壓電變壓器的制作方法

專利名稱：壓電變壓器的制作方法
技術領域：
本發明涉及因壓電陶瓷等壓電體的壓電效應使交流電壓的振幅值改變的壓電變壓器。
背景技術：
作為高壓電源用升壓變壓器而被推進開發的壓電變壓器，當初因壓電陶瓷材料的破壞強度等材料性能的制約而沒能產品化。但是，由于最近高強度壓電陶瓷材料開發的進展，以及對筆記本型個人電腦和便攜式終端等便攜式信息設備小型化和輕量化要求的提高，壓電變壓器作為這些儀器搭載的液晶背光變換器電源用升壓變壓器再次被人們所注目。
例如，液晶背光用變換器，過去使用以所使用的冷陰極熒光管的照明電源作為背光電源，開始照明時電壓為1kVrms，恒定照明時為500kVrms左右，以需要將電池等3V～12V左右的直流電壓，變換成頻率為60～80kHz左右的高頻電壓。現在在背光用變換器中使用的電磁線圈式變壓器，通過使用特殊形狀鐵芯的臥式結構變壓器而作到薄型化，但是要確保對數kVrms高壓的絕緣耐壓，就會限制小型化和薄型化。而且由于升壓高就得使用細銅線，因而使線圈損失增加，變換效率下降。此外，還有鐵芯引起損失的缺點。
與此相比，壓電變壓器是在鈦酸鋯(PZT)等壓電陶瓷材料或者鈮酸鋰等壓電晶體材料上，形成初級側電極(輸入側)和次級側電極(輸出側)的變壓器。一旦在此初級側電極上施加頻率處于壓電變壓器共振頻率附近的交流電壓，使壓電變壓器振動，這種機械振動因壓電效應而改變電壓，根據次級側電極與初級側電極之間的阻抗之比，就能從次級側電極取出高電壓。與電磁變壓器相比，壓電變壓器既能更小型化和薄型化，也能實現更高變換效率。
以下參照


已往的壓電變壓器。
首先圖31是已有壓電變壓器100的軸側視圖。壓電變壓器100，是在由壓電材料組成的矩形板上，與厚度方向大體垂直的主面左半部形成作相對初級側(輸入側)電極用的電極104和電極106，沿長度方向的一個端面上形成作次極側(輸出側)電極用的電極108。當矩形板102的材料是鈦酸鋯(PZT)等壓電陶瓷的情況下，矩形板102，如圖31中箭頭所示，利用電極104和電極106使左半部分事先沿厚度方向極化，利用電極1-4、電極106和電極108使右半部分事先沿長度方向極化。其中一旦以電極106作為公共電極，在電極104和電極108之間施加頻率處于能使矩形板沿長度方向產生伸縮機械振動的壓電變壓器100共振頻率附近的交流電壓，則壓電變壓器100將會產生沿長度方向伸縮的機械振動，這種機械振動因壓電效應而轉變換成電壓，能夠從作次級側電極用電極108和電極106之間取出高電壓，這種高電壓與由作次級側電極用的電極108和電極106求出的阻抗與由作初級側電極用的電極104和電極106求出的阻抗之比相對應。
圖32(1)是圖31所示壓電變壓器100的側視圖。圖32(1)中的箭頭，表示矩形板事先被極化的方向。圖32(2)表示壓電變壓器100沿長度方向作1/2波長伸縮振動時的某時刻長度方向的位置變化分布。其中橫軸表示，變壓器100長度方向的位置。縱軸表示某瞬間壓電變壓器100因機械振動引起長度方向位置的變化，+方向表示壓電變壓器100沿長度方向位置向右側變化，而-方向則表示沿長度方向向左變化。此外，圖32(2)表示的位置變化分布時矩形板102內部應力分布，以及因振動引起的電荷分布分別示于圖32(3)和(4)中。在圖32(3)中，橫軸表示壓電變壓器100長度方向的位置。縱軸表示沿長度方向壓縮和伸長時內部應力大小。而且在圖32(4)中，橫軸表示壓電變壓器100長度方向的位置。縱軸表示因振動引起的電荷的正負極性和電荷量。圖32(3)和圖32(4)表明，矩形板中央部分，即振動位置變化為0的部分中，矩形板內部的應力最大，所感應產生的電荷量也最大。正如圖32(2)所示的位置分布那樣，激起1/2波長機械振動的壓電變壓器，一般稱為λ/2振動模型(λ表示一個波的波長)壓電變壓器。
壓電變壓器，一般而言若使機械振動產生的變形極端增大，則斷裂的可能性增高，而且可靠性降低。因此，必須盡可能抑制壓電變壓器機械振動的振幅。其中若將壓電變壓器的厚度和寬度增大，則即使在處理大功率的情況下也能減小壓電變壓器機械振動的振幅。但是一旦導入壓電變壓器的系統和儀器受到壓電變壓器所能使用的空間限制，就會對抑制僅靠形狀引起的變形產生限制。
另外，即使壓電變壓器處理的電功率小到數瓦的程度，為了能置入便攜式儀器等系統中，當然也必須實現壓電變壓器的小型化、薄型化和低背化，這種情況下與壓電變壓器單位體積相當的處理電功率就會增大。因此，與處理大功率的情況同樣，從機械強度觀點來看尚存在不能實現可靠性高、小型和薄型壓電變壓器的課題。
此外，當構成壓電變壓器矩形板的材料是壓電陶瓷的情況下，極化方向不連續的部分，在極化時產生變形的影響下，機械強度比極化方向連續的部分弱。但是，對于圖31、圖32(1)所示的那種已往的λ/2振動模型的壓電變壓器100來說，矩形板102中通常動作時產生應力大的部分(圖32中的P點)與極化不連續的部分(矩形板102中被電極104和電極106夾持的部分，處于電極108側的端部附近)幾乎一致。因此，一旦因壓電變壓處理電功率增大而使機械振動振幅增大，就會在極化方向不連續的部分產生大應力，因而存在容易形成裂紋的課題。
不僅如此，即使矩形板102使用無需極化處理的壓電單晶(這種情況下圖31和圖32(1)中的箭頭表示C軸取向方向)的情況下，要實現這種結構的壓電變壓，由于必須借助于C軸方向不同元件的競爭以及與壓電陶瓷的極化處理相當的方法來改變C軸方向，所以與壓電陶瓷的情況同樣，壓電單晶中C軸方向不連續部分的機械強度，就會變得比連續部分弱。因此，一旦因壓電變壓器處理電功率增大而使機械振動的振幅增大，就會使C軸方向不連續部分產生大應力，因而存在容易產生裂紋的課題。
以下作為已往的壓電變壓器，說明特開平9-74236號公報等中所公開的壓電變壓器。這種變壓器與圖31所示的不同，其結構特點是機械振動產生最大應力的部分，與極化方向不連續的部分不一致。
圖33表示因機械振動產生最大應力的部分與極化方向不連續的部分不一致的λ/2振動模型壓電變壓器120的軸側視圖。在由壓電陶瓷制成的矩形板122上，作初級側(輸入側)電極用的電極124和電極126在沿矩形板122厚度方向垂直的兩個主面的中央部分沿厚度方向相對形成，而作次極(輸出側)電極用的電極128和電極130沿矩形板122長度方向的兩個端面上沿長度方向相對形成。如圖33中的箭頭所示，矩形板122在作初級側電極用的電極124和電極126間沿厚度方向極化，而初級側電極與次級側電極間沿長度方向極化。
圖34(1)是圖33所示壓電變壓器120的側視圖。圖34(2)、圖34(3)和圖34(4)分別表示壓電變壓器120沿長度方向產生1/2波長伸縮振動時刻在長度方向上的位置變化分布、壓電變壓器120在圖34(2)所示位置變化時刻矩形板122內部的應力分布、和因振動使矩形板122感應產生的電荷分布。圖34(1)中的箭頭，與圖33的情況同樣表示極化方向。在圖34(2)中，橫軸表示壓電變壓器120沿長度方向的位置。而縱軸表示因某時刻壓電變壓器120的機械振動引起長度方向的位置變化，+方向表示壓電變壓器120沿長度方向向右側的位置變化，而-方向則表示沿長度方向向左側的位置變化。在圖34(3)中，橫軸表示壓電變壓器120沿長度方向的位置。而縱軸表示沿長度方向壓縮、伸長的內部應力大小。此外圖34(4)中，橫軸表示壓電變壓器120沿長度方向的位置。而縱軸表示因振動感應產生電荷的正負極性和電荷量。
壓電變壓器120，與圖31所示的壓電變壓器同樣，能激起λ/2振動模型。壓電變壓器120以電極126作公共電極，一旦在作初級側電極用的電極124和126間施加頻率處于能激起矩形板122沿長度方向產生伸縮機械振動的共振頻率附近的交流電壓，就會激起壓電變壓器120產生圖34(2)所示位置變化分布的那種沿長度方向產生伸縮的機械振動，這種機械振動因壓電效應而被轉換成電壓。所轉換的電壓按照初級側電極和次級側電極間的阻抗比而形成高電壓，能從電極126和電極128之間、電極126和電極130之間取出。
如圖34所示，在壓電變壓器120中，因機械振動而產生應力最大的部分(圖34(3)中的P點)與極化方向不連續的部分(在矩形板122中是被電極124和電極126夾持的部分，電極128側的端部附近以及、電極由124和電極126所夾持的部分，電極130側端部附近)不一致。因此壓電變壓器120是處理大功率用的優良結構。
但是圖34所示的壓電變壓器120，與圖31所示的壓電變壓器100同樣，都屬于λ/2振動模型，所以與單位體積所能處理的功率增大時，因機械振動振幅增大而使彈性變形增加。而且在置入壓電變壓器的體系和儀器中所能使用的空間一旦受到限制，就會對抑制形狀引起的彈性變形有所限制。
此外，在第2850216號專利公報中提出了一種采用3λ/2振動模型的方案。這種方案能減小機械振動振幅，抑制彈性變形，而且還能提高驅動頻率，因此，一次振動處理的電功率小，可增加振動次數，因而能使壓電變壓器處理較大電功率。
以下說明第2850216號專利公報所示的壓電變壓器。圖35表示3λ/2振動模型壓電變壓器140的軸側視圖。由壓電陶瓷材料等制成的矩形板142上，作初級側(輸入側)電極用的電極143、電極144、電極145、電極146、電極147和電極148沿厚度方向垂直的兩個主面上形成，而作次極側(輸出側)電極用的電極154沿長度方向一個端面上形成。電極143和電極144、電極145和電極146、電極147和電極148分別沿矩形板142厚度方向相對形成。如圖35中的箭頭所示，矩形板142在初級側電極間利用初級側電極事先沿厚度方向極化，而且在在初級側電極用的電極147、電極148和作次級側電極用的電極154間，利用電極154事先沿長度方向極化。
圖36(1)是圖35所示壓電變壓器140的側視圖。圖36(1)的箭頭，與圖35所示的情況同樣表示極化方向。圖36(2)、圖36(3)和圖34(4)分別表示壓電變壓器140沿長度方向產生3/2波長伸縮振動時刻長度方向的位置變化分布、壓電變壓器140在圖36(2)所示位置變化時刻矩形板142內部的應力分布、以及因振動使矩形板142感應產生的電荷分布。在圖36(2)中，橫軸表示壓電變壓器140沿長度方向的位置。而縱軸表示因某時刻壓電變壓器140的機械振動引起長度方向的位置變化，+方向表示壓電變壓器140沿長度方向向右側位置變化，而-方向則表示沿長度方向向左側位置變化。在圖36(3)中，橫軸表示壓電變壓器140沿長度方向的位置。而縱軸表示沿長度方向壓縮、伸長方向內部應力大小。此外圖36(4)中，橫軸表示壓電變壓器140沿長度方向的位置。而縱軸表示因振動感應產生電荷的正負極性和電荷量。
壓電變壓器140中的結構是，電極144、電極145和電極148作為初級側電極加以電連接，而電極143、電極146和電極147作為公共電極加以電連接。在壓電變壓器140的初級側電極與公共電極間，一旦施加頻率處于能激起矩形板142沿長度方向產生伸縮機械振動的共振頻率附近的交流電壓，就會激起壓電變壓器140產生圖36(2)所示位置變化分布的那種沿長度方向產生伸縮的機械振動。所激起的機械振動因壓電效應而被轉換成電壓，按照初級側電極和次級側電極間的阻抗比而形成高電壓，能從作次級側電極用的電極154和公共電極間取出。
這種壓電變壓器140，因采用3λ/2振動模型而能減小壓電變壓器機械振動的振幅，抑制彈性變形，和提高驅動頻率，因而能使壓電變壓器處理大功率。
但是，在這種3λ/2振動模型的壓電變壓器140中，與λ/2振動模型的壓電變壓器100同樣，如圖36(3)所示，機械振動所產生的應力最大的部分(圖36(3)中的P點)，與極化方向不連續的部分(在矩形板140中是被電極147和電極148所夾持的部分，電極154側的端部附近)幾乎一致，由于矩形板142機械強度薄弱的極化方向不連續的部分產生的應力大，所以仍存在容易產生裂紋的課題。
針對以上課題，有人提出對于機械振動引起應力最大的部分與極化方向不連續的部分，互相不一致的λ/2振動模型的壓電變壓器120(圖33)結構，采用3λ/2振動模型使之激起振動。圖37(1)是圖33所示壓電變壓器120的側視圖。圖37(2)表示對壓電變壓器120采用3λ/2振動模型激起振動時刻矩形板122上感應出的電荷分布，圖37(3)表示當矩形板122上感應出圖37(2)所示電荷分布時使壓電變壓器120激起機械振動小長度方向上位置變化的分布。圖37(2)中，橫軸表示壓電變壓器120沿長度方向的位置。縱軸表示因振動感生電荷的正負極性和電荷量。在圖37(3)中，橫軸表示壓電變壓器120沿長度方向的位置。而縱軸表示因壓電變壓器120的機械振動引起長度方向的位置變化，+方向表示壓電變壓器120沿長度方向向右側位置變化，而-方向則表示沿長度方向向左側位置變化。
這種情況下，壓電變壓器因采用3λ/2振動模型而能使壓電變壓器機械振動的振幅減小，抑制彈性變形。此外由于機械振動造成應力最大的部分與極化方向不連續的部分不一致，所以能夠解決容易產生裂紋的這一課題。
但是，即使是這種情況下的壓電變壓器，仍然存在以下課題。一般而言，壓電變壓器將輸入初級側電極的電能轉變換成機械能，進而將該機械能還以電能形式從次級側電極取出。若表示初級側電極中壓電體電能與機械能轉變比例的實際電—機械結合系數keff大，則能以高比例將電能轉變換成機械能，在壓電變壓器相同體積下能夠處理更大電功率。在λ/2振動模型情況下，壓電變壓器的初級側電極的實際電—機械結合系數keff，若矩形板的厚度與寬度相同，則初級側電極越長越大。
然而，對于圖37(1)所示的那種采用3λ/2振動模型的壓電變壓器120而言，如果將初級側電極124和126的各自長度設計得過長，以致超過使矩形板122產生3λ/2振動時感生電荷極性的轉變點，則與初級側電極長度未超過感生電荷極性轉變點情況下振幅(圖37(3)中點劃線所示的振幅)的最大值相比，僅因電荷中和(圖37(2)所示的斜線部分)，如圖37(3)的實線所示，就會使壓電變壓器120的振幅最大值將減小。這相當于表示初級側電極中電能轉變換成機械能比例用的實際電—機械結合系數keff減小。因而產生壓電變壓器所能處理的電功率減小的課題。
另一方面，為了使振動感生的電荷不被中和，如果將壓電變壓器120的初級側電極124和電極126的長度，如圖38(1)所示，設計得不超過上述振動所感生電荷的極性轉變點，則如圖38(2)所示，壓電變壓器120的機械振動振幅最大值，將會變得比圖37(3)中實線所示的振幅最大值還大。然而，作初級側電極用的電極124和電極126的各自長度，相對于使矩形板122激起相當于二分之三波長的彈性波，如果被限制在與二分之一波長相當的長度上，由于這相當于將初級側電極的實際電—機械結合系數keff減小，所以依然存在壓電變壓器120所能處理的電功率受到限制的課題。
綜上所述，人們希望一種輸出阻抗小的壓電變壓器問世，以便能加大向與壓電變壓器連接的冷陰極間等負載中級電流的能力。人們還希望看到一種能提高升壓比的壓電變壓器。更希望看到一種能夠實現驅動效率高的壓電變壓器。此外還希望一種在小變形下能處理大電功率的壓電變壓器出現。此外在壓電變壓器制造方面，人們要求能削減制造工序和縮短制造所需的時間。不僅如此，人們希望看到一種能在不妨礙壓電變壓器振動的條件下支持固定壓電變壓器，通過支持臺接線柱將壓電變壓器的輸入輸出電極可靠進行電連接的支持臺。

發明內容
本發明目的在于提供一種能處理大電功率的可靠性高的壓電變壓器。
本發明的其他目的在于提供一種初級側電極的電—機械結合系數keff大的壓電變壓器。
本發明的另一目的在于提供一種能設定高升壓比的壓電變壓器。
本發明的又一目的在于削減壓電變壓器制造工序和縮短制造所需的時間。
為了解決上述課題，本發明的第一種壓電變壓器，包括由壓電材料制成的矩形板和在所說的矩形板上形成的初級側電極和次級側電極，對所說的初級側電極施加交流電壓，使所說的矩形板沿所說的矩形板長度方向激起相當于二分之三波長伸縮的機械振動，從所說的次級側電極輸出電壓的變壓器，其構成為所說的初級側電極沿與所說的矩形板厚度方向垂直的兩個主面相對夾持所說的矩形板形成的多個電極對組成，所說的次級側電極由多個電極組成。
在所說的壓電變壓器中，初級側電極優選由以所說的矩形板長度方向為基準在中央部分形成的第一電極對，和以所說的矩形板長度方向為基準，處于所說的第一電極對兩側并與所說的第一電極對相鄰形成的第二和第三電極對組成。
在所說的壓電變壓器中，所說的矩形板優選由壓電陶瓷或壓電單晶組成，所說的矩形板中被所說的第二和第三電極對夾持的區域內壓電陶瓷的極化方向或壓電單晶的C軸方向，與被所說的矩形板的所說的第一電極對所夾持的區域內的極化方向或C軸方向不同。
在所說的壓電變壓器中，所說的矩形板優選由壓電陶瓷或壓電單晶組成，所說的矩形板中被所說的第一、第二和第三電極對夾持的區域內壓電陶瓷的極化方向或壓電單晶的C軸方向全等。
在所說的壓電變壓器中，所說的次級側電極預選在所說的矩形板長度方向的兩個端部附近形成。
本發明的第二種壓電變壓器，是一種包括壓電材料制成的矩形板和在所說的矩形板上形成的初級側電極和次級側電極，對所說的初級側電極施加交流電壓，使所說的矩形板沿著所說的矩形板長度方向激起相當于二分之三波長伸縮的機械振動，從所說的次級側電極輸出電壓的變壓器，其中所說的矩形板由沿厚度方向疊層的多個壓電體層組成，所說的初級側電極由所說的多個壓電體層和多個電極層沿所說的矩形板厚度方向疊層而成，而且由多個電極組沿長度方向組成，所說的次級側電極沿所說的矩形板長度方向的兩個端部附近形成。
在所說的壓電變壓器中，初級側電極由以所說的矩形板長度方向為基準在中央部分形成的第一電極組，和以所說的矩形板長度方向為基準處于所說的第一電極組兩側并與所說的第一電極組相鄰形成的第二和第三電極組組成。
在所說的壓電變壓器中，所說的矩形板內部電極層的端部，優選從所說的矩形板寬度方向的端面露出，所說的矩形板內部電極層用所說的端面電連接。
在所說的壓電變壓器中，所說的矩形板內部電極層的端部，優選僅從所說的矩形板寬度方向一個端面露出，所說的矩形板內部電極層僅用所說的一個端面電連接。
在所說的壓電變壓器中，所說的初級側電極中沿與所說的矩形板厚度方向垂直的兩個主面上形成的電極，優選從所說的主面至所說的矩形板寬度方向的一個端面形成。
在所說的壓電變壓器中，所說的次級側電極優選在所說的矩形板長度方向的兩個端部附近形成。而且在所說的矩形板長度方向上，所說的第一電極對或電極組中的電極長度，小于所說的矩形板的三分之一。
在所說的壓電變壓器中，所說的第一、第二和第三電極對，或者第一、第二第三電極組，優選與所說的矩形板長度方向垂直，而且沿著將所說的矩形板長度方向二等分的中心線對稱形成。
在所說的壓電變壓器中，所說的第二和第三電極對中的電極面積，優選分別小于所說的第一電極對中的電極面積。同樣，所說的第二和第三電極組中的電極面積也分別比所說的第一電極組中的電極面積小。
在所說的矩形板寬度方向上，所說的第二和第三電極對中的電極長度，分別優選與所說的第一電極對的電極長度相等。同樣，在所說的矩形板寬度方向上，所說的第二和第三電極組中的電極長度，也分別優選與所說的第一電極組的電極長度相等。而且在所說的矩形板長度方向上，所說的第二和第三電極對中的電極長度，分別優選為所說的第一電極對電極長度的10％以上和100％以下。同樣，在所說的矩形板長度方向上，所說的第二和第三電極組中的電極長度，也分別優選為所說的第一電極組電極長度的10％以上和100％以下。
在所說的壓電變壓器中，所說的次級側電極優選在所說的矩形板長度方向上兩個端部附近形成。而且所說的矩形板優選由壓電陶瓷或壓電單晶組成，在所說的矩形板的所說的次級側電極附近，壓電陶瓷的極化方向或者壓電單晶的C軸方向，在所說的矩形板長度方向上相等。
在所說的壓電變壓器中，所說的次級側電極優選在與所說的初級側電極形成面相同的面上形成。
在所說的壓電變壓器中，所說的次級側電極優選在所說的矩形板長度方向的兩個端部附近形成。而且優選在所說的壓電變壓器機械振動的支點部分，具有固定所說的壓電變壓器，而且由與電極接觸的導電性材料組成的支持部件。
本發明的一種升壓電路，包括所說的壓電變壓器，向所說的壓電變壓器供給輸入電壓的輸入電路和取出所說的壓電變壓器輸出電壓的輸出電路。
本發明的一種冷陰極管發光裝置，包括所說的壓電變壓器，向所說的壓電變壓器供給輸入電壓的輸入電路和取出所說的壓電變壓器輸出電壓的輸出電路，而所說的輸出電路中包含冷陰極管。
在所說的升壓電路或者所說的冷陰極管發光裝置中，所說的壓電變壓器中，對與矩形板厚度方向垂直的兩個主面上相對夾持所說的矩形板形成的多個初級側電極對所施加交流電壓的相位，優選與所說的初級側電極對不同。
在所說的升壓電路或者冷陰極管發光裝置中，優選的是所說的初級側電極對由以所說的矩形板長度方向為基準在中央部分形成的第一電極對，以及以所說的矩形板長度方向為基準在所說的第一電極對兩側，而且與所說的第一電極對相鄰形成的第二電極對和第三電極對組成。而且對所說的第一電極對施加交流電壓的相位，與對所說的第二電極對和第三電極對施加交流電壓的相位相差180度。
本發明的液晶板，組裝有所說的的冷陰極發光裝置。
本發明的儀器組裝有所說的液晶板。

圖1是本發明實施方式1壓電變壓器的軸側視圖。
圖2是圖1所示壓電變壓器的(1)側視圖，(2)位置變化分布圖，(3)應力分布圖，和(4)電荷分布圖。
圖3是已往的壓電變壓器與，實際電—機械結合系數隨初級側電極長度變化的示意圖。
圖4是本發明實施方式1的壓電變壓器與，實際電—機械結合系數隨初級側電極長度變化的示意圖。
圖5是本發明實施方式1的壓電變壓器與已有壓電變壓器的阻抗對照圖。
圖6是本發明實施方式2的壓電變壓器的軸側視圖。
圖7是圖6所示壓電變壓器的(1)側視圖，(2)位置變化分布圖，(3)應力分布圖，和(4)電荷分布圖。
圖8是本發明實施方式3的壓電變壓器的軸側視圖。
圖9是圖8所示壓電變壓器的(1)側視圖，(2)位置變化分布圖，(3)應力分布圖，和(4)電荷分布圖。
圖10是本發明實施方式4的壓電變壓器的軸側視圖。
圖11是圖10所示壓電變壓器的(1)側視圖，(2)位置變化分布圖，(3)應力分布圖，和(4)電荷分布圖。
圖12是本發明實施方式5的壓電變壓器的(1)側視圖，(2)寬度方向斷面圖，(3)本發明實施方式5的壓電變壓器變形實例的寬度方向斷面圖。
圖13是圖12(1)的壓電變壓器側視圖。
圖14是表示圖12(1)的壓電變壓器其他實施例的側視圖。
圖15是本發明實施方式6壓電變壓器的軸側視圖。
圖16是本發明實施方式6壓電變壓器另一實施例的軸側視圖。
圖17是表示圖16壓電變壓器中電極連接的軸側視圖。
圖18是本發明實施方式7壓電變壓器的(1)側視圖，(2)位置變化分布圖，(3)電荷分布圖。
圖19是作為本發明實施方式7另例的壓電變壓器的(1)側視圖，(2)電荷分布圖，(3)位置變化分布圖。
圖20是本發明實施方式8壓電變壓器的軸側視圖。
圖21是本發明實施方式9壓電變壓器的軸側視圖。
圖22是圖21的壓電變壓器的(1)側視圖，(2)位置變化分布圖。
圖23是本發明實施方式10壓電變壓器的軸側視圖。
圖24是圖23的壓電變壓器的側視圖。
圖25是在本發明實施方式10的壓電變壓器上連接冷陰極管的側視圖。
圖26是本發明實施方式10壓電變壓器另一實例的軸側視圖。
圖27是圖26壓電變壓器的側視圖。
圖28是表示用本發明壓電變壓器的升壓電路結構方框圖。
圖29是表示使用本發明壓電變壓器的冷陰極管發光裝置結構的方框圖。
圖30是使用圖29冷陰極管發光裝置的液晶板的示意圖。
圖31是一種過去輸出λ/2振動模型的壓電變壓器的軸側視圖。
圖32是圖31的壓電變壓器的(1)側視圖，(2)位置變化分布圖，(3)應力分布圖，和(4)電荷分布圖。
圖33是一種過去輸出λ/2振動模型的壓電變壓器的軸側視圖。
圖34是圖33的壓電變壓器的(1)側視圖，(2)位置變化分布圖，(3)應力分布圖，和(4)電荷分布圖。
圖35是一種過去輸出3λ/2振動模型壓電變壓器的軸側視圖。
圖36是圖35的壓電變壓器的(1)側視圖，(2)位置變化分布圖，(3)應力分布圖，和(4)電荷分布圖。
圖37是使圖33的壓電變壓器以3λ/2振動模型激振情況下的(1)側視圖，(2)電荷分布圖和(3)位置變化分布圖。
圖38是圖37的壓電變壓器中，縮短中央電極長度的情況下的(1)側視圖，(2)電荷分布圖和(3)位置變化分布圖。圖中，200、240壓電變壓器；202、242矩形板；203、204、205、206、207、208、243、244、245、246、247、248初級側電極；216、217、256、257次級側電極。
具體實施例方式
以下參照

本發明的實施方式。(實施方式1)圖1是本發明實施方式1中3λ/2振動模型壓電變壓器的軸側視圖，圖2(1)是圖1所示壓電變壓器的側視圖。在圖1和圖2(1)中壓電變壓器200由壓電材料制成的矩形板202構成。首先采用圖1所示的直角座標系定義矩形板202的方向。矩形板202的長度方向、寬度方向和厚度方向，分別指圖1的直角座標系中的x軸方向、y軸方向和z軸方向。這適用于以后說明的全部壓變壓器。而且在以后的說明中，單指長度表示矩形板長度方向的長度。矩形板寬度方向的長度和矩形板厚度方向的長度，分別指矩形板的寬度和厚度。在圖1和圖2(1)中，與矩形板202厚度方向垂直的兩個主面上形成初級側(輸入側)電極。這兩個主面中，一個主面上形成由電極203、電極205和電極207組成的初級側電極，另一主面上形成由極204、電極206和電極208組成的初級側電極。其中構成在相同主面上形成的初級側電極的間距，例如優選處于矩形板厚度的一倍至一倍半范圍內。而且電極203和電極204各自的中心線，可以形成得與矩形板202的中心線219實際上一致。電極203和電極204，電極205和電極206，以及電極207和電極208，分別沿矩形板202厚度方向互相相對形成。矩形板202長度方向的兩個端面上，形成電極216和電極217作為次極側(輸出側)電極。電極203、電極204、電極205、電極206、電極207、電極208、電極216和電極217均由銀、鎳或金等金屬制成，采用蒸鍍法、濺射法、印刷法或電鍍法等工業方法形成。
首先關于圖1和圖2(1)中矩形板202上注明的箭頭，在矩形板202的材料為鈦酸鋯(PZT)等壓電陶瓷的情況下表示極化方向，而在壓電晶體的情況下表示c軸取向的方向。矩形板202為壓電陶瓷的情況下，應當在電極203與電極204之間，電極205與電極206之間，電極207與電極208之間，沿著矩形板202厚度方向施加適當直流高電壓進行極化處理。而且還應當在電極205、電極206和電極216之間，在電極207、電極208和電極217之間，沿著矩形板長度方向施加適當的直流高電壓進行極化處理。
接著說明壓電變壓器200的動作。在圖2(1)中，作一方初級側電極用的電極203、電極205和電極207與接線柱A電連接。而且作另一方初級側電極用的電極204、電極206和電極208，以公共電極形式與接線柱B和D電連接。此外，作次級側電極用的電極216和電極217與接線柱C電連接。其中當在接線柱A和接線柱B之間施加頻率處于能激起矩形板202沿長度方向產生伸縮機械振動共振頻率附近的交流電壓(輸入電壓)時，將激起壓電變壓器200沿長度方向產生伸縮的機械振動。被激起的機械振動因壓電效應而轉換成電壓，因而能夠以輸出電壓形式，從接線柱CD之間取出與初級側電極與次級側電極阻抗比對應的高電壓。
圖2(2)表示對壓電變壓器200沿長度方向產生3λ/2波長伸縮機械振動時刻長度方向的位置變化分布。其中橫軸表示壓電變壓器200長度方向的位置變化。縱軸表示某瞬間壓電變壓器200因機械振動在長度方向的位置變化，+方向表示沿長度方向向右側位置變化，而-方向則表示沿長度方向向左側位置變化。此外，在圖2(3)和圖2(4)分別表示壓電變壓器200在圖2(2)所示的位置變化時矩形板202內部的應力分布，和因振動感生的電荷分布。圖2(3)中，橫軸表示壓電變壓器200沿長度方向的位置。而縱軸表示在長度方向壓縮、伸長方向內部應力的大小。此外圖2(4)中，橫軸表示壓電變壓器200沿長度方向的位置。而縱軸表示因振動感生電荷的正負極性和電荷量。
本實施方式的壓電變壓器200，由于采用3λ/2振動模型，所以能減小機械振動的振幅、抑制彈性變形，而且在提高驅動頻率的條件下能夠在一次振動中減小處理的電功率，通過增大振動次數能夠處理大電功率。
而且本實施方式的壓電變壓器200中，在圖2(2)所示的3λ/2振動模型下，如圖2(3)所示，大應力發生的部分(P1、P2、P3點)，與極化方向不連續的部分(在矩形板202中，被電極203和電極204所夾持的部分與被電極205和電極206所夾持的部分之間，被電極203和電極204所夾持的部分與被電極207和電極208所夾持的部分之間，是被電極205和電極206所夾持的部分，處于電極216側端部附近，是被電極207和電極208所夾持的部分，處于電極217側端部附近)不一致。也就是說，通常動作時機械強度弱的極化不連續部分沒有大的應力和變形。因此，本實施方式的壓電變壓器能夠處理大的電功率，實現可靠性高的壓電變壓器。
此外，如圖2(1)所示，在本實施方式的壓電變壓器200中，由于電極203和電極204間厚度方向的極化方向，與電極205和電極206間、以及電極207和電極208間厚度方向的極化方向不同，所以即使在電極203和電極204間、電極205和電極206間、以及電極207和電極208間施加相同相位的交流電壓，因振動感生的電荷的極性相同而不會互相抵消。此外，初級側電極長度，各自處于矩形板202主面上，由于可以大體視為增加到三個電極，所以本實施方式中不會產生電荷抵消，初級側電極長度設計得比已有壓電變壓器的更長。因此，初級側電極的實際電—機械結合系數keff也能比已有壓電變壓器的更大，所以能夠增大單位體積壓電變壓器所能處理的電功率。其中為了有效地獲得實際電—機械結合系數keff，電極205、電極206、電極207和電極208的長度，分別優選為電極204長度的十分之一以上。一般而言，由于電極203和電極204、電極205和電極206、以及電極207和電極208的長度分別一一相等，所以當將電極203和電極204的各自長度定為L1，將電極205和電極206的長度定為L2，并將電極207和電極208的各自長度定為L3時(參照圖2(1))，將會使L2＜L1/10，且L3＜L1/10的關系成立。此時，必須適當設計電極205、電極206、電極207和電極208的各自長度(配置)，使極化方向不連續的部分(在矩形板202中，是被電極205和電極206所夾持的部分，處于電極216側端部附近，和是被電極207和電極208所夾持的部分，處于電極217側端部附近)，與產生大應力的部分(例如圖2(3)中的P1點和P3點)不一致。
以下對本實施方式的壓電變壓器中初級側電極的實際電—機械結合系數keff，與圖33所示已有壓電變壓器120中初級側電極的實際電—機械結合系數keff進行比較。一般來說，λ/2振動模型的壓電變壓器，與3λ/2振動模型的壓電變壓器相比，初級側電極的實際電—機械結合系數keff大。本實施方式的壓電變壓器200雖然采用3λ/2振動模型，但是初級側電極的實際電—機械結合系數keff卻能增大到與λ/2振動模型的壓電變壓器相同的程度。以下用圖3和圖4進行具體說明。
首先圖3(1)是圖33所示壓電變壓器120的軸側視圖。與圖33同樣，壓電變壓器120由壓電材料制成的矩形板122、作初級側(輸入側)電極用的電極124和電極126、作次極側(輸出側)電極用的電極128和電極130構成。將矩形板122的長度為L，初級側電極124及電極126的長度分別定為L1。電極124、電極126、電極128和電極130的厚度，與矩形板的厚度相比十分薄。圖3(1)中的箭頭，表示矩形板122的極化方向(材料用壓電陶瓷時)。
圖3(2)表示，使用矩形板122的長度L已被標準化，矩形板122的寬度和厚度分別為0.15L和0.02L，而且矩形板沿長度方向伸縮振動的電—機械結合系數keff為0.36的壓電陶瓷的情況下，壓電變壓器120初級側電極的實際電—機械結合系數keff分別與作初級側電極用電極124和電極126各自長度之間的關系。橫軸表示矩形板122長度L已被標準化的初級側電極124和電極126各自的長度L1，縱軸表示實際電—機械結合系數keff。而且圖3(2)中的實線表示壓電變壓器120以λ/2振動模型振動的情況下初級側電極的實際電—機械結合系數keff，而虛線表示壓電變壓器120以3λ/2振動模型振動的情況下初級側電極的實際電—機械結合系數keff。就圖3(2)中實線而言，初級側電極的實際電—機械結合系數keff，當作初級側電極用的電極124和電極126的各自長度L1接近1.0時，接近0.36。這相當于沿與矩形板122厚度方向垂直的兩個主面全面形成電極時，激起沿長度方向振動情況下的電—機械結合系數keff。而且圖3(2)中的點A和B，均表示當作初級側電極用的電極124和電極126的各自長度L1為0.32情況下初級側電極的實際電—機械結合系數keff，在λ/2振動模型下為0.29(點A)，而在3λ/2振動模型下為0.17(點B)。
另一方面，圖4(1)是本實施方式壓電變壓器200的軸側視圖。將繼續202的長度定為L，作初級側電極用電極203和電極204的各自長度定為L11，電極205、電極206、電極207和電極208的各自長度定為L12。在電極203和電極205之間，電極203和電極207之間，電極204和電極206之間，以及電極204和電極208之間有比L11小得多的間隔。電極203、電極204、電極205、電極206、電極207、電極208、電極216和電極217的厚度，比矩形板202的厚度相比薄得多。而且圖4(1)中的箭頭表示矩形板202中的極化方向(材料用壓電陶瓷時)。
圖4(2)與圖3(2)同樣，表示使用矩形板202長度L已被標準化，矩形板202的寬度和厚度分別為0.15L和0.02L，而且矩形板沿長度方向伸縮振動的電—機械結合系數k31為0.36的壓電陶瓷的情況下，壓電變壓器200初級側電極的實際電—機械結合系數keff與作初級側電極用電極205、電極206、電極207和電極208長度L12之間的關系。橫軸表示矩形板202長度L已被標準化的初級側電極1205、電極206、電極207和電極208各自的長度L12，縱軸表示實際電—機械結合系數keff。此外，作初級側電極用的電極203和電極204的各自長度L11均為0.24L時的情況。
通過圖4(2)，作初級側電極用電極205、電極206、電極207和電極208各自的長度L12為0.3L時，初級側電極的實際電—機械結合系數keff約為0.3。這與圖3(2)所示A點初級側電極的實際電—機械結合系數keff大體相等。因此，本實施方式中以3λ/2振動模型的壓電變壓器200，能夠實現與λ/2振動模型的壓電變壓器120同等程度的實際電—機械結合系數keff值。
此外，按照本實施方式的壓電變壓器次級側電極電容大，輸出阻抗小，可以實現能夠比已往的壓電變壓器在次級側電極中流過更多電流的壓電變壓器。以下就采用3λ/2振動模型的已往的壓電變壓器140(圖35和圖36)進行對比說明。
圖5是本實施方式中壓電變壓器200和已往的壓電變壓器140的側視圖。其中圖5(1)和圖5(2)的壓電變壓器，分別與圖2(1)和圖36(1)的壓電變壓器同樣，均是將初級側電極和次級側電極電連接構成輸入輸出回路的。而且為簡單起見，省略了對壓電變壓器200構成初級側電極的各電極長度方向間隙的表示，和對壓電變壓器140構成初級側電極的各電極長度方向間隙的表示。
構成壓電變壓器200的矩形板202與構成壓電變壓器140的矩形板142，材料相同、體積相同、寬度和厚度也相同時，壓電變壓器200與壓電變壓器140在初級側電極電容CO1上的差別，取決于初級側電極的長度，而壓電變壓器200與壓電變壓器140在次級側電極電容CO2上的差別，取決于初級側電極至次級側電極的的長度。首先將矩形板202和矩形板142的長度均設定為L，為了使壓電變壓器200與壓電變壓器140在初級側電極電容CO1上保持一致，在壓電變壓器200中將構成初級側電極的電極203和電極204各自長度設定為L/3，將電極205、電極206、電極207和電極208各自長度設定為L/4。而且在壓電變壓器140中將構成初級側電極的電極143、電極144、電極145和電極146各自的長度設定為L/3，將電極147和電極148各自的長度設定為L/6。這種情況下，壓電變壓器200與壓電變壓器140在初級側電極的長度，均為5L/6。也就是說，壓電變壓器200與壓電變壓器140在初級側電極電容CO1分別相等。
以下說明上述情況下次級側電極的電容CO2。在壓電變壓器140中，從作次級側電極用的電極154至電極147和電極148的長度為L/6，而在壓電變壓器200中，從作次級側電極用的電極216至電極205和電極206的長度，及從作次級側電極用的電極217至電極207和電極208的長度均為L/12。因此，壓電變壓器200中兩個次級側電極的電容CO2，分別是壓電變壓器140中次級側電極電容CO2的二倍，此外由于這些電容并聯，所以壓電變壓器200中次級側電極電容CO2是壓電變壓器140中次級側電極電容CO2的四倍。
從上述說明看出，對于材料相同、形狀也相同的矩形板來說，在初級側電極電容相同的情況下，本實施方式的壓電變壓器200與已往的壓電變壓器相比，次級側電極電容大，能夠減小次極的阻抗(輸出阻抗)，所以是一種能夠流過更多電流的結構。
此外，圖1和圖2(1)所示矩形板202的極化方向，并不限于圖中所示的。電極205和電極206之間，電極207和電極208之間的極化方向，可以與矩形板202的厚度方向相同，與電極203和電極204之間的極化方向不同。作次級側電極用電極216和電極217附近的極化方向，也可以與矩形板202的長度方向互相不同。即使在這種情況下，也能夠得到以上說明的內容和同樣效果。
圖2(1)中雖然是以初級側電極用的電極204、電極206和電極208作為公共電極加以說明的，但是即使以初級側電極用的電極203、電極205和電極207作為公共電極，也能獲得以上說明的內容和同樣效果。
在圖1和圖2(1)中所示的壓電變壓器200中，電極203、電極205和電極207，與電極204、電極206和電極208之間分別采用其他方式事先電連接的，但是只要矩形板200的極化方向滿足本實施方式所示的關系，電極203、電極205和電極207，與電極204、電極206和電極208也可以分別以一個電極形式構成，同樣能獲得以上說明的內容和同樣的效果。
此外，本實施方式中雖然是使用壓電陶瓷作為矩形板材料說明的，但是使用鈮酸鋰等壓電晶體，只要以c軸方向作為極化方向，能夠獲得與壓電陶瓷情況下同樣的效果。(實施方式2)圖6是本發明實施方式2中3λ/2振動模型壓電變壓器的軸側視圖，圖7(1)是圖6所示壓電變壓器的側視圖。在圖6和圖7(1)中，壓電變壓器220由壓電材料制成的矩形板222構成。與矩形板222厚度方向垂直的兩個主面上形成初級側(輸入側)電極。這兩個主面中，一個主面上形成由電極223、電極225和電極227組成的初級側電極，另一主面上形成由電極224、電極226和電極228組成的初級側電極。而且電極223和電極224各自的中心線，可以形成得與矩形板222的中心線239實際上一致。電極223和電極224，電極225和電極226，以及電極227和電極228，分別沿矩形板222厚度方向互相相對形成。矩形板222長度方向的兩個端面上，形成電極236和電極237作為次極側(輸出側)電極。電極223、電極224、電極225、電極226、電極227、電極228、電極236和電極237均由銀、鎳或金等金屬制成，采用蒸鍍法、濺射法、印刷法或電鍍法等工業方法形成。
圖6和圖7(1)中，矩形板222上注明的箭頭，是在矩形板222的材料為鈦酸鋯(PZT)等壓電陶瓷的情況下表示極化方向，而在壓電晶體的情況下表示c軸取向的方向。矩形板222為壓電陶瓷的情況下，應當在電極223與電極234之間，電極225與電極226之間，電極227與電極228之間，沿著矩形板202厚度方向施加適當直流高電壓進行極化處理。而且還應當在電極225、電極226和電極236之間，在電極227、電極228和電極237之間，沿著矩形板222的長度方向施加適當的直流高電壓進行極化處理。
接著說明壓電變壓器220的動作。在圖7(1)中，作一方初級側電極用的電極223、電極226和電極228與接線柱A電連接。而且作另一方初級側電極用的電極224、電極225和電極227，作為公共電極與接線柱B和D電連接。此外，作次級側電極用的電極236和電極237與接線柱C電連接。其中當接線柱A和接線柱B之間施加頻率處于能激起矩形板222沿長度方向產生伸縮機械振動共振頻率附近的交流電壓(輸入電壓)時，將激起壓電變壓器220沿長度方向伸縮的機械振動。被激起的機械振動因壓電效應而變換成電壓，因而能以輸出電壓的形式，從接線柱CD之間取出與初級側電極與次級側電極阻抗比對應的高電壓。
圖7(2)表示使壓電變壓器220沿長度方向產生3λ/2波長伸縮機械振動時刻長度方向的位置變化分布。其中橫軸表示壓電變壓器220長度方向的位置變化。縱軸表示某瞬間壓電變壓器220因機械振動而在長度方向的位置變化，+方向表示壓電變壓器220沿長度方向向右側的位置變化，而-方向則表示沿長度方向向左側的位置變化。此外，在圖7(3)和圖7(4)分別表示壓電變壓器220在圖7(2)所示的位置變化時矩形板222內部的應力分布，和因振動感生的電荷分布。在圖7(3)中，橫軸表示壓電變壓器220沿長度方向的位置。而縱軸表示在長度方向壓縮、伸長方向內部應力的大小。此外圖7(4)中，橫軸表示壓電變壓器220沿長度方向的位置。而縱軸表示因振動感生電荷的正負極性和電荷量。
本實施方式的壓電變壓器220，由于初級側電極的極化方向與矩形板222厚度方向一致，所以與本發明實施方式1中的壓電變壓器220那樣，通過在極化處理時初級側電極長度方向的間隙(電極223、電極224與電極225.電極226之間，以及電極223、電極224與電極227、電極228之間)施加與矩形板222厚度方向反向的高電場，能夠抑制內部變化和裂紋產生。因此，與本發明的實施方式1中的壓電變壓器220相比，上述電極間間隙極化后殘余變形小，而且極化方向不連續的部分少，所以能實現機械強度高的壓電變壓器。
此外，一旦在接近的電極間使電場方向相反的情況下進行極化處理，雖然有時在電極邊界附近因充分未極化而使實際電—機械結合系數keff降低，但是對本實施方式中的壓電變壓器沒有影響。
而且本實施方式壓電變壓器220中，在圖7(2)所示的3λ/2振動模型下，如圖7(3)所示，產生大應力的部分(P1、P2、P3點)，與極化方向不連續的部分(在矩形板222中，是被電極225和電極226所夾持的部分，處于電極236側端部附近，是被電極225和電極226所夾持的部分，處于電極237側端部附近)不一致。也就是說，與本發明實施方式1同樣，通常動作時機械強度弱的極化不連續部分沒有施加大的應力和變形。因此，本實施方式的壓電變壓器能夠處理大的電功率，實現可靠性高的壓電變壓器。
此外，如圖6和圖7(1)所示，對于本實施方式的壓電變壓器220而言，在矩形板222中，電極223和電極224間，電極205和電極226間、以及電極227和電極228間厚度方向的極化方向相同，而一組初級側電極由電極223、電極226和電極228所構成，而另一組初級側電極由電極224、電極225和電極227所構成，所以即使在電極223和電極224間施加的交流電壓相位，與在電極225和電極226間、以及電極227和電極228間施加交流電壓的相位相差180度，如圖7(4)所示，因振動感生的電荷的極性相同而不會互相抵消。因此，初級側電極的長度，分別矩形板222主面上由于可以視為增加到大約三個電極，所以本實施方式中能將初級側電極的長度設計得較長。因此，初級側電極的實際電—機械結合系數keff也能比已有壓電變壓器中的更大，因而能夠增大單位體積壓電變壓器所處理的電功率。
本實施方式的壓電變壓器220，由于采用3λ/2振動模型，所以能減小機械振動的振幅并抑制彈性變形，而且在提高驅動頻率的情況下能減小一次振動所處理的電功率，增加振動次數，因而能處理大的電功率。
此外，本實施方式的壓電變壓器220，初級側電極和次級側電極是與本發明的實施方式1的壓電變壓器200同樣形成的，所以能減小次極側的阻抗(輸出阻抗)，是一種能流過更多電流的結構。
此外，圖6和圖7(1)所示的壓電變壓器220的極化方向，并不限于圖中所示的。作初級側電極用的電極223和電極224之間，電極225和電極226之間，以及電極227和電極228之間的極化方向，既可以與矩形板222的厚度方向相同，而且作次級側電極用的電極236和電極237附近的極化方向，也可以與矩形板222的長度方向不同。即使在這種情況下，也能得到以上說明的內容和同樣效果。
圖7(1)中雖然是以初級側電極用電極224、電極225和電極227作公共電極加以說明的，但是即使以初級側電極用電極223、電極226和電極228作公共電極，也能獲得以上說明的內容和同樣效果。
此外，本實施方式中雖然是使用壓電陶瓷作為矩形板材料說明的，但是使用鈮酸鋰等壓電晶體，只要以c軸方向作為極化方向，也能獲得與壓電陶瓷情況下同樣的效果。(實施方式3)圖8是本發明實施方式3中3λ/2振動模型壓電變壓器的軸側視圖，圖9(1)是圖8所示壓電變壓器的側視圖。在圖8和圖9(1)中，壓電變壓器240由壓電材料制成的矩形板242構成。在矩形板242長度方向的中央附近，沿矩形板242的長度方向和厚度方向上形成由多個電極組成的初級側(輸入側)電極。這是一種在矩形板242的厚度方向由壓電陶瓷等壓電材料制成的壓電體層與由金屬材料等制成的內部電極層互相疊層而成的疊層結構。
圖9(1)中，在與矩形板242的厚度方向垂直的兩個主面上相對形成初級側電極間，存在五個壓電體層和四個電極層。在與矩形板242厚度方向垂直的一個主面上，分別形成電極300、電極310和電極320，在矩形板242的另一主面上分別形成電極301、電極311和電極321。此外矩形板242內部，形成電極302、電極303、電極304和電極305，電極312、電極313、電極314和電極315，電極322、電極323、電極324和電極325。電極300、電極301、電極302、電極303、電極304和電極305，在矩形板242的厚度方向互相相對。同樣，電極310、電極311、電極312、電極313、電極314和電極315，也在矩形板242的厚度方向互相相對。而且電極320、電極321、電極322、電極323、電極324和電極325，也在矩形板242的厚度方向互相相對。電極300、電極302和電極304互相電連接構成電極243，電極301、電極303和電極305互相電連接構成電極244。同樣，電極310、電極312和電極314互相電連接構成電極245，電極311、電極313和電極315互相電連接構成電極246。而且電極320、電極322和電極324互相電連接構成電極247，電極321、電極323和電極325互相電連接構成電極248。構成電極243和電極244各電極的中心線，可以形成得與矩形板242的中心線259實際上一致。矩形板242長度方向的兩個端面上，形成電極256和電極257作為次極側(輸出側)電極。電極300、電極301、電極310、電極311、電極320、電極321、電極256和電極257均由銀、鎳或金等金屬制成，采用蒸鍍法、濺射法、印刷法或電鍍法等工業方法形成。
另外，圖9(1)中，矩形板242上注明的箭頭，表示壓電材料的極化方向。被電極300至電極301的電極所夾持的各壓電體的層間，被電極310至電極311的電極所夾持的各壓電體的層間，以及被電極320至電極321的電極所夾持的各壓電體的層間的矩形板242中，極化方向是矩形板242厚度方向，矩形板242的厚度方向及長度方向相鄰的各電極間處于相反方向。在電極245、246與電極256之間，以及電極247、248與電極257之間，矩形板242的長度方向被極化，它們極化的方向互相相反。通過在各自區域施加適當直流高電壓的方式進行極化處理。
接著說明壓電變壓器240的動作。在圖9(1)中，作一方初級側電極用的電極243、電極245和電極247與接線柱A電連接。而且作另一方初級側電極用的電極244、電極246和電極248，作為公共電極與接線柱B和D電連接。此外，作次級側電極用的電極256和電極257與接線柱C電連接。其中當接線柱A和接線柱B之間，作為輸入電壓，施加頻率處于能激起矩形板242沿長度方向產生伸縮機械振動共振頻率附近的交流電壓時，將激起壓電變壓器240沿長度方向伸縮的機械振動。被激起的機械振動因壓電效應而變換成電壓，因而能以輸出電壓的形式，從接線柱CD之間取出與初級側電極與次級側電極阻抗比對應的高電壓。
圖9(2)表示使壓電變壓器240沿長度方向產生3λ/2波長伸縮機械振動時刻長度方向的位置變化分布。其中橫軸表示壓電變壓器240長度方向的位置。縱軸表示某瞬間壓電變壓器240因機械振動而在長度方向的位置變化，+方向表示壓電變壓器240沿長度方向向右側的位置變化，而-方向則表示沿長度方向向左側的位置變化。此外，圖9(3)和圖9(4)分別表示壓電變壓器240在圖9(2)所示的位置變化時矩形板242內部的應力分布，和因振動感生的電荷分布。在圖9(3)中，橫軸表示壓電變壓器240沿長度方向的位置。而縱軸表示在長度方向壓縮、伸長方向內部應力的大小。此外圖9(4)中，橫軸表示壓電變壓器240沿長度方向的位置。而縱軸表示因振動感生電荷的正負極性和電荷量。
本實施方式的壓電變壓器240中，由于初級側電極的極化方向為矩形板242的厚度方向，矩形板242的厚度方向及與長度方向相鄰的壓電體層間方向相反，所以與本發明實施方式1或實施方式2中的壓電變壓器相比，能夠增大初級側電極的電容值。
將初級側電極的電容和次級側電極的電容分別記為C01和CO2，將輸入初級側電極的電壓和從次級側電極輸出的電壓分別定為Win和Wout，則初級側電功率Win和次級側電功率Wout可以分別用(式1)和(式2)表示。為簡單起見，假定電功率沒有損失，則以輸出電壓Vout與輸入電壓Vin之比表示的升壓比γ，如(式3)所示，與C01/CO2的平方根成正比。因此，本實施方式中的壓電變壓器240，與本發明實施方式1或實施方式2中壓電變壓器相比，由于初級側電極的電容C01大，所以能夠獲得大升壓比。
Win＝CO1(Vin)2/2 (1)Wout＝CO2(Vout)2/2 (2)γ＝Vout/Vin＝(C01/CO2)1/2(3)而且，本實施方式的壓電變壓器240，由于采用3λ/2振動模型，所以能減小機械振動的振幅并抑制彈性變形，而且在提高驅動頻率的情況下能減小一次振動所處理的電功率和增加振動次數，因而能處理大的電功率。
而且在本實施方式壓電變壓器240中，在圖9(2)所示3λ/2振動模型下，如圖9(3)所示，產生大應力的部分(P1、P2、P3點)，與極化方向不連續的部分(在矩形板242中，處于電極243和電極244所夾持部分與電極245和電極246所夾持部分之間，處于電極243和電極244所夾持部分與電極247和電極248所夾持部分之間，是電極245和電極246所夾持部分，處于電極256側端部附近，是電極247和電極248所夾持部分，處于電極257側端部附近)不一致。也就是說，與本發明的實施方式1和實施方式2同樣，在通常動作時機械強度弱的極化不連續部分沒有施加大的應力和變形。因此，本實施方式的壓電變壓器能夠處理大的電功率，實現可靠性高的壓電變壓器。
此外，如圖9(1)所示，對于本實施方式的壓電變壓器240而言，構成電極243和電極244各電極間的極化方向與，構成電極245和電極246各電極間的極化方向、以及構成電極247和電極248各電極間的極化方向，在矩形板242的長度方向上互相相鄰的各電極間在厚度方向上不同。因此如圖9(4)所示，即使在電極243和電極244間、電極245和電極246間、以及電極247和電極248間施加相同相位的交流電壓，由于振動感生的電荷極性相同而不會互相抵消。這樣一來，初級側電極的長度由于可以大體視為在矩形板242長度方向上并列的電極長度，所以在本實施方式中，可以將初級側電極長度設定得較長。因此初級側電極的實際電—機械結合系數keff能夠比已有壓電變壓器的大，因而能增大單位體積壓電變壓器所能處理的電功率。
此外，圖9(1)所示壓電變壓器240的極化方向并不限于圖中所示的。構成作初級側電極用的電極243、電極244、電極245、電極246、以及電極247和電極248的各電極間的極化方向，在矩形板242的厚度方向和長度方向相鄰的各電極間，可以在矩形板242的厚度方向上互相不同，而且作次級側電極用的電極256和電極257附近的極化方向，也可以在矩形板242的長度方向上互相不同。即使在這種情況下，也能得到以上說明的內容和同樣效果。
圖9(1)雖然是以初級側電極用電極244、電極246和電極248作公共電極加以說明的，但是即使以初級側電極用電極243、電極245和電極247作公共電極，也能獲得以上說明的內容和同樣效果。
此外，圖9(1)中壓電體層數為五層，但是并不限于此。即使壓電體層數變化，也只是引起初級側電極電容改變，所得到的結果與本實施方式相同。
此外，本實施方式中雖然是使用壓電陶瓷作為矩形板材料說明的，但是如果使用鈮酸鋰等壓電晶體，只要以c軸方向作為極化方向，則也能獲得與壓電陶瓷情況同樣的效果。(實施方式4)
圖10是本發明實施方式4中3λ/2振動模型壓電變壓器的軸側視圖，圖11(1)是圖10所示壓電變壓器的側視圖。在圖10和圖11(1)中，壓電變壓器260由壓電材料制成的矩形板262構成。在矩形板262長度方向的中央附近，沿矩形板262的長度方向和厚度方向形成由多個電極組成的初級側(輸入側)電極。這是一種矩形板262厚度方向由壓電陶瓷等壓電材料制成的壓電體層與由金屬材料等制成的內部電極層互相疊層而成的疊層結構。
圖11(1)中，在與矩形板262的厚度方向垂直的兩個主面上相對形成初級側電極間，存在五個壓電體層和四個電極層。與矩形板262厚度方向垂直的一個主面上，分別形成電極330、電極340和電極350，在矩形板262的另一主面上分別形成電極331、電極341和電極351。此外在矩形板262內部，形成電極332、電極333、電極334和電極335，電極342、電極343、電極344和電極345，電極352、電極353、電極354和電極355。電極330、電極331、電極332、電極333、電極334和電極335，在矩形板262的厚度方向互相相對。同樣，電極340、電極341、電極342、電極343、電極344和電極345，也在矩形板262的厚度方向互相相對。而且電極350、電極351、電極352、電極353、電極354和電極355，也在矩形板262的厚度方向互相相對。電極330、電極332和電極334互相電連接構成電極263，電極331、電極333和電極335互相電連接構成電極264。同樣，電極340、電極342和電極344互相電連接構成電極265，電極341、電極343和電極345互相電連接構成電極266。而且電極350、電極352和電極354互相電連接構成電極267，電極351、電極353和電極355互相電連接構成電極268。構成電極263和電極264的各電極的中心線，可以形成得與矩形板262的中心線279實際上一致。矩形板262長度方向的兩個端面上，形成電極276和電極277作為次極側(輸出側)電極。電極330、電極331、電極340、電極341、電極350、電極351、電極276和電極277均由銀、鎳或金等金屬制成，采用蒸鍍法、濺射法、印刷法或電鍍法等工業方法形成。
圖11(1)中，矩形板262上注明的箭頭，表示壓電材料的極化方向。被電極330至電極331的電極所夾持的各壓電體的層間，被電極340至電極341的電極所夾持的各壓電體的層間，以及被電極350至電極351的電極所夾持的各壓電體層間的矩形板262中，極化方向是矩形板262厚度方向，在矩形板262的厚度方向相鄰的各電極間處于相反方向。
此外，作為與本發明實施方式3的不同點在于，在矩形板262的長度方向相鄰的各電極間的極化方向，在矩形板262的厚度方向相同。在電極265、266與電極276之間，以及電極267、268與電極277之間，矩形板262的長度方向被極化，它們極化的方向互相相反。可以利用在各自區域施加適當直流高電壓的方式進行極化處理。
接著說明壓電變壓器260的動作。在圖11(1)中，作一方初級側電極用的電極263、電極266和電極268與接線柱A電連接。而且作另一方初級側電極用的電極264、電極265和電極267，作為公共電極與接線柱B和D電連接。此外，作次級側電極用的電極276和電極277與接線柱C電連接。其中當接線柱A和接線柱B之間，作為輸入電壓施加頻率處于能激起矩形板262沿長度方向產生伸縮機械振動共振頻率附近的交流電壓時，將激起壓電變壓器260沿長度方向伸縮的機械振動。被激起的機械振動因壓電效應而變換成電壓，因而能以輸出電壓的形式，從接線柱CD之間取出與初級側電極與次級側電極阻抗比對應的高電壓。
圖11(2)表示使壓電變壓器260沿長度方向產生3λ/2波長伸縮機械振動的時刻長度方向的位置變化分布。其中橫軸表示壓電變壓器260長度方向的位置。縱軸表示某瞬間壓電變壓器260因機械振動而在長度方向的位置變化，+方向表示壓電變壓器260沿長度方向向右側的位置變化，而-方向則表示沿長度方向向左側的位置變化。此外，圖11(3)和圖11(4)分別表示壓電變壓器260在圖11(2)所示的位置變化時矩形板262內部的應力分布，和因振動感生的電荷分布。在圖11(3)中，橫軸表示壓電變壓器260沿長度方向的位置。而縱軸表示在長度方向壓縮、伸長方向內部應力的大小。此外圖11(4)中，橫軸表示壓電變壓器260沿長度方向的位置。而縱軸表示因振動感生電荷的正負極性和電荷量。
本實施方式的壓電變壓器260，由于初級側電極的極化方向在矩形板262厚度方向互相相鄰的電極間，與矩形板262的厚度方向相同，所以極化處理時，在初級側電極長度方向的間隙(電極263、電極264和電極265間，以及電極263、電極264與電極267、電極268間)內，所以能夠抑制因施加與矩形板262厚度方向相反的高電場而產生的內部變形。而且與本發明實施方式3中的壓電變壓器240相比，由于在上述電極間的間隙內極化后殘留的變形小，而且極化方向不連續的部分少，所以能夠實現機械強度高的壓電變壓器。
此外，如圖11(1)所示，對于本實施方式的壓電變壓器260而言，在構成初級側電極223、電極224間、電極225、電極226間、電極227和電極228間內，在矩形板262長度方向相鄰的各電極間，極化方向與厚度方向相同，但一方的初級側電極由電極264、電極265和電極267構成，而另一方的初級側電極由電極263、電極266和電極268構成，并于在電極263和電極264間施加的交流電壓的相位，與在電極265和電極266間，以及電極267和電極268間施加的交流電壓的相位相差180度，所以如圖11(4)所示，因振動感生的電荷極性相同而不會互相抵消。此外，初級側電極的長度由于可以大體視為能在矩形板262長度方向上并列的電極長度，所以在本實施方式中，可以將初級側電極長度設定得較長。因此初級側電極的實際電—機械結合系數keff能夠比已有壓電變壓器的大，因而能增大單位體積壓電變壓器所處理的電功率。
而且，本實施方式的壓電變壓器260，由于采用3λ/2振動模型，所以能減小機械振動振幅并能抑制彈性變形，而且能在提高驅動頻率的情況下減小一次振動所處理的電功率和增加振動次數，因而能處理大的電功率。
此外，在本實施方式壓電變壓器260中，在圖11(2)所示3λ/2振動模型下，如圖11(3)所示，產生大應力的部分(P1、P2、P3點)，與極化方向不連續的部分(在矩形板262中，處于電極263和電極264所夾持部分與電極265和電極266所夾持部分之間，處于電極263和電極264所夾持部分與電極267和電極268所夾持部分之間，是電極265和電極266所夾持部分，處于電極276側端部附近，是電極267和電極268所夾持部分，處于電極277側端部附近)不一致。也就是說，與本發明的實施方式1、實施方式2和實施方式3同樣，在通常動作時機械強度弱的極化不連續部分沒有施加大的應力和變形。因此，本實施方式的壓電變壓器能夠處理大的電功率，實現可靠性高的壓電變壓器。
按照本實施方式的壓電變壓器260中，初級側電極，由于是以上說明的那種疊層結構，所以與本發明的實施方式1或實施方式2中的壓電變壓器相比，能夠增大初級側電極的電容值。因此，本實施方式的壓電變壓器260，與本發明實施方式3的壓電變壓器同樣，與本發明的實施方式1或實施方式2相比，由于能夠增大初級側電極的電容CO1，所以能提高升壓比γ。
此外圖11(1)所示壓電變壓器260的極化方向并不限于圖中所示的。構成初級側電極用的電極263、電極264、電極265、電極266、以及電極267和電極268的各電極間的極化方向，在矩形板262的厚度方向上相鄰的各電極間，與矩形板262的厚度方向互相不同，在矩形板262長度方向相鄰的各電極間，與矩形板262的厚度方向可以互相相同。而且作次級側電極用的電極276和電極277附近的極化方向，也可以與矩形板262的長度方向上互相不同。即使在這種情況下，也能得到以上說明的內容和同樣效果。
圖11(1)雖然是以初級側電極用電極264、電極265和電極267作公共電極加以說明的，但是即使以初級側電極用電極263、電極266和電極268作公共電極，也能獲得以上說明的內容和同樣效果。
圖11(1)中的壓電體層數為五層，但是并不受此限制。即使壓電體層數變化，也只是引起初級側電極電容改變，所得到的結果與本實施方式相同。
此外，本實施方式中雖然是使用壓電陶瓷作為矩形板材料說明的，但是如果使用鈮酸鋰等壓電晶體，只要以c軸方向作為極化方向，則也能獲得與壓電陶瓷情況同樣的效果。(實施方式5)圖12(1)是本發明實施方式5中3λ/2振動模型壓電變壓器的軸側視圖。而且圖12(2)是圖12(1)所示壓電變壓器280中心線299的斷面視圖。此外圖13和圖14，分別是壓電變壓器280的側視圖。圖12(3)表示壓電變壓器280的變形實例，與圖12(2)同樣是沿中心線299截斷情況下的斷面圖。
在圖12(1)、圖13和圖14中，壓電變壓器280由壓電材料制成的矩形板282構成。在矩形板282長度方向的中央附近，沿矩形板282的長度方向和厚度方向形成由多個電極組成的初級側(輸入側)電極。這是一種在矩形板282厚度方向上由壓電陶瓷等壓電材料制成的壓電體層與由金屬材料等制成的內部電極層互相疊層而成的疊層結構。圖12(2)、圖13和圖14中，在與矩形板282厚度方向垂直的兩個主面上相對的初級側電極間，存在五層壓電體層和四層電極層。
圖12(1)中，在與矩形板282的厚度方向垂直的一個主面上，分別形成電極360、電極370和電極380，在矩形板282的另一主面上分別形成電極361、電極371和電極381。此外在矩形板282內部，形成電極362、電極363、電極364和電極365，電極372、電極373、電極374和電極375，電極382、電極383、電極384和電極385。電極360、電極361、電極362、電極363、電極364和電極365，在矩形板282的厚度方向互相相對。同樣，電極370、電極371、電極372、電極373、電極374和電極375，也在矩形板282的厚度方向互相相對。而且電極380、電極381、電極382、電極383、電極384和電極385，也在矩形板282的厚度方向互相相對。如圖12(2)所示，電極360、電極362和電極364互相電連接構成電極283，電極361、電極363和電極365互相電連接構成電極284。同樣，電極370、電極372和電極374互相電連接構成電極285，電極371、電極373和電極375互相電連接構成電極286。而且電極380、電極382和電極384互相電連接構成電極287，電極381、電極383和電極385互相電連接構成電極288。構成電極283和電極284的各電極的中心線，可以形成得與矩形板282的中心線299實際上一致。在矩形板282長度方向的兩個端面上，形成電極296和電極297作為次極側(輸出側)電極。電極360、電極361、電極370、電極371、電極380、電極381、電極296和電極297均由銀、鎳或金等金屬制成，采用蒸鍍法、濺射法、印刷法或電鍍法等工業方法形成。
在本實施方式的壓電變壓器280中，矩形板282厚度方向上的疊層結構，例如電極360和電極361間由圖12(2)表示。作矩形板282內部電極用的電極362和電極364，從矩形板282寬度方向的一端露出，作內部電極用的電極363和電極365，從矩形板282寬度方向的另一端露出。如圖12(2)所示，通過使電極360呈L形狀，將電極360、電極362和電極364連接，同樣通過使電極361呈L形狀，將電極361、電極363和電極365連接。
在圖12(2)、圖13和圖14中，矩形板282上注明的箭頭，表示壓電材料的極化方向。被從電極360至電極361的電極所夾持的各壓電體層間，被從電極370至電極371的電極所夾持的各壓電體層間，以及被從電極380至電極381的電極所夾持的各壓電體層間的矩形板262中，極化方向是矩形板282厚度方向，在矩形板282的厚度方向相鄰的各電極間為相反方向。此外在圖13中，在矩形板282長度方向上相鄰的各電極間的極化方向，與矩形板282的厚度方向不同；而在圖14中，在矩形板282長度方向上相鄰的各電極間的極化方向，與矩形板282的厚度方向相同。電極285、電極286和電極296間，電極287、電極288和電極297間沿矩形板282的長度方向被極化，它們的極化方向互相相反。通過分別在各區域中施加適當的直流高電壓，可以進行極化處理。
接著說明壓電變壓器280的動作。在圖13中，作一方初級側電極用的電極283、電極285和電極287與接線柱A電連接。而且作另一方初級側電極用的電極284、電極286和電極288，作為公共電極與接線柱B和D電連接。此外在圖14中，作一方初級側電極用的電極283、電極286和電極288與接線柱A電連接。而且作另一方初級側電極用的電極284、電極285和電極287，作為公共電極與接線柱B和D電連接。而且在圖13和圖14中，作次級側電極用的電極296和電極297與接線柱C電連接。
其中在圖13和圖14中，一旦在接線柱A和接線柱B間，施加頻率處于能激起矩形板282沿長度方向產生伸縮機械振動共振頻率附近的交流電壓作為輸入電壓時，將使壓電變壓器280激起沿長度方向伸縮的機械振動。被激起的機械振動因壓電效應而變換成電壓，因而能以輸出電壓的形式，從接線柱CD之間取出與初級側電極與次級側電極阻抗比對應的高電壓。對于圖13和圖14的情況而言，只要電極283、電極284、285、電極286、287和電極288連接的組合不同，施加交流電壓時的振動情況就會相同。
在本實施方式的壓電變壓器280中，使矩形板282內部構成的電極從矩形板282寬度方向的端面露出。因此，矩形板282的內部電極與與矩形板282厚度方向垂直的主面上構成的電極之間容易實現電連接。
圖12(3)是壓電變壓器280中，在矩形板282的主面上不形成電極情況下沿中心線299的斷面圖。在壓電變壓器280中，如果使矩形板282的奇數內部電極(例如電極365和電極363)從矩形板282寬度方向的一個端面露出，并使矩形板282的偶數內部電極(例如電極362和電極364)從矩形板282寬度方向的另一端面露出，則可以在矩形板282的主面上不形成電極，而僅使矩形板282的內部互相連接。圖12(3)中，電極360和電極361不呈L形，而以平板狀形成并僅處于壓電變壓器寬度方向的端面上。而且作為疊層結構的最上層和最下層的壓電體層不存在極化。這些也分別適用電極370和電極371，以及電極380和電極381。如上所述，如果設置一種其主面上無電極的矩形板282，則能夠使壓電變壓器的主面電絕緣。此外，按照本實施方式的初級側電極，雖然是壓電體層和電極層疊層而成的疊層結構，如圖12(2)和圖12(3)所示，但是壓電體層間被電極層所完全分離，而結合存在于相鄰的壓電體層的端部間。也就是說，任意相鄰的兩個壓電體層，具有U形結構。這是因為壓電變壓器制造工序中，將壓電體層和電極層疊層后加壓附著時，相鄰的壓電體層互相融合在一起的緣故。
本實施方式的壓電變壓器280，初級側電極，由于以上說明的疊層結構，所以與本發明的實施方式3或實施方式4中的壓電變壓器同樣，與本發明的實施方式1或實施方式2中的壓電變壓器相比，能夠增大初級側電極的電容值。因此，本實施方式中的壓電變壓器280，與本發明實施方式3的壓電變壓器同樣，與本發明的實施方式1或實施方式2相比，由于能夠增大初級側電極的電容CO1，所以能提高升壓比γ。
而且，本實施方式的壓電變壓器280，采用3λ/2振動模型的條件下，能減小機械振動振幅而抑制彈性變形，而且能在提高驅動頻率的情況下減小一次振動所處理的電功率和增加振動次數，因而能處理大的電功率。而且與本發明的實施方式3和實施方式4中的壓電變壓器同樣，產生大應力的部分與極化方向不連續的部分不一致。也就是說，在通常動作時對機械強度弱的極化不連續部分沒有施加大的應力和變形。因此，本實施方式的壓電變壓器能夠處理大的電功率，實現可靠性高的壓電變壓器。
此外，在本實施方式的壓電變壓器280中，與本發明的實施方式1、實施方式2、實施方式3和實施方式4的壓電變壓器同樣，能夠將初級側電極的長度設定得較長，而且因振動感生的電荷極性相同而不產生抵消作用，所以初級側電極的實際電—機械結合系數keff能夠比已有壓電變壓器的大，因而能增大單位體積壓電變壓器所處理的電功率。
圖13和圖14所示壓電變壓器280的極化方向，并不限于各自圖中所示的方向。構成初級側電極用的各電極間，在圖13中矩形板282的厚度方向上與長度方向上相鄰的各電極間，方向可以互相不同，而在圖14中，矩形板282厚度方向在相鄰的電極間互相不同，而在矩形板282長度方向相鄰的各電極間方向可以相同。而且作次級側電極用的電極296和電極297附近的極化方向，也可以與矩形板282的長度方向互相不同。即使在這種情況下，也能得到以上說明的內容和同樣效果。
圖13中雖然是以初級側電極用電極284、電極286和電極288作公共電極加以說明的，但是即使以初級側電極用電極283、電極285和電極287作公共電極，也能獲得以上說明的內容和同樣效果。
圖13和圖14中壓電體層數為五層，但是并不受此限制。即使壓電體層數變化，也只會引起初級側電極的電容改變，所得到的結果與本實施方式相同。
進而，在本實施方式中雖然是使用壓電陶瓷作為矩形板材料說明的，但是如果使用鈮酸鋰等壓電晶體，只要以c軸方向作為極化方向，也能獲得與壓電陶瓷情況同樣的效果。(實施方式6)圖15和圖16是本發明實施方式6中3λ/2振動模型壓電變壓器的軸側視圖。而且圖17是圖16所示壓電變壓器400的分解圖。此外圖17還表示沿圖16中直線420的斷面結構。
在圖15中，壓電變壓器388由壓電材料制成的矩形板389構成。與矩形板389厚度垂直的兩個主面上形成初級側(輸入側)電極。這兩個主面中，在一個主面上形成由電極390、電極392和電極394組成的初級側電極，在另一主面上形成由電極391、電極393和電極395組成的初級側電極。電極390和電極391各自的中心線，與矩形板389的中心線398形成得實際上一致。電極390和電極391、電極392和電極393，以及電極394和電極395，分別沿矩形板389厚度方向互相相對形成。在矩形板389長度方向的兩個端面上，形成電極396和電極397作為次級側(輸出側)電極。電極390、電極391、電極392、電極393、電極394、電極395、電極396和電極397均由銀、鎳或金等金屬制成，采用蒸鍍法、濺射法、印刷法或電鍍法等工業方法形成。
在圖16和圖17中，壓電變壓器400由壓電材料制成的矩形板402構成。在矩形板402長度方向的中央附近，沿著矩形板402的長度方向和厚度方向形成由多個電極組成的初級側(輸入側)電極。這是一種在矩形板402的厚度方向上由壓電陶瓷等壓電材料組成的壓電體層和金屬材料等組成的內部電極層互相疊層而成的疊層結構。圖16中，與矩形板402的厚度方向垂直的一個主面上，分別形成電極500、電極510和電極520，在矩形板402的另一主面上形成電極501、電極511和電極521。如圖17所示，在作為與矩形板402厚度方向垂直面的兩個主面上相對的初級側電極間，存在五個壓電體層和四個電極層。此外在矩形板402的內部，形成電極502、電極503、電極504、電極505、電極512、電極513、電極514、電極515、電極522、電極523、電極524和電極525。電極500、電極501、電極502、電極503、電極504和電極505在矩形板402的厚度方向互相相對。同樣電極510、電極511、電極512、電極513、電極514和電極515，也在矩形板402的厚度方向互相相對。而且電極520、電極521、電極522、電極523、電極524和電極525，也在矩形板402的厚度方向互相相對。電極500和電極501的各中心線，與矩形板402的中心線419形成得實際上一致。矩形板402的長度方向的兩個端面上，形成電極416和電極417作為次級(輸出)電極。電極500、電極501、電極510、電極511、電極520、電極521、電極416和電極417均由銀、鎳或金等金屬制成，采用蒸鍍法、濺射法、印刷法或電鍍法等工業方法形成。
如圖17所示，在本實施方式的壓電變壓器400中，矩形板400的內部電極，各一起一部分字矩形板402寬度方向的一個端面露出。而且電極502和電極504，電極503和電極505，電極512和電極514，電極513和電極515，電極522和電極524，電極523和電極525，各一起一部分從矩形板402寬度方向的端面沿著矩形板402長度方向不同的區域露出。因此，即使電極500、電極501、電極502、電極503、電極504和電極505在矩形板402的厚度方向互相相對形成，通過使電極500和電極501的形狀，如圖17所示，延伸到矩形板402寬度方向端面上的形狀，能夠實現矩形板402表面上形成的電極500與作內壁電極用電極502和電極504的電連接，而且在與之獨立的同一端面上，能夠實現矩形板402表面上形成的電極501與作內壁電極用電極503和電極505的電連接。同樣，能夠實現電極510、電極512和電極514的電連接，以及在同一端面上實現電極511、電極513和電極515的電連接。另外，實現電極520、電極522和電極524的電連接，以及在同一端面上實現電極521、電極523和電極525的電連接。
本實施方式的壓電變壓器388和壓電變壓器400中，僅在矩形板388和矩形板402寬度方向的一個端面上形成初級側電極的兩極，所以容易實現壓電變壓器初級側電極與外部的電連接。例如，在制造壓電變壓器工序中，用導線引出初級側電極的情況下，無需使壓電變壓器轉動在兩面接線的工序，因而能縮短制造時間。
此外，本實施方式的壓電變壓器400中，在矩形板402表面上形成的電極與矩形板402內部的電極僅在矩形板402寬度方向的一個端面上能實現電連接。如圖17所示，當具有由多個壓電體層和電極層構成疊層結構的情況下，關于矩形板402內部電極中希望連接的電極，若制成使該電極一部分從寬度方向一個端面上露出的結構，則矩形板402表面上形成的電極與處于矩形板402內部的電極之間，也僅能在一面連接。
還有，如實施方式5所說明的那樣，本實施方式的壓電變壓器388中，若使矩形板389的內部電極從矩形板388寬度方向的端面露出，則在矩形板388主面上不形成電極的情況下，也能實現矩形板389內部電極的互相連接。即使在該情況下，也能得到容易使壓電變壓器的初級側電極與外部之間的電連接的效果。
而且在本實施方式的壓電變壓器388中，矩形板389表面上形成的電極390、電極391、電極392、電極393、電極394和電極395的形狀，可以采用本發明實施方式1和實施方式2中壓電變壓器初級側電極的形狀。該情況下，與本實施方式同樣，由于在矩形板寬度方向的一個端面上形成初級側電極的兩極，能夠容易實現壓電變壓器的初級側電極與外部之間的電連接。而且該情況下，能繼續保持各實施方式壓電變壓器的效果，并獲得與本實施方式同樣的效果。
在本實施方式中所述的矩形板402表面上形成的電極與矩形板402內部電極之間的電連接，在使矩形板表面形成的電極形狀發生變化，而且矩形板的內部電極從矩形板的一個端面露出的條件下，也能用于本發明的實施方式3及實施方式4的壓電變壓器之中。而且該情況下，能繼續保持各實施方式壓電變壓器的效果，并獲得與本實施方式同樣的效果。(實施方式7)圖18(1)是本發明實施方式7中3λ/2振動模型壓電變壓器的軸側視圖。壓電變壓器440由壓電材料制成的矩形板442構成。在與矩形板442厚度方向垂直的兩個主面中，一個主面上形成初級側(輸入側)電極。在這兩個主面中，一個主面上形成由電極443、電極445和電極447組成的初級側電極，另一主面上形成由電極444、電極446和電極448組成的初級側電極。而且電極443和電極444的各自中心線，與矩形板442的中心線形成得實際上一致。電極443和電極444、電極445和電極446，以及電極447和電極448分別在矩形板442的厚度方向上互相相對形成。在矩形板442長度方向的兩個端面上，形成電極456和電極457作為次極側(輸出側)電極。電極443、電極444、電極445、電極446、電極447、電極448、電極456和電極457均由銀、鎳或金等金屬制成，采用蒸鍍法、濺射法、印刷法或電鍍法等工業方法形成。
在本實施方式中，如圖18(1)所示，矩形板442的長度方向上，電極443和電極444的各自長度(L1)，為矩形板442長度(L)的1/3。而且電極445和電極446，以及電極447和電極448，均沿矩形板442長度方向的中心對稱形成。若將電極445和電極446的長度各定為L2，將電極447和電極448的長度各定為L3，則L2＝L3成立。
在圖18(1)中，矩形板442上注明的箭頭，在矩形板442的材料為鈦酸鋯(PZT)等壓電材料的情況下表示極化方向，在壓電晶體的情況下表示c軸的取向。矩形板442在壓電陶瓷的情況下，電極443與電極444間，電極445與電極446間，以及電極447與電極448間，沿矩形板442的厚度方向極化；電極443與電極444間厚度方向極化方向，與電極445、電極446、電極447、電極448間厚度方向的極化方向不同。而且，電極445和電極446與電極456間，以及電極447和電極448與電極457間，均沿矩形板442的長度方向極化，它們的極化方向，與矩形板442的長度方向不同。通過分別在各區域施加適當的直流高電壓，可以進行極化處理。
接著說明壓電變壓器440的動作。在圖18(1)中，作一方初級側電極用的電極443、電極445和電極447與接線柱A電連接。而且作另一方初級側電極用的電極444、電極446和電極448，作為公共電極與接線柱B和D電連接。而且作次級側電極用的電極456和電極457與接線柱C電連接。其中一旦在接線柱A和接線柱B間施加頻率處于能激起矩形板442沿長度方向產生伸縮機械振動共振頻率附近的交流電壓(輸入電壓)時，將使壓電變壓器440激起沿長度方向伸縮的機械振動。被激起的機械振動因壓電效應而變換成電壓，因而能以輸出電壓的形式，從接線柱CD之間取出與初級側電極與次級側電極阻抗比對應的高電壓。
圖18(2)表示壓電變壓器440，在長度方向產生3/2波長的伸縮振動的時刻在長度方向的位置變化分布。其中橫軸表示壓電變壓器440長度方向的位置。縱軸表示某時刻壓電變壓器440因機械振動而引起在長度方向的位置變化，+方向表示壓電變壓器440沿長度方向位置向右側變化，而-方向則表示沿長度方向向左變化。圖18(3)表示壓電變壓器440按照圖18(2)所示位置變化分布時，因振動在矩形板442上感生的電荷分布。在圖18(3)中，橫軸表示壓電變壓器440長度方向的位置。縱軸表示振動感生電荷的正負極性和電荷量。
對于壓電變壓器440來說，由于矩形板442長度方向上激起3/2波長的振動，所以構成初級側電極的、處于矩形板442中央部分的電極443和電極444的各自長度一旦過長，就會使驅動效率降低。圖19(1)是電極443和電極444的各自長度大于矩形板442長度1/3情況下，壓電變壓器440的側視圖。圖19(2)表示振動感生電荷的分布。圖19(2)中，橫軸表示壓電變壓器440長度方向的位置，縱軸表示振動在矩形板442上感生電荷的正負極性和電荷量。圖19(3)表示使矩形板442感生圖19(2)所示電荷分布時壓電變壓器440激起機械振動在長度方向上位置變化的分布。圖19(3)中，橫軸表示壓電變壓器440長度方向的位置，縱軸表示因壓電變壓器440的機械振動而引起長度方向上的位置變化。+方向表示壓電變壓器440沿長度方向位置向右側變化，而-方向則表示沿長度方向向左變化。這種情況下，電極443和電極444的各自長度可以超過感生電荷的極性轉變點。因此，如圖19(2)所示，處于電極443和電極444間的次級側電極側，因中央部分產生極性相反的電荷而使電荷互相抵消，如圖19(3)所示，因激振感生電荷的抵消部分，使振動引起的位置變化減小。
另一方面，如圖18所示，電極443和電極444的各自長度若設定得小于矩形板442長度的1/3，則如圖18(3)所示，在電極443和電極444之間僅僅產生極性相同的電荷。也就是說，壓電變壓器440的初級側電極，與圖19(1)所示的結構相比，圖18(1)所示的結構由于輸入相同電功率的情況下位置變化減小。所以壓電變壓器的驅動效率增高。
另外，沿著矩形板442的長度方向激振3/2波長的振動模型時感生電荷的極性，由于處于初級側電極中央部位的電極443和電極444被設置在相對于電極445和電極446，以及電極447和電極448間的相反位置上，而且矩形板442的極化方向相對于電極443和電極444，在電極445、電極446間，以及電極447和電極448間，沿著與矩形板442的厚度方向所不同的方向極化，所以相當于將初級側電極的面積增大。因此初級側電極的實際電—機械結合系數keff能夠比已往的壓電變壓器的大，因而能增大單位體積壓電變壓器所處理的電功率。
而且本實施方式的壓電變壓器440中，通過使電極445、電極446，電極447和電極448的各自長度相等，能夠將初級側電極的阻抗設定得與矩形板442的中心對稱。因此，能使次級側電極456和電極457的電容及阻抗相等。這種情況下，由于在作為兩個次級側電極的電極456和457上施加的負載，與施加在連接次級側(輸出側)接線柱A和D上的冷陰極管的負載比例相同，所以能夠穩定地驅動變壓器，抑制驅動效率的劣化。
此外，在圖18中，構成矩形板442中初級側電極443和電極444間的極化方向，和電極445、電極446間、電極447、電極448間的極化方向，雖然是就與矩形板442厚度不同的情況下進行說明的，但是即使極化方向相同，只要將電極443、電極446和電極448互相電連接，并將電極444、電極445和電極447互相電連接起來，構成初級側電極，也能獲得同樣效果。而且次級側電極附近的極化方向，并不限于圖18中所示的方向。如果矩形板442長度方向的極化方向互相不同，能夠獲得以上說明的內容和同樣效果。
圖18(1)中，雖然是以初級側電極用電極444、電極446和電極448作公共電極加以說明的，但是即使以初級側電極用電極443、電極445和電極447作公共電極，也能獲得以上說明的內容和同樣效果。
本實施方式中，關于初級側電極是將沿矩形板厚度方向垂直的兩個主面的中央部分形成的電極，以及用這兩個電極在厚度方向夾持的內部電極的各自長度，分別設定在矩形板長度的1/3以下，使矩形板長度方向上相鄰的電極，相對于該矩形板中央部分形成的電極，在矩形板長度方向的中心相對地形成，這種方法也適用于初級側電極由壓電體層和電極層形成疊層結構的情況下。因此，即使將其用于本發明的實施方式3和實施放出4的壓電變壓器上，也能繼續保持各實施方式壓電變壓器的效果，獲得與本實施方式同樣的效果。
本實施方式有關矩形板中構成初級側電極的電極，分別為中央電極長度的1/3以下，在矩形板長度方向與中央電極相鄰的電極，如果相對于矩形板長度方向的中心對稱，則與初級側電極形狀無關。因此，即使用于本發明的實施方式5和實施方式6上，也能繼續保持各實施方式壓電變壓器的效果，獲得與本實施方式同樣的效果。(實施方式8)圖20是本發明實施方式8中3λ/2振動模型壓電變壓器的軸側視圖。圖20中壓電變壓器460由壓電材料制成的矩形板462構成。在與矩形板462厚度方向垂直的兩個主面上形成初級側(輸入側)電極。在這兩個主面中，一個主面上形成由電極463、電極465和電極467組成的初級側電極，另一主面上形成由電極464、電極466和電極468組成的初級側電極。電極463和電極464的各自中心線，與矩形板462的中心線形成得實際上一致。電極463和電極464、電極465和電極466，電極467和電極468分別在矩形板462的厚度方向上互相相對形成。
在本實施方式中，在矩形板462長度方向的兩個端面附近，在與矩形板462厚度方向垂直的主面中的一個主面上形成電極476和電極477作為次極側(輸出側)電極。電極463、電極464、電極465、電極466、電極467、電極468、電極476和電極477均由銀、鎳或金等金屬制成，采用蒸鍍法、濺射法、印刷法或電鍍法等工業方法形成。
在本實施方式的壓電變壓器480中，次級側電極在與初級側電極形成面的一個面相同的平面上形成。因此，在壓電變壓器制造時，利用二次工序能夠形成初級側電極和次級側電極。也就是說，通過在與初級側電極同一平面上形成次級側電極，能夠小減制造工序，縮短所需的時間。
此外，圖20中次級側電極雖然是在與構成初級側電極的電極464等同一平面上形成的，但是即使在與構成初級側電極的電極464等同一平面上形成，也能獲得同樣的效果。
本實施方式的次級側電極結構，即在與形成初級側電極的同一平面上形成次級側電極的方法，能夠適用于迄今所述的各種實施方式的壓電變壓器上。而且在這種情況下，能夠繼續保持各實施方式中壓電變壓器的效果，獲得與本實施方式同樣的效果。(實施方式9)圖21是本發明實施方式9中3λ/2振動模型壓電變壓器的軸側視圖。圖21中壓電變壓器480由壓電材料制成的矩形板482構成。在與矩形板482厚度方向垂直的兩個主面上形成初級側(輸入側)電極。在這兩個主面中，一個主面上形成由電極483、電極485和電極487組成的初級側電極，另一主面上形成由電極484、電極486和電極488組成的初級側電極。電極483和電極484的各自中心線，與矩形板462的中心線形成得實際上一致。電極483和電極484、電極485和電極486，電極487和電極488分別在矩形板482的厚度方向上互相相對形成。在矩形板482長度方向的兩個端面上，形成電極496和電極497作為次極側(輸出側)電極。電極483、電極484、電極485、電極486、電極487、電極488、電極496和電極497均由銀、鎳或金等金屬制成，采用蒸鍍法、濺射法、印刷法或電鍍法等工業方法形成。
此外，本實施方式中可以提供一種支持壓電變壓器480的支持臺600。這種支持臺600在一個主面上有支持部件602、604和606。
圖22中是本實施方式的壓電變壓器480和支持臺600的側視圖。例如在圖22(1)中，矩形板482以箭頭表示的方向極化，作一方初級側電極用的電極483、電極485和電極487與接線柱A電連接，而且作另一方初級側電極用的電極484、電極486和電極488，作為公共電極與接線柱B和D電連接。而且作次級側電極用的電極496和電極497與接線柱C電連接。其中一旦在接線柱A和接線柱B間施加頻率處于能激起矩形板482沿長度方向產生伸縮機械振動共振頻率附近的交流電壓(輸入電壓)時，將使壓電變壓器480激起沿長度方向伸縮的機械振動。
圖22(2)表示壓電變壓器480，在長度方向產生3/2波長的伸縮振動的時刻在長度方向的位置變化分布。其中橫軸表示壓電變壓器480長度方向的位置。縱軸表示某時刻壓電變壓器480因機械振動引起在長度方向的位置變化，+方向表示壓電變壓器480沿長度方向位置向右側變化，而-方向則表示沿長度方向向左變化。
本實施方式中，支持臺上構成的三個支持部件，如圖22(1)中所示，用使矩形板480激振產生3λ/2振動模型的支點支持壓電變壓器480。因此，支持臺600在不妨礙振動的情況下能夠支持固定壓電變壓器。此外，若將三個支持部件設計得電導通，則能實現與壓電變壓器初級側電極的連接，向初級側電極供給電力。
此外，并不只是圖22(1)所示的極化方向能實現本發明實施方式的效果，而且矩形板482厚度方向的極化方向也可以在矩形板482的厚度方向上全部相同。該情況下，將電極483、電極486和電極488電連接在一起構成一方初級側電極，將電極484、電極485和電極487電連接在一起構成另一方初級側電極的話，也能獲得同樣效果。
本實施方式如果用振動支點支持壓電變壓器，而且能與初級側電極接觸，則還能夠適用于迄今所述的各種實施方式的壓電變壓器上。而且該情況下，不但能繼續保持各實施方式壓電變壓器的效果，而且還能獲得本實施方式的效果。(實施方式10)圖23是本發明實施方式10中3λ/2振動模型壓電變壓器的軸側視圖。圖24是圖23所示壓電變壓器的側視圖。圖25是表示在壓電變壓器的次級側連接冷陰極管情況的圖。而且圖26是本發明實施方式10中的又一實施例，圖27是圖26所示壓電變壓器的側視圖。
圖23至圖27中，壓電變壓器700由壓電材料制成的矩形板702構成。在與矩形板702厚度方向垂直的兩個主面上形成初級側(輸入側)電極。這兩個主面中，一個主面上形成由電極703、電極705和電極707組成的初級側電極，另一主面上形成由電極704、電極706和電極708組成的初級側電極。電極703和電極704的各自中心線，與矩形板702的中心線形成得實際上一致。電極703和電極704、電極705和電極706，電極707和電極708分別在矩形板702的厚度方向上互相相對形成。在矩形板702長度方向的兩個端面上，形成電極716和電極717作為次極側(輸出側)電極。電極703、電極704、電極705、電極706、電極707、電極708、電極716和電極717均由銀、鎳或金等金屬制成，采用蒸鍍法、濺射法、印刷法或電鍍法等工業方法形成。
在圖23至圖27中，矩形板702上注明的箭頭表示，在矩形板702的材料為鈦酸鋯(PZT)等壓電材料的情況下事先極化的方向，在壓電晶體的情況下表示c軸的取向。在圖23至圖27中，在矩形板702材料為壓電陶瓷的情況下，電極703與電極704間，電極705與電極706間，以及電極707與電極708間，沿矩形板702厚度方向被極化。于是構成初級側電極的各電極間沿矩形板702厚度方向的極化方向，在圖23至圖25中，電極703與電極704間厚度方向極化的方向，與電極705、電極706、電極707、電極708間厚度方向的極化方向不同。另一方面，在圖26和圖27中，電極703和電極704間，電極705和電極706間，以及電極707和電極708間沿厚度方向的極化方向相等。
本實施方式的壓電變壓器700中，電極705、電極706與電極716之間，以及電極707、電極708與電極717之間的極化方向，沿著矩形板702長度方向被極化，該方向與矩形板702的長度方向相同。
接著說明壓電變壓器700的動作。圖24中是圖23所示壓電變壓器的側視圖。圖24中，作一方初級側電極用的電極703、電極705和電極707與接線柱A電連接。而且作另一方初級側電極用的電極704、電極706和電極708，以公共電極形式與接線柱B電連接。此外，作次級側電極用的電極716與接線柱D電連接，電極717與接線柱C電連接。其中當在接線柱A和接線柱B之間施加頻率處于能激起矩形板702沿長度方向產生伸縮機械振動共振頻率附近的交流電壓(輸入電壓)時，將激起壓電變壓器700沿長度方向產生伸縮的機械振動。被激起的機械振動因壓電效應而變換成電壓，因而能夠以輸出電壓形式，從接線柱CD之間取出與初級側電極與次級側電極阻抗比對應的高電壓。
在本實施方式的壓電變壓器700中，次級側電極附近的極化方向設定在與矩形板702長度方向相同的方向上。這樣一來，當次級側電極附近的極化比例相等、阻抗相等時，由作次級側電極用的電極716和電極717輸出的電壓，振幅相等，相位相差180度。
因此，一旦將負載接到作壓電變壓器700輸出側接線柱的C、D上，就像本發明實施方式1中的壓電變壓器200等那樣，與將次級側電極附近的極化方向設定在與矩形板長度方向不同的方向上，并將次級側電極電連接的情況相比，向所接負載供電相同的情況下，壓電變壓器700的負擔雖然與壓電變壓器200等相同，但是從壓電變壓器700的兩個次級側電極各輸出的電壓振幅將變換成1/2倍，而輸出電流的振幅將變換成2倍。
例如如圖25所示，當將兩只冷陰極管800串聯接到次級側電極上的情況下，對于連接的兩只冷陰極管800兩端的電位差Vout而言，電極716和電極717輸電壓的相位相差180度，振幅分別變換成Vout/2。因而能將有關壓電變壓器700次級側電極與冷陰極管之間連接的配線、接線柱等的耐壓水平設定得較低，而且即使對因高電壓配線與其他部分距離變化產生的絕緣破壞來說，僅因電壓振幅小就能使之靠近。
在圖23至圖25中，構成壓電變壓器700初級側電極的電極703和電極704間的極化方向，與構成初級側電極的其他電極間的極化方向，雖然是就與矩形板702厚度方向不同的情況進行說明的，如圖26和圖27所示，但是即使構成壓電變壓器700初級側電極的各電極間，極化方向與矩形板702的厚度方向相同，只要將電極703、電極706和電極708互相電連接，并將電極704、電極705和電極707互相電連接起來構成初級側電極，也能獲得同樣效果。而且壓電變壓器700的次級側電極附近的極化方向，并不限于圖23至圖27所示的方向。如果次級側電極附近的極化方向，與矩形板702長度方向相等，則即使壓電變壓器700中的極化方向相反，也能獲得與本實施方式同樣的效果。
本實施方式中的壓電變壓器，通過將次級側電極附近的極化方向設定得與矩形板長度方向相同，能夠從兩個次級側電極輸出振幅相同、相位互相相差180度的電壓。該情況下，不但能夠保持各實施方式壓電變壓器中的效果，而且還能獲得與本實施方式同樣的效果。(實施方式11)圖28是表示采用本發明壓電變壓器的一種升壓電路結構實例的方塊圖。升壓電路由可變振蕩電路902、驅動電路904、開關電路906、壓電變壓器908、負載910、信號檢出電路912和控制電路914組成。利用可變振蕩電路902產生頻率信號，利用驅動電路904和開關電路906產生壓電變壓器908的驅動信號。利用信號檢出電路912檢出連接在壓電變壓器908次級(輸出)電極上負載910上的電壓變化，此檢出信號通過控制電路914的控制，經過可變振蕩電路902和驅動電路904，控制壓電變壓器908，使壓電變壓器908穩定驅動。
在升壓用變壓器電路中采用壓電變壓器時，與傳統電磁式變壓器相比，由于壓電變壓器驅動效率高，所以與采用電磁式變壓器的升壓電路相比能實現電路效率高的電路。而且，壓電式變壓器與電磁式變壓器相比，因單位體積所處理的電能大而還能減小體積。此外，由于壓電變壓器利用矩形板長度振動，所以該形狀對升壓電路的薄型化有利。此外，本發明的壓電變壓器中，由于采用3λ/2振動模型，與采用傳統的λ/2振動模型和λ振動模型的同形狀壓電變壓器相比，內部應力和變形的最大值小，能夠處理大的電功率。(實施方式12)圖29是表示采用本發明壓電變壓器的一種冷陰極管發光裝置結構實例的方塊圖。冷陰極管發光裝置由可變振蕩電路922、驅動電路924、開關電路926、壓電變壓器928、冷陰極管930、信號檢出電路932和控制電路934組成。利用可變振蕩電路902產生頻率信號，用驅動電路924和開關電路966產生壓電變壓器928的驅動信號。利用信號檢出電路932檢出連接在壓電變壓器928次級側(輸出側)電極上冷陰極管930中流過的電流變化，此檢出電流通過控制電路934的控制，經過可變振蕩電路922和驅動電路924，控制壓電變壓器908，能使壓電變壓器928穩定驅動。(實施方式13)圖30是組裝有圖29所示冷陰極發光裝置的液晶板示意圖。液晶板940是能由壓電變壓器變壓電路942和冷陰極管944組成的冷陰極發光裝置構成的液晶板發光裝置。
在已往的電磁式變壓器中，冷陰極管照明時通常必須輸出高電壓。但是采用本發明的壓電變壓器，輸出電壓的變化由于將根據當冷陰極管開始照明時和照明時負載的變化而變化，所以對存在于液晶顯示器和液晶監視器中的其他電路的影響小。而且從壓電變壓器向冷陰極管輸出的電壓幾乎是正弦波，所以對冷陰極管照明所不需要的頻率成分少。
而且壓電變壓器與電磁式變壓器相比，單位體積所能處理的電能大而體積小，此外因為壓電式變壓器利用矩形板長度的振動，所以該形狀對薄型化有利。因此能夠搭載在液晶顯示器和監視器邊緣部分等空間狹小之處。再有，對于本發明的壓電變壓器而言，由于采用3λ/2振動模型，所以與采用λ/2振動模型和λ振動模型的同形狀壓電變壓器相比，內部應力和變形的最大值小，能夠處理大的電功率。
按照本發明，因壓電變壓器激振產生的內部應力和變形大的部分，與極化方向不連續的部分偏離，因而能在機械強度弱的部分，通常動作時為施加大應力和變形的條件下處理大的電功率。而且由于采用3λ/2振動模型，所以能減小機械振動振幅，抑制彈性變形，而且能在提高驅動頻率的條件下，減小一次振動處理的電功率，增加振動次數，因而能處理大的電功率。此外，其結構由于次級側電極阻抗低而容易流過電流。
按照本發明，極化方向不連續的部分少，機械強度高，能使可靠性提高，所以能處理大的電功率。
按照本發明，由于是初級側電極由壓電體層和電極層組成的疊層結構，所以能夠加大初級側電極的電容，提高升壓比。
按照本發明，構成初級側電極的矩形板內部的電極，由于僅在矩形板寬度方向的一個端面上露出，所以在與矩形板厚度方向垂直的兩個主面上構成的電極，容易實現與內部構成電極的電連接。
按照本發明，由于能夠僅在矩形板寬度方向上的一個表面上進行初級側電極與外部接線柱的連接，所以能小減制造工序數目，縮短所需的時間。
按照本發明，就構成初級側電極的電極而言，在長度方向夾持設置在矩形板中央部分電極的兩個電極長度相等的條件下，能使初級側電極的阻抗設定得沿著矩形板中心對稱，此外還能使次級側電極的阻抗相等，由于兩個次級側電極以相同比例施加負載，所以能夠穩定地驅動并能抑制驅動效率的劣化。
按照本發明，通過在矩形板主面上構成初級側電極和次級側電極，能夠縮短制造工序和所需的時間。
按照本發明，在壓電變壓器激振3λ/2振動模型的支點進行支持固定，而且同時具備支持和使初級側電極與次級側電極間的電連接作用，所以振動妨礙少，支持固定可靠，能夠實現初級側電極與外部接線柱之間的電連接。
按照本發明，在將次級側電極附近的極化方向設定得與矩形板長度方向同向的條件下，能夠輸出兩個次級側電極振幅相同而且相位相差180度的電壓。
按照本發明，與過去使用電磁方式變壓器的升壓電路相比，能夠在小型、薄型下實現電路效率高的升壓電路。
按照本發明，能夠實現對其他電路的有害影響小，對冷陰極管發光所不需要的頻率成分少的液晶板，以及搭載有液晶板的儀器。
權利要求
1.一種壓電變壓器，包括由壓電材料制成的矩形板和在所說的矩形板上形成的初級側電極和次級側電極，對所說的初級側電極施加交流電壓，使所說的矩形板沿所說的矩形板長度方向激起相當于二分之三波長伸縮的機械振動，從所說的次級側電極輸出電壓的變壓器，其特征在于所說的初級側電極沿與所說的矩形板厚度方向垂直的兩個主面相對夾持所說的矩形板形成的多個電極對組成，所說的次級側電極由多個電極組成。
2.按照權利要求1所述的變壓器，其特征在于其中所說的初級側電極由以所說的矩形板長度方向為基準在中央部分形成的第一電極對，和以所說的矩形板長度方向為基準處于所說的第一電極對兩側并與所說的第一電極對相鄰形成的第二和第三電極對組成。
3.按照權利要求2所述的變壓器，其特征在于所說的矩形板由壓電陶瓷或壓電單晶組成，所說的矩形板中被所說的第二和第三電極對夾持區域內壓電陶瓷的極化方向或壓電單晶的C軸方向，與被所說的矩形板的所說的第一電極對所夾持區域的極化方向或C軸方向不同。
4.按照權利要求2所述的變壓器，其特征在于所說的矩形板由壓電陶瓷或壓電單晶組成，所說的矩形板中被所說的第一、第二和第三電極對夾持區域內壓電陶瓷的極化方向或壓電單晶的C軸方向全等。
5.按照權利要求1～4中任何一項所述的壓電變壓器，其特征在于所說的次級側電極在所說的矩形板長度方向的兩個端部附近形成。
6.一種壓電變壓器，是一種包括由壓電材料制成的矩形板和在所說的矩形板上形成的初級側電極和次級側電極，對所說的初級側電極施加交流電壓，使所說的矩形板沿著所說的矩形板長度方向激起相當于二分之三波長伸縮的機械振動，從所說的次級側電極輸出電壓的變壓器，其特征在于所說的矩形板由沿厚度方向疊層的多個壓電體層組成，所說的初級側電極由所說的多個壓電體層和多個電極層沿所說的矩形板厚度方向疊層而成，而且由多個電極組沿長度方向組成，所說的次級側電極沿所說的矩形板長度方向的兩個端部附近形成。
7.按照權利要求6所述的壓電變壓器，其特征在于所說的初級側電極由以所說的矩形板長度方向為基準在中央部分形成的第一電極組，和以所說的矩形板長度方向為基準處于所說的第一電極組兩側并與所說的第一電極組相鄰形成的第二和第三電極組組成。
8.按照權利要求6或7所述的壓電變壓器，其特征在于所說的矩形板內部電極層的端部，從所說的矩形板寬度方向的端面露出，所說的矩形板內部電極層用所說的端面電連接。
9.按照權利要求6或7所述的壓電變壓器，其特征在于所說的矩形板內部電極層的端部，僅從所說的矩形板寬度方向的一個端面露出，所說的矩形板內部電極層僅用所說的一個端面電連接。
10.按照權利要求5、8或9所述的壓電變壓器，其特征在于所說的初級側電極中沿與所說的矩形板厚度方向垂直的兩個主面上形成的電極，從所說的主面至所說的矩形板寬度方向的一個端面形成。
11.按照權利要求7～10中任何一項所述的壓電變壓器，其特征在于所說的次級側電極在所說的矩形板長度方向的兩個端部附近形成，在所說的矩形板長度方向上，所說的第一電極對或電極組中的電極長度，小于所說的矩形板的三分之一。
12.按照權利要求7～11中任何一項所述的壓電變壓器，其特征在于所說的第一、第二和第三電極對，或者第一、第二及第三電極組，與所說的矩形板長度方向垂直，而且沿著將所說的矩形板長度方向二等分的中心線對稱形成。
13.按照權利要求2～5或者7～12中任何一項所述的壓電變壓器，其特征在于所說的第二和第三電極對中的電極面積，分別小于所說的第一電極對中的電極面積，所說的第二和第三電極組中的電極面積也分別比所說的第一電極組中的電極面積小。
14.照權利要求13所述的壓電變壓器，其特征在于在所說的矩形板寬度方向上所說的第二和第三電極對中的電極長度，分別與所說的第一電極對的電極長度相等，在所說的矩形板寬度方向上所說的第二和第三電極組中的電極長度，分別與所說的第一電極組的電極長度相等，在所說的矩形板長度方向上所說的第二和第三電極對中的電極長度，分別為所說的第一電極對電極長度的10％以上和100％以下，在所說的矩形板長度方向上所說的第二和第三電極組中的電極長度，分別為所說的第一電極組電極長度的10％以上和100％以下。
15.按照權利要求1～14中任何一項所述的壓電變壓器，其特征在于所說的次級側電極在所說的矩形板長度方向的兩個端部附近形成，所說的矩形板由壓電陶瓷或壓電單晶組成，在所說的矩形板的所說的次級側電極附近壓電陶瓷的極化方向或者壓電單晶的C軸方向，在所說的矩形板長度方向上相等。
16.按照權利要求1～15中任何一項所述的壓電變壓器，其特征在于所說的次級側電極在與所說的初級側電極形成面相同的面上形成。
17.按照權利要求1～16中任何一項所述的壓電變壓器，其特征在于所說的次級側電極在所說的矩形板長度方向的兩個端部附近形成，在所說的壓電變壓器機械振動的支點上，具有固定所說的壓電變壓器而且由與電極接觸的導電性材料組成的支持部件。
18.一種升壓電路，包括權利要求1～17中任何一項所述的壓電變壓器，向所說的壓電變壓器供給輸入電壓的輸入電路和取出所說的壓電變壓器輸出電壓的輸出電路。
19.一種冷陰極管發光裝置，其特征在于包括權利要求1～17中任何一項所述的壓電變壓器，向所說的壓電變壓器供給輸入電壓的輸入電路和取出所說的壓電變壓器輸出電壓的輸出電路組成，所說的輸出電路中包含冷陰極管。
20.按照權利要求18所述的升壓電路，其特征在于所說的壓電變壓器中，對與矩形板厚度方向垂直的兩個主面上相對夾持所說的矩形板形成的多個初級側電極對所施加交流電壓的相位，與所說的初級側電極對不同。
21.按照權利要求19所述的冷陰極管發光裝置，其特征在于所說的壓電變壓器中，對與矩形板厚度方向垂直的兩個主面上相對夾持所說的矩形板形成的多個初級側電極對所施加交流電壓的相位，與所說的初級側電極對不同。
22.按照權利要求20所述的升壓電路，其特征在于所說的初級側電極對由以所說的矩形板長度方向為基準在中央部分形成的第一電極對，以及以所說的矩形板長度方向為基準在所說的第一電極對兩側，而且與所說的第一電極對相鄰形成的第二電極對和第三電極對組成，對所說的第一電極對施加交流電壓的相位，與對所說的第二電極對和第三電極對施加交流電壓的相位相差180度。
23.按照權利要求21所述的冷陰極管發光裝置，其特征在于所說的初級側電極對由以所說的矩形板長度方向為基準在中央部分形成的第一電極對，以及以所說的矩形板長度方向為基準在所說的第一電極對兩側，而且與所說的第一電極對相鄰形成的第二電極對和第三電極對組成，對所說的第一電極對施加交流電壓的相位，與對所說的第二電極對和第三電極對施加交流電壓的相位相差180度。
24.一種組裝有權利要求19、21、以及23中任何一項所述的冷陰極發光裝置的液晶板。
25.一種組裝有權利要求22所述的液晶板組成的儀器。
全文摘要
在處理大的電功率用途中，欲使壓電變壓器小型化，因變形增加而發熱，對特性產生有害影響，難于高效化。本發明利用高次模型振動，而且以多個電極形式形成初級側電極，在提高實際電-機械結合系數的條件下，實現小型大輸出功率的壓電變壓器。
文檔編號H01L41/107GK1411079SQ02144449
公開日2003年4月16日 申請日期2002年9月28日 優先權日2001年9月28日
發明者武田克, 中塚宏, 山口健, 奧山浩二郎, 守時克典 申請人:松下電器產業株式會社