JPS6052102B2 - 圧電磁器組成物 - Google Patents
圧電磁器組成物Info
- Publication number
- JPS6052102B2 JPS6052102B2 JP53013433A JP1343378A JPS6052102B2 JP S6052102 B2 JPS6052102 B2 JP S6052102B2 JP 53013433 A JP53013433 A JP 53013433A JP 1343378 A JP1343378 A JP 1343378A JP S6052102 B2 JPS6052102 B2 JP S6052102B2
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- Japan
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- piezoelectric ceramic
- piezoelectric
- ceramic composition
- composition
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Inorganic Insulating Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、超音波振動子、セラミックフィルタ、表面
弾性波素子等に用いる圧電磁器に関するものである。
弾性波素子等に用いる圧電磁器に関するものである。
従来、この種の圧電磁器としては、ジルコン、チタン
酸鉛（ＰｂＺｒ、−ｘＴｉｘＯ０）を主成分とするいわ
ゆるｐｎ゛系圧電磁器、ニオブ酸カリウム、ナトリウム
（に、−、Ｎａ、ＮｂＯ３）を主成分とするいわゆるＳ
ＰＮ系圧電磁器が良く知られている。
酸鉛（ＰｂＺｒ、−ｘＴｉｘＯ０）を主成分とするいわ
ゆるｐｎ゛系圧電磁器、ニオブ酸カリウム、ナトリウム
（に、−、Ｎａ、ＮｂＯ３）を主成分とするいわゆるＳ
ＰＮ系圧電磁器が良く知られている。
ｐｎ゛磁器については、Ｐｂ（Ｍｇ１７３Ｎｂ２ｌ３）
Ｏｓ゜Ｐｂ（Ｍｎ、Ｉ。Ｎｂ、’３）０３等の第３成分
を固溶させることにより圧電特性、温度特性ともにかな
り優れた磁器が得られている。しかし、本質的に高誘電
率（４００〜１５００）磁器であるため、高周波で用い
る場合に素子の入出力インピーダンスが低下し外部回路
とのインピーダンス整合に問題がでてくる。とくに最近
では、圧電素子の高周波化が進んでおり、誘電率を下げ
ることが重要な課題となつている。一方、ＳＰＮ系磁器
は誘電率が小さい（１５０〜２００）という特徴はある
ものの電気機械結合係数が小さい、温度特性が極めて悪
いという欠点をもつている。 これに対して本発明の圧
電磁器組成物の主成分であるチタン酸鉛は、キュリー温
度が高く （４７０℃）の誘電率の小さい（〜１７０）
圧電体として知られているが、当初は焼結が極めて困難
で緻密な圧電磁器を形成することができなかつた。
Ｏｓ゜Ｐｂ（Ｍｎ、Ｉ。Ｎｂ、’３）０３等の第３成分
を固溶させることにより圧電特性、温度特性ともにかな
り優れた磁器が得られている。しかし、本質的に高誘電
率（４００〜１５００）磁器であるため、高周波で用い
る場合に素子の入出力インピーダンスが低下し外部回路
とのインピーダンス整合に問題がでてくる。とくに最近
では、圧電素子の高周波化が進んでおり、誘電率を下げ
ることが重要な課題となつている。一方、ＳＰＮ系磁器
は誘電率が小さい（１５０〜２００）という特徴はある
ものの電気機械結合係数が小さい、温度特性が極めて悪
いという欠点をもつている。 これに対して本発明の圧
電磁器組成物の主成分であるチタン酸鉛は、キュリー温
度が高く （４７０℃）の誘電率の小さい（〜１７０）
圧電体として知られているが、当初は焼結が極めて困難
で緻密な圧電磁器を形成することができなかつた。
しかし、池上らは少量の酸化ランタン（Ｌｌ２Ｏ３）と
二酸化マンガン（ＭｎＯ２）を同時に添加することによ
り空孔率１．５％程度の極めて緻密なチタン酸鉛磁器を
得ることに成功した（特開昭４８−３００９７、圧電磁
器組成物）。さらに池上らはこのようにして得られたラ
ンタン（Ｌａ）、マンガン（Ｍｎ）添加チタン酸鉛磁器
が優れた圧電特性を示すことを見出した（ジャーナル・
オブ●アコウステイカルソサアテイ・オブ・アメリカ（
支）巻（１９７１年）１０６０〜１０６６ページ）。そ
こで、筆者らは、池上らの発明によるランタン●マンガ
ン添加チタン酸鉛磁器を作成し、その表面弾性波特性を
調べた。その結果、表面弾性波伝播速度ｓ＝２５００ｒ
ｎＩｓｅｃ１電気機械結合係数Ｋ２〜３％、４０ＭＩＩ
ｚにおける表面弾性波伝播損失８ｄＢＩｃｗＬという値
を得た。これらの値は表面弾性波を送受信するのにほぼ
充分な値であり、またこの磁器は誘電率が小さい（〜１
７０）ことから高周波での使用に耐えるものである。し
かしながら、遅延時間温度特性が悪く（〜９０ｐｐｍ１
℃）このままては実用的な表面弾性波素子用材料にはな
らないことが判明した。そこて、本発明の目的は、高周
波での使用に耐える温度特性の優れた圧電磁器組成物を
提供することにある。
二酸化マンガン（ＭｎＯ２）を同時に添加することによ
り空孔率１．５％程度の極めて緻密なチタン酸鉛磁器を
得ることに成功した（特開昭４８−３００９７、圧電磁
器組成物）。さらに池上らはこのようにして得られたラ
ンタン（Ｌａ）、マンガン（Ｍｎ）添加チタン酸鉛磁器
が優れた圧電特性を示すことを見出した（ジャーナル・
オブ●アコウステイカルソサアテイ・オブ・アメリカ（
支）巻（１９７１年）１０６０〜１０６６ページ）。そ
こで、筆者らは、池上らの発明によるランタン●マンガ
ン添加チタン酸鉛磁器を作成し、その表面弾性波特性を
調べた。その結果、表面弾性波伝播速度ｓ＝２５００ｒ
ｎＩｓｅｃ１電気機械結合係数Ｋ２〜３％、４０ＭＩＩ
ｚにおける表面弾性波伝播損失８ｄＢＩｃｗＬという値
を得た。これらの値は表面弾性波を送受信するのにほぼ
充分な値であり、またこの磁器は誘電率が小さい（〜１
７０）ことから高周波での使用に耐えるものである。し
かしながら、遅延時間温度特性が悪く（〜９０ｐｐｍ１
℃）このままては実用的な表面弾性波素子用材料にはな
らないことが判明した。そこて、本発明の目的は、高周
波での使用に耐える温度特性の優れた圧電磁器組成物を
提供することにある。
本発明の圧電磁器組成物は、ＰｂＯおよびＴｌＯ。
を主成分とし、これにＬａ（５Ｎｄの酸化物を添加し、
さらに酸化マンガンもしくはＣｒ，Ｆｅ，ＣＯ，Ｎｉ，
Ｇａ，Ａｌ，Ｒｈ，Ｙ，Ｙｂ，Ｓｂの酸化物のうち少な
くとも１種ならびに酸化マンガンを複合添加したもので
ある。配合組成を適当に選ぶことによつて極めて緻密で
、かつ圧電特性の優れたものが得られる。ここでＬａ，
Ｎｄは主としてＰｂを置換し、Ｃｒ−Ｓｂは主としてＴ
ｉを置換する金属元素である。この優れた特性を有する
組成範囲は、１ Ｐ１０４２．５〜４９．３モル％、ＴｌＯ２４８．７〜
５３．６モル％、（Ｌｌ＋Ｎｄ）の酸化物０．５〜３．
７モル％、酸化マンガン０．２〜１．５モル％、および
２Ｐｂ０４２．７〜４９．５モル％、ＴｌＯ２４５．２
〜５３．１モル％、（Ｌａ＋Ｎｄ）の酸化物０．５〜３
．７モル％、酸化マンガン０．２〜１．５モル％、Ｃｒ
，Ｆｅ，ＣＯ，Ｎｉ，Ｇａ，Ｒｈ，Ｙ，Ｙｂ，Ｓｂおよ
びＮの酸化物のうち少なくとも１種を計０．３〜３，３
モル％である。
さらに酸化マンガンもしくはＣｒ，Ｆｅ，ＣＯ，Ｎｉ，
Ｇａ，Ａｌ，Ｒｈ，Ｙ，Ｙｂ，Ｓｂの酸化物のうち少な
くとも１種ならびに酸化マンガンを複合添加したもので
ある。配合組成を適当に選ぶことによつて極めて緻密で
、かつ圧電特性の優れたものが得られる。ここでＬａ，
Ｎｄは主としてＰｂを置換し、Ｃｒ−Ｓｂは主としてＴ
ｉを置換する金属元素である。この優れた特性を有する
組成範囲は、１ Ｐ１０４２．５〜４９．３モル％、ＴｌＯ２４８．７〜
５３．６モル％、（Ｌｌ＋Ｎｄ）の酸化物０．５〜３．
７モル％、酸化マンガン０．２〜１．５モル％、および
２Ｐｂ０４２．７〜４９．５モル％、ＴｌＯ２４５．２
〜５３．１モル％、（Ｌａ＋Ｎｄ）の酸化物０．５〜３
．７モル％、酸化マンガン０．２〜１．５モル％、Ｃｒ
，Ｆｅ，ＣＯ，Ｎｉ，Ｇａ，Ｒｈ，Ｙ，Ｙｂ，Ｓｂおよ
びＮの酸化物のうち少なくとも１種を計０．３〜３，３
モル％である。
組成範囲が上記範囲外になると、温度特性ならびに機械
的品質係数ＱＭ等が劣化し、本発明の効果を期待できな
くなる。
的品質係数ＱＭ等が劣化し、本発明の効果を期待できな
くなる。
以下に本発明を実施例により詳細に説明する。
本発明による組成物の測定用試料は以下の方法で作製し
、誘電、圧電及び表面弾性波特性を測定した。上に記し
た各酸化物を目的組成比となるように秤量し、それらを
湿式にて混合した。
、誘電、圧電及び表面弾性波特性を測定した。上に記し
た各酸化物を目的組成比となるように秤量し、それらを
湿式にて混合した。
混合物を乾燥後、成形して８５０℃で２時間仮焼した。
これを再度粉砕混合して、その粉末を３５０ｋ９１ｃＩ
ｔのブレス圧のもとで円板に加圧成形し、１２６０℃で
５時間焼結した。焼結後のペレットサイズは直径１６Ｗ
ｒ！ｎ１厚さ２Ｗｒ１ｎである。このペレットを約１ｗ
ｔの厚さまで研磨した後、両面に電極としてＣｒ−Ａｕ
膜を蒸着により形成し、銀ベースＩ・で銅のリード線を
つけた。分極処理は３０〜６０ＫＶＩｃｍの電圧を印加
し、１３０〜１８０℃で約１紛間行なつた。その後、誘
電及び圧電特性の測定を行なつた。さらに、試料の片面
を鏡面研磨し、光蝕刻法てＡｌのすたれ状電極を形成し
た後、表面波特性を測定した。以上の結果によれば、Ｐ
ｂＯ，ＴｌＯ２を主成分にし、酸化マンガンを含み、さ
らにＬｌ，Ｎｄの酸化物の双方を同時に含む磁器組成物
では酸化ランタンおよび酸化ネオジウムの添加量が増加
するに伴い、温度特性が著しく良くなる。
これを再度粉砕混合して、その粉末を３５０ｋ９１ｃＩ
ｔのブレス圧のもとで円板に加圧成形し、１２６０℃で
５時間焼結した。焼結後のペレットサイズは直径１６Ｗ
ｒ！ｎ１厚さ２Ｗｒ１ｎである。このペレットを約１ｗ
ｔの厚さまで研磨した後、両面に電極としてＣｒ−Ａｕ
膜を蒸着により形成し、銀ベースＩ・で銅のリード線を
つけた。分極処理は３０〜６０ＫＶＩｃｍの電圧を印加
し、１３０〜１８０℃で約１紛間行なつた。その後、誘
電及び圧電特性の測定を行なつた。さらに、試料の片面
を鏡面研磨し、光蝕刻法てＡｌのすたれ状電極を形成し
た後、表面波特性を測定した。以上の結果によれば、Ｐ
ｂＯ，ＴｌＯ２を主成分にし、酸化マンガンを含み、さ
らにＬｌ，Ｎｄの酸化物の双方を同時に含む磁器組成物
では酸化ランタンおよび酸化ネオジウムの添加量が増加
するに伴い、温度特性が著しく良くなる。
たとえば、第１表の実施例１５に示した４３．６モル％
、ＰｂＯ，５２．ｌモル％ＴｌＯ２，２．７モル％Ｎｄ
２Ｏ３，Ｏ．５モル％Ｌａ２Ｏ３，ｌ．ｌモル％ＭｎＯ
２，および実施例１６に示し４２．５モル％ＰｂＯ，５
２６モル％ＴｌＯ２，２．７モル％Ｎｄ２Ｏ３，ｌ．ｌ
モル％Ｌａ２Ｏ３，ｌ．ｌモル％ＭｎＯ２付近では、表
面波の遅延時間温度係数が２５ｐｐｍＩ℃以下となり、
圧電セラミックスとしては最小の部類にまいる。また、
機械的品質係数ＱＭは１０００〜２６００と大きく、か
つ結晶粒径が１〜２μｍ程度と極めて小さいため、表面
波の伝播損失が６０ＭＨｚで４〜９ｄＢＩｃｆｆ１と圧
電磁器としては従来になく小さい。また、表面波の電気
機械結合係数ＫＳ２は．０〜２．５％である。加えて、
比誘電率が１００〜４００と小さいため、高周波での使
用にも耐えることができる。１−３，Ｎｄの酸化物の添
加総量が０．５モル％以下では温度係数改善の効果が小
さく、また３．７モル％を越えるとＱＭの値が５００以
下となり損失の大きい磁器となつた。
、ＰｂＯ，５２．ｌモル％ＴｌＯ２，２．７モル％Ｎｄ
２Ｏ３，Ｏ．５モル％Ｌａ２Ｏ３，ｌ．ｌモル％ＭｎＯ
２，および実施例１６に示し４２．５モル％ＰｂＯ，５
２６モル％ＴｌＯ２，２．７モル％Ｎｄ２Ｏ３，ｌ．ｌ
モル％Ｌａ２Ｏ３，ｌ．ｌモル％ＭｎＯ２付近では、表
面波の遅延時間温度係数が２５ｐｐｍＩ℃以下となり、
圧電セラミックスとしては最小の部類にまいる。また、
機械的品質係数ＱＭは１０００〜２６００と大きく、か
つ結晶粒径が１〜２μｍ程度と極めて小さいため、表面
波の伝播損失が６０ＭＨｚで４〜９ｄＢＩｃｆｆ１と圧
電磁器としては従来になく小さい。また、表面波の電気
機械結合係数ＫＳ２は．０〜２．５％である。加えて、
比誘電率が１００〜４００と小さいため、高周波での使
用にも耐えることができる。１−３，Ｎｄの酸化物の添
加総量が０．５モル％以下では温度係数改善の効果が小
さく、また３．７モル％を越えるとＱＭの値が５００以
下となり損失の大きい磁器となつた。
ＭｒｌＯ３に関しては、添加量の増加が従がい機械的品
質係数ＱＭが増大し、伝播損失が小さくなるが、１．５
モル％を越えると電気抵抗が著しく低下するため分極処
理が困難になり圧電特性が劣化した。また明らかな機械
的品質係数Ｑ９の増加がみられるのはモル％以上添加し
た場合であつた。このような結果からｌ−１，Ｎｄの酸
化物の添加量が０．５〜３．７モル％、酸化マンガンの
添加量が０．２〜１．５モル％のとき温度特性ならびに
機械的品質の優れた磁器が得られる。
質係数ＱＭが増大し、伝播損失が小さくなるが、１．５
モル％を越えると電気抵抗が著しく低下するため分極処
理が困難になり圧電特性が劣化した。また明らかな機械
的品質係数Ｑ９の増加がみられるのはモル％以上添加し
た場合であつた。このような結果からｌ−１，Ｎｄの酸
化物の添加量が０．５〜３．７モル％、酸化マンガンの
添加量が０．２〜１．５モル％のとき温度特性ならびに
機械的品質の優れた磁器が得られる。
この添加物の添加量の範囲に関連して、主成分であるＰ
ｂＯ＜５Ｔｉ０２の組成範囲は自ずと定められ、ＰｂＯ
が４２．５〜４９．３モル％、ＴｌＯ２が４８．７〜５
３．６モル％、ＴｌＯ２が４８．７〜５３．６モル％の
範囲で所期の目的を達成する磁器が得られた。以上のよ
うに本発明の圧電磁器組成物は表面波の温度特性がよく
、かつ表面波の伝播損失が小さい点に特徴があり、とく
に表面弾性波素子用圧電磁器として、これまでにない優
れた特性を有している。
ｂＯ＜５Ｔｉ０２の組成範囲は自ずと定められ、ＰｂＯ
が４２．５〜４９．３モル％、ＴｌＯ２が４８．７〜５
３．６モル％、ＴｌＯ２が４８．７〜５３．６モル％の
範囲で所期の目的を達成する磁器が得られた。以上のよ
うに本発明の圧電磁器組成物は表面波の温度特性がよく
、かつ表面波の伝播損失が小さい点に特徴があり、とく
に表面弾性波素子用圧電磁器として、これまでにない優
れた特性を有している。
本発明においては上記した添加量の範囲て添加物を添加
し、さらにＣｒ，Ｆｅ，ＣＯ，Ｎｉ，Ｇａ，Ｒｈ，Ｙ，
Ｙｂ，ＳｂおよびＡ１の酸化物のうち少なくとも１種を
適量添加すれば、さらに優れた特性を有する圧電磁器組
成物が得られることを見出した。
し、さらにＣｒ，Ｆｅ，ＣＯ，Ｎｉ，Ｇａ，Ｒｈ，Ｙ，
Ｙｂ，ＳｂおよびＡ１の酸化物のうち少なくとも１種を
適量添加すれば、さらに優れた特性を有する圧電磁器組
成物が得られることを見出した。
表面波の遅延時間温度係数は上記組成分の添加量を増す
に従いさらに低下し、組成を適当に選ぶことにより、１
０ｐｐｍ１℃以下にすることもできる。
に従いさらに低下し、組成を適当に選ぶことにより、１
０ｐｐｍ１℃以下にすることもできる。
その組成例を第１表の１〜１４に示す。また、機械的品
質係数ＱＭは１５００〜２６００と大きく、かつ結晶粒
径が１〜２μｍ程度と極めて小さいため、表面波の伝播
損失が６０Ｍ圧において４〜９ｄＢ１ｃ７Ｉと圧電磁器
としてはこれまてになく小さい。なお、表面波の電気機
械結合係数ＫＳ２は１．０〜２．５％である。
質係数ＱＭは１５００〜２６００と大きく、かつ結晶粒
径が１〜２μｍ程度と極めて小さいため、表面波の伝播
損失が６０Ｍ圧において４〜９ｄＢ１ｃ７Ｉと圧電磁器
としてはこれまてになく小さい。なお、表面波の電気機
械結合係数ＫＳ２は１．０〜２．５％である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ＰｂＯおよびＴｉＯ＿２を主成分としてそれぞれ４
２．５〜４９．３モル％、４８．７〜５３．６モル％含
有し、ＬａおよびＮｄの酸化物を同時に含んでその合計
が０．５〜３．７モル％であり、酸化マンガンを０．２
〜１．５含有していることを特徴とする圧電磁器組成物
。 ２ ＰｂＯおよびＴｉＯ＿２を主成分としてそれぞれ４
２．７〜４９．５モル％、４５．２〜５３．１モル％含
有し、ＬａおよびＮｄの酸化物を同時に含んでその合計
が０．５〜３．７モル％含有し、酸化マンガンを０．２
〜１．５モル％、さらにＣｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇａ
、Ｒｈ、Ｙ、Ｙｂ、ＳｂおよびＡｌの酸化物のうち少な
くとも１種を０．３〜３．３モル％含有していることを
特徴とする圧電磁器組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53013433A JPS6052102B2 (ja) | 1978-02-10 | 1978-02-10 | 圧電磁器組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53013433A JPS6052102B2 (ja) | 1978-02-10 | 1978-02-10 | 圧電磁器組成物 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS54106517A JPS54106517A (en) | 1979-08-21 |
| JPS6052102B2 true JPS6052102B2 (ja) | 1985-11-18 |
Family
ID=11832992
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP53013433A Expired JPS6052102B2 (ja) | 1978-02-10 | 1978-02-10 | 圧電磁器組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6052102B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6252007U (ja) * | 1985-09-20 | 1987-03-31 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5747769A (en) * | 1980-09-05 | 1982-03-18 | Murata Manufacturing Co | Piezoelectric ceramic composition |
-
1978
- 1978-02-10 JP JP53013433A patent/JPS6052102B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6252007U (ja) * | 1985-09-20 | 1987-03-31 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS54106517A (en) | 1979-08-21 |
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