JP2005097044A

JP2005097044A - 非可逆回路素子用ガーネットフェライトとそれを用いた非可逆回路素子

Info

Publication number: JP2005097044A
Application number: JP2003333386A
Authority: JP
Inventors: Kinshirou Takadate; 金四郎高舘
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2003-09-25
Filing date: 2003-09-25
Publication date: 2005-04-14
Also published as: CN1600741A; US20050068122A1

Abstract

【課題】４πＭｓの温度係数（α）の絶対値を小さくでき、しかも強磁性共鳴半値幅（ΔＨ）を小さくできるガーネットフェライトの提供。マイクロ波帯などの高周波帯域において損失が小さい非可逆回路素子の提供。
【解決手段】組成式Ｙ_３−ｘＧｄ_ｘＦｅ_{ｔ−２ｙ−ｚ}Ｃｏ_ｙＳｉ_ｙＡｌ_ｚＯ_１２（ただし、組成比を示すｘ、ｙ、ｚ、ｔは０．２≦ｘ≦１．５、０．００５≦ｙ≦０．０１５、０≦ｚ≦１．５、４．７５≦ｔ≦５の範囲である。）で示される非可逆回路素子用ガーネットフェライト５。ガーネットフェライト５からなる本体部の上面に中心導体６Ａ、６Ｂ、６Ｃが電気的絶縁状態で所定の角度で交差するように配置された磁性組立体と、磁石７と、整合用コンデンサと、ヨークを兼ねるケース２、３からなるアイソレータ１。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロ波帯などの高周波帯域で使用される非可逆回路素子に適用されるガーネットフェライトとそれを用いた非可逆回路素子に関するもので、特に、４πＭｓの温度係数（α）の絶対値を小さくでき、しかも強磁性共鳴半値幅を小さくできる技術に関するものである。

従来から、高周波用磁性材料としては、Ｍｎ-Ｚｎフェライト、Ｎｉ-Ｚｎフェライト、リチウムフェライト、ＹＩＧフェライトなどが知られている。
また、携帯電話等の無線通信機器においては、アンテナとアンプの間に設けられてアンプの安定動作並びに混変調の防止などの目的から、非可逆素子材料としての高周波用磁性材料を備えた非可逆回路素子が適用されている。
先の磁性材料の中でもＹＩＧフェライトは、Ｙ₃Ｆｅ₅Ｏ₁₂からなる組成物にＧｄあるいはＡｌを一部元素置換した系で実現されており、低損失を示すものと知られている。
ところがこのＹＩＧフェライトは、使用環境温度が変わるとアイソレーション特性が変化してしまうため、４πＭｓの温度係数（α）の絶対値を小さくできるＹＩＧフェライトが要望されている。

上記αの絶対値を小さくした磁性材料としては、Ｆｅが化学量論比から０．５〜５％の範囲で少なくされてなるガーネットフェライトであって、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２（但し、ＡはＹ又はＹとＧｄを示し、ＢはＦｅ単独あるいはＦｅに加えてＡｌ、Ｉｎ、Ｍｎの少なくとも１種以上の元素を示す。）なる組成式で示される非可逆回路素子用ガーネットフェライト（例えば、特許文献１参照）や、Ｙ_{３−３ｘ−ｚ}Ｇｄ_３ｘＣａ_ｚＦｅ_{５−５ｙ−ｚ−５ｅ}Ａｌ_５ｙＳｎ_ｚＯ_１２（但し、１．５＜３ｘ＜２．４、０＜ｙ＜０．１２、０＜ｚ＜０．４）なる組成式で示されるガーネットフェライト（例えば、特許文献２参照）が考えられており、アイソレーターやサーキュレーターなどの回路素子に応用可能な材料とされている。
また、このようにαの絶対値が小さくされたガーネットフェライトは、小型化された非可逆回路素子に用いられることが多い。
特開２００３−１３７６４６号公報特開昭４９−８７９８号公報

しかしながら上記Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２なる組成式又は上記Ｙ_{３−３ｘ−ｚ}Ｇｄ_３ｘＣａ_ｚＦｅ_{５−５ｙ−ｚ−５ｅ}Ａｌ_５ｙＳｎ_ｚＯ_１２なる組成式で示される従来のガーネットフェライトにおいては、Ｇｄの添加量が増すにつれて上記αの絶対値を小さくすることができるが、強磁性共鳴半値幅（ΔＨ）が大きくなり、マイクロ波帯などの高周波帯域で使用されるアイソレータの挿入損失が増大するといった問題があった。例えば、上記Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２なる組成のガーネットフェライトでは、Ｇｄの添加量が組成比で１．５を超えると、−３５℃における温度係数（α）を０に近い値にできるが、ΔＨが１００００Ａ・ｍ^−１を超えてしまう。
また、上記Ｙ_{３−３ｘ−ｚ}Ｇｄ_３ｘＣａ_ｚＦｅ_{５−５ｙ−ｚ−５ｅ}Ａｌ_５ｙＳｎ_ｚＯ_１２なる組成のガーネットフェライトでは、Ｇｄを組成比で１．５〜２．４添加したときの温度係数（α）は正（＋）の値であり、特に２．０以上となるとαが０．５％／℃を超えてしまう。一方、アイソレータ等の非可逆回路素子に使用する永久磁石の表面磁束の温度係数は負（−）であることが多いため、ガーネットフェライトと永久磁石の温度特性の傾きが逆であり、非可逆回路素子の特性が温度変化により大きく変化してしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、本発明は以上の背景に基づいてなされたもので、４πＭｓの温度係数（α）の絶対値を小さくでき、しかも強磁性共鳴半値幅（ΔＨ）を小さくできるガーネットフェライトを提供することを目的の１つとする。
更に本発明は、上記のようなガーネットフェライトを備えることにより、マイクロ波帯などの高周波帯域において損失が小さい非可逆回路素子の提供を目的の１つとする。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の非可逆回路素子用ガーネットフェライトは、非可逆回路素子に使用されるガーネットフェライトであって、組成式Ｙ_３−ｘＧｄ_ｘＦｅ_{ｔ−２ｙ−ｚ}Ｃｏ_ｙＳｉ_ｙＡｌ_ｚＯ_１２（ただし、前記組成式中の組成比を示すｘ、ｙ、ｚ、ｔは０．２≦ｘ≦１．５、０．００５≦ｙ≦０．０１５、０≦ｚ≦１．５、４．７５≦ｔ≦５の範囲である。）で示されることを特徴とする。

この非可逆回路素子用ガーネットフェライトでは、ＣｏとＳｉを上記組成比で添加したことにより、Ｇｄを単独添加する場合（Ｙ‐Ｇｄ‐Ｆｅ‐Ａｌ‐Ｏなる組成の場合）に比べて強磁性共鳴半値幅（ΔＨ）を小さくすることができる。また、Ｇｄを上記範囲で添加したことにより、４πＭｓの温度係数（α）の絶対値を低減できる。
また、Ａｌの添加量を上記の範囲内で変更することにより、４πＭｓの値を調整することができる。また、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｉ、Ａｌの合計量を上記範囲で調整することにより、異相が析出することなく、ガーネット単相にすることができ、ΔＨを小さくすることができる。
本発明の非可逆回路素子用ガーネットフェライトは、４πＭｓの温度係数（α）の絶対値を小さくでき、しかも強磁性共鳴半値幅（ΔＨ）を小さくできる。また、本発明のガーネットフェライトは、従来のガーネットフェライトとαが同じ値でもΔＨについては従来のものよりも低くすることができる。
従って、本発明のガーネットフェライトによれば、非可逆回路素子の低損失化寄与することができる。

また、本発明の非可逆回路素子用ガーネットフェライトは、組成式Ｙ_{３−ｘ−ｕ}Ｇｄ_ｘＣａ_ｕＦｅ_{ｔ−2ｙ−ｕ−ｚ}Ｃｏ_ｙＳｉ_ｙＤ_ｕＡｌ_ｚＯ_１２（ただし、前記ＤはＺｒ、Ｈｆ、Ｓｎのうち１種又は２種以上の元素を示し、組成比を示すｘ、ｙ、ｚ、ｔ、ｕは０．２≦ｘ≦１．５、０．００５≦ｙ≦０．０１５、０≦ｚ≦１．５、４．７５≦ｔ≦５、０＜ｕ≦０．３の範囲である。）で示されることを特徴とする。
かかる構成の非可逆回路素子用ガーネットフェライトでは、特に、ＣｏとＳｉに加えてＣａと上記Ｄをそれぞれ上記組成比で添加したことにより、Ｇｄを単独添加する場合（Ｙ‐Ｇｄ‐Ｆｅ‐Ａｌ‐Ｏなる組成の場合）に比べて強磁性共鳴半値幅（ΔＨ）を小さくすることができる。

また、本発明の非可逆回路素子用ガーネットフェライトは、組成式Ｙ_３−ｘＧｄ_ｘＦｅ_{ｔ−２ｙ−ｖ−ｚ}Ｃｏ_ｙＳｉ_ｙＩｎ_ｖＡｌ_ｚＯ_１２（ただし、前記組成式中の組成比を示すｘ、ｙ、ｚ、ｔは０．２≦ｘ≦１．５、０．００５≦ｙ≦０．０１５、０≦ｚ≦１．５、４．７５≦ｔ≦５、０＜ｖ≦０．２の範囲である。）で示されることを特徴とする。
かかる構成の非可逆回路素子用ガーネットフェライトでは、特に、ＣｏとＳｉに加えてＩｎを上記組成比で添加したことにより、Ｇｄを単独添加する場合（Ｙ‐Ｇｄ‐Ｆｅ‐Ａｌ‐Ｏなる組成の場合）に比べて強磁性共鳴半値幅（ΔＨ）を小さくすることができる。

上記Ｙ_３−ｘＧｄ_ｘＦｅ_{ｔ−２ｙ−ｚ}Ｃｏ_ｙＳｉ_ｙＡｌ_ｚＯ_１２なる組成式で示される非可逆回路素子用ガーネットフェライトにおいて、組成比を示すｘ、ｙ、ｚ、ｔは０．２≦ｘ≦１．２５、０．００５≦ｙ≦０．０１、０≦ｚ≦１．５、４．７５≦ｔ≦４．９の範囲であることが好ましい。
また、上記Ｙ_{３−ｘ−ｕ}Ｇｄ_ｘＣａ_ｕＦｅ_{ｔ−2ｙ−ｕ−ｚ}Ｃｏ_ｙＳｉ_ｙＤ_ｕＡｌ_ｚＯ_１２なる組成式で示される非可逆回路素子用ガーネットフェライトにおいて、組成比を示すｘ、ｙ、ｚ、ｔ、ｕは０．２≦ｘ≦１．２５、０．００５≦ｙ≦０．０１、０≦ｚ≦１．５、４．７５≦ｔ≦４．９、０．０４≦ｕ≦０．２の範囲であることが好ましい。
また、上記Ｙ_３−ｘＧｄ_ｘＦｅ_{ｔ−２ｙ−ｖ−ｚ}Ｃｏ_ｙＳｉ_ｙＩｎ_ｖＡｌ_ｚＯ_１２なる組成式で示される非可逆回路素子用ガーネットフェライトにおいて、組成比を示すｘ、ｙ、ｚ、ｔ、ｖは０．２≦ｘ≦１．２５、０．００５≦ｙ≦０．０１、０≦ｚ≦１．５、４．７５≦ｔ≦４．９、０．０４≦ｖ≦０．２の範囲であることが好ましい。

また、本発明の非可逆回路素子は、上記のいずれかの構成の本発明の非可逆回路素子用ガーネットフェライトからなる本体部上に複数の中心導体が電気的絶縁状態で交差するように配置された磁性組立体を備えたことを特徴とする。上記の構成の磁性組立体を用いれば、アイソレータ等の非可逆回路素子が完成される。

また、本発明の非可逆回路素子は、上記のいずれかの構成の非可逆回路素子用ガーネットフェライトからなる本体部の上面に複数の中心導体が電気的絶縁状態で所定の角度で交差するように配置された磁性組立体を有し、この磁性組立体に直流磁界を印加するための磁石と、整合用コンデンサと、これらを包むヨークが少なくとも具備されてなることを特徴とする。上記の構成の磁性組立体と磁石と整合用コンデンサとヨークを備えることで、アイソレータ等の非可逆回路素子が完成される。
かかる構成の非可逆回路素子によれば、４πＭｓの温度係数（α）の絶対値を小さくでき、しかも強磁性共鳴半値幅（ΔＨ）を小さくできるガーネットフェライトからなる本体部を有する磁性組立体が備えられたことにより、マイクロ波帯などの高周波帯域において損失が小さく、特性の温度変化が小さい非可逆回路素子を提供できる。

以上、詳述したように本発明によれば、４πＭｓの温度係数（α）の絶対値を小さくでき、しかも強磁性共鳴半値幅（ΔＨ）を小さくできるガーネットフェライトを提供できる。
また、本発明の非可逆回路素子は、４πＭｓの温度係数（α）の絶対値を小さくでき、しかも強磁性共鳴半値幅（ΔＨ）を小さくできる本発明のガーネットフェライトを用いた磁性組立体と、磁石と、整合用コンデンサと、ヨークを備えることにより、マイクロ波帯などの高周波帯域において損失が小さく、特性の温度変化が小さい非可逆回路素子を提供できる。

以下、図面により本発明の実施形態について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法比率などは適宜異ならせて示してある。
図１は本発明に係る非可逆回路素子用ガーネットフェライトを備えたアイソレータ（非可逆回路素子）の一例を示す分解斜視図であり、この形態のアイソレータ１は、上部ケース２と下部ケース３との間に、下部ケース３側から順に基板４と円板状のガーネットフェライト素子５と中心導体６Ａ、６Ｂ、６Ｃ（これらはガーネットフェライト素子５の下部側で共通電極部により電気的に接続されている。）と磁石７とを設けて構成されている。
先の上部ケース２と下部ケース３は側面コ字型の磁性体製のケースであり、上部ケース２と下部ケース３を一体化することで箱型の収納体が構成される。これら上部ケース２と下部ケース３はヨークを兼ねるものである。先の基板４は、中央部に丸型の透孔４ａが形成された樹脂製の基台４Ａを有し、その一面周縁部３カ所にパターン電極（整合用コンデンサ）４ｂが形成され、残り１つの縁部にアース電極４ｃが形成され、更にアース電極４ｃと先のパターン電極４ｂの１つに電気的に接続された抵抗素子４ｄが設けられたものである。

上記ガーネットフェライト素子（非可逆回路素子用ガーネットフェライト）５は、後述するガーネットフェライトからなる円盤状のものであり、ガーネットフェライト素子５の外周部には帯状の金属片からなる中心導体６Ａ、６Ｂ、６Ｃが円板状のガーネットフェライト素子５の中心部を起点に周回りに６０゜間隔で巻き付けられ、ガーネットフェライト素子５は基板４の透孔４ａに挿入されて各中心導体６Ａ、６Ｂ、６Ｃの各一端部が各パターン電極４ｂに電気的に接続され、各中心導体６Ａ、６Ｂ、６Ｃの各他端部は図示しない共通電極部に一体的に接続されている。そして、中心導体６Ａ、６Ｂ、６Ｃ上にガーネットフェライト素子５の上下方向にバイアス磁界を印加する円盤型の磁石７が積み重ねられ、この状態でこれらが上ケース２と下ケース３との間に収納されてアイソレータ１が構成されている。

上記ガーネットフェライト素子５は、Ｙ_３−ｘＧｄ_ｘＦｅ_{ｔ−２ｙ−ｚ}Ｃｏ_ｙＳｉ_ｙＡｌ_ｚＯ_１２（ただし、上記組成式中の組成比を示すｘ、ｙ、ｚ、ｔは０．２≦ｘ≦１．５、０．００５≦ｙ≦０．０１５、０≦ｚ≦１．５、４．７５≦ｔ≦５の範囲である。）なる組成式（１）で示されるガーネットフェライトから構成されている。
また、上記組成式（１）中の組成比を示すｘ、ｙ、ｚ、ｔは、０．２≦ｘ≦１．２５、０．００５≦ｙ≦０．０１、０≦ｚ≦１．５、４．７５≦ｔ≦４．９の範囲であることが好ましい。

ガーネットフェライト素子５が上記組成式（１）で示されるガーネットフェライトから構成されている場合のＹとＧｄの組成比の合計は、３であり、上記Ｙの組成比は１．５以上２．８以下である。
上記Ｇｄの組成比を０．２以上１．５以下とすることにより、４πＭｓの温度係数（α）の絶対値を低減できる。また、アイソレータ１に使用する磁石７の表面磁束の温度係数はマイナスであることが多いため、Ｇｄの組成比を０．２以上１．５以下とすることが室温付近の温度係数を負あるいはゼロに近い値あるいはゼロにできる。また、Ｇｄの組成比が１．２５以下であればΔＨを６０００Ａ／ｍ以下の低い値にできる点で好ましい。
また、Ｇｄの組成比が１．０以下であればガーネットフェライト素子５のαを全温度範囲でマイナスにでき、磁石７の表面磁束の温度係数と傾きを合わせることができ、アイソレータ１の安定性を高めることができる点で好ましい。
Ｇｄの組成比が０．２未満であるとＣｏ−Ｓｉ添加によるΔＨ低減効果は得られなくなってしまう。

また、ＣｏとＳｉの組成比をそれぞれ０．００５以上０．０１５以下とすることにより、強磁性共鳴半値幅（ΔＨ）を小さくすることができる。また、ＣｏとＳｉの組成比をそれぞれ０．００５以上０．０１以下とすることが、確実にΔＨ低減効果を得られる点で好ましい。ＣｏとＳｉの組成比がそれぞれ０．０１５を超えるとΔＨが増大してしまう。ＣｏとＳｉの組成比がそれぞれ０．００５未満になるとΔＨ低減効果が得られなくなってしまう。

また、Ａｌの組成比を０以上１．５以下とすることにより、４πＭｓの値を調整することができる。Ａｌの組成比が１．５を超えると、４πＭｓがゼロになってしまう。従って、Ａｌの組成比の上限を１．５とすることが実用的な大きさの４πＭｓ値が得られる点で好ましい。

上記ＦｅとＣｏとＳｉとＡｌの組成比の合計はｔである。
上記組成比ｔを４．７５以上５以下とすることにより、異相が析出することなく、ガーネット単相にすることができ、ΔＨを小さくすることができる。組成比ｔが４．７５未満になると、ガーネットフェライト素子がガーネット単相にならず、異相が析出してΔＨが急激に大きくなってしまい、５を超えると上記と同様の異相が析出してΔＨが急激に大きくなってしまう。また、上記組成比ｔを４．７５以上４．９以下とすることが、ΔＨをより効果的に低減できる点で好ましい。
上記ＦｅとＣｏとＳｉとＡｌの組成比の合計の範囲は、４．７５以上５未満であり、好ましくは４．７５以上４．９未満とされる。Ｆｅの組成比を５未満にするとΔＨが低下し始め、４．７５未満にするとΔＨの値が明らかに悪化する。

また、上記ガーネットフェライト素子５は、Ｙ_{３−ｘ−ｕ}Ｇｄ_ｘＣａ_ｕＦｅ_{ｔ−2ｙ−ｕ−ｚ}Ｃｏ_ｙＳｉ_ｙＤ_ｕＡｌ_ｚＯ_１２（ただし、前記ＤはＺｒ、Ｈｆ、Ｓｎのうち１種又は２種以上の元素を示し、組成比を示すｘ、ｙ、ｚ、ｔ、ｕは０．２≦ｘ≦１．５、０．００５≦ｙ≦０．０１５、０≦ｚ≦１．５、４．７５≦ｔ≦５、０＜ｕ≦０．３の範囲である。）なる組成式（２）で示されるガーネットフェライトから構成されていてもよい。
また、上記組成式（２）中の組成比を示すｘ、ｙ、ｚ、ｔ、ｕは、０．２≦ｘ≦１．２５、０．００５≦ｙ≦０．０１、０≦ｚ≦１．５、４．７５≦ｔ≦４．９、０．０４≦ｕ≦０．２の範囲であることが好ましい。
ガーネットフェライト素子５が上記組成式（２）で示されるガーネットフェライトから構成されている場合のＹとＧｄとＣａの組成比の合計は、３であり、上記Ｙの組成比は１．２以上２．７６以下である。
また、上記ＣａとＤの組成比をそれぞれ０を超えて０．３以下とすることにより、確実にΔＨ低減効果を得られる点で好ましい。上記ＣａとＤの組成比がそれぞれ０．３を超えるとΔＨをこれ以上下げることができず、逆にαの絶対値が増大してしまう。また、上記ＣａとＤを組成比でそれぞれ０．０４以上０．２以下とすることが、低いαとΔＨのバランスが取れる点で好ましい。さらに、ＣａとＤを組成比でそれぞれ０．１以上０．１６以下とすることで、αの絶対値及びΔＨをともに小さくすることができる。
上記ＦｅとＣｏとＳｉと上記ＤとＡｌの組成比の合計はｔであり、上記組成比ｔを４．７５以上５以下とすることにより、異相が析出することなく、ガーネット単相にすることができ、ΔＨを小さくすることができる。
上記ＦｅとＣｏとＳｉと上記ＤとＡｌの組成比の合計の範囲は、４．７５以上５未満であり、好ましくは４．７５以上４．９未満とされる。

また、上記ガーネットフェライト素子５は、Ｙ_３−ｘＧｄ_ｘＦｅ_{ｔ−２ｙ−ｖ−ｚ}Ｃｏ_ｙＳｉ_ｙＩｎ_ｖＡｌ_ｚＯ_１２（ただし、前記組成式中の組成比を示すｘ、ｙ、ｚ、ｔは０．２≦ｘ≦１．５、０．００５≦ｙ≦０．０１５、０≦ｚ≦１．５、４．７５≦ｔ≦５、０＜ｖ≦０．２の範囲である。）なる組成式（３）で示されるガーネットフェライトから構成されていてもよい。
また、上記組成式（３）中の組成比を示す組成比を示すｘ、ｙ、ｚ、ｔ、ｖは０．２≦ｘ≦１．２５、０．００５≦ｙ≦０．０１、０≦ｚ≦１．５、４．７５≦ｔ≦４．９、０．０４≦ｖ≦０．２の範囲であることが好ましい。

Ｉｎの組成比を０を超えて０．２以下とすることにより、強磁性共鳴半値幅（ΔＨ）を小さくすることができる。また、Ｉｎの組成比を０．０４以上０．２以下とすることが、確実にΔＨ低減効果を得られる点で好ましい。Ｉｎを０．２を超えて添加してもΔＨをこれ以上下げることができず、逆にαの絶対値が増大してしまう。このようにＩｎの組成比を０．０４以上０．２以下とし、Ｇｄと複合で添加することが、低いαとΔＨのバランスが取れる。また、Ｉｎの組成比を０．１以上０．１６以下とすることで、αの絶対値及びΔＨをともに小さくすることが可能となるので、より好ましい。
上記ＦｅとＣｏとＳｉとＩｎとＡｌの組成比の合計はｔであり、上記組成比ｔを４．７５以上５以下とすることにより、異相が析出することなく、ガーネット単相にすることができ、ΔＨを小さくすることができる。
上記ＦｅとＣｏとＳｉとＩｎとＡｌの組成比の合計の範囲は、４．７５以上５未満であり、好ましくは４．７５以上４．９未満とされる。

上記組成式（１）乃至（３）のいずれかで示されるガーネットフェライト素子５によれば、αの絶対値を小さくでき、しかもΔＨを６０００Ａ・ｍ^−１以下にすることも可能である。また、ガーネットフェライト素子５は、従来のガーネットフェライトとαが同じ値でもΔＨについては従来のものよりも低くするすることができる。また、Ａｌの量の調整により、４πＭｓの値を調整できるので、高周波領域用として好適な値に設定することができる。また、上記Ｇｄの量の調整により、永久磁石７と組み合わせてアイソレータ１として使用する場合に磁石７の温度特性を補償することができる。

次に、このガーネットフェライト素子５の製造方法の一例について説明する。
先のガーネットフェライト素子５を製造するには、まず、目的とする組成の構成元素の酸化物粉末を用意し、目的の元素組成比となるように混合する。
例えば、Ｙ−Ｇｄ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ系のガーネットフェライトを製造するためには、原料として、Ｙ₂Ｏ₃、Ｇｄ₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃、Ｃｏ_３Ｏ_４、ＳｉＯ_２、Ａｌ₂Ｏ₃の各粉末を用意する。また、Ｙ−Ｃａ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｄ（Ｓｎ又はＺｒ又はＨｆ）‐Ａｌ-Ｏ系のガーネットフェライトを製造するためには、原料として、Ｙ₂Ｏ₃、ＣａＣＯ_３、Ｆｅ₂Ｏ₃、Ｃｏ_３Ｏ_４、ＳｉＯ_２、ＳｎＯ_２又はＺｒＯ_２又はＨｆＯ_２、Ａｌ₂Ｏ₃の各粉末を用意する。また、Ｙ−Ｇｄ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｉｎ−Ａｌ-Ｏ系のガーネットフェライトを製造するためには、原料として、Ｙ₂Ｏ₃、Ｇｄ₂Ｏ₃、Ｆｅ₂Ｏ₃ 、Ｃｏ_３Ｏ_４、ＳｉＯ_２、Ｉｎ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃の各粉末等を用意する。
ここで目的の組成比のガーネットフェライト素子とは、上記組成式（１）乃至（３）のいずれかで示されるものである。

これらの原料としてはこれらの粉末を用いることが好ましく、各粉末を目的の組成比になるように秤量する。なお、粉末状ではない粒状あるいは固体状の原料を用いる場合は、これらの原料を混合し、ボールミル、あるいはアトライタ等の粉砕混合装置により原料を粉砕混合する処理を必要時間、例えば数分〜数１０時間行う。ここでの粉砕混合工程において、ボールミル、遊星ミル等の粉砕刃やボールや内壁に鉄分を含んでいると、あるいは、アトライタで使用する混合粉砕用のボールや内壁に鉄分を含んでいると、これらの鉄分が混合粉末側に移行するおそれがあるので、ミルやアトライタにおいて混合粉末と接触する部分に鉄分を含まないものを用いることが好ましい。

具体的に、ボールミルでは刃先あるいは混合粉末を収納する部分として鉄系以外の材料からなるものを用いてボールミルを構成すれば良く、アトライタにおいては粉砕混合用のボールとしてアルミナ製のもの、ジルコニアボール、メタル芯にチタン酸カルシウムのコーティングを施したもの等を用いることで混合粉末に対する鉄分の移行を無くすることができる。なお、ミルやアトライタの内壁はナイロン等の樹脂などのＦｅ系以外の材料からなる壁部で構成すれば良い。
即ち、ボールミル等の装置では、ナイロン樹脂等で形成された外径１８０ｍｍ（内径１３５ｍｍ）の円筒状の容器に仮焼き粉とジルコニア製のボールをいれ、容器の開口部に同じくナイロン樹脂等で形成された蓋をする。この蓋をした容器を２本の水平軸（円筒容器の直径よりも若干短い間隔で離間して水平支持された２本の回転軸）で形成された架台に載せ、これらの回転軸に周回りに回転駆動力を与えて８０〜１００ｒｐｍで１６〜２０時間程度上記の容器とともに回転させる。この回転により上記ジルコニア製のボールとともに仮焼き粉末を撹拌し、仮焼き粉末を粉砕する。
なお、原料として粉末状のものを用いる場合に、前記の粉砕混合工程を略しても良い。

先の混合物を乾燥した後、１０００℃〜１２００℃程度の温度で大気中もしくは酸素雰囲気中において必要時間、例えば数時間仮焼し、仮焼粉末（仮焼物）を得る。
続いてこの仮焼粉末（仮焼物）を再度先のボールミルあるいはアトライタによって粉砕して粉末化する。ここで用いる粉砕装置においてもＦｅの混入を防止する目的で先の条件を満足する装置を用いることが好ましい。
得られた仮焼後の粉末の粒径を揃えた後、バインダーとともに目的の形状となるように成型し、１ｔ／ｃｍ²程度の圧力を加えて目的の円盤状あるいは板状あるいは角柱状などの形状に成型し、次いでこの成型体を１３５０℃〜１５００℃程度の温度に加熱して焼結すると、目的とする円板状のガーネットフェライト素子５が得られる。
なおここで、目的の形状に近い形に成型しておき、焼結後に得られた成型体から目的の形状のガーネットフェライト素子を切り出すようにして製造することもできる。

以上のように得られた円板状のガーネットフェライト素子５に対し、図１に示すように中心導体６Ａ、６Ｂ、６Ｃを装着して取り付け、図１に示すように基板４の透孔４ａにガーネットフェライト素子５を嵌め込み、磁石７とともにケース２、３の内部に配することでアイソレータ１を構成することができる。

以上の如く得られたガーネットフェライト素子５においては、アイソレータとして用いた場合の５００ＭＨｚ以上の高周波域、例えば１０ＧＨｚ帯域での挿入損失が小さく、ΔＨの小さなものが得られる。
ここでアイソレータ１に用いられるガーネットフェライト素子５において把握される強磁性共鳴半値幅の値として知られているΔＨとは、透磁率の虚数部μ''のピークの半値幅として知られている値であり、通常の磁性体の透磁率を測定する場合は磁場をかけた方向と同じ方向に基づいて透磁率を測定するものであるのに対し、静磁場で飽和させた状態で静磁場の方向と直角方向に高周波磁界を印加した時の透磁率を測定し、その虚数部の測定値から求められる値である。この値が小さいほど損失としては小さいことを意味する。
また、磁化温度係数α（−３５）及びα（８５）は、次のように計算される。
α（−３５）＝[｛４πＭｓ（２５℃）−４πＭｓ（−３５℃）｝／４πＭｓ（２５℃）]×（１００／６０） [％・℃^−１]
α（８５）＝[｛４πＭｓ（８５℃）−４πＭｓ（２５℃）｝／４πＭｓ（２５℃）]×（１００／６０） [％・℃^−１]
なお、上記式中、４πＭｓ（−３５℃）、４πＭｓ（２５℃）、４πＭｓ（８５℃）は、それぞれ−３５℃、２５℃、８５℃におけるガーネットフェライトの４πＭｓ（飽和磁化）の値である。

本実施形態のアイソレータ１は、ガーネットフェライト素子５からなる本体部の上面に中心導体６Ａ、６Ｂ、６Ｃが電気的絶縁状態で所定の角度で交差するように配置された磁性組立体を有し、この磁性組立体に直流磁界を印加するための磁石７と、整合用コンデンサ４ｂと、これらを包むヨーク２、３が備えられてなるものであるので、マイクロ波帯などの高周波帯域において損失が小さく、また使用環境温度の変化しても安定したアイソレーション特性を有することができる。
よって先のガーネットフェライト素子５を備えたアイソレータ１においては、送信機等において、アンプとアンテナとの間に挿入されて好適に用いられ、アンテナからの雑音がアンプ側に戻るのを抑制する２端子素子としての優れた機能を発揮する。

（実施例１−１〜１−２４）
以下の表１〜２に示す各試料の組成となるようにＹ₂Ｏ₃粉末、Ｇｄ₂Ｏ₃粉末、Ｆｅ₂Ｏ₃粉末、Ｃｏ_３Ｏ_４粉末、ＳｉＯ_２粉末、Ａｌ_２Ｏ₃粉末をボールミル（鋼球の周囲をセラミックコーティング処理してなるボールを使用）で混合し、この混合物を乾燥した後、１２００℃で４時間仮焼きし、仮焼物を得た。次にこの仮焼物を有機バインダーとともに先のものと同等のボールミルに投入し、２０時間湿式粉砕した。この粉砕物を大気中もしくは酸素雰囲気中において１３５０℃〜１５００℃で本焼成してＹ_３−ｘＧｄ_ｘＦｅ_{ｔ−２ｙ−ｚ}Ｃｏ_ｙＳｉ_ｙＡｌ_ｚＯ_１２なる組成のガーネットフェライト試料（実施例１−１〜１−２４）を得た。
実施例１−１〜１−２４のガーネットフェライト試料の４πＭｓと、−３５℃〜＋２５℃での磁化温度係数α（−３５）と、＋２５℃〜＋８５℃での磁化温度係数α（８５）と、使用周波数１０ＧＨｚのときのガーネットフェライト試料の強磁性共鳴半値幅（各試料における透磁率の虚数部μ''のピークの半値幅）ΔＨを調べた結果を表１〜２に示す。また、先のガーネットフェライト試料の透磁率の測定については、静磁場でバイアスをかけて磁気的に飽和させた状態においてその直角方向に測定用の高周波磁界をかけた時の静磁場と直角方向での透磁率を測定した結果である。また、このようにして測定した透磁率の虚数部μ''のピークの半値幅がΔＨに相当する。
また、実施例１−１〜１−２４のガーネットフェライト試料のα（−３５）とΔＨとの関係を図２、α（８５）とΔＨの関係を図３に示した。

表１〜表２に示すｘ、ｙ、ｚ、ｔは組成式Ｙ_３−ｘＧｄ_ｘＦｅ_{ｔ−２ｙ−ｚ}Ｃｏ_ｙＳｉ_ｙＡｌ_ｚＯ_１２中の組成比である。

（比較例１−１〜１−９）
以下の表３に示す各試料の組成となるようにＹ₂Ｏ₃粉末、Ｆｅ₂Ｏ₃粉末、Ｃｏ_３Ｏ_４粉末、ＳｉＯ_２粉末、Ａｌ_２Ｏ₃粉末と、必要によりＧｄ₂Ｏ₃粉末を用いた以外は上記実施例と同様にしてＹ_３−ｘＧｄ_ｘＦｅ_{ｔ−２ｙ−ｚ}Ｃｏ_ｙＳｉ_ｙＡｌ_ｚＯ_１２なる組成のガーネットフェライト試料（比較例１−１〜１−９）を得た。比較例１−１〜１−９のガーネットフェライト試料の４πＭｓと、α（−３５）と、α（８５）と、ΔＨを調べた結果を表３に示す。

表３に示すｘ、ｙ、ｚ、ｔは組成式Ｙ_３−ｘＧｄ_ｘＦｅ_{ｔ−２ｙ−ｚ}Ｃｏ_ｙＳｉ_ｙＡｌ_ｚＯ_１２中の組成比である。

（従来例１〜９）
以下の表４に示す各試料の組成となるようにＹ₂Ｏ₃粉末、Ｆｅ₂Ｏ₃粉末、Ａｌ₂Ｏ₃粉末と、必要によりＧｄ₂Ｏ₃粉末を用いた以外は上記実施例と同様にしてＹ_３−ｘＧｄ_ｘＦｅ_{４．８８３−ｚ}Ａｌ_ｚＯ_１２なる組成のガーネットフェライト試料（従来例１〜９）を得た。従来例１〜９のガーネットフェライト試料の４πＭｓと、α（−３５）と、α（８５）と、ΔＨを調べた結果を表４に示す。
また、従来例１〜９のガーネットフェライト試料のα（−３５）とΔＨとの関係を図２、α（８５）とΔＨの関係を図３に示した。

表４に示すｘ、ｚは組成式Ｙ_３−ｘＧｄ_ｘＦｅ_{４．８８３−ｚ}Ａｌ_ｚＯ_１２中の組成比である。

表１〜表４及び図２〜図３に示す結果から実施例の試料は、従来例の試料とαの値が同じ大きさであっても、ΔＨは小さいことがわかる。
また、実施例の試料は、ＣｏとＳｉが添加されたことより、Ｇｄの組成比が従来例と同じ値である場合は従来例のものよりΔＨを小さくできることがわかる。
例えば、Ｇｄの組成比が０．２の従来例３の試料はΔＨが２６１０Ａ・ｍ^−１であるが、Ｇｄの組成比が０．２でも、ＣｏとＳｉの組成比がそれぞれ０．０１である実施例１−１の試料はΔＨが２４６０Ａ・ｍ^−１であり、従来例よりΔＨが小さい。

また、Ｇｄの組成比が１．５５の比較例１−３の試料は、全温度域でαがプラスである。これに対しＧｄの組成比が１．５０の実施例１−１５の試料は、α（−３５）はプラスであるが、α（８５）は０である。従ってＧｄの組成比が１．５以下であれば、少なくとも室温以上の温度でαを磁石の表面磁束の温度係数と合わせることができる。また、Ｇｄの組成比が１．２５以下の実施例の試料は、ΔＨが５８３０Ａ・ｍ^−１以下の低い値であることがわかる。また、Ｇｄの組成比が１．０以下の実施例の試料は、αを全温度範囲でマイナスであり、磁石の表面磁束の温度係数と同じ符号にできることがわかる。
これらのことから、Ｇｄの組成比の上限値は１．５とし、好ましくは１．２５以下、より好ましくは１．０以下とした。
また、ＣｏとＳｉの組成比がそれぞれ０．０２の比較例１−５の試料は、α（−３５）が−０．０２％・℃^−１で、α（８５）が−０．１４％・℃^−１であるが、ΔＨが７６４０Ａ・ｍ^−１と大きい。これに対してＣｏとＳｉの組成比がそれぞれ０．０１５の実施例１−１１の試料は、α（−３５）が−０．０２％・℃^−１で、α（８５）が−０．１５％・℃^−１であるが、ΔＨが５４９０Ａ・ｍ^−１と比較例１−５よりも小さい。また、実施例１−１１のΔＨが、ＣｏとＳｉ無添加の場合の比較例１−４のΔＨの６２１０Ａ・ｍ^−１よりも小さい点とあわせて考慮するとＣｏとＳｉの組成比の上限値はそれぞれ０．０１５と考えられる。

ＣｏとＳｉが添加されていない比較例１−４の試料は、ΔＨが６２１０Ａ・ｍ^−１と比較的大きい。これに対してＣｏとＳｉの組成比がそれぞれ０．００５の実施例１−９の試料は、ΔＨが３９００Ａ・ｍ^−１であり、比較例１−４よりΔＨが小さいことがわかる。このことからＣｏとＳｉの組成比の下限値はそれぞれ０．００５とした。
また、Ａｌの組成比が１．５５である比較例１−６は、４πＭｓが殆どゼロになってしまう。
また、組成比ｔが５．０３５である比較例１−８や、ｔが４．７４０である比較例１−９の試料は、α（−３５）、α（８５）が小さくても、ΔＨが６８００Ａ・ｍ^−１以上と大きくなってしまう。このことから組成比ｔの範囲は、４．７５〜５とした。

（実施例２−１〜２−３）
以下の表５に示す各試料の組成となるようにＹ₂Ｏ₃粉末、Ｇｄ₂Ｏ₃粉末、Ｆｅ₂Ｏ₃粉末、Ｃｏ_３Ｏ_４粉末、ＳｉＯ_２粉末、Ａｌ_２Ｏ₃粉末、ＳｎＯ_２又はＺｒＯ_２又はＨｆＯ_２を用いた以外は上記実施例と同様にしてＹ_１．９Ｇｄ_１Ｃａ_０．１Ｆｅ_{４．５６３}Ｃｏ_０．０１Ｓｉ_０．０１Ｄ_０．１Ａｌ_０．２Ｏ_１２（ただし、上記ＤはＺｒ又はＨｆ又はＳｎ）なる組成のガーネットフェライト試料（実施例２−１〜２−３）を得た。実施例２−１〜２−３のガーネットフェライト試料の４πＭｓと、α（−３５）と、α（８５）と、ΔＨを調べた結果を表５に示す。

（比較例２−１〜２−３）
以下の表６に示す各試料の組成となるようにＹ₂Ｏ₃粉末、Ｇｄ₂Ｏ₃粉末、Ｆｅ₂Ｏ₃粉末、Ａｌ_２Ｏ₃粉末、ＳｎＯ_２又はＺｒＯ_２又はＨｆＯ_２を用いた以外は上記実施例と同様にしてＹ_１．９Ｇｄ_１Ｃａ_０．１Ｆｅ_{４．５８３}Ｄ_０．１Ａｌ_０．２Ｏ_１２（ただし、上記ＤはＺｒ又はＨｆ又はＳｎ）なる組成のガーネットフェライト試料（比較例２−１〜２−３）を得た。比較例２−１〜２−３のガーネットフェライト試料の４πＭｓと、α（−３５）と、α（８５）と、ΔＨを調べた結果を表６に示す。

表５と表６に示した結果からＺｒとＣａを添加した比較例２−１の試料は、ΔＨが３７４０Ａ・ｍ^−１であった。これに対してＺｒとＣａにＣｏとＳｉを複合添加した実施例２−１の試料は、ΔＨが３０５０Ａ・ｍ^−１であり、αを全温度範囲でマイナスとした状態でΔＨを比較例に比べて小さくできることがわかる。
また、ＨｆとＣａを添加した比較例２−２の試料は、ΔＨが４３００Ａ・ｍ^−１であった。これに対してＨｆとＣａにＣｏとＳｉを複合添加した実施例２−２の試料は、ΔＨが３５１０Ａ・ｍ^−１であり、αを全温度範囲でマイナスとした状態でΔＨを比較例に比べて小さくできることがわかる。
また、ＳｎとＣａを添加した比較例２−３の試料は、ΔＨが３４２０Ａ・ｍ^−１であった。これに対してＳｎとＣａにＣｏとＳｉを複合添加した実施例２−３の試料は、ΔＨが２７９０Ａ・ｍ^−１であり、αを全温度範囲でマイナスとした状態でΔＨを比較例よりも小さくできることがわかる。

（実施例３−１）
以下の表７に示す組成となるようにＹ₂Ｏ₃粉末、Ｇｄ₂Ｏ₃粉末、Ｆｅ₂Ｏ₃粉末、Ｃｏ_３Ｏ_４粉末、ＳｉＯ_２粉末、Ｉｎ₂Ｏ₃粉末、Ａｌ_２Ｏ₃粉末を用いた以外は上記実施例と同様にしてＹ_２Ｇｄ_１Ｆｅ_{４．５６３}Ｃｏ_０．０１Ｓｉ_０．０１Ｉｎ_０．１Ａｌ_０．２Ｏ_１２なる組成のガーネットフェライト試料（実施例３−１）を得た。実施例３−１のガーネットフェライト試料の４πＭｓと、α（−３５）と、α（８５）と、ΔＨを調べた結果を表７に示す。

（比較例３−１）
以下の表８に示す組成となるようにＹ₂Ｏ₃粉末、Ｇｄ₂Ｏ₃粉末、Ｆｅ₂Ｏ₃粉末、Ｉｎ₂Ｏ₃粉末、Ａｌ_２Ｏ₃粉末を用いた以外は上記実施例と同様にしてＹ_２Ｇｄ_１Ｆｅ_{４．５８３}Ｉｎ_０．１Ａｌ_０．２Ｏ_１２なる組成のガーネットフェライト試料（比較例３−１）を得た。比較例３−１のガーネットフェライト試料の４πＭｓと、α（−３５）と、α（８５）と、ΔＨを調べた結果を表８に示す。

表８に示した結果からＩｎを添加した比較例３−１の試料は、ΔＨが４１４０Ａ・ｍ^−１であった。これに対してＩｎにＣｏとＳｉを複合添加した実施例３−１の試料は、ΔＨが３２６０Ａ・ｍ^−１であり、αを全温度範囲でマイナスとした状態でΔＨを比較例よりも小さくできることがわかる。

本発明のガーネットフェライトは、αの絶対値を小さくでき、しかもΔＨを小さくできるので、５００ＭＨｚ以上の高周波域で使用される小型のアイソレータに好適に用いることができ、その場合に低損失で、かつ特性の温度変化を小さくすることができる。

図１は本発明に係るガーネットフェライトを備えたアイソレータの一例を示す分解斜視図。図２は実施例と従来例のガーネットフェライト試料のα（−３５）とΔＨとの関係を示す図。図３は実施例と従来例のガーネットフェライト試料のα（８５）とΔＨの関係を示す図。

符号の説明

１・・・アイソレータ（非可逆回路素子）、２・・・上部ケース、３・・・下部ケース、４・・・基板、４ａ・・・透孔、４Ａ・・・基台、４ｂ・・・パターン電極、４ｃ・・・アース電極、４ｄ・・・抵抗素子、５・・・ガーネットフェライト素子（非可逆回路素子用ガーネットフェライト）、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ・・・中心導体、７・・・磁石。

Claims

非可逆回路素子に使用されるガーネットフェライトであって、
組成式Ｙ_３−ｘＧｄ_ｘＦｅ_{ｔ−２ｙ−ｚ}Ｃｏ_ｙＳｉ_ｙＡｌ_ｚＯ_１２（ただし、前記組成式中の組成比を示すｘ、ｙ、ｚ、ｔは０．２≦ｘ≦１．５、０．００５≦ｙ≦０．０１５、０≦ｚ≦１．５、４．７５≦ｔ≦５の範囲である。）で示されることを特徴とする非可逆回路素子用ガーネットフェライト。
非可逆回路素子に使用されるガーネットフェライトであって、
組成式Ｙ_{３−ｘ−ｕ}Ｇｄ_ｘＣａ_ｕＦｅ_{ｔ−2ｙ−ｕ−ｚ}Ｃｏ_ｙＳｉ_ｙＤ_ｕＡｌ_ｚＯ_１２（ただし、前記ＤはＺｒ、Ｈｆ、Ｓｎのうち１種又は２種以上の元素を示し、組成比を示すｘ、ｙ、ｚ、ｔ、ｕは０．２≦ｘ≦１．５、０．００５≦ｙ≦０．０１５、０≦ｚ≦１．５、４．７５≦ｔ≦５、０＜ｕ≦０．３の範囲である。）で示されることを特徴とする非可逆回路素子用ガーネットフェライト。
非可逆回路素子に使用されるガーネットフェライトであって、
組成式Ｙ_３−ｘＧｄ_ｘＦｅ_{ｔ−２ｙ−ｖ−ｚ}Ｃｏ_ｙＳｉ_ｙＩｎ_ｖＡｌ_ｚＯ_１２（ただし、前記組成式中の組成比を示すｘ、ｙ、ｚ、ｔは０．２≦ｘ≦１．５、０．００５≦ｙ≦０．０１５、０≦ｚ≦１．５、４．７５≦ｔ≦５、０＜ｖ≦０．２の範囲である。）で示されることを特徴とする非可逆回路素子用ガーネットフェライト。
前記組成式中の組成比を示すｘ、ｙ、ｚ、ｔは０．２≦ｘ≦１．２５、０．００５≦ｙ≦０．０１、０≦ｚ≦１．５、４．７５≦ｔ≦４．９の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の非可逆回路素子用ガーネットフェライト。
前記組成式中の組成比を示すｘ、ｙ、ｚ、ｔ、ｕは０．２≦ｘ≦１．２５、０．００５≦ｙ≦０．０１、０≦ｚ≦１．５、４．７５≦ｔ≦４．９、０．０４≦ｕ≦０．２の範囲であることを特徴とする請求項２に記載の非可逆回路素子用ガーネットフェライト。
前記組成式中の組成比を示すｘ、ｙ、ｚ、ｔ、ｖは０．２≦ｘ≦１．２５、０．００５≦ｙ≦０．０１、０≦ｚ≦１．５、４．７５≦ｔ≦４．９、０．０４≦ｖ≦０．２の範囲であることを特徴とする請求項３に記載の非可逆回路素子用ガーネットフェライト。
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の非可逆回路素子用ガーネットフェライトからなる本体部上に複数の中心導体が電気的絶縁状態で交差するように配置された磁性組立体を備えたことを特徴とする非可逆回路素子。
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の非可逆回路素子用ガーネットフェライトからなる本体部の上面に複数の中心導体が電気的絶縁状態で所定の角度で交差するように配置された磁性組立体を有し、この磁性組立体に直流磁界を印加するための磁石と、整合用コンデンサと、これらを包むヨークが少なくとも具備されてなることを特徴とする低損失非可逆回路素子。