JP3544615B2 - 高飽和磁束密度フェライト材料およびこれを用いたフェライトコア - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は飽和磁束密度の高い酸化物磁性材料およびこれを用いたフェライトコアに関するものである。
【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。
【0003】
近年、携帯電話やノート型パソコンなどのバッテリー駆動型の携帯機器については、小型・薄型化の進展とともに、これらに搭載する電源に対しても小型・薄型化が強く求められている。たとえば、ノイズ除去用のコアを小型にした場合、大きな電流を流すことがむずかしくなり、そのために大きな電流を流すことのできるフェライト材料として飽和磁束密度の大きい材料が求められていた。
【0004】
すなわち、フェライト材料でもってコア形状とし、巻き線を施してコイルとした場合に、巻き線に加える電流を大きくすると、磁束密度が大きくなるが、ある程度にまで大きくなると飽和し、それ以上の磁束密度が得られないという特性があり、この時の磁束密度は飽和磁束密度(以下、この飽和磁束密度の値をBs値と略記する)と呼ばれ、そして、Bs値を越えるような電流を流すと発熱等の不都合が生じてしまう。したがって、Bs値が大きいほど大きな電流を流すことができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般的に用いられるNi−Zn系フェライトではBs値が4300G(ガウス)未満と低いものである。
【0006】
また、Ni−Zn系フェライトに各種添加物を加えて特性を高めることが提案されているが(特開昭49−2092号、特開昭49−2093号、特公昭52−27358号および特開平6−295811号参照)、いずれも上記問題を解決するものではなかった。
【0007】
したがって本発明の目的はBs値が4300G以上の高飽和磁束密度フェライト材料を提供することにある。
【0008】
また、本発明の他の目的は、本発明の高飽和磁束密度フェライト材料でもって所定形状になしたフェライトコアを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するために手段】
本発明の高飽和磁束密度フェライト材料は、47.7〜50.5モル%のFe2O3と、3.5モル%以下(0を含む)のCuOと、残部がZnOおよびNiOであり、かつZnO/NiOのモル比が0.82〜1.1である主成分100重量部に対し、0.05〜0.8重量部のBi2O3と、0.005〜0.15重量部のMoO3を含有し、密度を5.1g/cm3以上としたことを特徴とする。
【0010】
本発明の他の高飽和磁束密度フェライト材料は、上記本発明の高飽和磁束密度フェライト材料において、主成分100重量部に0.27重量部以下のCoOを含有することを特徴とする。
【0011】
さらに本発明のフェライトコアは、本発明の高飽和磁束密度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。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明の高飽和磁束密度フェライト材料は、Ni−Zn(−Cu)系フェライト材料に対し、Bi2 O3 、MoO3 、CoOを添加するとともに、上述のとおりに組成を限定し、これによって、Bs値4300G以上、さらには4500G以上を達成し、そして、室温(25℃)における比抵抗を108 Ω・cm以上という高い抵抗にして、しかも、透磁率μを300以上とした高飽和磁束密度が得られた点が特徴である。
【0013】
このようなNi−Zn(−Cu)系フェライト材料は、Fe2 O3 を47.7〜50.5モル%、好適には48.0〜50.0モル%に、CuOを3.5モル%以下、好適には、3.0モル%以下に、また、残部がZnO、NiOであり、かつZnO/NiOのモル比が0.82〜1.1、好適には0.85〜1.0であるものを主成分とした。
【0014】
Fe2 O3 が47.7モル%未満では、Bs値と透磁率μが低下し、50.5モル%を越えると抵抗値が低下する。CuOが3.5モル%を越えると透磁率μやBs値が低下する。ただし、CuOは必須成分ではなく、透磁率μの向上のためには実質上含有させない方がよく、他方、Bs値を改善させるためには含有させるのがよく、最適には2モル%程度がよい。また、ZnO/NiOのモル比が0.82未満では、透磁率μが低下し、1.1を越えるとBs値が低下する。
【0015】
さらに上記主成分100重量に対し、Bi2 O3 を0.05〜0.8重量部、好適には0.10〜0.5重量部で、MoO3 を0.005〜0.15重量部、好適には0.01〜0.1重量部で含有させる。
【0016】
本発明においては、CuO量が少ないので、難焼結性になるが、焼結促進剤としてBi2 O3 を添加し、これによって焼結性を高める。そこで、Bi2 O3 が0.05重量部未満の場合には焼結性が低下し、0.8重量部を越えるとBs値が低下する。
【0017】
MoO3 は焼結密度を高くするために添加するが、この添加量が0.005重量部未満では透磁率μが低下し、0.15重量部を越えるとBs値が低下する。
【0018】
また、本発明の高飽和磁束密度フェライト材料については、主成分100重量部に0.27重量部以下、好適には0.25重量部以下でCoOを含有させると、さらにBs値が高くなるという点で望ましい。ただし、0.27重量部を越えるように添加すると透磁率μが低下する。
【0019】
本発明の高飽和磁束密度フェライト材料を作製するには、主成分であるFe2 O3 、ZnO、NiOの各原料(必要に応じてCuOを添加する)を上述した組成比率で調合し、振動ミル等で粉砕混合し、その後、仮焼し、この仮焼粉体にBi2 O3 やMoO3 を加え、ボールミルを用いて粉砕し、その後、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、950〜1400℃の範囲で焼成する。
【0020】
かくして得られた焼結体については、ボイドを低減させるようにして、密度を5.1g/cm3 以上、好適には5.2g/cm3 以上にするとよい。密度が5.1g/cm3 未満の場合には、実効的な磁性体占有率が低くなり、透磁率μ、Bs値等の磁気特性が低下する。
【0021】
なお、本発明の高飽和磁束密度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、MnOを0.15重量部以下の範囲で、あるいはSiO2 、Al2 O3 、MgO、CaO、K2 O、S等をいずれも0.05重量部未満の範囲で含んでもよい。
【0022】
つぎに本発明の高飽和磁束密度フェライト材料を用いて作製したフェライトコアについて、その例を図1により説明する。
【0023】
図1の(a)はリング状のトロイダルコア1を示し、(b)はボビン状コア2を示し、それぞれの巻き線部1a、2aに巻き線を施すことによってコイルをなす。そして、DC−DCコンバータ等、各種電気の電源やノイズ除去用のチョークコイル等に使用できる。
【0024】
【実施例】
(例1)
49.5モル%のFe2 O3 と、2モル%のCuOと、残部がZnO、NiOであり、かつZnO/NiOのモル比が1.0になるように調合した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CoOとBi2 O3 とMoO3 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950〜1400℃で焼成し、これによって試料No.1〜18を作製した。この焼成において、焼結性の良否を○と×との2分し、○は1400℃以下でもって焼結する場合であり、×は1400℃を越える温度にまで高めることで焼結する場合である。なお、試料No.6〜8を除き、いずれの試料も焼結体密度が5.1g/cm3 以上である。
【0025】
【表1】
【0026】
これら各試料の焼結体でもってトロイダルコア1の形状となし、これに線径0.2mmの被膜銅線を7ターン巻き付けて100KHzで初透磁率μを測定した。
【0027】
また、各トロイダルコア1に、図2に示すように線径0.2mmの被膜銅線を用いて一次側巻き線3を100ターン、二次側巻き線4を30ターン巻き付けて、一次側巻き線3に電源5を、二次側巻き線4に磁束計6をそれぞれ接続し、100Hz、500mAの条件でBs値を測定した。また、抵抗値はJIS−C−2141の規格にしたがって測定した。これらの結果も表1に示す。
【0028】
表1に示す結果から明らかなとおり、本発明の試料No.9〜14および試料No.16、17については、焼結性が良好であり、透磁率μが300以上にまで高く、さらにBs値が4400G以上あり、しかも、比抵抗が108 Ω・cm以上あった。また、試料No.13、14、16および17については、CoOを添加したことで、Bs値が4500G以上になった。
【0029】
これに対し、試料No.6〜8ではBi2 O3 が添加されていないので、焼結性が低下し、焼結体密度が5.1g/cm3 未満になる。また、試料No.1〜3ではBi2 O3 が0.8重量部を越えるので、Bs値が低い。また、試料No.1、4、6ではMoO3 が添加されていないので、透磁率μが低く、試料No.3、5、8では0.15重量部を越えるので、Bs値が低い。さらにまた、試料No.15、18ではCoOを0.27重量部を越えるので、透磁率μが低い。
【0030】
(例2)
つぎに(例1)の本発明の試料を作製するに当たって、添加成分であるCoOを0.1重量部、Bi2 O3 を0.1重量部、MoO3 を0.01重量部にして、主成分の組成比を表2に示すように幾とおりにも変え、その他の条件を(例1)とまったく同じにしてトロイダルコア1の形状をなす試料No.19〜34を得た
【0031】
【表2】
【0032】
これら各試料に対し、(例1)と同様に透磁率μとBs値と抵抗を測定したところ、表2に示すような結果が得られた。また、各試料の密度をアルキメデス法によって測定した。
【0033】
表2に示す結果から明らかなとおり、本発明の試料No.26〜33については、焼結性が良好であり、透磁率μが300以上あり、さらにBs値が4550G以上あり、しかも、比抵抗が108 Ω・cm以上あった。
【0034】
しかるに、試料No.19、20ではFe2 O3 量が少なく、Bs値が低かった。試料No.22、23ではFe2 O3 量が多く、そのために比抵抗が低い。また、試料No.20、21、23ではCuO量が多く、そのために透磁率μが低い。さらにまた、ZnO/NiOのモル比が0.82未満の試料No.24では、透磁率μが低く、1.1を越える試料No.25では、Bs値が低い。そして、密度が5.1g/cm3 以下の試料No.34では透磁率μ、Bs値ともに低かった。
【0035】
(例3)
つぎに(例1)の本発明の試料を作製するに当たって、CoOを含有させないで、添加成分であるBi2 O3 を0.1重量部、MoO3 を0.01重量部にして、主成分の組成比を表3に示すようにCuOをまったく添加しないで、さらにFe2 O3 およびZnO/NiOを幾とおりにも変え、その他の条件を(例1)と同じにしてトロイダルコア1の形状をなす試料No.35〜40を得た。これら各試料に対し、(例1)と同様に透磁率μ、Bs値、抵抗ならびに密度を測定したところ、表3に示すような結果が得られた。
【0036】
【表3】
【0037】
表3に示す結果から明らかなとおり、本発明の試料No.35〜38については、焼結性が良好であり、透磁率μが380以上あり、さらにBs値が4400G以上あり、しかも、比抵抗が108 Ω・cm以上あった。しかるに、密度が5.1g/cm3 以下の試料No.39〜40では透磁率μ、Bs値ともに低かった。
【0038】
(例4)
つぎに(例1)の本発明の試料を作製するに当たって、添加成分であるCoOを0.1重量部、Bi2 O3 を0.1重量部、MoO3 を0.01重量部にして、主成分の組成比を表4に示すようにCuOをまったく添加しないで、さらにFe2 O3 およびZnO/NiOを幾とおりにも変え、その他の条件を(例1)と同じにしてトロイダルコア1の形状をなす試料No.41〜46を得た。これら各試料に対し、(例1)と同様に透磁率μ、Bs値、抵抗および密度を測定したところ、表4に示すような結果が得られた。
【0039】
【表4】
【0040】
表4に示す結果から明らかなとおり、本発明の試料No.41〜44については、焼結性が良好であり、透磁率μが360以上あり、さらにBs値が4500G以上あり、しかも、比抵抗が108 Ω・cm以上あった。しかるに、密度が5.1g/cm3 以下の試料No.45、46では透磁率μ、Bs値ともに低かった。
【0041】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明の高飽和磁束密度フェライト材料によれば、47.7〜50.5モル%のFe2 O3 と、3.5モル%以下(0を含む)のCuOと、残部がZnOおよびNiOであり、かつZnO/NiOのモル比が0.82〜1.1である主成分100重量に対し、0.05〜0.8重量部のBi2 O3 と、0.005〜0.15重量部のMoO3 を含有させることで、比抵抗108 Ω・cm以上、透磁率μ300以上の高飽和磁束密度を得るとともに、BS値が4300G以上達成できた。
【0042】
また、本発明においては、さらにCoOを含有させることで、いっそう高いBS値が得られた。
【0043】
さらにまた、本発明の高飽和磁束密度フェライト材料を用いて、フェライトコアを作製することで、小型化でき、そして、大きな電流を流すことができ、これにより、このフェライトコアを電源用に用いることで、各種電子機器が小型化できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)および(b)はそれぞれ本発明のフェライトコアを示す斜視図である。
【図2】飽和磁束密度Bsの値の測定方法を示す説明図である。
【符号の説明】
1 リング状トロイダルコア
2 ボビン状コア
1a、2a 巻き線部
3 一次側巻き線
4 二次側巻き線
5 電源
6 磁束計
Claims (3)
- 47.7〜50.5モル%のFe2O3と、3.5モル%以下(0を含む)のCuOと、残部がZnOおよびNiOであり、かつZnO/NiOのモル比が0.82〜1.1である主成分100重量部に対し、0.05〜0.8重量部のBi2O3と、0.005〜0.15重量部のMoO3を含有し、密度を5.1g/cm 3 以上としたことを特徴とする高飽和磁束密度フェライト材料。
- 請求項1記載の主成分100重量部に0.27重量部以下のCoOを含有することを特徴とする高飽和磁束密度フェライト材料。
- 請求項1または請求項2の高飽和磁束密度フェライト材料でもって所定形状になしたフェライトコア。
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