(57)【要約】【課題】  高温域に達して初透磁率の変動を小さくでき、コア損失を低値にできて１００℃以上の高温でも十分な磁気特性を確保でき、表面抵抗を高く得ることができ、高電圧が加わる用途のコア材料等へ好ましく適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Ｆｅ２Ｏ３が４７．２〜４９．２モル％，ＺｎＯが２５〜３０モル％，ＣｕＯが３〜１０モル％，ＭｎＯが０．２〜２．８モル％であり残部をＮｉＯとし、（Ｆｅ２Ｏ３＋ＭｎＯ）の換算で４９．４〜５０．０モル％含有する組成にする。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、周波数６０ｋＨｚ，飽和磁束密度１００ｍＴ，温度６０℃でのコア損失が２００ｋＷ／ｍ３以下となり、コア損失が最小値を示す温度が１００℃以上となる。Ｆｅ成分量が４９．２モル％以下なので、表面抵抗は１０〔ＧΩ〕以上と高く得ることができる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭｎＮｉＣｕＺｎ系の酸化物磁性材料であって、
主成分は
酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）が４７．２〜４９．２モル％，
酸化亜鉛（ＺｎＯ）が２５〜３０モル％，
酸化銅（ＣｕＯ）が３〜１０モル％，
酸化マンガン（ＭｎＯ）が０．２〜２．８モル％であり、
残部を酸化ニッケル（ＮｉＯ）とし、
前記酸化第二鉄と前記酸化マンガンとをＦｅ２Ｏ３＋ＭｎＯの換算で
４９．４モル％ ≦ （Ｆｅ２Ｏ３＋ＭｎＯ）≦ ５０．０モル％
含有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】
前記組成による焼結体は、平均結晶粒子径が８〜２０μｍであ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、周波数６０ｋＨｚ，飽和磁束密度１００ｍＴ，温度６０℃でのコア損失が２００ｋＷ／ｍ３以下であり、コア損失が最小値を示す温度が１００℃以上であり、初透磁率の相対温度係数（αμir ）は温度範囲２５℃から１３０℃において２０×１０−６以下であることを特徴とする請求項１あるいは２の何れか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、ＭｎＮｉＣｕＺｎ系の酸化物磁性材料に関するもので、より具体的には、液晶バックライトのインバータトランス等のコア材料に適用するためコア損失を低減するようにしたものにおける温度依存性の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
トランスやコイル等のコア材料に用いられる酸化物磁性材料としては、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトやＮｉ−Ｚｎ系フェライトがよく知られている。
【０００３】
Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトは、コア損失が小さく飽和磁束密度が高いことから、スイッチング電源などのコア材料に好んで使われている。しかし、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトは、固有抵抗が低いため直接に巻き線を施すことができず、絶縁のためボビン等を介在させる構成になり小型化が困難であるという欠点がある。
【０００４】
Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトは、固有抵抗が格段に高いという特徴からコアを対して直接巻き線することが可能であり、小型化に有利であるため注目がある。しかし、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトはコア損失が大きいという欠点があるため改善策が求められている。対策技術としては、例えば特許文献１〜６などに見られるように多くの提案があり、組成としてＦｅ，Ｎｉ，Ｚｎの他にＭｎ，Ｃｕなどを適宜に含ませて調整することにより、コア損失を改善するようにしている。
【特許文献１】特開平ｌｌ−２１９８１２号公報
【特許文献２】特開２００２−１９８２１２号公報
【特許文献３】特開２００２−２８９４２１号公報
【特許文献４】特開２００４−１０７１５８号公報
【特許文献５】特許２５５１００９号公報
【特許文献６】特許３４８７５５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、液晶バックライトのインバータトランス等の用途では、小型化，高効率化の要求から高周波数，高電圧の駆動を採り、コア材料に対して例えば１０００Ｖ以上の高電圧が加わる仕様になってきている。このため、コア材料は高い絶縁特性が求められるとともに、発熱が大きくなるため温度特性が重要となり、高温でもコア損失が小さく、高温域に達して初透磁率の変動が小さい特性が求められる。
【０００６】
また、高電圧が加わる用途では、コア材料の表面で短絡による放電を起こす問題がある。つまり、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトは固有抵抗が高いという特質を有するが、焼成において表面はＺｎやＣｕなどの元素が蒸発等により飛散し、表面領域での組成がわずかに変化を起こし、相対的にＦｅ量が増すことになる。そしてＦｅ量（Ｆｅ２Ｏ３）が５０モル％を越える状況では、２価から３価に変わる際の電子移動のために抵抗値が著しく低減する現象を起こし、電気抵抗が極端に低下する。電気抵抗が低下する表面膜層は数１０から数１００μｍの厚みとなり、コア材料の全体からはわずかな領域であるが、１０００Ｖ以上の高電圧が加わる場合は短絡を起こしてしまう。
【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、高温域に達して初透磁率の変動を小さくすることができ、コア損失を低値にできて１００℃以上の高温でも十分な磁気特性を確保することができ、表面抵抗を高く得ることができ、高電圧が加わる用途のコア材料等へ好ましく適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】
上述した目的を達成するために、本発明に係る酸化物磁性材料は、ＭｎＮｉＣｕＺｎ系の酸化物磁性材料であって、主成分は
酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）が４７．２〜４９．２モル％，
酸化亜鉛（ＺｎＯ）が２５〜３０モル％，
酸化銅（ＣｕＯ）が３〜１０モル％，
酸化マンガン（ＭｎＯ）が０．２〜２．８モル％であり
残部を酸化ニッケル（ＮｉＯ）とし、
酸化第二鉄と酸化マンガンとをＦｅ２Ｏ３＋ＭｎＯの換算で
４９．４モル％ ≦ （Ｆｅ２Ｏ３＋ＭｎＯ）≦ ５０．０モル％
含有する組成とする。
【０００９】
また、上記組成による焼結体は平均結晶粒子径を８〜２０μｍとし、周波数６０ｋＨｚ，飽和磁束密度１００ｍＴ，温度６００℃でのコア損失が２００ｋＷ／ｍ３以下であり、コア損失が最小値を示す温度が１００℃以上であり、初透磁率の相対温度係数（αμir ）は温度範囲２５℃から１３０℃において２０×１０−６ 以下であるものとする。
【００１０】
このように、最小値が１００℃以上となる温度−コア損失特性は、下に凸の負の温度特性を持つことになり、室温（或いはそれ以下）から温度が上昇する（最小値の温度まで）につれて損失が低下するという特性を持ち、使用に伴う発熱を生じた場合にコア損失が低下することになる。
【００１１】
本発明では、Ｆｅ２Ｏ３，ＺｎＯ，ＣｕＯ，ＭｎＯ，ＮｉＯおよび（Ｆｅ２Ｏ３＋ＭｎＯ）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、高温でのコア損失が小さくなり、広い温度範囲において初透磁率の変動が小さくなる。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、周波数６０ｋＨｚ，飽和磁束密度１００ｍＴ，温度６００℃でのコア損失が２００ｋＷ／ｍ３以下であり、コア損失が最小値を示す温度が１００℃以上であり、初透磁率の相対温度係数（αμir ）は温度範囲２５℃から１３０℃において２０×１０−６ 以下であることを確認した。
【００１２】
この場合、コア損失が最小値を示す温度が１００℃以上になるので、発熱に伴って悪化するコア損失について余裕があり、高周波数，高電圧の駆動を行うスイッチング電源のコア材料として好ましいと言える。
【００１３】
また、Ｆｅ２Ｏ３の配合が４９．２モル％以下となるので、焼成時に表面でＣｕやＺｎの蒸発，移動が起きて表面領域において組成が変化したとしても、当該表面領域についてＦｅ２Ｏ３が相対的に５０モル％を越える事態は起こし難くなり、表面抵抗を高く得ることができる。
【００１４】
Ｆｅ２Ｏ３＋ＭｎＯの換算で４９．４モル％ ≦ （Ｆｅ２Ｏ３＋ＭｎＯ）≦ ５０．０モル％、つまり、５０モル％近くが損失が小さく、最小値が１００℃以上にすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る酸化物磁性材料では、主成分はＦｅ２Ｏ３が４７．２〜４９．２モル％，ＺｎＯが２５〜３０モル％，ＣｕＯが３〜１０モル％，ＭｎＯが０．２〜２．８モル％であり残部をＮｉＯとし、（Ｆｅ２Ｏ３＋ＭｎＯ）の換算で４９．４〜５０．０モル％含有する組成とするので、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。
【００１６】
焼結体の材質特性は、周波数６０ｋＨｚ，飽和磁束密度１００ｍＴ，温度６０℃でのコア損失が２００ｋＷ／ｍ３以下となり、コア損失が最小値を示す温度が１００℃以上となる。すなわち本発明に係る焼結体にあっては、高温域に達して初透磁率の変動を小さくすることができ、コア損失を低値にできて１００℃以上の高温でも十分な磁気特性を確保することができる。
【００１７】
また、Ｆｅ２Ｏ３の配合が４９．２モル％以下となるので、表面領域についてＦｅ２Ｏ３が相対的に５０モル％を越える事態は起こし難くなり、表面抵抗を高く得ることができる。表面抵抗は実施例に示すように、１０〔ＧΩ〕以上には十分に高く得ることができ、したがって、１０００Ｖ以上の高電圧が加わる場合でも短絡，放電を防止でき、高電圧が加わる用途のコア材料等へ好ましく適用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１９】
本発明に係る酸化物磁性材料は、酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３），酸化亜鉛（ＺｎＯ），酸化銅（ＣｕＯ），酸化ニッケル（ＮｉＯ）等を主成分とし、いわゆるＭｎＮｉＣｕＺｎ系フェライトの組成になっている。具体的には、主成分は
酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）が４７．２〜４９．２モル％，
酸化亜鉛（ＺｎＯ）が２５〜３０モル％，
酸化銅（ＣｕＯ）が３〜１０モル％，
酸化マンガン（ＭｎＯ）が０．２〜２．８モル％であり
残部を酸化ニッケル（ＮｉＯ）とし、
酸化第二鉄と酸化マンガンとをＦｅ２Ｏ３＋ＭｎＯの換算で
４９．４モル％ ≦ （Ｆｅ２Ｏ３＋ＭｎＯ）≦ ５０．０モル％
含有する組成とする。
【００２０】
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紛体を製造し、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８５０℃程度とする。
【００２１】
仮焼きすることでは粒成長するので、次にアトマイザ等によりそれを再び湿式粉砕する。これを乾燥させて解砕し、この粉体にボ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。
【００２２】
次に、造粒した紛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１０００〜１２００℃とし、所定時間（例えば２時間）の焼成により焼結体を製造する。得られた焼結体にバレル研磨等の仕上げ加工を施し、形状，寸法を所定に加工した酸化物磁性材料を得る。
【００２３】
この焼結体は、平均結晶粒子径が８〜２０μｍとなるように製造しており、これは、焼成条件の最適化などにより実現している。
【００２４】
ＺｎＯの配合は、２５モル％以下ではコア損失が大きくなり、３０モルを超えるとキュリー温度（Ｔｃ）が低下してしまい、発熱時に十分な安全性を確保できなくなる。そこで、ＺｎＯの配合は２５〜３０モル％としてあり、この範囲であればコア損失を小さくでき、キュリー温度を高く得ることができる。
【００２５】
ＣｕＯの配合は、３モル％以下では焼結が進まなくなり、焼成を高温で行う必要がでてきて現実的ではなく、１０モル％以上ではコア損失が悪化してしまう。そこで、ＣｕＯの配合は３〜１０モル％としてあり、比較的に低温度で焼成を適正に行うことができ、所定の焼結密度が得られてコア損失を小さくできる。
【００２６】
Ｆｅ２Ｏ３の配合は、増加に伴って初透磁率の相対温度係数が大きくなる傾向を示す。また、Ｆｅ２Ｏ３あるいは（Ｆｅ２Ｏ３＋ＭｎＯ）について、配合量が低減するとコア損失が大きくなる傾向を示し、コア損失が最小値を示す温度が１００℃以下になってしまう。そこで、Ｆｅ２Ｏ３の配合は４９．２モル％以下とし、酸化マンガンとの関係はＦｅ２Ｏ３＋ＭｎＯの換算で５０．０モル％以下に設定している。
【００２７】
Ｆｅ２Ｏ３の配合を４９．２モル％以下とすることでは、焼成時に表面でＣｕやＺｎの蒸発，移動が起きて表面領域において組成が変化したとしても、当該表面領域についてＦｅ２Ｏ３が相対的に５０モル％を越える事態は起こし難くなり、表面抵抗を高く得ることができる。したがって、高電圧が加わる用途において短絡を防止できる。
【００２８】
そして、後述する試料について磁気特性を測定した結果から、最適には、Ｆｅ２Ｏ３の配合は４７．２〜４９．２モル％の範囲が好ましく、（Ｆｅ２Ｏ３＋ＭｎＯ）は４９．４〜５０．０モル％の範囲とし、ＭｎＯの配合は０．２〜２．８モル％としてある。
【００２９】
コア損失が最小値を示す温度は、主成分の組成によりある程度決定してしまうが、コア損失は微細結晶構造に大きく依存することから、結晶構造（結晶粒子とその粒界）については製造工程における精密な制御が重要となる。つまり、焼結体は多結晶体であり、結晶粒子それぞれで組成にバラツキがあることがコア損失を悪化させる要因のひとつと言え、本発明では焼結体の平均結晶粒子径は８〜２０μｍとなるので、粒子径の分布が狭い範囲に集中し、その結果、コア全体が示す材質特性を所定分布に集中させて均一化でき、コア損失の改善が行える。
【００３０】
上述した組成からなる焼結体は、材質特性が、周波数６０ｋＨｚ，飽和磁束密度１００ｍＴ，温度６０℃でのコア損失が２００ｋＷ／ｍ３以下となり、コア損失が最小値を示す温度は１００℃以上となり、そして初透磁率の相対温度係数（αμir ）は温度範囲２５℃から１３０℃において２０×１０−６ 以下となるようになっている。この材質特性は、高電圧が加わる用途のコア材料として最適であり、液晶バックライトのインバータトランス等のコア材料への適用が好ましいと言える。
【実施例】
【００３１】
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コア損失，初透磁率の相対温度係数，表面抵抗を測定した。
【００３２】
試料は表１に示すように、組成を変更した３２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、酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）は４３．２２〜４９．７０モル％の範囲で変更し、酸化亜鉛（ＺｎＯ）は２７．５０〜２９．９０モル％の範囲で変更し、酸化銅（ＣｕＯ）は４．９２〜６．１０モル％の範囲で変更し、酸化マンガン（ＭｎＯ）は０．００〜８．０４モル％の範囲で変更し、残部となる酸化ニッケル（ＮｉＯ）は１５．６３〜１７．００モル％の範囲で変更し、そして、酸化第二鉄，酸化マンガンはＦｅ２Ｏ３＋ＭｎＯの換算について４７．０〜５１．２６モル％の範囲で変更し、これらの組み合わせから３２個の試料を用意した。
【００３３】
また、これら各組成による焼結体は、平均結晶粒子径が８〜２０μｍとなるように製造しており、これは焼成条件の最適化などにより実現した。
【００３４】
表に示した各試料は、いずれも本発明（請求項１に係る発明）に含まれるものである。そして、表における実施例は請求項３に係る発明に対応するものであり、比較例は本発明に対応するものの請求項３に係る発明の要件を満たさないものである。
【表１】
2008162847.tif 000002
【表２】
2008162847.tif 000003
【００３５】
コア損失の測定にはＢ−Ｈアナライザを使用し、周波数６０ｋＨｚ，飽和磁束密度１００ｍＴにおいて常温２５℃から高温１４０℃の範囲について測定を行った。初透磁率の相対温度係数の測定にはインピーダンスアナライザを使用し、周波数１００ｋＨｚ，電流０．０１Ａにおいて初透磁率の温度特性を測定した。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。
【００３６】
各試料についてコア損失，初透磁率の相対温度係数，表面抵抗を測定したところ、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、主成分が
酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）が４７．２〜４９．２モル％，
酸化亜鉛（ＺｎＯ）が２５〜３０モル％，
酸化銅（ＣｕＯ）が３〜１０モル％，
酸化マンガン（ＭｎＯ）が０．２〜２．８モル％であり
残部を酸化ニッケル（ＮｉＯ）とし、
酸化第二鉄と酸化マンガンとをＦｅ２Ｏ３＋ＭｎＯの換算で
４９．４モル％ ≦ （Ｆｅ２Ｏ３＋ＭｎＯ）≦ ５０．０モル％
含有する組成のものでは、表面抵抗を１０〔ＧΩ〕以上に十分に高く得ることができることを確認した。したがって、１０００Ｖ以上の高電圧が加わる場合でも短絡，放電を防止でき、高電圧が加わる用途のコア材料等へ好ましく適用できる。
【００３７】
更に、表１に示す実施例１〜６では、周波数６０ｋＨｚ，飽和磁束密度１００ｍＴ，温度６０℃でのコア損失が２００ｋＷ／ｍ３以下となり、コア損失が最小値を示す温度が１００℃以上となり、初透磁率の相対温度係数（αμir ）は温度範囲２５℃から１３０℃において２０×１０−６ 以下となる材質特性が得られることを確認した。