(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ、Ｚｎ、Ｎｉ及びＣｕの酸化物を主成分とし、それぞれＦｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＮｉＯ及びＣｕＯ換算で
Ｆｅ２Ｏ３４８〜５０モル％
ＣｕＯ３モル％以下
ＺｎＯ／ＮｉＯのモル比０．６〜０．８
であり、
上記主成分１００重量部に対して、副成分としてＢｉ及びＶの酸化物をそれぞれＢｉ２Ｏ３及びＶ２Ｏ５換算で、
Ｂｉ２Ｏ３０．０５〜０．２重量部
Ｖ２Ｏ５  ０．０５〜０．２重量部
の範囲で含有することを特徴とする高飽和磁束密度フェライト材料。
【請求項２】
上記主成分１００重量部に対して、Ｃｏの酸化物をＣｏＯ換算で０．２５重量部以下含有することを特徴とする請求項１記載の高飽和磁束密度フェライト材料。
【請求項３】
上記主成分及び上記副成分の合計含有量が９９〜９９．９９重量％、平均結晶粒径が５〜２０μｍ、かつ焼結密度が５．１ｇ／ｃｍ３以上であることを特徴とする請求項１記載の高飽和磁束密度フェライト材料。
【請求項４】
上記主成分、上記副成分及び上記Ｃｏの酸化物の合計含有量が９９〜９９．９９重量％、平均結晶粒径が５〜２０μｍ、かつ焼結密度が５．１ｇ／ｃｍ３以上であることを特徴とする請求項２記載の高飽和磁束密度フェライト材料。
【請求項５】
請求項１乃至４に記載した高飽和磁束密度フェライト材料を所定形状に成したことを特徴とするフェライトコア。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高飽和磁束密度、高透磁率及び高抵抗を示すフェライト材料、及びこれを用いたフェライトコアに関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ni-Zn 系のフェライト材料は、インダクター・変圧器・安定器・電磁石・ノイズ除去等のコアとして広く使用されている。
【０００３】
特に、近年、携帯電話やノート型パソコン等、バッテリー駆動の携帯機器の小型・薄型化の進展と共に、これらの携帯機器に求められる電源も小型・薄型化の要求が強くなっている。そこで、上記ノイズ除去用のコアも小型化されることから大きな電流を流しにくくなっており、体積が小さくても大きな電流を流すことの出来るフェライト材料が求められ、飽和磁束密度の大きいフェライト材料が望まれている。
【０００４】
即ち、フェライト材料をコア形状とし、巻き線を施してコイルとした場合に、巻き線に加える電流を大きくするほど生じる磁束密度が大きくなるが、ある一定値で飽和して、それ以上にはならないという特性がある。この時の磁束密度が飽和磁束密度（以下Bs値）であり、このBs値を超える範囲の電流を流すと発熱等の不都合が生じてしまう。従って、Bs値が大きいほど大きな電流を流すことが出来るのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、一般的に用いられるNi-Zn 系フェライトでは、Bs値は4500ガウス以下と低いものであり、高いBsを示す金属磁性体、Mn-Zn 系フェライト材等では、その抵抗が低く、スイッチング電源用チョークコイル用等に適用すると、コアに直接巻き線したものは使用できない。
【０００６】
一方、Ni-Zn 系フェライトに各種添加物を加えることによって特性を高めることも提案されている（特開昭49-2092 号、特開昭49-2093 号、特公昭52-27358号、特開平6-295811号公報等参照）が、いずれも上記問題を解決するものではなかった。
【０００７】
そこで、本発明は、Bs値が4500ガウスを越え、室温で１０8 Ω・ cm以上の高抵抗、250 以上の高い透磁率を示すような高飽和磁束密度のNi-Zn 系フェライト材料を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決する為の手段】
本発明の高飽和磁束密度フェライト材料は、Fe、Zn、Ni及びCuの酸化物を主成分とし、それぞれFe2O3 、ZnO 、NiO 及びCuO 換算で、Fe2O3 48〜50モル％、CuO 3 モル％以下、且つZnO/NiO のモル比0.60〜0.8 であり、上記主成分100 重量部に対して、副成分としてBi及びV の酸化物をそれぞれBi2O3 及びV 2O5 換算で、Bi2O3 0.05〜0.2 重量部、V2O50.05〜0.2 重量部を含有する事を特徴とする。
【０００９】
また本発明は、上記の高飽和磁束密度フェライト材料において、主成分100 重量部に対し0.25重量部以下のCoO を含有することを特徴とする。
【００１０】
さらに本発明は、上記各成分の合計含有量が99〜99.99 重量％であり、平均結晶粒径が5 〜20μm であり、焼結体密度が5.1g/cm3以上であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明のフェライトコアは、上記の高飽和磁束密度フェライト材料でもって所定形状になしたことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の高飽和磁束密度フェライト材料は、Ni-Zn-Cu系フェライトに対して、所定のBi2O3 、V2O5及び必要に応じてCoO を添加すること、さらに好ましくは所定の組成純度、平均結晶粒径そして、焼結密度を満足することによって、Bs値が4500ガウス以上、好適には4700ガウス以上となり、室温で１０8 Ω・ cm以上の高抵抗、250 以上の高い透磁率を示す高飽和磁束密度のフェライト材料を得られるようにしたものである。
【００１３】
本発明において、主成分の組成比を上記範囲とした理由は、以下の通りである。
【００１４】
Fe2O3 を48〜50モル％としたのは、Fe2O3 が48モル％未満では、Bs値と透磁率が低下し、50モル％を超えると抵抗値が低下するためである。
【００１５】
CuO を3 モル％以下としたのは、3 モル％を超えると透磁率、Bs値が低下するためである。ただし、CuO は必須成分ではなく、透磁率、Bs値の向上のためには実質上含有させない方がよく、他方、抵抗値を１０8 Ω・ cm以上で安定させるためには含有させるのがよく、最適には1 〜2 モル％がよい。
【００１６】
また、ZnO/NiO=0.6 〜0.8 としたのは、0.6 未満では、透磁率が低下し、0.8 を超えると、Bs値が低下する為である。
【００１７】
さらに、本発明で添加成分として加えるBi2O3 は、焼結促進剤の作用を成す。即ち、上記主成分では、CuO の量が比較的少ない為、難焼結性であるが、焼結促進剤としてBi2O3 を添加することによって、焼結性を高めている。ここで、Bi2O3 添加量を0.05〜0.2 重量部としたのは、0.05重量部未満では、焼結性が低下し、0.2 重量部を超えるとBs値が低下する為である。
【００１８】
また、本発明で添加成分として加えるV2O5は、焼結密度を高くする作用を成し、V2O5の添加量を0.05〜0.2 重量部としたのは、0.05重量部未満では、透磁率が低下し、0.2 重量部を超えるとBs値が低下する。
【００１９】
また、本発明で添加成分として加えるCoO は、さらにBsを高くすることを成し、CoO の添加量を0.25重量部以下としたのは、0.25重量部を超えると透磁率と抵抗値が低下するためである。
【００２０】
また、本発明においては、さらに高い透磁率と高いBsを同時に実現するために、高飽和磁束密度フェライト材料の上記各成分の合計含有量を99〜99.99 重量％とした。この数値に限定される理由は、99重量％未満では、非磁性体の影響により、透磁率とBsを同時に高くすることができない。一方、99.99 重量％を超える含有量のものを得るには、原料精製上大変困難である為である。
【００２１】
なお、本発明の高飽和磁束密度フェライト材料は上記各成分以外に、たとえば、MnO を0.15重量部以下の範囲で、あるいはSiO2、Al2O3 、MgO 、CaO 、K2O 、Cr2O3 、ZrO2等をいずれも0.05重量部未満の範囲で含んでもよい。
【００２２】
また、発明においては、さらに高い透磁率と高いBsを同時にを実現するために、高飽和磁束密度フェライト材料の平均結晶粒径が5 〜20μm とする。この数値に限定される理由は、5 μm 未満では、透磁率、Bs値を同時に高くすることが出来ない。一方、20μm を超えるには、粉砕、成形、焼成において高度な技術が必要となり、実用的でないからである。
【００２３】
また、本発明で、焼結体の密度を5.1g/cm3以上とするのは、5.1g/cm3未満では、実効的な磁性体占有率が低くなるため、透磁率、Bs値を同時に高くすることが出来ないためである。
【００２４】
本発明のNi-Zn 系フェライト材料の製造方法は、上記範囲となる様に主成分の各原料を調合し、振動ミル等で粉砕混合した後、仮焼し、この仮焼粉体に添加成分を加え、ボールミルで粉砕した後、バインダーを加えて造粒し、得られた粉体をプレス成形にて所定形状に成形し、950 〜1400℃の範囲で焼成する事によって得られる。
【００２５】
また、本発明は、上記のNi-Zn 系フェライト材料を用いてフェライトコアを形成したことを特徴とする。
【００２６】
ここで、フェライトコアとしては、図１(a) に示すようなリング状のトロイダルコア１、あるいは、図１(b) に示すようなボビン状コア２とすれば良く、それぞれ巻き線部1a、2aに巻き線を施す事によってコイルとすることができる。
【００２７】
この様な本発明のNi-Zn 系フェライトコアは、特に、DC-DC コンバーター等、各種電気の電源のトランス等やノイズ除去用のチョークコイル等に好適に使用することが出来る。
【００２８】
【実施例】
実施例１
４９．５モル％のＦｅ２Ｏ３と２モル％のＣｕＯとＺｎＯ／ＮｉＯ＝０．７から成る主成分を振動ミルで混合した後、８００℃〜９５０℃で仮焼した。この仮焼粉体に表１に示す量のＢｉ２Ｏ３とＶ２Ｏ５とＣｏＯを添加し、ボールミルにて粉砕した後、所定のバインダーを加えて造粒し、圧縮成型して図１に示すトロイダルコア１の形状に成形し、この成形体を９５０℃〜１４００℃で焼成し、これによって試料Ｎｏ．１〜１８を作製した。
【００２９】
この焼成において、焼結性の良否を○と×で2 分した。○は1400℃以下でもって焼結する場合であり、×は1400℃を超える温度にまで高めることで焼結する場合である。なお、いずれの試料も平均結晶粒径は3 μm 以上で、焼結体の密度は5.0g/cm3以上であった。また、上記各成分の合計含有量は、98重量％以上であった。
【００３０】
得られた焼結体をトロイダルコア1 とし、これに線径0.2mm の被膜銅線を７ターン巻き付けて100kHzで初透磁率を測定した。次に、トロイダルコア1 に、図２に示すように線径0.2mm の被膜銅線を用いて一次側巻き線 100ターン、二次側巻き線4 を30ターン巻き付けて、一次側巻き線３に電源５を、二次側巻き線４に磁束計６をそれぞれ接続し、100Hz 、100 エルステッドの条件でBs値を測定した。また、抵抗値は、JIS C-2141の規格に添って測定を行った。
【００３１】
結果は、表１に示す通りである。この結果よりBi2O3 が0.05重量部未満のもの(No.6 〜8)では、焼結性が悪い。一方、Bi2O3 が0.2 重量部を超えるもの(No.1 〜3)では、Bs値が低かった。また、V2O5が0.05重量部未満(No.1,4,6)では、透磁率が低く、0.2 重量部を超えるもの(No.3,5,8)では、Bs値が低かった。また、CoO が、0.25重量部を超えるもの(No.15,18)では、透磁率と抵抗値が低かった。
【００３２】
これに対し、Bi2O3 の添加量を0.05〜0.2 重量部、V2O5の添加量を0.05〜0.2 重量部とした本発明の実施例(No.9 〜14,16,1)では、焼結性も良好で、透磁率が250 以上と高くBs値も4500ガウス以上と高いことがわかる。
【００３３】
特に、CoO 添加量を0.25重量部以下とした本発明の実施例(No.13,14,16,17)では、Bs値が4700ガウス以上とさらに高いことが分かった。
【００３４】
【表１】
0004404408.tif 000002
【００３５】
実施例２
次に、添加成分であるCoO を0.1 重量部、Bi2O3 を0.1 重量部、V2O5を0.1 重量部に固定し、他の主成分の組成比を表２に示すように幾通りにも変化させ、その他の条件を、上記実施例１と同様にしてトロイダルコア１の形状をなす試料No.19 〜36を得た。
【００３６】
得られた焼結体に対して、実施例１と同様にして透磁率とBs値と抵抗を測定したところ、表２に示すような結果が得られた。
【００３７】
この結果より、Fe2O3 の含有量が、48モル％未満のもの(No.19,20)では、Bs値が低かった。一方、Fe2O3 が50モル％を超えるもの(No.22,23)は比抵抗が低かった。また、CuO の含有量が、3 モル％を超えるもの(No.20,21,23) では、透磁率が低くかった。また、Zn/Ni が0.60未満のもの(No.24) では、透磁率が低く、0.8 を超えるもの(No.25) では、Bs値が低かった。
【００３８】
これらに対し、Ｆｅ２Ｏ３、ＣｕＯの含有量、ＺｎＯ／ＮｉＯのモル比、及び焼結密度が本発明内であるＮｏ．２６〜３６は、透磁率が２５０以上で、抵抗も１０８Ω・ｃｍ以上、且つＢｓ値も４５００ガウス以上と高いことが分かる。
【００３９】
【表２】
0004404408.tif 000003
【００４０】
実施例３
次に、主成分を４９．５モル％のＦｅ２Ｏ３と１モル％のＣｕＯとＺｎＯ／ＮｉＯ＝０．７とし、添加成分であるＢｉ２Ｏ３を０．１重量部、Ｖ２Ｏ５を０．１重量部に固定し、ＣｏＯ添加量、各成分の合計含有量、平均結晶粒径と焼結密度を表３に示すように変化させて、その他条件は、上記実施例１と同様にしてトロイダルコア１の形状をなす試料Ｎｏ．３７〜４８を得た。
【００４１】
得られた焼結体に対して、実施例１と同様にして透磁率とBs値と抵抗を測定したところ、表３に示すような結果が得られた。また、各試料の焼結密度はアルキメデス法によって測定した。
【００４２】
この結果より、各成分の合計含有量が99〜99.99 重量％であり、平均結晶粒径が5 〜20μm であり、焼結密度が5.1g/cm3以上の実施例(No.37〜48) では、透磁率が400 以上、Bs値が4800ガウス以上、且つ抵抗が108 Ω・ cm以上と特性が更に良くなることが分かった。
【００４３】
【表３】
0004404408.tif 000004
【００４４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、Fe、Zn、Ni及びCuの酸化物を主成分とし、それぞれFe2O3 、ZnO 、NiO 及びCuO 換算で、Fe2O3 48〜50モル% 、CuO 3 モル% 以下、ZnO/NiO ＝0.6 〜0.8 であて、副成分としてBi、V の酸化物を、それぞれBi2O3 、V2O5換算で、上記主成分100 重量部に対し、0.05〜0.2 重量部のBi2O3 と、0.05〜0.2 重量部のV2O5を含有したことによって、優れた焼結性、透磁率、抵抗を維持したまま、Bs値を4500ガウス以上と高くすることが出来る。
【００４５】
また、本発明によれば、上記高飽和磁束密度フェライト材料でフェライトコアを形成したことによって、小型にしても大きな電流を流すことが可能となる。従って、このフェライトコアを電源用に用いれば、各種電子機器の小型化に貢献することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）（ｂ）は本発明のフェライトコアを示す図である。
【図２】本発明のフェライトコアの特性を測定する方法を示す図である。
【符号の説明】
１：トロイダルコア
２：リング状コア
【図１】
0004404408.tif 000005
【図２】
0004404408.tif 000006