JP4892160B2 - 誘電体磁器組成物および誘電体共振器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、誘電体磁器組成物および誘電体共振器に関し、さらに詳しくは、高周波領域で使用されたとき、大きな無負荷品質係数（Ｑｕ）を維持しつつ、用途の特性に対応した特定範囲内において、自在に調整された比誘電率（εｒ）および共振周波数（ｆｏ）の温度係数（τｆ）を有することのできる誘電体磁器組成物およびこの誘電体磁器組成物を用いて共振器本体を形成した誘電体共振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
これまでに、高周波領域で用いられる誘電体共振器、誘電体アンテナ、誘電体導波路、マイクロ波集積回路（ＭＩＣ）用誘電体基板、積層型セラミックコンデンサなど、広範な用途に有用な誘電体磁器組成物が知られている。
【０００３】
このような高周波領域で用いられる誘電体磁器組成物には、その用途の特性から、下記１〜３の性能が要求される。
１．無負荷品質係数（Ｑｕ）が大きいこと。
２．比誘電率（εｒ）が高いレベルにあり、その高い範囲で調整が可能であること。
３．共振周波数（ｆｏ）の温度係数（τｆ）の絶対値が小さく、その小さい範囲で調整が可能であること。
【０００４】
従来、このような誘電体磁器組成物として、例えば、Ｂａ、Ｎｂ、ＳｂおよびＯ２を含有する誘電体磁器組成物（特開昭６２−１９０６０８号公報）、Ｂａ、Ｚｎ、ＴａおよびＫを含有する誘電体磁器組成物（特開平１１−７１１７３号公報）が提案されている。
【０００５】
しかしながら、これら従来の誘電体磁器組成物は、比較的大きな無負荷品質係数（Ｑｕ）は有しているものの、誘電体共振器、誘電体アンテナ、誘電体導波路、マイクロ波集積回路（ＭＩＣ）用誘電体基板、積層型セラミックコンデンサなどのそれぞれの用途に対応して、比誘電率（εｒ）と共振周波数（ｆｏ）の温度係数（τｆ）とを調整することが困難であった。このため、それぞれの用途に適合した金属成分をそれぞれに選択して、誘電体磁器組成物を製造しなければならないという煩雑さを招いていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、このような従来の問題点を解消し、大きな無負荷品質係数（Ｑｕ）を維持しつつ、用途の特性に対応した特定範囲内において、自在に調整された比誘電率（εｒ）および共振周波数（ｆｏ）の温度係数（τｆ）を有することのできる誘電体磁器組成物を提供すると共に、この誘電体磁器組成物を用いて共振器本体を形成した誘電体共振器を提供することをその課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために、誘電体磁器組成物を構成する金属成分とその金属成分の含有割合に着目して研究を重ねた結果、この発明を完成するに到った。
【０００８】
すなわち、この発明による上記課題を解決するための手段は、(I) 金属成分として、Ｂａ、Ｚｎ、Ｎｂ、ＴａおよびＳｂを含有し、該金属成分を酸化物に換算したときの含有割合が、下記式（１）〜（５）で表され、さらに金属成分としてアルカリ金属を含有し、該アルカリ金属を酸化物に換算したときの含有割合が、下記式（６）で表されてなることを特徴とする誘電体磁器組成物である。
【０００９】
５７．５≦ＢａＯ≦６２．６・・・（１）
１６．０≦ＺｎＯ≦２２．２・・・（２）
０＜Ｎｂ２Ｏ５≦２０．６・・・（３）
０＜Ｔａ２Ｏ５≦２０．６・・・（４）
０＜Ｓｂ２Ｏ３≦５．９・・・（５）
０＜Ｍ２Ｏ≦１．９５・・・（６）
〔ただし、式（１）〜（６）における数値の単位はモル％であり、Ｍはアルカリ金属を表し、上記六種類の酸化物のモル％の合計が１００となるように上記範囲から各酸化物のモル％が決定される。〕
【００１２】
また、上記(I)の発明における好ましい態様としては、上記アルカリ金属がＫである誘電体磁器組成物が挙げられる。
【００１３】
さらに、この発明による上記課題を解決するための他の手段は、(II) 上記(I)の発明に係る誘電体磁器組成物を用いて共振器本体を形成したことを特徴とする誘電体共振器である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
この発明は、(I) 金属成分として、少なくともＢａ、Ｚｎ、Ｎｂ、ＴａおよびＳｂを含有し、該金属成分を酸化物に換算したときの含有割合が、下記式（１）〜（５）で表されることを特徴とする誘電体磁器組成物を提供する。
【００１５】
５７．５≦ＢａＯ≦６２．６・・・（１）
１６．０≦ＺｎＯ≦２２．２・・・（２）
０＜Ｎｂ２Ｏ５≦２０．６・・・（３）
０＜Ｔａ２Ｏ５≦２０．６・・・（４）
０＜Ｓｂ２Ｏ３≦５．９・・・（５）
〔ただし、式（１）〜（５）における数値の単位はモル％であり、上記五種類の酸化物のモル％の合計が１００となるように上記範囲から各酸化物のモル％が決定される。〕
【００１６】
上記誘電体磁器組成物におけるＢａ、Ｚｎ、Ｎｂ、ＴａおよびＳｂの好ましい含有割合は、
５７．６≦ＢａＯ≦６１．５・・・（１ａ）
１７．０≦ＺｎＯ≦２０．０・・・（２ｂ）
６．０≦Ｎｂ２Ｏ５≦１７．０・・・（３ｃ）
２．０≦Ｔａ２Ｏ５≦１３．０・・・（４ｄ）
１．０≦Ｓｂ２Ｏ３≦２．３・・・（５ｅ）
である。
【００１７】
ここに、ＢａＯが５７．５モル％未満では、十分に大きな無負荷品質係数（Ｑｕ）を有する誘電体磁器組成物が得られなくなり、６２．６モル％を越えると、焼結が困難となり、十分に大きな無負荷品質係数（Ｑｕ）を有する誘電体磁器組成物が得られなくなる。
【００１８】
ＺｎＯが１６．０モル％未満の場合または２２．２モル％を越える場合は、十分に大きな無負荷品質係数（Ｑｕ）を有する誘電体磁器組成物が得られなくなる。
【００１９】
Ｎｂ２Ｏ５が含まれていないと、Ｎｂ２Ｏ５が含まれている場合に比して、焼成温度が高くなり、２０．６モル％を越えると、十分に大きな無負荷品質係数（Ｑｕ）を有する誘電体磁器組成物が得られなくなる。
【００２０】
また、Ｔａ２Ｏ５が含まれていない場合または２０．６モル％を越える場合は、十分に大きな無負荷品質係数（Ｑｕ）が得られなくなる。
【００２１】
さらに、Ｓｂ２Ｏ３が含まれていないと、十分に大きな無負荷品質係数（Ｑｕ）を有する誘電体磁器組成物が得られなくなり、５．９０モル％を越えると、焼結が困難となる。
【００２２】
Ｂａ、Ｚｎ、Ｎｂ、ＴａおよびＳｂを必須の成分として含有するこの発明の誘電体磁器組成物は、この発明の課題を達成することのできる限りにおいて、他の金属を含有していてもよい。
【００２３】
上記他の金属としては、アルカリ金属を挙げることができる。具体的には、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、ＣｓおよびＦｒが挙げられ、中でもＮａ、Ｋが好ましく、Ｋが特に好ましい。このアルカリ金属は、この誘電体磁器組成物を製造する際の焼成温度を低下させる機能を果たす成分である。特にＫは、低い焼成温度において、比誘電率（εｒ）が高く、無負荷品質係数（Ｑｕ）が大きく、かつ温度係数（τｆ）の絶対値が小さいことから、誘電特性のバランスに優れた誘電体磁器組成物を与えることができる。
【００２４】
この誘電体磁器組成物におけるアルカリ金属は、このアルカリ金属を酸化物に換算したときの含有割合が、下記式（６）で表されることが好ましい。
【００２５】
０＜Ｍ２Ｏ≦１．９５・・・（６）
〔ただし、Ｍはアルカリ金属を表し、式（６）における数値の単位はモル％であり、上記六種類の酸化物のモル％の合計が１００となるように上記範囲から各酸化物のモル％が決定される。〕
【００２６】
上記誘電体磁器組成物におけるアルカリ金属のより好ましい含有割合は、
０．１≦Ｍ２Ｏ≦１．０・・・（６ｆ）
である。
【００２７】
ここに、アルカリ金属が含まれていないと、無負荷品質係数（Ｑｕ）の小さい誘電体磁器組成物となり、１．９５モル％を越えると、焼結が困難となって、無負荷品質係数（Ｑｕ）の小さい誘電体磁器組成物となることがあるので望ましくない。
【００２８】
上記(I)の発明に係る誘電体磁器組成物は、原料を混合し、所望により仮焼し、成形した後、焼成することによって製造することができる。成形に当たっては、バインダーを用いることができる。
【００２９】
原料としては、上記金属を与える金属の酸化物、焼成により金属酸化物となることのできる過酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩及び硫酸塩などを挙げることができ、好適例として、たとえば、酸化バリウム、水酸化バリウム、炭酸バリウム、酸化亜鉛、水酸化亜鉛、炭酸亜鉛、酸化ニオブ、水酸化ニオブ、炭酸ニオブ、酸化タンタル、水酸化タンタル、炭酸タンタル、酸化アンチモン、水酸化アンチモン、炭酸アンチモンなどを挙げることができる。これらの中でも好ましいのは、上記五種の金属の各酸化物である。また、この発明に係る誘電体磁器組成物は、この発明の課題を阻害しない限り、他の金属成分を含有してもよい。
【００３０】
これら原料は、通常、その粉末を用い、上記所定の金属が上記含有割合となるように秤量、採取して混合される。この混合は、ミキサーなどにより、２０〜３０分間、乾式混合した後、振動ミルなどによって、一次粉砕される。玉石には、通常、樹脂ボールまたはジルコニア製ボールが用いられる。粉砕時間は、通常、２〜４時間である。また、通常は、原料に水が加えられ、粉末の平均粒径が２．０μｍ以下となるまで粉砕されるが、これら条件に特別な制限はない。
【００３１】
このようにして得られた混合物を乾燥した後、必要により、１０００〜１３００°Ｃで、例えば、２〜１０時間仮焼する。この仮焼条件にも特に制限はない。
【００３２】
この仮焼物には、次いで、必要により、成形用バインダーを加えた後、整粒して、任意の形状に成形される。用いるバインダーとしては、水溶性高分子物質が好ましく、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキシド、ポリエチレンイミン、カルボキシメチルセルロースなどを挙げることができる。このバインダーの使用量に特に制限はないが、通常は、仮焼物１００質量部に対し、１〜１０質量部、好ましくは、３〜７質量部である。
【００３３】
成形手段としては、例えば、金型プレス成形、冷間静水圧プレス成形、押し出し成形などが採用される。成形した後は、用いたバインダーを除去する処理を行う。この脱バインダー処理の条件は、用いたバインダーの種類によって異なるが、通常は、バインダーの分解温度よりも高い温度に加熱することにより行われる。
【００３４】
上記(I)の発明に係る誘電体磁器組成物は、上記成形手段により得られた成形物を焼成することによって製造される。この焼成は、大気中などの酸化性雰囲気下または非酸化性雰囲気下で、通常は、１３００〜１７００°Ｃ、好ましくは、１５００〜１６００°Ｃの温度で、０．５〜１２時間、好ましくは、１〜１０時間の条件で行われる。
【００３５】
上記(I)の発明に係る誘電体磁器組成物は、高周波領域で使用されたとき、小さくとも４０００(５ＧＨｚ)という大きな無負荷品質係数（Ｑｕ）を維持しつつ、２０〜４０に調整された比誘電率（εｒ）および−２０〜２０に調整された共振周波数（ｆｏ）の温度係数（τｆ）を有することのできる組成物となる。
【００３６】
無負荷品質係数（Ｑｕ）は、JIS R1627（1996）に基づいて測定され、共振器に蓄積されたエネルギーの量を指標する係数であり、誘電体磁器組成物の損失の多寡、特にその少なさを表す係数である。
【００３７】
比誘電率（εｒ）は、複素比誘電率の実数部分であり、JIS R1627（1996）に基づいて決定された値である。
【００３８】
共振周波数（ｆｏ）の温度係数（τｆ）は、JIS R1627（1996）に基づいて測定され、共振周波数の温度依存性を表す係数であり、τｆ＝（1/f1）［（f2-f1）/（T2-T1）］×１０６(ただし、f1はT1℃における共振周波数、f2はT2℃における共振周波数を示す)で表される。
【００３９】
上記(I)の発明に係る誘電体磁器組成物は、上記のとおり、優れた特性を有することから、マイクロ波領域における誘電体共振器、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調整器等に好適に使用することができる。
【００４０】
また、この発明は、(II) 上記(I)の発明に係る誘電体磁器組成物を用いて共振器本体を形成したことを特徴とする誘電体共振器を提供する。
【００４１】
近年、自動車電話、携帯電話などの移動体通信の急速な普及や、衛星放送、衛星通信などのマイクロ波を利用した通信の拡大に伴い、これら通信機器に用いられる帯域通過フィルターなどのディバイスの小型化、高周波化に対する要求が高まってきている。
【００４２】
マイクロ波は周波数が高いことから、信号を多く送るための搬送波として使用するとき、一つの周波数の電波に同時に数１００回線から数１０００回線の通信を乗せて多重通信として使用するのに適しており、その所定の周波数の信号を受信または送信する重要な機能を有する回路素子に誘電体が広く用いられている。
【００４３】
上記(II)の発明の誘電体共振器としては、このように特定の周波数に共振させてこの使用をする機器を挙げることができる。誘電体共振器は、自由空間と誘電体との境界面で電磁波がほぼ全反射して、電磁エネルギーが誘電体内に閉じ込められ、安定波が立って特定の周波数で共振する機器である。上記(II)の発明は、このような誘電体共振器を提供する。
【００４４】
図１に、この発明の誘電体共振器の一例を示す。１は支持台１ａを備えた共振器本体、２は円筒状金属容器、２ａは円筒状金属容器底面、３は締結部材である。この共振器本体１が、上記(I)の発明の誘電体磁器組成物によって形成されている。
【００４５】
この発明の誘電体共振器は、共振器本体１を円筒状金属容器２の内部に収容し、支持台１ａの側を下向きにして、円筒状金属容器底面２ａの中央部に載置し、この中央部に設けられている貫通孔を利用して、ボルト、ナットなどの締結部材３により、共振器本体１と円筒状金属容器２とを一体に固定した構造となっている。
【００４６】
このような構造の誘電体共振器は、原料を混合し、所望により仮焼し、成形した後、焼成する第１の発明の誘電体磁器組成物を製造する過程において、成形工程で誘電体磁器組成物を所定形状に成形し、この成形物を用いて共振器１本体を形成して製造される。
【００４７】
このようにして得られたこの発明の誘電体共振器は、共振器本体に大きな無負荷品質係数（Ｑｕ）を有し、しかも特定の範囲に調整された比誘電率（εｒ）および共振周波数（ｆｏ）の温度係数（τｆ）を有することのできる誘電体磁器組成物を用いていることから、信号を多く送るための搬送波として使用すると、一つの周波数の電波に同時に数１００回線から数１０００回線の通信を乗じて多重通信として使用するのにきわめて好適な誘電体共振器となる。
【００４８】
【実施例】
以下に、実施例を挙げてこの発明をさらに詳細に説明するが、これら実施例によってこの発明はなんら限定されるものではない。
【００４９】
（実施例１〜９および比較例１〜９）
表１に示す量の原料粉末をミキサーによって３時間乾式混合し、一次粉砕して得られた混合物を大気雰囲気下、１２００℃、２時間で仮焼した。次いで、この仮焼粉末に、バインダーとして８質量％のポリビニルアルコールと９２質量％の水とを加え、ボールミル中、１０ｍｍφのジルコニアボールを使用し、９０ｒｐｍで１０時間二次粉砕した。続いて、真空乾燥（０．４Ｔｏｒｒ、４５°Ｃ、２０時間）することにより造粒した。この造粒された原料を成形して、１９ｍｍφ（直径）×１１ｍｍｔ（厚さ）の円筒状の成形体を製造した。
【００５０】
次いで、この成形体を大気雰囲気下、５００℃で２時間脱脂し、その後、１５５０℃、６時間で焼成した。得られた誘電体磁器組成物の組成比を表２に示す。このようにして得られた焼成体の周囲および両端面を研磨し、これを誘電体磁器組成物試料とした。
【００５１】
誘電特性について、この試料の評価結果を表３に示す。
【００５２】
＜誘電特性の評価＞
上記のようにして得られた試料の表面を研磨し、直径１６ｍｍ及び高さ８ｍｍの試験片を作成した。この試験片を用いて、平行導体板型誘電体共振器法（ＴＥ０１１ ＭＯＤＥ）により、測定周波数５ＧＨｚにおいて、無負荷品質係数（Ｑｕ）、比誘電率（εｒ）および温度係数（τｆ）（温度範囲：２５〜８０℃）を測定した。
【００５３】
【表１】
【００５４】
【表２】
【００５５】
【表３】
【００５６】
表３に示す結果から、この発明の誘電体磁器組成物は、大きな無負荷品質係数（Ｑｕ）を有し、しかも広い範囲に亘る比誘電率（εｒ）および共振周波数（ｆｏ）の温度係数（τｆ）を有することが分かる。
（実施例１０）
実施例６で得られた誘電体磁器組成物を用いて、図１に示す誘電体共振器を作製した。
【００５７】
実施例６の誘電体磁器組成物を製造する過程において、成形工程で誘電体磁器組成物を成形し、この成形物を用いて共振器本体１を形成し、この共振器本体１を円筒状金属容器２の内部に収容し、支持台１ａの側を下向きにして、円筒状金属容器底面２ａの中央部に載置し、この中央部に設けられている貫通孔を利用して、ボルトとナットとにより、共振器本体１と円筒状金属容器２とを一体に固定して誘電体共振器を作製した。
【００５８】
このとき、ＴＥ０１δモードにおける共振周波数が１７７０ＭＨＺになるように、図１に示される各部の寸法、すなわちＤを８０ｍｍφ、Ｌを７０ｍｍ、ｄ１を３８ｍｍφ、ｄ２を３２ｍｍφ、ｌ１を１７ｍｍ、ｌ２を２０ｍｍとして、そのＱｕを測定した。Ｑｕは４０５１８であった。
【００５９】
【発明の効果】
この発明によれば、大きな無負荷品質係数（Ｑｕ）を維持しつつ、用途の特性に対応した特定範囲内において、自在に調整された比誘電率（εｒ）および共振周波数（ｆｏ）の温度係数（τｆ）を有することのできる誘電体磁器組成物が提供されると共に、この誘電体磁器組成物を用いて共振器本体を形成した誘電体共振器が提供され、高周波領域で用いられる各種の誘電体機械器具の設計、作製分野に寄与するところはきわめて多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の誘電体共振器の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ 共振器本体
１ａ 支持台
２ 円筒状金属容器
２ａ 円筒状金属容器底面
３ 締結部材
【発明の属する技術分野】
この発明は、誘電体磁器組成物および誘電体共振器に関し、さらに詳しくは、高周波領域で使用されたとき、大きな無負荷品質係数（Ｑｕ）を維持しつつ、用途の特性に対応した特定範囲内において、自在に調整された比誘電率（εｒ）および共振周波数（ｆｏ）の温度係数（τｆ）を有することのできる誘電体磁器組成物およびこの誘電体磁器組成物を用いて共振器本体を形成した誘電体共振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
これまでに、高周波領域で用いられる誘電体共振器、誘電体アンテナ、誘電体導波路、マイクロ波集積回路（ＭＩＣ）用誘電体基板、積層型セラミックコンデンサなど、広範な用途に有用な誘電体磁器組成物が知られている。
【０００３】
このような高周波領域で用いられる誘電体磁器組成物には、その用途の特性から、下記１〜３の性能が要求される。
１．無負荷品質係数（Ｑｕ）が大きいこと。
２．比誘電率（εｒ）が高いレベルにあり、その高い範囲で調整が可能であること。
３．共振周波数（ｆｏ）の温度係数（τｆ）の絶対値が小さく、その小さい範囲で調整が可能であること。
【０００４】
従来、このような誘電体磁器組成物として、例えば、Ｂａ、Ｎｂ、ＳｂおよびＯ２を含有する誘電体磁器組成物（特開昭６２−１９０６０８号公報）、Ｂａ、Ｚｎ、ＴａおよびＫを含有する誘電体磁器組成物（特開平１１−７１１７３号公報）が提案されている。
【０００５】
しかしながら、これら従来の誘電体磁器組成物は、比較的大きな無負荷品質係数（Ｑｕ）は有しているものの、誘電体共振器、誘電体アンテナ、誘電体導波路、マイクロ波集積回路（ＭＩＣ）用誘電体基板、積層型セラミックコンデンサなどのそれぞれの用途に対応して、比誘電率（εｒ）と共振周波数（ｆｏ）の温度係数（τｆ）とを調整することが困難であった。このため、それぞれの用途に適合した金属成分をそれぞれに選択して、誘電体磁器組成物を製造しなければならないという煩雑さを招いていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、このような従来の問題点を解消し、大きな無負荷品質係数（Ｑｕ）を維持しつつ、用途の特性に対応した特定範囲内において、自在に調整された比誘電率（εｒ）および共振周波数（ｆｏ）の温度係数（τｆ）を有することのできる誘電体磁器組成物を提供すると共に、この誘電体磁器組成物を用いて共振器本体を形成した誘電体共振器を提供することをその課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために、誘電体磁器組成物を構成する金属成分とその金属成分の含有割合に着目して研究を重ねた結果、この発明を完成するに到った。
【０００８】
すなわち、この発明による上記課題を解決するための手段は、(I) 金属成分として、Ｂａ、Ｚｎ、Ｎｂ、ＴａおよびＳｂを含有し、該金属成分を酸化物に換算したときの含有割合が、下記式（１）〜（５）で表され、さらに金属成分としてアルカリ金属を含有し、該アルカリ金属を酸化物に換算したときの含有割合が、下記式（６）で表されてなることを特徴とする誘電体磁器組成物である。
【０００９】
５７．５≦ＢａＯ≦６２．６・・・（１）
１６．０≦ＺｎＯ≦２２．２・・・（２）
０＜Ｎｂ２Ｏ５≦２０．６・・・（３）
０＜Ｔａ２Ｏ５≦２０．６・・・（４）
０＜Ｓｂ２Ｏ３≦５．９・・・（５）
０＜Ｍ２Ｏ≦１．９５・・・（６）
〔ただし、式（１）〜（６）における数値の単位はモル％であり、Ｍはアルカリ金属を表し、上記六種類の酸化物のモル％の合計が１００となるように上記範囲から各酸化物のモル％が決定される。〕
【００１２】
また、上記(I)の発明における好ましい態様としては、上記アルカリ金属がＫである誘電体磁器組成物が挙げられる。
【００１３】
さらに、この発明による上記課題を解決するための他の手段は、(II) 上記(I)の発明に係る誘電体磁器組成物を用いて共振器本体を形成したことを特徴とする誘電体共振器である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
この発明は、(I) 金属成分として、少なくともＢａ、Ｚｎ、Ｎｂ、ＴａおよびＳｂを含有し、該金属成分を酸化物に換算したときの含有割合が、下記式（１）〜（５）で表されることを特徴とする誘電体磁器組成物を提供する。
【００１５】
５７．５≦ＢａＯ≦６２．６・・・（１）
１６．０≦ＺｎＯ≦２２．２・・・（２）
０＜Ｎｂ２Ｏ５≦２０．６・・・（３）
０＜Ｔａ２Ｏ５≦２０．６・・・（４）
０＜Ｓｂ２Ｏ３≦５．９・・・（５）
〔ただし、式（１）〜（５）における数値の単位はモル％であり、上記五種類の酸化物のモル％の合計が１００となるように上記範囲から各酸化物のモル％が決定される。〕
【００１６】
上記誘電体磁器組成物におけるＢａ、Ｚｎ、Ｎｂ、ＴａおよびＳｂの好ましい含有割合は、
５７．６≦ＢａＯ≦６１．５・・・（１ａ）
１７．０≦ＺｎＯ≦２０．０・・・（２ｂ）
６．０≦Ｎｂ２Ｏ５≦１７．０・・・（３ｃ）
２．０≦Ｔａ２Ｏ５≦１３．０・・・（４ｄ）
１．０≦Ｓｂ２Ｏ３≦２．３・・・（５ｅ）
である。
【００１７】
ここに、ＢａＯが５７．５モル％未満では、十分に大きな無負荷品質係数（Ｑｕ）を有する誘電体磁器組成物が得られなくなり、６２．６モル％を越えると、焼結が困難となり、十分に大きな無負荷品質係数（Ｑｕ）を有する誘電体磁器組成物が得られなくなる。
【００１８】
ＺｎＯが１６．０モル％未満の場合または２２．２モル％を越える場合は、十分に大きな無負荷品質係数（Ｑｕ）を有する誘電体磁器組成物が得られなくなる。
【００１９】
Ｎｂ２Ｏ５が含まれていないと、Ｎｂ２Ｏ５が含まれている場合に比して、焼成温度が高くなり、２０．６モル％を越えると、十分に大きな無負荷品質係数（Ｑｕ）を有する誘電体磁器組成物が得られなくなる。
【００２０】
また、Ｔａ２Ｏ５が含まれていない場合または２０．６モル％を越える場合は、十分に大きな無負荷品質係数（Ｑｕ）が得られなくなる。
【００２１】
さらに、Ｓｂ２Ｏ３が含まれていないと、十分に大きな無負荷品質係数（Ｑｕ）を有する誘電体磁器組成物が得られなくなり、５．９０モル％を越えると、焼結が困難となる。
【００２２】
Ｂａ、Ｚｎ、Ｎｂ、ＴａおよびＳｂを必須の成分として含有するこの発明の誘電体磁器組成物は、この発明の課題を達成することのできる限りにおいて、他の金属を含有していてもよい。
【００２３】
上記他の金属としては、アルカリ金属を挙げることができる。具体的には、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、ＣｓおよびＦｒが挙げられ、中でもＮａ、Ｋが好ましく、Ｋが特に好ましい。このアルカリ金属は、この誘電体磁器組成物を製造する際の焼成温度を低下させる機能を果たす成分である。特にＫは、低い焼成温度において、比誘電率（εｒ）が高く、無負荷品質係数（Ｑｕ）が大きく、かつ温度係数（τｆ）の絶対値が小さいことから、誘電特性のバランスに優れた誘電体磁器組成物を与えることができる。
【００２４】
この誘電体磁器組成物におけるアルカリ金属は、このアルカリ金属を酸化物に換算したときの含有割合が、下記式（６）で表されることが好ましい。
【００２５】
０＜Ｍ２Ｏ≦１．９５・・・（６）
〔ただし、Ｍはアルカリ金属を表し、式（６）における数値の単位はモル％であり、上記六種類の酸化物のモル％の合計が１００となるように上記範囲から各酸化物のモル％が決定される。〕
【００２６】
上記誘電体磁器組成物におけるアルカリ金属のより好ましい含有割合は、
０．１≦Ｍ２Ｏ≦１．０・・・（６ｆ）
である。
【００２７】
ここに、アルカリ金属が含まれていないと、無負荷品質係数（Ｑｕ）の小さい誘電体磁器組成物となり、１．９５モル％を越えると、焼結が困難となって、無負荷品質係数（Ｑｕ）の小さい誘電体磁器組成物となることがあるので望ましくない。
【００２８】
上記(I)の発明に係る誘電体磁器組成物は、原料を混合し、所望により仮焼し、成形した後、焼成することによって製造することができる。成形に当たっては、バインダーを用いることができる。
【００２９】
原料としては、上記金属を与える金属の酸化物、焼成により金属酸化物となることのできる過酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩及び硫酸塩などを挙げることができ、好適例として、たとえば、酸化バリウム、水酸化バリウム、炭酸バリウム、酸化亜鉛、水酸化亜鉛、炭酸亜鉛、酸化ニオブ、水酸化ニオブ、炭酸ニオブ、酸化タンタル、水酸化タンタル、炭酸タンタル、酸化アンチモン、水酸化アンチモン、炭酸アンチモンなどを挙げることができる。これらの中でも好ましいのは、上記五種の金属の各酸化物である。また、この発明に係る誘電体磁器組成物は、この発明の課題を阻害しない限り、他の金属成分を含有してもよい。
【００３０】
これら原料は、通常、その粉末を用い、上記所定の金属が上記含有割合となるように秤量、採取して混合される。この混合は、ミキサーなどにより、２０〜３０分間、乾式混合した後、振動ミルなどによって、一次粉砕される。玉石には、通常、樹脂ボールまたはジルコニア製ボールが用いられる。粉砕時間は、通常、２〜４時間である。また、通常は、原料に水が加えられ、粉末の平均粒径が２．０μｍ以下となるまで粉砕されるが、これら条件に特別な制限はない。
【００３１】
このようにして得られた混合物を乾燥した後、必要により、１０００〜１３００°Ｃで、例えば、２〜１０時間仮焼する。この仮焼条件にも特に制限はない。
【００３２】
この仮焼物には、次いで、必要により、成形用バインダーを加えた後、整粒して、任意の形状に成形される。用いるバインダーとしては、水溶性高分子物質が好ましく、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキシド、ポリエチレンイミン、カルボキシメチルセルロースなどを挙げることができる。このバインダーの使用量に特に制限はないが、通常は、仮焼物１００質量部に対し、１〜１０質量部、好ましくは、３〜７質量部である。
【００３３】
成形手段としては、例えば、金型プレス成形、冷間静水圧プレス成形、押し出し成形などが採用される。成形した後は、用いたバインダーを除去する処理を行う。この脱バインダー処理の条件は、用いたバインダーの種類によって異なるが、通常は、バインダーの分解温度よりも高い温度に加熱することにより行われる。
【００３４】
上記(I)の発明に係る誘電体磁器組成物は、上記成形手段により得られた成形物を焼成することによって製造される。この焼成は、大気中などの酸化性雰囲気下または非酸化性雰囲気下で、通常は、１３００〜１７００°Ｃ、好ましくは、１５００〜１６００°Ｃの温度で、０．５〜１２時間、好ましくは、１〜１０時間の条件で行われる。
【００３５】
上記(I)の発明に係る誘電体磁器組成物は、高周波領域で使用されたとき、小さくとも４０００(５ＧＨｚ)という大きな無負荷品質係数（Ｑｕ）を維持しつつ、２０〜４０に調整された比誘電率（εｒ）および−２０〜２０に調整された共振周波数（ｆｏ）の温度係数（τｆ）を有することのできる組成物となる。
【００３６】
無負荷品質係数（Ｑｕ）は、JIS R1627（1996）に基づいて測定され、共振器に蓄積されたエネルギーの量を指標する係数であり、誘電体磁器組成物の損失の多寡、特にその少なさを表す係数である。
【００３７】
比誘電率（εｒ）は、複素比誘電率の実数部分であり、JIS R1627（1996）に基づいて決定された値である。
【００３８】
共振周波数（ｆｏ）の温度係数（τｆ）は、JIS R1627（1996）に基づいて測定され、共振周波数の温度依存性を表す係数であり、τｆ＝（1/f1）［（f2-f1）/（T2-T1）］×１０６(ただし、f1はT1℃における共振周波数、f2はT2℃における共振周波数を示す)で表される。
【００３９】
上記(I)の発明に係る誘電体磁器組成物は、上記のとおり、優れた特性を有することから、マイクロ波領域における誘電体共振器、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調整器等に好適に使用することができる。
【００４０】
また、この発明は、(II) 上記(I)の発明に係る誘電体磁器組成物を用いて共振器本体を形成したことを特徴とする誘電体共振器を提供する。
【００４１】
近年、自動車電話、携帯電話などの移動体通信の急速な普及や、衛星放送、衛星通信などのマイクロ波を利用した通信の拡大に伴い、これら通信機器に用いられる帯域通過フィルターなどのディバイスの小型化、高周波化に対する要求が高まってきている。
【００４２】
マイクロ波は周波数が高いことから、信号を多く送るための搬送波として使用するとき、一つの周波数の電波に同時に数１００回線から数１０００回線の通信を乗せて多重通信として使用するのに適しており、その所定の周波数の信号を受信または送信する重要な機能を有する回路素子に誘電体が広く用いられている。
【００４３】
上記(II)の発明の誘電体共振器としては、このように特定の周波数に共振させてこの使用をする機器を挙げることができる。誘電体共振器は、自由空間と誘電体との境界面で電磁波がほぼ全反射して、電磁エネルギーが誘電体内に閉じ込められ、安定波が立って特定の周波数で共振する機器である。上記(II)の発明は、このような誘電体共振器を提供する。
【００４４】
図１に、この発明の誘電体共振器の一例を示す。１は支持台１ａを備えた共振器本体、２は円筒状金属容器、２ａは円筒状金属容器底面、３は締結部材である。この共振器本体１が、上記(I)の発明の誘電体磁器組成物によって形成されている。
【００４５】
この発明の誘電体共振器は、共振器本体１を円筒状金属容器２の内部に収容し、支持台１ａの側を下向きにして、円筒状金属容器底面２ａの中央部に載置し、この中央部に設けられている貫通孔を利用して、ボルト、ナットなどの締結部材３により、共振器本体１と円筒状金属容器２とを一体に固定した構造となっている。
【００４６】
このような構造の誘電体共振器は、原料を混合し、所望により仮焼し、成形した後、焼成する第１の発明の誘電体磁器組成物を製造する過程において、成形工程で誘電体磁器組成物を所定形状に成形し、この成形物を用いて共振器１本体を形成して製造される。
【００４７】
このようにして得られたこの発明の誘電体共振器は、共振器本体に大きな無負荷品質係数（Ｑｕ）を有し、しかも特定の範囲に調整された比誘電率（εｒ）および共振周波数（ｆｏ）の温度係数（τｆ）を有することのできる誘電体磁器組成物を用いていることから、信号を多く送るための搬送波として使用すると、一つの周波数の電波に同時に数１００回線から数１０００回線の通信を乗じて多重通信として使用するのにきわめて好適な誘電体共振器となる。
【００４８】
【実施例】
以下に、実施例を挙げてこの発明をさらに詳細に説明するが、これら実施例によってこの発明はなんら限定されるものではない。
【００４９】
（実施例１〜９および比較例１〜９）
表１に示す量の原料粉末をミキサーによって３時間乾式混合し、一次粉砕して得られた混合物を大気雰囲気下、１２００℃、２時間で仮焼した。次いで、この仮焼粉末に、バインダーとして８質量％のポリビニルアルコールと９２質量％の水とを加え、ボールミル中、１０ｍｍφのジルコニアボールを使用し、９０ｒｐｍで１０時間二次粉砕した。続いて、真空乾燥（０．４Ｔｏｒｒ、４５°Ｃ、２０時間）することにより造粒した。この造粒された原料を成形して、１９ｍｍφ（直径）×１１ｍｍｔ（厚さ）の円筒状の成形体を製造した。
【００５０】
次いで、この成形体を大気雰囲気下、５００℃で２時間脱脂し、その後、１５５０℃、６時間で焼成した。得られた誘電体磁器組成物の組成比を表２に示す。このようにして得られた焼成体の周囲および両端面を研磨し、これを誘電体磁器組成物試料とした。
【００５１】
誘電特性について、この試料の評価結果を表３に示す。
【００５２】
＜誘電特性の評価＞
上記のようにして得られた試料の表面を研磨し、直径１６ｍｍ及び高さ８ｍｍの試験片を作成した。この試験片を用いて、平行導体板型誘電体共振器法（ＴＥ０１１ ＭＯＤＥ）により、測定周波数５ＧＨｚにおいて、無負荷品質係数（Ｑｕ）、比誘電率（εｒ）および温度係数（τｆ）（温度範囲：２５〜８０℃）を測定した。
【００５３】
【表１】
【表２】
【表３】
表３に示す結果から、この発明の誘電体磁器組成物は、大きな無負荷品質係数（Ｑｕ）を有し、しかも広い範囲に亘る比誘電率（εｒ）および共振周波数（ｆｏ）の温度係数（τｆ）を有することが分かる。
（実施例１０）
実施例６で得られた誘電体磁器組成物を用いて、図１に示す誘電体共振器を作製した。
【００５７】
実施例６の誘電体磁器組成物を製造する過程において、成形工程で誘電体磁器組成物を成形し、この成形物を用いて共振器本体１を形成し、この共振器本体１を円筒状金属容器２の内部に収容し、支持台１ａの側を下向きにして、円筒状金属容器底面２ａの中央部に載置し、この中央部に設けられている貫通孔を利用して、ボルトとナットとにより、共振器本体１と円筒状金属容器２とを一体に固定して誘電体共振器を作製した。
【００５８】
このとき、ＴＥ０１δモードにおける共振周波数が１７７０ＭＨＺになるように、図１に示される各部の寸法、すなわちＤを８０ｍｍφ、Ｌを７０ｍｍ、ｄ１を３８ｍｍφ、ｄ２を３２ｍｍφ、ｌ１を１７ｍｍ、ｌ２を２０ｍｍとして、そのＱｕを測定した。Ｑｕは４０５１８であった。
【００５９】
【発明の効果】
この発明によれば、大きな無負荷品質係数（Ｑｕ）を維持しつつ、用途の特性に対応した特定範囲内において、自在に調整された比誘電率（εｒ）および共振周波数（ｆｏ）の温度係数（τｆ）を有することのできる誘電体磁器組成物が提供されると共に、この誘電体磁器組成物を用いて共振器本体を形成した誘電体共振器が提供され、高周波領域で用いられる各種の誘電体機械器具の設計、作製分野に寄与するところはきわめて多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の誘電体共振器の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ 共振器本体
１ａ 支持台
２ 円筒状金属容器
２ａ 円筒状金属容器底面
３ 締結部材
Claims (3)
- 金属成分として、Ｂａ、Ｚｎ、Ｎｂ、ＴａおよびＳｂを含有し、該金属成分を酸化物に換算したときの含有割合が、下記式（１）〜（５）で表され、さらに金属成分としてアルカリ金属を含有し、該アルカリ金属を酸化物に換算したときの含有割合が、下記式（６）で表されてなることを特徴とする誘電体磁器組成物。
５７．５≦ＢａＯ≦６２．６・・・（１）
１６．０≦ＺｎＯ≦２２．２・・・（２）
０＜Ｎｂ２Ｏ５≦２０．６・・・（３）
０＜Ｔａ２Ｏ５≦２０．６・・・（４）
０＜Ｓｂ２Ｏ３≦５．９・・・（５）
０＜Ｍ２Ｏ≦１．９５・・・（６）
〔ただし、式（１）〜（６）における数値の単位はモル％であり、Ｍはアルカリ金属を表し、上記六種類の酸化物のモル％の合計が１００となるように上記範囲から各酸化物のモル％が決定される。〕 - 該アルカリ金属がＫである請求項１に記載の誘電体磁器組成物。
- 請求項１又は２に記載の誘電体磁器組成物を用いて共振器本体を形成したことを特徴とする誘電体共振器。
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