JP3221241B2

JP3221241B2 - 圧電性磁器

Info

Publication number: JP3221241B2
Application number: JP16688094A
Authority: JP
Inventors: 満須部
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1994-07-19
Filing date: 1994-07-19
Publication date: 2001-10-22
Anticipated expiration: 2016-10-22
Also published as: JPH0826826A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、セラミックフィル
タ、スピーカー、マイクロホン、ブザー、センサなどの
圧電素子に使用される圧電性磁器に関する。

【０００２】

【従来の技術】セラミックフィルタなどに用いられる圧
電性磁器として、従来より、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐ
ｂ（Ｔｉ_xＺｒ_1-x）Ｏ₃）を主成分とする圧電性磁器が
広く用いられており、その圧電特性を改善するために種
々の微量添加物を添加した圧電性磁器が用いられてい
る。

【０００３】チタン酸ジルコン酸鉛系の一つとして知ら
れているＰｂ（Ｎｉ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃−ＰｂＴｉＯ₃−Ｐ
ｂＺｒＯ₃を基本組成とする圧電性磁器は、通常、酸化
鉛、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ニッケル、五
酸化ニオブなどの酸化物原料を所定の化学量論組成とな
るように調合し、ボールミルなどを用いて混合分散させ
た後、所定の温度で仮焼し、さらに、粉砕およびバイン
ダ混合を行った後、所定の形状に成形し、これを１２０
０℃以上の高温で焼成して焼結反応を行わせ、分極処理
を行うことにより製造されている。

【０００４】この圧電性磁器を電気機械変換素子として
応用する場合、スピーカー、マイクロホンのように、大
きい出力電圧とその周波数特性の平坦性を望む応用にお
いては、電気機械結合係数を大きくし、静電容量を大き
くするために材料自体の誘電率が高いものがよい。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の目的を達成する
圧電性磁器として、Ｐｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃−Ｐｂ
ＴｉＯ₃−ＰｂＺｒＯ₃系磁器が、特公昭４４−１７１０
３号公報に記載されているが、電気機械結合係数および
誘電率の高さの点では問題を解決するに至っていない。

【０００６】また、圧電性磁器を電気機械変換素子とし
て応用する濾波器（フィルタ）素子のように、減衰極間
の巾が電気機械結合係数に依存する場合、濾波器（フィ
ルタ）の広帯域化を計るためには、電気機械結合係数が
大きいものがよいが、特公昭４４−１７１０３号公報記
載の圧電性磁器では、解決するに至っていない。

【０００７】この発明の目的は、電気機械結合係数が大
きく、共振周波数の温度特性に優れた、広帯域に対応で
きるフィルタ用の圧電性磁器を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
一般式ａＰｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃−ｂＰｂＴｉＯ₃−
ｃＰｂＺｒＯ₃（ａ、ｂ、ｃがそれぞれ１≦ａ≦１０、
４２≦ｂ≦６０、３０≦ｃ≦５７、ただし、ａ、ｂ、ｃ
はモル％であり、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００）で表されるチタ
ン酸ジルコン酸鉛のＰｂ原子の０．５モル％以上〜５モ
ル％以下をＭｇで置換し、さらに、ＣｒをＣｒ₂Ｏ₃に換
算して０．１重量％以上〜１重量％以下添加含有させた
圧電性磁器である。

【０００９】請求項２に係る発明は、一般式ａＰｂ（Ｍ
ｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃−ｂＰｂＴｉＯ₃−ｃＰｂＺｒＯ
₃（ａ、ｂ、ｃがそれぞれ１≦ａ≦１０、４２≦ｂ≦６
０、３０≦ｃ≦５７、ただし、ａ、ｂ、ｃはモル％であ
り、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００）で表されるチタン酸ジルコン
酸鉛のＰｂ原子の１０モル％以下（ただし、０モル％を
含まず）を、Ｍｇ０．５モル％以上〜５モル％以下と少
なくとも１種のＣａ、Ｓｒ、Ｂａ９．５モル％以下（た
だし、０モル％を含まず）で置換し、さらに、ＣｒをＣ
ｒ₂Ｏ₃に換算して０．１重量％以上〜１重量％以下添加
含有させた圧電性磁器である。

【００１０】請求項の組成範囲に限定したのは次の理由
による。つまり、ａＰｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃成分の
ａの値が、１モル％未満、あるいは１０モル％を越える
と、電気機械結合係数が低くなる。また、ｂＰｂ_xＴｉ
Ｏ₃成分のｂの値が、４２モル％未満、あるいは６０モ
ル％を越えると、電気機械結合係数が低くなり、fr-TC
の絶対値が大きくなる。さらに、ｃＰｂ_xＺｒＯ₃成分の
ｃの値が、３０モル％未満、あるいは５７モル％を越え
ると、電気機械結合係数が低くなる。

【００１１】次に、置換されるＰｂ成分が、１０モル％
越えると、電気機械結合係数が低くなる。また、置換さ
れるＰｂ成分のうちＭｇが、０．５モル％未満、５モル
％越え、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａが９．５モル％を越えると電
気機械結合係数が低くなる。さらに、添加されるＣｒ₂
Ｏ₃が０．１重量％未満、１重量％を越えると電気機械
結合係数が低くなる。

【００１２】

【作用】この発明の圧電性磁器によれば、鉛含有複合酸
化物の３成分が請求項の範囲内で、鉛の一部をマグネシ
ウムと少なくとも１種類のストロンチウム、バリウム、
カルシウムで置換することにより、電気機械結合係数が
大きく、比誘電率が大きく、温度特性の良好な圧電性磁
器が得られる。

【００１３】

【実施例】以下、この発明を実施例により説明する。原
料として、酸化鉛、酸化ジルコン、酸化チタン、炭酸ス
トロンチウム、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、水酸化
マグネシウム、酸化クロムおよび酸化ニオブを準備し、
これを表１に示す組成比率で調合し、この調合原料をボ
ールミルを用いて湿式混合した後、脱水、乾燥し、８５
０〜９５０℃で２時間仮焼し、この仮焼粉をボールミル
を用いて再度湿式粉砕することにより調整粉末を得た。

【００１４】

【表１】

【００１５】そして、この調整粉末に水またはポリビニ
ルアルコールなどの粘結剤を添加し、プレス成形を行っ
た後、１２００〜１３００℃で２時間焼成し、焼結体を
得た。次に、得られた焼結体を直径２０mm、厚さ１mmの
円板状に研磨し、両端面に銀電極を焼き付けた後、６０
℃の絶縁オイル中で６０分間、３〜４kV／mmの直流電圧
を印加することにより分極処理を行って圧電性磁器を得
た。

【００１６】この圧電性磁器を用いて、比誘電率（ε₃₃
^T／ε₀）、拡がり方向振動の電気機械結合係数（Kp）、
拡がり振動の共振周波数（fr）の温度変化率（fr-TC）
について調べた。拡がり振動の共振周波数の温度変化率
（fr-TC）は−２０℃〜＋８０℃の温度範囲での共振周
波数の最大値と最小値との差を、２０℃での共振周波数
値で除した商をあらわしている。測定は、インピーダン
ス測定器を用い、比誘電率の測定周波数は１kHzであ
り、拡がり方向振動の電気機械結合係数の測定には、共
振、反共振法を用いた。測定結果を表２に示した。

【００１７】

【表２】

【００１８】表１、表２において、試料番号に＊印を付
したものは、この発明の範囲外のものであり、その他の
ものはこの発明の範囲内のものである。

【００１９】表１、表２の結果から、ＰｂをＭｇで置換
し、さらにＣｒを添加することにより、電気機械結合係
数を大きくし、共振周波数の温度変化率の絶対値を小さ
くできる。また、Ｍｇの置換量が０．５モル％未満では
電気機械結合係数を増加させる効果がなく、また、５モ
ル％を越えると電気機械結合係数が低下する。しかも、
ＰｂをＭｇで置換することにより、圧電性磁器の焼結が
均一に進み、焼成後の磁器の変形、ソリが小さく、外観
状安定した圧電性磁器が得られる。さらに、Ｃｒの添加
量が０．１重量％未満では、電気機械結合係数が小さ
く、共振周波数の温度変化率の改善に対する効果が乏し
く、１重量％を越えると電気機械結合係数が低下すると
ともに、磁器の固有抵抗が下がり分極が困難になる。

【００２０】次に、ＰｂをＳｒ、Ｃａ、Ｂａの少なくと
も１種類で置換する場合、置換量を増加させると比誘電
率が増加し、電気機械結合係数が低くなる。さらに、Ｍ
ｇを含めた置換量が１０モル％を越えると電気機械結合
係数が低下し、キュリー温度が低下し、材料の圧電特性
が経時的に劣化する。

【００２１】

【発明の効果】この発明の圧電性磁器において、各成分
を請求範囲内にすることにより、電気機械結合係数が大
きく、共振周波数の温度変化が小さい圧電性磁器が得ら
れ、フィルターの広帯域化が計れる。また、スピーカ
ー、マイクロホン、ブザー、センサ等への応用にも充分
可能な圧電性磁器が得られる。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】一般式ａＰｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃−
ｂＰｂＴｉＯ₃−ｃＰｂＺｒＯ₃（ａ、ｂ、ｃがそれぞれ
１≦ａ≦１０、４２≦ｂ≦６０、３０≦ｃ≦５７、ただ
し、ａ、ｂ、ｃはモル％であり、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００）
で表されるチタン酸ジルコン酸鉛のＰｂ原子の０．５モ
ル％以上〜５モル％以下をＭｇで置換し、さらに、Ｃｒ
をＣｒ₂Ｏ₃に換算して０．１重量％以上〜１重量％以下
添加含有させたことを特徴とする圧電性磁器。
【請求項２】一般式ａＰｂ（Ｍｇ_1/3Ｎｂ_2/3）Ｏ₃−
ｂＰｂＴｉＯ₃−ｃＰｂＺｒＯ₃（ａ、ｂ、ｃがそれぞれ
１≦ａ≦１０、４２≦ｂ≦６０、３０≦ｃ≦５７、ただ
し、ａ、ｂ、ｃはモル％であり、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００）
で表されるチタン酸ジルコン酸鉛のＰｂ原子の１０モル
％以下（ただし、０モル％を含まず）を、Ｍｇ０．５モ
ル％以上〜５モル％以下と少なくとも１種のＣａ、Ｓ
ｒ、Ｂａ９．５モル％以下（ただし、０モル％を含ま
ず）で置換し、さらに、ＣｒをＣｒ₂Ｏ₃に換算して０．
１重量％以上〜１重量％以下添加含有させたことを特徴
とする請求項１記載の圧電性磁器。