JPH1045470A - 圧電セラミックス - Google Patents
圧電セラミックスInfo
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- JPH1045470A JPH1045470A JP19927296A JP19927296A JPH1045470A JP H1045470 A JPH1045470 A JP H1045470A JP 19927296 A JP19927296 A JP 19927296A JP 19927296 A JP19927296 A JP 19927296A JP H1045470 A JPH1045470 A JP H1045470A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】半田付けリフロー処理などのように外部から熱
衝撃を加えた場合でも、安定性が高く、特性劣化が小さ
い圧電セラミックスを提供する。 【解決手段】分極方向に対して０〜１８０°の角度で個
々のドメイン壁を有する結晶粒子の多結晶体であって、
前記分極方向と前記ドメイン壁とのなす角度が４０〜１
４０°である結晶粒子の割合が７７％以上であることを
特徴とする圧電セラミックス。
衝撃を加えた場合でも、安定性が高く、特性劣化が小さ
い圧電セラミックスを提供する。 【解決手段】分極方向に対して０〜１８０°の角度で個
々のドメイン壁を有する結晶粒子の多結晶体であって、
前記分極方向と前記ドメイン壁とのなす角度が４０〜１
４０°である結晶粒子の割合が７７％以上であることを
特徴とする圧電セラミックス。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばセラミック
フィルタ，セラミックレゾネータ，超音波応用振動子，
圧電ブザー，圧電点火ユニット，超音波モータ，圧電フ
ァン，圧電アクチュエータおよび加速度センサ，ノッキ
ングセンサ，ＡＥセンサ等の圧電センサ等に適する圧電
セラミックスに関し、特にセルラー用のセラミックフィ
ルタとして最適な圧電セラミックスに関するものであ
る。
フィルタ，セラミックレゾネータ，超音波応用振動子，
圧電ブザー，圧電点火ユニット，超音波モータ，圧電フ
ァン，圧電アクチュエータおよび加速度センサ，ノッキ
ングセンサ，ＡＥセンサ等の圧電センサ等に適する圧電
セラミックスに関し、特にセルラー用のセラミックフィ
ルタとして最適な圧電セラミックスに関するものであ
る。
【０００２】
【従来技術】従来から、セラミックフィルタ，セラミッ
クレゾネータ等の素子としては、ＰＺＴ系の圧電磁器、
即ち、ＰｂＺｒＯ3 −ＰｂＴｉＯ3 を主成分とした磁器
が利用されており、これにＮｂ2 Ｏ5 やＭｎＯ2 等の金
属酸化物、Ｐｂ( Ｎｂ2/3 Ｍｇ1/3 ）Ｏ3 やＰｂ( Ｎｂ
2/3 Ｍｎ1/3 ）Ｏ3 等の複合ペロブスカイト酸化物を添
加したり置換することにより圧電特性の向上が図られて
いる。
クレゾネータ等の素子としては、ＰＺＴ系の圧電磁器、
即ち、ＰｂＺｒＯ3 −ＰｂＴｉＯ3 を主成分とした磁器
が利用されており、これにＮｂ2 Ｏ5 やＭｎＯ2 等の金
属酸化物、Ｐｂ( Ｎｂ2/3 Ｍｇ1/3 ）Ｏ3 やＰｂ( Ｎｂ
2/3 Ｍｎ1/3 ）Ｏ3 等の複合ペロブスカイト酸化物を添
加したり置換することにより圧電特性の向上が図られて
いる。
【０００３】ところで、ＰＺＴ系の圧電セラミックスは
強誘電体に属しており、常温においては、結晶格子中の
電荷の重心がずれているために自発分極を有する。ＰＺ
Ｔ系の圧電セラミックスは、このような結晶からなる焼
結粒子の集合体であって、固相反応によって作製された
場合、個々の焼結粒子も自発分極が一定方向をもった複
数のドメインから構成される。一つのドメイン内では、
自発分極が一定の方向に揃っているが、磁器全体として
は、自発分極の方向が等方的であるので圧電特性を示さ
ない。したがって、圧電特性を得るためには、圧電セラ
ミックスに外部から電場を印加して、個々のドメインの
自発分極の方向を揃える処理、すなわち、分極処理を施
す必要がある。一般に、分極処理を行った直後の圧電セ
ラミックスは圧電特性の劣化が起こりやすく、実際の使
用に耐えないので、予め、外部から熱などを加えること
により強制的に圧電特性を劣化させる処理を施す。この
エージング処理によって圧電セラミックスの特性を安定
化させている。
強誘電体に属しており、常温においては、結晶格子中の
電荷の重心がずれているために自発分極を有する。ＰＺ
Ｔ系の圧電セラミックスは、このような結晶からなる焼
結粒子の集合体であって、固相反応によって作製された
場合、個々の焼結粒子も自発分極が一定方向をもった複
数のドメインから構成される。一つのドメイン内では、
自発分極が一定の方向に揃っているが、磁器全体として
は、自発分極の方向が等方的であるので圧電特性を示さ
ない。したがって、圧電特性を得るためには、圧電セラ
ミックスに外部から電場を印加して、個々のドメインの
自発分極の方向を揃える処理、すなわち、分極処理を施
す必要がある。一般に、分極処理を行った直後の圧電セ
ラミックスは圧電特性の劣化が起こりやすく、実際の使
用に耐えないので、予め、外部から熱などを加えること
により強制的に圧電特性を劣化させる処理を施す。この
エージング処理によって圧電セラミックスの特性を安定
化させている。
【０００４】近年、通信機器を含めた電子装置の小型化
に伴い部品の表面実装化が急激に進んでいる。この表面
実装においては、リード線を有しない部品を基盤に仮り
実装し、この基盤をリフロー炉により加熱し半田付けす
るので、基盤に取り付けられる部品は、半田付けリフロ
ー処理によって、２３０℃前後の高い温度にさらされる
ことになる。これによる加熱が原因で、半田付けリフロ
ー処理の前後において、例えば、圧電素子については、
共振周波数が初期の周波数から外れるなどの問題が起こ
ることが多い。
に伴い部品の表面実装化が急激に進んでいる。この表面
実装においては、リード線を有しない部品を基盤に仮り
実装し、この基盤をリフロー炉により加熱し半田付けす
るので、基盤に取り付けられる部品は、半田付けリフロ
ー処理によって、２３０℃前後の高い温度にさらされる
ことになる。これによる加熱が原因で、半田付けリフロ
ー処理の前後において、例えば、圧電素子については、
共振周波数が初期の周波数から外れるなどの問題が起こ
ることが多い。
【０００５】したがって、高い信頼性と安定性が要求さ
れる通信機用の圧電フィルタなどに使用される圧電素子
に関しては、外部から熱衝撃を加えた場合でも、安定性
が高く、圧電特性の変化が非常に小さくなければならな
い。
れる通信機用の圧電フィルタなどに使用される圧電素子
に関しては、外部から熱衝撃を加えた場合でも、安定性
が高く、圧電特性の変化が非常に小さくなければならな
い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
圧電セラミックスでは外部からの熱衝撃に弱く、リフロ
ー半田付け前後の圧電特性や共振周波数の変化が大き
く、実用上の問題となっていた。また、例えば、環境変
化の激しい車両搭載用通信装置などのフィルター等に用
いた場合、素子の特性変化によって安定した送受信がで
きなくなるという問題があった。
圧電セラミックスでは外部からの熱衝撃に弱く、リフロ
ー半田付け前後の圧電特性や共振周波数の変化が大き
く、実用上の問題となっていた。また、例えば、環境変
化の激しい車両搭載用通信装置などのフィルター等に用
いた場合、素子の特性変化によって安定した送受信がで
きなくなるという問題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記問題
について鋭意検討した結果、分極方向とドメイン壁との
なす角度の分布を０〜１８０°の範囲で求めたとき、４
０〜１４０°の範囲内で分布する割合が７７％以上とな
るように、分極状態を制御することにより、高い安定性
を有するドメイン構造とすることができ、外部からの熱
衝撃に対しても特性劣化を抑制できることを見出し、本
発明に至った。
について鋭意検討した結果、分極方向とドメイン壁との
なす角度の分布を０〜１８０°の範囲で求めたとき、４
０〜１４０°の範囲内で分布する割合が７７％以上とな
るように、分極状態を制御することにより、高い安定性
を有するドメイン構造とすることができ、外部からの熱
衝撃に対しても特性劣化を抑制できることを見出し、本
発明に至った。
【０００８】即ち、本発明の圧電セラミックスは、分極
方向に対して０〜１８０°の角度で個々のドメイン壁を
有する結晶粒子の多結晶体であって、前記分極方向と前
記ドメイン壁とのなす角度が４０〜１４０°である結晶
粒子の割合が７７％以上のものである。
方向に対して０〜１８０°の角度で個々のドメイン壁を
有する結晶粒子の多結晶体であって、前記分極方向と前
記ドメイン壁とのなす角度が４０〜１４０°である結晶
粒子の割合が７７％以上のものである。
【０００９】
【作用】本発明の圧電セラミックスでは、リフロー半田
付け処理のように、圧電セラミックスに外部から熱衝撃
が加えられた場合でも、特性劣化が小さく、圧電特性が
初期特性から大きく変動することがない。
付け処理のように、圧電セラミックスに外部から熱衝撃
が加えられた場合でも、特性劣化が小さく、圧電特性が
初期特性から大きく変動することがない。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の圧電セラミックスは、分
極方向に対して０〜１８０°の角度で個々のドメイン壁
を有する結晶粒子の多結晶体で、前記分極方向と前記ド
メイン壁とのなす角度が４０〜１４０°である結晶粒子
の割合が７７％以上のものである。
極方向に対して０〜１８０°の角度で個々のドメイン壁
を有する結晶粒子の多結晶体で、前記分極方向と前記ド
メイン壁とのなす角度が４０〜１４０°である結晶粒子
の割合が７７％以上のものである。
【００１１】このように、分極方向とドメイン壁とのな
す角度が４０〜１４０°の範囲内のものを全体の７７％
以上としたのは、７７％よりも少ない場合には熱衝撃に
弱く、リフロー半田付け前後の圧電特性や共振周波数の
変化が大きく、また、環境変化の激しい車両搭載用通信
装置などのフィルター等に用いた場合、素子の特性劣化
が大きくなるからである。分極方向とドメイン壁とのな
す角度が４０〜１４０°の範囲内のものは、全体の８２
％以上であることが望ましい。
す角度が４０〜１４０°の範囲内のものを全体の７７％
以上としたのは、７７％よりも少ない場合には熱衝撃に
弱く、リフロー半田付け前後の圧電特性や共振周波数の
変化が大きく、また、環境変化の激しい車両搭載用通信
装置などのフィルター等に用いた場合、素子の特性劣化
が大きくなるからである。分極方向とドメイン壁とのな
す角度が４０〜１４０°の範囲内のものは、全体の８２
％以上であることが望ましい。
【００１２】ここで、圧電セラミックスの焼結粒子内の
ドメインの構造の観察は、焼結体の試料片を数十ミクロ
ンまで削って、イオンエッチングを行った後、試料薄片
のＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）写真を撮影して行う。試
料薄片を作製する場合には、これによって試料のドメイ
ン構造が変化を受けないよう外部からの加熱を極力小さ
くする必要がある。
ドメインの構造の観察は、焼結体の試料片を数十ミクロ
ンまで削って、イオンエッチングを行った後、試料薄片
のＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）写真を撮影して行う。試
料薄片を作製する場合には、これによって試料のドメイ
ン構造が変化を受けないよう外部からの加熱を極力小さ
くする必要がある。
【００１３】分極軸の方向に対して平行である面を有す
る試料薄片のＴＥＭ写真を撮影すると、個々の焼結粒子
の内部には、ドメイン構造に起因する明瞭な筋状構造が
観察される。図１にこのドメイン構造の模式図を示す。
図１において、筋状構造の境界をドメイン壁１と呼ぶ
が、分極方向Ａとドメイン壁１がなす角度θの分布を調
べた場合、分極処理前の試料ではドメイン壁がランダム
に存在するので、その角度分布は等方的となる。一方、
分極処理後の磁器に関しては、電界強度に応じてドメイ
ン壁が移動して配向性が高くなり、分極処理前の試料の
場合と比較すると、４０〜１４０°の範囲に分布する割
合が高くなる。
る試料薄片のＴＥＭ写真を撮影すると、個々の焼結粒子
の内部には、ドメイン構造に起因する明瞭な筋状構造が
観察される。図１にこのドメイン構造の模式図を示す。
図１において、筋状構造の境界をドメイン壁１と呼ぶ
が、分極方向Ａとドメイン壁１がなす角度θの分布を調
べた場合、分極処理前の試料ではドメイン壁がランダム
に存在するので、その角度分布は等方的となる。一方、
分極処理後の磁器に関しては、電界強度に応じてドメイ
ン壁が移動して配向性が高くなり、分極処理前の試料の
場合と比較すると、４０〜１４０°の範囲に分布する割
合が高くなる。
【００１４】分極処理及びエージング処理を行った圧電
セラミックスに関して、分極軸方向とドメイン壁がなす
角度の分布を調べた場合、４０〜１４０°の範囲が７７
％以上になるようにドメイン壁の配向を制御すると、半
田付けリフロー処理などにより、高い温度にさらされた
場合でも、圧電特性が初期の特性から大きく変動せず、
安定性の高い圧電セラミックスを提供できる。
セラミックスに関して、分極軸方向とドメイン壁がなす
角度の分布を調べた場合、４０〜１４０°の範囲が７７
％以上になるようにドメイン壁の配向を制御すると、半
田付けリフロー処理などにより、高い温度にさらされた
場合でも、圧電特性が初期の特性から大きく変動せず、
安定性の高い圧電セラミックスを提供できる。
【００１５】本発明の圧電セラミックスは、例えば、先
ず、組成式を（Ｐｂ1-x-y Ａx Ｂy）a ［｛( Ｎｂ1/2
Ｙｂ1/2 ）b （Ｎｂ1/2 Ｃｒ1/2 ）c （Ｎｂ2/3 Ｃｏ
1/3 ）1-b-c ｝1-d Ｎｂd ］e （Ｔｉf Ｚｒ1-f ）1-e
Ｏ3 と表わした時、前記ｘ，ｙ，ａ，ｂ，ｃ，ｄ，
ｅ，ｆの値が、０＜ｘ、０＜ｙ、０＜ｘ＋ｙ≦０．１
２、０．９７０≦ａ≦１．０３０、０．１００≦ｂ≦
０．７００、０．１００≦ｃ≦０．７００、０≦ｄ≦
０．１７０、０．０３０≦ｅ≦０．２００、０．４８０
≦ｆ≦０．６０を満足する圧電磁器を作製する。尚、こ
こで、ＡはＣａ，ＳｒおよびＢａのうちの少なくとも一
種、ＢはＮｄ，Ｇｄ，Ｌａ，ＰｒおよびＳｍのうちの少
なくとも一種である。本発明は、上記組成の圧電磁器に
限定されるものではなく、ＰＺＴ系の圧電磁器であれば
良い。
ず、組成式を（Ｐｂ1-x-y Ａx Ｂy）a ［｛( Ｎｂ1/2
Ｙｂ1/2 ）b （Ｎｂ1/2 Ｃｒ1/2 ）c （Ｎｂ2/3 Ｃｏ
1/3 ）1-b-c ｝1-d Ｎｂd ］e （Ｔｉf Ｚｒ1-f ）1-e
Ｏ3 と表わした時、前記ｘ，ｙ，ａ，ｂ，ｃ，ｄ，
ｅ，ｆの値が、０＜ｘ、０＜ｙ、０＜ｘ＋ｙ≦０．１
２、０．９７０≦ａ≦１．０３０、０．１００≦ｂ≦
０．７００、０．１００≦ｃ≦０．７００、０≦ｄ≦
０．１７０、０．０３０≦ｅ≦０．２００、０．４８０
≦ｆ≦０．６０を満足する圧電磁器を作製する。尚、こ
こで、ＡはＣａ，ＳｒおよびＢａのうちの少なくとも一
種、ＢはＮｄ，Ｇｄ，Ｌａ，ＰｒおよびＳｍのうちの少
なくとも一種である。本発明は、上記組成の圧電磁器に
限定されるものではなく、ＰＺＴ系の圧電磁器であれば
良い。
【００１６】そして、この圧電磁器について分極処理お
よびエージング処理を行う。分極処理は、磁器の分極が
飽和する時の電界（飽和電界）に対して７５％以上の直
流電界、特には飽和電界を０．２〜１．０時間印加する
ことにより、ＰＺＴ系圧電磁器の分極方向とドメイン壁
とのなす角度が４０〜１４０°の範囲内で分布する割合
が高くなる。上記した組成式の圧電磁器では飽和電界は
８０℃の条件下において１．５〜３ｋＶ／ｍｍである。
よびエージング処理を行う。分極処理は、磁器の分極が
飽和する時の電界（飽和電界）に対して７５％以上の直
流電界、特には飽和電界を０．２〜１．０時間印加する
ことにより、ＰＺＴ系圧電磁器の分極方向とドメイン壁
とのなす角度が４０〜１４０°の範囲内で分布する割合
が高くなる。上記した組成式の圧電磁器では飽和電界は
８０℃の条件下において１．５〜３ｋＶ／ｍｍである。
【００１７】この後、特性の安定化のためのエージング
処理を行う。このエージング処理は、キュリー温度の８
０〜９７％、特には、８７〜９７％の温度で、０．５〜
３．０時間保持することにより、ＰＺＴ系圧電磁器の分
極軸方向とドメイン壁とのなす角度の分布を０〜１８０
°の範囲で求めたとき、４０〜１４０°の範囲内で分布
する割合を高くすることができる。上記した組成式の圧
電磁器ではキュリー温度は２８０〜３３０℃であるた
め、エージング温度は、２２０℃〜３２０℃、特には２
４０〜３２０℃である。尚、分極処理を行った後のエー
ジング処理方法としては、熱によるエージング以外にも
圧力や電界印加によってエージング処理を行っても圧電
セラミックスのドメイン壁の配向を制御することが可能
であるが、熱によるエージングが最も望ましい。
処理を行う。このエージング処理は、キュリー温度の８
０〜９７％、特には、８７〜９７％の温度で、０．５〜
３．０時間保持することにより、ＰＺＴ系圧電磁器の分
極軸方向とドメイン壁とのなす角度の分布を０〜１８０
°の範囲で求めたとき、４０〜１４０°の範囲内で分布
する割合を高くすることができる。上記した組成式の圧
電磁器ではキュリー温度は２８０〜３３０℃であるた
め、エージング温度は、２２０℃〜３２０℃、特には２
４０〜３２０℃である。尚、分極処理を行った後のエー
ジング処理方法としては、熱によるエージング以外にも
圧力や電界印加によってエージング処理を行っても圧電
セラミックスのドメイン壁の配向を制御することが可能
であるが、熱によるエージングが最も望ましい。
【００１８】分極方向とドメイン壁とのなす角度の分布
を０〜１８０°の範囲で求めたとき、４０〜１４０°の
範囲内で分布する割合が７７％以上である本発明の圧電
セラミックスは、上記した条件における分極処理および
エージング処理により得られる。
を０〜１８０°の範囲で求めたとき、４０〜１４０°の
範囲内で分布する割合が７７％以上である本発明の圧電
セラミックスは、上記した条件における分極処理および
エージング処理により得られる。
【００１９】
【実施例】出発原料として、ＰｂＯ、ＺｒＯ2 、ＴｉＯ
2 、Ｎｂ2 Ｏ5 、Ｙｂ2 Ｏ3 ，Ｃｒ2 Ｏ3 ，ＣｏＯ，Ｓ
ｒＣＯ3 ，Ｌａ2 Ｏ3 の原料を用いて、組成式が（Ｐｂ
0. 96Ｓｒ0.03Ｌａ0.01）1.00［｛( Ｎｂ1/2 Ｙｂ1/2 ）
0.263 （Ｎｂ1/2 Ｃｒ1/2）0.263 （Ｎｂ2/3 Ｃ
ｏ1/3 ）0.474 ｝0.88Ｎｂ0.12］0.06（Ｔｉ0.495 Ｚｒ
0. 505 ）0.94 Ｏ3 となるように秤量し、該混合物をＺ
ｒＯ2 ポールを用いたボールミルで１２時間湿式混合し
た。
2 、Ｎｂ2 Ｏ5 、Ｙｂ2 Ｏ3 ，Ｃｒ2 Ｏ3 ，ＣｏＯ，Ｓ
ｒＣＯ3 ，Ｌａ2 Ｏ3 の原料を用いて、組成式が（Ｐｂ
0. 96Ｓｒ0.03Ｌａ0.01）1.00［｛( Ｎｂ1/2 Ｙｂ1/2 ）
0.263 （Ｎｂ1/2 Ｃｒ1/2）0.263 （Ｎｂ2/3 Ｃ
ｏ1/3 ）0.474 ｝0.88Ｎｂ0.12］0.06（Ｔｉ0.495 Ｚｒ
0. 505 ）0.94 Ｏ3 となるように秤量し、該混合物をＺ
ｒＯ2 ポールを用いたボールミルで１２時間湿式混合し
た。
【００２０】次いで、この混合物を脱水、乾燥した後、
大気中で１０００℃で３時間仮焼し、この仮焼物を再び
ボールミルにより粉砕した。その後、この粉砕物に有機
バインダー（ＰＶＡ）を混合して造粒した。得られた粉
末を１．５ｔ／ｃｍ2 の圧力で直径２３ｍｍ、厚さ２ｍ
ｍの寸法からなる円板にプレス成形した。
大気中で１０００℃で３時間仮焼し、この仮焼物を再び
ボールミルにより粉砕した。その後、この粉砕物に有機
バインダー（ＰＶＡ）を混合して造粒した。得られた粉
末を１．５ｔ／ｃｍ2 の圧力で直径２３ｍｍ、厚さ２ｍ
ｍの寸法からなる円板にプレス成形した。
【００２１】さらに、これらの成形体をＭｇＯなどから
なる容器内に密閉し、大気中１３００℃で２時間の条件
で焼成し、試料Ａ〜Ｅを得た。
なる容器内に密閉し、大気中１３００℃で２時間の条件
で焼成し、試料Ａ〜Ｅを得た。
【００２２】得られた圧電セラミックスに銀電極を焼き
付け、８０℃のシリコンオイル中で、試料Ａが１．４ｋ
Ｖ／ｍｍ（飽和電界の７０％）、試料Ｂは１．５ｋＶ／
ｍｍ（飽和電界の７５％）、試料Ｃは１．７ｋＶ／ｍｍ
（飽和電界の８５％）、試料Ｄは１．９ｋＶ／ｍｍ（飽
和電界の９５％）、試料Ｅは２．０ｋＶ／ｍｍ（飽和電
界の１００％）の直流電界を３０分間印加して分極処理
した。尚、飽和電界は２．０ｋＶ／ｍｍであった。
付け、８０℃のシリコンオイル中で、試料Ａが１．４ｋ
Ｖ／ｍｍ（飽和電界の７０％）、試料Ｂは１．５ｋＶ／
ｍｍ（飽和電界の７５％）、試料Ｃは１．７ｋＶ／ｍｍ
（飽和電界の８５％）、試料Ｄは１．９ｋＶ／ｍｍ（飽
和電界の９５％）、試料Ｅは２．０ｋＶ／ｍｍ（飽和電
界の１００％）の直流電界を３０分間印加して分極処理
した。尚、飽和電界は２．０ｋＶ／ｍｍであった。
【００２３】この分極処理した圧電セラミックスに対し
て、２５０〜２９５℃（キュリー温度３１０℃）の温度
で、１時間保持してエージング処理を施し、分極度が等
しい試料Ａ〜Ｅを得た。試料Ａは２５０℃（キュリー温
度の８０％）、試料Ｂは２７０℃（キュリー温度の８７
％）、試料Ｃは２８０℃（キュリー温度の９０％）、試
料Ｄは２９２℃（キュリー温度の９４％）、試料Ｅは２
９５℃（キュリー温度の９５％）でエージングした。試
料Ａ〜Ｅの分極度は何れも等しく、Ｋｐ＝４５％であ
る。そして、試料Ａ〜Ｅを数十ミクロンまで削って、イ
オンエッチングを行った後、試料薄片のＴＥＭ（透過型
電子顕微鏡）写真を撮影し、各試料のドメインの構造の
観察を２０μｍ×２０μｍの面積で行った。この場合、
分極軸に対して一定角度（例えば４０〜５０°）のドメ
イン壁を有する領域の面積を求め、その全体面積に対す
る割合を求め、４０〜１４０℃の範囲内のドメイン壁を
有する割合を求めた。尚、一結晶粒子内に異なる角度の
ドメイン壁を有する場合があるが、この場合はそれぞれ
の領域に分けて測定した。また、写真上にドメイン壁が
写らない場合もあるが、これについては全体面積に含め
なかった。
て、２５０〜２９５℃（キュリー温度３１０℃）の温度
で、１時間保持してエージング処理を施し、分極度が等
しい試料Ａ〜Ｅを得た。試料Ａは２５０℃（キュリー温
度の８０％）、試料Ｂは２７０℃（キュリー温度の８７
％）、試料Ｃは２８０℃（キュリー温度の９０％）、試
料Ｄは２９２℃（キュリー温度の９４％）、試料Ｅは２
９５℃（キュリー温度の９５％）でエージングした。試
料Ａ〜Ｅの分極度は何れも等しく、Ｋｐ＝４５％であ
る。そして、試料Ａ〜Ｅを数十ミクロンまで削って、イ
オンエッチングを行った後、試料薄片のＴＥＭ（透過型
電子顕微鏡）写真を撮影し、各試料のドメインの構造の
観察を２０μｍ×２０μｍの面積で行った。この場合、
分極軸に対して一定角度（例えば４０〜５０°）のドメ
イン壁を有する領域の面積を求め、その全体面積に対す
る割合を求め、４０〜１４０℃の範囲内のドメイン壁を
有する割合を求めた。尚、一結晶粒子内に異なる角度の
ドメイン壁を有する場合があるが、この場合はそれぞれ
の領域に分けて測定した。また、写真上にドメイン壁が
写らない場合もあるが、これについては全体面積に含め
なかった。
【００２４】次に、エージング処理の温度と、ドメイン
壁が分極方向に対して、４０〜１４０°の範囲に分布す
る割合との関係について、図２に示した。また、半田付
けリフロー処理用の炉を使用した耐熱試験を行った。耐
熱試験は、プラスチックケースに入れた試料Ａ〜Ｅを基
板に乗せ、ピーク温度２４０℃のリフロー炉を３回通過
させて行い、エージング温度と、半田付けリフロー処理
前後の機械的結合係数Ｋｐの変化率との関係について、
図３に示した。
壁が分極方向に対して、４０〜１４０°の範囲に分布す
る割合との関係について、図２に示した。また、半田付
けリフロー処理用の炉を使用した耐熱試験を行った。耐
熱試験は、プラスチックケースに入れた試料Ａ〜Ｅを基
板に乗せ、ピーク温度２４０℃のリフロー炉を３回通過
させて行い、エージング温度と、半田付けリフロー処理
前後の機械的結合係数Ｋｐの変化率との関係について、
図３に示した。
【００２５】図２により、エージング温度が２７０℃以
上の場合には、分極軸方向とドメイン壁とのなす角度が
４０〜１４０°の範囲内で分布する割合が７７％以上で
あり、しかも、エージング温度が２８０℃以上の場合に
は８２％以上となることが判る。そして、図３より、分
極方向とドメイン壁とのなす角度が４０〜１４０°の範
囲内で分布する割合が７７％以上の場合には機械的結合
係数Ｋｐの低下率が２％以下であり、分極方向とドメイ
ン壁とのなす角度が４０〜１４０°の範囲内で分布する
割合が８２％以上の場合には機械的結合係数Ｋｐの低下
率が１％以下であり、耐熱性に優れ、特性の変化が小さ
いことが判る。
上の場合には、分極軸方向とドメイン壁とのなす角度が
４０〜１４０°の範囲内で分布する割合が７７％以上で
あり、しかも、エージング温度が２８０℃以上の場合に
は８２％以上となることが判る。そして、図３より、分
極方向とドメイン壁とのなす角度が４０〜１４０°の範
囲内で分布する割合が７７％以上の場合には機械的結合
係数Ｋｐの低下率が２％以下であり、分極方向とドメイ
ン壁とのなす角度が４０〜１４０°の範囲内で分布する
割合が８２％以上の場合には機械的結合係数Ｋｐの低下
率が１％以下であり、耐熱性に優れ、特性の変化が小さ
いことが判る。
【００２６】これと比較して、分極方向に対するドメイ
ン壁の４０〜１４０°の角度範囲に分布する割合が７２
％である試料Ａでは、機械的結合係数Ｋｐの低下率が
４．５％であり、半田付けリフロー処理前後の機械的結
合係数Ｋｐの変化が大きいことが判る。
ン壁の４０〜１４０°の角度範囲に分布する割合が７２
％である試料Ａでは、機械的結合係数Ｋｐの低下率が
４．５％であり、半田付けリフロー処理前後の機械的結
合係数Ｋｐの変化が大きいことが判る。
【００２７】試料Ａと試料Ｄついて、図４および図５に
ドメイン壁の角度分布を示した。エージング処理前の分
極度が高い試料Ｄの場合は、試料Ａと比較して、４０〜
１４０°の範囲に分布する割合が高くなり、全体のドメ
イン壁の８６％がこの角度範囲に分布することが判る。
ドメイン壁の角度分布を示した。エージング処理前の分
極度が高い試料Ｄの場合は、試料Ａと比較して、４０〜
１４０°の範囲に分布する割合が高くなり、全体のドメ
イン壁の８６％がこの角度範囲に分布することが判る。
【００２８】したがって、飽和電界の７０％で分極処理
し、エージング処理の温度を２７０℃以上に設定して、
分極方向に対するドメイン壁の４０〜１４０°の角度範
囲に分布する割合を７７％以上になるよう分極状態を制
御することにより、半田付けリフロー処理において、高
い温度にさらされても、特性の劣化が小さく、圧電特性
が初期の特性から大きく変動しない。一方、分極方向に
対するドメイン壁の４０〜１４０°の角度範囲に分布す
る割合が７７％より小さくすると、特性の劣化が２％よ
り大きくなり、実用的でない。
し、エージング処理の温度を２７０℃以上に設定して、
分極方向に対するドメイン壁の４０〜１４０°の角度範
囲に分布する割合を７７％以上になるよう分極状態を制
御することにより、半田付けリフロー処理において、高
い温度にさらされても、特性の劣化が小さく、圧電特性
が初期の特性から大きく変動しない。一方、分極方向に
対するドメイン壁の４０〜１４０°の角度範囲に分布す
る割合が７７％より小さくすると、特性の劣化が２％よ
り大きくなり、実用的でない。
【００２９】
【発明の効果】本発明の圧電セラミックスによれば、半
田付けリフロー処理などのように外部から熱衝撃を加え
た場合でも、その前後において圧電特性が初期の特性か
ら大きく変動せず、高い信頼性と安定性を備えた圧電セ
ラミックスを提供できる。
田付けリフロー処理などのように外部から熱衝撃を加え
た場合でも、その前後において圧電特性が初期の特性か
ら大きく変動せず、高い信頼性と安定性を備えた圧電セ
ラミックスを提供できる。
【図１】分極方向とドメイン壁のなす角度を説明するた
めの模式図である。
めの模式図である。
【図２】分極方向とドメイン壁のなす角度が、４０〜１
４０°の範囲に分布する割合をエージング処理の温度に
対して示した図である。
４０°の範囲に分布する割合をエージング処理の温度に
対して示した図である。
【図３】ドメイン壁の配向を制御した圧電セラミックス
のリフロー試験前後における特性劣化を表わす図であ
る。
のリフロー試験前後における特性劣化を表わす図であ
る。
【図４】分極処理及びエージング処理を施した試料Ａの
分極方向とドメイン壁のなす角度の分布を表わす図であ
る。
分極方向とドメイン壁のなす角度の分布を表わす図であ
る。
【図５】分極処理及びエージング処理を施した試料Ｄの
分極方向とドメイン壁のなす角度の分布を表わす図であ
る。
分極方向とドメイン壁のなす角度の分布を表わす図であ
る。
１・・・ドメイン壁 Ａ・・・分極方向 θ・・・分極方向とドメイン壁１がなす角度
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｒ 17/00 Ｈ０１Ｌ 41/18 １０１Ｂ ３３０ 41/22 Ｂ
Claims (1)
- 【請求項１】分極方向に対して０〜１８０°の角度で個
々のドメイン壁を有する結晶粒子の多結晶体であって、
前記分極方向と前記ドメイン壁とのなす角度が４０〜１
４０°である結晶粒子の割合が７７％以上であることを
特徴とする圧電セラミックス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19927296A JPH1045470A (ja) | 1996-07-29 | 1996-07-29 | 圧電セラミックス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19927296A JPH1045470A (ja) | 1996-07-29 | 1996-07-29 | 圧電セラミックス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1045470A true JPH1045470A (ja) | 1998-02-17 |
Family
ID=16405035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19927296A Pending JPH1045470A (ja) | 1996-07-29 | 1996-07-29 | 圧電セラミックス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1045470A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003023187A (ja) * | 2001-07-10 | 2003-01-24 | Murata Mfg Co Ltd | 高耐熱圧電素子およびそれを用いた圧電装置 |
| JP2005005698A (ja) * | 2003-05-21 | 2005-01-06 | Jfe Mineral Co Ltd | 圧電単結晶素子とその製造方法 |
| WO2007029850A1 (ja) * | 2005-09-05 | 2007-03-15 | Canon Kabushiki Kaisha | エピタキシャル酸化物膜、圧電膜、圧電膜素子、圧電膜素子を用いた液体吐出ヘッド及び液体吐出装置 |
| US7622852B2 (en) | 2007-03-02 | 2009-11-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Piezoelectric member, piezoelectric element, and liquid discharge head and liquid discharge apparatus utilizing piezoelectric element |
| JP2010052977A (ja) * | 2008-08-28 | 2010-03-11 | Kyocera Corp | 圧電磁器およびそれを用いた圧電素子 |
-
1996
- 1996-07-29 JP JP19927296A patent/JPH1045470A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003023187A (ja) * | 2001-07-10 | 2003-01-24 | Murata Mfg Co Ltd | 高耐熱圧電素子およびそれを用いた圧電装置 |
| JP2005005698A (ja) * | 2003-05-21 | 2005-01-06 | Jfe Mineral Co Ltd | 圧電単結晶素子とその製造方法 |
| WO2007029850A1 (ja) * | 2005-09-05 | 2007-03-15 | Canon Kabushiki Kaisha | エピタキシャル酸化物膜、圧電膜、圧電膜素子、圧電膜素子を用いた液体吐出ヘッド及び液体吐出装置 |
| US7804231B2 (en) | 2005-09-05 | 2010-09-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Epitaxial oxide film, piezoelectric film, piezoelectric film element, liquid discharge head using the piezoelectric film element, and liquid discharge apparatus |
| US7622852B2 (en) | 2007-03-02 | 2009-11-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Piezoelectric member, piezoelectric element, and liquid discharge head and liquid discharge apparatus utilizing piezoelectric element |
| JP2010052977A (ja) * | 2008-08-28 | 2010-03-11 | Kyocera Corp | 圧電磁器およびそれを用いた圧電素子 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060227 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060307 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060627 |