JPH0223677A - 圧電セラミックスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は圧電セラミックスに関し、特に通信用のメカニ
カルフィルタや類似応用品に用いられる圧電セラミック
スの製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 従来通信用メカニカルフィルタに用いられる圧電セラミ
ックスに要求される基本的な要求条件は以下の項目であ
る。

Ｉ）対象とするフィルタの帯域幅との関連するもので４
５％以上の比較的高い結合係数。

■）フィルタの挿入損失と関連するメカニカルＱはでき
る限り高いこと。（−船釣には＞　２０００　）■）誘
電率は入出力インピーダンスと関連するが設計対象によ
り幅があり特に−船釣制約はないが８００〜１５００程
度か標準である。

ＩＶ　）共振周波数の温度係数はメカニカルフィルタの
温度係数を決める要素であるが、使用されるエリンバ−
の温度係数とのからみがあり要求値に多少の幅があるが
一般的には±１００＋）ｌ）（１／’Ｃ（０℃〜６０℃
）が要求される。

■）誘電率の温度係数はフィルタの入出力インピーダン
ス帯域特製の温度特性に関連し小さいことが好ましく一
般的には２０００　　＋１１）ｌ／’Ｃ以下。

以上が通信用メカニカルフィルタに用いられる圧電セラ
ミックスに基本的に要求されている条件でありチタン酸
鉛、ジルコン酸鉛を主体とする二成分、三成分系の各種
材料がそれぞれの目的に応じて開発され実用されている
。

［発明が解決しようとする課題］ 従来これらの圧電セラミックスは１００〜２００℃の間
で１〜４ｋＶ／ＩＷｌの電界中で分極処理された後所定
の形状に加工され圧電セラミック素子となり、一般には
恒弾性合金エリンバ−の素子と接合されメカニカルフィ
ルタ素子の入出力の電気機械変換子を構成する。

このような変換子の駆動方式には各種の方式があり、 １、恒弾性合金板のたわみ振動を利用するもの２、恒弾
性合金棒の縦振動を利用するもの３、恒弾性合金棒のね
じれ振動を利用するもの等がありそれぞれれ使用される
素子の形状は異なるがいずれにしても共通な点は恒弾性
合金との接合による復号振動子を形成するために接着工
程を必要とすることである。接着方式は有機接着剤によ
る方法と半田付による方法があるが信頼性の点で後者が
秀れている。ところが一般に半田付は２００℃以上の温
度で少くとも数秒圧電セラミック素子がさらされること
になり圧電セラミックスの各種特性の劣化が生ずること
になる。

これはフィルタの設計に際して使用する圧電セラミック
スの各特性をあらかじめ実測した値を用いたとしても出
来上ったフィルタとの間に半田付に伴う特性劣化に起因
してくい違いを生ずる問題があった。まなこのときめ半
田付の条件の微妙な変動が特性劣化度の変動を生ずるた
めフィルタの特性のバラツキの原因にもなっていた。

従来はこの半田付に伴う特性劣化をあらかじめ経験的に
見越した設計を行うものが一般的であったが設計の精度
の向上、品質のバラツキを考慮に入れると半田付に伴う
特性劣化の少ない圧電セラミックスを使用することが理
想でありこのような要求を満足する圧電セラミックスの
開発が要求されていた。そこで本発明の技術課題は、半
田付等に伴う特性劣化の少ない圧電セラミックスの製造
方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、化学組成がＰｂ（（Ｍｎ＋ｚｉＮｂ２
／３　）　ｏ、ｏｓＺ　ｒ　＊　Ｔ　ｉ　ｏ、＊５−ｍ
ｌ　Ｏｓ　＋ｙｗｔ％Ｌａ、Ｏ，（但し０．４４≦ｘ≦
０．４６．０≦ｙ≦０．５）で表わされる３成分系酸化
物よりなる焼結体を分極処理した後、２５０℃〜３３０
℃の温度範囲内で１５〜１２０分間熱処理することを特
徴とする圧電セラミックスの製造方法が得られる。即ち
、本発明者は、種々の圧電セラミックスについて熱に伴
う緒特性の劣化を調査したところ、最終的な化学組成が
、Ｐｂ　（（Ｍｎ＋７ｉ　Ｎｂ２／３　）　ａ、ｏｓＺ
　１”　ｘ　Ｔ　ｉ　Ｏ，１！１−ｘｌ　Ｏｓ　＋　　
　　ｙｗｔ％Ｌ　ａ　２０　ｓ　＋’　（但し、０．４
４≦ｘ≦０．４６０≦ｙ≦０．５）なる式で表わされる
ように３成分系酸化物を１２００℃〜１３００℃の範囲
で２〜３時間焼結後、１００〜２００℃の温度範囲内で
２．０〜４ｋＶ／ｍ＋の電界強度で分極したものについ
てこれを２５０℃〜３３０℃の温度範囲内で５〜１２０
分間熱処理したものが、その後の基本特性の値で充分メ
カニカルフィルタ用の圧電セラミックスに要求される条
件を具備していること、及び半田付処理に伴う高温に際
して著しく特性劣化が少なくなることを見い出したもの
である。

本発明においてＸを０．４４〜０．４６としたのは０．
４４＜ｘ＜０．４６の範囲を越えると共振周波数の温度
係数が５０ａｐｌ／’Ｃを越えることからメカニカルフ
ィルタ用圧電セラミック素子の材料として好ましくない
ことから決定しな。同様にＬａ２０ｉ添加量ｙを重量で
Ｏ〜０．５ｗｔ％としたのは温度係数の改善を目的とす
るＬ　ａ　２０　ｓの添加量が０．５ｗｔ％を越えると
電気機械結合係数の劣化が大きくなり４０％を下まわり
メカニカルフィルタ用圧電セラミックス素子の材料とし
て用途に乏しいことから決定した。

また熱処理温度を２５０℃〜３３０℃としたのは２５０
℃以下では本発明の目的とする効果の少ないこと、３３
０℃以上だとキュリー点に近づき圧電性を著しく損うた
めである。

［実施例］ 以下図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。第１
表によりＰ　ｂ　（（Ｍ　ｎｌ／３　Ｎ　ｂ　２／３　
）　Ｏ，Ｏ１２ｒ　ｘ　Ｔ　ｉ　Ｏ，１５−ｊ　Ｏｓ　
十ｙｗｔ％Ｌａ２Ｏ５て゛表現される３成分系酸化物を
組成域の各種ｘ、ｙの値とその組成について１２００℃
〜１３００℃の範囲で、２〜３時間焼結したのち、１０
０〜２００℃で、２．０〜４ｋＶ／−の電界強度で分極
した。得られた直径２０匝、厚みｌ１１１１の円板振動
子について基本特性を測定し第１表に示す。表から明ら
かなとうりＬａｚ　Ｏｘを添加しないものについてはＸ
の値が大きくなるにつれて徐々に結合係数（Ｋｐ）と誘
″電率（ε７１．／ε。）が徐々に上昇しｘ＝ｏ、、４
７近辺をピークにし再び下降する。温度係数（ＴＫ−ｆ
ｒ）はＸの増大につれて徐々に小さくなるが０．４６を
越えると再び上昇し始める。ところが各々の組成域でＬ
ａｘ　Ｏｓが添加されると温度係数ＴＫ−ｆｒは大幅に
改善されその値は小さくなる。一方１．ａ２０ｉの添加
は誘電率（６丁３３／εｏ）、結合係数（Ｋｐ）、メカ
ニカルＱ（Ｑｍ）の劣化を生ずることが認められな。

次に第１表のうち中から選んだ数種の試料について２０
０℃〜３５０℃の温度で１５〜１２０分熱処理を施した
後２４　ｈｒｓ以上室温で放置した後基本特性を測定し
た。その結果を第２表に示ず。

第２表において、熱処理温度の上昇に伴い誘電率は増大
、結合係数は下がる傾向があるがメカニカルＱと共振周
波数の温度係数（ＴＫ　−ｆ　ｒ　）はほとんど変化し
ない。但し熱処理温度が３５０℃の場合誘電率と電気機
械結合係数ＫＰは急激に劣化が認められる。熱処理時間
との相関は少なく１５分の場合と６０分の場合での差は
わずかである（７−１．７−２．７−３）。

次に２５０℃±５℃にコントロールしたホットプレート
の上で第１表及び第２表の試料の一部について１０秒間
加熱した後２４　ｈｒｓ以上室温で放置してから電気機
械結合係数ＫＰと誘電率ε〒３゜／ε０を測定し、その
変化率を（％）で示したものである。

表から明らかなように２５０℃以上で熱処理したものの
変化率は著しく少なく１％以下となっている。

第１表 秦貝ｎ之上ヒとｉ調−ネひｅ 以下余白 第 表 密喫す仙隈件と処理を隣 注）試料Ｎｏ、４−１〜１２−２は表−１σ洛０につい
て種々の熱処理条件を実施したものである。

［発明の効果コ 以上説明したとおり本発明によればニリンツク−素子と
の半田付後の特性劣化の少ない圧電セラミックスの製造
方法が提供でき、その産業上の価値は大である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．化学組成がＰｂ｛（Ｍｎ＿１＿／＿３Ｎｂ＿２＿／
   ＿３）＿０＿．＿０＿５Ｚｒ＿ｘＴｉ＿０＿．＿９＿５
   ＿−＿ｘ｝Ｏ＿３＋ｙｗｔ％Ｌａ＿２Ｏ＿３（但し０．
   ４４≦ｘ≦０．４６，０≦ｙ≦０．５）で表わされる３
   成分系酸化物よりなる焼結体を分極処理した後、２５０
   ℃〜３３０℃の温度範囲内で１５〜１２０分間熱処理す
   ることを特徴とする圧電セラミックスの製造方法。