(57)【要約】【課題】  飽和磁束密度の顕著な減少を伴うことなく、従来よりもコアロスが小さい低損失Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトの焼成体を提供すること。【解決手段】  化学組成がｘ（Ｎｉ(1-a)Ｃｕa）Ｏ・ｙＺｎＯ・ｚＦｅ2Ｏ3で表されるＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトにおいて、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００、４７．０≦ｚ≦４９．７、１８．０≦ｙ≦２８．０、０．０５≦ａ≦０．４０であり、副成分としてＶ2Ｏ5を０．０２〜０．５０重量％、およびＴｉＯ2を０．０２〜０．６０重量％含む原材料を焼成してなることを特徴とする低損失Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトにおいて、Ｖ2Ｏ5、ＴｉＯ2無添加の場合と比較して１０〜２０％程度のコアロス低減を可能とする。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｆｅの酸化物を主成分とし、化学組成がｘ（Ｎｉ(1-a)Ｃｕa）Ｏ・ｙＺｎＯ・ｚＦｅ2Ｏ3で表されるＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトにおいて、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００、４７．０≦ｚ≦４９．７、１８．０≦ｙ≦２８．０、０．０５≦ａ≦０．４０であり、副成分としてＶ2Ｏ5を０．０２〜０．５０重量％、およびＴｉＯ2を０．０２〜０．６０重量％含む原材料を焼成してなることを特徴とする低損失Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト。
【請求項２】
前記副成分としてＶ2Ｏ5を０．１５〜０．４０重量％、およびＴｉＯ2を０．０５〜０．４０重量％含むことを特徴とする請求項１に記載の低損失Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト。
【請求項３】
焼成体の平均結晶粒径が１．５〜１０μｍとなるような９８０〜１０６０℃の焼結温度で焼成してなることを特徴とする請求項１又は２に記載の低損失Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型電子機器の電源供給回路に使用されるトランス、チョークコイルに適した低損失Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やノートパソコン、小型ゲーム機等の携帯型電子機器において、機能の増加に加えて電源持続時間の維持、改善が求められる結果、電源回路素子における低損失化の要求は近年益々高まっている。電源回路全体の効率改善と小型化には、電源回路中のコイルのコア材として用いられるフェライト材料の特性向上がきわめて重要である。電源回路中のコイルに用いられるフェライト材料に対する技術要求として、下記に示す項目が挙げられる。
【０００３】
最初に、高い飽和磁束密度を有するフェライト材料が求められている。これは飽和磁束密度が高い磁芯材料ほど、小さなコアでも磁気飽和が起こりにくくなる為、小型のコイル形状を実現できるからである。
【０００４】
次に、低損失のフェライト材料が求められている。電源回路上のトランス、チョークコイル等のコイルコア中では、数１０ｋＨｚから数ＭＨｚの周波数で磁束密度が変化するが、この際、磁化過程の不可逆性によって損失（コアロス）が生ずる。コイル形状が小型化するほど、磁束が狭い領域に集中することとなり、結果コイルコア中の磁束密度の変化量が大きくなる。フェライト材料における損失は、一般的に磁束密度の変化幅の２．５〜３乗に比例して増大するため、コイルの損失を増大させずにコイルを小型化するためには、コイルコア材の低損失化が必要である。
【０００５】
最後に、大きな比抵抗を持つフェライト材料が求められている。特に携帯型電子機器の電源回路においては、表面実装の集積度はますます高まると考えられる。この場合、直巻線、積層構造を可能にする高い電気抵抗を持つＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料は、コイルコア材料として現状では最適な材料である。
【０００６】
ここで、現在、携帯電子機器の電源回路に使用されるコイルコア用のＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材としては、飽和磁束密度が４４００Ｇ以上の材質ではコアロスが２０００ｍＷ／ｃｃ（励磁条件：周波数５００ｋＨｚ、励磁全振幅１０００Ｇ）以下、飽和磁束密度が４０００Ｇ以上４４００Ｇ未満の材質ではコアロスが１２００ｍＷ／ｃｃ（励磁条件：周波数５００ｋＨｚ、励磁全振幅１０００Ｇ）以下となる材質が使用されているが、携帯電子機器の機能集積化と電源持続時間の延長という相反する要求に対し、これら既存材料では対応できない事例が現れはじめている。コイルの損失を同等としたまま、コイルコアの断面積を２０％減ずるためには、飽和磁束密度が４４００Ｇ以上の材質ではコアロスが１２００ｍＷ／ｃｃ（励磁条件：周波数５００ｋＨｚ、励磁全振幅１０００Ｇ）以下、飽和磁束密度が４０００Ｇ以上４４００Ｇ未満の材質ではコアロスが８００ｍＷ／ｃｃ（励磁条件：周波数５００ｋＨｚ、励磁全振幅１０００Ｇ）以下となる材質が必要である。
【０００７】
このように、高飽和磁束密度、低損失及び大きな比抵抗を持つには、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト材料の主成分調整に加え、副成分として焼結促進効果のあるＶ2Ｏ5、コアロス低減効果のあるＴｉＯ2の複合添加により、前記要求条件を満たすフェライト材質が期待されている。
【０００８】
そこで、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトに、Ｖ2Ｏ5，とＴｉＯ2を複合添加した例が特許文献１、特許文献２に開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開平０６−０８４６２２号公報
【特許文献２】特開２００１−０９３７１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載されている技術では、フェライト材料の損失が大きくなる周波数領域で電波吸収体としての機能を向上させようとするものであり、主成分ＺｎＯ量が３２〜３５ｍｏｌ％という電源回路素子用としては不適合な組成領域であり、かつ、Ｖ2Ｏ5，ＴｉＯ2の複合添加によるフェライト材料の損失低減を目的とするものではない。
【００１１】
また、特許文献２に記載されている技術では、フェライト焼結体中の炭素の含有量を９６重量ｐｐｍとし、Ｖ2Ｏ5、ＴｉＯ2の許容添加量を各々０．００１１重量％、０．０１２重量％に限定して抗折強度の上昇を図ることを目的とするものであり、Ｖ2Ｏ5、ＴｉＯ2の複合添加は、フェライト材料の損失低減を目的とするものではない。
【００１２】
Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトの一般的性質として、大きな飽和磁束密度を持つ組成ではコアロスも大きくなる傾向が知られている。しかし、小型電子機器の電源回路の小型化、高効率化要求に応えるためには、飽和磁束密度が大きく、コアロスが小さく、かつ、比抵抗値の大きなフェライト材料が必要となってくる。
【００１３】
従って、本発明の課題は、上記の課題を解決し、飽和磁束密度の顕著な減少を伴うことなく、従来よりもコアロスが小さい低損失Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトの焼成体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、前記課題の解決のため、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｆｅの酸化物を主成分とし、化学組成がｘ（Ｎｉ(1-a)Ｃｕa）Ｏ・ｙＺｎＯ・ｚＦｅ2Ｏ3で表されるＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトにおいて、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００、４７．０≦ｚ≦４９．７、１８．０≦ｙ≦２８．０、０．０５≦ａ≦０．４０であり、副成分としてＶ2Ｏ5を０．０２〜０．５０重量％、およびＴｉＯ2を０．０２〜０．６０重量％含む原材料を焼成してなることを特徴とする低損失Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトである。
【００１５】
詳述すれば、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトにおいて、Ｆｅ2Ｏ3含有量ｚが４７ｍｏｌ％未満の場合、飽和磁束密度が明らかに減少し、またＦｅ2Ｏ3含有量ｚが４９．７ｍｏｌ％を越える場合、局所的に比抵抗が明らかに減少する傾向となるので望ましくない。またＺｎＯ含有量ｙが１８．０ｍｏｌ％未満の場合、コアロスが大きく、明らかに初透磁率が減少する傾向となり、ＺｎＯ含有量ｙが２８．０ｍｏｌ％を越える場合、飽和磁束密度が明らかに減少する傾向となり、磁気転移温度Ｔｃが低くなるので望ましくない。さらに、ＮｉＯ／ＣｕＯ比に関しては、ａが０．０５未満の場合、焼結温度が上昇し、コアロスの増大が生ずるので望ましくなく、ａが０．４０を越える場合、コアロスが明らかに増加する傾向となるので望ましくない。
【００１６】
副成分としての添加物については、Ｖ2Ｏ5には焼結促進効果があり、主成分総重量に対して０．０２重量％以上添加することにより、焼結温度をおよそ５０℃低下させて９８０℃以下での焼結が可能となり、同時にコアロスの低減を伴う。またＴｉＯ2にはコアロス低減効果とともに焼結温度幅の拡大効果があり、主成分総重量に対して０．０２重量％以上添加することにより、コアロスが１０％以上低減し、Ｖ2Ｏ5添加のみではコアロスの顕著な上昇がみられる１０８０℃での焼結によっても、添加物を含まない組成と比較して１０％以上のコアロス低減が可能となる。また、Ｖ2Ｏ5添加量が０．５０重量％を超えると、初透磁率の低下とともにコアロスの増大が顕著である。ＴｉＯ2添加量が０．６０重量％を超えると、初透磁率の低下と焼結温度の上昇に伴うコアロスの増大が顕著である。以上により、Ｖ2Ｏ5、ＴｉＯ2各々の添加量は、各々０．０２重量％以上０．５重量％以下、０．０２重量％以上０．６０重量％以下に限定される。この範囲内においてさらにＶ2Ｏ5、ＴｉＯ2を同時に添加調整、即ち、Ｖ2Ｏ5を０．１５〜０．４０重量％、ＴｉＯ2を０．０５〜０．４０重量％に限定することにより、飽和磁束密度が４４００Ｇ以上の材質ではコアロスが１２００ｍＷ／ｃｃ（励磁条件：周波数５００ｋＨｚ、励磁全振幅１０００Ｇ）以下、飽和磁束密度が４０００Ｇ以上４４００Ｇ未満の材質ではコアロスが８００ｍＷ／ｃｃ（励磁条件：周波数５００ｋＨｚ、励磁全振幅１０００Ｇ）以下となるスピネル型Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト焼結体が得られ、かつ、焼結温度の変動に対してコアロス値の変動が小さくなることを見出した。
【００１７】
さらに、焼成体の平均結晶粒径が１．５〜１０μｍとなるような９８０〜１０６０℃の焼結温度で焼成してなることを特徴とする低損失Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトでもある。
【発明の効果】
【００１８】
従って、本発明によれば、飽和磁束密度の顕著な減少を伴うことなく、従来よりも飽和磁束密度が大きく、コアロスが小さく、かつ、比抵抗値の大きなフェライト材料であり、従来組成と比較して焼結温度の上昇に伴うコアロスの増大が抑制されるため、焼結温度管理の手間が軽減され、製造コスト低減と歩留まり率上昇が可能となる低損失Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトの焼成体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
次に、本発明による低損失Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトの実施の形態について、具体的な例を挙げて説明する。
【００２０】
Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｆｅの酸化物を主成分とし、化学組成がｘ（Ｎｉ(1-a)Ｃｕa）Ｏ・ｙＺｎＯ・ｚＦｅ2Ｏ3で表されるＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトにおいて、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１００、４７．０≦ｚ≦４９．７、１８．０≦ｙ≦２８．０、０．０５≦ａ≦０．４０であり、副成分としてＶ2Ｏ5を０．０２〜０．５０重量％、およびＴｉＯ2を０．０２〜０．６０重量％含むことを特徴とする低損失Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトにおいて、前記の組成になるように、原料粉末を秤量し、これを湿式混合し、脱水処理の後、７００〜８５０℃で２〜１０時間の仮焼を行う。その後、粉砕造粒し、所要形状に成形して脱バインダー処理する。これを酸素濃度を２１％（大気中）の焼結雰囲気中で、９００℃〜１１８０℃の温度範囲で１〜１０時間焼結を行う。
【００２１】
本発明においては、焼結温度として、平均結晶粒径が１．５〜１０μｍとなるような９８０〜１０６０℃の焼結温度範囲を選択する事が望ましい。これは、これよりも低い焼結温度では焼結密度を上昇させて大きな飽和磁束密度を得ることが困難となること、またこれよりも高い焼結温度では、交流磁化過程における不可逆性が増大する結果、コアロスの増大が顕著となるためである
【実施例１】
【００２２】
次に、具体的な実施例を挙げ、本発明の低損失Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトについて、さらに詳しく説明する。
【００２３】
主成分原料粉末をｘ（Ｎｉ(1-a)Ｃｕa）Ｏ・ｙＺｎＯ・ｚＦｅ2Ｏ3（ｘ、ｙ、ｚはｍｏｌ％、ｘ＝２５．０、ｙ＝２６．０、ｚ＝４９．０，ａ＝０．２）の比で配合し、さらに主成分総重量に対してＶ2Ｏ5、ＴｉＯ2をそれぞれ添加物として表１に示す通り配合し、湿式混合後、脱水処理を行い、大気中で８００℃、２時間の仮焼を行ったのち粉砕造粒した。その後、この粉末を２０００ｋｇ／ｃｍ2の圧力で外径１６ｍｍ、内径１０ｍｍ、高さ５．０ｍｍのトロイダル状に加圧成形し、脱バインダー処理の上、大気雰囲気中９５０〜１０５０℃で４時間焼結を行った。得られた焼結体の飽和磁化４πＭｓはおよそ４５００〜４８００Ｇ、初透磁率は５００〜５５０であった。得られたコアロス値（単位：ｍＷ／ｃｃ、励磁条件：周波数５００ｋＨｚ、励磁全振幅１０００Ｇ）を表１に示す。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
表１に示すように、Ｖ2Ｏ5、ＴｉＯ2添加量が、各々０．０２重量％以上０．５０重量％以下、０．０２重量％以上０．６０重量％の場合に、Ｖ2Ｏ5、ＴｉＯ2無添加の場合と比較して１０％程度コアロスが低減する。この範囲内においてさらにＶ2Ｏ5：０．１５〜０．４０重量％、ＴｉＯ2：０．０５〜０．４０重量％とすることにより、Ｖ2Ｏ5、ＴｉＯ2無添加の場合と比較して２０％程度コアロスが低減した。
【実施例２】
【００２６】
主成分原料粉末をｘ（Ｎｉ(1-a)Ｃｕａ）Ｏ・ｙＺｎＯ・ｚＦｅ2Ｏ3（ｘ、ｙ、ｚはｍｏｌ％、ｘ＝２５．０、ｙ＝２６．０、ｚ＝４９．０，ａ＝０．２）の比で配合し、さらに主成分総重量に対してＶ2Ｏ5、ＴｉＯ2をそれぞれ０．２０重量％、０．４０重量％添加物として配合し、湿式混合後、脱水処理を行い、大気中で８００℃、２時間の仮焼を行ったのち粉砕造粒した。その後、この粉末を２０００ｋｇ／ｃｍ2の圧力で外径１６ｍｍ、内径１０ｍｍ、高さ５．０ｍｍのトロイダル状に加圧成形し、脱バインダー処理の上、大気雰囲気中９４０〜１０５０℃で４時間焼結を行った。得られた焼結体の飽和磁化４πＭｓはおよそ４４００〜４８００Ｇ、初透磁率は４５０〜５５０であった。得られたコアロス値（励磁条件：周波数５００ｋＨｚ、励磁全振幅１０００Ｇ）、飽和磁束密度Ｂ50（磁場５０Ｏｅの条件下の時）、平均結晶粒径を表２に示す。ここで結晶粒径は、鏡面研磨し、１４０℃リン酸中でエッチングした焼結体表面の顕微鏡写真上に任意直線を引き、結晶粒３０個分の切片長を平均して得た。
【００２７】
【表２】
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【００２８】
表２に示すように、飽和磁束密度Ｂ50が４４００Ｇ以上で、平均結晶粒径が１．５〜１０．０μｍの範囲内は、焼結温度が９８０〜１０６０℃であり、特に焼結温度が上昇し、平均結晶粒径が１０μｍを超える場合、コアロスの増大する傾向が顕著となる。コアロスが増大する傾向は、表１に示した複数の焼結体においても共通に見られた。