JP6254723B2 - 電磁干渉抑制部品及び電磁干渉抑制部品の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、六方晶構造をもつフェライト粉末からなる電磁干渉抑制（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ）部品に関する。本発明はまた、電磁干渉抑制部品の製造方法に関する。
独国特許出願公開第１０２０１４００１６１６（Ａ１）号明細書に、電磁干渉抑制部品において六方晶構造をもつフェライト材料を使用することが開示されている。フェライト材料は、ストロンチウム、バリウム、及びコバルトを含み得る。このような六方晶構造を有するフェライト材料を、積層体の形態で、収納形態で、及び焼結体として使用することが提案されている。１ＧＨｚ〜１００ＧＨｚの間の周波数範囲の利用が記載されている。
本発明の目的は、六方晶構造を有するフェライト粉末からなる、改良された電磁干渉抑制部品を提供すること、及びこのような部品の製造方法を提供することである。
この目的を達成するために、本発明によれば、請求項１の特徴を有する電磁干渉抑制部品、及び請求項７の特徴を有する前記部品の製造方法が提供される。本発明の有益な改良が、従属請求項において明記される。
本発明によれば、六方晶構造を有するフェライト粉末からなる電磁干渉抑制部品が提供され、前記フェライト粉末は、組成式ＳｒxＦｅ 12-y Ｃ y Ｏzを有し、Ｃは元素周期表の遷移金属である。
このような前記フェライト粉末の構成が、フェライト粉末の加工性に関して及びフェライト粉末の吸収周波数範囲に関して、特に有益であることが見出された。例えば、フェライト粉末が組成式ＳｒxＦｅ 12-y Ｃ y Ｏ19を有するように、ｚは１９であることができる。
本発明の一改良においては、Ｃは元素周期表の第４族、第５族、第９族、又は第１０族の遷移金属である。
本発明の一改良においては、ｘは、０．９〜１の間にあり、特に１である。
本発明の一改良においては、ｙは、０．１〜０．８の間にあり、特に０．２〜０．５の間であり、好ましくは０．３〜０．４の間である。
本発明の一改良においては、フェライト粉末の粒径は、５０μｍ〜１００μｍの間にあり、有利には７５μｍ〜１００μｍの間である。
フェライト粉末の電磁特性は、フェライト粉末の粒径によって左右され得る。粒径が７５μｍ〜１００μｍの範囲である場合、電磁特性に特に有利である。しかしながら、上記部品製造中における加工信頼性を向上するために、粉末の粒径を５０μｍ〜７５μｍの間の値まで低減することが有利であり得る。
本発明の一改良においては、上記部品は、ハーフシェル状、板状、スリーブ状、環状、又は通路開口をもつブロック状として形成される。
本発明による部品は、本質的にあらゆる所望の形状に形成されてよい。特に、フェライト粉末は、コーティングとして塗布されるか、又は上記部品の構成要素である他の材料と混合される。本発明に係る部品を製造するために、フェライト粉末を焼結することが特に有益である。
例えば、本発明に係る部品は、フェライト粉末からプレスされてよい。この場合、乾式プレスが用いられ得る。プレス形状は、次いで焼結により固められる。焼結は、例えば１１００℃（約１３７３．１５Ｋ）〜１４００℃（約１６７３．１５Ｋ）で行われ得る。
本発明による方法では、フェライト粉末の製造は、Ｓｒ炭酸塩又はＳｒ酸化物と、Ｆｅ酸化物と、遷移金属の酸化物との混合物から行われる。
本発明の一改良においては、上記混合物を、１１００℃（約１３７３．１５Ｋ）〜１４００℃（約１６７３．１５Ｋ）の間の温度に加熱することが提供される。
このような焼成により、１１００℃（約１３７３．１５Ｋ）〜１４００℃（約１６７３．１５Ｋ）の間の温度範囲で、六方晶フェライトが形成される固相反応が起こる。
本発明の一改良においては、上記混合物は、粒径を調整するために粉砕される。有利には、粒径は、粉砕中に５０μｍ〜１００μｍの間の値に調整され、比較的大きな粒径、すなわち、例えばフェライト粉末の電磁特性に有利であることがわかっている７５μｍ〜１００μｍの間の範囲に調整される。上記部品を製造するために、フェライト粉末は乾式プレスされ得る。焼結中の加工信頼性を向上するために、粒径を５０μｍ〜７５μｍの間の値まで低減することが有利であり得る。
本発明の他の特徴及び利益は、特許請求の範囲及び図面と関連した本発明の好ましい実施形態の以下の記述で見出され得る。図示され、かつ、記載される様々な実施形態の個別の特徴は、本発明の範囲から逸脱することのないあらゆる所望の方法でその他の特徴と組み合わされてよい。
図１〜４に示すように、電磁干渉抑制部品は、電子デバイス上の不要な電磁的影響の効力を低減するために用いられる。このような影響は、導体内での干渉のため、並びにデバイスの電源線への電磁波の発生のため、ケーブル内で発生し得る。
通常の電流干渉周波数は、１ＧＨｚまでの範囲にある。小型化が進み、今まで以上に小さい部品と、スイッチングレギュレータによる電圧供給の提供における高周波数化とを導いている。現在、後者の作動周波数は、一桁台のＭＨｚ範囲にある。しかしながら、この場合、高調波が発生する場合があり、高調波は、最大２５０ＭＨｚに達し、減衰される必要がある。作動周波数の増加は、１ＧＨｚ以上に達する高調波の有意な増加を導き、これらの放射（ｅｍｉｓｓｉｏｎ）の干渉抑制が必要である。
また、高い帯域幅を伴う無線通信は、非常に高い周波数を必要とする。２Ｇ、３Ｇ、及び４ＧネットワークによるＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、ＷｉＦｉ（登録商標）、及び移動通信の作動周波数は、８６０ＭＨｚ〜５ＧＨｚの範囲にある。これらの放射は、送信機の電気モジュール及び隣接モジュールにカップリングし、干渉を引き起こし得る。
図１は、第１の実施形態による電磁干渉抑制部品１０を示す。部品１０は、軟質プラスチックであって互いに折りたたみ可能に連結された２つのハーフシェル状のケース１２を有する。図１は開いた状態を図示しているが、このケース１２内には、互いに同一に形成された２つの溝１４が配設されている。ケース１２を共に折りたたむと、２つの溝が互いの上に配置され共にスリーブを形成して、干渉から保護されるべきケーブルがそれを通過することが可能である。
溝１４はそれぞれ、六方晶構造をもつフェライト粉末からなる。
酸化鉄及び酸化ストロンチウム又はＳｒ炭酸塩が、六方晶フェライトの基本構造として用いられる。１つ又は複数の元素を、ドーピングとして添加してよい。これらは、置換度の調整を制御することによって吸収周波数範囲に影響を与える。
溝型部品１４に含まれる六方晶フェライトは、式ＳｒxＦｅ 12-y Ｃ y Ｏzの化学量論を有する。式ＳｒxＦｅ 12-y Ｃ y Ｏ19を有するようにｚは１９であってもよい。ｘは、０．９〜１の間にあり、好ましくはｘ＝１であり得る。ｙは、０．１〜０．８の間であり得る。ｙは０．２〜０．５の間が好ましい。最良の測定値が、０．３＜ｙ＜０．４の値で得られたことから、ｙについてはこの範囲の値が特に好ましい。
元素Ｃは、周期表の遷移金属である。遷移金属という用語は、原子番号２１〜３０、３９〜４８、５７〜８０、及び８９〜１１２の元素を指す。したがって、これらは元素周期表の第４周期における元素Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、及びＺｎである。第５周期においては、これらは、元素Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、及びＬａである。
第６周期においては、これらは、元素Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｈｇ、及びＡｃである。第７周期において、これらは、元素Ｌｒ、Ｒｆ、Ｄｂ、Ｓｇ、Ｂｈ、Ｈｓ、Ｍｔ、Ｄｓ、Ｒｇ、及びＣｎである。上記列挙において、原子番号５８〜７１の元素及び原子番号９０〜１０２の元素を記載していないが、これらは元素周期表から容易に見ることができる。
周期表の第４周期又は第５周期から元素Ｃを選択することが特に好ましい。
好ましくは、元素Ｃは元素周期表の第４族、第９族、又は第１０族から選択される。この場合、第４族が特に好ましい。
元素Ｃを第４周期又は第５周期から選択することと組み合わせると、その結果、元素ＣはＴｉ又はＺｒのいずれかとなる。
溝型部品１４は、フェライト粉末を乾式プレスし、次いで焼結することによって製造される。この場合、フェライト粉末の事前プレス及びその後の焼結は、１１００℃（約１３７３．１５Ｋ）〜１４００℃（約１６７３．１５Ｋ）の間の温度で行われ得る。同等の結晶構造をもつ硬磁石とは対照的に、外部磁場がフェライト粉末にかけられるとき、個々の粒子の配向は起こらない。この方法で、フェライト粉末のプレス中に、上記部品の等方的電磁特性が達成され、乾式プレス方法により製造が行われうる。ワイス磁区（Ｗｅｉｓｓ ｄｏｍａｉｎ）が統計的に分散されるため、完成部品では減衰特性の優先方向はない。
フェライト粉末の製造は、混合酸化物経路を用いて行われる。この場合、Ｓｒ炭酸塩又はＳｒ酸化物の粉末が、Ｆｅ酸化物及びドーパントの酸化物と混合される。すでに述べたように、ドーパントとしてＴｉ又はＺｒを用いることが特に好ましい。したがって、Ｔｉ酸化物及び／又はＺｒ酸化物が、混合物に導入されることとなる。得られる混合物は、その後、仮焼又は燃成されて、フェライトの六方晶構造を形成する固相反応が１１００℃（約１３７３．１５Ｋ）〜１４００℃（約１６７３．１５Ｋ）の温度で起こる。
次に、得られた六方晶フェライトの粒径を、粉砕することで調整し得る。有利には、５０μｍ〜１００μｍの間の粒径に調整される。粉砕に関しては、例えばボールミルを用いてよい。７５μｍ〜１００μｍの間の粒径が、電磁干渉抑制に関する特性に関して有利であることがわかっている。結晶粒界によって、フェライトの結晶格子が歪み、その結晶場が乱され、電磁放射（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｒａｄｉａｔｉｏｎ）の吸収に負の効力を有する。７５μｍ〜１００μｍの間の大きい粒径がこれを打ち消し、電磁放射の減衰に関して材料が最適な効果を有することができる。
既に述べたように、得られたフェライト粉末は、次いで、溝型部品１４を製造するために焼結される。この間、フェライト粉末は圧され、最終的な粒径に調整される。
図２は、本発明に係る部品２０の別の実施形態を示す。部品２０は、フェライト粉末が焼結されたブロック形状を有し、前記ブロックは、貫通して挿入される配線２２に対する通路穴を有する。
図３は、本発明に係るスリーブ形状を有する別の部品３０を示す。部品３０は、配線が通過可能な中央通路穴３２を有する。
図４は、本発明に係る板形状を有する別の部品４０を示す。部品４０は、集積回路、筐体、又はリボンケーブルでの二次元の干渉を低減するために用いられ得る。例えば、特に効果的に電磁干渉抑制が達成されるように、２つの部品４０の間に集積回路を配置することもまた可能である。
図５は、本発明に係る部品の製造に用いられるフェライト粉末の粒子構造を概略的に示す。六方晶構造とその好ましい成長方向とにより、フェライト粉末の粒子は六角板形状を有する。これら結晶子のａ及びｂ方向における辺の長さは、ｃ方向よりも長い。外部磁場をかけることの結果としてフェライト粉末のこれら六角板状体の配向は発生せず、同等の結晶構造をもつ硬磁石とは非常に対照的である。この理由のため、フェライト粉末及びそれより製造される上記部品は、等方性電磁特性を有する。したがって、上記部品の製造において、乾式プレス法によりフェライト粉末を加工しうる。個々の粒子内ではワイス磁区が統計的に分散しているため、減衰特性の優先方向はない。
図６は、平らな環形状を有する本発明に係る部品５０の減衰特性を判断するために用いられた好ましい実験構成を概略的に示す。無線周波ケーブル（ｒａｄｉｏｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｃａｂｌｅ）５２は、一方が信号生成部５４に接続され、他方がアンテナ５６に接続される。環状部品５０による配線での減衰を判断するために、図６の実験構成の電磁放射の測定が、アンテナ５６から１．５ｍの距離にあるＥＭＣチャンバにおいて行われた。
遮蔽ＲＦケーブルを介して、信号生成部５４によって干渉がカップリングする。無終端のアンテナ５６を通って、この干渉がＥＭＣチャンバ（図示せず）において模造される。基準測定は、環状部品５０無しで行われる。このとき、この基準測定で最大干渉放射が得られる。
図６に示すように、部品５０が、アンテナ５６上をスライドして、無線周波配線５２及びアンテナ５６間の接合部において無線周波配線５２及びアンテナ５６に対して垂直に配置されれば、信号生成部５４によってカップリングされた干渉の一部が減衰され、干渉放射は少なくなる。そのため、部品５０がある測定と部品５０がない測定との差異により、カップリングされた干渉の、部品５０による減衰の測定値が与えられる。
図７は、部品５０、すなわちフェライト環が無い場合の基準測定の結果を示す。一方、図８は、部品５０がある場合の測定の結果を示す。図７及び図８の測定結果の差異としては、例えば５ＧＨｚで１２．４ｄＢの減衰が見られた。図７及び８に示していないが、４ＧＨｚでの測定値がある。その場合においては、図６の実験構成で、９．３ｄＢに達する減衰が得られた。
図９は、部品５０、すなわちフェライト環による減衰を判断するためのさらなる実験構成を概略的に示す。信号生成部５４は、再び無線周波配線５２と接続され、高周波配線５２は、終端なしに部品５０の通路開口において末端となる。いかなる終端もない無線周波ケーブル５２を用いることは、完全なミスマッチとなることを意味する。基準測定は、再び、部品５０なしで行われ、図９に図示される位置に部品５０を伴うさらなる測定が行われる。部品５０、すなわちフェライト環がある測定及び部品５０がない測定のこれら２つにおける差異により、信号生成部５４によりカップリングされた干渉の、部品５０による減衰の測定値が与えられる。測定は、再び無線周波配線５２の端部から１．５ｍの距離にあるＥＭＣチャンバにおいて行われる。
図１０は、部品５０がない基準測定の結果を与え、図１１は、部品５０を含む図９の実験構成での結果を示す。
２つの測定における差異によって明らかなように、周波数５ＧＨｚで最大１４．９ｄＢの減衰を得ることが可能であった。
Claims (5)
- 六方晶構造を有するフェライト粉末からなる電磁干渉抑制部品であって、前記フェライト粉末は組成式ＳｒxＦｅ12-yＣyＯzを有し、Ｃは元素周期表の遷移金属であり、前記フェライト粉末の粒径は７５μｍ〜１００μｍの間にあり、ｘは０．９〜１の間にあり、ｙは０．１〜０．８の間にあり、ｚは１９であることを特徴とする、電磁干渉抑制部品。
- Ｃは、元素周期表の第４族、第５族、第９族、又は第１０族の遷移金属であることを特徴とする、請求項１に記載の部品。
- 前記部品は、ハーフシェル状、板状、スリーブ状、環状、又は通路開口をもつブロック状として形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の部品。
- 請求項１〜３のいずれか一項に記載の電磁干渉抑制部品の製造方法であって、前記フェライト粉末は、Ｓｒ炭酸塩又はＳｒ酸化物と、Ｆｅ酸化物と、遷移金属の酸化物との混合物より製造すること、
前記混合物を、１１００℃（約１３７３．１５Ｋ）〜１４００℃（約１６７３．１５Ｋ）の間の温度に加熱すること、及び
前記加熱された混合物を粉砕して、粒径を７５μｍ〜１００μｍの間の値に調整すること、
を特徴とする、方法。 - 前記フェライト粉末を乾式プレスして部品を製造することを特徴とする、請求項４に記載の方法。
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