JP2007169105A - ＮｉＣｕＺｎ系フェライトおよびそれを用いた電子部品 - Google Patents
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Abstract
【課題】 直流重畳特性の飛躍的な向上が図れるフェライトおよびそれを用いた電子部品を提供する。
【解決手段】 主成分として酸化鉄がＦｅ2Ｏ3換算で４５．０〜４９．０モル％、酸化銅がＣｕＯ換算で５．０〜１４．０モル％、酸化亜鉛がＺｎＯ換算で１．０〜３２．０モル％、酸化ニッケルがＮｉＯ換算で残部モル％含有されて構成されるＮｉＣｕＺｎ系フェライトであって、
前記主成分に対して、酸化ビスマスがＢｉ2Ｏ3換算で０．２５〜０．４０重量％（ただし、０．２５重量％を含まない）、酸化錫がＳｎＯ2換算で１．００〜２．５０重量％含有されてなるように構成される。
【選択図】 なし
【解決手段】 主成分として酸化鉄がＦｅ2Ｏ3換算で４５．０〜４９．０モル％、酸化銅がＣｕＯ換算で５．０〜１４．０モル％、酸化亜鉛がＺｎＯ換算で１．０〜３２．０モル％、酸化ニッケルがＮｉＯ換算で残部モル％含有されて構成されるＮｉＣｕＺｎ系フェライトであって、
前記主成分に対して、酸化ビスマスがＢｉ2Ｏ3換算で０．２５〜０．４０重量％（ただし、０．２５重量％を含まない）、酸化錫がＳｎＯ2換算で１．００〜２．５０重量％含有されてなるように構成される。
【選択図】 なし
Description
本発明はＮｉＣｕＺｎ系フェライト、およびそれを用いた電子部品に関し、特に、閉磁路を形成する電子部品の材料として用いられるフェライトおよびそれを用いて製造された電子部品に関する。
従来、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等を含有した酸化物磁性材料としてのフェライトは、優れた磁気特性を備えているために、例えば、各種の電子部品のコア（磁心）材料として、あるいは、積層チップインダクタなどのインダクタ部品の材料などとして用いられている。
このような磁芯やインダクタ部品は種々の温度環境で使用されることを考慮して、温度変化に対する初透磁率μｉの変化率が少ないこと、すなわち、初期透磁率μｉの温度特性が良好なこと（温度に対する変動が小さいこと）が要望される。
また、積層チップインダクタなどのコイル導体を備える電子部品は、閉磁路を形成しコイル導体に直流電流を通電していくと、電流値に応じてインダクタンスが低下する傾向がある。電子部品としては、比較的大きな電流が通電してもインダクタンスの低下が極力少ないほうが望ましい。そのため、直流電流の通電に対するインダクタンスの変化率が小さいこと、すなわち、直流重畳特性が良好であることが要求されている。
このような要望に応じるべく、特開２００３−２７２９１２号公報には、閉磁路を形成する電子部品に使用され、大きな外部応力が付加された場合でも、所望の磁気特性を確保することができ、且つ優れた直流重畳特性を有する酸化物磁性材料、およびそれを用いた積層型電子部品を提供することを目的として、所定の組成からなるＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料主成分にＳｎＯ2を０．２〜３ｗｔ％添加してなる酸化物磁性材料の提案がなされている。これによれば、４０ＭＰａの圧縮応力が負荷された場合でも初透磁率の変化率を１０％以内に抑制することができ、しかも良好な直流重畳特性を得ることができるとされている。しかしながら、ＳｎＯ2のみの添加では、飛躍的に直流重畳特性を向上させることは期待できない。
また、特開２００２−２５５６３７号公報には、温度変化による特性値の変化が極めて少なく、同時に比抵抗が高い酸化物磁性体磁器組成物およびそれを用いたインダクタ部品を提供することを目的として、所定の組成からなるＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料主成分にＳｎＯ2を１．５重量部〜３．０重量部、Ｃｏ3Ｏ4を０．０２重量部〜０．２０重量部、Ｂｉ2Ｏ3を０．４５重量部以下含有させてなる酸化物磁性体磁器組成物の提案がなされている。これによれば温度変化による特性値の変化が極めて少なく、同時に比抵抗が高いので渦電流損失が小さくＱ値が改善されて高性能の電子部品が得られるとされている。
しかしながら、当該公報に開示の技術は、直流重畳特性の向上を目的としてなされたものではなく、しかも当該公報の具体的実施例には本願発明の組成のものは開示されておらず、例えば、８０〜１３０程度の同じ初透磁率μｉで直流重畳特性を考察した場合において、本願発明のごとく格段と優れた直流重畳特性が得られるという効果が発現するＮｉＣｕＺｎ系フェライトは存在していない。
このような実状のもとに、本発明は創案されたものであって、その目的は、直流重畳特性の飛躍的な向上が図れるフェライトおよびそれを用いた電子部品を提供することを目的とする。
このような課題を解決するために、本発明のＮｉＣｕＺｎ系フェライトは、主成分として酸化鉄がＦｅ2Ｏ3換算で４５．０〜４９．０モル％、酸化銅がＣｕＯ換算で５．０〜１４．０モル％、酸化亜鉛がＺｎＯ換算で１．０〜３２．０モル％、酸化ニッケルがＮｉＯ換算で残部モル％含有されて構成されるＮｉＣｕＺｎ系フェライトであって、前記主成分に対して、酸化ビスマスがＢｉ2Ｏ3換算で０．２５〜０．４０重量％（ただし、０．２５重量％を含まない）、酸化錫がＳｎＯ2換算で１．００〜２．５０重量％含有されてなるように構成される。
また、本発明は、ＮｉＣｕＺｎ系フェライトを有してなる電子部品であって、前記フェライトは、主成分として酸化鉄がＦｅ2Ｏ3換算で４５．０〜４９．０モル％、酸化銅がＣｕＯ換算で５．０〜１４．０モル％、酸化亜鉛がＺｎＯ換算で１．０〜３２．０モル％、酸化ニッケルがＮｉＯ換算で残部モル％含有され、前記主成分に対して、酸化ビスマスがＢｉ2Ｏ3換算で０．２５〜０．４０重量％（ただし、０．２５重量％を含まない）、酸化錫がＳｎＯ2換算で１．００〜２．５０重量％含有されてなるように構成される。
本発明の電子部品の好ましい態様として、前記電子部品はコイル導体を備えるとともに、前記フェライトからなるコア部を備え、コア部が閉磁路を形成する積層インダクタまたはＬＣ複合部品として構成される。
本発明のＮｉＣｕＺｎ系フェライトは、所定の主成分配合組成に対して、酸化ビスマスがＢｉ2Ｏ3換算で０．２５〜０．４０重量％（ただし、０．２５重量％を含まない）、酸化錫がＳｎＯ2換算で１．００〜２．５０重量％含有された極めて狭い組成範囲であるが、この狭い範囲で直流重畳特性の飛躍的な向上が図れる。
以下、本発明のＮｉＣｕＺｎ系フェライト（酸化物磁性材料）について詳細に説明する。
本発明のＮｉＣｕＺｎ系フェライトにおける実質的な主成分は、酸化鉄がＦｅ2Ｏ3換算で４５．０〜４９．０モル％（特に好ましくは、４７．０〜４８．８モル％）、酸化銅がＣｕＯ換算で５．０〜１４．０モル％（特に好ましくは、７．０〜１２モル％）、酸化亜鉛がＺｎＯ換算で１．０〜３２．０モル％（特に好ましくは、１４．０〜２８．０モル％）、酸化ニッケルがＮｉＯ換算で残部モル％含有されて構成される。
本発明のＮｉＣｕＺｎ系フェライトにおける実質的な主成分は、酸化鉄がＦｅ2Ｏ3換算で４５．０〜４９．０モル％（特に好ましくは、４７．０〜４８．８モル％）、酸化銅がＣｕＯ換算で５．０〜１４．０モル％（特に好ましくは、７．０〜１２モル％）、酸化亜鉛がＺｎＯ換算で１．０〜３２．０モル％（特に好ましくは、１４．０〜２８．０モル％）、酸化ニッケルがＮｉＯ換算で残部モル％含有されて構成される。
さらに本発明のＮｉＣｕＺｎ系フェライトにおいては、このような主成分に対して、副成分としての酸化ビスマスがＢｉ2Ｏ3換算で０．２５重量％を超え、０．４０重量％以下、（特に好ましくは、０．２６〜０．３３重量％）、酸化錫がＳｎＯ2換算で１．００〜２．５０重量％（特に好ましくは、１．００〜２．２０重量％）含有される。
上記の主成分の組成範囲において、酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）の含有量が４５．０モル％未満となると、比抵抗率が低下する傾向があるとともに、初透磁率μｉも低下する傾向があり好ましくない。この一方で、酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）の含有量が４９．０モル％を超えると、焼結性が著しく劣化するという不都合が生じる。
また、上記の主成分の組成範囲において、酸化銅（ＣｕＯ）の含有量が５．０モル％未満となると、焼結性が劣化するという不都合が生じる傾向があり、この一方で、酸化銅（ＣｕＯ）の含有量が１４．０モル％を超えると、比抵抗率が低下し、また、フェライト焼結体粒界部にＣｕの偏析が著しくなるという不都合が生じる傾向がある。
さらに、上記の主成分の組成範囲において、酸化亜鉛（ＺｎＯ）の含有量が１．０モル％未満となると、初透磁率μｉが低く電子部品材料として好ましくないという不都合が生じる傾向がある。この一方で、酸化亜鉛（ＺｎＯ）の含有量が３２．０モル％を超えると、キュリー温度が１００℃以下となってしまい実用化が困難となるという不都合が生じる傾向がある。
また、上記の主成分に対して含有される副成分の組成範囲において、酸化ビスマス（Ｂｉ2Ｏ3）の含有量が０．２５重量％以下となると、直流重畳特性の向上が顕著でないという不都合が生じる傾向がある。この一方で、酸化ビスマス（Ｂｉ2Ｏ3）の含有量が０．４０重量％を超えると、異常成長した粒子が発生し磁気特性が劣化するという不都合が生じる傾向がある。
さらに、上記の主成分に対して含有される副成分の組成範囲において、酸化錫（ＳｎＯ2）の含有量が１．００重量％未満となると、直流重畳特性の向上が顕著でないという不都合が生じる傾向がある。この一方で、酸化錫（ＳｎＯ2）の含有量が２．５０重量％を超えると、焼結性が著しく劣化するという不都合が生じる傾向がある。
本発明においては、前記主成分に対して、さらに、前記副成分に加えてＭｎ3Ｏ4、ＺｒＯ2等の添加成分を添加することができる。許容される添加量範囲は、本発明での作用効果を阻害しない範囲とされる。
本発明のフェライト材料は、所定の加工が施された磁性体シートや誘電体シートを積層して焼成して形成される積層型の電子部品、すなわち、積層型インダクタや積層型ＬＣ複合部品のコア材料とすることができる。積層型インダクタでは、コイル状部形成のための内部導体が形成されたフェライト組成物シートを複数枚準備して、これらを積層した後に焼成すればよい。
また、本発明のフェライトは、例えば、所定形状のコア材に成形加工され、必要な巻線が巻回された後、樹脂モールド（樹脂被覆）され、固定インダクタ、チップインダクタ等として用いられる。これらは、例えば、テレビ、ビデオレコーダ、携帯電話や自動車電話などの移動体通信機等の各種電子機器として使用される。コアの形状は特に限定されるものではないが、例えば、外径、長さ、共に２ｍｍ以下のドラム型コアが例示できる。
モールド材（被覆材）として用いられる樹脂としては、熱可塑性や熱硬化性樹脂が例示できる。より具体的には、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリウレタン、フェノール樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂等が例示できる。モールド材をモールドする具体的手段としては、ディップ、塗布、吹き付け等を用いることができる。さらには、射出成形、流し込み成形等を用いても良い。
本発明のフェライトを用いたチップインダクタ（電子部品）の構成を例示すると、当該チップインダクタは、例えば、本発明のフェライト材料を用いて両端に径の大きな鍔を備える円筒体形状に成形したコアと、このコアの胴部に巻回された巻線と、この巻線の端部と外部電気回路とを接続し、かつコアを樹脂内に固定するためのコア両端に配置された端子電極と、これらの外部を覆うように形成されたモールド樹脂とを備えて構成される。
次ぎに、本発明のフェライトの製造方法の一例について説明する。
まず、主成分の原料と副成分（添加物）の原料が本発明のフェライトの所定範囲内となるように所定量配合して準備する。
次いで、準備しておいた原料をボールミル等を用いて湿式混合する。これを乾燥させた後、仮焼きする。仮焼きは酸化性雰囲気中、例えば、空気中で行なわれる。仮焼き温度は、５００〜９００℃、仮焼き時間は１〜２０時間とすることが好ましい。次いで、得られた仮焼物をボールミル等により所定の大きさに粉砕する。なお、本発明のフェライトにおいては、当該粉砕の際に（あるいは粉砕後）、副成分の原料を添加して混合するようにすることが望ましい。
仮焼き物を粉砕した後、例えばポリビニルアルコール等の適当なバインダを適当量加えて、所望の形状に成形する。
ついで、成形体を焼成する。焼成は、酸化性雰囲気中、通常は、空気中で行なわれる。焼成温度は８００〜１０００℃程度で、焼成温度は１〜５時間程度とされる。
以下、具体的実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
組成物中の主成分としてＦｅ2Ｏ3、ＮｉＯ、ＣｕＯ、およびＺｎＯが下記表１に示される組成割合となるように各原料を所定量配合した後、ボールミルで１６時間ほど湿式混合した。
さらにこれらの混合粉を乾燥させた後、空気中７５０℃で１０時間仮焼きして仮焼粉を得た。この仮焼粉に副成分としてＢｉ2Ｏ3、ＳｎＯ2が下記表１の組成割合となるように各原料を所定量添加し、鋼鉄製ボールミルで１６時間粉砕し、粉砕粉を得た。
このようにして得られた粉砕粉（フェライト粉）に、６％ポリビニルアルコール溶液を加えて混合した後、スプレードライヤを用いて造粒粉を得た。このようにして得られた顆粒を用いて、成形密度３．１０Ｍｇ／ｍ3となるように外径１３ｍｍ、内径６ｍｍ、高さ３ｍｍのトロイダル形状に成形した。このように成形した成形体を大気中で焼成温度９００℃で２時間焼成して、トロイダルコアサンプルを得た。
このように成形した成形体を大気中で２種類の焼成温度、すなわち、９００℃、および９２０℃のそれぞれの焼成温度で２時間焼成し、同一組成について２種の異なる焼成温度で作製されたトロイダルコアサンプルを得た。
これらの各サンプルについて（１）１００ｋＨｚにおける初透磁率、および（２）直流重畳特性、をそれぞれ求め、結果を下記表１に示した。
なお、上記（１）〜（２）の測定ならびに算出は以下の要領で行った。
（１）１００ｋＨｚにおける初透磁率μｉ
９００℃、および９２０℃の各焼成温度で製造した各トロイダルコアサンプルにワイヤを２０回巻回した後、ＬＣＲメータにてインダクタンス値等を測定し、１００ｋＨｚ、２５℃における初透磁率μｉ900、およびμｉ920（下付きの添字は焼成温度を示している）を求めた。
（１）１００ｋＨｚにおける初透磁率μｉ
９００℃、および９２０℃の各焼成温度で製造した各トロイダルコアサンプルにワイヤを２０回巻回した後、ＬＣＲメータにてインダクタンス値等を測定し、１００ｋＨｚ、２５℃における初透磁率μｉ900、およびμｉ920（下付きの添字は焼成温度を示している）を求めた。
（２）直流重畳特性
ワイヤを２０回ほど巻回した各トロイダルコアサンプルについて直流電流を流した時のμの変化を測定し、μと直流電流の関係をグラフにする。次いで、このグラフを用いて直流電流０ｍＡ時の初期の透磁率μｉが１０％低下するときの電流値を計算するという手法によって、初透磁率μｉの１０％低下の電流値Ｉdc10%down（ｍＡ）を求めた。
ワイヤを２０回ほど巻回した各トロイダルコアサンプルについて直流電流を流した時のμの変化を測定し、μと直流電流の関係をグラフにする。次いで、このグラフを用いて直流電流０ｍＡ時の初期の透磁率μｉが１０％低下するときの電流値を計算するという手法によって、初透磁率μｉの１０％低下の電流値Ｉdc10%down（ｍＡ）を求めた。
本発明の効果が視認的に確認できるように、上記表１の結果を図１に示した。上記表１および図１に示される結果より本発明の効果は明らかである。
すなわち、本発明は、所定の主成分配合組成に対して、酸化ビスマスがＢｉ2Ｏ3換算で０．２５〜０．４０重量％（ただし、０．２５重量％を含まない）、酸化錫がＳｎＯ2換算で１．００〜２．５０重量％含有されているので、直流重畳特性の飛躍的な向上が図れることがわかる。
本発明のＮｉＣｕＺｎ系フェライトは、幅広く各種の電気部品産業に利用できる。
Claims (3)
- 主成分として酸化鉄がＦｅ2Ｏ3換算で４５．０〜４９．０モル％、酸化銅がＣｕＯ換算で５．０〜１４．０モル％、酸化亜鉛がＺｎＯ換算で１．０〜３２．０モル％、酸化ニッケルがＮｉＯ換算で残部モル％含有されて構成されるＮｉＣｕＺｎ系フェライトであって、
前記主成分に対して、酸化ビスマスがＢｉ2Ｏ3換算で０．２５〜０．４０重量％（ただし、０．２５重量％を含まない）、酸化錫がＳｎＯ2換算で１．００〜２．５０重量％含有されてなることを特徴とするＮｉＣｕＺｎ系フェライト。 - ＮｉＣｕＺｎ系フェライトを有してなる電子部品であって、
前記フェライトは、主成分として酸化鉄がＦｅ2Ｏ3換算で４５．０〜４９．０モル％、酸化銅がＣｕＯ換算で５．０〜１４．０モル％、酸化亜鉛がＺｎＯ換算で１．０〜３２．０モル％、酸化ニッケルがＮｉＯ換算で残部モル％含有され、
前記主成分に対して、酸化ビスマスがＢｉ2Ｏ3換算で０．２５〜０．４０重量％（ただし、０．２５重量％を含まない）、酸化錫がＳｎＯ2換算で１．００〜２．５０重量％含有されてなることを特徴とする電子部品。 - 前記電子部品はコイル導体を備えるとともに、前記フェライトからなるコア部を備え、コア部が閉磁路を形成する積層インダクタまたはＬＣ複合部品である請求項２に記載の電子部品。
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