JPH10291855A - 圧電磁器組成物及びその製造方法 - Google Patents

圧電磁器組成物及びその製造方法

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JPH10291855A
JPH10291855A JP10445397A JP10445397A JPH10291855A JP H10291855 A JPH10291855 A JP H10291855A JP 10445397 A JP10445397 A JP 10445397A JP 10445397 A JP10445397 A JP 10445397A JP H10291855 A JPH10291855 A JP H10291855A
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JP
Japan
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weight
piezoelectric ceramic
compound
ceramic composition
main component
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JP10445397A
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Inventor
Rui Nakao
類 中尾
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 厚み縦振動の3倍波共振とすべり振動の基本
波共振との両方に利用でき、広い周波数範囲での共振子
に使用できる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)を主成分とし、副成分としてC
uOかつMnO2を含有したことを特徴とする圧電磁器
組成物。 【化1】

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はフィルタや発振子な
どの共振子に用いられる圧電磁器組成物及びその製造方
法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年の電子部品の小型化、高性能化の要
求は高く、そこで使われる電子部品用材料に対しても小
型化、高品質化の厳しい要求基準が掲げられる。高周波
発振子で用いられる圧電磁器組成物については、従来よ
り小型化に有利な3倍波共振が適用できるPbTiO3
系材料でPbの一部をLaで置換したチタン酸鉛やさら
に添加物を加えた材料系が主に使われてきた。特開昭5
7−47768号公報、特開昭57−47769号公報
などによれば、温度特性改善のための各種添加物を加え
た材料系が提案、使用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】圧電磁器組成物の焼結
体の結晶粒径は、共振のダイナミックレンジに大きな影
響を及ぼす。結晶粒径を小さくすることにより、周波数
での共振のダイナミックレンジをより大きくすることが
できる。しかし、従来の組成では焼結性に問題があり結
晶粒径が小さすぎ不揃いになる傾向があった。そのため
特に20MHz以下の発振子に用いた場合、厚み縦振動の
3倍波共振と同時に5倍波共振のダイナミックレンジも
大きくなり、不必要な5倍波共振で発振してしまうとい
う問題点を有していた。さらに従来の組成では焼結反応
の均一性に問題があり、すべり振動の基本波における共
振周波数の温度特性が悪く、すべり振動の基本波共振を
用いた発振子への展開が出来ないという問題点も有して
いた。
【0004】そこで本発明は、厚み縦振動の3倍波共振
とすべり振動の基本波共振との両方に利用でき、広い周
波数範囲での共振子に使用できる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
に本発明の圧電磁器組成物は、(化3)を主成分とし、
副成分としてCuOかつMnO2を含有したことを特徴
とするものであり、焼結性と焼結反応の均一性が向上
し、使用する周波数に適した結晶粒径の圧電磁器組成物
を得ることができる。
【0006】
【化3】
【0007】その結果、厚み縦振動において発振周波数
が3倍共振から5倍共振へ移ることがなく、すべり振動
においては基本波の共振周波数の温度特性が良好な高信
頼性の共振子に適した圧電磁器組成物を得ることができ
る。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、(化4)を主成分とし、副成分としてCuOかつM
nO2を含有したことを特徴とする圧電磁器組成物であ
り、焼結性を高めるという作用を有する。
【0009】
【化4】
【0010】請求項2に記載の発明は、副成分CuOの
含有量を主成分1モルの重量に対して0.05〜2.5
重量%とし、かつMnO2の含有量を前記主成分1モル
の重量に対して0.05〜2.0重量%とすることを特
徴とする請求項1に記載の圧電磁器組成物であり、焼結
性に優れ、厚み縦振動において発振周波数が3倍共振か
ら5倍共振へ移ることなく、すべり振動においては基本
波の共振周波数の温度特性を良好にすることができると
いう作用を有する。
【0011】請求項3に記載の発明は、副成分としてさ
らに、ZrO2を含有したことを特徴とする請求項1あ
るいは請求項2に記載の圧電磁器組成物であり、焼結体
の結晶粒径を制御できるという作用を有する。
【0012】請求項4に記載の発明は、ZrO2の含有
量を主成分1モルの重量に対して0〜5.0重量%(0
重量%を除く)とすることを特徴とする請求項3に記載
の圧電磁器組成物であり、焼結体の結晶粒径を1〜3μ
mの間で任意の大きさに制御することができるという作
用を有する。
【0013】請求項5に記載の発明は、主成分が(化
4)の組成となるようにPb,Ti,Nd,Pr,Sm
の化合物の原料粉末と副成分としてMnの化合物の原料
粉末とを混合して混合物を得る第1の工程と、次にこの
混合物を仮焼して仮焼粉を得る第2の工程と、次にこの
仮焼粉に副成分としてCuの化合物の原料粉末を添加し
たのち粉砕して粉砕粉を得る第3の工程と、次にこの粉
砕粉を成形して成形体を得る第4の工程と、次にこの成
形体を焼成して焼成体を得る第5の工程とを備えた圧電
磁器組成物の製造方法であり、焼結性向上の効果を高め
るという作用を有する。
【0014】請求項6に記載の発明は、第1の工程にお
いて、副成分Mnの化合物の添加量をMnO2に換算
し、前記主成分1モルの重量に対して0.05〜2.0
重量%とし、第3の工程においてCuの化合物の添加量
をCuOに換算し、前記主成分に対して0.05〜2.
5重量%とすることを特徴とする請求項5に記載の圧電
磁器組成物の製造方法であり、焼結性に優れ、厚み縦振
動において発振周波数が3倍共振から5倍共振へ移るこ
となく、すべり振動においては基本波の共振周波数の温
度特性を良好にすることができるという作用を有する。
【0015】請求項7に記載の発明は、第1の工程にお
いて副成分としてZrの化合物の原料粉末を添加するこ
とを特徴とする請求項5あるいは請求項6に記載の圧電
磁器組成物の製造方法であり、焼結体の結晶粒径を制御
できるという作用を有する。
【0016】請求項8に記載の発明は、Zrの化合物の
添加量をZrO2に換算し、主成分1モルの重量に対し
て0〜5.0重量%(0重量%を除く)とすることを特
徴とする請求項7に記載の圧電磁器組成物の製造方法で
あり、焼結体の結晶粒径を1〜3μmの間で任意の大き
さに制御することができるという作用を有する。
【0017】請求項9に記載の発明は、第1の工程にお
いて、原料粉末の平均粒径が3μm以下のものを用いる
ことを特徴とする請求項5〜請求項8のいずれか一つに
記載の圧電磁器組成物の製造方法であり、均一な焼結反
応を起こすことができるという作用を有する。
【0018】請求項10に記載の発明は、第1の工程に
おいて、Nd,Pr,Smの化合物として水酸化物を用
いることを特徴とする請求項5〜請求項9のいずれか一
つに記載の圧電磁器組成物の製造方法であり、吸水性が
低く、環境変化に対して安定した原料粉末を用いること
で、均一な焼結反応を起こすことができるという作用を
有する。
【0019】請求項11に記載の発明は、第5の工程に
おいて、酸素分圧80%以上の雰囲気中で焼成すること
を特徴とする請求項5〜請求項10のいずれか一つに記
載の圧電磁器組成物の製造方法であり、欠陥生成を抑制
することで緻密な焼結体を得ることができるという作用
を有する。
【0020】以下、本発明の一実施の形態について説明
する。 (実施の形態1)原料として化学的に純度99%以上で
平均粒径が3μm以下のPbO,TiO 2,Nd(OH)
3,Pr(OH)3,Sm(OH)3,MnO2,ZrO2
用いて、うち主成分が(化5)で表され、副成分として
MnO2の添加量を0.05〜2.0重量%、ZrO2
添加量を0〜5.0重量%の範囲内で秤量し、配合して
ボールミルで混合した。
【0021】
【化5】
【0022】次にこの混合粉末粉を900℃で仮焼し、
この仮焼粉に化学的に純度99%以上で平均粒径3μm
以下のCuOを0.05〜2.5重量%の範囲内で添加
しボールミルで粉砕した。このようにして得られた粉砕
粉を1000kg/cm2の圧力で成形し、酸素分圧80%
以上の雰囲気中で1000〜1200℃の温度で焼成し
た。
【0023】得られた焼結体を直径15mm、厚さ0.5
mmの円板に加工し、両面に銀電極を形成した。この試料
を100℃のシリコンオイル中で、9kV/mm、30分
の条件で分極処理を行った。こののち試料を、20MHz
において3倍共振するための最適厚みに両面研磨し、直
径1〜2mmの閉じ込め電極を円板中央部に形成し、厚み
縦振動の3倍共振と5倍共振での各々のダイナミックレ
ンジを分極後24〜36時間を経てから測定した。その
結果、厚み縦振動の3倍共振時のダイナミックレンジが
大きく5倍共振時のダイナミックレンジが抑制された状
態であり、発振周波数が3倍共振から5倍共振へ移るこ
とのない高信頼性の共振子を実現していることを確認し
た。
【0024】さらに得られた焼結体を縦横20mm、厚さ
5mmの角板に加工し、両面に銀電極を形成した。この試
料を100℃のシリコンオイル中で、7kV/mm、30
分の条件で分極処理を行った。こののち試料を10MHz
においてすべり基本振動するための最適厚みに分極方向
と同一方向に切断し、重なり幅1mmの重なり電極を形成
したのち幅1mmに切断した。分極後24〜36時間経て
から、すべり基本振動のダイナミックレンジと共振周波
数の温度特性について測定を行った。その結果、ダイナ
ミックレンジが十分大きく、温度特性が−20〜80℃
の範囲で±0.5%以内に収まり、高信頼性のすべり振
動の基本波共振子を実現していることを確認した。次に
焼結体を電子顕微鏡にて観察し、結晶粒度と欠陥の状態
を観察した。平均粒径は1〜3μm程度の粒度の揃った
均一な状態で欠陥の少ない緻密な焼結体であることを確
認した。
【0025】尚、Nd,Pr,Smの含有量xが0.0
1未満であると焼結性が悪く、0.40を越えると焼結
体の緻密度が低下し厚み縦振動のダイナミックレンジが
得られない。また、特に厚み縦振動の3倍共振時のダイ
ナミックレンジを十分に大きく5倍共振時のダイナミッ
クレンジを十分抑制するには0.01≦x≦0.10の
範囲内にすることが好ましい。次にCuOが0.05重
量%より少ない場合は焼結性が悪く、2.5重量%を越
えると上記主成分に固溶しきれず析出するため焼結体の
緻密性が劣化し、共振しなくなる。さらに、MnO2
0.05重量%より少ない場合は焼結性が悪く、厚み縦
振動の3倍、5倍共振ともにダイナミックレンジが小さ
く、2.0重量%を越えると焼結体の緻密性が低下し、
共振しなくなる。ZrO2を5.0重量%を越えると結
晶粒径の粒成長が進み、厚み縦振動の3倍、5倍共振と
もにダイナミックレンジが劣化するため好ましくない。
次に、副成分CuOを混合時に添加すると、仮焼の際に
CuOが主成分と反応してしまうために、焼結時に液相
が結晶粒界に存在し難くなり、焼結性向上の効果が薄れ
てしまう。さらに、原料粉末の平均粒径が3μmより大
きいと焼結反応が不均一となり、結晶粒度にばらつきが
生じ、すべり振動の基本波における共振周波数の温度特
性が大きくなるため好ましくない。また原料粉末の平均
粒径を1μm以下のものを用いると、すべりの振動の基
本波における共振周波数の温度特性が−20〜80℃の
範囲で±0.3%以内に収まり信頼性が高く好ましい。
さらに、Nd,Pr,Smの化合物として酸化物を使う
と、原料粉末の吸水性が高く環境変化に対して不安定な
副成分を用いることとなり、均一な焼結反応を起こすの
に問題が残る。焼成工程においては、酸素分圧を80%
より少ない場合は密度も低く、焼結体内部に気孔や欠陥
を有し共振特性のばらつきを発生する原因を内在してい
る状態となり信頼性に欠ける。
【0026】また、上記圧電磁器組成物の組成について
は、領域のすべてにおいて本発明は有効である。さらに
上記圧電磁器組成物の製造方法については、上記圧電磁
器組成物の組成領域のすべてにおいて本発明は有効であ
る。
【0027】
【発明の効果】以上本発明によると、焼結性と焼結反応
の均一性が向上し、発振周波数が3倍共振から5倍共振
へ移ることのない厚み縦振動の3倍波共振と、基本波の
共振周波数の温度特性が良好なすべり振動の基本波共振
との両方に利用でき、広い周波数範囲での共振子に使用
できる圧電磁器組成物を提供することができる。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (化1)を主成分とし、副成分としてC
    uOとMnO2を含有したことを特徴とする圧電磁器組
    成物。 【化1】
  2. 【請求項2】 副成分CuOの含有量は主成分1モルの
    重量に対して0.05〜2.5重量%、MnO2の含有
    量は前記主成分1モルの重量に対して0.05〜2.0
    重量%であることを特徴とする請求項1に記載の圧電磁
    器組成物。
  3. 【請求項3】 副成分としてさらに、ZrO2を含有し
    たことを特徴とする請求項1あるいは請求項2に記載の
    圧電磁器組成物。
  4. 【請求項4】 ZrO2の含有量は、主成分1モルの重
    量に対して0〜5.0重量%(0重量%を除く)である
    ことを特徴とする請求項3に記載の圧電磁器組成物。
  5. 【請求項5】 主成分が(化2)の組成となるようにP
    b,Ti,Nd,Pr,Smの化合物の原料粉末と副成
    分としてMnの化合物の原料粉末とを混合して混合物を
    得る第1の工程と、次にこの混合物を仮焼して仮焼粉を
    得る第2の工程と、次にこの仮焼粉に副成分としてCu
    の化合物の原料粉末を添加したのち粉砕して粉砕粉を得
    る第3の工程と、次にこの粉砕粉を成形して成形体を得
    る第4の工程と、次にこの成形体を焼成して焼成体を得
    る第5の工程とを備えた圧電磁器組成物の製造方法。 【化2】
  6. 【請求項6】 第1の工程において、副成分Mnの化合
    物の添加量は、MnO 2に換算し、前記主成分1モルの
    重量に対して0.05〜2.0重量%、第3の工程にお
    いてCuの化合物の添加量はCuOに換算し、前記主成
    分に対して0.05〜2.5重量%であることを特徴と
    する請求項5に記載の圧電磁器組成物の製造方法。
  7. 【請求項7】 第1の工程において副成分としてZrの
    化合物の原料粉末を添加することを特徴とする請求項5
    あるいは請求項6に記載の圧電磁器組成物の製造方法。
  8. 【請求項8】 Zrの化合物の添加量はZrO2に換算
    し、主成分1モルの重量に対して0〜5.0重量%(0
    重量%を除く)であることを特徴とする請求項7に記載
    の圧電磁器組成物の製造方法。
  9. 【請求項9】 第1の工程において、原料粉末の平均粒
    径が3μm以下のものを用いることを特徴とする請求項
    5〜請求項8のいずれか一つに記載の圧電磁器組成物の
    製造方法。
  10. 【請求項10】 第1の工程において、Nd,Pr,S
    mの化合物として水酸化物を用いることを特徴とする請
    求項5〜請求項9のいずれか一つに記載の圧電磁器組成
    物の製造方法。
  11. 【請求項11】 第5の工程において、酸素分圧80%
    以上の雰囲気中で焼成することを特徴とする請求項5〜
    請求項10のいずれか一つに記載の圧電磁器組成物の製
    造方法。
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