JPH0628917A - 誘電体磁器組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 誘電率が高く、品質係数Ｑが大きく、共振周
波数の温度係数τf がほぼ０のマイクロ波領域に好適な
誘電体磁器組成物を提供する。 【構成】 組成式 a ・ ｛(1-w)・BaO ・ w ・ PbO ｝・ b
・ TiO₂・ c ・ ｛x ・ Pr₂O_11/3, y ・ Sm₂O₃, z・ Gd₂O₃ ｝
（式中、a, b, c, w, x, y, z はモル比率で、a+b+c=1
、0.1<a<0.2 、0.6<b<0.8 、0.1<c<0.2 、0.001<w<0.2
5、x+y+z=1 、0.02<x<0.80 、0.02<y<0.95 、0.02<z<0.
60 ）で表されるチタン、バリウム、鉛、プラセオジ
ム、サマリウム、ガドリニウム系誘電体磁器組成物であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は誘電体共振器等の材料と
して好適な誘電体磁器組成物に関し、誘電体共振器材料
の他に例えばマイクロ波ＩＣ用誘電体基板、誘電体調整
棒及び有機物との複合材料の原料などにも適用されるも
のである。

【０００２】

【従来技術】最近、MHz 帯からGHz 帯のマイクロ波帯域
の電波を利用した自動車電話、コードレス電話等の移動
無線機に、誘電体共振器が多く用いられるようになっ
た。このような誘電体共振器に使用される誘電体磁器組
成物としては比誘電率εr が大きく、共振周波数の温度
係数τf が小さく、かつ品質係数Ｑ（無負荷Ｑ₀ ）が大
きいこと等の特性が要求されている。

【０００３】従来、このような誘電体磁器組成物として
TiO₂、MgO-CaO-TiO₂、ZrO₂-TiO₂-SnO₂、BaO-TiO₂、等
を主成分とするものが知られているが、温度係数が大き
かったり、マイクロ波帯域での品質係数Ｑが小さかった
りして実用化するには困難な面がある。

【０００４】また、BaO-TiO₂-Nd₂O₃系の誘電体磁器組成
物についての提案｛Ber. Dt. Keram.Ges. 55 (1978) N
o. 7 ; 特開昭60-35406号公報等｝もあるが、品質係数
Ｑが小さく、比誘電率εr も小さく十分とは言えない。

【０００５】また、Ba(Mg_1/3,Ta_2/3)O₃ やBa(Zn_1/3,Ta
_2/3)O₃ 、Ba(Zn_1/3,Nb_2/3)O₃ 系等のペロブスカイト型
構造を有する誘電体磁器組成物が提案されているが、比
誘電率が小さい（比誘電率εr ＝25〜40程度）ために、
例えば0.1 〜4GHz帯で使用される共振器としたときに、
共振器を十分に小型化することができない問題点があ
る。

【０００６】この問題点を解決するものとして、特開昭
62-72558 号公報には、BaO-TiO₂-Nd₂O₃-BiO_2/3系の誘
電体磁器組成物が提案されている。その特性は比誘電率
εrが80〜83、品質係数Ｑが1900〜2650で、τf が3 〜1
0とかなり改善されているもののまだ不十分であり、さ
らに優れた特性を有する誘電体磁器組成物の開発が望ま
れている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の誘電体磁器組成物では、いずれをとっても近年要
求されている誘電体共振器材料として具備すべき特性、
すなわち、比誘電率εr及び品質係数Ｑがさらに高く、
かつτf が小さいことを兼ね備えた材料がないという問
題がある。本発明はこれらの問題点に鑑みなされたもの
であって、その目的は比誘電率εr 及び品質係数Ｑがさ
らに高く、かつτf が小さいことを兼ね備えた誘電体磁
器組成物を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、誘電体磁器の組成に関し鋭意検討した結果、バリウ
ムの一部を鉛で置き換え、さらにプラセオジム、サマリ
ウム及びガドリニウムを用いることにより優れた誘電体
が得られることを見い出し本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、組成式 a・ ｛(1-w)・BaO ・ w ・ Pb
O ｝・ b ・ TiO₂・ c ・ ｛x ・ Pr2O_11/3, y ・ Sm₂O₃, z・
Gd₂O₃ ｝（式中、a, b, c, w, x, y, z はモル比率で、
a+b+c=1 、0.1<a< 0.2、0.6<b<0.8 、0.1<c<0.2 、0.00
1<w<0.25、x+y+z=1 、0.02<x<0.80 、0.02<y<0.95 、
0.02<z<0.60）で表されるチタン、バリウム、鉛、プラ
セオジム、サマリウム及びガドリニウム系誘電体磁器組
成物である。

【０００９】以下、本発明についてさらに詳しく説明す
る。本発明の特徴は、バリウムと鉛とチタンとプラセオ
ジムとサマリウム及びガドリニウムを用いることとその
組成比にあるが、特にバリウムと鉛及びプラセオジム、
サマリウムとガドリニウムに特徴がある。すなわち、Ba
O 及びPbO の合計モル比 a は、0.1<a<0.2 であり、Ba
O とPbO の比率を示す w が0.001<w<0.25、さらにPr₂O
₃ 、Sm₂O₃ 及びGd₂O₃ の合計モル比 c は、0.1<c<0.2
であり、Pr₂O_11/3の比率を示す x が、0.02<x<0.80 、
Sm₂O₃ の比率を示す y が、0.02<y<0.95 、Gd₂O₃ の比
率を示す z が、0.02<z<0.60 で示される組成にあるこ
とによって品質係数Ｑ 6020 〜6320、比誘電率εr 89〜
93及び共振周波数の温度係数τfが-4〜+4のマイクロ波
帯域に好適の優れた誘電体材料が得られるのである。

【００１０】組成範囲の限定理由は次の通りである。a
はBaO が0.1 以下では比誘電率εr が小さく、0.2 以上
では品質係数Ｑが低くなり好ましくない。したがって、
a は0.1<a<0.2 の範囲であり、さらに好ましくは0.12<a
<0.18 である。b はTiO₂が0.6 以下では焼結性が低下
し、0.8 以上では共振周波数の温度係数τf が大きくな
り好ましくない。したがって、b は0.6<b<0.8 の範囲で
あり、さらに好ましくは0.64<b<0.76 である。c は0.1
以下では比誘電率εr が小さく、0.2 以上では比誘電率
εr 及び品質係数Ｑが共に小さくなり好ましくない。し
たがって、c は0.1<b<0.2 の範囲であり、さらに好まし
くは0.12<c<0.18 である。

【００１１】w は0.001 以下では、比誘電率εr が大き
くならず、0.25以上では品質係数Ｑが低下して好ましく
ない。したがって、w は0.001<w<0.25の範囲であり、さ
らに好ましくは0.01<w<0.2である。x は0.02以下あるい
は0.80以上では、共振周波数の温度係数τf が大きくな
り好ましくない。したがって、x は0.02<x<0.80 の範囲
であり、さらに好ましくは0.10<x<0.80 である。y は0.
02以下あるいは0.95以上では、共振周波数の温度係数τ
f が大きくなり好ましくない。したがって、y は0.02<y
<0.95 の範囲であり、さらに好ましくは0.10<y<0.90 で
ある。z は0.02以下あるいは0.60以上では、共振周波数
の温度係数τf が大きくなり好ましくない。したがっ
て、z は0.02<z<0.60 の範囲であり、さらに好ましくは
0.02<z<0.50 である。

【００１２】本発明による誘電体磁器組成物は、最終的
に酸化物磁器組成物になればよく、その製造方法は通常
行われるように、バリウム（Ba）、鉛（Pb）、チタン
（Ti）、プラセオジム（Pr）サマリウム（Sm）及びガド
リニウム（Gd）等の酸化物あるいは、炭酸塩、塩基性炭
酸塩、硝酸塩、水酸化物及び有機酸塩等の熱分解により
酸化物となる出発原料を混合して焼成する方法等で製造
することができる。出発原料を混合して仮焼した後、得
られた仮焼粉末をそのままの形態で有機材料などと複合
することにより実用に供される場合もある。

【００１３】次に、出発原料を混合して仮焼した後、成
形、焼結する方法（共振器などの応用で適用されている
方法）について説明する。まず、出発原料を所定の量ず
つ混合する。混合する際には、水、アルコール、その他
の有機溶媒等と共に湿式混合する方法など混合性の高い
方法が好ましい。湿式混合を行った場合は、溶媒を除去
した後、得られた混合物を仮焼する。仮焼は、空気雰囲
気などの酸素ガス含有雰囲気下に、温度900 〜1300℃程
度で行なうことが好ましい。仮焼温度が900 ℃より低い
と仮焼による固相反応が促進されず、また、仮焼温度が
1300℃を越えると仮焼粉末が凝集して粉末特性が低下す
るので好ましくない。

【００１４】得られた仮焼物を粉砕した後、成形する。
成形方法としては、一般のセラミックス粉体の成形方法
である加圧成形、押し出し成形、シート成形及び射出成
形などが適用される。この際、ポリビニルアルコールな
どの通常の有機バインダー類、可塑剤及び分散剤などの
添加成分を必要に応じて添加する。得られた成形体を焼
結する。焼結は、空気雰囲気などの酸素ガス含有雰囲気
下で温度1300〜1600℃程度で行なうことが好ましい。

【００１５】こうして得られた誘電体磁器組成物の焼結
体は、そのまま、又は必要に応じて適当な形状及びサイ
ズに加工することで、誘電体共振器、マイクロ波ＩＣ用
誘電体基板及び誘電体調整棒等の材料として利用するこ
とができ、特に0.1 〜4GHz帯で使用される誘電体共振器
とした時に優れた効果を奏する。

【００１６】

【実施例】以下、さらに実施例・比較例を挙げて本発明
を詳細に説明する。 〔実施例１〜２６及び比較例１〜１０〕出発原料に高純
度の BaCO₃, Pb₃O₄, TiO₂, Pr₆O₁₁, Sm₂O₃, Gd₂O₃ 粉末
を用いて表１に示す所定の組成比になるように秤量した
後、ボールミルを用いて20時間湿式混合した。このスラ
リーを加熱乾燥した後、空気中において温度1050℃で2
時間仮焼し、得られた仮焼物を再びボールミルを用いて
20時間湿式粉砕した。得られたスラリーを加熱乾燥した
後、ポリビニルアルコールを適当量加えて混練を行な
い、32メッシュのふるいで造粒した。造粒粉を成形圧力
800kg/cm² で加圧成形し、空気中において温度1300℃〜
1500℃で5 時間焼成した。

【００１７】得られた焼結体を直径約10 mm 、高さ約4
mmの円筒状に加工した。この焼結体の特性を空洞型共振
器を用いた透過法によりGHz 帯でのεr 、品質係数Ｑ、
τfの測定を行なった。測定は横河ヒューレット・パッ
カード社製ネットワークアナライザー（型番：YHP 851
0）を用い、村田製作所社製（型番：DRG 8553）測定治
具を用いて行なった。また、共振モードは、ＴＥ01δモ
ードを用いた。試料の共振周波数は3 〜4 GHz であっ
た。なお、一般にGHz 帯での誘電特性の測定においては
測定法により測定値が異なる場合が多く、測定値の比較
にあたってはその測定方法にも十分な配慮をする必要が
ある。特に、品質係数Ｑの測定においては注意が必要で
ある。共振周波数foの温度依存性については、-30 ℃か
ら+80 ℃の範囲で測定し、温度係数τf を求めた。それ
らの実験結果を表１に示す。なお、表中の品質係数Ｑの
値は共振周波数foと品質係数Ｑとの間の関係式fo×Ｑ＝
一定の関係を用いて1 GHz での値に換算して示した。

【００１８】

【表１】

【００１９】

【発明の効果】本発明の誘電体磁器組成物は、バリウ
ム、チタンの他に鉛、プラセオジム、サマリウム及びガ
ドリニウムを主要成分として用いることにより、比誘電
率εr が高く、品質係数Ｑが大きく、τf の安定性が良
好であり、0.1 〜4 GHz 帯で使用される誘電体材料とし
て特に好適であり優れた効果を奏する。

フロントページの続き (72)発明者 飴谷 公兵 東京都町田市旭町３丁目５番１号 電気化 学工業株式会社総合研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 組成式 a ・ ｛(1-w)・BaO ・ w ・ PbO ｝
   ・ b ・ TiO₂・ c ・ ｛x ・ Pr₂O_11/3, y ・ Sm₂O₃, z・ Gd₂O
   ₃ ｝（式中、a, b, c, w, x, y, z はモル比率で、a+b+
   c=1 、0.1<a<0.2 、0.6<b<0.8 、0.1<c<0.2 、0.001<w<
   0.25、x+y+z=1 、0.02<x<0.80 、0.02<y<0.95 、0.02<z
   <0.60 ）で表されるチタン、バリウム、鉛、プラセオジ
   ム、サマリウム、ガドリニウム系誘電体磁器組成物。