フェライト (磁性材料)

フェライトとは

フェライトは、酸化鉄を主成分とするセラミックスの総称です。多くのフェライトは強磁性を示し、磁性材料として広く利用されています。特に、電磁部品のコア材として、その優れた特性から不可欠な存在となっています。

フェライトの種類

フェライトは、結晶構造の違いによって大きく3つに分類されます。

1. スピネルフェライト
スピネル型の結晶構造を持ち、組成式は \(AFe_2O_4\) （AはMn, Co, Ni, Cu, Znなど）で表されます。
最も一般的なフェライトであり、多くは軟磁性を示します。
マンガン亜鉛フェライト、ニッケル亜鉛フェライト、銅亜鉛フェライトなどが代表的です。
透磁率が高く、電気抵抗も高いため、高周波領域での渦電流損失が少なく、インダクタやトランスの磁芯材料として用いられます。
コバルトフェライトは例外的に保磁力が大きく、初期には磁石としても利用されました。
磁鉄鉱（マグネタイト）もスピネルフェライトの一種です。

2. 六方晶フェライト
マグネトプランバイト型の六方晶型結晶構造を持ち、組成式は \(AFe_{12}O_{19}\) （AはBa, Sr, Pbなど）で表されます。
M型フェライトとも呼ばれ、スピネルフェライトに比べて磁気異方性が大きく、大きな保磁力を示します。
代表的なハードフェライトであり、バリウムフェライトやストロンチウムフェライトがフェライト磁石として用いられます。
M型とは異なる六方晶型結晶構造（W型、Y型、Z型など）を持つフェライトも存在し、さらなる高性能化が期待されています。

3. ガーネットフェライト
ガーネット型の結晶構造を持ち、組成式は \(RFe_5O_{12}\) （Rは希土類元素）で表されます。
RIG（Rare-earth Iron Garnet、希土類鉄ガーネット）とも呼ばれます。
代表的なものにYIG（Yttrium Iron Garnet、イットリウム鉄ガーネット）があります。
高周波領域での磁気損失が小さく、マイクロ波用磁性材料として利用されます。

フェライトの歴史

フェライトは、東京工業大学の加藤与五郎と武井武によって発明されました。

1930年: 加藤と武井がソフトフェライトとハードフェライトを発見。
1930年: 日本鉱業会でソフトフェライトに関する研究発表。
1930年: 米国電気化学会でも同様の内容を発表。
1930年: 特許出願。
1933年: ハードフェライトに関する論文を発表。
1933年: フィリップス社が酸化物磁性材料の研究を開始。
1937年: 東京電気化学がソフトフェライトの生産を開始。
1938年: フィリップス社が東京電気化学製のフェライトサンプルを入手。
1941年: フィリップス社がオランダ国内で特許出願。
1949年: フィリップス社が日本で特許出願。
1950年: フィリップス社の日本特許が認められる。
1954年: 東京電気化学がフィリップス社の特許の無効を求めて法廷闘争。
1956年: 東京電気化学がフィリップス社と和解。
1970年: ルイ・ネールがフェリ磁性に関する研究でノーベル物理学賞を受賞。
1990年: 武井武が米国セラミックス協会から名誉会員に推挙。
2009年: フェライトがIEEEマイルストーンに認定。

フェライトの応用

フェライトは、その優れた磁気特性から、様々な分野で利用されています。

磁石: ハードフェライトは、スピーカーやモータなどに利用されるフェライト磁石として広く使用されています。
インダクタ: ソフトフェライトは、高周波での損失が少ないため、インダクタやトランスのコア材として利用されています。
* マイクロ波機器: ガーネットフェライトは、マイクロ波領域で優れた特性を持つため、レーダーや通信機器に利用されています。

まとめ

フェライトは、日本の研究者によって発明された、現代のエレクトロニクスに不可欠な材料です。その多様な種類と特性は、電子機器の小型化と高性能化に大きく貢献しています。フェライトは、今後もその応用範囲を広げ、私たちの生活を支える重要な役割を担い続けるでしょう。

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