JP3347602B2 - 圧電磁器組成物 - Google Patents
圧電磁器組成物Info
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- JP3347602B2 JP3347602B2 JP25667396A JP25667396A JP3347602B2 JP 3347602 B2 JP3347602 B2 JP 3347602B2 JP 25667396 A JP25667396 A JP 25667396A JP 25667396 A JP25667396 A JP 25667396A JP 3347602 B2 JP3347602 B2 JP 3347602B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電磁器組成物に
係わり、例えば発振子、超音波振動子、超音波モータ及
び加速度センサ、ノッキングセンサ、ＡＥセンサ等の圧
電センサなどに適する耐熱衝撃性に優れた、特に厚み縦
振動の３次オーバートーンを利用する、高周波用として
最適な圧電磁器組成物に関する。
係わり、例えば発振子、超音波振動子、超音波モータ及
び加速度センサ、ノッキングセンサ、ＡＥセンサ等の圧
電センサなどに適する耐熱衝撃性に優れた、特に厚み縦
振動の３次オーバートーンを利用する、高周波用として
最適な圧電磁器組成物に関する。
【０００２】
【従来技術】従来から、圧電磁器組成物を利用した製品
としては、例えば、フィルタ、共振子、発振子、超音波
振動子、超音波モータ、圧電センサ等がある。
としては、例えば、フィルタ、共振子、発振子、超音波
振動子、超音波モータ、圧電センサ等がある。
【０００３】ここで、発振子は、マイコンの基準信号発
振用として、例えば、コルピッツ型発振回路等の発振回
路に組み込まれて利用される。図１はコルピッツ型発振
回路を示すもので、このコルピッツ型発振回路はコンデ
ンサ１１，１２と抵抗１３とインバータ１４及び発振子
１５により構成されている。そして、コルピッツ型発振
回路において、発振信号を発生するには、以下の発振条
件を満足する必要がある。
振用として、例えば、コルピッツ型発振回路等の発振回
路に組み込まれて利用される。図１はコルピッツ型発振
回路を示すもので、このコルピッツ型発振回路はコンデ
ンサ１１，１２と抵抗１３とインバータ１４及び発振子
１５により構成されている。そして、コルピッツ型発振
回路において、発振信号を発生するには、以下の発振条
件を満足する必要がある。
【０００４】インバータ１４と抵抗１３からなる増幅器
における増幅率をα、移相量をθ1とし、また、発振子
１５とコンデンサ１１，１２からなる帰還回路における
帰還率をβ、移相量をθ2 としたとき、ループゲインが
α×β≧１であり、かつ、移相量がθ1 ＋θ2 ＝３６０
×ｎ（但しｎ＝１，２，…）であることが必要となる。
における増幅率をα、移相量をθ1とし、また、発振子
１５とコンデンサ１１，１２からなる帰還回路における
帰還率をβ、移相量をθ2 としたとき、ループゲインが
α×β≧１であり、かつ、移相量がθ1 ＋θ2 ＝３６０
×ｎ（但しｎ＝１，２，…）であることが必要となる。
【０００５】一般的に抵抗１３及びインバータ１４から
なる増幅器は、マイコンに内蔵されている。誤発振や不
発振を起さない、安定した発振を得るためにはループゲ
インを大きくしなければならない。ループゲインを大き
くするには、帰還率βのゲインを決定する、発振子のＰ
／Ｖ値、すなわち共振インピーダンスＲ0 及び反共振イ
ンピーダンスＲa の差を大きくする事が必要となる。
尚、Ｐ／Ｖ値は２０×Ｌｏｇ（Ｒa ／Ｒ0 ）の値として
定義される。
なる増幅器は、マイコンに内蔵されている。誤発振や不
発振を起さない、安定した発振を得るためにはループゲ
インを大きくしなければならない。ループゲインを大き
くするには、帰還率βのゲインを決定する、発振子のＰ
／Ｖ値、すなわち共振インピーダンスＲ0 及び反共振イ
ンピーダンスＲa の差を大きくする事が必要となる。
尚、Ｐ／Ｖ値は２０×Ｌｏｇ（Ｒa ／Ｒ0 ）の値として
定義される。
【０００６】また、移相量の条件を満足させるために
は、共振周波数と反共振周波数の間及びその近傍にスプ
リアスが発生しない事が重要となる。
は、共振周波数と反共振周波数の間及びその近傍にスプ
リアスが発生しない事が重要となる。
【０００７】従来、この種の圧電磁器材料としては、Ｐ
ｂＴｉＯ3 やＰｂ（ＴｉＺｒ）Ｏ3を主成分としたも
の、あるいはこれらに更に第２成分、第３成分として、
Ｐｂ（Ｍｎ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 やＰｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ
2/3 ）Ｏ3 などを固溶させたもの等が知られている。特
に、ＰｂＴｉＯ3 を主成分とした磁器組成物の場合、広
がり振動に比べて厚み縦振動の電気機械結合係数が大き
いことから、厚み縦振動を利用した発振子においては、
広がり振動によるスプリアスの影響が小さくなり、さら
に比誘電率が４００〜７００と小さく１０ＭＨｚ以上の
高周波領域での使用が可能になるなどの特徴を有してい
た。
ｂＴｉＯ3 やＰｂ（ＴｉＺｒ）Ｏ3を主成分としたも
の、あるいはこれらに更に第２成分、第３成分として、
Ｐｂ（Ｍｎ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 やＰｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ
2/3 ）Ｏ3 などを固溶させたもの等が知られている。特
に、ＰｂＴｉＯ3 を主成分とした磁器組成物の場合、広
がり振動に比べて厚み縦振動の電気機械結合係数が大き
いことから、厚み縦振動を利用した発振子においては、
広がり振動によるスプリアスの影響が小さくなり、さら
に比誘電率が４００〜７００と小さく１０ＭＨｚ以上の
高周波領域での使用が可能になるなどの特徴を有してい
た。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のＰｂＴｉＯ3 を主成分とした、圧電磁器組成物
においては、発振を開始させるための重要な因子、すな
わち帰還率βを決定する厚み縦振動の３次オーバートー
ンのＰ／Ｖ値が小さいため、増幅率αの比較的小さな増
幅器を内蔵したマイコンなどにおいては動作しない不発
振などの問題があった。
た従来のＰｂＴｉＯ3 を主成分とした、圧電磁器組成物
においては、発振を開始させるための重要な因子、すな
わち帰還率βを決定する厚み縦振動の３次オーバートー
ンのＰ／Ｖ値が小さいため、増幅率αの比較的小さな増
幅器を内蔵したマイコンなどにおいては動作しない不発
振などの問題があった。
【０００９】また、リフロー耐熱やヒートショックなど
の耐熱性が良好なものはＰ／Ｖ値が小さく、ＣＤ−ＲＯ
ＭやＨＤＤなどに用いられる３３．８６ＭＨｚの発振子
の場合を例にとると、厚み縦振動の３次オーバートーン
のＰ／Ｖ値は６０ｄＢが上限であり、また５０．８ＭＨ
ｚにおいては４３ｄＢが上限であった。このように周波
数が高くなるに従い、Ｐ／Ｖ値が小さくなるため、高周
波になるに従い、誤発振や不発振の頻度が急激に増加す
るという問題があった。
の耐熱性が良好なものはＰ／Ｖ値が小さく、ＣＤ−ＲＯ
ＭやＨＤＤなどに用いられる３３．８６ＭＨｚの発振子
の場合を例にとると、厚み縦振動の３次オーバートーン
のＰ／Ｖ値は６０ｄＢが上限であり、また５０．８ＭＨ
ｚにおいては４３ｄＢが上限であった。このように周波
数が高くなるに従い、Ｐ／Ｖ値が小さくなるため、高周
波になるに従い、誤発振や不発振の頻度が急激に増加す
るという問題があった。
【００１０】さらに、３次オーバートーンでのＰ／Ｖ値
に対して、基本波のＰ／Ｖ値が大きく、そのため基本波
で発振してしまう誤発振が問題になっていた。このよう
に情報処理速度の高速化に伴い発振周波数の高周波化が
進むに従い、特に３０ＭＨｚから６０ＭＨｚの高周波領
域においては、３次オーバートーンでのＰ／Ｖ値が小さ
くなり、不発振を起しやすくなることから適用できるマ
イコンが極めて限定されるなどの問題があった。
に対して、基本波のＰ／Ｖ値が大きく、そのため基本波
で発振してしまう誤発振が問題になっていた。このよう
に情報処理速度の高速化に伴い発振周波数の高周波化が
進むに従い、特に３０ＭＨｚから６０ＭＨｚの高周波領
域においては、３次オーバートーンでのＰ／Ｖ値が小さ
くなり、不発振を起しやすくなることから適用できるマ
イコンが極めて限定されるなどの問題があった。
【００１１】さらにまた、Ｐ／Ｖ値が小さいと回路定数
の設定条件を厳しくしなければならず、特にコンデンサ
１１と１２との容量設定の許容が狭くなり、さらに容量
比を１：１にしなければならないなどにより、容量選別
工程が不可欠となり、選別及び組合せ工程が繁雑になり
生産性が低下してしまうなどの問題があった。
の設定条件を厳しくしなければならず、特にコンデンサ
１１と１２との容量設定の許容が狭くなり、さらに容量
比を１：１にしなければならないなどにより、容量選別
工程が不可欠となり、選別及び組合せ工程が繁雑になり
生産性が低下してしまうなどの問題があった。
【００１２】従って、本発明は、基本波のＰ／Ｖ値を小
さくしながら、３次オーバートーンでのＰ／Ｖ値を大き
くし、さらにスプリアスの発生を無くすことで、安定し
た発振を保証し、さらにリフロー耐熱やヒートショック
の耐熱性に優れた、高信頼性が得られる、特に１０ＭＨ
ｚ以上の３次オーバートーンを用いた高周波の発振子に
適した圧電磁器組成物を提供することを目的とする。
さくしながら、３次オーバートーンでのＰ／Ｖ値を大き
くし、さらにスプリアスの発生を無くすことで、安定し
た発振を保証し、さらにリフロー耐熱やヒートショック
の耐熱性に優れた、高信頼性が得られる、特に１０ＭＨ
ｚ以上の３次オーバートーンを用いた高周波の発振子に
適した圧電磁器組成物を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の圧電磁器組成物
は、金属成分としてＰｂ、Ｌａ、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｍｎおよ
びＴｉと、Ｃｏ、ＹｂおよびＩｎのうち少なくとも一種
を含むペロブスカイト型複合酸化物であって、モル比に
よる組成式を、 （Ｐｂ1-x-y ）z Ｌａx Ｓｒy （Ｃｏ1/3 Ｓｂ2/3 ）a
（Ｙｂ1/2 Ｓｂ1/2 ）b（Ｉｎ1/2 Ｓｂ1/2 ）c Ｍｎd
Ｔｉ1-a-b-c-d Ｏ3 と表した時、前記ｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ、ｃおよびｄが、
０．０７≦ｘ≦０．１３、０．０１≦ｙ≦０．０７、
０．９４≦ｚ≦１．００、０≦ａ≦０．０３、０≦ｂ≦
０．０３、０≦ｃ≦０．０３、０．０１≦ａ＋ｂ＋ｃ≦
０．０４、０．０１≦ｄ≦０．０３を満足するものであ
る。
は、金属成分としてＰｂ、Ｌａ、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｍｎおよ
びＴｉと、Ｃｏ、ＹｂおよびＩｎのうち少なくとも一種
を含むペロブスカイト型複合酸化物であって、モル比に
よる組成式を、 （Ｐｂ1-x-y ）z Ｌａx Ｓｒy （Ｃｏ1/3 Ｓｂ2/3 ）a
（Ｙｂ1/2 Ｓｂ1/2 ）b（Ｉｎ1/2 Ｓｂ1/2 ）c Ｍｎd
Ｔｉ1-a-b-c-d Ｏ3 と表した時、前記ｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ、ｃおよびｄが、
０．０７≦ｘ≦０．１３、０．０１≦ｙ≦０．０７、
０．９４≦ｚ≦１．００、０≦ａ≦０．０３、０≦ｂ≦
０．０３、０≦ｃ≦０．０３、０．０１≦ａ＋ｂ＋ｃ≦
０．０４、０．０１≦ｄ≦０．０３を満足するものであ
る。
【００１４】
【作用】本発明の圧電磁器組成物では、ＰｂＴｉＯ3 の
Ｐｂの一部をＬａ及びＳｒで置換し、Ｔｉの一部をＭｎ
と、さらに（Ｃｏ1/3 Ｓｂ2/3 ）、（Ｙｂ1/2 Ｓ
ｂ1/2）、（Ｉｎ1/2 Ｓｂ1/2 ）のうち少なくとも一種
で置換し、さらにＰｂ量を化学量論組成より少なくする
ことで、基本波のＰ／Ｖを小さくさせながら、３次オー
バートンのＰ／Ｖ値を飛躍的に大きくさせることができ
る。これにより、不発振が無くなり、発振周波数が基本
周波数へと移行してしまう誤作動が無くなるとともに、
６０ＭＨｚまでの高周波に適用させることができる。さ
らに、リフロー耐熱に優れていることからＳＭＤ対応が
可能となる。
Ｐｂの一部をＬａ及びＳｒで置換し、Ｔｉの一部をＭｎ
と、さらに（Ｃｏ1/3 Ｓｂ2/3 ）、（Ｙｂ1/2 Ｓ
ｂ1/2）、（Ｉｎ1/2 Ｓｂ1/2 ）のうち少なくとも一種
で置換し、さらにＰｂ量を化学量論組成より少なくする
ことで、基本波のＰ／Ｖを小さくさせながら、３次オー
バートンのＰ／Ｖ値を飛躍的に大きくさせることができ
る。これにより、不発振が無くなり、発振周波数が基本
周波数へと移行してしまう誤作動が無くなるとともに、
６０ＭＨｚまでの高周波に適用させることができる。さ
らに、リフロー耐熱に優れていることからＳＭＤ対応が
可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明の圧電磁器組成物は、モル
比による組成式を、 （Ｐｂ1-x-y ）z Ｌａx Ｓｒy （Ｃｏ1/3 Ｓｂ2/3 ）a
（Ｙｂ1/2 Ｓｂ1/2 ）b（Ｉｎ1/2 Ｓｂ1/2 ）c Ｍｎd
Ｔｉ1-a-b-c-d Ｏ3 と表した時、ｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ、ｃおよびｄが、０．
０７≦ｘ≦０．１３、０．０１≦ｙ≦０．０７、０．９
４≦ｚ≦１．００、０≦ａ≦０．０３、０≦ｂ≦０．０
３、０≦ｃ≦０．０３、０．０１≦ａ＋ｂ＋ｃ≦０．０
４、０．０１≦ｄ≦０．０３を満足するものである。
比による組成式を、 （Ｐｂ1-x-y ）z Ｌａx Ｓｒy （Ｃｏ1/3 Ｓｂ2/3 ）a
（Ｙｂ1/2 Ｓｂ1/2 ）b（Ｉｎ1/2 Ｓｂ1/2 ）c Ｍｎd
Ｔｉ1-a-b-c-d Ｏ3 と表した時、ｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ、ｃおよびｄが、０．
０７≦ｘ≦０．１３、０．０１≦ｙ≦０．０７、０．９
４≦ｚ≦１．００、０≦ａ≦０．０３、０≦ｂ≦０．０
３、０≦ｃ≦０．０３、０．０１≦ａ＋ｂ＋ｃ≦０．０
４、０．０１≦ｄ≦０．０３を満足するものである。
【００１６】ここで、ｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ、ｃおよびｄ
を上記の範囲に設定した理由について説明する。Ｐｂの
Ｌａによる適量置換は、特に分極を容易にしＰ／Ｖ値向
上に寄与する。上記組成式において、ｘを０．０７≦ｘ
≦０．１３の範囲に設定した理由は、ｘが０．０７より
小さい場合分極がかかりにくくなり、Ｐ／Ｖ値が小さく
なるためである。０．１３よりも大きい場合スプリアス
の発生が起こりやすくなり、さらにキュリー温度の大幅
な低下をもたらすためリフロー耐熱が著しく劣化するた
めである。ｘはＰ／Ｖ値を向上し、スプリアスの発生を
抑制し、リフロー耐熱を向上するという観点から、０．
０８≦ｘ≦０．１０であることが望ましい。
を上記の範囲に設定した理由について説明する。Ｐｂの
Ｌａによる適量置換は、特に分極を容易にしＰ／Ｖ値向
上に寄与する。上記組成式において、ｘを０．０７≦ｘ
≦０．１３の範囲に設定した理由は、ｘが０．０７より
小さい場合分極がかかりにくくなり、Ｐ／Ｖ値が小さく
なるためである。０．１３よりも大きい場合スプリアス
の発生が起こりやすくなり、さらにキュリー温度の大幅
な低下をもたらすためリフロー耐熱が著しく劣化するた
めである。ｘはＰ／Ｖ値を向上し、スプリアスの発生を
抑制し、リフロー耐熱を向上するという観点から、０．
０８≦ｘ≦０．１０であることが望ましい。
【００１７】またＰｂのＳｒによる適量置換は、発振周
波数の温度特性に顕著な影響を及ぼす効果があり、上記
組成式において、ｙを０．０１≦ｙ≦０．０７の範囲に
設定した理由は、ｙが０．０１未満の場合、−２０℃〜
＋８０℃の温度範囲で、発振周波数の温度変化率が±
０．２％の範囲を超えてしまうからである。ｙが０．０
７を超える場合、キュリー温度が下がりリフロー耐熱が
満足できなくなるからである。ｙは、発振周波数の温度
変化率を±０．２％の範囲内とし、リフロー耐熱を向上
するという観点から、０．０２≦ｙ≦０．０５であるこ
とが望ましい。
波数の温度特性に顕著な影響を及ぼす効果があり、上記
組成式において、ｙを０．０１≦ｙ≦０．０７の範囲に
設定した理由は、ｙが０．０１未満の場合、−２０℃〜
＋８０℃の温度範囲で、発振周波数の温度変化率が±
０．２％の範囲を超えてしまうからである。ｙが０．０
７を超える場合、キュリー温度が下がりリフロー耐熱が
満足できなくなるからである。ｙは、発振周波数の温度
変化率を±０．２％の範囲内とし、リフロー耐熱を向上
するという観点から、０．０２≦ｙ≦０．０５であるこ
とが望ましい。
【００１８】またＰｂの化学量論組成値より適量少なく
するとＰ／Ｖ値の大幅向上に大きく寄与することができ
る。上記組成式において、ｚを０．９４≦ｚ≦１の範囲
に設定した理由は、ｚが０．９４より小さくなるに従い
Ｐ／Ｖ値の向上が図れるが、０．９４より小さいとリフ
ロー耐熱が著しく劣化するからである。また、１より大
きいとＰ／Ｖ値が低下するからである。従って、ｚの範
囲は、Ｐ／Ｖ値の向上を図りながらリフロー耐熱性が充
分保たれる範囲である。ｚは、リフロー耐熱を向上し、
発振周波数ＦOSC の変化率を±０．２％の範囲内とする
という観点から、０．９５≦ｚ≦０．９７であることが
望ましい。
するとＰ／Ｖ値の大幅向上に大きく寄与することができ
る。上記組成式において、ｚを０．９４≦ｚ≦１の範囲
に設定した理由は、ｚが０．９４より小さくなるに従い
Ｐ／Ｖ値の向上が図れるが、０．９４より小さいとリフ
ロー耐熱が著しく劣化するからである。また、１より大
きいとＰ／Ｖ値が低下するからである。従って、ｚの範
囲は、Ｐ／Ｖ値の向上を図りながらリフロー耐熱性が充
分保たれる範囲である。ｚは、リフロー耐熱を向上し、
発振周波数ＦOSC の変化率を±０．２％の範囲内とする
という観点から、０．９５≦ｚ≦０．９７であることが
望ましい。
【００１９】Ｔｉの（Ｃｏ1/3 Ｓｂ2/3 ）もしくは（Ｙ
ｂ1/2 Ｓｂ1/2 ）もしくは（Ｉｎ1/ 2 Ｓｂ1/2 ）の少な
くとも一種以上の置換は、３次オーバートーンのＰ／Ｖ
値を大きくしながら、基本波のＰ／Ｖ値を小さくする効
果がある。Ｔｉに対する置換量をそれぞれ０〜０．０３
としたのは、ａ、ｂ、ｃの単独置換の場合０．０３より
多いとＰ／Ｖ値が小さくなるとともに、リフロー耐熱性
が悪化するからである。ａ、ｂ、ｃは、Ｐ／Ｖ値および
リフロー耐熱性を向上し、基本波のＰ／Ｖ値を小さくす
るという観点から、それぞれ０．０１≦ａ≦０．０３、
０．０１≦ｂ≦０．０３、０．０１≦ｃ≦０．０３を満
足することが望ましい。
ｂ1/2 Ｓｂ1/2 ）もしくは（Ｉｎ1/ 2 Ｓｂ1/2 ）の少な
くとも一種以上の置換は、３次オーバートーンのＰ／Ｖ
値を大きくしながら、基本波のＰ／Ｖ値を小さくする効
果がある。Ｔｉに対する置換量をそれぞれ０〜０．０３
としたのは、ａ、ｂ、ｃの単独置換の場合０．０３より
多いとＰ／Ｖ値が小さくなるとともに、リフロー耐熱性
が悪化するからである。ａ、ｂ、ｃは、Ｐ／Ｖ値および
リフロー耐熱性を向上し、基本波のＰ／Ｖ値を小さくす
るという観点から、それぞれ０．０１≦ａ≦０．０３、
０．０１≦ｂ≦０．０３、０．０１≦ｃ≦０．０３を満
足することが望ましい。
【００２０】また、０．０１≦ａ＋ｂ＋ｃ≦０．０４の
範囲に設定した理由は、ａ＋ｂ＋ｃが０．０１より小さ
いと基本波のＰ／Ｖ値が大きくなり、誤発振を招き易く
なるためである。ａ＋ｂ＋ｃとなるように複合的な置換
を行なうと、置換量の上限が０．０４まで拡がり、ａ＋
ｂ＋ｃが０．０４を超える置換は、耐熱性を劣化させ
る。ａ，ｂ，ｃは、基本波のＰ／Ｖ値を小さくし、リフ
ロー耐熱性を向上するという観点から、それぞれ０．０
１５〜０．０２５であることが望ましい。またａ＋ｂ＋
ｃの値においても基本波のＰ／Ｖ値を小さくし、リフロ
ー耐熱性を向上するという観点から０．０２≦ａ＋ｂ＋
ｃ≦０．０３であることが望ましい。
範囲に設定した理由は、ａ＋ｂ＋ｃが０．０１より小さ
いと基本波のＰ／Ｖ値が大きくなり、誤発振を招き易く
なるためである。ａ＋ｂ＋ｃとなるように複合的な置換
を行なうと、置換量の上限が０．０４まで拡がり、ａ＋
ｂ＋ｃが０．０４を超える置換は、耐熱性を劣化させ
る。ａ，ｂ，ｃは、基本波のＰ／Ｖ値を小さくし、リフ
ロー耐熱性を向上するという観点から、それぞれ０．０
１５〜０．０２５であることが望ましい。またａ＋ｂ＋
ｃの値においても基本波のＰ／Ｖ値を小さくし、リフロ
ー耐熱性を向上するという観点から０．０２≦ａ＋ｂ＋
ｃ≦０．０３であることが望ましい。
【００２１】ＴｉのＭｎによる適量置換は、Ｐ／Ｖ値の
向上に大きく寄与する。ｄを０．０１≦ｄ≦０．０３の
範囲に設定した理由は、ｄが０．０１未満の場合、Ｐ／
Ｖ値向上にさほど寄与しない。ｄが０．０３より多くな
ると、Ｐ／Ｖ値を逆に小さくしてしまうからである。ｄ
は、Ｐ／Ｖ値を向上するという観点から０．０２≦ｄ≦
０．０３であることが望ましい。
向上に大きく寄与する。ｄを０．０１≦ｄ≦０．０３の
範囲に設定した理由は、ｄが０．０１未満の場合、Ｐ／
Ｖ値向上にさほど寄与しない。ｄが０．０３より多くな
ると、Ｐ／Ｖ値を逆に小さくしてしまうからである。ｄ
は、Ｐ／Ｖ値を向上するという観点から０．０２≦ｄ≦
０．０３であることが望ましい。
【００２２】本発明の圧電磁器組成物は、特に、金属元
素のモル比による組成式を、 （Ｐｂ1-x-y ）z Ｌａx Ｓｒy （Ｃｏ1/3 Ｓｂ2/3 ）a
（Ｙｂ1/2 Ｓｂ1/2 ）b（Ｉｎ1/2 Ｓｂ1/2 ）c Ｍｎd
Ｔｉ1-a-b-c-d Ｏ3 と表した時、前記ｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ、ｃおよびｄが、
０．０８≦ｘ≦０．１０、０．０２≦ｙ≦０．０５、
０．９５≦ｚ≦０．９７、０．０１≦ａ≦０．０３、ｂ
＝０、ｃ＝０、０．０１≦ａ＋ｂ＋ｃ≦０．０３、０．
０２≦ｄ≦０．０３を満足することが望ましい。
素のモル比による組成式を、 （Ｐｂ1-x-y ）z Ｌａx Ｓｒy （Ｃｏ1/3 Ｓｂ2/3 ）a
（Ｙｂ1/2 Ｓｂ1/2 ）b（Ｉｎ1/2 Ｓｂ1/2 ）c Ｍｎd
Ｔｉ1-a-b-c-d Ｏ3 と表した時、前記ｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ、ｃおよびｄが、
０．０８≦ｘ≦０．１０、０．０２≦ｙ≦０．０５、
０．９５≦ｚ≦０．９７、０．０１≦ａ≦０．０３、ｂ
＝０、ｃ＝０、０．０１≦ａ＋ｂ＋ｃ≦０．０３、０．
０２≦ｄ≦０．０３を満足することが望ましい。
【００２３】また、本発明の圧電磁器組成物は、金属元
素のモル比による組成式を、 （Ｐｂ1-x-y ）z Ｌａx Ｓｒy （Ｃｏ1/3 Ｓｂ2/3 ）a
（Ｙｂ1/2 Ｓｂ1/2 ）b（Ｉｎ1/2 Ｓｂ1/2 ）c Ｍｎd
Ｔｉ1-a-b-c-d Ｏ3 と表した時、前記ｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ、ｃおよびｄが、
０．０８≦ｘ≦０．１０、０．０２≦ｙ≦０．０５、
０．９５≦ｚ≦０．９７、０．０１≦ａ≦０．０３、
０．０１≦ｂ≦０．０３、０．０１≦ｃ≦０．０３、
０．０２≦ａ＋ｂ＋ｃ≦０．０３、０．０２≦ｄ≦０．
０３を満足するものも望ましい。
素のモル比による組成式を、 （Ｐｂ1-x-y ）z Ｌａx Ｓｒy （Ｃｏ1/3 Ｓｂ2/3 ）a
（Ｙｂ1/2 Ｓｂ1/2 ）b（Ｉｎ1/2 Ｓｂ1/2 ）c Ｍｎd
Ｔｉ1-a-b-c-d Ｏ3 と表した時、前記ｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ、ｃおよびｄが、
０．０８≦ｘ≦０．１０、０．０２≦ｙ≦０．０５、
０．９５≦ｚ≦０．９７、０．０１≦ａ≦０．０３、
０．０１≦ｂ≦０．０３、０．０１≦ｃ≦０．０３、
０．０２≦ａ＋ｂ＋ｃ≦０．０３、０．０２≦ｄ≦０．
０３を満足するものも望ましい。
【００２４】また、本発明の圧電磁器組成物は、原料粉
砕時にＦｅ等が混入する場合があり、これらが全量中
０．０２重量％程度混入しても特性上問題ない。また、
粉砕時のＺｒＯ2 ボールからＺｒ等が混入する場合もあ
る。
砕時にＦｅ等が混入する場合があり、これらが全量中
０．０２重量％程度混入しても特性上問題ない。また、
粉砕時のＺｒＯ2 ボールからＺｒ等が混入する場合もあ
る。
【００２５】本発明の圧電磁器組成物では、結晶相とし
て（Ｐｂ1-x-y ）z Ｌａx Ｓｒy （Ｃｏ1/3 Ｓｂ2/3 ）
a （Ｙｂ1/2 Ｓｂ1/2 ）b （Ｉｎ1/2 Ｓｂ1/2 ）c Ｍｎ
d Ｔｉ1-a-b-c-d Ｏ3 からなるペロブスカイト型結晶相
を主結晶相とするものである。本発明の圧電磁器組成物
では、その他の結晶相として、パイロクロア相が存在す
ることもあるが、微量であれば特性上問題ない。
て（Ｐｂ1-x-y ）z Ｌａx Ｓｒy （Ｃｏ1/3 Ｓｂ2/3 ）
a （Ｙｂ1/2 Ｓｂ1/2 ）b （Ｉｎ1/2 Ｓｂ1/2 ）c Ｍｎ
d Ｔｉ1-a-b-c-d Ｏ3 からなるペロブスカイト型結晶相
を主結晶相とするものである。本発明の圧電磁器組成物
では、その他の結晶相として、パイロクロア相が存在す
ることもあるが、微量であれば特性上問題ない。
【００２６】本発明の圧電磁器組成物は、例えば、原料
として、Ｐｂ3 Ｏ4 、Ｌａ2 Ｏ3 、ＳｒＣＯ3 、Ｓｂ2
Ｏ3 、ＭｎＯ2 、ＴｉＯ2 、Ｃｏ3 Ｏ4 、Ｙｂ2 Ｏ3 、
Ｉｎ2 Ｏ3 からなる各種酸化物を用いる。原料はこれに
限定されず、焼成により酸化物を生成する炭酸塩、硝酸
塩等の金属塩を用いても良い。
として、Ｐｂ3 Ｏ4 、Ｌａ2 Ｏ3 、ＳｒＣＯ3 、Ｓｂ2
Ｏ3 、ＭｎＯ2 、ＴｉＯ2 、Ｃｏ3 Ｏ4 、Ｙｂ2 Ｏ3 、
Ｉｎ2 Ｏ3 からなる各種酸化物を用いる。原料はこれに
限定されず、焼成により酸化物を生成する炭酸塩、硝酸
塩等の金属塩を用いても良い。
【００２７】これらの原料を上記した組成となるように
秤量し、混合し、この混合物を９５０〜１０５０℃で仮
焼し、所定の有機バインダを加え乾式混合し、整粒す
る。このようにして得られた粉体を、公知のプレス成形
等により所定形状に成形し、大気中等の酸化性雰囲気に
おいて１２００〜１３００℃の温度範囲で２〜５時間焼
成し、本発明の圧電磁器組成物が得られる。
秤量し、混合し、この混合物を９５０〜１０５０℃で仮
焼し、所定の有機バインダを加え乾式混合し、整粒す
る。このようにして得られた粉体を、公知のプレス成形
等により所定形状に成形し、大気中等の酸化性雰囲気に
おいて１２００〜１３００℃の温度範囲で２〜５時間焼
成し、本発明の圧電磁器組成物が得られる。
【００２８】本発明の圧電磁器組成物は、図１に示すよ
うなコルピッツ型発振回路の発振子の圧電磁器組成物と
して最適であるが、それ以外の発振子、超音波振動子、
超音波モータ及び加速度センサ、ノッキングセンサ、Ａ
Ｅセンサ等の圧電センサなどに最適であり、特に厚み縦
振動の３次オーバートーンを利用する高周波用として最
適な圧電磁器組成物である。
うなコルピッツ型発振回路の発振子の圧電磁器組成物と
して最適であるが、それ以外の発振子、超音波振動子、
超音波モータ及び加速度センサ、ノッキングセンサ、Ａ
Ｅセンサ等の圧電センサなどに最適であり、特に厚み縦
振動の３次オーバートーンを利用する高周波用として最
適な圧電磁器組成物である。
【００２９】
【実施例】原料として、Ｐｂ3 Ｏ4 、Ｌａ2 Ｏ3 、Ｓｒ
ＣＯ3 、Ｓｂ2 Ｏ3 、ＭｎＯ2 、ＴｉＯ2 、Ｃｏ
3 Ｏ4 、Ｙｂ2 Ｏ3 、Ｉｎ2 Ｏ3 からなる各種酸化物を
用い、焼結体が表１の組成となるように秤量し、ＺｒＯ
2 ボールを用いたボールミルにて２４時間湿式混合し
た。次いで、この混合物を脱水、乾燥した後、１０００
℃で３時間仮焼し、適量の有機バインダを加え乾式混合
し、メッシュの容器に通し整粒した。このようにして得
られた粉体を１．５〜３ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力で縦２０
ｍｍ、横３０ｍｍ、厚み１．５ｍｍの板状に成形し、大
気中において１２５０℃の温度で３時間本焼成し圧電磁
器を得た。
ＣＯ3 、Ｓｂ2 Ｏ3 、ＭｎＯ2 、ＴｉＯ2 、Ｃｏ
3 Ｏ4 、Ｙｂ2 Ｏ3 、Ｉｎ2 Ｏ3 からなる各種酸化物を
用い、焼結体が表１の組成となるように秤量し、ＺｒＯ
2 ボールを用いたボールミルにて２４時間湿式混合し
た。次いで、この混合物を脱水、乾燥した後、１０００
℃で３時間仮焼し、適量の有機バインダを加え乾式混合
し、メッシュの容器に通し整粒した。このようにして得
られた粉体を１．５〜３ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力で縦２０
ｍｍ、横３０ｍｍ、厚み１．５ｍｍの板状に成形し、大
気中において１２５０℃の温度で３時間本焼成し圧電磁
器を得た。
【００３０】その後、板厚を０．２２ｍｍに加工し、両
面にＡｇ−Ｃｒを蒸着し、８０℃で３０分間分極を施し
た。その後、図２に示す電極構造となるように、無電極
に相当する部位の電極をエッチングで除去し、縦４．７
ｍｍ（Ｌ）、横１．１ｍｍ（Ｂ）、厚み０．２２ｍｍ
（ｔ）形状の３３．８６ＭＨｚ発振に相当する厚み縦振
動の３次オーバートーン用発振子を得た。
面にＡｇ−Ｃｒを蒸着し、８０℃で３０分間分極を施し
た。その後、図２に示す電極構造となるように、無電極
に相当する部位の電極をエッチングで除去し、縦４．７
ｍｍ（Ｌ）、横１．１ｍｍ（Ｂ）、厚み０．２２ｍｍ
（ｔ）形状の３３．８６ＭＨｚ発振に相当する厚み縦振
動の３次オーバートーン用発振子を得た。
【００３１】発振子の特性は、インピーダンスアナライ
ザにより、インピーダンス波形を測定し、厚み縦振動の
３次オーバートーンでのＰ／Ｖ値と基本波でのＰ／Ｖ
値、比誘電率ε33T ／ε0 を以下の式により算出した。
さらに、コルピッツ型発振回路を用いて発振周波数の温
度特性を調査した。耐熱性は、リフロー耐熱およびヒー
トショックの試験をおこない、発振周波数Ｆosc の変化
率として捉えた。
ザにより、インピーダンス波形を測定し、厚み縦振動の
３次オーバートーンでのＰ／Ｖ値と基本波でのＰ／Ｖ
値、比誘電率ε33T ／ε0 を以下の式により算出した。
さらに、コルピッツ型発振回路を用いて発振周波数の温
度特性を調査した。耐熱性は、リフロー耐熱およびヒー
トショックの試験をおこない、発振周波数Ｆosc の変化
率として捉えた。
【００３２】尚、リフロー試験はリフロー炉を用いて、
試験片が最高温度２６５℃で２０秒間さらされるように
した。また、ヒートショックは、−５５℃で３０分間保
持した後、８５℃で３０分間保持する操作を１サイクル
（１時間）として１００サイクル繰り返した。
試験片が最高温度２６５℃で２０秒間さらされるように
した。また、ヒートショックは、−５５℃で３０分間保
持した後、８５℃で３０分間保持する操作を１サイクル
（１時間）として１００サイクル繰り返した。
【００３３】Ｐ／Ｖ値＝２０×Ｌｏｇ（Ｒa ／Ｒ0 ） 但し、Ｒa ：反共振インピーダンス Ｒ0 ：共振インピーダンス ε33T ／ε0 ＝ ｔＣ／εＳ 但し、ε：真空中の誘電率（８．８５４×１０-12 Ｆ／
ｍ） Ｓ：振動部の面積（ｍ2 ） Ｃ：自由容量 発振周波数の温度変化率は２５℃を基準にして、以下の
式により算出した。
ｍ） Ｓ：振動部の面積（ｍ2 ） Ｃ：自由容量 発振周波数の温度変化率は２５℃を基準にして、以下の
式により算出した。
【００３４】Ｆ0sc 変化率（％）＝｛（Ｆosc (drift)
−Ｆosc (25)）／Ｆosc (25)｝×１００但し、Ｆosc (d
rift) は、−２０℃もしくは＋８０℃での発振周波数で
あり、Ｆosc (25)は２５℃での発振周波数である。
−Ｆosc (25)）／Ｆosc (25)｝×１００但し、Ｆosc (d
rift) は、−２０℃もしくは＋８０℃での発振周波数で
あり、Ｆosc (25)は２５℃での発振周波数である。
【００３５】リフローおよびヒートショックの各耐熱試
験の評価を、Ｆosc 変化率（％）＝｛（処理後のＦosc
−処理前のＦosc ）／処理前のＦosc ｝×１００の式に
より行った。これらの結果を表２に示す。
験の評価を、Ｆosc 変化率（％）＝｛（処理後のＦosc
−処理前のＦosc ）／処理前のＦosc ｝×１００の式に
より行った。これらの結果を表２に示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】３３．８６ＭＨｚでの発振子特性におい
て、安定した発振を保証するためには、Ｐ／Ｖ値は基本
波で４０ｄＢ以下で、３次オーバートンで６０ｄＢ以上
あり、また、発振周波数の温度変化率で±０．２％以下
で、リフロー耐熱やヒートショックの耐熱性で、発振周
波数の変化率が±０．２％以下であることが望まれる。
て、安定した発振を保証するためには、Ｐ／Ｖ値は基本
波で４０ｄＢ以下で、３次オーバートンで６０ｄＢ以上
あり、また、発振周波数の温度変化率で±０．２％以下
で、リフロー耐熱やヒートショックの耐熱性で、発振周
波数の変化率が±０．２％以下であることが望まれる。
【００３９】さらに比誘電率は４００以下が望まれる。
【００４０】表１および表２から明かななように、本発
明の範囲内の試料では、３次オーバートーンでのＰ／Ｖ
値を６０ｄＢ以上と大きくしながら、基本波のＰ／Ｖ値
を４０ｄＢ以下と小さくできることが判る。これによ
り、発振の安定化と誤発振の抑制が図られ、優れた発振
性能を保証することができる。さらに、本発明の試料で
は、発振周波数の温度変化率が小さく、発振周波数の温
度安定性に優れていることが判る。さらに、耐熱性にお
いては、リフロー耐熱、ヒートショック耐熱ともにその
変化率は著しく小さく、耐熱性においても優れているこ
とが判る。また、比誘電率も４００より小さく、高周波
に適応していることが判る。
明の範囲内の試料では、３次オーバートーンでのＰ／Ｖ
値を６０ｄＢ以上と大きくしながら、基本波のＰ／Ｖ値
を４０ｄＢ以下と小さくできることが判る。これによ
り、発振の安定化と誤発振の抑制が図られ、優れた発振
性能を保証することができる。さらに、本発明の試料で
は、発振周波数の温度変化率が小さく、発振周波数の温
度安定性に優れていることが判る。さらに、耐熱性にお
いては、リフロー耐熱、ヒートショック耐熱ともにその
変化率は著しく小さく、耐熱性においても優れているこ
とが判る。また、比誘電率も４００より小さく、高周波
に適応していることが判る。
【００４１】一方、比較例である試料Ｎｏ４，１５，２
９などでは３次オーバートーンのＰ／Ｖ値が小さく不発
振となる。試料Ｎｏ１９や２２では、３次オーバートー
ンに対して、基本波のＰ／Ｖ値が大きく、基本波での誤
発振が起こりやすくなることが判る。
９などでは３次オーバートーンのＰ／Ｖ値が小さく不発
振となる。試料Ｎｏ１９や２２では、３次オーバートー
ンに対して、基本波のＰ／Ｖ値が大きく、基本波での誤
発振が起こりやすくなることが判る。
【００４２】このように、本発明の圧電磁器組成物にお
いては、３次オーバートーンのＰ／Ｖ値を大きくしなが
ら、基本波のＰ／Ｖ値を小さくできたことから、不発振
や誤発振が起こらなくなり、しかも耐熱性に優れ、−２
０〜＋８０℃の広範囲な温度範囲で、発振子として使用
することができる。
いては、３次オーバートーンのＰ／Ｖ値を大きくしなが
ら、基本波のＰ／Ｖ値を小さくできたことから、不発振
や誤発振が起こらなくなり、しかも耐熱性に優れ、−２
０〜＋８０℃の広範囲な温度範囲で、発振子として使用
することができる。
【００４３】試料Ｎo.８を図２の発振子の圧電磁器に用
いた場合の３次オーバートーンのＰ／Ｖ値の周波数依存
性を図３に示す。この図３より、１２ＭＨｚ〜６０ＭＨ
ｚの高範囲な周波数に対して、３次オーバートーンのＰ
／Ｖ値が５５ｄＢを上回り、広範囲な周波数範囲におい
ても、安定した発振が得れらることが判る。尚、図３に
Ｐｂ0.85Ｌａ0.15ＴｉＯ3 ＋０．２重量％ＭｎＯ2 から
なる従来の圧電磁器組成物を用いた既存製品の、３次オ
ーバートーンのＰ／Ｖ値の周波数依存性を示す。また、
試料Ｎo.８を図２の発振子の圧電磁器に用いた場合のイ
ンピーダンス特性を図４に示す。
いた場合の３次オーバートーンのＰ／Ｖ値の周波数依存
性を図３に示す。この図３より、１２ＭＨｚ〜６０ＭＨ
ｚの高範囲な周波数に対して、３次オーバートーンのＰ
／Ｖ値が５５ｄＢを上回り、広範囲な周波数範囲におい
ても、安定した発振が得れらることが判る。尚、図３に
Ｐｂ0.85Ｌａ0.15ＴｉＯ3 ＋０．２重量％ＭｎＯ2 から
なる従来の圧電磁器組成物を用いた既存製品の、３次オ
ーバートーンのＰ／Ｖ値の周波数依存性を示す。また、
試料Ｎo.８を図２の発振子の圧電磁器に用いた場合のイ
ンピーダンス特性を図４に示す。
【００４４】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係わる圧
電磁器組成物は、厚み縦振動の基本波のＰ／Ｖ値を小さ
くしながら３次オーバートーンのＰ／Ｖ値を大きくする
ことができ、さらに発振周波数の温度変化率が小さく、
さらにリフロー耐熱およびヒートショックの各耐熱に優
れており、不発振や、誤発振が無くなることから、発振
子用素子として好適な圧電磁器組成物とすることができ
る。
電磁器組成物は、厚み縦振動の基本波のＰ／Ｖ値を小さ
くしながら３次オーバートーンのＰ／Ｖ値を大きくする
ことができ、さらに発振周波数の温度変化率が小さく、
さらにリフロー耐熱およびヒートショックの各耐熱に優
れており、不発振や、誤発振が無くなることから、発振
子用素子として好適な圧電磁器組成物とすることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】コルピッツ型の発振回路を示した概略図であ
る。
る。
【図２】３３．８６ＭＨｚ用発振子の概略図である。
【図３】試料Ｎo.８の３次オーバートーンのＰ／Ｖ値の
周波数依存性を示すグラフである。
周波数依存性を示すグラフである。
【図４】試料Ｎo.８のインピーダンス特性を示すグラフ
である。
である。
１１，１２・・・コンデンサ １３・・・抵抗 １４・・・インバータ １５・・・発振子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−133827（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−139825（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−151667（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−129869（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−88769（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−139824（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C04B 35/46 - 35/478 H01L 41/187
Claims (1)
- 【請求項１】金属元素としてＰｂ、Ｌａ、Ｓｒ、Ｓｂ、
ＭｎおよびＴｉと、Ｃｏ、ＹｂおよびＩｎのうち少なく
とも一種を含むペロブスカイト型複合酸化物であって、
モル比による組成式を、 （Ｐｂ1-x-y ）z Ｌａx Ｓｒy （Ｃｏ1/3 Ｓｂ2/3 ）a
（Ｙｂ1/2 Ｓｂ1/2 ）b（Ｉｎ1/2 Ｓｂ1/2 ）c Ｍｎd
Ｔｉ1-a-b-c-d Ｏ3 と表した時、前記ｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ、ｃおよびｄが、 ０．０７ ≦ ｘ ≦ ０．１３ ０．０１ ≦ ｙ ≦ ０．０７ ０．９４ ≦ ｚ ≦ １．００ ０ ≦ ａ ≦ ０．０３ ０ ≦ ｂ ≦ ０．０３ ０ ≦ ｃ ≦ ０．０３ ０．０１ ≦ａ＋ｂ＋ｃ≦ ０．０４ ０．０１ ≦ ｄ ≦ ０．０３ を満足す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 |
|---|---|---|---|
| JP25667396A JP3347602B2 (ja) | 1996-09-27 | 1996-09-27 | 圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25667396A JP3347602B2 (ja) | 1996-09-27 | 1996-09-27 | 圧電磁器組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10101427A JPH10101427A (ja) | 1998-04-21 |
| JP3347602B2 true JP3347602B2 (ja) | 2002-11-20 |
Family
ID=17295886
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25667396A Expired - Fee Related JP3347602B2 (ja) | 1996-09-27 | 1996-09-27 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3347602B2 (ja) |
-
1996
- 1996-09-27 JP JP25667396A patent/JP3347602B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10101427A (ja) | 1998-04-21 |
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