(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェライト原料粉末と、
バインダーとしてのポリビニルアルコールに可塑剤として分子量が１０００以上６０００以下のポリエチレングリコールを加えた水溶液とを混合してフェライト成形用顆粒を造粒し、
該顆粒を型により成形し、
該成形体を焼結して吸水率が０．２重量％以下の焼結体を得る
ことを特徴とするフェライト焼結体の製造方法。
【請求項２】
請求項１のフェライト焼結体の製造方法において、
造粒用バインダーとしてのポリビニルアルコール１００重量部に対し、可塑剤としてのポリエチレングリコールを５重量部以上５０重量部以下添加する
ことを特徴とするフェライト焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フェライト成形用顆粒を用いて成形、焼結することにより得られるフェライト焼結体の製造方法に係り、特に磁心損失が低減されたフェライト焼結体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フェライトは電子部品に幅広く用いられる。そのフェライトはフェライト材料を用いて成形され、その成形体を焼成することにより得られる。従来、フェライト成形体を製造する方法としては、種々の方法が採用されているが、なかでも乾式の加圧成形法が一般的に広く行われている。たとえばフェライト原料粉末とバインダーと水とにより水性スラリーを調整し、これをスプレードライヤーで噴霧乾燥して作製した顆粒、またはフェライト原料粉末とバインダー溶液とを攪拌混合し、乾燥とオシレーティング押出し造粒を繰り返して作製した顆粒を加圧成形することにより、フェライト成形体が製造される。そしてその成形体を焼成することにより焼結体が得られる。なお、オシレーティング押出し造粒法とは、例えば数ｍｍ程度の粒径に造粒された粒子を網上で押し潰して細かくした粒子を落下させるという作業を、網目を順次細かくした数段の工程で行うことにより、所定の粒径以下の粒子を得る方法である。
【０００３】
前述のような焼結前の成形体を得る際の加圧成形方法においては、フェライト成形用顆粒として、流動性が良好で、金型への充填性（流動性）が良く、しかも小さい圧力で潰れやすいものを使用することが、得られるフェライト焼結体の品質を良くし、かつ生産性を高めるという見地から重要である。
【０００４】
ところで、流動性が良く、小さい圧力で潰れやすい顆粒を製造する方法としては、特開平５−１５９９１８号公報や特公平７−１７４６０号公報に、分散剤を用いてスラリーを調整してこれを造粒する方法が開示されている。また、特公平３−３１６６０号公報や特開平１０−５９７７６号公報には、バインダーの偏析を抑制して造粒する方法が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記公報に記載の方法は、一般にスプレードライヤーを用いた噴霧乾燥造粒法に適用される技術であって、オシレーティング押出し造粒法に適用しても、所定の効果を発揮することはできず、用途が狭い。
【０００６】
また、前記公報に記載の方法は、顆粒の流動性や潰れ易さは改善されるものの、得られる成形体の強度や、焼結体の電磁気特性、特に磁心損失については満足しうる効果が得られない。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑み、磁心損失が低減されたフェライト焼結体の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１のフェライト焼結体の製造方法は、フェライト原料粉末と、
バインダーとしてのポリビニルアルコールに可塑剤として分子量が１０００以上６０００以下のポリエチレングリコールを加えた水溶液とを混合してフェライト成形用顆粒を造粒し、
該顆粒を型により成形し、
該成形体を焼結して吸水率が０．２重量％以下の焼結体を得る
ことを特徴とする。
【０００９】
請求項２のフェライト焼結体の製造方法は、請求項１のフェライト焼結体の製造方法において、
造粒用バインダーとしてのポリビニルアルコール１００重量部に対し、可塑剤としてのポリエチレングリコールを５重量部以上５０重量部以下添加する
ことを特徴とする。
【００１０】
本発明のフェライト成形用顆粒の原料粉末は、特に限定されるものではないが、例えば、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＭｎＯ、ＮｉＯ、ＣｕＯ、ＺｎＯを主成分とし、必要に応じて、さらに、副成分ないし不可逆的不純物として、Ｃｏ、Ｗ、Ｂｉ、Ｓｉ、Ｂ、Ｚｒ等の金属酸化物が含まれてもよい。
【００１１】
また、フェライト原料粉末の好ましい平均粒径は、０．０１〜５μｍであり、より好ましくは０．１〜１．５μｍである。好ましい平均粒径にするためには、ボールミル、攪拌ミル、アトライター等のような粉砕方式によっても良く、また、湿式粉砕、乾式粉砕のいずれでも良い。
【００１２】
第一の必須成分であるポリビニルアルコールは、一次粒子の結合剤、すなわち原料粉末と原料粉末の結合材として機能するものであり、公知のものの中から、鹸化度や重合度を適宜選択して用いることができる。このポリビニルアルコールの添加量は、原料粉末１００重量部に対して、通常０．２〜１０重量部、より好ましくは０．５〜３重量部である。ポリビニルアルコールの添加量が０．２重量部未満であると、フェライト粒子を造粒できなくなるので好ましくない。逆に１０重量部を超えると、フェライト顆粒が硬くなりすぎ、潰れが悪くなることにより、顆粒粒界を多く残し成形不良を発生させる。また、容量欠陥が増加するので好ましくない。
【００１３】
第二の必須成分であるポリエチレングリコールは、フェライト成形体顆粒において、可塑剤として機能し、低圧潰れ性と圧力伝達性を改善し、顆粒粒界を低減するものである。ポリエチレングリコールの分子量は１０００〜６０００の範囲のものが好ましく、より好ましくは２０００〜４０００である。分子量が１０００未満のものでは、低圧潰れ性は改善するが、吸湿性が大きいため、顆粒の流動性が低下し、金型への均一充填ができない。また、６０００を超える分子量のものでは、添加による低圧潰れ性の改善効果が少なく、かつ成形体強度の低下によるクラックが発生し易くなる。
【００１４】
本発明によるフェライト成形用顆粒は、従来より公知の方法である例えばスプレードライヤーによる噴霧造粒法や、オシレーティング押出し造粒法等により、フェライト粉末を造粒することにより得られる。このようにして得られたフェライト顆粒の平均粒径は、通常５０〜５００μｍ、好ましくは７０〜３００μｍ、より好ましくは８０〜１５０μｍである。平均粒径が５０μｍ未満であると、流動性および金型への充填が悪くなることにより、成形体の寸法および単重量のばらつきが大きくなるので好ましくない。また、金型への微粉付着（スティッキング）が発生し易くなるので、好ましくない。逆に５００μｍを超えると、顆粒粒界を多く残し成形不良を発生させる。また、成形体の寸法および単重量のばらつきも大きくなる。
【００１５】
本発明による高密度フェライト成形体を製造するには、フェライト成形用顆粒を金型を用いて乾式加圧成形を行う。この際、プレス圧力は、通常、４０〜５００ＭＰａ、好ましくは８０〜４００ＭＰａの範囲で選ばれる。
【００１６】
本発明の焼結体製造に用いる成形用顆粒において、ポリエチレングリコールの添加量が５０重量部を越えると、成形体強度の低下によるクラックが発生し易くなる。また、５重量部未満では、添加による低圧潰れ性の改善効果が不十分である。ポリビニルアルコールに対するポリエチレングリコールの添加量は、より好ましくは、２０〜４０重量部である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
〔造粒材料の調整〕
表１、表２に示すように、フェライト焼結体を作製するに当たり、造粒は、オシレーティング押出し造粒法と、スプレー噴霧造粒法を用いた。また、このような造粒を行うための材料として、フェライト粉末と、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）とポリエチレングリコールの水溶液またはポリビニルアルコール単独の水溶液とを混合し、造粒のための材料とした。
【００１８】
ここで、ＰＶＡ水溶液Ｎｏ．５〜７はスプレー噴霧造粒によるもので、それ以外のものはオシレーティング押出し造粒による。オシレーティング押出し造粒によるもの（Ｎｏ．５〜７以外のもの）については、Ｍｎ−Ｍｇ−Ｚｎ系フェライト粉末１００重量部に、ポリエチレングリコール添加または不添加の種々のポリビニルアルコール水溶液を１７重量部添加し、攪拌造粒機ＴＭミキサー（三井鉱山社製）で混合攪拌造粒を行い、造粒粉を調整した。
【００１９】
また、表１において、ＰＶＡ水溶液Ｎｏ．５、６のもの（スプレー噴霧造粒）については、Ｍｎ−Ｍｇ−Ｚｎ系フェライト粉末６９重量部、水２５重量部、固形分濃度１２重量％のポリエチレングリコール添加ポリビニルアルコール水溶液を６重量部および分散剤としてポリカルボン酸アンモニウム塩０．２５重量部を湿式混合して、フェライトスラリーを調整した。ＰＶＡ水溶液Ｎｏ．７のもの（スプレー噴霧造粒）は、ポリエチレングリコールを添加しないこと以外はＰＶＡ水溶液Ｎｏ．５、６と同様に調整した。
【００２０】
ここで、表１に示すように、ポリビニルアルコールは、鹸化度が９８．５で重合度が２４００のもの（ＰＶＡ水溶液Ｎｏ．１〜４、８〜１３、１７〜２０）と、鹸化度が８８．０で重合度が５００のもの（ＰＶＡ水溶液Ｎｏ．５〜７）と、鹸化度が８８．０で重合度が１７００のもの（ＰＶＡ水溶液Ｎｏ．１４〜１６、２１〜２３）とを使用した。
【００２１】
また、ポリエチレングリコールは、分子量が６００のもの（ＰＶＡ水溶液Ｎｏ．３、２０、２２）と、分子量が１０００のもの（ＰＶＡ水溶液Ｎｏ．１２〜１４、２３）と、分子量が２０００のもの（ＰＶＡ水溶液Ｎｏ．１、６、８、１５〜１８、２１）と、分子量が４０００のもの（ＰＶＡ水溶液Ｎｏ．２、５、９、１９）と、分子量が６０００のもの（ＰＶＡ水溶液Ｎｏ．１０）、分子量が１００００のもの（ＰＶＡ水溶液Ｎｏ．１１）とを使用し、ポリビニルアルコール１００重量部に対するポリエチレングリコールの添加量を表１の右欄に示すように種々に変化させた。
【００２２】
【表１】
0003636292.tif 000002
【００２３】
〔造粒〕
ＰＶＡ水溶液Ｎｏ．１〜４、８〜２３のものについては、表２に示すように、前記造粒粉をベルト乾燥機で乾燥処理し、オシレーティング造粒解砕機で押出し造粒を行い、シフターにて整粒し、平均粒径２５０μｍの顆粒を得た。また、ＰＶＡ水溶液Ｎｏ．５〜７のものにおいては、スプレー噴霧造粒機で造粒し、平均粒径１２５μｍの球形顆粒を得た。
【００２４】
〔流動度の測定〕
得られた顆粒の流動度をＪＩＳ  Ｚ２５０２に規定されている漏斗よりフェライト顆粒５０ｇを流下させる時間（秒／５０ｇ）を測定した。
【００２５】
〔顆粒の成形〕
次いで、得られた顆粒をそれぞれ９８ＭＰａの圧力で乾式加圧成形し、長さ５５ｍｍ、幅１２ｍｍ、高さ５ｍｍの直方体状のブロック成形体を得た。このブロック成形体の抗折強度を、荷重試験機（アイコーエンジニアリング社製）を用いてＪＩＳ  Ｒ１６０１に規定されている方法に従い測定した。
【００２６】
〔成形体の焼結〕
さらに、得られた顆粒をそれぞれ９８ＭＰａの圧力で乾式加圧成形し、外径２１ｍｍ、内径１２ｍｍ、厚さ７ｍｍのリング状成形体を作製した。ついで、これらを１３００℃の温度において２時間焼結し、リング状コアを作製した。
【００２７】
〔磁心損失の測定〕
次に、これらのリング状コアの磁心損失Ｐｃｖを、６４ｋＨｚ、５０ｍＴ、１００℃の条件下で、Ｂ−Ｈ  アナライザー（岩崎通信機社製  ＳＹ−８２１６）により測定した。
【００２８】
〔吸水率の測定〕
また、このコアの吸水率を、ＪＩＳ  Ｃ２１４１に準じた方法で測定した。すなわち、試験片となるコアを１０５℃〜１２０℃で乾燥後、デシケーター中で室温に戻し、乾燥質量Ｗ１を測定し、その後、コアを水中で沈め、煮沸して冷却した後、表面の水分をガーゼにより拭き取って飽水試験片を得てその重量Ｗ２を測定し、吸水率（％）を次式から求めた。
【００２９】
吸水率＝１００×（Ｗ２−Ｗ１）／Ｗ１
得られた磁心損失Ｐｃｖと吸水率の測定結果を表２に示す。
【００３０】
【表２】
0003636292.tif 000003
【００３１】
〔成形圧力と成形体密度との関係〕
次に、ＰＶＡ水溶液Ｎｏ．６、７で作製した顆粒１．５ｇを直径６ｍｍの金型に充填し、成形圧力４９〜２９４ＭＰａの間で変化させ、乾式加圧成形することにより、直径６ｍｍ、長さ１６〜１９ｍｍの円柱状のフェライト成形体を作製し、このサンプルについて、成形圧力と成形体密度との関係を求めた。その結果を図１に示す。
【００３２】
〔側面の写真〕
また、成形圧力１９６ＭＰａで作製した成形体のコア側面の潰れ状態をＳＥＭ写真で撮影した結果を図２に示す。図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、ＰＶＡ水溶液Ｎｏ．６で作製した顆粒を成形した成形体の上部、中間部、下部の各側面を示す。また、図２（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は、ＰＶＡ水溶液Ｎｏ．７で作製した顆粒を成形した成形体の上部、中間部、下部の各側面を示す。
【００３３】
〔評価〕
（ポリエチレングリコールの添加の有無）
上述のように、可塑性剤としてポリエチレングリコールをポリビニルアルコールに加えて顆粒を得、その顆粒によりフェライト成形体を製造することにより、顆粒粒界が少ない高密度のフェライト成形体が得られる。この成形体を焼結することにより、緻密で空隙の少ない、すなわち吸湿性が少ない焼結体が得られる。
そのため、焼結体内の欠陥の減少により、磁心損失Ｐｃｖが大幅に改善されたフェライト焼結体が得られた。
【００３４】
（ポリエチレングリコールの分子量について）
ＰＶＡ水溶液Ｎｏ．１２、１４、すなわちポリエチレングリコールの分子量が１０００の場合、磁心損失Ｐｃｖが７０と低く、流動度がそれぞれ２５、２６であって、好ましい流動度である２８以下であり、抗折強度も１．７、１．７と、好ましい抗折強度である１．２以上であり、両者とも良好な範囲である。
【００３５】
一方、ポリエチレングリコールの分子量が６００であるＰＶＡ水溶液Ｎｏ．３、２０、２２については、磁心損失Ｐｃｖはそれぞれ６２、６３、６４と低く、良好であるが、流動度がそれぞれ３０、２９、３１と悪く、抗折強度もそれぞれ０．９、０．９、１．０と低いという結果が得られた。そしてこの流動性の悪化により、金型への顆粒の充填性が悪く、不安定なものとなるため、寸法・単重量のばらつきにつながるため、好ましくない。また、抗折強度の低下もクラックの発生につながるため、好ましくない。従って、ポリエチレングリコールの分子量は１０００以上であることが好ましい。
【００３６】
一方、ポリエチレングリコールの分子量が６０００であるＰＶＡ水溶液Ｎｏ．１０の場合、磁心損失Ｐｃｖが７２と低く、流動度が２６、抗折強度が１．７と両者とも良好な範囲である。しかしポリエチレングリコールの分子量が１００００であるＰＶＡ水溶液Ｎｏ．１１の場合、磁心損失Ｐｃｖが８５と高く、抗折強度も１．１と低い結果となった。このことから、ポリエチレングリコールの分子量は６０００以下であることが好ましい。
【００３７】
また、ポリエチレングリコールの分子量が２０００または４０００であって、ポリエチレングリコールの添加量が所定の範囲内（ポリビニルアルコール１００重量部に対してポリエチレングリコール５〜５０重量部）であるＰＶＡ水溶液Ｎｏ．１、２、５、６、８、１０、１２、１５、２１においては、吸水率がいずれも０．２％以下であり、また、磁心損失Ｐｃｖが７２以下でいずれも低く、流動度も２６以下、抗折強度も１．４以上と良好な範囲であるため、分子量は２０００〜４０００の範囲にあることが好ましい。
【００３８】
（ポリエチレングリコールの添加量について）
ポリエチレングリコールの分子量が２０００でポリビニルアルコールに対する添加量が５重量部であるＰＶＡ水溶液Ｎｏ．８の場合、磁心損失Ｐｃｖが７４と低く、流動度は２５、抗折強度は１．８といずれも良好な範囲である。しかし、ポリエチレングリコールの分子量が４０００でポリビニルアルコールに対する添加量が３重量部であるＰＶＡ水溶液Ｎｏ．９の場合、ポリエチレングリコールの分子量が１０００でポリビニルアルコールに対する添加量が２重量部であるＰＶＡ水溶液Ｎｏ．１３の場合、ポリエチレングリコールの分子量が２０００でポリビニルアルコールに対する添加量が３重量部であるＰＶＡ水溶液Ｎｏ．１６の場合、いずれも磁心損失Ｐｃｖが８０以上と高い値を示す。従ってポリエチレングリコールの添加量は５重量部以上であることが好ましい。
【００３９】
一方、ポリエチレングリコールの添加量が５０重量部であるＰＶＡ水溶液Ｎｏ．１８やＮｏ．２３の場合、磁心損失Ｐｃｖがそれぞれ６２、６５と低く、良好である。また、抗折強度は低下するものの、許容範囲（１．２以上）である。
【００４０】
しかし、ポリエチレングリコールの添加量が６０重量部であるＰＶＡ水溶液Ｎｏ．１７やＮｏ．１９の場合、磁心損失Ｐｃｖが６０、６２と低く、良好であるが、抗折強度が０．７と低く、クラックが発生し易い結果となった。このようなことから、ポリエチレングリコールの添加量は５０重量部以下であることが好ましい。
【００４１】
また、ポリエチレングリコールの分子量が２０００、４０００の場合、ポリエチレングリコールのポリビニルアルコールに対する添加量が２０〜４０重量部の範囲内にあるＰＶＡ水溶液Ｎｏ．１、２、５、６の場合、いずれも、吸水率が０．０７以下と低く、また磁心損失Ｐｃｖが６９以下と低く、流動度は２６以下で、抗折強度も１．４以上と良好な範囲であるため、ポリエチレングリコールより好ましい添加量は２０〜４０重量部である。
【００４２】
（吸水率と磁心損失Ｐｃｖとの関係について）
図３に表２の吸水率と磁心損失Ｐｃｖとの関係を散布図として示す。吸水率が０．２％以下であれば、この例の組成のフェライトにおいて、８０ｋＷ／ｍ３以下の低い磁心損失Ｐｃｖのコアが得られることが判る。さらに、７０ｋＷ／ｍ３以下のより低い磁心損失Ｐｃｖのコアを得るためには、吸水率が０．１％以下であることが好ましい。
【００４３】
【発明の効果】
請求項１によれば、フェライト原料粉末と、バインダーとしてのポリビニルアルコールと、可塑剤として添加され、分子量が１０００以上６０００以下のポリエチレングリコールとを混合し造粒し、これを成形し、焼結することによりフェライト焼結体を得ているので、成形時の低圧潰れ性が改善され、フェライト成形体の顆粒粒界が低減され、その焼結体の内部欠陥の低減により磁心損失が低いフェライト焼結体が得られる。
【００４４】
請求項２によれば、請求項１において、ポリビニルアルコール１００重量部に対し、ポリエチレングリコールを５重量部以上５０重量部以下添加してなるので、請求項１、の効果がよりよく達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例および比較例における成形体の成形圧力と成形体密度との関係を示すグラフである。
【図２】本発明の実施例および比較例における成形体の状態を示す写真図である。
【図３】本発明におけるフェライト焼結体の吸水率と磁心損失との関係図である。
【図１】
0003636292.tif 000004
【図２】
0003636292.tif 000005
【図３】
0003636292.tif 000006