軟磁性フェライト、磁気回路およびインダクタンス素子
【課題】特定の方向に特に高い透磁率を有し、且つ優れた高周波特性を有する六方晶フェライトを提供する。
【解決手段】軟磁性フェライトであって、ｃ面を磁化容易面とするフェライトの結晶粒を有し、前記結晶粒のｃ面が少なくとも一の方向に平行になるような配向性を有し、前記一の方向の反磁界係数が０より大きくなるような形状を有することを特徴とする。さらには、前記一の方向の比透磁率実数部が１００ＭＨｚの比透磁率実数部の７０％になる周波数をｆａ７０とし、前記一の方向に直交する方向の比透磁率実数部が１００ＭＨｚの比透磁率の７０％になる周波数をｆｐ７０としたとき、ｆａ７０／ｆｐ７０の最大値が１.２以上であることを特徴とする。
【解決手段】軟磁性フェライトであって、ｃ面を磁化容易面とするフェライトの結晶粒を有し、前記結晶粒のｃ面が少なくとも一の方向に平行になるような配向性を有し、前記一の方向の反磁界係数が０より大きくなるような形状を有することを特徴とする。さらには、前記一の方向の比透磁率実数部が１００ＭＨｚの比透磁率実数部の７０％になる周波数をｆａ７０とし、前記一の方向に直交する方向の比透磁率実数部が１００ＭＨｚの比透磁率の７０％になる周波数をｆｐ７０としたとき、ｆａ７０／ｆｐ７０の最大値が１.２以上であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波用磁性材料に係るもので、特に数ＭＨｚから数ＧＨｚまでの高周波帯域においてチョークコイルやノイズ除去素子などの電子部品や電波吸収体に使用される六方晶フェライトに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話や無線ＬＡＮ、パソコンなどの信号の高周波化に伴い、装置内部で使用される素子もまた高周波で使用可能なものが要求されている。このような要求に対し、従来用いられてきたスピネル系フェライトでは高周波帯域においてスネークの限界と呼ばれる周波数限界が存在するため使用することが困難となる。そこで六方晶系の結晶構造を有する六方晶フェライトがかかる周波数限界を超える高周波用材料として検討されている。
【０００３】
六方晶系フェライトの中でも特にＣｏを含有したＺ型フェライトおよびＹ型フェライトが比較的高い透磁率を有し優れた高周波特性を示すことが知られている。またＣｏを含有するＺ型およびＹ型フェライトはｃ面を磁化容易面として持つため、成形時に外部から印加される静磁界により結晶のｃ面を磁場印加方向に平行になるように揃えることができる。ｃ面を磁場印加方向に平行に揃えることで磁場印加方向の透磁率の向上を図ることが可能である（以降この操作を一方向配向とよび、磁場を印加した方向を法線に持つ面をｃ軸配向面と呼ぶ）。また、成形時に外部から印加する回転磁場により結晶粒子のｃ軸方向を揃える操作(以降この操作を面配向と呼び、この操作が行なわれた面を配向面と呼ぶ)を行うことが可能である。面配向を行うことにより、配向面内の透磁率の向上を図ることが可能である。
【０００４】
特許文献１では回転磁界を印加することにより、Ｚ型フェライトを面配向できることが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特公昭３５−１１２８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１ではＺ型フェライト結晶を面配向させ、配向面内の比透磁率が３０である面配向したＺ型フェライトの焼結体が得られたとの記述がある。しかしながらスピネルフェライトに比べ高い共鳴周波数を持つＺ型フェライトであってもその共鳴周波数は約１ＧＨｚに存在し、それより高い周波数では比透磁率は著しく減衰し、１ＧＨｚ以上の高周波帯域で使用するには十分なものとはいえなかった。
【０００７】
本発明は上記点に鑑み、高い透磁率を高周波帯域まで維持し、周波数特性に優れた軟磁性フェライト、さらにはそれを用いた磁気回路およびインダクタンス素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の軟磁性フェライトは、ｃ面を磁化容易面とするフェライトの結晶粒を有し、前記結晶粒のｃ面が少なくとも一の方向に平行になるような配向性を有し、前記一の方向の反磁界係数が０より大きくなるような形状を有することを特徴とする。反磁界係数が０より大きいとは、反磁界が生じる形状を意味し、周方向に面配向して閉磁路を構成しているリング形状のようなものを除く趣旨である。ｃ面が少なくとも一の方向に平行になるような配向性を有し、該方向の反磁界係数が０より大きくなる形状とすることによって、該方向の透磁率が反磁界係数が０の場合に比べて、より高周波側まで維持される。
【０００９】
また、前記軟磁性フェライトにおいて、前記一の方向に垂直な面内方向にｃ軸が配向していることが望ましい。かかる構成は、一方向の直流磁界を印加してフェライト粒子を配向させた場合に得られる構成であり、簡易な方法で得られる低コスト化に有利な構成である。
【００１０】
さらに、前記軟磁性フェライトにおいて、前記一の方向に垂直な他の一方向にｃ軸が配向していることが望ましい。かかる構成にすることで、前記他の一の方向に垂直な面内の任意の方向に透磁率の周波数特性向上の効果が得られるため、使用される磁気回路における配置の自由度が上がる。
【００１１】
さらに、前記軟磁性フェライトにおいて、前記一の方向の比透磁率実数部が１００ＭＨｚの比透磁率実数部の７０％になる周波数をｆａ７０とし、前記一の方向に直交する方向の比透磁率実数部が１００ＭＨｚの比透磁率の７０％になる周波数をｆｐ７０としたとき、ｆａ７０／ｆｐ７０の最大値が１.２以上であることを特徴とする。反磁界係数が０より大きくなるような形状を採用することによって透磁率の周波数特性を向上させることができ、該向上の指標としてのｆａ７０／ｆｐ７０が１.２以上となれば、前記一の方向の透磁率の周波数特性に特に優れた軟磁性フェライトを提供することができる。
【００１２】
さらに、前記軟磁性フェライトはＺ型フェライトであり、前記一の方向の比透磁率実数部の絶対値が３ＧＨｚで６以上であることを特徴とする。前記構成によって前記一の方向の透磁率の周波数特性を改善し、従来の概念のＺ型フェライトでは実現できなかった３ＧＨｚで６以上の透磁率を実現することが可能である。これによって従来のＺ型フェライトでは、適用できなかった１ＧＨｚを超える高周波領域での使用が可能となる。
【００１３】
本発明の磁気回路は、前記軟磁性フェライトを用いた磁気回路であって、前記一方向を磁路方向として用いることを特徴とする。軟磁性フェライトの透磁率の周波数特性が向上した方向を磁気回路の磁路方向とすることで、磁気回路をより高い周波数まで機能させることができる。
【００１４】
本発明のインダクタンス素子は、軟磁性フェライトを用いたインダクタンス素子であって、前記一方向を磁路方向として用いることを特徴とする。軟磁性フェライトの透磁率の周波数特性が向上した方向を磁路方向として用いることにより、より高い周波数まで高いインピーダンスを発現するインダクタンス素子を提供することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高い透磁率を高周波帯域まで維持し、周波数特性に優れた軟磁性フェライトを提供することができる。本発明の軟磁性フェライトを使用することにより、より高い周波数まで使用可能な磁気回路、およびチョークコイル、インダクタ、電波吸収体、磁性アンテナ、カレントトランスなどのインダクタンス素子を提供することも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の軟磁性フェライトについて六方晶Ｚ型フェライトの焼結体の実施形態によって具体的に説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。本発明に係る軟磁性フェライトは、本発明において特に規定する以外は、フェライトの製造に適用される通常の粉末冶金的方法によって製造することができる。通常の粉末冶金的方法とは以下のとおりである。例えば素原料を湿式のボールミルにて混合し、電気炉などを用いて仮焼することにより仮焼粉を得る。また得られた仮焼粉を湿式のボールミルなどを用いて粉砕し、得られた粉砕粉をプレス機により成形し、例えば電気炉などを用いて焼成を行い、六方晶Ｚ型フェライト焼結体を得る。
【００１７】
本発明においては、前記成形に供する粉砕粉を、例えば以下のようにして作製する。上述のようにして得られた焼結体をジョークラッシャーやディスクミルなどを用いて粉砕し、粗粉を得る。得られた粗粉は振動ミル、ボールミル、ジェットミルなどを用いて粉砕を行い、微粉を得る。得られた微粉に水を加えてスラリーとし、磁界を印加しながらプレスする。得られた成形体を乾燥処理した後、再焼結しフェライト焼結体を得る。
【００１８】
以下、本発明に係る軟磁性フェライトについて具体的に説明する。本発明では、ｃ面を磁化容易面とするフェライトを対象とする。軟磁性フェライトのうち、磁化容易面を有するものは、その性質を利用して配向させて異方性を持たせることが可能である。磁化容易面を有する軟磁性フェライトとしては、六方晶Ｚ型フェライト、六方晶Ｙ型フェライトがある。これらはｃ軸に垂直なｃ面を磁界容易面として持つ。かかる軟磁性フェライトの結晶粒が、そのｃ面が一の方向に平行になるように配向している状態が本発明に係る軟磁性フェライトの特徴の一つである。かかる構成を具現できる軟磁性フェライトの代表的な態様は、軟磁性フェライト焼結体である。すなわち軟磁性フェライト焼結体を構成する結晶粒が、そのｃ面が一の方向に平行になるように配向していればよく、結晶粒が大きくなり一つの結晶粒で構成されている状態は単結晶フェライトに相当する。六方晶Ｚ型フェライトおよび六方晶Ｙ型フェライトは代表的にはそれぞれＢａ３Ｃｏ２Ｆ２４Ｏ４１、Ｂａ2Ｃｏ２Ｆ１２Ｏ22で表される。また、軟磁性フェライトである六方晶Ｚ型フェライト焼結体および六方晶Ｙ型フェライト焼結体は、かかる六方晶Ｚ型フェライト相または六方晶Ｙ型フェライトを含む焼結体である。Ｂａの一部をＳｒで置換したり、Ｃｏの一部をＣｕ、Ｚｎ、Ｎｉのうち少なくとも一種で部分的に置換することも可能である。六方晶Ｚ型フェライト焼結体では、前記Ｚ相以外の他の六方晶フェライト相（Ｗ相、Ｙ相、Ｍ相）、スピネル相、ＢａＦｅ２Ｏ４相などの異相を一部に含んでいても良い。高い焼結体密度を得るうえでは、１７〜２１ｍｏｌ％のＢａＯ、６〜１３ｍｏｌ％のＣｏＯ、残部Ｆｅ２Ｏ３を主成分とすることが好ましい。一方、六方晶Ｙ型フェライト焼結体では、前記Ｙ相以外の他の六方晶フェライト相（Ｗ相、Ｚ相、Ｍ相）、スピネル相、ＢａＦｅ２Ｏ４相などの異相を一部に含んでいても良い。さらに、前記主成分に対してＬｉをＬｉ２ＣＯ３換算で０.０５〜１.０質量％含有させることが好ましい。前記主成分組成範囲と前記Ｌｉの含有は、焼結体の高密度化に好適である。
【００１９】
六方晶Ｚ型フェライト焼結体の場合、ＬｉとＳｉを複合的に含有させてもよい。Ｓｉと共にＬｉを含有させる場合には、特有の焼結体密度向上と透磁率向上の相乗効果が得られる。Ｓｉは少量でもＬｉとの複合含有効果、体積抵抗率増加の効果を示すがＳｉＯ２換算で０.０５質量％未満ではこれらの実質的な効果が発揮されず、一方０.５質量％を超えると体積抵抗率が改善されなくなるとともに、透磁率および焼結体密度の低下を招くので０.０５〜０.５質量％の範囲が好ましい。Ｌｉと複合で前記範囲のＳｉを含有させることにより、焼結体密度を４.９５×１０３ｋｇ／ｍ３以上、体積抵抗率を１０４Ω・ｍ以上としつつ、Ｌｉ含有による初透磁率向上効果を発揮させることができる。さらに、体積抵抗率向上のために、二価の金属イオンとしてＭｎをＭｎ３Ｏ４換算で０.０５〜５質量％含有させてもよい。
【００２０】
次に、本発明に係る軟磁性フェライトの構成について、六方晶Ｚ型フェライト焼結体を例にしてさらに詳述する。本発明に係る配向した軟磁性フェライトは、例えば下記に詳述する一方向配向、面配向によるものに分けることができるが、本発明の内容はこの２種類の配向方法に限定されるものではなく、特定の方向に高い透磁率を示すような異方性を持つ軟磁性フェライトであれば本発明の効果は発揮される。軟磁性フェライトを構成する全ての結晶粒が完全に一方向配向または面配向している必要はなく、配向の乱れは許容する。例えば、後述するように磁界によって配向させる場合、配向性は印加磁界強度に依存するが、六方晶Ｚ型フェライト焼結体が、Ｘ線回折上、一方向配向または面配向の傾向を示していればよい。
【００２１】
一方向配向とは、ｃ面が一の方向に平行に配向しているが、その法線であるｃ軸の配向性は問わない配向であり、一軸性の磁界、すなわち直流磁界によって配向した場合がこれに相当する。この場合ｃ軸は前記一の方向に垂直な平面方向を向いており、代表的には該面内方向にランダムに向く。一方向配向の場合の配向度合いは下記のようにＸ線回折パターンにて確認することができる。まず、六方晶Ｚ型フェライト焼結体の一平面のＸ線回折パターンにおいて、２θ＝２０〜８０°の測定範囲範囲に含まれる、六方晶Ｚ型フェライトに由来する全ての回折ピークの積分強度和をとってΣＩ（ＨＫＬ）とし、前記範囲に含まれるＬ＝０であるすべての（ＨＫ０）面の回折ピークの積分強度和をとってΣＩ（ＨＫ０）とする。すなわち、ΣＩ（ＨＫＬ）は、２０°〜８０°の２θ全体にわたって六方晶Ｚ型フェライトの回折ピークを積分したものである。なお、Ｉ（ＨＫＬ）は、指数（ＨＫＬ）で表される格子面からの回折ピークの積分強度を示す。ここでは、Ｉ（ＨＫＬ）として、（ＨＫＬ）面の回折線のピーク角度をθ（ＨＫＬ）とした時、θ（ＨＫＬ）−０.４°からθ（ＨＫＬ）＋０.４°までの範囲で積分した値を用いている。上記、ΣＩ（ＨＫＬ）およびΣＩ（ＨＫ０）から配向度ｆｃ⊥を定義する。配向度ｆｃ⊥はｆｃ⊥＝ΣＩ（ＨＫ０）／ΣＩ（ＨＫＬ）で与えられる。この配向度ｆｃ⊥が大きい、すなわち、分子のΣＩ（ＨＫ０）が大きいということは、Ｘ線回折を行っている面では、ｃ軸が該面方向を向いている結晶粒が多いということを示している。六方晶Ｚ型フェライトの中でもＢａ３Ｃｏ２Ｆｅ２４Ｏ４１で表されるような組成ではｃ軸に垂直な方向、すなわちｃ面が磁化容易面となるので、ｃ軸がＸ線回折を行っている面方向を向いている結晶粒が多いということは、該面に垂直な方向の透磁率が高くなるということを意味する。
【００２２】
前記配向度ｆｃ⊥を０.４以上とすると、Ｘ線回折を行っている面に垂直な方向の透磁率が特に高くなる。なお、本発明においては、かかる配向度を有する面をｃ軸配向面と称している。より好ましくは、０.４５以上である。より多くの結晶粒のｃ軸がＸ線回折を行っている面方向に向いていることが好ましい。理想的な状態として、全ての結晶粒のｃ軸がＸ線回折を行っている面方向に向いている状態を図１に示す。図１から明らかなように、各結晶粒のｃ面は、Ｘ線回折を行っている面に垂直になっている。この場合磁化容易面であるｃ面がＸ線回折を行っている面に垂直でありさえすれば、ｃ軸の方向がどちらを向いていてもＸ線回折を行っている面に垂直な方向の透磁率は高くなることがわかる。この場合にさらにｃ軸の方向も一の方向に揃えた状態が特許文献１にあるような面配向させた場合に相当する。すなわち、面配向とは、ｃ軸が一方向に揃っているため、ｃ面が一の面内方向に平行に揃っている配向状態である。回転磁界によって配向した場合がこれに相当する。
【００２３】
上記特定の方向にｃ面を平行配向させた一方向配向の場合と面配向とを区別するために以下のようなＸ線回折による評価を行えばよい。図１のようにＸ線回折を行っている面に垂直な方向にｃ面が配向（ｃ面が該方向に平行）しているとともに、該方向に垂直な面方向において、ｃ軸がランダム状に向いている状態を判断する指標として、少なくとも、前記ｃ軸配向面（上述のＸ線回折を行っている面に相当）に垂直で且つ互いに垂直な２つの面において、Ｘ線回折におけるｆｃ／／＝Ｉ（００１８）／Ｉ（１１０）から算出される配向度ｆｃ／／を採用する。該配向度ｆｃ／／が０.３以上という構成が好ましい。該配向度ｆｃ／／が大きいということは、観察面に垂直な方向にｃ軸が向いた結晶粒が多いということを示している。これが、少なくとも互いに垂直な２つの面において満たされることによって、ｃ軸がランダムに向いていることを担保している。このようにすることによって、ｃ軸配向面に平行な方向においても、高い透磁率を得ることができる。ｃ軸配向面に垂直な方向の透磁率に対する比においても、０.２５以上とすることも可能であり、透磁率のバランスに優れた六方晶Ｚ型フェライト焼結体が提供できる。面配向の場合は、ｃ軸配向面に垂直な一面（面配向方向の面）ではｆｃ／／０.３以上を満たす可能性があるが、互いに垂直な２つの面においてｆｃ／／０.３以上を満たすことはできない。
【００２４】
前記のような条件を満たすｃ軸配向面を六方晶Ｚ型フェライト焼結体が有していればよい。焼結体が直方体である場合には、例えば、その表面のうちの一つの面においてＸ線回折を行って配向度ｆｃ⊥を評価した結果、該面がｃ軸配向面となれば、それと直角をなす、互いに垂直な２つの他の表面において配向度ｆｃ／／を評価すればよい。
【００２５】
また本発明では上記のような一方向配向の方法に加え次に詳述する面配向と呼ばれる配向によってもその効果を充分発揮することができる。一方向配向は、ｃ面を磁化容易面とするフェライトの結晶粒の該ｃ面が少なくとも一の方向に平行になるような配向性に加えて、該一の方向に垂直な面内方向のうち一の方向にｃ軸が配向している構成である。
【００２６】
高い透磁率および高い焼結体強度を得るためには、六方晶Ｚ型フェライト焼結体の密度を４.７×１０３ｋｇ／ｍ３以上とすることが好ましく、５.０×１０３ｋｇ／ｍ３以上の焼結体密度がより好ましい。
【００２７】
上述のように配向性の向上により透磁率を改善した六方晶Ｚ型フェライトは、組成や組織などの他の因子を制御して透磁率の向上を図った場合に比べて、透磁率の周波数特性においても有利である。他の因子を制御して透磁率の向上を図る場合は、磁気異方性等も変化するため、周波数特性が劣化し、より低い周波数で透磁率が低下してしまう。これに対して、配向性を制御して透磁率の改善を図る場合は、磁気異方性は変化していないので、周波数特性に与える影響が小さくなる。
【００２８】
また、透磁率の周波数特性が向上の観点からは、焼結体の平均結晶粒径を３〜５０μｍの範囲とすることが好ましい。ここで焼結体の結晶粒径は、観察した結晶粒の内部に引くことのできる線分の内、最も長いもの（最大径）を長軸とし、長軸に直交し結晶粒の内部に引くことのできる線分の内、最も長いものを短軸とし、短軸および長軸の平均を個々の粒子の結晶粒径とした。平均結晶粒径は、任意の１００個の粒子を評価しそれらの平均をとって求めればよい。
【００２９】
上述の配向した六方晶Ｚ型フェライト焼結体は、例えば以下に示す六方晶Ｚ型フェライト焼結体の製造方法を用いて得られる。すなわち、比表面積が８００〜４０００ｍ２／ｋｇの範囲内である六方晶Ｚ型フェライト粉末を一軸性の磁界中で成形を行い成形体を得る成形工程と、前記成形体を焼結する焼成工程とを経て、六方晶Ｚ型フェライト焼結体を得る。通常、フェライト粉末は、焼結性を上げるため細かく粉砕したものを用いる。これに対して、本発明に係る六方晶Ｚ型フェライト焼結体の製造方法では、六方晶Ｚ型フェライト粉末の比表面積を８００〜４０００ｍ２／ｋｇに制御することが好ましい。これによって、高配向性、高透磁率を実現する。前記比表面積が小さすぎると焼結体密度が上がりにくく、配向性も低い。一方、比表面積が大きすぎると配向が低下する他、粗大粒が発生しやすくなる。
【００３０】
成形方法としては、加圧成形、押出し成形、射出成形などを用いることができるが、特に簡便な加圧成形が望ましい。加圧成形の場合、磁界印加方向と加圧方向が平行である縦磁場成形法や、磁界印加方向と加圧方向が直角である横磁場成形法などを用いることができるが、高い配向を得るためには横磁場成形法が好ましい。また面配向材を作製する場合も同様であるが、この場合加圧方向と回転磁界の方向が直交していることが望ましい。
【００３１】
配向は磁界中成形によって行う。磁界の印加方法は、上述のように一軸性の磁界、または回転磁界などを用いればよい。また、成形は、乾粉状の粉末を用いる乾式成形で行うことも可能であるが、配向性を上げるためには、六方晶Ｚ型フェライト粉末を水などの媒体と混合して得られたスラリーを用いる湿式成形で行うことが好ましい。媒体として水の種類は、これを特に限定するものではないが、例えば安価な水道水を用いればよい。また、イオン交換水や蒸留水などを用いて不純物イオンの低減を図ることもできる。スラリー濃度、すなわちスラリー中の六方晶Ｚ型フェライト粉末の重量割合は、８５ｗｔ％以下とすればよい。８５ｗｔ％超となると粒子間の摩擦が増加し、粒子の回転が十分行なわれず、配向度が低くなるためである。高い配向を得る観点からは、前記スラリー中の六方晶Ｚ型フェライト粉末の濃度を６５ｗｔ％以下として成形を行うことがより好ましい。一方、該スラリー濃度は、５０ｗｔ％以上とすることが好ましい。５０％未満だと成形時に脱水のため多くの時間がかかり生産性が低下するからである。また、金型キャビティ内で磁界を印加しながら乾粉状またはスラリー状の前記六方晶Ｚ型フェライト粉末を攪拌した後に、成形すると、六方晶Ｚ型フェライト粉末の凝集を解き、配向性をいっそう高めることができる。
【００３２】
また、スラリーを用いた加圧による湿式成形法の場合、スラリーの供給法としては、磁界印加中に金型キャビティ内へスラリーを加圧注入する方法でもよいし、キャビティ内にスラリーを投入後磁界を印加する方法でもよい。スラリー中の媒体は、加圧する際にキャビティに形成される脱水孔やクリアランスから除去される。成形後の六方晶Ｚ型フェライト粉末、すなわち成形体は、十分乾燥後焼結に供される。
【００３３】
前記六方晶Ｚ型フェライト粉末は、通常のプロセスのように粉末の状態で仮焼を行い、粉砕することによって得ることも可能であるが、六方晶Ｚ型フェライト焼結体を粉砕して得る方法が粉砕性の観点から好ましい。配向するためには、六方晶Ｚ型フェライト粉末を構成する粒子は、単結晶であることが好ましい。この点、焼結体においては粒成長が進んでいるため、該焼結体を粉砕すれば単結晶である粒子を多く含んだ粉末を得やすい。したがって、六方晶Ｚ型フェライト焼結体を粉砕して粉末を得る方法は、磁界中配向に好適な粉末調整方法である。この場合、かかる粉砕に供する六方晶Ｚ型フェライト焼結体の平均結晶粒径は５〜２００μｍであることが好ましい。なお、通常のプロセスのように仮焼後の粉末を粉砕した六方晶Ｚ型フェライト粉末を用いて成形することも可能であるが、この場合も仮焼後の粉末における六方晶Ｚ型フェライトの平均結晶粒径が５〜２００μｍであることが好ましい。さらに、六方晶Ｚ型フェライト焼結体を粉砕して粉末を得る方法、仮焼後の粉末を粉砕した六方晶Ｚ型フェライト粉末を用いる方法も含めて、いずれにおいても、成形に供する粉末は実質的に六方晶Ｍ型フェライト相を含有しないことがより好ましい。六方晶Ｍ型フェライト相は、ｃ軸を磁化容易軸とする一軸異方性を示し、一軸性の印加磁界方向に配向してしまい、焼結において六方晶Ｚ型フェライト相に変わっても、本発明に係る配向状態とは異なる配向状態（面配向）を生じるからである。ここで、実質的に六方晶Ｍ型フェライト相を含有しないとは、Ｘ線回折において、六方晶Ｚ型フェライトの強度最大のピークである（１０１６）ピークの強度に対する、六方晶Ｍ型フェライトのピークである（００６）ピークの強度の比が５％以下であることをいう。また、軟磁性フェライトは、六方晶Ｚ型フェライトとＹ型フェライトの混相であってもよいが、特性ばらつきを抑えるためには、Ｚ型フェライトまたはＹ型フェライトを主体として構成されていることが好ましい。六方晶Ｚ型フェライトを主体とする場合は、成形に供する粉末は実質的にＹ型フェライトおよびスピネルフェライトも含まない六方晶Ｚ型フェライトであることが特に好ましい。実質的にＹ型フェライトおよびスピネルフェライトも含まないとは、六方晶Ｚ型フェライトの強度最大のピークである（１０１６）ピークの強度に対するＹ型フェライトの（００１２）ピークの強度の比が５％以下であり、スピネルフェライトの(４４０)のピークの強度の比が７％以下であることをいう。一方、六方晶Ｙ型フェライトを主体とする場合は、成形に供する粉末は実質的にＺ型フェライトおよびスピネルフェライトも含まない六方晶Ｙ型フェライトであることが特に好ましい。実質的にＺ型フェライトおよびスピネルフェライトも含まないとは、六方晶Ｙ型フェライトの強度最大のピークである（１１０）ピークの強度に対するＺ型フェライトの（１０１６）ピークの強度の比が５％以下であり、スピネルフェライトの(４４０)のピークの強度の比が７％以下であることをいう。
【００３４】
上記のように磁界中成形して得られた六方晶Ｚ型フェライトの焼結体は、表面付近に配向の乱れが生じる場合がある。したがって、表面を加工で除去することで、焼結体全体において配向度の高い部分の割合が増え、高い透磁率を得る上で有利である。また表面を加工で削除することは、焼結体内における配向、ひいては透磁率のばらつきを抑制することにつながる。加工は、焼結体の少なくとも一部が加工されていればよい。研磨、切断いずれによる加工面であっても、表面を削除することになる。
【００３５】
上記のようにして作製した、結晶を配向させた六方晶フェライトの焼結体をダイサー、スライサーまたは平行研削機などを用いて０より大きい反磁界係数が生じ得る形状に加工する。加工する形状は例えば、直方体、立方体、薄板形状、円柱棒、角柱棒に加え、ギャップが挿入されたリング形状など、使用する磁路に対し、０より大きな反磁界係数が発生するような形状であればどのような形状でも構わない。このような形状で用いることにより、Ｚ型フェライトの優れた透磁率の周波数特性がより一層、高周波側まで使用な可能なものとなる。
【００３６】
上記のように加工された、配向した六方晶フェライトの焼結体の中でも特に無反磁界での評価を行ったとき高い透磁率が得られた方向が磁路に沿うように用いることが特に望ましい。これは例えば一方向配向の、磁場印加方向に相当する。または面配向の場合では配向させた面内の方向を用いることに相当する。面配向の場合は環状面が配向面と平行になるようなリング試料に磁路を横断するギャップを設けても良い。また上記のように面配向、一方向配向のみではなく、ｃ面が磁路に沿うように配向していれば、その磁路を妨げるような反磁界が発生するような形状であればよい。これによって透磁率の周波数特性が大きく改善される。本発明は、このように結晶粒のｃ面が一の方向に平行になるように配向した軟磁性フェライトにおいて、反磁界が生じる形状にしたときに周波数特性が向上し、さらに該周波数特性向上の効果に顕著な異方性があるという知見に基づくものである。ｃ面が少なくとも一の方向に平行になるように配向している該一の方向と、反磁界が生じる方向とを一致させること、言い換えれば無反磁界での評価で透磁率の高い方向、すなわち成形時の磁界印加方向に反磁界を導入することが、透磁率をより高周波側まで維持することに関し極めて効果的であることを見出した。すなわち無反磁界での評価において透磁率の低い方向にギャップを設けるなどの加工を行った場合に比べ極めて大きな周波数特性向上効果が得られることを見出したものである。ｃ面が、使用する磁路に対し平行に配向している場合、磁路に対し実効的に反磁界を生じさせうる形状で使用することで、特に顕著な効果が得られる。かかる構成を用いれば、一の方向において共鳴周波数以上の帯域においても高い透磁率を有する六方晶フェライトを提供することも可能となる。
【００３７】
上記のように配向方向によって反磁界が与える効果が異なる理由については未だ明らかではないが、反磁界の導入によりｃ面が平行である方向のみ磁壁の移動といった周波数特性を悪化させる透磁率成分が除去され、回転磁化による磁化のモードが支配的になるためと推測される。このような現象は以下に実施例として示した一方向配向したＺ型フェライトおよび面配向したＺ型フェライトに加え、同じく磁化容易面を持つＹ型フェライトにおいても生じる。また、六方晶フェライトのような磁化容易面を有する軟磁性フェライトだけでなく同様の結晶磁気異方性が巨視的に発現する例えば薄い円板状の金属磁性粉が配向した圧粉体や結晶配向した薄膜、または磁化容易面を持つ単結晶などでも同様な効果が生じうる。また本発明は材料が高密度化しても回転による磁化のモードが支配的であり、特に高密度化した試料において飽和磁化が増加し、透磁率も増加する。例えば理論密度の９０％以上で用いることが更に望ましい。
【００３８】
上記のように、使用する磁路に対し配向した六方晶フェライトの反磁界係数は０より大きい方が好ましい。透磁率の周波数特性向上の観点からは、反磁界係数は０.００５より大きく、０.３以下であることがより好ましい。これは０.００５以下では本発明が提供する高周波化の効果が発揮されにくいためであり、周波数特性向上の観点からは上限は特に定めないが、０.３以下であることが望ましい。これは使用する磁路に対し反磁界係数が０.３を超えると得られる透磁率の絶対値自体が極端に低下してしまうためである。反磁界係数が０.００５より大きく、０.３以下であるために例えば円板、角板などの薄板形状にて板面内の方向を磁路方向として用いることが望ましい。また円柱棒や角棒などの棒形状にて長手方向を磁路方向として用いれば所望の反磁界係数を得ることができる。またはこれらに類する形状であっても実効的な反磁界係数が上記の範囲にあればよい。面配向の場合は無反磁界での評価にて透磁率の高い方向が配向面内の任意の方向に存在するので、環状面が配向面と平行となるようなリング形状またはそれに類する形状に磁路を横断するギャップを挿入しても前記効果が発揮される。このように配向された異方性フェライトの配向方向と形状との関係を制御することによって、同一の材料を用いているにもかかわらず、該材料の材料特性として捉えられている水準を超える透磁率の周波数特性を実現できるのである。これにより、例えば従来六方晶Ｚ型フェライトでは、適用が困難と考えられていた２ＧＨｚ以上、さらには３ＧＨｚ以上での使用を可能とする。
【００３９】
反磁界係数は以下のようにして算出する。直方体形状の軟磁性フェライトのうち、測定方向をＸ方向、板面垂直方向をＺ方向、Ｘ，Ｚに共に直交する方向をＹ方向とし、測定方向の反磁界係数をＮｘ、測定方向の試料寸法をＬ、板面厚さをＴ、Ｙ方向の寸法をＷとして、
Ｎｘ＝Ｔ／（Ｌ（１＋（Ｔ（１＋Ｌ／Ｗ）／Ｌ）））
として近似する。本関係式を用いることにより例えば薄い直方体板、直方体などの反磁界係数を算出することができる（参考文献：Journal of Applied Physics, Volume 94, Number 6, P4013-4017 ）。
【００４０】
本発明の六方晶Ｚ型フェライトを作製することにより、１００ＭＨｚの比透磁率実数部の７０％になる周波数をｆ７０としたとき、一方向配向の場合は磁場印加方向である一の方向のｆ７０をｆａ７０とし、磁場印加方向である該一の方向に直交する方向におけるｆ７０をｆｐ７０としたときｆａ７０／ｆｐ７０として１.２以上の値を得ることができる。磁場印加方向である該一の方向に直交する方向は、面方向になるが、最も低いｆ７０を示す方向との関係でｆａ７０／ｆｐ７０として１.２以上が得られればよいので、そのいずれかの方向でｆａ７０／ｆｐ７０として１.２以上を満たせばよい。また同様に面配向の場合は、磁場印加方向である配向面内方向のうちの一の方向のｆ７０をｆａ７０とし、該一の方向に直交する方向におけるｆ７０をｆｐ７０としたときｆａ７０／ｆｐ７０として１.２以上の値を得ることができる。面配向の場合、ｆｐ７０を取る方向は配向面方向に直交する方向の他、配向面内にも該方向を取りうるが、最も低いｆ７０を示す方向との関係でｆａ７０／ｆｐ７０として１.２以上が得られればよいので、前記一の方向に直交する方向のいずれかの方向で、少なくともｆａ７０／ｆｐ７０として１.２以上を満たせば、前記条件は満たされる。ｆａ７０／ｆｐ７０が大きいということは、磁場印加方向によって、周波数特性の伸びの変化が異なり、磁界印加方向である一の方向の伸びが特に大きいことを示している。ｆａ７０／ｆｐ７０が１.２以上となれば、磁界印加方向である一の方向の周波数特性の伸びの効果が十分な有意差として発揮されるため、該周波数の伸びを利用して、従来想定されていた使用周波数を超える周波数帯域への適用を可能とする。このことは、材料設計を変えることなく、周波数特性を制御できるという利点も有する。さらに好ましい態様として、配向方向と形状の使用方向を適正化することによってｆａ７０／ｆｐ７０の値が１.５以上、さらには２.０以上とすることも可能であり、周波数特性を顕著に改善することができる。
【００４１】
また、前記構成を具備する本発明に係る六方晶Ｚ型フェライトにおいては、ｆ７０が１ＧＨｚ以上の優れた値が得られる。一の方向に垂直な面内方向にｃ軸が配向している一方向配向の場合、反磁界係数を０.０３以上とすることでｆ７０は１.５ＧＨｚ以上となり、周波数特性がより向上する。また、一の方向に垂直な面内方向にｃ軸が配向している一方向配向の場合、および前記一の方向に垂直な他の一方向にｃ軸が配向している面配向の場合とも、反磁界係数を０.０５以上とすることによりｆ７０は２.０ＧＨｚ以上の更に高い値が得られるようになる。なお、３ＧＨｚまでの比透磁率実数部の絶対値はキーコム株式会社製の（高周波磁性材料測定システム）を用いて、ワンターンコイル法の原理で測定したものを用いている。
【００４２】
本発明の軟磁性フェライトは、例えば磁気回路用、インダクタンス素子用の磁性コアとして用いることができ、磁性コアとして優れた周波数特性を示す。結晶粒のｃ面が少なくとも一の方向に平行になるように配向した軟磁性フェライトを上記のような形状にして、該一の方向が磁束が流れる磁路方向となるようにして高周波用の磁気回路やインダクタンス素子を構成すれば、極めて優れた周波数特性を示す。磁気回路やインダクタンス素子におけるかかる使用方法によれば、配向した軟磁性フェライトの周波数特性を効果的に利用することができる。例えば、インダクタやチョークコイル、磁性アンテナやカレントトランスなどに用いることができる。
【実施例】
【００４３】
先ず、主成分組成がＦｅ２Ｏ３：７０.２ｍｏｌ％、ＢａＯ：１８.８ｍｏｌ％、ＣｏＯ：１１.０ｍｏｌ％のような割合となるよう、Ｆｅ２Ｏ３、ＢａＣＯ３、Ｃｏ３Ｏ４を秤量し、この主成分に対しＭｎ３Ｏ４：３.０質量％、Ｌｉ２ＣＯ３：０.４質量％、ＳｉＯ２：０.１３質量％の割合になるようにＭｎ３Ｏ４、Ｌｉ２ＣＯ３、ＳｉＯ２をそれぞれ添加し、湿式ボールミルにて１６時間混合した。なお、Ｍｎ３Ｏ４、Ｌｉ２ＣＯ３、ＳｉＯ２については仮焼後に行う粉砕時に加えてもよい。次にこれを大気中１２００℃で２時間仮焼した。この仮焼粉を湿式ボールミルにて１８時間粉砕した。作製した粉砕粉にバインダー（ＰＶＡ）を添加し、造粒した。造粒後圧縮成形し、その後、酸素雰囲気中１３００℃で３時間焼結した。得られた焼結体をジョークラッシャーで砕きディスクミルにて粗粉砕を行い、粗粉砕粉を得た。更に粗粉砕粉を振動ミルにて３時間粉砕した。粉砕後、得られたスラリーを沈降が生じるまで静置し、上澄み液を除去しスラリー濃度が７３％になるように調整した。スラリーを乾燥させた粉体をＸＲＤにより評価したところ、この粉体はほぼＺ型単相であり、Ｙ型フェライトの（００１２）のピーク、Ｍ型フェライトの（００６）ピークおよびスピネルフェライトの(４４０)のピークのＺ型フェライトの（００１６）のピークに対する強度比は何れも３％以下であった。また、Ｍａｃｓｏｒｂ社製Ｍｏｄｅｌ−１２０１を用いてガス吸着法（ＢＥＴ法）により、この粉砕粉の比表面積を評価したところ粉体比表面積は２３５０ｍ２／ｋｇであった。上記のように作製したスラリーを磁界中で湿式成形した。ここで成形圧は８７.５ＭＰａとし、０．８５ＭＡ／ｍの１軸性の磁界をプレス方向と直交する方向に印加した。本成形方法を成形方法１と呼ぶ。得られた成形体を再度上記焼結と同条件にて再焼結し、約１０ｍｍ角の立方体状焼結体を得た。以降、磁界印加方向をＨ方向と呼び、Ｈ方向の透磁率をμＨ、Ｈ方向を法線に持つ面をＨ−ｐｌａｎｅと呼び、同様にプレス方向の場合はＰ方向、μＰ、Ｐ−ｐｌａｎｅ、磁界印加方向及びプレス方向に共に直交する方向の場合はＬ方向、μＬ、Ｌ−ｐｌａｎｅと呼ぶことにする。さらに、スラリーを、回転磁界中で湿式成形した。ここで成形圧は２９.１ＭＰaとし、０.４８ＭＡ／ｍの回転磁界をプレス方向と直交する方向に印加した。回転磁界を印加後、１軸性の磁界を成形方向と直交させる方向に印加しながら成形した。本成形法を成形方法２と呼ぶ。得られた成形体を１３１０℃で焼結し、４０×４０×７ｍｍ３の焼結体を得た。以降、成形方法２にてプレス中に印加した１軸磁界印加方向をＨ方向と呼び、Ｈ方向の透磁率をμＨ、Ｈ方向を法線に持つ面をＨ−ｐｌａｎｅと呼び、同様にプレス方向の場合はＰ方向、μＰ、Ｐ−ｐｌａｎｅ、１軸磁界印加方向及びプレス方向に共に直交する方向の場合はＬ方向、μＬ、Ｌ−ｐｌａｎｅと呼ぶことにする。
【００４４】
成形方法１および成形方法２にて作製した焼結体は１軸性の磁界を印加した磁界印加方向を法線に持つ断面が得られるように試料を切断し、切断面におけるＸ線回折（ＸＲＤ：Ｘ ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）測定を行い、配向度ｆｃ⊥を評価した。すなわち、２θ＝２０〜８０°の測定範囲でＸＲＤを行い、得られたＸ線回折パターンにおいて、六方晶Ｚ型フェライトの全ての回折ピークの積分強度和をΣＩ（ＨＫＬ）とし、Ｌ＝０であるすべての（ＨＫ０）の回折ピークの積分強度和をΣＩ（ＨＫ０）とした。ｆｃ⊥＝ΣＩ（ＨＫ０）／ΣＩ（ＨＫＬ）の式から配向度ｆｃ⊥を算出した。一方、プレス方向を法線に持つ断面並びに磁場印加方向およびプレス方向に直行する方向を法線に持つ断面が得られるように試料を切断し、これらの切断面におけるＸＲＤ測定を行い、ｆｃ／／を評価した。これらの面は、上述の磁界印加方向を法線に持つ断面に垂直で且つ互いに垂直な２つの面となる。ここで定義する配向度ｆｃ／／とはＺ型フェライトの指数（００１８）の格子面から生じる回折ピーク強度を指数（１１０）の格子面から生じる回折強度で除した値である。
【００４５】
比較用試料として等方性のスピネルフェライトであるＮｉ−Ｚｎフェライトも作製した。本試料は等方的なのでリング形状の試料を成形、焼結しインピーダンスメータ４２９１Ｂ（Ａｇｉｌｅｎｔ社製）にて１０ＭＨｚ〜１.８ＧＨｚまでの無反磁界での複素透磁率の周波数特性を測定した。本試料の１００ＭＨｚでの比透磁率実数部は１４．３であった。本試料を比較例１とする。
【００４６】
上記のように作製された成形方法１および成形方法２によって作製された配向型Ｚ型フェライトの焼結体密度、配向度を以下の表１に示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
成形方法１にて作製した試料はＬ−ｐｌａｎｅ、Ｐ−ｐｌａｎｅともにｆｃ／／が１.４以上であり、磁界印加方向に直角の方向（ｃ軸配向面に平行な方向）においてもｃ軸がランダムに向いており、ｃ軸配向面内における配向の異方性の小さい一方向配向した六方晶Ｚ型フェライト焼結体が得られている。一方で、成形方法２にて作製した試料のＰ−ｐｌａｎｅのｆｃ／／はＩ（００１８）が非常に強く観測され（１１０）面の回折ピークが（００１８）面の回折ピークに隠れ評価することができなかったが、ｆｃ／／が０.３を超えることは明白であった。またＨ−ｐｌａｎｅにおけるｆｃ⊥は０.７以上である。一方でＬ−ｐｌａｎｅにおけるｆｃ／／は０.１以下の小さい値となり、Ｐ−ｐｌａｎｅのｆｃ／／と比べると小さく、Ｈ面内においてｃ軸は特定の方向に集中して向いていることが確かめられた。このことから成形方法２によって作製された焼結体は面配向していることが確かめられた。
【００４９】
成形方法１および成形方法２により作製した六方晶Ｚ型フェライト焼結体の、反磁界が生じない形状における、一方向の比透磁率の周波数特性は以下に述べる手法にて評価した。すなわち、磁界配向させたフェライト焼結体の一方向の透磁率は、リング試料では単純に測定できないため、リング環状面がＨ−ｐｌａｎｅ、Ｐ−ｐｌａｎｅまたはＬ―ｐｌａｎｅに平行な３つのリング試料を切り出し、これらのリング試料の透磁率測定結果からＨ方向、Ｐ方向およびＬ方向の透磁率を算出した。
【００５０】
評価手法に触れる前に、必要な関係式を導出する。異方性の存在する磁性板の板面に沿った縦方向、横方向をそれぞれＹ方向（例えばＰ方向）、Ｘ方向（例えばＨ方向）と定義し、該磁性板から外径と内径との差が充分小さいリング試料を切り出し、該リング試料にＮ回巻線を施し、巻き線に電流Ｉを流して初透磁率を測定すると仮定する。なお、リング試料の断面積はＳとする。図２のように原点にリング試料をθ、ｒを定義すると、下記式が得られる。
【００５１】
【数１】
【００５２】
また、リング試料からの磁束の漏洩が無いものとし、リング試料内部の磁束密度ベクトルの大きさが一定であるとすると下記式が得られる。
【００５３】
【数２】
【００５４】
ここでＸ方向の透磁率、Ｙ方向の透磁率をそれぞれμx、μyとおけば（μx、μyおよび下に示すμｘｙｐｌａｎｅは比透磁率とする。）
【００５５】
【数３】
【００５６】
数１〜数３の式とアンペールの法則から
Ｂ０＝（１／μｘ＋１／μｙ）−１×ＮＩ／πｒ （式４）
の関係が得られる。ここで自己インダクタンスＬは鎖交する磁束と電流との比であるから、
、式４の関係を用いて、
Ｌ＝ＮΦ／Ｉ＝ＮＢ０Ｓ／Ｉ＝Ｓ（１／μｘ＋１／μｙ）−１×Ｎ２／πが得られる。真空中（μx＝μy ＝1）の場合は、Ｌ０＝ＳＮ２／２πｒであるから、リング試料から観測される透磁率をμｘｙｐｌａｎｅとおくと
μｘｙｐｌａｎｅ＝Ｌ／Ｌ０＝２×（１／μｘ＋１／μｙ）−１ （式５）
の関係が得られる。
【００５７】
式５のような関係を考慮し、環状面がＨ−ｐｌａｎｅ、Ｌ−ｐｌａｎｅまたはＰ−ｐｌａｎｅになるように３種類のリング試料を切り出し、インピーダンスメータ４２９１Ｂ（Ａｇｉｌｅｎｔ社製）にて１０ＭＨｚ〜１.８ＧＨｚまでの複素比透磁率（μＨ−ｐｌａｎｅ、μＬ−ｐｌａｎｅ、μＰ−ｐｌａｎｅ）を測定した。試料の寸法は、外形６.８ｍｍ、内径３.２ｍｍ、厚さ１.５ｍｍとした。測定値から以下の式を用いて各方向の透磁率を算出した。
μＨ ＝{(-1/μＨ−ｐｌａｎｅ)＋(1/μＬ−ｐｌａｎｅ)＋(1/μＰ−ｐｌａｎｅ)}-1
μＬ ＝{(1/μＨ−ｐｌａｎｅ)＋(-1/μＬ−ｐｌａｎｅ)＋(1/μＰ−ｐｌａｎｅ)}-1
μＰ ＝{(1/μＨ−ｐｌａｎｅ)＋(1/μＬ−ｐｌａｎｅ)＋(-1/μＰ−ｐｌａｎｅ)}-1
以下本手法をリング法と呼ぶこととする。本測定手法は方向透磁率算出に用いた元のデータであるμＨ−ｐｌａｎｅ、μＬ−ｐｌａｎｅ、μＰ−ｐｌａｎｅが無反磁界での評価であることから、上記式によって与えられる方向透磁率も無反磁界での値を示すものである。
【００５８】
上記したリング法を用いて成形方法１および成形方法２にて作製した焼結体のＨ、Ｌ、Ｐ方向の透磁率の周波数特性を評価した。結果を図３、４に示す。図３より成形方法１ではＨ方向に１００ＭＨｚで５０を超える高い透磁率が得られていることが分かる。また直交するＬ、Ｐ方向には１０程度の透磁率が得られることが分かる。上記によって得られた各方向の透磁率は、一つの焼結体から異なる方位を環状面の法線にもつリング試料を切り出したものを評価し、算出したものであるが、各方向透磁率を与えた試料を仮に比較例２〜４と呼ぶこととする（比較例２：Ｈ方向、比較例３：Ｌ方向、比較例４：Ｐ方向）。一方、成形方法２にて作製した試料ではＨ，Ｌ方向にそれぞれ１００ＭＨｚで３５、２５を超える高い透磁率が得られていることが分かる。また成形方法２の場合Ｐ方向の透磁率が１００ＭＨｚで４という低い値であることがわかる。一つの焼結体から異なる方位を環状面の法線にもつリング試料を切り出したものを評価し、算出したものであるが、各方向透磁率を与えた試料を仮に比較例６〜８と呼ぶこととする。（比較例６：Ｈ方向、比較例７：Ｌ方向、比較例８：Ｐ方向）
【００５９】
反磁界影響下での透磁率の方向依存性の評価を行うため高周波薄膜透磁率測定装置ＰＭＦ−３０００（凌和電子社製）により評価を行った。試料は表２に示した３種類の板状形状の試料を作製した。透磁率の評価方向は加工形状１および３では８ｍｍ方向、加工形状２では５ｍｍ方向の透磁率の周波数特性を評価した。
【００６０】
【表２】
【００６１】
３種類の薄板形状での予想される測定方向の反磁界係数を下記のように算出した。算出の仕方は上述の通りである。
【００６２】
成形方法１によって作製した焼結体から加工形状１の試料を切り出した。このとき加工形状１の長手方向（８ｍｍ方向）とＨ方向が平行となるように切り出した試料を実施例１とする。また同じ焼結体からＬ方向、およびＰ方向が加工形状１の長手方向（８ｍｍ方向）と平行になるように切り出した試料をそれぞれ実施例２、３と呼ぶ。成形方法１によって作製した焼結体から加工形状２の試料を切り出した。このとき加工形状２の５×５ｍｍ２の正方形の一辺とＨ方向が平行となるように切り出した試料を実施例４とする。また同じ焼結体からＬ方向、およびＰ方向が加工形状２の５×５ｍｍ２の正方形の一辺と平行になるように切り出した試料をそれぞれ実施例５、６とする。成形方法１によって作製した焼結体から加工形状３の試料を切り出した。このとき加工形状３の長手方向（８ｍｍ方向）とＨ方向が平行となるように切り出した試料を実施例７とする。また同じ焼結体からＬ方向、およびＰ方向が加工形状１の長手方向（８ｍｍ方向）と平行になるように切り出した試料をそれぞれ実施例８、９とする。成形方法２によって作製した焼結体から加工形状２の試料を切り出した。このとき加工形状２の５×５ｍｍ２の正方形の一辺とＨ方向が平行となるように切り出した試料を実施例１０とする。また同じ焼結体からＬ方向、およびＰ方向が加工形状２の５×５ｍｍ２の正方形の一辺と平行になるように切り出した試料をそれぞれ実施例１１、１２と呼ぶ。またＮｉ−Ｚｎフェライトから加工形状２の試料を無作為な方位にて切り出した。これを比較例５とする。
【００６３】
ＰＭＦ−３０００により実施例１〜１２、比較例５の方向の複素透磁率の周波数特性を評価した。透磁率の評価方向は表３に示した。測定した比透磁率実数部を１００ＭＨｚの比透磁率実数部が１となるように規格化した。実施例１〜１２、比較例１〜８の評価結果を図５〜図１１に示す。
【００６４】
図５〜１１の周波数特性から１００ＭＨｚの透磁率値が７０％となる周波数特性ｆ７０を評価した。上記、実施例１〜１２、比較例１〜８の成形方法、加工形状、切り出し方位、測定方向の反磁界係数、ｆ７０の値を表３にそれぞれ示す。
【００６５】
【表３】
【００６６】
表３および図１１に示したように比較例１および比較例５を比較すると、透磁率の周波数特性が反磁界の効果によって高周波側にシフトしていることが分かり、ｆ７０は０.３６ＧＨｚから０.８ＧＨｚと増加するが１ＧＨｚは超えない。一方で、図５および表３に示したように、一方向配向に係る成形方法１の実施例４では、ｆ７０は２．４７ＧＨｚと比較例５に比べて同じ反磁界係数（０.０５４）であるが特に高い値を示す。また比較例２、実施例１、４、７と反磁界係数の増加に伴い、ｆ７０が増加することが分かり、反磁界係数が０.０３９以上で１．６ＧＨｚ以上、と１ＧＨｚを超える高い値が得られる。さらに、反磁界係数が０.０５４以上で２．４７ＧＨｚ以上、反磁界係数が０.０９７以上で２．７６ＧＨｚ以上の優れた透磁率の周波数特性を示している。比較例３、４、実施例２，３，５，６，８，９に示したように反磁界係数の増加に伴い、ｆ７０はＬ、Ｐ方向に評価した場合でも増加する。しかし実施例２、３に示したようにＬ、Ｐ方向の場合、１．１４ＧＨｚ、１．０７ＧＨｚと同じ反磁界係数である実施例１（ｆ７０は１．６ＧＨｚ）に比べるとｆ７０の増加は小さい。反磁界係数が０．０９７である実施例８，９でもｆ７０は１．８７ＧＨｚ、１．５９ＧＨｚと同じ反磁界係数である実施例７に比べると低い値であることがわかる。これらのことから反磁界係数の増加によりｆ７０の増加が最も顕著であったのは無反磁界評価において最も高いμを持つＨ方向であることがわかる。
【００６７】
表３および図８、９に示したように成形方法２にて作製した焼結体でも比較例６、７に比べると反磁界係数の高い実施例１１，１２はｆ７０の増加が見られ、実施例１１、１２（反磁界係数０.０５４）ではｆ７０が１.８２ＧＨｚ、２.２７ＧＨｚと高い値を示すことが分かる。すなわち、面配向に係る成形方法２についても、反磁界係数が０.０５４以上で２．２７ＧＨｚ以上の優れた透磁率の周波数特性が得られることが示唆されている。一方でＰ方向の評価である比較例８、実施例１２を比較すると反磁界係数の増加に伴い、ｆ７０の値は低下した。これらのことから成形方法２において作製した焼結体において反磁界係数の増加によりｆ７０が増加したのは無反磁界評価においてμの高い方向であるＨ、Ｌ方向であることがわかる。なお、Ｌ方向は磁界印加方向でもあり、かかる点でＬ方向はＨ方向と挙動が類似している。
【００６８】
成形方法１によって作製された焼結体は上述したＸＲＤにより、Ｈ方向（磁場印加方向）にｃ面が平行になっているものと考えられる。ここでＨ方向の比透磁率実数部が１００ＭＨｚにおける比透磁率実数部の７０％になる周波数をｆa７０、ＬおよびＰ方向の比透磁率実数部が１００ＭＨｚにおける比透磁率実数部の７０％になる周波数をｆｐ７０とすると表３より、ｆa７０／ｆｐ７０を算出することができる。また成形方法２によって作製された焼結体は上述したＸＲＤ回折により、Ｐ面内の全ての方向にｃ面が平行になっているものと考えられる。この場合、ｆa７０は面内の任意の方向の透磁率に関して評価できるが、以下ではＨ方向、Ｌ方向をｆa７０とした場合を別個に計算して表した。以上のように算出されたｆa７０／ｆｐ７０を以下の表４に示した。
【００６９】
表４より成形方法１では反磁界係数０の評価ではｆa７０／ｆｐ７０はＬ、Ｐ方向共に１．０と低い値であった。しかし反磁界係数０.０３９の場合Ｌ方向、Ｐ方向ではそれぞれｆa７０／ｆｐ７０は、１．４、１．５と１．２を超える値が得られた。また反磁界係数が０.０５４では最大で２．２と更に高い値を示し、反磁界係数０.０９７では最大１.７という値が得られた。また表４より成形方法２では反磁界係数０の評価では、ｆaをＨまたはＬ方向のどちらにとるかによって異なるが、最大で１.１という低いであった。また反磁界係数０.０５４ではＬ方向でｆa７０にとった場合、最大で２．１という高い値が得られることが分かった。上記のように結晶のｃ面が平行な方向に対して評価したｆa７０とそれに直交する方向のｆｐ７０との比の最大値は反磁界係数の導入により増加し、特に反磁界係数０．０５４付近では２を超える値が得られる。
【００７０】
【表４】
【００７１】
３ＧＨｚまでの比透磁率実数部の絶対値をキーコム株式会社製の（高周波磁性材料測定システム）を用いて、ワンターンコイル法の原理で測定した。比較例５、実施例４、５、６および実施例１０、１１、１２の０．１ＧＨｚ、０．５ＧＨｚ、１ＧＨｚ、２ＧＨｚおよび３ＧＨｚの比透磁率実数部の値を評価し、表５に示した。
【００７２】
【表５】
【００７３】
表５より実施例のうちｃ面が一の方向に平行になるように配向し、該一の方向が直方体の長手方向と一致している実施例４では、透磁率は１ＧＨｚでもほとんど低下することなく、１６以上の透磁率を示している。表４に示した実施例は非常に優れた透磁率の周波数特性を示しており、２ＧＨｚでも１１以上、３ＧＨｚでも５以上の透磁率を示している。特に配向方向と形状の使用方向を適正化することによって、２ＧＨｚで１３以上、３ＧＨｚでも８以上の従来にない透磁率の周波数特性を発揮している。実施例４を例にとれば、３ＧＨｚにて９．３と比較例５に比べ３倍近い高い値が得られることが分かる。一方で実施例５，６のようにＬ、Ｐ方向の場合では表３のｆ７０は大きい値が得られているが、絶対値として比較例５に比べ優位性は認められない。すなわち、配向の方向によって、周波数特性の変化の挙動が著しく異なることを示している。成形方法２によって作製された実施例１０〜１２を例にとれば、実施例１０、１１は比較例に比べ各周波数にて高い透磁率を示し、特に３ＧＨｚでは５．６および８．８と比較例５の２〜３倍の値が得られた。一方でＰ方向に係る実施例１２では各周波数にて比較例５より低い透磁率を示し優位性は認められなかった。すなわち、面配向である成形方法２の場合においても配向の方向によって、周波数特性の変化の挙動が著しく異なることを示している。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】結晶粒のｃ軸が観察面方向に向いている状態を示す概念図である。
【図２】リング試料におけるｒ、θ、線要素の定義を示す図である。
【図３】成形方法１にて作製した比較例の焼結体のＨ、Ｌ、Ｐ方向の複素透磁率の周波数特性を図である。
【図４】成形方法２にて作製した比較例の焼結体のＨ、Ｌ、Ｐ方向の複素透磁率の周波数特性を図である。
【図５】実施例１、４、７および比較例２でのＨ方向の複素透磁率の周波数特性と示す図である。
【図６】実施例２、５、８および比較例３でのＬ方向の複素透磁率の周波数特性と示す図である。
【図７】実施例３、６、９および比較例４でのＰ方向の複素透磁率の周波数特性と示す図である。
【図８】実施例１０および比較例６でのＨ方向の複素透磁率の周波数特性と示す図である。
【図９】実施例１１および比較例７でのＬ方向の複素透磁率の周波数特性と示す図である。
【図１０】実施例１２および比較例８でのＰ方向の複素透磁率の周波数特性と示す図である。
【図１１】比較例１および比較例５での複素透磁率の周波数特性と示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波用磁性材料に係るもので、特に数ＭＨｚから数ＧＨｚまでの高周波帯域においてチョークコイルやノイズ除去素子などの電子部品や電波吸収体に使用される六方晶フェライトに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話や無線ＬＡＮ、パソコンなどの信号の高周波化に伴い、装置内部で使用される素子もまた高周波で使用可能なものが要求されている。このような要求に対し、従来用いられてきたスピネル系フェライトでは高周波帯域においてスネークの限界と呼ばれる周波数限界が存在するため使用することが困難となる。そこで六方晶系の結晶構造を有する六方晶フェライトがかかる周波数限界を超える高周波用材料として検討されている。
【０００３】
六方晶系フェライトの中でも特にＣｏを含有したＺ型フェライトおよびＹ型フェライトが比較的高い透磁率を有し優れた高周波特性を示すことが知られている。またＣｏを含有するＺ型およびＹ型フェライトはｃ面を磁化容易面として持つため、成形時に外部から印加される静磁界により結晶のｃ面を磁場印加方向に平行になるように揃えることができる。ｃ面を磁場印加方向に平行に揃えることで磁場印加方向の透磁率の向上を図ることが可能である（以降この操作を一方向配向とよび、磁場を印加した方向を法線に持つ面をｃ軸配向面と呼ぶ）。また、成形時に外部から印加する回転磁場により結晶粒子のｃ軸方向を揃える操作(以降この操作を面配向と呼び、この操作が行なわれた面を配向面と呼ぶ)を行うことが可能である。面配向を行うことにより、配向面内の透磁率の向上を図ることが可能である。
【０００４】
特許文献１では回転磁界を印加することにより、Ｚ型フェライトを面配向できることが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特公昭３５−１１２８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１ではＺ型フェライト結晶を面配向させ、配向面内の比透磁率が３０である面配向したＺ型フェライトの焼結体が得られたとの記述がある。しかしながらスピネルフェライトに比べ高い共鳴周波数を持つＺ型フェライトであってもその共鳴周波数は約１ＧＨｚに存在し、それより高い周波数では比透磁率は著しく減衰し、１ＧＨｚ以上の高周波帯域で使用するには十分なものとはいえなかった。
【０００７】
本発明は上記点に鑑み、高い透磁率を高周波帯域まで維持し、周波数特性に優れた軟磁性フェライト、さらにはそれを用いた磁気回路およびインダクタンス素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の軟磁性フェライトは、ｃ面を磁化容易面とするフェライトの結晶粒を有し、前記結晶粒のｃ面が少なくとも一の方向に平行になるような配向性を有し、前記一の方向の反磁界係数が０より大きくなるような形状を有することを特徴とする。反磁界係数が０より大きいとは、反磁界が生じる形状を意味し、周方向に面配向して閉磁路を構成しているリング形状のようなものを除く趣旨である。ｃ面が少なくとも一の方向に平行になるような配向性を有し、該方向の反磁界係数が０より大きくなる形状とすることによって、該方向の透磁率が反磁界係数が０の場合に比べて、より高周波側まで維持される。
【０００９】
また、前記軟磁性フェライトにおいて、前記一の方向に垂直な面内方向にｃ軸が配向していることが望ましい。かかる構成は、一方向の直流磁界を印加してフェライト粒子を配向させた場合に得られる構成であり、簡易な方法で得られる低コスト化に有利な構成である。
【００１０】
さらに、前記軟磁性フェライトにおいて、前記一の方向に垂直な他の一方向にｃ軸が配向していることが望ましい。かかる構成にすることで、前記他の一の方向に垂直な面内の任意の方向に透磁率の周波数特性向上の効果が得られるため、使用される磁気回路における配置の自由度が上がる。
【００１１】
さらに、前記軟磁性フェライトにおいて、前記一の方向の比透磁率実数部が１００ＭＨｚの比透磁率実数部の７０％になる周波数をｆａ７０とし、前記一の方向に直交する方向の比透磁率実数部が１００ＭＨｚの比透磁率の７０％になる周波数をｆｐ７０としたとき、ｆａ７０／ｆｐ７０の最大値が１.２以上であることを特徴とする。反磁界係数が０より大きくなるような形状を採用することによって透磁率の周波数特性を向上させることができ、該向上の指標としてのｆａ７０／ｆｐ７０が１.２以上となれば、前記一の方向の透磁率の周波数特性に特に優れた軟磁性フェライトを提供することができる。
【００１２】
さらに、前記軟磁性フェライトはＺ型フェライトであり、前記一の方向の比透磁率実数部の絶対値が３ＧＨｚで６以上であることを特徴とする。前記構成によって前記一の方向の透磁率の周波数特性を改善し、従来の概念のＺ型フェライトでは実現できなかった３ＧＨｚで６以上の透磁率を実現することが可能である。これによって従来のＺ型フェライトでは、適用できなかった１ＧＨｚを超える高周波領域での使用が可能となる。
【００１３】
本発明の磁気回路は、前記軟磁性フェライトを用いた磁気回路であって、前記一方向を磁路方向として用いることを特徴とする。軟磁性フェライトの透磁率の周波数特性が向上した方向を磁気回路の磁路方向とすることで、磁気回路をより高い周波数まで機能させることができる。
【００１４】
本発明のインダクタンス素子は、軟磁性フェライトを用いたインダクタンス素子であって、前記一方向を磁路方向として用いることを特徴とする。軟磁性フェライトの透磁率の周波数特性が向上した方向を磁路方向として用いることにより、より高い周波数まで高いインピーダンスを発現するインダクタンス素子を提供することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高い透磁率を高周波帯域まで維持し、周波数特性に優れた軟磁性フェライトを提供することができる。本発明の軟磁性フェライトを使用することにより、より高い周波数まで使用可能な磁気回路、およびチョークコイル、インダクタ、電波吸収体、磁性アンテナ、カレントトランスなどのインダクタンス素子を提供することも可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の軟磁性フェライトについて六方晶Ｚ型フェライトの焼結体の実施形態によって具体的に説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。本発明に係る軟磁性フェライトは、本発明において特に規定する以外は、フェライトの製造に適用される通常の粉末冶金的方法によって製造することができる。通常の粉末冶金的方法とは以下のとおりである。例えば素原料を湿式のボールミルにて混合し、電気炉などを用いて仮焼することにより仮焼粉を得る。また得られた仮焼粉を湿式のボールミルなどを用いて粉砕し、得られた粉砕粉をプレス機により成形し、例えば電気炉などを用いて焼成を行い、六方晶Ｚ型フェライト焼結体を得る。
【００１７】
本発明においては、前記成形に供する粉砕粉を、例えば以下のようにして作製する。上述のようにして得られた焼結体をジョークラッシャーやディスクミルなどを用いて粉砕し、粗粉を得る。得られた粗粉は振動ミル、ボールミル、ジェットミルなどを用いて粉砕を行い、微粉を得る。得られた微粉に水を加えてスラリーとし、磁界を印加しながらプレスする。得られた成形体を乾燥処理した後、再焼結しフェライト焼結体を得る。
【００１８】
以下、本発明に係る軟磁性フェライトについて具体的に説明する。本発明では、ｃ面を磁化容易面とするフェライトを対象とする。軟磁性フェライトのうち、磁化容易面を有するものは、その性質を利用して配向させて異方性を持たせることが可能である。磁化容易面を有する軟磁性フェライトとしては、六方晶Ｚ型フェライト、六方晶Ｙ型フェライトがある。これらはｃ軸に垂直なｃ面を磁界容易面として持つ。かかる軟磁性フェライトの結晶粒が、そのｃ面が一の方向に平行になるように配向している状態が本発明に係る軟磁性フェライトの特徴の一つである。かかる構成を具現できる軟磁性フェライトの代表的な態様は、軟磁性フェライト焼結体である。すなわち軟磁性フェライト焼結体を構成する結晶粒が、そのｃ面が一の方向に平行になるように配向していればよく、結晶粒が大きくなり一つの結晶粒で構成されている状態は単結晶フェライトに相当する。六方晶Ｚ型フェライトおよび六方晶Ｙ型フェライトは代表的にはそれぞれＢａ３Ｃｏ２Ｆ２４Ｏ４１、Ｂａ2Ｃｏ２Ｆ１２Ｏ22で表される。また、軟磁性フェライトである六方晶Ｚ型フェライト焼結体および六方晶Ｙ型フェライト焼結体は、かかる六方晶Ｚ型フェライト相または六方晶Ｙ型フェライトを含む焼結体である。Ｂａの一部をＳｒで置換したり、Ｃｏの一部をＣｕ、Ｚｎ、Ｎｉのうち少なくとも一種で部分的に置換することも可能である。六方晶Ｚ型フェライト焼結体では、前記Ｚ相以外の他の六方晶フェライト相（Ｗ相、Ｙ相、Ｍ相）、スピネル相、ＢａＦｅ２Ｏ４相などの異相を一部に含んでいても良い。高い焼結体密度を得るうえでは、１７〜２１ｍｏｌ％のＢａＯ、６〜１３ｍｏｌ％のＣｏＯ、残部Ｆｅ２Ｏ３を主成分とすることが好ましい。一方、六方晶Ｙ型フェライト焼結体では、前記Ｙ相以外の他の六方晶フェライト相（Ｗ相、Ｚ相、Ｍ相）、スピネル相、ＢａＦｅ２Ｏ４相などの異相を一部に含んでいても良い。さらに、前記主成分に対してＬｉをＬｉ２ＣＯ３換算で０.０５〜１.０質量％含有させることが好ましい。前記主成分組成範囲と前記Ｌｉの含有は、焼結体の高密度化に好適である。
【００１９】
六方晶Ｚ型フェライト焼結体の場合、ＬｉとＳｉを複合的に含有させてもよい。Ｓｉと共にＬｉを含有させる場合には、特有の焼結体密度向上と透磁率向上の相乗効果が得られる。Ｓｉは少量でもＬｉとの複合含有効果、体積抵抗率増加の効果を示すがＳｉＯ２換算で０.０５質量％未満ではこれらの実質的な効果が発揮されず、一方０.５質量％を超えると体積抵抗率が改善されなくなるとともに、透磁率および焼結体密度の低下を招くので０.０５〜０.５質量％の範囲が好ましい。Ｌｉと複合で前記範囲のＳｉを含有させることにより、焼結体密度を４.９５×１０３ｋｇ／ｍ３以上、体積抵抗率を１０４Ω・ｍ以上としつつ、Ｌｉ含有による初透磁率向上効果を発揮させることができる。さらに、体積抵抗率向上のために、二価の金属イオンとしてＭｎをＭｎ３Ｏ４換算で０.０５〜５質量％含有させてもよい。
【００２０】
次に、本発明に係る軟磁性フェライトの構成について、六方晶Ｚ型フェライト焼結体を例にしてさらに詳述する。本発明に係る配向した軟磁性フェライトは、例えば下記に詳述する一方向配向、面配向によるものに分けることができるが、本発明の内容はこの２種類の配向方法に限定されるものではなく、特定の方向に高い透磁率を示すような異方性を持つ軟磁性フェライトであれば本発明の効果は発揮される。軟磁性フェライトを構成する全ての結晶粒が完全に一方向配向または面配向している必要はなく、配向の乱れは許容する。例えば、後述するように磁界によって配向させる場合、配向性は印加磁界強度に依存するが、六方晶Ｚ型フェライト焼結体が、Ｘ線回折上、一方向配向または面配向の傾向を示していればよい。
【００２１】
一方向配向とは、ｃ面が一の方向に平行に配向しているが、その法線であるｃ軸の配向性は問わない配向であり、一軸性の磁界、すなわち直流磁界によって配向した場合がこれに相当する。この場合ｃ軸は前記一の方向に垂直な平面方向を向いており、代表的には該面内方向にランダムに向く。一方向配向の場合の配向度合いは下記のようにＸ線回折パターンにて確認することができる。まず、六方晶Ｚ型フェライト焼結体の一平面のＸ線回折パターンにおいて、２θ＝２０〜８０°の測定範囲範囲に含まれる、六方晶Ｚ型フェライトに由来する全ての回折ピークの積分強度和をとってΣＩ（ＨＫＬ）とし、前記範囲に含まれるＬ＝０であるすべての（ＨＫ０）面の回折ピークの積分強度和をとってΣＩ（ＨＫ０）とする。すなわち、ΣＩ（ＨＫＬ）は、２０°〜８０°の２θ全体にわたって六方晶Ｚ型フェライトの回折ピークを積分したものである。なお、Ｉ（ＨＫＬ）は、指数（ＨＫＬ）で表される格子面からの回折ピークの積分強度を示す。ここでは、Ｉ（ＨＫＬ）として、（ＨＫＬ）面の回折線のピーク角度をθ（ＨＫＬ）とした時、θ（ＨＫＬ）−０.４°からθ（ＨＫＬ）＋０.４°までの範囲で積分した値を用いている。上記、ΣＩ（ＨＫＬ）およびΣＩ（ＨＫ０）から配向度ｆｃ⊥を定義する。配向度ｆｃ⊥はｆｃ⊥＝ΣＩ（ＨＫ０）／ΣＩ（ＨＫＬ）で与えられる。この配向度ｆｃ⊥が大きい、すなわち、分子のΣＩ（ＨＫ０）が大きいということは、Ｘ線回折を行っている面では、ｃ軸が該面方向を向いている結晶粒が多いということを示している。六方晶Ｚ型フェライトの中でもＢａ３Ｃｏ２Ｆｅ２４Ｏ４１で表されるような組成ではｃ軸に垂直な方向、すなわちｃ面が磁化容易面となるので、ｃ軸がＸ線回折を行っている面方向を向いている結晶粒が多いということは、該面に垂直な方向の透磁率が高くなるということを意味する。
【００２２】
前記配向度ｆｃ⊥を０.４以上とすると、Ｘ線回折を行っている面に垂直な方向の透磁率が特に高くなる。なお、本発明においては、かかる配向度を有する面をｃ軸配向面と称している。より好ましくは、０.４５以上である。より多くの結晶粒のｃ軸がＸ線回折を行っている面方向に向いていることが好ましい。理想的な状態として、全ての結晶粒のｃ軸がＸ線回折を行っている面方向に向いている状態を図１に示す。図１から明らかなように、各結晶粒のｃ面は、Ｘ線回折を行っている面に垂直になっている。この場合磁化容易面であるｃ面がＸ線回折を行っている面に垂直でありさえすれば、ｃ軸の方向がどちらを向いていてもＸ線回折を行っている面に垂直な方向の透磁率は高くなることがわかる。この場合にさらにｃ軸の方向も一の方向に揃えた状態が特許文献１にあるような面配向させた場合に相当する。すなわち、面配向とは、ｃ軸が一方向に揃っているため、ｃ面が一の面内方向に平行に揃っている配向状態である。回転磁界によって配向した場合がこれに相当する。
【００２３】
上記特定の方向にｃ面を平行配向させた一方向配向の場合と面配向とを区別するために以下のようなＸ線回折による評価を行えばよい。図１のようにＸ線回折を行っている面に垂直な方向にｃ面が配向（ｃ面が該方向に平行）しているとともに、該方向に垂直な面方向において、ｃ軸がランダム状に向いている状態を判断する指標として、少なくとも、前記ｃ軸配向面（上述のＸ線回折を行っている面に相当）に垂直で且つ互いに垂直な２つの面において、Ｘ線回折におけるｆｃ／／＝Ｉ（００１８）／Ｉ（１１０）から算出される配向度ｆｃ／／を採用する。該配向度ｆｃ／／が０.３以上という構成が好ましい。該配向度ｆｃ／／が大きいということは、観察面に垂直な方向にｃ軸が向いた結晶粒が多いということを示している。これが、少なくとも互いに垂直な２つの面において満たされることによって、ｃ軸がランダムに向いていることを担保している。このようにすることによって、ｃ軸配向面に平行な方向においても、高い透磁率を得ることができる。ｃ軸配向面に垂直な方向の透磁率に対する比においても、０.２５以上とすることも可能であり、透磁率のバランスに優れた六方晶Ｚ型フェライト焼結体が提供できる。面配向の場合は、ｃ軸配向面に垂直な一面（面配向方向の面）ではｆｃ／／０.３以上を満たす可能性があるが、互いに垂直な２つの面においてｆｃ／／０.３以上を満たすことはできない。
【００２４】
前記のような条件を満たすｃ軸配向面を六方晶Ｚ型フェライト焼結体が有していればよい。焼結体が直方体である場合には、例えば、その表面のうちの一つの面においてＸ線回折を行って配向度ｆｃ⊥を評価した結果、該面がｃ軸配向面となれば、それと直角をなす、互いに垂直な２つの他の表面において配向度ｆｃ／／を評価すればよい。
【００２５】
また本発明では上記のような一方向配向の方法に加え次に詳述する面配向と呼ばれる配向によってもその効果を充分発揮することができる。一方向配向は、ｃ面を磁化容易面とするフェライトの結晶粒の該ｃ面が少なくとも一の方向に平行になるような配向性に加えて、該一の方向に垂直な面内方向のうち一の方向にｃ軸が配向している構成である。
【００２６】
高い透磁率および高い焼結体強度を得るためには、六方晶Ｚ型フェライト焼結体の密度を４.７×１０３ｋｇ／ｍ３以上とすることが好ましく、５.０×１０３ｋｇ／ｍ３以上の焼結体密度がより好ましい。
【００２７】
上述のように配向性の向上により透磁率を改善した六方晶Ｚ型フェライトは、組成や組織などの他の因子を制御して透磁率の向上を図った場合に比べて、透磁率の周波数特性においても有利である。他の因子を制御して透磁率の向上を図る場合は、磁気異方性等も変化するため、周波数特性が劣化し、より低い周波数で透磁率が低下してしまう。これに対して、配向性を制御して透磁率の改善を図る場合は、磁気異方性は変化していないので、周波数特性に与える影響が小さくなる。
【００２８】
また、透磁率の周波数特性が向上の観点からは、焼結体の平均結晶粒径を３〜５０μｍの範囲とすることが好ましい。ここで焼結体の結晶粒径は、観察した結晶粒の内部に引くことのできる線分の内、最も長いもの（最大径）を長軸とし、長軸に直交し結晶粒の内部に引くことのできる線分の内、最も長いものを短軸とし、短軸および長軸の平均を個々の粒子の結晶粒径とした。平均結晶粒径は、任意の１００個の粒子を評価しそれらの平均をとって求めればよい。
【００２９】
上述の配向した六方晶Ｚ型フェライト焼結体は、例えば以下に示す六方晶Ｚ型フェライト焼結体の製造方法を用いて得られる。すなわち、比表面積が８００〜４０００ｍ２／ｋｇの範囲内である六方晶Ｚ型フェライト粉末を一軸性の磁界中で成形を行い成形体を得る成形工程と、前記成形体を焼結する焼成工程とを経て、六方晶Ｚ型フェライト焼結体を得る。通常、フェライト粉末は、焼結性を上げるため細かく粉砕したものを用いる。これに対して、本発明に係る六方晶Ｚ型フェライト焼結体の製造方法では、六方晶Ｚ型フェライト粉末の比表面積を８００〜４０００ｍ２／ｋｇに制御することが好ましい。これによって、高配向性、高透磁率を実現する。前記比表面積が小さすぎると焼結体密度が上がりにくく、配向性も低い。一方、比表面積が大きすぎると配向が低下する他、粗大粒が発生しやすくなる。
【００３０】
成形方法としては、加圧成形、押出し成形、射出成形などを用いることができるが、特に簡便な加圧成形が望ましい。加圧成形の場合、磁界印加方向と加圧方向が平行である縦磁場成形法や、磁界印加方向と加圧方向が直角である横磁場成形法などを用いることができるが、高い配向を得るためには横磁場成形法が好ましい。また面配向材を作製する場合も同様であるが、この場合加圧方向と回転磁界の方向が直交していることが望ましい。
【００３１】
配向は磁界中成形によって行う。磁界の印加方法は、上述のように一軸性の磁界、または回転磁界などを用いればよい。また、成形は、乾粉状の粉末を用いる乾式成形で行うことも可能であるが、配向性を上げるためには、六方晶Ｚ型フェライト粉末を水などの媒体と混合して得られたスラリーを用いる湿式成形で行うことが好ましい。媒体として水の種類は、これを特に限定するものではないが、例えば安価な水道水を用いればよい。また、イオン交換水や蒸留水などを用いて不純物イオンの低減を図ることもできる。スラリー濃度、すなわちスラリー中の六方晶Ｚ型フェライト粉末の重量割合は、８５ｗｔ％以下とすればよい。８５ｗｔ％超となると粒子間の摩擦が増加し、粒子の回転が十分行なわれず、配向度が低くなるためである。高い配向を得る観点からは、前記スラリー中の六方晶Ｚ型フェライト粉末の濃度を６５ｗｔ％以下として成形を行うことがより好ましい。一方、該スラリー濃度は、５０ｗｔ％以上とすることが好ましい。５０％未満だと成形時に脱水のため多くの時間がかかり生産性が低下するからである。また、金型キャビティ内で磁界を印加しながら乾粉状またはスラリー状の前記六方晶Ｚ型フェライト粉末を攪拌した後に、成形すると、六方晶Ｚ型フェライト粉末の凝集を解き、配向性をいっそう高めることができる。
【００３２】
また、スラリーを用いた加圧による湿式成形法の場合、スラリーの供給法としては、磁界印加中に金型キャビティ内へスラリーを加圧注入する方法でもよいし、キャビティ内にスラリーを投入後磁界を印加する方法でもよい。スラリー中の媒体は、加圧する際にキャビティに形成される脱水孔やクリアランスから除去される。成形後の六方晶Ｚ型フェライト粉末、すなわち成形体は、十分乾燥後焼結に供される。
【００３３】
前記六方晶Ｚ型フェライト粉末は、通常のプロセスのように粉末の状態で仮焼を行い、粉砕することによって得ることも可能であるが、六方晶Ｚ型フェライト焼結体を粉砕して得る方法が粉砕性の観点から好ましい。配向するためには、六方晶Ｚ型フェライト粉末を構成する粒子は、単結晶であることが好ましい。この点、焼結体においては粒成長が進んでいるため、該焼結体を粉砕すれば単結晶である粒子を多く含んだ粉末を得やすい。したがって、六方晶Ｚ型フェライト焼結体を粉砕して粉末を得る方法は、磁界中配向に好適な粉末調整方法である。この場合、かかる粉砕に供する六方晶Ｚ型フェライト焼結体の平均結晶粒径は５〜２００μｍであることが好ましい。なお、通常のプロセスのように仮焼後の粉末を粉砕した六方晶Ｚ型フェライト粉末を用いて成形することも可能であるが、この場合も仮焼後の粉末における六方晶Ｚ型フェライトの平均結晶粒径が５〜２００μｍであることが好ましい。さらに、六方晶Ｚ型フェライト焼結体を粉砕して粉末を得る方法、仮焼後の粉末を粉砕した六方晶Ｚ型フェライト粉末を用いる方法も含めて、いずれにおいても、成形に供する粉末は実質的に六方晶Ｍ型フェライト相を含有しないことがより好ましい。六方晶Ｍ型フェライト相は、ｃ軸を磁化容易軸とする一軸異方性を示し、一軸性の印加磁界方向に配向してしまい、焼結において六方晶Ｚ型フェライト相に変わっても、本発明に係る配向状態とは異なる配向状態（面配向）を生じるからである。ここで、実質的に六方晶Ｍ型フェライト相を含有しないとは、Ｘ線回折において、六方晶Ｚ型フェライトの強度最大のピークである（１０１６）ピークの強度に対する、六方晶Ｍ型フェライトのピークである（００６）ピークの強度の比が５％以下であることをいう。また、軟磁性フェライトは、六方晶Ｚ型フェライトとＹ型フェライトの混相であってもよいが、特性ばらつきを抑えるためには、Ｚ型フェライトまたはＹ型フェライトを主体として構成されていることが好ましい。六方晶Ｚ型フェライトを主体とする場合は、成形に供する粉末は実質的にＹ型フェライトおよびスピネルフェライトも含まない六方晶Ｚ型フェライトであることが特に好ましい。実質的にＹ型フェライトおよびスピネルフェライトも含まないとは、六方晶Ｚ型フェライトの強度最大のピークである（１０１６）ピークの強度に対するＹ型フェライトの（００１２）ピークの強度の比が５％以下であり、スピネルフェライトの(４４０)のピークの強度の比が７％以下であることをいう。一方、六方晶Ｙ型フェライトを主体とする場合は、成形に供する粉末は実質的にＺ型フェライトおよびスピネルフェライトも含まない六方晶Ｙ型フェライトであることが特に好ましい。実質的にＺ型フェライトおよびスピネルフェライトも含まないとは、六方晶Ｙ型フェライトの強度最大のピークである（１１０）ピークの強度に対するＺ型フェライトの（１０１６）ピークの強度の比が５％以下であり、スピネルフェライトの(４４０)のピークの強度の比が７％以下であることをいう。
【００３４】
上記のように磁界中成形して得られた六方晶Ｚ型フェライトの焼結体は、表面付近に配向の乱れが生じる場合がある。したがって、表面を加工で除去することで、焼結体全体において配向度の高い部分の割合が増え、高い透磁率を得る上で有利である。また表面を加工で削除することは、焼結体内における配向、ひいては透磁率のばらつきを抑制することにつながる。加工は、焼結体の少なくとも一部が加工されていればよい。研磨、切断いずれによる加工面であっても、表面を削除することになる。
【００３５】
上記のようにして作製した、結晶を配向させた六方晶フェライトの焼結体をダイサー、スライサーまたは平行研削機などを用いて０より大きい反磁界係数が生じ得る形状に加工する。加工する形状は例えば、直方体、立方体、薄板形状、円柱棒、角柱棒に加え、ギャップが挿入されたリング形状など、使用する磁路に対し、０より大きな反磁界係数が発生するような形状であればどのような形状でも構わない。このような形状で用いることにより、Ｚ型フェライトの優れた透磁率の周波数特性がより一層、高周波側まで使用な可能なものとなる。
【００３６】
上記のように加工された、配向した六方晶フェライトの焼結体の中でも特に無反磁界での評価を行ったとき高い透磁率が得られた方向が磁路に沿うように用いることが特に望ましい。これは例えば一方向配向の、磁場印加方向に相当する。または面配向の場合では配向させた面内の方向を用いることに相当する。面配向の場合は環状面が配向面と平行になるようなリング試料に磁路を横断するギャップを設けても良い。また上記のように面配向、一方向配向のみではなく、ｃ面が磁路に沿うように配向していれば、その磁路を妨げるような反磁界が発生するような形状であればよい。これによって透磁率の周波数特性が大きく改善される。本発明は、このように結晶粒のｃ面が一の方向に平行になるように配向した軟磁性フェライトにおいて、反磁界が生じる形状にしたときに周波数特性が向上し、さらに該周波数特性向上の効果に顕著な異方性があるという知見に基づくものである。ｃ面が少なくとも一の方向に平行になるように配向している該一の方向と、反磁界が生じる方向とを一致させること、言い換えれば無反磁界での評価で透磁率の高い方向、すなわち成形時の磁界印加方向に反磁界を導入することが、透磁率をより高周波側まで維持することに関し極めて効果的であることを見出した。すなわち無反磁界での評価において透磁率の低い方向にギャップを設けるなどの加工を行った場合に比べ極めて大きな周波数特性向上効果が得られることを見出したものである。ｃ面が、使用する磁路に対し平行に配向している場合、磁路に対し実効的に反磁界を生じさせうる形状で使用することで、特に顕著な効果が得られる。かかる構成を用いれば、一の方向において共鳴周波数以上の帯域においても高い透磁率を有する六方晶フェライトを提供することも可能となる。
【００３７】
上記のように配向方向によって反磁界が与える効果が異なる理由については未だ明らかではないが、反磁界の導入によりｃ面が平行である方向のみ磁壁の移動といった周波数特性を悪化させる透磁率成分が除去され、回転磁化による磁化のモードが支配的になるためと推測される。このような現象は以下に実施例として示した一方向配向したＺ型フェライトおよび面配向したＺ型フェライトに加え、同じく磁化容易面を持つＹ型フェライトにおいても生じる。また、六方晶フェライトのような磁化容易面を有する軟磁性フェライトだけでなく同様の結晶磁気異方性が巨視的に発現する例えば薄い円板状の金属磁性粉が配向した圧粉体や結晶配向した薄膜、または磁化容易面を持つ単結晶などでも同様な効果が生じうる。また本発明は材料が高密度化しても回転による磁化のモードが支配的であり、特に高密度化した試料において飽和磁化が増加し、透磁率も増加する。例えば理論密度の９０％以上で用いることが更に望ましい。
【００３８】
上記のように、使用する磁路に対し配向した六方晶フェライトの反磁界係数は０より大きい方が好ましい。透磁率の周波数特性向上の観点からは、反磁界係数は０.００５より大きく、０.３以下であることがより好ましい。これは０.００５以下では本発明が提供する高周波化の効果が発揮されにくいためであり、周波数特性向上の観点からは上限は特に定めないが、０.３以下であることが望ましい。これは使用する磁路に対し反磁界係数が０.３を超えると得られる透磁率の絶対値自体が極端に低下してしまうためである。反磁界係数が０.００５より大きく、０.３以下であるために例えば円板、角板などの薄板形状にて板面内の方向を磁路方向として用いることが望ましい。また円柱棒や角棒などの棒形状にて長手方向を磁路方向として用いれば所望の反磁界係数を得ることができる。またはこれらに類する形状であっても実効的な反磁界係数が上記の範囲にあればよい。面配向の場合は無反磁界での評価にて透磁率の高い方向が配向面内の任意の方向に存在するので、環状面が配向面と平行となるようなリング形状またはそれに類する形状に磁路を横断するギャップを挿入しても前記効果が発揮される。このように配向された異方性フェライトの配向方向と形状との関係を制御することによって、同一の材料を用いているにもかかわらず、該材料の材料特性として捉えられている水準を超える透磁率の周波数特性を実現できるのである。これにより、例えば従来六方晶Ｚ型フェライトでは、適用が困難と考えられていた２ＧＨｚ以上、さらには３ＧＨｚ以上での使用を可能とする。
【００３９】
反磁界係数は以下のようにして算出する。直方体形状の軟磁性フェライトのうち、測定方向をＸ方向、板面垂直方向をＺ方向、Ｘ，Ｚに共に直交する方向をＹ方向とし、測定方向の反磁界係数をＮｘ、測定方向の試料寸法をＬ、板面厚さをＴ、Ｙ方向の寸法をＷとして、
Ｎｘ＝Ｔ／（Ｌ（１＋（Ｔ（１＋Ｌ／Ｗ）／Ｌ）））
として近似する。本関係式を用いることにより例えば薄い直方体板、直方体などの反磁界係数を算出することができる（参考文献：Journal of Applied Physics, Volume 94, Number 6, P4013-4017 ）。
【００４０】
本発明の六方晶Ｚ型フェライトを作製することにより、１００ＭＨｚの比透磁率実数部の７０％になる周波数をｆ７０としたとき、一方向配向の場合は磁場印加方向である一の方向のｆ７０をｆａ７０とし、磁場印加方向である該一の方向に直交する方向におけるｆ７０をｆｐ７０としたときｆａ７０／ｆｐ７０として１.２以上の値を得ることができる。磁場印加方向である該一の方向に直交する方向は、面方向になるが、最も低いｆ７０を示す方向との関係でｆａ７０／ｆｐ７０として１.２以上が得られればよいので、そのいずれかの方向でｆａ７０／ｆｐ７０として１.２以上を満たせばよい。また同様に面配向の場合は、磁場印加方向である配向面内方向のうちの一の方向のｆ７０をｆａ７０とし、該一の方向に直交する方向におけるｆ７０をｆｐ７０としたときｆａ７０／ｆｐ７０として１.２以上の値を得ることができる。面配向の場合、ｆｐ７０を取る方向は配向面方向に直交する方向の他、配向面内にも該方向を取りうるが、最も低いｆ７０を示す方向との関係でｆａ７０／ｆｐ７０として１.２以上が得られればよいので、前記一の方向に直交する方向のいずれかの方向で、少なくともｆａ７０／ｆｐ７０として１.２以上を満たせば、前記条件は満たされる。ｆａ７０／ｆｐ７０が大きいということは、磁場印加方向によって、周波数特性の伸びの変化が異なり、磁界印加方向である一の方向の伸びが特に大きいことを示している。ｆａ７０／ｆｐ７０が１.２以上となれば、磁界印加方向である一の方向の周波数特性の伸びの効果が十分な有意差として発揮されるため、該周波数の伸びを利用して、従来想定されていた使用周波数を超える周波数帯域への適用を可能とする。このことは、材料設計を変えることなく、周波数特性を制御できるという利点も有する。さらに好ましい態様として、配向方向と形状の使用方向を適正化することによってｆａ７０／ｆｐ７０の値が１.５以上、さらには２.０以上とすることも可能であり、周波数特性を顕著に改善することができる。
【００４１】
また、前記構成を具備する本発明に係る六方晶Ｚ型フェライトにおいては、ｆ７０が１ＧＨｚ以上の優れた値が得られる。一の方向に垂直な面内方向にｃ軸が配向している一方向配向の場合、反磁界係数を０.０３以上とすることでｆ７０は１.５ＧＨｚ以上となり、周波数特性がより向上する。また、一の方向に垂直な面内方向にｃ軸が配向している一方向配向の場合、および前記一の方向に垂直な他の一方向にｃ軸が配向している面配向の場合とも、反磁界係数を０.０５以上とすることによりｆ７０は２.０ＧＨｚ以上の更に高い値が得られるようになる。なお、３ＧＨｚまでの比透磁率実数部の絶対値はキーコム株式会社製の（高周波磁性材料測定システム）を用いて、ワンターンコイル法の原理で測定したものを用いている。
【００４２】
本発明の軟磁性フェライトは、例えば磁気回路用、インダクタンス素子用の磁性コアとして用いることができ、磁性コアとして優れた周波数特性を示す。結晶粒のｃ面が少なくとも一の方向に平行になるように配向した軟磁性フェライトを上記のような形状にして、該一の方向が磁束が流れる磁路方向となるようにして高周波用の磁気回路やインダクタンス素子を構成すれば、極めて優れた周波数特性を示す。磁気回路やインダクタンス素子におけるかかる使用方法によれば、配向した軟磁性フェライトの周波数特性を効果的に利用することができる。例えば、インダクタやチョークコイル、磁性アンテナやカレントトランスなどに用いることができる。
【実施例】
【００４３】
先ず、主成分組成がＦｅ２Ｏ３：７０.２ｍｏｌ％、ＢａＯ：１８.８ｍｏｌ％、ＣｏＯ：１１.０ｍｏｌ％のような割合となるよう、Ｆｅ２Ｏ３、ＢａＣＯ３、Ｃｏ３Ｏ４を秤量し、この主成分に対しＭｎ３Ｏ４：３.０質量％、Ｌｉ２ＣＯ３：０.４質量％、ＳｉＯ２：０.１３質量％の割合になるようにＭｎ３Ｏ４、Ｌｉ２ＣＯ３、ＳｉＯ２をそれぞれ添加し、湿式ボールミルにて１６時間混合した。なお、Ｍｎ３Ｏ４、Ｌｉ２ＣＯ３、ＳｉＯ２については仮焼後に行う粉砕時に加えてもよい。次にこれを大気中１２００℃で２時間仮焼した。この仮焼粉を湿式ボールミルにて１８時間粉砕した。作製した粉砕粉にバインダー（ＰＶＡ）を添加し、造粒した。造粒後圧縮成形し、その後、酸素雰囲気中１３００℃で３時間焼結した。得られた焼結体をジョークラッシャーで砕きディスクミルにて粗粉砕を行い、粗粉砕粉を得た。更に粗粉砕粉を振動ミルにて３時間粉砕した。粉砕後、得られたスラリーを沈降が生じるまで静置し、上澄み液を除去しスラリー濃度が７３％になるように調整した。スラリーを乾燥させた粉体をＸＲＤにより評価したところ、この粉体はほぼＺ型単相であり、Ｙ型フェライトの（００１２）のピーク、Ｍ型フェライトの（００６）ピークおよびスピネルフェライトの(４４０)のピークのＺ型フェライトの（００１６）のピークに対する強度比は何れも３％以下であった。また、Ｍａｃｓｏｒｂ社製Ｍｏｄｅｌ−１２０１を用いてガス吸着法（ＢＥＴ法）により、この粉砕粉の比表面積を評価したところ粉体比表面積は２３５０ｍ２／ｋｇであった。上記のように作製したスラリーを磁界中で湿式成形した。ここで成形圧は８７.５ＭＰａとし、０．８５ＭＡ／ｍの１軸性の磁界をプレス方向と直交する方向に印加した。本成形方法を成形方法１と呼ぶ。得られた成形体を再度上記焼結と同条件にて再焼結し、約１０ｍｍ角の立方体状焼結体を得た。以降、磁界印加方向をＨ方向と呼び、Ｈ方向の透磁率をμＨ、Ｈ方向を法線に持つ面をＨ−ｐｌａｎｅと呼び、同様にプレス方向の場合はＰ方向、μＰ、Ｐ−ｐｌａｎｅ、磁界印加方向及びプレス方向に共に直交する方向の場合はＬ方向、μＬ、Ｌ−ｐｌａｎｅと呼ぶことにする。さらに、スラリーを、回転磁界中で湿式成形した。ここで成形圧は２９.１ＭＰaとし、０.４８ＭＡ／ｍの回転磁界をプレス方向と直交する方向に印加した。回転磁界を印加後、１軸性の磁界を成形方向と直交させる方向に印加しながら成形した。本成形法を成形方法２と呼ぶ。得られた成形体を１３１０℃で焼結し、４０×４０×７ｍｍ３の焼結体を得た。以降、成形方法２にてプレス中に印加した１軸磁界印加方向をＨ方向と呼び、Ｈ方向の透磁率をμＨ、Ｈ方向を法線に持つ面をＨ−ｐｌａｎｅと呼び、同様にプレス方向の場合はＰ方向、μＰ、Ｐ−ｐｌａｎｅ、１軸磁界印加方向及びプレス方向に共に直交する方向の場合はＬ方向、μＬ、Ｌ−ｐｌａｎｅと呼ぶことにする。
【００４４】
成形方法１および成形方法２にて作製した焼結体は１軸性の磁界を印加した磁界印加方向を法線に持つ断面が得られるように試料を切断し、切断面におけるＸ線回折（ＸＲＤ：Ｘ ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）測定を行い、配向度ｆｃ⊥を評価した。すなわち、２θ＝２０〜８０°の測定範囲でＸＲＤを行い、得られたＸ線回折パターンにおいて、六方晶Ｚ型フェライトの全ての回折ピークの積分強度和をΣＩ（ＨＫＬ）とし、Ｌ＝０であるすべての（ＨＫ０）の回折ピークの積分強度和をΣＩ（ＨＫ０）とした。ｆｃ⊥＝ΣＩ（ＨＫ０）／ΣＩ（ＨＫＬ）の式から配向度ｆｃ⊥を算出した。一方、プレス方向を法線に持つ断面並びに磁場印加方向およびプレス方向に直行する方向を法線に持つ断面が得られるように試料を切断し、これらの切断面におけるＸＲＤ測定を行い、ｆｃ／／を評価した。これらの面は、上述の磁界印加方向を法線に持つ断面に垂直で且つ互いに垂直な２つの面となる。ここで定義する配向度ｆｃ／／とはＺ型フェライトの指数（００１８）の格子面から生じる回折ピーク強度を指数（１１０）の格子面から生じる回折強度で除した値である。
【００４５】
比較用試料として等方性のスピネルフェライトであるＮｉ−Ｚｎフェライトも作製した。本試料は等方的なのでリング形状の試料を成形、焼結しインピーダンスメータ４２９１Ｂ（Ａｇｉｌｅｎｔ社製）にて１０ＭＨｚ〜１.８ＧＨｚまでの無反磁界での複素透磁率の周波数特性を測定した。本試料の１００ＭＨｚでの比透磁率実数部は１４．３であった。本試料を比較例１とする。
【００４６】
上記のように作製された成形方法１および成形方法２によって作製された配向型Ｚ型フェライトの焼結体密度、配向度を以下の表１に示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】
成形方法１にて作製した試料はＬ−ｐｌａｎｅ、Ｐ−ｐｌａｎｅともにｆｃ／／が１.４以上であり、磁界印加方向に直角の方向（ｃ軸配向面に平行な方向）においてもｃ軸がランダムに向いており、ｃ軸配向面内における配向の異方性の小さい一方向配向した六方晶Ｚ型フェライト焼結体が得られている。一方で、成形方法２にて作製した試料のＰ−ｐｌａｎｅのｆｃ／／はＩ（００１８）が非常に強く観測され（１１０）面の回折ピークが（００１８）面の回折ピークに隠れ評価することができなかったが、ｆｃ／／が０.３を超えることは明白であった。またＨ−ｐｌａｎｅにおけるｆｃ⊥は０.７以上である。一方でＬ−ｐｌａｎｅにおけるｆｃ／／は０.１以下の小さい値となり、Ｐ−ｐｌａｎｅのｆｃ／／と比べると小さく、Ｈ面内においてｃ軸は特定の方向に集中して向いていることが確かめられた。このことから成形方法２によって作製された焼結体は面配向していることが確かめられた。
【００４９】
成形方法１および成形方法２により作製した六方晶Ｚ型フェライト焼結体の、反磁界が生じない形状における、一方向の比透磁率の周波数特性は以下に述べる手法にて評価した。すなわち、磁界配向させたフェライト焼結体の一方向の透磁率は、リング試料では単純に測定できないため、リング環状面がＨ−ｐｌａｎｅ、Ｐ−ｐｌａｎｅまたはＬ―ｐｌａｎｅに平行な３つのリング試料を切り出し、これらのリング試料の透磁率測定結果からＨ方向、Ｐ方向およびＬ方向の透磁率を算出した。
【００５０】
評価手法に触れる前に、必要な関係式を導出する。異方性の存在する磁性板の板面に沿った縦方向、横方向をそれぞれＹ方向（例えばＰ方向）、Ｘ方向（例えばＨ方向）と定義し、該磁性板から外径と内径との差が充分小さいリング試料を切り出し、該リング試料にＮ回巻線を施し、巻き線に電流Ｉを流して初透磁率を測定すると仮定する。なお、リング試料の断面積はＳとする。図２のように原点にリング試料をθ、ｒを定義すると、下記式が得られる。
【００５１】
【数１】
【００５２】
また、リング試料からの磁束の漏洩が無いものとし、リング試料内部の磁束密度ベクトルの大きさが一定であるとすると下記式が得られる。
【００５３】
【数２】
【００５４】
ここでＸ方向の透磁率、Ｙ方向の透磁率をそれぞれμx、μyとおけば（μx、μyおよび下に示すμｘｙｐｌａｎｅは比透磁率とする。）
【００５５】
【数３】
【００５６】
数１〜数３の式とアンペールの法則から
Ｂ０＝（１／μｘ＋１／μｙ）−１×ＮＩ／πｒ （式４）
の関係が得られる。ここで自己インダクタンスＬは鎖交する磁束と電流との比であるから、
、式４の関係を用いて、
Ｌ＝ＮΦ／Ｉ＝ＮＢ０Ｓ／Ｉ＝Ｓ（１／μｘ＋１／μｙ）−１×Ｎ２／πが得られる。真空中（μx＝μy ＝1）の場合は、Ｌ０＝ＳＮ２／２πｒであるから、リング試料から観測される透磁率をμｘｙｐｌａｎｅとおくと
μｘｙｐｌａｎｅ＝Ｌ／Ｌ０＝２×（１／μｘ＋１／μｙ）−１ （式５）
の関係が得られる。
【００５７】
式５のような関係を考慮し、環状面がＨ−ｐｌａｎｅ、Ｌ−ｐｌａｎｅまたはＰ−ｐｌａｎｅになるように３種類のリング試料を切り出し、インピーダンスメータ４２９１Ｂ（Ａｇｉｌｅｎｔ社製）にて１０ＭＨｚ〜１.８ＧＨｚまでの複素比透磁率（μＨ−ｐｌａｎｅ、μＬ−ｐｌａｎｅ、μＰ−ｐｌａｎｅ）を測定した。試料の寸法は、外形６.８ｍｍ、内径３.２ｍｍ、厚さ１.５ｍｍとした。測定値から以下の式を用いて各方向の透磁率を算出した。
μＨ ＝{(-1/μＨ−ｐｌａｎｅ)＋(1/μＬ−ｐｌａｎｅ)＋(1/μＰ−ｐｌａｎｅ)}-1
μＬ ＝{(1/μＨ−ｐｌａｎｅ)＋(-1/μＬ−ｐｌａｎｅ)＋(1/μＰ−ｐｌａｎｅ)}-1
μＰ ＝{(1/μＨ−ｐｌａｎｅ)＋(1/μＬ−ｐｌａｎｅ)＋(-1/μＰ−ｐｌａｎｅ)}-1
以下本手法をリング法と呼ぶこととする。本測定手法は方向透磁率算出に用いた元のデータであるμＨ−ｐｌａｎｅ、μＬ−ｐｌａｎｅ、μＰ−ｐｌａｎｅが無反磁界での評価であることから、上記式によって与えられる方向透磁率も無反磁界での値を示すものである。
【００５８】
上記したリング法を用いて成形方法１および成形方法２にて作製した焼結体のＨ、Ｌ、Ｐ方向の透磁率の周波数特性を評価した。結果を図３、４に示す。図３より成形方法１ではＨ方向に１００ＭＨｚで５０を超える高い透磁率が得られていることが分かる。また直交するＬ、Ｐ方向には１０程度の透磁率が得られることが分かる。上記によって得られた各方向の透磁率は、一つの焼結体から異なる方位を環状面の法線にもつリング試料を切り出したものを評価し、算出したものであるが、各方向透磁率を与えた試料を仮に比較例２〜４と呼ぶこととする（比較例２：Ｈ方向、比較例３：Ｌ方向、比較例４：Ｐ方向）。一方、成形方法２にて作製した試料ではＨ，Ｌ方向にそれぞれ１００ＭＨｚで３５、２５を超える高い透磁率が得られていることが分かる。また成形方法２の場合Ｐ方向の透磁率が１００ＭＨｚで４という低い値であることがわかる。一つの焼結体から異なる方位を環状面の法線にもつリング試料を切り出したものを評価し、算出したものであるが、各方向透磁率を与えた試料を仮に比較例６〜８と呼ぶこととする。（比較例６：Ｈ方向、比較例７：Ｌ方向、比較例８：Ｐ方向）
【００５９】
反磁界影響下での透磁率の方向依存性の評価を行うため高周波薄膜透磁率測定装置ＰＭＦ−３０００（凌和電子社製）により評価を行った。試料は表２に示した３種類の板状形状の試料を作製した。透磁率の評価方向は加工形状１および３では８ｍｍ方向、加工形状２では５ｍｍ方向の透磁率の周波数特性を評価した。
【００６０】
【表２】
【００６１】
３種類の薄板形状での予想される測定方向の反磁界係数を下記のように算出した。算出の仕方は上述の通りである。
【００６２】
成形方法１によって作製した焼結体から加工形状１の試料を切り出した。このとき加工形状１の長手方向（８ｍｍ方向）とＨ方向が平行となるように切り出した試料を実施例１とする。また同じ焼結体からＬ方向、およびＰ方向が加工形状１の長手方向（８ｍｍ方向）と平行になるように切り出した試料をそれぞれ実施例２、３と呼ぶ。成形方法１によって作製した焼結体から加工形状２の試料を切り出した。このとき加工形状２の５×５ｍｍ２の正方形の一辺とＨ方向が平行となるように切り出した試料を実施例４とする。また同じ焼結体からＬ方向、およびＰ方向が加工形状２の５×５ｍｍ２の正方形の一辺と平行になるように切り出した試料をそれぞれ実施例５、６とする。成形方法１によって作製した焼結体から加工形状３の試料を切り出した。このとき加工形状３の長手方向（８ｍｍ方向）とＨ方向が平行となるように切り出した試料を実施例７とする。また同じ焼結体からＬ方向、およびＰ方向が加工形状１の長手方向（８ｍｍ方向）と平行になるように切り出した試料をそれぞれ実施例８、９とする。成形方法２によって作製した焼結体から加工形状２の試料を切り出した。このとき加工形状２の５×５ｍｍ２の正方形の一辺とＨ方向が平行となるように切り出した試料を実施例１０とする。また同じ焼結体からＬ方向、およびＰ方向が加工形状２の５×５ｍｍ２の正方形の一辺と平行になるように切り出した試料をそれぞれ実施例１１、１２と呼ぶ。またＮｉ−Ｚｎフェライトから加工形状２の試料を無作為な方位にて切り出した。これを比較例５とする。
【００６３】
ＰＭＦ−３０００により実施例１〜１２、比較例５の方向の複素透磁率の周波数特性を評価した。透磁率の評価方向は表３に示した。測定した比透磁率実数部を１００ＭＨｚの比透磁率実数部が１となるように規格化した。実施例１〜１２、比較例１〜８の評価結果を図５〜図１１に示す。
【００６４】
図５〜１１の周波数特性から１００ＭＨｚの透磁率値が７０％となる周波数特性ｆ７０を評価した。上記、実施例１〜１２、比較例１〜８の成形方法、加工形状、切り出し方位、測定方向の反磁界係数、ｆ７０の値を表３にそれぞれ示す。
【００６５】
【表３】
【００６６】
表３および図１１に示したように比較例１および比較例５を比較すると、透磁率の周波数特性が反磁界の効果によって高周波側にシフトしていることが分かり、ｆ７０は０.３６ＧＨｚから０.８ＧＨｚと増加するが１ＧＨｚは超えない。一方で、図５および表３に示したように、一方向配向に係る成形方法１の実施例４では、ｆ７０は２．４７ＧＨｚと比較例５に比べて同じ反磁界係数（０.０５４）であるが特に高い値を示す。また比較例２、実施例１、４、７と反磁界係数の増加に伴い、ｆ７０が増加することが分かり、反磁界係数が０.０３９以上で１．６ＧＨｚ以上、と１ＧＨｚを超える高い値が得られる。さらに、反磁界係数が０.０５４以上で２．４７ＧＨｚ以上、反磁界係数が０.０９７以上で２．７６ＧＨｚ以上の優れた透磁率の周波数特性を示している。比較例３、４、実施例２，３，５，６，８，９に示したように反磁界係数の増加に伴い、ｆ７０はＬ、Ｐ方向に評価した場合でも増加する。しかし実施例２、３に示したようにＬ、Ｐ方向の場合、１．１４ＧＨｚ、１．０７ＧＨｚと同じ反磁界係数である実施例１（ｆ７０は１．６ＧＨｚ）に比べるとｆ７０の増加は小さい。反磁界係数が０．０９７である実施例８，９でもｆ７０は１．８７ＧＨｚ、１．５９ＧＨｚと同じ反磁界係数である実施例７に比べると低い値であることがわかる。これらのことから反磁界係数の増加によりｆ７０の増加が最も顕著であったのは無反磁界評価において最も高いμを持つＨ方向であることがわかる。
【００６７】
表３および図８、９に示したように成形方法２にて作製した焼結体でも比較例６、７に比べると反磁界係数の高い実施例１１，１２はｆ７０の増加が見られ、実施例１１、１２（反磁界係数０.０５４）ではｆ７０が１.８２ＧＨｚ、２.２７ＧＨｚと高い値を示すことが分かる。すなわち、面配向に係る成形方法２についても、反磁界係数が０.０５４以上で２．２７ＧＨｚ以上の優れた透磁率の周波数特性が得られることが示唆されている。一方でＰ方向の評価である比較例８、実施例１２を比較すると反磁界係数の増加に伴い、ｆ７０の値は低下した。これらのことから成形方法２において作製した焼結体において反磁界係数の増加によりｆ７０が増加したのは無反磁界評価においてμの高い方向であるＨ、Ｌ方向であることがわかる。なお、Ｌ方向は磁界印加方向でもあり、かかる点でＬ方向はＨ方向と挙動が類似している。
【００６８】
成形方法１によって作製された焼結体は上述したＸＲＤにより、Ｈ方向（磁場印加方向）にｃ面が平行になっているものと考えられる。ここでＨ方向の比透磁率実数部が１００ＭＨｚにおける比透磁率実数部の７０％になる周波数をｆa７０、ＬおよびＰ方向の比透磁率実数部が１００ＭＨｚにおける比透磁率実数部の７０％になる周波数をｆｐ７０とすると表３より、ｆa７０／ｆｐ７０を算出することができる。また成形方法２によって作製された焼結体は上述したＸＲＤ回折により、Ｐ面内の全ての方向にｃ面が平行になっているものと考えられる。この場合、ｆa７０は面内の任意の方向の透磁率に関して評価できるが、以下ではＨ方向、Ｌ方向をｆa７０とした場合を別個に計算して表した。以上のように算出されたｆa７０／ｆｐ７０を以下の表４に示した。
【００６９】
表４より成形方法１では反磁界係数０の評価ではｆa７０／ｆｐ７０はＬ、Ｐ方向共に１．０と低い値であった。しかし反磁界係数０.０３９の場合Ｌ方向、Ｐ方向ではそれぞれｆa７０／ｆｐ７０は、１．４、１．５と１．２を超える値が得られた。また反磁界係数が０.０５４では最大で２．２と更に高い値を示し、反磁界係数０.０９７では最大１.７という値が得られた。また表４より成形方法２では反磁界係数０の評価では、ｆaをＨまたはＬ方向のどちらにとるかによって異なるが、最大で１.１という低いであった。また反磁界係数０.０５４ではＬ方向でｆa７０にとった場合、最大で２．１という高い値が得られることが分かった。上記のように結晶のｃ面が平行な方向に対して評価したｆa７０とそれに直交する方向のｆｐ７０との比の最大値は反磁界係数の導入により増加し、特に反磁界係数０．０５４付近では２を超える値が得られる。
【００７０】
【表４】
【００７１】
３ＧＨｚまでの比透磁率実数部の絶対値をキーコム株式会社製の（高周波磁性材料測定システム）を用いて、ワンターンコイル法の原理で測定した。比較例５、実施例４、５、６および実施例１０、１１、１２の０．１ＧＨｚ、０．５ＧＨｚ、１ＧＨｚ、２ＧＨｚおよび３ＧＨｚの比透磁率実数部の値を評価し、表５に示した。
【００７２】
【表５】
【００７３】
表５より実施例のうちｃ面が一の方向に平行になるように配向し、該一の方向が直方体の長手方向と一致している実施例４では、透磁率は１ＧＨｚでもほとんど低下することなく、１６以上の透磁率を示している。表４に示した実施例は非常に優れた透磁率の周波数特性を示しており、２ＧＨｚでも１１以上、３ＧＨｚでも５以上の透磁率を示している。特に配向方向と形状の使用方向を適正化することによって、２ＧＨｚで１３以上、３ＧＨｚでも８以上の従来にない透磁率の周波数特性を発揮している。実施例４を例にとれば、３ＧＨｚにて９．３と比較例５に比べ３倍近い高い値が得られることが分かる。一方で実施例５，６のようにＬ、Ｐ方向の場合では表３のｆ７０は大きい値が得られているが、絶対値として比較例５に比べ優位性は認められない。すなわち、配向の方向によって、周波数特性の変化の挙動が著しく異なることを示している。成形方法２によって作製された実施例１０〜１２を例にとれば、実施例１０、１１は比較例に比べ各周波数にて高い透磁率を示し、特に３ＧＨｚでは５．６および８．８と比較例５の２〜３倍の値が得られた。一方でＰ方向に係る実施例１２では各周波数にて比較例５より低い透磁率を示し優位性は認められなかった。すなわち、面配向である成形方法２の場合においても配向の方向によって、周波数特性の変化の挙動が著しく異なることを示している。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】結晶粒のｃ軸が観察面方向に向いている状態を示す概念図である。
【図２】リング試料におけるｒ、θ、線要素の定義を示す図である。
【図３】成形方法１にて作製した比較例の焼結体のＨ、Ｌ、Ｐ方向の複素透磁率の周波数特性を図である。
【図４】成形方法２にて作製した比較例の焼結体のＨ、Ｌ、Ｐ方向の複素透磁率の周波数特性を図である。
【図５】実施例１、４、７および比較例２でのＨ方向の複素透磁率の周波数特性と示す図である。
【図６】実施例２、５、８および比較例３でのＬ方向の複素透磁率の周波数特性と示す図である。
【図７】実施例３、６、９および比較例４でのＰ方向の複素透磁率の周波数特性と示す図である。
【図８】実施例１０および比較例６でのＨ方向の複素透磁率の周波数特性と示す図である。
【図９】実施例１１および比較例７でのＬ方向の複素透磁率の周波数特性と示す図である。
【図１０】実施例１２および比較例８でのＰ方向の複素透磁率の周波数特性と示す図である。
【図１１】比較例１および比較例５での複素透磁率の周波数特性と示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｃ面を磁化容易面とするフェライトの結晶粒を有し、前記結晶粒のｃ面が少なくとも一の方向に平行になるような配向性を有し、前記一の方向の反磁界係数が０より大きくなるような形状を有する軟磁性フェライト。
【請求項２】
前記一の方向に垂直な面内方向にｃ軸が配向していることを特徴とする請求項１に記載の軟磁性フェライト。
【請求項３】
前記一の方向に垂直な他の一方向にｃ軸が配向していることを特徴とする請求項１に記載の軟磁性フェライト。
【請求項４】
前記一の方向の比透磁率実数部が１００ＭＨｚの比透磁率実数部の７０％になる周波数をｆａ７０とし、前記一の方向に直交する方向の比透磁率実数部が１００ＭＨｚの比透磁率の７０％になる周波数をｆｐ７０としたとき、ｆａ７０／ｆｐ７０の最大値が１.２以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の軟磁性フェライト。
【請求項５】
前記軟磁性フェライトはＺ型フェライトであり、前記一の方向の比透磁率実数部の絶対値が３ＧＨｚで６以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の軟磁性フェライト。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の軟磁性フェライトを用いた磁気回路であって、前記一方向を磁路方向として用いることを特徴とする磁気回路。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載の軟磁性フェライトを用いたインダクタンス素子であって、前記一方向を磁路方向として用いることを特徴とするインダクタンス素子。
【請求項１】
ｃ面を磁化容易面とするフェライトの結晶粒を有し、前記結晶粒のｃ面が少なくとも一の方向に平行になるような配向性を有し、前記一の方向の反磁界係数が０より大きくなるような形状を有する軟磁性フェライト。
【請求項２】
前記一の方向に垂直な面内方向にｃ軸が配向していることを特徴とする請求項１に記載の軟磁性フェライト。
【請求項３】
前記一の方向に垂直な他の一方向にｃ軸が配向していることを特徴とする請求項１に記載の軟磁性フェライト。
【請求項４】
前記一の方向の比透磁率実数部が１００ＭＨｚの比透磁率実数部の７０％になる周波数をｆａ７０とし、前記一の方向に直交する方向の比透磁率実数部が１００ＭＨｚの比透磁率の７０％になる周波数をｆｐ７０としたとき、ｆａ７０／ｆｐ７０の最大値が１.２以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の軟磁性フェライト。
【請求項５】
前記軟磁性フェライトはＺ型フェライトであり、前記一の方向の比透磁率実数部の絶対値が３ＧＨｚで６以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の軟磁性フェライト。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の軟磁性フェライトを用いた磁気回路であって、前記一方向を磁路方向として用いることを特徴とする磁気回路。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載の軟磁性フェライトを用いたインダクタンス素子であって、前記一方向を磁路方向として用いることを特徴とするインダクタンス素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−１６２８４５（Ｐ２００８−１６２８４５Ａ）
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３５３７５４（Ｐ２００６−３５３７５４）
【出願日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【Ｆターム（参考）】
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