JPH07172913A - 圧電磁器組成物 - Google Patents
圧電磁器組成物Info
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- JPH07172913A JPH07172913A JP5319541A JP31954193A JPH07172913A JP H07172913 A JPH07172913 A JP H07172913A JP 5319541 A JP5319541 A JP 5319541A JP 31954193 A JP31954193 A JP 31954193A JP H07172913 A JPH07172913 A JP H07172913A
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- Japan
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- piezoelectric
- heat resistance
- piezoelectric ceramic
- composition
- electromechanical coupling
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Abstract
(57)【要約】
【目的】高い電気機械結合係数及び低い誘電率を示し、
耐熱性を向上することができる圧電磁器組成物を提供す
る。 【構成】金属成分として少なくともPb、Zr、Ti、
Nb、Mn、Wを含む複合ペロブスカイト型化合物であ
って、これらの金属元素のモル比による組成式をPba
〔(Nbb Mnc Wd )e Tif Zr1-e-f 〕O3 と表
わした時、a,b,c,d,e,fが0.95≦a≦
1.05、0.10≦b≦0.60、0.30≦c≦
0.60、0.05≦d≦0.50、0.04≦e≦
0.12、0.20≦f≦0.30、b+c+d=1を
満足するものである。
耐熱性を向上することができる圧電磁器組成物を提供す
る。 【構成】金属成分として少なくともPb、Zr、Ti、
Nb、Mn、Wを含む複合ペロブスカイト型化合物であ
って、これらの金属元素のモル比による組成式をPba
〔(Nbb Mnc Wd )e Tif Zr1-e-f 〕O3 と表
わした時、a,b,c,d,e,fが0.95≦a≦
1.05、0.10≦b≦0.60、0.30≦c≦
0.60、0.05≦d≦0.50、0.04≦e≦
0.12、0.20≦f≦0.30、b+c+d=1を
満足するものである。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、圧電磁器組成物に係わ
り、例えばセラミックフィルタ,セラミックレゾネー
タ,超音波応用振動子,圧電ブザー,圧電点火ユニッ
ト,超音波モータ,圧電ファン,圧電アクチュエータお
よび加速度センサ,ノッキングセンサ,AEセンサ等の
圧電センサ等に適する圧電磁器組成物に関する。
り、例えばセラミックフィルタ,セラミックレゾネー
タ,超音波応用振動子,圧電ブザー,圧電点火ユニッ
ト,超音波モータ,圧電ファン,圧電アクチュエータお
よび加速度センサ,ノッキングセンサ,AEセンサ等の
圧電センサ等に適する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、例えばセラミックフィルタ,セラミックレゾ
ネータ,超音波応用振動子,圧電ブザー,圧電点火ユニ
ット,超音波モータ,圧電ファン,圧電センサ,圧電ア
クチュエータ等がある。ここで、セラミックフィルタ,
セラミックレゾネータ等の素子としては、PbZrO3
−PbTiO3 を主成分とした磁器組成物が利用されて
おり、これにNb2 O5 やMnO2 等の金属酸化物、P
b(Nb2/3 Mg1/3 )O3 やPb(Nb2/3C
o1/3 )O3 等の複合ペロブスカイト酸化物を添加した
り置換することにより圧電特性の向上が図られている。
としては、例えばセラミックフィルタ,セラミックレゾ
ネータ,超音波応用振動子,圧電ブザー,圧電点火ユニ
ット,超音波モータ,圧電ファン,圧電センサ,圧電ア
クチュエータ等がある。ここで、セラミックフィルタ,
セラミックレゾネータ等の素子としては、PbZrO3
−PbTiO3 を主成分とした磁器組成物が利用されて
おり、これにNb2 O5 やMnO2 等の金属酸化物、P
b(Nb2/3 Mg1/3 )O3 やPb(Nb2/3C
o1/3 )O3 等の複合ペロブスカイト酸化物を添加した
り置換することにより圧電特性の向上が図られている。
【0003】そして、機械的品質係数Qm、電気機械結
合係数Kpが大きく誘電率が小さく、最適焼成温度が広
い性質を有する圧電磁器組成物としてはPb(Nb2/3
Mn1/3 )O3 −PbZrO3 −PbTiO3 の三成分
固溶体からなる圧電磁気組成物が知られている(特公昭
46−16632号公報)。また、電気機械結合係数K
pが大きく圧電性に優れた材料として、例えば、Pb
(Mn2/3 W1/3 )O3−PbZrO3 −PbTiO3
系の磁器組成物が知られている。
合係数Kpが大きく誘電率が小さく、最適焼成温度が広
い性質を有する圧電磁器組成物としてはPb(Nb2/3
Mn1/3 )O3 −PbZrO3 −PbTiO3 の三成分
固溶体からなる圧電磁気組成物が知られている(特公昭
46−16632号公報)。また、電気機械結合係数K
pが大きく圧電性に優れた材料として、例えば、Pb
(Mn2/3 W1/3 )O3−PbZrO3 −PbTiO3
系の磁器組成物が知られている。
【0004】一方、近年では、セラミックフィルタ,セ
ラミックレゾネータのような圧電部品においても基板等
の表面に実装可能なように種々の条件に対応できること
が要求されており、このような圧電部品においては、部
品を基板にリフロー半田付けする際、基板に実装された
部品が300℃程度の高温に曝されるために部品が組み
込まれる圧電素子にも耐熱性が要求されている。
ラミックレゾネータのような圧電部品においても基板等
の表面に実装可能なように種々の条件に対応できること
が要求されており、このような圧電部品においては、部
品を基板にリフロー半田付けする際、基板に実装された
部品が300℃程度の高温に曝されるために部品が組み
込まれる圧電素子にも耐熱性が要求されている。
【0005】
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、上記
したPb(Nb2/3 Mn1/3 )O3 −PbZrO3 −P
bTiO3 系や、Pb(Mn2/3 W1/3 )O3 −PbZ
rO3 −PbTiO3 系の磁器組成物では、耐熱性が低
くリフロー半田付け前後の圧電特性や共振周波数の変化
が大きく、実用上の問題となっていた。
したPb(Nb2/3 Mn1/3 )O3 −PbZrO3 −P
bTiO3 系や、Pb(Mn2/3 W1/3 )O3 −PbZ
rO3 −PbTiO3 系の磁器組成物では、耐熱性が低
くリフロー半田付け前後の圧電特性や共振周波数の変化
が大きく、実用上の問題となっていた。
【0006】本発明の圧電磁器組成物は、電気機械結合
係数Kpが大きく、高周波用途に適した比誘電率の小さ
い材料であり、かつ耐熱性に優れた圧電磁器組成物を提
供することを目的とする。
係数Kpが大きく、高周波用途に適した比誘電率の小さ
い材料であり、かつ耐熱性に優れた圧電磁器組成物を提
供することを目的とする。
【0007】
【問題点を解決するための手段】本発明者等は、Pb、
Zr、Ti、Nb、Mn、Wを含む複合ペロブスカイト
型化合物であって、一定の組成を有するものは、高い電
気機械結合係数Kpを有し、比誘電率が小さく、耐熱性
に優れた圧電磁器組成物を得ることができることを知見
し、本発明に至った。
Zr、Ti、Nb、Mn、Wを含む複合ペロブスカイト
型化合物であって、一定の組成を有するものは、高い電
気機械結合係数Kpを有し、比誘電率が小さく、耐熱性
に優れた圧電磁器組成物を得ることができることを知見
し、本発明に至った。
【0008】即ち、本発明の圧電磁器組成物は、金属元
素として少なくともPb、Zr、Ti、Nb、Mn、W
を含む複合ペロブスカイト型化合物であって、これらの
金属元素のモル比による組成式をPba 〔(Nbb Mn
c Wd )e Tif Zr1-e-f〕O3 と表わした時、a,
b,c,d,e,fが0.95≦a≦1.05、0.1
0≦b≦0.60、0.30≦c≦0.60、0.05
≦d≦0.50、0.04≦e≦0.12、0.20≦
f≦0.30、b+c+d=1.00を満足するもので
ある。
素として少なくともPb、Zr、Ti、Nb、Mn、W
を含む複合ペロブスカイト型化合物であって、これらの
金属元素のモル比による組成式をPba 〔(Nbb Mn
c Wd )e Tif Zr1-e-f〕O3 と表わした時、a,
b,c,d,e,fが0.95≦a≦1.05、0.1
0≦b≦0.60、0.30≦c≦0.60、0.05
≦d≦0.50、0.04≦e≦0.12、0.20≦
f≦0.30、b+c+d=1.00を満足するもので
ある。
【0009】ここで、a,b,c,d,e,fを上記の
範囲に設定した理由について説明する。Pb量のaを
0.95≦a≦1.05としたのは、aが0.95未満
の場合や1.05よりも大きい場合には電気機械結合係
数Kpが低下するからである。
範囲に設定した理由について説明する。Pb量のaを
0.95≦a≦1.05としたのは、aが0.95未満
の場合や1.05よりも大きい場合には電気機械結合係
数Kpが低下するからである。
【0010】また、Nb量のbを0.10≦b≦0.6
0としたのは、bが0.10未満では耐熱性が低下し、
bが0.60よりも大きい場合には、耐熱性が低下する
とともに電気機械結合係数Kpが低下するからである。
0としたのは、bが0.10未満では耐熱性が低下し、
bが0.60よりも大きい場合には、耐熱性が低下する
とともに電気機械結合係数Kpが低下するからである。
【0011】さらに、Mn量のcを0.30≦c≦0.
60としたのは、cが0.30未満の場合には耐熱性が
低下し、0.60よりも大きい場合には電気機械結合係
数Kpが低下するからである。
60としたのは、cが0.30未満の場合には耐熱性が
低下し、0.60よりも大きい場合には電気機械結合係
数Kpが低下するからである。
【0012】W量のdを0.05≦d≦0.50とした
のは、dが0.05未満では耐熱衝撃性が低下し、0.
50よりも大きいと耐熱性が低下するからである。
のは、dが0.05未満では耐熱衝撃性が低下し、0.
50よりも大きいと耐熱性が低下するからである。
【0013】(Nbb Mnc Wd )のZrへの置換量e
を0.04≦e≦0.12としたのは、eが0.04未
満では耐熱性や耐熱衝撃性向上の効果が認められず、ま
た0.12よりも大きいと電気機械結合係数Kpが急激
に低下するからである。
を0.04≦e≦0.12としたのは、eが0.04未
満では耐熱性や耐熱衝撃性向上の効果が認められず、ま
た0.12よりも大きいと電気機械結合係数Kpが急激
に低下するからである。
【0014】TiのZrへの置換量fを0.20≦f≦
0.30としたのは、fが0.20未満の場合は電気機
械結合定数Kpが低下し、0.30よりも大きい場合に
は比誘電率が高くなり過ぎるためである。
0.30としたのは、fが0.20未満の場合は電気機
械結合定数Kpが低下し、0.30よりも大きい場合に
は比誘電率が高くなり過ぎるためである。
【0015】また、本発明では、共振周波数の温度係数
を改善するために、Pbの一部をBa,Ca,Sr,P
r,Ndで置換しても良い。
を改善するために、Pbの一部をBa,Ca,Sr,P
r,Ndで置換しても良い。
【0016】そして、本発明の圧電磁器は、例えば、原
料としてPbO、ZrO2 、TiO2 、Nb2 O5 、M
n2 O3 およびWO3 の各原料粉末を所定量秤量し、ボ
ールミル等で10〜24時間湿式混合し、次いで、この
混合物を脱水、乾燥した後、500〜1000℃で1〜
3時間仮焼し、当該仮焼物を再びボールミル等で粉砕す
る。その後、この粉砕物に有機バインダーを混合し、造
粒後、所定圧力で成形して成形体を作製し、これらを大
気中において1200〜1350℃で0.5〜4時間焼
成することにより得られる。
料としてPbO、ZrO2 、TiO2 、Nb2 O5 、M
n2 O3 およびWO3 の各原料粉末を所定量秤量し、ボ
ールミル等で10〜24時間湿式混合し、次いで、この
混合物を脱水、乾燥した後、500〜1000℃で1〜
3時間仮焼し、当該仮焼物を再びボールミル等で粉砕す
る。その後、この粉砕物に有機バインダーを混合し、造
粒後、所定圧力で成形して成形体を作製し、これらを大
気中において1200〜1350℃で0.5〜4時間焼
成することにより得られる。
【0017】
【作用】本発明の圧電磁器組成物では、PbZrO3 −
PbTiO3 系の磁器組成物のZrおよびTiの一部を
Nb,Mn,Wで所定量置換することにより、高い電気
機械結合係数、低い比誘電率を示すとともに、耐熱性を
向上することが可能となる。これにより、リフロー半田
付け前後の圧電特性や共振周波数の変化を小さく、安定
した特性の部品を製造することができる。
PbTiO3 系の磁器組成物のZrおよびTiの一部を
Nb,Mn,Wで所定量置換することにより、高い電気
機械結合係数、低い比誘電率を示すとともに、耐熱性を
向上することが可能となる。これにより、リフロー半田
付け前後の圧電特性や共振周波数の変化を小さく、安定
した特性の部品を製造することができる。
【0018】
【実施例】以下、本発明を次の実施例で説明する。原料
粉末としてPbO、ZrO2 、TiO2 、Nb2 O5 、
MnO3 およびWO3 の各原料粉末を表1に示すように
所定量秤量し、ボールミルで12時間湿式混合し、次い
で、この混合物を脱水、乾燥した後、950℃で3時間
仮焼し、当該仮焼物を再びボールミルで粉砕する。
粉末としてPbO、ZrO2 、TiO2 、Nb2 O5 、
MnO3 およびWO3 の各原料粉末を表1に示すように
所定量秤量し、ボールミルで12時間湿式混合し、次い
で、この混合物を脱水、乾燥した後、950℃で3時間
仮焼し、当該仮焼物を再びボールミルで粉砕する。
【0019】その後、この粉砕物に有機バインダー(P
VA)を混合し、造粒した。得られた粉末を1.5t/
cm2 の圧力で直径23mm、厚さ2mmの寸法からな
る円板にプレス成形した。更に、これらの成形体をMg
O等からなる容器内に密閉し、大気中1300℃で2時
間の条件で焼成した。
VA)を混合し、造粒した。得られた粉末を1.5t/
cm2 の圧力で直径23mm、厚さ2mmの寸法からな
る円板にプレス成形した。更に、これらの成形体をMg
O等からなる容器内に密閉し、大気中1300℃で2時
間の条件で焼成した。
【0020】得られた焼結体を研磨して厚み0.5mm
の円板を形成した。この円板の両主面にAgペーストを
焼付けることにより電極を形成し、80℃のシリコンオ
イル中で3kv/mmの直流電圧を30分間印加して分
極処理した後、電気機械結合係数,耐熱性を評価した。
また、比誘電率εrをインピーダンスメータで求められ
た容量から計算して求めた。
の円板を形成した。この円板の両主面にAgペーストを
焼付けることにより電極を形成し、80℃のシリコンオ
イル中で3kv/mmの直流電圧を30分間印加して分
極処理した後、電気機械結合係数,耐熱性を評価した。
また、比誘電率εrをインピーダンスメータで求められ
た容量から計算して求めた。
【0021】電気機械結合係数Kpはインピーダンスメ
ータで測定した共振周波数と反共振周波数の値から計算
により求めた。耐熱性は、260℃をピークとするリフ
ロー炉に3回連続して通過させる試験を行った際の、試
験前の共振周波数fr1 と試験後の共振周波数fr2 の
値から、Δfr=(fr2 −fr1 )/fr1 ×100
の式を用いて算出した変化率Δfrで評価した。
ータで測定した共振周波数と反共振周波数の値から計算
により求めた。耐熱性は、260℃をピークとするリフ
ロー炉に3回連続して通過させる試験を行った際の、試
験前の共振周波数fr1 と試験後の共振周波数fr2 の
値から、Δfr=(fr2 −fr1 )/fr1 ×100
の式を用いて算出した変化率Δfrで評価した。
【0022】結果を表1に示す。
【0023】
【表1】
【0024】この表1から、本発明の磁器組成物は電気
機械結合係数Kpが15%以上と大きく、また、比誘電
率は350以下と低く、さらに、耐熱試験による共振周
波数の変化が±0.1%以下と小さく、耐熱性に優れて
いることが判る。
機械結合係数Kpが15%以上と大きく、また、比誘電
率は350以下と低く、さらに、耐熱試験による共振周
波数の変化が±0.1%以下と小さく、耐熱性に優れて
いることが判る。
【0025】尚、従来のPb(Nb2/3 Mn1/3 )0.1
Zr0.66Ti0.24O3 からなる圧電磁器では、試料No.
20に示すように、電気機械結合係数Kpが20.9
%、比誘電率が320、耐熱性が−0.25%であり、
耐熱性が非常に悪かったが、本発明品では従来の圧電磁
器よりも耐熱性を大幅に向上していることが判る。
Zr0.66Ti0.24O3 からなる圧電磁器では、試料No.
20に示すように、電気機械結合係数Kpが20.9
%、比誘電率が320、耐熱性が−0.25%であり、
耐熱性が非常に悪かったが、本発明品では従来の圧電磁
器よりも耐熱性を大幅に向上していることが判る。
【0026】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明によれば、P
bZrO3 −PbTiO3 系の磁器組成物のZrおよび
Tiの一部をNb,Mn,Wで置換することにより、高
い電気機械結合係数Kp及び低い誘電率を示し、耐熱性
を向上することができ、表面実装用圧電部品などの素子
として有効に用いられる圧電磁器組成物を得ることがで
きる。
bZrO3 −PbTiO3 系の磁器組成物のZrおよび
Tiの一部をNb,Mn,Wで置換することにより、高
い電気機械結合係数Kp及び低い誘電率を示し、耐熱性
を向上することができ、表面実装用圧電部品などの素子
として有効に用いられる圧電磁器組成物を得ることがで
きる。
Claims (1)
- 【請求項1】金属元素として少なくともPb、Zr、T
i、Nb、Mn、Wを含む複合ペロブスカイト型化合物
であって、これらの金属元素のモル比による組成式をP
ba 〔(Nbb Mnc Wd )e Tif Zr1-e-f 〕O3
と表わした時、a,b,c,d,e,fが 0.95≦a≦1.05 0.10≦b≦0.60 0.30≦c≦0.60 0.05≦d≦0.50 0.04≦e≦0.12 0.20≦f≦0.30 b+c+d=1.00 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 |
---|---|---|---|
JP5319541A JPH07172913A (ja) | 1993-12-20 | 1993-12-20 | 圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5319541A JPH07172913A (ja) | 1993-12-20 | 1993-12-20 | 圧電磁器組成物 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07172913A true JPH07172913A (ja) | 1995-07-11 |
Family
ID=18111406
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5319541A Pending JPH07172913A (ja) | 1993-12-20 | 1993-12-20 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07172913A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2813075A1 (fr) * | 2000-08-18 | 2002-02-22 | Murata Manufacturing Co | Materiau en ceramique piezoelectrique, compact en ceramique piezoelectrique fritte et dispositif en ceramique piezoelectrique |
-
1993
- 1993-12-20 JP JP5319541A patent/JPH07172913A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2813075A1 (fr) * | 2000-08-18 | 2002-02-22 | Murata Manufacturing Co | Materiau en ceramique piezoelectrique, compact en ceramique piezoelectrique fritte et dispositif en ceramique piezoelectrique |
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