(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェライトコアを有するチョークコイルであって、
前記フェライトコアが、
主成分として、酸化鉄と、酸化銅と、酸化亜鉛と、酸化マンガンとをそれぞれＦｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＺｎＯ、Ｍｎ２Ｏ３換算で、
４８．５モル％≦Ｆｅ２Ｏ３≦４８．７モル％、
６．０モル％≦ＣｕＯ≦１０．０モル％、
２６．９モル％≦ＺｎＯ≦２９．５モル％、
１．０モル％≦Ｍｎ２Ｏ３≦１．２モル％、
含有し、
残部に酸化ニッケル（ＮｉＯ）を含有し、
酸化鉄と酸化マンガンとをＦｅ２Ｏ３＋Ｍｎ２Ｏ３換算で
４９．５モル％≦（Ｆｅ２Ｏ３＋Ｍｎ２Ｏ３）≦４９．８モル％
含有する酸化物磁性材料を有するフェライトコアである、チョークコイル。
【請求項２】
フェライトコアを有する電源トランスであって、
前記フェライトコアが、
主成分として、酸化鉄と、酸化銅と、酸化亜鉛と、酸化マンガンとをそれぞれＦｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＺｎＯ、Ｍｎ２Ｏ３換算で、
４８．５モル％≦Ｆｅ２Ｏ３≦４８．７モル％、
６．０モル％≦ＣｕＯ≦１０．０モル％、
２６．９モル％≦ＺｎＯ≦２９．５モル％、
１．０モル％≦Ｍｎ２Ｏ３≦１．２モル％、
含有し、
残部に酸化ニッケル（ＮｉＯ）を含有し、
酸化鉄と酸化マンガンとをＦｅ２Ｏ３＋Ｍｎ２Ｏ３換算で
４９．５モル％≦（Ｆｅ２Ｏ３＋Ｍｎ２Ｏ３）≦４９．８モル％
含有する酸化物磁性材料を有するフェライトコアである、電源トランス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はチョークコイル及び電源トランスに関する。特に液晶搭載携帯機器（ノートパソコン、デジタルビデオカメラ、デジタルカメラ等）用液晶バックライト用インバータトランス用フェライトコアに好適に使用される酸化物磁性材料を有するフェライトコアを用いたチョークコイル及び電源トランスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯機器にみられるように電子機器の小型化、薄型化、軽量化が急速に進展している。それに伴い、これらの電子機器に用いられる電源も小型化、薄型化、軽量化が進んでおり、中でも電源に用いられるトランスについては体積的にも、電力損失においても大きな割合を占めるため、その小型化、高効率化が求められている。
【０００３】
こうした小型電源用トランスに用いられる磁性材料として求められる特性は、駆動周波数、駆動温度帯で損失が低いこと、飽和磁束密度が高いこと、比抵抗が高いこと、などが挙げられる。損失が大きいと電源としての効率が悪いだけでなく、自己発熱が大きくなる。よって、磁性材料としては、低損失とする必要がある。
【０００４】
このような電源トランス用の材料としては、従来、飽和磁束密度が高く、低価格なＭｎ−Ｚｎフエライトが用いられてきた。
【０００５】
しかしながら、従来のＭｎ−Ｚｎフェライトは、比抵抗が小さく、絶縁性の確保のため、ボビン等を介し巻き線を行わなければならなかった。このため、トランス用材料として、Ｍｎ−Ｚｎフェライトを用いてはそのボビンの体積的問題から小型化に対し、限界があった。
【０００６】
これに対し、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトは、比抵抗が高くコアに直接巻き線を施すことが可能でボビンの体積的問題を解決し、小型化に適しているが、損失が高いためコアが発熱しやすく、スイッチング電源等のトランスとして適していなかった。
【０００７】
そこで、この問題を解決するために、例えば特許第１８９３６５８号（特公平６−１６４５１号）公報に記載されているような、Ｆｅ2Ｏ3 ：４７〜５０モル％、ＮｉＯ：１４〜２０モル％、ＺｎＯ：２６〜３３モル％、ＣｕＯ４〜７モル％を主成分とし、ＭｎＯ：０．３〜０．８モル％を副成分として含有した酸化物磁性材料や、特許第２５５１００９号公報に記載されているような、Ｆｅ2Ｏ3 ：４８．５−５０モル％、ＮｉＯ：１０．５〜１４モル％、ＺｎＯ：２６．５〜２９モル％、ＣｕＯ：６〜１１モル％、ＭｎＯ：０〜２．Ｏモル％の組成範囲からなる酸化物磁性材料や、特開平１１−２１９８１２号公報に記載されているような、主成分がＦｅ2Ｏ3 換算で４８〜４９．５モル％、ＮｉＯ換算で１７〜２３モル％、ＣｕＯ換算で３〜７モル％および残部がＺｎＯよりなり、副成分として４〜９．５ｗｔ％のＭｎＯを含有させ、かつ平均結晶粒子径が８μm 以上の酸化物磁性材料、または特開２０００−２９９２１５号公報に記載の主成分組成が４３〜５０モル％Ｆｅ2Ｏ3 、１０〜４０モル％ＮｉＯ、１〜１５モル％ＣｕＯ、残部ＺｎＯからなり、添加物として０．００５〜０．１ｗｔ％ＳｉＯ2 、ないし、０．００５〜０．５ｗｔ％ＭｎＯのうち少なくとも１種を含むことを特徴とする低損失酸化物磁性材料が、高磁束密度で使用する際の自己発熱、すなわち損失を抑制させた、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトの例として知られている。
【０００８】
しかし、上述したような従来のフェライトでは、例えば、特許１８９３６５８号（特公平６−１６４５１号）公報の最適組成に相当するものでも、特許第２５５１００９号公報記載の最適組成に相当するものでも、さらには特開平１１−２１９８２１２号公報記載の最適組成に相当するものでも、本発明のような低損失Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトは現在のところなかった。
【０００９】
加えて、特許１８９３６５８号（特公平６−１６４５１）号公報には、〔問題点を解決するための手段〕や〔発明の実施例〕の段落末に「〜高磁束密度で使用し、高い発熱を伴う他の用途の磁性材料としても有用である。」と記載しているにもかかわらず、必要な飽和磁束密度に関する記載は一切みられない。
【００１０】
また、特許第２５５１００９号は、１００℃までの検討であり、それ以上の温度の検討に関する記載は全くなく、また（発明の効果）に「〜高磁束密度で使用し、高い発熱を伴う他の用途にも有用である〜」とあるにもかかわらず、必要な飽和磁束密度に関する記載も一切みられない。
【００１１】
また、特開平１１−２１９８２１２号公報においては、８０℃の検討しかなされておらず、それ以上の温度の検討に関する記載は全くない。
【００１２】
通常、フェライト材料には、自己発熱による熱暴走の危険を避けるため、損失が最小となる温度を製品動作温度域より高く設定する。本発明は１００℃以上の温度域での低コアロス化を実現したものである点でも従来技術と異にするものである。
【００１３】
さらに、特開２０００−２９９２１５号公報には、その段落００２５に「Ｆｅ2Ｏ3 、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯ、ＳｉＯ2 、ＭｎＯを表２の組成になるように秤量し、〜」と記載されているが、表２には、Ｆｅ2Ｏ3 、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯの組成比がいっさい記載されておらず、いかなる組成範囲であるのか不明である。同様のことが、同文献の段落００２９にもいえる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、高磁束密度で使用する際の自己発熱すなわち損失を抑制させた、Ｎｉ−Ｚｎ系フエライトで、高い比抵抗を維持したまま、更なるコアロスの低減を実現し、小型電源用トランスのみならずチョークコイル等の幅広い用途にも適応可能で、チョークコイルとして重要な高飽和磁束密度という特徴を有する低損失の酸化物磁性材料とそれを用いたフェライトコア、コイル部品およびトランスを提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、上記目的は、以下の構成により達成される。
（１）フェライトコアを有するチョークコイルであって、
前記フェライトコアが、
主成分として、酸化鉄と、酸化銅と、酸化亜鉛と、酸化マンガンとをそれぞれＦｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＺｎＯ、Ｍｎ２Ｏ３換算で、
４８．５モル％≦Ｆｅ２Ｏ３≦４８．７モル％、
６．０モル％≦ＣｕＯ≦１０．０モル％、
２６．９モル％≦ＺｎＯ≦２９．５モル％、
１．０モル％≦Ｍｎ２Ｏ３≦１．２モル％、
含有し、
残部に酸化ニッケル（ＮｉＯ）を含有し、
酸化鉄と酸化マンガンとをＦｅ２Ｏ３＋Ｍｎ２Ｏ３換算で
４９．５モル％≦（Ｆｅ２Ｏ３＋Ｍｎ２Ｏ３）≦４９．８モル％
含有する酸化物磁性材料を有するフェライトコアである、チョークコイル。
（２）  フェライトコアを有する電源トランスであって、
前記フェライトコアが、
主成分として、酸化鉄と、酸化銅と、酸化亜鉛と、酸化マンガンとをそれぞれＦｅ２Ｏ３、ＣｕＯ、ＺｎＯ、Ｍｎ２Ｏ３換算で、
４８．５モル％≦Ｆｅ２Ｏ３≦４８．７モル％、
６．０モル％≦ＣｕＯ≦１０．０モル％、
２６．９モル％≦ＺｎＯ≦２９．５モル％、
１．０モル％≦Ｍｎ２Ｏ３≦１．２モル％、
含有し、
残部に酸化ニッケル（ＮｉＯ）を含有し、
酸化鉄と酸化マンガンとをＦｅ２Ｏ３＋Ｍｎ２Ｏ３換算で
４９．５モル％≦（Ｆｅ２Ｏ３＋Ｍｎ２Ｏ３）≦４９．８モル％
含有する酸化物磁性材料を有するフェライトコアである、電源トランス。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の酸化物磁性材料は、主成分として、酸化鉄と、酸化銅と、酸化亜鉛と、酸化マンガンとをそれぞれＦｅ2Ｏ3 、ＣｕＯ、ＺｎＯ、Ｍｎ2Ｏ3 換算で、
４６モル％≦Ｆｅ2Ｏ3 ≦５０．５モル％、
２モル％≦ＣｕＯ≦１３モル％、
２４モル％≦ＺｎＯ≦３０．５モル％
０モル％＜Ｍｎ2Ｏ3 ≦３．５モル％、
含有し、残部に酸化ニッケル（ＮｉＯ）を含有するものである。
【００１７】
このような組成範囲とすることにより、高い固有抵抗を有しながら低損失化が可能となる。
【００１８】
また、好ましくは
４７．５モル％≦Ｆｅ2Ｏ3 ≦５０．１モル％、
２．３モル％≦ＣｕＯ≦１２モル％、
２４モル％≦ＺｎＯ≦２９．９モル％
０．１モル％≦Ｍｎ2Ｏ3 ≦２モル％、
含有し、残部にニッケルを含有するものである。このような範囲とすることで、上記酸化物磁性材料と同等の高い飽和磁束密度、固有抵抗を有し、かつ更に低損失化が可能となる。
【００１９】
また、より好ましくは、
４８モル％≦Ｆｅ2Ｏ3 ≦５０モル％、
４モル％≦ＣｕＯ≦８モル％、
２６モル％≦ＺｎＯ≦２９．６モル％
０．３モル％≦Ｍｎ2Ｏ3 ≦１．５モル％、
含有し、残部にニッケルを含有するものである。このような組成範囲とすることで、上記の酸化物磁性材料と同等の高い飽和磁束密度、固有抵抗を有し、さらなる低損失化が可能となる。
【００２０】
本発明において、高飽和磁束密度、低損失、高抵抗のフェライトを得るためには、酸化鉄および酸化マンガンの総和量を調整することが好ましい。このため、酸化鉄と酸化マンガンとをＦｅ2Ｏ3 ＋Ｍｎ2Ｏ3 換算で
４８．０モル％≦（Ｆｅ2Ｏ3 ＋Ｍｎ2Ｏ3 ）≦５０．５モル％
となるように、より好ましくは
４９．５モル％≦（Ｆｅ2Ｏ3 ＋Ｍｎ2Ｏ3 ）≦５０．１モル％
となるようにするとよい。
【００２１】
（Ｆｅ2Ｏ3 ＋Ｍｎ2Ｏ3 ）量が、５０．５モル％を超えると、比抵抗が著しく低下し、初透磁率の低下や、飽和磁束密度の低下によって、コアロスが大幅に増大してくる。また、（Ｆｅ2Ｏ3 ＋Ｍｎ2Ｏ3 ）量が、４８モル％未満になった場合には、初透磁率の低下や、飽和磁束密度の低下を招き、さらにコアロスが大幅に増大してくる。
【００２２】
また、本発明のフェライト材料は、前記の組成を有するものであれば、Ｂ、Ｃ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃｌ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｂｒ、Ｔｅ、Ｉや、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｋ、Ｃａ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｒ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂａ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ等の典型金属元素、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ等の遷移金属元素等の不可避不純物を含んでもよい。
【００２３】
本発明のフェライトコアは、上記酸化物磁性材料を含有し、電力損失（コアロス）が最小となる温度が、１００℃以上、好ましくは１２０〜１６０℃である。このような、高温側で電力損失が最小となる温度特性を有することにより、発熱を伴う電子機器においても、安定に動作させることができる。このような温度特性は、本発明の組成範囲により実現できる。
【００２４】
製造方法は、特に制限はなく、原料とする鉄、マンガン、ニッケル、銅、亜鉛の原料は、反応後酸化物になれば特に制限はなく、酸化物の他に、金属単体、炭酸塩、水酸化物、ハロゲン化物等を反応条件に合わせて任意に使用することができる。
【００２５】
本発明のフェライトコアは、主成分の原料にＦｅ2Ｏ3 ，ＮｉＯ，ＣｕＯ，ＺｎＯおよびＭｎ3Ｏ4 を用い、これらをフェライト製造の一般的な手法で作製することができる。
【００２６】
原料の粉砕混合に関しては、湿式もしくは乾式において行い、ボールミル、サンドミル、振動ミル、湿式メディア撹拌型ミル等を用い、混合粉砕した後、湿式の場合は乾燥し、仮焼し、微粉砕する。微粉砕も上記粉砕混合と同様、湿式、乾式にこだわらずボールミル、サンドミル、振動ミル、湿式メディア撹拌型ミル等を用い、湿式の場合は更に乾燥を行い、酸化物磁性材料を得る。そして所定の形状に成形し、大気中で焼成し、フェライトコアに巻き線を施し、コイル部品、トランスを得る。コアの形状としては特に限定されるものではないが、例えば、外径１８mm、内径１０mm、高さ５mmのトロイダル型コア等が挙げられ、他にいわゆるＥＥ型、ＥＩ型、ＥＥＲ型、ＵＵ型、ＵＩ型、ドラム型、ポット型、カップ型等のコアが本発明に適用できる。
【００２７】
本発明のフェライトコアは、スイッチング用、インバータ用などの電源トランス等に用いられるが、特にこの用途に限定されず、インダクタやチョークコイル等のコイル部品にも適用できる。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明の具体的実施例を示す。
以下の各実施例において、主成分の原料には、Ｆｅ2Ｏ3 ，ＮｉＯ，ＣｕＯ，ＺｎＯおよびＭｎ3Ｏ4 を用い、これらを所定量秤量し、イオン交換水を加え湿式混合した後、乾燥および解砕した。
【００２９】
次に、大気中９００℃で仮焼を行い、さらにその紛体を湿式粉砕し、最後に粉砕されたスラリー状の原料を乾燥および解砕した。この粉体にバインダー（ポリヒニルアルコール）を加えて造粒し、２０メッシュのふるいにて整粒した顆粒を、乾式圧縮成型機と金型を用いて、リング状コアに成形し、これを大気中１０００℃〜１２５０℃で２時間焼成し、外径約１８mm、内径約１０mm、高さ約５mmのリング状コアを得た。
【００３０】
得られたリング状コアを用いて、B−Hアナライザー（岩崎通信機株式会社製  SY−8216）により、２０〜１６０℃、５０kHz、１５０mTでのコアロス（Pcv）を測定した。またインビーダンスアナライザ（ヒューレットパッカード社製4291A）により磁界を０．４A／m印加し、室温で１００kHzにおいて初透磁率を測定した、飽和磁束密度は、理研電子株式会社製、直流磁化特性自動記録装置  Model
BHS40により、室温で４kA／mの磁界を印加し測定した。
【００３１】
さらに、以下に示す条件において比抵抗（室温、１kV印加）についての評価を行った。比抵抗は、直径１インチ、厚さ５mm程度となるように成形し、空気中で所定温度にて焼成し、両端面にＩｎ−Ｇａ電極を施して印加電圧１kVにおける抵抗値をIRメータ（TOA  電子製、SUPER  MEGOHMMETER、MODEL  SM−5E）を使用し測定した。
【００３２】
〔実施例１〕
表１に示す組成の発明サンプルと比較サンプルを作製した。得られたサンプルについて、上記の手法によりコアロス特性を測定した。結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
0004302904.tif 000002
【００３４】
なお、比較サンプル１は、特許１８９３６５８号（特公平８−１６４５１号）公報の最適組成に相当し、比較サンプル２は、特許第２５５１００９号公報記載の最適組成に相当し、比較サンプル３は、特開平１１−２１９８２１２号公報記載の最適組成に相当する。表１から明らかなように、いずれの比較サンプルよりも本発明サンプルは低コアロスであることが解る。
【００３５】
〔実施例２〕
次に、（Ｆｅ2Ｏ3 ＋Ｍｎ2Ｏ3 ）量についての検討
を行った。
【００３６】
図１に、作製したフェライトコアの組成と比抵抗の関係を示す。この結果から（Ｆｅ2Ｏ3 ＋Ｍｎ2Ｏ3 ）量は５０．５モル％まで実用上問題のない比抵抗１０6 を十分満足することがわかった。また、（Ｆｅ2Ｏ3 ＋Ｍｎ2Ｏ3 ）量は、より好ましくは、５０．１モル％未満、さらにより好ましくは、５０モル％未満が比抵抗の劣化のない範囲であることがわかった。
【００３７】
〔実施例３〕
次に、最適Ｆｅ2Ｏ3 量およびＭｎ2Ｏ3 量の検討を行った。（Ｆｅ2Ｏ3 ＋Ｍｎ2Ｏ3 ）量は、生産性を考え約４９．５モル％一定とし、検討を行った。しかし、（Ｆｅ2Ｏ3 ＋Ｍｎ2Ｏ3 ）量は、５０．５モル％を超えなければ大気中焼成したコアの比抵抗の面で問題ないと考える。ここで「生産性を考え」とは、実施例２で示した（Ｆｅ2Ｏ3 ＋Ｍｎ2Ｏ3 ）量５０モル％付近からの急激な比抵抗値の劣化を考慮に入れ、余裕度を持たせたという意味である。
【００３８】
表２にＦｅ2Ｏ3 にＭｎ2Ｏ3 を置換したときのフェライトコアの組成と諸特性の関係を示す。
【００３９】
【表２】
0004302904.tif 000003
【００４０】
Ｍｎ2Ｏ3 量が０＜Ｍｎ2Ｏ3 ≦３．５モル％のとき比較サンプル４と比べ、コアロスの低下がみられた。従って、より好ましくは、０．１≦Ｍｎ2Ｏ3 ≦２モル％の範囲、更により好ましくは、０．３≦Ｍｎ2Ｏ3 ≦１．５モル％の範囲が低コアロスフェライトを実現できる組成範囲であることがわかった。
【００４１】
また、図２にＭｎ2Ｏ3 量＝０モル％（比較サンプル４）と、Ｍｎ2Ｏ3 量＝１．２モル％（発明サンプル１）のときのコアロス−温度特性を示す。図２から明らかなように、コアロス値は高い温度域で低減していることが解る。特に１００℃以上で２０％以上の低コアロス化が実現できた。
【００４２】
〔実施例４〕
実施例２で明らかになったＭｎ2Ｏ3 量の最適値を中心としてＣｕＯ量の最適化検討を行った。結果を表３に示す。
【００４３】
【表３】
0004302904.tif 000004
【００４４】
その結果、ＣｕＯ量は２≦ＣｕＯ≦１３モル％のとき比較例４のコアロス値３５０（kW／m3 ）以下であるとがわかった。また、より好ましくは、２．３≦ＣｕＯ≦１２モル％の範囲が、更により好ましくは、４≦ＣｕＯ≦８．３モル％の範囲が低コアロスフェライトを実現できる組成範囲であることがわかった。
【００４５】
〔実施例５〕
実施例２および実施例３で明らかになったＭｎ2Ｏ3 量の最適値を中心として、ＺｎＯ量の最適化検討を行った。結果を表４に示す。
【００４６】
【表４】
0004302904.tif 000005
【００４７】
その結果、ＺｎＯ量は２４〜３０．５モル％のとき比較例４のコアロス値３５０（kW／m3 ）以下であるとがわかった。従って、より好ましくは、２４〜２９．９モル％の範囲、更により好ましくは、２６〜２９．６モル％の範囲が低コアロスフェライトを実現できる組成範囲であることがわかった。
【００４８】
以上のように本発明によれば、ＮｉＣｕＺｎ系フェライトのＦｅ2Ｏ3 サイトをＭｎ2Ｏ3 で置換することによって、従来のＮｉＣｕＺｎ系フェライトと比較し、飽和磁束密度が高く、低損失でしかも、比抵抗が著しく高い酸化物磁性材料が得られる。
【００４９】
その理由として、基本組成のモル百分率が１００に対して、さらにＭｎＯを添加することで１００モル％を超える組成に達しているフェライトの場合、特にＭｎの様にスピネル結晶中のBサイトに固溶しやすい元素は、優先的に固溶することでその他の金属酸化物を粒界層に析出させる。
【００５０】
このような形態で粒界層が厚くなったものは、初透磁率の低下、さらにコアロスの劣化につながることがわかっている。したがって、本発明は、主組成にMnを取り込み、金属酸化物を粒界層に析出しにくくすることで高抵抗、高飽和磁束密度の低損失フェライトが得られたものと考えられる。
【００５１】
比抵抗が高いことは、直接巻き線を施すことが可能になり、巻き線用のボビン等が不要となるため、コストの削減を図ることができるのみならず、小型化も可能である。
【００５２】
さらに、飽和磁束密度が高いことで、電源用トランスのみならずチョークコイル等の幅広い用途に用い、高い温度環境下もしくは高い発熱を伴う環境下でも使用可能な高抵抗、低損失酸化物磁性材料を提供することが可能となった。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、高磁束密度で使用する際の自己発熱すなわち損失を抑制させた、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトで、高い比抵抗を維持したまま、更なるコアロスの低減を実現し、小型電源用トランスのみならずチョークコイル等の幅広い用途にも適応可能で、チョークコイルとして重要な高飽和磁束密度という特徴を有する低損失の酸化物磁性材料を用いたフェライトコアを有するチョークコイル及び電源トランスを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ｆｅ2Ｏ3＋Ｍｎ2Ｏ3）量と比抵抗（室温、１kV印可）の関係を示したグラフである。
【図２】比較サンプル４と発明サンプル１のコアロス−温度特性を示したグラフである。
【図１】
0004302904.tif 000006
【図２】
0004302904.tif 000007