JP2011077779A - フェライト・磁石素子の磁力調整方法及び磁力調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】調整装置の大型化や消費電力の増大化を回避できるフェライト・磁石素子の磁力調整方法及び磁力調整装置を得る。
【解決手段】互いに電気的に絶縁状態で交差して配置された複数の中心電極を有するフェライトと、該フェライトに直流磁界を印加する永久磁石とを備えたフェライト・磁石素子の磁力調整方法及び磁力調整装置。着磁用磁気回路部材６１の対向する永久磁石６３の間をフェライト・磁石素子を通過させて該フェライト・磁石素子の永久磁石を磁気飽和させる。次に、減磁用磁気回路部材６５の対向する永久磁石６７の間に形成された単純変化する磁束密度分布のなかを前記磁気飽和されたフェライト・磁石素子を通過させて該フェライト・磁石素子の永久磁石を減磁する。
【選択図】図６

Description

本発明は、フェライト・磁石素子の磁力調整方法及び磁力調整装置、特に、アイソレータやサーキュレータを構成するフェライト・磁石素子の磁力調整方法及び磁力調整装置に関する。

従来より、アイソレータやサーキュレータなどの非可逆回路素子は、予め定められた特定方向にのみ信号を伝送し、逆方向には伝送しない特性を有している。この特性を利用して、例えば、アイソレータは、自動車電話、携帯電話などの移動体通信機器の送信回路部に使用されている。

一般に、この種の非可逆回路素子では、中心電極が形成されたフェライトとそれに直流磁界を印加する永久磁石とからなるフェライト・磁石素子や、抵抗やコンデンサ(容量)からなる所定の整合回路素子を備えている。また、複数の非可逆回路素子を備えた複合電子部品、あるいは、非可逆回路素子とパワーアンプ素子とを備えた複合電子部品などがモジュールとして提供されている。

ところで、前記非可逆回路素子や複合電子部品にあっては、その電気的特性を測定して調整する必要がある。従来では、容量や抵抗については中心電極に接続される前に所定の容量値、抵抗値に選別するか、トリミングなどによって所定値に調整し、中心電極については、非可逆回路素子として組み立てた後に磁力調整を行っていた。また、非可逆回路素子とパワーアンプとを一体品に組み立てた後に永久磁石の磁束密度を調整することもある。

しかしながら、非可逆回路素子やそれを含む複合回路素子においては、中心電極を設けたフェライトや永久磁石の特性のばらつき、特に、永久磁石の磁力のばらつきによる特性変動が大きい。そして、この要因によって中心電極のインダクタンスが所定値から大きくずれてしまい、調整不能品も生じうる。従って、整合回路素子を組み込んだ、あるいは、パワーアンプを組み合わせた段階で磁力調整を行う従来の方法では、調整不能品が見出されると該不能品は廃棄せざるを得ず、整合回路素子やパワーアンプなどが無駄になってしまうという問題点を有していた。

特許文献１では、中心電極を有するフェライトと永久磁石とからなる素子に対して単独で磁力調整を行うことを開示している。詳しくは、平坦面を有する鉄心と、この鉄心に設けられたコイルからなる第１及び第２の電磁石を有し、第１及び第２の電磁石の鉄心は、前記平坦面どうしを互いに向かい合わせるとともに、少なくとも一方の平坦面を傾かせて、平坦面間に異なる距離が生じるように配置し、前記素子を平坦面間に搬送して永久磁石の磁気を漸次減磁させる。

しかしながら、前記磁力調整方法では、一対の電磁石を用いているために、調整装置が大型化し、消費電力が大きくなり、発熱に対する温度管理が必要になるという問題点を有している。

特開２００６−３３０５５号公報

そこで、本発明の目的は、調整装置の大型化や消費電力の増大化を回避できるフェライト・磁石素子の磁力調整方法及び磁力調整装置を提供することにある。

本発明の第１の形態であるフェライト・磁石素子の磁力調整方法は、
互いに電気的に絶縁状態で交差して配置された複数の中心電極を有するフェライトと、該フェライトに直流磁界を印加する永久磁石とを備えたフェライト・磁石素子の磁力調整方法であって、
着磁用磁気回路部材の対向する永久磁石の間を前記フェライト・磁石素子を通過させて該フェライト・磁石素子の永久磁石を磁気飽和させる磁気飽和工程と、
減磁用磁気回路部材の対向する永久磁石の間に形成された単純変化する磁束密度分布のなかを前記磁気飽和されたフェライト・磁石素子を通過させて該フェライト・磁石素子の永久磁石を減磁する減磁工程と、
を備えたことを特徴とする。

本発明の第２の形態であるフェライト・磁石素子の磁力調整装置は、
互いに電気的に絶縁状態で交差して配置された複数の中心電極を有するフェライトと、該フェライトに直流磁界を印加する永久磁石とを備えたフェライト・磁石素子の磁力調整装置であって、
対向する永久磁石を有し、該永久磁石の間を前記フェライト・磁石素子を通過させて該フェライト・磁石素子の永久磁石を磁気飽和させる着磁用磁気回路部材と、
対向する永久磁石を有し、該永久磁石の間に形成された単純変化する磁束密度分布のなかを前記着磁用磁気回路部材で磁気飽和されたフェライト・磁石素子を通過させて該フェライト・磁石素子の永久磁石を減磁する減磁用磁気回路部材と、
を備えたことを特徴とする。

前記磁力調整方法及び磁力調整装置においては、フェライト・磁石素子単体でその磁力を調整するため、不適正な特性のフェライト・磁石素子が後の組立工程に回されることがない。しかも、磁力の調整（磁力を飽和させた後の減磁）は、対向する永久磁石によって形成された単純変化する磁束密度分布の中をフェライト・磁石素子を通過させて行われるため、通過させる位置に応じて減磁の程度を選択でき、磁力を好ましい特性に調整することができる。即ち、フェライト・磁石素子を減磁用磁気回路部材の対向する永久磁石の間を通過させる際、対向部の中央位置又はオフセット位置のいずれかを選択的に通過させることになる。

前記減磁工程を複数回繰り返してもよい。例えば、１回の減磁工程を終了した後にフェライト・磁石素子の特性を測定して次回の減磁工程での減磁量を算出し、次回の減磁工程では、前記算出された減磁量を得るのに必要な磁束密度が分布する位置を通過させるようにしてもよい。

本発明によれば、対向する永久磁石を有する着磁用磁気回路部材や減磁用磁気回路部材を用いてフェライト・磁石素子の磁力調整を行うため、調整装置の大型化や消費電力の増大を回避することができる。しかも、減磁用磁気回路部材に対するフェライト・磁石素子の通過位置を選択することで任意の減磁調整が可能である。また、電気的特性の変動要因であるフェライト・磁石素子の段階で磁力調整を行うため、調整不能なフェライト・磁石素子を事前に排除することができ、それ以後に組み込まれる整合回路素子やパワーアンプなどの搭載部品の無駄を省くことができる。

本発明にて製造されたフェライト・磁石素子を含む非可逆回路素子（２ポート型アイソレータ）を示す分解斜視図である。 中心電極付きフェライトを示す斜視図である。 前記フェライトの素体を示す斜視図である。 フェライト・磁石素子を示す分解斜視図である。 ２ポート型アイソレータの一回路例を示す等価回路図である。 磁力調整装置の概略構成を示す斜視図である。 着磁用磁気回路部材を示す立面図である。 減磁用磁気回路部材における磁束の流れを示す説明図である。 減磁用磁気回路部材の永久磁石間の磁束密度を示すグラフである。 磁力調整されたフェライト・磁石素子を用いた非可逆回路素子の特性を示すグラフである。

以下、本発明に係るフェライト・磁石素子の磁力調整方法及び磁力調整装置の実施例について添付図面を参照して説明する。

（フェライト・磁石素子及びアイソレータ、図１〜図５参照）
非可逆回路素子の一例である２ポート型アイソレータ１は、図１に示すように、集中定数型アイソレータであり、概略、基板２０と、フェライト３２と一対の永久磁石４１とからなるフェライト・磁石素子３０と、で構成されている。

フェライト３２には、図２に示すように、表裏の主面３２ａ，３２ｂに互いに電気的に絶縁された第１中心電極３５及び第２中心電極３６が形成されている。ここで、フェライト３２は互いに対向する平行な第１主面３２ａ及び第２主面３２ｂを有する直方体形状をなしている。

また、永久磁石４１はフェライト３２に対して直流磁界を主面３２ａ，３２ｂに略垂直方向に印加するように主面３２ａ，３２ｂに対して、例えば、エポキシ系の接着剤４２を介して接着され（図４参照）、フェライト・磁石素子３０を構成している。永久磁石４１の主面４１ａは前記フェライト３２の主面３２ａ，３２ｂと同一寸法であり、互いの外形が一致するように主面３２ａ，４１ａ、主面３２ｂ，４１ａどうしを対向させて配置されている。

第１中心電極３５は導体膜にて形成されている。即ち、図２に示すように、この第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に長辺に対して比較的小さな角度で傾斜して形成され、左上方に立ち上がり、上面３２ｃ上の中継用電極３５ａを介して第２主面３２ｂ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本に分岐した状態で形成され、その一端は下面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、第１中心電極３５はフェライト３２に１ターン巻回されている。そして、第１中心電極３５と以下に説明する第２中心電極３６とは、間に絶縁膜が形成されて互いに絶縁された状態で交差している。中心電極３５，３６の交差角は必要に応じて設定され、入力インピーダンスや挿入損失が調整されることになる。

第２中心電極３６は導体膜にて形成されている。この第２中心電極３６は、まず、０．５ターン目３６ａが第１主面３２ａにおいて右下から左上に長辺に対して比較的大きな角度で傾斜して第１中心電極３５と交差した状態で形成され、上面３２ｃ上の中継用電極３６ｂを介して第２主面３２ｂに回り込み、この１ターン目３６ｃが第２主面３２ｂにおいてほぼ垂直に第１中心電極３５と交差した状態で形成されている。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に回り込み、この１．５ターン目３６ｅが第１主面３２ａにおいて０．５ターン目３６ａと平行に第１中心電極３５と交差した状態で形成され、上面３２ｃ上の中継用電極３６ｆを介して第２主面３２ｂに回り込んでいる。以下同様に、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。また、第２中心電極３６の両端は、それぞれフェライト３２の下面３２ｄに形成された接続用電極３５ｃ，３６ｐに接続されている。なお、接続用電極３５ｃは第１中心電極３５及び第２中心電極３６のそれぞれの端部の接続用電極として共用されている。

また、接続用電極３５ｂ，３５ｃ，３６ｐや中継用電極３５ａ，３６ｂ，３６ｄ，３６ｆ，３６ｈ，３６ｊ，３６ｌ，３６ｎはフェライト３２の上下面３２ｃ，３２ｄに形成された凹部３７（図３参照）に銀、銀合金、銅、銅合金などの電極用導体を塗布又は充填して形成されている。また、上下面３２ｃ，３２ｄには各種電極と平行にダミー凹部３８も形成され、かつ、ダミー電極３９ａ，３９ｂ，３９ｃが形成されている。この種の電極は、マザーフェライト基板に予めスルーホールを形成し、このスルーホールを電極用導体で充填した後、スルーホールを分断する位置でカットすることによって形成される。なお、各種電極は凹部３７，３８に導体膜として形成したものであってもよい。

フェライト３２としてはＹＩＧフェライトなどが用いられている。第１及び第２中心電極３５，３６や各種電極は銀や銀合金の厚膜又は薄膜として印刷、転写、フォトリソグラフなどの工法で形成することができる。中心電極３５，３６の絶縁膜としてはガラスやアルミナなどの誘電体厚膜、ポリイミドなどの樹脂膜などを用いることができる。これらも印刷、転写、フォトリソグラフなどの工法で形成することができる。

なお、フェライト３２を絶縁膜及び各種電極を含めて磁性体材料にて一体的に焼成することが可能である。この場合、各種電極を高温焼成に耐えるＰｄ，Ａｇ又はＰｄ／Ａｇを用いることになる。

永久磁石４１は、通常、ストロンチウム系、バリウム系、ランタン−コバルト系のフェライトマグネットが用いられる。永久磁石４１とフェライト３２とを接着する接着剤４２としては、一液性の熱硬化型エポキシ接着剤を用いることが最適である。

基板２０は、通常のプリント配線回路基板と同種の材料からなり、その表面には、前記フェライト・磁石素子３０やチップタイプの整合回路素子Ｃ１，Ｃ２，ＣＳ１，ＣＳ２，Ｒを実装するための端子電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２２ａ〜２２ｊや入出力用電極、グランド電極（図示せず）が形成されている。

前記フェライト・磁石素子３０は、基板２０上に載置され、フェライト３２の下面３２ｄの電極３５ｂ，３５ｃ，３６ｐが基板２０上の端子電極２１ａ，２１ｂ，２１ｃとリフローはんだ付けされて一体化されるとともに、永久磁石４１の下面が基板２０上に接着剤にて一体化される。また、整合回路素子Ｃ１，Ｃ２，ＣＳ１，ＣＳ２，Ｒが基板２０上の端子電極２２ａ〜２２ｊとリフローはんだ付けされる。

（回路構成、図５参照）
ここで、前記アイソレータ１の一回路例を図５の等価回路に示す。入力ポートＰ１は整合用コンデンサＣＳ１を介して整合用コンデンサＣ１と終端抵抗Ｒとに接続され、整合用コンデンサＣＳ１は第１中心電極３５の一端に接続されている。第１中心電極３５の他端及び第２中心電極３６の一端は、終端抵抗Ｒ及びコンデンサＣ１，Ｃ２に接続され、かつ、コンデンサＣＳ２を介して出力ポートＰ２に接続されている。第２中心電極３６の他端及びコンデンサＣ２はグランドポートＰ３に接続されている。

以上の等価回路からなる２ポート型アイソレータ１においては、第１中心電極３５の一端が入力ポートＰ１に接続され他端が出力ポートＰ２に接続され、第２中心電極３６の一端が出力ポートＰ２に接続され他端がグランドポートＰ３に接続されているため、挿入損失の小さな２ポート型の集中定数型アイソレータとすることができる。さらに、動作時において、第２中心電極３６に大きな高周波電流が流れ、第１中心電極３５にはほとんど高周波電流が流れない。

また、フェライト・磁石素子３０は、フェライト３２と一対の永久磁石４１が接着剤４２で一体化されていることで、機械的に安定となり、振動や衝撃で変形・破損しない堅牢なアイソレータとなる。

（製造工程）
前記アイソレータ１は、まず、フェライト・磁石素子３０を作製し、作製されたフェライト・磁石素子３０について永久磁石４１の磁力調整・選別を行う。磁力調整については以下に説明する。調整不能なフェライト・磁石素子３０の欠陥品についてはここで排除する。

整合回路素子については、組み付ける段階までに所定の特性値を有するものを選別しておき、前記フェライト・磁石素子３０と整合回路素子を基板２０上に配置する。そして、リフロー炉にてはんだ付けを行い、作製されたアイソレータ１について特性を測定し、欠陥品についてはここで排除する。

（磁力調整装置及び磁力調整方法、図６〜図１０参照）
フェライト・磁石素子３０に対する磁力調整は、図６に示す磁力調整装置６０を用いて行う。磁力調整装置６０は、概略、着磁用磁気回路部材６１と、減磁用磁気回路部材６５と、その移動機構７０と特性測定装置７５と、フェライト・磁石素子３０の搬送装置８０と、で構成されている。

着磁用磁気回路部材６１は、コ字形状のヨーク６２の左右上端部に対向する永久磁石６３を有し、該永久磁石６３間をフェライト・磁石素子３０を通過させてその永久磁石４１を磁気飽和させるように着磁する。図７に示すように、例えば、永久磁石６３間のギャップ６３ａは４ｍｍであり、ギャップ６３ａの中央部の磁束密度は約９０００ガウスである。ちなみに、フェライト・磁石素子３０のサイズは長辺方向に１．５ｍｍ、短辺方向に１．０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍである。

減磁用磁気回路部材６５は、コ字形状のヨーク６６の左右状端部に対向する永久磁石６７を有し、該永久磁石６７間のギャップ６７ａは単純変化する磁束密度分布が形成されている。図８に示すように、右側の永久磁石６７をＮ極、左側の永久磁石６７をＳ極とすると、ギャップ６７ａには矢印で示す磁束によってギャップ６７ａの中央部が最小値で両端部が最大値となる磁束密度分布が形成される。具体的には、図９に示すように、ギャップ６７ａの中央部で約２０００ガウス、中央部から６．５ｍｍの位置で約３５００ガウスである。

移動機構７０は、減磁用磁気回路部材６５を搭載したスライダ７１をレール７２上に乗せ、該スライダ７１をモータ７３によってＹ軸方向に移動させるように構成されている。搬送装置８０は、吸引ノズル８１を有するホルダ８２を支持アーム８３上でＸ軸方向に移動させるように構成されている。吸引ノズル８１はその下端でフェライト・磁石素子３０を吸着保持してＸ軸方向に搬送するとともに、Ｚ軸方向にも上下移動可能である。

特性測定装置７５は、フェライト・磁石素子３０の着磁された磁力に基づく特性を測定するものであり、測定冶具７６上に形成された図示しない測定用電極は、フェライト・磁石素子３０のＡ点、Ｂ点及びＣ点（図５参照）が接続されるように配置されている。さらに、測定冶具７６には、コンデンサＣ１，Ｃ２，ＣＳ１、ＣＳ２や終端抵抗Ｒが配置され、図５に示した回路が構成されている。従って、フェライト・磁石素子３０を測定冶具７６上に移動させて、Ａ点、Ｂ点及びＣ点を測定用電極と電気的に接続することで、フェライト・磁石素子３０を含めたアイソレータ特性、入出力インピーダンス特性などを測定することができる。これらの電気的特性は、永久磁石４１の磁力に起因するものであり、換言すれば、永久磁石４１の着磁されている磁力を算出することができる。

フェライト・磁石素子３０の磁力調整は、まず、対象となるフェライト・磁石素子３０を吸引ノズル８１の下端に吸着保持して、着磁用磁気回路部材６１のギャップ６３ａを通過させて永久磁石４１を磁気飽和させる。次に、磁気飽和されたフェライト・磁石素子３０を減磁用磁気回路部材６５のギャップ６７ａを通過させる。磁極を反転状態とすることで、永久磁石４１は減磁されることとなる。ギャップ６７ａの磁束密度分布は図９に示したように変化しているので、減磁の程度は、フェライト・磁石素子３０をギャップ６７ａのどの位置を通過させるかによって異なる。例えば、永久磁石４１を磁気飽和させた状態でのアイソレーション特性が図１０の曲線ａに示す状態であり、目標とする周波数が１９５０ＭＨｚである場合、ギャップ６７ａの中央部を１回目に通過させた特性を曲線ｂに示し、２回目に通過させた特性を曲線ｃに示し、３回目に通過させた特性を曲線ｄに示す。このような特性は、１回通過させるごとに前記測定装置７５で測定することにより識別できる。

このように、ギャップ６７ａの中央位置あるいは任意のオフセット位置を通過させた際の減磁の程度（アイソレーション特性）は、測定装置７５で測定できるので、調整対象となる多数のフェライト・磁石素子３０に対しては、最初の何個かを試験的に調整すれば、以下は同じ位置を通過させる調整を繰り返せばよい。１回の減磁工程を終了した後にフェライト・磁石素子３０の特性を測定して次回の減磁工程での減磁量を算出し、次回の減磁工程では前回で算出された減磁量を得るのに必要な磁束密度が分布する位置を通過させるようにしてもよい。

（他の実施例）
なお、本発明に係るフェライト・磁石素子の磁力調整方法及び磁力調整装置は前記実施例に限定するものではなく、その要旨の範囲内で種々に変更できることは勿論である。

以上のように、本発明は、フェライト・磁石素子の磁力調整に有用であり、特に、調整装置の大型化や消費電力の増大を回避できる点で優れている。

１…アイソレータ
３０…フェライト・磁石素子
３２…フェライト
３５，３６…中心電極
４１…永久磁石
６０…磁力調整装置
６１…着磁用磁気回路部材
６３…永久磁石
６５…減磁用磁気回路部材
６７…永久磁石
７５…特性測定装置

Claims (6)

1. 互いに電気的に絶縁状態で交差して配置された複数の中心電極を有するフェライトと、該フェライトに直流磁界を印加する永久磁石とを備えたフェライト・磁石素子の磁力調整方法であって、
   着磁用磁気回路部材の対向する永久磁石の間を前記フェライト・磁石素子を通過させて該フェライト・磁石素子の永久磁石を磁気飽和させる磁気飽和工程と、
   減磁用磁気回路部材の対向する永久磁石の間に形成された単純変化する磁束密度分布のなかを前記磁気飽和されたフェライト・磁石素子を通過させて該フェライト・磁石素子の永久磁石を減磁する減磁工程と、
   を備えたことを特徴とするフェライト・磁石素子の磁力調整方法。
2. 前記減磁工程を複数回繰り返すことを特徴とする請求項１に記載のフェライト・磁石素子の磁力調整方法。
3. 前記減磁工程において、フェライト・磁石素子を減磁用磁気回路部材の対向する永久磁石の間を通過させる際、対向部の中央位置又はオフセット位置のいずれかを選択的に通過させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のフェライト・磁石素子の磁力調整方法。
4. １回の減磁工程を終了した後にフェライト・磁石素子の特性を測定して次回の減磁工程での減磁量を算出し、
   次回の減磁工程では、前記算出された減磁量を得るのに必要な磁束密度が分布する位置を通過させること、
   を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のフェライト・磁石素子の磁力調整方法。
5. 互いに電気的に絶縁状態で交差して配置された複数の中心電極を有するフェライトと、該フェライトに直流磁界を印加する永久磁石とを備えたフェライト・磁石素子の磁力調整装置であって、
   対向する永久磁石を有し、該永久磁石の間を前記フェライト・磁石素子を通過させて該フェライト・磁石素子の永久磁石を磁気飽和させる着磁用磁気回路部材と、
   対向する永久磁石を有し、該永久磁石の間に形成された単純変化する磁束密度分布のなかを前記着磁用磁気回路部材で磁気飽和されたフェライト・磁石素子を通過させて該フェライト・磁石素子の永久磁石を減磁する減磁用磁気回路部材と、
   を備えたことを特徴とするフェライト・磁石素子の磁力調整装置。
6. さらに、前記減磁用磁気回路部材によって減磁されたフェライト・磁石素子の特性を測定する測定装置を備えたことを特徴とする請求項５に記載のフェライト・磁石素子の磁力調整装置。

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