JP2013147396A - フェライト焼結体および電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】広い温度範囲（−４０〜１２５℃）において、初透磁率の変化率が小さく、初透磁率が特定の範囲（７００〜１０００程度）にあるフェライト焼結体を提供すること。
【解決手段】スピネル構造を有し、酸化鉄と酸化亜鉛と酸化銅と酸化ニッケルとを含む主成分を有するフェライト焼結体であって、フェライト焼結体はＡ相とＢ相とを有し、Ａ相は、Ｆｅ_２Ｏ_３の含有割合（モル％）がＺｎＯの含有割合（モル％）よりも大きい領域、Ｂ相は、Ｆｅ_２Ｏ_３の含有割合（モル％）がＺｎＯの含有割合（モル％）以下の領域である。主成分１００モル％中のＦｅ_２Ｏ_３をｘ（モル％）とし、Ａ相とＢ相との合計面積に対するＡ相の面積割合をｙ（％）とした場合、（ｘ，ｙ）は下記点Ａ〜Ｄを頂点とする四角形内（線上を含む）にある。点Ａ（４８，８５）、点Ｂ（４８，７０）、点Ｃ（４９．９，６８）、点Ｄ（４９．９，７８）
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車用トランスポンダ、チョークコイルおよびインダクタなどのフェライトコアの製造に好適なフェライト焼結体と、該焼結体から構成されるフェライトコアのたとえば周囲に巻き線が巻回してあるコイル部品などの電子部品と、に関する。

フェライト焼結体で構成されるフェライトコアは、主としてコイル部品、センサ、アンテナ、偏向ヨーク等の部品に用いられており、これらの部品は、各種電子機器に用いられていた。

しかしながら、近年、携帯電話やノート型パソコン等の携帯用機器の急速な普及が進み、たとえばコイル部品が組み込まれた機器には、厳しい使用環境、とりわけ温度変化に耐え得る特性が要求される。具体的には、使用可能な温度域が広範囲に及ぶことや、かつその温度域での初透磁率の変化が小さい、望ましくは全く変化しないことが挙げられる。

さらに近年、特にトランスポンダなどのタイヤ空気圧センサやエンジンルーム内の制御回路等の自動車用部品としても、コイル部品の用途が拡大しており、このような用途には、厳しい使用環境、とりわけ温度変化に耐え得る特性が要求される。

しかも、コイル部品は、用途に応じて、その初透磁率が特定の範囲内にあるものが選択される。したがって、コイル部品には、初透磁率の温度変化が小さいことに加え、その初透磁率が特定の範囲にあることが求められる。

ところで、特許文献１では、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト焼結体において、Ｆｅ_２Ｏ_３とＺｎＯとの比を特定の範囲とすることで、初透磁率の相対温度係数を良好にできるフェライトが記載されている。

特開２００６−２０６４２０号公報

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、広い温度範囲（たとえば、−４０〜１２５℃）において、初透磁率μｉの変化率が小さく、しかも初透磁率μｉが特定の範囲（たとえば、７００〜１０００程度）にあるフェライト焼結体と、該フェライト焼結体で構成してあるフェライトコアを有する電子部品とを、提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るフェライト焼結体は、スピネル構造を有し、酸化鉄と、酸化亜鉛と、酸化銅と、酸化ニッケルと、を含む主成分を有するフェライト焼結体である。該フェライト焼結体はＡ相とＢ相とを有している。Ａ相は、酸化鉄のＦｅ_２Ｏ_３換算での含有割合（モル％）が酸化亜鉛のＺｎＯ換算での含有割合（モル％）よりも大きい領域であり、Ｂ相は、酸化鉄のＦｅ_２Ｏ_３換算での含有割合（モル％）が酸化亜鉛のＺｎＯ換算での含有割合（モル％）以下の領域である。主成分１００モル％に占める酸化鉄のＦｅ_２Ｏ_３換算での含有割合をｘ（モル％）とし、Ａ相の面積とＢ相の面積との合計面積に対するＡ相の面積割合をｙ（％）とした場合に、変数（ｘ，ｙ）が、下記の点Ａ〜Ｄを頂点とする四角形に囲まれた領域内（線上を含む）にある。
点Ａ（４８，８５）
点Ｂ（４８，７０）
点Ｃ（４９．９，６８）
点Ｄ（４９．９，７８）

本発明に係るフェライト焼結体では、主成分中に占める酸化鉄のＦｅ_２Ｏ_３換算での含有量（モル％）と、上記のＡ相の面積比率（％）と、が特定の範囲にある。このようにすることで、広い温度範囲における初透磁率の変化率を小さくすることができ、しかも、初透磁率を特定の範囲内とすることができる。

本発明に係る電子部品は、上記に記載のフェライト焼結体から構成されるフェライトコアを有する電子部品である。

本発明に係る電子部品は、μｉの温度変化が少なく、しかもμｉが特定の範囲（たとえば、７００〜１０００程度）にあるため、１Ｈｚ〜３ＭＨｚまでの周波数帯における応用製品のコイル部品、トランス部品、磁気ヘッド部品に好適である。コイル部品としては、自動車用トランスポンダ、インダクタやチョークコイル等が挙げられ、トランス部品としては、スイッチング用、インバータ用等の電源トランス等が挙げられる。

図１は、本発明の一実施形態に係るコイル部品用フェライトコアである。 図２は、フェライト焼結体の主成分１００モル％に対する酸化鉄のＦｅ_２Ｏ_３換算での含有量をｘ軸とし、Ａ相の面積およびＢ相の面積の合計１００％に対するＡ相の面積割合をｙ軸としたグラフである。 図３は、表２に示す本発明の実施例および比較例を、図２に示すグラフにプロットしたグラフである。

以下、本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。

本実施形態に係るコイル部品用フェライトコアとしては、図１に示したドラム型のほか、ＦＴ型、ＥＴ型、ＥＩ型、ＵＵ型、ＥＥ型、ＥＥＲ型、ＵＩ型、トロイダル型、ポット型、カップ型等を例示することができる。図１では、コイル部品１０は、フェライトコア１２の周囲に巻き線１４を所定巻数だけ巻回することにより得られる。

コイル部品１０のフェライトコア１２は、本実施形態に係るフェライト焼結体で構成してある。該フェライト焼結体は、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトであり、その主成分は、酸化鉄、酸化銅、酸化亜鉛および酸化ニッケルから構成される。

また、本実施形態に係るフェライト焼結体は、主として、Ａ相とＢ相とから構成されている。なお、該フェライト焼結体は、Ａ相およびＢ相以外の相を有していてもよい。

本実施形態では、Ａ相およびＢ相の両方が、構成成分として、酸化鉄、酸化銅、酸化亜鉛および酸化ニッケルを少なくとも有しており、酸化鉄と酸化亜鉛との含有割合によりＡ相とＢ相とに分けられている。すなわち、Ａ相は、酸化鉄のＦｅ_２Ｏ_３換算での含有量（モル％）が、酸化亜鉛のＺｎＯ換算での含有量（モル％）よりも大きい領域（相）である。また、Ｂ相は、酸化鉄のＦｅ_２Ｏ_３換算での含有量（モル％）が、酸化亜鉛のＺｎＯ換算での含有量（モル％）以下である領域（相）である。

本実施形態では、主成分１００モル％中の酸化鉄の含有量と、フェライト焼結体におけるＡ相の面積およびＢ相の面積の合計１００％に対するＡ相の面積割合と、を制御している。具体的には、主成分１００モル％中のＦｅ_２Ｏ_３の含有量を「ｘ」（モル％）とし、Ａ相の面積割合を「ｙ」（％）とした場合、変数（ｘ，ｙ）が、図２に示す点Ａ（４８，８５）、点Ｂ（４８，７０）、点Ｃ（４９．９，６８）および点Ｄ（４９．９，７８）を頂点とする四角形に囲まれる領域内（線上を含む）にある（図２の斜線部）。すなわち、主成分１００モル％中、酸化鉄の含有量は、Ｆｅ_２Ｏ_３換算で、４８．０〜４９．９モル％である。なお、酸化鉄の含有量は、主成分を１００モル％としたときに、酸化鉄がＦｅ_２Ｏ_３換算で占める量であり、特定の相における含有量ではない。

フェライト焼結体中において、主成分中の酸化鉄の含有量と、Ａ相の面積割合と、が上記の関係を満足することで、初透磁率を特定の範囲にしつつ、フェライト焼結体の初透磁率の温度特性を良好にすることができる。具体的には、−４０〜８５℃、２５〜８５℃および２５〜１２５℃での各温度範囲において、２５℃における初透磁率に対する変化率（Δμｉ／μｉ_２５℃）を−５．０〜＋５．０％とすることができる。

Ａ相およびＢ相の面積を求める方法については特に制限されないが、本実施形態では、たとえば以下のようにして求めることができる。まず、フェライト焼結体を切断し研磨する。研磨面に対して、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）を用いて、特定の領域（たとえば１００μｍ×１００μｍの正方形領域）について、面分析を行う。

測定点において得られる各元素の含有割合から、Ｆｅ元素のＦｅ_２Ｏ_３換算での含有割合がＺｎ元素のＺｎＯ換算での含有割合よりも大きい測定点の集合（領域）をＡ相とし、Ｆｅ元素のＦｅ_２Ｏ_３換算での含有割合が、Ｚｎ元素のＺｎＯ換算での含有割合以下である測定点の集合（領域）をＢ相とする。

そして、面分析を行った領域のマッピング画像について画像処理等を行うことにより、Ａ相およびＢ相の面積を算出し、これらの値からＡ相の面積割合を算出すればよい。

なお、ＥＰＭＡを用いて面分析を行う領域全体がＡ相およびＢ相から構成されている必要はなく、該領域内に、Ａ相およびＢ相以外の相が存在していてもよい。この場合であっても、上記のＡ相の面積割合は、Ａ相の面積とＢ相の面積との合計１００％に対する割合として算出される。

上述したＡ相およびＢ相の面積比は、後述するが、焼成条件の制御や酸化亜鉛の原料を複数用いることで容易に実現することができる。

フェライト焼結体における他の成分の含有量は、酸化鉄の含有量が上記の範囲であれば特に制限されないが、本実施形態では、以下の範囲にあることが好ましい。

主成分１００モル％中、酸化銅の含有量は、ＣｕＯ換算で、好ましくは２．０〜８．０モル％、より好ましくは４．０〜６．０モル％である。

主成分１００モル％中、酸化亜鉛の含有量は、ＺｎＯ換算で、好ましくは２８．０〜３４．０モル％、より好ましくは３０．０〜３２．０モル％である。

主成分１００モル％中、酸化ニッケルの含有量は、ＮｉＯ換算で、好ましくは１２．０〜２０．０モル％、より好ましくは１４．０〜１６．０モル％である。

本実施形態に係るフェライト焼結体は、上記の主成分に加え、該フェライト焼結体が有する効果を低下させない程度であれば、所望の特性を得るために、副成分を含有してもよい。副成分としては、特に制限されないが、たとえば、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化ビスマスなどが挙げられる。

また、本実施形態に係るフェライト焼結体には、不可避的不純物元素の酸化物が含まれ得る。

具体的には、Ｂ、Ｃ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃｌ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｂｒ、Ｔｅ、Ｉや、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｋ、Ｃａ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｒ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂａ、Ｐｂ等の典型金属元素や、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ等の遷移金属元素が挙げられる。

次に、本実施形態に係るフェライト焼結体の製造方法の一例を説明する。

まず、出発原料として、主成分の原料を準備する。主成分の原料としては、酸化鉄（α−Ｆｅ_２Ｏ_３ ）、酸化銅（ＣｕＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、あるいは複合酸化物などを用いることができる。さらに、その他、焼成により上記した酸化物や複合酸化物となる各種化合物等を用いることができる。焼成により上記した酸化物になるものとしては、たとえば、金属単体、炭酸塩、シュウ酸塩、硝酸塩、水酸化物、ハロゲン化物、有機金属化合物等が挙げられる。

酸化亜鉛の原料としては、２種類以上の原料を用いることが好ましく、特に、主成分の他の原料（酸化鉄等）と仮焼きを行う原料と、仮焼きを行わない原料と、を用いることが好ましい。

仮焼きを行わない原料としては、金属亜鉛、酸化亜鉛、炭酸亜鉛、塩化亜鉛、亜鉛を含む複合酸化物などを用いることが好ましい。酸化亜鉛の原料として２種類以上の原料を用いることで、焼成後のフェライト焼結体において、上述したＡ相の面積割合を制御することが容易となる。

フェライト焼結体に副成分が含有される場合には、副成分の原料として、上記と同様に、該成分の酸化物や混合物、複合酸化物を用いることができる。また、その他、焼成により上記した酸化物や複合酸化物となる各種化合物を用いることができる。

準備した出発原料を、所定の組成比となるように秤量して混合し、原料混合物を得る。混合する方法としては、たとえば、ボールミルを用いて行う湿式混合や、乾式ミキサーを用いて行う乾式混合が挙げられる。なお、仮焼きを行わない原料は、原料混合物には含ませず、後述する原料混合物の仮焼き後に添加することが好ましい。また、平均粒径が０．１〜３μｍの出発原料を用いることが好ましい。

次に、原料混合物の仮焼きを行い、仮焼き材料を得る。仮焼きは、好ましくは８００〜１１００℃の温度で、通常１〜３時間程度行う。仮焼きは、大気（空気）中で行ってもよく、大気中よりも酸素分圧が高い雰囲気や純酸素雰囲気で行っても良い。

次に、仮焼き材料の粉砕を行い、粉砕材料を得る。粉砕は、粗粉砕を行ってからさらに微粉砕を行ってもよい。微粉砕は、ボールミルやアトライターなどを用いた湿式粉砕を行うことが好ましい。湿式粉砕は、仮焼き材料の平均粒径が、好ましくは１〜２μｍ程度となるまで行う。仮焼きを行わない原料は、仮焼き材料の粗粉砕前に添加してもよいし、粗粉砕後に添加してもよい。

次に、粉砕材料の造粒（顆粒）を行い、造粒物を得る。造粒する方法としては、たとえば、加圧造粒法やスプレードライ法などが挙げられる。スプレードライ法は、粉砕材料に、ポリビニルアルコールなどの通常用いられるバインダを加えた後、スプレードライヤー中で霧化し、低温乾燥する方法である。

次に、造粒物を所定形状に成形し、成形体を得る。造粒物の成形としては、たとえば、乾式成形、湿式成形、押出成形などが挙げられる。乾式成形法は、造粒物を、金型に充填して圧縮加圧（プレス）することにより行う成形法である。成形体の形状は、特に限定されず、用途に応じて適宜決定すればよいが、本実施形態ではトロイダル型形状とされる。

次に、成形体の本焼成を行い、焼結体（本実施形態のフェライト焼結体）を得る。本焼成は、好ましくは９００〜１３００℃の温度で、通常２〜５時間程度行う。本焼成は、大気（空気）中で行ってもよく、大気中よりも酸素分圧が高い雰囲気で行っても良い。

このような工程を経て、本実施形態に係るフェライト焼結体は製造される。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

たとえば、上述した実施形態では、トロイダル型形状とするために、本焼成前に該形状に成形しているが、本焼成後に該形状に成形（加工）してもよい。

以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。

まず、フェライト焼結体の原料として、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＮｉＯ、ＣｕＯ、ＺｎＯおよび表１に示す原料を準備した。

次に、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＮｉＯ、ＣｕＯ、ＺｎＯの各粉末を秤量した後、ボールミルで５時間湿式混合して原料混合物を得た。

次に、得られた原料混合物を、空気中において９００℃で２時間仮焼きして仮焼き材料を得た。この仮焼き材料に対し、表１に示す原料を、仮焼き材料１００重量％に表１に示す割合の範囲内で添加し、ボールミルで比表面積が３ｍ^２／ｇとなるまで湿式粉砕して粉砕材料を得た。なお、表１に示すＺｎＯは、平均粒径５μｍの粉体と、平均粒径１μｍの粉体と、を１：１の割合で混合した粉体である。

次に、この粉砕材料を乾燥した後、該粉砕材料１００重量％に、バインダとしてのポリビニルアルコール（３重量％水溶液）を１０重量％添加して造粒し、２０メッシュの篩で整粒して顆粒とした。この顆粒を、１００ｋＰａの圧力で加圧成形して、トロイダル形状の成形体を得た。

次に、これら各成形体を、空気中において、１１５０℃で２時間焼成して、焼結体としてのトロイダルコアサンプル（外径１８ｍｍ×内径１０ｍｍ×高さ５ｍｍ）を得た。得られたサンプルについて、蛍光Ｘ線分析を行い、フェライトコアの組成を測定した。また、フェライトコアに対し以下の特性評価を行った。

（Ａ相およびＢ相の面積比の測定）
得られたサンプルを切断し、樹脂に埋め込んだ後、研磨し、その研磨面に対しＥＰＭＡ分析を行った。電子線マイクロアナライザ（島津製作所製ＥＰＭＡ−１６００）を用いて、１００μｍ×１００μｍの正方形領域に対し、加速電圧１５ｋＶ、照射電流０．３μＡ、計数時間６０秒の条件でマッピング分析を行った。

得られたマッピング分析における各測定点でのＦｅ元素およびＺｎ元素の含有割合の大小から、測定領域においてＡ相とＢ相とに分け、その面積比率を求めた。結果を表２および図３に示す。

（初透磁率（μｉ））
得られたトロイダルコアサンプルに、巻線を２０回巻回した後、ＬＣＲメータ（アジレント社製４２８４Ａ）を用いて、初透磁率μｉを測定した。測定条件は、測定周波数１ｋＨｚ、測定温度２５℃、測定レベル０．４ｍＡとした。本実施例では、２５℃における初透磁率が７００〜１０００の範囲内にある試料を良好とした。

（初透磁率の温度特性）
続いて、上記の測定条件において、−４０〜１２５℃における初透磁率（μｉ）を測定した。得られた初透磁率から、２５℃における初透磁率に対する変化率（Δμｉ／μｉ）を算出した。本実施例では、−４０〜２５℃におけるΔμｉ／μｉ（２５℃）（＝μｉ_−４０℃−μｉ_２５℃／μｉ_２５℃）は−５〜＋５％を良好とし、２５〜８５℃におけるΔμｉ／μｉ（８５℃）（＝μｉ_８５℃−μｉ_２５℃／μｉ_２５℃）は−５〜＋５％を良好とし、２５〜１２５℃におけるΔμｉ／μｉ（１２５℃）（＝μｉ_１２５℃−μｉ_２５℃／μｉ_２５℃）は−５〜＋５％を良好とした。結果を表２に示す。

表２より、ｘ（Ｆｅ_２Ｏ_３含有量）と、ｙ（Ａ相面積比率）とが、上述した範囲内である場合には（実施例１〜１８）、幅広い温度範囲において、初透磁率の温度変化を小さくでき、しかも、初透磁率が特定の範囲内（７００〜１０００）にあることが確認できた。また、図３より、実施例１〜１８は、上述した点Ａ〜点Ｄを頂点とする四角形に囲まれた領域内にあることが視覚的に確認できた。

Claims (2)

1. スピネル構造を有し、酸化鉄と、酸化亜鉛と、酸化銅と、酸化ニッケルと、を含む主成分を有するフェライト焼結体であって、
   前記フェライト焼結体が、Ａ相とＢ相とを有し、
   前記Ａ相は、前記酸化鉄のＦｅ_２Ｏ_３換算での含有割合（モル％）が前記酸化亜鉛のＺｎＯ換算での含有割合（モル％）よりも大きい領域であり、前記Ｂ相は、前記酸化鉄のＦｅ_２Ｏ_３換算での含有割合（モル％）が前記酸化亜鉛のＺｎＯ換算での含有割合（モル％）以下の領域であり、
   前記主成分１００モル％に占める前記酸化鉄のＦｅ_２Ｏ_３換算での含有割合をｘ（モル％）とし、前記Ａ相の面積と前記Ｂ相の面積との合計面積に対する前記Ａ相の面積割合をｙ（％）とした場合に、変数（ｘ，ｙ）が、下記の点Ａ〜Ｄを頂点とする四角形に囲まれた領域内（線上を含む）にあることを特徴とするフェライト焼結体。
   点Ａ（４８，８５）
   点Ｂ（４８，７０）
   点Ｃ（４９．９，６８）
   点Ｄ（４９．９，７８）
2. 請求項１に記載のフェライト焼結体から構成されるフェライトコアを有する電子部品。

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