JPH0517220A - 圧電性磁器組成物 - Google Patents
圧電性磁器組成物Info
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- JPH0517220A JPH0517220A JP3188043A JP18804391A JPH0517220A JP H0517220 A JPH0517220 A JP H0517220A JP 3188043 A JP3188043 A JP 3188043A JP 18804391 A JP18804391 A JP 18804391A JP H0517220 A JPH0517220 A JP H0517220A
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- Japan
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- piezoelectric
- heat resistance
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- piezoelectric porcelain
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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】 ａＰｂ（Ｙｂ1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3 −ｂＰｂ
（Ｍｇ1/2 Ｗ1/2 ）Ｏ3 −ｃＰｂＴｉＯ3 −ｄＰｂＺｒ
Ｏ3 （ただし、０．０１≦ａ≦０．２０， ０．０１≦ｂ≦
０．２０ ０≦ｃ≦０．７０， ０．２８≦ｄ≦０．９８ ａ＋
ｂ＋ｃ＋ｄ＝１）である主成分に対し、副成分としてＭ
ｎＯ2 を０．０２〜２．００ｗｔ％含有させた圧電性磁
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】 ａＰｂ（Ｙｂ1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3 −ｂＰｂ
（Ｍｇ1/2 Ｗ1/2 ）Ｏ3 −ｃＰｂＴｉＯ3 −ｄＰｂＺｒ
Ｏ3 （ただし、０．０１≦ａ≦０．２０， ０．０１≦ｂ≦
０．２０ ０≦ｃ≦０．７０， ０．２８≦ｄ≦０．９８ ａ＋
ｂ＋ｃ＋ｄ＝１）である主成分に対し、副成分としてＭ
ｎＯ2 を０．０２〜２．００ｗｔ％含有させた圧電性磁
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ものである。
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ものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、圧電性セラミックス素子の材
料としては、例えば、二元系のＰｂＴｉＯ3 −ＰｂＺｒ
Ｏ3 （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 −Ｐ
ｂＺｒＯ3 −Ｐｂ（Ｍｎ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 系、ＰｂＴ
ｉＯ3 −ＰｂＺｒＯ3 −Ｐｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3
系等の圧電材料も開発されている。また、Ｐｂ（Ｎｉ
1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 −ＰｂＴｉＯ3 −ＰｂＺｒＯ3 系組
成が提案されている（特公昭４５−３７９０７号公報等
参照）。
料としては、例えば、二元系のＰｂＴｉＯ3 −ＰｂＺｒ
Ｏ3 （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 −Ｐ
ｂＺｒＯ3 −Ｐｂ（Ｍｎ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 系、ＰｂＴ
ｉＯ3 −ＰｂＺｒＯ3 −Ｐｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3
系等の圧電材料も開発されている。また、Ｐｂ（Ｎｉ
1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 −ＰｂＴｉＯ3 −ＰｂＺｒＯ3 系組
成が提案されている（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、上記従
来の圧電材料は耐熱性、経時変化特性等に大きな問題を
有していた。例えば、従来の圧電磁器組成物からなる圧
電素子、例えば、ＰｂＴｉＯ3 −ＰｂＺｒＯ3 −Ｐｂ
（Ｍｎ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 系のＰｂ｛（Ｎｉ1/3 Ｎｂ
2/3 ）0.07Ｔｉ0.47Ｚｒ0.46｝Ｏ3 からなる素子の耐熱
性において、圧電素子を加熱していくと、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、圧電特性の劣化が始
まる。このため材料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
ことと材料が本質的に脱分極を起こし易いことが上げら
れる。
来の圧電材料は耐熱性、経時変化特性等に大きな問題を
有していた。例えば、従来の圧電磁器組成物からなる圧
電素子、例えば、ＰｂＴｉＯ3 −ＰｂＺｒＯ3 −Ｐｂ
（Ｍｎ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 系のＰｂ｛（Ｎｉ1/3 Ｎｂ
2/3 ）0.07Ｔｉ0.47Ｚｒ0.46｝Ｏ3 からなる素子の耐熱
性において、圧電素子を加熱していくと、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、圧電特性の劣化が始
まる。このため材料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
において高信頼性の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
において高信頼性の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。共振周波数の経時変化を、圧電セラミックス
を分極処理してからの経過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
す。この図からわかるように従来の材料は０．５％／ti
me decade 程度の経時変化を示している。この現象は、
フィルター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。
題がある。共振周波数の経時変化を、圧電セラミックス
を分極処理してからの経過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
す。この図からわかるように従来の材料は０．５％／ti
me decade 程度の経時変化を示している。この現象は、
フィルター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。
【０００６】本発明は、上記従来技術の有する問題点に
鑑みてなされたもので、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
することを目的としている。
鑑みてなされたもので、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
することを目的としている。
【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、 ａＰｂ（Ｙｂ1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3 −ｂＰｂ（Ｍｇ1/2 Ｗ
1/2 ）Ｏ3 −ｃＰｂＴｉＯ3 −ｄＰｂＺｒＯ3 （ただし、 ０．０１≦ａ≦０．２０， ０．０１≦ｂ
≦０．２０ ０≦ｃ≦０．７０， ０．２８≦ｄ≦０．９８ ａ＋
ｂ＋ｃ＋ｄ＝１）である主成分に対し、副成分としてＭ
ｎＯ2 を０．０２〜２．００ｗｔ％含有させたことを特
徴とする。
組成物は、 ａＰｂ（Ｙｂ1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3 −ｂＰｂ（Ｍｇ1/2 Ｗ
1/2 ）Ｏ3 −ｃＰｂＴｉＯ3 −ｄＰｂＺｒＯ3 （ただし、 ０．０１≦ａ≦０．２０， ０．０１≦ｂ
≦０．２０ ０≦ｃ≦０．７０， ０．２８≦ｄ≦０．９８ ａ＋
ｂ＋ｃ＋ｄ＝１）である主成分に対し、副成分としてＭ
ｎＯ2 を０．０２〜２．００ｗｔ％含有させたことを特
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（Ｙ
ｂ1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3 が０．０１（モル分率、以下同
じ）未満では所望の高い電気機械結合係数が得られな
い。また、０．２０を超えると、かえって耐熱性が低下
する。そのため、０．０１≦ａ≦０．２０とした。Ｐｂ
（Ｍｇ1/2 Ｗ1/2 ）Ｏ3 が０．０１未満では所望の高い
機械的品質係数が得られない。また、０．２０超では耐
熱性が低下する。そのため、０．０１≦ｂ≦０．２０と
した。ＰｂＴｉＯ3 が０．７０を超えると所望の高い電
気機械結合係数が得られないので、ｃを０．７未満とし
た。ＰｂＺｒＯ3 が０．２８未満では所望の高い電気機
械結合係数が得られない。また、０．９８を超えると、
ａ又はｂが０．０１未満となり、第３成分、及び第４成
分のＰｂ（Ｙｂ1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3 及びＰｂ（Ｍｇ1/2
Ｗ1/2 ）Ｏ3 を添加する効果が出ず、共振周波数の経時
変化と耐熱性の向上が図れない。そのため、０．２８≦
ｄ≦０．９８とした。副成分としてＭｎＯ2 をｗｔ％で
０．０２〜２．００含有させたのは、圧電特性を低下さ
せずに耐熱性と経時変化を向上させるためである。Ｍｎ
Ｏ2 の含有量が０．０２ｗｔ％未満であると高い機械的
品質係数が得られず、２．００ｗｔ％を超えると耐熱性
が低下するので、この範囲とした。
を上記範囲に限定した理由は次の通りである。Ｐｂ（Ｙ
ｂ1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3 が０．０１（モル分率、以下同
じ）未満では所望の高い電気機械結合係数が得られな
い。また、０．２０を超えると、かえって耐熱性が低下
する。そのため、０．０１≦ａ≦０．２０とした。Ｐｂ
（Ｍｇ1/2 Ｗ1/2 ）Ｏ3 が０．０１未満では所望の高い
機械的品質係数が得られない。また、０．２０超では耐
熱性が低下する。そのため、０．０１≦ｂ≦０．２０と
した。ＰｂＴｉＯ3 が０．７０を超えると所望の高い電
気機械結合係数が得られないので、ｃを０．７未満とし
た。ＰｂＺｒＯ3 が０．２８未満では所望の高い電気機
械結合係数が得られない。また、０．９８を超えると、
ａ又はｂが０．０１未満となり、第３成分、及び第４成
分のＰｂ（Ｙｂ1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3 及びＰｂ（Ｍｇ1/2
Ｗ1/2 ）Ｏ3 を添加する効果が出ず、共振周波数の経時
変化と耐熱性の向上が図れない。そのため、０．２８≦
ｄ≦０．９８とした。副成分としてＭｎＯ2 をｗｔ％で
０．０２〜２．００含有させたのは、圧電特性を低下さ
せずに耐熱性と経時変化を向上させるためである。Ｍｎ
Ｏ2 の含有量が０．０２ｗｔ％未満であると高い機械的
品質係数が得られず、２．００ｗｔ％を超えると耐熱性
が低下するので、この範囲とした。
【０００９】
【作用】本発明に係る圧電性磁器組成物は、上記のよう
に構成したので、第３成分、及び第４成分のＰｂ（Ｙｂ
1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3 、Ｐｂ（Ｍｇ1/2 Ｗ1/2 ）Ｏ3 を含
有する主成分及び副成分のＭｎＯ2 との相互作用によ
り、耐熱性において、図１に示すように、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い。また、共振周
波数の経時変化についても、図２に示すように、０．１
％／time decade以下と安定性が高い。しかも、Ｋｐ＞
６０％、εｒ＞１０００、Ｑｍ＞８００の優れた圧電性
材料を得ることができる。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性材料を得ることができる。
に構成したので、第３成分、及び第４成分のＰｂ（Ｙｂ
1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3 、Ｐｂ（Ｍｇ1/2 Ｗ1/2 ）Ｏ3 を含
有する主成分及び副成分のＭｎＯ2 との相互作用によ
り、耐熱性において、図１に示すように、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い。また、共振周
波数の経時変化についても、図２に示すように、０．１
％／time decade以下と安定性が高い。しかも、Ｋｐ＞
６０％、εｒ＞１０００、Ｑｍ＞８００の優れた圧電性
材料を得ることができる。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性材料を得ることができる。
【００１０】
【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 Ｏ5 ，Ｍ
ｇＯ，ＷＯ3 ，ＴｉＯ2 ，ＺｒＯ2 及びＭｎＯ2 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１ton ／ｃｍ2 で成形した。然る
後、成形体を１０００〜１２５０℃で焼成した。こうし
て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２〜３ＫＶ／ｍｍの電圧で３
０分間分極処理した。
出発原料として、ＰｂＯ，Ｙｂ2 Ｏ3 ，Ｎｂ2 Ｏ5 ，Ｍ
ｇＯ，ＷＯ3 ，ＴｉＯ2 ，ＺｒＯ2 及びＭｎＯ2 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１ton ／ｃｍ2 で成形した。然る
後、成形体を１０００〜１２５０℃で焼成した。こうし
て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２〜３ＫＶ／ｍｍの電圧で３
０分間分極処理した。
【００１１】得られた圧電性材料について、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（Ｑｍ）を測定した。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る。測定の
結果を表２に示すとともに、図１にサンプルＮｏ．１の
組成の材料の温度と電気機械結合係数の関係を、比較の
ため従来例とあわせて実線で示し、図２にサンプルＮ
ｏ．１の組成の材料の共振周波数の経時変化を実線で示
した。この結果から明らかなように、キュリー点が、従
来の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 以下と安定性が高い。しか
も、Ｋｐ＞６０％、εｒ＞１０００、Ｑｍ＞８００の優
れた圧電性材料を得ることができる。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。表中のサンプルＮｏの
欄の＊は、本発明の範囲外の組成であることを示してい
る
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（Ｑｍ）を測定した。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る。測定の
結果を表２に示すとともに、図１にサンプルＮｏ．１の
組成の材料の温度と電気機械結合係数の関係を、比較の
ため従来例とあわせて実線で示し、図２にサンプルＮ
ｏ．１の組成の材料の共振周波数の経時変化を実線で示
した。この結果から明らかなように、キュリー点が、従
来の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 以下と安定性が高い。しか
も、Ｋｐ＞６０％、εｒ＞１０００、Ｑｍ＞８００の優
れた圧電性材料を得ることができる。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。表中のサンプルＮｏの
欄の＊は、本発明の範囲外の組成であることを示してい
る
【００１２】
【表１】
【００１３】
【表２】
【００１４】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に基づく圧電性磁器組成物からなる圧電性材料は、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、及びＱｍ＞８０
０の優れた圧電性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得ることができる。
に基づく圧電性磁器組成物からなる圧電性材料は、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、及びＱｍ＞８０
０の優れた圧電性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得ることができる。
【図１】本発明に係る圧電性磁器組成物と従来例の耐熱
特性を比較するグラフである。
特性を比較するグラフである。
【図２】本発明に係る圧電性磁器組成物と従来例の共振
周波数の変化率を比較するグラフである。
周波数の変化率を比較するグラフである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】ａＰｂ（Ｙｂ1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3 −ｂＰｂ
（Ｍｇ1/2 Ｗ1/2 ）Ｏ3 −ｃＰｂＴｉＯ3 −ｄＰｂＺｒ
Ｏ3 （ただし、０．０１≦ａ≦０．２０， ０．０１≦ｂ≦
０．２０ ０≦ｃ≦０．７０， ０．２８≦ｄ≦０．９８ ａ＋
ｂ＋ｃ＋ｄ＝１）である主成分に対し、副成分としてＭ
ｎＯ2 を０．０２〜２．００ｗｔ％含有させたことを特
徴とする圧電性磁器組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3188043A JP2910340B2 (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 |
|---|---|---|---|
| JP3188043A JP2910340B2 (ja) | 1991-07-01 | 1991-07-01 | 圧電性磁器組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0517220A true JPH0517220A (ja) | 1993-01-26 |
| JP2910340B2 JP2910340B2 (ja) | 1999-06-23 |
Family
ID=16216685
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3188043A Expired - Fee Related JP2910340B2 (ja) | 1991-07-01 | 1991-07-01 | 圧電性磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2910340B2 (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 |
| US6123867A (en) * | 1997-12-03 | 2000-09-26 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Piezoelectric ceramic composition and piezoelectric device using the same |
-
1991
- 1991-07-01 JP JP3188043A patent/JP2910340B2/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 |
| US6123867A (en) * | 1997-12-03 | 2000-09-26 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Piezoelectric ceramic composition and piezoelectric device using the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2910340B2 (ja) | 1999-06-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |