JP4548876B2 - 高周波用誘電体磁器組成物およびこれを用いた誘電体共振器 - Google Patents
高周波用誘電体磁器組成物およびこれを用いた誘電体共振器 Download PDFInfo
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Description
【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値を有する高周波用誘電体磁器組成物および誘電体共振器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、各種イクロ波回路のインピーダンス整合等に用いることができる高周波用誘電体磁器組成物及び誘電体共振器に関するものである。
【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こと、（２）高周波での誘電損失が小さいこと、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。
従来、この種の誘電体磁器としては、例えば、特開平５−２４９１４号公報に（１−ｘ）ＭｇＴｉＯ3・ｘＣａＴｉＯ3 系材料（但し、０．０３≦ｘ≦０．０７）が示され、特開平６−１９９５６８号公報に（１−ｘ）ＭｇＴｉＯ3・ｘＣａＴｉＯ3＋Ｃｏ2Ｏ3系材料（但し、０．９３≦ｘ≦０．９５）が示され、特開平６−１９９５６７号公報に（１−ｘ）ＭｇＴｉＯ3・ｘＣａＴｉＯ3＋Ａｌ2Ｏ3系材料（但し、０．９３≦ｘ≦０．９５）が示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの従来技術における誘電体磁器は共振周波数の温度係数τｆの曲がり、すなわち温度ドリフトの直線性が低かった。また、常温（例えば２５℃）でのＱ値と比べて高温（例えば１２５℃）でのＱ値が大きく低下する。
このためこれらの誘電体磁器を用いた誘電体共振器や誘電体基板では、温度変化に伴う特性変化を高精度に制御することが困難であり、また高周波での損失が大きくなるという問題があった。
本発明は上記事情に鑑みて完成されたもので、εrが１６〜２４程度で高いＱ値を維持しつつ、共振周波数の温度係数τｆの曲がり、すなわち温度ドリフトの直線性が高く、しかも常温のＱ値に対する高温でのＱ値の低下率が小さい高周波用誘電体磁器組成物及び誘電体共振器を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の誘電体磁器組成物は、金属元素として少なくともＭｇ、Ｃａ、Ｔｉを含有する複合酸化物からなり、前記金属元素によるモル比による組成式をａＭｇＯ・ｂＣａＯ・ｃＴｉＯ2と表したとき、前記ａ、ｂおよびｃが、
０．４２≦ａ≦０．５１
０．０１≦ｂ≦０．０６
０．４５≦ｃ≦０．５３
ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＝１
を満足する主成分組成物と、Ｗ、ＡｌおよびＣｅより選択された１種以上の元素である添加元素とを有する誘電体磁器組成物であって、前記添加元素は、少なくともＡｌを含み、かつＡｌ含有量は、前記主成分組成物１００重量部に対して、Ａｌ ２ Ｏ ３ 換算で３．０重量部未満であり、前記添加元素の総含有量は、前記主成分組成物１００重量部に対して、０．０１〜３．５重量部である高周波用誘電体磁器組成物。ただし、前記添加元素の含有量は、Ｗを含む場合はＷＯ ３ に換算し、Ｃｅを含む場合はＣeＯ ２ に換算し、Ａｌは、Ａ
ｌ ２ Ｏ ３ に換算する。
【０００５】
また、上記の誘電体磁器組成物において、１２５℃におけるＱ値が、２５℃におけるＱ値の７５％以上であることを特徴とするものである。
【０００６】
さらに、本発明の誘電体共振器は、一対の入出力端子間に誘電体磁器を配置してなり、電磁界結合により作動する誘電体共振器において、前記誘電体磁器が、上記誘電体磁器組成物からなるものである。
【作用】
本発明の高周波用誘電体磁器組成物によれば、主成分にＷ、ＡｌおよびＣｅのうち少なくとも１種以上を含有させることにより、高いＱ値を有し、かつ共振周波数の温度係数τfの曲がり（温度ドリフト）を２５〜８５℃で０±３（ｐｐｍ／℃）の範囲に制御、即ち温度ドリフトの直線性を高くすることが可能となる。
しかも、常温のＱ値に対する高温でのＱ値の低下率を小さくすることが可能となる。
【０００７】
本発明においては、金属元素として少なくともＭｇ、Ｃａ、Ｔｉを含有する複合酸化物からなり、前記金属元素によるモル比による組成式をａＭｇＯ・ｂＣａＯ・ｃＴｉＯ2と
表したとき、前記ａ、ｂおよびｃが、
０．４２≦ａ≦０．５１
０．０１≦ｂ≦０．０６
０．４５≦ｃ≦０．５３
ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＝１
を満足する主成分組成物と、Ｗ、ＡｌおよびＣｅより選択された１種以上の元素である添加元素とを有する誘電体磁器組成物であって、前記添加元素は、少なくともＡｌを含み、かつＡｌ含有量は、前記主成分組成物１００重量部に対して、Ａｌ ２ Ｏ ３ 換算で３．０重量部未満であり、前記添加元素の総含有量は、前記主成分組成物１００重量部に対して、０．０１〜３．５重量部であることが重要である。ただし、前記添加元素の含有量は、Ｗを含む場合はＷＯ ３ に換算し、Ｃｅを含む場合はＣeＯ ２ に換算し、Ａｌは、Ａｌ ２ Ｏ ３
に換算する。これらのａ、ｂ、ｃ、及びＷＯ3、Ａｌ2Ｏ3、ＣｅＯ2の含有量を上記の範囲に限定した理由は以下の通りである。
【０００８】
即ち、０．４２≦ａ≦０．５１としたのは、０．５１＜ａの場合はＱ値が低下したり、τｆが負に大きくなりτｆの絶対値が５０を越えてしまうからである。
ａ＜０．４２の場合はＱ値が低下したり、τｆが正に大きくなり、τｆの絶対値が５０を大きく越えたり、共振周波数の温度係数τｆの曲がりが大きくなり温度ドリフトの直線性が低下したりするからである。特に０．４３＜ａ＜０．４９が望ましい。
【０００９】
また、０．０１≦ｂ≦０．０６としたのは、０．０６＜ｂ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５０を大きく越え、Ｑ値が低下するからであり、ｂ＜０．０１の場合はτｆが負に大きくなりτｆの絶対値が５０を越えたり、共振周波数の温度係数τｆの曲がりが大きくなり温度ドリフトの直線性が低下したりするからである。特に、０．０２≦ｂ≦０．０５が好ましい。
【００１０】
さらに、０．４５≦ｃ≦０．５３としたのは、０．５３＜ｃの場合には、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５０を大きく越えたり、共振周波数の温度係数τｆの曲がりが大きくなり温度ドリフトの直線性が低下したりするからである。ｃ＜０．４５の場合にはＱ値が低下したり、比誘電率が小さくなるからである。特に、０．４６≦ｃ≦５１の範囲が好ましい。
【００１１】
また、Ｗ、ＡｌおよびＣｅのうち少なくとも１種以上をＷＯ3、Ａｌ2Ｏ3およびＣeＯ2換算で０．０１〜３．５重量部含有したのは、０．１重量部未満の場合は温度ドリフトの直線性が低いからであり、３．５重量部より多い場合は高温（１２５℃）のＱ値の低下率が大きいからである。
【００１２】
なお、Ａｌの含有量をＡｌ2Ｏ3換算で３．０重量部未満とするのは３．０重量部以上であると高温（１２５℃）のＱ値の低下率が大きいからである。
【００１３】
なお、本発明においてＱ値とは、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Ｑｆ値に換算した値を示す。
【００１４】
かくして、本発明の誘電体磁器組成物は、比誘電率が１６〜２４程度で高いＱ値であり、かつ温度ドリフトの直線性が高く、常温（２５℃）のＱ値に対する、高温（１２５℃）のＱ値の低下率が小さいという作用効果を有する。
【００１５】
本発明の高周波用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、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウムおよび酸化チタンの各粉末を用いて、前述した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。
【００１６】
この混合物を乾燥後、１０００〜１３００℃で２〜１０時間仮焼処理する。得られた仮焼物に、酸化タングステン、酸化アルミニウムおよび酸化セリウムを前述した特定の範囲で添加し混合粉砕する。さらに所定量、例えば５重量％程度の成形用の有機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任意の形状に成形後、大気などの酸化性雰囲気中で脱バイ温度が６００℃以上、かつ保持時間が１０時間以上の条件で、脱バインダ処理し、この後、１３００〜１４００℃の温度で１〜１０時間大気中において焼成することにより誘電体磁器が得られる。
【００１７】
本発明における誘電体磁器組成物の出発原料としては、酸化物以外に炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、炭酸塩、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。さらに、Ｍｇ、ＣａおよびＴｉにおいてはゾルゲル法あるいは水熱法等により作製したＭｇＴｉＯ3、ＣａＴｉＯ３の化合物を用いても良い。
【００１８】
本発明においては、磁器中に不可避不純物としてＺｒ、Ｓｉ、Ｂａ等が混入する場合があるが、これらは、酸化物換算で各々０．４重量％以下混入しても特性上問題ない。
【００１９】
本発明の上記誘電体磁器組成物は、誘電体共振器用として最も有用である。本発明の誘電体共振器として、図１に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、金属ケース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モー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。
【００２０】
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をＴＥＭモードを用いた同軸形共振器やストリップ線路共振器、ＴＭモー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。
【００２１】
【実施例】
出発原料として高純度の炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ3）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）および酸化チタン（ＴｉＯ2）の各粉末を用いて、それらを表１のモル比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、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。
【００２２】
この混合物を乾燥後、１２００℃で２時間仮焼した。得られた仮焼物に、表１の割合となる様高純度の酸化タングステン（ＷＯ3）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）および酸化セリウム（ＣｅＯ2）を添加し、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。このスラリーを乾燥後、さらに５重量％のバインダ−を加えてから整粒し、得られた粉末を約１ｔｏｎ／ｃｍ2の圧力で円板状に成形した。得られた成形体を大気中で、脱バイ温度８００℃、保持時間１０時間の条件で脱バインダ処理を行い、この後、１３００〜１４００℃の温度で４時間大気中において焼成した。
【００２３】
得られた磁器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、常温２５℃において、円柱共振器法により測定周波数８〜１０ＧＨｚで比誘電率εｒ、Ｑ値を測定した。Ｑｆ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Ｑｆ値に換算した。さらに高温の１２５℃におけるＱ値も同様に測定し、２５℃のＱ値に対する１２５℃のＱ値の保持率を算出した。
【００２４】
共振周波数の温度係数τｆは、２５〜８５℃の範囲で測定した。また、２５〜５５℃におけるτfから５５〜８５℃のτｆを引いた値をτfの曲がり（温度ドリフト）とした。
【００２５】
【表１】
【００２６】
表１からも明らかなように、本発明の範囲外の誘電体磁器組成物では、Ｑ値が低いか、またはτｆの絶対値が５０を超えているか、またはτfの曲がり（温度ドリフト）が０±３ｐｐｍ／℃を越えていた。
【００２７】
これらに対し、本発明の誘電体磁器組成物では、比誘電率が２０〜２３、Ｑ値が８００００（１ＧＨｚにおいて）以上、τｆが±５０（ｐｐｍ／℃）以内、τfの曲がり（温度ドリフト）が０±３（ｐｐｍ/℃）以内、２５℃のＱ値に対する１２５℃のＱ値が７５％以上の保持率を有しており、優れた誘電特性が得られることが判る。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳述した通り、金属元素として少なくともＭｇ、Ｃａ、Ｔｉを含有する複合酸化物からなり、前記金属元素によるモル比による組成式をａＭｇＯ・ｂＣａＯ・ｃＴｉＯ2と表したとき、前記ａ、ｂおよびｃが、０．４２≦ａ≦０．５１、０．０１≦ｂ≦０．０６、０．４５≦ｃ≦０．５３（ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＝１）を満足する主成分組成物１００重量部に対して、Ｗ、ＡｌおよびＣｅのうち少なくとも１種以上をＷＯ3、Ａｌ2Ｏ3およびＣeＯ2換算で０．０１〜３．５重量部含有し、かつＡｌはＡｌ2Ｏ3換算で３．０重量部未満含有したことにより、高いＱ値を有し、２５℃に対する１２５℃でのＱ値の低下率が小さく、しかも２５〜８５℃の範囲において共振周波数の温度係数τfの曲がり（温度ドリフト）を０±３（ｐｐｍ／℃）の範囲で制御することが可能となる。
【００２９】
これにより、本発明の高周波用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、各種マイクロ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適用され、特に、誘電体共振器用として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の誘電体共振器を示す概略図である。
【符号の説明】
１・・・金属ケース
２・・・入力端子
３・・・出力端子
４・・・誘電体磁器
【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値を有する高周波用誘電体磁器組成物および誘電体共振器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、各種イクロ波回路のインピーダンス整合等に用いることができる高周波用誘電体磁器組成物及び誘電体共振器に関するものである。
【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こと、（２）高周波での誘電損失が小さいこと、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。
従来、この種の誘電体磁器としては、例えば、特開平５−２４９１４号公報に（１−ｘ）ＭｇＴｉＯ3・ｘＣａＴｉＯ3 系材料（但し、０．０３≦ｘ≦０．０７）が示され、特開平６−１９９５６８号公報に（１−ｘ）ＭｇＴｉＯ3・ｘＣａＴｉＯ3＋Ｃｏ2Ｏ3系材料（但し、０．９３≦ｘ≦０．９５）が示され、特開平６−１９９５６７号公報に（１−ｘ）ＭｇＴｉＯ3・ｘＣａＴｉＯ3＋Ａｌ2Ｏ3系材料（但し、０．９３≦ｘ≦０．９５）が示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの従来技術における誘電体磁器は共振周波数の温度係数τｆの曲がり、すなわち温度ドリフトの直線性が低かった。また、常温（例えば２５℃）でのＱ値と比べて高温（例えば１２５℃）でのＱ値が大きく低下する。
このためこれらの誘電体磁器を用いた誘電体共振器や誘電体基板では、温度変化に伴う特性変化を高精度に制御することが困難であり、また高周波での損失が大きくなるという問題があった。
本発明は上記事情に鑑みて完成されたもので、εrが１６〜２４程度で高いＱ値を維持しつつ、共振周波数の温度係数τｆの曲がり、すなわち温度ドリフトの直線性が高く、しかも常温のＱ値に対する高温でのＱ値の低下率が小さい高周波用誘電体磁器組成物及び誘電体共振器を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の誘電体磁器組成物は、金属元素として少なくともＭｇ、Ｃａ、Ｔｉを含有する複合酸化物からなり、前記金属元素によるモル比による組成式をａＭｇＯ・ｂＣａＯ・ｃＴｉＯ2と表したとき、前記ａ、ｂおよびｃが、
０．４２≦ａ≦０．５１
０．０１≦ｂ≦０．０６
０．４５≦ｃ≦０．５３
ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＝１
を満足する主成分組成物と、Ｗ、ＡｌおよびＣｅより選択された１種以上の元素である添加元素とを有する誘電体磁器組成物であって、前記添加元素は、少なくともＡｌを含み、かつＡｌ含有量は、前記主成分組成物１００重量部に対して、Ａｌ ２ Ｏ ３ 換算で３．０重量部未満であり、前記添加元素の総含有量は、前記主成分組成物１００重量部に対して、０．０１〜３．５重量部である高周波用誘電体磁器組成物。ただし、前記添加元素の含有量は、Ｗを含む場合はＷＯ ３ に換算し、Ｃｅを含む場合はＣeＯ ２ に換算し、Ａｌは、Ａ
ｌ ２ Ｏ ３ に換算する。
【０００５】
また、上記の誘電体磁器組成物において、１２５℃におけるＱ値が、２５℃におけるＱ値の７５％以上であることを特徴とするものである。
【０００６】
さらに、本発明の誘電体共振器は、一対の入出力端子間に誘電体磁器を配置してなり、電磁界結合により作動する誘電体共振器において、前記誘電体磁器が、上記誘電体磁器組成物からなるものである。
【作用】
本発明の高周波用誘電体磁器組成物によれば、主成分にＷ、ＡｌおよびＣｅのうち少なくとも１種以上を含有させることにより、高いＱ値を有し、かつ共振周波数の温度係数τfの曲がり（温度ドリフト）を２５〜８５℃で０±３（ｐｐｍ／℃）の範囲に制御、即ち温度ドリフトの直線性を高くすることが可能となる。
しかも、常温のＱ値に対する高温でのＱ値の低下率を小さくすることが可能となる。
【０００７】
本発明においては、金属元素として少なくともＭｇ、Ｃａ、Ｔｉを含有する複合酸化物からなり、前記金属元素によるモル比による組成式をａＭｇＯ・ｂＣａＯ・ｃＴｉＯ2と
表したとき、前記ａ、ｂおよびｃが、
０．４２≦ａ≦０．５１
０．０１≦ｂ≦０．０６
０．４５≦ｃ≦０．５３
ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＝１
を満足する主成分組成物と、Ｗ、ＡｌおよびＣｅより選択された１種以上の元素である添加元素とを有する誘電体磁器組成物であって、前記添加元素は、少なくともＡｌを含み、かつＡｌ含有量は、前記主成分組成物１００重量部に対して、Ａｌ ２ Ｏ ３ 換算で３．０重量部未満であり、前記添加元素の総含有量は、前記主成分組成物１００重量部に対して、０．０１〜３．５重量部であることが重要である。ただし、前記添加元素の含有量は、Ｗを含む場合はＷＯ ３ に換算し、Ｃｅを含む場合はＣeＯ ２ に換算し、Ａｌは、Ａｌ ２ Ｏ ３
に換算する。これらのａ、ｂ、ｃ、及びＷＯ3、Ａｌ2Ｏ3、ＣｅＯ2の含有量を上記の範囲に限定した理由は以下の通りである。
【０００８】
即ち、０．４２≦ａ≦０．５１としたのは、０．５１＜ａの場合はＱ値が低下したり、τｆが負に大きくなりτｆの絶対値が５０を越えてしまうからである。
ａ＜０．４２の場合はＱ値が低下したり、τｆが正に大きくなり、τｆの絶対値が５０を大きく越えたり、共振周波数の温度係数τｆの曲がりが大きくなり温度ドリフトの直線性が低下したりするからである。特に０．４３＜ａ＜０．４９が望ましい。
【０００９】
また、０．０１≦ｂ≦０．０６としたのは、０．０６＜ｂ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５０を大きく越え、Ｑ値が低下するからであり、ｂ＜０．０１の場合はτｆが負に大きくなりτｆの絶対値が５０を越えたり、共振周波数の温度係数τｆの曲がりが大きくなり温度ドリフトの直線性が低下したりするからである。特に、０．０２≦ｂ≦０．０５が好ましい。
【００１０】
さらに、０．４５≦ｃ≦０．５３としたのは、０．５３＜ｃの場合には、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５０を大きく越えたり、共振周波数の温度係数τｆの曲がりが大きくなり温度ドリフトの直線性が低下したりするからである。ｃ＜０．４５の場合にはＱ値が低下したり、比誘電率が小さくなるからである。特に、０．４６≦ｃ≦５１の範囲が好ましい。
【００１１】
また、Ｗ、ＡｌおよびＣｅのうち少なくとも１種以上をＷＯ3、Ａｌ2Ｏ3およびＣeＯ2換算で０．０１〜３．５重量部含有したのは、０．１重量部未満の場合は温度ドリフトの直線性が低いからであり、３．５重量部より多い場合は高温（１２５℃）のＱ値の低下率が大きいからである。
【００１２】
なお、Ａｌの含有量をＡｌ2Ｏ3換算で３．０重量部未満とするのは３．０重量部以上であると高温（１２５℃）のＱ値の低下率が大きいからである。
【００１３】
なお、本発明においてＱ値とは、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Ｑｆ値に換算した値を示す。
【００１４】
かくして、本発明の誘電体磁器組成物は、比誘電率が１６〜２４程度で高いＱ値であり、かつ温度ドリフトの直線性が高く、常温（２５℃）のＱ値に対する、高温（１２５℃）のＱ値の低下率が小さいという作用効果を有する。
【００１５】
本発明の高周波用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、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウムおよび酸化チタンの各粉末を用いて、前述した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。
【００１６】
この混合物を乾燥後、１０００〜１３００℃で２〜１０時間仮焼処理する。得られた仮焼物に、酸化タングステン、酸化アルミニウムおよび酸化セリウムを前述した特定の範囲で添加し混合粉砕する。さらに所定量、例えば５重量％程度の成形用の有機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任意の形状に成形後、大気などの酸化性雰囲気中で脱バイ温度が６００℃以上、かつ保持時間が１０時間以上の条件で、脱バインダ処理し、この後、１３００〜１４００℃の温度で１〜１０時間大気中において焼成することにより誘電体磁器が得られる。
【００１７】
本発明における誘電体磁器組成物の出発原料としては、酸化物以外に炭酸塩、酢酸塩、硝酸塩、炭酸塩、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。さらに、Ｍｇ、ＣａおよびＴｉにおいてはゾルゲル法あるいは水熱法等により作製したＭｇＴｉＯ3、ＣａＴｉＯ３の化合物を用いても良い。
【００１８】
本発明においては、磁器中に不可避不純物としてＺｒ、Ｓｉ、Ｂａ等が混入する場合があるが、これらは、酸化物換算で各々０．４重量％以下混入しても特性上問題ない。
【００１９】
本発明の上記誘電体磁器組成物は、誘電体共振器用として最も有用である。本発明の誘電体共振器として、図１に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、金属ケース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モー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。
【００２０】
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をＴＥＭモードを用いた同軸形共振器やストリップ線路共振器、ＴＭモー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。
【００２１】
【実施例】
出発原料として高純度の炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ3）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）および酸化チタン（ＴｉＯ2）の各粉末を用いて、それらを表１のモル比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、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。
【００２２】
この混合物を乾燥後、１２００℃で２時間仮焼した。得られた仮焼物に、表１の割合となる様高純度の酸化タングステン（ＷＯ3）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）および酸化セリウム（ＣｅＯ2）を添加し、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。このスラリーを乾燥後、さらに５重量％のバインダ−を加えてから整粒し、得られた粉末を約１ｔｏｎ／ｃｍ2の圧力で円板状に成形した。得られた成形体を大気中で、脱バイ温度８００℃、保持時間１０時間の条件で脱バインダ処理を行い、この後、１３００〜１４００℃の温度で４時間大気中において焼成した。
【００２３】
得られた磁器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、常温２５℃において、円柱共振器法により測定周波数８〜１０ＧＨｚで比誘電率εｒ、Ｑ値を測定した。Ｑｆ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Ｑｆ値に換算した。さらに高温の１２５℃におけるＱ値も同様に測定し、２５℃のＱ値に対する１２５℃のＱ値の保持率を算出した。
【００２４】
共振周波数の温度係数τｆは、２５〜８５℃の範囲で測定した。また、２５〜５５℃におけるτfから５５〜８５℃のτｆを引いた値をτfの曲がり（温度ドリフト）とした。
【００２５】
【表１】
表１からも明らかなように、本発明の範囲外の誘電体磁器組成物では、Ｑ値が低いか、またはτｆの絶対値が５０を超えているか、またはτfの曲がり（温度ドリフト）が０±３ｐｐｍ／℃を越えていた。
【００２７】
これらに対し、本発明の誘電体磁器組成物では、比誘電率が２０〜２３、Ｑ値が８００００（１ＧＨｚにおいて）以上、τｆが±５０（ｐｐｍ／℃）以内、τfの曲がり（温度ドリフト）が０±３（ｐｐｍ/℃）以内、２５℃のＱ値に対する１２５℃のＱ値が７５％以上の保持率を有しており、優れた誘電特性が得られることが判る。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳述した通り、金属元素として少なくともＭｇ、Ｃａ、Ｔｉを含有する複合酸化物からなり、前記金属元素によるモル比による組成式をａＭｇＯ・ｂＣａＯ・ｃＴｉＯ2と表したとき、前記ａ、ｂおよびｃが、０．４２≦ａ≦０．５１、０．０１≦ｂ≦０．０６、０．４５≦ｃ≦０．５３（ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＝１）を満足する主成分組成物１００重量部に対して、Ｗ、ＡｌおよびＣｅのうち少なくとも１種以上をＷＯ3、Ａｌ2Ｏ3およびＣeＯ2換算で０．０１〜３．５重量部含有し、かつＡｌはＡｌ2Ｏ3換算で３．０重量部未満含有したことにより、高いＱ値を有し、２５℃に対する１２５℃でのＱ値の低下率が小さく、しかも２５〜８５℃の範囲において共振周波数の温度係数τfの曲がり（温度ドリフト）を０±３（ｐｐｍ／℃）の範囲で制御することが可能となる。
【００２９】
これにより、本発明の高周波用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、各種マイクロ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適用され、特に、誘電体共振器用として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の誘電体共振器を示す概略図である。
【符号の説明】
１・・・金属ケース
２・・・入力端子
３・・・出力端子
４・・・誘電体磁器
Claims (3)
- 金属元素として少なくともＭｇ、Ｃａ、Ｔｉを含有する複合酸化物からなり、前記金属元素のモル比による組成式をａＭｇＯ・ｂＣａＯ・ｃＴｉＯ２と表したとき、前記ａ、ｂおよびｃが、
０．４２≦ａ≦０．５１
０．０１≦ｂ≦０．０６
０．４５≦ｃ≦０．５３
ただし、ａ＋ｂ＋ｃ＝１
を満足する主成分組成物と、Ｗ、ＡｌおよびＣｅより選択された１種以上の元素である添加元素とを有する誘電体磁器組成物であって、前記添加元素は、少なくともＡｌを含み、かつＡｌ含有量は、前記主成分組成物１００重量部に対して、Ａｌ ２ Ｏ ３ 換算で３．０重量部未満であり、前記添加元素の総含有量は、前記主成分組成物１００重量部に対して、０．０１〜３．５重量部である高周波用誘電体磁器組成物。ただし、前記添加元素の含有量は、Ｗを含む場合はＷＯ ３ に換算し、Ｃｅを含む場合はＣeＯ ２ に換算し、Ａｌは、Ａ
ｌ ２ Ｏ ３ に換算する。 - １２５℃におけるＱ値が、２５℃におけるＱ値の７５％以上であることを特徴とする請求項１記載の高周波用誘電体磁器組成物。
- 一対の入出力端子間に請求項１または２記載の高周波用誘電体磁器組成物からなる誘電体磁器を配置してなり、電磁界結合により作動するようにしたことを特徴とする誘電体共振器。
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