JPH0517218A - 圧電性磁器組成物 - Google Patents
圧電性磁器組成物Info
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- JPH0517218A JPH0517218A JP3188041A JP18804191A JPH0517218A JP H0517218 A JPH0517218 A JP H0517218A JP 3188041 A JP3188041 A JP 3188041A JP 18804191 A JP18804191 A JP 18804191A JP H0517218 A JPH0517218 A JP H0517218A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 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得ることを目的と
する。 【構成】 (Pb1-X MeX ){(Yb1/2 Nb1/2 )a
(Mg1/2 W1/2 )b Tic Zrd}O3 (ただし、MeはCa,Ba,Srから選ばれた少なく
とも1種のもの、0<X≦0.15, 0.01≦a≦
0.20, 0.01≦b≦0.200≦c≦0.7
0, 0.28≦d≦0.98, a+b+c+d=
1)で表される圧電性磁器組成物。
経時変化が小さい圧電性磁器組成物を得ることを目的と
する。 【構成】 (Pb1-X MeX ){(Yb1/2 Nb1/2 )a
(Mg1/2 W1/2 )b Tic Zrd}O3 (ただし、MeはCa,Ba,Srから選ばれた少なく
とも1種のもの、0<X≦0.15, 0.01≦a≦
0.20, 0.01≦b≦0.200≦c≦0.7
0, 0.28≦d≦0.98, a+b+c+d=
1)で表される圧電性磁器組成物。
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、共振周波数の温度係数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素子、例え
ば、Pb(Ni1/3 Nb2/3 )O3 −PbTiO3 −P
bZrO3 系のPb{(Ni1/3 Nb2/3 )0.07Ti
0.47Zr0.46}O3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
からみた圧電特性の劣化が始まる。このため圧電素子の
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、共振周波数の温度係数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素子、例え
ば、Pb(Ni1/3 Nb2/3 )O3 −PbTiO3 −P
bZrO3 系のPb{(Ni1/3 Nb2/3 )0.07Ti
0.47Zr0.46}O3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
からみた圧電特性の劣化が始まる。このため圧電素子の
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】一方で、近年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。
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。
【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 程
度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。さら
に、共振周波数の温度係数にも問題があった。共振周波
数の温度による変化率を、温度を横軸にとり、20℃を
基準にした共振周波数の変化率を縦軸にとり、図3に破
線で示した。この例からわかるように、従来の材料は5
00ppm/℃程度の温度特性を示している。この現象
は使用上問題となっている。
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 程
度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。さら
に、共振周波数の温度係数にも問題があった。共振周波
数の温度による変化率を、温度を横軸にとり、20℃を
基準にした共振周波数の変化率を縦軸にとり、図3に破
線で示した。この例からわかるように、従来の材料は5
00ppm/℃程度の温度特性を示している。この現象
は使用上問題となっている。
【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、(Pb1-X MeX ){(Yb1/2 Nb1/2 )a
(Mg1/2 W1/2 )b Tic Zrd}O3 (ただし、MeはCa,Ba,Srから選ばれた少なく
とも1種のもの 0<X≦0.15, 0.01≦a≦0.20, 0.
01≦b≦0.200≦c≦0.70, 0.28≦d
≦0.98 a+b+c+d=1)で表されること
を特徴とする。
組成物は、(Pb1-X MeX ){(Yb1/2 Nb1/2 )a
(Mg1/2 W1/2 )b Tic Zrd}O3 (ただし、MeはCa,Ba,Srから選ばれた少なく
とも1種のもの 0<X≦0.15, 0.01≦a≦0.20, 0.
01≦b≦0.200≦c≦0.70, 0.28≦d
≦0.98 a+b+c+d=1)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。Pbの一
部をCa,Ba,Srから選ばれた少なくとも1種のも
のに適当な割合を置換することにより、経時変化と耐熱
性と圧電特性を低下させずに、共振周波数の温度係数を
向上させる。これらのCa,Ba,Srが多くなり、こ
れらが0.15(モル分率、以下同じ)を超えると耐熱
性が低下し、0であると共振周波数の温度係数が改善さ
れないので、0<X≦0.15とした。また、(Yb
1/2 Nb1/2 )O3 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、0.2
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。 (Mg1/2 W1/2 )O3 は、圧電材料の機械的品質係数
を改善するためのもので、Mg1/2 W1/2 が0.01未
満では所望の高い機械的品質係数が得られず、0.20
を超えると耐熱性が低下するので、0.1≦b≦0.2
0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≦0.7
0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。Pbの一
部をCa,Ba,Srから選ばれた少なくとも1種のも
のに適当な割合を置換することにより、経時変化と耐熱
性と圧電特性を低下させずに、共振周波数の温度係数を
向上させる。これらのCa,Ba,Srが多くなり、こ
れらが0.15(モル分率、以下同じ)を超えると耐熱
性が低下し、0であると共振周波数の温度係数が改善さ
れないので、0<X≦0.15とした。また、(Yb
1/2 Nb1/2 )O3 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、0.2
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。 (Mg1/2 W1/2 )O3 は、圧電材料の機械的品質係数
を改善するためのもので、Mg1/2 W1/2 が0.01未
満では所望の高い機械的品質係数が得られず、0.20
を超えると耐熱性が低下するので、0.1≦b≦0.2
0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≦0.7
0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Pbの一部をCa,Ba,Srから選ばれた少なくと
も1種のものに置換するとともに、第3成分、及び第4
成分のPb(Yb1/2 Nb1/2 )O3 、Pb(Mg1/2
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>1000の優れた圧電材料を実現することが
できる。
にPbの一部をCa,Ba,Srから選ばれた少なくと
も1種のものに置換するとともに、第3成分、及び第4
成分のPb(Yb1/2 Nb1/2 )O3 、Pb(Mg1/2
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>1000の優れた圧電材料を実現することが
できる。
【0010】本発明に係る圧電性磁器組成物は、上記の
ように共振周波数の経時変化と耐熱性を向上させるの
で、圧電特性にすぐれ、耐熱性が高く、しかも経時変化
が小さい圧電材料を得ることができる。
ように共振周波数の経時変化と耐熱性を向上させるの
で、圧電特性にすぐれ、耐熱性が高く、しかも経時変化
が小さい圧電材料を得ることができる。
【0011】
【実施例】次に、本発明を実施例により詳しく説明す
る。出発原料として、PbO,Yb2 O3 ,Nb2 O
5 , MgO,WO3 , TiO2 及びZrO2 ,CaO,
BaO,及びSrO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1to
n /cm2 で成形した。成形体を1000〜1250℃
で焼成した。
る。出発原料として、PbO,Yb2 O3 ,Nb2 O
5 , MgO,WO3 , TiO2 及びZrO2 ,CaO,
BaO,及びSrO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1to
n /cm2 で成形した。成形体を1000〜1250℃
で焼成した。
【0012】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(Q
m)を測定した。その結果を表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、図3
にNo.1の組成物の共振周波数の変化率と温度との関
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。なお、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。また、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り、共振周波数の
温度係数(Tc)は次式により与えられる。 Tc=(FrMAX −FaMIN )Fr20 ただし、FrMAX ,FaMIN はそれぞれ−20〜+80
℃の温度範囲での共振周波数の最大値及び最小値、Fr
20は20℃での共振周波数のものである。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(Q
m)を測定した。その結果を表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、図3
にNo.1の組成物の共振周波数の変化率と温度との関
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。なお、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。また、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り、共振周波数の
温度係数(Tc)は次式により与えられる。 Tc=(FrMAX −FaMIN )Fr20 ただし、FrMAX ,FaMIN はそれぞれ−20〜+80
℃の温度範囲での共振周波数の最大値及び最小値、Fr
20は20℃での共振周波数のものである。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。
【0013】
【表1】
【0014】
【表2】
【0015】
【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
下の高安定な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>1000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
下の高安定な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>1000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。
【図3】本発明と従来例にによる圧電材料の共振周波数
の温度特性の比較を示すグラフである。
の温度特性の比較を示すグラフである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項1】(Pb1-X MeX ){(Yb1/2 Nb1/2 )
a (Mg1/2 W1/2 )b Tic Zrd}O3 (ただし、MeはCa,Ba,Srから選ばれた少なく
とも1種のもの、 0<X≦0.15, 0.01≦a≦0.20, 0.
01≦b≦0.200≦c≦0.70, 0.28≦d
≦0.98, a+b+c+d=1)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 |
---|---|---|---|
JP3188041A JP2910338B2 (ja) | 1991-07-01 | 1991-07-01 | 圧電性磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3188041A JP2910338B2 (ja) | 1991-07-01 | 1991-07-01 | 圧電性磁器組成物 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0517218A true JPH0517218A (ja) | 1993-01-26 |
JP2910338B2 JP2910338B2 (ja) | 1999-06-23 |
Family
ID=16216645
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3188041A Expired - Fee Related JP2910338B2 (ja) | 1991-07-01 | 1991-07-01 | 圧電性磁器組成物 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2910338B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5527481A (en) * | 1993-12-27 | 1996-06-18 | Tdk Corporation | Piezoelectric ceramic composition |
JP2002299710A (ja) * | 2001-03-30 | 2002-10-11 | Kyocera Corp | 積層型圧電素子及び噴射装置 |
-
1991
- 1991-07-01 JP JP3188041A patent/JP2910338B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5527481A (en) * | 1993-12-27 | 1996-06-18 | Tdk Corporation | Piezoelectric ceramic composition |
JP2002299710A (ja) * | 2001-03-30 | 2002-10-11 | Kyocera Corp | 積層型圧電素子及び噴射装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2910338B2 (ja) | 1999-06-23 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |