JP4298962B2

JP4298962B2 - 酸化物磁性材料とフェライトコアと電子部品

Info

Publication number: JP4298962B2
Application number: JP2002125984A
Authority: JP
Inventors: 文吾桜井; 綱伊藤
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2002-04-26
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2022-04-26
Also published as: JP2003321272A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高抵抗でかつ低損失の酸化物磁性材料と、この材料を用いた電源用やトランス用フェライトコアおよびこれを用いた電子部品に関する。特に液晶搭載携帯機器（ノートパソコン、デジタルビデオカメラ、デジタルカメラ、カーナビゲーションシステム等）の液晶バックライトに用いられるインバータトランス用フェライトコアや電源用チョークコイル等に好適に使用される酸化物磁性材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯機器にみられるように、電子機器の小型化、薄型化、軽量化が急速に進展している。それに伴い、電子機器に用いられる電源も小型化、薄型化、軽量化が進んでおり、中でも電源に用いられるトランスは、体積的にも、電力損失においても大きな割合を占めるため、その小型化、高効率化が求められている。このようないわゆる小型電源用トランスに用いられる磁性材料として求められる特性は、駆動周波数、駆動温度帯で損失が低いこと、飽和磁束密度が高いこと、比抵抗が高いこと等があげられる。損失が高いと電源としての効率が悪いだけでなく、自己発熱が大きくなる。よって、磁性材料としては、損失を低減させるものが望ましい。このような要求に応じるべく、従来より、飽和磁束密度が高く、低損失でかつ低価格のＭｎ-Ｚｎ系フェライトが用いられてきた。
【０００３】
しかしながら、従来のＭｎ-Ｚｎ系フェライトは、比抵抗が低く、絶縁性の確保のため、ボビン等を介して巻線を行わなければならないという不都合が生じていた。そのため、トランス用材料として、Ｍｎ-Ｚｎ系フェライトを選定することは、必然的にトランスの小型化に対して限界があった。
【０００４】
これに対し、Ｎｉ-Ｚｎ系フェライトは、比抵抗が高く、コアに直接巻線を施すことが可能で、ボビンが不要となるので体積的問題を解決でき、小型化に適しているが、損失が高いため、コアが発熱しやすく、スイッチング電源等のトランスとして適していなかった。
【０００５】
このような問題を解決するため、Ｍｎ-Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ-Ｚｎ系フェライト両者の特徴を生かしたＮｉ-Ｃｕ-Ｚｎ-Ｍｎ系フェライトが提案されている。例えば特許第１８９３６５８号公報には、Ｆｅ_２Ｏ_３：４７〜５０モル％、ＮｉＯ：１４〜２０モル％、ＺｎＯ：２６〜３３ｍｏｌ％、ＣｕＯ：４〜７ｍｏｌ％を主成分とし、ＭｎＯ：０．３〜０．８モル％を副成分として含有させた酸化物磁性材料が提案されている。
【０００６】
また、特許第２５５１００９公報には、Ｆｅ_２Ｏ_３：４８．５〜５０モル％、ＮｉＯ：１０．５〜１４モル％、ＺｎＯ：２６．５〜２９モル％、ＣｕＯ：６〜１１モル％、ＭｎＯ：０〜２．０モル％の組成からなる酸化物磁性材料が提案されている。
【０００７】
また、特開平１１-２１９８１２号公報には、主成分がＦｅ_２Ｏ_３換算で４８〜４９．５モル％、ＮｉＯ換算で１７〜２３モル％、ＣｕＯ換算で３〜７モル％、残部がＺｎＯでなり、副成分として４〜９．５ｗｔ％のＭｎＯを含有し、かつ平均結晶粒子径が８μｍ以上の酸化物磁性材料が提案されている。
【０００８】
また、特開２０００-２９９２１５号公報には、主成分が、Ｆｅ_２Ｏ_３：４３〜５０モル％、ＮｉＯ：１０〜４０モル％、ＣｕＯ：１〜１５モル％、残部ＺｎＯからなり、添加物としてＳｉＯ：０．００５〜０．１ｗｔ％およびＭｎＯ：０．００５〜０．５ｗｔ％のうちの少なくとも何れか一方を含む酸化物磁性材料が提案されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述したようにトランスの小型化、高効率化等の性能向上に対する要望は際限がない。本発明は、従来のものを超えるさらなる高特性、すなわち、飽和磁束密度が高く、高い比抵抗を持ちながら低損失の酸化物磁性材料およびフェライトコアとこれを用いた電子部品を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の酸化物磁性材料は、主成分として、酸化鉄をＦｅ_２Ｏ_３換算で４６．０〜４９．９５モル％、酸化銅をＣｕＯ換算で２．３〜１２．０モル％、酸化亜鉛をＺｎＯ換算で２４．０〜３０．０モル％、酸化マンガンをＭｎ_２Ｏ_３換算で０．０１〜３．５モル％、残り酸化ニッケルを含み、副成分としてリンをＰ換算で２〜６３ｐｐｍ含み、かつ酸化タングステンをＷＯ_３換算で０．００１〜０．５ｗｔ％含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明の酸化物磁性材料において、Ｆｅ_２Ｏ_３が４６．０モル％未満であると、飽和磁束密度が低下すると共に、コアロス（損失）が増加してしまう傾向にある。一方、Ｆｅ_２Ｏ_３が４９．９５モル％を超えると、比抵抗の低下、飽和磁束密度の低下およびコアロスの増加、ならびに安定化した量産が困難になる傾向がある。
【００１２】
また、上記組成範囲において、ＣｕＯが２．３モル％未満になると、焼結性の低下によってコアロスの増加を生じる傾向がある。一方、ＣｕＯが１２．０モル％を超えると、飽和磁束密度の低下およびコアロスの増加を招く傾向がある。
【００１３】
また、上記組成範囲において、ＺｎＯが２４．０モル％未満であると、コアロスが増加する傾向がある。一方ＺｎＯが３０．０モル％を超えると、キューリー点の低下によって、コアロスの最小となる温度が１００℃以下となり、しかも１４０℃でのコアロスが増加してしまう傾向がある。
【００１４】
また、上記組成範囲において、Ｍｎ_２Ｏ_３が０．０１モル％未満であると、コアロスが増加する傾向がある。一方、Ｍｎ_２Ｏ_３が３．５モル％を超えると、比抵抗の低下とコアロスの増加を招く傾向がある。
【００１５】
また、上記組成範囲において、Ｐが２ｐｐｍ未満であると、焼結性の低下によりコアロスが増加する傾向がある。一方、Ｐが６３ｐｐｍを超えると、やはりコアロスが増加する傾向がある。このＰのより好ましい添加量は７〜５３ｐｐｍである。
【００１６】
また、上記組成範囲において、ＷＯ_３が０．００１ｗｔ％未満であると、コアロスが増加する傾向がある。一方ＷＯ_３が０．５ｗｔ％を超えると、コアロスが増加し、かつ飽和磁束密度が低下する傾向がある。このＷＯ_３より好ましい添加量は０．０１〜０．１ｗｔ％である。
【００１７】
このように、Ｎｉ-Ｃｕ-Ｚｎ-Ｍｎを含む酸化物磁性材料において、さらにリンおよびタングステンを加えてその成分を調整することにより、飽和磁束密度が高く、高い比抵抗を有しながら、コアロスを低くする磁性材料が得られる。
【００１８】
本発明のフェライトコアは、前記組成の酸化物磁性材料からなる。また、本発明の電子部品は、このような組成を有するフェライトコアを用いて構成される。電子部品としては、コイル部品またはトランス部品があげられる。なお、本発明において、高い飽和磁束密度、低い損失、高い比抵抗を備えたフェライト特性を得るには、前記酸化鉄および酸化マンガンの総和量を調整することが好ましい。すなわち、酸化鉄と酸化マンガンを（Ｆｅ_２Ｏ_３＋Ｍｎ_２Ｏ_３）換算で４８．０〜５０．５モル％、より好ましくは４９．５〜５０．１モル％とするのがよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の酸化物磁性材料は前記組成を有するものであるが、この組成を有するものであれば、Ｂ、Ｃ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｓ、Ｃｌ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｂｒ、Ｔｅ、Ｉや、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ，Ａｌ、Ｋ、Ｃａ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｒ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｐｂ、Ｂｉ等の典型金属元素、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ等の遷移金属元素等の不可避不純物を本発明の作用効果を逸脱しない範囲で含んでよい。
【００２０】
本発明の酸化物磁性材料は、より好ましい態様として、フェライトコアとして成形焼結されて用いられる。フェライトコア（フェライト焼結体）の製造は、通常、良く知られているように、粉末原料調整工程、仮焼き工程、加圧成形工程および焼成工程を経て行われる。
【００２１】
フェライト焼結体の製造方法には特に制限はなく、鉄、マンガン、ニッケル、銅、亜鉛、リンの原料は、反応後に酸化物になれば特に化合物の種類について制限はない。したがって、原料として、酸化物の他に金属単体、水酸化物、ハロゲン化物等を反応条件に合わせて任意に使用することができる。
【００２２】
原料の粉砕混合は湿式もしくは乾式により行い、ボールミル、サンドミル、振動ミル、湿式メディア攪拌型ミル等を用い、混合粉砕した後、湿式の場合は乾燥し、仮焼し、微粉砕する。微粉砕も前記粉砕混合と同様に湿式または乾式により行い、酸化物磁性材料を得る。その後、所定の形状に成形し、例えば大気中で焼成し、フェライトコアを得る。
【００２３】
このようなフェライトコアを用いて、コイル部品、トランス部品等の電子部品が製造される。コイル部品としては、インダクタやチョークコイル等が例示でき、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例示できる。
【００２４】
コアの形状としては、特に限定されないが、例えば外径１８ｍｍ、内径１０ｍｍ、高さ５ｍｍのトロイダル型コアが挙げられ、特にいわゆるＥＥ型、ＥＩ型、ＥＥＲ型、ＵＵ型、ＵＩ型、ドラム型、ポット型、カップ型等のコアが本発明に適用できる。
【００２５】
本発明のフェライトコアは、コアロスが最小となる温度が１００℃以上、特に１２０〜１６０℃である。このように、本発明のフェライトコアは、高温側で電力損失が最小となる温度特性を有するために、発熱を伴う電子機器において安定に動作させることができる。このような温度特性は、本発明の前記組成範囲により実現できる。
【００２６】
【実施例】
主成分の原料には、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＮｉＯ、ＣｕＯ、ＺｎＯおよびＭｎ_２Ｏ_３を使用し、副成分の原料にはＨ_３ＰＯ_４、ＷＯ_３を用い、これらを所定量秤量し、イオン交換水を加え、湿式混合した後、乾燥および解砕した。次に大気中９００℃で仮焼成を行い、更にその粉体を湿式粉砕し、最後に粉砕されたスラリー状の原料を乾燥および解砕した。この粉体にバインダー（ポリビニルアルコール）を加えて造粒し、２０メッシュのふるいにて整粒した顆粒を乾式圧縮成形機と金型を用いてリング状コアに成形し、これを大気中１０００〜１２５０℃で２時間焼成し、外径約１８ｍｍ、内径約１０ｍｍ、高さ５ｍｍのリング状コアを得た。
【００２７】
フェライトコア中の成分元素の比率は蛍光Ｘ線分析により測定した。また、表１に示すＰの含有量は吸光光度法により測定した。
【００２８】
得られたリング状コアを用いて、Ｂ-Ｈアナライザー（岩崎通信機株式会社製ＳＹ-８２１６）により、２０〜１６０℃、５０ｋＨｚ、１５０ｍＴでのコアロス（Ｐｃｖ）を測定した。また、インピーダンスアナライザ（ヒューレットパッカード社製４２９１Ａ）により磁界を０．４Ａ／ｍ印加し、室温で１００ｋＨｚにおいて初透磁率を測定した。飽和磁束密度は、理研電子株式会社製、直流磁化特性自動記録装置ＭｏｄｅｌＢＨＳ４０により、室温で４ｋＡ／ｍの磁界を印加し測定した。
【００２９】
更に、以下に示す条件において比抵抗（室温、１ｋＶ印加）について評価を行った。比抵抗は、直径１インチ、厚さ５ｍｍ程度となるように成形し、空気中で所定温度にて焼成し、両端面にＩｎ−Ｇａ電極を施して印加電圧１ｋＶにおける抵抗値をＩＲメータ（ＴＯＡＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬＴＤ製ＳＵＰＥ−ＲＭＥＧＯＨＭＭＥＴＥＲＭＯＤＥＬＳＭ−５Ｅ）を使用し測定した。
【００３０】
このような要領で測定したコアロス（Ｐｃｖ）、飽和磁束密度（Ｂｓ）、比抵抗およびＢｓ／Ｐｃｖの値を下記の表１、表２に示す。なお、Ｂｓ／Ｐｃｖの値はコアの性能を端的に表現する値である。コアロス（Ｐｃｖ）の目標値は２１９ｋＷ／ｍ^３以下、Ｂｓ／Ｐｃｖ値の目標値は１．９７以上、比抵抗の目標値は１０^６（Ω・ｃｍ）以上である。
【００３１】
なお、表２における比較例１４＊は前記従来技術の欄で述べた特許第１８９３６５８号公報に開示された組成の１つと同じものであり、副成分としてＭｎＯを０．５モル％添加している。比較例１５＊は従来技術の欄で述べた特許第２５５１００９号公報に開示された組成の１つと同じものであり、さらにＭｎＯを０．５モル％添加している。比較例１６＊は従来技術の欄で述べた特開平１１−２１９８２１２号公報に開示された組成の１つと同じものであり、副成分としてＭｎＯを７ｗｔ％添加している。
【００３２】
［ＷＯ_３の添加量］
実施例１〜８および比較例１、２はＷＯ_３の添加量を、他の成分組成を一定にして種々に変更した場合の特性測定結果について示す。これらの例から分かるように、ＷＯ_３が０．００１ｗｔ％未満（比較例１）であると、コアロスが増加する傾向がある。一方ＷＯ_３が０．５ｗｔ％を超える（比較例２）と、コアロスが増加すると共に、飽和磁束密度が低下する傾向がある。
【００３３】
［Ｐの添加量］
また、実施例９、４、１０と比較例３、４はＰの添加量を、他の成分組成を一定にして種々に変更した場合の特性測定結果について示す。これらの例に示すように、Ｐが２ｐｐｍ未満（比較例３）であると、焼結性の低下によりコアロスが増加する傾向がある。一方、Ｐが６３ｐｐｍを超える（比較例４）と、コアロスが増加する傾向がある。
【００３４】
［他の成分の添加量について］
実施例１１〜１５、４と比較例５、６はＣｕＯの添加量を、他の成分組成をなるべく一定にして種々に変更した場合の特性測定結果について示す。
【００３５】
実施例１６〜２３と比較例７、８はＺｎＯの添加量を、他の成分組成をなるべく一定にして種々に変更した場合の特性測定結果について示す。
【００３６】
【表１】

【００３７】
【表２】

【００３８】
実施例２４〜３３と比較例９〜１３は、Ｆｅ_２Ｏ_３とＭｎ_２Ｏ_３の添加量を、他の成分組成をなるべく一定にして種々に変更した場合の特性測定結果について示す。
【００３９】
これらの測定結果から分かるように、各成分すなわちＣｕＯ、ＺｎＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｍｎ_２Ｏ_３および（Ｆｅ_２Ｏ_３＋Ｍｎ_２Ｏ_３）について前記組成範囲を満たすか否かにより、それぞれ前述した傾向が現れる。また、比較例１４〜１６の従来例に比較し、本発明の実施例のものは、コアロスの低いものを得ることができる。また、高い飽和磁束密度が得られ、比抵抗も確保することができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、従来のＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ−Ｍｎ系フェライトに比較し、コアロスの低いものを得ることができる。また、高い飽和磁束密度が得られ、比抵抗も確保することができる。

Claims

主成分として、酸化鉄をＦｅ_２Ｏ_３換算で４６．０〜４９．９５モル％、酸化銅をＣｕＯ換算で２．３〜１２．０モル％、酸化亜鉛をＺｎＯ換算で２４．０〜３０．０モル％、酸化マンガンをＭｎ_２Ｏ_３換算で０．０１〜３．５モル％、残り酸化ニッケルを含み、
副成分としてリンをＰ換算で２〜６３ｐｐｍ含み、かつ酸化タングステンをＷＯ_３換算で０．００１〜０．５ｗｔ％含むことを特徴とする酸化物磁性材料。
主成分として、酸化鉄をＦｅ_２Ｏ_３換算で４６．０〜４９．９５モル％、酸化銅をＣｕＯ換算で２．３〜１２．０モル％、酸化亜鉛をＺｎＯ換算で２４．０〜３０．０モル％、酸化マンガンをＭｎ_２Ｏ_３換算で０．０１〜３．５モル％、残り酸化ニッケルを含み、
副成分としてリンをＰ換算で２〜６３ｐｐｍ含み、かつ酸化タングステンをＷＯ_３換算で０．００１〜０．５ｗｔ％含むことを特徴とするフェライトコア。
酸化物磁性材料を焼結してなるフェライトコアを備えた電子部品であって、
前記フェライトコアが、主成分として、酸化鉄をＦｅ_２Ｏ_３換算で４６．０〜４９．９５モル％、酸化銅をＣｕＯ換算で２．３〜１２．０モル％、酸化亜鉛をＺｎＯ換算で２４．０〜３０．０モル％、酸化マンガンをＭｎ_２Ｏ_３換算で０．０１〜３．５モル％、残り酸化ニッケルを含み、
副成分としてリンをＰ換算で２〜６３ｐｐｍ含み、かつ酸化タングステンをＷＯ_３換算で０．００１〜０．５ｗｔ％含むことを特徴とする電子部品。
請求項３に記載の電子部品において、
前記電子部品がコイル部品またはトランス部品であることを特徴とする電子部品。