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JPH0669904B2 - 誘電体磁器 - Google Patents

誘電体磁器

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Publication number
JPH0669904B2
JPH0669904B2 JP60165921A JP16592185A JPH0669904B2 JP H0669904 B2 JPH0669904 B2 JP H0669904B2 JP 60165921 A JP60165921 A JP 60165921A JP 16592185 A JP16592185 A JP 16592185A JP H0669904 B2 JPH0669904 B2 JP H0669904B2
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JP
Japan
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dielectric
sample
dielectric constant
oxide
frequency
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幸一 田附
寛治 村野
進 西垣
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Sony Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P7/00Resonators of the waveguide type
    • H01P7/10Dielectric resonators

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  • Inorganic Insulating Materials (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、主にマイクロ波領域において誘電体共振器と
して利用される誘電体磁器に関するものであり、さらに
詳細にはその組成の改良に関するものである。
〔発明の概要〕
本発明は、誘電体材料であるPbZrO3にTb4O7,CeO2,TeO2,
Gd2O3,Dy2O3の1種以上を添加物として加え、 誘電率を確保するとともに誘電損失を抑え、さらに誘電
率の温度特性(共振周波数の温度特性)をコントロール
しようとするものである。
〔従来の技術〕
誘電体磁器は、マイクロ波領域においても、マイクロ波
回路の誘電体共振器、インピーダンス整合用素子、マイ
クロ波集積回路(マイクロ波IC)の基板等に用いられて
おり、特に発振器の周波数安定化やフィルター等に利用
される誘電体共振器はマイクロ波回路の小型化に貢献し
ている。この誘電体共振器は、誘電体中では波長が (ただし、εは誘電率)に短縮されることを利用したも
のであり、したがって誘電率が大きいほど小型化には有
利である。
ところで、誘電体共振器の使用周波数領域の拡大に伴な
って、特に比較的波長の長いマイクロ波領域において使
用される誘電体共振器の小型化が要求されている。例え
ば、衛星放送受信器内の局部発信器の周波数の安定化を
目的とした誘電体共振器の開発が進められており、(Zr
・Sn)TiO4やBa〔Zn1/3(Nb・Ta2/3)〕O3等、良好なマ
イクロ波特性を示す誘電体材料が開発されているが、こ
れら材料は誘電率が30〜40と小さく、10GHz付近の周波
数の共振器に使用する場合には直径5〜6mm、高さ2〜3
mm程度の大きさで済むが、これより低い周波数、例えば
3GHzの共振器では直径が20mm以上にもなってしまい、大
きくなりすぎる。
そこで従来、より高誘電率の誘電材料の開発が進められ
ており、BaO−Nd2O3−TiO2−PbO系誘電体材料等では誘
電率80〜90のものが得られるようになっている。しかし
ながら、この程度の誘電率では共振器の小型化を充分に
達成することはできず、3GHzの共振器の大きさは直径が
12〜13mm前後となってしまう。あるいは、誘電率が100
〜230と非常に高いSrTiO3−CaTiO3−CaSiTiO3系の誘電
体材料も開発されているが、この種の材料は誘電率の温
度特性が−450〜−1500ppm/℃とマイナス側に大きく
(したがって、共振周波数の温度特性はプラス側に大き
い)、また誘電損失も大きいために誘電体共振器の材料
としては不適当である。
以上の様な状況から、特に比較的低い周波数のマイクロ
波領域でも誘電率が高く、なおかつ誘電率の温度変化や
誘電損失の小さい誘電体材料の開発が要望されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述のように高い誘電率を有する誘電体共振器用材料が
得られない大きな理由としては、誘電率が高くなおかつ
誘電損失の小さい材料は全て誘電率の温度特性がマイナ
ス(共振周波数の温度特性がプラス)であることが挙げ
られる。したがって、誘電率の温度特性がプラスの誘電
体材料が見出されれば、これと従来の誘電体材料とを組
み合わせれば誘電率の温度変化の非常に小さい誘電体共
振器を作製することができるものと考えられる。
そこで本発明は、誘電率が高く誘電損失が小さい、かつ
誘電率の温度特性がプラス(共振周波数の温度特性がマ
イナス)の誘電体材料からなる誘電体磁器を提供するこ
とを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者等は、前述の誘電特性に対する要求を満たす誘
電体磁器を開発せんものと鋭意研究の結果、酸化鉛及び
酸化ジルコニウムに、酸化テルビウム,酸化セリウム,
酸化ジスプロシウム,酸化ガドリニウム,酸化テルルの
1種または2種以上を所定の割合で混合し、固相反応に
より作製した誘電体磁器が、この目的に適合することを
見出し本発明を完成するに至ったものである。
すなわち、本発明に係る誘電体磁器は、PbZr
(1−x)(2−x)(ただし、0.42≦x≦0.69)を
主成分とし、TbO7/4,CeO2,TeO2,GdO3/2,DyO3/2の1種ま
たは2種以上を0.1〜5.3モル%添加したことを特徴とす
るものであり、誘電率の温度特性がマイナスの材料から
なる誘電体磁器と組み合わせることにより、誘電率の温
度特性が非常に小さくかつ高い誘電率の誘電体共振器を
提供し、2〜4GHzのマイクロ波領域でも小型で安定性の
良い発振器やフィルタを提供しようとするものである。
本発明者等の実験によれば、酸化鉛の占める割合xが0.
42未満であると、得られる焼結体にクラックが入って誘
電率等が測定不能になり、また、上記割合xが0.69を越
えると、この酸化鉛の蒸発量が多くなり良好な焼結体が
得られなくなってしまうことがわかった。同様に、上記
酸化ジルコニウムの占める割合が0.31未満であると、焼
結不良の原因となり、逆に上記割合が0.58を越えると得
られる焼結体にクラックが入り、誘電率等が測定不能に
なってしまう。
さらに、添加物である酸化テルビウム,酸化セリウム,
酸化ジスプロシウム,酸化ガドリニウム,酸化テルルの
モル百分率yが0.1モル%未満であると、焼結性が悪く
なり、結果として無負荷Qが小さくなって誘電損失が大
きなものとなる。また上記モル百分率yが5.3モル%を
越えると、誘電率が小さくなり過ぎる。
本発明に係る誘電体磁器は、PbO、ZrO2及びTb4O7,CeO2,
TeO2,Gd2O3,Dy2O3の1種または2種以上からなる原料粉
末を、上述のモル百分率となるように所定量混合し、焼
成することによって作製することができるが、通常は、
これら原料粉末をあらかじめやや低めの温度で仮焼成し
た後、これを粉砕し、再び混合処理して加圧成型したも
のを本焼成することによって作製される。ここで特に、
上記PbOが逃散する虞れがあるので、上記本焼成は、例
えば圧力100〜250Kg/cm2、温度1200〜1300℃、4〜10時
間の条件でのホットプレス焼成、あるいは温度1200〜13
00℃、4〜10時間の条件でPbO雰囲気中での焼成等によ
るのが好ましい。上記PbOが逃散してしまうと、得られ
る誘電体磁器の組成が変ってしまい、所望の誘電特性を
確保することが難かしくなる。
〔作用〕
以上述べたように、酸化鉛、酸化ジルコニウム及び酸化
テルビウム,酸化セリウム,酸化ジスプロシウム,酸化
ガドリニウム,酸化テルルの少なくとも1種を所定の割
合で配合し焼結することにより、誘電率が高く誘電率の
温度係数がプラス(共振周波数の温度係数がマイナス)
の誘電体磁器が作製される。
〔実施例〕
以下、具体的な実施例により本発明を説明するが、本発
明がこれら実施例に限定されるものでないことは言うま
でもないことである。
実施例1. 出発原料に市販のPbO、ZrO2、Tb4O7を用い、これらを第
1表に示した組成となるようにそれぞれ秤量し、純水と
共にボールミルに入れ16時間湿式混合した。なお、ここ
で上記Tb4O7は、TbO7/4としてそのモル分率を換算し
た。
得られた混合物をろ過、乾燥後、円板状に成形し空気中
で850℃、1時間仮焼成した。
次に、この仮焼成物を乳鉢を用いて砕いた後、純水とと
もにボールミルに入れ、16時間湿式粉砕した。得られた
粉砕物をろ過乾燥後、少量の純水を加えて整粒し、油圧
プレスによって1000Kg/cm2の圧力で直径20mm、厚さ10mm
の円板状に成形した。
この成形体を温度1200〜1250℃、圧力100〜250Kg/cm2
4〜10時間ホットプレス焼成し、誘電体磁器サンプル
(試料1〜試料13及び比較例1〜比較例6)を得た。
得られた各誘電体磁器サンプルを共振周波数がおよそ3G
Hzになるような形状に加工した後、その共振特性を導波
管中で測定し、各サンプルの誘電率ε、無負荷Q、−20
〜+60℃の共振周波数の温度特性τ を求めた。結果を
第1表に示す。なお、この表において、比較例3につい
てはQが悪すぎたために、誘電率及び共振周波数の温度
特性は1MHzで測定した。
実施例2. 出発原料に市販のPbO、ZrO2、CeO2を用い、これらを第
2表に示した組成となるようにそれぞれ秤量し、先の実
施例1と同様の方法により誘電体磁器サンプル(試料14
〜試料19及び比較例7〜比較例8)を作製した。
得られた各誘電体磁器サンプルを共振周波数がおよそ3G
Hzになるような形状に加工した後、その共振特性を導波
管中で測定し、各サンプルの誘電率ε、無負荷Q、−20
〜+60℃の共振周波数の温度特性τ を求めた。結果を
第2表に示す。
実施例3. 出発原料に市販のPbO、ZrO2、TeO2を用い、これらを第
3表に示した組成となるようにそれぞれ秤量し、先の実
施例1と同様の方法により誘電体磁器サンプル(試料20
〜試料25及び比較例9)を作製した。
得られた各誘電体磁器サンプルを共振周波数がおよそ3G
Hzになるような形状に加工した後、その共振特性を導波
管中で測定し、各サンプルの誘電率ε、無負荷Q、−20
〜+60℃の共振周波数の温度特性τ を求めた。結果を
第3表に示す。
実施例4. 出発原料に市販のPbO、ZrO2、Gd2O3を用い、これらを第
4表に示した組成となるようにそれぞれ秤量し、先の実
施例1と同様の方法により誘電体磁器サンプル(試料26
〜試料28及び比較例10)を作製した。なお、ここで上記
Gd2O3は、GdO3/2としてそのモル分率を換算した。
得られた各誘電体磁器サンプルを共振周波数がおよそ3G
Hzになるような形状に加工した後、その共振特性を導波
管中で測定し、各サンプルの誘電率ε、無負荷Q、−20
〜+60℃の共振周波数の温度特性τ を求めた。結果を
第4表に示す。
実施例5. 出発原料に市販のPbO、ZrO2、Dy2O3を用い、これらを第
5表に示した組成となるようにそれぞれ秤量し、先の実
施例1と同様の方法により誘電体磁器サンプル(試料29
〜試料31及び比較例11)を作製した。なお、ここで上記
Dy2O3は、DyO3/2としてそのモル分率を換算した。
得られた各誘電体磁器サンプルを共振周波数がおよそ3G
Hzになるような形状に加工した後、その共振特性を導波
管中で測定し、各サンプルの誘電率ε、無負荷Q、−20
〜+60℃の共振周波数の温度特性τ を求めた。結果を
第5表に示す。
実施例6. 出発原料に市販のPbO、ZrO2及び添加物(CeO2,Tb4O7,Gd
2O3のうち2種以上)を用い、これらを第6表に示した
組成となるようにそれぞれ秤量し、先の実施例1と同様
の方法により誘電体磁器サンプル(試料29〜試料32)を
作製した。
得られた各誘電体磁器サンプルを共振周波数がおよそ3G
Hzになるような形状に加工した後、その共振特性を導波
管中で測定し、各サンプルの誘電率ε、無負荷Q、−20
〜+60℃の共振周波数の温度特性τ を求めた。結果を
第6表に示す。
これら各表より、本発明に係る各試料にあっては、誘電
率、無負荷Qとも高く、共振周波数の温度特性がマイナ
ス(誘電率の温度特性がプラス)という特性を示すこと
がわかる。
これに対して、本発明の範囲を外れた各比較例は、焼結
不良を起こしたり、無負荷Qが下がり誘電損失が大きな
ものとなるなど、好ましいものではない。
〔発明の効果〕
上述の説明からも明らかなように、本発明に係る誘電体
磁器は、酸化鉛、酸化ジルコニウム及び添加物である酸
化テルビウム,酸化セリウム,酸化ジスプロシウム,酸
化ガドリニウム,酸化テルルのうちの少なくとも1種を
焼結してなり、各成分を所定の割合で含有しているの
で、誘電率及び無負荷Qともに向上することができ、同
時に誘電率の温度特性をプラス(共振周波数の温度特性
をマイナス)にすることができる。したがって、本発明
に係る誘電体磁器を従来の誘電率の温度特性がマイナス
(共振周波数の温度特性がプラス)の誘電体磁器と組み
合わせて使用することで、温度特性を自由に調節するこ
とができる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】PbZr(1−x)(2−x)(ただし、
    0.42≦x≦0.69)を主成分とし、TbO7/4,CeO2,TeO2,GdO
    3/2,DyO3/2の1種または2種以上を0.1〜5.3モル%添加
    したことを特徴とする誘電体磁器。
JP60165921A 1985-07-29 1985-07-29 誘電体磁器 Expired - Fee Related JPH0669904B2 (ja)

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JPS6227373A (ja) 1987-02-05
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