(57)【要約】【課題】無負荷Ｑが高く、かつ誘電体共振子と支持台が強固に締着固定した誘電体共振器用セラミック体及びその製造方法並びに誘電体共振器を提供する。【解決手段】誘電体セラミック材料からなり、柱状もしくは筒状の誘電体共振子と、セラミック材料からなり、誘電体共振子１２の端部を支持する支持台１４とからなる誘電体共振器用セラミック体であって、上記誘電体共振子１２の端部と支持台１４の端部を嵌合によって締着固定するとともに、その境界部３０に誘電体共振子１２を構成する誘電体セラミック材料と支持台１４を構成するセラミック材料とが拡散している誘電体共振器用セラミック体とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体セラミック材料からなり、柱状もしくは筒状の誘電体共振子と、セラミック材料からなり、誘電体共振子の端部を支持する支持台とからなる誘電体共振器用セラミック体であって、上記誘電体共振子の端部と支持台の端部を嵌合によって締着固定するとともに、その境界部に誘電体共振子を構成する誘電体セラミック材料と支持台を構成するセラミック材料とが拡散していることを特徴とする誘電体共振器用セラミック体。
【請求項２】
誘電体セラミック材料からなり、柱状もしくは筒状の誘電体共振子と、セラミック材料からなり、誘電体共振子の端部を支持する支持台とからなる誘電体共振器用セラミック体であって、上記誘電体共振子の端部と支持台の端部とを嵌合によって固定するとともに、その境界部に係止部を備えたことを特徴とする誘電体共振器用セラミック体。
【請求項３】
上記嵌合において、支持台が外周側になることを特徴とする請求項１または２に記載の誘電体共振器用セラミック体。
【請求項４】
上記係止部が、誘電体共振子および支持台のうち外周側となる一方の端面に向かって径が小さくなるテーパ状としたことを特徴とする請求項２に記載の誘電体共振器用セラミック体。
【請求項５】
上記テーパの角度が３〜４５°であることを特徴とする請求項４に記載の誘電体共振器用セラミック体。
【請求項６】
上記係止部が誘電体共振子の軸と垂直な段部からなることを特徴とする請求項２に記載の誘電体共振器用セラミック体。
【請求項７】
上記境界部に誘電体共振子を構成する誘電体セラミック材料と支持台を構成するセラミック材料との反応生成物が存在することを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の誘電体共振器用セラミック体。
【請求項８】
上記嵌合によって固定された軸方向の長さが誘電体共振器用セラミック体の軸方向の長さに対して２〜５０％であることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の誘電体共振器用セラミック体。
【請求項９】
上記支持台の外径が端面に向かって小さくなるテーパとなることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の誘電体共振器用セラミック体。
【請求項１０】
上記誘電体共振子と支持台との２５〜４００℃における熱膨張係数の差の絶対値が２０ｐｐｍ／℃以下であることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の誘電体共振器用セラミック体。
【請求項１１】
上記誘電体共振子の比誘電率が１５〜６０、Ｑｆが３０，０００以上であることを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の誘電体共振器用セラミック体。
【請求項１２】
上記誘電体共振子となるセラミック焼結体の端部を、支持台となる未焼結のセラミック成形体で囲郭又は接触した状態で焼成することによって、焼成中に上記支持台となるセラミック成形体が収縮して誘電体共振子と支持台とが嵌合することを特徴とする請求項１〜１１の何れかに記載の誘電体共振器用セラミック体の製造方法。
【請求項１３】
請求項１〜１１の何れかに記載の誘電体共振器用セラミック体を金属製の筐体に収納し、筐体内部に電磁波の入出力用端子を設けたことを特徴とする誘電体共振器。
【請求項１４】
上記誘電体共振子と筐体との間または誘電体共振子の空洞部に、共振周波数を調整するための挿入棒を設けたことを特徴とする請求項１３に記載の誘電体共振器。
【請求項１５】
アンテナに接続されるアンテナ端子と、複数の誘電体共振器を配列して隣接する前記誘電体共振器間を電気的に結合させると共に前記アンテナ端子に接続され送信波を通過させる第１の帯域通過フィルタと、複数の他の誘電体共振器を配列して隣接する他の前記誘電体共振器間を電気的に結合させると共に前記アンテナ端子に接続され受信波を通過させる第２の帯域通過フィルタとを有し、前記第１および／または第２の帯域通過フィルタに請求項１３または１４に記載の誘電体共振器を用いてなるアンテナ共用器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＴＥモード等の電磁界分布を有する誘電体共振器に用いられる誘電体共振器用セラミック体とその製造方法、これを用いた誘電体共振器ならびにアンテナ共用器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数のセラミック焼結体を嵌合によって固定したセラミック体に関しては、次の様な技術が開示されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、同材質からなる２つのセラミック成形体を嵌合した後、一体的に焼結させるセラミック体の製造方法が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、２つの未焼成のセラミック中空体を一体的に焼成して凹凸嵌合により一体化させたセラミック中空体が開示されている。
【０００５】
特許文献３には、複数の貫通孔を有する第１のセラミック成形体の各々の貫通孔に、管状体からなる第２のセラミック成形体を挿入し、第２のセラミック成形体を床面に対して垂直に立てて前記第２のセラミック成形体を前記第１のセラミック成形体の貫通孔に挿入したまま、第１のセラミック成形体と第２のセラミック成形体を同時に焼成することにより、第１のセラミック成形体と第２のセラミック成形体の焼成収縮率の差を利用して一体的に接合されたセラミック体が開示されている。
【０００６】
また、特許文献４には、筒状セラミック成形体の中空部に、焼結最高温度における外側寸法が前記セラミック成形体の焼結収縮時の内側寸法と等しいか又はそれよりも大きく、かつ熱膨張係数が前記筒状成形体の焼結体のそれよりも大きく、前記焼結体より耐熱性のある黒鉛からなる部材を挿入して、前記焼結体と前記黒鉛とを一体的に形成した筒状体の製造方法が開示されている。
【０００７】
このような２つのセラミック体を嵌合によって固定したものとして、誘電体共振子と、支持台とからなる誘電体共振器用セラミック体がある。
【０００８】
例えば、特許文献５には、図６（ａ）、（ｃ）に示すように、柱状または円筒状の誘電体共振子９２と、この誘電体共振子９２をその一端で支持する支持台９４とを接着剤９６を介して嵌合させた誘電体共振器９０が開示されている。
【０００９】
また、特許文献６には、外部導体と、この外部導体に内装された円筒状の誘電体共振子と、誘電体共振子の中空内側部の一端に挿入接合された棒状の支持台と、誘電体共振子の中空内部の他端に設けた共振周波数粗調整用の挿入棒と、外部導体と誘電体共振子との間に設けた共振周波数微調整用の挿入棒とを具備した誘電体共振器が開示されているが、誘電体共振子と支持台との具体的な接合方法は示唆されていない。
【００１０】
また、特許文献７には、円筒状の誘電体共振子と円盤状の支持台の中心軸方向に両者を嵌合させるため、誘電体共振子と支持台の接合面の一方に設けた凹部と、接合面の他方に設けた凸部とを嵌込んだ状態で嵌合させた誘電体共振器（不図示）が開示されているが、誘電体共振子と支持台との具体的な接合方法は示唆されていない。
【００１１】
また、特許文献８には、図６（ｂ）に示すように柱状のセラミック焼結体からなる誘電体共振子９２と、この誘電体共振子９２の一端を支持するためのセラミック焼結体からなる筒状の支持台９４との接合体からなり、誘電体共振子９２の長手方向の一端面と支持台９４の一端面とが化学反応によって結合しているＴＥ０１δモードの誘電体共振器に用いられる誘電体共振器用セラミック体９０が開示されている。この誘電体共振器用セラミック体９０は、誘電体共振子９２と支持台９４が接合される面に、予め水分を塗布してから誘電体共振子９２の前駆体である成形体と支持台９４の前駆体である成形体とを圧着後焼成することにより製造されている。
【００１２】
【特許文献１】
特開平６−３０５８４２号公報
【００１３】
【特許文献２】
特開平４−３４８９０５号公報
【００１４】
【特許文献３】
特開平７−２５７９８２号公報
【００１５】
【特許文献４】
特開平５−２７０９２４号公報
【００１６】
【特許文献５】
実開平６−２６３０６号公報
【００１７】
【特許文献６】
実開平１−６７８０９号公報
【００１８】
【特許文献７】
実開平４−７５４０６号公報
【００１９】
【特許文献８】
特開平１１−３５５０１６号公報
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に開示されたセラミック体は、同材質の焼成前のセラミック成形体に凹凸を付けて嵌合後、焼成することにより作製されているため、焼成温度の異なるセラミック成形体同士や焼成収縮が異なるセラミック成形体同士の嵌合はできないという第１の問題、異なる材質のセラミック成形体同士の凹凸嵌合が困難であるという第２の問題、凹部を有するセラミックと凸部を有するセラミック成形体との焼成時の収縮差やそのばらつきによって焼成後、凹凸嵌合された部分に隙間ができやすいために接合強度が弱くなるという第３の問題、焼成前にセラミック成形体の凹部の開口部よりも底部を広げた形状（セラミック成形体の凸部の基部よりも先端を先太とした形状）で嵌合させることが困難なため嵌合方向と垂直な方向の凹凸嵌合と、凹部の開口部よりも凹部の底部を広げた形状（凸部の基部よりも凸部の先端を先太とした形状）でのセラミック成形体同士のテーパ嵌合とが困難であるという第４の問題があった。これらの問題のため、特許文献１に記載されている製造方法では、低誘電損失の誘電体共振子とそれを支持する異材質のセラミックスからなる支持台とを接合する誘電体共振器の製造方法には適用が極めて困難であった。
【００２１】
また、特許文献２に開示されたセラミック中空体は、複数のセラミック成形体を焼成することにより得られたセラミック接合体であるために、中空部内面の寸法精度はセラミック成形体の焼成収縮に依存し、その結果中空部内面の寸法を高精度に制御することができなかった。誘電体共振器の共振周波数を高精度に制御し、また誘電体共振器内の電磁界の分布を制御して低誘電損失の誘電体共振器を得るためには、誘電体共振器の形状を高精度に制御する必要がある。しかしながら、この製造方法を例えば筒状の誘電体共振子と支持台との接合に適用すると、セラミック成形体からなる筒状の誘電体共振子と支持台を嵌合後に焼成するため、筒状のセラミック内面の寸法は焼成収縮率のばらつきにより高精度に制御することができなかった。また、特許文献２に開示されたセラミック接合体の製造方法では、異種材質の成形体を用いたセラミック同士のテーパ嵌合ができないという問題があった。
【００２２】
また、特許文献３にはセラミック接合体製造用の治具は、酸化物及び非酸化物のいずれのセラミックを用いても良いと記載されているが、誘電体共振器に用いられる誘電体セラミック材料同士の具体的な接合方法およびその結果得られた接合体の特徴については何ら示唆されていない。誘電体共振子とそれを支持する支持台とが強固に接合されたＱ値の高い誘電体共振器用セラミック体は、単に多孔質板でセラミック接合体前駆体両端を支持しながら焼成する等の特許文献３に示唆された方法では製造することが困難であり、この問題を解決するためには、例えば誘電体共振子と支持台とを焼成中に固着させかつ高Ｑ値を達成できるセラミック材料の組合せ選定、外側の円筒状セラミックス成形体の生密度制御や形状設計、円筒状セラミック成形体の内側へ挿入するセラミック焼結体の形状設計、焼成温度制御が必要である。
【００２３】
また、特許文献４の筒状焼結体の製造方法では、円筒状セラミック成形体の端部を閉塞させるための部材として例えば黒鉛を用い、セラミックと黒鉛を反応させない様にして一体的に焼成することが強く示唆されている。セラミックからなる誘電体共振子とこれを支持台するためのセラミックからなる支持台との接合体は機械的衝撃に強いことが要求されるため、誘電体共振子と支持台とは互いの構成材料の固着により強固に接合されている必要がある。特許文献４に示唆された製造方法には、円筒状セラミック成形体とその端部を閉塞させるための部材とを固着により接合して機械的強度を向上させるという技術的思想が示唆されていない。
【００２４】
また、特許文献５の誘電体共振器用セラミック体は、誘電体共振子とそれを支持するための支持台との間に誘電損失の大きい（Ｑ値の低い）接着剤もしくはガラスが介在しているため、誘電体共振器用セラミック体のＱ値が低下するという問題や、高温環境下では接着剤の溶融、炭化、蒸散等が起こるため誘電体共振子と支持台が剥離するという問題や、高温で接着剤から有害物質が放出され人体に有害な影響を与えたり地球環境を汚染したりするという問題があった。
【００２５】
また、特許文献６に示されている誘電体共振器は挿入棒によって共振周波数を調整しても、誘電体共振子と支持台とを接着剤を介さずに接合した場合は誘電体共振子と支持台とが強固に接合されていないため誘電体共振子と支持台の接合部が機械的衝撃によって動き、その結果共振周波数が変動するという問題や、接合強度を上げるために接着剤を使用して誘電体共振子と支持台とを接合すると誘電体共振器の無負荷Ｑが低下するという問題があった。
【００２６】
また、特許文献７に記載されている誘電体共振器は、誘電体共振子とそれを支持するための支持台とがセラミック体同士の凹凸嵌合による接合によって繋がれているため、誘電体共振子と支持台とを接着剤を介さずに接合した場合は接合強度が弱いという問題や、接合強度を上げるために接着剤を使用して誘電体共振子と支持台とを接合すると誘電体共振器の無負荷Ｑが低下するという問題があった。
【００２７】
また、図６（ｂ）に示した特許文献８の誘電体共振器用セラミック体９０は、誘電体共振子９２となるセラミック成形体と支持台９４となるセラミック成形体の各々の一端面同士を圧着結合後に一体的に焼成するため、誘電体共振子９２と支持台９４のうち一方に誘電体共振子９２の側面方向と略垂直方向に凹部、他方に誘電体共振子９２の側面方向と略垂直方向に凸部を設けて前記凹部と前記凸部とを嵌合させることが困難であるという第１の問題や、焼成時における誘電体共振子９２と支持台９４との収縮率を焼成中に同じ値に制御しなければならないため焼成収縮率の異なるセラミック同士の接合は困難であるという第２の問題があった。また、誘電体共振子と支持台の焼結温度が異なる場合、両者を一体的に同じ温度で焼結させるため誘電体共振子あるいは支持台いずれかの焼結温度の高い一方の温度で焼成すると、他方が過焼結となり、誘電体共振器用セラミック体のＱ値が低下するという第３の問題があった。
【００２８】
前述の問題に鑑み、本発明は、誘電体共振子と支持台の材質が異なるセラミック材料からなる場合や両者の焼結温度が異なる場合でも、誘電体共振子とそれを支持するための支持台とを強固に、かつ接着剤を介さずに嵌合により固定するものであり、Ｑ値が高い誘電体共振器用セラミック体を提供することを目的とする。
【００２９】
また、高温においても、誘電体共振子と支持台が強固に嵌合されかつ、有害物質を放出しない誘電体共振器用セラミック体、特にＴＥモードの電磁界分布を有する誘電体共振器用セラミック体を提供することを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
本発明の誘電体共振器用セラミック体は、誘電体セラミック材料からなり、柱状もしくは筒状の誘電体共振子と、セラミック材料からなり、誘電体共振子の端部を支持する支持台とからなる誘電体共振器用セラミック体であって、上記誘電体共振子の端部と支持台の端部を嵌合によって締着固定するとともに、その境界部に誘電体共振子を構成する誘電体セラミック材料と支持台を構成するセラミック材料とが拡散していることを特徴とする。
【００３１】
また、本発明の誘電体共振器用セラミック体は、誘電体セラミック材料からなり、柱状もしくは筒状の誘電体共振子と、セラミック材料からなり、誘電体共振子の端部を支持する支持台とからなる誘電体共振器用セラミック体であって、上記誘電体共振子の端部と支持台の端部とを嵌合によって固定するとともに、その境界部に係止部を備えたことを特徴とする。
【００３２】
また、本発明の誘電体共振器用セラミック体は、柱状もしくは筒状のセラミックからなる誘電体共振子と誘電体共振子をその一端で支持するためのセラミックからなる支持台との嵌合体からなり、誘電体共振子と支持台のうち一方が誘電体共振子の側面方向と略垂直方向に凹部、他方が誘電体共振子の側面方向と略垂直方向に凸部を有し、凹部と凸部とが嵌合されていることを特徴とする。
【００３３】
また、支持台が外周側になるよう嵌合されていることを特徴とする。
【００３４】
また、係止部が、誘電体共振子および支持台のうち外周側となる一方の端面に向かって径が小さくなるテーパ状としたことを特徴とする。
【００３５】
また、誘電体共振子の側面方向の中心軸に対するテーパの角度が３〜４５°でテーパ嵌合がなされていることを特徴とする。
【００３６】
また、係止部が誘電体共振子の軸と垂直な段部からなることを特徴とする。
【００３７】
また、境界部に誘電体共振子を構成する誘電体セラミック材料と支持台を構成するセラミック材料との反応生成物が存在することを特徴とする。
【００３８】
また、嵌合の長さが誘電体共振器用セラミック体の軸方向における長さに対して２〜５０％であることを特徴とする。
【００３９】
また、支持台の外径が端面に向かって小さくなるテーパとなることを特徴とする。
【００４０】
また、誘電体共振子と支持台との２５〜４００℃における熱膨張係数の差の絶対値が２０ｐｐｍ／℃以下であることを特徴とする。
【００４１】
また、誘電体共振子の比誘電率が１５〜６０、Ｑｆ（ｆは周波数）が３０，０００以上であることを特徴とする。
【００４２】
また、本発明の誘電体共振器用セラミック体の製造方法は、誘電体共振子となるセラミック焼結体の端部を、支持台となる未焼結のセラミック成形体で囲郭又は接触した状態で焼成することによって、焼成中に上記支持台となるセラミック成形体が収縮して誘電体共振子と支持台とが嵌合することを特徴とする。
【００４３】
また、本発明の誘電体共振器は、誘電体共振器用セラミック体を金属製の筐体に収納し、筐体内部に電磁波の入出力用端子を設けたことを特徴とする。
【００４４】
また、誘電体共振子と筐体との間または誘電体共振子の空洞部に、共振周波数を調整するための挿入棒を設けたことを特徴とする。
【００４５】
また、本発明のアンテナ共用器は、アンテナに接続されるアンテナ端子と、複数の誘電体共振器を配列して隣接する誘電体共振器間を電気的に結合させると共にアンテナ端子に接続され送信波を通過させる第１の帯域通過フィルタと、複数の他の誘電体共振器を配列して隣接する他の誘電体共振器間を電気的に結合させると共にアンテナ端子に接続され受信波を通過させる第２の帯域通過フィルタとを有することを特徴とする。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について詳述する。
【００４７】
まず、本発明の第１の実施形態について図１を用いて説明する。
【００４８】
図１に示すように、本発明の誘電体共振器用セラミック体１０は、誘電体セラミック材料からなり、柱状もしくは筒状の誘電体共振子１２と、セラミック材料からなり、誘電体共振子１２の端部を支持する支持台１４とからなり、例えば図４のＴＥモードの電磁界分布を有する誘電体共振器３２のように、誘電体共振器用セラミック体１０を金属製の筐体１８内に載置して高周波信号を入出力端子２０により入出力することにより誘電体共振器３２として使用される。
【００４９】
ここで、本発明の誘電体共振器用セラミック体１０は、誘電体共振子１２の端部と支持台１４の端部を嵌合によって締着固定するとともに、その境界部３０に誘電体共振子１２を構成する誘電体セラミック材料と支持台１４を構成するセラミック材料とが拡散していることが重要である。
【００５０】
これは、誘電体共振子１２と支持台１４が接着剤やガラス等の接合材を介さずに、誘電体共振子１２を構成する誘電体セラミック材料と支持台１４を構成するセラミック材料とが相互に拡散されているため、誘電体共振子１２と支持台１４が強固に接合され、Ｑ値の高い誘電体共振器用セラミック体１０を得ることができる。誘電体共振子１２と支持台１４との境界部３０における誘電体共振子１２を構成する誘電体セラミック材料と支持台１４を構成するセラミック材料との拡散は、誘電体セラミック材料の焼結温度もしくは支持台１４を構成するセラミック材料の焼結温度のいずれか低い方の温度で誘電体共振子１２と支持台１４とが化学的に反応してなされたものである。
【００５１】
このように各材料を拡散させるためには、誘電体共振子１２を構成する誘電体セラミック材料と支持台１４を構成するセラミック材料とが締着固定することで達成できる。この締着固定とは、図１（ｂ）に示すように境界部３０において支持台１４の端部が誘電体共振子１２の端部をその外周から内側に強固に固定されている状態のことであり、支持台１４と誘電体共振子１２が互いに機械的応力を負荷し合うことにより固定されている。
【００５２】
この第１の実施形態の誘電体共振器用セラミック体１０は、例えば次のように製造される。
【００５３】
図５（ａ）に示すように、一端に誘電体共振子１３が嵌合する凹部を有する支持台１４となるセラミック成形体１５を、一端に支持台１４と嵌合するための凸部を有する円筒状のセラミック焼結体からなる誘電体共振子１３（誘電体共振子１３は、支持台１４と嵌合される前の誘電体共振子１２を示す）の上に載置して誘電体共振器用セラミック前駆体１１とした後、セラミック成形体１５の焼結温度で焼成し、焼成過程でセラミック成形体１５が焼結しながら誘電体共振子１３と嵌合され、またセラミック成形体１５が焼結して支持台１４となり、誘電体共振器用セラミック体１０となる。
【００５４】
また、誘電体共振子１２と支持台１４とが強固に締着固定されかつＱ値の高い誘電体共振器用セラミック体１０を製造するためには、次のような製造条件とすることが好ましい。
【００５５】
第１に、誘電体共振子１３を構成する誘電体セラミック材料が誘電体共振器用セラミック前駆体１１の焼成温度において、高温クリープ変形が小さく、相変態に伴う収縮や膨張が小さいことである。第２に、誘電体共振器用セラミック前駆体１１の焼成中に誘電体共振子１３とセラミック成形体１５とが囲掴し、さらに誘電体共振子１３とセラミック成形体１５とが両者の界面で接触しながら締着固定して焼成される。その際、前記面積の割合をできるだけ大きくするために、予めセラミック成形体１５の生密度を制御しまた生密度のばらつきを低減する。第３に、誘電体共振子１２を構成する誘電体セラミック材料と支持台１４を構成するセラミック材料が互いに強固に締着固定されるように、誘電体共振子１３を構成する誘電体セラミック材料と支持台１５となるセラミック成形体１５を構成するセラミック材料双方に同じ金属元素を含有させ、誘電体共振器用セラミック前駆体１１の焼成の際にこの金属元素を介して誘電体共振子１３と支持台１４とを固相反応あるいは液相反応させる。具体的な誘電体共振子１２と支持台１４の構成材料については後述する。また、セラミック成形体１５の代わりにセラミック成形体１５の仮焼体を用いて誘電体共振器用セラミック体１０を製造することもできる。さらに、誘電体共振子１２の前駆体である成形体と焼結体からなる支持台１４とを一体的に焼成して、本発明の誘電体共振器用セラミック体１０を得ることもでき、この場合は、誘電体共振子１２の前駆体である成形体の焼結温度で焼成する。
【００５６】
次に、本発明の誘電体共振器用セラミック体１０の第２の実施形態について図２を用いて説明する。
【００５７】
図２に示すように、本発明の誘電体共振器用セラミック体１０は、第１の実施形態と同様に、誘電体共振子１２と、支持台１４とからなり、誘電体共振子１２の端部と支持台１４の端部とを嵌合によって固定するとともに、その境界部３０に係止部１６を備えたことが重要である。
【００５８】
図２（ａ）〜（ｄ）は、誘電体共振子１２と支持台１４がテーパ嵌合による係止部１６によって互いに固定された誘電体共振器用セラミック体１０の断面図を示すものである。
【００５９】
なお、係止部１６は、嵌合した誘電体共振子１２と支持台１４が境界部３０において、外周側に位置する部材によって他方の部材が係止されていれば種々の形状の係止部１６を用いることができるが、特に、図２に示すように、誘電体共振子１２およい支持台１４のうち外周側に位置する一方の部材の端面に向かって径が小さくなるテーパ状とすることが好ましい。
【００６０】
このような誘電体共振器用セラミック体１０は、誘電体共振子１２と支持台１４とのテーパ嵌合によって、接着剤を介することなく、強固に固定することができる。また、従来のように誘電体共振子と支持台のうち一方が誘電体共振子の側面方向に凸部、他方が誘電体共振子の側面方向に凹部を有してこの凹部と凸部を嵌合させた場合に比べて、係止部１６によって嵌合固定した誘電体共振器用セラミック体１０は、誘電体共振子１２と支持台１４とを必ずしも締着固定させなくても誘電体共振子１２と支持台１４とが強固に嵌合した誘電体共振器用セラミック体１０を得ることができ、誘電体共振子１２と支持台１４との機械的接合強度が高く、Ｑ値の高い誘電体共振器用セラミック体１０を得ることができる。
【００６１】
また、この誘電体共振器用セラミック体１０を図４に示したようなＴＥモードの電磁界分布を有する誘電体共振器用３２に適用すれば、無負荷Ｑの高い誘電体共振器３２を得ることができる。
【００６２】
さらに、誘電体共振子１２と支持台１４とをさらに強固に固定するためには、本発明の誘電体共振器用セラミックの第１の実施形態で述べたように、誘電体共振子１２と支持台１４の境界部３０に誘電体共振子を構成する誘電体セラミック材料と支持台１４を構成するセラミック材料とが拡散していることが好ましい。
【００６３】
またさらに、前記係止部１６となるテーパのテーパ角度αが３〜４５°とすることが好ましい。さらに好ましくはαの下限を８°、上限を３０°とする。最も好ましくは、αの下限を１３°、上限を２５°とする。また、係止部１６のテーパ角度はテーパ角度の平均値を意味し、また、テーパの部分の形状が曲面形状あるいは多段形状でも良い。
【００６４】
また、本発明の誘電体共振器用セラミック体１０は、前記係止部１６が誘電体共振子の軸と垂直な段部からなることが好ましく、あらゆる方向から力が作用したとしても、断部によって強固に嵌合されているため、誘電体共振子１２と支持台１４との機械的接合強度が高く、Ｑ値の高い誘電体共振器用セラミック体１０を得ることができる。
【００６５】
本発明の第２の実施形態の誘電体共振器用セラミック体１０は、例えば次のように製造される。
【００６６】
図５（ｂ）に示すように、支持台１４の前駆体であるテーパ部を有する円筒状セラミック成形体１５を、このテーパ部と同じ方向のテーパ部を有する円筒状のセラミック焼結体からなる誘電体共振子１３（誘電体共振子１３は、支持台１４と嵌合される前の誘電体共振子１２を示す）の上に載置して誘電体共振器用セラミック前駆体１１とした後、セラミック成形体１５の焼結温度で焼成し、焼成過程でセラミック成形体１５が焼結しながら誘電体共振子１３とテーパ嵌合され、またセラミック成形体１５が焼結して支持台１４となり、図２に示す誘電体共振器用セラミック体１０が製造される。
【００６７】
本発明の誘電体共振器用セラミック体１０は、支持台１４となるセラミック成形体１５が焼成中に収縮して誘電体共振子１３のテーパ部と隙間なく嵌合されるよう成形体１５の生密度およびその生密度分布を高精度に制御しているため、誘電体共振子１２と支持台１４とが隙間なく係止され、クラック等の欠陥のない誘電体共振器用セラミック体１０を提供することができる。
【００６８】
また、好ましくは第１の実施形態と同様な製造条件により誘電体共振器用セラミック体１０を製造することにより、誘電体共振子１２と支持台１４とをより強固に固定することができ、これによってＱ値が高く、さらに機械的信頼性に優れた誘電体共振器用セラミック体１０を得ることができる。また、セラミック成形体１５の代わりにセラミック成形体１５の仮焼体を用いて誘電体共振器用セラミック体１０を製造することもできる。さらに、誘電体共振子１２の前駆体である成形体と焼結体からなる支持台とを一体的に焼成して得ることもでき、この場合は、誘電体共振子１２の前駆体である成形体の焼結温度で焼成する
次に、上述した本発明の誘電体共振器用セラミック体１０の好ましい技術的範囲について説明する。
【００６９】
本発明の誘電体共振器用セラミック体１０は、例えば図１、図２（ａ）、（ｃ）、図３に示すように、前記嵌合において、支持台１４が誘電体共振子１２の外周側になることが好ましい。この理由は、次の通りである。後述するように、誘電体共振子１２を構成する誘電体セラミック材料と支持台１４を構成するセラミック材料の組合せにより構成され、この組合せにおいて、誘電体共振子１２の方が支持台１４よりも焼結温度が高い組合せが好ましいため、焼結体である誘電体共振子１３と支持台１４のセラミック成形体１５とをセラミック成形体１５の焼成温度で焼成する。このため、セラミック成形体１５を誘電体共振子１３の外周側になるよう配置し、一体的に焼成することが好ましい。
【００７０】
また、本発明の誘電体共振器用セラミック体１０は、前記係止部１６が誘電体共振子の軸と垂直な段部からなることが好ましい。図３においては、前記段部が円筒状の誘電体共振子１２の外周側面に設けた凹部と、円筒状の支持台１４の内周面に設けた凹部とからなり、両者を凹凸嵌合させた係止部を備えた誘電体共振器用セラミック体１０の断面図を示している。図３に示した誘電体共振器用セラミック体１０は、円筒状の誘電体共振子１２の側面方向と垂直な方向に設けた凹部と、支持台１４に設けた凸部とが嵌合されて一体的に形成されているため、従来の誘電体共振器用セラミックのように接着剤を介して誘電体共振子と支持台とを接合する必要がない。また、誘電体共振子１２と支持台１４とを接着剤やガラスにより接合しなくても、誘電体共振子１２と支持台１４とが強固に嵌合した誘電体共振器用セラミック体１０を得ることができる。この誘電体共振器用セラミック体１０を図４に示したようなＴＥモードの電磁界分布を有する誘電体共振器用３２に配設すれば、機械的信頼性に優れ、無負荷Ｑの高い誘電体共振器を得ることができる。また、誘電体共振子１２と支持台１４とをさらに強固に締着固定するためには、誘電体共振器用セラミック体の第１の実施形態で述べたように、誘電体共振子１２と支持台１４の境界部３０に、誘電体共振子１２を構成する誘電体セラミック材料と支持台１４を構成するセラミック材料とが拡散していることが好ましい。また、誘電体共振子１２と支持台１４とを強固に嵌合し、かつ境界部３０の局部的な機械的応力を抑制するためには、誘電体共振子１２と支持台１４の凹部の基底部と凸部の先端部が曲線状のＲまたは面取り形状を有することが特に好ましい。
【００７１】
図３に示した誘電体共振器用セラミック体１０は、例えば次のように製造される。
【００７２】
図５（ｃ）に示したように、凸部４４を有する支持台１４のセラミック成形体１５の上に、誘電体共振子１３の凹部４２を、凸部４４と凹部４２を対向させて配置して誘電体共振器用セラミック体の前駆体１１とした後、セラミック成形体１５の焼結温度で焼成し、焼成過程でセラミック成形体１５が焼結しながら支持台１４となり、誘電体共振子１２の凸部と支持台１４の凹部とが嵌合された誘電体共振器用セラミック体１０が製造される。本発明の誘電体共振器用セラミック体１０は、支持台１４の前駆体であるセラミック成形体１５が焼成中に収縮して凹部４２と凸部４４とが隙間なく嵌合されるようセラミック成形体１５の生密度およびその生密度分布を高精度に制御しているため、誘電体共振子１２と支持台１４とが隙間なく強固に嵌合され、クラック等の欠陥のない誘電体共振器用セラミック体１０を提供することができる。また、好ましくは上述した誘電体共振器用セラミック体１０の第１の実施形態で述べたような製造条件により誘電体共振器用セラミックを製造することにより、誘電体共振子１２と支持台１４とをさらに強固に締着固定させることができ、これによってＱ値が高く、さらに機械的信頼性に優れた誘電体共振器用セラミック体１０を得ることができる。また、セラミック成形体１５の代わりにセラミック成形体１５の仮焼体を用いて誘電体共振器用セラミック体１０を製造することもできる。
【００７３】
さらに、誘電体共振器の無負荷Ｑ向上させるためには、誘電体共振子１２の形状は、円柱状、円筒状、角柱状のいずれかであることが好ましく、円筒状が特に好ましい。また、支持台１４の形状は円柱状または円筒状が好ましく、電磁界を誘電体共振子１２に集中させて誘電体共振器の無負荷Ｑを向上させる目的のために円筒状が特に好ましい。
【００７４】
またさらに、誘電体共振子１２と支持台１４の境界部３０に、誘電体共振子１２を構成する誘電体セラミック材料と支持台１４を構成するセラミック材料が相互に拡散している場合、前記拡散は誘電体共振子１２を構成する誘電体セラミック材料の焼結温度もしくは支持台１４を構成するセラミック材料の焼結温度のいずれか低い方の温度で誘電体共振子１２と支持台１４とが化学的に反応してなされる。本発明の誘電体共振器用セラミック体１０は、誘電体共振子１３が焼結体、支持台１４の前駆体がセラミック成形体からなり、両前駆体が焼成中に囲掴し最終的には嵌合される。このため本発明の誘電体共振器用セラミック体１０は、誘電体共振子１２を構成する誘電体セラミック材料または支持台１４を構成するセラミック材料のいずれか低い方の焼結温度で一体的に焼成されるか、または、誘電体共振子１２を構成する誘電体セラミック材料の焼結温度と支持台１４を構成するセラミック材料の焼結温度が同じ場合は、誘電体共振子１２を構成する材料と支持台１４を構成する材料の焼結温度で焼成されることにより製造される。
【００７５】
また、前記拡散によって境界部３０に誘電体共振子１２と支持台１４の反応生成物が生成することが好ましい。前記反応生成物とは、誘電体共振子１２を構成する誘電体セラミック材料と、前記支持台１４を構成するセラミック材料とが、誘電体共振器用セラミック体１０を焼成する温度で相互に拡散し合うことにより生成する結晶質の化合物を意味する。誘電体共振器用セラミック体１０に電磁場が印加された場合、誘電体共振子１２と支持台１４の境界に結晶質の化合物からなる反応生成物が生成しているため、境界部３０を伝搬する電磁波の損失を特に低減させることができ、その結果誘電体共振器用セラミック１０の無負荷Ｑがさらに向上する。
【００７６】
前記反応生成物が生成する場合、誘電体共振子１２を構成する材料に含まれる結晶相と支持台１４を構成する材料に含まれる結晶相のいずれにも含まれない結晶相Ｘを含む結晶を含有することが特に好ましい。前記結晶相Ｘを含む結晶は、誘電体共振子１２と支持台１４の両者に固溶し、誘電体共振器用セラミック体１０のＱ値を低下させずかつ誘電体共振子１２と支持台１４とを強固に締着固定することができる。本発明の誘電体共振器用セラミック体１０において誘電体共振子１２と支持台１４が締着固定している場合、前記結晶相Ｘを含む結晶が誘電体共振子１２と支持台１４の両者に固溶していることが特に好ましい。また、誘電体共振子１２を構成する誘電体セラミック材料の焼結温度もしくは支持台を構成するセラミック材料の焼結温度のいずれか低い方の温度を越えた温度で誘電体共振子１２と支持台１４が一体的に焼成されると、誘電体共振子１２と支持台１４との締着固定はなされるが、焼結温度が低い方の材料が過焼結となったり、境界部３０に低Ｑ値の反応生成物が析出したりすることによって、誘電体共振器用セラミック体１０の無負荷Ｑが低下したり、異常粒成長による機械的強度低下が起こったりする。
【００７７】
また、図１〜３に示したように、本発明の誘電体共振器用セラミック体１０を構成する誘電体共振子１２と支持台１４の中心軸は、概ね合致していることが好ましい。これは、図４に示したＴＥモードの電磁界分布を有する誘電体共振器３２のような、筐体１８の底面中央に誘電体共振器用セラミック体１０を配設した誘電体共振器の場合、誘電体共振子１２と支持台１４の中心軸を概ね合致させると、誘電体共振器３２の中の電磁界の強度分布が誘電体共振子１２の中心軸を中心として左右対称形になり、その結果電磁波の入出力端子から入出力される電磁波の信号強度ばらつきがなくなるため誘電体共振器３２の無負荷Ｑを高くばらつきなく保持でき、また、誘電体共振器３２に強度の機械的衝撃が負荷された場合でも誘電体共振子１２と支持台１４の境界部３０にクラックが入ったりすることがなく機械的信頼性をさらに向上させることができるからである。
【００７８】
また、誘電体共振子１２と支持台１４との嵌合が誘電体共振子１２および支持台１４の中心軸方向と並行になされていることが好ましい。この理由は、第１に図４に示したような誘電体共振器３２の無負荷Ｑを高くばらつきなく保持でき、第２に、誘電体共振器用セラミック体１０に強度の機械的衝撃が負荷された場合でも誘電体共振子１２と支持台１４にクラックが入ったりすることがなく機械的信頼性をさらに向上させることができるからである。なおここで言う並行とは概ね平行という意味である。
【００７９】
また、境界部３０における前記中心軸と垂直方向の断面に含まれる誘電体共振子１２と支持台１４との境界が、一筆書きで描ける形状、始点および終点を有する線のうち少なくとも１つを含むことが好ましい。この理由は、前記境界が一筆書きで描けない線を含む場合、誘電体共振器用セラミック体に機械的応力が加わると前記境界の端部を起点とした亀裂が発生し易いからである。さらに好ましくは、前記境界が一筆書きで描ける曲線のみからなる。特に好ましくは前記境界を一筆書きで描ける形状であって少なくとも１つの曲線と少なくとも１つの直線からなる形状とすることによって、誘電体共振器子１２と支持台１４とを強固に嵌合しかつ機械的衝撃に強い誘電体共振器用セラミック体を得ることができる。
【００８０】
また、誘電体共振子１２と支持台１４が共に空洞部を有し、前記空洞部が誘電体共振子１２と支持台１４の中心軸にあることが好ましい。この理由は誘電体共振器の無負荷Ｑを向上でき、また後述する共振周波数調整用の挿入棒をこの空洞部に挿入することができるからである。
【００８１】
また、本発明の誘電体共振器用セラミック１０の軸方向の嵌合の長さが、誘電体共振器用セラミック体１０の軸方向における長さに対して２〜５０％であることが好ましい。
【００８２】
これによって、誘電体共振器用セラミック体１０のＱ値を向上させたまま誘電体共振子１２と支持台１４とを強固に嵌合できる。さらに好ましくは、前記長さの比の下限が５％、上限が４５％である。特に好ましくは、前記長さの比の下限が１０％、上限が４０％である。
【００８３】
また、前記支持台１４の外径が端面に向かって小さくなるテーパとなることが好ましい。
【００８４】
この理由は、第１に誘電体共振子１２と支持台１４とをさらに強固に嵌合でき、第２に誘電体共振器３２内に存在する電磁界を誘電体共振子１２に集中させることによって誘電体共振器３２の無負荷Ｑをさらに向上させることができるためである。さらに好ましくは、境界部３０側の支持台の一端面の外径をＣ、支持台の他端面の外径をＤとする時、Ｄ／Ｃの下限を０．９０、上限を０．９９とする。特に好ましくは、Ｄ／Ｃの下限を０．９２、上限を０．９７とする。なお、支持台１４の端面の形状が円以外の場合は、支持台の端面の面積を円面積に換算し外径Ｃ、Ｄを求める。
【００８５】
ここで、上述した本発明の誘電体共振器用セラミック体１０に用いられる誘電体共振子１２と支持台１４を構成する材料について説明する。ここで言う誘電体共振子１２と支持台１４を構成する材料とは、誘電体共振子１２と支持台１４の材料組成系または、誘電体共振子１２と支持台１４を構成する材料に含まれる結晶相を意味している。
【００８６】
そこで、前記誘電体共振子１２と支持台１４の２５〜４００℃における熱膨張係数の差の絶対値は２０ｐｐｍ／℃以下であることが好ましい。
【００８７】
この理由は、本発明の誘電体共振器１０が誘電体共振子１３と支持台の前駆体であるセラミック成形体１５とを一体的に焼結し製造するため、熱膨張係数の差を前記範囲とすることにより、焼成工程における誘電体共振子と支持台との熱膨張差に起因する誘電体共振子１２および支持台１４のクラック発生を防止できる。また誘電体共振器３２の作動時に誘電体共振器３２が加熱されて誘電体共振器用セラミック体１０が例えば１００℃程度に上昇したり、周囲温度の低下に伴い例えば誘電体共振器用セラミック体１０が−２０℃に低下したりした場合でも、誘電体共振子１２および支持台１４の熱膨張係数の差に起因する誘電体共振子１２および支持台１４のクラック発生をクラック発生を防止できる。さらに好ましくは、前記熱膨張係数の絶対値の差は８ｐｐｍ／℃以下である。特に好ましくは前記熱膨張係数の絶対値の差は４ｐｐｍ／℃以下である。前記熱膨張係数は、ＪＩＳ  Ｒ１６１８の方法により測定する。
【００８８】
また、無負荷Ｑの高いＴＥモードの電磁界分布を有する誘電体共振器３２を得るためには、Ｑ値の高い誘電体共振子１２を用い、かつ誘電体共振器３２の内部で発生する電磁界を主に誘電体共振子１２に集中させることが好ましい。このため誘電体共振子１２はマイクロ波、ミリ波において誘電損失の低い材料、特に円柱共振器法による１〜１００ＧＨｚにおけるＱｆ（ｆは周波数：ＧＨｚ）の値が３０，０００以上、比誘電率εｒが１５〜６０である誘電体材料により構成されることが好ましい。特に好ましくは、誘電体共振子１２のεｒの下限は２３であることが好ましく、Ｑｆの下限は４５，０００以上であることが好ましい。また、支持台１４はεｒが４〜４６である材料により構成されることが好ましい。また、支持台１４のεｒは誘電体共振子１２のεｒよりも小さいことが好ましい。また、支持台１４のＱｆは、３，０００以上であることが好ましく、５０，０００以上が特に好ましい。なお、比誘電率およびＱｆは円柱共振器法により測定する。
【００８９】
前記誘電体共振子１２と支持台１４を構成する材料は、具体的には、アルミナ、コージェライト、ステアタイト、フォルステライト、ＭｇＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、ＺｒＴｉＯ４、ＳｎＴｉＯ４、ＢａＴｉ４Ｏ９、Ｂａ２Ｔｉ９Ｏ２０、Ｎｄ２Ｔｉ２Ｏ７、ＢａＮｄ２Ｔｉ５Ｏ１４、ＢａＮｄ２Ｔｉ４Ｏ１２、Ｓｍ２Ｔｉ２Ｏ７、ＢａＳｍ２Ｔｉ５Ｏ１４、ＢａＳｍ２Ｔｉ４Ｏ１２、Ｌａ２Ｔｉ２Ｏ７、Ｂａ（Ｚｎ１／３Ｔａ２／３）Ｏ３、Ｂａ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３、Ｂａ（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３、Ｂａ（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３、Ｂａ（Ｃｏ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３、Ｂａ（Ｃｏ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３、Ｂａ（Ｍｇ１／３Ｔａ２／３）Ｏ３、Ｂａ（Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３、Ｂａ（Ｍｇ１／２Ｗ１／２）Ｏ３、Ｃａ（Ｍｇ１／２Ｗ１／２）Ｏ３、Ｓｒ（Ｍｇ１／２Ｗ１／２）Ｏ３、ＮｄＡｌＯ３、ＬａＡｌＯ３、ＳｍＡｌＯ３、ＤｙＡｌＯ３、ＥｕＡｌＯ３のうち１種の材料またはこれらの２種以上の固溶体を含有するセラミック多結晶焼結体、もしくはサファイヤから選択される材料であって、Ｑ値および比誘電率が前述の範囲を満足する材料が好ましい。
【００９０】
さらに好ましくは、誘電体共振子１２は、Ｑ値の高いペロブスカイト型の酸化物を主成分とすることが好ましい。具体的には前記ペロブスカイト型の酸化物がＣａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、Ｂａ（Ｚｎ１／３Ｔａ２／３）Ｏ３、Ｂａ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３、Ｂａ（Ｎｉ１／３Ｔａ２／３）Ｏ３、Ｂａ（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３、Ｂａ（Ｃｏ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３、Ｂａ（Ｃｏ１／３Ｔａ２／３）Ｏ３、Ｂａ（Ｍｇ１／３Ｔａ２／３）Ｏ３、Ｂａ（Ｍｇ１／２Ｗ１／２）Ｏ３、Ｓｒ（Ｍｇ１／２Ｗ１／２）Ｏ３、ＬｎＡｌＯ３（Ｌｎは希土類元素）、ＬｎＴｉＴａＯ６（Ｌｎは希土類元素）うち１種の結晶相またはこれらの２種以上の固溶体からなる結晶相を含有することが、無負荷Ｑの高いＴＥモードの電磁界分布を有する誘電体共振器３２を得るために特に好ましい。また、前記Ｌｎ（希土類元素）はＮｄ、Ｌａ、Ｓｍから選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。
【００９１】
また、支持台１４は、アルミナ、コージェライト、ステアタイト、フォルステライトを主成分とするセラミック、またはＭｇＴｉＯ３とＣａＴｉＯ３の複合材料からなるセラミックが特に好ましい。
【００９２】
また、誘電体共振子１２を構成する材料と支持台１４を構成する材料双方に同じ金属元素を含有させることが好ましい。この理由は、誘電体共振器の前駆体１１の焼成の際にこの金属元素を介して、誘電体共振子１２を構成する誘電体セラミック材料と支持台１４を構成するセラミック材料とを固相反応あるいは液相反応により相互に拡散させ、これによって誘電体共振子１２と支持台１４とを強固に締着固定できるからである。誘電体共振子１２と支持台１４の特に好ましい組合せは、誘電体共振子１２を構成する材料がＣａＴｉＯ３または／およびＳｒＴｉＯ３とＮｄＡｌＯ３または／およびＬａＡｌＯ３の固溶体からなる結晶を主成分とし、支持台１４を構成する材料がアルミナ、コージェライト、ステアタイト、フォルステライトから選択される少なくとも１種の材料、もしくはＭｇＴｉＯ３およびＣａＴｉＯ３の結晶相を含有する材料を主成分とする。これによって、特に無負荷Ｑが高く、かつ機械的信頼性が特に高い誘電体共振器用セラミック体１０を配設した誘電体共振器３２を提供することができる。
【００９３】
次に、本発明の誘電体共振器用セラミック体１０の製造方法について説明する。
【００９４】
本発明の誘電体共振器用セラミック体１０の製造方法は、誘電体共振子１２となるセラミック焼結体の端部を、支持台１４となる未焼結のセラミック成形体で囲郭又は接触した状態で焼成することによって、焼成中に支持台と１４なるセラミック成形体が収縮して誘電体共振子１２と支持台１４とが嵌合することが重要である。誘電体共振子１２および支持台１４は、上述した本発明の誘電体共振器用セラミック体１０に用いられる誘電体共振子１２と支持台１４を構成する材料からなる。例えば本発明の誘電体共振器用セラミック体１０に用いられる誘電体共振子１２がＬａＡｌＯ３とＣａＴｉＯ３の固溶体からなる焼結体、支持台１４がＭｇＴｉＯ３結晶相とＣａＴｉＯ３結晶相を含有する焼結体である場合は、例えば、次のようにして作製される。
【００９５】
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、炭酸カルシウム、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、湿式粉砕し、さらに３〜８重量％のバインダーを加えてから整粒し、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誘電体共振子１２の前駆体１５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し誘電体共振子１３を作製する。また、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ランタン、アルミニウム、カルシウム、チタンの各酸化物を生成し得る化合物を用いても良い。
【００９６】
支持台のセラミック成形体１５は例えば次のように作製される。出発原料として、ＭｇＣＯ３、ＣａＣＯ３、ＴｉＯ２の各粉末を用いて、所望の割合となるよう秤量し、純粋を加え、混合原料の平均粒径が２．０μｍ以下となるまで、ＺｒＯ２ボールを用いたミルにより湿式混合、粉砕を行う。この混合物を乾燥後、１１００〜１３００℃で１〜１０時間仮焼する。得られた仮焼物を湿式粉砕後、バインダーを加えてからスプレードライする。得られたスプレードライ後の粉末を金型にてプレス成形し、所望によりさらに切削してＭｇＴｉＯ３結晶相とＣａＴｉＯ３結晶相を含有するセラミック成形体１５を作製する。
【００９７】
上記のように得られたＬａＡｌＯ３とＣａＴｉＯ３の固溶体からなる焼結体である誘電体共振子１２を、ＭｇＴｉＯ３結晶相とＣａＴｉＯ３結晶相を含有する支持台のセラミック成形体１５の上に載置後、セラミック成形体１５からバインダーを除去し、さらに１３００〜１４００℃で１〜１０時間大気中において焼成し、誘電体共振器用セラミック１０を製造する。
【００９８】
また、本発明の誘電体共振器用セラミック１０の製造方法において、支持台１４の外径が端面に向かって小さくなるテーパとするためには次のようにする。すなわち、誘電体共振器用セラミック体１１の焼成中に、支持台のセラミック成形体１５が収縮して、誘電体共振子１３と嵌合されて境界部３０に隙間が無いように嵌合された後、さらに支持台が焼成収縮することにより、誘電体共振器用セラミック１０の支持台１４側の端面側のみを収縮させるように、支持台のセラミック成形体１５の生密度を制御する。
【００９９】
また、上述した本発明の誘電体共振器用セラミック体１０は、緻密なセラミックからなる誘電体共振子１２と支持台１４が直に接合され、かつ室温および高温において蒸散したり吸湿したりする化合物例えば有機系接着剤や低沸点の無機系化合物を含んでいないため、次のような長所を有する。第１に、人体に対する有害物質や地球環境を汚染する物質等を放出しない。第２に、高温環境下例えば２００℃でも誘電体共振子１２と支持台１４が強固に嵌合されているため、誘電体共振器用セラミックとしての機能を有し、誘電体共振器に適用することができる。第３に、誘電体共振子１２と支持台１４の焼結体からのみ構成されているので、有機系の接着剤を用いて誘電体共振子１２と支持台１４とを接合した従来の誘電体共振器用セラミックとは異なり、誘電体共振器用セラミック体１０が吸湿してＱ値が低下することもない。
【０１００】
このようにして得られた誘電体共振器用セラミック体１０は、誘電体共振器として好適に用いられ、例えば図４に示すように、本発明の誘電体共振器用セラミック体１０を金属製の筐体１８に収納し、筐体１８の内部に電磁波の入出力端子２０を設けることが重要である。誘電体共振器用セラミック体１０は筐体１８内の少なくとも１つの面に固定されている。図４の誘電体共振器は、金属製の筐体１８の両側に入出力端子２０（いずれか一方が入力端子、他方が出力端子）を形成し、入出力端子２０間に誘電体共振器用セラミック体１０を配置して構成される。このようなＴＥモ−ドの電磁界分布を有する誘電体共振器３２は、入力端子からマイクロ波が入力され、マイクロ波は誘電体共振器用セラミック体１０と自由空間との境界の反射によって誘電体共振器用セラミック体１０内に閉じこめられ、特定の周波数で共振を起こす。この信号が出力端子と電磁界結合し、出力される。また、図示しないが、本発明の誘電体共振器用セラミック体１０は、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。さらには、入出力端子２０を誘電体共振器用セラミック体１０に直接設けても誘電体共振器３２を構成できる。特に、本発明の実施形態に示した誘電体共振器用セラミック体１０をＴＥ０１δモードの電磁界分布を有する誘電体共振器に適用することによって、無負荷Ｑが高く、機械的信頼性に優れ、また有害物質を放出しない環境安全性に優れた誘電体共振器３２を提供することができる。
【０１０１】
また、本発明の誘電体共振器３２は、誘電体共振器用セラミック体１０と筐体１８の間、もしくは誘電体共振器用セラミックの空洞部に、誘電体共振器３２の共振周波数を調整するための挿入棒２２を設けることが好ましい。図４においては、誘電体共振子１２の上方の筐体内に設けた挿入棒２２を図４の上下方向に動かして共振周波数を調整することができる。挿入棒２２はセラミック、金属の少なくとも１種からなることが好ましい。挿入棒２２が誘電体共振子１２に近づくと、誘電体共振器用セラミック体１０内およびその近傍の電磁場と電磁界結合し、共振周波数が変化する。挿入棒２２を設けることにより、無負荷Ｑが高く、機械的信頼性に優れ、かつ共振周波数を高精度に制御できる誘電体共振器３２を提供することができる。
【０１０２】
また、本発明の誘電体共振器を用いて空中線共用器を構成することもできる。すなわち、アンテナに接続されるアンテナ端子と、複数の誘電体共振器Ｅを配列して隣接する誘電体共振器Ｅ間を電気的に結合させると共に前記アンテナ端子に接続され送信波を通過させる第１の帯域通過フィルタと、複数の誘電体共振器Ｆを配列して隣接する誘電体共振器Ｆ間を電気的に結合させると共に前記アンテナ端子に接続され受信波を通過させる第２の帯域通過フィルタとを有するアンテナ共用器であって、前記誘電体共振器Ｅまたは前記誘電体共振器Ｆに含まれる誘電体共振器の少なくとも１つを本発明の誘電体共振器３２により構成したアンテナ共用器とする。また、前記アンテナ共用器は、好ましくは前記第１の帯域通過フィルタと前記第２の帯域通過フィルタの間に低雑音増幅器を有する。無線通信基地局の送受信器を本発明のアンテナ共用器により構成することによって、電磁波ノイズが少なく、低雑音で高品質の無線通信が可能となる。特に、無線通信基地局の送受信器を前記低雑音増幅器を設けたアンテナ共用器により構成することにより、無線通信基地局から送受信される信号の平均誤り率を特に低減させることができ、これによってさらに電磁波ノイズが少なく、低雑音で高品質の無線通信が可能となる。
【０１０３】
【実施例】
実施例１
表１に示す材料（例えばＬａＡｌＯ３とＳｒＴｉＯ３の固溶体を含有する材料）からなる誘電体共振子１２を次のように作製した。例えば誘電体共振子１２がＬａＡｌＯ３とＳｒＴｉＯ３の固溶体からなる場合は、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し、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、ジルコニアボールを使用したボールミルにより湿式混合・粉砕を行った。この混合物を乾燥、１２００℃で４時間仮焼し、得られた仮焼粉を粉砕後、バインダー５重量％と純水を加えてからスプレードライした。得られたスプレードライ後の粉末を金型にてプレスし、所望によりさらに切削して誘電体共振子１２の前駆体である成形体を得た。この成形体からバインダーを除去後、１６００℃で１０時間大気中において焼成し、誘電体共振子１２の前駆体である誘電体共振子１３を得た。同様に、誘電体共振子１３の各材料の組成を種々変更し、公知の製造方法により、主結晶構造、１．５〜６ＧＨｚにおける比誘電率εｒ、１．５〜６ＧＨｚにおけるＱｆ、２５〜４００℃の熱膨張係数が表１に示す値の誘電体共振子１３を得た。なお、表１において主結晶構造が例えばＳｒＴｉＯ３−ＬａＡｌＯ３固溶体と記載されたものは、ＳｒＴｉＯ３とＬａＡｌＯ３の固溶体からなる結晶を主成分とすることを示す。
【０１０４】
また、支持台１４の前駆体である表２に示すセラミック成形体１５（例えばＭｇＴｉＯ３結晶相とＣａＴｉＯ３結晶相を含有する成形体）を次のように作製した。例えば、ＭｇＴｉＯ３とＣａＴｉＯ３を主成分とするセラミック成形体１５は次のように作製した。出発原料として、ＭｇＣＯ３、ＣａＣＯ３、ＴｉＯ２の各粉末を用いて、所望の割合となるよう秤量し、純粋を加え、混合原料の平均粒径が２．０μｍ以下となるまで、ＺｒＯ２ボールを用いたミルにより約２０時間湿式混合、粉砕を行った。この混合物を乾燥後、１２００℃で２時間仮焼した。得られた仮焼物を湿式粉砕後、バインダー５重量％加えてからスプレードライした。得られたスプレードライ後の粉末を約１ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力で金型にてプレスし、所望によりさらに切削してセラミック成形体１５を作製した。同様に公知の方法で種々の支持台のセラミック成形体１５を作成した。
【０１０５】
次に、表１の誘電体共振子１３（焼結体）と支持台１４の前駆体であるセラミック成形体１５とを組み合わせて、次のように一体的に焼成し、図１〜３に示す誘電体共振器用セラミック体１０を作製した。但し、図１〜３の形状の場合は誘電体共振器子と支持台の内径が一致していない試料や、図１の形状の場合は誘電体共振子と支持台の外径が異なる試料がある。第１に支持台１４の前駆体である円筒状のセラミック成形体１５を、円筒状のセラミック焼結体からなる誘電体共振子１３（誘電体共振子１３は、支持台１４と嵌合される前の誘電体共振子１２を示す）の上に載置して誘電体共振器用セラミック前駆体１１とした後、セラミック成形体１５の焼結温度で焼成し、焼成過程でセラミック成形体１５を焼結させながら誘電体共振子１３と嵌合し、また成形体１５を焼結させて支持台１４とし、誘電体共振器用セラミック体１０を作製した。なお、誘電体共振器用セラミック体１０を作製するに当たっては、成形体の生密度を高精度で一定に制御したプレス成形を行い、また誘電体共振子１２を構成する誘電体材料や支持台１４を構成する材料が誘電体共振器用セラミック体の焼成温度において、相変態に伴う収縮や膨張がないこととした。
【０１０６】
このようにして作製した誘電体共振器用セラミック体１０を所望により切断または研削し、さらに次の項目を測定、分析した。誘電体共振子１２については最大外径、中心軸方向の長さ、円筒状の場合の最小内径、係止部１６側または境界部３０側の、中心軸方向と垂直方向の肉厚の最大値（円柱状の場合は、係止部１６側または境界部３０側の最大外径の半分の値）を測定した結果、表３に示す値となった。支持台１４については最大外径、円筒状の場合の最小内径、外径の比（支持台１４の誘電体共振器用セラミック体１０の端面側の外径を、支持台１４の境界部３０側の外径で割った値）、中心軸方向の長さを測定した結果、表３に示す値となった。
【０１０７】
なお、表２に示した支持台１４の特性は、誘電体共振器用セラミック体１０から支持台１４を切り出し、１．５〜６ＧＨｚにおける比誘電率εｒ、１．５〜６ＧＨｚにおけるＱｆ、２５〜４００℃の熱膨張係数の平均値を測定した。また、表２の材料にＭｇＴｉＯ３−ＣａＴｉＯ３と記載した試料は、ＭｇＴｉＯ３およびＣａＴｉＯ３を含有する結晶を主成分とすることを示す。
【０１０８】
また、誘電体共振器用セラミック体１０について、さらに次の項目を分析、測定した。第１に、支持台を固定したまま誘電体共振子１２をその中心軸を中心として回転させる方向に１０Ｎのトルクをかけて、誘電体共振子１２の回動の有無を調べた。第２に、誘電体共振子１２と支持台１４との界面を微小部Ｘ線回折法により分析した。第３に、誘電体共振子１２と支持台１４がテーパ嵌合されている場合、誘電体共振器用セラミック体１０をその中心軸と平行に２等分し、テーパ嵌合の角度αを測定した。第４に、誘電体共振器用セラミック体１０の中心軸方向の最大長さに対する、誘電体共振器用セラミック体１０の中心軸方向の境界部３０の長さの割合を測定した。また、Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄ（ＥＴＳ）３０００１９−２−４  ｃｌａｓｓ  ４．１４Ｍ３、ＥＴＳ３００  ０１９−２−２  ｃｌａｓｓ  ２．２の２条件で誘電体共振器１０の機械的衝撃試験を行った後、同様に１０Ｎのトルクによって誘電体共振子１２が回動するかしないか、また誘電体共振子１２と支持台１４にクラックや亀裂が発生していないかを調べた。
【０１０９】
また、表３に示した誘電体共振子１２と支持台１４との組合せによって作製した図１〜３の誘電体共振器用セラミック体１０を内面がＡｇ製の金属製の筐体１８（内寸１００ｍｍ×１００ｍｍ×１００ｍｍ）の底面中央に、支持台の底面を接着剤により固定し、入出力端子２０によりマイクロ波を入出力して共振させ、ＴＥ０１δモードの電磁界分布を有する誘電体共振器３２としての無負荷Ｑを求めた。
【０１１０】
表３、４より、本発明の誘電体共振器用セラミック体１０である試料Ｎｏ．１〜１４は、無負荷Ｑが１７０００以上と高く、誘電体共振子１２の回動方向のトルク負荷によっても誘電体共振子１２が回動しなかった。また、機械的衝撃試験の後において誘電体共振子１２および支持台１４にクラックや亀裂の発生が全くなかった。なお、表３において、回動が○印は回動しなかった試料、×は回動した試料を示す。また、クラックが○印はクラックや亀裂の発生がなかった試料、×印はクラックや亀裂が発生した試料を示す。
【０１１１】
また、試料Ｎｏ．２の誘電体共振子１２と支持台１４の境界部３０界面を微小部Ｘ線回折法により分析したところ、境界部３０の界面にＳｒＴｉＯ３とＬａＡｌＯ３の固溶体、ＭｇＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３の３種の結晶相の他に、誘電体共振子１２と支持台１４には含まれない結晶質の不明相が検出され、誘電体共振子１２を構成する誘電体セラミック材料と支持台１４を構成するセラミック材料とが相互に拡散して生成した反応生成物が確認された。また、試料Ｎｏ．６の誘電体共振子１２と支持台１４の境界部３０界面を微小部Ｘ線回折法により分析したところ、境界部界面にＣａＴｉＯ３とＮｄＡｌＯ３の固溶体、ＭｇＴｉＯ３、ＣａＴｉＯ３の３種の結晶相の他に、誘電体共振子１２を構成する誘電体セラミック材料と支持台１４を構成するセラミック材料とが相互に拡散して生成した結晶質の反応生成物が確認された。
【０１１２】
一方、比較例として、誘電体共振子９２と支持台９４の材料組成は実施例と同じとし、誘電体共振器用セラミック体９０を作製した。図６（ａ）、（ｃ）の誘電体共振器用セラミック体９０は、誘電体共振子９２と支持台９４をシリコン樹脂により接着した。また図６（ｂ）の誘電体共振器用セラミック体９０は誘電体共振器子の前駆体である成形体と、支持台の前駆体である成形体とを水分を介して圧着した後、焼成して作製した。このようにして作製した試料を実施例の試料と同様に評価した結果、比較例である試料Ｎｏ．１５〜２０は、誘電体共振子１２が回動したり、クラックや亀裂が入ったり、もしくは無負荷Ｑが１３０００以下と低くなったりした。
【０１１３】
【表１】
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【０１１４】
【表２】
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【０１１５】
【表３】
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【０１１６】
【表４】
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【０１１７】
実施例２
表３の試料Ｎｏ．１３に示した試料の作製条件を次のように変え他の作製条件は同じとした試料を作製した。すなわち、試料Ｎｏ．１３を作製するために用いた支持台１４の前駆体であるセラミック成形体１５の生密度を試料Ｎｏ．１３の成形体の生密度よりも小さくすることによって、境界部３０側の支持台の一端面の外径をＣ、支持台の他端面の外径をＤとするとき、Ｄ／Ｃの値を０．９〜０．９９とし、支持台１４の外周の外径が誘電体共振器用セラミック体１０の端面に向かって外径が小さくなるテーパ状とした試料を作製した。その結果、得られた試料は、支持台の境界部３０側の外径よりも、誘電体共振子１２と嵌合されていない支持台１４の一端面の外径が試料Ｎｏ．１３よりも１．５ｍｍ小さくなった。実施例１と同様に、試料Ｎｏ．１３とこの実施例３の試料に各々２０Ｎの回動トルクを負荷したところ、試料Ｎｏ．１３は誘電体共振子１２が回動したが、実施例３の試料は誘電体共振子１２が回動せず誘電体共振子１２と支持台１４とがさらに強固に締結していることがわかった。
【０１１８】
実施例３
図４のように、表３の試料Ｎｏ．２の誘電体共振器用セラミック体の支持台１４を内側がＡｇの金属製筐体（内面寸法１００×１００×１００ｍｍ）の底面中央に固定し、さらに誘電体共振子１２の上部に挿入棒２２（材質は表１のＮｏ．Ａ１、形状は直径８ｍｍ×長さ１０ｍｍ）を金属製の支持棒により筐体１８の上面に接続し、ＴＥ０１δモードの電磁界分布における共振周波数の温度による変化率（共振周波数の温度係数τｆ）と無負荷Ｑを求めた。この際、挿入棒２２の位置を、挿入棒２２の底面と誘電体共振子１２の上面との距離を０ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍと３段階で変化させた。その結果、挿入棒２２の位置によらず無負荷Ｑが２５０００〜２６０００となった。また、２５〜８５℃の温度範囲におけるτｆの値がそれぞれ、−１、０、１ｐｐｍ／℃となり、挿入棒２２を設けることによって、無負荷Ｑを高く保持したまま、τｆを高精度に制御できることがわかった。
【０１１９】
【発明の効果】
以上のように、本発明の誘電体共振器用セラミック体により無負荷Ｑが高く、かつ機械的信頼性に優れた誘電体共振器を提供することが可能となる。
【０１２０】
またこれにより、本発明の誘電体共振器用セラミック体は、例えば、携帯電話等の無線通信基地局、パーソナル無線機、コードレステレホン、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誘電体共振器、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用セラミック体の一実施形態を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はその断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は本発明の誘電体共振器用セラミック体の断面図である。
【図３】本発明の誘電体共振器用セラミック体を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）はその断面図である。
【図４】本発明の誘電体共振器を示す断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は本発明の誘電体共振器用セラミック体の製造方法を説明する断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は従来の誘電体共振器用セラミック体の断面図である。
【符号の説明】
１０、９０：誘電体共振器用セラミック体
１１：誘電体共振器用セラミック体の前駆体
１２、１３、９２：誘電体共振子
１４、９４：支持台
１５：支持台の前駆体である成形体
１６：係止部
１８：筐体
２０：入出力端子
２２：挿入棒
３０：境界部
３２：誘電体共振器
９６：接着剤
【図１】
2005051286.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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