JP2009152256A

JP2009152256A - ＭｎＺｎフェライト

Info

Publication number: JP2009152256A
Application number: JP2007326652A
Authority: JP
Inventors: Teruo Yasuoka; 照夫安岡; Tatsuya Chiba; 龍矢千葉
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2007-12-19
Filing date: 2007-12-19
Publication date: 2009-07-09
Anticipated expiration: 2027-12-19
Also published as: JP5041480B2

Abstract

【課題】広い周波数帯域において高透磁率を示すＭｎＺｎフェライトを提供することにある。
【解決手段】Ｆｅ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＭｎＯを主成分とし、副成分としてＳｉＯ₂を０〜０．００５ｗｔ％、ＣａＯを０．０５ｗｔ％〜０．２ｗｔ％、ＭｏＯ₃を０．０５ｗｔ％〜０．５ｗｔ％、Ｂｉ₂Ｏ₃を０．００５ｗｔ％〜０．１ｗｔ％、Ｂ₂Ｏ₃を０．００５〜０．１ｗｔ％、Ｐ₂Ｏ₅を０．００５ｗｔ％〜０．１ｗｔ％の範囲で含有することにより広い周波数帯域において高透磁率を示す材料を提供することが出来る。
【選択図】なし

Description

本発明は、ライン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。

近年、プラズマテレビ等の開発が盛んとなり、それに伴うノイズ対策も重要なものとなって来ている。特に、１５０ｋＨｚ近傍のノイズ対策が重要となり、５００ｋＨｚ程度の周波数帯域まで高い初透磁率を有する材料が求められている。

従来よりノイズ対策部品に用いられてきたＭｎＺｎフェライトにおいて、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。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。
結晶磁気異方性を小さくするためには、ＭｎＺｎフェライトの主成分組成の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５２．０ｍｏｌ％〜５２．５ｍｏｌ％Ｆｅ₂Ｏ₃、２４．０〜２８．０ｍｏｌ％ＭｎＯ、残部ＺｎＯ付近の組成が高透磁率材料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種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、焼結保持温度を高くすることにより、粒成長を促進する手法も用いられている。特許文献１にはＢｉ₂Ｏ₃を添加し結晶粒径を大きくすることが提案されている。

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、結果として高周波域における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結温度を高くすることを述べたが、焼結温度を高くしすぎると焼結体表面からＺｎＯが揮発し、その結果おこる組成勾配により歪みが生じ、透磁率の低下を招くことになる。また、低周波から高周波までの広帯域にわたり高い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り、粒界に析出する添加物を添加し、粒界を高比抵抗化する方法も検討されている。以上述べたように、高い透磁率と広い周波数帯域にわたり高い透磁率を得ることは極めて困難である。

特開昭４７−８１７６号公報

フェライト焼結体は金属系の圧粉体に比べて大きな透磁率を有するため、電源回路上のトランスやインダクタ等に多く用いられている。特にＭｎＭｚフェライトはＮｉＺｎフェライトに比べて、大きな透磁率を有することから、低周波域におけるトランスやラインフィルターとして用いられている。従って、ＭｎＭｚフェライト材料開発は、トランス用途においては高透磁率化及び低損失化、ラインフィルター用途においては主に高透磁率化が主眼に行われてきた。

しかし、近年の薄型テレビやプラズマテレビの普及により、ラインフィルター用途においても広帯域のノイズ減衰特性が求められている。そのため、広い周波数帯域において高透磁率を示す材料が必要とされるが、一般的に、低い周波数で高透磁率の材料は、高い周波数まで高透磁率を維持することが困難であるという問題があった。従って、本発明の課題は、広い周波数帯域において高透磁率を示すＭｎＺｎフェライトを提供することにある。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、主成分としてＦｅ₂Ｏ₃を５２．０ｍｏｌ％以上５３．０ｍｏｌ％以下、ＺｎＯを１９．０ｍｏｌ％以上２３．５ｍｏｌ％以下、ＭｎＯを２３．５ｍｏｌ％以上２９．０ｍｏｌ％以下、副成分としてＳｉＯ₂を０．００５ｗｔ％以下、ＣａＯを０．０５ｗｔ％以上０．２ｗｔ％以下、ＭｏＯ₃を０．０５ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下、Ｂｉ₂Ｏ₃を０．００５ｗｔ％以上０．１ｗｔ％以下、Ｂ₂Ｏ₃を０．００５ｗｔ％以上０．１ｗｔ％以下、Ｐ₂Ｏ₅を０．００５ｗｔ％以上０．１ｗｔ％以下を含有してなることを特徴とするＭｎＺｎフェライトである。

また、本発明は前記ＭｎＺｎフェライトの焼結体表面に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、焼結体比抵抗が２０Ωｃｍ以上、１００Ωｃｍ以下であることを特徴とするＭｎＺｎフェライトである。

また、本発明は前記ＭｎＺｎフェライトの焼結体比抵抗が２０Ωｃｍ以上、１００Ωｃｍ以下であることを特徴とするＭｎＺｎフェライトである。

本発明によれば、ＭｎＺｎフェライトに添加するＣａＯ量を０．０５ｗｔ％以上０．２ｗｔ％以下とすることにより、結晶粒成長を阻害することなく、高比抵抗の粒界層を形成できることから、渦電流損失の低減が図れる。また、ＭｎＺｎフェライトに添加するＭｏＯ₃量を０．０５ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下とすることにより、焼結体表面からＺｎＯが揮発することのない焼結温度で結晶粒径を大きくすることができることにより、高透磁率フェライトが得られる。

また、ＭｎＺｎフェライトに添加するＳｉＯ₂量を０．００５ｗｔ％以下としたのは、ＳｉＯ₂量を０．００５ｗｔ％を超えて含有すると、結晶粒成長を阻害し、透磁率を著しく低下させてしまうからである。

また、ＭｎＺｎフェライトに添加するＣａＯ量を０．０５ｗｔ％以上０．２ｗｔ％以下としたのは、０．０５ｗｔ未満であると粒界層形成が不十分であることから比抵抗が低くなり、渦電流損失の増大によって広い周波数帯域にわたり高い透磁率が得られないためであり、０．２ｗｔ％を超えると過剰のＣａＯが結晶粒成長を阻害し、十分な透磁率を得られないためである。

また、ＭｎＺｎフェライトに添加するＭｏＯ₃量を０．０５ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下、ＭｎＺｎフェライトに添加するＢｉ₂Ｏ₃量を０．００５ｗｔ％以上０．１ｗｔ％以下としたのはＭｏＯ₃が０．０５ｗｔ％未満、Ｂｉ₂Ｏ₃が０．００５ｗｔ％未満であると結晶粒の成長が十分でないため透磁率が低くなり、ＭｏＯ₃が０．５ｗｔ％を超え、Ｂｉ₂Ｏ₃が０．１ｗｔ％を超えると過剰添加により、異常粒成長をもたらし広い周波数帯域にわたり高い透磁率が得られないためである。

また、ＭｎＺｎフェライトに添加するＢ₂Ｏ₃量を０．００５ｗｔ％以上０．１ｗｔ％以下、Ｐ₂Ｏ₅を０．００５ｗｔ％以上０．１ｗｔ％以下としたのは、Ｂ₂Ｏ₃が００５ｗｔ％未満、Ｐ₂Ｏ₅が００５ｗｔ％未満であると、焼結体の結晶粒径が十分でなく、透磁率が低いためであり、Ｂ₂Ｏ₃が０．１ｗｔ％を超え、Ｐ₂Ｏ₅が０．１ｗｔ％を超えると過剰添加により、異常粒成長をもたらし広い周波数帯域にわたり高い透磁率が得られないためである。

また、得られた高透磁率ＭｎＺｎフェライトにおいて焼結体の平均結晶粒径が３０0μm以上、１００μｍ以下としたのは、平均結晶粒径が３０μｍ未満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であり、１００μｍを超えると粒界相形成が不十分なことから比抵抗が低くなり、渦電流損失の増大によって広い周波数帯域にわたり高い透磁率が得られないためである。

また、比抵抗を２０Ωｃｍ以上、１００Ωｃｍ以下としたのは、比抵抗が２０Ωｃｍ未満であると渦電流損失の増大によって広い周波数帯域にわたり高い初透磁率を得られないためであり、比抵抗が１００Ωｃｍを超え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である。

本発明によれば、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＭｎＯを主成分とし、添加物としてＳｉＯ₂が０〜０．００５ｗｔ％、ＣａＯが０．０５ｗｔ％〜０．２ｗｔ％、ＭｏＯ₃が０．０５ｗｔ％〜０．５ｗｔ％、Ｂｉ₂Ｏ₃が０．００５ｗｔ％〜０．１ｗｔ％、Ｂ₂Ｏ₃が０．００５〜０．１ｗｔ％、Ｐ₂Ｏ₅が０．００５ｗｔ％〜０．１ｗｔ％を含有するＭｎＺｎフェライトにおいて、得られた焼結体の焼結体表面に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、焼結体比抵抗が２０Ωｃｍ以上、１００Ωｃｍ以下であり、１ｋＨｚ時の透磁率が１２０００以上、１５０ｋＨｚ時の透磁率が１２５００以上である広い周波数帯域で高透磁率を有するＭｎＺｎフェライトが得られる。

更に、本発明によれば、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％、Ｂｉ₂Ｏ₃を０．００５ｗｔ％〜０．１ｗｔ％、Ｂ₂Ｏ₃を０．００５ｗｔ％〜０．１ｗｔ％、Ｐ₂Ｏ₅を０．００５ｗｔ％〜０．１ｗｔ％とすることにより、焼結体表面からＺｎＯが揮発することのない焼結温度で結晶粒径を大きくすることができ、その結果、高透磁率フェライトが得られる。

以下、具体的な実施例を挙げ、本発明の実施の形態について説明する。

ＭｎＺｎフェライトの製造に際しては、予め主成分及び添加物を所定の比率となるように秤量し、これらをアトライターを用いて２時間混合して混合粉末を得、次に、この混合粉末をスプレードライヤーで造粒し、所定の温度で２時間予焼される。予焼温度は組成範囲により８５０〜９５０℃の温度範囲内で適宜選択される。予焼粉末は、アトライター或いはボールミル等で粉砕後、スプレードライヤーでの造粒、成形、さらに焼結との通常のフェライト製造プロセスを経てＭｎＺｎフェライト焼結体が得られる。

得られたＭｎＺｎフェライト焼結体は、焼結体表面に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、焼結体比抵抗が２０Ωｃｍ以上、１００Ωｃｍ以下であり、１ｋＨｚ時の透磁率が１２０００以上、１５０ｋＨｚ時の透磁率が１２５００以上である広い周波数帯域で高透磁率を有する。

主成分が５２．５ｍｏｌ％のＦｅ₂Ｏ₃、２２．５ｍｏｌ％のＺｎＯ、残部ＭｎＯで、主成分１００に対して添加物としてＳｉＯ₂、ＣａＯ、ＭｏＯ₃、Ｂｉ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃を表１に示す種々割合で各粉末原料を秤量し、これらの粉末をアトライターを用いて２時間混合した。次に、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で粉砕した。粉砕後、バインダーであるポリビニールアルコールを加えてスプレードライヤーで造粒し、外径２５ｍｍ、内径１５ｍｍ、高さ１２ｍｍのトロイダル形状コアを成形し、その後、成形体を焼成結に入れ、１３２０℃で焼結し、本発明のＭｎＺｎフェライト焼結体試料を得た。磁気特性は試料に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、試料の上下面にＧａ−Ｉｎペーストを塗布し、測定した。それらの結果は表１及び図１に示した。

また、比較品として、主成分が５２．５ｍｏｌ％のＦｅ₂Ｏ₃、２２．５ｍｏｌ％のＺｎＯ、残部ＭｎＯで、主成分１００に対して添加物ＳｉＯ₂、ＣａＯ、ＭｏＯ₃、Ｂｉ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃、Ｂ₂Ｏ₃を表１に示した添加量を添加したＭｎＺｎフェライトを発明品と同様の手順で作製した。透磁率測定、比抵抗測定及び平均結晶粒径測定も発明品と同様に行った。なお、表１において、添加量が、本発明の範囲内のものは発明品とし、範囲外のものは比較品とした。

また、従来品として主成分が５２．５ｍｏｌ％のＦｅ2Ｏ3、２２．５ｍｏｌ％のＺｎＯ、残部ＭｎＯで、主成分１００に対して添加物ＳｉＯ2、ＣａＯを表１に示した添加量を添加したＭｎＺｎフェライトを発明品と同様の手順で作製した。透磁率測定、比抵抗測定及び平均結晶粒径測定も発明品と同様に行った。

表１は、発明品（１〜２１）、比較品（１〜１１）及び従来品の平均結晶粒径、比抵抗、１ｋＨｚにおける透磁率μ及び１００ｋＨｚにおける透磁率μを示したものである。発明品全て（発明品１〜２１）の試料で平均結晶粒径が３０μｍ以上、１００μｍ以下、焼結体比抵抗が２０Ωｃｍ以上、１００Ωｃｍ以下であり、１ｋＨｚ時の透磁率が１２０００以上、１５０ｋＨｚ時の透磁率が１２５００以上となっていることがわかる。

図１は、発明品６と従来品の初透磁率の周波数特性を示す。発明品は、測定を行った全周波数範囲で従来品と較べ透磁率が高く、広帯域にわたり高い初透磁率が得られていることから、ラインフィルタ用ノイズ対策部品の材料として有用である。

発明品６と従来品の透磁率（μ'：実部複素透磁率、μ"：虚部複素透磁率）の周波数特性を示すグラフ。

Claims

主成分としてＦｅ₂Ｏ₃を５２．０ｍｏｌ％以上５３．０ｍｏｌ％以下、ＺｎＯを１９．０ｍｏｌ％以上２３．５ｍｏｌ％以下、ＭｎＯを２３．５ｍｏｌ％以上２９．０ｍｏｌ％以下、副成分としてＳｉＯ₂を０．００５ｗｔ％以下、ＣａＯを０．０５ｗｔ％以上０．２ｗｔ％以下、ＭｏＯ₃を０．０５ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下、Ｂｉ₂Ｏ₃を０．００５ｗｔ％以上０．１ｗｔ％以下、Ｂ₂Ｏ₃を０．００５ｗｔ％以上０．１ｗｔ％以下、Ｐ₂Ｏ₅を０．００５ｗｔ％以上０．１ｗｔ％以下を含有してなることを特徴とするＭｎＺｎフェライト。
請求項１記載のＭｎＺｎフェライトの焼結体表面に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請求項１に記載のＭｎＺｎフェライト。
前記ＭｎＺｎフェライトの焼結体比抵抗が２０Ωｃｍ以上、１００Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のＭｎＺｎフェライト。