(57)【要約】【課題】  ＺｎＯの減少が生じる場合でも体積抵抗率が低下せず、優れた磁気特性を有するＮｉ−Ｚｎ系フェライトまたはＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトからなるフェライト焼結体を提供する。【解決手段】  Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトまたはＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトからなるフェライト焼結体であって、結晶粒界と結晶粒内のＮｉＯモル組成比を０．９０以上とし、抵抗率を５×１０４Ω・ｍ以上とし、４８ｍｏｌ％≦Ｆｅ２Ｏ３＜５０ｍｏｌ％、２０ｍｏｌ％≦ＺｎＯ≦３０ｍｏｌ％、０≦ＣｕＯ≦３ｍｏｌ％、残部ＮｉＯとした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトまたはＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトからなるフェライト焼結体であって、
結晶粒界と結晶粒内のＮｉＯモル組成比を０．９０以上としたことを特徴とするフェライト焼結体。
【請求項２】
抵抗率が５×１０４Ω・ｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のフェライト焼結体。
【請求項３】
前記フェライト焼結体の主組成が、４８ｍｏｌ％≦Ｆｅ２Ｏ３＜５０ｍｏｌ％、２０ｍｏｌ％≦ＺｎＯ≦３０ｍｏｌ％、０≦ＣｕＯ≦３ｍｏｌ％、残部ＮｉＯからなることを特徴とする請求項１又は２に記載のフェライト焼結体。
【請求項４】
磁界４０００Ａ／ｍにおける２０℃での飽和磁束密度（Ｂｓ）が４２０ｍＴ以上、また１００℃でのＢｓが３５０ｍＴ以上であることを特徴とする請求項３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、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトまたはＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトからなるフェライト焼結体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種電子機器においてＬＳＩの高集積化、多機能化および高速化が進んでおり、それに電力を供給する電源系にも高パワーが要求されてきている。例えば、ノート型パソコンを例に挙げると、ＣＰＵの高速化、記憶装置の大容量化・高速化などにともなう多機能・高品位の流れとして、使用されるＤＣ−ＤＣコンバータにも大電流化への対応が要求される。
【０００３】
これら大電流化対応の要請は、チョークコイルには、高い電流値までインダクタンス値が低下しないことが求められ、また磁性コアには、高い電流値まで磁気飽和しにくい高い飽和磁束密度を有するものが要求される。
【０００４】
これらチョークコイル等に使用される磁性コアには、ケイ素鋼やアモルファス等の金属系磁性材料とフェライト材料が用いられる。金属系磁性材料はフェライト材料に比べて飽和磁束密度が高く、大きな電流を流しても磁気飽和し難いという長所がある。
反面、一般的に値段が高く、また低抵抗であるため高周波になると使用できないという問題がある。これに対して、フェライト材料は、金属系磁性材料と比較して高い抵抗値を有し、高周波でも使用可能であるとともに、価格が安いというメリットがある。かかるフェライト材料のうち、一般的にＭｎ−Ｚｎ系フェライトはＮｉ−Ｚｎ系フェライトと比較して飽和磁束密度が高いが、抵抗値が低い為コーティングを必要とし、価格メリットがなくなる。この為、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトが使用される事が多かった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトでは、１２００℃以上で焼成しなければ、密度が十分に上がらず（焼結不足）、また得られるフェライト焼結体の初透磁率が低くなる。また、高透磁率を得るように、Ｆｅ２Ｏ３量を５０ｍｏｌ％乃至その近傍の組成量とする場合には、１２００℃以上の高温で焼成すると、表面からＺｎＯが減少することにより、見かけ上Ｆｅ２Ｏ３量が５０ｍｏｌ％を超え、抵抗率が減少してしまう弊害があった。
【０００６】
本発明者等は、焼成におけるＺｎＯの減少について鋭意研究する中で、１１５０℃以上での焼結で、焼成道具材（セッタ等）との接触面においてＺｎＯの減少が生じ始めることを確認した。
焼成道具材は、通常、被焼成物との化学反応を防ぐように構成される。フェライトを被焼成物とする場合には、例えばムライトなど反応性に乏しいセラミックが用いられる。しかしながら、耐熱性や機械的強度の向上のために、ムライトの化学量論組成よりも多くのＡｌ２Ｏ３を焼成道具材に加える場合がある。このような場合に、拡散係数の大きなＺｎＯが、フェライトから焼成道具材へ拡散し、前記ＺｎＯは焼成道具材中のＡｌ２Ｏ３と反応してスピネルとなる。このため、比較的低温でも、フェライト焼結体の焼成道具材との接触面でＺｎＯの減少が生じ、その結果、フェライト焼結体の表面（接触面）にＺｎ欠乏領域（欠乏層）が形成されると推察している。
そして１２５０℃超える温度では、自由焼成面からも多くのＺｎＯが減少することを確認した。
【０００７】
このような問題から、焼成を低温で可能とするように、ＣｕＯを５〜１２ｍｏｌ％程度、ＮｉＯに置換して添加することが行われる。しかしながら、ＣｕＦｅ２Ｏ４の飽和磁化は、ＦｅＦｅ２Ｏ４やＮｉＦｅ２Ｏ４などの他の単元フェライトに比べ遥かに小さいため、フェライト焼結体の飽和磁束密度を低下させる問題があった。
【０００８】
そこで本発明は、ＺｎＯの減少が生じる場合でも体積抵抗率を低下させず、優れた磁気特性を有するＮｉ−Ｚｎ系フェライトまたはＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトからなるフェライト焼結体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトまたはＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトからなるフェライト焼結体であって、結晶粒界と結晶粒内のＮｉＯモル組成比を０．９０以上としたことを特徴とするフェライト焼結体である。本発明によれば、フェライト焼結体の抵抗率は５×１０４Ω・ｍ以上得られる。
【００１０】
本発明においては、フェライト焼結体の主組成を、４８ｍｏｌ％≦Ｆｅ２Ｏ３＜５０ｍｏｌ％、２０ｍｏｌ％≦ＺｎＯ≦３０ｍｏｌ％、０≦ＣｕＯ≦３ｍｏｌ％、残部ＮｉＯとするのが好ましい。このような組成比によれば、磁界４０００Ａ／ｍにおける２０℃での飽和磁束密度（Ｂｓ）が４２０ｍＴ以上、また１００℃でのＢｓが３５０ｍＴ以上とすることが出来る。
更に、４９ｍｏｌ％≦Ｆｅ２Ｏ３＜５０ｍｏｌ％、２０ｍｏｌ％≦ＺｎＯ≦２７ｍｏｌ％、０≦ＣｕＯ≦３ｍｏｌ％、残部ＮｉＯとすると、測定磁界４０００Ａ／ｍで測定した２０℃における飽和磁束密度が４７０ｍＴ以上と、高飽和磁束密度を有するフェライト焼結体を得ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ＺｎＯの減少が生じる場合でも抵抗率を低下させず、優れた磁気特性を有するＮｉ−Ｚｎ系フェライトまたはＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトからなるフェライト焼結体を提供することが出来る。また、ＣｕＯの添加量が少なく済むので、高い飽和磁束密度を維持することが出来る。また、かかるフェライト焼結体を用いることにより、大電流に対応したチョークコイル等の電子部品の提供が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施例とともに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
【００１３】
本発明のフェライト焼結体は、結晶粒界と結晶粒内のＮｉＯモル組成比を０．９０以上とすることで、ＺｎＯの減少があっても高い抵抗率を得る。フェライト焼結体における結晶粒界と結晶粒内のＮｉＯモル組成比は、以下の様に定義される。
フェライト焼結体より透過電顕用試料を作製し、その結晶粒内と結晶粒界において、ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）／ＥＤＸ（Ｅｎｅｒｇｙ−Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  Ａｎａｌｙｚｅｒ）により、加速電圧２００ｋＶで、ほぼ結晶粒界上に電子ビームを固定して、ＥＤＸで、主成分であるＦｅ、Ｎｉ、Ｚｎ、ＣｕのＸ線強度を測定し、酸化物換算し、１００％に規格化した数値を結晶粒界組成とした。同様に結晶粒内にビームを固定して分析したＦｅ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｃｕより、酸化物換算し、１００％に規格化した数値を粒内組成とした。この場合の実効分析領域は、電子が薄膜に入射後、厚さ方向に進み、散乱しながらＸ線を発生させる。この電子ビームの厚さ方向での散乱による広がりも含め、Ｘ線を発生する領域は直径数ｎｍ―数１０ｎｍと考えられる。したがって、ここでいう粒界組成とは結晶粒界を含む数ｎｍ−数１０ｎｍの平均の組成を意味する。このようにして求めた粒界のＮｉＯ量を粒内のＮｉＯ量で除し、結晶粒界と結晶粒内のＮｉＯモル組成比とした。
【００１４】
フェライト焼結体における結晶粒界と結晶粒内のＮｉ量比は、以下の様にして調整することが出来る。例えば、フェライト焼結体を構成する素原料Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＮｉＯを所定量秤量し、この時点でＮｉＯを数ｍｏｌ％だけ抜き取っておく。ＮｉＯの一部を抜き取った素原料粉を混合し、８００〜９００℃で仮焼した後、粉砕前に抜き取っておいたＮｉＯを後添加し、さらに粉砕・混合を行う。これにバインダーを加えて造粒し、所定形状に成形して焼成する。後添加されたＮｉＯの一部が結晶粒界に残り、その結果、結晶粒界と結晶粒内のＮｉＯモル組成比を制御することが可能となる。
結晶粒界と結晶粒内のＮｉＯモル組成比を０．９０以上とすることで、ＺｎＯの減少にもかかわらず、高い体積抵抗率が得られる理由は明確になっていないが、Ｚｎ欠乏層において、後添加のＮｉＯによりＺｎＯの不足を補うことで、結晶粒界において、見かけのＦｅ２Ｏ３量が増加せず、よって体積抵抗率の低下が生じないためではないかと推察している。
【００１５】
本発明におけるフェライト焼結体の好ましい主成分組成は、４８ｍｏｌ％≦Ｆｅ２Ｏ３＜５０ｍｏｌ％、２０ｍｏｌ％≦ＺｎＯ≦３０ｍｏｌ％、０≦ＣｕＯ≦３ｍｏｌ％、残部ＮｉＯである。主成分組成をかかる範囲に限定することにより、磁界４０００Ａ／ｍにおける２０℃での飽和磁束密度（Ｂｓ）を４２０ｍＴ以上、また１００℃でのＢｓを３５０ｍＴ以上とすることが出来る。
【００１６】
Ｆｅ２Ｏ３の含有量を４８ｍｏｌ％以上とすると、２０℃で４２０ｍＴ以上、１００℃で３５０ｍＴ以上の飽和磁束密度が得られ、Ｆｅ２Ｏ３の含有量が４９ｍｏｌ％以上では、２０℃で４７０ｍＴ以上、１００℃で３８０ｍＴ以上の飽和磁束密度が得られる。更にＦｅ２Ｏ３の含有量を増加し、５０ｍｏｌ％以上とすると、透磁率、体積抵抗率が急激に低下する。このため、ＤＣ−ＤＣコンバータ等に使用されるチョークコイル用フェライト材料に望まれる、初透磁率２５０以上、体積抵抗率５×１０４Ω・ｍ以上を満足することが困難となる。
また、ＺｎＯの含有量が２０ｍｏｌ％≦ＺｎＯ≦３０ｍｏｌ％の範囲を外れると初透磁率が低下する。あるいは、飽和磁束密度が低下する。また、ＣｕＯは焼結性を向上させるのに有効であるが、その添加量が３ｍｏｌ％より多いと、１００℃での飽和磁束密度が低下する。このため好ましいＣｕＯ量は、０〜３ｍｏｌ％となる。
【実施例１】
【００１７】
本発明の実施例に係るフェライト焼結体について説明する。
表１に示す組成となるように、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＮｉＯの素原料を秤量し、これに水及び分散剤を加えてボールミルにて混合し、乾燥後、大気中にて８５０℃にて１．５時間仮焼した。得られた粉末に水、分散剤、後添加のＮｉＯを加えて、これをボールミルで混合・粉砕してスラリーとした後、バインダーを加えてスプレードライヤーで乾燥、造粒した。この造粒粉を金型に充填してトロイダル形状に成形した。そして成形体を、酸素雰囲気（大気中）に調整された焼成炉内で、焼成温度１２００℃で４時間焼結して、フェライト焼結体のＮｉＯの粒界／粒内組成比を変えたＮｏ．１〜６の試料（磁心）を作製した。この磁心は外形寸法が、外径φ３０ｍｍ、内径φ２０ｍｍ、高さ８ｍｍである。図１にその外観図を示す。また、図２はその断面図である。Ｎｏ．１〜６の試料の全てに、焼成道具材との接触面側に、Ｚｎ欠乏層が形成されているのを確認した。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
得られた各試料の磁心に、φ０．５ｍｍの被覆導線を巻線して、１００ｋＨｚでの初透磁率μｉ、磁界４０００Ａ／ｍにおける飽和磁束密度（２０℃、１００℃）を評価した。体積抵抗率は、ＪＩＳ  Ｃ  ２５６１の二端子法にて、Ｚｎ欠乏層を研削等により取り除くことなく測定した。また、ＴＥＭ／ＥＤＸにて、結晶粒内と結晶粒界を各５点定量分析し、ＮｉＯの結晶粒界／粒内組成比を求めた。図３に分析に用いたフェライト焼結体組織のＴＥＭ写真を示す。尚、図３において２０ｎｍ程度の黒視野部は電子ビームを照射した部分である。各試料の初透磁率μｉ、磁界４０００Ａ／ｍにおける飽和磁束密度Ｂｓ、抵抗率、ＮｉＯの粒界／粒内組成比を表２に示す。
【００２０】
【表２】
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【００２１】
表２より、フェライト焼結体のＮｉＯの粒界／粒内組成比が０．９より低い場合、抵抗率が１×１０３Ω・ｍと低くなることがわかる。また、０．９７より大きくするには、粉砕時に添加するＮｉＯを多くする必要があるが、焼結後にＮｉＯが焼結体内で、均一化せず、ＮｉＯに富んだ異相が生じ易くなり、初透磁率μiの低下を招くため、ＮｉＯの後添加は８ｍｏｌ％未満で行うのが好ましい。また、ＮｉＯの粒界／粒内組成比が０．９〜０．９７の範囲にあれば、透磁率、飽和磁束密度を高く保ったまま、高い抵抗率が得られることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明によれば、ＺｎＯの減少が生じる場合でも抵抗率を低下させず、優れた磁気特性を有するＮｉ−Ｚｎ系フェライトまたはＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトからなるフェライト焼結体を提供することが出来る。また、ＣｕＯの添加量が少なく済むので、高い飽和磁束密度を維持することが出来る。また、かかるフェライト焼結体を用いることにより、大電流に対応したチョークコイル等の電子部品の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の一実施例に係るフェライト焼結体（磁心）の外観斜視図である。
【図２】本発明の一実施例に係るフェライト焼結体（磁心）の断面図である。
【図３】本発明の一実施例に係るフェライト焼結体（磁心）のＴＥＭ写真である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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