(57)【要約】【課題】  ＮｉＺｎ系フェライトと同等に高周波透磁率が大きく良好特性であり表面抵抗が大きく、そしてコストの削減に好ましく、ＮｉＺｎ系フェライトの置き換えに好適に利用できる酸化物磁性材料を提供すること【解決手段】  主成分は酸化鉄が５０．１〜５４．４ｍｏｌ％，酸化マンガンが３．８〜２０．３ｍｏｌ％，酸化亜鉛が１０．３〜２５．０ｍｏｌ％，酸化銅が５〜１５ｍｏｌ％であり残部を酸化マグネシウムとする組成にする。添加剤として、酸化ジルコニウムを０．５ｗｔ％程度あるいは０．５ｗｔ％よりも少ない微量を追加して添加することもよい。これによる焼結体は、混合した各材料の特質を相互に作用させたものとなり、材質特性は、初透磁率μｉの変化率Δμｉ／μｉが周波数１０〜１００ｋＨｚにおいて５％未満となり、表面抵抗が１０７［Ω］以上となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｃｕ，Ｚｎを含む酸化物磁性材料であって、主成分は、
酸化鉄が５０．１〜５４．４ｍｏｌ％，
酸化マンガンが３．８〜２０．３ｍｏｌ％，
酸化亜鉛が１０．３〜２５．０ｍｏｌ％，
酸化銅が５〜１５ｍｏｌ％であり
残部を酸化マグネシウムとする組成であることを特徴とする酸化物磁性材料。
【請求項２】
添加剤として、酸化ジルコニウムを０．５ｗｔ％程度あるいは０．５ｗｔ％よりも少ない微量を追加して添加することを特徴とする請求項１に記載の酸化物磁性材料。
【請求項３】
前記組成による焼結体は、初透磁率μｉの変化率Δμｉ／μｉが周波数１０〜１００ｋＨｚにおいて５％未満であることを特徴とする請求項１あるいは２の何れか１項に記載の酸化物磁性材料。
【請求項４】
前記組成による焼結体は、表面抵抗が１０７［Ω］以上であることを特徴とする請求項１あるいは２の何れか１項に記載の酸化物磁性材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｆｅ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｃｕ，Ｚｎを含む酸化物磁性材料に関するもので、より具体的には、初透磁率μｉの周波数特性および表面抵抗について適正化し得るような主成分組成の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の酸化物磁性材料として、ＮｉＺｎ系フェライトは、比抵抗が高い特徴から高周波帯域での渦電流損失を小さくでき、高周波用のコア材料に用いることが多く、いわゆる通信用の用途など比較的に高周波領域での用途に好まれている。例えば積層インダクタといった積層チップ部品に用いられる。さらに近年では、電子部品の小型化、高周波化にともない、インダクタ、コモンコイル、チョークコイル等のコア材料として、電力変換部品やノイズ対策部品に広く用いられている。
【０００３】
比較的高周波領域での用途には、磁気特性はまず高周波透磁率が大きいということが最重要であると言えるが、改善すべき材質特性は適用製品に応じて多々あり、それぞれ適正化のための工夫が行われている。例えば特許文献１などには温度係数の改善を図る技術の提案があり、ＮｉＺｎ系フェライトについて組成の開示がある。
【０００４】
また、例えば特許文献２，３，４などには、高周波化およびコア損失の改善の観点で技術の提案があり、ＭｇＺｎ系フェライトについて組成の開示がある。例えば特許文献５，６などには、ＭｎＭｇＺｎ系フェライトについて組成の開示があり、これらも高周波化およびコア損失の改善の観点で技術を提案している。さらに例えば特許文献７，８などには、飽和磁束密度の向上およびコア損失の改善の観点で技術の提案があり、ＭｎＭｇＣｕＺｎ系フェライトについて組成の開示がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５５−１３６１７２号公報
【特許文献２】特開平５−５１２４９号公報
【特許文献３】特開平８−１２３３５号公報
【特許文献４】特開平１０−２５１１４号公報
【特許文献５】特公平５−７５７１４号公報
【特許文献６】特開平１１−３３５１６０号公報
【特許文献７】特開平１１−３４３１２１号公報
【特許文献８】特開２０００−４４２４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、この種の酸化物磁性材料では磁気特性を適用製品に応じて適宜それぞれ適正化するようにしている。しかし、磁気特性と共に重要な課題にコストがあり、見逃すことができない要素と言える。つまり、酸化物磁性材料の製造コストを安価に抑えたい要求がある。ところが、高周波領域での用途に好ましいＮｉＺｎ系フェライトは、Ｎｉが高価で原料コストが高くなる問題があり対策が望まれている。
【０００７】
この発明は上述した課題を解決するもので、その目的は、ＮｉＺｎ系フェライトと同等に高周波透磁率が大きく良好特性であり表面抵抗が大きく、そしてコストの削減に有利性があり、ＮｉＺｎ系フェライトの置き換えに好適に利用できる酸化物磁性材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を達成するために、本発明の酸化物磁性材料は、（１）Ｆｅ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｃｕ，Ｚｎを含む酸化物磁性材料であって、主成分は
酸化鉄が５０．１〜５４．４ｍｏｌ％，
酸化マンガンが３．８〜２０．３ｍｏｌ％，
酸化亜鉛が１０．３〜２５．０ｍｏｌ％，
酸化銅が５〜１５ｍｏｌ％であり
残部を酸化マグネシウムとする組成に構成する。
【０００９】
（２）添加剤として、酸化ジルコニウムを０．５ｗｔ％程度あるいは０．５ｗｔ％よりも少ない微量を追加して添加する組成に構成する。
【００１０】
（３）上記組成による焼結体は、初透磁率μｉの変化率Δμｉ／μｉが周波数１０〜１００ｋＨｚにおいて５％未満であるものとし、（４）表面抵抗が１０７［Ω］以上であるものとするとよい。
【００１１】
本発明では、酸化鉄，酸化マンガン，酸化亜鉛，酸化銅および酸化マグネシウムを上述した所定の配合比とすることにより、得られた焼結体は、表面抵抗を高く得ることができ、高い初透磁率μｉを良好な周波数特性に得ることができる。上述した本発明に係る組成は実験から見いだした結果であり、焼結体の材質特性は、初透磁率μｉの変化率Δμｉ／μｉが周波数１０〜１００ｋＨｚにおいて５％未満であり、表面抵抗が１０７［Ω］以上であることを確認した。
【００１２】
酸化鉄が５０ｍｏｌ％を超える組成は、表面抵抗が低下することから一般的には採用しないが、組成を変更した試料を製造して評価試験を行ったところ、酸化マンガンを比較的に多量に配合することにより表面抵抗を高く維持できることを見いだした。酸化マンガンの配合は３．８〜２０．３ｍｏｌ％程度が好ましく、このとき表面抵抗は１０７［Ω］程度に高く得ることができ、そして、ＮｉＺｎ系フェライトと同程度に高い初透磁率μｉを良好な周波数特性に得ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る酸化物磁性材料では、主成分は酸化鉄が５０．１〜５４．４ｍｏｌ％，酸化マンガンが３．８〜２０．３ｍｏｌ％，酸化亜鉛が１０．３〜２５．０ｍｏｌ％，酸化銅が５〜１５ｍｏｌ％であり残部を酸化マグネシウムとする組成にするので、これによる焼結体（酸化物磁性材料）は、混合した各材料の特質を相互に作用させたものとなる。
【００１４】
焼結体の材質特性は、初透磁率μｉの変化率Δμｉ／μｉが周波数１０〜１００ｋＨｚにおいて５％未満となり、表面抵抗が１０７［Ω］以上となる。すなわち本発明に係る焼結体はＮｉＺｎ系フェライトと同等に高周波透磁率が大きく良好特性であり、表面抵抗が大きく、このため、ＮｉＺｎ系フェライトの置き換えに好適に利用できる。そして、本発明に係る組成は、価格が高いニッケルを使用しない組成なので原料コストを大幅に低減でき、コストの削減に好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】初透磁率μｉの周波数特性を示すグラフであり、実施例１，４および比較例１，２の特性を示している。
【図２】初透磁率μｉの周波数特性を示すグラフであり、実施例１１〜１５の特性を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。本発明に係る酸化物磁性材料は、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３），酸化マンガン（ＭｎＯ），酸化マグネシウム（ＭｇＯ），酸化亜鉛（ＺｎＯ），酸化銅（ＣｕＯ）等を主成分とし、いわゆるＭｎＭｇＣｕＺｎ系フェライトの組成になっている。具体的には、主成分は
酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）が５０．１〜５４．４ｍｏｌ％，
酸化マンガン（ＭｎＯ）が３．８〜２０．３ｍｏｌ％，
酸化亜鉛（ＺｎＯ）が１０．３〜２５．０ｍｏｌ％，
酸化銅（ＣｕＯ）が５〜１５ｍｏｌ％であり
残部を酸化マグネシウム（ＭｇＯ）とする組成にしている。
【００１７】
また添加剤として、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）を０．５ｗｔ％程度あるいは０．５ｗｔ％よりも少ない微量を追加して添加する組成を採ることもよい。
【００１８】
製造には、まず上述した各原料成分を所定量秤量して湿式混合する。例えばボールミルで粉砕しつつ混ぜて混合粉体を製造し、これを乾燥させて解砕し、次に仮焼きする。仮焼きは、例えば電気炉を使用して大気中で温度を７５０℃程度とする。
【００１９】
仮焼きすることでは粒成長するので、次にボールミル等によりそれを再び粉砕し、粉砕は所定時間行う。この粉体に対して、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を加えてスラリを形成し、スプレードライにより造粒して所定粒径の粉体を得る。
【００２０】
次に、造粒した粉体に成形のための圧力を加えて、例えばリング形状に成形し、この後、ガス炉等で焼成を行う。焼成は、例えば大気中で温度を１０００〜１２５０℃とし、所定時間の焼成により焼結体を製造する。
【００２１】
この焼結体は、平均結晶粒子径が所定値となるように製造しており、これは各原料の均一化および高精度な秤量制御，焼成工程における高精度制御など、製造工程の全般についての精緻化により実現している。
【００２２】
酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）の配合は、５０ｍｏｌ％を超えると初透磁率μｉの周波数特性を良好に得ることができる。ただし、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）の成分量が増すことでは表面抵抗が下がるため、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）は５０．１〜５１．０ｍｏｌ％が好ましい。表面抵抗が比較的に低値でも問題ない使用環境では、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）の成分量は５１．０ｍｏｌ％を上回ることは制限なく、上限は５４．４ｍｏｌ％程度であると言える。
【００２３】
酸化マンガン（ＭｎＯ）の配合は、３８ｍｏｌ％以下では表面抵抗が１０７［Ω］以下となり、要求仕様が厳しい場合には好ましくない。逆に、酸化マンガン（ＭｎＯ）が３．８ｍｏｌ％以下では初透磁率μｉが低下する。また、酸化マンガン（ＭｎＯ）が２０．３ｍｏｌ％以上になると他の成分の割合が減ってしまい、初透磁率μｉの低下が起きてしまう。このため、酸化マンガン（ＭｎＯ）の配合は３．８〜２０．３ｍｏｌ％の範囲内が好ましく、１６．３ｍｏｌ％程度までに制限することがより好ましいことが分かっている。
【００２４】
酸化亜鉛（ＺｎＯ）の配合は、１０．３ｍｏｌ％以下では初透磁率μｉが小さくなり実用上適さない。逆に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）が２５．５ｍｏｌ％以上ではキュリー点の低下を招き、これも実用上適さない。したがって、酸化亜鉛（ＺｎＯ）の配合は１０．３〜２５．０ｍｏｌ％の範囲内が好ましい。
【００２５】
酸化銅（ＣｕＯ）の配合は、５ｍｏｌ％未満では焼成を比較的に低温（１０００〜１２５０℃程度）で行うことができなくなる。逆に、酸化銅（ＣｕＯ）が１５ｍｏｌ％を超えると、初透磁率μｉの低下があり、飽和磁束密度が低下し、キュリー点の低下が起きる。したがって、酸化銅（ＣｕＯ）の配合は５〜１５ｍｏｌ％の範囲内が好ましい。
【００２６】
酸化マグネシウム（ＭｇＯ）は他の成分の割合を維持させるため配合しており、これは組成の補充的な役割を果たし、他の成分との割合関係から配合は４．０〜１６．０ｍｏｌ％程度になる。
【００２７】
ここに本発明に係る組成にあっては、Ｍｎ，Ｍｇ，Ｃｕ，Ｚｎを含むＭｎＭｇＣｕＺｎ系のフェライト組成について各成分の配合がきわめて適正値となっており、混合した各材料の特質を相互に作用させることができ、磁気特性を良好に得ることができる。具体的には後述する実施例に示すように、本発明に係る組成による焼結体は、材質特性が、初透磁率μｉの変化率Δμｉ／μｉが周波数１０〜１００ｋＨｚにおいて５％未満となり、表面抵抗が１０７［Ω］以上となるようになっている。
【００２８】
したがって、十分に高い透磁率を周波数１０〜１００ｋＨｚにおいて安定に得ることができ、表面抵抗も高く確保できる。その結果、ＮｉＺｎ系フェライトの置き換えに好適に利用することができ、インダク夕，コモンコイル，チョークコイル等のコア材料に好ましく利用することができる。
【００２９】
本発明に係る組成は、価格が高いニッケルを使用しない組成なので、原料コストを大幅に低減できる。具体的には、ＮｉＺｎ系フェライトに比べて原材料費は半分以下にすることができる。
【００３０】
また、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）を添加した場合、初透磁率μｉを上げることができる。酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）の添加量は０．５ｗｔ％程度あるいは０．５ｗｔ％よりも少ない微量とし、所望する特性に応じて適宜に調整することが好ましいことが分かっている。
【００３１】
以上により本発明にあっては、ＮｉＺｎ系フェライトと同等に高周波透磁率が大きく良好特性であり表面抵抗が大きく、そしてコストの削減に好ましく、ＮｉＺｎ系フェライトの置き換えに好適に利用できる。
【実施例１】
【００３２】
上述した製造手順により試料を製造した。つまり、本発明の効果を実証するため、組成を変更して複数の試料を製造し、それら各試料について初透磁率μｉの変化率Δμｉ／μｉ，表面抵抗を測定した。
【００３３】
（実施例１〜１０）
試料は表１に示すように、組成を変更した１４個の試料とし、外形をリング形状のものとした。主成分の配合は、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）は４９．０〜５６．２ｍｏｌ％の範囲で変更し、酸化マンガン（ＭｎＯ）は３．５〜１６．３ｍｏｌ％の範囲で変更し、酸化亜鉛（ＺｎＯ）は２１．９〜２３．２ｍｏｌ％の範囲で変更し、酸化銅（ＣｕＯ）は７．０ｍｏｌ％とし、残部となる酸化マグネシウム（ＭｇＯ）は４．０〜１５．９ｍｏｌ％の範囲で変更し、これらの組み合わせから１４の試料を用意した。また、これら各組成による焼結体は、平均結晶粒子径が所定値となるように製造しており、これは各原料の均一化および高精度な秤量制御，焼成工程における高精度制御など、製造工程の全般についての精緻化により実現した。
【００３４】
製造時の条件は、仮焼きは大気中で７５０℃のトップ温度で行い、仮焼き後の粉砕はボールミルにより２０時間の粉砕を行った。そして、この粉体にポリビニルアルコール（ＰＶＡ）をｌｗｔ％添加して造粒を行った。リング形状の成形物に対して焼成は、大気中で１１６０〜１２２０℃のトップ温度により２時間行い、焼結体を得た。
【００３５】
【表１】
2010163315.tif 000003
【００３６】
初透磁率μｉの測定にはインピーダンスアナライザを使用し、周波数１０ｋＨｚ〜４０ＭＨｚ，電流０．０１Ａにおいて初透磁率μｉの周波数特性を測定した。表面抵抗の測定にはオームメータを使用し、電極間の距離２０ｍｍ，電圧５００Ｖの条件により測定を行った。初透磁率μｉの変化率Δμｉ／μｉは、以下の式（１）により求めた。
Δμｉ／μｉ ＝ ［｜μｉ100kHz−μｉ10kHz｜／μｉ100kHz ］×１００ … （１）
【００３７】
各試料について初透磁率μｉの変化率Δμｉ／μｉ，表面抵抗を測定したところ、本発明に係る組成の実施例１から実施例１０についてその磁気特性を確認した。そして、他の４つの試料はすべて比較例となる。また、図１は初透磁率μｉの周波数特性を示すグラフであり、実施例１，４および比較例１，２の特性を示している。
【００３８】
表１に示す測定結果から明らかなように、各原料成分の特質を相互に作用させて好適な磁気特性を発現させるには、各成分の組成を本発明に係る所定範囲とすることが好ましい。すなわち、主成分は
酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）が５０．１〜５４．４ｍｏｌ％，
酸化マンガン（ＭｎＯ）が３．８〜２０．３ｍｏｌ％，
酸化亜鉛（ＺｎＯ）が１０．３〜２５．０ｍｏｌ％，
酸化銅（ＣｕＯ）が５〜１５ｍｏｌ％であり
残部を酸化マグネシウム（ＭｇＯ）とする組成は、表１に示す実施例１〜１０が該当する。これらのものでは、初透磁率μｉの変化率Δμｉ／μｉが周波数１０〜１００ｋＨｚにおいて５％未満となり、表面抵抗が１０７［Ω］以上となる材質特性が得られることを確認した。
【００３９】
図１から明らかなように、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）が５０ｍｏｌ％を超えると初透磁率μｉの変化率Δμｉ／μｉが大幅に改善する。また、比較例３から分かるように、酸化マンガン（ＭｎＯ）が３．８ｍｏｌ％に満たない場合は、表面抵抗が大きく低下し、１０７［Ω］を得ることができない。
【００４０】
（実施例１１〜１５）
次に、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）を添加する組成について試料を製造した。試料は表２に示すように、組成を変更した５つの試料とし、外形をリング形状のものとした。主成分の配合は、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）は５０．８ｍｏｌ％とし、酸化マンガン（ＭｎＯ）は６．３ｍｏｌ％とし、酸化亜鉛（ＺｎＯ）は２３．２ｍｏｌ％とし、酸化銅（ＣｕＯ）は７．０ｍｏｌ％とし、残部となる酸化マグネシウム（ＭｇＯ）は１２．７ｍｏｌ％とし、そして、添加剤の酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）は０〜０．５ｗｔ％の範囲で変更し、これらの組み合わせから５つの試料を用意した。製造工程および製造時の条件は、上述した表１の試料と同様であり、同様に焼結体を得た。
【００４１】
【表２】
2010163315.tif 000004
【００４２】
各試料について初透磁率μｉの変化率Δμｉ／μｉ，表面抵抗を測定した。さらに本発明に係る組成の実施例１１から実施例１５についてその磁気特性を確認した。表２に示す測定結果から明らかなように、これらのものでは、初透磁率μｉの変化率Δμｉ／μｉが周波数１０〜１００ｋＨｚにおいて５％未満となり、表面抵抗が１０７［Ω］以上となる材質特性が得られることを確認した。
【００４３】
一方、図２は初透磁率μｉの周波数特性を示すグラフであり、実施例１１〜１５の特性を示している。図２から明らかなように、初透磁率μｉが最も高いものは、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）を０．２ｗｔ％添加した実施例１３であるが、主成分の配合比および所望する仕様特性によって最適な添加量が変わってくる。このため、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）の添加は、０〜０．５ｗｔ％の範囲内で適宜に調整することが好ましい。
【図１】
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【図２】
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