JP3932080B2 - 酸化物磁性材料 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器に用いられる酸化物磁性材料に関するものであり、例えば、需要が高水準にあるページャー(ポケベル)等のような、200〜500MHzの高周波帯で使用される電子機器用のアンテナコイルやインダクタンス素子に用いられる磁心に適した酸化物磁性材料に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の磁心を構成するための酸化物磁性材料としては、例えば特開昭63−169005号公報に開示されているような200MHz以上の高周波帯で用いられる酸化物磁性材料がある。この酸化物磁性材料は、電子機器の帯域フィルター等のインダクタンス素子用磁心に使われている。
【0003】
また、例えばページャーに用いられるアンテナコイルとしては、通常はループアンテナ(空心コイル)が使用されている。しかし、このようなループアンテナはQが高いという長所はあるが、インダクタンス等の特性を調整することが困難であり、また、振動等の外力によりインダクタンス等の特性が変動しやすいという短所がある。更に、インダクタンスを増大させるためには巻線の巻回数を増大させる必要があり、そのため全体として大形化するという欠点もある。
【0004】
これに対して、前記特開昭63−169005号公報に開示されているような酸化物磁性材料からなる磁心入りのコイルをアンテナコイルとして用いる場合、インダクタンスの調整が容易であり、小形化に適当であるという利点はあるが、Qが低いという欠点がある。
【0005】
このアンテナコイル用磁心材料のQの改善は、特開平8−339913号公報に開示されている。この特開平8−339913号公報によれば、高いQを達成することが可能である。しかしながら、高いQが得られるという利点があるが、インダクタンスの相対温度係数(温度変化率と同意語:以下相対温度係数と記載する)が大きいという欠点がある。
【0006】
更に、このQ及びインダクタンスの相対温度係数の改善は、特開平10−284315号公報に開示されている。この特開平10−284315号公報によれば、Qが高く、インダクタンスの相対温度係数が比較的小さい酸化物磁性材料が得られている。しかしながら、インダクタンスの相対温度係数は200ppm/℃とまだ大きい。
【0007】
更に、上記の酸化物磁性材料には添加物としてPbO(酸化鉛)が含有されている。このPbOは、ISO14001において環境負荷物質(自主管理対象化学物質)として環境への影響が大きく、使用削減を求められている物質の一つである。環境問題においては製造者の供給責任問題が重要視される中、今後の酸化物磁性材料は「PbOの含有率ゼロ」が課題となっている。
【0008】
このように、従来の特開平10−284315号公報では、Qは改善されているがインダクタンスの相対温度係数がまだ大きく、アンテナコイル等の高周波インダクタに用いるのにはまだ改善が必要である。また、PbOの含有による環境への影響が問題である。
【0009】
従来、ページャーのような電子機器にはループアンテナが用いられているが、これにはQが高いという利点はあるけれども全体として大形化する傾向がある。また、特開平8−339913号公報に記載されている酸化物磁性材料からなる磁心を用いたコイルでは、インダクタンスが高いので小型化が可能であり、Qも大きくなるが、インダクタンスの相対温度係数が大きいという課題がある。また、特開平10−284315号公報に記載されている酸化物磁性材料からなる磁心を用いたコイルでは、Qが大きく、インダクタンスの相対温度係数も改善されているが、このインダクタンスの相対温度係数は200ppm/℃とまだ大きい。更に、PbOの含有による環境への影響が問題である。
【0010】
インダクタンスの相対温度係数が大きいと、温度変化によりインダクタンスが大きく変化するので、たとえばアンテナコイル等に使用した場合には同調周波数や感度が不安定となる。
【0011】
本発明はこのような課題を解決することを目的とするものであって、高いQを維持しつつインダクタンスの相対温度係数を改善し、かつPbOを含有しない添加成分及び添加物量を選択した酸化物磁性材料を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、以下の諸事項を特徴とするものである。即ち、本発明は、100MHz以上の高周波帯で使用される酸化物磁性材料であって、酸化物換算でFe2O3を25〜44mol%,CuOを0〜8mol%(0を含まず),NiOを52.5〜71.5mol%及びCoOを0.5〜2mol%を主成分として含有するがZnは含まず、かつ、添加成分としてBi2O3を5〜15wt%と、SiO2を0.3〜3wt%含有し、透磁率が3.7〜5.8で、300MHzにおけるQが160以上であることを特徴とする酸化物磁性材料である。
【0015】
本発明においては、CoOを0.5〜1.5mol%を主成分として含有することで、周波数1MHzで20℃〜60℃におけるインダクタンスの相対温度係数(αμir)を85ppm/℃以下とすることが出来る。
【0016】
また第2の発明は、第1の発明の酸化物磁性材料からなる磁心を用いたことを特徴とするアンテナコイルである。
【0017】
また第3の発明は、第1の発明の酸化物磁性材料からなる磁心を用いたことを特徴とするインダクタンス素子である。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明に係わる酸化物磁性材料は、添加成分の原料としてPbOを用いずBi2O3を用いている。このことは、環境負荷物質の低減のためである。本発明に係る酸化物磁性材料によれば、200〜500MHzの周波数帯で高いQを維持しつつインダクタンスの相対温度係数を改善できる。
【0019】
またアンテナコイルおよびインダクタンス素子に第1又は第二の発明の酸化物磁性材料からなる磁心を用いているために、高周波数帯において高いQを維持しつつインダクタンスの相対温度係数を改善できる。
【0020】
本発明において、主成分を限定した理由は、以下の通りである。
Fe2O3が10mol%未満であるとインダクタンスが低下し、製品が大型化し、実用上好ましくない。また50mol%を越えると比抵抗、焼結密度、インダクタンス等の電磁気特性及び物性が低下すると共に、インダクタンスの相対温度係数が増大する。このため、10〜50mol%が好ましい。更に好ましくは10〜45mol%の範囲である。
【0021】
CuOを加えることにより、焼成温度を低下することが可能となるが、8mol%を超えるとQが低下し、かつ、インダクタンスの相対温度係数が増大する。このため、0(0を含まず)〜8mol%が好ましい。更に好ましくは、1〜6mol%の範囲であり、更に好ましくは、1〜4mol%の範囲である。
【0022】
CoOは高周波におけるQの改善効果に有効であるが、2mol%を超えると、インダクタンスの相対温度係数が増大し、0.5mol%未満では高周波のQ改善効果が少ない。このため、0.5mol%から2mol%が好ましい。
【0023】
Al2O3はインダクタンスの相対温度係数の低減に有効な成分として用いることができる。しかし、5mol%を超えると、焼結密度が低下する。このため、0(0を含まず)〜5mol%が好ましい。
【0024】
本発明において、添加物を限定した理由は、以下の通りである。
Bi2O3は焼結促進と高周波のQ改善を目的として添加するが、5wt%未満では焼結促進の効果が少なく、15wt%を超すと、焼結促進効果が激しくなり、逆にQが低下する。このため、5〜15wt%が好ましい。
【0025】
SiO2はインダクタンスの相対温度係数低減を目的として添加することができる。しかし、0.3wt%未満では低減効果が少なく、3wt%を超えると焼結性が低下する。このため、0.3wt%〜3wt%が好ましい。
【0026】
【実施例】
実施例1
Fe2O3,NiO,CuO,Co3O4,Al2O3を所望の組成となるように、かつ、添加物としてBi2O3を10wt%,SiO2を0.6wt%秤量して混合する。これを(800〜1000℃のような)所定の温度で(2時間程度の)所要時間で仮焼成し、その後アトライターで粉砕した後、バインダーを加えて顆粒状に造粒する。この顆粒を外径35mm,内径23.3mm,高さ11.7mmのトロイダル状コアと外径8.4mm,内径1.8mm,高さ6mmの円筒状コアに圧縮成形して、(950〜1050℃のような)所定の温度で(2時間程度の)所要時間の焼成を行い、試料を作製した。
【0027】
このようにして得られた前記円筒状コアに、1T銅線を貫通して端子電極を両端に施しコイルを作製し、インピーダンス・アナライザーを用いて同軸法にて300MHzにおけるQを測定した。さらに、前記トロイダルコアに銅線(0.55mmφ)を20Ts巻線してコイルを作製し、該コイルを恒温槽内に設置し1MHz・20℃〜60℃におけるインダクタンスの相対温度係数(αμir)を共振法にてインピーダンス・アナライザーを用いて測定した。代表的な結果とFe2O3をパラメータとしたデータを表1に示す。
【0028】
【表1】
【0030】
実施例2
後述[A]に示す主成分原料及び添加成分原料について、Fe2O3,NiO,CuO,Co3O4,Al2O3を所望の組成となるように、かつ、添加物としてBi2O3,SiO2を所望の添加量となるように秤量して混合する。これを(800〜1000℃のような)所定の温度で(2時間程度の)所要時間で仮焼成し、その後アトライターで粉砕した後、バインダーを加えて顆粒状に造粒する。この顆粒を外径35mm,内径23.3mm,高さ11.7mmのトロイダル状コアと外径8.4mm,内径1.8mm,高さ6mmの円筒状コアに圧縮成形して、(950〜1050℃のような)所定の温度で(2時間程度の)所要時間の焼成を行い、試料を作製した。
【0031】
[A]主成分組成として
Fe2O3:44mol%,CoO:0〜3mol%,CuO:0〜8mol%,Al2O3:0〜6mol%,NiO:残部(mol%)
添加成分として
Bi2O3:1〜20wt%,SiO2:0〜3wt%と変化させた。
【0032】
得られた前記円筒状コアに、1T銅線を貫通して端子電極を両端に施しコイルを作製し、インピーダンス・アナライザーを用いて同軸法にて300MHzにおけるQを測定した。さらに、前記トロイダルコアに銅線(0.55mmφ)を20Ts巻線してコイルを作製し、該コイルを恒温槽内に設置し1MHz・20℃〜60℃におけるインダクタンスの相対温度係数(αμir)を共振法にてインピーダンス・アナライザーを用いて測定した。
【0033】
図1はCoOの含有量をパラメータとしてCuO:2mol%,Al2O3:0mol%,Bi2O3:10wt%,SiO2:0.6wt%、としたときの300MHzにおけるQおよび1MHzにおけるインダクタンスの相対温度係数を示すグラフであり、実線がQの変化を、破線がインダクタンスの相対温度係数の変化を表すグラフである。
【0034】
CoOは0.5mol%〜2mol%であればQも高くインダクタンスの相対温度係数も150ppm/℃以下となり、目的である高いQと小さなインダクタンスの相対温度係数を備えた酸化物磁性材料を得ることができる。
【0035】
図2はCuOの含有量をパラメータとして、CoO:1mol%,Al2O3:0mol%,Bi2O3:10wt%,SiO2:2wt%、としたときの300MHzにおけるQおよび1MHzにおけるインダクタンスの相対温度係数を示すグラフであり、実線がQの変化を、破線がインダクタンスの相対温度係数の変化を表すグラフである。
【0036】
CuOは0mol%(0を含まず)〜8mol%であればQも高く、インダクタンスの相対温度係数も150ppm/℃以下となる。
【0039】
図3はBi2O3の含有量をパラメータとして、CoO:1mol%,CuO:2mol%,Al2O3:0mol%,SiO2:0.6wt%、としたときの300MHzにおけるQおよび1MHzにおけるインダクタンスの相対温度係数を示すグラフであり、実線がQの変化を、破線がインダクタンスの相対温度係数の変化を表すグラフである。
【0040】
Bi2O3は5wt%〜15wt%であればQも高く、インダクタンスの相対温度係数も150ppm/℃以下となる。尚、Bi2O3は5wt%未満であると、焼結促進効果が少なく好ましくない。
【0041】
図4はSiO2の含有量をパラメータとして、CoO:1mol%,CuO:2mol%,Al2O3:0mol%,Bi2O3:10wt%、としたときの300MHzにおけるQおよび1MHzにおけるインダクタンスの相対温度係数を示すグラフであり、実線がQの変化を、破線がインダクタンスの相対温度係数の変化を表すグラフである。
【0042】
SiO2を添加することにより、インダクタンスの相対温度係数を著しく低減させることができ、0.3wt%〜3wt%であればQも高い。
【0043】
以上のように、本発明における酸化物磁性材料によれば、100MHz以上の高周波帯におけるQが高く、インダクタンスの相対温度係数も小さい(150ppm/℃以下)酸化物磁性材料を得ることができる。また、従来材のような添加物としてPbOを用いてなく、環境へも配慮した酸化物磁性材料である。
なお、原料中に含まれるCa,Si,P,S,Cl,Pb等の不可避微量成分は含まれることを許されるものとする。
【0044】
また、本発明における酸化物磁性材料からなるコアを用いて、ページャー等の電子機器用のアンテナコイルやインダクタンス素子を構成したところ、所望の高いQと安定した温度特性を実現することができた。
【0045】
本発明における酸化物磁性材料により、100MHz以上の高周波領域で所望の高いQと安定した温度特性を得ることができる。また、本発明における酸化物磁性材料はPbOを含有して居らず、環境への影響が少ない,環境負荷物質を削減した酸化物磁性材料を得ることができる。
さらに、本発明における酸化物磁性材料を用いて、ページャー等の電子機器用アンテナコイルやインダクタンス素子を構成すれば、所望の高いQを得ることが可能となりコイルの小型化を実現でき、かつインダクタンスの温度変化が少なく同調周波数や感度を安定化できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る酸化物磁性材料の特性をCoOをパラメータとしたグラフである。
【図2】 本発明に係る酸化物磁性材料の特性をCuOをパラメータとしたグラフである。
【図3】 本発明にかかる酸化物磁性材料の特性をBi2O3をパラメータとしたグラフである。
【図4】 本発明にかかる酸化物磁性材料の特性をSiO2をパラメータとしたグラフである。
Claims (4)
- 100MHz以上の高周波帯で使用される酸化物磁性材料であって、酸化物換算でFe2O3を25〜44mol%,CuOを0〜8mol%(0を含まず),NiOを52.5〜71.5mol%及びCoOを0.5〜2mol%を主成分として含有するがZnは含まず、かつ、添加成分としてBi2O3を5〜15wt%と、SiO2を0.3〜3wt%含有し、透磁率が3.7〜5.8で、300MHzにおけるQが160以上であることを特徴とする酸化物磁性材料。
- 請求項1に記載の酸化物磁性材料であって、CoOを0.5〜1.5mol%を主成分として含有し、周波数1MHzで20℃〜60℃におけるインダクタンスの相対温度係数(αμir)が85ppm/℃以下であることを特徴とする酸化物磁性材料。
- 請求項1又は2に記載の酸化物磁性材料からなる磁心を用いたことを特徴とするアンテナコイル。
- 請求項1又は2に記載の酸化物磁性材料からなる磁心を用いたことを特徴とするインダクタンス素子。
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