WO2013002143A1 - フェライト材料、及びノイズ吸収部品 - Google Patents

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WO2013002143A1
WO2013002143A1 PCT/JP2012/066003 JP2012066003W WO2013002143A1 WO 2013002143 A1 WO2013002143 A1 WO 2013002143A1 JP 2012066003 W JP2012066003 W JP 2012066003W WO 2013002143 A1 WO2013002143 A1 WO 2013002143A1
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亜輝男 萩谷
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Definitions

  • the present invention relates to a ferrite material and a noise absorbing component, and more particularly to a ferrite material suitable for the noise absorbing component and a noise absorbing component such as a ferrite core using the ferrite material.
  • Mn-Zn ferrite materials with a spinel crystal structure have low output loss and have been widely used in cores such as transformers for switching power supplies, choke coils, and noise filters. Ferrite materials are also actively developed. It is.
  • Patent Document 1 discloses a spinel type Mn—Zn containing 30 to 42 mol% MnO as a main component, 4 to 19 mol% ZnO and the balance Fe 2 O 3 and CaO and SiO 2 as subcomponents.
  • a low-loss magnetic material in which at least one of the subcomponents is dissolved in spinel crystal grains has been proposed.
  • the content of Fe 2 O 3 is 53 mol%, which is a value close to the stoichiometric composition, and each component is blended so that MnO is 35 mol% and ZnO is 12 mol%.
  • JP-A-6-325920 (Claim 1, paragraph numbers [0009] and [0027])
  • the ferrite material described in Patent Document 1 is considered to be effective as an inductance of a main transformer, a smoothing choke of a switching power supply, or a transformer for a power supply because there is little magnetic loss even in a high frequency band from about 100 kHz to around 1 MHz.
  • the ferrite material of Patent Document 1 has a problem that a sufficient noise absorbing performance cannot be obtained when used in a noise absorbing component because the magnetic loss is small as described above.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a ferrite material having good noise absorption performance and a noise absorbing component using the ferrite material.
  • the present inventor conducted intensive studies on the Mn—Zn ferrite material.
  • the molar amount of the Fe component in the main component was sufficiently increased from the stoichiometric composition, and Fe 2 Saturated magnetic flux density without decreasing the magnetic permeability by adjusting the O 3 content to 64 to 70 mol% and adjusting the content of the Zn component in the range of 7 to 13 mol% in terms of ZnO. It was found that Bs can be increased, thereby improving the Curie point Tc.
  • the Nb component is contained in the range of 0.01 to 0.05 parts by weight in terms of Nb 2 O 5 with respect to 100 parts by weight of the main component.
  • the present invention has been made on the basis of such knowledge, and the ferrite material according to the present invention is composed of a sintered body containing as a main component each component of Fe, Zn, and Mn, and the Fe, Zn, And the molar content of each component of Mn in terms of Fe 2 O 3 , ZnO, and MnO, respectively, Fe 2 O 3 : 64 to 70 mol%, ZnO: 7 to 13 mol%, and the balance: MnO
  • the Nb component is contained in the range of 0.01 to 0.05 parts by weight in terms of Nb 2 O 5 with respect to 100 parts by weight of the main component.
  • the noise absorbing component according to the present invention is characterized by being formed of the above ferrite material.
  • the ferrite material is composed of a sintered body containing each component of Fe, Zn, and Mn as a main component, and the molar content of each component of Fe, Zn, and Mn is Fe 2 O 3.
  • ZnO, and MnO respectively, Fe 2 O 3 : 64-70 mol%, ZnO: 7-13 mol%, balance: MnO, and Nb component is 100 parts by weight of the main component
  • Nb 2 O 5 is contained in the range of 0.01 to 0.05 parts by weight, so that it is possible to obtain a ferrite material excellent in noise absorption performance in which fluctuation of impedance with respect to temperature change is suppressed. .
  • the molar content of Fe component in the main component is converted to Fe 2 O 3 to be 64 to 70 mol%, which is more than the stoichiometric composition, and the molar content of Zn component is 7 in terms of ZnO.
  • the saturation magnetic flux density Bs can be increased and a high Curie temperature Tc can be obtained, so that the heat resistance is improved.
  • the Nb component is converted to Nb 2 O 5 and contained in the range of 0.01 to 0.05 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the main component, the sinterability is improved, and as a result, the magnetic permeability is reduced. It becomes large and the peak of impedance becomes high, and even if a temperature change occurs, it is possible to suppress fluctuations in the crosspoint frequency and impedance.
  • the noise absorbing component according to the present invention is formed of the above-described ferrite material, it has a good noise absorbing performance in a wide temperature range, and the necessary signal component is not dull and the unnecessary noise component is effectively prevented. It is possible to obtain a noise-absorbing component suitable for applications with severe environmental temperatures that can be removed.
  • FIG. 1 It is a perspective view showing one embodiment of a ferrite core as a noise absorption part using a ferrite material concerning the present invention. It is the figure which plotted the composition of each sample produced in Example 1 on the triangular figure. It is the figure which showed the impedance characteristic of the Example sample by using temperature as a parameter. It is the figure which showed the impedance characteristic of the comparative example sample by using temperature as a parameter. It is the figure which showed the temperature dependence of the saturation magnetization of the example sample with the comparative example sample.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a ferrite core as a noise absorbing component according to the present invention.
  • the ferrite core 1 is formed in a bead shape having a hollow portion 2.
  • the ferrite core 1 is used by inserting a noise absorber 3 such as a cable through the hollow portion 2. That is, when the noise absorber 3 is inserted into the hollow portion 2, the magnetic field generated from the noise absorber 3 is concentrated on the ferrite core 1, and the magnetic energy concentrated on the ferrite core 1 is caused by the magnetic loss of the ferrite core 1. It is converted into heat and attenuated, whereby the noise generated from the noise absorber 3 is absorbed.
  • of the ferrite core 1 can be represented by a complex display as shown in the mathematical expression (1).
  • the reactance component X (signal component) is dominant in the low frequency region and functions as an inductor, while the resistance component R (loss component) is dominant in the high frequency region.
  • the noise is manifested as a component R, and the noise is converted into heat by the resistance component R and attenuated, whereby the noise can be absorbed.
  • the ferrite material which forms the ferrite core 1 consists of a sintered compact containing each component of Fe, Zn, and Mn as a main component, and contains each component of Fe, Zn, and Mn
  • the molar amounts are converted to Fe 2 O 3 , ZnO, and MnO, respectively, Fe 2 O 3 : 64-70 mol%, ZnO: 7-13 mol%, balance: MnO, and the Nb component is the main component. It is contained in the range of 0.01 to 0.05 parts by weight in terms of Nb 2 O 5 with respect to 100 parts by weight of the component.
  • the saturation magnetic flux density Bs is increased, and the Curie point Tc is significantly higher than the practical temperature range (for example, ⁇ 25 ° C. to + 85 ° C.), resulting in heat resistance. Will improve.
  • the sinterability is improved, and as a result, the permeability ⁇ is increased, the impedance peak is increased, and even if a temperature change occurs, it is possible to suppress fluctuations in the crosspoint frequency and impedance.
  • Fe component In a Mn—Zn ferrite material having a spinel crystal structure represented by the general formula Fe 2 O 3 .AO (A is Zn, Mn), the stoichiometric composition is obtained by converting the Fe component to Fe 2 O 3.
  • the saturation magnetization density Bs can be increased, whereby the Curie point Tc can be greatly improved compared to the practical temperature range (for example, ⁇ 25 ° C. to + 85 ° C.). It becomes possible and heat resistance can be improved.
  • the molar content of the Fe component needs to be at least 64 mol% in terms of Fe 2 O 3 . That is, by setting the content molar amount of Fe 2 O 3 to 64 mol% or more, the Curie point Tc can be raised to, for example, a high temperature of 350 ° C. or more, and sufficient heat resistance can be ensured.
  • the molar content of Fe component Fe 2 when O 3 in terms of more than 70 mol%, is the molar content of Fe 2 O 3 is excessive sintering property is lowered and thus sufficient permeability
  • the magnetic permeability ⁇ cannot be obtained, and the saturation magnetic flux density Bs also decreases.
  • the blending amount is adjusted so that the molar content of the Fe component is 64 to 70 mol% in terms of Fe 2 O 3 .
  • the Zn component is a material that contributes to the improvement of the magnetic permeability ⁇ , and the desired magnetic permeability ⁇ can be obtained by containing an appropriate amount of the Zn component in the main component.
  • the molar content of the Zn component in the main component exceeds 13 mol% in terms of ZnO, the molar content of ZnO becomes excessive, and the desired saturation can be achieved even if the molar content of Fe 2 O 3 is adjusted. It becomes difficult to obtain the magnetic flux density Bs.
  • the blending amount is adjusted so that the molar content of the Zn component in the main component is 7 to 13 mol% in terms of ZnO.
  • Nb component By including the Nb component in the ferrite material, the sinterability is improved and the magnetic permeability ⁇ is increased, thereby making it possible to increase the peak of the frequency characteristic of the impedance.
  • the saturation magnetic flux density Bs may be lowered.
  • the composition component is blended so that the content of the Nb component is converted to Nb 2 O 5 and is 0.01 to 0.05 part by weight with respect to 100 parts by weight of the main component.
  • the presence form of the Nb component is not particularly limited, and may be dissolved in the main component, or may be present at a crystal grain boundary or a crystal triple point.
  • the ferrite material forming the ferrite core 1 is composed of a sintered body containing each component of Fe, Zn, and Mn as a main component, and each component of the Fe, Zn, and Mn.
  • the content of Fe 2 O 3 is 64 to 70 mol%
  • ZnO is 7 to 13 mol%
  • the balance is MnO
  • the Nb component is Since it is contained in the range of 0.01 to 0.05 parts by weight in terms of Nb 2 O 5 with respect to 100 parts by weight of the main component, the saturation magnetic flux density Bs increases and the Curie point Tc increases, resulting in heat resistance. Improves.
  • it has good sinterability, increases the magnetic permeability, and increases the impedance peak.
  • Fe oxide, Zn oxide, and Mn oxide are prepared as ceramic raw materials. After firing, the Fe component in the main component is converted to Fe 2 O 3 in an amount of 64 to 70 mol%, the Zn component is converted to ZnO in an amount of 7 to 13 mol%, and the balance is Mn oxide. These ceramic raw materials are weighed.
  • these weighed materials are put into a ball mill together with pure water and a grinding medium such as PSZ (partially stabilized zirconia) balls, sufficiently mixed and pulverized wet, dehydrated and dried, and granulated to a predetermined bulk density.
  • a mixed powder is obtained.
  • the mixed powder is calcined at a temperature of 800 to 900 ° C. for a predetermined time in an N 2 atmosphere to produce a main component powder.
  • Nb oxide is added so that the Nb component is 0.01 to 0.05 parts by weight in terms of Nb 2 O 5 with respect to 100 parts by weight of the main component powder, and further SiO 2 as required.
  • CaO or the like is added as appropriate, together with an organic binder such as polyvinyl butyral, a dispersant, a solvent such as pure water, and a PSZ ball, and the mixture is again mixed and pulverized to prepare a ferrite slurry.
  • the ferrite slurry is dried and granulated to obtain a ferrite raw material powder.
  • this ferrite raw material powder is press-molded to produce a bead-shaped molded body, and after the binder removal treatment is performed at 300 to 500 ° C. in the air, the maximum temperature is 1200 to 1250 ° C. in an N 2 atmosphere.
  • a bead-shaped ferrite core 1 having a hollow portion 2 is thus produced.
  • the ferrite core 1 obtained in this way suppresses fluctuations of the crosspoint frequency and impedance with respect to temperature, so that necessary signal components are not dulled and unnecessary noise components can be effectively removed. It is suitable for applications with severe environmental temperatures having good noise absorption performance over a wide temperature range.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the shape of the ferrite core 1 is not limited to the above-described bead shape, and it goes without saying that it can be similarly applied to a ring shape, a flat plate shape, and the like.
  • Fe 2 O 3 , ZnO, and Mn 2 O 3 were prepared as ceramic raw materials, and these ceramic raw materials were weighed so that the main component after firing had a composition as shown in Table 1. Next, these weighed products were put in a ball mill together with pure water and PSZ balls, mixed and pulverized in a wet manner for 6 hours, dehydrated and dried, and then granulated to a predetermined bulk density to obtain a mixed powder. Then, the mixed powder under N 2, was calcined for 90 minutes at a temperature of 900 ° C., to prepare a main component powder.
  • Nb 2 O 5 0.02 part by weight, SiO 2 : 0.007 part by weight, and CaO: 0.028 part by weight are added to 100 parts by weight of the main component powder, and a polyvinyl butyral organic binder and polycarboxylic acid are added.
  • the mixture was again put into a ball mill and sufficiently mixed and pulverized to prepare a ferrite slurry.
  • the particle diameter at a cumulative frequency of 50% was obtained starting ferrite powder 100 [mu] m.
  • this ferrite raw material powder is press-molded to produce a ring-shaped molded body, and then subjected to a binder removal treatment at a temperature of 350 ° C. in the atmosphere. Thereafter, the oxygen partial pressure at room temperature is 0.005%.
  • the firing profile in the firing treatment was raised from room temperature to 800 ° C. at a heating rate of 5 ° C./min, and from 800 to 1000 ° C., the temperature was raised at a heating rate of 1 ° C./min, from 1000 ° C. to 1200 ° C. Until then, the temperature was increased at a rate of temperature increase of 5 ° C./min. Then, after baking for 240 minutes at a temperature of 1200 ° C., the temperature was lowered to room temperature at a rate of 5 ° C./min.
  • Samples 1 to 16 were put in a mortar and pulverized, and the crystal phase was identified by powder X-ray diffraction. As a result, it was confirmed to be a spinel single phase.
  • the magnetic permeability ⁇ , the sintered density, the saturation magnetic flux density Bs, and the Curie point Tc were measured for each of the sample numbers 1 to 16.
  • the magnetic permeability ⁇ was measured using an impedance analyzer (Agilent Technology 4291A) at a measurement frequency of 1 MHz.
  • the sintered density was measured using Archimedes method.
  • the saturation magnetic flux density Bs and the Curie point Tc are measured using a vibrating sample magnetometer (VSM-5-15 manufactured by Toei Kogyo Co., Ltd.), applying a 1T (Tesla) magnetic field, and measuring the temperature dependence of the saturation magnetization.
  • the saturation magnetization was determined from the temperature dependence.
  • FIG. 2 plots the compositions of sample numbers 1 to 16 on a triangular diagram, where the ⁇ mark indicates a sample within the scope of the present invention and the x mark indicates a sample outside the scope of the present invention.
  • Table 1 shows the component composition, magnetic permeability ⁇ , sintered density, saturation magnetic flux density Bs, and Curie point Tc of each sample Nos. 1 to 16.
  • the permeability ⁇ was determined to be 300 or higher
  • the saturation magnetic flux density Bs was 600 mT or higher
  • the Curie point Tc was determined to be 350 ° C. or higher.
  • Sample No. 1 has a small content of ZnO in the main component as small as 6 mol%, and therefore, the magnetic permeability ⁇ is as low as 250, which proves lack of practicality. In this case, the saturation magnetic flux density Bs was also lowered to 597 mT.
  • Sample No. 6 has an excessive content of Fe 2 O 3 in the main component of 72 mol%, so that the sintered density is as low as 4.70 g / cm 3 , the sinterability is inferior, and the magnetic permeability ⁇ and The saturation magnetic flux density Bs was lowered.
  • the content of Fe 2 O 3 in the main component was as low as 62 mol% and the magnetic permeability ⁇ was as large as 730, but the saturation magnetic flux density Bs was as low as 597 mT.
  • Sample No. 16 had an excessive molar amount of ZnO in the main component of 14 mol%, and the magnetic permeability ⁇ was as large as 700, but the saturation magnetic flux density Bs was as low as 597 mT.
  • Sample Nos. 2 to 5, 7 to 10, and 12 to 15 are mainly composed of 64 to 70 mol% of Fe 2 O 3 in the main component, 7 to 13 mol% of ZnO, and the content of Nb 2 O 5. Since 0.02 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the components, both are within the scope of the present invention, the magnetic permeability ⁇ is 310 to 1360, the saturation magnetic flux density Bs is 609 to 629 mT, and the Curie point Tc is 355 to 420 ° C. Good results were obtained.
  • the main component was blended so that the molar amount after firing was Fe 2 O 3 : 66 mol%, ZnO: 10 mol%, and the balance: MnO, and the content of Nb 2 O 5 with respect to 100 parts by weight of the main component was Samples Nos. 21 to 24 were prepared in the same manner and procedure as in [Example 1] except for the conditions shown in Table 2.
  • the magnetic permeability ⁇ , the sintered density, the saturation magnetic flux density Bs, and the Curie point Tc were measured by the same method and procedure as in [Example 1].
  • Table 2 shows the component composition of each sample Nos. 21 to 24 and the measurement results.
  • the content of Nb 2 O 5 is too small, 0.005 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the main component, so that the sintering density is as small as 4.30 g / cm 3 at a firing temperature of 1200 ° C. It was found to be inferior in sinterability.
  • the magnetic permeability ⁇ was as small as 250, and the saturation magnetic flux density Bs was also as low as 535 mT.
  • the comparative sample was specifically prepared as follows.
  • Fe 2 O 3 , ZnO, CuO and NiO are prepared as ceramic raw materials, Fe 2 O 3 : 48.5 mol%, ZnO: 26.0 mol%, CuO: 6.0 mol%, the balance: NiO
  • these ceramic raw materials were weighed.
  • these weighed products were put in a ball mill together with pure water and PSZ balls, mixed and pulverized in a wet manner for 6 hours, dehydrated and dried, and then granulated to a predetermined bulk density to obtain a mixed powder. Then, this mixed powder was calcined in the atmosphere at a temperature of 800 ° C. for 2 hours to prepare a calcined powder.
  • this calcined powder was again put into a ball mill together with polyvinyl butyral organic binder, polycarboxylate dispersant, pure water, and PSZ balls, and sufficiently mixed and pulverized to prepare a ferrite slurry.
  • the ferrite slurry was dried with a spray dryer and granulated to obtain a ferrite raw material powder having an average particle diameter D 50 of 100 ⁇ m.
  • this ferrite powder is press-molded to produce a ring-shaped molded body, which is subjected to a binder removal treatment in the atmosphere at a temperature of 350 ° C., and then subjected to a firing treatment in the atmosphere at a maximum temperature of 1100 ° C. for 2 hours.
  • a comparative example sample was produced.
  • the sample dimensions were as in [Example 1]: outer diameter: 17 mm, inner diameter: 10 mm, and thickness: 2 mm.
  • the magnetic permeability ⁇ was 600 and the sintered density was 5.10 g / cm 3
  • the saturation magnetic flux density Bs was 380 mT
  • the Curie point Tc was 260 ° C.
  • the ambient temperature was ⁇ 25 ° C., + 20 ° C., and + 85 ° C. Impedance characteristics were measured in the range of 1 MHz to 10 MHz.
  • FIG. 3 shows the impedance characteristics of the example sample at temperatures of ⁇ 25 ° C., + 20 ° C., and + 85 ° C.
  • FIG. 4 shows the impedance characteristics of the comparative sample at temperatures of ⁇ 25 ° C., + 20 ° C., and + 85 ° C. Show.
  • the horizontal axis represents frequency (MHz), and the vertical axis represents impedance
  • of the comparative sample was a curve or a straight line rising to the right.
  • the temperature change rate ⁇ Z of impedance at 1 MHz, 2 MHz, 5 MHz, and 10 MHz was obtained based on the formula (2).
  • ⁇ Z ⁇ (Z +85 ⁇ Z ⁇ 25 ) / Z ⁇ 25 ⁇ ⁇ 100 ... (2)
  • Z +85 is the impedance at + 85 ° C.
  • Z ⁇ 25 is the impedance at ⁇ 25 ° C.
  • Table 3 shows the crosspoint frequency and impedance change rate ⁇ Z of the example sample (sample number 9) and the comparative example sample.
  • the cross-point frequency of the comparative sample was 10 MHz or higher at ⁇ 25 ° C., 9.4 MHz at + 20 ° C., and 3.8 MHz at + 85 ° C., and fluctuated greatly depending on the ambient temperature.
  • the impedance change rate ⁇ Z also varied greatly depending on the ambient temperature, such as + 200% at 1 MHz, + 120% at 2 MHz, + 20% at 5 MHz, ⁇ 30% at 10 MHz.
  • the crosspoint frequency is 6.3 MHz at -25 ° C, 5.6 MHz at + 20 ° C, and 4.5 MHz at + 85 ° C, and it can be seen that fluctuation can be suppressed even if the ambient temperature changes. It was.
  • the impedance change rate ⁇ Z is also + 1% at 1 MHz, + 1% at 2 MHz, ⁇ 40% at 5 MHz, ⁇ 50% at 10 MHz, and the impedance change rate ⁇ Z is within ⁇ 50% even if the ambient temperature changes. It turned out that it can suppress.
  • FIG. 5 shows the temperature dependence of the saturation magnetization of the example (sample number 9) and the comparative example when a 1T magnetic field is applied.
  • the horizontal axis represents temperature (° C.), and the vertical axis represents saturation magnetization ⁇ s (A ⁇ m 2 / kg).
  • the example has a saturation magnetization larger than that of the comparative example, and therefore the saturation magnetic flux density Bs also becomes larger than that of the comparative example, and the Curie point Tc 1 also becomes the Curie point Tc 2 of the comparative example. It was confirmed that it was larger than that.
  • noise absorbing parts such as ferrite cores that can suppress fluctuations in cross-point frequency and impedance against temperature changes and have good noise absorbing performance over a wide temperature range.

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Abstract

 ノイズ吸収部品としてのフェライトコア1は、中空部2を有するビーズ形状に形成されている。このフェライトコア1は、ケーブル等の被ノイズ吸収体3を前記中空部2に挿通して使用される。フェライトコア1を形成するフェライト材料は、主成分が、Fe、Zn、及びMnの各成分を含有すると共に、Fe、Zn、及びMnの各成分の含有量は、Fe、ZnO、及びMnOにそれぞれ換算して、Fe:64~70モル%、ZnO:7~13モル%、残部:MnOとされ、Nb成分が、前記主成分100重量部に対し、Nbに換算して0.01~0.05重量部の範囲で含有されている。これによりノイズ吸収性能が良好なフェライト材料、及びこのフェライト材料を使用したノイズ吸収部品を実現する。

Description

フェライト材料、及びノイズ吸収部品
 本発明は、フェライト材料、及びノイズ吸収部品に関し、より詳しくはノイズ吸収部品に適したフェライト材料、及びこのフェライト材料を使用したフェライトコア等のノイズ吸収部品に関する。
 従来より、スピネル型結晶構造を有するMn-Zn系フェライト材料は、出力損失が少なく、スイッチング電源用トランス、チョークコイル、ノイズフィルター等のコアに広く使用されており、フェライト材料の開発も盛んに行なわれている。
 例えば、特許文献1には、主成分として30~42モル%のMnO、4~19モル%のZnO及び残部としてFe2 3 を含み、副成分としてCaOとSiO2 を含むスピネル型Mn-Zn系フェライトにおいて、前記副成分の少なくとも一種は、スピネル結晶粒中に固溶した低損失磁性材料が提案されている。
 特許文献1では、例えば、Feの含有モル量を53モル%と化学量論組成近傍の値とし、MnOが35モル%、ZnOが12モル%となるように各成分を配合することにより、100kHz程度から1MHz付近の高周波帯域においても、磁気損失が少なく、発熱を有効に抑えた低損失磁性材料を得ている。
特開平6-325920号公報(請求項1、段落番号〔0009〕、同〔0027〕)
 特許文献1記載のフェライト材料は、100kHz程度から1MHz付近の高周波帯域においても磁気損失が少ないことから、スイッチング電源のメイントランスや平滑チョーク、或いは電源用トランスのインダクタンスとして有効であると考えられる。
 しかしその一方、特許文献1のフェライト材料は、上述したように磁気損失が小さいことから、ノイズ吸収部品に使用した場合、十分なノイズ吸収性能を得ることができないという問題があった。
 本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、ノイズ吸収性能が良好なフェライト材料、及びこのフェライト材料を使用したノイズ吸収部品を提供することを目的とする。
 本発明者は、上記目的を達成するためにMn-Zn系フェライト材料について鋭意研究を行ったところ、主成分中のFe成分の含有モル量を化学量論組成よりも十分に増量し、Feに換算して64~70モル%とし、Zn成分の含有モル量をZnOに換算して7~13モル%の範囲に調製することにより、透磁率を低下させることもなく、飽和磁束密度Bsを大きくすることができ、これによりキュリー点Tcが向上することが分かった。
 また、本発明者が、更に鋭意研究を重ねたところ、上述した主成分100重量部に対し、Nb成分をNbに換算して0.01~0.05重量部の範囲で含有させることにより、焼結性が向上し、透磁率μが向上してインピーダンスのピークが高くなることが分かった。
 そして、これらにより温度変化に対するクロスポイント周波数やインピーダンスの変動を抑制することができ、周囲温度が変化してもノイズ吸収性能が良好なフェライト材料を得ることができるという知見を得た。
 本発明はこのような知見に基づきなされたものであって、本発明に係るフェライト材料は、Fe、Zn、及びMnの各成分を主成分として含有した焼結体からなり、前記Fe、Zn、及びMnの各成分の含有モル量が、Fe、ZnO、及びMnOにそれぞれ換算して、Fe:64~70モル%、ZnO:7~13モル%、残部:MnOであり、かつ、Nb成分が、前記主成分100重量部に対し、Nbに換算して0.01~0.05重量部の範囲で含有されていることを特徴としている。
 また、本発明に係るノイズ吸収部品は、上記したフェライト材料で形成されていることを特徴としている。
 本発明のフェライト材料によれば、Fe、Zn、及びMnの各成分を主成分として含有した焼結体からなり、前記Fe、Zn、及びMnの各成分の含有モル量は、Fe、ZnO、及びMnOにそれぞれ換算して、Fe:64~70モル%、ZnO:7~13モル%、残部:MnOであり、かつ、Nb成分が、前記主成分100重量部に対し、Nbに換算して0.01~0.05重量部の範囲で含有されているので、温度変化に対するインピーダンスの変動が抑制されたノイズ吸収性能に優れたフェライト材料を得ることができる。
 すなわち、主成分中のFe成分の含有モル量をFeに換算して64~70モル%として化学量論組成よりも過剰とし、かつZn成分の含有モル量をZnOに換算して7~13モル%とすることにより、飽和磁束密度Bsを大きくすることができ、高いキュリー温度Tcを得ることができることから、耐熱性が向上する。また、Nb成分をNbに換算し、前記主成分100重量部に対し0.01~0.05重量部の範囲で含有させることにより、焼結性が向上し、その結果透磁率が大きくなってインピーダンスのピークが高くなり、温度変化が生じてもクロスポイント周波数やインピーダンスが変動するのを抑制できる。
 したがって、広い温度範囲で良好なノイズ吸収性能を有するフェライト材料を得ることができる。
 また、本発明に係るノイズ吸収部品は、上記したフェライト材料で形成されているので、広い温度範囲で良好なノイズ吸収性能を有し、必要な信号成分は鈍らず不要なノイズ成分を効果的に除去できる環境温度の厳しい用途に適したノイズ吸収部品を得ることができる。
本発明に係るフェライト材料を使用したノイズ吸収部品としてのフェライトコアの一実施の形態を示す斜視図である。 実施例1で作製された各試料の組成を三角図上にプロットした図である。 実施例試料のインピーダンス特性を温度をパラメータとして示した図である。 比較例試料のインピーダンス特性を温度をパラメータとして示した図である。 実施例試料の飽和磁化の温度依存性を比較例試料と共に示した図である。
 次に、本発明の実施の形態を詳説する。
 図1は、本発明に係るノイズ吸収部品としてのフェライトコアの一実施の形態を示す斜視図である。
 フェライトコア1は、中空部2を有するビーズ形状に形成されている。そして、このフェライトコア1は、ケーブル等の被ノイズ吸収体3を前記中空部2に挿通して使用される。すなわち、被ノイズ吸収体3が中空部2に挿通されると、被ノイズ吸収体3から発生する磁界がフェライトコア1に集中し、フェライトコア1に集中した磁気エネルギーがフェライトコア1の磁気損失によって熱に変換されて減衰し、これにより被ノイズ吸収体3から発生するノイズが吸収される。
 すなわち、フェライトコア1のインピーダンス|Z|は、数式(1)に示すように複素表示で表わすことができる。
 |Z|=R+jX …(1)
 ここで、Rは抵抗成分、Xはリアクタンス成分である。
 フェライトコア1は、一般に、低周波領域ではリアクタンス成分X(信号成分)が支配的であり、インダクタとして機能する一方、高周波領域では、抵抗成分R(損失成分)が支配的となる。クロスポイント周波数(抵抗成分Rの周波数特性とリアクタンス成分Xの周波数特性とが交差し、抵抗成分Rとリアクタンス成分Xとが等しくなる周波数)よりも高周波領域では、磁化の遅れが磁気損失である抵抗成分Rとして顕在化し、ノイズは抵抗成分Rによって熱に変換されて減衰し、これによりノイズを吸収することができる。
 そして、本実施の形態では、フェライトコア1を形成するフェライト材料は、Fe、Zn、及びMnの各成分を主成分として含有した焼結体からなり、Fe、Zn、及びMnの各成分の含有モル量は、Fe、ZnO、及びMnOにそれぞれ換算して、Fe:64~70モル%、ZnO:7~13モル%、残部:MnOであり、Nb成分が、前記主成分100重量部に対し、Nbに換算して0.01~0.05重量部の範囲で含有されている。
 フェライト材料の成分組成を、上述の範囲に規定することにより、飽和磁束密度Bsが高くなり、キュリー点Tcが実用温度域(例えば、-25℃~+85℃)よりも大幅に高くなって耐熱性が向上する。また、焼結性が良好となり、その結果透磁率μが大きくなってインピーダンスのピークが高くなり、温度変化が生じてもクロスポイント周波数やインピーダンスが変動するのを抑制できる。
 したがって、広い温度範囲で安定した良好なノイズ吸収性能を有し、必要な信号成分は鈍らず、不要なノイズ成分を効果的に除去できるフェライトコア1を得ることが可能となる。
 以下、フェライト材料の成分組成を、上述の範囲に限定した理由を述べる。
(1)Fe成分
 一般式Fe・AO(AはZn、Mn)で表わされるスピネル型結晶構造のMn-Znフェライト材料では、Fe成分をFeに換算して化学量論組成である50モル%以上含有させることにより、飽和磁化密度Bsを大きくすることができ、これによりキュリー点Tcを実用温度域(例えば、-25℃~+85℃)に比べて大幅に向上させることが可能となり、耐熱性を向上させることができる。
 そして、所望の飽和磁束密度Bs(例えば、600mT以上)を得るためにはFe成分の含有モル量は、Feに換算して少なくとも64モル%以上が必要である。すなわち、Feの含有モル量を64モル%以上とすることにより、キュリー点Tcを、例えば、350℃以上の高温にすることができ、十分な耐熱性を確保することができる。
 一方、Fe成分の含有モル量が、Feに換算して70モル%を超えると、Feの含有モル量が過剰となって焼結性が低下し、このため十分な透磁率μを得ることができず、飽和磁束密度Bsも却って低下する。
 そこで、本実施の形態では、Fe成分の含有モル量がFeに換算して64~70モル%となるように配合量を調製している。
(2)Zn成分
 Zn成分は、透磁率μの向上に寄与する材料であり、主成分中にZn成分を適量含有させることにより、所望の透磁率μを得ることが可能となる。
 しかしながら、主成分中のZn成分の含有モル量がZnOに換算して7モル%未満の場合は、Feの含有モル量を調整しても、十分な透磁率μを得るのが困難である。
 一方、主成分中のZn成分の含有モル量がZnOに換算して13モル%を超えると、ZnOの含有モル量が過剰となり、Feの含有モル量を調整しても所望の飽和磁束密度Bsを得るのが困難となる。
 そこで、本実施の形態では、主成分中のZn成分の含有モル量がZnOに換算して7~13モル%となるように配合量を調製している。
(3)Nb成分
 フェライト材料中にNb成分を含有させることにより、焼結性が向上して透磁率μが大きくなり、これによりインピーダンスの周波数特性のピークを高くすることが可能となる。
 しかしながら、Nb成分の含有重量がNbに換算し、主成分100重量部に対し0.01重量部未満の場合は、含有重量が過少であるため、所望の焼結性を得ることが困難になるおそれがある。一方、Nb成分の含有重量がNbに換算し、主成分100重量部に対し0.05重量部を超えると、飽和磁束密度Bsの低下を招くおそれがある。
 そこで、本実施の形態では、Nb成分の含有重量がNbに換算し、主成分100重量部に対し0.01~0.05重量部となるように組成成分を配合している。
 尚、Nb成分の存在形態としては、特に限定されるものではなく、主成分に固溶していてもよく、結晶粒界や結晶三重点に存在していてもよい。
 このように本実施の形態では、フェライトコア1を形成するフェライト材料が、Fe、Zn、及びMnの各成分を主成分として含有した焼結体からなり、前記Fe、Zn、及びMnの各成分の含有量は、Fe、ZnO、及びMnOにそれぞれ換算して、Fe:64~70モル%、ZnO:7~13モル%、残部:MnOとされ、Nb成分が、前記主成分100重量部に対し、Nbに換算して0.01~0.05重量部の範囲で含有されているので、飽和磁束密度Bsが大きくなってキュリー点Tcが高くなり、耐熱性が向上する。また、良好な焼結性を有し、透磁率が大きくなってインピーダンスのピークも高くなる。
 したがって、温度変化に対するクロスポイント周波数やインピーダンス|Z|の変動が抑制され、広い温度範囲で良好なノイズ吸収性能を有し、必要な信号成分は鈍らず、不要なノイズ成分を効果的に除去できるフェライト材料を得ることができる。
 次に、フェライトコア1の製造方法を詳述する。
 まず、セラミック素原料として、Fe酸化物、Zn酸化物、及びMn酸化物を用意する。そして、焼成後において主成分中のFe成分がFeに換算して64~70モル%、Zn成分がZnOに換算して7~13モル%、残部がMn酸化物となるように、これらセラミック素原料を秤量する。
 次いで、これらの秤量物を純水及びPSZ(部分安定化ジルコニア)ボール等の粉砕媒体と共にボールミルに入れ、湿式で十分に混合粉砕し、脱水乾燥させた後、所定の嵩密度に造粒し、混合粉末を得る。そして、この混合粉末をN雰囲気下、800~900℃の温度で所定時間仮焼し、主成分粉末を作製する。
 次いで、Nb成分が、前記主成分粉末100重量部に対し、Nbに換算して0.01~0.05重量部となるようにNb酸化物を添加し、さらに必要応じてSiO、CaO等を適宜添加し、ポリビニルブチラール系等の有機バインダ、分散剤、純水等の溶剤、及びPSZボールと共に、再びボールミルに投入し、十分に混合粉砕し、フェライトスラリーを作製する。次いで、フェライトスラリーを乾燥、造粒し、フェライト原料粉末を得る。
 次に、このフェライト原料粉末をプレス成形し、ビーズ状の成形体を作製し、大気中、300~500℃の温度で脱バインダ処理を行った後、N雰囲気下、最高温度1200~1250℃で焼成処理を行い、これにより中空部2を有するビーズ形状のフェライトコア1が作製される。
 そして、このようにして得られたフェライトコア1は、クロスポイント周波数やインピーダンスの温度変化に対する変動が抑制されるので、必要な信号成分は鈍らず、不要なノイズ成分を効果的に除去することができ、広い温度範囲で良好なノイズ吸収性能を有する環境温度の厳しい用途に適したものとなる。
 尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、フェライトコア1の形状は、上述したビーズ形状に限定されるものではなく、リング状、平板多孔状等であっても同様に適用できるのはいうまでもない。
 次に、本発明の実施例を具体的に説明する。
〔試料の作製〕
 セラミック素原料として、Fe、ZnO、及びMnを用意し、焼成後の主成分が表1のような組成となるように、これらセラミック素原料を秤量した。次いで、これら秤量物を純水及びPSZボールと共にボールミルに入れ、湿式で6時間混合粉砕し、脱水乾燥させた後、所定の嵩密度に造粒し、混合粉末を得た。そして、この混合粉末をN雰囲気下、900℃の温度で90分間仮焼し、主成分粉末を作製した。
 次いで、この主成分粉末100重量部にNb:0.02重量部、SiO:0.007重量部、及びCaO:0.028重量部を添加し、ポリビニルブチラール系有機バインダ、ポリカルボン酸塩系分散剤、純水、及びPSZボールと共に、再びボールミルに投入し、十分に混合粉砕し、フェライトスラリーを作製した。
 次いで、フェライトスラリーをスプレードライヤーで乾燥して造粒し、累積頻度50%での粒子径、すなわち平均粒径D50が100μmのフェライト原料粉末を得た。
 次に、このフェライト原料粉末をプレス成形し、リング状の成形体を作製し、次いで、大気中、350℃の温度で脱バインダ処理を行い、その後、室温での酸素分圧が0.005%のN雰囲気下、最高温度1200℃で焼成処理を行い、これにより試料番号1~16の試料(フェライトコア)を作製した。各試料の寸法は、外径:17mm、内径:10mm、厚さ:2mmであった。
 尚、焼成処理における焼成プロファイルは、室温から800℃までは昇温速度5℃/minで昇温させ、800から1000℃までは昇温速度1℃/minで温度上昇させ、1000℃から1200℃までは昇温速度5℃/minで温度上昇させた。そして、1200℃の温度で240分間保持して焼成した後、5℃/minの降温速度で室温まで降温させた。
 試料番号1~16の各試料を乳鉢に入れて粉砕し、粉末X線回折により結晶相を同定したところ、スピネル単相であることを確認した。
 次に、試料番号1~16の各試料について、透磁率μ、焼結密度、飽和磁束密度Bs、及びキュリー点Tcを測定した。
 ここで、透磁率μは、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4291A)を使用し、測定周波数1MHzで測定した。
 また、焼結密度は、アルキメデス法を使用して測定した。
 飽和磁束密度Bs及びキュリー点Tcは、振動試料型磁力計(東英工業社製VSM-5-15型)を使用し、1T(テスラ)の磁界を印加し、飽和磁化の温度依存性を測定し、この飽和磁化の温度依存性から求めた。
 図2は、試料番号1~16の各組成を三角図上にプロットしたものであり、●印が本発明範囲内の試料、×印が本発明範囲外の試料を示している。
 表1は、試料番号1~16の各試料の成分組成、透磁率μ、焼結密度、飽和磁束密度Bs、及びキュリー点Tcを示している。透磁率μは300以上、飽和磁束密度Bsは600mT以上、キュリー点Tcは350℃以上を良品と判断した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 試料番号1は、主成分中のZnOの含有モル量が6モル%と少なく、このため透磁率μが250と低く、実用性に欠けることが分かった。また、この場合、飽和磁束密度Bsも597mTに低くなった。
 試料番号6は、主成分中のFeの含有モル量が72モル%と過剰であるため、焼結密度が4.70g/cmと低く、焼結性に劣り、透磁率μや飽和磁束密度Bsが低くなった。
 試料番号11は、主成分中のFeの含有モル量が62モル%と少なく、透磁率μは730と大きいものの、飽和磁束密度Bsが597mTと低くなった。
 試料番号16は、主成分中のZnOの含有モル量が14モル%と過剰であり、透磁率μは700と大きいものの、飽和磁束密度Bsが597mTと低くなった。
 これに対し試料番号2~5、7~10、12~15は、主成分中のFeが64~70モル%、ZnOが7~13モル%、Nbの含有重量が主成分100重量部に対し0.02重量部であり、いずれも本発明範囲内であるので、透磁率μは310~1360、飽和磁束密度Bsは609~629mT、キュリー点Tcが355~420℃と良好な結果が得られた。
 焼成後の含有モル量が、Fe:66モル%、ZnO:10モル%、残部:MnOとなるように主成分を配合し、主成分100重量部に対するNbの含有重量を表2のようにした以外は、〔実施例1〕と同様の方法・手順で試料番号21~24の試料を作製した。
 そして、試料番号21~24の各試料について、〔実施例1〕と同様の方法・手順で透磁率μ、焼結密度、飽和磁束密度Bs、及びキュリー点Tcを測定した。
 表2は、試料番号21~24の各試料の成分組成、及び測定結果を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 試料番号21は、Nbの含有重量が、主成分100重量部に対し0.005重量部と少なすぎるため、1200℃での焼成温度では焼結密度が4.30g/cmと小さく、焼結性に劣ることが分かった。その結果、透磁率μは250と小さく、飽和磁束密度Bsも535mTと低くなった。
 試料番号24は、Nbの含有重量が、主成分100重量部に対し0.08重量部と過剰になり、このため飽和磁束密度Bsが597mTと低くなった。
 これに対し試料番号22、23は、Nbの含有重量が主成分100重量部に対し0.01~0.05重量部と本発明範囲内であるので、透磁率μは530~590、飽和磁束密度Bsは607~627mTと良好な結果が得られた。
 実施例試料として〔実施例1〕の試料番号9を使用し、Ni-Zn-Cu系フェライト材料を使用して比較例試料を作製し、両者のインピーダンス特性を測定し、クロスポイント周波数及びインピーダンスの温度変化率を求めた。
 比較例試料は、具体的には以下のようにして作製した。
 セラミック素原料として、Fe、ZnO、CuO及びNiOを用意し、Fe:48.5モル%、ZnO:26.0モル%、CuO:6.0モル%、残部:NiOとなるように、これらセラミック素原料を秤量した。次いで、これら秤量物を純水及びPSZボールと共にボールミルに入れ、湿式で6時間混合粉砕し、脱水乾燥させた後、所定の嵩密度に造粒し、混合粉末を得た。そして、この混合粉末を大気中、800℃の温度で2時間仮焼し、仮焼粉末を作製した。
 次いで、この仮焼粉末をポリビニルブチラール系有機バインダ、ポリカルボン酸塩系分散剤、純水、及びPSZボールと共に、再びボールミルに投入し、十分に混合粉砕し、フェライトスラリーを作製した。
 次いで、フェライトスラリーをスプレードライヤーで乾燥、造粒し、平均粒径D50が100μmのフェライト原料粉末を得た。
 次に、このフェライト粉末をプレス成形し、リング状の成形体を作製し、大気中、350℃の温度で脱バインダ処理を行った後、大気中、最高温度1100℃で2時間焼成処理を行い、これにより比較例試料を作製した。尚、試料の寸法は、〔実施例1〕と同様、外径:17mm、内径:10mm、厚さ:2mmであった。
 この比較例試料の透磁率μ、焼結密度、飽和磁束密度Bs、及びキュリー点Tcを、〔実施例1〕と同様の方法・手順で測定したところ、透磁率μは600、焼結密度は5.10g/cm、飽和磁束密度Bsは380mT、キュリー点Tcは260℃であった。
 次に、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4291A)及び恒温槽(エスペック社製SU240型)を使用し、実施例試料及び比較例試料について、周囲温度が-25℃、+20℃、及び+85℃におけるインピーダンス特性を1MHz~10MHzの範囲で測定した。
 図3は-25℃、+20℃、及び+85℃の各温度における実施例試料のインピーダンス特性を示し、図4は-25℃、+20℃、及び+85℃の各温度における比較例試料のインピーダンス特性を示している。横軸は周波数(MHz)、縦軸はインピーダンス|Z|(Ω)である。
 比較例試料のインピーダンス|Z|は、図4に示すように、右上がりの曲線又は直線となった。
 これに対し実施例試料インピーダンス|Z|は、図3に示すように、9MHz近傍で山形の高いピークを有することが確認された。
 次に、これら各インピーダンス特性から抵抗成分Rとリアクタンス成分Xとが交差するクロスポイント周波数を求めた。
 また、各インピーダンス特性から、数式(2)に基づき、1MHz、2MHz、5MHz、及び10MHzにおけるインピーダンスの温度変化率ΔZを求めた。
 ΔZ={(Z+85-Z-25)/Z-25}×100 …(2)
 ここで、Z+85は、+85℃におけるインピーダンス、Z-25は、-25℃におけるインピーダンスである。
 表3は実施例試料(試料番号9)及び比較例試料のクロスポイント周波数及びインピーダンス変化率ΔZを示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 この表3から明らかなように、比較例試料は、クロスポイント周波数が、-25℃で10MHz以上、+20℃で9.4MHz、+85℃で3.8MHzであり、周囲温度によって大幅に変動した。また、インピーダンス変化率ΔZについても、1MHzで+200%、2MHzで+120%、5MHzで+20%、10MHzで-30%と周囲温度によって大幅に変動した。
 これに対し実施例試料は、クロスポイント周波数が、-25℃で6.3MHz、+20℃で5.6MHz、+85℃で4.5MHzであり、周囲温度が変化しても変動を抑制できることが分かった。また、インピーダンス変化率ΔZについても、1MHzで+1%、2MHzで+1%、5MHzで-40%、10MHzで-50%であり、周囲温度が変化してもインピーダンス変化率ΔZは±50%以内に抑制できることが分かった。
 図5は、1Tの磁界を印加したときの実施例(試料番号9)と比較例の飽和磁化の温度依存性を示している。横軸は温度(℃)、縦軸は飽和磁化σs(A・m/kg)である。尚、各飽和磁化曲線の変曲点を通過する接線と横軸との交点が各実施例及び比較例におけるキュリー点Tc、Tcである。
 この図5から明らかなように、実施例は、比較例に比べて飽和磁化が大きく、したがって飽和磁束密度Bsも比較例に比べて大きくなり、キュリー点Tcも比較例のキュリー点Tcに比べて大きくなることが確認された。
 温度変化に対するクロスポイント周波数やインピーダンスの変動を抑制することができ、広い温度範囲で良好なノイズ吸収性能を有するフェライトコア等のノイズ吸収部品を実現する。
1 フェライトコア

Claims (2)

  1.  Fe、Zn、及びMnの各成分を主成分として含有した焼結体からなり、
     前記Fe、Zn、及びMnの各成分の含有モル量が、Fe、ZnO、及びMnOにそれぞれ換算して、Fe:64~70モル%、ZnO:7~13モル%、残部:MnOであり、
     かつ、Nb成分が、前記主成分100重量部に対し、Nbに換算して0.01~0.05重量部の範囲で含有されていることを特徴とするフェライト材料。
  2.  請求項1記載のフェライト材料で形成されていることを特徴とするノイズ吸収部品。
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