JP2604582B2 - 圧電磁器組成物 - Google Patents
圧電磁器組成物Info
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- JP2604582B2 JP2604582B2 JP62012047A JP1204787A JP2604582B2 JP 2604582 B2 JP2604582 B2 JP 2604582B2 JP 62012047 A JP62012047 A JP 62012047A JP 1204787 A JP1204787 A JP 1204787A JP 2604582 B2 JP2604582 B2 JP 2604582B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は高周波共振子等に用いられる圧電磁器組成物
に関し、より詳細には３倍波振動に対して有用な圧電磁
器組成物に関する。
に関し、より詳細には３倍波振動に対して有用な圧電磁
器組成物に関する。
従来から、圧電磁器組成物としてはPbTiO3をはじめと
してこれにPb（Ni1/3Nb2/3）O3などを固溶させたもの、
あるいはこれらの系に第３成分を加えたもの等が知ら
れ、これらによって圧電特性や電気特性を改善し、焦電
素子、圧電振動子、共振子、発振子、セラミックフィル
タ、弾性表面波フィルタなどの電子部品に適用されてい
る。
してこれにPb（Ni1/3Nb2/3）O3などを固溶させたもの、
あるいはこれらの系に第３成分を加えたもの等が知ら
れ、これらによって圧電特性や電気特性を改善し、焦電
素子、圧電振動子、共振子、発振子、セラミックフィル
タ、弾性表面波フィルタなどの電子部品に適用されてい
る。
近年に至って、上述のような電子部品は小型化が求め
られているが圧電磁器素子を電子部品に適用する場合、
圧電磁器自体の性質上小型化には制限がある。そこで、
特に高周波用電子部品においては３倍波振動を適用する
ことによって更に小型化、高性能化を図る試みがなされ
ている。
られているが圧電磁器素子を電子部品に適用する場合、
圧電磁器自体の性質上小型化には制限がある。そこで、
特に高周波用電子部品においては３倍波振動を適用する
ことによって更に小型化、高性能化を図る試みがなされ
ている。
このように３倍波振動を適用し得る圧電磁器としては
例えば特開昭57−129869号に示すようにPbLaTiO3系にMn
O2を添加することによって厚み縦３倍波振動の周波数温
度特性を改善する試みがなされている。
例えば特開昭57−129869号に示すようにPbLaTiO3系にMn
O2を添加することによって厚み縦３倍波振動の周波数温
度特性を改善する試みがなされている。
しかし乍ら、上述の先行技術によれば、Laの酸化物ま
たは炭酸化物とMnの酸化物または炭酸化物を共存させて
ボールミル等で湿式混合するとLa化合物とMn化合物との
間に分離が発生し易く、製品の特性のバラツキが生じる
とともに波形の乱れが発生し、製品の歩留りを著しく低
下させていた。
たは炭酸化物とMnの酸化物または炭酸化物を共存させて
ボールミル等で湿式混合するとLa化合物とMn化合物との
間に分離が発生し易く、製品の特性のバラツキが生じる
とともに波形の乱れが発生し、製品の歩留りを著しく低
下させていた。
このような混合不良に対しては、混合、仮焼を何度も
繰り返し行うことによって均一分散を行うことができる
が、製造工程が煩雑となるとともに製造コストが高くな
る。
繰り返し行うことによって均一分散を行うことができる
が、製造工程が煩雑となるとともに製造コストが高くな
る。
また、特殊な混合方法や合成法、例えば共沈法やアル
コキシド法を用いる場合でも製造コストを考慮した場
合、最適な方法とは言い難い。
コキシド法を用いる場合でも製造コストを考慮した場
合、最適な方法とは言い難い。
本発明者等は上記の問題点に対し研究を重ねた結果、
PbLaMnTiO3系のLaの一部をSr,Ca,Baのいずれかの金属に
よって置換し、且つTiの一部を（Nb1/2Fe1/2），（Nb
1/2Co1/2），（Nb1/2Ni1/2）のいずれかで置換させるこ
とによって簡便なボールミル混合法における分離を低減
させることができ、それにより圧電磁器の３倍波振動近
傍のスプレアスの発生が低減できると共に３倍波振動の
P/Vのバラツキを抑え、しかも良好な特性の圧電磁器を
製造し得る製造条件、特に焼成温度の許容幅を広くする
ことができ、それによって歩留りを向上させ得ることを
知見した。
PbLaMnTiO3系のLaの一部をSr,Ca,Baのいずれかの金属に
よって置換し、且つTiの一部を（Nb1/2Fe1/2），（Nb
1/2Co1/2），（Nb1/2Ni1/2）のいずれかで置換させるこ
とによって簡便なボールミル混合法における分離を低減
させることができ、それにより圧電磁器の３倍波振動近
傍のスプレアスの発生が低減できると共に３倍波振動の
P/Vのバラツキを抑え、しかも良好な特性の圧電磁器を
製造し得る製造条件、特に焼成温度の許容幅を広くする
ことができ、それによって歩留りを向上させ得ることを
知見した。
以下、本発明を詳述する。
本発明の圧電磁器組成物はPbLaMnTiO3系に対しLaの一
部をSr,Ca,Baのいずれかによって置換するとともにTiの
一部を（Nb1/2Fe1/2），（Nb1/2Co1/2），（Nb1/2N
i1/2）のいずれかによって置換したものであり、全体と
しては単相のペロブスカイト型構造を形成するものであ
る。
部をSr,Ca,Baのいずれかによって置換するとともにTiの
一部を（Nb1/2Fe1/2），（Nb1/2Co1/2），（Nb1/2N
i1/2）のいずれかによって置換したものであり、全体と
しては単相のペロブスカイト型構造を形成するものであ
る。
各成分の配合比率は各々酸化物として換算してPbOが4
2〜48.5モル％、特に44〜46モル％、TiO2が48〜52モル
％、特に49〜51モル％、SrO,CaO,BaOから選ばれる少な
くとも１種の金属酸化物とLa2O3との合計量で2.5〜８モ
ル％、特に４〜６モル％、MnO2が0.05〜2.0モル％、特
に0.5〜1.0モル％、Pb（Nb1/2Fe1/2）O3,Pb（Nb1/2Co
1/2）O3,Pb（Nb1/2Ni1/2）O3から選ばれる少なくとも１
種のペロブスカイト化合物が３モル％以下、特に1.5モ
ル％以下の割合で配合されるが、この圧電磁器組成物が
単相のペロブスカイト型構造を呈するためにはPbサイト
系、即ちPb,La及びSr,Ca,Baのいずれかの原子から構成
される系とTiサイト系、即ち、Ti,Mnと（Nb1/2F
e1/2），（Nb1/2Co1/2），（Nb1/2Ni1/2）のいずれかと
から構成される系との原子比が略一致するか又はその近
傍であることが必要である。言い換えればPbO,La2O3,Sr
O,CaO,BaOのモル％合計量とTiO2,MnO2,Pb（Nb
1/2Ｍ1/2）O3（（但しＭ＝Fe,Co,Ni）のモル％の合計量
とが略同一となるように設定する。
2〜48.5モル％、特に44〜46モル％、TiO2が48〜52モル
％、特に49〜51モル％、SrO,CaO,BaOから選ばれる少な
くとも１種の金属酸化物とLa2O3との合計量で2.5〜８モ
ル％、特に４〜６モル％、MnO2が0.05〜2.0モル％、特
に0.5〜1.0モル％、Pb（Nb1/2Fe1/2）O3,Pb（Nb1/2Co
1/2）O3,Pb（Nb1/2Ni1/2）O3から選ばれる少なくとも１
種のペロブスカイト化合物が３モル％以下、特に1.5モ
ル％以下の割合で配合されるが、この圧電磁器組成物が
単相のペロブスカイト型構造を呈するためにはPbサイト
系、即ちPb,La及びSr,Ca,Baのいずれかの原子から構成
される系とTiサイト系、即ち、Ti,Mnと（Nb1/2F
e1/2），（Nb1/2Co1/2），（Nb1/2Ni1/2）のいずれかと
から構成される系との原子比が略一致するか又はその近
傍であることが必要である。言い換えればPbO,La2O3,Sr
O,CaO,BaOのモル％合計量とTiO2,MnO2,Pb（Nb
1/2Ｍ1/2）O3（（但しＭ＝Fe,Co,Ni）のモル％の合計量
とが略同一となるように設定する。
上記構成のうちLaのSr,Ca,Baによる置換によって特に
原料調製時の分散不良を改善し、Tiの（Nb1/2Fe1/2），
（Nb1/2Co1/2），（Nb1/2Ni1/2）による置換によって焼
成温度を下げるとともに最適の焼成温度幅を拡げること
ができることから、焼成温度のブレに伴う不良品の発生
を抑制し、圧電磁器製造時の歩留りを向上させることが
できる。
原料調製時の分散不良を改善し、Tiの（Nb1/2Fe1/2），
（Nb1/2Co1/2），（Nb1/2Ni1/2）による置換によって焼
成温度を下げるとともに最適の焼成温度幅を拡げること
ができることから、焼成温度のブレに伴う不良品の発生
を抑制し、圧電磁器製造時の歩留りを向上させることが
できる。
なお、前述の数値限定は圧電磁器組成物としての良好
な特性を満足するためのものであって、PbOが42モル％
を下回ると共振の鋭さを示す機械的品質係数が低下し、
48.5モル％を超えると分極ができ難くなり、TiO2が48モ
ル％を下回っても分極が難しくなる。また、Sr,Ca,Baか
ら選ばれる少なくとも１種とLaの各々の酸化物の合計量
が2.5モル％を下回ると３倍波振動の周波数温度係数が
大きく、８モル％を上回るとキュリー点が低下し、使用
温度の上限が狭くなる。
な特性を満足するためのものであって、PbOが42モル％
を下回ると共振の鋭さを示す機械的品質係数が低下し、
48.5モル％を超えると分極ができ難くなり、TiO2が48モ
ル％を下回っても分極が難しくなる。また、Sr,Ca,Baか
ら選ばれる少なくとも１種とLaの各々の酸化物の合計量
が2.5モル％を下回ると３倍波振動の周波数温度係数が
大きく、８モル％を上回るとキュリー点が低下し、使用
温度の上限が狭くなる。
さらにMnO2量が0.1モル％を下回ると周波数温度係数
が大きくなり、2.0モル％を超えると磁器の比抵抗が低
下して，分極し難くなる。
が大きくなり、2.0モル％を超えると磁器の比抵抗が低
下して，分極し難くなる。
また、Tiサイトに対する置換基の量が３モル％を超え
ると全体としての結晶相が単相にならず複相となり、f
o3・ｔのバラツキが大きくなる傾向にある。
ると全体としての結晶相が単相にならず複相となり、f
o3・ｔのバラツキが大きくなる傾向にある。
さらに、本発明によれば、上述の系に対し、更にSi
O2,MgO,CrOのうち少なくとも１種を2.0モル％以下の割
合で配合することにより、さらに品質安定性および機械
的品質係数を向上させることができる。
O2,MgO,CrOのうち少なくとも１種を2.0モル％以下の割
合で配合することにより、さらに品質安定性および機械
的品質係数を向上させることができる。
本発明の圧電磁器組成物の製造に際しては常法に基づ
いて行うことができ、PbO,TiO2,La2O3,MnO2,SrO,CaO,Ba
O,Nb2O3,Fe2O3,NiO,CoO等の原料粉末を所定量秤量し、
ポット等で湿式あるいは乾式混合する。
いて行うことができ、PbO,TiO2,La2O3,MnO2,SrO,CaO,Ba
O,Nb2O3,Fe2O3,NiO,CoO等の原料粉末を所定量秤量し、
ポット等で湿式あるいは乾式混合する。
このペロブスカイト型化合物を粉砕後所定の割合で先
の混合物とともに混合して所望により乾燥後850〜1100
℃で仮焼する。次いで、この仮焼物を粉砕後、有機結合
剤を混合して造粒し、成型後焼成する。焼成は1250〜13
50℃で行われるが、本発明では特に1220〜1280℃で焼成
することにより良好な圧電特性を有する圧電磁器組成物
が得られる。
の混合物とともに混合して所望により乾燥後850〜1100
℃で仮焼する。次いで、この仮焼物を粉砕後、有機結合
剤を混合して造粒し、成型後焼成する。焼成は1250〜13
50℃で行われるが、本発明では特に1220〜1280℃で焼成
することにより良好な圧電特性を有する圧電磁器組成物
が得られる。
この焼成物は圧電性をもたせるために80〜150℃で2V/
mm〜7KV/mmの分極処理を行う。
mm〜7KV/mmの分極処理を行う。
その後、必要に応じて蒸着等の電極を設けることによ
って電子部品となる。
って電子部品となる。
なお、用いられる原料粉末としては前述した酸化物の
他、磁器として酸化物となり得るものであればいずれで
も使用することができ、例えば炭酸化物、水酸化物等を
用いることもできる。
他、磁器として酸化物となり得るものであればいずれで
も使用することができ、例えば炭酸化物、水酸化物等を
用いることもできる。
以下、本発明を次の例で説明する。
原料としてPbO,TiO2,La2O3,MnO2とSrCO3,CaCO3,BaC
O3,のうちいずれかと、Nb2O3,Fe2O3,CoO,NiOによって合
成されたPb（Ni1/2Fe1/2）O3,Pb（Nb1/2Co1/2）O3,Pb
（Nb1/2Ni1/2）O3のいずれかをさらに添加物としてSi
O2,MgO,Cr2O3を用い第１表に示す組成となるよう秤量
し、ポットミル中で湿式混合した。
O3,のうちいずれかと、Nb2O3,Fe2O3,CoO,NiOによって合
成されたPb（Ni1/2Fe1/2）O3,Pb（Nb1/2Co1/2）O3,Pb
（Nb1/2Ni1/2）O3のいずれかをさらに添加物としてSi
O2,MgO,Cr2O3を用い第１表に示す組成となるよう秤量
し、ポットミル中で湿式混合した。
混合後に脱水乾燥し850℃〜1100℃で２時間仮焼し
た。次いで仮焼粉末を粉砕し、有機結合剤を混合して造
粒を行った。このように得られた造粒粉末を約1000Kg/c
m2の圧力で直径18mm、厚さ1.5mmの円板に成型した。成
型円板を第１表の温度で２時間焼成して圧電磁器を得
た。測定用として厚さ0.3mmに研摩した後に銀蒸着によ
り電極を形成したものを夫々120〜150℃、４〜2KV/mm、
10分間分極処理した。
た。次いで仮焼粉末を粉砕し、有機結合剤を混合して造
粒を行った。このように得られた造粒粉末を約1000Kg/c
m2の圧力で直径18mm、厚さ1.5mmの円板に成型した。成
型円板を第１表の温度で２時間焼成して圧電磁器を得
た。測定用として厚さ0.3mmに研摩した後に銀蒸着によ
り電極を形成したものを夫々120〜150℃、４〜2KV/mm、
10分間分極処理した。
得られたサンプルに対してベクトルインピーダンスメ
ータにて厚み縦３倍波振動の電気機械結合係数（K
t3）、同じく機械的品質係数（QM3）を測定した。
ータにて厚み縦３倍波振動の電気機械結合係数（K
t3）、同じく機械的品質係数（QM3）を測定した。
また、fo3・ｔは厚み縦３倍波の共振周波数fo3と厚み
ｔより算出した。なお、fo3・ｔは周波数定数の３次オ
ーバートーンである。
ｔより算出した。なお、fo3・ｔは周波数定数の３次オ
ーバートーンである。
結果は第１表に示す。
第１表から明らかなようにPb（Nb1/2Ｍ1/2）O3系化合
物の量が５モル％であるNo.6,7は個々の特性としては良
好なものが時に得られるが全体として特性のバラツキが
大きく、製造上好ましくない。
物の量が５モル％であるNo.6,7は個々の特性としては良
好なものが時に得られるが全体として特性のバラツキが
大きく、製造上好ましくない。
また、La2O3に対して置換を行わないNo.17はP/VのCV
値が大きくなり、特性バラツキも大きくなる。またLa2O
3に対する置換量が多いNo.18ではキュリー温度が低く、
使用温度の上限が狭くなる。PbOに対するLa2O3および
（Sr,Ca,Ba）系の合計置換量が少ないNo.19では温度特
性が大きくなる。さらにMnO2を添加しない場合はP/Vが
小さい等の欠点を有する。
値が大きくなり、特性バラツキも大きくなる。またLa2O
3に対する置換量が多いNo.18ではキュリー温度が低く、
使用温度の上限が狭くなる。PbOに対するLa2O3および
（Sr,Ca,Ba）系の合計置換量が少ないNo.19では温度特
性が大きくなる。さらにMnO2を添加しない場合はP/Vが
小さい等の欠点を有する。
これらの比較例に対し、本発明の組成物（No.1〜5,8
〜16）はKt3が7.7以上、QMt値3500以上の優れた特性を
有するものであり、本発明の組成によれば、特性のバラ
ツキが低減され、焼成温度が1220〜1280℃の範囲であれ
ば前述と同様に良好な特性の磁器組成物が得られること
から製造安定性に極めて優れたものである。
〜16）はKt3が7.7以上、QMt値3500以上の優れた特性を
有するものであり、本発明の組成によれば、特性のバラ
ツキが低減され、焼成温度が1220〜1280℃の範囲であれ
ば前述と同様に良好な特性の磁器組成物が得られること
から製造安定性に極めて優れたものである。
以上、詳述した通り本発明の圧電磁器組成物は、特定
比率から成るPbTiO3系ペロブスカイト構造の磁器組成物
に対しPbの一部をLaおよびSr,Ca,Baのいずれかの金属に
よって置換し、且つTiの一部をMnおよび（Nb1/2F
e1/2），（Nb1/2Ni1/2），（Nb1/2Co1/2）のいずれかに
よって置換することにより製造時の分散不良を解消する
とともに製造条件の厳しさを緩和できることから、均一
な組成の磁器を安定に供給することができる。それによ
って分離によって生じた特性のバラツキや波形の乱れ
（スプレアスの発生）を防止することができ、圧電特性
に優れた磁器組成物を安定に供給することができる。
比率から成るPbTiO3系ペロブスカイト構造の磁器組成物
に対しPbの一部をLaおよびSr,Ca,Baのいずれかの金属に
よって置換し、且つTiの一部をMnおよび（Nb1/2F
e1/2），（Nb1/2Ni1/2），（Nb1/2Co1/2）のいずれかに
よって置換することにより製造時の分散不良を解消する
とともに製造条件の厳しさを緩和できることから、均一
な組成の磁器を安定に供給することができる。それによ
って分離によって生じた特性のバラツキや波形の乱れ
（スプレアスの発生）を防止することができ、圧電特性
に優れた磁器組成物を安定に供給することができる。
Claims (2)
- 【請求項１】PbO 42〜48.5モル％、 TiO2 43〜52モル％、 SrO、CaO、BaOから選ばれる少なくとも１種の金属酸化
物とLa2O3とを含有し、その合計量 2.5〜８モル％、 MnO2 0.1〜2.0モル％、および Pb（Nb1/2Fe1/2）O3、Pb（Nb1/2Co1/2）O3、Pb（Nb1/2N
i1/2）O3から選ばれる少なくとも１種のペロブスカイト
化合物 ３モル％以下 から成る圧電磁器組成物。 - 【請求項２】PbO 42〜48.5モル％、 TiO2 43〜52モル％、 SrO、CaO、BaOから選ばれる少なくとも１種の金属酸化
物とLa2O3とを含有し、その合計量 2.5〜８モル％、 MnO2 0.1〜2.0モル％、 Pb（Nb1/2Fe1/2）O3、Pb（Nb1/2Co1/2）O3、Pb（Nb1/2N
i1/2）O3から選ばれる少なくとも１種のペロブスカイト
化合物 ３モル％以下、および SiO2、MgO、CrOから選ばれる少なくとも１種の酸化物２
モル％以下、 から成る圧電磁器組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62012047A JP2604582B2 (ja) | 1987-01-21 | 1987-01-21 | 圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62012047A JP2604582B2 (ja) | 1987-01-21 | 1987-01-21 | 圧電磁器組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63182255A JPS63182255A (ja) | 1988-07-27 |
| JP2604582B2 true JP2604582B2 (ja) | 1997-04-30 |
Family
ID=11794687
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62012047A Expired - Fee Related JP2604582B2 (ja) | 1987-01-21 | 1987-01-21 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2604582B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5158516B2 (ja) | 2006-12-26 | 2013-03-06 | 株式会社村田製作所 | 圧電磁器組成物及び圧電素子 |
| RU2597352C1 (ru) * | 2015-08-06 | 2016-09-10 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" | Пьезоэлектрический керамический материал |
| RU2596837C1 (ru) * | 2015-08-06 | 2016-09-10 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" | Пьезоэлектрический керамический материал |
-
1987
- 1987-01-21 JP JP62012047A patent/JP2604582B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63182255A (ja) | 1988-07-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |