JPH05347207A - インダクタ用フェライトコア及びその製造方法 - Google Patents

インダクタ用フェライトコア及びその製造方法

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JPH05347207A
JPH05347207A JP4156389A JP15638992A JPH05347207A JP H05347207 A JPH05347207 A JP H05347207A JP 4156389 A JP4156389 A JP 4156389A JP 15638992 A JP15638992 A JP 15638992A JP H05347207 A JPH05347207 A JP H05347207A
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ferrite
inductor
core
ferrite core
mol
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JP4156389A
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Tsutomu Otsuka
努 大塚
Morikazu Yamada
盛一 山田
Takashi Yamashita
隆司 山下
Kuni Endo
久仁 遠藤
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Tokin Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Tokin Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高周波領域で使用される小型の薄型インダク
タにおける絶縁が充分にでき,しかも高効率な電源が実
現できる低損失な薄型インダクタ用フェライトコアとそ
の製造方法を提供すること。 【構成】 インダクタ用フェライトコアは,主成分とし
て,37〜42 mol%のMnO,4〜10.5 mol%の
ZnO,52.5〜54 mol%のFe2 3 を含有し,
第1及び第2の副成分として,総量に対して0.025
重量%のSiO2と,0.03〜0.15wt%のCaO
とを含有し,且つ第3の副成分として,総量に対して
0.05〜0.6wt%のHfO2 及び0.03〜0.1
5wt%のZrO2 のうちの少なくとも一種を含有するス
ピネル型Mn−Znフェライト焼成体と,前記焼成体の
表面を被覆する絶縁皮膜とを備えている。このインダク
タ用フェライトコアは,アルコラートをスピネル型Mn
−Znフェライト焼成体に塗布後,加水分解,加熱酸化
によって金属酸化物被膜を形成することによって製造さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は,移動通信機等に用いら
れる小型電源に搭載される薄型インダクタ用フェライト
コア,及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年の著しい電子機器,通信機の小型化
に伴い,これら機器に搭載される電源の小型化,高性能
化が強く要望されている。
【0003】それ故トランス部として用いられるインダ
クタの駆動周波数をMHz 帯まで上昇させ,小型化を図る
ことを行っている。また小型化になるに伴い,その他電
源構成部品との接続する端子部をコアの表面に設ける構
造が主流となりつつある。具体的には,インダクタを構
成する2ヶのコアの中にコイルを配置し,コアの縁部に
コの字型の端子をかしめ,このかしめた端子にコイルの
引き出し線及び他素子との配線をハンダ付けするという
方法がある。
【0004】この時,組み上げたインダクタはせいぜい
5×10の面積でその高さもせいぜい3〜5mm程度と極
めて小さいものとなる。さらにコアに直接,組み込んだ
コの字型の端子部間の距離も,1〜2mmと極めて短距離
のものとなる。
【0005】これまではこの構造のように極めて小型の
インダクタ用のフェライトコアとしては,コアでの絶縁
(端子間での)を考慮し,比較的低誘電率で高周波領域
での抵抗が高いNi−Zn系フェライトが使用されてき
た。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし,前述したよう
に,インダクタ用のフェライトコアとしてNi−Zn系
フェライトを用いた場合では,コアロスが大きいため,
効率が悪く,低パワーの電源しか作成できないという欠
点を有していた。
【0007】また,低損失なフェライトとしてMn−Z
nフェライトがあるが,この種の材料は高周波での電気
抵抗が著しく小さいため,前述したインダクタ構造で
は,端子間での漏電が生じ,インダクタとして,機能し
ないという欠点を有していた。
【0008】そこで,本発明の技術的課題は,高周波領
域で使用される小型の薄型インダクタにおける絶縁が充
分にでき,しかも高効率な電源が実現できる低損失な薄
型インダクタ用フェライトコアとその製造方法を提供す
ることにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】Mn−Zn系フェライト
のトランス材としては,従来の電源のスイッチング駆動
周波数が,100〜200kHz の領域であったために,
その駆動周波数に適合したFe2 3 ,MnO,ZnO
組成を用い,さらにMn−Zn系フェライトの高特性化
に不可欠な粒界相成分となるSiO2 ,CaOもその駆
動周波数に適合した組成を用いている。しかしながら,
近年の電子機器の小型化に伴う駆動周波数の大巾な上昇
に伴い(例えば1MHz),従来のMn−Znフェライトの
組成,副成分組成では,この1MHz 帯の領域のパワーロ
スが大きすぎ,しかも,高周波での電気抵抗が,低くな
りすぎてしまうため前述した薄型で小型のトランスとし
ては使用できなかった。これは,Fe2 3 ,MnO,
ZnO組成が,MHz 帯のコア材として適していないこ
と,及び粒界成分であるSiO2 ,CaO等の組成が適
していないために,高周波での渦電流損失が大きくなり
過ぎてしまうためである。
【0010】そこで,本発明では,コア材としての組成
をMHz 帯のような高周波材として適したものを見い出
し,さらにコアでの絶縁がとれ,しかも,ハンダ付作業
等時に皮膜の損傷がなく,しかも,皮膜形成時の加熱等
によるコア自身の特性劣化がない方法を見い出したもの
である。
【0011】即ち,本発明によれば,主成分として,3
7〜42 mol%のMnO,4〜10.5 mol%のZn
O,52.5〜54 mol%のFe2 3 を含有し,第1
及び第2の副成分として,総量に対して0.025重量
%のSiO2 と,0.03〜0.15wt%のCaOとを
含有し,且つ第3の副成分として,総量に対して0.0
5〜0.6wt%のHfO2 及び0.03〜0.15wt%
のZrO2 のうちの少なくとも一種を含有するスピネル
型Mn−Znフェライト焼成体と,前記焼成体の表面を
被覆する絶縁皮膜とを備えていることを特徴とするイン
ダクタ用フェライトコアが得られる。
【0012】また,本発明によれば,前記インダクタ用
フェライトコアにおいて,前記絶縁皮膜は,フッ素系ポ
リイミドアミド及びポリイミドアミドの内の少なくとも
一種を含むことを特徴とするインダクタ用フェライトコ
アが得られる。
【0013】また,本発明によれば,前記インダクタ用
フェライトコアにおいて,前記絶縁皮膜は,SiO2
TiO2 の内の少なくとも一種を含むことを特徴とする
インダクタ用フェライトコアが得られる。
【0014】また,本発明によれば,アルコラートをス
ピネル型Mn−Znフェライト焼成体に塗布後,加水分
解,加熱酸化によって金属酸化物皮膜を形成することを
特徴とするインダクタ用フェライトコアの製造方法が得
られる。
【0015】更に,本発明によれば,前記インダクタ用
フェライトコアの製造方法において,前記スピネル型M
n−Znフェライト焼成体は,主成分として,37〜4
2 mol%のMnO,4〜10.5 mol%のZnO,5
2.5〜54 mol%のFe2 3 を含有し,第1及び第
2の副成分として,総量に対して0.025重量%のS
iO2 と,0.03〜0.15wt%のCaOとを含有
し,且つ第3の副成分として,総量に対して0.05〜
0.6wt%のHfO2 及び0.03〜0.15wt%のZ
rO2 のうちの少なくとも一種を含有することを特徴と
するインダクタ用フェライトコアの製造方法が得られ
る。
【0016】通常,コアの絶縁をとるためには,様々な
有機高分子,SiO2 等の酸化物を用いれば達成でき
る。しかしながら,有機高分子を用いる場合においても
エポキシ,アクリル等の樹脂では,耐熱性が低く,ハン
ダ付作業時に焼けてしまうため絶縁をとることができな
い場合もあり,適していない。又,SiO2 等のガラス
を被覆する方法としては,スパッタ,イオンプレーティ
ング,CVD法があるが,この方法は,コスト高となる
だけでなく基板温度が高くなることでフェライトコアの
特性が劣化する場合もあり,好ましくない。さらにガラ
スペーストを塗布して加熱焼付する方法もあるが,その
焼付温度が,500℃以上を要するため,フェライトの
磁気特性を劣化させるため用いることはできない。
【0017】そこで,本発明では,上記の各種問題を解
決する方策として,コア組成をMnOを37〜42 mol
%,ZnOを4〜10.5 mol%,残部Fe2 3
し,さらに粒界成分としての副成分をSiO2 を0.0
25〜0.1wt%,CaOを0.03〜0.15wt%,
HfO2 を0.05〜0.6wt%,ZrO2 を0.03
〜0.15wt%とすることにより,高周波でのロス特性
は従来品に比べ向上する。さらに有機高分子材として耐
熱性に優れしかも絶縁性に優れたフッ素系ポリイミドア
ミド,ポリイミド,ポリアミド樹脂を用いること又は,
焼付温度がせいぜい200℃前後で,フェライトコアの
磁気特性劣化のない方策であるSiO2 ,TiO2 等の
金属酸化物皮膜をアルコラートの加水分解,加熱処理を
用いることで,高周波でのロスが低く,しかも絶縁性に
優れ,作業性がよく,コストが低い薄型トランスを得る
ことを可能としたものである。
【0018】ここで,本発明において,各皮膜の厚みは
そのトランスの大きさ,絶縁度合いに適した厚みを選択
するが,あまり薄すぎても絶縁がとれず,逆に厚すぎて
も皮膜の応力による特性劣化を招くこともあるので,
0.5μm 以上100μm 以下が好ましい。
【0019】
【実施例】以下,本発明の実施例について説明する。
【0020】(実施例1)高純度のFe2 3 ,Mn3
4 ,ZnOの原料を用意し,ボールミルを用いて湿式
混合した。得られた混合粉を乾燥した後に1000℃で
予焼した。さらにボールミルで湿式法で微粉砕した。得
られた微粉末を2 ton/cm2 で形成し,トロイダル状の
圧粉体を得た。(圧粉体の形状は,φ15×φ10×t
4(mm) である。)この圧粉体を1100〜1200℃
の間で0.05〜3%酸素分T2 を含む窒素雰囲気中で
焼結した。この際,副成分としては,0.05wt%Si
2 ,0.1wt%CaO,0.4wt%HfO2 を,混合
時に添加している。また,比較材として,従来の電源用
Mn−Znフェライトである52.0Fe2 3 −3
4.5mol%MnO−13.5 mol%ZnO,副成分
0.015SiO2 −0.03CaO(wt%)の焼結体
を上記と同様の方法で作製して用いた。
【0021】図1は,上記製法で製造されたMn−Zn
フェライトにおいて,Fe2 3 をパラメーターとした
時のコアロスとMnO組成の関係を示す図である。(コ
アロスは1MHz −500G at 60℃時)図1で示
すように,本発明の実施例1に係るMnO37〜42mo
l ,Fe2 3 52.5〜54 mol%,残部ZnOの組
成範囲では,従来のMn−Znフェライトに比べ低いロ
スが得られることがわかる。
【0022】(実施例2)実施例1と同様な製法にて,
53.0Fe2 3 −38.8MnO−8.2ZnO(m
ol%)を主成分とし,副成分として0.2wt%のHfO
2 ,0.015〜0.12wt%のSiO2 ,0.02〜
0.18wt%のCaOを含有するMn−Zn系フェライ
トを作成した。(試料形状,寸法も実施例1と同様であ
る)図2はこれら試料の1MHz −500G at 60
℃におけるコアロスをマップ図として示す。図示のよう
に実施例−1のところで説明した比較材(従来品)に比
べ,本発明の実施例2に係る0.025〜0.1wt%S
iO2 ,0.03〜0.15wt%のCaOの領域の試料
は低いコアロスを示すことがわかる。(従来品は745
kW/m3 である) (実施例3)実施例1と同様な製法にて53.0Fe2
3 −38.8MnO−8.2ZnO(mol%)を主成分
とし,副成分として0.05wt%SiO2 ,0.08wt
%CaO,0.01〜0.8wt%のHfO2 を含有する
Mn−Znフェライトコアを得た。
【0023】図3には実施例3に係るMn−Znフェラ
イトコアのHfO2 量とコアロス(1MHz −500G−
at 60℃)の関係を示す。
【0024】実施例1の従来品に比べ,HfO2 が0.
05〜0.6wt%の時に低いコアロス特性を示すことが
わかる。
【0025】(実施例4)実施例1と同様な製法にて5
3.0Fe2 3 −39.0MnO−8.0ZnO(mol
%)を主成分とし,副成分として0.06wt%Si
2 ,0.12wt%CaO,0.01〜0.18wt%の
ZrO2 を含有するMn−Znフェライトコアを得た。
【0026】図4は実施例4に係るMn−Znフェライ
トコアのZrO2 含有量とコアロス(1MHz −500G
−at 60℃)の関係を示す。
【0027】実施例1の従来品に比べ,ZrO2 が0.
03〜0.15wt%の間で低損失なフェライトコアが得
られることがわかる。
【0028】(実施例5)実施例−1と同様の製法によ
り53.0Fe2 3 −39MnO−8ZnO(mol%)
を主成分とし,0.05wt%SiO2 ,0.08wt%C
aO,,0.02wt%HfO2 を副成分とする粉末を得
た。この粉末を用いて図5に示すような形状寸法を有す
る焼結体コアを作製した(尚,焼結条件は実施例1と同
様である)。図5で示すコア1を用いて,図6に示すよ
うな薄型インダクタ10を作成した。この時コア1に
は,フッ素系ポリイミドアミド,ポリイミド,ポリアミ
ド樹脂,Si−アルコラートを用いてSiO2 ,Ti−
アルコラートを用いてTiO2被膜をおのおのコア2ヶ
づつにコーティングした。またコア1の接合面となる部
分は,後加工で研磨して被膜を除去したものを用いた。
また,コア1の中芯1aに巻きつけたコイル3の引き出
し線は,各被膜でコーティングされたコアの縁部にコの
字型の端子2をかしめてこの端子にハンダ付4をして固
定した。この時,端子2−2間の距離は1mmとなるよう
にした。表1に各コート材の被膜形成条件と1MHz −5
00G at 60℃時のコアロス,及び1MHz at
常温での端子間での電気抵抗を示す。また比較材として
上記と同様で何ら表面処理を施さないコアを用いた。
【0029】表1に示す如く,本発明の実施例5に係る
各コーティングを施したコアではコアロスは,コーティ
ングしないものと同様で,しかも端子間の抵抗はコーテ
ィングしない試料に比べ極めて高い値を示し,絶縁性に
も優れていることがわかる。
【0030】
【表1】
【0031】
【発明の効果】以上述べた如く,本発明によれば,Fe
2 3 52.5〜54 mol%,MnO37〜42 mol
%,残部ZnOを主成分とし,さらに副成分としてSi
2 を0.225〜0.1wt%,CaO0.03〜0.
15wt%,HfO2 0.05〜0.6wt%,ZrO2
0.03〜0.15wt%を含有するMn−Znフェライ
トの表面を絶縁皮膜,例えば有機高分子被膜(フッ素系
ポリイミドアミド,ポリイミド,ポリアミド)又は有機
金属を加水分解,加熱処理にて得られる金属酸化物(S
iO2 ,TiO2 ),で被覆したコアを用いることによ
り,低損失でしかも絶縁特性に優れた薄型インダクタを
得ることが可能となる。
【0032】これは,高周波での低損失化を図るために
適した主成分組成,副成分組成を見い出し,さらにその
焼結体表面にコアの磁気特性を劣化せしめることなく,
耐熱性,絶縁性に優れた被膜を,形成することができた
ためである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1に係るMn−Znフェライト
におけるFe2 3 量をパラメーターとした時のコアロ
スのMnO量依存性を示す図で,従来のMn−Znフェ
ライトとの比較をしたものである。
【図2】本発明の実施例2に係るMn−Znフェライト
のコアロスのSiO2 −CaO組成マップ示す図であ
る。
【図3】本発明の実施例3に係るMn−Znフェライト
のコアロスのHfO2 量依存性を示す図で,従来のMn
−Znフェライトのコアロスと比較したものである。
【図4】本発明の実施例4に係るMn−Znフェライト
のコアロスのZrO2 量依存性を示す図で,従来のMn
−Znフェライトのコアロスと比較したものである。
【図5】本発明の実施例5に係るMn−Znフェライト
を用いて作成した薄型インダクタ用のコアを示したもの
である。
【図6】本発明の実施例5に係るMn−Znフェライト
を用いて作成した薄型インダクタの外観図である。
【符号の説明】
1 Mn−Znフェライトコア 2 端子 3 コイルの引出し線 4 ハンダ付部 10 薄型インダクタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 隆司 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 遠藤 久仁 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日 本電信電話株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主成分として,37〜42 mol%のMn
    O,4〜10.5 mol%のZnO,52.5〜54 mol
    %のFe2 3 を含有し,第1及び第2の副成分とし
    て,総量に対して0.025重量%のSiO2 と,0.
    03〜0.15wt%のCaOとを含有し,且つ第3の副
    成分として,総量に対して0.05〜0.6wt%のHf
    2 及び0.03〜0.15wt%のZrO2 のうちの少
    なくとも一種を含有するスピネル型Mn−Znフェライ
    ト焼成体と,前記焼成体の表面を被覆する絶縁皮膜とを
    備えていることを特徴とするインダクタ用フェライトコ
    ア。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のインダクタ用フェライト
    コアにおいて,前記絶縁皮膜は,フッ素系ポリイミドア
    ミド及びポリイミドアミドの内の少なくとも一種を含む
    ことを特徴とするインダクタ用フェライトコア。
  3. 【請求項3】 請求項1記載のインダクタ用フェライト
    コアにおいて,前記絶縁皮膜は,SiO2 ,TiO2
    内の少なくとも一種を含むことを特徴とするインダクタ
    用フェライトコア。
  4. 【請求項4】 アルコラートをスピネル型Mn−Znフ
    ェライト焼成体に塗布後,加水分解,加熱酸化によって
    金属酸化物被膜を形成することを特徴とするインダクタ
    用フェライトコアの製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項4記載のインダクタ用フェライト
    コアの製造方法において,前記スピネル型Mn−Znフ
    ェライト焼成体は,主成分として,37〜42 mol%の
    MnO,4〜10.5 mol%のZnO,52.5〜54
    mol%のFe2 3 を含有し,第1及び第2の副成分と
    して,総量に対して0.025重量%のSiO2 と0.
    03〜0.15wt%のCaOとを含有し,且つ第3の副
    成分として,総量に対して0.05〜0.6wt%のHf
    2 及び0.03〜0.15wt%のZrO2 のうちの少
    なくとも一種を含有することを特徴とするインダクタ用
    フェライトコアの製造方法。
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