JPH09221359A - 圧電磁器組成物 - Google Patents
圧電磁器組成物Info
- Publication number
- JPH09221359A JPH09221359A JP8026389A JP2638996A JPH09221359A JP H09221359 A JPH09221359 A JP H09221359A JP 8026389 A JP8026389 A JP 8026389A JP 2638996 A JP2638996 A JP 2638996A JP H09221359 A JPH09221359 A JP H09221359A
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- Japan
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- composition
- piezoelectric ceramic
- cuo
- ceramic composition
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 焼成温度が低く、特性組成ばらつきが小さ
く、熱衝撃印加後の共振周波数ドリフトの小さい圧電磁
器組成物を提供することを目的とする。 【解決手段】 【化1】 (但し1.0<α≦1.05、1.00<β≦1.3
0、0.10≦X≦0.50、0.12≦Y≦0.7
5、0.125≦Z≦0.780;X+Y+Z=1)で
表される主成分に0.05〜0.40重量%のCr2O3
と0.05〜0.20重量%のCuOを含有させてなる
ことを特徴とする圧電磁器組成物は、電気機械結合係数
が大きくかつそのばらつきが小さく、共振周波数の経時
変化が小さく、耐熱性に優れている。
く、熱衝撃印加後の共振周波数ドリフトの小さい圧電磁
器組成物を提供することを目的とする。 【解決手段】 【化1】 (但し1.0<α≦1.05、1.00<β≦1.3
0、0.10≦X≦0.50、0.12≦Y≦0.7
5、0.125≦Z≦0.780;X+Y+Z=1)で
表される主成分に0.05〜0.40重量%のCr2O3
と0.05〜0.20重量%のCuOを含有させてなる
ことを特徴とする圧電磁器組成物は、電気機械結合係数
が大きくかつそのばらつきが小さく、共振周波数の経時
変化が小さく、耐熱性に優れている。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は圧電磁器組成物に関
するものであり、特に発振子、フィルタ等の圧電共振子
等に適した電気機械結合係数が大きく、共振周波数の経
時変化が小さく、かつ耐熱性に優れた圧電磁器組成物に
関するものである。
するものであり、特に発振子、フィルタ等の圧電共振子
等に適した電気機械結合係数が大きく、共振周波数の経
時変化が小さく、かつ耐熱性に優れた圧電磁器組成物に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】亜鉛ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛組成
系の圧電磁器組成物は電気機械結合係数が大きくかつ共
振周波数の温度変化率が小さいことから、発振子、フィ
ルタ等の圧電共振子等に広く利用されてきた。しかしな
がら従来の製造方法では焼成温度が1200℃以上と高
く、焼成時に酸化鉛の蒸発が著しく、組成ばらつきによ
り磁器の圧電特性ばらつきが大きかったり、キューリー
温度以下の温度で熱衝撃を加えたときの共振周波数ドリ
フトが大きい等の問題を有していた。
系の圧電磁器組成物は電気機械結合係数が大きくかつ共
振周波数の温度変化率が小さいことから、発振子、フィ
ルタ等の圧電共振子等に広く利用されてきた。しかしな
がら従来の製造方法では焼成温度が1200℃以上と高
く、焼成時に酸化鉛の蒸発が著しく、組成ばらつきによ
り磁器の圧電特性ばらつきが大きかったり、キューリー
温度以下の温度で熱衝撃を加えたときの共振周波数ドリ
フトが大きい等の問題を有していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は電気機械結合
係数を改善すると同時に熱衝撃による共振周波数ドリフ
トの小さい圧電磁器組成物を提供することを目的とす
る。
係数を改善すると同時に熱衝撃による共振周波数ドリフ
トの小さい圧電磁器組成物を提供することを目的とす
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の圧電磁器組成物は
に本発明の圧電磁器組成物は
【0005】
【化2】
【0006】(但し1.0<α≦1.05、1.00<
β≦1.30、0.10≦X≦0.50、0.12≦Y
≦0.75、0.125≦Z≦0.780;X+Y+Z
=1)で表される主成分に0.05〜0.40重量%の
Cr2O3と0.05〜0.20重量%のCuOを含有さ
せてなることを特徴とするものであり、電気機械結合係
数KPが大きくかつそのばらつきが小さく、共振周波数
の経時変化が小さく、耐熱性に優れている。
β≦1.30、0.10≦X≦0.50、0.12≦Y
≦0.75、0.125≦Z≦0.780;X+Y+Z
=1)で表される主成分に0.05〜0.40重量%の
Cr2O3と0.05〜0.20重量%のCuOを含有さ
せてなることを特徴とするものであり、電気機械結合係
数KPが大きくかつそのばらつきが小さく、共振周波数
の経時変化が小さく、耐熱性に優れている。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、
は、
【0008】
【化3】
【0009】(但し1.0<α≦1.05、1.00<
β≦1.30、0.10≦X≦0.50、0.12≦Y
≦0.75、0.125≦Z≦0.780;X+Y+Z
=1)で表される主成分に0.05〜0.40重量%の
Cr2O3と0.05〜0.20重量%のCuOを含有さ
せてなることを特徴とする圧電磁器組成物である。
β≦1.30、0.10≦X≦0.50、0.12≦Y
≦0.75、0.125≦Z≦0.780;X+Y+Z
=1)で表される主成分に0.05〜0.40重量%の
Cr2O3と0.05〜0.20重量%のCuOを含有さ
せてなることを特徴とする圧電磁器組成物である。
【0010】この磁器組成物は、一般式ABO3で表さ
れるペロブスカイト型の複合酸化物においてAサイトの
Pb比率(α)を化学量論組成の1.00以上1.05
以下としかつBサイトのMg比率(β)を化学量論組成
の1.00以上1.30以下としているがこれは次の理
由による。
れるペロブスカイト型の複合酸化物においてAサイトの
Pb比率(α)を化学量論組成の1.00以上1.05
以下としかつBサイトのMg比率(β)を化学量論組成
の1.00以上1.30以下としているがこれは次の理
由による。
【0011】Pb比率を上記範囲内で過剰にすると焼成
時に蒸発するPbOを補うことができると同時に焼結時
の液層生成量が増加し焼結温度を下げることができる。
時に蒸発するPbOを補うことができると同時に焼結時
の液層生成量が増加し焼結温度を下げることができる。
【0012】一方Nbを含むチタン酸ジルコン酸鉛系磁
器では焼結時にパイロクロア型複合酸化物(Pb3Nb4
O13およびPb2Nb2O7)を生成しやすいことが知ら
れている。(化4)にその反応式を示す。
器では焼結時にパイロクロア型複合酸化物(Pb3Nb4
O13およびPb2Nb2O7)を生成しやすいことが知ら
れている。(化4)にその反応式を示す。
【0013】
【化4】
【0014】化学量論組成のPb(Zn1/3Nb2/3)X
TiYZrZO3系磁器組成物では原料混合時におけるZ
nOの分散性が悪いため混合原料においてZnO比率が
ばらつくことは避けられない。この場合ZnO比率が化
学量論比よりも小さい部分ではPb2Nb2O7の化学式
で表される菱面体晶パイロクロアよりPb(Zn1/3N
b 2/3)O3への反応が完全に進まず菱面体晶パイロクロ
アが一部残留することになる。この菱面体晶パイロクロ
アは焼結性が低いため、全体としての緻密化が阻害され
圧電特性が低下する。それに対し本発明のようにZn比
率を上記範囲内で過剰にすると焼結反応課程で生成した
菱面体晶パイロクロアとZnOは(化5)に示す反応に
よりPb(Zn1/3Nb2/3)O3に変換され、焼結性が
格段に向上する。
TiYZrZO3系磁器組成物では原料混合時におけるZ
nOの分散性が悪いため混合原料においてZnO比率が
ばらつくことは避けられない。この場合ZnO比率が化
学量論比よりも小さい部分ではPb2Nb2O7の化学式
で表される菱面体晶パイロクロアよりPb(Zn1/3N
b 2/3)O3への反応が完全に進まず菱面体晶パイロクロ
アが一部残留することになる。この菱面体晶パイロクロ
アは焼結性が低いため、全体としての緻密化が阻害され
圧電特性が低下する。それに対し本発明のようにZn比
率を上記範囲内で過剰にすると焼結反応課程で生成した
菱面体晶パイロクロアとZnOは(化5)に示す反応に
よりPb(Zn1/3Nb2/3)O3に変換され、焼結性が
格段に向上する。
【0015】
【化5】
【0016】さらに生成したPb(Zn1/3Nb2/3)O
3は残留している化学式Pb3Nb4O13で表される立方
晶パイロクロアとの反応性が高く最終的にパイロクロア
相の残留量は極めて小さくなり、圧電特性が向上すると
同時にそのばらつきも低減する。
3は残留している化学式Pb3Nb4O13で表される立方
晶パイロクロアとの反応性が高く最終的にパイロクロア
相の残留量は極めて小さくなり、圧電特性が向上すると
同時にそのばらつきも低減する。
【0017】ここでα≦1.00の場合、焼結反応にお
ける液相生成量が減少し、焼結性が著しく低下するた
め、またα>1.05の場合、過剰のPbOがガラス成
分となって焼結体中に残留し電気機械結合係数KPが
0.30以下となるため;β≦1.00の場合、上に記
載したように焼結体中のパイロクロア型複合酸化物の残
留量が増加し電気機械結合係数KPが0.30以下とな
ると同時にそのばらつきが大きくなることから、β>
1.30の場合ZnOが結晶粒内に析出し、電気機械結
合係数KPが0.25以下となるため本発明の範囲から
除外した。
ける液相生成量が減少し、焼結性が著しく低下するた
め、またα>1.05の場合、過剰のPbOがガラス成
分となって焼結体中に残留し電気機械結合係数KPが
0.30以下となるため;β≦1.00の場合、上に記
載したように焼結体中のパイロクロア型複合酸化物の残
留量が増加し電気機械結合係数KPが0.30以下とな
ると同時にそのばらつきが大きくなることから、β>
1.30の場合ZnOが結晶粒内に析出し、電気機械結
合係数KPが0.25以下となるため本発明の範囲から
除外した。
【0018】また本発明の基本組成において0.10≦
X≦0.50、0.12≦Y≦0.75、0.125≦
Z≦0.780と限定したのは次の理由による。
X≦0.50、0.12≦Y≦0.75、0.125≦
Z≦0.780と限定したのは次の理由による。
【0019】即ちX<0.10で示される組成は焼成温
度が上がると同時に焼結体密度が低下するためX>0.
50で表される組成は焼結が困難となるため、Y<0.
12またはY>0.75;Z<0.125またはZ>
0.780で示される組成は圧電性が著しく低下するた
め本発明の範囲から除外した。
度が上がると同時に焼結体密度が低下するためX>0.
50で表される組成は焼結が困難となるため、Y<0.
12またはY>0.75;Z<0.125またはZ>
0.780で示される組成は圧電性が著しく低下するた
め本発明の範囲から除外した。
【0020】副成分に関しCr2O3の添加量を0.05
〜0.04重量%、CuOの添加量を0.05〜0.2
0重量%の範囲に限定したのはCr2O3の添加量が0.
05重量%以下では熱衝撃による共振周波数のドリフト
が|Δfr/fr|>0.5%と大きくなるため、Cr2
O3の添加量が0.40重量%以上では焼結性が著しく
低下するため、CuOの添加量が0.05重量%以下で
あれば焼成温度低減効果および電気機械結合係数改善効
果がないため、CuOの添加量が0.2重量%以上であ
ると熱衝撃による共振周波数のドリフトが|Δfr/fr
|>0.5%と大きくなるため本発明の範囲から除外し
た。
〜0.04重量%、CuOの添加量を0.05〜0.2
0重量%の範囲に限定したのはCr2O3の添加量が0.
05重量%以下では熱衝撃による共振周波数のドリフト
が|Δfr/fr|>0.5%と大きくなるため、Cr2
O3の添加量が0.40重量%以上では焼結性が著しく
低下するため、CuOの添加量が0.05重量%以下で
あれば焼成温度低減効果および電気機械結合係数改善効
果がないため、CuOの添加量が0.2重量%以上であ
ると熱衝撃による共振周波数のドリフトが|Δfr/fr
|>0.5%と大きくなるため本発明の範囲から除外し
た。
【0021】
【実施例】次に本発明の一実施例について具体的に説明
する。
する。
【0022】出発原料としてPbO,TiO2,Zr
O2,ZnO,Nb2O5,Cr2O3,CuO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。
O2,ZnO,Nb2O5,Cr2O3,CuO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。
【0023】
【表1】
【0024】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、円柱状
成形体(直径20mm−厚み50mm)を得、これを閉炉中
で1000〜1260℃の温度で1時間焼成した。ここ
で得られた円柱状圧電磁器を厚み0.5mmにスライスし
両面に銀電極を焼き付けた後、100℃のシリコンオイ
ル中で、3kV/mmの直流電界を30分間印加して分極処
理し、円板状共振子を40〜70個得た。これらの試料
の一部につき密度ρ、誘電率εT 33/ε0を、全試料につ
き電気機械結合係数KP、機械的品質係数Qmとそのばら
つきの尺度としての変動係数を測定した。さらにこの円
板状共振子の一部につき、分極後15〜30時間経過後
の初期の共振周波数に対する〜1000時間経過後の共
振周波数変化率(100×(fr−fr O)/fr O;%)
を測定した。加えて同円板状共振子の一部を200℃の
熱風循環式オーブン中で30分間熱処理した場合の共振
周波数の変化率および電気機械結合係数KPの変化率
(熱処理後30分経過後)も測定した。
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、円柱状
成形体(直径20mm−厚み50mm)を得、これを閉炉中
で1000〜1260℃の温度で1時間焼成した。ここ
で得られた円柱状圧電磁器を厚み0.5mmにスライスし
両面に銀電極を焼き付けた後、100℃のシリコンオイ
ル中で、3kV/mmの直流電界を30分間印加して分極処
理し、円板状共振子を40〜70個得た。これらの試料
の一部につき密度ρ、誘電率εT 33/ε0を、全試料につ
き電気機械結合係数KP、機械的品質係数Qmとそのばら
つきの尺度としての変動係数を測定した。さらにこの円
板状共振子の一部につき、分極後15〜30時間経過後
の初期の共振周波数に対する〜1000時間経過後の共
振周波数変化率(100×(fr−fr O)/fr O;%)
を測定した。加えて同円板状共振子の一部を200℃の
熱風循環式オーブン中で30分間熱処理した場合の共振
周波数の変化率および電気機械結合係数KPの変化率
(熱処理後30分経過後)も測定した。
【0025】これらの測定結果は磁器焼成温度(密度最
大)とともに(表2)にまとめた。
大)とともに(表2)にまとめた。
【0026】
【表2】
【0027】これによると本発明の圧電磁器組成物は参
考例の圧電磁器組成物に比べ焼成温度が1200℃以下
と下がっており、KPの値が0.3以上と大きく、その
変動係数が3%以下でばらつきが小さく、1000Hr
経過後の共振周波数の変化率が0.3%以内で経時変化
が小さく、200℃、30minの熱処理後の共振周波数
の変化率が−0.3%以内、KPの変化率が−10%以
内で圧電特性の耐熱性が良好であることが分かる。
考例の圧電磁器組成物に比べ焼成温度が1200℃以下
と下がっており、KPの値が0.3以上と大きく、その
変動係数が3%以下でばらつきが小さく、1000Hr
経過後の共振周波数の変化率が0.3%以内で経時変化
が小さく、200℃、30minの熱処理後の共振周波数
の変化率が−0.3%以内、KPの変化率が−10%以
内で圧電特性の耐熱性が良好であることが分かる。
【0028】
【発明の効果】以上のように本発明の圧電磁器組成物は
化学量論比の亜鉛ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛系圧電
磁器に比べ電気機械結合係数の値が向上すると同時にば
らつきが小さく、耐熱性に優れている。
化学量論比の亜鉛ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛系圧電
磁器に比べ電気機械結合係数の値が向上すると同時にば
らつきが小さく、耐熱性に優れている。
Claims (1)
- 【請求項1】 【化1】 (但し1.0<α≦1.05、1.00<β≦1.3
0、0.10≦X≦0.50、0.12≦Y≦0.7
5、0.125≦Z≦0.780;X+Y+Z=1)で
表される主成分に0.05〜0.40重量%のCr2O3
と0.05〜0.20重量%のCuOを含有させてなる
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 |
---|---|---|---|
JP8026389A JPH09221359A (ja) | 1996-02-14 | 1996-02-14 | 圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8026389A JPH09221359A (ja) | 1996-02-14 | 1996-02-14 | 圧電磁器組成物 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09221359A true JPH09221359A (ja) | 1997-08-26 |
Family
ID=12192189
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8026389A Pending JPH09221359A (ja) | 1996-02-14 | 1996-02-14 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09221359A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006193413A (ja) * | 2004-12-17 | 2006-07-27 | Tdk Corp | 圧電磁器の製造方法および圧電素子の製造方法 |
JP2006193415A (ja) * | 2004-12-17 | 2006-07-27 | Tdk Corp | 圧電磁器および圧電素子 |
JP2006193414A (ja) * | 2004-12-17 | 2006-07-27 | Tdk Corp | 圧電磁器の製造方法および圧電素子の製造方法 |
JP2006193412A (ja) * | 2004-12-17 | 2006-07-27 | Tdk Corp | 圧電磁器および圧電素子 |
US7323073B2 (en) * | 2002-06-05 | 2008-01-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Piezoelectric porcelain composition, laminated piezoelectric device therefrom and process for producing the same |
-
1996
- 1996-02-14 JP JP8026389A patent/JPH09221359A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7323073B2 (en) * | 2002-06-05 | 2008-01-29 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Piezoelectric porcelain composition, laminated piezoelectric device therefrom and process for producing the same |
JP2006193413A (ja) * | 2004-12-17 | 2006-07-27 | Tdk Corp | 圧電磁器の製造方法および圧電素子の製造方法 |
JP2006193415A (ja) * | 2004-12-17 | 2006-07-27 | Tdk Corp | 圧電磁器および圧電素子 |
JP2006193414A (ja) * | 2004-12-17 | 2006-07-27 | Tdk Corp | 圧電磁器の製造方法および圧電素子の製造方法 |
JP2006193412A (ja) * | 2004-12-17 | 2006-07-27 | Tdk Corp | 圧電磁器および圧電素子 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040406 |