(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｇ及びＭｎの酸化物を、それぞれＦｅ２Ｏ３、ＮｉＯ、ＣｕＯ、ＭｇＯ及びＭｎＯ換算で
Ｆｅ２Ｏ３：３５〜４５モル％
ＮｉＯ：４５〜５５モル％
ＣｕＯ：０．１〜２モル％
ＭｇＯ：５〜１０モル％
ＭｎＯ：０．１〜０．５モル％
を含有する主成分中に、副成分としてＢｉ、Ｓｉ、Ｚｒ、及びＣｏの酸化物を、それぞれＢｉ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２及びＣｏＯ換算で、
Ｂｉ２Ｏ３：５〜１５重量部
ＳｉＯ２：３〜８重量部
ＺｒＯ２：１．０〜２．０重量部
ＣｏＯ：０．０５〜０．５重量部
を含有し、
上記主成分及び副成分の合計含有量が９９〜９９．９９重量％、平均結晶粒径が１〜１０μｍ、且つ焼結密度が５．０ｇ／ｃｍ３以上であることを特徴とする請求項１記載の高周波低損失フェライト材料。
【請求項２】
請求項１に記載した高周波低損失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、フェライト材料組成物に関する。特に、高周波領域での損失が低いフェライト材料、及びこれを用いた信号用チップインダクタ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。特に、近年、携帯電話やノート型パソコン等の携帯機器の高周波化の進展と共に、これらの携帯機器に求められる部品も高周波化の要求が強くなっている。そこで、上記チップインダクタ用のコアも高周波で使用されることから、高周波でも損失の小さいフェライト材料が求められ、損失係数(tanδ)の逆数であるＱ値の大きいフェライト材料が望まれている。
【０００３】
【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系フェライト材では、周波数150(MHz）以上の高周波でのＱ値は、大変大きいものとされている。
【０００４】
一方、Ni-Zn系フェライト材に各種添加物を加えることによって、損失特性を高めることも提案されており、特開昭49-2092号公報、特開昭49-2093号公報によれば、Fe2O3、MgO、NiO、CuO及びZnOを主成分としたフェライト材にAl2O3または、Al2O3とV2O5を添加することで、周波数100kHzで損失が小さくできる事が示されている。
【０００５】
また、特開平5-175032号公報によれば、Ni-Cu-Zn系フェライト材を空気より酸素濃度の低い雰囲気で焼結させることによって、50MHzのＱ値が100〜130となることが示されている。
【０００６】
しかしながら、いずれも上記問題点である150MHz以上の高周波損失特性を解決するものではなかった。
【０００７】
そこで、本発明は、周波数150(MHz)以上の高周波でのＱ値が100を越え、6以上の高い透磁率を示し、温度係数が0±150ppm/℃の範囲に入り、且つ易焼結である高周波低損失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】
本発明の高周波低損失フェライト材料は、Fe、Ni、Cu、Mg及びMnの酸化物を、それぞれFe2O3、NiO、CuO、MgO及びMnO換算で、35〜45モル%のFe2O3、45〜55モル%のNiO、0.1〜2モル%のCuO、5〜10モル%のMgO及び0.1〜0.5モル%のMnOを含有する主成分中に、副成分としてBi、Si、Zr及びCoの酸化物を、それぞれBi2O3、SiO2、ZrO及びCoO換算で、5〜15重量部のBi2O3、3〜8重量部のSiO2、1.0〜2.0重量部のZrO2及び0.05〜0.5重量部のCoOを含有する事を特徴とする。
【０００９】
また、上記主成分と副成分の合計含有量が99〜99.99重量%であり、平均結晶粒径が1〜10μmであり、焼結密度が5.0g/cm3以上であることを特徴とする。
【００１０】
更に、本発明のフェライトコアは、本発明の高周波低損失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。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の高周波低損失フェライト材料は、Mg-Mn-Ni-Cu系フェライトに対して、所定のBi2O3、SiO2、ZrO2とCoOを添加すること、さらに好ましくは所定の成分含有量、平均結晶粒径そして、焼結密度を満足することによって、150(MHz)でのＱ値が100以上、好適には120以上となり、透磁率は、6以上、好適には、9以上となり、温度係数が0±150ppm/℃の範囲、好適には、0±100ppm/℃の範囲に入り、且つ易焼結の高周波低損失のフェライト材料を得られた点が特徴である。
【００１２】
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。Fe2O3を35〜45モル%としたのは、Fe2O3が35モル%未満では、透磁率が低下し、45モル%を超えるとＱ値が低下するためである。NiOを45〜55モル%としたのは、NiOが45モル%未満では、Ｑ値が低下し、55モル%を超えると透磁率が低下するためである。CuOを0.1〜2モル%としたのは、CuOが0.1モル%未満では、焼結性が低下し、2モル%を超えると温度係数が悪化するためである。MgOを5〜10モル%としたのは、MgOが5モル%未満では、Ｑ値が低下し、10モル%を超えると透磁率が低下するためである。MnOを0.1〜0.5モル%としたのは、MnOが0.1モル%未満では、透磁率が低下し、0.5モル%を超えるとＱ値が低下するためである。
【００１３】
さらに、本発明で添加成分として加えるBi2O3は、焼結促進の作用を成す。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5〜15重量部としたのは、5重量部未満では、焼結性が低下し、15重量部を超えるとＱ値が低下する為である。
【００１４】
さらに、本発明で添加成分として加えるSiO2は、温度係数を小さくする作用を成す。即ち、温度特性を向上できる。ここで、SiO2添加量を3〜8重量部としたのは、3重量部未満では、温度係数が大きくなり、8重量部を超えると透磁率が低下する為である。
【００１５】
また、本発明で添加成分として加えるZrO2は、焼結密度を高くする作用を成し、ZrO2の添加量を1〜2重量部としたのは、この範囲外では、透磁率が低下する為である。
【００１６】
また、本発明で添加成分として加えるCoOは、磁壁を固定する作用を成す。これは、アンカー効果と呼ばれている作用である。フェライト材は通常、磁界の変化に対して、磁壁の移動を伴うが、高周波化すると損失の原因となる。即ち、磁壁を固定することで、低損失とすることができる。ここで、CoO添加量を0.05〜0.5重量部としたのは、0.05重量部未満では、Ｑ値が低下し、0.5重量部を超えると透磁率が低下する為である。
【００１７】
また、本発明においては、さらに高いＱ値と高い透磁率を同時に実現するために、高周波低損失フェライト材料をなす主成分と副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Ｑ値を同時に高くすることができない。一方、99.99重量%を超える成分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。
【００１８】
なお、本発明の高周波低損失フェライト材料は上記成分以外のものを排除するものではない。たとえば、ZnOを0.15重量部以下の範囲で、あるいはK2O、Cr2O3、P2O5、WO3、PbO、K20等をいずれも0.05重量部未満の範囲で含んでもよい。
【００１９】
また、発明においては、さらに高い透磁率と高いＱ値を同時に実現するために、高周波低損失フェライト材料の平均結晶粒径が1〜10μmとする。この数値に限定される理由は、この範囲外では、透磁率、Ｑ値を同時に高くすることが出来ない。
【００２０】
また、本発明で、焼結体の密度を5.0g/cm3以上とするのは、5.0g/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、Ｑ値を同時に高くすることが出来ないためである。
【００２１】
本発明の高周波低損失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、950〜1200℃の範囲で焼成する事によって得られる。
【００２２】
また、本発明は、上記の高周波低損失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。
【００２３】
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。
【００２４】
この様な本発明の高周波低損失フェライトコアは、信号用チップインダクタに用いられ、特に、高周波において高いＱ値が必要な通信機、携帯電話、コンピュータ等の機器における信号処理系の部品に好適に使用する事ができる。
【００２５】
【実施例】
実施例１
41モル%のFe2O3、50モル%のNiO、1.2モル%のCuO、7.5モル%MgOと0.3モル%のMnO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、SiO2、ZrO2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℃〜1200℃で焼成し、これによって試料No.1〜17を作製した。この焼成において、焼結性の良否を○と×で2分し、○は1200℃以下でもって焼結する場合であり、×は1200℃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、0.5μm以上で焼結密度は、4.5g/cm3以上であった。また、上記成分の合計含有量は98重量%以上であった。
【００２６】
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の被膜銅線を巻き付け各特性を測定した。100kHzでの初透磁率と温度係数は、LCRメータを用い、150MHzのＱ値は、Ｑメータを用いて測定した。なお、温度係数は、基準温度を20℃、温度範囲を-25℃〜80℃とし、JIS C-2561の規格に従い評価した。
【００２７】
結果は、表１に示すとおりである。この結果より、Bi2O3が5重量部未満のもの(No.2)では、焼結が悪い。一方、Bi2O3が15重量部を超えるもの(No.1)では、Ｑ値が低かった。また、SiO2が3重量部未満のもの(No.3)では、温度係数が大きい。一方、SiO2が8重量部を超えるもの(No.4)では、透磁率が低かった。また、ZrO2が1重量部未満又は、2重量部を超えるもの(No.5、6)では、透磁率が低かった。また、CoOが0.05重量部未満のもの(No.7)では、Ｑ値が低い。一方、CoOが0.5重量部を超えるもの(No.8)では、透磁率が低かった。
【００２８】
これに対し、5〜15重量部のBi2O3、3〜8重量部のSiO2、1.0〜2.0重量部のZrO2及び0.05〜0.5重量部のCoOを添加した本発明の実施例(No.9〜17)では、焼結も良好で、透磁率が6以上と高く、温度係数も0±150ppm/℃の範囲に入り、Ｑ値も100以上と高いことがわかった。
【００２９】
【表１】
0004436493.tif 000002
【００３０】
実施例２
次に、添加成分であるBi2O3を10重量部、SiO2を5重量部、ZrO2を1.5重量部とCoOを0.25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.18〜37を得た。
【００３１】
得られた焼結体に対して、実施例１と同様にして150MHzのＱ値、100KHzの透磁率、温度係数を測定したところ、表２に示すような結果が得られた。
【００３２】
この結果より、Fe2O3の含有量が、35モル%未満のもの(No.18)では、透磁率が低かった。一方、Fe2O3が45モル%を超えるもの(No.19)では、Ｑ値が低かった。また、NiOの含有量が、45モル%未満のもの(No.20)では、Ｑ値が低かった。一方、NiOが55モル%を超えるもの(No.21)では、透磁率が低かった。また、CuOの含有量が、0.1モル%未満のもの(No.22)では、焼結が悪かった。一方、CuOが2モル%を超えるもの(No.23)では、温度係数が大きかった。また、MgOの含有量が、5モル%未満のもの(No.24)では、Ｑ値が低かった。一方、MgOが10モル%を超えるもの(No.25)では、透磁率が低かった。また、MnOの含有量が、0.1モル%未満のもの(No.26)では、透磁率が低かった。一方、MnOが0.5モル%を超えるもの(No.27)では、Ｑ値が低かった。
【００３３】
これに対し、Fe2O3、NiO、CuO、MgO及びMnOの含有量が本発明内であるNo.28〜37は、焼結も良好で、透磁率が6以上と高く、温度係数も0±150ppm/℃の範囲に入り、Ｑ値も100以上と高いことがわかった。
【００３４】
【表２】
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【００３５】
実施例３
次に、主成分を41モル%のFe2O3、50モル%のNiO、1.2モル%のCuO、7.5モル%MgOと0.3モル%のMnOから成る主成分に、添加成分であるBi2O3を10重量部、SiO2を5重量部、ZrO2を1.5重量部とCoOを0.25重量部に固定し、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.38〜43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150MHzのＱ値、100KHzの透磁率、温度係数を測定したところ、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。
【００３７】
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1〜10μmであり、焼結密度が5.0g/cm3以上の実施例(No.38〜43)では、Ｑ値が120以上、透磁率が9以上、且つ温度係数が0±100ppm／℃の範囲内と特性が更に良くなることが分かった。
【００３８】
【表３】
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【００３９】
【発明の効果】
以上の様に本発明によれば、Fe、Ni、Cu、Mg及びMnの酸化物を、それぞれFe2O3、NiO、CuO、MgO及びMnO換算で、35〜45モル%のFe2O3、45〜55モル%のNiO、0.1〜2モル%のCuO、5〜10モル%のMgO及び0.1〜0.5モル%のMnOを含有する主成分中に、副成分としてBi、Si、Zr及びCoの酸化物を、それぞれBi2O3、SiO2、ZrO及びCoO換算で、5〜15重量部のBi2O3、3〜8重量部のSiO2、1.0〜2.0重量部のZrO2及び0.05〜0.5重量部のCoOを含有し、上記成分の合計含有量が99〜99.99重量%であり、平均結晶粒径が1〜10μmであり、焼結密度が5.0g/cm3以上とすることで、優れた焼結性、透磁率、温度係数を維持したまま、150MHz以上の高周波でのＱ値を100以上と高くすることができる。
【００４０】
また、本発明によれば、上記高周波低損失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、高周波で使用しても損失を小さくすることが可能となる。従って、このフェライトコアを信号用に用いれば、各種電子機器の高周波化に貢献することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例に係わるフェライトコアを示す図である。
【符号の説明】
１：トロイダルコア
２：ボビン状コア
【図１】
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