JPH0541549A - 圧電磁器材料 - Google Patents
圧電磁器材料Info
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- JPH0541549A JPH0541549A JP3196850A JP19685091A JPH0541549A JP H0541549 A JPH0541549 A JP H0541549A JP 3196850 A JP3196850 A JP 3196850A JP 19685091 A JP19685091 A JP 19685091A JP H0541549 A JPH0541549 A JP H0541549A
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- piezoelectric ceramic
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 一般式がＸPb(Sn0.5Sb0.5)O3−ＹPbTiO3−
（１−Ｘ−Ｙ）PbZrO3（ただしＸ＋Ｙ＜１）で示され、
０．０１≦Ｘ≦Ｏ．２０、０．３０≦Ｙ≦０．７０を満
足する基本組成物１００ｇに対し、副成分としてＭｎを
０．８〜１．５ｇの割合で含有している圧電磁器材料。 【効果】 電気的結合係数が大きく、発振周波数の温度
変化率が小さな共振子を作製することができる。
（１−Ｘ−Ｙ）PbZrO3（ただしＸ＋Ｙ＜１）で示され、
０．０１≦Ｘ≦Ｏ．２０、０．３０≦Ｙ≦０．７０を満
足する基本組成物１００ｇに対し、副成分としてＭｎを
０．８〜１．５ｇの割合で含有している圧電磁器材料。 【効果】 電気的結合係数が大きく、発振周波数の温度
変化率が小さな共振子を作製することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は圧電磁器材料、より詳細
には圧電振動子あるいはフィルタ用等として使用される
圧電磁器材料に関する。
には圧電振動子あるいはフィルタ用等として使用される
圧電磁器材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】ジルコン酸チタン酸鉛（Pb(Ti,Zr)O3 ）
は従来より圧電磁器材料として広く知られている磁器組
成物である。圧電共振子に利用される材料としては電気
機械結合係数(kt)、機械的品質係数（Ｑmt）等の圧電特
性が大きいことが要求され、さらに共振子の使用温度範
囲の拡大（−４０℃〜８０℃）に伴い、温度変化に対し
てこれらの圧電特性の劣化が小さいことが必要とされて
いる。一般に圧電磁器材料として、PbTiO3-PbZrO3 （Ｐ
ＺＴ）系磁器が優れた圧電特性を示すことが知られてお
り、圧電ブザー、周波数フィルタ、着火素子等の材料に
利用されてきた。
は従来より圧電磁器材料として広く知られている磁器組
成物である。圧電共振子に利用される材料としては電気
機械結合係数(kt)、機械的品質係数（Ｑmt）等の圧電特
性が大きいことが要求され、さらに共振子の使用温度範
囲の拡大（−４０℃〜８０℃）に伴い、温度変化に対し
てこれらの圧電特性の劣化が小さいことが必要とされて
いる。一般に圧電磁器材料として、PbTiO3-PbZrO3 （Ｐ
ＺＴ）系磁器が優れた圧電特性を示すことが知られてお
り、圧電ブザー、周波数フィルタ、着火素子等の材料に
利用されてきた。
【０００３】従来より、ＰＺＴ系磁器に第３成分として
Pb(Sn0.5Sb0.5)O3を加えた材料は１５０℃で強制的に熱
エージングをしても電気機械結合係数(kt)の変化率が５
％以内とかなり小さく、温度安定性に優れた材料として
知られている（特公昭５５−１８０５９号公報）。
Pb(Sn0.5Sb0.5)O3を加えた材料は１５０℃で強制的に熱
エージングをしても電気機械結合係数(kt)の変化率が５
％以内とかなり小さく、温度安定性に優れた材料として
知られている（特公昭５５−１８０５９号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで圧電共振子用
としては発振周波数のずれの小さい信頼性の高い圧電磁
器材料が要求される。その信頼性試験の中でももっとも
条件が厳しいのが、−４０℃から８０℃の熱衝撃を与え
る熱衝撃試験であり、熱衝撃により圧電特性が劣化して
発振周波数が大きくずれ、信頼性が問題となることが多
い。
としては発振周波数のずれの小さい信頼性の高い圧電磁
器材料が要求される。その信頼性試験の中でももっとも
条件が厳しいのが、−４０℃から８０℃の熱衝撃を与え
る熱衝撃試験であり、熱衝撃により圧電特性が劣化して
発振周波数が大きくずれ、信頼性が問題となることが多
い。
【０００５】従来の材料のうち、例えば特公昭５５−１
８０５９号公報に示されたPb(SnaSb1-a)O3-PbTiO3-PbZr
O3系にあっても熱衝撃により圧電特性が劣化し、発振周
波数のずれが起るという課題があった。
８０５９号公報に示されたPb(SnaSb1-a)O3-PbTiO3-PbZr
O3系にあっても熱衝撃により圧電特性が劣化し、発振周
波数のずれが起るという課題があった。
【０００６】本発明はこのような課題に鑑み発明された
ものであって、熱衝撃を加えても圧電特性の劣化が小さ
く、しかも電気機械結合係数の高い、すなわち圧電特性
の大きい圧電磁器材料を提供することを目的としてい
る。
ものであって、熱衝撃を加えても圧電特性の劣化が小さ
く、しかも電気機械結合係数の高い、すなわち圧電特性
の大きい圧電磁器材料を提供することを目的としてい
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る圧電磁器材料は、一般式がＸPb(Sn0.5Sb
0.5)O3−ＹPbTiO3−（１−Ｘ−Ｙ）PbZrO3（ただしＸ＋
Ｙ＜１）で示され、０．０１≦Ｘ≦Ｏ．２０、０．３０
≦Ｙ≦０．７０を満足する基本組成物１００ｇに対し、
副成分としてＭｎを０．８〜１．５ｇの割合で含有して
いることを特徴としている。
に本発明に係る圧電磁器材料は、一般式がＸPb(Sn0.5Sb
0.5)O3−ＹPbTiO3−（１−Ｘ−Ｙ）PbZrO3（ただしＸ＋
Ｙ＜１）で示され、０．０１≦Ｘ≦Ｏ．２０、０．３０
≦Ｙ≦０．７０を満足する基本組成物１００ｇに対し、
副成分としてＭｎを０．８〜１．５ｇの割合で含有して
いることを特徴としている。
【０００８】
【作用】熱衝撃試験は−４０℃から８０℃に温度を上げ
る昇温過程と、８０℃から−４０℃に温度を下げる降温
過程に分けることができる。図１に示したように、特に
降温過程においては、圧電体の自発分極の増大にともな
い、圧電体の表面付近に電荷が溜り、この電荷が分極方
向と逆に電圧を印加するために減極を引き起こす。この
ため圧電特性が劣化して発振周波数にずれが生じる。そ
こで劣化防止のため、溜った電荷をいち早く緩和させる
ためには圧電体の抵抗を下げる必要がある。
る昇温過程と、８０℃から−４０℃に温度を下げる降温
過程に分けることができる。図１に示したように、特に
降温過程においては、圧電体の自発分極の増大にともな
い、圧電体の表面付近に電荷が溜り、この電荷が分極方
向と逆に電圧を印加するために減極を引き起こす。この
ため圧電特性が劣化して発振周波数にずれが生じる。そ
こで劣化防止のため、溜った電荷をいち早く緩和させる
ためには圧電体の抵抗を下げる必要がある。
【０００９】図２に示した如く、本発明に係る材料であ
るPb(Sn0.5Sb0.5)O3、PbTiO3、PbZrO3系において、抵抗
率を調べたところ、ＰＴ／ＰＺ比よりもPb(Sn0.5Sb0.5)
O3の量の低減により抵抗率は下がることを知見した。
るPb(Sn0.5Sb0.5)O3、PbTiO3、PbZrO3系において、抵抗
率を調べたところ、ＰＴ／ＰＺ比よりもPb(Sn0.5Sb0.5)
O3の量の低減により抵抗率は下がることを知見した。
【００１０】さらには、図３に示したように、抵抗率の
低減により熱衝撃後の発振周波数のずれは小さくなっ
た。
低減により熱衝撃後の発振周波数のずれは小さくなっ
た。
【００１１】以上上記した構成によれば、一般式がＸPb
(Sn0.5Sb0.5)O3−ＹPbTiO3−（１−Ｘ−Ｙ）PbZrO3（た
だしＸ＋Ｙ＜１）で示され、０．０１≦Ｘ≦Ｏ．２０、
０．３０≦Ｙ≦０．７０を満足する基本組成物１００ｇ
に対し、副成分としてＭｎを０．８〜１．５ｇの割合で
含有していることにより、熱衝撃を加えても圧電特性の
劣化が小さく、しかも電気結合係数(kt)の高い、換言す
れば圧電特性の大きい圧電共振子が得られる。
(Sn0.5Sb0.5)O3−ＹPbTiO3−（１−Ｘ−Ｙ）PbZrO3（た
だしＸ＋Ｙ＜１）で示され、０．０１≦Ｘ≦Ｏ．２０、
０．３０≦Ｙ≦０．７０を満足する基本組成物１００ｇ
に対し、副成分としてＭｎを０．８〜１．５ｇの割合で
含有していることにより、熱衝撃を加えても圧電特性の
劣化が小さく、しかも電気結合係数(kt)の高い、換言す
れば圧電特性の大きい圧電共振子が得られる。
【００１２】なお、Pb(Sn0.5Sb0.5)O3の置換量の範囲を
１〜２０ｍｏｌ％に限定したのは、２０ｍｏｌ％を越え
ると抵抗率が著しく大きくなり、信頼性に劣る。逆に１
ｍｏｌ％未満だとPbO の蒸発が激しく緻密な焼結体が得
られないためである。また、PbTiO3は３０ｍｏｌ％未満
あるいは７０ｍｏｌ％を超えると電気機械結合数(kt)が
３０％以下となり圧電特性が著しく低下する。同様にＭ
ｎ量を０．８〜１．５ｇに限定したのは、０．７ｇ以
下、１．６ｇ以上においても圧電特性の低下が見られた
ためである。
１〜２０ｍｏｌ％に限定したのは、２０ｍｏｌ％を越え
ると抵抗率が著しく大きくなり、信頼性に劣る。逆に１
ｍｏｌ％未満だとPbO の蒸発が激しく緻密な焼結体が得
られないためである。また、PbTiO3は３０ｍｏｌ％未満
あるいは７０ｍｏｌ％を超えると電気機械結合数(kt)が
３０％以下となり圧電特性が著しく低下する。同様にＭ
ｎ量を０．８〜１．５ｇに限定したのは、０．７ｇ以
下、１．６ｇ以上においても圧電特性の低下が見られた
ためである。
【００１３】
【実施例及び比較例】以下本発明に係る圧電磁器材料の
実施例及び比較例を説明する。原料としてPb3O4 、Sn
O2、Sb2O3、 Nb2O5、ZrO2、TiO2、MnCO3 、の各種酸化物
を用いた。なお原料はこれらに限られず最終的に上記の
酸化物になるものであれば他の化合物を使用することが
できる。これら原料を表１に示した組成となるように秤
量配合し、ボールミルで２４時間湿式混合した。混合し
た原料を乾燥した後７００〜９５０℃の温度範囲で仮焼
した。次に適量の有機バインダを加えて乾式混合し、メ
ッシュの容器に通して整粒した。このようにして得られ
た粉体を１０００〜１５００kg/cm2の圧力で２０×３０
×１mmの板状に成形し、これを１２００〜１３００℃の
温度範囲で本焼して圧電磁器を得た。この圧電磁器焼結
体を３．５×６×０．２ｍｍに加工し、表裏面に直径１
ｍｍの電極を銀蒸着により作製した後分極処理を施し、
厚み縦振動モードの共振子を作製した。
実施例及び比較例を説明する。原料としてPb3O4 、Sn
O2、Sb2O3、 Nb2O5、ZrO2、TiO2、MnCO3 、の各種酸化物
を用いた。なお原料はこれらに限られず最終的に上記の
酸化物になるものであれば他の化合物を使用することが
できる。これら原料を表１に示した組成となるように秤
量配合し、ボールミルで２４時間湿式混合した。混合し
た原料を乾燥した後７００〜９５０℃の温度範囲で仮焼
した。次に適量の有機バインダを加えて乾式混合し、メ
ッシュの容器に通して整粒した。このようにして得られ
た粉体を１０００〜１５００kg/cm2の圧力で２０×３０
×１mmの板状に成形し、これを１２００〜１３００℃の
温度範囲で本焼して圧電磁器を得た。この圧電磁器焼結
体を３．５×６×０．２ｍｍに加工し、表裏面に直径１
ｍｍの電極を銀蒸着により作製した後分極処理を施し、
厚み縦振動モードの共振子を作製した。
【００１４】共振子の特性はインピ−ダンスアナライザ
により測定し、比誘電率（ε33 T ／ε0 ）、機械的品質
係数（Ｑmt）、電気機械結合係数(kt)を以下の式により
算出した。
により測定し、比誘電率（ε33 T ／ε0 ）、機械的品質
係数（Ｑmt）、電気機械結合係数(kt)を以下の式により
算出した。
【００１５】
【数１】
【００１６】
【数２】
【００１７】
【数３】
【００１８】また、耐熱衝撃性を評価するために熱衝撃
（−４０℃で３０分→室温で５分→８５℃で３０分→室
温で５分）を１００サイクル繰り返した後の発振周波数
の変化率（Δｆosc ）を求めた。このようにして得られ
た圧電特性を表１に示す。
（−４０℃で３０分→室温で５分→８５℃で３０分→室
温で５分）を１００サイクル繰り返した後の発振周波数
の変化率（Δｆosc ）を求めた。このようにして得られ
た圧電特性を表１に示す。
【００１９】
【表１】
【００２０】
【表１の２】
【００２１】
【表１の３】
【００２２】
【表２】
【００２３】
【表２の２】
【００２４】
【表２の３】
【００２５】なお、表１中＊印のものは本発明の範囲外
のものを示し、それ以外はすべて本発明の範囲内のもの
を示している。表１及び表２より明らかなように、本発
明の範囲内のものは高い電気機械結合係数(kt)が得られ
ると共に熱衝撃を１００サイクル繰り返した後の発振周
波数の変化率（Δｆosc）は小さく温度安定性に優れて
いることが分る。
のものを示し、それ以外はすべて本発明の範囲内のもの
を示している。表１及び表２より明らかなように、本発
明の範囲内のものは高い電気機械結合係数(kt)が得られ
ると共に熱衝撃を１００サイクル繰り返した後の発振周
波数の変化率（Δｆosc）は小さく温度安定性に優れて
いることが分る。
【００２６】一方比較例において、試料番号２９及び３
０のものは不発振となり、また試料番号４７及び４８の
ものは分極が困難となり、また試料番号１のものは焼結
が困難となった。
０のものは不発振となり、また試料番号４７及び４８の
ものは分極が困難となり、また試料番号１のものは焼結
が困難となった。
【００２７】また他の比較例においては、電気機械結合
係数(kt)の値が３０％以下であり、圧電特性が小さいこ
とが分かる。
係数(kt)の値が３０％以下であり、圧電特性が小さいこ
とが分かる。
【００２８】このように、上記実施例に係る圧電磁器材
料においては、圧電特性である電気機械結合係数(kt)が
大きく、しかも熱衝撃を加えても圧電特性の劣化が小さ
い共振子を作製することができ、−４０℃から８０℃と
いう広範囲で、安定した特性を有する発振素子として使
用することができる。
料においては、圧電特性である電気機械結合係数(kt)が
大きく、しかも熱衝撃を加えても圧電特性の劣化が小さ
い共振子を作製することができ、−４０℃から８０℃と
いう広範囲で、安定した特性を有する発振素子として使
用することができる。
【００２９】
【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る圧電磁
器材料にあっては、一般式がＸPb(Sn0.5Sb0.5)O3−ＹPb
TiO3−（１−Ｘ−Ｙ）PbZrO3（ただしＸ＋Ｙ＜１）で示
され、０．０１≦Ｘ≦Ｏ．２０、０．３０≦Ｙ≦０．７
０を満足する基本組成物１００ｇに対し、副成分として
Ｍｎを０．８〜１．５ｇの割合で含有していることによ
り、熱衝撃を加えても圧電特性の劣化が小さく、しかも
電気結合係数(kt)の高い、すなわち圧電特性の大きい圧
電共振子を製作することができる。
器材料にあっては、一般式がＸPb(Sn0.5Sb0.5)O3−ＹPb
TiO3−（１−Ｘ−Ｙ）PbZrO3（ただしＸ＋Ｙ＜１）で示
され、０．０１≦Ｘ≦Ｏ．２０、０．３０≦Ｙ≦０．７
０を満足する基本組成物１００ｇに対し、副成分として
Ｍｎを０．８〜１．５ｇの割合で含有していることによ
り、熱衝撃を加えても圧電特性の劣化が小さく、しかも
電気結合係数(kt)の高い、すなわち圧電特性の大きい圧
電共振子を製作することができる。
【図１】熱衝撃時の圧電性変動メカニズムを示した図で
ある。
ある。
【図２】Pb(Sn0.5Sb0.5)O3量の低減による低抵抗化を示
したグラフである。
したグラフである。
【図３】低抵抗化による耐熱衝撃性の改善を示したグラ
フである。
フである。
Claims (1)
- 【請求項１】 一般式がＸPb(Sn0.5Sb0.5)O3−ＹPbTiO3
−（１−Ｘ−Ｙ）PbZrO3（ただしＸ＋Ｙ＜１）で示さ
れ、０．０１≦Ｘ≦Ｏ．２０、０．３０≦Ｙ≦０．７０
を満足する基本組成物１００ｇに対し、副成分としてＭ
ｎを０．８〜１．５ｇの割合で含有していることを特徴
とする圧電磁器材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3196850A JPH0541549A (ja) | 1991-08-06 | 1991-08-06 | 圧電磁器材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3196850A JPH0541549A (ja) | 1991-08-06 | 1991-08-06 | 圧電磁器材料 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0541549A true JPH0541549A (ja) | 1993-02-19 |
Family
ID=16364700
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3196850A Pending JPH0541549A (ja) | 1991-08-06 | 1991-08-06 | 圧電磁器材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0541549A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8545439B2 (en) | 2009-03-10 | 2013-10-01 | Dongguan Kidsme Industrial Limited | Feeding apparatus |
| US8597235B2 (en) | 2009-03-10 | 2013-12-03 | Dongguan Kidsme Trading Company Limited | Feeding apparatus |
-
1991
- 1991-08-06 JP JP3196850A patent/JPH0541549A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8545439B2 (en) | 2009-03-10 | 2013-10-01 | Dongguan Kidsme Industrial Limited | Feeding apparatus |
| US8597235B2 (en) | 2009-03-10 | 2013-12-03 | Dongguan Kidsme Trading Company Limited | Feeding apparatus |
| US9717656B2 (en) | 2009-03-10 | 2017-08-01 | Dongguan Kidsme Industrial Limited | Feeding apparatus |
| US9730861B2 (en) | 2009-03-10 | 2017-08-15 | Dongguan Kidsme Industrial Limited | Feeding apparatus |
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