JP3164721B2 - 圧電磁器組成物 - Google Patents

圧電磁器組成物

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JP3164721B2 JP29936593A JP29936593A JP3164721B2 JP 3164721 B2 JP3164721 B2 JP 3164721B2 JP 29936593 A JP29936593 A JP 29936593A JP 29936593 A JP29936593 A JP 29936593A JP 3164721 B2 JP3164721 B2 JP 3164721B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電磁器組成物に係わ
り、例えばセラミックフィルタ,セラミックレゾネー
タ,超音波応用振動子,圧電ブザー,圧電点火ユニッ
ト,超音波モータ,圧電ファン,圧電アクチュエータお
よび加速度センサ,ノッキングセンサ,AEセンサ等の
圧電センサ等に適する圧電磁器組成物に関する。
【0002】
【従来技術】従来から、圧電磁器を利用した製品として
は、例えばセラミックフィルタ,セラミックレゾネー
タ,超音波応用振動子,圧電ブザー,圧電点火ユニッ
ト,超音波モータ,圧電ファン,圧電センサ,圧電アク
チュエータ等がある。
【0003】セラミックフィルタ,セラミックレゾネー
タ等の素子としては、PbZrO3−PbTiO3 を主
成分とした磁器組成物が利用されており、これによりN
25 やMnO2 等の金属酸化物、Pb(Nb2/3
1/3 )O3 やPb(Nb2/ 3 Mn1/3 )O3 等の複合
ペロブスカイト酸化物を添加したり置換することにより
圧電特性の向上が図られている。このような圧電磁器組
成物としては、電気機械結合係数Kpが大きく圧電性に
優れた材料として、例えばPb(Nb2/3 Co1/3 )O
3 −PbZrO3 −PbTiO3 系の磁器組成物が知ら
れている。
【0004】一方、近年では、セラミックフィルタ,セ
ラミックレゾネータのような圧電部品においても基板等
の表面に実装可能なように種々の条件に対応できること
が要求されており、このような圧電部品においては、部
品を基板にリフロー半田付けする際、基板に実装された
部品が300℃程度の高温に曝されるために圧電素子に
も耐熱性が要求されている。
【0005】また、例えば、図1に示すようなラダー形
フィルタは直列共振子1と並列共振子2からなり、直列
共振子1は、特性として、機械的品質係数Qmが小さ
く、電気機械結合係数Kpが大きく、かつ補償減衰量を
大きくするため比誘電率εrが小さく、耐熱性に優れた
材料が必要になる。
【0006】
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、従来
の例えば上記したPb(Nb2/3 Co1/3 )O3 −Pb
ZrO3 −PbTiO3 系の磁器組成物は、比誘電率が
1500程度と大きく、電気機械結合係数Kpが50%
程度と大きいが、耐熱性が低いためリフロー半田付け前
後の圧電特性や共振周波数の温度変化が大きく、実用上
の問題となっていた。また、例えば、ラダー形フィルタ
の直列共振子には比誘電率εrが小さいことが要求され
るが、素子の比誘電率εrを小さくすると電気機械結合
係数Kpが急激に低下するという問題があった。
【0007】本発明の圧電磁器組成物は、比誘電率が小
さく、高い電気機械結合係数を示すとともに、耐熱性に
優れた圧電磁器組成物を提供することを目的とするもの
で、特にセラミックフィルタに用いられる比誘電率の小
さい直列共振子や超音波振動子に好適な圧電磁器組成物
を提供することを目的とする。
【0008】
【問題点を解決するための手段】本発明者等は、Pb、
Zr、Ti、Nb、Yb、Inを含む複合ペロブスカイ
ト型化合物であって、これらを特定の組成に制御するこ
とにより、誘電率が小さく、高い電気機械結合係数を有
し、耐熱性および耐熱衝撃性に優れた圧電磁器組成物が
得られることを知見し、本発明に至った。
【0009】即ち、本発明の圧電磁器組成物は、金属成
分として少なくともPb、Zr、Ti、Nb、Yb、I
nを含む複合ペロブスカイト型化合物であって、これら
の金属元素のモル比による組成式をPba 〔(Nbb
c Ind e Tif Zr1- e-f 〕O3 と表わした時、
a,b,c,d,e,fが0.95≦a≦1.05、b
=1.00、0.25≦c≦0.90、0.10≦d≦
0.75、0.05≦e≦0.15、0.32≦f≦
0.40を満足するものであり、Pbの一部がCa,S
r,Ba,Pr,Ndの少なくとも一種で2.0モル%
以下で置換されていることが特に望ましい。
【0010】ここで、a,b,c,d,e,fを上記の
範囲に設定した理由について説明する。Pb量のaを
0.95≦a≦1.05としたのは、aが0.95未満
の場合は電気機械結合係数Kpが低下し、aが1.05
よりも大きい場合には電気機械結合係数Kp、機械的品
質係数Qmや耐熱性fra が低下するからである。Pb
量は0.99≦a≦1.01であることが特に望まし
い。
【0011】さらに、Yb量のcを0.25≦c≦0.
90としたのは、cが0.25未満の場合や0.90よ
りも大きい場合には電気機械結合係数Kpが低下するか
らである。Yb量は0.50≦c≦0.75であること
が特に望ましい。
【0012】In量のdを0.10≦d≦0.75とし
たのは、dが0.10未満の場合や0.75よりも大き
い場合には電気機械結合係数Kpが低下するからであ
る。
【0013】(Nbb Ybc Ind )のZrへの置換量
eを0.05≦e≦0.15としたのは、eが0.05
未満では電気機械結合係数Kpが低下したり耐熱性の効
果が認められず、また0.15よりも大きいと電気機械
結合係数Kpが急激に低下するからである。(Nbb
c Ind )のZrへの置換量eは0.10≦e≦0.
15であることが特に望ましい。
【0014】TiのZrへの置換量fを0.32≦f≦
0.40としたのは、fが0.32未満の場合や0.4
0よりも大きい場合には耐熱性が悪化したり電気機械結
合係数Kpが低下するからである。TiのZrへの置換
量fは0.35≦f≦0.40であることが特に望まし
い。
【0015】また、Pbの一部をCa,Sr,Ba,N
d,Prの少なくとも一種で2.0モル%以下で置換し
たのは、置換することにより共振周波数の温度特性を向
上することができるとともに、電気機械結合係数Kpを
向上することができるからである。この置換量を2.0
モル%以下に限定したのは、2.0モル%よりも多くな
ると電気機械結合係数Kpが低下し易いからである。P
bのCa,Sr,Ba,Nd,Prによる置換量は0.
5モル%以上2.0モル%以下であることが特に望まし
い。
【0016】本発明の圧電磁器は、原料として、例え
ば、PbO、ZrO2 、TiO2 、Nb2 5 、Yb2
3 、In2 3 、CaCO3 、SrCO3 およびBa
CO3、Nb2 3 、Pr6 11の各原料粉末を所定量
秤量し、ボールミル等で10〜24時間湿式混合し、次
いで、この混合物を脱水、乾燥した後、500〜100
0℃で1〜3時間仮焼し、当該仮焼物を再びボールミル
等で粉砕する。
【0017】その後、この粉砕物に有機バインダーを混
合し、造粒後、所定圧力で成形して成形体を作製し、こ
れらを大気中において1200〜1350℃で0.5〜
4時間焼成することにより得られる。
【0018】
【作用】本発明の圧電磁器組成物では、PbZrO3
PbTiO3 系の磁器組成物のZr,Tiの一部をN
b,Yb,Inで置換することにより、比誘電率が30
0〜1000で、電気機械結合係数Kpが30%以上の
高い特性を示すとともに、250℃程度の温度サイクル
に対しても優れた耐熱性を有し、共振周波数の変化が殆
ど生じることがなく、優れた安定性を示す。このため、
リフロー半田付けにより素子を基板に実装する場合にお
いて、特性の変化がなく、製造時の良品率を高めること
ができる。
【0019】
【実施例】以下、本発明を次の実施例で説明する。原料
粉末としてPbO、ZrO2 、TiO2 、Nb2 5
Yb2 3 、In2 3 、CaCO3 、SrCO3 ,B
aCO3 、Nb2 3 およびPr6 11の各原料粉末を
表1および表2に示すように所定量秤量し、ボールミル
で12時間湿式混合し、次いで、この混合物を脱水、乾
燥した後、950℃で3時間仮焼し、当該仮焼物を再び
ボールミルで粉砕する。
【0020】その後、この粉砕物に有機バインダー(P
VA)を混合し、造粒した。得られた粉末を1.5t/
cm2 の圧力で直径23mm、厚さ2mmの寸法からな
る円板にプレス成形した。更に、これらの成形体をMg
O等からなる容器内に密閉し、大気中1300℃で2時
間の条件で焼成した。
【0021】得られた焼結体を研磨して厚み0.5mm
の円板を形成した。この円板の両主面にAgペーストを
焼付けることにより電極を形成し、80℃のシリコンオ
イル中で3kv/mmの直流電圧を30分間印加して分
極処理した後、電気機械結合係数Kp,耐熱性,比誘電
率εr,機械的品質係数Qmを評価した。
【0022】電気機械結合係数Kp、比誘電率εr,機
械的品質係数Qmはインピーダンスアナライザーにより
算出した。耐熱性は、250℃をピークとするリフロー
炉に3回連続して通過させる試験を行った際の、試験前
の共振周波数fr1 と試験後の共振周波数fr2 の値か
ら、Δfra =(fr2 −fr1 )/fr1 ×100の
式を用いて算出した変化率Δfra で評価した。結果を
表1,2に示す。
【0023】
【表1】
【0024】
【表2】
【0025】これらの表から、本発明の磁器組成物は、
比誘電率εrが300〜1000、電気機械結合係数K
P が30%以上と大きく、また、耐熱試験における共振
周波数の温度変化Δfra が0.20%以下と小さいこ
とが判る。
【0026】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、P
bZrO3 −PbTiO3 系の磁器組成物のZrおよび
Tiの一部をNb,Yb,Inで置換することにより、
比誘電率が小さく、高い電気機械結合係数を示し、耐熱
性を向上することができ、表面実装用圧電部品などの素
子として有効に用いられる圧電磁器組成物を得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ラダー形フィルタを示す説明図である。
【符号の説明】
1 直列共振子 2 並列共振子
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C04B 35/49 CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属成分として少なくともPb、Zr、T
    i、Nb、Yb、Inを含む複合ペロブスカイト型化合
    物であって、これらの金属元素のモル比による組成式を
    Pba 〔(Nbb Ybc Ind e Tif Zr1-e-f
    3 と表わした時、a,b,c,d,e,fが 0.95≦a≦1.05 b=1.00 0.25≦c≦0.90 0.10≦d≦0.75 0.05≦e≦0.15 0.32≦f≦0.40 を満足することを特徴とする圧電磁器組成物。
  2. 【請求項2】Pbの一部がCa,Sr,Ba,Pr,N
    dのうち少なくとも一種で2.0モル%以下置換されて
    いることを特徴とする請求項1記載の圧電磁器組成物。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100417592C (zh) * 2004-12-01 2008-09-10 长春理工大学 沸石与硫化镉纳米复合材料及其制备方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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