JPH0665202B2

JPH0665202B2 - ダストコアおよびその製造方法

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Publication number: JPH0665202B2
Application number: JP59126275A
Authority: JP
Inventors: 克伸奥谷; 信男三橋
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1984-06-19
Filing date: 1984-06-19
Publication date: 1994-08-22
Anticipated expiration: 2009-08-22
Also published as: JPS615503A

Description

【発明の詳細な説明】Ｉ発明の背景技術分野本発明はダストコアとその製造方法に関する。

先行技術との問題点高周波用磁芯材料として、フェライトや強磁性金属の微
粉末と樹脂とを混合成型したダストコアが広く用いられ
ている。

このような高周波用磁芯を組込んだ携帯用無線機など
は、屋外で使用されることが多いので、広い温度範囲に
わたって性能が安定していることが望まれる。

ところで、このような磁芯としてのダストコアのインダ
クタンスの温度係数は、使用する他の電子部品、例えば
コンザンサの温度係数と所定の関係を満たすことが要求
される。

そして、コンデンサ等の電子部品のキャパシタンスは一
般に負の温度係数をもっており、また通常の磁性材料自
体の透磁率も正の温度係数をもっており、ダストコアの
インダクタンスは常用温度範囲内で正の係数をもってい
る。

しかし、通常のフェライトでは、透磁率の温度による変
化率が大きすぎ、これから作成されるダストコアの温度
係数が、他のコンデンサ等と適合しないという欠点があ
る。

このため、各種の用途に最適の温度係数をもつダストコ
アが要望されている。

II 発明の目的本発明の目的は、特にインダクタンスの温度係数の変化
率を小さくできるダストコアとその製造方法を提供する
ことにある。

このような目的は下記の発明によって達成される。

すなわち、本発明は、負温度係数フェライト粉体と、正温度係数の強磁性粉体
と、樹脂とを混合して加圧成型したダストコアであっ
て、前記負温度係数フェライト粉体を構成する粒子は、グレ
イン表面に成分拡散の生じた拡散層が形成されたシング
ルグレインであるか、あるいはグレイン表面またはグレ
イン間に成分拡散の生じた拡散層が形成された複数のグ
レインをもち、これらグレインの内部は成分拡散が生じていない単一の
組成比のフェライト組成であり、前記粉体全体では、前記グレインの内部組成として複数
種の組成比のフェライト組成が存在し、このそれぞれの
組成に対応するキュリー温度が−50〜200℃の範囲にて
異なっており、この負温度係数フェライト粉体は、負温度係数フェライ
ト粉体を成型してｔ℃でのインダクタンスLtを測定した
とき、ｔ＝０℃〜80℃において、（Lt−Ｌ₂₀）／Ｌ₂₀・（ｔ−20）（ここに、Ｌ₂₀は20℃のインダクタンスである）が−0.001〜−0.1であるダストコアである。

また、第２の発明は、キュリー温度が−50℃〜200℃の範囲にて異なる複数の
フェライトを顆粒とし、これらを混合し、焼成したのち
粉砕して負温度係数フェライト粉体を得、この負温度係数フェライト粉体を構成する粒子を、グレ
イン表面に成分拡散の生じた拡散層が形成されたシング
ルグレインとするか、あるいはグレイン表面またはグレ
イン間に成分拡散の生じた拡散層が形成された複数のグ
レインをもつものとし、これらグレインの内部を成分拡散が生じていない原料フ
ェライトに対応する単一の組成比のフェライト組成と
し、前記粉体全体では、前記グレインの内部組成として複数
種の組成比のフェライト組成を存在させ、この負温度係数フェライト粉体を成型してｔ℃でのイン
ダクタンスLtを測定したとき、ｔ＝０℃〜80℃におい
て、（Lt−Ｌ₂₀）／Ｌ₂₀・（ｔ−20）（ここに、Ｌ₂₀は20℃のインダクタンスである）を、−0.001〜−0.1の範囲の値とし、この負温度係数フェライト粉体と、正温度係数の強磁性
粉体と、樹脂とを混合して顆粒とし、これを加圧成型す
ることを特徴とするダストコアの製造方法である。

IV 発明の具体的構成以下、本発明の具体的構成について詳細に説明する。

本発明におけるダストコアに用いるフェライト粉体の組
成としては、通常のソフトフェライトの種々のものが万
能である。

すなわち、Mn−Zn系、Ni−Zn系、Mn−Mg系、Cu−Zn系、 Mn−Cu−Zn系、Ni−Cu−Zn系等のスピネル形フェライト
のいずれであってもよい。

このような場合、本発明におけるフェライト粉体は、後
述のように、キュリー点が種々異なり、組成（特に組成
比）の異なる複数の材料から形成されるものである。

そして、粉体粒子は、シングルグレインからなるか、複
数のグレインをもつかして、このグレインは、単一の組
成からなり、グレイン間ないし表面の全部または一部に
は成分拡散の起こった拡散層が形成されている。そし
て、本発明の粉体は、これら種々の成分の核をもつ粒子
の集合体である。

この場合、粉体粒子の平均粒子径は1.0〜5.0μｍ、より
好ましくは1.5〜3.0μｍであることが好ましい。

５μｍをこえると、高周波での特性が劣化し、また１μ
ｍ未満では、インダクタンス等の磁気特性が劣化する。

このような粉体は、以下のような温度特性によって特徴
づけられる。

すなわち、本発明で用いるフェライトの粉体に、例えば
ポリビニルアルコールを10重量％添加して、例えば外径
23mm、内径11mm、厚さ5mmのトロイダル状に成型し、巻
線してインダクタンスＬを測定したとき、ｔ＝０℃〜80
℃において、温度係数、（Lt−Ｌ₂₀）／Ｌ₂₀・（ｔ−20）（ここに、Ｌ₂₀は20℃のインダクタンスである）が、−0.001〜−0.1であるものである。

この場合、上記（Lt−Ｌ₂₀）／Ｌ₂₀・（ｔ−20）が−0.
001〜−0.1である範囲が０〜80℃、特に20〜60℃より狭
いときには、ダストコアに混合して、十分な温度特性を
得ることはできない。

そして、より制御された条件に従って製造すれば、本発
明の粉体は、上記の温度係数をもつ範囲が−30〜100
℃、特に−50〜120℃にまで広がり、より好ましい結果
を得るものである。

また、より制御された条件に従えば、本発明の粉体は、
上記の温度範囲０〜80℃、より好ましくは−30〜100
℃、特に−50〜120℃において、上記の温度係数が−0.0
05〜−0.02の範囲の値となるものである。

このような場合、本発明の粉体は、上記のインダクタン
スの温度変化の直線性も良好である。

この場合、インダクタンスの温度変化の傾きdL／dtは、
０〜80℃、特に−30〜100℃、さらには−50〜120℃で、
30％以下の変動巾とすることもできる。

これによりダストコア中に混合して、きわめて良好な温
度特性が得られるものである。

このような粉体は以下のようにして製造される。

まずキュリー温度が−50〜200℃、特には−30〜150℃の
範囲にて異なる複数のフェライト材料、特にその顆粒を
個別に製造する。

この場合、フェライト材料は、Mn−Zn系、Mn−Mg系、Mn
−Zn−Cu系、Ni−Zn系、Ni−Cu−Zn系、Cu−Zn系等公知
の種々のソフトフェライト組成のものであってよい。

この場合、フェライトのキュリー温度は、主成分の種類
とその比率によって定まるものである。

Mn−Zn系を例にとれば、キュリー点Tcは次式で与えられ
る。

Tc＝12.8（ｘ−2z／３）−358 ［℃］（ここにｘはFe_２Ｏ_３のモル％、ｚはZnOのモル％であ
る。）例えば、Tc＝50℃のものを得ようとすると、ｘは通常、
50±５モル％がえらばれるので、ｘ＝50とすると、ｚ＝
27.15となる。

すなわち、Fe_２Ｏ_３＝50.0モル％、MnO＝22.85モル％、
ZnO＝27.15モル％である。

このような計算によって、−50〜200℃間の任意のキュ
リー温度を有する材料組成が定められる。

そして、このような組成選定は、他の種々の系のソフト
フェライトで公知の方法で可能である。

各材料の製造方法としては、通常のフェライト製造と全
く同様であり、何ら異なることはない。

すなわち、Fe_２Ｏ_３、MnCO_３、ZnO等の酸化物ないし、
酸化物となりうる化合物を出発原料として、これを所望
の組成比になるよう秤取し、混合、仮焼成、粉砕、乾燥
し、これを顆粒としたのち焼成とすればよい。

顆粒方法としては種々の方法を用いることができるが、
特に顆粒同志の接触が安定なスプレードライヤー方式が
好ましい。

顆粒の平均粒子径は、一般に150〜500μｍとすればよい
が、後述の焼成における反応量ないし拡散量は、この粒
子径に依存するので、この範囲内で適宜決定すればよ
い。

すなわち、顆粒サイズが小さいと、顆粒同志の接触点数
が増加するので、焼結での成分の均一化が促進され、負
の温度係数は大きな値となるとともに、狭い温度範囲の
みで発現することになる。

逆に、顆粒サイズを大きくすると、広い温度範囲でゆる
やかな負の温度変化となる。

なお、各顆粒中にはCaCo_３,SiO_２,V_２Ｏ_５,Nb_２Ｏ_５,Ta
_２Ｏ_５， Bi_２Ｏ_３,In_２Ｏ_３等の公知の不純物が含有されていて
よい。

次いで、キュリー点の異なる各顆粒を混合する。

混合は、用途に適する負温度係数となるよう、混合すべ
き顆粒のキュリー温度と、比率とを定める。この場合、
顆粒を破壊しないように混合を行う必要があり、Ｖミキ
サーを用いることが好ましい。

より具体的に説明するならば、混合は、例えば以下のよ
うにして行えばよい。

負温度係数を得たい温度範囲をｔ_１〜ｔ_２とすると（た
だしｔ_１＜ｔ_２）、例えば、ｔ_１−20℃から、ｔ_２＋20
℃まで、例えば10℃きざみのキュリー点をもつ、（ｔ_１
−ｔ_２）／10＋５種の材料を用意する。

各材料の混合比Ｐを、最低キュリー点材の混合比をＰ_１
とし、順にＰ_２、Ｐ_３、Ｐ_４……、最高キュリー点材の
混合比をPnとすると、例えば、Ｐ_１＝Pn、Ｐ_２＝Pn_−１、Ｐ_３＝Pn_−２、……、Ｐ（ｎ＋_１）／_２＝Ｐ_１／_２となるようにし、かつＰ_１〜Ｐ（ｎ＋_１）／_２が例えば
等差数列を形成するようにする。

すなわち、ｎが奇数の場合、とすればよい。

あるいは、Ｐ_１＝Ｐ_２＝………Pnとしてもよい。

この後、混合した顆粒を、耐火物製のサヤに詰め、トン
ネル炉内で焼成する。

焼成温度、雰囲気プログラム等は、フェライト材質によ
って異なるが、フェライトを完成できる公知の条件の中
で、なるべく低温を選択するのがよい。

焼成温度が高すぎると、顆粒間で成分拡散がおこり、キ
ュリー温度が種々異なるグレインの生成が困難になる。
本発明の広帯域負温度係数材は、キュリー温度が広範囲
に分布している焼結体を製造することで実現するのであ
るので、高温かつ過度の焼結は避けなければならない。

ただ、焼結が不十分なときには、顆粒間の反応ないし拡
散が進まないので、透磁率ないしインダクタンスの温度
特性は、もとのキュリー点に起因してステップ状になっ
て好ましくない。

理想的には、顆粒接触点および表面部分において、成分
拡散が生じ、キュリー温度が変化し、顆粒中心部は本来
のキュリー温度を示す状態がよい。

このような焼結状態を実現するには、焼成温度、雰囲気
プログラムを正しく選択しなければならないが、これは
後述判定操作を行うことによって、容易に実験的に求め
ることができる。

このような場合、焼成温度は、一般に、1200℃以下であ
ることが好ましい。

そして、例えば、Mn−Zn系フェライトでは1100〜1150
℃、安定化時間0.5〜５時間、程度が適切である。

焼成を終了した顆粒は、ボールミル等で、好ましくは湿
式粉砕される。

粉砕条件は、平均粒子径が1.5〜３μｍで、10μｍ以上
の粒子が１％以下になるようにすることが好ましい。

この後、フィルタープレス等で脱水し、ケーキを熱風乾
燥機で水分0.3％以下となるよう完全乾燥する。

乾燥温度は、通常、150℃以下とする。これは250℃をこ
えると、粉体の磁気特性が変化する場合があるからであ
る。

次いで、ケーキを解砕して、30〜50^＃程度のメッシュを
通過させ粉体を得る。

粉体の判定は、以下のようにして行う。

粉体の一部をサンプリングし、これにバインダーとして
ポリビニルアルコール（PVA）水溶液を、PVAが1.0重量
％となるように加える。これを例えば外径23mm、内径11
mm、厚さ5mmのトロイダル状に成型する。

これを乾燥後、巻線して（通常50ターン）インダクタン
スの温度特性を測定すればよい。

このようにして、上記の特性をもつ粉体が得られるが、
上記の判定によって、未だ温度係数に不満足なとき、特
に温度係数が大きすぎるときには、300〜450℃間の温度
で0.5〜３時間程度、空気中で熱処理することによっ
て、所望の温度係数とすることができる。

このようなフェライト粉体は、ダストコアの主成分とな
る強磁性粉体および樹脂と混合される。

用いる強磁性粉体としては、ダストコアを形成するため
の公知の材料のいずれであってもよい。

ただ、温度特性の制御の容易さからすると、カーボニル
鉄、マグネタイトないし、上記したような各種ソフトフ
ェライトであることが好ましい。この他、モリブデン合
金、パーマロイ、センダスト、アモルファス磁性合金等
も好ましい。

そして、これら各強磁性粉末は２種以上用いてもよい。

また、その平均粒子径は、0.5〜２μｍとすることが好
ましい。

そして、この強磁性粉体は、前記した広帯域負温度係数
フェライト粉体との総計に対し、通常90〜99.25重量
％、特に90〜99重量％程度含有される。

この後、シンナー等の溶剤中に樹脂を溶解した液（一般
に0.5〜５％）をニーダ中に投入する。

この場合、樹脂としては、ベークライト系等の絶縁性の
良好なものを用いることができる。

そして、樹脂量は、強磁性粉体に対し１〜10重量％程度
とされる。

これに、前記に負温度係数のフェライト粉体および強磁
性粉体を投入してよく混合する。

次いで、ゆるやかに加温して溶剤を揮発させ、乾燥す
る。

この後、顆粒機にて、平均粒子径150〜500μｍの顆粒と
し、常法に従い、粒末成型して、ダストコアを得る。

このようなダストコアのインダクタンスＬ′は、０℃〜
80℃、より好ましくは−30〜100℃、特に−50〜120℃に
おいて、ｔ℃および20℃のＬ′ｔ−Ｌ′₂₀について、（Ｌ′ｔ−Ｌ′₂₀）／Ｌ′₂₀・（ｔ−20）が0.0001〜0.
0005の正温度係数をもち、かつその直線性もきわめて良
好である。

IV 発明の具体的作用効果本発明によれば、正の温度係数をもち、かつ変動率の大
きい強磁性粉体に、広帯域負温度係数フェライト粉体を
混合してダストコアを形成するので、温度係数がきわめ
て良好になる。

例えば、０〜80℃にて、きわめて良好な直線性をもち、
0.0001〜0.0005の正温度係数をもつダストコアが実現す
る。

このため、種々の用途における電子機器用コアとして有
用である。

Ｖ発明の具体的実施例以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明をさらに詳
細に説明する。

実施例1. 下記表１に示されるキュリー点TcのMn−Zn系フェライト
顆粒をスプレードライヤーを用いて製造した。平均粒子
径は、ともに350μｍであった。

これを表１に示される混合比Ｐにて、Ｖミキサーにて混
合し、トンネル炉内で焼成した。

焼成温度は1145℃、P_O2は0.5％、安定時間は4.0時間と
した。

これをボールミルにて、平均粒子径2.3μｍであって、1
0μｍ以上の粒子が１％以下になるように粉砕してか
ら、フィルタープレスで脱水して、得られたケーキを熱
風乾燥機で完全乾燥（水分0.1％）した。

こののち、空気中にて、表２に示される熱処理を施し
た。

次いで、これを40^＃のメッシュを通過させて解砕した。

これら各サンプルに、PVA添加量1.0wt％となるように、
これにPVA10％水溶液を加え、外径23mm、内径11mm、厚
さ5mmに成型、乾燥後、50ターン巻線してインダクタン
スの温度特性を測定した。

温度特性を第１図に示す。

また表３には−30℃〜100℃および０〜80℃での（Lt−
Ｌ₂₀）／Ｌ₂₀（ｔ−20）の最大値と最小値が示される。

次いで、これら各サンプルフェライト粉体と、平均粒子
径0.8μｍのマグネタイト粉体とを、重量比にて表４に
示されるように配合し、これとベークライト含有量8.0w
t％にてベークライトのシンナー溶液をニーダー中で混
合した。

加温によりシンナーを揮発させたのち、乾燥終了とし、
これを平均粒径300μｍの顆粒とした。

この顆粒を用いて、常法に従い、粉末成型してダストコ
ア（3.6mmφ、高さ14mm）を得た。

これら各試料のインダクタンスの温度特性を第２図に示
す。

第２図から、本発明の試料は、きわめて良好な温度特性
を示すことがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いるフェライト粉体のインダクタン
スの温度変化を示すグラフであり、また第２図は本発明
のダストコアのインダクタンス変化率の温度変化を示す
グラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】負温度係数フェライト粉体と、正温度係数
の強磁性粉体と、樹脂とを混合して加圧成型したダスト
コアであって、前記負温度係数フェライト粉体を構成する粒子は、グレ
イン表面に成分拡散の生じた拡散層が形成されたシング
ルグレインであるか、あるいはグレイン表面またはグレ
イン間に成分拡散の生じた拡散層が形成された複数のグ
レインをもち、これらグレインの内部は成分拡散が生じていない単一の
組成比のフェライト組成であり、前記粉体全体では、前記グレインの内部組成として複数
種の組成比のフェライト組成が存在し、このそれぞれの
組成に対応するキュリー温度が−50〜200℃の範囲にて
異なっており、この負温度係数フェライト粉体は、負温度係数フェライ
ト粉体を成型してｔ℃でのインダクタンスLtを測定した
とき、ｔ＝０℃〜80℃において、（Lt−Ｌ₂₀）／Ｌ₂₀・（ｔ−20）（ここに、Ｌ₂₀は20℃のインダクタンスである）が−0.001〜−0.1であるダストコア。
【請求項２】（Lt−Ｌ₂₀）／Ｌ₂₀・（ｔ−20）が−0.00
1〜−0.1である関係が−30℃〜100℃において成立する
特許請求の範囲第１項に記載のダストコア。
【請求項３】正温度係数の磁性粉体が、前記負温度係数
フェライト粉体との総計に対し、90〜99.25重量％含有
される特許請求の範囲第１項または第２項に記載のダス
トコア。
【請求項４】樹脂が正温度係数の強磁性粉体に対し、１
〜10重量％含有される特許請求の範囲第１項ないし第３
項のいずれかに記載のダストコア。
【請求項５】ダストコアのｔ℃でのインダクタンスＬ′
ｔを測定したとき、ｔ＝０℃〜80℃において、（Ｌ′ｔ−Ｌ′₂₀）／Ｌ′₂₀・（ｔ−20）（ここに、Ｌ′₂₀は20℃のインダクタンスである）が0.0001〜0.0005である特許請求の範囲第１項ないし第
４項のいずれかに記載のダストコア。
【請求項６】キュリー温度が−50℃〜200℃の範囲にて
異なる複数のフェライトを顆粒とし、これらを混合し、
焼成したのち粉砕して負温度係数フェライト粉体を得、この負温度係数フェライト粉体を構成する粒子を、グレ
イン表面に成分拡散の生じた拡散層が形成されたシング
ルグレインとするか、あるいはグレイン表面またはグレ
イン間に成分拡散の生じた拡散層が形成された複数のグ
レインをもつものとし、これらグレインの内部を成分拡散が生じていない原料フ
ェライトに対応する単一の組成比のフェライト組成と
し、前記粉体全体では、前記グレインの内部組成として複数
種の組成比のフェライト組成を存在させ、この負温度係数フェライト粉体を成型してｔ℃でのイン
ダクタンスLtを測定したとき、ｔ＝０℃〜80℃におい
て、（Lt−Ｌ₂₀）／Ｌ₂₀・（ｔ−20）（ここに、Ｌ₂₀は20℃のインダクタンスである）を、−0.001〜−0.1の範囲の値とし、この負温度係数フェライト粉体と、正温度係数の強磁性
粉体と、樹脂とを混合して顆粒とし、これを加圧成型す
ることを特徴とするダストコアの製造方法。
【請求項７】フェライト顆粒の平均粒子径が150〜500μ
ｍである特許請求の範囲第６項に記載のダストコアの製
造方法。
【請求項８】焼成が1200℃以下で行われる特許請求の範
囲第６項または第７項に記載のダストコアの製造方法。