(57)【要約】【課題】温度係数τｆを制御可能とし、例えば準ミリ波及びミリ波帯域に適したＱｆ、比誘電率εｒを有し、温度係数τｆがゼロ近傍の誘電体磁器組成物を提供する。【解決手段】  ＭｇＯにＣａＴｉＯ３を加えることで、温度係数τｆを制御する。例えば、ＭｇＯのモル比をａ、ＣａＴｉＯ３のモル比をｂとしたときに、ａ＋ｂ＝１、０．０１５≦ｂ≦０．０４とすることで良好な温度係数τｆを実現する。さらには、温度係数τｆをゼロ近傍に制御する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭｇＯとＣａＴｉＯ３とを含み、ＭｇＯのモル比をａ、ＣａＴｉＯ３のモル比をｂとしたときに、ａ＋ｂ＝１、０．０１５≦ｂ≦０．０４、であることを特徴とする誘電体磁器組成物。
【請求項２】
温度係数τｆが−２５ｐｐｍ≦τｆ≦２５ｐｐｍ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】
前記誘電体体磁器組成物の焼成温度が１４００℃〜１６５０℃であることを特徴とする請求項１又は２記載の誘電体磁器組成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体磁器組成物に関するものであり、特に準ミリ波、ミリ波等の高周波帯域に用いて好適な誘電体磁器組成物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報通信分野における技術の発達は目覚ましいものがあり、誘電体共振器等に用いられる誘電体材料に対する特性向上の要求は益々厳しくなってきている。
【０００３】
マイクロ波用誘電体材料の特性としては、第一にＱｆ値（ｆ／ｔａｎδ）ができるだけ大きいことが要求される。さらに、誘電体共振器等に用いられる誘電体材料に要求される特性は、前記のＱｆ値ばかりでなく、用途や使用周波数帯域等によって多様化する傾向にある。一方で、特に共振器材料としての利用を考えた場合、さらなる高周波数に対応するためには、設計の容易さ等の観点から、ある程度低い比誘電率εｒを有する誘電体材料の開発が必要となる。共振現象の寸法は、誘電率をεとしたときにε−１／２に比例することから、比誘電率εｒが高い材料を使用した場合、周波数の増大に伴い共振器の寸法を極めて小さくしなければならない。
【０００４】
例えば一般的なマイクロ波誘電体材料（比誘電率εｒ＝９０）を３０ＧＨｚの共振器に用いた場合、ＴＥ０１１モードを使用したときの誘電体内の波長は１．０５ｍｍとなる。このときの誘電体の寸法は、波長の二分の一とすると、０．５３ｍｍである。このような共振器において、共振周波数の公差を±０．５％とすると、許容される周波数の公差Δｆは０．１５ＧＨｚ、許容される寸法公差ΔＬは０．００３ｍｍと非常に厳しいものとなる。
【０００５】
したがって、共振器の設計を容易にするためには、全体の寸法や加工性等を考慮して２０以下の比誘電率εｒを有する誘電体材料の開発が求められる。
また、共振器に用いる場合、誘電体材料の温度係数τｆはなるべく小さいことが望ましいとされているが、それに止まらず、例えば周囲に実装される他の部品の温度係数も考慮に入れて、ある程度任意の温度係数に設定できることが好ましい。
このような観点から見たときに、従来技術、例えば特許文献１や特許文献２に記載される技術では、Ｑｆ値の改善に主眼が置かれており、温度係数τｆに関してはほとんど考慮されていない。
【特許文献１】特公昭６１−１４６０５号公報
【特許文献２】特開２００２−１９３６６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
高周波用誘電体材料としては、種々の誘電体材料が知られているが、高いＱｆ値を有する材料の一つとして、ＭｇＯが知られている。ＭｇＯは文献（例えば、非特許文献１等を参照）によれば比誘電率（εｒ）＝９．８、誘電損失（ｔａｎδ）＝７．８×１０−６（１４〜１６ＧＨｚ）であり、これらの値から計算すればＱｆ＝約２，０００，０００（ＧＨｚ）と見積もられ、高周波用材料の１つとして有望である。しかしながら、そのＭｇＯを用いて、我々が温度係数τｆを測定した結果、τｆ＝−６５ｐｐｍ／Ｋが得られた。共振器に用いる場合、τｆは０が好ましく、ＭｇＯはこの点では問題がある。
【０００７】
本発明は、このような従来の実状に鑑みて提案されたものであり、高周波帯域での使用に適した比誘電率εｒがある程度小さい値に調整され、且つ、温度係数τｆがゼロ付近に調整された誘電体磁器組成物を提供することを目的とする。さらにまた、本発明は、誘電体磁器組成物の温度係数τｆを任意に調整し得る特性制御方法を提供することを目的とする。
【非特許文献１】Ｔ．  Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ，  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｐｏｒｔ  ｏｆ  ＩＥＩＣＥ，Ａｐｒ，  １９９９，  ＭＷ９９−５，  ｐ．２７−３３
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上述の目的を達成するために、長期に亘り鋭意研究を重ねてきた。その結果、ＭｇＯにτｆが逆符号であるＣａＴｉＯ３（τｆ：＋８００ｐｐｍ／Ｋ）を加えることで、比誘電率εｒをさほど変化させることなく、温度係数τｆを含有量に応じてゼロ付近で任意に設定し得ることを見出すに至った。
【０００９】
本発明は、これらの知見に基づいて完成されたものである。すなわち、本発明の誘電体磁器組成物は、ＭｇＯとＣａＴｉＯ３とを含み、ＭｇＯのモル比をａ、ＣａＴｉＯ３のモル比をｂとしたときに、ａ＋ｂ＝１、０．０１５≦ｂ≦０．０４であることを特徴とし、あるいは、ＭｇＯとＣａＴｉＯ３とを含み、ＭｇＯのモル比をａ、ＣａＴｉＯ３のモル比をｂとしたときに、ａ＋ｂ＝１、０．０１５≦ｂ≦０．０４なる範囲でＣａＴｉＯ３の含有量を調整し、温度係数τｆを調整することを特徴とするものであり、さらには、焼成温度が１４００℃〜１６５０℃であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
ミリ波の使用に向けてはεｒが小さく、Ｑｆが大きく、また共振器として用いた場合はτｆ＝０が望ましいとされている。また、他の部品の温度係数を考慮に入れて、任意の温度係数にできることが望ましい。本発明においてはτｆが改善されて、また、任意の値を得ることができる。
【００１１】
本発明の誘電体磁器組成物では、比誘電率εｒが１０．２〜１３．８の範囲でさほど変化することなく、温度係数τｆが−２８．６〜４６．２ｐｐｍ／Ｋの範囲で任意の値が得られ、例えば比誘電率εｒが１２．１近傍、温度係数τｆがゼロ近傍の誘電体磁器組成物が実現される。
【００１２】
また、ＭｇＯにＣａＴｉＯ３を加えることで温度係数τｆを含有量に応じてゼロ付近で任意に設定し得ることから、これら成分を調整することにより得られる誘電体磁器組成物の特性の制御が可能である。このような特性制御を行い得る製造方法も本願発明である。すなわち、本発明の製造方法は、誘電体磁器組成物を製造するに際し、ＣａＴｉＯ３の含有量を所定の範囲で調整し、温度係数τｆを調整することを特徴とするものである。
【００１３】
したがって、本発明の誘電体磁器組成物は、誘電体共振器、例えば準ミリ波及びミリ波用共振器の誘電体材料として用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明の誘電体磁器組成物は、酸化マグネシウムＭｇＯをベースとして、これにチタン酸カルシウムＣａＴｉＯ３を加えたものである。ＭｇＯは、比誘電率（εｒ）＝９．８、Ｑｆ＝約２，０００，０００（ＧＨｚ）と、比誘電率εｒとＱｆ値等において優れた特性を有するが、温度係数τｆが−６５ｐｐｍ／Ｋと大きい。
【００１５】
そこで、本発明では温度係数τｆ改善のためにＣａＴｉＯ３を加える。
ＭｇＯにＣａＴｉＯ３を加えた場合、ＣａＴｉＯ３の含有量にほぼ比例して、温度係数τｆがマイナス側からプラス側へ次第にシフトする。このとき、比誘電率εｒはさほど上昇しない。したがって、ＣａＴｉＯ３の添加によって、温度係数τｆを制御できることになる。
【００１６】
このような観点から、ＭｇＯにＣａＴｉＯ３を加えるが、ＭｇＯのモル比をａ、ＣａＴｉＯ３のモル比をｂとしたときに、ａ＋ｂ＝１、０．０１５≦ｂ≦０．０４となる範囲とすることが好ましい。ＣａＴｉＯ３の含有量を前記範囲内で任意に調整することで、温度係数τｆを−２８．６〜＋４６．２ｐｐｍ／Ｋの範囲で任意の値に制御することができる。さらに、０．０１７≦ｂ≦０．０３４にすることで、温度係数τｆを−２５〜＋２５ｐｐｍ／Ｋの範囲で任意の値に制御することができる。ただし、温度係数τｆをよりゼロに近い値（±１２ｐｐｍ／Ｋ程度）で制御することを考慮すると、０．０２２≦ａ≦０．０３とすることがより好ましい。
【００１７】
なお、本発明の誘電体磁器組成物においては、各成分がそれぞれＭｇＯ、ＣａＴｉＯ３の形で存在し、これらが混合された結晶相を母材とするものであることがＸ線回折により明らかであることから、組成に関しては、これら成分の割合（モル比）で記することとする。
【００１８】
以上の観点に基づいて各成分の割合を調整することで、例えばＣａＴｉＯ３のモル比０．０２５、１６５０℃、４ｈ焼成を行ったとき、誘電率εｒ＝１２．１、Ｑｆ＝１２１，０００ＧＨｚ、温度係数τｆ＝−３．９ｐｐｍ／Ｋの誘電体磁器組成物を実現することができる。
【００１９】
次に、本発明の誘電体磁器組成物の製造方法について説明する。本発明を適用した製造工程のフローチャートを図１に示す。
【００２０】
先ず、本発明の製造方法においては、原料に、例えばＭｇＯ、ＣａＴｉＯ３を用いる。各原料成分は、所望の特性に応じて配合するが、このとき、仕込み組成が誘電体磁器組成物の組成にほぼそのまま反映されることから、仕込み組成と誘電体磁器組成物の組成とをほぼ１：１の関係として各原料成分を配合する。
【００２１】
誘電体磁器組成物を製造するには、原料であるＭｇＯ、ＣａＴｉＯ３を混合工程１で混合する。混合には、例えばボールミル等を用いる。混合後、乾燥工程２で乾燥する。乾燥した後、造粒工程３により造粒を行う。造粒に際しては、バインダーを混入するが、このバインダーとしては任意の材料が使用可能である。例えば、ポリビニルアルコール等が好適である。
【００２２】
次に、成形工程４により所望の形状に成形し、焼成工程５で本焼成を行う。ＭｇＯとＣａＴｉＯ３とを含む誘電体磁器組成物を製造する場合の本焼成の焼成温度は、１４００℃〜１６５０℃の範囲で調整すればよく、配合により最適温度が若干異なる。これ以外の焼成温度では、Ｑｆ値や相対密度が低下する。焼成温度を前記範囲内とすることで、Ｑｆ値や相対密度を高いレベルに維持することが可能になる。最後に、評価工程６で作製した各サンプルについて電気特性を評価した。
【００２３】
なお、以上の製造プロセスでは、原料としてＭｇＯ、ＣａＴｉＯ３を用いたが、これに限らず、例えばＭｇＯ、ＴｉＯ２、ＣａＣＯ３を所定の比率で配合して製造することも可能である。また、バインダーを使用せず、造粒工程を省略しても、所望の形状に成形することが可能である。
【００２４】
上述の誘電体磁器組成物は、例えば準ミリ波及びミリ波領域の周波数帯域、例えば、３〜３００ＧＨｚの周波数帯域で用いることができる。このような周波数帯域には、例えば自動車レーダー（７７ＧＨｚ：３８．５ＧＨｚを２逓倍して用いる。）等が含まれる。
【００２５】
したがって、本発明の誘電体磁器組成物は、準ミリ波及び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、各種ミリ波回路のインピーダンス整合、その他の各種電子部品等に用いることができ、特に、誘電体共振器用として好適である。
【実施例】
【００２６】
更に、本発明の具体的な実施例について説明する。
誘電体磁器組成物サンプルの作製
各サンプルは、以下の手順に従って作製した。
【００２７】
先ず、原料であるＭｇＯ、ＣａＴｉＯ３及びを所定の配合比率となるように秤取し、これをボールミルにて１６時間混合した。混合後、１２０℃で２４時間乾燥し、ポリビニルアルコールを１重量％加えて造粒し、直径１２ｍｍの円板状に成形した。成形時の成形圧力は、２０００ｋｇｆ／ｃｍ２とした。
最後に、１４００℃〜１６５０℃で本焼成を行って各種誘電体磁器組成物サンプルを作製した。
【００２８】
次に、作製した各サンプルについて、比誘電率εｒ及び温度係数τｆを日本工業規格「マイクロ波用ファインセラミックスの誘電特性の試験方法」（ＪＩＳ  Ｒ  １６２７）に従って測定した。比誘電率εｒの測定結果を図２及び表１に示す。図2には、非特許文献１のＭｇＯの値も参考データとしてプロットした。また、温度係数τｆの測定結果を図３及び表２に示す。図３には、実験によって求めたＭｇＯの値も参考データとしてプロットした。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
【表２】
2005154168.tif 000003
図３及び表２から明らかなように、ＣａＴｉＯ３の含有量に比例して、温度係数τｆが次第に変化していることがわかる。ＣａＴｉＯ３のモル比ｂが０．０２６付近のときに温度係数τｆがほぼゼロになり、これよりもＣａＴｉＯ３の割合が少ないとマイナス側に、多いとプラス側にシフトしている。一方、比誘電率εｒについては、図２及び表１に示すように、ＣａＴｉＯ３の含有量が変わっても、さほど変化していない。したがって、ＣａＴｉＯ３の含有量を調整することで、温度係数τｆを独立に制御可能であると言える。特に、ＭｇＯのモル比をａ、ＣａＴｉＯ３のモル比をｂとしたときに、ａ＋ｂ＝１、０．０１５≦ｂ≦０．０４となる範囲とすることで、温度係数τｆを−２８．６〜＋４６．２ｐｐｍ／Ｋの範囲で任意の値に制御することができる。さらに、０．０１７≦ｂ≦０．０３４にすることで、温度係数τｆを−２５〜＋２５ｐｐｍ／Ｋの範囲で任意の値に制御することができる。
【００３１】
作製した各サンプルについて、Ｑｆについても測定を行い、結果を図４および表３に示す。図４および表３から明らかなように、ＭｇＯのモル比をａ、ＣａＴｉＯ３のモル比をｂとしたときに、ａ＋ｂ＝１、０．０１５≦ｂ≦０．０４となる範囲とすることで、Ｑｆが６００００ＧＨｚ以上が得られた。図４には、非特許文献１のＭｇＯの値から見積もった値も参考データとしてプロットした。
【００３２】
【表３】
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さらに、作製した各サンプルについて、相対密度についても測定を行った。結果を図５および表４に示す。図５および表４から明らかなように、焼成温度が１４００℃〜１６５０℃であれば相対密度９７％以上で問題ないレベルである。したがって、ＣａＴｉＯ３により温度係数τｆを制御する場合には、焼成温度は１４００℃〜１６５０℃に設定することが好ましいと言える。
【００３３】
【表４】
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【産業上の利用可能性】
【００３４】
誘電体共振器、特に準ミリ波及びミリ波領域で使用可能な誘電体共振器などの分野において広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の誘電体磁器組成物の製造工程の一例を示すフローチャートである。
【図２】ＭｇＯ＋ＣａＴｉＯ３系におけるＣａＴｉＯ３含有量と比誘電率εｒの関係を示す特性図である。
【図３】ＭｇＯ＋ＣａＴｉＯ３系におけるＣａＴｉＯ３含有量と温度係数τｆの関係を示す特性図である。
【図４】ＭｇＯ＋ＣａＴｉＯ３系におけるＣａＴｉＯ３含有量と比誘電率Ｑｆの関係を示す特性図である。
【図５】ＭｇＯ＋ＣａＴｉＯ３系におけるＣａＴｉＯ３含有量と相対密度の関係を示す特性図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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