誘電体セラミックスおよび共振器、並びに誘電体セラミックスの製造方法
【課題】 強度および破壊靱性などの機械的特性をより向上させた誘電性セラミックスを提供する。
【解決手段】 Ｌａ，Ａｌ，Ｃａ，Ｔｉを含有する多結晶体の誘電体セラミックスであって、その結晶粒界にＣａＡｌ１２Ｏ１９（ヒボナイト）結晶を有する。
【解決手段】 Ｌａ，Ａｌ，Ｃａ，Ｔｉを含有する多結晶体の誘電体セラミックスであって、その結晶粒界にＣａＡｌ１２Ｏ１９（ヒボナイト）結晶を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体セラミックスおよびこれを用いた誘電体共振器、並びに誘電体セラミックスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話の中継基地局などには電波を拾うための共振器が組み込まれている。その共振器の中核部には、フィルタとしての誘電性部材が使用される。この誘電性部材は、例えば、誘電体セラミックスからなる。従来、優れた誘電特性を有する誘電体セラミックスとして、Ｌａ，Ａｌ，ＣａおよびＴｉを含有するものが提案されている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−７６６３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、近年は共振器のコンパクト化が進んでおり、組み込みの際に加わる応力等によって誘電性部材に亀裂や破損が生じる恐れがあった。従って、強度および破壊靱性などの機械的特性をより向上させた誘電性セラミックスが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様による誘電体セラミックスは、Ｌａ，Ａｌ，Ｃａ，Ｔｉを含有する多結晶体であり、その結晶粒界にＣａＡｌ１２Ｏ１９（ヒボナイト）結晶を有する。
【０００６】
また、本発明の一態様による誘電体共振器は、前記誘電体セラミックスからなる誘電性部材をフィルタとして用いる。
【０００７】
また、本発明の一態様による誘電体セラミックスの製造方法は、Ｌａ，Ａｌ，Ｃａ，Ｔｉを含有する多結晶体であり、その結晶粒界にＣａＡｌ１２Ｏ１９（ヒボナイト）結晶を有する誘電体セラミックスの製造方法であって、酸化ランタン、酸化アルミニウム、炭酸カルシウムおよび酸化チタンの粉末を混合して混合物を得る混合工程と、前記混合物を乾燥させる乾燥工程と、乾燥させた前記混合物を成形して成形体を得る成形工程と、前記成形体を焼成する焼成工程とを有する。前記混合工程において、前記酸化アルミニウムおよび前記炭酸カルシウムの平均粒径は、それぞれ１μｍ未満である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様による誘電体セラミックスによれば、機械的特性を向上させることができる。
【０００９】
また、本発明の一態様による誘電体共振器によれば、誘電性部材の機械的特性を向上させることができ、組み立て等もより容易となる。
【００１０】
また、本発明の一態様による誘電体セラミックスの製造方法によれば、機械的特性の優れた誘電体セラミックスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る共振器を模式的に示す一部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための実施形態について説明する。
【００１３】
本発明の実施の形態による誘電体セラミックスは、Ｌａ，Ａｌ，Ｃａ，Ｔｉを含有する多結晶体であって、その結晶粒界にＣａＡｌ１２Ｏ１９（ヒボナイト）結晶を有する。
【００１４】
粒界にＣａＡｌ１２Ｏ１９（ヒボナイト）結晶を有する誘電体セラミックスとすれば、従来よりも機械的特性を向上させることができる。その理由は次の通りである。従来からＬａ−Ａｌ−Ｃａ−Ｔｉ系の誘電体セラミックスは主にＬａＡｌＯ３やＣａＴｉＯ３などの結晶から構成されており、その結晶同士はＳｉ，Ａｌ，Ｃａなどを含む非晶質相から構成される粒界によって結合されている。そして、誘電体セラミックスの強度は粒界の強度に依存する。本実施形態による誘電体セラミックスでは、この粒界に、柱状のヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶を析出させることにより、その粒子架橋効果により、誘電体セラミックスが粒界破壊を起こした際に、粒界に集中する応力を柱状のヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶により分散させることができるようになる。従って、誘電体セラミックスの機械的特性を向上させることが可能となる。さらには、ビボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶を粒界に存在させると、そのピンニング効果によって、結晶の粒成長が抑制され、微細結晶で構成された高緻密な結晶形態をとることができるため、機械的特性が向上する。
【００１５】
なお、上記ヒボナイト結晶が結晶の３重点に相当する粒界にあれば、より機械的特性を向上させることが可能となるために好ましい。
【００１６】
また、上記粒子架橋効果とは、セラミック多結晶体において、２つ以上のセラミック粒子の粒界に集中する応力を、２つ以上のセラミック粒子に接するあるいはその粒界に接するように存在させた矩形形状の結晶に分散させる効果のことである。
【００１７】
また、ピンニング効果とは、主成分の結晶以外の、主成分と反応性の低い少数の他の結晶をセラミック多結晶体中に存在させ、セラミック多結晶体を構成する主成分の結晶の粒成長を抑制する効果のことである。
【００１８】
また、本実施形態の誘電体セラミックスは、組成式をαＬａ2ＯX・βＡｌ2Ｏ3・γＣａＯ・δＴｉＯ2（但し、３≦ｘ≦４）と表したとき、モル比α，β，γ，δがそれぞれ０
．０５６≦α≦０．２１４，０．０５６≦β≦０．２１４，０．２８６≦γ≦０．５００，０．２３０＜δ＜０．４７０の範囲にあり、α＋β＋γ＋δ＝１であることを満足している。
【００１９】
本実施形態による誘電体セラミックスにおいて、各成分のモル比α，β，γおよびδを上記の範囲に限定した理由は以下の通りである。
【００２０】
まず、０．０５６≦α≦０．２１４としたのは、この範囲にすると、誘電体セラミックスの比誘電率（εｒ）が大きく，Ｑ値が高く、共振周波数の温度係数τｆの絶対値が小さくなるからである。特に、αの下限は０．０７８が好ましく、αの上限は０．１８７が好ましい。
【００２１】
また、０．０５６≦β≦０．２１４としたのは、この範囲にすると、誘電体セラミックスの比誘電率（εｒ）が大きく、Ｑ値が高く、τｆの絶対値が小さくなるからである。特に、βの下限は、０．０７８が好ましく、βの上限は、０．１８７が好ましい。
また、０．２８６≦γ≦０．５００としたのは、この範囲にすると、誘電体セラミックス
の比誘電率（εｒ）が大きく、Ｑ値が高く、τｆの絶対値が小さくなるからである。特に、γの下限は０．３３０が好ましく、γの上限は０．４７０が好ましい。
【００２２】
また、０．２３０＜δ＜０．４７０としたのは、この範囲にすると、誘電体セラミックスの比誘電率（εｒ）が大きく，Ｑ値が高く，τｆの絶対値が小さくなるからである。特に、δの下限は０．３４０が好ましく，δの上限は０．４５０が好ましい。
【００２３】
また、本実施形態による誘電体セラミックスは、Ｘ線回折における２θ＝３６．２℃付近のヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶のピーク強度Ｘ１と、２θ＝３３．１°付近の主ピーク強度Ｘ２の比率Ｘ１／Ｘ２が０．００１〜０．１であるとよい。この比率Ｘ１／Ｘ２は小さすぎると、ヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶が少なくなり、結晶粒界での粒子架橋効果が思うように発揮されず、従来のＬａ−Ａｌ−Ｃａ−Ｔｉ系誘電体セラミックスと同等以上の高い機械的特性が得られることが困難となる。一方、比率Ｘ１／Ｘ２が大きすぎると、ヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶が多くなり、柱状結晶が重なることから、重なりの部分と結晶粒界の間に空隙が生じるため、この部分が気孔として誘電体セラミックス中に多く残存し、誘電体セラミックスの密度を低下させ、結果として、機械的特性が低下し易くなる。よって、本実施の形態による誘電体セラミックスの上記比率Ｘ１／Ｘ２は、０．００１以上、０．１以下であるとよい。
【００２４】
なお、上記Ｘ線回折チャートは、例えばＸ線回折装置（ＢｒｕｋｅｒＡＸＳ社製 ＡＤＶＡＮＣＥ）により、測定範囲２θ＝１０°〜０°，ＣｕＫα測定の条件で測定することが可能である。さらに、ヒボナイト結晶と本実施形態の誘電体セラミックスの主ピークが存在する２θ＝３１°〜３８°の条件でＣｕＫα測定すれば、より正確な測定を実施することが可能である。
【００２５】
また、本実施形態による誘電体セラミックスでは、ヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶の平均粒径が５００ｎｍ〜３μｍであるとより好ましい。ヒボナイト結晶の平均粒径が小さすぎると、平均粒径が小さすぎるために、粒子架橋効果やピンニング効果が得られにくく、ヒボナイト結晶の平均粒径が大きすぎると、結晶が大きすぎ、ヒボナイト結晶が粒界に応力を発生させる要因となる可能性があるため好ましくない。
【００２６】
ヒボナイト結晶の平均粒径が５００ｎｍを超えると、粒子架橋効果やピンニング効果が十分得られ、３μｍ以下であると、ヒボナイト結晶が粒界に応力を発生させる要因となる可能性が低いため好ましい。
【００２７】
なお、ヒボナイト結晶の平均粒径については、電子顕微鏡を用いて所定倍率にて結晶写真をとり、この写真の所定範囲内の結晶粒径を写真のスケールに合わせて測定して、その平均値を算出することによって得られる。
【００２８】
また、本実施形態による誘電体セラミックスでは、ヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶のアスペクト比が１〜５であるとより好ましい。ヒボナイト結晶のアスペクト比が小さすぎると、ヒボナイト結晶の長さが短く、粒界において粒子架橋効果が得られにくく、アスペクト比が大きすぎると、ヒボナイト結晶が長すぎて粒界に応力を発生させる要因となる可能性があるため好ましくない。
【００２９】
ヒボナイト結晶のアスペクト比が１以上であると、粒界において粒子架橋効果が十分得られ、アスペクト比が５以下であると、粒界に応力を発生させる要因となる可能性が低いため好ましい。
【００３０】
なお、上記アスペクト比は、透過電子顕微鏡により、誘電体セラミックスの粒界を観察
して柱状のヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶を確認し、画像に移った矩形形状の長軸の長さａと短軸の長さｂの比率ａ／ｂを算出することにより求めることが可能である。
【００３１】
また、本実施形態の誘電体セラミックスは、ボイド率が４％以下であるとより好ましい。これにより、誘電体セラミックスがより緻密化されるため、強度や硬度などの機械的特性の低下を抑えることができる。よって、ハンドリング時、落下時、共振器内への取付け時および各携帯電話基地局等への設置後にかかる衝撃等によって、誘電体セラミックスにカケや割れおよび破損等が生じ難い。より好ましくはボイド率を３％以下とする。
【００３２】
なお、このボイド率は、例えば１００μｍ×１００μｍの範囲が観察できるように、任意の倍率に調節した金属顕微鏡またはＳＥＭ等により、誘電体セラミックスの磁器表面および内部断面の数カ所を写真または画像として撮影し、この写真または画像を画像解析装置により解析して数カ所のボイド率を算出し、この算出したボイド率の平均値を求めることにより算出することが可能である。画像解析装置としては例えばニレコ社製のＬＵＺＥＸ−ＦＳ等を用いればよい。
【００３３】
また、本実施形態による誘電体セラミックスは、不可避不純物として、Ｆｅ，Ｓｒ，Ｎａ，Ｃａ，Ｋ，Ｓｉ，Ｐｂ，Ｎｉ，ＣｕまたはＭｇを酸化物換算で合計１質量％以下含んでいても良い。これにより、各種誘電特性の値が低下することが抑制され、焼結体としての機械的特性の低下が抑制される。
【００３４】
なお、不可避不純物量は、誘電体セラミックスの一部を粉砕し、得られた粉体を塩酸などの溶液に溶解した後、ＩＰＣ発光分光分析装置（島津製作所製：ＩＣＰＳ−８１００）を用いてそれぞれの元素の量を測定し酸化物換算することにより得られる。測定装置の誤差は分析値をｎとするとｎ±√ｎである。
【００３５】
次に、本実施形態による誘電体セラミックスの製造方法について以下に詳細を説明する。具体的には、例えば以下の工程（１）〜（６）を実施する。
【００３６】
（１） 出発原料として、高純度の酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）と高純度の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３），炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）および酸化チタン（ＴｉＯ２）の各粉末を準備する。しかる後、それぞれの原料を所望の割合となるように秤量後、純粋を加え、混合原料の平均粒径が２μｍ以下となるまで１〜１００時間、ジルコニアボール等を使用したボールミルにより湿式混合及び粉砕を行い混合物を得る。このとき、出発原料のうち、酸化アルミニウムと炭酸カルシウムについては、予め粉砕するなどして微粒化させ、焼成時の反応性を高めた平均粒径１μｍ未満の原料を用いる。
【００３７】
なお、上記各原料の粒径の測定方法としては、出発原料および混合、粉砕後の原料の一部を分散媒中に分散機を用いて分散させた後、例えばマイクロトラック（９３２０−Ｘ１００；日機装（株）社製）を用いたレーザー回折・散乱法により粒径や粒度分布を測定することができる。 また、得られた粒度分布の粒度データから、累積度数５０％の粒径（
Ｄ５０）を平均粒径とする。他に粒度データ累積度数１０％（Ｄ１０）の粒径や累積度数９０％（Ｄ９０）の粒径などを求めることも可能である。
【００３８】
（２） （１）で得られた混合物をステンレス製容器に移し、乾燥後、メッシュパスして、本実施形態による誘電体セラミックスの原料粉末を得る。
【００３９】
（３） （２）で得られた原料粉末に３〜１０重量％のバインダと純水を加えた後、ジルコニアボール等を使用したボールミルにより湿式混合を行い、その後、例えばスプレードライ法等により造粒し、造粒粉体を得る。
【００４０】
（４） （３）で得られた造粒体を、例えば金型プレス法、冷間静水圧プレス法、および押し出し成形法等により任意の形状に成形する。なお、造粒体の形態は粉体等の固体のみならず、スラリー等の固体、液体混合物でも良い。この場合、液体は水以外の液体、例えばＩＰＡ（イソプロピルアルコール）、メタノ−ル、エタノ−ル、トルエン、又はアセトン等でも良い。
【００４１】
（５）得られた成形体を大気中１５００℃〜１７００℃で５〜１０時間保持して焼成する。より好ましくは１５５０〜１６５０℃で焼成するのが良い。
【００４２】
なお、本実施の形態による誘電体セラミックスの製造方法では、誘電体セラミックスの粒界にヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶を存在させるために、上記（１）の工程において、原料として用いる酸化アルミニウムと炭酸カルシウムの平均粒径を１μｍ未満とし、焼成時における酸化アルミニウムと炭酸カルシウムの反応性を高めている。酸化アルミニウムと炭酸カルシウムの平均粒径が１μｍ未満であると、酸化アルミニウムと炭酸カルシウムの焼成時における反応性が向上し、粒界にヒボナイト結晶を生成しやすい。
【００４３】
また、従来の誘電体セラミックスの製造方法では、上記（１）の工程の前に、予め酸化ランタンと酸化アルミニウム、炭酸カルシウムと酸化チタンをそれぞれ混合し、熱処理後、粉砕して適度な平均粒径のＬａＡｌＯ３とＣａＴｉＯ３の合成原料を得てから、両者を混合する方法が用いられているが、本実施の形態による誘電体セラミックスの製造方法では、この合成原料を生成せずに、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３），酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３），炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）および酸化チタン（ＴｉＯ２）を直接混合するため、粒界にヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶を生成しやすくなる。 また、合成
原料を生成する必要がないので、製造コストを低減できる。
【００４４】
また、(５)の工程の後に、（５）の工程によって得られた焼成体を酸素５〜３０体積％以上含むガス中において、温度１５００〜１７００℃、圧力３００〜３０００気圧で、１分〜１００時間、より好ましくは、温度１５５０〜１６５０℃、圧力１０００〜２５００気圧で２０分〜３時間熱処理してもよい。この熱処理により、焼成体をより緻密化して、機械的特性を向上させるとともに、表面に酸化皮膜を作って表面を滑らかにし、亀裂等の発生する可能性をより低減させることができる。
【００４５】
次に、本実施形態の誘電体セラミックスを使用した誘電体共振器の一例について以下に説明する。図１に示すＴＥモ−ド型の誘電体共振器１は、軽量なアルミニウム等の金属からなる金属ケース２と、金属ケース２の内壁の相対向する両側に設けられた入力端子３及び出力端子４と、入出力端子３と出力端子４の間にフィルタとして配置された、上述した誘電体セラミックスからなる誘電性部材５とを有する。このような誘電体共振器１は、入力端子３からマイクロ波が入力され、マイクロ波は誘電性部材５と自由空間との境界の反射によって誘電性部材５内に閉じこめられ、特定の周波数で共振を起こす。そして、この信号が出力端子４と電磁界結合して出力される。
【００４６】
また、図示しないが、本実施形態の誘電体セラミックスを同軸型共振器やストリップ線路共振器、誘電体磁器共振器およびその他の共振器に適用しても良いことは勿論である。
【００４７】
さらには、入力端子３および出力端子４を誘電体磁器５に直接設けても誘電体共振器１を構成できる。
【００４８】
また、誘電性部材５は、本実施形態の誘電体セラミックスからなる所定形状の共振媒体であるが、その形状は直方体、立方体、板状体、円板、円柱、多角柱、または、その他共
振が可能な立体形状であればよい。また、入力される高周波信号の周波数は５００ＭＨｚ〜５００ＧＨｚ程度であり、共振周波数としては２ＧＨｚ〜８０ＧＨｚ程度が実用上好ましい。
【実施例１】
【００４９】
ヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶を粒界に有する本実施形態の誘電体セラミックスと、比較例としてヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶のない従来の誘電体セラミックスを製造し、両者の機械的特性を比較する試験を実施した。
【００５０】
まず、本実施形態による誘電体セラミックスの製造方法を以下に示す。
出発原料として純度９９．５％以上、平均粒径１μｍの酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）と、純度９９．５％以上、平均粒径１μｍの酸化チタン（ＴｉＯ２）と、純度９９．５％以上、平均粒径０．８μｍの酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３），純度９９．５％以上、平均粒径０．８μｍの炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を準備する。
【００５１】
そしてそれぞれの出発原料を誘電体セラミックスの組成式を、αＬａ2ＯX・βＡｌ2Ｏ3・γＣａＯ・δＴｉＯ2（但し、３≦ｘ≦４）としたとき、α＝０．１５０，β＝０．１
５０，γ＝０．３５，δ＝０．３５のモル比となるように秤量後、ボールミル内にジルコニアボールとともに投入し、１〜１００時間の湿式混合を行ってスラリーを得た。
【００５２】
そして、上記スラリーに１〜１０質量％のバインダを加えて、さらに所定時間湿式混合した後、ボールミルからスラリーを取り出し、これをスプレードライヤーで噴霧造粒して２次原料を得て、この２次原料を金型プレス成形法により、厚さ５ｍｍ，幅７ｍｍ，長さ６５ｍｍの角柱状に複数個ずつ成形し、成形体を得た。
【００５３】
得られた成形体を大気中１５００℃〜１７００℃で１０時間保持して焼成して本実施形態の誘電体セラミックスの角柱状焼結体の試料を得た。
【００５４】
また、比較例の従来の誘電体セラミックスについては、出発原料として純度９９．５％以上のＬａ２Ｏ３，Ａｌ２Ｏ３，ＣａＣＯ３およびＴｉＯ２を準備し、それぞれの出発原料を誘電体セラミックスの組成式を、αＬａ2ＯX・βＡｌ2Ｏ3・γＣａＯ・δＴｉＯ2（
但し、３≦ｘ≦４）としたとき、α＝０．１５０，β＝０．１５０，γ＝０．３５，δ＝０．３５のモル比となるように秤量後、Ｌａ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３とを混合した混合原料とＣａＣＯ３とＴｉＯ２を混合した混合原料とし、それぞれの混合原料を別々のボールミル内で純水を加え、混合原料の平均粒径が２μｍ以下となるまでジルコニアボールを使用したボールミルにより、湿式混合および粉砕し１次調合を行い２種類の混合物を得る。 そ
してそれぞれの混合物を乾燥後、１２００℃で仮焼しＬａＡｌＯ３，ＣａＴｉＯ３仮焼物を得る。
【００５５】
得られた２種類の仮焼物を湿式粉砕により、ＬａＡｌＯ３，ＣａＴｉＯ３の仮焼物ともに１〜２μｍの平均粒径となるように、ジルコニアボールを使用したボールミルを使って粉砕しＬａＡｌＯ３、ＣａＴｉＯ３の原料を得る。
そして前記ＬａＡｌＯ３原料、ＣａＴｉＯ３原料を混合し、純水を加え１〜１００時間ジルコニアボールを使用したボールミルにより、湿式混合を行ってスラリーを得た。
【００５６】
そして、上記スラリーに１〜１０質量％のバインダを加えてから所定時間混合した後、脱水し、このスラリーをスプレードライヤーで噴霧造粒して２次原料を得て、この２次原料を金型プレス成形法により、厚さ５ｍｍ，幅７ｍｍ，長さ６５ｍｍの柱状に複数個ずつ成形し、成形体を得た。 得られた成形体を大気中１５００℃〜１７００℃で１０時間保
持して焼成して従来の誘電体セラミックスの角柱状焼結体の試料を得た。
【００５７】
次に、本実施形態による誘電体セラミックスの複数個の角柱状焼結体と従来の誘電体セラミックスの複数個の角柱状焼結体について、ＪＩＳ Ｒ １６０１−１９９５に準拠した試験片形状となるよう研削加工と研磨加工をそれぞれ施し、アセトン中で超音波洗浄した。その後、本実施形態の誘電体セラミックスからなる複数の角柱状焼結体と従来の誘電体セラミックスからなる複数の角柱状焼結体について、それぞれ３点曲げ強度試験を実施し、その３点曲げ強度データから、本実施形態の誘電体セラミックスと従来の誘電体セラミックスのそれぞれの３点曲げ強度の平均値を算出した。
【００５８】
また、３点曲げ強度試験後にその試験片の一部を使い、本実施形態による誘電体セラミックスと従来の誘電体セラミックスの焼結体について、Ｘ線回折装置（ＢｒｕｋｅｒＡＸＳ社製 ＡＤＶＡＮＣＥ）により、測定範囲２θ＝１０°〜０°，ＣｕＫα測定の条件で表面をＸ線回折測定し、ヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶の有無を確認した。
【００５９】
その結果、従来の誘電体セラミックスの焼結体は、上記複数個の角柱状体の３点曲げ強度の平均値が１９０ＭＰａであり、Ｘ線回折でヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶のピークは検出されなかった。
【００６０】
これと比較して、本実施形態による誘電体セラミックスの焼結体については、上記複数個の角柱状体の３点曲げ強度の平均値が２３０ＭＰａであり、従来の誘電体セラミックスと比較して、強度が向上していることが確認された。また、Ｘ線回折でヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶のピークが検出された。
【００６１】
また、出発原料の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）と炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）の平均粒径を１．０μｍとし、それ以外は上記本実施の形態による誘電体セラミックスと同等の製造方法により製造した比較例について、同様の方法にて３点曲げ強度を測定したところ、３点曲げ強度が１８０ＭＰａと低下した。
【実施例２】
【００６２】
次に、本実施形態による誘電体セラミックスについて、αＬａ2ＯX・βＡｌ2Ｏ3・γＣａＯ・δＴｉＯ2の組成式におけるα，β，γ，δの値をいろいろな数値に変え、より好
ましい誘電特性が得られる範囲を検討した。
【００６３】
試料については、上記組成式のα，β，γ，δの値が表１に示すモル比の値となるように、出発原料である純度９９．５％以上、平均粒径１μｍの酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）と、純度９９．５％以上、平均粒径１μｍの酸化チタン（ＴｉＯ２）と、純度９９．５％以上、平均粒径０．８μｍの酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）と、純度９９．５％以上、平均粒径０．８μｍの炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）の混合比率を調整し、焼結体の形状を円柱状とした以外は、実施例１に記載の本実施形態による誘電体セラミックスの製造方法と同様の製造方法を用いて試料Ｎｏ．１〜２４を製造した。
【００６４】
また、誘電特性は、円柱共振器法により測定周波数３．５〜４．５ＧＨｚで比誘電率εｒ，Ｑ値を測定した。Ｑ値は、マイクロ波誘電体において一般的に成立する（Ｑ値）×（測定周波数ｆ）＝一定の関係から、１ＧＨｚでのＱ値に換算した。
【００６５】
結果を表１に示す。
【００６６】
【表１】
【００６７】
表１に示すように、０．０５６≦α≦０．２１４，０．０５６≦β≦０．２１４，０．２８６≦γ≦０．５００，０．２３０≦δ≦０．４７０の範囲内にある試料Ｎｏ．２−５，８−１０，１３−１７，１９，２１，２２，２４については、比誘電率εｒが４０〜４８の範囲内、Ｑ値が３００００以上であり、より良好な特性が得られる。
【００６８】
αの値が０．０５６未満あるいは０．２１４を超える範囲の試料Ｎｏ．１，６については、比誘電率εｒが４０〜４８の範囲内ではない。
【００６９】
また、βの値が０．０５６未満あるいは０．２１４を超える範囲の試料Ｎｏ．７，１１についてもαの値と同様に比誘電率εｒがより良好な４０〜４８の範囲内ではない。
【００７０】
また、γの値が０．２８６未満あるいは０．５を超える範囲の試料Ｎｏ．１２，１８については、比誘電率εｒかまたはＱ値が３００００未満である。
【００７１】
また、δの値が０．２３０以下あるいは０．４７０以上の範囲の試料Ｎｏ．１については、比誘電率εｒが４０〜４８の範囲内ではない。
【実施例３】
【００７２】
次に、実施例２の試料Ｎｏ．１４と同じ組成の誘電体セラミックスについて、１５００〜１７００℃の範囲で焼成し、Ｘ線回折における２θ＝３６．２°付近のヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶のピーク強度Ｘ１と、２θ＝３３．１°付近の主ピーク強度Ｘ２の比率Ｘ１／Ｘ２の値を調整し、実施例１，２と同様の方法にて曲げ強度、比誘電率εｒ，Ｑ値を測定した。
【００７３】
結果を表２に示す。
【００７４】
【表２】
【００７５】
表２から、全ての試料について、曲げ強度は２００ＭＰａ以上であり、優れた機械的特性を示したが、特に、Ｘ１／Ｘ２の値が０．００１〜０．１の範囲の試料Ｎｏ．２６〜２９については、曲げ強度が２３０ＭＰａ以上、比誘電率εｒが４０〜４８，Ｑ値が３００００以上のより良好な範囲となった。
【符号の説明】
【００７６】
１：誘電体共振器
２：金属ケース
３：入力端子
４：出力端子
５：誘電性部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体セラミックスおよびこれを用いた誘電体共振器、並びに誘電体セラミックスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話の中継基地局などには電波を拾うための共振器が組み込まれている。その共振器の中核部には、フィルタとしての誘電性部材が使用される。この誘電性部材は、例えば、誘電体セラミックスからなる。従来、優れた誘電特性を有する誘電体セラミックスとして、Ｌａ，Ａｌ，ＣａおよびＴｉを含有するものが提案されている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−７６６３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、近年は共振器のコンパクト化が進んでおり、組み込みの際に加わる応力等によって誘電性部材に亀裂や破損が生じる恐れがあった。従って、強度および破壊靱性などの機械的特性をより向上させた誘電性セラミックスが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様による誘電体セラミックスは、Ｌａ，Ａｌ，Ｃａ，Ｔｉを含有する多結晶体であり、その結晶粒界にＣａＡｌ１２Ｏ１９（ヒボナイト）結晶を有する。
【０００６】
また、本発明の一態様による誘電体共振器は、前記誘電体セラミックスからなる誘電性部材をフィルタとして用いる。
【０００７】
また、本発明の一態様による誘電体セラミックスの製造方法は、Ｌａ，Ａｌ，Ｃａ，Ｔｉを含有する多結晶体であり、その結晶粒界にＣａＡｌ１２Ｏ１９（ヒボナイト）結晶を有する誘電体セラミックスの製造方法であって、酸化ランタン、酸化アルミニウム、炭酸カルシウムおよび酸化チタンの粉末を混合して混合物を得る混合工程と、前記混合物を乾燥させる乾燥工程と、乾燥させた前記混合物を成形して成形体を得る成形工程と、前記成形体を焼成する焼成工程とを有する。前記混合工程において、前記酸化アルミニウムおよび前記炭酸カルシウムの平均粒径は、それぞれ１μｍ未満である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様による誘電体セラミックスによれば、機械的特性を向上させることができる。
【０００９】
また、本発明の一態様による誘電体共振器によれば、誘電性部材の機械的特性を向上させることができ、組み立て等もより容易となる。
【００１０】
また、本発明の一態様による誘電体セラミックスの製造方法によれば、機械的特性の優れた誘電体セラミックスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る共振器を模式的に示す一部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための実施形態について説明する。
【００１３】
本発明の実施の形態による誘電体セラミックスは、Ｌａ，Ａｌ，Ｃａ，Ｔｉを含有する多結晶体であって、その結晶粒界にＣａＡｌ１２Ｏ１９（ヒボナイト）結晶を有する。
【００１４】
粒界にＣａＡｌ１２Ｏ１９（ヒボナイト）結晶を有する誘電体セラミックスとすれば、従来よりも機械的特性を向上させることができる。その理由は次の通りである。従来からＬａ−Ａｌ−Ｃａ−Ｔｉ系の誘電体セラミックスは主にＬａＡｌＯ３やＣａＴｉＯ３などの結晶から構成されており、その結晶同士はＳｉ，Ａｌ，Ｃａなどを含む非晶質相から構成される粒界によって結合されている。そして、誘電体セラミックスの強度は粒界の強度に依存する。本実施形態による誘電体セラミックスでは、この粒界に、柱状のヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶を析出させることにより、その粒子架橋効果により、誘電体セラミックスが粒界破壊を起こした際に、粒界に集中する応力を柱状のヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶により分散させることができるようになる。従って、誘電体セラミックスの機械的特性を向上させることが可能となる。さらには、ビボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶を粒界に存在させると、そのピンニング効果によって、結晶の粒成長が抑制され、微細結晶で構成された高緻密な結晶形態をとることができるため、機械的特性が向上する。
【００１５】
なお、上記ヒボナイト結晶が結晶の３重点に相当する粒界にあれば、より機械的特性を向上させることが可能となるために好ましい。
【００１６】
また、上記粒子架橋効果とは、セラミック多結晶体において、２つ以上のセラミック粒子の粒界に集中する応力を、２つ以上のセラミック粒子に接するあるいはその粒界に接するように存在させた矩形形状の結晶に分散させる効果のことである。
【００１７】
また、ピンニング効果とは、主成分の結晶以外の、主成分と反応性の低い少数の他の結晶をセラミック多結晶体中に存在させ、セラミック多結晶体を構成する主成分の結晶の粒成長を抑制する効果のことである。
【００１８】
また、本実施形態の誘電体セラミックスは、組成式をαＬａ2ＯX・βＡｌ2Ｏ3・γＣａＯ・δＴｉＯ2（但し、３≦ｘ≦４）と表したとき、モル比α，β，γ，δがそれぞれ０
．０５６≦α≦０．２１４，０．０５６≦β≦０．２１４，０．２８６≦γ≦０．５００，０．２３０＜δ＜０．４７０の範囲にあり、α＋β＋γ＋δ＝１であることを満足している。
【００１９】
本実施形態による誘電体セラミックスにおいて、各成分のモル比α，β，γおよびδを上記の範囲に限定した理由は以下の通りである。
【００２０】
まず、０．０５６≦α≦０．２１４としたのは、この範囲にすると、誘電体セラミックスの比誘電率（εｒ）が大きく，Ｑ値が高く、共振周波数の温度係数τｆの絶対値が小さくなるからである。特に、αの下限は０．０７８が好ましく、αの上限は０．１８７が好ましい。
【００２１】
また、０．０５６≦β≦０．２１４としたのは、この範囲にすると、誘電体セラミックスの比誘電率（εｒ）が大きく、Ｑ値が高く、τｆの絶対値が小さくなるからである。特に、βの下限は、０．０７８が好ましく、βの上限は、０．１８７が好ましい。
また、０．２８６≦γ≦０．５００としたのは、この範囲にすると、誘電体セラミックス
の比誘電率（εｒ）が大きく、Ｑ値が高く、τｆの絶対値が小さくなるからである。特に、γの下限は０．３３０が好ましく、γの上限は０．４７０が好ましい。
【００２２】
また、０．２３０＜δ＜０．４７０としたのは、この範囲にすると、誘電体セラミックスの比誘電率（εｒ）が大きく，Ｑ値が高く，τｆの絶対値が小さくなるからである。特に、δの下限は０．３４０が好ましく，δの上限は０．４５０が好ましい。
【００２３】
また、本実施形態による誘電体セラミックスは、Ｘ線回折における２θ＝３６．２℃付近のヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶のピーク強度Ｘ１と、２θ＝３３．１°付近の主ピーク強度Ｘ２の比率Ｘ１／Ｘ２が０．００１〜０．１であるとよい。この比率Ｘ１／Ｘ２は小さすぎると、ヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶が少なくなり、結晶粒界での粒子架橋効果が思うように発揮されず、従来のＬａ−Ａｌ−Ｃａ−Ｔｉ系誘電体セラミックスと同等以上の高い機械的特性が得られることが困難となる。一方、比率Ｘ１／Ｘ２が大きすぎると、ヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶が多くなり、柱状結晶が重なることから、重なりの部分と結晶粒界の間に空隙が生じるため、この部分が気孔として誘電体セラミックス中に多く残存し、誘電体セラミックスの密度を低下させ、結果として、機械的特性が低下し易くなる。よって、本実施の形態による誘電体セラミックスの上記比率Ｘ１／Ｘ２は、０．００１以上、０．１以下であるとよい。
【００２４】
なお、上記Ｘ線回折チャートは、例えばＸ線回折装置（ＢｒｕｋｅｒＡＸＳ社製 ＡＤＶＡＮＣＥ）により、測定範囲２θ＝１０°〜０°，ＣｕＫα測定の条件で測定することが可能である。さらに、ヒボナイト結晶と本実施形態の誘電体セラミックスの主ピークが存在する２θ＝３１°〜３８°の条件でＣｕＫα測定すれば、より正確な測定を実施することが可能である。
【００２５】
また、本実施形態による誘電体セラミックスでは、ヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶の平均粒径が５００ｎｍ〜３μｍであるとより好ましい。ヒボナイト結晶の平均粒径が小さすぎると、平均粒径が小さすぎるために、粒子架橋効果やピンニング効果が得られにくく、ヒボナイト結晶の平均粒径が大きすぎると、結晶が大きすぎ、ヒボナイト結晶が粒界に応力を発生させる要因となる可能性があるため好ましくない。
【００２６】
ヒボナイト結晶の平均粒径が５００ｎｍを超えると、粒子架橋効果やピンニング効果が十分得られ、３μｍ以下であると、ヒボナイト結晶が粒界に応力を発生させる要因となる可能性が低いため好ましい。
【００２７】
なお、ヒボナイト結晶の平均粒径については、電子顕微鏡を用いて所定倍率にて結晶写真をとり、この写真の所定範囲内の結晶粒径を写真のスケールに合わせて測定して、その平均値を算出することによって得られる。
【００２８】
また、本実施形態による誘電体セラミックスでは、ヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶のアスペクト比が１〜５であるとより好ましい。ヒボナイト結晶のアスペクト比が小さすぎると、ヒボナイト結晶の長さが短く、粒界において粒子架橋効果が得られにくく、アスペクト比が大きすぎると、ヒボナイト結晶が長すぎて粒界に応力を発生させる要因となる可能性があるため好ましくない。
【００２９】
ヒボナイト結晶のアスペクト比が１以上であると、粒界において粒子架橋効果が十分得られ、アスペクト比が５以下であると、粒界に応力を発生させる要因となる可能性が低いため好ましい。
【００３０】
なお、上記アスペクト比は、透過電子顕微鏡により、誘電体セラミックスの粒界を観察
して柱状のヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶を確認し、画像に移った矩形形状の長軸の長さａと短軸の長さｂの比率ａ／ｂを算出することにより求めることが可能である。
【００３１】
また、本実施形態の誘電体セラミックスは、ボイド率が４％以下であるとより好ましい。これにより、誘電体セラミックスがより緻密化されるため、強度や硬度などの機械的特性の低下を抑えることができる。よって、ハンドリング時、落下時、共振器内への取付け時および各携帯電話基地局等への設置後にかかる衝撃等によって、誘電体セラミックスにカケや割れおよび破損等が生じ難い。より好ましくはボイド率を３％以下とする。
【００３２】
なお、このボイド率は、例えば１００μｍ×１００μｍの範囲が観察できるように、任意の倍率に調節した金属顕微鏡またはＳＥＭ等により、誘電体セラミックスの磁器表面および内部断面の数カ所を写真または画像として撮影し、この写真または画像を画像解析装置により解析して数カ所のボイド率を算出し、この算出したボイド率の平均値を求めることにより算出することが可能である。画像解析装置としては例えばニレコ社製のＬＵＺＥＸ−ＦＳ等を用いればよい。
【００３３】
また、本実施形態による誘電体セラミックスは、不可避不純物として、Ｆｅ，Ｓｒ，Ｎａ，Ｃａ，Ｋ，Ｓｉ，Ｐｂ，Ｎｉ，ＣｕまたはＭｇを酸化物換算で合計１質量％以下含んでいても良い。これにより、各種誘電特性の値が低下することが抑制され、焼結体としての機械的特性の低下が抑制される。
【００３４】
なお、不可避不純物量は、誘電体セラミックスの一部を粉砕し、得られた粉体を塩酸などの溶液に溶解した後、ＩＰＣ発光分光分析装置（島津製作所製：ＩＣＰＳ−８１００）を用いてそれぞれの元素の量を測定し酸化物換算することにより得られる。測定装置の誤差は分析値をｎとするとｎ±√ｎである。
【００３５】
次に、本実施形態による誘電体セラミックスの製造方法について以下に詳細を説明する。具体的には、例えば以下の工程（１）〜（６）を実施する。
【００３６】
（１） 出発原料として、高純度の酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）と高純度の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３），炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）および酸化チタン（ＴｉＯ２）の各粉末を準備する。しかる後、それぞれの原料を所望の割合となるように秤量後、純粋を加え、混合原料の平均粒径が２μｍ以下となるまで１〜１００時間、ジルコニアボール等を使用したボールミルにより湿式混合及び粉砕を行い混合物を得る。このとき、出発原料のうち、酸化アルミニウムと炭酸カルシウムについては、予め粉砕するなどして微粒化させ、焼成時の反応性を高めた平均粒径１μｍ未満の原料を用いる。
【００３７】
なお、上記各原料の粒径の測定方法としては、出発原料および混合、粉砕後の原料の一部を分散媒中に分散機を用いて分散させた後、例えばマイクロトラック（９３２０−Ｘ１００；日機装（株）社製）を用いたレーザー回折・散乱法により粒径や粒度分布を測定することができる。 また、得られた粒度分布の粒度データから、累積度数５０％の粒径（
Ｄ５０）を平均粒径とする。他に粒度データ累積度数１０％（Ｄ１０）の粒径や累積度数９０％（Ｄ９０）の粒径などを求めることも可能である。
【００３８】
（２） （１）で得られた混合物をステンレス製容器に移し、乾燥後、メッシュパスして、本実施形態による誘電体セラミックスの原料粉末を得る。
【００３９】
（３） （２）で得られた原料粉末に３〜１０重量％のバインダと純水を加えた後、ジルコニアボール等を使用したボールミルにより湿式混合を行い、その後、例えばスプレードライ法等により造粒し、造粒粉体を得る。
【００４０】
（４） （３）で得られた造粒体を、例えば金型プレス法、冷間静水圧プレス法、および押し出し成形法等により任意の形状に成形する。なお、造粒体の形態は粉体等の固体のみならず、スラリー等の固体、液体混合物でも良い。この場合、液体は水以外の液体、例えばＩＰＡ（イソプロピルアルコール）、メタノ−ル、エタノ−ル、トルエン、又はアセトン等でも良い。
【００４１】
（５）得られた成形体を大気中１５００℃〜１７００℃で５〜１０時間保持して焼成する。より好ましくは１５５０〜１６５０℃で焼成するのが良い。
【００４２】
なお、本実施の形態による誘電体セラミックスの製造方法では、誘電体セラミックスの粒界にヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶を存在させるために、上記（１）の工程において、原料として用いる酸化アルミニウムと炭酸カルシウムの平均粒径を１μｍ未満とし、焼成時における酸化アルミニウムと炭酸カルシウムの反応性を高めている。酸化アルミニウムと炭酸カルシウムの平均粒径が１μｍ未満であると、酸化アルミニウムと炭酸カルシウムの焼成時における反応性が向上し、粒界にヒボナイト結晶を生成しやすい。
【００４３】
また、従来の誘電体セラミックスの製造方法では、上記（１）の工程の前に、予め酸化ランタンと酸化アルミニウム、炭酸カルシウムと酸化チタンをそれぞれ混合し、熱処理後、粉砕して適度な平均粒径のＬａＡｌＯ３とＣａＴｉＯ３の合成原料を得てから、両者を混合する方法が用いられているが、本実施の形態による誘電体セラミックスの製造方法では、この合成原料を生成せずに、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３），酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３），炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）および酸化チタン（ＴｉＯ２）を直接混合するため、粒界にヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶を生成しやすくなる。 また、合成
原料を生成する必要がないので、製造コストを低減できる。
【００４４】
また、(５)の工程の後に、（５）の工程によって得られた焼成体を酸素５〜３０体積％以上含むガス中において、温度１５００〜１７００℃、圧力３００〜３０００気圧で、１分〜１００時間、より好ましくは、温度１５５０〜１６５０℃、圧力１０００〜２５００気圧で２０分〜３時間熱処理してもよい。この熱処理により、焼成体をより緻密化して、機械的特性を向上させるとともに、表面に酸化皮膜を作って表面を滑らかにし、亀裂等の発生する可能性をより低減させることができる。
【００４５】
次に、本実施形態の誘電体セラミックスを使用した誘電体共振器の一例について以下に説明する。図１に示すＴＥモ−ド型の誘電体共振器１は、軽量なアルミニウム等の金属からなる金属ケース２と、金属ケース２の内壁の相対向する両側に設けられた入力端子３及び出力端子４と、入出力端子３と出力端子４の間にフィルタとして配置された、上述した誘電体セラミックスからなる誘電性部材５とを有する。このような誘電体共振器１は、入力端子３からマイクロ波が入力され、マイクロ波は誘電性部材５と自由空間との境界の反射によって誘電性部材５内に閉じこめられ、特定の周波数で共振を起こす。そして、この信号が出力端子４と電磁界結合して出力される。
【００４６】
また、図示しないが、本実施形態の誘電体セラミックスを同軸型共振器やストリップ線路共振器、誘電体磁器共振器およびその他の共振器に適用しても良いことは勿論である。
【００４７】
さらには、入力端子３および出力端子４を誘電体磁器５に直接設けても誘電体共振器１を構成できる。
【００４８】
また、誘電性部材５は、本実施形態の誘電体セラミックスからなる所定形状の共振媒体であるが、その形状は直方体、立方体、板状体、円板、円柱、多角柱、または、その他共
振が可能な立体形状であればよい。また、入力される高周波信号の周波数は５００ＭＨｚ〜５００ＧＨｚ程度であり、共振周波数としては２ＧＨｚ〜８０ＧＨｚ程度が実用上好ましい。
【実施例１】
【００４９】
ヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶を粒界に有する本実施形態の誘電体セラミックスと、比較例としてヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶のない従来の誘電体セラミックスを製造し、両者の機械的特性を比較する試験を実施した。
【００５０】
まず、本実施形態による誘電体セラミックスの製造方法を以下に示す。
出発原料として純度９９．５％以上、平均粒径１μｍの酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）と、純度９９．５％以上、平均粒径１μｍの酸化チタン（ＴｉＯ２）と、純度９９．５％以上、平均粒径０．８μｍの酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３），純度９９．５％以上、平均粒径０．８μｍの炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を準備する。
【００５１】
そしてそれぞれの出発原料を誘電体セラミックスの組成式を、αＬａ2ＯX・βＡｌ2Ｏ3・γＣａＯ・δＴｉＯ2（但し、３≦ｘ≦４）としたとき、α＝０．１５０，β＝０．１
５０，γ＝０．３５，δ＝０．３５のモル比となるように秤量後、ボールミル内にジルコニアボールとともに投入し、１〜１００時間の湿式混合を行ってスラリーを得た。
【００５２】
そして、上記スラリーに１〜１０質量％のバインダを加えて、さらに所定時間湿式混合した後、ボールミルからスラリーを取り出し、これをスプレードライヤーで噴霧造粒して２次原料を得て、この２次原料を金型プレス成形法により、厚さ５ｍｍ，幅７ｍｍ，長さ６５ｍｍの角柱状に複数個ずつ成形し、成形体を得た。
【００５３】
得られた成形体を大気中１５００℃〜１７００℃で１０時間保持して焼成して本実施形態の誘電体セラミックスの角柱状焼結体の試料を得た。
【００５４】
また、比較例の従来の誘電体セラミックスについては、出発原料として純度９９．５％以上のＬａ２Ｏ３，Ａｌ２Ｏ３，ＣａＣＯ３およびＴｉＯ２を準備し、それぞれの出発原料を誘電体セラミックスの組成式を、αＬａ2ＯX・βＡｌ2Ｏ3・γＣａＯ・δＴｉＯ2（
但し、３≦ｘ≦４）としたとき、α＝０．１５０，β＝０．１５０，γ＝０．３５，δ＝０．３５のモル比となるように秤量後、Ｌａ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３とを混合した混合原料とＣａＣＯ３とＴｉＯ２を混合した混合原料とし、それぞれの混合原料を別々のボールミル内で純水を加え、混合原料の平均粒径が２μｍ以下となるまでジルコニアボールを使用したボールミルにより、湿式混合および粉砕し１次調合を行い２種類の混合物を得る。 そ
してそれぞれの混合物を乾燥後、１２００℃で仮焼しＬａＡｌＯ３，ＣａＴｉＯ３仮焼物を得る。
【００５５】
得られた２種類の仮焼物を湿式粉砕により、ＬａＡｌＯ３，ＣａＴｉＯ３の仮焼物ともに１〜２μｍの平均粒径となるように、ジルコニアボールを使用したボールミルを使って粉砕しＬａＡｌＯ３、ＣａＴｉＯ３の原料を得る。
そして前記ＬａＡｌＯ３原料、ＣａＴｉＯ３原料を混合し、純水を加え１〜１００時間ジルコニアボールを使用したボールミルにより、湿式混合を行ってスラリーを得た。
【００５６】
そして、上記スラリーに１〜１０質量％のバインダを加えてから所定時間混合した後、脱水し、このスラリーをスプレードライヤーで噴霧造粒して２次原料を得て、この２次原料を金型プレス成形法により、厚さ５ｍｍ，幅７ｍｍ，長さ６５ｍｍの柱状に複数個ずつ成形し、成形体を得た。 得られた成形体を大気中１５００℃〜１７００℃で１０時間保
持して焼成して従来の誘電体セラミックスの角柱状焼結体の試料を得た。
【００５７】
次に、本実施形態による誘電体セラミックスの複数個の角柱状焼結体と従来の誘電体セラミックスの複数個の角柱状焼結体について、ＪＩＳ Ｒ １６０１−１９９５に準拠した試験片形状となるよう研削加工と研磨加工をそれぞれ施し、アセトン中で超音波洗浄した。その後、本実施形態の誘電体セラミックスからなる複数の角柱状焼結体と従来の誘電体セラミックスからなる複数の角柱状焼結体について、それぞれ３点曲げ強度試験を実施し、その３点曲げ強度データから、本実施形態の誘電体セラミックスと従来の誘電体セラミックスのそれぞれの３点曲げ強度の平均値を算出した。
【００５８】
また、３点曲げ強度試験後にその試験片の一部を使い、本実施形態による誘電体セラミックスと従来の誘電体セラミックスの焼結体について、Ｘ線回折装置（ＢｒｕｋｅｒＡＸＳ社製 ＡＤＶＡＮＣＥ）により、測定範囲２θ＝１０°〜０°，ＣｕＫα測定の条件で表面をＸ線回折測定し、ヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶の有無を確認した。
【００５９】
その結果、従来の誘電体セラミックスの焼結体は、上記複数個の角柱状体の３点曲げ強度の平均値が１９０ＭＰａであり、Ｘ線回折でヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶のピークは検出されなかった。
【００６０】
これと比較して、本実施形態による誘電体セラミックスの焼結体については、上記複数個の角柱状体の３点曲げ強度の平均値が２３０ＭＰａであり、従来の誘電体セラミックスと比較して、強度が向上していることが確認された。また、Ｘ線回折でヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶のピークが検出された。
【００６１】
また、出発原料の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）と炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）の平均粒径を１．０μｍとし、それ以外は上記本実施の形態による誘電体セラミックスと同等の製造方法により製造した比較例について、同様の方法にて３点曲げ強度を測定したところ、３点曲げ強度が１８０ＭＰａと低下した。
【実施例２】
【００６２】
次に、本実施形態による誘電体セラミックスについて、αＬａ2ＯX・βＡｌ2Ｏ3・γＣａＯ・δＴｉＯ2の組成式におけるα，β，γ，δの値をいろいろな数値に変え、より好
ましい誘電特性が得られる範囲を検討した。
【００６３】
試料については、上記組成式のα，β，γ，δの値が表１に示すモル比の値となるように、出発原料である純度９９．５％以上、平均粒径１μｍの酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）と、純度９９．５％以上、平均粒径１μｍの酸化チタン（ＴｉＯ２）と、純度９９．５％以上、平均粒径０．８μｍの酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）と、純度９９．５％以上、平均粒径０．８μｍの炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）の混合比率を調整し、焼結体の形状を円柱状とした以外は、実施例１に記載の本実施形態による誘電体セラミックスの製造方法と同様の製造方法を用いて試料Ｎｏ．１〜２４を製造した。
【００６４】
また、誘電特性は、円柱共振器法により測定周波数３．５〜４．５ＧＨｚで比誘電率εｒ，Ｑ値を測定した。Ｑ値は、マイクロ波誘電体において一般的に成立する（Ｑ値）×（測定周波数ｆ）＝一定の関係から、１ＧＨｚでのＱ値に換算した。
【００６５】
結果を表１に示す。
【００６６】
【表１】
【００６７】
表１に示すように、０．０５６≦α≦０．２１４，０．０５６≦β≦０．２１４，０．２８６≦γ≦０．５００，０．２３０≦δ≦０．４７０の範囲内にある試料Ｎｏ．２−５，８−１０，１３−１７，１９，２１，２２，２４については、比誘電率εｒが４０〜４８の範囲内、Ｑ値が３００００以上であり、より良好な特性が得られる。
【００６８】
αの値が０．０５６未満あるいは０．２１４を超える範囲の試料Ｎｏ．１，６については、比誘電率εｒが４０〜４８の範囲内ではない。
【００６９】
また、βの値が０．０５６未満あるいは０．２１４を超える範囲の試料Ｎｏ．７，１１についてもαの値と同様に比誘電率εｒがより良好な４０〜４８の範囲内ではない。
【００７０】
また、γの値が０．２８６未満あるいは０．５を超える範囲の試料Ｎｏ．１２，１８については、比誘電率εｒかまたはＱ値が３００００未満である。
【００７１】
また、δの値が０．２３０以下あるいは０．４７０以上の範囲の試料Ｎｏ．１については、比誘電率εｒが４０〜４８の範囲内ではない。
【実施例３】
【００７２】
次に、実施例２の試料Ｎｏ．１４と同じ組成の誘電体セラミックスについて、１５００〜１７００℃の範囲で焼成し、Ｘ線回折における２θ＝３６．２°付近のヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶のピーク強度Ｘ１と、２θ＝３３．１°付近の主ピーク強度Ｘ２の比率Ｘ１／Ｘ２の値を調整し、実施例１，２と同様の方法にて曲げ強度、比誘電率εｒ，Ｑ値を測定した。
【００７３】
結果を表２に示す。
【００７４】
【表２】
【００７５】
表２から、全ての試料について、曲げ強度は２００ＭＰａ以上であり、優れた機械的特性を示したが、特に、Ｘ１／Ｘ２の値が０．００１〜０．１の範囲の試料Ｎｏ．２６〜２９については、曲げ強度が２３０ＭＰａ以上、比誘電率εｒが４０〜４８，Ｑ値が３００００以上のより良好な範囲となった。
【符号の説明】
【００７６】
１：誘電体共振器
２：金属ケース
３：入力端子
４：出力端子
５：誘電性部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｌａ，Ａｌ，Ｃａ，Ｔｉを含有する多結晶体の誘電体セラミックスであって、その結晶粒界にＣａＡｌ１２Ｏ１９（ヒボナイト）結晶を有することを特徴とする誘電体セラミックス。
【請求項２】
組成式を、
αＬａ2ＯX・βＡｌ2Ｏ3・γＣａＯ・δＴｉＯ2（但し、３≦ｘ≦４）
と表したときモル比α，β，γ，δが下記式を満足することを特徴とする請求項１に記載の誘電体セラミックス。
０．０５６≦α≦０．２１４
０．０５６≦β≦０．２１４
０．２８６≦γ≦０．５００
０．２３０＜δ＜０．４７０
α＋β＋γ＋δ＝１
【請求項３】
Ｘ線回折における２θ＝３６．２°付近のヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶のピーク強度Ｘ１と、２θ＝３３．１°付近の主ピーク強度Ｘ２の比率Ｘ１／Ｘ２が０．００１〜０．１であることを特徴とする請求項１または２に記載の誘電体セラミックス。
【請求項４】
前記ヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶の平均粒径が５００ｎｍ〜３μｍであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の誘電体セラミックス。
【請求項５】
前記ヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶のアスペクト比が１〜５であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の誘電体セラミックス。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の誘電体セラミックスからなる誘電性部材をフィルタとして用いたことを特徴とする誘電体共振器。
【請求項７】
Ｌａ，Ａｌ，Ｃａ，Ｔｉを含有する多結晶体であり、その結晶粒界にＣａＡｌ１２Ｏ１９（ヒボナイト）結晶を有する誘電体セラミックスの製造方法であって、
酸化ランタン、酸化アルミニウム、炭酸カルシウムおよび酸化チタンの粉末を混合して混合物を得る混合工程と、
前記混合物を乾燥させる乾燥工程と、
乾燥させた前記混合物を成形して成形体を得る成形工程と、
前記成形体を焼成する焼成工程と
を有し、
前記混合工程において、前記酸化アルミニウムおよび前記炭酸カルシウムの平均粒径は、それぞれ１μｍ未満である誘電性セラミックスの製造方法。
【請求項１】
Ｌａ，Ａｌ，Ｃａ，Ｔｉを含有する多結晶体の誘電体セラミックスであって、その結晶粒界にＣａＡｌ１２Ｏ１９（ヒボナイト）結晶を有することを特徴とする誘電体セラミックス。
【請求項２】
組成式を、
αＬａ2ＯX・βＡｌ2Ｏ3・γＣａＯ・δＴｉＯ2（但し、３≦ｘ≦４）
と表したときモル比α，β，γ，δが下記式を満足することを特徴とする請求項１に記載の誘電体セラミックス。
０．０５６≦α≦０．２１４
０．０５６≦β≦０．２１４
０．２８６≦γ≦０．５００
０．２３０＜δ＜０．４７０
α＋β＋γ＋δ＝１
【請求項３】
Ｘ線回折における２θ＝３６．２°付近のヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶のピーク強度Ｘ１と、２θ＝３３．１°付近の主ピーク強度Ｘ２の比率Ｘ１／Ｘ２が０．００１〜０．１であることを特徴とする請求項１または２に記載の誘電体セラミックス。
【請求項４】
前記ヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶の平均粒径が５００ｎｍ〜３μｍであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の誘電体セラミックス。
【請求項５】
前記ヒボナイト（ＣａＡｌ１２Ｏ１９）結晶のアスペクト比が１〜５であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の誘電体セラミックス。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の誘電体セラミックスからなる誘電性部材をフィルタとして用いたことを特徴とする誘電体共振器。
【請求項７】
Ｌａ，Ａｌ，Ｃａ，Ｔｉを含有する多結晶体であり、その結晶粒界にＣａＡｌ１２Ｏ１９（ヒボナイト）結晶を有する誘電体セラミックスの製造方法であって、
酸化ランタン、酸化アルミニウム、炭酸カルシウムおよび酸化チタンの粉末を混合して混合物を得る混合工程と、
前記混合物を乾燥させる乾燥工程と、
乾燥させた前記混合物を成形して成形体を得る成形工程と、
前記成形体を焼成する焼成工程と
を有し、
前記混合工程において、前記酸化アルミニウムおよび前記炭酸カルシウムの平均粒径は、それぞれ１μｍ未満である誘電性セラミックスの製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１１−１５３０５０（Ｐ２０１１−１５３０５０Ａ）
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６５７８（Ｐ２０１０−１６５７８）
【出願日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１１日（２０１１．８．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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