(57)【要約】【課題】特許文献２、３のいずれも異方性磁界Ｈａが極端に小さいために、所望の内部磁界Ｈｉｎを得るためには外部磁界Ｈｅｘを大きく設定する必要があった。このため、寸法の大きな外部磁石を使用しなければならず、これが磁気共鳴型アイソレータをはじめとする非可逆回路素子の低背化、小型化、及び低コスト化の障害になっていた。【解決手段】本発明のフェライト材料は、組成式が（Ｙｚ−ａＣａａ）（Ｆｅ８−ｚ−ｂ−ｃＣｏｂＶｃ）Ｏ１２で表されるフェライト材料であって、３．００５≦ｚ≦３．０９０、０＜ｂ≦１．４０、２．００≦（ａ+ｂ）／ｃ≦２．４０の関係を満足することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成式が（Ｙｚ−ａＣａａ）（Ｆｅ８−ｚ−ｂ−ｃＣｏｂＶｃ）Ｏ１２で表されるフェライト材料であって、３．００５≦ｚ≦３．０９０、０＜ｂ≦１．４０、２．００≦（ａ+ｂ）／ｃ≦２．４０の関係を満足することを特徴とするフェライト材料。
【請求項２】
組成式が（Ｙｚ−ａＣａａ）（Ｆｅ８−ｚ−ｂ−ｃ−β−γＣｏｂＶｃＭβＮγ）Ｏ１２（但し、Ｍは３価のＩｎを表し、Ｎは４価のＳｎ、４価のＺｒを表し、これらの元素から選択される少なくとも一種の元素を含む）で表されるフェライト材料であって、３．００５≦ｚ≦３．０９０、０＜ｂ≦１．４０、２．００≦｛２（ａ+ｂ）／（２ｃ＋γ）｝  ≦２．４０の関係を満足することを特徴とするフェライト材料。
【請求項３】
組成式が（Ｙｚ−ａ−αＣａａＲα）（Ｆｅ８−ｚ−ｂ−ｃ−β−γＣｏｂＶｃＭβＮγ）Ｏ１２（但し、Ｒは３価のＢｉ、３価のＧｄを表し、Ｍは３価のＩｎ、３価のＡｌを表し、Ｎは４価のＳｎ、４価のＺｒを表し、これらの元素から選択される少なくとも一種の元素を含む）で表されるフェライト材料であって、３．００５≦ｚ≦３．０９０、０＜ｂ≦１．４０、２．００≦｛２（ａ+ｂ）／（２ｃ＋γ）｝≦２．４０の関係を満足することを特徴とするフェライト材料。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のフェライト材料で形成された磁性体部材を備えたことを特徴とする非可逆回路素子。
【請求項５】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のフェライト材料で形成された磁性体部材を備えたことを特徴とする磁気共鳴動作型アイソレータ素子。
【請求項６】
請求項４に記載の非可逆回路素子または請求項５に記載の磁気共鳴動作型アイソレータ素子を備えたことを特徴とする無線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フェライト材料、それを用いた非可逆回路素子及び無線装置に関し、特に周波数が数ＧＨｚから数１０ＧＨｚ帯のマイクロ波・ミリ波帯で好適に使用することができるフェライト材料、それを用いた非可逆回路素子及び無線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やミリ波レーダ等のマイクロ波・ミリ波帯に使用される非可逆回路素子としては、従来、永久磁石によって直流磁界を印加する非可逆回路素子が知られている。この非可逆回路素子には、磁性体材料としてイットリウム鉄ガーネット：Ｙ３Ｆｅ５Ｏ１２に代表されるガーネット系フェライトや、ＭｇフェライトやＮｉＣｕＺｎフェライトに代表されるスピネル系フェライトが使用されている。そして、希土類磁石やＳｒフェライト磁石等の永久磁石によって非可逆回路素子に対して直流外部磁界Ｈｅｘを印加して駆動させている。
【０００３】
数ＧＨｚのマイクロ波帯域で使用される携帯電話や数１０ＧＨｚ帯域で使用される小型の無線ＬＡＮやミリ波レーダ等の無線装置では、電子機器の更なる低背化、小型化及び低コスト化が要求されている。そのため、非可逆回路素子の動作に必要なフェライト材料と直流磁界を印加するための永久磁石材料の各々に低背化、小型化及び低コスト化が望まれている。
【０００４】
非可逆回路素子には非可逆性、すなわち順方向損失が小さく、逆方向損失が大きい特性が必要となる。
【０００５】
非可逆回路素子としては、例えば、Ｙ型や集中定数型のサーキュレータやアイソレータ、あるいは特許文献１において提案された磁気共鳴型アイソレータ等がある。
【０００６】
Ｙ型や集中定数型の非可逆回路素子では、使用するフェライト材料の強磁性共鳴半値幅ΔＨが非可逆回路素子の順方向伝送特性に影響し、ΔＨが小さい程順方向損失が小さく、良好な素子となる。また、非可逆回路素子では、順方向損失が小さく、逆方向損失が大きい特性が必要であり、Ｙ型や集中定数型では逆方向損失は終端抵抗などによる調整が行われる。
【０００７】
これに対し、磁気共鳴型アイソレータは、伝搬する電磁波に対し、強磁性共鳴による電磁波エネルギー吸収がなされる動作構造をしており、順方向伝送特性には使用フェライト材料のΔＨが殆ど影響せず、誘電損失ｔａｎδ等が大きく影響する。また、逆方向伝送特性には強磁性共鳴時の磁気損失による吸収が影響するため、ΔＨが大きい材料でも使用が可能である。従って、Ｙ型や集中定数型に使用した場合には素子特性が悪化するΔＨの大きい材料でも磁気共鳴型アイソレータでは良好な特定の素子を得ることができる。
【０００８】
そして、これら全ての非可逆回路動作にはフェライト材料自体が発生する磁場のみを利用した完全自己バイアス動作型を除いて、外部永久磁石による直流磁界を印加する必要がある。印加する直流磁界の大きさを示す外部磁界Ｈｅｘは、動作周波数ωにおける強磁性共鳴ピークを発生させるために、以下の式で表される内部磁界Ｈｉｎを達成する値が必要となる。
ω＝γ×Ｈｉｎ
{γ：ジャイロ定数（＝３．５１×１０４  ｍ／Ａ・ｓ）}
Ｈｉｎ＝Ｈｅｘ＋Ｈａ−Ｎ×Ｍｓ  
{Ｈａ：異方性磁界（Ａ／ｍ）、Ｎ：反磁界係数、Ｍｓ：飽和磁化（Ｔ）}
【０００９】
ここで磁気共鳴型アイソレータに使用されるフェライト材料としては、例えば特許文献２、３において提案されたガーネット型フェライト材料が知られている。
【００１０】
特許文献２には酸化物磁性材料を含む非可逆回路素子が提案されている。この酸化物磁性材料は、基本組成が（ＹＸＲ１−Ｘ）３（ＦｅＹＭ１−Ｙ）５＋ＺＯ１２（但し、ＲはＣａ、Ｂｉ、Ｇｄ及び希土類元素の一種類以上を表し、ＭはＡｌ、Ｖ、Ｃｏ、Ｉｎ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｇａ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｇｅ及びＴｉの１種以上を表す）と表したとき、Ｘ＝０．２〜１、Ｙ＝０．６〜１、Ｚ＝−０．００５〜０．００５である。
【００１１】
上記温度特性に優れた酸化物磁性材料を用いることにより、容量部に従来の高周波用誘電体よりも誘電率の大きいＰｂＺｒＯ３と、外部磁石として従来よりも高性能な希土類磁石とを組み合わせることができ、その結果、これらを用いた非可逆回路素子は小型化可能で温度特性に優れている。
【００１２】
また、特許文献３では、多結晶セラミックス磁性体材料及び該磁性体材料を用いた非可逆回路素子が提案されている。この多結晶セラミックス磁性体材料は、ガーネット構造を有し、主相がＹ３−ｘＲｘＦｅ５−ｙ−ｚ（ＲはＹ以外の希土類金属の一種類以上、ＡはＡｌまたはＧａより選択された一種類以上で、ｘは０≦ｘ≦１．５、ｙは０≦ｙ≦１．５、ｚは０．０３≦ｚ≦０．２である）で表された結晶である。そして、ガーネット構造の６配位時のイオン半径が０．１ｎｍ未満の２価金属イオンを、酸化物換算で０．０２〜０．５重量％含んでいる。２価金属イオンとしてＮｉ、Ｃｏ若しくはＣｕが例示されている。
【００１３】
上記多結晶セラミックス磁性体材料は、強磁性体共鳴半値幅ΔＨと誘電損失ｔａｎδ及び正方向挿入損失がいずれも低く、非可逆回路素子として有用である。
【００１４】
一方、近年の情報・通信機器市場の拡大に伴い、数ＧＨｚのマイクロ波帯で使用される携帯電話や数１０ＧＨｚ帯域で使用される小型の無線ＬＡＮやミリ波レーダなどの無線装置では、電子機器の更なる低背化、小型化、及び低コスト化が要請されており、これに伴い非可逆性回路素子の低背化、小型化、及び低コスト化が要求されている。そのため、非可逆回路素子の動作に必要なフェライト材料と直流磁界を印加するための永久磁石材料の各々に低背化、小型化、及び低コスト化が望まれている。
【００１５】
【特許文献１】特開昭６３−２６０２０１号公報
【特許文献２】特開平１１−２８３８２１号公報
【特許文献３】特開平１０−２３３３０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、特許文献２に記載された酸化物磁性材料はＣｏを含有するが、一般的な組成物を提案しているに過ぎず、また、特許文献３に記載された他結晶セラミック磁性体材料はＣｏを含有するが、ガーネット型フェライト材料の組成を構成するものではなく、いずれも異方性磁界Ｈａが極端に小さいために、所望の内部磁界Ｈｉｎを得るためには外部磁界Ｈｅｘを大きく設定する必要があった。このため、寸法の大きな外部磁石を使用しなければならず、これが磁気共鳴型アイソレータをはじめとする非可逆回路素子の低背化、小型化、及び低コスト化に対する大きな課題となっている。
【００１７】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、異方性磁界Ｈａ値が高く、アイソレータ等の非可逆回路素子に実装した場合に、回路動作時の外部磁界を低減することができ、且つ誘電損失が低いフェライト材料、それを用いた非可逆回路素子及び無線装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の請求項１に記載のフェライト材料（以下、「フェライト材料（１）」と称す。）は、組成式が（Ｙｚ−ａＣａａ）（Ｆｅ８−ｚ−ｂ−ｃＣｏｂＶｃ）Ｏ１２で表されるフェライト材料であって、３．００５≦ｚ≦３．０９０、０＜ｂ≦１．４０、２．００≦（ａ+ｂ）／ｃ≦２．４０の関係を満足することを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の請求項２に記載のフェライト材料（以下、「フェライト材料（２）」と称す。）は、組成式が（Ｙｚ−ａＣａａ）（Ｆｅ８−ｚ−ｂ−ｃ−β−γＣｏｂＶｃＭβＮγ）Ｏ１２（但し、Ｍは３価のＩｎを表し、Ｎは４価のＳｎ、４価のＺｒを表し、これらの元素から選択される少なくとも一種の元素を含む）で表されるフェライト材料であって、３．００５≦ｚ≦３．０９０、０＜ｂ≦１．４０、２．００≦｛２（ａ+ｂ）／（２ｃ＋γ）｝  ≦２．４０の関係を満足することを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の請求項３に記載のフェライト材料（以下、「フェライト材料（３）」と称す。）は、組成式が（Ｙｚ−ａ−αＣａａＲα）（Ｆｅ８−ｚ−ｂ−ｃ−β−γＣｏｂＶｃＭβＮγ）Ｏ１２（但し、Ｒは３価のＢｉ、３価のＧｄを表し、Ｍは３価のＩｎ、３価のＡｌを表し、Ｎは４価のＳｎ、４価のＺｒを表し、これらの元素から選択される少なくとも一種の元素を含む）で表されるフェライト材料であって、３．００５≦ｚ≦３．０９０、０＜ｂ≦１．４０、２．００≦｛２（ａ+ｂ）／（２ｃ＋γ）｝≦２．４０の関係を満足することを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の請求項４に記載の非可逆回路素子は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のフェライト材料で形成された磁性体部材を備えたことを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明の請求項５に記載の無線装置は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のフェライト材料で形成された磁性体部材を備えたことを特徴とするものである。
【００２３】
而して、フェライト材料（１）は、組成式が（Ｙｚ−ａＣａａ）（Ｆｅ８−ｚ−ｂ−ｃＣｏｂＶｃ）Ｏ１２で表されるガーネット型フェライト材料であって、３．００５≦ｚ≦３．０９０、０＜ｂ≦１．４０、２．００≦（ａ+ｂ）／ｃ≦２．４０の関係を満足するものである。
【００２４】
フェライト材料（１）において、Ｃｏは、異方性磁界Ｈａを増大させる効果があり、このフェライト材料（１）が磁気共鳴型アイソレータ素子に用いられた場合には外部磁界Ｈｅｘを低減することができ、外部磁界印加用の永久磁石の低背化、小型化を実現することができ、延いては低コスト化も達成することができる。Ｃｏの置換量ｂが０、即ちＣｏ置換がない場合には異方性磁界Ｈａの値は極めて小さく、アイソレータ動作を発現させる場合に必要は外部磁界Ｈｅｘが大きくなる。また、ｂが１．４０を超えると、誘電損失ｔａｎδが０．００３０を超えるため順方向伝送特性が悪化し、低損失な非可逆回路素子を得ることができない。
【００２５】
ＹとＣａの合計量ｚが３．００５未満でも、３．０９０を超えても、誘電損失ｔａｎδが０．００３０を超え、低損失な非可逆回路素子を得ることができない。
【００２６】
更に、（ａ+ｂ）／ｃは、材料中の電荷バランスを考慮した因子であり、３価のＹとＦｅを２価のＣａやＣｏ、あるいは５価のＶで置換した場合における電荷の化学量論比２に対する偏倚を示している。この因子（ａ+ｂ）／ｃの値が２．００未満でも、２．４０を超えても誘電損失ｔａｎδが０．００３０を超え、低損失な非可逆回路素子を得ることができない。
【００２７】
また、本発明のフェライト材料（２）は、組成式が（Ｙｚ−ａＣaａ）（Ｆｅ８−ｚ−ｂ−ｃ−β−γＣｏｂＶｃＭβＮγ）Ｏ１２（但し、Ｍは３価のＩｎを表し、Ｎは４価のＳｎ、４価のＺｒを表し、これらの元素のうち少なくとも一種類の元素を含む）で表されるフェライト材料であって、３．００５≦ｚ≦３．０９０、０＜ｂ≦１．４０、２．００≦｛２（ａ+ｂ）／（２ｃ＋γ）｝≦２．４０を満足するものである。
【００２８】
フェライト材料（２）は、フェライト材料（１）のＦｅサイトの一部が更に磁気特性を変更するために有効な一般的組成置換元素であるＩｎ、Ｓｎ、Ｚｒの少なくとも一種の元素で置換されたものである。このため、ｚ、ｂの各値はフェライト材料（１）と同様の条件（３．００５≦ｚ≦３．０９０、０＜ｂ≦１．４０）を満たしている。フェライト材料（２）は、フェライト材料（１）におけるＦｅの一部を更にＩｎ、Ｓｎ、Ｚｒの少なくとも一種以上と置換しても、フェライト材料（１）と同様に、Ｃｏの置換による異方性磁界Ｈａの増大効果が認められ、外部磁界Ｈｅｘの低減効果を発揮し、外部磁界印加用の永久磁石の低背化、小型化、低コスト化を達成することができる。
【００２９】
また、２（ａ+ｂ）／（２ｃ＋γ）は、３価のＦｅを４価のＳｎ、Ｚｒで置換した時の電荷バランスの偏倚因子であり、フェライト材料（１）の（ａ+ｂ）／ｃと同様に、２．００≦｛２（ａ+ｂ）／（２ｃ＋γ）｝≦２．４０を満たす必要がある。但し、ＩｎはＦｅと同様に３価であるため、置換による電荷バランスを考慮する必要はない。
【００３０】
また、本発明のフェライト材料（３）は、組成式が（Ｙｚ−ａ−αＣａａＲα）（Ｆｅ８−ｚ−ｂ−ｃ−β−γＣｏｂＶｃＭβＮγ）Ｏ１２（但し、Ｒは３価のＢｉ、３価のＧｄを表し、Ｍは３価のＩｎ、３価のＡｌを表し、Ｎは４価のＳｎ、４価のＺｒを表し、これらの元素から選択された少なくとも一種類の元素を含む）で表されるフェライト材料であって、３．００５≦ｚ≦３．０９０、０＜ｂ≦１．４０、２．００≦｛２（ａ+ｂ）／（２ｃ＋γ）｝≦２．４０を満足するものである。
【００３１】
フェライト材料（３）は、前記フェライト材料（２）のＹサイトの一部がＢｉ、Ｇｄで置換され、Ｆｅサイトの一部が更に３価のＡｌで置換されたものである。このため、ｚ、ｂ、｛２（ａ+ｂ）／（２ｃ＋γ）｝の各値はフェライト材料（２）と同様の条件(３．００５≦ｚ≦３．０９０、０＜ｂ≦１．４０、２．００≦｛２（ａ+ｂ）／（２ｃ＋γ）｝≦２．４０)を満たす必要がある。
【００３２】
フェライト材料（１）、（２）及び（３）の原料粉末の製造方法は、特に制限されず、それぞれの組成式で表わされるフェライト材料を製造することができる方法であれば良い。
【００３３】
例えば、出発原料としてＹ２Ｏ３、ＣａＣＯ３、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｏＯ、Ｖ２Ｏ５を湿式混合し、乾燥後、仮焼、湿式粉砕を行い、フェライト材料（１）の原料粉末を得ることができる。また、同様の方法において上記出発原料に加えてＩｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＺｒＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３を更に規定量添加することによりフェライト材料（２）、（３）の原料粉末を得ることができる。
【００３４】
また、出発原料として上記各金属イオンを含む各種の水溶液を使用する湿式方式でも同様の原料粉末を得ることができる。
【００３５】
このような原料粉末を成形後、焼成することにより、上記フェライト材料（１）、（２）及び（３）を製造することができる。
【００３６】
そして、上記フェライト材料（１）、（２）、（３）を用いることにより、Ｈａ値が高く、磁気共鳴型アイソレータ素子に実装した場合に動作に必要なアイソレータ動作時の外部磁界ＨｅｘＩＳＯ.を低減することができ、かつ誘電損失が低いフェライト材料を得ることができる。従って、外部磁石を小型化することができ、今後の更なる小型化、低コスト化に対応することができる非可逆回路素子及び非可逆回路素子を備えた無線装置を得ることができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明の請求項１〜請求項６に記載の発明によれば、異方性磁界Ｈａ値が高く、アイソレータ等の非可逆回路素子に実装した場合に、回路動作時の外部磁界を低減することができ、且つ誘電損失が低いフェライト材料、それを用いた非可逆回路素子及び無線装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、図１〜図３を参照しながら本発明の実施形態について説明する。尚、図１は本発明の非可逆回路素子の一実施形態の要部を示す分解斜視図、図２は本発明の非可逆回路素子の他の実施形態の要部を示す分解斜視図、図３は本発明の無線装置の一実施形態を示すブロック図である。
【００３９】
本実施形態の非可逆回路素子１０は、例えば図１に示すように十字ストリップ線路共鳴型アイソレータとして構成されている。この非可逆回路素子１０は、同図に示すように、上下一対の略矩形状を呈する誘電体基板１１、１２と、誘電体基板１１、１２それぞれの一方の面に形成された接地導体１３、１４と、下方の誘電体基板１１の略中央を貫通するように埋設され且つ本発明のフェライト材料からなる円柱状のフェライト柱１５と、誘電体基板１１の一辺の略中央から対向する他辺まで形成され且つ中央部でフェライト柱１５に接触するストリップ線路１６と、を有し、ストリップ線路１６が上下の誘電体基板１１、１２によって挟持されている。
【００４０】
ストリップ線路１６にはこれと交差する整合用のコンデンサ部１７、１８と、λ／４共振器１９とが離間して形成され、λ／４共振器１９がフェライト柱１５と接触し、ストリップ線路１６とλ／４共振器１９との交点で円偏波を生じる。そして、ストリップ線路１６を伝搬される電磁波の進行方向が逆向きになると円偏波の回転方向が逆転する。
【００４１】
従って、外部磁石（図示せず）から磁性共鳴に必要な静磁界を印加し、電磁波の伝搬方向で正円偏波を生じる場合にはフェライト柱１５で共鳴吸収が起こり、伝送方向が逆向きの場合には負円偏波を生じて吸収されることなく伝送されて、磁性共鳴型アイソレータとして機能する。同図ではストリップ線路１６の上下を誘電体基板１１、１２で挟んだ平衡型ストリップ線構造となっているが、下面にのみ誘電体基板をもつマイクロストリップ線型として構成することもできる。
【００４２】
本実施形態では、フェライト柱１５として本発明のフェライト材料(１）、（２）、（３）のいずれかが使用されているため、静磁界を印加する外部磁石を小さくすることができ、結果として非可逆性回路素子を低背化、小型化、低コスト化することができる。
【００４３】
図２の（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の非可逆回路素子の他の実施形態を示す図で、導波管共鳴型アイソレータとして構成されている。図２の（ａ）に示す非可逆回路素子２０は、導波管２１と、この導波管２１内の所定位置に挿入されたフェライト棒２２とを有している。また、図２の（ｂ）に示す非可逆回路素子３０は、導波管３１と、この導波管３１内の所定位置に対を成して挿入されたフェライト棒３２Ａ、３２Ｂとを有している。
【００４４】
本実施形態では、電磁波がＴＥ１０モードで導波管２１、３１に対して伝搬する場合、特定位置で高周波磁界は回転し、円偏波となる。そこで、図２の（ａ）、（ｂ）に示すように導波管２１、３１内で円偏波が発生する特定位置にフェライト棒２２、３２Ａ、３２Ｂを挿入することにより、図１に示す十字ストリップ線路共鳴型アイソレータ１０と同様の動作原理により、アイソレータが構成されている。
【００４５】
本実施形態では、フェライト棒２２、３２Ａ、３２Ｂとして本発明のフェライト材料(１）、（２）、（３）のいずれかが使用されているため、外部磁石を小さくすることができ、結果として低背化、小型化、低コスト化された非可逆性回路素子を得ることが可能となる。
【００４６】
また、図３は本発明の無線装置の一実施形態を示すブロック図である。本実施形態の無線装置４０は、オシレータ（Voltage Controlled Oscillator:VCO）４１、アイソレータ４２、カップラ４３、サーキュレータ４４、ミキサ４５及びアンテナ４６を備えている。
【００４７】
変調信号がオシレータ４１に入力すると、アイソレータ４２を経てカプラ４３に出力すると、変調信号はカプラ４３を介してサーキュレータ４４とミキサ４５とに分割され、サーキュレータ４４を経由してアンテナ４６から送信される。
【００４８】
一方、受信信号がアンテナ４６に入力されると、受信信号はサーキュレータ４４を経てミキサ４５に出力され、ミキサ４５においてカプラ４３からの変調信号とミキシングされ、受信周波数が引き下げられてＩＦ信号（Intermediate Frequency:中間周波数）になる。
【００４９】
本実施形態の無線装置４０では、上述したアイソレータ４２及びサーキュレータ４４を使用しているため、数ＧＨｚ帯で使用される携帯電話や数１０ＧＨｚ帯で使用される無線ＬＡＮやミリ波レーダにおいても、誘電損失が小さく十分な非可逆性を有する、低背化、小型化、低コスト化が可能な無線装置を得ることが可能となる。
【実施例】
【００５０】
次に、具体的な実施例に基づいて本発明のフェライト材料（１）〜（３）について説明する。
【００５１】
実施例１
本実施例では、本発明のフェライト材料（１）（組成式：（Ｙｚ−ａＣａａ）（Ｆｅ８−ｚ−ｂ−ｃＣｏｂＶｃ）Ｏ１２）を以下の手順で調製した後、このフェライト材料（１）を用いて、図１に示す磁気共鳴型アイソレータを作製した。それにはまず、出発原料として、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、酸化コバルト（ＣｏＯ）、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）の各粉末を準備し、これら出発原料を、組成式（Ｙｚ−ａＣａａ）（Ｆｅ８−ｚ−ｂ−ｃＣｏｂＶｃ）Ｏ１２の各値がｚ＝３．０４０、ａ＝１．８１８、ｂ＝０〜１．４１、（ａ+ｂ）／ｃ＝２．０２になるように秤量して調合物を得た。
【００５２】
次いで、これらの調合物をボールミルにて２４時間湿式混合し、大気雰囲気中において、焼成温度９００〜１２００℃で仮焼した。この仮焼粉を湿式粉砕し、比表面積約５ｍ２／ｇ程度の仮焼粉砕粉を得た。この仮焼粉砕粉に水系バインダーを加え、スラリー状に混練し、乾燥、成形した後、大気雰囲気中において、焼成温度９００℃〜１２００℃にて本焼成し、試料Ｎｏ.１〜１０のフェライト焼結体を得た。表１において、（ａ＋ｂ）／ｃは、３価のＹを２価のＣａで置換すると共に３価のＦｅの一部を２価のＣｏ及び／または４価のＶで置換した場合のフェライト材料（１）における電荷の化学量論比２からの偏倚を示している。また、表１において、＊印を付した試料Ｎｏ.１、１０は、ｂの値が本発明の範囲外の試料である。
【００５３】
次いで、試料Ｎｏ.１〜１０のフェライト焼結体について、強磁性共鳴半値幅ΔＨ、飽和磁化Ｍｓ、異方性磁界Ｈａ及び誘電損失ｔａｎδを測定した。ここで、飽和磁化ＭｓはＶＳＭ（試料振動型磁化測定装置）を用いて測定し、強磁性共鳴半値幅ΔＨ及び誘電損失ｔａｎδはＪＩＳ−Ｃ２５６５に従って測定し、その結果を表１に示した。また、異方性磁界Ｈａは、反磁界係数Ｎと飽和磁化Ｍｓが既知である寸法の試料を例えば５ＧＨｚの空洞共振器内に設置し、外部磁界Ｈｅｘを印加して発生する強磁性共鳴の周波数ωを、ネットワークアナライザーで測定し、次式に基づいて算出し、その結果を表１に示した。
ω＝γ×Ｈｉｎ
{γ：ジャイロ定数（＝３．５１×１０４  ｍ／Ａ・ｓ）}
Ｈｉｎ＝Ｈｅｘ＋Ｈａ−Ｎ×Ｍｓ
{Ｈａ：異方性磁界（Ａ／ｍ）、Ｎ：反磁界係数、Ｍｓ：飽和磁化（Ｔ）}
【００５４】
然る後、図１に示す十字ストリップ線路磁気共鳴型アイソレータ素子に、反磁界係数Ｎが既知（Ｎ＝０．３１）である寸法のフェライト焼結体を実装すると、共鳴周波数５ＧＨｚで最も逆方向伝送損失（アイソレーション）を確保することができる。そこで、共鳴周波数５ＧＨｚにおいて、アイソレータ動作が発現した時の外部磁界ＨｅｘＩＳＯ.を測定し、測定結果を表１に示した。尚、フェライト焼結体中に不可避不純物としてＭｎ、Ｓｉ等が含有されることがあるが、本発明の特性に影響を与えるものではない。
【００５５】
【表１】
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【００５６】
表１に示す結果によれば、フェライト材料（１）の各組成が本発明の範囲内（Ｎｏ.２〜Ｎｏ.９）の場合には、Ｃｏを置換しない（ｂ＝０）本発明の範囲外の試料Ｎｏ．１と比較して、顕著な異方性磁界Ｈａの増大効果が認められ、十字ストリップ線路磁気共鳴型アイソレータ素子に実装した場合の外部磁界ＨｅｘＩＳＯ.を低減できることが判った。従って、外部磁界印加用の永久磁石の低背化、小型化を実現することができ、延いては低コスト化することができる。
【００５７】
しかし、試料Ｎｏ．１０のようにＣｏの置換量が本発明の範囲外の１．４を超えると、誘電損失ｔａｎδが０．００３０を超えることが判った。誘電損失ｔａｎδが０．０３０を超えると順方向伝送特性が悪化し、低損失な非可逆回路素子を得ることができない。尚、本実施例では動作周波数５ＧＨｚで評価しているが、動作周波数が異なる場合でも、フェライト材料は動作に必要な内部磁界Ｈｉｎが変化するだけであり、これに伴って外部磁界ＨｅｘＩＳＯ.の絶対値が変化するものの、外部磁界ＨｅｘＩＳＯ.の低減効果を同様に発現する。
【００５８】
実施例２
本実施例では、本発明のフェライト材料（１）（組成式：（Ｙｚ−ａＣａａ）（Ｆｅ８−ｚ−ｂ−ｃＣｏｂＶｃ）Ｏ１２）におけるＣｏ置換の影響と、ｚの影響を観るために、ｚの値を表２に示すように３．０００〜３．０９５の範囲で変化させた。この際、表２に示すように、他の条件のａ、ｂ、ｃがそれぞれａ＝１．８１８、ｂ＝０、（ａ+ｂ）／ｃ＝２．０２に固定した試料Ｎｏ.１１〜１８のフェライト焼結体と、ａ＝１．８１８、ｂ＝０．５０（本発明の範囲内）、（ａ+ｂ）／ｃ＝２．０２に固定した試料Ｎｏ.２１〜２８のフェライト焼結体に分けて、実施例１と同様の手法で試料Ｎｏ.１１〜２８のフェライト焼結体を得た。そして、各試料を用いて実施例１と同様に、強磁性共鳴半値幅ΔＨ、飽和磁化Ｍｓ、異方性磁界Ｈａ及び誘電損失ｔａｎδを測定し、それぞれの結果を表２に示した。
【００５９】
また、各試料を用いて実施例１と同様の十字ストリップ線路磁気共鳴型アイソレータ素子を作製し、動作周波数５ＧＨｚにおける外部磁界ＨｅｘＩＳＯ.を測定し、その結果を表２に示した。
【００６０】
【表２】
2006044964.tif 000004
【００６１】
表２に示す結果によれば、ｂ＝０のＣｏ置換のない試料Ｎｏ.１１〜１８のフェライト焼結体と、Ｃｏ置換のあるＮｏ．２１〜Ｎｏ．２８のフェライト焼結体とを比較すると、試料Ｎｏ.２１〜２８の場合には、実施例１と同様にＣｏ置換による異方性磁界Ｈａの増大効果と、これに伴う外部磁界ＨｅｘＩＳＯ.の低減効果が認められ、外部磁界印加用磁石の低背化、小型化及び低コスト化を実現できることが判った。
【００６２】
しかし、Ｃｏ置換があってもｚの値が本発明の範囲外の試料Ｎｏ.２１及び２８の場合には、他の条件が発明の範囲内にあっても誘電損失ｔａｎδが０．０３０を超え、低損失な非可逆回路素子を得られないことが判った。
【００６３】
実施例３
本実施例では、本発明のフェライト材料（１）（組成式：（Ｙｚ−ａＣａａ）（Ｆｅ８−ｚ−ｂ−ｃＣｏｂＶｃ）Ｏ１２）におけるＣｏ置換の影響と、（ａ+ｂ）／ｃの影響を観るために、（ａ+ｂ）／ｃの値を表３に示すように１．９９〜２．４１の範囲で変化させた。この際、表３に示すように、他の条件のｚ、ａ、ｂをそれぞれz＝３．０４０、ａ＝１．８１８、ｂ＝０に固定した試料Ｎｏ.３１〜４０のフェライト焼結体と、z＝３．０４０、ａ＝１．８１８、ｂ＝０．５０（本発明の範囲内）に固定した試料Ｎｏ.４１〜５０のフェライト焼結体に分けて、実施例１と同様の手法で試料Ｎｏ.３１〜５０のフェライト焼結体を得た。そして、各試料を用いて実施例１と同様に、強磁性共鳴半値幅ΔＨ、飽和磁化Ｍｓ、異方性磁界Ｈａ及び誘電損失ｔａｎδを測定し、それぞれの結果を表３に示した。
【００６４】
また、各試料を用いて実施例１と同様の十字ストリップ線路磁気共鳴型アイソレータ素子を作製し、動作周波数５ＧＨｚにおける外部磁界ＨｅｘＩＳＯ.を測定し、その結果を表３に示した。
【００６５】
【表３】
2006044964.tif 000005
【００６６】
表３に示す結果によれば、ｂ＝０のＣｏ置換のない試料Ｎｏ.３１〜４０のフェライト焼結体と、Ｃｏ置換のあるＮｏ．４１〜Ｎｏ．５０のフェライト焼結体とを比較すると、試料Ｎｏ.４１〜５０の場合には、実施例１と同様にＣｏ置換による異方性磁界Ｈａの増大効果と、これに伴う外部磁界ＨｅｘＩＳＯ.の低減効果が認められ、外部磁界印加用磁石の低背化、小型化及び低コスト化を実現できることが判った。
【００６７】
しかし、Ｃｏ置換があっても（ａ+ｂ）／ｃの値が本発明の範囲外の試料Ｎｏ.４１及び５０の場合には、他の条件が発明の範囲内にあっても誘電損失ｔａｎδが０．０３０を超え、低損失な非可逆回路素子を得られないことが判った。
【００６８】
実施例４
本実施例では、本発明のフェライト材料（１）におけるＦｅの一部を、磁気特性を変更するために有効な一般的なＩｎ、Ｓｎ、Ｚｒで置換した本発明のフェライト材料（２）（組成式：（Ｙｚ−ａＣａａ）（Ｆｅ８−ｚ−ｂ−ｃ−β−γＣｏｂＶｃＭβＮγ）Ｏ１２）を以下の手順で調製した。即ち、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）を用いてＦｅを０．１原子のＩｎ、Ｓｎ、Ｚｒでそれぞれ置換して表４に示す試料Ｎｏ.５１〜６８のフェライト焼結体を得た。
【００６９】
この際、表４に示すように、z、ａ、ｂ及び｛２（ａ+ｂ）／（２ｃ＋γ）｝をそれぞれ、ｚ＝３．０４０、ａ＝１．８１８、ｂ＝０、｛２（ａ+ｂ）／（２ｃ＋γ）｝＝２．０２に固定した試料Ｎｏ.５１〜５８のフェライト焼結体と、ａ＝１．８１８、ｂ＝０．５０（本発明の範囲内）、｛２（ａ+ｂ）／（２ｃ＋γ）｝＝２．０２に固定した試料Ｎｏ.６１〜６８のフェライト焼結体に分けた。ここで、｛２（ａ+ｂ）／（２ｃ＋γ）｝は、実施例１〜３における（ａ+ｂ）／ｃと同様に、ＹサイトのＣａ置換、ＦｅサイトのＣｏ、Ｖ置換に加え、３価のＦｅを４価のＳｎ及び／または４価のＺｒで置換することを考慮した電荷バランスの偏倚因子である。尚、ＩｎはＦｅと同様３価であるため、置換による電荷バランスを考慮する必要はない。
【００７０】
そして、各試料を用いて実施例１と同様に、強磁性共鳴半値幅ΔＨ、飽和磁化Ｍｓ、異方性磁界Ｈａ及び誘電損失ｔａｎδを測定し、それぞれの結果を表４に示した。
【００７１】
また、各試料を用いて実施例１と同様の十字ストリップ線路磁気共鳴型アイソレータ素子を作製し、動作周波数５ＧＨｚにおける外部磁界ＨｅｘＩＳＯ.を測定し、その結果を表４に示した。
【００７２】
【表４】
2006044964.tif 000006
【００７３】
表４に示す結果によれば、ｂ＝０のＣｏ置換のない試料Ｎｏ.５１〜５８のフェライト焼結体と、Ｃｏ置換のあるＮｏ．６１〜Ｎｏ．６８のフェライト焼結体とを比較すると、試料Ｎｏ.６１〜６８の場合には、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｒで置換したにも拘らず、実施例１と同様にＣｏ置換による異方性磁界Ｈａの増大効果と、これに伴う外部磁界ＨｅｘＩＳＯ.の低減効果が認められ、外部磁界印加用磁石の低背化、小型化及び低コスト化を実現できることが判った。この結果から、実施例１のＣｏ置換ガーネット型フェライト材料による本発明の効果はＩｎ、Ｓｎ、Ｚｒの各元素の種々の組み合わせで置換したガーネット型フェライト材料においても成立することが判った。
【００７４】
ＦｅサイトのＩｎ、Ｓｎ、Ｚｒで置換した場合には、フェライト焼結体の飽和磁化Ｍｓの変動を伴い、試料の反磁界係数Ｎによって外部磁界ＨｅｘＩＳＯ.も変動し、反磁界係数Ｎが大きい場合には外部磁界ＨｅｘＩＳＯ.の低減効果を確認できない場合もある。しかしながら、反磁界係数Ｎは試料寸法によって決まる値であるため、フェライト材料としてのＣｏ置換による増大効果の優位性は変わらない。
【００７５】
実施例５
本実施例では、本発明のフェライト材料（２）におけるＹやＦｅの一部を、磁気特性やその温度特性の変更、あるいは焼結温度の低温化等に使用される一般的なＢｉ、Ｇｄ、Ａｌで置換した本発明のフェライト材料（３）（組成式：（Ｙｚ−ａ−αＣａａＲα）（Ｆｅ８−ｚ−ｂ−ｃ−β−γＣｏｂＶｃＭβＮγ）Ｏ１２）を以下の手順で調製した。即ち、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を用い、ＹをＢｉ及び／またはＧｄで、ＦｅをＡｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｒの少なくとも一種で置換した組成（Ｙｚ−ａ−αＣａａ（Ｂｉ，Ｇｄ）３＋α）（Ｆｅ８−ｚ−ｂ−ｃ−β−γＣｏｂＶｃ（Ｉｎ，Ａｌ）３＋β（Ｓｎ，Ｚｒ）４＋γ）Ｏ１２において、Ｙをそれぞれ０．１原子のＢｉ、Ｇｄで置換し、Ｆｅをそれぞれ０．１原子のＡｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｒでそれぞれ置換して表５に示す試料Ｎｏ.７１〜８９のフェライト焼結体を得た。
【００７６】
この際、表５に示すように、Ｃｏの影響を観るために、z、ａ、ｂ及び｛２（ａ+ｂ）／（２ｃ＋γ）｝をそれぞれ、ｚ＝３．０４０、ａ＝１．８１８、ｂ＝０、｛２（ａ+ｂ）／（２ｃ＋γ）｝＝２．０２に固定してＣｏを含まない試料Ｎｏ.７１〜７９のフェライト焼結体と、ｚ＝３．０４０、ａ＝１．８１８、ｂ＝０．５０（本発明の範囲内）、｛２（ａ+ｂ）／（２ｃ＋γ）｝＝２．０２に固定してＣｏを含む試料Ｎｏ.８１〜８９のフェライト焼結体に分けた。ここで、｛２（ａ+ｂ）／（２ｃ＋γ）｝は、実施例４における｛２（ａ+ｂ）／（２ｃ＋γ）｝と同様に、ＹサイトのＣａ置換、ＦｅサイトのＣｏ、Ｖ、Ｓｎ、Ｚｒ置換を考慮した電荷バランスの偏倚因子である。尚、Ｂｉ、Ｇｄ、Ａｌ、Ｉｎは全て３価であるため、置換による電荷バランスを考慮する必要はない。また、実施例１、４と同様にフェライト焼結体中に不可避不純物としてＭｎ、Ｓｉ等が含有されることがあるが、本発明の特性に影響を与えるものではない。
【００７７】
そして、各試料を用いて実施例１と同様に、強磁性共鳴半値幅ΔＨ、飽和磁化Ｍｓ、異方性磁界Ｈａ及び誘電損失ｔａｎδを測定し、それぞれの結果を表４に示した。
【００７８】
また、各試料を用いて実施例１と同様の十字ストリップ線路磁気共鳴型アイソレータ素子を作製し、動作周波数５ＧＨｚにおける外部磁界ＨｅｘＩＳＯ.を測定し、その結果を表４に示した。
【００７９】
【表５】
2006044964.tif 000007
【００８０】
表５に示す結果によれば、ｂ＝０のＣｏ置換のない試料Ｎｏ.７１〜７９のフェライト焼結体と、Ｃｏ置換のあるＮｏ．８１〜８９のフェライト焼結体とを比較すると、試料Ｎｏ. ８１〜８９の場合には、Ｂｉ、Ｇｄ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｒで置換したにも拘らず、実施例１、４と同様にＣｏ置換による異方性磁界Ｈａの増大効果と、これに伴う外部磁界ＨｅｘＩＳＯ.の低減効果が認められ、外部磁界印加用磁石の低背化、小型化及び低コスト化を実現できることが判った。この結果から、実施例１のＣｏ置換ガーネット型フェライト材料による本発明の効果はＢｉ、Ｇｄ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｒの各元素の種々の組み合わせで置換したガーネット型フェライト材料においても成立することが判った。
【００８１】
ＦｅサイトのＢｉ、Ｇｄ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｒの各元素で置換した場合には、フェライト焼結体の飽和磁化Ｍｓの変動を伴い、試料の反磁界係数Ｎによって外部磁界ＨｅｘＩＳＯ.も変動し、反磁界係数Ｎが大きい場合には外部磁界ＨｅｘＩＳＯ.の低減効果を確認できない場合もある。しかしながら、反磁界係数Ｎは試料寸法によって決まる値であるため、フェライト材料としてのＣｏ置換による増大効果の優位性は変わらない。
【００８２】
実施例６
本実施例では、実施例５のフェライト材料（３）（組成式：（Ｙｚ−ａ−αＣａａＲα）（Ｆｅ８−ｚ−ｂ−ｃ−β−γＣｏｂＶｃＭβＮγ）Ｏ１２）において、実施例５と同様の手法で、Ｙをそれぞれ０．１原子のＢｉ、Ｇｄで置換し、Ｆｅをそれぞれ０．１原子のＡｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｒでそれぞれ置換して表６に示す試料Ｎｏ.９１〜１１０のフェライト焼結体を得た。
【００８３】
この際、表６に示すように、z、ａ及びｂをそれぞれ、ｚ＝３．０４０、ａ＝１．８１８、ｂ＝０に固定し、｛２（ａ+ｂ）／（２ｃ＋γ）｝を１．９９〜２．４１の範囲で変化させた試料Ｎｏ.９１〜１００のフェライト焼結体と、ｚ＝３．０４０、ａ＝１．８１８、ｂ＝０．５０（本発明の範囲内）に固定し、｛２（ａ+ｂ）／（２ｃ＋γ）｝を１．９９〜２．４１の範囲で変化させた試料Ｎｏ.９１〜１１０のフェライト焼結体に分けた。
【００８４】
そして、各試料を用いて実施例１と同様に、強磁性共鳴半値幅ΔＨ、飽和磁化Ｍｓ、異方性磁界Ｈａ及び誘電損失ｔａｎδを測定し、それぞれの結果を表４に示した。
【００８５】
また、各試料を用いて実施例１と同様の十字ストリップ線路磁気共鳴型アイソレータ素子を作製し、動作周波数５ＧＨｚにおける外部磁界ＨｅｘＩＳＯ.を測定し、その結果を表６に示した。
【００８６】
【表６】
2006044964.tif 000008
【００８７】
表６に示す結果によれば、ｂ＝０のＣｏ置換のない試料Ｎｏ.９１〜１００のフェライト焼結体と、Ｃｏ置換のあるＮｏ．１０１〜１１０のフェライト焼結体とを比較すると、試料Ｎｏ. ９１〜１００の場合には、Ｂｉ、Ｇｄ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｒで置換したにも拘らず、実施例１と同様にＣｏ置換による異方性磁界Ｈａの増大効果と、これに伴う外部磁界ＨｅｘＩＳＯ.の低減効果が認められ、外部磁界印加用磁石の低背化、小型化及び低コスト化を実現できることが判った。この結果から、実施例１のＣｏ置換ガーネット型フェライト材料による本発明の効果はＢｉ、Ｇｄ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｚｒの各元素の種々の組み合わせで置換したガーネット型フェライト材料においても成立することが判った。
【００８８】
しかし、Ｃｏ置換があっても｛２（ａ+ｂ）／（２ｃ＋γ）｝の値が本発明の範囲外の試料Ｎｏ.１０１及び１１０の場合には、他の条件が発明の範囲内にあっても誘電損失ｔａｎδが０．０３０を超え、低損失な非可逆回路素子を得られないことが判った。
【００８９】
尚、本発明は上記実施例に何等制限されるものではなく、本発明の趣旨に反しない限り、本発明に包含される。例えば、特性変更に使用される元素の置換量は０．１原子である必要はなく、必要に応じて適宜変更することが可能である。また、フェライト材料が実装される非可逆性回路は十字ストリップ線路磁気共鳴型アイソレータの他に、従来公知の非可逆性回路を適宜採用することができる。
【００９０】
また、非可逆回路素子としては、前述した十字ストリップ線磁気共鳴型アイソレータまたは導波管型アイソレータの他に、同軸共鳴型アイソレータ、導波管型サーキュレータなど従来公知の非可逆回路素子を適宜適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は、例えば携帯電話やミリ波レーダ等として、また、それらに使用される非可逆回路素子またはその構成材料として好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の非可逆回路素子の一実施形態の要部を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の非可逆回路素子の他の実施形態の要部を示す分解斜視図である。
【図３】本発明の無線装置の一実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００９３】
１０    十字ストリップ線路共鳴型アイソレータ（非可逆回路素子）  １５    フェライト柱（磁性体部材）
２０、３０    導波管共鳴型アイソレータ（非可逆回路素子）
２２、３２Ａ、３２Ｂ  フェライト棒（磁性体部材）
４０    無線装置
４２    アイソレータ（非可逆回路素子）
【図１】
2006044964.tif 000009
【図２】
2006044964.tif 000010
【図３】
2006044964.tif 000011