(57)【要約】      （修正有）【課題】ＵＨＦ帯域で使用でき、高利得で小型化の可能なアンテナに適した複合酸化物セラミックスおよびその製造方法並びにアンテナの提供。【解決手段】式ＡｘＢｙＦｅｚＯ２２で表される六方晶フェライト（Ａは、Ｂａ、Ｓｒから選択される１種の金属元素、Ｂは、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｍｎ、およびＮｉから選択される１種の金属元素、１．２≦ｘ≦２．５、１．２≦ｙ≦２．５、１１≦ｚ≦１３）を主成分とし、式Ｃ１−ｗＤｗＦｅ２Ｏ４で表されるスピネルフェライト（ＣとＤはそれぞれ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、およびＣｕから選択される１種の金属元素で、互いに異なる金属元素、０＜ｗ＜１）と１種以上の誘電体酸化物とを含む複合酸化物セラミックス。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
式ＡｘＢｙＦｅｚＯ２２で表される六方晶フェライト（Ａは、Ｂａ、Ｓｒから選択される１種の金属元素、Ｂは、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｍｎ、およびＮｉから選択される１種の金属元素、１．２≦ｘ≦２．５、１．２≦ｙ≦２．５、１１≦ｚ≦１３）を主成分とし、式Ｃ１−ｗＤｗＦｅ２Ｏ４で表されるスピネルフェライト（ＣとＤはそれぞれ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、およびＣｕから選択される１種の金属元素で、互いに異なる金属元素、０＜ｗ＜１）と１種以上の誘電体酸化物とを含む、複合酸化物セラミックス。
【請求項２】
前記六方晶フェライトが、ＢａｘＢｙＦｅｚＯ２２（Ｂは、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｍｎ，およびＮｉから選択される１種の金属元素、１．２≦ｘ≦２．５、１．２≦ｙ≦２．５、１１≦ｚ≦１３）である、請求項１記載の複合酸化物セラミックス。
【請求項３】
前記スピネルフェライトが、Ｎｉ１−ｗＺｎｗＦｅ２Ｏ４（０＜ｗ＜１）である、請求項１記載の複合酸化物セラミックス。
【請求項４】
前記誘電体酸化物が、強誘電体酸化物を含む、請求項１記載の複合酸化物セラミックス。
【請求項５】
前記強誘電体酸化物が、一般式ＸＹＯ3（但し、ＸはＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、およびＰｂから選択される少なくとも１種の金属元素、ＹはＴｉ、Ｚｒ、およびＳｎから選択される少なくとも１種の金属元素）で表されるペロブスカイト型化合物である、請求項４記載の複合酸化物セラミックス。
【請求項６】
前記誘電体酸化物が、強誘電体酸化物と常誘電体酸化物とを含む、請求項１記載の複合酸化物セラミックス。
【請求項７】
前記強誘電体酸化物が、一般式ＸＹＯ3（但し、ＸはＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、およびＰｂから選択される少なくとも１種の金属元素、ＹはＴｉ、Ｚｒ、およびＳｎから選択される少なくとも１種の金属元素）で表されるペロブスカイト型化合物であり、前記常誘電体酸化物が、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ・ＳｉＯ２、および２ＭｇＯ・ＳｉＯ２からなる群から選択される１種の酸化物である、請求項６記載の複合酸化物セラミックス。
【請求項８】
前記強誘電体酸化物が、ＢａＴｉＯ３である、請求項４〜７のいずれか１項に記載の複合酸化物セラミックス。
【請求項９】
室温、４２６ＭＨｚにおける、複素誘電率の実数部（ε’ｒ）および虚数部（ε”ｒ）と複素透磁率の実数部（μ’ｒ）および虚数部（μ”ｒ）が、ε’ｒ≧１０、ε”ｒ≦０．４、μ’ｒ≧２、μ”ｒ≦０．７、の範囲にある、請求項１〜８のいずれか１項に記載の複合酸化物セラミックス。
【請求項１０】
以下の式で表される組成を有する複合酸化物セラミックス。
ａＢａ２Ｃｏ２Ｆｅ１２Ｏ２２−ｂＮｉ０．３Ｚｎ０．７Ｆｅ２Ｏ４−ｃＢａＴｉＯ３、但し、ａ、ｂ、ｃは重量％であって、５０≦ａ≦９０、５≦ｂ≦３５、５≦ｃ≦１５、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００。
【請求項１１】
請求項１記載の複合酸化物セラミックスの製造方法であって、
前記六方晶フェライトの原料粉末、前記スピネルフェライトの原料粉末、および前記誘電体酸化物の原料粉末をそれぞれ用意する工程と、
少なくとも前記六方晶フェライトと前記スピネルフェライトの２種の原料粉末を別々に仮焼する工程と、
仮焼した前記六方晶フェライトと前記スピネルフェライトの２種の原料粉末と、前記誘電体酸化物の原料粉末とを混合して、成型する工程と、
得られた成型体を本焼成する工程と、を含む該製造方法。
【請求項１２】
仮焼温度が、８００℃以上１１００℃以下、本焼成温度が、１０５０℃以上１３５０℃以下の範囲である、請求項１１記載の製造方法。
【請求項１３】
前記六方晶フェライトが、ＢａｘＢｙＦｅｚＯ２２（Ｂは、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｍｎ，およびＮｉから選択される１種の金属元素、１．２≦ｘ≦２．５、１．２≦ｙ≦２．５、１１≦ｚ≦１３）であり、前記スピネルフェライトが、Ｎｉ１−ｗＺｎｗＦｅ２Ｏ４（０＜ｗ＜１）である、請求項１１記載の製造方法。
【請求項１４】
互いに対向する一対の主面を有する素体と、該素体の一方の主面上に形成された放射電極と、該素体の他方の主面上に形成された接地電極とを有し、
該素体が、式ＡｘＢｙＦｅｚＯ２２で表される六方晶フェライト（Ａは、Ｂａ、Ｓｒから選択される１種の金属元素、Ｂは、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｍｎ、およびＮｉから選択される１種の金属元素、１．２≦ｘ≦２．５、１．２≦ｙ≦２．５、１１≦ｚ≦１３）を主成分とし、式Ｃ１−ｗＤｗＦｅ２Ｏ４で表されるスピネルフェライト（ＣとＤはそれぞれ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、およびＣｕから選択される１種の金属元素で、互いに異なる金属元素、０＜ｗ＜１）と１種以上の誘電体酸化物とを含む複合酸化物セラミックスからなる、アンテナ。
【請求項１５】
前記六方晶フェライトが、ＢａｘＢｙＦｅｚＯ２２である、請求項１４記載のアンテナ。
【請求項１６】
前記スピネルフェライトが、Ｎｉ１−ｗＺｎｗＦｅ２Ｏ４（０＜ｗ＜１）である、請求項１４記載のアンテナ。
【請求項１７】
前記誘電体酸化物が、強誘電体酸化物を含む、請求項１４記載のアンテナ。
【請求項１８】
前記強誘電体酸化物が、一般式ＸＹＯ3（但し、ＸはＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、およびＰｂから選択される少なくとも１種の金属元素、ＹはＴｉ、Ｚｒ、およびＳｎから選択される少なくとも１種の金属元素）で表されるペロブスカイト型化合物である、請求項１７記載のアンテナ。
【請求項１９】
前記誘電体酸化物が、強誘電体酸化物と常誘電体酸化物とを含む、請求項１４記載のアンテナ。
【請求項２０】
前記強誘電体酸化物が、一般式ＸＹＯ3（但し、ＸはＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、およびＰｂから選択される少なくとも１種の金属元素、ＹはＴｉ、Ｚｒ、およびＳｎから選択される少なくとも１種の金属元素）で表されるペロブスカイト型化合物であり、前記常誘電体酸化物が、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ・ＳｉＯ２、および２ＭｇＯ・ＳｉＯ２からなる群から選択される１種の酸化物である、請求項１９記載のアンテナ。
【請求項２１】
前記強誘電体酸化物が、ＢａＴｉＯ３である、請求項１７〜２０のいずれか１項に記載の複合酸化物セラミックス。
【請求項２２】
前記複合酸化物セラミックスの、室温、４２６ＭＨｚにおける、複素誘電率の実数部（ε’ｒ）および虚数部（ε”ｒ）と複素透磁率の実数部（μ’ｒ）および虚数部（μ”ｒ）が、ε’ｒ≧１０、ε”ｒ≦０．４、μ’ｒ≧２、μ”ｒ≦０．７、の範囲にある、請求項１４〜２１のいずれか１項に記載のアンテナ。
【請求項２３】
互いに対向する一対の主面を有する素体と、該素体の一方の主面上に形成された放射電極と、該素体の他方の主面上に形成された接地電極とを有し、
該素体が、以下の式で表される組成を有する複合酸化物セラミックスからなる、アンテナ。
ａＢａ２Ｃｏ２Ｆｅ１２Ｏ２２−ｂＮｉ０．３Ｚｎ０．７Ｆｅ２Ｏ４−ｃＢａＴｉＯ３、但し、ａ、ｂ、ｃは重量％であって、５０≦ａ≦９０、５≦ｂ≦３５、５≦ｃ≦１５、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合酸化物セラミックスおよびその製造方法並びにアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、周波数は広帯域（例えば、１ＭＨｚ〜１ＧＨｚ）にわたって放送、通信といったシステムに割り当てられており、これらの周波数間には、互いに干渉しないように空き周波数帯が設けられている。近年、携帯電話や無線ＬＡＮ等の無線通信機器の普及および高度化による電波需要の増加に伴い、限られた資源である周波数を有効利用することが必要とされている。これに対し、テレビ放送がアナログ放送からデジタル放送に移行したことで、従来使用されていた周波数帯が縮小され、ＵＨＦ帯に空き周波数が確保され、例えば４２６ＭＨｚ帯で省電力無線が使用できる様に変更されている。
【０００３】
一方、無線通信機器に用いられる小型アンテナとしては、従来、誘電体セラミックスを用いたパッチアンテナ（例えば、特許文献１）が知られている。ここで、材料内を伝搬する電磁波の波長λは、真空中の電磁波の波長λ０と材料の比誘電率εｒと比透磁率μｒを用いて、λ＝λ０／（εｒ・μｒ）１／２、で表すことができることが知られている。この式によれば、比誘電率および／または比透磁率が大きくなれば、波長短縮率が大きくなるので、アンテナの大きさも小さくできることが期待できる。従来は、誘電率の大きな誘電体セラミックスを用いることで、アンテナの小型化を図ってきたが、高周波数域では誘電損失が大きくなり、利得が低下するという問題がある。また、磁性材料として、例えば六方晶フェライトを用いることが提案されているが（例えば、特許文献２）、透磁率が低いという問題がある。そのため、従来の材料では、ＵＨＦ帯域で高利得を確保しながら、アンテナを小型化することが困難であるという問題があり、確保されたＵＨＦ帯の空き周波数が必ずしも有効に活用されていないのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３５３７３０号公報
【特許文献２】特開２００８−５１２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＵＨＦ帯域で高利得を確保しながら、アンテナを小型化することができれば、例えば４２６ＭＨｚ帯を用いた無線通信によってガス検針を行うガス検針システムを開発することが可能となる
【０００６】
ガス検針システムにおいては、ガスメータ内の情報を無線によって送受信する必要があり、またガスメータの設置状況を考慮すると、２０ｃｍ四方の大きさのガスメータ内にその情報を送受信するためのアンテナを内蔵させることが望まれる。
【０００７】
しかしながら、本発明者らの知見によれば、従来の誘電体セラミックスを用いた場合、高利得で小型化の可能なアンテナを得るのが困難であった。そのため、従来の誘電体セラミックスに代わる新たなアンテナ用材料が必要とされている。
【０００８】
そこで、本発明は、ＵＨＦ帯域で使用でき、高利得で小型化の可能なアンテナに適した複合酸化物セラミックスおよびその製造方法並びにアンテナを提供することを目的とした。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様に係る複合酸化物セラミックスは、式ＡｘＢｙＦｅｚＯ２２で表される六方晶フェライト（Ａは、Ｂａ、Ｓｒから選択される１種の金属元素、Ｂは、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｍｎ、およびＮｉから選択される１種の金属元素、１．２≦ｘ≦２．５、１．２≦ｙ≦２．５、１１≦ｚ≦１３）を主成分とし、式Ｃ１−ｗＤｗＦｅ２Ｏ４で表されるスピネルフェライト（ＣとＤはそれぞれ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、およびＣｕから選択される１種の金属元素で、互いに異なる金属元素、０＜ｗ＜１）と１種以上の誘電体酸化物とを含む。
【００１０】
第１の態様によれば、ＵＨＦ帯域で使用でき、高利得で小型化の可能なアンテナに適した複合酸化物セラミックスを提供することが可能となる。
【００１１】
また、本発明の第２の態様に係る複合酸化物セラミックスは、第１の態様において、前記六方晶フェライトが、ＢａｘＢｙＦｅｚＯ２２（Ｂは、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｍｎ、およびＮｉから選択される１種の金属元素、１．２≦ｘ≦２．５、１．２≦ｙ≦２．５、１１≦ｚ≦１３）である。
【００１２】
第２の態様によれば、ＵＨＦ帯域での磁気損失を抑制することが可能となる。
【００１３】
また、本発明の第３の態様に係る複合酸化物セラミックスは、第１の態様において、前記スピネルフェライトが、Ｎｉ１−ｗＺｎｗＦｅ２Ｏ４（０＜ｗ＜１）である。
【００１４】
第３の態様によれば、ＵＨＦ帯域での透磁率を高くすることが可能となる。
【００１５】
また、本発明の第４の態様に係る複合酸化物セラミックスは、第１の態様において、前記誘電体酸化物が、強誘電体酸化物を含んでいる。
【００１６】
第４の態様によれば、強誘電体酸化物を用いることで、複合酸化物セラミックスの誘電率を大きくすることが可能となる。
【００１７】
また、第５の態様に係る複合酸化物セラミックスは、第４の態様において、前記強誘電体酸化物が、一般式ＸＹＯ3（但し、ＸはＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、およびＰｂから選択される少なくとも１種の金属元素、ＹはＴｉ、Ｚｒ、およびＳｎから選択される少なくとも１種の金属元素）で表されるペロブスカイト型化合物である。
【００１８】
第５の態様によれば、複合酸化物セラミックスの誘電率を大きくすることが可能となる。
【００１９】
また、第６の態様に係る複合酸化物セラミックスは、第１の態様において、前記誘電体酸化物が、強誘電体酸化物と常誘電体酸化物とを含んでいる。
【００２０】
第６の態様によれば、強誘電体酸化物と常誘電体酸化物を組み合わせることで、広い範囲で複合酸化物セラミックスの誘電率の調整をすることができる。
【００２１】
また、第７の態様に係る複合酸化物セラミックスは、第６の態様において、前記強誘電体酸化物が、一般式ＸＹＯ3（但し、ＸはＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、およびＰｂから選択される少なくとも１種の金属元素、ＹはＴｉ、Ｚｒ、およびＳｎから選択される少なくとも１種の金属元素）で表されるペロブスカイト型化合物であり、前記常誘電体酸化物が、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ・ＳｉＯ２、および２ＭｇＯ・ＳｉＯ２からなる群から選択される１種の酸化物である。
【００２２】
第７の態様によれば、広い範囲で複合酸化物セラミックスの誘電率を調整することが可能となる。
【００２３】
また、本発明の第８の態様に係る複合酸化物セラミックスは、第４〜第７の態様において、前記第１の誘電体酸化物が、ＢａＴｉＯ３である。
【００２４】
第８の態様によれば、複合酸化物セラミックスの誘電率を大きくすることが可能となる。
【００２５】
また、本発明の第９の態様に係る複合酸化物セラミックスは、第１〜第８の態様において、室温、４２６ＭＨｚにおける、複素誘電率の実数部（ε’ｒ）および虚数部（ε”ｒ）と複素透磁率の実数部（μ’ｒ）および虚数部（μ”ｒ）が、ε’ｒ≧１０、ε”ｒ≦０．４、μ’ｒ≧２、μ”ｒ≦０．７、の範囲にある。
【００２６】
第９の態様によれば、４２６ＭＨｚで使用するアンテナを小型化することが可能となる。
【００２７】
また、本発明の第１０の態様に係る複合酸化物セラミックスは、以下の式で表される組成を有するものである。
ａＢａ２Ｃｏ２Ｆｅ１２Ｏ２２−ｂＮｉ０．３Ｚｎ０．７Ｆｅ２Ｏ４−ｃＢａＴｉＯ３、但し、ａ、ｂ、ｃは重量％であって、５０≦ａ≦９０、５≦ｂ≦３５、５≦ｃ≦１５、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００。
【００２８】
第１０の態様によれば、４２６ＭＨｚで使用するアンテナを小型化することが可能となる。
【００２９】
また、本発明の第１１の態様に係る複合酸化物セラミックスの製造方法は、第１の態様に係る複合酸化物セラミックスの製造方法であって、前記六方晶フェライトの原料粉末、前記スピネルフェライトの原料粉末、および前記誘電体酸化物の原料粉末をそれぞれ用意する工程と、少なくとも前記六方晶フェライトと前記スピネルフェライトの２種の原料粉末を別々に仮焼する工程と、仮焼した前記六方晶フェライトと前記スピネルフェライトの２種の原料粉末と、前記誘電体酸化物の原料粉末とを混合して、成型する工程と、得られた成型体を本焼成する工程と、を含むものである。
【００３０】
第１１の態様によれば、ＵＨＦ帯域で使用でき、高利得で小型化の可能なアンテナに適した複合酸化物セラミックスを提供することが可能となる。
【００３１】
また、本発明の第１２の態様に係る複合酸化物セラミックスの製造方法は、第１０の態様において、仮焼温度が、８００℃以上１１００℃以下、本焼成温度が、１０５０℃以上１３５０℃以下の範囲である。
【００３２】
第１２の態様によれば、各成分の原料粉末を仮焼することで、本焼成時に各成分が相互に反応することを抑制することができる。
【００３３】
また、本発明の第１３の態様に係る複合酸化物セラミックスの製造方法は、第１１の態様において、前記六方晶フェライトが、ＢａｘＢｙＦｅｚＯ２２（Ｂは、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｍｎ、およびＮｉから選択される１種の金属元素、１．２≦ｘ≦２．５、１．２≦ｙ≦２．５、１１≦ｚ≦１３）であり、前記スピネルフェライトが、Ｎｉ１−ｗＺｎｗＦｅ２Ｏ４（０＜ｗ＜１）である。
【００３４】
第１３の態様によれば、ＵＨＦ帯域の磁気損失を抑制しながら、透磁率を高くすることが可能となる。
【００３５】
また、本発明の第１４の態様に係るアンテナは、互いに対向する一対の主面を有する素体と、該素体の一方の主面上に形成された放射電極と、該素体の他方の主面上に形成された接地電極とを有し、該素体が、式ＡｘＢｙＦｅｚＯ２２で表される六方晶フェライト（Ａは、Ｂａ、Ｓｒから選択される１種の金属元素、Ｂは、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｍｎ、およびＮｉから選択される１種の金属元素、１．２≦ｘ≦２．５、１．２≦ｙ≦２．５、１１≦ｚ≦１３）を主成分とし、式Ｃ１−ｗＤｗＦｅ２Ｏ４で表されるスピネルフェライト（ＣとＤはそれぞれ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、およびＣｕから選択される１種の金属元素で、互いに異なる金属元素、０＜ｗ＜１）と１種以上の誘電体酸化物とを含む、複合酸化物セラミックスからなる。
【００３６】
第１４の態様によれば、ＵＨＦ帯域で使用でき、高利得で小型化の可能なアンテナを提供することが可能となる。
【００３７】
また、本発明の第１５の態様に係るアンテナは、第１４の態様において、前記六方晶フェライトが、ＢａｘＢｙＦｅｚＯ２２である。
【００３８】
第１５の態様によれば、ＵＨＦ帯域の磁気損失を抑制することが可能となる。
【００３９】
また、本発明の第１６の態様に係るアンテナは、第１４の態様において、前記スピネルフェライトが、Ｎｉ１−ｗＺｎｗＦｅ２Ｏ４（０＜ｗ＜１）である。
【００４０】
第１６の態様によれば、ＵＨＦ帯域の透磁率を高くすることが可能となる。
【００４１】
また、本発明の第１７の態様に係るアンテナは、第１４の態様において、前記誘電体酸化物が強誘電体酸化物を含んでいる。
【００４２】
第１７の態様によれば、強誘電体酸化物を用いることで、複合酸化物セラミックスの誘電率を大きくすることが可能となる。
【００４３】
また、本発明の第１８の態様に係るアンテナは、第１７の態様において、前記強誘電体酸化物が、一般式ＸＹＯ3（但し、ＸはＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、およびＰｂから選択される少なくとも１種の金属元素、ＹはＴｉ、Ｚｒ、およびＳｎから選択される少なくとも１種の金属元素）で表されるペロブスカイト型化合物である。
【００４４】
第１８の態様によれば、複合酸化物セラミックスの誘電率を大きくすることが可能となる。
【００４５】
また、本発明の第１９の態様に係るアンテナは、第１７の態様において、前記誘電体酸化物が、強誘電体酸化物と常誘電体酸化物とを含んでいる。
【００４６】
第１９の態様によれば、強誘電体酸化物と常誘電体酸化物を組み合わせることで、広い範囲で複合酸化物セラミックスの誘電率の調整をすることができる。
【００４７】
また、本発明の第２０の態様に係るアンテナは、第１９の態様において、前記強誘電体酸化物が、一般式ＸＹＯ3（但し、ＸはＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、およびＰｂから選択される少なくとも１種の金属元素、ＹはＴｉ、Ｚｒ、およびＳｎから選択される少なくとも１種の金属元素）で表されるペロブスカイト型化合物であり、前記常誘電体酸化物が、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ・ＳｉＯ２、および２ＭｇＯ・ＳｉＯ２からなる群から選択される１種の酸化物である。
【００４８】
第２０の態様によれば、広い範囲で複合酸化物セラミックスの誘電率を調整することが可能となる。
【００４９】
また、本発明の第２１の態様に係るアンテナは、第１４〜第１９の態様において、前記第１の誘電体酸化物が、ＢａＴｉＯ３である。
【００５０】
第２１の態様によれば、複合酸化物セラミックスの誘電率を大きくすることが可能となる。
【００５１】
また、本発明の第２２の態様に係るアンテナは、第１４〜第２１の態様において、前記複合酸化物セラミックスの、室温、４２６ＭＨｚにおける、複素誘電率の実数部（ε’ｒ）および虚数部（ε”ｒ）と複素透磁率の実数部（μ’ｒ）および虚数部（μ”ｒ）が、ε’ｒ≧１０、ε”ｒ≦０．４、μ’ｒ≧２、μ”ｒ≦０．７、の範囲にある。
【００５２】
第２２の態様によれば、４２６ＭＨｚで使用するアンテナを小型化することが可能となる。
【００５３】
また、本発明の第２３の態様に係るアンテナは、互いに対向する一対の主面を有する素体と、該素体の一方の主面上に形成された放射電極と、該素体の他方の主面上に形成された接地電極とを有し、該素体が、以下の式で表される組成を有する複合酸化物セラミックスからなる。
ａＢａ２Ｃｏ２Ｆｅ１２Ｏ２２−ｂＮｉ０．３Ｚｎ０．７Ｆｅ２Ｏ４−ｃＢａＴｉＯ３、但し、ａ、ｂ、ｃは重量％であって、５０≦ａ≦９０、５≦ｂ≦３５、５≦ｃ≦１５、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００。
【００５４】
第２３の態様によれば、４２６ＭＨｚで使用するアンテナを小型化することが可能となる。
【発明の効果】
【００５５】
本発明によれば、ＵＨＦ帯で使用するアンテナの小型化が可能となる複合酸化物セラミックスを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の一態様に係る複合酸化物セラミックスの三元組成図である。
【図２Ａ】本発明の一態様に係るアンテナの天面側斜視図である。
【図２Ｂ】図２Ａのアンテナの底面側斜視図である。
【図２Ｃ】図２ＡのＸ−Ｘ‘線断面図である。
【図３】本発明の一態様に係るアンテナのリターンロスの周波数特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態について詳細に説明する。
【００５８】
本実施の形態に係る複合酸化物セラミックスは、式ＡｘＢｙＦｅｚＯ２２で表される六方晶フェライトを主成分とし、式Ｃ１−ｗＤｗＦｅ２Ｏ４で表されるスピネルフェライトと１種以上の誘電体酸化物とを含んでいる。
【００５９】
（組成）
本実施の形態に用いる六方晶フェライトは、Ｙ型フェライトを主相とするもので、式ＡｘＢｙＦｅｚＯ２２で表される。六方晶フェライトは、後述のスピネルフェライトに比し、高周波数域（例えば、〜１ＧＨｚ程度）まで透磁率が低下しにくいという周波数特性を有している。この周波数特性の観点から、Ａは、Ｂａ、Ｓｒから選択される１種の金属元素であり、好ましくはＢａである。また、同様に、周波数特性の観点から、Ｂは、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｍｎ、およびＮｉから選択される１種の金属元素であり、好ましくはＣｏまたはＮｉ、より好ましくはＣｏである。また、ｘ、ｙ、ｚは、１．２≦ｘ≦２．５、１．２≦ｙ≦２．５、１１≦ｚ≦１３、好ましくは、１．０≦ｘ≦２．０、１．０≦ｙ≦２．０、１１．５≦ｚ≦１２．５である。六方晶フェライトの好ましい具体例としては、Ｂａ２Ｃｏ２Ｆｅ１２Ｏ２２を挙げることができる。なお、本実施の形態に用いる六方晶フェライトは、Ｙ型相以外にＺ型相やＷ型相を含んでもよいが、周波数特性の観点からＹ型単相が好ましい。Ｙ型相以外の他相の割合は、Ｘ線回折における各相の主ピークの強度の和から算出することができ、その割合は１０％以下であることが好ましい。
【００６０】
また、本実施の形態に用いるスピネルフェライトは、式Ｃ１−ｗＤｗＦｅ２Ｏ４で表される。ここで、ＣとＤはそれぞれ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、およびＣｕから選択される１種の金属元素で、互いに異なる金属元素である。ＣとＤの好ましい組み合わせは、ＮｉとＺｎ、またはＭｎとＺｎ、より好ましくはＮｉとＺｎである。また、ｗは、０＜ｗ＜１である。スピネルフェライトの好ましい具体例としては、Ｎｉ０．３Ｚｎ０．７Ｆｅ２Ｏ４を挙げることができる。
【００６１】
また、本実施の形態に用いる誘電体酸化物は、誘電体酸化物であれば特に限定されないいが、強誘電体酸化物を含んでもよく、あるいは強誘電体酸化物と常誘電体酸化物とを含んでもよい。強誘電体酸化物は、比誘電率（εｒ）が２００以上、好ましくは３０００以上の酸化物である。強誘電体酸化物としては、例えば、一般式ＸＹＯ3（但し、ＸはＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、およびＰｂから選択される少なくとも１種の金属元素、ＹはＴｉ、Ｚｒ、およびＳｎから選択される少なくとも１種の金属元素）で表されるペロブスカイト型化合物からなるものを挙げることができる。具体的には、ＢａＴｉＯ３（εｒ：約５，０００）、ＰｂＴｉＯ３（εｒ：約２３０）、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３（εｒ：約１,４００）等を挙げることができる。好ましくはＢａＴｉＯ３である。また、常誘電体酸化物は、比誘電率が１０以下の酸化物である。具体的には、ＳｉＯ２（εｒ：３．８）、Ａｌ２Ｏ３（εｒ：８．５）、ＭｇＯ・ＳｉＯ２（ステアタイト）（εｒ：６）、および２ＭｇＯ・ＳｉＯ２（フォルステライト）（εｒ：６．５）からなる群から選択される１種が好ましく、より好ましくはＳｉＯ２である。強誘電体酸化物と常誘電体酸化物を一緒に用いる場合、その割合は、強誘電体酸化物：常誘電体酸化物＝５０：５０〜９５：５（質量比）、好ましくは７０：３０〜９５：５である。
【００６２】
本実施の形態に係る複合酸化物セラミックスの具体例としては、以下の組成を有するものを挙げることができる。
ａＢａ２Ｃｏ２Ｆｅ１２Ｏ２２−ｂＮｉ０．３Ｚｎ０．７Ｆｅ２Ｏ４−ｃＢａＴｉＯ３、但し、ａ、ｂ、ｃは重量％であって、５０≦ａ≦９０、５≦ｂ≦３５、５≦ｃ≦１５、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００。好ましくは、６０≦ａ≦８０、５≦ｂ≦３５、５≦ｃ≦１５、である。
図１は、この複合酸化物セラミックスの三元組成図である。図中の破線で囲んだ領域であれば、後述するように４２６ＭＨｚ帯におけるパッチアンテナの素体に用いた場合、高利得を有する。
【００６３】
本実施の形態によれば、六方晶フェライトとスピネルフェライトの２種の磁性材料と、誘電体酸化物を含む複合酸化物セラミックスを用いることで、アンテナを小型化できる。
【００６４】
（製造方法）
本実施の形態に係る複合酸化物セラミックスは、六方晶フェライトの原料粉末、スピネルフェライトの原料粉末、および誘電体酸化物の原料粉末をそれぞれ用意する工程と、少なくとも六方晶フェライトとスピネルフェライトの２種の原料粉末を別々に仮焼する工程と、仮焼した六方晶フェライトとスピネルフェライトの２種の原料粉末と、誘電体酸化物の原料粉末とを混合して、成型する工程と、得られた成型体を本焼成する工程と、を含む製造方法により製造することができる。
【００６５】
原料粉末を用意する工程では、六方晶フェライトやスピネルフェライトの構成元素の出発原料となる原料粉末を混合する。例えば、六方晶フェライトとしてＢａ２Ｃｏ２Ｆｅ１２Ｏ２２を用いる場合、Ｂａ、Ｃｏ、Ｆｅが所定の割合で含まれるように金属酸化物や金属塩（炭酸塩や塩化物等）を混合する。また、スピネルフェライトとしてＮｉ０．３Ｚｎ０．７Ｆｅ２Ｏ４を用いる場合、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｆｅが所定の割合で含まれるように金属酸化物や金属塩（炭酸塩や塩化物等）を混合する。また、誘電体酸化物は、例えばＢａＴｉＯ３等であり、入手した試薬をそのまま用いることができる。原料粉末の混合は、湿式法または乾式法でボールミル混合や乳鉢混合を行うことができる。湿式法を用いる場合、溶媒にはエタノール、トルエン、アセトン等の有機溶剤を用いることができる。溶媒は、蒸発乾燥等により除去することができる。
【００６６】
次に、得られた３種の原料粉末の内の少なくとも六方晶フェライトとスピネルフェライトの２種の原料粉末を、別々に大気雰囲気下で仮焼して仮焼粉を得る。仮焼温度は、８００℃以上１１００℃以下である。仮焼時間は、１〜１０時間とすることができる。また、別に誘電体酸化物の原料粉末を仮焼してもよい。
【００６７】
六方晶フェライトとスピネルフェライトの仮焼粉、および誘電体酸化物の原料粉末（あるいは仮焼したもの）を所定の混合比で湿式混合し、溶媒を除去して乾燥した後、必要に応じて粉砕する。バインダーとしてＰＶＡを用いて粉砕した仮焼粉を造粒し、篩いにより粒径を９０μｍ以上２５０μｍ以下の範囲に調整して造粒粉を得る。造粒粉を金型に入れ、加圧して成型して成型体を得る。
【００６８】
次いで、成型体を大気雰囲気下で本焼成する。本焼成温度は、１０５０℃以上１３５０℃以下である。本焼成時間は、１〜６時間とすることができる。なお、予めバインダーを除去するために４００〜６００℃の温度で１〜６時間加熱した後、本焼成してもよい。
【００６９】
（アンテナ特性）
図２Ａは、アンテナの一例であって、本実施の形態に係る複合酸化物セラミックスを素体に用いたパッチアンテナの構造を示す天面側斜視図である。また、図２Ｂは、図２Ａのアンテナの底面側斜視図である。また、図２Ｃは、図２ＡのＸ−Ｘ‘線断面図である。アンテナ１０は、互いに対向する一対の主面１ａ，１ｂを有する素体１と、天面側の一方の主面１ａ上に形成された放射電極２と、底面側の他方の主面１ｂ上に形成された接地電極３とを有している。さらに、アンテナ１０の底面側には、給電ピン（不図示）を挿入するための挿入孔であって、接地電極３を貫通して天面側に延び、先端が放射電極と離間して対向する挿入孔４を有している。
【００７０】
上記のパッチアンテナの特性について、有限要素法電磁界シミュレータＨＦＳＳを用い、ＵＨＦ帯、例えば、４２６ＭＨｚにおいて、ガスメータ内に収納できる大きさ、例えば、縦８５ｍｍ×横８５ｍｍ×厚み１０ｍｍよりも小さいパッチアンテナについて、２０ｄＢ以上の利得を得るために必要な電磁気特性について検討した。シミュレーション結果によれば、２０ｄＢ以上の利得を得るためには、室温、４２６ＭＨｚにおける、複素誘電率の実数部（ε’ｒ）および虚数部（ε”ｒ）と複素透磁率の実数部（μ’ｒ）および虚数部（μ”ｒ）が、ε’ｒ≧１０、ε”ｒ≦０．４、μ’ｒ≧２、μ”ｒ≦０．７、の範囲にあることが必要である。ここで、複素誘電率の実数部と虚数部は、それぞれ誘電率と誘電損失に相当する。また、複素透磁率の実数部と虚数部は、それぞれ透磁率と磁気損失に相当する。アンテナの小型化のためには、誘電率を所定の値以上に保持しながら、誘電損失を低く抑えると同時に、透磁率も所定の値以上に保持しながら、磁気損失を低く抑えることが必要である。
【００７１】
なお、実施の形態では、複合酸化物セラミックスの具体例として、ａＢａ２Ｃｏ２Ｆｅ１２Ｏ２２−ｂＮｉ０．３Ｚｎ０．７Ｆｅ２Ｏ４−ｃＢａＴｉＯ３、について説明したが、アンテナを使用する周波数帯に合わせて、本開示の範囲内で六方晶フェライトやスピネルフェライトの組成を変更し、さらに配合比を変更することが可能である。
【実施例】
【００７２】
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００７３】
（複合酸化物セラミックスの製造）
（１）Ｂａ２Ｃｏ２Ｆｅ１２Ｏ２２の製造
ＢａＣＯ３、Ｃｏ３Ｏ４、α−Ｆｅ２Ｏ３を所定の混合比で混合して原料粉末を調製した。原料粉末を、大気雰囲気下、１０００℃で４時間仮焼して仮焼粉を得た。
（２）Ｎｉ０．３Ｚｎ０．７Ｆｅ２Ｏ４の製造
ＮｉＯ、ＺｎＯ、α−Ｆｅ２Ｏ３を所定の混合比で混合して原料粉末を調製した。原料粉末を、大気雰囲気下、１０００℃で４時間仮焼して仮焼粉を得た。
（３）複合酸化物セラミックスの製造
Ｂａ２Ｃｏ２Ｆｅ１２Ｏ２２の仮焼粉、Ｎｉ０．３Ｚｎ０．７Ｆｅ２Ｏ４の仮焼粉、およびＢａＴｉＯ３粉末を、表１に示す重量比率となるように湿式混合し、溶媒を除去して乾燥した後、ハンマーミルで粉砕した。バインダーとしてポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を用いて粉砕した仮焼粉を造粒し、篩いにより粒径を９０μｍ以上２５０μｍ以下の範囲に調整して造粒粉を得た。この造粒粉を金型に入れ、加圧して成型して、８５ｍｍ角の成型体を得た。この成型体を、大気雰囲気下、４００℃で４時間加熱した後、１３００℃で４時間加熱して本焼成を行って焼結体を得た。
【００７４】
（電磁気特性の評価）
得られた焼結体を加工して、外径２０．０ｍｍ×内径８．６５ｍｍのリング状の複素透磁率測定用試料と、直径が８．６５ｍｍの円形単板状の複素誘電率測定用試料を得た。複素誘電率の実数部（ε’ｒ）および虚数部（ε”ｒ）と複素透磁率の実数部（μ’ｒ）および虚数部（μ”ｒ）は、１ＭＨｚ〜１．８ＧＨｚの周波数範囲で、マテリアルアナライザー（Ａｇｉｌｅｎｔ社製、Ｅ４９９１Ａ）を用い、室温で行った。
【００７５】
（アンテナの作製）
焼結体を素体とし、図２Ａに示すパッチアンテナを作製した。具体的には、焼結体の一方の主面に孔を開け、給電ピン用の挿入孔とした。その一方の主面の全面に導電性銅箔テープを貼り付けて接地電極とした。焼結体の他方の主面上に、例えば、６６ｍｍ×６６ｍｍの導電性銅箔テープを貼り付けで放射電極とした。挿入孔が露出するように、接地電極となる導電性銅箔テープの一部を除去し、給電ピン接続用の給電用コネクタを、はんだ接合により挿入孔に取り付けた。
【００７６】
（アンテナ特性の評価）
アンテナの入力特性を、ネットワークアナライザー（ＨＥＷＬＥＴＴ  ＰＡＣＫＡＲＤ社製、８７２０Ｃ）を用い、電波暗室中で測定した。共振周波数ｆｏとその共振周波数におけるリターンロス（ＲＬ）の結果を表１に示す。また、測定結果の一例として、試料番号１０についての、リターンロスと周波数の関係を図３に示す。
【００７７】
【表１】
2018020941.tif 000003
【００７８】
表１に示すように、試料番号１〜１３のいずれの複合酸化物セラミックも、共振周波数ｆｏが４２３〜４２８ＭＨｚとなり、その共振周波数におけるリターンロスが−２０ｄＢ以上であり、優れた入力特性が得られた。
【００７９】
なお、本実施例では、４２６ＭＨｚで使用するアンテナの例について説明したが、用いる複合酸化物セラミックスの各成分とその配合比を変更することで、４２６ＭＨｚ以外の周波数帯でも使用できるアンテナを作製することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明の複合酸化物セラミックスは、ＵＨＦ帯域に使用されるアンテナ材料に利用することが可能である。
【符号の説明】
【００８１】
１  素体
１ａ，２ｂ  主面
２  放射電極
３  接地電極
４  挿入孔
１０  アンテナ
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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