(57)【要約】【課題】Ｑｕ値と機械的強度が高く、共振周波数の温度特性τｆが小さくしかも任意に調整可能とする。【解決手段】組成式ｘＢａＯ−ｙＣａＯ−ｚＬｉＯ１／２−ｗＮｂＯ５／２（ｘ，ｙ，ｚおよびｗは、それぞれ、ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＝１，０．０１≦ｘ≦０．４０，０．１０≦ｙ≦０．４９，０．１２≦ｚ≦０．２０，０．３０≦ｗ≦０．３８で示される数値）で表される誘電体磁器とする。【選択図】  図１
2004217474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
次の組成式（１）で示され、且つ組成式（１）における係数ｘ，ｙ，ｚ，ｗが次の式（２），（３），（４），（５），（６）で示される範囲内の数値である物質を主成分として含有する、ことを特徴とする誘電体磁器組成物。
ｘＢａＯ−ｙＣａＯ−ｚＬｉＯ１／２−ｗＮｂＯ５／２  …（１）
ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＝１  …（２）
０．０１≦ｘ≦０．４０  …（３）
０．１０≦ｙ≦０．４９  …（４）
０．１２≦ｚ≦０．２０  …（５）
０．３０≦ｗ≦０．３８  …（６）
【請求項２】
請求項１に記載の誘電体磁器組成物を含む、ことを特徴とする誘電体磁器。
【請求項３】
請求項２に記載の誘電体磁器を備える、ことを特徴とすると誘電体デバイス。
【請求項４】
請求項３の誘電体デバイスにおいて、
前記誘電体磁器を収納する金属筐体を備える、ことを特徴とする誘電体デバイス。
【請求項５】
請求項３または４に記載の誘電体デバイスにおいて、
前記誘電体磁器は、ＴＥ０１δモード誘電体共振器として機能するものである、ことを特徴とする誘電体デバイス。
【請求項６】
請求項３または４に記載の誘電体デバイスにおいて、
前記誘電体磁器は、ＴＭモード誘電体共振器として機能するものである、ことを特徴とする誘電体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特にマイクロ波、ミリ波帯などの高周波領域における使用に適した誘電体磁器組成物、誘電体磁器および誘電体デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マイクロ波やミリ波領域において、誘電体共振器，誘電体フィルタなどの誘電体デバイスとして誘電体磁器が多く用いられる。このような用途で使用される誘電体磁器には、
・無負荷Ｑ値（Ｑｕ値）が高い（第１の要求）、
・所望する比誘電率（εｒ）が得られる（第２の要求）、
・共振周波数の温度係数（τｆ：ｐｐｍ／℃）が小さい（第３の要求）、
・共振周波数の温度係数（τｆ）を任意に設定可能（第４の要求）、
という特性が要求される。
【０００３】
第１，第２の要求は、誘電体共振器や誘電体フィルタに求められる特性を得るために必要とされる要求である。第３の要求は、温度変化に伴う共振周波数の変動を少なくするために必要とされる要求である。
【０００４】
第４の要求は、次のような理由によっている。誘電体デバイスが有する共振周波数は、誘電体磁器の特性からの影響を受けるだけでなく、誘電体磁器が収納される筐体の容積からも影響を受ける。具体的には、筐体の容積が大きくなる程、共振周波数は低くなる一方、小さくなる程共振周波数は高くなる。誘電体共振器等の誘電体デバイスにおいては、銅材等からなる金属筐体に誘電体磁器が収納されることが多い。金属筐体は、環境温度の変化により膨張収縮を起こしてその容積が変動するのは避けられない。そのため、誘電体磁器を金属筐体に収納してなる誘電体デバイスでは、温度変化に伴って共振周波数が変動するのは不可避となる。
【０００５】
誘電体デバイスの共振周波数は、誘電体磁器が収納される筐体の容積からの影響のみならず、上述したように誘電体磁器の特性からも影響を受ける。具体的には、誘電体磁器は、温度変化に伴って共振周波数が変動する特性を有しており、その変動の程度が共振周波数の温度係数（τｆ）として規定されている。
【０００６】
そこで、筐体の容積変動に起因する共振周波数の変動を相殺（オフセット）するように、誘電体磁器組成物の温度係数（τｆ）が設定できれば、温度変化によっても変動しない安定した共振周波数を誘電体デバイスに設定することが可能となる。
【０００７】
上記共振周波数の変動相殺（オフセット）を実施するためには、誘電体磁器組成物の温度係数（τｆ）を、変動相殺（オフセット）が可能な値に設定する必要がある。このような理由により、誘電体磁器組成物には、その温度係数（τｆ）を任意に設定すること（上記第４の要求）が求められる。
【０００８】
上述した第１〜第４の要求に応えることが可能な誘電体磁器材料として、従来からＣａ（Ｌｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３系磁器組成物が報告されている。（例えば、非特許文献１参照）
【０００９】
【非特許文献１】
Ｊｉ−Ｗｏｎ  Ｃｈｏｉ，他４名，”Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｔｉ  Ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｄ  Ｃａ（Ｌｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３  −δ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ”  ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｋｏｒｅａｎ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ，Ｖｏｌ．３２，１９９８，ｐｐ．Ｓ３３４−Ｓ３３６
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の誘電体磁器組成物から構成される誘電体磁器には、その機械的強度を十分に高くすることができないという不具合がある。一般に、誘電体磁器の製造工程においては、その機械的強度が低い場合に欠けや割れといった不都合が生じることが知られている。そのため、機械的強度が低くなるという特性を有する上記従来の誘電体磁器組成物から誘電体磁器を製造すれば、製造時に損傷が生じやすく、このことが歩留まりを悪化させて製造コストを上昇させる要因となる。
【００１１】
また、従来の誘電体磁器組成物から構成される誘電体磁器では、無負荷Ｑ値をある程度上昇させることができるものの、その値はまだ十分に各種の要求に応えられるほど高いものとはいえなかった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の誘電体磁器組成物は、次の組成式（１）で示され、且つ組成式（１）における係数ｘ，ｙ，ｚ，ｗが次の式（２），（３），（４），（５），（６）で示される範囲内の数値である物質を主成分として含有する、ことを特徴とする誘電体磁器組成物。
ｘＢａＯ−ｙＣａＯ−ｚＬｉＯ１／２−ｗＮｂＯ５／２  …（１）
ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＝１  …（２）
０．０１≦ｘ≦０．４０  …（３）
０．１０≦ｙ≦０．４９  …（４）
０．１２≦ｚ≦０．２０  …（５）
０．３０≦ｗ≦０．３８  …（６）
上記構成によれば、この誘電体磁器組成物から構成された誘電体磁器および誘電体磁器を備えた誘電体デバイスは、無負荷Ｑ値（Ｑｕ値）を高くすることができる。また、比誘電率εｒを大きく変化させることなく共振周波数の温度係数τｆを任意の値に設定することができる。
【００１３】
また、本発明の誘電体磁器組成物を含有する誘電体磁器を備えた誘電体デバイスは、誘電体磁器を金属筐体に収納した誘電体デバイスに好適に用いることができる。そうすれば、金属筐体の容積変動に起因する共振周波数の変動を、誘電体磁器組成物の特性である共振周波数の温度係数τｆの調整により精度高く相殺（オフセット）することが可能となる。
【００１４】
このような特性を有する誘電体磁器組成物を含有する誘電体磁器を備えた誘電体デバイスは、低損失かつ安価となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。
【００１６】
本実施の形態の誘電体磁器組成物は、Ｂａ（バリウム）−Ｃａ（カルシウム）−Ｌｉ（リチウム）−Ｎｂ（ニオブ）系の組成物であって、次の組成式（１）で示され、且つ組成式（１）における係数ｘ，ｙ，ｚ，ｗが次の（２），（３），（４），（５），（６）で示される範囲内の数値である物質を主成分として含有する。
なお、ここでいう主成分とは、不純物や意図的に少量含有させる微量成分を除くほとんど全ての成分のことをいう。
ｘＢａＯ−ｙＣａＯ−ｚＬｉＯ１／２−ｗＮｂＯ５／２  …（１）
ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＝１  …（２）
０．０１≦ｘ≦０．４０  …（３）
０．１０≦ｙ≦０．４９  …（４）
０．１２≦ｚ≦０．２０  …（５）
０．３０≦ｗ≦０．３８  …（６）
係数ｘ，ｙ，ｚおよびｗの範囲を（２）〜（６）の範囲に規定するのは次のような理由によっている。すなわち、これらの係数ｘ，ｙ，ｚ，ｗが（２）〜（６）式に示される範囲の範囲外にあると、この誘電体磁器組成物を材料とする誘電体磁器における共振周波数の温度係数τｆの絶対値が大きくなる。温度係数τｆの絶対値が大きくなると、温度変化に伴う共振周波数の変動が大きくなる。そのため、このような誘電体磁器組成物から誘電体磁器を形成し、さらにその誘電体磁器を組み込んで誘電体共振器や誘電体フィルタを構成すると、その特性が不安定になる。
【００１７】
さらには、係数ｘ，ｙ，ｚおよびｗの範囲が上記（２）〜（６）式に示される範囲の範囲外にあると、無負荷Ｑ値（Ｑｕ値）の値が十分高くならず、誘電体デバイス（誘電体共振器，誘電体フィルタ等）として要求される特性を十分に満たさない場合がある。
【００１８】
本実施形態の誘電体磁器組成物を生成する際の出発原料としては、特に制限されず、各成分元素の酸化物，炭酸塩，水酸化物，塩化物，アルコキシドなどが用いられる。原料粉体の混合方法としては、ボールミル中で水もしくは有機溶媒と共に混合する湿式混合法、ミキサーなどで混合したり溶媒を用いないボールミル中で混合する乾式混合法などが用いられる。
【００１９】
また、出発原料に応じて、アルコキシド法や共沈法が用いられてもよい。混合方法の中では、工程が比較的複雑でないこと、均質な混合物を得やすいことなどから、溶媒を用いてボールミル中で混合する方法が好ましい。なお、粉体の分散性を高めるために分散剤を用いたりｐＨ調整が実施されてもよい。
【００２０】
混合物の仮焼は、組成物の組成構成により異なるが、通常、９００〜１１００℃程度で１〜８時間程度とすればよい。仮焼物の粉砕方法としては、ボールミル、高速回転式粉砕機，媒体撹拌ミル，気流粉砕機などを用いる方法があるが、いずれが用いられてもよい。
【００２１】
成形には、通常、プレス成形が適用される。プレス成形における圧力は、特に限定されないが、５０〜２００ＭＰａ程度が好適である。成形の際に用いるバインダーとしては、セラミックスの成形の際に用いられるバインダーであれば特に制限はないが、例えば、ポリビニルアルコール系バインダー，ポリビニルブチラール系バインダー，アクリル樹脂系バインダー，ワックス系バインダーなどが挙げられる。バインダーの使用量も特に制限されないが、通常、固形分換算で全体の０．０５〜１重量％程度が好適である。
【００２２】
焼成は、特に限定されないが、４００〜７００℃程度で４〜１００時間程度加熱してバインダーを除去した後、１１００〜１４００℃程度で２〜５０時間程度焼成するのがよい。
【００２３】
次に、このようにして製造された本実施形態の誘電体磁器を組み込んだ誘電体デバイスの構成について説明する。
【００２４】
図１は、本実施の形態の誘電体磁器組成物を含有する誘電体磁器を組み込んだ誘電体デバイスの一例であるＴＥ０１δモード誘電体共振器を示す断面図である。
【００２５】
この誘電体共振器は、誘電体磁器１と、誘電体磁器１を収納する金属筐体２と、金属筐体２内に設けられて誘電体磁器１を支持する支持台３と、中心導体１０を金属筐体２内に突出させた同軸線４ａ，４ｂとを備えている。同軸線４ａ，４ｂは、中心導体１０の先端を対向させた向きで、金属筐体２に装着されている。誘電体磁器１は、金属筐体２内において対向配置された同軸線４ａと同軸線４ｂとの間に配置されているのが好ましい。
【００２６】
誘電体磁器１は、上述した実施の形態の誘電体磁器組成物を主成分として含有している。誘電体磁器１の形状は、特に限定されるものではないが、通常は円柱形状とされる。金属筐体２の形状は、特に限定されるものではないが、通常は密閉型円筒形状とされる。金属筐体２は、その特性上、導電性の高い金属（銅，銅メッキ鋼，銀メッキ銅，銀メッキ真鍮など）から構成されるのが好ましい。
【００２７】
この誘電体共振器は、ＴＥ０１δモード誘電体共振器として次のように機能する。すなわち、一方の同軸線４ａ（４ｂ）を介して外部から入力される高周波信号によって金属筐体２内で電磁波が発生する。誘電体磁器１は、金属筐体２内で発生した電磁波によりＴＥ０１δモードの共振が励振される。そして、誘電体磁器１の共振作用を受けた電磁波が他方の同軸線４ｂ（４ａ）で高周波信号に変換されたのち、外部に出力される。
【００２８】
図２は、本実施の形態の誘電体磁器組成物を含有する誘電体磁器を組み込んだ誘電体デバイスの他の例であるＴＭモード誘電体共振器を示す断面図である。
【００２９】
この誘電体共振器は、誘電体磁器５と、誘電体磁器５を収納する金属筐体６と、誘電体磁器５の両端（図中上下端）の端面が内接する大きさを有する金属筐体６と、中心導体１０を金属筐体６内に突出させた同軸線７ａ，７ｂとを備えている。
【００３０】
誘電体磁器５は、上述した実施の形態の誘電体磁器組成物を主成分として含有している。誘電体磁器５は、その両端（図中上下端）を、金属筐体６に内接させた状態で、金属筐体６に収納されている。同軸線７ａと同軸線７ａとは、中心導体１０を互いに平行に離間配置した状態で金属筐体６に装着されている。誘電体磁器５は、金属筐体６内において平行配置された同軸線７ａ，７ｂの中心導体１０の間に配置されている。
【００３１】
誘電体磁器５の形状は特に限定されるものではないが、通常は円柱形状とされる。金属筐体６の形状は、特に限定されるものではないが、通常は密閉型円筒形状とされる。金属筐体６は、その特性上、導電性の高い金属（銅、銅メッキ鋼、銀メッキ銅、銀メッキ真鍮など）から構成されるのが好ましい。
【００３２】
この誘電体共振器は、ＴＭモード誘電体共振器として次のように機能する。すなわち、一方の同軸線７ａ（７ｂ）を介して外部から入力される高周波信号によって金属筐体６内で電磁波が発生する。誘電体磁器５においては、金属筐体６内で発生した電磁波によりＴＭモードの共振が励振される。そして、誘電体磁器５の共振作用を受けた電磁波が他方の同軸線７ｂ（７ａ）で高周波信号に変換されたのち、外部に出力される。
【００３３】
【実施例】
以下、実施例により本発明を更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。
（実施例１）
出発原料として、ＢａＣＯ３，ＣａＣＯ３，Ｌｉ２ＣＯ３，Ｎｂ２Ｏ５，ＴｉＯ２が用いられ、これらが所定の組成になるよう秤量され、ボールミルを用いて純水とともに湿式混合される。粉体と純水との体積比は約１：２とされる。この混合物がボールミルから取り出されて、１５０℃で乾燥された後、空気中において９００℃の温度で２時間仮焼される。
【００３４】
仮焼により得られた仮焼物が純水とともに上記ボールミル中で湿式粉砕される。湿式粉砕により得られた粉砕泥しょうが、ボールミルから取り出されて乾燥される。乾燥により得られる粉末にバインダーとして濃度６％のポリビニールアルコール溶液が１０重量％添加されて混合されて均質化される。
【００３５】
均質化された混合物が３２メッシュのふるいを通して整粒される。整粒により得られた整粒粉体が、金型と油圧プレスを用いて、成形圧力１００ＭＰａで成形される。
【００３６】
成形体の形状は、次のように設定される。すなわち、電気的特性評価用試料の場合、直径１３ｍｍ，厚さ約６ｍｍの円柱形状とされる。機械的強度評価用試料の場合、長さ４０ｍｍ，幅５ｍｍ，厚さ約１．５ｍｍの板状とされる。
【００３７】
このようにして成形された成形体が高純度のマグネシアさや鉢の中に入れられ、空気中において６００℃の温度で１２時間保持されることでバインダーの除去が行われる。その後、空気中において１１００〜１４００℃の温度環境で４時間保持されることで本焼成が実施される。
【００３８】
このような工程を経ることで誘電体磁器が得られる。なお、焼成時の昇温速度及び降温速度はそれぞれ３００℃／ｈとされる。
【００３９】
誘電体磁器の電気的特性の評価には、ネットワークアナライザが用いられる。
導体空洞型誘電体円柱共振器法による測定から共振周波数と無負荷Ｑ値（Ｑｕ値）との積であるｆＱ積が求められる。平行平板共振器法による測定から比誘電率（εｒ）が求められる。測定された共振周波数はおよそ５ＧＨｚである。また、共振周波数の温度係数（τｆ）は、−２５℃から８５℃の温度範囲で測定される。誘電体磁器の機械的強度の評価は、板状誘電体磁器を研磨して厚さ０．９ｍｍとし、４点曲げ試験法を用いた抗折強度の測定により評価される。
【００４０】
作製した誘電体磁器の組成、電気的特性および抗折強度を表１に示す。なお、表１において＊印を付した試料は比較例である。
【００４１】
【表１】
2004217474.tif 000003
【００４２】
表１に示すように、本発明の実施例の試料は、３５０００以上の高いｆＱ積を有していることが確認できる。このことから、本発明の実施例の試料は、高い無負荷Ｑ値（Ｑｕ値）を有することがわかる。また、本発明の実施例品の試料は、１５０ＭＰａ以上の高い抗折強度を有していることが確認できる。さらには、本発明の実施例の試料における共振周波数の温度係数τｆは、絶対値にして２０ｐｐｍ／℃以下の小さな値であることが確認できる。
【００４３】
これに対して、表１において、＊印が付された本発明の範囲外である比較試料では、本発明と比較して、上記特性（ｆＱ積、τｆ、抗折強度）の少なくとも一つが本発明より劣っている。特に抗折強度は本発明と比較して大幅に劣化している。
【００４４】
さらにまた、本発明の実施例である各試料のデータ比較から次のことが確認できる。すなわち、本発明の実施例の誘電体磁器が含有する誘電体磁器組成物において、その組成式にある係数ｘ，ｙ，ｚ，ｗを種々変更することで、共振周波数の温度係数τｆを、絶対値２０以下という条件の下で、種々の値に調整することが可能であることが確認できる。
【００４５】
これは次のような利点となる。すなわち、本発明が実施可能な図１，図２の誘電体共振器等の誘電体デバイスでは、その共振周波数は、誘電体磁器１，５の特性からの影響を受けるだけではなく、金属筐体２，６の容積からも影響を受ける。しかしながら、金属筐体２，６は、金属という材料の特性上、環境温度の変化により膨張収縮を起こしてその容積が変動するのは避けられない。したがって、このような金属筐体２，６に誘電体磁器１，５が収納された誘電体デバイスでは、温度変化に伴って共振周波数が変動するのは不可避となる。
【００４６】
そこで、金属筐体２，６の容積変動に起因する共振周波数の変動を相殺（オフセット）するように、誘電体磁器組成物の共振周波数の温度係数（τｆ）を設定することができれば、温度変化によってもほとんど変動しない安定した共振周波数を誘電体デバイスに設定することが可能となる。しかしながら、金属筐体２，６の材質や大きさはまちまちであるために、上記相殺（オフセット）を実施するためには、誘電体磁器組成物の共振周波数の温度係数（τｆ）を任意に設定することが求められる。
【００４７】
これに対して、本発明では、表１のデータに示されるように、誘電体デバイスの共振周波数の温度係数（τｆ）を、任意に設定することが可能である。そのため、本発明の誘電体磁器組成物を用いれば、温度変化によっても変動しない安定した共振周波数を有する誘電体デバイスを作製することが可能となる。
【００４８】
さらに、本発明の実施例の試料は、比較例（試料番号１および２）と比較して共振周波数の温度係数τｆを変化させた場合における比誘電率εｒの変化が小さいことがわかる。このことは本発明が次のような利点を有していることを示している。すなわち、本発明の誘電体磁器組成物を用いて誘電体磁器を形成し、さらにその誘電体磁器から誘電体デバイスを構成した場合において、大幅な設計変更を伴わずに共振周波数の温度特性を改善することが可能であるという利点を本発明は有している。
【００４９】
また、本発明の発明者は、試料番号５の試料（本発明品）および試料番号９の試料（比較例品）を用いて図１に示すようなＴＥ０１δモード誘電体共振器を作製した。その際、金属筐体２の内寸を、直径３０ｍｍ、高さ１５ｍｍとし、その材質を、銀メッキ（厚さ１０μｍ）を施した銅とした。このようにして作製したＴＥ０１δモード誘電体共振器の共振周波数はおよそ５ＧＨｚであった。
【００５０】
それぞれのＴＥ０１δモード誘電体共振器の無負荷Ｑ値（Ｑｕ値）を評価したところ、試料番号５を用いたもの（本発明品）は、試料番号９を用いたもの（比較例品）の３倍の無負荷Ｑ値（Ｑｕ値）が得られた。
【００５１】
また、本発明の発明者は、本発明と比較例との特性をさらに詳細に比較するために、試料番号５（本発明品）および試料９（比較例品）と同様の組成を有する誘電体磁器組成物から誘電体磁器を形成し、さらにその誘電体磁器から図２に示すようなＴＭモード誘電体共振器を作製した。このとき、誘電体磁器５の大きさは直径およそ８ｍｍ，高さは１２ｍｍとした。また、金属筐体６の内寸は直径２０ｍｍ、高さは１２ｍｍとした。金属筐体６の材質はＴＥ０１δモード誘電体共振器の場合と同様にした。共振周波数はおよそ５ＧＨｚであった。
【００５２】
このように構成したＴＭモード誘電体共振器の無負荷Ｑ値（Ｑｕ値）を測定した。その結果、試料番号５の誘電体磁器組成物を材料としたもの（本発明品）は、試料番号９の誘電体磁器組成物を材料としたもの（比較例品）の２倍の無負荷Ｑ値（Ｑｕ値）が得られた。
【００５３】
以上のことから、本発明の誘電体磁器組成物から誘電体磁器を形成し、さらにその誘電体磁器から誘電体デバイスを構成すれば、高い無負荷Ｑ値（Ｑｕ値）が得られることがわかる。さらには、本発明の誘電体磁器組成物から誘電体磁器を形成し、さらにその誘電体磁器からＴＭモード誘電体共振器を構成すれば、小型化が可能であることも確認できた。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、
・無負荷Ｑ値（Ｑｕ値）が十分に高い、
・機械的強度が十分高い、
・共振周波数の温度係数τｆが十分に低い、
・共振周波数数の温度係数τｆが任意に調整可能である、
という特性を有する誘電体磁器組成物、誘電体磁器、および誘電体デバイスを提供することができる。
【００５５】
さらには、低損失かつ小型化が促進できる誘電体デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の誘電体デバイスの一例の断面図である。
【図２】本発明の誘電体デバイスの別の一例の断面図である。
【符号の説明】
１，５      誘電体磁器
２，６      金属筐体
３          支持台
４ａ，４ｂ  同軸線
７ａ，７ｂ  同軸線
【図１】
2004217474.tif 000004
【図２】
2004217474.tif 000005