专利名称：铁氧体磁芯以及电子零件的制作方法
技术领域：
本发明涉及铁氧体磁芯以及电子零件，更详细地说，涉及起始磁导率得到改善的 铁氧体磁芯以及使用该铁氧体磁芯的电子零件。
背景技术：
铁氧体作为例如通信传送变压器或开关电源用变压器等变压器用的磁芯使用。在 这种用途中，要求磁特性良好，特别是要求具有高的起始磁导率μ i。近年来，一直要求高起始磁导率。又，在这样的磁芯中，即使是相同的组成，也有发 现得到的起始磁导率较低的情况。又，日本特开2001-237135号公报中，提议在磁芯的表面以滚筒涂布法形成玻璃 涂膜。但是，在日本特开2001-237135号公报中，对如何改善起始磁导率没有任何考虑。
发明内容
鉴于上述状况，本发明的目的在于提供一种改善起始磁导率(μ i)的铁氧体磁芯。本发明的发明人为达到上述目的尽心认真研究，结果发现铁氧体磁芯的起始磁导 率低的主要原因之一在于铁氧体磁芯中的残留应力，利用构成铁氧体磁芯的材料的热膨胀 系数差，能够降低残留应力，以完成本发明。即本发明的铁氧体磁芯，其特征在于，具有以铁氧体组成物构成的磁芯部、以及在 所述磁芯部的表面的至少一部分上形成的被覆层；所述被覆层的热膨胀系数低于所述磁芯 部的热膨胀系数。本发明中，由于如上所述控制磁芯部以及被覆层的热膨胀系数，烧成时生成的磁 芯部的残留应力和烧成时的铁氧体组成物中含有的成分的蒸发等原因引起的残留应力可 由被覆层上生成的应力抵消因而减小。即能够降低本发明的铁氧体磁芯中的残留应力。该铁氧体磁芯中的残留应力是使起始磁导率劣化的主要原因之一，因此通过实施 如上所述方法，本发明的铁氧体磁芯可以改善起始磁导率。又，被覆层也具有作为抑制磁芯 部的欠缺等的保护层的作用，能够提高生产效率。最好是所述被覆层由玻璃组成物构成。通过这样做，能够在磁芯的表面容易地形 成被覆层。又，在磁芯部表面形成具有绝缘性的玻璃组成物的情况下，可以提高磁芯部与卷 绕的导线等的绝缘性。最好是，相对于所述磁芯部的表面积，将形成所述被覆层的比例作为被覆率的情 况下，所述被覆率为50 100%。将被覆率限定于这样的范围，能够进一步提高本发明的效果。最好是，所述被覆层的厚度为超过0 μ m，在50 μ m以下。使被覆层的厚度在这样的 范围内，能够改善起始磁导率并且能够进一步提高本发明的效果。本发明的电子零件，是具有上述任何一种铁氧体磁芯的电子零件。
作为本发明的电子零件，并不特别限定，可以举出有例如线圈零件、变压器零件、 磁头零件等。作为线圈零件可举出感应器或扼流线圈等，作为变压器零件，可以举出有开关 用、逆变器用等电源变压器等。如果采用本发明，利用磁芯部与被覆层的热膨胀的差，降低磁芯部的残留应力，可 以得到起始磁导率改善的铁氧体磁芯。特别是，通过将被覆层覆盖磁芯部的表面的比例 (被覆率)或被覆层厚度控制于特定范围，能够进一步改善起始磁导率。而且特别是用玻璃组成物构成被覆层，能够容易在磁芯表面形成被覆层。又，在玻 璃组成物为绝缘体的情况下，即使是磁芯部有导电性，也可以确保与卷绕的导线等的绝缘 性。
图1是本发明一实施形态的铁氧体磁芯的概略剖面图。图2是本发明一实施形态 的铁氧体磁芯的制造用的滚筒装置的概略剖面图。图3是卷绕线圈后的鼓状磁芯的剖面 图。图4是表示本发明的实施例与比较例的铁氧体磁芯的被覆层的厚度与起始磁导率的关 系的曲线图。
具体实施例方式以下根据附图所示的实施形态对本发明进行说明。铁氧体磁芯本发明的铁氧体磁芯的形状不特别限制，可以是例示的鼓状磁芯、板 状磁芯、棒状磁芯、筒状磁芯等。本实施形态中，如图1所示，铁氧体磁芯1具有鼓状磁芯形 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具有圆柱或多棱柱状的卷绕轴4、以及沿着该卷绕轴4的轴方向在 两侧成一整体形成的一对锷部5。锷部5的外经比卷绕轴4的外径大，卷绕轴4的外周上形 成由锷部5围绕的凹部6。而且在该凹部6中卷绕线圈30作为线圈零件。磁芯部2的尺寸没有特别限制，在本实施形态中，卷绕轴4的外径为0. 6 1. 2mm, 卷绕轴4的轴方向的宽度为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由铁氧体组成物构成，最好含有ZnO成分。因为可以提高起始磁导率。在 本实施形态中，作为铁氧体组成物，最好是Mn-Zn系铁氧体或M-Zn系铁氧体。又可以根据 需要，以提高特性等为目的，含有微量成分。磁芯部2的热膨胀系数因铁氧体组成物的组成而变化，大概为70X10_7°C
iioxi(T7,c。被覆层被覆层10的材料，只要是具有比磁芯部2的热膨胀系数更小的热膨胀系数 的材料，没有特别限定，例如可以是玻璃组成物、SiO2, B203、ZrO2等。又，被覆层10也可以 由多种材料构成，也可以是由多个层构成的叠层结构。铁氧体组成物中，有在施加外来压缩应力时，起始磁导率(μ i)逐步变小的铁氧 体组成物。在这样的铁氧体组成物中，即使是不施加外来压缩应力的状态下，也被认为铁氧 体组成物中，已经施加了内部压缩应力作为残留应力。
这样的残留应力，被认为是铁氧体组成物的烧成·冷却时的收缩引起的应力或烧 成·冷却时铁氧体组成物中的成分，特别是由于ZnO成分的蒸发等原因所产生的应力等。在这里，磁芯部2的表面的至少一部分上形成具有比磁芯部2的热膨胀系数更小 的热膨胀系数的被覆层10，因此，在加热 冷却的过程中，被覆层10的热膨胀比磁芯部2的 热膨胀更小。因此在被覆层10上产生因磁芯部2的热膨胀引起的拉应力。而且，该拉应力 可以抵消磁芯部2的残留应力(压缩应力)。从而能够缓和磁芯部(铁氧体组成物)中的 内部压缩应力，因此可以改善铁氧体磁芯的起始磁导率。本实施形态中，被覆层10最好是由玻璃组成物构成。作为玻璃组成物，只要是在 磁芯部2的表面上以非晶态形成的物质、或是作为结晶化玻璃形成的物质，没有特别限制， 例如，也可以是Si-B系玻璃(硼硅玻璃)、无碱玻璃、铅玻璃等。玻璃组成物的热膨胀系数因玻璃组成物中含有的成分的组成和各成分的含量而 变化。因此，有必要适当设定成分的组成及含量，使玻璃组成物的热膨胀系数比磁芯部2的 热膨胀系数更小。被覆层10只要形成于磁芯部2的表面的至少一部分上即可，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，90 100%更好。被覆率越高，抵 消磁芯部2的残留应力的效果越大，因此可以使起始磁导率更高。而且作为防止磁芯部2 的欠缺的保护层的作用也更大。又，图1表示被覆率为100%的情况。而且在磁芯部2中，如果在导线等卷绕的部 分(本实施形态中的凹部6)附近形成被覆层10，则容易得到更好的效果。被覆层10的厚度以超过0 μ m，在50 μ m以下为宜，5 μ m以上、25 μ m以下更好。形 成被覆层10能够改善起始磁导率，但是被覆层过厚时，对起始磁导率贡献小，因此有起始 磁导率劣化的倾向。而被覆层有某一程度的厚度时，可以作为磁芯部的保护层起作用。因 此，最好是被覆层10的厚度在上述范围内。还有，如果被覆层10有绝缘性，即使磁芯部2有导电性，也可以确保与卷绕的导线 的绝缘。作为本实施形态的铁氧体磁芯，下面对被覆层10由玻璃组成物构成的铁氧体磁 芯的制造方法的一个例子进行说明。首先准备构成磁芯部2的铁氧体组成物的原料。作为原料，可以使用氧化铁、氧化 锌等氧化物，也可以使用在烧成后成为氧化物的各种化合物。接着，将准备的原料和粘合剂树脂等加以混合，利用公知的成型方法使该混合物 形成规定的形状。本实施形态中形成鼓状磁芯，得到磁芯部2的成型体。又可以根据需要， 对混合物进行煅烧，为了形成适合成型的形态，也可以进行粉碎、造粒等。又可以对该成型 体根据需要进行脱粘合剂处理等。接着，对得到的成型体进行烧成，得到烧结体(磁芯部2)。烧成时产生上述应力， 在磁芯部2中产生残留应力。即在该状态下，只能够得到比磁芯部2本来具有的起始磁导 率更低的起始磁导率。接着对得到的磁芯部2使用图2所示的滚筒(barrel)装置，在磁芯部2的表面上 形成由玻璃组成物、粘合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有圆柱状或多棱柱状的汽缸套20a，在其中空的内部，容纳滚筒容器22，而且使其能够围绕其轴心在箭头A的方向(或其逆向)上旋转自如。汽缸套20a上分别形成入口管23与出口管24。能够使烘干用气体从入口管23进 入汽缸套20a的内部，从出口管24排出汽缸套内部的空气。筒形容器22的内部的轴芯位置上，沿着轴方向配置喷雾器喷嘴25，能够从喷嘴25 向滚筒容器22的内部贮留的多个磁芯部2喷射浆液26。滚筒容器22在箭头A方向上旋 转，因此磁芯部2以图2所示的状态存在，利用滚筒容器22的旋转进行搅拌。喷嘴25能够向磁芯部2的集合喷射浆液26。又可以自由地改变从喷嘴25喷射浆 液的方向。还有，汽缸套20a上连接图示省略的排出管道，能够排出余下的浆液26。滚筒容器22的壁上形成连通外部与内部的多个孔，汽缸套20a的下方贮留的浆液 26也浸入滚筒容器22的内部，可将磁芯部2浸渍于该浆液26中。又，在烘干用气体从入口 管23通过汽缸套20a向出口管24流通时，也向滚筒容器22的内部流动。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，一边搅拌磁芯部2的集合，一边从喷嘴25喷射浆 液26，形成热处理前的被覆层10a。浆液26含有将上述玻璃组成物粉碎得到的玻璃粉末、粘合剂树脂、以及溶剂。还 可以含有其他的添加物。玻璃组成物只要是将构成该组成物的氧化物、卤化物等非氧化物 等原料加以混合、熔融、急冷形成非晶态即可。又，作为玻璃组成物，也可以使用结晶化玻 璃。本实施形态中，作为玻璃粉末使用Si-B系玻璃。玻璃粉末的平均粒径(中等粒径)不 特别限定，最好是在0. Iym以上、IOym以下范围内。浆液26中含有的粘合剂树脂最好使用聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇树脂变性体、或 这些树脂的混合物。通过这样的操作，形成的热处理前的被覆层IOa与磁芯部2的紧贴性 优异。溶剂最好是含水。溶剂也可以只是水，玻璃粉末的表面与水的接触角大的时候，通 过以一定比例混合乙醇、异丙醇(IPA)、异丁醇(IBA)等水溶性醇，能够抑制玻璃粉末的凝 集和沉降，是理想的方法。喷射于磁芯部2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，剩余的浆液26通过图示省略的排出管道排出。从喷嘴25喷射浆液26的处理时间不特 别限定，例如可以是30 180分钟左右。又，喷射时的浆液26的温度也与溶剂组成有关系， 最好是在40°C以上100°C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 降低温度。接着，一边喷射浆液26同时一边对热处理前的被覆层IOa进行烘干处理。烘干处 理中，使烘干用气体从入口管23流入汽缸套20a的内部，从出口管24排出。该烘干处理中 使用的烘干用气体为例如温度50 100°C的空气。又可以在喷射处理后再进行例如5 30分钟的烘干处理。烘干处理后，形成热处理前的被覆层IOa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IOa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°C，热处理时间为5 120分钟。Mn-Zn系铁氧体的情况下，热处理最好是在氧分压0. 以下的氮气气氛下进行 烧成。这是因为，磁芯部2的氧化是特性劣化的原因，所以通过降低氧分压可以防止氧化。
热处理后，磁芯部2的表面形成玻璃化的被覆层10，得到图1所示的铁氧体磁芯 1。又，本实施形态中，所谓玻璃化，定义为以连续的非晶态固体膜，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、复印、浸渍、溅射、镀 等方法形成由银、钛、镍、铬、铜等构成的一对端子电极32。即使是磁芯部2具有导电性，端 子电极32也由于被覆层10的存在而绝缘。其后，围绕卷绕轴4卷绕导线30，将该导线的两端用热压接、超声波焊接、激光焊 接等焊接方法、钎焊方法等分别连接于端子电极32，完成本发明一实施形态的线圈零件。又，本发明不限于上述实施形态，可以在本发明的范围内实施各种变更。例如，在上述实施形态中，对烧成过的磁芯部，形成热处理前的被覆层，对其进行 热处理形成被覆层，但是也可以同时进行磁芯部的烧成与被覆层的热处理。这样可以简化 工序。又，在去除粘合剂的工序中，也可以使玻璃粉末的粒径处于特定范围内，以使浆液 中含有的粘合剂树脂这样的有机成分容易挥发。这样一来，可以提高热处理前的被覆层自 身的强度，能够防止热处理前的被覆层形成时的磁芯部的缺陷等发生。又，热处理前的被覆层的形成工序中，也可以例如通过改变浆液中含有的粘合剂 树脂的量，使热处理前的被覆层的表面附近的强度比该被覆层与磁芯部的界面附近的强度 更弱。这样做，使该被覆层的表面附近起牺牲自己的保护膜的作用，能够有效地防止磁芯部 的缺陷的发生。而且也可以使热处理前的被覆层形成多个层，与磁芯部附近的层中含有的玻璃组 成物的软化点相比，使该被覆层的表面侧的层中含有的玻璃组成物的软化点更高。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成物的软化点更高，而且 也比被覆层的表面侧的层中含有的玻璃组成物的软化点更低。通过这样做，可以将被覆层 的表面侧的层作为牺牲自己的保护膜，可以有效防止磁芯部的欠缺等的发生。Mi以下进一步根据详细的实施例进行说明，但是本发明不限于这些实施例。实施例1作为构成磁芯部的铁氧体组成物的原料，准备Fe203、Ni0、Cu0、Zn0、Mn0。 而且在秤量准备的原料粉末后，用球磨方法进行湿式混合，得到原料的混合物。将得到的混 合物煅烧，再湿式粉碎·烘干，得到原料粉末。在该原料粉末中，添加作为粘合剂树脂的PVA，造粒形成颗粒。将该颗粒加压成型， 得到环形的成型体(尺寸外径IOmmX内径6mmX高3mm)。接着，将该成型体在空气中与氮气氛围中进行烧成，得到作为环形烧结体的磁芯 部。本实施例中，将下述磁芯部A C作为试样使用。磁芯部A 组成为 Fe2O3 :53mol %、ZnO :24mol %、MnO :23mol %、热膨胀系数为 102X10_7/°C。磁芯部B 组成为 Fe2O3 :55mol %、ZnO :2mol %、MnO :43mol %、热膨胀系数为
ioox10 7/°c。磁芯部C 组成为 Fe2O3 :49mol%,ZnO :22mol%、NiO :22mol%,CuO 其余部分，热膨 胀系数为80 X10—7 °c。接着准备形成被覆层用的玻璃组成物的粉末。玻璃组成物使用Si-B系玻璃。将构成玻璃成分的氧化物等原料混合、熔化，然后急冷，制造Si-B系玻璃。在本实施例中，采用改变Si-B系玻璃中的成分的组成、含量等，使热膨胀系数改 变的玻璃组成物D G。玻璃组成物D的热膨胀系数为60 X 10—7°C，玻璃组成物E的热膨 胀系数为64 X 10-7/oC，玻璃组成物F的热膨胀系数为100 X 10_7°C，玻璃组成物G的热膨胀 系数为 IlOX 10—7°C。又，磁芯部与玻璃组成物的热膨胀系数利用TMA测定。接着，制作用于形成热处理前的被覆层的浆液。首先，按照规定的重量比混合得到 的玻璃组成物的粉末与PVA，再将得到的固态成分(玻璃粉末与PVA的混合物)与溶剂按照 规定的重量比进行混合，然后用球磨机混合，准备浆液。溶剂采用将水与乙醇以8 2的比 例进行混合的溶剂。相对于浆液中的玻璃粉末，粘合剂树脂的含量为10重量％。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 进行喷射处理以形成被覆层。也就是说，使被覆率达到100%。又，与喷射同时，以温度为 70°C的热风进行烘干处理。其后，从滚筒容器内取出形成热处理前的被覆层的磁芯部，对该磁芯部进行 7500CU小时的热处理，得到磁芯部整个表面上形成玻璃化的被覆层的铁氧体磁芯(环 形)。对得到的铁氧体磁芯，如以下所述测定被覆层的厚度与起始磁导率(μ i)。结果示 于表1。被覆层厚度被覆层厚度从被覆层形成前后的尺寸计算得出。起始磁导率得到的环形的磁芯上卷绕铜导线10匝，使用阻抗分析器(惠普 4284A)，测定起始磁导率μ i。测定条件为，测定频率1kHz，测定温度25°C。测定电平0. 5mA。 结果示于表1。表 权利要求
一种铁氧体磁芯，其特征在于，具有用铁氧体组成物构成的磁芯部、以及在所述磁芯部的表面的至少一部分上形成的被覆层；所述被覆层的热膨胀系数比所述磁芯部的热膨胀系数小。
2.权利要求1所述的铁氧体磁芯，其特征在于，所述被覆层由玻璃组成物构成。
3.权利要求1或2所述的铁氧体磁芯，其特征在于，将形成所述被覆层的比例作为被覆 率的情况下，对于所述磁芯部的表面积，所述被覆率为50% 100%。
4.权利要求1或2所述的铁氧体磁芯，其特征在于，所述被覆层的厚度为超过0μ m，在 50 μ m以下。
5.一种电子零件，其特征在于，是具有权利要求1或2所述的铁氧体磁芯的电子零件。
全文摘要
铁氧体磁芯(1)，其特征在于，具有由铁氧体组成物构成的磁芯部(2)、以及在磁芯部(2)的表面的至少一部分上形成的被覆层(10)；被覆层(10)的热膨胀系数低于磁芯部(2)的热膨胀系数。采用本发明，能够提供一种改善了起始磁导率(μi)的铁氧体磁芯。
文档编号H01F41/02GK101937757SQ20101021930
公开日2011年1月5日 申请日期2010年6月26日 优先权日2009年6月29日
发明者三浦丰, 千叶和规, 大久保等, 山崎恒裕, 松井繁树, 涉谷好孝 申请人:Tdk株式会社