JP2005229577A - アンテナコイル、トランスポンダ - Google Patents
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Abstract
【課題】 小型化に対応可能な車載用アンテナコイル等を提供する。
【解決手段】 磁芯部材1と、磁芯部材1に巻回された導体2とを含むアンテナコイル10において、磁芯部材1をFe2O3:54.1〜57.5mol%、残部実質的にMnOを主成分とし、副成分としてSiをSiO2換算で60〜800ppm、CaをCaCO3換算で600〜4000ppm、かつCo3O4を1500〜4000ppm含有するフェライト焼結体で構成するようにした。フェライト焼結体中にさらにZnを含有することもできる。本発明のアンテナコイル10は、従来のNi系アンテナコイルと比べてインダクタンスを高くできる。このため、従来のNi系アンテナコイルよりも導体2の巻数を少なくすることができ、アンテナコイルの小型化を図ることができる。
【選択図】図1
【解決手段】 磁芯部材1と、磁芯部材1に巻回された導体2とを含むアンテナコイル10において、磁芯部材1をFe2O3:54.1〜57.5mol%、残部実質的にMnOを主成分とし、副成分としてSiをSiO2換算で60〜800ppm、CaをCaCO3換算で600〜4000ppm、かつCo3O4を1500〜4000ppm含有するフェライト焼結体で構成するようにした。フェライト焼結体中にさらにZnを含有することもできる。本発明のアンテナコイル10は、従来のNi系アンテナコイルと比べてインダクタンスを高くできる。このため、従来のNi系アンテナコイルよりも導体2の巻数を少なくすることができ、アンテナコイルの小型化を図ることができる。
【選択図】図1
Description
本発明は、車載用に好適に用いられるアンテナコイル及びトランスポンダに関する。
図1に示すように、磁芯部材1と、この磁芯部材1に巻回された導体2とを有するアンテナコイル10が知られている。アンテナコイル10は様々な用途で用いられているが、車載用のアンテナコイル10には広い温度範囲におけるインダクタンスの変化が小さいこと、すなわち、初透磁率(μi)の温度依存性が小さいことが要求される。特に、−40℃〜130℃と非常に広い温度範囲においてμiの安定性が求められる。
このように過酷な状況下で使用される車載用のアンテナコイル10には、温度特性に優れたNi系フェライトから構成された磁芯部材1が従来より使用されている。
このように過酷な状況下で使用される車載用のアンテナコイル10には、温度特性に優れたNi系フェライトから構成された磁芯部材1が従来より使用されている。
車載用のアンテナコイルには初透磁率(μi)の温度依存性が小さいという特性とともに、損失係数(tanδ)が小さいこと、すなわち、Q値(Q=1/tanδ)が大きいこと、という特性も求められる。しかしながら、Ni系フェライトはインダクタンス及びQ値がそれほど高くできないため、Ni系フェライトを用いたアンテナコイルの品質向上はほぼ限界に達している。インダクタンスについてはコイルの巻数を増やすことでNi系フェライトを用いた場合であっても高い値を得ることができる。しかしながら、車載用のアンテナコイルにも小型化が要求されており、巻数を増やすことはできない。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、小型化に対応可能な車載用アンテナコイル等を提供することを課題とする。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、小型化に対応可能な車載用アンテナコイル等を提供することを課題とする。
フェライト材料としてMn、さらにZnを含むフェライト材料が知られている。このフェライト材料は飽和磁束密度が高いという利点があるため、主に大電流用のトランスに使用されている(例えば特許文献1、2参照)。しかしながら、Mn、さらにZnを含むフェライト材料は温度依存性が大きく、過酷な状況下で使用される車載用のアンテナコイルには用いられることがなかった。
本発明者は、Mn、さらにZnを含むフェライト材料がNi系フェライトよりもインダクタンス及びQ値を高くできる点に着目し、様々な検討を行った。その結果、Mn等を含有するフェライト材料についても主組成及び副成分の種類、副成分の含有量を適切なものとすることで、初透磁率(μi)の温度依存性が改善され車載用アンテナコイルに十分適用できることを知見した。すなわち、本発明はフェライト焼結体と、フェライト焼結体に巻回された導体とを含むアンテナコイルであって、フェライト焼結体がFe2O3:54.1〜57.5mol%、残部実質的にMnOを主成分とし、副成分としてSiをSiO2換算で60〜800ppm、CaをCaCO3換算で600〜4000ppm、かつCo3O4を1500〜4000ppm含有することを特徴とするアンテナコイルを提供する。
フェライト焼結体中にさらにZnを含有することもできるが、この場合にはフェライト焼結体の組成をFe2O3:54.1〜57.5mol%、ZnO:10.5mol%以下(但し、0を含まず)、残部実質的にMnOを主成分とし、副成分としてSiをSiO2換算で60〜800ppm、CaをCaCO3換算で600〜4000ppm、かつCo3O4を1000〜3800ppm含有するものとすればよい。
本発明のアンテナコイルは、20℃での初透磁率を基準とし、−40℃〜130℃の範囲における初透磁率の変化率の絶対値が20%以下という優れた特性を示す。
また、本発明のアンテナコイルを構成するフェライト焼結体に、TiO2を5000ppm以下(但し、0を含む)、及び/又はSnO2を5000ppm以下(但し、0を含む)含むことができる。TiO2、SnO2の含有は任意であるが、これらを含有することで、−40℃〜130℃の範囲における初透磁率の変化率の絶対値を18%以下、さらには15%以下とすることができる。
さらにまた、本発明のアンテナコイルを構成するフェライト焼結体に、Ta2O5を3000ppm以下(但し、0を含む)、Nb2O5を500ppm以下(但し、0を含む)、ZrO2を500ppm以下(但し、0を含む)の少なくとも1種以上を含むことができる。Ta2O5、Nb2O5、ZrO2の含有は任意であるが、これらを含有することで、−40℃〜130℃の範囲における初透磁率の変化率の絶対値を15%以下、さらには10%以下とすることも可能となる。
以上の本発明のアンテナコイルによれば、上記特性に加えて、−40℃〜130℃の範囲におけるQ(Q=1/tanδ、tanδは誘電正接)の最小値が200以上という特性も得ることができる。
本発明のアンテナコイルは、様々な用途に適用することができるが、その代表的な用途としてトランスポンダが挙げられる。すなわち、本発明はアンテナコイルとこのアンテナコイルと電気的に接続された信号処理回路とを含むトランスポンダであって、アンテナコイルは、フェライト焼結体と、このフェライト焼結体に巻回された導体とを含み、かつ、フェライト焼結体は、Fe2O3:54.1〜57.5mol%、残部実質的にMnOを主成分とし、副成分としてSiをSiO2換算で60〜800ppm、CaをCaCO3換算で600〜4000ppm、かつCo3O4を1500〜4000ppm含有するとともに、信号処理回路は、個体の識別情報を記録する記録部と、信号の送受信のための制御回路とを含むことを特徴とするトランスポンダを提供する。信号処理回路は、アンテナコイルと共に並列共振回路を構成するコンデンサと、個体の識別情報等を記録してある記録部及び信号の送受信のための制御回路等を1チップ化した主処理部とから構成され、アンテナコイル及びコンデンサの並列共振回路が指令電波を受信すると、その指令電波自体を電力として、主処理部が、例えば、個体の識別情報等をアンテナコイルから送信する。
トランスポンダを構成するフェライト焼結体中にさらにZnを含有することもできるが、この場合にはフェライト焼結体の組成をFe2O3:54.1〜57.5mol%、ZnO:10.5mol%以下(但し、0を含まず)、残部実質的にMnOを主成分とし、副成分としてSiをSiO2換算で60〜800ppm、CaをCaCO3換算で600〜4000ppm、かつCo3O4を1000〜3800ppm含有するものとすればよい。
本発明者は、Mn、さらにZnを含むフェライト材料がNi系フェライトよりもインダクタンス及びQ値を高くできる点に着目し、様々な検討を行った。その結果、Mn等を含有するフェライト材料についても主組成及び副成分の種類、副成分の含有量を適切なものとすることで、初透磁率(μi)の温度依存性が改善され車載用アンテナコイルに十分適用できることを知見した。すなわち、本発明はフェライト焼結体と、フェライト焼結体に巻回された導体とを含むアンテナコイルであって、フェライト焼結体がFe2O3:54.1〜57.5mol%、残部実質的にMnOを主成分とし、副成分としてSiをSiO2換算で60〜800ppm、CaをCaCO3換算で600〜4000ppm、かつCo3O4を1500〜4000ppm含有することを特徴とするアンテナコイルを提供する。
フェライト焼結体中にさらにZnを含有することもできるが、この場合にはフェライト焼結体の組成をFe2O3:54.1〜57.5mol%、ZnO:10.5mol%以下(但し、0を含まず)、残部実質的にMnOを主成分とし、副成分としてSiをSiO2換算で60〜800ppm、CaをCaCO3換算で600〜4000ppm、かつCo3O4を1000〜3800ppm含有するものとすればよい。
本発明のアンテナコイルは、20℃での初透磁率を基準とし、−40℃〜130℃の範囲における初透磁率の変化率の絶対値が20%以下という優れた特性を示す。
また、本発明のアンテナコイルを構成するフェライト焼結体に、TiO2を5000ppm以下(但し、0を含む)、及び/又はSnO2を5000ppm以下(但し、0を含む)含むことができる。TiO2、SnO2の含有は任意であるが、これらを含有することで、−40℃〜130℃の範囲における初透磁率の変化率の絶対値を18%以下、さらには15%以下とすることができる。
さらにまた、本発明のアンテナコイルを構成するフェライト焼結体に、Ta2O5を3000ppm以下(但し、0を含む)、Nb2O5を500ppm以下(但し、0を含む)、ZrO2を500ppm以下(但し、0を含む)の少なくとも1種以上を含むことができる。Ta2O5、Nb2O5、ZrO2の含有は任意であるが、これらを含有することで、−40℃〜130℃の範囲における初透磁率の変化率の絶対値を15%以下、さらには10%以下とすることも可能となる。
以上の本発明のアンテナコイルによれば、上記特性に加えて、−40℃〜130℃の範囲におけるQ(Q=1/tanδ、tanδは誘電正接)の最小値が200以上という特性も得ることができる。
本発明のアンテナコイルは、様々な用途に適用することができるが、その代表的な用途としてトランスポンダが挙げられる。すなわち、本発明はアンテナコイルとこのアンテナコイルと電気的に接続された信号処理回路とを含むトランスポンダであって、アンテナコイルは、フェライト焼結体と、このフェライト焼結体に巻回された導体とを含み、かつ、フェライト焼結体は、Fe2O3:54.1〜57.5mol%、残部実質的にMnOを主成分とし、副成分としてSiをSiO2換算で60〜800ppm、CaをCaCO3換算で600〜4000ppm、かつCo3O4を1500〜4000ppm含有するとともに、信号処理回路は、個体の識別情報を記録する記録部と、信号の送受信のための制御回路とを含むことを特徴とするトランスポンダを提供する。信号処理回路は、アンテナコイルと共に並列共振回路を構成するコンデンサと、個体の識別情報等を記録してある記録部及び信号の送受信のための制御回路等を1チップ化した主処理部とから構成され、アンテナコイル及びコンデンサの並列共振回路が指令電波を受信すると、その指令電波自体を電力として、主処理部が、例えば、個体の識別情報等をアンテナコイルから送信する。
トランスポンダを構成するフェライト焼結体中にさらにZnを含有することもできるが、この場合にはフェライト焼結体の組成をFe2O3:54.1〜57.5mol%、ZnO:10.5mol%以下(但し、0を含まず)、残部実質的にMnOを主成分とし、副成分としてSiをSiO2換算で60〜800ppm、CaをCaCO3換算で600〜4000ppm、かつCo3O4を1000〜3800ppm含有するものとすればよい。
本発明によれば、−40℃〜130℃と非常に広い温度範囲においてμiが安定し、かつQ値(Q=1/tanδ、tanδは損失係数)が大きいアンテナコイル等を得ることができる。
本発明におけるアンテナコイルは図1に示した基本構成を有するが、本発明では磁芯部材(フェライト焼結体)1として以下の組成を有するフェライト焼結体を用いることを特徴とする。
以下、フェライト焼結体の組成の限定理由を説明する。
以下、フェライト焼結体の組成の限定理由を説明する。
はじめに、フェライト焼結体を構成する主成分の限定理由を説明する。
Fe2O3は54.1〜57.5mol%とする。Fe2O3が54.1mol%未満ではQが小さく、μi変化率も大きい。一方、Fe2O3が57.5mol%を超えると、やはりμi変化率が大きくなる。
望ましいFe2O3の量は54.5〜57.0mol%、さらに望ましいFe2O3の量は55.5〜56.5mol%である。
Fe2O3は54.1〜57.5mol%とする。Fe2O3が54.1mol%未満ではQが小さく、μi変化率も大きい。一方、Fe2O3が57.5mol%を超えると、やはりμi変化率が大きくなる。
望ましいFe2O3の量は54.5〜57.0mol%、さらに望ましいFe2O3の量は55.5〜56.5mol%である。
ZnOは10.5mol%以下とする。ZnOが10.5mol%を超えるとμi変化率が大きく、200以上のQ値を得ることが困難となる。
望ましいZnO量は0.1〜10.0mol%、さらに望ましいZnO量は2.0〜9.0mol%である。
望ましいZnO量は0.1〜10.0mol%、さらに望ましいZnO量は2.0〜9.0mol%である。
本発明のフェライト焼結体は主成分として、上記以外に実質的な残部としてMnOを含む。
以上、本発明のフェライトをMnZn系とする場合の組成の限定理由について述べたが、以下に詳述する第1〜第4副成分の添加は、MnZn系フェライトに限らず、主成分としてZnを含まないフェライト(以下、「Mnフェライト」ということがある)の場合も有効である。
Mnフェライトを主成分とする場合には、Fe2O3量を55.0〜57.0mol%、実質的な残部をMnOとすることが望ましい。この場合に、より望ましいFe2O3量は56.0〜57.0mol%である。
Mnフェライトを主成分とする場合には、Fe2O3量を55.0〜57.0mol%、実質的な残部をMnOとすることが望ましい。この場合に、より望ましいFe2O3量は56.0〜57.0mol%である。
つぎに、副成分の限定理由について説明する。
本発明のフェライト焼結体は、第1副成分としてSiをSiO2換算で60〜800ppm及びCaをCaCO3換算で600〜4000ppmを含む。
Si及びCaは、結晶粒界に偏析して高抵抗層を形成して低損失に寄与するとともに焼結助剤として焼結密度を向上する効果を有する。但し、SiがSiO2換算で800ppmを超え、あるいはCaがCaCO3換算で4000ppmを超えると、不連続異常粒成長による損失の劣化が大きい。そこで本発明では、SiをSiO2換算で800ppm以下、CaをCaCO3換算で4000ppm以下とする。一方、SiがSiO2換算で60ppm未満、あるいはCaがCaCO3換算で600ppm未満では上記効果を十分に得ることができないため、SiはSiO2換算で60ppm以上、CaはCaCO3換算で600ppm以上とする。
望ましいSiの含有量はSiO2換算で70〜600ppm、より望ましいSiの含有量はSiO2換算で100〜500ppmである。
望ましいCaの含有量はCaCO3換算で600〜3500ppm、より望ましいCaの含有量はCaCO3換算で1200〜3500ppmである。
本発明のフェライト焼結体は、第1副成分としてSiをSiO2換算で60〜800ppm及びCaをCaCO3換算で600〜4000ppmを含む。
Si及びCaは、結晶粒界に偏析して高抵抗層を形成して低損失に寄与するとともに焼結助剤として焼結密度を向上する効果を有する。但し、SiがSiO2換算で800ppmを超え、あるいはCaがCaCO3換算で4000ppmを超えると、不連続異常粒成長による損失の劣化が大きい。そこで本発明では、SiをSiO2換算で800ppm以下、CaをCaCO3換算で4000ppm以下とする。一方、SiがSiO2換算で60ppm未満、あるいはCaがCaCO3換算で600ppm未満では上記効果を十分に得ることができないため、SiはSiO2換算で60ppm以上、CaはCaCO3換算で600ppm以上とする。
望ましいSiの含有量はSiO2換算で70〜600ppm、より望ましいSiの含有量はSiO2換算で100〜500ppmである。
望ましいCaの含有量はCaCO3換算で600〜3500ppm、より望ましいCaの含有量はCaCO3換算で1200〜3500ppmである。
また本発明のフェライト焼結体は、第2副成分として所定量のCo3O4を含む。Co3O4はμi変化率の低減ならびにμi変化率を平坦にするのに有効に寄与し、かつCo3O4の含有はQ値の向上に有効である。
本発明においてMnフェライトを主成分とする場合には、Co3O4を1500〜4000ppmの範囲内で含有させる。この場合に、Co3O4量が1500ppm未満では上記効果を十分に得ることができない。またCo3O4量が4000ppmを超えると、Q値の低下が著しくなり、μiの変化率が増大する。
一方、本発明においてMnZn系フェライトを主成分とする場合には、Co3O4を1000〜3800ppmの範囲内で含有させればよい。Co3O4を1000〜3800ppmの範囲内で含有させることにより、上記効果を享受することができる。この場合に、望ましいCo3O4量は1000〜2800ppm、より望ましいCo3O4量は1200〜2500ppmである。
本発明においてMnフェライトを主成分とする場合には、Co3O4を1500〜4000ppmの範囲内で含有させる。この場合に、Co3O4量が1500ppm未満では上記効果を十分に得ることができない。またCo3O4量が4000ppmを超えると、Q値の低下が著しくなり、μiの変化率が増大する。
一方、本発明においてMnZn系フェライトを主成分とする場合には、Co3O4を1000〜3800ppmの範囲内で含有させればよい。Co3O4を1000〜3800ppmの範囲内で含有させることにより、上記効果を享受することができる。この場合に、望ましいCo3O4量は1000〜2800ppm、より望ましいCo3O4量は1200〜2500ppmである。
さらに本発明のフェライト焼結体は、第3副成分として、TiO2を5000ppm以下(但し、0を含む)及び/又はSnO2を5000ppm以下(但し、0を含む)含むことができる。
Ti及びSnは結晶粒内、結晶粒界に存在し損失低減の効果がある。但し、TiO2量が5000ppmを超えると、不連続異常粒成長による損失の劣化を招く。そのために本発明では、TiO2量を5000ppm以下とする。TiO2と同様の理由から、SnO2の上限値も5000ppmとする。
一方、損失低減という効果を十分享受するためには、第3副成分としてのTiO2及び/又はSnO2を500ppm以上含有させることが望ましい。
望ましいTiO2含有量は500〜4000ppm、より望ましいTiO2含有量は500〜3000ppmである。
また望ましいSnO2含有量は500〜4000ppm、より望ましいSn含有量は500〜3000ppmである。
Ti及びSnは結晶粒内、結晶粒界に存在し損失低減の効果がある。但し、TiO2量が5000ppmを超えると、不連続異常粒成長による損失の劣化を招く。そのために本発明では、TiO2量を5000ppm以下とする。TiO2と同様の理由から、SnO2の上限値も5000ppmとする。
一方、損失低減という効果を十分享受するためには、第3副成分としてのTiO2及び/又はSnO2を500ppm以上含有させることが望ましい。
望ましいTiO2含有量は500〜4000ppm、より望ましいTiO2含有量は500〜3000ppmである。
また望ましいSnO2含有量は500〜4000ppm、より望ましいSn含有量は500〜3000ppmである。
なお、第3副成分を複合して含有させる場合、含有量の合計は8000ppm以下、望ましくは 1000〜5000ppmとする。
また本発明のフェライト焼結体は、第4副成分として、Ta2O5を3000ppm以下(但し、0を含む)、Nb2O5を500ppm以下(但し、0を含む)、ZrO2を500ppm以下(但し、0を含む)の少なくとも1種以上を含むことができる。これらの第4副成分を含有することによって、μi変化率の低減及び/又は損失低減という効果を得ることができる。その効果を十分に享受するためには、Ta2O5、Nb2O5、ZrO2は50ppm以上含有させることが望ましい。
望ましいTa2O5量は0〜2500ppm、より望ましいTa2O5量は500〜2000ppmである。
また望ましいNb2O5量は0〜400ppm、より望ましいNb2O5量は50〜350ppmである。
望ましいZrO2量は0〜400ppm、より望ましいZrO2量は50〜350ppmである。
なお、第4副成分を複合して含有させる場合、含有量の合計は3000ppm以下、望ましくは300〜2000ppmとする。
望ましいTa2O5量は0〜2500ppm、より望ましいTa2O5量は500〜2000ppmである。
また望ましいNb2O5量は0〜400ppm、より望ましいNb2O5量は50〜350ppmである。
望ましいZrO2量は0〜400ppm、より望ましいZrO2量は50〜350ppmである。
なお、第4副成分を複合して含有させる場合、含有量の合計は3000ppm以下、望ましくは300〜2000ppmとする。
本発明のフェライト焼結体は、−40℃〜130℃におけるμi変化率の最大値が絶対値で20%以下、望ましくは15%以下という特性を示す。特に、望ましい組成を選択することにより、−40℃〜130℃におけるμi変化率の最大値を絶対値で10%以下、さらには5%以下とすることもできる。
また本発明のフェライト焼結体は、−40℃〜130℃におけるμi変化率の最大値が絶対値で20%以下という特性とともに、Q値が200以上、さらには250以上という特性を示す。
このように、本発明のフェライト焼結体は、MnZn系フェライト又はMnフェライトでは従来では得ることのできなかった高い特性を得ることができるため、アンテナコイルやトランスポンダ等の車載部品用の材料として好適である。
また本発明のフェライト焼結体は、−40℃〜130℃におけるμi変化率の最大値が絶対値で20%以下という特性とともに、Q値が200以上、さらには250以上という特性を示す。
このように、本発明のフェライト焼結体は、MnZn系フェライト又はMnフェライトでは従来では得ることのできなかった高い特性を得ることができるため、アンテナコイルやトランスポンダ等の車載部品用の材料として好適である。
次に、本発明によるフェライト焼結体にとって好適な製造方法を説明する。
主成分の原料としては、酸化物又は加熱により酸化物となる化合物の粉末を用いる。具体的には、Fe2O3粉末、Mn3O4粉末及びZnO粉末等を用いることができる。なお、各原料粉末の平均粒径は0.1〜5.0μmの範囲で適宜選択すればよい。
主成分の原料粉末を湿式混合した後、仮焼きを行う。仮焼きの温度は650〜1000℃の範囲内での所定温度で、また雰囲気はN2又は大気とすればよい。仮焼きの安定時間は0.5〜5.0時間の範囲で適宜選択すればよい。仮焼き後、仮焼き体を例えば、平均粒径0.5〜2.0μm程度まで粉砕する。なお、本発明では、上述の主成分の原料に限らず、2種以上の金属を含む複合酸化物の粉末を主成分の原料としてもよい。例えば、塩化鉄、塩化マンガンを含有する水溶液を酸化焙焼することによりFe、Mnを含む複合酸化物の粉末が得られる。この粉末とZnO粉末を混合して主成分原料としてもよい。このような場合には、仮焼きは不要である。
主成分の原料としては、酸化物又は加熱により酸化物となる化合物の粉末を用いる。具体的には、Fe2O3粉末、Mn3O4粉末及びZnO粉末等を用いることができる。なお、各原料粉末の平均粒径は0.1〜5.0μmの範囲で適宜選択すればよい。
主成分の原料粉末を湿式混合した後、仮焼きを行う。仮焼きの温度は650〜1000℃の範囲内での所定温度で、また雰囲気はN2又は大気とすればよい。仮焼きの安定時間は0.5〜5.0時間の範囲で適宜選択すればよい。仮焼き後、仮焼き体を例えば、平均粒径0.5〜2.0μm程度まで粉砕する。なお、本発明では、上述の主成分の原料に限らず、2種以上の金属を含む複合酸化物の粉末を主成分の原料としてもよい。例えば、塩化鉄、塩化マンガンを含有する水溶液を酸化焙焼することによりFe、Mnを含む複合酸化物の粉末が得られる。この粉末とZnO粉末を混合して主成分原料としてもよい。このような場合には、仮焼きは不要である。
同様に副成分の原料として、酸化物又は加熱により酸化物となる化合物の粉末を用いることもできる。具体的には、SiO2、CaCO3、Co3O4、TiO2、SnO2、Ta2O5、Nb2O5、ZrO2等を用いることができる。
これら副成分の原料粉末は、仮焼き後に粉砕された主成分の粉末と混合される。但し、主成分の原料粉末と混合した後に、主成分とともに仮焼きに供することもできる。
これら副成分の原料粉末は、仮焼き後に粉砕された主成分の粉末と混合される。但し、主成分の原料粉末と混合した後に、主成分とともに仮焼きに供することもできる。
主成分及び副成分からなる混合粉末は、後の成形工程を円滑に実行するために顆粒に造粒される。造粒は例えばスプレードライヤを用いて行うことができる。混合粉末に適当な結合剤、例えばポリビニルアルコール(PVA)を少量添加し、これをスプレードライヤで噴霧、乾燥する。得られる顆粒の粒径は40〜400μm程度とすることが望ましい。
得られた顆粒は、例えば所定形状の金型を有するプレスを用いて所望の形状に成形され、この成形体は焼成工程に供される。
焼成工程においては、焼成温度と焼成雰囲気を制御する必要がある。焼成温度は1050〜1250℃の範囲から適宜選択することができるが、本発明のフェライト材料の効果を十分引き出すには、1100〜1200℃の範囲で焼成することが望ましい。
焼成工程においては、焼成温度と焼成雰囲気を制御する必要がある。焼成温度は1050〜1250℃の範囲から適宜選択することができるが、本発明のフェライト材料の効果を十分引き出すには、1100〜1200℃の範囲で焼成することが望ましい。
以上の工程を経ることで、本発明におけるフェライト焼結体を得ることができる。本発明におけるフェライト焼結体は、−40℃〜130℃におけるμi変化率の最大値が絶対値で20%以下かつ−40℃〜130℃におけるQ値の最小値が200以上、さらには250以上という特性を示す。こうした優れた特性を備えた本発明におけるフェライト焼結体は、アンテナコイル、特に過酷な状況で使用される車載用アンテナコイルの材料として好適である。
次に、本発明のアンテナコイルについて説明する。本発明のアンテナコイル10は図1に示した従来例と同様に、磁芯部材1と、磁芯部材1に巻回された導体2とを含む。本発明は磁芯部材1に上述した組成を有するフェライト焼結体を用いる。
磁芯部材1の形状および寸法には特に制限はなく、アンテナコイル10の用途に応じて適宜設定することができる。直方体形状のものとしては5〜20mm×2〜10mm×2〜10mmの範囲のものが多い。
導体2には例えば銅線を用いることができる。巻線パターンのピッチ、巻数も用途に応じて適宜設定することができる。
磁芯部材1の形状および寸法には特に制限はなく、アンテナコイル10の用途に応じて適宜設定することができる。直方体形状のものとしては5〜20mm×2〜10mm×2〜10mmの範囲のものが多い。
導体2には例えば銅線を用いることができる。巻線パターンのピッチ、巻数も用途に応じて適宜設定することができる。
続いて、本発明のトランスポンダについて説明する。図2(a)はトランスポンダの概略断面図である。図2(a)に示すように、トランスポンダ200は、磁芯部材1aと磁芯部材1aに巻回された導体2aを含むアンテナコイル20と、信号処理回路30と、アンテナコイル20及び信号処理回路30を収容するケースCを備える。本発明はアンテナコイル20を構成する磁芯部材1aに上述した組成を有するフェライト焼結体を用いる。
磁芯部材1aの寸法には特に制限はなく、トランスポンダ200の用途に応じて適宜設定することができる。また導体2aには例えば銅線を用いることができるが、巻線パターンのピッチ、巻数も用途に応じて適宜設定することができる。
ケースCは例えばガラスや樹脂から構成することができる。
磁芯部材1aの寸法には特に制限はなく、トランスポンダ200の用途に応じて適宜設定することができる。また導体2aには例えば銅線を用いることができるが、巻線パターンのピッチ、巻数も用途に応じて適宜設定することができる。
ケースCは例えばガラスや樹脂から構成することができる。
アンテナコイル20の導体2aの端子を接続した信号処理回路30はフェノール樹脂製又はセラミックス製等の基板40上に実装される。
基板40上の信号処理回路30は、図2(b)に示すように、アンテナコイル20と共に並列共振回路を構成するコンデンサ31と、個体の識別情報等を記録してある記録部及び信号の送受信のための制御回路等を1チップ化した主処理部32とから構成される。アンテナコイル20及びコンデンサ31の並列共振回路が指令電波を受信すると、その指令電波自体を電力として、主処理部32が、例えば、個体の識別情報等をアンテナコイル20から送信する。
基板40上の信号処理回路30は、図2(b)に示すように、アンテナコイル20と共に並列共振回路を構成するコンデンサ31と、個体の識別情報等を記録してある記録部及び信号の送受信のための制御回路等を1チップ化した主処理部32とから構成される。アンテナコイル20及びコンデンサ31の並列共振回路が指令電波を受信すると、その指令電波自体を電力として、主処理部32が、例えば、個体の識別情報等をアンテナコイル20から送信する。
さて、本発明のトランスポンダ200は、イモビライザに好適に用いられる。ここで、イモビライザの仕組みを図3を用いて説明する。
図3は本発明のトランスポンダ200を自動車のイグニッションキーKのグリップ部分に埋め込んだ形態のイモビライザの構成概要を示している。トランスポンダ200が埋め込まれたイグニッションキーKを自動車側のキーシリンダSに挿入する。すると、トランスポンダ200の記録部に予め記録されている固有のIDコードが、キーシリンダS側に巻回されているコイル50に送信され読みとられる。コイル50が読みとったデータは、アンプAを介して車両側コントローラ、つまりECU(エレクトロニック・コントロール・ユニット)60に送信され、ECU60に予め記録されているIDコードと電子的に照合が行われる。照合したIDコードが一致した場合のみエンジンが点火、燃料噴射可能状態となる。IDコードが一致しない場合にはエンジンが点火せず、燃料噴射も禁止され、エンジンは始動できない。
図3は本発明のトランスポンダ200を自動車のイグニッションキーKのグリップ部分に埋め込んだ形態のイモビライザの構成概要を示している。トランスポンダ200が埋め込まれたイグニッションキーKを自動車側のキーシリンダSに挿入する。すると、トランスポンダ200の記録部に予め記録されている固有のIDコードが、キーシリンダS側に巻回されているコイル50に送信され読みとられる。コイル50が読みとったデータは、アンプAを介して車両側コントローラ、つまりECU(エレクトロニック・コントロール・ユニット)60に送信され、ECU60に予め記録されているIDコードと電子的に照合が行われる。照合したIDコードが一致した場合のみエンジンが点火、燃料噴射可能状態となる。IDコードが一致しない場合にはエンジンが点火せず、燃料噴射も禁止され、エンジンは始動できない。
本発明のアンテナコイル10(20)は、従来のNi系アンテナコイルと比べてインダクタンスを高くできる。このため、従来のNi系アンテナコイルよりも導体2(2a)の巻数を少なくすることができ、アンテナコイルの小型化を図ることができる。
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
(第1実施例)
表1に示す組成を有するフェライトコアを作製した。
主成分の原料には、Fe2O3粉末、MnO粉末及びZnO粉末を用い、これらを湿式混合した後、850℃で3時間仮焼した。
次いで、主成分の原料の仮焼物と副成分の原料とを混合した。副成分の原料には、SiO2粉末、CaCO3粉末、Ta2O5粉末、Co3O4粉末、TiO2粉末を用いた。主成分原料の仮焼物に副成分の原料を添加して、粉砕しながら混合した。粉砕は、仮焼物の平均粒径が約1.0μmとなるまで行った。得られた混合物にバインダを加え、顆粒化した後、成形してトロイダル形状の成形体を得た。
(第1実施例)
表1に示す組成を有するフェライトコアを作製した。
主成分の原料には、Fe2O3粉末、MnO粉末及びZnO粉末を用い、これらを湿式混合した後、850℃で3時間仮焼した。
次いで、主成分の原料の仮焼物と副成分の原料とを混合した。副成分の原料には、SiO2粉末、CaCO3粉末、Ta2O5粉末、Co3O4粉末、TiO2粉末を用いた。主成分原料の仮焼物に副成分の原料を添加して、粉砕しながら混合した。粉砕は、仮焼物の平均粒径が約1.0μmとなるまで行った。得られた混合物にバインダを加え、顆粒化した後、成形してトロイダル形状の成形体を得た。
得られた成形体を酸素分圧制御下において、温度1150℃(安定部5時間、安定部酸素分圧0.5%)で焼成することにより、フェライトコアを得た。このフェライトコアを用いて、−40℃〜130℃の温度範囲におけるQ値を測定した。トロイダルのサイズは外径20mm、内径10mm、厚さ5mmであり、巻数を20ターン、励磁電圧を250mVとして測定を行った。−40℃〜130℃の範囲におけるQ値の最小値をQminとして表1に示す。また、−40℃〜130℃の範囲における初透磁率μi(測定周波数:100kHz)を測定した。20℃での初透磁率μiを基準とし、−40℃〜130℃の範囲における初透磁率μiの変化率の絶対値を「Δμi」として表1に示す。また、−40℃〜130℃の範囲におけるμiの最小値μiminも表1に示す。なお、初透磁率μiの変化率は以下の式に基づき算出した。
初透磁率μiの変化率=(μiT−μi20)/μi20×100(%)
μiT・・・温度T℃での初透磁率μi
μi20・・・温度20℃での初透磁率μi
μiT・・・温度T℃での初透磁率μi
μi20・・・温度20℃での初透磁率μi
試料No.1〜7は、この順にFe2O3が増加している。その中で、Fe2O3が54.0mol%と本発明の範囲より少ない場合、及び58.0mol%と本発明の範囲より多い場合にQ値が低く、μiの変化率(以下、「Δμi」という)が大きい。よって、本発明ではFe2O3量を54.1〜57.5mol%とする。
次に、試料No.8〜13は、この順にZnOが増加している。その中で、ZnOが11.0mol%と本発明の範囲より多い場合にQ値が低く、Δμiが大きい。よって、本発明ではZnO量を0〜10.5mol%(但し、0を含まず)とする。
以上の結果より、本発明をMnZn系に適用する場合において、高いQ値、かつ低いΔμiを兼備するために、Fe2O3を54.1〜57.5mol%の範囲、ZnOを0〜10.5mol%(但し、0を含まず)の範囲に設定することが重要であることがわかる。
なお、本発明をZnを含有しないMnフェライトに適用した例は第6実施例で示す。
次に、試料No.8〜13は、この順にZnOが増加している。その中で、ZnOが11.0mol%と本発明の範囲より多い場合にQ値が低く、Δμiが大きい。よって、本発明ではZnO量を0〜10.5mol%(但し、0を含まず)とする。
以上の結果より、本発明をMnZn系に適用する場合において、高いQ値、かつ低いΔμiを兼備するために、Fe2O3を54.1〜57.5mol%の範囲、ZnOを0〜10.5mol%(但し、0を含まず)の範囲に設定することが重要であることがわかる。
なお、本発明をZnを含有しないMnフェライトに適用した例は第6実施例で示す。
(第2実施例)
第2実施例ではCoの含有量の変動に伴うQmin及びΔμiの変動を確認する。
第1実施例と同様の手順で表2に示す組成を有するフェライトコアを作製し、第1実施例と同様の条件でQmin及びΔμi、μiminを求めた。その結果を表2に示す。
第2実施例ではCoの含有量の変動に伴うQmin及びΔμiの変動を確認する。
第1実施例と同様の手順で表2に示す組成を有するフェライトコアを作製し、第1実施例と同様の条件でQmin及びΔμi、μiminを求めた。その結果を表2に示す。
試料No.14〜18は、この順にCo3O4が増加している。その中で、Co3O4が500ppmと本発明の範囲より少ない場合、及び4000ppmと本発明の範囲より多い場合にQ値が低く、Δμiが大きい。
次に、Fe2O3量が55.5mol%である試料No.19〜21、ならびにFe2O3量が56.5mol%である試料No.22〜25に着目すると、Co3O4量が1000〜3800ppmの範囲内にある試料No.22〜25はいずれも200以上のQ値を得ている。それとともに、試料No.22〜25はΔμiが絶対値で20%以下という特性を示す。
以上の結果より、高いQ値、かつ低いΔμiを兼備するために、本発明をMnZn系に適用する場合にはCo3O4量を1000〜3800ppmの範囲に設定することが重要であることが確認できた。Q値を重視する場合の望ましいCo3O4量は1000〜2800ppm、望ましくは1200〜2500ppmである。Δμiを重視する場合の望ましいCo3O4量は1000〜2500ppm、望ましくは1300〜2500ppmである。
次に、Fe2O3量が55.5mol%である試料No.19〜21、ならびにFe2O3量が56.5mol%である試料No.22〜25に着目すると、Co3O4量が1000〜3800ppmの範囲内にある試料No.22〜25はいずれも200以上のQ値を得ている。それとともに、試料No.22〜25はΔμiが絶対値で20%以下という特性を示す。
以上の結果より、高いQ値、かつ低いΔμiを兼備するために、本発明をMnZn系に適用する場合にはCo3O4量を1000〜3800ppmの範囲に設定することが重要であることが確認できた。Q値を重視する場合の望ましいCo3O4量は1000〜2800ppm、望ましくは1200〜2500ppmである。Δμiを重視する場合の望ましいCo3O4量は1000〜2500ppm、望ましくは1300〜2500ppmである。
(第3実施例)
第3実施例ではSi及びCaの含有量の変動に伴うQ値及びΔμiの変動を確認する。
第1実施例と同様の手順で表3に示す組成を有するフェライトコアを作製し、第1実施例と同様の条件でQmin及びΔμi、μiminを求めた。その結果を表3に示す。
第3実施例ではSi及びCaの含有量の変動に伴うQ値及びΔμiの変動を確認する。
第1実施例と同様の手順で表3に示す組成を有するフェライトコアを作製し、第1実施例と同様の条件でQmin及びΔμi、μiminを求めた。その結果を表3に示す。
試料No.26〜30は、この順にSiO2が増加している。その中で、SiO2が50ppmと本発明の範囲より少ない場合にはΔμiは良好な値を示すが、Qminが180と低めである。一方、SiO2が1000ppmと本発明の範囲より多い場合には、Qminが85まで低下してしまう。よって、本発明ではSi量をSiO2換算で60〜800ppmとする。望ましいSi量はSiO2換算で70〜600ppm、より望ましくは100〜500ppmである。
試料No.31〜34は、この順にCaCO3が増加している。その中で、CaCO3が500ppmと本発明の範囲より少ない場合、CaCO3が5000ppmと本発明の範囲より多い場合には、Qminが低い。よって、本発明ではCa量をCaCO3換算で600〜4000ppmとする。望ましいCa量はCaCO3換算で600〜3500ppm、より望ましくは1200〜3500ppmである。
(第4実施例)
第4実施例ではTi及びSnの含有に伴うQ値及びΔμiの変動を確認する。
第1実施例と同様の手順で表4に示す組成を有するフェライトコアを作製し、第1実施例と同様の条件でQmin及びΔμi、μiminを求めた。その結果を表4に示す。
第4実施例ではTi及びSnの含有に伴うQ値及びΔμiの変動を確認する。
第1実施例と同様の手順で表4に示す組成を有するフェライトコアを作製し、第1実施例と同様の条件でQmin及びΔμi、μiminを求めた。その結果を表4に示す。
試料No.35〜38は、この順にTiO2が増加している。試料No.35(TiO2含有なし)と試料No.36(TiO2:2000ppm)の比較により、TiO2を含有することによりΔμiが小さくなることがわかる。但し、TiO2の含有量が7000ppm(試料No.38)になると、ΔμiがTiO2含有なしの場合(試料No.35)よりも大きくなってしまい、またQminも低下する。よって、本発明ではTiO2量を0〜5000ppmとする。望ましいTiO2量は500〜4000ppm、より望ましいTiO2量は500〜3000ppmである。
なお、以上の第1〜第3実施例で示した試料はいずれもTiO2を含有するものであったが、試料No.35から、TiO2を含有しない場合であっても他成分を本発明が推奨する範囲内とすることにより、200以上のQmin及び絶対値で20%以下のΔμiを兼備することができる。よって、本発明においてTiO2の含有は必須ではなく、任意とする。
なお、以上の第1〜第3実施例で示した試料はいずれもTiO2を含有するものであったが、試料No.35から、TiO2を含有しない場合であっても他成分を本発明が推奨する範囲内とすることにより、200以上のQmin及び絶対値で20%以下のΔμiを兼備することができる。よって、本発明においてTiO2の含有は必須ではなく、任意とする。
試料No.35、39〜41は、この順にSnO2が増加している。まず、試料No.35(SnO2含有なし)と試料No.39(SnO2:2000ppm)の比較により、SnO2を含有することによりΔμiが小さくなることがわかる。但し、SnO2の含有量が7000ppm(試料No.41)になると、Qminが低下する。よって、本発明ではSnO2量を0〜5000ppmとする。望ましいSnO2量は500〜4000ppm、より望ましいSnO2量は500〜3000ppmである。
なお、試料No.35から、SnO2を含有しない場合であっても他成分を本発明が推奨する範囲内とすることにより、200以上のQmin及び絶対値で20%以下のΔμiを兼備することができる。よって、本発明においてSnO2の含有は必須ではなく、任意とする。
なお、試料No.35から、SnO2を含有しない場合であっても他成分を本発明が推奨する範囲内とすることにより、200以上のQmin及び絶対値で20%以下のΔμiを兼備することができる。よって、本発明においてSnO2の含有は必須ではなく、任意とする。
(第5実施例)
第5実施例ではTa,Nb及びZrの含有量に伴うQ値及びΔμiの変動を確認する。
第1実施例と同様の手順で表5に示す組成を有するフェライトコアを作製し、第1実施例と同様の条件でQmin及びΔμi、μiminを求めた。その結果を表5に示す。
第5実施例ではTa,Nb及びZrの含有量に伴うQ値及びΔμiの変動を確認する。
第1実施例と同様の手順で表5に示す組成を有するフェライトコアを作製し、第1実施例と同様の条件でQmin及びΔμi、μiminを求めた。その結果を表5に示す。
試料No.42〜45は、この順にTa2O5が増加している。試料No.42(Ta2O5含有なし)と試料No.43(Ta2O5:1000ppm)の比較により、Ta2O5を含有することによりQminも向上することがわかる。但し、Ta2O5の含有量が4000ppm(試料No.45)になると、ΔμiがTa2O5含有なしの場合(試料No.42)よりも大きくなってしまい、またQminが大幅に低下する。よって、本発明ではTa2O5量を0〜3000ppmとする。望ましいTa2O5量は0〜2500ppm、より望ましいTa2O5量は500〜2000ppmである。
試料No.42、46、47は、この順にNb2O5が増加している。まず試料No.42(Nb2O5含有なし)と試料No.46(Nb2O5:300ppm)の比較により、Nb2O5を含有することにより小さいΔμiを維持しつつ、Qminが向上することがわかる。但し、Nb2O5の含有量が700ppm(試料No.47)になると、Δμiの劣化を抑制しつつQminを向上させるという効果を享受することができない。よって、本発明ではNb2O5量を0〜500ppmとする。望ましいNb2O5量は0〜400ppm、より望ましいNb2O5量は50〜350ppmである。
試料No.42、48、49は、この順にZrO2が増加している。まず試料No.42(ZrO2含有なし)と試料No.48(ZrO2:300ppm)の比較により、ZrO2を含有することにより小さいΔμiを維持しつつ、Qminが向上することがわかる。但し、ZrO2の含有量が700ppm(試料No.49)になると、Qminが大幅に低下してしまう。よって、本発明ではZrO2量を0〜500ppmとする。望ましいZrO2量は0〜400ppm、より望ましいZrO2量は50〜350ppmである。
(第6実施例)
以上の第1〜5実施例では本発明をMnZn系フェライトに適用した例を示したが、本発明をMnフェライトに適用した実験例を第6実施例として示す。
以上の第1〜5実施例では本発明をMnZn系フェライトに適用した例を示したが、本発明をMnフェライトに適用した実験例を第6実施例として示す。
第1実施例と同様の手順で表6に示す組成を有するフェライトコアを作製し、第1実施例と同様の条件でQmin及びΔμi、μiminを求めた。その結果を表6に示す。
試料No.50(Co3O4:1000ppm)と試料No.51(Co3O4:2500ppmとの比較により、ZnOを含有しないMn系フェライトにおいてもCo3O4量を適切な範囲とすることにより、200以上のQmin及び絶対値で20%以下のΔμiを兼備することができる。よって、本発明をMn系フェライトに適用する場合は、Co3O4量は1500ppm以上とする。但し、Mn系フェライトにおいても、Co3O4量が5000ppmになると、Δμiが低下してしまう。よって、本発明をMnフェライトに適用する場合は、Co3O4量は1500〜4000ppmとする。
以上、フェライト焼結体の望ましい組成について詳述した。本発明が推奨する組成を有するフェライト焼結体は、初透磁率(μi)の温度依存性が小さく、かつQ値が大きい。また、本発明が推奨する組成を有するフェライト焼結体は、インダクタンスを高くできる。このため、本発明のフェライト焼結体を用いたアンテナコイルによれば、従来のNi系アンテナコイルよりも導体の巻数を少なくすることができ、アンテナコイルの小型化を図ることができる。これにより、アンテナコイルを内蔵したトランスポンダの小型化も図ることができる。
1,1a…磁芯部材(フェライト焼結体)、2,2a…導体、10,20…アンテナコイル、200…トランスポンダ、30…信号処理回路、C…ケース
Claims (8)
- フェライト焼結体と、
前記フェライト焼結体に巻回された導体とを含むアンテナコイルであって、
前記フェライト焼結体は、
Fe2O3:54.1〜57.5mol%、残部実質的にMnOを主成分とし、副成分としてSiをSiO2換算で60〜800ppm、CaをCaCO3換算で600〜4000ppm、かつCo3O4を1500〜4000ppm含有することを特徴とするアンテナコイル。 - フェライト焼結体と、
前記フェライト焼結体に巻回された導体とを含むアンテナコイルであって、
前記フェライト焼結体は、
Fe2O3:54.1〜57.5mol%、ZnO:10.5mol%以下(但し、0を含まず)、残部実質的にMnOを主成分とし、副成分としてSiをSiO2換算で60〜800ppm、CaをCaCO3換算で600〜4000ppm、かつCo3O4を1000〜3800ppm含有することを特徴とするアンテナコイル。 - 20℃での初透磁率を基準とし、−40℃〜130℃の範囲における初透磁率の変化率の絶対値が20%以下であることを特徴とする請求項1または2に記載のアンテナコイル。
- TiO2を5000ppm以下(但し、0を含む)、及び/又はSnO2を5000ppm以下(但し、0を含む)含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のアンテナコイル。
- Ta2O5を3000ppm以下(但し、0を含む)、Nb2O5を500ppm以下(但し、0を含む)、ZrO2を500ppm以下(但し、0を含む)の少なくとも1種以上を含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のアンテナコイル。
- −40℃〜130℃の範囲におけるQ(Q=1/tanδ、tanδは誘電正接)の最小値が200以上であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のアンテナコイル。
- アンテナコイルと前記アンテナコイルと電気的に接続された信号処理回路とを含むトランスポンダであって、
前記アンテナコイルは、
フェライト焼結体と、前記フェライト焼結体に巻回された導体とを含み、かつ、
前記フェライト焼結体は、
Fe2O3:54.1〜57.5mol%、残部実質的にMnOを主成分とし、副成分としてSiをSiO2換算で60〜800ppm、CaをCaCO3換算で600〜4000ppm、かつCo3O4を1500〜4000ppm含有するとともに、
前記信号処理回路は、
個体の識別情報を記録する記録部と、信号の送受信のための制御回路とを含むことを特徴とするトランスポンダ。 - アンテナコイルと前記アンテナコイルと電気的に接続された信号処理回路とを含むトランスポンダであって、
前記アンテナコイルは、
フェライト焼結体と、前記フェライト焼結体に巻回された導体とを含み、かつ、
前記フェライト焼結体は、Fe2O3:54.1〜57.5mol%、ZnO:10.5mol%以下(但し、0を含まず)、残部実質的にMnOを主成分とし、副成分としてSiをSiO2換算で60〜800ppm、CaをCaCO3換算で600〜4000ppm、かつCo3O4を1000〜3800ppm含有するとともに、
前記信号処理回路は、
個体の識別情報を記録する記録部と、信号の送受信のための制御回路とを含むことを特徴とするトランスポンダ。
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