JPH11349380A - Piezoelectric ceramic composition and piezoelectric element using the same - Google Patents
Piezoelectric ceramic composition and piezoelectric element using the sameInfo
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックフィル
タ、セラミック発振子、圧電トランス、各種セラミック
センサー、セラミックブザー等に用いられる圧電磁器組
成物及び、その圧電共振部と同時に容量素子部を有する
圧電セラミック発振子及び圧電セラミックフィルタ等の
圧電素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric ceramic composition used for a ceramic filter, a ceramic oscillator, a piezoelectric transformer, various ceramic sensors, a ceramic buzzer, and the like, and a piezoelectric ceramic having a piezoelectric element and a capacitor element at the same time. The present invention relates to a piezoelectric element such as an oscillator and a piezoelectric ceramic filter.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、圧電セラミック材料としてPbT
iO3 を主成分とする、いわゆるPT系セラミックス、
Pb(Ti,Zr)O3 を主成分とする、いわゆるPZT
系セラミックス、または様々な複合ペロブスカイト組成
物、例えばPb(Mg1/3Nb2/ 3)O3 、Pb(Ni1/3N
b2/3)O3 等を何種類か固溶する多成分系圧電磁器組成
物が使われてきた。これらの組成物においては成分の組
成比を選ぶことにより用途に応じた様々な特性の圧電磁
器を得ることができる。例えば、Pb(Zn1/3Nb2/3)
A(Sn1/3Nb2/3)BTiCZrDO3系組成物(特公昭5
2―17239号公報、特公昭51―7318号公報に
記載)、Pb(SnaSb1-a)xTiyZrzO3系組成物
(特公昭54−32516号公報、特公昭54―367
57号公報に記載)等は、圧電性が優れていると共に結
晶粒径が小さいことなどの特徴を有し、高周波用セラミ
ック発振子やフィルタに適している。従って、これらの
圧電磁器組成物はセラミックフィルタ、セラミック発振
子、圧電トランス、セラミックセンサー等に用いられて
いる。2. Description of the Related Art Conventionally, PbT has been used as a piezoelectric ceramic material.
The so-called PT ceramics containing iO 3 as a main component,
So-called PZT containing Pb (Ti, Zr) O 3 as a main component
System ceramics or various complex perovskite compositions, for example, Pb (Mg 1/3 Nb 2/3 ) O 3, Pb (Ni 1/3 N
b 2/3 ) Multi-component piezoelectric ceramic compositions in which several types of O 3 and the like are dissolved in solid form have been used. In these compositions, by selecting the composition ratio of the components, it is possible to obtain piezoelectric ceramics having various characteristics according to the application. For example, Pb (Zn 1/3 Nb 2/3 )
A (Sn 1/3 Nb 2/3 ) B Ti C Zr D O 3 composition (Japanese Patent Publication No.
2-17239, JP-described in JP-B-51-7318), Pb (Sn a Sb 1-a) x Ti y Zr z O 3 based compositions (JP-B 54-32516, JP-Sho 54-367
No. 57) has characteristics such as excellent piezoelectricity and small crystal grain size, and is suitable for a high-frequency ceramic oscillator or filter. Therefore, these piezoelectric ceramic compositions are used for ceramic filters, ceramic oscillators, piezoelectric transformers, ceramic sensors and the like.
【0003】このような圧電磁器を、例えばハンダリフ
ローのために、250℃程度の温度まで加熱した後に室
温に戻して使用する場合、その熱処理前後で圧電磁器の
共振周波数等の圧電特性の変化が生じることが問題とな
っていた。When such a piezoelectric ceramic is used after being heated to a temperature of about 250 ° C. and then returned to room temperature for solder reflow, for example, the piezoelectric characteristics such as the resonance frequency of the piezoelectric ceramic change before and after the heat treatment. This was a problem.
【0004】これは従来の圧電磁器組成物は特に機械的
品質係数(Qm) 、電気機械結合係数(kt) 、比誘電
率(ε/ε0)等の圧電特性の耐熱性が悪く、熱ドリフ
トが生じるためであり、その変化のためにこうした圧電
セラミックスを用いてフィルタを作製した場合、熱衝撃
変化に起因するフィルタ特性波形の変動を有する場合が
存した。これに対する対策としては、特開平8−239
269号公報や特開平9−142930号公報にあるよ
うに、主成分であるPZTに対してY、Nb等の複合酸
化物をその一成分としたり、Crなどの添加物を加え、
圧電セラミックスを低抵抗化することにより耐熱性が問
題とならない材料とする対策が開示されている。This is because the conventional piezoelectric ceramic composition has poor heat resistance of piezoelectric properties such as mechanical quality factor (Q m ), electromechanical coupling factor (k t ) and relative permittivity (ε / ε 0 ). This is because a thermal drift occurs. When a filter is manufactured using such piezoelectric ceramics due to the change, a filter characteristic waveform may be changed due to a thermal shock change. As a countermeasure against this, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-239
No. 269 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-142930, a composite oxide such as Y or Nb is added to PZT as a main component, or an additive such as Cr is added to PZT.
A countermeasure for reducing the resistance of the piezoelectric ceramic to a material that does not cause a problem with heat resistance is disclosed.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】このように、セラミッ
クフィルタやセラミック発振子等の電子部品のチップ化
に伴い、半田付け実装時のチップ素子の温度は、高温化
しており、素子の温度は200℃程度にまで至る。従来
の圧電磁器組成物からなる圧電素子に150℃で1時間
熱処理を施すと、処理直後の共振周波数fr変化量は数
%に至り、その後経時変化をしめしながら処理前の特性
値より異なる値にドリフトする。すなわち、従来の圧電
磁器組成物は、耐熱性が悪く、熱ドリフトにおいて特性
変化が起こるため、信頼性が低く、量産工程で問題が生
じていた。As described above, as electronic components such as ceramic filters and ceramic oscillators are formed into chips, the temperature of the chip element at the time of solder mounting is increased, and the temperature of the element is increased to 200. Up to about ° C. When a piezoelectric element made of a conventional piezoelectric ceramic composition is subjected to heat treatment at 150 ° C. for 1 hour, the amount of change in the resonance frequency fr immediately after the treatment reaches several percent, and after that, it changes to a value different from the characteristic value before the treatment while changing over time. Drift. That is, since the conventional piezoelectric ceramic composition has poor heat resistance and changes in characteristics due to thermal drift, it has low reliability and has a problem in a mass production process.
【0006】そこで、本発明はPZT系圧電磁器材料に
おいて、250℃程度の短時間の熱処理に対して耐熱性
を向上させ、熱ドリフト特性を改善することにより、量
産性及び品質の安定性を向上させることを目的とし、2
50℃程度の短時間の熱変化に対して再び室温に戻して
もその前後で圧電特性の変化が少ない圧電磁器組成物及
び耐熱性に優れた圧電磁器組成物を用いた圧電素子を提
供することを目的とする。特にその共振周波数変化の少
ないことにあわせて、その容量変化が著しく小さいよう
な組成的に厳密に制御された圧電磁器組成物を用いた圧
電素子を提供することを目的とする。Accordingly, the present invention improves mass productivity and quality stability by improving heat resistance and heat drift characteristics of a PZT-based piezoelectric ceramic material against a short-time heat treatment at about 250 ° C. The purpose is to make 2
A piezoelectric ceramic composition using a piezoelectric ceramic composition having a small change in piezoelectric characteristics before and after returning to room temperature in response to a short-time thermal change of about 50 ° C. and a piezoelectric ceramic composition having excellent heat resistance. With the goal. In particular, it is an object of the present invention to provide a piezoelectric element using a piezoelectric ceramic composition strictly controlled in composition so that the change in capacitance is extremely small in accordance with the small change in resonance frequency.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、本発明の圧電磁器組成物は、Pb、Ti及びZr
の複合酸化物よりなる主成分に、副成分としてY、D
y、Er、Ho、Tm、Lu及びYbからなる群より選
ばれる少なくとも1種の金属元素、及びMnを含有する
ことを特徴とする。In order to solve the above-mentioned problems, the piezoelectric ceramic composition of the present invention comprises Pb, Ti and Zr.
And Y and D as subcomponents
It is characterized by containing at least one metal element selected from the group consisting of y, Er, Ho, Tm, Lu and Yb, and Mn.
【0008】また、本発明の圧電磁器組成物の別の構成
は、下記の一般式(I)で表される複合酸化物を主成分
とすることを特徴とする。Further, another constitution of the piezoelectric ceramic composition of the present invention is characterized in that the piezoelectric ceramic composition contains a composite oxide represented by the following general formula (I) as a main component.
【0009】 (1-x)Pb(M1/3Nb2/3)aZrbTicO3−xRMndO1+2d (I)[0009] (1-x) Pb (M 1/3 Nb 2/3) a Zr b Ti c O 3 -xRMn d O 1 + 2d (I)
【0010】(式中、xは0<x≦0.1を満足する
数、a〜cは0≦a≦0.1、0≦b≦0.7、0.3
≦c≦1.0、a+b+c=1を満足する数、dは0.
5≦d≦3を満足する数であり、MはZn、Ni及びM
gからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素、
RはY、Dy、Er、Ho、Tm、Lu及びYbからな
る群より選ばれる少なくとも1種の金属元素である)(Where x is a number satisfying 0 <x ≦ 0.1, a to c are 0 ≦ a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.7, 0.3
≦ c ≦ 1.0, a number satisfying a + b + c = 1, and d is 0.
Is a number satisfying 5 ≦ d ≦ 3, and M is Zn, Ni and M
at least one metal element selected from the group consisting of
R is at least one metal element selected from the group consisting of Y, Dy, Er, Ho, Tm, Lu and Yb)
【0011】また、本発明の圧電磁器組成物の別の構成
は、Pb及びTiを含む複合酸化物を主成分とし、さら
に金属元素R(但し、金属元素Rは、Y、Dy、Er、
Ho、Tm、Lu及びYbから選ばれる少なくとも1種
の元素である)とMnとを、RMnO3で表される酸化
物に換算して、この酸化物と前記複合酸化物との合計量
に対して1〜10モル%となる割合で含有することを特
徴とする。Another composition of the piezoelectric ceramic composition of the present invention is mainly composed of a composite oxide containing Pb and Ti, and further includes a metal element R (where the metal element R is Y, Dy, Er,
And at least one element selected from Ho, Tm, Lu and Yb) and Mn, in terms of an oxide represented by RMnO 3 , based on the total amount of this oxide and the composite oxide. Is contained at a ratio of 1 to 10 mol%.
【0012】このように金属元素RとMnとを含有させ
ることにより、圧電性を有する上記複合酸化物を、熱処
理による圧電特性の変化が少なく、特に圧電特性の経時
変化が低減された圧電磁器組成物とすることができる。
金属元素RとMnとの上記含有量が、1モル%よりも小
さいと金属元素R及びMnの添加の効果を十分に得るこ
とができなくなる。一方、上記含有量が10モル%より
も大きくなると組成物の圧電特性が十分には得られない
おそれが生じる。By containing the metal elements R and Mn in this way, the piezoelectric oxide has a piezoelectric ceramic composition in which the change in piezoelectric characteristics due to heat treatment is small, and in particular, the change in piezoelectric characteristics with time is reduced. Things.
If the content of the metal elements R and Mn is less than 1 mol%, the effect of adding the metal elements R and Mn cannot be sufficiently obtained. On the other hand, when the content is more than 10 mol%, there is a possibility that the piezoelectric properties of the composition may not be sufficiently obtained.
【0013】また、本発明の圧電磁器組成物の別の構成
は、下記の一般式(II)で表される複合酸化物を主成分
とすることを特徴とする。Further, another constitution of the piezoelectric ceramic composition of the present invention is characterized in that a main component is a composite oxide represented by the following general formula (II).
【0014】 (1-x)Pb(M1/3Nb2/3)aZrbTicO3−xRMnO3 (II)[0014] (1-x) Pb (M 1/3 Nb 2/3) a Zr b Ti c O 3 -xRMnO 3 (II)
【0015】(式中、xは0.01≦x≦0.1を満足
する数、a〜cは0≦a≦0.1、0≦b≦0.7、
0.3≦c≦1.0、a+b+c=1を満足する数であ
り、MはZn、Ni及びMgからなる群より選ばれる少
なくとも1種の金属元素、RはY、Dy、Er、Ho、
Tm、Lu及びYbからなる群より選ばれる少なくとも
1種の金属元素である)(Where x is a number satisfying 0.01 ≦ x ≦ 0.1, a to c are 0 ≦ a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.7,
0.3 ≦ c ≦ 1.0, a + b + c = 1, M is at least one metal element selected from the group consisting of Zn, Ni and Mg, and R is Y, Dy, Er, Ho,
At least one metal element selected from the group consisting of Tm, Lu and Yb)
【0016】また、本発明の圧電磁器組成物の別の構成
は、下記の一般式(III) で表される主成分に、副成分と
して金属元素R(但し、RはY、Dy、Er、Ho、T
m、Lu及びYbからなる群より選ばれる少なくとも1
種の金属元素である)をR2O3に換算して主成分1mo
lに対してそれぞれ0.01〜0.05molの割合
で、及びMnをMn2O3に換算して主成分1molに対
して0.01〜0.05molの割合で含有することを
特徴とする。Further, another structure of the piezoelectric ceramic composition of the present invention is as follows: a main component represented by the following general formula (III) and a metal element R (where R is Y, Dy, Er, Ho, T
at least one selected from the group consisting of m, Lu and Yb
Is converted to R 2 O 3 to obtain 1 mo
1 to 0.01 mol, and Mn is converted to Mn 2 O 3 at a ratio of 0.01 to 0.05 mol per 1 mol of the main component. .
【0017】 Pb(A,Nb)xZryTi1-x-yO3 (III) [0017] Pb (A, Nb) x Zr y Ti 1-xy O 3 (III)
【0018】(式中、x,yは0≦x≦0.05、0.
35≦y≦0.80を満足する数であり、AはSn、Z
n、Ni及びMgからなる群より選ばれる少なくとも1
種の金属元素である)(Where x and y are 0 ≦ x ≦ 0.05, 0.
35 ≦ y ≦ 0.80, where A is Sn, Z
at least one selected from the group consisting of n, Ni and Mg
Kind of metal element)
【0019】また、本発明の圧電磁器組成物の別の構成
は、下記の一般式(IV)で表されることを特徴とする。Further, another constitution of the piezoelectric ceramic composition of the present invention is characterized by being represented by the following general formula (IV).
【0020】 Pb(Y(1-x)/2Mnx/2Nb1/2)a (M1/3Nb2/3)bZrcTidO3 (IV)[0020] Pb (Y (1-x) / 2 Mn x / 2 Nb 1/2) a (M 1/3 Nb 2/3) b Zr c Ti d O 3 (IV)
【0021】(式中、xは0≦x<1.0を満足する
数、a〜dは0.01≦a≦0.15、0≦b<0.
2、0≦c≦0.68、0.3≦d≦0.93、a+b
+c+d=1を満足する数であり、MはZn、Ni及び
Mgからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素
である)(Where x is a number satisfying 0 ≦ x <1.0, ad is 0.01 ≦ a ≦ 0.15, 0 ≦ b <0.
2, 0 ≦ c ≦ 0.68, 0.3 ≦ d ≦ 0.93, a + b
+ C + d = 1, and M is at least one metal element selected from the group consisting of Zn, Ni and Mg.)
【0022】また、上記圧電磁器組成物においては、さ
らにFe、Cr、Co、Cu及びSnからなる群より選
ばれる少なくとも1種の金属元素を、前記金属元素の酸
化物であるFe2O3、Cr2O3、CoO、CuO及びS
nO2にそれぞれ換算して、0.01〜1.3重量%の
割合で含有することが好ましい。In the piezoelectric ceramic composition, at least one metal element selected from the group consisting of Fe, Cr, Co, Cu, and Sn is further added to an oxide of the metal element, Fe 2 O 3 , Cr 2 O 3 , CoO, CuO and S
It is preferable to contain it at a ratio of 0.01 to 1.3% by weight in terms of nO 2 .
【0023】さらに、本発明の圧電磁器組成物の製造方
法は、あらかじめ仮焼したPb、Ti及びZrの複合酸
化物よりなる主成分に、副成分としてあらかじめ仮焼し
たRMnO3 (式中、RはY、Dy、Er、Ho、T
m、Lu及びYbからなる群より選ばれる1種の金属元
素である)を添加して混合した後、焼成することを特徴
とする。Further, the method for producing the piezoelectric ceramic composition of the present invention is characterized in that the pre-calcined main component composed of a composite oxide of Pb, Ti and Zr is added to the pre-calcined RMnO 3 (where R Is Y, Dy, Er, Ho, T
m, Lu and Yb are added, mixed, and then fired.
【0024】また、本発明の圧電磁器組成物の製造方法
の別の構成は、あらかじめ仮焼した下記の一般式(III)
で表される主成分と、あらかじめ仮焼したRMnO
3 (式中、RはY、Dy、Er、Ho、Tm、Lu及び
Ybからなる群より選ばれる1種の金属元素である)で
表される副成分とを、主成分1molに対して副成分を
R 2O3に換算して0.01〜0.05mol、Mn2O3
に換算してそれぞれ0.01〜0.05mol添加した
後、焼成することを特徴とする。Also, a method for producing the piezoelectric ceramic composition of the present invention.
Another structure of the following general formula (III) calcined in advance
And the pre-calcined RMnO
Three(Where R is Y, Dy, Er, Ho, Tm, Lu and
Yb is one kind of metal element selected from the group consisting of Yb)
The sub-component represented by
R TwoOThreeConverted to 0.01 to 0.05 mol, MnTwoOThree
0.01 to 0.05 mol respectively
Thereafter, firing is performed.
【0025】 Pb(A,Nb)xZryTi1-x-yO3 (III) [0025] Pb (A, Nb) x Zr y Ti 1-xy O 3 (III)
【0026】(式中、x,yは0≦x≦0.05、0.
35≦y≦0.80を満足する数であり、AはSn、Z
n、Ni及びMgからなる群より選ばれる少なくとも1
種の金属元素である)(Where x and y are 0 ≦ x ≦ 0.05, 0.
35 ≦ y ≦ 0.80, where A is Sn, Z
at least one selected from the group consisting of n, Ni and Mg
Kind of metal element)
【0027】さらに、本発明の圧電素子は、上記圧電磁
器組成物を含むことを特徴とし、具体的には圧電セラミ
ックフィルタ、圧電セラミック発振子、各種センサ等と
して用いられる。Further, the piezoelectric element of the present invention is characterized by containing the above-mentioned piezoelectric ceramic composition, and is specifically used as a piezoelectric ceramic filter, a piezoelectric ceramic oscillator, various sensors and the like.
【0028】また、振動子部と容量部とを一体に備えた
圧電セラミック発振子や圧電セラミックフィルタ等の圧
電素子は、上記の圧電磁器組成物を用いることを特徴と
する。Further, a piezoelectric element such as a piezoelectric ceramic oscillator or a piezoelectric ceramic filter having a vibrator portion and a capacitor portion integrally is characterized by using the above piezoelectric ceramic composition.
【0029】[0029]
【発明の実施の形態】以下に、本発明の圧電体磁器組成
物及び圧電素子を実施の形態を参照して説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a piezoelectric ceramic composition and a piezoelectric element of the present invention will be described with reference to embodiments.
【0030】実施の形態1 原料はPbO、Y2O3、MnCO3、TiO2、ZrO2
を使用し、組成式(1-x)PbTi1-aZraO3−xYMnd
O1+2d(0<x≦0.045、0.529≦a≦0.5
38、0.5≦d≦3.2)において表1に示したx、
a、dの値の組成比になるように所定の割合で秤量す
る。得られた原料粉体をボールミルを用いて混合し、7
50〜900℃で2時間仮焼した。この原料粉体をボー
ルミルを用いて再び粉砕し、得られた粉体を直径13m
m、厚さ1mmの円板状の圧粉体に加圧成形した。これ
を1140〜1260℃の温度で2時間焼成した。焼成
により得られた磁器を厚さ0.3mmに研磨した後、そ
の両面にCr−Auの蒸着電極を形成した。この素子を
100℃のシリコーンオイル中で、両電極間に4kV/
mmの直流電界を30分間印加して分極処理を行った。
続いて、分極電極を部分的に取り除いた後、さらに図1
に示すようなエネルギー閉じ込め型の共振子となるよう
に、Cr−Auの部分電極を形成した。図1中におい
て、1は圧電セラミックス、2は電極、3は振動子部
(共振子部)である。Embodiment 1 Raw materials are PbO, Y 2 O 3 , MnCO 3 , TiO 2 , ZrO 2
Using a composition formula (1-x) PbTi 1- a Zr a O 3 -xYMn d
O 1 + 2d (0 <x ≦ 0.045, 0.529 ≦ a ≦ 0.5
38, 0.5 ≦ d ≦ 3.2), x shown in Table 1
It is weighed at a predetermined ratio so that the composition ratio of the values of a and d is obtained. The obtained raw material powder was mixed using a ball mill,
It calcined at 50-900 degreeC for 2 hours. This raw material powder was pulverized again using a ball mill, and the obtained powder was 13 m in diameter.
It was pressed into a disk-shaped compact having a thickness of 1 mm and a thickness of 1 mm. This was fired at a temperature of 1140 to 1260 ° C. for 2 hours. After the porcelain obtained by firing was polished to a thickness of 0.3 mm, Cr-Au vapor deposition electrodes were formed on both surfaces thereof. This device was placed in a silicone oil at 100 ° C. and applied between both electrodes at 4 kV /
A direct current electric field of 30 mm was applied for 30 minutes to perform polarization processing.
Subsequently, after partially removing the polarization electrode, the structure shown in FIG.
The Cr-Au partial electrode was formed so as to form an energy trap type resonator as shown in FIG. In FIG. 1, 1 is a piezoelectric ceramic, 2 is an electrode, and 3 is a vibrator part (resonator part).
【0031】この試料について250℃のオーブンの中
に10分間試料を入れ、熱処理による共振周波数、反共
振周波数、静電容量の変化をインピーダンスアナライザ
ーにより測定し、表1に記載の各種特性(比誘電率、誘
電損失正接、電気機械結合係数、機械的品質係数)を得
た。測定結果を表1に示す。The sample was placed in an oven at 250 ° C. for 10 minutes, and changes in resonance frequency, anti-resonance frequency, and capacitance due to heat treatment were measured by an impedance analyzer. Coefficient, dielectric loss tangent, electromechanical coupling coefficient, and mechanical quality coefficient). Table 1 shows the measurement results.
【0032】[0032]
【表1】 [Table 1]
【0033】No.1〜16の組成は結合係数k15も大
きく機械的品質係数(Qm)も370〜840の値を持
っているが、表1において*印を付したNo.17及び
18は結合係数が小さく特性が良くない。No. The composition of 1 to 16 is has a value of the coupling coefficient k 15 is large mechanical quality factor (Q m) is also from 370 to 840, marked with an asterisk in Table 1 No. 17 and 18 have small coupling coefficients and poor characteristics.
【0034】また、図2のような振動子部(共振子部)
3と共に付加容量部(未分極部)4をもつエネルギー閉
じ込め型圧電素子となるようにCr−Au電極を形成し
た。この試料について−20〜80℃の温度特性を評価
し、さらに250℃のオーブンの中に10分間試料を入
れ、熱処理前後の特性変化をみる耐熱性試験を行った。
その結果、本発明の圧電磁器組成物を用いた圧電素子の
周波数安定度は、従来例の圧電材料と比較して熱処理前
後の変化量が小さく、耐熱性に優れた圧電素子を提供す
ることができる。A vibrator portion (resonator portion) as shown in FIG.
A Cr-Au electrode was formed so as to be an energy trapping type piezoelectric element having an additional capacitance portion (unpolarized portion) 4 together with 3. This sample was evaluated for temperature characteristics at −20 to 80 ° C., further placed in an oven at 250 ° C. for 10 minutes, and subjected to a heat resistance test to see the change in characteristics before and after heat treatment.
As a result, the frequency stability of the piezoelectric element using the piezoelectric ceramic composition of the present invention is smaller in the amount of change before and after the heat treatment as compared with the conventional piezoelectric material, and a piezoelectric element excellent in heat resistance can be provided. it can.
【0035】実施の形態2 原料として、PbO、ZnO、NiO、MgO、Nb2
O5、ZrO2、TiO2、Y2O3、Er2O3、Ho
2O3、Tm2O3、Lu2O3、Yb2O3、Mn3O4、さら
にはFe2O3、Cr2O3、CoO、CuO、SnO2を
適宜使用して、表2〜表4に示した各組成比となるよう
に所定の割合で秤量した後、得られた原料粉体をボール
ミルを用いて混合し、750〜900℃で2時間仮焼し
た。この原料粉体をボールミルを用いて再び粉砕し、得
られた粉体を直径13mm、厚さ1mmの円板状の圧粉
体に加圧成形した。これを1140〜1260℃の温度
で2時間焼成した。焼成により得られた磁器を厚さ0.
3mmに研磨した後、その両面にCr−Auの蒸着電極
を形成した。この素子を100℃のシリコーンオイル中
で、両電極間に5kV/mmの直流電界を30分間印加
して分極処理を行った。続いて、分極電極を部分的に取
り除いた後、さらにエネルギー閉じ込め型の共振子とな
るように、Cr−Auの部分電極を形成した。Embodiment 2 PbO, ZnO, NiO, MgO, Nb 2
O 5 , ZrO 2 , TiO 2 , Y 2 O 3 , Er 2 O 3 , Ho
2 O 3 , Tm 2 O 3 , Lu 2 O 3 , Yb 2 O 3 , Mn 3 O 4 , and Fe 2 O 3 , Cr 2 O 3 , CoO, CuO, SnO 2 were used as appropriate, and Table 2 was used. After weighing at a predetermined ratio so as to have each composition ratio shown in Table 4 below, the obtained raw material powders were mixed using a ball mill, and calcined at 750 to 900 ° C. for 2 hours. This raw material powder was pulverized again using a ball mill, and the obtained powder was pressed into a disc-shaped green compact having a diameter of 13 mm and a thickness of 1 mm. This was fired at a temperature of 1140 to 1260 ° C. for 2 hours. The porcelain obtained by firing has a thickness of 0.
After polishing to 3 mm, Cr-Au vapor deposition electrodes were formed on both surfaces. This element was polarized in a silicone oil at 100 ° C. by applying a DC electric field of 5 kV / mm between both electrodes for 30 minutes. Subsequently, after partially removing the polarization electrode, a Cr-Au partial electrode was formed so as to further form an energy trap type resonator.
【0036】この試料について250℃のオーブンの中
に10分間試料を入れ、熱処理による共振周波数、反共
振周波数、静電容量の変化をインピーダンスアナライザ
ーにより測定した。測定結果を表2〜表4に示す。The sample was placed in an oven at 250 ° C. for 10 minutes, and changes in the resonance frequency, anti-resonance frequency, and capacitance due to the heat treatment were measured using an impedance analyzer. Tables 2 to 4 show the measurement results.
【0037】[0037]
【表2】 [Table 2]
【0038】[0038]
【表3】 [Table 3]
【0039】[0039]
【表4】 [Table 4]
【0040】表2〜表4において、fr変化率及び静電
容量変化率は、熱処理から30分経過した時の共振周波
数(fr)及び静電容量(C)の値を基準として、熱処
理から24時間後の共振周波数(fr)及び静電容量
(C)の値の変化率を示しており、また、k’は、熱処
理後24時間経過後の共振周波数(fr)及び反共振周
波数(fa)の測定値から、下記の式の関係より求めた
見掛けの結合係数である(表7も同様)。In Tables 2 to 4, the rate of change of fr and the rate of change of capacitance are 24 hours after the heat treatment based on the values of the resonance frequency (fr) and the capacitance (C) after 30 minutes from the heat treatment. The change rates of the resonance frequency (fr) and the capacitance (C) after time are shown, and k ′ is the resonance frequency (fr) and the antiresonance frequency (fa) 24 hours after the heat treatment. Is an apparent coupling coefficient obtained from the relationship of the following formula from the measured values of (i.e., Table 7).
【0041】k'2=(fa2−fr2)/fa2 K ′ 2 = (fa 2 −fr 2 ) / fa 2
【0042】表2において**印を付した試料1は、金
属元素R及びMnを含まない従来の圧電磁器組成物であ
る。表2〜表4から明らかなように、金属元素R及びM
nを含むその他の圧電磁器組成物によれば、試料1と比
較して共振周波数変化率及び容量変化率を小さくするこ
とができた。Sample 1 marked with ** in Table 2 is a conventional piezoelectric ceramic composition containing no metal elements R and Mn. As is clear from Tables 2 to 4, the metal elements R and M
According to the other piezoelectric ceramic compositions containing n, the change rate of the resonance frequency and the change rate of the capacitance could be reduced as compared with Sample 1.
【0043】但し、表2において*印を付した試料6で
は、YMnO3の含有率xが0.15と比較的大きく、
共振周波数変化率及び容量変化率は試料1よりも改善さ
れているが、見掛けの結合係数k’が低下している。こ
のように、xは0.15よりも小さい値、具体的には
0.01〜0.1が好ましく、0.015〜0.05が
さらに好ましい。However, in Sample 6 marked with * in Table 2, the content x of YMnO 3 was relatively large at 0.15,
Although the change rate of the resonance frequency and the change rate of the capacitance are improved as compared with the sample 1, the apparent coupling coefficient k ′ is reduced. As described above, x is a value smaller than 0.15, specifically, preferably 0.01 to 0.1, and more preferably 0.015 to 0.05.
【0044】同様に表2において*印を付した試料11
は、ZnとNbの含有率aが0.15と比較的大きい。
この試料では、共振周波数変化率及び静電容量変化率
が、試料1よりは低下しているが他の試料よりは改善の
程度が小さい。このように、aは0.15よりも小さい
値、具体的には0〜0.1が好ましい。Similarly, sample 11 marked with * in Table 2
Has a relatively large content a of Zn and Nb of 0.15.
In this sample, the change rate of the resonance frequency and the change rate of the capacitance are lower than that of the sample 1, but the degree of improvement is smaller than that of the other samples. As described above, a is preferably a value smaller than 0.15, specifically, 0 to 0.1.
【0045】また、表3に示したように、Fe2O3、C
r2O3、CoO、CuO、SnO2のいずれかを、0.98
PbZr0.535Ti0.465O3−0.02YMnO3に添加する
と、耐熱安定性をさらに改善することができた。なお、
表2におけるこれら酸化物の添加量(wt%)は全組成
物に対する比率(重量%)を示す。Fe、Cr、Co、
Cu、Snは、上記各酸化物に換算して、0.01〜
1.3重量%、特に0.05〜0.6重量%の割合で添
加することが好ましい。Further, as shown in Table 3, Fe 2 O 3 , C
any one of r 2 O 3 , CoO, CuO and SnO 2 is 0.98
When added to PbZr 0.535 Ti 0.465 O 3 -0.02 YMnO 3 , the thermal stability could be further improved. In addition,
The amounts (wt%) of these oxides shown in Table 2 indicate the ratio (wt%) to the total composition. Fe, Cr, Co,
Cu and Sn are 0.01 to
It is preferable to add 1.3% by weight, particularly 0.05 to 0.6% by weight.
【0046】また、表4に示したように、ZnをMgま
たはNiに置換しても耐熱性を改善することができた。
このように、Znを複合ペロブスカイトを形成する2価
の金属元素で置き換えてもZnと同様の耐熱安定性を得
ることができる。Further, as shown in Table 4, the heat resistance could be improved even when Zn was replaced with Mg or Ni.
As described above, even when Zn is replaced with a divalent metal element forming a composite perovskite, the same heat stability as that of Zn can be obtained.
【0047】また、同じく表4に示したように、Yを、
Er、Ho、Tm、LuまたはYbに置換しても耐熱性
を改善することができた。このように、Yを3価の希土
類元素で置き換えても耐熱安定性は向上する。この効果
は、Y等がMnとRMnO3で表されるマンガナイト化
合物を形成しやすいことに起因すると考えられる。As shown in Table 4, Y is
The heat resistance was able to be improved by substitution with Er, Ho, Tm, Lu or Yb. As described above, even when Y is replaced with a trivalent rare earth element, the heat stability is improved. This effect is considered to be due to the fact that Y and the like easily form a manganite compound represented by Mn and RMnO 3 .
【0048】尚、本発明の圧電磁器組成物は、上記に示
した形態に限ることなく、例えば微量の不純物や添加物
が本発明の目的に反しない程度に含まれていても構わな
い。The piezoelectric ceramic composition of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may contain, for example, a trace amount of impurities or additives to such an extent that the object of the present invention is not adversely affected.
【0049】実施の形態3 原料として、実施の形態2と同様の酸化物を使用して、
(1-x)PbZrbTicO3−xYMnO3(0.01≦x≦
0.1、0.46≦b≦0.49、0.51≦c≦0.
54、b+c=1)で表される組成比となるように秤量
し、さらにCr2O3を上記(1-x)PbZrbTicO3−x
YMnO3に対して0.2重量%となるように秤量し、
これらをボールミルで混合し、850℃で2時間仮焼し
た。この仮焼粉をボールミルにより再び粉砕し、得られ
た粉体を7×3mm、厚さ1mmの方形板状に成形し、
この成形体を1170℃の温度で2時間焼成した。焼成
後、得られた磁器を厚さ0.2mmに研磨し、その両面
にCr−Auからなる蒸着電極を形成した。この素子
を、100℃のシリコーンオイル中で両電極間に5kV
/mmの直流電界を30分間印加して分極処理を行い、
続いて300℃で30分間熱処理した。分極電極を部分
的に取り除いた後、図3に示すようなエネルギー閉じ込
め型のフィルタとなるように、Cr−Auを圧電磁器1
の表面に振動子部(共振子部)3が形成されるように電
極2及び付加容量部(未分極部)4として形成した。Embodiment 3 Using the same oxide as in Embodiment 2 as a raw material,
(1-x) PbZr b Ti c O 3 -xYMnO 3 (0.01 ≦ x ≦
0.1, 0.46 ≦ b ≦ 0.49, 0.51 ≦ c ≦ 0.
54, b + c = 1) represented by weighed so that the composition ratio further Cr 2 O 3 the (1-x) PbZr b Ti c O 3 - x
Weighed to be 0.2% by weight based on YMnO 3 ,
These were mixed in a ball mill and calcined at 850 ° C. for 2 hours. The calcined powder was pulverized again by a ball mill, and the obtained powder was formed into a square plate having a size of 7 × 3 mm and a thickness of 1 mm.
The molded body was fired at a temperature of 1170 ° C. for 2 hours. After firing, the obtained porcelain was polished to a thickness of 0.2 mm, and vapor deposition electrodes made of Cr-Au were formed on both surfaces thereof. The device was placed in a silicone oil at 100 ° C. between both electrodes at 5 kV.
/ Mm DC electric field is applied for 30 minutes to perform polarization processing.
Subsequently, heat treatment was performed at 300 ° C. for 30 minutes. After partially removing the polarizing electrode, the piezoelectric ceramic 1 was made of Cr-Au so as to form an energy trapping type filter as shown in FIG.
The electrode 2 and the additional capacitance section (non-polarized section) 4 were formed so that the vibrator section (resonator section) 3 was formed on the surface of the.
【0050】このフィルタを250℃のオーブン中に1
0分間静置し、この熱処理によるフィルタ波形の変化を
測定した。その結果、上記磁器組成物を用いた本発明の
圧電セラミックの波形は、例えば表2の試料1のような
従来の組成物を用いた場合と比較して熱処理によるフィ
ルタ波形の変化が小さいことが確認された。Place this filter in an oven at 250 ° C.
The sample was allowed to stand for 0 minutes, and the change in the filter waveform due to this heat treatment was measured. As a result, the waveform of the piezoelectric ceramic of the present invention using the above-described porcelain composition shows that the change in the filter waveform due to the heat treatment is smaller than that in the case where the conventional composition such as the sample 1 in Table 2 is used. confirmed.
【0051】尚、本発明の圧電素子は、上記に示した形
態に限ることなく、圧電磁器組成物を用いて構成される
各種の圧電素子、例えば、発振子、共振子、圧電型各種
センサ、圧電アクチュエータ、圧電トランス等とするこ
ともできる。また、大きな圧電性を得るためには、特に
限定するものではないが、例えば上記(1-x)PbZrbT
icO3−xYMnO3で示される範囲において、モノフォ
トロビック相境界付近の組成である、0.01≦x≦
0.03、0.52≦b≦0.54、0.46≦c≦
0.48とすることが好ましい。The piezoelectric element of the present invention is not limited to the above-described embodiment, but may be any of various piezoelectric elements formed using a piezoelectric ceramic composition, for example, an oscillator, a resonator, various piezoelectric sensors, A piezoelectric actuator, a piezoelectric transformer, or the like may be used. Further, in order to obtain a large piezoelectric property, although there is no particular limitation, for example, the above (1-x) PbZr b T
In the range indicated by i c O 3 -xYMnO 3, a composition in the vicinity of mono photo b big phase boundary, 0.01 ≦ x ≦
0.03, 0.52 ≦ b ≦ 0.54, 0.46 ≦ c ≦
It is preferably 0.48.
【0052】実施の形態4 出発原料粉としてPb3O4、TiO2 、ZrO2 、Nb
2O5、SnO2 、ZnO、NiO、MgO、及び、Mn
CO3 、Y2O3、Dy2O3、Er2O3、Ho2O3、Yb
2O3 を使用して、Pb3O4、TiO2 、ZrO2 、N
b2O5、SnO 2 、ZnO、NiO、MgOを表5に示
すPb(A,Nb)xZryTi1-x-yO3(式中、AはS
n、Zn、Ni及びMgからなる群より選ばれる少なく
とも1種の金属元素である)で表される組成比となるよ
うに秤量し、さらにMnCO3 、Y 2O3、Dy2O3、E
r2O3、Ho2O3、Yb2O3をPb(A,Nb)xZryT
i1- x-yO3に対して、それぞれ、酸化物であるMn
2O3、R2O3(式中、RはY、Dy、Er、Ho及びY
bからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素で
ある)に換算して表5に示すような所定の割合で秤量し
た後、これら成分に純水を混合しYTZ製の玉石を用い
たボールミルで17時間混合した。この混合粉を乾燥し
たものを750〜900℃で仮焼し、YTZ製の玉石を
用いたボールミルで15時間粉砕し、得られた粉体(平
均粒径1.0〜1.7μm)で直径13mm、厚さ1m
m程度の円板状の成形体を作製し、1140〜1260
℃で1時間焼成した。焼成後、この磁器を厚さ0.3m
m程度に研磨した後、その両面にCr−Auの蒸着電極
を付与した。その後、この素子に、150℃のシリコー
ンオイル中で、両電極間に3kV/mmの直流電界を3
0分間印加し分極処理した。この試料について、150
℃、30分間の熱処理後の共振周波数(fr)および反
共振周波数(fa)の測定をし、熱処理前の値と比較し
た。その結果を表5の試料番号1〜29に示す。Embodiment 4 Pb is used as a starting material powder.ThreeOFour, TiOTwo , ZrOTwo , Nb
TwoOFive, SnOTwo , ZnO, NiO, MgO, and Mn
COThree , YTwoOThree, DyTwoOThree, ErTwoOThree, HoTwoOThree, Yb
TwoOThree Using PbThreeOFour, TiOTwo , ZrOTwo , N
bTwoOFive, SnO Two , ZnO, NiO, and MgO are shown in Table 5.
Pb (A, Nb)xZryTi1-xyOThree(Where A is S
at least one selected from the group consisting of n, Zn, Ni and Mg
Are one kind of metal element)
Weighed and then MnCOThree , Y TwoOThree, DyTwoOThree, E
rTwoOThree, HoTwoOThree, YbTwoOThreeTo Pb (A, Nb)xZryT
i1- xyOThreeRespectively, the oxide Mn
TwoOThree, RTwoOThree(Where R is Y, Dy, Er, Ho and Y
at least one metal element selected from the group consisting of
) And weigh at a predetermined ratio as shown in Table 5.
After that, these components are mixed with pure water and YTZ cobblestone is used.
For 17 hours. This mixed powder is dried
Calcined at 750-900 ° C.
The resulting powder (flat) was crushed by a ball mill for 15 hours.
13 mm in diameter and 1 m in thickness with a uniform particle size of 1.0 to 1.7 μm)
m to produce a disc-shaped molded body of about 1140-1260
Calcination was carried out at ℃ for 1 hour. After firing, this porcelain is 0.3m thick
After polishing to about m, Cr-Au deposited electrodes on both sides
Was given. After that, a silicon
In the oil, a DC electric field of 3 kV / mm
Polarization was performed by applying for 0 minutes. For this sample, 150
And the resonance frequency (fr) after heat treatment for 30 min.
Measure the resonance frequency (fa) and compare it with the value before heat treatment.
Was. The results are shown in Table 5 for sample numbers 1 to 29.
【0053】[0053]
【表5】 [Table 5]
【0054】表5の結果から明らかなように、一般式:
Pb(A,Nb)xZryTi1-x-yO3(式中、x,yは0
≦x≦0.05、0.35≦y≦0.80を満足する数
であり、AはSn、Zn、Ni及びMgからなる群より
選ばれる少なくとも1種の金属元素である)で表される
主成分に対して、副成分であるMn2O3及びR2O3(式
中、RはY、Dy、Er、Ho及びYbからなる群より
選ばれる少なくとも1種の金属元素である)がそれぞれ
所定の割合で添加混合された圧電磁器組成物は、これを
添加しないものに比べて熱処理後の共振周波数、反共振
周波数の変化量、その後のドリフト量は著しく小さくな
った。また、表5において*印を付した他の試料と比べ
ても優れたものであった。As is clear from the results in Table 5, the general formula:
Pb (A, Nb) x Zr y Ti 1-xy O 3 ( wherein, x, y is 0
≦ x ≦ 0.05, 0.35 ≦ y ≦ 0.80, and A is at least one metal element selected from the group consisting of Sn, Zn, Ni and Mg). Mn 2 O 3 and R 2 O 3 as sub-components with respect to the main component (where R is at least one metal element selected from the group consisting of Y, Dy, Er, Ho and Yb) However, the piezoelectric ceramic composition added and mixed at a predetermined ratio, respectively, showed significantly smaller changes in the resonance frequency and anti-resonance frequency after the heat treatment and the subsequent drift amount as compared with the piezoelectric ceramic composition not added. In addition, it was superior to the other samples marked with * in Table 5.
【0055】尚、主成分がPb(Zn1/6Sn1/6N
b2/3)0.03Zr0.53Ti0.41O3 で表されるような、2
種類以上の金属元素Aからなる複合酸化物においても、
同様の効果が得られた。The main component is Pb (Zn 1/6 Sn 1/6 N
b 2/3 ) 0.03 Zr 0.53 Ti 0.41 O 3
Even in composite oxides composed of more than one kind of metal element A,
Similar effects were obtained.
【0056】実施の形態5 出発原料粉としてPb3O4、TiO2 、ZrO2 、Nb
2O5、SnO2 、ZnO、NiO、MgOを使用して、
表6に示すPb(A,Nb)xZryTi1-x-yO3(式中、
AはSn、Zn、Ni及びMgからなる群より選ばれる
少なくとも1種の金属元素である)で表される組成比と
なるように秤量し、純水を混合しYTZ製の玉石を用い
たボールミルで17時間混合した。同様に、出発原料粉
としてMnCO3 、Y2O3、Dy2O3、Er2O3、Ho
2O3、Yb2O3を使用し、RMnO3 (式中、RはY、
Dy、Er、Ho及びYbからなる群より選ばれる少な
くとも1種の金属元素である)としての組成比が表6に
示すような所定の組成比となるように秤量し、純水を混
合しYTZ製の玉石を用いたボールミルで17時間混合
した。それぞれの混合粉を乾燥し、750〜900℃で
個別に仮焼した後、Pb(A,Nb)xZryTi1-x-yO3
(式中、AはSn、Zn、Ni及びMgからなる群より
選ばれる少なくとも1種の金属元素である)で表される
で主成分に、副成分としてRMnO3 (式中、RはY、
Dy、Er、Ho及びYbからなる群より選ばれる少な
くとも1種の金属元素である)を所定量添加し、YTZ
製の玉石を用いたボールミルで15時間混合粉砕し、得
られた粉体(平均粒径1.0〜1.7μm)で直径13
mm、厚さ1mm程度の円板状の成形体を作製し、11
40〜1260℃で1時間焼成した。焼成後、この磁器
を厚さ0.3mm程度に研磨した後、その両面にCr−
Auの蒸着電極を付与した。その後、この素子に、15
0℃のシリコーンオイル中で、両電極間に3kV/mm
の直流電界を30分間印加し分極処理した。この試料に
ついて、150℃、30分間の熱処理後の共振周波数
(fr)および反共振周波数(fa)の測定をし、熱処
理前の値と比較した。その結果を表6の試料番号30〜
54に示す。Embodiment 5 Pb 3 O 4 , TiO 2 , ZrO 2 , Nb
Using 2 O 5 , SnO 2 , ZnO, NiO, MgO,
Pb shown in Table 6 (A, Nb) x Zr y Ti 1-xy O 3 ( in the formula,
A is at least one metal element selected from the group consisting of Sn, Zn, Ni and Mg), and is weighed so as to have a composition ratio represented by the formula: For 17 hours. Similarly, MnCO 3 , Y 2 O 3 , Dy 2 O 3 , Er 2 O 3 , Ho
Using 2 O 3 and Yb 2 O 3 , RMnO 3 (where R is Y,
And at least one metal element selected from the group consisting of Dy, Er, Ho, and Yb), and weighed such that pure water was mixed. The mixture was mixed for 17 hours in a ball mill using a cobblestone made by Azuma. Each mixed powder was dried, after calcined separately at 750~900 ℃, Pb (A, Nb ) x Zr y Ti 1-xy O 3
(Where A is at least one metal element selected from the group consisting of Sn, Zn, Ni and Mg), and as a main component, RMnO 3 as a subcomponent (where R is Y,
Dy, Er, Ho and Yb, which are at least one metal element selected from the group consisting of
The mixture was pulverized for 15 hours with a ball mill using a cobblestone manufactured by Co., Ltd., and the resulting powder (average particle size: 1.0 to 1.7 μm) having a diameter of 13
mm, a disk-shaped molded body with a thickness of about 1 mm
It was baked at 40-1260 ° C. for 1 hour. After firing, the porcelain was polished to a thickness of about 0.3 mm, and Cr-
An Au deposition electrode was provided. After that, 15
3 kV / mm between both electrodes in silicone oil at 0 ° C
Was applied for 30 minutes for polarization treatment. For this sample, the resonance frequency (fr) and the antiresonance frequency (fa) after the heat treatment at 150 ° C. for 30 minutes were measured and compared with the values before the heat treatment. The results are shown in Table 6 for sample numbers 30 to
Shown at 54.
【0057】[0057]
【表6】 [Table 6]
【0058】表6の結果から明らかなように、あらかじ
め仮焼した一般式:Pb(A,Nb) xZryTi1-x-yO3
(式中、x,yは0≦x≦0.05、0.35≦y≦
0.80を満足する数であり、AはSn、Zn、Ni及
びMgからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元
素である)で表される主成分と、あらかじめ仮焼したR
MnO3 (式中、RはY、Dy、Er、Ho及びYbか
らなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素であ
る)で表される副成分とを、主成分1molに対して副
成分をMn2O3、R2O3に換算して0.01〜0.05
mol添加した後、焼成した圧電磁器組成物(表6にお
いて*印を付していない試料)は、熱処理後の共振周波
数、反共振周波数の変化量、その後のドリフト量が著し
く小さくなった。さらに、高電気機械結合係数(kt)
を得ることができた。As is clear from the results in Table 6,
General formula calcined: Pb (A, Nb) xZryTi1-xyOThree
(Where x and y are 0 ≦ x ≦ 0.05, 0.35 ≦ y ≦
Is a number that satisfies 0.80, and A is Sn, Zn, Ni and
At least one metal element selected from the group consisting of
And a pre-calcined R
MnOThree(Where R is Y, Dy, Er, Ho and Yb
At least one metal element selected from the group consisting of
And the subcomponent represented by
The component is MnTwoOThree, RTwoOThreeConverted to 0.01 to 0.05
mol, and then fired piezoelectric ceramic composition (see Table 6).
The sample without the asterisk (*) is the resonance frequency after heat treatment.
Number, the amount of change in anti-resonance frequency, and the amount of drift
It has become smaller. Furthermore, a high electromechanical coupling coefficient (kt)
Could be obtained.
【0059】尚、主成分がPb(Zn1/6Sn1/6N
b2/3)0.03Zr0.53Ti0.41O3で表されるような、2
種類以上の金属元素Aからなる複合酸化物においても、
同様の効果が得られた。The main component is Pb (Zn 1/6 Sn 1/6 N
b 2/3 ) 0.03 Zr 0.53 Ti 0.41 O 3
Even in composite oxides composed of more than one kind of metal element A,
Similar effects were obtained.
【0060】実施の形態6 原料としてPbO、Y2O3、ZnO、NiO、MgO、
Nb2O5、TiO2 、ZrO2、MnCO3、及び、Fe
2O3、Cr2O3、CoO、CuO、SnO2 を使用し
て、PbO、Y2O3、ZnO、NiO、MgO、Nb2
O5、TiO2 、ZrO2、MnCO3を表7に示すPb
(Y(1-x)/2Mnx/2Nb1/2)a (M1/3Nb2/3)bZrcT
idO3 (MはZn、Ni及びMgからなる群より選ば
れる少なくとも1種の金属元素である)で表される組成
比となるように秤量し、さらに、必要に応じて、Fe2
O3、Cr2O3、CoO、CuO、SnO2 をPb(Y
(1-x)/2Mn x/2Nb1/2)a (M1/3Nb2/3)bZrcTid
O3 (MはZn、Ni及びMgからなる群より選ばれる
少なくとも1種の金属元素である)に対して、表7に示
すような所定の割合で秤量した後、これら成分をボール
ミルで混合し、750〜900℃で2時間仮焼した。こ
れら得られた原料粉末をボールミルを用いて粉砕する。
得られた粉体を直径13mm、厚さ1mmの円板状の圧
粉体に加圧成形した。これを1170〜1290℃の温
度で2時間焼成した。焼成後、この磁器を厚さ0.3m
mに研磨した後、その両面にCr−Auの蒸着電極を施
した。この素子を100℃のシリコーンオイル中で、両
電極間に5kV/mmの直流電界を30分間印加して分
極処理を行った。続いて、分極電極を部分的に取り除い
た後、さらにエネルギー閉じ込め型の共振子となるよう
にCr−Au電極を形成した。この試料について250
℃のオーブンの中に10分間試料を入れ、熱処理前後の
共振周波数、反共振周波数、共振子の見掛けの結合係数
(k’)及び静電容量(C)をインピーダンスアナライ
ザーにより測定した。測定結果を表7に示す。Embodiment 6 PbO, Y as raw materialsTwoOThree, ZnO, NiO, MgO,
NbTwoOFive, TiOTwo , ZrOTwo, MnCOThree, And Fe
TwoOThree, CrTwoOThree, CoO, CuO, SnOTwo Use
And PbO, YTwoOThree, ZnO, NiO, MgO, NbTwo
OFive, TiOTwo , ZrOTwo, MnCOThreeShown in Table 7
(Y(1-x) / 2Mnx / 2Nb1/2)a (M1/3Nb2/3)bZrcT
idOThree (M is selected from the group consisting of Zn, Ni and Mg
At least one metal element)
Weighed so as to obtain a ratio, and if necessary,Two
OThree, CrTwoOThree, CoO, CuO, SnOTwo To Pb (Y
(1-x) / 2Mn x / 2Nb1/2)a (M1/3Nb2/3)bZrcTid
OThree (M is selected from the group consisting of Zn, Ni and Mg
At least one metal element) is shown in Table 7.
After weighing the components in a predetermined proportion,
The mixture was mixed in a mill and calcined at 750 to 900 ° C. for 2 hours. This
The obtained raw material powder is pulverized using a ball mill.
The obtained powder was pressed into a disc-shaped pressure 13 mm in diameter and 1 mm in thickness.
It was pressed into powder. This is heated to 1170-1290 ° C.
And baked for 2 hours. After firing, this porcelain is 0.3m thick
m, and then deposited Cr-Au deposition electrodes on both surfaces.
did. This element was placed in silicone oil at 100 ° C.
Apply a DC electric field of 5 kV / mm between the electrodes for 30 minutes to separate
Polar processing was performed. Next, partially remove the polarized electrode
After that, it becomes more energy trap type resonator
Was formed with a Cr-Au electrode. 250 for this sample
Put the sample for 10 minutes in the oven at
Resonant frequency, anti-resonant frequency, apparent coupling coefficient of resonator
(K ') and capacitance (C)
It was measured by a user. Table 7 shows the measurement results.
【0061】[0061]
【表7】 [Table 7]
【0062】上記実施の形態から明らかなように、表7
において*印を付していない圧電磁器組成物は、例えば
従来の圧電材料(試料No.1)と比較して、熱処理前
後の圧電特性の変化が小さく、圧電特性の耐熱安定性が
向上している。As is clear from the above embodiment, Table 7
In the piezoelectric ceramic composition not marked with *, the change in the piezoelectric characteristics before and after the heat treatment is small and the heat resistance stability of the piezoelectric characteristics is improved, for example, as compared with the conventional piezoelectric material (sample No. 1). I have.
【0063】また、Yの量が全く含まれないx=1の組
成(試料No.4)では静電容量の変化率が小さくな
い。In the composition of x = 1 (sample No. 4) which does not include the amount of Y at all, the change rate of the capacitance is not small.
【0064】また、Y(1-x)/2Mnx/2Nb1/2 の含有量
aが0.18の組成(試料No.7)では見掛の結合係
数が小さくなる。[0064] Further, Y (1-x) / 2 Mn x / 2 coupling coefficient apparent in composition (Sample No.7) content a is 0.18 Nb 1/2 decreases.
【0065】また、Zn1/3Nb2/3の含有量bが0.2
の組成(試料No.12)では静電容量変化率が比較的
大きくなる。When the content b of Zn 1/3 Nb 2/3 is 0.2
The composition (sample No. 12) has a relatively large capacitance change rate.
【0066】また、Pb(Y1/2Mn1/2Nb1/2)0.04(Z
n1/3Nb2/3)0.01ZrcTidO3(式中、0≦c≦0.
68、0.3≦d≦0.93)で、0.47≦c≦0.
51、0.44≦d≦0.48の範囲の組成が比較的大
きな圧電性を示し、圧電磁器材料として好ましい。Further, Pb (Y 1/2 Mn 1/2 Nb 1/2 ) 0.04 (Z
n 1/3 Nb 2/3) 0.01 Zr c Ti d O 3 ( where, 0 ≦ c ≦ 0.
68, 0.3 ≦ d ≦ 0.93) and 0.47 ≦ c ≦ 0.
Compositions in the range of 51, 0.44 ≦ d ≦ 0.48 exhibit relatively large piezoelectricity and are preferred as piezoelectric ceramic materials.
【0067】また、Fe2O3、Cr2O3、CoO、Cu
O、SnO2 のいずれかを、Pb(Y(1-x)/2Mnx/2N
b1/2)a (Zn1/3Nb2/3)bZrcTidO3に添加した組
成では添加量を変えて上記金属元素の置換量を調整する
ことにより耐熱安定性がさらに良好となった。Further, Fe 2 O 3 , Cr 2 O 3 , CoO, Cu
O or SnO 2 is converted to Pb (Y (1-x) / 2Mnx / 2N
b 1/2) a (Zn 1/3 Nb 2/3) b Zr c Ti d O heat stability is better by adjusting the substitution amount of the metal element by changing the addition amount is 3 to the composition added It became.
【0068】また、Znは、他のMg、Ni等の2価の
遷移金属元素で置き換えても複合ペロブスカイトを形成
する元素の場合、従来の圧電材料の例からいってほぼ同
様の耐熱安定性が広く期待できる。In the case where Zn is an element that forms a composite perovskite even if it is replaced with another divalent transition metal element such as Mg or Ni, almost the same heat resistance stability as in the conventional piezoelectric material is obtained. Can be widely expected.
【0069】実施の形態7 原料としてPbO、Y2O3、ZnO、Nb2O5、TiO
2 、ZrO2 、MnCO3 、及び、Cr2O3を使用し
て、PbO、Y2O3、ZnO、Nb2O5、TiO 2 、Z
rO2 、MnCO3 をPb(Y(1-x)/2Mnx/2Nb1/2)a
(Zn1/3Nb2/3) bZrcTidO3(式中、xは0≦x<
1.0を満足する数であり、a〜dは0.01≦a≦
0.15、0≦b<0.2、0≦c≦0.68、0.3
≦d≦0.93、a+b+c+d=1を満足する数であ
る)で表される組成比に、Cr2O3をPb(Y(1-x)/2M
nx/2Nb1/2)a(Zn1/3Nb2/3)bZrcTidO3に対し
て0.2重量%となるように秤量した後、ボールミルで
混合し、850℃で2時間仮焼した。そしてボールミル
を用いてその平均粒径が0.5μm以下になるまで粉砕
する。これらの得られた粉体を7×3mm、厚さ1mm
の方形板状の成形体を作製し、これを1200℃の温度
で2時間焼成した。焼成後、この磁器を厚さ0.2mm
に研磨した後、その両面にCr−Auの蒸着電極を施し
た。この素子を100℃のシリコーンオイル中で、両電
極間に5kV/mmの直流電界を30分間印加して分極
処理を行った。続いて、分極電極を部分的に取り除いた
後、さらに図3のような振動子部(共振子部)3と共に
付加容量部(未分極部)4をもつエネルギー閉じ込め型
のフィルタとなるようにCr−Au電極を形成した。こ
の試料について250℃のオーブンの中に10分間試料
を入れ、熱処理前後のフィルタ波形の変化を測定した。
その結果、本発明の圧電磁器組成物を用いたフィルタの
波形は、従来例の圧電材料と比較して熱処理前後のフィ
ルタ波形の変化が小さく、耐熱性に優れた圧電セラミッ
クフィルタを提供することができる。Embodiment 7 PbO, Y as raw materialsTwoOThree, ZnO, NbTwoOFive, TiO
Two , ZrOTwo , MnCOThree , And CrTwoOThreeUse
And PbO, YTwoOThree, ZnO, NbTwoOFive, TiO Two , Z
rOTwo , MnCOThree To Pb (Y(1-x) / 2Mnx / 2Nb1/2)a
(Zn1/3Nb2/3) bZrcTidOThree(Where x is 0 ≦ x <
1.0 is a number that satisfies 1.0, and ad is 0.01 ≦ a ≦
0.15, 0 ≦ b <0.2, 0 ≦ c ≦ 0.68, 0.3
≦ d ≦ 0.93, a + b + c + d = 1
The composition ratio represented byTwoOThreeTo Pb (Y(1-x) / 2M
nx / 2Nb1/2)a(Zn1/3Nb2/3)bZrcTidOThreeAgainst
Weighed to 0.2% by weight and then ball milled
The mixture was mixed and calcined at 850 ° C. for 2 hours. And ball mill
Grinding until the average particle size becomes 0.5μm or less
I do. These obtained powders were 7 × 3 mm, 1 mm thick
A rectangular plate-shaped molded body of
For 2 hours. After firing, this porcelain is 0.2mm thick
After polishing, a Cr-Au vapor deposition electrode is applied to both surfaces.
Was. This device was placed in silicone oil at 100 ° C
Polarization by applying DC electric field of 5kV / mm between poles for 30 minutes
Processing was performed. Subsequently, the polarization electrode was partially removed.
Later, together with the vibrator part (resonator part) 3 as shown in FIG.
Energy trapping type with additional capacitance part (unpolarized part) 4
A Cr-Au electrode was formed so as to provide a filter. This
Sample in a 250 ° C oven for 10 minutes
And the change of the filter waveform before and after the heat treatment was measured.
As a result, the filter using the piezoelectric ceramic composition of the present invention
The waveforms before and after the heat treatment are compared with those of the conventional piezoelectric material.
Piezoelectric ceramics with little change in filter waveform and excellent heat resistance
Filter can be provided.
【0070】[0070]
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
圧電磁器組成物は、従来の圧電磁器組成物と比較して、
熱衝撃に対する共振周波数の変動とその後のドリフトを
抑制し、さらに良好な圧電特性を得ることができる。つ
まり、熱処理前後での共振周波数及び静電容量値の変化
が小さく、耐熱性に優れた圧電磁器組成物を提供するこ
とができる。この圧電磁器組成物は、250℃程度の短
時間の熱処理を実施しても特性の経時変化が小さいた
め、製造工程における品質管理の観点から特に有用であ
る。As described above in detail, the piezoelectric ceramic composition of the present invention is more effective than the conventional piezoelectric ceramic composition.
Variation of the resonance frequency due to thermal shock and subsequent drift can be suppressed, and more favorable piezoelectric characteristics can be obtained. In other words, it is possible to provide a piezoelectric ceramic composition having a small change in the resonance frequency and the capacitance value before and after the heat treatment and having excellent heat resistance. This piezoelectric ceramic composition is particularly useful from the viewpoint of quality control in the manufacturing process, since the characteristics of the piezoelectric ceramic composition change little with time even after a short-time heat treatment of about 250 ° C.
【0071】さらに、本発明によれば、この圧電磁器組
成物を用いて構成することにより、耐熱性に優れた圧電
素子を提供することができる。また、本発明の圧電磁器
組成物を用いた圧電セラミックフィルタは、フィルタ波
形が熱処理前後でその周波数特性のシフト量が小さく、
耐熱性に優れた圧電セラミックフィルタを提供すること
ができる。Further, according to the present invention, a piezoelectric element having excellent heat resistance can be provided by using the piezoelectric ceramic composition. Further, the piezoelectric ceramic filter using the piezoelectric ceramic composition of the present invention, the filter waveform has a small amount of shift in frequency characteristics before and after heat treatment,
A piezoelectric ceramic filter having excellent heat resistance can be provided.
【図1】本発明の圧電素子の例である厚みすべりモード
圧電素子を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a thickness-shear mode piezoelectric element which is an example of the piezoelectric element of the present invention.
【図2】本発明の圧電素子の例である厚みすべりモード
圧電セラミックフィルタを示す斜視図である。FIG. 2 is a perspective view showing a thickness-shear mode piezoelectric ceramic filter which is an example of the piezoelectric element of the present invention.
【図3】本発明の圧電素子の例である圧電セラミックフ
ィルタを示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a piezoelectric ceramic filter which is an example of the piezoelectric element of the present invention.
1 圧電セラミックス 2 電極 3 振動子部(共振子部) 4 付加容量部(未分極部) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric ceramics 2 Electrode 3 Oscillator part (resonator part) 4 Additional capacitance part (unpolarized part)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 41/18 101D (72)発明者 浅野 洋 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01L 41/18 101D (72) Inventor Hiroshi Asano 1006 Odakadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Claims (13)
る主成分に、副成分としてY、Dy、Er、Ho、T
m、Lu及びYbからなる群より選ばれる少なくとも1
種の金属元素、及びMnを含有することを特徴とする圧
電磁器組成物。1. A main component comprising a composite oxide of Pb, Ti and Zr, and Y, Dy, Er, Ho, T as subcomponents
at least one selected from the group consisting of m, Lu and Yb
A piezoelectric ceramic composition comprising a kind of metal element and Mn.
物を主成分とすることを特徴とする圧電磁器組成物。 (1-x)Pb(M1/3Nb2/3)aZrbTicO3−xRMndO1+2d (I) (式中、xは0<x≦0.1を満足する数、a〜cは0
≦a≦0.1、0≦b≦0.7、0.3≦c≦1.0、
a+b+c=1を満足する数、dは0.5≦d≦3を満
足する数であり、MはZn、Ni及びMgからなる群よ
り選ばれる少なくとも1種の金属元素、RはY、Dy、
Er、Ho、Tm、Lu及びYbからなる群より選ばれ
る少なくとも1種の金属元素である)2. A piezoelectric ceramic composition comprising a composite oxide represented by the following general formula (I) as a main component. (1-x) Pb (M 1/3 Nb 2/3) a Zr b Ti c O 3 -xRMn d O 1 + 2d (I) ( wherein, the number x is satisfying a 0 <x ≦ 0.1 , A to c are 0
≦ a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.7, 0.3 ≦ c ≦ 1.0,
a is a number that satisfies a + b + c = 1, d is a number that satisfies 0.5 ≦ d ≦ 3, M is at least one metal element selected from the group consisting of Zn, Ni and Mg, and R is Y, Dy,
At least one metal element selected from the group consisting of Er, Ho, Tm, Lu and Yb)
とし、さらに金属元素R(但し、金属元素Rは、Y、D
y、Er、Ho、Tm、Lu及びYbから選ばれる少な
くとも1種の元素である)とMnとを、RMnO3で表
される酸化物に換算して、この酸化物と前記複合酸化物
との合計量に対して1〜10モル%となる割合で含有す
ることを特徴とする圧電磁器組成物。3. A composite oxide containing Pb and Ti as a main component, and a metal element R (where the metal element R is Y, D
y, Er, Ho, Tm, Lu and Yb) and Mn are converted to an oxide represented by RMnO 3 , and A piezoelectric ceramic composition, which is contained in a ratio of 1 to 10 mol% based on the total amount.
物を主成分とすることを特徴とする圧電磁器組成物。 (1-x)Pb(M1/3Nb2/3)aZrbTicO3−xRMnO3 (II) (式中、xは0.01≦x≦0.1を満足する数、a〜
cは0≦a≦0.1、0≦b≦0.7、0.3≦c≦
1.0、a+b+c=1を満足する数であり、MはZ
n、Ni及びMgからなる群より選ばれる少なくとも1
種の金属元素、RはY、Dy、Er、Ho、Tm、Lu
及びYbからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属
元素である)4. A piezoelectric ceramic composition comprising a composite oxide represented by the following general formula (II) as a main component. (1-x) Pb (M 1/3 Nb 2/3) a Zr b Ti c O 3 -xRMnO 3 (II) ( wherein, x is number satisfying 0.01 ≦ x ≦ 0.1, a ~
c is 0 ≦ a ≦ 0.1, 0 ≦ b ≦ 0.7, 0.3 ≦ c ≦
1.0, a + b + c = 1, and M is Z
at least one selected from the group consisting of n, Ni and Mg
Seed metal element, R is Y, Dy, Er, Ho, Tm, Lu
And at least one metal element selected from the group consisting of Yb)
に、副成分として金属元素R(但し、RはY、Dy、E
r、Ho、Tm、Lu及びYbからなる群より選ばれる
少なくとも1種の金属元素である)をR2O3に換算して
主成分1molに対してそれぞれ0.01〜0.05m
olの割合で、及びMnをMn2O3に換算して主成分1
molに対して0.01〜0.05molの割合で含有
することを特徴とする圧電磁器組成物。 Pb(A,Nb)xZryTi1-x-yO3 (III) (式中、x,yは0≦x≦0.05、0.35≦y≦
0.80を満足する数であり、AはSn、Zn、Ni及
びMgからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元
素である)5. A metal element R (where R is Y, Dy, E) as a sub-component to a main component represented by the following general formula (III):
at least one metal element selected from the group consisting of r, Ho, Tm, Lu and Yb) is converted to R 2 O 3 , and is 0.01 to 0.05 m for each 1 mol of the main component.
ol, and converting Mn to Mn 2 O 3 ,
A piezoelectric ceramic composition characterized in that it is contained at a ratio of 0.01 to 0.05 mol per mol. Pb (A, Nb) x Zr y Ti 1-xy O 3 (III) ( wherein, x, y is 0 ≦ x ≦ 0.05,0.35 ≦ y ≦
Is a number that satisfies 0.80, and A is at least one metal element selected from the group consisting of Sn, Zn, Ni, and Mg.)
徴とする圧電磁器組成物。 Pb(Y(1-x)/2Mnx/2Nb1/2)a (M1/3Nb2/3)bZrcTidO3 (IV) (式中、xは0≦x<1.0を満足する数、a〜dは
0.01≦a≦0.15、0≦b<0.2、0≦c≦
0.68、0.3≦d≦0.93、a+b+c+d=1
を満足する数であり、MはZn、Ni及びMgからなる
群より選ばれる少なくとも1種の金属元素である)6. A piezoelectric ceramic composition represented by the following general formula (IV). Pb (Y (1-x) / 2 Mn x / 2 Nb 1/2) a (M 1/3 Nb 2/3) b Zr c Ti d O 3 (IV) ( wherein, x is 0 ≦ x < The numbers satisfying 1.0, ad are 0.01 ≦ a ≦ 0.15, 0 ≦ b <0.2, 0 ≦ c ≦
0.68, 0.3 ≦ d ≦ 0.93, a + b + c + d = 1
And M is at least one metal element selected from the group consisting of Zn, Ni and Mg.)
からなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元素を、
前記金属元素の酸化物であるFe2O3、Cr2O3、Co
O、CuO及びSnO2にそれぞれ換算して、0.01
〜1.3重量%の割合で含有する請求項1〜6のいずれ
か1項に記載の圧電磁器組成物。7. Further, Fe, Cr, Co, Cu and Sn
At least one metal element selected from the group consisting of
Fe 2 O 3 , Cr 2 O 3 , Co
O, CuO and SnO 2 , respectively, are converted to 0.01
The piezoelectric ceramic composition according to any one of claims 1 to 6, wherein the piezoelectric ceramic composition is contained at a ratio of about 1.3% by weight.
の複合酸化物よりなる主成分に、副成分としてあらかじ
め仮焼したRMnO3 (式中、RはY、Dy、Er、H
o、Tm、Lu及びYbからなる群より選ばれる1種の
金属元素である)を添加して混合した後、焼成すること
を特徴とする圧電磁器組成物の製造方法。8. Pb, Ti and Zr calcined in advance
RMnO 3 (where R is Y, Dy, Er, H
o, Tm, Lu and Yb), followed by mixing and firing.
で表される主成分と、あらかじめ仮焼したRMnO
3 (式中、RはY、Dy、Er、Ho、Tm、Lu及び
Ybからなる群より選ばれる1種の金属元素である)で
表される副成分とを、主成分1molに対して副成分を
R2O3に換算して0.01〜0.05mol、Mn2O3
に換算してそれぞれ0.01〜0.05mol添加した
後、焼成することを特徴とする圧電磁器組成物の製造方
法。 Pb(A,Nb)xZryTi1-x-yO3 (III) (式中、x,yは0≦x≦0.05、0.35≦y≦
0.80を満足する数であり、AはSn、Zn、Ni及
びMgからなる群より選ばれる少なくとも1種の金属元
素である)9. The following general formula (III) calcined in advance:
And the pre-calcined RMnO
3 (wherein R is one kind of metal element selected from the group consisting of Y, Dy, Er, Ho, Tm, Lu and Yb). 0.01~0.05mol by converting the components R 2 O 3, Mn 2 O 3
A method for producing a piezoelectric ceramic composition, comprising adding 0.01 to 0.05 mol of each of the components, followed by firing. Pb (A, Nb) x Zr y Ti 1-xy O 3 (III) ( wherein, x, y is 0 ≦ x ≦ 0.05,0.35 ≦ y ≦
Is a number that satisfies 0.80, and A is at least one metal element selected from the group consisting of Sn, Zn, Ni, and Mg.)
圧電磁器組成物を含むことを特徴とする圧電素子。10. A piezoelectric element comprising the piezoelectric ceramic composition according to claim 1. Description:
することを特徴とする請求項10に記載の圧電素子。11. The piezoelectric element according to claim 10, wherein the vibrator and the capacitor are integrally provided.
圧電磁器組成物を用いることを特徴とする圧電セラミッ
クフィルタ。12. A piezoelectric ceramic filter using the piezoelectric ceramic composition according to any one of claims 1 to 7.
することを特徴とする請求項12に記載の圧電セラミッ
クフィルタ。13. The piezoelectric ceramic filter according to claim 12, wherein the vibrator and the capacitor are integrally provided.
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