JPH0737709A - 磁性発熱素子及びそれに用いる磁性材料 - Google Patents

磁性発熱素子及びそれに用いる磁性材料

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JPH0737709A
JPH0737709A JP5178730A JP17873093A JPH0737709A JP H0737709 A JPH0737709 A JP H0737709A JP 5178730 A JP5178730 A JP 5178730A JP 17873093 A JP17873093 A JP 17873093A JP H0737709 A JPH0737709 A JP H0737709A
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忠邦 佐藤
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 Mn−Zn−Cu系フェライト材において,
電磁波印加による加温速度の向上と,加熱温度の向上
(Tc40℃〜200℃の範囲)を可能とする磁性発熱
素子とそれに用いる磁性材料を提供すること。 【構成】 磁性発熱素子用磁性材料は,主成分の組成比
がa(Ni(1-x) ・Cux )O・bZnO・cFe2
3 (但し,a+b+c=100,0≦x≦1.0,27
≦b≦35,46.5≦c≦53.0)で表され,キュ
ーリー温度が40℃〜200℃の温度範囲内にある。磁
性発熱素子は,この磁性材料を用いている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,交流磁界印加による磁
性発熱素子及びそれに使用するフェライト磁性発熱材料
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に,癌あるいは脳腫瘍等の異常細胞
と正常細胞との間には熱感受性の差異が存在することが
知られている。したがって,体温より数℃昇温すること
により,異常細胞の増殖を抑制したり,減少したりする
効果が確認されている。この治療法は温熱療法といわ
れ,放射線治療や化学治療の補助療法としても注目され
ている。
【0003】このような温熱療法における加温方式に関
しては,種々の方式が提案され,全身加温方式(直接的
加温方式)と超音波や電磁波等を利用する局所加温方式
(間接的加温方式)が実用化されている。しかしなが
ら,いずれの方式においても,加温部分での温度計測や
発熱量の制御,生体深部の加温等に,解決すべき課題も
数多く残されている。
【0004】ところで,電磁波を利用した局所加温方式
において,その中でも,発熱素子として磁性材料のキュ
ーリー温度Tcを利用して発熱温度を制御するものが提
案されている。この方式は,磁性材料に電磁波を印加す
ると,Tc以下では発熱し,Tc以上では非磁性となる
ので発熱しなくなることにより,加熱温度を制御するも
のである。
【0005】この加温方式は,村上,松木等により,ソ
フトヒーティング法として提案されている{参考文献:
Soft Heating-A New Method of Heating Using Tempera
ture-Sensitive Magnetic Materials, IEE Transaction
on Magnetics, Vol. MAG-18, No.6, pp 1788-1790 (19
82) ,及びソフトヒーティングの生体治療への応用,電
気学会誌,Vol. 104, No.2, pp 99-101(1984) } 。
【0006】ここで,ソフトヒーティング法とは,感温
磁性材料と呼ばれる低キューリー温度を有する磁性材料
を生体内に埋め込み,生体の外部から高周波交番磁界で
励磁することにより発生する磁性材料の鉄損を発熱源と
して,透磁率等の温度変化によって温度制御を行う方式
である。すなわち,励磁される磁性材料の温度が材料の
Tcに達すると発熱は停止し,外部から温度制御回路を
付加することなく定温加熱を行なえる特長を有してい
る。この方法では,生体内に埋め込んだ磁性材料を使用
するため,局所的かつ深部加温が可能となるという特長
を有する。
【0007】従来,この方法に用いられる感温磁性材料
として,感温フェライト材が用いられていた。このフェ
ライト材はTcが約40〜60℃を示すMn−Zn−C
u系フェライトであり,スピネル型結晶構造を有するも
のである。このスピネル型フェライトは軟磁性を示すフ
ェライトとして良く知られている。
【0008】近年,この方法においても,加温速度を向
上したり,更に高温とし異常細胞を焼滅できる程度の加
熱も要求されてきている。この要求に対し,現状で対応
する方法として,加温速度向上に関しては,磁性体への
供給エネルギーを大きくすれば良く,高周波化,強磁界
化の方向で可能となる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら,上述の
方法において,現状では100KHzの電磁波を印加し
ているが,人体への影響を考えると200kHzが上限
と考えられている。また,強磁界化とすると周辺への電
磁障害が憂慮される。したがって,これらの方策はでき
れば回避する方が良いといえる。
【0010】一方,更に加熱上限温度を上昇するために
は,フェライト材料のTcを向上させる必要がある。こ
れは材料固有の特性値であるので,それに適合した材料
を開発する必要がある。現在,この加熱方式における磁
性材料のTcとして,40℃〜200℃の範囲が要求さ
れつつある。
【0011】そこで,本発明の技術的課題は,上記要求
に対応するものであり,従来のMn−Zn−Cu系フェ
ライト材に比べ,電磁波印加による加温速度の向上と,
加熱温度の向上(Tc40℃〜200℃の範囲)を可能
とする磁性発熱素子とそれに用いる磁性材料を提供する
ことにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明者等は,種々検討
を重ねた結果,Mn−Zn−Cu系フェライト材に比
べ,磁芯損失が数倍〜1桁程度大きいNi−Cu−Zn
系フェライト材を発熱材料として使用することにより,
加温速度の著しい向上と適正な加熱温度(Tc)を,印
加磁界の高周波化,強度向上を必要とせずに達成できる
ことを発見し,本発明を成すに至ったものである。
【0013】本発明によれば,主成分の組成比がa(N
(1-x) ・Cux )O・bZnO・cFe2 3 (但
し,a+b+c=100,0≦x≦1.0,27≦b≦
35,46.5≦c≦53.0)で表され,キューリー
温度が40℃〜200℃の温度範囲内にあることを特徴
とする磁性発熱素子用磁性材料が得られる。
【0014】本発明によれば,細長い棒状のフェライト
磁性体であって,交流磁界を印加し,昇温することを特
徴とする磁性発熱素子が得られる。
【0015】本発明によれば,前記磁性発熱素子におい
て,前記フェライト磁性体は,主成分の組成比がa(N
(1-x) ・Cux )O・bZnO・cFe2 3 (但
し,a+b+c=100,0≦x≦1.0,27≦b≦
35,46.5≦c≦53.0)で表され,キューリー
温度が40℃〜200℃の温度範囲内にあることを特徴
とする磁性発熱素子が得られる。
【0016】ここで,Ni−Cu−Zn系フェライト材
の磁芯損失が大きい理由は,ヒステリシス損失及び残留
損失が大きいことに起因するものである。したがって,
このNi−Cu−Zn系フェライト材固有の特性である
といえる。このようなフェライト磁性材料は,主成分の
組成比をa(Ni(1-x) ・Cux )O・bZnO・cF
2 3 とし,ここでa+b+c=100,0≦x≦
1.0,27≦b≦35,46.5≦c≦53.0とす
ることに達成できるものである。
【0017】尚,本発明の材料においては,35℃にお
ける100KHzでの透磁率は約500以上であった。
また,本発明において,加温速度に関係した特性とし
て,体温に近い温度である35℃以上で,昇温速度とし
て示している。この昇温速度に関する定義は,後述する
実施例1に示している。また,加熱温度の上限値とし
て,Tcを対応させている。これは,交流磁界印加によ
る昇温は,Tcに近づくと徐々に鈍化していくが,発熱
効率が向上し,熱の流失が少ない場合には,ほぼTcま
で加温できるからである。
【0018】尚,本発明を用いた加熱方法に類似した方
法として,金属に電磁波を印加し,渦電流損による発熱
加温する手法がある。しかしながら,この方法は,電磁
波印加中にわたり,発熱を継続するものであり,発熱素
子そのものには,温度制御機能を有してはいない。した
がって,発熱構成及び素子機能が明らかに,本発明の磁
性材料とは異なるものである。
【0019】
【実施例】以下,本発明の実施例について説明する。
【0020】(実施例1)化学組成比を(49.5−
b)(Ni0.7 ・Cu0.3 )O・bZnO・50.5F
2 3 とし,ここで,b=26,28,30,32,
34,35,36となるように,酸化鉄(α−Fe2
3 )と酸化ニッケル(NiO)と酸化第2銅(CuO)
及び酸化亜鉛(ZnO)を原料とし,ボールミルにて2
0時間湿式混合し,夫々の原料混合粉末を用意した。次
にこれら原料混合粉末を大気中800℃で2時間仮焼し
た後ボールミルにて3時間湿式粉砕し,成形用粉末とし
た。
【0021】次に,これら成形用粉末にPVAを1wt
%混合した後,成形圧2ton/cm2 で外径約4m
m,長さ約25mmとなるように,金型を使用し,圧縮
成形した。次に,これら成形体を,大気中,徐熱,炉冷
にて1100℃で4時間保持し,焼結した。次に,これ
ら焼結体を,切断,研磨し,外径2mm,長さ20mm
のフェライト棒を得た。
【0022】次に,このフェライト棒を厚さ約20mm
の断熱材で覆った後,励磁周波数100kHz,磁界強
度7kA/mとなるように磁界を印加し,発熱特性を測
定した。その結果を図1に示す。図中,昇温速度とある
のは,フェライト棒の発熱温度の飽和値と35℃の平均
値に達するまでの昇温速度を表わしている。
【0023】すなわち,下記数1式で示される。
【0024】
【数1】
【0025】ここで,上記数1式においてTはフェライ
ト棒が飽和に達する温度(℃)tは,フェライト棒が3
5℃から(T−35)/2℃に達するまでの時間(分)
をそれぞれ示している。
【0026】また,同様にして市販されているTcが約
60℃のMn−Zn−Cu系フェライトの昇温速度を測
定したところ,約5℃/分であった。
【0027】昇温速度はbが35以下で約5℃/分より
明らかに高い値を示し,bが27〜35の範囲でTcが
40〜200℃の範囲となっている。したがって,bが
27〜35の組成範囲が有用となることがわかる。
【0028】尚,Tcは,リング状焼結体の100KH
zにおける透磁率の変化より求めている。
【0029】(実施例2)実施例1と同様にして,化学
組成比が(68−c)(Ni0.7 ・Cu0.3 )O・32
ZnO・cFe2 3 とし,ここでc=46,47,4
8,49,50,51,52,53,54となるよう
に,c=46〜50の試料は1000℃で焼結し,c=
51〜54の試料は1100℃で焼結し,フェライト棒
を得た後,励磁昇温特性を測定した。その結果を図2に
示す。
【0030】図2のように,昇温速度はcが53以下で
約5℃/分より明らか高い値を示し,Tcは46.5〜
53.5の範囲で40〜200℃の範囲となっている。
したがって,cは46.5〜53.0の範囲が有用とな
ることがわかる。
【0031】(実施例3)実施例1と同様にして,化学
組成比が20(Ni(1-x) ・Cux )O・30ZnO・
50Fe2 3 として,ここでx=0,0.2,0.
4,0.6,0.8,1.0となるように,x=0〜
0.2の試料は1150℃で焼結し,x=0.4〜1.
0の試料は1000℃で焼結し,フェライト棒を得た
後,励磁昇温特性を測定した。その結果を図3に示す。
【0032】図3において,xが0〜1.0の範囲にわ
たって,昇温速度は約5℃/分よりも明らかに高い値を
示し,Tcは80〜190℃の範囲を示している。した
がって,xは0〜1.0の範囲が有用となることがわか
る。
【0033】以上の実施例からわかるように,フェライ
ト磁性体に交流磁界を印加し,昇温する磁性発熱素子に
おいて,フェライト磁性材料の主成分の組成比をa(N
(1 -x) ・Cux )O・bZnO・cFe2 3 とし,
ここでa+b+c=100,0≦x≦1.0,27≦b
≦35,46.5≦c≦53.0とすることにより,従
来使用されていたフェライト材料に比べ昇温速度が著し
く向上し,加温制御範囲が約40℃〜200℃とするこ
とができる。
【0034】また,上記した本発明の実施例では,フェ
ライト磁性棒の寸法を直径2mm,長さ20mmとして
いるが,この寸法に限定されるものでなく,発熱素子の
所用寸法,フェライト材の所用反磁界係数によっても,
任意に変化させることができるものである。また,印加
する交流磁界や強度についても,任意に選択できるもの
である。
【0035】また,フェライトの構成元素をNiO,C
uO,ZnO,Fe2 3 とした材料についてのみ述べ
ているが,これのみに限定されるものでなく,例えばC
oやMn,Ca,Cr,Al,Ti,V,Bi等の添加
物を含有しても,また,原料中に含まれる不純物を含有
しても,主成分がNiO,CuO,ZnO,Fe2 3
で構成するものであれば,本発明の範囲にある。
【0036】また,粉末の予備焼成及び成形体の焼結を
大気中で行なっているが,焼結における磁性生成物がス
ピネル型フェライトを主体としているものであれば,製
法が予備焼成なし,共沈法,水熱合成法,噴霧焙焼法等
を適用しても,焼成雰囲気が大気中に比べ酸化性であっ
ても,還元性であっても,本発明の範囲にあることは明
らかである。また,圧粉体の成形法についても特に限定
されるものでない。
【0037】
【発明の効果】以上説明したように,本発明によれば,
Mn−Zn−Cu系フェライトにおいて,電磁波印加に
よる加温速度の向上と,加熱温度の向上と可能とする磁
性発熱素子と,それに用いる磁性材料を提供することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1におけるフェライト棒の組成
(49.5−b)(Ni0.7 ・Cu0.3 )O・bZnO
・50.5Fe2 3におけるbと昇温速度Tcとの関
係を示す図である。
【図2】本発明の実施例2におけるフェライト棒の組成
(68−c)(Ni0.7 ・Cu0.3 )O・32ZnO・
cFe2 3 におけるcと昇温速度,Tcの関係を示す
図である。
【図3】本発明の実施例3におけるフェライト棒の組成
20(Ni(1-x) ・Cux )O・30ZnO・50Fe
2 3 におけるcと昇温速度Tcの関係を示す図であ
る。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H05B 3/12 Z 7715−3K

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主成分の組成比がa(Ni(1-x) ・Cu
    x )O・bZnO・cFe2 3 (但し,a+b+c=
    100,0≦x≦1.0,27≦b≦35,46.5≦
    c≦53.0)で表され, キューリー温度が40℃〜200℃の温度範囲内にある
    ことを特徴とする磁性発熱素子用磁性材料。
  2. 【請求項2】 細長い棒状のフェライト磁性体であっ
    て,交流磁界を印加し,昇温することを特徴とする磁性
    発熱素子。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の磁性発熱素子において,
    前記フェライト磁性体は,主成分の組成比がa(Ni
    (1-x) ・Cux )O・bZnO・cFe2 3(但し,
    a+b+c=100,0≦x≦1.0,27≦b≦3
    5,46.5≦c≦53.0)で表され,キューリー温
    度が40℃〜200℃の温度範囲内にあることを特徴と
    する磁性発熱素子。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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