JP2001151564A - 高飽和磁束密度フェライト材料及びこれを用いたフェライトコア - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】Bs値が4000ガウスを越え、室温で１０⁸Ω・cm以
上の高抵抗、500以上の高い透磁率を示し、且つ易焼結
である高飽和磁束密度フェライト材料を提供する。 【解決手段】 48〜50モル%のFe₂O₃、1〜5モル%のCuOと
0.1〜1モル%のMnOを含有し、且つZnO/NiOのモル比が1〜
1.6である主成分中に、副成分として、0.01〜0.2重量部
のMgO、0.05〜0.5重量部のSiO₂、0.05〜0.5重量部のAl₂
O₃及び0.01〜0.2重量部のCr₂O₃を含有し、さらに好まし
くは、副成分として0.001〜0.1重量部のZrO₂及び0.001
〜0.1重量部のY₂O₃を含有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フェライト材料組
成物に関する。特に、高飽和磁束密度、高透磁率、高抵
抗及び易焼結を示すフェライト材料、及びこれを用いた
フェライトコアに関する。

【０００２】

【従来の技術】Ni-Zn系のフェライト材料は、インダク
ター・変圧器・安定器・電磁石・ノイズ除去等のコアとして
広く使用されている。

【０００３】特に、近年、携帯電話やノート型パソコン
等、バッテリー駆動の携帯機器の小型・薄型化の進展と
共に、これらの携帯機器に求められる電源も小型・薄型
化の要求が強くなっている。そこで、上記ノイズ除去用
のコアも小型化されることから大きな電流を流しにくく
なっており、体積が小さくても大きな電流を流すことの
出来るフェライト材料が求められ、飽和磁束密度の大き
いフェライト材料が望まれている。

【０００４】即ち、フェライト材料をコア形状とし、巻
き線を施してコイルとした場合に、巻き線に加える電流
を大きくするほど生じる磁束密度が大きくなるが、ある
一定値で飽和してそれ以上にはならないという特性があ
る。この時の磁束密度が飽和磁束密度（以下Bs値）であ
り、このBs値を超える範囲の電流を流すと発熱等の不都
合が生じてしまう。従って、Bs値が大きいほど大きな電
流を流すことが出来るのである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、一般的に用
いられるNi-Zn系フェライトでは、Bs値が4000ガウス以
下と低いという問題があった。また、高いBs値を示す金
属磁性体であるMn-Zn系フェライト材等では、その抵抗
値が低く、スイッチング電源用チョークコイル用等に適
用すると、コアに直接巻き線したものは使用できないと
いう問題があった。

【０００６】一方、Ni-Zn系フェライトにおいて各種添
加物を加えることによって特性を高めることも提案され
ているが、いずれも上記問題を解決するものではなかっ
た。すなわち、例えば特開平1-103953号公報においては
Bi₂O₃、SiO₂等を添加することにより、Bsおよび透磁率
を大きくする試みがなされているが上記問題を解決でき
なかった。また、特開平4-57620号公報においてはFe-Ni
-Zn-Cu系の組成比を変えることによりBsを大きくする試
みがなされているが上記問題を解決できなかった。さら
に、特開平6-295811号公報においてはMoO₃を添加してい
るが上記問題を解決できなかった。

【０００７】そこで、本発明は、Bs値が4000ガウスを越
え、室温で１０⁸Ω・cm以上の高抵抗、500以上の高い透
磁率を示し、且つ易焼結である高飽和磁束密度のNi-Zn
系フェライト材料を得ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決する為の手段】本発明の高飽和磁束密度フ
ェライト材料は、Fe、Zn、Ni、Cu及びMnの酸化物をFe₂O
₃、ZnO、NiO、CuO及びMnO換算で、48〜50モル%のFe
₂O₃、1〜5モル%のCuOと0.1〜1モル%のMnOを含有し、且
つZnO/NiOのモル比が1〜1.6である主成分中に、副成分
としてMg、Si、Al及びCrの酸化物を、それぞれMgO、SiO
₂、Al₂O₃及びCr₂O₃換算で、0.01〜0.2重量部のMgO、0.0
5〜0.5重量部のSiO₂、0.05〜0.5重量部のAl ₂O₃及び0.01
〜0.2重量部のCr₂O₃を含有する事を特徴とする。

【０００９】また、本発明の高飽和磁束密度フェライト
材料は、上記本発明の高飽和磁束密度材料100重量部に
対して、更に副成分としてZr及びYの酸化物をZrO₂及びY
₂O₃換算で、0.001〜0.1重量部のZrO₂及び0.001〜0.1重
量部のY₂O₃を含有することを特徴とする。

【００１０】また、上記主成分と副成分の合計含有量
(後の表現においては、これを成分含有量と記載する)が
99〜99.99重量%であり、平均結晶粒径が5〜50μmであ
り、焼結密度が5.1g/cm³以上であることを特徴とする。

【００１１】更に、本発明のフェライトコアは、本発明
の高飽和磁束密度フェライト材料でもって所定形状にな
したことを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の高飽和磁束密度フェライ
ト材料は、、Ni-Zn-Cu-Mn系フェライトに対して、所定
のMgO、SiO₂、Al₂O₃及びCr₂O₃並びに必要に応じてZrO₂
及びY₂O₃を添加すること、さらに好ましくは所定の成分
含有量、平均結晶粒径そして、焼結密度を満足すること
によって、Bs値が4000ガウス以上、好適には4300ガウス
以上となり、室温で１０⁸Ω・cm以上の高抵抗、500以上
の高い透磁率を示し、且つ易焼結である高飽和磁束密度
のフェライト材料を得られることが特徴である。

【００１３】本発明において、主成分の組成比を上記範
囲とした理由は以下の通りである。Fe₂O₃を48〜50モル%
としたのは、Fe₂O₃が48モル%未満ではBs値と透磁率が低
下し、50モル%を超えると抵抗値が低下するためであ
る。

【００１４】CuOを1〜5モル%としたのは、CuOが1モル%
未満では焼結性が低下し、5モル%を超えると透磁率、Bs
値が低下するためである。

【００１５】MnOを0.1〜1モル%としたのは、この範囲外
では透磁率、Bs値が低下するためである。

【００１６】また、ZnO/NiO=1.0〜1.6としたのは、1.0
未満では透磁率が低下し、1.6を超えるとBs値が低下す
る為である。

【００１７】また、副成分のMgO、SiO₂及びAl₂O₃は、抵
抗値を高くする作用を成す。即ち、上記主成分では、Fe
₂O₃の量が比較的多い為、抵抗値低下が起こりやすい
が、抵抗値低下抑制剤としてMgO、SiO₂及びAl₂O₃を成分
とすることにより抵抗値を高めている。

【００１８】ここで、MgOを0.01〜0.2重量部としたの
は、0.01重量部未満では、抵抗値が低下し、0.2重量部
を超えると透磁率とBs値が低下するためである。

【００１９】また、SiO₂を0.05〜0.5重量部としたの
は、0.05重量部未満では抵抗値が低下し、0.5重量部を
超えると透磁率とBs値が低下するためである また、Al₂O₃を0.05〜0.5重量部としたのは、0.05重量部
未満では抵抗値が低下し、0.5重量部を超えると透磁率
とBs値が低下するためである また、Cr₂O₃を0.01〜0.2重量部としたのは、0.05重量部
未満ではBs値が低下し、0.2重量部を超えると透磁率とB
s値が低下するためである また、本発明で副成分としてZrO₂及びY₂O₃を添加するこ
とによりさらにBs値を高くすることができる。ZrO₂及び
Y₂O₃の添加量を共に0.001〜0.1重量部としたのは、0.00
1重量部未満では透磁率が低下し、0.1重量部を超えると
透磁率とBs値が低下する為である。

【００２０】また、本発明においては、さらに高い透磁
率及び高いBs値を同時に実現するために、高飽和磁束密
度フェライト材料の成分含有量を99〜99.99重量%とす
る。この数値に限定される理由は、99重量%未満では、
非磁性体の影響により、更に透磁率及びBsを同時に高く
することができない。一方、99.99重量%を超える成分含
有量のものを得ることは原料精製上大変困難である為で
ある。

【００２１】なお、本発明の高飽和磁束密度フェライト
材料は上記成分以外のものを含んでもよい。たとえば、
CaO、K₂O、P₂O₅、WO₃、PbO、CoO等をいずれも0.05重量
部未満の範囲で含んでもよい。

【００２２】また、本発明においては、更に高い透磁率
及び高いBs値を同時にを実現するために、高飽和磁束密
度フェライト材料の平均結晶粒径を5〜50μmとする。こ
の数値に限定される理由は、5μm未満又は50μmを超え
ると、更に透磁率及びBs値を同時に高くすることが出来
ない為である。

【００２３】また、本発明においては、さらに高い透磁
率及び高いBs値を同時に実現するために、高飽和磁束密
度フェライト材料の焼結密度を5.1g/cm³以上とする。こ
の数値に限定される理由は、5.1g/cm³未満では、実効的
な磁性体占有率が低くなるため、更に透磁率及びBs値を
同時に高くすることが出来ないためである。

【００２４】本発明のNi-Zn系フェライト材料の製造方
法は、例えばFe、Zn、Ni、Cu及びMnの酸化物あるいは焼
成により酸化物を生成する炭酸塩、硝酸塩等の金属塩を
用い、これらを前述した範囲になるように主成分の各原
料を調合し、振動ミル等で粉砕混合した後仮焼し、この
仮焼粉体に例えばMg、Si、Al、Cr、Zr及びYの酸化物あ
るいは焼成により酸化物を生成する炭酸塩、硝酸塩等の
金属塩を用い、これらを前述した範囲になるように副成
分を加え、ボールミルで粉砕した後、バインダーを加え
て造粒し、得られた粉体をプレス成形にて所定形状に成
形し、950〜1400℃の範囲で焼成する事によって得られ
る。

【００２５】また、副成分は仮焼後に加えることを拘束
するのではなく、仮焼前に主成分へ加えても特性に何ら
影響するものではない。

【００２６】また、本発明は、上記のNi-Zn系フェライ
ト材料を用いてフェライトコアを形成したことを特徴と
する。

【００２７】ここで、フェライトコアとしては、図１
(a)に示すようなリング状のトロイダルコア１、あるい
は、図１(b)に示すようなボビン状コア２とすれば良
く、それぞれ巻き線部1a、2aに巻き線を施す事によって
コイルとすることができる。

【００２８】この様な本発明のNi-Zn系フェライトコア
は、特に、DC-DCコンバーター等、各種電気の電源のト
ランス等やノイズ除去用のチョークコイル等に好適に使
用することが出来る。

【００２９】

【実施例】実施例１ 表１に示すFe₂O₃、CuO、MnO及びZnO/NiOから成る主成分
を振動ミルで混合した後、800℃〜950℃で仮焼した。こ
の仮焼粉体100重量部に対して0.1重量部のMgO、0.1重量
部のSiO₂、0.1重量部のAl₂O₃及び0.05重量部のCr₂O₃か
ら成る副成分を添加し、ボールミルにて粉砕した後、所
定のバインダーを加えて造粒し、圧縮成型して図１に示
すトロイダルコア１の形状に成形し、この成形体を950
℃〜1400℃で焼成し、これによって試料No.1〜18を作製
した。この焼成において、焼結性の良否を○と×で2分
した。○は1400℃以下で焼結する場合であり、×は1400
℃を超える温度にまで高めることで焼結する場合であ
る。なお、いずれの試料も平均結晶粒径は、3μm以上で
焼結密度は、5.0g/cm³以上であった。また、上記成分含
有量は、98.5重量%以上であった。

【００３０】得られた焼結体をトロイダルコア1とし、
これに線径0.2mmの被膜銅線を７ターン巻き付けて100kH
zで初透磁率を測定した。次に、トロイダルコア1に、図
２に示すように線径0.2mmの被膜銅線を用いて一次側巻
き線3を100ターン、二次側巻き線4を30ターン巻き付け
て、一次側巻き線３に電源５を、二次側巻き線４に磁束
計６をそれぞれ接続し、100Hz、100エルステッドの条件
でBs値を測定した。また、抵抗値はJIS C-2141の規格に
添って測定を行った。

【００３１】結果は、表１に示す通りである。この結果
より、Fe₂O₃の含有量が、48モル%未満の試料(No.1)では、
Bs値及び透磁率が低かった。一方、Fe₂O₃が50モル%を超
える試料(No.2)は抵抗値が低かった。また、CuOの含有
量が1モル%未満の試料(No.3)では焼結性が悪く、5モル%
を超える試料(No.4)では透磁率及びBs値が低くかった。
また、MnOの含有量が、0.1モル%未満で1モル%を超える
試料(No.5、6)では透磁率及びBs値が低くかった。ま
た、Zn/Ni比が1.0未満の試料(No.7)では透磁率が低く、
Zn/Ni比が1.6を超える試料(No.8)では、Bs値が低かっ
た。

【００３２】これらに対し、48〜50モル%のFe₂O₃、1〜5
モル%のCuOと0.1〜1モル%のMnO及びZnO/NiOのモル比を1
〜1.6とした本発明の実施例(No.9〜18)では、透磁率が5
00以上で、焼結性も良好で、抵抗値１０⁸Ω・cm以上で、
且つBs値4000ガウス以上と高いことが分かった。

【００３３】同様に、表1のNo.9〜No.18に示した主成分
に対し、副成分として0.01〜0.2重量部のMgO、0.05〜0.
5重量部のSiO₂、0.05〜0.5重量部のAl₂O₃及び0.01〜0.2
重量部のCr₂O₃を添加した結果、透磁率が500以上で、焼
結性も良好で、抵抗値１０ ⁸Ω・cm以上で、且つBs値4000
ガウス以上と良好な結果が得られた。

【００３４】

【表１】

【００３５】実施例２ 次に、主成分を49.5モル%のFe₂O₃、4モル%のCuO、0.2モ
ル%のMnO、0.2モル%及びZnO/NiO=1.4と固定し、副成分
のMgO、SiO₂、Al₂O₃及びCr₂O₃を表２に示すように幾通
りにも変化させ、その他条件は、上記実施例１と同様に
してトロイダルコア１の形状をなす試料No.19〜36を得
た。なお、いずれの試料も平均結晶粒径は、3μm以上で
焼結密度は、5.0g/cm³以上であった。また、上記成分含
有量は、98.5重量%以上であった。

【００３６】得られた焼結体に対して、実施例１と同様
にして透磁率、Bs値及び抵抗値を測定したところ、表２
に示すような結果が得られた。

【００３７】この結果よりMgOが0.01重量部未満の試料
(No.19)では、抵抗値が低かった。一方、MgOが0.2重量
部を超える試料(No.20)では、透磁率及びBs値が低かっ
た。また、SiO₂が0.05重量部未満の試料(No.21)では、
抵抗値が低かった。一方、SiO₂が0.5重量部を超える試
料(No.22)では、透磁率及びBs値が低かった。また、Al₂
O ₃が0.05重量部未満の試料(No.23)では、抵抗値が低か
った。一方、Al₂O₃が0.5重量部を超える試料(No.24)で
は、透磁率及びBs値が低かった。また、Cr₂O₃が0.01重
量部未満の試料(No.25)ではBs値が低く、0.2重量部を超
える試料(No.26)では、透磁率及びBs値が低かった。

【００３８】これに対し、MgOの添加量を0.01〜0.2重量
部、SiO₂の添加量を0.05〜0.5重量部、Al₂O₃の添加量を
0.05〜0.5重量部、Cr₂O₃の添加量を0.01〜0.2重量部と
した本発明の実施例(No.27〜36)では、透磁率が500以上
で、抵抗値１０⁸Ω・cm以上と高くBs値4000ガウス以上と
高いことがわかった。

【００３９】同様に、主成分が48〜50モル%のFe₂O₃、1
〜5モル%のCuOと0.1〜1モル%のMnOを含有し、且つZnO/N
iOのモル比が1〜1.6の範囲において表２のNo.27〜36に
示した副成分を添加した結果、透磁率500以上、抵抗値
１０⁸Ω・cm以上と高く、Bs値も4000ガウス以上と良好な
結果が得られた。

【００４０】

【表２】

【００４１】実施例３ 次に、主成分を49.5モル%のFe₂O₃と 4モル%のCuO、0.2
モル%のMnOとZn/Ni=1.4とし、副成分であるMgOを0.2重
量部、SiO₂を0.5重量部、Al₂O₃を0.5重量部とCr₂O₃を0.
02重量部に固定し、Fe₂O₃、CuO、MnO、ZnO、NiO、MgO、
SiO₂、Al₂O₃およびCr₂O₃の合計１００重量部に対して、
副成分のZrO₂とY₂O₃を表３に示すように変化させて、そ
の他条件は上記実施例１と同様にしてトロイダルコア１
の形状をなす試料No.37〜45を得た。なお、いずれの試
料も平均結晶粒径は3μm以上で、焼結密度は5.0g/cm³以
上であった。また、上記成分含有量は98.5重量%以上で
あった。

【００４２】得られた焼結体に対して、実施例１と同様
にして透磁率、Bs値及び抵抗値を測定したところ、表３
に示すような結果が得られた。

【００４３】この結果より、ZrO₂とY₂O₃を添加していな
い本発明の試料(No.37)は、Bsが4110ガウスと優れた特
性が得られた。また、ZrO₂とY₂O₃を添加した結果、Bs40
00以上、透磁率500以上、抵抗値１０⁸Ω・cm以上が得ら
れた。ZrO₂とY₂O₃を添加した試料のうち、ZrO₂の添加量
が0.001〜0.1重量部、Y₂O₃の添加量が0.001〜0.1重量部
である本発明の実施例(No.42〜45)では、透磁率500以
上、抵抗値１０⁸Ω・cm以上、Bs値4300ガウス以上と高く
更に優れた特性が得られた。。

【００４４】同様に、主成分が48〜50モル%のFe₂O₃、1
〜5モル%のCuOと0.1〜1モル%のMnOを含有し、且つZnO/N
iOのモル比が1〜1.6で、副成分が0.01〜0.2重量部のMg
O、0.05〜0.5重量部のSiO₂、0.05〜0.5重量部のAl₂O₃及
び0.01〜0.2重量部のCr₂O₃の範囲において、表３のNO.4
2〜45に示したZrO₂とY₂O₃を添加した結果、焼結性が良
好で、透磁率500以上、抵抗値１０⁸Ω・cm以上、且つBs
値4300ガウス以上と優れた特性が得られた。

【００４５】

【表３】

【００４６】実施例４ 次に、主成分を49.5モル%のFe₂O₃と 4モル%のCuO、0.2
モル%のMnOとZn/Ni=1.4とし、副成分であるMgOを0.1重
量部、SiO₂を0.1重量部、Al₂O₃を0.1重量部とCr₂O₃を0.
05重量部に固定し、ZrO2及びY2O3の添加量、成分含有
量、平均結晶粒径と焼結密度を表４に示すように変化さ
せて、その他条件は上記実施例１と同様にしてトロイダ
ルコア１の形状をなす試料No.46〜61を得た。

【００４７】得られた焼結体に対して、実施例１と同様
にして透磁率、Bs値及び抵抗値を測定したところ、表４
に示すような結果が得られた。また、各試料の焼結密度
はアルキメデス法によって測定した。

【００４８】この結果より、平均結晶粒径が5〜50μmの
範囲外の試料(No.46、47、56、57)では、透磁率とBs値
を更に高くできなかった。

【００４９】これに対し成分含有量が99〜99.99重量%で
あり、平均結晶粒径が5〜50μmであり、焼結密度が5.1g
/cm³以上でZrO₂とY₂O₃を含有しない実施例(No.48〜55)
では、透磁率が500以上、抵抗値も１０⁸Ω・cm以上で、B
s値は4300ガウス以上と優れた特性が得られた。また、Z
rO₂及びY₂0₃を含有した実施例(No.58〜65)では、透磁率
600以上、抵抗値１０⁸Ω・cm以上でBs値4500ガウス以上
と更に優れた特性が得られた。

【００５０】同様に、主成分が48〜50モル%のFe₂O₃、1
〜5モル%のCuOと0.1〜1モル%のMnOを含有し、且つZnO/N
iOのモル比が1〜1.6で、副成分が0.01〜0.2重量部のMg
O、0.05〜0.5重量部のSiO₂、0.05〜0.5重量部のAl₂O_{3 、}
及び0.01〜0.2重量部のCr₂O₃の範囲について表４のNo.4
6〜61の範囲で副成分、成分含有量、平均結晶粒径、結
晶密度を変化させた結果、優れた特性が得られた。

【００５１】

【表４】

【００５２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、Fe、Zn、
Ni、Cu及びMnの酸化物をFe₂O₃、ZnO、NiO、CuO及びMnO
換算で、48〜50モル%のFe₂O₃、1〜5モル%のCuOと0.1〜1
モル%のMnOを含有し、且つZnO/NiOのモル比が1〜1.6で
ある主成分中に、副成分としてMg、Si、Al、Cr、Zr及び
Yの酸化物をMgO、SiO₂、Al₂O₃、Cr₂O₃、ZrO₂及びY₂O₃換
算で、0.01〜0.2重量部のMgO、0.05〜0.5重量部のSi
O₂、0.05〜0.5重量部のAl₂O₃及び0.01〜0.2重量部のCr₂
O₃、0.001〜0.1重量部のZrO₂及び0.001〜0.1重量部のY₂
O₃を含有し、上記主成分と副成分の合計含有量が99〜9
9.99重量%であり、平均結晶粒径が5〜50μmであり、焼
結密度が5.1g/cm³以上であることにより、優れた焼結
性、透磁率及び抵抗値を維持したまま、Bs値を4000ガウ
ス以上と優れた特性が得られる。

【００５３】また、本発明によれば、上記高飽和磁束密
度フェライト材料でフェライトコアを形成したことによ
って、小型にしても大きな電流を流すことが可能とな
る。従って、このフェライトコアを電源用に用いれば、
各種電子機器の小型化に貢献することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）（ｂ）は本発明のフェライトコアを示す
図である。

【図２】本発明のフェライトコアの特性を測定する方法
を示す図である。

【符号の説明】

１：トロイダルコア １ａ：巻線部 ２：ボビンコア ２ａ：巻線部 ３：一次側巻線 ４：二次側巻線 ５：電源 ６：磁束計

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Fe、Zn、Ni、Cu及びMnの酸化物をFe₂O₃、Z
   nO、NiO、CuO及びMnO換算で Fe₂O₃：48〜50モル% CuO：1〜5モル% MnO：0.1〜1モル% を含有し、残部をなすZnO/NiOのモル比が1〜1.6である
   主成分中に、副成分としてMg、Si、Al及びCrの酸化物
   を、それぞれMgO、SiO₂、Al₂O₃及びCr₂O₃換算で、 MgO：0.01〜0.2重量部 SiO₂：0.05〜0.5重量部 Al₂O₃：0.05〜0.5重量部 Cr₂O₃：0.01〜0.2重量部 を含有することを特徴とする高飽和磁束密度フェライト
   材料。
2. 【請求項２】請求項１記載の高飽和磁束密度フェライト
   材料の主成分と副成分の合計100重量部に対して、副成
   分として更にZr及びYの酸化物をZrO₂及びY₂O₃換算で、 ZrO₂：0.001〜0.1重量部 Y₂O₃：0.001〜0.1重量部 を含有することを特徴とする高飽和磁束密度フェライト
   材料。
3. 【請求項３】上記主成分と副成分の合計含有量が99〜9
   9.99重量%、平均結晶粒径が5〜50μm、且つ焼結密度が
   5.1g/cm³以上であることを特徴とする請求項１又は２記
   載の高飽和磁束密度フェライト材料
4. 【請求項４】請求項１乃至３に記載した高飽和磁束密度
   フェライト材料を所定形状に形成したことを特徴とする
   フェライトコア。