JP5387947B2

JP5387947B2 - 焼結フェライト材料

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Publication number: JP5387947B2
Application number: JP2009009517A
Authority: JP
Inventors: 多田　　智之; 康晴三吉
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
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Filing date: 2009-01-20
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Description

この発明は、電源回路用などに用いられるインダクタ、バーアンテナなどのアンテナ、トランス等、巻線部品のコア材に用いられる焼結フェライト材料に関し、特に、高い初透磁率、高い飽和磁束密度、高い比抵抗を満足する焼結フェライト材料に関する。

従来、ＤＣ−ＤＣコンバータの電源回路用などに用いられるインダクタ、バーアンテナなどのアンテナ、トランス等の巻線部品のコア材として用いられるフェライト材料には、導体との電気的な絶縁を確保するために、高比抵抗を有するＮｉ系フェライト材料が用いられていた。

しかし、Ｎｉ系フェライト材料は、主成分となるＮｉが高価であるとともに、磁歪定数が大きいため、樹脂モールドタイプの巻線部品では樹脂を硬化させる際、コアにかかる応力によって軟磁気特性が変化するという問題があった。

高価なＮｉを含まない材料として、Ｌｉ系フェライト材料が知られている。Ｌｉ系フェライト材料は磁歪定数が小さいため、樹脂モールドタイプの巻線部品などに用いても、軟磁気特性の変化率が小さいという特徴を有する。

しかし、Ｌｉ系フェライト材料は１０００℃以上の高温で焼成するとインダクタやアンテナなどの用途に適した高初透磁率（例えば２００以上）、高飽和磁束密度は得られるものの、高い比抵抗（例えば１０^６Ωｍ以上）を得ることが困難であった。

例えば、１０００℃以上の高温で焼成されるＬｉ系フェライト材料として、（１−ｘ）Ｌｉ_２Ｏ、（５−２α−ｘ）Ｆｅ_２Ｏ_３、４ｘＺｎＯ、４ｙＭｎＯ、４βＢｉ_２Ｏ_３、０≦α≦０．３５、０≦ｘ≦０．４５、０≦ｙ≦０．２、０≦β≦０．００５でｘ、ｙ、βのうち少なくとも２つは同時に零でなく、かつｙが零のときにはαは零でない組成を有する非可逆回路素子用のＬｉ系フェライト材料が提案されている（特許文献１）。

特許文献１によるＬｉ系フェライト材料は、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｂｉのうち少なくとも２つを同時に含有させることにより、温度特性や損失特性などの特性が向上し、さらに、酸素及び窒素中で繰り返し熱処理を行う際に、少なくとも一回は窒素中で、最後に酸素中で熱処理を行うことにより比抵抗が向上することが記載されている。

しかし、特許文献１によるＬｉ系フェライト材料は、４０００Ｇ（４００ｍＴ）以上の飽和磁束密度は得られるものの、比抵抗が１０^７Ωｃｍ（１０^５Ωｍ）程度と低い。また、比抵抗を向上させるには、酸素及び窒素中で繰り返し熱処理を行うことが必要となるが、製造サイクルが長くなるとともに、製造コストも増加するという問題がある。

一方、Ｂｉ_２Ｏ_３などの焼結助剤を添加し、低温（９００℃程度）で焼成することにより、比抵抗を１０^６Ωｍ以上に向上させたＬｉ系フェライト材料が提案されている（特許文献２）が、初透磁率が低くなってしまうという問題がある。

また、Ｌｉ系フェライト材料は角形比が大きいという特徴を有するため、従来からメモリーコア材などに用いることが検討されてきたが、Ｎｉ系フェライト材料に比べ飽和磁束密度が小さいという問題があった。従って、良好な直流重畳特性が要求されるインダクタやアンテナなどの用途に用いるには、飽和磁束密度を向上させることが必要となる。

特公昭５５−２７０１５特開２００４−１５３１９７

このように、従来のＬｉ系フェライト材料においては、高い初透磁率、高い飽和磁束密度、高い比抵抗の全てを満足するものは未だ提案されていない。

この発明は、高い比抵抗が要求されるボビンを必要としない直巻線タイプ、高い初透磁率及び飽和磁束密度が要求される直流バイアス磁界下で使用されるギャップ入りタイプ、高い耐応力性が要求される樹脂モールドタイプなど、各種タイプのインダクタ、アンテナ、トランスなどの巻線部品のコア材として最適な、高い初透磁率、高い飽和磁束密度、高い比抵抗の全てを満足し、かつ各用途で使用される比較的高温でも高い飽和磁束密度を有するＬｉ系焼結フェライト材料を、安価にして提供することを目的とする。

発明者らは、上記目的を達成すべく、Ｌｉ系フェライト材料の組成について鋭意研究の結果、高い初透磁率、高い飽和磁束密度、高い比抵抗の全てを満足することができる組成領域があることを見いだし、しかも、当該組成においては、複雑な熱処理などを施さなくても優れた諸特性を有するＬｉ系フェライト材料を安価にして提供できることを確認し、この発明を完成した。

この発明の焼結フェライト材料は、組成式（１−ｘ−ｙ−ｚ）（Ｌｉ_０．５Ｆｅ_０．５）Ｏ・ｘＺｎＯ・ｙＦｅ_２Ｏ_３、ｚＣｕＯであり、ｘ，ｙ，ｚが、０．１４≦ｘ≦０．１９、０．４８≦ｙ＜０．５、０≦ｚ≦０．０３を満足するとともに不可避的不純物を許容する主成分と、前記主成分を１００質量％として、副成分として外枠量で０．５質量％以上３質量％以下のＢｉ _２Ｏ _３を含有し、２３℃、１００ｋＨｚにおける初透磁率２００以上、印加磁界４０００Ａ／ｍでの飽和磁束密度が２３℃で４３０ｍＴ以上、１００℃で３８０ｍＴ以上、比抵抗１０^６Ωｍ以上を満足することを特徴とする。さらに、前記ｚが０.００５≦ｚ≦０．０３であることが好ましい。

この発明は、上記構成を有する焼結フェライト材料において、平均結晶粒径が７．５μｍ以上２５μｍ以下であることを特徴とする。

この発明は、上記構成を有する焼結フェライト材料において、圧力３０ＭＰａで加圧した時の初透磁率の変化率が±３.８％以内であることを特徴とする。

この発明は、上記構成を有する焼結フェライト材料において、結晶粒１００個あたりの粒界ポア数が２０個以上であることを特徴とする。

この発明は、上記構成を有する焼結フェライト材料において、圧力３０ＭＰａで加圧した時の初透磁率の変化率が±３％以内であることを特徴とする。

この発明は、上記構成を有する焼結フェライト材料を用いた巻線部品を特徴とする。

この発明によれば、初透磁率２００以上、飽和磁束密度が２３℃で４３０ｍＴ以上、１００℃で３８０ｍＴ以上、比抵抗１０^６Ωｍ以上を満足する焼結フェライト材料を得ることができる。

この発明による焼結フェライト材料を、ＤＣ−ＤＣコンバータの電源回路用などに用いられるインダクタ、バーアンテナなどのアンテナ、トランス等の巻線部品のコア材に用いることにより、コアに直接巻線することが可能となってボビンが不要となるため、巻線部品の製造コストを低減でき、さらには小型化を図ることもできる。

この発明による焼結フェライト材料は、高温においても高い飽和磁束密度を有するため、インダクタやアンテナのコア材に用いることにより、直流重畳特性に優れた安価なインダクタやアンテナを提供することができる。

この発明による焼結フェライト材料を樹脂モールドタイプの巻線部品のコア材として用いることにより、外部応力に対する透磁率の変化率が小さいため、軟磁気特性のバラツキを低減した巻線部品を提供することができる。

この発明によれば、複雑な熱処理などを必要としないので、上記特性を満足するＬｉ系焼結フェライト材料を安価にして提供することができる。

この発明の焼結フェライト材料は、組成式（１−ｘ−ｙ−ｚ）（Ｌｉ_０．５Ｆｅ_０．５）Ｏ・ｘＺｎＯ・ｙＦｅ_２Ｏ_３、ｚＣｕＯであり、ｘ，ｙ，ｚが、０．１４≦ｘ≦０．１９、０．４８≦ｙ＜０．５、０≦ｚ≦０．０３を満足する材料を１００質量％として、外枠量でＢｉ_２Ｏ_３を０．５質量％以上３質量％以下を含有することを特徴とする。

上述した特許文献１の特許請求の範囲には、（１−ｘ）Ｌｉ_２Ｏ、（５−２α−ｘ）Ｆｅ_２Ｏ_３、４ｘＺｎＯ、４ｙＭｎＯ、４βＢｉ_２Ｏ_３、０≦α≦０．３５、０≦ｘ≦０．４５、０≦ｙ≦０．２、０≦β≦０．００５でｘ、ｙ、βのうち少なくとも２つは同時に零でなく、かつｙが零のときにはαは零でない組成を有するＬｉ系フェライト材料が記載されている。

特許文献１によれば「ｘ、ｙ、βのうち少なくとも２つは同時に零でなく」であるから、ＭｎとＺｎ、ＺｎとＢｉ、ＭｎとＢｉ、あるいはＭｎとＺｎとＢｉが同時に含有されなければならないが、特許文献１の実施例ではほとんど全てにＭｎが含まれている。実施例中、Ｍｎが含まれていないのは、第３表の試料番号ＭＬＦ−３７のみである。そして、第３表の説明として「しかしｙ＝０即ちＭｎが含まれないと、直流抵抗は極めて小さくなりマイクロ波回路としては実用に適さなくなる。」と記載されている。ちなみに、上記試料番号ＭＬＦ−３７の組成をこの発明の組成式に換算すると、Ｆｅ_２Ｏ_３＝０．５、（Ｌｉ_０．５Ｆｅ_０．５）Ｏ＝０．３、ＺｎＯ＝０．２となる。

前記の通り、この発明による焼結フェライト材料にはＭｎＯは含まれない（但し、不可避的不純物として混入する場合は除く）。また、ＺｎＯの上限は０．１９であり、Ｆｅ_２Ｏ_３の上限は０．５未満（０．５を含まない）である。さらに、後述する実施例に示す通り、この発明ではＭｎＯは含まれていないが、１０^６Ωｍ以上の高い比抵抗が得られている。この発明による焼結フェライト材料の組成は、従来のＬｉ系フェライト材料に鑑み、高い初透磁率、高い飽和磁束密度、高い比抵抗の全てを満足することができるＬｉ系フェライト材料の組成について鋭意研究した結果、見いだしたものである。

本発明における請求項１の焼結フェライト材料の組成限定理由を以下に詳述する。

ｘはＺｎＯの含有率であり、０．１４〜０．１９（０．１４以上、０．１９以下、〜の意味は以下同様）の範囲が好ましい。０．１４未満では初期透磁率が小さくなり２００を下回り、０．１９を超えると飽和磁束密度が小さくなり２３℃で４３０ｍＴ、１００℃で３８０ｍＴを下回るため好ましくない。より好ましい範囲は０．１６〜０．１７であり、初透磁率２５０以上、飽和磁束密度が２３℃で４４０ｍＴ以上、１００℃で４００ｍＴ以上、比抵抗１０^６Ωｍ以上の特性が得られる。

ｙはＦｅ_２Ｏ_３相当の含有率であって、（Ｌｉ_０．５Ｆｅ_０．５）ＯにおけるＦｅを除くものであり、０．４８以上０．５未満の範囲が好ましく、初透磁率２００以上、飽和磁束密度が２３℃で４３０ｍＴ以上、１００℃で３８０ｍＴ以上、比抵抗１０^６Ωｍ以上を満足することができる。ｙが０．４８未満では飽和磁束密度が小さくなり２３℃で４３０ｍＴ、１００℃で３８０ｍＴを下回り、０．５以上では比抵抗が１０^６Ωｍを下回るため好ましくない。特にｙが０．５以上では比抵抗が急激に低下する。従って、安定な比抵抗を得るためにはｙは０．５未満であることが好ましい。より好ましい範囲は０．４８５〜０．４９５であり、初透磁率２５０以上、飽和磁束密度が２３℃で４４０ｍＴ以上、１００℃で４００ｍＴ以上、比抵抗１０^６Ωｍ以上の特性が得られ、優れた直流重畳特性が要求されるインダクタやアンテナ用材料として最適である。なお、（Ｌｉ_０．５Ｆｅ_０．５）Ｏは、上述したｘ、ｙ及び後述するｚの残部となる。

ｚはＣｕＯの含有率であり、添加する場合は０．０３以下が好ましい。本発明においてはＣｕＯの添加無しでも優れた諸特性が得られるが、ＣｕＯの添加によりさらに比抵抗を向上させることができる。また、上記の通り、ＣｕＯは（Ｌｉ_０．５Ｆｅ_０．５）Ｏの一部を置換するものであり、ＣｕＯの添加により、後述するＢｉ_２Ｏ_３の添加量を低減させても高い特性を維持することが可能になり、Ｂｉ_２Ｏ_３量低減により、焼結フェライトを安価にして提供することができるという効果を奏する。ｚが０．０３を超えると飽和磁束密度が小さくなり２３℃で４３０ｍＴ、１００℃で３８０ｍＴを下回るため好ましくない。より好ましい範囲は０．０２以下である。

上述した組成を有する材料を１００質量％として、外枠量でＢｉ_２Ｏ_３を０．５質量％〜３質量％含有させる。従来、Ｌｉ系フェライト材料においては、１０００℃以上での高温焼成を行うと１０^６Ωｍ以上の比抵抗を得ることが困難であったが、上述した組成式の材料にＢｉ_２Ｏ_３を０．５質量％〜３質量％含有させることにより、高温焼成においても高い比抵抗を得ることができる。Ｂｉ_２Ｏ_３が０．５質量％未満では比抵抗の向上効果が得られず、３質量％を超えると飽和磁束密度が低下するため好ましくない。より好ましい範囲は０．５質量％〜１．２５質量％である。なお、Ｂｉ_２Ｏ_３は後述する製造方法において、仮焼工程後、焼結工程前に添加することが好ましい。

上述した組成限定理由を満足することによって、初透磁率２００以上、飽和磁束密度が２３℃で４３０ｍＴ以上、１００℃で３８０ｍＴ以上、比抵抗１０^６Ωｍ以上を満足するフェライト材料を得ることができる。なお、本発明による焼結フェライト材料は、不可避的不純物を許容することができる。例えば、ＭｎＯはこの発明による焼結フェライト材料の必須元素ではないが、不純物として混入する程度であれば差し支えない。

この発明による焼結フェライト材料は、以下の製造方法によって得ることができる。

まず、組成式（１−ｘ−ｙ−ｚ）（Ｌｉ_０．５Ｆｅ_０．５）Ｏ・ｘＺｎＯ・ｙＦｅ_２Ｏ_３、ｚＣｕＯであり、ｘ，ｙ，ｚが、０．１４≦ｘ≦０．１９、０．４８≦ｙ＜０．５、０≦ｚ≦０．０３を満足する材料を１００質量％として、外枠量でＢｉ_２Ｏ_３を０．５質量％以上３質量％以下を含有する材料を準備する。

上記材料を準備する工程は、後述する焼成工程までに行えばよい。すなわち、秤量、混合、仮焼、粉砕、成形までの各工程にて上記材料を準備すればよい。例えば、全ての元素の出発原料となる炭酸塩粉末や酸化物粉末を最初から秤量、混合して、仮焼してもよいし、ＢｉやＬｉなどの原料粉末を除く他の原料粉末のみを先に秤量、混合して仮焼を行った後、ＢｉやＬｉなどの原料粉末を当該仮焼粉に混合した後、粉砕、成形してもよい。あるいは粉砕後の粉砕粉に混合した後、焼成してもよい。

仮焼工程において、仮焼温度は８００℃〜１２００℃が好ましい。より好ましい範囲は１０００℃〜１２００℃である。仮焼工程によって、上記の混合原料粉末を加熱し、固相反応（フェライト化反応）によってフェライト相を形成する。仮焼時間は２時間〜５時間が好ましい。また、仮焼雰囲気は大気中あるいは酸素中が好ましい。

この発明の焼結フェライト材料は、優れた初透磁率、飽和磁束密度、比抵抗を有するとともに、外部応力に対する初透磁率の変化率が小さいという特徴を有する。上述した組成範囲とし、仮焼を８００℃〜１２００℃で行い、後述する工程を経ることによって、圧力３０ＭＰａで加圧した時の初透磁率の変化率が±５％以内という焼結フェライト材料が得られるが、１０００℃〜１２００℃という比較的高温で仮焼することにより、さらに外部応力に対する初透磁率の変化率を小さくすることができ、圧力３０ＭＰａで加圧した時の初透磁率の変化率が±３％以内という焼結フェライト材料を得ることができる。

１０００℃〜１２００℃という比較的高温で仮焼すると、フェライト化反応が終了した粉末同士がネックを形成し、粉末の結合が進行する。そのため、後述する粉砕工程において粉砕され難くなり、比較的大きな粉末と比較的小さな粉末が含まれる、いわゆる粒度分布がシャープでない粉砕粉となる。

この粉砕粉を成形、焼成することにより、結晶粒界に形成されるポアの数を増加させることができ、粒界ポアの増加により外部応力を緩和させることが出来るため、外部応力に対する初透磁率の変化率をさらに小さくすることができる。

粉砕工程において、粉砕は、純水またはエタノール中で行うことが好ましい。また、粉砕後の粉砕粉の平均粒径は０．５μｍ〜２．０μｍが好ましい。

粉砕後の粉砕粉は、所望の成形手段によって成形する。成形前に、必要に応じて粉砕粉を造粒装置によって造粒してもよい。成形圧力は７０ＭＰａ〜１５０ＭＰａが好ましい。

上記にて得られた成形体を焼成して焼結フェライト材料を得る。焼成温度は１０００℃〜１１５０℃が好ましい。１０００℃未満では初透磁率が小さくなり、１１５０℃を超えると成形体中のＢｉが揮散して炉内を汚染するなどの可能性があるため好ましくない。より好ましい範囲は１０５０℃〜１１００℃である。焼成雰囲気は、大気中あるいは酸素雰囲気中が好ましく、焼成時間は２〜５時間が好ましい。

この発明による焼結フェライト材料は、焼成後の平均結晶粒径を７．５μｍ以上２５μｍ以下に調整することによって、比抵抗を低下させることなく、初透磁率、飽和磁束密度を向上させることができる。一般に、高い比抵抗を得るには、平均結晶粒径を小さくし、粒界抵抗を増加させることが好ましいと考えられていた。しかし、この発明による焼結フェライト材料においては、平均結晶粒径を従来の材料よりも大きくすると、比抵抗を低下させることなく、初透磁率、飽和磁束密度が向上できることがわかった。これは、この発明による焼結フェライト材料の組成範囲に起因するものと考えられ、この発明固有の効果である。

平均結晶粒径は、７．５μｍ以上にすることによって、初透磁率、飽和磁束密度の向上効果が得られるため好ましい。２５μｍを超えると比抵抗が低下するため好ましくない。平均結晶粒径は、上述した仮焼温度・時間、粉砕粒径、焼成温度・時間によって調整することができる。

（実施例１）
本実施例は、ｘ（ＺｎＯ）の組成限定理由を実証するものである。

最終的な組成が表１に示す種々の組成（以下の全ての実施例において、各表の（Ｌｉ_０．５Ｆｅ_０．５）Ｏ、ＺｎＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＣｕＯについてはｍｏｌ％にて表記。組成式におけるｘ、ｙ、ｚの０．０１が１ｍｏｌ％に相当）となるように、出発原料となる炭酸塩粉末と酸化物粉末を秤量、混合し、大気中１０００℃で３時間仮焼した。得られた仮焼粉に対して、外枠量として０．７５質量％のＢｉ_２Ｏ_３を添加し、ボールミルで０．５μｍから２μｍの大きさになるように湿式粉砕した後、乾燥した。

得られた粉末にポリビニルアルコールを１重量％添加し、造粒を行って造粒粉となし、該造粒粉を外径９ｍｍ×内径４ｍｍ×厚み３ｍｍのリング状と、３０ｍｍ×２０ｍｍ×厚み５ｍｍの板状と、外枠９．５ｍｍ×内枠４．７ｍｍ×厚み２．４ｍｍの額縁形状とに、成形圧力１５０ＭＰａで成形し、得られた成形体を大気中１０５０℃で３時間焼成し、焼結フェライト材料を得た。

得られたリング状の焼結フェライト材料に巻き線を施し、ＬＣＲメータ（ＨＥＷＬＥＴＴＰＡＣＫＡＲＤ製装置名４２８５Ａ）でｆ＝１００ｋＨｚにて初透磁率を室温（２３℃）で測定した。また、４０００Ａ／ｍのＢＨループを測定した。測定結果を表１に示す。

また、得られた板状の焼結フェライト材料より１７ｍｍ×２ｍｍ×厚み２ｍｍの試料を切り出し、両端に導電性ペーストを塗布し２端子法にて試料の抵抗を室温（２３℃）で測定した。測定結果を表１に示す。なお、以下の各表並びに各図においては、比抵抗ρ（Ωｍ）の値を、例えば２．４×１０^７ならば２．４Ｅ＋０７と表記する。

また、得られた額縁形状の焼結フェライト材料に巻き線を施し、上記と同様のＬＣＲメータで初透磁率を測定した。また、一軸で３０ＭＰａで加圧し、加圧前後の初透磁率の変化率を求めた。測定結果を表１に示す。

なお、表１において、試料番号横に＊印を付したものは比較例である（＊の意味は以下同様）。また、表１の結果をグラフにしたものを図１〜図４に示す。いずれも横軸はＺｎＯ量であり、図１は初透磁率の変化を示すグラフ、図２は２３℃における飽和磁束密度の変化を示すグラフ、図３は１００℃における飽和磁束密度の変化を示すグラフ、図４は比抵抗の変化を示すグラフである。

表１並びに図１〜図４から明らかなように、ＺｎＯの含有率が０．１４〜０．１９の範囲で、初透磁率２００以上、飽和磁束密度が２３℃で４３０ｍＴ以上、１００℃で３８０ｍＴ以上、比抵抗１０^６Ωｍ以上の高い特性が得られていることが分かる。また、表１の結果より、本発明の焼結フェライト材料は、応力による初透磁率の変化が小さいことがわかる。

（実施例２）
本実施例は、ｙ（Ｆｅ_２Ｏ_３）の組成限定理由を実証するものである。

最終的な組成が表２に示す種々の組成を用いる以外は実施例１と同様に実験を行った。その結果を表２に示す。また、表２の結果をグラフにしたものを図５〜図８に示す。いずれも横軸はＦｅ_２Ｏ_３量であり、図５は初透磁率の変化を示すグラフ、図６は２３℃における飽和磁束密度の変化を示すグラフ、図７は１００℃における飽和磁束密度の変化を示すグラフ、図８は比抵抗の変化を示すグラフである。

表２並びに図５〜図８から明らかなように、Ｆｅ_２Ｏ_３の含有率が０．４８以上０．５未満の範囲で、初透磁率２００以上、飽和磁束密度が２３℃で４３０ｍＴ以上、１００℃で３８０ｍＴ以上、比抵抗１０^６Ωｍ以上の高い特性が得られていることが分かる。また、表２の結果より、本発明の焼結フェライト材料は、応力による初透磁率の変化が小さいことがわかる。

（実施例３）
本実施例は、ｚ（ＣｕＯ）の組成限定理由を実証するものである。

最終的な組成が表３に示す種々の組成を用いる以外は実施例１と同様に実験を行った。その結果を表３に示す。また、表３の結果をグラフにしたものを図９〜図１２に示す。いずれも横軸はＣｕＯであり、図９は初透磁率の変化を示すグラフ、図１０は２３℃における飽和磁束密度の変化を示すグラフ、図１１は１００℃における飽和磁束密度の変化を示すグラフ、図１２は比抵抗の変化を示すグラフである。

表３並びに図９〜図１２から明らかなように、ＣｕＯが０．０３以下で、初透磁率２００以上、飽和磁束密度が２３℃で４３０ｍＴ以上、１００℃で３８０ｍＴ以上、比抵抗１０^６Ωｍ以上の高い特性が得られていることが分かる。特に、図１２から明らかなように、ＣｕＯの添加により比抵抗が向上していることが分かる。また、表３の結果より、本発明の焼結フェライト材料は、応力による初透磁率の変化が小さいことがわかる。

（実施例４）
本実施例は、Ｂｉ_２Ｏ_３の含有量の限定理由を実証するものである。

最終的な組成が表４に示す種々の組成を用いる以外は実施例１と同様に実験を行った。その結果を表４に示す。また、表４の結果をグラフにしたものを図１３〜図１６に示す。いずれも横軸はＢｉ_２Ｏ_３であり、図１３は初透磁率の変化を示すグラフ、図１４は２３℃における飽和磁束密度の変化を示すグラフ、図１５は１００℃における飽和磁束密度の変化を示すグラフ、図１６は比抵抗の変化を示すグラフである。

表４並びに図１３〜図１６から明らかなように、Ｂｉ_２Ｏ_３の添加量が０．５質量％以上３質量％以下の範囲で、初透磁率２００以上、飽和磁束密度が２３℃で４３０ｍＴ以上、１００℃で３８０ｍＴ以上、比抵抗１０^６Ωｍ以上の高い特性が得られていることが分かる。また、表４の結果より、本発明の焼結フェライト材料は、応力による初透磁率の変化が小さいことがわかる。

（実施例５）
本実施例は、焼結フェライト材料の平均結晶粒径の限定理由を実証するものである。

最終的な組成が表５に示す組成を用い、仮焼温度を８００℃（試料番号２８）、８３５℃（試料番号２９）、９００℃（試料番号３０）、１０００℃（試料番号３１）、１１００℃（試料番号３２）の範囲で行う以外は実施例１と同様に実験を行った。但し、試料番号２８のみは焼成温度を９３０℃とした。その結果を表５に示す。また、得られた焼結フェライト材料の組織写真を図１７、図１８に示す。図１７は試料番号２８の組織写真、図１８は試料番号３１の組織写真である。

表５から明らかなように、平均結晶粒径を７．５μｍ以上２５μｍ以下に調整することによって、比抵抗を低下させることなく、初透磁率、飽和磁束密度が向上していることが分かる。

（実施例６）
本実施例は、焼結フェライト材料をインダクタへ適用した場合の適用例を実証するものである。

表６に示す、本発明による１００℃における飽和磁束密度が３８０ｍＴ以上の焼結フェライト材料（資料番号３３、３４）と、１００℃における飽和磁束密度が３８０ｍＴ未満の焼結フェライト材料（資料番号３５、３６）を用いて、図１９に示すインダクタ用のドラムコアを作製した。コアの各寸法は、Ａ＝８．０ｍｍ、Ｂ＝４．０ｍｍ、Ｃ＝３．０ｍｍ、Ｄ＝０．８ｍｍ、Ｅ＝２．４ｍｍ、Ｆ＝０．８ｍｍである。これらのコアにφ０．１４ｍｍの被覆銅線を１００ターン巻線し、ＬＣＲメータ（ＨＥＷＬＥＴＴＰＡＣＫＡＲＤ製装置名４２８５Ａ）で、１００ｋＨｚ、０．１Ｖの測定条件で、１００℃における直流重畳特性を測定した。また、直流重畳特性より、Ｌ_０はＩ＝０Ａにおけるインダクタンス、Ｌ_１は直流重畳時のインダクタンス、ΔＬはＬ_１−Ｌ_０とし、ΔＬ／Ｌ_０＝−１０％となる電流値Ｉ（Ａ）を求めた。測定結果を表６に示す。

表６から明らかなように、この発明による焼結フェライト材料は、１００℃で３８０ｍＴ以上という優れた飽和磁束密度を有することから、１０％Ｌが低下する電流値が０．５Ａ以上と高く、直流重畳特性に優れていることがわかる。従って、インダクタなどの巻線部品に用いることによって、直流重畳特性に優れた安価なインダクタを提供することができる。

（実施例７）
本実施例は、焼結フェライト材料をアンテナへ適用した場合の適用例を実証するものである。

表７に示す、本発明による１００℃における飽和磁束密度が３８０ｍＴ以上の焼結フェライト材料（資料番号３７、３８）と、１００℃における飽和磁束密度が３８０ｍＴ未満の焼結フェライト材料（資料番号３９、４０）を用いて、図２０に示す５０ｍｍ×４ｍｍ×４ｍｍのアンテナ用の角柱状コアを作製し、このコアにφ０．２９ｍｍの被覆銅線を７０ターン巻線した。得られた巻線部品を、ＬＣＲメータ（ＨＥＷＬＥＴＴＰＡＣＫＡＲＤ製装置名４２８５Ａ）で、１００ｋＨｚ、０．１Ｖの測定条件で、１００℃における直流重畳特性を測定した。また、直流重畳特性より、Ｌ_０はＩ＝０Ａにおけるインダクタンス、Ｌ_１は直流重畳時のインダクタンス、ΔＬはＬ_１−Ｌ_０とし、ΔＬ／Ｌ_０＝−１０％となる電流値Ｉ（Ａ）を求めた。測定結果を表７に示す。

また、上記巻線部品を、測定器（岩通社製高温槽ＳＹ８２３２及びＳＹ８２４３、外部アンプＮＦ４９３０）により、１次巻線法、１０ｋＨｚ、Ｉａｃ＝１．５Ａ（０−ｐｅａｋ）の測定条件で大振幅特性を測定し、実動作時のＬ温度変化を求めた。測定結果を表７に示す。

表７から明らかなように、この発明による焼結フェライト材料は、１００℃で３８０ｍＴ以上という優れた飽和磁束密度を有することから、１０％Ｌが低下する電流値が１．０Ａ以上と高く、直流重畳特性に優れており、また、実動作時のＬ温度変化が１．０％以下であり、高電流下でもＬ温度変化が極めて小さいため、アンテナなどの巻線部品として適していることがわかる。

（実施例８）
表１の試料番号４に示す組成となるように、出発原料となる炭酸塩粉末と酸化物粉末を秤量、混合し、大気中で仮焼温度８００℃（試料番号４１）、９００℃（試料番号４２）、９５０℃（試料番号４３）、１０００℃（試料番号４４）、１１００℃（試料番号４５）、１２００℃（試料番号４６）で夫々３時間仮焼した。得られた仮焼粉に対して、外枠量として０．７５質量％のＢｉ_２Ｏ_３を添加し、ボールミルで１．１μｍから１．３μｍ（空気透過法による測定）の大きさになるように湿式粉砕した後、乾燥した。

得られた粉末にポリビニルアルコールを１重量％添加し、造粒を行って造粒粉となし、成形圧力１５０ＭＰａで成形し、得られた成形体を大気中１１００℃で３時間焼成し、焼結フェライト材料を得た。

得られた焼結フェライト材料の圧力３０ＭＰａで加圧した時の初透磁率の変化率を求めた。測定方法は実施例１と同様とした。その結果を表８に示す。また、表８の結果をグラフにしたものを図２１に示す。なお、表８における、結晶１００個あたりの粒界ポア数は、焼結フェライト材料断面の組織写真において、結晶が１００個存在する領域の粒界に存在するポア数を数えたものである。

表８並びに図２１から明らかなように、仮焼温度が高くなるにしたがい、粒界ポアの数が増加し、それに伴い、初透磁率の変化率が小さくなることが分かる。また、仮焼温度が８００℃〜１２００℃の範囲であれば、いずれも初透磁率の変化率が±５％以内となるが、仮焼温度を１０００℃〜１２００℃とすることにより、結晶粒１００個あたりの粒界ポアの数が２０個以上となり、初透磁率の変化率が±３％以内と極めて小さくなることが分かる。

図２２〜図２４は粉砕粉のＳＥＭ写真、図２５〜図２７は焼成後の焼結フェライト材料の組織写真であり、図２２、図２５は試料番号４１（仮焼温度８００℃）、図２３、図２６は試料番号４４（仮焼温度１０００℃）、図２４、図２７は試料番号４６（仮焼温度１２００℃）の場合を示す。

図２２〜図２４より、各粉砕粉は平均粒度がほぼ同じ（１．１μｍ〜１．３μｍ）であるにもかかわらず、粒度分布が異なっていることが分かる。図２２（仮焼温度８００℃）においては、比較的粉末の粒度が揃っており粒度分布がシャープであることが推測されるのに対して、図２３（仮焼温度１０００℃）や図２４（仮焼温度１２００℃）では、比較的大きな粉末と比較的小さな粉末が多数含まれ、粒度分布がシャープでないことが推測できる。

これは先述の通り、仮焼を１０００℃〜１２００℃という比較的高温で仮焼すると、フェライト化反応が終了した粉末同士がネックを形成し、粉末の結合が進行する。そのため、後述する粉砕工程において粉砕され難くなるためである。このような比較的大きな粉末と比較的小さな粉末が多数含まれ、粒度分布がシャープでない粉砕粉を成形、焼成することにより、図２６（仮焼温度１０００℃）や図２７（仮焼温度１２００℃）に示す通り、結晶粒１００個あたりの粒界ポアの数が２０個以上となり、初透磁率の変化率が±３％以内と極めて小さい、焼結フェライト材料を得ることができる。なお、図２５（仮焼温度８００℃）においても、平均結晶粒径は１１．５μｍであり、この発明による好ましい平均結晶粒径の範囲にあり、初透磁率の変化率は±５％以内である。

本発明による焼結フェライトは、高い比抵抗が要求されるボビンを必要としない直巻線タイプ、初透磁率及び高い飽和磁束密度が要求される直流バイアス磁界下で使用されるギャップ入りタイプ、高い耐応力性が要求される樹脂モールドタイプなどの各種タイプのインダクタ、アンテナ、トランスなどの巻線部品のコア材として最適である。

本発明の焼結フェライト材料におけるＺｎＯ量と初透磁率の関係を示すグラフである。本発明の焼結フェライト材料におけるＺｎＯ量と２３℃における飽和磁束密度の関係を示すグラフである。本発明の焼結フェライト材料におけるＺｎＯ量と１００℃における飽和磁束密度の関係を示すグラフである。本発明の焼結フェライト材料におけるＺｎＯ量と比抵抗の関係を示すグラフである。本発明の焼結フェライト材料におけるＦｅ_２Ｏ_３量と初透磁率の関係を示すグラフである。本発明の焼結フェライト材料におけるＦｅ_２Ｏ_３量と２３℃における飽和磁束密度の関係を示すグラフである。本発明の焼結フェライト材料におけるＦｅ_２Ｏ_３量と１００℃における飽和磁束密度の関係を示すグラフである。本発明の焼結フェライト材料におけるＦｅ_２Ｏ_３量と比抵抗の関係を示すグラフである。本発明の焼結フェライト材料におけるＣｕＯ量と初透磁率の関係を示すグラフである。本発明の焼結フェライト材料におけるＣｕＯ量と２３℃における飽和磁束密度の関係を示すグラフである。本発明の焼結フェライト材料におけるＣｕＯ量と１００℃における飽和磁束密度の関係を示すグラフである。本発明の焼結フェライト材料におけるＣｕＯ量と比抵抗の関係を示すグラフである。本発明の焼結フェライト材料におけるＢｉ_２Ｏ_３量と初透磁率の関係を示すグラフである。本発明の焼結フェライト材料におけるＢｉ_２Ｏ_３量と２３℃における飽和磁束密度の関係を示すグラフである。本発明の焼結フェライト材料におけるＢｉ_２Ｏ_３量と１００℃における飽和磁束密度の関係を示すグラフである。本発明の焼結フェライト材料におけるＢｉ_２Ｏ_３量と比抵抗の関係を示すグラフである。比較例の焼結フェライト材料の組織写真を示す図である。本発明の焼結フェライト材料の組織写真を示す図である。インダクタの構造を示す概略図である。アンテナの構造を示す概略図である。本発明の焼結フェライト材料における結晶粒１００個あたりの粒界ポアの数と初透磁率の変化率の関係を示すグラフである。本発明における粉砕粉のＳＥＭ写真を示す図である。本発明における粉砕粉のＳＥＭ写真を示す図である。本発明における粉砕粉のＳＥＭ写真を示す図である。本発明の焼結フェライト材料の組織写真を示す図である。本発明の焼結フェライト材料の組織写真を示す図である。本発明の焼結フェライト材料の組織写真を示す図である。

Claims

組成式（１−ｘ−ｙ−ｚ）（Ｌｉ_０．５Ｆｅ_０．５）Ｏ・ｘＺｎＯ・ｙＦｅ_２Ｏ_３・ｚＣｕＯであり、ｘ，ｙ，ｚが、０．１４≦ｘ≦０．１９、０．４８≦ｙ＜０．５、０≦ｚ≦０．０３を満足するとともに不可避的不純物を許容する主成分と、
前記主成分を１００質量％として、副成分として外枠量で０．５質量％以上３質量％以下のＢｉ _２Ｏ _３を含有し、
２３℃、１００ｋＨｚにおける初透磁率２００以上、印加磁界４０００Ａ／ｍでの飽和磁束密度が２３℃で４３０ｍＴ以上、１００℃で３８０ｍＴ以上、比抵抗１０^６Ωｍ以上を満足する焼結フェライト材料。
前記ｚが０.００５≦ｚ≦０．０３であることを特徴とする請求項１に記載の焼結フェライト材料。
平均結晶粒径が７．５μｍ以上２５μｍ以下である請求項１または２に記載の焼結フェライト材料。
圧力３０ＭＰａで加圧した時の初透磁率の変化率が±３.８％以内である請求項１〜３のいずれか一項に記載の焼結フェライト材料。
結晶粒１００個あたりの粒界ポア数が２０個以上である請求項１〜３のいずれか一項に記載の焼結フェライト材料。
圧力３０ＭＰａで加圧した時の初透磁率の変化率が±３％以内である請求項５に記載の焼結フェライト材料。
請求項１から６のいずれかに記載の焼結フェライト材料を用いた巻線部品。