説明

MnZnフェライト及びMnZnフェライトコア

【課題】 広い周波数帯域で、高い初透磁率が得られるMnZnフェライトコアを提供すること。
【解決手段】 主成分がMnO、ZnO、Fe23であるMnZnフェライトであって、副成分としてSiO2が0〜0.005wt%、CaOが0.02wt%〜0.2wt%、MoO3が0.05wt%〜0.5wt%、K2Oが0.01wt%〜0.2wt%、Bi23が0.005wt%〜0.1wt%、Nb25が0.005wt%〜0.05wt%を含み、且つB23が0.001wt%〜0.1wt%、P25が0.001wt%〜0.1wt%の少なくとも1種を含有するMnZnフェライトとし、得られたMnZnフェライトの焼成体の表面にMoO3とCaOを含む析出相を有し、平均結晶粒径が30μm以上、100μm以下、焼成体の比抵抗が20Ωcm以上、100Ωcm以下とすることで、周波数1kHz時の初透磁率が12,000以上、周波数150kHz時の初透磁率が12,500以上であるMnZnフェライトコアが得られる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、高透磁率のMnZnフェライト及びMnZnフェライトコアに関し、特にノイズフィルタ用フェライトコアとして好適なMnZnフェライトに関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、電子機器の小型化、高性能化の技術革新が著しく、それに伴い使用されるMn−Zn系フェライトの高性能化、例えば高透磁率化、及び低損失化が求められている。なかでも、ノイズフィルタ用のフェライトコアは、広い周波数帯域にわたり高い初透磁率を示すことが要求されている。
【0003】
高い初透磁率を得るためには、結晶磁気異方性を小さくすること、平均結晶粒径を大きくすることが必要である。
【0004】
結晶磁気異方性を小さくするためには、使用環境温度で結晶磁気異方性定数が最小となる組成を選定する必要がある。結晶磁気異方性定数を小さくするためには、主成分組成のZnO量をrich組成とすることが一般的に知られている。具体的には52.0mol%〜52.5mol% のFe23、24.0mol%〜28.0mol%のMnO、残部ZnO付近の組成が高透磁率材料として製造されている。
【0005】
結晶粒径を大きくするためには、粒成長を促進することを目的として、種々の粒成長添加物を適量添加する手法が用いられている。また、焼成保持温度を高くすることにより、粒成長を促進する方法が用いられている。特許文献1ではBi23を添加し結晶粒径を大きくすることが提案されている。
【0006】
一方、高周波数帯域までの広い周波数帯域において高い初透磁率を得るためには、材料の比抵抗を高くすることが必要である。
【0007】
渦電流損失は周波数の増加に伴って増大し、高周波数帯域では初透磁率は低下する。これを防ぐ有効な手段は、材料を高抵抗化することであり、それにより初透磁率の高周波数帯域での周波数特性が良好となる。
【0008】
そのため、一般的には粒界に析出する添加物を添加することにより、粒界を高比抵抗化し、広い周波数帯域において高い初透磁率を得る手法を用いている。
【0009】
【特許文献1】特開2000−327333号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
結晶粒径を大きくして、高い初透磁率を得るために、種々の粒成長添加物を用いる方法が有効であることを先に述べた。しかしながら、粒成長添加物は異常粒成長促進因子でもあり、異常粒が発生しやすくなる。異常粒は、渦電流損失を増加させ比抵抗の低減につながり、高周波数帯域での初透磁率が低下する。
【0011】
また、結晶粒径を大きくするためには、焼成温度を高くする方法が有効であることを先に述べた。しかしながら、焼成温度を高くしすぎると焼成体表面からZnOが揮発し、その結果起こる組成勾配により歪が生じ、初透磁率の低下を招くことになる。
【0012】
以上述べたように、一般的に、低周波数帯域において高い初透磁率を有する材料は、高周波数帯域まで高い初透磁率を維持することが困難であるという問題があり、広い周波数帯域において高い初透磁率を得ることが望まれている。
【0013】
本発明は、このような問題を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、広い周波数帯域で、高い初透磁率を有するMnZnフェライトコアを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0014】
種々の検討を行った結果、主成分がMnO、ZnO、Fe23であるMnZnフェライトにおいて、主成分100重量部に対して、副成分としてSiO2が0〜0.005重量部、CaOが0.02重量部〜0.2重量部、MoO3が0.05重量部〜0.5重量部、K2Oが0.01重量部〜0.2重量部、Bi23が0.005重量部〜0.1重量部、Nb2O5が0.005重量部〜0.05重量部を含有し、且つB23が0.001重量部〜0.1重量部、P25が0.001重量部〜0.1重量部の少なくとも1種を含有する得られたMnZnフェライトの焼成体の表面にMoO3とCaOを含む析出相を有し、平均結晶粒径が30μm以上、100μm以下、焼成体の比抵抗が20Ωcm以上、100Ωcm以下とすることにより、周波数1kHz時の初透磁率が12,000以上、周波数150kHz時の初透磁率が、12,500以上であるMnZnフェライトコアが得られることを見出した。なお、以下、上記の主成分を100重量部としたときの副成分としての添加物の「重量部」を、単に「wt%」で表現することとする。
【0015】
即ち、本発明によれば、主成分がMnO、ZnO、Fe23であるMnZnフェライトにおいて、主成分に対して、副成分としてSiO2が0〜0.005wt%、CaOが0.02wt%〜0.2wt%、MoO3が0.05wt%〜0.5wt%、K2Oが0.01wt%〜0.2wt%、Bi23が0.005wt%〜0.1wt%、Nb25が0.005wt%〜0.05wt%を含有し、且つB23が0.001wt%〜0.1wt%、P25が0.001wt%〜0.1wt%の少なくとも1種を含有することを特徴とするMnZnフェライトが得られる。
【0016】
また、MnZnフェライトの焼成体からなるMnZnフェライトコアであって、前記焼成体の表面に、MoO3とCaOを含む析出相を有し、平均結晶粒径が30μm以上、100μm以下であることを特徴とするMnZnフェライトコアが得られる。
【0017】
また、MnZnフェライトの焼成体からなるMnZnフェライトコアであって、前記焼成体の比抵抗が、20Ωcm以上、100Ωcm以下であることを特徴とするMnZnフェライトコアが得られる。
【0018】
また、MnZnフェライトの焼成体からなるMnZnフェライトコアであって、前記焼成体の周波数1kHz時の初透磁率が、12,000以上、周波数150kHz時の初透磁率が、12,500以上であることを特徴とするMnZnフェライトコアが得られる。
【発明の効果】
【0019】
本発明品によれば、MnZnフェライトに添加するSiO2を0〜0.005wt%、CaOを0.02wt%〜0.2wt%、Nb25が0.005wt%〜0.05wt%とすることにより、結晶粒成長を阻害することなく、高抵抗の粒界層を形成できることから、渦電流損失の低減を図れる。その結果、高周波数帯域においても高い初透磁率を有するMnZnフェライトコアが得られる。
【0020】
また、MoO3を0.05wt%〜0.5wt%、K2Oを0.01〜0.2wt%、Bi23を0.005wt%〜0.1wt%、B23を0.001wt%〜0.1wt%、P25が0.001wt%〜0.1wt%の少なくとも1種を含有するMnZnフェライトとすることにより、焼成体表面からZnOが揮発することのない焼成温度で結晶粒径を大きくすることができるので、高い初透磁率を有するMnZnフェライトコアが得られる。
【0021】
Bi23、B23、P25は結晶粒成長添加物であるとともに、異常粒を発生させる添加物である。MoO3、K23は整粒作用があり、Bi23、B23、P25がもたらす異常粒成長を抑制しつつ、結晶粒を大きくする効果がある。
【0022】
さらに、得られたMnZnフェライトの焼成体は、その表面にMoO3とCaOを含む析出相を有し、平均結晶粒径が30μm以上、100μm以下、焼成体の比抵抗が20Ωcm以上、100Ωcm以下であるため、周波数1kHz時の初透磁率が12000以上、周波数150kHz時の初透磁率が12500以上であるMnZnフェライトコアが得られる。前述した本発明品は、広い周波数帯域で高い初透磁率を有するMnZnフェライトコアであるため、ノイズフィルタ用のフェライトコアとして用いた場合に、小型で高インピーダンス特性を示す高性能のノイズフィルタを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0023】
種々の検討を行った結果、主成分がMnO、ZnO、Fe23であるMnZnフェライトにおいて、主成分に対して、外枠で、副成分としてSiO2が0〜0.005wt%、CaOが0.02wt%〜0.2wt%、MoO3が0.05wt%〜0.5wt%、K2Oが0.01wt%〜0.2wt%、Bi23が0.005wt%〜0.1wt%、Nb25が0.005wt%〜0.05wt%を含み、且つB23が0.001wt%〜0.1wt%、P25が0.001wt%〜0.1wt%の少なくとも1種を含有するMnZnフェライトとし、得られたMnZnフェライトの焼成体の表面にMoO3とCaOを含む析出相を有し、平均結晶粒径が30μm以上、100μm以下、焼成体の比抵抗が20Ωcm以上、100Ωcm以下とすることにより、周波数1kHz時の初透磁率が12,000以上、周波数150kHz時の初透磁率が12,500以上であるMnZnフェライトコアが得られることがわかった。
【0024】
副成分としてSiO2を0〜0.005wt%としたのは、0.005wt%以上であると、結晶粒成長を阻害し、初透磁率を著しく低くさせるためである。
【0025】
CaOを0.02wt%〜0.2wt%としたのは、0.02wt%以下であると、粒界層形成が不十分なことから比抵抗が低くなり、渦電流損失の増大によって高周波数帯域での初透磁率が低減し、広い周波数帯域において高い初透磁率が得られないためである。また、0.2wt%以上であると過剰のCaOが結晶粒成長を阻害し、十分な初透磁率を得られないためである。
【0026】
Nb25を0.005wt%〜0.05wt%としたのは、Nb25を0.005wt%以下とすると、粒界層形成が不十分なことから比抵抗が低くなり、渦電流損失の増大によって高周波数帯域での初透磁率が低減し、広い周波数帯域において高い初透磁率が得られないためである。また、0.05wt%以上であるとNb25が結晶粒成長を阻害し、十分な初透磁率を得られないためである。
【0027】
MoO3を0.05wt%〜0.5wt%、K2Oを0.01wt%〜0.2wt%としたのは、MoO3が0.05wt%以下、K2Oが0.01wt%以下であると、MoO3、K2Oの整粒作用を阻害し、Bi2O3、B2O、P25がもたらす異常粒成長が顕著となり、初透磁率の低減、比抵抗の低減を招くためである。また、MoO3が0.5wt%以上、K2Oが0.2wt%以上とすると、Bi23、B2O、P25がもたらす結晶粒成長効果が得られないため、初透磁率の低減を招くためである。
【0028】
Bi23を0.005wt%〜0.1wt%、B23を0.001wt%〜0.1wt%、P25が0.001wt%〜0.1wt%としたのは、Bi23が0.005wt%以下、B23が0.001wt%以下、P25が0.001wt%以下とすると、Bi23、B2O、P25がもたらす結晶粒成長効果が得られないため、初透磁率の低減をもたらすためである。また、Bi23が0.1wt%以上、B23が0.1wt%以上、P25が0.1wt%以上であると、Bi23、B2O、P25がもたらす異常粒成長が顕著となり、初透磁率の低減、比抵抗の低減をもたらすためである。
【0029】
また、得られたMnZnフェライトにおいて、焼成体の平均結晶粒径を30μm以上、100μm以下としたのは、平均結晶粒径が30μm以下であると結晶粒径が小さいため十分な初透磁率が得られないためである。また、平均結晶粒径が100μm以上であると粒界層形成が不十分なことから比抵抗が低くなり、渦電流損失の増大によって高周波数帯域での初透磁率が低減し、広い周波数帯域において高い初透磁率が得られないためである。
【0030】
焼成体の比抵抗を20Ωcm以上、100Ωcm以下としたのは、比抵抗が20Ωcm以下であると、渦電流損失の増大によって高周波数帯域での初透磁率が低減し、広い周波数帯域において高い初透磁率を得られないためである。また、比抵抗を100Ωcm以下としたのは、100Ωcm以上であると結晶粒径が小さいため十分な初透磁率が得られないためである。
【0031】
MnZnフェライトの焼成体の表面に存在するMoO3とCaOを含む析出相については詳細には不明だが、MoO3は揮発性の添加物であり、粒界成分のCaOと焼成体表面で共融混合物を形成したものと推察される。本発明者らの実験結果では、高い初透磁率を示した発明品の場合は、表面にMoO3とCaO含む析出相が見出されているので、高い初透磁率を得るためには、焼成体の表面にMoO3とCaOを含む析出相が存在することが望ましい。
【実施例】
【0032】
(実施例1)
発明品として、52.5mol%のFe23、22.5mol%のZnO、残部MnOに、これらの主成分に対して、外枠で、副成分として、0〜0.006wt%のSiO2、0.01wt%〜0.25wt%のCaO、0.004wt%〜0.06wt%のNb25、0.04wt%〜0.6wt%のMoO3、0.005wt%〜0.3wt%のK2O、0.004wt%〜0.15wt%のBi23を含有させ、更に、0〜0.11wt%のB23、0〜0.11wt%のP25を添加し、アトライターを用いて2時間混合した。
【0033】
混合後、スプレードライヤーで造粒し、850℃の大気中で2時間予焼した。得られた予焼粉末をアトライターにて粉砕した。粉砕後、スプレードライヤーにて造粒し、φ25mm−φ15mm−12mmのトロイダル形状にプレスし、1350℃で焼成した。
【0034】
従来品として、52.5mol%のFe23、22.5mol%のZnO、残部MnOの主成分と、これらの主成分に対して、外枠で、副成分として、0.015wt%のSiO2、0.015wt%のCaO、0.015wt%のBi23を添加し、アトライターを用いて2時間混合した。混合後、スプレードライヤーで造粒し、850℃の大気中で2時間予焼した。得られた予焼粉末をアトライターにて粉砕した。粉砕後、スプレードライヤーにて造粒し、φ25mm−φ15mm−12mmのトロイダル形状にプレスし、1350℃で焼成した。
【0035】
磁気特性は、得られたMnZnフェライトの焼成体に10ターンの巻線を施し、初透磁率を測定した。比抵抗の測定は試料上下面にGa−Inペーストを塗布し測定した。また、表面析出相の分析はSEM−EDXとX線回析で行った。
【0036】
表1に、従来品と、SiO2、CaO、Nb25、MoO3、K2O、Bi23、B23、P25の添加量を変えた発明品の平均結晶粒径、比抵抗、周波数1kHz及び150kHzにおける初透磁率(表中ではμで示す)を示す。なお、表1において、添加量が、本発明の範囲のものを発明品とし、範囲外のものを比較品とした。
【0037】
【表1】

【0038】
表1に示すように、SiO2が0〜0.005wt%、CaOが0.02wt%〜0.2wt%、MoO3が0.05wt%〜0.5wt%、K2Oが0.01wt%〜0.2wt%、Bi23が0.005wt%〜0.1wt%、Nb25が0.005wt%〜0.05wt%を含み、且つB23が0.001wt%〜0.1wt%、P25が0.001wt%〜0.1wt%の少なくとも1種を含有する発明品で、焼結体の平均結晶粒径が30μm〜100μm、比抵抗が20Ωcm〜100Ωcm、周波数1kHzの初透磁率が12,000以上、周波数150kHz時の初透磁率が12,500以上であることがわかる。また、SEM−EDX分析により焼成体表面の組成分析を行い、更にX線回析を行った結果、すべての発明品にMoO3とCaOの析出相が存在することが確認できた。
【0039】
図1に、発明品7と従来品の複素透磁率μ’、μ”の周波数特性を示す。発明品は、従来品と比較して、低周波数帯域から高周波数帯域において、複素透磁率μ’、μ”共に高い値を示し、高い初透磁率が得られることが確認できた。即ち、本発明のMnZnフェライトによると、広い周波数帯域にわたり、高い初透磁率、高インピーダンス特性を有するフェライトコアが得られ、ノイズフィルタ用材料として非常に有用であることがわかった。
【0040】
(実施例2)
発明品として、52.5mol%のFe23、22.5mol%のZnO、残部MnOに、これらの主成分に対して、外枠で、副成分として、0.001wt%のSiO2、0.07wt%のCaO、0.01wt%のNb25、0.2wt%のMoO3、0.05wt%のK2O、0.05wt%のBi23を含有させ、更に、0.025wt%のB23、0.02wt%のP25を添加し、アトライターを用いて2時間混合した。
【0041】
混合後、スプレードライヤーで造粒し、850℃の大気中で2時間予焼した。得られた予焼粉末をアトライターにて粉砕した。粉砕後、スプレードライヤーにて造粒し、φ25mm−φ15mm−12mmのトロイダル形状にプレスし、1250℃〜1450℃で焼成した。
【0042】
従来品として、52.5mol%のFe23、22.5mol%のZnO、残部MnOの主成分と、これらの主成分に対して、外枠で、副成分として、0.015wt%のSiO2、0.015wt%のCaO、0.015wt%のBi23を添加し、アトライターを用いて2時間混合した。混合後、スプレードライヤーで造粒し、850℃の大気中で2時間予焼した。得られた予焼粉末をアトライターにて粉砕した。粉砕後、スプレードライヤーにて造粒し、φ25mm−φ15mm−12mmのトロイダル形状にプレスし、1350℃で焼成した。
【0043】
磁気特性は、得られた焼成体に10ターンの巻線を施し、初透磁率を測定した。比抵抗の測定は試料上下面にGa−Inペーストを塗布し、測定した。また、表面析出相の分析はSEM−EDXとX線回析で行った。
【0044】
表2に、従来品と、焼成温度を変えた発明品の平均結晶粒径、比抵抗、周波数1kHz及び150kHzにおける初透磁率(表中ではμで示す)を示す。
【0045】
【表2】

【0046】
表2に示すように、焼成温度を変えて実施しても、通常の焼成温度の場合では、焼結体の平均結晶粒径が30μm〜100μm、比抵抗が20Ωcm〜100Ωcm、周波数1kHzの初透磁率が12,000以上、周波数150kHz時の初透磁率が12,500以上であることが確認できた。また、低温で焼成して平均結晶粒径が小さい場合には、高い初透磁率は得られないことがわかった。しかしながら、本発明のMnZnフェライトによると、焼成体表面からZnOが揮発することのない通常の焼成温度で結晶粒径を大きくすることができるので、高い初透磁率を有するMnZnフェライトコアが得られることがわかった。
【0047】
また、SEM−EDX分析により焼成体表面の組成分析を行い、更にX線回析を行った結果、すべての発明品にMoO3とCaOの析出相が存在することが確認された。
【0048】
以上の結果より、本発明のMnZnフェライトコアによると、従来品と比較し、広い周波数帯域において、高い初透磁率を有することが確認できた。また、本発明のMnZnフェライトを採用することで、高インピーダンス特性を持つ高性能のノイズフィルタ用フェライトコアを提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【0049】
【図1】発明品7と従来品の複素透磁率μ’、μ”の周波数特性図。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
主成分がMnO、ZnO、Fe23であるMnZnフェライトであって、主成分100重量部に対して、副成分としてSiO2が0〜0.005重量部、CaOが0.02重量部〜0.2重量部、MoO3が0.05重量部〜0.5重量部、K2Oが0.01重量部〜0.2重量部、Bi23が0.005重量部〜0.1重量部、Nb25が0.005重量部〜0.05重量部を含有し、且つB23が0.001重量部〜0.1重量部、P25が0.001重量部〜0.1重量部の少なくとも1種を含有することを特徴とするMnZnフェライト。
【請求項2】
請求項1記載のMnZnフェライトの焼成体からなるMnZnフェライトコアであって、前記焼成体の表面に、MoO3とCaOを含む析出相を有し、平均結晶粒径が30μm以上、100μm以下であることを特徴とするMnZnフェライトコア。
【請求項3】
請求項1記載のMnZnフェライトの焼成体からなるMnZnフェライトコアであって、前記焼成体の比抵抗が、20Ωcm以上、100Ωcm以下であることを特徴とするMnZnフェライトコア。
【請求項4】
請求項1記載のMnZnフェライトの焼成体からなるMnZnフェライトコアであって、前記焼成体の周波数1kHz時の初透磁率が、12,000以上、周波数150kHz時の初透磁率が、12,500以上であることを特徴とするMnZnフェライトコア。

【図1】
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【公開番号】特開2009−196841(P2009−196841A)
【公開日】平成21年9月3日(2009.9.3)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−38906(P2008−38906)
【出願日】平成20年2月20日(2008.2.20)
【出願人】(000134257)NECトーキン株式会社 (1,832)
【Fターム(参考)】