JP3554050B2

JP3554050B2 - High-strength ferrite, ferrite substrate using the same, and electromagnetic wave absorbing member

Info

Publication number: JP3554050B2
Application number: JP29722694A
Authority: JP
Inventors: 俊孝藏本
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1994-11-30
Filing date: 1994-11-30
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2019-08-11
Also published as: JPH08157253A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、強度及び靱性の高いフェライト材料とこれを用いたフェライト基板及び電磁波吸収部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
フェライト材料はインダクター素子等として広く使用されている。例えば、Ｆｅ_２Ｏ_３−ＺｎＯ−ＮｉＯを主成分とするＮｉ−Ｚｎ系フェライト材料を用いてフェライトコアを製造し、この巻線部にコイル線を巻回し、コイル線接続用のリードピンをフェライトコアに取り付けて半田付けした構造のインダクター素子が使用されている。
【０００３】
そして、このＮｉ−Ｚｎ系フェライトにおいて、耐熱衝撃性や、磁気特性を向上させるためにＣｕＯ，ＭｎＯ，ＣｏＯ，Ｂｉ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２等の副成分を添加すれば良いことが提案されている（特開平１−１０３９５３号、特開平１−２２８１０８号、特開平２−１３７３０１号、特開平３−２１８９６２号公報等参照）。
【０００４】
また、近年、上記Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトの新たな用途として、多数個取り用のフェライト基板や、フロッピィディスクのヘッドを磁気シールドする電磁波シールド部材等が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来のＮｉ−Ｚｎ系フェライトは、ＪＩＳＲ１６０１による３点曲げ強度が１０〜１５ｋｇ／ｍｍ^２、靱性を表すシャルピー衝撃試験による衝撃強度が１．３〜１．５ｋｇｆ・ｃｍ／ｃｍ^２と、機械的な特性が低いものであった。
【０００６】
そのため、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトを上述したフェライト基板や電磁波シールド部材として用いると、製造工程や使用中に他部材との接触等により欠けや割れが生じやすいという問題があった。
【０００７】
また、これに代わる材料としてＭｎ−Ｚｎ系フェライトを用いることも考えられていたが、コストが高いという問題点があった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記フェライト基板や電磁波シールド部材として好適に用いられるような、強度、靱性の高いＮｉ−Ｚｎ系フェライトを得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトの主成分１００重量部に対して、１〜１０．０重量部のＺｒＯ_２を含有し、平均結晶粒子径を１〜１８μｍとしたことを特徴とする。
【００１０】
また本発明では、上記Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトの主成分の組成比として、Ｆｅ_２Ｏ_３換算で５９〜７２重量％、ＮｉＯ換算で７〜３１重量％、ＺｎＯ換算で１〜２３重量％、ＣｕＯ換算で０〜４重量％、ＭｎＯ換算で０〜２重量％としたことを特徴とする。
【００１１】
即ち、本発明は、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトにＺｒＯ_２を添加することによって、このＺｒＯ_２が結晶成長抑制剤として作用し、強度と靱性を高めるようにしたのである。この時、ＺｒＯ_２の添加量を１〜１０重量部としたのは、１重量部未満では強度と靱性を高める効果が乏しく、一方１０重量部を超えると透磁率が著しく低くなると同時に、コスト的にも高くなるためである。
【００１２】
ただし、単にＺｒＯ_２を添加するだけでは強度や靱性を高める効果に乏しいため、本発明ではさらにＮｉ−Ｚｎ系フェライトの平均結晶粒子径を１〜１８μｍの範囲に制御する点が重要である。これは、平均結晶粒子径が１μｍ未満であると焼結不良となり、１８μｍを超えると強度、靱性が低くなるためである。そして、このような平均結晶粒子径は、上記範囲のＺｒＯ_２を含有する原料を１２００℃以下の比較的低い温度で焼成することによって得ることができる。
【００１３】
また、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトの主成分の組成比を上記範囲とした理由は、Ｆｅ_２Ｏ_３が５９重量％未満では透磁率が低くなり、またＺｎＯが２３重量％を超えるとキュリー点が低くなり、さらにＮｉＯが３１重量％を超えると加圧安定性が悪くなるためである。
【００１４】
また、ＣｕＯとＭｎＯについては、必須成分ではないが、それぞれ４重量％以下、２重量％以下の範囲で含有することによって、応力緩和効果を高め、耐熱衝撃性を高くすることができる。
【００１５】
さらに、本発明においては、これらの成分以外の不純物を１重量％以下の範囲で含んでいても良い。
【００１６】
また、本発明は、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトを上記の組成とすることによって、３点曲げ強度が１５ｋｇ／ｍｍ^２以上、靱性を表すシャルピー衝撃試験による衝撃強度が１．５ｋｇｆ・ｃｍ／ｃｍ^２以上としたことを特徴とする。
【００１７】
さらに、本発明は、上記のような高い強度と靱性を有するＮｉ−Ｚｎ系フェライトをフェライト基板に用いたことを特徴する。
【００１８】
【実施例】
以下本発明の実施例を説明する。
【００１９】
図１に示すフェライト基板１０は、本発明の高強度フェライトからなる板状体であって、その表面に縦横方向に複数の分割溝１１を形成したものである。このフェライト基板１０の表面に、厚膜印刷、薄膜印刷によって電極、電気回路をマルチプリントし、焼き付け処理後、上記分割溝１１から切り放す事によって、各種素子用部品や、面コイル等の電子部品を同時に多数個取りすることができる。
【００２０】
そして、上記フェライト基板１０の材質として、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトを主成分とし、０．１〜１０．０重量部のＺｒＯ_２を含有し、平均結晶粒子径を１〜１８μｍとした本発明の高強度フェライトを用いている。この高強度フェライトは、ＪＩＳＲ１６０１による３点曲げ強度が１５ｋｇ／ｍｍ^２以上、シャルピー衝撃試験による衝撃強度が１．５ｋｇｆ・ｃｍ／ｃｍ^２以上と、強度、靱性が高いことから、フェライト基板１０の製造工程上、あるいは取扱上において欠けや割れが生じることを防止できる。
【００２２】
次に、電磁波吸収部材として用いる例を図２に示すように、フロッピィディスクの磁気ヘッド部において、アーム２２に固定した磁気ヘッド２１の周囲に、本発明の高強度フェライトから成る電磁波シールド部材２０を配置してある。そして、該電磁波シールド部材２０を備えることによって、フロッピィディスクドライブ内で、モーター等から発生するノイズが、磁気ヘッド２１に入ることを防止することができる。
【００２３】
そして、フロッピィディスクの磁気ヘッド部は、その構造上、ショックに対して敏感で振動しやすい。その為、電磁波シールド部材２０も、磁気ヘッド２１と共に振動するため、何らかの強いショック（落下等）で周辺部品と接触、あるいは衝突する恐れがある。
【００２４】
しかし、電磁波シールド部材２０が、本発明の高強度フェライトから成り、ＪＩＳＲ１６０１による３点曲げ強度が１５ｋｇ／ｍｍ^２以上、シャルピー衝撃試験による衝撃強度が１．５ｋｇｆ・ｃｍ／ｃｍ^２以上と高い機械的特性を有していることから、上記周辺部品との接触、衝突時に破損する恐れはない。
【００２７】
実験例１
Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトの主成分の組成比を、Ｆｅ_２Ｏ_３６６．３重量％、ＮｉＯ７．８重量％、ＺｎＯ２２．０重量％、ＣｕＯ３．７重量％、ＭｎＯ０．２重量％とし、この主成分１００重量部に対するＺｒＯ_２の添加量を表１に示すように０〜１５重量部の範囲で変化させてフェライト原料を得た。
【００２８】
なお、ＺｒＯ_２の添加については、予め主成分に添加してボールミルで湿式混合し、乾燥した後、同時に仮焼する方法と、主成分のみ上記と同じ方法で仮焼し、その後に添加する方法があるが、特に差は無い。ここでは、主成分のみを仮焼した後でＺｒＯ_２を添加して、再びボールミルにて湿式粉砕した。さらに、スプレードライにより造粒し、所定形状に成形した後、酸素雰囲気、１１５０℃で焼成して、焼結体を得た。
【００２９】
得られたフェライト焼結体について、さまざまな磁気特性及び機械的特性を測定した。なお、強度はＪＩＳＲ１６０１による３点曲げ強度とし、靱性はシャルピー試験機による衝撃強度とした。結果は表１に示す通りである。
【００３０】
この結果から、本発明の範囲である１〜１０重量％以上のＺｒＯ_２を添加し、平均結晶粒子径を１８μｍ以下としたものは、その曲げ強度を１５ｋｇ／ｍｍ^２以上、シャルピー衝撃試験による衝撃強度を１．５ｋｇｆ・ｃｍ／ｃｍ^２以上とできることがわかる。
【００３１】
【表１】

【００３２】
実験例２
次に、表２に示すような各組成比の主成分に対し、ＺｒＯ_２を２重量部添加し、実験例１と同じプロセスにて焼結体を得て、磁気特性および機械的特性を測定した。結果を表３に示す。
【００３３】
いずれの組成物も、主成分の組成範囲は本発明の範囲内のものであり、得られた焼結体の曲げ強度は１５ｋｇ／ｍｍ^２以上、シャルピー試験機における衝撃強度１．５ｋｇｆ・ｃｍ／ｃｍ^２以上となっており、強度、靱性の高いフェライトが得られることがわかる。
【００３４】
【表２】

【００３５】
【表３】

【００３６】
実験例３
次に、主成分の組成比をＦｅ_２Ｏ_３６６．３重量％、ＮｉＯ７．８重量％、ＺｎＯ２２．０重量％、ＣｕＯ３．７重量％、ＭｎＯ０．２重量とし、これにＺｒＯ_２を２重量部添加した原料を用い、実験例１と同じプロセスにて、焼成温度を表４に示すように１０５０〜１２５０℃の範囲で変化させて焼成した。
【００３７】
得られた焼結体について、磁気特性および機械的特性を測定した結果を表４に示す。
【００３８】
この結果より、焼成温度を１２００℃以下とすれば、平均結晶粒子径が１８μｍ以下となり、曲げ強度１５ｋｇ／ｍｍ^２以上、シャルピー試験機における衝撃強度（靱性）１．５ｋｇｆ・ｃｍ／ｃｍ^２以上とできることがわかる。
【００３９】
【表４】

【００４０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトの主成分１００重量部に対して、０．１〜１０．０重量部のＺｒＯ_２を含有し、平均結晶粒子径が１〜１８μｍとして高強度フェライトを成したことによって、強度、靱性等の機械的特性が高いフェライトを得ることができる。
【００４１】
特にこの高強度フェライトをフェライト基板や電磁波吸収部材に用いれば、製造工程や使用中に欠けや割れ等の発生を防止し、信頼性を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフェライト基板を示す斜視図である。
【図２】高強度フェライトを用いた電磁波吸収部材の一例であるシールド部材を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０：フェライト基板
１１：分割溝
２０：電磁波シールド部材
２１：磁気ヘッド
２２：アーム[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a ferrite material having high strength and toughness, a ferrite substrate using the same, and an electromagnetic wave absorbing member.
[0002]
[Prior art]
Ferrite materials are widely used as inductor elements and the like. For example, a ferrite core is manufactured by using a Ni—Zn ferrite material containing Fe ₂ O ₃ —ZnO—NiO as a main component, a coil wire is wound around the winding portion, and a lead pin for connecting the coil wire is connected to the ferrite core. An inductor element having a structure of being attached and soldered is used.
[0003]
It has been proposed that in this Ni—Zn-based ferrite, auxiliary components such as CuO, MnO, CoO, Bi ₂ O ₃ , and SiO ₂ may be added in order to improve thermal shock resistance and magnetic properties. (See JP-A-1-103953, JP-A-1-228108, JP-A-2-137301, JP-A-3-218962, etc.).
[0004]
In recent years, as a new use of the Ni-Zn-based ferrite, a multi-piece ferrite substrate, an electromagnetic wave shielding member for magnetically shielding a head of a floppy disk, and the like have been proposed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, conventional Ni-Zn ferrites have a three-point bending strength of 10 to 15 kg / mm ² according to JISR1601, and an impact strength of 1.3 to 1.5 kgf · cm / cm ² according to a Charpy impact test representing toughness. Characteristic was low.
[0006]
Therefore, when the Ni—Zn-based ferrite is used as the above-described ferrite substrate or electromagnetic wave shielding member, there is a problem that chipping or cracking is likely to occur due to contact with other members during the manufacturing process or during use.
[0007]
Further, the use of Mn-Zn-based ferrite as an alternative material has been considered, but has a problem of high cost.
[0008]
Therefore, an object of the present invention is to obtain a Ni—Zn ferrite having high strength and toughness, which is suitably used as the ferrite substrate or the electromagnetic wave shielding member.
[0009]
The present invention SUMMARY OF], relative to 100 parts by weight of the main component of the Ni-Zn ferrite, containing ZrO ₂ of from 1 to 10.0 parts by weight, 1～18Myuemu the average crystal grain size It is characterized by having.
[0010]
In the present invention, the composition ratio of the main component of the Ni—Zn ferrite is 59 to 72% by weight in terms of Fe ₂ O ₃ , 7 to 31% by weight in terms of NiO, 1 to 23% by weight in terms of ZnO, and CuO. It is characterized in that it is 0 to 4% by weight in conversion and 0 to 2% by weight in MnO conversion.
[0011]
That is, the present invention is by the addition of ZrO ₂ to the Ni-Zn ferrite, the ZrO ₂ acts as a crystal growth inhibitor is to that to enhance the strength and toughness. At this time, ZrO ₂ is added in an amount of 1 to 10 parts by weight. When the amount is less than 1 part by weight, the effect of increasing the strength and toughness is poor. This is because
[0012]
However, simply adding ZrO ₂ has a poor effect of increasing the strength and toughness. Therefore, in the present invention, it is important to further control the average crystal grain size of the Ni—Zn-based ferrite within a range of 1 to 18 μm. This is because if the average crystal particle size is less than 1 μm, sintering becomes poor, and if it exceeds 18 μm, the strength and toughness decrease. Such an average crystal particle diameter can be obtained by firing a raw material containing ZrO ₂ in the above range at a relatively low temperature of 1200 ° C. or lower.
[0013]
The reason why the composition ratio of the main component of the Ni—Zn-based ferrite is set in the above range is that when Fe ₂ O ₃ is less than 59% by weight, the magnetic permeability is low, and when ZnO exceeds 23% by weight, the Curie point is low. This is because when NiO exceeds 31% by weight, the pressure stability is deteriorated.
[0014]
Further, CuO and MnO are not essential components, but by containing each in the range of 4% by weight or less and 2% by weight or less, the stress relaxation effect can be enhanced and the thermal shock resistance can be enhanced.
[0015]
Further, in the present invention, impurities other than these components may be contained in a range of 1% by weight or less.
[0016]
Further, according to the present invention, the Ni-Zn ferrite having the above composition has a three-point bending strength of 15 kg / mm ² or more and an impact strength of 1.5 kgf · cm / cm by a Charpy impact test indicating toughness. ² or more.
[0017]
Further, the present invention is characterized in that Ni-Zn-based ferrite having high strength and toughness as described above is used for a ferrite substrate.
[0018]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0019]
The ferrite substrate 10 shown in FIG. 1 is a plate-like body made of the high-strength ferrite of the present invention, and has a plurality of divided grooves 11 formed in the vertical and horizontal directions on the surface thereof. Electrodes and electric circuits are multi-printed on the surface of the ferrite substrate 10 by thick-film printing or thin-film printing, and after baking processing, are cut off from the dividing grooves 11 to provide various element components and electronic components such as surface coils. Can be taken simultaneously in large numbers.
[0020]
Then, as the material of the ferrite substrate 10, a main component Ni-Zn ferrite, containing ZrO ₂ of 0.1 to 10.0 parts by weight, the average crystal present invention the particle diameter is 1~18μm high High strength ferrite is used. This high-strength ferrite has a high strength and toughness with a three-point bending strength of 15 kg / mm ² or more according to JISR1601 and an impact strength of 1.5 kgf · cm / cm ² or more according to a Charpy impact test. It is possible to prevent chipping or cracking during the process or handling.
[0022]
Next, as shown in FIG. 2, an example in which the electromagnetic wave shielding member 20 made of the high-strength ferrite of the present invention is used around the magnetic head 21 fixed to the arm 22 in the magnetic head portion of the floppy disk as shown in FIG. It is arranged. The provision of the electromagnetic wave shield member 20 can prevent noise generated from a motor or the like from entering the magnetic head 21 in the floppy disk drive.
[0023]
The magnetic head of the floppy disk is sensitive to shock and easily vibrates due to its structure. Therefore, since the electromagnetic wave shield member 20 also vibrates together with the magnetic head 21, there is a possibility that the electromagnetic wave shield member 20 may come into contact with or collide with peripheral components due to some strong shock (such as dropping).
[0024]
However, the electromagnetic wave shielding member 20 is made of the high-strength ferrite of the present invention, and has a mechanical strength as high as 15 kg / mm ² or more according to JISR1601 and 1.5 kgf · cm / cm ² or more according to a Charpy impact test. Since it has characteristics, there is no possibility of damage at the time of contact with or collision with the peripheral components.
[0027]
Experimental example 1
The composition ratio of the main components of the Ni—Zn ferrite was 66.3% by weight of Fe ₂ O ₃ , 7.8% by weight of NiO, 22.0% by weight of ZnO, 3.7% by weight of CuO, and 0.2% by weight of MnO. the addition amount of ZrO ₂ relative to 100 parts by weight of the component is varied in a range of 0 to 15 parts by weight as shown in Table 1 to obtain a ferrite material.
[0028]
As for the addition of ZrO _2, a method of preliminarily adding to the main component, wet-mixing with a ball mill, drying and then calcining at the same time, or a method of calcining only the main component in the same manner as above and then adding it However, there is no particular difference. Here, only the main component was calcined, ZrO ₂ was added, and wet grinding was performed again by a ball mill. Furthermore, after granulating by spray drying and forming into a predetermined shape, it was baked at 1150 ° C. in an oxygen atmosphere to obtain a sintered body.
[0029]
Various magnetic properties and mechanical properties of the obtained ferrite sintered body were measured. The strength was a three-point bending strength according to JISR1601, and the toughness was an impact strength using a Charpy tester. The results are as shown in Table 1.
[0030]
From these results, those having ZrO ₂ in an amount of 1 to 10% by weight or more, which is within the range of the present invention, and having an average crystal particle diameter of 18 μm or less, have a bending strength of 15 kg / mm ² or more, and have an impact by Charpy impact test. It is understood that the strength can be set to 1.5 kgf · cm / cm ² or more.
[0031]
[Table 1]

[0032]
Experimental example 2
Next, 2 parts by weight of ZrO ₂ was added to the main components of each composition ratio as shown in Table 2, and a sintered body was obtained by the same process as in Experimental Example 1, and the magnetic properties and mechanical properties were measured. did. Table 3 shows the results.
[0033]
In any of the compositions, the composition range of the main component is within the range of the present invention, the bending strength of the obtained sintered body is 15 kg / mm ² or more, and the impact strength in a Charpy tester is 1.5 kgf · cm / cm. cm ² or more, which indicates that ferrite having high strength and toughness can be obtained.
[0034]
[Table 2]

[0035]
[Table 3]

[0036]
Experimental example 3
Next, the composition ratio of the main components was 66.3% by weight of Fe ₂ O ₃ , 7.8% by weight of NiO, 22.0% by weight of ZnO, 3.7% by weight of CuO and 0.2% by weight of MnO, and ₂ % by weight of ZrO _2. Using the partially added raw material, firing was performed in the same process as in Experimental Example 1 while changing the firing temperature in the range of 1050 to 1250 ° C. as shown in Table 4.
[0037]
Table 4 shows the results of measuring the magnetic properties and mechanical properties of the obtained sintered body.
[0038]
From this result, when the firing temperature is 1200 ° C. or less, the average crystal particle diameter becomes 18 μm or less, the bending strength is 15 kg / mm ² or more, and the impact strength (toughness) in a Charpy tester is 1.5 kgf · cm / cm ² or more. We can see that we can do it.
[0039]
[Table 4]

[0040]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, 0.1 to 10.0 parts by weight of ZrO ₂ is contained based on 100 parts by weight of the main component of the Ni—Zn-based ferrite, and the average crystal particle diameter is 1 to 18 μm. As a result, ferrite having high mechanical properties such as strength and toughness can be obtained.
[0041]
In particular, if this high-strength ferrite is used for a ferrite substrate or an electromagnetic wave absorbing member, occurrence of chipping or cracking during the manufacturing process or during use can be prevented, and reliability can be increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a ferrite substrate of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a shield member which is an example of an electromagnetic wave absorbing member using high-strength ferrite.
[Explanation of symbols]
10: Ferrite substrate 11: Dividing groove 20: Electromagnetic wave shielding member 21: Magnetic head 22: Arm

Claims

Composition ratio, 59 to 72 wt% calculated as _Fe 2 _{O 3,} 7 to 31 wt% in terms of NiO, 1 to 23 wt% in terms of ZnO, 0-4% by weight calculated as CuO, from 0 to 2 weight in terms of MnO % with respect to the main component of 100 parts by weight of the Ni-Zn ferrite is, from 1 to 10.0 was added to ZrO ₂ parts by weight, the average crystal grain size of 1～18Myuemu, 3-point bending strength 15 kg / mm ² As described above, a ferrite substrate comprising a high-strength ferrite having an impact strength of 1.5 kgf · cm / cm ² or more as determined by a Charpy impact test, and having a plurality of divided grooves in the vertical and horizontal directions on the surface.