(57)【要約】【課題】ＵＨＦアンテナやモノリシックセラミック部品において使用可能な誘電体セラミック組成物を提供する。【解決手段】誘電体セラミック組成物は、１ＭＨｚにおいて、少なくとも２００の誘電率（Ｋ）と、０．０００６以下の誘電損失（ＤＦ）を有する。誘電体セラミック組成物は、雰囲気制御せずに空気中で焼成して焼結させることによって形成される。誘電体セラミック組成物は、９２．４９〜９７．５ｗｔ％の主要成分として、６０．１５〜６８．２ｗｔ％のチタン酸ストロンチウム、１１．０２〜２３．５９ｗｔ％のチタン酸カルシウム、および、７．１１〜２１．３２ｗｔ％のチタン酸バリウムを含み、２．５０〜７．５１ｗｔ％の微量成分として、１．１８〜３．５５ｗｔ％のジルコン酸カルシウム、０．５０〜１．５４ｗｔ％の三酸化ビスマス、０．２〜０．５９ｗｔ％のジルコニア、０．０２〜０．０７ｗｔ％の二酸化マンガン、０．１２〜０．３５ｗｔ％の酸化亜鉛、０．１２〜０．３５ｗｔ％の無鉛ガラスフリット、０．２４〜０．７１ｗｔ％のカオリン粘土、および、０．１２〜０．３５ｗｔ％の酸化セリウムを含む。【選択図】図１
2010530346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１ＭＨｚにおいて、少なくとも２００の誘電率（Ｋ）と、０．０００６以下の誘電損失（ＤＦ）を有することを特徴とする誘電体セラミック組成物。
【請求項２】
前記誘電体セラミック組成物を焼成して焼結体を形成したことを特徴とする請求項１に記載の誘電体セラミック組成物。
【請求項３】
９２．４９〜９７．５ｗｔ％の主要成分として、
６０．１５〜６８．２ｗｔ％のチタン酸ストロンチウム、
１１．０２〜２３．５９ｗｔ％のチタン酸カルシウム、および、
７．１１〜２１．３２ｗｔ％のチタン酸バリウム
を含み、
２．５０〜７．５１ｗｔ％の微量成分として、
１．１８〜３．５５ｗｔ％のジルコン酸カルシウム、
０．５０〜１．５４ｗｔ％の三酸化ビスマス、
０．２〜０．５９ｗｔ％のジルコニア、
０．０２〜０．０７ｗｔ％の二酸化マンガン、
０．１２〜０．３５ｗｔ％の酸化亜鉛、
０．１２〜０．３５ｗｔ％の無鉛ガラスフリット、
０．２４〜０．７１ｗｔ％のカオリン粘土、および、
０．１２〜０．３５ｗｔ％の酸化セリウム
を含むことを特徴とする請求項１に記載の誘電体セラミック組成物。
【請求項４】
請求項１に記載の誘電体セラミック組成物から構成されたことを特徴とする広帯域ＵＨＦアンテナ。
【請求項５】
請求項３に記載の誘電体セラミック組成物から構成されたことを特徴とする広帯域ＵＨＦアンテナ。
【請求項６】
請求項５に記載の広帯域ＵＨＦアンテナを有することを特徴とする電子機器。
【請求項７】
１ＭＨｚにおいて、少なくとも３００の誘電率（Ｋ）と、０．０００５以下の誘電損失（ＤＦ）を有することを特徴とする請求項１に記載の誘電体セラミック組成物。
【請求項８】
請求項１に記載の誘電体セラミック組成物から構成されたことを特徴とするモノリシックセラミック部品。
【請求項９】
請求項３に記載の誘電体セラミック組成物から構成されたことを特徴とするモノリシックセラミック部品。
【請求項１０】
９２．４９〜９７．５ｗｔ％の主要成分として、
６０．１５〜６８．２ｗｔ％のチタン酸ストロンチウム、
１１．０２〜２３．５９ｗｔ％のチタン酸カルシウム、および、
７．１１〜２１．３２ｗｔ％のチタン酸バリウム
を含み、
２．５０〜７．５１ｗｔ％の微量成分として、
１．１８〜３．５５ｗｔ％のジルコン酸カルシウム、
０．５０〜１．５４ｗｔ％の三酸化ビスマス、
０．２〜０．５９ｗｔ％のジルコニア、
０．０２〜０．０７ｗｔ％の二酸化マンガン、
０．１２〜０．３５ｗｔ％の酸化亜鉛、
０．１２〜０．３５ｗｔ％の無鉛ガラスフリット、
０．２４〜０．７１ｗｔ％のカオリン粘土、および、
０．１２〜０．３５ｗｔ％の酸化セリウム
を含む材料を主材料として構成されることを特徴とするセラミック誘電体材料。
【請求項１１】
前記セラミック誘電体材料を焼成して焼結体を形成したことを特徴とする請求項１０に記載のセラミック誘電体材料。
【請求項１２】
請求項１０に記載のセラミック誘電体材料を焼結して生成した基板を有することを特徴とする広帯域ＵＨＦアンテナ。
【請求項１３】
請求項１２に記載の広帯域ＵＨＦアンテナを有することを特徴とする電子機器。
【請求項１４】
９２．４９〜９７．５ｗｔ％の主要成分として、
６０．１５〜６８．２ｗｔ％のチタン酸ストロンチウム、
１１．０２〜２３．５９ｗｔ％のチタン酸カルシウム、および、
７．１１〜２１．３２ｗｔ％のチタン酸バリウム
を含み、
２．５０〜７．５１ｗｔ％の微量成分として、
１．１８〜３．５５ｗｔ％のジルコン酸カルシウム、
０．５０〜１．５４ｗｔ％の三酸化ビスマス、
０．２〜０．５９ｗｔ％のジルコニア、
０．０２〜０．０７ｗｔ％の二酸化マンガン、
０．１２〜０．３５ｗｔ％の酸化亜鉛、
０．１２〜０．３５ｗｔ％の無鉛ガラスフリット、
０．２４〜０．７１ｗｔ％のカオリン粘土、および、
０．１２〜０．３５ｗｔ％の酸化セリウム
を含む材料を主材料として構成されるセラミック誘電体材料を供給する供給処理と、
前記セラミック誘電体材料を焼成する焼成処理
を有することを特徴とするセラミック誘電体材料の製造方法。
【請求項１５】
前記セラミック誘電体材料を焼成する焼成処理において、該セラミック誘電体材料を焼成して焼結することで基板を生成することを特徴とする請求項１４に記載のセラミック誘電体材料の製造方法。
【請求項１６】
前記基板を広帯域ＵＨＦアンテナに結合したことを特徴とする請求項１５に記載のセラミック誘電体材料の製造方法。
【請求項１７】
前記セラミック誘電体材料は、１ＭＨｚにおいて、少なくとも２００の誘電率（Ｋ）と、０．０００６以下の誘電損失（ＤＦ）を有することを特徴とする請求項１４に記載のセラミック誘電体材料の製造方法。
【請求項１８】
前記セラミック誘電体材料は、１ＭＨｚにおいて、少なくとも３００の誘電率（Ｋ）と、０．０００５以下の誘電損失（ＤＦ）を有することを特徴とする請求項１４に記載のセラミック誘電体材料の製造方法。
【請求項１９】
前記セラミック誘電体材料からモノリシックセラミック部品を形成することを特徴とする請求項１４に記載のセラミック誘電体材料の製造方法。
【請求項２０】
前記セラミック誘電体材料を焼成する焼成処理は、前記セラミック誘電体材料を焼成して焼結体を形成する処理を含むことを特徴とする請求項１４に記載のセラミック誘電体材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミック誘電体材料に関する。特に、本発明は、望ましい組み合わせの固有の誘電率と損失係数が得られるようなＵＨＦアンテナへの応用に適したセラミック誘電体材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無線周波数（ＲＦ）用およびマイクロ波の周波数用のアンテナにおいては、幾つかの異なる誘電体セラミックスの使用が有望視されている。マイクロ波装置における誘電体使用の利点は、媒体中の電磁波の長さがその誘電率（λ〜１／√Ｋ）の平方根に反比例するという現象を利用して、アンテナのサイズを縮小できる点である。大半の商用マイクロ波材料の誘電率は、１０以下から３０〜４０までの範囲、あるいは、８０〜１００までの範囲で可変であり、後者の場合には、アンテナや共振器を最大で１０倍縮小できる。そのような材料の一部は、特許文献：ＵＳ５８４０６４２、ＵＳ５５６９６３２、ＫＲ２００４００５１７３２、ＣＮ１５１９２１６、ＲＵ２１６７８４２、ＷＯ９７２１６４２、特開平３−１９２６０６、特開平３−１８３６５７、ＵＳ４４４２２２０、に記載されており、ここでは、これらの特許文献の全てを引用により開示する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、３０〜６０ｃｍの波長範囲のＵＨＦドメイン（４７０ＭＨｚ〜８７０ＭＨｚ）においては、材料の誘電率について顕著な増加が要求されるため、１０倍のサイズ縮小では不十分である。格段に高い誘電率（＞１０００）を有する材料は、強誘電体系をベースとしており、ＵＨＦにおいて、高い誘電損失と顕著な周波数依存性という特徴を有する。望ましいＵＨＦ周波数範囲４５０ＭＨｚ〜９００ＭＨｚに関して実行可能なＵＨＦアンテナを形成するためには、アンテナの縮小化を可能とするために、妥当な組み合わせの誘電率と損失係数を誘電体に持たせなければならない。
【０００４】
ＵＨＦアンテナ等の用途に用いられる誘電体材料の改善が必要とされている。
したがって、本発明の第１の目的、特徴、あるいは効果は、この技術分野の状況を改善することである。
本発明の他の目的、特徴、あるいは効果は、ＵＨＦアンテナの用途に適した高特性の誘電体材料を提供することである。
本発明の他の目的、特徴、あるいは効果は、焼結時に特別な雰囲気制御を必要としないセラミック誘電体材料を提供することである。
本発明の他の目的、特徴、あるいは効果は、銀、ニオブ、タンタル等の高価な金属を使用しないセラミック誘電体材料を提供することである。
本発明の他の目的、特徴、あるいは効果は、比較的高い誘電率と低い誘電損失を有するセラミック誘電体材料を提供することである。
本発明のこれらの、あるいは他の目的、特徴、あるいは効果は、本明細書の以下の記載および請求の範囲から明らかである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の誘電体セラミック組成物は、１ＭＨｚにおいて、少なくとも２００の誘電率（Ｋ）と、０．０００６以下の誘電損失（ＤＦ）を有する。誘電体セラミック組成物は、雰囲気制御せずに空気中で焼成して焼結させることによって形成される。誘電体セラミック組成物は、９２．４９〜９７．５ｗｔ％の主要成分として、６０．１５〜６８．２ｗｔ％のチタン酸ストロンチウム、１１．０２〜２３．５９ｗｔ％のチタン酸カルシウム、および、７．１１〜２１．３２ｗｔ％のチタン酸バリウムを含み、２．５０〜７．５１ｗｔ％の微量成分として、１．１８〜３．５５ｗｔ％のジルコン酸カルシウム、０．５０〜１．５４ｗｔ％の三酸化ビスマス、０．２〜０．５９ｗｔ％のジルコニア、０．０２〜０．０７ｗｔ％の二酸化マンガン、０．１２〜０．３５ｗｔ％の酸化亜鉛、０．１２〜０．３５ｗｔ％の無鉛ガラスフリット、０．２４〜０．７１ｗｔ％のカオリン粘土、および、０．１２〜０．３５ｗｔ％の酸化セリウムを含む。この誘電体セラミック組成物は、広帯域ＵＨＦアンテナ、誘電体共振器、電気フィルタ、基板、モノリシックセラミック部品等において使用可能である。
【０００６】
本発明の製造方法は、セラミック誘電体材料の供給を含み、このセラミック誘電体材料は、９２．４９〜９７．５ｗｔ％の主要成分として、６０．１５〜６８．２ｗｔ％のチタン酸ストロンチウム、１１．０２〜２３．５９ｗｔ％のチタン酸カルシウム、および、７．１１〜２１．３２ｗｔ％のチタン酸バリウムを含み、２．５０〜７．５１ｗｔ％の微量成分として、１．１８〜３．５５ｗｔ％のジルコン酸カルシウム、０．５０〜１．５４ｗｔ％の三酸化ビスマス、０．２〜０．５９ｗｔ％のジルコニア、０．０２〜０．０７ｗｔ％の二酸化マンガン、０．１２〜０．３５ｗｔ％の酸化亜鉛、０．１２〜０．３５ｗｔ％の無鉛ガラスフリット、０．２４〜０．７１ｗｔ％のカオリン粘土、および、０．１２〜０．３５ｗｔ％の酸化セリウムを含む材料を主材料として構成される。この方法はさらに、このセラミック誘電体材料の焼成を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明のセラミック誘電体材料の異なる例における誘電率と誘電損失を示すグラフである。
【図２】本発明のセラミック誘電体処方により形成されたＵＨＦアンテナの一形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明は、焼結してセラミック基板を生成した場合に、高い誘電率（＞２００）と低損失（＜０．０００６０（１ＭＨｚ））を有する材料を提供可能なセラミック処方を提供するものである。チューナ回路要素と組み合わせた場合に、この基板は、有効な広帯域ＵＨＦアンテナとなる。また、国際出願公報ＷＯ９８０３４４６に記載されているＡｇ（Ｎｂ，Ｔａ）Ｏ3系とは異なり、本発明は、焼結中の雰囲気制御を必要とすることもなく、銀、ニオブ、タンタル等の高価な金属を使用するものでもない。
【０００９】
ＳｒＴｉＯ3−ＢａＴｉＯ3−ＣａＴｉＯ3系のセラミック処方の示量性の調査によって、広帯域ＵＨＦアンテナ用としての特性について妥当な組み合わせを示す処方範囲が明らかとなった。調査した組成物を以下の表１に示す。
【００１０】
【表１】
2010530346.tif 000003
【００１１】
これらのセラミック組成物を、この技術分野の周知の方法により処方してセラミックスリップとし、鋳造して基板を生成した。焼成処理において有機物を除去した後、最終的な焼結処理を、大気中で、（他の温度についても調査したが）１２７０℃と１２５０℃の温度でそれぞれ行った。１ＭＨｚでの誘電特性を測定したところ、表２に示す結果が得られた。
【００１２】
【表２】
2010530346.tif 000004
【００１３】
この２つの異なる焼成温度において、誘電率（Ｋ）は非常に類似しており、誘電損失（ＤＦ）の差も小さい。静電容量温度係数（ＴＣＣ: temperature coefficient of capacitance）もまた、両方の焼成温度において類似している。これらの組成物の静電容量温度係数（ＴＣＣ）が、「Ｃｌａｓｓ  １  Ｃ０Ｇ」の積層コンデンサ処方（−５５℃〜＋１２５℃の温度範囲で±３０ｐｐｍ／℃）または狭帯域マイクロ波アンテナに比較して、非常に高いことは重要である。積層コンデンサまたは狭帯域アンテナの場合、温度揺らぎによる規格からのドリフトを防止するために、安定した温度特性が要求される。しかし、これらのセラミックは、広い周波数帯域用のＵＨＦアンテナにおいて使用されるため、温度安定性はそれほど重要ではなく、より高い静電容量温度係数（ＴＣＣ）が許容可能である。
【００１４】
低損失を保持する一方でアンテナを小型化するためには、低損失を保持しながら誘電率を最大化しなければならない。図１は、複数の実施例の誘電率（Ｋ）と誘電損失（ＤＦ）を示すグラフである。表２に記載された誘電率（Ｋ）と誘電損失（ＤＦ）をグラフ化したことによって、誘電体処方（セラミック組成物）Ｂ，Ｃ，Ｄのみが、３００以上の誘電率（Ｋ）と０．０００５以下の誘電損失（ＤＦ）を有することが分かる。
【００１５】
図２は、セラミック誘電体処方により形成されたＵＨＦアンテナの一形態を示す図である。ＵＨＦアンテナ１０は、前述したようなセラミック組成物を焼結して生成したセラミック基板１２を含む。ＵＨＦアンテナ１０はまた、チューナ回路要素１４を含む。このＵＨＦアンテナ１０は、電子機器１６に組み込まれる。
【００１６】
本発明のセラミック誘電体材料は、ＵＨＦアンテナの用途に加えて、他の目的でも使用可能である。例えば、誘電体共振器、フィルタ、マイクロエレクトロニクス回路基板、あるいは、各種の電子機器に対する組み込み用として使用可能である。
【００１７】
本発明は、上記の具体的な開示内容に限定されるものではない。本発明の範囲内で、誘電体セラミック組成物の処方や特定の応用、誘電体セラミック組成物を組み込んだモノリシックセラミック部品の種別、ＵＨＦアンテナを組み込んだ電子機器の種別等について、多種多様な変形例が考えられる。
【符号の説明】
【００１８】
１０…ＵＨＦアンテナ
１２…セラミック基板
１４…チューナ回路要素
１６…電子機器
【図１】
2010530346.tif 000005
【図２】
2010530346.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成21年1月6日(2009.1.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１ＭＨｚにおいて、少なくとも２００の誘電率（Ｋ）と、０．０００６以下の誘電損失（ＤＦ）を有する誘電体セラミック組成物であって、
９２．４９〜９７．５ｗｔ％の主要成分として、
６０．１５〜６８．２ｗｔ％のチタン酸ストロンチウム、
１１．０２〜２３．５９ｗｔ％のチタン酸カルシウム、および、
７．１１〜２１．３２ｗｔ％のチタン酸バリウム
を含み、
２．５０〜７．５１ｗｔ％の微量成分として、
１．１８〜３．５５ｗｔ％のジルコン酸カルシウム、
０．５０〜１．５４ｗｔ％の三酸化ビスマス、
０．２〜０．５９ｗｔ％のジルコニア、
０．０２〜０．０７ｗｔ％の二酸化マンガン、
０．１２〜０．３５ｗｔ％の酸化亜鉛、
０．１２〜０．３５ｗｔ％の無鉛ガラスフリット、
０．２４〜０．７１ｗｔ％のカオリン粘土、および、
０．１２〜０．３５ｗｔ％の酸化セリウム
を含むことを特徴とする誘電体セラミック組成物。
【請求項２】
前記誘電体セラミック組成物を焼成して焼結体を形成したことを特徴とする請求項１に記載の誘電体セラミック組成物。
【請求項３】
請求項１に記載の誘電体セラミック組成物から構成されたことを特徴とする広帯域ＵＨＦアンテナ。
【請求項４】
請求項３に記載の広帯域ＵＨＦアンテナを有することを特徴とする電子機器。
【請求項５】
１ＭＨｚにおいて、少なくとも３００の誘電率（Ｋ）と、０．０００５以下の誘電損失（ＤＦ）を有することを特徴とする請求項１に記載の誘電体セラミック組成物。
【請求項６】
請求項１に記載の誘電体セラミック組成物から構成されたことを特徴とするモノリシックセラミック部品。
【請求項７】
９２．４９〜９７．５ｗｔ％の主要成分として、
６０．１５〜６８．２ｗｔ％のチタン酸ストロンチウム、
１１．０２〜２３．５９ｗｔ％のチタン酸カルシウム、および、
７．１１〜２１．３２ｗｔ％のチタン酸バリウム
を含み、
２．５０〜７．５１ｗｔ％の微量成分として、
１．１８〜３．５５ｗｔ％のジルコン酸カルシウム、
０．５０〜１．５４ｗｔ％の三酸化ビスマス、
０．２〜０．５９ｗｔ％のジルコニア、
０．０２〜０．０７ｗｔ％の二酸化マンガン、
０．１２〜０．３５ｗｔ％の酸化亜鉛、
０．１２〜０．３５ｗｔ％の無鉛ガラスフリット、
０．２４〜０．７１ｗｔ％のカオリン粘土、および、
０．１２〜０．３５ｗｔ％の酸化セリウム
を含む材料を主材料として構成されるセラミック誘電体材料を供給する供給処理と、
前記セラミック誘電体材料を焼成する焼成処理
を有することを特徴とするセラミック誘電体材料の製造方法。
【請求項８】
前記セラミック誘電体材料を焼成する焼成処理において、該セラミック誘電体材料を焼成して焼結することで基板を生成することを特徴とする請求項７に記載のセラミック誘電体材料の製造方法。
【請求項９】
前記基板を広帯域ＵＨＦアンテナに結合したことを特徴とする請求項８に記載のセラミック誘電体材料の製造方法。
【請求項１０】
前記セラミック誘電体材料は、１ＭＨｚにおいて、少なくとも２００の誘電率（Ｋ）と、０．０００６以下の誘電損失（ＤＦ）を有することを特徴とする請求項７に記載のセラミック誘電体材料の製造方法。
【請求項１１】
前記セラミック誘電体材料は、１ＭＨｚにおいて、少なくとも３００の誘電率（Ｋ）と、０．０００５以下の誘電損失（ＤＦ）を有することを特徴とする請求項７に記載のセラミック誘電体材料の製造方法。
【請求項１２】
前記セラミック誘電体材料からモノリシックセラミック部品を形成することを特徴とする請求項７に記載のセラミック誘電体材料の製造方法。
【請求項１３】
前記セラミック誘電体材料を焼成する焼成処理は、前記セラミック誘電体材料を焼成して焼結体を形成する処理を含むことを特徴とする請求項７に記載のセラミック誘電体材料の製造方法。
【国際調査報告】
2010530346.tif 000007
2010530346.tif 000008
2010530346.tif 000009