JPH04369914A - 圧電セラミック共振子 - Google Patents
圧電セラミック共振子Info
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- JPH04369914A JPH04369914A JP3147181A JP14718191A JPH04369914A JP H04369914 A JPH04369914 A JP H04369914A JP 3147181 A JP3147181 A JP 3147181A JP 14718191 A JP14718191 A JP 14718191A JP H04369914 A JPH04369914 A JP H04369914A
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- Japan
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- resonance
- piezoelectric ceramic
- grain size
- mhz
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- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロコンピュータ
のクロック用発振子に使用される圧電セラミック共振子
に関する。
のクロック用発振子に使用される圧電セラミック共振子
に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、圧電セラミック共振子を用いた発
振子は、情報処理機器の普及に伴い需要が増加しており
、また情報処理の高速化とともに１０ＭＨｚ以上の高周
波化が要求されて来ている。
振子は、情報処理機器の普及に伴い需要が増加しており
、また情報処理の高速化とともに１０ＭＨｚ以上の高周
波化が要求されて来ている。
【０００３】こういった高い周波数の圧電セラミック共
振子は、共振系の長さが非常に短くなるため、その共振
系の長さである厚みが大きくとれる厚みたて３倍共振を
用いるのが常である。従来、このような圧電セラミック
共振子には、密度を高めて共振のダイナミックレンジを
大きくするために、結晶粒径が２μｍ程度の小さい圧電
セラミックスが使用されていた。
振子は、共振系の長さが非常に短くなるため、その共振
系の長さである厚みが大きくとれる厚みたて３倍共振を
用いるのが常である。従来、このような圧電セラミック
共振子には、密度を高めて共振のダイナミックレンジを
大きくするために、結晶粒径が２μｍ程度の小さい圧電
セラミックスが使用されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような圧電セラミックスを用いた圧電セラミック共振子
では、用いている厚みたて３倍共振のダイナミックレン
ジは大きいものの、不要なより高い周波数の厚みたて５
倍共振のダイナミックレンジも大きくなるため、発振子
として使用した場合に厚みたて５倍共振で発振し易いと
いう課題を有していた。
ような圧電セラミックスを用いた圧電セラミック共振子
では、用いている厚みたて３倍共振のダイナミックレン
ジは大きいものの、不要なより高い周波数の厚みたて５
倍共振のダイナミックレンジも大きくなるため、発振子
として使用した場合に厚みたて５倍共振で発振し易いと
いう課題を有していた。
【０００５】本発明は上記の課題を解決するもので、１
２〜２０ＭＨｚの厚みたて３倍共振のダイナミックレン
ジが大きく、厚みたて５倍共振のダイナミックレンジが
小さい圧電セラミック共振子を提供することを目的とす
る。
２〜２０ＭＨｚの厚みたて３倍共振のダイナミックレン
ジが大きく、厚みたて５倍共振のダイナミックレンジが
小さい圧電セラミック共振子を提供することを目的とす
る。
【０００６】
【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１２〜２０ＭＨｚの共振周波数の厚みたて３
倍共振を用いた圧電セラミック共振子は、その平均結晶
粒径が３〜５μｍ、最大結晶粒径が６μｍ以下、最大気
孔径が８μｍ以下、気孔率が２％以下の圧電セラミック
スを用いる。
に本発明の１２〜２０ＭＨｚの共振周波数の厚みたて３
倍共振を用いた圧電セラミック共振子は、その平均結晶
粒径が３〜５μｍ、最大結晶粒径が６μｍ以下、最大気
孔径が８μｍ以下、気孔率が２％以下の圧電セラミック
スを用いる。
【０００７】
【作用】この圧電セラミックスを用いることによって、
結晶粒や気孔の大きさが超音波の伝播を規制する働きを
するため、圧電セラミックス中の周波数が２０ＭＨｚ以
下の超音波の伝播が良好なままで、周波数が２０ＭＨｚ
を超える超音波の伝播が悪くなり、したがって１２〜２
０ＭＨｚの厚みたて３倍共振のダイナミックレンジが大
きく、２０ＭＨｚを超える厚みたて５倍共振のダイナミ
ックレンジが小さい圧電セラミック共振子を得ることが
できる。
結晶粒や気孔の大きさが超音波の伝播を規制する働きを
するため、圧電セラミックス中の周波数が２０ＭＨｚ以
下の超音波の伝播が良好なままで、周波数が２０ＭＨｚ
を超える超音波の伝播が悪くなり、したがって１２〜２
０ＭＨｚの厚みたて３倍共振のダイナミックレンジが大
きく、２０ＭＨｚを超える厚みたて５倍共振のダイナミ
ックレンジが小さい圧電セラミック共振子を得ることが
できる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の一実施例について説明する。
まず、原材料の酸化鉛，酸化チタン，酸化ジルコニウム
，酸化マグネシウム，酸化ニオブ，二酸化マンガンを、
マグネシウムニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛圧電セラミ
ックスの所定の組成〔ここではＰｂ（Ｍｇ１／３，Ｎｂ
２／３）０．１Ｔｉ０．７５Ｚｒ０．１５Ｏ３＋０．５
ｗｔ％ＭｎＯ２〕になるように秤量し、ボールミルを用
いて混合した。次いで得られた混合粉を９００℃，２時
間の熱処理によって仮焼した。この仮焼粉をボールミル
で粉砕した後、ポリビニルアルコールをバインダーとし
て造粒し、直径２０ｍｍ，厚さ１ｍｍの成形体に成形し
た。これを１１００℃〜１２５０℃で焼成し、図１に示
す圧電セラミックス１１を得た。これを厚み０．５ｍｍ
に研磨した後、上下面に銀電極を焼付け、１００℃のシ
リコンオイル中で銀電極間に２ＫＶの電圧を印加し、圧
電セラミックス１１を分極した。さらに、この圧電セラ
ミックス１１を研磨し銀電極を除去すると同時に、所定
の共振周波数となる厚みに加工し、上下面に金電極１２
を蒸着して図１に示すような圧電セラミック共振子を得
た。
，酸化マグネシウム，酸化ニオブ，二酸化マンガンを、
マグネシウムニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛圧電セラミ
ックスの所定の組成〔ここではＰｂ（Ｍｇ１／３，Ｎｂ
２／３）０．１Ｔｉ０．７５Ｚｒ０．１５Ｏ３＋０．５
ｗｔ％ＭｎＯ２〕になるように秤量し、ボールミルを用
いて混合した。次いで得られた混合粉を９００℃，２時
間の熱処理によって仮焼した。この仮焼粉をボールミル
で粉砕した後、ポリビニルアルコールをバインダーとし
て造粒し、直径２０ｍｍ，厚さ１ｍｍの成形体に成形し
た。これを１１００℃〜１２５０℃で焼成し、図１に示
す圧電セラミックス１１を得た。これを厚み０．５ｍｍ
に研磨した後、上下面に銀電極を焼付け、１００℃のシ
リコンオイル中で銀電極間に２ＫＶの電圧を印加し、圧
電セラミックス１１を分極した。さらに、この圧電セラ
ミックス１１を研磨し銀電極を除去すると同時に、所定
の共振周波数となる厚みに加工し、上下面に金電極１２
を蒸着して図１に示すような圧電セラミック共振子を得
た。
【０００９】本実施例及び比較例で用いた圧電セラミッ
クスの平均結晶粒径ｄ，最大結晶粒径ｄｍａｘ，最大気
孔径ｐｍａｘ及び気孔率ｐを（表１）に示す。
クスの平均結晶粒径ｄ，最大結晶粒径ｄｍａｘ，最大気
孔径ｐｍａｘ及び気孔率ｐを（表１）に示す。
【００１０】
【表１】
【００１１】（表１）中の最大気孔径ｐｍａｘは圧電セ
ラミックスの断面を鏡面に研磨した面の観察から求めた
。また、平均結晶粒径ｄ，最大結晶粒径ｄｍａｘはその
鏡面研磨面をエッチングした後、インターセプト法より
求めた。さらに、気孔率ｐはアルキメデス法より求めた
。
ラミックスの断面を鏡面に研磨した面の観察から求めた
。また、平均結晶粒径ｄ，最大結晶粒径ｄｍａｘはその
鏡面研磨面をエッチングした後、インターセプト法より
求めた。さらに、気孔率ｐはアルキメデス法より求めた
。
【００１２】ここで、（表１）に示す結晶粒径と気孔径
，気孔率は、焼成温度及び粉砕粒径で調節した。すなわ
ち、結晶粒径及び気孔径を大きくする場合には、焼成温
度を高くして粒成長を起こさせ、また気孔率を大きくす
る場合には、粉砕粒径を大きくして焼結性を低下させる
か、あるいは焼成温度を高くして粒成長を起こさせるか
、もしくは焼成温度を低くして不十分な焼結状態とする
ことによって行った。
，気孔率は、焼成温度及び粉砕粒径で調節した。すなわ
ち、結晶粒径及び気孔径を大きくする場合には、焼成温
度を高くして粒成長を起こさせ、また気孔率を大きくす
る場合には、粉砕粒径を大きくして焼結性を低下させる
か、あるいは焼成温度を高くして粒成長を起こさせるか
、もしくは焼成温度を低くして不十分な焼結状態とする
ことによって行った。
【００１３】一方、（表１）における圧電セラミックス
を用いた圧電セラミック共振子の厚みたて３倍共振のダ
イナミックレンジの共振周波数に対する変化を図２に、
厚みたて５倍共振のダイナミックレンジの共振周波数に
対する変化を図３に示す。図２及び図３中の番号は（表
１）の試料番号に対応する。また、各共振のダイナミッ
クレンジはその共振の反共振インピーダンスの常用対数
と共振インピーダンスの常用対数との比で示した。
を用いた圧電セラミック共振子の厚みたて３倍共振のダ
イナミックレンジの共振周波数に対する変化を図２に、
厚みたて５倍共振のダイナミックレンジの共振周波数に
対する変化を図３に示す。図２及び図３中の番号は（表
１）の試料番号に対応する。また、各共振のダイナミッ
クレンジはその共振の反共振インピーダンスの常用対数
と共振インピーダンスの常用対数との比で示した。
【００１４】図２から明らかなように、平均結晶粒径ｄ
が５μｍ以下、最大結晶粒径ｄｍａｘが６μｍ以下、最
大気孔径ｐｍａｘが８μｍ以下、及び気孔率ｐが２％以
下の試料Ｎｏ．１〜６では、１２〜２０ＭＨｚでの厚み
たて３倍共振のダイナミックレンジが大きいが、気孔率
ｐが２％を超える試料Ｎｏ．７、最大結晶粒径ｄｍａｘ
が６μｍを超える試料Ｎｏ．８、最大気孔径ｐｍａｘが
８μｍを超える試料Ｎｏ．９や平均結晶粒径ｄが５μｍ
を超える試料Ｎｏ．１０では、１２〜２０ＭＨｚでの厚
みたて３倍共振のダイナミックレンジが小さいことがわ
かる。
が５μｍ以下、最大結晶粒径ｄｍａｘが６μｍ以下、最
大気孔径ｐｍａｘが８μｍ以下、及び気孔率ｐが２％以
下の試料Ｎｏ．１〜６では、１２〜２０ＭＨｚでの厚み
たて３倍共振のダイナミックレンジが大きいが、気孔率
ｐが２％を超える試料Ｎｏ．７、最大結晶粒径ｄｍａｘ
が６μｍを超える試料Ｎｏ．８、最大気孔径ｐｍａｘが
８μｍを超える試料Ｎｏ．９や平均結晶粒径ｄが５μｍ
を超える試料Ｎｏ．１０では、１２〜２０ＭＨｚでの厚
みたて３倍共振のダイナミックレンジが小さいことがわ
かる。
【００１５】一方、図３では平均結晶粒径ｄが３μｍ未
満の試料Ｎｏ．１だけが２０ＭＨｚを超える周波数で厚
みたて５倍共振のダイナミックレンジが大きく、発振子
として使用した場合には厚みたて５倍共振で発振し易く
なってしまうことがわかる。
満の試料Ｎｏ．１だけが２０ＭＨｚを超える周波数で厚
みたて５倍共振のダイナミックレンジが大きく、発振子
として使用した場合には厚みたて５倍共振で発振し易く
なってしまうことがわかる。
【００１６】以上のことから、１２〜２０ＭＨｚの共振
周波数を持つ厚みたて３倍共振を用いた圧電セラミック
共振子では、平均結晶粒径が３〜５μｍ、最大結晶粒径
が６μｍ以下、最大気孔径が８μｍ以下、及び気孔率が
２％以下の圧電セラミックスを用いることにより、１２
〜２０ＭＨｚの厚みたて３倍共振のダイナミックレンジ
が大きく、２０ＭＨｚを超える厚みたて５倍共振のダイ
ナミックレンジが小さい圧電セラミック共振子が得られ
ることがわかる。これは、圧電セラミックスの結晶粒や
気孔の大きさが圧電セラミックス中の超音波の伝播に影
響を与えるためで、結晶粒や気孔が大きい程、より低い
周波数の伝播が抑制されることによる。すなわち、平均
結晶粒径でいえば、５μｍを超える場合には２０ＭＨｚ
以下の超音波の圧電セラミックス中の伝播に大きく影響
を与え、２０ＭＨｚを超える超音波の圧電セラミックス
中の伝播に大きく影響させるには３μｍ以上の平均結晶
粒径が必要となる。また、結晶粒径よりも気孔径の方が
より大きい大きさまで圧電セラミックス中の超音波の伝
播に影響を与えにくいのは、結晶粒中よりも気孔中の方
が超音波の波長が長いためである。
周波数を持つ厚みたて３倍共振を用いた圧電セラミック
共振子では、平均結晶粒径が３〜５μｍ、最大結晶粒径
が６μｍ以下、最大気孔径が８μｍ以下、及び気孔率が
２％以下の圧電セラミックスを用いることにより、１２
〜２０ＭＨｚの厚みたて３倍共振のダイナミックレンジ
が大きく、２０ＭＨｚを超える厚みたて５倍共振のダイ
ナミックレンジが小さい圧電セラミック共振子が得られ
ることがわかる。これは、圧電セラミックスの結晶粒や
気孔の大きさが圧電セラミックス中の超音波の伝播に影
響を与えるためで、結晶粒や気孔が大きい程、より低い
周波数の伝播が抑制されることによる。すなわち、平均
結晶粒径でいえば、５μｍを超える場合には２０ＭＨｚ
以下の超音波の圧電セラミックス中の伝播に大きく影響
を与え、２０ＭＨｚを超える超音波の圧電セラミックス
中の伝播に大きく影響させるには３μｍ以上の平均結晶
粒径が必要となる。また、結晶粒径よりも気孔径の方が
より大きい大きさまで圧電セラミックス中の超音波の伝
播に影響を与えにくいのは、結晶粒中よりも気孔中の方
が超音波の波長が長いためである。
【００１７】さらに、気孔率が大きくなると共振のダイ
ナミックレンジが小さくなるのは、圧電セラミックス中
の有効体積が減少するとともに、結晶粒間の結合面積が
小さくなるためである。
ナミックレンジが小さくなるのは、圧電セラミックス中
の有効体積が減少するとともに、結晶粒間の結合面積が
小さくなるためである。
【００１８】他方、圧電セラミック共振子の共振周波数
を１２〜２０ＭＨｚに限定したのは、１２ＭＨｚより低
い共振周波数を厚みたて３倍共振で得る場合には共振子
の厚みが厚くなり、共振子を得るには厚みたて基本共振
を利用する方が有利であり、一方２０ＭＨｚを超える場
合では共振のダイナミックレンジが抑制される領域に入
るためである。
を１２〜２０ＭＨｚに限定したのは、１２ＭＨｚより低
い共振周波数を厚みたて３倍共振で得る場合には共振子
の厚みが厚くなり、共振子を得るには厚みたて基本共振
を利用する方が有利であり、一方２０ＭＨｚを超える場
合では共振のダイナミックレンジが抑制される領域に入
るためである。
【００１９】なお、上記実施例においてはマグネシウム
ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛系の圧電セラミックスを
用いたが、本発明は他の組成系の圧電セラミックス、例
えばマンガンニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛やニッケル
ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛などについても同じ効果
が得られることは言うまでもない。
ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛系の圧電セラミックスを
用いたが、本発明は他の組成系の圧電セラミックス、例
えばマンガンニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛やニッケル
ニオブ酸チタン酸ジルコン酸鉛などについても同じ効果
が得られることは言うまでもない。
【００２０】
【発明の効果】以上のように本発明は、共振周波数が１
２〜２０ＭＨｚの厚みたて３倍共振を用いた圧電セラミ
ック共振子に、その平均結晶粒径が３〜５μｍ、最大結
晶粒径が６μｍ以下、最大気孔径が８μｍ以下、気孔率
が２％以下の圧電セラミックスを用いることにより、１
２〜２０ＭＨｚでの圧電セラミックス中の超音波の伝播
が良好なまま、２０ＭＨｚを超える超音波の伝播を抑え
られる。したがって、１２〜２０ＭＨｚでの厚みたて３
倍共振のダイナミックレンジが大きいまま、２０ＭＨｚ
を超える厚みたて５倍共振のダイナミックレンジを小さ
くすることができ、クロック用発振子として使用した場
合、厚みたて５倍共振が発振しにくい優れた発振子が得
られる。
２〜２０ＭＨｚの厚みたて３倍共振を用いた圧電セラミ
ック共振子に、その平均結晶粒径が３〜５μｍ、最大結
晶粒径が６μｍ以下、最大気孔径が８μｍ以下、気孔率
が２％以下の圧電セラミックスを用いることにより、１
２〜２０ＭＨｚでの圧電セラミックス中の超音波の伝播
が良好なまま、２０ＭＨｚを超える超音波の伝播を抑え
られる。したがって、１２〜２０ＭＨｚでの厚みたて３
倍共振のダイナミックレンジが大きいまま、２０ＭＨｚ
を超える厚みたて５倍共振のダイナミックレンジを小さ
くすることができ、クロック用発振子として使用した場
合、厚みたて５倍共振が発振しにくい優れた発振子が得
られる。
【図１】本発明の実施例における圧電セラミック共振子
の斜視図
の斜視図
【図２】本発明の実施例における厚みたて３倍共振のダ
イナミックレンジの共振周波数に対する変化を示す図
イナミックレンジの共振周波数に対する変化を示す図
【
図３】本発明の実施例における厚みたて５倍共振のダイ
ナミックレンジの共振周波数に対する変化を示す図
図３】本発明の実施例における厚みたて５倍共振のダイ
ナミックレンジの共振周波数に対する変化を示す図
１１ 圧電セラミックス
１２ 金電極
Claims (1)
- 【請求項１】平均結晶粒径が３〜５μｍ、最大結晶粒径
が６μｍ以下、最大気孔径が８μｍ以下、気孔率が２％
以下の圧電セラミックスからなる共振周波数が１２〜２
０ＭＨｚの厚みたて３倍共振を用いた圧電セラミック共
振子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3147181A JPH04369914A (ja) | 1991-06-19 | 1991-06-19 | 圧電セラミック共振子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3147181A JPH04369914A (ja) | 1991-06-19 | 1991-06-19 | 圧電セラミック共振子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04369914A true JPH04369914A (ja) | 1992-12-22 |
Family
ID=15424415
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3147181A Pending JPH04369914A (ja) | 1991-06-19 | 1991-06-19 | 圧電セラミック共振子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04369914A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5657063A (en) * | 1993-02-22 | 1997-08-12 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Ink jet apparatus |
| US6798116B2 (en) | 2002-01-15 | 2004-09-28 | Murata Manufacturing Co., Ltd | Piezoelectric resonator and manufacturing method thereof |
| JP2006289077A (ja) * | 2005-04-14 | 2006-10-26 | G-Man Co Ltd | 機能性履物 |
-
1991
- 1991-06-19 JP JP3147181A patent/JPH04369914A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5657063A (en) * | 1993-02-22 | 1997-08-12 | Brother Kogyo Kabushiki Kaisha | Ink jet apparatus |
| US6798116B2 (en) | 2002-01-15 | 2004-09-28 | Murata Manufacturing Co., Ltd | Piezoelectric resonator and manufacturing method thereof |
| JP2006289077A (ja) * | 2005-04-14 | 2006-10-26 | G-Man Co Ltd | 機能性履物 |
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