JP2005213092A

JP2005213092A - フェライト材料

Info

Publication number: JP2005213092A
Application number: JP2004022124A
Authority: JP
Inventors: Rei Hanamura; 玲花村; Masayuki Inagaki; 正幸稲垣
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 2004-01-29
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】添加する副成分には鉛やクロムなどの環境面に不適切な重金属類を使用しなく、熱衝撃に対する耐性を向上でき、機械的な強度も高いフェライト材料を提供すること
【解決手段】主成分はＦｅ₂Ｏ₃が４０〜５０モル％，ＺｎＯが１０〜３５モル％，ＣｕＯが３〜１０モル％，ＮｉＯが残り全量のモル％とし、副成分はＺｒＯ₂が０．０３〜０．１７ｗｔ％，ＳｉＯ₂が１．０〜３．０ｗｔ％の組成とし、所定に成形して焼成する。副成分にはＣｏ₂Ｏ₃を０．１〜０．５ｗｔ％の組成に追加して添加することもよい。主成分がＦｅ₂Ｏ₃，ＺｎＯ，ＣｕＯ，ＮｉＯであるＮｉ−Ｚｎ系のフェライト材料は、副成分にＺｒＯ₂，ＳｉＯ₂を適量に添加することでは、図示した試料１２，１４，１５，１６，１８のように、コア破損率を３０［％］以下に得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｎｉ−Ｚｎ系のフェライト材料に関するもので、より具体的には、はんだ槽に浸け込むディッピング工程などの温度上昇に起因した熱衝撃に対する耐性の改良に関する。

よく知られるように、Ｎｉ−Ｚｎ系のフェライト材料は、抵抗率が高いため、高い周波数帯域で損失を少なくでき、高周波用のコア材料に用いられることが多い。コイル部品やトランス部品としては、コア形状を例えばドラム形状とし、そのコアに巻線を所定のターン数巻き付けすることになる。

そうした電子部品への適用では、端子部の接続や基板へ実装するため、はんだ付けを行うが、例えば、はんだ槽に浸け込むディッピング工程では、溶融はんだは４００℃以上の高温度であるためコアに大きな熱応力がかかり、その熱衝撃のためひび割れが生じ、破損してしまう問題がある。

熱衝撃の緩和には、コアを予め加熱しておく方法が有効ではあるが、これには予備加熱の工程が増して煩雑であり生産効率が低下する。そこで、例えば特許文献１〜４などに見られるように、フェライト材料そのものについて、熱衝撃に対する耐性を改善するようにした提案がある。つまり特許文献１〜４では、Ｎｉ−Ｚｎ系のフェライト材料に添加させる副成分を所定に設定し、明示した配合組成において熱衝撃の耐性が向上すると述べている。

特開平５−１５５６２７号公報特開平９−２７０３１４号公報特開平１１−３５３６９号公報特開平１０−９７９１５号公報

しかしながら、そうした従来のフェライト材料では以下に示すような問題がある。言うまでもなく、工業製品の製造では地球環境の面にも充分な配慮が必要である。そうした面で見ると、特許文献１，２のものでは副成分に酸化鉛（ＰｂＯ）を添加しており、特許文献３，４のものでは副成分に酸化クロム（Ｃｒ₂Ｏ₃）を添加している。これらの鉛やクロムなどの重金属類は環境面から使用しないことが望ましい。

この発明は上記した課題を解決するもので、その目的は、添加する副成分には鉛やクロムなどの環境面に不適切な重金属類を使用しなく、熱衝撃に対する耐性を向上でき、機械的な強度も高いフェライト材料を提供することにある。

上記した目的を達成するために、本発明に係るフェライト材料は、主成分はＦｅ₂Ｏ₃が４０〜５０モル％，ＺｎＯが１０〜３５モル％，ＣｕＯが３〜１０モル％，ＮｉＯが残り全量のモル％とし、添加する副成分はＺｒＯ₂が０．０３〜０．１７ｗｔ％，ＳｉＯ₂が１．０〜３．０ｗｔ％の組成にした。
また、前記組成において、Ｃｏ₂Ｏ₃を０．１〜０．５ｗｔ％の組成に追加して添加するようにすると好ましい。

係る構成にすることにより、本発明では、主成分がＦｅ₂Ｏ₃，ＺｎＯ，ＣｕＯ，ＮｉＯであるＮｉ−Ｚｎ系のフェライト材料は、副成分にＺｒＯ₂，ＳｉＯ₂を適量に添加することで、熱衝撃に対する耐性を改善することができ、機械的な強度も向上できる。上記した本発明に係る組成は実験から見いだした結果であり、副成分には例えばタングステン，タンタル，チタン，スズなども試してみたが何れも不十分であり上記した組成比が優れることを確認した。

副成分としたＺｒＯ₂は融点が高く、フェライト材料の粒子の焼結を阻害する添加物であり、結晶粒界に留まることが知られている。したがって、ＺｒＯ₂は、結晶粒が小さいことに加えてその粒界相により熱応力を緩和させる。また、ＳｉＯ₂も粒界析出物であり、焼結抑制剤としてはたらく。このため副成分にＺｒＯ₂，ＳｉＯ₂を添加することでは、熱応力の緩和作用がより大きく生じ、熱衝撃に対する耐性を改善することができ、そして機械的強度も向上する。

そして、ＳｉＯ₂の添加量を１．０ｗｔ％未満や、３．０ｗｔ％より多くすると、コア破損率が高く、実用に供し得ない。よって、添加量を１．０ｗｔ％以上、３．０ｗｔ％以下の範囲内にした。

また、同様の理由から、ＺｒＯ₂の添加量も０．０３以上、０．１７ｗｔ％以下の範囲内とした。つまり、係る範囲を超えるとコア破損率が高くなるためである。そして、より好ましい範囲としては、ＺｒＯ₂の添加量の下限値は０．０５ｗｔ％以上にすることである。また、ＺｒＯ₂の添加量の上限値は０．１５ｗｔ以下とすることである。

さらに、Ｃｏ₂Ｏ₃の添加量を０．１ｗｔ％未満や、０．５ｗｔ％を超えるようにすると、Ｑ値が低下する（８０を下回る）。よって、添加量を０．１ｗｔ％以上、０．５ｗｔ％以下の範囲内にした。

本発明に係るフェライト材料では、Ｎｉ−Ｚｎ系の主成分に対して、ＺｒＯ₂，ＳｉＯ₂を適量に添加するので、熱衝撃に対する耐性を向上でき、機械的な強度も高くできる。したがって、はんだ槽に浸け込むディッピング工程などでは熱衝撃によるコアの破損を防止でき、コイル部品等の製造において予備加熱は不要であり、巻線後に直ちにはんだ槽に送り込んではんだ上げ作業を行うことができる。

この場合、添加する副成分には鉛やクロムなどの環境面に不適切な重金属類を使用しなく、環境面に優れた適用が行える有利性がある。また、Ｃｏ₂Ｏ₃を追加して添加することではＱ値を高くでき、したがって高周波用のコア材料に好ましく適用することができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。
（製造プロセス）
本発明に係る低損失フェライトは、酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃），酸化亜鉛（ＺｎＯ），酸化銅（ＣｕＯ），酸化ニッケル（ＮｉＯ）を主成分とするＮｉ−Ｚｎ系フェライト材料に、副成分として酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂），酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）を添加する組成になっている。さらに、周波数特性（Ｑ値）の改善のために酸化コバルト（Ｃｏ₂Ｏ₃）を適量に追加して添加する組成にしている。

具体的には、主成分はＦｅ₂Ｏ₃が４０〜５０モル％，ＺｎＯが１０〜３５モル％，ＣｕＯが３〜１０モル％，ＮｉＯが残り全量のモル％とし、副成分のそれぞれは後述する組成に含有させる。

ここでは、Ｆｅ₂Ｏ₃は４５．０モル％，ＺｎＯは２３．０モル％，ＣｕＯは１０．０モル％，ＮｉＯは２２．０モル％とし、これら各原料成分は所定に秤量して乾式混合する。例えば、秤量した各原料成分はボールミルで粉砕しつつ混ぜて混合紛体を製造し、これを次に８５０℃の温度で仮焼きする。そして、この仮焼きした粉体に、後述する表１に示す組成に各副成分を添加し、ボールミルを用いて純水中で湿式粉砕を所定時間行ってスラリを形成する。

次に、湿式粉砕したスラリは乾燥させて造粒し、造粒した粉体に成形のための圧力を加えて所定の形状（リング形状及びＩバー）に成形し、この後、ガス炉等で焼成を行う。
焼成は１０４０℃のトップ温度を所定の時間保持する。これにより焼成体を製造する。そして、得られた焼成体に研削加工を施して、所定形状に加工したフェライト材料を得る。

（試料の製作１）
上記した製造プロセスにより複数の試料を製造した。つまり、本発明の効果を実証するため、製造条件を替えて各種の試料を製造し、それら各試料についてＩバーによりコア破損率，曲げ強度を、リング形状によりＱ値などを測定した。

各試料は表１に示すように、副成分の組成を変更して製作してあり、ＺｒＯは０〜０．２ｗｔ％，ＳｉＯ₂は０〜４．０ｗｔ％の範囲として、配合比が相違する設定で試料１〜試料１９までの１９種類とし、リング形状は外径２５ｍｍ，内径１５ｍｍ，高さ５ｍｍのものとし、Ｉバーは幅５ｍｍ，高さ３ｍｍ，奥行き４５ｍｍのものとした。

コア破損率は、室温状態の試料（Ｉバー）を４００℃のはんだ槽に３秒間浸したときの破損率である。この測定設定は、製造ラインにおける実際の環境に比べて非常に厳しい条件設定になっており、ここでコア破損率が〜３０［％］程度であれば実際の環境ではコア破損はほとんど起こさないと考えてよい。

＊実施例１〜５
試料１２は実施例１であり、試料１４，１５，１６は実施例２，３，４であり、試料１８は実施例５であって、他の試料１〜１３，１７，１９はそれぞれ比較例になっている。

これら実施例１〜４は、主成分はＦｅ₂Ｏ₃＝４５．０モル％，ＺｎＯ＝２３．０モル％，ＣｕＯ＝１０．０モル％，ＮｉＯ＝２２．０モル％の組成とし、副成分は
実施例１が
ＳｉＯ₂＝１．０ｗｔ％，ＺｒＯ＝０．１０ｗｔ％の組成であり、
実施例２が
ＳｉＯ₂＝２．０ｗｔ％，ＺｒＯ＝０．０５ｗｔ％の組成であり、
実施例３が
ＳｉＯ₂＝２．０ｗｔ％，ＺｒＯ＝０．１０ｗｔ％の組成であり、
実施例４が
ＳｉＯ₂＝２．０ｗｔ％，ＺｒＯ＝０．１５ｗｔ％の組成であり、
実施例５が
ＳｉＯ₂＝３．０ｗｔ％，ＺｒＯ＝０．１０ｗｔ％の組成になっている。

（試料の製作２）
また、Ｃｏ₂Ｏ₃を追加，添加する組成でも試料を製作しており、各試料は表２に示すように、副成分のＺｒＯは０．０５ｗｔ％，ＳｉＯ₂は２．０ｗｔ％とし、Ｃｏ₂Ｏ₃は０〜１．０ｗｔ％の範囲として、配合比が相違する設定で試料２０〜試料２８までの９種類とし、他の条件は変更なく製作した。

＊実施例６〜１０
試料２２〜２６は実施例６〜１０であり、他の試料２０，２１，２７，２８はそれぞれ比較例になっている。

これら実施例６〜１０は、主成分はＦｅ₂Ｏ₃＝４５．０モル％，ＺｎＯ＝２３．０モル％，ＣｕＯ＝１０．０モル％，ＮｉＯ＝２２．０モル％の組成とし、副成分はＳｉＯ₂＝２．０ｗｔ％，ＺｒＯ＝０．０５ｗｔ％の組成であって、追加する副成分は
実施例６が
Ｃｏ₂Ｏ₃＝０．１ｗｔ％の組成であり、
実施例７が
Ｃｏ₂Ｏ₃＝０．２ｗｔ％の組成であり、
実施例８が
Ｃｏ₂Ｏ₃＝０．３ｗｔ％の組成であり、
実施例９が
Ｃｏ₂Ｏ₃＝０．４ｗｔ％の組成であり、
実施例１０が
Ｃｏ₂Ｏ₃＝０．５ｗｔ％の組成になっている。

そして、図１は表１に示す各試料についてのコア破損率のグラフ図である。同図から分かるように、試料１２，１４，１５，１６，１８（実施例１，２，３，４，５）は、コア破損率が２０，１０，１０，２５，２０［％］程度になっていて極めて低く得られることを確認した。すなわち、これらの試料では、ＺｒＯ₂は０．０５〜０．１５ｗｔ％の範囲であり、ＳｉＯ₂は１．０〜３．０ｗｔ％の範囲になっており当該条件においてコア破損率の大幅な減少が見られることを確認した。また、曲げ強度は約１４３〜２１１［Ｎ／ｍｍ²］であり、機械的な強度が十分に高いことを確認した。

ところで、コア破損率は測定条件を上記したように実際の環境に比べて格段に厳しく設定してあるため、〜３０［％］程度を目安にしているものの、製造ラインではコア破損率が６０［％］程度であっても不良なく使用でき、そうした場合でも、はんだ槽に浸け込むディッピング工程において不良率が概ねゼロになることを確認してある。この点を考え合わせると、ＺｒＯ₂は０．０３〜０．１７ｗｔ％でもよい。

このように、ＺｒＯ，ＳｉＯ₂の添加量を適正に設定することで熱衝撃に対する耐性を向上でき、機械的な強度も高くできる。この場合、添加する副成分には鉛やクロムなどの環境面に不適切な重金属類を使用しなく、環境面に優れた適用が行える有利性がある。

また、Ｃｏ₂Ｏ₃を追加して添加することではＱ値を高くできることを確認した。すなわち、表２に示すように、２５ＭＨｚにおいてＱ値は約８０〜１２０程度に得ることができ、このときコア破損率は１０［％］であり十分に低値であることを確認した。したがって、高周波用のコア材料に好ましく適用することができる。

本発明に係るフェライト材料のコア破損率を示すグラフ図である。

符号の説明

１２試料（実施例１）
１４試料（実施例２）
１５試料（実施例３）
１６試料（実施例４）
１８試料（実施例５）

Claims

主成分はＦｅ₂Ｏ₃が４０〜５０モル％，ＺｎＯが１０〜３５モル％，ＣｕＯが３〜１０モル％，ＮｉＯが残り全量のモル％とし、
添加する副成分は、ＺｒＯ₂が０．０３〜０．１７ｗｔ％，ＳｉＯ₂が１．０〜３．０ｗｔ％の組成であることを特徴とするフェライト材料。
前記組成において、Ｃｏ₂Ｏ₃を０．１〜０．５ｗｔ％の組成に追加して添加することを特徴とする請求項１に記載のフェライト材料。