(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基本成分としてＦｅ2 Ｏ3 が４９〜５０モル％、ＺｎＯが２６〜２８モル％、ＣｕＯが４〜６モル％、残部がＮｉＯからなる組成に対して、添加物としてＢ、Ｍｏ、及びＬｉの全てを総量で０．０３重量％以下（但し、Ｂを５０ｐｐｍ以下、Ｍｏを０．０２重量％以下、残部をＬｉ）複合外添し、飽和磁束密度Ｂｓ（ｍＴ）と初透磁率μｉacが、
Ｂｓ≧４６０−０．０５×μｉac
μｉac≧５００
Ｂｓ≧４１７．５
を満たし、直流を重畳して使用する際の透磁率の劣化を抑えるようにしたことを特徴とする高周波用酸化物軟磁性材料。
【請求項２】
飽和磁束密度Ｂｓ（ｍＴ）と初透磁率μｉacが、
Ｂｓ≧４６０−０．０５×μｉac
μｉac≧６５０
Ｂｓ≧４２０
を満たしている請求項１記載の高周波用酸化物軟磁性材料。
【請求項３】
ドラム形状のコアでの直流重畳特性ΔＬ／Ｌ0 （但し、ΔＬ＝Ｌ0 −Ｌ1 ：Ｌ0 及びＬ1 はそれぞれ直流０Ａと２Ａでのインダクタンス、周波数１０ｋＨｚ）が、絶対値で２５％以下である請求項１又は２記載の高周波用酸化物軟磁性材料。
【請求項４】
開磁路構造にしてスイッチング電源のチョークコイル用コアとする請求項２又は３記載の高周波用酸化物軟磁性材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系の高周波用軟磁性フェライト材料に関し、更に詳しく述べると、Ｂ、Ｍｏ、及びＬｉの三者を同時複合添加することにより、高飽和磁束密度と高初透磁率を呈し、直流重畳特性の良好な高周波用酸化物軟磁性材料に関するものである。この高周波軟磁性材料は、特にスイッチング電源用チョークコイルに好適である。
【０００２】
【従来の技術】
スイッチング電源の小型化、高性能化に伴い、それに組み込むチョークコイルなどの磁芯材料にも特性改善の要望が高まっている。高周波領域で用いられる磁芯材料としては、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトをベースにしてＮｉの一部をＣｏ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎなとで置換した組成が一般的である。そして、用途に応じて様々な添加物の検討が行われている。
【０００３】
一般に、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトの初透磁率及び飽和磁束密度は、基本成分でほぼ決まり、特にＺｎＯ量に依存する傾向にある。即ち、飽和磁束密度は、ＺｎＯ量に反比例して２０モル％程度で最高となり、２５モル％程度を超えると急激に低下する。しかし、初透磁率はＺｎＯ量に比例するため、高い初透磁率を得るためには、ある程度のＺｎＯ量は必要不可欠である。従って、飽和磁束密度と初透磁率を両方共にあるレベル以上まで高くすることは、相反する課題であり、実現が難しい。しかし、そのように飽和磁束密度と初透磁率が両方共にあるレベル以上まで高い特性を有する材料開発は、コイル設計の観点からも非常に重要である。
【０００４】
因みに、高飽和磁束密度材料としてはＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトが提案されており（例えば特開平１０−７４５４号参照）、高初透磁率材料としてはＮｉ−Ｚｎ系フェライトへのＢ及びＭｏの複合添加が提案されている（例えば特開平６−２９５８１０号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
初透磁率は、基本成分によって決まるということの他に、焼成温度の上昇に伴って増大する傾向があることはよく知られている。従って、同一組成であれば、高温度で焼成するほど、高初透磁率が得られる。しかし、高温度で焼成する方法は、単に焼成コストが増大するばかりでなく、焼成亀裂や変形などの発生、Ｚｎの蒸発によるコア表面の組成ずれ、あるいは作業環境の悪化など、様々なデメリットが生じる恐れがある。
【０００６】
ところで、スイッチング電源のチョークコイルのように直流を重畳して使用する磁芯材料では、直流重畳した場合の透磁率の変化が少ないことが必要となる。この直流重畳特性は飽和磁束密度と密接な関連があるとされている。しかし、従来のＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライトでは、飽和磁束密度が低く、直流重畳特性が悪い。
【０００７】
本発明の目的は、従来同様の焼成温度であっても、高飽和磁束密度と高初透磁率を同時に併せ持つ特性を呈し、且つ直流重畳特性も良好な高周波用酸化物軟磁性材料を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基本成分としてＦｅ2 Ｏ3 が４９〜５０モル％（両端を含む）、ＺｎＯが２６〜２８モル％（両端を含む）、ＣｕＯが４〜６モル％（両端を含む）、残部がＮｉＯからなる組成に対して、添加物としてＢ、Ｍｏ、及びＬｉの全てを総量で０．０３重量％以下複合外添した高周波用酸化物軟磁性材料である。ここで添加物は、Ｂを５０ｐｐｍ以下、Ｍｏを０．０２重量％以下、残部をＬｉとする。
【０００９】
初透磁率を決める要素であるＺｎＯ量を決定し、Ｂ、Ｍｏ、及びＬｉの全てを複合添加することにより、低温（１０５０℃〜１１５０℃）でも焼結できるようになる。
【００１０】
得られる特性については、飽和磁束密度Ｂｓ（ｍＴ）と初透磁率μｉacが、
Ｂｓ≧４６０−０．０５×μｉac
μｉac≧５００
Ｂｓ≧４１７．５
を満たす領域とする。但し、飽和磁束密度Ｂｓの測定は印加磁界４０００Ａ／ｍで行い、初透磁率μｉacの測定は周波数２００ｋＨｚで行った。この領域は、図１において斜線を付して表した部分である。上記の飽和磁束密度Ｂｓと初透磁率μｉacの関係式は、以下に述べる実験結果から求めたものである。但し、初透磁率μｉacはあるレベル以上必要であり、それが５００以上ということである。また直流重畳特性と密接な関係にある飽和磁束密度Ｂｓもあるレベル以上必要であり、それが４１７．５ｍＴ以上ということである。更に、飽和磁束密度Ｂｓと初透磁率μｉacとの特性向上は相反する傾向があることから、飽和磁束密度Ｂｓの下限値を初透磁率μｉａｃの関数として規定しているのである。
【００１１】
また、ドラム形状のコアによって測定した直流重畳特性ΔＬ／Ｌ0 （但し、ΔＬ＝Ｌ0 −Ｌ1 ：Ｌ0 及びＬ1 はそれぞれ直流０Ａと２Ａでのインダクタンス、周波数１０ｋＨｚ）は、絶対値で２５％以下である。
【００１２】
この高周波用酸化物軟磁性材料は、ドラムコアのような開磁路構造にして特にスイッチング電源のチョークコイル用として有用である。
【００１３】
ＺｎＯ量は、必要とする初透磁率によって決まる。Ｆｅ2 Ｏ3 が５０モル％を超えると、抵抗が低くなりすぎ、また４９モル％未満では高飽和磁束密度が得られず、初透磁率が減少してしまう。ＣｕＯを含有させると焼結性が向上するが、６モル％を超えると焼結が進み内部応力（冷却過程）の残存で、初透磁率の低下を引き起こす。また、ＣｕＯが４モル％未満では所定の焼結密度が得られず、材料強度が低下するし、適切な飽和磁束密度あるいは初透磁率が得られない。ＮｉＯ量は、Ｆｅ2 Ｏ3 、ＺｎＯ、ＣｕＯの量が決まると必然的に決まる。但し、この量は、高飽和磁束密度を得る上では重要であるため、できるだけ範囲内で大きくとることが望ましい。
【００１４】
高透磁率と高飽和磁束密度における添加物改善効果としては、融点の降下、焼結促進や結晶粒成長促進、粒界応力緩和が挙げられる。Ｂ、Ｍｏ、及びＬｉの全てを添加することが必要であるが、それら添加物の総量が０．０３重量％を超えると焼結性が逆に悪化してしまい、初透磁率が低下し、飽和磁束密度も低下してしまう。
【００１５】
上記組成からなる材料粉体を一定圧力にて所定形状に成形し焼結する。その際の焼結温度は１０２０℃〜１１００℃とすることが望ましい。製造したコアは、高飽和磁束密度で高初透磁率の特性を同時に発現でき、しかも直流重畳特性も良好なものとなる。
【００１６】
【実施例】
各基本成分原料を秤量し、乾式混合し、その後９００℃で仮焼した。得られた仮焼粉体に対して所定の添加物を秤量添加し、ボールミルで湿式粉砕し、乾燥後にバインダを加えて造粒し、トロイダル形状に成形した。その成形体を１１００℃で２時間焼成し、標準リングコア（試料）を作製した。
【００１７】
得られた各リングコアについて、飽和磁束密度（ｍＴ）及び初透磁率を測定した。飽和磁束密度Ｂｓは印加磁界４０００Ａ／ｍでの値であり、初透磁率μｉacは周波数２００ｋＨｚでの値である。
【００１８】
また、上記各粉体を用いてドラム形状に成形し、１１００℃で２時間焼成してドラムコアを作製した。図２に、ドラムコア１０の寸法を示す。このドラムコアに２−ＵＥＷφ０．５の被覆銅線を用いて５０ターン巻線し、直流重畳の評価を行った。測定条件は、周波数１０ｋＨｚ、直流電流２Ａであり、室温２５℃で行った。直流電流０Ａの時のインダクタンスをＬ0 、直流電流２Ａの時のインダクタンスをＬ1 とし、−ΔＬ／Ｌ0 を計算した。但し、ΔＬ＝Ｌ0 −Ｌ1 である。
【００１９】
【表１】
0003945967.tif 000002
【００２０】
【表２】
0003945967.tif 000003
【００２１】
基本組成（モル％）及び添加物の種類と測定結果を表１に示す。また表１における添加物Ａ〜Ｅの成分比率（重量％）を表２に示す。表１において、＊印を付した試料が本発明品であり、それ以外は比較例（本発明範囲外）である。試料１〜４は、添加物を含まない基本組成のみの場合である。また試料１３，１４はＬｉ無添加の場合（Ｌｉの添加効果を示す例）、試料１５，１６はＢ無添加の場合（硼酸の添加効果を示す例）、試料１７，１８はＢの添加が多すぎる場合（硼酸の添加効果を示す例）である。
【００２２】
表１から明らかなように、本発明で規定している基本組成及び添加材とすることで、直流重畳特性（ΔＬ／Ｌ0 ）が、絶対値で２５％以下になり、直流を重畳して使用する際の透磁率の劣化を少なく抑えることができる。
【００２３】
初透磁率に対する飽和磁束密度の関係を、各試料についてプロットした結果を図１に示す。グラフ上で右上側に位置するものほど高飽和磁束密度で高初透磁率ということになる。比較例のうちで比較的特性の良好な試料３，４，１４は、ほぼ次式で表現できる第１の直線（符号ａで示す）上に乗る。
Ｂｓ＝４５０−０．０５×μｉac
【００２４】
そこで飽和磁束密度Ｂｓについて比較例の第１の直線ａに対して＋１０ｍＴの余裕をもたせるように引いたのが第２の直線（符号ｂで示す）であり、それは次式で表現できる。
Ｂｓ＝４６０−０．０５×μｉac
【００２５】
これらのことから、
Ｂｓ≧４６０−０．０５×μｉac
μｉac≧５００
Ｂｓ≧４１７．５ｍＴ（Ｂｓ＝４１７．５ｍＴはμｉac＝８５０に相当する）
の斜線で示す領域であれば、試料４〜１２（本発明品）は全て含まれる。
【００２６】
より好ましくは、
Ｂｓ≧４６０−０．０５×μｉac
μｉac≧６５０
Ｂｓ≧４２０
を満たす領域とすることである。この場合の領域の境界線を太い点線で示す。この領域は、とりわけ高飽和磁束密度で且つ高初透磁率であり、表１から分かるように直流重畳特性の良好な領域である。
【００２７】
【発明の効果】
本発明は上記のように、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系のフェライト材料に対して、Ｂ、Ｍｏ、及びＬｉの三者を適量複合添加している構成のため、従来同様の焼成温度であっても、飽和磁束密度と初透磁率を同時に向上させることができる。そのため、高温焼結に伴う様々な問題が生じることもない。また、直流重畳特性が向上し、そのため、特にスイッチング電源用チョークコイルに好適な高周波磁芯材料が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実験例の測定結果と、本発明の特性領域を示すグラフ。
【図２】直流重畳特性の測定に用いるドラムコアの寸法説明図。
【符号の説明】
１０  ドラムコア
【図１】
0003945967.tif 000004
【図２】
0003945967.tif 000005