(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主成分はＦｅ２Ｏ３が４０〜４３ｍｏｌ％，ＣｕＯが５〜１０ｍｏｌ％，ＺｎＯが１５〜２０ｍｏｌ％で残部をＮｉＯとし、
添加物は、１〜３ｗｔ％のＳｉＯ２と、２〜５ｗｔ％のＡｌ２Ｏ３とからなる組成としたことを特徴とする酸化物磁性材料。
【請求項２】
主成分はＦｅ２Ｏ３が４０〜４３ｍｏｌ％，ＣｕＯが５〜１０ｍｏｌ％，ＺｎＯが１５〜２０ｍｏｌ％で残部をＮｉＯとし、
添加物は、Ｂｉ２Ｏ３とＶ２Ｏ５の少なくとも一方と、１〜３ｗｔ％のＳｉＯ２と、２〜５ｗｔ％のＡｌ２Ｏ３とからなる組成としたことを特徴とする酸化物磁性材料。
【請求項３】
前記組成において、透磁率が２０〜５０であることを特徴とする請求項１または２に記載の酸化物磁性材料。
【請求項４】
前記組成において、当該成形体に一軸加圧を９８．０７ＭＰａ／ｃｍ２加えた際のインダクタンス変動率が、±３％以内であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の酸化物磁性材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、酸化物磁性材料に関するもので、より具体的には、酸化鉄，酸化銅，酸化亜鉛，酸化ニッケル等を主成分とするＮｉ−Ｚｎ系のフェライト材料について、樹脂等の外装コートに起因した外力作用時におけるインダクタンス特性の改良に関する。
【０００２】
【発明の背景】
酸化物磁性材料として、例えばＮｉ−Ｚｎ系などのフェライト材料は、インダクタンス素子に利用している。つまり、フィルタや固定コイルといったインダクタンス素子のコア（磁芯）に適用しており、特に、チップ部品化したインダクタンス素子は、電子装置の小型化の面で重要な構成要素となっている。
【０００３】
インダクタンス素子としては、コア形状を例えばドラム形状とし、そのコアに巻き線を所定のターン数だけ巻き付ける。このとき、機械的な強度を確保し、耐湿性を向上させて保形性を維持する等の要求から、その表面に外装を施すことがある。具体的には、樹脂等をコーティングすることが行われている。
【０００４】
しかしながら、そうした樹脂等を外装コートしたインダクタンス素子では、コーティングした樹脂等が硬化することに伴って収縮することから、内側のコアに外から力がかかり応力を生じる。そして、コアが圧縮の応力を発現することで磁気特性が変化し、インダクタンスが変動してしまうという問題があった。
【０００５】
また、こうした応力の発現による磁気特性の変化量は一定しなく、外装コートとした樹脂の分量や硬化時の温度条件等の製造条件に応じて変動する。その結果、製品としての最終的なインダクタンス特性にバラツキを生じるのを避け得なく、インダクタンスのバラツキ公差が大きい。
【０００６】
この対策には、コーティングする樹脂等の材料の選択や硬化時の温度条件等の製造条件を精密に制御することなどがあるが、材料や製造条件について制限が増す割には必ずしもよい結果が得られない。
【０００７】
本発明は、上記した背景に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、上記した問題を解決し、樹脂等の外装コートに起因した外力作用時でも磁気特性の変化が少なく、インダクタンスの変動率を所定に抑えることができる酸化物磁性材料を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記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、主成分はＦｅ２Ｏ３が４０〜４３ｍｏｌ％，ＣｕＯが５〜１０ｍｏｌ％，ＺｎＯが１５〜２０ｍｏｌ％で残部をＮｉＯとし、添加物は、１〜３ｗｔ％のＳｉＯ２と、２〜５ｗｔ％のＡｌ２Ｏ３とからなる組成とする。また、添加物は、Ｂｉ２Ｏ３とＶ２Ｏ５の少なくとも一方と、１〜３ｗｔ％のＳｉＯ２と、２〜５ｗｔ％のＡｌ２Ｏ３とからなる組成とすることもできる。
【０００９】
また、前記組成において、透磁率が２０〜５０であり、当該成形体に一軸加圧を９８．０７ＭＰａ／ｃｍ２加えた際のインダクタンス変動率が、±３％以内である構成にすると好ましい。
【００１０】
上記したように、Ｆｅ２Ｏ３，ＣｕＯ，ＺｎＯ，ＮｉＯを所定の配合比とすることにより、透磁率は２０〜５０の範囲となる。さらにＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３を添加することで、ガラス質を含む粒界層ができる。この粒界層は、ガラス質がクモの巣状となることから、外部からの圧力に対してそのガラス質の部分で圧力緩和し、その結果、磁気特性の変化を防ぎ、インダクタンスの変動を抑える作用を行うと推察できる。
【００１１】
また、上記した各数値条件のように限定したのは、以下に示す理由からである。すなわち、まずＡｌ２Ｏ３が上記した範囲を超えると成形性が悪くなり、係る範囲を下回ると強度が小さくなる。そして、Ａｌ２Ｏ３を添加することでは、焼成時にコウ鉢面からの異常な粒成長（マイグレーション）を抑える効果もある。つまり、焼成工程ではコウ鉢の上で焼くが、通常、コウ鉢には耐熱性等からＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３が含まれているため、被焼成物の材料組成によってはコウ鉢面で反応して異常な粒成長を起こすことがある。しかし本発明にあっては、原料中にＡｌ２Ｏ３を含むのでその反応が抑えられる。
【００１２】
ＳｉＯ２については、ガラス質を含む粒界層を形成するのに非常に重要な成分であり、１ｗｔ％より少ないと効果が得難い。逆に、３ｗｔ％より多くなると、原料を水に溶いてスラリにした際に粘度が増してしまい、スプレードライにより造粒する際にゲル化する問題が発生し、粒形状がくぼんだり中空になる等の原因となる。
【００１３】
また、ＳｉＯ２はＡｌ２Ｏ３と反応しやすく、原料中にＡｌ２Ｏ３が含まれていなければ、コウ鉢側からＡｌ２Ｏ３を引き出すような反応を起こしてしまうが、本発明では原料中にＡｌ２Ｏ３を含むのでそのようなことはない。
【００１４】
なお、Ｆｅ２Ｏ３は、４０ｍｏｌ％を下回ると所定の透磁率が得られないことがあり、焼結密度が小さくなることがある。また、４５ｍｏｌ％を越えると、透磁率が高くなりすぎてしまい、スネーク限界の法則から周波数帯域が目標範囲とならなくなる。
【００１５】
ＺｎＯは、特に透磁率に大きく関係するため、多すぎるとスネーク限界の法則から周波数帯域が目標範囲とならなくなる。逆に少ないと、インダクタンス変動率が悪化する傾向になる。
【００１６】
ＣｕＯについては、５ｍｏｌ％より少ないと所定の焼結密度が得られない。また、１０ｍｏｌ％より多くなると過焼結状態となり、コウ鉢面と反応しやすくなり、焼成後の表面性が悪くなり外観で不良になってしまう。
【００１７】
このようなことから、混合した各材料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、各成分の組成比を上記した範囲とすることが好ましい。
【００１８】
すなわち、本発明に係る酸化物磁性材料では、ガラス質を含む粒界層を形成でき、そのガラス質部分で外部応力を吸収し、磁気特性を左右するグレインを保護するものと考えている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。本発明に係る酸化物磁性材料は、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３），酸化銅（ＣｕＯ），酸化亜鉛（ＺｎＯ），酸化ニッケル（ＮｉＯ）等を主成分とするＮｉ−Ｚｎ系フェライト材料に、シリカ（ＳｉＯ２），アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等を添加した組成となっている。具体的には、主成分はＦｅ２Ｏ３が４０〜４３ｍｏｌ％，ＣｕＯが５〜１０ｍｏｌ％，ＺｎＯが１５〜２０ｍｏｌ％で残部をＮｉＯとし、添加物にはＳｉＯ２を１〜３ｗｔ％，Ａｌ２Ｏ３を２〜５ｗｔ％含有する組成とする。上記した組成において、追加する添加物としてＢｉ２Ｏ３やＶ２Ｏ５をさらに加えることもよい。
【００２０】
また、上記した組成において、透磁率が２０〜５０となるように調整を行う。但し、透磁率は組成比でほぼ決まってしまうことから、上記した組成配合を選択することで、多くの場合、透磁率が２０〜５０の範囲内に収まる。なお、焼結温度などの製造条件を変更することで透磁率をある程度は変えることができ、調整することもできる。
【００２１】
この酸化物磁性材料は、インダクタンス素子のコア等に適用するものであり、上記組成の混合粉体を焼成して得た成形体に対して、一軸加圧を９８．０７ＭＰａ／ｃｍ２加えた際のインダクタンス変動率が、±３％以内である構成にする。インダクタンス変動率は、材料の応力特性であって、試料に対して一軸加圧を９８．０７ＭＰａ／ｃｍ２加える前と後とのインダクタンスの変化を示し、加圧後の変化したインダクタンスＬ１から元々のインダクタンスＬ０を引いた差値ΔＬを求めて、その差値ΔＬをＬ０で除算した百分率である。そして、これも透磁率と同様であり、上記した組成配合を選択することでインダクタンス変動率が目標範囲に収まるものが得られる。
【００２２】
ところで製造には、まず上記した各原料成分を所定量秤量し、乾式混合する。例えばボールミルで粉砕しつつ混ぜて混合粉体を製造し、これを次に仮焼きする。
【００２３】
仮焼きは、例えば電気炉を使用して９００℃程度で行う。これによりガス抜きし、反応をある程度に進めて後の焼成工程時に膨張反応での割れを防止し、成形製品が所定の収縮率になるようにする。
【００２４】
仮焼きすることで粒成長するので、次にアトマイザーによりそれを再び粉砕する。そしてこの後、アトライターに入れて水等で溶いてスラリを形成し、スプレードライにより造粒し、丸い外形の粉体を得る。
【００２５】
次に、その造粒した粉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、例えばトップ温度を１０５０℃程度とし、所定時間の焼成により焼成体を製造する。
【００２６】
そして、得られた焼成体にバレル研磨等の仕上げ加工を施し、所定形状に加工した酸化物磁性材料を得る。なお、添加物は原料から添加する場合と、スラリ形成時に入れる場合とがある。これは、添加物は一般的に焼結温度を下げる特質のものが多く、仮焼き工程時に昇華して消失してしまうものがあるためであり、そのような添加物では元素として材料中に残すためにスラリ形成時に添加する。
【００２７】
上記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、製造条件を替えて各種の試料を製造し、それら各試料についてインダクタンス変動率を測定した。
【００２８】
まず、試料の製造条件について説明する。試料としては、図１に示すように、主成分の配合比が相違する設定でＡ〜Ｌの１２種類とし、外形を円柱形状（外径：２ｍｍ，高さ：１０ｍｍ）のものとした。
【００２９】
つまり、試料の主成分組成では、Ｆｅ２Ｏ３の配合を３５ｍｏｌ％，４０ｍｏｌ％，４３ｍｏｌ％，４５ｍｏｌ％の４種類とし、ＺｎＯ，ＣｕＯを前記した範囲で量を変化させてＡ〜Ｌの１２種類とした。
【００３０】
ＺｎＯの配合比は透磁率に関係し、多くすると透磁率が高くなり、少ないと透磁率が低くなる。ここでは透磁率を２０〜５０としてあり、この範囲とした理由は目標とする周波数帯域に合致させたいことによる。
【００３１】
ＣｕＯの配合比は、焼成密度つまり製品自体の外観に関係し、少ないと焼結密度が得られなく、強度不足になる。逆に多すぎると、ＣｕＯは融点が低いので過焼結になって所定の磁気特性が得られなくなり、強度も落ちる。このため、ＣｕＯの配合比は５ｍｏｌ％〜１０ｍｏｌ％にした。
【００３２】
そして、図２から図５は、添加物の配合例を示す図であり、図１に示す試料Ａ〜Ｌに対して、ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３をそれぞれ記載の分量だけ添加したもので、各試料についての測定結果（透磁率，インダクタンス変動率）を記録してある。  ＊測定結果
図２に示す試料Ａ００〜Ｌ００は、添加物であるＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３を全く添加していなく、図１に示す試料Ａ〜Ｌそのものである。その結果、試料Ａ００，Ｂ００，Ｋ００，Ｌ００では透磁率が対象外であることを確認した。また、試料Ｃ００〜Ｊ００では、インダクタンス変動率が大きいことを確認した。
【００３３】
図３に示す試料Ｃ２０〜Ｊ２０は、ＳｉＯ２を２ｗｔ％加えていて、Ａｌ２Ｏ３を添加していないものである。その結果、試料Ｃ２０〜Ｊ２０の何れも透磁率は目標値２０〜５０の範囲内であることを確認した。しかし、インダクタンス変動率がまだまだ大きく、目標値に到達していないことを確認した。
【００３４】
図４に示す試料Ｃ１２〜Ｊ１２は、ＳｉＯ２を１ｗｔ％，Ａｌ２Ｏ３を２ｗｔ％加えたものである。その結果、試料Ｃ１２〜Ｊ１２の何れも透磁率は目標値２０〜５０の範囲内であることを確認した。そして、試料Ｄ１２，Ｅ１２，Ｈ１２，Ｉ１２ではインダクタンス変動率が目標値±３％の範囲内であることを確認した。
【００３５】
図５に示す試料Ｃ３５〜Ｊ３５は、ＳｉＯ２を３ｗｔ％，Ａｌ２Ｏ３を５ｗｔ％加えたものである。その結果、試料Ｃ３５〜Ｊ３５の何れも透磁率は目標値２０〜５０の範囲内であることを確認した。そして、試料Ｄ３５，Ｅ３５，Ｈ３５，Ｉ３５ではインダクタンス変動率が目標値±３％の範囲内であることを確認した。
【００３６】
このように、本発明によれば、製造した酸化物磁性材料においては、樹脂等の外装コートに起因した外力作用時でも磁気特性の変化が少なく、インダクタンスの変動率を所定に抑えることができる。この要因としては、上記した主成分の配合比のＮｉ−Ｚｎ系フェライト材料に対して、ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３を添加することでガラス質を含む粒界層ができ、ガラス質がクモの巣状となるので外部からの圧力に対して圧力緩和すると考える。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る酸化物磁性材料では、主成分はＦｅ２Ｏ３が４０〜４３ｍｏｌ％，ＣｕＯが５〜１０ｍｏｌ％，ＺｎＯが１５〜２０ｍｏｌ％で残部をＮｉＯとし、添加物にはＳｉＯ２を１〜３ｗｔ％，Ａｌ２Ｏ３を２〜５ｗｔ％含有する組成とするので、得られた焼成体（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。すなわち、透磁率は２０〜５０の範囲となり、ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３を添加することでガラス質を含む粒界層ができ、ガラス質がクモの巣状となるので外部からの圧力に対して圧力緩和すると考える。その結果、樹脂等の外装コートに起因した外力作用時でも磁気特性の変化が少なく、インダクタンスの変動率を所定に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】酸化物磁性材料の組成で主成分の配合例を示す図である。
【図２】酸化物磁性材料の組成で添加物の配合例を示す図である。
【図３】酸化物磁性材料の組成で添加物の配合例を示す図である。
【図４】酸化物磁性材料の組成で添加物の配合例を示す図である。
【図５】酸化物磁性材料の組成で添加物の配合例を示す図である。
【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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