JP2016098163A - 磁性材料 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Fe2O3がamol%、ZnOがbmol%、CuOがcmol%、残部としてNiOがdmol%含まれている主成分に対して添加剤としてxwt%のZrO2とywt%のNb2O5とが添加され、a+b+c+d=100、43≦a≦48、20≦b≦30、5≦c≦15であるとともに、0.5≦x≦0.7、0<y≦0.3であることを特徴とする磁性材料としている。前記主成分に対して添加剤としてCaCO3が0wt%よりも多く0.05wt%以下で添加されている磁性材料とすればより好ましい。
【選択図】なし
Description
a+b+c+d=100、43≦a≦48、20≦b≦30、5≦c≦15であるとともに、0.5≦x≦0.7、0<y≦0.3
であることを特徴とする磁性材料としている。
本発明に係る磁性材料はNi−Zn−Cu系フェライトを主成分としつつ、その主成分に各種酸化金属を添加したものである。あるいはその磁性材料を焼結させることでNiの一部をその添加物に含まれる金属に置換した磁性磁器組成物である。たしかにここまでは従来の磁器材料や磁性磁器組成物と同じである。しかし本発明は、Niに対してZnの割合を大きくすることで磁歪を低減させ、さらにFeの割合を小さくすることで透磁率μが大きくなりすぎないように調整して高周波領域でのコアロス特性を改善するという技術思想に基づいて想到したものである。この技術思想は従来の技術思想とは正反対である。すなわち従来はNi−Zn−Cu系フェライトにおいてZnに対してNiの割合を大きくすることで、Niフェライトに基づく低温焼成を可能としつつ透磁率μを小さくしていた。
本発明の第1の実施例は広い周波数範囲でのコアロス特性を改善させた磁性材料であり、概略的には上述したFe、Zn、Cuの割合に関する知見に基づく組成を有するNi−Zn−Cu系フェライトを主成分としつつ、その主成分にZrOとNb2O5が適量添加されたものである。そして第1の実施例に係る磁性材料の特性を評価するために、ZrOとNb2O5の割合が異なるNi−Zn−Cu系フェライトを用いたリング状の焼結体(以下、リングコアとも言う)をサンプルとして作成し、各サンプルのコアロスを測定した。
図1にサンプルの作製手順を示す図を示した。まず主成分の原料となるFe2O3、ZnO、CuO、NiOを秤量、混合する。秤量に際してはFe2O3が43〜48mol%、ZnOが20〜30mol%、CuOが5〜15mol%の範囲となるように秤量するとともに残部をNiOとした主成分の原料を用意し、その主成分の原料をボールミルなどを用いて混合する(s1)。そして上記主成分の原料の混合物を750℃で仮焼成する(s2)。その仮焼成によって得られた粉体をボールミルにてさらに30時間粉砕し、その粉砕後の粉体に対し、添加剤としてZrO2とNb2O5をサンプルに応じた割合(wt%)で添加し(s3→s4、s5)、粉砕後の主成分原料に添加剤を添加して得られた粉体にPVA水溶液などのバインダーを加えた混合して適宜な大きさの粒子径となるように造粒する(s6)。そしてその造粒物を外形25mm、内径15mm、厚さ5mmのリング状に成形する(s7)た。そして、その成形体をAgの融点以下である900℃で焼成し、サンプルとなるリングコアを得た(s8)。なお比較例に係るサンプルとして添加剤が添加されていない主成分の原料のみからなるリングコア(以下、標準サンプルとも言う)を作成した。標準サンプルについてはボールミルによる粉砕によって得た粉体をリング状に成形して焼結させることで作成した(s3→s6〜s8)。
各サンプルにおけるコアロスの特性を評価するのに当たり、上述した手順で作成した各サンプルにおいて主成分の組成が同じものを選出した。例えばFe2O3が45mol%、ZnOが25mol%、CuOが10mol%、残部をNiOとしたものを選出した。その上で各サンプルのコアロスを様々な周波数にて測定した。またコアロスの測定に際しては各サンプルを所定の巻線数(例えば巻線数3)のトロイダルリングコアにして、周知のBHアナライザを用いた。また測定時の最大磁気飽和密度Bm=50mTとし、100kHz、300kHz、500kHz、700kHz、1000kHzの各周波数にてコアロスを測定した。
ところで焼結した磁性材料は応力よってインダクタンスLが変化することが知られているが、応力によるインダクタンスLの変動が大きいとその変動を補正するための制御が難しくなり問題となる。そこで第2の実施例として磁性磁器組成物にしたときに応力よるインダクタンスLの変動がより小さな磁性材料を挙げる。概略的には第1の実施例に係る磁性材料にCaをさらに適量添加することで応力に対するインダンクタンスLの変動を減少させている。
まず第1の実施例において作製したサンプル2に対してNiの一部をCaに置換したサンプルを作製した。具体的には図1において添加剤を秤量して混合するステップs5で、表1に示したサンプル3と同じ量のZrO2とNb2O5を添加するとともに、CaCO3をサンプルに応じた量だけ添加してステップs6〜s8を実行することで主成分中のNiの一部がCaに置換された磁性磁器組成物からなるリングコアをサンプルとして作製した。そして図2に示したように、リングコア1に巻線2を巻いたトロイダルリングコア10に対し径方向に加重F(kgf)を掛ける。そしてそのときの巻線の両端a−a’間のインピーダンスLを周知のインピーダンスアナライザを用いて測定する。
表2に各サンプルにおけるCaCO3換算でのCaの割合を示した。
上述したように第1の実施例に係る磁性材料に対しさらにCaCO3を添加した磁性材料を焼結してNiの一部をCaに置換した磁性磁器組成物では、応力に対するインダクタンスLの変動を減少させることができた。しかしNiの一部をCaに置換させたことでコアロスが大きくなってしまっては本末転倒となる。そこで標準サンプルと表2に示したサンプル3、8〜10におけるコアロスの周波数特性を調べた。
s2 仮焼成工程、s3 添加剤秤量・混合工程、s6 造粒工程、s7 成形工程、
s8 焼成工程
Claims (3)
- Fe2O3がamol%、ZnOがbmol%、CuOがcmol%、残部としてNiOがdmol%含まれている主成分に対して添加剤としてxwt%のZrO2とywt%のNb2O5とが添加され、
a+b+c+d=100、43≦a≦48、20≦b≦30、5≦c≦15であるとともに、0.5≦x≦0.7、0<y≦0.3
であることを特徴とする磁性材料。 - 請求項1において、前記主成分に対して添加剤としてCaCO3が0wt%よりも多く0.05wt%以下で添加されていることを特徴とする磁性材料。
- 請求項1または2に記載の前記磁器材料を焼結させる磁性磁器組成物。
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