JP4587541B2

JP4587541B2 - Ferrite material and ferrite core using the same

Info

Publication number: JP4587541B2
Application number: JP2000294720A
Authority: JP
Inventors: 英博竹之下
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2020-09-27
Also published as: JP2002104871A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フェライト材料に関する。特に、低周波領域での損失が低く大電流を流すことができるフェライト材料、及びこれを用いた低周波大電流信号用チップインダクタ等に用いるフェライトコアに関する。
【０００２】
【従来の技術】
フェライト材料は、インダクター・変圧器・安定器・電磁石・ノイズ除去等のコアとして広く使用されている。特に、近年、携帯電話やノート型パソコン等、バッテリー駆動の携帯機器の小型・薄型化の進展と共に、これらの携帯機器に求められる電源も小型・薄型化の要求が強くなっている。そこで、上記チップインダクタ用のコアも小型化されることから大きな電流を流しにくくなっており、体積が小さくても大きな電流を流すことの出来るフェライト材料が求められ、飽和磁束密度の大きいフェライト材料が望まれている。
【０００３】
即ち、フェライト材料をコア形状とし、巻き線を施してコイルとした場合に、巻き線に加える電流を大きくするほど生じる磁束密度が大きくなるが、ある一定値で飽和して、それ以上にはならないという特性がある。この時の磁束密度が飽和磁束密度（以下Bs値）であり、このBs値を超える範囲の電流を流すと発熱等の不都合が生じてしまう。従って、Bs値が大きいほど大きな電流を流すことが出来るのである。
【０００４】
また、これらの携帯機器に求められる部品の低損失化の要求も強くなっている。そこで、上記チップインダクタ用のコアも低周波で使用されることから、低周波で損失の小さいフェライト材料が求められ、損失係数(tanδ)の逆数であるQ値の大きいフェライト材料が望まれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、一般的に用いられるフェライト材料では、高いBs値と低周波での高いQ値は両立できないとされている。
【０００６】
一方、フェライト材料に各種添加物を加えることによって特性を高めることも提案されており、特開平6-295811号公報によれば、Fe₂O₃、MgO、NiO、CuO及びZnOを主成分としたフェライト材料にMoO₃を添加することによりBs値を高くすることが示されている。
【０００７】
また、フェライト材料に各種添加物を加えることによって、Q値を高めることも提案されており、特開昭49-2092号公報、特開昭49-2093号公報によれば、Fe₂O₃、MgO、NiO、CuO及びZnOを主成分としたフェライト材料にAl₂O₃または、Al₂O₃およびV₂O₅を添加することにより周波数100kHzでQ値を高くする事が示されている。
【０００８】
しかしながら、いずれも上記問題点である高飽和磁束密度且つ低周波低損失特性を両立するものではなかった。
【０００９】
また、高いQ値を得る一般的な手法の一つに、非磁性の添加剤例えばSiO₂等を添加させる方法がある。しかし、その手法ではBs値が低下してしまう。
【００１０】
そこで、本発明は高いBs値と低周波での高いQ値を同時に実現したフェライト材料を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決する為の手段】
本発明のフェライト材料は、Feを主成分としてZn、NiまたはCuの少なくとも１種以上を含むスピネル構造の酸化物を主体とし、Zn、NiあるいはCuのうち少なくとも１種を主成分とした酸化物を0.01〜20体積%含有する事を特徴とする。
【００１２】
従来のフェライト材料は、Feを主成分としてZn、Ni又はCuの何れか1種を含んだスピネル構造を持った酸化物のみからなる。すなわち、添加成分であるZn、Ni、CuはすべてFeを主成分とするスピネル構造の酸化物中に取り込まれて存在している。これに対し、本発明は上記Feを主成分としたスピネル構造から成るフェライト材料中に、このスピネル構造とは別にZn、Ni又はCuのうち少なくとも1種を主成分とした酸化物を0.01〜20体積%含有することによって高いBs値と低周波での高いQ値を同時に実現できるようにしたものである。
【００１３】
また、本発明は前記酸化物の90体積%以上が結晶粒子であり、さらに、フェライト材料の平均結晶粒径が1〜50μm、フェライト材料の焼結密度が5.0g/cm³以上であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明のフェライト材料は、Fe、Zn、Ni、Cu及びMnの酸化物を、それぞれFe₂O₃、ZnO、NiO、CuO及びMnO換算で、48〜50モル%のFe₂O₃、5モル%以下のCuOと0.01〜1モル%のMnOを含有し、且つZnO/NiOのモル比が0.5〜1.6であることを特徴とし、さらにこれら主成分中に、副成分としてZr及びYの酸化物を、それぞれZrO₂またはY₂O₃換算で、0.001〜0.1重量部のZrO₂または0.001〜0.1重量部のY₂O₃を含有することを特徴とする。
【００１５】
更に、本発明のフェライトコアは、上記フェライト材料でもって所定形状になしたことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明のフェライト材料は、Ｆｅを主成分としてＺｎ、ＮｉまたはＣｕの少なくとも１種を含むスピネル構造の第１の酸化物と、Ｚｎ、ＮｉまたはＣｕの少なくとも１種を含む第２の酸化物を有し、前記第１の酸化物を主成分とし、前記第２の酸化物を０．０１〜２０体積％含有することによって高いＢｓ値且つ低周波での高いＱ値を同時に実現したものである。
【００１７】
本発明においては、前記のＺｎ、ＮｉまたはＣｕの少なくとも１種を含む第２の酸化物が存在するフェライト材料とすることにより、Ｂｓ値を低下させずに高いＱ値を実現できる。この理由は、前記第２の酸化物自体が高いＱ値を有しており、一方スピネル構造の結晶が高いＢｓ値を有するためと考えられる。前記第２の酸化物を０．０１〜２０体積％含有するのは、０．０１体積％未満の場合はＱ値が低下し、２０体積％を超えるとＢｓ値が低下するからである。
【００１８】
また、本発明のフェライト材料は前記第２の酸化物の９０体積％以上が結晶粒子として存在する事が好ましい。これは、前記酸化物が結晶化すると、それ自体のＱ値が高くなるため、フェライト材料のＢｓ値を低下させずに更にＱ値を高くすることができるからである。
【００１９】
なお、本発明のフェライト材料に含まれるＺｎ、ＮｉまたはＣｕの少なくとも１種を含む第２の酸化物の含有量は例えば以下の通り測定する。焼結したフェライト材料を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察しながら、波長分散型Ｘ線マイクロアナライザー（ＷＤＳ）によりＦｅ、Ｚｎ、Ｎｉ及びＣｕの各元素分布を測定する。この時の測定条件は、加速電圧１５ｋＶ程度、プローブ電流２×１０^−７Ａ程度、分析エリア１０^３μｍ^２〜１０^８μｍ^２程度とする。測定結果を画像処理し、Ｆｅが存在せずにＺｎ、ＮｉもしくはＣｕの少なくとも１種が存在する領域がＮｉ、ＺｎもしくはＣｕの少なくとも１種を主成分とする酸化物であるとし、その面積％を酸化物の体積％とする。
【００２０】
さらに、その他の方法としては、透過型電子顕微鏡(TEM)で観察しながら、エネルギー分散型X線マイクロアナライザー(EDS)により算出できる。
【００２１】
また、前記酸化物の結晶、非結晶の判定、定量については、透過型電子顕微鏡(TEM)又は、微小X線回折によって行う。
【００２２】
また、本発明のフェライト材料は、Q値を低下させずに更にBs値を高くする為に平均結晶粒径が1〜50μmであることが好ましい。本発明において平均結晶粒径を前記範囲とした理由は、1μm未満であると焼結密度が低下してQ値の向上が著しくないからであり、50μmを超えるとQ値の向上が著しくないからである。
【００２３】
また、本発明のフェライト材料は、Q値を低下させずに更にBs値を高くするためには焼結密度が5.0g/cm³以上であることが好ましい。本発明において焼結密度を前記範囲とした理由は、焼結密度が5.0g/cm³未満の場合はQ値の向上が著しくないからである。
【００２４】
また、本発明のフェライト材料はFe、Zn、Ni、Cu及びMnの酸化物をそれぞれFe₂O₃、ZnO、NiO、CuO及びMnO換算でFe₂O₃を48〜50モル%、CuOを5モル%以下、MnOを0.01〜1モル%の範囲で含有し、かつZnO/NiOのモル比を0.5〜1.6とすることが好ましい。
【００２５】
本発明においてFe₂O₃を48〜50モル%としたのは、Q値を低下させずに更にBs値を高くすることができるためである。CuOを5モル%以下としたのは、Bs値を低下させずに更にQ値を高くすることができるためである。MnOを0.01〜1モル%としたのは、Q値を低下させずに更にBs値を高くするためである。ZnO/NiOのモル比が0.5〜1.6としたのは、高いBs値と高いQ値を同時に実現できるためである。
【００２６】
更に高いBs値と高いQ値を同時に実現するためには、Fe₂O₃を48.5〜49.5モル%、CuOを0.01〜4モル%、MnOを0.1〜0.5モル%、ZnO/NiOのモル比を0.7〜1.2とすることがより好ましい。
【００２７】
また、本発明のフェライト材料は、副成分としてZrO₂またはY₂O₃をそれぞれ0.001〜0.1重量部添加することが好ましい。添加量を共に0.001〜0.1重量部としたのは、高いBs値と高いQ値を同時に実現できるためである。より好ましい添加量は、ZrO₂またはY₂O₃共に0.001〜0.01重量部である。
【００２８】
なお、本発明のフェライト材料は上記成分以外のものを排除するものではない。たとえば、Al₂O₃、SiO₂、CaO、MgO、K₂O、Cr₂O₃、P₂O₅、WO₃、PbO、K₂0等をいずれも0.05重量部未満の範囲で含んでもよい。
【００２９】
本発明のフェライト材料の製造方法は、以下の通りである。Fe₂O₃、ZnO、NiO及びCuOの粉体の少なくとも1種の比表面積が5m²/g以下の原料粉体を所定量調合し、振動ミル等で混合粉砕を行う。この時、混合粉砕後の粉体の比表面積は5m²/g以下とする。得られた粉体を昇温速度300℃/時間以上で昇温、800〜950℃で1〜10時間で保持、降温速度50℃/時間以下で降温して得られた仮焼粉体に前記副成分を加え、ボールミル等で粉砕、造粒する。得られた造粒体を周知の方法で所定形状に成形し、950〜1400℃で焼成する。
【００３０】
通常、フェライト材料を製造する場合は、Feを主成分としたスピネル構造のフェライト結晶化を促進させる為に比表面積の大きい粉体を用い、更に混合・粉砕を十分行い比表面積を大きくするが、本発明では比表面積の小さい一次原料で且つ、混合・粉砕後の粉体比表面積を5m²/g以下とする事により局所的な組成の不均一状態とする。その結果、フェライト焼結体の一部がZn、NiもしくはCuのうち少なくとも1種を主成分とした酸化物を形成する。
【００３１】
前記の仮焼条件において昇温速度を300℃/時間以上とする理由は、反応性の低い比表面積の小さい粉末はスピネル構造からなるフェライト結晶に結晶化しにくく前記酸化物の形成を促す為である。
【００３２】
つまり、前記酸化物を生成させるには、Fe₂O₃、ZnO、NiO及びCuOの原料粉体における比表面積を小さく、混合・粉砕後の比表面積を小さくまたは、昇温速度を早くするとよい。
【００３３】
前記の仮焼条件において降温速度を50℃/時間以下とする理由は、非結晶粒子は早い降温速度で生じやすいからである。つまり、降温速度を遅くすると前記結晶粒子の体積%が多くなり、早くすると前記酸化物体積%が少なくなるのである。
【００３４】
また、副成分は仮焼後に加える事を拘束するのではなく、仮焼前に主成分へ加えても特性に何ら影響するものではない。
【００３５】
また、本発明は、上記のフェライト材料を用いてフェライトコアを形成したことを特徴とする。
【００３６】
ここで、フェライトコアとしては、図１(a)に示すようなリング状のトロイダルコア１、あるいは、図１(b)に示すようなボビン状コア２とすれば良く、それぞれ巻き線部1a、2aに巻き線を施す事によってコイルとすることができる。
【００３７】
この様な本発明のフェライトコアは、低周波大電流信号用チップインダクタに用いられ、特に、大電流が流れる電源部において高いBs値が必要で、且つ低周波において高いＱ値が必要な通信機、携帯電話、コンピュータ等の機器における信号処理系の部品に好適に使用する事ができる。
【００３８】
【実施例】
実施例
比表面積が5m²/g以下のFe₂O₃、ZnO、NiO及びCuOの原料粉体を用い、40モル%のFe₂O₃、1モル%のCuO、0.5モル%のMnO及びZnO／NiOのモル比を2に調合し、振動ミルで混合粉砕を行った。この時、混合粉砕後の粉体の比表面積は5m²/g以下とした。得られた粉体を昇温速度300℃/時間以上で昇温、800〜950℃で1〜10時間で保持、降温速度50℃/時間以下で降温して得られた仮焼粉体をボールミル等で粉砕、造粒した。得られた造粒体を圧縮成型して図１に示すトロイダルコア１の形状に成形し、この成形体を950℃〜1200℃で焼成して、表１に示したZn、NiあるいはCuのうち少なくとも１種を主成分とした酸化物を含有した試料No.5〜9を作製した。
【００３９】
また、比較例としてZn、NiあるいはCuのうち少なくとも１種を主成分とした酸化物を含有しない試料No.1と非磁性酸化物であるSiO₂を含有した試料No.2〜4を準備した。試料No.1は仮焼条件を昇温速度500℃/時間で昇温、800〜950℃で0.5時間で保持、降温速度250℃/時間で降温とし、それ以外は試料No.5、6、7と同様の製造方法にて作製した。
【００４０】
なお、本発明の範囲内の試料の平均結晶粒径は、0.5μm以上で焼結密度は、4.5g/cm³以上であった。
【００４１】
得られた焼結体をトロイダルコア1とし、これに線径0.2mmの被膜銅線を7ターン巻き付けて100kHzの条件でLCRメータを用い、Q値を測定した。
【００４２】
次に、トロイダルコア1に、図２に示すように線径0.2mmの被膜銅線を用いて一次側巻き線3を100ターン、二次側巻き線4を30ターン巻き付けて、一次側巻き線3に電源5を、二次側巻き線4に磁束計6をそれぞれ接続し、100Hz、100エルステッドの条件でBs値を測定した。
【００４３】
結果を表１に示すように、Ｚｎ、ＮｉまたはＣｕの少なくとも１種を含む第２の酸化物を含有しない試料Ｎｏ．１はＱ値が低く、一方、前記第２の酸化物を２０体積％を越えて含有している試料Ｎｏ．８と９はＢｓ値が低かった。
【００４４】
また、非磁性酸化物であるSiO₂を含有した試料No.2〜4はBs値とQ値が共に低かった。
【００４５】
これに対し、前記酸化物を0.01〜20体積%含有する本発明の試料No.5〜7では、Bs値が2500ガウス以上、Q値が200以上と優れた特性が得られた。
【００４６】
【表１】

【００４７】
実施例２
次に、主成分を40モル%のFe₂O₃、1モル%のCuO、0.5モル%のMnOとZnO/NiOのモル比を2とした。また、Zn、NiあるいはCuのうち少なくとも1種を主成分とした酸化物の含有量（体積%）とそのうちの結晶粒子の比率（体積%）を表２に示すように変化させた。その他条件は、上記実施例１と同様にしてトロイダルコア１の形状をなす試料No.10〜21を得た。
【００４８】
得られた焼結体に対して、実施例１と同様にしてBs値及びQ値を測定したところ、表２に示すような結果が得られた。
【００４９】
この結果より、前記結晶粒子が90体積%以上である試料No.10、11、14、15、18、19では、Bs値が2750ガウス以上、Q値も270以上と更に優れた特性が得られた。
【００５０】
【表２】

【００５１】
実施例３
次に、主成分を40モル%のFe₂O₃、1モル%のCuO、0.5モル%のMnOとZnO/NiOのモル比を2とした。また、Zn、NiあるいはCuのうち少なくとも１種を主成分とした酸化物の含有量（体積%）、そのうちの結晶粒子の比率（体積%）、平均結晶粒径及び焼結密度を表３に示すように変化させた。その他条件は、上記実施例１と同様にしてトロイダルコア１の形状をなす試料No.22〜37を得た。
【００５２】
得られた焼結体に対して、実施例１と同様にしてBs値及びQ値を測定したところ、表３に示すような結果が得られた。なお、各試料の平均結晶粒径は、種々の方法でエッチング加工した焼結磁器のSEM写真を撮り、各結晶に接する内接円と外接円の直径の平均値とし、焼結密度はアルキメデス法によって測定した。
【００５３】
この結果より、前記結晶粒子が90体積%未満、平均結晶粒径が1〜50μm、焼結密度が5.0g/cm³以上である本発明範囲内の試料No.22〜29では、Bs値が2800ガウス以上、Q値も200以上と優れた特性が得られた。
【００５４】
また、前記結晶粒子が90体積%以上、平均結晶粒径が1〜50μm、焼結密度が5.0g/cm³以上である試料No.30〜37では、Bs値が3200ガウス以上、Q値も300以上と更に優れた特性が得られた。
【００５５】
【表３】

【００５６】
実施例４
次に、主成分のFe₂O₃、CuO、MnO及びZnO/NiOのモル比を表４に示すように幾通りにも変化させ、Zn、NiあるいはCuのうち少なくとも１種を主成分とした酸化物の含有量を1体積%、そのうちの結晶粒子の比率を90体積%とし、その他条件は、上記実施例１と同様にしてトロイダルコア１の形状をなす試料No.38〜51を得た。なお、いずれの試料も平均結晶粒径は0.5μm以上で、焼結密度は4.8g/cm³以上であった。
【００５７】
得られた焼結体に対して、実施例１と同様にしてBs値及びQ値を測定したところ、表４に示すような結果が得られた。
【００５８】
この結果より、48〜50モル%のFe₂O₃、0.01〜5モル%のCuO、0.01〜1モル%のMnO及びZnO/NiOのモル比が0.5〜1.6とした試料No.40〜51では、Bs値3500ガウス以上、且つQ値300以上と更に優れた特性が得られた。
【００５９】
【表４】

【００６０】
実施例５
次に、主成分を48モル%のFe₂O₃と1モル%のCuO、0.5モル%のMnOとZnO/NiOのモル比を0.7とし、Zn、NiあるいはCuのうち少なくとも１種を主成分とした酸化物の含有量を1体積%、そのうちの結晶粒子の比率を90体積%とし、副成分のZrO₂とY₂O₃の含有量を表５に示すように変化させて、その他条件は、上記実施例１と同様にしてトロイダルコア１の形状をなす試料No.52〜60を得た。なお、いずれの試料も平均結晶粒径は0.5μm以上で焼結密度は、4.5g/cm³以上であった。
【００６１】
得られた焼結体に対して、実施例１と同様にしてBs値及びQ値を測定したところ、表５に示すような結果が得られた。
【００６２】
この結果より、ZrO₂の添加量を0.001〜0.1重量部またはY₂O₃の添加量を0.001〜0.1重量部とした試料No.53,55,57〜60では、Bs値は4600ガウス以上、且つQ値400以上と更に優れた特性が得られた。
【００６３】
【表５】

【００６４】
【発明の効果】
以上の様に本発明によれば、Feを主成分としてZn、NiまたはCuの少なくとも１種以上を含むスピネル構造の酸化物を主体とし、Zn、NiあるいはCuのうち少なくとも１種を主成分とする酸化物を0.01〜20体積%含有することによって高いBs値且つ低周波での高いQ値を同時に実現したフェライト材料を得ることができる。
【００６５】
また、本発明によれば、上記フェライト材料を用いてフェライトコアを形成することによって、大電流が使用でき、低周波で使用しても損失を小さくすることが可能となる。従って、このフェライトコアを大電流用途の信号用チップインダクタとして用いることにより、各種電子機器の小型化と低損失化(高品質化)に貢献する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）、（ｂ）は本発明のフェライトコアを示す斜視図である。
【図２】本発明のフェライト材料のBs値の測定方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１：リング状トロイダルコア
２：ボビン状コア
１ａ、２ａ：巻き線部
３：一次側巻き線
４：二次側巻き線
５：電源
６：磁束計[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a ferrite material. In particular, the present invention relates to a ferrite material having a low loss in a low frequency region and capable of flowing a large current, and a ferrite core used for a chip inductor for a low frequency large current signal using the same.
[0002]
[Prior art]
Ferrite materials are widely used as cores for inductors, transformers, ballasts, electromagnets, noise removal, and the like. In particular, in recent years, with the progress of miniaturization and thinning of battery-powered portable devices such as mobile phones and notebook personal computers, there is an increasing demand for miniaturization and thinning of power sources required for these portable devices. Therefore, since the core for the chip inductor is also reduced in size, it is difficult to flow a large current, and a ferrite material capable of flowing a large current even when the volume is small is required. A ferrite material having a large saturation magnetic flux density is required. It is desired.
[0003]
That is, when the ferrite material is made into a core shape and wound to form a coil, the magnetic flux density generated increases as the current applied to the winding increases, but it saturates at a certain value and does not exceed that. There is a characteristic. The magnetic flux density at this time is the saturation magnetic flux density (hereinafter referred to as Bs value), and if a current in a range exceeding this Bs value is passed, problems such as heat generation will occur. Therefore, a larger current can flow as the Bs value increases.
[0004]
In addition, there is an increasing demand for reducing the loss of parts required for these portable devices. Therefore, since the core for the chip inductor is also used at a low frequency, a ferrite material having a low loss at a low frequency is required, and a ferrite material having a large Q value that is the reciprocal of the loss coefficient (tanδ) is desired. .
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, a commonly used ferrite material is said to be unable to achieve both a high Bs value and a high Q value at low frequencies.
[0006]
On the other hand, it has also been proposed to enhance the properties by adding various additives to the ferrite material. According to Japanese Patent Laid-Open No. 6-295811, Fe ₂ O ₃ , MgO, NiO, CuO and ZnO are the main components. It is shown that the Bs value is increased by adding MoO ₃ to the ferrite material.
[0007]
It has also been proposed to increase the Q value by adding various additives to the ferrite material. According to JP 49-2092, JP 49-2093, Fe ₂ O ₃ , It has been shown that by adding Al ₂ O ₃ or Al ₂ O ₃ and V ₂ O ₅ to a ferrite material mainly composed of MgO, NiO, CuO and ZnO, the Q value is increased at a frequency of 100 kHz.
[0008]
However, none of these satisfy both the above-described problems of high saturation magnetic flux density and low frequency low loss characteristics.
[0009]
As a general method for obtaining a high Q value, there is a method of adding a nonmagnetic additive such as SiO ₂ . However, this method reduces the Bs value.
[0010]
Accordingly, an object of the present invention is to obtain a ferrite material that simultaneously realizes a high Bs value and a high Q value at a low frequency.
[0011]
[Means for solving the problems]
The ferrite material of the present invention is mainly composed of an oxide having a spinel structure containing Fe as a main component and containing at least one of Zn, Ni or Cu, and an oxide containing at least one of Zn, Ni or Cu as a main component. Is contained in an amount of 0.01 to 20% by volume.
[0012]
Conventional ferrite materials are composed only of an oxide having a spinel structure containing Fe as a main component and any one of Zn, Ni, and Cu. That is, the additive components Zn, Ni, and Cu are all incorporated into the spinel structure oxide containing Fe as a main component. On the other hand, in the ferrite material having the spinel structure mainly composed of Fe, the present invention contains 0.01 to 20 oxides mainly composed of at least one of Zn, Ni and Cu separately from the spinel structure. By containing the volume%, a high Bs value and a high Q value at a low frequency can be realized simultaneously.
[0013]
Further, in the present invention, 90% by volume or more of the oxide is a crystal particle, the ferrite material has an average crystal grain size of 1 to 50 μm, and the ferrite material has a sintered density of 5.0 g / cm ³ or more. Features.
[0014]
Further, the ferrite material of the present invention, Fe, Zn, Ni, an oxide of Cu and Mn, respectively _{_{Fe 2 O 3, ZnO, NiO}} , with CuO and MnO basis, 48 to 50 mol% Fe ₂ O _3, It contains 5 mol% or less of CuO and 0.01 to 1 mol% of MnO, and the molar ratio of ZnO / NiO is 0.5 to 1.6, and in these main components, Zr and Y as subcomponents oxide, respectively ZrO ₂ or Y ₂ O ₃ in terms, characterized by containing a Y ₂ O ₃ of ZrO ₂ or 0.001 parts by weight of 0.001 to 0.1 parts by weight.
[0015]
Furthermore, the ferrite core of the present invention is characterized by being formed into a predetermined shape with the ferrite material.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The ferrite material of the present invention includes a first oxide having a spinel structure containing Fe as a main component and containing at least one of Zn, Ni, or Cu, and a second oxide containing at least one of Zn, Ni, or Cu. And having a high Bs value and a high Q value at a low frequency simultaneously by containing the first oxide as a main component and the second oxide in an amount of 0.01 to 20% by volume. .
[0017]
In the present invention, a high Q value can be realized without lowering the Bs value by using a ferrite material in which the second oxide containing at least one of Zn, Ni, or Cu is present. The reason for this is considered that the second oxide itself has a high Q value, while the spinel crystal has a high Bs value. The reason why the second oxide is contained in an amount of 0.01 to 20% by volume is that the Q value decreases when it is less than 0.01% by volume, and the Bs value decreases when it exceeds 20% by volume.
[0018]
In the ferrite material of the present invention, 90% by volume or more of the second oxide is preferably present as crystal particles. This is because when the oxide is crystallized, the Q value of the oxide itself increases, so that the Q value can be further increased without decreasing the Bs value of the ferrite material.
[0019]
In addition, content of the 2nd oxide containing at least 1 sort (s) of Zn, Ni, or Cu contained in the ferrite material of this invention is measured as follows, for example. While observing the sintered ferrite material with a scanning electron microscope (SEM), each element distribution of Fe, Zn, Ni, and Cu is measured with a wavelength dispersive X-ray microanalyzer (WDS). The measurement conditions at this time are an acceleration voltage of about 15 kV, a probe current of about 2 × 10 ⁻⁷ A, and an analysis area of about 10 ³ μm ² to 10 ⁸ μm ² . The measurement result is image-processed, and the region in which at least one of Zn, Ni, or Cu is present without Fe is an oxide mainly composed of at least one of Ni, Zn, or Cu, and the area% Is the volume percent of oxide.
[0020]
Furthermore, as another method, it can be calculated by an energy dispersive X-ray microanalyzer (EDS) while observing with a transmission electron microscope (TEM).
[0021]
Further, the determination and quantification of the crystal and non-crystal of the oxide are performed by a transmission electron microscope (TEM) or micro X-ray diffraction.
[0022]
The ferrite material of the present invention preferably has an average crystal grain size of 1 to 50 μm in order to further increase the Bs value without reducing the Q value. In the present invention, the reason why the average crystal grain size is in the above range is that if it is less than 1 μm, the sintered density is lowered and the Q value is not significantly improved, and if it exceeds 50 μm, the Q value is not significantly improved. It is.
[0023]
The ferrite material of the present invention preferably has a sintered density of 5.0 g / cm ³ or more in order to further increase the Bs value without reducing the Q value. In the present invention, the reason why the sintered density is in the above range is that when the sintered density is less than 5.0 g / cm ³ , the Q value is not significantly improved.
[0024]
Further, the ferrite material of the present invention is Fe, Zn, Ni, an oxide of Cu and Mn respectively _{_{Fe 2 O 3, ZnO, NiO}} , 48~50 mol% of Fe ₂ O ₃ in CuO and MnO terms, the CuO 5 It is preferable to contain not more than mol%, MnO in the range of 0.01 to 1 mol%, and the ZnO / NiO molar ratio to be 0.5 to 1.6.
[0025]
The reason why Fe ₂ O ₃ is 48 to 50 mol% in the present invention is that the Bs value can be further increased without lowering the Q value. The reason why CuO is 5 mol% or less is that the Q value can be further increased without lowering the Bs value. The reason why MnO is set to 0.01 to 1 mol% is to further increase the Bs value without lowering the Q value. The reason why the molar ratio of ZnO / NiO is 0.5 to 1.6 is that a high Bs value and a high Q value can be realized simultaneously.
[0026]
In order to achieve a higher Bs value and higher Q value at the same time, Fe ₂ O ₃ is 48.5 to 49.5 mol%, CuO is 0.01 to 4 mol%, MnO is 0.1 to 0.5 mol%, and the molar ratio of ZnO / NiO is It is more preferable to set it as 0.7-1.2.
[0027]
Further, the ferrite material of the present invention, it is preferable that the ZrO ₂ or Y ₂ O ₃ as a subcomponent added respectively 0.001 parts by weight. The reason why both the addition amounts are 0.001 to 0.1 parts by weight is that a high Bs value and a high Q value can be realized simultaneously. A more preferable addition amount is 0.001 to 0.01 part by weight for both ZrO _{2 and} Y ₂ O ₃ .
[0028]
The ferrite material of the present invention does not exclude other than the above components. For example, Al ₂ O ₃ , SiO ₂ , CaO, MgO, K ₂ O, Cr ₂ O ₃ , P ₂ O ₅ , WO ₃ , PbO, K ₂ 0 etc. may all be contained in a range of less than 0.05 parts by weight. .
[0029]
The manufacturing method of the ferrite material of the present invention is as follows. A predetermined amount of a raw material powder having a specific surface area of 5 m ² / g or less of at least one of Fe ₂ O ₃ , ZnO, NiO and CuO powders is prepared and mixed and pulverized by a vibration mill or the like. At this time, the specific surface area of the powder after mixing and pulverization is set to 5 m ² / g or less. The calcined powder obtained by heating the obtained powder at a temperature rising rate of 300 ° C./hour or more, holding at 800 to 950 ° C. for 1 to 10 hours, and lowering the temperature at a temperature falling rate of 50 ° C./hour or less Add the minor ingredients and grind and granulate with a ball mill. The obtained granulated body is formed into a predetermined shape by a known method and fired at 950 to 1400 ° C.
[0030]
Normally, when producing ferrite materials, use a powder with a large specific surface area to promote spinel ferrite crystallization with Fe as the main component, and further increase the specific surface area by sufficiently mixing and grinding. In the present invention, it is a primary raw material having a small specific surface area, and the powder specific surface area after mixing and pulverization is set to 5 m ² / g or less to make the composition non-uniform locally. As a result, a part of the ferrite sintered body forms an oxide mainly composed of at least one of Zn, Ni, and Cu.
[0031]
The reason why the heating rate is 300 ° C./hour or more under the above calcining conditions is that a powder having a low specific surface area with low reactivity is less likely to crystallize into a ferrite crystal having a spinel structure and promotes formation of the oxide. .
[0032]
That is, in order to produce the oxide, the specific surface area of the raw material powder of Fe ₂ O ₃ , ZnO, NiO, and CuO should be small, the specific surface area after mixing and pulverization should be small, or the heating rate should be high.
[0033]
The reason why the temperature lowering rate is set to 50 ° C./hour or less under the calcination conditions is that amorphous particles are likely to be generated at a high temperature lowering rate. That is, if the rate of temperature decrease is slowed, the volume percentage of the crystal particles increases, and if it is accelerated, the volume percentage of the oxide decreases.
[0034]
Further, the subcomponent does not restrict the addition after the calcination, and even if it is added to the main component before the calcination, the characteristics are not affected at all.
[0035]
In addition, the present invention is characterized in that a ferrite core is formed using the above ferrite material.
[0036]
Here, the ferrite core may be a ring-shaped toroidal core 1 as shown in FIG. 1 (a) or a bobbin-like core 2 as shown in FIG. 1 (b). A coil can be formed by winding the wire 2a.
[0037]
Such a ferrite core of the present invention is used for a chip inductor for a low-frequency, large-current signal, and in particular, a communication device that requires a high Bs value in a power supply section through which a large current flows and requires a high Q-value at a low frequency. It can be suitably used for signal processing parts in devices such as mobile phones and computers.
[0038]
【Example】
Example Using raw material powders of Fe ₂ O ₃ , ZnO, NiO and CuO with a specific surface area of 5 m ² / g or less, 40 mol% Fe ₂ O ₃ , 1 mol% CuO, 0.5 mol% MnO and ZnO The molar ratio of / NiO was adjusted to 2, and mixed and pulverized with a vibration mill. At this time, the specific surface area of the powder after mixing and pulverization was set to 5 m ² / g or less. The calcined powder obtained by heating the obtained powder at a heating rate of 300 ° C / hour or more, holding at 800 to 950 ° C for 1 to 10 hours, and lowering the temperature at a cooling rate of 50 ° C / hour or less is ball milled. Etc. and pulverized and granulated. The obtained granulated body is compression-molded and formed into the shape of the toroidal core 1 shown in FIG. 1. This molded body is fired at 950 ° C. to 1200 ° C., and Zn, Ni or Cu shown in Table 1 is used. Samples Nos. 5 to 9 containing an oxide mainly composed of at least one kind were prepared.
[0039]
As comparative examples, sample No. 1 containing no oxide mainly composed of at least one of Zn, Ni or Cu and sample Nos. ₂ to 4 containing SiO ₂ which is a nonmagnetic oxide were prepared. . Sample No. 1 was calcined at a heating rate of 500 ° C./hour, held at 800 to 950 ° C. for 0.5 hour, and cooled at a cooling rate of 250 ° C./hour, otherwise sample No. 5, 6, The same manufacturing method as in 7 was used.
[0040]
The average crystal grain size of the sample within the scope of the present invention was 0.5 μm or more, and the sintered density was 4.5 g / cm ³ or more.
[0041]
The obtained sintered body was used as a toroidal core 1, and a coated copper wire having a wire diameter of 0.2 mm was wound around this for 7 turns, and the Q value was measured using an LCR meter at 100 kHz.
[0042]
Next, as shown in FIG. 2, the primary winding 3 is wound 100 turns and the secondary winding 4 is wound 30 turns on the toroidal core 1 using a coated copper wire having a wire diameter of 0.2 mm as shown in FIG. A power source 5 was connected to 3 and a magnetometer 6 was connected to the secondary winding 4, and the Bs value was measured under the conditions of 100 Hz and 100 oersted.
[0043]
As shown in Table 1, the sample No. 2 containing no second oxide containing at least one of Zn, Ni, or Cu was used. No. 1 has a low Q value, while sample No. 1 containing the second oxide in excess of 20% by volume. 8 and 9 had low Bs values.
[0044]
Samples Nos. ₂ to 4 containing SiO ₂ which is a nonmagnetic oxide both had a low Bs value and Q value.
[0045]
In contrast, Samples Nos. 5 to 7 of the present invention containing 0.01 to 20% by volume of the oxide exhibited excellent characteristics such as a Bs value of 2500 Gauss or more and a Q value of 200 or more.
[0046]
[Table 1]

[0047]
Example 2
Next, the molar ratio of 40 mol% Fe ₂ O ₃ , 1 mol% CuO, 0.5 mol% MnO and ZnO / NiO was 2 as the main component. Further, the content (volume%) of an oxide mainly composed of at least one of Zn, Ni, and Cu and the ratio (volume%) of the crystal particles were changed as shown in Table 2. Other conditions were the same as in Example 1 above, and sample Nos. 10 to 21 having the shape of the toroidal core 1 were obtained.
[0048]
When the Bs value and Q value were measured for the obtained sintered body in the same manner as in Example 1, the results shown in Table 2 were obtained.
[0049]
From these results, in Sample Nos. 10, 11, 14, 15, 18, and 19 in which the crystal particles are 90% by volume or more, Bs value is 2750 Gauss or more, Q value is 270 or more, and further excellent characteristics are obtained. It was.
[0050]
[Table 2]

[0051]
Example 3
Next, the molar ratio of 40 mol% Fe ₂ O ₃ , 1 mol% CuO, 0.5 mol% MnO and ZnO / NiO was 2 as the main component. In addition, Table 3 shows the content (volume%) of an oxide mainly composed of at least one of Zn, Ni, and Cu, the ratio (volume%) of the crystal grains, the average crystal grain diameter, and the sintered density. Changed as shown. Other conditions were the same as in Example 1, and sample Nos. 22 to 37 having the shape of the toroidal core 1 were obtained.
[0052]
When the Bs value and the Q value were measured for the obtained sintered body in the same manner as in Example 1, the results shown in Table 3 were obtained. The average crystal grain size of each sample is taken by SEM photographs of sintered porcelain etched by various methods, and the average value of the diameters of the inscribed circle and circumscribed circle in contact with each crystal. The sintered density is the Archimedes method. Measured by.
[0053]
From this result, sample Nos. 22 to 29 within the scope of the present invention in which the crystal particles are less than 90% by volume, the average crystal grain size is 1 to 50 μm, and the sintered density is 5.0 g / cm ³ or more, the Bs value is Excellent characteristics were obtained with over 2800 gauss and Q value over 200.
[0054]
Further, in sample Nos. 30 to 37 in which the crystal particles are 90% by volume or more, the average crystal grain size is 1 to 50 μm, and the sintered density is 5.0 g / cm ³ or more, the Bs value is 3200 gauss or more, and the Q value is also Excellent characteristics were obtained with 300 or more.
[0055]
[Table 3]

[0056]
Example 4
Next, the molar ratios of the main components Fe ₂ O ₃ , CuO, MnO and ZnO / NiO were varied in various ways as shown in Table 4, and at least one of Zn, Ni or Cu was the main component. Sample Nos. 38 to 51 having the shape of the toroidal core 1 were obtained in the same manner as in Example 1 except that the oxide content was 1% by volume and the ratio of the crystal particles was 90% by volume. . All samples had an average crystal grain size of 0.5 μm or more and a sintered density of 4.8 g / cm ³ or more.
[0057]
When the Bs value and Q value of the obtained sintered body were measured in the same manner as in Example 1, the results shown in Table 4 were obtained.
[0058]
From this result, 48 to 50 mol% of Fe ₂ O _3, 0.01 to 5 mol% of CuO, Sample No.40~51 molar ratios of 0.01 mole% of MnO and ZnO / NiO has a 0.5 to 1.6 Bs value of 3500 gauss or higher and Q value of 300 or higher were obtained.
[0059]
[Table 4]

[0060]
Example 5
Next, the main component is 48 mol% Fe ₂ O ₃ and 1 mol% CuO, the molar ratio of 0.5 mol% MnO and ZnO / NiO is 0.7, and at least one of Zn, Ni or Cu is the main component. The content of the oxide was 1% by volume, the ratio of the crystal grains was 90% by volume, and the contents of the subcomponents ZrO ₂ and Y ₂ O ₃ were changed as shown in Table 5; Obtained sample Nos. 52 to 60 having the shape of the toroidal core 1 in the same manner as in Example 1 above. Each sample had an average crystal grain size of 0.5 μm or more and a sintered density of 4.5 g / cm ³ or more.
[0061]
When the Bs value and the Q value were measured for the obtained sintered body in the same manner as in Example 1, the results shown in Table 5 were obtained.
[0062]
From this result, in sample No. 53, 55, 57 to 60 in which the addition amount of ZrO ₂ is 0.001 to 0.1 parts by weight or the addition amount of Y ₂ O ₃ is 0.001 to 0.1 parts by weight, the Bs value is 4600 gauss or more, In addition, the Q value of 400 or more was obtained.
[0063]
[Table 5]

[0064]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the main component is an oxide having a spinel structure containing Fe as a main component and at least one of Zn, Ni, or Cu, and at least one of Zn, Ni, or Cu as a main component. By containing 0.01 to 20% by volume of the oxide to be produced, a ferrite material that simultaneously realizes a high Bs value and a high Q value at a low frequency can be obtained.
[0065]
In addition, according to the present invention, by forming a ferrite core using the above ferrite material, a large current can be used, and a loss can be reduced even when used at a low frequency. Therefore, by using this ferrite core as a signal chip inductor for large current applications, it is possible to contribute to miniaturization and low loss (high quality) of various electronic devices.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are perspective views showing a ferrite core of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a method for measuring a Bs value of a ferrite material of the present invention.
[Explanation of symbols]
1: Ring-shaped toroidal core 2: Bobbin-shaped core 1a, 2a: Winding part 3: Primary winding 4: Secondary winding 5: Power supply 6: Magnetometer

Claims

A first oxide having a spinel structure containing Fe as a main component and containing at least one of Zn, Ni, or Cu, and a second oxide containing at least one of Zn, Ni, or Cu ;
A ferrite material comprising the first oxide as a main component and 0.01 to 20% by volume of the second oxide .

2. The ferrite material according to claim 1, wherein 90% by volume or more of the second oxide is present as crystal particles.

The first and second oxides have crystal particles, the crystal grains of the first and second oxides have an average crystal grain size of 1 to 50 μm, and a sintered density of 5.0 g / The ferrite material according to claim 1, wherein the ferrite material is cm ³ or more.

_Fe, Zn, Ni, Fe oxides of Cu and Mn respectively _{2 O 3, ZnO, NiO,} Fe 2 O 3 in CuO and MnO terms: 48-50 mol%
CuO: 5 mol% or less MnO: 0.01-1 mol%
And a molar ratio of ZnO / NiO is 0.5 to 1.6.

With respect to 100 parts by weight of the ferrite material, an oxide of Zr or Y is further added as a subcomponent in terms of ZrO ₂ or Y ₂ O ₃ , respectively.
ZrO _2: 0.001 to 0.1 parts by weight _Y 2 _O 3: 0.001~0.1 ferrite material according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it contains by weight.

A ferrite core formed into a predetermined shape with the ferrite material according to claim 1.