(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属元素としてＢａ、ＴｉおよびＳｒからなり、これらのモル比による組成式を、
（Ｂａ１−ａＳｒａ）Ｏ・ｘＴｉＯ２
と表した時、前記ａ、ｘが、
０．０１≦ａ≦０．０８
３．９≦ｘ≦４．１
を満足する主成分と、該主成分１００重量部に対して、ＭｇをＭｇＣＯ３換算で０．０１〜５重量部含有することを特徴とする誘電体磁器組成物。
【請求項２】
主成分１００重量部に対して、さらにＺｎをＺｎＯ換算で２０重量部以下含有することを特徴とする請求項１記載の誘電体磁器組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波、ミリ波等の高周波領域において、高いＱ値を有する誘電体磁器組成物に関するものであり、例えば、マイクロ波やミリ波などの高周波領域において使用される種々の共振器用材料やＭＩＣ用誘電体基板材料、誘電体導波路用材料や積層型セラミックコンデンサ等に用いることができる誘電体磁器組成物に関する。
【０００２】
【従来技術】
誘電体磁器は、マイクロ波やミリ波等の高周波領域において、誘電体共振器、ＭＩＣ用誘電体基板や導波路等に広く利用されている。従来より、この種の誘電体磁器としては、例えば、特開昭５７−６９６０７号公報に開示されるようなものが知られている。この公報に開示される誘電体磁器は、組成式ＢａＯ・ｘＴｉＯ２  において３．９≦ｘ≦４．１の主成分と、該主成分１００重量部に対して、１〜２６重量部のＺｎＯを添加してなるものである。このような誘電体磁器では、比誘電率が３０〜４０で、測定周波数ｆ＝３．５〔ＧＨｚ〕におけるＱ値が４５００程度（Ｑｆ＝１５７５０〔ＧＨｚ〕）であり、さらに共振周波数の温度係数τｆを−２５〜＋２５〔ｐｐｍ／℃〕の範囲で制御することができる。
【０００３】
近年においては、ますます使用周波数が高周波となり、しかも温度変化に対しても高精度の制御が必要になってきている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した特開昭５７−６９６０７号公報に開示される誘電体磁器ではＱｆ値が１５７５０〔ＧＨｚ〕程度であり、未だ低いという問題があった。また、共振周波数の温度係数τｆの曲がり、即ち、温度ドリフトの直線性が低いという問題があった。
【０００５】
そのため、この誘電体磁器を用いた共振器や誘電体基板等では、高周波での損失が大きく、また温度ドリフトの直線性が低いため温度変化に伴う特性変化を高精度に制御することが困難であるという問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記問題点を解決すべく、鋭意検討した結果、Ｂａ−Ｔｉ系誘電体磁器組成物において、Ｂａの一部をＳｒで置換するとともに、Ｍｇおよび必要に応じてＺｎを所定量含有せしめることにより、比誘電率が３２〜４０で、Ｑｆ値が３００００〔ＧＨｚ〕以上であり、共振周波数の温度係数τｆを−２５〜＋２５〔ｐｐｍ／℃〕の範囲で、かつ、共振周波数の温度係数τｆの曲がり（温度ドリフト）を−２．５〜＋２．５〔ｐｐｍ／℃〕の範囲（−４０〜８５℃）で制御することができることを見い出し、本発明に至ったのである。
【０００７】
即ち、本発明の誘電体磁器組成物は、金属元素としてＢａ、ＴｉおよびＳｒからなり、これらのモル比による組成式を、（Ｂａ１−ａＳｒａ）Ｏ・ｘＴｉＯ２と表した時、前記ａ、ｘが、０．０１≦ａ≦０．０８、３．９≦ｘ≦４．１を満足する主成分と、該主成分１００重量部に対して、ＭｇをＭｇＣＯ３換算で０．０１〜５重量部含有するものである。ここで、主成分１００重量部に対して、さらにＺｎをＺｎＯ換算で２０重量部以下含有することが望ましい。
【０００８】
【作用】
本発明の誘電体磁器組成物では、組成式（Ｂａ１−ａ  Ｓｒａ  ）Ｏ・ｘＴｉＯ２  で表されるＢａ−Ｔｉ系誘電体磁器組成物において、Ｂａの一部を所定量のＳｒで置換するとともに、Ｍｇおよび必要に応じてＺｎを所定量含有せしめることにより、比誘電率が３２〜４０で、Ｑｆが３００００〔ＧＨｚ〕以上であり、−４０〜８５℃の温度範囲で共振周波数の温度係数τｆを−２５〜＋２５〔ｐｐｍ／℃〕の範囲で、かつ、共振周波数の温度係数τｆの曲がり（温度ドリフト）を−２．５〜＋２．５〔ｐｐｍ／℃〕の範囲に制御することが可能となる。
【０００９】
即ち、本発明においては、主成分にＭｇを含有せしめることによって、比誘電率の増加や、共振周波数の温度係数τｆの曲がり（温度ドリフト）を−２．５〜＋２．５〔ｐｐｍ／℃〕の範囲で制御することができ、温度ドリフトの直線性を向上することができる。
【００１０】
また、Ｂａの一部をＳｒで置換することにより、Ｑｆ値を３００００以上と大幅に向上することができるとともに、結晶粒の粗大化を抑制して耐還元性を向上させ、磁器の大型化に伴うＱｆ値の低下を抑えることができる。さらに、ＳｒとＢａのイオン半径が異なるため、Ｂａの一部をＳｒで置換することにより格子歪みが発生し、その結果、磁器の強度を向上させることができる。
【００１１】
また、主成分にＺｎを添加することによってもある程度Ｑｆ値を向上することができ、しかも共振周波数の温度係数τｆをプラスからマイナス側に移行させることができ、温度変化に伴う特性変化をさらに精度良く制御することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の誘電体磁器組成物は、Ｂａ−Ｔｉ系誘電体磁器組成物において、Ｂａの一部をＳｒで置換するとともに、Ｍｇおよび、必要に応じてＺｎを所定量含有せしめるものである。
【００１３】
本発明の誘電体磁器組成物では、モル比による組成式を、（Ｂａ１−ａ  Ｓｒａ  ）Ｏ・ｘＴｉＯ２  と表した時、ａが０．０１≦ａ≦０．０８の範囲内としたのは、Ｂａの一部をＳｒで置換することにより、Ｑｆ値を大幅に向上することができるとともに磁器強度を向上することができるからであり、ＢａのＳｒによる置換量ａが０．０１より小さい場合には、Ｑｆ値向上の効果が小さく、また、磁器の機械的強度向上の効果が小さいからである。一方、ａが０．０８よりも大きくなるとＳｒの固溶限界量を超え、Ｓｒを含む結晶相が析出し、Ｑｆ値が低下するからである。ＢａのＳｒによる置換量ａは、高いＱｆ値と機械強度の向上という観点から０．０２〜０．０５であることが望ましい。
【００１４】
上記組成式において、ｘを３．９≦ｘ≦４．１の範囲内としたのは、この範囲内では高いＱｆ値を保持することができるからである。ｘの値が３．９より小さい場合や、４．１より大きい場合はＱｆ値は低下する。高Ｑｆ値という観点からｘの値は３．９５〜４．０５が望ましい。
【００１５】
また、主成分１００重量部に対してＭｇをＭｇＣＯ３  換算で０．０１〜５重量部含有させたのは、０．０１重量部よりも少ない場合や、５重量部よりも多い場合には、共振周波数の温度係数τｆの曲がりを表すΔτｆが−２．５〜２．５〔ｐｐｍ／℃〕の範囲外となり、また、５重量部より多い場合にはＱｆの値が低下し、τｆが２５〔ｐｐｍ／℃〕よりも大きくなり、いずれの場合にも実用的でないからである。温度係数τｆの曲がりを０付近にするという観点から、ＭｇはＭｇＣＯ３  換算で主成分１００重量部に対して０．２〜３．０重量部添加含有することが望ましい。
【００１６】
さらに、亜鉛を所定量含有せしめることにより、共振周波数の温度係数τｆを０に近づけることができるが、主成分１００重量部に対して亜鉛が２０重量部よりも多い場合には共振周波数の温度係数τｆが負の方向に大きくなる傾向にあり、実用的でなくなる。亜鉛の含有量は、共振周波数の温度係数τｆをより０に近くするという観点から主成分１００重量部に対して６．５〜１２．１重量部添加含有することが望ましい。
【００１７】
本発明の誘電体磁器組成物は、上記組成式において、０．０２≦ａ≦０．０５、３．９５≦ｘ≦４．０５であり、主成分１００重量部に対して、ＭｇをＭｇＣＯ３  換算で０．２〜３．０重量部、ＺｎをＺｎＯ換算で６．５〜１２．１重量部含有させることが望ましい。この場合には、Ｑｆ値が３８０００〔ＧＨｚ〕以上、共振周波数の温度係数τｆが−８〜＋１５〔ｐｐｍ／℃〕の範囲、共振周波数の温度係数τｆの曲がり（温度ドリフト）を−２〜＋２〔ｐｐｍ／℃〕の範囲内で制御することができ、共振周波数の温度係数τｆの曲がり、即ち温度ドリフト特性を表すΔτｆが零付近のＱｆ値を４７０００以上とすることができる。
【００１８】
また、本発明の誘電体磁器組成物には、ＢａＴｉ４  Ｏ９  結晶相が主結晶相として存在するものであり、Ｚｎを含有する場合には、ＢａＴｉ４  Ｏ９  結晶相が主結晶相とし、磁器中にＢａ３  Ｔｉ１２Ｚｎ７  Ｏ３４結晶相が均一に分散するものである。その他の結晶が少々析出していても良い。そして、ＢａＴｉ４  Ｏ９  結晶相には、Ｓｒが固溶していることが特徴である。このＳｒは、ＢａＴｉ４  Ｏ９  結晶相のＢａの一部と置換している。尚、Ｚｎを含有する場合には、さらに、Ｂａ３  Ｔｉ１２Ｚｎ７  Ｏ３４結晶相のＢａの一部がＳｒと置換されている。このようにＢａ３  Ｔｉ１２Ｚｎ７  Ｏ３４結晶相を析出させることにより、さらにＱｆ値を劣化させることなく、温度係数τｆをプラス側からマイナス側に制御することができる。
【００１９】
また、ＢａＴｉ４  Ｏ９  結晶相中、およびＺｎを含有する場合にはＢａＴｉ４  Ｏ９  結晶相およびＢａ３  Ｔｉ１２Ｚｎ７  Ｏ３４結晶相中にＭｇを固溶させることにより、共振周波数の温度係数τｆの直線性を向上させることができる。
【００２０】
本発明の誘電体磁器組成物は、原料粉末として、ＢａＣＯ３  、ＴｉＯ２  、ＳｒＣＯ３  、ＭｇＣＯ３  、ＺｎＯ粉末を準備し、これらを上記した組成比となるように秤量し、ＺｒＯ２  ボールにより粉砕混合し、この混合粉末を仮焼した後、再度ＺｒＯ２  ボールにより粉砕混合し、この仮焼粉末をプレス成形やドクターブレード法等の公知の方法により所定形状に成形し、大気中または酸素雰囲気中において１０５０〜１３００℃で１〜１０時間焼成することにより得られる。原料粉末は、焼成により酸化物を生成する水酸化物、炭酸塩、硝酸塩等の金属塩を用いても良い。本発明の誘電体磁器中には、不可避不純物として、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｓｎ等が含まれることもある。なお、ＭｇＣＯ３  は仮焼後に添加しても良い。
【００２１】
本発明の誘電体磁器組成物では、Ｚｎを含有する場合において、ＢａＴｉ４  Ｏ９  結晶相中にＢａ３  Ｔｉ１２Ｚｎ７  Ｏ３４結晶相を均一に分散させ、ＢａＴｉ４  Ｏ９  結晶相，Ｂａ３  Ｔｉ１２Ｚｎ７  Ｏ３４結晶相にＳｒ、Ｍｇを固溶させるためには、特に１０５０〜１２００℃の温度で０．１時間以上仮焼することが必要である。その理由は、１０５０℃よりも低温で０．１時間未満の仮焼では、Ｂａ３  Ｔｉ１２Ｚｎ７  Ｏ３４結晶相が形成され難いからである。
【００２２】
【実施例】
原料として純度９９％以上のＢａＣＯ３  、ＴｉＯ２  、ＳｒＣＯ３  、ＭｇＣＯ３  、ＺｎＯの粉末を用いて、上記した組成式のａ，ｘ，Ｍｇ量およびＺｎ量が表１に示す割合となるように秤量し、純水を媒体とし、ＺｒＯ２  ボールを用いたボールミルにて２０時間湿式混合した。次にこの混合物を乾燥（脱水）し、１１５０℃で２時間仮焼した。この仮焼物を粉砕し、バインダーを混合した後、誘電特性評価用の試料として直径１２ｍｍ高さ６．３ｍｍの円柱状に１ｔｏｎ／ｃｍ２  の圧力でプレス成形し、これを酸化雰囲気中において１２５０℃で２時間焼成し、直径１０ｍｍ、高さ５．３ｍｍの円柱状の試料を得た。
【００２３】
誘電特性の評価は、前記試料を用いて誘電体円柱共振器法にて周波数６〜７ＧＨｚにおける比誘電率とＱ値を測定した。Ｑ値と測定周波数ｆとの積で表されるＱｆ値を表１に記載した。また、−４０〜８５℃の温度範囲における共振周波数を測定し、２５℃での共振周波数を基準にして共振周波数の温度係数τｆを算出した。これらの結果を表１に記載した。尚、表１中におけるτｆ１は−４０℃における共振周波数の温度係数であり、τｆ２は８５℃における共振周波数の温度係数である。さらに、共振周波数の温度係数の曲がりΔτｆをΔτｆ＝τｆ１−τｆ２の式から求め、結果を表１に記載した。
【００２４】
【表１】
0003618034.tif 000002
【００２５】
この表１から、本発明の誘電体磁器組成物では、比誘電率が３２以上、Ｑｆ値が３００００〔ＧＨｚ〕以上、共振周波数の温度係数τｆが±２５〔ｐｐｍ／℃〕の範囲内で、かつ、共振周波数の温度係数τｆの曲がりΔτｆが−２．５〜＋２．５〔ｐｐｍ／℃〕の優れた特性を有することが判る。また、共振周波数の温度係数の曲がりΔτｆが零付近のＱｆ値を４７０００以上という高Ｑｆ値にできることが判る。
【００２６】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、Ｂａ−Ｔｉ系誘電体磁器組成物において、Ｂａの一部をＳｒで置換するとともに、Ｍｇおよび必要に応じてＺｎを所定量含有せしめることにより、比誘電率が３２〜４０で、Ｑｆが３００００〔ＧＨｚ〕以上であり、共振周波数の温度係数τｆを−２５〜＋２５〔ｐｐｍ／℃〕の範囲内で、かつ、共振周波数の温度係数τｆの曲がりを−２．５〜＋２．５〔ｐｐｍ／℃〕の範囲内とすることができ、さらに磁器強度を向上することができる。
【００２７】
これによりマイクロ波やミリ波等の周波数領域において使用される種々の共振器用材料やＭＩＣ用誘電体基板材料、誘電体導波路用材料等に最適とすることができる。