JP3003087B2 - 圧電磁器組成物 - Google Patents
圧電磁器組成物Info
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- JP3003087B2 JP3003087B2 JP5174373A JP17437393A JP3003087B2 JP 3003087 B2 JP3003087 B2 JP 3003087B2 JP 5174373 A JP5174373 A JP 5174373A JP 17437393 A JP17437393 A JP 17437393A JP 3003087 B2 JP3003087 B2 JP 3003087B2
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- piezoelectric
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
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、弾性表面波素子に好適な圧電磁器組
成物に係る。
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、弾性表面波素子に好適な圧電磁器組
成物に係る。
【０００２】
【従来の技術】従来の、この種の圧電素子に用いる材料
としては、ＰｂＴｉＯ3-ＰｂＺｒＯ3の二成分系に、Ｃ
ｒ2Ｏ3、ＭｎＯ2、Ｆｅ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3などを添加する
ことにより圧電特性を改善したもの、あるいは、ＰｂＴ
ｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3の二成分系に、Ｐｂ（Ｃｏ1/3Ｎｂ
2/3 ）Ｏ3、Ｐｂ（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3、Ｐｂ（Ｍｎ
1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3、Ｐｂ（Ｎｉ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3などを加
え三成分系とし、圧電特性を改善した圧電磁器組成物、
さらに、ＰｂＴｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3−Ｐｂ（Ｙｂ1/2Ｎ
ｂ1/2）Ｏ3（特公昭４５−１０３１１号公報）などが提
案されている。
としては、ＰｂＴｉＯ3-ＰｂＺｒＯ3の二成分系に、Ｃ
ｒ2Ｏ3、ＭｎＯ2、Ｆｅ2Ｏ3、Ｂｉ2Ｏ3などを添加する
ことにより圧電特性を改善したもの、あるいは、ＰｂＴ
ｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3の二成分系に、Ｐｂ（Ｃｏ1/3Ｎｂ
2/3 ）Ｏ3、Ｐｂ（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3、Ｐｂ（Ｍｎ
1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3、Ｐｂ（Ｎｉ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3などを加
え三成分系とし、圧電特性を改善した圧電磁器組成物、
さらに、ＰｂＴｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3−Ｐｂ（Ｙｂ1/2Ｎ
ｂ1/2）Ｏ3（特公昭４５−１０３１１号公報）などが提
案されている。
【０００３】近年電子装置の小型化に伴い表面実装が盛
んに行われるようになり、それに対応して電子部品のチ
ップ化が進められている。本願発明が係る圧電素子部品
もその例に洩れず、表面実装用の圧電素子チップ部品が
開発されている。従来のセラミック発振子、セラミック
フィルタ等の圧電素子部品はリードタイプの樹脂モール
ド品であり、半田付け温度は２００℃以下であったた
め、圧電素子に対する熱の影響はあまり大きな問題では
なかった。しかし、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。
んに行われるようになり、それに対応して電子部品のチ
ップ化が進められている。本願発明が係る圧電素子部品
もその例に洩れず、表面実装用の圧電素子チップ部品が
開発されている。従来のセラミック発振子、セラミック
フィルタ等の圧電素子部品はリードタイプの樹脂モール
ド品であり、半田付け温度は２００℃以下であったた
め、圧電素子に対する熱の影響はあまり大きな問題では
なかった。しかし、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。
【０００４】前に述べたような組成を有する従来の圧電
磁器組成物は、２００℃以上の温度にさらされることは
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）が悪化するため、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かった。
磁器組成物は、２００℃以上の温度にさらされることは
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）が悪化するため、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かった。
【０００５】また、従来の圧電材料をセラミック発振子
等に用いた場合、素子の経時変化により、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。
等に用いた場合、素子の経時変化により、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】
【発明が解決しようとする課題】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こと
を課題とする。
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こと
を課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために「一般式：（Ｐｂ１−ＸＭｅＸ）［（Ｍｇ
１／３Ｎｂ２／３）ａ（Ｙｂ１／２Ｎｂ１／２）ｂＴｉ
ＣＺｒｄ］０３（但し、ＭｅはＢａ，Ｓｒ，Ｃａから選
ばれた少なくとも１つ、また、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１）で
示され、０＜ｘ≦０.１２，０.０１≦ａ≦０.１５，０.
０１≦ｂ≦０.１０，０.３０≦ｃ≦０.６０，０.２５≦
ｄ≦０.６８であることを特徴とする圧電磁器組成物」
であることを構成とする発明を提供する。
決するために「一般式：（Ｐｂ１−ＸＭｅＸ）［（Ｍｇ
１／３Ｎｂ２／３）ａ（Ｙｂ１／２Ｎｂ１／２）ｂＴｉ
ＣＺｒｄ］０３（但し、ＭｅはＢａ，Ｓｒ，Ｃａから選
ばれた少なくとも１つ、また、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１）で
示され、０＜ｘ≦０.１２，０.０１≦ａ≦０.１５，０.
０１≦ｂ≦０.１０，０.３０≦ｃ≦０.６０，０.２５≦
ｄ≦０.６８であることを特徴とする圧電磁器組成物」
であることを構成とする発明を提供する。
【０００８】
【作用】本発明の圧電磁器組成物を使用した圧電磁器素
子によれば、高い電気機械結合係数が得らるとともに耐
熱性が改善される。
子によれば、高い電気機械結合係数が得らるとともに耐
熱性が改善される。
【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】
【表２】
【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を用い、これらを表１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℃〜９００℃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を用い、これらを表１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℃〜９００℃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），共
振周波数の温度係数（ｆｒTC）及び機械的品質係数（Ｑ
m）を測定した結果を表１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），共
振周波数の温度係数（ｆｒTC）及び機械的品質係数（Ｑ
m）を測定した結果を表１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。また、共振周波数の温度係数（ｆｒＴ
Ｃ）は、次式で示される。 ｆｒＴＣ（ppm／℃）＝［（ｆｒ1−ｆｒ2）／（ｆｒ2×
１２５）］×１０6 ここで、ｆｒ1，ｆｒ2はそれぞれ−４０℃〜８５℃の温
度範囲における共振周波数の最大値，最小値であり、ｆ
ｒ2は２５℃における共振周波数である。ｋp変化率は耐
熱性の評価方法であり、２５０℃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、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。
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。また、共振周波数の温度係数（ｆｒＴ
Ｃ）は、次式で示される。 ｆｒＴＣ（ppm／℃）＝［（ｆｒ1−ｆｒ2）／（ｆｒ2×
１２５）］×１０6 ここで、ｆｒ1，ｆｒ2はそれぞれ−４０℃〜８５℃の温
度範囲における共振周波数の最大値，最小値であり、ｆ
ｒ2は２５℃における共振周波数である。ｋp変化率は耐
熱性の評価方法であり、２５０℃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、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。
【００１３】これらの測定結果の評価は電気機械結合係
数（ｋｐ），電気機械結合係数変化率及び共振周波数の
温度係数（ｆｒTC）について行い、電気機械結合係数に
ついては５０％以上、電気機械結合係数変化率について
は−３％以上のもの、共振周波数の温度係数は２００pp
m以下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（ｋｐ），電気機械結合係数変化率及び共振周波数の
温度係数（ｆｒTC）について行い、電気機械結合係数に
ついては５０％以上、電気機械結合係数変化率について
は−３％以上のもの、共振周波数の温度係数は２００pp
m以下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５，１１，１８，２１，２４を不良、電気機械結合
係数変化率については、試料１，５，１１，１４，１
５，１８，１９，２１，２４を不良、共振周波数の温度
係数については試料１を不良と判定した。そして、総合
して試料２，３，４，６，７，８，９，１０，１２，１
３，１６，１７，２０，２２，２３を良好と判定した。
試料５，１１，１８，２１，２４を不良、電気機械結合
係数変化率については、試料１，５，１１，１４，１
５，１８，１９，２１，２４を不良、共振周波数の温度
係数については試料１を不良と判定した。そして、総合
して試料２，３，４，６，７，８，９，１０，１２，１
３，１６，１７，２０，２２，２３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、ｘに関しては０.１２＜ｘ、ａに関しては
ａ＜０.０１，０.１５＜ａ、ｂに関してはｂ＜０.０
１，０.１０＜ｂ、ｃに関してはｃ＜０.３０，０.６０
＜ｃ、ｄに関してはｄ＜０.２５，０.６８＜ｄの組成範
囲のものは不良であり、したがってｘに関しては０＜ｘ
≦０.１２、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≦０.６８の
組成範囲のものは良好である。
整理すると、ｘに関しては０.１２＜ｘ、ａに関しては
ａ＜０.０１，０.１５＜ａ、ｂに関してはｂ＜０.０
１，０.１０＜ｂ、ｃに関してはｃ＜０.３０，０.６０
＜ｃ、ｄに関してはｄ＜０.２５，０.６８＜ｄの組成範
囲のものは不良であり、したがってｘに関しては０＜ｘ
≦０.１２、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≦０.６８の
組成範囲のものは良好である。
【００１６】表１から明らかなように、従来の圧電磁器
組成物では、２５０℃の半田熱による電気機械結合係数
の変化率が−２０％前後であったが、本発明に係る圧電
磁器組成物では、ＰｂＴｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3に第３成
分、第４成分として、（Ｍｇ1/ 3Ｎｂ2/3）Ｏ3、（Ｙｂ
1/2Ｎｂ1/2）Ｏ3を同時に固溶させることにより、−３
％以下と大幅に改善することができる。さらに、Ｐｂの
一部をＢａ，Ｓｒ，Ｃａから選ばれた少なくとも一種で
置換することにより、耐熱性と経時変化を劣化させるこ
となく共振周波数の温度係数（ｆｒTC）を大幅に向上さ
せることができる。
組成物では、２５０℃の半田熱による電気機械結合係数
の変化率が−２０％前後であったが、本発明に係る圧電
磁器組成物では、ＰｂＴｉＯ3−ＰｂＺｒＯ3に第３成
分、第４成分として、（Ｍｇ1/ 3Ｎｂ2/3）Ｏ3、（Ｙｂ
1/2Ｎｂ1/2）Ｏ3を同時に固溶させることにより、−３
％以下と大幅に改善することができる。さらに、Ｐｂの
一部をＢａ，Ｓｒ，Ｃａから選ばれた少なくとも一種で
置換することにより、耐熱性と経時変化を劣化させるこ
となく共振周波数の温度係数（ｆｒTC）を大幅に向上さ
せることができる。
【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％以上の優れた圧
電磁器材料を得ることができる。
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％以上の優れた圧
電磁器材料を得ることができる。
【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、耐熱性を向上さ
せたまま共振周波数の温度係数を良くすることができ、
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、耐熱性を向上さ
せたまま共振周波数の温度係数を良くすることができ、
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５−17218（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−17219（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−17220（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/42 - 35/49 ＣＡ（ＳＴＮ) ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ)
Claims (1)
- 【請求項１】 一般式： （Ｐｂ１−ＸＭｅＸ）［（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）
ａ（Ｙｂ１／２Ｎｂ１／２）ｂＴｉＣＺｒｄ］０３ （但し、ＭｅはＢａ，Ｓｒ，Ｃａから選ばれた少なくと
も１つ、また、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１）で示され、０＜ｘ≦０.１２ ０.０１≦ａ≦０.１５ ０.０１≦ｂ≦０.１０ ０.３０≦ｃ≦０.６０ ０.２５≦ｄ≦０.６８ であることを特徴とする圧電磁器組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5174373A JP3003087B2 (ja) | 1993-07-14 | 1993-07-14 | 圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5174373A JP3003087B2 (ja) | 1993-07-14 | 1993-07-14 | 圧電磁器組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0730169A JPH0730169A (ja) | 1995-01-31 |
| JP3003087B2 true JP3003087B2 (ja) | 2000-01-24 |
Family
ID=15977485
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5174373A Expired - Fee Related JP3003087B2 (ja) | 1993-07-14 | 1993-07-14 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3003087B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| 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 |
-
1993
- 1993-07-14 JP JP5174373A patent/JP3003087B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0730169A (ja) | 1995-01-31 |
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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: 19990928 |
|
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