JPWO2019225699A1 - フェライト焼結体およびノイズフィルタ - Google Patents

Abstract

本開示のフェライト焼結体は、金属元素として少なくともＦｅ、Ｚｎ、ＮｉおよびＣｕの酸化物を主成分として含む。各金属元素の含有量は、ＦｅがＦｅ2Ｏ3換算で４９．２モル％〜５０．２モル％、ＺｎがＺｎＯ換算で２１．０モル％〜２４．０モル％、ＮｉがＮｉＯ換算で２１．０モル％〜２３．０モル％、ＣｕがＣｕＯ換算で４モル％〜７モル％であり、ＺｎＯ／ＮｉＯのモル比が０．９６より大きい。

Description

本開示は、フェライト焼結体およびノイズフィルタに関する。

近年、物流管理やクレジット決済等に、ＩＣチップを実装した非接触ＩＣカードが広く用いられている。この非接触ＩＣカードは、ＩＣチップとこのＩＣチップに接続されたアンテナを備えており、通信機器との間で電磁波を介して通信するようになっている。しかしながら、外部の電気器具などからのノイズの影響を受けやすく、ノイズを抑制するために、Ｆｅ−Ｚｎ−Ｎｉ−Ｃｕ系フェライト材料からなるフェライト焼結体を用いたノイズフィルタが用いられている。

本件出願人は、このようなフェライト焼結体として、特許文献１（特許第５７２６６１７号公報）で、金属元素として少なくともＦｅ、Ｚｎ、ＮｉおよびＭｎを含有する酸化物からなるフェライト焼結体であって、ＺｎをＺｎＯ換算で２５ｍｏｌ％〜５０ｍｏｌ％含有するＺｎＯと、残部がＮｉＯとの混合粉末中に埋設して焼成され、ＦｅをＦｅ₂Ｏ₃換算で４２〜５０ｍｏｌ％、ＺｎをＺｎＯ換算で２０〜３０ｍｏｌ％、ＮｉをＮｉＯ換算で２０〜３０ｍｏｌ％、ＭｎをＭｎＯ換算で０．０１〜０．５ｍｏｌ％含有し、さらに、ＣｕをＣｕＯ換算で８ｍｏｌ％以下（０を含まず）含有するフェライト焼結体を提案している。

特許文献１で提案されたフェライト焼結体は、周波数１００ＫＨｚで透磁率を高くすることを狙ったものであり、ＺｎＯおよびＮｉＯがそれぞれ適正量で含まれていても、ＺｎＯ／ＮｉＯが適正な比率でなければ、非接触型ＩＣカードで使われる周波数１３．５６ＭＨｚ付近で複素透磁率の実数部分の値がスネークの限界則に従って減少するため、ノイズを十分抑制することができなかった。

本開示のフェライト焼結体は、金属元素として少なくともＦｅ、Ｚｎ、ＮｉおよびＣｕの酸化物を主成分として含むフェライト焼結体である。各金属元素の含有量は、ＦｅがＦｅ₂Ｏ₃換算で４９．２モル％〜５０．２モル％、ＺｎがＺｎＯ換算で２１．０モル％〜２４．０モル％、ＮｉがＮｉＯ換算で２１．０モル％〜２３．０モル％、ＣｕがＣｕＯ換算で４モル％〜７モル％であり、ＺｎＯ／ＮｉＯのモル比が０．９６より大きい。

本開示のフェライト焼結体を用いたノイズフィルタの一例を示す斜視図である。 周波数が１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚにおける、本開示のフェライト焼結体の複素透磁率の実数部分μ’の値を示すグラフである。

以下、図面を参照して、本開示のフェライト焼結体について詳細に説明する。

本開示のフェライト焼結体は、金属元素として少なくともＦｅ、Ｚｎ、ＮｉおよびＣｕの酸化物を主成分として含むフェライト焼結体であって、各金属元素の含有量は、ＦｅがＦｅ₂Ｏ₃換算で４９．２モル％〜５０．２モル％、ＺｎがＺｎＯ換算で２１．０モル％〜２４．０モル％、ＮｉがＮｉＯ換算で２１．０モル％〜２３．０モル％、ＣｕがＣｕＯ換算で４モル％〜７モル％であり、ＺｎＯ／ＮｉＯのモル比が０．９６より大きい。

このような構成とすることにより、周波数１３．５６ＭＨｚ付近で複素透磁率の実数部分の値が高くなるので、ノイズを十分抑制することができる。

ここで、周波数１３．５６ＭＨｚはＦｅｌｉｃａ（登録商標、ソニー(株)製）等の非接触ＩＣカードに割り当てられている周波数であり、ＩＳＯ／ＩＥＣで標準化されている周波数でもある。

上記組成範囲の算出方法については、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分光分析装置または蛍光Ｘ線分析装置を用いて、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｕの含有量を求めて、それぞれＦｅ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＮｉＯ、ＣｕＯに換算し、それぞれの分子量からモル値を算出し、合計１００モル％における占有率を算出することにより求められる。

また、複素透磁率については、外径が１３ｍｍ、内径が７ｍｍ、厚みが３ｍｍのフェライト焼結体からなるリング状試料の全周にわたって線径が０．２ｍｍの被膜導線を１０回巻き付けた後、インピ−ダンス・アナライザー（キーサイト・テクノロジー社製、Ｅ４９９１Ａ）に電気的に接続して、高周波電流電圧法を用いて周波数１３．３３ＭＨｚにおける複素透磁率（μ）を測定すればよい。

また、本開示のフェライト焼結体は、前記主成分の含有量の合計１００質量部に対して、ＭｎをＭｎＯ換算で０．３質量部〜０．８質量部含んでいてもよい。

ＭｎのＭｎＯ換算での含有量が上記範囲であると、透磁率を高く保持したまま、さらに飽和磁束密度を高くすることができる。

また、本開示のフェライト焼結体は、前記主成分の含有量の合計１００質量部に対して、ＡｌをＡｌ₂Ｏ₃換算で０．０３質量部〜０．３質量部含んでいてもよい。

ＡｌのＡｌ₂Ｏ₃換算での含有量が０．０３質量部以上であると、温度変化に対して複素透磁率の実数部分μ’の変化を小さくすることができる。一方、ＡｌのＡｌ₂Ｏ₃換算での含有量が０．３質量部以下であると、温度変化に対して複素透磁率の実数部分μ’の変化を小さくすることができるとともに、実数部分μ’を高くすることができる。

また、本開示のフェライト焼結体は、前記主成分の含有量の合計１００質量部に対して、ＳｉをＳｉＯ₂換算で０．０１〜０．２質量部含んでいてもよい。

ＳｉのＳｉＯ₂換算での含有量が０．０１質量部以上であると、温度変化に対して複素透磁率の実数部分μ’の変化を小さくすることができる。また、ＳｉのＳｉＯ₂換算での含有量が０．２質量部以下であると、温度変化に対して複素透磁率の実数部分μ’の変化を小さくすることができるとともに、実数部分μ’を高くすることができる。

また、本開示のフェライト焼結体は、前記主成分の含有量の合計１００質量部に対して、ＰをＰ₂Ｏ₅換算で０．０１質量部〜０．１質量部含んでいてもよい。

ＰのＰ₂Ｏ₅換算での含有量が上記範囲であると、焼結助剤として作用し、焼結を促進させ緻密化するために、機械的強度を高くすることができるとともに、ヒステリシス損失を抑制することができる。Ｍｎ、Ａｌ、ＳｉおよびＰの各含有量はＩＣＰ発光分光分析装置または蛍光Ｘ線分析装置を用いて、これら各元素の含有量を求めて、それぞれ酸化物に換算すればよい。

また、本開示のフェライト焼結体は、少なくとも表層部が複数の気孔を有し、複数の気孔の円相当径の変動係数ＣＶは２以下であってもよい。

気孔の円相当径の変動係数ＣＶがこの範囲であると、気孔の円相当径のばらつきが相対的に小さくなり、異常に大きい気孔がほとんどなくなるので、スライス加工やダイシング加工を用いて、ノイズフィルタ等の電子部品を得る場合、気孔の輪郭や内部から異常に大きな脱粒の発生を抑制することができる。特に、複数の気孔の円相当径の変動係数ＣＶは１．５以下であるとよい。

ここで、表層部とは、フェライト焼結体の表面から深さ方向で１ｍｍ以内の領域をいう。そして、気孔の円相当径は、以下のようにして求めることができる。

フェライト焼結体の表面から深さ方向に平均粒径Ｄ50が３μｍのダイヤモンド砥粒を用いて銅盤にて研磨する。その後、平均粒径Ｄ50が０．５μｍのダイヤモンド砥粒を用いて錫盤にて研磨する。これらの研磨によって得られる研磨面を観察面とする。

そして、観察面を光学顕微鏡を用いて、倍率を１００倍とし、測定対象の範囲を、例えば、横方向の長さを７２０μｍ、縦方向の長さを５４０μｍとして４か所撮影する。次に、撮影した画像のうち、周辺部を除く領域（面積が２２６８５６μｍ²）を計測範囲とし、画像解析ソフト（例えば、三谷商事(株)製、Ｗｉｎ ＲＯＯＦ）を用いてそれぞれ４か所の計測範囲を解析することによって、気孔の円相当径を得ることができる。

なお、気孔の円相当径の閾値は、０．８６８μｍとすればよい。

また、本開示のフェライト焼結体は、少なくとも表層部が複数の気孔を有し、複数の気孔の円相当径の尖度Ｋｕが、０．５以上２以下であってもよい。

気孔の円相当径の尖度Ｋｕがこの範囲であると、気孔の円相当径の分布が狭く、しかも、異常に大きな円相当径の気孔が少なくなるので、表面から深さ方向に研磨しても、偏摩耗を抑制することができる。特に、尖度Ｋｕは０．７以上１．９以下であるとよい。

ここで、尖度Ｋｕとは、分布のピークと裾が正規分布からどれだけ異なっているかを示す指標（統計量）であり、尖度Ｋｕ＞０である場合、鋭いピークと長く太い裾を有する分布となり、尖度Ｋｕ＝０である場合、正規分布となり、尖度Ｋｕ＜０である場合、分布は丸みがかったピークと短く細い尾を有する分布となる。

また、本開示のフェライト焼結体は、少なくとも表層部が複数の気孔を有し、複数の気孔の円相当径の歪度Ｓｋが、０．５以上２以下であってもよい。

気孔の円相当径の歪度Ｓｋがこの範囲であると、気孔の円相当径の平均値が小さく、しかも、異常に大きな円相当径の気孔が少なくなるので、表面から深さ方向に研磨しても、偏摩耗を抑制することができる。特に、歪度Ｓｋは０．７以上１．９以下であるとよい。

ここで、歪度Ｓｋとは、分布が正規分布からどれだけ歪んでいるか、即ち、分布の左右対称性を示す指標（統計量）であり、歪度Ｓｋ＞０である場合、分布の裾は右側に向かい、歪度Ｓｋ＝０である場合、分布は左右対称となり、歪度Ｓｋ＜０である場合、分布の裾は左側に向かう。

なお、気孔の円相当径の尖度Ｋｕおよび歪度Ｓｋは、Excel（登録商標、Microsoft Corporation）に備えられている関数ＳＫＥＷを用いて求めればよい。

また、本開示のフェライト焼結体は、表層部における気孔の面積率が、例えば、３．２％以下であり、特に、３％以下であるとよい。気孔の面積率は、画像解析ソフト（例えば、三谷商事(株)製、Ｗｉｎ ＲＯＯＦ）を用いて、４か所の上記計測範囲を解析することによって、求めることができる。この場合も気孔の円相当径の閾値は、０．８６８μｍとすればよい。

図１は、本開示のノイズフィルタの一例を示す斜視図である。

図１に示すノイズフィルタ１０は、フェライト焼結体１の両端に外部電極２を備えるものであり、図示していないが、フェライト焼結体１は、フェライトからなる薄い基板の複数枚が積層されたものであり、内部電極を備えるものである。

次に、本開示のフェライト焼結体の製造方法の一例について説明する。

まず、出発原料として、Ｆｅ、Ｚｎ、ＮｉおよびＣｕの酸化物あるいは焼成によりＦｅ、Ｚｎ、ＮｉおよびＣｕの酸化物を生成する炭酸塩、硝酸塩等（以下、Ｆｅ源粉末、Ｚｎ源粉末、Ｎｉ源粉末、Ｃｕ源粉末と記載することもある。）の金属塩を用意する。このとき平均粒径としては、例えば、Ｆｅが酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）、Ｚｎが酸化亜鉛（ＺｎＯ）、Ｎｉが酸化ニッケル（ＮｉＯ）およびＣｕが酸化銅（ＣｕＯ）であるとき、それぞれ０．５μｍ以上５μｍ以下とするとよい。

次に、Ｆｅ、Ｚｎ、ＮｉおよびＣｕを酸化物換算した合計１００モル％における組成範囲が、ＦｅがＦｅ₂Ｏ₃換算で４９．２モル％〜５０．２モル％、ＺｎがＺｎＯ換算で２１．０モル％〜２４．０モル％、ＮｉがＮｉＯ換算で２１．０モル％〜２３．０モル％、ＣｕがＣｕＯ換算で４モル％〜７モル％とした上で、ＺｎＯ／ＮｉＯのモル比が０．９６より大きくなるように、Ｆｅ源粉末、Ｚｎ源粉末、Ｎｉ源粉末およびＣｕ源粉末を上記組成となるように秤量する。

そして、秤量した粉末を、ボールミルや振動ミル等で粉砕混合した後、６００℃以上８００℃以下の温度で２時間以上仮焼することにより、合成された仮焼体（Ａ）を得る。あるいは、秤量した粉末を、ボールミルや振動ミル等で粉砕混合した後、６００℃の温度で２時間以上仮焼することにより仮焼体（Ｂ）を、また、８００℃の温度で２時間以上仮焼することにより仮焼体（Ｃ）をそれぞれ得て、仮焼体（Ｂ）および仮焼体（Ｃ）を質量比率で１：１となるように混合粉体（Ｄ）を得る。

次に、Ｍｎ、Ａｌ、ＳｉおよびＰの酸化物粉末の少なくともいずれかを仮焼体（Ａ）または混合粉体（Ｄ）に添加する。Ｍｎの酸化物粉末を添加する場合、フェライト焼結体における主成分の合計１００質量部に対する含有量が、ＭｎＯ換算で０．２質量部〜０．８質量部となるように秤量する。

Ａｌの酸化物粉末を添加する場合、フェライト焼結体における主成分の合計１００質量部に対する含有量が、Ａｌ₂Ｏ₃換算で０．０３質量部〜０．３質量部となるように秤量する。

Ｓｉの酸化物粉末を添加する場合、フェライト焼結体における主成分の合計１００質量部に対する含有量が、ＳｉＯ₂換算で０．０１質量部〜０．２質量部となるように秤量する。

Ｐの酸化物粉末を添加する場合、フェライト焼結体における主成分の合計１００質量部に対する含有量が、Ｐ₂Ｏ₅換算で０．０１質量部〜０．１質量部となるように秤量する。

そして、平均粒径が２μｍ以下となるまで粉砕した後、所定量のバインダを加えてスラリーとし、噴霧造粒装置（スプレードライヤ）を用いて噴霧して造粒することにより球状の顆粒を得る。

そして、得られた球状の顆粒を用いてプレス成形して所定形状の成形体を得る。その後、成形体を４００〜８００℃の範囲の温度で脱脂処理して脱脂体とした後、これを１０００〜１２００℃の最高温度で２〜５時間保持して焼成することにより本開示のフェライト焼結体を得ることができる。

気孔の円相当径の変動係数ＣＶが２以下であるフェライト焼結体を得るには、混合粉体（Ｄ）から得られる顆粒を用い、プレス成形における成形圧を、例えば、２００ＭＰａ以上とすればよい。

気孔の円相当径の尖度Ｋｕは、０．５以上２以下であるフェライト焼結体を得るには、混合粉体（Ｄ）から得られる成形体の脱脂処理における温度を４００〜６００°とすればよい。

気孔の円相当径の歪度Ｓｋは、０．５以上２以下であるフェライト焼結体を得るには、混合粉体（Ｄ）から得られる顆粒を用い、プレス成形における成形圧を２００ＭＰａ以上とした上で、脱脂処理における温度を４００〜６００°とすればよい。

このようにして得られた本開示のフェライト焼結体をコアとし、コア単独、または、このコアに金属線を巻き付けたコイル部品として、例えば、絶縁や変圧を目的としたインダクタ、変圧器、安定器および電磁石に使用したり、ノイズ除去などを目的とした、バラントランス付ノイズフィルタ等のノイズフィルタに使用したりすることができる。

また、図１に示すノイズフィルタを得るには、スライサー等を使用してフェライト焼結体から厚みの薄い基板を切り出すスライス加工を施した後、内部電極となる配線を形成し、ダイサー等を使用してダイシング加工を施してチップ化し、その後、積層し、外部電極を形成すればよい。

以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

Ｆｅ、Ｚｎ、ＮｉおよびＣｕを酸化物換算した合計１００モル％における組成範囲およびＺｎＯ／ＮｉＯのモル比が表１に示す値となるように、Ｆｅ源粉末、Ｚｎ源粉末、Ｎｉ源粉末およびＣｕ源粉末を秤量した。

そして、秤量した粉末を、振動ミルで粉砕混合した後、温度７００℃で２時間仮焼することにより、合成された仮焼体を得た。

そして、フェライト焼結体における主成分の合計１００質量部に対するＭｎの含有量がＭｎＯ換算で０．５質量部、Ａｌの含有量がＡｌ₂Ｏ₃換算で０．１７質量部、Ｓｉの含有量がＳｉＯ₂換算で０．１質量部となるようにそれぞれ秤量した。

そして、平均粒径が２μｍ以下となるまで粉砕した後、所定量のバインダを加えてスラリーとし、噴霧造粒装置（スプレードライヤ）を用いて噴霧して造粒することにより球状の顆粒を得た。

そして、得られた球状の顆粒を用いてプレス成形して成形体を得る。その後、成形体を温度６００℃で脱脂処理して脱脂体とした後、これを１１００℃の最高温度で３．５時間保持して焼成することにより、外径が１３ｍｍ、内径が７ｍｍ、厚みが３ｍｍのリング状のフェライト焼結体からなる試料を得た。

各試料の主成分の含有量は、蛍光Ｘ線分析装置を用いて、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｃｕの含有量を求めて、それぞれＦｅ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＮｉＯ、ＣｕＯに換算し、それぞれの分子量からモル値を算出し、合計１００モル％における占有率を算出することにより求め、その値を表１に示した。

また、リング状の試料の全周にわたって線径が０．２ｍｍの被膜導線を１０回巻き付けた後、インピ−ダンス・アナライザー（キーサイト・テクノロジー社製、Ｅ４９９１Ａ）に電気的に接続して、高周波電流電圧法を用いて周波数が１ＭＨｚ〜１００ＭＨｚにおける複素透磁率を測定し、その実数部分μ’の値を図２に示した。

また、参考値として周波数１３．３３ＭＨｚにおける複素透磁率μの実数部分μ’の値を表１に示した。

表１に示すように、試料Ｎｏ２、３はＦｅがＦｅ₂Ｏ₃換算で４９．２モル％〜５０．２モル％、ＺｎがＺｎＯ換算で２１．０モル％〜２４．０モル％、ＮｉがＮｉＯ換算で２１．０モル％〜２３．０モル％、ＣｕがＣｕＯ換算で４モル％〜７モル％であり、ＺｎＯ／ＮｉＯのモル比が０．９６より大きいことから、図２に示すように周波数１３．３３ＭＨｚに近い１３．５６ＭＨｚにおける複素透磁率の実数部分μ’が高く、ノイズを十分抑制することが可能であると言える。

１ ：フェライト焼結体
２ ：外部電極

Claims (9)

1. 金属元素として少なくともＦｅ、Ｚｎ、ＮｉおよびＣｕの酸化物を主成分として含むフェライト焼結体であって、各金属元素の含有量は、ＦｅがＦｅ₂Ｏ₃換算で４９．２モル％〜５０．２モル％、ＺｎがＺｎＯ換算で２１．０モル％〜２４．０モル％、ＮｉがＮｉＯ換算で２１．０モル％〜２３．０モル％、ＣｕがＣｕＯ換算で４モル％〜７モル％であり、ＺｎＯ／ＮｉＯのモル比が０．９６より大きい、フェライト焼結体。
2. 前記主成分の含有量の合計１００質量部に対して、ＭｎをＭｎＯ換算で０．２質量部〜０．８質量部含む、請求項１に記載のフェライト焼結体。
3. 前記主成分の含有量の合計１００質量部に対して、ＡｌをＡｌ₂Ｏ₃換算で０．０３質量部〜０．３質量部含む、請求項１または請求項２に記載のフェライト焼結体。
4. 前記主成分の含有量の合計１００質量部に対して、ＳｉをＳｉＯ₂換算で０．０１質量部〜０．２質量部含む、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のフェライト焼結体。
5. 前記主成分の含有量の合計１００質量部に対して、ＰをＰ₂Ｏ₅換算で０．０１質量部〜０．１質量部含む、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のフェライト焼結体。
6. 少なくとも表層部は複数の気孔を有し、複数の前記気孔の円相当径の変動係数ＣＶは２以下である請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のフェライト焼結体。
7. 少なくとも表層部は複数の気孔を有し、複数の前記気孔の円相当径の尖度Ｋｕは、０．５以上２以下である、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のフェライト焼結体。
8. 少なくとも表層部は複数の気孔を有し、複数の前記気孔の円相当径の歪度Ｓｋは、０．５以上２以下である、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のフェライト焼結体。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のフェライト焼結体の内部および外部に電極を設けてなることを特徴とするノイズフィルタ。

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