JP3389485B2 - 圧電磁器組成物 - Google Patents
圧電磁器組成物Info
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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、高周波発振子用
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、高周波発振子用
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およびインバータ１４か
らなる増幅器はマイコンに内蔵され、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 およ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。
らなる増幅器はマイコンに内蔵され、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 およ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およびその近傍にス
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およびその近傍にス
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
にＭｎ等を添加したもの、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 Ｎｂ2/3 ）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、広がり振動の重畳によるスプリアス
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
にＭｎ等を添加したもの、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 Ｎｂ2/3 ）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、広がり振動の重畳によるスプリアス
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、約１０ＭＨｚから約６０ＭＨｚの高周波帯域
で使用する場合、３次オーバートーンの振動モードを用
いることから、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値が小さくなり、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。特に、携帯機器においては電
池により動作させるため、動作電圧の変動が大きく、３
次オーバートーンのＰ／Ｖ値が小さいものは発振が停止
してしまう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、約１０ＭＨｚから約６０ＭＨｚの高周波帯域
で使用する場合、３次オーバートーンの振動モードを用
いることから、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値が小さくなり、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。特に、携帯機器においては電
池により動作させるため、動作電圧の変動が大きく、３
次オーバートーンのＰ／Ｖ値が小さいものは発振が停止
してしまうなどの問題があった。
【０００９】また、リフローなどの耐熱性が良好なもの
はＰ／Ｖ値が小さく、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ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５０．８ＭＨｚ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、不発
振や発振停止の頻度が急激に増加するという問題があっ
た。
はＰ／Ｖ値が小さく、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ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５０．８ＭＨｚ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、不発
振や発振停止の頻度が急激に増加するという問題があっ
た。
【００１０】さらに、高いＰ／Ｖ値と高い耐熱性を兼ね
備える圧電磁器組成物の場合、発振周波数の温度安定性
が−２０℃〜＋８０℃の温度範囲で±０．１％より大き
く、高精度な周波数公差が要求される用途には使用でき
ないなどの問題があった。
備える圧電磁器組成物の場合、発振周波数の温度安定性
が−２０℃〜＋８０℃の温度範囲で±０．１％より大き
く、高精度な周波数公差が要求される用途には使用でき
ないなどの問題があった。
【００１１】従って、本発明は、３次オーバートーンで
のＰ／Ｖ値を大きくしながら、リフロー耐熱性に優れ、
さらに発振周波数の温度安定性に優れた、高信頼性が得
られる、特に１０ＭＨｚ以上の３次オーバートーンを用
いた高周波用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。
のＰ／Ｖ値を大きくしながら、リフロー耐熱性に優れ、
さらに発振周波数の温度安定性に優れた、高信頼性が得
られる、特に１０ＭＨｚ以上の３次オーバートーンを用
いた高周波用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。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の圧電磁器組成物
は、金属元素としてＰｂ、Ｆｅ、Ｓｂ、Ｍｎ、Ｔｉと、
Ｓｒおよび／またはＢａを含むペロブスカイト型複合酸
化物であって、原子比による組成式を、（Ｐ
ｂ1-x-y-z ）p ＲＥx Ｓｒy Ｂa z （Ｆｅ1/3 Ｓ
ｂ2/3 ）a Ｍｎb Ｔｉ1-a-b Ｏ3 （ＲＥは周期律表第３
ａ族元素の少なくとも一種）と表した時、前記ｘ、ｙ、
ｚ、ｐ、ａおよびｂが、０．０６≦ｘ≦０．１１、０≦
ｙ≦０．１０、０≦ｚ≦０．１０、ｙ＋ｚ≦０．１２、
０．９５≦ｐ≦１．００、０．０１≦ａ≦０．０４、
０．０１≦ｂ≦０．０３、を満足するものである。ここ
で、ＲＥはＬａであることが望ましい。
は、金属元素としてＰｂ、Ｆｅ、Ｓｂ、Ｍｎ、Ｔｉと、
Ｓｒおよび／またはＢａを含むペロブスカイト型複合酸
化物であって、原子比による組成式を、（Ｐ
ｂ1-x-y-z ）p ＲＥx Ｓｒy Ｂa z （Ｆｅ1/3 Ｓ
ｂ2/3 ）a Ｍｎb Ｔｉ1-a-b Ｏ3 （ＲＥは周期律表第３
ａ族元素の少なくとも一種）と表した時、前記ｘ、ｙ、
ｚ、ｐ、ａおよびｂが、０．０６≦ｘ≦０．１１、０≦
ｙ≦０．１０、０≦ｚ≦０．１０、ｙ＋ｚ≦０．１２、
０．９５≦ｐ≦１．００、０．０１≦ａ≦０．０４、
０．０１≦ｂ≦０．０３、を満足するものである。ここ
で、ＲＥはＬａであることが望ましい。
【００１３】
【作用】本発明の圧電磁器組成物では、ＰｂＴｉＯ3 の
Ｐｂの一部をＲＥ（周期律表第３ａ族元素）とＳｒおよ
び／またはＢａで置換し、Ｔｉの一部をＭｎと、さらに
（Ｆｅ1/3 Ｓｂ2/3 ）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、３次オーバートーンのＰ
／Ｖ値を飛躍的に大きくさせることができるとともに、
発振周波数の温度安定性を高めることができ、さらにリ
フロー耐熱性に優れていることからＳＭＤ対応が可能と
なる。
Ｐｂの一部をＲＥ（周期律表第３ａ族元素）とＳｒおよ
び／またはＢａで置換し、Ｔｉの一部をＭｎと、さらに
（Ｆｅ1/3 Ｓｂ2/3 ）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、３次オーバートーンのＰ
／Ｖ値を飛躍的に大きくさせることができるとともに、
発振周波数の温度安定性を高めることができ、さらにリ
フロー耐熱性に優れていることからＳＭＤ対応が可能と
なる。
【００１４】即ち、ＰｂのＲＥによる適量置換により分
極を容易にしＰ／Ｖ値を向上でき、ＰｂのＳｒおよび／
またはＢａによる適量置換により発振周波数の温度特性
を向上でき、Ｐｂの化学量論組成値より適量少なくする
ことによりＰ／Ｖ値の大幅向上に大きく寄与するととも
に発振周波数の温度特性を向上でき、Ｔｉの（Ｆｅ1/3
Ｓｂ2/3 ）による適量置換により３次オーバートーンの
Ｐ／Ｖ値を大きくしながら、発振周波数の温度安定性を
向上でき、ＴｉのＭｎによる適量置換によりＰ／Ｖ値を
向上できるのである。
極を容易にしＰ／Ｖ値を向上でき、ＰｂのＳｒおよび／
またはＢａによる適量置換により発振周波数の温度特性
を向上でき、Ｐｂの化学量論組成値より適量少なくする
ことによりＰ／Ｖ値の大幅向上に大きく寄与するととも
に発振周波数の温度特性を向上でき、Ｔｉの（Ｆｅ1/3
Ｓｂ2/3 ）による適量置換により３次オーバートーンの
Ｐ／Ｖ値を大きくしながら、発振周波数の温度安定性を
向上でき、ＴｉのＭｎによる適量置換によりＰ／Ｖ値を
向上できるのである。
【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 ）p ＲＥx Ｓｒy Ｂ
a z （Ｆｅ1/3 Ｓｂ2/3 ）a Ｍｎb Ｔｉ1-a-b Ｏ3 （Ｒ
Ｅは周期律表第３ａ族元素）と表した時、ｘ、ｙ、ｚ、
ｐ、ａおよびｂが、０．０６≦ｘ≦０．１１、０≦ｙ≦
０．１０、０≦ｚ≦０．１０、ｙ＋ｚ≦０．１２、０．
９５≦ｐ≦１．００、０．０１≦ａ≦０．０４、０．０
１≦ｂ≦０．０３を満足するものである。
比による組成式を、（Ｐｂ1-x-y-z ）p ＲＥx Ｓｒy Ｂ
a z （Ｆｅ1/3 Ｓｂ2/3 ）a Ｍｎb Ｔｉ1-a-b Ｏ3 （Ｒ
Ｅは周期律表第３ａ族元素）と表した時、ｘ、ｙ、ｚ、
ｐ、ａおよびｂが、０．０６≦ｘ≦０．１１、０≦ｙ≦
０．１０、０≦ｚ≦０．１０、ｙ＋ｚ≦０．１２、０．
９５≦ｐ≦１．００、０．０１≦ａ≦０．０４、０．０
１≦ｂ≦０．０３を満足するものである。
【００１６】ここで、ｘ、ｙ、ｚ、ｐ、ａおよびｂを上
記の範囲に設定した理由について説明する。ＰｂのＲＥ
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。ＲＥは周期律表第３ａ族元素、即ち、Ｓｃ、
Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔ
ｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕがあり、そのうちＬ
ａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｐｒが望ましく、特にはＬａが望まし
い。
記の範囲に設定した理由について説明する。ＰｂのＲＥ
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。ＲＥは周期律表第３ａ族元素、即ち、Ｓｃ、
Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔ
ｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｌｕがあり、そのうちＬ
ａ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｐｒが望ましく、特にはＬａが望まし
い。
【００１７】上記組成式において、ｘを０．０６≦ｘ≦
０．１１の範囲に設定した理由は、ｘが０．０６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。０．１１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、０．０
７≦ｘ≦０．０９であることが望ましい。
０．１１の範囲に設定した理由は、ｘが０．０６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。０．１１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、０．０
７≦ｘ≦０．０９であることが望ましい。
【００１８】またＰｂのＳｒおよび／またはＢａ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
す効果がある。ｙ、ｚの単独置換の場合０．１０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。ｙ＋ｚとなるように複合的な置換
を行うと、置換量の上限が０．１２まで拡がりｙ＋ｚが
０．１２を超える置換はリフロー耐熱性を劣化させる。
ｙ、ｚはリフロー耐熱を劣化させることなく、発振周波
数の温度安定性を高め発振周波数の温度変化率を±０．
０７％の範囲内とするという観点から、それぞれ０．０
５〜０．０９の範囲であることが望ましい。また、ｙ＋
ｚの値においてもリフロー耐熱を高めさらに発振周波数
の温度安定性を高め発振周波数の温度変化率を±０．０
７％の範囲内とするという観点から、０．０７≦ｙ＋ｚ
≦０．１であることが望ましい。
適量置換は、発振周波数の温度特性に顕著な影響を及ぼ
す効果がある。ｙ、ｚの単独置換の場合０．１０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。ｙ＋ｚとなるように複合的な置換
を行うと、置換量の上限が０．１２まで拡がりｙ＋ｚが
０．１２を超える置換はリフロー耐熱性を劣化させる。
ｙ、ｚはリフロー耐熱を劣化させることなく、発振周波
数の温度安定性を高め発振周波数の温度変化率を±０．
０７％の範囲内とするという観点から、それぞれ０．０
５〜０．０９の範囲であることが望ましい。また、ｙ＋
ｚの値においてもリフロー耐熱を高めさらに発振周波数
の温度安定性を高め発振周波数の温度変化率を±０．０
７％の範囲内とするという観点から、０．０７≦ｙ＋ｚ
≦０．１であることが望ましい。
【００１９】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とともに発
振周波数の温度特性を高めることができる。上記組成式
において、ｐを０．９５≦ｐ≦１の範囲に設定した理由
は、ｐは小さくなるに従いＰ／Ｖ値の向上が図れるが、
０．９５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値が低下し、発
振周波数の温度特性が劣化するからである。従って、ｐ
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。ｐは、リフロー耐熱を向上
し、リフロー後の発振周波数Ｆosc の変化率を±０．０
７％の範囲内とするという観点から、０．９６≦ｐ≦
０．９８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とともに発
振周波数の温度特性を高めることができる。上記組成式
において、ｐを０．９５≦ｐ≦１の範囲に設定した理由
は、ｐは小さくなるに従いＰ／Ｖ値の向上が図れるが、
０．９５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値が低下し、発
振周波数の温度特性が劣化するからである。従って、ｐ
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。ｐは、リフロー耐熱を向上
し、リフロー後の発振周波数Ｆosc の変化率を±０．０
７％の範囲内とするという観点から、０．９６≦ｐ≦
０．９８であることが望ましい。
【００２０】Ｔｉの（Ｆｅ1/3 Ｓｂ2/3 ）による置換
は、３次オーバートーンのＰ／Ｖ値を大きくしながら、
発振周波数の温度安定性を高める効果がある。Ｔｉに対
する置換量を０．０１≦ａ≦０．０４としたのは、０．
０４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。また、０．０１より少
ないとＰ／Ｖ値が小さくなるためである。Ｐ／Ｖ値およ
びリフロー耐熱性を向上し、発振周波数の温度安定性を
高めるという観点から０．０２≦ａ≦０．０３であるこ
とが望ましい。
は、３次オーバートーンのＰ／Ｖ値を大きくしながら、
発振周波数の温度安定性を高める効果がある。Ｔｉに対
する置換量を０．０１≦ａ≦０．０４としたのは、０．
０４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。また、０．０１より少
ないとＰ／Ｖ値が小さくなるためである。Ｐ／Ｖ値およ
びリフロー耐熱性を向上し、発振周波数の温度安定性を
高めるという観点から０．０２≦ａ≦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。ｂを０．０１≦ｂ≦０．０３の
範囲に設定した理由は、ｂが０．０１未満の場合、Ｐ／
Ｖ値向上にさほど寄与しない。ｂ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。ｂ
は、Ｐ／Ｖ値を向上するという観点から０．０２≦ｂ≦
０．０３であることが望ましい。
向上に大きく寄与する。ｂを０．０１≦ｂ≦０．０３の
範囲に設定した理由は、ｂが０．０１未満の場合、Ｐ／
Ｖ値向上にさほど寄与しない。ｂ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。ｂ
は、Ｐ／Ｖ値を向上するという観点から０．０２≦ｂ≦
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 ）p ＲＥx
Ｓｒy Ｂa z （Ｆｅ1/3 Ｓｂ2/3 ）a Ｍｎb Ｔｉ1-a-b
Ｏ3 と表した時、前記ｘ、ｙ、ｚ、ｐ、ａおよびｂが、
０．０７≦ｘ≦０．０９、０．０５≦ｙ≦０．０９、も
しくは０．０５≦z ≦０．０９、０．９６≦ｐ≦０．９
８、０．０２≦ａ≦０．０３、０．０２≦ｂ≦０．０３
を満足することが望ましい。ここで、ＲＥはＬａである
ことが望ましい。
素のモル比による組成式を、（Ｐｂ1-x-y-z ）p ＲＥx
Ｓｒy Ｂa z （Ｆｅ1/3 Ｓｂ2/3 ）a Ｍｎb Ｔｉ1-a-b
Ｏ3 と表した時、前記ｘ、ｙ、ｚ、ｐ、ａおよびｂが、
０．０７≦ｘ≦０．０９、０．０５≦ｙ≦０．０９、も
しくは０．０５≦z ≦０．０９、０．９６≦ｐ≦０．９
８、０．０２≦ａ≦０．０３、０．０２≦ｂ≦０．０３
を満足することが望ましい。ここで、ＲＥはＬａである
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 ）p ＲＥx
Ｓｒy Ｂa z （Ｆｅ1/3 Ｓｂ2/3 ）a Ｍｎb Ｔｉ1-a-b
Ｏ3 と表した時、前記ｘ、ｙ、ｚ、ｐ、ａおよびｂが、
０．０７≦ｘ≦０．０９、０．０２≦ｙ≦０．０５、
０．０２≦z ≦０．０５、０．０７≦ｙ＋ｚ≦０．１
０、０．９６≦ｐ≦０．９８、０．０２≦ａ≦０．０
３、０．０２≦ｂ≦０．０３を満足するものも望まし
い。ここでＲＥはＬａであることが望ましい。
素のモル比による組成式を、（Ｐｂ1-x-y-z ）p ＲＥx
Ｓｒy Ｂa z （Ｆｅ1/3 Ｓｂ2/3 ）a Ｍｎb Ｔｉ1-a-b
Ｏ3 と表した時、前記ｘ、ｙ、ｚ、ｐ、ａおよびｂが、
０．０７≦ｘ≦０．０９、０．０２≦ｙ≦０．０５、
０．０２≦z ≦０．０５、０．０７≦ｙ＋ｚ≦０．１
０、０．９６≦ｐ≦０．９８、０．０２≦ａ≦０．０
３、０．０２≦ｂ≦０．０３を満足するものも望まし
い。ここでＲＥはＬａであることが望ましい。
【００２４】また、本発明の圧電磁器組成物は、原料粉
砕時にＺｒＯ2 ボールからＺｒ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。
砕時にＺｒＯ2 ボールからＺｒ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。
【００２５】本発明の圧電磁器組成物では、結晶相とし
て（Ｐｂ1-x-y-z ）p ＲＥx ＳｒyＢa z （Ｆｅ1/3 Ｓ
ｂ2/3 ）a Ｍｎb Ｔｉ1-a-b 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 ）p ＲＥx ＳｒyＢa z （Ｆｅ1/3 Ｓ
ｂ2/3 ）a Ｍｎb Ｔｉ1-a-b 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 、ＢａＣ
Ｏ3 、Ｓｂ2 Ｏ3 、ＭｎＯ2 、ＴｉＯ2 、Ｆｅ2 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 、ＢａＣ
Ｏ3 、Ｓｂ2 Ｏ3 、ＭｎＯ2 、ＴｉＯ2 、Ｆｅ2 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１〜５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１〜５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 、Ｎｄ
2 Ｏ3 、Ｓｍ2 Ｏ3 、Ｇｄ2 Ｏ3、Ｓｃ2 Ｏ3 、Ｐｒ2
Ｏ3 、ＳｒＣＯ3 、ＢａＣＯ3 、Ｓｂ2 Ｏ3 、Ｍｎ
Ｏ2 、ＴｉＯ2 、Ｆｅ2 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、ＺｒＯ2
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１．５ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力で縦２０ｍｍ、横
３０ｍｍ、厚み１．０ｍｍの板状に成形し、大気中にお
いて１２８０℃の温度で３時間本焼成し圧電磁器を得
た。
2 Ｏ3 、Ｓｍ2 Ｏ3 、Ｇｄ2 Ｏ3、Ｓｃ2 Ｏ3 、Ｐｒ2
Ｏ3 、ＳｒＣＯ3 、ＢａＣＯ3 、Ｓｂ2 Ｏ3 、Ｍｎ
Ｏ2 、ＴｉＯ2 、Ｆｅ2 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、ＺｒＯ2
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１．５ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力で縦２０ｍｍ、横
３０ｍｍ、厚み１．０ｍｍの板状に成形し、大気中にお
いて１２８０℃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４．５
ｍｍ（Ｌ）、横１．１ｍｍ（Ｗ）、厚み０．２２ｍｍ
（Ｈ）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４．５
ｍｍ（Ｌ）、横１．１ｍｍ（Ｗ）、厚み０．２２ｍｍ
（Ｈ）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。リフロー耐熱性はリフロー炉
投入試験前後の発振周波数Ｆosc の変化率として捉え
た。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２５０℃で２０秒間さらされるようにした。
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。リフロー耐熱性はリフロー炉
投入試験前後の発振周波数Ｆosc の変化率として捉え
た。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２５０℃で２０秒間さらされるようにした。
【００３２】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
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。
式により算出した。
【００３３】Ｆosc 変化率（％）＝｛（Ｆosc (drift)
−Ｆosc (25)）／Ｆosc (25)｝×１００ 但し、Ｆosc (drift) 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 (drift) 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。
【００３４】リフロー耐熱試験の評価は、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。
（％）＝｛（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。
【００３５】
【表１】
【００３６】
【表２】
【００３７】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、３次オーバート
ーンでのＰ／Ｖ値は６０ｄＢ以上であり、また、発振周
波数の温度変化率は±０．１％以下で、リフロー耐熱に
おける発振周波数の変化率は±０．１％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、３次オーバート
ーンでのＰ／Ｖ値は６０ｄＢ以上であり、また、発振周
波数の温度変化率は±０．１％以下で、リフロー耐熱に
おける発振周波数の変化率は±０．１％以下であること
が望まれる。
【００３８】表１および表２から明かなように、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以上に大きくすることができることが判る。
これにより、不発振と発振停止の抑制が図られ発振の安
定化が得られ、優れた発振性能を保証することができ
る。
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以上に大きくすることができることが判る。
これにより、不発振と発振停止の抑制が図られ発振の安
定化が得られ、優れた発振性能を保証することができ
る。
【００３９】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、特に試料Ｎｏ４においては、発振
周波数の温度変化率が−２０℃で−０. ０１１％、＋８
０℃で＋０．０１８％と著しく小さな変化量であり、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、リフロー耐熱性においても、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。図３に
試料Ｎｏ１６の発振周波数の温度変化率を示す。
温度変化率が小さく、特に試料Ｎｏ４においては、発振
周波数の温度変化率が−２０℃で−０. ０１１％、＋８
０℃で＋０．０１８％と著しく小さな変化量であり、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、リフロー耐熱性においても、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。図３に
試料Ｎｏ１６の発振周波数の温度変化率を示す。
【００４０】一方、比較例である試料Ｎｏ９、１２、２
４などでは３次オーバートーンのＰ／Ｖ値が小さく、発
振停止をおこしやすくなる。
４などでは３次オーバートーンのＰ／Ｖ値が小さく、発
振停止をおこしやすくなる。
【００４１】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値を大きくすると
ともに、−２０℃〜＋８０℃での発振周波数の温度変化
率を小さくできたことから、不発振や発振停止が起こら
なくなり、しかも耐熱性に優れ、−２０〜＋８０℃の広
範囲な温度範囲で、高精度な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値を大きくすると
ともに、−２０℃〜＋８０℃での発振周波数の温度変化
率を小さくできたことから、不発振や発振停止が起こら
なくなり、しかも耐熱性に優れ、−２０〜＋８０℃の広
範囲な温度範囲で、高精度な発振子として使用すること
ができる。
【００４２】尚、Ｎｏ．３２にＰｂ0.85Ｌａ0.15ＴｉＯ
3 で表される主成分１００重量部に対してＭｎＯ2 を
０．２重量部添加してなる従来の圧電磁器組成物の特性
を示す。また、試料Ｎo.１６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。
3 で表される主成分１００重量部に対してＭｎＯ2 を
０．２重量部添加してなる従来の圧電磁器組成物の特性
を示す。また、試料Ｎo.１６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。
【００４３】
【発明の効果】本発明の圧電磁器組成物は、厚み縦振動
の３次オーバートーンのＰ／Ｖ値を大きくしながら、発
振周波数の温度変化率を著しく小さくでき、さらにリフ
ロー耐熱性に優れた特性を示す。従って、不発振や発振
停止を無くすことができ、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。
の３次オーバートーンのＰ／Ｖ値を大きくしながら、発
振周波数の温度変化率を著しく小さくでき、さらにリフ
ロー耐熱性に優れた特性を示す。従って、不発振や発振
停止を無くすことができ、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.１６の発振周波数の温度変化率を示す
グラフである。
グラフである。
【図４】試料Ｎo.１６のインピーダンス特性を示すグラ
フである。
フである。
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８−321643（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−319159（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−48172（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−163063（ＪＰ，Ａ)
特開 昭62−197316（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C04B 35/42 - 35/50
ＣＡ（ＳＴＮ)
ＲＥＧＩＳＴＲＹ（ＳＴＮ)
Claims (2)
- 【請求項１】金属元素として少なくともＰｂ、Ｆｅ、Ｓ
ｂ、Ｍｎ、Ｔｉと、Ｓｒおよび／またはＢａを含むペロ
ブスカイト型複合酸化物であって、原子比による組成式
を、 （Ｐｂ1-x-y-z ）p ＲＥx Ｓｒy Ｂa z （Ｆｅ1/3 Ｓｂ
2/3 ）a Ｍｎb Ｔｉ1-a-b Ｏ3 （ＲＥは周期律表第３ａ
族元素の少なくとも一種） と表した時、前記ｘ、ｙ、ｚ、ｐ、ａおよびｂが、 ０．０６ ≦ ｘ ≦ ０．１１ ０ ≦ ｙ ≦ ０．１０ ０ ≦ ｚ ≦ ０．１０ ｙ＋ｚ≦ ０．１２ ０．９５ ≦ ｐ ≦ １．００ ０．０１ ≦ ａ ≦ ０．０４ ０．０１ ≦ ｂ ≦ ０．０３ を満足することを特徴とする圧電磁器組成物。 - 【請求項２】ＲＥはＬａであることを特徴とする請求項
１記載の圧電磁器組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34911697A JP3389485B2 (ja) | 1997-12-18 | 1997-12-18 | 圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34911697A JP3389485B2 (ja) | 1997-12-18 | 1997-12-18 | 圧電磁器組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11180768A JPH11180768A (ja) | 1999-07-06 |
| JP3389485B2 true JP3389485B2 (ja) | 2003-03-24 |
Family
ID=18401604
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34911697A Expired - Fee Related JP3389485B2 (ja) | 1997-12-18 | 1997-12-18 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3389485B2 (ja) |
-
1997
- 1997-12-18 JP JP34911697A patent/JP3389485B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11180768A (ja) | 1999-07-06 |
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