(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主成分が５２〜５４ｍｏｌ％の酸化第二鉄（Ｆｅ2Ｏ3）、３３〜３７ｍｏｌ％の酸化マンガン（ＭｎＯ）、及び残部の酸化亜鉛（ＺｎＯ）よりなり、更に、０.００７〜０.０７ｗｔ％の五酸化リン（Ｐ2Ｏ5）、０.１２ｗｔ％以下（０を含まず）の酸化ナトリウム（Ｎａ2Ｏ）、０.００４〜０.０２５ｗｔ％の酸化珪素（ＳｉＯ2）、０.０３〜０.１２ｗｔ％の酸化カルシウム（ＣａＯ）を含有する低損失酸化物磁性材料の製造方法であって、出発原料として五酸化リン（Ｐ2Ｏ5）含有量が、０.０１〜０.１ｗｔ％の酸化鉄原料粉末を用い、二酸化ナトリウム鉄（ＮａＦｅＯ2）を０.４３ｗｔ％以下（０を含まず）添加することを特徴とする低損失酸化物磁性材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低損失酸化物磁性材料の製造方法に関し、特に、スイッチング電源等に搭載されるＭｎ−Ｚｎフェライトの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スイッチング電源等に使用される低損失酸化物磁性材料には、Ｍｎ−Ｚｎフェライトが用いられており、その駆動周波数は、１００ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ程度で多用されている。この周波数帯域では、磁性材料の高性能化と共に低価格化が求められている。
【０００３】
一般に、この周波数帯域における電力用途のＭｎ−Ｚｎフェライトを用いた磁芯では、渦電流損失（以下、Ｐｅと記す）及びヒステリシス損失（以下、Ｐｈと記す）が主体となっており、この両者を如何に低減するかが、極めて重要な課題となっている。
【０００４】
Ｐｅを低減するためには、Ｍｎ−Ｚｎフェライト焼結体（以下、フェライト焼結体と記す）の粒界相、又はスピネル相の電気抵抗を向上させることが不可欠である。
【０００５】
スピネル相自身の電気抵抗を向上させる方法として、焼結条件の酸素分圧を高めることによる、Ｆｅ２＋の減少、又はＴｉ４＋、Ｓｎ４＋を含有せしめ、Ｆｅ３＋と置換することによる、Ｆｅ２＋とＦｅ３＋間の電子のホッピング現象の発生を抑制する方法がある。
【０００６】
しかし、前者は、Ｆｅ２＋の極端な減少によるμｉの著しい劣化、Ｈｃの増大という磁気特性の劣化を招く。又、後者では、電力損失の温度特性において、電力損失の値が最小となる温度（以下、ミニマムポイントと呼ぶ）が、低温側へ著しく移動してしまうため、好ましくない。更に、両者いずれの方法でも、スピネル相自身の電気抵抗を向上させても、それほどフェライト焼結体の電気抵抗は大きくならないという最大の欠点がある。
【０００７】
一方、粒界相の電気抵抗を向上させる方法としては、ＳｉＯ２，ＣａＯを添加することにより、高抵抗な粒界相を形成せしめる方法が、一般的に知られている。
【０００８】
この方法は、フェライト焼結体の抵抗を向上させる方法としては、最も効果的であり、最もよく使用されている方法である。又、この時、適度なＳｉＯ２，ＣａＯを添加することで、結晶粒成長が抑制でき、均一な結晶粒組織が得られ、Ｐｈの低減を図ることができる。
【０００９】
ところで、一般に、Ｍｎ−ＺｎフェライトにＰ２Ｏ５が含有している場合、結晶粒径が不均一になり易いため、Ｐｈが増大するだけでなく、Ｐｅも著しく増大し、その磁芯特性は劣化する。又、前記のように、粒界相の電気抵抗の向上のため、ＳｉＯ２，ＣａＯを添加した場合、より不均一になり易く、Ｐｈ，Ｐｅ共に著しく劣化する。
【００１０】
Ｐ２Ｏ５は、主に酸化鉄原料中に多量に含有する場合が多く、価格も含有しないものに対し、安価であるが、このような酸化鉄原料を使用する場合、前記のような理由から、結晶粒径を均一にし、充分に粒界相の電気抵抗の向上を図ることができないため、電力損失の増大を招き、各種ＯＡ機器等の低損失を要求される酸化物磁性材料に対しては、使用不可能であった。
【００１１】
以上のように、Ｐ２Ｏ５を含有する酸化鉄原料を用いて、均一な結晶粒径を有する優れた磁気特性を示すＭｎ−Ｚｎフェライト系の酸化物磁性材料は得られなかった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、Ｐ2Ｏ5を高濃度で含有する酸化鉄原料を使用し、数十ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ付近までの周波数領域においても、発熱量を抑えた低損失酸化物磁性材料の製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記の問題を解決するため、種々の検討を行った結果、本発明者は、比較的安価に得られるＰ２Ｏ５含有酸化鉄原料のうち、そのＰ２Ｏ５含有量を０．０１〜０．１ｗｔ％に限定した酸化鉄原料を用いて、Ｎａ２Ｏを０．１２ｗｔ％以下（０を含まず）、ＳｉＯ２を０．００４〜０．０２５ｗｔ％、ＣａＯを０．０３〜０．１２ｗｔ％、それぞれ含有させることにより、電気抵抗が高く、磁気特性に優れた酸化物磁性材料が得られることを見い出したものである。
【００１５】
即ち、本発明は、主成分が５２〜５４ｍｏｌ％の酸化第二鉄（Ｆｅ2Ｏ3）、３３〜３７ｍｏｌ％の酸化マンガン（ＭｎＯ）、及び残部の酸化亜鉛（ＺｎＯ）よりなり、更に、０.００７〜０.０７ｗｔ％の五酸化リン（Ｐ2Ｏ5）、０.１２ｗｔ％以下（０を含まず）の酸化ナトリウム（Ｎａ2Ｏ）、０.００４〜０.０２５ｗｔ％の酸化珪素（ＳｉＯ2）、０.０３〜０.１２ｗｔ％の酸化カルシウム（ＣａＯ）を含有する低損失酸化物磁性材料の製造方法であって、出発原料として五酸化リン（Ｐ2Ｏ5）含有量が、０.０１〜０.１ｗｔ％の酸化鉄原料粉末を用い、二酸化ナトリウム鉄（ＮａＦｅＯ2）を０.４３ｗｔ％以下（０を含まず）添加することを特徴とする低損失酸化物磁性材料の製造方法である。
【００１６】
本発明において、Ｆｅ２Ｏ３が５２〜５４ｍｏｌ％、ＭｎＯが３３〜３７ｍｏｌ％とした理由は、Ｆｅ２Ｏ３が５２ｍｏｌ％未満、もしくはＭｎＯが３７ｍｏｌ％を越えると、電力損失が増大し、Ｆｅ２Ｏ３が５４ｍｏｌ％を越えるか、もしくはＭｎＯが３３ｍｏｌ％未満であると、電力損失のミニマムポイントが低いため、好ましくない。
【００１７】
酸化鉄原料中のＰ２Ｏ５含有量を０．０１〜０．１ｗｔ％とした理由は、０．０１ｗｔ％未満の酸化鉄原料は、フェライトの高性能化に適しているが、一般に、高価格であるため、本発明の目的にそぐわないためである。又、含有量が０．１ｗｔ％を越えた場合、Ｎａ２Ｏを含有させても、粒成長の制御が困難となり、磁気特性が劣化するからである。
【００１８】
又、ＳｉＯ２含有量を０．００４ｗｔ％以上、ＣａＯ含有量を０．０３ｗｔ％以上とした理由は、それぞれ０．００４ｗｔ％，０．０３ｗｔ％未満であると、充分な電気抵抗が得られず、渦電流損失が増大し、磁気特性が劣化するためである。又、ＳｉＯ２含有量を０．０２５ｗｔ％以下、ＣａＯ含有量を０．１２ｗｔ％以下とした理由は、それぞれ０．０２５ｗｔ％，０．１２ｗｔ％を越えると、著しく結晶粒径が不均一となり、磁気特性が劣化するからである。
【００１９】
又、Ｍｎ−Ｚｎフェライトの製造に際し、Ｎａ２Ｏとして、ＮａＦｅＯ２を用いたのは、焼結体組織のばらつきを抑える効果、即ち、粒成長の制御を容易にすることで、結晶粒径が均一な組織を得やすくする効果があるからである。なお、ナトリウムは、鉄との複合酸化物だけでなく、酸化物、炭酸塩、硝酸塩、塩化物の形態で添加しても、同様な効果が得られる。しかし、複合酸化物を添加することが、より好ましい。又、Ｎａ２Ｏは、大気中において不安定であり、工業的には適していない。
【００２０】
又、Ｎａ２Ｏ含有量を０．１２ｗｔ％以下とした理由は、０．１２ｗｔ％を越えた場合、逆に、粒成長の制御が困難となり、Ｐｈ，Ｐｅの増大を引き起こすためである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下に説明する。
【００２２】
（実施例１）
主成分として、酸化鉄、酸化マンガン、酸化亜鉛原料を用い、Ｆｅ２Ｏ３，ＭｎＯ，ＺｎＯ換算で、それぞれ５３．０ｍｏｌ％，３５．５ｍｏｌ％、１１．５ｍｏｌ％の組成となるように秤量した。Ｐ２Ｏ５含有量は、フェライト焼結体中で、０．００７，０．０１２，０．０２２，０．０３，０．０３５，０．０５１，０．０７，０．０７４ｗｔ％となるようにした。なお、酸化鉄原料には、Ｐ２Ｏ５含有量が各々０．０１２，０．０３４，０．０９６ｗｔ％のものを混合して用い、上記の割合となるよう調製した。
【００２３】
又、副成分として、Ｎａ２Ｏ換算で０．０３５ｗｔ％となるように、ＮａＦｅＯ２を０．１２５ｗｔ％添加した。更に、ＳｉＯ２を０．０１６ｗｔ％、ＣａＯは０．０８ｗｔ％となるように各々添加した。
【００２４】
これらの粉末を混合、予焼、解砕、造粒し、成形プレスした後、酸素分圧１０．０％以下、温度１２００〜１４００℃において焼成し、焼結体を得た。
【００２５】
図１に、得られたフェライト焼結体の、Ｐ２Ｏ５含有量をパラメータとした場合の周波数１００ｋＨｚ、磁束密度２０００Ｇ、温度８０℃での電力損失を示した。
【００２６】
図１より、フェライト焼結体中のＰ２Ｏ５含有量が０．０７ｗｔ％以上において、電力損失が著しく増大することがわかる。
【００２７】
（実施例２）
Ｐ２Ｏ５が０．０２５ｗｔ％となるように混合した酸化鉄原料を用い、実施例１と同様の主成分に対し、副成分として、ＳｉＯ２を０．０１６ｗｔ％、ＣａＯを０．０８ｗｔ％となるように各々添加し、更に、Ｎａ２Ｏで０，０．０１１，０．０２２，０．０３６，０．０５６，０．０７１，０．０９４，０．１１３，０．１２，０．１２７ｗｔ％となるよう、ＮａＦｅＯ２を０，０．０３６，０．０７３，０．１２７，０．２，０．２５，０．３４６，０．４，０．４３，０．４５５ｗｔ％添加し、実施例１と同様の方法でフェライト焼結体を得た。
【００２８】
図２に、得られたフェライト焼結体の、Ｎａ２Ｏ含有量をパラメータとした場合の周波数１００ｋＨｚ、磁束密度２０００Ｇ、温度８０℃での電力損失を示した。
【００２９】
図２より、フェライト焼結体中のＮａ２Ｏ含有量が０．１２ｗｔ％を越えた場合、電力損失が著しく増大することがわかる。
【００３０】
（実施例３）
Ｐ２Ｏ５が０．０２５ｗｔ％となるように混合した酸化鉄原料を用い、実施例１と同様の主成分に対し、副成分として、Ｎａ２Ｏ換算で０．０３５ｗｔ％となるように、ＮａＦｅＯ２を０．１２５ｗｔ％添加し、更に、ＣａＯを０．０８ｗｔ％、ＳｉＯ２を０．００２，０．００４，０．００７，０．０１，０．０１６，０．０２，０．０２５，０．０３ｗｔ％となるよう各々添加し、実施例１と同様の方法でフェライト焼結体を得た。
【００３１】
図２に、得られたフェライト焼結体のＳｉＯ２含有量をパラメータとした場合の周波数１００ｋＨｚ、磁束密度２０００Ｇ、温度８０℃での電力損失を示した。
【００３２】
図２より、フェライト焼結体中のＳｉＯ２含有量が０．００４〜０．０２５ｗｔ％において、低い電力損失を示していることがわかる。
【００３３】
（実施例４）
Ｐ２Ｏ５が０．０２５ｗｔ％となるように混合した酸化鉄原料を用い、実施例１と同様の主成分に対し、副成分として、Ｎａ２Ｏ換算で０．０３５ｗｔ％となるように、ＮａＦｅＯ２を０．１２５ｗｔ％添加し、更に、ＳｉＯ２を０．０１６ｗｔ％、ＣａＯ含有量をパラメータに、０．０２，０．０３，０．０５，０．０６，０．０８，０．１，０．１２，０．１５ｗｔ％となるよう各々添加し、実施例１と同様の方法でフェライト焼結体を得た。
【００３４】
図４に、実施例１と同様の条件にて、得られたフェライト焼結体のＣａＯ含有量をパラメータとした場合の周波数１００ｋＨｚ、磁束密度２０００Ｇ、温度８０℃での電力損失を示した。
【００３５】
図４より、フェライト焼結体中のＣａＯ含有量が０．０３〜０．１２ｗｔ％において、低い電力損失を示していることがわかる。
【００３６】
【発明の効果】
以上、明かなように、本発明によれば、酸化鉄原料として安価で得やすい、Ｐ2Ｏ5を含有する酸化鉄原料を使用し、周波数が１００ｋＨｚ付近の領域においても、発熱を抑えた優れた磁気特性を有するＭｎ−Ｚｎフェライト系の低損失酸化物磁性材料の製造方法を提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１により作製したフェライト焼結体中のＰ２Ｏ５含有量に対するＰｃｖの関係を示す特性図。
【図２】実施例２により作製したフェライト焼結体中のＮａ２Ｏ含有量に対するＰｃｖの関係を示す特性図。
【図３】実施例３により作製したフェライト焼結体中のＳｉＯ２含有量に対するＰｃｖの関係を示す特性図。
【図４】実施例４により作製したフェライト焼結体中のＣａＯ含有量に対するＰｃｖの関係を示す特性図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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