JP4587542B2 - フェライト材料およびこれを用いたフェライト基板並びに電磁波吸収部材 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は高透磁率、高強度のフェライト材料およびこれを用いたフェライト基板並びに電磁波吸収部材に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
NiおよびZnを含有するNi−Zn系のフェライト材料は、インダクタ−・変圧器・電磁磁石・ノイズ除去等のコアとして幅広く使用されている。
【0003】
特に、近年、携帯電話やノート型パソコン等、携帯機器の小型・薄型化の進展と共に、これらの携帯機器に使用される部品の小型・薄型化に伴い高強度のフェライト材料が求められている。
【0004】
また、Ni−Zn系フェライト材料の新たな用途として、分割溝を有する多数個取り用のフェライト基板や、フロッピーディスクのヘッドを磁気シールドする電磁波シールド部材が提案されている。
【0005】
そして、このNi−Zn系フェライト材料の強度を向上させるためにFe2O3−NiO−ZnO−CuO−MnO−ZrO2系フェライトが提案されている(特開平8−157253号公報参照)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のNi−Zn系フェライト材料は、透磁率が低く、また、JISR1601による3点曲げ強度が98〜147MPaと機械的な強度が低いものであった。
【0007】
そのため、Ni−Zn系フェライト材料を上述したフェライト基板や電磁波シールド部材として用いると、製造工程や使用中に他部材との接触、落下衝撃等により欠けや割れが生じやすく、また、透磁率が低いため高周波での電磁波シールドの効果が十分得られないという問題があった。
【0008】
また、これに代わる材料としてMn−Zn系フェライト材料を用いる事も考えられていたが、コストが高いという問題点があった。
【0009】
そこで、本発明は、上記フェライト基板や電磁波シールド部材として好適に用いられる透磁率と強度の高いNi−Zn系フェライト材料を得ることを課題とする。
【0010】
【課題を解決する為の手段】
本発明者らは研究を重ねた結果、次の手段により上述の課題を解決できることを見出した。
【0011】
すなわち、本発明のフェライト材料はFeがFe2O3換算で60〜70重量%、NiがNiO換算で7〜15重量%、ZnがZnO換算で15〜25重量%、CuがCuO換算で0〜5%重量%、MnがMnO換算で0〜3重量%からなる主成分100重量部に対して、Si、Al、Ca、MgおよびCrをそれぞれSiO2、Al2O3、CaO、MgOおよびCr2O3換算で各々0.01〜1重量%、ZrをZrO2換算で0.001〜1重量%含有することを特徴とする。
【0012】
また、本発明のフェライト材料はさらに気孔率を10体積%以下、平均気孔径を3.5μm以下、最大気孔径を25μm以下としたことを特徴とする。
【0013】
更に、本発明では上記のNi−Zn系フェライト材料をフェライト基板や電磁波吸収部材に用いることを特徴とする。
【0014】
なお電磁波吸収部材とは、電磁波を吸収して遮断するためのシールド部材や、あるいは電磁波を吸収して発熱する部材である。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明のフェライト材料は、FeがFe2O3換算で60〜70重量%、NiがNiO換算で7〜15重量%、ZnがZnO換算で15〜25重量%、CuがCuO換算で0〜5%重量%、MnがMnO換算で0〜3重量%からなる主成分100重量部に対して、Si、Al、Ca、MgおよびCrをそれぞれSiO2、Al2O3、CaO、MgOおよびCr2O3換算で各々0.01〜1重量部、ZrをZrO2換算で0.001〜1重量部含有したものである。
【0016】
本発明において、Ni−Zn系フェライトの主成分の組成比を上記範囲とした理由は以下の通りである。
【0017】
FeをFe2O3換算で60〜70重量%としたのは、60重量%未満では透磁率が低くなり、70重量%を超えると焼結性が低下し透磁率が低くなるからである。
【0018】
NiをNiO換算でが7〜15重量%としたのは、7重量%未満ではQ値が低くなり、15重量%を超えると透磁率が低くなるからである。
【0019】
また、ZnをZnO換算で15〜25重量%としたのは、15重量%未満では透磁率が低くなり、25重量%を超えると強度と透磁率が低くが低下Q値とキュリー点が低くなるからである。
【0020】
また、CuをCuO換算で0〜5重量%としたのは、CuOが5重量%を超えると曲げ強度が低くなるからである。
【0021】
また、MnをMnO換算で0〜3重量%としたのは、MnOが3重量%を超えると透磁率が低くなるからである。
【0022】
また、本発明のフェライト材料においては上記主成分に対し、SiO2、Al2O3、ZrO2、CaO、MgO、Cr2O3を上述の範囲で含有する事によって、これらが焼結助剤、気孔低減作用、結晶サイズの制御作用をなし、透磁率と曲げ強度を高めることができる。
【0023】
そして、主成分100重量部に対して、Si、Al、Ca、MgおよびCrをそれぞれSiO2、Al2O3、CaO、MgOおよびCr2O3換算で各々0.01〜1重量部、ZrをZrO2換算で0.001〜1重量部含有する理由は以下の通りである。
【0024】
SiをSiO2換算で0.01〜1重量部含有するのは、0.01重量部未満では強度が低下し、1重量部を超えると透磁率が低下するためである。
【0025】
また、AlをAl2O3換算で0.01〜1重量部含有するのは0.01重量部以下では強度が低下し、1重量部を超えると透磁率が低下するためである。
【0026】
また、CaをCaO換算で0.01〜1重量部含有するのは、CaOが0.01重量部未満では曲げ強度が低下し、1重量部を超えると焼結性が低下し透磁率が低くなるためである。
【0027】
また、MgをMgO換算で0.01〜1重量部含有するのは、MgOが0.01重量部未満では曲げ強度が低下し、1重量部を超えると焼結性が低下して透磁率が低くなるためである。
【0028】
また、CrをCr2O3換算で0.01〜1重量部含有するのは、0.01重量部未満では曲げ強度が低下し、1重量部を超えると透磁率が低下するからである。
【0029】
また、ZrO2を本発明の範囲内で含有することにより極端な粒成長を抑制し焼結密度を高くして、強度を高くすることができる。ZrをZrO2換算で0.001〜1重量部含有するのは、0.001重量部未満では曲げ強度が低下し、1重量部を超えると透磁率が低下するからである。
【0030】
更に、透磁率と曲げ強度をさらに高めるため、本発明のフェライト材料は気孔率を10%以下、平均気孔径を3.5μm以下、最大気孔径を25μm以下に制御する事が好ましい。気孔率が10%より多くなったり、または平均気孔径が3.5μmよりも大きく且つ最大気孔径が25μmより大きくなると気孔が破壊源となるため曲げ強度の向上が著しくなく、また、気孔が多くなることにより透磁率の向上が著しくないからである。
【0031】
また、本発明のフェライト材料の気孔率はアルキメデス法によって求める。
【0032】
また、本発明のフェライト材料の平均気孔径および最大気孔径は、例えば次の様に求める。フェライト磁器を研磨し、鏡面を出した後、鏡面部のSEM写真等を撮り、この写真中にある気孔の平均気孔径、最大気孔径を求める。
【0033】
本発明のフェライト材料は組成、気孔率、平均気孔径、最大気孔径を上述の範囲とする事によって1MHz付近での透磁率が1600以上、JISR1601による3点曲げ強度が150MPa以上のフェライト材料を得ることができる。
【0034】
本発明のフェライト材料の製造方法は以下の通りである。
【0035】
高純度のFe2O3、NiO、ZnO、CuO、MnOをボールミルで混合した後、750〜1000℃で仮焼し、得られた仮焼粉体にSiO2、Al2O3、CaO、MgOおよびCr2O3、ZrO2を添加しボールミルにて粉砕した後、所定のバインダーを加えて造粒し、周知の成型方法で成型する。この成形体を900〜1250℃で焼成し本発明のフェライト材料を製造する。
【0036】
また、本発明においてはSrO、TiO2、Y2O3、P2O5、WO3、PbO、K2O等を合計で1重量%以下の範囲で含んでも良い。
【0037】
次に、本発明のフェライト材料を用いたフェライト基板や電磁波吸収部材にについて説明する。
【0038】
図1に示したフェライト基板10は、本発明のフェライト材料からなる板状体であって、その表面に縦横方向に複数の分割溝11を形成したものである。フェライト基板10の表面に電気回路を厚膜印刷後焼付けたり、薄膜蒸着等により電気回路を形成した後、分割溝11から切り離すことによって、各種素子用部品や、面コイル等の電子部品を同時に多数個取りすることができる。
【0039】
そして、上記フェライト基板10の材質として本発明のフェライト材料を用いることにより、フェライト基板10の製造工程上、あるいは取扱い上において欠けや割れを防止することができる。
【0040】
なお、図1ではフェライト基板10として多数個取りのものを示したが、この他の一般的な回路基板や各種基板にも適用することができる。
【0041】
次に、電磁波吸収部材としての実施形態を図2に示す。図2において、フロピーディスクの磁気ヘッド部において、アーム22に固定した磁気ヘッド21の周囲に本発明のフェライト材料からなる電磁波シールド部材20を配置してある。そして、該電磁波シールド部材20を備えることによって、フロッピーディスクドライブ内で、モーター等から発生するノイズが、磁気ヘッド21に入ることを防止することができる。
【0042】
フロッピーディスクの磁気ヘッド部は、その構造上、ショックに対して敏感で振動しやすい。そのため、電磁波シールド部材20も磁気ヘッド21と共に振動するため、何らかの強いショック(落下等)で周辺部品と接触、あるいは衝突し破損する恐れがある。そこで、電磁波シールド部材20を機械的強度の高い本発明のフェライト材料とすることによって上記破損等の問題を防止することができる。
【0043】
また、図2には電磁波吸収部材としてシールド部材の例を示したが、この他に電磁波吸収により発熱する性質を利用して、例えば電子レンジの調理等に用いることもできる。
【0044】
【実施例】
実施例1
表1に示す主成分の組成をボールミルで混合した後、800〜960℃で仮焼した。得られた仮焼粉体にSiO2、Al2O3、CaO、MgO、Cr2O3、およびZrO2をそれぞれ0.3重量部添加、混合し、ボールミルにて粉砕した後、所定のバインダーを加えて造粒し、圧縮成型して図3に示すトロイダルコア1の形状に成形し、この成形体を950〜1200℃で焼成し、これによって試料No1〜15を作製した。
【0045】
この焼成において焼結性の良否について、1200℃以下でも焼結する場合を○とし、1200℃を超える温度にまで高める事で焼結する場合を×とした。得られた焼結体をトロイダルコア1とし、これに線径0.2mmの被膜銅線を7ターン巻き付け、1MHzでの初透磁率をLCRメータにて測定した。曲げ強度はJISR1601の規格に従って測定を行った。
【0046】
結果は、表1に示す通りである。この結果より、本発明の範囲外の試料No.1〜8は透磁率が低かったり、曲げ強度が低かったり、あるいは焼結性が悪いものであった。
【0047】
これに対して本発明の範囲内の試料No.9〜15は、焼結性が良好で、透磁率が1600以上と高く、曲げ強度が150MPa以上と優れた特性が得られた。
【0048】
【表1】
【0049】
実施例2
次に、主成分であるFe2O3を66重量%、NiO2を8重量%、ZnOを22重量%、CuOを3重量%、MnOを1重量%に固定し、副成分を表2に示すように幾通りにも変化させ、その他の条件は実施例1と同様にしてトロイダルコア1の形状の試料No.16〜50を得た。得られた焼結体に対して、実施例1と同様にして1MHzの透磁率、曲げ強度、焼結性を評価したところ、表2に示す様な結果が得られた。
【0050】
表2によれば、副成分が本発明の範囲外の試料No.37〜50は透磁率が低かったり、強度が低かったり、あるいは焼結性が悪いものであった。
【0051】
これに対して本発明の範囲内の試料No.16〜36は透磁率1600以上、曲げ強度150MPa以上が得られ、焼結性も良好であった。
【0052】
【表2】
【0053】
実施例3
次に、主成分であるFe2O3を66重量%、NiOを8重量%、ZnOを22重量%、CuOを3重量%、MnOを1重量%に固定し、800〜960℃で仮焼し、得られた仮焼粉体にSiO2、Al2O3、CaO、MgO、Cr2O3、およびZrO2をそれぞれ0.4重量部添加、混合し、ボールミルにて粉砕した後、所定のバインダーを加えて造粒し、圧縮成型して成形し、この成形体を950〜1200℃で焼成し、気孔率を変化させた試料を作製し、各試料の曲げ強度を測定した。
【0054】
その結果、表3に示す様に気孔率が10%以下の試料No.51〜56は200MPa以上と特に高い曲げ強度が得られた。また、各試料の透磁率は全て1600以上であった。
【0055】
【表3】
【0056】
実施例4
次に、主成分であるFe2O3を66重量%、NiOを8重量%、ZnOを22重量%、CuOを3重量%、MnOを1重量%に固定し、800〜960℃で仮焼し、得られた仮焼粉体にSiO2、Al2O3、CaO、MgO、Cr2O3、およびZrO2をそれぞれ0.1重量部添加、混合し、ボールミルにて粉砕した後、所定のバインダーを加えて造粒、成形し、この成形体を1050〜1200℃の焼成温度範囲内でキープ時間を0.5〜4時間の範囲内で変化させることにより、平均気孔径と最大気孔径を変化させて本発明の範囲内の試料を作製し、その曲げ強度を測定した。
【0057】
その結果、表4に示す様に平均気孔径が3.5μm以下、最大気孔径が25μm以下の試料No.60〜65は曲げ強度が200MPa以上と特に高い曲げ強度が得られた。また、各試料の透磁率は全て1600以上であった。
【0058】
【表4】
【0059】
【発明の効果】
以上の様に、本発明によれば、FeがFe2O3換算で60〜70重量%、NiがNiO換算で7〜15重量%、ZnがZnO換算で15〜25重量%、CuがCuO換算で0〜5%重量%、MnがMnO換算で0〜3重量%からなる主成分100重量部に対して、Si、Al、Ca、MgおよびCrをそれぞれSiO2、Al2O3、CaO、MgOおよびCr2O3換算で各々0.01〜1重量部、ZrをZrO2換算で0.001〜1重量部含有するフェライト材料とすることによって、透磁率が高く、機械的強度が高い優れたフェライト材料を製造することができる。このフェライト材料はフェライト基板や電磁波吸収部材等へ適用することができ、高周波で使用される部品の電磁波ノイズ低減等に大きく貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のフェライト材料を用いたフェライト基板を示す斜視図である。
【図2】本発明のフェライト材料を用いた電磁波吸収部材の一例である電磁波シールド部材を示す斜視図である。
【図3】本発明のフェライト材料を用いたフェライトコアを示す図である。
【符号の説明】
10:フェライト基板
11:分割溝
20:電磁波シールド部材
21:磁器ヘッド
22:アーム
1:トロイダルコア
1a:巻き線部
Claims (5)
- FeがFe2O3換算で60〜70重量%、NiがNiO換算で7〜15重量%、ZnがZnO換算で15〜25重量%、CuがCuO換算で0〜5%重量%、MnがMnO換算で0〜3重量%からなる主成分100重量部に対して、Si、Al、Ca、MgおよびCrをそれぞれSiO2、Al2O3、CaO、MgOおよびCr2O3換算で各々0.01〜1重量部、ZrをZrO2換算で0.001〜1重量部含有することを特徴とするフェライト材料。
- 気孔率が10体積%以下であることを特徴とする請求項1に記載のフェライト材料。
- 平均気孔径が3.5μm以下、最大気孔径が25μm以下であることを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載のフェライト材料。
- 請求項1〜3のいずれかに記載のフェライト材料を用いたフェライト基板。
- 請求項1〜3のいずれかに記載のフェライト材料を用いた電磁波吸収部材。
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