(57)【要約】【課題】  高い比抵抗を有し、しかもＱの大きなＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料を実現する。【解決手段】  Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料である。不可避不純物を除きＴｉＯ２のみを副成分として含み、ＴｉＯ２の含有量をｘとしたときに、０．１重量％＜ｘ≦４．０重量％である。主成分は、Ｆｅ２Ｏ３４３．０〜４９．８モル％、ＣｕＯ４．０〜１３．０モル％、ＺｎＯ５〜３５モル％、残部ＮｉＯからなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
不可避不純物を除きＴｉＯ２のみを副成分として含み、ＴｉＯ２の含有量をｘとしたときに、０．１重量％＜ｘ≦４．０重量％であることを特徴とするＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料。
【請求項２】
主成分が、Ｆｅ２Ｏ３４３．０〜４９．８モル％、ＣｕＯ４．０〜１３．０モル％、ＺｎＯ５〜３５モル％、残部ＮｉＯからなることを特徴とする請求項１記載のＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料。
【請求項３】
原料を秤量して混合する配合工程と、混合した原料を仮焼する仮焼工程と、仮焼により得られた仮焼物を微粉砕する粉砕工程と、微粉砕した粉体にバインダを添加して造粒する造粒工程と、造粒した顆粒を成形して焼成する焼成工程とを有し、
ＴｉＯ２の含有量をｘとしたときに、主成分に対して０．１重量％＜ｘ≦４．０重量％の範囲となるようにＴｉＯ２を添加することを特徴とするＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料及びその製造方法に関するものであり、特に、比抵抗及びＱの改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯機器の普及により、電子機器の小型化が急速に進められており、使用される部品、例えば積層チップインダクタ等においても、より一層の小型化が求められている。積層チップインダクタは、磁性フェライト層と内部電極とが交互に積層されるとともに、内部電極と電気的に接続された外部電極を持つ構造を有している。積層チップインダクタの低背化のためには、この磁性フェライト層の薄層化が必要であり、そのためには磁性フェライト層の高抵抗化が要求される。
【０００３】
また、前記積層チップインダクタに限らず、巻き線型のインダクタにおいてもフェライトの高抵抗化が要求されている。これら積層チップインダクタや巻き線型のインダクタ等のような表面実装型の部品は、高抵抗となることにより高信頼性化を図ることができる。また、比抵抗が高くなることにより、渦電流損失が低減され、Ｑが高くなることから、Ｑの高いフェライトを得るためにも、比抵抗の高いフェライトが望まれている。
【０００４】
このような目的からは、前記酸化物磁性体として比抵抗の高い酸化物磁性体を使用する必要があり、例えばＭｎ−Ｚｎ系フェライトに比べて桁違いに比抵抗の高いＮｉ−Ｚｎ系及びＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトが広く使用されている。しかしながら、例えば積層チップインダクタのより一層の小型化や高信頼性化、さらには巻き線型インダクタのより一層の高信頼性化を考えた場合、Ｎｉ−Ｚｎ系及びＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトの比抵抗のさらなる向上が求められる。
【０００５】
Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトを高抵抗化する技術としては、例えば特許文献１〜特許文献６等に記載される技術がある。具体的には、特許文献１には、Ｂ４Ｃの添加により透磁率やＱを高めるフェライト焼結体の製造方法が開示されている。特許文献１には、さらにＭｎ２Ｏ３を添加することにより、さらに高い透磁率、Ｑを実現し、比抵抗を高め絶縁抵抗低下を防止することができるとしている。また、特許文献２には、酸化ジルコニウムを含有するＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライトを磁性体とし、高強度で絶縁抵抗に優れた積層チップ部品が開示されている。さらに、特許文献３には、Ｓｂ２Ｏ５を含むＮｉ−Ｚｎフェライトからなる低損失酸化物磁性材料が開示されている。特許文献４には、Ｂｉ、Ｖの酸化物を含有するＮｉ−Ｚｎ系フェライト材料が開示されている。これら酸化物を加えることで、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトの高抵抗化を実現している。特許文献５には、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトに対し、Ｓｎ酸化物、Ｃｏ酸化物及びＢｉ酸化物を含有する比抵抗の高い酸化物磁性体磁器組成物が開示されている。特許文献６には、Ｂｉ２Ｏ３の添加、及び４価の正イオンを有する酸化物の添加により、高周波性能に優れ、体積抵抗率が高く、低温での焼成にて焼結が可能なＡｇの拡散による内部導体消失を抑止した酸化物磁性材料、及びそれを用いた積層チップインダクタが開示されている。
【特許文献１】特開２０００−２３３９６７号公報
【特許文献２】特許第３２７５４６６号公報
【特許文献３】特開２０００−１５０２２１号公報
【特許文献４】特開２００１−４４０１６号公報
【特許文献５】特開２００２−２５５６３７号公報
【特許文献６】特開２００２−１４１２１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
比抵抗は、一般に焼結密度に比例することから、前述の各特許文献記載の発明では、比抵抗を上げる手段として、Ｂｉ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ５、Ｖ２Ｏ５等の低融点酸化物や低融点ガラスの添加が試みられている。しかしながら、これら低融点酸化物や低融点ガラスの添加は、焼結体において異常粒成長を引き起こしやすく、磁気特性の劣化を起こしやすいという大きな問題がある。
【０００７】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、特に高比抵抗を有する高特性Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料を提供することを目的とし、さらには、その製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するために、本発明者らは、長期に亘り鋭意研究を重ねてきた。その中で、ＴｉＯ２の添加を試みたところ、ＴｉＯ２を添加することで比抵抗が１桁以上と飛躍的に向上することを見出すに至った。本発明は、このような知見に基づいて完成されたものである。
【０００９】
すなわち、本発明のＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料は、不可避不純物を除きＴｉＯ２のみを副成分として含み、ＴｉＯ２の含有量をｘとしたときに、０．１重量％＜ｘ≦４．０重量％であることを特徴とする。
【００１０】
本発明のフェライト材料は、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料であり、例えばＭｎ−Ｚｎ系フェライト等に比べて、元々高い比抵抗を有する。本発明では、ＴｉＯ２を添加することで、さらなる高比抵抗化が図られている。このとき、高融点酸化物であるＴｉＯ２の添加は、例えば異常粒成長等の原因となることはなく、Ｑ特性も向上する。
【００１１】
ここで、ＴｉＯ２の添加については、例えば特許文献６にも記載されている。しかしながら、この特許文献６記載の発明では、Ｂｉ２Ｏ３の添加が前提であり、本発明のように副成分としてＢｉ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ５、Ｖ２Ｏ５等の低融点酸化物や低融点ガラスを添加せず、ＴｉＯ２のみを添加するものではない。本発明者らの実験によれば、Ｂｉ２Ｏ３等の低融点酸化物を添加した場合、ＴｉＯ２を添加しても比抵抗が上がらず、透磁率やＱが低下することが確認されている。
【００１２】
本発明のＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料は、通常のフェライト製造プロセスで作製することができる。したがって、本発明のＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料の製造方法は、原料を秤量して混合する配合工程と、混合した原料を仮焼する仮焼工程と、仮焼により得られた仮焼物を微粉砕する粉砕工程と、微粉砕した粉体にバインダを添加して造粒する造粒工程と、造粒した顆粒を成形して焼成する焼成工程とを有し、ＴｉＯ２の含有量をｘとしたときに、主成分に対して０．１重量％＜ｘ≦４．０重量％の範囲となるようにＴｉＯ２を添加することを特徴とする。
【００１３】
ＴｉＯ２を添加するタイミングは、最初の原料酸化物配合時であってもよいし、仮焼後、粉砕時に加えてもよい。すなわち、前記製造方法において、配合工程の際にＴｉＯ２を添加する。あるいは、前記製造方法において、前記粉砕工程における粉砕時にＴｉＯ２を添加する。いずれの場合においても、高比抵抗を有するＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料が製造される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高い比抵抗を有し、高いＱを有する高特性Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料を実現することが可能である。したがって、これを例えば積層チップインダクタ等に用いることで、より一層の小型化を進めることが可能である。また、本発明の製造方法によれば、配合工程、粉砕工程のいずれにおいて添加した場合にもＴｉＯ２の添加効果を引き出すことができ、高比抵抗を有するＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料を製造することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を適用したＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料体、及びその製造方法について詳細に説明する。
【００１６】
本発明のフェライト材料は、主成分としてＦｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＺｎＯ及びＮｉＯを含むＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料である。前記主成分の組成は、磁気特性等を考慮して決めればよいが、例えば、主成分が、Ｆｅ２Ｏ３４３．０〜４９．８モル％、ＣｕＯ４．０〜１３．０モル％、ＺｎＯ５〜３５モル％、残部ＮｉＯからなるフェライト組成において、高飽和磁束密度等の良好な磁気特性を達成することができる。
【００１７】
前記組成において、Ｆｅ２Ｏ３が４３．０モル％未満であると、透磁率μｉが不足する。Ｆｅ２Ｏ３が４９．８モル％を越えると、比抵抗が低くなり、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトの特徴である絶縁性が低くなり、不適当である。ＣｕＯが４．０モル％未満であると、焼結密度が低くなる。ＣｕＯが１３．０モル％を越えると、異常粒成長しやすくなり、磁気特性が劣化する。ＺｎＯが５モル％未満であると、透磁率μｉが不足する。ＺｎＯが３５モル％を越えると、キュリー点が低くなりすぎる。これらの事項に鑑みると、本発明のフェライト材料の主成分の組成は、前記組成範囲とすることが好ましい。
【００１８】
本発明のＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料では、上記の主成分に加えて、ＴｉＯ２を副成分として加えることで、高い比抵抗を得ている。添加するＴｉＯ２は、高融点酸化物であるため、低融点酸化物や低融点ガラスを添加した場合にように焼結体において異常粒成長が引き、磁気特性の劣化を引き起こすことがなく、高特性を有するＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料が得られる。
【００１９】
ここで、ＴｉＯ２を添加すれば、添加量に応じて比抵抗が上がるが、十分に比抵抗を向上するには、ＴｉＯ２の含有量をｘとしたときに、０．１重量％＜ｘ≦４．０重量％とすることが好ましい。０．１重量％を越える量の添加により、比抵抗の増大が認められ、またＱの増大も認められる。ただし、ＴｉＯ２の添加量が４．０重量％を越えると、比抵抗が低下する傾向にあり、磁気特性、特に透磁率μｉが低下するおそれがある。より好ましくは、０．２重量％〜４．０重量％であり、さらに好ましくは１．０〜４．０重量％である。
【００２０】
前記ＴｉＯ２の添加に際しては、ＴｉＯ２のみを副成分として添加することが重要であり、例えばＢｉ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ５、Ｖ２Ｏ５等の低融点酸化物や低融点ガラスを添加しないことが前提である。先にも述べたように、低融点酸化物や低融点ガラスの添加は、焼結体において異常粒成長を引き起こしやすく、磁気特性の劣化の原因となる。実際、これら低融点酸化物や低融点ガラスとＴｉＯ２とを同時に副成分として添加しても、比抵抗の上昇は期待できず、却って透磁率やＱの低下を招くおそれがある。
【００２１】
以上のようなフェライト材料、例えばフェライト焼結体は、基本的には、通常のフェライト焼結体と同様の方法で作製することができる。図１に、フェライト焼結体の作製プロセスを示す。すなわち、原料酸化物を配合工程１で混合する。混合には、例えばボールミル等を用いて湿式混合する。混合後、乾燥工程２を経て、仮焼工程３で仮焼を行う。仮焼は、保持温度を７００〜９５０℃とし、雰囲気を大気中で行う。仮焼後、粉砕工程４により微粉砕する。主成分及び副成分からなる粉砕粉末は、後の成形工程を円滑に行うために造粒工程５にて顆粒に造粒することが望ましい。微粉砕後のスラリーにポリビニルアルコールを添加し、これをスプレードライヤーで噴霧、乾燥することにより顆粒を得ることができる。最後に、成形工程６により所望の形状に成形し、焼成工程７で本焼成を行う。本焼成における保持温度は９００〜１１００℃の範囲とし、雰囲気を大気中で行う。
【００２２】
ＴｉＯ２は、上記製造プロセスにおいて最初から、すなわち配合工程１において添加（図中Ａ）してもよいし、仮焼工程３の後、粉砕工程４において添加（図中Ｂ）してもよい。いずれの場合においても、ＴｉＯ２の添加効果（比抵抗の向上及びＱの向上）を得ることができる。
【００２３】
本発明のＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料は、高い比抵抗を有することから、例えば積層チップインダクタ等の電子部品に用いることが好適である。これにより、フェライト層の厚さを薄くして部品高さを抑えることができ、小型化を図ることが可能になる。なお、このような積層チップインダクタに用いる場合には、先の製造プロセスにおいて、仮焼後、粉砕した微粉末を用いてグリーンシートを作製し、これを積み重ねた後、本焼成すればよい。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明の具体的な実施例について、実験結果を基に説明する。
【００２５】
フェライト焼結体の作製（試料１〜９）
Ｆｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＺｎＯ、ＮｉＯ及びＴｉＯ２を所定の配合となるように秤取し、これに所定量のイオン交換水を溶媒として加えてボールミルにて１６時間混合した。基本成分の組成は、Ｆｅ２Ｏ３４６．０モル％、ＮｉＯ２０．５モル％、ＣｕＯ１０．８モル％、ＺｎＯ２２．７モル％とした。
【００２６】
混合した粉末を加熱炉を用いて最高温度８００℃で２時間仮焼した後、これを炉冷し、３０メッシュのふるいで解砕した。その後、再び所定量のイオン交換水を溶媒として加え、ボールミルにて微粉砕した。
【００２７】
さらに、粉砕されたスラリーにポリビニルアルコール水溶液を加えてフェライト顆粒を造粒した。この顆粒を金型を用い、外径１３ｍｍ、内径６ｍｍ、厚み３ｍｍのトロイダル形状に成形した。得られたフェライト成形体を、加熱炉を用い、９００℃の焼成温度で焼成してフェライト焼結体を得た。
【００２８】
以上の方法に従い、ＴｉＯ２の添加量を変化させ、サンプル（試料１〜試料８）を作製した。以下においても同様であるが、実施例に相当する試料には※印を付した。なお、試料７，８では、ＴｉＯ２の添加量を増やしてもＦｅ２Ｏ３が少なければ磁気特性が劣化が少ないという理由により、Ｆｅ２Ｏ３を４４．０モル％、ＺｎＯを２４．７モル％とした。また、試料９は、試料６の組成に加えて、低融点酸化物であるＢｉ２Ｏ３を副成分として併用した例であり、この点で比較例に相当するものである。
【００２９】
フェライト焼結体の作製（試料１０〜１３）
基本成分の組成を、Ｆｅ２Ｏ３４８．０モル％、ＮｉＯ１９．６モル％、ＣｕＯ１０．７モル％、ＺｎＯ２１．７モル％とし、他は先の試料１〜９と同様の方法によりフェライト焼結体を得た。ここでもＴｉＯ２の添加量を変化させ、サンプル（試料１０〜試料１２）を作製した。また、試料１３は、試料１２の組成に加えて、低融点酸化物であるＢｉ２Ｏ３を副成分として併用した例であり、この点で比較例に相当するものである。
【００３０】
フェライト焼結体の作製（試料１４〜１６）
基本成分の組成を、Ｆｅ２Ｏ３４９．０モル％、ＮｉＯ１０．７モル％、ＣｕＯ１０．５モル％、ＺｎＯ２９．８モル％とし、他は先の試料１〜９と同様の方法によりフェライト焼結体を得た。ここでもＴｉＯ２を添加していないもの（試料１４）と添加したもの（試料１５）を作製した。また、試料１６は、試料１４の組成に加えて、低融点酸化物であるＢｉ２Ｏ３を副成分として併用した例であり、この点で比較例に相当するものである。
【００３１】
フェライト焼結体の作製（試料１７〜１８）
先の試料５と同様の組成とし、粉砕時にＴｉＯ２を添加するようにし、他は試料１〜９と同様にして試料を作製した。試料１８は、試料１７の組成に加えて、低融点酸化物であるＢｉ２Ｏ３を副成分として併用した例であり、この点で比較例に相当するものである。
【００３２】
評価方法
得られたトロイダル形状のフェライト焼結体をワイヤを２０回巻線した後、インピーダンスアナライザーにより、測定周波数１００ｋＨｚにおける透磁率μｉ及び１ＭＨｚにおけるＱを測定した。また、焼結体に一対の対向電極を形成し、この電極間に２５Ｖを印加して絶縁抵抗を測定し、比抵抗を算出した。
【００３３】
評価結果
作製した各フェライト焼結体における透磁率μｉ、比抵抗、及びＱ（１ＭＨｚ）を前記の通り測定した。結果を表１に示す。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
この表１から明らかなように、０．１重量％を越える量のＴｉＯ２の添加により、比抵抗の増大が認められ、またＱの増大も認められる（試料３〜７及び試料１１、１２、１５，１７）。特に、比抵抗に関して言えば、ＴｉＯ２の添加量を０．２重量％〜４．０重量％としたサンプル（試料３〜７及び試料１１、１２、１５，１７）では、１０６〜１０９オーダーの極めて高い比抵抗が達成されている。ただし、ＴｉＯ２の添加量が４．０重量％を越えると（試料８）、比抵抗が低下し、磁気特性、特に透磁率μｉの低下も見られる。また、ＴｉＯ２を添加していない試料１、１０、１４では、同じ組成でＴｉＯ２を添加した試料に比べて、比抵抗、透磁率μｉ、Ｑの値が低くなっている。さらに、ＴｉＯ２の添加に加えて低融点酸化物であるＢｉ２Ｏ３を副成分として添加した試料９、１３、１６、１８では、比抵抗の上昇が見られない（却って低下している。）ばかりか、透磁率やＱが大幅に低下していることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】フェライト焼結体の作製プロセスを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３７】
１  配合工程、２  乾燥工程、３  仮焼工程、４  粉砕工程、５  造粒工程、６  成形工程、７  焼成工程、Ａ，Ｂ  ＴｉＯ２の添加時期
【図１】
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