(57)【要約】【課題】高周波数化、低損失化や温度安定化が可能な高周波用磁性体磁器およびそれを用いた高周波回路部品を提供する。【解決手段】一般式（Ｙｚ−ａ−ｂＣａａＧｄｂ）（Ｆｅ８−ｚ−ｃ−ｄＩｎｃＶｄ）Ｏ１２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磁器であって、３．００＜ｚ≦３．０９、２．００＜ａ／ｄ≦２．４０、０≦ｂ≦２．００、０＜ｃ＜１．００、０＜ｄ≦１．５０を満たすことを特徴とする高周波用磁性体磁器を用いて、高周波回路部品を設計する。【選択図】図１
2004075503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般式（Ｙｚ−ａ−ｂＣａａＧｄｂ）（Ｆｅ８−ｚ−ｃ−ｄＩｎｃＶｄ）Ｏ１２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磁器であって、前記一般式において、
３．００＜ｚ≦３．０９
２．００＜ａ／ｄ≦２．４０
０≦ｂ≦２．００
０＜ｃ＜１．００
０＜ｄ≦１．５０
を満たすことを特徴とする高周波用磁性体磁器。
【請求項２】
請求項１記載の高周波用磁性体磁器と、前記高周波用磁性体磁器に絶縁状態で交叉上に配置された複数の中心導体と、前記高周波用磁性体磁器および各中心導体に直流磁界を印加する磁界発生部とを備えることを特徴とする、高周波回路部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波用磁性体磁器、特にサーキュレータ、アイソレータなどの非可逆回路素子を構成するのに適した高周波用磁性体磁器、およびこの高周波用磁性体磁器を用いて構成する高周波回路部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、通信機器の分野においては、機器の小型化、使用周波数の高周波数化が進んでおり、この分野において使用される高周波回路部品に対して、小型化、広帯域化、低損失化などの要求が高まっている。
【０００３】
上記高周波回路部品の代表的なものとしては、たとえば、主として２００ＭＨｚ以上で使用されるサーキュレータ、アイソレータ、ジャイレータなどの非可逆回路素子がある。これらを構成する高周波用磁性体磁器に一般的に要求される特性としては、強磁性体であり、強磁性共鳴半値幅ΔＨが４．００ｋＡ／ｍ以下と小さく、使用周波数に適した飽和磁化Ｍｓおよび飽和磁化温度係数α（Ｍｓ）を持ち、キュリー温度Ｔｃが使用温度（−４０〜１００℃）より高く、誘電損失ｔａｎδが小さいこと（ｔａｎδ≦０．００２）などがあげられる。
【０００４】
これらの条件をある程度満たすものとして、Ｙ−Ｆｅ系ガーネット型磁性体（以下ＹＩＧと称す）が知られている。また、（Ｃａ、Ｙ）３（Ｆｅ、Ｖ）５Ｏ１２の化学式で表される、ＹＩＧとＣａ−Ｖ系ガーネット型磁性体（以下ＣＶＧと称す）との固溶体も、Ｃａｒｌ　Ｅ．　Ｐａｔｔｏｎ　”Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　Ｌｉｎｅｗｉｄｔｈ　ｄｕｅ　ｔｏ　Ｐｏｒｏｓｉｔｙ　ａｎｄ　Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ　ｉｎ　Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　Ｙｔｔｒｉｕｍ　Ｉｒｏｎ　Ｇａｒｎｅｔ　ａｎｄ　Ｃａ−Ｖ−Ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｄ　Ｙｔｔｒｉｕｍ　Ｉｒｏｎ　Ｇａｒｎｅｔ　ａｔ　１０ＧＨｚ”　Ｐｈｙｓ．　Ｒｅｖ．，　ｖｏｌ．　１７９，　Ｎｏ．　２　（１９６９）　などの文献によって広く知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記ＹＩＧやＹＩＧ−ＣＶＧ固溶体など、従来の高周波用磁性体磁器では、ΔＨを改善するためにＦｅをＩｎで置換すると、α（Ｍｓ）が大幅に低下してしまうという問題があった。また、ΔＨを悪化させることなしに、使用する周波数に応じて飽和磁化を任意に調整することは困難であった。よって、上記高周波用磁性体磁器を用いた高周波回路部品の特性についても満足できないという問題を生じている。
【０００６】
本発明は上記問題点を解決するものであり、ΔＨの低減を維持しながら、Ｍｓの設定範囲を広げ、α（Ｍｓ）を最適化することが可能な高周波用磁性体磁器、およびこの高周波用磁性体磁器を用いて、高周波数化、低損失化、温度安定化を実現したアイソレータ、サーキュレータ等の高周波回路部品を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の高周波用磁性体磁器は、上記目的を達成するために、
一般式（Ｙｚ−ａ−ｂＣａａＧｄｂ）（Ｆｅ８−ｚ−ｃ−ｄＩｎｃＶｄ）Ｏ１２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磁器であって、前記一般式において、
３．００＜ｚ≦３．０９、
２．００＜ａ／ｄ≦２．４０、
０≦ｂ≦２．００、
０＜ｃ＜１．００、
０＜ｄ≦１．５０
を満たすことを特徴としている。
【０００８】
上記構成によれば、ΔＨを小さい値に維持しながら所望のＭｓ、α（Ｍｓ）の値を得ることができるので、上記構成による高周波用磁性体磁器を用いて、高周波回路部品の高周波数化および低損失化が可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の高周波用磁性体磁器における実施の形態を、各実施例に基づいて説明する。
【００１０】
（実施例１）
出発原料として、純度９９％以上のＹ２Ｏ３、ＣａＣＯ３、Ｇｄ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５のそれぞれの粉末を用意した。これらの原料粉末を一般式（Ｙｚ−ａ−ｂＣａａＧｄｂ）（Ｆｅ８−ｚ−ｃ−ｄＩｎｃＶｄ）Ｏ１２の組成式となるように、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｚを表１の値にしてそれぞれ配合した。このとき、原料中から、Ｃｌ、Ｍｎ、Ｓｉなどの不可避不純物が、磁器中に換算して０．５ｗｔ％未満、Ａｌ、Ｇｄを除く稀土類元素（Ｃｅ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｓｍ等）やＢｉ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｐ、Ｓ、Ｓｒなどの不可避不純物が、磁器中に換算して０．０５ｗｔ％未満、混入しても良い。
【００１１】
これら調合された原料粉末を、ジルコニアが主成分である玉石を用いたボールミル法によって湿式混合した後、９００〜１２００℃の温度で仮焼を行った。このとき、ジルコニアを主成分とする玉石より、磁器中に換算して０．３ｗｔ％未満のＺｒが混入しても良い。
【００１２】
その後、上記仮焼粉末を粉砕し、バインダーを加えて乾燥、造粒し、プレス成型で直径８ｍｍ、厚さ１ｍｍの円板に成型した。この円板を２００〜５００℃で脱脂した後、１０００〜１４００℃の温度で１〜３０時間焼成し、高周波用磁性体磁器を得た。最適な焼成条件は、組成により大きく異なったので、焼結密度やΔＨをもとに最適化させた。
【００１３】
ΔＨやｔａｎδの測定はＪＩＳ−Ｃ２５６５に従って行った。また、Ｍｓおよびα（Ｍｓ）は振動試料磁力計で測定した。表中の低温とは−４０〜３０℃、高温とは３０〜１００℃を示す。なお、試料ＮＯに＊印を付したものは本発明の範囲外であることを示す。
【００１４】
【表１】
2004075503.tif 000003
【００１５】
表１の各試料ＮＯ３〜１１から明らかなように、ｚを３．００＜ｚ≦３．０９の範囲に設定することにより、ΔＨをｚ＝３．００のときに比べて小さく出来ることが分かった。
【００１６】
試料ＮＯ１、２から明らかなように、ｚが３．００以下の場合（ｚ≦３．００）、ｚ＝３．０１〜３．０９のときに比べてΔＨやｔａｎδが大きくなり、好ましくない。これは、異相が析出するためである。また、試料ＮＯ１２のように、ｚが３．０９より大きい場合（ｚ＞３．０９）も同様に異相が析出し、ｚ＝３．０１〜３．０９のときに比べてΔＨやｔａｎδが大きくなり、好ましくない。この結果から、ｚを３．００＜ｚ≦３．０９の範囲内に限定する。また、より好ましくは３．０４≦ｚ≦３．０６の範囲内であることが分かる。
【００１７】
（実施例２）
次に、（Ｙｚ−ａ−ｂＣａａＧｄｂ）（Ｆｅ８−ｚ−ｃ−ｄＩｎｃＶｄ）Ｏ１２の組成式で表される高周波用磁性体磁器において、Ｃａ／Ｖ比であるａ／ｄを種々変化させた各試料を実施例１と同様に作製した。そして、作製した各試料について実施例１と同様に測定した。測定結果を表２に示す。
【００１８】
【表２】
2004075503.tif 000004
【００１９】
ＹＩＧ−ＣＶＧ固溶体において、Ｃａは２価の陽イオン、Ｖは５価の陽イオンである。これらの元素でＹやＦｅといった３価の陽イオンを置換するため、従来は電荷補償のためにａ／ｄ＝２．００でなければならないとされていた。しかし、表２の各試料ＮＯ１４〜２３から明らかなように、ａ／ｄを２．００＜ａ／ｄ≦２．４０の範囲に設定することにより、ΔＨをａ／ｄ＝２．００のときに比べて小さくできることが分かった。
【００２０】
試料ＮＯ１３から明らかなように、Ｃａ／Ｖ比が２．００の場合（ａ／ｄ＝２．００）、ａ／ｄ＝２．０１〜２．４０のときに比べてΔＨが大きくなり、好ましくない。また、試料ＮＯ２４のように、ａ／ｄが２．４０より大きい場合（ａ／ｄ＞２．４０）、過剰なＣａによる異相が生成するため、ａ／ｄ＝２．０１〜２．４０のときに比べてΔＨが大きくなり、好ましくない。この結果から、ａ／ｄを２．００＜ａ／ｄ≦２．４０の範囲内に限定する。また、より好ましくは２．０１≦ａ／ｄ≦２．２０の範囲内であることが分かる。
【００２１】
（実施例３）
次に、（Ｙｚ−ａ−ｂＣａａＧｄｂ）（Ｆｅ８−ｚ−ｃ−ｄＩｎｃＶｄ）Ｏ１２の組成式で表される高周波用磁性体磁器において、Ｇｄ量であるｂとＩｎ量であるｃを同時に種々変化させた各試料を実施例１と同様に作製した。そして、作製した各試料について実施例１と同様に測定した。測定結果を表３に示す。
【００２２】
【表３】
2004075503.tif 000005
【００２３】
表３の各試料ＮＯ２５〜５４から明らかなように、ΔＨはｃ（Ｉｎ量）＝０．００（試料ＮＯ２５〜３０）のときを除いて４．００ｋＡ／ｍ以下が得られた。Ｍｓはｂ（Ｇｄ量）増加により減少した。また、Ｍｓはｃ≦０．５０の範囲ではｃ（Ｉｎ量）の増加により増加し、ｃ＞０．５０の範囲ではｃの増加により減少した。α（Ｍｓ）は、ｂを２．００より大きく（試料ＮＯ３６、４２、４８、５４）すると低温時のα（Ｍｓ）が−０．１５％／℃以上となってしまい、フェライト磁石と温度係数の差が大きすぎるため、回路部品の温度安定性が悪化し問題となる。ｃを１．００以上（試料ＮＯ４９〜５４）にすると、キュリー温度が１００℃以下となってしまい、高温で使用できなくなるという問題が生じる。以上によりｂを０≦ｂ≦２．００、ｃを０＜ｃ＜１．００である範囲に限定する。
【００２４】
（実施例４）
次に、（Ｙｚ−ａ−ｂＣａａＧｄｂ）（Ｆｅ８−ｚ−ｃ−ｄＩｎｃＶｄ）Ｏ１２の組成式で表される高周波用磁性体磁器において、Ｃａ量ａとＶ量ｄを同時に種々変化させた各試料を実施例１と同様に作製した。そして、作製した各試料について実施例１と同様に測定した。測定結果を表４に示す。
【００２５】
【表４】
2004075503.tif 000006
【００２６】
表４の各試料ＮＯ５５〜６５から明らかなように、Ｍｓは、ｄ（Ｖ量）を増加させることにより自由に調整できることが分かった。ちなみに、ｄ≦０．８ではＭｓが減少し、ｄ≧１．０ではＭｓが増加に転じることが判明した。また、試料ＮＯ５５から、ｄ＝０の場合、ΔＨが悪化することが判明した。試料ＮＯ６５からは、ｄが１．５０より大きい場合（ｄ＞１．５０）、ΔＨとｔａｎδが悪化することが判明した。これは、Ｖ酸化物が結晶から析出して異相を形成するためである。α（Ｍｓ）は、ａやｄの影響を受けなかった。以上により、ｄを０＜ｄ≦１．５０である範囲に限定する。
【００２７】
次に、本発明の高周波用磁性体磁器を用いた非可逆回路素子について説明する。本発明の高周波回路部品である非可逆回路素子は、図１に示すように、磁器素子２ａ、２ｂと、中心導体３ａ、３ｂ、３ｃと、絶縁膜４ａ、４ｂとからなる本体１を有し、本体１の上部および下部には、その軸方向に直流磁界Ｈを印加するように永久磁石（図示せず、磁界発生部）を備えている。
【００２８】
磁器素子２ａ、２ｂは、本発明に係る高周波用磁性体磁器を用いた円板形状であり、本体１内の電界分布を制御する働きがある。その直径および厚さは、使用する周波数や入力インピーダンスに応じてそれぞれ設定されている。
【００２９】
磁器素子２ａ上には、帯状の金属箔、たとえばＣｕ箔よりなる中心導体３ａ、３ｂ、３ｃが配置されている。中心導体３ａ、３ｂ、３ｃは、磁器素子２ａの上表面（軸方向−端面）の中心を通り径方向に延びて横断し、さらに磁器素子２ａの側面に至る形状とされており、互いに所定の角度を有して交叉するように配置されている。各中心導体３ａ、３ｂ、３ｃが互いに交叉する角度は等角度が、後述するサーキュレータやアイソレータの機能を発揮するのに好都合であり好ましい。
【００３０】
中心導体３ａと３ｂ、３ｂと３ｃの間には、磁器素子２ａより小径な電気絶縁材料よりなる、短絡防止用の絶縁膜４ａ、４ｂが、磁器素子２ａと同軸上に配置されている。さらに中心導体３ｃ上には磁器素子２ｂが、磁器素子２ａに対し同軸上に積層し固定されている。
【００３１】
上記非可逆回路素子においては、直流磁界Ｈの大きさを調整することにより、投入された高周波電力の電界分布を本体内にて移動させることができる。たとえば、中心導体３ａにおける磁器素子２ａの側面部に延びた部分を端子５ａとして、その端子５ａに投入した高周波電力を中心導体３ｂの端子５ｂに出力することができ、サーキュレータとしての機能を発揮できる。
【００３２】
また、このような非可逆回路素子は、たとえば、中心導体３ｃの端子５ｃに無反射終端を接続すれば、中心導体３ｂの端子５ｂから投入される高周波電力が端子５ｃから出力されて無反射終端により全て吸収されるので、アイソレータ（順方向の高周波は導通するが、逆方向の高周波は非導通となる）として機能できるものとなる。
【００３３】
本発明の高周波用磁性体磁器を用いた、上記非可逆回路素子では、ΔＨを小さく維持しながらＭｓを任意に設定できるので、高周波数化、低損失化が可能となる。なお、上記非可逆回路素子の各磁器素子２ａ、２ｂの一部にて各絶縁体を形成する一体型の非可逆回路素子でも同様の効果を奏する。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、本発明の高周波用磁性体磁器は、一般式（Ｙｚ−ａ−ｂＣａａＧｄｂ）（Ｆｅ８−ｚ−ｃ−ｄＩｎｃＶｄ）Ｏ１２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磁器であって、前記一般式において、
３．００＜ｚ≦３．０９
２．００＜ａ／ｄ≦２．４０
０≦ｂ≦２．００
０＜ｃ＜１．００
０＜ｄ≦１．５０
を満たすことを特徴とする。
【００３５】
本発明においては、上記式のａ、ｂ、ｃ、ｄの置換量を変化させることで、ΔＨを小さく維持しながら、Ｍｓの設定範囲を広げ、α（Ｍｓ）を最適化することが可能である。その結果、本発明の高周波用磁性体磁器を用いたアイソレータ、サーキュレータ等の高周波回路部品では、高周波数化、低損失化、温度安定化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高周波用磁性体磁器を用いた高周波回路部品の分解斜視図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　　本体
２ａ、２ｂ　　　　磁器素子
３ａ、３ｂ、３ｃ　中心導体
４ａ、４ｂ　　　　絶縁膜
【図１】
2004075503.tif 000007