JP4488051B2 - 電波吸収体 - Google Patents

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Description

本発明は、Ｎｉを主成分中に含まないＭｎＺｎ系フェライト材料から構成される電波吸収体に関し、電波暗室や電波吸収壁等に使用される電波吸収体に関する。
近年、情報通信技術の発達や多様な電気機器の普及に伴い、不要な電磁ノイズが精密機器関連装置に及ぼす影響が問題となっている。
このような電磁ノイズの測定には、電磁波の反射のない電波暗室（電波無響室）が必要となり、電波暗室の内壁には電波吸収体が使用されている。
また、テレビジョンの電波が高層建築物等で反射されて生じる受信障害を防止するために、建築物等の外壁に電波吸収体が使用されている。
このような電波吸収体は、電波暗室の内部や外壁等に多量に使用されるために、製品コストが低いことが求められる。
従来の電波吸収体として、例えば、４０ＭＨｚ〜４５０ＭＨｚの周波数帯域において反射減衰量が２０ｄＢ以上の特性を有する電波吸収体として、マグネシウムー亜鉛系フェライトを焼結させた電波吸収体、ニッケルー亜鉛系フェライトを焼結させた電波吸収体、マンガンーニッケル−銅−亜鉛系フェライト等がある。
これらの中で、マグネシウムー亜鉛系フェライト材は、比較的に原料コストが安いものの、電波吸収体の整合厚みは８ｍｍ程度と大きく、電波暗室の内壁や建築物等の外壁に使用される電波吸収体の総重量を低減させるには限界がある。
一方、ニッケルを主成分として含むフェライトは、所望の電波吸収体特性を得るためには有利な素材ではあると言えるが、コストが高くなり、コスト低減を目的とする本願発明の趣旨には合致しない。なお、精密機器関連装置の電磁ノイズを測定する電波暗室では、電磁ノイズを評価する周波数帯域が規格化され、３０〜１０００ＭＨｚの範囲における反射減衰量が２０ｄＢ以上が要求される。
本願発明に関連すると思われる先行技術として、特開２００５−１７９０９２号公報がある。この先行技術は、その用途が電波吸収体に限定されているものではないが、本願発明と組成が類似しているＭｎ−Ｃｏ−Ｚｎ系フェライトに関するものである。そして、この先行技術において、本願発明の組成範囲と近い実施例の組成として、段落〔００３８〕の表１中に記載された試料番号１−９が存在する。先行技術における試料番号１−９の組成は、Ｆｅ2Ｏ3＝４５．５ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝３１．５ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝２１．０ｍｏｌ％、ＣｏＯ＝２．０ｍｏｌ％である。
この試料番号１−９における、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯ、およびＺｎＯを主成分とし、ＣｏＯを副成分として考え、本願発明と同様な表示に換算すると、試料番号１−９は、主成分：Ｆｅ2Ｏ3＝４６．４３ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝３２．１４ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝２１．４３ｍｏｌ％であり、副成分：ＣｏＯ＝１３３８０重量ｐｐｍとなる。この先行技術の組成範囲は、本願発明が目的としている所望の効果をもたらすものではない。このことは、後述する本願発明の実施例での実験結果を見ることにより明らかとなる。
特開２００５−１７９０９２号公報
このような実状のもとに、本発明は創案されたものであって、その目的は、要求される特性レベルを高いレベルに維持したまま製造コストの低減が図れる電波吸収体を提供することにある。すなわち、３０ＭＨｚの低周波領域における、室温（２５℃）での反射減衰量が２０ｄＢ以上、マイナス２０℃（−２０℃）での反射減衰量が１５ｄＢ以上の特性を有し、しかも、整合厚みが６ｍｍ以下となる特性を有し、キュリー温度が８０℃以上の特性を有し、かつ、製造コストの低減がはかれるＭｎ−Ｚｎ系の電波吸収体を提供することにある。
このような課題を解決するために、本発明はＭｎＺｎフェライト焼結体からなる電波吸収体であって、
該電波吸収体は、
酸化鉄がＦｅ2Ｏ3換算で４５．０〜４９．０モル％、
酸化亜鉛がＺｎＯ換算で１９．０〜２３．０モル％、および
酸化マンガンがＭｎＯ換算で２８．０〜３６.０モル％からなる主成分を有し、
この主成分１００重量部に対して副成分として、
酸化コバルトをＣｏＯ換算で１０００〜７０００重量ｐｐｍ、酸化ケイ素をＳｉＯ2換算で１０〜２００重量ｐｐｍ、および酸化カルシウムをＣａＯ換算で２００〜２５００重量ｐｐｍ含有し、
さらに副成分として、酸化ニオブをＮｂ 2 Ｏ 5 換算で５００重量ｐｐｍ未満（零を含む）含有するように構成される。
また、本発明の電波吸収体の好ましい態様として、酸化コバルトはＣｏＯ換算で３５００〜６５００重量ｐｐｍ含有されるように構成される。
また、本発明の電波吸収体の好ましい態様として、２５℃での反射減衰量が２０ｄＢ以上である特性、−２０℃での反射減衰量が１５ｄＢ以上である特性、２５℃において反射減衰量が２０ｄＢを満足する下限の周波数が３０ＭＨｚ以下である特性、２５℃において反射減衰量が２０ｄＢを満足する上限の周波数が３００ＭＨｚ以上である特性、−２０℃において反射減衰量が１５ｄＢを満足する下限の周波数が３０ＭＨｚ以下である特性、整合厚みが６ｍｍ以下となる特性、およびキュリー温度が８０℃以上の特性を有するように構成される。
また、本発明の電波吸収体の好ましい態様として、焼結密度が４．７（ｇ／ｃｍ3）を超える特性、周波数３０ＭＨｚにおける複素誘電率実数部であるε´の値が、１０＜ε´＜３０の条件を満たす特性、周波数３０ＭＨｚにおける複素透磁率実数部であるμ´の値が、μ´＜８０の条件を満たす特性、および周波数３０ＭＨｚにおける複素透磁率虚数部であるμ´´の値が、μ´´＞２６０の条件を満たす特性、を有するように構成される。
また、本発明の好ましい態様として、電波吸収体は板状のタイル形状をなしているように構成される。
本発明のＭｎＺｎフェライト焼結体からなる電波吸収体は、酸化鉄がＦｅ2Ｏ3換算で４５．０〜４９．０モル％、酸化亜鉛がＺｎＯ換算で１９．０〜２３．０モル％、および
酸化マンガンがＭｎＯ換算で２８．０〜３６．０％からなる主成分を有し、この主成分１００重量部に対して、副成分として酸化コバルト、酸化ケイ素、および酸化カルシウムをそれぞれ所定量を含有してなるように構成されているので、製造コストの格段の低減を図ることができ、キュリー温度、整合厚み、電波吸収特性の温度特性周波数特性にも優れた効果を発揮する。
以下、本発明の実施の形態について説明する。
（本発明の電波吸収体を構成する主成分の説明）
本発明の電波吸収体は、酸化鉄、酸化亜鉛、および酸化マンガンからなる主成分を含み構成される。酸化鉄は、Ｆｅ2Ｏ3換算で４５．０〜４９．０モル％（好ましくは、４６．０〜４８．０モル％）、酸化亜鉛はＺｎＯ換算で１９．０〜２３．０モル％（好ましくは２０．５、〜２２．５モル％）、および酸化マンガンはＭｎＯ換算で２８．０〜３４．５モル％含有される。
上記の範囲を外れた組成領域では、電波吸収特性に必要とされる複素比透磁率の周波数特性、複素比誘電率の周波数特性が満足されなかったり、電波吸収体の整合厚みが６．０ｍｍを超えたり、電波吸収体として適当なキュリー点が得られなかったりする。
ここで電波吸収特性とは下記の式（１）で表され、複素透磁率の実数部μ´の低下を生じさせる周波数が高くなると、低周波数帯域からの良好な電波吸収特性が得られなくなってしまう。また、複素透磁率の虚数部μ´´が低い場合、整合厚みの増大を来たすことになる。
また、複素誘電率の実数部ε´が適切な値でないと、反射減衰量の低下を招いてしまう。
Figure 0004488051
また、キュリー点が著しく低い場合、変換された熱により電波吸収体そのものの温度が容易にキュリー点を超えてしまい、磁性を失い電波吸収体として機能しなくなってしまうという不都合が生じる。
上記酸化鉄の含有量が、４５．０モル％未満となると、複素比透磁率の虚数部μ´´の低下により、整合厚みが６ｍｍ以上となり、しかも、キュリー温度が８０℃以下になるという不都合が生じる。また、上記酸化鉄の含有量が、４９．０モル％を超えると、複素比透磁率の実数部μ´の低下を生じさせる周波数が高くなり、３０ＭＨｚの低周波領域における、室温（２５℃）での反射減衰量が２０ｄＢ以下になってしまうという不都合が生じる。
また、上記酸化亜鉛の含有量が、１９．０モル％未満となると、複素比透磁率の実数部μ´の低下を生じさせる周波数が高くなり、３０ＭＨｚの低周波領域における、室温（２５℃）での反射減衰量が２０ｄＢ以下になってしまうという不都合が生じる。また、上記酸化亜鉛の含有量が、２３．０モル％を超えると、整合厚みが６ｍｍ以上となり、しかもキュリー温度が８０℃以下になるという不都合が生じてしまう。
（主成分に添加される副成分の説明）
（１）副成分として酸化コバルトの添加
上記のＭｎＺｎフェライト主成分１００重量部に対して、副成分として酸化コバルトがＣｏＯ換算で１０００〜７０００重量ｐｐｍ、好ましくは３５００〜６５００重量ｐｐｍ含有される。
適度なコバルトの添加は、複素比透磁率の実数部μ´の減衰を低周波側へシフトさせる効果をもたらし、上記酸化コバルトの含有量が、１０００重量ｐｐｍ未満となると、複素比透磁率の実数部μ´の低下を生じさせる周波数が高くなってしまう。その結果、３０ＭＨｚの低周波領域における、室温（２５℃）での反射減衰量が２０ｄＢ以下となり、かつマイナス２０℃（−２０℃）での反射減衰量が１５ｄＢ以下となってしまうという不都合が生じる。
また、酸化コバルトの含有量が、７０００重量ｐｐｍを超えると、逆に複素比透磁率の実数部μ´の低下を生じさせる周波数が高くなり、３０ＭＨｚの低周波領域における、室温（２５℃）での反射減衰量が２０ｄＢ以下となり、かつマイナス２０℃（−２０℃）での反射減衰量が１５ｄＢ以下となってしまうという不都合が生じる。
（２）副成分として酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の添加
上記のＭｎＺｎフェライト主成分１００重量部に対して、副成分として酸化ケイ素がＳｉＯ2換算で１０〜２００重量ｐｐｍ、好ましくは３０〜１５０重量ｐｐｍ含有される。酸化ケイ素の含有量が１０重量ｐｐｍ未満であると、焼結密度が著しく低下してしまうという不都合が生じる。また、酸化ケイ素の含有量が２００重量ｐｐｍを超えると、異常粒成長が現れてしまうという不都合が生じる。
（３）副成分として酸化カルシム（ＣａＯ）の添加
上記のＭｎＺｎフェライト主成分１００重量部に対して、副成分として酸化カルシウムがＣａＯ換算で２００〜３０００重量ｐｐｍ、好ましくは５００〜１５００重量ｐｐｍ含有される。酸化カルシウムの含有量が２００重量ｐｐｍ未満であると、周波数３０ＭＨｚにおけ複素比透磁率の実数部μ´が大きくなってしまい（複素比透磁率の実数部μ´の減衰が高周波側にシフトしてしまい）、２０ｄＢ以上の反射減衰量が得られないという不都合が生じてしまう。
また、酸化カルシウムの含有量が３０００重量ｐｐｍを超えると、周波数３０ＭＨｚにおける複素比透磁率の虚数部μ´´が小さくなってしまい、整合厚みが厚くなってしまうという不都合が生じる。
（４）副成分として酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）の添加
本発明において、酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）は、必須の副成分ではない。
酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）の添加により、焼結性の向上がみられ、かつ複素比透磁率の実数部μ´の減衰が低周波側にシフトし、３０ＭＨｚでの反射減衰量が向上するという特性の改善が見られる傾向がある
ただし、酸化ニオブの含有量が５００重量ｐｐｍを超えると、周波数３０ＭＨｚにおける複素比透磁率の実数部μ´が大きくなってしまい（複素比透磁率の実数部μ´の減衰が高周波側にシフトする）、２０ｄＢ以上の反射減衰量が得られないという不都合が生じる傾向にある。
（５）その他の副成分
その他の副成分として、ＳｎＯ2、ＴｉＯ2、ＮｉＯ、Ｔａ2Ｏ5、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2、ＧｅＯ2、ＭｏＯ3、ＷＯ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｖ2Ｏ5、Ｉｎ2Ｏ3、Ｃｒ2Ｏ3、Ａｌ2Ｏ3等の種々の副成分を本願発明の作用効果を逸脱しない範囲で含有させるようにしてもよい。
上述してきたような本発明の電波吸収体は、焼結後の組成が上記の範囲内となるように配合されたＭｎＺｎフェライト材料を、例えば、板状のタイル形状に成形した後、１１００℃〜１３５０℃程度の温度で焼結させることにより製造される。より具体的な製造方法は、後述の実施例での実験例を参考されたい。なお、タイル形状の大きさとしては、縦寸法が５０〜２００ｍｍ程度、横寸法が５０〜２００ｍｍ程度、厚さ寸法が３〜１０ｍｍ程度の板状体を例示することができる。
以下、具体的な実施例を挙げて、本発明をさらに詳細に説明する。
焼成後の組成が、下記表１に示される組成となるように主成分原料を秤量し、鋼鉄製ボールミルで１６時間湿式混合した。
次に、この混合粉を大気中９００℃で２時間、仮焼きした。得られた仮焼き物に副成分を、焼成後の組成が下記表１に示される組成となるように添加し、鋼鉄製ボールミルで１６時間湿式粉砕した。
このようにして得られたＭｎＺｎフェライト粉にポリビニルアルコール水溶液を１０重量％添加して造粒し、１ｔｏｎ／ｃｍ2の圧力で下記の電波吸収体の特性テストが可能なような所定の形状に成形した。
このようにして形成した成形物を焼成した。焼成条件として、焼成温度１３００℃（１３００℃まで空気中）とし、その後の冷却帯域において１０００℃まで酸素分圧を制御し、１０００℃以下では窒素（Ｎ2）雰囲気での焼成を行なった。
このようにして得られた電波吸収体のサンプルについて、下記の要領で、（１）キュリー点、（２）電波吸収体の整合厚み、（３）電波吸収特性の周波数特性並びに温度特性、（４）複素比透磁率の実数部μ´、複素比透磁率の虚数部μ´´、複素誘電率の実数部ε´の値、（５）焼結密度ρ（ｇ／ｃｍ3）、をそれぞれ、測定した。
（１）キュリー点（Ｔｃ）の測定方法
試料を高温層の中に入れ、各温度で十分安定するまで保持した後、ＬＣＲメーターを用いて初透磁率μｉの温度特性を測定した。初透磁率の最大値を超えた下降部において最大値の８０％の点と２０％の点を結ぶ延長線がμｉ＝１の線と交わる点を求め、キュリー温度Ｔｃとした。なお、測定周波数は１ｋＨｚとした。
なお、キュリー温度Ｔｃの目標値は、８０℃以上である。
（２）電波吸収体の整合厚み（ｄ）
電波吸収体の電波吸収特性は、外径１９．８ｍｍ、内径８．６ｍｍに加工されたリング形状のサンプルを用い、同軸管内に挿入した状態でネットワーク・アナライザーで反射係数を測定した。得られた測定結果から、反射減衰量および電波吸収体前面の規格化インピーダンスを算出した。
規格化インピーダンス（Ｚ）と反射係数（Ｓ）の関係は以下のとおり。
Ｚ＝（１＋Ｓ）／（１−Ｓ）
Ｓ＝（Ｚ−１）／（Ｚ＋１）
Ｓ＝（Ｓsample／Ｓmetal）
−２０ｌｏｇ｜Ｓ｜＝ｄＢ
それぞれの厚みの規格化インピーダンスをスミスチャートにプロットし、スミスチャートの中心を通る厚みを計算により求め、その厚さを整合厚み（ｄ）とした。
なお、整合厚み（ｄ）の目標値は、６ｍｍ以下である。
（３）電波吸収特性の周波数特性並びに温度特性
上記計算した整合厚みのリングを実際に作製し、上記の同軸管法により下記の項目を測定した。
・２５℃において反射減衰量が２０ｄＢ以上を満足する下限の周波数：ＬＦ25（ＭＨｚ）
・２５℃において反射減衰量が２０ｄＢ以上を満足する上限の周波数：ＵＦ25（ＭＨｚ）
・−２０℃において反射減衰量が１５ｄＢ以上を満足する下限の周波数：ＬＦ-20（ＭＨｚ）
・周波数３０ＭＨｚにおける２５℃での反射減衰量：ＲＤ25（ｄＢ）
・周波数３０ＭＨｚにおける−２０℃での反射減衰量：ＲＤ-20（ｄＢ）
なお、ＬＦ25の目標値は、３０ＭＨｚ以下である。
また、ＵＦ25の目標値は、３００ＭＨｚ以上である。
また、ＬＦ-20の目標値は、３０ＭＨｚ以下である。
また、ＲＤ25の目標値は、２０ｄＢ以上である。
また、ＲＤ-20の目標値は、１５ｄＢ以上である。
（４）複素比透磁率の実数部μ´、複素比透磁率の虚数部μ´´、複素誘電率の実数部ε´の値
上記（２）の手法に準じて、外径１９．８ｍｍ、内径８．６ｍｍに加工されたリング形状のサンプルを用い、同軸管内に挿入した状態でネットワーク・アナライザーで反射係数を測定し、得られた測定結果からμ´、μ´´、およびε´を導出した。
なお、ε´の目標値は、１０＜ε´＜３０の範囲内である。
また、μ´の目標値は、μ´＜８０である。
また、μ´´の目標値は、μ´´＞２６０である。
（５）焼結密度ρ（ｇ／ｃｍ3）
アルキメデス法により測定した。
なお、焼結密度ρの目標値は、４．７（ｇ／ｃｍ3）を超えることである。
これらの各項目の測定結果を下記表１に示した。
Figure 0004488051
Figure 0004488051
以上の実験結果より、本発明の効果は明らかである。すなわち、本発明は、ＭｎＺｎフェライト焼結体からなる電波吸収体であって、該電波吸収体は、酸化鉄がＦｅ2Ｏ3換算で４５．０〜４９．０モル％、酸化亜鉛がＺｎＯ換算で１９．０〜２３．０モル％、および酸化マンガンがＭｎＯ換算で２８．０〜３６．０％からなる主成分を有し、この主成分１００重量部に対して、副成分として酸化コバルト、酸化ケイ素、および酸化カルシウムをそれぞれ所定量を含有してなるように構成されているので、製造コストの格段の低減を図ることができ、キュリー温度、整合厚み、電波吸収特性の温度特性周波数特性にも優れた効果を発揮する。
本発明のＭｎＺｎ系フェライトの製造方法は、幅広く各種の電気部品産業に利用できる。

Claims (5)

  1. ＭｎＺｎフェライト焼結体からなる電波吸収体であって、
    該電波吸収体は、
    酸化鉄がＦｅ2Ｏ3換算で４５．０〜４９．０モル％、
    酸化亜鉛がＺｎＯ換算で１９．０〜２３．０モル％、および
    酸化マンガンがＭｎＯ換算で２８．０〜３６.０モル％からなる主成分を有し、
    この主成分１００重量部に対して副成分として、
    酸化コバルトをＣｏＯ換算で１０００〜７０００重量ｐｐｍ、酸化ケイ素をＳｉＯ2換算で１０〜２００重量ｐｐｍ、および酸化カルシウムをＣａＯ換算で２００〜２５００重量ｐｐｍ含有し、
    さらに副成分として、酸化ニオブをＮｂ 2 Ｏ 5 換算で５００重量ｐｐｍ未満（零を含む）含有することを特徴とする電波吸収体。
  2. 前記酸化コバルトはＣｏＯ換算で３５００〜６５００重量ｐｐｍである請求項１に記載の電波吸収体。
  3. ２５℃での反射減衰量が２０ｄＢ以上である特性、
    −２０℃での反射減衰量が１５ｄＢ以上である特性、
    ２５℃において反射減衰量が２０ｄＢを満足する下限の周波数が３０ＭＨｚ以下である特性、
    ２５℃において反射減衰量が２０ｄＢを満足する上限の周波数が３００ＭＨｚ以上である特性、
    −２０℃において反射減衰量が１５ｄＢを満足する下限の周波数が３０ＭＨｚ以下である特性、
    整合厚みが６ｍｍ以下となる特性、
    およびキュリー温度が８０℃以上の特性を有する請求項１または請求項２に記載の電波吸収体。
  4. 焼結密度が４．７（ｇ／ｃｍ3）を超える特性、
    周波数３０ＭＨｚにおける複素誘電率実数部であるε´の値が、１０＜ε´＜３０の条件を満たす特性、
    周波数３０ＭＨｚにおける複素透磁率実数部であるμ´の値が、μ´＜８０の条件を満たす特性、および
    周波数３０ＭＨｚにおける複素透磁率虚数部であるμ´´の値が、μ´´＞２６０の条件を満たす特性、を有する請求項３に記載の電波吸収体。
  5. 板状のタイル形状をなしている請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の電波吸収体。
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