JPH08333159A - 圧電磁器組成物とこれを用いた圧電共振子の製造方法 - Google Patents
圧電磁器組成物とこれを用いた圧電共振子の製造方法Info
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- JPH08333159A JPH08333159A JP7136487A JP13648795A JPH08333159A JP H08333159 A JPH08333159 A JP H08333159A JP 7136487 A JP7136487 A JP 7136487A JP 13648795 A JP13648795 A JP 13648795A JP H08333159 A JPH08333159 A JP H08333159A
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- JP
- Japan
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- piezoelectric
- piezoelectric ceramic
- ceramic composition
- temperature
- resonator
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- Pending
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 加湿雰囲気下において圧電性および共振周波
数の変化が小さくかつ耐熱衝撃性に優れた圧電共振子を
提供することを目的とする。 【構成】 Ｐｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3)XＴｉYＺｒZＯ3（但
しＸ＝０．０１〜０．５０，Ｙ＝０．２８５〜０．７
５，Ｚ＝０．１２５〜０．６８０，Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）で
表される主成分にＰｂ（Ｍｅ1/2Ｔｅ1/2）Ｏ3（但しＭ
ｅはＭｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕの群から選ばれる少なくと
も１種の金属）を０．５〜１０．０重量％添加含有させ
てなる圧電磁器組成物焼結体を分極後にキューリー温度
の０．４倍以上０．８倍以下の温度で１時間以上アニー
ルした後常温で４８時間以上経過したものを研磨加工し
て得た圧電極磁器１に銀電極２を形成するものである。
数の変化が小さくかつ耐熱衝撃性に優れた圧電共振子を
提供することを目的とする。 【構成】 Ｐｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3)XＴｉYＺｒZＯ3（但
しＸ＝０．０１〜０．５０，Ｙ＝０．２８５〜０．７
５，Ｚ＝０．１２５〜０．６８０，Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）で
表される主成分にＰｂ（Ｍｅ1/2Ｔｅ1/2）Ｏ3（但しＭ
ｅはＭｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕの群から選ばれる少なくと
も１種の金属）を０．５〜１０．０重量％添加含有させ
てなる圧電磁器組成物焼結体を分極後にキューリー温度
の０．４倍以上０．８倍以下の温度で１時間以上アニー
ルした後常温で４８時間以上経過したものを研磨加工し
て得た圧電極磁器１に銀電極２を形成するものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は圧電磁器組成物とこれを
用いた圧電共振子の製造方法に関するものであり、加湿
雰囲気下において圧電性および共振周波数の変化が小さ
くかつ耐熱衝撃性に優れた圧電共振子を提供するもので
ある。
用いた圧電共振子の製造方法に関するものであり、加湿
雰囲気下において圧電性および共振周波数の変化が小さ
くかつ耐熱衝撃性に優れた圧電共振子を提供するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来ＡＢＯ3型強誘電体においてＡサイ
トまたはＢサイトに原子価の異なる複数のイオンを置換
した複合ペロブスカイト型化合物との３成分系圧電磁器
組成物が精力的に研究されてきた。この３成分系圧電磁
器組成物の１つに亜鉛ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛系
磁器があり、チタン酸ジルコン酸鉛磁器に比べ酸化鉛の
蒸発量が少なく焼成が容易であると同時にモルフォトピ
ック相境界（ＭＰＢ）が点から線に拡大されるため材料
選択範囲が広まるという利点がある。
トまたはＢサイトに原子価の異なる複数のイオンを置換
した複合ペロブスカイト型化合物との３成分系圧電磁器
組成物が精力的に研究されてきた。この３成分系圧電磁
器組成物の１つに亜鉛ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛系
磁器があり、チタン酸ジルコン酸鉛磁器に比べ酸化鉛の
蒸発量が少なく焼成が容易であると同時にモルフォトピ
ック相境界（ＭＰＢ）が点から線に拡大されるため材料
選択範囲が広まるという利点がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら亜鉛ニオ
ブ酸チタン酸ジルコン酸鉛系磁器は長時間加湿雰囲気下
にさらされた場合圧電性が徐々に低下したり、共振周波
数が変化するという問題があった。
ブ酸チタン酸ジルコン酸鉛系磁器は長時間加湿雰囲気下
にさらされた場合圧電性が徐々に低下したり、共振周波
数が変化するという問題があった。
【０００４】本発明はこのような従来の課題を解決し、
加湿雰囲気下において圧電性および共振周波数の変化が
小さい圧電磁器組成物を提供することを目的とするもの
である。
加湿雰囲気下において圧電性および共振周波数の変化が
小さい圧電磁器組成物を提供することを目的とするもの
である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明はＰｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3)XＴｉYＺｒZＯ3（但
しＸ＝０．０１〜０．５０，Ｙ＝０．２８５〜０．７
５，Ｚ＝０．１２５〜０．６８０，Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）で
表される主成分にＰｂ（Ｍｅ1/2Ｔｅ1/2）Ｏ3（但し、
ＭｅはＭｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕの群から選ばれる少なく
とも１種の金属）を０．５〜１０．０重量％添加含有さ
せてなる圧電磁器組成物である。
に本発明はＰｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3)XＴｉYＺｒZＯ3（但
しＸ＝０．０１〜０．５０，Ｙ＝０．２８５〜０．７
５，Ｚ＝０．１２５〜０．６８０，Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）で
表される主成分にＰｂ（Ｍｅ1/2Ｔｅ1/2）Ｏ3（但し、
ＭｅはＭｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕの群から選ばれる少なく
とも１種の金属）を０．５〜１０．０重量％添加含有さ
せてなる圧電磁器組成物である。
【０００６】
【作用】この構成によると主成分である基本組成物に副
成分としてＰｂ（Ｍｅ1/2Ｔｅ1 /2）Ｏ3（但し、Ｍｅは
Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕの群から選ばれる少なくとも１
種の金属）を０．５〜１０．０重量％添加することによ
り組成物の焼成温度を低下させると同時に結晶粒成長を
抑制し、気孔率を下げることができる。これにより加湿
雰囲気中に長時間さらされた場合でも水分が内部に浸入
しにくくなると同時に弾性波の減衰率が低下し圧電特性
が向上する。
成分としてＰｂ（Ｍｅ1/2Ｔｅ1 /2）Ｏ3（但し、Ｍｅは
Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕの群から選ばれる少なくとも１
種の金属）を０．５〜１０．０重量％添加することによ
り組成物の焼成温度を低下させると同時に結晶粒成長を
抑制し、気孔率を下げることができる。これにより加湿
雰囲気中に長時間さらされた場合でも水分が内部に浸入
しにくくなると同時に弾性波の減衰率が低下し圧電特性
が向上する。
【０００７】
【実施例】以下本発明の一実施例について具体的に説明
する。
する。
【０００８】原料としてＰｂＯ、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｚ
ｎＯ、Ｎｂ2Ｏ5、ＭｎＯ2、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＣｕＯ、
ＴｅＯ3を（表１）の組成となるように正確に秤量し、
ボールミルによりよく混合した。
ｎＯ、Ｎｂ2Ｏ5、ＭｎＯ2、ＣｏＯ、ＮｉＯ、ＣｕＯ、
ＴｅＯ3を（表１）の組成となるように正確に秤量し、
ボールミルによりよく混合した。
【０００９】
【表１】
【００１０】次に前記混合物を８５０℃の温度で仮焼
し、さらにボールミルにより粉砕した。これを乾燥した
後結合剤としてのポリビニールアルコール水溶液を加
え、造粒した後１ton／cm2の圧力で加圧成形し、直径２
０mm−厚み１mmの円板状成形体を得た。ここで得られた
成形体を閉炉中で１０００〜１２５０℃の温度で１時間
焼成した。焼結体密度を測定した後ラッピングにより磁
器厚みを０．５mmとし、両面に銀電極を焼き付け、１０
０℃のシリコンオイル中で、３kV／mmの直流電界を３０
分間印加し分極処理した。さらにこの円板の両面をラッ
ピングにより厚み０．３mmの圧電磁器１となるように研
磨し分極用電極を除去した後、図１に示した厚み縦モー
ド共振生成用対向銀電極２を蒸着により形成した。共振
特性の評価はこのエネルギー閉込め型円板共振子の厚み
縦基本波の共振周波数と山谷比〔２０×log10（反共振
インピーダンス／共振インピーダンス）〕について行っ
た。さらに信頼性データとして高温高湿（温度６０℃、
相対湿度９５％）雰囲気下での共振特性の経時変化およ
び熱衝撃（−４０℃、３０分⇔８０℃、３０分：１００
サイクル）による共振特性の変化を測定した。
し、さらにボールミルにより粉砕した。これを乾燥した
後結合剤としてのポリビニールアルコール水溶液を加
え、造粒した後１ton／cm2の圧力で加圧成形し、直径２
０mm−厚み１mmの円板状成形体を得た。ここで得られた
成形体を閉炉中で１０００〜１２５０℃の温度で１時間
焼成した。焼結体密度を測定した後ラッピングにより磁
器厚みを０．５mmとし、両面に銀電極を焼き付け、１０
０℃のシリコンオイル中で、３kV／mmの直流電界を３０
分間印加し分極処理した。さらにこの円板の両面をラッ
ピングにより厚み０．３mmの圧電磁器１となるように研
磨し分極用電極を除去した後、図１に示した厚み縦モー
ド共振生成用対向銀電極２を蒸着により形成した。共振
特性の評価はこのエネルギー閉込め型円板共振子の厚み
縦基本波の共振周波数と山谷比〔２０×log10（反共振
インピーダンス／共振インピーダンス）〕について行っ
た。さらに信頼性データとして高温高湿（温度６０℃、
相対湿度９５％）雰囲気下での共振特性の経時変化およ
び熱衝撃（−４０℃、３０分⇔８０℃、３０分：１００
サイクル）による共振特性の変化を測定した。
【００１１】これらの測定結果のうち磁器焼成温度（密
度最大）、密度、電気機械結合係数Ｋt、機械的品質係
数Ｑm、厚み縦モード共振子基本波の初期山谷比（分極
後のアニールなし）および高温高湿（温度６０℃、相対
湿度９５％）雰囲気下５００時間経過後の厚み縦モード
共振子基本波山谷比変化値もまた（表１）に記載した。
度最大）、密度、電気機械結合係数Ｋt、機械的品質係
数Ｑm、厚み縦モード共振子基本波の初期山谷比（分極
後のアニールなし）および高温高湿（温度６０℃、相対
湿度９５％）雰囲気下５００時間経過後の厚み縦モード
共振子基本波山谷比変化値もまた（表１）に記載した。
【００１２】（表２）に本発明の請求範囲にある試料N
o.１〜４の圧電磁器組成物のキューリー温度、アニール
条件、アニール後のエージング時間および熱衝撃（−４
０℃、３０分⇔８０℃、３０分：１００サイクル）付加
後の共振周波数変化率を示した。
o.１〜４の圧電磁器組成物のキューリー温度、アニール
条件、アニール後のエージング時間および熱衝撃（−４
０℃、３０分⇔８０℃、３０分：１００サイクル）付加
後の共振周波数変化率を示した。
【００１３】
【表２】
【００１４】本発明の圧電磁器組成物の基本組成におい
てＸ＝０．０１〜０．５０，Ｙ＝０．２８５〜０．７
５，Ｚ＝０．１２５〜０．６８０と限定した理由は次の
通りである。Ｘ＜０．０１またはＸ＞０．５０で示され
る組成は（表１）に示したように焼結が困難であるた
め、またＹ＜０．３６２、Ｙ＞０．７５；Ｚ＜０．１２
５、Ｚ＞０．６８０で示される組成も（表１）に示した
ように圧電性が著しく低下するため、すなわち電気機械
結合係数Ｋtが３０％以下と小さいため本発明の範囲か
ら除外した。
てＸ＝０．０１〜０．５０，Ｙ＝０．２８５〜０．７
５，Ｚ＝０．１２５〜０．６８０と限定した理由は次の
通りである。Ｘ＜０．０１またはＸ＞０．５０で示され
る組成は（表１）に示したように焼結が困難であるた
め、またＹ＜０．３６２、Ｙ＞０．７５；Ｚ＜０．１２
５、Ｚ＞０．６８０で示される組成も（表１）に示した
ように圧電性が著しく低下するため、すなわち電気機械
結合係数Ｋtが３０％以下と小さいため本発明の範囲か
ら除外した。
【００１５】Ｐｂ（Ｍｅ1/2Ｔｅ1/2）Ｏ3（但し、Ｍｅ
はＭｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕの群から選ばれる少なくとも
１種の金属）の添加量もしくは含有量を０．５〜１０．
０重量％としたのは０．５％以下では焼成温度が１２０
０℃以上必要となり、ＰｂＯの蒸発に起因する気孔の増
加と組成の不均一を生じ加湿雰囲気下における圧電性の
低下が顕著となる。逆に１０．０重量％以上添加した場
合には焼結性が著しく低下し十分な圧電性が得られなく
なる。
はＭｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕの群から選ばれる少なくとも
１種の金属）の添加量もしくは含有量を０．５〜１０．
０重量％としたのは０．５％以下では焼成温度が１２０
０℃以上必要となり、ＰｂＯの蒸発に起因する気孔の増
加と組成の不均一を生じ加湿雰囲気下における圧電性の
低下が顕著となる。逆に１０．０重量％以上添加した場
合には焼結性が著しく低下し十分な圧電性が得られなく
なる。
【００１６】また分極後にキューリー温度の０．４倍以
上０．８倍以下の温度で１時間以上アニールした後常温
で４８時間以上経過したものを研磨加工して共振素子と
するのは分極成分の内で実装時の熱処理あるいは熱衝撃
による消極成分をあらかじめ除去して安定化させるのが
目的であり、これを行うことにより発振装置が電子機器
に実装されても熱衝撃が加わっても圧電共振子の脱分極
および共振特性の変化は最低限に押さえられる。
上０．８倍以下の温度で１時間以上アニールした後常温
で４８時間以上経過したものを研磨加工して共振素子と
するのは分極成分の内で実装時の熱処理あるいは熱衝撃
による消極成分をあらかじめ除去して安定化させるのが
目的であり、これを行うことにより発振装置が電子機器
に実装されても熱衝撃が加わっても圧電共振子の脱分極
および共振特性の変化は最低限に押さえられる。
【００１７】（表２）に示したように分極後のアニール
をキューリー温度の０．４倍以下の温度で実施しても分
極成分の中の不安定成分が残り、熱衝撃が加わったとき
に分極量が変化し、それに伴い熱衝撃による共振周波数
の変化率が大きくなるため、また分極後のアニールをキ
ューリー温度の０．８倍以上の温度で実施した場合には
分極がとれ発振しなくなるためであり、アニール時間が
１時間内では分極成分中の不安定成分が残り共振周波数
の変化率が大きくなるためである。また分極後の圧電磁
器の常温エージング時間が４８時間以内では圧電特性が
大きく経時変化し、共振子の共振周波数変化率が大きく
なるため本発明の請求の範囲から除外した。
をキューリー温度の０．４倍以下の温度で実施しても分
極成分の中の不安定成分が残り、熱衝撃が加わったとき
に分極量が変化し、それに伴い熱衝撃による共振周波数
の変化率が大きくなるため、また分極後のアニールをキ
ューリー温度の０．８倍以上の温度で実施した場合には
分極がとれ発振しなくなるためであり、アニール時間が
１時間内では分極成分中の不安定成分が残り共振周波数
の変化率が大きくなるためである。また分極後の圧電磁
器の常温エージング時間が４８時間以内では圧電特性が
大きく経時変化し、共振子の共振周波数変化率が大きく
なるため本発明の請求の範囲から除外した。
【００１８】
【発明の効果】以上本発明によると、焼成温度を低下さ
せると同時に結晶粒成長を抑制し、気孔率を下げること
ができる。
せると同時に結晶粒成長を抑制し、気孔率を下げること
ができる。
【００１９】その結果加湿雰囲気中に長時間さらされた
場合でも、水分が内部に浸入しにくくなると同時に弾性
波の減衰率が低下し圧電性が向上する。そしてこの圧電
磁器組成物を用いて形成した圧電共振子は優れた特性を
有するものである。
場合でも、水分が内部に浸入しにくくなると同時に弾性
波の減衰率が低下し圧電性が向上する。そしてこの圧電
磁器組成物を用いて形成した圧電共振子は優れた特性を
有するものである。
【図１】本発明の一実施例における厚み縦モードエネル
ギー閉じ込め型圧電共振子の斜視図
ギー閉じ込め型圧電共振子の斜視図
１ 圧電磁器 ２ 銀電極
Claims (2)
- 【請求項１】 一般式Ｐｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3)xＴｉyＺ
ｒzＯ3（但しｘ＝０．０１〜０．５０，ｙ＝０．２８５
〜０．７５０，ｚ＝０．１２５〜０．６８０，ｘ＋ｙ＋
ｚ＝１）で表される主成分に対し、副成分としてＰｂ
（Ｍｅ1/2Ｔｅ1/2）Ｏ3（但し、ＭｅはＭｎ、Ｃｏ、Ｎ
ｉ、Ｃｕの群から選ばれる少なくとも１種の金属）を
０．５〜１０．０重量％添加した圧電磁器組成物。 - 【請求項２】 一般式Ｐｂ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3)xＴｉyＺ
ｒzＯ3（但しｘ＝０．０１〜０．５０，ｙ＝０．２８５
〜０．７５０，ｚ＝０．１２５〜０．６８０，ｘ＋ｙ＋
ｚ＝１）で表される主成分に、副成分としてＰｂ（Ｍｅ
1/2Ｔｅ1/2）Ｏ 3（但し、ＭｅはＭｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃ
ｕの群から選ばれる少なくとも１種の金属）を０．５〜
１０．０重量％添加して成形体を形成し、次にこの成形
体を焼成して焼結体を得、この焼結体を分極した後、キ
ューリー温度の０．４倍以上０．８倍以下の温度で１時
間以上アニールし、次いで前記焼結体の表面に電極を形
成する圧電共振子の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7136487A JPH08333159A (ja) | 1995-06-02 | 1995-06-02 | 圧電磁器組成物とこれを用いた圧電共振子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7136487A JPH08333159A (ja) | 1995-06-02 | 1995-06-02 | 圧電磁器組成物とこれを用いた圧電共振子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08333159A true JPH08333159A (ja) | 1996-12-17 |
Family
ID=15176299
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7136487A Pending JPH08333159A (ja) | 1995-06-02 | 1995-06-02 | 圧電磁器組成物とこれを用いた圧電共振子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08333159A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7608215B2 (en) | 2003-09-24 | 2009-10-27 | Tdk Corporation | Method of manufacturing a piezoelectric ceramic composition |
-
1995
- 1995-06-02 JP JP7136487A patent/JPH08333159A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7608215B2 (en) | 2003-09-24 | 2009-10-27 | Tdk Corporation | Method of manufacturing a piezoelectric ceramic composition |
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