CN102800456B

CN102800456B - 铁氧体芯及电子零件

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Publication number: CN102800456B
Application number: CN201210157764.2A
Authority: CN
Inventors: 伊藤守; 伊藤纲; 佐佐木弘胜; 川口达哉; 高木荣光
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2011-05-23
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2016-01-13
Anticipated expiration: 2032-05-11
Also published as: JP5786454B2; JP2012244064A; CN102800456A

Abstract

本发明的铁氧体芯具有由铁氧体组合物构成的磁芯部以及形成于上述磁芯部表面的至少一部分的被覆层，上述铁氧体组合物由63.3～65.5摩尔％的Fe₂O₃、11.6～15.8摩尔％的ZnO、余量的Mn₃O₄构成主成分，相对于所述主成分100重量％，以SiO₂换算的氧化硅含量为60～250ppm、以CaO换算的氧化钙含量为360～1000ppm、以元素换算的Pb含量为7ppm以下、以元素换算的Cd含量为7ppm以下，上述铁氧体组合物的Tsp在0～50℃范围内，上述被覆层的热膨胀系数低于上述磁芯部的热膨胀系数。

Description

铁氧体芯及电子零件

技术领域

本发明涉及铁氧体芯及电子零件，更详细地说，涉及使用温度接近室温或接近室外温度，在高频区域(例如1MHz以上)中既能够减小功率损耗(Pcv)而且也能够实现高饱和磁通密度(Bs)，结果能够改善品质系数(Pcv/Bs)的铁氧体芯以及使用该铁氧体芯的电子零件。

背景技术

近年来，便携式设备等各种电子设备的小型化、轻量化迅速发展，为了与其对应，越来越要求各种电子设备的电气线路上使用的电子零件实现小型化、高效率化、高频化。

例如，便携式设备等的DC－DC变换器用的线圈磁芯向来采用Ni－Zn铁氧体。但是Ni－Zn铁氧体功率损耗比较大，因此难以应对线圈磁芯等零件的小型化、高效率化、高频化要求。

对于这样的问题，考虑采用Mn－Zn铁氧体取代Ni－Zn铁氧体。向来，Mn－Zn铁氧体使用于电源变压器等，在低频而且高磁场的环境中使用。

通常对作为变压器等的磁芯使用的铁氧体，要求具有在比实际使用温度区域高的温度区域磁损耗达到最小的温度特性。这是因为在使用时变压器会因为磁损耗而发热，变压器本身的温度上升，结果进一步增大磁损耗，变压器发热变大，这样的过程反反复复，有迅速发热的危险。在电源变压器的情况下，使用温度区域通常为工作温度(例如80℃)附近的温度区域。

但是，近年来使用例如含氟不活泼液体等对变压器进行冷却的情况下，其环境温度或使用温度可以是室温以下，还可以是任意温度。在这种情况下，使磁损耗为最小的温度没有特别限制，只要求磁损耗的绝对值小。

另一方面，作为便携式设备等的DC－DC变换器用的线圈磁芯使用的情况下，环境温度或使用温度是室温附近或室外温度附近的温度，与变压器相比，电压也低，迅速发热的危险小。又，这样的便携式设备，越来越要求驱动频率高频化(例如1MHz以上)，要求在高频区域的损耗小。

又，对于变压器和使用于DC－DC变换器那样的便携式设备的零件，都越来越要求能够应对大电流。因此对使用于这样的零件中的磁芯，也要求即使在大电流下电感也不降低的优异的直流叠加特性。为了实现优异的直流叠加特性，高饱和磁通密度是必要的，特别是在其环境温度或使用温度下必须具有高饱和磁通密度。

从而要求环境温度或使用温度为室温或外部空气温度附近的温度，而且使在高频区域的磁损耗降低，具有高饱和磁通密度的铁氧体组合物。

作为低损耗而且具有高饱和磁通密度的Mn－Zn铁氧体的例子，在例如专利文献1中提出了由52.4～53.7摩尔％的Fe₂O₃、7.0～11.5摩尔％的ZnO、余量的MnO构成主成分，特定含量的CaO、V₂O₅、Nb₂O₅、Al₂O₃或Bi₂O₃构成副成分的Mn－Zn铁氧体。

但是，上述Mn－Zn铁氧体也如专利文献1所述，在变压器的实际驱动温度即60℃以上设定在低频区域的磁损耗为最小的温度(Pcv_min)，不适合在接近室温的温度而且是高频区域中使用。

又对各种用途的铁氧体芯，研究在磁芯部表面形成玻璃被覆膜的技术。但是，向来认为玻璃被覆膜的应力有使铁氧体原本的特性劣化等影响，被认为是不理想的。

专利文献2提议用在磁芯表面以滚筒涂覆方法形成玻璃涂膜。但是，在专利文献2中没有对这样的铁氧体芯的特性劣化进行探讨，特别是对功率损耗(Pcv)的改善和磁通密度(Bs)的提高等没有任何考虑。

专利文献1：特开2003－128458号公报

专利文献2：特开2001－237135号公报

本发明是鉴于上述实际状况而作出的，其目的在于，提供使用温度或环境温度接近室温或室外温度，在高频区域(例如1MHz以上)既能够减小功率损耗(Pcv)而且也能够实现高饱和磁通密度(Bs)，结果能够改善品质系数(Pcv/Bs)的铁氧体芯以及具有该铁氧体芯的电子零件。

发明内容

本发明人经过认真研究，发现以特定组成的MnZn系铁氧体组合物作为磁芯部，在磁芯部表面的至少一部分形成具有比铁氧体芯低的热膨胀系数的被覆膜层，能够在高频区域(例如1MHz以上)既减小功率损耗(Pcv)又实现高饱和磁通密度(Bs)，结果能够改善品质系数(Pcv/Bs)，从而完成了本发明。

即本发明的铁氧体芯是具有以铁氧体组合物构成的磁芯部及在所述磁芯部表面的至少一部分上形成的被覆层的铁氧体芯，其特征在于，

所述铁氧体组合物，由以Fe₂O₃换算的含量为63.3～65.5摩尔％的氧化铁、以ZnO换算的含量为11.6～15.8摩尔％的氧化锌、余量的氧化锰构成主成分，相对于所述主成分100重量％，以SiO₂换算氧化硅含量为60～250ppm，以CaO换算氧化钙含量为360～1000ppm，以元素换算Pb含量为7ppm以下，以元素换算Cd含量为7ppm以下；

所述铁氧体组合物的磁损耗为极小的温度Tsp在0～50℃范围内，所述被覆层的热膨胀系数低于所述磁芯部的热膨胀系数。

本发明考虑在接近室温或接近外部空气温度的温度条件下使用，磁损耗为极小的温度(Tsp)在0～50℃范围内，将上述主要成分的组成，还有氧化硅和氧化钙等副成分的含量确定在上述特定范围内。通过使用这样的氧化铁组合物，能够保持高饱和磁通密度Bs并且在高频区域(例如1MHz以上)也能够减少功率损耗(Pcv)，结果能够改善品质系数(Pcv/Bs)。

又，在本发明中，通过将磁芯部和被覆层的热膨胀系数设定为如上所述关系，可以改善功率损耗(Pcv)。而且，被覆层也具有作为抑制磁芯部的缺陷等的保护层的作用，能够提高生产效率。

最好是所述被覆层由玻璃组合物构成。如果这样做，可以在磁芯部的表面方便地形成被覆层。还有，在磁芯部表面形成具有绝缘性的玻璃组合物的情况下，可以提高磁芯部与卷绕的导线等的绝缘性。

本发明的电子零件，具有由如上所述的铁氧体组合物构成，如上所述控制磁芯部和被覆层的热膨胀系数的铁氧体芯，被使用于1MHz以上频率的区域。

本发明的电子零件由于铁氧体组合物的Tsp在0～50℃的温度范围内，因此作为使用温度或环境温度在室温附近或室外温度附近的零件使用的情况下能够减少磁损耗。而且本发明的铁氧体组合物既能减少电极损耗同时也能够实现高饱和磁通密度，因此能够使具有由该铁氧体组合物构成的铁氧体芯的电子零件节省电力。

作为本发明的电子零件，没有特别限制，可以举出例如便携式设备等使用的DC－DC变换器的线圈零件等。作为线圈零件有例如电感和扼流线圈等。又，通过将变压器冷却到表示Tsp的温度附近，也能够将本发明的电子零件合适地使用于变压器。作为变压器零件有例如开关用、逆变器用等电源变压器等。

采用本发明，既能够将饱和磁通密度(Bs)维持于高饱和磁通密度，而且在高频区域(例如1MHz以上)也能够减小功率损耗(Pcv)，结果能够改善品质系数(Pcv/Bs)。

又由于被覆层由玻璃组合物构成，这样可以在磁芯部的表面方便地形成被覆层。还有，在玻璃组合物为绝缘性的情况下，即使磁芯部有导电性，也能够确保与卷绕的导线等的绝缘性。

附图说明

图1是本发明一实施形态的铁氧体芯的概略剖面图。

图2是本发明一实施形态的铁氧体芯的制造中使用的滚筒装置的概略剖面图。

图3是卷绕线圈后的鼓形磁芯的剖面图。

具体实施方式

以下根据附图所示的实施形态对本发明进行说明。

铁氧体芯

本发明的铁氧体芯的形状，除了图1所示的鼓形外，还有例如FT型、ET型、EI型、UU型、EE型、EER型、UI型、环形(Toroidal)、锅(pot)型、杯型等。本实施形态中，如图1所示，铁氧体芯1具有鼓形磁芯的形状，具有在磁芯部2的整个表面形成被覆层10的结构。

磁芯部

磁芯部2具有圆柱状或棱柱状的卷绕轴芯4和沿着该卷绕轴芯4的轴方向在两侧一体化形成的一对锷部5。锷部5的外径比卷芯轴芯4的外径大，在卷芯轴芯4的外周形成以锷部5包围的凹部6。而且在该凹部6卷绕导线30形成线圈零件。

磁芯2的尺寸没有特别限定，在本实施形态中，卷绕轴芯4的外径为0.6～1.2mm，卷绕轴芯4的轴向宽度为0.3～1.0mm，锷部5的外径为2.0～3.0mm，锷部5的厚度为0.2～0.3mm，从锷部5的外周表面到卷绕轴芯4的外周表面的深度为0.5～1.0mm。又，锷部5的形状除了圆形以外，也可以是四角形、八角形等。

磁芯部2是用本实施形态的铁氧体组合物构成的。

本实施形态的铁氧体组合物是Mn－Zn系铁氧体，主成分包括氧化铁、氧化锰和氧化锌。又，本实施形态的铁氧体组合物的磁损耗为极小值的温度(Tsp)在0～50℃范围内。

向来，在Mn－Zn系铁氧体中，表示Tsp的温度由结晶磁各向异性说明。也就是说，在结晶磁各向异性常数K1的符号随着温度的上升从负值变成正值的K1＝0的温度，磁损耗具有极小值。

又已知该温度与磁导率为极大值的所谓磁导率第二峰一致。上述K1随着温度的上升而单调增加，但是由于Fe²⁺具有正的K1，Fe²⁺的量增加时(即Fe₂O₃量增加时)，第二峰的温度向低温侧移动。

在「电子材料系列铁氧体」(「電子材料シリーズフェライト」，日本丸善株式会社发行，昭和63年)的第79页记载了如下所述的求Tsp的公式，即在Fe₂O₃量为X摩尔％，ZnO量为Z摩尔％的情况下，Tsp＝－45.5(X+0.2Z)+2620

又已知通过使Fe₂O₃量增加容易得到高饱和磁通密度。但是，Fe₂O₃增多时，饱和磁通密度不仅受Fe₂O₃量的影响，而且也受到Fe₂O₃量与ZnO量之比的影响。

本实施形态的铁氧体组合物的Tsp在0～50℃的范围内。这样的铁氧体组合物被认为通过使Fe₂O₃量增加，能够使Tsp在上述范围内，提高饱和磁通密度。因此想要利用上述公式，确定Fe₂O₃量和ZnO量，例如使Fe₂O₃量为64.4摩尔％，ZnO量为13.7摩尔％，余量为MnO时，使Tsp为－400℃以下，这是不现实的。

因此认为上述求Tsp的公式在Fe₂O₃量大(例如63摩尔％以上)的情况下不成立。但是，在Fe₂O₃量大的情况下，成为求Tsp的指标的东西不存在，因此在Fe₂O₃量大的情况下，在1MHz以上的高频区域，对于具有高饱和磁通密度的铁氧体组合物没有任何了解。

因此，本发明的发明人等锐意进行实验，发现在铁氧体组合物中氧化铁含量比较大的情况下，Tsp与氧化铁以及氧化锌具有不同于上式的关系。也就是主成分包含以Fe₂O₃换算的含量为63.3～65.5摩尔％的氧化铁，最好是包含63.9～65.0摩尔％的氧化铁、以ZnO换算的含量为11.6～15.8摩尔％的氧化锌，最好是12.0～15.8摩尔％的氧化锌、余量的氧化锰的情况下，Tsp在0～50℃的范围内。

氧化铁或氧化锌的含量少的情况下，磁损耗为极小值的温度(Tsp)未满0℃，而含量过多时超过50℃。

本实施形态的铁氧体组合物除了上述组成范围的主成分外，作为副成分含有氧化硅和氧化钙。通过使其含有这样的副成分，能够减小功率损耗的绝对值，而且能够得到高饱和磁通密度。

相对于主成分100重量％，以SiO₂换算的氧化硅含量为60～250ppm，最好是60～200ppm。氧化硅的含量多或过少，高频区域的功率损耗都有劣化的倾向。

相对于主成分100重量％，以CaO换算的氧化钙含量为360～1000ppm，最好是630～830ppm。氧化钙的含量多或过少，高频区域的功率损耗都有劣化的倾向。

又，本实施形态的铁氧体组合物除了含有上述主成分和副成分外，还含有Pb和Cd。通过将这样的成分控制于规定的范围内，能够防止在高频区域的功率损耗劣化。

相对于主成分100重量％，以元素换算的Pb含量为7ppm以下，更理想的是2～7ppm，最理想的是5～7ppm。相对于主成分100重量％，其含量以元素换算超过7ppm时，在高频区域的功率损耗有劣化的倾向。

相对于主成分100重量％，以元素换算的Cd含量为7ppm以下，更理想的是2～7ppm，最好是5～7ppm。相对于主成分100重量％，其含量以元素换算超过7ppm时，在高频区域的功率损耗有劣化的倾向。

Pb和Cd被包含于作为主成分的氧化铁、氧化锌、氧化锰中。本申请的发明人发现Pb和Cd的含量超过规定的范围时，在高频区域的功率损耗有劣化的倾向。因此在本发明中，对Pb和Cd的含量进行严格管理，将其控制在上述范围内。还有，将Pb和Cd的含量控制在规定范围内的方法没有特别限定，也可以用在主成分中添加Pb和Cd的氧化物等将其控制在规定范围内的方法。

此外，本实施形态的铁氧体组合物中可包含原料中不可避免含有的杂质元素的氧化物，其含量在数ppm～数百ppm范围内。

具体地说，包含例如B、C、S、Cl、As、Se、Br、Te、I和Li、Na、Mg、Al、K、Ga、Ge、Sr、In、Sn、Sb、Ba、Bi等典型金属元素、以及Sc、Ti、V、Cr、Y、Nb、Mo、Pd、Ag、Hf、Ta等过渡金属元素。

又，磁芯部2的热膨胀系数因铁氧体组合物的组成而改变，大致在9×10^－6/℃～10×10^－6/℃左右。

被覆层

被覆层10的材料只要采用热膨胀系数在磁芯部2的热膨胀系数之下的材料，没有特别限制，例如，玻璃组合物、SiO₂、B₂O₃、ZrO₂等。还有，被覆层10可以由多种材料构成，也可以具有由多层形成的叠层构造。

本实施形态中被覆层10最好由玻璃组合物构成。玻璃组合物是在磁芯部2的表面以非晶态形成的组合物，或者也可以是形成为结晶化玻璃的组合物，没有特别限制，例如Si－B玻璃(硼硅酸玻璃)、无碱玻璃、铅玻璃等。

玻璃组合物的热膨胀系数因玻璃组合物中含有的成分的组成和各成分的含量等而变化。从而，有必要适当设定成分的组成和含量等，使玻璃组合物的热膨胀系数在磁芯部2的热膨胀系数之下。

被覆层10只要覆盖到能够取得改善功率消耗的效果的程度，没有特别限定，只要形成于磁芯部2的表面的至少一部分即可，相对于磁芯部2的表面积，形成被覆层的比例(被覆率)以50～100％为宜，最好是90～100％。被覆率越高则作为防止磁芯部2的缺陷等的保护层的作用也越大。

还有，图1表示被覆率为100％的情况。又，在磁芯部2中，在卷绕导线等的部分(本实施形态中的凹部6)附近形成被覆层10时，容易取得更好的效果。

被覆层10的厚度只要是能够得到改善功率损耗的效果的厚度，没有特别限定，以0μm以上50μm以下为宜，更理想的是5μm以上25μm以下。如果形成被覆层10，能够改善功率损耗，但被覆层过厚时，对改善功率损耗的贡献小，又有增加制造成本的倾向。又，被覆层具有某种程度的厚度时，也能够作为磁芯部的保护层起作用。因此，被覆层10的厚度最好在上述范围内。

而且，如果被覆层10具有绝缘性，即使磁芯部2有导电性，也能够确保与卷绕的导线的绝缘。

下面对作为本实施形态的铁氧体芯的，被覆层10由玻璃组合物构成的铁氧体芯的制造方法的一个例子进行说明。

首先，为了准备构成磁芯部2的铁氧体组合物的原料，按照规定的组成比称量起始原料(主成分的原料和副成分的原料)加以混合，得到原料混合物。混合方法有例如用球磨机进行的湿式混合和用干式混合器进行的干式混合。还有，最好是使用平均粒径为0.1～3微米的起始原料。

主成分的原料可以采用氧化铁(α－Fe₂O₃)、氧化锌(ZnO)、氧化锰(Mn₃O₄)、或复合氧化物等。而且此外还可以采用能够通过烧成得到上述氧化物或复合氧化物的各种化合物等。作为能够通过烧成得到上述氧化物的材料，有例如金属单体、碳酸盐、草酸盐、硝酸盐、氢氧化物、卤化物、有机金属化合物等。还有，主成分中的氧化锰含量是用MnO换算计算的，但是作为主成分的原料最好是使用Mn₃O₄。

作为副成分的原料，与主成分的原料的情况相同，不仅是采用氧化物，只要采用复合氧化物或烧成后形成氧化物的化合物即可，在氧化硅(SiO₂)的情况下，最好是使用SiO₂。而在氧化钙(CaO)的情况下，最好是使用碳酸钙(CaCO₃)。

Pb以及Cd有时候包含于作为主成分的氧化铁、氧化锌、以及氧化锰中。因此可以通过调整Pb以及Cd的含量不同的各种氧化铁、氧化锌、以及氧化锰的原料的使用量，对Pb以及Cd的含量进行调整。还有，将Pb以及Cd的含量控制在规定范围内的方法没有特别限定，也可以通过在主成分中添加Pb以及Cd的氧化物等将其控制在规定范围内。

接着，对原料混合物进行煅烧，得到煅烧材料。煅烧是为了实现原料的热分解、成分的均匀化、铁氧体的生成、利用烧结使超微粉消失，生成合适的颗粒尺寸的颗粒，将原料混合物变换为适合于后续工序的形态而进行的。这样的煅烧最好是在800～1100℃的温度下进行，通常进行1～3小时左右。煅烧可以在大气(空气)中进行，也可以在氧分压比大气高的气氛中或纯氧气氛中进行。还有，主成分的原料与副成分的原料的混合可以在煅烧之前进行，也可以在煅烧之后进行。

接着对煅烧材料进行粉碎，得到粉碎材料。粉碎是为了打碎烧结材料的凝集，得到具有适度的烧结性的粉末而进行的。烧结材料形成大烧结块时，进行粗粉碎后再用球磨机或磨碎机等进行湿式粉碎。最好是湿式粉碎到烧结材料的平均粒径为1～2μm左右。

接着进行粉碎材料的造粒(颗粒)，得到颗粒体。造粒是为了将粉碎材料形成为适度大小的凝集颗粒，变换为适于成型的形态而进行的。这样的造粒方法有例如加压造粒法和喷雾干燥法等。喷雾干燥法是在粉碎材料中添加聚乙烯醇等通常使用的粘接剂后，在喷雾干燥过程中雾化、低温干燥的方法。

接着将颗粒体成型为规定的形状，得到成型体。颗粒体的成型方法有例如干式成型、湿式成型、挤压成型等方法。干式成型方法是将颗粒体充填于模具中加压压缩的成型方法。成型体的形状没有特别限定，只要根据用途适当决定即可，在本实施形态中形成为鼓芯型。

接着进行成型体的正式烧成，得到烧结体(磁芯部2)。正式烧成是为了在含有许多空隙的成型体的粉末颗粒之间，以熔点以下的温度使其发生粉末凝集的烧结，以得到致密的烧结体。这样的正式烧成最好是在900～1300℃的温度下进行，通常进行2～5小时左右。正式烧成可以在大气(空气)中进行，也可以在氧分压比大气高的气氛中进行。

接着对得到的磁芯部2使用图2所示的滚筒装置，在磁芯部2的表面形成由玻璃组合物、粘接剂树脂等构成的热处理前的被覆层10a。

图2所示的滚筒装置20，有圆柱状或棱柱状的缸套20a，在其中空的内部容纳滚筒容器22，而且滚筒容器22可围绕其轴芯在箭头A所示方向(或其反方向)上自如地旋转。

缸套20a上分别形成入口管23和出口管24。烘干用气体从入口管23进入缸套20a的内部，能够从出口管24排出缸套内部的空气。

在滚筒容器22内部的轴芯位置上，喷嘴25沿着轴方向配置，能够从喷嘴25向在滚筒容器22内部贮留的多个磁芯部2喷涂浆液26。滚筒容器22由于在箭头A方向上旋转，磁芯部2以图2中所示的状态存在，借助于滚筒容器22的旋转搅拌。

喷嘴25能够以喷雾方式向磁芯部2的集合喷射浆液26。还可以使来自喷嘴25的浆液的喷雾方向自由改变。又，缸套20a上连接未图示的排出管，能够排出剩余的浆液26。

滚筒容器22的壁上形成连通外部与内部的多个孔，在缸套20a的下方贮留的浆液26也能够进入滚筒容器22的内部，能够将磁芯部2浸渍在该浆液26中。又，烘干用气体从入口管23通过缸套20a向出口管24流时，也能够流向滚筒容器22内部。

为了形成热处理前的被覆层10a，首先将许多磁芯部2收容于图2所示的滚筒容器22的内部。然后使滚筒容器22旋转，一边对磁芯部2的集合进行搅拌，一边从喷嘴25对其喷涂浆液26，形成热处理前的被覆层10a。

浆液26含有粉碎上述玻璃组合物得到的玻璃粉末、粘接剂树脂和溶剂。也可以还含有其他添加物。玻璃组合物只要将构成该组合物的氧化物、卤素化合物等非氧化物等原料加以混合、熔化、急冷形成为非晶态即可。又，作为玻璃组合物也可以使用结晶化玻璃。在本实施形态中，玻璃粉末使用Si—B玻璃。玻璃粉末的平均粒径(中间粒径)没有特别限定，最好是在0.1μm以上10μm以下范围内。

包含于浆液26的粘结剂树脂最好是聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇树脂的改性体、或他们的混合物。通过这样操作，形成的热处理前的被覆层10a能够与磁芯部2很好紧贴。

溶剂最好含水。也可以溶剂仅是水，但是在玻璃粉末的表面与水的接触角大时，最好是乙醇、异丙醇(IPA)、异丁醇(IBA)等水溶性醇以一定比例混合，这样能够很好地抑制玻璃粉末的凝集和沉降。

喷涂在磁芯部2上的浆液26覆盖各磁芯部2的表面，形成烧成前的被覆层10a。这时，余下的浆液26通过未图示的排出管排出。从喷嘴25喷涂浆液26的处理时间没有特别限定，例如可以是30～180分钟左右。又，喷射时浆液26的温度虽然与溶剂的组成有关，但最好是40℃以上，100℃以下。在使用沸点低的溶剂的情况下，最好是在上述温度范围内使温度偏低。

接着，一边喷射浆液26，同时一边对热处理前的被覆层10a进行烘干处理。烘干处理时，使烘干用气体从入口管23流入缸套20a内，从出口管24排出。使用于该烘干处理的烘干用气体为例如温度50～100℃的空气。也可以在喷射处理后再进行5～30分钟的烘干处理。

烘干处理后，将形成热处理前的被覆层10a的磁芯部2从滚筒容器22取出，进行热软化处理。热处理条件根据热处理前的被覆层10a中含有的玻璃粉末的软化点等决定。具体地说，热处理温度最好是600～800℃，热处理时间为5～120分钟。

Mn－Zn铁氧体的情况下，热处理最好在氧分压0.1％以下的氮气氛围中进行烧成。因为磁芯部2的氧化是特性劣化的原因，因此可通过降低氧分压防止氧化。

热处理后，在磁芯部2的表面形成玻璃化的被覆层10，得到图1所示的铁氧体芯1。还有，本实施形态中，所谓玻璃化定义为以连续的非晶态个体薄膜形成具有与结晶相同程度的刚性的状态。

其后，如图3所示，在各磁芯部2的一锷部5的端面上以印刷、复制、浸渍、溅射、电镀法等方法形成银、钛、镍、铬、铜等构成的一对端子电极32。即使磁芯部2有导电性，端子电极32也由于被覆层10的存在而得以绝缘。

其后，在卷绕轴芯4的周围卷绕导线30，将该导线的两端分别热压在端子电极32上，利用超声波焊接、激光焊接、钎焊等方法连接，完成本发明的实施形态的线圈零件。

本实施形态的铁氧体芯，既能够维持高饱和磁通密度(Bs)，而且在高频区域(例如1MHz以上)也能够减小功率损耗(Pcv)，结果能够改善品质系数(Pcv/Bs)。又，特别是以玻璃组合物构成被覆层，可以容易地在磁芯部的表面形成被覆层。又，在玻璃组合物具有绝缘性的情况下，即使磁芯部有导电性，也可以确保与卷绕的导线等的绝缘性。

本实施形态的铁氧体芯中，有关能够改善品质系数(Pcv/Bs)的理由未必明确，但是可以如下所述考虑。

有时候在铁氧体芯中作为残留应力存在已经施加的内在压缩应力。这样的残留应力被认为其原因是铁氧体组合物的烧成·冷却时的收缩引起的应力、或烧结·冷却时的铁氧体组合物中的成分、特别是ZnO成分的蒸发等产生的应力等。

因此，在磁芯部2的表面的至少一部分上形成具有比磁芯部2的热膨胀系数低的热膨胀系数的被覆层10，在加热、冷却的过程中，被覆层10的热膨胀小于磁芯部2的热膨胀，因此在被覆层10上发生由于磁芯部2的热膨胀引起的拉伸应力。而且，考虑到该拉伸应力不是抵消了磁芯部2的残留应力(压缩应力)了吗，因此不是能够改善铁氧体芯的功率损耗Pcv吗。

又，本发明不限于上述实施形态，在本发明的范围内可以实施各种改变。

例如，上述实施形态中，对于烧成过的磁芯部，形成热处理前的被覆层，对其进行热处理形成被覆层，但也可以同时进行该磁芯部的烧成和被覆层的热处理。这样进行可以简化工序。

又，在脱粘接剂工序中，也可以将玻璃粉末的粒径选择在特定范围内，以使浆液中含有的粘接剂树脂的有机成分容易挥发。借助于此，可提高热处理前的被覆层自身的强度，可以防止热处理前的被覆层形成时在磁芯部发生缺陷等。

又，形成热处理前的被覆层的工序中，通过例如改变浆液中含有的粘接剂树脂的量，也可以使热处理前的被覆层的表面附近的强度变得比该被覆层与磁芯部的边界附近的强度更弱。通过这样操作，该被覆层的表面附近起着牺牲膜(sacrificialfilm)的作用，可以有效防止磁芯部发生缺陷等。

而且也可以将热处理前的被覆层形成为多层，使该被覆层的表面侧的层中含有的玻璃组合物的软换点比靠近磁芯部的层中含有的玻璃组合物的软化点高。而且，在热处理工序中，使热处理温度比靠近磁芯部的层中含有的玻璃组合物的软化点高，而且比被覆层的表面侧的层中含有的玻璃组合物的软化点低。通过这样做，可以以被覆层的表面侧的层作为牺牲膜，能够有效防止磁芯部发生缺陷等。

实施例

下面进一步根据详细实施例对本发明进行说明，但本发明不限于这些实施例。

实施例1

首先，准备Fe₂O₃、ZnO以及Mn₃O₄作为主成分的原料。准备SiO₂以及CaCO₃作为副成分的原料。

还有，Pb以及Cd包含于作为主成分的原料的氧化铁、氧化锌、以及氧化锰中。因此，准备Cd和Pb含量不同的各种氧化铁、氧化锌、以及氧化锰原料，调整其使用量，以使最终得到的试样含有表1～表3所记载的Cd量和Pb量。

接着称量所准备的主成分的原料粉末，再按照表1所示的量称量副成分的原料粉末后，用球磨机进行5小时的湿式混合，得到原料混合物。

接着对得到的原料混合物在空气中进行950℃、2小时的煅烧，然后用球磨机进行20小时的湿式粉碎，得到平均粒径1.5μm的粉碎材料。

接着，将该粉碎材料烘干后，在100重量％的该粉碎材料中添加1.0重量％的聚乙烯醇作为粘接剂进行造粒，用20目的筛子进行整粒得到颗粒，用196MPa(2吨/cm²)的压力对这种颗粒进行加压成型，得到环形(尺寸＝外径22mm×内径12mm×高度6mm)的成型体。

对得到的成型体进行荧光X射线分析，测定铁氧体芯的组成，确认与示于表1的量一致。

接着，对这些成型体在适当控制氧分压的同时以1270℃温度煅烧2.5小时，得到作为烧结体的磁芯部。

接着准备形成被覆层用的玻璃组合物的粉末。作为玻璃组合物使用Si－B系玻璃。Si－B系玻璃是将构成玻璃成分的氧化物等原料加以混合·熔融，然后急冷制造成的。

本实施例中，改变Si－B玻璃的成分的组成、含有量等，使用让热膨胀系数改变的玻璃组合物A～D。玻璃组合物A的热膨胀系数为6×10^－6/℃，玻璃组合物B的热膨胀系数为11×10^－6/℃，玻璃组合物C的热膨胀系数为8×10^－6/℃，玻璃组合物G的热膨胀系数为10×10^－6/℃。

又，磁芯部以及玻璃组合物的热膨胀系数利用TMA进行测定。

接着，制造用于形成热处理前的被覆层的浆液。首先，以规定的重量比将得到的玻璃组合物的粉末与PVA加以混合。还有，以规定的重量比将得到的固体成分(玻璃粉末和PVA的混合物)与溶剂加以混合，以球磨机进行混合准备浆液。使用以8：2的比例混合水与乙醇的溶剂。相对于浆液中的玻璃粉末，粘结剂树脂的含量为10％。

接着，将磁芯部投入滚筒装置的滚筒容器内，在磁芯部的整个表面，使用上述浆液进行喷射处理形成被覆层。又在喷射的同时，用暖风以温度70℃温度进行烘干处理。

其后，从滚筒容器中取出形成热处理前的被覆层的磁芯部，以750℃温度对该磁芯部进行1小时的热处理，得到玻璃化的被覆层形成于磁芯部整个表面的铁氧体芯(环状)。

被覆层厚度为3～25μm左右。又，被覆层厚度由被覆层形成前后的尺寸计算出。

又，被覆率为98～100％。还有，被覆率是对20个试样进行目视观察，对被覆层形成不完全的试样通过测定被覆面积计算出的。

＜功率损耗(Pcv)＞

在得到的磁芯部试样和形成被覆层后的铁氧体芯上卷绕初级绕组和次级绕组各三匝，在1MHz－50mT的条件下测定－10～60℃的功率损耗，求损耗最小的温度(Tsp)，计算Tsp下的功率损耗Pcv(单位：kW/m³)。测定用B－H分析器(岩崎通信株式会社制SY－8217)进行。结果示于表1～表3。

＜饱和磁通密度(Bs)＞

在得到的磁芯部试样和形成被覆层后的铁氧体芯上卷绕60匝绕组后，用B－H波形计量器(理研电子株式会社制ModelBHS40)，在Tsp下测定施加2kA/m磁场时的饱和磁通密度Bs(单位：mT)。结果示于表1和2。

又在表1和表2表示出高频区域(1MHz)的磁芯部以及形成被覆层后的铁氧体芯的品质系数Pcv/Bs。Pcv越小或Bs越大，则该Pcv/Bs越小。从而，Pcv/Bs的值越小则功率损耗的减少与高饱和磁通密度能够同时实现。

又，在表2中表示出从被覆层形成前的磁芯部试样的功率损耗(Pcv)的值和被覆层形成后的铁氧体芯的功率损耗(Pcv)的值计算出的被覆层形成前后的功率损耗(Pcv)的提高率(变化率)。还有，本实施例中，提高率(变化率)在15％以上者为良好，更好的是20％以上的提高率。

又，表2中，被覆层形成后的铁氧体芯的Pcv/Bs未满1.0为良好，更理想的是未满0.9。

表2

从表1可以确认，试样2～6和试样9～11，其Tsp在0～50℃的范围内。还可以确认，试样2～6和试样9～11，与Tsp不在0～50℃的范围内的试样1、7、8和12相比，在高频区域(1MHz)的功率损耗(Pcv)变低。

表2的试样2a～6a以及9a～11a，以Tsp在本申请的发明的范围内(Tsp在0～50℃范围内)的试样2～6及9～11为磁芯部，利用具备比该磁芯部的热膨胀系数(10×10^－6/℃)小的热膨胀系数(6×10^－6)的玻璃A覆盖该磁芯部的表面。

可以确认这样的试样2a～6a与形成被覆层前的试样2～6相比，高频区域(1MHz)的功率损耗(Pcv)降低，而且即使是试样9a～11a也可以确认与形成被覆层前的试样9～11相比，在高频区域(1MHz)的功率损耗(Pcv)降低了。即可以确认与磁芯部试样(试样2～6与9～11)相比，在形成由玻璃A构成的被覆层的铁氧体芯(试样2a～6a和9a～11a)的情况下，高频区域(1MHz)的功率损耗(Pcv)提高了22～28％左右。

还有，在磁芯部表面形成由玻璃A构成的被覆层前后，维持着高饱和磁通密度(Bs)，其结果是，在形成由玻璃A构成的被覆层的铁氧体芯(试样2a～6a和9a～11a)的情况下，以Pcv/Bs表示的品质系数提高了。

但是，在将Tsp不在本申请的发明的范围内的试样1、7、8和12作为磁芯部使用的情况下，即使在磁芯部的表面形成由玻璃A构成的被覆层，也可以确认在被覆层形成的前后，高频区域(1MHz)的功率损耗(Pcv)没有得到充分改善效果(试样1a、7a、8a和12a)。

根据这些结果可以确认，形成磁芯部的铁氧体组成物的Tsp在本申请的发明的范围内(Tsp在0～50℃范围内)的情况下，通过在磁芯部的表面形成具有比磁芯部低的热膨胀系数的被覆层，能够维持较高的饱和磁通密度，而且在高频区域(例如1MHz以上)也能够降低功率损耗(Pcv)，结果能够改善品质系数(Pcv/Bs)。

特别是，这样的功率损耗改善效果在形成磁芯部的铁氧体组合物的Tsp处于本申请的发明的范围内(Tsp在0～50℃范围内)的情况下是显著的。

表2的试样1b～12b除了使用具有比磁芯部大的热膨胀系数(11×10^－6/℃)的玻璃B代替在试样1a～12a中使用的玻璃A外，与试样1a～12a一样地制作铁氧体芯，进行同样的评价。

在试样1b～12b的情况下，可以确认在形成玻璃B的被覆层前后，高频区域(1MHz)的功率损耗都没有得到改善，而是更加恶化了，而且这，而且这与形成磁芯部的铁氧体组合物的Tsp是否在本申请的发明的范围内没有关系。

即确认在利用具有比磁芯部更大的热膨胀系数的被覆层覆盖磁芯部的情况下，在被覆层形成前后功率损耗(Pcv)都没有得到改善，而且这与Tsp的范围无关。

又，表2的试样4c与4d，除了使用具有比磁芯部小的热膨胀系数(8×10^－6/℃)的玻璃C或具有与磁芯部相同的热膨胀系数(10×10^－6/℃)的玻璃D，代替试样4a使用的玻璃A外，与试样4a一样地制作铁氧体芯，进行同样的评价。

试样4c和4d，采用形成磁芯部的铁氧体组合物的Tsp处于本申请的发明的范围内的试样4的磁芯部试样，利用具有比磁芯部的热膨胀系数小的热膨胀系数的被覆层覆盖磁芯部，因此可以确认与4a一样，在被覆层形成前后高频区域(1MHz)的功率损耗(Pcv)得到了改善。

实施例2

除了使形成磁芯部的铁氧体组合物中的副成分SiO₂和CaO的含量如表3所述变动外，与实施例1的试样4(Tsp为25℃)一样地制作形成磁芯部的试样，进行相同的评价(试样13～21)。结果示于表3。

接着，以图3所示的铁氧体组合物形成磁芯部，得到利用玻璃A或玻璃B在磁芯部的表面形成被覆层的铁氧体芯(环形)。对得到的铁氧体芯试样，进行与实施例1一样的评价(试样13a～21a和试样13b～21b)。结果示于表4。

表4

根据表3可以确认铁氧体组合物中的副成分SiO₂及CaO的含量在本申请的发明的范围内的试样4、14、15和18～20与副成分的含量不在本申请的发明的范围内的试样13、16、17、21相比，高频区域(1MHz)的功率损耗(Pcv)小。

表4的试样4a、14a、15a和18a～20a，以铁氧体组合物中的副成分SiO₂及CaO的含量在本申请的发明的范围内的试样4、14、15和18～20形成为磁芯部，利用具有比该磁芯部小的热膨胀系数的玻璃A覆盖该磁芯部的表面。

可以确认，这样的试样4a、14a、15a和18a～20a与形成被覆层前的试样4、14、15和18～20相比，在高频区域(1MHz)的功率损耗(Pcv)降低了。即可以确认与磁芯部试样(试样4、14、15和18～20)相比，形成由玻璃A构成的被覆层的铁氧体芯(试样4a、14a、15a和18a～20a)在高频区域(1MHz)的功率损耗(Pcv)减小了20～22％左右，性能提高了。

还可以确认，在磁芯部表面形成由玻璃A构成的被覆层前后，维持着高饱和磁通密度(Bs)，其结果是，形成由玻璃A构成的被覆层的铁氧体芯(试样4a、14a、15a和18a～20a)，其以Pcv/Bs表示的品质系数提高了。

但是，在使用铁氧体组合物中的副成分SiO₂与CaO的含量不在本申请的发明的范围内的试样13、16、17、21作为磁芯的情况下，即使形成由玻璃A构成的被覆层，也可以确认在被覆层形成前后高频区域(1MHz)的功率损耗(Pcv)没有得到充分改善(试样13a、16a、17a和21a)。

根据这些结果可以确认，形成磁芯部的铁氧体组合物中的副成分SiO₂与CaO的含量在本申请的发明的范围内的情况下，通过在磁芯部表面形成热膨胀系数低于磁芯部的被覆层，能够维持高饱和磁通密度(Bs)并且在高频区域(例如1MHz以上)也能够使功率损耗降低，其结果是能够改善品质系数(Pcv/Bs)。

可以确认试样13b～21b在形成玻璃B的被覆层前后，高频区域(1MHz)的功率损耗(Pcv)没有得到改善，而更加恶化了，而且这与形成磁芯部的铁氧体组合物中的副成分SiO₂和CaO的含量是否在本申请的发明的范围内没有关系。

即可以确认在利用具有比磁芯部大的热膨胀系数的被覆层覆盖磁芯部的情况下，在被覆层形成前后功率损耗(Pcv)没有得到改善，而且这与铁氧体组合物中副成分SiO₂和CaO的含量无关。

实施例3

形成磁芯部的铁氧体组合物中的Cd和Pb的含量根据作为铁氧体组合物的主成分原料氧化铁、氧化锌和氧化锰中含有的量进行调整，除了如表5那样进行变动以外，与实施例1的试样4(Tsp为25℃)一样地制作形成磁芯部的试样，进行相同的评价(试样22～31)。结果示于表5。

接着，以表5所示的铁氧体组合物形成磁芯部，得到利用玻璃A或玻璃B在磁芯部的表面形成被覆层的铁氧体芯(环形)。对得到的铁氧体芯试样进行与实施例1和实施例2相同的评价(试样22a～31a与试样22b～31b)。结果示于表6。

表6

根据表5，可以确认铁氧体组合物中的Cd和Pb的含量在本申请的发明的范围内的试样4、22～25与27～30，与副成分含量不在本申请的发明的范围内的试样26和31相比，高频区域(1MHz)的功率损耗(Pcv)低。

表6的试样4a、22a～25a与27a、30a，以铁氧体组合物中的Cd和Pb的含量在本申请的发明的范围内的试样4、22～25、27～30形成磁芯部，利用具有比该磁芯部小的热膨胀系数的玻璃A覆盖该磁芯部的表面。

可以确认这样的试样4a、22a～25a和27a～30a，与形成被覆层之前的试样4、22～25和27～30相比，在高频区域(1MHz)的功率损耗(Pcv)降低了。即可以确认与磁芯部试样(试样4、22～25及27～30)相比，形成由玻璃A构成的被覆层的铁氧体芯(试样4a、22a～25a与27a～30a)在高频区域(1MHz)的功率损耗(Pcv)减小了20～24％，性能提高了。

还确认在磁芯部的表面形成由玻璃A构成的被覆层前后，高饱和磁通密度维持不变，其结果是，形成由玻璃A构成的被覆层的铁氧体芯(试样4a、22～25a和27a～30a)，其以Pcv/Bs表示的品质系数得以提高。

但是，在将铁氧体组合物中的Cd与Pb的含量不在本申请的发明的范围内的试样26与31作为磁芯部使用的情况下，可以确认即使形成由玻璃A构成的被覆层，在形成被覆层前后，在高频区域(1MHz)的功率损耗(Pcv)没有得到充分改善(试样26a和31a)。

根据这些结果，可以确认在形成磁芯的铁氧体组合物中的Cd与Pb的含量处于本申请的发明的范围内的情况下，通过在磁芯部的表面形成具有比磁芯部低的热膨胀系数的被覆层，能够维持高饱和磁通密度Bs，并且在高频区域(例如1MHz)也能够降低功率损耗，其结果是可以改善品质系数(Pcv/Bs)。

可以确认试样22b～31b在玻璃B的被覆层形成前后，高频区域(1MHz)的功率损耗没有得到改善，而更加恶化，而且这与形成磁芯部的铁氧体组合物中的Cd和Pb的含量是否在本申请的发明的范围内无关。

即可以确认在利用具有比磁芯部大的热膨胀系数的被覆层覆盖磁芯部的情况下，被覆层形成前后功率损耗(Pcv)没有得到改善，而这与铁氧体组合物中的Cd和Pb的含量无关。

Claims

1.一种铁氧体芯，具有由铁氧体组合物构成的磁芯部、以及形成于所述磁芯部表面的至少一部分的被覆层，其特征在于，

所述铁氧体组合物由以Fe₂O₃换算的含量为63.3～65.5摩尔％的氧化铁、以ZnO换算的含量为11.6～15.8摩尔％的氧化锌、余量的氧化锰构成主成分，相对于所述主成分100重量％，以SiO₂换算的氧化硅含量为60～250ppm，以CaO换算的氧化钙含量为360～1000ppm，以元素换算的Pb含量为2～7ppm，以元素换算的Cd含量为2～7ppm，

所述铁氧体组合物的磁损耗极小温度Tsp在0～50℃范围内，所述被覆层的热膨胀系数在所述磁芯部的热膨胀系数之下。

2.根据权利要求1所述的铁氧体芯，其特征在于，所述被覆层由玻璃组合物构成。

3.一种电子零件，其特征在于，具有权利要求1或2所述的铁氧体芯。