(57)【要約】【課題】分極後の熱処理で脱分極したり振動電極が酸化されることなく、振動電極を圧電磁器板に強固に固着できる圧電磁器振動体及び圧電共振装置を提供する。【解決手段】圧電磁器板１の両主面に振動電極３を形成してなる圧電磁器振動体であって、振動電極３が、圧電磁器板１上に無電解メッキにより形成された下地層３ａと、該下地層３ａに設けられた蒸着膜３ｂとにより形成されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電磁器板の両主面に振動電極を形成してなる圧電磁器振動体であって、前記振動電極が、前記圧電磁器板上に無電解メッキにより形成された下地層と、該下地層に設けられた蒸着膜とから形成されていることを特徴とする圧電磁器振動体。
【請求項２】
下地層がＣｕからなることを特徴とする請求項１記載の圧電磁器振動体。
【請求項３】
蒸着膜がＡｇからなることを特徴とする請求項１又は２記載の圧電磁器振動体。
【請求項４】
下地層の厚みが０．２〜０．４μｍであることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載の圧電磁器振動体。
【請求項５】
蒸着膜の厚みが０．８〜１．６μｍであることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれかに記載の圧電磁器振動体。
【請求項６】
振動電極の厚みが１〜２μｍであることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれかに記載の圧電磁器振動体。
【請求項７】
請求項１乃至６のうちいずれかに記載の圧電磁器振動体と、容量素子とを有することを特徴とする圧電共振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電磁器振動体及び圧電共振装置に関し、特に圧電磁器板の両主面に振動電極を形成してなる圧電磁器振動体及び圧電共振装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電共振子等の圧電磁器振動体に使用される圧電磁器板は、作製の過程で高温・高電界の状態に置かれることによって自発分極が誘発され、これにより圧電性を発現する。圧電磁器振動体は、圧電磁器板の両主面に対向するように振動電極を形成してなり、この振動電極の対向する部分において振動が生じる。
【０００３】
圧電磁器振動体の振動電極は、従来、蒸着等の方法によって圧電磁器板上に膜状に形成されていた（特許文献１参照）。
【０００４】
蒸着で形成された振動電極は、圧電磁器板に対する固着を強固なものとするために、振動電極を加熱処理（アニール）することが行われている。
【０００５】
また、圧電磁器振動体の一種である圧電共振子は、容量成分を有する容量素子と一体化されて圧電共振装置を構成し、これによって全体としての小型化が図られる。圧電共振子と容量素子の一体化は、圧電共振子、容量素子の各々を個別に作製したものを、ハンダによって貼り合わせることによって行われていた。
【特許文献１】特開２０００−１５１３４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
圧電性を発揮させるために圧電磁器板の分極処理が施されるが、この分極処理後においても加熱を伴う工程を経て圧電磁器振動体等の製品が作製される。例えば、振動電極の圧電磁器板上への固着力を向上させるため振動電極を圧電磁器板に形成した状態でアニールする工程や、圧電共振子と容量素子とを一体化させるためにハンダ付けする工程などがあり、また、圧電磁器板に振動電極を形成してなる素子を外部ケースに収納する場合、外部ケースの電極と素子の振動電極間の導通を取るためにハンダ付け処理する工程もある。
【０００７】
このような分極処理後の加熱を伴う工程を経ることにより、圧電磁器板に付与された自発分極が失われて圧電磁器板の圧電性が低下し、場合によっては圧電性を示さなくなる。従って、圧電磁器板の特性によっては分極後の加熱処理温度が制限されことになる。
【０００８】
従来、振動電極はしてＣｒまたはＣｕなどを蒸着して形成されていた。振動電極としてＣｕを用いた場合、広く用いられるＡｇ系のハンダに対する振動電極の耐性が良好で容量素子と圧電共振子とのハンダ付け状況が良好である。
【０００９】
蒸着で形成された電極は圧電磁器との固着が弱いため、上記したように高温でアニール処理することで固着強度の増大を図っている。一方、Ｃｕは空気中で約１７０℃以上の温度に晒されると酸化してしまうため、蒸着で振動電極を形成した後に固着強度を増大させようと、前述した温度以上の温度でアニールすると逆に剥がれてしまう。そのため蒸着でＣｕを形成して空気中でアニールをしようとする場合、アニール温度を低くして固着強度を犠牲にするか、または固着強度がそれほど要求されない用途に限定されていた。
【００１０】
従来、固着強度を確保するために高温でアニール処理をしようとする場合、振動電極としてＣｒを蒸着して用いるが、Ｃｒはハンダに対する耐性が悪く、しばしばハンダ喰われを起こしてしまうという問題があった。
【００１１】
従って、本発明は、分極後の熱処理で圧電磁器板が脱分極したり振動電極が酸化されることなく、振動電極を圧電磁器板に強固に固着できる圧電磁器振動体及び圧電共振装置を提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の圧電磁器振動体は、圧電磁器板の両主面に振動電極を形成してなる圧電磁器振動体であって、前記振動電極が、前記圧電磁器板上に無電解メッキにより形成された下地層と、該下地層に設けられた蒸着膜とから形成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の圧電磁器振動体は、振動電極の下地層がＣｕからなること、蒸着膜がＡｇからなること、下地層の厚みが０．２〜０．４μｍであること、蒸着膜の厚みが０．８〜１．６であること、振動電極の厚みが１〜２μｍであることを特徴とする。
【００１４】
本発明の圧電共振装置は、上記圧電磁器振動体と、容量素子とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の圧電磁器振動体では、圧電磁器板上に無電解メッキにより振動電極の下地層を形成するため、高温のアニール処理をすることなく、振動電極と圧電磁器板との固着強度を向上できる。即ち、従来、例えばＣｕを蒸着して振動電極を形成した場合には、振動電極と圧電磁器板との固着強度を向上するために高温でのアニールが必要であったが、本発明では、例えばＣｕを無電界メッキして圧電磁器板に下地層を形成したので、メッキ液が磁器の微小な凹凸内部まで浸入するため、磁器とメッキがより複雑な接触面を構成することで圧電磁器板に下地層を高い固着強度で固着できる。
【００１６】
また、本発明では、無電界メッキにより形成された下地層上に、例えばＡｇを蒸着して蒸着膜を形成したため、振動電極を広い範囲で均一な任意の厚みに形成することができる。これにより、振動電極と磁器との界面により複雑な接触面を形成しつつ内部応力による剥離を抑制し、かつ蒸着にＡｇを用いる事で、広く使われているＡｇ系の半田との好適な接着が可能となる。
【００１７】
即ち、無電解メッキによって形成されたメッキ膜は面方向の内部応力が高いと考えられ、厚みを大きくすると内部応力も大きくなり、磁器表面と良好な接触をしていてもその応力によって剥離しやすくなってしまう。そこで、本発明では無電界メッキによる下地層を薄く形成し、この上に、十分な厚みを形成するためにＡｇを蒸着して形成したのである。
【００１８】
また、本発明では、振動電極の下地層をＣｕから形成することにより、広く使われているＡｇ系の半田に対する振動電極の耐性が良好となり、半田食われを防止できる。また、蒸着膜をＡｇから形成することにより、広く使われているＡｇ系の半田との好適な接着が可能となる。
【００１９】
さらに、本発明では、無電解メッキによる下地層の厚みを０．２〜０．４μｍと薄く形成することにより、下地層の内部応力による圧電磁器板からの剥離を抑制しつつ、圧電磁器板上により複雑で十分に接触した界面を形成して、アニ−ル処理を行わなくても十分に圧電磁器板に固着した振動電極を得ることができる。
【００２０】
また、蒸着膜の厚みを０．８〜１．６とすることにより、広く使われているＡｇ系の半田との好適な接着が可能となり、かつ、振動電極自体が重みになって圧電振動の鋭さを阻害することを防止できる。
【００２１】
さらに、振動電極の厚みを１〜２μｍとすることにより、振動電極が電極面全体で十分な導電性を有することができ、かつ、振動電極自体が重みになって圧電振動の鋭さを阻害することを防止できる。
【００２２】
上記圧電磁器振動体が、アニール処理することなく、振動電極を圧電磁器板に強固に固着でき、優れた振動特性を得ることができるとともに、製造歩留まりを向上できるため、本発明の圧電共振装置としても、優れた特性と高い製造歩留まりを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の圧電磁器振動体を図１に基づき詳細に説明する。本発明の圧電磁器振動体は、図１に示すように、圧電磁器板１の両主面に振動電極３を形成してなるもので、振動電極３が、圧電磁器板１上に無電解メッキにより形成された下地層３ａと、該下地層３ａ上に形成された蒸着膜３ｂとにより構成されている。
【００２４】
圧電磁器板１の上面に形成された振動電極３は、圧電磁器板１の一方側端から中央部まで延設され、圧電磁器板１の下面に形成された振動電極３は、圧電磁器板１の他方側端から中央部まで延設されており、圧電磁器板１の長さ方向中央部において重畳している。この重畳部分において、圧電磁器板１が振動することになる。
【００２５】
圧電磁器板１は圧電磁器材料から構成されており、圧電性を有するセラミック材料であれば特に限定されるものではないが、少なくともＰｂ、Ｚｒ、Ｔｉを含有するＰｂＺｒＴｉＯ３（いわゆるＰＺＴ）系材料からなることが望ましい。圧電磁器板１は、特に、Ｐｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｌａ、Ｓｒ、Ｓｂを含有するＰＺＴ系材料からなることが望ましい。尚、図１（ｃ）における符号１ａは、圧電磁器板１のセラミック粒子を模式的に示すものである。
【００２６】
このような圧電磁器板１は、圧電セラミック粉末と有機成分を含有するスラリーをシート状に成形し、任意の面積に切断したものを脱脂・焼成することにより作製できる。また圧電セラミック粉末と有機成分を含有する原料をブロック状に成形し，このブロック状の成形体を焼成し、任意の厚みに切断することにより、平板状の圧電磁器板１を作製することができる。
【００２７】
厚み縦振動または厚み滑り振動などのモードを利用する圧電磁器振動体の場合、磁器厚みが発振周波数を支配する重要な因子であるため、圧電磁器板１をラップ等の工程を経て均一な厚みに加工することが望ましい。
【００２８】
また、振動電極３は、上記したように、下地層３ａと蒸着膜３ｂとから構成されるものであり、下地層３ａとしては、無電界メッキ可能な金属、例えば、Ｃｕ、Ｎｉ等を用いることができ、特に、Ｃｕを用いる場合にはハンダに対する耐性が良好となるため、ハンダ喰われを防止でき、これにより安定した振動電極を形成することができる。
【００２９】
また、本発明では、下地層３ａを無電界メッキにより形成するため、下地を蒸着で形成する場合と比べてより圧電磁器板１の加熱を低減できる。また、Ａｇを焼き付ける場合に比べて圧電磁器板１に対する加熱を抑えることができるとともに、薄く均一な厚みの下地層を得ることができる。
【００３０】
本発明では、下地層３ａの厚みは０．２〜０．４μｍであることが望ましい。下地層３ａの厚みを０．２〜０．４μｍとすることにより、無電解メッキの内部応力による剥離を抑制しつつ、圧電磁器板上により複雑で十分に接触した界面を有してアニ−ル処理を行わなくても十分に固着した振動電極を形成することができる。
【００３１】
振動電極３を構成する蒸着膜３ｂは、無電解メッキで形成された下地層３ａの上にさらに蒸着法により形成するもので、このような蒸着法により形成された蒸着膜３ｂは、金属上への蒸着であるため、磁器に直接蒸着する場合と比べて高い固着を有することができる。
【００３２】
本発明では、無電界メッキにより形成された下地層３ａの表面に蒸着膜３ｂを形成することにより、振動電極形成後に固着力向上のためのアニール処理を省くことができる。
【００３３】
蒸着膜３ｂは、Ａｇ、Ｃｒ等からなるもので、特に、広く使われているＡｇ系の半田と好適に接着できるという理由からＡｇが望ましい。
【００３４】
また、蒸着膜３ｂの厚みは、無電解メッキで形成された下地層３ａの内部応力に抗するという理由から、下地層３ａの厚みよりも厚いことが望ましく、特に０．８〜１．６μｍであることが望ましい。蒸着膜３ｂの厚みを０．８〜１．６μｍとすることにより、無電解メッキで形成された下地層３ａの内部応力に抗することができる。特に１．０〜１．６μｍであることが望ましい。
【００３５】
下地層３ａ上に蒸着膜３ｂを形成してなる振動電極３の厚みは、１〜２μｍであることが望ましい。振動電極３の厚みを１〜２μｍとすことにより、振動電極３中に部分的に導電性が低い個所が発生することを防止するとともに、振動電極３自体の重みで磁器の圧電振動が阻害されることを抑制することができる。特に、振動電極３の厚みは電極が部分的に導電性が低い個所ができることを防ぐという理由から１．３〜２．０μｍであることが望ましい。
【００３６】
平板状の圧電磁器板１の厚み方向に対向する主面に振動電極３が形成されるが、振動電極３を形成する金属量が多くなると、金属の重量等が問題となって発振強度が低減するおそれがあるため、振動電極３として圧電磁器板１上に形成される金属の量はできるだけ少なく均等に形成されることが望ましい。
【００３７】
以上のように構成された圧電磁器振動体では、圧電磁器板１上に無電解メッキにより下地層３ａを形成したため、高温のアニール処理を必要とせず、かつ振動電極３と圧電磁器板１との固着強度を向上できるとともに、無電界メッキにより形成された下地層上に、例えばＡｇを蒸着して蒸着膜３ｂを形成したため、アニール処理を行わなくても圧電磁器板１上に固着が良好な振動電極３を形成することができる。
【００３８】
図２は、圧電磁器振動体３１に容量素子３５を接合した圧電共振装置（容量内蔵型発振子）を示すもので、容量素子３５は、誘電体基板３５ａの上面に容量電極３５ｂ、３５ｃを形成し、下面に容量電極３５ｄを形成して構成されている。そして、圧電磁器板１の上面に形成された振動電極３と、容量素子３５の容量電極３５ｃが端面電極３７ａで接続され、圧電磁器板１の下面に形成された振動電極３と、容量素子３５の容量電極３５ｂが端面電極３７ｂで接続されている。
【００３９】
図３は、図２の容量内蔵型発振子を収納容器３７内に収容した圧電共振装置を示している。尚、図示していないが、端面電極３７ａ、３７ｂ、容量電極３７ｄは収納容器３７の外面に引き出されている。
【００４０】
図２、図３に示すような圧電共振装置では、上記したように圧電磁器振動体の振動電極の固着強度をアニール処理することなく向上できるとともに、Ａｇ系の半田との好適な接着となるため、圧電共振装置の製造歩留まりを向上できるとともに、良好な特性を得ることができる。
【実施例】
【００４１】
Ｐｂ３Ｏ４、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｌａ２Ｏ３、ＳｒＣＯ３、Ｓｂ２Ｏ３、Ｃｏ２Ｏ４、ＭｎＣＯ３原料粉末を混合し、これを空気中にて１０００℃で３〜５時間仮焼した仮焼粉を粉砕し、その粉砕粉をスプレードライして顆粒を作製し、圧電セラミック粉末を作製した。
【００４２】
この圧電セラミック粉末に有機バインダを添加し、これをプレス成形して３０ｍｍ角のブロック形状に成形し、空気中にて４５０℃で２０時間脱バインダーを行い、その後空気中にて１１５０℃で４時間焼成を行い、焼結した。
【００４３】
焼結体をワイヤソーにてカットし、ラップ加工することによって３０ｍｍ角、厚み２００μｍの平板状に加工し、圧電磁器板を作製し、この圧電磁器板を洗浄した。
【００４４】
洗浄された圧電磁器板に、表１に示すような金属を、真空蒸着機にて又は無電界メッキにより、表１に示す厚みｔ１で形成して、下地層を形成した。下地層は処理時間を変更させて厚みを変更し、その厚みｔ１は断面のＸ線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）面分析にて求めた。
【００４５】
無電解メッキによって下地層が形成された圧電磁器板は水中にて超音波洗浄し、イソプロピルアルコールに洗浄された後に１２０℃の乾燥機中にて乾燥した。圧電磁器板の下地層に、真空蒸着機にて表１に示す厚さのＡｇからなる蒸着膜を形成した。また、真空蒸着機に供給する金属の量を変化させて蒸着膜を形成し、その厚みｔ２を断面のＥＰＭＡ面分析にて求めた。
【００４６】
また、振動電極の固着強度を、振動電極を形成した圧電磁器板を空気中で２６０℃９０分間のアニール処理前後で、図４に示すようにして評価した。評価は先ず、幅１５ｍｍの粘着テープ１１を約１０ｃｍ程度切って３０ｍｍ角の圧電磁器板１上に形成された振動電極３に貼り付け、テープ１１の一端を剛体棒１３に巻き付け、その剛体棒１３に糸を通して重量ゲージ１７につなげ、テープ１１が圧電磁器板１と直角になる様にゲージ１７ごとテープ１１を引き上げて剥がした。テープ１１が全て剥がれるまでにゲージ１７に示された最大重量を読み取った。５個について評価し、読み取った数値の平均値を表１に示した。さらに、テープ１１を引き上げた際に振動電極３と圧電磁器板１の間が離れたか、もしくはテープ１１と振動電極３間が離れたかを表１に示す。
【００４７】
更に、図５に示すように、銅線２１を振動電極３上の５箇所にハンダ付け作業し、作業に伴って振動電極３のハンダ食われの有無を観察した。尚、半田付けの過程で磁器が露出したものをハンダ食われ有りと判断した。これらの結果を表１に記載した。
【表１】
2005072797.tif 000003
【００４８】
この表１から、無電解メッキにてＣｕの下地層を形成した後にＡｇの蒸着膜を形成することにより、電極のハンダ喰われを防ぐことができ、振動電極形成後の加熱処理（アニール）がなくとも振動電極を強固に圧電磁器板上に固着できることが判る。
【００４９】
一方、ＣｒやＣｕを蒸着して下地層を形成した試料Ｎｏ．１、２では、アニール処理しなければ振動電極と圧電磁器板とが充分に固着されず、振動電極が剥離し易いことが判る。
【００５０】
また、圧電磁器板表面に形成される無電解メッキによる下地層の厚みが０．２μｍより薄いと（試料Ｎｏ．３）、Ｃｕが下地層としての役割を十分に果たさず、振動電極に貼った粘着テープを剥がす際に粘着テープと共に振動電極の全面または一部が剥がれ易くなることが判る。
【００５１】
さらに、無電解メッキによる下地層のＣｕが過剰で厚みが０．４μｍよりも厚い場合（試料Ｎｏ．７）では、無電界メッキの内部応力によって、振動電極に部分的な剥離が発生しやすくなることが判る。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の圧電磁器振動体を示すもので、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ａ）の一部を拡大して示す断面模式図である。
【図２】圧電磁器振動体に容量素子を接合した圧電共振装置を示す説明図である。
【図３】圧電磁器振動体に容量素子を接合した容量内蔵型発振子を、収納容器内に収納した圧電共振装置を示す説明図である。
【図４】圧電磁器板と振動電極との固着力を測定する状態を示す説明図である。
【図５】圧電磁器板表面の振動電極のハンダ喰われ性を評価する状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５３】
１・・・圧電磁器板
３ａ・・・下地層
３ｂ・・・蒸着層
３・・・振動電極
３１・・・圧電磁器振動体
３５・・・容量素子
【図１】
2005072797.tif 000004
【図２】
2005072797.tif 000005
【図３】
2005072797.tif 000006
【図４】
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【図５】
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