JPH0993078A - 圧電装置 - Google Patents
圧電装置Info
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- JPH0993078A JPH0993078A JP7247750A JP24775095A JPH0993078A JP H0993078 A JPH0993078 A JP H0993078A JP 7247750 A JP7247750 A JP 7247750A JP 24775095 A JP24775095 A JP 24775095A JP H0993078 A JPH0993078 A JP H0993078A
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- piezoelectric ceramic
- ceramic
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- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】組成変動による共振周波数の温度係数の変化が
小さいために、再現性よく製造することができ、かつ、
使用温度域で構造相転移がないために、温度変化に対し
て特性安定性に優れた圧電装置を提供する。 【解決手段】主面に平行に分極処理Ｐされ、かつ、少な
くとも一対の励振電極２が形成された板状の圧電セラミ
ック１を有し、前記励振電極２間に交流電界を印加して
圧電振動が励起される圧電装置において、前記圧電セラ
ミック１は、少なくとも鉛、チタン及びジルコニウムの
複合酸化物を含み、かつ、その結晶系が圧電性を示す温
度全域で菱面体晶系である。
小さいために、再現性よく製造することができ、かつ、
使用温度域で構造相転移がないために、温度変化に対し
て特性安定性に優れた圧電装置を提供する。 【解決手段】主面に平行に分極処理Ｐされ、かつ、少な
くとも一対の励振電極２が形成された板状の圧電セラミ
ック１を有し、前記励振電極２間に交流電界を印加して
圧電振動が励起される圧電装置において、前記圧電セラ
ミック１は、少なくとも鉛、チタン及びジルコニウムの
複合酸化物を含み、かつ、その結晶系が圧電性を示す温
度全域で菱面体晶系である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、２０ＭＨｚ〜１５
０ＭＨｚの高周波域における共振子、フィルター、ＶＣ
Ｏ（voltage controlable oscillater）、ＡＦＴ（auto
frequency tunner ）、トラップなどとして用いられる
圧電装置に関する。
０ＭＨｚの高周波域における共振子、フィルター、ＶＣ
Ｏ（voltage controlable oscillater）、ＡＦＴ（auto
frequency tunner ）、トラップなどとして用いられる
圧電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】圧電基板を伝播する表面波のうち、変位
が伝播方向と垂直な方向を主体とするＳＨタイプの表面
波としてＢＧＳ波が知られている。
が伝播方向と垂直な方向を主体とするＳＨタイプの表面
波としてＢＧＳ波が知られている。
【０００３】図１は、ＢＧＳ波を利用した圧電装置とし
ての表面波共振子の一例を示す。図１において、１は圧
電基板を示し、圧電セラミックなどの圧電材料により構
成されている。圧電基板１の上面には励振電極としての
交差指電極２が形成されている。なお、矢印Ｐは分極方
向を示す。
ての表面波共振子の一例を示す。図１において、１は圧
電基板を示し、圧電セラミックなどの圧電材料により構
成されている。圧電基板１の上面には励振電極としての
交差指電極２が形成されている。なお、矢印Ｐは分極方
向を示す。
【０００４】図１に示す表面波共振子では、交差指電極
２から交流電界を印加することにより、表面波伝播方向
Ｘと垂直な方向の変位のみ、即ち横波成分しか有しない
ＢＧＳ波が励起される。
２から交流電界を印加することにより、表面波伝播方向
Ｘと垂直な方向の変位のみ、即ち横波成分しか有しない
ＢＧＳ波が励起される。
【０００５】そして、この特性を利用して、高周波域に
おける共振子、フィルター、ＶＣＯ、ＡＦＴ、トラップ
などとして用いられる圧電装置が得られている。
おける共振子、フィルター、ＶＣＯ、ＡＦＴ、トラップ
などとして用いられる圧電装置が得られている。
【０００６】従来、この圧電基板を構成する圧電セラミ
ック材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の
ＭＰＢ（モルフォトロピックフェイズバウンダリー：組
成的相境界）付近の圧電性が大きい組成が利用されてい
る。これはＢＧＳ波の共振応答が大きいため、フィルタ
ー向けには広帯域、大減衰量が得られ、ＶＣＯ向けには
可変周波数幅が広げられ、ＡＦＴ向けには周波数精度が
向上し、トラップ向けには大減衰量が得られるからであ
る。
ック材料としては、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）の
ＭＰＢ（モルフォトロピックフェイズバウンダリー：組
成的相境界）付近の圧電性が大きい組成が利用されてい
る。これはＢＧＳ波の共振応答が大きいため、フィルタ
ー向けには広帯域、大減衰量が得られ、ＶＣＯ向けには
可変周波数幅が広げられ、ＡＦＴ向けには周波数精度が
向上し、トラップ向けには大減衰量が得られるからであ
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＰＺＴ
のＭＰＢ付近の組成のものは共振周波数の温度係数が組
成の変動に対して敏感に変化するため、利用しづらいと
いう問題点を有していた。
のＭＰＢ付近の組成のものは共振周波数の温度係数が組
成の変動に対して敏感に変化するため、利用しづらいと
いう問題点を有していた。
【０００８】又、温度変化によって菱面体晶系−正方晶
系の構造相転移をするため、温度変化による特性変化が
起こり、外部環境の変化によって安定な特性を示さない
という問題点を有していた。
系の構造相転移をするため、温度変化による特性変化が
起こり、外部環境の変化によって安定な特性を示さない
という問題点を有していた。
【０００９】又、ＭＰＢ近傍組成のものは誘電率が高い
ため、低インピーダンスとなり、高周波用途に適さない
という問題点もあった。
ため、低インピーダンスとなり、高周波用途に適さない
という問題点もあった。
【００１０】そこで、本発明の目的は、組成変動による
共振周波数の温度係数の変化が小さいため、再現性よく
製造することができ、かつ、使用温度域で構造相転移が
ないため、温度変化に対して特性安定性に優れた圧電装
置を提供することにある。
共振周波数の温度係数の変化が小さいため、再現性よく
製造することができ、かつ、使用温度域で構造相転移が
ないため、温度変化に対して特性安定性に優れた圧電装
置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の圧電装置は、主面に平行に分極処理され、
かつ、少なくとも一対の励振電極が形成された板状の圧
電セラミックを有し、前記励振電極間に交流電界を印加
して圧電振動が励起される圧電装置において、前記圧電
セラミックは、少なくとも鉛、チタン及びジルコニウム
の複合酸化物を含み、かつ、その結晶系が圧電性を示す
温度全域で菱面体晶系であることを特徴とする。
め、本発明の圧電装置は、主面に平行に分極処理され、
かつ、少なくとも一対の励振電極が形成された板状の圧
電セラミックを有し、前記励振電極間に交流電界を印加
して圧電振動が励起される圧電装置において、前記圧電
セラミックは、少なくとも鉛、チタン及びジルコニウム
の複合酸化物を含み、かつ、その結晶系が圧電性を示す
温度全域で菱面体晶系であることを特徴とする。
【００１２】そして、励振電極は板状の圧電セラミック
の主面に形成された交差指電極であることを特徴とす
る。
の主面に形成された交差指電極であることを特徴とす
る。
【００１３】これにより、組成変動による共振周波数の
温度係数の変化が小さいため、再現性よく圧電装置を製
造することができ、かつ、圧電体としての使用温度域で
構造相転移がないため、温度変化に対して特性が安定し
た圧電装置を得ることができる。
温度係数の変化が小さいため、再現性よく圧電装置を製
造することができ、かつ、圧電体としての使用温度域で
構造相転移がないため、温度変化に対して特性が安定し
た圧電装置を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の圧電装置につい
て、その実施の形態を説明する。まず、出発原料とし
て、ＰｂＯ、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 、ＭｎＣＯ3 及びＮｂ
2Ｏ5 を用意した。これら各粉末を０．０５Ｐｂ（Ｍｎ
1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 −０．９５Ｐｂ（Ｔｉ1-x Ｚｒx ）
Ｏ3 のセラミック（但し、Ｚｒ量ｘは表１に示す）が得
られるように秤量し、湿式混合及び粉砕した後、温度７
５０〜１０００℃で仮焼した。その後、仮焼済み粉末に
バインダとしてのポリビニルアルコールを５ｗｔ％加
え、湿式粉砕し、整粒した後、１ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力
でプレス成形して板状成形体を得た。
て、その実施の形態を説明する。まず、出発原料とし
て、ＰｂＯ、ＴｉＯ2 、ＺｒＯ2 、ＭｎＣＯ3 及びＮｂ
2Ｏ5 を用意した。これら各粉末を０．０５Ｐｂ（Ｍｎ
1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 −０．９５Ｐｂ（Ｔｉ1-x Ｚｒx ）
Ｏ3 のセラミック（但し、Ｚｒ量ｘは表１に示す）が得
られるように秤量し、湿式混合及び粉砕した後、温度７
５０〜１０００℃で仮焼した。その後、仮焼済み粉末に
バインダとしてのポリビニルアルコールを５ｗｔ％加
え、湿式粉砕し、整粒した後、１ｔｏｎ／ｃｍ2 の圧力
でプレス成形して板状成形体を得た。
【００１５】次に、得られた板状成形体を、温度１１５
０〜１３００℃で焼成し、平板状のセラミック基板を得
た。その後、セラミック基板を研磨し、分極用の電極を
形成し、４０〜１５０℃の絶縁油中において１〜５ｋＶ
／ｍｍの電界を６０分間印加し、セラミック基板表面と
平行な方向に分極した。
０〜１３００℃で焼成し、平板状のセラミック基板を得
た。その後、セラミック基板を研磨し、分極用の電極を
形成し、４０〜１５０℃の絶縁油中において１〜５ｋＶ
／ｍｍの電界を６０分間印加し、セラミック基板表面と
平行な方向に分極した。
【００１６】次に、上記のようにして得た板状の圧電セ
ラミックの一方の主面に、図１に示すように励振電極と
して交差指電極２を形成し、ＢＧＳ波を利用した表１に
示す８種類の圧電装置としての表面波共振子を作製し
た。
ラミックの一方の主面に、図１に示すように励振電極と
して交差指電極２を形成し、ＢＧＳ波を利用した表１に
示す８種類の圧電装置としての表面波共振子を作製し
た。
【００１７】なお、表１において、＊印は本発明の範囲
外のものであり、試料番号１は正方晶系側組成、試料番
号２〜５はＭＰＢ近傍組成のものである。その他は本発
明の範囲内のものである。そして、ＭＰＢ近傍組成のも
のは、温度を上昇させると結晶系が菱面体晶から正方晶
への相転移をする。
外のものであり、試料番号１は正方晶系側組成、試料番
号２〜５はＭＰＢ近傍組成のものである。その他は本発
明の範囲内のものである。そして、ＭＰＢ近傍組成のも
のは、温度を上昇させると結晶系が菱面体晶から正方晶
への相転移をする。
【００１８】次に、得られた各表面波共振子についてイ
ンピーダンスを測定し、ＢＧＳ波の電気機械結合係数
（ｋ）、及び−２０〜８０℃の範囲における共振周波数
の温度係数（ｆ−ＴＣ）を求めた。
ンピーダンスを測定し、ＢＧＳ波の電気機械結合係数
（ｋ）、及び−２０〜８０℃の範囲における共振周波数
の温度係数（ｆ−ＴＣ）を求めた。
【００１９】又、板状の圧電セラミックの両主面に電極
を形成して静電容量を測定し、比誘電率（εr ）を求め
た。
を形成して静電容量を測定し、比誘電率（εr ）を求め
た。
【００２０】以上、ＢＧＳ波の電気機械結合係数
（ｋ）、共振周波数の温度特性（ｆ−ＴＣ）及び比誘電
率（εr ）結果を、圧電セラミックの結晶系とともに表
１に示す。
（ｋ）、共振周波数の温度特性（ｆ−ＴＣ）及び比誘電
率（εr ）結果を、圧電セラミックの結晶系とともに表
１に示す。
【００２１】
【表１】
【００２２】表１から明らかなように、結晶系が正方晶
の場合には、試料番号１に示すように、電気機械結合係
数（ｋ）が著しく低下する。又、ＭＰＢ（組成的相境
界）の場合には、試料番号２〜４に示すように、Ｚｒ量
ｘが１ｍｏｌ％変化しただけで、共振周波数の温度係数
が数１００ｐｐｍ／℃変化する。このため、ＭＰＢで圧
電セラミックを再現性よく安定して製造することは困難
である。
の場合には、試料番号１に示すように、電気機械結合係
数（ｋ）が著しく低下する。又、ＭＰＢ（組成的相境
界）の場合には、試料番号２〜４に示すように、Ｚｒ量
ｘが１ｍｏｌ％変化しただけで、共振周波数の温度係数
が数１００ｐｐｍ／℃変化する。このため、ＭＰＢで圧
電セラミックを再現性よく安定して製造することは困難
である。
【００２３】これに対して、本発明の菱面体晶系の場合
には、試料番号６〜８に示すように、Ｚｒ量ｘの変化に
対する共振周波数の温度係数の変化が小さく、量産時の
再現性に優れている。さらに、本発明の範囲内のもの
は、ＭＰＢ近傍組成のものと比較して比誘電率が低く、
高周波用途に適している。
には、試料番号６〜８に示すように、Ｚｒ量ｘの変化に
対する共振周波数の温度係数の変化が小さく、量産時の
再現性に優れている。さらに、本発明の範囲内のもの
は、ＭＰＢ近傍組成のものと比較して比誘電率が低く、
高周波用途に適している。
【００２４】なお、上記実施の形態においては、図１に
示すように、圧電セラミックの分極方向に垂直な方向に
交流電界が印加されるように交差指電極を形成した場合
について説明したが、本発明はこれのみに限定されるも
のではない。即ち、交差指電極による交流電界の印加方
向に関係なく、板状の圧電セラミックの分極方向が主面
に平行であれば同様の効果が得られる。さらに、圧電セ
ラミックの分極方向ベクトルが、少なくとも主面に平行
なベクトル成分をもっていれば同様の効果が得られる。
示すように、圧電セラミックの分極方向に垂直な方向に
交流電界が印加されるように交差指電極を形成した場合
について説明したが、本発明はこれのみに限定されるも
のではない。即ち、交差指電極による交流電界の印加方
向に関係なく、板状の圧電セラミックの分極方向が主面
に平行であれば同様の効果が得られる。さらに、圧電セ
ラミックの分極方向ベクトルが、少なくとも主面に平行
なベクトル成分をもっていれば同様の効果が得られる。
【００２５】又、上記実施の形態においては、励振電極
が交差指電極の場合について説明したが、本発明はこれ
のみに限定されるものではなく、それ以外の形状の励振
電極の場合にも効果が得られる。
が交差指電極の場合について説明したが、本発明はこれ
のみに限定されるものではなく、それ以外の形状の励振
電極の場合にも効果が得られる。
【００２６】又、上記実施の形態においては、Ｐｂ（Ｚ
ｒ，Ｔｉ）Ｏ3 −Ｐｂ（Ｍｎ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 からな
る圧電セラミックの場合について説明したが、本発明は
この組成系に限定されるものではない。即ち、Ｐｂ（Ｚ
ｒ，Ｔｉ）Ｏ3 と、Ｐｂ（Ｍｎ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 、Ｐ
ｂ（Ｆｅ1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3 、Ｐｂ（Ｆｅ2/3 Ｗ1/3）
Ｏ3 、Ｐｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 、Ｐｂ（Ｍｇ1/2
Ｗ1/2 ）Ｏ3 、Ｐｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 、Ｐｂ
（Ｎｉ1/2 Ｗ1/2 ）Ｏ3 、Ｐｂ（Ｚｎ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ
3 、などからなる群から選ばれる３成分系、４成分系
や、これらにＭｎＯ2 などをの添加物を添加した組成系
であって、その圧電性を示す結晶系が菱面体晶系である
場合においても同様の効果を得ることができる。
ｒ，Ｔｉ）Ｏ3 −Ｐｂ（Ｍｎ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 からな
る圧電セラミックの場合について説明したが、本発明は
この組成系に限定されるものではない。即ち、Ｐｂ（Ｚ
ｒ，Ｔｉ）Ｏ3 と、Ｐｂ（Ｍｎ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 、Ｐ
ｂ（Ｆｅ1/2 Ｎｂ1/2 ）Ｏ3 、Ｐｂ（Ｆｅ2/3 Ｗ1/3）
Ｏ3 、Ｐｂ（Ｍｇ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 、Ｐｂ（Ｍｇ1/2
Ｗ1/2 ）Ｏ3 、Ｐｂ（Ｎｉ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ3 、Ｐｂ
（Ｎｉ1/2 Ｗ1/2 ）Ｏ3 、Ｐｂ（Ｚｎ1/3 Ｎｂ2/3 ）Ｏ
3 、などからなる群から選ばれる３成分系、４成分系
や、これらにＭｎＯ2 などをの添加物を添加した組成系
であって、その圧電性を示す結晶系が菱面体晶系である
場合においても同様の効果を得ることができる。
【００２７】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
圧電装置は、少なくとも鉛、チタン及びジルコニウムの
複合酸化物を含み、かつ、圧電性を示す温度全域で結晶
系が菱面体晶系である圧電セラミックを用いるものであ
る。これにより、圧電セラミックの組成変動による共振
周波数の温度係数の変化が小さいため、再現性よく圧電
装置を得ることができ、かつ、使用温度域で構造相転移
がないため、温度変化に対して特性が安定した圧電装置
を得ることができる。
圧電装置は、少なくとも鉛、チタン及びジルコニウムの
複合酸化物を含み、かつ、圧電性を示す温度全域で結晶
系が菱面体晶系である圧電セラミックを用いるものであ
る。これにより、圧電セラミックの組成変動による共振
周波数の温度係数の変化が小さいため、再現性よく圧電
装置を得ることができ、かつ、使用温度域で構造相転移
がないため、温度変化に対して特性が安定した圧電装置
を得ることができる。
【００２８】したがって、帯域が広いフィルタや周波数
可変範囲の広いＶＣＯを実現できる。
可変範囲の広いＶＣＯを実現できる。
【００２９】又、圧電性を示す温度全域で圧電セラミッ
クの構造相転移がないため、分極構造が熱処理で変わら
ないことが期待でき、熱処理後の周波数変化の小さいフ
ィルタ、ＶＣＯの実現が期待できる。
クの構造相転移がないため、分極構造が熱処理で変わら
ないことが期待でき、熱処理後の周波数変化の小さいフ
ィルタ、ＶＣＯの実現が期待できる。
【００３０】さらに、圧電セラミックの比誘電率が小さ
いため、高周波用途に適した圧電装置を得ることができ
る。
いため、高周波用途に適した圧電装置を得ることができ
る。
【図１】ＢＣＳ波を利用した表面波共振子を示す斜視図
である。
である。
【符号の説明】 １ 圧電セラミック ２ 交差指電極 Ｐ 分極方向 Ｘ 表面波伝播方向
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 門田 道雄 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内
Claims (2)
- 【請求項１】 主面に平行に分極処理され、かつ、少な
くとも一対の励振電極が形成された板状の圧電セラミッ
クを有し、前記励振電極間に交流電界を印加して圧電振
動が励起される圧電装置において、 前記圧電セラミックは、少なくとも鉛、チタン及びジル
コニウムの複合酸化物を含み、かつ、その結晶系が圧電
性を示す温度全域で菱面体晶系であることを特徴とする
圧電装置。 - 【請求項２】 励振電極は板状の圧電セラミックの主面
に形成された交差指電極であることを特徴とする請求項
１記載の圧電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7247750A JPH0993078A (ja) | 1995-09-26 | 1995-09-26 | 圧電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7247750A JPH0993078A (ja) | 1995-09-26 | 1995-09-26 | 圧電装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0993078A true JPH0993078A (ja) | 1997-04-04 |
Family
ID=17168115
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7247750A Pending JPH0993078A (ja) | 1995-09-26 | 1995-09-26 | 圧電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0993078A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2798925A1 (fr) | 1999-09-29 | 2001-03-30 | Murata Manufacturing Co | Ceramique piezoelectrique et dispositif a ondes de surface l'utilisant |
| NO328202B1 (no) * | 2006-02-21 | 2010-01-04 | Elkem Solar As | Fremgangsmåte og apparatur for fremstilling av silan |
| WO2012138328A1 (en) * | 2011-04-05 | 2012-10-11 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Shear mode physical deformation of piezoelectric mechanism |
| CN103262343A (zh) * | 2010-12-17 | 2013-08-21 | 诺基亚公司 | 包括驱动器的应变可调型天线 |
-
1995
- 1995-09-26 JP JP7247750A patent/JPH0993078A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2798925A1 (fr) | 1999-09-29 | 2001-03-30 | Murata Manufacturing Co | Ceramique piezoelectrique et dispositif a ondes de surface l'utilisant |
| DE10048373C2 (de) * | 1999-09-29 | 2003-02-06 | Murata Manufacturing Co | Piezoelektrische Keramiken und Verwendung derselben als Oberflächenwellenbauelemente |
| NO328202B1 (no) * | 2006-02-21 | 2010-01-04 | Elkem Solar As | Fremgangsmåte og apparatur for fremstilling av silan |
| US8021522B2 (en) | 2006-02-21 | 2011-09-20 | Elkem Solar As | Reverse piezoelectric method for production of silane |
| CN103262343A (zh) * | 2010-12-17 | 2013-08-21 | 诺基亚公司 | 包括驱动器的应变可调型天线 |
| WO2012138328A1 (en) * | 2011-04-05 | 2012-10-11 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Shear mode physical deformation of piezoelectric mechanism |
| US9028051B2 (en) | 2011-04-05 | 2015-05-12 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Shear mode physical deformation of piezoelectric mechanism |
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