(57)【要約】  【課題】  高周波用低損失セラミック磁性体を提供する。  【解決手段】本発明のセラミック磁性体は、主要相がスピネル型結晶構造を有し、ＦｅとＣｏとＺｎとの組成比がＦｅ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＺｎＯに換算して、３９．５：５３：７．５ｍｏｌ％と、３９．５：４８：１２．５ｍｏｌ％と、２０：６７．５：１２．５ｍｏｌ％と、２０：５５：２５ｍｏｌ％とで囲まれる組成範囲内にある。このセラミック磁性体は、μ′の温度変化が小さく、数ＧＨｚまでμ″が小さい。そのため、高周波用低損失磁気材料として用いることができる。  【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主要相がスピネル型結晶構造を有し、ＦｅとＣｏとＺｎとの組成比がＦｅ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＺｎＯに換算して、３９．５：５３：７．５ｍｏｌ％と、３９．５：４８：１２．５ｍｏｌ％と、２０：６７．５：１２．５ｍｏｌ％と、２０：５５：２５ｍｏｌ％とで囲まれる組成範囲内にあるセラミック磁性体。
【請求項２】
主要相がスピネル型結晶構造を有し、ＦｅとＣｏとＺｎとの組成比がＦｅ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＺｎＯに換算して、３９．５：５３：７．５ｍｏｌ％と、３９．５：４８：１２．５ｍｏｌ％と、２０：６７．５：１２．５ｍｏｌ％と、２０：５５：２５ｍｏｌ％とで囲まれる組成範囲内にある磁性粒子粉末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種電子機器に用いるセラミック磁性体及び磁性粒子粉末に関し、高周波帯域での損失が小さい磁性材料を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、セラミック磁性体は、原材料であるＦｅ2Ｏ3、ＮｉＯ、ＭｎＯ、ＣｕＯ、ＺｎＯ粉末などを混合し、その混合粉を仮焼・粉砕してスピネル型結晶構造を有する磁性粒子粉末を生成し、この磁性粒子粉末を任意の形状に成形した後、その成形体を焼成して製造されている。このようにして得られたセラミック磁性体は、スピネル型結晶構造を有したスピネルフェライトと呼ばれる。
【０００３】
例えば、下記特許文献１には、高周波で用いるインダクタンス素子の磁心を、
（ＺｎＯ）ｘ（ＣｏＯ）ｙ（Ｆｅ2Ｏ3）ｚ
ただし、ｘ／（ｘ＋Ｙ）≧０．９
１．０≦ｘ＋ｙ≦１．１
０．９≦ｚ≦１．０
から成る材料、即ち、酸化亜鉛を多量に（５０ｍｏｌ％程度）含有するフェライト材料で形成することが記載されている。
【０００４】
電子回路は、そこで用いるセラミック磁性体の複素透磁率
μ＝μ′−μ″×ｉ
（μ′：複素透磁率の実数部、μ″：複素透磁率の虚数部、i：虚数単位）
に強く影響を受ける。
μ′は、磁性体としての利用価値を示すパラメーターであり、外部磁場に対して位相ずれがない状態での増幅度を意味し、１よりも大きければ磁性体として作用する。また、セラミック磁性体を組み込んだ電子回路は、約０〜８５℃の外気温度範囲で実用に供されるが、一般にμ′には温度依存性が存在し、この温度依存性が大きいと、外気温度によっては必要な性能を発揮できないことがある。従って、μ′の温度変化は、小さいほど望ましい。
【０００５】
これに対して、μ″は、エネルギー損失の度合いを示している。μ″が増大すると回路や素子のＱなどの低下による損失の増大を招くため、信号系回路で低損失材料として用いる場合には、μ″は小さいほど望ましい。一方、ノイズ対策系の回路では、μ″はノイズ成分を熱エネルギーに変換して除去するので、高損失材料として用いる磁性体では、μ″が大きいほど望ましい。
【０００６】
また、セラミック磁性体の透磁率には周波数依存性があり、ある周波数以上になるとμ″は急激に増大し、さらに周波数が高くなるとμ′が減少する。したがって、信号系回路では、μ″が急激に増大する周波数よりも低い周波数領域で用いられ、ノイズ対策系回路では、その周波数より高い周波数領域で利用される。このセラミック磁性体の使用周波数限界は、μ′が減少して１となる周波数である。また、セラミック磁性体の低損失材料としての使用限界周波数は、μ″が急激に増大する周波数となる。
前記特許文献１に記載されている磁性体は、低損失材料であり、低周波回路から２００ＭＨｚ前後までの電子回路用として用いることができる。
【０００７】
また、下記特許文献２には、コバルト亜鉛フェライトからなるマイクロ波抵抗体が記載されている。このセラミック磁性体は、不要電磁波を吸収する高損失材料として用いられており、酸化コバルト４５ｍｏｌ％、酸化亜鉛５ｍｏｌ％、酸化鉄５０ｍｏｌ％の原材料で形成され、５．９〜６．４ＧＨｚ帯のマイクロ波領域で２０ｄＢ以上の反射損失特性を有している。
また、下記特許文献３には、高周波領域で使用可能な低損失の磁性体として、Ｆｅ2Ｏ3、ＢａＣＯ3、ＣｏＯ、ＳｒＣＯ3を用いて形成するセラミック磁性体が記載されている。この磁性体の組成は、一般式
Ｃｏ2（Ｂａ1-xＳｒx）3Ｆｅ24Ｏ41
（０．１≦ｘ≦０．６）
で表され、六方晶系結晶構造を有している。この特許文献３には、この六方晶フェライトの５００ＭＨｚまでの測定データが示されている。
【特許文献１】特開昭６１−８０８０７号公報
【特許文献２】特開平３−８３８７４号公報
【特許文献３】特開平５−３６５１７公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、これまでの磁性材料では、ＧＨｚレベルの周波数領域まで低損失である材料は得られていない。
酸化亜鉛を多量に含有するフェライト材料について記述された前記特許文献１では、０．２５ＧＨｚ以上の特性は全く考慮されていない。
また、前記特許文献２に記載されたマイクロ波抵抗体用の磁性体は、５．９〜６．４ＧＨｚの高損失材料として開発されたものであり、低損失なセラミック磁性体への応用は困難である。
また、前記特許文献３に記載された六方晶フェライトは、そのμ″が急激に増大する周波数が１ＧＨｚ未満であることから、数ＧＨｚまで低損失なセラミック磁性体への応用は困難である。
【０００９】
本発明は、こうした従来の問題点を解決するものであり、ＧＨｚのレベルまでμ″が小さく、低損失であるセラミック磁性体、及び、磁性粒子粉末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】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明は以下の構成を有する。
本発明のセラミック磁性体は、主要相がスピネル型結晶構造を有し、ＦｅとＣｏとＺｎとの組成比がＦｅ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＺｎＯに換算して、３９．５：５３：７．５ｍｏｌ％と、３９．５：４８：１２．５ｍｏｌ％と、２０：６７．５：１２．５ｍｏｌ％と、２０：５５：２５ｍｏｌ％とで囲まれる組成範囲内にある。
このセラミック磁性体は、μ′の温度変化が小さく、数ＧＨｚまでμ″が小さい。そのため、高周波用低損失磁気材料として用いることができる。
【００１１】
また、本発明の磁性粒子粉末は、主要相がスピネル型結晶構造を有し、ＦｅとＣｏとＺｎとの組成比がＦｅ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＺｎＯに換算して３９．５：５３：７．５ｍｏｌ％と、３９．５：４８：１２．５ｍｏｌ％と、２０：６７．５：１２．５ｍｏｌ％と、２０：５５：２５ｍｏｌ％とで囲まれる組成範囲内にある。
この磁性粒子粉末は、焼成して上記セラミック磁性体を得ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のセラミック磁性体は、μ′の温度変化が小さく、数ＧＨｚまでμ″が小さいため、電子回路において当該周波数帯でのセラミック磁性体に起因する損失を低減することができる。
また、本発明の磁性粒子粉末は、焼結して、このセラミック磁性体を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施形態として、セラミック磁性体の製造方法と、そのセラミック磁性体の特性ついて説明する。
このセラミック磁性体の出発原料として市販の酸化鉄粉と炭酸コバルト粉と酸化亜鉛粉とを用い、これらをＦｅ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＺｎＯに換算してＦｅ2Ｏ3＝３０．０ｍｏｌ％、ＣｏＯ＝５７．５ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝１２．５ｍｏｌ％の組成比となるように配合し、これに純水を適量加えてボールミルを用いて混合した後、乾燥して混合粉を生成し、この混合粉を９００℃で仮焼した後、遊星ボールミルを用いて粉砕し、磁性粒子粉末（これを「仮焼粉」と言うことにする）を生成した。
この仮焼粉の主要相は、Ｘ線回折の結果からスピネル型結晶構造であり、その平均粒子径は１．８μｍであり、ＢＥＴ比表面積は３．６ｍ2／ｇであった。
【００１４】
この仮焼粉にＰＶＡ（ポリビニルアルコール）水溶液を適量添加して混練することにより平均粒径３００μｍφ程度の造粒粉を生成し、この造粒粉をリング形状に成形し、１１８０℃で焼成して、トロイダル状のセラミック磁性体を得た（本発明品）。
また、本発明品と特性を比較するため、本発明品と近い透磁率の値を示すＣｏＺ型六方晶フェライトによるトロイダル状のセラミック磁性体を作製した(比較品)。
【００１５】
図１には、得られた本発明品及び比較品の複素透磁率（μ′及びμ″）の周波数特性を示している。図１から明らかなように、比較品では、６００ＭＨｚでμ″が急激に増大しているが、本発明品では、３ＧＨｚでμ″が急激に増大している。即ち、本発明品は、３ＧＨｚまで低損失なセラミック磁性体であることが分かる。
また、図２には、酸化鉄粉と炭酸コバルト粉と酸化亜鉛粉との配合割合を種々に変えて前記方法で仮焼粉及びトロイダル状のセラミック磁性体を作成した試料（１〜１５）の「仮焼粉の特性（平均粒子径及びＢＥＴ比表面積）」と「セラミック磁性体の特性（１ＧＨｚでのμ′及びμ″の値、μ′の温度変化）」とを示している。各試料の組成は、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＺｎＯに換算した組成比で示している。
【００１６】
図２の結果より、Ｆｅ成分が多くなるにしたがって、試料１のように、μ′の温度変化が大きくなり、優れた温度特性が要求される用途に適合しなくなることが分かる。また、Ｆｅ成分が少なくなると、試料１４、１５のようにμ′が小さくなってしまうため、必要以上にＦｅ成分を少なくするのは望ましくないことが分かる。また、Ｚｎ成分が少なくなると、試料１０、１３のようにμ′が小さくなってしまうため、必要以上にＺｎ成分を少なくするのは望ましくないことが分かる。Ｚｎ成分が多くなると、試料７、１１、１２のようにμ″が大きくなり低損失が要求される用途には適合しなくなる。また、試料６、８のようにＦｅ成分が少ない場合は、Ｚｎ成分が、比較的多くなっても、μ″は増大しなかった。
【００１７】
以上の結果から、磁性体の組成範囲を、図３に斜線で示す範囲、即ち、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｎの組成比がＦｅ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＺｎＯ換算で３９．５：５３：７．５ｍｏｌ％と、３９．５：４８：１２．５ｍｏｌ％と、２０：６７．５：１２．５ｍｏｌ％と、２０：５５：２５ｍｏｌ％とで囲まれる組成範囲に設定することにより、１ＧＨｚでのμ′が１．５以上であり、μ″が０．１以下であり、μ′の温度変化が０．０２／℃以下であるセラミック磁性体が得られることが分かる。必要以上にこの組成範囲を超えても有用な効果は現れない。また、得られたセラミック磁性体は、Ｘ線回折による解析結果から、若干のＣｏＯ等の異相が認められる場合もあるが、スピネル型結晶構造が主要相であった。
【００１８】
また、得られた仮焼粉は、Ｘ線回折による解析結果から、若干のＺｎＦｅ2Ｏ4、ＺｎＣｏ2Ｏ4等の異相が認められるものの、スピネル型結晶構造が主要相であり、その平均粒子径は０．５〜１０μｍであり、そのＢＥＴ比表面積は０．５〜１０ｍ2／ｇであった。平均粒子径とＢＥＴ比表面積とが上記範囲外である場合は、緻密なセラミック磁性体を得ることが困難になる。
【００１９】
また、出発原料として用いる炭酸コバルトは、仮焼する過程で酸化物に変化するので、ＣｏＯ、Ｃｏ3Ｏ4のような酸化コバルトを出発原料として用いても同様の効果が得られる。また、仮焼温度は、Ｆｅ2Ｏ3、ＺｎＯ等の出発原料が仮焼粉に含有されない、８００〜１０００℃前後の温度を選択することが望ましい。これは、出発原料が多量に仮焼粉に含有されると、成形体の焼成過程で、特に成形体のサイズが大きい程、亀裂が生じる可能性があるためである。
【００２０】
また、焼成温度は１０５０℃〜１２５０℃でセラミック磁性体が緻密になる温度を選択することが望ましい。焼結の進行は、組成や仮焼粉の平均粒子径に依存するため、用いる仮焼粉により、若干の調整を行う必要が生じる。
【００２１】
なお、複素透磁率は、ネットワークアナライザーＨＰ８７５３Ｃ（アジレント・テクノロジー（株）製）を用いて同軸管法より求めた。また、μ′の温度変化は、８５℃及び０℃で測定した１ＧＨｚでのμ′の値から１℃あたりの変化量を算出した。また、結晶構造の同定には、Ｘ線回折装置ＲＡＤ−ＡＩＩ（理学電機（株）製）を用いた。また、平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置（Ｓｙｍｐａｔｅｃ ＧｍｂＨ製）で測定したｘ50の値で示した。また、ＢＥＴ比表面積は、Ｍｏｎｏｓｏｒｂ ＭＳ−ＩＩ（湯浅アイオニックス（株）製）を用いてＢＥＴ法により求めた。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明のセラミック磁性体は、高周波用の低損失磁気材料として、家庭用電気機器、ＯＡ機器、通信機器、産業機器、情報機器等、各種電子機器に用いることができる。
また、本発明の磁性粒子粉末は、焼結して前記セラミック磁性体を製造する原材料として流通・頒布することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態におけるセラミック磁性体の複素透磁率の周波数特性を示す図
【図２】組成を変えて生成した各試料の特性を示す図
【図３】本発明の実施形態におけるセラミック磁性体の組成範囲を示す図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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