JP2001342061A - Piezoelectric ceramic and piezoelectric resonator - Google Patents
Piezoelectric ceramic and piezoelectric resonatorInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電磁器及び圧電
共振子に関し、例えば、共振子、超音波振動子、超音波
モータ、あるいは加速度センサ、ノッキングセンサ、及
びＡＥセンサ等の圧電センサなどに適し、特に、厚み滑
り振動の基本波振動を利用したエネルギ一閉じ込め型発
振子の高周波発振子用として好適に用いられる圧電磁器
及び圧電共振子に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piezoelectric ceramic and a piezoelectric resonator, and is suitable, for example, for a resonator, an ultrasonic oscillator, an ultrasonic motor, or a piezoelectric sensor such as an acceleration sensor, a knocking sensor, and an AE sensor. More particularly, the present invention relates to a piezoelectric ceramic and a piezoelectric resonator which are suitably used for a high-frequency oscillator of an energy-trapping type oscillator utilizing a fundamental wave vibration of a thickness shear vibration.
【０００２】[0002]
【従来技術】従来から、圧電磁器を利用した製品として
は、例えば、フィルタ、圧電共振子（以下、発振子を含
む概念である）、超音波振動子、超音波モータ、圧電セ
ンサ等がある。2. Description of the Related Art Conventionally, products using piezoelectric ceramics include, for example, a filter, a piezoelectric resonator (hereinafter, a concept including an oscillator), an ultrasonic oscillator, an ultrasonic motor, and a piezoelectric sensor.
【０００３】ここで、発振子は、マイコンの基準信号発
振用として、例えば、コルビッツ型発振回路等の発振回
路に組み込まれて利用される。図１はコルピッツ型発振
回路を示すもので、このコルピッツ型発振回路は、コン
デンサ１１、１２と、抵抗１３と、インバータ１４及び
発振子１５により構成されている．そして、コルピッツ
型発振回路において、発振信号を発生するには、以下の
発振条件を満足する必要がある。Here, the oscillator is used for oscillation of a reference signal of a microcomputer, for example, incorporated in an oscillation circuit such as a Colwitz oscillation circuit. FIG. 1 shows a Colpitts-type oscillation circuit. The Colpitts-type oscillation circuit includes capacitors 11 and 12, a resistor 13, an inverter 14, and an oscillator 15. In order to generate an oscillation signal in a Colpitts oscillation circuit, the following oscillation conditions must be satisfied.
【０００４】即ち、インバータ１４と抵抗１３からなる
増幅回路における増幅率をα、移相量をθ1とし、ま
た、発振子１５とコンデンサ１１、１２からなる帰還回
路における帰還率をβ、移相量をθ2としたとき、ルー
プゲインがα×β≧１であり、かつ、移相量がθ1＋θ2
＝３６０×ｎ（但しｎ＝１，２，…）であることが必要
となる。That is, the amplification factor in the amplifier circuit including the inverter 14 and the resistor 13 is α, the phase shift amount is θ 1 , the feedback ratio in the feedback circuit including the oscillator 15 and the capacitors 11 and 12 is β, When the amount is θ 2 , the loop gain is α × β ≧ 1, and the phase shift amount is θ 1 + θ 2
= 360 × n (where n = 1, 2,...).
【０００５】一般的に抵抗１３及びインバータ１４から
なる増幅回路は、マイコンに内蔵されている。誤発振や
不発振を起さない、安定した発振を得るためにはループ
ゲインを大きくしなければならない。ループゲインを大
きくするには、帰還率βのゲインを決定する、発振子の
Ｐ／Ｖ、すなわち共振インピーダンスＲ０及び***振イ
ンピーダンスＲａの差を大きくする事が必要となる。な
お、Ｐ／Ｖは２０×Ｌｏｇ（Ｒａ／Ｒ０）の値として定
義される。Generally, an amplification circuit including a resistor 13 and an inverter 14 is built in a microcomputer. To obtain stable oscillation without causing erroneous oscillation or non-oscillation, the loop gain must be increased. In order to increase the loop gain, it is necessary to increase the P / V of the oscillator, that is, the difference between the resonance impedance R0 and the anti-resonance impedance Ra, which determines the gain of the feedback ratio β. Note that P / V is defined as a value of 20 × Log (Ra / R0).
【０００６】また、位相量の条件を満足させるために
は、共振周波数と***振周波数の間及びその近傍にスプ
リアスが発生しない事も重要となる。In order to satisfy the condition of the amount of phase, it is also important that no spurious is generated between and near the resonance frequency and the antiresonance frequency.
【０００７】従来、ビスマス層状化合物を主体とする材
料系においては、ＰＺＴ、ＰＴ系材料と比較して機械的
品質係数（Ｑｍ）が高いという特徴があり、特に発振子
用の圧電材料などに応用が可能である。Conventionally, a material system mainly composed of a bismuth layered compound has a feature that the mechanical quality factor (Qm) is higher than that of a PZT or PT material, and is particularly applied to a piezoelectric material for an oscillator. Is possible.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ビスマス層状化合物を主体とする圧電磁器組成物では、
共振子として用いる場合、共振周波数の温度変化率が±
５０００ｐｐｍよりも大きく、電子機器に要求される±
５０００ｐｐｍ以下の精度には対応できないという問題
があった。However, in a conventional piezoelectric ceramic composition mainly composed of a bismuth layered compound,
When used as a resonator, the temperature change rate of the resonance frequency is ±
More than 5000 ppm, required for electronic equipment ±
There was a problem that it could not cope with an accuracy of 5000 ppm or less.
【０００９】従って、本発明は、厚み滑り振動の基本波
振動のＰ／Ｖを大きくできるとともに、−４０℃〜８０
℃の温度範囲で発振周波数の温度安定性に優れる非鉛系
圧電磁器を提供することを目的とし、さらにこのような
圧電磁器を用いた圧電共振子を提供することを目的とす
る。Therefore, according to the present invention, the P / V of the fundamental wave vibration of the thickness-shear vibration can be increased, and -40 ° C. to 80 °
An object of the present invention is to provide a lead-free piezoelectric ceramic excellent in temperature stability of the oscillation frequency in a temperature range of ° C., and further to provide a piezoelectric resonator using such a piezoelectric ceramic.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明の圧電磁器は、金
属元素として、Ｓｒ、Ｂａ、Ｂｉ、Ｔｉ及び希土類元素
（Ｌｎ）を含有するＢｉ層状化合物を主結晶とする圧電
磁器であって、前記主結晶粒子の粒内にＭｎが存在する
ものである。According to the present invention, there is provided a piezoelectric ceramic comprising a Bi crystal layer containing a main crystal containing Sr, Ba, Bi, Ti and a rare earth element (Ln) as metal elements. Mn is present in the main crystal grains.
【００１１】このような圧電磁器では、鉛を含まない圧
電材料であるＢｉ層状化合物Ｓｒ4Ｂｉ4Ｔｉ4Ｏ15のＳ
ｒの一部をＢａ及び希土類元素で置換した主結晶粒子
で、主結晶粒子の粒内にＭｎが存在することにより、厚
み滑り振動の基本波振動のＰ／Ｖを大きくしながら、発
振周波数の温度安定性を向上することができる。In such a piezoelectric ceramic, the Bi-layered compound Sr 4 Bi 4 Ti 4 O 15 , which is a piezoelectric material containing no lead, is made of S
r is a main crystal particle in which a part of r is replaced by Ba and a rare earth element. Since Mn is present in the main crystal particle, the P / V of the fundamental wave vibration of the thickness slip vibration is increased while the oscillation frequency is reduced. Temperature stability can be improved.
【００１２】これにより、Ｂｉ層状化合物からなる圧電
磁器を用いた圧電共振子、例えば、発振子では、発振余
裕度が高まり安定した発振と、発振周波数の温度安定性
に優れた高精度な発振が得られ、厚み滑り振動の基本波
振動を用いた２〜２０ＭＨｚに適応できる発振子を得る
ことができる。As a result, in a piezoelectric resonator using a piezoelectric ceramic made of a Bi layered compound, for example, a resonator, oscillation margin is increased and stable oscillation is achieved, and high-precision oscillation excellent in temperature stability of oscillation frequency is achieved. As a result, it is possible to obtain an oscillator that can be adapted to 2 to 20 MHz using the fundamental wave vibration of the thickness shear vibration.
【００１３】本発明の圧電磁器は、モル比による組成式
が（Ｓｒ1-xＢａx）1-yＬｎyＢｉ4Ｔｉ4Ｏ15（但し、ｘ
は０．０５≦ｘ≦０．６、ｙは０．０１≦ｙ≦０．２、
Ｌｎは希土類元素）で示される主成分と、該主成分１０
０重量部に対してＭｎをＭｎＯ2換算で１重量部以下含
有することが望ましい。[0013] The piezoelectric ceramic of the present invention, composition formula (Sr 1-x Ba x) according to the molar ratio 1-y Ln y Bi 4 Ti 4 O 15 ( here, x
Is 0.05 ≦ x ≦ 0.6, y is 0.01 ≦ y ≦ 0.2,
Ln is a main component represented by a rare earth element);
It is desirable that Mn be contained in an amount of 1 part by weight or less in terms of MnO 2 with respect to 0 parts by weight.
【００１４】このような組成を有することにより、厚み
滑り基本波振動の−４０〜８０℃における共振周波数の
温度変化率が−５０００〜５０００ｐｐｍであり、かつ
共振インピーダンスＲ０と***振インピーダンスＲａと
した時、２０×Ｌｏｇ（Ｒａ／Ｒ０）で表されるＰ／Ｖ
値を６０ｄＢ以上とできる。With such a composition, when the temperature change rate of the resonance frequency of the thickness-slip fundamental wave vibration at -40 to 80 ° C. is -5000 to 5000 ppm, and the resonance impedance R0 and the anti-resonance impedance Ra are obtained. , 20 × Log (Ra / R0) P / V
The value can be 60 dB or more.
【００１５】また、組成式中のＬｎは、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓ
ｍ、Ｄｙ、Ｇｄ及びＰｒのうち少なくとも１種であるこ
とが望ましい。希土類元素として、上記の元素を用いる
ことにより、Ｐ／Ｖ値を大きくすることができる。この
点からＬａが望ましい。Ln in the composition formula is La, Ce, S
Desirably, at least one of m, Dy, Gd and Pr is used. By using the above elements as rare earth elements, the P / V value can be increased. From this point, La is desirable.
【００１６】本発明の圧電共振子は、上記の圧電磁器の
両主面に電極を形成してなるものである。このような圧
電共振子、例えば、発振子では、厚み滑り振動の基本波
振動で確実に発振できるとともに、発信周波数の温度安
定性を向上することができる。A piezoelectric resonator according to the present invention is obtained by forming electrodes on both main surfaces of the above-described piezoelectric ceramic. Such a piezoelectric resonator, for example, an oscillator can reliably oscillate with the fundamental wave vibration of the thickness-shear vibration and can improve the temperature stability of the transmission frequency.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】本発明の圧電磁器は、金属元素と
して、Ｓｒ、Ｂａ、Ｂｉ、Ｔｉ及び希土類元素Ｌｎを含
有するＢｉ層状化合物を主結晶粒子とする圧電磁器であ
って、主結晶粒子の粒内にＭｎが存在するものである。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A piezoelectric ceramic according to the present invention comprises a Bi layered compound containing Sr, Ba, Bi, Ti and a rare earth element Ln as metal elements as main crystal particles. Mn is present in the grains of.
【００１８】Ｂｉ層状化合物としては、例えば、（Ｓｒ
1-xＢａx）1-yＬｎyＢｉ4Ｔｉ4Ｏ15で表され、このよう
な主結晶粒子の粒内にＭｎが存在する。Ｍｎは、主結晶
粒子内に固溶することが望ましいが、一部粒界に存在す
ることがある。Examples of the Bi layer compound include (Sr
1-x Ba x) is represented by 1-y Ln y Bi 4 Ti 4 O 15, Mn is present in grains of such main crystal grains. Mn is preferably dissolved in the main crystal grains, but may be partially present at grain boundaries.
【００１９】このような圧電磁器は、一般式（Ｓｒ1-x
Ｂａx）1-yＬｎyＢｉ4Ｔｉ4Ｏ15（但し、ｘは０．０５
≦ｘ≦０．６、ｙは０．０１≦ｙ≦０．２、Ｌｎは希土
類元素）で示される主成分と、該主成分１００重量部に
対してＭｎをＭｎＯ2換算で１重量部以下含有すること
が望ましい。Such a piezoelectric ceramic has a general formula (Sr 1 -x
Ba x) 1-y Ln y Bi 4 Ti 4 O 15 ( where, x is 0.05
≦ x ≦ 0.6, y is 0.01 ≦ y ≦ 0.2, Ln is a rare earth element) and Mn is 1 part by weight or less in terms of MnO 2 with respect to 100 parts by weight of the main component. It is desirable to contain.
【００２０】ここで、ｘ、ｙ、ｚを上記の範囲に設定し
た理由ついて説明する。上記組成式において、ｘを０．
０５≦ｘ≦０．６の範囲に設定した理由は、Ｂａによる
適量置換により、特に共振周波数の温度変化率を減少で
きるが、置換量を示すｘが０．０５より小さい場合には
厚み滑り基本波振動の−４０℃〜８０℃における共振周
波数の温度変化率が大きくなる傾向にあるからである。
また、ｘが０．６より大きい場合、発振余裕度に影響す
るＰ／Ｖ値が低下するからである。Here, the reason why x, y, and z are set in the above ranges will be described. In the above composition formula, x is set to 0.
The reason for setting the range of 05 ≦ x ≦ 0.6 is that the appropriate amount of substitution with Ba can reduce the temperature change rate of the resonance frequency in particular. This is because the temperature change rate of the resonance frequency in the range of −40 ° C. to 80 ° C. of the wave vibration tends to increase.
Also, when x is larger than 0.6, the P / V value that affects the oscillation margin decreases.
【００２１】ｘは、Ｐ／Ｖを向上し、共振周波数の温度
変化率を小さくするという観点から、０．１≦ｘ≦０．
５であることが望ましい。X is 0.1 ≦ x ≦ 0 from the viewpoint of improving P / V and reducing the temperature change rate of the resonance frequency.
5 is desirable.
【００２２】また、ｙを０．０１≦ｙ≦０．２の範囲に
設定した理由は、希土類元素による適量置換は、特に発
振余裕度を示すＰ／Ｖ値の向上に寄与するが、置換量を
示すｙが０．０１より小さい、もしくは０．２より大き
くなると、厚み滑り基本波振動のＰ／Ｖ値が低下する傾
向にあるからである。ｙは、Ｐ／Ｖを向上するという観
点から、０．０８≦ｙ≦０．１５であることが特に望ま
しい。The reason why y is set in the range of 0.01 ≦ y ≦ 0.2 is that the proper replacement with a rare earth element contributes particularly to the improvement of the P / V value indicating the oscillation margin. Is smaller than 0.01 or larger than 0.2, the P / V value of the thickness-slip fundamental wave vibration tends to decrease. It is particularly desirable that y satisfies 0.08 ≦ y ≦ 0.15 from the viewpoint of improving P / V.
【００２３】また、ＭｎＯ2を含有せしめることによ
り、Ｐ／Ｖの向上に大きく向上できるが、ＭｎＯ2含有
量を主成分ｌ００重量部に対してｌ重量部より多いと、
焼結体の体積固有抵抗が減少し分極が困難となる傾向が
あるからである。The inclusion of MnO 2 can greatly improve the P / V, but when the content of MnO 2 is more than 1 part by weight with respect to 100 parts by weight of the main component,
This is because the volume resistivity of the sintered body tends to decrease and polarization tends to be difficult.
【００２４】本発明の圧電磁器は、粉砕時のＺｒＯ2ボ
ールからＺｒ等が混入する場合もある。In the piezoelectric ceramic of the present invention, Zr or the like may be mixed from ZrO 2 balls at the time of grinding.
【００２５】本発明の圧電磁器においては、結晶相とし
て（Ｓｒ1-xＢａx）1-yＬｎyＢｉ4Ｔｉ4Ｏ15+ｚＭｎＯ2
で表されるＢｉ層状化合物を主結晶相とするものであ
る。Ｍｎは主結晶相中に固溶し、一部Ｍｎ化合物の結晶
として粒界に析出する場合がある。また、本発明の圧電
磁器では、その他の結晶相として、パイロクロア相、ペ
ロブスカイト相、構造の異なるＢｉ層状化合物が存在す
ることもあるが、微量であれば特性上問題ない。[0025] In the piezoelectric ceramic of the present invention, as a crystal phase (Sr 1-x Ba x) 1-y Ln y Bi 4 Ti 4 O 15 + zMnO 2
The Bi layer compound represented by the following formula is used as the main crystal phase. Mn may form a solid solution in the main crystal phase and partially precipitate at the grain boundaries as crystals of the Mn compound. In the piezoelectric ceramic of the present invention, a pyrochlore phase, a perovskite phase, or a Bi layered compound having a different structure may be present as other crystal phases.
【００２６】本発明の圧電磁器は、例えば、原料とし
て、ＢａＣＯ3、Ｂｉ2Ｏ3、ＳｒＣＯ3、ＭｎＯ2、Ｔｉ
Ｏ2、Ｌａ2Ｏ3、Ｓｍ2Ｏ3、Ｄｙ2Ｏ3、ＣｅＯ2、Ｇｄ2
Ｏ3、Ｐｒ6Ｏ11からなる各種酸化物或いはその塩を用い
ることができる。原料はこれに限定されず、焼成により
酸化物を生成する炭酸塩、硝酸塩等の金属塩を用いても
良い。The piezoelectric ceramic according to the present invention can be used, for example, as raw materials of BaCO 3 , Bi 2 O 3 , SrCO 3 , MnO 2 , Ti
O 2 , La 2 O 3 , Sm 2 O 3 , Dy 2 O 3 , CeO 2 , Gd 2
Various oxides composed of O 3 and Pr 6 O 11 or salts thereof can be used. The raw material is not limited to this, and metal salts such as carbonates and nitrates that generate oxides by firing may be used.
【００２７】これらの原料を上記した組成となるように
秤量し、混合し、この混合物を８５０〜１０５０℃で仮
焼し、所定の有機バインダを加え湿式混合し、造粒す
る。このようにして得られた粉体を、公知のプレス成形
等により所定形状に成形し、大気中等の酸化性雰囲気に
おいて１０００〜１３００℃の温度範囲で２〜５時間焼
成し、本発明の圧電磁器が得られる。These raw materials are weighed and mixed so as to have the above-mentioned composition, and the mixture is calcined at 850 to 1050 ° C., a predetermined organic binder is added thereto, and the mixture is wet-mixed and granulated. The powder thus obtained is formed into a predetermined shape by known press molding or the like, and calcined in an oxidizing atmosphere such as air at a temperature range of 1000 to 1300 ° C. for 2 to 5 hours. Is obtained.
【００２８】本発明の圧電磁器は、図１に示すようなコ
ルピッツ型発振回路の発振子の圧電磁器として最適であ
るが、それ以外の圧電共振子、超音波振動子、超音波モ
ータ及び加速度センサ、ノッキングセンサ、ＡＥセンサ
等の圧電センサなどに最適であり、特に厚み滑り振動の
基本波振動を利用する高周波用として最適な圧電磁器で
ある。The piezoelectric ceramic of the present invention is most suitable as a piezoelectric ceramic of an oscillator of a Colpitts type oscillation circuit as shown in FIG. 1, but other piezoelectric resonators, ultrasonic vibrators, ultrasonic motors and acceleration sensors This is a piezoelectric ceramic which is most suitable for piezoelectric sensors such as a knocking sensor, an AE sensor, etc., and especially for high frequency applications utilizing fundamental vibration of thickness-shear vibration.
【００２９】図２に本発明の圧電共振子を用いた発振子
を示す。この発振子は、上記した圧電磁器１の両面に電
極２、３を形成して構成されている。FIG. 2 shows an oscillator using the piezoelectric resonator of the present invention. This oscillator is formed by forming electrodes 2 and 3 on both surfaces of the piezoelectric ceramic 1 described above.
【００３０】[0030]
【実施例】まず、出発原料として純度９９．９％のＳｒ
ＣＯ3粉末、ＢａＣＯ3粉末、Ｂｉ 2Ｏ3粉末、Ｌａ2Ｏ3粉
末、Ｓｍ2Ｏ3粉末、Ｄｙ2Ｏ3粉末、ＣｅＯ2粉末、Ｇｄ2
Ｏ 3粉末、Ｐｒ6Ｏ11粉末、ＴｉＯ2粉末を、モル比によ
る組成式（Ｓｒ1-xＢａx）1 -yＬｎyＢｉ4Ｔｉ4Ｏ15の
ｘ、ｙの値が表１を満足するよう秤量し、この主成分１
００重量部に対してＭｎＯ2粉末を、ＭｎＯ2換算で表１
に示す重量部となるように秤量し混合し、純度９９．９
％のジルコニアボール、イソプロピルアルコール（ＩＰ
Ａ）と共に５００ｍｌポリポットに投入し、１６時間回
転ミルにて混合した。EXAMPLE First, Sr having a purity of 99.9% was used as a starting material.
COThreePowder, BaCOThreePowder, Bi TwoOThreePowder, LaTwoOThreepowder
End, SmTwoOThreePowder, DyTwoOThreePowder, CeOTwoPowder, GdTwo
O ThreePowder, Pr6O11Powder, TiOTwoThe powder is
Composition formula (Sr1-xBax)1 -yLnyBiFourTiFourOFifteenof
X and y were weighed so as to satisfy Table 1, and the main component 1 was weighed.
MnO per 100 parts by weightTwoThe powder was converted to MnOTwoTable 1 in conversion
And weighed to give the parts by weight as shown in Table 2, and the purity was 99.9.
% Zirconia balls, isopropyl alcohol (IP
A) into a 500ml polypot with A)
The mixture was mixed by an inversion mill.
【００３１】混合後のスラリ−を大気中にて乾燥し、＃
４０メッシュを通し、その後、大気中９５０℃、３時間
保持して仮焼し、この合成粉末を純度９９．９％のＺｒ
Ｏ2ボールとイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）と共に
５００ｍｌポリポットに投入し、２０時間粉砕して評価
粉末を得た。The mixed slurry is dried in the atmosphere, and #
After passing through a mesh of 40, the mixture was calcined at 950 ° C. for 3 hours in the atmosphere, and the synthesized powder was made of 99.9% pure Zr.
O 2 was added to 500ml polyethylene pot together with balls and isopropyl alcohol (IPA), reputation powder was pulverized for 20 hours.
【００３２】この粉末に適量の有機バインダーを添加し
て造粒し、金型プレスにて１５０ＭＰａで長さ２５ｍ
ｍ、幅３８ｍｍ、厚みｌ．０ｍｍの板状に成形し、大気
中において１１６０℃の温度で３時間本焼成し圧電磁器
を得た。An appropriate amount of an organic binder is added to the powder, and the mixture is granulated.
m, width 38 mm, thickness l. It was formed into a 0 mm plate shape and fired in air at 1160 ° C. for 3 hours to obtain a piezoelectric ceramic.
【００３３】その後、長さ６ｍｍ、幅３０ｍｍ、厚み
０．１７ｍｍに加工し、長さ方向に分極するための端面
電極を形成し分極処理を施した。その後、分極用電極を
除去し、長さ６ｍｍと幅３０ｍｍからなる面の両面にＡ
ｇ−Ｃｒを蒸着し、２５０℃で１２時間のアニール処理
を施した。Thereafter, the electrode was worked to a length of 6 mm, a width of 30 mm, and a thickness of 0.17 mm, and an end face electrode for polarizing in the length direction was formed and subjected to a polarization treatment. Thereafter, the polarizing electrode was removed, and A was formed on both sides of the surface having a length of 6 mm and a width of 30 mm.
g-Cr was deposited and annealed at 250 ° C. for 12 hours.
【００３４】その後、図２に示す電極構造となるよう
に、無電極に相当する部位の電極をエッチングで除去
し、長さ４．５ｍｍ（Ｌ）、幅０．９ｍｍ（Ｗ）、厚み
０．１７ｍｍ（Ｈ）形状に加工し、８ＭＨｚ発振に相当
する厚み滑り振動の基本波振動用発振子を得た。Thereafter, the electrode corresponding to the non-electrode is removed by etching so that the electrode structure shown in FIG. 2 is obtained, the length is 4.5 mm (L), the width is 0.9 mm (W), and the thickness is 0.5 mm. It was processed into a 17 mm (H) shape to obtain an oscillator for fundamental wave vibration of thickness shear vibration corresponding to 8 MHz oscillation.
【００３５】発振子の特性は、インピーダンスアナライ
ザによリインピーダンス波形を測定し、厚み滑り振動の
基本縦振動でのＰ／Ｖを以下の式により算出した。さら
に、発振周波数の温度変化率の絶対値を調査した。 Ｐ／Ｖ＝２０×Ｌｏｇ（Ｒａ／Ｒ０） 但し、Ｒａ：***振インピーダンス、Ｒ０：共振インピ
ーダンス 発振周波数の温度変化率の絶対値は２５℃を基準にし
て、以下の式により算出した。The characteristics of the oscillator were obtained by measuring a re-impedance waveform with an impedance analyzer, and calculating P / V in the basic longitudinal vibration of the thickness-shear vibration by the following equation. Further, the absolute value of the temperature change rate of the oscillation frequency was investigated. P / V = 20 × Log (Ra / R0) where Ra: anti-resonance impedance, R0: resonance impedance The absolute value of the temperature change rate of the oscillation frequency was calculated by the following equation based on 25 ° C.
【００３６】｜Ｆｏｓｃ変化率（％）｜＝｛（Ｆｏｓｃ
（ｄｒｉｆｔ）一Ｆｏｓｃ（２５））／Ｆｏｓｃ（２
５）｝×１００、但し、Ｆｏｓｃ（ｄｆｉｆｔ）は、−
４０℃もしくは＋８０℃での発振周波数であり、Ｆｏｓ
ｃ（２５）は２５℃での発振周波数である。−４０℃も
しくは＋８０℃のうち、Ｆｏｓｃ変化率の絶対値が大き
い方を表１に記載した。これらの結果を表１に示す。| Fosc change rate (%) | = ｛(Fosc
(Drift) one Fosc (25)) / Fosc (2
5)｝ × 100, provided that Fosc (dfit) is −
Oscillation frequency at 40 ° C or + 80 ° C, Fos
c (25) is the oscillation frequency at 25 ° C. Of the -40 ° C or + 80 ° C, the one with the larger absolute value of the Fosc change rate is shown in Table 1. Table 1 shows the results.
【００３７】[0037]
【表１】 [Table 1]
【００３８】表１から明らかなように、本発明の範囲内
の試料は、厚み滑り振動の基本波振動のＰ／Ｖ値が６０
ｄＢ以上と大きくでき、且つ発振周波数の温度変化率が
小さいことが判る。As is clear from Table 1, the samples within the range of the present invention have a P / V value of the fundamental vibration of the thickness-shear vibration of 60.
It can be seen that it can be as large as dB or more, and that the temperature change rate of the oscillation frequency is small.
【００３９】また、比較例である、試料Ｎｏ．１のＭｎ
を含有しない場合には、焼結体の密度が低く、Ｐ／Ｖ値
が６０ｄＢ以上と大きかった。In addition, the sample No. Mn of 1
, The density of the sintered body was low and the P / V value was as large as 60 dB or more.
【００４０】また、ｘの値が０のＢａを含有しない試料
Ｎｏ．８の場合、−４０〜８０℃の発振周波数の温度変
化率が±５０００ｐｐｍを超えてしまい、また、ｙの値
が０の希土類元素を含有しない試料Ｎｏ．１６の場合、
Ｐ／Ｖ値が６０ｄＢを下回り好ましく。Sample No. containing no Ba having a value of x of 0 was used. In the case of Sample No. 8, the temperature change rate of the oscillation frequency of −40 to 80 ° C. exceeds ± 5000 ppm, and the value of y is 0 and does not contain the rare earth element. In the case of 16,
The P / V value is preferably less than 60 dB.
【００４１】このように、本発明の圧電磁器において
は、厚み滑り振動の基本波振動のＰ／Ｖを大きくすると
ともに、−４０℃〜８０℃での発振周波数の温度変化率
を小さくすることができ、安定した発振子として使用す
ることができる。As described above, in the piezoelectric ceramic according to the present invention, it is possible to increase the P / V of the fundamental wave vibration of the thickness-shear vibration and to reduce the temperature change rate of the oscillation frequency at -40 ° C. to 80 ° C. It can be used as a stable oscillator.
【００４２】[0042]
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の圧電磁器
は、厚み滑り振動の基本波振動のＰ／Ｖ値を大きくしな
がら、さらに共振周波数の温度変化率が小さく、これに
より、発振子を構成した場合、発振余裕度が高まり安定
した発振と、発振周波数の温度安定性に優れた高精度な
発振が得られ、厚み滑り振動の基本波振動を用いた２〜
２０ＭＨｚ発振子用素子として好適な発振子を得ること
ができる。As described above in detail, the piezoelectric ceramic of the present invention has a smaller P / V value of the fundamental vibration of the thickness-shear vibration and a smaller rate of temperature change of the resonance frequency. In the case where the oscillator is constructed, the oscillation margin is increased and stable oscillation, and high-precision oscillation excellent in temperature stability of the oscillation frequency can be obtained.
An oscillator suitable as an element for a 20 MHz oscillator can be obtained.
【図１】コルピッツ型発振回路を示した概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a Colpitts type oscillation circuit.
【図２】８ＭＨｚ用発振子の概略図である。FIG. 2 is a schematic view of an oscillator for 8 MHz.
ｌ・・・圧電磁器 ２、３・・・電極 ｌｌ、１２・・・コンデンサ １３・・・抵抗 １４・・・インバータ １５・・・発振子 1 ... Piezoelectric ceramic 2, 3 ... Electrode 11, 12 ... Capacitor 13 ... Resistor 14 ... Inverter 15 ... Oscillator
Claims (5)
及び希土類元素（Ｌｎ）を含有するＢｉ層状化合物を主
結晶粒子とする圧電磁器であって、前記主結晶粒子の粒
内にＭｎが存在することを特徴とする圧電磁器。1. Sr, Ba, Bi, Ti as a metal element
And a Bi-layered compound containing a rare earth element (Ln) and main crystal particles, wherein Mn is present in the main crystal particles.
1-yＬｎyＢｉ4Ｔｉ4Ｏ15（但し、ｘは０．０５≦ｘ≦
０．６、ｙは０．０１≦ｙ≦０．２、Ｌｎは希土類元
素）で示される主成分と、該主成分１００重量部に対し
てＭｎをＭｎＯ2換算で１重量部以下含有することを特
徴とする請求項１記載の圧電磁器。2. The composition formula based on the molar ratio is (Sr 1-x Ba x ).
1-y Ln y Bi 4 Ti 4 O 15 ( where, x is 0.05 ≦ x ≦
0.6, y is 0.01 ≦ y ≦ 0.2, Ln is a main component represented by a rare earth element), that the Mn against main component 100 parts by weight containing less than 1 parts by weight MnO 2 in terms of The piezoelectric ceramic according to claim 1, wherein:
Ｃｅ、Ｓｍ、Ｄｙ、Ｇｄ及びＰｒのうち少なくとも１種
であることを特徴とする請求項１または２記載の圧電磁
器。3. The rare earth element (Ln) in the composition formula is La,
3. The piezoelectric ceramic according to claim 1, wherein the piezoelectric ceramic is at least one of Ce, Sm, Dy, Gd, and Pr.
電磁器の両主面に、電極を形成してなることを特徴とす
る圧電共振子。4. A piezoelectric resonator according to claim 1, wherein electrodes are formed on both main surfaces of the piezoelectric ceramic according to claim 1.
とを特徴とする請求項４記載の圧電共振子。5. The piezoelectric resonator according to claim 4, wherein the piezoelectric resonator operates by thickness-shear vibration using a fundamental wave.
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2000-05-30 JP JP2000160757A patent/JP2001342061A/en active Pending
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