JPH111368A - 圧電磁器組成物 - Google Patents

圧電磁器組成物

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JPH111368A
JPH111368A JP15504097A JP15504097A JPH111368A JP H111368 A JPH111368 A JP H111368A JP 15504097 A JP15504097 A JP 15504097A JP 15504097 A JP15504097 A JP 15504097A JP H111368 A JPH111368 A JP H111368A
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JP
Japan
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composition
coefficient
resonance frequency
piezoelectric
heat resistance
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JP15504097A
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English (en)
Inventor
Yuzo Sawara
雄三 佐原
Yasuo Niwa
康夫 丹羽
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TDK Corp
Original Assignee
TDK Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】電気機械結合係数Kpが大きく、機械的品質係
数が低く、共振周波数の温度係数が小さく、耐熱性のよ
い、移動体通信機用のラダー型セラミックフィルタに好
適な、圧電磁器組成物を提供すること。 【解決手段】一般式がa(Pb2 Ma2 7 1/2
(1−a)〔(Pb1-x MeX )(Zr1-y Tiy )O
3 〕で示され、MaをNb、Sbの中から選ばれた少な
くとも1種、MeをSr、Baの中から選ばれた少なく
とも1種とするとき、その組成範囲が、0.025≦a
≦0.040、0.01≦x≦0.08、0.475≦
y≦0.515を満足する基本組成に対し、副成分とし
て、Cr、Cu、Fe、Ni、Bi群の中から選ばれた
少なくとも一種を、それぞれCr2 3 、CuO、Fe
2 3 、NiO、Bi2 3 に換算して0.1〜0.5
重量%添加した圧電セラミック組成物である。

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、特に表面実装ラダー型セラミック
フィルタに好適な圧電磁器組成物に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、携帯電話、自動車電話、コードレ
スホン、ポケットベルなど移動体通信機が急速に普及し
ている。これら移動体通信機にはラダー型セラミックフ
ィルタが用いられており、このラダー型セラミックフィ
ルタは、群遅延時間特性が平坦であることが要求されて
いる。群遅延時間特性を良好にするためには、機械的品
質係数Qmが約250以下であることが要求されてい
る。またラダー型セラミックフィルタは電気機械結合係
数Kpが約45%以上であることが必要とされている。
【0003】また移動体通信機は年々小型化、軽量化さ
れているため、用いられる電子部品は表面実装型のチッ
プ部品が主流となっている。表面実装型のチップ部品は
リフロー炉で250℃前後の温度でハンダ付けされる
が、この際の温度により特性の劣化が起こらない材料を
用いる必要がある。
【0004】従来、セラミックフィルタに用いられる圧
電素子に用いる材料としては、PbTiO3 −PbZr
3 (チタン酸ジルコン酸鉛)の二成分系を主成分と
し、WO3 、Nb2 5 、Sb2 5 など種々の酸化物
を副成分として添加することにより圧電特性を改善し、
さらにMnO2 、Cr2 3 などを添加し、焼成したも
のが知られている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来の圧電組成物は、耐熱性が改善されているが、機械
的品質係数Qmが大きく、また誘電率εを小さくする
と、他の圧電特性が劣化する(電気機械結合係数Kpが
小さくなる)という問題があった。
【0006】またPbTiO3 −PbZrO3 の二成分
系にパイロクロア系複合酸化物であるPb2 Nb2 7
またはPb2 Sb2 7 を加えた三成分系とすることに
より耐熱性を改善した圧電セラミック組成物を特願平8
−269538号で特許出願人は提案しているが、これ
には共振周波数frの温度特性があまり良くないという
問題があり、圧電振動特性の広がり振動を利用したラダ
ー型セラミックフィルタ用の圧電磁器組成物として使用
することに困難があり、高性能、高信頼性、低コストの
ラダー型セラミックフィルタの提供が出来なかった。
【0007】従って本発明の目的は、これらの問題点を
改善したラダー型セラミックフィルタ用として好適な圧
電磁器組成物を提供することである。
【0008】
【問題を解説するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、一般式a(Pb2 Ma2 7 1/2
(1−a)〔(Pb1-x MeX )(Zr1-y Tiy )O
3 〕で示され、MaをNb、Sbの中から選ばれた少な
くとも1種、MeをSr、Baの中から選ばれた少なく
とも1種とするとき、その組成範囲が、0.025≦a
≦0.040、0.01≦x≦0.08、0.475≦
y≦0.515を満足する基本組成に対し、副成分とし
てCr、Cu、Fe、Ni、Bi群の中から選ばれた少
なくとも1種を、それぞれCr2 3 、CuO、Fe2
3 、NiO、Bi2 3 に換算して0.1〜0.5重
量%添加したことを特徴とする圧電磁器組成物を提供す
るものである。
【0009】これにより後述する如く、機械的品質係数
が小さく、電気機械結合係数が大きく、しかも共振周波
数の温度特性の良好な、ラダー型セラミックフィルタ用
として好適な圧電磁器組成物を提供することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下本発明の一実施の形態につい
て説明する。出発原料として化学的に純粋なPbO、T
iO2 、ZrO2 、SrCO3 、BaCO3 、Nb2
5 、Sb2 3 、Cr2 3 、CuO、Fe2 3 、N
iO、Bi2 3 を使用し、これらを焼成後に表1に示
す組成になるように秤量し、ボールミールにて湿式混合
を行った。それから混合粉を850〜950℃で仮焼き
した後、ボールミールにて湿式粉砕した。
【0011】次に、このようにして得られた粉末に有機
バインダを適量加えて造粒を行い、2000kg/cm
2 の圧力にて、1辺20mm、厚さ1mmの成形体を製
作し、この成形体を1140〜1240℃で焼成した。
【0012】このようにして得られた焼結体を厚さ0.
5mmまで研摩したあと、両面に焼き付け電極を形成
し、100〜150℃の絶縁油中において2.0〜3.
5KV/mmの直流電圧を印加して分極処理を行い、前
記分極処理後、4.5mm角に切断して圧電磁器素子と
した。
【0013】このようにして得られた圧電磁器素子の静
電容量C、広がり振動の共振周波数fr、反共振周波数
fa、共振抵抗R0 を測定した。そしてこの測定結果を
もとに電気機械結合係数Kp及び機械的品質係数Qmを
算出した。
【0014】また耐熱性については、圧電磁器素子を2
50℃の溶融半田に30秒間浸漬した後、室温に1時間
放置しておきその後測定して、試験前後の共振周波数f
rの変化を比較した。
【0015】但しfrの変化量(KHz)=|(fr−
fri)|である。friは半田に浸漬後の測定結果の
ものである。これらの測定算出結果を表1に示す。
【0016】
【表1】
【0017】なお、電気機械結合係数Kpが45%未満
であると、必要な周波数の帯域幅が得られず、ラダー用
圧電磁器素子としては使用が難しい。表1より試料N
o.8、9、17、18が45%未満であり、本発明の
範囲外である。
【0018】また機械的品質係数Qmが250を越える
ものはフィルタとした場合群遅延時間特性が悪くラダー
用圧電磁器素子としては使用が難しい。表1より試料N
o.8、15が250を越えており、本発明の範囲外で
ある。
【0019】使用温度範囲における共振周波数frの温
度係数fr・TCについては±50(ppm/℃)を越
えるものは、この温度変化により中心周波数f0 の維持
が出来ず、ラダー用圧電磁器素子としては使用が難し
い。表1より、試料No.1、2、8、9、17がこの
±50(ppm/℃)を越えており、本発明の範囲外で
ある。
【0020】さらに耐熱性における共振周波数frの変
化量が±1KHzを越えると、耐熱性が悪く、リフロー
炉の熱により目標とする中心周波数f0 が得られず、ラ
ダー用圧電磁器素子としては使用が難しい。表1より試
料No.5、16が±1KHzを越えており、本発明の
範囲外である。
【0021】これら本発明の範囲外のものを除いた、試
料No.3、4、6、7、10、11、12、13、1
4、19のものが、前記電気機械結合係数Kp、機械的
品質係数Qm、共振周波数frの温度係数fr・TC、
共振周波数frの変化がいずれも良好のものであり、本
発明の範囲内のものである。
【0022】また表1より、aが0.025より小さい
場合、機械的品質係数Qmが大きく(試料No.15参
照)、aが0.040を越えると耐熱性が悪くなること
がわかる(試料No.16参照)。
【0023】xが0.08より大きいと電気機械結合係
数Kpが小さく、温度係数fr・TCが大きく(試料N
o.9参照)、xが0.01未満の場合は共振周波数f
rの温度係数fr・TCがこれまた大きくなることがわ
かる(試料No.1、2参照)。
【0024】yが0.475より小さい場合、共振周波
数frの温度係数fr・TCが大きく(試料No.17
参照)、0.515よりも大きいと電気機械結合係数K
pが小さいことがわかる(試料No.18参照)。
【0025】副成分の添加量が0.1重量%未満の場合
は耐熱性を示す共振周波数frの変化量が大きく、耐熱
性が良くなく(試料No.5参照)、また0.5重量%
よりも多いと電気機械結合係数Kpが小さくしかも機械
的品質係数Qmが大きいことがわかる(試料No.8参
照)。
【0026】このような結果からそれぞれ、aの範囲は
0.025≦a≦0.040(試料No.3、14参照
のこと)、xの範囲は0.01≦x≦0.08(試料N
o.3、4参照のこと)、yの範囲は0.475≦y≦
0.515(試料No.13、11参照のこと)であ
り、副成分としてCr、Cu、Fe、Ni、Bi群の中
から選択された少なくとも1種を、それぞれCr
2 3 、CuO、Fe2 3 、NiO、Bi2 3 に換
算して0.1〜0.5重量%添加する組成範囲が良いこ
とがわかる。
【0027】このような、表1に示す結果からわかるよ
うに、本発明の圧電磁器組成物は、電気機械結合係数K
pが45%以上と大きいまま、機械的品質係数Qmが2
50以下と低く、共振周波数frの温度係数fr・TC
が小さく、耐熱性試験後における共振周波数の変化量が
少なく耐熱性のよいものを提供することができることが
わかる。しかも組成比を選ぶことにより誘電率εを11
00〜2000という領域で任意に選択できる。
【0028】本発明の構成におけるPbTiO3 −Pb
ZrO3 のベース磁器組成物に、第三成分としてパイロ
クロア型複合酸化物Pb2 Nb2 7 またはPb2 Sb
2 7 を固溶させるのは磁器の圧電性を改善するためで
ある。このことにより、誘電率εが小さくとも電気機械
結合係数Kpが十分大きく、機械的品質係数Qmを低く
することが可能になる。
【0029】またこの組成物のPbの一部をSr、Ba
で置換することにより、共振周波数frの温度特性を改
善することができる。
【0030】
【発明の効果】以上説明のように、本発明では、一般式
a(Pb2 Ma2 7 1/2 ・(1−a)〔(Pb1-x
Mex )(Zr1-y Tiy )O3 〕で示され、MaをN
b、Sbの中から選ばれた少なくとも1種、Meを、S
r、Baの中から選ばれた少なくとも1種とするとき、
その組成範囲が、0.025≦a≦0.040、0.0
1≦x≦0.08、0.475≦y≦0.515を満足
する基本組成に対し、副成分として、Cr、Cu、F
e、Ni、Bi群の中から選ばれた少なくとも一種を、
それぞれCr2 3 、CuO、Fe2 3 、NiO、B
2 3 に換算して0.1〜0.5重量%添加させるこ
とにより、電気機械結合係数Kpが45%以上と大きい
まま、機械的品質係数Qmが250以下と低く、共振周
波数frの温度係数fr・TCが小さく、耐熱性試験後
における共振周波数の変化の少ない耐熱性のよい圧電セ
ラミック組成物を得ることができる。
【0031】そして本発明の圧電セラミック組成物を用
いることにより、表面実装の際に250℃前後のリフロ
ー炉温度にさらされても圧電特性の劣化やフィルタの通
過帯域幅等の変動が少なく、群遅延特性が平坦で、位相
歪みが少ない表面実装型のセラミックフィルタが得られ
る。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式 a(Pb2 Ma2 7 1/2 ・(1−a)〔(Pb1-x
    MeX )(Zr1-y Tiy )O3 〕で示され、 MaをNb、Sbの中から選ばれた少なくとも1種、M
    eをSr、Baの中から選ばれた少なくとも1種とする
    とき、その組成範囲が、 0.025≦a≦0.040 0.01 ≦x≦0.08 0.475≦y≦0.515 を満足する基本組成に対し、 副成分として、Cr、Cu、Fe、Ni、Bi群の中か
    ら選ばれた少なくとも一種を、それぞれCr2 3 、C
    uO、Fe2 3 、NiO、Bi2 3 に換算して0.
    1〜0.5重量%添加したことを特徴とする圧電セラミ
    ック組成物。
JP15504097A 1997-06-12 1997-06-12 圧電磁器組成物 Pending JPH111368A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003029162A3 (de) * 2001-09-29 2003-10-30 Ceramtec Ag Piezoelektrische keramische werkstoffe auf der basis von bleizirkonattitanat (pzt) mit kristallstruktur des perowskits
KR100481226B1 (ko) * 2002-06-12 2005-04-07 한국전기연구원 세라믹 액츄에이터용 압전 세라믹 조성물 및 압전 세라믹 제조방법
CN1304323C (zh) * 2003-05-21 2007-03-14 株式会社村田制作所 压电陶瓷组合物以及包含它的压电陶瓷装置
JP2019019018A (ja) * 2017-07-13 2019-02-07 Fdk株式会社 圧電磁器組成物および圧電磁器組成物の製造方法

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Effective date: 20031104