(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ｃａｘ ，Ｓｒｙ ，Ｎｄｚ ）１＋ａ ＴｉＯ３＋ｂ 〔但し、ｘ、ｙ及びｚはモル比を表し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。また、０．４３０≦ｘ≦０．６５０、０．２６０≦ｙ≦０．４４０、０．０９０≦ｚ≦０．１３０である。尚、０．０１０≦ａ≦０．３００、０．１００≦ｂ≦１．０００である。〕で表されるペロブスカイト型の結晶構造を有する主成分、Ａｌ２ Ｏ３ 並びにＮｂ及びＭｎの酸化物のうちの少なくとも１種からなり、上記主成分を１００重量％とした場合に、上記Ａｌ２ Ｏ３ は１０〜１２重量％、上記酸化物は１〜２重量％であることを特徴とするマイクロ波誘電体磁器組成物。
【請求項２】
上記酸化物がＮｂ２ Ｏ５ 及びＭｎＯ２ である請求項１記載のマイクロ波誘電体磁器組成物。
【請求項３】
０．５８０≦ｘ≦０．６３０、０．２６０≦ｙ≦０．３３０、０．１００≦ｚ≦０．１１５であり、比誘電率が４３．００〜４５．３０、無負荷Ｑ値が３７００〜４２００、共振周波数の温度係数が−５．００〜＋５．００ｐｐｍ／℃である請求項１又は２記載のマイクロ波誘電体磁器組成物。
【請求項４】
０．５８０≦ｘ≦０．６２５、０．２６５≦ｙ≦０．３２０、０．１００≦ｚ≦０．１１５であり、比誘電率が４３．００〜４４．３０、無負荷Ｑ値が３９００〜４２００、共振周波数の温度係数が−１．５０〜−３．００ｐｐｍ／℃である請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマイクロ波誘電体磁器組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特定の結晶構造を有する主成分と、Ａｌ2 Ｏ3 他の酸化物からなるマイクロ波誘電体磁器組成物（以下、「誘電体磁器組成物」という。）に関する。本発明の誘電体磁器組成物は、マイクロ波領域における誘電体共振器の他、マイクロ波集積回路基板、各種マイクロ波回路のインピーダンス整合部材等として利用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
誘電体磁器組成物は、使用周波数が高周波となるに従って誘電損失が大きくなる傾向にある。そのためマイクロ周波数領域での比誘電率（以下、「εr 」と表す。）が大きく、無負荷Ｑ値（以下、「Ｑｕ」と表す。）の高い誘電体磁器組成物が望まれている。従来、この種の誘電体磁器組成物としては、結晶構造がペロブスカイト相とイルメナイト相との２相を含むもの（特開平２−１２９０６５号公報）がある。また、ＭｇＴｉＯ3 とＴｉＯ2 に所定量のＣａＴｉＯ3 を含有させたもの（特開昭５２−１１８５９９号公報）等も知られている。
【０００３】
しかし、前者の誘電体磁器組成物では、Ｎｄ2 Ｏ3 、Ｌａ2 Ｏ3 、ＰｂＯ、ＺｎＯ等、他の成分が相当量含まれているうえ、Ｑｕも必ずしも高いとはいえない。また、後者の誘電体磁器組成物では、ＴｉＯ2 を必須成分として含み、ＣａＴｉＯ3 の混合量が３〜１０重量％の範囲においては、共振周波数の温度係数（以下、「τf 」と表す。）が正側或いは負側へ大きく変化し、０付近の小さな値に調整することが困難である等の問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の従来の問題を解決するものであり、実用上、十分なεr 及びＱu を有し、特に、Ｑu が３９００以上と高く、且つτf の絶対値が３．００ｐｐｍ／℃以下と非常に小さい、優れた誘電特性を有する誘電体磁器組成物を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１発明の誘電体磁器組成物は、（Ｃａｘ ，Ｓｒｙ ，Ｎｄｚ ）１＋ａ ＴｉＯ３＋ｂ 〔但し、ｘ、ｙ及びｚはモル比を表し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。また、０．４３０≦ｘ≦０．６５０、０．２６０≦ｙ≦０．４４０、０．０９０≦ｚ≦０．１３０である。尚、０．０１０≦ａ≦０．３００、０．１００≦ｂ≦１．０００である。〕で表されるペロブスカイト型の結晶構造を有する主成分、Ａｌ２ Ｏ３ 並びにＮｂ及びＭｎの酸化物のうちの少なくとも１種からなり、上記主成分を１００重量％とした場合に、上記Ａｌ２ Ｏ３ は１０〜１２重量％、上記酸化物は１〜２重量％であることを特徴とする。
【０００６】
本発明では、上記の主成分と、所定量のＡｌ２ Ｏ３ 並びにＮｂ及びＭｎの酸化物のうちの少なくとも１種の酸化物とからなる誘電体磁器組成物とすることにより、εｒ が４０以上、特に４３以上であって、Ｑｕ が３０００以上、特に３５００以上の、実用上、十分な誘電特性を有する組成物とすることができる。また、特に、τｆ の絶対値を１０ｐｐｍ／℃以下、特に５．００ｐｐｍ／℃以下、更には３．００ｐｐｍ／℃以下とすることができ、非常に優れた性能の誘電体磁器組成物とすることができる。
【０００７】
上記「（Ｃａｘ ，Ｓｒｙ ，Ｎｄｚ ）１＋ａ ＴｉＯ３＋ｂ 」は、Ｃａ、Ｓｒ、Ｎｄ及びＴｉの酸化物そのもの或いはそれぞれの元素の炭酸塩等、加熱によって酸化物となる化合物、例えばＣａＣＯ３ 、ＳｒＣＯ３ などを原料粉末として配合し、焼成することによって生成させることができる。また、上記「Ａｌ２ Ｏ３ 」及び上記「Ｎｂの酸化物、Ｍｎの酸化物」も、Ａｌ及びそれぞれの元素の酸化物そのもの或いは炭酸塩等、加熱によって酸化物となる化合物を同様に原料粉末として配合し、焼成することによって含有させることができる。
【０００８】
上記「ｘ」が０．４３０未満ではＱu が低下し、０．６５０を越える場合はτf が＋１０ｐｐｍ／℃を越えて正の側へ大きくなる。また、上記「ｙ」が０．２６０未満ではτf が＋１０ｐｐｍ／℃を越えて正の側へ大きくなり、０．４４０を越える場合はＱu が低下する。更に、上記「ｚ」が０．０９０未満ではτf が＋１０ｐｐｍ／℃を越えて正の側へ大きくなり、０．１３０を越える場合はτf が−１０ｐｐｍ／℃を越えて負の側へ小さくなる。
【０００９】
一方、Ａｌ2 Ｏ3 の含有量が１０重量％未満ではＱu が大きく低下し、１２重量％を越える場合は、Ｑu が低下する傾向にあり、また、τf がｘ、ｙ及びｚが範囲外となった場合よりも更に正の側へ大きくなる傾向にある。
【００１０】
上記「酸化物」としては、Ｎｂ２ Ｏ５ 、ＭｎＯ２ 等が挙げられる。これらの酸化物の含有量が１重量％未満では焼結性が低下し、特に、酸化物を含有させない場合は、焼結不良となって誘電体磁器組成物を得ることができない。また、２重量％を越える場合はＱｕ が大きく低下する。
【００１１】
この酸化物としては、特に、第２発明のように「Ｎｂ2 Ｏ5 」及び「ＭｎＯ2 」の併用が好ましい。これらの酸化物を使用すれば、原料粉末の焼結性が向上し、優れた誘電特性を有する誘電体磁器組成物を容易に得ることができる。特に、上記のＮｂ2 Ｏ5 の添加により、広い温度範囲で焼成しても性能が安定し、且つ緻密度の高い焼結体を得ることができる。Ｎｂ2 Ｏ5 の含有量は０．５〜２．０重量％、特に０．７〜１．５重量％とすることが好ましい。また、ＭｎＯ2 の含有量は０．０５〜０．３重量％、特に０．０５〜０．２５重量％とすることが好ましい。Ｎｂ2 Ｏ5 及びＭｎＯ2 の含有量がこの範囲であれば、より安定して焼成することができ、且つバランスのよい優れた性能の誘電体磁器組成物を得ることができる。
【００１２】
第３発明の誘電体磁器組成物は、０．５８０≦ｘ≦０．６３０、０．２６０≦ｙ≦０．３３０、０．１００≦ｚ≦０．１１５であり、比誘電率が４３．００〜４５．３０、無負荷Ｑ値が３７００〜４２００、共振周波数の温度係数が−５．００〜＋５．００ｐｐｍ／℃であることを特徴とする。また、第４発明の誘電体磁器組成物は、０．５８０≦ｘ≦０．６２５、０．２６５≦ｙ≦０．３２０、０．１００≦ｚ≦０．１１５であり、比誘電率が４３．００〜４４．３０、無負荷Ｑ値が３９００〜４２００、共振周波数の温度係数が−１．５０〜−３．００ｐｐｍ／℃であることを特徴とする。
【００１３】
本発明では、第３及び第４発明のように、ｘ、ｙ及びｚを更に特定することによって、より誘電特性に優れた誘電体磁器組成物とすることができる。この第３発明では、特に、Ｑu を３７００以上、τf の絶対値を５．００ｐｐｍ／℃以下とすることができる。また、第４発明では、Ｑu を３９００以上、τf の絶対値を３．００ｐｐｍ／℃以下とすることができ、非常に優れた誘電特性を有する誘電体磁器組成物を得ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
(1) ｘ、ｙ及びｚの量比の検討
Ｎｄ2 Ｏ3 粉末（純度；９９．９％）、Ａｌ2 Ｏ3 粉末（純度；９９．９％）、ＣａＣＯ3 粉末（純度；９９．５％）、ＳｒＣＯ3 粉末（純度；９７．０％）、ＴｉＯ2 粉末（純度；９９．９８％）、Ｎｂ2 Ｏ5 粉末（純度；９９．９％）及びＭｎＯ2 粉末（純度；９６．０％）を出発原料とした。
【００１５】
そして組成式（Ｃａx ，Ｓｒy ，Ｎｄz ）1+a ＴｉＯ3+b のｘ、ｙ、ｚが、それぞれ表１の実験例１〜２６の値となるように、また、この（Ｃａx ，Ｓｒy ，Ｎｄz ）1+a ＴｉＯ3+b を１００重量％とした場合に、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｎｂ2 Ｏ5 及びＭｎＯ2 が、それぞれ表１の実験例１〜２６の含有量となるように、所定量を秤量、混合した。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
これらの各粉末をミキサーによって２０〜３０分間乾式混合した後、更に振動ミルを用いて一次粉砕した。玉石としては直径２０ｍｍのアルミナボールを使用し、粉砕時間は４時間とした。その後、得られた粉末を、大気雰囲気下、１１００〜１３５０℃の温度で仮焼した。この仮焼にはトンネル炉を使用し、台車速度を５５分／車として、上記の温度が保持される時間を２〜５時間とした。次いで、この仮焼粉末に適量の有機バインダーと水とを加え、トロンメル粉砕機を用いて二次粉砕した。玉石としては直径２０ｍｍのアルミナボールを使用し、粉砕時間は６時間とした。
【００１８】
その後、二次粉砕した粉末を噴霧乾燥機を用いて乾燥し、造粒した。噴霧乾燥機の熱風入口温度は３６０℃以下とし、排風出口温度は９０〜１１０℃となるように調整した。造粒後、ふるいによって４０〜２００メッシュの粒度の粉末を得、手動式の５トンプレス機によって直径１９ｍｍ、厚さ１１ｍｍの円柱状の成形体を作製した。プレス圧力は３トンとし、成形圧力を１トン／ｃｍ2 とした。
【００１９】
次に、この成形体を大気雰囲気下、５００℃の温度で、３時間脱脂し、その後、単窯を用いて、１４５０〜１７００℃の温度で焼成した。焼成雰囲気は大気雰囲気とし、２〜６時間焼成した。次いで、ロータリーラップ盤を用い、ダイアモンド砥石（＃６００）によって、得られた焼結体の両端面を研磨し、直径が約１９ｍｍ、厚さ８ｍｍの寸法の円柱状とした。この円柱状の焼結体を試料とし、平行導体板型誘電体円柱共振器法（ＴＥ011 ＭＯＤＥ）等により、εr 、Ｑｕ及びτf を測定した。
【００２０】
尚、τf は２５〜８０℃の温度領域で測定し、τf ＝（ｆ80−ｆ25）／（ｆ25×ΔＴ）、ΔＴ＝８０−２５＝５５℃によって算出した。また、測定時の共振周波数は４ＧＨｚである。εr 、Ｑu 及びτf の結果を表２に示す。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
表２の結果によれば、第１発明に対応する実験例１〜１５及び２２〜２６では、εr は４２．６７以上、Ｑu は３２２５以上、τf の絶対値は９．４３ｐｐｍ／℃以下であり、実用上、十分な誘電特性を有する誘電体磁器組成物が得られていることが分かる。特に、第３発明に対応する実験例２〜９、１１〜１２、１４〜１５及び２２では、εr は４３．０８以上、Ｑu は３７１１以上、τf の絶対値は４．７４ｐｐｍ／℃以下であり、より優れた性能の誘電体磁器組成物が得られている。また、第４発明に対応する実験例２、４〜５、９、１１及び１４〜１５では、Ｑu は３９１０以上、τf の絶対値は１．８５ｐｐｍ／℃以下と、第３発明よりも更に優れた誘電特性を有する誘電体磁器組成物が得られていることが分かる。
【００２３】
一方、ｙが下限未満である実験例１６及びｚが下限未満である実験例１７では、いずれもＱu がやや低く、特にτf が正の側へシフトすることが分かる。また、ｙが上限を越える実験例１８ではＱu が大きく低下しており、ｚが上限を越える実験例１９ではτf が負の側へシフトする。更に、ｘが下限未満であって、且つｙが上限を越える実験例２０では、Ｑu が大きく低下し、τf の絶対値も正の側へシフトする傾向にあることが分かる。また、ｘが上限を越え、且つｙが下限未満である実験例２１では、τf が正の側へシフトすることが分かる。
【００２４】
尚、図１は実験例２の誘電体磁器組成物のＸ線回折のチャートである。そして、ＪＣＰＤＳカードを利用して同定したところ、この回折チャートの組成物はペロブスカイト型の結晶構造を有するＣａＴｉＯ3 であった。このように、本発明の誘電体磁器組成物は、ペロブスカイト型の結晶構造により構成されているものであることが確認された。
【００２５】
(2) Ａｌ2 Ｏ3 及び酸化物の量比の検討
表１の実験例１４を母組成とし、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｎｂ2 Ｏ5 及びＭｎＯ2 の含有量を変化させた場合のεr 、Ｑu 及びτf を測定した。誘電体磁器組成物の調製及び誘電特性の測定方法は前記(1) の場合と同様である。組成及び誘電特性の測定結果を表３に示す。
【００２６】
【表３】
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【００２７】
表３の結果によれば、Ａｌ2 Ｏ3 が下限未満である▲１▼ではＱu が非常に大きく低下しており、このＡｌ2 Ｏ3 が上限を越える▲２▼ではτf が正の側へ大きくシフトしていることが分かる。また、Ｎｂ2 Ｏ5 及びＭｎＯ2 を含有させなかった▲３▼では焼結体を得ることができなかった。更に、酸化物が上限を越える場合、即ち、Ｎｂ2 Ｏ5 が４重量％と過多である▲４▼及びＭｎＯ2 が２重量％と過多である▲５▼、いずれもＱu が大きく低下していることが分かる。
【００２８】
尚、本発明においては、前記の具体的な実施の形態に示すものに限られず、目的、用途に応じて本発明の範囲内で種々変更した実施の形態とすることができる。例えば、Ｃａ成分及びＳｒ成分となる原料として上記のＣａＣＯ3 、ＳｒＣＯ3 以外にも、Ｃａ、Ｓｒの過酸化物、水酸化物、硝酸塩等を用いることもできる。同様に他の酸化物についても、加熱により酸化物となる種々の化合物を用いることができる。
【００２９】
【発明の効果】
第１発明の誘電体磁器組成物によれば、ペロブスカイト型の結晶構造により構成され、実用上、十分な誘電特性を有する誘電体磁器組成物を得ることができる。特に、第３発明及び第４発明によれば、その組成を更に特定することにより、より大きなεr 及び高いＱu 並びにτf の絶対値の小さい誘電体磁器組成物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実験例２の誘電体磁器組成物のＸ線回折チャートである。
【図１】
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