JPH08157258A - 圧電磁器組成物 - Google Patents

圧電磁器組成物

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JPH08157258A
JPH08157258A JP6296380A JP29638094A JPH08157258A JP H08157258 A JPH08157258 A JP H08157258A JP 6296380 A JP6296380 A JP 6296380A JP 29638094 A JP29638094 A JP 29638094A JP H08157258 A JPH08157258 A JP H08157258A
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智裕 川元
Makoto Higashibetsupu
誠 東別府
Harumi Hayashi
春美 林
Tomonobu Eguchi
知宣 江口
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Abstract

(57)【要約】 【目的】高い電気機械結合係数を示し、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】金属元素のモル比による組成式をPba 〔(N
b Crc Cod e (Tif Zr1-f 1-e 〕O3
表わした時、a,b,c,d,e,fが0.95≦a≦
1.05、0.40≦b≦0.70、0.05≦c≦
0.50、0.05≦d≦0.50、0.03≦e≦
0.25 、0.45≦f≦0.55、b+c+d=1
を満足するもので、Pbの一部がSr,Ba,Ca,L
aの少なくとも一種で置換され、その置換量がモル比で
12%以下であることが望ましい。

Description

【発明の詳細な説明】
【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。
【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。
【0003】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 −PbTi
3 を主成分とした磁器組成物が利用されており、これ
にNb2 5 やMnO2 等の金属酸化物、Pb(Nb
2/3 Mg1/3 )O3 やPb(Nb2/3 Mn1/3 )O3
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。このような圧電
磁器組成物としては、電気機械結合係数が大きく圧電性
に優れた材料として、例えば、Pb(Nb2/3
1/3 )O3 −PbZrO3 −PbTiO3 系の磁器組
成物が開示されてる。
【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。
【0005】
【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、従来
の例えば上記したPb(Nb2/3 Co1/3 )O3 −Pb
ZrO3 −PbTiO3 系の磁器組成物は、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、高い電気機械
結合係数を有するとともに、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、
Nb、Cr、Co、Ti、Zr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
電気機械結合係数を有し、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、金属成
分として少なくともPb、Nb、Cr、Co、Ti、Z
r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
c Cod e (Tif Zr1-f 1-e 〕O3 と表わし
た時、a,b,c,d,e,fが0.95≦a≦1.0
5、0.40≦b≦0.70、0.05≦c≦0.5
0、0.05≦d≦0.50、0.03≦e≦0.25、
0.45≦f≦0.55、b+c+d=1を満足するも
のであり、Pbの一部がSr,Ba,Ca,Laの少な
くとも一種で置換され、その置換量がモル比で12%以
下であることが特に望ましい。
【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
数が低下するからである。Pb量は0.99≦a≦1.
01であることが特に望ましい。また、Nb量のbを
0.40≦b≦0.70としたのは、bが0.40未満
では電気機械結合係数が低下し、bが0.70よりも大
きい場合には耐熱性が低下するからである。Nb量は
0.55≦b≦0.65であることが特に望ましい。
【0010】さらに、Cr量のcを0.05≦c≦0.
50としたのは、cが0.05未満の場合には耐熱性が
低下し、0.50よりも大きい場合には電気機械結合係
数が低下するからである。Cr量は0.2≦c≦0.4
0であることが特に望ましい。
【0011】Co量のdを0.05≦d≦0.50とし
たのは、dが0.05未満では耐熱性が低下し、0.5
0よりも大きいと耐熱性が低下するからである。Co量
は0.05≦d≦0.25であることが特に望ましい。
【0012】(Nbb Crc Cod )のZr,Tiサイ
トへの置換量eを0.03≦e≦0.25としたのは、
eが0.03未満では大きな電気機械結合係数が得られ
ず、また0.25よりも大きいと電気機械結合係数と耐
熱性が急激に低下するからである。(Nbb Crc Co
d )のZr,Tiサイトへの置換量eは0.05≦e≦
0.10であることが特に望ましい。
【0013】TiのZrへの置換量fを0.45≦f≦
0.55としたのは、fが0.45未満の場合や0.5
5よりも大きい場合には電気機械結合係数が低下するか
らである。TiのZrへの置換量fは0.47≦f≦
0.53であることが特に望ましい。
【0014】また、Pbの一部をSr,Ba,Ca,L
aの少なくとも一種をモル比で12%以下置換したの
は、耐熱性に優れ,高い電気機械結合係数を有した上
で、共振周波数の温度特性を向上するためである。ここ
で、Pbの一部をCa,Sr等でモル比で12%以下置
換したのは、モル比で12%よりも多く置換すると耐熱
性が低下し易いからである。PbのSr,Ba,Ca,
Laによる置換量はモル比で4〜8%であることが特に
望ましい。Pbの一部を置換する元素としては、Sr,
Ba,Ca,La以外に、Nd,Gd,Pr,Smであ
っても良い。
【0015】そして、本発明の圧電磁器は、例えば、原
料としてPbO、ZrO2 、TiO2 、Nb2 5 、C
2 3 、Co3 4 、CaCO3 、SrCO3 、Ba
CO3 の各原料粉末を所定量秤量し、ボールミル等で1
0〜24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。
【0016】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,Cr,Coで置換することにより、高い電気機械
結合係数を示すとともに、耐熱性を向上することが可能
となる。また、Pbの一部をSr,Ba,Ca,La等
のうちの少なくとも一種で置換することにより、共振周
波数の温度特性を向上することが可能となる。
【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、ZrO3 、TiO3 、Nb3 5
Cr2 3 、Co3 4 、CaCO3 、SrCO3 およ
びBaCO3 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】
【表1】
【0020】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。
【0021】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,共振周波数
の温度特性を評価した。
【0022】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、250℃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
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。また、
共振周波数の温度係数FrTC.(ppm/℃)は、−20
℃から+80℃の範囲で測定した共振周波数の値からFr
TC.=(1/ΔT)×〔(Fr80−Fr-20 )/F
20〕×106 の式(ここで、Fr80、Fr-20 、Fr
20はそれぞれ+80℃、−20℃、+20℃での共振周
波数を示し、ΔTは温度差(100℃)を示す)を用い
て算出した。
【0023】結果を表2に示す。
【0024】
【表2】
【0025】これらの表2から、本発明の磁器組成物は
電気機械結合係数が50%以上と大きく、また、耐熱試
験による共振周波数の変化が±0.1%以下と小さく、
耐熱性が良好である。尚、表1における試料No.4,3
1〜37および39は、Pbの一部をSr,Ba,C
a,Laで置換したものであり、この場合には、共振周
波数の温度係数も絶対値が小さくなり、温度特性が向上
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,Cr,Coで置換することにより、
高い電気機械結合係数を示し、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。
【0027】また、Pbの一部をSr,Ba,Ca,L
aのうちの少なくとも一種で置換することにより、共振
周波数の温度特性を向上することができ、温度変化に対
し安定な特性を示す圧電部品、例えば、フィルター,レ
ゾネータ等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。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江口 知宣 鹿児島県国分市山下町1番4号 京セラ株 式会社総合研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】金属成分として少なくともPb、Nb、C
    r、Co、Ti、Zr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 Crc Cod e (Tif Zr1-f
    1-e 〕O3 と表わした時、a,b,c,d,e,fが 0.95≦a≦1.05 0.40≦b≦0.70 0.05≦c≦0.50 0.05≦d≦0.50 0.03≦e≦0.25 0.45≦f≦0.55 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。
  2. 【請求項2】Pbの一部がSr,Ba,Ca,Laのう
    ち少なくとも一種で置換されており、その置換量がモル
    比で12%以下であることを特徴とする請求項1記載の
    圧電磁器組成物。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100471978B1 (ko) * 2000-12-22 2005-03-07 재단법인 포항산업과학연구원 가속도 센서용 압전 세라믹스 조성물

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