(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体磁気組成物と、一対の入出力端子と、を有し、前記入出力端子間に高周波信号を印可して、前記誘電体磁気組成物を所望の周波数で共振させる誘電体共振器であって、
前記誘電体磁気組成物は、１ＧＨｚ換算のＱ値が７４０００以上であり、
金属元素として少なくともＬａ、Ａｌ、Ｓｒ及びＴｉを含有し、これらの金属元素のモル比による組成式をａＬａ2Ｏ3・ｂＡｌ2Ｏ3・ｃＳｒＯ・ｄＴｉＯ2と表したとき、前記ａ、ｂ、ｃ、及びｄが
０．０９５４≦ａ≦０．１５９６
０．０９５４≦ｂ≦０．１５９６
０．３９０３≦ｃ≦０．５５１６
０．２１２９≦ｄ≦０．３５４６
０．８１８１≦ｂ／ａ≦１．２２２２
０．４２８５≦ｄ／ｃ≦０．７５００
（ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１）を満足する主成分１００重量部に対して、Ｂａ（Ｃｕ1/2Ｗ1/2）Ｏ3を主結晶相とする化合物を０．０００１〜３．０重量部含有することを特徴とする誘電体共振器。
【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（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ＩＣ）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】
【従来の技術】
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。そこに要求される特性として(1)誘電体中では波長が１／εｒ1/2に短縮されるので、小型化の要求に対して比誘電率が大きい事、(2)高周波での誘電損失が小さい事、すなわち高Ｑ値であること、(3)共振周波数の温度に対する変化が小さいこと、即ち、比誘電率の温度依存性が小さく且つ安定であること、以上の３つの特性が主として挙げられる。
【０００３】
従来、この種の誘電体磁器としては、例えば、Ｂａ（Ｍｇ1/3Ｔａ2/3）Ｏ3系材料（特公昭５９−２３０４８号）、Ｂａ（Ｚｎ1/3Ｔａ2/3）Ｏ3系材料（特公昭５９−４８４８４号）、Ｂａ（Ｚｎ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3系材料（特公昭５３−３５４５３号）、Ｂａ（Ｍｇ1/3Ｎｂ2/3）Ｏ3系材料（特開昭５３−３５３４５）などの酸化物磁器材料が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする問題点】
しかしながら、最近では使用する周波数領域がさらに高く成ってきており、これに対応してさらに高いＱ値を持つ材料が要求されている。これから見て、従来の誘電体磁器組成物は、無負荷Ｑが小さかったり、比誘電率が小さい為、共振器にしたときの形状が大きくなり、また、温度係数が大きかったりして、マイクロ波周波数帯で使用するには、いずれかに難点があり、実際の使用においては不都合が多い。また、これらの材料は、焼成温度が高く、焼成コストがかかり、さらに、材料自体も、Ｔａ、Ｎｂを含む為高価であることから、コストが高く、市場に出回り難いと言った問題があった。
【０００５】
本発明は、上記の欠点に鑑み案出されたもので、比誘電率が大きく、高Ｑ値で、比誘電率の温度依存性が小さく且つ安定であり、さらに安価な材料での誘電体磁器組成物を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、誘電体磁気組成物と、一対の入出力端子と、を有し、前記入出力端子間に高周波信号を印可して、前記誘電体磁気組成物を所望の周波数で共振させる誘電体共振器であって、前記誘電体磁気組成物は、１ＧＨｚ換算のＱ値が７４０００以上であり、金属元素として少なくともＬａ、Ａｌ、Ｓｒ及びＴｉを含有し、これらの金属元素のモル比による組成式をａＬａ2Ｏ3・ｂＡｌ2Ｏ3・ｃＳｒＯ・ｄＴｉＯ2と表したとき、前記ａ、ｂ、ｃ、及びｄが
０．０９５４≦ａ≦０．１５９６
０．０９５４≦ｂ≦０．１５９６
０．３９０３≦ｃ≦０．５５１６
０．２１２９≦ｄ≦０．３５４６
０．８１８１≦ｂ／ａ≦１．２２２２
０．４２８５≦ｄ／ｃ≦０．７５００
（ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１）を満足する主成分１００重量部に対して、Ｂａ（Ｃｕ1/2Ｗ1/2）Ｏ3を主結晶相とする化合物を０．０００１〜３．０重量部含有することを特徴とする誘電体共振器を提供する。
【０００９】
本発明は、上記構成により、比誘電率εｒが大きく、高Ｑ値であり、共振周波数の温度係数τfの絶対値が小さく、且つ、εｒ、Ｑ、τfの値を安定に制御でき、さらに、Ｔａ、Ｎｂ等の高価な元素を含む材料を使う事無く、安価な誘電体磁器組成物及び誘電体共振器となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の誘電体共振器は、金属元素として少なくともＬａ、Ａｌ、Ｓｒ及びＴｉを含有する複合酸化物を主成分組成物とする高周波用誘電体磁器組成物を備えている。
この誘電磁気組成物では、かかる主成分組成物における前記金属元素のモル比による組成式をａＬａ2Ｏ3・ｂＡｌ2Ｏ3・ｃＳｒＯ・ｄＴｉＯ2と表したとき、前記ａ、ｂ、ｃ、ｄが
０．０９５４≦ａ≦０．１５９６
０．０９５４≦ｂ≦０．１５９６
０．３９０３≦ｃ≦０．５５１６
０．２１２９≦ｄ≦０．３５４６
０．８１８１≦ｂ／ａ≦１．２２２２
０．４２８５≦ｄ／ｃ＜０．７５００
（ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１）であることが重要である。
これらのａ、ｂ、ｃ、ｄを上記の範囲に限定した理由は以下の通りである。
【００１１】
即ち、０．０９５４≦ａ≦０．１５９６としたのは、ａ＜０．０９５４の場合は、共振周波数の温度係数τｆが正に大きくなり、共振周波数の温度係数τfの絶対値が３０を大きく越えてしまうからであり、ａ＞０．１５９６の場合は、τfが負に大きくなり、その絶対値が３０を越えてしまうからである。特に０．１２１１≦ａ≦０．１３６９の範囲が好ましい。
【００１２】
また、０．０９５４≦ｂ≦０．１５９６としたのは、ｂ＜０．０９５４の場合は、共振周波数の温度係数τfが正に大きくなり、τfの絶対値が３０を大きく越え、ｂ＞０．１５９６の場合は、共振周波数τfが負に大きくなり、τfの絶対値が３０を越えてしまうからである。ｂは、特に０．１２１１≦ｂ≦０．１３６９の範囲が好ましい。
【００１３】
さらに、０．３９０３≦ｃ≦０．５５１６としたのは、C＜０．３９０３の場合は、共振周波数の温度係数τfが負に大きくなり、τfの絶対値が３０を大きく越えてしまうからである。C＞０．５５１６の場合には、共振周波数の温度係数τfが正に大きくなり、その絶対値が３０を越えてしまうからである。特に、０．４２８４≦C≦０．４６９８の範囲が好ましい。
【００１４】
また、０．２１２９≦ｄ≦０．３５４６としたのは、ｄ＜０．２１２９の場合は、共振周波数の温度係数τfが負に大きくなり、その絶対値が３０を越えてしまうからであり、ｄ＞０．３５４６の場合は、共振周波数の温度係数τfが正に大きくなり、その絶対値が３０を越えてしまうからである。特に、０．２７５９≦ｄ≦０．３１０７が好ましい。
【００１５】
さらに、０．８１８１≦ｂ／ａ≦１．２２２２としたのは、ｂ／ａ＜０．８１８１の場合や、ｂ／ａ＞１．２２２２の場合には、Ｑｆが大きく低下し、４００００より低下するからである。特に、０．９６０２≦ｂ／ａ≦１．１７４４が好ましい。
【００１６】
また、０．４２８５≦ｄ／ｃ＜０．７５００としたのは、ｄ／ｃ＜０．４２８５の場合は、比誘電率εｒが小さくなり、ｄ／ｃ≧０．７５００の場合には、τfが正に大きくなり、その絶対値が３０を越えてしまうからである。特に０．６１２９≦ｄ／ｃ≦０．６９４９が好ましい。
【００１７】
さらに、０．８１８１≦ｂ／ａ≦１．２２２２であり、かつ０．４２８５≦ｄ／ｃ＜０．７５００としたのは、この範囲においてτfを０付近で調整できる。
【００１８】
また、本発明は、上記主成分１００重量部に対して、Ｂａ（Ｃｕ1/2Ｗ1/2）Ｏ3を主結晶相とする化合物を０．０００１〜３．０重量部含有させることによって、εｒやτfを変化させずにＱ値のみを向上させることができるのである。また、Ｂａ（Ｃｕ1/2Ｗ1/2）Ｏ3を主結晶相とする化合物の含有量を０．０００１〜３．０重量部としたのは、３．０重量部以上を越えるとＱ値が極端に小さくなり、０．０００１重量部より少ないとＱｆが低下するからである。さらに、上述した効果を奏する為には、Ｂａ（Ｃｕ1/2Ｗ1/2）Ｏ3を主結晶相とする化合物の量を０．１〜１．０重量部とすることが望ましい。
【００１９】
なお、Ｂａ（Ｃｕ1/2Ｗ1/2）Ｏ3を主結晶相とする化合物の化学量論比は、定比組成だけではなく不定比組成であっても良い。例えば出発原料としてはＢａ（Ｃｕ0.45Ｗ0.51）Ｏ2.98、Ｂａ（Ｃｕ0.55Ｗ0.48）Ｏ2.99、Ｂａ1.03（Ｃｕ0.51Ｗ0.49）Ｏ3.01、Ｂａ0.98（Ｃｕ0.48Ｗ0.52）Ｏ3.02が挙げられる。また、本発明の誘電体磁器組成物におけるＢａ（Ｃｕ1/2Ｗ1/2）Ｏ3の存在はＸ線回折法等により確認することができる。
【００２０】
本発明の誘電体共振器が備える誘電体磁器組成物は、例えば、以下のようにして作製される。出発原料として、高純度の酸化ランタン、酸化アルミニウム、炭酸ストロンチウム、酸化チタンの各粉末を用いて、所望の割合となるように秤量後、純水を加え、混合原料の平均粒径が２．０μｍ以下となるまで１０〜３０時間、ジルコニアボール等を使用したミルにより湿式混合・粉砕を行う。この混合物を乾燥後、１０００〜１３００℃で２〜１０時間仮焼し、さらに５重量％のバインダーを加えてから造粒し、得られた粉末を所望の成形手段、例えば、金型プレス、冷間静水圧プレス、押し出し成形等により任意の形状に成形後、１５００〜１７００℃の温度で１〜１０時間大気中において焼成することにより得られる。
【００２１】
本発明の誘電体共振器が備える誘電体磁器組成物では、Ｌａ、Ａｌ、Ｓｒ、Ｔｉの出発原料としては、酸化物以外に炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、水酸化物等のように、酸化性雰囲気での熱処理によって酸化物を生成し得る化合物を用いても良い。
【００２２】
本発明においては、磁器中に不可避不純物として、Ｃａ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｂａ等が混入する場合があるが、これらは、各々、または全部で、酸化物換算で０．１重量％程度混入しても特性上問題ない。
【００２３】
本発明の誘電体共振器として、図１のＴＥモード型誘電体共振器の概略図を示した。図１の共振器は、金属ケ−ス１の両側に入力端子２及び出力端子３を形成し、これらの端子２、３の間に上記したような組成からなる誘電体磁器４を配置して構成される。このように、ＴＥモ−ド型の誘電体共振器は、入力端子２からマイクロ波が入力され、マイクロ波は誘電体磁器４と自由空間との境界の反射によって誘電体磁器４内に閉じこめられ、特定の周波数で共振を起こす。
【００２４】
この信号が出力端子３と電磁界結合し、出力される。また、図示しないが、本発明の誘電体磁器組成物ＴＥＭモ−ドを用いた同軸形共振器やストリップ線路共振器、ＴＭモ−ドの誘電体磁器共振器、その他の共振器に適用しても良いことは勿論である。
【００２５】
【実施例】
出発原料として高純度の酸化ランタン（Ｌａ2Ｏ3）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ3）、酸化チタン（ＴｉＯ2）の各粉末を用いて、それらを表１および表２となるように秤量後、純水を加え、混合原料の平均粒径が２．０μｍ以下となるまで、ミルにより約２０時間湿式混合、粉砕を行った。
【００２６】
この混合物を乾燥後、１２００℃で２時間仮焼した。この仮焼粉１００重量部に対し、Ｂａ（Ｃｕ1/2Ｗ1/2）Ｏ3を表１、２、３および４に示す量を添加後、純水を加え、混合原料の平均粒径が２．０μｍ以下となるまで、ミルにより約２０時間湿式混合粉砕を行った。粉砕後のスラリーを乾燥後、さらに約５重量％のバインダーを加えてから造粒し、得られた粉末を約１ｔｏｎ／ｃｍ2の圧力で円板状に成形し、１５００〜１７００℃の温度で２時間大気中において焼成した。
【００２７】
得られた磁器の円板部を平面研磨し、アセトン中で超音波洗浄し、１５０℃で１時間乾燥した後、円柱共振器法により測定周波数３．５〜４．５ＧＨｚで比誘電率εｒ、Ｑ値、共振周波数の温度係数τfを測定した。Ｑ値は、マイクロ波誘電体において一般に成立するＱ値×測定周波数ｆ＝一定の関係から１ＧＨｚでのＱ値に換算した。
【００２８】
共振周波数の温度係数τfは、−４０〜８５℃の範囲で測定した。
【００２９】
【表１】
0004614485.tif 000002
【００３０】
【表２】
0004614485.tif 000003
【００３１】
【表３】
0004614485.tif 000004
【００３２】
【表４】
0004614485.tif 000005
【００３３】
表１、２、３および４から明らかなように、本発明の範囲外の誘電体では比誘電率又はＱ値が低いか、あるいはτfの絶対値が３０を超えていた。
【００３４】
これらに対し、本発明の範囲内の誘電体は、Ｑ値が７００００以上、τfが±３０（ｐｐｍ／℃）以内の優れた誘電特性が得られることがわかった。
【００３５】
さらに実験した結果、Ｂａ（Ｃｕ1/2Ｗ1/2）Ｏ3の代わりにＢａ（Ｃｕ0.45Ｗ0.51）Ｏ2.98、Ｂａ（Ｃｕ0.55Ｗ0.48）Ｏ2.99、Ｂａ1.03（Ｃｕ0.51Ｗ0.49）Ｏ3.01、Ｂａ0.98（Ｃｕ0.48Ｗ0.52）Ｏ3.02など化学量論比が不定比組成の化合物を添加しても上記実施例と同様に、本発明により得られた誘電体はＱ値が７００００以上、τfが±３０（ｐｐｍ／℃）以内の優れた誘電特性が得られた。
【００３６】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明によれば、金属元素として少なくともＬａ、Ａｌ、Ｓｒ、Ｔｉを含有し、これらの金属元素のモル比による組成式をａＬａ2Ｏ3・ｂＡｌ2Ｏ3・ｃＳｒＯ・ｄＴｉＯ2と表した時、前記ａ、ｂ、ｃ、ｄが、
０．０９５４≦ａ≦０．１５９６
０．０９５４≦ｂ≦０．１５９６
０．３９０３≦ｃ≦０．５５１６
０．２１２９≦ｄ≦０．３５４６
０．８１８１≦ｂ／ａ≦１．２２２２
かつ０．４２８５≦ｄ／ｃ＜０．７５００
（ただし  ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１）
と表される組成範囲内に調整し、この主成分にＢａ（Ｃｕ1/2Ｗ1/2）Ｏ3を主結晶相とする化合物を添加することで、高周波領域において比誘電率εｒが３０付近で高いＱ値を有するとともに、共振周波数の温度係数τfを０付近に、安定して制御することができる。
【００３７】
また、Ｔａ、Ｎｂ等を構成元素とする従来の誘電体磁器組成物より安価な材料を提供することができる。
【００３８】
さらに、Ｔａ、Ｎｂで構成されている既存材は、高温で、長時間焼成温度を保持しなければ、結晶の規則化が起こらない為、焼成コストがかかっていたが、本発明の材料であれば、焼成温度の保持時間も２〜１０時間ですみ、焼成コストが大幅に削減できる。
【００３９】
これにより、本発明の誘電体磁器組成物は、例えば、自動車電話、コードレステレホン、パーソナル無線機、衛星放送受信機等の装置において、マイクロ波やミリ波領域において使用される共振器用材料やＭＩＣ用誘電体基板材料、誘電体導波線路、誘電体アンテナ、その他の各種電子部品等に好適に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の誘電体共振器を示す説明図である。
【符号の説明】
１．金属ケ−ス
２．入力端子
３．出力端子
４．誘電体磁器
【図１】
0004614485.tif 000006