(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
希土類元素（Ｌｎ、Ｌｍ）、Ｍｇ、Ｔａ、ＴｉおよびＭ（Ｍ：ＣａおよびＳｒのうちの少なくとも１種）を含み、組成式：ｘＭＴｉaＯ1+2a−ｙＬｎ（Ｍｇ2/3Ｔａ1/3）bＯ(3+3b)/2−ｚＬｍ（Ｍｇ1/2Ｔｉ1/2）cＯ(3+3c)/2（ただし、ｘ、ｙ、ｚはモル％）で表わされる組成を有し、ａ、ｂ、ｃが、
０．９５０≦ａ≦１．０５０
０．９００≦ｂ≦１．０５０
０．９００≦ｃ≦１．０５０
の範囲内にあり、ｘ、ｙ、ｚが添付図１に示す三元組成図において、
点Ａ（ｘ＝７０、ｙ＝１０、ｚ＝３０）
点Ｂ（ｘ＝５０、ｙ＝１０、ｚ＝５０）
点Ｃ（ｘ＝５０、ｙ＝５０、ｚ＝０）
点Ｄ（ｘ＝７０、ｙ＝３０、ｚ＝０）
を結ぶ多角形の線上または内部（但し、線ＣＤ上は除く）にあり、ペロブスカイト型結晶相を主結晶とすることを特徴とする、高周波用誘電体磁器組成物。
【請求項２】
前記希土類元素（Ｌｎ、Ｌｍ）は、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、ＮｄおよびＳｍのうちの少なくとも１種であることを特徴とする、請求項１に記載の高周波用誘電体磁器組成物。
【請求項３】
前記ＭはＣａであることを特徴とする、請求項２に記載の高周波用誘電体磁器組成物。
【請求項４】
前記希土類元素（Ｌｎ、Ｌｍ）はＬａ、ＮｄおよびＳｍのうちの少なくとも１種であることを特徴とする、請求項３に記載の高周波用誘電体磁器組成物。
【請求項５】
前記希土類元素（Ｌｎ、Ｌｍ）はＬａであることを特徴とする、請求項３に記載の高周波用誘電体磁器組成物。
【請求項６】
誘電体磁器が入出力端子に電磁界結合して作動する、誘電体共振器において、前記誘電体磁器は、請求項１から５のいずれかに記載の高周波用誘電体磁器組成物からなることを特徴とする、誘電体共振器。
【請求項７】
請求項６に記載の誘電体共振器に外部結合手段を含んでなることを特徴とする、誘電体フィルタ。
【請求項８】
少なくとも２つの誘電体フィルタと、該誘電体フィルタのそれぞれに接続される入出力接続手段と、前記誘電体フィルタに共通に接続されるアンテナ接続手段とを含んでなる誘電体デュプレクサであって、前記誘電体フィルタの少なくとも１つが請求項７に記載の誘電体フィルタであることを特徴とする、誘電体デュプレクサ。
【請求項９】
請求項８に記載の誘電体デュプレクサと、該誘電体デュプレクサの少なくとも１つの入出力接続手段に接続される送信用回路と、該送信用回路に接続される前記入出力接続手段と異なる少なくとも１つの入出力接続手段に接続される受信用回路と、前記誘電体デュプレクサのアンテナ接続手段に接続されるアンテナとを含んでなることを特徴とする、通信機装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波用誘電体磁器組成物、並びにそれを用いた誘電体共振器、誘電体フィルタ、誘電体デュプレクサおよび通信機装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、携帯電話、パーソナル無線機、衛星放送受信機などのように、マイクロ波やミリ波などの高周波領域において利用される電子機器に搭載される誘電体共振器や誘電体フィルタや回路基板材料として、誘電体磁器が広く用いられている。
【０００３】
このような高周波用誘電体磁器に要求される誘電特性としては、（１）誘電体中では電磁波の波長が１／（εｒ）１／２に短縮されるので、小型化要求への対応として比誘電率（εｒ）が大きいこと、（２）誘電損失が小さい、すなわちＱ値が高いこと、（３）共振周波数の温度安定性が優れている、すなわち共振周波数の温度係数（τｆ）が０（ｐｐｍ／℃）付近であること、などが挙げられる。
【０００４】
従来、この種の誘電体磁器組成物としては、たとえば、Ｂａ（Ｚｎ，Ｔａ）Ｏ３系（特公昭５８−２５０６８号公報）、Ｂａ（Ｓｎ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ３系（特公平３−３４１６４号公報）、（Ｚｒ，Ｓｎ）ＴｉＯ４系（特公平４−５９２６７号公報）、Ｂａ２Ｔｉ９Ｏ２０（特開昭６１−１０８０６号公報）などの誘電体磁器組成物が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｂａ（Ｚｎ，Ｔａ）Ｏ３系やＢａ（Ｓｎ，Ｍｇ，Ｔａ）Ｏ３系の材料は、Ｑ値は１５００００〜３０００００（１ＧＨｚにおいて）と非常に大きいが、比誘電率（εｒ）が２４〜３０と比較的小さい。
【０００６】
一方、（Ｚｒ，Ｓｎ）ＴｉＯ４系やＢａ２Ｔｉ９Ｏ２０系の材料は、比誘電率（εｒ）が３７〜４０と比較的大きく、Ｑ値も５００００〜６００００（１ＧＨｚにおいて）と高い値を示すが、たとえば４０を越えるといったより大きな比誘電率（εｒ）を実現するのは困難である。
【０００７】
近年、電子機器の低損失化や小型化の要求が強まり、これに伴って、誘電体材料に関しても、さらに優れた誘電特性、特に、高い比誘電率（εｒ）と高いＱ値を併せ持つ材料の開発に対する要求が強くなってきているが、このような要求に対して十分に応えることができていないのが現状である。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、比誘電率（εｒ）が３７〜５１と比較的大きく、Ｑ値も２００００（１ＧＨｚにおいて）以上と大きく、しかも、共振周波数の温度係数（τｆ）を０（ｐｐｍ／℃）を中心に任意に制御できる、高周波用誘電体磁器組成物を提供することにある。また、それを用いた誘電体共振器、誘電体フィルタ、誘電体デュプレクサおよび通信機装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の高周波用誘電体磁器組成物は、希土類元素（Ｌｎ、Ｌｍ）、Ｍｇ、Ｔａ、ＴｉおよびＭ（Ｍ：ＣａおよびＳｒのうちの少なくとも１種）を含み、組成式：ｘＭＴｉaＯ1+2a−ｙＬｎ（Ｍｇ2/3Ｔａ1/3）bＯ(3+3b)/2−ｚＬｍ（Ｍｇ1/2Ｔｉ1/2）cＯ(3+3c)/2（ただし、ｘ、ｙ、ｚはモル％）で表わされる組成を有し、ａ、ｂ、ｃが、０．９５０≦ａ≦１．０５０、０．９００≦ｂ≦１．０５０、０．９００≦ｃ≦１．０５０の範囲内にあり、ｘ、ｙ、ｚが添付図１に示す三元組成図において、点Ａ（ｘ＝７０、ｙ＝１０、ｚ＝３０）、点Ｂ（ｘ＝５０、ｙ＝１０、ｚ＝５０）、点Ｃ（ｘ＝５０、ｙ＝５０、ｚ＝０）、点Ｄ（ｘ＝７０、ｙ＝３０、ｚ＝０）を結ぶ多角形の線上または内部（但し、線ＣＤ上は除く）にあり、ペロブスカイト型結晶相を主結晶とすることを特徴とする。
【００１０】
そして、前記希土類元素（Ｌｎ、Ｌｍ）は、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、ＮｄおよびＳｍのうちの少なくとも１種であることを特徴とする。
【００１１】
また、前記ＭはＣａであることを特徴とする。
【００１２】
また、前記希土類元素（Ｌｎ、Ｌｍ）はＬａ、ＮｄおよびＳｍのうちの少なくとも１種であることが好ましい。
【００１３】
さらに、前記希土類元素（Ｌｎ、Ｌｍ）はＬａであることがより好ましい。
【００１４】
また、本発明の誘電体共振器は、誘電体磁器が入出力端子に電磁界結合して作動する、誘電体共振器において、前記誘電体磁器は、上述の高周波用誘電体磁器組成物からなることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の誘電体フィルタは、上述の誘電体共振器に外部結合手段を含んでなることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の誘電体デュプレクサは、少なくとも２つの誘電体フィルタと、該誘電体フィルタのそれぞれに接続される入出力接続手段と、前記誘電体フィルタに共通に接続されるアンテナ接続手段とを含んでなる誘電体デュプレクサであって、前記誘電体フィルタの少なくとも１つが上述の誘電体フィルタであることを特徴とする。
【００１７】
さらに、本発明の通信機装置は、上述の誘電体デュプレクサと、該誘電体デュプレクサの少なくとも１つの入出力接続手段に接続される送信用回路と、該送信用回路に接続される前記入出力接続手段と異なる少なくとも１つの入出力接続手段に接続される受信用回路と、前記誘電体デュプレクサのアンテナ接続手段に接続されるアンテナとを含んでなることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図２は、本発明の一実施形態による誘電体共振器１の基本的構造を図解的に示す断面図である。
【００１９】
図２を参照して、誘電体共振器１は、金属ケース２を備え、金属ケース２内の空間には、支持台３によって支持された柱状の誘電体磁器４が配置されている。また、入力端子５および出力端子６が、金属ケース２に対して絶縁された状態で、金属ケース２によって保持されている。誘電体磁器４は、入力端子５および出力端子６に電磁界結合して作動するもので、入力端子５から入力された所定の周波数の信号だけが出力端子６から出力される。このような誘電体共振器１中の誘電体磁器４が、本発明に係る高周波用誘電体磁器組成物で構成される。
【００２０】
なお、図２にはＴＥ０１δモードの誘電体共振器を示したが、本発明の高周波用誘電体磁器組成物は他のＴＥモードやＴＭモード、ＴＥＭモードなどの誘電体共振器にも同様に用いることができる。
【００２１】
図３は、本発明の通信機装置の一例を示すブロック図である。この通信機装置１０は、誘電体デュプレクサ１２、送信用回路１４、受信用回路１６およびアンテナ１８を含む。送信用回路１４は、誘電体デュプレクサ１２の入力接続手段２０に接続され、受信用回路１６は、誘電体デュプレクサ１２の出力接続手段２２に接続される。また、アンテナ１８は、誘電体デュプレクサ１２のアンテナ接続手段２４に接続される。この誘電体デュプレクサ１２は、２つの誘電体フィルタ２６、２８を含む。誘電体フィルタ２６、２８は、本発明の誘電体共振器に外部結合手段を接続してなるものである。この実施例では、たとえば、誘電体共振器１の入出力端子にそれぞれ外部結合手段３０を接続して形成される。そして、一方の誘電体フィルタ２６は入力接続手段２０と他方の誘電体フィルタ２８との間に接続され、他方の誘電体フィルタ２８は、一方の誘電体フィルタ２６と出力接続手段２２との間に接続される。
【００２２】
本発明に係る高周波用誘電体磁器組成物は、前述したように、希土類元素（Ｌｎ、Ｌｍ）、Ｍｇ、Ｔａ、ＴｉおよびＭ（Ｍ：ＣａおよびＳｒのうちの少なくとも１種）を含み、組成式：ｘＭＴｉａＯ１＋２ａ―ｙＬｎ（Ｍｇ２／３Ｔａ１／３）ｂＯ（３＋３ｂ）／２−ｚＬｍ（Ｍｇ１／２Ｔｉ１／２）ｃＯ（３＋３ｃ）／２（ただし、ｘ、ｙ、ｚはモル％）で表わされる組成を有し、ａ、ｂ、ｃ、ｘ、ｙおよびｚの各々については、次のような範囲内にある。
【００２３】
まず、ａについては、０．９５０≦ａ≦１．０５０の範囲内にある。ａ＜０．９５０の場合や、ａ＞１．０５０の場合は、Ｑ値が低くなり、本発明の目的を達成することができないからである。
【００２４】
ｂについては、０．９００≦ｂ≦１．０５０の範囲内にある。ｂ＜０．９００や、ｂ＞１．０５０の場合は、Ｑ値が低くなるためである。
【００２５】
ｃについては、０．９００≦ｃ≦１．０５０の範囲内にある。ｃ＜０．９００や、ｃ＞１．０５０の場合は、Ｑ値が低くなるためである。
【００２６】
ｘ、ｙ、ｚについては、添付図１に示す三元組成図において、点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを結ぶ多角形の線上または内部（但し、線ＡＢ上および線ＣＤ上は除く）にある。線ＡＤの外側の場合には、共振周波数の温度係数（τｆ）が＋５０ｐｐｍ／℃よりも大きくなってしまうためであり、線ＢＣの外側の場合には、共振周波数の温度係数（τｆ）が−５０ｐｐｍ／℃よりもマイナス側にずれてしまうからである。また、線ＡＢ上を除いたのは、ｙ＝０では１３５０〜１４５０℃の焼成温度では十分に焼結せず、１５００℃を超える高温焼成が必要となり、工業的に大量生産するうえで不都合が多いためである。
【００２７】
また、線ＣＤ上を除いたのは、次の理由による。ｘが一定の場合には、ｚが小さくなるにしたがって共振周波数の温度係数（τｆ）がマイナス側にシフトする性質がある。したがって、同じ共振周波数の温度係数（τｆ）を得ようとする場合には、ｚが小さくなるにしたがって、ｘを大きくする必要がある。しかしながら、ｘを大きくするとＱ値が低下する性質があり、ｘは可能な限り小さくした方が高いＱ値が得られる。線ＣＤ上を除いたのはこのような理由により、ｚ＝０では特性が著しく劣化するわけではないが、ｘを小さくする効果、すなわちＱ値を向上させる効果が期待できないためである。また、出発原料としての酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）は高価な材料であるため、酸化タンタルを多く含有する組成は、産業応用を考える上でも好ましくない。
【００２８】
また、本発明に係る高周波用誘電体磁器組成物において、希土類元素（Ｌｎ、Ｌｍ）としては、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍなどを用いることが好ましいが、これらの中で、Ｌａ、Ｎｄ、Ｓｍを用いることがより好ましく、さらには、Ｌａを用いることが最も好ましい。Ｎｄ、Ｓｍを用いることにより、Ｑ値が向上し、さらにＬａを用いることにより、比誘電率（εｒ）およびＱ値をより高くすることができる。
【００２９】
【実施例】
次に、本発明をより具体的な実施例に基づき説明する。
【００３０】
（実施例１）
出発原料として、高純度の炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、希土類酸化物（Ｌａ２Ｏ３など）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）を準備した。
【００３１】
次に、表１に示す組成式：ｘＭＴｉａＯ１＋２ａ―ｙＬａ（Ｍｇ２／３Ｔａ１／３）ｂＯ（３＋３ｂ）／２−ｚＬａ（Ｍｇ１／２Ｔｉ１／２）ｃＯ（３＋３ｃ）／２（ただし、ｘ、ｙ、ｚはモル％）で表わされる組成物が得られるように、これら原料を調合した。また、表２に示す組成式：ｘＭＴｉａＯ１＋２ａ―ｙＬｎ（Ｍｇ２／３Ｔａ１／３）ｂＯ（３＋３ｂ）／２−ｚＬｍ（Ｍｇ１／２Ｔｉ１／２）ｃＯ（３＋３ｃ）／２（ただし、ｘ、ｙ、ｚはモル％）で表わされる組成で表わされる組成物が得られるように、これら原料を調合した。
【００３２】
【表１】
0003598886.tif 000002
【００３３】
【表２】
0003598886.tif 000003
なお、表２に示した試料４１〜５６は、表１の組成式中のＬａの代わりに、表２の「希土類元素」の欄に示した種々の希土類元素としたもので、試料４１〜５２については、表１中の試料１６に対応する組成を有しており、試料５３〜５６については、表１中の試料３５に対応する組成を有している。
【００３４】
次に、これら調合済み原料の粉末を、ボールミルを用いて１６時間湿式混合した後、脱水、乾燥し、その後、１１００〜１３００℃で３時間仮焼し、この仮焼粉末に適量のバインダを加えて、再度、ボールミルを用いて１６時間湿式粉砕することにより、調製粉末を得た。
【００３５】
次に、この調製粉末を１０００〜２０００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で円板状にプレス成形した後、１３５０〜１４５０℃の温度で４時間大気中で焼成し、直径１０ｍｍ、厚み５ｍｍのペロブスカイト型結晶相を主結晶とする磁器を得た。
【００３６】
得られた磁器について、測定周波数６〜８ＧＨｚにおける比誘電率（εｒ）およびＱ値を両端短絡型誘電体共振器法で測定し、Ｑ×ｆ＝一定則に従って、１ＧＨｚのＱ値に換算した。また、ＴＥ０１δモード共振器周波数から、共振周波数の２５℃〜５５℃間の温度係数（τｆ）を測定した。これらの結果を、表１および表２に示す。なお、表１において、試料番号に＊を付したものは、本発明の範囲外のものである。
【００３７】
表１および表２から明らかなように、本発明の範囲内にある試料によれば、マイクロ波帯において比誘電率（εｒ）を大きな値に保ちながら高いＱ値を得ることができる。
【００３８】
ここで、表１を主として参照しながら、本発明の組成式：ｘＭＴｉａＯ１＋２ａ―ｙＬｎ（Ｍｇ２／３Ｔａ１／３）ｂＯ（３＋３ｂ）／２−ｚＬｍ（Ｍｇ１／２Ｔｉ１／２）ｃＯ（３＋３ｃ）／２（ただし、Ｌｎ、Ｌｍは希土類元素、ＭはＣａおよびＳｒのうちの少なくとも１種）で表わされる組成物の限定理由を以下に説明する。
【００３９】
まず、ａについて、０．９５０≦ａ≦１．０５０と限定したのは、ａ＜０．９５０の場合には、試料１１および３０のように、また、ａ＞１．０５０の場合には、試料２１および４０のように、ともにＱ値が低くなり本発明の目的を達成することができないからである。
【００４０】
ｂについて、０．９００≦ｂ≦１．０５０と限定したのは、ｂ＜０．９００の場合には、試料１３および３２のように、また、ｂ＞１．０５０の場合には、試料１９および３８のように、ともにＱ値が低くなるためである。
【００４１】
ｃについて、０．９００≦ｃ≦１．０５０と限定したのは、ｃ＜０．９００の場合には、試料１５および３４のように、また、ｃ＞１．０５０の場合には、試料１７および３６のように、ともにＱ値が低くなるためである。
【００４２】
ｘ、ｙ、ｚについて、添付図１に示す三元組成図において、点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを結ぶ多角形の線上または内部（但し、線ＡＢ上および線ＣＤ上は除く）としたのは、以下の理由による。
【００４３】
すなわち、線ＡＤの外側の場合には、試料１および２のように、共振周波数の温度係数（τｆ）が＋５０ｐｐｍ／℃よりも大きくなってしまうためであり、線ＢＣの外側の場合には、試料２８および２９のように、共振周波数の温度係数（τｆ）が−５０ｐｐｍ／℃よりもマイナス側にずれてしまうからである。また、線ＡＢ上を除いたのは、試料３、９、２４から明らかなように、ｙ＝０では、１３５０〜１４５０℃の焼成温度では十分に焼結せず、１５００℃を超える高温での焼成が必要となり、工業的に大量生産するうえで不都合が多いためである。
【００４４】
また、線ＣＤ上を除いたのは、次の理由による。ｘが一定の場合には、ｚが小さくなるにしたがって共振周波数の温度係数（τｆ）がマイナス側にシフトする性質がある。たとえば、表１の試料４〜６や試料１６、２２、２３に示されているとおりである。したがって、同じ共振周波数の温度係数（τｆ）を得ようとする場合には、ｚが小さくなるにしたがって、ｘを大きくする必要がある。しかしながら、ｘを大きくするとＱ値が低下する性質があり、ｘは可能な限り小さくした方が高いＱ値が得られる。たとえば、ほぼ同じ共振周波数の温度係数（τｆ）を示す表１の試料８と１６を比較すると、ｚが大きな試料１６の方が高いＱ値が得られているとおりである。線ＣＤ上を除いたのはこのような理由により、ｚ＝０で特性が著しく劣化するわけではないが、ｘを小さくする効果、すなわちＱ値を向上させる効果が期待できないためである。
【００４５】
また、表１の試料１６と表２の試料４１〜５２の比較、および、表１の試料３５と表２の試料５３〜５６の比較から明らかなように、希土類元素としてはＬａを用いるのが最も好ましく、Ｌａを用いることにより高い比誘電率（εｒ）と高いＱ値を得ることができる。また、試料４１、４４、４７、５０間の比較で明らかなように、希土類元素としてＮｄまたはＳｍを用いることにより、ＹまたはＰｒの場合と比較して、より高いＱ値を得ることができる。
【００４６】
なお、本発明の高周波用誘電体磁器組成物には、本発明の目的を損なわない範囲内で微量の添加物を加えることができる。たとえば、ＳｉＯ２、ＭｎＣＯ３、Ｂ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＮｉＯ、ＣｕＯ、Ｌｉ２ＣＯ３などを０．０１〜１．０ｗｔ％添加することにより、特性の劣化を抑えながら、焼成温度を１０〜２０℃低下させることができる。その他にも、ＺｒＯ２、ＳｎＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｖ２Ｏ５、ＷＯ３などを１〜３ｗｔ％添加することで、比誘電率（εｒ）と温度特性の微調整が可能となり、優れた誘電体磁器を得ることができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、比誘電率（εｒ）が３７〜５１と大きく、Ｑ値が２００００（１ＧＨｚにおいて）以上と大きく、しかも、共振周波数の温度係数（τｆ）を０（ｐｐｍ／℃）を中心に任意に制御できる、高周波用誘電体磁器組成物を得ることができる。
【００４８】
したがって、このような組成を有する誘電体磁器を用いて、誘電体共振器、誘電体フィルタ、誘電体デュプレクサ、および通信機装置を作製することにより、それぞれ良好な特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＭＴｉＯ３―Ｌｎ（Ｍｇ２／３Ｔａ１／３）Ｏ３−Ｌｍ（Ｍｇ１／２Ｔｉ１／２）Ｏ３系組成物の三元組成図である。
【図２】本発明の一実施形態による誘電体共振器を図解的に示す断面図である。
【図３】本発明の通信機装置一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１      誘電体共振器
２      金属ケース
４      誘電体磁器
５      入力端子
６      出力端子
１０    通信機装置
１２    誘電体デュプレクサ
１４    送信用回路
１６    受信用回路
１８    アンテナ
２０    入力接続手段
２２    出力接続手段
２４    アンテナ接続手段
２６、２８    誘電体フィルタ
３０    外部結合手段
【図１】
0003598886.tif 000004
【図２】
0003598886.tif 000005
【図３】
0003598886.tif 000006