JP2005330161A - フェライト材料 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 Fe2O3:47.0〜50.0mol%、CuO:0〜7mol%、NiO:13〜26mol%、残部実質的にZnOの主成分を有する焼結体からなり、焼結体中に含まれるPがP2O5換算で40ppm以下、主成分に対して、Al2O3、CaO及びMgOの1種又は2種以上の副成分を50〜1800ppm含有する。このNi−Cu−Zn系フェライト材料は、平均結晶粒径を12μm以下、結晶粒径の標準偏差を4.5μm以下とすることができる。
【選択図】図4
Description
例えば、特許第3147496号公報(特許文献1)には、樹脂モールド処理時の樹脂の収縮などの応力の影響を受けることが少なく、積層フェライト部品や型物(成型)フェライト部品に使用するのに適したフェライト材料として、Fe2O3:46.5〜49.5mol%、CuO:5.0〜12.0mol%、ZnO:2.0〜30.0mol%、NiO:残部の割合で含有するNi−Zn−Cu系フェライト材料に対して、Co3O4、Bi2O3、SiO2、及びSnO2を、その含有率が、Co3O4:0.05〜0.60重量%、Bi2O3:0.50〜2.00重量%、SiO2とSnO2の合計量:0.10〜2.00重量%(但し、SiO2、SnO2のどちらか一方が0重量%である場合を除く)となる割合で配合したことを特徴とするフェライト材料が開示されている。
特許文献2に開示されたフェライト材料は、インダクタ用材料を高磁束密度化すると初透磁率の温度係数がつられて大きくなるという従来材料の問題を解消すべく提案されたものであり、飽和磁束密度が高く、かつ初透磁率の温度係数の小さな材料を得ることを目的としている。しかし、特許文献2に開示されているフェライト材料は、添加物を加えているために、飽和磁束密度の劣化が見られる。
特許文献3に開示されたフェライト材料は、電力損失を低減するために、焼成体の平均結晶粒径を5μm以上と大きく、かつ焼成体内のポアの割合を多くしている。しかし、このような低密度の材料は、透磁率、飽和磁束密度といった磁気特性の極端な低下を招いてしまう。
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、磁気特性の劣化を抑制し、かつ透磁率の温度特性を向上することのできるフェライト材料を提供することを目的とする。
初透磁率μi(100kHzにおける):320以上
αμir-40〜20の絶対値:13ppm/℃以下
αμir20〜100の絶対値が22ppm/℃以下
ただし、αμir-40〜20=[(μi20−μi-40)/μi20 2]×[1/(T20−T-40)]
αμir20〜100=[(μi100−μi20)/μi20 2]×[1/(T100−T20)]
μi-40:−40℃における初透磁率
μi20:20℃における初透磁率
μi100:100℃における初透磁率
飽和磁束密度Bs(印加磁界4000A/m):470mT以上
<主成分>
本発明のフェライト材料は、Fe2O3:47.0〜50.0mol%、CuO:0〜7mol%、NiO:13〜26mol%、残部ZnOの主成分を有する焼結体からなる。
Fe2O3が47.0mol%未満の場合、高い飽和磁束密度が得られなくなる。一方、Fe2O3が50.0mol%を超えると、比抵抗が低くなり、Ni−Cu−Zn系フェライト材料の特徴である絶縁性が低くなり不適当である。そこで本発明のフェライト材料の主成分として、Fe2O3:47.0〜50.0mol%とする。好ましいFe2O3は47.0〜49.8mol%、さらに好ましいFe2O3は47.5〜49.8mol%である。
また、NiOが13mol%未満では飽和磁束密度が低くなり、逆に26mol%を超えると初透磁率μiが低くなり、初透磁率の温度特性αμirが悪化する。そこで本発明のフェライト材料の主成分として、NiO:13〜26mol%とする。好ましいNiOは15〜26mol%、さらに好ましいNiOは20〜26mol%である。
本発明のフェライト材料は、焼結体中に含まれるPがP2O5換算で40ppm以下である。P2O5の量が40ppmを超えると、透磁率及び飽和磁束密度が低下するとともに、初透磁率の温度特性も劣化するからである。好ましいP2O5の量は35ppm以下、さらに好ましいP2O5の量は30ppm以下である。なお、本発明で問題とするのは本質的にはPの量であるが、Pの量を酸化物換算で示すことが慣用的に行われているため、本発明ではそれにしたがってP2O5量でPの量を規定している。
本発明のフェライト材料は、副成分としてAl2O3、MgO及びCaOの1種又は2種以上を50〜1800ppm含む。Al2O3、MgO及びCaOは初透磁率の温度特性を改善する効果を奏する。この効果を得るために、Al2O3、MgO及びCaOの1種又は2種で50ppm以上含有する必要がある。ただし、含有量が多くなりすぎると初透磁率が劣化するとともに、初透磁率の温度特性も劣化してしまう。そこで、Al2O3、MgO及びCaOの1種又は2種以上で1800ppm以下とする。Al2O3、MgO及びCaOの1種又は2種以上の好ましい範囲は100〜1500ppm、さらに好ましい範囲は200〜1200ppmである。
本発明のフェライト材料は、通常、焼結体として実施される。本発明のフェライト材料は、P2O5含有量を低減するとともに、Al2O3、MgO及びCaOの1種又は2種以上を所定量含有することにより、焼結体を構成する結晶粒が微細かつ均一となる。具体的には、平均結晶粒径が12μm以下の範囲にあり、かつ結晶粒径の標準偏差が4.5μm以下という組織を得ることができる。このように制御された組織によって、初透磁率の温度特性を向上することが可能となる。好ましい平均結晶粒径は10μm以下、好ましい結晶粒径の標準偏差は4.3μm以下である。
また、本発明のフェライト材料は、実質的に緻密な焼結体であることが好ましい。密度が低いと、初透磁率、飽和磁束密度といった磁気特性が劣るからである。本発明のフェライト材料を構成する焼結体は、5.20Mg/m3以上の密度を有することが好ましく、5.25Mg/m3以上の密度を有することがより好ましい。
主成分をなす原料粉末として、例えば、Fe2O3粉末、CuO粉末、ZnO粉末およびNiO粉末を用意する。これらの主成分をなす粉末に加えて、副成分をなすAl2O3、MgO及びCaOの1種又は2種以上の粉末を用意する。ここで、本発明のフェライト材料は、P2O5の量を40ppm以下とするが、そのためにはP2O5量の少ない原料粉末を用いることが必要である。原料粉末の中では、Fe2O3粉末がP2O5の主な供給源となるため、本発明においてはP2O5量の少ない、具体的には20ppm以下のFe2O3粉末を用いることが好ましい。
なお、本発明では、上述の主成分の原料粉末に限らず、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Niを含有する水溶液を酸化培焼することによりFe、Ni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、後述する仮焼きは不要である。
・焼結体の密度:T10(外径20mm、内径10mm、厚さ5mmのトロイダル)形状のフェライト焼結体の重量を測定する。外径、内径、厚さの測定値よりフェライト焼結体の体積を求め、この値と策定された重量より焼結密度を求めた。
・初透磁率μi及び初透磁率の温度特性αμir:T10(トロイダル)形状のフェライト焼結体にワイヤーを20回巻線した後、LCRメーター(ヒューレットパッカード社製 HP4192)にて100kHzにおける初透磁率μiを測定し、下記の式にて−40℃〜100℃における初透磁率の温度特性αμirを算出した。
αμir=[(μi2−μi1)/μi1 2] × [1/(T2−T1)]
μi1:温度T1における初透磁率、μi2:温度T2における初透磁率
飽和磁束密度Bs:印加磁界4000A/mにて測定
そして、表1、図2及び図3に示すように、P2O5量が低減するにしたがって、初透磁率μi及び飽和磁束密度Bsが向上することがわかる。また、表1及び図4に示すように、初透磁率の温度特性αμirは、P2O5量が多くなるにしたがって大きな値を示すが、P2O5が40ppm以下であれば、−40℃〜20℃のαμirが14ppm/℃程度、20℃〜100℃のαμirが23ppm/℃程度で安定した値を示している。
以上の結果に基づき、本発明では、含有されるP2O5量を40ppm以下に規定した。
図5〜図9には、表1の試料No.4の特性(図中、「無添加」のプロット)も併せて示しているが、本発明の副成分を含有することにより、焼結密度及び初透磁率μiは向上するが、飽和磁束密度Bsは低下してしまうことが示されている。ただし、本発明では上述したようにP2O5量を低減することによる飽和磁束密度Bs向上効果を享受しているため、本発明の副成分による飽和磁束密度Bsの低下は最小限に抑制される。
平均結晶粒径及び結晶粒径の標準偏差の測定方法:Ni−Cu−Zn系フェライト焼結体の断面を鏡面研磨後、酸エッチングを施し、光学顕微鏡により50倍の倍率で観察する。観察した画像上の結晶を区別した後に、スキャナを用いてその画像をパソコンに取り込み、画像解析ソフト QuickL Ver 1.0を用いて結晶を認識させる。円形近似された結晶の面積より結晶粒径を計算し、その平均値を「平均結晶粒径」とし、標準偏差の値を「結晶粒径の標準偏差」とした。
表6に示すように、Fe2O3量が増加するにつれて初透磁率μiが低くなるとともに、初透磁率の温度特性αμirが低下することがわかる。
Claims (3)
- Fe2O3:47.0〜50.0mol%、CuO:0〜7mol%、NiO:13〜26mol%、残部実質的にZnOの主成分を有する焼結体からなり、
前記焼結体中に含まれるPがP2O5換算で40ppm以下、
前記主成分に対して、Al2O3、CaO及びMgOの1種又は2種以上の副成分を50〜1800ppm含有することを特徴とするフェライト材料。 - 前記焼結体の平均結晶粒径が12μm以下、結晶粒径の標準偏差が4.5μm以下であることを特徴とする請求項1に記載のフェライト材料。
- 初透磁率μi(100kHzにおける)が320以上、
αμir-40〜20の絶対値が13ppm/℃以下、αμir20〜100の絶対値が22ppm/℃以下、飽和磁束密度Bs(印加磁界4000A/m)が470mT以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載のフェライト材料。
ただし、αμir-40〜20=[(μi20−μi-40)/μi20 2]×[1/(T20−T-40)]
αμir20〜100=[(μi100−μi20)/μi20 2]×[1/(T100−T20)]
μi-40:−40℃における初透磁率
μi20:20℃における初透磁率
μi100:100℃における初透磁率
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