(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主成分のＺｎＯを含むセラミック原料粉末を混合分散させた混合済み材料を得る混合工程と、この混合済み材料を成形してセラミック成形体を得る成形工程と、前記セラミック成形体を焼成する工程とを備えるセラミック電子部品の製造方法において、混合済み材料の色調ａ*値（Ｌ*ａ*ｂ*表色系）と焼成後の素子の単位厚さ当たりのバリスタ電圧との関係式をあらかじめ求め、前記混合工程の前記混合済み材料の色調ａ*値を前記関係式に代入したバリスタ電圧に基づき前記セラミック成形体の厚さを制御するセラミック電子部品の製造方法。
【請求項２】
前記セラミック原料粉末はＴｉＯ2を含む請求項１に記載のセラミック電子部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はセラミック電子部品の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９はセラミック電子部品の一例を示す外観斜視図である。図９において２１はセラミック電子部品であり、セラミック成形体２２の両面に電極２３，２４を形成し、この電極間に前記セラミック成形体２２の特性に応じ、例えばバリスタ特性、圧電特性等が構成される。
【０００３】
以上のように構成されたセラミック電子部品について、以下にその製造方法を説明する。
【０００４】
まず、所定の特性を得るために選択された複数のセラミック原料粉末を混合して混合粉とし、この混合粉にバインダーを混合しスラリーを得る。このとき、あらかじめセラミック原料の粉体特性、混合粉の粒度分布等を検査して規定された範囲の混合粉を用いる。
【０００５】
この混合粉を成形して円板状のセラミック成形体２２を得る。次いで、このセラミック成形体２２の両面に電極ペーストを塗付して焼き付け電極２３，２４を形成しセラミック電子部品２１を得る。
【０００６】
その後このセラミック電子部品２１の前記電極２３，２４間に所定の電気信号を入力してこのセラミック電子部品２１のバリスタ特性、圧電特性等を測定し検査を行う。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来例によれば、予めセラミック原料の粉体特性、混合粉の粒度分布等とセラミック電子部品２１の電気特性との相関をつかみ製造を行うが、高い精度の相関を得ることが困難であり、成形焼成後、あるいはセラミック電子部品２１を形成した後に精度の高い特性評価を行う必要がある。したがって、特性評価まで成形、焼成等の長時間の工程を経て、前記特性評価の段階で満足する性能が得られない場合は製造したセラミック電子部品２１の利用が困難となり生産性を損なうという問題点を有していた。
【０００８】
本発明は前記従来の問題点を解決するものであり、製造不良を低減して生産性を向上することができるセラミック電子部品の製造方法を得ることを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、以下の構成を有するものである。
【００１０】
本発明は、主成分のＺｎＯを含むセラミック原料粉末を混合分散させた混合済み材料を得る混合工程と、この混合済み材料を成形してセラミック成形体を得る成形工程と、前記セラミック成形体を焼成する工程とを備えるセラミック電子部品の製造方法において、混合済み材料の色調ａ*値（Ｌ*ａ*ｂ*表色系）と焼成後の素子の単位厚さ当たりのバリスタ電圧との関係式をあらかじめ求め、前記混合工程の前記混合済み材料の色調ａ*値を前記関係式に代入したバリスタ電圧に基づき前記セラミック成形体の厚さを制御するセラミック電子部品の製造方法であり、予め混合済み材料の色調と、そのセラミック成形体から得られた焼成後の素子の電気特性との相関分散図から線形回帰直線を導いておき、混合済み材料の色調を測定して、この測定値に基づき速やかに原材料の変動または各種原材料を用いた混合、粉砕工程の変動を察知し、成形工程の条件の制御に取り込むことができるため、得られたセラミック電子部品の特性にばらつきが少なくて不良を低減でき生産性を向上する作用、効果が得られる。
【００１１】
また、主成分のＺｎＯに対して微量のＢｉ2Ｏ3、Ｃｏ3Ｏ4、ＭｎＯ2などを添加、混合分散させるバリスタ材料組成物では混合済み材料の色調と焼成後の素子の電気特性の間には強い相関関係があるため、特に生産性を向上する作用、効果が得られる。
【００１２】
また、セラミック原料粉末に少なくともＴｉＯ2を含むことにより、バリスタ組成に対しＴｉを添加すると焼成後の素子におけるＺｎＯ粒子を初期粒径の約１００倍程度まで成長させるためＴｉの粉体特性または混合粉末内のＴｉの分散状態が非常に重要であり、Ｔｉを含む混合粉を用いたセラミック電子部品において、特に生産性を向上する作用、効果が得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態をセラミック電子部品にＺｎＯを主成分とするバリスタを用いて説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施の形態における色調の測定装置の概略図、図２は同実施の形態における色調を定量化するＬ*ａ*ｂ*表色系座標軸の図、図３はセラミック電子部品（バリスタ）のセラミック成形体の外観斜視図、図４は同実施の形態のセラミック電子部品（バリスタ）の外観斜視図、図５は同実施の形態の粉砕時間と造粒粉の色調Ｌ*値、及び焼成後の素子のバリスタ電圧値の関係を示す図、図６は同実施の形態の造粒粉の色調Ｌ*値と焼成後のバリスタ電圧値の関係を示す図、図７は同実施の形態の素子に１ｍＡの電流を流したとき、仮焼温度での電圧値の低下率を示す図、図８は同実施の形態の素子に１ｍＡの電流を流したとき、電圧値と焼成昇温速度との関係を示す図である。
【００１５】
図３、図４において、１１はセラミック電子部品の素子であるバリスタであり、セラミック成形体１２を焼成した焼結体１３の両面に電極１４，１５等を形成し、この電極１４，１５間にバリスタ特性が構成される。
【００１６】
前記構成のバリスタについて、図１〜図８を用いて、以下にその製造方法を説明する。
【００１７】
先ず、主成分のＺｎＯに対してＢｉ2Ｏ3、Ｃｏ3Ｏ4、ＭｎＯ2、ＴｉＯ2を各０．５ｍｏｌ％、Ｓｂ2Ｏ3を０．０５ｍｏｌ％添加してボールミルで混合、粉砕を行った後、バインダー、分散剤などを加えて混合してスラリーを作製する。
【００１８】
次に、スラリーをスプレードライヤで造粒して混合済み材料の混合粉（造粒粉）４とする。この混合粉（造粒粉）４を８０ＭＰａ／ｃｍ2の圧力で成形して図３に示す直径１５ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの円板状のセラミック成形体１２を作製する。
【００１９】
前記製造工程で得られた混合粉の色調を定量化して電気特性を推定する方法を以下に記載する。
【００２０】
色調の測定方法にはマンセル表色系、ＸＹＺ表色系、ハンターＬａｂ表色系、Ｌ*Ｃ*ｈ*表色系、Ｌ*ａ*ｂ*表色系などが知られており、中でもＬ*ａ*ｂ*表色系は物体の色調を表すのに最も多く使われている方法で“ＪＩＳ Ｚ８７２９−１９９４色”の表示方法にも採用されているため、本発明はこの方法を用いた。この表色系は図２に示すように被評価物体の色調が色空間上のどこにあるかを表す方法で、明るさ成分をＬ*軸に、赤と緑成分をａ*軸に、黄と青成分をｂ*軸で表し、Ｌ*の０（黒）〜１００（白）、ａ*の＋方向が赤、−方向が緑、ｂ*の＋方向が黄、−方向が青で表される。
【００２１】
前記混合粉４を図１に示す測色計１の測色部２にセットし色調を測定する。尚、混合済み造粒粉４を測色部２の透明容器３内に入れ５回程度軽くタッピングすると充填状態が安定して色調が安定し、測定値の繰り返し精度が向上する。
【００２２】
次いで、セラミック成形体１２を昇温速度１００℃／ｈ、１２５０℃で焼成し焼結体１３を形成した後に、この焼結体１３にＡｇを主成分とする電極ペーストを塗布して焼付けを行い直径１０ｍｍの電極１４，１５を形成し、素子としてのバリスタ１１を作製した。
【００２３】
次に、このバリスタ１１の電極１４，１５間に１ｍＡの電流を流したときの電圧値を測定し、厚さ１ｍｍ当たりのバリスタ電圧（Ｖ１ｍＡ／ｍｍ）を算出した。
【００２４】
このようにして数多くのロットを用い造粒粉４の色調と、バリスタ１１のバリスタ電圧との関係を散布図にプロットし線形回帰直線を求めた。
【００２５】
次に、造粒粉４の色調とバリスタ電圧の関係について説明する。
【００２６】
図５に、主成分のＺｎＯに対してＢｉ2Ｏ3、Ｃｏ3Ｏ4、ＭｎＯ2、ＴｉＯ2を各０．５ｍｏｌ％、Ｓｂ2Ｏ3を０．０５ｍｏｌ％添加してボールミルで混合、粉砕時間を変動させて作製した造粒粉４と色調Ｌ*値、及びその造粒粉４から作製した厚さ１ｍｍ当たりのバリスタ電圧の関係を示す。
【００２７】
色調Ｌ*値は、混合粉砕時間の増加と共にＣｏ3Ｏ4、ＭｎＯ2などの暗い色調の原材料の分散が進行するため小さくなり、また厚さ１ｍｍ当たりのバリスタ電圧も混合粉砕時間の増加と共に小さくなる。
【００２８】
また、異なる粉体特性を有する原材料ロットを用い、ＺｎＯに対してＢｉ2Ｏ3、Ｃｏ3Ｏ4、ＭｎＯ2、ＴｉＯ2を各０．５ｍｏｌ％、Ｓｂ2Ｏ3を０．０５ｍｏｌ％添加した組成を一律２０時間混合した造粒粉４の色調Ｌ*値と厚さ１ｍｍ当たりのバリスタ値の関係を図６に示す。また色調ａ*とバリスタ電圧の関係及び色調ｂ*とバリスタ電圧の関係を求める。
【００２９】
同一製造条件においてもバリスタ電圧と、色調Ｌ*値、ａ*値、及びｂ*値の関係に変動を生じるのは、原材料の初期粉体特性が変動することによって、各原材料どうしの混合、分散状態、即ち色調Ｌ*値、ａ*値、及びｂ*値が変動するものであり、この原材料どうしの混合、分散状態の差が厚さ１ｍｍ当たりのバリスタ電圧の変動として現れるものと考えられる。
【００３０】
特にバリスタ電圧とａ*値との相関性が高く、相関係数は０．９５であった。
【００３１】
次にバリスタ電圧とａ*値の線形回帰直線の式を作成し、造粒粉４またはセラミック成形体１２の色調ａ*値からバリスタ電圧（Ｖ１ｍＡ／ｍｍ）を推定する。造粒粉４の色調ａ*と焼成後の素子の厚さ１ｍｍ当たりのバリスタ電圧との関係を示す散布図データから求めた線形回帰直線は（数１）となった。
【００３２】
【数１】
0004501235.tif 000002
【００３３】
尚、コンピュータを用い測定した各色調Ｌ*値、ａ*値、ｂ*値からバリスタ電圧を推定するプログラムを作成しておくのが望ましい。また、線形回帰直線の式は、ＺｎＯに対する微量添加物の組成比毎、また混合、粉砕製造条件毎に作成する必要がある。
【００３４】
次に、素子製造条件等の制御に取り込む方法について説明する。
【００３５】
新規に作製した主成分のＺｎＯに対してＢｉ2Ｏ3、Ｃｏ3Ｏ4、ＭｎＯ2、ＴｉＯ2を各０．５ｍｏｌ％、Ｓｂ2Ｏ3を０．０５ｍｏｌ％添加した造粒粉４の色調を測色計１で色調を測定した色調ａ*値が１．０８１となった場合、線形回帰直線の（数１）のｘにａ*値の１．０８１を代入し、この造粒粉４で作製したバリスタ１１の１ｍｍ当たりのバリスタ電圧が２５．５４ｖとなることを推定した。この結果を基に、次工程の制御条件に組み込む方法について説明する。尚、本組成においてはａ*値と素子の１ｍｍ当たりのバリスタ電圧の相関性が高いためａ*値を用いたが、他の組成においてはＬ*値、またはｂ*値との相関性が高くなりこれらを用いる場合もある。
【００３６】
まず、成形工程において、バリスタ１１に１ｍＡの電流を流したときの目標のバリスタ電圧が２７．０ｖ（許容電圧範囲２４．０〜３０．０ｖ）のバリスタ１１を作製したい場合、回帰式（数１）からの推定値２５．５４ｖと、予め求めていた本組成のセラミック成形体１２の厚み方向の収縮率１５％を加味し、セラミック成形体１２の厚み寸法を１．２４４ｍｍとした。
【００３７】
この寸法で作製した１００個のセラミック成形体１２を１２５０℃で焼成したバリスタ１１の平均バリスタ電圧は２７．６ｖ、標準偏差は０．５２となり、目標電圧値範囲に全数収まった。
【００３８】
従来の製造方法であれば造粒粉４の成形、焼成を行い得られたバリスタ１１のバリスタ電圧を求め、この値を成形工程にフィードバックしセラミック成形体１２の厚みを決定するため、長時間を要していたが、本発明においては造粒粉４の色調を測定するだけで、セラミック成形体１２の厚さを短時間で決定することが可能となり、本発明の方法が非常に有効であることが分かる。
【００３９】
次に、仮焼条件を制御し目標のバリスタ電圧を得る方法について説明する。
【００４０】
事前に、前記組成の造粒粉４から作製したセラミック成形体１２を用い、仮焼した場合の仮焼温度とバリスタ電圧の変化率の関係について調査した結果を図７に示す。図７に示すように、６００〜９００℃の範囲では仮焼温度が高くなるに従ってバリスタ電圧の低下率が大きくなることが分かる。
【００４１】
先ず、厚さ１．２５０ｍｍ（任意の値を用いた）のセラミック成形体１２を１００個作製した。このセラミック成形体１２の色調を測色計１で測定したａ*値が１．１０１であった場合、セラミック成形体１２の色調の測定値は造粒粉４と同一であるため前記の回帰式（数１）のｘにａ*値を代入し、このセラミック成形体１２から作製したバリスタ１１の１ｍｍ当たりのバリスタ電圧が２８．３ｖとなることを推定した。
【００４２】
この推定値によると厚さ１．２５０ｍｍのセラミック成形体１２の焼成後の推定バリスタ電圧は３０．０７ｖとなり、目標バリスタ電圧範囲の２４．０〜３０．０ｖ内に収めることが困難であることが分かる。
【００４３】
そこで、セラミック成形体１２を８００℃で仮焼した後に、１２５０℃で焼成することによりバリスタ１１の１ｍｍ当たりのバリスタ電圧は２６．１８ｖとなることが予測でき、バリスタ１１の目標とするバリスタ電圧範囲に歩留まり良く収めることができる。
【００４４】
この予想結果に基づきセラミック成形体１２を８００℃で仮焼した後に、１２５０℃で焼成した結果、バリスタ１１の平均バリスタ電圧は２７．８ｖ、標準偏差は０．７３となった。この結果、全てのバリスタ１１を目標のバリスタ電圧範囲に収めることができた。
【００４５】
この方法を用いることにより、正規の成形寸法から少し外れ、歩留まりの悪化が予想される場合において、仮焼工程の条件を調整することでＺｎＯを主成分とするバリスタを歩留まり良く生産することができる有効な救済手段であることが確認できる。
【００４６】
更に、焼成条件を制御して目標のバリスタ電圧を得る方法について説明する。事前に、前記組成の造粒粉４から作製したセラミック成形体１２を用い、バリスタ１１に電流１ｍＡの電流を流したときのバリスタ電圧が焼成工程の昇温速度１００℃／ｈを基準にして、それより遅く、または速くした場合の電圧値の低下率を調査しその結果を図８に示す。
【００４７】
図８に示すように昇温速度が１００℃／ｈより遅くなるとバリスタ電圧の低下率が大きく、速いと増加することが分かる。
【００４８】
先ず、厚さ１．２５０ｍｍ（任意の値に設定した）のセラミック成形体１２を１００個成形した。このセラミック成形体１２の色調を測色計１で測定したａ*値が１．１０１であった場合、前記の回帰式（数１）のｘにａ*値を代入し、このセラミック成形体１２から作製したバリスタ１１の１ｍＡ当たりのバリスタ電圧が２８．３ｖとなることが推定できる。
【００４９】
この推定値によると厚さ１．２５０ｍｍのセラミック成形体１２の成形後の推定バリスタ電圧は３０．０７ｖとなり、目標のバリスタ電圧範囲の２４．０〜３０．０ｖ内に収めることが困難であり、バリスタ１１の目標電圧値範囲に歩留まり良く収めるためには、セラミック成形体１２を昇温速度８０℃／ｈで昇温し１２５０℃で焼成することにより、バリスタ１１の１ｍｍ当たりのバリスタ電圧は２５．４７ｖとなることが推定できる。
【００５０】
この予想に基づきセラミック成形体１２を昇温速度８０℃／ｈで昇温し１２５０℃で焼成した結果、平均バリスタ電圧は２７．２ｖ、標準偏差は０．６５となり、全てのバリスタ１１を目標のバリスタ電圧範囲内に収めることができた。
【００５１】
この方法を用いることにより、正規の成形寸法から少し外れ、歩留まりの悪化が予想される場合においても焼成工程の条件を調整することでＺｎＯを主成分とするバリスタ１１を歩留まり良く生産することができる有効な手段であることが確認できた。
【００５２】
【発明の効果】
以上、本発明のセラミック電子部品の製造方法では、焼成後の素子の電気特性を高い確度で得られる。
【００５３】
従って混合済み材料の色調を測定することにより原材料の粉体特性、およびこれを用いた混合、粉砕工程の変動を迅速に精度良く得られ、成形条件の制御に取り込むことにより、高い歩留まりでのセラミック電子部品を製造することが可能となり、その効果は大きいものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態における色調の測定装置の概略図
【図２】  同色調を定量化するＬ*ａ*ｂ*表色系座標軸の図
【図３】  本発明及び従来例のセラミック電子部品のセラミック成形体の外観斜視図
【図４】  本発明及び従来例のセラミック電子部品の外観斜視図
【図５】  同粉砕時間と造粒粉の色調Ｌ*値、及び焼成後の素子の厚さ１ｍｍ当たりのバリスタ電圧の関係を示す図
【図６】  同造粒粉の色調Ｌ*値と焼成後の素子の厚さ１ｍｍ当たりのバリスタ電圧の関係を示す図
【図７】  同素子に１ｍＡの電流を流したとき、仮焼温度でのバリスタ電圧の低下率を示す図
【図８】  同素子に１ｍＡの電流を流したとき、バリスタ電圧と焼成昇温速度との関係を示す図
【図９】  従来のセラミック電子部品の一例を示す外観斜視図
【符号の説明】
１  測色計
２  測色部
３  透明容器
４  造粒粉
１１  バリスタ
１２  セラミック成形体
１３  焼結体
１４，１５  電極
【図１】
0004501235.tif 000003
【図２】
0004501235.tif 000004
【図３】
0004501235.tif 000005
【図４】
0004501235.tif 000006
【図５】
0004501235.tif 000007
【図６】
0004501235.tif 000008
【図７】
0004501235.tif 000009
【図８】
0004501235.tif 000010
【図９】
0004501235.tif 000011