(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主成分の組成比が、酸化物換算で５０〜６５モル％のＦｅ2Ｏ3と、２５〜４０モル％のＺｎＯと、５〜２０モル％のＮｉＯからなり、ＺｎＯ／ＮｉＯのモル比が２〜３であり、これら主成分１００重量部に対して０．５〜５重量部のＳｉＯ2と、０．１〜３重量部のＴｉＯ2を添加してなり、正の磁歪を有するフェライト焼結体。
【請求項２】
請求項１記載のフェライト焼結体により圧力検出素子を形成し、該圧力検出素子に圧力を伝達する手段と、圧力検出素子の磁歪量を検出する手段を有する圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術範囲】
本発明は、フェライト焼結体及びこれを用いた圧力センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧力センサは、温度、変位、可視・赤外光センサと並んで、特に開発要求の大きなセンサの一つであり、種々の方式が開発されている。
【０００３】
この一つとして、Ｎｉ−Ｚｎ系等のフェライト材料の磁歪を利用した圧力センサも提案されている（特開昭４９−２８３８３号、特公５２−６１０５号公報等参照）。即ち、フェライト材料は圧力が加わるとインダクタンスＬや透磁率μが変化する特性（磁歪特性）を有していることから、フェライト材料に圧力を加えた時の磁歪量を測定することによって圧力を検出し、圧力センサとすることができるのである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の一般的なフェライト材料を用いた圧力センサでは、圧力と磁歪量の関係が可逆的ではなく、また温度特性（温度変化に伴う磁気特性の変化率）が高いこともあって、精度の高い圧力センサとすることができなかった。
【０００５】
そこで、本発明は、圧力と磁歪量の関係が可逆的であり、温度特性の低いフェライト材料を得て、精度の高い圧力センサを得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記問題点に鑑みて本発明は、主成分の組成比が、酸化物換算で５０〜６５モル％のＦｅ2Ｏ3と、２５〜４０モル％のＺｎＯと、５〜２０モル％のＮｉＯからなり、ＺｎＯ／ＮｉＯのモル比が２〜３であり、これら主成分１００重量部に対して０．５〜５重量部のＳｉＯ2と、０．１〜３重量部のＴｉＯ2を添加してなり、正の磁歪を有することを特徴とするものである。
【０００７】
また、上記フェライト焼結体により圧力検出素子を形成し、該圧力検出素子に圧力を伝達する手段と、圧力検出素子の磁歪量を検出する手段を有することを特徴とするものである。
【０００８】
即ち、圧力センサとして好適に用いるためには、圧力と磁歪量の関係が可逆的であるフェライト材料が必要となる。そこで、種々実験を行った結果、負の磁歪を有する（圧力を加えた時にインダクタンスＬや透磁率μが低下する）フェライト材料では、圧力と磁歪量の関係が不可逆的となることを避けられなかった。これに対し、正の磁歪を有する（圧力を加えた時にインダクタンスＬや透磁率μが増加する）フェライト材料では、磁歪の極大点までは圧力と磁歪量の関係が可逆的となるが、極大点を超えると不可逆的となることがわかった。
【０００９】
したがって、正の磁歪を有するフェライト材料を用いて、磁歪量の極大点までの間で使用すれば圧力と磁歪量の関係を可逆的とすることができ、しかも磁歪量の大きなフェライト材料を用いれば圧力に対する磁歪量の変化が直線的であることから精度の高い圧力センサとできることがわかった。
【００１０】
そこで、本発明では、Ｆｅ２  Ｏ３  の含有量を５０モル％以上とし、ＺｎＯ／ＮｉＯのモル比を２〜３とし、ＴｉＯ２  とＳｉＯ２  を添加することによって、正の磁歪を有し、かつ磁歪量を大きくするようにした。
【００１１】
また、圧力センサとしての検知感度を高めるためには、透磁率μ自体が大きい方が好ましく、この点から、本発明ではＺｎＯ／ＮｉＯのモル比を２〜３として透磁率μを大きくした。
【００１２】
さらに、高精度の測定を行うためには温度特性（変化に対する磁気特性の変化率）を低くする必要があり、本発明ではＳｉＯ２  の添加によって温度特性を低くした。
【００１３】
その他、本発明の組成範囲を限定した理由は以下の通りである。
【００１４】
Ｆｅ２  Ｏ３  を５０〜６５モル％としたのは、５０モル％未満では透磁率が低下するとともに磁歪が負となり、６５モル％を超えると温度特性が高くなるとともに焼結性が悪くなるためである。ＺｎＯを２５〜４０モル％としたのは、２５モル％未満では透磁率が低下し、４０モル％を超えると温度特性が高くなるためである。ＮｉＯを５〜２０モル％としたのは、５モル％未満では温度特性が高くなり、２０モル％を超えると透磁率が低下するとともに磁歪が負となるためである。ＺｎＯ／ＮｉＯのモル比を２〜３としたのは、２未満では磁歪が負となり、３を超えると温度特性が高くなるためである。
【００１５】
またＳｉＯ２  を０．５〜５重量部としたのは、０．５重量部未満では磁歪が負となるとともに温度特性が高くなり、５重量部を超えると焼結性が悪くなるためである。ＴｉＯ２  を０．１〜３重量部としたのは、０．１重量部未満では磁歪が負となり、３重量部を超えると焼結性が悪くなるためである。
【００１６】
さらに、上記主成分及び添加成分以外の成分としては、主成分１００重量部に対して、ＣｕＯ，Ｂｉ2Ｏ3を各々１重量部以下、ＭｎＯを０．１５重量部以下、Ａｌ2Ｏ3，ＭｇＯ，ＣａＯ，Ｋ2Ｏ，Ｓを各々０．０５重量部以下の範囲で含んでいても良い。
【００１７】
以上のような本発明のフェライト材料の製造方法は、上記組成範囲となるように主成分の各原料を調合し、ボールミル等で粉砕混合した後８００〜９００℃で仮焼し、この仮焼粉体にＳｉＯ２  、ＴｉＯ２  を添加した後ボールミルにて粉砕し、バインダーを加えて造粒し、所定形状に成形した後、９５０〜１２５０℃で焼成することによって得ることができる。
【００１８】
【実施例】
実施例１
以下本発明の実施例を説明する。
【００１９】
Ｆｅ２  Ｏ３  、ＺｎＯ、ＮｉＯの主成分を表１に示す割合となるように秤量し、振動ミルにて混合した後８００〜９００℃で仮焼した。この仮焼粉末１００重量部に対し、ＳｉＯ２  、ＴｉＯ２  を表１に示す割合で添加し、ボールミルにて粉砕し、バインダーを加えて造粒した後、トロイダルコア及び角柱状コアの形状に成形し、表１に示す焼成温度で焼成した。焼成後、角柱状コアは研削加工して３×３×１５ｍｍの寸法とした。
【００２０】
得られたトロイダルコアに、直径０．２ｍｍの被膜銅線を７回巻いて、１００ｋＨｚで透磁率μを測定し、温度特性として−２０〜８０℃間の透磁率μの変化率（ｐｐｍ／℃）を測定した。また、角柱状コアにも同様の巻線を行って長さ方向に５０ｋｇの荷重を加えた時のインダクタンスＬの変化率ΔＬ／Ｌ（％）を磁歪とした。これらの結果は表２に示す通りである。
【００２１】
この結果より、組成が本発明の範囲外であるもの（Ｎｏ．１〜３、５〜８、１３〜１６、１９）は、透磁率μが低かったり、磁歪が負であったり、温度特性が高いなどの不都合があった。
【００２２】
これらに対し、本発明の範囲内のもの（Ｎｏ．９〜１２、１７、１８）では透磁率μが６００以上と高く、磁歪が正であり、温度特性が１１０ｐｐｍ／℃以下と低いことがわかる。したがって、本発明の範囲内のフェライト材料を用いれば、圧力と磁歪量の関係を可逆的とすることができ、感度を高くし、温度依存性を低くできることから、高精度の圧力センサとすることができる。
【００２３】
【表１】
0003561074.tif 000002
【００２４】
【表２】
0003561074.tif 000003
【００２５】
実施例２
次に、上記表１、２中のＮｏ．６に示す負の磁歪を有するフェライト材料を用いて、荷重とインダクタンスＬの変化率ΔＬ／Ｌ（％）との関係を調べた。その結果を図２に示すように、荷重を増加する過程と減少する過程で両者の関係が不可逆的となり、高精度の圧力センサとして使用できないことがわかった。
【００２６】
また、表１、２中のＮｏ．１６に示す正の磁歪を有するフェライト材料を用いて、同じ関係を調べたところ、図３に示すように、磁歪の極大点を超えると不可逆的な関係となった。
【００２７】
これに対し、図４に示すように、正の磁歪を有するフェライト材料を用いて、磁歪の極大点以下の範囲で荷重を加えたところ、荷重と磁歪量（インダクタンスＬの変化率ΔＬ／Ｌ）の関係が可逆的となった。したがって、正の磁歪を有するフェライト材料を用いて、磁歪の極大点以下の範囲で使用すれば、精度の高い圧力センサが得られることがわかる。
【００２８】
実施例３
次に、本発明のフェライト材料を用いた圧力センサを図によって説明する。
【００２９】
図１に示すように、本発明のフェライト材料を柱状体に形成して圧力検出素子１とし、その周囲に巻線２を施しておいて、基体３上に載置する。また、圧力検出素子１の一方端側には、圧力伝達手段として荷重受部材４を備えている。さらに、上記巻線２にはＬＣＲメータ等の磁歪量検出手段５を接続してあり、この磁歪量検出手段５で圧力検出素子１の透磁率μ及び／又はインダクタンスＬを測定し、得られた信号を解析部６で圧力に変換して処理し、表示するようになっている。
【００３０】
いま、荷重受部材４に圧力が加わった場合、これによって圧力検出素子１の透磁率μ及び／又はインダクタンスＬが変化し、この変化を磁歪量検出手段５で検知し、解析部６で圧力に変換して、圧力の大きさを表示することができる。
【００３１】
なお、図１では一個の圧力検出素子１を用いたが、複数の圧力検出素子１で荷重受部材４を支持する構造とし、各圧力検出素子１に磁歪量検出手段５を接続しても良い。
【００３２】
また、荷重受部材４は、圧力検出素子１に悪影響を及ぼさないように非磁性材料を用い、また圧力を正確に伝達できるように弾性率の小さい材料を用いることが好ましい。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、主成分の組成比が、酸化物換算で５０〜６５モル％のＦｅ２  Ｏ３  と、２５〜４０モル％のＺｎＯと、５〜２０モル％のＮｉＯからなり、ＺｎＯ／ＮｉＯのモル比が２〜３であり、これら主成分１００重量部に対して０．５〜５重量部のＳｉＯ２  と、０．１〜３重量部のＴｉＯ２  を添加することによって、大きな正の磁歪を有し、透磁率が高く、温度特性の低いフェライト材料を得ることができる。そのため、圧力と磁歪との関係が可逆的であり、圧力センサとして用いた場合に感度、精度の優れたフェライト材料を得ることができる。
【００３４】
また、このフェライト材料により圧力検出素子を形成し、該圧力検出素子に圧力を伝達する手段と、圧力検出素子の磁歪量を検出する手段を備えて圧力センサを構成すれば、精度の高い圧力センサを容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧力センサを示す概略図である。
【図２】負の磁歪を有するフェライト材料に荷重を加えた時のインダクタンス変化率を示すグラフである。
【図３】正の磁歪を有するフェライト材料に荷重を加えた時のインダクタンス変化率を示すグラフである。
【図４】正の磁歪を有するフェライト材料に荷重を加えた時のインダクタンス変化率を示すグラフである。
【符号の説明】
１：圧力検出素子
２：巻線
３：基体
４：荷重受部材
５：磁歪量検出手段
６：解析部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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