領域２８には、厚さ方向（第１の方向）に機械的歪みが生じる。すると、第１領域２２と第５領域３０には、圧電効果によりその分極方向に電位差が生じる。その結果、第１領域２２と第５領域３０の端部にそれぞれ形成された第１出力電極１８と第２出力電極２０には互いに１８０度位相の異なる高電圧の信号が同時に出力される。ここで、第１出力電極１８および第２出力電極２０から出力される信号の電圧は、第１入力電極および第２入力電極に入力した駆動信号の電圧よりも高くなっている。
【００２５】
つぎに、第１入力電極１４ａ、１４ｂおよび第２入力電極１６ａ、１６ｂに、駆動信号として圧電セラミックス１２の２次モード（λモード）の共振周波数となる周波数の交流電圧を印加する場合を例に、圧電セラミックトランス１０の動作について詳しく説明する。
第１入力電極１４ａ、１４ｂおよび第２入力電極１６ａ、１６ｂに駆動信号が印加されると、第２領域２４および第４領域２８には、逆圧電効果により分極方向に応力が生じ、この応力により圧電セラミックス１２が２次モードで振動する。２次モードの振動とは、圧電セラミックス１２の端部からの距離が圧電セラミックス１２の長さの１／４、３／４となる位置を節として振動するモードである。
ここで、上述したように、第１入力電極１４ａ、第２入力電極１６ａと第１入力電極１４ｂ、第２入力電極１６ｂに互いに１８０度異なる位相の駆動信号が印加されると、互いに１８０度異なる方向に分極された第２領域２４および第４領域２８には、機械的に応力が生じ、圧電セラミックス１２が振動する。
【００２６】
圧電セラミックス１２が振動することにより、長手方向に分極された第１領域２２および第５領域３０には、圧電効果により電位差が生じる。そして、この電位差が出力電圧として第１出力電極１８および第２出力電極２０から出力される。
【００２７】
ここで、本実施形態では、圧電セラミックス１２を、長手方向の一方の端面に対して他方の端面が所定角度傾斜している形状とすることで、長手方向の共振周波数におけるＱ値（機械的品質係数）を下げることができる。
これにより、耐破壊性を向上させることができ、より高電力を出力することが可能となる。
また、高い電力を圧電セラミックスで扱う場合も、例えば、振動開始時等に急激な負荷が圧電セラミックスにかかることを防ぐことができ、圧電セラミックスが破損することも防止できる。
また、Ｑ値を下げることで、圧電セラミックスの直列接続も可能となる。
【００２８】
ここで、上記実施形態では、一方の（第１領域２２側の）端面に対して、他方の（第５領域３０側）の端面が所定角度の傾斜した台形形状の圧電セラミックスを用いたが本発明はこれに限定されない。以下、本発明に用いることができる圧電セラミックスの他の例について説明する。
【００２９】
図３（Ａ）〜（Ｅ）は、それぞれ本発明に用いることができる圧電セラミックスの他の一例を示す上面図である。
図３（Ａ）は、圧電セラミックス１２ａの長手方向の一方の端面が長手方向に垂直な平面形状、他方の端面が長手方向に垂直な方向に対して所定角度の傾斜を有する複数の平面により形成された凸部７０を有する形状の場合である。このような形状の圧電セラミックス１２ａにおいては、凸部７０の先端部における長手方向の長さが最大長さＬmaxとなり、幅方向の一方の端部、本実施形態では図３（Ａ）中下側の端部における長手方向の長さが最小長さＬminとなる。
ここで、長手方向の長さとは、長手方向の一方の端面から他方の端面までの長手方向に平行な線の距離である。
図３（Ｂ）は、圧電セラミックス１２ｂの長手方向の一方の端面が長手方向に垂直な平面形状、他方の端面が角度の異なる複数の平面により形成された凹部７２を有する形状の場合である。このような形状の圧電セラミックス１２ｂにおいては、幅方向の一方の端部、本実施形態では図３（Ｂ）中上側の端部における長手方向の長さが最大長さＬmaxとなり、凹部７２の最深部における長手方向の長さが最小長さＬminとなる。
図３（Ｃ）は、圧電セラミックス１２ｃの両端面が長手方向の外側に凸の曲面７４ａ、７４ｂとなる形状の場合である。このような形状の圧電セラミックス１２ｃにおいては、幅方向の中心を通り長手方向に平行な線を軸として対称形状（図３（Ｃ）では、上下対称形状）であり、幅方向の中心における長手方向の長さが最大長さＬmaxとなり、幅方向の端部における長手方向の長さが最小長さＬminとなる。
図３（Ｄ）は、圧電セラミックス１２ｄの両端面が長手方向の外側に凹（内側に凸）の曲面７６ａ、７６ｂとなる形状の場合である。このような形状の圧電セラミックス１２ｃにおいては、幅方向の中心を通り長手方向に平行な線を軸として対称形状（図３（Ｃ）では、上下対称形状）であり、幅方向の端部における長手方向の長さが最大長さＬmaxとなり、幅方向の中心における長手方向の長さが最小長さＬminとなる。
【００３０】
図３（Ａ）〜（Ｄ）に示したように、本発明の圧電セラミックスは、長手方向の端面を平面で形成しても曲面で形成しても良く、また、曲面と平面を組み合わせた形状としてもよい。また、長手方向の最大長さ、最小長さとなる点は、長手方向に垂直な平面上の任意の位置とすることができる。
さらに、上記実施形態では、長手方向の端面の全面を長手方向に垂直な面に対して傾斜を有する面、または、曲面としたが、本発明はこれに限定されず、少なくとも一部を長手方向に垂直な面に対して傾斜を有する面、または曲面とすることで上記効果を得ることができる。つまり、圧電セラミックスは、長手方向の端面の一部に互いに平行な部分を有する形状、すなわち、少なくとも一部の長手方向の長さが位置に応じて変化する形状としてもよい。
【００３１】
また、上記実施形態では、いずれも圧電セラミックスを長手方向および幅方向に垂直な方向から見た場合に位置に応じて長手方向に長さが変化する形状としたが、図３（Ａ）〜（Ｄ）に示した圧電セラミックスの上面図を側面図とした形状も好適に用いることができる。つまり、圧電セラミックスの長手方向および厚み方向に垂直な方向から見た場合に位置に応じて長手方向の長さが変化する形状としてもよい。
【００３２】
このように、圧電セラミックスの長手方向に垂直な面上の任意の点を通過する特定方向の長さが長手方向に垂直な面上の通過する位置に応じて変化する部分を有する形状、また、長手方向の一方の端面と他方の端面とが互いに平行ではない部分を有する形状とすることで、長手方向の共振周波数におけるＱ値を下げ、耐破壊性を向上させることができ、より高電力を出力することが可能となる。さらに、長手方向に垂直な面上の任意の点における長手方向の長さと長手方向の長さが異なる点を、長手方向に垂直な面上に一点以上有する形状とすることでも、長手方向の共振周波数におけるＱ値を下げ、耐破壊性を向上させることができ、より高電力を出力することが可能となる。
【００３３】
また、図３（Ａ）〜（Ｄ）は、長手方向に垂直な面上の任意の点を通過する長手方向の長さが、長手方向に垂直な面上の通過する位置に応じて変化する部分を有する形状、つまり長手方向の長さのみが位置に応じて異なる形状としたが、本発明はこれに限定されない。
図３（Ｅ）は、圧電セラミックス１２ｅの長手方向の一方の端面７８ａと他方の端面７８ｂとが平行でない部分を有し、かつ、厚み方向に垂直な平面における長手方向に垂直な方向（幅方向）の一方の端面７８ｃと他方の端面７８ｄとが平行でない部分を有する形状の場合である。
図３（Ｅ）に示すように、圧電セラミックス１２ｅを、長手方向の長さが位置に応じて変化する部分を有し、かつ幅方向の長さも位置に応じて変化する部分を有する形状とすることでも、上記効果を得ることができる。
さらに、厚さ方向の長さも位置に応じて変化する形状としてもよい。
【００３４】
ここで、圧電セラミックスは、長手方向に垂直な面上の任意の点を通過する長手方向の長さの最大長さＬmaxと最小長さＬminとの関係は、０．９≦Ｌmin／Ｌmax＜１．０を満たす形状とすることが好ましく、０．９５≦Ｌmin／Ｌmax＜１．０を満たす形状とすることがより好ましい。
Ｌmin／Ｌmaxを０．９以上１．０未満とすることで、より好適に長手方向の共振周波数におけるＱ値を下げ、耐破壊性を向上させることができ、より高電力を出力することができる。また、Ｌmin／Ｌmaxを０．９５以上１．０未満とすることで、高い耐破壊性を維持し、かつ、出力電力効率をより高くすることができる。
【００３５】
また、圧電セラミックスは、長手方向に垂直な面上において、長手方向の長さが変化する部分の領域が長手方向に垂直な面上の領域の５０％以上１００％以下であることが好ましい。
長手方向の長さが変化する部分の領域を上記範囲とすることで、長手方向の共振周波数におけるＱ値を下げ、耐破壊性を向上させることができ、より高電力を出力することが可能となる。
【００３６】
また、圧電セラミックスは、長手方向の長さが連続的に変化することが好ましい。さらに、長手方向に垂直な面上の任意の点における長手方向の長さと、長手方向に垂直な面上の任意の点とは異なる点における長手方向の長さとが異なることがより好ましい。
長手方向の長さが連続的に変化する形状とすることで、出力特性が離散的になることを防止でき、振動時の負荷が一部に集中し、圧電セラミックスが破損することをより確実に防止することができる。
【００３７】
なお、本実施形態では、圧電セラミックスを長手方向に振動させる（長手方向に弾性波が伝播する）駆動方法の場合を示したが、本発明はこれに限定されず、圧電セラミックスを長手方向に垂直な第１の方向（厚み方向）に振動させる駆動方法の場合は、第１の方向に垂直な面上の任意の点を通過する第１の方向の長さが、第１の方向に垂直な面上の通過する位置に応じて変化する部分を有する形状とすることで、耐破壊性を向上させ、より高い電力を出力することが可能となる。
また、圧電セラミックスを長手方向および第1の方向に垂直な第２の方向（幅方向）に振動させる駆動方法の場合は、第２の方向に垂直な面上の任意の点を通過する第２の方向の長さが、第２の方向に垂直な面上の通過する位置に応じて変化する部分を有する形状とすることで、耐破壊性を向上させ、より高い電力を出力することが可能となる。
【００３８】
また、上記形状を組み合わせてもよく、例えば、長手方向、第１の方向および第２の方向のいずれの方向においても、位置に応じてその方向の長さが変化する部分を有する形状とすることで、圧電セラミックトランスを長手方向、第１の方向および第２の方向のいずれの方向に振動させた場合でも、耐破壊性を向上させることができ、かつ、より高い電力を出力させることができる。
また、面振動のように長手方向と幅方向（第１の方向）の両方を共振させる方法のような場合には、両方の方向に対して同時に適用すればよい。つまり、長手方向の長さが長手方向に垂直な面上の通過する位置に応じて変化する部分を有し、かつ、幅方向の長さが、幅方向に垂直な面上の通過する位置に応じて変化する部分を有する形状とすることで、面振動で振動させる場合でも、耐破壊性を向上させ、より高い電力を出力することが可能となる。
【００３９】
ここで、圧電セラミックスの長手方向の長さＬと、第２の方向の長さｗとの関係は、ｗ／Ｌを実質的に０．２とすることが好ましい。なお、長手方向の長さＬは、圧電セラミックスの長手方向の平均長さである。
ｗ／Ｌを実質的に０．２とすることで、ハイパワー時の圧電セラミックスの耐破壊性をより向上させることができる。
【００４０】
以上、本発明の圧電セラミックトランスについて詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
上記実施形態では、圧電セラミックトランスの圧電セラミックスとして平板形状の圧電セラミックスを用いたが、これに限定されず、柱状形状の圧電セラミックスを用いてもよく、例えば、軸に垂直な断面形状が正方形、円形、楕円形などの形状の圧電セラミックスを利用することもできる。
また、本発明の圧電セラミックトランスは、上記構造の圧電セラミックトランスに限定されず、例えば、ローゼン型トランス、横効果を用いた圧電トランス、面振動圧電トランス、中央駆動圧電トランス、ブロック型圧電トランス、中央出力圧電トランス、複数出力型圧電トランス、高次モードを用いた圧電トランス、ボルト締型圧電トランス、アレイ形圧電トランスなどの圧電セラミックトランスにも好適に適用することができる。また、上記実施形態では、単板圧電トランスを用いたが、積層圧電トランスにも好適に適用することができる。
【００４１】
図４には、円柱形状の圧電セラミックスを用いた圧電セラミックトランスの構成例を示した。図４に示される圧電セラミックトランス４０は、圧電セラミックス４２の形状が異なる以外は、図１に示される圧電セラミックトランス１０と、基本的には同じであるので、図１に示される圧電セラミックトランス１０と同じ機能を有する構成要素には同じ符号を付し、その詳しい説明については省略する。
圧電セラミックス４２は、軸方向が長手方向となる円柱形状を有する。この圧電セラミックス４２の第１領域２２および第５領域３０は、長手方向に平行で、かつそれぞれの端面方向（外側方向）に分極され、第２領域２４は、長手方向に垂直な第１の方向に分極され、第４領域２８は、長手方向に垂直かつ第１の方向と１８０度反対側の方向に分極され、中央部の第３領域は、未分極状態とされている。また、長手方向における第１領域２２と、第２領域２４と、第３領域２６と、第４領域２８と、第５領域３０との長さの割合は、実質的に２：２：１：２：２の割合に分割されている。また、圧電セラミックス４２は、図４（Ｂ）に示すように、長手方向の一方の端面に対して他方の端面が所定角度傾斜した形状を有する。
【００４２】
図４に示される第１入力電極１４ａ、１４ｂは、圧電セラミックスの長手方向に垂直な面における中心を通りかつ第１の方向に対して平行な線と第２領域２４の表面との交点の一方を含むように第２領域２４の表面にそれぞれ配置されている。また、第２入力電極１６ａ、１６ｂは、圧電セラミックス４２の長手方向に垂直な面における中心を通りかつ第１の方向に対して平行な線と第４領域２８の表面との交点の一方を含むように第４領域２８の表面にそれぞれ配置されている。
【００４３】
かかる形状の圧電セラミックトランス４２も、上記と同様に、駆動時には、第１入力電極と第２入力電極に駆動信号が入力され、入力された駆動信号の電圧よりも高い電圧が、出力端子３６および３８から出力される。
【００４４】
図４に示した圧電トランス１０においては、第１入力電極および第２入力電極を矩形状としたが、電極の形状は、特に限定されず、多角形、円形、楕円形等種々の形状とすることができる。また、第１入力電極および第２入力電極の大きさも、特に限定されないが、長手方向においては、それぞれ、第２の領域または第４の領域の全域、つまり、第２の領域または第４領域の長さと同じ長さとすることが好ましい。また、円周方向、つまり長手方向に垂直な断面においては、上下の電極（対になっている入力電極）間での短絡（電極間リーク）の発生を防止できる範囲で最大の大きさとすることが好ましい。
このように、第１入力電極および第２入力電極を広い形状とすることで、入力インピーダンスを下げ、より大きな電力の投入が可能となり、より高い電力（ハイパワー）の出力が可能となる。
【００４５】
このように、圧電セラミックスを円柱形状とすることで、つまり図４（Ｃ）に示すように長手方向に垂直な方向における断面形状を円形形状とすることで、圧電セラミックスの強度をより高くすることができる。
これにより大電力駆動時に生じる発熱により、圧電セラミックスが軟化することで発生する、圧電セラミックスの電力伝送に寄与しない捩れ方向の振動モードや蛇行方向の振動モードをより抑制でき、大電力の出力が可能となる。つまり、圧電セラミックスの強度を高くすることで、発熱により圧電セラミックスが軟化した場合でも、圧電セラミックスの電力伝送に寄与しない捩れ方向の振動モードや蛇行方向の振動モードをより抑制でき、これらの振動モードがλモードの振動に重畳することを防止できる。従って、急激な発熱を生じることを防ぎ、圧電セラミックスが破損することが防止でき、また、電力伝送に寄与しない振動モードを抑制することで、エネルギーの損失（ロス）を少なくすることができ、高い効率で電力を出力することができる。
また、圧電セラミックスを円柱形状とすることで、不要な振動を発生させる可能性の高い角部のない形状とすることができ、電力伝送損失を少なくすることができる。
【００４６】
また、円柱形状の圧電セラミックスの代わりに、圧電セラミックスの長手方向に垂直な方向の断面形状が、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示されるような断面形状である圧電セラミックスも好適に用いることができる。図５（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の圧電トランスユニットに用いることができる種々の圧電セラミックスの長手方向に垂直な面における断面形状を示すものである。ここで、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示す圧電セラミックスの長手方向に垂直な面の断面形状は、圧電セラミックスの長手方向のいずれの位置においても同一の形状を有する。
図５（Ａ）は、圧電セラミックス４２ａの長手方向に垂直な断面形状が楕円形状の場合である。このような形状の圧電セラミックス４２ａにおいては、図５（Ａ）に示されるように、楕円の短軸方向の表面に第１入力電極１４ａ、１４ｂと第２入力電極１６ａおよび１６ｂが形成される。図５（Ｂ）は、圧電セラミックス４２ｂの長手方向に垂直な断面形状が、互いに対向する２つの円弧部分と２つの直線部分とから構成された形状、すなわち、円の直径方向の両端の一部を切り取ったような形状の場合である。このような形状の圧電セラミックス１２ｂにおいては、図５（Ｂ）に示されるように、互いに対向する円弧に第１入力電極１４ａ、１４ｂと第２入力電極１６ａおよび１６ｂが形成される。また、図５（Ｃ）は、圧電セラミックス４２ｃの長手方向に垂直な断面形状が、図５（Ｃ）に示すように、互いに対向する２つの曲線部分と２つの直線部分とから構成された形状、断面形状が楕円の長径方向の両端の一部を切り取ったような形状の場合である。このような形状の圧電セラミックス１２ｂにおいては、図５（Ｃ）に示されるように、互いに対向する曲面に第１入力電極１４ａ、１４ｂと第２入力電極１６ａおよび１６ｂが形成される。
【００４７】
このように、圧電セラミックスの長手方向に垂直な断面の形状の少なくとも一部に曲線を有する形状とすることで、図４に示した圧電トランス１０と同様に耐破壊性を強くすることができる。
また、上記実施形態に示すように第１および第２入力電極が配置されている部分を曲面とすることが好ましい。第１および第２入力電極が配置されている部分を曲面とすることで、分極軸の方向を断面中心方向に集中させることができる。これにより、入力部における損失を減らすことができ、より効率よく、高い電力を出力させることができる。
【００４８】
また、圧電セラミックスの長手方向に垂直な面の断面形状を円とすることが好ましい。断面形状を円とすることで、分極軸の方向を断面中心方向により集中させることができ、さらに高い電力を出力させることができる。
また、圧電セラミックスの長手方向に垂直な面の断面形状を楕円とすることも好ましい。断面形状を楕円とすることで、断面中心付近での分極軸の方向の集中がぼやける（分散する）ため、応力集中をやわらげ（低減させ）、ハイパワー時のトランスの耐破壊性を向上させることができる。つまり、耐破壊性を向上させ、かつ、効率よく高い電力を出力させることができる。
【００４９】
以上、圧電セラミックスの長手方向に垂直な断面における形状として、円や楕円など種々の形状を示したが、本発明においては、入力電極が形成される面が曲面形状である場合に、図に示される圧電セラミックスの長手方向に垂直な断面おける第１の方向の長さｔと、それに垂直な第２の方向の長さｗとの関係が、０．５≦ｔ／ｗ≦２．０を満たす形状であることが好ましく、０．５≦ｔ／ｗ≦１．０を満たす形状であることがより好ましい。このような関係を満たす形状であれば、上記効果を得ることができる。
【００５０】
また、圧電セラミックスの第１の方向の長さｔは、５ｍｍ以上１２ｍｍ以下であることが好ましい。長さｔを５ｍｍ以上とすることで、ハイパワー時の圧電セラミックス（トランス）の耐破壊性をより向上させることができる。また、長さｔを１２ｍｍ以下とすることで、圧電セラミックトランスの製造時に圧電セラミックスの分極精度の低下を防ぎ、歩留まりを高くすることができる。つまり、圧電セラミックスを好適に分極させることができる。これにより、製造コストを低くすることができる。
【００５１】
また、圧電セラミックスの長手方向の長さＬと、第２の方向の長さｗとの関係は、ｗ／Ｌを実質的に０．２とすることが好ましい。
ｗ／Ｌを実質的に０．２とすることで、ハイパワー時の圧電セラミックスの耐破壊性をより向上させることができる。
【００５２】
また、図６には、本発明の圧電セラミックトランスに用いられる圧電セラミックスの更に異なる構成例を示す。
図６（Ａ）は、本発明に従う圧電セラミックトランスの他の一例の概略構成を示す斜視図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）に示した圧電セラミックトランスの長手方向に垂直な方向における断面図である。
図６（Ａ）および（Ｂ）に示す圧電セラミックトランス４６は、圧電セラミックス４８の形状を除いて図１に示した圧電セラミックトランス１０と同じ構成のものである。従って、両者で同一の構成要素には、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５３】
本実施形態の圧電セラミックス４８は、長手方向に垂直な方向の断面形状が、長手方向に垂直な第１の方向と、長手方向および第１の方向に垂直な第２の方向とに平行な線で構成される正方形を有する。つまり、第１の方向の長さｔと第２の方向の長さｗとの関係がｔ／ｗ＝１となる形状を有する。また、圧電セラミックス４８も、上記実施形態と同様に、長手方向の一方の端面に対して他方の端面が所定角度傾斜した形状を有する。
また、圧電セラミックス４８は、上記の圧電セラミックス１２と同様に、第１領域２２と第５領域３０が、長手方向と平行で、かつ互いに異なる方向に分極され、第２領域２４と第４領域２８が、第１の方向に平行で、かつ互いに異なる方向に分極され、第３領域２６は、未分極状態とされている。
【００５４】
このように断面形状が正方形の圧電セラミックス４８を用いた場合でも、第１入力電極１４ａ、１４ｂおよび第２入力電極１６ａ、１６ｂに駆動信号を印加することで、逆圧電効果により圧電セラミックス４８は振動し、圧電効果により出力される高電圧を第１出力電極１８および第２出力電極２０から取り出すことができる。
【００５５】
このように、圧電セラミックスの断面形状を正方形とすることで、つまり第１の方向の長さｔと第２の方向の長さｗとの関係をｔ／ｗ＝１とすることで、圧電セラミックスの強度を高くすることができる。
これにより、大電力駆動時に生じる発熱により、圧電セラミックスが軟化することで発生する、圧電セラミックスの電力伝送に寄与しない捩れ方向の振動モードや蛇行方向の振動モードをより抑制でき、大電力の出力が可能となる。
【００５６】
なお、上記実施形態のように、圧電セラミックスの長手方向に垂直な方向の断面形状を正方形とすることで、圧電セラミックスの電力伝送に寄与しない捩れ方向の振動モードや蛇行方向の振動モードをより好適に抑制することができるが、本発明はこれに限定されず、圧電セラミックスの長手方向に垂直な方向の断面形状の第１の方向の長さｔと第２の方向の長さｗとの関係が、０．５≦ｔ／ｗ≦２．０を満たす矩形形状、好ましくは０．５≦ｔ／ｗ≦１．０を満たす矩形形状とすることで、圧電セラミックスの電力伝送に寄与しない捩れ方向の振動モードや蛇行方向の振動モードを抑制することができる。これにより、大電力の出力が可能であり、かつ、大電力の出力時に圧電セラミックスが破損することを防止できる。
【００５７】
ここで、図６に示される形状の圧電セラミックスの第１の方向の長さｔ（厚み方向の長さ）は、５ｍｍ以上１２ｍｍ以下であることが好ましい。長さｔを５ｍｍ以上とすることで、ハイパワー時の圧電セラミックスの耐破壊性をより向上させることができる。また、長さｔを１２ｍｍ以下とすることで、圧電セラミックトランスの製造時に圧電セラミックスの分極精度の低下を防ぎ、歩留まりを高くすることができる。つまり、圧電セラミックスを好適に分極させることができる。これにより、製造コストを低くすることができる。
【００５８】
次に、上述した本発明の圧電セラミックトランスを用いる照明装置の一例を説明する。図７に、かかる照明装置のブロック図を示す。
照明装置５０は、電源５２と、電圧制御発振回路５４と、駆動回路５６と、圧電セラミックトランス１０と、発光部５８と、管電流検出回路６０とを有する。
【００５９】
電源５２は、所定電圧（本実施形態では、２４Ｖ）の直流電圧を出力する直流電源である。電源５２は、駆動回路５６と接続されており、直流電圧が駆動回路５６に供給される。
【００６０】
電圧制御発振回路５４は、後述する管電流検出回路６０から供給される冷陰極管の合計電流の電流値に応じて、その発振周波数が変化する初期周波数約４０ＫＨｚの基本波を発生する。電圧制御発振回路５４は、例えば、合計電流が基準電流量よりも少ない場合には、基本波の周波数を初期周波数よりも低くする方向に制御し、逆に合計電流が基準電流量よりも多い場合には基本波の周波数を初期周波数よりも高くする方向に制御する。電圧制御発振回路５４は、駆動回路に接続されており、この基本波が、同じく駆動回路５６に供給される。
【００６１】
なお、電圧制御発振回路５４の具体的な構成は特に限定されず、同様の機能を実現する各種構成の回路を使用することができる。また、基準電流量は、外部から制御可能であり、必要に応じて可変できる。
【００６２】
駆動回路５６は、電源５２から供給された所定電圧および電圧制御発振回路５４から供給される基本波とに基づいて、圧電セラミックトランス１０を駆動する２種類の駆動信号を生成する。本実施例では、２本の駆動信号は、約６５０Ｖｐ−ｐ、約４０ＫＨｚで、１８０度逆位相の交流信号（正弦波）である。電圧制御発振回路５４から供給される基本波の周波数に応じて駆動信号の周波数が変化し、冷陰極管の合計電流すなわち発光部５８の輝度が常に同じ一定値に保たれる。
【００６３】
なお、駆動回路１４の具体的な回路構成は何ら限定されず、同様の機能を実現する各種構成の回路を使用することができる。
【００６４】
圧電セラミックトランス１０は、上述の構成を有するものであり、駆動回路５６から入力された６５０Ｖｐ−ｐの駆動信号を６５００Ｖｐ−ｐに昇圧させて出力する。
【００６５】
続いて、圧電セラミックトランス１０によって発生された高圧信号は、バラストコンデンサ５７に入力される。従来、３Ｗ級のローパワー出力の圧電セラミックトランスと冷陰極管との組合せでは、圧電セラミックトランスの出力インピーダンスが大きいため、バラストコンデンサを使用せずに冷陰極管を駆動できた。しかし、本実施形態のように、３０Ｗ級のハイパワー出力の圧電セラミックトランスの場合、その厚みが増えたために出力インピーダンスが小さくなり、負性抵抗素子（冷陰極管）とのバランスがとれずに安定点灯しにくくなる。
【００６６】
これは負荷側（冷陰極管）の負性抵抗よりも、入力側（圧電セラミックトランス）の出力インピーダンスの方が大きくないと、安定しないという理由による。すなわち、本実施形態のように、ハイパワー化した圧電セラミックトランス１０と冷陰極管との組合せにおいては、圧電セラミックトランス１０の出力側と冷陰極管との間にバラストコンデンサ５７を入れることで、冷陰極管を安定駆動することが可能となる。
【００６７】
発光部５８は、４本の冷陰極管（ＣＣＦＬ）を有し、２本の冷陰極管を直列に接続した２管直列光源を２系統交差しないように並列に配置し、同時複数点灯を可能にしている。冷陰極管としては、管長５２７ｍｍ、管外形φ２．６ｍｍ、管内径φ２．０ｍｍ、色温度６５００Ｋ、Ｎｉ電極、ガス圧７０Ｔｏｒｒ、輝度約３００００ｃｄ／ｍ2が例示される。
ここで、冷陰極管の接続本数、接続方法は特に限定されず、種々の構成とすることができる。また、発光部としては、冷陰極管に限定されず、通常の蛍光管、熱陰極管、外部電極管、ネオン管、水銀灯の種々の放電管等の種々の光源を用いることができる。
【００６８】
管電流検出回路６０は、２系統の冷陰極管の２管直列光源の合計電流を出力するものである。本実施形態では、リング状のコアに、３つのコイルを巻きつけたトロイダル型のトランスを用いている。２つのコイルは、２系統の２管直列光源のそれぞれの直列接続部間において極性（コイルの巻く方向）が同じ向きの一対のコイルであって、管電流の合計電流を算出する。もう一つのコイルは、前述の管電流の合計電流を出力するためのもので、前述の電圧制御発振回路５４にフィードバックされる。
電圧制御発振回路５４は、上述したように、管電流検出回路６０から出力された合計電流に応じて、発振周波数を変化させた基本波を駆動回路５６に供給する。
【００６９】
このように、本発明の圧電セラミックトランスを用いることで、１つの圧電セラミックトランスで複数本の冷陰極管を駆動することができ、電磁波を発生せず、高効率、省スペースで発火の危険性のない大型のディスプレイ等の照明装置とすることができる。
【００７０】
ここで、管電流検出回路６０には、さらに、２系統の２管直列光源のそれぞれの冷陰極管に流れる管電流をほぼ同じ一定値に揃えるバランス回路、２系統の冷陰極管の２管直列光源の電流差（差分電流）を検出する電流差検出回路等を設けてもよい。
バランス回路を設けることで、各冷陰極管の輝度のばらつきを抑えることができ、電流差検出回路を設けることで、光源の各系統間の差分電流を検出することができる。
【００７１】
また、駆動回路５６には、合計電流検出回路から供給される冷陰極管の合計電流の電流値が所定の範囲を超えている場合や、電流差検出回路から供給される電流差の電流値が所定値を上回っている場合に、駆動回路５６から駆動信号の出力を停止するように制御する保護回路を備えることが好ましい。保護回路を備えることによって、発光部５８の冷陰極管に何らかの異常が発生した場合に圧電セラミックトランス２が破壊されるのを未然に防止することができる。
また、保護回路において、冷陰極管の合計電流の許容範囲や、電流差の上限値などの値は外部から制御可能であり、必要に応じて可変できる。
【００７２】
ここで、本発明の圧電セラミックトランスは、上述したように、電磁波を発生せず、小型・軽量で低価格、省スペースであり、高電力の出力が可能であるという種々の効果を有する。従って、上記のような照明装置に限定されず、小型・携帯機器、冷・暖房機器、イオナイザー等の健康機器等、種々の装置のトランスとして用いることができる。
【００７３】
以上、本発明の圧電セラミックトランスについて詳細に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種改良や変更を行ってもよいのはもちろんである。
【００７４】
例えば、上記実施形態では、第１出力電極および第２出力電極を圧電セラミックスの端面に配置したが、これに限定されず、入力電極と同様に、第１領域および第５領域の側面に設けてもよい。ここで、出力電極は、圧電セラミックスの端部側に設けることが好ましい。つまり、それぞれ第１領域、第５領域の端面に近い位置に配置することが好ましい。
出力電極を圧電セラミックスの端部に設けることで、効率よく、高い電圧を出力することができる。
【００７５】
また、本実施形態では、一対の入力電極にそれぞれ１８０度位相の異なる２相の駆動信号を入力したが、本発明は、これに限定されず、一対の入力電極の内の一方の電極を接地させ（ＧＮＤとし）、もう一方の電極に駆動信号を入力するようにしてもよい。つまり、単相の駆動信号により、圧電セラミックトランスを駆動してもよい。
【００７６】
また、上記実施形態では、電圧を昇圧させているが、これも限定されず、降圧させてもよく、同一電圧を出力してもよい。すなわち、必要に応じて所定電圧に変圧してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明に従う圧電セラミックトランスの一実施形態の概略構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示した圧電セラミックスの上面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｅ）は、それぞれ本発明に用いることができる圧電セラミックスの他の一例を示す上面図である。
【図４】（Ａ）は、本発明に従う圧電セラミックトランスの他の一例の概略構成を示す斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示した圧電セラミックトランスの上面図であり、（Ｃ）は、（Ａ）に示した圧電セラミックトランスの長手方向に垂直な面における断面図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ本発明に用いることができる種々の圧電セラミックスの長手方向に垂直な面における断面図である。
【図６】（Ａ）は、本発明に従う圧電セラミックトランスの他の一例の概略構成を示す斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）に示した圧電セラミックトランスの長手方向に垂直な方向における断面図である。
【図７】本発明の圧電セラミックトランスを用いる光源装置の概略構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００７８】
１０、４０、４６ 圧電セラミックトランス
１２、４２、４８ 圧電セラミックス
１４ａ、１４ｂ 第１入力電極
１６ａ、１６ｂ 第２入力電極
１８ 第１出力電極
２０ 第２出力電極
２２ 第１領域
２４ 第２領域
２６ 第３領域
２８ 第４領域
３０ 第５領域
３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂ 入力端子
３６、３８ 出力端子
５０ 照明装置
５２ 電源
５４ 電圧制御発信回路
５６ 駆動回路
５７ バラストコンデンサ
５８ 発光部
６０ 管電流検出回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動信号を圧電セラミックスに入力し、圧電効果を利用して前記駆動信号として入力された電圧を変圧させて前記圧電セラミックスから出力する圧電セラミックトランスであって、
前記圧電セラミックスは、長手方向と、前記長手方向に垂直な第１の方向と、前記長手方向および前記第１の方向に垂直な第２の方向との３つの特定方向のうちのいずれか１つの前記特定方向に垂直な面上の任意の点を通過する前記特定方向の長さが、前記特定方向に垂直な面上の通過する位置に応じて変化する部分を有する形状であることを特徴とする圧電セラミックトランス。
【請求項２】
前記圧電セラミックスは、さらに、前記長手方向と、前記第１の方向と、前記第２の方向とのうち前記特定方向とは異なる第２特定方向に垂直な面上の任意の点を通過する前記第２特定方向の長さが、前記第２特定方向に垂直な面上の通過する位置に応じて変化する部分を有する形状である請求項１に記載の圧電セラミックトランス。
【請求項３】
前記圧電セラミックスは、さらに、前記長手方向と、前記第１の方向と、前記第２の方向とのうち前記特定方向および前記第２特定方向とは異なる第３特定方向に垂直な面上の任意の点を通過する前記第３特定方向の長さが、前記第３特定方向に垂直な面上の通過する位置に応じて変化する部分を有する形状である請求項２に記載の圧電セラミックトランス。
【請求項４】
前記圧電セラミックスは、前記特定方向に垂直な面上の任意の点における前記特定方向の長さと、前記特定方向に垂直な面上の前記任意の点とは異なる点における前記特定方向の長さとが異なる請求項１〜３のいずれかに記載の圧電セラミックトランス。
【請求項５】
前記圧電セラミックスは、前記特定方向の一方の端面と他方の端面とが互いに平行でない部分を有する形状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圧電セラミックトランス。
【請求項６】
前記圧電セラミックスは、前記特定方向の一方の端面の少なくとも一部が他方の端面に対して所定角度の傾斜を有する形状である請求項１〜５のいずれかに記載の圧電セラミックトランス。
【請求項７】
前記圧電セラミックスは、前記特定方向に平行な任意の面において、前記特定方向に垂直な方向の前記圧電セラミックスの中心を通りかつ前記特定方向に平行な線を軸として非対称な形状である請求項１〜６のいずれかに記載の圧電セラミックトランス。
【請求項８】
前記圧電セラミックスは、前記特定方向に垂直な面上において、前記特定方向の長さが変化する部分の領域が前記特定方向に垂直な面上の領域の５０％以上１００％以下である請求項１〜７のいずれかに記載の圧電セラミックトランス。
【請求項９】
前記圧電セラミックスの前記特定方向の最大長さＬmaxと最小長さＬminとの関係が、０．９≦Ｌmin／Ｌmax＜１．０を満たす請求項１〜８のいずれかに記載の圧電セラミックトランス。
【請求項１０】
前記特定方向が前記長手方向である請求項１〜９のいずれかに記載の圧電セラミックトランス。
【請求項１１】
前記圧電セラミックスは、前記長手方向および前記第２の方向に平行な面上を通過する前記長手方向の長さが、通過する前記長手方向および前記第２の方向に平行な面上の位置に応じて変化する部分を有する請求項１０に記載の圧電セラミックトランス。
【請求項１２】
前記圧電セラミックスは、長手方向の端部から他方の端部までの分極状態が、前記長手方向に分極された第１領域と、前記第１の方向に分極された第２領域と、未分極の第３領域と、前記第２領域とは逆方向の前記第１の方向に分極された第４領域と、前記第１領域とは逆方向の長手方向に分極された第５領域とに分割された形状である請求項１〜１１のいずれかに記載の圧電セラミックトランス。
【請求項１３】
前記第１領域と前記第２領域と前記第３領域と前記第４領域と前記第５領域との前記長手方向における長さの比が、実質的に２：２：１：２：２となる形状である請求項１２に記載の圧電セラミックトランス。
【請求項１４】
さらに、前記第２領域を挟んで設けられた一対の第１入力電極と、
前記第４領域を挟んで設けられた一対の第２入力電極と、
前記圧電セラミックスの長手方向の両方の端部にそれぞれ配置された出力電極とを有する請求項１２または１３に記載の圧電セラミックトランス。
【請求項１５】
前記圧電セラミックスは、長手方向に垂直な方向の断面の形状において、前記第１の方向の長さｔと前記第２の方向の長さｗとの関係が、０．５≦ｔ／ｗ≦２．０を満たす形状である請求項１〜１４のいずれかに記載の圧電セラミックトランス。
【請求項１６】
前記圧電セラミックスは、長手方向に垂直な方向の断面の少なくとも一部が曲線形状である請求項１〜１５のいずれかに記載の圧電セラミックトランス。
【請求項１７】
前記圧電セラミックスは、長手方向に垂直な方向の断面の形状が円形である請求項１〜１６のいずれかに記載の圧電セラミックトランス。
【請求項１８】
前記圧電セラミックスは、長手方向に垂直な方向の断面の形状が正方形である請求項１〜１５のいずれかに記載の圧電セラミックトランス。
【請求項１】
駆動信号を圧電セラミックスに入力し、圧電効果を利用して前記駆動信号として入力された電圧を変圧させて前記圧電セラミックスから出力する圧電セラミックトランスであって、
前記圧電セラミックスは、長手方向と、前記長手方向に垂直な第１の方向と、前記長手方向および前記第１の方向に垂直な第２の方向との３つの特定方向のうちのいずれか１つの前記特定方向に垂直な面上の任意の点を通過する前記特定方向の長さが、前記特定方向に垂直な面上の通過する位置に応じて変化する部分を有する形状であることを特徴とする圧電セラミックトランス。
【請求項２】
前記圧電セラミックスは、さらに、前記長手方向と、前記第１の方向と、前記第２の方向とのうち前記特定方向とは異なる第２特定方向に垂直な面上の任意の点を通過する前記第２特定方向の長さが、前記第２特定方向に垂直な面上の通過する位置に応じて変化する部分を有する形状である請求項１に記載の圧電セラミックトランス。
【請求項３】
前記圧電セラミックスは、さらに、前記長手方向と、前記第１の方向と、前記第２の方向とのうち前記特定方向および前記第２特定方向とは異なる第３特定方向に垂直な面上の任意の点を通過する前記第３特定方向の長さが、前記第３特定方向に垂直な面上の通過する位置に応じて変化する部分を有する形状である請求項２に記載の圧電セラミックトランス。
【請求項４】
前記圧電セラミックスは、前記特定方向に垂直な面上の任意の点における前記特定方向の長さと、前記特定方向に垂直な面上の前記任意の点とは異なる点における前記特定方向の長さとが異なる請求項１〜３のいずれかに記載の圧電セラミックトランス。
【請求項５】
前記圧電セラミックスは、前記特定方向の一方の端面と他方の端面とが互いに平行でない部分を有する形状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圧電セラミックトランス。
【請求項６】
前記圧電セラミックスは、前記特定方向の一方の端面の少なくとも一部が他方の端面に対して所定角度の傾斜を有する形状である請求項１〜５のいずれかに記載の圧電セラミックトランス。
【請求項７】
前記圧電セラミックスは、前記特定方向に平行な任意の面において、前記特定方向に垂直な方向の前記圧電セラミックスの中心を通りかつ前記特定方向に平行な線を軸として非対称な形状である請求項１〜６のいずれかに記載の圧電セラミックトランス。
【請求項８】
前記圧電セラミックスは、前記特定方向に垂直な面上において、前記特定方向の長さが変化する部分の領域が前記特定方向に垂直な面上の領域の５０％以上１００％以下である請求項１〜７のいずれかに記載の圧電セラミックトランス。
【請求項９】
前記圧電セラミックスの前記特定方向の最大長さＬmaxと最小長さＬminとの関係が、０．９≦Ｌmin／Ｌmax＜１．０を満たす請求項１〜８のいずれかに記載の圧電セラミックトランス。
【請求項１０】
前記特定方向が前記長手方向である請求項１〜９のいずれかに記載の圧電セラミックトランス。
【請求項１１】
前記圧電セラミックスは、前記長手方向および前記第２の方向に平行な面上を通過する前記長手方向の長さが、通過する前記長手方向および前記第２の方向に平行な面上の位置に応じて変化する部分を有する請求項１０に記載の圧電セラミックトランス。
【請求項１２】
前記圧電セラミックスは、長手方向の端部から他方の端部までの分極状態が、前記長手方向に分極された第１領域と、前記第１の方向に分極された第２領域と、未分極の第３領域と、前記第２領域とは逆方向の前記第１の方向に分極された第４領域と、前記第１領域とは逆方向の長手方向に分極された第５領域とに分割された形状である請求項１〜１１のいずれかに記載の圧電セラミックトランス。
【請求項１３】
前記第１領域と前記第２領域と前記第３領域と前記第４領域と前記第５領域との前記長手方向における長さの比が、実質的に２：２：１：２：２となる形状である請求項１２に記載の圧電セラミックトランス。
【請求項１４】
さらに、前記第２領域を挟んで設けられた一対の第１入力電極と、
前記第４領域を挟んで設けられた一対の第２入力電極と、
前記圧電セラミックスの長手方向の両方の端部にそれぞれ配置された出力電極とを有する請求項１２または１３に記載の圧電セラミックトランス。
【請求項１５】
前記圧電セラミックスは、長手方向に垂直な方向の断面の形状において、前記第１の方向の長さｔと前記第２の方向の長さｗとの関係が、０．５≦ｔ／ｗ≦２．０を満たす形状である請求項１〜１４のいずれかに記載の圧電セラミックトランス。
【請求項１６】
前記圧電セラミックスは、長手方向に垂直な方向の断面の少なくとも一部が曲線形状である請求項１〜１５のいずれかに記載の圧電セラミックトランス。
【請求項１７】
前記圧電セラミックスは、長手方向に垂直な方向の断面の形状が円形である請求項１〜１６のいずれかに記載の圧電セラミックトランス。
【請求項１８】
前記圧電セラミックスは、長手方向に垂直な方向の断面の形状が正方形である請求項１〜１５のいずれかに記載の圧電セラミックトランス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−２８１３５４（Ｐ２００７−２８１３５４Ａ）
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１０８７０３（Ｐ２００６−１０８７０３）
【出願日】平成１８年４月１１日（２００６．４．１１）
【出願人】（０００００５２０１）富士フイルムホールディングス株式会社 (7,609)
【出願人】（５０１４８８５９４）京都技術研究所株式会社 (8)
【公開日】平成１９年１０月２５日（２００７．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年４月１１日（２００６．４．１１）
【出願人】（０００００５２０１）富士フイルムホールディングス株式会社 (7,609)
【出願人】（５０１４８８５９４）京都技術研究所株式会社 (8)
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