(57)【要約】【課題】  コアサイズが小さく超小型であっても所望するコア形状を作製することが容易であり、均質に焼成できて熱衝撃耐性が高く得られる熱衝撃耐性フェライトコアの製造方法を提供すること【解決手段】  ＮｉＣｕＺｎスピネルをなす組成を湿式により混練して所定厚のグリーンシートに形成する。該当厚さのグリーンシートに各パーツを複数配列に打ち抜き形成して順次に積み重ねる。最下層は略方形状で切り欠き部を設けた基台１とし、次に略方形状の下コア２を積層し、中央には円板形状の中柱コア３を置き、中柱コア３の上に大径円板形状の上コア５が重なり両者が中コア３５をなす。中コア３５を挟んで向き合わせに２つの外コア４を積層する。上層シートに設けた格子状切断線について切断して各単体に分離し、所定温度で焼き固めて焼結させ、所望のコア形状としたフェライトコアを得る。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１μｍ以下に微粉化したフェライト粉末を主材料としてグリーンシートを作製し、前記グリーンシートを積み重ねていくシート積層法を行う際に、
前記グリーンシートに対して打ち抜き加工や切断加工を適宜に組み合わせて形成した積層体を所望のコア形状とし、
次に所定温度で焼成し焼結させることを特徴とする熱衝撃耐性フェライトコアの製造方法。
【請求項２】
１μｍ以下に微粉化したフェライト粉末を主材料として印刷ペーストを作製し、前記印刷ペーストを順次にスクリーン印刷していく印刷積層法を行う際に、
前記スクリーン印刷のメッシュパターンを適宜に組み合わせて当該積層体を所望のコア形状とし、
次に所定温度で焼成して焼結させることを特徴とする熱衝撃耐性フェライトコアの製造方法。
【請求項３】
前記フェライト粉末に焼結助剤を添加して、９００℃程度の低温で焼結を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の熱衝撃耐性フェライトコアの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱衝撃耐性を有した熱衝撃耐性フェライトコアの製造方法に関するもので、より具体的には、厚さのごく薄いコア形状に成形するような熱衝撃耐性フェライトコアの機械的特性の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子部品は薄厚，小型化が進められており、回路基板の表面に実装するようにした、いわゆるチップ部品が多く見られる。インダクタンス素子にあってもチップ部品化が進んでいる。一つには、フェライト材料の膜層の間に銀ペーストを埋め込んで螺旋状に繋がったコイルパターンを内蔵させる構成があり積層型と呼んでいる。そしてよく知られるように、フェライト材料からなるコア（フェライトコア）に線材を巻き回してコイルとするような構成があり巻線型と呼んでいる。
【０００３】
ところが、そうした小型化が進むインダクタンス素子において問題になってきたことに熱衝撃の問題がある。巻線型，積層型の何れも部品の実装はリフロー方式等によりはんだ付けすることから、溶融はんだの温度（約２５０℃）あるいはそれ以上の高温度にさらされる。このように、フェライトコアには大きな熱応力がかかる機会が多くなってきており、高温度にさらされた際は、フェライトコアには急激な温度変化が生じ、その熱衝撃によりフェライトコアが破損してしまう問題がある。そして、薄厚，小型化したフェライトコアでは熱容量が小さいことから熱衝撃でのダメージが大きく深刻である。
【０００４】
そこでフェライト材料について、熱衝撃に対する耐性を高めるようにした技術の提案があり、例えば特許文献１などに見られるように、焼成後の空孔率を低減し得るように組成を調整し、それにより強度を上げて熱衝撃耐性を向上させようとしている。つまり特許文献１は、ＮｉＣｕＺｎフェライトにＢｉ２Ｏ３またはＰｂＯを添加し、ＮｉＯをＭｇＯ，Ｌｉ２Ｏ３，Ｍｎ酸化物で置換するものであり、熱膨張率が小さい材料としてＳｉＯ２を添加している。
【特許文献１】特開平４−３２３８０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、そうした従来の熱衝撃耐性フェライトコアでは以下に示すような問題がある。すなわち、特許文献１に開示された発明では、組成の調整や添加物の添加により得られる磁気特性が限定されるという問題がある。特に高透磁率、高飽和磁束密度の材料が得られない。
【０００６】
一方、フェライトコアの薄厚，小型化に関しては、巻線型のフェライトコアの作製において、所望するコア形状に成形することが困難になってきている。巻線型の作製では、一般には乾式成形あるいは粉末成形と呼ばれる方法で成形しており、フェライト粉末をバインダーとともに造粒し、これを所定形状の金型にセットして圧力を加えて押し固め、次にそれを焼成することで所望するコア形状のものを作製している。
【０００７】
ところが、コアサイズが小さく例えば厚さが１ｍｍ程度の超小型の場合、圧力成形する金型が互いにぶつかるようなレベルであるため、圧力成形では要求厚みよりも厚く成形し、焼成した後に研磨することで所望するコア形状を得るといった２段階の成形加工を行うようになってきている。したがって、成形加工に手間がかかりコスト高になる問題がある。
【０００８】
この発明は上記した課題を解決するもので、その目的は、コアサイズが小さく超小型であっても所望するコア形状を作製することが容易であり、均質に焼成できて熱衝撃耐性が高く得られる熱衝撃耐性フェライトコアの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した目的を達成するために、本発明に係る熱衝撃耐性フェライトコアの製造方法は、１μｍ以下に微粉化したフェライト粉末を主材料としてグリーンシートを作製し、前記グリーンシートを積み重ねていくシート積層法を行う際に、前記グリーンシートに対して打ち抜き加工や切断加工を適宜に組み合わせて積層体を所望のコア形状とし、次に所定温度で焼成し焼結させる。
【００１０】
また、本発明は、１μｍ以下に微粉化したフェライト粉末を主材料として印刷ペーストを作製し、前記印刷ペーストを順次にスクリーン印刷していく印刷積層法を行う際に、前記スクリーン印刷のメッシュパターンを適宜に組み合わせて当該積層体を所望のコア形状とし、次に所定温度で焼成し焼結させるようにしてもよい。
【００１１】
すなわち、シート成形をするだけでも粉末成型よりは、バインダーは均一に分散するが、１μｍ以下に微粉化した粉体を用いることによって成形過程において、粒子とバインダーはさらに均一に分布するために、焼成過程で焼結が均一に進み、強度が大きくなる。そして、焼成温度は微粉化した試料を用いることにより、低温で焼成できる。
【００１２】
そして、上述の発明を前提とし、前記フェライト粉末に焼結助剤を添加して、９００℃程度（例えば、８５０から９６０℃）の低温で焼結を行ってもよい。もちろん、使用する組成・助剤によってはこれ以外の温度で焼結させてもよい。
【００１３】
したがって本発明では、フェライトコアの形成はシート積層法，印刷積層法などで行うことから、フェライト材料を液中で混練する湿式となり、膜層の積み重ねにおいて打ち抜き加工や切断加工あるいは所定のメッシュパターンでのスクリーン印刷を組み合わせるので、積み上げていく形状を適宜に調整でき、その結果、積層体を所望のコア形状に作り上げることができる。
【００１４】
そしてフェライト材料は、シート積層法では薄いグリーンシート、印刷積層法ではスクリーン印刷時の薄い塗膜に形成するので何れにしても数十μｍオーダの成膜となり、このため添加してある有機バインダが均一に分散し、その結果、焼成が均一に進んで強度が高くなる。強度が高まる理由には、粉末成形に比べて破壊の方式が違うこと、粒度分布が違うことが要因にあると考えている。
【００１５】
焼結助剤は、低温で焼きにくい材料の時に使用するものであり、本発明の必須の要件ではない。また、「焼結助剤」は、たとえばＳｉＯ２を主原料とした低融点ガラスなどを用いることができる。その結果、熱膨張が小さくなり、熱衝撃には非常に強くなる。よつて、請求項１，２に記載の発明との相乗効果により熱衝撃への耐性は非常に大きくなる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明に係る熱衝撃耐性フェライトコアの製造方法では、フェライト材料は湿式混練での膜成形となり、膜層を積み上げていく過程で形状を適宜に調整でき、その結果、積層体を所望のコア形状に作り上げることができる。このため、コアサイズが小さく超小型であっても所望するコア形状を作製することが容易である。
【００１７】
そして、添加してある有機バインダが均一に分散し、均質なものができる。したがって、機械的な強度が高く得られて熱衝撃耐性も向上する。焼成が均質に完了するので、飽和磁束密度などの磁気特性が優れたフェライトコアが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、本発明の好適な一実施の形態を示している。本実施の形態において、熱衝撃耐性フェライトコアは、略方形の薄板形状に形成してあって、中央に円柱形状の中コア３５を有し、その中コア３５を挟んで向き合わせるようにして外コア４，４を設けた構成になっている。
【００１９】
この熱衝撃耐性フェライトコアは、シート状に形成した５種類のパーツを順次に積層してあり、各パーツはそれぞれ所定厚のグリーンシートに複数を配列させて形成してあって積層後に切り出すことになる。最下層は略方形状で対向２辺に切り欠き部を設けた基台１であり、その上に略同様な方形状の下コア２が積層し、その下コア２の中央には円板形状の中柱コア３が位置し、中柱コア３の上に大径の円板形状の上コア５が重なり中柱コア３，上コア５が中コア３５をなす。そして、中コア３５を挟んで向き合わせに２つの外コア４を下コア２の上に積層している。
【００２０】
製造には、いわゆるシート積層法を行う。つまり、１μｍ以下に微粉化したフェライト粉末を主材料としてグリーンシートを作製し、そのグリーンシートを積み重ねていくシート積層法を行う際に、グリーンシートに対して打ち抜き加工や切断加工を適宜に組み合わせて積層体を所望のコア形状とし、次に所定温度で焼き固める焼結を行い、熱衝撃耐性フェライトコアを製造する。
【００２１】
また、この製造は、いわゆる印刷積層法によってもよい。つまり、１μｍ以下に微粉化したフェライト粉末を主材料として印刷ペーストを作製し、その印刷ペーストを順次にスクリーン印刷していく印刷積層法を行う際に、スクリーン印刷のメッシュパターンを適宜に組み合わせて当該積層体を所望のコア形状とし、次に所定温度で焼き固める焼結を行い、熱衝撃耐性フェライトコアを製造する。
【００２２】
フェライトとしての組成は、シート積層法，印刷積層法の何れであっても、例えばフェライト粉末は主成分をＦｅ２Ｏ３が４８モル％，ＺｎＯが３０モル％，ＮｉＯが１６モル％，ＣｕＯが６モル％とした。焼結は例えば９００℃程度の低温で行うことがよい。また、コア形状は適宜に設定すればよく、例えばボビン型やＥ型あるいはドラム型など所望のものとすればよい。
【００２３】
本発明では、主材料のフェライト粉末は１μｍ以下に微粉化することから、約９００℃程度の低温で焼結が行えることになる。また、焼結助剤を添加することでは、これを低温焼結のための助剤とすることができ、低温で焼結させにくい材料の場合には、適切な焼結助剤（ＳｉＯ２等）を添加することで９００℃付近での焼成を確実に行い得る。
【００２４】
次に、本実施の形態の製造方法の各プロセスについての概略を説明する。従来の通常のフェライトコアの製造方法では、原料→混合→乾燥→仮焼→粉砕（湿式）→乾燥→造粒（約1ｗｔ％のバインダーと水を使用）→成形→焼成の順に従って行なう。これに対し、本実施の形態では、原料→混合→乾燥→仮焼→粉砕（湿式）→乾燥→バインダー＋溶剤の混練→シート成形または印刷積層（成形過程）→焼成の順に従って行なう。「溶剤の混練」の工程では、約５〜１０ｗｔ％のバインダーと溶剤を使用する。これにより、バンダーと溶剤が均一に混ざる
上記の概略の工程のうち、シート成形または印刷積層（成形過程）については、以下の３つの工程を含んで実行される。
【００２５】
（グリーンシートの作製工程）
上記した組成によりグリーンシートを作製する。グリーンシートは、ドクタブレード法などの適宜な方法により成形を行って上記した５種類のパーツそれぞれに対応する所定厚のものを作製する。
【００２６】
（打ち抜き成形工程）
作製したグリーンシートは、マルチパンチングマシンを用いて所定の打ち抜き形状に打ち抜く。各パーツの打ち抜きはそれぞれ対応する所定厚のグリーンシートに対して行い、図２に示すように、該当するグリーンシートに各パーツを複数が配列した状態に打ち抜き形成する。各シートは位置決め孔を各角部に設けてあり、図２に示すシートではパーツの配列は５行５列で２５個の配列になっている。
【００２７】
（シートの積層工程）
次に、シート１１（基台１）の上にシート１２（下コア２）を重ね合わせ、位置決めピン付きの圧着金型により熱圧着し、これを積層体Ａと呼ぶことにする。一方、円板形状の中柱コア３は整列治具シート１３に整列させ、この整列治具シート１３（中柱コア３）を積層体Ａ（下コア２）に重ね合わせ、同様に位置決めピン付きの圧着金型により熱圧着し、これを積層体Ｂと呼ぶことにする。
【００２８】
そして、整列治具シート１３は取り外して積層体Ｂ（下コア２）の上にシート１４（外コア４）を重ね合わせ、位置決めピン付きの圧着金型により熱圧着し、これを積層体Ｃと呼ぶことにする。この積層体Ｃはシート１４に格子状に設けた切断線について切断して各単体に分離する。
【００２９】
上述したシート成形または印刷積層（成形過程）により製造された仮焼後の成型品に対し、切断して各単体とした積層体Ｃおよび大径の円板形状の上コア５とは、脱脂した後に所定の温度で焼成し、焼結させる。
その後、通常は、焼結した積層体Ｃは研削装置により適宜に面取りをすることでフェライトコアが完成する。
【００３０】
そして、別工程により予め組み立ててある図示しないコイルを、中柱コア３に組み付けて当該コイルの端子部は基台１の切り欠き部に引き回す。そして、中柱コア３の天面に接着剤を塗布し、図３に示すように上コア５を重ね合わせて固着することで、組立を完了する。
【００３１】
本発明に係る熱衝撃耐性フェライトコアについて、その優位性を実証するため試料と、その比較例とを作製し、３点曲げ試験，熱衝撃試験などの評価試験を行って機械的な特性を評価した。
【００３２】
（試料の作製）
作製した試料は、ＮｉＣｕＺｎスピネルフェライトであり、主成分はＦｅ２Ｏ３が４８モル％，ＺｎＯが３０モル％，ＮｉＯが１６モル％，ＣｕＯが６モル％としている。まず、これら各原料成分は所定に秤量して鋼鉄製ボールミルを用いてイオン交換水中で湿式混合を１５時間行ってスラリを形成した。
【００３３】
湿式混合したスラリは乾燥させて、これを次に大気中で温度は７００℃として仮焼きを２時間行った。仮焼きした粉体は鋼鉄製ボールミルで３０時間粉砕した。さらに、この仮焼粉末には有機バインダとしてポリビニルブチラール（ＰＶＢ）溶液を混合して、ドクタブレード法により均一な厚さ（約５０μｍ）にグリーンシートを作製した。
【００３４】
作製したグリーンシートは１０×１０ｃｍに切断してそれら小片を積み重ねて積層し、その積層は５０枚程度とした。これに２０ＭＰａの圧力を加えると共に温度は８０℃として熱圧着させ、積層体を作製した。積層体は３０×５．８ｍｍに切断して各単体を９２０℃の温度で焼成し、焼結体（試料）を得た。
【００３５】
（比較例の作製）
比較例としては、組成は上記した試料と同一であるが、材料粉体を金型にセットして圧力を加えることで押し固める乾式成形（粉末成形）を製造方法とし、製造条件を変更した２種類を作製した。
【００３６】
比較例１は、上記した試料の場合と同一条件によりスラリを形成し、この湿式混合したスラリは乾燥させて、これを次に大気中で温度は約７００℃として仮焼きを２時間行った。仮焼きした粉体は鋼鉄製ボールミルで３０時間粉砕し、その後、約１ｗｔ％の有機バインダー（ＰＶＡ）とともに造粒した。次に、この材料粉体は金型にセットして、約２００ＭＰａの圧力を加えて上記試料と同一形状に押し固め、これを９２０℃の温度で焼結し、焼結体（比較例１）を得た。
【００３７】
比較例２は、上記した試料の場合と同一条件によりスラリを形成し、この湿式混合したスラリは乾燥させて、これを次に大気中で温度は約８３０℃として仮焼きを２時間行った。仮焼きした粉体は鋼鉄製ボールミルで２０時間粉砕し、仮焼き粉末を製造した。その後、約１ｗｔ％の有機バインダー（ＰＶＡ）とともに造粒した。次に、この材料粉体は金型にセットして、約２００ＭＰａの圧力を加えて上記試料と同一形状に押し固め、これを９９０℃の温度で焼結し、焼結体（比較例２）を得た。すなわち、比較例１は粉末成形ではあるが本発明に係る試料と同一温度で焼結しており、比較例２は粉末成形としては最良特性が得られる製造条件になっている。
【００３８】
（評価試験）
評価試験は、機械的な特性に関して行っており、曲げ強度，熱衝撃の臨界温度差ΔＴｃなどを求めた。つまり、曲げ強度は（ＪＩＳ  Ｒ  １６０１）にある３点曲げ試験を行うことで求めており、熱衝撃の臨界温度差ΔＴｃは（ＪＩＳ  Ｒ  １６４８）にある熱衝撃試験の簡易法を行うことで求めた。それらは表１に示すような結果となった。
【００３９】
【表１】
2006278495.tif 000003
【００４０】
表１から明らかなように、曲げ強度については本発明に係る試料では１５０ＭＰａであり、比較例１，２に比べて強度が大きいことがわかる。また熱衝撃試験による臨界温度差ΔＴｃは、本発明に係る試料では１３３℃であり、比較例１，２に比べて熱衝撃耐性が最も優れていることがわかる。
【００４１】
なお、臨界温度差ΔＴｃは各材料特性に依存し、
ΔＴｃ＝ｋσｆ（１−ν）／αＥ
となり、αは線熱膨張係数である。αは線熱膨張係数、νはポアソン比、Ｅはヤング率である。
【００４２】
すなわち、本発明に係る試料は、比較例１，２と比べて曲げ強度，熱衝撃の臨界温度差ΔＴｃがともに大きく、α、ν、Ｅ値には差がないため熱衝撃耐性は強度の大きさの違いを大きく反映した結果であると言える。
【００４３】
コアサイズが小さくなると形状加工が煩雑になるが、本発明では積層により形成することから、切断機で切ることで形状加工するような成形工程を、製造工程の途中に適宜に設定することができる。したがって、積層と形状加工とを適宜に組み合わせることができ、それによって所望するコア形状に加工でき、このため小サイズであっても所望のコア形状のものを容易に作製できる。
【００４４】
また、比較的多量のバインダーを含んだ成形体は、強度が大きく、取り扱いが非常に容易である。
【００４５】
本発明にあっては、フェライト材料は湿式混練での膜成形となり、このため添加してある有機バインダが均一に分散し、その結果、焼成が均一に進んで強度が高くなる。したがって、機械的な強度が高く得られて熱衝撃耐性も向上する。焼成が均質に完了するので、飽和磁束密度などの磁気特性が優れたフェライトコアが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係る熱衝撃耐性フェライトコアの一実施の形態を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は各層を分離した斜視図である。
【図２】グリーンシートに複数を配列させて形成する各パーツを説明する平面図である。
【図３】図１に示す熱衝撃耐性フェライトコアの断面図である。比較例２のものである。
【符号の説明】
【００４７】
１  基台
２  下コア
３  中柱コア
４  外コア
５  上コア
１１，１２，１４  シート
１３  整列治具シート
３５  中コア
Ａ，Ｂ，Ｃ  積層体
【図１】
2006278495.tif 000004
【図２】
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【図３】
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