JPH06196769A

JPH06196769A - 圧電磁器材料

Info

Publication number: JPH06196769A
Application number: JP4346773A
Authority: JP
Inventors: Shigemitsu Taniyama; 重光谷山; Junya Shoji; 順也荘司
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1992-12-25
Filing date: 1992-12-25
Publication date: 1994-07-15

Abstract

(57)【要約】【構成】下記の一般式で示される圧電磁器材料。【化１】式中、Ｘ，Ｙ，Ｚは下記の範囲でありかつ合計が１であ
る。【数１】【効果】電気機械結合係数、機械的品質係数及び温度変
化に対する安定性が同時に高まる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁器材料、とくに圧電
磁器材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】映像信号や音声信号等の通信情報の大容
量化、自動車電話や移動体通信等の通信端末の多様化等
に伴い、高感度、低損失の信頼性の高いフィルタが求め
られている。この結果、このようなフィルタに適した圧
電磁器材料の開発が望まれている。

【０００３】上述のフィルタに適した圧電磁器材料とし
て、鉛（Ｐｂ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びチタン（Ｔ
ｉ）の複合酸化物からなる、いわゆるＰＺＴ系圧電磁器
材料が知られている。この種のＰＺＴ系圧電磁器材料と
して、特公昭５４−３４９２０号には、錫（Ｓｎ）及び
ニオブ（Ｎｂ）の酸化物を添加して機械的品質係数（Ｑ
ｍ）を高めたものが示されている。また、特公昭５４−
３６７５６号には、アンチモン（Ｓｂ）及び錫（Ｓｎ）
の酸化物を添加することにより、誘電率（εｒ）と電気
機械結合係数（Ｋｐ）とを高めたＰＺＴ系圧電磁器材料
が示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の圧電磁器材
料は、良好な電気機械結合係数と機械的品質係数とを兼
ね備えた圧電磁器を形成することができず、また、温度
変化に対する安定性が乏しい。このため、環境変化の激
しい車輌搭載用通信装置等のフィルタを従来の圧電磁器
材料により形成した場合、車内の温度変化等により送受
信周波数が変動し、安定した送受信が困難な場合が多
い。

【０００５】本発明の目的は、圧電磁器の電気機械結合
係数、機械的品質係数及び温度変化に対する安定性を同
時に高めることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の圧電磁器材料
は、下記の一般式で示されるものである。

【０００７】

【化２】

【０００８】一般式において、Ｘ，Ｙ，Ｚは、次の範囲
でありかつ合計が１である。

【０００９】

【数２】

【００１０】なお、この圧電磁器材料において、たとえ
ばＰｂの３〜１５原子％は、Ｂａ，Ｃａ及びＳｒからな
る群から選ばれた少なくとも１種の原子で置換されてい
る。＊＊＊＊＊＊＊本発明の圧電磁器材料は、次の一般
式で示されるペロブスカイト型結晶の固溶体である。

【００１１】

【化３】

【００１２】この圧電磁器材料には、Ｐｂ、Ｚｒ及びＴ
ｉからなる空間格子の隙間にＮｂ、Ｍｎ及びＷの原子が
含まれている侵入型固溶体、Ｎｂ、Ｍｎ及びＷの原子が
空間格子を形成しているＰｂ、Ｚｒ及びＴｉの固有位置
を不規則に置換している置換型固溶体の双方が含まれ
る。前記一般式において、Ｘ，Ｙ，Ｚは下記の範囲であ
りかつ合計が１である。

【００１３】

【数３】

【００１４】Ｘが０．３５未満の場合またはＹが０．５
５を超える場合は、電気機械結合係数が小さくなる。Ｘ
が０．４５を超える場合またはＹが０．４５未満の場合
は、温度変化があると共振周波数の変動（ドリフト）が
大きくなる。Ｚが０．０８未満の場合は、焼結性が低下
し、圧電磁器の機械的品質係数が小さくなる。Ｚが０．
１５を超える場合は、キュリー点（Ｔｃ）が低くなる。

【００１５】本発明の圧電磁器材料は、前記一般式にお
いて、Ｐｂ原子の一部がＢａ，Ｃａ及びＳｒからなる群
から選ばれた少なくとも１種の原子で置換されていても
よい。このようにＰｂ原子の一部を置換すると、電気機
械結合係数や機械的品質係数を損なうことなく誘電率を
高めることができる。なお、置換されたＢａ，Ｃａ及び
Ｓｒの原子は、ペロブスカイト型結晶構造において空間
格子、すなわちＡサイトを形成する。なお、Ｐｂ原子の
置換量は、Ｐｂ原子全体の３〜１５％に設定するのが好
ましい。置換量が３原子％未満の場合は、誘電率の向上
が期待できない。逆に、１５原子％を超えると、圧電磁
器材料の耐熱性が劣化する。Ｐｂ原子の置換量としてよ
り好ましい範囲は、３〜１５原子％である。

【００１６】次に、本発明の圧電磁器材料の製造方法に
ついて説明する。本発明の圧電磁器材料は、特別な方法
によることなく、周知の方法にしたがって製造できる。
具体的には、ＰｂＯ、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ｎｂ
₂Ｏ₅、ＭｎＯ ₂及びＷＯ₃等の構成金属元素の金属酸
化物を原料粉末として用い、これらの各原料粉末を上述
のＸ，Ｙ及びＺの範囲になるように秤量して混合する。

【００１７】なお、原料粉末としては、金属酸化物に代
えて、構成金属元素の炭酸塩やしゅう酸塩等を使用する
こともできる。また、金属酸化物を組み合わせて仮焼し
たＰｂＴｉＯ₃やＰｂＺｒＯ₃等の複合酸化物粉末を用
いることもできる。次に、混合した材料粉末をプレス成
形やドクターブレード法等の方法により所望の形状に成
形し、これを焼成する。焼成は、１２００〜１３４０℃
の酸化性雰囲気中で２〜６時間行う。これにより、本発
明の圧電磁器材料が得られる。

【００１８】得られた圧電磁器材料は、相対密度が９５
％以上の高密度体であることが望ましい。相対密度が９
５％未満の場合は、その材料によりフィルタを形成した
場合、波形不良が抑制しにくくなる。このような相対密
度の高い圧電磁器材料は、通常の焼成法により得られた
焼結体を熱間静水圧焼成法により１０００〜１２００
℃、５００〜２０００気圧及び酸性雰囲気でさらに焼成
すると実現できる。この場合、相対密度が９７％以上の
焼結体が得られる。

【００１９】Ｐｂ原子の一部をＢａ等の原子で置換する
場合は、上述の一般式にＰｂを導入するための原料粉末
の一部に代えてＢａＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ等の置換原子の
金属酸化物、炭酸塩又はしゅう酸塩等を上述の範囲を満
たすように添加する。本発明の圧電磁器材料は、たとえ
ばラダー型フィルタを構成する圧電基板として用いられ
る。

【００２０】

【実施例】純度９９．５％以上、平均粒径が１．０〜
３．０μｍの市販のＰｂＯ、ＴｉＯ ₂、ＺｒＯ₂、Ｎｂ
₂Ｏ₅、ＭｎＯ₂、ＷＯ₃、ＢａＣＯ₃、ＣａＣＯ₃及
びＳｒＣＯ₃の各原料粉末を表１に示す割合で秤量し
た。この原料粉末をボールミルを用いて湿式混合した後
に乾燥し、１０００℃で仮焼した。

【００２１】得られた仮焼物をボールミルを用いて２４
時間湿式粉砕し、これに有機系の粘結剤を添加して混合
した。そして、これを直径１７ｍｍ、高さ１．５ｍｍの
円板状に加圧成形した。この成形体を１２６０〜１３４
０℃の酸化性雰囲気下において６時間焼成した。得られ
た焼結体を直径１５ｍｍ、高さ１ｍｍに研磨加工し、そ
の両主面に銀ペーストを焼き付けて電極を形成した。こ
れにより得られた素子を８０℃の絶縁油中に浸漬し、電
極間に３ｋＶ／ｍｍの直流電圧を印加して分極処理し
た。

【００２２】分極処理後２４時間経過した素子の電気機
械結合係数（Ｋｐ）、機械的品質係数（Ｑｍ）、比誘電
率（εｒ）及び周波数ドリフト（ｆａドリフト）を、イ
ンピーアナライザーを用いて測定した。結果は表１の通
りである。

【００２３】

【表１】

【００２４】表１によれば、圧電磁器材料の組成が本発
明の範囲にある素子はいずれもＫｐが４０以上、Ｑｍが
１５００以上、εｒが１０００以上、ｆａドリフトが±
０．３以内の各特性が達成される。特に、Ｐｂ原子の一
部をＢａ、ＣａまたはＳｒにより置換すると、εｒが高
まることがわかる。

【００２５】

【発明の効果】第１の発明の圧電磁器材料は、上述の一
般式を満たすようにＰｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｍｎ及び
Ｗを含むため、電気機械結合係数、機械的品質係数及び
温度変化に対する安定性が同時に高まる。第２の発明に
係る圧電磁器材料では、Ｐｂ原子の一部をＢａ，Ｃａ及
びＳｒからなる群から選ばれた少なくとも１種の原子で
置換しているので、比誘電率をさらに高めることができ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記の一般式で示される圧電磁器材料。【化１】式中、Ｘ，Ｙ，Ｚは下記の範囲でありかつ合計が１であ
る。【数１】
【請求項２】Ｐｂの３〜１５原子％がＢａ，Ｃａ及びＳ
ｒからなる群から選ばれた少なくとも１種の原子で置換
された、請求項１に記載の圧電磁器材料。