(57)【要約】【課題】Ｍｎ−Ｚｎ　系フェライトコアにおける電気絶縁性を改善することによって、高い電気絶縁性を有し、かつ発熱の少ないトランスならびにチョークコイルの提供を実現する。【解決手段】Ｆｅ２Ｏ３　：５２〜５６　ｍｏｌ％およびＺｎＯ　：４　〜１４　ｍｏｌ％を含み、残部が実質的にＭｎＯ　からなる基本成分中に、ＳｉＯ２：０．００５０〜０．０２００質量％およびＣａＯ　：０．０２００〜０．２０００質量％を含有する、ＭｎーＺｎ系フェライトコアであって、その表面をエポキシ樹脂にて被覆する。【選択図】　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ２Ｏ３　：５２〜５６　ｍｏｌ％および
ＺｎＯ　　：４　〜１４　ｍｏｌ％
を含み、残部が実質的にＭｎＯ　からなる基本成分中に、
ＳｉＯ２：０．００５０〜０．０２００質量％および
ＣａＯ　：０．０２００〜０．２０００質量％
を含有する、ＭｎーＺｎ系フェライトコアであって、その表面をエポキシ樹脂にて被覆して成ることを特徴とするＭｎーＺｎ系フェライトコア。
【請求項２】
エポキシ樹脂にて被覆されるコアが、Ｅ型であることを特徴とする請求項１に記載のＭｎーＺｎ系フェライトコア。
【請求項３】
請求項１または２に記載のＭｎーＺｎ系フェライトコアに、直接巻線を施したことを特徴とするトランス。
【請求項４】
請求項３に記載のトランスに、シリコン系樹脂のモールドを施して成ることを特徴とするトランス。
【請求項５】
請求項１または２に記載のＭｎーＺｎ系フェライトコアに、直接巻線を施したことを特徴とするチョークコイル。
【請求項６】
請求項５に記載のチョークコイルに、シリコン系樹脂のモールドを施して成ることを特徴とするチョークコイル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電源回路や平滑回路等に用いられる、高い電気絶縁性を有し、かつ発熱の少ないトランスならびにチョークコイルに供するＭｎーＺｎ系フェライトコアに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
さて、フェライトと称される酸化物磁性材料のうち、Ｍｎ−Ｚｎ　系フェライトやＮｉ−Ｚｎ　系フェライト等に代表される、軟質磁性材料は、電子機器の電源部分や、ノイズ対策部品として用いられる重要な磁性材料である。
【０００３】
近年、電子機器の高密度化の要請が強くなるに伴って、磁性部品の小型化が進んでいる。また、使用周波数も高周波数化が進んでおり、１ＭＨｚ程度までの周波数域で駆動されることが多くなってきている。１ＭＨｚ程度までの周波数域で使用する場合、Ｍｎ−Ｚｎ　系フェライトとＮｉ−Ｚｎ　系フェライトとを比較すると、損失がＭｎ−Ｚｎ系フェライトの方が低いために、Ｍｎ−Ｚｎ　系フェライトが使われることが主流になっている。また、飽和磁束密度もＭｎ−Ｚｎ　系フェライトの方が高いために有利である。
【０００４】
ただし、Ｎｉ−Ｚｎ　系フェライトは高抵抗であることが特徴であり、直に巻線を施せるという利点がある。一方、Ｍｎ−Ｚｎ　フェライトは抵抗が低いことから、これをトランス等に用いる場合には、プラスチック製のボビンに巻線を施し、それをＥ型コア等で挟み込んで使用している。したがって、トランスの占める体積は当然大きくなるため、直に巻線を施せるＮｉ−Ｚｎ　系フェライトの方が、磁性部品の小型化においては有利である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
かような背景の下、Ｍｎ−Ｚｎ　フエライトの特性を活かしつつ、直に巻線を施して小型化を図るために、Ｍｎ−Ｚｎ　系フェライトの表面に電気的に高低抗な絶縁層を形成することが、種々提案されている。たとえば、特開平６−２７５４２０号公報には、金属酸化物を表面に濃化させて、高電気抵抗表面層を形成する方法が、また特開２０００−３４０４１９号公報には、焼成中に炭酸ガスおよび水蒸気により雰囲気調整する方法が、提案されている。しかしながら、前者の方法は、高い温度での熱処理が必要であるためコスト的に不利であり、また酸化被膜形成のためには、酸化雰囲気での処理が必要であるため、フェライト自体の損失特性が劣化するおそれがある。また、後者の方法は、表面電気抵抗がやや低い傾向が見られるといった問題があった。
【０００６】
一方、電子機器の小型化が進むにつれて、部品の集積度も高まり、発熱の問題も深刻になってきている。トランスやチョークコイルの場合、コア磁心の損失による鉄損と巻線抵抗による銅損とから熱が発生する。この鉄損の低減には、コアの組成選択や結晶組織を改善することが有効であり、一方銅損の低減は、巻き数を減らすか、線径の大きい銅線を使うことが有効である。しかし、両者ともに、限界あるいは制約条件があり、発生した熱をいかに効率良く逃がすかが重要になってくる。
【０００７】
ここで、Ｍｎ−Ｚｎ　系フェライトをトランス等に用いる場合は、先に述べたように、プラスチック製のボビンに巻線を施し、それをＥ型コア等で挟み込んで使用している。このＥ型コアの中脚に相当する部分とボビンとの間にはすき間があり、この空間を占めている空気層により熱が放散されにくい環境になっている。
【０００８】
小型化の要請から、電子部品の小型化はもちろんのこと、部品の高集積化により放熱性を高めることが必要とされている。このため、磁性部品であるトランスやチョークコイルに関しても、ボビンを使用せずに小型化し、かつ放熱効率の良いものが望まれていた。
【０００９】
そこで、この発明は、Ｍｎ−Ｚｎ　系フェライトコアにおける電気絶縁性を改善することによって、高い電気絶縁性を有し、かつ発熱の少ないトランスならびにチョークコイルの提供を実現しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、上記の要請に応えるべく、ボビンを使用せずにＭｎ−Ｚｎ　系フェライトの特にＥ型コアに直に巻線を施すための方途について鋭意究明したところ、Ｍｎ−Ｚｎ　系フェライトコアの絶縁被膜としてエポキシ樹脂を用いることが、磁心の放熱性を高める上で有利であることを見出し、この発明を完成するに到った。
【００１１】
すなわち、この発明の要旨構成は、次のとおりである。
（１）Ｆｅ２Ｏ３　：５２〜５６　ｍｏｌ％およびＺｎＯ　：４　〜１４　ｍｏｌ％を含み、残部が実質的にＭｎＯ　からなる基本成分中に、ＳｉＯ２：０．００５０〜０．０２００質量％およびＣａＯ　：０．０２００〜０．２０００質量％を含有する、ＭｎーＺｎ系フェライトコアであって、その表面をエポキシ樹脂にて被覆して成ることを特徴とするＭｎーＺｎ系フェライトコア。
【００１２】
（２）エポキシ樹脂にて被覆されるコアが、Ｅ型であることを特徴とする請求項１に記載のＭｎーＺｎ系フェライトコア。
【００１３】
（３）上記（１）または（２）に記載のＭｎーＺｎ系フェライトコアに、直接巻線を施したことを特徴とするトランス。
【００１４】
（４）上記（３）に記載のトランスに、シリコン系樹脂のモールドを施して成ることを特徴とするトランス。
【００１５】
（５）上記（１）または（２）に記載のＭｎーＺｎ系フェライトコアに、直接巻線を施したことを特徴とするチョークコイル。
【００１６】
（６）上記（５）に記載のチョークコイルに、シリコン系樹脂のモールドを施して成ることを特徴とするチョークコイル。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明のＭｎーＺｎ系フェライトコアについて、まずＭｎ−Ｚｎ　系フェライトの成分組成から順に説明する。
Ｆｅ２Ｏ３　：５２〜５６　ｍｏｌ％
基本成分におけるＦｅ２Ｏ３　量が５２　ｍｏｌ％以下では飽和磁束密度が低下するため、下限を５２　ｍｏｌ％とした。一方、多すぎると損失が最小となる温度が低下し、動作温度である８０〜１００　℃付近での損失値が大きくなるため、上限を５６　ｍｏｌ％とした。
【００１８】
ＺｎＯ　：４　〜１４　ｍｏｌ％
ＺｎＯ　量が１４　ｍｏｌ％をこえると、室温での飽和磁束密度が小さくなるだけでなく、キュリー温度が低下するため、温度上昇につれて飽和磁束密度の低下をもたらし、１００　℃付近における飽和磁束密度は急激に下がる。したがってＺｎＯ　量の上限は、１４　ｍｏｌ％とする。また、ＺｎＯ　量が４　ｍｏｌ％未満になると、通常の焼成条件では焼結体密度を高めにくくなるため、４　ｍｏｌ％を下限とする。
【００１９】
なお、基本成分における残部は、実質的にＭｎＯ　であり、この基本成分の組成は、コア自体の発熱となる鉄損を低くするための限定である。従って、損失特性以外の特性を重視する場合は、この基本成分組成に他の磁性元素を加えることもできる。例えば、１００　℃での飽和磁束密度を高めるには、ＮｉＯ　を０．５　〜１０　ｍｏｌ％含有させても良い。また、損失の温度変化を小さくしたい場合には、ＣｏＯ　を０．０５〜０．８ｍｏｌ％含有させても良い。
【００２０】
以上は基本成分に関するものであるが、この基本成分にＳｉＯ２、ＣａＯ　を添加することにより、焼結体密度を高めることができる。また、これらの添加物は、粒界相を高抵抗化して低損失化に寄与する。先に述べたように、発熱を小さくするためにも鉄損は低い方が望ましい。
【００２１】
すなわち、ＳｉＯ２は焼結促進の効果があり、添加効果を引き出すためには０．００５０質量％以上必要であり、一方多すぎると異常粒成長を起こすため、上限を０．０２００質量％とする。ただし、この上限付近の添加量では焼結温度を下げる等の考慮が必要である。
【００２２】
また、ＣａＯ　は、ＳｉＯ２とともに粒界を高抵抗化して損失を小さくする。しかしながら、０．０２００質量％未満ではその効果が見られず、一方０．２０００質量％を越えると焼結性に問題があるため、０．２０００質量％以下とした。
【００２３】
さらに、これら添加成分にスピネルを形成しない、Ｔａ２Ｏ５，　ＺｒＯ２，　Ｎｂ２Ｏ５，　Ｖ２Ｏ５，　ＨｆＯ２，　ＴｉＯ２およびＳｎＯ２の１種または２種以上を微量添加することにより、損失の小さいＭｎ−Ｚｎ　系フェライトとすることができるため、これらの微量添加成分を０．１　質量％以下で含めてもよい。
【００２４】
次に、上記の成分組成に成るＭｎ−Ｚｎ　系フェライトの焼結体コアを、エポキシ樹脂で被覆することが肝要である。すなわち、樹脂によって電気絶縁性を付与することが重要であり、この樹脂には、粉体塗装やスプレー塗装などにより比較的容易に薄い被膜を形成することが可能であり、かつ熱伝導率の高いエポキシ樹脂が有利である。
【００２５】
ここで、樹脂の厚みは、絶縁を十分なものにするために３０μｍ以上とすることが好ましい。ただし、厚すぎるとＭｎ−Ｚｎ　系フェライト焼結体に応力が加わるため１０００μｍ以下であることが好ましい。なお、エポキシ樹脂を被覆する方法については、前述の粉体塗装やスプレー塗装などの方法が利用できる。この場合は被膜のための処理温度を２００　℃以下にすることができるため、Ｍｎ−Ｚｎ　系フェライトの特性を劣化させることなく高抵抗の絶縁層を形成できる。
【００２６】
なお、エポキシ樹脂としては、市販されている、いずれのエポキシ樹脂をも用いることができる。
【００２７】
かくして、エポキシ被膜で被覆されたＭｎ−Ｚｎ　系フェライトコアは、電気絶縁が図られているため、該コアに直に巻線を行って、トランスまたはチョークコイルとすることができる。この巻線は、例えばポリウレタン被覆線やネオマール線などを用い、例えばＥ型コアを組み合わせて固定した後に直接施しても良いが、工程的に時間がかかる場合は、予め空芯コイル状のものを作製しておき、ボビンと同様にして、それをＥ型コアで挟んでも良い。この空芯状コイルの線径が細く形状が安定しにくい場合は、接着剤や樹脂で固定する方法を採用しても良い。あるいは、巻線を施したＥ型コアの中脚部分の表面をさらにエポキシ樹脂で塗装して、巻線部分を固着させてもよい。
【００２８】
なお、この時点でＥ型コアはすでに組み合わされ固定されているが、さらに固定用のテープとしてポリイミド系の材質のものを用いれば、そのままの被覆も処理温度１８０　℃以下であれば可能である。巻線の固定により線材やコア被覆材の剥離を防止することもできる。
【００２９】
さらに、巻線を施したトランスやチョークコイルを、熱伝導率が高く放熱性のよいシリコン系樹脂でモールドすることが有利である。シリコン系樹脂でモールドする場合、コアと巻線との間に空気層を残さないことが肝要である。ここで、シリコン系樹脂は、その多くが液状タイプであって比較的粘性が高いため、コア自体に薄く被覆するのは困難であるが、巻線したコアごとモールドする場合には、巻線が動かないように確実に固定できるため有利である。また、モールドした場合でも、フェライト焼結体やコアにかかる応力が低い点においても、シリコン系樹脂は適している。
【００３０】
さて、従来、Ｍｎ−Ｚｎ　系フェライトコアに巻線する場合に使用していた、ボビンは、大抵フェノール樹脂製のものが多く、この樹脂の熱伝導率はおおよそ０．４Ｗ／ｍＫ　であるが、今回、被覆材として用いるエポキシ樹脂は、０．５　〜０．８Ｗ／ｍＫ　であり、シリコン系樹脂もおおよそ０．６Ｗ／ｍＫ　であるため、空気の熱伝導率が０．０２４Ｗ／ｍＫであることを考慮すると、ボビンを使用する場合に比べて、格段に熱伝導が高くなる。
【００３１】
なお、シリコン系樹脂としては、市販されている、いずれのシリコン系樹脂をも用いることができる。
【００３２】
また、このエポキシ樹脂で被覆し、またはさらにモールドした、トランスまたはチョークコイルの一部を金属放熱板と接触させた構造にすることにより、さらに放熱性を高めることができる。
【００３３】
【実施例】
［実施例１］
最終組成として、Ｆｅ２Ｏ３　：ＭｎＯ　：ＺｎＯ　が、５４：３６：１０のモル比の主成分組成となるように成分の原料酸化物を配合したのち、ボールミルを用いて湿式混合し、その後乾燥した。この混合粉を、大気雰囲気で９５０　℃および３時間で仮焼した。この仮焼粉に対し、ＳｉＯ２：０．０１質量％およびＣａＣＯ３　：　０．１５質量％を添加し、再度ボールミルを用いて湿式混合粉砕して乾燥させた。この粉末に、ポリビニルアルコール５質量％水溶液を１０質量％加えた後、造粒した粉末を、ＪＩＳ　Ｃ２５１４規格のＦＥＥＲ２５．５Ａ　の形状となるよう成形し、酸素分圧を制御した窒素・空気混合ガス中で１３３０℃、３　時間の焼成を行った。
【００３４】
このようにして得られた焼結体に表１に示す塗装方法にて、エポキシ樹脂を被覆した。絶縁性の評価として、被覆したコアの厚み（Ｃ寸方向）を両側から５００Ｖを加えて抵抗値を測定した。コアの脚先部分の合わせ面を研削して平面出しをした後、２　個のＥコアを組み合わせた中脚部分の外周を、０．６ｍｍ　φのポリウレタン被覆線で１８ターン巻き、６０Ｈｚ、３０００Ｖ　の交流電圧を１分間印加して、放電の有無を調べた。その結果を表１に示すように、エポキシ樹脂を被覆したコアでは、放電は発生しなかった。
【００３５】
【表１】
2004039855.tif 000002
【００３６】
［実施例２］
実施例１で作製したコアを、その中脚部に１次３ターン、２次３ターンの巻線を施し、周波数１００ｋＨｚ、最大磁束密度２００ｍＴ　の正弦波で駆動した際、中脚の付け根の点に熱電対を付け温度上昇を測定した。また、巻線後のコアをシリコン樹脂でコア全体をモールドし、最終的に長さ２８ｍｍ×２０ｍｍ×ｌ０ｍｍの直方体とした。先に温度を測定した点に相当する部分に孔を開けて、駆動条件を同じにして温度上昇を測定した。また、比較のため、被覆を施さないコアについて、同じ巻線を施したボビンを用いた場合についても温度上昇を測定した。その結果を表２に示すように、被覆したコアは、ボビンを用いた場合に比べて温度上昇が少なく、モールドすることにより、さらに温度上昇を抑えることができた。
【００３７】
【表２】
2004039855.tif 000003
【００３８】
【発明の効果】
この発明によれば、電源回路や平滑回路等に用いられる、高い電気絶縁性を有し、かつ発熱の少ないトランスならびにチョークコイルを、Ｍｎ−Ｚｎ　系フェライトコアによって提供することができる。