JP2013071872A

JP2013071872A - フェライト組成物、フェライト焼結体およびノイズフィルタ

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Publication number: JP2013071872A
Application number: JP2011213055A
Authority: JP
Inventors: Kenichiro Matsuno; 謙一郎松野; Ko Ito; 綱伊藤; 栄光 ▲高▼木; Eiko Takagi
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2013-04-22
Anticipated expiration: 2031-09-28
Also published as: JP6005920B2

Abstract

【課題】１００〜３００ＭＨｚの高周波領域において、優れたノイズ吸収特性を有し、焼結時の製品同士の付着を有効に防止でき、原料費の低コスト化を図ることが可能なフェライト組成物、フェライト焼結体およびノイズフィルタを提供すること。
【解決手段】本発明のフェライト組成物は、酸化鉄をＦｅ_２Ｏ_３換算で４５．０〜５０．０モル％、酸化銅をＣｕＯ換算で６．５〜１６．０モル％、酸化マグネシウムをＭｇＯ換算で３５．０〜４４．５モル％、酸化亜鉛をＺｎＯ換算で０．５モル％未満含有することを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、１００〜３００ＭＨｚの高周波領域において、優れたノイズ吸収特性を有し、低コスト化を図ることが可能なフェライト組成物、フェライト焼結体およびノイズフィルタに関する。

特に、ノイズフィルタにおいて、１００〜３００ＭＨｚレベルの高周波領域でノイズ吸収特性を得るためには、複素透磁率の絶対値｜μ｜が最大値になるピーク周波数が１００〜３００ＭＨｚに存在する必要がある。ここで、複素透磁率の絶対値｜μ｜は、以下の式（１）で表される。

式（１）において、μ’は複素透磁率の実数成分、μ’’は複素透磁率の虚数成分を意味する。

複素透磁率の絶対値｜μ｜が最大値となるピーク周波数を１００〜３００ＭＨｚとするためには、初透磁率μｉが１０〜２５程度であることが望ましく、従来、このような所望の初透磁率μｉを得るための手法としては、フェライト母組成のもつ初透磁率μｉを、添加成分により制御することで、フェライト組成物の初透磁率μｉを所望の範囲とすることが一般的であった。

例えば、特許文献１では、１０ＭＨｚ以上の高周波領域でノイズ吸収特性を有するフェライト組成物として、主成分の組成がＭｇＯ：２０〜３５ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１０〜２０ｍｏｌ％、ＭｎＯ：３〜１０ｍｏｌ％、及びＦｅ_２Ｏ_３：４０〜５０ｍｏｌ％であり、副成分助剤としてＣｕＯ及びＢｉ_２Ｏ_３を各０〜２重量％有するフェライト組成物が提案されている。

このようなフェライト組成物の母組成は、ＺｎＯを多く含みフェライト母組成のもつ初透磁率μｉが高くいため、Ｂｉ_２Ｏ_３等の非磁性の低融点添加物を添加することにより初透磁率μｉを低下させ、所望の初透磁率μｉに制御する必要があった。

しかし、このような手法では、初透磁率μｉを低下させるためにフェライト組成物において高価なＢｉ_２Ｏ_３を添加する必要があったため、得られるノイズフィルタの低コスト化を図ることが困難であった。また、Ｂｉ_２Ｏ_３以外にも、フェライト母組成の磁気特性を制御する添加成分として、ＣｏＯやＮｉＯ等が知られているが、いずれも高価であるため、Ｂｉ_２Ｏ_３と同様に、低コスト化を図ることが困難であった。

さらに、Ｂｉ_２Ｏ_３は低融点酸化物であるため、焼結時に成形体からＢｉ_２Ｏ_３が溶けて浸み出し、製品同士が接触した状態で焼結されると、焼結体となった製品同士において付着を生じるおそれがあった。このような製品同士の付着は、焼結後の製品の歩留まりを悪化させる問題があった。

特開平５−２８３２２３号公報

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、１００〜３００ＭＨｚの高周波領域において、優れたノイズ吸収特性を有し、低コスト化を図ることが可能なフェライト組成物、フェライト焼結体およびノイズフィルタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るフェライト組成物は、酸化鉄をＦｅ_２Ｏ_３換算で４５〜５０モル％、酸化銅をＣｕＯ換算で６．５〜１６モル％、酸化マグネシウムをＭｇＯ換算で３５〜４４．５モル％、酸化亜鉛をＺｎＯ換算で０．５モル％未満含有することを特徴とする。

本発明に係るフェライト組成物は、Ｂｉ_２Ｏ_３等の添加成分を用いることなく、Ｍｇ系のフェライト母組成のみで、初透磁率μｉを１０〜２５の範囲に制御することが可能である。

本発明に係るフェライト組成物は、初透磁率μｉが１０〜２５の範囲である。

すなわち、このような本発明に係るフェライト組成物は、フェライト組成物の初透磁率μｉが１０〜２５の範囲にあるため、複素透磁率の絶対値｜μ｜が最大値になるピーク周波数が１００〜３００ＭＨｚに存在し、１００〜３００ＭＨｚの高周波領域で優れたノイズ吸収特性を有する。

本発明に係るフェライト焼結体は、上記に記載のフェライト組成物からなる。

本発明に係るフェライト焼結体は、フェライト組成物の初透磁率μｉが１０〜２５の範囲にあるため、複素透磁率の絶対値｜μ｜が最大値になるピーク周波数が１００〜３００ＭＨｚに存在する。

しかも、低融点酸化物であるＢｉ_２Ｏ_３を含有していないため、焼結時に、成形体同士が接触しても、焼結体としての製品同士が付着した状態で焼結するという問題も生じない。そのため、製品不良率が少なく、製品の歩留まりが良好となる。

本発明に係るノイズフィルタは、上記に記載のフェライト焼結体からなる。

本発明に係るノイズフィルタは、複素透磁率の絶対値｜μ｜が最大値になるピーク周波数が１００〜３００ＭＨｚに存在するため、１００〜３００ＭＨｚの高周波領域で優れたノイズ吸収特性を有する。

さらに、本発明のフェライト組成物は、Ｂｉ_２Ｏ_３等の高価な添加成分を用いる必要がなく、廉価なＭｇＯの含有比率が高いＭｇ系のフェライト母組成により構成されているため、廉価なフェライト焼結体を得ることができる。そのため、ノイズフィルタ等のフェライト含有製品の製造コストを低減することが可能となる。

なお、本発明に係るフェライト組成物は、ノイズフィルタ以外にも、各種通信機器等の高周波コイル等として利用されることができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る円筒形状のフェライト焼結体である。図２は、本願発明の実施例および比較例の効果を示すグラフである。

以下、本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。

本実施形態に係るノイズフィルタ１は、円筒形状（ビーズ形状）を呈したコア３を備えている。コア３の内側に信号ケーブル５を挿通させることにより、ノイズフィルタ１は、信号ケーブルを伝送する１００〜３００ＭＨｚの高周波領域のノイズ成分を熱エネルギーに変換し、ノイズ吸収効果を生じさせる。コア３の形状は円筒形状に限られることなく、トロイダル形状等であってもよい。また、コア３は、軸方向または周方向に、複数に分割されていてもよい。

本実施形態に係るコア３は、後述するフェライト組成物で構成してある。

ソフトフェライト材料におけるスヌークの限界として知られるように、１００ｋＨｚでの初透磁率μｉと複素透磁率の絶対値｜μ｜のピーク周波数とは反比例の関係にあることから、初透磁率μｉと複素透磁率の絶対値｜μ｜のピーク周波数とは一義的に決まることになる。このため、複素透磁率の絶対値｜μ｜のピーク周波数を１００〜３００ＭＨｚとするためには、フェライト組成物の初透磁率μｉは１０〜２５の範囲内とすることが好ましく、より好ましくは、１３〜２２である。

そこで、本発明者等は鋭意実験を行い、所望の初透磁率μｉを得るために、ＮｉＯ、ＣｏＯ、Ｂｉ_２Ｏ_３等の高価な成分を添加することなく、廉価なＭｇＯを用いることで、フェライト母組成のみで初透磁率μｉを１０〜２５の範囲に制御する手法を見出した。

すなわち、本実施形態に係るフェライト組成物は、酸化鉄をＦｅ_２Ｏ_３換算で４５〜５０モル％、酸化銅をＣｕＯ換算で６．５〜１６モル％、酸化マグネシウムをＭｇＯ換算で３５〜４４．５モル％、酸化亜鉛をＺｎＯ換算で０．５モル％未満含有する。

このような本実施形態に係るフェライト組成物の初透磁率μｉは、１０〜２５の範囲内となる。

それ故、本実施形態に係るフェライト組成物は、１００〜３００ＭＨｚの高周波数域に複素透磁率の絶対値｜μ｜のピーク周波数が存在し、１００〜３００ＭＨｚの高周波数域において優れたノイズ吸収特性を発揮する。

酸化鉄の含有量は、Ｆｅ_２Ｏ_３換算で４５〜５０モル％である。なお、酸化鉄Ｆｅ_２Ｏ_３の含有量が多すぎても少なすぎても、初透磁率μｉは１０〜２５の範囲外となる傾向がある。また、好ましくは酸化鉄の含有量は、Ｆｅ_２Ｏ_３換算で４７〜４９．５モル％であり、この範囲とすることで複素透磁率の絶対値｜μ｜のピーク周波数が１００〜３００ＭＨｚの中心に近づくため、同周波数領域全般にわたってノイズ吸収特性が効果的に得られる点で優れている。

酸化銅の含有量は、ＣｕＯ換算で６．５〜１６モル％である。なお、酸化銅ＣｕＯの含有量が多すぎても少なすぎても、初透磁率μｉは１０〜２５の範囲外となる傾向がある。また、好ましくは酸化銅の含有量は、ＣｕＯ換算で８．５〜１４モル％であり、この範囲とすることで複素透磁率の絶対値｜μ｜のピーク周波数が１００〜３００ＭＨｚの中心に近づくため、同周波数領域全般にわたってノイズ吸収特性が効果的に得られる点で優れている。

酸化マグネシウムは、ＭｇＯ換算で３５〜４４．５モル％である。なお、酸化マグネシウムＭｇＯの含有量が多すぎる場合、初透磁率μｉは２５を超える傾向がある。一方、酸化マグネシウムＭｇＯの含有量が少なすぎる場合、廉価なＭｇＯの割合が減少した分、ＭｇＯに比べ高価な他の成分の割合が増えるため、フェライト組成物全体の原料費が増加し、廉価の効果が十分に得られない傾向にある。また、好ましくは酸化マグネシウムは、ＭｇＯ換算で３７〜４２．５モル％であり、この範囲とすることで複素透磁率の絶対値｜μ｜のピーク周波数が１００〜３００ＭＨｚの中心に近づくため、同周波数領域全般にわたってノイズ吸収特性が効果的に得られる点で優れている。

酸化亜鉛の含有量は、ＺｎＯ換算で０．５モル％未満である。なお、酸化亜鉛ＺｎＯの含有量が多すぎると、初透磁率μｉが著しく増加し、２５を超える傾向があり、周波数特性を変動させため好ましくない。また、好ましくは、酸化亜鉛ＺｎＯは、０〜０．４モル％であり、この範囲とすることで複素透磁率の絶対値｜μ｜のピーク周波数が１００〜３００ＭＨｚの中心に近づくため、同周波数領域全般にわたってノイズ吸収特性が効果的に得られる点で優れている。

さらに、本実施形態に係るフェライト組成物は、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＣｏＯ、ＮｉＯ等の高価な成分は実質的には含まない。

特に、酸化ビスマスＢｉ_２Ｏ_３は、低融点酸化物であるため、焼結時に溶融したＢｉ_２Ｏ_３がフェライト成形体から浸み出し、焼結体同士が接触した際に付着した状態で焼結するという問題を生じる。このような結着の問題は、製品不良率につながり、歩留まりの悪化の原因となる。

また、酸化コバルトＣｏＯは、高価であり含有によりコストを著しく増加させるほか、フェライト組成物の周波数特性を変化させる、フェライトの温度特性を著しく大きくする等の問題がある。

さらに、酸化ニッケルＮｉＯは、高価であり含有によりコストを著しく増加させるほか、フェライト組成物の周波数特性を変化させる等の問題がある。

この他、本実施形態に係るフェライト組成物には、本発明の効果を妨げない範囲で、原料中の不可避的不純物元素の酸化物が数ｐｐｍ〜数百ｐｐｍ程度含まれ得る。

具体的には、Ｂ、Ｃ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃｌ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｂｒ、Ｔｅ、Ｉや、Ｌｉ、Ｎａ、Ａｌ、Ｋ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｒ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂａ、Ｐｂ等の典型金属元素や、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ等の遷移金属元素が挙げられる。

次に、本実施形態に係るフェライト組成物の製造方法の一例を説明する。

まず、出発原料（主成分の原料および副成分の原料）を、所定の組成比となるように秤量して混合し、原料混合物を得る。混合する方法としては、たとえば、ボールミルを用いて行う湿式混合や、乾式ミキサーを用いて行う乾式混合が挙げられる。なお、平均粒径が０．１〜３μｍの出発原料を用いることが好ましい。

主成分の原料としては、酸化鉄（α−Ｆｅ_２Ｏ_３）、酸化銅（ＣｕＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、あるいは複合酸化物などを用いることができる。さらに、その他、焼成により上記した酸化物や複合酸化物となる各種化合物等を用いることができる。焼成により上記した酸化物になるものとしては、たとえば、金属単体、炭酸塩、シュウ酸塩、硝酸塩、水酸化物、ハロゲン化物、有機金属化合物等が挙げられる。

次に、原料混合物の仮焼きを行い、仮焼き材料を得る。仮焼きは、原料の熱分解、成分の均質化、フェライトの生成、焼結による超微粉の消失と適度の粒子サイズへの粒成長を起こさせ、原料混合物を後工程に適した形態に変換するために行われる。こうした仮焼きは、好ましくは８００〜１１００℃の温度で、通常１〜３時間程度行う。仮焼きは、大気（空気）中で行ってもよく、大気中よりも酸素分圧が高い雰囲気や純酸素雰囲気で行っても良い。なお、主成分の原料と副成分の原料との混合は、仮焼きの前に行なってもよく、仮焼き後に行なってもよい。

次に、仮焼き材料の粉砕を行い、粉砕材料を得る。粉砕は、仮焼き材料の凝集をくずして適度の焼結性を有する粉体とするために行われる。仮焼き材料が大きい塊を形成しているときには、粗粉砕を行ってからボールミルやアトライターなどを用いて湿式粉砕を行う。湿式粉砕は、仮焼き材料の平均粒径が、好ましくは１〜２μｍ程度となるまで行う。

次に、粉砕材料の造粒（顆粒）を行い、造粒物を得る。造粒は、粉砕材料を適度な大きさの凝集粒子とし、成形に適した形態に変換するために行われる。こうした造粒法としては、たとえば、加圧造粒法やスプレードライ法などが挙げられる。スプレードライ法は、粉砕材料に、ポリビニルアルコールなどの通常用いられる結合剤を加えた後、スプレードライヤー中で霧化し、低温乾燥する方法である。

次に、造粒物を所定形状に成形し、成形体を得る。造粒物の成形としては、たとえば、乾式成形、湿式成形、押出成形などが挙げられる。乾式成形法は、造粒物を、金型に充填して圧縮加圧（プレス）することにより行う成形法である。成形体の形状は、特に限定されず、用途に応じて適宜決定すればよいが、本実施形態では円筒形状とされる。

次に、成形体の本焼成を行い、焼結体（本実施形態のフェライト組成物）を得る。本焼成は、多くの空隙を含んでいる成形体の粉体粒子間に、融点以下の温度で粉体が凝着する焼結を起こさせ、緻密な焼結体を得るために行われる。このような本焼成は、好ましくは９００〜１３００℃の温度で、通常２〜５時間程度行う。本焼成は、大気（空気）中で行ってもよく、大気中よりも酸素分圧が高い雰囲気で行っても良い。

このような工程を経て、本実施形態に係るフェライト組成物は製造される。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

たとえば、上述した実施形態では、円筒形状とするために、本焼成前に該形状に成形しているが、本焼成後に該形状に成形（加工）してもよい。

以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。

まず、主成分の原料として、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＣｕＯ、ＭｇＯ、ＺｎＯを準備した。

次に、準備した主成分の原料の粉末を秤量し、さらに、副成分の原料の粉末を表１に示す量となるように秤量した後、ボールミルで５時間湿式混合して原料混合物を得た。

次に、得られた原料混合物を、空気中において９５０℃で２時間仮焼して仮焼き材料とした後、ボールミルで２０時間湿式粉砕して、平均粒径が１．５μｍである粉砕材料を得た。

次に、この粉砕材料を乾燥した後、該粉砕材料１００重量％に、バインダーとしてのポリビニルアルコールを１．０重量％添加して造粒し、２０メッシュの篩で整粒して顆粒とした。この顆粒を加圧成形して、トロイダル形状（寸法＝外径２２ｍｍ×内径１２ｍｍ×高さ６ｍｍ）の成形体を得た。

次に、これら各成形体を、酸素分圧を適宜制御しながら、１０３０〜１０９０℃の範囲内で焼結密度が最大となる温度を選択し、２時間焼成して、焼結体としてのトロイダルコアサンプルを得た。得られたサンプルについて、蛍光Ｘ線分析を行い、フェライトコアの組成を測定した。結果を表１に示す。

＜初透磁率（μｉ）＞
得られたトロイダルコアサンプルに、巻線を２０巻回した後、ＬＣＲメーター（ヒューレットパッカード４２８４Ａ）を使用して、初透磁率μｉを測定した。測定条件としては、測定周波数１００ｋＨｚ、測定レベル０．４Ａ／ｍとした。１００ｋＨｚにおけるμｉは１０〜２５を良好とし、より好ましくは１３〜２２である。結果を表１に示す。

表１より、酸化鉄Ｆｅ_２Ｏ_３、酸化マグネシウムＭｇＯ、酸化銅ＣｕＯ、酸化亜鉛ＺｎＯの含有量が本発明の範囲内に含まれる試料（２〜４、６〜１０、１４および１５）では、初期透磁率μｉが１０〜２５の範囲内となることが確認された。

これに対し、表１より、酸化鉄Ｆｅ_２Ｏ_３、酸化マグネシウムＭｇＯ、酸化銅ＣｕＯ、酸化亜鉛ＺｎＯの含有量がいずれか一つでも本発明の範囲内にない試料（１、５、１１〜１３および１６）では、初透磁率μｉが１０〜２５の範囲内とならないことが確認された。
＜複素透磁率の絶対値｜μ｜＞
得られたトロイダルコアサンプルに、巻線を１巻回した後、インピーダンスアナライザ（アジレントテクノロジー社製Ｅ４９９１Ａ）を用い、複素透磁率の絶対値｜μ｜の周波数特性を測定した。結果を図２に示す。

図２に示すように、本発明の範囲内にある試料２および９は、初透磁率が１０〜２５の範囲内にあるため、複素透磁率の絶対値｜μ｜のピークは１００〜３００ＭＨｚの範囲内に含まれることが確認された。

これに対し、本発明の範囲内にない試料１６は、初透磁率が１０〜２５の範囲内にないため、複素透磁率の絶対値｜μ｜のピークは１００〜３００ＭＨｚの範囲内にないことが確認された。
＜焼結後の製品付着率＞

得られたトロイダルコアサンプル１００個について、製品同士の付着があるかを目視により観察した。本実施例では製品付着率は０％を良好とした。

なお、本発明に係るフェライト組成物（試料２等）では、初透磁率μｉを調整する添加成分としてＢｉ_２Ｏ_３を含んでいないため、焼結後の製品付着率は０％であった。

一方、試料２と同様の製造方法により、原料組成のみを変更した試料１７を作製した。試料１７では、主成分は、酸化鉄Ｆｅ_２Ｏ_３を４５モル％、酸化マグネシウムＭｇＯを３９．５モル％、酸化銅ＣｕＯを１５．５モル％、酸化亜鉛ＺｎＯを０モル％含有し、主成分１００重量％に対して、副成分としてＢｉ_２Ｏ_３を１重量％含有させた。試料１７では、初透磁率μｉを調整する添加成分としてＢｉ_２Ｏ_３を含んでいるため、焼結後の製品付着率は２％であった。

Claims

酸化鉄をＦｅ_２Ｏ_３換算で４５〜５０モル％、酸化銅をＣｕＯ換算で６．５〜１６モル％、酸化マグネシウムをＭｇＯ換算で３５〜４４．５モル％、酸化亜鉛をＺｎＯ換算で０．５モル％未満含有するフェライト組成物。
初透磁率μｉが１０〜２５であることを特徴とする請求項１に記載のフェライト組成物。
請求項１または２に記載のフェライト組成物からなるフェライト焼結体。
請求項３に記載のフェライト焼結体からなるノイズフィルタ。