JPH08310862A - 圧電磁器組成物 - Google Patents

圧電磁器組成物

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JPH08310862A
JPH08310862A JP7138562A JP13856295A JPH08310862A JP H08310862 A JPH08310862 A JP H08310862A JP 7138562 A JP7138562 A JP 7138562A JP 13856295 A JP13856295 A JP 13856295A JP H08310862 A JPH08310862 A JP H08310862A
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JP
Japan
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piezoelectric ceramic
wave resonator
piezoelectric
composition
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JP7138562A
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English (en)
Inventor
Kousuke Shiratsuyu
幸祐 白露
Koichi Hayashi
宏一 林
Kunisaburo Tomono
国三郎 伴野
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 MPB近傍の組成領域で高い圧電性を維持
し、かつ、優れた熱安定性を有する圧電磁器組成物を提
供する。 【構成】 XPb(Mn1/3Nb2/3)O3−YPbZr
3−ZPbTiO3を基本組成とし、一般記号ABO3
で表されるペロブスカイト型の酸化物圧電磁器組成物
の、X,Y,Zをそれぞれ、0.01≦X≦0.20、
0.30≦Y≦0.60、0.20≦Z≦0.69、の
範囲にするとともに、X+Y+Z=1.0とし、かつ、
添加物として、CoをCoOに換算して0.1〜2.0
重量%、MgをMgOに換算して0.1〜0.5重量
%、の割合で添加する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、圧電磁器組成物に関
し、詳しくは、BGS波のように、表面波の伝搬方向と
垂直な方向の変位を主体とするSHタイプの表面波を利
用した弾性表面波素子用の圧電磁器組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】圧電基板(弾性表面波基板)を伝搬する
表面波のうち、表面波の伝搬方向に対して垂直な方向へ
の変位を主体とするSHタイプの表面波としては、BG
S波やラブ波などが知られている。
【0003】このうちBGS波は、圧電セラミックスな
どの材料を用いて、例えば、図3に示すような表面波共
振子14を構成した場合に励振される。
【0004】この表面波共振子14は、矢印Pで示され
る分極軸方向に分極された圧電基板11上に、くし歯電
極12,13を配設することにより形成されており、く
し歯電極12,13は互に間挿し合う複数の電極指12
a,13aを有している。
【0005】そして、このように構成された表面波共振
子14において、くし歯電極12,13から交流電界が
印加されると、矢印Aで示される表面波伝搬方向と垂直
な方向の変位のみ、すなわち横波成分のみを有するBG
S波が励振される。
【0006】このような表面波共振子14では、BGS
波が圧電基板11の自由端11a,11bで完全に反射
され、振動の閉じ込めが実現される。したがって、この
表面波共振子14は、端面反射型の表面波共振子として
動作する。
【0007】また、レーリー波を利用した従来の表面波
共振子では、くし歯電極の側方に反射器を形成すること
が必要であったが、BGS波を利用した上記表面波共振
子14では、このような反射器を省略することが可能
で、チップサイズを1/10程度に小型化することが可
能になる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、BGS波を
利用した表面波共振子のなかでもVCO(電圧制御発振
回路)などのような広い帯域を必要とする用途に用いら
れる表面波共振子の場合、圧電磁器自体が大きな電気機
械結合係数(kBGS)を有していることが要求される。
【0009】そこで、この要求を満たすため、PZT
(チタン酸ジルコン酸鉛)などの大きな電気機械結合係
数を有する圧電磁器を用い、さらにMPB(Morphotrop
ic Phase boundary)付近の組成領域を用いることが行
われている。
【0010】しかし、大きな電気機械結合係数を有する
PZTなどの圧電磁器は、MPB付近の組成領域では熱
安定性が悪く、高い信頼性が要求される用途や、幅広い
温度領域で性能を保証することが必要な用途に適用する
ことが困難であるという問題点がある。
【0011】この発明は、上記問題点を解決するもので
あり、MPB近傍の組成領域で高い圧電性を維持し、か
つ、優れた熱安定性を有する、弾性表面波素子に用いた
場合に特に有意義な圧電磁器組成物を提供することを目
的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の圧電磁器組成物は、XPb(Mn1/3
2/3)O3−YPbZrO3−ZPbTiO3を基本組成
とし、一般記号ABO 3で表されるペロブスカイト型の
酸化物圧電磁器組成物であって、X,Y,Zがそれぞ
れ、0.01≦X≦0.20、0.30≦Y≦0.6
0、0.20≦Z≦0.69の範囲にあるとともに、X
+Y+Z=1.0であり、かつ、添加物として、Coを
CoOに換算して0.1〜2.0重量%、MgをMgO
に換算して0.1〜0.5重量%の割合で添加してなる
ことを特徴とする。
【0013】
【作用】この発明の圧電磁器組成物において、熱安定性
がもたらされる詳細なメカニズムは必ずしも明らかでは
ないが、添加物として加えられたCoとMgが、セラミ
ックスの焼結工程において、ペロブスカイト相とは異な
るスピネル相を形成し、これが、ペロブスカイト単独相
での相転移にともなう結晶構造の不安定さをなんらかの
かたちで打ち消すため、MPB近傍の組成領域で高い圧
電性が維持されるとともに優れた熱安定性が実現される
ものと考えられる。
【0014】
【実施例】以下に、この発明の実施例を示して、その特
徴とするところをさらに具体的に説明する。
【0015】まず、出発原料として、Pb34,TiO
2,ZrO2,MnCO3,Nb25、CoO,MgOの
粉末を用意し、これらの出発原料(粉末)を表1に示す
ような組成となるように秤取し、ボールミルを用いて湿
式混合した後、700〜900℃で2時間仮焼し、粉砕
して仮焼粉末を得た。それから、この仮焼粉末に酢酸ビ
ニル系のバインダーを加えてさらに湿式混合を行い、乾
燥、造粒後に1000〜2000kg/cm2の圧力で所定
の形状に成形し、これを1200〜1300℃で焼成し
て焼結体(圧電磁器)を得た。
【0016】そして、この焼結体を用い、一般的な表面
波共振子の製造方法にしたがって、図1(a),(b)に示
すような表面波共振子4を製造した。この表面波共振子
4は、矢印Pで示される分極軸方向に分極された圧電基
板1上に、くし歯電極2,3を配設することにより形成
されており、くし歯電極2,3は、互に間挿し合う複数
の電極指2a,3aを有している。なお、このように構
成された表面波共振子4において、くし歯電極2,3か
ら交流電界が印加されると、矢印Aで示される表面波伝
搬方向と垂直な方向の変位のみ(すなわち横波成分の
み)を有するBGS波が励振される。また、このような
表面波共振子4では、BGS波が圧電基板1の自由端1
a,1bで完全に反射され、振動の閉じ込めが実現され
る結果、端面反射型の表面波共振子として動作する。
【0017】そして、この表面波共振子4について、B
GS波における特性を評価した。その結果を表1に示
す。
【0018】
【表1】
【0019】なお、表1において、試料No.に*印を付し
たものは、この発明の範囲外の組成を有する試料を示
す。
【0020】また、表1において、Δfは、加熱処理
(250℃,3分間)を行った後、24時間を経過した
後の、BGS波共振子における共振周波数(fr)の変
化率を示している。なお、Δfの値は下記の式により求
めた。
【0021】 Δf(%)={(f−f0)/f0}×100 f :加熱処理前の共振周波数 f0:加熱処理後、24時間を経過した後の共振周波数
【0022】表1に示すように、この発明の範囲内の組
成を有する各試料においては、比誘電率(ε11
ε0)、電気機械結合係数(kBGS)、及び周波数の安定
性(Δf)に関し、ほぼ良好な結果が得られていること
がわかる。
【0023】次に、この発明の圧電磁器組成物の組成限
定理由について説明する。
【0024】X(すなわちPb(Mn1/3Nb2/3)O3
の割合)が0.01mol未満の場合、焼結時のPbOの
蒸発が激しく、3成分系圧電磁器特有の安定した焼結体
を得ることが困難になる。なお、図2は、Pb(Mn
1/3Nb2/3)O3を0.10molの割合で含む場合と、P
b(Mn1/3Nb2/3)O3を含まない場合の、焼成時に
おけるPbOの蒸発量の違いを示す線図である。また、
Xが0.20molを越えるとキュリー点(Tc)が25
0℃以下となり、室温付近での共振周波数の温度安定性
が低下する。したがって、Xは0.01≦X≦0.20
の範囲にあることが好ましく、また、0.03≦X≦
0.10の範囲にあることがより好ましい。
【0025】また、Y(すなわちがPbZrO3の割
合)が、MPBから離れる0.30mol未満の場合や
0.60molを越える場合には、圧電性が小さくなり、
高い電気機械結合係数(KBGS)を必要とするVCOな
どの用途には適用できなくなる。したがって、Yは、
0.30≦Y≦0.60の範囲にあることが好ましく、
また、0.35≦Y≦0.50の範囲にあることがより
好ましい。
【0026】また、Zは、X+Y+Z=1.0の関係を
満たすために、0.20≦Z≦0.69の範囲に規定さ
れる。
【0027】さらに、Coの添加量については、試料N
o.3と試料No.4の比較にみられるように、Coの添加
量がCoOに換算して0.1重量%未満の場合(試料N
o.3はCoO無添加)には、加熱処理後の共振周波数の
安定性(Δf)が悪く、また、試料No.8にみられるよ
うに、Coの添加量がCoOに換算して2.0重量%を
越えると電気機械結合係数KBGSが小さくなり過ぎてし
まうという問題点がある。したがって、Coの添加量
は、CoOに換算して0.1〜2.0重量%の範囲にあ
ることが好ましく、さらには、0.3〜1.0重量%の
範囲にあることがより好ましい。
【0028】また、Mgの添加量については、試料No.
1と試料No.2の比較にみられるように、Mgの添加量
がMgOに換算して0.1重量%未満の場合(試料No.
1,2はMgO無添加)、Coがこの発明の範囲内で添
加されていても加熱処理後の共振周波数の安定性(Δ
f)は改善されない。また、Mgの添加量がMgOに換
算して0.5重量%を越えると、MgOが焼結体表面に
析出しはじめ、分極工程における耐圧劣化の問題を生じ
る。したがって、Mgの添加量は、MgOに換算して
0.1〜0.5重量%の範囲にあることが好ましく、さ
らには、0.2〜0.4重量%の範囲にあることがより
好ましい。
【0029】なお、この発明は、上記実施例に限定され
るものではなく、発明の要旨の範囲内において、その組
成や製造方法などに関し、種々の応用、変形を加えるこ
とが可能である。
【0030】
【発明の効果】上述のように、この発明の圧電磁器組成
物は、XPb(Mn1/3Nb2/3)O3−YPbZrO3
ZPbTiO3を基本組成とし、一般記号ABO3で表さ
れるペロブスカイト型の酸化物圧電磁器組成物のX,
Y,Zをそれぞれ、0.01≦X≦0.20、0.30
≦Y≦0.60、0.20≦Z≦0.69、の範囲と
し、かつ添加物として、CoをCoOに換算して0.1
〜2.0重量%、MgをMgOに換算して0.1〜0.
5重量%の割合で添加しているので、MPB付近の組成
領域を使用する圧電磁器において、高い熱安定性を維持
しながら大きな電気機械結合係数(KBGS)を確保する
ことが可能になる。
【0031】したがって、例えば、5MHz〜70MH
zの高周波帯域において、VCOなどの大きな電気機械
結合係数を必要とする用途にBGS波共振子を使用する
ことが可能になる。
【0032】なお、この発明の圧電磁器組成物の用途
は、SHタイプの表面波を用いた弾性表面波素子用の圧
電磁器に限られるものではなく、従来からのレーリー波
を用いた弾性表面波素子用の圧電磁器にも適用すること
が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例にかかる圧電磁器組成物を
用いて形成した表面波共振子を示す図であり、(a)は斜
視図、(b)は断面図である。
【図2】Pb(Mn1/3Nb2/3)を含む場合と含まない
場合の、焼成時におけるPbOの蒸発量の違いを示す線
図である。
【図3】従来の表面波共振子を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 圧電基板 1a,1b 圧電基板の自由端 2,3 くし歯電極 2a,3a 電極指 4 表面波共振子

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 XPb(Mn1/3Nb2/3)O3−YPb
    ZrO3−ZPbTiO3を基本組成とし、一般記号AB
    3で表されるペロブスカイト型の酸化物圧電磁器組成
    物であって、X,Y,Zがそれぞれ、 0.01≦X≦0.20、 0.30≦Y≦0.60、 0.20≦Z≦0.69、 の範囲にあるとともに、 X+Y+Z=1.0 であり、かつ、添加物として、 CoをCoOに換算して0.1〜2.0重量%、 MgをMgOに換算して0.1〜0.5重量%、 の割合で添加してなることを特徴とする圧電磁器組成
    物。
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Cited By (4)

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