JPH0782021A - 圧電磁器組成物 - Google Patents
圧電磁器組成物Info
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- JPH0782021A JPH0782021A JP5225685A JP22568593A JPH0782021A JP H0782021 A JPH0782021 A JP H0782021A JP 5225685 A JP5225685 A JP 5225685A JP 22568593 A JP22568593 A JP 22568593A JP H0782021 A JPH0782021 A JP H0782021A
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Landscapes
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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、経時変
化の小さい圧電磁器素子を得る。 【構成】 一般式:Pbα[(Mg1/3Nb2/3)a(Y
b1/2Nb1/2)bTiCZrd]O 3(但し、a+b+c+
d=1)で示される圧電磁器組成物の組成を、0.95
≦α≦1.05,0.01≦a≦0.15,0.01≦b≦
0.10,0.30≦c≦0.60,0.25≦d≦0.5
5を満足する基礎組成とし、副成分としてCr,Mn,
Co,Niから選ばれた少なくとも1種をCr2O3,M
nO2,CoO,NiOに換算して0.01〜3.0%添
加する。
化の小さい圧電磁器素子を得る。 【構成】 一般式:Pbα[(Mg1/3Nb2/3)a(Y
b1/2Nb1/2)bTiCZrd]O 3(但し、a+b+c+
d=1)で示される圧電磁器組成物の組成を、0.95
≦α≦1.05,0.01≦a≦0.15,0.01≦b≦
0.10,0.30≦c≦0.60,0.25≦d≦0.5
5を満足する基礎組成とし、副成分としてCr,Mn,
Co,Niから選ばれた少なくとも1種をCr2O3,M
nO2,CoO,NiOに換算して0.01〜3.0%添
加する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は圧電磁器組成物、特にセ
ラミック発振子,セラミックディスクリミネータ,セラ
ミックフィルタあるいは弾性表面波素子に好適に用いら
れる圧電磁器組成物に係るものである。
ラミック発振子,セラミックディスクリミネータ,セラ
ミックフィルタあるいは弾性表面波素子に好適に用いら
れる圧電磁器組成物に係るものである。
【0002】
【従来の技術】従来電子装置において用いられている部
品はリードタイプの樹脂モールド品であり、半田付けは
部品のリード線をプリント基板に挿入し、部品が取り付
けられている面とは異なる面を溶融半田槽に浸漬して行
われていた。したがって、取付られた部品が200℃以
上の温度にさらされることはなかった。ところで、近年
電子装置の小型化に伴い表面実装が盛んに行われてい
る。この表面実装における半田付けはリード線を有しな
いチップ部品をプリント基板に仮実装し、このプリント
基板全体をリフロー炉で加熱することによって行う。し
たがって、プリント基板に取り付けられるチップ部品は
半田付け時にリフロー炉において250℃前後の温度に
さらされる。
品はリードタイプの樹脂モールド品であり、半田付けは
部品のリード線をプリント基板に挿入し、部品が取り付
けられている面とは異なる面を溶融半田槽に浸漬して行
われていた。したがって、取付られた部品が200℃以
上の温度にさらされることはなかった。ところで、近年
電子装置の小型化に伴い表面実装が盛んに行われてい
る。この表面実装における半田付けはリード線を有しな
いチップ部品をプリント基板に仮実装し、このプリント
基板全体をリフロー炉で加熱することによって行う。し
たがって、プリント基板に取り付けられるチップ部品は
半田付け時にリフロー炉において250℃前後の温度に
さらされる。
【0003】このような電子装置の小型化の流れの中で
セラミック発振子,セラミックディスクリミネータ,セ
ラミックフィルタあるいは弾性表面波素子等のセラミッ
ク圧電素子のチップ化が進められている。このチップ部
品の形態を採る圧電素子チップ部品は電子装置に実装す
る際の従来圧電素子に用いられている材料として、Pb
TiO3−PbZrO3の二成分系磁器組成物にCr
2O3,MnO2,Fe2O3あるいはBi2O3等を添加し
て三成分系とすることにより圧電特性を改善した圧電磁
器組成物、PbTiO3−PbZrO3の二成分系磁器組
成物にPb(Co1/3Nb2/3 )O3,Pb(Mg1/3N
b2/3)O3,Pb(Mn1/3Nb2/3)O3,Pb(Ni
1/3Nb2/3)O3等を添加して三成分系とすることによ
り圧電特性を改善した圧電磁器組成物あるいは特公昭4
5−10311号公報に記載されたPbTiO3−Pb
ZrO3−Pb(Yb1/2Nb1/2)O3三成分系磁器組成
物がある。
セラミック発振子,セラミックディスクリミネータ,セ
ラミックフィルタあるいは弾性表面波素子等のセラミッ
ク圧電素子のチップ化が進められている。このチップ部
品の形態を採る圧電素子チップ部品は電子装置に実装す
る際の従来圧電素子に用いられている材料として、Pb
TiO3−PbZrO3の二成分系磁器組成物にCr
2O3,MnO2,Fe2O3あるいはBi2O3等を添加し
て三成分系とすることにより圧電特性を改善した圧電磁
器組成物、PbTiO3−PbZrO3の二成分系磁器組
成物にPb(Co1/3Nb2/3 )O3,Pb(Mg1/3N
b2/3)O3,Pb(Mn1/3Nb2/3)O3,Pb(Ni
1/3Nb2/3)O3等を添加して三成分系とすることによ
り圧電特性を改善した圧電磁器組成物あるいは特公昭4
5−10311号公報に記載されたPbTiO3−Pb
ZrO3−Pb(Yb1/2Nb1/2)O3三成分系磁器組成
物がある。
【0004】しかし、リード線を有する従来の圧電素子
は200℃以上の温度にさらされることがないため、こ
れらの圧電素子に用いられる磁器組成物は200℃以上
の温度にさらされることを想定していない。そのため、
電子装置に実装する際の半田付け時のリフロー炉におい
て250℃前後の温度にさらされると、機械的品質係数
(Qm),電気機械結合係数(kp)が悪化し、耐熱性に
おいて信頼性の高い圧電素子チップ部品を得ることはで
きない。
は200℃以上の温度にさらされることがないため、こ
れらの圧電素子に用いられる磁器組成物は200℃以上
の温度にさらされることを想定していない。そのため、
電子装置に実装する際の半田付け時のリフロー炉におい
て250℃前後の温度にさらされると、機械的品質係数
(Qm),電気機械結合係数(kp)が悪化し、耐熱性に
おいて信頼性の高い圧電素子チップ部品を得ることはで
きない。
【0005】また、従来の圧電材料を用いたセラミック
発振子等は経時変化によって共振周波数が初期の周波数
から大きく変動するという問題があった。
発振子等は経時変化によって共振周波数が初期の周波数
から大きく変動するという問題があった。
【0006】
【発明の概要】本願発明はこれらの問題を解決すること
ができる圧電磁器組成物、すなわち、200℃以上の温
度にさらされても特性が悪化することなく、経時変化の
小さい圧電磁器組成物を提供する。
ができる圧電磁器組成物、すなわち、200℃以上の温
度にさらされても特性が悪化することなく、経時変化の
小さい圧電磁器組成物を提供する。
【0007】そのために本件出願は「一般式:Pbα
[(Mg1/3Nb2/3)a(Yb1/2Nb1/2)bTiCZ
rd]03(但し、a+b+c+d=1)で示され、0.
95≦α≦1.05,0.01≦a≦0.15,0.01≦
b≦0.10,0.30≦c≦0.60,0.25≦d≦
0.68である組成物を基本成分とし、副成分としてC
r,Mn,Co,Niから選ばれた少なくとも1種が、
Cr2O3,MnO2,CoO,NiOに換算して0.01
〜3.0%添加された圧電磁器組成物」であることを構
成とする発明を提供する。
[(Mg1/3Nb2/3)a(Yb1/2Nb1/2)bTiCZ
rd]03(但し、a+b+c+d=1)で示され、0.
95≦α≦1.05,0.01≦a≦0.15,0.01≦
b≦0.10,0.30≦c≦0.60,0.25≦d≦
0.68である組成物を基本成分とし、副成分としてC
r,Mn,Co,Niから選ばれた少なくとも1種が、
Cr2O3,MnO2,CoO,NiOに換算して0.01
〜3.0%添加された圧電磁器組成物」であることを構
成とする発明を提供する。
【0008】本発明に係る圧電磁器組成物を使用した圧
電磁器素子によれば、基本成分により高い電気機械結合
係数が得られるとともに耐熱性が改善され、副成分によ
り耐熱性と経時変化性を向上させたまま圧電特性を低下
させることなく任意の機械的品質係数を得ることができ
る。
電磁器素子によれば、基本成分により高い電気機械結合
係数が得られるとともに耐熱性が改善され、副成分によ
り耐熱性と経時変化性を向上させたまま圧電特性を低下
させることなく任意の機械的品質係数を得ることができ
る。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例を図及び表を用いて説
明する。
明する。
【表1】
【0010】図1に本発明に係る圧電磁器組成物は以下
に記した工程により製造される。 (1)出発原料としてPbO、MgCO3、Yb2O3、N
b2O3、TiO2、ZrO2、MnCO3、Cr2O3、C
oO、NiOを用い、これらを第1表に示す組成になる
ように秤量する。 (2)秤量された原料をボールミルで湿式混合する。 (3)湿式混合されたものを乾燥する。 (4)乾燥されたものを750℃〜950℃で仮焼する。 (5)仮焼成されたものをボールミルで湿式粉砕する。 (6)得られた粉末に有機バインダを適量加えて造粒す
る。 (7)造粒されたものを4ton/cm2の圧力で加圧成
形する。 (8)成形体を1130℃〜1250℃で焼結する。 (9)焼結体の両表面に、銀電極を焼付・形成する。 (10)50℃〜120℃のシリコーン油中において2〜
3MV/mの直流電界を1時間印加して分極処理する。
に記した工程により製造される。 (1)出発原料としてPbO、MgCO3、Yb2O3、N
b2O3、TiO2、ZrO2、MnCO3、Cr2O3、C
oO、NiOを用い、これらを第1表に示す組成になる
ように秤量する。 (2)秤量された原料をボールミルで湿式混合する。 (3)湿式混合されたものを乾燥する。 (4)乾燥されたものを750℃〜950℃で仮焼する。 (5)仮焼成されたものをボールミルで湿式粉砕する。 (6)得られた粉末に有機バインダを適量加えて造粒す
る。 (7)造粒されたものを4ton/cm2の圧力で加圧成
形する。 (8)成形体を1130℃〜1250℃で焼結する。 (9)焼結体の両表面に、銀電極を焼付・形成する。 (10)50℃〜120℃のシリコーン油中において2〜
3MV/mの直流電界を1時間印加して分極処理する。
【0011】このようにして得られた形状が直径14.
3mm、厚さ0.6mmの圧電磁器円板について、密度
(ρ),電気機械結合係数(kp),誘電率(ε)及び
機械的品質係数(Qm)を測定した結果を表2に示す。
3mm、厚さ0.6mmの圧電磁器円板について、密度
(ρ),電気機械結合係数(kp),誘電率(ε)及び
機械的品質係数(Qm)を測定した結果を表2に示す。
【0012】圧電特性はインピーダンスアナライザーを
用いて共振・反共振周波数を測定した結果から計算によ
り求めた。kp変化率は耐熱性の評価方法であり、25
0℃の半田槽に円板素子を1分間浸漬させ、その前後に
おけるkpの変化を測定した値であり次式で示される。 kp変化率(%)=[(kp−kpi)/kpi]×100 ここで、kpiは半田槽浸漬前の電気機械結合係数であ
り、kpは半田槽浸漬1時間後の電気機械結合係数であ
る。
用いて共振・反共振周波数を測定した結果から計算によ
り求めた。kp変化率は耐熱性の評価方法であり、25
0℃の半田槽に円板素子を1分間浸漬させ、その前後に
おけるkpの変化を測定した値であり次式で示される。 kp変化率(%)=[(kp−kpi)/kpi]×100 ここで、kpiは半田槽浸漬前の電気機械結合係数であ
り、kpは半田槽浸漬1時間後の電気機械結合係数であ
る。
【表2】
【0013】これらの測定結果の評価は電気機械結合係
数,機械的品質係数及び電気機械結合係数変化率につい
て行い、電気機械結合係数については60%以上,機械
的品質係数については100以上,電気機械結合係数変
化率については−3%以上のものを良好と判定し、その
他のものを不良と判定した。
数,機械的品質係数及び電気機械結合係数変化率につい
て行い、電気機械結合係数については60%以上,機械
的品質係数については100以上,電気機械結合係数変
化率については−3%以上のものを良好と判定し、その
他のものを不良と判定した。
【0014】その結果、電気機械結合係数については試
料1,5,10,17,20,21,24,25,2
7,30を不良と判定し、機械的品質係数については試
料6を不良と判定し、電気機械結合係数変化率について
は試料1,5,10,17,20,21,24,252
7,30を不良と判定した。そして、総合して試料2,
3,4,7,8,9,11,12,13,14,15,
16,18,19,22,23,26,28,29を良
好と判定した。
料1,5,10,17,20,21,24,25,2
7,30を不良と判定し、機械的品質係数については試
料6を不良と判定し、電気機械結合係数変化率について
は試料1,5,10,17,20,21,24,252
7,30を不良と判定した。そして、総合して試料2,
3,4,7,8,9,11,12,13,14,15,
16,18,19,22,23,26,28,29を良
好と判定した。
【0015】この判定結果に基づいて試料の組成範囲を
整理すると、 αに関してはα<0.95,1.05<α aに関してはa<0.01,0.15<a bに関してはb<0.01,0.10<b cに関してはc<0.30,0.60<c dに関してはd<0.25,0.55<d の組成範囲のものは不良であり、したがって αに関しては0.95≦α≦1.05 aに関しては0.01≦a≦0.15 bに関しては0.01≦b≦0.10 cに関しては0.30≦c≦0.60 dに関しては0.25≦d≦0.55 の組成範囲のものは良好である。
整理すると、 αに関してはα<0.95,1.05<α aに関してはa<0.01,0.15<a bに関してはb<0.01,0.10<b cに関してはc<0.30,0.60<c dに関してはd<0.25,0.55<d の組成範囲のものは不良であり、したがって αに関しては0.95≦α≦1.05 aに関しては0.01≦a≦0.15 bに関しては0.01≦b≦0.10 cに関しては0.30≦c≦0.60 dに関しては0.25≦d≦0.55 の組成範囲のものは良好である。
【0016】表2から明らかなように、250℃の半田
熱による電気機械結合係数の変化率が従来の圧電磁器組
成物では−20%前後であったが、PbTiO3−Pb
ZrO3に第3成分として(Mg1/3Nb2/3)O3を第4
成分として(Yb1/2Nb1/2)O3を同時に固溶させた
本発明に係る圧電磁器組成物では−3%以下と大幅に改
善される。
熱による電気機械結合係数の変化率が従来の圧電磁器組
成物では−20%前後であったが、PbTiO3−Pb
ZrO3に第3成分として(Mg1/3Nb2/3)O3を第4
成分として(Yb1/2Nb1/2)O3を同時に固溶させた
本発明に係る圧電磁器組成物では−3%以下と大幅に改
善される。
【0017】本発明の実施例である試料3と従来例の時
間経過に伴う共振周波数の変化を図2に示す。なお、共
振周波数の変化率は、次式で示される。 共振周波変化率(%)=[(fr−fri)/fri]×1
00 ここで、friは初期(分極1時間後)における共振周波
数であり、frは分極後一定時間経過後における共振周
波数である。この図から明らかなように従来の圧電磁器
組成物に比べ、本発明の圧電磁器組成物は共振周波数の
変化率が0.1%/Time decade以下と極めて小さな値に
することができる。しかも、組成比を選ぶことにより電
気機械結合係数(kp)が60%以上の高い値を有すも
のの中から圧電特性を低下させることなく機械的品質係
数が150〜1,600の範囲の任意の圧電磁器材料を
選択することができる。
間経過に伴う共振周波数の変化を図2に示す。なお、共
振周波数の変化率は、次式で示される。 共振周波変化率(%)=[(fr−fri)/fri]×1
00 ここで、friは初期(分極1時間後)における共振周波
数であり、frは分極後一定時間経過後における共振周
波数である。この図から明らかなように従来の圧電磁器
組成物に比べ、本発明の圧電磁器組成物は共振周波数の
変化率が0.1%/Time decade以下と極めて小さな値に
することができる。しかも、組成比を選ぶことにより電
気機械結合係数(kp)が60%以上の高い値を有すも
のの中から圧電特性を低下させることなく機械的品質係
数が150〜1,600の範囲の任意の圧電磁器材料を
選択することができる。
【0018】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る圧電磁器組成物を用いることにより、電気機械結
合係数(kp)が高く、耐熱性が高く、しかも、経時変
化の極めて小さい圧電磁器素子を得ることができる。従
って、表面実装の際に250℃前後の温度にさらされて
も圧電特性の劣化することが少ないチップ部品を作製す
ることができる。
に係る圧電磁器組成物を用いることにより、電気機械結
合係数(kp)が高く、耐熱性が高く、しかも、経時変
化の極めて小さい圧電磁器素子を得ることができる。従
って、表面実装の際に250℃前後の温度にさらされて
も圧電特性の劣化することが少ないチップ部品を作製す
ることができる。
【図1】本発明の圧電磁器組成物を用いた圧電素子の製
造工程図。
造工程図。
【図2】本発明の圧電磁器組成物と従来例の共振周波数
の経時変化率を示すグラフ。
の経時変化率を示すグラフ。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成6年1月24日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0010
【補正方法】変更
【補正内容】
【0010】 図1に本発明に係る圧電磁器組成物は以
下に記した工程により製造される。 (1)出発原料としてPbO、MgCO3、Yb2O3、N
b2O5 、TiO2、ZrO2、MnCO3、Cr2O3、C
oO、NiOを用い、これらを第1表に示す組成になる
ように秤量する。なお、この表においてaはMgCO3とNb2O5を1:
1のモル比で混合したもの、bはYb2O3とNb2O5を
1:1のモル比で混合したものを秤量する。 (2)秤量された原料をボールミルで湿式混合する。 (3)湿式混合されたものを乾燥する。 (4)乾燥されたものを750℃〜950℃で仮焼する。 (5)仮焼成されたものをボールミルで湿式粉砕する。 (6)得られた粉末に有機バインダを適量加えて造粒す
る。 (7)造粒されたものを4ton/cm2の圧力で加圧成
形する。 (8)成形体を1130℃〜1250℃で焼結する。 (9)焼結体の両表面に、銀電極を焼付・形成する。 (10)50℃〜120℃のシリコーン油中において2〜
3MV/mの直流電界を1時間印加して分極処理する。
下に記した工程により製造される。 (1)出発原料としてPbO、MgCO3、Yb2O3、N
b2O5 、TiO2、ZrO2、MnCO3、Cr2O3、C
oO、NiOを用い、これらを第1表に示す組成になる
ように秤量する。なお、この表においてaはMgCO3とNb2O5を1:
1のモル比で混合したもの、bはYb2O3とNb2O5を
1:1のモル比で混合したものを秤量する。 (2)秤量された原料をボールミルで湿式混合する。 (3)湿式混合されたものを乾燥する。 (4)乾燥されたものを750℃〜950℃で仮焼する。 (5)仮焼成されたものをボールミルで湿式粉砕する。 (6)得られた粉末に有機バインダを適量加えて造粒す
る。 (7)造粒されたものを4ton/cm2の圧力で加圧成
形する。 (8)成形体を1130℃〜1250℃で焼結する。 (9)焼結体の両表面に、銀電極を焼付・形成する。 (10)50℃〜120℃のシリコーン油中において2〜
3MV/mの直流電界を1時間印加して分極処理する。
Claims (1)
- 【請求項1】 一般式: Pbα[(Mg1/3Nb2/3)a(Yb1/2Nb1/2)bTi
CZrd]03 (但し、a+b+c+d=1)で示され、 0.95≦α≦1.05 0.01≦a≦0.15 0.01≦b≦0.10 0.30≦c≦0.60 0.25≦d≦0.55 である組成物を基本成分とし、副成分としてCr,M
n,Co,Niから選ばれた少なくとも1種が、Cr2
O3,MnO2,CoO,NiOに換算して0.01〜3.
0%添加された圧電磁器組成物。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5225685A JP2873656B2 (ja) | 1993-09-10 | 1993-09-10 | 圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP5225685A JP2873656B2 (ja) | 1993-09-10 | 1993-09-10 | 圧電磁器組成物 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0782021A true JPH0782021A (ja) | 1995-03-28 |
JP2873656B2 JP2873656B2 (ja) | 1999-03-24 |
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ID=16833191
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP5225685A Expired - Fee Related JP2873656B2 (ja) | 1993-09-10 | 1993-09-10 | 圧電磁器組成物 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0981170A2 (en) * | 1998-08-19 | 2000-02-23 | TDK Corporation | Composition for piezoelectric ceramics |
CN102557632A (zh) * | 2010-09-30 | 2012-07-11 | Tdk株式会社 | 压电陶瓷、压电元件以及具备该压电元件的压电装置 |
-
1993
- 1993-09-10 JP JP5225685A patent/JP2873656B2/ja not_active Expired - Fee Related
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EP0981170A2 (en) * | 1998-08-19 | 2000-02-23 | TDK Corporation | Composition for piezoelectric ceramics |
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EP0981170A3 (en) * | 1998-08-19 | 2004-01-07 | TDK Corporation | Composition for piezoelectric ceramics |
CN102557632A (zh) * | 2010-09-30 | 2012-07-11 | Tdk株式会社 | 压电陶瓷、压电元件以及具备该压电元件的压电装置 |
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JP2873656B2 (ja) | 1999-03-24 |
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