JP3590454B2

JP3590454B2 - 高周波用酸化物磁芯材料

Info

Publication number: JP3590454B2
Application number: JP17399195A
Authority: JP
Inventors: 元大学
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1995-06-16
Filing date: 1995-06-16
Publication date: 2004-11-17
Anticipated expiration: 2019-11-17
Also published as: JPH097815A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、高周波用酸化物磁芯材料に関し、特に、高周波域で使用されるスピネル型フェライト磁芯材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器技術の進歩により、電子機器内で扱われる信号の周波数帯域が高周波側に広がり、その帯域は、１０ＭＨｚ〜数ＧＨｚまで及んでいる。
【０００３】
従来、このような高周波域で使用されるインダクタンス素子用の軟磁性材料には、金属に比べ電気抵抗が高く、周波数特性が優れていることから、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト、Ｍｇ−Ｍｎ系フェライトで代表されるようなスピネル型フェライトが使用されてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、高周波帯域用インダクタンス素子に用いられる従来のＮｉ−Ｚｎ，Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライトは、通常、約１０ＭＨｚ以下の周波数を対象にした磁芯材料であり、それ以上の周波数帯域では、実効透磁率の温度変化、及び損失が極めて大きく、磁芯材料としては、使用が不可能であるという欠点を有していた。そのため、電子機器の駆動周波数の高周波化への対応が困難であった。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、これらの欠点を排除し、実効透磁率の温度変化、及び損失が小さく、３０ＭＨｚ以上での適用を可能とした高周波酸化物磁芯材料を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、検討を重ねた結果、Ｎｉ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｂｉ，Ｃｏの酸化物を主成分として含有するスピネル型フェライトにおいて、その組成比をａ［Ｎｉ_(1-x)・Ｃｕ_x］Ｏ・ｂＺｎＯ・ｃＦｅ₂Ｏ₃・ｄＢｉ₂Ｏ₃・ｅＣｏＯとし、かつ、その範囲をａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１００，０.１≦ｘ≦０.８，０≦ｂ≦１４，２３≦ｃ≦４６，０＜ｄ≦１，０＜ｅ≦０.５，ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ≦４７とすることにより、３０ＭＨｚ以上の周波数帯に適用できるスピネル型フェライト磁芯材料を工業的に有用に製造できることを見い出した。
【０００７】
即ち、本発明は、Ｎｉ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｂｉ，Ｃｏの酸化物を主成分として含有する高周波用酸化物磁芯材料において、その組成比がａ［Ｎｉ_(1-x)・Ｃｕ_x］Ｏ・ｂＺｎＯ・ｃＦｅ₂Ｏ₃・ｄＢｉ₂Ｏ₃・ｅＣｏＯ（但し、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１００，０.１≦ｘ≦０.８，０≦ｂ≦１４，２３≦ｃ≦４６，０＜ｄ≦１，０＜ｅ≦０.５，ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ≦４７）で表されることを特徴とする高周波用酸化物磁芯材料である。
【０００８】
本発明では、材料特性の評価をμ_{３０ＭＨｚ}，Ｑ_ｍａｘ，ｆ_Ｑｍａｘ，△μ_Ｔで行っている。μ_{３０ＭＨｚ}は、３０ＭＨｚにおける実効透磁率を表し、この値はインダクタンスを高くとれることから、高い方がよいが、一般的には、高すぎると、高周波特性が低下するという関係にある。又、Ｑ_ｍａｘは、Ｑ（損失係数ｔａｎδの逆数）の最大値を示すものである。ｆ_Ｑｍａｘは、Ｑ_ｍａｘが最大値を示した周波数を示し、この周波数前後が磁芯材料としては有効に動作できる範囲となる。又、△μ_Ｔは、２０℃でのμ値を基準とした場合の０〜８０℃におけるμの温度変化率を示し、次式より求めた。
【０００９】
△μ_Ｔ＝（μ_８０−μ_０）／μ_２０／８０×１００
ここで、μ_０，μ_２０，μ_８０は、各々０℃，２０℃，８０℃におけるμの値を示している。
【００１０】
【作用】
本発明の酸化物磁芯材料の組成比ａ［Ｎｉ_{（１−ｘ）}・Ｃｕ_ｘ］Ｏ・ｂＺｎＯ・ｃＦｅ_２Ｏ_３・ｄＢｉ_２Ｏ_３・ｅＣｏＯ（但し、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１００）において、０．１≦ｘ≦０．８と限定したのは、この範囲を超えると、μの温度特性が著しく劣化し、このような磁芯材料を用いてインダクタンス素子を作製した場合、温度に対するインダクタンスの変動が大きくなり、信頼性という点で不利益となるからである。
【００１１】
又、０≦ｂ≦１４，２３≦ｃ≦４６，ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ≦４７と限定したのは、ｂ＝１４，ｃ＝４６，ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝４７を越えると、ｆ_Qmaxが３０ＭＨｚ以下となり、本発明の課題である３０ＭＨｚ以上に適用できる高周波磁芯材料とならなくなるためである。又、ｃが２３より小さくなると、Ｑ_maxが減少し、工業的に不利益となるからである。
【００１２】
０＜ｄ≦１としたのは、その範囲では△μ_Ｔが小さくなるからである。又、ｄが１．０を越えると、Ｑ_ｍａｘが減少し、工業的に不利益となるからである。０＜ｅ≦０．５としたのは、その範囲ではＱ_ｍａｘが増加するからである。又、ｅが０．５を越えると、△μ_Ｔが大きくなり、工業的に不利益となるからである。
【００１３】
なお、Ｂｉ_２Ｏ_３についての効果は、一般に、△μ_Ｔの改善及びＱ_ｍａｘの向上が認められており、又、ＣｏＯについても、Ｑ_ｍａｘの向上及びｆ_Ｑｍａｘの高周波化に寄与することは認められているが、本発明では、前記組成に対して添加することにより、更に、改善が見られた。
【００１４】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明する。
【００１５】
（実施例１）
原料として、酸化鉄（α−Ｆｅ_２Ｏ_３）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化第二銅（ＣｕＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ビスマス（Ｂｉ_２Ｏ_３）、三二酸化コバルト（Ｃｏ_２Ｏ_３）を、化学組成比が６０［Ｎｉ_{（１−ｘ）}・Ｃｕ_ｘ］Ｏ・５ＺｎＯ・３４Ｆｅ_２Ｏ_３・０．５Ｂｉ_２Ｏ_３・０．５ＣｏＯ（但し、ｘ＝０，０．１，０．２，０３．，０．４，０．５，０．６，０．７，０．８，０．９）となるように調整し、ボールミルにて２０時間湿式混合した。ここで、原料粉末は、粒度が全て０．５μｍ以下のものを使用した。
【００１６】
次に、これらの原料混合粉末を大気中８００℃で２時間仮焼した後、ボールミルにて３時間湿式粉砕し、成形用粉末とした。
【００１７】
次いで、これらの成形用粉末を外径１０ｍｍ、内径２ｍｍの金型を用いて、高さ１０ｍｍの成形体となるように、成形圧２ｔｏｎ／ｃｍ^２で圧縮成形した。
【００１８】
更に、これらの成形体を大気中、徐熱、炉冷にて、９３０℃で４時間保持し、焼結した。これらの焼結体は、外径約８．５ｍｍ、内径約１．７ｍｍ、高さ約７．５ｍｍであった。
次に、これらの焼結体の磁芯特性を測定した。その結果を図１に示す。
【００１９】
図１に示すように、ｘ＝０．１〜０．８の範囲を越えると、△μ_Ｔが著しく大きくなることがわかる。従って、この範囲が有用な組成であることがわかる。
【００２０】
（実施例２）
実施例１と同様にして、化学組成比がａ（Ｎｉ_０．７・Ｃｕ_０．３）Ｏ・ｂＺｎＯ・２３Ｆｅ_２Ｏ_３・０．５Ｂｉ_２Ｏ_３・０．５ＣｏＯ（但し、ａ＋ｂ＝５２，ｂ＝０，２，４，６，８，１０，１２，１４，１６，１８，２０）となるように、成形用粉末を作製し、成形体を得た。
次に、これらの成形体を９３０℃で２時間焼結し、磁芯特性を測定した。その結果を図２に示す。
【００２１】
図２に示すように、ｂ＝１４を越えると、ｆ_Ｑｍａｘが３０ＭＨｚより小さくなることがわかる。従って、ｂ＝０〜８の組成範囲が有用であることがわかる。
【００２２】
（実施例３）
実施例１と同様にして、化学組成比がａ（Ｎｉ_０．７・Ｃｕ_０．３）Ｏ・ｃＦｅ_２Ｏ_３・０．５Ｂｉ_２Ｏ_３・０．５ＣｏＯ（但し、ａ＋ｃ＝９９，ｃ＝２２，２３，２４，２６，２８，４２，４４，４６，４７，４８）となるように、成形用粉末を作製し、成形体を得た。
次に、これらの成形体を９３０℃で２時間焼結し、磁芯特性を測定した。その結果を図３に示す。
【００２３】
図３に示すように、ｃ＝２３より小さくなると、Ｑ_maxが著しく低下することがわかる。又、ｃ＝４６を越えると、ｆ_Qmaxが３０ＭＨｚ以下となることがわかる。従って、ｃ＝２３〜４６の範囲が有用な組成であることがわかる。
【００２４】
（実施例４）
実施例１と同様にして、化学組成比がａ（Ｎｉ_０．７・Ｃｕ_０．３）Ｏ・５ＺｎＯ・３４Ｆｅ_２Ｏ_３・ｄＢｉ_２Ｏ_３・０．５ＣｏＯ（但し、ａ＋ｄ＝６０．５，ｄ＝０，０．２，０．４，０．６，０．８，１．０，１．２）となるように、成形用粉末を作製し、成形体を得た。
次に、これらの成形体を９３０℃で２時間焼結し、磁芯特性を測定した。その結果を図４に示す。
【００２５】
図４に示すように、ｄ＞０とすることにより、△μ_Ｔが著しく低下している。又、ｄ＝１．０を越えると、Ｑ_ｍａｘが低下し、ｆ_Ｑｍａｘも３０ＭＨｚ以下となっている。従って、ｄ＝０〜１．０（但し、０は含まず）の範囲が有用な組成であることがわかる。
【００２６】
（実施例５）
実施例１と同様にして、化学組成比がａ（Ｎｉ_０．７・Ｃｕ_０．３）Ｏ・５ＺｎＯ・３４Ｆｅ_２Ｏ_３・０．５Ｂｉ_２Ｏ_３・ｅＣｏＯ（但し、ａ＋ｅ＝６０．５，ｅ＝０，０．１，０．２，０．３，０．４，０．５，０．６）となるように、成形用粉末を作製し、成形体を得た。
次に、これらの成形体を９３０℃で２時間焼結し、磁芯特性を測定した。その結果を図５に示す。
【００２７】
図５に示すように、ｅ＞０とすることにより、Ｑ_ｍａｘの増加が認められる。又、ｅ＝０．５を越えると、△μ_Ｔが著しく大きくなっている。従って、ｅ＝０〜０．５（但し、０は含まず）の範囲が有用な組成であることがわかる。
【００２８】
（実施例６）
実施例１と同様にして、化学組成比がａ（Ｎｉ_０．７・Ｃｕ_０．３）Ｏ・ｂＺｎＯ・ｃＦｅ_２Ｏ_３・ｄＢｉ_２Ｏ_３・ｅＣｏＯ（但し、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１００，ｂ＝０，２，４，６，８，１０，１２，１４，ｃ＝３４，３６，３８，４０，４２，４４，４６，４８，ｄ＝０．５，ｅ＝０．５）となるように、成形用粉末を作製し、成形体を得た。
次に、これらの成形体を９３０℃で２時間焼結し、磁芯特性を測定した。その結果を表１及び表２に示す。
【００２９】
【表１】

【００３０】
【表２】

【００３１】
表１より、ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ≦４７でｆ_Ｑｍａｘが３０ＭＨｚ以上となるとことがわかる。従って、ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ≦４７の範囲が有用な組成であることがわかる。
【００３２】
以上、各実施例で示すように、μ_{３０ＭＨｚ}を１５程度確保しても、Ｑ_ｍａｘが約１５０から２００得られ、従来のこの系の材料に得られない特性が得られている。
【００３３】
なお、本実施例においては、ＮｉＯ，ＣｕＯ，ＺｎＯ，α−Ｆｅ_２Ｏ_３，Ｂｉ_２Ｏ_３，Ｃｏ_２Ｏ_３を原料として使用したフェライト焼結体のみについて述べているが、必ずしも、これら酸化物に限定されるものではなく、焼結体がスピネル型フェライトを形成するものであれば、本発明の範囲にある。
【００３４】
又、粉末の予備焼成、及び成形体の焼結を大気中で行っているが、焼結後の生成物がスピネル型フェライトであれば、成形用粉末の製造方法が予備焼成なし、共沈法、水熱合成法、噴霧焙焼法を適用しても、又、焼成雰囲気が大気中に比べ酸化性であっても、還元性であっても、本発明の範囲にある。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、３０ＭＨｚ以上でも、実効透磁率の温度変化が小さく、磁気損失が小さい高周波用酸化物磁芯材料を提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１における化学組成比６０［Ｎｉ_{（１−ｘ）}・Ｃｕ_ｘ］Ｏ・５ＺｎＯ・３４Ｆｅ_２Ｏ_３・０．５Ｂｉ_２Ｏ_３・０．５ＣｏＯのｘと磁芯特性μ_{３０ＭＨｚ}，△μ_Ｔ，ｆ_Ｑｍａｘ，Ｑ_ｍａｘとの関係を示す図。
【図２】実施例２における化学組成比ａ（Ｎｉ_０．７・Ｃｕ_０．３）Ｏ・ｂＺｎＯ・２３Ｆｅ_２Ｏ_３・０．５Ｂｉ_２Ｏ_３・０．５ＣｏＯのｂと磁芯特性μ_{３０ＭＨｚ}，ｆ_Ｑｍａｘ，Ｑ_ｍａｘとの関係を示す図。
【図３】実施例３における化学組成比ａ（Ｎｉ_０．７・Ｃｕ_０．３）Ｏ・ｃＦｅ_２Ｏ_３・０．５Ｂｉ_２Ｏ_３・０．５ＣｏＯのｃと磁芯特性μ_{３０ＭＨｚ}，ｆ_Ｑｍａｘ，Ｑ_ｍａｘとの関係を示す図。
【図４】実施例４における化学組成比ａ（Ｎｉ_０．７・Ｃｕ_０．３）Ｏ・５ＺｎＯ・３４Ｆｅ_２Ｏ_３・ｄＢｉ_２Ｏ_３・０．５ＣｏＯのｄと磁芯特性μ_{３０ＭＨｚ}，△μ_Ｔ，ｆ_Ｑｍａｘ，Ｑ_ｍａｘとの関係を示す図。
【図５】実施例５における化学組成比ａ（Ｎｉ_０．７・Ｃｕ_０．３）Ｏ・５ＺｎＯ・３４Ｆｅ_２Ｏ_３・０．５Ｂｉ_２Ｏ_３・ｅＣｏＯのｅと磁芯特性μ_{３０ＭＨｚ}，△μ_Ｔ，ｆ_Ｑｍａｘ，Ｑ_ｍａｘとの関係を示す図。

Claims

Ｎｉ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ｂｉ，Ｃｏの酸化物を主成分として含有する高周波用酸化物磁芯材料において、その組成比がａ［Ｎｉ_(1-x)・Ｃｕ_x］Ｏ・ｂＺｎＯ・ｃＦｅ₂Ｏ₃・ｄＢｉ₂Ｏ₃・ｅＣｏＯ（但し、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１００，０.１≦ｘ≦０.８，０≦ｂ≦１４，２３≦ｃ≦４６，０＜ｄ≦１，０＜ｅ≦０.５，ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ≦４７）で表されることを特徴とする高周波用酸化物磁芯材料。