(57)【要約】 【課題】  電気機械結合係数、機械的品質係数が一定以上のレベルであり、かつ温度変化に対して圧電特性の安定性が高い圧電磁器材料を提供すること。【解決手段】    組成式がＰｂx[(Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3-y)a(Ｓｂ1/2Ｎｂ1/2)bＴｉcＺｒd]Ｏ3＋ｅ重量％Ｒ2Ｏ3（ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１であり、Ｒは希土類元素）で表され、その組成範囲が０．９２≦ｘ≦１．００、０＜ｙ≦０．０３、０．０３≦ａ≦０．３０、０＜ｂ≦０．１０、０．４０≦ｃ≦０．５３、０．２５≦ｄ≦０．５２、０≦ｅ≦１．５０である圧電磁器材料とする。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成式Ｐｂx[(Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3-y)a(Ｓｂ1/2Ｎｂ1/2)bＴｉcＺｒd]Ｏ3(ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１)で表され、その組成範囲が、０．９２≦ｘ≦１．００、０＜ｙ≦０．０３、０．０３≦ａ≦０．３０、０＜ｂ≦０．１０、０．４０≦ｃ≦０．５３、０．２５≦ｄ≦０．５２である主成分と、前記主成分の重量１００に対して、副成分として希土類酸化物をＲ2Ｏ3(Ｒは希土類元素)で換算して重量１．５０以下を含むことを特徴とする圧電磁器材料。
【請求項２】
径方向電気機械結合係数Ｋpが０．３０以上、比誘電率εrが４００以上、機械的品質係数Ｑmが３００以上、かつ機械的品質係数Ｑmの２０℃を基準とした時の−４０℃〜＋８０℃の温度範囲での変化が±５０％以下、共振周波数ｆrの２０℃を基準とした時の−４０℃〜＋８０℃の温度範囲での変化が±１％以下であることを特徴とする請求項１記載の圧電磁器材料。
【請求項３】
２６０℃に１時間保持し、さらに２４時間室温放置する熱処理の前後での、機械的品質係数Ｑmの変化率が１０％以下、共振周波数ｆrの変化率が０．５％以下であることを特徴とする請求項２記載の圧電磁器材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種圧電デバイスに用いられる圧電磁器材料にかかわり、特に電気機械結合係数、機械的品質係数が一定以上のレベルであり、かつ温度変化に対して圧電特性の安定性が高い圧電磁器材料に関わる。
【背景技術】
【０００２】
圧電磁器材料を応用したデバイスが各種開発され、製品化されて広く市場に普及している。一般的には、圧電特性のうち電気機械結合係数や機械的品質係数の高いものが高特性の材料とされるが、これに加えて圧電特性の温度安定性も重要なポイントとなる。圧電特性が温度とともに大きく変化すると、デバイス特性の安定性に直接影響を及ぼすからである。
【０００３】
また、圧電デバイスを実装した製品の製造工程において、圧電デバイス自身が２００℃以上の高温で処理される場合もあり、この際に処理前後で圧電特性が大きく変化してしまうことになると、製品特性の規格を満足する設計が困難となる。
【０００４】
このような理由から、圧電特性の温度変化に対する安定性が高く、かつ高温処理後の特性変動の小さい材料が必要となる。温度特性の安定化を図った例として、特許文献１にはＰｂ(Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3)Ｏ3−ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3系の圧電磁器材料に所定の元素を含有させることにより、高い電気機械結合を保ったまま、共振周波数の温度係数を低下させることが記載されている。また、特許文献２にもＰｂ(Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3)Ｏ3−ＰｂＺｒＯ3−ＰｂＴｉＯ3系の圧電磁器材料に所定の元素を含有させることにより、共振周波数の温度係数を低下させ、高温処理後の特性変動も小さくすることが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−３３８５７２号公報
【特許文献２】特開平１１−１４７７６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、電気機械結合係数、機械的品質係数が一定以上のレベルであり、かつ温度変化に対して圧電特性の安定性が高い圧電磁器材料を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、組成式がＰｂx[(Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3-y)a(Ｓｂ1/2Ｎｂ1/2)bＴｉcＺｒd]Ｏ3(ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１)で表され、その組成範囲が、０．９２≦ｘ≦１．００、０＜ｙ≦０．０３、０．０３≦ａ≦０．３０、０＜ｂ≦０．１０、０．４０≦ｃ≦０．５３、０．２５≦ｄ≦０．５２である主成分と、前記主成分の重量１００に対して、副成分として希土類酸化物をＲ2Ｏ3（Ｒは希土類元素）で換算して重量１．５０以下（希土類元素は一種でも複数でもよく、合計の添加量をこの範囲とする）含む圧電磁器材料が得られる。
【０００８】
また、本発明によれば、上記組成の圧電磁器材料であって、径方向電気機械結合係数Ｋpが０．３０以上、比誘電率εrが４００以上、機械的品質係数Ｑmが３００以上、かつ機械的品質係数Ｑmの２０℃を基準とした時の−４０℃〜＋８０℃の温度範囲での変化が±５０％以下、共振周波数ｆrの２０℃を基準とした時の−４０℃〜＋８０℃の温度範囲での変化が±１％以下Ｑmの温度特性変化（−４０℃〜＋８０℃、２０℃基準）が±５０％以下、共振周波数ｆrの温度特性変化（−４０℃〜＋８０℃、２０℃基準）が±１％以下である圧電磁器材料が得られる。
【０００９】
また本発明によれば、２６０℃に１時間保持し、さらに２４時間室温放置する熱処理の前後での、機械的品質係数Ｑmの変化率（熱処理前基準）が１０％以下、共振周波数ｆrの変化率が０．５％以下である圧電磁器材料が得られる。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成により、本発明による圧電磁器材料は、電気機械結合係数Ｋp、機械的品質係数Ｑmが高く、且つＱmの温度特性変化、共振周波数ｆrの温度特性変化が小さく、熱処理前後のＱm、ｆrの特性変動が小さい。その結果、本発明の圧電磁器材料を用いて、安定性の高い製品開発が可能であり、信頼性の向上にも寄与するため、工業的価値は大である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の圧電磁器材料は、組成式がＰｂx[(Ｃｏ1/3Ｎｂ2/3-y)a(Ｓｂ1/2Ｎｂ1/2)bＴｉcＺｒd]Ｏ3(ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１)で表され、その組成範囲が、０．９２≦ｘ≦１．００、０＜ｙ≦０．０３、０．０３≦ａ≦０．３０、０＜ｂ≦０．１０、０．４０≦ｃ≦０．５３、０．２５≦ｄ≦０．５２である主成分を持ち、この主成分の重量を１００としたとき、副成分として希土類酸化物をＲ2Ｏ3（Ｒは希土類元素）で換算して重量で１．５０以下を含む圧電磁器材料である。副成分であるＳｃ，Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｇｄ、Ｙｂ等の希土類元素は一種でも複数でもよく、Ｒ2Ｏ3の酸化物として換算した時の合計重量がこの範囲であればよい。
【００１２】
また、本発明では、上記組成の圧電磁器材料であって、さらに、圧電デバイスとしては、圧電特性が、径方向電気機械結合係数Ｋpが０．３０以上、比誘電率εrが４００以上、機械的品質係数Ｑmが３００以上、かつＱmの温度特性変化が±５０％以下（機械的品質係数Ｑmの２０℃を基準とした時の−４０℃〜＋８０℃の温度範囲での変化が±５０％以下）、共振周波数ｆrの温度特性変化が±１％以下（共振周波数ｆrの２０℃を基準とした時の−４０℃〜＋８０℃の温度範囲での変化が±１％以下）であり、また２６０℃に１時間保持の熱処理をし、さらに２４時間室温放置した後のＱm変化率（熱処理前基準）が１０％以下、ｆr変化率が０．５％以下である圧電磁器材料であることが望ましい。
【００１３】
次に、各化合物の配合比率（組成比）を限定した理由について、以下に説明する。Ｐｂの量ｘが１以下であると、電気機械結合係数が向上するが、０．９２よりも少なくなると逆に低下するので０．９２≦ｘ≦１．００の範囲が好ましい。
【００１４】
Ｎｂの減量ｙは、Ｎｂを減じることで電気機械結合係数および比誘電率が向上するが、０．０３を越えて減じると異相が生成するなどして特性が低下するので、０＜ｙ≦０．０３の範囲が好ましい。
【００１５】
コバルトニオブ酸の量ａについては、(ＣＯ1/3Ｎｂ2/3-y)の量が０．０３未満の場合電気機械結合係数および機械的品質係数が低く、また０．３０を越えるとキュリー温度が低く、高温条件下での特性安定性が劣るため０．０３≦ａ≦０．３０の範囲が好ましい。
【００１６】
アンチモンニオブ酸の量ｂは、(Ｓｂ1/2Ｎｂ1/2)の量が増加すると電気機械結合係数が向上するが、０．１０を越えると機械的品質係数が劣化するため、０＜ｂ≦０．１０の範囲が好ましい。
【００１７】
Ｔｉの量ｃとＺｒの量ｄは、０．４０≦ｃ≦０．５３、０．２５≦ｄ≦０．５２以外の領域ではいずれも各特性項目のいずれかが劣化するため、この範囲が好ましい。
【００１８】
さらに、副成分である希土類元素の酸化物Ｒ2Ｏ3は、添加することで、電気機械結合係数の向上と、温度特性安定化に効果を有するが、添加量が１．５０重量％を越えると、異相が生成し、電気機械結合係数や比誘電率が劣化するので１．５０重量％以下の範囲が望ましい。
【実施例１】
【００１９】
以下、本発明を実施例に従い説明する。
【００２０】
まず、出発原料としてＰｂＯ、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、Ｃｏ3Ｏ4、Ｎｂ2Ｏ5、Ｓｂ2Ｏ3、Ｌａ2Ｏ3、Ｓｍ2Ｏ3，Ｎｄ2Ｏ3、Ｙｂ2Ｏ3の各粉末を用いた。実際の製造時には、各種の酸化物、水酸化物、炭酸塩等から、入手しやすい原料を用いれば良い。
【００２１】
各原料粉末を所定量秤量し、ボールミルによる湿式混合後、回収した混合粉末を乾燥し、大気中にて仮焼した。その後、仮焼粉をボールミルにて湿式粉砕し、乾燥を行った。さらに得られた粉末に、バインダーを混合して、円柱型にプレスして脱バインダー後、焼成して焼結体を作製した。
【００２２】
さらに作製した焼結体をスライス加工して円板形状とし、両面に銀電極を形成して分極し、試料とした。試料は分極処理後２４時間室温放置し、その後に比誘電率εr、径方向の電気機械結合係数Ｋp、機械的品質係数Ｑmを測定し特性評価を行った。
【００２３】
また、Ｑmの温度特性変化、共振周波数ｆrの温度特性変化については、−４０℃から＋８０℃の範囲で測定し、２０℃の値を基準とした時の最大変化量を求めて評価した。
【００２４】
熱処理による特性変化の評価は、上記特性評価後、試料を２６０℃に１時間保持し、その後さらに２４時間室温で放置後にＱmとｆrを測定して、熱処理前の特性値と比較した。
【００２５】
表１に、評価結果を示す。＊の記された試料は、本発明の権利範囲外の試料であることを示す。
【００２６】
【表１】
2006021960.tif 000002
【００２７】
表１の結果より、Ｐｂの量ｘが範囲外の場合は、機械的品質係数が低下することがわかる。同様にＮｂの減量ｙが範囲外の場合も機械的品質係数が低下することがわかる。また、コバルトニオブ酸の量ａが少ないと電気機械結合係数、機械的品質係数が低いが、多すぎると熱処理による特性の変化が大きくなる。アンチモンニオブ酸の量ｂが増えると機械的品質係数が低下する。Ｔｉの量ｃが少ないと機械的品質係数が低く、多すぎると電気機械結合係数が低下する。Ｚｒの量ｄが少ないと熱処理による特性の変化が大きく、多すぎると電気機械結合係数、機械的品質係数が低い。さらに、希土類酸化物Ｒ2Ｏ3の添加量ｅは多くなると電気機械結合係数が低下することがわかる。