JP2002198212A - 低損失酸化物磁性材料 - Google Patents

低損失酸化物磁性材料

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良夫 松尾
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁気損失の小さいＮｉ系フェライト材料を提
供する。 【解決手段】 Ｆｅ2 Ｏ3 ：４０〜５０ｍｏｌ％、Ｚｎ
Ｏ：２０〜３３ｍｏｌ％、ＣｕＯ：２〜１０ｍｏｌ％を
含有し、且つ、残部をＮｉＯとする組成のフェライト材
料に、ＭｎＯ2 を０．１〜１ｍｏｌ％添加して形成され
るＮｉ系フェライト材料である。このＮｉ系フェライト
材料は、従来のものに比べて磁気損失が小さいためコア
材として用いると好適であり、且つ、電気抵抗が高くコ
アに直接巻線することができるためコイル部品の小型・
軽量化が実現ができるものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、トランスやコイル
等に使用して好適な磁性材料に関し、特に、Ｎｉ系フェ
ライト材料を主原料とした磁気損失の低い酸化物磁性材
料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】トランスやコイル等のコア材としてＭｎ
系（Ｍｎ−Ｚｎ）やＮｉ系（Ｎｉ−Ｚｎ）のフェライト
材料が知られているが、従来では主にＭｎ系のフェライ
ト材料が使用されていた。この理由は、Ｍｎ系フェライ
ト材料はＮｉ系フェライト材料に比べて磁気損失が小さ
く、且つ、高い磁性特性を備えているからである。Ｍｎ
系フェライトコアを用いることにより高効率のコイル部
品を作製することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】近年、電子機器類の大
幅な小型化・軽量化が進み、前記コイル部品において
も、コイルを含む電子回路を一つの機能部品として一体
化し、そのまま他の電子機器に組み込めるようなモジュ
ール化（例えば、超小型DC-DCコンバータ、超小型イン
ダクター等）が強く要望されている。
【０００４】ところが、従来より使用のＭｎ系フェライ
ト材料は、低損失、高磁気特性ではあるが、電気抵抗が
低く直接コアに巻線をすることができないため、ボビン
や絶縁シート等を介した巻線形態を余儀なくされてお
り、この点がコイル部品の小型化に対する障害となって
いた。また、従来のＮｉ系フェライト材料にあっては、
Ｍｎ系に比べて電気抵抗が高いため直接コアに巻線する
ことが可能であって、この点は小型化に有利であるが、
その半面、磁気損失が大き過ぎて実用的でなかった。
【０００５】本発明は、前記した従来の問題に鑑みて成
されたもので、磁気損失の小さいＮｉ系フェライト材料
を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】すなわち、請求項１に記
載の酸化物磁性材料は、Ｆｅ2 Ｏ3 ：４０〜５０ｍｏｌ
％、ＺｎＯ：２０〜３３ｍｏｌ％ 、ＣｕＯ：２〜１０
ｍｏｌ％を含有し、且つ、残部をＮｉＯとする組成のフ
ェライト原料に、ＭｎＯ2 を０．１〜１ｍｏｌ％添加し
て形成することを特徴としている。また、請求項２に記
載の酸化物磁性材料は、前記ＭｎＯ2 が仮焼成後に添加
されることを特徴としている。また、請求項３に記載の
酸化物磁性材料は、格子定数が８．４０９０〜８．４１
０５Åであることを特徴としている。また、請求項４に
記載の酸化物磁性材料は、室温での保磁力が１６Ａ／ｍ
以下、且つ、８０℃での保磁力が４Ａ／ｍ以下であるこ
とを特徴としている。また、請求項５に記載の酸化物磁
性材料は、焼結密度が５．１５〜５．２０ｇ／ｃｃであ
ることを特徴としている。また、請求項６に記載の酸化
物磁性材料は、キュリー温度が１３０〜１５０℃である
ことを特徴としている。また、請求項７に記載の酸化物
磁性材料は、ＭｎＯ2 の粒子径が１００μｍ以下である
ことを特徴としている。
【０００７】上記組成成分の範囲内では、磁気損失の小
さいＮｉ系フェライト材料が得られる。これは、母粉体
中にＭｎＯ2 を添加すると、その含有量の増加に従って
フェライト結晶中の格子歪みが減少し、その結果、保磁
力が低下してヒステリシス損失が減少したためと考えら
れる。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を説明す
る。本発明は、Ｆｅ2 Ｏ3 ：４０〜５０ｍｏｌ％、Ｚｎ
Ｏ：２０〜３３ｍｏｌ％、ＣｕＯ：２〜１０ｍｏｌ％を
含有し、且つ、残部をＮｉＯとする組成のフェライト原
料に、ＭｎＯ2 を０．１〜１ｍｏｌ％添加して形成した
酸化物磁性材料（ＮｉＺｎフェライト）である。このＮ
ｉＺｎフェライトは電気抵抗が高く、且つ、磁気損失が
小さいため、コア材として使用すると小型・軽量で高効
率のコイル部品を作製することができる。
【０００９】
【実施例】次に、前記したＮｉＺｎフェライトの製造プ
ロセスを説明する。本実施例では、Ｆｅ2 Ｏ3 、Ｚｎ
Ｏ、ＮｉＯ、ＣｕＯ、ＭｎＯ2 の各粉末を表１に示す組
成となるように秤量し、ボールミルにて湿式混合（乾式
混合も可）した。乾燥後、この粉体を大気中８５０℃で
仮焼成し、ボールミルにて粉砕した。乾燥後、この粉体
を造粒してトロイダル形状にプレス成形すると共に、１
０９０℃付近の温度にて焼成（焼結）して試料（Ａ〜
Ｅ）の組成成分を有するトロイダルコアを得た。ここ
で、前記仮焼成は、フェライト化する反応をある程度進
めて後工程の焼結における焼き縮みの制御を容易にする
と共に、加熱時にガスを発生する原料を分解することを
目的として行われるものである。尚、表１によれば、Ｆ
ｅ2 Ｏ3 、ＺｎＯ、ＣｕＯは本発明の組成成分範囲内の
一定の量とし、ＮｉＯについてはＭｎＯ2 と置換するモ
ル比に調製した。
【００１０】 〔表１〕 （ｍｏｌ％） 試料 Ｆｅ2 Ｏ3 ＺｎＯ ＮｉＯ ＣｕＯ ＭｎＯ2 Ａ ４９．５ ３１ １４．５ ５ ０ Ｂ ４９．５ ３１ １４．３ ５ ０．２ Ｃ ４９．５ ３１ １４．１ ５ ０．４ Ｄ ４９．５ ３１ １３．９ ５ ０．６ Ｅ ４９．５ ３１ １３．６ ５ ０．９
【００１１】上記試料（Ａ〜Ｅ）について特性評価を行
い、その結果を図１〜図５に示した。以下、図１〜図５
に基づいてＭｎＯ2 の添加量がフェライトの結晶構造や
磁気特性に及ぼす影響につて考察する。
【００１２】図１はＭｎＯ2 の量と格子定数の関係を示
している。図１によれば、本発明のＮｉＺｎフェライト
では、ＭｎＯ2 の含有量を増加すると格子定数が大きく
なる傾向を示している。
【００１３】上記結果は、単にイオン半径０．７２Åの
Ｎｉ2+イオンとイオン半径０．５４ÅのＭｎ4+ イオン
が置換（substitution）すれば格子定数は減少するとい
う予想に反するものである。尚、他の金属イオン（６配
位イオン半径／Ｆｅ3+：０．６４Å，Ｚｎ2+：０．７４
Å，Ｃｕ2+ ：０．６〜０．９Å）と置換しても同様の
傾向が得られると予想される。これは、ＭｎＯ2 粉末を
添加することにより、Ｍｎ4+ イオンが金属イオンサイ
トへ置換したのではなく、イオン結晶間へ侵入（inters
titial）したものと推定され、その結果、各イオン間の
距離が大きくなったものと考えられる。
【００１４】尚、Ｍｎ4+ イオンを侵入し易くするに
は、母粉体に添加するＭｎＯ2 の粒子径を１００μｍ以
下とすると好適であり、加えて、ＭｎＯ2 粉末の添加プ
ロセスを仮焼成後とするとより効果的であると思われ
る。
【００１５】図２は、ＭｎＯ2 の量とコア損失（５０ｋ
Ｈｚ，１５０ｍＴ，８０℃）の関係を示している。図２
によれば、コア損失値はＭｎＯ2 の含有量が増加するに
従って減少し、ＭｎＯ2 の含有量が０．６ｍｏｌ％付近
で最小となった。この要因を確認するため、ＭｎＯ2 量
に対する保磁力値の変化を測定し、測定結果を図３に示
した。図３において、特性は室温（２５℃）における
保磁力の変化、特性は８０℃における保磁力の変化を
示し、何れの条件においても、ＭｎＯ2 の含有量が０．
６ｍｏｌ％付近で保磁力は最小となった。更に、焼結密
度との関係は図４の通りであり、ＭｎＯ2 の含有量が
０．６ｍｏｌ％付近で焼結密度は最大となった。
【００１６】上記した図３と図４の測定結果から、コア
損失が低下した要因は、ＭｎＯ2 の含有量が増加したこ
とによりフェライト結晶の歪みや結晶中の応力が減少し
たためと推定される。内部応力や保磁力が増加すると初
透磁率は減少することが知られており、これは、内部応
力によって磁壁の移動が妨げられるためである。つま
り、図１に示したように、格子定数が大きくなるとＮｉ
Ｚｎフェライトのスピネル結晶を形成するイオン配列の
歪みや応力が緩和され、その結果、図３に示したように
保磁力が低下し、これに依存するヒステリシス損失が小
さくなってコア損失値が減少したものと考えられる。
【００１７】また、図５に示す格子定数とキュリー温度
の関係より、ＭｎＯ2 の量を０〜０．９ｍｏｌ％まで変
化させると（即ち、低コア損失が得られる格子定数範
囲）、キュリー温度は１３０〜１５０℃まで変化するこ
とが確認された。
【００１８】以上の見知に加え、ＮｉＺｎフェライトの
製造プロセスにおいて焼成条件（温度、雰囲気、時間
等）を最適化することにより、より低損失の酸化物磁性
材料を得るすることができる。因みに、従来のＮｉＺｎ
フェライト材料と本発明のＮｉＺｎフェライト材料
のコア損失（５０ＫＨｚ、１５０ｍＴ）を比較すると図
６の通りであり、図６によれば、本発明では従来品に比
べて約４０％の低減を図ることができた。
【００１９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来のＮｉ系フェライト材料の組成にＭｎＯ2 を添加す
ることにより、磁気損失を大幅に低減することができ
る。従って、これを用いたフェライトコアは、抵抗が高
くコアに直接巻線することができるため小型化が可能と
なり、これにより、小型・軽量で高効率のコイル部品を
実現することができ、ひいては近年の電子機器類の小型
・軽量化に十分寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＮｉＺｎフェライトにおけるＭｎ
Ｏ2 の含有量と格子定数の関係を示す図である。
【図２】同、ＮｉＺｎフェライトにおけるＭｎＯ2 の含
有量とコア損失の関係を示す図である。
【図３】同、ＮｉＺｎフェライトにおけるＭｎＯ2 の含
有量と保磁力の関係を示す図である。
【図４】同、ＮｉＺｎフェライトにおけるＭｎＯ2 の含
有量と焼結密度の関係を示す図である。
【図５】同、ＮｉＺｎフェライトにおける格子定数とキ
ュリー温度の関係を示す図である。
【図６】ＮｉＺｎフェライトのコア損失を示す図であ
る。
フロントページの続き (72)発明者 友澤 利昭 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電気 化学株式会社内 Ｆターム(参考） 4G002 AA07 AB01 AE02 4G018 AA01 AA21 AA23 AA24 AA25 5E041 AA11 AA19 AB01 BD01 CA02 HB01 HB17 NN06 NN12 NN18

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 Ｆｅ2 Ｏ3 ：４０〜５０ｍｏｌ％、Ｚｎ
    Ｏ：２０〜３３ｍｏｌ％ 、ＣｕＯ：２〜１０ｍｏｌ％
    を含有し、且つ、残部をＮｉＯとする組成のフェライト
    原料に、ＭｎＯ2 を０．１〜１ｍｏｌ％添加して成るこ
    とを特徴とする低損失酸化物磁性材料。
  2. 【請求項２】 前記ＭｎＯ2 が仮焼成後に添加されるこ
    とを特徴とする請求項１に記載の低損失酸化物磁性材
    料。
  3. 【請求項３】 格子定数が８．４０９０〜８．４１０５
    Åであることを特徴とする請求項１または請求項２の何
    れかに記載の低損失酸化物磁性材料。
  4. 【請求項４】 室温での保磁力が１６Ａ／ｍ以下、且
    つ、８０℃での保磁力が４Ａ／ｍ以下であることを特徴
    とする請求項１から請求項３までの何れかに記載の低損
    失酸化物磁性材料。
  5. 【請求項５】 焼結密度が５．１５〜５．２０ｇ／ｃｃ
    であることを特徴とする請求項１から請求項４までの何
    れかに記載の低損失酸化物磁性材料。
  6. 【請求項６】 キュリー温度が１３０〜１５０℃である
    ことを特徴とする請求項１から請求項５までの何れかに
    記載の低損失酸化物磁性材料。
  7. 【請求項７】 ＭｎＯ2 の粒子径が１００μｍ以下であ
    ることを特徴とする請求項１から請求項６までの何れか
    に記載の低損失酸化物磁性材料。
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