JP3692057B2 - フェライト材料 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、初透磁率μi≧200の特性を備えてなるNiCuZn系フェライト材料に関し、特に、温度特性が良好で、品質係数Qが高く、高強度な特性が得られるフェライト材料に関する。本発明のフェライト材料は、例えば、樹脂モールドタイプのフェライト部品等に好適に使用できる。
【0002】
【従来の技術】
近年、テレビ、ビデオレコーダ、移動体通信機等の分野で、樹脂モールドタイプのチップインダクタや固定コイル等の部品の需要が急速に拡大しつつある。このような分野における製品には、小型、軽量、高精度等の機能が要求され、これに伴い上記部品に対する、狭公差化・高信頼性化への要求が大きくなっている。
【0003】
ところでこれらの部品のコア材料には、一般にフェライトが用いられている。樹脂モールドタイプのインダクタ部品では、樹脂モールドによってコアに圧縮応力が生じ、この圧縮応力の値に応じて、フェライトは、インダクタンス値が変化する。従って、樹脂モールドタイプのインダクタ部品では、インダクタンス公差の小さい高品質の部品を得ることが困難となる。
【0004】
このため、外力が加わった場合インダクタンス変化の小さい、すなわち、抗応力特性の良好なフェライトが望まれている。また、インダクタンス部品を利用する機器の信頼性を高くするためには、インダクタンス部品自体の信頼性を高めること、具体的には、インダクタンス部品に用いるフェライト温度特性を小さくすることが重要である。
【0005】
このような要求に応じて、従来よりこの分野における種々の改良技術の提案がなされている。すなわち、特開平5−326243号公報には、Co3O4を0.05〜0.60wt%、Bi2O3を0.5〜2wt%、SiO2とSnO2の合計量を0.10〜2.00wt%添加したNiCuZn系フェライトの提案がなされている。しかしながらこのものは、ZnOの含有量が少ないために200以上の高い初透磁率が得られない。
【0006】
また、JP特許第267916号公報には、Co3O4を0.05〜0.60wt%、Bi2O3を3〜5wt%、SiO2を0.10〜2.00wt%添加したNiCuZn系フェライトの提案がなされている。しかしながら、このものにおいてもやはり、ZnOの含有量が少ないために200以上の高い初透磁率が得られない。
【0007】
また、特開平1−103953号公報には、Bi2O3を0.05〜2wt%、SiO2を0〜1wt%添加するとともに、MgOやMn酸化物を添加したNiZn系フェライトの提案がなされている。このものは、耐熱衝撃性の改善は見られるものの、温度特性が十分とは言えない。
【0008】
また、特開平1−228108号公報には、応力緩和構造を構成させるためにSiO2を0.03wt%以下、MnOを0.1wt%以下、Bi2O3を0.1wt%以下、MgOを0.1wt%以下添加したNiCuZn系フェライトの提案がなされている。しかしながら、このものは、Bi2O3の添加量が少ないために抗応力特性が十分とは言えない。
【0009】
また、特開平8−325056号公報には、荷重が加わった時のインダクタンスの変動を極めて小さくしてしかも高周波でのQ値を高くするために、添加組成としてCoO、Bi2O3、SiO2を添加したNi−Zn系フェライト材料が開示されている。
【0010】
しかしながら、当該公報に開示の実施例に見られるように、その実施例の主組成は、本願発明の主組成範囲を外れており、また、添加組成として本願のMgOを含むものではない。そのため、品質係数Qの値が低くなってしまう傾向にある。
【0011】
また、従来のBi2O3を添加した初透磁率が高いNiCuZnフェライトにおいては粒径が大きいため、低温度係数でQが高く高強度のフェライト部品を得ることができなかった。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
このような実状のもとに本発明は創案されたものであり、その目的は、上記の問題点を解決し、200以上の高い初透磁率を持ちながら温度特性が良好で、品質係数Q値が高く、高強度なNiCuZn系フェライト材料を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、本発明は、主成分としてFe2O3が47.0〜50.0モル%、Mn2O3が0.3〜1.5モル%、CuOが2.0〜8.0モル%、ZnOが30.1〜33.0モル%、NiOが残部モル%含有されて構成されるNiCuZn系のフェライト材料であって、この主成分に対して、Bi2O3が0.5〜6.0重量%、SiO2が0.1〜2.0重量%、MgOが0.05〜1.0重量%含有されてなるように構成される。
【0014】
また、好ましい態様として、本発明は、前記主成分に対して、さらにCoOが0.05〜0.6重量%添加されてなるように構成される。
【0017】
また、本発明は、初透磁率μi≧200の特性を備えてなるように構成される。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のフェライト材料について詳細に説明する。本発明のフェライト材料は、NiCuZn系のフェライト材料であって、その実質的な主成分は、Fe2O3が47.0〜50.0モル%(特に好ましくは、47.5〜49.5モル%)、Mn2O3が0.3〜1.5モル%(特に好ましくは、0.3〜1.2モル%)、CuOが2.0〜8.0モル%(特に好ましくは、3.0〜7.0モル%)、ZnOが30.1〜33.0モル%(特に好ましくは、30.1〜32.0モル%)、NiOが残部モル%含有されて構成される。
【0019】
さらに本発明のフェライト材料においては、このような主成分に対して、Bi2O3が0.5〜6.0重量%(特に好ましくは、0.5〜5.0重量%)、SiO2が0.1〜2.0重量%(特に好ましくは、0.15〜1.5重量%)、MgOが0.05〜1.0重量%(特に好ましくは、0.05〜0.8重量%)添加される。
【0020】
タルク(talc)は、焼結成分としてSiとMgを一定の割合で含有してなるために、上記のSiO2とMgOの添加をタルク(talc)に置きかえることができる。その場合、上記のSiO2とMgOの添加の添加量範囲を満足するためには、タルク(talc)が0.15〜3.2重量%添加される。
【0021】
上記の組成範囲においてFe2O3が47モル%未満となると、初透磁率が低くなるという不都合が生じ、また、Fe2O3が50.0モル%を超えると、品質係数Qが低下してしまうという不都合が生じる。Mn2O3が0.3モル%未満となると初透磁率が低くなるという不都合が生じ、また、Mn2O3が1.5モル%を超えると、品質係数Qが低下してしまうという不都合が生じる。CuOが2.0モル%未満となると初透磁率が低くなるという不都合が生じ、また、CuOが8.0モル%を超えると、品質係数Qが低下してしまうという不都合が生じる。
【0022】
ZnOが30.1モル%未満となると初透磁率が低くなるという不都合が生じ、また、33.0モル%を超えるとキュリー点が低くなるという不都合が生じる傾向にある。
【0023】
Bi2O3が0.5重量%未満となると焼結密度が低くなるために焼結体の強度が小さくなるという不都合が生じ、Bi2O3が6.0重量%を超えると、品質係数Qが低くなる傾向がある。
【0024】
SiO2が0.1重量%未満となると、品質係数Qの値が低下する傾向にある。また、SiO2が2.0重量%を超えると、初透磁率が低くなってしまう傾向にある。
【0025】
MgOが0.05重量%未満となると品質係数Qの値が低下する傾向にある。また、MgOが2.0重量%を超えると初透磁率が低くなってしまう傾向にある。
【0026】
上記SiO2とMgOをタルクに置き換えて言及すれば、タルクの含有量が0.15重量%未満となると、品質係数Qの値が低下する傾向にあり、また、3.2重量%を超えると、初透磁率が低くなってしまう傾向にある。
【0027】
本発明においては、前記主成分に対して、さらにCoOを添加成分として、0.02〜0.6重量%添加することができる。特に好ましくは、0.05〜0.5重量%添加される。CoOは、主として、品質係数Qの向上を目的に添加されるが、添加量が多く成り過ぎて0.6重量%を超えると初透磁率が低下してしまう。
【0028】
このような本発明のNiCuZn系フェライト材料は、初透磁率μiが200以上の特性を備えてなるフェライト材料に関し、例えば、主に、0.1〜2.0MHz帯において、高いQが必要な同調用コイルなど用途に好適に用いられる。
【0029】
本発明のフェライト材料は、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。
【0030】
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。
【0031】
本発明のフェライト材料を用いたチップインダクタ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。
【0032】
次ぎに、本発明のフェライト材料を用いたフェライトの製造方法の一例について説明する。
【0033】
まず、主成分の原料と添加物の原料が本発明の所定範囲内となるように所定量配合して混合物とする。
【0034】
次いで、混合物を仮焼きする。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、800〜1000℃、仮焼き時間は1〜3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、この粉砕の際に、添加物の原料を添加して混合するようにしてもよい。また、添加物の原料は、仮焼き前にその一部を添加し、残部を仮焼き後に添加するようにしてもよい。
【0035】
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。
【0036】
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950〜1100℃程度で、焼成温度は2〜5時間程度とされる。
【0037】
【実施例】
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。
【0038】
主成分としてFe2O3、Mn2O3、NiO、CuO、およびZnO;添加成分としてCoO(必要に応じて添加)、Bi2O3、およびタルク(talc)、あるいはタルク(talc)に代えてSiO2、およびMgOを下記表1に示される組成となるように所定量配合した後、ボールミルで16時間ほど混合した。なお、表1における添加成分は主成分に対する重量%表示である。なお、タルク( talc )を用いた場合には、それに対応するSiO 2 、およびMgO含有量を表1中に記載している。
【0039】
さらにこれらの混合粉を空気中900℃で2時間仮焼きした後、ボールミルで16時間、混合粉砕した。得られたフェライト粉に6%ポリビニルアルコール溶液を10重量%添加し、造粒し、98MPaの圧力で加圧成形して寸法が50mm×5mm×4mmの角形成形体と、外径20mm、内径10mm、高さ5mmの筒状体とを、それぞれ成形した。このように成形した成形体を大気中で焼成温度1080℃で2時間焼成して、フェライトからなる角形コアサンプルおよびトロイダルコアサンプルを得た。
【0040】
これらの各サンプルについて、(1)相対温度係数(αμir)、(2)100kHzにおける初透磁率(μi)、(3)500kHzにおけるQ値、および(4)焼結体の強度を測定した。
【0041】
なお、上記(1)〜(4)の測定は以下の要領で行った。
【0042】
(1)相対温度係数(αμir)、および(2)100kHzにおける初透磁率(μi)
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、−20℃〜+60℃における相対温度係数(αμir)および100kHzにおける初透磁率(μi)を求めた。
【0043】
相対温度係数(αμir)は、2点の温度間での初透磁率の変化率を表す値であり、例えば、温度T1のときの初透磁率をμi1とし、温度T2のときの初透磁率をμi2としたとき、温度範囲T1〜T2におけるαμirは、
αμir=(μi2―μi1)/μi1 2(T2-T1)で表される。
【0044】
(3)500kHzにおけるQ値
トロイダルコアサンプルにワイヤを20回巻回した後、500kHzの周波数においてLCRメータにてQを測定した。
【0045】
(4)強度
角形コアサンプルを用いて3点曲げ強度を測定した。
【0046】
結果を下記表1に示した。
【0047】
【表1】
【0048】
【表2】
【0049】
【発明の効果】
上記の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、主成分としてFe2O3が47.0〜50.0モル%、Mn2O3が0.3〜1.5モル%、CuOが2.0〜8.0モル%、ZnOが30.1〜33.0モル%、NiOが残部モル%含有されて構成されるNiCuZn系のフェライト材料であって、この主成分に対して、Bi2O3が0.5〜6.0重量%、SiO2が0.1〜2.0重量%、MgOが0.05〜1.0重量%添加されてなるように構成されているので、極めて温度特性が良好(温度変化に対する透磁率の変化率が小さい)で、品質係数Qが高く、高強度のNiCuZn系フェライト材料が得られる。
Claims (3)
- 主成分としてFe2O3が47.0〜50.0モル%、Mn2O3が0.3〜1.5モル%、CuOが2.0〜8.0モル%、ZnOが30.1〜33.0モル%、NiOが残部モル%含有されて構成されるNiCuZn系のフェライト材料であって、
この主成分に対して、Bi2O3が0.5〜6.0重量%、SiO2が0.1〜2.0重量%、MgOが0.05〜1.0重量%含有されてなることを特徴とするフェライト材料。 - 前記主成分に対して、さらにCoOが0.05〜0.6重量%含有されてなる請求項1に記載のフェライト材料。
- 初透磁率μi≧200の特性を備えてなる請求項1ないし請求項2に記載のフェライト材料。
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