压电变压器的制作方法

专利名称：压电变压器的制作方法
技术领域：
本发明涉及因压电陶瓷等压电体的压电效应使交流电压的振幅值改变的压电变压器。
背景技术：
作为高压电源用升压变压器而被推进开发的压电变压器，当初因压电陶瓷材料的破坏强度等材料性能的制约而没能产品化。但是，由于最近高强度压电陶瓷材料开发的进展，以及对笔记本型个人电脑和便携式终端等便携式信息设备小型化和轻量化要求的提高，压电变压器作为这些仪器搭载的液晶背光变换器电源用升压变压器再次被人们所注目。
例如，液晶背光用变换器，过去使用以所使用的冷阴极荧光管的照明电源作为背光电源，开始照明时电压为1kVrms，恒定照明时为500kVrms左右，以需要将电池等3V～12V左右的直流电压，变换成频率为60～80kHz左右的高频电压。现在在背光用变换器中使用的电磁线圈式变压器，通过使用特殊形状铁芯的卧式结构变压器而作到薄型化，但是要确保对数kVrms高压的绝缘耐压，就会限制小型化和薄型化。而且由于升压高就得使用细铜线，因而使线圈损失增加，变换效率下降。此外，还有铁芯引起损失的缺点。
与此相比，压电变压器是在钛酸锆(PZT)等压电陶瓷材料或者铌酸锂等压电晶体材料上，形成初级侧电极(输入侧)和次级侧电极(输出侧)的变压器。一旦在此初级侧电极上施加频率处于压电变压器共振频率附近的交流电压，使压电变压器振动，这种机械振动因压电效应而改变电压，根据次级侧电极与初级侧电极之间的阻抗之比，就能从次级侧电极取出高电压。与电磁变压器相比，压电变压器既能更小型化和薄型化，也能实现更高变换效率。
以下参照


已往的压电变压器。
首先图31是已有压电变压器100的轴侧视图。压电变压器100，是在由压电材料组成的矩形板上，与厚度方向大体垂直的主面左半部形成作相对初级侧(输入侧)电极用的电极104和电极106，沿长度方向的一个端面上形成作次极侧(输出侧)电极用的电极108。当矩形板102的材料是钛酸锆(PZT)等压电陶瓷的情况下，矩形板102，如图31中箭头所示，利用电极104和电极106使左半部分事先沿厚度方向极化，利用电极1-4、电极106和电极108使右半部分事先沿长度方向极化。其中一旦以电极106作为公共电极，在电极104和电极108之间施加频率处于能使矩形板沿长度方向产生伸缩机械振动的压电变压器100共振频率附近的交流电压，则压电变压器100将会产生沿长度方向伸缩的机械振动，这种机械振动因压电效应而转变换成电压，能够从作次级侧电极用电极108和电极106之间取出高电压，这种高电压与由作次级侧电极用的电极108和电极106求出的阻抗与由作初级侧电极用的电极104和电极106求出的阻抗之比相对应。
图32(1)是图31所示压电变压器100的侧视图。图32(1)中的箭头，表示矩形板事先被极化的方向。图32(2)表示压电变压器100沿长度方向作1/2波长伸缩振动时的某时刻长度方向的位置变化分布。其中横轴表示，变压器100长度方向的位置。纵轴表示某瞬间压电变压器100因机械振动引起长度方向位置的变化，+方向表示压电变压器100沿长度方向位置向右侧变化，而-方向则表示沿长度方向向左变化。此外，图32(2)表示的位置变化分布时矩形板102内部应力分布，以及因振动引起的电荷分布分别示于图32(3)和(4)中。在图32(3)中，横轴表示压电变压器100长度方向的位置。纵轴表示沿长度方向压缩和伸长时内部应力大小。而且在图32(4)中，横轴表示压电变压器100长度方向的位置。纵轴表示因振动引起的电荷的正负极性和电荷量。图32(3)和图32(4)表明，矩形板中央部分，即振动位置变化为0的部分中，矩形板内部的应力最大，所感应产生的电荷量也最大。正如图32(2)所示的位置分布那样，激起1/2波长机械振动的压电变压器，一般称为λ/2振动模型(λ表示一个波的波长)压电变压器。
压电变压器，一般而言若使机械振动产生的变形极端增大，则断裂的可能性增高，而且可靠性降低。因此，必须尽可能抑制压电变压器机械振动的振幅。其中若将压电变压器的厚度和宽度增大，则即使在处理大功率的情况下也能减小压电变压器机械振动的振幅。但是一旦导入压电变压器的系统和仪器受到压电变压器所能使用的空间限制，就会对抑制仅靠形状引起的变形产生限制。
另外，即使压电变压器处理的电功率小到数瓦的程度，为了能置入便携式仪器等系统中，当然也必须实现压电变压器的小型化、薄型化和低背化，这种情况下与压电变压器单位体积相当的处理电功率就会增大。因此，与处理大功率的情况同样，从机械强度观点来看尚存在不能实现可靠性高、小型和薄型压电变压器的课题。
此外，当构成压电变压器矩形板的材料是压电陶瓷的情况下，极化方向不连续的部分，在极化时产生变形的影响下，机械强度比极化方向连续的部分弱。但是，对于图31、图32(1)所示的那种已往的λ/2振动模型的压电变压器100来说，矩形板102中通常动作时产生应力大的部分(图32中的P点)与极化不连续的部分(矩形板102中被电极104和电极106夹持的部分，处于电极108侧的端部附近)几乎一致。因此，一旦因压电变压处理电功率增大而使机械振动振幅增大，就会在极化方向不连续的部分产生大应力，因而存在容易形成裂纹的课题。
不仅如此，即使矩形板102使用无需极化处理的压电单晶(这种情况下图31和图32(1)中的箭头表示C轴取向方向)的情况下，要实现这种结构的压电变压，由于必须借助于C轴方向不同元件的竞争以及与压电陶瓷的极化处理相当的方法来改变C轴方向，所以与压电陶瓷的情况同样，压电单晶中C轴方向不连续部分的机械强度，就会变得比连续部分弱。因此，一旦因压电变压器处理电功率增大而使机械振动的振幅增大，就会使C轴方向不连续部分产生大应力，因而存在容易产生裂纹的课题。
以下作为已往的压电变压器，说明特开平9-74236号公报等中所公开的压电变压器。这种变压器与图31所示的不同，其结构特点是机械振动产生最大应力的部分，与极化方向不连续的部分不一致。
图33表示因机械振动产生最大应力的部分与极化方向不连续的部分不一致的λ/2振动模型压电变压器120的轴侧视图。在由压电陶瓷制成的矩形板122上，作初级侧(输入侧)电极用的电极124和电极126在沿矩形板122厚度方向垂直的两个主面的中央部分沿厚度方向相对形成，而作次极(输出侧)电极用的电极128和电极130沿矩形板122长度方向的两个端面上沿长度方向相对形成。如图33中的箭头所示，矩形板122在作初级侧电极用的电极124和电极126间沿厚度方向极化，而初级侧电极与次级侧电极间沿长度方向极化。
图34(1)是图33所示压电变压器120的侧视图。图34(2)、图34(3)和图34(4)分别表示压电变压器120沿长度方向产生1/2波长伸缩振动时刻在长度方向上的位置变化分布、压电变压器120在图34(2)所示位置变化时刻矩形板122内部的应力分布、和因振动使矩形板122感应产生的电荷分布。图34(1)中的箭头，与图33的情况同样表示极化方向。在图34(2)中，横轴表示压电变压器120沿长度方向的位置。而纵轴表示因某时刻压电变压器120的机械振动引起长度方向的位置变化，+方向表示压电变压器120沿长度方向向右侧的位置变化，而-方向则表示沿长度方向向左侧的位置变化。在图34(3)中，横轴表示压电变压器120沿长度方向的位置。而纵轴表示沿长度方向压缩、伸长的内部应力大小。此外图34(4)中，横轴表示压电变压器120沿长度方向的位置。而纵轴表示因振动感应产生电荷的正负极性和电荷量。
压电变压器120，与图31所示的压电变压器同样，能激起λ/2振动模型。压电变压器120以电极126作公共电极，一旦在作初级侧电极用的电极124和126间施加频率处于能激起矩形板122沿长度方向产生伸缩机械振动的共振频率附近的交流电压，就会激起压电变压器120产生图34(2)所示位置变化分布的那种沿长度方向产生伸缩的机械振动，这种机械振动因压电效应而被转换成电压。所转换的电压按照初级侧电极和次级侧电极间的阻抗比而形成高电压，能从电极126和电极128之间、电极126和电极130之间取出。
如图34所示，在压电变压器120中，因机械振动而产生应力最大的部分(图34(3)中的P点)与极化方向不连续的部分(在矩形板122中是被电极124和电极126夹持的部分，电极128侧的端部附近以及、电极由124和电极126所夹持的部分，电极130侧端部附近)不一致。因此压电变压器120是处理大功率用的优良结构。
但是图34所示的压电变压器120，与图31所示的压电变压器100同样，都属于λ/2振动模型，所以与单位体积所能处理的功率增大时，因机械振动振幅增大而使弹性变形增加。而且在置入压电变压器的体系和仪器中所能使用的空间一旦受到限制，就会对抑制形状引起的弹性变形有所限制。
此外，在第2850216号专利公报中提出了一种采用3λ/2振动模型的方案。这种方案能减小机械振动振幅，抑制弹性变形，而且还能提高驱动频率，因此，一次振动处理的电功率小，可增加振动次数，因而能使压电变压器处理较大电功率。
以下说明第2850216号专利公报所示的压电变压器。图35表示3λ/2振动模型压电变压器140的轴侧视图。由压电陶瓷材料等制成的矩形板142上，作初级侧(输入侧)电极用的电极143、电极144、电极145、电极146、电极147和电极148沿厚度方向垂直的两个主面上形成，而作次极侧(输出侧)电极用的电极154沿长度方向一个端面上形成。电极143和电极144、电极145和电极146、电极147和电极148分别沿矩形板142厚度方向相对形成。如图35中的箭头所示，矩形板142在初级侧电极间利用初级侧电极事先沿厚度方向极化，而且在在初级侧电极用的电极147、电极148和作次级侧电极用的电极154间，利用电极154事先沿长度方向极化。
图36(1)是图35所示压电变压器140的侧视图。图36(1)的箭头，与图35所示的情况同样表示极化方向。图36(2)、图36(3)和图34(4)分别表示压电变压器140沿长度方向产生3/2波长伸缩振动时刻长度方向的位置变化分布、压电变压器140在图36(2)所示位置变化时刻矩形板142内部的应力分布、以及因振动使矩形板142感应产生的电荷分布。在图36(2)中，横轴表示压电变压器140沿长度方向的位置。而纵轴表示因某时刻压电变压器140的机械振动引起长度方向的位置变化，+方向表示压电变压器140沿长度方向向右侧位置变化，而-方向则表示沿长度方向向左侧位置变化。在图36(3)中，横轴表示压电变压器140沿长度方向的位置。而纵轴表示沿长度方向压缩、伸长方向内部应力大小。此外图36(4)中，横轴表示压电变压器140沿长度方向的位置。而纵轴表示因振动感应产生电荷的正负极性和电荷量。
压电变压器140中的结构是，电极144、电极145和电极148作为初级侧电极加以电连接，而电极143、电极146和电极147作为公共电极加以电连接。在压电变压器140的初级侧电极与公共电极间，一旦施加频率处于能激起矩形板142沿长度方向产生伸缩机械振动的共振频率附近的交流电压，就会激起压电变压器140产生图36(2)所示位置变化分布的那种沿长度方向产生伸缩的机械振动。所激起的机械振动因压电效应而被转换成电压，按照初级侧电极和次级侧电极间的阻抗比而形成高电压，能从作次级侧电极用的电极154和公共电极间取出。
这种压电变压器140，因采用3λ/2振动模型而能减小压电变压器机械振动的振幅，抑制弹性变形，和提高驱动频率，因而能使压电变压器处理大功率。
但是，在这种3λ/2振动模型的压电变压器140中，与λ/2振动模型的压电变压器100同样，如图36(3)所示，机械振动所产生的应力最大的部分(图36(3)中的P点)，与极化方向不连续的部分(在矩形板140中是被电极147和电极148所夹持的部分，电极154侧的端部附近)几乎一致，由于矩形板142机械强度薄弱的极化方向不连续的部分产生的应力大，所以仍存在容易产生裂纹的课题。
针对以上课题，有人提出对于机械振动引起应力最大的部分与极化方向不连续的部分，互相不一致的λ/2振动模型的压电变压器120(图33)结构，采用3λ/2振动模型使之激起振动。图37(1)是图33所示压电变压器120的侧视图。图37(2)表示对压电变压器120采用3λ/2振动模型激起振动时刻矩形板122上感应出的电荷分布，图37(3)表示当矩形板122上感应出图37(2)所示电荷分布时使压电变压器120激起机械振动小长度方向上位置变化的分布。图37(2)中，横轴表示压电变压器120沿长度方向的位置。纵轴表示因振动感生电荷的正负极性和电荷量。在图37(3)中，横轴表示压电变压器120沿长度方向的位置。而纵轴表示因压电变压器120的机械振动引起长度方向的位置变化，+方向表示压电变压器120沿长度方向向右侧位置变化，而-方向则表示沿长度方向向左侧位置变化。
这种情况下，压电变压器因采用3λ/2振动模型而能使压电变压器机械振动的振幅减小，抑制弹性变形。此外由于机械振动造成应力最大的部分与极化方向不连续的部分不一致，所以能够解决容易产生裂纹的这一课题。
但是，即使是这种情况下的压电变压器，仍然存在以下课题。一般而言，压电变压器将输入初级侧电极的电能转变换成机械能，进而将该机械能还以电能形式从次级侧电极取出。若表示初级侧电极中压电体电能与机械能转变比例的实际电—机械结合系数keff大，则能以高比例将电能转变换成机械能，在压电变压器相同体积下能够处理更大电功率。在λ/2振动模型情况下，压电变压器的初级侧电极的实际电—机械结合系数keff，若矩形板的厚度与宽度相同，则初级侧电极越长越大。
然而，对于图37(1)所示的那种采用3λ/2振动模型的压电变压器120而言，如果将初级侧电极124和126的各自长度设计得过长，以致超过使矩形板122产生3λ/2振动时感生电荷极性的转变点，则与初级侧电极长度未超过感生电荷极性转变点情况下振幅(图37(3)中点划线所示的振幅)的最大值相比，仅因电荷中和(图37(2)所示的斜线部分)，如图37(3)的实线所示，就会使压电变压器120的振幅最大值将减小。这相当于表示初级侧电极中电能转变换成机械能比例用的实际电—机械结合系数keff减小。因而产生压电变压器所能处理的电功率减小的课题。
另一方面，为了使振动感生的电荷不被中和，如果将压电变压器120的初级侧电极124和电极126的长度，如图38(1)所示，设计得不超过上述振动所感生电荷的极性转变点，则如图38(2)所示，压电变压器120的机械振动振幅最大值，将会变得比图37(3)中实线所示的振幅最大值还大。然而，作初级侧电极用的电极124和电极126的各自长度，相对于使矩形板122激起相当于二分之三波长的弹性波，如果被限制在与二分之一波长相当的长度上，由于这相当于将初级侧电极的实际电—机械结合系数keff减小，所以依然存在压电变压器120所能处理的电功率受到限制的课题。
综上所述，人们希望一种输出阻抗小的压电变压器问世，以便能加大向与压电变压器连接的冷阴极间等负载中级电流的能力。人们还希望看到一种能提高升压比的压电变压器。更希望看到一种能够实现驱动效率高的压电变压器。此外还希望一种在小变形下能处理大电功率的压电变压器出现。此外在压电变压器制造方面，人们要求能削减制造工序和缩短制造所需的时间。不仅如此，人们希望看到一种能在不妨碍压电变压器振动的条件下支持固定压电变压器，通过支持台接线柱将压电变压器的输入输出电极可靠进行电连接的支持台。

发明内容
本发明目的在于提供一种能处理大电功率的可靠性高的压电变压器。
本发明的其他目的在于提供一种初级侧电极的电—机械结合系数keff大的压电变压器。
本发明的另一目的在于提供一种能设定高升压比的压电变压器。
本发明的又一目的在于削减压电变压器制造工序和缩短制造所需的时间。
为了解决上述课题，本发明的第一种压电变压器，包括由压电材料制成的矩形板和在所说的矩形板上形成的初级侧电极和次级侧电极，对所说的初级侧电极施加交流电压，使所说的矩形板沿所说的矩形板长度方向激起相当于二分之三波长伸缩的机械振动，从所说的次级侧电极输出电压的变压器，其构成为所说的初级侧电极沿与所说的矩形板厚度方向垂直的两个主面相对夹持所说的矩形板形成的多个电极对组成，所说的次级侧电极由多个电极组成。
在所说的压电变压器中，初级侧电极优选由以所说的矩形板长度方向为基准在中央部分形成的第一电极对，和以所说的矩形板长度方向为基准，处于所说的第一电极对两侧并与所说的第一电极对相邻形成的第二和第三电极对组成。
在所说的压电变压器中，所说的矩形板优选由压电陶瓷或压电单晶组成，所说的矩形板中被所说的第二和第三电极对夹持的区域内压电陶瓷的极化方向或压电单晶的C轴方向，与被所说的矩形板的所说的第一电极对所夹持的区域内的极化方向或C轴方向不同。
在所说的压电变压器中，所说的矩形板优选由压电陶瓷或压电单晶组成，所说的矩形板中被所说的第一、第二和第三电极对夹持的区域内压电陶瓷的极化方向或压电单晶的C轴方向全等。
在所说的压电变压器中，所说的次级侧电极预选在所说的矩形板长度方向的两个端部附近形成。
本发明的第二种压电变压器，是一种包括压电材料制成的矩形板和在所说的矩形板上形成的初级侧电极和次级侧电极，对所说的初级侧电极施加交流电压，使所说的矩形板沿着所说的矩形板长度方向激起相当于二分之三波长伸缩的机械振动，从所说的次级侧电极输出电压的变压器，其中所说的矩形板由沿厚度方向叠层的多个压电体层组成，所说的初级侧电极由所说的多个压电体层和多个电极层沿所说的矩形板厚度方向叠层而成，而且由多个电极组沿长度方向组成，所说的次级侧电极沿所说的矩形板长度方向的两个端部附近形成。
在所说的压电变压器中，初级侧电极由以所说的矩形板长度方向为基准在中央部分形成的第一电极组，和以所说的矩形板长度方向为基准处于所说的第一电极组两侧并与所说的第一电极组相邻形成的第二和第三电极组组成。
在所说的压电变压器中，所说的矩形板内部电极层的端部，优选从所说的矩形板宽度方向的端面露出，所说的矩形板内部电极层用所说的端面电连接。
在所说的压电变压器中，所说的矩形板内部电极层的端部，优选仅从所说的矩形板宽度方向一个端面露出，所说的矩形板内部电极层仅用所说的一个端面电连接。
在所说的压电变压器中，所说的初级侧电极中沿与所说的矩形板厚度方向垂直的两个主面上形成的电极，优选从所说的主面至所说的矩形板宽度方向的一个端面形成。
在所说的压电变压器中，所说的次级侧电极优选在所说的矩形板长度方向的两个端部附近形成。而且在所说的矩形板长度方向上，所说的第一电极对或电极组中的电极长度，小于所说的矩形板的三分之一。
在所说的压电变压器中，所说的第一、第二和第三电极对，或者第一、第二第三电极组，优选与所说的矩形板长度方向垂直，而且沿着将所说的矩形板长度方向二等分的中心线对称形成。
在所说的压电变压器中，所说的第二和第三电极对中的电极面积，优选分别小于所说的第一电极对中的电极面积。同样，所说的第二和第三电极组中的电极面积也分别比所说的第一电极组中的电极面积小。
在所说的矩形板宽度方向上，所说的第二和第三电极对中的电极长度，分别优选与所说的第一电极对的电极长度相等。同样，在所说的矩形板宽度方向上，所说的第二和第三电极组中的电极长度，也分别优选与所说的第一电极组的电极长度相等。而且在所说的矩形板长度方向上，所说的第二和第三电极对中的电极长度，分别优选为所说的第一电极对电极长度的10％以上和100％以下。同样，在所说的矩形板长度方向上，所说的第二和第三电极组中的电极长度，也分别优选为所说的第一电极组电极长度的10％以上和100％以下。
在所说的压电变压器中，所说的次级侧电极优选在所说的矩形板长度方向上两个端部附近形成。而且所说的矩形板优选由压电陶瓷或压电单晶组成，在所说的矩形板的所说的次级侧电极附近，压电陶瓷的极化方向或者压电单晶的C轴方向，在所说的矩形板长度方向上相等。
在所说的压电变压器中，所说的次级侧电极优选在与所说的初级侧电极形成面相同的面上形成。
在所说的压电变压器中，所说的次级侧电极优选在所说的矩形板长度方向的两个端部附近形成。而且优选在所说的压电变压器机械振动的支点部分，具有固定所说的压电变压器，而且由与电极接触的导电性材料组成的支持部件。
本发明的一种升压电路，包括所说的压电变压器，向所说的压电变压器供给输入电压的输入电路和取出所说的压电变压器输出电压的输出电路。
本发明的一种冷阴极管发光装置，包括所说的压电变压器，向所说的压电变压器供给输入电压的输入电路和取出所说的压电变压器输出电压的输出电路，而所说的输出电路中包含冷阴极管。
在所说的升压电路或者所说的冷阴极管发光装置中，所说的压电变压器中，对与矩形板厚度方向垂直的两个主面上相对夹持所说的矩形板形成的多个初级侧电极对所施加交流电压的相位，优选与所说的初级侧电极对不同。
在所说的升压电路或者冷阴极管发光装置中，优选的是所说的初级侧电极对由以所说的矩形板长度方向为基准在中央部分形成的第一电极对，以及以所说的矩形板长度方向为基准在所说的第一电极对两侧，而且与所说的第一电极对相邻形成的第二电极对和第三电极对组成。而且对所说的第一电极对施加交流电压的相位，与对所说的第二电极对和第三电极对施加交流电压的相位相差180度。
本发明的液晶板，组装有所说的的冷阴极发光装置。
本发明的仪器组装有所说的液晶板。

图1是本发明实施方式1压电变压器的轴侧视图。
图2是图1所示压电变压器的(1)侧视图，(2)位置变化分布图，(3)应力分布图，和(4)电荷分布图。
图3是已往的压电变压器与，实际电—机械结合系数随初级侧电极长度变化的示意图。
图4是本发明实施方式1的压电变压器与，实际电—机械结合系数随初级侧电极长度变化的示意图。
图5是本发明实施方式1的压电变压器与已有压电变压器的阻抗对照图。
图6是本发明实施方式2的压电变压器的轴侧视图。
图7是图6所示压电变压器的(1)侧视图，(2)位置变化分布图，(3)应力分布图，和(4)电荷分布图。
图8是本发明实施方式3的压电变压器的轴侧视图。
图9是图8所示压电变压器的(1)侧视图，(2)位置变化分布图，(3)应力分布图，和(4)电荷分布图。
图10是本发明实施方式4的压电变压器的轴侧视图。
图11是图10所示压电变压器的(1)侧视图，(2)位置变化分布图，(3)应力分布图，和(4)电荷分布图。
图12是本发明实施方式5的压电变压器的(1)侧视图，(2)宽度方向断面图，(3)本发明实施方式5的压电变压器变形实例的宽度方向断面图。
图13是图12(1)的压电变压器侧视图。
图14是表示图12(1)的压电变压器其他实施例的侧视图。
图15是本发明实施方式6压电变压器的轴侧视图。
图16是本发明实施方式6压电变压器另一实施例的轴侧视图。
图17是表示图16压电变压器中电极连接的轴侧视图。
图18是本发明实施方式7压电变压器的(1)侧视图，(2)位置变化分布图，(3)电荷分布图。
图19是作为本发明实施方式7另例的压电变压器的(1)侧视图，(2)电荷分布图，(3)位置变化分布图。
图20是本发明实施方式8压电变压器的轴侧视图。
图21是本发明实施方式9压电变压器的轴侧视图。
图22是图21的压电变压器的(1)侧视图，(2)位置变化分布图。
图23是本发明实施方式10压电变压器的轴侧视图。
图24是图23的压电变压器的侧视图。
图25是在本发明实施方式10的压电变压器上连接冷阴极管的侧视图。
图26是本发明实施方式10压电变压器另一实例的轴侧视图。
图27是图26压电变压器的侧视图。
图28是表示用本发明压电变压器的升压电路结构方框图。
图29是表示使用本发明压电变压器的冷阴极管发光装置结构的方框图。
图30是使用图29冷阴极管发光装置的液晶板的示意图。
图31是一种过去输出λ/2振动模型的压电变压器的轴侧视图。
图32是图31的压电变压器的(1)侧视图，(2)位置变化分布图，(3)应力分布图，和(4)电荷分布图。
图33是一种过去输出λ/2振动模型的压电变压器的轴侧视图。
图34是图33的压电变压器的(1)侧视图，(2)位置变化分布图，(3)应力分布图，和(4)电荷分布图。
图35是一种过去输出3λ/2振动模型压电变压器的轴侧视图。
图36是图35的压电变压器的(1)侧视图，(2)位置变化分布图，(3)应力分布图，和(4)电荷分布图。
图37是使图33的压电变压器以3λ/2振动模型激振情况下的(1)侧视图，(2)电荷分布图和(3)位置变化分布图。
图38是图37的压电变压器中，缩短中央电极长度的情况下的(1)侧视图，(2)电荷分布图和(3)位置变化分布图。图中，200、240压电变压器；202、242矩形板；203、204、205、206、207、208、243、244、245、246、247、248初级侧电极；216、217、256、257次级侧电极。
具体实施例方式
以下参照

本发明的实施方式。(实施方式1)图1是本发明实施方式1中3λ/2振动模型压电变压器的轴侧视图，图2(1)是图1所示压电变压器的侧视图。在图1和图2(1)中压电变压器200由压电材料制成的矩形板202构成。首先采用图1所示的直角座标系定义矩形板202的方向。矩形板202的长度方向、宽度方向和厚度方向，分别指图1的直角座标系中的x轴方向、y轴方向和z轴方向。这适用于以后说明的全部压变压器。而且在以后的说明中，单指长度表示矩形板长度方向的长度。矩形板宽度方向的长度和矩形板厚度方向的长度，分别指矩形板的宽度和厚度。在图1和图2(1)中，与矩形板202厚度方向垂直的两个主面上形成初级侧(输入侧)电极。这两个主面中，一个主面上形成由电极203、电极205和电极207组成的初级侧电极，另一主面上形成由极204、电极206和电极208组成的初级侧电极。其中构成在相同主面上形成的初级侧电极的间距，例如优选处于矩形板厚度的一倍至一倍半范围内。而且电极203和电极204各自的中心线，可以形成得与矩形板202的中心线219实际上一致。电极203和电极204，电极205和电极206，以及电极207和电极208，分别沿矩形板202厚度方向互相相对形成。矩形板202长度方向的两个端面上，形成电极216和电极217作为次极侧(输出侧)电极。电极203、电极204、电极205、电极206、电极207、电极208、电极216和电极217均由银、镍或金等金属制成，采用蒸镀法、溅射法、印刷法或电镀法等工业方法形成。
首先关于图1和图2(1)中矩形板202上注明的箭头，在矩形板202的材料为钛酸锆(PZT)等压电陶瓷的情况下表示极化方向，而在压电晶体的情况下表示c轴取向的方向。矩形板202为压电陶瓷的情况下，应当在电极203与电极204之间，电极205与电极206之间，电极207与电极208之间，沿着矩形板202厚度方向施加适当直流高电压进行极化处理。而且还应当在电极205、电极206和电极216之间，在电极207、电极208和电极217之间，沿着矩形板长度方向施加适当的直流高电压进行极化处理。
接着说明压电变压器200的动作。在图2(1)中，作一方初级侧电极用的电极203、电极205和电极207与接线柱A电连接。而且作另一方初级侧电极用的电极204、电极206和电极208，以公共电极形式与接线柱B和D电连接。此外，作次级侧电极用的电极216和电极217与接线柱C电连接。其中当在接线柱A和接线柱B之间施加频率处于能激起矩形板202沿长度方向产生伸缩机械振动共振频率附近的交流电压(输入电压)时，将激起压电变压器200沿长度方向产生伸缩的机械振动。被激起的机械振动因压电效应而转换成电压，因而能够以输出电压形式，从接线柱CD之间取出与初级侧电极与次级侧电极阻抗比对应的高电压。
图2(2)表示对压电变压器200沿长度方向产生3λ/2波长伸缩机械振动时刻长度方向的位置变化分布。其中横轴表示压电变压器200长度方向的位置变化。纵轴表示某瞬间压电变压器200因机械振动在长度方向的位置变化，+方向表示沿长度方向向右侧位置变化，而-方向则表示沿长度方向向左侧位置变化。此外，在图2(3)和图2(4)分别表示压电变压器200在图2(2)所示的位置变化时矩形板202内部的应力分布，和因振动感生的电荷分布。图2(3)中，横轴表示压电变压器200沿长度方向的位置。而纵轴表示在长度方向压缩、伸长方向内部应力的大小。此外图2(4)中，横轴表示压电变压器200沿长度方向的位置。而纵轴表示因振动感生电荷的正负极性和电荷量。
本实施方式的压电变压器200，由于采用3λ/2振动模型，所以能减小机械振动的振幅、抑制弹性变形，而且在提高驱动频率的条件下能够在一次振动中减小处理的电功率，通过增大振动次数能够处理大电功率。
而且本实施方式的压电变压器200中，在图2(2)所示的3λ/2振动模型下，如图2(3)所示，大应力发生的部分(P1、P2、P3点)，与极化方向不连续的部分(在矩形板202中，被电极203和电极204所夹持的部分与被电极205和电极206所夹持的部分之间，被电极203和电极204所夹持的部分与被电极207和电极208所夹持的部分之间，是被电极205和电极206所夹持的部分，处于电极216侧端部附近，是被电极207和电极208所夹持的部分，处于电极217侧端部附近)不一致。也就是说，通常动作时机械强度弱的极化不连续部分没有大的应力和变形。因此，本实施方式的压电变压器能够处理大的电功率，实现可靠性高的压电变压器。
此外，如图2(1)所示，在本实施方式的压电变压器200中，由于电极203和电极204间厚度方向的极化方向，与电极205和电极206间、以及电极207和电极208间厚度方向的极化方向不同，所以即使在电极203和电极204间、电极205和电极206间、以及电极207和电极208间施加相同相位的交流电压，因振动感生的电荷的极性相同而不会互相抵消。此外，初级侧电极长度，各自处于矩形板202主面上，由于可以大体视为增加到三个电极，所以本实施方式中不会产生电荷抵消，初级侧电极长度设计得比已有压电变压器的更长。因此，初级侧电极的实际电—机械结合系数keff也能比已有压电变压器的更大，所以能够增大单位体积压电变压器所能处理的电功率。其中为了有效地获得实际电—机械结合系数keff，电极205、电极206、电极207和电极208的长度，分别优选为电极204长度的十分之一以上。一般而言，由于电极203和电极204、电极205和电极206、以及电极207和电极208的长度分别一一相等，所以当将电极203和电极204的各自长度定为L1，将电极205和电极206的长度定为L2，并将电极207和电极208的各自长度定为L3时(参照图2(1))，将会使L2＜L1/10，且L3＜L1/10的关系成立。此时，必须适当设计电极205、电极206、电极207和电极208的各自长度(配置)，使极化方向不连续的部分(在矩形板202中，是被电极205和电极206所夹持的部分，处于电极216侧端部附近，和是被电极207和电极208所夹持的部分，处于电极217侧端部附近)，与产生大应力的部分(例如图2(3)中的P1点和P3点)不一致。
以下对本实施方式的压电变压器中初级侧电极的实际电—机械结合系数keff，与图33所示已有压电变压器120中初级侧电极的实际电—机械结合系数keff进行比较。一般来说，λ/2振动模型的压电变压器，与3λ/2振动模型的压电变压器相比，初级侧电极的实际电—机械结合系数keff大。本实施方式的压电变压器200虽然采用3λ/2振动模型，但是初级侧电极的实际电—机械结合系数keff却能增大到与λ/2振动模型的压电变压器相同的程度。以下用图3和图4进行具体说明。
首先图3(1)是图33所示压电变压器120的轴侧视图。与图33同样，压电变压器120由压电材料制成的矩形板122、作初级侧(输入侧)电极用的电极124和电极126、作次极侧(输出侧)电极用的电极128和电极130构成。将矩形板122的长度为L，初级侧电极124及电极126的长度分别定为L1。电极124、电极126、电极128和电极130的厚度，与矩形板的厚度相比十分薄。图3(1)中的箭头，表示矩形板122的极化方向(材料用压电陶瓷时)。
图3(2)表示，使用矩形板122的长度L已被标准化，矩形板122的宽度和厚度分别为0.15L和0.02L，而且矩形板沿长度方向伸缩振动的电—机械结合系数keff为0.36的压电陶瓷的情况下，压电变压器120初级侧电极的实际电—机械结合系数keff分别与作初级侧电极用电极124和电极126各自长度之间的关系。横轴表示矩形板122长度L已被标准化的初级侧电极124和电极126各自的长度L1，纵轴表示实际电—机械结合系数keff。而且图3(2)中的实线表示压电变压器120以λ/2振动模型振动的情况下初级侧电极的实际电—机械结合系数keff，而虚线表示压电变压器120以3λ/2振动模型振动的情况下初级侧电极的实际电—机械结合系数keff。就图3(2)中实线而言，初级侧电极的实际电—机械结合系数keff，当作初级侧电极用的电极124和电极126的各自长度L1接近1.0时，接近0.36。这相当于沿与矩形板122厚度方向垂直的两个主面全面形成电极时，激起沿长度方向振动情况下的电—机械结合系数keff。而且图3(2)中的点A和B，均表示当作初级侧电极用的电极124和电极126的各自长度L1为0.32情况下初级侧电极的实际电—机械结合系数keff，在λ/2振动模型下为0.29(点A)，而在3λ/2振动模型下为0.17(点B)。
另一方面，图4(1)是本实施方式压电变压器200的轴侧视图。将继续202的长度定为L，作初级侧电极用电极203和电极204的各自长度定为L11，电极205、电极206、电极207和电极208的各自长度定为L12。在电极203和电极205之间，电极203和电极207之间，电极204和电极206之间，以及电极204和电极208之间有比L11小得多的间隔。电极203、电极204、电极205、电极206、电极207、电极208、电极216和电极217的厚度，比矩形板202的厚度相比薄得多。而且图4(1)中的箭头表示矩形板202中的极化方向(材料用压电陶瓷时)。
图4(2)与图3(2)同样，表示使用矩形板202长度L已被标准化，矩形板202的宽度和厚度分别为0.15L和0.02L，而且矩形板沿长度方向伸缩振动的电—机械结合系数k31为0.36的压电陶瓷的情况下，压电变压器200初级侧电极的实际电—机械结合系数keff与作初级侧电极用电极205、电极206、电极207和电极208长度L12之间的关系。横轴表示矩形板202长度L已被标准化的初级侧电极1205、电极206、电极207和电极208各自的长度L12，纵轴表示实际电—机械结合系数keff。此外，作初级侧电极用的电极203和电极204的各自长度L11均为0.24L时的情况。
通过图4(2)，作初级侧电极用电极205、电极206、电极207和电极208各自的长度L12为0.3L时，初级侧电极的实际电—机械结合系数keff约为0.3。这与图3(2)所示A点初级侧电极的实际电—机械结合系数keff大体相等。因此，本实施方式中以3λ/2振动模型的压电变压器200，能够实现与λ/2振动模型的压电变压器120同等程度的实际电—机械结合系数keff值。
此外，按照本实施方式的压电变压器次级侧电极电容大，输出阻抗小，可以实现能够比已往的压电变压器在次级侧电极中流过更多电流的压电变压器。以下就采用3λ/2振动模型的已往的压电变压器140(图35和图36)进行对比说明。
图5是本实施方式中压电变压器200和已往的压电变压器140的侧视图。其中图5(1)和图5(2)的压电变压器，分别与图2(1)和图36(1)的压电变压器同样，均是将初级侧电极和次级侧电极电连接构成输入输出回路的。而且为简单起见，省略了对压电变压器200构成初级侧电极的各电极长度方向间隙的表示，和对压电变压器140构成初级侧电极的各电极长度方向间隙的表示。
构成压电变压器200的矩形板202与构成压电变压器140的矩形板142，材料相同、体积相同、宽度和厚度也相同时，压电变压器200与压电变压器140在初级侧电极电容CO1上的差别，取决于初级侧电极的长度，而压电变压器200与压电变压器140在次级侧电极电容CO2上的差别，取决于初级侧电极至次级侧电极的的长度。首先将矩形板202和矩形板142的长度均设定为L，为了使压电变压器200与压电变压器140在初级侧电极电容CO1上保持一致，在压电变压器200中将构成初级侧电极的电极203和电极204各自长度设定为L/3，将电极205、电极206、电极207和电极208各自长度设定为L/4。而且在压电变压器140中将构成初级侧电极的电极143、电极144、电极145和电极146各自的长度设定为L/3，将电极147和电极148各自的长度设定为L/6。这种情况下，压电变压器200与压电变压器140在初级侧电极的长度，均为5L/6。也就是说，压电变压器200与压电变压器140在初级侧电极电容CO1分别相等。
以下说明上述情况下次级侧电极的电容CO2。在压电变压器140中，从作次级侧电极用的电极154至电极147和电极148的长度为L/6，而在压电变压器200中，从作次级侧电极用的电极216至电极205和电极206的长度，及从作次级侧电极用的电极217至电极207和电极208的长度均为L/12。因此，压电变压器200中两个次级侧电极的电容CO2，分别是压电变压器140中次级侧电极电容CO2的二倍，此外由于这些电容并联，所以压电变压器200中次级侧电极电容CO2是压电变压器140中次级侧电极电容CO2的四倍。
从上述说明看出，对于材料相同、形状也相同的矩形板来说，在初级侧电极电容相同的情况下，本实施方式的压电变压器200与已往的压电变压器相比，次级侧电极电容大，能够减小次极的阻抗(输出阻抗)，所以是一种能够流过更多电流的结构。
此外，图1和图2(1)所示矩形板202的极化方向，并不限于图中所示的。电极205和电极206之间，电极207和电极208之间的极化方向，可以与矩形板202的厚度方向相同，与电极203和电极204之间的极化方向不同。作次级侧电极用电极216和电极217附近的极化方向，也可以与矩形板202的长度方向互相不同。即使在这种情况下，也能够得到以上说明的内容和同样效果。
图2(1)中虽然是以初级侧电极用的电极204、电极206和电极208作为公共电极加以说明的，但是即使以初级侧电极用的电极203、电极205和电极207作为公共电极，也能获得以上说明的内容和同样效果。
在图1和图2(1)中所示的压电变压器200中，电极203、电极205和电极207，与电极204、电极206和电极208之间分别采用其他方式事先电连接的，但是只要矩形板200的极化方向满足本实施方式所示的关系，电极203、电极205和电极207，与电极204、电极206和电极208也可以分别以一个电极形式构成，同样能获得以上说明的内容和同样的效果。
此外，本实施方式中虽然是使用压电陶瓷作为矩形板材料说明的，但是使用铌酸锂等压电晶体，只要以c轴方向作为极化方向，能够获得与压电陶瓷情况下同样的效果。(实施方式2)图6是本发明实施方式2中3λ/2振动模型压电变压器的轴侧视图，图7(1)是图6所示压电变压器的侧视图。在图6和图7(1)中，压电变压器220由压电材料制成的矩形板222构成。与矩形板222厚度方向垂直的两个主面上形成初级侧(输入侧)电极。这两个主面中，一个主面上形成由电极223、电极225和电极227组成的初级侧电极，另一主面上形成由电极224、电极226和电极228组成的初级侧电极。而且电极223和电极224各自的中心线，可以形成得与矩形板222的中心线239实际上一致。电极223和电极224，电极225和电极226，以及电极227和电极228，分别沿矩形板222厚度方向互相相对形成。矩形板222长度方向的两个端面上，形成电极236和电极237作为次极侧(输出侧)电极。电极223、电极224、电极225、电极226、电极227、电极228、电极236和电极237均由银、镍或金等金属制成，采用蒸镀法、溅射法、印刷法或电镀法等工业方法形成。
图6和图7(1)中，矩形板222上注明的箭头，是在矩形板222的材料为钛酸锆(PZT)等压电陶瓷的情况下表示极化方向，而在压电晶体的情况下表示c轴取向的方向。矩形板222为压电陶瓷的情况下，应当在电极223与电极234之间，电极225与电极226之间，电极227与电极228之间，沿着矩形板202厚度方向施加适当直流高电压进行极化处理。而且还应当在电极225、电极226和电极236之间，在电极227、电极228和电极237之间，沿着矩形板222的长度方向施加适当的直流高电压进行极化处理。
接着说明压电变压器220的动作。在图7(1)中，作一方初级侧电极用的电极223、电极226和电极228与接线柱A电连接。而且作另一方初级侧电极用的电极224、电极225和电极227，作为公共电极与接线柱B和D电连接。此外，作次级侧电极用的电极236和电极237与接线柱C电连接。其中当接线柱A和接线柱B之间施加频率处于能激起矩形板222沿长度方向产生伸缩机械振动共振频率附近的交流电压(输入电压)时，将激起压电变压器220沿长度方向伸缩的机械振动。被激起的机械振动因压电效应而变换成电压，因而能以输出电压的形式，从接线柱CD之间取出与初级侧电极与次级侧电极阻抗比对应的高电压。
图7(2)表示使压电变压器220沿长度方向产生3λ/2波长伸缩机械振动时刻长度方向的位置变化分布。其中横轴表示压电变压器220长度方向的位置变化。纵轴表示某瞬间压电变压器220因机械振动而在长度方向的位置变化，+方向表示压电变压器220沿长度方向向右侧的位置变化，而-方向则表示沿长度方向向左侧的位置变化。此外，在图7(3)和图7(4)分别表示压电变压器220在图7(2)所示的位置变化时矩形板222内部的应力分布，和因振动感生的电荷分布。在图7(3)中，横轴表示压电变压器220沿长度方向的位置。而纵轴表示在长度方向压缩、伸长方向内部应力的大小。此外图7(4)中，横轴表示压电变压器220沿长度方向的位置。而纵轴表示因振动感生电荷的正负极性和电荷量。
本实施方式的压电变压器220，由于初级侧电极的极化方向与矩形板222厚度方向一致，所以与本发明实施方式1中的压电变压器220那样，通过在极化处理时初级侧电极长度方向的间隙(电极223、电极224与电极225.电极226之间，以及电极223、电极224与电极227、电极228之间)施加与矩形板222厚度方向反向的高电场，能够抑制内部变化和裂纹产生。因此，与本发明的实施方式1中的压电变压器220相比，上述电极间间隙极化后残余变形小，而且极化方向不连续的部分少，所以能实现机械强度高的压电变压器。
此外，一旦在接近的电极间使电场方向相反的情况下进行极化处理，虽然有时在电极边界附近因充分未极化而使实际电—机械结合系数keff降低，但是对本实施方式中的压电变压器没有影响。
而且本实施方式压电变压器220中，在图7(2)所示的3λ/2振动模型下，如图7(3)所示，产生大应力的部分(P1、P2、P3点)，与极化方向不连续的部分(在矩形板222中，是被电极225和电极226所夹持的部分，处于电极236侧端部附近，是被电极225和电极226所夹持的部分，处于电极237侧端部附近)不一致。也就是说，与本发明实施方式1同样，通常动作时机械强度弱的极化不连续部分没有施加大的应力和变形。因此，本实施方式的压电变压器能够处理大的电功率，实现可靠性高的压电变压器。
此外，如图6和图7(1)所示，对于本实施方式的压电变压器220而言，在矩形板222中，电极223和电极224间，电极205和电极226间、以及电极227和电极228间厚度方向的极化方向相同，而一组初级侧电极由电极223、电极226和电极228所构成，而另一组初级侧电极由电极224、电极225和电极227所构成，所以即使在电极223和电极224间施加的交流电压相位，与在电极225和电极226间、以及电极227和电极228间施加交流电压的相位相差180度，如图7(4)所示，因振动感生的电荷的极性相同而不会互相抵消。因此，初级侧电极的长度，分别矩形板222主面上由于可以视为增加到大约三个电极，所以本实施方式中能将初级侧电极的长度设计得较长。因此，初级侧电极的实际电—机械结合系数keff也能比已有压电变压器中的更大，因而能够增大单位体积压电变压器所处理的电功率。
本实施方式的压电变压器220，由于采用3λ/2振动模型，所以能减小机械振动的振幅并抑制弹性变形，而且在提高驱动频率的情况下能减小一次振动所处理的电功率，增加振动次数，因而能处理大的电功率。
此外，本实施方式的压电变压器220，初级侧电极和次级侧电极是与本发明的实施方式1的压电变压器200同样形成的，所以能减小次极侧的阻抗(输出阻抗)，是一种能流过更多电流的结构。
此外，图6和图7(1)所示的压电变压器220的极化方向，并不限于图中所示的。作初级侧电极用的电极223和电极224之间，电极225和电极226之间，以及电极227和电极228之间的极化方向，既可以与矩形板222的厚度方向相同，而且作次级侧电极用的电极236和电极237附近的极化方向，也可以与矩形板222的长度方向不同。即使在这种情况下，也能得到以上说明的内容和同样效果。
图7(1)中虽然是以初级侧电极用电极224、电极225和电极227作公共电极加以说明的，但是即使以初级侧电极用电极223、电极226和电极228作公共电极，也能获得以上说明的内容和同样效果。
此外，本实施方式中虽然是使用压电陶瓷作为矩形板材料说明的，但是使用铌酸锂等压电晶体，只要以c轴方向作为极化方向，也能获得与压电陶瓷情况下同样的效果。(实施方式3)图8是本发明实施方式3中3λ/2振动模型压电变压器的轴侧视图，图9(1)是图8所示压电变压器的侧视图。在图8和图9(1)中，压电变压器240由压电材料制成的矩形板242构成。在矩形板242长度方向的中央附近，沿矩形板242的长度方向和厚度方向上形成由多个电极组成的初级侧(输入侧)电极。这是一种在矩形板242的厚度方向由压电陶瓷等压电材料制成的压电体层与由金属材料等制成的内部电极层互相叠层而成的叠层结构。
图9(1)中，在与矩形板242的厚度方向垂直的两个主面上相对形成初级侧电极间，存在五个压电体层和四个电极层。在与矩形板242厚度方向垂直的一个主面上，分别形成电极300、电极310和电极320，在矩形板242的另一主面上分别形成电极301、电极311和电极321。此外矩形板242内部，形成电极302、电极303、电极304和电极305，电极312、电极313、电极314和电极315，电极322、电极323、电极324和电极325。电极300、电极301、电极302、电极303、电极304和电极305，在矩形板242的厚度方向互相相对。同样，电极310、电极311、电极312、电极313、电极314和电极315，也在矩形板242的厚度方向互相相对。而且电极320、电极321、电极322、电极323、电极324和电极325，也在矩形板242的厚度方向互相相对。电极300、电极302和电极304互相电连接构成电极243，电极301、电极303和电极305互相电连接构成电极244。同样，电极310、电极312和电极314互相电连接构成电极245，电极311、电极313和电极315互相电连接构成电极246。而且电极320、电极322和电极324互相电连接构成电极247，电极321、电极323和电极325互相电连接构成电极248。构成电极243和电极244各电极的中心线，可以形成得与矩形板242的中心线259实际上一致。矩形板242长度方向的两个端面上，形成电极256和电极257作为次极侧(输出侧)电极。电极300、电极301、电极310、电极311、电极320、电极321、电极256和电极257均由银、镍或金等金属制成，采用蒸镀法、溅射法、印刷法或电镀法等工业方法形成。
另外，图9(1)中，矩形板242上注明的箭头，表示压电材料的极化方向。被电极300至电极301的电极所夹持的各压电体的层间，被电极310至电极311的电极所夹持的各压电体的层间，以及被电极320至电极321的电极所夹持的各压电体的层间的矩形板242中，极化方向是矩形板242厚度方向，矩形板242的厚度方向及长度方向相邻的各电极间处于相反方向。在电极245、246与电极256之间，以及电极247、248与电极257之间，矩形板242的长度方向被极化，它们极化的方向互相相反。通过在各自区域施加适当直流高电压的方式进行极化处理。
接着说明压电变压器240的动作。在图9(1)中，作一方初级侧电极用的电极243、电极245和电极247与接线柱A电连接。而且作另一方初级侧电极用的电极244、电极246和电极248，作为公共电极与接线柱B和D电连接。此外，作次级侧电极用的电极256和电极257与接线柱C电连接。其中当接线柱A和接线柱B之间，作为输入电压，施加频率处于能激起矩形板242沿长度方向产生伸缩机械振动共振频率附近的交流电压时，将激起压电变压器240沿长度方向伸缩的机械振动。被激起的机械振动因压电效应而变换成电压，因而能以输出电压的形式，从接线柱CD之间取出与初级侧电极与次级侧电极阻抗比对应的高电压。
图9(2)表示使压电变压器240沿长度方向产生3λ/2波长伸缩机械振动时刻长度方向的位置变化分布。其中横轴表示压电变压器240长度方向的位置。纵轴表示某瞬间压电变压器240因机械振动而在长度方向的位置变化，+方向表示压电变压器240沿长度方向向右侧的位置变化，而-方向则表示沿长度方向向左侧的位置变化。此外，图9(3)和图9(4)分别表示压电变压器240在图9(2)所示的位置变化时矩形板242内部的应力分布，和因振动感生的电荷分布。在图9(3)中，横轴表示压电变压器240沿长度方向的位置。而纵轴表示在长度方向压缩、伸长方向内部应力的大小。此外图9(4)中，横轴表示压电变压器240沿长度方向的位置。而纵轴表示因振动感生电荷的正负极性和电荷量。
本实施方式的压电变压器240中，由于初级侧电极的极化方向为矩形板242的厚度方向，矩形板242的厚度方向及与长度方向相邻的压电体层间方向相反，所以与本发明实施方式1或实施方式2中的压电变压器相比，能够增大初级侧电极的电容值。
将初级侧电极的电容和次级侧电极的电容分别记为C01和CO2，将输入初级侧电极的电压和从次级侧电极输出的电压分别定为Win和Wout，则初级侧电功率Win和次级侧电功率Wout可以分别用(式1)和(式2)表示。为简单起见，假定电功率没有损失，则以输出电压Vout与输入电压Vin之比表示的升压比γ，如(式3)所示，与C01/CO2的平方根成正比。因此，本实施方式中的压电变压器240，与本发明实施方式1或实施方式2中压电变压器相比，由于初级侧电极的电容C01大，所以能够获得大升压比。
Win＝CO1(Vin)2/2 (1)Wout＝CO2(Vout)2/2 (2)γ＝Vout/Vin＝(C01/CO2)1/2(3)而且，本实施方式的压电变压器240，由于采用3λ/2振动模型，所以能减小机械振动的振幅并抑制弹性变形，而且在提高驱动频率的情况下能减小一次振动所处理的电功率和增加振动次数，因而能处理大的电功率。
而且在本实施方式压电变压器240中，在图9(2)所示3λ/2振动模型下，如图9(3)所示，产生大应力的部分(P1、P2、P3点)，与极化方向不连续的部分(在矩形板242中，处于电极243和电极244所夹持部分与电极245和电极246所夹持部分之间，处于电极243和电极244所夹持部分与电极247和电极248所夹持部分之间，是电极245和电极246所夹持部分，处于电极256侧端部附近，是电极247和电极248所夹持部分，处于电极257侧端部附近)不一致。也就是说，与本发明的实施方式1和实施方式2同样，在通常动作时机械强度弱的极化不连续部分没有施加大的应力和变形。因此，本实施方式的压电变压器能够处理大的电功率，实现可靠性高的压电变压器。
此外，如图9(1)所示，对于本实施方式的压电变压器240而言，构成电极243和电极244各电极间的极化方向与，构成电极245和电极246各电极间的极化方向、以及构成电极247和电极248各电极间的极化方向，在矩形板242的长度方向上互相相邻的各电极间在厚度方向上不同。因此如图9(4)所示，即使在电极243和电极244间、电极245和电极246间、以及电极247和电极248间施加相同相位的交流电压，由于振动感生的电荷极性相同而不会互相抵消。这样一来，初级侧电极的长度由于可以大体视为在矩形板242长度方向上并列的电极长度，所以在本实施方式中，可以将初级侧电极长度设定得较长。因此初级侧电极的实际电—机械结合系数keff能够比已有压电变压器的大，因而能增大单位体积压电变压器所能处理的电功率。
此外，图9(1)所示压电变压器240的极化方向并不限于图中所示的。构成作初级侧电极用的电极243、电极244、电极245、电极246、以及电极247和电极248的各电极间的极化方向，在矩形板242的厚度方向和长度方向相邻的各电极间，可以在矩形板242的厚度方向上互相不同，而且作次级侧电极用的电极256和电极257附近的极化方向，也可以在矩形板242的长度方向上互相不同。即使在这种情况下，也能得到以上说明的内容和同样效果。
图9(1)虽然是以初级侧电极用电极244、电极246和电极248作公共电极加以说明的，但是即使以初级侧电极用电极243、电极245和电极247作公共电极，也能获得以上说明的内容和同样效果。
此外，图9(1)中压电体层数为五层，但是并不限于此。即使压电体层数变化，也只是引起初级侧电极电容改变，所得到的结果与本实施方式相同。
此外，本实施方式中虽然是使用压电陶瓷作为矩形板材料说明的，但是如果使用铌酸锂等压电晶体，只要以c轴方向作为极化方向，则也能获得与压电陶瓷情况同样的效果。(实施方式4)
图10是本发明实施方式4中3λ/2振动模型压电变压器的轴侧视图，图11(1)是图10所示压电变压器的侧视图。在图10和图11(1)中，压电变压器260由压电材料制成的矩形板262构成。在矩形板262长度方向的中央附近，沿矩形板262的长度方向和厚度方向形成由多个电极组成的初级侧(输入侧)电极。这是一种矩形板262厚度方向由压电陶瓷等压电材料制成的压电体层与由金属材料等制成的内部电极层互相叠层而成的叠层结构。
图11(1)中，在与矩形板262的厚度方向垂直的两个主面上相对形成初级侧电极间，存在五个压电体层和四个电极层。与矩形板262厚度方向垂直的一个主面上，分别形成电极330、电极340和电极350，在矩形板262的另一主面上分别形成电极331、电极341和电极351。此外在矩形板262内部，形成电极332、电极333、电极334和电极335，电极342、电极343、电极344和电极345，电极352、电极353、电极354和电极355。电极330、电极331、电极332、电极333、电极334和电极335，在矩形板262的厚度方向互相相对。同样，电极340、电极341、电极342、电极343、电极344和电极345，也在矩形板262的厚度方向互相相对。而且电极350、电极351、电极352、电极353、电极354和电极355，也在矩形板262的厚度方向互相相对。电极330、电极332和电极334互相电连接构成电极263，电极331、电极333和电极335互相电连接构成电极264。同样，电极340、电极342和电极344互相电连接构成电极265，电极341、电极343和电极345互相电连接构成电极266。而且电极350、电极352和电极354互相电连接构成电极267，电极351、电极353和电极355互相电连接构成电极268。构成电极263和电极264的各电极的中心线，可以形成得与矩形板262的中心线279实际上一致。矩形板262长度方向的两个端面上，形成电极276和电极277作为次极侧(输出侧)电极。电极330、电极331、电极340、电极341、电极350、电极351、电极276和电极277均由银、镍或金等金属制成，采用蒸镀法、溅射法、印刷法或电镀法等工业方法形成。
图11(1)中，矩形板262上注明的箭头，表示压电材料的极化方向。被电极330至电极331的电极所夹持的各压电体的层间，被电极340至电极341的电极所夹持的各压电体的层间，以及被电极350至电极351的电极所夹持的各压电体层间的矩形板262中，极化方向是矩形板262厚度方向，在矩形板262的厚度方向相邻的各电极间处于相反方向。
此外，作为与本发明实施方式3的不同点在于，在矩形板262的长度方向相邻的各电极间的极化方向，在矩形板262的厚度方向相同。在电极265、266与电极276之间，以及电极267、268与电极277之间，矩形板262的长度方向被极化，它们极化的方向互相相反。可以利用在各自区域施加适当直流高电压的方式进行极化处理。
接着说明压电变压器260的动作。在图11(1)中，作一方初级侧电极用的电极263、电极266和电极268与接线柱A电连接。而且作另一方初级侧电极用的电极264、电极265和电极267，作为公共电极与接线柱B和D电连接。此外，作次级侧电极用的电极276和电极277与接线柱C电连接。其中当接线柱A和接线柱B之间，作为输入电压施加频率处于能激起矩形板262沿长度方向产生伸缩机械振动共振频率附近的交流电压时，将激起压电变压器260沿长度方向伸缩的机械振动。被激起的机械振动因压电效应而变换成电压，因而能以输出电压的形式，从接线柱CD之间取出与初级侧电极与次级侧电极阻抗比对应的高电压。
图11(2)表示使压电变压器260沿长度方向产生3λ/2波长伸缩机械振动的时刻长度方向的位置变化分布。其中横轴表示压电变压器260长度方向的位置。纵轴表示某瞬间压电变压器260因机械振动而在长度方向的位置变化，+方向表示压电变压器260沿长度方向向右侧的位置变化，而-方向则表示沿长度方向向左侧的位置变化。此外，图11(3)和图11(4)分别表示压电变压器260在图11(2)所示的位置变化时矩形板262内部的应力分布，和因振动感生的电荷分布。在图11(3)中，横轴表示压电变压器260沿长度方向的位置。而纵轴表示在长度方向压缩、伸长方向内部应力的大小。此外图11(4)中，横轴表示压电变压器260沿长度方向的位置。而纵轴表示因振动感生电荷的正负极性和电荷量。
本实施方式的压电变压器260，由于初级侧电极的极化方向在矩形板262厚度方向互相相邻的电极间，与矩形板262的厚度方向相同，所以极化处理时，在初级侧电极长度方向的间隙(电极263、电极264和电极265间，以及电极263、电极264与电极267、电极268间)内，所以能够抑制因施加与矩形板262厚度方向相反的高电场而产生的内部变形。而且与本发明实施方式3中的压电变压器240相比，由于在上述电极间的间隙内极化后残留的变形小，而且极化方向不连续的部分少，所以能够实现机械强度高的压电变压器。
此外，如图11(1)所示，对于本实施方式的压电变压器260而言，在构成初级侧电极223、电极224间、电极225、电极226间、电极227和电极228间内，在矩形板262长度方向相邻的各电极间，极化方向与厚度方向相同，但一方的初级侧电极由电极264、电极265和电极267构成，而另一方的初级侧电极由电极263、电极266和电极268构成，并于在电极263和电极264间施加的交流电压的相位，与在电极265和电极266间，以及电极267和电极268间施加的交流电压的相位相差180度，所以如图11(4)所示，因振动感生的电荷极性相同而不会互相抵消。此外，初级侧电极的长度由于可以大体视为能在矩形板262长度方向上并列的电极长度，所以在本实施方式中，可以将初级侧电极长度设定得较长。因此初级侧电极的实际电—机械结合系数keff能够比已有压电变压器的大，因而能增大单位体积压电变压器所处理的电功率。
而且，本实施方式的压电变压器260，由于采用3λ/2振动模型，所以能减小机械振动振幅并能抑制弹性变形，而且能在提高驱动频率的情况下减小一次振动所处理的电功率和增加振动次数，因而能处理大的电功率。
此外，在本实施方式压电变压器260中，在图11(2)所示3λ/2振动模型下，如图11(3)所示，产生大应力的部分(P1、P2、P3点)，与极化方向不连续的部分(在矩形板262中，处于电极263和电极264所夹持部分与电极265和电极266所夹持部分之间，处于电极263和电极264所夹持部分与电极267和电极268所夹持部分之间，是电极265和电极266所夹持部分，处于电极276侧端部附近，是电极267和电极268所夹持部分，处于电极277侧端部附近)不一致。也就是说，与本发明的实施方式1、实施方式2和实施方式3同样，在通常动作时机械强度弱的极化不连续部分没有施加大的应力和变形。因此，本实施方式的压电变压器能够处理大的电功率，实现可靠性高的压电变压器。
按照本实施方式的压电变压器260中，初级侧电极，由于是以上说明的那种叠层结构，所以与本发明的实施方式1或实施方式2中的压电变压器相比，能够增大初级侧电极的电容值。因此，本实施方式的压电变压器260，与本发明实施方式3的压电变压器同样，与本发明的实施方式1或实施方式2相比，由于能够增大初级侧电极的电容CO1，所以能提高升压比γ。
此外图11(1)所示压电变压器260的极化方向并不限于图中所示的。构成初级侧电极用的电极263、电极264、电极265、电极266、以及电极267和电极268的各电极间的极化方向，在矩形板262的厚度方向上相邻的各电极间，与矩形板262的厚度方向互相不同，在矩形板262长度方向相邻的各电极间，与矩形板262的厚度方向可以互相相同。而且作次级侧电极用的电极276和电极277附近的极化方向，也可以与矩形板262的长度方向上互相不同。即使在这种情况下，也能得到以上说明的内容和同样效果。
图11(1)虽然是以初级侧电极用电极264、电极265和电极267作公共电极加以说明的，但是即使以初级侧电极用电极263、电极266和电极268作公共电极，也能获得以上说明的内容和同样效果。
图11(1)中的压电体层数为五层，但是并不受此限制。即使压电体层数变化，也只是引起初级侧电极电容改变，所得到的结果与本实施方式相同。
此外，本实施方式中虽然是使用压电陶瓷作为矩形板材料说明的，但是如果使用铌酸锂等压电晶体，只要以c轴方向作为极化方向，则也能获得与压电陶瓷情况同样的效果。(实施方式5)图12(1)是本发明实施方式5中3λ/2振动模型压电变压器的轴侧视图。而且图12(2)是图12(1)所示压电变压器280中心线299的断面视图。此外图13和图14，分别是压电变压器280的侧视图。图12(3)表示压电变压器280的变形实例，与图12(2)同样是沿中心线299截断情况下的断面图。
在图12(1)、图13和图14中，压电变压器280由压电材料制成的矩形板282构成。在矩形板282长度方向的中央附近，沿矩形板282的长度方向和厚度方向形成由多个电极组成的初级侧(输入侧)电极。这是一种在矩形板282厚度方向上由压电陶瓷等压电材料制成的压电体层与由金属材料等制成的内部电极层互相叠层而成的叠层结构。图12(2)、图13和图14中，在与矩形板282厚度方向垂直的两个主面上相对的初级侧电极间，存在五层压电体层和四层电极层。
图12(1)中，在与矩形板282的厚度方向垂直的一个主面上，分别形成电极360、电极370和电极380，在矩形板282的另一主面上分别形成电极361、电极371和电极381。此外在矩形板282内部，形成电极362、电极363、电极364和电极365，电极372、电极373、电极374和电极375，电极382、电极383、电极384和电极385。电极360、电极361、电极362、电极363、电极364和电极365，在矩形板282的厚度方向互相相对。同样，电极370、电极371、电极372、电极373、电极374和电极375，也在矩形板282的厚度方向互相相对。而且电极380、电极381、电极382、电极383、电极384和电极385，也在矩形板282的厚度方向互相相对。如图12(2)所示，电极360、电极362和电极364互相电连接构成电极283，电极361、电极363和电极365互相电连接构成电极284。同样，电极370、电极372和电极374互相电连接构成电极285，电极371、电极373和电极375互相电连接构成电极286。而且电极380、电极382和电极384互相电连接构成电极287，电极381、电极383和电极385互相电连接构成电极288。构成电极283和电极284的各电极的中心线，可以形成得与矩形板282的中心线299实际上一致。在矩形板282长度方向的两个端面上，形成电极296和电极297作为次极侧(输出侧)电极。电极360、电极361、电极370、电极371、电极380、电极381、电极296和电极297均由银、镍或金等金属制成，采用蒸镀法、溅射法、印刷法或电镀法等工业方法形成。
在本实施方式的压电变压器280中，矩形板282厚度方向上的叠层结构，例如电极360和电极361间由图12(2)表示。作矩形板282内部电极用的电极362和电极364，从矩形板282宽度方向的一端露出，作内部电极用的电极363和电极365，从矩形板282宽度方向的另一端露出。如图12(2)所示，通过使电极360呈L形状，将电极360、电极362和电极364连接，同样通过使电极361呈L形状，将电极361、电极363和电极365连接。
在图12(2)、图13和图14中，矩形板282上注明的箭头，表示压电材料的极化方向。被从电极360至电极361的电极所夹持的各压电体层间，被从电极370至电极371的电极所夹持的各压电体层间，以及被从电极380至电极381的电极所夹持的各压电体层间的矩形板262中，极化方向是矩形板282厚度方向，在矩形板282的厚度方向相邻的各电极间为相反方向。此外在图13中，在矩形板282长度方向上相邻的各电极间的极化方向，与矩形板282的厚度方向不同；而在图14中，在矩形板282长度方向上相邻的各电极间的极化方向，与矩形板282的厚度方向相同。电极285、电极286和电极296间，电极287、电极288和电极297间沿矩形板282的长度方向被极化，它们的极化方向互相相反。通过分别在各区域中施加适当的直流高电压，可以进行极化处理。
接着说明压电变压器280的动作。在图13中，作一方初级侧电极用的电极283、电极285和电极287与接线柱A电连接。而且作另一方初级侧电极用的电极284、电极286和电极288，作为公共电极与接线柱B和D电连接。此外在图14中，作一方初级侧电极用的电极283、电极286和电极288与接线柱A电连接。而且作另一方初级侧电极用的电极284、电极285和电极287，作为公共电极与接线柱B和D电连接。而且在图13和图14中，作次级侧电极用的电极296和电极297与接线柱C电连接。
其中在图13和图14中，一旦在接线柱A和接线柱B间，施加频率处于能激起矩形板282沿长度方向产生伸缩机械振动共振频率附近的交流电压作为输入电压时，将使压电变压器280激起沿长度方向伸缩的机械振动。被激起的机械振动因压电效应而变换成电压，因而能以输出电压的形式，从接线柱CD之间取出与初级侧电极与次级侧电极阻抗比对应的高电压。对于图13和图14的情况而言，只要电极283、电极284、285、电极286、287和电极288连接的组合不同，施加交流电压时的振动情况就会相同。
在本实施方式的压电变压器280中，使矩形板282内部构成的电极从矩形板282宽度方向的端面露出。因此，矩形板282的内部电极与与矩形板282厚度方向垂直的主面上构成的电极之间容易实现电连接。
图12(3)是压电变压器280中，在矩形板282的主面上不形成电极情况下沿中心线299的断面图。在压电变压器280中，如果使矩形板282的奇数内部电极(例如电极365和电极363)从矩形板282宽度方向的一个端面露出，并使矩形板282的偶数内部电极(例如电极362和电极364)从矩形板282宽度方向的另一端面露出，则可以在矩形板282的主面上不形成电极，而仅使矩形板282的内部互相连接。图12(3)中，电极360和电极361不呈L形，而以平板状形成并仅处于压电变压器宽度方向的端面上。而且作为叠层结构的最上层和最下层的压电体层不存在极化。这些也分别适用电极370和电极371，以及电极380和电极381。如上所述，如果设置一种其主面上无电极的矩形板282，则能够使压电变压器的主面电绝缘。此外，按照本实施方式的初级侧电极，虽然是压电体层和电极层叠层而成的叠层结构，如图12(2)和图12(3)所示，但是压电体层间被电极层所完全分离，而结合存在于相邻的压电体层的端部间。也就是说，任意相邻的两个压电体层，具有U形结构。这是因为压电变压器制造工序中，将压电体层和电极层叠层后加压附着时，相邻的压电体层互相融合在一起的缘故。
本实施方式的压电变压器280，初级侧电极，由于以上说明的叠层结构，所以与本发明的实施方式3或实施方式4中的压电变压器同样，与本发明的实施方式1或实施方式2中的压电变压器相比，能够增大初级侧电极的电容值。因此，本实施方式中的压电变压器280，与本发明实施方式3的压电变压器同样，与本发明的实施方式1或实施方式2相比，由于能够增大初级侧电极的电容CO1，所以能提高升压比γ。
而且，本实施方式的压电变压器280，采用3λ/2振动模型的条件下，能减小机械振动振幅而抑制弹性变形，而且能在提高驱动频率的情况下减小一次振动所处理的电功率和增加振动次数，因而能处理大的电功率。而且与本发明的实施方式3和实施方式4中的压电变压器同样，产生大应力的部分与极化方向不连续的部分不一致。也就是说，在通常动作时对机械强度弱的极化不连续部分没有施加大的应力和变形。因此，本实施方式的压电变压器能够处理大的电功率，实现可靠性高的压电变压器。
此外，在本实施方式的压电变压器280中，与本发明的实施方式1、实施方式2、实施方式3和实施方式4的压电变压器同样，能够将初级侧电极的长度设定得较长，而且因振动感生的电荷极性相同而不产生抵消作用，所以初级侧电极的实际电—机械结合系数keff能够比已有压电变压器的大，因而能增大单位体积压电变压器所处理的电功率。
图13和图14所示压电变压器280的极化方向，并不限于各自图中所示的方向。构成初级侧电极用的各电极间，在图13中矩形板282的厚度方向上与长度方向上相邻的各电极间，方向可以互相不同，而在图14中，矩形板282厚度方向在相邻的电极间互相不同，而在矩形板282长度方向相邻的各电极间方向可以相同。而且作次级侧电极用的电极296和电极297附近的极化方向，也可以与矩形板282的长度方向互相不同。即使在这种情况下，也能得到以上说明的内容和同样效果。
图13中虽然是以初级侧电极用电极284、电极286和电极288作公共电极加以说明的，但是即使以初级侧电极用电极283、电极285和电极287作公共电极，也能获得以上说明的内容和同样效果。
图13和图14中压电体层数为五层，但是并不受此限制。即使压电体层数变化，也只会引起初级侧电极的电容改变，所得到的结果与本实施方式相同。
进而，在本实施方式中虽然是使用压电陶瓷作为矩形板材料说明的，但是如果使用铌酸锂等压电晶体，只要以c轴方向作为极化方向，也能获得与压电陶瓷情况同样的效果。(实施方式6)图15和图16是本发明实施方式6中3λ/2振动模型压电变压器的轴侧视图。而且图17是图16所示压电变压器400的分解图。此外图17还表示沿图16中直线420的断面结构。
在图15中，压电变压器388由压电材料制成的矩形板389构成。与矩形板389厚度垂直的两个主面上形成初级侧(输入侧)电极。这两个主面中，在一个主面上形成由电极390、电极392和电极394组成的初级侧电极，在另一主面上形成由电极391、电极393和电极395组成的初级侧电极。电极390和电极391各自的中心线，与矩形板389的中心线398形成得实际上一致。电极390和电极391、电极392和电极393，以及电极394和电极395，分别沿矩形板389厚度方向互相相对形成。在矩形板389长度方向的两个端面上，形成电极396和电极397作为次级侧(输出侧)电极。电极390、电极391、电极392、电极393、电极394、电极395、电极396和电极397均由银、镍或金等金属制成，采用蒸镀法、溅射法、印刷法或电镀法等工业方法形成。
在图16和图17中，压电变压器400由压电材料制成的矩形板402构成。在矩形板402长度方向的中央附近，沿着矩形板402的长度方向和厚度方向形成由多个电极组成的初级侧(输入侧)电极。这是一种在矩形板402的厚度方向上由压电陶瓷等压电材料组成的压电体层和金属材料等组成的内部电极层互相叠层而成的叠层结构。图16中，与矩形板402的厚度方向垂直的一个主面上，分别形成电极500、电极510和电极520，在矩形板402的另一主面上形成电极501、电极511和电极521。如图17所示，在作为与矩形板402厚度方向垂直面的两个主面上相对的初级侧电极间，存在五个压电体层和四个电极层。此外在矩形板402的内部，形成电极502、电极503、电极504、电极505、电极512、电极513、电极514、电极515、电极522、电极523、电极524和电极525。电极500、电极501、电极502、电极503、电极504和电极505在矩形板402的厚度方向互相相对。同样电极510、电极511、电极512、电极513、电极514和电极515，也在矩形板402的厚度方向互相相对。而且电极520、电极521、电极522、电极523、电极524和电极525，也在矩形板402的厚度方向互相相对。电极500和电极501的各中心线，与矩形板402的中心线419形成得实际上一致。矩形板402的长度方向的两个端面上，形成电极416和电极417作为次级(输出)电极。电极500、电极501、电极510、电极511、电极520、电极521、电极416和电极417均由银、镍或金等金属制成，采用蒸镀法、溅射法、印刷法或电镀法等工业方法形成。
如图17所示，在本实施方式的压电变压器400中，矩形板400的内部电极，各一起一部分字矩形板402宽度方向的一个端面露出。而且电极502和电极504，电极503和电极505，电极512和电极514，电极513和电极515，电极522和电极524，电极523和电极525，各一起一部分从矩形板402宽度方向的端面沿着矩形板402长度方向不同的区域露出。因此，即使电极500、电极501、电极502、电极503、电极504和电极505在矩形板402的厚度方向互相相对形成，通过使电极500和电极501的形状，如图17所示，延伸到矩形板402宽度方向端面上的形状，能够实现矩形板402表面上形成的电极500与作内壁电极用电极502和电极504的电连接，而且在与之独立的同一端面上，能够实现矩形板402表面上形成的电极501与作内壁电极用电极503和电极505的电连接。同样，能够实现电极510、电极512和电极514的电连接，以及在同一端面上实现电极511、电极513和电极515的电连接。另外，实现电极520、电极522和电极524的电连接，以及在同一端面上实现电极521、电极523和电极525的电连接。
本实施方式的压电变压器388和压电变压器400中，仅在矩形板388和矩形板402宽度方向的一个端面上形成初级侧电极的两极，所以容易实现压电变压器初级侧电极与外部的电连接。例如，在制造压电变压器工序中，用导线引出初级侧电极的情况下，无需使压电变压器转动在两面接线的工序，因而能缩短制造时间。
此外，本实施方式的压电变压器400中，在矩形板402表面上形成的电极与矩形板402内部的电极仅在矩形板402宽度方向的一个端面上能实现电连接。如图17所示，当具有由多个压电体层和电极层构成叠层结构的情况下，关于矩形板402内部电极中希望连接的电极，若制成使该电极一部分从宽度方向一个端面上露出的结构，则矩形板402表面上形成的电极与处于矩形板402内部的电极之间，也仅能在一面连接。
还有，如实施方式5所说明的那样，本实施方式的压电变压器388中，若使矩形板389的内部电极从矩形板388宽度方向的端面露出，则在矩形板388主面上不形成电极的情况下，也能实现矩形板389内部电极的互相连接。即使在该情况下，也能得到容易使压电变压器的初级侧电极与外部之间的电连接的效果。
而且在本实施方式的压电变压器388中，矩形板389表面上形成的电极390、电极391、电极392、电极393、电极394和电极395的形状，可以采用本发明实施方式1和实施方式2中压电变压器初级侧电极的形状。该情况下，与本实施方式同样，由于在矩形板宽度方向的一个端面上形成初级侧电极的两极，能够容易实现压电变压器的初级侧电极与外部之间的电连接。而且该情况下，能继续保持各实施方式压电变压器的效果，并获得与本实施方式同样的效果。
在本实施方式中所述的矩形板402表面上形成的电极与矩形板402内部电极之间的电连接，在使矩形板表面形成的电极形状发生变化，而且矩形板的内部电极从矩形板的一个端面露出的条件下，也能用于本发明的实施方式3及实施方式4的压电变压器之中。而且该情况下，能继续保持各实施方式压电变压器的效果，并获得与本实施方式同样的效果。(实施方式7)图18(1)是本发明实施方式7中3λ/2振动模型压电变压器的轴侧视图。压电变压器440由压电材料制成的矩形板442构成。在与矩形板442厚度方向垂直的两个主面中，一个主面上形成初级侧(输入侧)电极。在这两个主面中，一个主面上形成由电极443、电极445和电极447组成的初级侧电极，另一主面上形成由电极444、电极446和电极448组成的初级侧电极。而且电极443和电极444的各自中心线，与矩形板442的中心线形成得实际上一致。电极443和电极444、电极445和电极446，以及电极447和电极448分别在矩形板442的厚度方向上互相相对形成。在矩形板442长度方向的两个端面上，形成电极456和电极457作为次极侧(输出侧)电极。电极443、电极444、电极445、电极446、电极447、电极448、电极456和电极457均由银、镍或金等金属制成，采用蒸镀法、溅射法、印刷法或电镀法等工业方法形成。
在本实施方式中，如图18(1)所示，矩形板442的长度方向上，电极443和电极444的各自长度(L1)，为矩形板442长度(L)的1/3。而且电极445和电极446，以及电极447和电极448，均沿矩形板442长度方向的中心对称形成。若将电极445和电极446的长度各定为L2，将电极447和电极448的长度各定为L3，则L2＝L3成立。
在图18(1)中，矩形板442上注明的箭头，在矩形板442的材料为钛酸锆(PZT)等压电材料的情况下表示极化方向，在压电晶体的情况下表示c轴的取向。矩形板442在压电陶瓷的情况下，电极443与电极444间，电极445与电极446间，以及电极447与电极448间，沿矩形板442的厚度方向极化；电极443与电极444间厚度方向极化方向，与电极445、电极446、电极447、电极448间厚度方向的极化方向不同。而且，电极445和电极446与电极456间，以及电极447和电极448与电极457间，均沿矩形板442的长度方向极化，它们的极化方向，与矩形板442的长度方向不同。通过分别在各区域施加适当的直流高电压，可以进行极化处理。
接着说明压电变压器440的动作。在图18(1)中，作一方初级侧电极用的电极443、电极445和电极447与接线柱A电连接。而且作另一方初级侧电极用的电极444、电极446和电极448，作为公共电极与接线柱B和D电连接。而且作次级侧电极用的电极456和电极457与接线柱C电连接。其中一旦在接线柱A和接线柱B间施加频率处于能激起矩形板442沿长度方向产生伸缩机械振动共振频率附近的交流电压(输入电压)时，将使压电变压器440激起沿长度方向伸缩的机械振动。被激起的机械振动因压电效应而变换成电压，因而能以输出电压的形式，从接线柱CD之间取出与初级侧电极与次级侧电极阻抗比对应的高电压。
图18(2)表示压电变压器440，在长度方向产生3/2波长的伸缩振动的时刻在长度方向的位置变化分布。其中横轴表示压电变压器440长度方向的位置。纵轴表示某时刻压电变压器440因机械振动而引起在长度方向的位置变化，+方向表示压电变压器440沿长度方向位置向右侧变化，而-方向则表示沿长度方向向左变化。图18(3)表示压电变压器440按照图18(2)所示位置变化分布时，因振动在矩形板442上感生的电荷分布。在图18(3)中，横轴表示压电变压器440长度方向的位置。纵轴表示振动感生电荷的正负极性和电荷量。
对于压电变压器440来说，由于矩形板442长度方向上激起3/2波长的振动，所以构成初级侧电极的、处于矩形板442中央部分的电极443和电极444的各自长度一旦过长，就会使驱动效率降低。图19(1)是电极443和电极444的各自长度大于矩形板442长度1/3情况下，压电变压器440的侧视图。图19(2)表示振动感生电荷的分布。图19(2)中，横轴表示压电变压器440长度方向的位置，纵轴表示振动在矩形板442上感生电荷的正负极性和电荷量。图19(3)表示使矩形板442感生图19(2)所示电荷分布时压电变压器440激起机械振动在长度方向上位置变化的分布。图19(3)中，横轴表示压电变压器440长度方向的位置，纵轴表示因压电变压器440的机械振动而引起长度方向上的位置变化。+方向表示压电变压器440沿长度方向位置向右侧变化，而-方向则表示沿长度方向向左变化。这种情况下，电极443和电极444的各自长度可以超过感生电荷的极性转变点。因此，如图19(2)所示，处于电极443和电极444间的次级侧电极侧，因中央部分产生极性相反的电荷而使电荷互相抵消，如图19(3)所示，因激振感生电荷的抵消部分，使振动引起的位置变化减小。
另一方面，如图18所示，电极443和电极444的各自长度若设定得小于矩形板442长度的1/3，则如图18(3)所示，在电极443和电极444之间仅仅产生极性相同的电荷。也就是说，压电变压器440的初级侧电极，与图19(1)所示的结构相比，图18(1)所示的结构由于输入相同电功率的情况下位置变化减小。所以压电变压器的驱动效率增高。
另外，沿着矩形板442的长度方向激振3/2波长的振动模型时感生电荷的极性，由于处于初级侧电极中央部位的电极443和电极444被设置在相对于电极445和电极446，以及电极447和电极448间的相反位置上，而且矩形板442的极化方向相对于电极443和电极444，在电极445、电极446间，以及电极447和电极448间，沿着与矩形板442的厚度方向所不同的方向极化，所以相当于将初级侧电极的面积增大。因此初级侧电极的实际电—机械结合系数keff能够比已往的压电变压器的大，因而能增大单位体积压电变压器所处理的电功率。
而且本实施方式的压电变压器440中，通过使电极445、电极446，电极447和电极448的各自长度相等，能够将初级侧电极的阻抗设定得与矩形板442的中心对称。因此，能使次级侧电极456和电极457的电容及阻抗相等。这种情况下，由于在作为两个次级侧电极的电极456和457上施加的负载，与施加在连接次级侧(输出侧)接线柱A和D上的冷阴极管的负载比例相同，所以能够稳定地驱动变压器，抑制驱动效率的劣化。
此外，在图18中，构成矩形板442中初级侧电极443和电极444间的极化方向，和电极445、电极446间、电极447、电极448间的极化方向，虽然是就与矩形板442厚度不同的情况下进行说明的，但是即使极化方向相同，只要将电极443、电极446和电极448互相电连接，并将电极444、电极445和电极447互相电连接起来，构成初级侧电极，也能获得同样效果。而且次级侧电极附近的极化方向，并不限于图18中所示的方向。如果矩形板442长度方向的极化方向互相不同，能够获得以上说明的内容和同样效果。
图18(1)中，虽然是以初级侧电极用电极444、电极446和电极448作公共电极加以说明的，但是即使以初级侧电极用电极443、电极445和电极447作公共电极，也能获得以上说明的内容和同样效果。
本实施方式中，关于初级侧电极是将沿矩形板厚度方向垂直的两个主面的中央部分形成的电极，以及用这两个电极在厚度方向夹持的内部电极的各自长度，分别设定在矩形板长度的1/3以下，使矩形板长度方向上相邻的电极，相对于该矩形板中央部分形成的电极，在矩形板长度方向的中心相对地形成，这种方法也适用于初级侧电极由压电体层和电极层形成叠层结构的情况下。因此，即使将其用于本发明的实施方式3和实施放出4的压电变压器上，也能继续保持各实施方式压电变压器的效果，获得与本实施方式同样的效果。
本实施方式有关矩形板中构成初级侧电极的电极，分别为中央电极长度的1/3以下，在矩形板长度方向与中央电极相邻的电极，如果相对于矩形板长度方向的中心对称，则与初级侧电极形状无关。因此，即使用于本发明的实施方式5和实施方式6上，也能继续保持各实施方式压电变压器的效果，获得与本实施方式同样的效果。(实施方式8)图20是本发明实施方式8中3λ/2振动模型压电变压器的轴侧视图。图20中压电变压器460由压电材料制成的矩形板462构成。在与矩形板462厚度方向垂直的两个主面上形成初级侧(输入侧)电极。在这两个主面中，一个主面上形成由电极463、电极465和电极467组成的初级侧电极，另一主面上形成由电极464、电极466和电极468组成的初级侧电极。电极463和电极464的各自中心线，与矩形板462的中心线形成得实际上一致。电极463和电极464、电极465和电极466，电极467和电极468分别在矩形板462的厚度方向上互相相对形成。
在本实施方式中，在矩形板462长度方向的两个端面附近，在与矩形板462厚度方向垂直的主面中的一个主面上形成电极476和电极477作为次极侧(输出侧)电极。电极463、电极464、电极465、电极466、电极467、电极468、电极476和电极477均由银、镍或金等金属制成，采用蒸镀法、溅射法、印刷法或电镀法等工业方法形成。
在本实施方式的压电变压器480中，次级侧电极在与初级侧电极形成面的一个面相同的平面上形成。因此，在压电变压器制造时，利用二次工序能够形成初级侧电极和次级侧电极。也就是说，通过在与初级侧电极同一平面上形成次级侧电极，能够小减制造工序，缩短所需的时间。
此外，图20中次级侧电极虽然是在与构成初级侧电极的电极464等同一平面上形成的，但是即使在与构成初级侧电极的电极464等同一平面上形成，也能获得同样的效果。
本实施方式的次级侧电极结构，即在与形成初级侧电极的同一平面上形成次级侧电极的方法，能够适用于迄今所述的各种实施方式的压电变压器上。而且在这种情况下，能够继续保持各实施方式中压电变压器的效果，获得与本实施方式同样的效果。(实施方式9)图21是本发明实施方式9中3λ/2振动模型压电变压器的轴侧视图。图21中压电变压器480由压电材料制成的矩形板482构成。在与矩形板482厚度方向垂直的两个主面上形成初级侧(输入侧)电极。在这两个主面中，一个主面上形成由电极483、电极485和电极487组成的初级侧电极，另一主面上形成由电极484、电极486和电极488组成的初级侧电极。电极483和电极484的各自中心线，与矩形板462的中心线形成得实际上一致。电极483和电极484、电极485和电极486，电极487和电极488分别在矩形板482的厚度方向上互相相对形成。在矩形板482长度方向的两个端面上，形成电极496和电极497作为次极侧(输出侧)电极。电极483、电极484、电极485、电极486、电极487、电极488、电极496和电极497均由银、镍或金等金属制成，采用蒸镀法、溅射法、印刷法或电镀法等工业方法形成。
此外，本实施方式中可以提供一种支持压电变压器480的支持台600。这种支持台600在一个主面上有支持部件602、604和606。
图22中是本实施方式的压电变压器480和支持台600的侧视图。例如在图22(1)中，矩形板482以箭头表示的方向极化，作一方初级侧电极用的电极483、电极485和电极487与接线柱A电连接，而且作另一方初级侧电极用的电极484、电极486和电极488，作为公共电极与接线柱B和D电连接。而且作次级侧电极用的电极496和电极497与接线柱C电连接。其中一旦在接线柱A和接线柱B间施加频率处于能激起矩形板482沿长度方向产生伸缩机械振动共振频率附近的交流电压(输入电压)时，将使压电变压器480激起沿长度方向伸缩的机械振动。
图22(2)表示压电变压器480，在长度方向产生3/2波长的伸缩振动的时刻在长度方向的位置变化分布。其中横轴表示压电变压器480长度方向的位置。纵轴表示某时刻压电变压器480因机械振动引起在长度方向的位置变化，+方向表示压电变压器480沿长度方向位置向右侧变化，而-方向则表示沿长度方向向左变化。
本实施方式中，支持台上构成的三个支持部件，如图22(1)中所示，用使矩形板480激振产生3λ/2振动模型的支点支持压电变压器480。因此，支持台600在不妨碍振动的情况下能够支持固定压电变压器。此外，若将三个支持部件设计得电导通，则能实现与压电变压器初级侧电极的连接，向初级侧电极供给电力。
此外，并不只是图22(1)所示的极化方向能实现本发明实施方式的效果，而且矩形板482厚度方向的极化方向也可以在矩形板482的厚度方向上全部相同。该情况下，将电极483、电极486和电极488电连接在一起构成一方初级侧电极，将电极484、电极485和电极487电连接在一起构成另一方初级侧电极的话，也能获得同样效果。
本实施方式如果用振动支点支持压电变压器，而且能与初级侧电极接触，则还能够适用于迄今所述的各种实施方式的压电变压器上。而且该情况下，不但能继续保持各实施方式压电变压器的效果，而且还能获得本实施方式的效果。(实施方式10)图23是本发明实施方式10中3λ/2振动模型压电变压器的轴侧视图。图24是图23所示压电变压器的侧视图。图25是表示在压电变压器的次级侧连接冷阴极管情况的图。而且图26是本发明实施方式10中的又一实施例，图27是图26所示压电变压器的侧视图。
图23至图27中，压电变压器700由压电材料制成的矩形板702构成。在与矩形板702厚度方向垂直的两个主面上形成初级侧(输入侧)电极。这两个主面中，一个主面上形成由电极703、电极705和电极707组成的初级侧电极，另一主面上形成由电极704、电极706和电极708组成的初级侧电极。电极703和电极704的各自中心线，与矩形板702的中心线形成得实际上一致。电极703和电极704、电极705和电极706，电极707和电极708分别在矩形板702的厚度方向上互相相对形成。在矩形板702长度方向的两个端面上，形成电极716和电极717作为次极侧(输出侧)电极。电极703、电极704、电极705、电极706、电极707、电极708、电极716和电极717均由银、镍或金等金属制成，采用蒸镀法、溅射法、印刷法或电镀法等工业方法形成。
在图23至图27中，矩形板702上注明的箭头表示，在矩形板702的材料为钛酸锆(PZT)等压电材料的情况下事先极化的方向，在压电晶体的情况下表示c轴的取向。在图23至图27中，在矩形板702材料为压电陶瓷的情况下，电极703与电极704间，电极705与电极706间，以及电极707与电极708间，沿矩形板702厚度方向被极化。于是构成初级侧电极的各电极间沿矩形板702厚度方向的极化方向，在图23至图25中，电极703与电极704间厚度方向极化的方向，与电极705、电极706、电极707、电极708间厚度方向的极化方向不同。另一方面，在图26和图27中，电极703和电极704间，电极705和电极706间，以及电极707和电极708间沿厚度方向的极化方向相等。
本实施方式的压电变压器700中，电极705、电极706与电极716之间，以及电极707、电极708与电极717之间的极化方向，沿着矩形板702长度方向被极化，该方向与矩形板702的长度方向相同。
接着说明压电变压器700的动作。图24中是图23所示压电变压器的侧视图。图24中，作一方初级侧电极用的电极703、电极705和电极707与接线柱A电连接。而且作另一方初级侧电极用的电极704、电极706和电极708，以公共电极形式与接线柱B电连接。此外，作次级侧电极用的电极716与接线柱D电连接，电极717与接线柱C电连接。其中当在接线柱A和接线柱B之间施加频率处于能激起矩形板702沿长度方向产生伸缩机械振动共振频率附近的交流电压(输入电压)时，将激起压电变压器700沿长度方向产生伸缩的机械振动。被激起的机械振动因压电效应而变换成电压，因而能够以输出电压形式，从接线柱CD之间取出与初级侧电极与次级侧电极阻抗比对应的高电压。
在本实施方式的压电变压器700中，次级侧电极附近的极化方向设定在与矩形板702长度方向相同的方向上。这样一来，当次级侧电极附近的极化比例相等、阻抗相等时，由作次级侧电极用的电极716和电极717输出的电压，振幅相等，相位相差180度。
因此，一旦将负载接到作压电变压器700输出侧接线柱的C、D上，就像本发明实施方式1中的压电变压器200等那样，与将次级侧电极附近的极化方向设定在与矩形板长度方向不同的方向上，并将次级侧电极电连接的情况相比，向所接负载供电相同的情况下，压电变压器700的负担虽然与压电变压器200等相同，但是从压电变压器700的两个次级侧电极各输出的电压振幅将变换成1/2倍，而输出电流的振幅将变换成2倍。
例如如图25所示，当将两只冷阴极管800串联接到次级侧电极上的情况下，对于连接的两只冷阴极管800两端的电位差Vout而言，电极716和电极717输电压的相位相差180度，振幅分别变换成Vout/2。因而能将有关压电变压器700次级侧电极与冷阴极管之间连接的配线、接线柱等的耐压水平设定得较低，而且即使对因高电压配线与其他部分距离变化产生的绝缘破坏来说，仅因电压振幅小就能使之靠近。
在图23至图25中，构成压电变压器700初级侧电极的电极703和电极704间的极化方向，与构成初级侧电极的其他电极间的极化方向，虽然是就与矩形板702厚度方向不同的情况进行说明的，如图26和图27所示，但是即使构成压电变压器700初级侧电极的各电极间，极化方向与矩形板702的厚度方向相同，只要将电极703、电极706和电极708互相电连接，并将电极704、电极705和电极707互相电连接起来构成初级侧电极，也能获得同样效果。而且压电变压器700的次级侧电极附近的极化方向，并不限于图23至图27所示的方向。如果次级侧电极附近的极化方向，与矩形板702长度方向相等，则即使压电变压器700中的极化方向相反，也能获得与本实施方式同样的效果。
本实施方式中的压电变压器，通过将次级侧电极附近的极化方向设定得与矩形板长度方向相同，能够从两个次级侧电极输出振幅相同、相位互相相差180度的电压。该情况下，不但能够保持各实施方式压电变压器中的效果，而且还能获得与本实施方式同样的效果。(实施方式11)图28是表示采用本发明压电变压器的一种升压电路结构实例的方块图。升压电路由可变振荡电路902、驱动电路904、开关电路906、压电变压器908、负载910、信号检出电路912和控制电路914组成。利用可变振荡电路902产生频率信号，利用驱动电路904和开关电路906产生压电变压器908的驱动信号。利用信号检出电路912检出连接在压电变压器908次级(输出)电极上负载910上的电压变化，此检出信号通过控制电路914的控制，经过可变振荡电路902和驱动电路904，控制压电变压器908，使压电变压器908稳定驱动。
在升压用变压器电路中采用压电变压器时，与传统电磁式变压器相比，由于压电变压器驱动效率高，所以与采用电磁式变压器的升压电路相比能实现电路效率高的电路。而且，压电式变压器与电磁式变压器相比，因单位体积所处理的电能大而还能减小体积。此外，由于压电变压器利用矩形板长度振动，所以该形状对升压电路的薄型化有利。此外，本发明的压电变压器中，由于采用3λ/2振动模型，与采用传统的λ/2振动模型和λ振动模型的同形状压电变压器相比，内部应力和变形的最大值小，能够处理大的电功率。(实施方式12)图29是表示采用本发明压电变压器的一种冷阴极管发光装置结构实例的方块图。冷阴极管发光装置由可变振荡电路922、驱动电路924、开关电路926、压电变压器928、冷阴极管930、信号检出电路932和控制电路934组成。利用可变振荡电路902产生频率信号，用驱动电路924和开关电路966产生压电变压器928的驱动信号。利用信号检出电路932检出连接在压电变压器928次级侧(输出侧)电极上冷阴极管930中流过的电流变化，此检出电流通过控制电路934的控制，经过可变振荡电路922和驱动电路924，控制压电变压器908，能使压电变压器928稳定驱动。(实施方式13)图30是组装有图29所示冷阴极发光装置的液晶板示意图。液晶板940是能由压电变压器变压电路942和冷阴极管944组成的冷阴极发光装置构成的液晶板发光装置。
在已往的电磁式变压器中，冷阴极管照明时通常必须输出高电压。但是采用本发明的压电变压器，输出电压的变化由于将根据当冷阴极管开始照明时和照明时负载的变化而变化，所以对存在于液晶显示器和液晶监视器中的其他电路的影响小。而且从压电变压器向冷阴极管输出的电压几乎是正弦波，所以对冷阴极管照明所不需要的频率成分少。
而且压电变压器与电磁式变压器相比，单位体积所能处理的电能大而体积小，此外因为压电式变压器利用矩形板长度的振动，所以该形状对薄型化有利。因此能够搭载在液晶显示器和监视器边缘部分等空间狭小之处。再有，对于本发明的压电变压器而言，由于采用3λ/2振动模型，所以与采用λ/2振动模型和λ振动模型的同形状压电变压器相比，内部应力和变形的最大值小，能够处理大的电功率。
按照本发明，因压电变压器激振产生的内部应力和变形大的部分，与极化方向不连续的部分偏离，因而能在机械强度弱的部分，通常动作时为施加大应力和变形的条件下处理大的电功率。而且由于采用3λ/2振动模型，所以能减小机械振动振幅，抑制弹性变形，而且能在提高驱动频率的条件下，减小一次振动处理的电功率，增加振动次数，因而能处理大的电功率。此外，其结构由于次级侧电极阻抗低而容易流过电流。
按照本发明，极化方向不连续的部分少，机械强度高，能使可靠性提高，所以能处理大的电功率。
按照本发明，由于是初级侧电极由压电体层和电极层组成的叠层结构，所以能够加大初级侧电极的电容，提高升压比。
按照本发明，构成初级侧电极的矩形板内部的电极，由于仅在矩形板宽度方向的一个端面上露出，所以在与矩形板厚度方向垂直的两个主面上构成的电极，容易实现与内部构成电极的电连接。
按照本发明，由于能够仅在矩形板宽度方向上的一个表面上进行初级侧电极与外部接线柱的连接，所以能小减制造工序数目，缩短所需的时间。
按照本发明，就构成初级侧电极的电极而言，在长度方向夹持设置在矩形板中央部分电极的两个电极长度相等的条件下，能使初级侧电极的阻抗设定得沿着矩形板中心对称，此外还能使次级侧电极的阻抗相等，由于两个次级侧电极以相同比例施加负载，所以能够稳定地驱动并能抑制驱动效率的劣化。
按照本发明，通过在矩形板主面上构成初级侧电极和次级侧电极，能够缩短制造工序和所需的时间。
按照本发明，在压电变压器激振3λ/2振动模型的支点进行支持固定，而且同时具备支持和使初级侧电极与次级侧电极间的电连接作用，所以振动妨碍少，支持固定可靠，能够实现初级侧电极与外部接线柱之间的电连接。
按照本发明，在将次级侧电极附近的极化方向设定得与矩形板长度方向同向的条件下，能够输出两个次级侧电极振幅相同而且相位相差180度的电压。
按照本发明，与过去使用电磁方式变压器的升压电路相比，能够在小型、薄型下实现电路效率高的升压电路。
按照本发明，能够实现对其他电路的有害影响小，对冷阴极管发光所不需要的频率成分少的液晶板，以及搭载有液晶板的仪器。
权利要求
1.一种压电变压器，包括由压电材料制成的矩形板和在所说的矩形板上形成的初级侧电极和次级侧电极，对所说的初级侧电极施加交流电压，使所说的矩形板沿所说的矩形板长度方向激起相当于二分之三波长伸缩的机械振动，从所说的次级侧电极输出电压的变压器，其特征在于所说的初级侧电极沿与所说的矩形板厚度方向垂直的两个主面相对夹持所说的矩形板形成的多个电极对组成，所说的次级侧电极由多个电极组成。
2.按照权利要求1所述的变压器，其特征在于其中所说的初级侧电极由以所说的矩形板长度方向为基准在中央部分形成的第一电极对，和以所说的矩形板长度方向为基准处于所说的第一电极对两侧并与所说的第一电极对相邻形成的第二和第三电极对组成。
3.按照权利要求2所述的变压器，其特征在于所说的矩形板由压电陶瓷或压电单晶组成，所说的矩形板中被所说的第二和第三电极对夹持区域内压电陶瓷的极化方向或压电单晶的C轴方向，与被所说的矩形板的所说的第一电极对所夹持区域的极化方向或C轴方向不同。
4.按照权利要求2所述的变压器，其特征在于所说的矩形板由压电陶瓷或压电单晶组成，所说的矩形板中被所说的第一、第二和第三电极对夹持区域内压电陶瓷的极化方向或压电单晶的C轴方向全等。
5.按照权利要求1～4中任何一项所述的压电变压器，其特征在于所说的次级侧电极在所说的矩形板长度方向的两个端部附近形成。
6.一种压电变压器，是一种包括由压电材料制成的矩形板和在所说的矩形板上形成的初级侧电极和次级侧电极，对所说的初级侧电极施加交流电压，使所说的矩形板沿着所说的矩形板长度方向激起相当于二分之三波长伸缩的机械振动，从所说的次级侧电极输出电压的变压器，其特征在于所说的矩形板由沿厚度方向叠层的多个压电体层组成，所说的初级侧电极由所说的多个压电体层和多个电极层沿所说的矩形板厚度方向叠层而成，而且由多个电极组沿长度方向组成，所说的次级侧电极沿所说的矩形板长度方向的两个端部附近形成。
7.按照权利要求6所述的压电变压器，其特征在于所说的初级侧电极由以所说的矩形板长度方向为基准在中央部分形成的第一电极组，和以所说的矩形板长度方向为基准处于所说的第一电极组两侧并与所说的第一电极组相邻形成的第二和第三电极组组成。
8.按照权利要求6或7所述的压电变压器，其特征在于所说的矩形板内部电极层的端部，从所说的矩形板宽度方向的端面露出，所说的矩形板内部电极层用所说的端面电连接。
9.按照权利要求6或7所述的压电变压器，其特征在于所说的矩形板内部电极层的端部，仅从所说的矩形板宽度方向的一个端面露出，所说的矩形板内部电极层仅用所说的一个端面电连接。
10.按照权利要求5、8或9所述的压电变压器，其特征在于所说的初级侧电极中沿与所说的矩形板厚度方向垂直的两个主面上形成的电极，从所说的主面至所说的矩形板宽度方向的一个端面形成。
11.按照权利要求7～10中任何一项所述的压电变压器，其特征在于所说的次级侧电极在所说的矩形板长度方向的两个端部附近形成，在所说的矩形板长度方向上，所说的第一电极对或电极组中的电极长度，小于所说的矩形板的三分之一。
12.按照权利要求7～11中任何一项所述的压电变压器，其特征在于所说的第一、第二和第三电极对，或者第一、第二及第三电极组，与所说的矩形板长度方向垂直，而且沿着将所说的矩形板长度方向二等分的中心线对称形成。
13.按照权利要求2～5或者7～12中任何一项所述的压电变压器，其特征在于所说的第二和第三电极对中的电极面积，分别小于所说的第一电极对中的电极面积，所说的第二和第三电极组中的电极面积也分别比所说的第一电极组中的电极面积小。
14.照权利要求13所述的压电变压器，其特征在于在所说的矩形板宽度方向上所说的第二和第三电极对中的电极长度，分别与所说的第一电极对的电极长度相等，在所说的矩形板宽度方向上所说的第二和第三电极组中的电极长度，分别与所说的第一电极组的电极长度相等，在所说的矩形板长度方向上所说的第二和第三电极对中的电极长度，分别为所说的第一电极对电极长度的10％以上和100％以下，在所说的矩形板长度方向上所说的第二和第三电极组中的电极长度，分别为所说的第一电极组电极长度的10％以上和100％以下。
15.按照权利要求1～14中任何一项所述的压电变压器，其特征在于所说的次级侧电极在所说的矩形板长度方向的两个端部附近形成，所说的矩形板由压电陶瓷或压电单晶组成，在所说的矩形板的所说的次级侧电极附近压电陶瓷的极化方向或者压电单晶的C轴方向，在所说的矩形板长度方向上相等。
16.按照权利要求1～15中任何一项所述的压电变压器，其特征在于所说的次级侧电极在与所说的初级侧电极形成面相同的面上形成。
17.按照权利要求1～16中任何一项所述的压电变压器，其特征在于所说的次级侧电极在所说的矩形板长度方向的两个端部附近形成，在所说的压电变压器机械振动的支点上，具有固定所说的压电变压器而且由与电极接触的导电性材料组成的支持部件。
18.一种升压电路，包括权利要求1～17中任何一项所述的压电变压器，向所说的压电变压器供给输入电压的输入电路和取出所说的压电变压器输出电压的输出电路。
19.一种冷阴极管发光装置，其特征在于包括权利要求1～17中任何一项所述的压电变压器，向所说的压电变压器供给输入电压的输入电路和取出所说的压电变压器输出电压的输出电路组成，所说的输出电路中包含冷阴极管。
20.按照权利要求18所述的升压电路，其特征在于所说的压电变压器中，对与矩形板厚度方向垂直的两个主面上相对夹持所说的矩形板形成的多个初级侧电极对所施加交流电压的相位，与所说的初级侧电极对不同。
21.按照权利要求19所述的冷阴极管发光装置，其特征在于所说的压电变压器中，对与矩形板厚度方向垂直的两个主面上相对夹持所说的矩形板形成的多个初级侧电极对所施加交流电压的相位，与所说的初级侧电极对不同。
22.按照权利要求20所述的升压电路，其特征在于所说的初级侧电极对由以所说的矩形板长度方向为基准在中央部分形成的第一电极对，以及以所说的矩形板长度方向为基准在所说的第一电极对两侧，而且与所说的第一电极对相邻形成的第二电极对和第三电极对组成，对所说的第一电极对施加交流电压的相位，与对所说的第二电极对和第三电极对施加交流电压的相位相差180度。
23.按照权利要求21所述的冷阴极管发光装置，其特征在于所说的初级侧电极对由以所说的矩形板长度方向为基准在中央部分形成的第一电极对，以及以所说的矩形板长度方向为基准在所说的第一电极对两侧，而且与所说的第一电极对相邻形成的第二电极对和第三电极对组成，对所说的第一电极对施加交流电压的相位，与对所说的第二电极对和第三电极对施加交流电压的相位相差180度。
24.一种组装有权利要求19、21、以及23中任何一项所述的冷阴极发光装置的液晶板。
25.一种组装有权利要求22所述的液晶板组成的仪器。
全文摘要
在处理大的电功率用途中，欲使压电变压器小型化，因变形增加而发热，对特性产生有害影响，难于高效化。本发明利用高次模型振动，而且以多个电极形式形成初级侧电极，在提高实际电-机械结合系数的条件下，实现小型大输出功率的压电变压器。
文档编号H01L41/107GK1411079SQ02144449
公开日2003年4月16日 申请日期2002年9月28日 优先权日2001年9月28日
发明者武田克, 中塚宏, 山口健, 奥山浩二郎, 守时克典 申请人:松下电器产业株式会社