JPH0360463A - 圧電磁器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の利用分野］ 本発明は高周波共振子等に用いられる圧電磁器に関し、
より詳細には３倍波振動に対して有用な圧電磁器に関す
る。

［従来技術１ 従来から、圧電磁器［放物としてはＰｂＴｉ０ｉをはじ
めとしてこれにＰｂ（Ｎｔ＋ｚｚＮｂｚｚｚ）Ｏｓなど
を固溶させたものや、これらの系に第３戒分を加えたも
の等が知られており、これらによって圧電特性や電気特
性を改善し、焦電素子、圧電振動子、共振子、発振子、
フィルタなどの電子部品に適用されている。

近年に至って、上述のような電子部品は小型化が求めら
れているが、圧電磁器素子を電子部品に適用する場合、
圧電磁器の性質上小型化には限界がある。そこで特に高
周波用電子部品においては３倍波振動を適用することに
よって更に小型化、高性能化を図る試みがなされている
。

このように３倍波振動を適用し得る圧電磁器としてはＰ
ｂＬａＴｔＯ，系が主として用いられ、各特性を改善す
るために各種の添加物の検討がなされている。

例えば、特開昭５７−１２９８６９号によればＭｎＯ□
を添加することにより周波数温度特性を改善する試みが
なされ、また、特開昭６３−１５１６６７号よればさら
にＣａ、　Ｂａ等のアルカリ金属を添加することにより
スプリアスの発生防止等安定性を向上させる試みがなさ
れている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、これらＰｂＬａＴｉ０ａ系の圧電磁器に
おいては前述した改善を行っても、３倍波振動近傍のス
プリアスの発生やＰ／Ｖのバラツキ等が十分に解消され
ないという問題があり、この傾向は磁器の厚みが厚くな
る程、即ち低周波用によるに従い顕著であった。

［問題点を解決するための手段１ 本発明者等はＰｂＬａＴｔＯ，系における上記問題点に
対し、その不良品の発生原因について追求したところ、
焼結体中に存在する粗大ボイドがこれらの特性に大きく
影響を及ぼしていることを突き止めた。そこで、さらに
粗大ボイドと各特性との相関について実験を繰り返した
結果、焼結体中の基本成分として全量中にいずれも酸化
物換算でＰｂが４３〜４８モル％、Ｔｉが４７〜５０モ
ル％およびＬａが２〜１５モル％の割合で含有されてい
ることにより、さらに焼結体の対理論密度比を９６％以
上の緻密質となすことにより、３倍波振動においてＰ／
Ｖのバラツキ、スプリアス発生等が顕著に低減された優
れた圧電磁器が得られることができた。

以下、本発明をさらに詳述する。

本発明における特徴は、酸化物換算でＰｂが４３〜４８
モル％、特に４４〜４６モル％、Ｔｉを４７〜５０モル
％、特に４９〜５１モル％、１、ａを２〜１５モル％、
特に４〜１０モル％を基本成分とする焼結体の緻密度を
高める点にある。

従来からＰｂＬａＴｉＯ３系圧電磁器は一般にＰｂＯ，
ＬａｚＯ＝。

ＴｉＯ□を主体とする混合粉末を成形後、大気中で１２
５０〜１３５０°Ｃの温度で焼成されることによって得
られているが、これらは、焼結が十分に進行したとして
も対理論密度比は９５％前後であり、これ以上の緻密化
はできない。

そこで本発明によれば、緻密化させる具体的方法として
は、用いる原料として焼結性に優れた液相合成、例えば
共沈法、アルコキシド法あるいはゾルゲル法等で合成さ
れた粉末を用いるか、磁器の焼成に際しホットプレス法
あるいは熱間静水圧焼成法を採用するか、あるいはこれ
らの焼成を酸素雰囲気で行う等の手法を採用しうるが、
これらの中でも特に熱間静水圧焼成法（以下、単に旧Ｐ
法という）が製造の安定性の点で優れている。

よって、ここでは）ＩＩＰ法を例にとって説明する。

この旧Ｐ法によれば、前述した組成に調合されたＰｂＯ
，ＬａｚＯ，Ｔｉ０ｚの混合粉末あるいはこれらの仮焼
物あるいは前述した液相合成法にて得られた粉末を所定
の形状に成形後、前述した従来の焼成方法で一旦焼成し
て対理論密度比が９０％以上の予備焼結体を得る。その
後、この予備焼結体を１０〜２０００気圧の高圧下で９
００〜１３００°Ｃの温度でＨＩＰ焼成する。ＨＩＰ焼
成する際、圧力媒体ガスとしては通常Ａｒガスが用いら
れるが、このような不活性ガスを用いる場合、焼成中に
磁器の酸素の抜けにより磁器中に金属が析出し、磁器の
絶縁抵抗の劣化を招く恐れがある。そこで旧Ｐ焼成に当
たり、予備焼結体をほぼ同一の組成から成る粉末中に埋
めた状態で焼成することによって前述した特性の劣化は
回避できる。また、他の方法として、不活性ガス中に酸
素ガスを０．０１〜２０％の割合で含有するガスを圧力
媒体として用いることより、前記埋め焼きを行うことな
く焼成することができる。

このＨＩＰ法によれば、圧力を高めることにより高緻密
化が図れるが、このような圧電磁器においては完全緻密
化させなくとも十分な効果が得られ、対理論密度ひ９６
％以上、特に９７〜９９％程度が望ましく、一方、ＩＩ
ＩＰ条件において圧力を高め過ぎると逆に効果が低下す
る（噴量にあり、２００〜１５００気圧が最も望ましい
。

本発明において、基本成分を前述した範囲に特定したの
はＰｂが酸化物換算で４２モル％を下回ると機械的品質
係数が低下し、４８，５モル％を越えると分極が困難と
なり、Ｔｉが酸化物換算で４８モル％を下回っても分極
が難かしくなる。Ｌａの酸化物換算量が２．５モル％を
下回ると３倍波振動の周波数の温度係数が大きく、１５
モル％を上回るとキュリー点が低下し、Ｐ／Ｖが低下す
る。

本発明によれば、上記範囲のＰｂＬａＴｉ、Ｏｓの基本
成分に対し、Ｐｂ、、Ｌａ、　Ｔｉの一部を他の金属、
例えばＬａに対してはＰｒ、　Ｃｅ、　Ｓｍ、　Ｎｄで
置換してもよく、さらに他の添加成分、具体的には、Ｍ
ｎＯ□を０．１〜２．０モル％、あるいはＳｒ、　Ｃａ
、　Ｂａ等のアルカリ土類金属酸化物やＡ１．、Ｆｅ、
　Ｃｏ、、Ｎｉ、　Ｓｔ、、Ｍｇ、　Ｃｒ、　Ｎｂ。

−等の酸化物を２．０モル％以下の割合で添加すること
によりさらに優れた特性の圧電磁器を得ることができる
。

以下、本発明を次の例で説明する。

［実施例１ 原料として、ＰｂＯ、Ｔｉｅ、、ＬａｚＯｉ　、ＭｎＣ
０，の他各種金属酸化物を用い、第１表の組成になるよ
う秤量し、ボットミル中で湿式混合した。混合後、脱水
乾燥し８５０〜１１００°Ｃで２時間仮焼した。次いで
仮焼粉末を粉砕し、有機結合剤を混合して造粒を行った
。このように得られた造粒粉末を約１０００ｋｇ、／　
ｃｎｌの圧力で直径１８＋ｕ＋、厚さ１．５ｍｍの円板
に成形した。この成形円板を１２００〜１３００°Ｃの
温度で２時間大気中で予備焼成した。この焼成後の対理
論密度比はほぼ９０〜９５％であった。

その後、０□５％含有アルゴン雰囲気で圧力を変えて１
１００’Ｃの温度で１時間開Ｐ焼成し、圧電磁器を得た
。

この圧電磁器を測定用として０．５ｍｍに研磨した後、
銀蒸着により電極を形成したものを夫々８０〜１００°
Ｃ”ｔ？７．０〜５．ＯＫＶ／ａｍ（７）電圧テｌＯ分
間分極処理を行った。得られた各試料についてそれぞれ
２０個に対し、アルキメデス法により対理論密度比を算
出するとともに、インピーダンスアナライザーによって
厚み縦３倍波振動の電気機械結合係数（ＫＬ３）、同じ
く機械的品質係数（０Ｍ２）を測定しその平均値を算出
した。なお、第１表Ｐ／ＶはＲＡ　／　ＲＯ（３倍波の
共振、反共振のインピーダンス比率）を表す。

さらに、波形観察からスプリアスの発生状況を判断した
。また最終的に各特性の評価から良品率を算出した。

結果を第１表に示す。

（以下余白） ［発明の効果］ 以上、詳述した通り、本発明によればＰｂＬａＴｉ０゜
系の圧電磁器において、その対理論密度比を高めること
により、磁器中の粗大ボイドを解消すると同時に圧電磁
器の振動の乱れや電極間の電界の乱れ等を防止し、優れ
た特性を有するとともに歩留りの高い圧電磁器を提供す
ることができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　全量に対し、Ｐｂを酸化物換算で４３〜４８モル％、
   Ｔｉを酸化物換算で４７〜５０モル％およびＬａを酸化
   物換算で２〜１５モル％の割合で含有するとともに対理
   論密度比が９６％以上の緻密質から成る圧電磁器。