JP2006067496A

JP2006067496A - レゾネータ

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Publication number: JP2006067496A
Application number: JP2004250722A
Authority: JP
Inventors: Tomohisa Azuma; 智久東; Masakazu Hirose; 正和廣瀬; Teru Suzuki; 輝鈴木; Koji Taniwaki; 宏治谷脇
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2004-08-30
Filing date: 2004-08-30
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2024-08-30
Also published as: JP4497301B2

Abstract

【課題】自由落下耐性の優れた圧電セラミックス共振子を備えたレゾネータを提供する。
【解決手段】振動電極が形成された圧電セラミックス共振子２と、圧電セラミックス共振子２を支持する基板３と、を備え、圧電セラミックス共振子２が、σ_b≧１１．６×Ｈ＋１７１．５（ただし、Ｈ：落下高さ（ｍ）、σ_b：３点曲げ強さ（ＭＰａ）、Ｈ＞１）の条件を具備する。基板３は端子電極３１、３２を備え、圧電セラミックス共振子２は、導電固定子４を介して、振動電極と導通するとともに、基板３に両端支持される構造のレゾネータ１に適用することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、圧電セラミックス共振子を用いたレゾネータに関し、特に自由落下耐性に優れたレゾネータに関するものである。

従来より、発振周波数を得る共振子として、圧電セラミックス共振子を用いた圧電共振部品（レゾネータ）が知られている。圧電セラミックス共振子２は、図１に示すように、分極された圧電セラミックス基板２１の表・裏の主面に、１対の振動電極２２、２３を形成し、その一対の振動電極２２、２３付近に振動が閉じ込められるよう構成されている。この圧電セラミックス共振子２を用いたレゾネータ１は、図２に示すように、基板３とキャップ５とを備えている。基板３は補強機能をもち、例えばステアタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ₂）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等のセラミックスで構成され、通常、０．０５〜０．７ｍｍ程度の板厚を有している。基板３の表裏面には端子電極３１、３２が形成されている。また、基板３は誘電体単板セラミックス、積層セラミックスなどを用いて誘電体機能と補強機能を併せ持つように構成してもよい。誘電体単板セラミックスの例としてはチタン酸バリウムを主成分とする化合物などがある。また、積層セラミックスの例としては内部電極を有する低温焼結セラミックスなどがあり、例えばＡｌ₂Ｏ₃やＣａＺｒＯ₃にガラス成分を添加したものとＣｕやＡｇなどの導電ペーストを１０００℃以下で同時焼成することで得ることができる。
端子電極３１、３２の上には、導電性樹脂や半田のような導電性と接着性の機能を併せ持つ導電固定子４によって圧電セラミックス共振子２が接着固定される。圧電セラミックス共振子２と基板３との間は、導電固定子４の厚みによって一定の振動空間が確保される。
キャップ５は、圧電セラミックス共振子２を覆うように基板３上に例えば接着剤によって接着されている。キャップ５も、基板３と同様にステアタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ₂）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等のセラミックスで構成することもできるが、合金のような金属で構成してもよい。また、キャップ５の板厚も、基板３と同程度とすればよい。
以上のようなレゾネータ１は、例えば、特開平８−２３７０６６号公報（特許文献１）に開示されている。

特開平８−２３７０６６号公報

圧電セラミックス共振子２は、通常、室温付近において正方晶系又は菱面体晶系のＰＺＴ（ＰｂＺｒＯ₃−ＰｂＴｉＯ₃固溶体）系やＰＴ（ＰｂＴｉＯ₃）系などのペロブスカイト構造を有する圧電磁器組成物から構成されている。圧電セラミックス共振子２をレゾネータ１として使用する場合、電気特性として帯域内のＱ_max（Ｑ_max＝ｔａｎθ：θは位相角）が大きいことが要求されているだけではなく、近年では表面実装型部品が広く普及しており、プリント基板に実装される際に、ハンダリフロー炉を通すために耐熱性が高いことも要求されている。なお、耐熱性が高いあるいは良好とは、熱的な衝撃を受けた後の特性の変動が小さいことをいう。

レゾネータ１を構成する圧電セラミックス共振子２には、以上の特性の他に機械的強度が高いことも要求される。そのため、例えば、１ｍの高さからレゾネータ１をコンクリートに自由落下させても圧電セラミックス共振子２に欠け、割れ等の異常が発生しないこと（自由落下耐性）を製品の仕様として要求している。このように、機械的強度を要求する製品仕様が物理的特性そのものでないために、従来は自由落下耐性をどのように向上すればよいかの指針が明確ではなかった。また、現在の自由落下耐性を評価する場合の落下高さは１ｍであるが、今後、機械的強度の要求が高まり落下高さが高くなることも想定される。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、自由落下耐性の優れた圧電セラミックス共振子を提供することを目的とする。また本発明は、そのような圧電セラミックス共振子を備えたレゾネータを提供することを目的とする。

本発明者らは、レゾネータについて落下高さを変えて自由落下試験を行ったところ、その不良率と圧電セラミックス共振子の３点曲げ強さ及び落下高さとの間に強い相関関係があることを確認した。すなわち本発明は、振動電極が形成された圧電セラミックス共振子と、圧電セラミックス共振子を支持する基板と、を備え、その圧電セラミックス共振子が、σ_b≧１１．６×Ｈ＋１７１．５（ただし、Ｈ：落下高さ（ｍ）、σ_b：３点曲げ強さ（ＭＰａ）、Ｈ＞１）の条件を具備することを特徴とするレゾネータである。

本発明のレゾネータは、基板が端子電極を備え、圧電セラミックス共振子は、導電部材を介して、基板に両端支持されるとともに、振動電極と導通する構造を有する場合に特に有効である。このように、本発明は他の部材を介して圧電セラミックス共振子を基板に支持する構造をも包含している。
また本発明のレゾネータにおいて、圧電セラミックス共振子は、Ｐｂα[（Ｍｎ_1/3Ｎｂ_2/3）_xＴｉ_yＺｒ_z]Ｏ₃で示されるペロブスカイト化合物を主成分とすることが好ましい。
ただし、上記組成式において、０．９７≦α≦１．０１、０．０４≦ｘ≦０．１６、０．４８≦ｙ≦０．５８、０．３２≦ｚ≦０．４１である。

本発明によれば、自由落下耐性の優れた圧電セラミックス共振子を備えたレゾネータを提供することができる。しかも、本発明によると、圧電セラミックス共振子の３点曲げ強度を把握すれば、実際の落下試験を行うことなく信頼性の高いレゾネータを提供することができる。

以下、実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図２は、本実施の形態におけるレゾネータ１を説明するための断面図である。なお、図１に示すレゾネータ１の基本的な構成は従来の技術の欄で説明したので、ここでの繰り返しの説明は省略する。
本発明は、レゾネータ１の構成要素である圧電セラミックス共振子２が、σ_b≧１１．６×Ｈ＋１７１．５（ただし、Ｈ：落下高さ（ｍ）、σ_b：３点曲げ強さ（ＭＰａ）、Ｈ＞１）の条件を満たすことを特徴としている。この条件を満たすことにより、所定の高さからレゾネータ１として落下させた場合に、圧電セラミックス共振子２に割れ、欠け等の不良発生を防ぐことができる。以下この条件を導出した落下試験について説明する。

下記の圧電セラミックスからなる試験片について３点曲げ試験を実施した。試験片は以下のようにして作製した。
出発原料として、酸化鉛（ＰｂＯ）粉末、酸化チタン（ＴｉＯ₂）粉末、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）粉末、炭酸マンガン（ＭｎＣＯ₃）粉末、酸化ニオブ（Ｎｂ₂Ｏ₅）粉末、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）粉末、酸化珪素（ＳｉＯ₂）粉末、酸化クロム（Ｃｒ₂Ｏ₃）粉末を準備した。この原料粉末を、モル比でＰｂ_0.99[（Ｍｎ_1/3Ｎｂ_2/3）_0.10Ｔｉ_0.53Ｚｒ_0.37]Ｏ₃となるように秤量した後、各粉末の総重量に対して副成分としてのＭｎＣＯ₃粉末を０．２ｗｔ％、ＳｉＯ₂粉末を０．０７ｗｔ％、Ａｌ₂Ｏ₃粉末を０．５ｗｔ％及びＣｒ₂Ｏ₃粉末を０．１ｗｔ％添加し、各々ボールミルを用いて湿式混合を１０時間行った。
得られたスラリーを十分に乾燥してプレス成形した後に、大気中、８００℃で２時間保持する仮焼を行った。仮焼体が平均粒径０．７μｍになるまでボールミルにより微粉砕した後、微粉砕粉末を乾燥させた。乾燥させた微粉砕粉末に、バインダとしてＰＶＡ（ポリビニルアルコール）を適量加えて造粒した。造粒粉を縦２０ｍｍ×横２０ｍｍのキャビティを有する金型に約３ｇ投入し、１軸プレス成形機を用いて２４５ＭＰａの圧力で成形した。得られた成形体に対して脱バインダ処理を行った後、大気中、１１５０〜１２５０℃で２時間保持する本焼成を行って焼結体を得た。この焼結体の両面をラップ盤で厚さ０．５ｍｍに平面加工した後に、１５ｍｍ×７．０ｍｍに切断加工し、その両端部(７．０ｍｍ方向)に分極用の仮電極を形成した。その後、温度１５０℃のシリコンオイル槽中で３ｋＶ／ｍｍの電界を２０分間印加する分極処理を行った。なお、分極方向は板体に平行な方向とし、振動モードを厚みすべりモードとした。その後、仮電極を除去した。なお、仮電極除去後の試料のサイズは１５ｍｍ×７．０ｍｍ×０．５ｍｍである。再度ラップ盤でおよそ厚さ０．３ｍｍまで研磨を行い、切出しにより、縦×横×厚さ＝７．０ｍｍ×２．５ｍｍ×０．３ｍｍの試験片を切出した。

また、３点曲げ試験は、上記試験片を用い以下の条件を適用し、ＪＩＳＲ１６０１に準じて行った。
クロスヘッド速度：０．２ｍｍ／ｍｉｎ
クロスヘッド曲率半径／支点間距離：０．１（クロスヘッド曲率半径＝０．５ｍｍ、支点間距離＝５ｍｍ）

次いで、上記試験片から圧電セラミックス共振子２を作製した後に、図１に示すレゾネータ１に組込んだ後にコンクリート上で自由落下試験を行った。落下高さＨは１．０ｍ、１．５ｍ及び２．０ｍの３種類とし、各高さで３回の落下を行った。
落下試験による不良率と３点曲げ強さσ_bの関係を求めたところ、図６に示す結果が得られた。すなわち、落下高さＨ毎に不良率γ（％）と３点曲げ強さσ_b（ＭＰａ）との間に以下の関係が成立する。なお、図６中のＲは相関係数であり、Ｒ²はその二乗値を示している。
落下高さ１．０ｍ：γ＝−０．２８５１５×σ_b＋５２．１８８
落下高さ１．５ｍ：γ＝−０．７６８３４×σ_b＋１４５．３１
落下高さ２．０ｍ：γ＝−０．９４６８４×σ_b＋１８４．２８

上記不良率γ（％）と３点曲げ強さσ_bの関係から、各落下高さＨにおいて不良率γが０％になる３点曲げ強さσ_b0を求めると以下の通りである。
落下高さ１．０ｍ：σ_b0＝１８３．０ＭＰａ
落下高さ１．５ｍ：σ_b0＝１８９．１ＭＰａ
落下高さ２．０ｍ：σ_b0＝１９４．６ＭＰａ

以上の結果より、落下高さＨと不良率γを０％にすることができる３点曲げ強さσ_b0の関係を求めることができる。この関係は、図７に示すように、σ_b≧１１．６×Ｈ＋１７１．５（ただし、Ｈ：落下高さ（ｍ）、σ_b：３点曲げ強さ（ＭＰａ）、Ｈ＞１）となる。そこで本発明では、この条件を満足する圧電セラミックス共振子２を用いることとした。

なお、試験片から圧電セラミックス共振子２の作製手順は以下の通りである。
上記試験片の両面をラップ盤で厚さ０．５ｍｍに平面加工した後に、１５ｍｍ×５．０ｍｍに切断加工し、その両端部(５．０ｍｍ方向)に分極用の仮電極を形成した。その後、温度１５０℃のシリコンオイル槽中で３ｋＶ／ｍｍの電界を２０分間印加する分極処理を行った。なお、分極方向は板体に平行な方向とし、振動モードを厚みすべりモードとした。その後、仮電極を除去した。なお、仮電極除去後の試料のサイズは１５ｍｍ×５．０ｍｍ×０．５ｍｍである。再度ラップ盤でおよそ厚さ０．３ｍｍまで研磨し、真空蒸着装置を用いて振動電極２２、２３を形成した。振動電極２２、２３は厚さ０．０１μｍのＣｒ下地層と厚さ２μｍのＡｇとから構成される。振動電極２２、２３形成後に、以上の試験片から切出しにより３．５ｍｍ×０．６ｍｍ×０．３ｍｍの圧電セラミックス共振子２を作製した。この圧電セラミックス共振子２は導電固定子４により基板３と接着されるが、導電固定子４の厚みによって嵩上げされて振動空間が確保される。この基板３はステアタイトから構成されており、上下面に端子電極３１、３２が形成されている。基板３の板厚は０．４５ｍｍとした。次に、圧電セラミックス共振子２を保護するようにステアタイトからなるキャップ５を基板３と接着する。最後に、バレル研磨によって端部を粗面化した後に基板３の上下面に形成されている端子電極３１、３２をつなぐように基板３の側面に薄膜電極を蒸着した。最終的なレゾネータ１の外寸は４．５ｍｍ×２．０ｍｍ×１．１ｍｍである。

また、レゾネータ１における支持間距離Ｌは、４．０６λとした。なお、λは圧電セラミックス共振子２の波長であり、基本波の場合ｔ＝１／２×λ（ｔ：厚さ）の関係が成立する。３倍波を用いる場合はｔ＝３／２×λ（ｔ：厚さ）である。
ここで、厚みすべりモードの場合、支持間距離Ｌは３λ以上であることが好ましく、３．７５λ以上であることがより好ましい。これは振動電極２３、２３付近に閉じ込められた振動を抑圧しないために必要である。また、支持間距離Ｌの上限はレゾネータ１の外形（図２のＬ１）−０．５ｍｍとするのが好ましく、気密性を有したキャップ５の接着幅を確保するために必要な条件である。ここで、この支持間距離Ｌとは、分極方向に平行な方向の距離をいう。
また、分極方向が主面に対して垂直な厚み縦モードの場合、やはり支持間距離Ｌを３λ以上とすることが好ましく、３．７５λ以上であることがより好ましい。この場合、支持間距離Ｌは圧電セラミックス共振子２の長手方向の距離である。

以上の実施の形態では、図２に示す構造のレゾネータ１について説明したが、本発明の適用は図２に示すレゾネータ１に限定されるものでないことは言うまでもない。例えば、図３に示す構造のレゾネータ３０に適用することもできる。このレゾネータ３０は、基板３と圧電セラミックス共振子２との間に容量素子６を配設してある。なお、図３において、図１と同様の部材には図１と同じ符号を付してその説明を省略する。

また、圧電セラミックス共振子２は、図１に示す形態に限定されるものでなく、図４（ａ）に示すようにテーパが形成された形態、図４（ｂ）に示すように溝入れ加工が施された形態等、種々の形態の圧電セラミックス共振子２に適用することができる。

さらに、図２及び図３は圧電セラミックス共振子２を両端支持する形態のレゾネータ１、３０を示しているが、本発明の適用はこの両端支持する形態限定されない。例えば、図５に示す構造のレゾネータ５０に適用することもできる。このレゾネータ５０は、端子電極５１１及び５１２を備えた基板５１、接着樹脂層５２、空洞樹脂層５３、振動電極５４１を備えた圧電セラミックス共振子５４、空洞樹脂層５５、接着樹脂層５６及びカバー５７を順次積層した構造を有している。レゾネータ５０における支持間距離を矢印で示している。空洞樹脂層５３、５５は振動電極５４１付近に閉じ込められた振動を抑圧しないように振動空間を確保するように設けられる。この空間を維持し、気密性を確保するように接着樹脂層５６を用いてカバー５７と接着される。

以上説明したように、本発明はσ_b≧１１．６×Ｈ＋１７１．５（ただし、Ｈ：落下高さ（ｍ）、σ_b：３点曲げ強さ（ＭＰａ）、Ｈ＞１）の条件を具備する圧電磁器組成物を用いる点に特徴があるが、以下では好ましい圧電磁器組成物及びその製造方法について説明する。

＜圧電セラミックス＞
本発明に用いる圧電セラミックスは、ペロブスカイト型構造を有するＰＺＴを主成分として、この主成分は好ましくはＭｎ、Ｎｂを含有する。さらに好ましい主成分は、以下の組成式で示される。なお、ここでいう化学組成は焼結後における組成をいう。

Ｐｂα[（Ｍｎ_1/3Ｎｂ_2/3）_xＴｉ_yＺｒ_z]Ｏ₃
組成式中、０．９７≦α≦１．０１、
０．０４≦ｘ≦０．１６、
０．４８≦ｙ≦０．５８、
０．３２≦ｚ≦０．４１である。
なお、組成式中、α、ｘ、ｙ及びｚはそれぞれモル比を表す。

組成式中におけるα、ｘ、ｙ及びｚの限定理由は以下の通りである。
Ｐｂ量を示すαは、０．９７≦α≦１．０１の範囲とすることが好ましい。αが０．９７未満では、緻密な焼結体を得ることが困難である。一方、αが１．０１を超えると良好な耐熱性を得ることができない。よって、αは、０．９７≦α≦１．０１の範囲とすることが好ましく、さらに０．９８≦α＜１．００とすることが好ましく、０．９９≦α＜１．００とすることがより好ましい。

Ｍｎ量及びＮｂ量を示すｘは、０．０４≦ｘ≦０．１６の範囲とすることが好ましい。ｘが０．０４未満では、Ｑ_maxが小さくなる。一方、ｘが０．１６を超えると、良好な耐熱性を得ることができなくなる。よって、ｘは、０．０４≦ｘ≦０．１６の範囲とすることが好ましく、さらに０．０６≦ｘ≦０．１４とすることが好ましく、０．０７≦ｘ≦０．１１とすることがより好ましい。

Ｔｉ量を示すｙは、０．４８≦ｙ≦０．５８の範囲とする。ｙが０．４８未満では、良好な耐熱性を得ることができない。一方、ｙが０．５８を超えると良好な温度特性を得ることが困難になる。よって、ｙは、０．４８≦ｙ≦０．５８の範囲とすることが好ましく、さらに０．４９≦ｙ≦０．５７とすることが好ましく、０．５０≦ｙ≦０．５５とすることがより好ましい。

Ｚｒ量を示すｚは、０．３２≦ｚ≦０．４１の範囲とする。ｚが０．３２未満又は０．４１を超えると良好な温度特性が得られなくなる。よって、ｚは、０．３２≦ｚ≦０．４１の範囲とすることが好ましく、さらに０．３３≦ｚ≦０．４０とすることが好ましく、０．３４≦ｚ≦０．３９とすることがより好ましい。なお、温度特性が良好であるとは、使用環境下の温度変化に伴う圧電セラミックスの特性の変化が小さいことをいう。

本発明に適用する圧電セラミックスにおいて、副成分として、主成分に対してＡｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＭｎＣＯ₃及びＣｒ₂Ｏ₃の１種又は２種以上を含有させることができる。
Ａｌ₂Ｏ₃及びＳｉＯ₂は、圧電セラミックスの機械的強度向上にとって有効である。Ａｌ₂Ｏ₃は、主成分、特にＰｂα[（Ｍｎ_1/3Ｎｂ_2/3）_xＴｉ_yＺｒ_z]Ｏ₃に対して０．１５ｗｔ％以上添加することが好ましく、０．６ｗｔ％以上添加することがより好ましい。Ａｌ₂Ｏ₃の添加量を増やしていっても、圧電セラミックスの特性を害することがないため、その上限は特に限定されないが、得られる効果が飽和すると解されることから、主成分に対する添加量を３．０ｗｔ％以下、好ましくは２．０ｗｔ％以下、さらに好ましくは１．５ｗｔ％以下とする。
また、ＳｉＯ₂の添加量は、主成分、特にＰｂα[（Ｍｎ_1/3Ｎｂ_2/3）_xＴｉ_yＺｒ_z]Ｏ₃に対して０．００５〜０．１５ｗｔ％、より好ましいＳｉＯ₂の添加量は０．０１〜０．１２ｗｔ％、さらに好ましいＳｉＯ₂の添加量は０．０１〜０．０７ｗｔ％とする。

ＭｎＣＯ₃は焼結性を向上させる上で有効である。副成分としてＭｎＣＯ₃を含有する場合において、好ましいＭｎＣＯ₃の添加量は、主組成、特にＰｂα[（Ｍｎ_1/3Ｎｂ_2/3）_xＴｉ_yＺｒ_z]Ｏ₃に対して０．６５ｗｔ％以下、より好ましいＭｎの添加量は０．５０ｗｔ％以下である。さらに好ましいＭｎＣＯ₃の添加量は０．０１〜０．４０ｗｔ％、より一層好ましいＭｎの添加量は０．０５〜０．３ｗｔ％である。
Ｃｒ₂Ｏ₃は良好な耐熱性を得る上で有効である。好ましいＣｒ₂Ｏ₃の添加量は主組成、特にＰｂα[（Ｍｎ_1/3Ｎｂ_2/3）_xＴｉ_yＺｒ_z]Ｏ₃に対して０．６５ｗｔ％以下、より好ましいＣｒ₂Ｏ₃の添加量は０．５０ｗｔ％以下である。さらに好ましいＣｒ₂Ｏ₃の添加量は０．０１〜０．３０ｗｔ％、より一層好ましいＣｒ₂Ｏ₃の添加量は０．０１〜０．１０ｗｔ％である。
なお、以上の副成分はあくまで好ましい一例であって、他の副成分を用いることを排除するものではない。

＜製造方法＞
次に、本発明に用いる圧電セラミックスの好ましい製造方法について、その工程順に説明する。
（原料粉末、秤量）
主成分の原料として、酸化物又は加熱により酸化物となる化合物の粉末を用いる。具体的にはＰｂＯ粉末、ＴｉＯ₂粉末、ＺｒＯ₂粉末、ＭｎＣＯ₃粉末、Ｎｂ₂Ｏ₅粉末等を用いることができる。原料粉末は最終的に得たい組成に該当するように、それぞれ秤量する。なお、上述した原料粉末に限らず、２種以上の金属を含む複合酸化物の粉末を原料粉末としてもよい。
次に、秤量された各粉末の総重量に対して、副成分を所定量添加する。各原料粉末の平均粒径は０．１〜３．０μｍの範囲で適宜選択すればよい。

（仮焼）
原料粉末を湿式混合した後、７００〜９５０℃の範囲内で所定時間保持する仮焼を行う。このときの雰囲気はＮ₂又は大気とすればよい。仮焼の保持時間は０．５〜５時間の範囲で適宜選択すればよい。
なお、主成分の原料粉末と副成分の原料粉末を混合した後に、両者をともに仮焼に供する場合について示したが、副成分の原料粉末を添加するタイミングは上述したものに限定されるものではない。例えば、まず主成分の粉末のみを秤量、混合、仮焼及び粉砕する。そして、仮焼粉砕後に得られた主成分の粉末に、副成分の原料粉末を所定量添加し混合するようにしてもよい。

（造粒・成形）
粉砕粉末は、後の成形工程を円滑に実行するために顆粒に造粒される。この際、粉砕粉末に適当なバインダ、例えばポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を少量添加し、かつこれらを十分に混合し、その後に例えばメッシュを通過させて整粒することにより造粒粉末を得る。次いで、造粒粉末を２００〜３００ＭＰａの圧力で加圧成形し、所望の形状の成形体を得る。

（焼成）
成形時に添加したバインダを除去した後、１１００〜１２５０℃の範囲内で所定時間成形体を加熱保持し焼結体を得る。このときの雰囲気はＮ₂又は大気とすればよい。加熱保持時間は０．５〜４時間の範囲で適宜選択すればよい。

（分極処理）
焼結体に分極処理用の電極を形成した後、分極処理を行う。分極処理は、５０〜３００℃の温度で、１．０〜２．０Ｅｃ（Ｅｃは抗電界）の電界を焼結体に対して０．５〜３０分間印加する。
分極処理温度が５０℃未満になると、Ｅｃが高くなるため分極電圧が高くなり、分極が困難になる。一方、分極処理温度が３００℃を超えると、絶縁オイルの絶縁性が著しく低下するため分極が困難となる。よって、分極処理温度は５０〜３００℃とする。好ましい分極処理温度は６０〜２５０℃、より好ましい分極処理温度は８０〜２００℃である。
また、印加する電界が１．０Ｅｃを下回ると分極が進行しない。一方、印加する電界が２．０Ｅｃを超えると実電圧が高くなって焼結体がブレークしやすくなり、圧電セラミックスの作製が困難となる。よって、分極処理の際に印加する電界は１．０〜２．０Ｅｃとする。好ましい印加電界は１．１〜１．８Ｅｃ、より好ましい印加電界は１．２〜１．６Ｅｃである。

分極処理時間が０．５分未満となると、分極が不十分となって十分な特性を得ることができない。一方、分極処理時間が３０分を超えると分極処理に要する時間が長くなり生産効率が劣る。よって、分極処理時間は０．５〜３０分とする。好ましい分極処理時間は０．７〜２０分、より好ましい分極処理時間は０．９〜１５分である。
分極処理は、上述した温度に加熱された絶縁オイル、例えばシリコンオイル浴中で行う。なお、分極方向は所望の振動モードに応じて決定する。つまり、厚みすべりモードの場合には、主面に平行な方向に分極を行い、厚み縦モードの場合には主面に垂直な方向に分極を行えばよい。

圧電セラミックスは、所望の厚さまで研磨された後、振動電極が形成される。次いで、ダイシングソー等で所望の形状に切断された後、圧電セラミックス共振子として機能することとなる。

圧電セラミックス共振子の構成を示す斜視図である。レゾネータの構成を示す断面図である。レゾネータの他の構成を示す断面図である。圧電セラミックス共振子の他の構成を示す側面図である。レゾネータの他の構成を示す断面図である。３点曲げ強さと落下試験における不良率の関係を示すグラフである。落下高さと不良率が０％になる３点曲げ強さσ_bの関係を示すグラフである。

符号の説明

１，３０…レゾネータ、２…圧電セラミックス共振子、２２，２３…振動電極、３…基板、３１，３２…端子電極、４…導電固定子、５…キャップ、６…容量素子

Claims

振動電極が形成された圧電セラミックス共振子と、
前記圧電セラミックス共振子を支持する基板と、を備え、
前記圧電セラミックス共振子が、σ_b≧１１．６×Ｈ＋１７１．５（ただし、Ｈ：落下高さ（ｍ）、σ_b：３点曲げ強さ（ＭＰａ）、Ｈ＞１）の条件を具備することを特徴とするレゾネータ。
前記基板は端子電極を備え、
前記圧電セラミックス共振子は、導電部材を介して、前記基板に両端支持されるとともに、前記振動電極と導通することを特徴とする請求項１に記載のレゾネータ。
前記圧電セラミックス共振子は、Ｐｂα[（Ｍｎ_1/3Ｎｂ_2/3）_xＴｉ_yＺｒ_z]Ｏ₃で示されるペロブスカイト化合物を主成分とすることを特徴とする請求項１又は２に記載のレゾネータ。
ただし、上記組成式において０．９７≦α≦１．０１
０．０４≦ｘ≦０．１６
０．４８≦ｙ≦０．５８
０．３２≦ｚ≦０．４１