JPH10120463A - 圧電磁器組成物 - Google Patents

圧電磁器組成物

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JPH10120463A
JPH10120463A JP26953896A JP26953896A JPH10120463A JP H10120463 A JPH10120463 A JP H10120463A JP 26953896 A JP26953896 A JP 26953896A JP 26953896 A JP26953896 A JP 26953896A JP H10120463 A JPH10120463 A JP H10120463A
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JP
Japan
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piezoelectric
composition
porcelaneous
small
resonance frequency
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JP26953896A
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English (en)
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Masashi Otsu
誠志 大津
Masaru Abe
賢 阿部
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TDK Corp
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TDK Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】機械的品質係数(Qm)が小さく、かつ、キュ
リー温度が高く、耐熱性に優れ、共振周波数の経時変化
が小さい圧電磁器組成物を得ること。 【解決手段】x(Pb2 Me2 7 1/2 ・(1−x)
[Pb(Zr1-y Tiy)O3 ](但し、0.01≦x
≦0.07、0.37≦y≦0.55、MeはSb、N
b、Taの中から選ばれた少なくとも1種)を主成分と
し、この主成分1モルの重量に対し、副成分としてCr
をクロム酸化物に換算して0.1〜1.0重量%添加し
た圧電磁器組成物を得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミック発振
子、セラミックフィルタ、セラミックディスクリミネー
タ用圧電磁器組成物等に係り、特に、電圧制御型発振器
に用いるセラミック発振子に好適な圧電磁器組成物に関
するものである。
【0002】圧電磁器組成物は、機械的品質係数(Q
m)の数値が大きくなると感度が高くなり非常に雑音を
拾いやすくなったり、逆にノイズを発生して性能が悪く
なる場合があり、製品の分野に於いて機械的品質係数
(Qm)の選択が必要になってくる。
【0003】セラミック発振子用、特に電圧制御型発振
器を構成するのに用いられるセラミック発振子に圧電磁
器組成物を用いる場合、ノイズの影響無く安定に発振さ
せ、かつ、広い発振周波数の可変範囲を得るための特性
として、機械的品質係数(Qm)が低い(例えば、15
0以下)ことが要求される。
【0004】一方で近年、電子機器の小型化、薄型化に
より電子部品の基板への高密度実装化が進んでおり、小
型電子部品の形態も従来のリード付のものから表面実装
型のものへと置き替わっている。これら表面実装型の部
品は基板への実装の際にリフロー炉内で250℃前後の
温度にさらされるため耐熱性に優れていなければならな
い。また、従来のリード付の電子部品も半田の非鉛化に
より、溶接温度が以前よりも高く設定される傾向にある
ため、より半田付け時の熱に対する信頼性の向上が望ま
れている。
【0005】
【従来の技術】従来よりセラミック発振子、セラミック
フィルタに用いられる圧電磁器組成物としては、PbT
iO3 −PbZrO3 系の組成物が好適であることが知
られており、その用途に応じて種々の改良が行われてい
る。
【0006】例えば、PbTiO3 −PbZrO3 系材
料にMnO2 、Cr2 3 などを添加し焼成したもの、
PbTiO3 −PbZrO3 系材料に第三成分としてP
b(Ni1/2 Nb2/3 )O3 、Pb(Mg1/2
2/3 )O3 などの複合ペロブスカイト化合物を固容さ
せ磁器特性を改善し、さらにMnO2 、Cr2 3 など
を添加し焼成したもの、また、共振周波数frの温度特
性を改善するために、これら組成物のPbの一部をB
a、Sr、Caで置換したものが提案されていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来より知られている
機械的品質係数(Qm)が低い圧電磁器組成物は、アク
チュエータに用いられる圧電セラミックのように、単に
比誘電率、電気機械結合係数を大きくするのが目的のた
め、キュリー温度(Tc)が低い(Tc<200℃)と
いう問題があった。
【0008】また、キュリー温度(Tc)が300℃程
度あり機械的品質係数(Qm)が小さいものは、素子の
耐熱性が悪く、共振周波数(fr)の経時変化(時間に
対する共振周波数の変化)が大きいという問題があっ
た。
【0009】従来よりのPbTiO3 −PbZrO3
材料にMnO2 、Cr2 3 などを添加し焼成した圧電
磁器組成物や、PbTiO3 −PbZrO3 系材料に第
三成分としてPb(Ni1/2 Nb2/3 )O3 、Pb(M
1/2 Nb2/3 )O3 などの複合ペロブスカイト化合物
を固容させ磁器特性を改善し、さらにMnO2 、Cr 2
3 などを添加し焼成した圧電磁器組成物の中には、キ
ュリー温度(Tc)が高く、耐熱性が比較的良好なもの
も存在するが、機械的品質係数(Qm)が大きい(例え
ば、Qm>150)という問題があった。
【0010】従って本発明は、機械的品質係数(Qm)
が小さく、かつ、キュリー温度が高く、耐熱性に優れ、
共振周波数の経時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。
【0011】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明では、x(Pb2 Me2 7 1/2 ・(1−
x)[Pb(Zr1-y Tiy )O3 ](但し、0.01
≦x≦0.07、0.37≦y≦0.55、MeはS
b、Nb、Taの中から選ばれた少なくとも1種)を主
成分とし、この主成分1モルの重量に対し、副成分とし
てCrをクロム酸化物に換算して0.1〜1.0重量%
添加した圧電磁器組成物を得るものである。
【0012】この構成におけるPbTiO3 −PbZr
3 のベース磁器組成に第三成分として、パイロクロア
型複合酸化物Pb2 Me2 7 (MeはSb、Nb、T
aの中から選ばれた少なくとも1種)を固容させるのは
磁器の圧電特性を改善するためである。このことによ
り、キュリー温度(Tc)が高いまま、機械的品質係数
(Qm)が低く(例えば、150以下)することが可能
になり、電圧制御型発振器用セラミック発振子を構成す
るのに好適な圧電磁器組成物を得ることができる。
【0013】さらに、主成分1モルの重量に対し、副成
分としてCrをクロム酸化物に換算して0.1〜1.0
重量%添加させるのは圧電磁器の耐熱性を向上させると
共に、共振周波数(fr)の経時変化を小さくするため
である。これにより、機械的品質係数(Qm)を上昇さ
せることなく、キュリー温度が高く、耐熱性に優れ、共
振周波数の経時変化が小さい圧電磁器組成物を得ること
ができる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について説
明する。出発原料として化学的に純粋なPbO、TiO
2 、ZrO2 、Sb2 5 、Nb2 5 、Ta2 5
Cr2 3 を用い、焼成後の組成が表1になるように秤
量し、ボールミルにて湿式混合を行った。それから混合
粉を空気中にて800℃〜950℃で仮焼成した後、ボ
ールミルにより湿式粉砕した。
【0015】次に、このようにして得られた粉体に有機
バインダーを加え、造粒を行い、2000kg/cm2
の圧力にて、縦横25mm、厚さが1mmの角形に成形
した。そしてこの成形体を空気雰囲気中で1140℃〜
1240℃の温度で焼成した。
【0016】このようにして得られた焼結体を厚さ0.
5mmまで表面研磨し、電極を形成し0.5mmの厚み
方向に、80℃〜120℃の絶縁油中で、電圧2kV/
mm〜3kV/mmの電圧を30分印加した条件で分極
処理を行った。
【0017】この分極処理後、素子を厚さ0.36mm
に表面研磨した後、この素子を長さ7mm、幅4.5m
mに切断し、その後、素子表面に銀蒸着により直径1m
mの電極形成を行い評価用の素子を得た。
【0018】このようにして得られた評価用素子をイン
ピーダンスアナライザーにより素子静電容量(C)、共
振周波数(fr)、反共振周波数(fa)を測定した。
この測定結果をもとに比誘電率(ε)、厚み縦振動モー
ドの電気機械結合係数(kt)を計算により求めた。以
上の方法により得られた結果を表1に示す。表1におい
て*印の付加されたものは比較例であり、本発明の範囲
外のものである。
【0019】
【表1】
【0020】耐熱性の評価は260℃の半田槽に圧電素
子を30秒浸漬させることにより行った。表1中のfo
変化量は電圧制御型発振器用セラミック発振子を構成し
た場合の動作点周波数の変化量を表している。変化量は
試験前の動作点周波数と半田槽浸漬後24h(時間)後
の動作点周波数の差で計算している。この変化量が小さ
いほど耐熱性が良好であるといえる。
【0021】この表1により明らかなように、xが0.
01より小さい場合、電気機械結合係数(kt)、比誘
電率(ε)が小さくなり、しかも機械的品質係数(Q
m)が高くなるため本発明の目的とする製品を構成でき
ない(試料No.1、2参照)。xが0.07を越える
と第三成分が固溶しきれず圧電特性の所望の値が得られ
ず、耐熱性評価におけるfo変化量も大きいため、xの
範囲を0.01≦x≦0.07とした(試料No.3、
4参照)。
【0022】yが0.37未満もしくは0.55を越え
ると所望の圧電特性が得られず、耐熱性も悪いため、y
の範囲を0.37≦y≦0.55とした(試料No.1
2、13、14、15参照)。
【0023】副成分としてのCr2 3 の添加量が0.
1重量%未満であると耐熱性改善の効果が得られない
(試料No.5、6参照)。逆に添加量が1.0重量%
を越えると圧電特性、耐熱性が劣化し、機械的品質係数
(Qm)も大きくなるため(試料No.7、8参照)、
副成分としてCrをクロム酸化物に換算して添加する量
を0.1〜1.0重量%の範囲とした。
【0024】図1は共振周波数(fr)の時間に対する
変化率を示している。図1において、横軸は経過時間
(h)、縦軸は共振周波数変化率(%)であり、A、B
は表1に示す実施例である試料No.7、9の共振周波
数(fr)の変化率を示し、C、Dは比較例である試料
No.8、17の共振周波数(fr)の変化率を示して
いる。
【0025】副成分としてCrを添加した場合(図1の
A、B参照)はしない場合(図1のD参照)に比べfr
の時間に対する変化率が1/3以下になることがわか
る。また、添加量がクロム酸化物に換算して1.0重量
%を越えた場合(図1のC参照)も共振周波数(fr)
の時間に対する変化率が悪くなることが分かる。
【0026】また、キュリー温度(Tc)を熱分析装置
にて測定したところ、本発明の実施例の圧電磁器組成物
はすべて280℃以上を有することがわかった。
【0027】
【発明の効果】以上のように、本発明では、x(Pb2
Me2 7 1/2 ・(1−x)[Pb(Zr1-y
y )O3 ](但し、0.01≦x≦0.07、0.3
7≦y≦0.55、MeはSb、Nb、Taの中から選
ばれた少なくとも1種)を主成分とし、この主成分1モ
ルの重量に対し、副成分としてCrをクロム酸化物に換
算して0.1〜1.0重量%添加させることにより、キ
ュリー温度が高く、耐熱性に優れ、共振周波数の経時変
化が小さく、かつ、機械的品質係数(Qm)が小さい
(例えば、150以下)圧電磁器組成物が得られる。
【0028】これらのことにより、広い発振周波数の可
変範囲を持つ電圧制御型発振器が構成でき、ノイズの影
響無く安定に発振するセラミック発振子を作製するのに
好適で、しかも半田付け時の熱により圧電特性が劣化し
ない圧電磁器組成物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】時間に対する共振周波数(fr)の変化率を示
すものである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】x(Pb2 Me2 7 1/2 ・(1−x)
    [Pb(Zr1-y Tiy )O3 ] (但し、0.01≦x≦0.07、0.37≦y≦0.
    55、MeはSb、Nb、Taの中から選ばれた少なく
    とも1種)を主成分とし、 この主成分1モルの重量に対し、副成分としてCrをク
    ロム酸化物に換算して0.1〜1.0重量%添加したこ
    とを特徴とする圧電磁器組成物。
JP26953896A 1996-10-11 1996-10-11 圧電磁器組成物 Pending JPH10120463A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6051157A (en) * 1997-12-09 2000-04-18 Tdk Corporation Piezoelectric ceramic composition
EP1085585A2 (en) * 1999-09-20 2001-03-21 TDK Corporation Composition of piezoelectric porcelain
JP2003023187A (ja) * 2001-07-10 2003-01-24 Murata Mfg Co Ltd 高耐熱圧電素子およびそれを用いた圧電装置

Cited By (4)

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