JP7331817B2 - フェライト焼結体および巻線型コイル部品 - Google Patents
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Description
本発明は、フェライト焼結体および巻線型コイル部品に関する。
特許文献１には、巻芯部および鍔部を有するドラムコアを用いた巻線型のコイル装置が開示されている。特許文献１に記載のコイル装置によれば、巻芯部の一端の鍔部に形成された実装用第１凸部と巻芯部の他端の鍔部に形成された実装用第２凸部とが位置ズレして配置してあるため、耐熱衝撃特性に優れるとされている。
特許文献１には、ドラムコアは、例えばＮｉ－Ｚｎ系フェライトまたはＭｎ－Ｚｎ系フェライトなどのフェライト材料を成形および焼結することにより作製されることが記載されている。しかしながら、ドラムコアに用いられるフェライト材料が充分な耐熱性を備えていない場合、最終製品であるコイル装置の耐熱衝撃特性が低下するおそれがある。
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、熱衝撃後の抗折強度が高く、かつ、透磁率、初期の抗折強度およびキュリー温度が高いフェライト焼結体を提供することを目的とする。本発明はさらに、上記フェライト焼結体をセラミックコアとして備える巻線型コイル部品を提供することを目的とする。
本発明のフェライト焼結体は、ＦｅをＦｅ２Ｏ３に換算して４８．２ｍｏｌ％以上、４９．７ｍｏｌ％以下、ＣｕをＣｕＯに換算して２．０ｍｏｌ％以上、８．０ｍｏｌ％以下、ＮｉをＮｉＯに換算して１２．０ｍｏｌ％以上、１９．０ｍｏｌ％以下、ＺｎをＺｎＯに換算して２８．５ｍｏｌ％以上、３３．０ｍｏｌ％以下含有し、Ｆｅ、Ｃｕ、ＮｉおよびＺｎをそれぞれＦｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＮｉＯおよびＺｎＯに換算し、上記Ｆｅ２Ｏ３、上記ＣｕＯ、上記ＮｉＯおよび上記ＺｎＯの合計量を１００重量部としたときに、ＢをＢ単体に換算して５ｐｐｍ以上、２５ｐｐｍ以下、ＮｂをＮｂ単体に換算して６ｐｐｍ以上、２５ｐｐｍ以下含有する。
本発明の巻線型コイル部品は、本発明のフェライト焼結体から構成されるセラミックコアと、上記セラミックコアの鍔部の高さ方向の一方の端面に形成された電極と、上記セラミックコアの軸芯部に巻回され、端部が上記電極に電気的に接続された巻線と、を備える。
本発明によれば、熱衝撃後の抗折強度が高く、かつ、透磁率、初期の抗折強度およびキュリー温度が高いフェライト焼結体を提供することができる。
以下、本発明のフェライト焼結体および巻線型コイル部品について説明する。
しかしながら、本発明は、以下の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する本発明の個々の望ましい構成を２つ以上組み合わせたものもまた本発明である。
しかしながら、本発明は、以下の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する本発明の個々の望ましい構成を２つ以上組み合わせたものもまた本発明である。
［フェライト焼結体］
本発明のフェライト焼結体は、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、ＢおよびＮｂを含有する。
本発明のフェライト焼結体は、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、ＢおよびＮｂを含有する。
本発明のフェライト焼結体は、ＦｅをＦｅ２Ｏ３に換算して４８．２ｍｏｌ％以上、４９．７ｍｏｌ％以下、ＣｕをＣｕＯに換算して２．０ｍｏｌ％以上、８．０ｍｏｌ％以下、ＮｉをＮｉＯに換算して１２．０ｍｏｌ％以上、１９．０ｍｏｌ％以下、ＺｎをＺｎＯに換算して２８．５ｍｏｌ％以上、３３．０ｍｏｌ％以下含有する。
本発明のフェライト焼結体は、Ｆｅ、Ｃｕ、ＮｉおよびＺｎをそれぞれＦｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＮｉＯおよびＺｎＯに換算し、上記Ｆｅ２Ｏ３、上記ＣｕＯ、上記ＮｉＯおよび上記ＺｎＯの合計量を１００重量部としたときに、ＢをＢ単体に換算して５ｐｐｍ以上、２５ｐｐｍ以下、ＮｂをＮｂ単体に換算して６ｐｐｍ以上、２５ｐｐｍ以下含有する。
本発明のフェライト焼結体では、フェライトの組成を上記の範囲とすることで、熱衝撃後の抗折強度を高くすることができるともに、透磁率、初期の抗折強度およびキュリー温度を高くすることができる。
各元素の含有量は、誘導結合プラズマ発光／質量分光法（ＩＣＰ－ＡＥＳ／ＭＳ）を用いて、焼結体の組成を分析することにより求めることができる。
本発明のフェライト焼結体は、上記Ｆｅ２Ｏ３、上記ＣｕＯ、上記ＮｉＯおよび上記ＺｎＯの合計量を１００重量部としたときに、さらにＭｏをＭｏ単体に換算して１００ｐｐｍ以下含有することが好ましい。フェライト焼結体がＭｏを上記の範囲で含有していると、熱衝撃後の抗折強度をさらに高くすることができる。
本発明のフェライト焼結体がＭｏを含有する場合、Ｍｏの含有量の下限は特に限定されないが、上記Ｆｅ２Ｏ３、上記ＣｕＯ、上記ＮｉＯおよび上記ＺｎＯの合計量を１００重量部としたときに、ＭｏをＭｏ単体に換算して３ｐｐｍ以上含有することが好ましい。
本発明のフェライト焼結体は、Ｎｂを９ｐｐｍ以上含有することが好ましい。フェライト焼結体がＮｂを９ｐｐｍ以上含有していると、初期の抗折強度および熱衝撃後の抗折強度をさらに高くすることができる。
本発明のフェライト焼結体は、Ｂを１５ｐｐｍ以上含有することが好ましい。フェライト焼結体がＢを１５ｐｐｍ以上含有していると、初期の抗折強度および熱衝撃後の抗折強度をさらに高くすることができる。
本発明のフェライト焼結体においては、上記ＺｎＯと上記ＮｉＯとの比（Ｚｎ／Ｎｉ）が１．７以上であることが好ましい。Ｚｎ／Ｎｉの比が１．７以上であると、透磁率μをさらに高くすることができる。
本発明のフェライト焼結体において、上記ＺｎＯと上記ＮｉＯとの比（Ｚｎ／Ｎｉ）の上限は特に限定されないが、上記ＺｎＯと上記ＮｉＯとの比（Ｚｎ／Ｎｉ）は、例えば４．０以下である。
本発明のフェライト焼結体は、好ましくは、以下のように製造される。
まず、焼成後の組成が所定の組成となるようにＦｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＮｉＯ、ＺｎＯ、Ｂ４ＣおよびＮｂ２Ｏ５を秤量し、この配合原料を純水およびＰＳＺ（部分安定化ジルコニア）ボールと共にボールミルに入れ、湿式で所定の時間（例えば、４時間以上８時間以下）混合粉砕する。これを蒸発乾燥させた後、所定の温度（例えば、７００℃以上８００℃以下）で所定の時間（例えば、２時間以上５時間以下）仮焼することにより、仮焼物（仮焼粉）を作製する。
得られた仮焼物（仮焼粉）を、純水、バインダーとしてポリビニルアルコール、分散剤、可塑剤およびＰＳＺボールと共にボールミルに入れ、湿式で混合粉砕する。この混合粉砕したスラリーをスプレー乾燥機で乾燥、造粒して、顆粒粉末を作製する。
金型を準備し、作製した顆粒粉末を加圧成形して成形体を形成する。
次に、成形体を焼成炉で所定の温度（例えば、１１００℃以上１２００℃以下）で所定の時間（例えば、２時間以上５時間以下）保持して焼成する。以上の製造工程により、フェライト焼結体が得られる。
以下、本発明のフェライト焼結体をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。
（実施例１）
焼成後の組成が表１に示す組成となるようにＦｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＮｉＯ、ＺｎＯ、Ｂ４ＣおよびＮｂ２Ｏ５を秤量し、この配合原料を純水およびＰＳＺボールと共にボールミルに入れ、湿式で４時間混合粉砕した。これを蒸発乾燥させた後、８００℃で２時間仮焼することにより、仮焼物を作製した。
焼成後の組成が表１に示す組成となるようにＦｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＮｉＯ、ＺｎＯ、Ｂ４ＣおよびＮｂ２Ｏ５を秤量し、この配合原料を純水およびＰＳＺボールと共にボールミルに入れ、湿式で４時間混合粉砕した。これを蒸発乾燥させた後、８００℃で２時間仮焼することにより、仮焼物を作製した。
作製した仮焼物を、純水、バインダーとしてポリビニルアルコール、分散剤、可塑剤およびＰＳＺボールと共にボールミルに入れ、混合粉砕した。この混合粉砕したスラリーをスプレー乾燥機で乾燥、造粒して、顆粒粉末を作製した。
作製した顆粒粉末をプレス成形し、焼成後の寸法が、
・４ｍｍ×２ｍｍ×１．５ｍｍの単板状の試料、または、
・外径が２０ｍｍ、内径が１２ｍｍ、厚みが１．５ｍｍのリング状の試料
となるような成形体を作製した。
・４ｍｍ×２ｍｍ×１．５ｍｍの単板状の試料、または、
・外径が２０ｍｍ、内径が１２ｍｍ、厚みが１．５ｍｍのリング状の試料
となるような成形体を作製した。
作製した成形体を１１００℃で２時間焼成した。以上により、試料１～２５を作製した。
単板状の各試料について、ＩＣＰ－ＡＥＳ／ＭＳを用いて、焼結体の組成を分析することにより、各元素の含有量を測定した。結果を表１に示す。Ｆｅ、Ｃｕ、ＮｉおよびＺｎについては酸化物に換算した値を、ＢおよびＮｂについては単体に換算した値を表１に示している。また、表１には、ＺｎＯとＮｉＯとの比（Ｚｎ／Ｎｉ）も示している。
単板状の各試料について、３点曲げ試験により抗折強度を測定した。
まず、焼成後の試料の抗折強度を測定し、それを初期抗折強度とした。また、１２５℃に保持した試料を２５℃の水中に投入し、１００℃の熱衝撃を与えることで、熱衝撃後の抗折強度を測定した。結果を表１に示す。
抗折強度は、試料１０個の測定を行い、その平均値とした。
まず、焼成後の試料の抗折強度を測定し、それを初期抗折強度とした。また、１２５℃に保持した試料を２５℃の水中に投入し、１００℃の熱衝撃を与えることで、熱衝撃後の抗折強度を測定した。結果を表１に示す。
抗折強度は、試料１０個の測定を行い、その平均値とした。
リング状の各試料について、透磁率測定冶具（アジレント・テクノロジー社製、１６４５４Ａ－ｓ）に収容し、インピーダンスアナライザ（アジレント・テクノロジー社製、Ｅ４９９１Ａ）を使用し、２５±２℃、測定周波数１ＭＨｚで透磁率μを測定した。また、透磁率μの温度特性を測定し、キュリー温度を求めた。結果を表１に示す。
表１において、＊印を付した試料は、本発明の範囲外となる比較例である。
表１より、ＦｅをＦｅ２Ｏ３に換算して４８．２ｍｏｌ％以上、４９．７ｍｏｌ％以下、ＣｕをＣｕＯに換算して２．０ｍｏｌ％以上、８．０ｍｏｌ％以下、ＮｉをＮｉＯに換算して１２．０ｍｏｌ％以上、１９．０ｍｏｌ％以下、ＺｎをＺｎＯに換算して２８．５ｍｏｌ％以上、３３．０ｍｏｌ％以下含有し、Ｆｅ、Ｃｕ、ＮｉおよびＺｎをそれぞれＦｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＮｉＯおよびＺｎＯに換算し、上記Ｆｅ２Ｏ３、上記ＣｕＯ、上記ＮｉＯおよび上記ＺｎＯの合計量を１００重量部としたときに、ＢをＢ単体に換算して５ｐｐｍ以上、２５ｐｐｍ以下、ＮｂをＮｂ単体に換算して６ｐｐｍ以上、２５ｐｐｍ以下含有する試料２～５、８、１０～１２、１５～１７および２０～２２では、透磁率μが８５０以上、キュリー温度が１１０℃以上、１００℃の熱衝撃後の抗折強度が１００Ｎ以上、初期の抗折強度が１７０Ｎ以上のフェライト焼結体が得られている。
Ｎｂを９ｐｐｍ以上含有する試料２～５、８、１０～１２、１６、１７および２０～２２では、初期の抗折強度が１８０Ｎ以上、１００℃の熱衝撃後の抗折強度が１１０Ｎ以上のフェライト焼結体が得られている。
Ｂを１５ｐｐｍ以上含有する試料２１および２２では、初期の抗折強度が２００Ｎ以上、１００℃の熱衝撃後の抗折強度が１４５Ｎ以上のフェライト焼結体が得られている。
Ｚｎ／Ｎｉの比が１．７以上である試料３～５、８、１０～１２、１５～１７および２０～２２では、透磁率μが１０００以上のフェライト焼結体が得られている。
（実施例２）
表１の試料４の組成において、ＭｏＯ３をＭｏ単体に換算して、焼成後の組成で３ｐｐｍ、３０ｐｐｍ、５０ｐｐｍまたは１００ｐｐｍ含有させ、実施例１と同様の評価を行った。Ｍｏの含有量を測定する方法は実施例１と同様である。結果を表２に示す。
表１の試料４の組成において、ＭｏＯ３をＭｏ単体に換算して、焼成後の組成で３ｐｐｍ、３０ｐｐｍ、５０ｐｐｍまたは１００ｐｐｍ含有させ、実施例１と同様の評価を行った。Ｍｏの含有量を測定する方法は実施例１と同様である。結果を表２に示す。
表２より、ＭｏをＭｏ単体に換算して１００ｐｐｍ以下含有する試料３１、３２、３３および３４では、１００℃の熱衝撃後の抗折強度をさらに高めることができている。
［巻線型コイル部品］
本発明の巻線型コイル部品は、本発明のフェライト焼結体をセラミックコアとして備える。上述のとおり、本発明のフェライト焼結体は、熱衝撃が付加されても抗折強度が高いため、車載用途などの高温環境で使用される巻線型コイル部品として好適に使用することができる。
本発明の巻線型コイル部品は、本発明のフェライト焼結体をセラミックコアとして備える。上述のとおり、本発明のフェライト焼結体は、熱衝撃が付加されても抗折強度が高いため、車載用途などの高温環境で使用される巻線型コイル部品として好適に使用することができる。
図１は、本発明の巻線型コイル部品の一例を模式的に示す正面図である。図２は、図１に示す巻線型コイル部品を構成するセラミックコアの一例を模式的に示す斜視図である。
図１および図２は模式的なものであり、その寸法や縦横比の縮尺などは実際の製品とは異なる場合がある。
図１に示す巻線型コイル部品１０は、セラミックコア２０と、電極５０と、巻線（コイル）５５と、を備える。セラミックコア２０は、本発明のフェライト焼結体から構成される。
図２に示すように、セラミックコア２０は、軸芯部３０と、その軸芯部３０の両端部に形成された一対の鍔部４０とを有している。軸芯部３０と鍔部４０とは一体に形成されている。
本明細書では、図１および図２に示すように、一対の鍔部４０が並ぶ方向を長さ方向Ｌｄと定義し、長さ方向Ｌｄに直交する方向のうち図１および図２の上下方向を高さ方向（厚み方向）Ｔｄと定義し、長さ方向Ｌｄおよび高さ方向Ｔｄのいずれにも直交する方向を幅方向Ｗｄと定義する。
軸芯部３０は、例えば、長さ方向Ｌｄに延在した直方体状に形成されている。軸芯部３０の中心軸は、長さ方向Ｌｄに略平行に延在している。軸芯部３０は、高さ方向Ｔｄにおいて相対する一対の主面３１および３２と、幅方向Ｗｄにおいて相対する一対の側面３３および３４とを有している。
本明細書において、直方体状には、角部および稜線部が面取りされた直方体や、角部および稜線部が丸められた直方体などが含まれるものとする。また、主面および側面の一部または全部に凹凸などが形成されていてもよい。
一対の鍔部４０は、軸芯部３０の長さ方向Ｌｄの両端部に設けられている。各鍔部４０は、長さ方向Ｌｄに薄い直方体状に形成されている。各鍔部４０は、高さ方向Ｔｄおよび幅方向Ｗｄに向かって軸芯部３０の周囲に張り出すように形成されている。具体的には、長さ方向Ｌｄから見たときの各鍔部４０の平面形状は、軸芯部３０に対して高さ方向Ｔｄおよび幅方向Ｗｄに張り出すように形成されている。
各鍔部４０は、長さ方向Ｌｄにおいて相対する一対の主面４１および４２と、幅方向Ｗｄにおいて相対する一対の側面４３および４４と、高さ方向Ｔｄにおいて相対する一対の端面４５および４６とを有している。一方の鍔部４０の主面４１は、他方の鍔部４０の主面４１と対向して配置されている。
各鍔部４０の主面４１は、例えば、その全面が、軸芯部３０の中心軸が延びる方向（つまり、長さ方向Ｌｄ）に対して略垂直に延びるように形成されている。すなわち、各鍔部４０の主面４１の全面は、高さ方向Ｔｄに略平行に延びるように形成されている。ただし、各鍔部４０の主面４１には、傾斜面が形成されていてもよい。
図１に示すように、電極５０は、各鍔部４０の高さ方向Ｔｄの一方の端面４６に設けられている。電極５０は、例えば、巻線型コイル部品１０が回路基板に実装される際に、回路基板の電極と電気的に接続される。電極５０は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）－クロム（Ｃｒ）、Ｎｉ－銅（Ｃｕ）等のＮｉ系合金、銀（Ａｇ）、Ｃｕ、錫（Ｓｎ）等により構成される。
巻線５５は、軸芯部３０に巻回されている。巻線５５は、例えば、Ｃｕ等の導電性材料を主成分とする芯線がポリウレタンまたはポリエステル等の絶縁材料により被覆された構造を有している。巻線５５の両端部は、電極５０にそれぞれ電気的に接続されている。
本発明の巻線型コイル部品は、例えば、以下のように製造される。
上述の［フェライト焼結体］で説明したように、顆粒粉末を加圧成形して成形体を形成する。次に、成形体を焼成炉で所定の温度（例えば、１１００℃以上１２００℃以下）で所定の時間（例えば、２時間以上５時間以下）保持して焼成する。得られた焼結体をバレル内に投入して研磨材により研磨する。以上の製造工程により、図２に示したようなセラミックコアが得られる。
続いて、セラミックコアの鍔部の端面に電極を形成する。例えば、鍔部の端面にＡｇおよびガラスフリット等を含む導電性ペーストを塗布し、所定の条件（例えば、８００℃以上８２０℃以下）で焼付け処理を行って下地金属層を形成した後に、電解めっきにより、下地金属層の上にＮｉめっき膜とＳｎめっき膜とを順次形成することにより電極を形成する。
次いで、セラミックコアの軸芯部に巻線を巻回した後、巻線の端部と電極とを熱圧着等の公知の手法によって接合する。以上の工程により、図１に示したような巻線型コイル部品を製造することができる。
本発明の巻線型コイル部品は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内において、種々の応用、変更を加えることが可能である。
本発明の巻線型コイル部品において、セラミックコアの軸芯部の形状およびサイズ、セラミックコアの鍔部の形状およびサイズ、巻線の太さ（線径）、巻数（ターン数）、断面形状および本数は特に限定されず、所望の特性、実装場所に合わせて適宜変更することができる。また、電極の位置および数についても、巻線の本数および用途に応じて適宜設定することができる。
１０ 巻線型コイル部品
２０ セラミックコア
３０ 軸芯部
３１、３２ 軸芯部の主面
３３、３４ 軸芯部の側面
４０ 鍔部
４１、４２ 鍔部の主面
４３、４４ 鍔部の側面
４５、４６ 鍔部の端面
５０ 電極
５５ 巻線
Ｌｄ 長さ方向
Ｔｄ 高さ方向
Ｗｄ 幅方向
２０ セラミックコア
３０ 軸芯部
３１、３２ 軸芯部の主面
３３、３４ 軸芯部の側面
４０ 鍔部
４１、４２ 鍔部の主面
４３、４４ 鍔部の側面
４５、４６ 鍔部の端面
５０ 電極
５５ 巻線
Ｌｄ 長さ方向
Ｔｄ 高さ方向
Ｗｄ 幅方向
Claims (6)
- Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｚｎ、ＢおよびＮｂからなり、
ＦｅをＦｅ２Ｏ３に換算して４８．２ｍｏｌ％以上、４９．７ｍｏｌ％以下、
ＣｕをＣｕＯに換算して２．０ｍｏｌ％以上、８．０ｍｏｌ％以下、
ＮｉをＮｉＯに換算して１２．０ｍｏｌ％以上、１９．０ｍｏｌ％以下、
ＺｎをＺｎＯに換算して２８．５ｍｏｌ％以上、３３．０ｍｏｌ％以下含有し、
Ｆｅ、Ｃｕ、ＮｉおよびＺｎをそれぞれＦｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＮｉＯおよびＺｎＯに換算し、前記Ｆｅ２Ｏ３、前記ＣｕＯ、前記ＮｉＯおよび前記ＺｎＯの合計量を１００重量部としたときに、ＢをＢ単体に換算して５ｐｐｍ以上、２５ｐｐｍ以下、ＮｂをＮｂ単体に換算して６ｐｐｍ以上、２５ｐｐｍ以下含有する、フェライト焼結体。 - さらに、Ｍｏからなり、
前記Ｆｅ２Ｏ３、前記ＣｕＯ、前記ＮｉＯおよび前記ＺｎＯの合計量を１００重量部としたときに、ＭｏをＭｏ単体に換算して１００ｐｐｍ以下含有する、請求項１に記載のフェライト焼結体。 - Ｎｂを９ｐｐｍ以上含有する、請求項１または２に記載のフェライト焼結体。
- Ｂを１５ｐｐｍ以上含有する、請求項１～３のいずれか１項に記載のフェライト焼結体。
- 前記ＺｎＯに換算したＺｎの含有量（ｍｏｌ％）と前記ＮｉＯに換算したＮｉの含有量（ｍｏｌ％）との比（Ｚｎ／Ｎｉ）が１．７以上である、請求項１～４のいずれか１項に記載のフェライト焼結体。
- 請求項１～５のいずれか１項に記載のフェライト焼結体から構成されるセラミックコアと、
前記セラミックコアの鍔部の高さ方向の一方の端面に形成された電極と、
前記セラミックコアの軸芯部に巻回され、端部が前記電極に電気的に接続された巻線と、を備える、巻線型コイル部品。
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