JP2001139370A - 誘電体セラミック、セラミックコンデンサおよびセラミック発振子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機械的強度が高く、表面実装部品を構成する
のに適した誘電体セラミックを提供する。 【解決手段】 少なくとも金属元素として、Ｂａ、Ｃａ
およびＴｉを含み、ＢａＴｉＯ₃ を主結晶とする、誘電
体セラミックであって、Ｘ線回折におけるＢａＴｉＯ₃
結晶相の（１，１，０）面および（１，０，１）面のピ
ークＰ１と（１，１，１）面のピークＰ２との間に検出
されるＣａＴｉＯ₃ 結晶相の（１，２，１）面のピーク
Ｐ４の強度が、上記ピークＰ１の強度の４％以上である
とともに、上記ピークＰ１と（１，０，０）面および
（０，０，１）面のピークＰ３との間に検出されるＢａ
ＴｉＯ₃ 以外のＢａおよびＴｉを含む結晶相のピークＰ
５，Ｐ６の強度が、上記ピークＰ１の強度の５％以上か
つ１００％以下である、誘電体セラミック。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、誘電体セラミッ
ク、セラミックコンデンサおよびセラミック発振子に関
するもので、特に、誘電体セラミックにおける機械的強
度の向上を図るための改良、ならびに、このような誘電
体セラミックを用いて構成される、セラミックコンデン
サおよびセラミック発振子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子機器の小型化に伴い、そこに用いら
れる、たとえばセラミックコンデンサについて言えば、
リード線付きのものから表面実装されるチップタイプの
ものへと主流が移ってきている。

【０００３】他方、従来、高誘電率であって温度に対す
る誘電率変化の小さい誘電体セラミックとしては、Ｂａ
ＴｉＯ₃ を主成分とし、これにＮｂ₂ Ｏ₅ 、ＣｏＯ、Ｎ
ｉＯ、希土類元素等を微量添加した誘電体セラミック
や、同じく、ＢａＴｉＯ₃ を主成分とし、これにＢｉ₂
Ｏ₃ 、ＳｎＯ₂ 、ＺｒＯ₂ 、希土類元素等を微量添加し
た誘電体セラミックが用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のような誘電体セ
ラミックは、誘電率が高いものの、機械的強度が比較的
低く、また、誘電率を高くすると、機械的強度が低下す
る傾向にある。具体的には、誘電率が１０００程度の誘
電体セラミックについては、抗折強度が１０００Ｋｇｆ
／ｃｍ² レベルであり、誘電率が２０００程度の誘電体
セラミックにあっては、抗折強度が６５０Ｋｇｆ／ｃｍ
² レベルである。

【０００５】したがって、このような誘電体セラミッ
ク、特に誘電率が２０００以上の誘電体セラミックを、
たとえば、表面実装されるチップタイプのセラミックコ
ンデンサにおいて用いると、このセラミックコンデンサ
を搭載している基板の撓みによって、セラミックコンデ
ンサにクラックが生じやすい等の問題に遭遇する。ま
た、このクラック等の問題を回避するため、セラミック
コンデンサの厚みを厚くすると、電子部品の低背化を阻
害してしまう。

【０００６】そこで、この発明の目的は、高い機械的強
度を有し、誘電率が高く、しかも温度に対する誘電率変
化が小さい、誘電体セラミックを提供しようとすること
である。

【０００７】この発明の他の目的は、上述のような誘電
体セラミックを用いて構成される、表面実装に適したセ
ラミックコンデンサを提供しようとすることである。

【０００８】この発明のさらに他の目的は、上述したよ
うな誘電体セラミックを用いて構成される容量素子が付
加された、表面実装に適したセラミック発振子を提供し
ようとすることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本件発明者は、上述した
技術的課題を解決するため、ＢａＴｉＯ₃ にＣａＴｉＯ
₃ を添加することによって、誘電体セラミックにおい
て、高誘電率相と低誘電率相とを有する２相誘電体構造
を形成することが有効であることを見出し、この発明を
なすに至ったものである。

【００１０】なお、ＢａＴｉＯ₃ にＣａＴｉＯ₃ を添加
することによって、温度に対する誘電率変化が小さくさ
れた、誘電体セラミックとして、特開昭６０−９７５０
８号公報に記載された系のものがあるが、この誘電体セ
ラミックにおいては、ＣａＴｉＯ₃ の含有量が９．７重
量％と少ないため、機械的強度の向上は期待できない。

【００１１】また、この公報に記載された誘電体セラミ
ックに関して、ＣａＴｉＯ₃ の添加量を９．７重量％よ
り多くすると、ＢａＴｉＯ₃ とＣａＴｉＯ₃ との固溶が
進むため、温度に対する誘電率変化が大きくなり、しか
も抗折強度が低下する。よって、この公報に記載された
技術に頼る限り、誘電率の温度特性が良好で、しかも高
い抗折強度を得るためのＣａＴｉＯ₃ 添加量は、最大で
も１０重量％程度である。

【００１２】これに対して、この発明によれば、より特
定的な好ましい実施態様に基づいて説明すると、ＢａＴ
ｉＯ₃ に、ＣａＴｉＯ₃ とＡ₂ Ｏ₅ （ただし、Ａは、Ｔ
ａおよびＮｂのうちの少なくとも１種）とＢＯ（ただ
し、Ｂは、Ｃｏ、Ｎｉ、ＺｎおよびＭｇのうちの少なく
とも１種）とを同時に添加し、さらに、Ａ₂ Ｏ₅ とＢＯ
との含有比率を最適化することによって、ＢａＴｉＯ₃
とＣａＴｉＯ₃ との固溶を抑制した誘電体セラミックを
提供することができる。

【００１３】この好ましい実施態様によれば、ＢａＴｉ
Ｏ₃ に過剰のＣａＴｉＯ₃ を添加することが可能とな
り、そのため、誘電率が１０００レベルのもので抗折強
度が１４００Ｋｇｆ／ｃｍ² 以上の値が得られ、誘電率
が２０００レベルのもので抗折強度が１０００Ｋｇｆ／
ｃｍ² 以上の値が得られ、しかも誘電率の温度変化が−
２５℃〜＋８５℃の温度領域において±１０％以内とい
う誘電体セラミックを得ることができる。

【００１４】なお、この発明は、上述のＢａＴｉＯ₃ −
ＣａＴｉＯ₃ −Ａ₂ Ｏ₅ −ＢＯ系に限らず、たとえば、
ＢａＴｉＯ₃ −ＣａＴｉＯ₃ −Ｂｉ₂ Ｏ₃ −ＳｎＯ₂ 系
の誘電体セラミックにも適用することができる。そのた
め、この発明に係る誘電体セラミックは、それを構成す
る組成については特に限定されるものではなく、以下の
ように、Ｘ線回折による測定データによって規定され
る。

【００１５】すなわち、この発明は、少なくとも金属元
素として、Ｂａ、ＣａおよびＴｉを含み、ＢａＴｉＯ₃
を主結晶とする、誘電体セラミックにまず向けられるも
のであって、Ｘ線回折におけるＢａＴｉＯ₃ 結晶相の
（１，１，０）面および（１，０，１）面のピークと
（１，１，１）面のピークとの間に検出されるＣａＴｉ
Ｏ ₃ 結晶相の（１，２，１）面のピーク強度が、ＢａＴ
ｉＯ₃ 結晶相の（１，１，０）面および（１，０，１）
面のピーク強度の４％以上であるとともに、Ｘ線回折に
おけるＢａＴｉＯ₃ 結晶相の（１，１，０）面および
（１，０，１）面のピークと（１，０，０）面および
（０，０，１）面のピークとの間に検出されるＢａＴｉ
Ｏ₃ 以外のＢａおよびＴｉを含む結晶相のいずれかのピ
ーク強度が、ＢａＴｉＯ₃ 結晶相の（１，１，０）面お
よび（１，０，１）面のピーク強度の５％以上であり、
かつＢａＴｉＯ₃ 以外のＢａおよびＴｉを含む結晶相の
すべてのピーク強度が、ＢａＴｉＯ₃ 結晶相の（１，
１，０）面および（１，０，１）面のピーク強度の１０
０％以下であることを特徴としている。

【００１６】この発明に係る誘電体セラミックの好まし
い実施態様では、上述した誘電体セラミックは、ＢａＴ
ｉＯ₃ 、ＣａＴｉＯ₃ 、ＢＯ（ただし、Ｂは、Ｃｏ、Ｎ
ｉ、ＺｎおよびＭｇのうちの少なくとも１種）およびＡ
₂ Ｏ₅ （ただし、Ａは、ＴａおよびＮｂのうちの少なく
とも１種）を含み、ＢａＴｉＯ₃ を１００モルとしたと
き、ＣａＴｉＯ₃ が１５〜７０モル、ＢＯが０．５〜
４．０モルの各比率で含有するとともに、Ａ₂ Ｏ₅ とＢ
Ｏとの含有比率は、ＡＯ_5/2 ／ＢＯに換算して、１．５
〜６．０の範囲内に選ばれる。

【００１７】上述した好ましい実施態様において、Ｃａ
ＴｉＯ₃ は、ＢａＴｉＯ₃ を１００モルとしたとき、２
５〜７０モルの比率で含有することがより好ましい。

【００１８】また、上述のように、ＢａＴｉＯ₃ を１０
０モルとしたとき、ＣａＴｉＯ₃ が２５〜７０モルの比
率で含有するとき、さらに、Ｒｅ₂ Ｏ₃ （ただし、Ｒｅ
は、Ｎｄ、Ｌａ、Ｃｅ、ＰｒおよびＳｍから選ばれる少
なくとも１種）を、ＲｅＯ_{3/ 2} に換算して、０．３〜
３．５モル含有することがなお好ましい。

【００１９】この発明は、また、上述の誘電体セラミッ
クからなる誘電体と、この誘電体の少なくとも一部を介
して対向するように設けられる少なくとも１対の電極と
を備える、セラミックコンデンサに向けられ、さらに、
上述のような誘電体セラミックを用いて構成される容量
素子を備える、セラミック発振子にも向けられる。

【００２０】

【発明の実施の形態】この発明に係る誘電体セラミック
は、たとえば、図１に示すセラミックコンデンサ１、図
２に示す積層セラミックコンデンサ１１および図３に示
すセラミック発振子２１において有利に用いることがで
きる。以下に、これらセラミックコンデンサ１、積層セ
ラミックコンデンサ１１およびセラミック発振子２１の
各々の構成について説明する。

【００２１】図１に断面図で示すように、セラミックコ
ンデンサ１は、たとえば円板状の誘電体２と、この誘電
体２を介して対向するように誘電体２の各主面上に設け
られる１対の電極３および４とを備えている。

【００２２】このようなセラミックコンデンサ１におい
て、誘電体２が、この発明に係る誘電体セラミックから
構成される。誘電体２は、単板であり、また、取得静電
容量を大きくするためには、薄くされなければならない
ので、誘電体２は割れや欠けが生じやすい状況にある
が、誘電体２において、この発明に係る誘電体セラミッ
クを用いると、その機械的強度が高いため、このような
割れや欠けを生じにくくすることができる。

【００２３】次に、図２に断面図で示すように、積層セ
ラミックコンデンサ１１は、複数のセラミック層１２か
らなる積層構造を有する誘電体１３を備える。また、誘
電体１３の内部であって、セラミック層１２の特定の界
面に沿って、複数組の第１および第２の内部電極１４お
よび１５が形成される。第１および第２の内部電極１４
および１５は、誘電体１３の一部を介して互いに対向し
ている。

【００２４】また、誘電体１３の外表面上であって、各
端部には、第１および第２の外部電極１６および１７が
それぞれ形成される。第１および第２の内部電極１４お
よび１５は、それぞれ、第１および第２の外部電極１６
および１７に電気的に接続されるように、誘電体１３の
各端面にまで届くように引き出されている。

【００２５】上述した積層セラミックコンデンサ１１に
おいて、誘電体１３が、この発明に係る誘電体セラミッ
クによって構成される。この積層セラミックコンデンサ
１１は、多くの場合、適宜の基板上に表面実装されるの
で、基板の撓みによって、誘電体１３にクラックが生じ
る等の問題に遭遇しやすいが、誘電体１３において、こ
の発明に係る誘電体セラミックを用いると、その機械的
強度を高めることができ、そのため、クラック等を生じ
にくくすることができるとともに、積層セラミックコン
デンサ１１の薄型化すなわち低背化を進めることが容易
になる。

【００２６】次に、図３に斜視図で示したセラミック発
振子２１は、図４に示すような等価回路を有している。
すなわち、セラミック発振子２１は、３つの端子Ｔ１、
Ｔ２およびＴ３を備え、端子Ｔ１およびＴ２の間に発振
エレメントＯＳＣが接続され、端子Ｔ１およびＴ３の間
に付加容量Ｃ１が接続され、端子Ｔ２およびＴ３の間に
付加容量Ｃ２が接続されている。

【００２７】図５は、図３に示したセラミック発振子２
１を分解して示す斜視図である。

【００２８】セラミック発振子２１は、圧電体板２２を
備え、この圧電体板２２のための外装となる第１および
第２の誘電体板２３および２４によって圧電体板２２が
挟まれた構造を有している。

【００２９】また、セラミック発振子２１は、図３に示
すように、その外表面上に電極２５、２６および２７を
形成している。図６は、図５に示した第２の誘電体板２
４の裏面を示すものであるが、この図６によく示されて
いるように、電極２５、２６および２７は、互いに平行
に、かつ、それぞれ、帯状に延びている。電極２５、２
６および２７は、それぞれ、図４に示した端子Ｔ１、Ｔ
２およびＴ３を与えるとともに、面方向での互いの対向
によって、付加容量Ｃ１およびＣ２を与えるものであ
る。

【００３０】圧電体板２２は、図４に示した発振エレメ
ントＯＳＣを与えるもので、図５において詳細には図示
されないが、電極２８等を形成している。第２の誘電体
板２４の、圧電体板２２側に向く面には、圧電体板２２
の振動を許容するための凹部２９が設けられている。

【００３１】このようなセラミック発振子２１におい
て、第１の誘電体板２３は、誘電率の比較的低い誘電体
セラミックから構成されてもよい。これに対して、第２
の誘電体板２４は、図４に示した付加容量Ｃ１およびＣ
２の形成に寄与するものであるので、誘電率の比較的高
い誘電体セラミックから構成される。この第２の誘電体
板２４を構成する誘電体セラミックとして、この発明に
係る誘電体セラミックが用いられる。

【００３２】セラミック発振子２１は、適宜の基板上に
表面実装されるものであるが、その低背化のためには、
たとえば、第２の誘電体板２４において薄型化を図るこ
とが有効である。しかしながら、第２の誘電体板２４に
あっては、凹部２９が設けられることもあって、所定以
上の強度を維持しながら薄型化を図ることが困難である
という問題を含んでいる。前述したように、第２の誘電
体板２４が、この発明に係る誘電体セラミックによって
構成されると、この誘電体セラミックは高い機械的強度
を有しているので、第２の誘電体板２４の薄型化を有利
に図ることができ、また、このセラミック発振子２１が
表面実装される基板に撓みが生じても、第２の誘電体板
２４等にクラックがもたらされにくくすることができ
る。

【００３３】以上のようなセラミックコンデンサ１にお
ける誘電体２、積層セラミックコンデンサ１１における
誘電体１３あるいはセラミック発振子２１における第２
の誘電体板２４を構成するために用いられる、この発明
に係る誘電体セラミックは、少なくとも金属元素とし
て、Ｂａ、ＣａおよびＴｉを含み、ＢａＴｉＯ₃ を主結
晶とするものであって、Ｘ線回折におけるＢａＴｉＯ₃
結晶相の（１，１，０）面および（１，０，１）面のピ
ークと（１，１，１）面のピークとの間に検出されるＣ
ａＴｉＯ₃ 結晶相の（１，２，１）面のピーク強度が、
ＢａＴｉＯ₃ 結晶相の（１，１，０）面および（１，
０，１）面のピーク強度の４％以上であるとともに、Ｘ
線回折におけるＢａＴｉＯ₃ の結晶相の（１，１，０）
面および（１，０，１）面のピークと（１，０，０）面
および（０，０，１）面のピークとの間に検出されるＢ
ａＴｉＯ₃ 以外のＢａおよびＴｉを含む結晶相のいずれ
かのピーク強度が、ＢａＴｉＯ₃ 結晶相の（１，１，
０）面および（１，０，１）面のピーク強度の５％以上
であり、かつＢａＴｉＯ₃ 以外のＢａおよびＴｉを含む
結晶相のすべてのピーク強度が、ＢａＴｉＯ₃ 結晶相の
（１，１，０）面および（１，０，１）面のピーク強度
の１００％以下である、誘電体セラミックである。

【００３４】上述した誘電体セラミックは、好ましく
は、ＢａＴｉＯ₃ 、ＣａＴｉＯ₃ 、ＢＯ（ただし、Ｂ
は、Ｃｏ、Ｎｉ、ＺｎおよびＭｇのうちの少なくとも１
種）およびＡ₂ Ｏ₅ （ただし、Ａは、ＴａおよびＮｂの
うちの少なくとも１種）を含み、ＢａＴｉＯ₃ を１００
モルとしたとき、ＣａＴｉＯ₃ が１５〜７０モル、ＢＯ
が０．５〜４．０モルの各比率で含有するとともに、Ａ
₂ Ｏ₅ とＢＯとの含有比率は、ＡＯ_{5 /2}／ＢＯに換算し
て、１．５〜６．０の範囲内に選ばれる。

【００３５】また、上述したＣａＴｉＯ₃ の好ましい含
有量である１５〜７０モルは、さらに２５〜７０モルに
限定されることがより好ましい。

【００３６】また、上述のようにＣａＴｉＯ₃ の含有量
が２５〜７０モルとされるとき、ＢａＴｉＯ₃ １００モ
ルに対して、さらに、Ｒｅ₂ Ｏ₃ （ただし、Ｒｅは、Ｎ
ｄ、Ｌａ、Ｃｅ、ＰｒおよびＳｍから選ばれる少なくと
も１種）を、ＲｅＯ_3/2 に換算して、０．３〜３．５モ
ル含有することが好ましい。

【００３７】このようなこの発明の範囲およびより好ま
しい範囲を規定するために実施した実験例について、以
下に説明する。

【００３８】

【実験例１】純度９９％以上のＢａＣＯ₃ とＴｉＯ₂ と
を等モルずつ秤量し、これらをボールミルによって混合
し、乾燥後、１１００℃の温度で２時間仮焼することに
よって、ＢａＴｉＯ₃ を生成した。

【００３９】他方、純度９８％以上のＣａＣＯ₃ とＴｉ
Ｏ₂ とを等モルずつ秤量し、これらをボールミルによっ
て混合し、乾燥後、１１５０℃の温度で２時間仮焼する
ことによって、ＣａＴｉＯ₃ を生成した。

【００４０】次いで、これら生成されたＢａＴｉＯ₃ お
よびＣａＴｉＯ₃ ならびにＡ₂ Ｏ₅成分（Ａは、Ｎｂお
よびＴａのいずれか）およびＢＯ成分（Ｂは、Ｃｏ、Ｎ
ｉ、ＭｇおよびＺｎのいずれか）を、表１ないし表８に
示す割合であって、合計１００ｇになるスケールで秤量
し、これらに対して、酢酸ビニルエマルジョン５０％溶
液を１０重量％添加した状態でボールミルによる混合を
実施し、その後、乾燥および造粒工程を経て、各試料に
係るセラミック粉末を得た。

【００４１】

【表１】

【００４２】

【表２】

【００４３】

【表３】

【００４４】

【表４】

【００４５】

【表５】

【００４６】

【表６】

【００４７】

【表７】

【００４８】

【表８】

【００４９】次に、上述した各試料に係るセラミック粉
末を、長さ３４ｍｍ、幅５ｍｍ、厚さ３．６ｍｍの角棒
となるように、１トン／ｃｍ² の圧力で成形し、１３３
０℃で２時間焼成し、それによって、ＪＩＳ規格（Ｒ１
６０１）に従った棒状試験片となるように加工した。こ
れら各試料に係る棒状試験片について、３点曲げ試験機
を用いて破断値を測定した。得られた破断値から、抗折
強度を求めた。

【００５０】他方、各試料に係るセラミック粉末を、直
径１５ｍｍ、厚さ０．６ｍｍの円板となるように、１ト
ン／ｃｍ² の圧力で成形し、１３３０℃で２時間焼成し
た。このようにして得られた誘電体セラミックに銀電極
を焼き付けて、図１に示すセラミックコンデンサ１のよ
うな形態を有するセラミックコンデンサを作製し、これ
らセラミックコンデンサについて、銀電極を焼き付けた
後、２４時間以上経過してから、２５℃における静電容
量と、誘電損失（ｔａｎδ）と、＋２０℃を基準とした
−２５℃〜＋８５℃間の誘電率の温度変化率（ＴＣ）と
をそれぞれ求めた。なお、誘電率は、静電容量から計算
して求めた。

【００５１】以上のようにして求めた誘電率、誘電損失
（ｔａｎδ）、誘電率の温度変化率（ＴＣ）および抗折
強度がそれぞれ表１ないし表８に示されている。

【００５２】また、上述のようにして得られた誘電体セ
ラミックの表面について、ＣｕーＫα線を用いたＸ線回
折の測定を行なった。図７には、表１ないし表８に示し
た多数の試料のうちから選ばれた代表的な試料としての
試料２３、３１、３６、４１および４６の各々について
のＸ線回折図を多重記録したものが示されている。

【００５３】図７を参照して、Ｘ線回折図において、ま
ず、主結晶であるＢａＴｉＯ₃ 結晶相の（１，１，０）
面および（１，０，１）面のピークＰ１、同じく（１，
１，１）面のピークＰ２、ならびに同じく（１，０，
０）面および（０，０，１）面のピークＰ３が表われて
いる。

【００５４】また、上述のピークＰ１とピークＰ２との
間には、ＣａＴｉＯ₃ 結晶相の（１，２，１）面のピー
クＰ４が検出される。

【００５５】また、上述したピークＰ１とピークＰ３と
の間には、ＢａＴｉＯ₃ 以外のＢａおよびＴｉを含む異
相としての結晶相のピーク、すなわちＢＴ−Ａ結晶相の
ピークＰ５およびＢＴ−Ｂ結晶相のピークＰ６が検出さ
れる。

【００５６】なお、より具体的には、ＢＴーＡ結晶相
は、Ｂａ₄ Ｔｉ₁₂Ｏ₂₇結晶相であり、ＢＴ−Ｂ結晶相
は、Ｂａ₆ Ｔｉ₁₄Ａ₂ Ｏ₂₇結晶相であって、図７に示し
た試料２３、３１、３６、４１および４６にあっては、
ＡはＮｂである。

【００５７】また、ＢＴ−Ｂ結晶相のピークは、ピーク
Ｐ６とピークＰ７とであり、ピークＰ７は、ＢａＴｉＯ
₃ 結晶相の（１，１，１）面のピークＰ２の近傍に検出
される。

【００５８】上述したようなピークＰ１ないしＰ７のう
ち、ＢａＴｉＯ₃ 結晶相の（１，１，０）面および
（１，０，１）面のピークＰ１の強度、ＣａＴｉＯ₃ 結
晶相の（１，２，１）面のピークＰ４の強度、ＢＴ−Ａ
結晶相のピークＰ５の強度、ならびにＢＴ−Ｂ結晶相の
ピークＰ６の強度をそれぞれ測定し、これらの測定結果
から、ＢａＴｉＯ₃ 結晶相のピークＰ１の強度に対す
る、ＣａＴｉＯ₃ 結晶相のピークＰ４の強度の比、ＢＴ
−Ａ結晶相のピークＰ５の強度の比、およびＢＴ−Ｂ結
晶相のピークＰ６の強度の比をそれぞれ求めた。

【００５９】表１ないし表８の「Ｘ線回折」の欄におい
て、これらの強度比（％）が示されている。より詳細に
は、「ＣＴ」は、ＣａＴｉＯ₃ 結晶相のピークＰ４に関
する強度比を示し、「ＢＴ−Ａ」は、ＢＴ−Ａ結晶相の
ピークＰ５に関する強度比を示し、「ＢＴ−Ｂ」は、Ｂ
Ｔ−Ｂ結晶相のピークＰ６に関する強度比を示してい
る。

【００６０】表１ないし表８において、試料番号に※を
付したものは、この発明の範囲外のものあるいは好まし
い範囲から外れたものである。

【００６１】表１ないし表８における「ＴＣ」、「抗折
強度」および「Ｘ線回折」の各欄に注目すれば、Ｘ線回
折における「ＣＴ」強度比、「ＢＴ−Ａ」強度比および
「ＢＴ−Ｂ」強度比が高くなるほど、誘電率の温度特性
が良好で、かつ抗折強度が高くなる傾向が表れているこ
とがわかる。この点に関して、この発明では、「ＣＴ」
強度比が 4％以上であるとき、この発明の範囲内とさ
れ、「ＢＴ−Ａ」強度比および「ＢＴ−Ｂ」強度比のい
ずれかが５％以上であるとき、この発明の範囲内とされ
る。

【００６２】しかし、ＢＴ−Ａ結晶相およびＢＴ−Ｂ結
晶相のいずれかのピーク強度が、ＢａＴｉＯ₃ 結晶相の
ピーク強度より高くなる場合、すなわち、「ＢＴ−Ａ」
強度比および「ＢＴ−Ｂ」強度比のいずれかが１００％
を超える場合には、抗折強度は高いものの、誘電率の温
度特性が±１０％を外れることがわかる。このことか
ら、この発明では、「ＢＴ−Ａ」強度比および「ＢＴ−
Ｂ」強度比の双方とも１００％以下にあるとき、この発
明の範囲内とされる。

【００６３】また、この発明に係る誘電体セラミック
は、好ましくは、ＢａＴｉＯ₃ 、ＣａＴｉＯ₃ 、ＢＯ
（ただし、Ｂは、Ｃｏ、Ｎｉ、ＺｎおよびＭｇのうちの
少なくとも１種）およびＡ₂ Ｏ₅ （ただし、Ａは、Ｔａ
およびＮｂのうちの少なくとも１種）を含み、ＢａＴｉ
Ｏ₃ を１００モルとしたとき、ＣａＴｉＯ₃ が１５〜７
０モル、ＢＯが０．５〜４．０モルの各比率で含有する
とともに、Ａ₂ Ｏ₅ とＢＯとの含有比率が、ＡＯ_5/2 ／
ＢＯに換算して、１．５〜６．０の範囲内に選ばれる。

【００６４】以下に、表１ないし表８に示したいくつか
の試料について、その組成を参照しながら、得られた特
性について説明する。

【００６５】試料１〜６のように、ＣａＴｉＯ₃ の添加
量が、ＢａＴｉＯ₃ １００．０モルに対して、１５．０
モル未満となると、誘電率が２０００レベルのもので抗
折強度が１０００Ｋｇｆ／ｃｍ² 未満となるばかりでな
く、誘電率が２０００未満のものでさえも抗折強度が１
０００Ｋｇｆ／ｃｍ² 未満となってしまう。このとき、
Ｘ線回折においては、「ＣＴ」強度比は、いずれも、４
％未満となっている。

【００６６】他方、試料７２〜７７のように、ＣａＴｉ
Ｏ₃ の添加量が７０．０モルを超えると、抗折強度が十
分に高いものの、誘電率が１０００よりも低くなった
り、誘電率が１０００以上の場合には、誘電率の温度特
性が±１０％以内に入らなかったりする。

【００６７】また、試料１９、２７、３２、８１、９
２、１０３、１１４、１２５、１３６および１４７のよ
うに、ＢＯの添加量が０．５モル未満となると、誘電率
の温度変化率が±１０％以内に入らなくなり、また、誘
電率が２０００を超えるが、多くの試料において、抗折
強度が１０００Ｋｇｆ／ｃｍ² より小さくなり、たとえ
１０００Ｋｇｆ／ｃｍ² 以上の試料があっても、１００
０Ｋｇｆ／ｃｍ² をそれほど上回らない。これらの試料
では、Ｘ線回折における「ＢＴ−Ａ」強度比「ＢＴ−
Ｂ」強度比のいずれもが５％未満であって、また、「Ｃ
Ｔ」強度比についても比較的低い。これらの結果から、
これら試料においては、ＢａＴｉＯ₃ とＣａＴｉＯ₃ と
の固溶が進んでいることが推測される。

【００６８】他方、試料３８、４３、８５、９６、１０
７、１１８、１２９、１４０および１５１のように、Ｂ
Ｏの添加量が４．０モルを超えると、抗折強度が十分に
高く、誘電率の温度特性も良好であるが、誘電率が１０
００よりも低くなる。

【００６９】また、試料１９〜２４のように、ＡＯ_5/2
／ＢＯ比が１．５未満になると、誘電率の温度変化率が
±１０％以内に入らなくなり、また、抗折強度について
も、１０００Ｋｇｆ／ｃｍ² より小さくなるものが現
れ、たとえ１０００Ｋｇｆ／ｃｍ² 以上となっても、そ
れほど高い抗折強度とはならない。これらの試料では、
Ｘ線回折における「ＢＴ−Ａ」強度比および「ＢＴ−
Ｂ」強度比の双方とも５％未満となっていて、「ＣＴ」
強度比についてもそれほど高くない。このようなことか
ら、これら試料においては、ＢａＴｉＯ₃ とＣａＴｉＯ
₃ との固溶が進んでいることが推測される。

【００７０】他方、試料５３〜５５のように、ＡＯ_5/2
／ＢＯ比が６．０を超えると、抗折強度は比較的高いも
のの、誘電率の温度変化率が±１０％以内に入らなかっ
たり、誘電率が１０００未満となったりする。これら試
料では、Ｘ線回折における「ＢＴ−Ａ」強度比「ＢＴ−
Ｂ」強度比のいずれかが１００％を超えている。

【００７１】また、試料２３〜２６および３１の間で比
較すると、これら試料の各組成は、ＡＯ_5/2 ／ＢＯ比の
みがわずかずつ異ならされている。これらの試料では、
Ｘ線回折における「ＣＴ」強度比はいずれも４％以上で
あるが、「ＢＴ−Ａ」強度比について言えば、これが５
％以上の試料２５、２６および３１において、誘電率の
温度変化率が１０％以内となり、５％未満の試料２３お
よび２４において、誘電率の温度変化率が±１０％以内
から外れていることがわかる。

【００７２】また、表１ないし表８に示す試料におい
て、ＡＯ_5/2 ／ＢＯ比をたとえば２．０以上と高くした
試料のほとんどについては、ＢＴ−Ａ結晶相およびＢＴ
−Ｂ結晶相の双方が析出している。これらの試料におい
ては、ＢＴ−Ｂ結晶相の析出が増加するに伴い、ＢＴ−
Ａ結晶相の析出が減少する傾向を示している。

【００７３】また、表１ないし表８からわかるように、
Ａ₂ Ｏ₅ におけるＡがＮｂであってもＴａであっても実
質的に同様の結果を示し、また、ＢＯにおけるＢについ
ても、これがＣｏ、Ｎｉ、ＭｇおよびＺｎのいずれであ
っても、実質的に同様の結果を示している。

【００７４】前述したように、ＢａＴｉＯ₃ １００．０
モルに対して、ＣａＴｉＯ₃ の添加量が１５．０モル未
満となると、誘電率が２０００レベルのものはもちろ
ん、２０００未満のものでさえも、抗折強度が１０００
ｋｇｆ／ｃｍ² 未満となって好ましくないことが、試料
１〜６によって得られた特性から導き出された。そのた
め、ＣａＴｉＯ₃ の添加量に関しては、たとえば試料７
〜１２のように、１５．０モル以上とされることが好ま
しい。

【００７５】しかしながら、これら試料７〜１２の間で
比較すると、ＣａＴｉＯ₃ の添加量については、試料１
０〜１２のように、２５．０モル以上とされることがよ
り好ましいことがわかる。このことについて以下に説明
する。

【００７６】試料７〜９におけるＣａＴｉＯ₃ の添加量
は１７．０モルであるが、このように、ＣａＴｉＯ₃ の
添加量が１５．０モル以上の場合には、「ＣＴ」強度比
は４％以上となり、誘電率が２０００未満のもの（試料
８および９）で抗折強度が１０００ｋｇｆ／ｃｍ² を超
える値を示すが、誘電率が２０００以上のもの（試料
７）では、抗折強度が１０００ｋｇｆ／ｃｍ² 未満とな
っている。

【００７７】これに対して、試料１０〜１２のように、
ＣａＴｉＯ₃ の添加量が２５．０モル以上になると、
「ＣＴ」強度比は４％以上であるとともに、誘電率が２
０００以上のもの（試料１０）でさえも、抗折強度が１
０００ｋｇｆ／ｃｍ² を超える値を示している。

【００７８】このようなことから、ＣａＴｉＯ₃ の好ま
しい添加量の下限に関して、１５．０モルは、誘電率を
低くせざるを得ない場合があるものの、１０００ｋｇｆ
／ｃｍ² 以上の抗折強度を達成するための最小値と言う
ことができ、誘電率を２０００以上としたときにも確実
に１０００ｋｇｆ／ｃｍ² 以上の抗折強度を達成するに
は、２５．０モル以上とすることが好ましい。

【００７９】

【実験例２】この実験例２では、この発明に係る誘電体
セラミックの組成に、希土類元素を添加した場合の影響
を調査するために実施したものである。

【００８０】表９には、表３に示した試料３９および表
４に示した試料６０の各々の組成および得られた誘電体
セラミックの特性が再び記載されている。これら試料３
９および６０は、誘電体セラミックを得るため、前述し
たように、１３３０℃の焼成温度が適用されたものであ
る。

【００８１】これに対して、表９に示した残りの試料１
５５〜１７５においては、１３３０℃より低い１２９０
℃の焼成温度が適用されて誘電体セラミックが作製され
た。これら試料１５５〜１７５のうち、試料１５５およ
び１６３は、それぞれ、セラミック原料の組成に関し
て、試料３９および６０と同一とした。

【００８２】また、試料１５６〜１６２は、試料１５５
の原料組成に対して、希土類元素としてのＮｄを含むＮ
ｄ₂ Ｏ₃ が種々の添加量をもって添加されたものであ
り、試料１６４〜１７１は、試料１６３の原料組成に対
して、Ｎｄ₂ Ｏ₃ が種々の添加量をもって添加されたも
のである。また、試料１７２〜１７５は、試料１５５の
原料組成に対して、Ｎｄ以外のＬａ、Ｃｅ、Ｐｒまたは
Ｓｍといった希土類元素が添加されたものである。

【００８３】また、表９には、試料３９および６０も含
めて、上述した各試料に係る誘電体セラミックの焼結密
度も示されている。

【００８４】

【表９】

【００８５】表９において、試料３９と試料１５５とを
比較すると、１３３０℃の焼成温度が適用された試料３
９に比べて、１２９０℃の焼成温度が適用された試料１
５５において、焼結密度が低下していることがわかる。
同様に、試料６０と試料１６３とを比較すると、１３３
０℃の焼成温度が適用された試料６０に比べて、１２９
０℃の焼成温度が適用された試料１６３において、焼結
密度が低下していることがわかる。

【００８６】これらに対して、試料１５６〜１６２およ
び１６４〜１７５のように、希土類元素を、ＢａＴｉＯ
₃ １００．０モルに対して、０．３モル以上添加する
と、１２９０℃の焼成温度であっても、１３３０℃の焼
成温度が適用された場合の焼結密度と同等かそれ以上の
焼結密度が得られている。

【００８７】このことから、希土類元素の添加は、誘電
体セラミックを得るための焼成温度の低温化に効果があ
り、希土類元素を０．３モル以上添加することにより、
焼成温度を低くしても、焼結密度の低下を防止したり、
焼結密度を高めたりすることができる。

【００８８】他方、希土類元素の添加量を増やすと、Ｂ
ａＴｉＯ₃ とＣａＴｉＯ₃ との固溶が進み、誘電率の温
度変化率が±１０％の範囲から外れやすくなる。

【００８９】希土類元素の最適添加量の上限は、組成に
よって異なるが、２０００付近の誘電率を得ようとして
いる試料１５５〜１６２については、ＮｄＯ_3/2 を１．
５モル以上添加すると、焼成温度が１２９０℃と低いに
も関わらず、誘電率の温度変化率が±１０％の範囲を外
れ、また、ＮｄＯ_3/2 の添加量が３．０モル以上になる
と、「ＣＴ」強度比が小さくなってしまう。

【００９０】しかし、１２００程度の誘電率を得ようと
している試料１６３〜１７１については、ＮｄＯ_3/2 の
添加量が３．５モル以下の範囲では、ＢａＴｉＯ₃ とＣ
ａＴｉＯ₃ との固溶が進まず、誘電率の温度変化率につ
いても、±１０％の範囲内に入っている。他方、ＮｄＯ
_3/2 の添加量が３．５モルを超えると、誘電率の温度変
化率が±１０％の範囲から外れてしまう。

【００９１】このようなことから、誘電率の温度変化率
を±１０％の範囲内に納めるためには、ＮｄＯ_3/2 の添
加量は、３．５モル以下であることが望ましい。

【００９２】

【発明の効果】以上のように、この発明に係る誘電体セ
ラミックによれば、ＢａＴｉＯ₃ を主結晶としながら、
ＣａＴｉＯ₃ 結晶相を所定比率以上含み、また、ＢａＴ
ｉＯ₃以外のＢａおよびＴｉを含む結晶相を所定範囲の
比率で含むので、誘電率の温度特性を良好に維持しなが
ら、高い機械的強度を与えることができる。誘電体セラ
ミックにおいて、たとえば、誘電率が２０００程度であ
れば、１０００Ｋｇｆ／ｃｍ² 近傍またはそれ以上の抗
折強度を与えることができ、誘電率が１０００程度であ
れば、１４００Ｋｇｆ／ｃｍ² 近傍またはそれ以上の抗
折強度を与えることができる。

【００９３】したがって、この発明に係る誘電体セラミ
ックを用いて構成されるセラミックコンデンサまたはセ
ラミック発振子によれば、それらが基板上に表面実装さ
れても、基板の撓みによるクラック等を生じにくくする
ことができ、これらセラミックコンデンサまたはセラミ
ック発振子の信頼性を向上させることができるととも
に、低背化を有利に進めることができる。

【００９４】この発明に係る誘電体セラミックにおい
て、ＢａＴｉＯ₃ 、ＣａＴｉＯ₃ 、ＢＯ（ただし、Ｂ
は、Ｃｏ、Ｎｉ、ＺｎおよびＭｇのうちの少なくとも１
種）およびＡ₂ Ｏ₅ （ただし、Ａは、ＴａおよびＮｂの
うちの少なくとも１種）を含み、ＢａＴｉＯ₃ を１００
モルとしたとき、ＣａＴｉＯ₃ が２５〜７０モルの比率
で含有するようにされると、２０００以上の誘電率を与
えるものにおいても、たとえば１０００ｋｇｆ／ｃｍ²
以上といった高い抗折強度を確実に達成できるようにす
ることができる。

【００９５】また、この発明に係る誘電体セラミックに
おいて、上述のようなＣａＴｉＯ₃の含有量の条件を満
たしながら、Ｒｅ₂ Ｏ₃ （ただし、Ｒｅは、Ｎｄ、Ｌ
ａ、Ｃｅ、ＰｒおよびＳｍから選ばれる少なくとも１
種）を、ＲｅＯ_3/2 に換算して、ＢａＴｉＯ₃ １００モ
ルに対して、０．３〜３．５モル含有するようにされる
と、誘電率の温度変化率を比較的小さく維持しながら、
比較的低い焼成温度であっも、焼結密度の低下を防止し
たり、焼結密度を高めたりすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態によるセラミックコンデ
ンサ１を示す断面図である。

【図２】この発明の他の実施形態による積層セラミック
コンデンサ１１を示す断面図である。

【図３】この発明のさらに他の実施形態によるセラミッ
ク発振子２１を示す斜視図である。

【図４】図３に示したセラミック発振子２１が与える等
価回路図である。

【図５】図３に示したセラミック発振子２１に含まれる
要素を分解して示す斜視図である。

【図６】図５に示した第２の誘電体板２４の裏面を示す
斜視図である。

【図７】実験例１において作製した特定の試料に係る誘
電体セラミックのＸ線回折図である。

【符号の説明】

１ セラミックコンデンサ ２，１３ 誘電体 ３，４，１４，１５，２５〜２７ 電極 １１ 積層セラミックコンデンサ ２１ セラミック発振子 ２４ 誘電体板 ＯＳＣ 発振エレメント Ｃ１，Ｃ２ 付加容量 Ｐ１ ＢａＴｉＯ₃ 結晶相の（１，１，０）面および
（１，０，１）面のピーク Ｐ２ ＢａＴｉＯ₃ 結晶相の（１，１，１）面のピーク Ｐ３ ＢａＴｉＯ₃ 結晶相の（１，０，０）面および
（０，０，１）面のピーク Ｐ４ ＣａＴｉＯ₃ 結晶相の（１，２，１）面のピーク Ｐ５，Ｐ６ ＢａＴｉＯ₃ 以外のＢａおよびＴｉを含む
結晶相のピーク

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも金属元素として、Ｂａ、Ｃａ
   およびＴｉを含み、ＢａＴｉＯ₃ を主結晶とする、誘電
   体セラミックであって、 Ｘ線回折におけるＢａＴｉＯ₃ 結晶相の（１，１，０）
   面および（１，０，１）面のピークと（１，１，１）面
   のピークとの間に検出されるＣａＴｉＯ₃ 結晶相の
   （１，２，１）面のピーク強度が、ＢａＴｉＯ₃ 結晶相
   の（１，１，０）面および（１，０，１）面のピーク強
   度の４％以上であるとともに、 Ｘ線回折におけるＢａＴｉＯ₃ 結晶相の（１，１，０）
   面および（１，０，１）面のピークと（１，０，０）面
   および（０，０，１）面のピークとの間に検出されるＢ
   ａＴｉＯ₃ 以外のＢａおよびＴｉを含む結晶相のいずれ
   かのピーク強度が、ＢａＴｉＯ₃ 結晶相の（１，１，
   ０）面および（１，０，１）面のピーク強度の５％以上
   であり、かつ前記ＢａＴｉＯ₃ 以外のＢａおよびＴｉを
   含む結晶相のすべてのピーク強度が、ＢａＴｉＯ₃ 結晶
   相の（１，１，０）面および（１，０，１）面のピーク
   強度の１００％以下である、誘電体セラミック。
2. 【請求項２】 ＢａＴｉＯ₃ 、ＣａＴｉＯ₃ 、ＢＯ（た
   だし、Ｂは、Ｃｏ、Ｎｉ、ＺｎおよびＭｇのうちの少な
   くとも１種）およびＡ₂ Ｏ₅ （ただし、Ａは、Ｔａおよ
   びＮｂのうちの少なくとも１種）を含み、ＢａＴｉＯ₃
   を１００モルとしたとき、ＣａＴｉＯ₃ が１５〜７０モ
   ル、ＢＯが０．５〜４．０モルの各比率で含有するとと
   もに、Ａ₂ Ｏ₅ とＢＯとの含有比率は、ＡＯ_5/2 ／ＢＯ
   に換算して、１．５〜６．０の範囲内に選ばれている、
   請求項１に記載の誘電体セラミック。
3. 【請求項３】 ＢａＴｉＯ₃ を１００モルとしたとき、
   ＣａＴｉＯ₃ が２５〜７０モルの比率で含有する、請求
   項２に記載の誘電体セラミック。
4. 【請求項４】 ＢａＴｉＯ₃ を１００モルとしたとき、
   さらに、Ｒｅ₂ Ｏ₃（ただし、Ｒｅは、Ｎｄ、Ｌａ、Ｃ
   ｅ、ＰｒおよびＳｍから選ばれる少なくとも１種）を、
   ＲｅＯ_3/2 に換算して、０．３〜３．５モル含有する、
   請求項３に記載の誘電体セラミック。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載の誘
   電体セラミックからなる誘電体と、前記誘電体の少なく
   とも一部を介して対向するように設けられる少なくとも
   １対の電極とを備える、セラミックコンデンサ。
6. 【請求項６】 請求項１ないし４のいずれかに記載の誘
   電体セラミックを用いて構成される容量素子を備える、
   セラミック発振子。