JPH0577213A

JPH0577213A - 誘電体セラミツクの製造方法

Info

Publication number: JPH0577213A
Application number: JP3118899A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Kotogami; 惠一言上; Moriaki Ueno; 守章上野; Masahiko Nakatsugawa; 雅彦中津川; Fumio Kawamura; 文男川村
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1991-05-23
Filing date: 1991-05-23
Publication date: 1993-03-30

Abstract

(57)【要約】【構成】複数の原材料を混合した後、焼結可能温度よ
り低い温度で仮焼成し、次に、仮焼成した材料を第１の
粉体に粉砕した後、第１の粉体にバインダを加圧・加熱
状態で混練する。次に、混練後の材料を第２の粉体に粉
砕した後、第２の粉体を加圧・加熱して金型内に射出し
て成形する。そして、成形品を中程度の温度で加熱して
バインダを酸化させて徐々に除去した後、焼成し、その
後、必要に応じて研磨・切削加工を施す。【効果】誘電体セラミックの強度が一様になり、脆さ
が軽減され、周波数調整が短時間で済み、不良も発生し
にくい。焼成時の収縮が各部で一様になり、形状が歪ま
ず、設計値通りの誘電体セラミックが得られ、納期の短
縮とコストの低減が図れる。また、誘電率が一様にな
り、原材料の歩留まりが高い。さらに、形状に自由度が
あり、入出力間のアイソレーションを大きく取れる設計
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ＵＨＦ帯のフィルタ
等に使用される小型で高信頼性の誘電体フィルタや無負
荷時のＱが高い誘電体共振器等に用いられる誘電体セラ
ミックを製造する誘電体セラミックの製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図５〜図７は従来の誘電体フィルタの第
１の構成例を示す図であり、これらの図において、図５
は分解斜視図、図６は斜視図、図７は断面図である。図
５〜図７において、１はプレス加工により成形された略
直方体状の共振器ブロックであり、その端面１ａから端
面１ｂにかけて円筒状の貫通孔２〜４が設けられてい
る。これらの貫通孔２〜４の内面には、それぞれ内部電
極５〜７が形成されている。

【０００３】また、共振器ブロック１の外周面には外部
電極８が、端面１ｂには短絡電極９がそれぞれ形成され
ており、内部電極５〜７は、共振器ブロック１の端面１
ｂのところで短絡電極９に接合されている。内部電極５
〜７は、互いに電磁界結合してそれぞれλ／４型同軸共
振器として機能しており、これらの結合度を調整するた
めに、内部電極５と内部電極６との間、および内部電極
６と内部電極７との間の端面１ａから端面１ｂにかけ
て、電極が形成されていない直方体状の結合度調整孔１
０および１１がそれぞれ設けられている。

【０００４】さらに、貫通孔２および４には、絶縁樹脂
材からなる成形物１２および１３がそれぞれ嵌合され、
成形物１２および１３には、入出力端子１４および１５
がそれぞれ嵌合されている。成形物１２および１３は、
入出力端子１４および１５を共振器ブロック１に機械的
に固定すると共に、内部電極５と入出力端子１４との間
および内部電極７と入出力端子１５との間のそれぞれの
静電容量を確保するために設けられている。加えて、ア
ース板１６が外部電極８に半田付けされて接合されてい
る。

【０００５】次に、図８〜図１０は従来の誘電体フィル
タの第２の構成例を示す図であり、これらの図におい
て、図８は分解斜視図、図９は斜視図、図１０は断面図
である。図８〜図１０において、１７は共振器ブロッ
ク、１８は両面に電極が印刷されたアルミナ基板からな
る結合用容量基板、１９および２０はそれぞれ入出力端
子、２１は絶縁樹脂材からなり、入出力端子１９および
２０を保持する樹脂板、２２はアース板である。

【０００６】共振器ブロック１７は、その端面１７ａか
ら端面１７ｂにかけて円筒状の貫通孔２３〜２５が設け
られている。これらの貫通孔２３〜２５の一端を連ね
て、端面１７ａにコ字状断面を有する溝２６が設けられ
ており、溝２６の底面２６ａは、貫通孔２３〜２５の露
出面になっている。また、貫通孔２３〜２５の内面に
は、それぞれ内部電極２７ａ、２８ａおよび２９ａが設
けられている。

【０００７】また、共振器ブロック１７の外周面には外
部電極３０が、端面１７ｂには短絡電極３１がそれぞれ
形成されている。溝２６を構成する側壁２６ｂおよび２
６ｃは、貫通孔２３〜２５の延長線の周囲において円弧
状に切り欠かれており、切欠部３２ａ、３２ｂ、３３
ａ、３３ｂ、３４ａおよび３４ｂとなっている。これら
の切欠部の表面には、表面に密着した側面電極２７ｂ、
２７ｃ、２８ｂ、２８ｃ、２９ｂおよび２９ｃがそれぞ
れ設けられている。

【０００８】そして、側面電極２７ｂと２７ｃとの間に
は、溝２６の底面２６ａと段差を有する小判型の座ぐり
電極２７ｄが設けられており、座ぐり電極２７ｄは、内
部電極２７ａと側面電極２７ｂおよび２７ｃとを接続し
ている。これと同様に、側面電極２８ｂと２８ｃとの間
には、座ぐり電極２８ｄが、側面電極２９ｂと２９ｃと
の間には、座ぐり電極２９ｄがそれぞれ設けられてい
る。また、内部電極２７ａ、２８ａおよび２９ａは、共
振器ブロック１７の端面１７ｂのところで短絡電極３１
に接合されている。

【０００９】次に、上述した誘電体フィルタの共振器ブ
ロック１および１７や誘電体共振器として用いられる誘
電体セラミックの製造工程について図１１の製造工程図
に基づいて説明する。秤量Ｂａ−Ｔｉ系やＢa−Ｔi−Ｎd系など
の原材料を規定量秤量する。混合秤量した複数の原材料を、それらが均
一に分散するように混合する。仮焼成後述する焼成での誘電体セラミック
の割れ防止、均一性を得ることを目的とし、混合された
原材料を焼成時の温度よりも低い温度で焼成し、原材料
間においてある程度反応を進める。粉砕仮焼成した原材料を微細な粒径の粉体
に粉砕する。バインダ混合粉砕済みの粉体に有機体のバインダ
（一般的にはＰＶＣ等がよく使われる）を混合する。こ
の工程は、後述するプレスでのプレス性向上およびプ
レス後の誘電体セラミックの形状保持が目的である。造粒バインダが混合された粉体をある一定
の粒径に揃える。生産性の面からこの工程では、スプレ
ードライヤがよく使用される。プレス粒径を揃えた粉体をプレス金型に入
れ、加圧して誘電体セラミックの形状に成形する。精度
が要求されない場合は単方向から加圧し、精度が要求さ
れる場合は双方向から加圧する。（図１２および図１３
参照、これは同軸型誘電体共振器の例）図１２および図
１３において、３５は上金型、３６は下金型である。焼成所定の温度（数百度〜千数百度）で焼
成し、バインダを酸化させて除去し、原材料間の反応を
起こし、目的とする誘電体セラミックを得る。

【００１０】次に、誘電体セラミックの全面に、銀ペー
ストを焼き付け、あるいは、無電解メッキによる銅や銀
の被膜を被着させ、厚さ十数ミクロンの各電極を形成す
る。これにより、共振器ブロックが完成する。その後、
共振周波数調整を行う。この周波数調整は、長さを切削
して行うもの、電極を切削して行うもの等がある。この
場合の切削量と周波数変化の関係は、ある種の数式（例
えば、二次式）で近似でき、この近似式を用いると、周
波数変化が予測できるため、短時間で周波数調整でき
る。これにより、誘電体共振器が完成される。

【００１１】また、上述した図５〜７に示す誘電体フィ
ルタの場合は、以下に示す工程により完成される。ま
ず、上述した製造工程によって製造された共振器ブロッ
ク１の貫通孔２および４に成形物１２および１３をそれ
ぞれ挿入した後、成形物１２および１３に入出力端子１
４および１５をそれぞれ挿入する。そして、これらにア
ース板１６を取り付けた後、アース板１６にクリーム半
田を塗布する。次に、これらを電気炉内に入れてそれぞ
れ半田接合した後、洗浄し、検査、性能測定を経て完成
される。

【００１２】一方、図８〜１０に示す誘電体フィルタ
は、以下に示す工程により完成される。まず、上述した
製造工程によって製造された共振器ブロック１７の座ぐ
り電極２７ｄおよび２９ｄのそれぞれの面にクリーム半
田を塗布した後、その面に結合用容量基板１８を落とし
込み、さらに、結合用容量基板１８の上面にクリーム半
田を塗布する。そして、これらに入出力端子１９および
２０、樹脂板２１およびアース板２２を取り付けた後、
アース板２２にクリーム半田を塗布する。次に、これら
を電気炉内に入れてそれぞれ半田接合した後、洗浄し、
検査、性能測定を経て完成される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の誘電体セラミックの製造方法においては、以下に示
す問題があった。（１）誘電体セラミックが脆弱（靱性がない）ため、周
波数調整が難しい。上述した図１１の誘電体セラミックの製造工程のプレ
スにおいては、図１２および図１３に示すように、双方
向から加熱しても、粉体である材料の圧縮度は各部分で
一様にならず、上金型３５と下金型３６の近傍（端面近
傍）では大きく、上金型３５と下金型３６とから離れる
（中央付近）に従って小さくなる。従って、誘電体セラ
ミックの各部で密度が異なる。

【００１４】また、加圧することによって、当然に誘電
体セラミック内部には応力が残り、この残留応力も誘電
体セラミックの各部において異なる。この、誘電体セラ
ミック各部により異なる密度と残留応力により、誘電体
セラミックには、部分的に強度が弱くなる箇所が生じ
る。

【００１５】そして、誘電体セラミックに必要な電極を
形成した後、周波数調整を行うが、この周波数調整にお
いて、誘電体セラミックの端面や電極をダイヤモンド砥
石等により切削する。そして、電極を切削する場合で
も、電極が非常に薄いので、電極だけを切削することは
不可能であり、誘電体セラミックも同時に切削される。

【００１６】この周波数調整時の理想的な切削は、削り
取られた部分が微細な粉になって誘電体セラミックから
取られていくことにあるが、上述したように、誘電体セ
ラミックには、プレス時において部分的に強度が弱くな
る箇所が生じるため、切削の条件を誘電体セラミックの
強度が強い箇所に合わせて設定すると、切削時に誘電体
セラミックの強度が弱い箇所の表面に小さなクラックが
生じ、そこから割れが広がり、ついには小片となり飛び
散る（いわゆるチッピング）場合がある。

【００１７】そして、このクラックが生じると、切削量
と周波数変化の関係が上述した近似式から外れることに
なるため、周波数変化が予測しずらく、何度も周波数測
定、切削の繰り返しを行わなければならなくなり、周波
数調整に時間がかかってしまう。また、周波数変化の近
似式から外れることにより、不良も発生し易くなるとい
う問題がある。そこで、切削の条件を誘電体セラミック
の強度が弱い箇所に合わせて設定すると、今度は誘電体
セラミックの強度が強い箇所の切削に時間がかかるとい
う問題がある。

【００１８】（２）誘電体セラミックの形状が歪む。プレスにより成形された成形物の寸法は、図１４に示す
ように、誘電体セラミック各部においてほぼ等しい。し
かし（１）において説明したように、粉体の圧縮度が成
形物の各部において異なる。

【００１９】この状態の誘電体セラミックを焼成する
と、粉体は化学反応を起こしながら、粉体粒子（粒界）
間の距離を小さくするように移動する。このとき、圧縮
度が高い誘電体セラミックの端面近傍は、粒界間の距離
がもともと小さいため、収縮率が小さく、プレス直後と
焼成後とでは寸法に大きな変化はない。一方、圧縮度が
低い誘電体セラミックの中央付近は、粒界間の距離が大
きいため、収縮率が大きく、プレス直後と焼成後とでは
寸法に大きな変化が生じる。その状態を図１５に示す。
これは、誘電体共振器の例である。

【００２０】以上説明した誘電体セラミックの形状の歪
は、誘電体共振器においては特性インピーダンスが部分
的に異なり、誘電体フィルタにおいては結合度が部分的
に異なる。このことは、当然に初期の設計特性からのズ
レとなる。そして、このズレが大きいと、目的の性能を
得るために調整の回数が多くなり、納期の遅延と生産コ
ストの増大を招く。

【００２１】（３）誘電体セラミックの誘電率が部分的
に異なる。（１）および（２）において説明したように、プレス後
の粉体の圧縮度が誘電体セラミック各部において異なる
と、誘電体共振器の場合、端面近傍と中央付近とでは誘
電率が異なるようになる。これにより、誘電体共振器の
誘電体による波長短縮率が部分的に異なる状態になり、
共振周波数が限定の値にならず、（２）の場合に加え
て、納期の遅延と生産コストの増大を招く。

【００２２】（４）原材料の歩留まりが悪い。上述した図１１の誘電体セラミックの製造工程の造粒
においては、生産性の面からスプレードライヤがよく使
用されるが、スプレードライヤの装置の内面に粉体が付
着するため、歩留まりが悪いという問題がある。

【００２３】（５）誘電体セラミックの形状の自由度が
小さい。誘電体セラミックを成形するのにプレスを用いているた
め、成形によって貫通孔に直角の穴を形成することがで
きない。このような穴を形成するには、焼成後に追加加
工をしなければならず、製造コストがかかるという問題
がある。

【００２４】この発明は、このような背景の下になされ
たもので、脆さを軽減でき、形状も歪むことなく、誘電
率も一様にでき、また、原材料の歩留りもよく、しか
も、形状の自由度が大きい誘電体セラミックを製造する
ことができる誘電体セラミックの製造方法を提供するこ
とを目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】この発明は、複数の原材
料を均一に分散するように混合した後、焼結可能な温度
よりも低い温度で仮焼成し、次に、仮焼成した材料を微
細な粒径の第１の粉体に粉砕した後、前記第１の粉体に
有機体のバインダを加圧・加熱状態で混練し、次に、バ
インダ混練後の材料を微細な粒径の第２の粉体に粉砕し
た後、前記第２の粉体を加圧・加熱して金型内に射出し
て成形し、次に、成形品を、中程度の温度で加熱して前
記バインダを酸化させて徐々に除去した後、焼結可能な
温度で焼成し、その後、必要に応じて研磨・切削加工を
施すことを特徴としている。

【００２６】

【作用】上記製造方法によれば、第１の粉体に有機体の
バインダを加圧・加熱状態で混練しているので、バイン
ダは流動体となって第１の粉体の中に均一に分散する。
また、バインダ混練後の材料を微細な粒径の第２の粉体
に粉砕した後、第２の粉体を加圧・加熱して金型内に射
出して成形しているので、第２の粉体は流動体となるた
め、射出成形圧力は、成形品全体に均一に加わり、誘電
体セラミック全体の圧縮度は同一となる。

【００２７】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の一実施例
について説明する。図１はこの発明の一実施例による誘
電体セラミックの製造方法を示す製造工程図である。
尚、秤量、混合、仮焼成、粉砕までは、図１１
に示す従来の製造工程と同様であるので、その説明を省
略する。バインダ混練粉砕済みの粉体に有機体のバインダ
（この場合は、熱可塑性樹脂）を混練する。この混練は
加圧・加熱状態で行われるので、バインダは流動体とな
って粉体の中に均一に分散する。この工程の目的は、後
述する射出成形時の成形性向上および成形後の成形品
の形状保持である。ここで、バインダ混練時の条件を以
下に示す。温度１００〜２００゜Ｃトルク１００〜３００ｋｇ・ｃｍ粉体とバインダの混合比（体積比）粉体：バインダ＝５０：５０〜７０：３０粘度５０００〜１００００ポイズ（せん断速度が１０
²〜１０³／sの範囲で）混練時間１時間粉砕（粗粉砕）バインダ混練の終わった材料はこの
ままでは大きすぎて扱いにくいので、扱い易い大きさ
（粒径３〜７ｍｍ）に粉砕する。射出成形粉砕済みの材料を加熱して金型内に
射出する。この時は、加熱されているので、材料は流動
体となっている。ここで、射出成形時の条件を以下に示
す。温度１００〜２００゜Ｃ圧力９００〜１５００ｋｇ／ｃｍ² 尚、粘度は規定していないが、粉体およびバインダの組
成と混合比、バインダ混練時および射出成形時の温度と
圧力が定まれば、一義的に再現性のある値となる。脱脂誘電体セラミックを、数百度に加熱
して、バインダを酸化させて誘電体セラミックより徐々
に除去する。もし、急激に除去すると、バインダが抜け
たところが穴になる。焼成所定の温度（数百度〜千数百度）で
焼成し、原材料間の反応を起こし、目的とする誘電体セ
ラミックを得る。

【００２８】ここで、上述した製造工程によって製造さ
れた誘電体セラミックの構成の一例を図２〜図４に示
す。これらの図において、図２は斜視図、図３は裏面斜
視図、図４は断面図である。図２〜図４において、３７
は上述した射出成形工程により成形された略直方体状の
共振器ブロックであり、その端面３７ａから端面３７ｂ
にかけて直方体状の貫通孔３８〜４１が設けられてい
る。これらの貫通孔３８〜４１の内面には、それぞれ内
部電極４２〜４５が形成されている。

【００２９】また、共振器ブロック３７の側面３７ｃお
よび３７ｄには、貫通孔３８および４１にそれぞれ直交
するように直方体状の入出力端子孔４６および４７が設
けられている。これらの入出力端子孔４６および４７の
内面およびその近傍には、それぞれ入出力パターン４８
および４９が形成されている。

【００３０】さらに、共振器ブロック３７の外周面には
外部電極５０が、端面３７ｂには短絡電極５１がそれぞ
れ形成されており、内部電極４２〜４５は、共振器ブロ
ック３７の端面３７ｂのところで短絡電極５１に接合さ
れている。そして、内部電極４２〜４５は、互いに電磁
界結合してそれぞれλ／４型同軸共振器として機能して
おり、誘電体フィルタを構成している。以上説明したよ
うに、本願発明による誘電体セラミックの製造方法は、
上述した複雑で高精度が要求される誘電体セラミックの
製造に適している。

【００３１】尚、上述した一実施例においては、誘電体
フィルタの製造にこの発明を適用した例を示したが、こ
の発明は、同軸型誘電体共振器あるいはＴＥ₀₁δモード
の誘電体共振器等に適用できることはいうまでもない。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、粉体にバインダを混練して射出成形することによ
り、射出成形時に、原材料は加熱され、流動体となるた
め、射出成形圧力は、原材料全部にかかり、誘電体セラ
ミック全体の圧縮度は同一となる。このため、以下に示
す効果がある。（イ）誘電体セラミックの強度が一様になり、脆さが軽
減される。従って、周波数調整が短時間で済むと共に、
不良も発生しにくくなる。（ロ）誘電体セラミックの焼成時の収縮が各部で一様に
なるため、形状が歪むことはない。従って、設計値通り
の誘電体セラミックが得られるので、納期の短縮とコス
トの低減が図れる。（ハ）誘電体セラミックの誘電率が一様になる。従っ
て、（ロ）と同様、設計値通りの誘電体セラミックが得
られるので、納期の短縮とコストの低減が図れる。

【００３３】また、従来の製造工程の１つであるスプレ
ードライヤを使う造粒の工程がないので、原材料の歩留
まりが高い。さらに、射出成形しているので、誘電体セ
ラミックの形状に自由度がある。従って、入出力間のア
イソレーションを大きく取れる設計ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による誘電体セラミックの
製造方法を示す製造工程図である。

【図２】図１の製造工程によって製造された共振器ブロ
ックの構成の一例を示す斜視図である。

【図３】図１の製造工程によって製造された共振器ブロ
ックの構成の一例を示す裏面斜視図である。

【図４】図１の製造工程によって製造された共振器ブロ
ックの構成の一例を示す断面である。

【図５】従来の誘電体フィルタの第１の構成例を示す分
解斜視図である。

【図６】従来の誘電体フィルタの第１の構成例を示す斜
視図である。

【図７】従来の誘電体フィルタの第１の構成例を示す断
面図である。

【図８】従来の誘電体フィルタの第２の構成例を示す分
解斜視図である。

【図９】従来の誘電体フィルタの第２の構成例を示す斜
視図である。

【図１０】従来の誘電体フィルタの第２の構成例を示す
断面図である。

【図１１】従来の誘電体セラミックの製造方法を示す製
造工程図である。

【図１２】従来の誘電体セラミックの製造工程のうちの
双方向プレスを説明するための斜視図である。

【図１３】従来の誘電体セラミックの製造工程のうちの
双方向プレスを説明するための断面図である。

【図１４】従来の誘電体セラミックのプレス直後の形状
を説明するための断面図である。

【図１５】従来の誘電体セラミックの焼結後の形状を説
明するための断面図である。

【符号の説明】

３７共振器ブロック３７ａ，３７ｂ端面３７ｃ，３７ｄ側面３８〜４１貫通孔４５〜４５内部電極４６，４７入出力端子孔４８，４９入出力パターン５０外部電極５１短絡電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｂ 3/00 Ｈ 9059−5Ｇ (72)発明者川村文男東京都大田区雪谷大塚町１番７号アルプス電気株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の原材料を均一に分散するように混
合した後、焼結可能な温度よりも低い温度で仮焼成し、
次に、仮焼成した材料を微細な粒径の第１の粉体に粉砕
した後、前記第１の粉体に有機体のバインダを加圧・加
熱状態で混練し、次に、バインダ混練後の材料を微細な
粒径の第２の粉体に粉砕した後、前記第２の粉体を加圧
・加熱して金型内に射出して成形し、次に、成形品を、
中程度の温度で加熱して前記バインダを酸化させて徐々
に除去した後、焼結可能な温度で焼成し、その後、必要
に応じて研磨・切削加工を施すことを特徴とする誘電体
セラミックの製造方法。