JP2004352544A - Piezoelectric ceramic composition and piezoelectric device using the same - Google Patents

Piezoelectric ceramic composition and piezoelectric device using the same Download PDF

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JP2004352544A
JP2004352544A JP2003150981A JP2003150981A JP2004352544A JP 2004352544 A JP2004352544 A JP 2004352544A JP 2003150981 A JP2003150981 A JP 2003150981A JP 2003150981 A JP2003150981 A JP 2003150981A JP 2004352544 A JP2004352544 A JP 2004352544A
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mol
piezoelectric
ceramic composition
piezoelectric ceramic
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JP2003150981A
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Goji Iwataki
剛司 岩瀧
Ryosuke Tanimoto
亮介 谷本
Yoichi Tsuji
陽一 辻
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a piezoelectric ceramic composition having both of satisfied heat resistance and oscillation characteristic, and to provide a piezoelectric device using the same. <P>SOLUTION: The lead titanate based piezoelectric ceramic composition constituting a piezoelectric substrate 3 provided, for example, in a piezo-oscillator 1 is expressed by the formula ABO<SB>3</SB>wherein A site contains Pb, Ba and Ce and B site contains Ti and Mn, and contains 40.2 to 4i.9 mol% PbO, 50.9 to 52.5 mol% TiO<SB>2</SB>, 1.9 to 5.5 mol% BaO, 4.9 to 7.1 mol% in total of Ce<SB>2</SB>O<SB>3</SB>and BaO and 0.6 to 1.2 mol% MnO<SB>2</SB>. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、圧電磁器組成物およびそれを用いて構成された圧電デバイスに関する。特に、発振子に用いたときに、耐熱性、例えば、はんだリフロー処理前後における共振周波数の変化率が良好であり、かつ高い発振特性を示す、圧電磁器組成物およびそれを用いて構成された圧電デバイスに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
圧電振動子や圧電発振子のような圧電デバイスの材料として、現在、チタン−ジルコン酸鉛(PZT)またはチタン酸鉛(PT)を主成分とする圧電磁器が広く用いられている。このうち、10〜80MHz帯の発振子には、PTを主成分とする圧電磁器の厚み縦振動の3倍波を利用したものが多い。
【0003】
PTを主成分とする圧電磁器の厚み縦振動の3倍波を利用した発振子は、はんだリフロー処理において240℃以上の高温に曝される場合、耐熱性(はんだリフロー処理前後における共振周波数の変化率)が絶対値で0.2%以上と大きい、という問題点を有している。
【0004】
そこで、この耐熱性を改善するため、一般式ABO で表わされるPT系圧電磁器組成物において、Aサイト元素を他の元素に置換したりBサイト元素を2種類にするなど、種々の対策が試みられている。
【0005】
例えば、特許文献1には、上記一般式ABO で表わされるPT系圧電磁器組成物において、Aサイト元素を主成分のPb元素の他にLa元素を置換させた場合の圧電磁器組成物が開示されている。
【0006】
また、特許文献2、および特許文献3には、上記一般式ABO で表わされるPT系圧電磁器組成物において、Aサイト元素を主成分のPb元素の他にSr、Ca、Baの少なくとも1種の金属元素およびCe元素を置換させ、かつBサイト元素をTi、Mn、もしくはAl、Fe、Co、Ni、Si、Mg、Crのうち少なくとも1種の金属元素にさせた場合の圧電磁器組成物が開示されている。
【0007】
【特許文献1】
特開平03−060463号公報
【特許文献2】
特開昭63−151667号公報
【特許文献3】
特開昭63−166756号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の特許文献1〜3に記載されているような圧電磁器組成物を用いた場合では、耐熱性を改善することはできるものの、発振特性が低下するため、現在のところ、耐熱性と発振特性との双方を満足する圧電磁器組成物が得られていない。
【0009】
そこで、この発明の目的は、上述のような耐熱性および発振特性の双方を満足し得る圧電磁器組成物およびそれを用いた圧電デバイスを提供しようとすることである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明は、一般式ABO で表わされ、AサイトにはPb、BaおよびCeを含み、BサイトにはTiおよびMnを含む、チタン酸鉛系圧電磁器組成物にまず向けられるものであって、上述した技術的課題を解決するため、次のような構成を備えることを特徴としている。
【0011】
すなわち、この発明に係る圧電磁器組成物は、Pbを、PbOに換算して、40.2モル%以上かつ41.9モル%以下含み、Tiを、TiO に換算して、50.9モル%以上かつ52.5モル%以下含み、Baを、BaOに換算して、1.9モル%以上かつ5.5モル%以下含み、Ceを、Ce に換算して、BaOに換算したBaとの合計で、4.9モル%以上かつ7.1モル%以下含み、Mnを、MnO に換算して、0.6モル%以上かつ1.2モル%以下含む、ことを特徴としている。
【0012】
この発明は、また、上述のような圧電磁器組成物を用いて構成された、圧電デバイスにも向けられる。
【0013】
【発明の実施の形態】
図1は、この発明による圧電磁器組成物を用いて構成される圧電デバイスの一例としての圧電発振子を示す断面図である。図1に示した圧電発振子1は、厚み縦振動モードを利用したエネルギー閉じ込め型の圧電発振素子2を用いて構成されたものである。図2は、図1に示した圧電発振素子2の斜視図である。
【0014】
圧電発振素子2は、矩形の圧電基板3を備えている。圧電基板3の上面中央には、第1の励振電極4が形成され、他方、圧電基板3の下面中央には、第2の励振電極5が形成され、これら第1および第2の励振電極4、5は互いに対向するように位置合わせがされている。図示の実施形態では、励振電極4、5は、円形であったが、矩形等、他の形状に変更されてもよい。
【0015】
励振電極4、5は、それぞれ引出電極6、7に接続されている。引出電極6は、圧電基板3の上面において一方の端縁にまで引き出され、他方、引出電極7は、圧電基板3の下面において他方の端縁にまで引き出されている。
【0016】
圧電発振素子2の上下にはそれぞれ封止基板8、9が配置され、圧電基板3に対して絶縁性接着剤(図示せず)を介して接合されている。封止基板8、9は、絶縁体または誘電体から構成される。封止基板8の下面には凹部10が設けられ、他方、封止基板9の上面には凹部11が設けられている。
【0017】
これら凹部10、11は、励振電極4および5が対向している部分、すなわち振動部分での振動が妨げられないようにするためのものであり、凹部10、11の存在によって、このような振動部分に封止基板8、9が接触しないようにされる。
【0018】
圧電発振子1の外表面上には、引出電極6、7にそれぞれ電気的に接続される外部電極12、13が形成されている。
【0019】
このような圧電発振子1を製造するため、後で詳細に説明するチタン酸鉛系圧電磁器組成物を焼成して得られた圧電基板3が用意され、この圧電基板3が、所定の共振周波数で振動する肉厚になるまで均一に研磨される。次に、圧電基板3の両主面に、全面電極が形成され、この全面電極が形成された圧電基板3が分極処理される。次に、全面電極上に所定のパターンをもってインクが付与され、その後、インクの付与されていない部分において全面電極がエッチングされることによって、所定のパターンを有する励振電極4、5ならびに引出電極6、7が得られる。
【0020】
次いで、インクが有機溶剤によって除去される。さらに、このようにして得られた圧電発振素子2の上下に封止基板8、9が接着され、次いで、外部電極12、13が形成されることによって、圧電発振子1が完成される。
【0021】
圧電発振子1に備える圧電基板3は、この発明に係る圧電磁器組成物の焼結体から構成される。この圧電磁器組成物は、一般式ABO で表わされ、AサイトにはPb、BaおよびCeを含み、BサイトにはTiおよびMnを含む、チタン酸鉛系圧電磁器組成物であって、次のような組成を備えている。
【0022】
すなわち、このチタン酸鉛系圧電磁器組成物は、Pbを、PbOに換算して、40.2モル%以上かつ41.9モル%以下含み、Tiを、TiO に換算して、50.9モル%以上かつ52.5モル%以下含み、Baを、BaOに換算して、1.9モル%以上かつ5.5モル%以下含み、Ceを、Ce に換算して、BaOに換算したBaとの合計で、4.9モル%以上かつ7.1モル%以下含み、Mnを、MnO に換算して、0.6モル%以上かつ1.2モル%以下含んでいる。
【0023】
このような圧電磁器組成物によれば、後述する実験例の結果からわかるように、耐熱性および発振特性の双方について良好な特性を得ることが可能となる。
【0024】
次に、この発明に係る圧電磁器組成物の組成範囲を決定するために実施した実験例について説明する。
【0025】
【実験例】
出発原料として、酸化鉛(PbO)、酸化チタン(TiO )、酸化セリウム(Ce )、炭酸バリウム(BaCO )および炭酸マンガン(MnCO )の各粉末を準備し、これらを、表1に示す組成比率となるように調合した。表1において、「Pb」、「Ba+Ce」、「Ba」、「Ti」および「Mn」の各組成比率は、それぞれ、PbO、BaO、Ce 、TiO およびMnO に換算したときのモル%で示されている。
【0026】
次に、上述の調合粉末を、メディア攪拌型ミルにて湿式混合した後、乾燥させ、800〜1000℃の温度で仮焼した。
【0027】
次に、得られた仮焼粉末に、適量のバインダーを加えて混合し、乾燥後に加圧成形し、得られた成形体を、酸素雰囲気中において1100〜1300℃の温度条件下で焼成し、各試料に係る圧電磁器組成物の焼結体を得た。
【0028】
次に、各焼結体を、厚さ250μmになるまで研磨し、以下に示すように、その両主面上に所定の形状を有する電極を形成し、図2に示すような圧電発振素子を作製した。
【0029】
まず、上記研磨済み焼結体の両主面に全面電極を形成し、この全面電極が形成された研磨済み焼結体に、油中において8.0〜12.0kV/mmの条件で電界を印加し、分極処理を行なった。
【0030】
次に、分極処理を施した上記焼結体を、150℃でエージングした。但し、分極後のエージング工程の温度は150℃〜250℃の範囲であればよい。
【0031】
次いで、上記焼結体の全面電極上に、インクを所定のパターンをもって付与し、その後、インクの付与されていない部分において全面電極をエッチングすることによって、所定のパターンを有する励振電極および引出電極を形成した。
【0032】
さらに、電極などに付着したインクを有機溶剤によって除去し、圧電発振素子(試験片)を作製した。
【0033】
また、最終的に作製された試験片は直方体であり、大きさは約6mm×約6mm×250μmである。共振電極部分は両主面ともにφ1mmの円状である。
【0034】
このようにして得られた各試料について、30MHz付近における厚み縦振動モードの3倍波の発振特性、すなわち位相角の最大値(3rdθmax)、および、耐熱性を求めた。ここで、[耐熱性]={[リフロー処理後の共振周波数]−[リフロー処理前の共振周波数]}/[リフロー処理前の共振周波数]×100(%)として求めている。また、各試料について、Qmも評価した。
【0035】
これらの結果が表1に示されている。
【0036】
【表1】

Figure 2004352544
【0037】
表1において、試料番号に*を付したものはこの発明の範囲外の比較例である。
【0038】
表1を参照して、「Pb」が40.2モル%以上かつ41.9モル%以下、「Ba+Ce」が4.9モル%以上かつ7.1モル%以下、「Ba」が1.9モル%以上かつ5.5モル%以下、「Ti」が50.9モル%以上かつ52.5モル%以下、および「Mn」が0.6モル%以上かつ1.2モル%以下の条件をすべて満足する試料2〜5、8〜13、16、21および22によれば、「耐熱性」の絶対値が0.10%以下と良好であり、また、「3rdθmax」が84.0度以上というように、良好な発振特性を示している。また、「Qm」が4000以上というように、高い値を示している。
【0039】
これらに対して、「Pb」が40.2モル%より少ないと、たとえば試料1からわかるように、「耐熱性」の絶対値が0.10%より大きくなってしまう。他方、「Pb」が41.9モル%より多いと、たとえば試料6からわかるように、「3rdθmax」が84.0度より小さく、発振特性が低下し、また、「Qm」が4000より小さくなってしまう。
【0040】
また、「Ba+Ce」が4.9モル%より少ないと、たとえば試料7からわかるように、「3rdθmax」が84.0度より小さく、発振特性が低下し、また、Qmが4000より小さくなってしまう。他方、「Ba+Ce」が7.1モル%を超えると、たとえば試料14からわかるように、「3rdθmax」が84.0度より小さく、発振特性が低下している。
【0041】
また、「Ba」が1.9モル%未満であると、たとえば試料15からわかるように、「3rdθmax」が84.0度より小さくなり、発振特性が低下し、また、「Qm」が4000より低くなっている。他方、「Ba」が5.5モル%を超えると、たとえば試料17からわかるように、「3rdθmax」が84.0度より小さくなり、発振特性が低下し、また、「Qm」が4000より低くなっている。
【0042】
また、「Ti」が50.9モル%未満であると、たとえば試料18からわかるように、「3rdθmax」が84.0度より小さくなり、発振特性が低下し、また、「Qm」が4000より低くなっている。他方、52.5モル%を超えると、たとえば試料19からわかるように、「耐熱性」の絶対値が0.10%より大きくなってしまう。
【0043】
また、「Mn」が0.6モル%未満であると、たとえば試料20からわかるように、「3rdθmax」が84.0度より小さくなり、発振特性が低下し、また、「Qm」が4000より低くなっている。これは、「Mn」の含有量が少なく、そのため、焼結不足を招いたためである。他方、「Mn」が1.2モル%を超えると、たとえば試料23からわかるように、絶縁抵抗が低下し、分極が不十分となり、「耐熱性」、「3rdθmax」および「Qm」を測定することが不可能であった。
【0044】
なお、以上説明した実験例では、出発原料として、前述したように、酸化鉛、酸化チタン、酸化セリウム、炭酸バリウムおよび炭酸マンガンをそれぞれ用いたが、仮焼および焼成により酸化物を生成する物質であれば、本実施例で用いた出発原料に限定されることはなく、どのような化合物を用いてもよい。
【0045】
また、出発原料及び圧電発振素子の作製工程において混入が避けられない物質、例えばFe,Co,Si,及びAlが、本実施例に係る圧電発振素子に混在することがあっても、数百ppm程度の不純物レベルならば本実施例と同等の特性を有することが可能である。
【0046】
また、実施例では圧電共振素子を作製する際に、粉末を加圧成形して成形体を得る方法を用いているが、この方法に限定されることはなく、シート成形・押出成形・鋳込成形などによる方法を用いてもよい。
【0047】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係るチタン酸鉛系圧電磁器組成物によれば、これを用いて圧電デバイスを構成したとき、この圧電デバイスの耐熱性を向上させることができるとともに、発振特性をも向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による圧電磁器組成物を用いて構成される圧電デバイスの一例としての圧電発振子1を示す断面図である。
【図2】図1に示した圧電発振子1に備える圧電発振素子2を単独で示す斜視図である。
【符号の説明】
1 圧電発振子
2 圧電発振素子
3 圧電基板
4,5 励振電極[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a piezoelectric ceramic composition and a piezoelectric device configured using the same. In particular, when used in an oscillator, heat resistance, for example, a good change rate of the resonance frequency before and after solder reflow treatment, and exhibit high oscillation characteristics, a piezoelectric ceramic composition and a piezoelectric constituted using the same It is about devices.
[0002]
[Prior art]
As a material of a piezoelectric device such as a piezoelectric vibrator or a piezoelectric oscillator, a piezoelectric ceramic mainly containing titanium-lead zirconate (PZT) or lead titanate (PT) is widely used at present. Of these, many of the oscillators in the 10 to 80 MHz band use the third harmonic of the thickness longitudinal vibration of a piezoelectric ceramic mainly composed of PT.
[0003]
Oscillator that uses third harmonic of thickness longitudinal vibration of piezoelectric ceramic mainly composed of PT has heat resistance (change of resonance frequency before and after solder reflow processing) when exposed to high temperature of 240 ° C or more in solder reflow processing. Ratio) is as large as 0.2% or more in absolute value.
[0004]
Therefore, this in order to improve the heat resistance, the PT-based piezoelectric ceramic composition represented by general formula ABO 3, such as the two substituents or the B-site element the A-site element to another element, various measures Attempted.
[0005]
For example, Patent Document 1, the PT-based piezoelectric ceramic composition represented by the general formula ABO 3, the piezoelectric ceramic composition when allowed to replace other to La elements Pb element mainly composed of A-site element is disclosed Have been.
[0006]
Patent Documents 2 and 3 disclose that in a PT-based piezoelectric ceramic composition represented by the general formula ABO3, at least one of Sr, Ca, and Ba in addition to the Pb element as a main component is used as an A-site element. A piezoelectric ceramic composition in which the metal element and the Ce element are replaced and the B-site element is replaced with at least one metal element of Ti, Mn, or Al, Fe, Co, Ni, Si, Mg, or Cr Is disclosed.
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 03-060463 [Patent Document 2]
JP-A-63-151667 [Patent Document 3]
JP-A-63-166756
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case of using a piezoelectric ceramic composition as described in Patent Documents 1 to 3 described above, although heat resistance can be improved, oscillation characteristics are deteriorated. A piezoelectric ceramic composition that satisfies both oscillation characteristics has not been obtained.
[0009]
Therefore, an object of the present invention is to provide a piezoelectric ceramic composition which can satisfy both the above-described heat resistance and oscillation characteristics, and a piezoelectric device using the same.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is directed to a lead titanate-based piezoelectric ceramic composition represented by the general formula ABO 3 wherein the A site contains Pb, Ba and Ce, and the B site contains Ti and Mn. In order to solve the above technical problem, the present invention is characterized by having the following configuration.
[0011]
That is, the piezoelectric ceramic composition according to the present invention contains 40.2 mol% or more and 41.9 mol% or less of Pb in terms of PbO, and 50.9 mol% of Ti in terms of TiO 2. wherein% or more and 52.5 mol%, the Ba, in terms of BaO, including 1.9 mol% or more and 5.5 mol% or less, a Ce, in terms of Ce 2 O 3, converted to BaO And 4.9 mol% or more and 7.1 mol% or less in total, and Mn contains 0.6 mol% or more and 1.2 mol% or less in terms of MnO 2. And
[0012]
The present invention is also directed to a piezoelectric device configured using the piezoelectric ceramic composition as described above.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a piezoelectric oscillator as an example of a piezoelectric device formed using the piezoelectric ceramic composition according to the present invention. The piezoelectric oscillator 1 shown in FIG. 1 is configured using an energy trap type piezoelectric oscillation element 2 utilizing a thickness longitudinal vibration mode. FIG. 2 is a perspective view of the piezoelectric oscillation element 2 shown in FIG.
[0014]
The piezoelectric oscillation element 2 includes a rectangular piezoelectric substrate 3. A first excitation electrode 4 is formed at the center of the upper surface of the piezoelectric substrate 3, while a second excitation electrode 5 is formed at the center of the lower surface of the piezoelectric substrate 3, and these first and second excitation electrodes 4 are formed. 5 are positioned so as to face each other. In the illustrated embodiment, the excitation electrodes 4 and 5 are circular, but may be changed to other shapes such as a rectangle.
[0015]
The excitation electrodes 4 and 5 are connected to extraction electrodes 6 and 7, respectively. The extraction electrode 6 is extended to one edge on the upper surface of the piezoelectric substrate 3, while the extraction electrode 7 is extended to the other edge on the lower surface of the piezoelectric substrate 3.
[0016]
Sealing substrates 8 and 9 are arranged above and below the piezoelectric oscillation element 2, respectively, and are joined to the piezoelectric substrate 3 via an insulating adhesive (not shown). The sealing substrates 8 and 9 are made of an insulator or a dielectric. A recess 10 is provided on the lower surface of the sealing substrate 8, while a recess 11 is provided on the upper surface of the sealing substrate 9.
[0017]
These concave portions 10 and 11 are for preventing the vibration at the portion where the excitation electrodes 4 and 5 face each other, that is, at the vibrating portion, so that the presence of the concave portions 10 and 11 causes such vibration. The sealing substrates 8 and 9 are prevented from contacting the portions.
[0018]
On the outer surface of the piezoelectric oscillator 1, external electrodes 12 and 13 that are electrically connected to the extraction electrodes 6 and 7, respectively, are formed.
[0019]
In order to manufacture such a piezoelectric oscillator 1, a piezoelectric substrate 3 obtained by firing a lead titanate-based piezoelectric ceramic composition, which will be described in detail later, is prepared. This piezoelectric substrate 3 has a predetermined resonance frequency. Polished uniformly until the thickness becomes vibrating. Next, full-surface electrodes are formed on both main surfaces of the piezoelectric substrate 3, and the piezoelectric substrate 3 on which the full-surface electrodes are formed is polarized. Next, ink is applied in a predetermined pattern on the entire surface electrode, and thereafter, the entire surface electrode is etched in a portion where the ink is not applied, so that the excitation electrodes 4 and 5 having the predetermined pattern and the extraction electrodes 6, 7 is obtained.
[0020]
Next, the ink is removed by an organic solvent. Further, the sealing substrates 8 and 9 are bonded to the upper and lower sides of the piezoelectric oscillation element 2 thus obtained, and then the external electrodes 12 and 13 are formed, whereby the piezoelectric oscillator 1 is completed.
[0021]
The piezoelectric substrate 3 provided in the piezoelectric oscillator 1 is made of a sintered body of the piezoelectric ceramic composition according to the present invention. The piezoelectric ceramic composition is represented by general formula ABO 3, the A-site include Pb, Ba and Ce, the B site containing Ti and Mn, a lead-based piezoelectric porcelain composition titanate, It has the following composition.
[0022]
That is, the lead titanate-based piezoelectric ceramic composition, a Pb, in terms of PbO, contains 40.2 mol% or more and 41.9 mol%, a Ti, in terms of TiO 2, 50.9 wherein mol% or more and 52.5 mol%, the Ba, in terms of BaO, including 1.9 mol% or more and 5.5 mol% or less, a Ce, in terms of Ce 2 O 3, the BaO It contains 4.9 mol% or more and 7.1 mol% or less in total with converted Ba, and Mn contains 0.6 mol% or more and 1.2 mol% or less in terms of MnO 2 .
[0023]
According to such a piezoelectric ceramic composition, as can be seen from the results of the experimental examples described later, it is possible to obtain favorable characteristics in both heat resistance and oscillation characteristics.
[0024]
Next, an experimental example performed to determine the composition range of the piezoelectric ceramic composition according to the present invention will be described.
[0025]
[Experimental example]
Powders of lead oxide (PbO), titanium oxide (TiO 2 ), cerium oxide (Ce 2 O 3 ), barium carbonate (BaCO 3 ), and manganese carbonate (MnCO 3 ) were prepared as starting materials, and these were prepared in a table. It was prepared so as to have the composition ratio shown in FIG. In Table 1, the respective composition ratios of “Pb”, “Ba + Ce”, “Ba”, “Ti” and “Mn” are respectively calculated as PbO, BaO, Ce 2 O 3 , TiO 2 and MnO 2 . Shown in mol%.
[0026]
Next, the above prepared powder was wet-mixed with a media stirring mill, dried, and calcined at a temperature of 800 to 1000 ° C.
[0027]
Next, an appropriate amount of a binder is added to the obtained calcined powder, mixed, dried and pressed, and the obtained molded body is fired in an oxygen atmosphere at a temperature of 1100 to 1300 ° C., A sintered body of the piezoelectric ceramic composition according to each sample was obtained.
[0028]
Next, each sintered body is polished to a thickness of 250 μm, electrodes having a predetermined shape are formed on both main surfaces thereof as described below, and a piezoelectric oscillation element as shown in FIG. Produced.
[0029]
First, full-surface electrodes are formed on both main surfaces of the polished sintered body, and an electric field is applied to the polished sintered body on which the full-surface electrodes are formed in oil at 8.0 to 12.0 kV / mm. A voltage was applied to perform polarization processing.
[0030]
Next, the polarized sintered body was aged at 150 ° C. However, the temperature of the aging step after polarization may be in the range of 150 ° C to 250 ° C.
[0031]
Next, on the entire surface electrode of the sintered body, ink is applied in a predetermined pattern, and thereafter, the excitation electrode and the extraction electrode having the predetermined pattern are formed by etching the entire surface electrode in a portion where the ink is not applied. Formed.
[0032]
Further, the ink adhering to the electrodes and the like was removed with an organic solvent to produce a piezoelectric oscillation element (test piece).
[0033]
The finally manufactured test piece is a rectangular parallelepiped and has a size of about 6 mm × about 6 mm × 250 μm. The resonance electrode portion has a circular shape of φ1 mm on both main surfaces.
[0034]
For each of the samples thus obtained, the oscillation characteristics of the third harmonic in the thickness longitudinal vibration mode near 30 MHz, that is, the maximum value of the phase angle (3rdθmax) and the heat resistance were determined. Here, [heat resistance] = {[resonance frequency before reflow treatment] − [resonance frequency before reflow treatment]} / [resonance frequency before reflow treatment] × 100 (%). Qm was also evaluated for each sample.
[0035]
These results are shown in Table 1.
[0036]
[Table 1]
Figure 2004352544
[0037]
In Table 1, those with * added to the sample numbers are comparative examples outside the scope of the present invention.
[0038]
Referring to Table 1, "Pb" is 40.2 mol% or more and 41.9 mol% or less, "Ba + Ce" is 4.9 mol% or more and 7.1 mol% or less, and "Ba" is 1.9 mol%. Mol% or more and 5.5 mol% or less, "Ti" is 50.9 mol% or more and 52.5 mol% or less, and "Mn" is 0.6 mol% or more and 1.2 mol% or less. According to Samples 2 to 5, 8 to 13, 16, 21 and 22 that satisfy all conditions, the absolute value of “heat resistance” is as good as 0.10% or less, and the “3rdθmax” is 84.0 degrees or more. Thus, good oscillation characteristics are shown. Also, a high value such as “Qm” of 4000 or more is shown.
[0039]
On the other hand, if “Pb” is less than 40.2 mol%, the absolute value of “heat resistance” becomes greater than 0.10%, for example, as can be seen from Sample 1. On the other hand, when “Pb” is more than 41.9 mol%, as can be seen from Sample 6, for example, “3rdθmax” is smaller than 84.0 degrees, the oscillation characteristics are reduced, and “Qm” is smaller than 4000. Would.
[0040]
If “Ba + Ce” is less than 4.9 mol%, for example, as can be seen from Sample 7, “3rdθmax” is smaller than 84.0 degrees, the oscillation characteristics are reduced, and Qm is smaller than 4000. . On the other hand, when “Ba + Ce” exceeds 7.1 mol%, “3rdθmax” is smaller than 84.0 degrees, as can be seen from Sample 14, for example, and the oscillation characteristics are degraded.
[0041]
If “Ba” is less than 1.9 mol%, as can be seen from Sample 15, for example, “3rdθmax” becomes smaller than 84.0 degrees, the oscillation characteristics deteriorate, and “Qm” becomes larger than 4000. It is lower. On the other hand, if “Ba” exceeds 5.5 mol%, as can be seen from Sample 17, for example, “3rdθmax” becomes smaller than 84.0 degrees, the oscillation characteristics deteriorate, and “Qm” becomes lower than 4000. Has become.
[0042]
If “Ti” is less than 50.9 mol%, for example, as can be seen from Sample 18, “3rdθmax” is smaller than 84.0 degrees, the oscillation characteristics are reduced, and “Qm” is smaller than 4000. It is lower. On the other hand, if it exceeds 52.5 mol%, as can be seen from Sample 19, for example, the absolute value of “heat resistance” becomes larger than 0.10%.
[0043]
When “Mn” is less than 0.6 mol%, as can be seen from Sample 20, for example, “3rdθmax” becomes smaller than 84.0 degrees, the oscillation characteristics deteriorate, and “Qm” becomes larger than 4000. It is lower. This is because the content of “Mn” is small, and as a result, insufficient sintering was caused. On the other hand, when “Mn” exceeds 1.2 mol%, as can be seen, for example, from Sample 23, the insulation resistance decreases and the polarization becomes insufficient, and “heat resistance”, “3rdθmax” and “Qm” are measured. It was impossible.
[0044]
In the experimental examples described above, lead oxide, titanium oxide, cerium oxide, barium carbonate, and manganese carbonate were used as the starting materials, respectively, as described above. If so, the starting material used in this example is not limited, and any compound may be used.
[0045]
In addition, even if starting materials and substances that cannot be avoided in the manufacturing process of the piezoelectric oscillation element, such as Fe, Co, Si, and Al, may be mixed in the piezoelectric oscillation element according to the present embodiment, several hundred ppm may be used. If the impurity level is on the order, it is possible to have the same characteristics as those of this embodiment.
[0046]
Further, in the embodiment, when manufacturing the piezoelectric resonance element, a method of obtaining a molded body by press-molding powder is used, but the method is not limited to this method, and sheet molding, extrusion molding, and casting are performed. A method such as molding may be used.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the lead titanate-based piezoelectric ceramic composition of the present invention, when a piezoelectric device is formed using the composition, the heat resistance of the piezoelectric device can be improved and the oscillation characteristics can be improved. Can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a piezoelectric oscillator 1 as an example of a piezoelectric device formed using a piezoelectric ceramic composition according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a piezoelectric oscillation element 2 included in the piezoelectric oscillator 1 shown in FIG. 1 alone.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric oscillator 2 Piezoelectric oscillator 3 Piezoelectric substrates 4 and 5 Excitation electrodes

Claims (2)

一般式ABO で表わされ、AサイトにはPb、BaおよびCeを含み、BサイトにはTiおよびMnを含む、チタン酸鉛系圧電磁器組成物であって、
Pbを、PbOに換算して、40.2モル%以上かつ41.9モル%以下含み、
Tiを、TiO に換算して、50.9モル%以上かつ52.5モル%以下含み、
Baを、BaOに換算して、1.9モル%以上かつ5.5モル%以下含み、
Ceを、Ce に換算して、BaOに換算したBaとの合計で、4.9モル%以上かつ7.1モル%以下含み、
Mnを、MnO に換算して、0.6モル%以上かつ1.2モル%以下含む、ことを特徴とする圧電磁器組成物。
Is represented by general formula ABO 3, the A-site include Pb, Ba and Ce, the B site containing Ti and Mn, a lead titanate-based piezoelectric ceramic composition,
Containing Pb in an amount of 40.2 mol% or more and 41.9 mol% or less in terms of PbO;
The Ti, in terms of TiO 2, contains 50.9 mol% or more and 52.5 mol% or less,
Ba is contained in an amount of 1.9 mol% or more and 5.5 mol% or less in terms of BaO,
Ce is included in an amount of 4.9 mol% or more and 7.1 mol% or less in total with Ba converted to CeO when converted to Ce 2 O 3 ,
A piezoelectric ceramic composition comprising Mn in an amount of 0.6 mol% or more and 1.2 mol% or less in terms of MnO 2 .
請求項1に記載の圧電磁器組成物を用いて構成された、圧電デバイス。A piezoelectric device comprising the piezoelectric ceramic composition according to claim 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012174995A (en) * 2011-02-23 2012-09-10 Fujifilm Corp Resonant oscillator and ultrasonic surgical instrument with resonant oscillator

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