(57)【要約】【課題】優れた電波吸収特性を有し、かつ高周波帯域の電磁波をも吸収可能であるＭｎＺｎ系フェライトに基く電波吸収体を提供する。【解決手段】Ｆｅ２Ｏ３：４０．０〜４９．９ｍｏｌ％、ＺｎＯ：４．０〜２６．５ｍｏｌ％、および残部ＭｎＯを含有するスピネル主相と、主成分としてＣａＯを含有する副相とからなり、スピネル主相の質量比がスピネル主相と副相との合計質量に対し５０〜９９ｍａｓｓ％であることを特徴とする電波吸収体。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ２Ｏ３：４０．０〜４９．９ｍｏｌ％、ＺｎＯ：４．０〜２６．５ｍｏｌ％、および残部ＭｎＯを含有するスピネル主相と、主成分としてＣａＯを含有する副相とからなり、スピネル主相の質量比がスピネル主相と副相との合計質量に対し５０〜９９ｍａｓｓ％であることを特徴とする電波吸収体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マンガン亜鉛系フェライトからなり、高周波帯域でも優れた電波吸収特性を有する電波吸収体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁波を吸収する電波吸収体には、抵抗体のオーム損失を利用するもの、誘導体の誘電損失を利用するもの、並びに磁性体の磁気損失を利用するものがある。そして磁気損失を利用する電波吸収体の場合、その電波吸収特性は、透磁率および誘電率に基いて次式
【式１】
2004247603.tif 000002
［式中、μは透磁率を表し、εは誘電率を表し、ｃは光速を表し、ｆは電磁波の周波数を表し、ｄは電波吸収体の厚さを表し、そしてＺはインピーダンスを表す。］に従って算出される反射減衰量により評価することができる。一般に、電波吸収体の反射減衰量が２０ｄＢ以上である場合、その周波数帯域において電波吸収特性は十分であると見なされる。
【０００３】
磁気損失を利用する電波吸収体には、マンガン亜鉛系フェライトおよびニッケル亜鉛系フェライトのようなフェライト材料からなるものが挙げられる。前者は主に３０ＭＨｚ〜５００ＭＨｚの比較的低い周波数帯域の電磁波を吸収する目的で使用され、後者は５００ＭＨｚ以上の比較的高い周波数帯域の電磁波を吸収する目的で使用されている。しかしながら、ニッケル亜鉛系フェライトは高価であるため、高周波数帯域においても、より安価なマンガン亜鉛系フェライトを使用することが好ましい。
【０００４】
ところで、電波吸収体としてマンガン亜鉛系フェライト（ＭｎＺｎ系フェライト）を用いる場合、吸収する周波数帯域が高くなるにつれて渦電流が流れ、これによる損失が増大する。従って、高周波数帯域の電磁波を吸収できるＭｎＺｎ系フェライトでは、その比抵抗を大きくする必要がある。しかしながら、一般的にＦｅ２Ｏ３を化学量論的組成である５０ｍｏｌ％より過剰に含有するＭｎＺｎ系フェライトは、焼成時にＦｅ３＋が還元されてＦｅ２＋が生成し、そしてＦｅ３＋とＦｅ２＋との間で容易な電子の授受が発生するので、比抵抗が１Ωｍ以下の低い値となってしまう。このため、ＭｎＺｎ系フェライトを電波吸収体として使用できるのは、高くとも数百ｋＨｚ程度の周波数帯域についてのみであり、これを超える周波数帯域では透磁率が著しく低下して軟磁性材料としての特性を失い、電波吸収体として機能しなくなる。
【０００５】
比抵抗を高めたＭｎＺｎ系フェライトとしては例えば、副成分としてＣａＯ、ＳｉＯ２等を添加して結晶粒界を高抵抗化すると共に、１２００℃程度の低温焼成を行って、結晶粒径を一般的な２０μｍ程度から５μｍ程度に小さくして結晶粒界の割合を増加させたものが知られている。しかしながら、このようなＭｎＺｎ系フェライトでも、結晶粒界自体の抵抗が低いため、１Ωｍの水準を超える比抵抗を得ることは困難である。また、ＣａＯを０．２０ｍａｓｓ％以上添加すると、フェライトの焼成時に異常粒成長が発生して特性が著しく劣化してしまう。
【０００６】
高い比抵抗を有するＭｎＺｎ系フェライトとして、基本成分組成が、ＭｎＯ：２０〜３０ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１８〜２５ｍｏｌ％および残部Ｆｅ２Ｏ３であり、直流比抵抗が０．３Ωｍ以上で、１ｋＨｚでの誘電率εが１０００００以下であることを特徴とするものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。該フェライトは、ＣａＯ、ＳｉＯ２、ＳｎＯ２および／またはＴｉＯ２を添加することにより高抵抗化を計っているが、該フェライトで達成し得る比抵抗も０．３〜２．０Ωｍであり、依然として高周波数帯域の電磁波を吸収するには不十分である。
【０００７】
また、基本成分組成が、Ｆｅ２Ｏ３：４５〜４８．６ｍｏｌ％、Ｆｅ２Ｏ３との和が略５０ｍｏｌ％となるモル比のＭｎ２Ｏ３、ＭｎＯ：２８〜５０ｍｏｌ％および残部ＺｎＯであり、副成分としてＳｉＯ２およびＣａＯ：０．０１〜０．５ｍａｓｓ％を含有し、Ｆｅ２＋を１ｍｏｌ％以下（０ｍｏｌ％を除く）としたことを特徴とするＭｎＺｎ系フェライトも知られている（例えば、特許文献２参照。）。該フェライトは偏向ヨークのコア材を用途とし、Ｆｅ２Ｏ３含有量を５０ｍｏｌ％未満とすることにより高い比抵抗を達成したものである。しかしながら、このＭｎＺｎ系フェライトもまた６４〜１００ｋＨｚ程度の周波数帯域での使用を対象としたものであり、１ＭＨｚを超えるような高周波数帯域での使用には適さない。
【０００８】
さらに、基本成分組成が、Ｆｅ２Ｏ３：４４．０〜５０．０ｍｏｌ％（但し、５０．０ｍｏｌ％は除く）、ＺｎＯ：４．０〜２６．５ｍｏｌ％、ＴｉＯ２およびＳｎＯ２のうちの１種または２種０．１〜８．０ｍｏｌ％、残部ＭｎＯであり、かつ１５０Ωｍ以上の電気抵抗を有することを特徴とするＭｎＺｎ系フェライトが知られている（例えば、特許文献３参照。）。該ＭｎＺｎ系フェライトは、Ｆｅ２Ｏ３含有量を５０ｍｏｌ％未満とすることにより、その比抵抗が高められている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−１８０９２５号公報
【特許文献２】
特開平７−２３０９０９号公報
【特許文献３】
特許第３１０８８０３号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
高周波数帯域の電磁波の吸収に使用し得る電波吸収体は、比抵抗に加えて、透磁率および誘電率について適当な特性を発揮する必要がある。また従来の電波吸収体は、吸収可能な周波数帯域が狭く、フェライト焼結体のみから構成することができなかった。
【００１１】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電波吸収体に要求される特性を兼備して電波吸収特性に優れ、高周波数帯域でも使用可能であり、かつ安価なＭｎＺｎフェライトからなる電波吸収体を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題に鑑みて鋭意研究を行った結果、Ｆｅ２Ｏ３をその化学量論的組成である５０ｍｏｌ％より少ない量で含有し、同時にＭｎ２Ｏ３およびＦｅＯが極少量でしか存在しないＭｎＺｎ系フェライトは、従来では考えられなかったほどの高濃度でＣａＯを含有しても、フェライト焼結体の特性が低下しないことを発見した。そして該ＭｎＺｎフェライトは、フェライト材料かなるスピネル主相とＣａＯを主成分とする副相との比率を適宜変更することにより広範囲の高周波数帯域で効率良く電波を吸収する電波吸収体とし得ることを確認して本発明を完成させた。
【００１３】
従って、本発明は、Ｆｅ２Ｏ３：４０．０〜４９．９ｍｏｌ％、ＺｎＯ：４．０〜２６．５ｍｏｌ％、および残部ＭｎＯを含有するスピネル主相と、主成分としてＣａＯを含有する副相とからなり、スピネル主相の質量比がスピネル主相と副相との合計質量に対し５０〜９９ｍａｓｓ％であることを特徴とする電波吸収体に関する。
【００１４】
本発明の電波吸収体は、Ｆｅ２Ｏ３を４０．０〜４９．９ｍｏｌ％の量で含有し、その含有量はＦｅ２Ｏ３の化学量論的組成である５０ｍｏｌ％未満である。電波吸収体の製造では、軟磁性を劣化させるＭｎ３＋の生成を抑制するために還元性雰囲気での焼成を行うが、この際、５０ｍｏｌ％を超える分のＦｅ２Ｏ３が還元されてＦｅ２＋が生成し、ＭｎＺｎ系フェライトの比抵抗を低下させる。しかしながら本発明の電波吸収体では、Ｆｅ２Ｏ３の含有量が５０ｍｏｌ％未満であるため、Ｆｅ２＋の生成を防止することができる。これにより、還元性雰囲気で焼成した場合でも、本発明の電波吸収体中にはＦｅ２＋は殆ど存在しない。
【００１５】
従って、本発明の電波吸収体は、軟磁性および比抵抗の劣化の原因となるＭｎ３＋を殆ど含有せず、また比抵抗を著しく低下させるＦｅ２＋を殆ど含有しないので、高い比抵抗と良好な軟磁性を兼備することができる。好ましいＭｎ３＋の含有量はＭｎ２Ｏ３換算で０．８ｍｏｌ％以下であり、また好ましいＦｅ２＋の含有量もＦｅＯ換算で０．２ｍｏｌ％以下である。
【００１６】
本発明の電波吸収体におけるＺｎＯの含有量は４．０〜２６．５ｍｏｌ％である。ＺｎＯの含有量は少なすぎると電波吸収体の初透磁率が低下し、逆に高すぎると飽和磁化およびキュリー温度が低下する。
【００１７】
本発明の電波吸収体は、スピネル主相に加えて、主にＣａＯからなる副相を含有する。ＣａＯは、ＭｎＺｎ系フェライトに添加した場合、結晶粒界に偏析して高抵抗化することができるが、従来のＭｎＺｎ系フェライトではＣａＯを０．２０ｍａｓｓ％以上添加すると異常粒が発生して著しく特性を劣化させていた。これに対して本発明の電波吸収体では、上記のような組成、即ち５０ｍｏｌ％未満のＦｅ２Ｏ３を含有し、かつＭｎ２Ｏ３およびＦｅＯが極微量でしか存在しない組成のスピネル主相を採用することにより、ＭｎＺｎ系フェライトに１．００ｍａｓｓ％以上のＣａＯを添加しても異常粒は発生しない。
【００１８】
ＣａＯはＭｎＺｎフェライトの粒界層に絶縁層を形成するので、透磁率の大きなスピネル主相と、ＣａＯを含む非磁性の副相との混合比を適宜選択することによって、電波吸収体の透磁率を調節することができる。同様に、誘電率の大きなスピネル主相と、小さな副相との混合比を適宜選択することによって、電波吸収体の誘電率を調節することができる。但し、ＣａＯの含有量が多過ぎると軟磁性が低下し、また少なすぎると初透磁率および誘電率の制御ができないので、スピネル主相と副相との質量比は９９：１〜５０：５０の範囲内とする必要がある。
【００１９】
副相は、ＣａＯ以外に、ＭｎＺｎ系フェライトの添加剤として一般に用いられている成分を含有し得る。これらは焼結を促進する作用、高抵抗化する作用等を有し、例えばＳｉＯ２、Ｖ２Ｏ５、ＭｏＯ３、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＣｕＯ等である。但し、これらの添加剤の含有量が多過ぎると異常粒が成長してしまうため、それぞれの含有量はＳｉＯ２：１．００ｍａｓｓ％以下、Ｖ２Ｏ５：０．２０ｍａｓｓ％以下、ＭｏＯ３：０．２０ｍａｓｓ％以下、ＺｒＯ２：０．２０ｍａｓｓ％以下、Ｔａ２Ｏ５：０．２０ｍａｓｓ％以下、ＨｆＯ２：０．２０ｍａｓｓ％以下、Ｎｂ２Ｏ５：０．２０ｍａｓｓ％以下、そしてＣｕＯ：１２．００ｍａｓｓ％以下とするのが好ましい。
【００２０】
本発明の電波吸収体の製造では、スピネル主相の成分であるＦｅ２Ｏ３、ＺｎＯおよびＭｎＯの原料粉末を所定の比率で混合し、この混合粉末を仮焼した後に微粉砕する。仮焼温度はスピネル主相の組成により変化するが、８００〜１０００℃の範囲内で選択される。また、微粉砕は汎用のボールミル等を用いて行うことができる。こうして得られた混合粉末に、ＣａＯおよび所望による他の副成分の粉末を添加および混合して目標組成の混合粉末を得る。その後、通常のフェライト製造プロセスに従って造粒および成形し、そして１０００〜１３００℃で焼成する。造粒にはポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、メチルセルロース、ポリエチレンオキシド、グリセリン等のバインダーを添加する方法を、また成形には例えば８０ＭＰａ以上の圧力を加えて行う方法をそれぞれ採用することができる。また焼成および焼成後の冷却は、焼成炉中を窒素ガス等の不活性ガスで満たした後に酸素分圧を制御しながら行うことができる。大気中で焼成することもできる。
【００２１】
【実施例】
以下の例で本発明をより詳細に説明するが、これらの例は本発明をある特定の態様に制限することを意図しない。
【００２２】
実施例１〜３および比較例１〜２
表１に示す量のＦｅ２Ｏ３、ＺｎＯおよびＭｎＯの原料粉末をアトライターで混合した後、空気中、８５０℃で２時間仮焼きし、その後アトライターにて１時間粉砕した。この粉末に表１に示す量のＣａＯを添加してさらにアトライターにて１時間混合した。次いで該混合粉末にポリビニルアルコールを添加して造粒し、８０ＭＰａの圧力で成形した。その後、成形体を焼成炉に入れ、窒素ガスを導入して雰囲気を調整し、１２００℃で２時間焼成し、次いで冷却して外径７．０ｍｍ、内径３．０ｍｍ、高さ１０．０ｍｍの試料を得た。
上記で得られた試料について、滴定法を用いて試料中のＭｎ２Ｏ３およびＦｅＯを定量した。また同軸管Ｓパラメータ法を用いて異なる周波数における試料の透磁率および誘電率を測定し、反射減衰量を算出して電波吸収特定を評価した。結果を図１に図示する。
【表１】
2004247603.tif 000003
１）Ｆｅ２Ｏ３とＦｅＯを含めてＦｅ２Ｏ３とした。
２）ＭｎＯとＭｎ２Ｏ３を含めてＭｎＯとした。
３）スピネル主相と副相との合計に基く質量％
【００２３】
図１から明らかなように、実施例１および２の試料は共に３０〜５００ＭＨｚの周波数帯域で２０ｄＢ以上の反射減衰率を有しており、低周波用電波吸収体として十分に機能する。一方、実施例３の試料は、５００ＭＨｚ以上の周波数帯域で２０ｄＢ以上の反射減衰率を有しており、フェライト焼結体のみでも高周波用電波吸収体（５００〜１０００ＭＨｚ）となり得る。
これに対して比較例１の試料は、反射減衰率の曲線のピークがシャープであり、電波吸収体として使用した場合、吸収できる電磁波の帯域が狭い。また比較例２の試料は、磁性体であるスピネル主相の質量比が低過ぎるため、全帯域にわたり良好な電波吸収特性が得られない。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の電波吸収体は、ＭｎＺｎ系フェライトであるスピネル主相と、ＣａＯを主成分とする副相より構成し、スピネル主相と副相との比率を調節することにより、透磁率および誘電率を適切に制御して優れた電波吸収特性を達成し得る。該電波吸収体は高周波帯域での使用に適し、さらに吸収できる周波数帯域も広いものである。また本発明の電波吸収体はフェライト焼結体のみから構成されるので、電波吸収体の設計の自由度が大幅に拡大するのみならず、電波吸収体の放熱性の向上等の利点も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、各周波数における反射減衰率により、本発明の電波吸収体の電波吸収特性を示すグラフである。
【図１】
2004247603.tif 000004