JP4841138B2 - 誘電体層及び誘電体素子の製造方法、並びに誘電体素子及び圧電トランス - Google Patents
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Description
図1は、本実施形態における圧電トランス10の斜視図であり、図2は本実施形態における圧電トランス10の分解斜視図である。
誘電体層11としては、従来周知な各種の圧電セラミックスが用いられ得る。ここで、本実施形態における誘電体層11としては、例えば、ニオブ酸リチウム(LiNbO3),タンタル酸リチウム(LiTaO3),これらの固溶体(LiNb1-xTaxO3),これらのLiをKやNaで置換したもの(一般式ABO3[ここで、AはK,Na,Liのうちの少なくとも1種、BはNb及び/又はTaである。]),四ホウ酸リチウム(Li2B4O7),CaNdAlO4等の、非鉛系でQmの大きな材質が好適に用いられ得る。
次に、上述の圧電トランス10の製造方法の一つの具体例について説明する。この具体例においては、誘電体層11の材質としてニオブ酸リチウムが用いられるものとし、入力電極12等は白金レジネートの塗布・熱処理による白金電極が用いられるものとする。
図3は、最も単純な構成の2次ローゼン型圧電トランスである圧電トランス20の概略構成を示す外観図である。かかる圧電トランス20は、図1及び図2に示した多層タイプの圧電トランス10とは異なり、単層タイプである。かかる圧電トランス20は、誘電体層21と、入力電極22と、接地電極23と、出力電極24とから構成されている。
次に、図3に示されている、最も単純な構成の圧電トランス20を用いて、本実施形態の製造方法における効果を詳細に説明する。
[k31,k33は誘電体層21を構成する誘電体材料の電気機械結合係数、lgは誘電体層21における発電部の長さ、ltは誘電体層21の厚さ]
[ρは密度、εは誘電率、Sはもれ容量比、sは弾性定数、ωは各周波数]
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の本質的部分を変更しない範囲内において適宜変形することが可能である。すなわち、本発明は、上述した各構成や製造方法の具体例に何ら限定されない。以下に変形例を例示するが、この変形例とて下記のものに限定されるものではない。
Claims (9)
- 熱膨張率に異方性を有する誘電体材料の多結晶体からなる誘電体層の製造方法において、
前記誘電体材料の原料の粉末を、常温における結晶構造とは異なる結晶構造への相変態が生じる温度以上に加熱することで、結晶格子が所定方向に配向し且つ当該所定方向と所定の角度をなす方向の長手方向を有する形状の前記原料の粒子である配向原料粒子を得る、熱処理工程と、
前記配向原料粒子の集合体から成形体を得る成形体形成工程と、
前記成形体を焼成する焼成工程と、
を有し、
前記成形体形成工程は、前記集合体にせん断力を与える工程を含むことを特徴とする誘電体層の製造方法。 - 請求項1に記載の誘電体層の製造方法であって、
前記原料の粉末は、Nb2O5及び/又はTa2O5からなり、
前記熱処理工程により、Nb2O5及び/又はTa2O5を含み、結晶格子がc軸方向に配向し当該c軸方向の長手方向を有する形状の前記配向原料粒子を形成し、
前記成形体形成工程は、前記配向原料粒子と、K,Na,Liのうちの少なくとも1種の元素の炭酸塩又は酸化物とを混合する工程を含み、
前記焼成工程により、前記配向原料粒子と前記炭酸塩又は酸化物とを固相反応させることで一般式ABO3[AはK,Na,Liのうちの少なくとも1種、BはNb及び/又はTa]からなる前記誘電体材料を得るとともに、当該誘電体材料の結晶粒を成長させることで当該誘電体材料の多結晶体を得ることを特徴とする誘電体層の製造方法。 - 請求項1又は2に記載の誘電体層の製造方法であって、
前記熱処理工程に先立って前記原料の粉末の分級処理を行う分級工程を含むことを特徴とする誘電体層の製造方法。 - 請求項1ないし3のいずれかに記載の誘電体層の製造方法であって、
前記成形体形成工程は、
前記配向原料粒子からなる粉末にバインダを混合してスラリー化するスラリー化工程と、
前記スラリーにせん断力を与えながら当該スラリーを成形して前記成形体を得るシェア成形工程と、
を含むことを特徴とする誘電体層の製造方法。 - 熱膨張率に異方性を有する誘電体材料の多結晶体からなる誘電体層と、その誘電体層の表面と平行に形成され当該表面上及び/又は内部に配置された電極と、からなる誘電体素子の製造方法において、
前記誘電体材料の原料の粉末を、常温における結晶構造とは異なる結晶構造への相変態が生じる温度以上に加熱することで、結晶格子が所定方向に配向し且つ当該所定方向と所定の角度をなす方向の長手方向を有する形状の前記原料の粒子である配向原料粒子を得る、熱処理工程と、
前記配向原料粒子の集合体から層状の成形体を得る成形体形成工程と、
前記成形体を焼成することで前記誘電体層を得る焼成工程と、
を有し、
前記成形体形成工程は、前記集合体にせん断力を与える工程を含むことを特徴とする誘電体素子の製造方法。 - 請求項5に記載の誘電体素子の製造方法であって、
前記原料粉末は、Nb2O5及び/又はTa2O5からなり、
前記熱処理工程により、Nb2O5及び/又はTa2O5を含み、結晶格子がc軸方向に配向し当該c軸方向の長手方向を有する形状の前記配向原料粒子を形成し、
前記成形体形成工程は、前記配向原料粒子と、K,Na,Liのうちの少なくとも1種の元素の炭酸塩又は酸化物とを混合する工程を含み、
前記焼成工程により、前記配向原料粒子と前記炭酸塩又は酸化物とを固相反応させることで一般式ABO3[AはK,Na,Liのうちの少なくとも1種、BはNb及び/又はTa]からなる前記誘電体材料を得るとともに、当該誘電体材料の結晶粒を成長させることで前記誘電体層を得ることを特徴とする誘電体素子の製造方法。 - 請求項5又は6に記載の誘電体素子の製造方法であって、
前記熱処理工程に先立って前記原料粉末の分級処理を行う分級工程を含むことを特徴とする誘電体素子の製造方法。 - 請求項5ないし7のいずれかに記載の誘電体素子の製造方法であって、
前記成形体形成工程は、
前記配向原料粒子からなる粉末にバインダを混合してスラリー化するスラリー化工程と、
前記スラリーにせん断力を与えながら当該スラリーを成形して前記成形体を得るシェア成形工程と、
を含むことを特徴とする誘電体素子の製造方法。 - 請求項5ないし8のいずれかに記載の誘電体素子の製造方法であって、
前記成形体の表面及び/又は裏面に、導電性物質又はその前駆体を含む膜を形成する膜形成工程と、
前記膜形成工程を経た複数の前記成形体における前記長手方向が揃うように、当該複数の成形体を積層する積層工程と、
を有し、
前記焼成工程は、前記膜を挟んで積層された複数層の前記成形体を焼成して一体化する工程であることを特徴とする誘電体素子の製造方法。
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