JP2873656B2 - 圧電磁器組成物 - Google Patents
圧電磁器組成物Info
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- JP2873656B2 JP2873656B2 JP5225685A JP22568593A JP2873656B2 JP 2873656 B2 JP2873656 B2 JP 2873656B2 JP 5225685 A JP5225685 A JP 5225685A JP 22568593 A JP22568593 A JP 22568593A JP 2873656 B2 JP2873656 B2 JP 2873656B2
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は圧電磁器組成物、特にセ
ラミック発振子，セラミックディスクリミネータ，セラ
ミックフィルタあるいは弾性表面波素子に好適に用いら
れる圧電磁器組成物に係るものである。
ラミック発振子，セラミックディスクリミネータ，セラ
ミックフィルタあるいは弾性表面波素子に好適に用いら
れる圧電磁器組成物に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来電子装置において用いられている部
品はリードタイプの樹脂モールド品であり、半田付けは
部品のリード線をプリント基板に挿入し、部品が取り付
けられている面とは異なる面を溶融半田槽に浸漬して行
われていた。したがって、取付られた部品が２００℃以
上の温度にさらされることはなかった。ところで、近年
電子装置の小型化に伴い表面実装が盛んに行われてい
る。この表面実装における半田付けはリード線を有しな
いチップ部品をプリント基板に仮実装し、このプリント
基板全体をリフロー炉で加熱することによって行う。し
たがって、プリント基板に取り付けられるチップ部品は
半田付け時にリフロー炉において２５０℃前後の温度に
さらされる。
品はリードタイプの樹脂モールド品であり、半田付けは
部品のリード線をプリント基板に挿入し、部品が取り付
けられている面とは異なる面を溶融半田槽に浸漬して行
われていた。したがって、取付られた部品が２００℃以
上の温度にさらされることはなかった。ところで、近年
電子装置の小型化に伴い表面実装が盛んに行われてい
る。この表面実装における半田付けはリード線を有しな
いチップ部品をプリント基板に仮実装し、このプリント
基板全体をリフロー炉で加熱することによって行う。し
たがって、プリント基板に取り付けられるチップ部品は
半田付け時にリフロー炉において２５０℃前後の温度に
さらされる。
【０００３】このような電子装置の小型化の流れの中で
セラミック発振子，セラミックディスクリミネータ，セ
ラミックフィルタあるいは弾性表面波素子等のセラミッ
ク圧電素子のチップ化が進められている。このチップ部
品の形態を採る圧電素子チップ部品は電子装置に実装す
る際の従来圧電素子に用いられている材料として、Ｐｂ
ＴｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3の二成分系磁器組成物にＣｒ
2Ｏ3，ＭｎＯ2，Ｆｅ2Ｏ3あるいはＢｉ2Ｏ3等を添加し
て三成分系とすることにより圧電特性を改善した圧電磁
器組成物、ＰｂＴｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3の二成分系磁器組
成物にＰｂ（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3 ）Ｏ3，Ｐｂ（Ｍｇ1/3Ｎ
ｂ2/3）Ｏ3，Ｐｂ（Ｍｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3，Ｐｂ（Ｎｉ
1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3等を添加して三成分系とすることによ
り圧電特性を改善した圧電磁器組成物あるいは特公昭４
５−１０３１１号公報に記載されたＰｂＴｉＯ3−Ｐｂ
ＺｒＯ3−Ｐｂ（Ｙｂ1/2Ｎｂ1/2）Ｏ3三成分系磁器組成
物がある。
セラミック発振子，セラミックディスクリミネータ，セ
ラミックフィルタあるいは弾性表面波素子等のセラミッ
ク圧電素子のチップ化が進められている。このチップ部
品の形態を採る圧電素子チップ部品は電子装置に実装す
る際の従来圧電素子に用いられている材料として、Ｐｂ
ＴｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3の二成分系磁器組成物にＣｒ
2Ｏ3，ＭｎＯ2，Ｆｅ2Ｏ3あるいはＢｉ2Ｏ3等を添加し
て三成分系とすることにより圧電特性を改善した圧電磁
器組成物、ＰｂＴｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3の二成分系磁器組
成物にＰｂ（Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3 ）Ｏ3，Ｐｂ（Ｍｇ1/3Ｎ
ｂ2/3）Ｏ3，Ｐｂ（Ｍｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3，Ｐｂ（Ｎｉ
1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3等を添加して三成分系とすることによ
り圧電特性を改善した圧電磁器組成物あるいは特公昭４
５−１０３１１号公報に記載されたＰｂＴｉＯ3−Ｐｂ
ＺｒＯ3−Ｐｂ（Ｙｂ1/2Ｎｂ1/2）Ｏ3三成分系磁器組成
物がある。
【０００４】しかし、リード線を有する従来の圧電素子
は２００℃以上の温度にさらされることがないため、こ
れらの圧電素子に用いられる磁器組成物は２００℃以上
の温度にさらされることを想定していない。そのため、
電子装置に実装する際の半田付け時のリフロー炉におい
て２５０℃前後の温度にさらされると、機械的品質係数
（Ｑm），電気機械結合係数（ｋp）が悪化し、耐熱性に
おいて信頼性の高い圧電素子チップ部品を得ることはで
きない。
は２００℃以上の温度にさらされることがないため、こ
れらの圧電素子に用いられる磁器組成物は２００℃以上
の温度にさらされることを想定していない。そのため、
電子装置に実装する際の半田付け時のリフロー炉におい
て２５０℃前後の温度にさらされると、機械的品質係数
（Ｑm），電気機械結合係数（ｋp）が悪化し、耐熱性に
おいて信頼性の高い圧電素子チップ部品を得ることはで
きない。
【０００５】また、従来の圧電材料を用いたセラミック
発振子等は経時変化によって共振周波数が初期の周波数
から大きく変動するという問題があった。
発振子等は経時変化によって共振周波数が初期の周波数
から大きく変動するという問題があった。
【０００６】
【発明の概要】本願発明はこれらの問題を解決すること
ができる圧電磁器組成物、すなわち、２００℃以上の温
度にさらされても特性が悪化することなく、経時変化の
小さい圧電磁器組成物を提供する。
ができる圧電磁器組成物、すなわち、２００℃以上の温
度にさらされても特性が悪化することなく、経時変化の
小さい圧電磁器組成物を提供する。
【０００７】そのために本件出願は「一般式：Ｐｂα
［（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）a（Ｙｂ1/2Ｎｂ1/2）bＴｉCＺ
ｒd］０3（但し、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１）で示され、０.
９５≦α≦１.０５，０.０１≦ａ≦０.１５，０.０１≦
ｂ≦０.１０，０.３０≦ｃ≦０.６０，０.２５≦ｄ≦
０.６８である組成物を基本成分とし、副成分としてＣ
ｒ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｎｉから選ばれた少なくとも１種が、
Ｃｒ2Ｏ3，ＭｎＯ2，ＣｏＯ，ＮｉＯに換算して０.０１
〜３.０％添加された圧電磁器組成物」であることを構
成とする発明を提供する。
［（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）a（Ｙｂ1/2Ｎｂ1/2）bＴｉCＺ
ｒd］０3（但し、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１）で示され、０.
９５≦α≦１.０５，０.０１≦ａ≦０.１５，０.０１≦
ｂ≦０.１０，０.３０≦ｃ≦０.６０，０.２５≦ｄ≦
０.６８である組成物を基本成分とし、副成分としてＣ
ｒ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｎｉから選ばれた少なくとも１種が、
Ｃｒ2Ｏ3，ＭｎＯ2，ＣｏＯ，ＮｉＯに換算して０.０１
〜３.０％添加された圧電磁器組成物」であることを構
成とする発明を提供する。
【０００８】本発明に係る圧電磁器組成物を使用した圧
電磁器素子によれば、基本成分により高い電気機械結合
係数が得られるとともに耐熱性が改善され、副成分によ
り耐熱性と経時変化性を向上させたまま圧電特性を低下
させることなく任意の機械的品質係数を得ることができ
る。
電磁器素子によれば、基本成分により高い電気機械結合
係数が得られるとともに耐熱性が改善され、副成分によ
り耐熱性と経時変化性を向上させたまま圧電特性を低下
させることなく任意の機械的品質係数を得ることができ
る。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例を図及び表を用いて説
明する。
明する。
【表１】
【００１０】 図１に本発明に係る圧電磁器組成物は以
下に記した工程により製造される。 (１)出発原料としてＰｂＯ、ＭｇＣＯ3、Ｙｂ2Ｏ3、Ｎ
ｂ 2 Ｏ 5 、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＭｎＣＯ3、Ｃｒ2Ｏ3、Ｃ
ｏＯ、ＮｉＯを用い、これらを第１表に示す組成になる
ように秤量する。なお、この表においてａはＭｇＣＯ 3
とＮｂ 2 Ｏ 5 を１：１のモル比で混合したもの、ｂはＹｂ
2 Ｏ 3 とＮｂ 2 Ｏ 5 を１：１のモル比で混合したものを秤量
する。 (２)秤量された原料をボールミルで湿式混合する。 (３)湿式混合されたものを乾燥する。 (４)乾燥されたものを７５０℃〜９５０℃で仮焼する。 (５)仮焼成されたものをボールミルで湿式粉砕する。 (６)得られた粉末に有機バインダを適量加えて造粒す
る。 (７)造粒されたものを４ｔｏｎ／ｃｍ2の圧力で加圧成
形する。 (８)成形体を１１３０℃〜１２５０℃で焼結する。 (９)焼結体の両表面に、銀電極を焼付・形成する。 (１０)５０℃〜１２０℃のシリコーン油中において２〜
３ＭＶ／ｍの直流電界を１時間印加して分極処理する。
下に記した工程により製造される。 (１)出発原料としてＰｂＯ、ＭｇＣＯ3、Ｙｂ2Ｏ3、Ｎ
ｂ 2 Ｏ 5 、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＭｎＣＯ3、Ｃｒ2Ｏ3、Ｃ
ｏＯ、ＮｉＯを用い、これらを第１表に示す組成になる
ように秤量する。なお、この表においてａはＭｇＣＯ 3
とＮｂ 2 Ｏ 5 を１：１のモル比で混合したもの、ｂはＹｂ
2 Ｏ 3 とＮｂ 2 Ｏ 5 を１：１のモル比で混合したものを秤量
する。 (２)秤量された原料をボールミルで湿式混合する。 (３)湿式混合されたものを乾燥する。 (４)乾燥されたものを７５０℃〜９５０℃で仮焼する。 (５)仮焼成されたものをボールミルで湿式粉砕する。 (６)得られた粉末に有機バインダを適量加えて造粒す
る。 (７)造粒されたものを４ｔｏｎ／ｃｍ2の圧力で加圧成
形する。 (８)成形体を１１３０℃〜１２５０℃で焼結する。 (９)焼結体の両表面に、銀電極を焼付・形成する。 (１０)５０℃〜１２０℃のシリコーン油中において２〜
３ＭＶ／ｍの直流電界を１時間印加して分極処理する。
【００１１】このようにして得られた形状が直径１４.
３mm、厚さ０.６mmの圧電磁器円板について、密度
（ρ），電気機械結合係数（ｋp），誘電率（ε）及び
機械的品質係数（Ｑm）を測定した結果を表２に示す。
３mm、厚さ０.６mmの圧電磁器円板について、密度
（ρ），電気機械結合係数（ｋp），誘電率（ε）及び
機械的品質係数（Ｑm）を測定した結果を表２に示す。
【００１２】圧電特性はインピーダンスアナライザーを
用いて共振・反共振周波数を測定した結果から計算によ
り求めた。ｋp変化率は耐熱性の評価方法であり、２５
０℃の半田槽に円板素子を１分間浸漬させ、その前後に
おけるｋpの変化を測定した値であり次式で示される。 ｋp変化率（％）＝［（ｋp−ｋpi）／ｋpi］×１００ ここで、ｋpiは半田槽浸漬前の電気機械結合係数であ
り、ｋpは半田槽浸漬１時間後の電気機械結合係数であ
る。
用いて共振・反共振周波数を測定した結果から計算によ
り求めた。ｋp変化率は耐熱性の評価方法であり、２５
０℃の半田槽に円板素子を１分間浸漬させ、その前後に
おけるｋpの変化を測定した値であり次式で示される。 ｋp変化率（％）＝［（ｋp−ｋpi）／ｋpi］×１００ ここで、ｋpiは半田槽浸漬前の電気機械結合係数であ
り、ｋpは半田槽浸漬１時間後の電気機械結合係数であ
る。
【表２】
【００１３】これらの測定結果の評価は電気機械結合係
数，機械的品質係数及び電気機械結合係数変化率につい
て行い、電気機械結合係数については６０％以上，機械
的品質係数については１００以上，電気機械結合係数変
化率については−３％以上のものを良好と判定し、その
他のものを不良と判定した。
数，機械的品質係数及び電気機械結合係数変化率につい
て行い、電気機械結合係数については６０％以上，機械
的品質係数については１００以上，電気機械結合係数変
化率については−３％以上のものを良好と判定し、その
他のものを不良と判定した。
【００１４】その結果、電気機械結合係数については試
料１，５，１０，１７，２０，２１，２４，２５，２
７，３０を不良と判定し、機械的品質係数については試
料６を不良と判定し、電気機械結合係数変化率について
は試料１，５，１０，１７，２０，２１，２４，２５２
７，３０を不良と判定した。そして、総合して試料２，
３，４，７，８，９，１１，１２，１３，１４，１５，
１６，１８，１９，２２，２３，２６，２８，２９を良
好と判定した。
料１，５，１０，１７，２０，２１，２４，２５，２
７，３０を不良と判定し、機械的品質係数については試
料６を不良と判定し、電気機械結合係数変化率について
は試料１，５，１０，１７，２０，２１，２４，２５２
７，３０を不良と判定した。そして、総合して試料２，
３，４，７，８，９，１１，１２，１３，１４，１５，
１６，１８，１９，２２，２３，２６，２８，２９を良
好と判定した。
【００１５】この判定結果に基づいて試料の組成範囲を
整理すると、 αに関してはα＜０.９５，１.０５＜α ａに関してはａ＜０.０１，０.１５＜ａ ｂに関してはｂ＜０.０１，０.１０＜ｂ ｃに関してはｃ＜０.３０，０.６０＜ｃ ｄに関してはｄ＜０.２５，０.５５＜ｄ の組成範囲のものは不良であり、したがって αに関しては０.９５≦α≦１.０５ ａに関しては０.０１≦ａ≦０.１５ ｂに関しては０.０１≦ｂ≦０.１０ ｃに関しては０.３０≦ｃ≦０.６０ ｄに関しては０.２５≦ｄ≦０.５５ の組成範囲のものは良好である。
整理すると、 αに関してはα＜０.９５，１.０５＜α ａに関してはａ＜０.０１，０.１５＜ａ ｂに関してはｂ＜０.０１，０.１０＜ｂ ｃに関してはｃ＜０.３０，０.６０＜ｃ ｄに関してはｄ＜０.２５，０.５５＜ｄ の組成範囲のものは不良であり、したがって αに関しては０.９５≦α≦１.０５ ａに関しては０.０１≦ａ≦０.１５ ｂに関しては０.０１≦ｂ≦０.１０ ｃに関しては０.３０≦ｃ≦０.６０ ｄに関しては０.２５≦ｄ≦０.５５ の組成範囲のものは良好である。
【００１６】表２から明らかなように、２５０℃の半田
熱による電気機械結合係数の変化率が従来の圧電磁器組
成物では−２０％前後であったが、ＰｂＴｉＯ3−Ｐｂ
ＺｒＯ3に第３成分として（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3を第４
成分として（Ｙｂ1/2Ｎｂ1/2）Ｏ3を同時に固溶させた
本発明に係る圧電磁器組成物では−３％以下と大幅に改
善される。
熱による電気機械結合係数の変化率が従来の圧電磁器組
成物では−２０％前後であったが、ＰｂＴｉＯ3−Ｐｂ
ＺｒＯ3に第３成分として（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3を第４
成分として（Ｙｂ1/2Ｎｂ1/2）Ｏ3を同時に固溶させた
本発明に係る圧電磁器組成物では−３％以下と大幅に改
善される。
【００１７】本発明の実施例である試料３と従来例の時
間経過に伴う共振周波数の変化を図２に示す。なお、共
振周波数の変化率は、次式で示される。 共振周波変化率（％）＝［（ｆr−ｆri）／ｆri］×１
００ ここで、ｆriは初期（分極１時間後）における共振周波
数であり、ｆrは分極後一定時間経過後における共振周
波数である。この図から明らかなように従来の圧電磁器
組成物に比べ、本発明の圧電磁器組成物は共振周波数の
変化率が０.１％／Time decade以下と極めて小さな値に
することができる。しかも、組成比を選ぶことにより電
気機械結合係数（ｋp）が６０％以上の高い値を有すも
のの中から圧電特性を低下させることなく機械的品質係
数が１５０〜１,６００の範囲の任意の圧電磁器材料を
選択することができる。
間経過に伴う共振周波数の変化を図２に示す。なお、共
振周波数の変化率は、次式で示される。 共振周波変化率（％）＝［（ｆr−ｆri）／ｆri］×１
００ ここで、ｆriは初期（分極１時間後）における共振周波
数であり、ｆrは分極後一定時間経過後における共振周
波数である。この図から明らかなように従来の圧電磁器
組成物に比べ、本発明の圧電磁器組成物は共振周波数の
変化率が０.１％／Time decade以下と極めて小さな値に
することができる。しかも、組成比を選ぶことにより電
気機械結合係数（ｋp）が６０％以上の高い値を有すも
のの中から圧電特性を低下させることなく機械的品質係
数が１５０〜１,６００の範囲の任意の圧電磁器材料を
選択することができる。
【００１８】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る圧電磁器組成物を用いることにより、電気機械結
合係数（ｋp）が高く、耐熱性が高く、しかも、経時変
化の極めて小さい圧電磁器素子を得ることができる。従
って、表面実装の際に２５０℃前後の温度にさらされて
も圧電特性の劣化することが少ないチップ部品を作製す
ることができる。
に係る圧電磁器組成物を用いることにより、電気機械結
合係数（ｋp）が高く、耐熱性が高く、しかも、経時変
化の極めて小さい圧電磁器素子を得ることができる。従
って、表面実装の際に２５０℃前後の温度にさらされて
も圧電特性の劣化することが少ないチップ部品を作製す
ることができる。
【図１】本発明の圧電磁器組成物を用いた圧電素子の製
造工程図。
造工程図。
【図２】本発明の圧電磁器組成物と従来例の共振周波数
の経時変化率を示すグラフ。
の経時変化率を示すグラフ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−30169（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−333427（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C04B 35/42 - 35/49
Claims (1)
- 【請求項１】 一般式： Ｐｂα［（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）a（Ｙｂ1/2Ｎｂ1/2）bＴｉCＺｒd］Ｏ 3 （但し、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１）で示され、 ０.９５≦α≦１.０５ ０.０１≦ａ≦０.１５ ０.０１≦ｂ≦０.１０ ０.３０≦ｃ≦０.６０ ０.２５≦ｄ≦０.５５ である組成物を基本成分とし、副成分としてＣｒ，Ｍ
ｎ，Ｃｏ，Ｎｉから選ばれた少なくとも１種が、Ｃｒ2
Ｏ3，ＭｎＯ2，ＣｏＯ，ＮｉＯに換算して０.０１〜３.
０％添加された圧電磁器組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5225685A JP2873656B2 (ja) | 1993-09-10 | 1993-09-10 | 圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5225685A JP2873656B2 (ja) | 1993-09-10 | 1993-09-10 | 圧電磁器組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0782021A JPH0782021A (ja) | 1995-03-28 |
| JP2873656B2 true JP2873656B2 (ja) | 1999-03-24 |
Family
ID=16833191
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5225685A Expired - Fee Related JP2873656B2 (ja) | 1993-09-10 | 1993-09-10 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2873656B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3581577B2 (ja) * | 1998-08-19 | 2004-10-27 | Ｔｄｋ株式会社 | 圧電磁器組成物 |
| US8562852B2 (en) * | 2010-09-30 | 2013-10-22 | Tdk Corporation | Piezoelectric ceramic, piezoelectric element comprising it, and piezoelectric device comprising piezoelectric element |
-
1993
- 1993-09-10 JP JP5225685A patent/JP2873656B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0782021A (ja) | 1995-03-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19981110 |
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