JP2008094663A

JP2008094663A - ＭｎＺｎフェライト

Info

Publication number: JP2008094663A
Application number: JP2006278421A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Chiba; 龍矢千葉
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2006-10-12
Filing date: 2006-10-12
Publication date: 2008-04-24

Abstract

【課題】高い初透磁率を示し、しかも広帯域にわたって、高い初透磁率のフェライト材料を得ることを目的とする。
【解決手段】主成分であるＭｎＺｎフェライトを１００重量部としたときに、添加物としてＳｉＯ₂が０〜０．００５重量部、ＣａＯが０．０５重量部〜０．２重量部、ＭｏＯ₃が０．０５重量部〜０．５重量部、Ｂｉ₂Ｏ₃が０．００５重量部〜０．１重量部含有するＭｎＺｎフェライトにおいて、得られた焼成体の焼成体表面にＭｏＯ₃とＣａＯを含む析出相を有し、平均結晶粒径が３０μｍ以上、１００μｍ以下、焼成体比抵抗が２０Ωｃｍ以上、１００Ωｃｍ以下であり、１ｋＨｚ時の透磁率が１２，０００以上、１５０ｋＨｚ時の透磁率が１２，５００以上であるＭｎＺｎフェライトが得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高透磁率フェライトに関し、特にノイズフィルタ用フェライトコアとして好適なＭｎＺｎフェライトに関するものである。

近年、電子機器の小型化、高性能化の技術革新が著しく、それに伴い使用されるＭｎ-Ｚｎ系フェライトの高性能化、例えば高透磁率化、及び低損失化が求められている。なかでも、ノイズフィルタ用のフェライトコアは高い初透磁率と広帯域にわたり高い初透磁率を示すことが要求される。

初透磁率は、結晶磁気異方性を小さくすることにより高くなる。また、透磁率は平均結晶粒径を大きくすることにより高くなる。結晶磁気異方性定数を小さくするためには、主成分組成のＺｎＯ量をｒｉｃｈ組成とすることが一般的に知られている。具体的には５２．０〜５２．５ｍｏｌ％Ｆｅ₂Ｏ₃、２４．０〜２８．０ｍｏｌ％ＭｎＯ、残部ＺｎＯ付近の組成が高透磁率材として製造されている。

結晶粒径を大きくするためには、粒成長を促進することを目的として種々の粒成長添加物を適量添加する手法が用いられている。また、焼成保持温度を高くすることにより、粒成長を促進する方法が用いられている。特許文献１ではＢｉ_２Ｏ₃を添加し結晶粒径を大きくすることが提案されている。

広帯域にわたり高い初透磁率を示すためには材料の比抵抗を高くすることが必要である。

渦電流損失は周波数の増加に伴って増大し、高周波域では初透磁率は低下する。これを防ぐ有効な手段は材料を高抵抗化することであり、それにより初透磁率の高周波域の周波数特性が良好となる。

そのため、一般的には粒界に析出する添加物を添加することにより広帯域にわたり高い初透磁率を得る手法を用いている。

特公昭５２−２９４３９号公報

結晶粒径を大きくするために種々の粒成長添加物を用いることを先に述べた。しかしながら、粒成長添加物は異常粒成長促進因子でもあり、異常粒が発生しやすくなる。異常粒は、渦電流損失を増加させ比抵抗の低減につながり、高周波域では初透磁率は低下する。

また、結晶粒径を大きくするためには焼成温度を高くすることを先に述べた。しかしながら、焼成温度を高くしすぎると焼成体表面からＺｎＯが揮発し、その組成勾配により歪が生じ、初透磁率の低下を招く。

以上述べたように、高い初透磁率を示し、しかも広帯域にわたって、高い初透磁率のフェライト材料を得ることは困難である。

種々の検討を行った結果、主成分であるＭｎＺｎフェライトを１００重量部としたときに、添加物としてＳｉＯ₂が０〜０．００５重量部、ＣａＯが０．０５重量部〜０．２重量部、ＭｏＯ₃が０．０５重量部〜０．５重量部、Ｂｉ_２Ｏ₃が０．００５重量部〜０．１重量部含有するＭｎＺｎフェライトにおいて、得られた焼成体の焼成体表面にＭｏＯ₃とＣａＯを含む析出相を有し、平均結晶粒径が３０μｍ以上、１００μｍ以下、焼成体比抵抗が２０Ωｃｍ以上、１００Ωｃｍ以下であり、１ｋＨｚ時の透磁率が１２，０００以上、１５０ｋＨｚ時の透磁率が１２，５００以上であるＭｎＺｎフェライトが得られることを見出した。

即ち、本発明によれば、ＭｎＯ、ＺｎＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３からなる主成分の合量１００重量部に対して、添加物としてＳｉＯ₂が０〜０．００５重量部、ＣａＯが０．０５重量部〜０．２重量部、ＭｏＯ₃が０．０５重量部〜０．５重量部、Ｂｉ_２Ｏ₃が０．００５重量部〜０．１重量部含有することを特徴とするＭｎＺｎフェライトが得られる。以下、主成分を１００重量部とする、副成分としての添加物の「重量部」を「ｗｔ％」で示す。なお、この添加物のｗｔ％は主成分に対する外枠での重量％に相当している。

また、ＭｎＺｎフェライトの焼成体表面にＭｏＯ₃とＣａＯを含む析出相を有し、平均結晶粒径が３０μｍ以上、１００μｍ以下であることを特徴とするＭｎＺｎフェライトが得られる。

また、ＭｎＺｎフェライトの焼成体比抵抗が２０Ωｃｍ以上、１００Ωｃｍ以下であることを特徴とするＭｎＺｎフェライトが得られる。

また、ＭｎＺｎフェライトの焼成体の１ｋＨｚ時の透磁率が１２，０００以上、１５０ｋＨｚ時の透磁率が１２，０００以上であることを特徴とするＭｎＺｎフェライトが得られる。

本発明品によれば、ＣａＯを０．０５ｗｔ％〜０．２ｗｔ％とすることにより、結晶粒成長を阻害することなく、高抵抗の粒界層を形成できることから、渦電流損失の低減を図れる。また、ＭｏＯ₃を０．０５ｗｔ％〜０．５ｗｔ％、Ｂｉ_２Ｏ₃を０．００５ｗｔ％〜０．１ｗｔ％とすることにより、焼成体表面からＺｎＯが揮発することのない焼成温度で結晶粒径を大きくすることができることより、高透磁率フェライトが得られる。

さらに、得られた焼成体の焼成体表面にＭｏＯ₃とＣａＯを含む析出相を有し、平均結晶粒径が３０μｍ以上、１００μｍ以下、焼成体比抵抗が２０Ωｃｍ以上、１００Ωｃｍ以下であり、１ｋＨｚ時の透磁率が１２，０００以上、１５０ｋＨｚ時の透磁率が１２，５００以上である、極めて高透磁率のＭｎＺｎフェライトが得られる。しかも、極めて高透磁率のＭｎＺｎフェライトであるため、ノイズフィルタ用フェライトコアとして用いた場合に小型で高インピーダンスのノイズフィルタを提供できる。

種々の検討を行った結果、主成分であるＭｎＺｎフェライトに対し、主成分を１００とした時に外枠で、添加物としてＳｉＯ₂が０〜０．００５ｗｔ％、ＣａＯが０．０５ｗｔ％〜０．２ｗｔ％、ＭｏＯ₃が０．０５ｗｔ％〜０．５ｗｔ％、Ｂｉ_２Ｏ₃が０．００５ｗｔ％〜０．１ｗｔ％含有させることにより、高透磁率のＭｎＺｎフェライトが得られる事が分かった。また、得られるＭｎＺｎフェライト焼成体として焼成体表面にＭｏＯ₃とＣａＯを含む析出相を有し、平均結晶粒径が３０μｍ以上、１００μｍ以下とすること、また、焼成体の比抵抗が２０Ωｃｍ以上、１００Ωｃｍ以下とすることで高透磁率材料として良好な材料が得られることが分かった。また、１ｋＨｚ時の透磁率が１２，０００以上、１５０ｋＨｚ時の透磁率が１２，５００以上であるＭｎＺｎフェライトとすることで、ノイズフィルタ用フェライトコアとして用いた場合に小型で高インピーダンスのノイズフィルタを提供できる。

本発明品によれば、ＣａＯを０．０５ｗｔ％〜０．２ｗｔ％とすることにより、結晶粒成長を阻害することなく、高抵抗の粒界層を形成できることから、渦電流損失の低減を図れる。また、ＭｏＯ₃を０．０５ｗｔ％〜０．５ｗｔ％、Ｂｉ_２Ｏ₃を０．００５ｗｔ％〜０．１ｗｔ％とすることにより、焼成体表面からＺｎＯが揮発することのない焼成温度で結晶粒径を大きくすることができることより、高透磁率フェライトが得られる。また、本発明品の焼成体表面にはＭｏＯ₃とＣａＯを含む析出相が存在する。

添加物としてのＳｉＯ₂は０．００５ｗｔ％以上であると、結晶粒成長を阻害し、透磁率を著しく低くさせるので、ＳｉＯ₂の添加量は０〜０．００５ｗｔ％とするのが良い。また、添加物としてのＣａＯは０．０５ｗｔ％以下であると粒界層形成が不充分なことから抵抗が低くなり、渦電流損失の増大によって広帯域にわたり高い初透磁率がえられず、０．２ｗｔ％以上であると過剰のＣａＯが結晶粒成長を阻害し、十分な透磁率を得られないので、ＣａＯの添加量は０．０５ｗｔ％〜０．２ｗｔ％とするのが良い。さらに、添加物としてのＭｏＯ₃とＢｉ_２Ｏ₃に関しては、ＭｏＯ₃が０．０５ｗｔ％以下、Ｂｉ_２Ｏ₃が０．００５ｗｔ％以下であると十分な結晶粒の成長が得られず透磁率が低く、ＭｏＯ₃が０．５ｗｔ％以上、Ｂｉ_２Ｏ₃が０．１ｗｔ％以上であると過剰添加により異常粒成長をもたらし広帯域にわたり高い初透磁率が得られないので、ＭｏＯ₃の添加量は０．０５ｗｔ％〜０．５ｗｔ％、Ｂｉ_２Ｏ₃の添加量は０．００５ｗｔ％〜０．１ｗｔ％とするのが良い。

また、得られた高透磁率ＭｎＺｎフェライトにおいて、焼成体の平均結晶粒径が３０μｍ以下であると結晶粒径が小さいため十分な透磁率が得られず、１００μｍ以上であると粒界層形成が不充分なことから抵抗が低くなり、渦電流損失の増大によって広帯域にわたり高い初透磁率が得られないため、得られる高透磁率ＭｎＺｎフェライトの焼成体の平均結晶粒径が３０μｍ以上、１００μｍ以下とすることが望ましい。

また、得られた高透磁率ＭｎＺｎフェライトにおいて、焼成体の比抵抗が２０Ωｃｍ以下であると渦電流損失の増大によって広帯域にわたり高い初透磁率を得られず、比抵抗が１００Ωｃｍ以上であると結晶粒径が小さいため十分な透磁率が得られないため、得られる高透磁率ＭｎＺｎフェライトの焼成体の比抵抗を２０Ωｃｍ以上、１００Ωｃｍ以下とすることが望ましい。

また、得られた高透磁率ＭｎＺｎフェライトにおいて、焼成体表面に存在するＭｏＯ₃とＣａＯを含む析出相については詳細には不明だが、ＭｏＯ₃は揮発性の添加物であり、粒界成分のＣａＯと焼成体表面で共融混合物を形成したものと推察されるが、高透磁率の特性を得るためには、得られる焼成体表面にＭｏＯ₃とＣａＯを含む析出相が存在する様にすることが望ましい。

発明品として、５２．５ｍｏｌ％のＦｅ₂Ｏ₃、２２．５ｍｏｌ％のＺｎＯ、残部ＭｎＯの主成分と、これらの主成分１００重量部に対し、さらに副成分として０〜０．００６ｗｔ％ＳｉＯ₂、０．０４ｗｔ％〜０．２５ｗｔ％のＣａＯ、０．０４ｗｔ％〜０．６ｗｔ％のＭｏＯ₃、０．００４ｗｔ％〜０．１５ｗｔ％のＢｉ_２Ｏ₃を添加し、アトライターを用いて２時間混合した。混合後、スプレードライヤーで造粒し、８５０℃の大気中で２時間予焼した。得られた予焼粉末をアトライターにて粉砕した。粉砕後、スプレードライヤーにて造粒し、２５ｍｍφ-１５ｍｍφ-１２ｍｍのトロイダル形状にプレスし、１３２０℃で焼成した。

従来品として、５２．５ｍｏｌ％のＦｅ₂Ｏ₃、２２．５ｍｏｌ％のＺｎＯ、残部ＭｎＯの主成分と、これらの主成分１００重量部に対し、副成分として０．０１５ｗｔ％のＳｉＯ₂、０．０１５ｗｔ％のＣａＯ、０．０１５ｗｔ％のＢｉ_２Ｏ₃を秤量し、アトライターを用いて２時間混合した。混合の後、スプレードライヤーで造粒した。混合後、スプレードライヤーで造粒し、８５０℃の大気中で２時間予焼した。得られた予焼粉末をアトライターにて粉砕した。粉砕後、スプレードライヤーにて造粒し、２５ｍｍφ-１５ｍｍφ-１２ｍｍのトロイダル形状にプレスし、１３２０℃で焼成した。

磁気特性は１０ターンの巻線を施し透磁率、を測定した。比抵抗の測定は試料上下面にＧａ−Ｉｎペーストを塗布し、測定した。また、表面析出相の分析はＳＥＭ−ＥＤＸで行った。表１に従来品とＳｉＯ₂、ＣａＯ、ＭｏＯ₃、Ｂｉ_２Ｏ₃量を変えた発明品の平均結晶粒径、比抵抗、１ｋＨｚにおけるμ、および１５０ｋＨｚにおける初透磁率μを示す。

表１に示すように、ＳｉＯ₂が０〜０．００５ｗｔ％以下、ＣａＯが０．０５ｗｔ％〜０．２ｗｔ％以下、ＭｏＯ₃が０．０５ｗｔ％〜０．５ｗｔ％、Ｂｉ_２Ｏ₃が０．００５ｗｔ％〜０．１ｗｔ％の発明品で、焼結体の平均結晶粒径が３０μｍ以上１００μｍ、比抵抗が２０Ωｃｍ〜１００Ωｃｍ、１ｋＨｚの透磁率が１２，０００以上、１５０ｋＨｚ時の透磁率が１２，５００以上であることがわかる。また、ＳＥＭ−ＥＤＸ分析によりコア表面の組成分析を行った結果、すべての特性の良い発明品にＭｏＯ₃とＣａＯの析出相が存在することが確認できた。

図１に、発明品６と従来品の複素透磁率の実部透磁率μ’、虚部透磁率μ”の周波数特性を示す。図１に示すように、本発明品は、全周波数範囲で従来品と比べ透磁率が高く、広帯域にわたり高い初透磁率が得られており、ノイズフィルタ用材料として有用であることが分かる。

発明品として、５２．５ｍｏｌ％のＦｅ₂Ｏ₃、２２．５ｍｏｌ％のＺｎＯ、残部ＭｎＯの主成分と、これらの主成分１００重量部に対し、副成分として０．００１ｗｔ％のＳｉＯ₂、０．１ｗｔ％のＣａＯ、０．２５ｗｔ％のＭｏＯ₃、０．０５ｗｔ％のＢｉ_２Ｏ₃を秤量し、アトライターを用いて２時間混合した。混合後、スプレードライヤーで造粒し、８５０℃の大気中で２時間予焼した。得られた予焼粉末をアトライターにて粉砕した。粉砕後、スプレードライヤーにて造粒し、２５ｍｍφ-１５ｍｍφ-１２ｍｍのトロイダル形状にプレスし、１３００℃〜１４５０℃で焼成した。

磁気特性は１０ターンの巻線を施し透磁率、を測定した。比抵抗の測定は試料上下面にＧａ−Ｉｎペーストを塗布し、測定した。また、表面析出相の分析はＳＥＭ−ＥＤＸで行った。表２に、焼成温度を変えた発明品の平均結晶粒径、比抵抗、１ｋＨｚにおける初透磁率μ、および１５０ｋＨｚにおけるμを示す。

表２に示すように、すべての発明品で、焼結体の平均結晶粒径が３０μｍ以上１００μｍ、比抵抗が２０Ωｃｍ〜１００Ωｃｍ、１ｋＨｚの透磁率が１２，０００以上、１５０ｋＨｚ時の透磁率が１２，５００以上であることがわかる。また、ＳＥＭ−ＥＤＸ分析によりコア表面の組成分析を行った結果、すべての特性の良い発明品にＭｏＯ₃とＣａＯの析出相が存在することが確認できた。

発明品と従来品の複素透磁率μ’とμ”の周波数特性を示す図。

Claims

ＭｎＯ、ＺｎＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３からなる主成分の合量１００重量部に対して、添加物としてＳｉＯ₂が０〜０．００５重量部、ＣａＯが０．０５〜０．２重量部、ＭｏＯ₃が０．０５〜０．５重量部、Ｂｉ_２Ｏ₃が０．００５〜０．１重量部含有することを特徴とするＭｎＺｎフェライト。
請求項１記載のＭｎＺｎフェライトの焼成体表面にＭｏＯ₃とＣａＯを含む析出相を有し、平均結晶粒径が３０μｍ以上、１００μｍ以下であることを特徴とするＭｎＺｎフェライト。
請求項１記載のＭｎＺｎフェライトの焼成体比抵抗が２０Ωｃｍ以上、１００Ωｃｍ以下であることを特徴とするＭｎＺｎフェライト。
請求項１記載のＭｎＺｎフェライトの焼成体の１ｋＨｚ時の透磁率が１２，０００以上、１５０ｋＨｚ時の透磁率が１２，０００以上であることを特徴とするＭｎＺｎフェライト。