(57)【要約】【課題】均一な生密度を有する誘電体磁器ブロックの製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】略円筒形状又は貫通孔を有する略直方体形状の金型キャビティに誘電体磁器粉末を含む成形材料５を充填し、上パンチ３及び下パンチ２により加圧圧縮する同軸共振器又は同軸フィルタに用いる誘電体磁器ブロックの製造方法において、成形材料５の金型キャビティへの供給と上パンチ３による加圧圧縮の一連の工程を複数回行うことを特徴とし、特に上パンチ３の押し込み高さを一定とす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】
略円筒形状又は貫通孔を有する略直方体形状の金型キャビティに誘電体磁器粉末を含む成形材料を充填し、上下パンチにより加圧圧縮する同軸共振器又は同軸フィルタに用いる誘電体磁器ブロックの製造方法において、前記金型キャビティへの前記成形材料供給と前記上下パンチによる加圧圧縮の一連の工程を複数回行うことを特徴とする誘電体磁器ブロックの製造方法。
【請求項２】
前記上下パンチによる加圧圧縮工程において、上パンチの押し込み高さを一定とすることを特徴とする請求項１に記載の誘電体磁器ブロックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同軸共振器及び同軸フィルタに用いられる誘電体磁器ブロックの製造方法に係り、特に均一な生密度を有する誘電体磁器ブロックが得られる誘電体磁器ブロックの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話などの無線通信機器には、特定の周波数を選択する機能をもつデバイスが必要とされる。その１つにバンドパスフィルタがあり、現在では誘電体磁器ブロックを用いた同軸共振器を共振素子とする同軸フィルタが主流となっている。
【０００３】
同軸共振器及び同軸フィルタは、焼結させた略円筒形状又は貫通孔を有する略直方体形状の誘電体磁器ブロックと、その表面に形成された導体とから構成される。一般に、誘電体磁器ブロックはプレス成形などにより形成された誘電体磁器の成形体を電気炉などを用いて融点以下の温度に加熱、焼成することにより得られる。なお、誘電体磁器ブロックにおいて生密度（成形密度）が均一でない場合、材料物性の均質性が損なわれる。
【０００４】
同軸共振器について図３（ａ）及び（ｂ）を用いて説明する。図３（ａ）は所定周波数の１／４の波長で共振するλ／４同軸共振器を模式的に示した断面図であり、同図（ｂ）はλ／４同軸共振器の回路構成を示す等価回路図である。
図３（ａ）に示すように、λ／４同軸共振器１１は、略円筒形状又は略直方体形状の誘電体磁器ブロック１２と導体とからなり、誘電体磁器ブロック１２の中央には貫通孔１３が設けられ、その内周面には内導体１４が形成されるとともに誘電体磁器ブロック１２の外側面には外導体１５が形成され、さらに貫通孔１３の一方の開口端面には外導体１５と連続する短絡導体１０が形成されている。このような構造のλ／４同軸共振器はインダクタンスをＬ０、容量をＣ０とすると図３（ｂ）に示す共振回路で表される。
一方、上記λ／４同軸共振器と略同一構造であり、開口端面が両方とも開放端面（短絡導体が形成されない面）であるものをλ／２同軸共振器という。
【０００５】
次に、同軸フィルタについて図４（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。図４（ａ）は所定周波数の１／４の波長で共振するλ／４同軸フィルタを模式的に示した断面図であり、同図（ｂ）はλ／４同軸フィルタの回路構成を示す等価回路図である。
図４（ａ）に示すように、λ／４同軸フィルタ１６は、誘電体磁器ブロック１２に複数の貫通孔１３が設けられ、そのすべての内周面に内導体１４が形成されている。また、外側面には外導体１５が形成され、さらに貫通孔１３の一方の開口端面には外導体１５と連続する短絡導体１０が形成され、他方の開口端面には内導体１４同士を磁界結合させる図示しない電極パターンが形成されている。このような構造のλ／４同軸フィルタはインダクタンスをＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、容量をＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４とし、結合容量をＣ１２、Ｃ２３、Ｃ３４とすると図４（ｂ）に示す多段の共振回路で表される。
一方、上記λ／４同軸フィルタにおいて、開口端面が両方とも開放端面（短絡導体が形成されない面）であるものをλ／２同軸フィルタという。
【０００６】
上記構造の同軸共振器及び同軸フィルタの共振周波数について説明する。まず、同軸共振器については、光速をｃ、同軸共振器の長さをＬ、比誘電率をεｒとすると共振周波数ｆ０は次の式（１）及び式（２）で表現される。
λ／４同軸共振器      ｆ０＝ｃ／｛４・Ｌ・（εｒ）1/2｝  （１）
λ／２同軸共振器      ｆ０＝ｃ／｛２・Ｌ・（εｒ）1/2｝  （２）
このように同軸共振器は比誘電率εｒの値が一定であれば、長さＬを変化させることにより、共振周波数ｆ０を容易に調整することができる。一方、同軸フィルタは同軸共振器を複数連結した構造であることから、比誘電率εｒの値が一定であれば、同様にその長さＬを変化させることにより、容易に共振周波数ｆ０を調整することが可能である。
【０００７】
次に、同軸共振器及び同軸フィルタに用いられる誘電体磁器ブロックの製造方法について図５を用いて説明する。図５は誘電体磁器ブロックの一般的な製造方法を示す工程図である。図５に示すように、ステップＳ１でダイス１と下パンチ２とコアピン４により形成されるキャビティと呼ばれる空間に成形材料５を供給する。次いでステップＳ２で上パンチ３を下方に移動させ、成形材料５を加圧圧縮して最終成形体９を形成する。成形材料５には誘電体磁器の仮焼粉末にバインダと溶剤及び可塑剤を加えて混合してスラリー状にしたものを、スプレードライヤーで乾燥して造粒した粒状のものを用いている。
【０００８】
上記誘電体磁器ブロックの製造方法においては、ダイス１の内壁面と成形材料５との間の摩擦力の影響により成形材料５に均等に加圧力が伝達されないため、最終成形体９の生密度が不均一となり場所によっては焼結時の収縮量に差が生じる。以下、同軸共振器の場合を例にとり図６（ａ）及び（ｂ）を用いて具体的に説明する。図６（ａ）は焼成後の誘電体磁器ブロックの正常品の外観斜視図であり、同図（ｂ）は焼成後の誘電体磁器ブロックの不良品の外観斜視図である。
【０００９】
アスペクト比の大きい、例えば外径の２倍以上の長さを持つ同軸共振器を製造する場合、図６（ａ）に示す細長い円筒形状の誘電体磁器ブロックを高い精度で製造する必要がある。図５で説明した一般的な製造方法を用いてこのような誘電体磁器ブロックを製造した場合、同図の最終成形体９に示すように上下部に比べて中央部の密度が低い成形体が得られる。その結果、焼結時の収縮は中央部において最も大となり、誘電体磁器ブロックは図６（ｂ）に示すような鼓状の変形を起こすため、強度が低下する。さらに、このような誘電体磁器ブロックにおいては材料物性の均質性が損なわれるため、比誘電率が一様でなくなり、共振周波数の調整が困難になるという課題があった。
【００１０】
このような課題に対処するため、いくつかの発明及び考案が開示されている。  例えば特許文献１には、「粉体プレス」という名称で、縦横比の大きい粉末成型物であって、各部において密度が均等であるものを量産する手段に関する発明が開示されている。
【００１１】
以下、図７（ａ）及び（ｂ）を参照しながら、特許文献１に開示された技術について説明する。図７（ａ）は従来技術に係る粉体プレス装置の縦断面図であり、同図（ｂ）は従来技術に係る粉体プレス装置の横断面図である。
図７（ａ）及び（ｂ）に示すように従来技術に係る粉体プレス装置は、上下可動な上キネ５０と、予定成形物の頂面に対応する形状のパンチ面５１と、ウス５２と、予定成形物の長手外側面の長さに対応する深さのウス穴５３と、このウス穴５３から放射状に伸びる複数の横溝５４と、上キネ５０の軸線Ｘに沿って上下可動な下キネ５５と、予定成形物の底面に対応する形状のパンチ面５６と、横溝５４に摺動自在に嵌設された横キネ５７と、予定成形物の長手外側面に対応する形状のパンチ面５８とを備えたものである。なお、図中の一点鎖線５９は横キネ５７の後退ストローク終点におけるパンチ面５８の位置を示し、一点鎖線６０は横キネ５７の後退ストローク終点における尾端の位置を示している。
このような構造の粉体プレス装置においては、下キネ５５をウス５２に進入させ、そのパンチ面５６を予定成形物の底面に対応する位置に保持した後、上キネ５０を上昇させた状態で粉体をウス穴５３に装入し、続いて上キネ５０の下降ストロークと横キネ５７の前進ストロークを同時に開始し、上キネ５０のパンチ面５１と横キネ５７のパンチ面５８がそれぞれ同時に終点に到達するように動作させることにより、全長にわたって生密度が均一な円柱形状の成形物を得ることができる。さらに、ウス穴５３の中央にコアピンを備えた構造とすれば、同様な方法により全長にわたって生密度が均一な円筒形状の成形物が得られる。
【００１２】
また、特許文献２には、「粉体成形における粉体充填方法およびその装置」という名称で焼結部品の製造工程における粉体成形のための粉体充填方法及び装置に係り、特に、リング形状部品の製造に好適な粉体充填方法及び装置に関する発明が開示されている。
特許文献２に開示された粉体充填方法は、ダイスで外周面が形成され下パンチとコアで底が形成された空所に粉体を落とし込み、コア外周と同形状の穴を有する蓋部材を前記穴がコアの真上となる位置で前記ダイスの上端面に密着させた状態で前記コアを上昇させてダイスで外周面が形成され下パンチで底が形成されコアで内周面が形成されたリング状の空所に粉体を充填するものである。
このような粉体充填方法によれば、焼結工程において薄肉のリング形状を成形するときにもブリッジを形成することなく粉体をダイス内に充填することができる。
【００１３】
特許文献３には「粉体充填装置及び粉体充填方法並びに圧粉成形装置」という名称で圧粉成形を行うための成形型のキャビティ内に粉体を充填する場合に好適な、粉体充填を行うための装置構造及び方法に関する発明が開示されている。
特許文献３に開示された粉体充填装置は、粉体を収容する収容部及びこの収容部の下部に粉体を排出するための充填口が形成され、この充填口から粉体を所定空間内に導入し、充填するように構成されており、振動を発生する振動源と、前記収容部内に収容された粉体に接触するとともに前記振動源で発生した振動を受けて粉体の充填方向に振動する被振動部材とが設けられている。
このような構造の粉体充填装置によれば、被振動部材が粉体の充填方向に振動することによって収容部内の粉体も充填方向に揺さぶられるので、充填方向に見て粉体が相互に分離しやすくなり、充填時の詰まりなどが発生しにくくなって充填不良が低減されるとともに、所定空間の開口面に沿った粉体の偏りも低減されるので、所定空間内に充填された粉体の充填状態が均一化される。
【００１４】
【特許文献１】特開平７−２６６０９１号公報
【特許文献２】特開平６−２４０３０１号公報
【特許文献３】特開２００１−１７９４９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上述の従来技術である特許文献１に開示された発明においては、外径が同一で長さが異なる成形物に対しては同じ金型を使用することができない。例えば、図７（ａ）及び（ｂ）に示すような構造の場合にはウス５２と４つの横キネ５７を新規に作成する必要があり、金型が高価なものとなる。さらに、隣り合う２つの横キネ５７同士の分割面の加工精度が低い場合又は４つの横キネ５７の動作に時間的なずれが生じる場合には横キネ５７の分割面の跡が予定成形物の長手外側面に形成される。その結果、予定成形物の長手外側面の研削が必要となり、製造コストがアップする。
【００１６】
また、特許文献２に開示された発明においては、外径が同一で長さが異なるリング形状部品を成形する場合、ダイスを新規に作成する必要があるため、金型が高価なものになる。また、当該発明に係る粉体充填装置では、長いリング形状部品に対して生密度が均一となるような成形をすることが困難である。
【００１７】
特許文献３に開示された発明においては、キャビティ内に均一な状態で粉末を充填させることができるものの、成形時に加圧力が成形材料へ均等に加わるような作用を有する構造となっていないため、長い円柱形状の成形体を成形する場合には生密度が不均一になる可能性が高い。
【００１８】
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、簡単な構造の金型を用いて生密度の均一な誘電体磁器ブロックを製造する方法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】
【００１９】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明である誘電体磁器ブロックの製造方法は、略円筒形状又は貫通孔を有する略直方体形状の金型キャビティに誘電体磁器粉末を含む成形材料を充填し、上下パンチにより加圧圧縮する同軸共振器又は同軸フィルタに用いる誘電体磁器ブロックの製造方法において、金型キャビティへの成形材料供給と上下パンチによる加圧圧縮の一連の工程を複数回行うことを特徴とするものである。
このような製造方法では、最終加圧工程以外の各加圧工程においては成形体内部の造粒粒子が完全には変形しておらず自由に流動することができるため、上下パンチの加圧動作に伴い成形体内部の造粒粒子が繰り返し下方に押し込まれるという作用を有する。これにより、誘電体磁器ブロックの生密度が長さ方向全体にわたって略均一に高められる。また、成形材料を複数回に分けて供給するため、1回あたりの上パンチのストロークを短くすることができる。
【００２０】
また、請求項２記載の発明である誘電体磁器ブロックの製造方法は、請求項１に記載の上下パンチによる加圧圧縮工程において、上パンチの押し込み高さを一定にすることを特徴とする。
このような製造方法においては、誘電体磁器ブロックの生密度が長さ方向全体にわたって一定の割合で増加するという作用を有する。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明の請求項１記載の方法においては、長さ方向全体にわたって均一な生密度を有する誘電体磁器ブロックの製造が可能となるため、焼結時に発生し易い鼓状の変形を防止することができる。これにより、形状修正のための仕上げ加工が不要となる。また、得られた誘電体磁器ブロックは一様な比誘電率を有するため、共振周波数の調整が容易である。さらに、１回のみの加圧を行う従来の方法ではプレス装置のストロークの上限を超えるような長い成形体を製造することが困難であるが、本製造方法によればこのような成形体をも製造することが可能である。
【００２２】
本発明の請求項２記載の方法においては、1回の加圧動作による成形体の生密度の増加率が略一定となるため、生密度の初期値及び目標値などから、加圧工程の必要回数及び成形材料の供給量を容易に算出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下に、本発明の最良の実施の形態に係る誘電体磁器ブロックの製造方法の実施例を説明する。
【実施例】
【００２４】
図１を用いて誘電体磁器ブロックの製造方法について説明する。図１は本発明の実施の形態に係る誘電体磁器ブロックの製造方法を示す工程図である。
図１に示すように、ステップＳ１でダイス１と下パンチ２とコアピン４により形成される略円筒形状又は略直方体形状のキャビティと呼ばれる空間に成形材料５を充填する。次いでステップＳ２で上パンチ３を下降させて成形材料５を圧縮し、成形材料５よりも生密度が高い第一成形体６を得る。さらに、ステップＳ３で上パンチ３を上昇させ、第一成形体６の上面とダイス１とコアピン４により形成される空間に成形材料５を充填する。ステップＳ４で再び上パンチ３を下降させて第一成形体６を圧縮し、第一成形体６よりも生密度が高い第二成形体７を得る。次にステップＳ５で上パンチ３を上昇させ、第二成形体７の上面とダイス１とコアピン４により形成される空間に成形材料５を充填した後、ステップＳ６で上パンチ３を下降させて第二成形体７を圧縮し、第二成形体７よりも生密度が高い第三成形体８を得る。さらに、ステップＳ７で上パンチ３を上昇させ、第三成形体８の上面とダイス１とコアピン４により形成される空間に成形材料５を充填する。最後に、ステップＳ８で上パンチ３を下降させて第三成形体８を圧縮し、第三成形体８より生密度が高い最終成形体９を得る。なお、ステップＳ２、ステップＳ４、ステップＳ６、ステップＳ８における上パンチ３の押し込み高さは同一である。また、成形材料５はすでに説明した一般の成形方法で用いる材料と同じものとする。
図１は同軸共振器用の成形体を示しているが、上記説明における誘電体磁器ブロックの製造方法は同軸フィルタ用の誘電体磁器ブロックについても同様に適用可能である。
【００２５】
以上説明したように、本実施例の誘電体磁器ブロックの製造方法においては、長さ方向全体にわたって均一な生密度を有する誘電体磁器ブロックが得られるため、形状修正のための仕上げ加工が不要である。さらに、その誘電体磁器ブロックは一様な比誘電率を有するため、共振周波数の調整が容易である。また、上パンチの押し込み動作を複数回に分けて行うことにより1回のストロークを短くすることができるため、１回のみの加圧を行う従来の方法ではプレス装置のストロークの上限を超えるために製造が困難であった長い成形体についても本方法によれば製造することが可能である。さらに、上パンチの押し込み高さを一定にすることにより生密度の増加率が略一定となるため、1回の加圧動作による生密度の増加率と生密度の初期値及び目標値などから、加圧工程の必要回数と成形材料の供給量を容易に算出することができる。
【００２６】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。加圧圧縮工程の回数は４回に限定されるものではなく、例えば誘電体磁器ブロックの外径と長さの関係に応じてそれぞれ回数を決定しても良い。また、上パンチのストロークについては、最後のストロークをそれ以前のストロークよりも長く設定しても良い。さらに、成形体を加圧圧縮する工程においては、下パンチを上パンチに連動させて、上下のパンチにより成形体を同時に加圧しても良い。
【００２７】
次に上記誘電体磁器ブロックを用いて同軸共振器を製造する方法について説明する。図２は本発明の実施の形態に係る誘電体磁器ブロックを用いた同軸共振器の製造方法を示す工程図である。
図２において、ステップＳ１で本実施例で示した方法によりプレス成形を行って誘電体磁器の成形体を形成した後、ステップＳ２で成形体を焼成して誘電体磁器ブロックを得る。次にステップＳ３でＡｇを含んだ導体ペーストを誘電体磁器ブロックの表面に塗布した後、焼付けを行い内導体、外導体及び短絡導体を形成する。さらに、ステップＳ４で共振周波数を測定した後、ステップＳ５で共振周波数の調整を行って、同軸共振器を得る。
なお、上記説明における同軸共振器の製造方法は同軸フィルタについても同様に適用可能である。
【００２８】
上記製造方法によれば、高い比誘電率を有し、かつ、アスペクト比の大きい、例えば外径の２倍以上の長さを持つ同軸共振器又はそれらの同軸共振器を複数連結した構造を備えた同軸フィルタを低コストで製造することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明に係る誘電体磁器ブロックの製造方法は、同軸共振器又は同軸フィルタに用いられる誘電体磁器ブロックの製造に限らず、縦横比の大きな粉末冶金製品の製造に対しても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態に係る誘電体磁器ブロックの製造方法を示す工程図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る誘電体磁器ブロックを用いた同軸共振器の製造方法を示す工程図である。
【図３】（ａ）はλ／４同軸共振器を模式的に示した断面図であり、（ｂ）はλ／４同軸共振器の回路構成を示す等価回路図である。
【図４】（ａ）はλ／４同軸フィルタを模式的に示した断面図であり、（ｂ）はλ／４同軸フィルタの回路構成を示す等価回路図である。
【図５】誘電体磁器ブロックの一般的な製造方法を示す工程図
【図６】（ａ）は焼成後の誘電体磁器ブロックの正常品の外観斜視図であり、（ｂ）は焼成後の誘電体磁器ブロックの不良品の外観斜視図である。
【図７】（ａ）は従来技術に係る粉体プレス装置の縦断面図であり、（ｂ）は従来技術に係る粉体プレス装置の横断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…ダイス  ２…下パンチ  ３…上パンチ  ４…コアピン  ５…成形材料  ６…第一成形体  ７…第二成形体  ８…第三成形体  ９…最終成形体  １０…短絡導体  １１…λ／４同軸共振器  １２…誘電体磁器ブロック  １３…貫通孔  １４…内導体  １５…外導体  １６…λ／４同軸フィルタ  ５０…上キネ  ５１…パンチ面  ５２…ウス  ５３…ウス穴  ５４…横溝  ５５…下キネ  ５６…パンチ面  ５７…横キネ  ５８…パンチ面  ５９…横キネの後退ストローク終点におけるパンチ面の位置  ６０…横キネの後退ストローク終点における尾端の位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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