(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モル比組成式がｘＭｇＯ・ｙＡｌ２Ｏ３・ｚＳｉＯ２（但し、ｘ＝１０〜４０モル％，ｙ＝１０〜４０モル％，ｚ＝２０〜８０モル％，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００モル％）で表される複合酸化物を主成分とし、主結晶相である２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２相にα相とβ相とが存在しており、該β相のＸ線回折による（２４１）ピーク強度と（２２２）ピーク強度との比をβp（２４１）／βp（２２２）としたときに０．８≦βp（２４１）／βp（２２２）≦１．３であることを特徴とする誘電体磁器組成物。
【請求項２】
アルカリ金属元素の含有量が酸化物換算で０．１重量部以下であることを特徴とする請求項１記載の誘電体磁器組成物。
【請求項３】
希土類元素を酸化物換算で０．１〜１５重量部含むことを特徴とする請求項１または２記載の誘電体磁器組成物。
【請求項４】
誘電体基板上に、誘電体支持部材を介して該誘電体支持部材よりも高比誘電率の共振用の誘電体磁器を設置して成る誘電体共振器において、前記誘電体基板および／または誘電体支持部材が請求項１〜３のいずれかに記載の誘電体磁器組成物から成ることを特徴とする誘電体共振器。
【請求項５】
高周波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に、請求項１〜３のいずれかに記載の誘電体磁器組成物から成る前記高周波信号伝送用の誘電体線路を設けたことを特徴とする非放射性誘電体線路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばマイクロ波，ミリ波等の高周波帯域で用いられる高周波用の誘電体磁器組成物に係わり、例えばマイクロ波集積回路，ミリ波集積回路等のマイクロ波帯域，ミリ波帯域で用いられる回路基板，誘電体線路，誘電体アンテナ等の材料として有用な誘電体磁器組成物、およびそれを用いた誘電体共振器、並びに非放射性誘電体線路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マイクロ波集積回路，ミリ波集積回路等の高周波回路では、共振用の誘電体磁器を誘電体支持部材を介して、誘電体基板上に固定する構造が採られる場合がある。例えば、誘電体共振器制御型マイクロ波発振器は、図１に示すように、誘電体磁器１を誘電体支持部材２を介して誘電体基板３上に取り付け、誘電体磁器１の外部に漏れ出る電磁界Ｈを利用して誘電体基板３に形成したストリップライン４に電磁結合させる構造であり、これらを金属ケース５に収納した構成である。
【０００３】
このような高周波回路では、誘電体磁器１の電界が誘電体支持部材２を介して漏れるのを制御することによって、無負荷Ｑの高い共振系が構成できるため、誘電体支持部材２には比誘電率が低く誘電体損失（ｔａｎδ）が小さい、即ちＱ値が大きい材料を使用する必要がある。このため、従来、誘電体支持部材２の材料としては、比誘電率が約７であり、測定周波数１０ＧＨｚでのＱ値が約１５０００のフォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ２）セラミックスが用いられ、また誘電体基板３の材料としては、主として比誘電率が約１０であり、測定周波数１０ＧＨｚでのＱ値が２００００以上のアルミナセラミックスが用いられていた。
【０００４】
また、比誘電率が低い材料としては、従来コーディエライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２）セラミックスが知られているが、これは焼結温度範囲がきわめて狭いことから緻密な焼結体が得難く、ガラス材を添加することによって、比誘電率が４〜６、測定周波数１０ＧＨｚでのＱ値が１０００程度のガラスセラミックスが知られている。
【０００５】
そして、誘電体材料から成る高周波信号伝送用の線路を有する従来の非放射性誘電体線路（Ｎｏｎ  Ｒａｄｉａｔｉｖｅ  Ｄｉｅｌｅｃｔｏｒｉｃ  Ｇｕｉｄｅ  で、以下、ＮＲＤガイドという）の基本構成を図２に示す。同図のＮＲＤガイドＳ１は、誘電体線路１２中を伝搬させるミリ波等の高周波信号（電磁波）の波長λに対して、間隔がλ／２以下である一対の平行平板導体１１，１３の間に直線状の誘電体線路１２を介装して構成されている。このようなＮＲＤガイドＳ１では、平行平板導体１１，１３の間隔が高周波信号の波長λの１／２以下のとき電磁波は遮断されて外部から進入できないが、平行平板導体１１，１３の間に誘電体線路１２を介装すると、誘電体線路１２に沿ってその内部を電磁波が伝搬でき、放射波は平行平板導体１１，１３の遮断効果によって抑制される。尚、図２において、上側の平行平板導体１３は、内部を透視するために一部を切り欠いて描いた。また、高周波信号の波長λは使用周波数での空気中における波長である。
【０００６】
前記ＮＲＤガイドＳ１の電磁波伝搬モードとしてはＬＳＭ（Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ  Ｓｅｃｔｉｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ）モード，ＬＳＥ（Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ  Ｓｅｃｔｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ）モードの２種類があり、損失の小さいＬＳＭモードが一般的に使用されている。
【０００７】
また、曲線状の誘電体線路１２を使用することもでき、この場合電磁波を容易に曲線的に伝搬させることができ、ミリ波集積回路等が小型化されまた自由度の高い回路設計ができるという利点を有する。
【０００８】
従来、ＮＲＤガイドＳ１の誘電体線路１２の材料としては、加工の容易さ等の理由で、テフロン，ポリスチレンなどの比誘電率２〜４の樹脂材料が使用されてきた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の誘電体共振器に用いられていたアルミナセラミックス，フォルステライトセラミックスの比誘電率は、それぞれ約１０、約７であり、近年における高周波帯域の誘電体共振器の普及に伴い、より低い比誘電率の材料が求められていた。
【００１０】
一方、低比誘電率材料として用いられているガラスセラミックス等の磁器は、比誘電率は約４〜６と小さいが、Ｑ値が１０ＧＨｚで１０００程度であり、近年における高周波帯域の誘電体共振器の普及に伴い、より高いＱ値の比誘電率材料が求められていた。
【００１１】
また、誘電体共振器の誘電体基板３に主として使用されているアルミナセラミックスは、比誘電率が約１０と比較的高いため、高インピーダンスのストリップラインを形成しようとすると、ライン幅が１μｍ以下程度と小さくなりすぎて、断線が生じたり、相対的なライン幅のばらつきが大きくなり、上記誘電体共振器を用いてマイクロ波集積回路を構成した場合その不良率が増大するという問題点があった。
【００１２】
これは、誘電体基板３におけるストリップラインのインピーダンスは、誘電体基板３の厚さが一定であれば、その比誘電率およびストリップラインの幅にそれぞれ反比例するためである。従って、ストリップラインの幅を小さくする代わりに比誘電率の低い材料を使用することによってもインピーダンスを高めることができる。このため、より低比誘電率の材料が求められていた。
【００１３】
このような問題点を解決するものとして、本出願人は、金属元素としてＭｇ，Ａｌ，Ｓｉからなる複合酸化物であって、各金属元素の酸化物によるモル組成比をｘＭｇＯ・ｙＡｌ２Ｏ３・ｚＳｉＯ２としたとき、１０≦ｘ≦４０，１０≦ｙ≦４０，２０≦ｚ≦８０，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００を満足し、比誘電率が６以下、かつ測定周波数１０ＧＨｚでのＱ値が２０００以上である高周波用誘電体磁器組成物および誘電体共振器を提案した（特開平９−４８６６１号公報参照）。
【００１４】
この高周波用誘電体磁器組成物は、アルミナセラミックス，フォルステライトセラミックスよりも低い比誘電率を有し、かつガラスセラミックスよりも高いＱ値を有する優れたものであった。しかしながら、さらに高い周波数において高いＱ値が得られる誘電体磁器組成物が求められていた。
【００１５】
また、上記従来のＮＲＤガイドにおいて、テフロン，ポリスチレン等の樹脂材料から成る誘電体を用いた誘電体線路によりＮＲＤガイドを構成すると、誘電体線路の曲線部での曲げ損失や、誘電体線路同士の接合部での損失が大きいという問題があった。このため、誘電体線路に急峻な曲線部を形成することができず、その結果ＮＲＤガイドが大型化するという問題があった。一方、誘電体線路に緩やかな曲線部を形成した場合には、高周波信号の損失を抑制するために前記曲線部の曲率を精密に決定する必要があった。
【００１６】
更に、曲げ損失が小さい状態で使用できる周波数範囲が、例えば６０ＧＨｚ付近では１〜２ＧＨｚの幅しかなく十分ではなかった。これは、比誘電率が２〜４の誘電体を用いてＮＲＤガイドを構成した場合、ＬＳＭモードとＬＳＥモードの差が３ＧＨｚ程度と非常に近いため、ＬＳＭモードの電磁波の一部がＬＳＥモードに変換されてしまうためであった。即ち、ＬＳＭモードとＬＳＥモードの分散特性について２つのモードの分散曲線がＢ／Ｂ0＝０（Ｂは誘電体線路中での高周波信号の伝搬定数、Ｂ0は真空中での高周波信号の伝搬定数）で３ＧＨｚ程度しか離れておらず、これがＬＳＭモードの電磁波の一部がＬＳＥモードに変換される原因であった。また、誘電体線路の材料としてアルミナ等の比誘電率が１０程度のセラミックスを用いたものもあるが、５０ＧＨｚ以上の高周波で使用するためには、誘電体線路の幅を非常に細くしなければならず、加工性及び実装の作業性、即ち製造上実用的ではない。
【００１７】
また、周波数がより高周波となると誘電体線路の断面もより小さくなる。例えば、断面のサイズが１ｍｍ×２ｍｍ程度で長さが１０ｍｍ程度の誘電体線路を磁器で形成し配置する場合、製造時等に誘電体線路を取り扱う際にきわめて折損し易くなるという問題があった。その上、誘電体線路を一対の平行平板導体で挟持する必要があるが、この平行平板導体で誘電体線路を締めつける際に破損するという問題が生じていた。
【００１８】
従って、本発明は上記事情に鑑みて完成されたものであり、その目的は、主結晶相であるコーディエライト相のα相からβ相への相変化が大きくなっていないこと、即ちβ相への相転移状態が充分に進行していないことにより、比誘電率が４．５〜６で６０ＧＨｚでのＱ値が１０００以上の誘電体磁器組成物となり、また誘電体共振器においては、誘電体基板上のストリップラインの幅を小さくする代わりに比誘電率の低い誘電体基板材料を使用することによってインピーダンスを高めることができるものとすることにある。また、ＮＲＤガイドにおいては、ＬＳＭモードの電磁波のＬＳＥモードへの変換が少なく、曲線部を有する誘電体線路を用いた場合、急峻な曲線部としても使用周波数範囲を広くでき、その結果、ミリ波集積回路等を小型化でき、しかも加工が容易で設計の自由度の高いＮＲＤガイドを得ることができるようにすることである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の誘電体磁器組成物は、モル比組成式がｘＭｇＯ・ｙＡｌ２Ｏ３・ｚＳｉＯ２（但し、ｘ＝１０〜４０モル％，ｙ＝１０〜４０モル％，ｚ＝２０〜８０モル％，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００モル％）で表される複合酸化物を主成分とし、主結晶相としての２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２相にα相とβ相とが存在しており、このβ相のＸ線回折による（２４１）ピーク強度と（２２２）ピーク強度との比をβp（２４１）／βp（２２２）としたときに０．８≦βp（２４１）／βp（２２２）≦１．３であることを特徴とする。
【００２０】
本発明は、上記構成により、比誘電率が４．５〜６．０で６０ＧＨｚにおけるＱ値が１０００以上の特性を得ることができる。
【００２１】
本発明において、好ましくは、アルカリ金属元素の含有量が酸化物換算で０．１重量部以下であることを特徴とする。即ち、アルカリ金属元素の含有量を小さくすることで、主結晶相としてのコーディエライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２）相のα相からβ相への相変化速度が遅くなり、α相により近い状態のβ相とすることで、高いＱ値が得られるものを安定して形成し得る。
【００２２】
また本発明において、好ましくは、希土類元素を酸化物換算で０．１〜１５重量部含むことを特徴とする。これにより、誘電体磁器組成物のＱ値等の特性を大きく劣化させることなく、焼成条件を改善することができる。即ち、比誘電率が４．５〜６．０、測定周波数６０ＧＨｚでのＱ値が１０００以上の特性を得るために、例えば、従来焼成温度幅を１０℃程度で制御していたものを１００℃程度まで広げることができ、製造が容易になり量産性がきわめて向上する。
【００２３】
本発明の誘電体共振器は、誘電体基板上に、誘電体支持部材を介して該誘電体支持部材よりも高比誘電率の共振用の誘電体磁器を設置して成る誘電体共振器において、前記誘電体基板および／または誘電体支持部材が上記誘電体磁器組成物から成ることを特徴とする。
【００２４】
上記構成により、高インピーダンスのストリップラインを細線化せずに形成できるため、マイクロ波集積回路等の高周波用回路を高い信頼性でもって製造することができる。
【００２５】
本発明の非放射性誘電体線路は、高周波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に、上記誘電体磁器組成物から成る前記高周波信号伝送用の誘電体線路を設けたことを特徴とする。
【００２６】
本発明は、このような構成により、誘電体線路の比誘電率が、従来のテフロン等の樹脂材料よりも高くアルミナセラミックスよりも低い４．５〜６．０程度となり、ＬＳＭモードの電磁波のＬＳＥモードへの変換による損失を低減し得る。また、使用周波数６０ＧＨｚでのＱ値が１０００以上の誘電体磁器を用いることにより、伝送損失が少なく、かつ誘電体線路の幅を非常に細くする必要がないため製造し易くなり、その結果安価及び高精度に誘電体線路を作製することができる。更に、誘電体線路の比誘電率がテフロン等の樹脂材料と比して高いので、これらの樹脂材料を用いて誘電体線路の支持用治具や回路基板等を作製し、誘電体線路近傍に配置しても、その影響を受けにくくなる。このようにして、より製造の自由度が高く、小型で安価なＮＲＤガイドを構成できる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
本発明の高周波用の誘電体磁器組成物、誘電体共振器及びＮＲＤガイドについて以下に説明する。本発明の誘電体磁器組成物は、モル比組成式がｘＭｇＯ・ｙＡｌ２Ｏ３・ｚＳｉＯ２（但し、ｘ＝１０〜４０モル％，ｙ＝１０〜４０モル％，ｚ＝２０〜８０モル％，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００モル％）で表される複合酸化物を主成分とし、主結晶相である２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２相にα相とβ相とが存在しており、このβ相のＸ線回折による（２４１）ピーク強度と（２２２）ピーク強度との比をβp（２４１）／βp（２２２）としたときに０．８≦βp（２４１）／βp（２２２）≦１．３である。なお、上記の（２４１）は（２４１）結晶面の方位で、ＪＣＰＤＳ−ＩＣＤＤ（Joint Committee on Powder Diffraction Standards International Center for Diffraction Data）の規定によるものであり、他の方位についても同様である。
【００２８】
誘電体磁器組成物の主成分組成比を前記範囲に限定したのは、次の理由による。即ち、ＭｇＯのモル比をｘ＝１０〜４０モル％としたのは、ｘ＜１０モル％では良好な焼結体が得られ難くＱ値が低くなる傾向があり、またｘ＞４０モル％では比誘電率が６．０よりも高くなるからである。好ましくはｘ＝１５〜３５モル％であり、その場合Ｑ値が２０００以上となりその向上が著しい。
【００２９】
Ａｌ２Ｏ３のモル比をｙ＝１０〜４０モル％としたのは、ｙ＜１０モル％では良好な焼結体が得られ難くＱ値が低くなり、またｘ＞４０モル％では比誘電率が６よりも高くなるからである。好ましくはｙ＝１７〜３５モル％であり、その場合Ｑ値が２０００以上となりその向上が著しい。
【００３０】
ＳｉＯ２のモル比をｚ＝２０〜８０モル％としたのは、ｚ＜２０モル％では比誘電率が６よりも高くなり、ｚ＞８０モル％では良好な焼結体が得られ難くＱ値が低くなる。好ましくはｚ＝３０〜６５モル％であり、その場合Ｑ値が２０００以上となりその向上が著しい。
【００３１】
従って、Ｑ値を２０００以上とするためには、ｘ＝１５〜３５モル％、ｙ＝１７〜３５モル％、ｚ＝３０〜７０モル％とするのが望ましく、特にコーディエライト組成、即ちｘ＝２２．２、ｙ＝２２．２、ｚ＝５５．６であることが良い。
【００３２】
また、測定周波数６０ＧＨｚでのＱ値が１０００以上の場合、近年における高周波帯域用の誘電体共振器にも十分対応できる。Ｑ値は高ければ高いほどよいが、特には測定周波数６０ＧＨｚでＱ値が１５００以上であることが望ましい。
【００３３】
これらＭｇＯ，Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２のモル％ｘ，ｙ，ｚは、ＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｐｒｏｂｅ  Ｍｉｃｒｏ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）法、ＸＲＤ（Ｘ−ｒａｙ  ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：Ｘ線回折）法等の分析方法で特定できる。
【００３４】
また本発明は、上記主成分に対して、Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ等のアルカリ金属元素の酸化物換算での含有量が０．１重量部以下が好ましく、０．１重量部を超えると、主結晶相としてのコーディエライト相がα相からβ相へ相変化し易くなり、Ｑ値が低下する。このアルカリ金属元素の含有量は少ないほどよいが、より好ましくは０．０３重量部以下とするのがよい。
【００３５】
上記アルカリ金属元素のうち、特にＫを含むことで、コーディエライト相のα相からβ相への相変化速度が大きくなりＱ値が低下するため、Ｋの含有量を０．１重量部以下とすることが好ましい。
【００３６】
また、本発明では、Ｓｃ，Ｙ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｎｄ，Ｐｍ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ等の希土類元素の含有量が酸化物換算で０．１〜１５重量部であることが好ましい。０．１重量部未満では、比誘電率が４．５〜６、測定周波数６０ＧＨｚでのＱ値が１０００以上の特性を得ることができる焼成温度幅が広がらず、上記特性のものを製造するのが困難となり、量産性が低下する。１５重量部を超えると、比誘電率が大きくなり、Ｑ値も小さくなる。
【００３７】
上記希土類元素群のうち、Ｑ値を低下させずに低温焼成できるという点から、Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｙｂ，Ｌｕが好ましく、Ｙｂが最も好ましい。
【００３８】
上記アルカリ金属元素の酸化物の含有量は原子吸光分析法で、希土類元素の酸化物の含有量はＥＰＭＡ法、ＸＲＤ法等により特定できる。
【００３９】
本発明において、０．８≦βｐ（２４１）／βｐ（２２２）≦１．３とするが、βｐ（２４１）／βｐ（２２２）＜０．８では、α相からβ相への相変化が進行しすぎており、誘電体損失が大きくなる。また、βｐ（２４１）／βｐ（２２２）＝１．３の状態はα相の状態で最も好適な結晶状態であり、βｐ（２４１）／βｐ（２２２）が１．３より大きくなることはない。
【００４０】
また、上記のように規定したのは以下の理由による。コーディエライトの結晶相にはα相とβ相が存在し、熱処理により可逆的に相変化（相転移）することが知られている。この相転移はわずかな結晶格子の変化ではあるが、結晶の対称性の変化によるＸ線回折パターンの変化、即ち結晶状態による種々の角度に回折されたＸ線のピーク強度の変化を測定することで、相変化の状態を特定することができる。
【００４１】
比誘電率が小さく誘電体損失が小さいという点で最も好ましいα相は、誘電体磁器組成物を作製する際に焼結するにつれてβ相へ変化していく。このα相の（２１１）のＸ線（波長１．５４０６Å）回折によるピークに着目すると、α相からβ相への相転移に伴い、α相の（２１１）のピークはβ相の（１５１），（２４１），（３１１）の３本のピークに変化していく。即ち、β相の結晶構造の変化（結晶のｘ軸方向長さ／ｙ軸方向長さの変化）に伴い、α相の（２１１）のピークは、１本のものが次第に高さが低くなるとともに３本のピークへと分離していく。
【００４２】
一方、α相の（２０２）ピークに着目すると、このピークは相転移に関係なく、ピーク強度に変化は見られない。但し、相変化に伴い単位格子がβ相へと変化するため、β相では（２２２）ピークに相当する。
【００４３】
そこで、相変化によりピーク強度の変化しないβ相の（２２２）ピークの強度と、相変化によりピーク強度が変化するβ相の（１５１），（２４１），（３１１）のピークの強度との比から、コーディエライトの相転移の状態を特定することができる。β相の（１５１），（２４１），（３１１）のピークのうち、相転移が進行するにしたがい、最もピーク強度が大きい（２４１）ピークが小さくなり、その両側に（１５１）ピークと（３１１）ピークが生成される。従って、β相の（２２２）ピークに対する（２４１）ピークの強度比により、相転移状態を特定できることとなる。
【００４４】
また、焼結体（セラミックス）である誘電体磁器組成物は、主結晶相はコーディエライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２）であり、他の結晶相としてムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）、スピネル（ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３）、プロトエンスタタイト｛メタ珪酸マグネシウム（ＭｇＯ・ＳｉＯ２）を主成分とするステアタイトの一種｝、クリノエンスタタイト｛メタ珪酸マグネシウム（ＭｇＯ・ＳｉＯ２）を主成分とするステアタイトの一種｝、フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ２）、クリストバライト｛珪酸（ＳｉＯ２）の一種｝、トリジマイト｛珪酸（ＳｉＯ２）の一種｝、サファリン（Ｍｇ，Ａｌの珪酸塩の一種）等が析出する場合があるが、ＭｇＯ，Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２組の組成比によって析出相が異なる。なお、この誘電体磁器組成物は、コーディエライトのみの結晶相であってもよい。
【００４５】
本発明の誘電体磁器組成物は以下のようにして作製される。原料粉末として、例えばＭｇＣＯ３粉末、Ａｌ２Ｏ３粉末、ＳｉＯ２粉末、Ｙｂ２Ｏ３粉末を用い、これらを所定の割合に秤量し、湿式混合した後乾燥し、その混合物を大気中において１１００〜１３００℃で仮焼した後粉砕したものを用いる。得られた原料粉末に、
アルカリ金属の酸化物の粉末、および好ましくは希土類元素の酸化物の粉末を所定量混合し、適量の有機樹脂バインダを加えて線路状等に成形する。この成形体を大気中１２００〜１４５０℃で焼成することにより作製される。
【００４６】
本発明では、焼結温度と焼結時間を制御することにより、β相への相転移が進行していないものを作製することができる。即ち、０．８≦βp（２４１）／βp（２２２）≦１．３のものを作製し得る。そして、焼結可能な好適な温度範囲は１２５０〜１４５０℃であり、１２５０℃未満では焼結が困難となり、１４５０℃を超えるとコーディエライト相が分解溶融し易くなる。また、相転移が進行しにくい焼結時間としては２時間未満が好ましく、２時間以上では相転移が進行していく。従って、焼結温度範囲を１２５０〜１４５０℃かつ焼結時間を２時間未満とすることにより、β相への相転移を本発明の範囲内に抑制することができる。より好ましくは、９０分以下がよい。さらには、コーディエライト相のβ相の相変化が活発に進行する１４００〜１４５０℃温度では１時間以内が良い。また、焼結時間が５分未満では、誘電体共振器用の誘電体基板，誘電体支持部材およびＮＲＤガイド用の誘電体線路等の小型部品においても焼結が困難となるため、５分以上が好適である。
【００４７】
誘電体磁器組成物に含まれるＭｇ，Ａｌ，Ｓｉの各元素は、それぞれ酸化物、炭酸塩、酢酸塩等の無機化合物、若しくは有機金属等の有機化合物のいずれであってもよく、焼成により酸化物として形成され得るものであればよい。
【００４８】
尚、本発明の誘電体磁器組成物は、成分元素としてＭｇ，Ａｌ，Ｓｉ、好ましくは希土類元素を含むが、粉砕ボールや原料粉末の不純物として、あるいは焼結性の向上を目的としてＣａ，Ｂａ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ｐ，Ｓｒ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｂ，Ｇｅ，Ｓｍ等の元素およびこれらの元素の酸化物が混入する場合があり、この場合も、上記組成範囲を満足する限り低誘電率で高Ｑ値の誘電体磁器組成物を得ることができる。
【００４９】
また、本発明の誘電体磁器組成物は低誘電率及び高Ｑ値が求められる各種電子部品等に応用できるものであり、例えば電子回路基板，誘電体共振器の誘電体磁器，誘電体線路，誘電体導波路，誘電体アンテナ等に適用できる。
【００５０】
本発明の誘電体磁器組成物を用いた誘電体共振器について以下に説明する。図１に示すように、共振用の誘電体磁器１を誘電体支持部材２を介して誘電体基板３上に取り付け、誘電体磁器１の外部に漏れ出る電磁界Ｈを利用して誘電体基板３に形成したストリップライン４に電磁結合させる構造であり、これらを金属ケース５に収納した構成である。そして、誘電体磁器１の電界が誘電体支持部材２を介して漏れるのを制御することによって、無負荷Ｑの高い共振系が構成できる。本発明では、誘電体基板３および／または誘電体支持部材２を、上記本発明の誘電体磁器組成物からなるものとする。共振用の誘電体磁器１は誘電体支持部材２よりも高比誘電率であり、例えば比誘電率が約１０のアルミナセラミックス等からなる。
【００５１】
本発明のＮＲＤガイドについて以下に説明する。ＮＲＤガイドの基本構成は、図２で示したように、高周波信号の波長λに対してλ／２以下の間隔で配置した平行平板導体１１，１３の間に、上記誘電体磁器組成物から成る誘電体線路１２を設ける構成としている。誘電体線路１２の材料として、上記誘電体磁器組成物を用いており、この誘電体磁器組成物は比誘電率が４．５〜６である。比誘電率が４．５より小さいと、ＬＳＭモードの電磁波のＬＳＥモードへの変換が大きくなり損失が増大し、比誘電率が６よりも大きくなると、５０ＧＨｚ以上の周波数で使用する際、誘電体線路１２の幅をきわめて細くしなければならず、加工が困難になると共に強度が劣化するといった問題が生じる。また、誘電体線路１２の特性としては、周波数６０ＧＨｚでのＱ値が１０００以上が望ましく、これは近年におけるマイクロ波帯域、ミリ波帯域で使用される伝送線路として十分な特性である。
【００５２】
本発明のＮＲＤガイドは数１０〜数１００ＧＨｚ帯の高周波信号を利用する高周波回路であれば適用でき、特に５０ＧＨｚ以上、更には７０ＧＨｚ以上の高周波帯域で好適に使用できる。具体的には、本発明のＮＲＤガイドは無線ＬＡＮ、自動車のミリ波レーダ等に使用されるものであり、例えば自動車の周囲の障害物及び他の自動車に対しミリ波を誘電体線路１２で導波して照射し、反射波を他の誘電体線路で受け元の高周波信号と合成して中間周波信号を得、この中間周波信号を分析することにより前記障害物及び他の自動車までの距離、それらの移動速度等が得られる。
【００５３】
本発明の前記平行平板導体１１，１３は、高い電気伝導度及び加工性の点で、Ｃｕ，Ａｌ，Ｆｅ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，ＳＵＳ（ステンレススチール）等の導体板、あるいはこられの導体層を表面に形成した絶縁板でもよい。
【００５４】
また、本発明の誘電体線路の用途はＮＲＤガイドに限らず、高周波信号伝送用の誘電体線路を利用した各種電子部品，電子回路，光電子回路等に適用できる。
【００５５】
かくして、本発明の誘電体磁器組成物は、高周波回路等に最適な比誘電率が４．５〜６．０で６０ＧＨｚにおけるＱ値が１０００以上の特性を得ることができる。また、誘電体磁器組成物の特性を大きく劣化させることなく焼成条件を改善することができ、製造が容易になり量産性がきわめて向上する。更に、本発明の誘電体磁器組成物はマイクロ波集積回路などの高周波用回路を高い信頼性でもって製造することができる。
【００５６】
また、本発明の誘電体共振器は、その誘電体基板を低比誘電率のものとすることで、ストリップラインの線幅を細線化せずともよくなり、マイクロ波集積回路等の高周波用回路を高い信頼性でもって製造することができる。
【００５７】
本発明の非放射性誘電体線路は、誘電体線路の比誘電率が、従来のテフロン等の樹脂材料よりも高くアルミナセラミックスよりも低い４．５〜６程度となり、ＬＳＭモードの電磁波のＬＳＥモードへの変換による損失を低減し得る。また、使用周波数６０ＧＨｚでのＱ値が１０００以上の誘電体磁器を用いることにより、伝送損失が少なく、かつ誘電体線路の幅を非常に細くする必要がないため製造し易くなり、その結果安価及び高精度に誘電体線路を作製することができる。更に、誘電体線路の比誘電率がテフロン等の樹脂材料と比して高いので、これらの樹脂材料を用いて誘電体線路の支持用治具や回路基板等を作製し、誘電体線路近傍に配置しても、その影響を受けにくくなる。このようにして、より製造の自由度が高く、小型で安価なＮＲＤガイドを構成できる。
【００５８】
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更を行っても何等差し支えない。
【００５９】
【実施例】
本発明の実施例を以下に説明する。
（実施例）本発明の誘電体磁器組成物を以下の工程［１］〜［３］により作製した。
［１］原料粉末として、純度９９．０重量（ｗｔ）％のＭｇＣＯ３粉末、純度９９．７ｗｔ％のＡｌ２Ｏ３粉末、純度９９．４ｗｔ％のＳｉＯ２粉末、純度９９．０ｗｔ％のＫ２Ｏ３粉末を用い、これらを焼結体が下記表１に示す組成比となるように秤量し、１５時間湿式混合した後乾燥し、この混合物を１２００℃で２時間仮焼した後粉砕した。
［２］得られた粉末に適量の有機樹脂バインダを加えて造粒し、これを１０００ｋｇ／ｃｍ２の圧力の下で成形して、直径８ｍｍ、厚さ（高さ）５ｍｍの円柱状の成形体を得た。
［３］この成形体を大気中で種々の温度で９０分焼結して焼結体を得、更に直径５ｍｍ、厚さ２．２５ｍｍの円柱状となるように研磨し、誘電体磁器組成物の試料を得た。同様にして、組成比の異なる種々の試料を作製した。
【００６０】
これらの試料について、誘電体円柱共振器法により周波数約６０ＧＨｚでの比誘電率及びＱ値を測定した。その結果を表１に示した。なお、表１において、＊印を付けたものは本発明の範囲外のものである。
【００６１】
【表１】
0003559495.tif 000002
【００６２】
表１に示すように、本発明の誘電体磁器組成物は、比誘電率が４．５〜６であり、測定周波数６０ＧＨｚでのＱ値が１０００以上と高いものであった。
【００６３】
【発明の効果】
本発明は、モル比組成式がｘＭｇＯ・ｙＡｌ２Ｏ３・ｚＳｉＯ２（但し、ｘ＝１０〜４０モル％，ｙ＝１０〜４０モル％，ｚ＝２０〜８０モル％，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００モル％）で表される複合酸化物を主成分とし、主結晶相としての２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２相にα相とβ相とが存在しており、このβ相のＸ線回折による（２４１）ピーク強度と（２２２）ピーク強度との比をβp（２４１）／βp（２２２）としたときに０．８≦βp（２４１）／βp（２２２）≦１．３であることにより、比誘電率が４．５〜６で６０ＧＨｚにおけるＱ値が１０００以上の特性を得ることができる。
【００６４】
本発明は、好ましくは、アルカリ金属元素の含有量が酸化物換算で０．１重量部以下であることで、主結晶相としてのコーディエライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２）相のα相からβ相への相変化速度が遅くなり、α相により近い状態のβ相とすることで、高いＱ値が得られるものを安定して形成し得る。
【００６５】
本発明は、好ましくは、希土類元素の含有量が酸化物換算で０．１〜１５重量部であることにより、誘電体磁器組成物のＱ値等の特性を大きく劣化させることなく、焼成条件を改善することができる。即ち、比誘電率が４．５〜６、測定周波数６０ＧＨｚでのＱ値が１０００以上の特性を得るために、例えば従来焼成温度幅を１０℃程度で制御していたものを１００℃程度まで広げることができ、製造が容易になり量産性がきわめて向上する。
【００６６】
本発明の誘電体共振器は、誘電体基板および／または誘電体支持部材が上記誘電体磁器組成物から成ることにより、高インピーダンスのストリップラインを細線化せずに形成できるため、マイクロ波集積回路等の高周波用回路を高い信頼性でもって製造することができる。
【００６７】
本発明の非放射性誘電体線路は、高周波信号の波長の２分の１以下の間隔で配置した平行平板導体間に、上記誘電体磁器組成物から成る前記高周波信号伝送用の誘電体線路を設けたことにより、誘電体線路の比誘電率が、従来のテフロン等の樹脂材料よりも高くアルミナセラミックスよりも低い４．５〜６程度となり、ＬＳＭモードの電磁波のＬＳＥモードへの変換による損失を低減し得る。また、使用周波数６０ＧＨｚでのＱ値が１０００以上の誘電体磁器を用いることにより、伝送損失が少なく、かつ誘電体線路の幅を非常に細くする必要がないため製造し易くなり、その結果安価及び高精度に誘電体線路を作製することができる。更に、誘電体線路の比誘電率がテフロン等の樹脂材料と比して高いので、これらの樹脂材料を用いて誘電体線路の支持用治具や回路基板等を作製し、誘電体線路近傍に配置しても、その影響を受けにくくなる。このようにして、より製造の自由度が高く、小型で安価なＮＲＤガイドを構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の誘電体共振器の断面図である。
【図２】本発明のＮＲＤガイドの基本構成を示す部分切欠斜視図である。
【符号の説明】
１：誘電体磁器
２：誘電体支持部材
３：誘電体基板
４：ストリップライン
１１：平行平板導体
１２：誘電体線路
１３：平行平板導体
【図１】
0003559495.tif 000003
【図２】
0003559495.tif 000004