JP2011063483A - 高周波用磁性体材料、非可逆回路素子用部品および非可逆回路素子 - Google Patents

Abstract

【課題】非可逆回路素子の部品を小型化することができるとともに、挿入損失を小さくすることにより非可逆回路素子の消費電力を低減し、さらに高温での挿入損失も小さくすることが可能な高周波用磁性体材料と、それを用いた非可逆回路素子用部品および非可逆回路素子を提供する。
【解決手段】高周波用磁性体材料は、組成式（Ｙ_{ｚ−ｘ−ｙ}Ｇｄ_ｙＣａ_ｘ）（Ｆｅ_{８−ｚ−ａ−ｂ−ｃ}Ｓｎ_ａＡｌ_ｂＶ_ｃ）Ｏ_{１２−ｄ／２}で表わされるガーネット型フェライトを主成分とし、上記のｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ、ｃ、ｄは、モル比を示し、０．６≦ｙ≦０．８、３．０１≦ｚ≦３．０７、０．２６≦ａ≦０．３６、０．２７≦ｂ≦０．３５、０．５９≦ｃ≦０．７４、０．０１≦ｄ≦０．０８（ただし、ｄ＝ｘ−ａ−２ｃ）を満たす。
【選択図】図２

Description

この発明は、一般的には高周波用磁性体材料と、それを用いた非可逆回路素子用部品および非可逆回路素子に関し、特定的には、ガーネット型フェライトを主成分とする高周波用磁性体材料と、それを用いたサーキュレータ、アイソレータ等の非可逆回路素子、その非可逆回路素子に用いられる部品に関する。

近年、携帯電話機等の通信機器の小型化、高周波化および高機能化が進められている。これに応じて、通信機器の構成部品について小型化に対応するとともに、消費電力を低減することが求められている。このような構成部品の中で、たとえば、サーキュレータ、アイソレータ等の非可逆回路素子に用いられる部品に対して、小型化と、消費電力を低減するために損失を低くすることが要求されている。

特に、アイソレータは、一般に、信号の伝送方向には減衰がなく、逆方向には減衰が大きくなる機能を有しており、数１００ＭＨｚ〜数ＧＨｚの極超短波帯やマイクロ波帯で使用される携帯電話機、自動車電話機等の移動体通信機器の送受信回路に搭載されている。このアイソレータに用いられる磁性体材料としては、従来より、イットリウム鉄ガーネットＹ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２に代表されるガーネット型フェライト系材料が広く使用されている。

例えば、特開２００５−１８３４０９号公報（以下、特許文献１という）には、組成式（Ｙ_ｚ−ｘＣａ_ｘ）（Ｆｅ_{８−ｚ−ｙ１−ｙ２−ｖ−ｗ}Ｓｎ_ｙ１Ｚｒ_ｙ２Ｖ_ｖＡｌ_ｗ）Ｏ_{１２−ｄ／２}で表されるガーネット型フェライトを主成分とする高周波用磁性体材料が開示されている。このガーネット型フェライトは、上記の組成式中のＳｎ、Ｚｒの少なくともいずれか一方を含有するとともに、Ｓｎ、Ｚｒの両者がいずれも４価元素として作用する。また、上記の組成式にて、ｘ、ｙ１、ｙ２、ｚ、ｖおよびｗは、それぞれ、０＜ｘ≦１．６０、０＜ｙ１＋ｙ２≦０．４０、３．００＜ｚ≦３．０９、０＜ｖ≦０．７０および０≦ｗ≦０．８０の関係を満足し、また、ｄは、０＜ｄ＜０．１２の関係を満足する。

このような高周波用磁性体材料では、飽和磁化（４πＭｓ）が１３〜１２０ｍＴの範囲内であり、強磁性共鳴半値幅（ΔＨ）が３．６ｋＡ／ｍ以下であることが特許文献１に開示されている。

一方、特開２００７−３０６１４８号公報（以下、特許文献２という）には、非可逆回路素子として２ポート型アイソレータの構成が開示されている。

特開２００５−１８３４０９号公報 特開２００７−３０６１４８号公報

しかし、特許文献１に開示されたような磁性体材料を、たとえば、特許文献２に開示されたような非可逆回路素子に組み込んだ場合、特許文献１に開示されたような磁性体材料の飽和磁化の値が広範囲に及ぶため、磁性体を飽和させるために印加される外部磁界を小さく制御することができない。このため、磁性体に生じる内部磁界をほぼ一定にするために必要な磁界を磁性体に与える磁界発生部としての永久磁石の磁力を低く設定することができないので、その永久磁石の厚みを小さく制御することができないという問題がある。

すなわち、磁性体の飽和磁界を小さくすると、磁性体を飽和させるために印加される外部磁界を小さくすることができる。そうすると、磁性体に生じる内部磁界をほぼ一定にするために必要な磁界を磁性体に与える永久磁石の磁力を低くすることができるので、永久磁石の厚みを小さくすることができる。しかし、特許文献１に開示されたような磁性体材料の飽和磁界は小さな値から大きな値まで広い範囲にわたっているため、磁性体に生じる内部磁界をほぼ一定にするために必要な磁界発生部としての永久磁石の磁力を低く設定することができないので、厚みを小さく制御することができないという問題がある。

したがって、非可逆回路素子の部品として、磁性体の両側を永久磁石で挟んだ構造の部品において、磁性体の厚みをほぼ一定にした場合、永久磁石の厚み寸法を小さくすることができないので、非可逆回路素子の部品を小型化することができないという問題がある。

また、特許文献１に開示されたような磁性体材料では、強磁性共鳴半値幅が比較的大きいので、特許文献１に開示されたような磁性体材料を、たとえば、特許文献２に開示されたような非可逆回路素子に組み込んだ場合、挿入損失（インサーションロス）が比較的大きくなる。このため、非可逆回路素子の消費電力を低減することができないという問題がある。

さらに、特許文献１に開示されたような磁性体材料を、たとえば、特許文献２に開示されたような非可逆回路素子に組み込んだ場合、低温から室温までの温度範囲での挿入損失に比べて、高温での挿入損失が大きくなるという問題がある。

図４は、（Ｙ_１．６４Ｃａ_１．４０）（Ｆｅ_３．８６Ｓｎ_０．２３Ｖ_０．５７Ａｌ_０．３０）Ｏ_１２で表される特許文献１に開示された高周波用磁性体材料を用いて、特許文献２に開示されたような非可逆回路素子を作製して、周囲温度を−３５℃、＋２５℃、＋８５℃と変化させて測定した挿入損失を示す図である。図４に示すように、挿入損失の最大値は、周囲温度が−３５℃のとき０．４８ｄＢ、周囲温度が＋２５℃のとき０．５５ｄＢであるのに対して、周囲温度が高温の８５℃のとき０．８６ｄＢと大きくなることがわかる。これは、高温での強磁性共鳴半値幅が大きくなったためと考えられる。

そこで、この発明の目的は、非可逆回路素子の部品を小型化することができるとともに、挿入損失を小さくすることにより非可逆回路素子の消費電力を低減し、さらに高温での挿入損失も小さくすることが可能な高周波用磁性体材料と、それを用いた非可逆回路素子用部品および非可逆回路素子を提供することである。

この発明に従った高周波用磁性体材料は、組成式（Ｙ_{ｚ−ｘ−ｙ}Ｇｄ_ｙＣａ_ｘ）（Ｆｅ_{８−ｚ−ａ−ｂ−ｃ}Ｓｎ_ａＡｌ_ｂＶ_ｃ）Ｏ_{１２−ｄ／２}で表わされるガーネット型フェライトを主成分とし、上記のｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ、ｃ、ｄは、モル比を示し、０．６≦ｙ≦０．８、３．０１≦ｚ≦３．０７、０．２６≦ａ≦０．３６、０．２７≦ｂ≦０．３５、０．５９≦ｃ≦０．７４、０．０１≦ｄ≦０．０８（ただし、ｄ＝ｘ−ａ−２ｃ）を満たすことを特徴とする。

この発明に従った非可逆回路素子用部品は、上述の特徴を有する高周波用磁性体材料によって形成された磁性体と、この磁性体に直流磁界を印加する磁界発生部と、磁性体に配置された第１の中心導体と、この第１の中心導体と電気的絶縁状態で交差して磁性体の周りに１ターン以上巻き回して配置された第２の中心導体とを備える。

この発明に従った非可逆回路素子は、上記の非可逆回路素子用部品を備える。

この発明の非可逆回路素子は、アイソレータであることが好ましい。

本発明の高周波用磁性体材料では、飽和磁化（４πＭｓ）をある一定値以下に制御して従来の磁性体材料よりも小さくすることができるので、磁性体を飽和させるために印加される外部磁界を小さく制御することができる。このため、磁性体に生じる内部磁界をほぼ一定にするために必要な磁界を磁性体に与える磁界発生部の厚みを小さく制御することができる。したがって、本発明の高周波用磁性体材料を用いることによって、磁性体と磁界発生部とから構成される非可逆回路素子の部品を小型化することができ、さらには非可逆回路素子を小型化することが可能になる。

また、本発明の高周波用磁性体材料では、強磁性共鳴半値幅（ΔＨ）を従来の磁性体材料よりも小さくすることができるので、その材料からなる磁性体を非可逆回路素子に組み込んだ場合、挿入損失（インサーションロス）をより小さくすることができる。このため、本発明の高周波用磁性体材料を用いることによって、非可逆回路素子の消費電力を低減することが可能になる。

さらに、本発明の高周波用磁性体材料では、その材料からなる磁性体を非可逆回路素子に組み込んだ場合、高温での挿入損失（インサーションロス）をより小さくすることができる。

本発明の高周波用磁性体材料が適用される非可逆回路素子用部品とその部品を組み込んで構成される非可逆回路素子の一つの実施の形態として２ポート型アイソレータを示す分解斜視図である。 図１の２ポート型アイソレータに組み込まれる磁性体を示す斜視図である。 図１の２ポート型アイソレータを構成する回路基板の一例を示す分解斜視図である。 （Ｙ_１．６４Ｃａ_１．４０）（Ｆｅ_３．８６Ｓｎ_０．２３Ｖ_０．５７Ａｌ_０．３０）Ｏ_１２で表される特許文献１に開示された高周波用磁性体材料を用いて、特許文献２に開示されたような非可逆回路素子を作製して、周囲温度を−３５℃、＋２５℃、＋８５℃と変化させて測定した挿入損失と周波数との関係を示す図である。

まず、本発明の高周波用磁性体材料が適用される非可逆回路素子用部品とその部品を組み込んで構成される非可逆回路素子の一つの実施の形態として、２ポート型アイソレータの構成について、図１〜図３を参照して説明する。

図１には、本発明の高周波用磁性体材料が適用される非可逆回路素子用部品としてのフェライト・磁石組立体３０と、その部品を組み込んで構成される非可逆回路素子の一つの実施の形態が示されている。非可逆回路素子は、２ポート型の集中定数型アイソレータであり、シールド板１０と、ヨーク２０と、フェライト・磁石組立体３０と、回路基板４０とから構成されている。

フェライト・磁石組立体３０は、直方体からなる二つの永久磁石３１、３１と、この二つの永久磁石３１、３１から直流磁界が付与される直方体からなるフェライト３２とを接着剤層３３、３３で貼り合わせたものである。すなわち、フェライト・磁石組立体３０は、フェライト３２の両側側面を二つの永久磁石３１、３１で挟むことによって構成されている。フェライト３２が、本発明の高周波用磁性体材料から形成されている。フェライト３２の表面には、第１中心電極３５と第２中心電極３６が電極膜によって形成されている。なお、フェライト・磁石組立体３０は、回路基板４０上に以下に説明するような接続状態で搭載され、ヨーク２０とシールド板１０とによって囲われている。

フェライト３２は、互いに平行な第１主面３２ａと第２主面３２ｂを有する直方体からなる。フェライト３２の第１主面３２ａと第２主面３２ｂには、互いに電気的に絶縁された第１中心電極３５と第２中心電極３６が形成されている。また、永久磁石３１の主面３１ａが、接着剤層３３を介して、フェライト３２の第１主面３２ａと第２主面３２ｂのそれぞれに対向するように配置されることにより、フェライト３２の第１主面３２ａと第２主面３２ｂのそれぞれには、永久磁石３１、３１が接着剤層３３によって固着されて一体化されている。このようにして、二つの永久磁石３１、３１が、フェライト３２の第１主面３２ａと第２主面３２ｂに対して垂直方向に磁界を印加するように配置されている。

図２に示すように、第１中心電極３５は、フェライト３２の第１主面３２ａにおいて右下から立ち上がって２本に分岐した状態で左上方向に延在し、上面３２ｃ上の中継用電極３５ａを介して第２主面３２ｂの側に回り込み、第２主面３２ｂにおいて第１主面３２ａと透視状態で重なるように２本に分岐している。第１中心電極３５の一端は、フェライト３２の下面３２ｄに形成された接続用電極３５ｂに接続されている。また、第１中心電極３５の他端は、フェライト３２の下面３２ｄに形成された接続用電極３５ｃに接続されている。このようにして、第１中心電極３５はフェライト３２の周りに１ターン巻回されている。

第２中心電極３６は、フェライト３２の長辺と平行な軸を中心にしてフェライト３２の周りに、４ターン巻回されている。すなわち、０．５ターン目３６ａが第１主面３２ａにおいて下辺から左上方向に第１中心電極３５と交差して延在し、上面３２ｃ上の中継用電極３６ｂを介して第２主面３２ｂの側に回り込み、この１ターン目３６ｃが第２主面３２ｂにおいて垂直に下方に延在して第１中心電極３５と交差している。１ターン目３６ｃの下端部は下面３２ｄの中継用電極３６ｄを介して第１主面３２ａの側に回り込み、この１．５ターン目３６ｅが第１主面３２ａにおいて第１中心電極３５と交差して上方に延在し、上面３２ｃ上の中継用電極３６ｆを介して第２主面３２ｂの側に回り込んでいる。以下同様にして、２ターン目３６ｇ、中継用電極３６ｈ、２．５ターン目３６ｉ、中継用電極３６ｊ、３ターン目３６ｋ、中継用電極３６ｌ、３．５ターン目３６ｍ、中継用電極３６ｎ、４ターン目３６ｏがフェライト３２の表面にそれぞれ形成されている。なお、第２中心電極３６の一端は、フェライト３２の下面３２ｄに形成された接続用電極３５ｃに接続されている。また、第２中心電極３６の他端は、フェライト３２の下面３２ｄに形成された接続用電極３６ｐに接続されている。さらに、第２中心電極３６の中継用電極３６ｈは、以下で説明するようにタップ電極３７として機能する。

第１および第２中心電極３５、３６は、フェライト３２の表面上に形成された銀からなる導体膜である。フェライト３２を多層にしてその内部に導体膜を形成することによって第１および第２中心電極３５、３６を構成してもよい。なお、銅箔を用いてフェライト３２の周りに巻きつけることによって第１および第２中心電極３５、３６を構成してもよい。第１中心電極３５と第２中心電極３６とは、その間にガラスなどからなる絶縁膜が形成されることにより、互いに絶縁されている。永久磁石３１としてはフェライト磁石が用いられる。

以上のようにして、本発明の高周波用磁性体材料が適用される非可逆回路素子用部品としてのフェライト・磁石組立体３０が構成されている。すなわち、非可逆回路素子用部品としてのフェライト・磁石組立体３０は、上述の特徴を有する高周波用磁性体材料によって形成された磁性体としてのフェライト３２と、フェライト３２に直流磁界を印加する磁界発生部としての永久磁石３１、３１と、フェライト３２に配置された第１の中心導体としての第１中心電極３５と、この第１中心電極３５と電気的絶縁状態で交差してフェライト３２の周りに１ターン以上巻き回して配置された第２の中心導体としての第２中心電極３６とを備える。

図１に示す回路基板４０は、複数枚の誘電体シートに所定の電極を形成して積層し、焼結した多層基板からなる。図３に示すように、回路基板４０の内部には、整合用コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３，ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＰ１，ＣＰ２、終端抵抗Ｒ、インダクタンスＬ３が内蔵されている。また、回路基板４０の上面には端子電極４５ａ〜４５ｅが形成され、回路基板４０の下面には外部接続用端子電極４６，４７，４８が形成されている。

回路基板４０の誘電体シートには、回路素子を構成する各種電極との同時焼成が可能なガラスとアルミナなどのセラミック粉からなる誘電体が原料として用いられている。ガラスエポキシ樹脂、ガラスＢＴ樹脂などの樹脂基板や、樹脂材料にセラミックなどの誘電体粉を添加した材料を用いることも可能である。電極には銅箔を用いてもよい。端子電極４５ａ〜４５ｅや外部接続用端子電極４６，４７，４８にはニッケルメッキや金フラッシュメッキが施されている。

図３に示すように、回路基板４０の下面に形成された外部接続用端子電極４６が入力ポートとして機能し、外部接続用端子電極４７が出力ポートとして機能し、外部接続用端子電極４８がグラウンドポートとして機能する。そして、図２に示す第１中心電極３５の一端である接続用電極３５ｂが、図３に示す回路基板４０の上面に形成された端子電極４５ａと接続されている。図２に示す第１中心電極３５の他端および第２中心電極３６の一端である接続用電極３５ｃが、図３に示す回路基板４０の上面に形成された端子電極４５ｂと接続されている。図２に示す第２中心電極３６の他端である接続用電極３６ｐが、図３に示す回路基板４０の上面に形成された端子電極４５ｃと接続されている。なお、図２に示す第２中心電極３６の中継用電極３６ｈ（タップ電極３７）は、図３に示す回路基板４０の上面に形成された端子電極４５ｄと接続されている。

以上のようにして、フェライト・磁石組立体３０を備えた非可逆回路素子の一例である２ポート型の集中定数型アイソレータが構成されている。すなわち、２ポート型の集中定数型アイソレータは、直方体からなる永久磁石３１、３１と、永久磁石３１、３１により直流磁界が印加される直方体からなるフェライト３２と、永久磁石３１、３１およびフェライト３２を保持する回路基板４０とを備える。第１中心電極３５は、フェライト３２に電極膜によって形成され、一端が入力ポート（外部接続用端子電極４６）に電気的に接続され、他端が出力ポート（外部接続用端子電極４７）に電気的に接続されている。第２中心電極３６は、第１中心電極３５と電気的絶縁状態で交差してフェライト３２に電極膜によって形成され、またフェライト３２の長辺と平行な軸を中心にしてフェライト３２の周りに１ターン以上巻き回して形成され、一端が出力ポート（外部接続用端子電極４７）に電気的に接続されている。タップ電極３７は、フェライト３２に電極膜によって形成され、第２中心電極３６の所定箇所に電気的に接続されるとともにグラウンドに電気的に接続されている。回路基板４０は、入力ポートと出力ポートとの間に電気的に接続された第１の整合用コンデンサＣ１と抵抗Ｒとからなる並列回路と、第２中心電極３６の他端と出力ポートとの間に電気的に接続された第２の整合用コンデンサＣ２と、第１中心電極３５、第２中心電極３６およびタップ電極３７と電気的に接続するための接続用電極としての端子電極４５ａ〜４５ｄを有する。

本発明の高周波用磁性体材料は、組成式（Ｙ_{ｚ−ｘ−ｙ}Ｇｄ_ｙＣａ_ｘ）（Ｆｅ_{８−ｚ−ａ−ｂ−ｃ}Ｓｎ_ａＡｌ_ｂＶ_ｃ）Ｏ_{１２−ｄ／２}で表わされるガーネット型フェライトを主成分とし、上記のｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ、ｃ、ｄは、モル比を示し、０．６≦ｙ≦０．８、３．０１≦ｚ≦３．０７、０．２６≦ａ≦０．３６、０．２７≦ｂ≦０．３５、０．５９≦ｃ≦０．７４、０．０１≦ｄ≦０．０８（ただし、ｄ＝ｘ−ａ−２ｃ）を満たす。

上記の組成式において、ｙが０．６未満であれば、その材料からなるフェライト３２を非可逆回路素子、たとえば、図１に示すアイソレータに組み込んだ場合、８５℃の温度での挿入損失が大きくなり、８５℃の温度での挿入損失と２５℃の温度での挿入損失の差が増大する。一方、ｙが０．８を超えると、強磁性共鳴半値幅（ΔＨ）が大きくなり、その材料からなるフェライト３２を非可逆回路素子、たとえば、図１に示すアイソレータに組み込んだ場合、２５℃の温度での挿入損失が増大する。

上記の組成式において、ｚが３．０１未満であれば、ΔＨが大きくなり、その材料からなるフェライト３２を非可逆回路素子、たとえば、図１に示すアイソレータに組み込んだ場合、２５℃の温度での挿入損失が増大する。また、ｚが３．０１未満であれば、飽和磁化（４πＭｓ）が大きくなるので、フェライト３２の両側を永久磁石３１、３１で挟んだ構造のフェライト・磁石組立体３０において、フェライト３２の厚みをほぼ一定にした場合、永久磁石３１の厚み寸法を小さくすることができないので、図１に示すフェライト・磁石組立体３０を小型化することができない。一方、ｚが３．０７を超えると、ΔＨが大きくなり、その材料からなるフェライト３２を非可逆回路素子、たとえば、図１に示すアイソレータに組み込んだ場合、２５℃の温度での挿入損失が増大する。

上記の組成式において、ａが０．２６未満であれば、ΔＨが大きくなり、その材料からなるフェライト３２を非可逆回路素子、たとえば、図１に示すアイソレータに組み込んだ場合、２５℃の温度での挿入損失が増大する。一方、ａが０．３６を超えると、４πＭｓが大きくなるので、フェライト３２の両側を永久磁石３１、３１で挟んだ構造のフェライト・磁石組立体３０において、フェライト３２の厚みをほぼ一定にした場合、永久磁石３１の厚み寸法を小さくすることができないので、図１に示すフェライト・磁石組立体３０を小型化することができない。

上記の組成式において、ｂが０．２７未満であれば、４πＭｓが大きくなるので、フェライト３２の両側を永久磁石３１、３１で挟んだ構造のフェライト・磁石組立体３０において、フェライト３２の厚みをほぼ一定にした場合、永久磁石３１の厚み寸法を小さくすることができないので、図１に示すフェライト・磁石組立体３０を小型化することができない。一方、ｂが０．３５を超えれば、ΔＨが大きくなり、その材料からなるフェライト３２を非可逆回路素子、たとえば、図１に示すアイソレータに組み込んだ場合、２５℃の温度での挿入損失が増大する。

上記の組成式において、ｃが０．５９未満であれば、４πＭｓが大きくなるので、フェライト３２の両側を永久磁石３１、３１で挟んだ構造のフェライト・磁石組立体３０において、フェライト３２の厚みをほぼ一定にした場合、永久磁石３１の厚み寸法を小さくすることができないので、図１に示すフェライト・磁石組立体３０を小型化することができない。一方、ｃが０．７４を超えれば、ΔＨが大きくなり、その材料からなるフェライト３２を非可逆回路素子、たとえば、図１に示すアイソレータに組み込んだ場合、２５℃の温度での挿入損失が増大する。

上記の組成式において、ｄが０．０１未満であれば、ΔＨが大きくなり、その材料からなるフェライト３２を非可逆回路素子、たとえば、図１に示すアイソレータに組み込んだ場合、２５℃の温度での挿入損失が増大する。一方、ｄが０．０８を超えれば、ΔＨが大きくなり、その材料からなるフェライト３２を非可逆回路素子、たとえば、図１に示すアイソレータに組み込んだ場合、２５℃の温度での挿入損失が増大する。

以上のことから、組成式（Ｙ_{ｚ−ｘ−ｙ}Ｇｄ_ｙＣａ_ｘ）（Ｆｅ_{８−ｚ−ａ−ｂ−ｃ}Ｓｎ_ａＡｌ_ｂＶ_ｃ）Ｏ_{１２−ｄ／２}で表わされるガーネット型フェライトを主成分とし、上記のｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ、ｃ、ｄは、モル比を示し、０．６≦ｙ≦０．８、３．０１≦ｚ≦３．０７、０．２６≦ａ≦０．３６、０．２７≦ｂ≦０．３５、０．５９≦ｃ≦０．７４、０．０１≦ｄ≦０．０８（ただし、ｄ＝ｘ−ａ−２ｃ）を満たす本発明の高周波用磁性体材料では、飽和磁化（４πＭｓ）をある一定値以下に制御して従来の磁性体材料よりも小さくすることができるので、フェライト３２を飽和させるために印加される外部磁界を小さく制御することができる。このため、フェライト３２に生じる内部磁界をほぼ一定にするために必要な磁界をフェライト３２に与える永久磁石３１の厚みを小さく制御することができる。したがって、本発明の高周波用磁性体材料を用いることによって、フェライト３２と永久磁石３１とから構成される非可逆回路素子の部品の一例であるフェライト・磁石組立体３０を小型化することができ、さらには非可逆回路素子の一例である、図１に示すアイソレータを小型化することが可能になる。

また、本発明の高周波用磁性体材料では、強磁性共鳴半値幅（ΔＨ）を従来の磁性体材料よりも小さくすることができるので、その材料からなるフェライト３２を図１に示すアイソレータに組み込んだ場合、挿入損失をより小さくすることができる。このため、本発明の高周波用磁性体材料を用いることによって、非可逆回路素子の一例であるアイソレータの消費電力を低減することが可能になる。

さらに、本発明の高周波用磁性体材料では、その材料からなるフェライト３２を図１に示すアイソレータに組み込んだ場合、高温での挿入損失をより小さくすることができる。

以下、本発明の高周波用磁性体材料を作製し、その材料を用いてアイソレータを作製した実施例について説明する。

（実施例１）（高周波用磁性体材料の評価）
出発原料として、純度が９９％以上の酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、酸化ガドリウム（Ｇｄ_２Ｏ_３）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）、酸化錫（ＳｎＯ_２）、酸化バナジウム（Ｖ_２Ｏ_５）および酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を用意し、組成式（Ｙ_{ｚ−ｘ−ｙ}Ｇｄ_ｙＣａ_ｘ）（Ｆｅ_{８−ｚ−ａ−ｂ−ｃ}Ｓｎ_ａＡｌ_ｂＶ_ｃ）Ｏ_{１２−ｄ／２}においてｘ〜ｚ、ａ〜ｄがモル比率で表１に示す組成比率になるように各原料を秤量した。

秤量した各原料を部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）製のメディアと一緒にボールミルに投入して、湿式で混合粉砕した。得られたスラリーをボールミルから排出した後、このスラリーを蒸発乾燥し、乾燥した粉末を９００〜１１５０℃の温度で仮焼した。

この仮焼物を乾式で粉砕した後、得られた粉砕物に酢酸ビニル系バインダ等を加えて、部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）製のメディアと一緒にボールミルに投入して、十分に湿式で混合粉砕した。得られたスラリーをボールミルから排出した後、このスラリーを乾燥、造粒して造粒粉を作製した。

この造粒粉をプレス成形によって厚みが１ｍｍ程度の円板試料として成形し、２００〜５００℃の温度で脱脂した後、１２００〜１４００℃の温度で１〜５時間焼成して評価用の各試料を作製した。

評価用の各試料の強磁性共鳴半値幅（ΔＨ）はＪＩＳ‐Ｃ２５６５に準じて測定した。また、評価用の各試料の飽和磁化（Ｍｓ）は振動型磁力計を用いて測定した。これらの測定結果を表１に示す。

（実施例２）（アイソレータの評価）
実施例１で作製した造粒粉を用いて、所定の厚みで大きさが１３０ｍｍ×１３０ｍｍの矩形状になるようにプレス成形した。この成形体を実施例１と同様にして、２００〜５００℃の温度で脱脂した後、１２００〜１４００℃の温度で１〜５時間焼成した。その後、得られた焼結体が所定の厚みになるように両面を研磨した。次に、スルーホール電極を形成する部分にサンドブラストでスルーホールを形成した。スルーホールにＡｇペーストを充填した後、図２に示すように第１中心電極３５となる部分を、同じＡｇペーストを用いてスクリーン印刷で形成し、その後、焼き付けを行って、スルーホール電極と第１中心電極３５を形成した。

次に、第２中心電極３６との絶縁を確保するための絶縁体膜を形成するために、第１中心電極３５の上からガラスペーストをスクリーン印刷して、焼き付けた。

そして、ガラスペーストで形成した絶縁膜の上から第２中心電極３６となる部分を、Ａｇペーストを用いてスクリーン印刷で形成し、その後、焼き付けを行って、第２中心電極３６を形成した。このようにして、図２に示すようなフェライト３２を形成する厚みが０．２８ｍｍのマザー基板を作製した。

最後に、マザー基板の両側を二つのＳｒ系フェライト磁石で挟むように配置して、エポキシ系の接着剤で二つのＳｒ系フェライト磁石とマザー基板とを接着した後、図１に示すような１単位のフェライト・磁石組立体３０の大きさになるように切断した。このようにして、１単位のフェライト・磁石組立体３０を作製した。

フェライト３２に直流磁界を印加する永久磁石３１には、コストが安価で、かつ高い残留磁束密度が得られることから、Ｓｒ系フェライト磁石が一般的に用いられている。本実施例では、残留磁束密度が４００ｍＴのＳｒ系フェライト磁石を用いたが、フェライト３２の材料の４πＭｓに応じて、フェライト３２の内部に生じる磁気モーメントを一方向にそろえることが可能な磁石の強さが変わるので、フェライト３２に一定の内部磁界を生じさせるために必要な磁石の厚みを変化させることができる。ここでは、実施例１で求めた４πＭｓの大きさに応じて、厚みが０．２７ｍｍ〜０．３６ｍｍの磁石から適切な磁石を選定して、図１に示すようなアイソレータを構成するためのフェライト・磁石組立体３０を作製した。

このようなフェライト・磁石組立体３０を用いて、図１に示すようなアイソレータを構成し、２５℃と８５℃の温度での挿入損失（インサーションロス）（ＩＬ）をネットワークアナライザーで測定した。また、フェライト・磁石組立体３０の厚みを測定した。表１に、２５℃と８５℃の温度でのＩＬを示す。また、測定したフェライト・磁石組立体３０の厚みも表１に示す。

具体的には、アイソレータを小型化するために、たとえば、フェライト・磁石組立体３０の厚みを所望の０．９４ｍｍ以下にするためには、フェライト３２の４πＭｓを４８ｍＴ以下にする必要がある。また、アイソレータの消費電力を従来よりも低減するために、たとえば、２５℃の温度でのアイソレータの挿入損失を所望の０．５５ｄＢ未満にするためには、ΔＨを１９９０Ａ／ｍ（＝２５ Ｏｅ）未満にする必要がある。さらに、８５℃と２５℃の温度での挿入損失の差を０．１ｄＢ以下にする必要がある。

このような特性を満たすためには、後述するように表１に示す結果の考察から、フェライト３２の材料が、組成式（Ｙ_{ｚ−ｘ−ｙ}Ｇｄ_ｙＣａ_ｘ）（Ｆｅ_{８−ｚ−ａ−ｂ−ｃ}Ｓｎ_ａＡｌ_ｂＶ_ｃ）Ｏ_{１２−ｄ／２}で表わされるガーネット型フェライトを主成分とし、上記のｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ、ｃ、ｄは、モル比を示し、０．６≦ｙ≦０．８、３．０１≦ｚ≦３．０７、０．２６≦ａ≦０．３６、０．２７≦ｂ≦０．３５、０．５９≦ｃ≦０．７４、０．０１≦ｄ≦０．０８（ただし、ｄ＝ｘ−ａ−２ｃ）を満たす本発明の高周波用磁性体材料であればよいことがわかる。なお、表１において試料番号に＊を付した組成は本発明の範囲外である。

いいかえれば、表１に示す結果から、本発明の範囲の高周波用磁性体材料の飽和磁化（４πＭｓ）が４８ｍＴ以下であるので、永久磁石３１の厚みを薄くすることができ、具体的にはフェライト３２の厚みを０．２５ｍｍとほぼ一定にした場合、フェライト・磁石組立体３０の厚みを０．９４ｍｍ以下にすることができる。また、本発明の範囲の高周波用磁性体材料の強磁性共鳴半値幅（ΔＨ）は１９９０Ａ／ｍ未満であるので、その材料からなるフェライト３２をアイソレータに組み込んだときの損失を低くすることができ、２５℃の温度での挿入損失を０．５５ｄＢ未満にすることができ、さらに８５℃と２５℃の温度での挿入損失の差を０．１ｄＢ以下にすることができる。

表１に示す結果を詳細に考察すると、ｙを０．４０まで減少させると、８５℃と２５℃の温度での挿入損失の差が０．１０ｄＢを超え、０．１５ｄＢとなる（試料番号１０）。一方、ｙを０．９０まで大きくすると、ΔＨが大きくなり、２５℃の温度での挿入損失が０．５５ｄＢ以上となる(試料番号１３)。以上のことから、所望の特性を満足するｙの範囲は０．６０〜０．８０である。

ｚを３．００まで減少させると、ΔＨが大きくなり、２５℃の温度での挿入損失が０．５５ｄＢ以上となるとともに、４πＭｓも４８ｍＴを超えるので、フェライト・磁石組立体３０の厚みが０．９４ｍｍを超える(試料番号１)。また、ｚを３．０８まで大きくすると、ΔＨが大きくなり、２５℃の温度での挿入損失が増加する(試料番号５)。以上のことから、所望の特性を満足するｚの範囲は３．０１〜３．０７である。

ａを０．２４まで減少させると、ΔＨが大きくなり、２５℃の温度での挿入損失が０．５５ｄＢを超える(試料番号１４)。また、ａを０．３８まで増加させると、４πＭｓが４８ｍＴを超えるので、フェライト・磁石組立体３０の厚みが０．９４ｍｍを超える(試料番号１７)。以上のことから、所望の特性を満足するａの範囲は０．２６〜０．３６である。

ｂを０．２５まで減少させると、４πＭｓが４８ｍＴを超えるので、フェライト・磁石組立体３０の厚みが０．９４ｍｍを超える(試料番号１８)。ｂを０．３７まで増加させると、ΔＨが大きくなり、２５℃の温度での挿入損失が０．５５ｄＢを超える(試料番号２１)。以上のことから、所望の特性を満足するｂの範囲は０．２７〜０．３５である。

ｃを０．５７まで減少させると、４πＭｓが４８ｍＴを超えるので、フェライト・磁石組立体３０の厚みが０．９４ｍｍを超える(試料番号２２)。ｃを０．７６まで増加させると、ΔＨが増加し、２５℃の温度での挿入損失が０．５５ｄＢを超える(試料番号２５)。以上のことから、所望の特性を満足するｃの範囲は０．５９〜０．７４である。

ｄを０．００まで減少させると、ΔＨが大きくなり、２５℃の温度での挿入損失が０．５５ｄＢを超える(試料番号６)。ｄを０．０９まで増加させても、同様にΔＨが大きくなり、２５℃の温度での挿入損失が０．５５ｄＢを超える(試料番号９)。以上のことから、所望の特性を満足するｄの範囲は０．０１〜０．０８である。

以上の実施の形態や実施例では、本発明の高周波用磁性体材料をアイソレータに適用した例について説明したが、サーキュレータ等の非可逆回路素子にも適用可能である。

今回開示された実施の形態と実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は以上の実施の形態と実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものであることが意図される。

本発明の高周波用磁性体材料を用いることにより、磁性体と磁界発生部とから構成される非可逆回路素子の部品を小型化することができ、さらには非可逆回路素子、たとえばアイソレータ等を小型化することが可能になり、非可逆回路素子の消費電力を低減することが可能になる。

３０：フェライト・磁石組立体、３１：永久磁石、３２：フェライト、３５：第１中心電極、３６：第２中心電極。

Claims (4)

1. 組成式（Ｙ_{ｚ−ｘ−ｙ}Ｇｄ_ｙＣａ_ｘ）（Ｆｅ_{８−ｚ−ａ−ｂ−ｃ}Ｓｎ_ａＡｌ_ｂＶ_ｃ）Ｏ_{１２−ｄ／２}で表わされるガーネット型フェライトを主成分とし、前記ｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ、ｃ、ｄは、モル比を示し、０．６≦ｙ≦０．８、３．０１≦ｚ≦３．０７、０．２６≦ａ≦０．３６、０．２７≦ｂ≦０．３５、０．５９≦ｃ≦０．７４、０．０１≦ｄ≦０．０８（ただし、ｄ＝ｘ−ａ−２ｃ）を満たすことを特徴とする、高周波用磁性体材料。
   。
2. 請求項１に記載された高周波用磁性体材料によって形成された磁性体と、
   この磁性体に直流磁界を印加する磁界発生部と、
   前記磁性体に配置された第１の中心導体と、
   前記第１の中心導体と電気的絶縁状態で交差して前記磁性体の周りに１ターン以上巻き回して配置された第２の中心導体と、
   を備えた、非可逆回路素子用部品。
3. 請求項２に記載の非可逆回路素子用部品を備えた、非可逆回路素子。
4. 当該非可逆回路素子が、アイソレータである、請求項３に記載の非可逆回路素子。
   

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