压电陶瓷组合物及振荡器制造技术

本发明专利技术提供一种压电陶瓷组合物，当该压电陶瓷组合物被用于利用厚度纵向振动的三次高次谐波模式的振荡器时，能够得到充分高的（Ｑ↓［ｍａｘ］）及振荡频率（Ｆ↓［０］）的良好的温度特性。压电陶瓷组合物，含有复合氧化物，该复合氧化物具有钙钛矿结构，复合氧化物具有以下述化学式（１）表示的组成，（Ｐｂ↓［α］Ｌｎ↓［β］）（Ｔｉ↓［１－（ｘ＋ｙ＋ｚ）］Ｚｒ↓［ｘ］Ｍｎ↓［ｙ］Ｎｂ↓［ｚ］）Ｏ↓［３］…（１），其中，Ｌｎ表示从由Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及Ｌｕ构成的群中选出的至少１种，并且，复合氧化物满足０．９１≤α≤１．００、０＜β≤０．０８、０．１２５≤ｘ≤０．３００、０．０２０≤ｙ≤０．０５０及０．０４０≤ｚ≤０．０７０。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及压电陶瓷组合物及振荡器。
技术介绍
由于压电陶瓷组合物具有因承受来自外部的压力而产生电极化的 压电效应，以及因施加有来自外部的电场而产生形变的逆压电效应， 因而被作为用于实施电能和机械能的相互转换的材料使用。这样的压 电陶瓷组合物被用于如谐振器(振荡器)、滤波器、传感器、执行器、 点火元件或超声波马达等各种各样的产品中。例如，作为被用于利用厚度纵向振动的三倍波的陶瓷滤波器等中 的压电陶瓷组合物，已知有一种压电陶瓷组合物(日本专利公开第H5-139824号公报)，其特征为在用La置换PbTi03的一部分Pb的钛 酸铅系中添加Mn和Cr， 成为以一般式 PbL3y/2LayTi03+z'((l-x)Mn02+(x/2)Cr203表示的组成(其中，0<x<l， 0<z^5wt%)。
技术实现思路
在振荡电路中使用具备压电元件的振荡器的情况下，为了保证振荡特性，要求振荡器的Qmax大。而且，近年来，为了对应于要求振荡 频率Fo (单位HZ)的小公差的产品，要求振荡频率FQ的温度特性良好。而且，Qmax为相位角的最大值为6max (单位deg或radian)时的 tanemax，换言之，当X为电抗、R为电阻时，为共振频率fr和反共振 频率fa之间的Q (=|X|/R)的最大值。并且，"振荡频率Fo的温度特性 良好"意味着，当振荡器或具备振荡器的振荡电路的温度变化时，振 荡频率F。的变化量相对于温度变化量的比值小，振荡频率FQ相对于温 度变化稳定。但是，与利用弯曲振动模式的振荡器等相比，在利用厚度纵向振动的三倍波(厚度纵向振动的三次高次谐波模式)的振荡器的情况下， 由于所使用的频率带宽高，因而现有的压电陶瓷组合物在Qmax及振荡 频率Fo的温度特性这些方面无法充分地满足。利用厚度纵向振动的三 倍波的振荡器，例如可以应用于产生用于控制个人电脑的基准时钟的 元件即振荡器，并且，从替代价格昂贵的水晶振荡器等的观点出发， 也寻得了一种被用于利用厚度纵向振动的三倍波的振荡器中时充分地 发挥性能的压电陶瓷组合物。因此，本专利技术的目的在于，提供一种压电陶瓷组合物及使用该压 电陶瓷组合物的振荡器，当该压电陶瓷组合物被用于利用厚度纵向振 动的三次高次谐波模式的振荡器时，能够得到充分高的Qmax及振荡频 率Fc的良好的温度特性。本专利技术的压电陶瓷组合物涉及含有复合氧化物的压电陶瓷组合 物，该复合氧化物具有钙钛矿结构。压电陶瓷组合物中的复合氧化物具有以(PbaLnp)(TiL(x+y+z)Z^MnyNbz)03表示的组成，其中，Ln表示从由 La、 Ce、 Pr、 Nd、 Pm、 Sm、 Eu、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、 Er、 Tm、 Yb及 Lu构成的群中选出的至少1种，并且，复合氧化物满足0.91 1.00、 0<(3^0.08、 0.125^x^0.300、 0.020^y^0.050及0.040^z巨0.070。本专利技术的振荡器具备由上述本专利技术的压电陶瓷组合物形成的压电 元件。上述本专利技术的振荡器中，由于压电元件由具有以上述式表示的组 成的压电陶瓷组合物形成，因而即使被用作利用厚度纵向振动的三次高次谐波模式的振荡器时，也可以得到充分高的Qmax及振荡频率F0的 良好的温度特性。本专利技术的压电陶瓷组合物中，钙钛矿结构为正方晶系的钙钛矿结构，钙钛矿结构的a轴方向的晶格常数(晶格的a轴的长度)优选为 3.91 4.02埃。上述本专利技术的振荡器中，压电元件具有正方体晶系的钙钛矿结构， 由晶格的a轴的长度为3.91 4.02埃的压电陶瓷组合物形成，因而即使 被用作利用厚度纵向振动的三次高次谐波模式的振荡器时，也容易得 到振荡频率Fo的良好的温度特性。而且，由于上述本专利技术的压电陶瓷组合物具有上述组成，因而能够可靠地使钙钛矿结构的a轴方向的晶格常数(晶格的a轴的长度) 为3.91 4.02埃。而且，上述本专利技术中，在压电陶瓷组合物具有正方晶 系的钙钛矿结构的情况下，由于该晶格的a轴的长度和b轴的长度(b 轴方向的格子数)相等，因而钙钛矿结构的b轴方向的晶格常数也为 3.91 4.02埃。本专利技术的压电陶瓷组合物中，Ln优选为La。由此，能够显著地发 挥本专利技术的效果。优选本专利技术的压电陶瓷组合物满足0.13^x^0.25，更优选满足 0.13^x^0.20，特别优选满足0.13^x^0.16。由此，振荡频率Fo的温 度特性进一步显著提高。优选本专利技术的压电陶瓷组合物满足0.020Sy^0.037。由此，Qmax 进一步显著提高，且由于压电陶瓷组合物的电阻率不易降低，因而在 制造压电元件时，用于向压电陶瓷组合物赋予压电性的极化处理变得 容易。根据本专利技术，可以提供一种压电陶瓷组合物，当该压电陶瓷组合 物被用于利用厚度纵向振动的三次高次谐波模式的振荡器时，能够得 到充分高的Qmax及振荡频率FQ的良好的温度特性。而且，根据本专利技术， 由于压电陶瓷组合物具有高的居里温度，因而得到高温下也不易去极 化的压电元件。另外，由于压电陶瓷组合物具有高的居里温度，因而 在被用作表面安装型的振荡器的压电元件的情况下，即使在经过回流 焊之后，也可以得到压电性能的恶化小的振荡器。附图说明图1是本专利技术的一个实施方式涉及的振荡器的立体示意图。图2是沿图1的II-II线的剖面图。图3是具备振荡器的科耳皮兹(Colpitis)振荡电路图。图4是描绘变化率RFo相对于振荡器的温度T的图。图5是描绘曲率2a相对于a轴长度的图。具体实施例方式以下，适当参照附图，对使用本专利技术的压电陶瓷组合物的振荡器的优选实施方式进行说明。但是，本专利技术不限于以下的实施方式。图i是振荡器的一个实施方式的立体示意图。图2是沿图i的n-n 线的剖面图。图i和图2中所示的振荡器1由长方体状的压电元件2、将压电元件2夹在其间并相对的一对振动电极3构成。在压电元件2 的上表面的中央，形成有一个振动电极3，在压电元件2的下表面的中 央，形成有另一个振动电极3。压电元件2由本实施方式的压电陶瓷组 合物形成。振动电极3由Ag等导电材料构成。压电元件2的尺寸可以根据用途而选取合适的尺寸，例如为长 1.0 4.0mmx宽0.5 4.0mmx厚50 300pm左右。而且，振动电极3的形 状通常为圆形，其尺寸例如为直径0.5 3.0mm，厚0.5 5)am左右。上述压电陶瓷组合物含有作为主要成分的具有钙钛矿 (penwskites)结构的复合氧化物。该复合氧化物具有以下述化学式(1) 表示的组成。(PbaLnp)(TV(x+y+z)ZrxMnyNbz)03 …化学式(1)式(1)中，Ln为镧系(lanthanoid)元素，表示从由La、 Ce、 Pr、 Nd、 Pm、 Sm、 Eu、 Gd、 Tb、 Dy、 Ho、 Er、 Tm、 Yb及Lu构成的群 中选出的至少l种。即使是这些镧系元素中，Ln也特别优选为从La、 Pr、 Ho、 Gd、 Sm及Er中至少选出1种元素，更加优选为La。上述复合氧化物满足0.91 1.00。 a不足0.91时，由于压电陶 瓷组合物的电阻率容易降低，因而在制造压电元件2时，存在着用于 向压电陶瓷组合物赋予压电性的极化处理变难的倾向。此外，如果a 超过l.OO，则存本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压电陶瓷组合物，其特征在于，　含有复合氧化物，该复合氧化物具有钙钛矿结构，　所述复合氧化物，具有以（Ｐｂ↓［α］Ｌｎ↓［β］）（Ｔｉ↓［１－（ｘ＋ｙ＋ｚ）］Ｚｒ↓［ｘ］Ｍｎ↓［ｙ］Ｎｂ↓［ｚ］）Ｏ↓［３］表示的组成，其中，Ｌ ｎ表示从由Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ及Ｌｕ构成的群中选出的至少１种，　并且，所述复合氧化物满足０．９１≦α≦１．００、０＜β≦０．０８、０．１２５≦ｘ≦０．３００、０．０２０≦ｙ ≦０．０５０及０．０４０≦ｚ≦０．０７０。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：曾根英明，广瀬正和，东智久，坂本英也，
申请(专利权)人：TDK株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]