(57)【要約】【課題】  磁性材料本来の磁気的特性を損なうことなく、材料自体の直流重畳特性を向上し、磁気回路中に磁気ギャップを形成せずに済むようにする。【解決手段】  Ｆｅ2 Ｏ3 、ＺｎＯ、ＣｕＯ、及びＮｉＯを主成分とするフェライト粉末に、シリコン（Ｓｉ）粉末あるいはシリカ（ＳｉＯ2 ）粉末、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）粉末などを少量（数ｗｔ％以下）添加混合し、焼結してなるフェライト焼結体である。ここで、シリコンとしては廃シリコンウエハの粉砕粒又はシリコンウエハの研削屑を、シリカとしては廃光ファイバの粉砕粒を、それぞれ用いることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ2 Ｏ3 、ＺｎＯ、ＣｕＯ、及びＮｉＯを主成分とするフェライト粉末に、シリコン（Ｓｉ）粉末を０．０６〜５ｗｔ％添加混合し、焼結してなるフェライト焼結体。
【請求項２】
フェライト粉末に添加するシリコンが、廃シリコンウエハの粉砕粒又はシリコンウエハの研削屑である請求項１記載のフェライト焼結体。
【請求項３】
Ｆｅ2 Ｏ3 、ＺｎＯ、ＣｕＯ、及びＮｉＯを主成分とするフェライト粉末に、シリカ（ＳｉＯ2 ）粉末を０．６〜５ｗｔ％添加混合し、焼結してなるフェライト焼結体。
【請求項４】
フェライト粉末に添加するシリカ粉末が、廃光ファイバの粉砕粒である請求項３記載のフェライト焼結体。
【請求項５】
Ｆｅ2 Ｏ3 、ＺｎＯ、ＣｕＯ、及びＮｉＯを主成分とするフェライト粉末に、軟化点が９００℃以下のＳｉ化合物含有ガラス粉末を、ＳｉＯ2 換算で０．５〜５ｗｔ％添加混合し、焼結してなるフェライト焼結体。
【請求項６】
Ｆｅ2 Ｏ3 、ＺｎＯ、ＣｕＯ、及びＮｉＯを主成分とするフェライト粉末に、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）粉末を０．５〜５ｗｔ％添加混合し、焼結してなるフェライト焼結体。
【請求項７】
チョークコイル用又はインダクタンス素子用の材料である請求項１乃至６のいずれかに記載のフェライト焼結体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ニッケル−亜鉛系のフェライト焼結体に関し、更に詳しく述べると、シリコンあるいはシリカなどの粉末を少量添加することにより、材料自体の直流印加（重畳）時のインダクタンス（Ｌ値）を向上させたフェライト焼結体に関するものである。この技術は、特に小型のチョークコイルやインダクタンス素子の磁気ギャップレスコアに好適な材料である。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源の２次側直流平滑回路に組み込まれるチョークコイルは、巻線に重畳して流れる直流電流値に対してインダクタンス値が非線形特性を示すことが求められている。そこで、チョークコイルやインダクタンス素子において、直流印加（重畳）時のインダクタンス（Ｌ値）を向上させるために、通常、磁気回路中に磁気ギャップを配置する構成が採用されている。例えばチョークコイルでは、ＥＩコアなどの脚部の形状を工夫して非磁性のギャップシートを挟んだり、積層型インダクタでは、非磁性層を挿入して実質的にギャップ部を形成する。
【０００３】
しかし、チョークコイルなどにおいてコア形状を工夫して磁気ギャップを設ける場合、コアに精密加工を施したり、複雑な形状の金型などが必要になり、工程や設備が増加する問題がある。特にコアを小型化する場合には、加工は一層煩瑣となり、ギャップシートの装着作業も困難となり、組立作業性が著しく悪化する。また、積層型インダクタの場合には、２種類以上の材料を組み合わせることが必要となり、それらを配置する工程が増えるし、異なる材料層間での密着性低下などの問題も生じる。
【０００４】
そこで近年、磁性材料自体の工夫によって、磁気ギャップがない閉磁路構造でも直流重畳特性を改善できるようにする方策が検討されてきた。例えば、特許文献１には、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトに対してＺｒＯ2 を添加する技術が提案されている。しかし、この技術では、直流重畳特性の改善のために、かなり多量（１０〜２０ｗｔ％）のＺｒＯ2 を含有させることが必要であり、コスト高となるばかりでなく、磁性材料本来の磁気特性が損なわれる恐れがある。
【０００５】
ところで半導体産業では、シリコンウエハ製造時に研削が行われ、多量の研削屑が発生する。また、破損したり傷が付いたりした不良品のシリコンウエハも生じる。これらの研削屑あるいは廃シリコンウエハは、高純度であるものの、リサイクルが困難であり、そのため産業廃棄物として処分されている。更に、通信技術の進歩あるいは信頼性維持のために古い光ファイバが伝送容量の大きな新しい光ファイバに置き換えることが進められており、今後ますます多量の光ファイバ（高純度の極細石英ガラス繊維）が廃棄物として発生することが予想されている。このような材料は高純度であり、そのため廃棄物として処分するのではなく、いかに有効利用するかが大きな課題となっている。
【特許文献１】特開２００３−１１２９６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、少量の安価な材料の添加によって、磁性材料本来の磁気特性を損なうことなく、材料自体の直流重畳特性を改善し、磁気ギャップを設ける必要を無くすことである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者等は、磁性材料自体の直流重畳特性を向上させることを開発目標として、フェライト材料の基本組成や特性について種々検討し、材料の直流重畳時の透磁率（即ち、チョークコイルやインダクタンス素子のＬ値に相当する透磁率）に着目した。その結果、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料にシリコン（Ｓｉ）、シリカ（ＳｉＯ2 ）、あるいはアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を少量添加することによって、磁気ギャップを設けることなく直流重畳特性が向上すること見出し、本発明を完成させるに至ったものである。
【０００８】
即ち本発明は、Ｆｅ2 Ｏ3 、ＺｎＯ、ＣｕＯ、及びＮｉＯを主成分とするフェライト粉末に対して、シリコン（Ｓｉ）粉末を０．０６〜５ｗｔ％添加混合し、焼結してなるフェライト焼結体である。ここで、フェライト粉末に添加するシリコンとしては、廃シリコンウエハの粉砕粒又はシリコンウエハの研削屑を用いることができる。
【０００９】
また本発明は、Ｆｅ2 Ｏ3 、ＺｎＯ、ＣｕＯ、及びＮｉＯを主成分とするフェライト粉末に対して、シリカ（ＳｉＯ2 ）粉末を０．６〜５ｗｔ％添加混合し、焼結してなるフェライト焼結体である。ここで、フェライト粉末に添加するシリカ粉末としては、廃光ファイバの粉砕粒を用いることができる。添加物としては、軟化点が９００℃以下のＳｉ化合物含有ガラス粉末でもよい。その他、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）粉末や、シリカ及び／又はアルミナを含む材料の粉末でも、同様の効果が生じる。
【００１０】
本発明に係るフェライト焼結体は、例えばチョークコイル用あるいはインダクタンス素子用として有用である。また、積層型インダクタンス素子にも適用できる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るフェライト焼結体においては、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトにシリコン（Ｓｉ）、シリカ（ＳｉＯ2 ）あるいはアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を少量添加することによって、材料自体の磁気特性を損なうことなく、直流印加（重畳）時のインダクタンス（Ｌ値）を向上させることができる。それによって磁路中に磁気ギャップを設けなくてもよくなるため、特に小型のチョークコイルやインダクタンス素子を安価に、且つ容易に製造できる。また、１種類の材料のみで積層型インダクタンス素子を構成することができ、異種材料を用いることによる弊害を防止できる。
【００１２】
また本発明では、シリコン（Ｓｉ）としてシリコンウエハの研削屑や廃シリコンウエハを、シリカ（ＳｉＯ2 ）として廃光ファイバを、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）としてアルミナ基板の研削屑や廃材を、あるいはアルミナとシリカを含むものとしては炉材や陶磁器などを利用できるため、廃棄物量の削減に寄与でき、単に粉砕するだけで使用できるため材料コストも低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の好ましい形態は、Ｆｅ2 Ｏ3 、ＺｎＯ、ＣｕＯ、及びＮｉＯを主成分とするフェライト粉末に対して、シリコン（Ｓｉ）粉末を０．０６〜２ｗｔ％（より好ましくは、０．０６〜１ｗｔ％以下）添加混合し、焼結してなるフェライト焼結体である。ここで、フェライト粉末に添加するシリコンとしては、廃シリコンウエハの粉砕粒又はシリコンウエハの研削屑を用いる。
【００１４】
本発明の好ましい他の形態は、Ｆｅ2 Ｏ3 、ＺｎＯ、ＣｕＯ、及びＮｉＯを主成分とするフェライト粉末に対して、シリカ（ＳｉＯ2 ）粉末を１〜３ｗｔ％添加混合し、焼結してなるフェライト焼結体である。ここで、フェライト粉末に添加するシリカとしては、廃光ファイバの粉砕粒を用いる。
【００１５】
なお、添加物として軟化点が９００℃以下のＳｉ化合物含有ガラス粉末を用いると、低温焼結が可能となる。
【００１６】
本発明で用いるフェライト材料としては、Ｆｅ2 Ｏ3 ：４０〜４８モル％、ＺｎＯ：１８〜２５モル％（但し、Ｆｅ2 Ｏ3 とＺｎＯの合計が６０〜７０モル％）、ＣｕＯ：５〜１５モル％、ＮｉＯ：１６〜２８モル％の組成が好ましい。この組成範囲は、印加磁界１０００Ａ／ｍ以上において効果が顕著であり、チョークコイルやインダクタンス素子に有効である。ここでＦｅ2 Ｏ3 とＺｎＯの範囲は、初透磁率μが高すぎず、低すぎず、適当になるように選定している。ＮｉＯ量は、この条件の中で、できるだけ飽和磁束密度Ｂs が大きくなるように選定しており、またＣｕＯ量で焼成温度を調整している。なお、用途によっては、上記よりも広い組成範囲内でも直流重畳特性改善効果が得られる。
【実施例】
【００１７】
（実施例１）
Ｆｅ2 Ｏ3 ：４６モル％、ＺｎＯ：２０モル％、ＣｕＯ：１１モル％、ＮｉＯ：２３モル％の組成からなるＮｉ−Ｚｎ系フェライト粉末に対して、高純度シリコンウエハを粒径２５０μｍ以下に粉砕して得られるシリコン（Ｓｉ）粉末を０〜１ｗｔ％添加し（０ｗｔ％は比較例）、常法に従い造粒、成形し、１１００℃で焼成を行うことによりフェライト焼結体を作製した。これらのフェライト焼結体について、シリコン添加量をパラメータとして直流重畳特性（直流印加磁界Ｈdcに対する透磁率μの関係）を測定した。測定に用いた試料は、外径２５mm、内径１５mm、厚み５mmの標準リングに５０ターンの巻線を施したものである。
【００１８】
測定結果の一例を図１に示す。図１に示す結果より、シリコン添加量が０．０６ｗｔ％以上において、シリコン無添加（０ｗｔ％：比較例）のものに比べて３００〜５００Ａ／ｍ以上（添加量によって異なる）の直流印加磁界で透磁率が向上していることが分かる。なお図示していないが、より添加量が多い試料についても試作したところ、添加し過ぎるとＬ値が低下し、コアロスが非常に大きくなる傾向があることが判明した。その点では、添加量の上限は５ｗｔ％程度であるが、少量であっても十分にＳｉ添加効果が得られることから、２ｗｔ％以下とすることが好ましい。実際には、１ｗｔ％以下で十分である。
【００１９】
（実施例２）
Ｆｅ2 Ｏ3 ：４６モル％、ＺｎＯ：２０モル％、ＣｕＯ：７モル％、ＮｉＯ：２７モル％の組成からなるＮｉ−Ｚｎ系フェライト粉末に対して、シリカ（ＳｉＯ2 ）粉末を０〜３ｗｔ％添加し（０ｗｔ％は比較例）、常法に従い造粒、成形し、１１００℃にて焼成を行うことによりフェライト焼結体を作製した。これらのフェライト焼結体について、シリカ添加量をパラメータとして直流重畳特性（直流印加磁界Ｈdcに対する透磁率μの関係）を測定した。測定に用いた試料は、実施例１と同様、外径２５mm、内径１５mm、厚み５mmの標準リングに５０ターンの巻線を施したものである。
【００２０】
測定結果の一例を図２に示す。図２に示す結果より、シリカ添加量が０．６ｗｔ％以上において、シリカ無添加（０ｗｔ％）のものに比べて３００〜８００Ａ／ｍ以上（添加量によって異なる）の直流印加磁界で透磁率が向上していることが分かる。なお、図示していないが、より多量のシリカ添加量の試料についても試作したところ、この場合も添加し過ぎるとＬ値が低下し、コアロスが非常に大きくなる傾向があることも判明した。その点では、添加量の上限は５ｗｔ％程度であり、少量であっても十分にシリカ添加効果が得られることから、３ｗｔ％以下とすることが好ましい。
【００２１】
（実施例３）
Ｆｅ2 Ｏ3 ：４６モル％、ＺｎＯ：２０モル％、ＣｕＯ：７モル％、ＮｉＯ：２７モル％の組成からなるＮｉ−Ｚｎ系フェライト粉末に対して、Ｓｉ化合物（低融点ガラス）粉末を０．５〜１．５ｗｔ％添加し、常法に従い造粒、成形し、焼成を行うことによりフェライト焼結体を作製した。ここで使用したＳｉ化合物は、組成がＳｉＯ2 ：８０モル％、Ｂ2 Ｏ3 ：１５．９モル％、Ａｌ2 Ｏ3 ：０．４モル％、Ｋ2 Ｏ：３．２モル％の低融点ホウ珪酸ガラスである。また、母材となるフェライト粉末は、低温焼結に適するように粉砕を効かせて微粒子化している。焼成は９００℃で行った。これらのフェライト焼結体について、Ｓｉ化合物添加量をパラメータとして直流重畳特性（直流印加磁界Ｈdcに対する透磁率μの関係）を測定した。その結果を図３に示す。シリカ添加の実施例２と同様に直流重畳特性が向上していることが分かる。
【００２２】
本発明においては、粉砕を効かせて微粒子化すると、通常のＳｉＯ2 添加でも９００℃程度で焼成可能である。低融点ガラスであれば、更に低温（８５０℃程度）でも焼成できる。
【００２３】
（実施例４）
実施例２と同様のＮｉ−Ｚｎ系フェライト粉末に対して、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）粉末を０〜１ｗｔ％添加し（０ｗｔ％は比較例）、常法に従い造粒、成形し、焼成を行うことによりフェライト焼結体を作製した。これらのフェライト焼結体について、アルミナ添加量をパラメータとして直流重畳特性（直流印加磁界Ｈdcに対する透磁率μの関係）を測定した。その結果を図４に示す。前記実施例２と同様に直流重畳特性が向上していることが分かる。
【００２４】
なお実施例２と実施例４に示すように、シリカ（ＳｉＯ2 ）とアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）の両方で効果があることから、両方が混在していても、同様に直流重畳特性が向上すると考えられる。
【００２５】
実施例からも分かるように、本発明では、シリコン（Ｓｉ）、シリカ（ＳｉＯ2 ）、及びアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を少量添加することにより、材料自体の直流重畳時のインダクタンスが向上する。シリカとして、高純度の石英ガラスである廃光ファイバの粉砕粒を用いても同様の効果が得られることは言うまでもなく、廃光ファイバの有効利用が可能となる。また、低融点ガラスを用いると低温焼結が可能となる。アルミナとしてはアルミナ基板の研削屑や廃材の粉砕粒などが使用できる。
【００２６】
他の種々の化合物を添加した場合についても同様の実験を行った結果、図５に示すように、例えばＴｉＯ2 ：０．５ｗｔ％、ＭｇＯ：１ｗｔ％、ＮａＣｌ：１ｗｔ％では無添加の場合と殆ど同じ曲線となり、添加効果は認められなかった。ＺｒＯ2 についても同様であった。これらのことから、他の添加物は少量では効果が無く、特にＳｉ及びＳｉＯ2 の顕著性は際だっていることが分かる。またＳｉＯ2 の添加と比較してＳｉの添加は、微量でも直流重畳特性が向上し、保磁力Ｈc が小さく、コアロスも小さい効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】Ｓｉ添加量をパラメータとした直流重畳特性線図。
【図２】ＳｉＯ2 添加量をパラメータとした直流重畳特性線図。
【図３】Ｓｉ化合物添加量をパラメータとした直流重畳特性線図。
【図４】Ａｌ2 Ｏ3 添加量をパラメータとした直流重畳特性線図。
【図５】各種化合物をパラメータとした直流重畳特性線図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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