JP4279393B2

JP4279393B2 - 板状の軟磁性フェライト粒子粉末及びこれを用いた軟磁性フェライト粒子複合体

Info

Publication number: JP4279393B2
Application number: JP05657799A
Authority: JP
Inventors: 洋司岡野; 龍哉中村
Original assignee: Toda Kogyo Corp
Current assignee: Toda Kogyo Corp
Priority date: 1999-03-04
Filing date: 1999-03-04
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2019-03-04
Also published as: JP2000252113A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、板状の軟磁性フェライト粒子粉末及びこれを用いた軟磁性フェライト粒子複合体に関し、更に詳しくは、低周波帯において比透磁率の実数部が高いとともに、高周波帯において広い帯域にわたって電磁波を吸収することができる軟磁性フェライト粒子複合体を提供し得る板状の軟磁性フェライト粒子粉末、及び該粒子粉末を用いた軟磁性フェライト粒子複合体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、粒状の軟磁性フェライト粒子粉末を樹脂等のマトリックス材料に混合分散させた軟磁性フェライト粒子複合体は、適当な周波数で比透磁率の実数部が高いと共に磁気的損失を示すことから、コイルの磁芯、電波吸収材料、ノイズ吸収用材料等の広汎な用途に使用されてきた。特に樹脂と混合した複合体は、焼結体に比べて加工性が良く、また柔軟性を有し、適当な組成では絶縁性が高いことから広く用いられている。最近では、シート状の軟磁性フェライト粒子複合体を、電子部品を収納する筐体の内面に貼ることによって、電子部品から放射される電磁波を低減する用途にも用いられている。
【０００３】
近年、電子機器は小型化、軽量化が進んでおり、これに使用される材料として、１００ｋＨｚ付近の低周波帯において比透磁率の実数部が更に高い値を示す軟磁性フェライト粒子複合体が要求されている。また、パソコンのクロック周波数の上昇、無線ＬＡＮの普及等に伴い、１ＧＨｚ付近の高周波帯で放射される不要な電磁波による機器の誤作動が問題になっている。これを解決するため、１ＧＨｚ付近で広帯域の電磁波吸収特性、ノイズ吸収特性を有する軟磁性フェライト粒子複合体が望まれている。
【０００４】
これらの要求に対して、特開昭６０−８９９０２号公報、特開昭６０−９１６９９号公報には、板状フェライトの直径と厚さの比が大きい程実効透磁率が高くなり、それ従い自然共鳴周波数が低周波数に移行することが記載され、板状の軟磁性フェライト粒子粉末を配向させて混合分散した軟磁性フェライト粒子複合体は上記の要求を満たす可能性があることが示されている。しかし、これらの公報に記載されている軟磁性フェライト粒子複合体の低周波帯における比透磁率の実数部は約５であり、これは従来の粒状の軟磁性フェライト粒子粉末を用いた複合体の比透磁率の実数部よりも小さいものである。また、１ＧＨｚ付近において広い帯域にわたって電磁波を吸収するとの記載はない。
【０００５】
一方、特開昭４９−４７８９９号公報、特開昭６２−３０２１号公報には、異方性フェライト焼結体の原料として板状の軟磁性フェライト粒子粉末とその製造方法が示され、また、特開平５−４５５２７号公報にはフラックス法による板状の軟磁性フェライト粒子粉末とその製造方法が示されているが、軟磁性フェライト粒子複合体とした場合の比透磁率や電波吸収特性に関する記載はない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、軟磁性フェライト粒子の形状を板状にすれば、これを用いた軟磁性フェライト粒子複合体は、比透磁率の実数部が高い値を示す可能性があることは認識されているものの、実際には実現されていない。これは、比透磁率の実数部が高い板状の軟磁性フェライト粒子粉末の組成やその製造方法が確立されていないことに起因する。
そこで本発明は、低周波帯において比透磁率の実数部が高いとともに、高周波帯において広い帯域にわたって電磁波を吸収する軟磁性フェライト粒子複合体を提供し得る板状の軟磁性フェライト粒子粉末、及びこれを用いた軟磁性フェライト粒子複合体を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
軟磁性フェライト粒子はスピネル型の結晶構造を有するため、通常、粒子の形状はその結晶構造を反映した粒状又は不定形を呈する。従って、板状の軟磁性フェライト粒子を得るためには、原料、焼成条件等の選択に検討を要する。例えば、Ｆｅの供給源として板状のα-Fe₂O₃を用いた場合、焼成温度が高いと生成した粒子の板状性が崩れ、反対に焼成温度を低くすると、板状ではあっても軟磁性を有するフェライト粒子は得られない。従って、板状の軟磁性フェライト粒子粉末を得るためには、焼成温度が低くても軟磁性を示すように、フェライトを構成する陽イオンの種類やその組成を選択する必要がある。
【０００８】
本発明者らは上記知見に基づいて鋭意検討を行った結果、特定の陽イオンからなり特定の組成からなる特定の板状の軟磁性フェライト粒子粉末が上記目的を達成することを見出し、本発明に至った。
すなわち、本発明の請求項１は、８００〜１１００℃の温度で焼成され、形状が平均板面径０．５〜５０μｍ、アスペクト比１．２〜５０板状であり、組成がMg_aCu_bZn_cFe_dO₄（但し、0.3 ≦a ≦0.5 、0 ≦b ≦0.2 、0.4 ≦c ≦0.6 、1.8 ≦d ≦2.2)であることを特徴とする軟磁性フェライト粒子粉末を内容とするものである。
【００１０】
本発明の請求項２は、請求項１記載の軟磁性フェライト粒子粉末をマトリックス中に７５〜９２重量％の割合で混合分散させたことを特徴とする軟磁性フェライト粒子複合体を内容とするものである。
【００１１】
好ましい態様としての請求項３は、周波数１００ｋＨｚにおける比透磁率の実数部が１８〜３０である請求項２記載の軟磁性フェライト粒子複合体である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明では、Ｆｅ元素の供給源として板状のα-Fe₂O₃を用いる。また、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｚｎ元素の供給源としては、これらの元素を含む酸化物、水酸化物、シュウ酸塩、炭酸塩等を用いることができる。尚、板状のα-Fe₂O₃はオートクレーブを用いた水熱反応により得ることができる。これらの原料を混合した後、１１００℃以下の温度で焼成する。１１００℃を越える温度で焼成すると粒子の板状性が崩れるので好ましくない。焼成温度の下限は十分な反応性の観点から８００℃である。また焼成時間は、通常、１〜１０時間程度である。
【００１３】
本発明に係る板状の軟磁性フェライト粒子粉末の組成は、Mg_aCu_bZn_cFe_dO₄ (但し0.3 ≦a ≦0.5 、0 ≦b ≦0.2 、0.4 ≦c ≦0.6 、1.8 ≦d ≦2.2)である。これらの範囲外では比透磁率の実数部が小さくなるとともに、広い帯域にわたる電磁波の吸収ができなくなる。より好ましい組成は、0.35≦a ≦0.45、0 ≦b ≦0.15、0.45≦c ≦0.55、1.9 ≦d ≦2.1 である。
【００１４】
本発明に係る板状の軟磁性フェライト粒子の平均板面径は、マトリックスへの練り込み性を考慮すると、０．５〜５０μｍである。０．５μｍ未満の場合は練り込みにくくなり、５０μｍを越える場合は練り込み時に粒子が破壊されて比透磁率の実数部が小さくなるとともに、広い帯域にわたる電磁波の吸収ができなくなる。好ましい平均板面径は０．５〜２０μｍである。
【００１５】
本発明に係る板状の軟磁性フェライト粒子のアスペクト比は、１．２〜５０である。本発明におけるアスペクト比は、粒子の平均厚さに対する平均板面径の比で定義される。アスペクト比が１．２未満の場合は、形状が実質的に粒状となることにより比透磁率の実数部が小さくなるとともに広い帯域にわたる電磁波の吸収ができなくなる傾向がある。一方、アスペクト比が５０を越える場合は、練り込み時に粒子が破壊されて、比透磁率の実数部が小さくなるとともに広い帯域にわたる電磁波の吸収ができなくなる傾向がある。好ましいアスペクト比は２〜２５である。
【００１６】
得られた板状の軟磁性フェライト粒子粉末は、マトリックス中に混合分散され複合体とされる。具体的には、例えば板状の軟磁性フェライト粒子粉末を樹脂等のマトリックス中に混合分散させた後、適当な温度に保った二軸の熱間ロールで押し出すことによってマトリックス中に板状の軟磁性フェライト粒子が配向した軟磁性フェライト粒子複合体を得ることができる。但し、該粒子を配向させる方法はこれに限定されるものではなく、公知の方法を選択することができる。
マトリックスとしては従来の軟磁性フェライト粒子複合体に使用されているものであれば特に制限はなく、ゴム、塩化ビニル樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂、ポリアミド（ナイロン）樹脂等から用途に応じて選択できる。更に、マトリックスとしてセメント等の建築材を用い、板状の軟磁性フェライト粒子粉末を含有した壁材等を得ることができる。
【００１７】
軟磁性フェライト粒子複合体における板状の軟磁性フェライト粒子粉末の含有量は、７５〜９２重量％が好ましい。含有量が７５重量％未満の場合は、比透磁率の実数部が小さくなるとともに広い帯域にわたる電磁波の吸収ができなくなる。また、９２重量％を越えると板状の軟磁性フェライト粒子粉末をマトリックス中に練り込みにくくなる。より好ましくは８２〜９２重量％である。
【００１８】
尚、本発明に係る軟磁性フェライト粒子複合体には、誘電率や導電率を制御したり、樹脂への練り込み性や複合体の柔軟性を改善する等の目的で、カーボン粒子粉末、SiC 粒子粉末等の公知の添加物を板状の軟磁性フェライト粒子粉末とともに混合分散することができる。
【００１９】
【作用】
表２に、本発明による軟磁性フェライト粒子複合体と、従来のフェライト粒子複合体の周波数と比透磁率（μ′−ｊμ″）の関係を比較して示す。
実施例１に、本発明による板状の軟磁性フェライト粒子粉末（１０００℃で焼成）を樹脂に混合分散させた複合体の比透磁率の実数部（μ′）と虚数部（μ″）を示す。また、比較例１に、従来の粒状のＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト粒子粉末（１３００℃で焼成）を樹脂に混合分散させた複合体の比透磁率の実数部（μ′）と虚数部（μ″）を示す。更に、比較例２に、従来の板状のＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト粒子粉末（１０００℃で焼成）を樹脂に混合分散させた複合体の比透磁率の実数部（μ′）と虚数部（μ″）を示す。各複合体におけるフェライト粒子粉末の含有量は全て８４．０重量％である。
【００２０】
表２の実施例１から分かるとおり、本発明による軟磁性フェライト粒子複合体の比透磁率の実数部（μ′）は１００ｋＨｚにおいて２０．９を示しているのに対し、比較例１では９．１、比較例２では４．３にすぎず、このことから、形状を板状とするとともに、特定の組成からなる本発明の軟磁性フェライト粒子粉末は比透磁率の実数部が極めて高いことがわかる。
【００２１】
本発明の如く、形状を特定の板状にするとともに特定の組成とすることにより、比透磁率の実数部が高くなる理由は明確ではないが次のように考えられる。
まず、形状の違いにより比透磁率の実数部に差が生じる原因は、板状であることにより共鳴周波数が下がることにあると考えられる。また、組成の違いにより比透磁率の実数部に差が生じる原因は、焼成温度の違いによる結晶性の差にあると考えられる。すなわち、焼成後に生成した粒子の板状性を維持するためには１１００℃以下の温度で焼成する必要がある。本発明における組成では１１００℃以下の温度で結晶性の良いフェライト粒子が得られるが、従来のように本発明の範囲外での組成では、１１００℃以下の低温では結晶性の良いフェライト粒子が得られない（比較例２）。そこで、結晶性の良いフェライト粒子を得るために焼成温度を高くし１３００℃にすると、板状性が崩れるため板状の軟磁性フェライト粒子粉末は得られない（比較例１）。以上の理由から、従来の板状のＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト粒子粉末を樹脂に混合分散させた複合体の比透磁率の実数部は低いと考えられる。
【００２２】
表３に、表２に示した各複合体を金属で裏打ちした場合の電波吸収特性を示す。各複合体の厚さは、最大の吸収量が−２０ｄＢになるように調節した。
実施例１は、本発明による板状の軟磁性フェライト粒子粉末を樹脂に混合分散させた複合体の吸収特性であって、複合体の厚さは８．５ｍｍである。比較例１は、従来の粒状のＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト粒子粉末を樹脂に混合分散させた複合体の吸収特性であって、複合体の厚さは１０．５ｍｍである。また、比較例２は、従来の板状のＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライト粒子粉末を樹脂に混合分散させた複合体の吸収特性であって、複合体の厚さは１３．５ｍｍである。
−１０ｄＢ以上の吸収を示す帯域幅を電波吸収特性の尺度とすると、表３から分かるとおり、本発明による軟磁性フェライト粒子複合体は、比較例１、２よりも薄い厚さで広い帯域幅２．５０ＧＨｚを示している。その原因は、上記したように、本発明による軟磁性フェライト粒子複合体の比透磁率が、実数部、虚数部ともに従来のフェライト複合体と比較して大きいことにあると考えられる。
【００２３】
【実施例】
以下、実施例及び比較例により本発明を更に詳しく説明するが、これらは本発明の範囲を何ら制限するものではない。
尚、以下の実施例及び比較例における粒子形状、平均板面径、アスペクト比は、走査型電子顕微鏡により観察したものである。
生成相の同定には、Ｘ線回折装置ＲＡＤ−２Ａ（理学電機（株）製）を用いた。
【００２４】
１ＭＨｚ以下における複合体の比透磁率は、リング状に成型した試料にコイルを巻いた後、インピーダンスアナライザーＨＰ４１９２Ａ（日本ヒューレット・パッカード株式会社製）によりインピーダンスを測定し、その値から算出した。１ＭＨｚ以上における複合体の比透磁率は、リング状に成型した試料を同軸管に挿入した後、ネットワークアナライザーＨＰ８７５３Ｃ（日本ヒューレット・パッカード株式会社製）により反射係数Ｓ₁₁と透過係数Ｓ₂₁を測定し、それらの値から算出した。
【００２５】
電波吸収特性は、金属板で一端を短絡した同軸管に、リング状に成型した試料を該金属板に密着するように挿入した後、ネットワークアナライザーＨＰ８７５３Ｃ（日本ヒューレット・パッカード株式会社製）により測定した反射係数Ｓ₁₁を用いて評価した。尚、複合体の厚さは、最大の吸収量が−２０ｄＢになるように調節し、−１０ｄＢ以上の吸収を示す帯域幅を電波吸収特性の尺度とした。
【００２６】
実施例１
板状のα-Fe₂O₃、不定形のMg(OH)₂とCuO 並びにZnO を組成がMg_0.41Cu_0.10Zn_0.51Fe_1.98O₄となるように秤量して、湿式アトライターで１時間混合した後、濾過、乾燥した。その後、この混合粉末を大気中、１０００℃で３時間焼成した。得られた軟磁性フェライト粒子粉末の形状は板状であり、平均板面径３．３μｍ、アスペクト比５．３であった。また、Ｘ線回折によると結晶構造はスピネル型であった。
【００２７】
得られた板状の軟磁性フェライト粒子粉末とエチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂を板状の軟磁性フェライト粒子粉末が８４．０重量％の割合になるように混合し、プラストミルを用いて８０℃の温度で混練した。得られた混練物を二軸の熱間ロールを用いて６０℃の温度でシート状に成型した。これを金型を用いて外径３８ｍｍ、内径１７ｍｍのリング状に打ち抜いて、比透磁率と電波吸収特性の測定用試料とした。
得られたリング状試料の比透磁率の各周波数における比透磁率を表２に示したが、１００ｋＨｚにおける実数部は２０．９であった。また、厚さを８．５ｍｍとした複合体試料の電波吸収特性は、表３に示すように、中心周波数１．１２ＧＨｚで−２０ｄＢを示し、その時−１０ｄＢ以上の吸収を示す帯域幅は２．５０ＧＨｚであった。
【００２８】
実施例２〜５
板状の軟磁性フェライト粒子粉末の組成、焼成温度、焼成時間、平均板面径、アスペクト比、及び複合体における板状の軟磁性フェライト粒子粉末の含有量、及び複合体の厚さを種々変化させた以外は実施例１と同様にして、板状の軟磁性フェライト粒子粉末と、それを用いた軟磁性フェライト粒子複合体を作成した。製造条件を表１に、諸特性を表２及び表３に示す。
【００２９】
比較例１
不定形のα-Fe₂O₃、NiO 、ZnO 、CuO を組成がNi_0.28Zn_0.67Cu_0.08Fe_1.97O₄となるように秤量して、湿式アトライターで１時間混合した後、濾過、乾燥した。その後、この混合粉末を大気中、１３００℃で２時間焼成した。焼成した粒子粉末を湿式ボールミルで粉砕した後、濾過、乾燥した。得られた軟磁性フェライト粒子粉末の形状は粒状であり、Ｘ線回折によると結晶構造はスピネル型であった。
該粒状の軟磁性フェライト粒子粉末を実施例１と同様の方法でリング状の複合体試料を作成し、比透磁率と電波吸収特性を測定した。比透磁率の測定結果を表２に示したが、１００ｋＨｚにおける実数部は９．１と低い値であった。また、厚さを１３．５ｍｍとした複合体試料の電波吸収特性は、表３に示す如く、中心周波数１．３６ＧＨｚで−２０ｄＢを示し、その時−１０ｄＢ以上の吸収を示す帯域幅は１．６０ＧＨｚと狭い帯域幅であった。
【００３０】
比較例２
板状のα-Fe₂O₃、不定形のNiO 、ZnO 、CuO を組成がNi_0.20Zn_0.62Cu_0.22Fe_1.96O₄となるように秤量して、湿式アトライターで１時間混合した後、濾過、乾燥した。その後、この混合粉末を大気中、１０００℃で５時間焼成した。得られた軟磁性フェライト粒子粉末の形状は板状であり、平均板面径３．５μｍ、アスペクト比５．８であった。また、Ｘ線回折によると結晶構造はスピネル型であった。
該板状のフェライト粒子粉末を実施例１と同様の方法でリング状の複合体試料を作成し、比透磁率と電波吸収特性を測定した。比透磁率の測定結果を表２に示したが、１００ｋＨｚにおける実数部は４．３と低い値であった。また、厚さを１３．５ｍｍとした複合体試料の電波吸収特性は、表３に示す如く、中心周波数１．７８ＧＨｚで−２０ｄＢを示し、その時−１０ｄＢ以上の吸収を示す帯域幅は１．７８ＧＨｚと狭い帯域幅であった。
【００３１】
比較例３
組成をMg_0.28Cu_0.04Zn_0.70Fe_1.98O₄として、焼成温度を９５０℃とした以外は実施例１と同様にして板状のフェライト粒子粉末を作成した。得られたフェライト粒子粉末の形状は板状であり、平均板面径９．８、アスペクト比１５．７であった。また、Ｘ線回折によると結晶構造はスピネル型であった。
該板状のフェライト粒子粉末を実施例１と同様の方法でリング状の複合体試料を作成し、比透磁率と電波吸収特性を測定した。比透磁率の測定結果を表２に示したが、１００ｋＨｚにおける実数部は７．３と低い値であった。また、厚さを１２．０ｍｍとした複合体試料の電波吸収特性は、表３に示す如く、中心周波数１．４８ＧＨｚで−２０ｄＢを示し、その時−１０ｄＢ以上の吸収を示す帯域幅は１．７２ＧＨｚと狭い帯域幅であった。
【００３２】
【表１】

【００３３】
【表２】

【００３４】
【表３】

【００３５】
【発明の効果】
以上のように、本発明による板状の軟磁性フェライト粒子粉末をマトリックス中に混合分散させた軟磁性フェライト粒子複合体は、低周波帯において比透磁率の実数部が高く、高周波帯において広い帯域にわたる電磁波の吸収が可能であり、また加工性に優れ柔軟性に富んでいることから、コイルの磁芯、電波吸収材料、ノイズ吸収用材料等の広汎な用途に使用することができる。

Claims

８００〜１１００℃の温度で焼成され、形状が平均板面径０．５〜５０μｍ、アスペクト比１．２〜５０の板状であり、組成がMg_aCu_bZn_cFe_dO₄（但し、0.3 ≦a ≦0.5 、0 ≦b ≦0.2 、0.4 ≦c ≦0.6 、1.8 ≦d ≦2.2)であることを特徴とする軟磁性フェライト粒子粉末。
請求項１記載の軟磁性フェライト粒子粉末をマトリックス中に７５〜９２重量％の割合で混合分散させたことを特徴とする軟磁性フェライト粒子複合体。
周波数１００ｋＨｚにおける比透磁率の実数部が１８〜３０である請求項２記載の軟磁性フェライト粒子複合体。