JP3097216B2 - 圧電性磁器組成物 - Google Patents
圧電性磁器組成物Info
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- JP3097216B2 JP3097216B2 JP03244748A JP24474891A JP3097216B2 JP 3097216 B2 JP3097216 B2 JP 3097216B2 JP 03244748 A JP03244748 A JP 03244748A JP 24474891 A JP24474891 A JP 24474891A JP 3097216 B2 JP3097216 B2 JP 3097216B2
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電性磁器組成物に関
し、特に、セラミックフィルタ、セラミック発振子、セ
ラミックディスクリミネータ、表面弾性波素子などに用
いる圧電性磁器組成物に関する。
し、特に、セラミックフィルタ、セラミック発振子、セ
ラミックディスクリミネータ、表面弾性波素子などに用
いる圧電性磁器組成物に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、圧電性磁器としては、例え
ば、二元系のＰｂＴｉＯ3 −ＰｂＺｒＯ3 （ＰＺＴ）に
Ｂｉ2 Ｏ3 ，Ｃｒ2 Ｏ3 ，ＭｎＯ2 ，ＺｎＯ等の添加物
を加えて、圧電特性の改善を図ることが試みられてい
る。その他、三元系のＰｂＴｉＯ3 −ＰｂＺｒＯ3 −Ｐ
ｂ（Ｍｎ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 系、ＰｂＴｉＯ3 −ＰｂＺ
ｒＯ3 −Ｐｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3系等の圧電材料
も開発されている。また、Ｐｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ
3 −ＰｂＴｉＯ3 −ＰｂＺｒＯ3 系組成も提案されてい
る（特公昭４５−３７９０７号公報等参照）。
ば、二元系のＰｂＴｉＯ3 −ＰｂＺｒＯ3 （ＰＺＴ）に
Ｂｉ2 Ｏ3 ，Ｃｒ2 Ｏ3 ，ＭｎＯ2 ，ＺｎＯ等の添加物
を加えて、圧電特性の改善を図ることが試みられてい
る。その他、三元系のＰｂＴｉＯ3 −ＰｂＺｒＯ3 −Ｐ
ｂ（Ｍｎ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 系、ＰｂＴｉＯ3 −ＰｂＺ
ｒＯ3 −Ｐｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3系等の圧電材料
も開発されている。また、Ｐｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ
3 −ＰｂＴｉＯ3 −ＰｂＺｒＯ3 系組成も提案されてい
る（特公昭４５−３７９０７号公報等参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
圧電性磁器組成物からなる圧電材料は耐熱性、経時変化
特性等に大きな問題を有していた。従来の圧電性磁器組
成物からなる圧電材料、例えば、Ｐｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ
2/3 ）Ｏ3 −ＰｂＴｉＯ3 −ＰｂＺｒＯ3 系のＰｂ
｛（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）0.07Ｔｉ0.47Ｚｒ0.46｝Ｏ3 か
ら形成した圧電材料を加熱していくと、図１に破線で示
すように、キュリー点よりも１００℃以上低い温度から
徐々に熱による脱分極を起こし、電気機械結合係数Ｋｐ
等の圧電特性の劣化が始まる。このため圧電材料の使用
上限温度はキュリー点よりはるか下の２００℃付近に限
定されていた。この原因としては、第３成分固溶によっ
てキュリー点が低下してしまうことと、圧電材料が本質
的に脱分極を起こし易いことが上げられる。
圧電性磁器組成物からなる圧電材料は耐熱性、経時変化
特性等に大きな問題を有していた。従来の圧電性磁器組
成物からなる圧電材料、例えば、Ｐｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ
2/3 ）Ｏ3 −ＰｂＴｉＯ3 −ＰｂＺｒＯ3 系のＰｂ
｛（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）0.07Ｔｉ0.47Ｚｒ0.46｝Ｏ3 か
ら形成した圧電材料を加熱していくと、図１に破線で示
すように、キュリー点よりも１００℃以上低い温度から
徐々に熱による脱分極を起こし、電気機械結合係数Ｋｐ
等の圧電特性の劣化が始まる。このため圧電材料の使用
上限温度はキュリー点よりはるか下の２００℃付近に限
定されていた。この原因としては、第３成分固溶によっ
てキュリー点が低下してしまうことと、圧電材料が本質
的に脱分極を起こし易いことが上げられる。
【０００４】近年は電子部品のチップ化が進み、小型の
表面実装が可能な圧電素子すなわちセラミックフィル
タ、セラミック発振子、ディスクリミネータ、トラップ
等が開発されている。従来のリード付樹脂モールド素子
や金属ケースに封入された素子では、はんだ付け実装時
に圧電セラミックスの温度上昇は２００℃程度に抑えら
れていたが、これらのチップ素子でははんだ付けの時に
圧電セラミックスも３００℃程度の高温にさらされるよ
うになった。従って、従来の圧電材料では耐熱性の高い
信頼性の高いチップ部品を作ることが不可能であった。
表面実装が可能な圧電素子すなわちセラミックフィル
タ、セラミック発振子、ディスクリミネータ、トラップ
等が開発されている。従来のリード付樹脂モールド素子
や金属ケースに封入された素子では、はんだ付け実装時
に圧電セラミックスの温度上昇は２００℃程度に抑えら
れていたが、これらのチップ素子でははんだ付けの時に
圧電セラミックスも３００℃程度の高温にさらされるよ
うになった。従って、従来の圧電材料では耐熱性の高い
信頼性の高いチップ部品を作ることが不可能であった。
【０００５】また、共振周波数の経時変化にも大きな問
題がある。圧電セラミックスを分極処理してからの経時
変化を、時間を横軸に対数目盛りでとり、共振周波数の
変化率を縦軸にとり、図２に破線で示した。この例から
わかるように、従来の材料は０．５％／time decade の
経時変化を示している。この現象は、フィルタや発振子
として加工した後でその周波数が初期の値から大きく変
動してしまうため大きな問題となっている。
題がある。圧電セラミックスを分極処理してからの経時
変化を、時間を横軸に対数目盛りでとり、共振周波数の
変化率を縦軸にとり、図２に破線で示した。この例から
わかるように、従来の材料は０．５％／time decade の
経時変化を示している。この現象は、フィルタや発振子
として加工した後でその周波数が初期の値から大きく変
動してしまうため大きな問題となっている。
【０００６】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
ものであり、電気機械結合係数及び耐熱性が高く、しか
も経時変化が小さい圧電性磁器組成物を提供することを
目的とする。
ものであり、電気機械結合係数及び耐熱性が高く、しか
も経時変化が小さい圧電性磁器組成物を提供することを
目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】 本発明に係る圧電性磁器組成物は、ａＰｂ（Ｙｂ1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3 −ｂＰｂ（Ｍｎ1/2 Ｗ1/2 ）Ｏ3 −ｃＰｂＴｉＯ3 −ｄＰｂＺｒＯ3 （ただし、０．０１≦ａ≦０．２０，０．０１≦ｂ≦０．２０ ０ ≦ｃ≦０．７０，０．２８≦ｄ≦０．９８，ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１） なる一般式で表されることを特徴とする。
【０００８】本発明において、圧電性磁器組成物の組成
を上記範囲に限定した理由は次の通りである。Ｙｂ1/2
Ｎｂ1/2 は、圧電材料の電気機械結合係数を改善するた
めのもので、Ｙｂ1/2 Ｎｂ1/2 がＰｂ（Ｙｂ1/2 Ｎｂ
1/2 ）Ｏ3 の組成で０．０１（モル分率、以下同じ）未
満では所望の高い電気機械結合係数が得られず、０．２
０を超えると耐熱性が低下する。それゆえ０．０１≦ａ
≦０．２０とした。Ｍｎ1/2 Ｗ1/2 は、圧電材料の機械
的品質係数を改善するためのもので、Ｍｎ1/2 Ｗ1/2 が
Ｐｂ（Ｍｎ1/2 Ｗ1/2 ）Ｏ3 の組成で０．０１未満では
所望の高い電気機械結合係数が得られず、０．２０を超
えると耐熱性が低下するので、０．０１≦ｂ≦０．２０
とした。Ｔｉ，Ｚｒは、圧電材料の主要な成分であり、
Ｔｉが０．７０を超えると圧電特性が変わり、所望の高
い電気機械結合係数が得られない。Ｚｒが０．２８未満
では所望の高い電気機械結合係数が得られず、０．９８
を超えると置換、添加成分が０．０１未満となり、その
添加の効果がなくなるので、Ｔｉは０≦ｃ≦０．７０と
し、Ｚｒは０．２８≦ｄ≦０．９８とした。
を上記範囲に限定した理由は次の通りである。Ｙｂ1/2
Ｎｂ1/2 は、圧電材料の電気機械結合係数を改善するた
めのもので、Ｙｂ1/2 Ｎｂ1/2 がＰｂ（Ｙｂ1/2 Ｎｂ
1/2 ）Ｏ3 の組成で０．０１（モル分率、以下同じ）未
満では所望の高い電気機械結合係数が得られず、０．２
０を超えると耐熱性が低下する。それゆえ０．０１≦ａ
≦０．２０とした。Ｍｎ1/2 Ｗ1/2 は、圧電材料の機械
的品質係数を改善するためのもので、Ｍｎ1/2 Ｗ1/2 が
Ｐｂ（Ｍｎ1/2 Ｗ1/2 ）Ｏ3 の組成で０．０１未満では
所望の高い電気機械結合係数が得られず、０．２０を超
えると耐熱性が低下するので、０．０１≦ｂ≦０．２０
とした。Ｔｉ，Ｚｒは、圧電材料の主要な成分であり、
Ｔｉが０．７０を超えると圧電特性が変わり、所望の高
い電気機械結合係数が得られない。Ｚｒが０．２８未満
では所望の高い電気機械結合係数が得られず、０．９８
を超えると置換、添加成分が０．０１未満となり、その
添加の効果がなくなるので、Ｔｉは０≦ｃ≦０．７０と
し、Ｚｒは０．２８≦ｄ≦０．９８とした。
【０００９】
【作用】本発明に係る圧電性磁器組成物は、上記のよう
に第３成分、及び第４成分のＰｂ（Ｙｂ1/2 Ｎｂ1/2 ）
Ｏ3 、Ｐｂ（Ｍｎ1/2 Ｗ1/2 ）Ｏ3 を含ませて構成した
ので、これらの成分の相互作用により、キュリー点が従
来組成のように大きく低下することがなく、３００℃程
度のキュリー点を有し、しかもキュリー点直下まで電気
機械結合係数が大きく劣化することがなく、高い耐熱性
を持っている。また、共振周波数の経時変化について
も、０．１％／time decade以下の安定性の非常に高い
圧電素子とすることができる。しかも、組成比を選ぶこ
とによりＫｐ＞６０％、εｒ＞１０００、Ｑｍｐ＞８０
０の優れた圧電素子用の材料を得ることができる。
に第３成分、及び第４成分のＰｂ（Ｙｂ1/2 Ｎｂ1/2 ）
Ｏ3 、Ｐｂ（Ｍｎ1/2 Ｗ1/2 ）Ｏ3 を含ませて構成した
ので、これらの成分の相互作用により、キュリー点が従
来組成のように大きく低下することがなく、３００℃程
度のキュリー点を有し、しかもキュリー点直下まで電気
機械結合係数が大きく劣化することがなく、高い耐熱性
を持っている。また、共振周波数の経時変化について
も、０．１％／time decade以下の安定性の非常に高い
圧電素子とすることができる。しかも、組成比を選ぶこ
とによりＫｐ＞６０％、εｒ＞１０００、Ｑｍｐ＞８０
０の優れた圧電素子用の材料を得ることができる。
【００１０】
【実施例】次に、本発明を実施例により詳しく説明す
る。出発原料の粉末として、ＰｂＯ，Ｙｂ2 Ｏ3 ，Ｎｂ
2 Ｏ5 ,ＭｎＯ，ＷＯ3 ,ＴｉＯ2 及びＺｒＯ2 を使用
し、これらの粉末を表１に示す組成になるように秤量し
た。この原料粉末を湿式混合乾燥後、７００〜９００℃
で仮焼した。次いで、有機系バインダーを加え、湿式粉
砕して整粒した後成形圧１ton/cm2 で成形した。成形体
を１０００〜１２５０℃で焼成した。
る。出発原料の粉末として、ＰｂＯ，Ｙｂ2 Ｏ3 ，Ｎｂ
2 Ｏ5 ,ＭｎＯ，ＷＯ3 ,ＴｉＯ2 及びＺｒＯ2 を使用
し、これらの粉末を表１に示す組成になるように秤量し
た。この原料粉末を湿式混合乾燥後、７００〜９００℃
で仮焼した。次いで、有機系バインダーを加え、湿式粉
砕して整粒した後成形圧１ton/cm2 で成形した。成形体
を１０００〜１２５０℃で焼成した。
【００１１】焼成により得られた磁器の両主面に焼付け
電極を形成し、５０〜８０℃の絶縁油中において２〜３
ＫＶ／ｍｍの電圧で３０分間分極処理した。得られた圧
電性磁器について、それぞれ誘電率（εｒ）、径方向の
電気機械結合係数（Ｋｐ）、及び機械的品質係数（Ｑｍ
ｐ）を測定した。耐熱温度は試料を３分間保持してＫｐ
の値が初期値に対して９０％以上の値を示す温度の中で
の最高温度である。また、圧電特性は、インピーダンス
測定機により共振周波数及び反共振周波数を測定し、計
算により求めた。上記測定の結果を表２に示すととも
に、図１に試料Ｎｏ．１の組成物の電気機械結合係数
（Ｋｐ）と温度との関係を実線で示し、図２にＮｏ．１
の組成物の共振周波数の変化率と時間との関係を実線で
示した。表中の試料Ｎｏ．欄の＊は、本発明の範囲外の
組成であることを示す。以上の測定結果から、本発明に
よれば、電気機械結合係数が大きく劣化することがなく
高い耐熱性を持った組成を得ることができた。
電極を形成し、５０〜８０℃の絶縁油中において２〜３
ＫＶ／ｍｍの電圧で３０分間分極処理した。得られた圧
電性磁器について、それぞれ誘電率（εｒ）、径方向の
電気機械結合係数（Ｋｐ）、及び機械的品質係数（Ｑｍ
ｐ）を測定した。耐熱温度は試料を３分間保持してＫｐ
の値が初期値に対して９０％以上の値を示す温度の中で
の最高温度である。また、圧電特性は、インピーダンス
測定機により共振周波数及び反共振周波数を測定し、計
算により求めた。上記測定の結果を表２に示すととも
に、図１に試料Ｎｏ．１の組成物の電気機械結合係数
（Ｋｐ）と温度との関係を実線で示し、図２にＮｏ．１
の組成物の共振周波数の変化率と時間との関係を実線で
示した。表中の試料Ｎｏ．欄の＊は、本発明の範囲外の
組成であることを示す。以上の測定結果から、本発明に
よれば、電気機械結合係数が大きく劣化することがなく
高い耐熱性を持った組成を得ることができた。
【００１２】
【表１】
【００１３】
【表２】
【００１４】
【発明の効果】本発明による圧電性磁器組成物は、キュ
リー点が３００℃程度で大きく低下することがなく、し
かもキュリー点直下まで電気機械結合係数が大きく劣化
することがない高い耐熱性を持っている。また、共振周
波数の経時変化についても、０．１％／time decade 以
下の安定性の高い圧電素子を得ることができる。しか
も、組成比を選ぶことによりＫｐ＞６０％、εｒ＞１０
００、Ｑｍｐ＞８００の優れた圧電材料を実現すること
ができる。以上のように本発明によれば、大きな電気機
械結合係数、高い耐熱性、及び小さな経時変化を持つ圧
電性磁器組成物を得ることができる。
リー点が３００℃程度で大きく低下することがなく、し
かもキュリー点直下まで電気機械結合係数が大きく劣化
することがない高い耐熱性を持っている。また、共振周
波数の経時変化についても、０．１％／time decade 以
下の安定性の高い圧電素子を得ることができる。しか
も、組成比を選ぶことによりＫｐ＞６０％、εｒ＞１０
００、Ｑｍｐ＞８００の優れた圧電材料を実現すること
ができる。以上のように本発明によれば、大きな電気機
械結合係数、高い耐熱性、及び小さな経時変化を持つ圧
電性磁器組成物を得ることができる。
【図１】本発明と従来例による圧電材料の耐熱特性の比
較を示すグラフである。
較を示すグラフである。
【図２】本発明と従来例による圧電材料の共振周波数の
変化率の比較を示すグラフである。
変化率の比較を示すグラフである。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−58728（ＪＰ，Ａ) 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】 ａＰｂ（Ｙｂ1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3 −ｂＰｂ（Ｍｎ1/2 Ｗ1/2 ）Ｏ3 − ｃＰｂＴｉＯ3 −ｄＰｂＺｒＯ3 （ただし、０．０１≦ａ≦０．２０，０．０１≦ｂ≦０．２０ ０ ≦ｃ≦０．７０，０．２８≦ｄ≦０．９８，ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１） なる一般式で表されることを特徴とする圧電性磁器組成
物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03244748A JP3097216B2 (ja) | 1991-08-29 | 1991-08-29 | 圧電性磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03244748A JP3097216B2 (ja) | 1991-08-29 | 1991-08-29 | 圧電性磁器組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0558727A JPH0558727A (ja) | 1993-03-09 |
| JP3097216B2 true JP3097216B2 (ja) | 2000-10-10 |
Family
ID=17123312
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03244748A Expired - Fee Related JP3097216B2 (ja) | 1991-08-29 | 1991-08-29 | 圧電性磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3097216B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004319966A (ja) * | 2003-04-01 | 2004-11-11 | Denso Corp | 圧電アクチュエータ及び圧電磁器 |
-
1991
- 1991-08-29 JP JP03244748A patent/JP3097216B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0558727A (ja) | 1993-03-09 |
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Legal Events
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