(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｐ２Ｏ５を０．０１〜０．１ｗｔ％含有する酸化鉄原料粉末を用い、通常の粉末冶金法により低損失Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトを製造する場合において、主成分が５２〜５４ｍｏｌ％のＦｅ２Ｏ３、３３〜３７ｍｏｌ％のＭｎＯ、及び残部がＺｎＯからなり、前記主成分に対し、副成分として０．００５〜０．０２０ｗｔ％のＳｉＯ２、及び０．０２〜０．１０ｗｔ％のＣａＯと、更に０〜０．０７ｗｔ％（０を含まず）のアルミン酸カリウム（ＫＡｌＯ２）を含有せしめることを特徴とする低損失酸化物磁性材料の製造方法。
【請求項２】
Ｐ２Ｏ５を０．０１〜０．１ｗｔ％含有する酸化鉄原料粉末を用い、通常の粉末冶金法により低損失Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトを製造する場合において、主成分が５２〜５４ｍｏｌ％のＦｅ２Ｏ３、３３〜３７ｍｏｌ％のＭｎＯ、及び残部がＺｎＯからなり、前記主成分に対し、副成分として０．００５〜０．０２０ｗｔ％のＳｉＯ２、及び０．０２〜０．１０ｗｔ％のＣａＯと、更に０〜０．０８ｗｔ％（０を含まず）のチタン酸カリウム（Ｋ２ＴｉＯ３）を含有せしめることを特徴とする低損失酸化物磁性材料の製造方法。
【請求項３】
Ｐ２Ｏ５を０．０１〜０．１ｗｔ％含有する酸化鉄原料粉末を用い、通常の粉末冶金法により低損失Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトを製造する場合において、主成分が５２〜５４ｍｏｌ％のＦｅ２Ｏ３、３３〜３７ｍｏｌ％のＭｎＯ、及び残部のＺｎＯからなり、前記主成分に対し、副成分として０．００５〜０．０２０ｗｔ％のＳｉＯ２、及び０．０２〜０．１０ｗｔ％のＣａＯと、更にアルミン酸カリウム及びチタン酸カリウムの両者を総量で０〜０．０８ｗｔ％（０を含まず）含有せしめ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、スイッチング電源等の各種電源用トランス材として用いられる低損失Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種電子機器の小型化、軽量化に伴い、スイッチング電源の小型化が図られ、トランス材に用いられるＭｎ−Ｚｎ系フェライトの高性能化が著しく進んでいる。又、同時に、安価な製品とするための低コスト化の検討も進められている。
【０００３】
一般に、フェライトの製造方法としては、酸化鉄、酸化マンガン、酸化亜鉛の各粉末原料を、アトライターあるいはボールミル等で混合した後、ロータリーキルン、トンネル炉等で仮焼し、得られた仮焼粉をアトライター、パールミル、ボールミル等で解砕した後、スプレードライヤー等で造粒、乾燥した後、成形、焼成をして、Ｍｎ−Ｚｎフェライトコアを得る。
【０００４】
フェライトの高性能化を図るため、使用する各種酸化物原料は、高純度な原料が用いられる。特に、酸化鉄原料に関しては、酸化鉄がフェライト全体の約７割を重量比で占めることから、高純度な原料を使用するのが一般的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
フェライトは、含有する不純物の種類と量にその特性が大きく依存する。中でも、出発原料にＰ２Ｏ５を多量に含有する場合、特に著しい異常な結晶粒成長を引き起こし、磁気特性が著しく劣化する。又、Ｃｒ２Ｏ３，ＰｂＯ，ＣｕＯ等についても、多量に含有していると、フェライトの高特性化は困難となる。
【０００６】
一般に、市販されている安価な酸化鉄原料中には、ＳｉＯ２，ＣａＯ，Ｐ２Ｏ５，Ｃｒ２Ｏ３，ＰｂＯ，ＣｕＯ等の不純物が多量に含有するため、従来は、これら安価な酸化鉄原料を用い、高性能なＭｎ−Ｚｎフェライトを得ることができなかった。このため、高性能なＭｎ−Ｚｎフェライトの製造においては、高純度で、従って、高価格な酸化鉄原料を使用せざるを得ない状況であった。
【０００７】
本発明の課題は、上述の欠点を解決し、不純物、特に、Ｐ２Ｏ５含有量の多い安価な酸化鉄原料を用いても、高性能で低コストなＭｎ−Ｚｎ系フェライトを製造する方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、種々の検討を行った結果、Ｐ２Ｏ５を０．０１〜０．１ｗｔ％含有した安価な酸化鉄原料粉末を用いた場合においても、主成分として５２〜５４ｍｏｌ％のＦｅ２Ｏ３、３３〜３７ｍｏｌ％のＭｎＯ、及び残部にＺｎＯを含有し、副成分として０．００５〜０．０２０ｗｔ％のＳｉＯ２、及び０．０２〜０．１０ｗｔ％のＣａＯを必須化合物として含有し、更にカリウム複合酸化物であるアルミン酸カリウム又はチタン酸カリウムを、▲１▼アルミン酸カリウム単独では０〜０．０７ｗｔ％（０を含まず）、チタン酸カリウム単独では０〜０．０８ｗｔ％（０を含まず）の範囲で含有せしめる。あるいは、▲２▼両者を総量で０〜０．０８ｗｔ％（０を含まず）の範囲で含有せしめることで、高性能なＭｎ−Ｚｎ系フェライトが得られることを見い出したものである。
【０００９】
ここで、副成分であるＳｉＯ２，ＣａＯ等は、結晶粒界の粒界相形成に不可欠であり、電気抵抗を高め、渦電流損失を低減せしめる効果を有するが、その量と種類を適度に選択して、その効果を最大限利用することが不可欠である。
【００１０】
しかし、Ｐ２Ｏ５を多量に含有する酸化鉄原料を用いた場合、Ｐ２Ｏ５はＣａＯと反応し、複合酸化物を形成して、組織中の三重点に偏在する。このため、粒界相中のＣａＯ量が激減することで、粒界相の形成度が低下して電気抵抗が低下し、渦電流損失の著しい増大を招く。又、Ｐ２Ｏ５が存在することによって、焼結体組織中に異常粒成長が発生する等、組織不整が生じ、ヒステリシス損失が著しく劣化する。上記のことから、Ｐ２Ｏ５を多く含有する酸化鉄原料を用いて高性能なＭｎ−Ｚｎ系フェライトを得ることが非常に困難であった。
【００１１】
本発明者は、Ｋ２Ｏを添加することで、上述した酸化鉄中のＰ２Ｏ５の悪影響を除去できることを見い出した。なお、添加手段として、Ｋ２Ｏ，ＫＣｌ，Ｋ２ＣＯ３等を用いたＫ２Ｏ添加でも、Ｐ２Ｏ５含有に伴うフェライトへの悪影響を除去できることを確認したが、焼成過程において、蒸発・揮散してしまう等の問題を生じ、安定した特性及び品質を確保することが困難であるとの知見を得た。
【００１２】
従って、本発明においては、カリウム複合酸化物であるアルミン酸カリウム及びチタン酸カリウムを用いた。これらの複合酸化物を用いると、▲１▼上述した問題点を解決できる上、粒成長挙動のコントロールがきわめて容易となり、異常粒成長等の組織不整のない結晶粒径の均一な組織が得られるため、ヒステリシス損失の低減が可能となり、▲２▼更に、結晶粒内に固溶するＡｌ２Ｏ３及びＴｉＯ２を同時に含有することにより、Ｐ２Ｏ５を結晶粒内に固溶せしめ、三重点に偏在するＰ２Ｏ５とＣａＯの複合酸化物の形成を制御できることから、粒界相の形成度も向上し、渦電流損失の改善が容易となる。
【００１３】
通常、電源トランス材は、６０〜１００℃程度の環境下で使用されるが、この温度範囲における損失は、負の温度特性を持つことが要求される。この損失の温度特性は、主成分であるＦｅ２Ｏ３、ＭｎＯ、及びＺｎＯの組成比に強く依存するが、本発明におけるＦｅ２Ｏ３；５２〜５４ｍｏｌ％、ＭｎＯ；３３〜３７ｍｏｌ％、残部ＺｎＯの組成範囲においては、上述した条件を満たし、かつ低損失なＭｎ−Ｚｎ系フェライトが得られる。
【００１４】
更に、ＳｉＯ２を０．００５〜０．０２０ｗｔ％、ＣａＯを０．０２〜０．１０ｗｔ％としたのは、下限値以下では、粒界相がほとんど形成されず、渦電流損失が著しく増大するためであり、又、上限値を越えた領域においては、焼結体の組織制御が困難となり、損失が大きくなり、好ましくないためである。
【００１５】
カリウム複合酸化物であるアルミン酸カリウムを０〜０．０７ｗｔ％（０を含まず）、又はチタン酸カリウムを０〜０．０８ｗｔ％（０を含まず）とした理由は、各添加物共に、上限値を越えて添加した場合には、粒成長の制御が困難となり、渦電流損失及びヒステリシス損失が共に増大するためである。
【００１６】
又、アルミン酸カリウムとチタン酸カリウムの両者を共に添加する場合には、総量を０〜０．０８ｗｔ％（０を含まず）とした。その理由は、０．０８ｗｔ％を越えた領域では、やはり、粒成長の制御が困難であり、低損失化が図れないためである。
【００１７】
酸化鉄中に含有されるＰ２Ｏ５量を０．０１〜０．１ｗｔ％としたのは、０．０１ｗｔ％以下の原料は、他の元素の不純物含有量も少ないため、フェライトの高特性化に適してはいるが、一般的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、０．１ｗｔ％を越えた領域では、組織制御が困難となり、焼成条件の複雑化を招く等、本発明による低損失化が図れないためである。
【００１８】
以上のように、本発明によれば、従来、使用が不可とされていた極めて安価な酸化鉄原料を用いた場合においても、通常の粉末冶金法により、安価で、かつ高性能を有するＭｎ−Ｚｎ系フェライトを得ることができ、工業的にも極めて有益である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る低損失酸化物磁性材料の製造方法の実施の形態を実施例によって詳述する。
【００２０】
（実施例１）
市販されている酸化物鉄原料で、Ｐ２Ｏ５の含有量が、０．０１２，０．０２２，０．０３０，０．０３５，０．０５１，０．０８１，０．０９７，０．１２ｗｔ％の原料を用いて、５２．８Ｆｅ２Ｏ３−３６．０ＭｎＯ−１１．２ＺｎＯｍｏｌ％となるよう、Ｍｎ３Ｏ４及びＺｎＯの原料粉末と共にボールミルで混合し、これら得られた各混合粉末を、９５０℃の大気中で２時間仮焼した。次に、これら各仮焼粉末に対して、ＳｉＯ２を０．０１５ｗｔ％、ＣａＯを０．０５ｗｔ％添加し、更に、アルミン酸カリウム（ＫＡｌＯ２）を０〜０．０９ｗｔ％添加した後、ボールミルにて更に微粉砕（解砕）を行った。更に、ポリビニールアルコール（ＰＶＡ）をバインダーとして０．５ｗｔ％添加し、スプレードライヤーにて乾燥、造粒した。得られた造粒体を、φ３０×φ２０×ｔ１０（ｍｍ）のトロイダル形状に加圧成形した後、温度が１２００〜１４００℃で、酸素濃度が０．５〜１０％である窒素と酸素の混合気流中で焼成し、焼結体試料を得た。この試料により、測定温度１００℃、周波数１００ｋＨｚ、動作磁束密度２０００Ｇの条件で、コアロス（Ｐｃｖ）を測定した。
【００２１】
図１に、アルミン酸カリウム（ＫＡｌＯ２）の含有量をパラメータとしたＦｅ２Ｏ３原料中のＰ２Ｏ５量とコアロス（Ｐｃｖ）との関係を示す。図１より、Ｐ２Ｏ５が０．０１〜０．１０ｗｔ％のＦｅ２Ｏ３原料を用いた場合には、０〜０．０７ｗｔ％（０を含まず）の範囲でアルミン酸カリウムを添加することにより、コアロスが改善することがわかる。
【００２２】
（実施例２）
実施例１と同様にして、但し、Ｐ２Ｏ５を０．０３５ｗｔ％含有する酸化鉄原料を用いて得られた仮焼粉末に、ＣａＯを０．０５ｗｔ％添加し、更に、チタン酸カリウム（Ｋ２ＴｉＯ３）を０．０４ｗｔ％添加し、ＳｉＯ２を０．００３〜０．０２５ｗｔ％の範囲で含有させ、その後の工程を実施例１と同様にして焼結体試料を作製した。
【００２３】
図２に、ＳｉＯ２含有量を変化させた時のコアロス（Ｐｃｖ）を示す。図２に示す如く、ＳｉＯ２含有量が０．００５〜０．０２０ｗｔ％の範囲で優れたコアロス（Ｐｃｖ）値を示すことがわかる。
【００２４】
（実施例３）
実施例２で用いた仮焼粉末に、ＳｉＯ２を０．０１５ｗｔ％、チタン酸カリウム（Ｋ２ＴｉＯ３）を０．０４ｗｔ％添加し、ＣａＯを０．００８〜０．１４ｗｔ％の範囲で含有させ、その後の工程を実施例１と同様にして焼結体試料を作製した。
【００２５】
図３に、ＣａＯ含有量とコアロス（Ｐｃｖ）との関係を示す。図３より、ＣａＯ含有量が０．０２〜０．１０ｗｔ％の範囲で優れたコアロス（Ｐｃｖ）値を示すことがわかる。
【００２６】
（実施例４）
実施例２で用いた仮焼粉末に、ＳｉＯ２を０．０１５ｗｔ％、ＣａＯを０．０５ｗｔ％添加し、更に、アルミン酸カリウム（ＫＡｌＯ２）を０〜０．０９ｗｔ％、又はチタン酸カリウム（Ｋ２ＴｉＯ３）を０〜０．１０ｗｔ％の範囲で各々別々に添加し、その後、実施例１と同様の方法により焼結体試料を作製した。
【００２７】
図４に、アルミン酸カリウム（ＫＡｌＯ２）及びチタン酸カリウム（Ｋ２ＴｉＯ３）含有量とコアロス（Ｐｃｖ）値との関係を示す。図中、実線がＫＡｌＯ２添加の場合を、破線がＫ２ＴｉＯ３の場合を示している。図４より、アルミン酸カリウム（ＫＡｌＯ２）では、０〜０．０７ｗｔ％（０を含まず）、チタン酸カリウム（Ｋ２ＴｉＯ３）では、０〜０．０８ｗｔ％（０を含まず）の範囲となるように、アルミン酸カリウム、又はチタン酸カリウムを含有せしめることにより、優れたコアロス（Ｐｃｖ）値を示すことがわかる。
【００２８】
（実施例５）
実施例２で用いた仮焼粉末に、ＳｉＯ２を０．０１５ｗｔ％、ＣａＯを０．０６０ｗｔ％添加し、更に、アルミン酸カリウム（ＫＡｌＯ２）を０〜０．０９ｗｔ％、及びチタン酸カリウム（Ｋ２ＴｉＯ３）を０〜０．１０ｗｔ％複合添加し、その後、実施例１と同様の方法でＭｎ−Ｚｎ系フェライト焼結体を得た。
【００２９】
表１に、アルミン酸カリウム（ＫＡｌＯ２）及びチタン酸カリウム（Ｋ２ＴｉＯ３）量を変化させた時のコアロス（Ｐｃｖ）値を示す。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
表１より、アルミン酸カリウム（ＫＡｌＯ２）とチタン酸カリウム（Ｋ２ＴｉＯ３）の総量が０．０８ｗｔ％以下では、優れたコアロス特性を示すことがわかる。
【００３２】
【発明の効果】
以上、述べたように、Ｐ２Ｏ５を多量に含有する安価な酸化鉄原料を用いて低損失のＭｎ−Ｚｎ系フェライトを得ようとする場合に、カリウム複合酸化物であるアルミン酸カリウム（ＫＡｌＯ２）又はチタン酸カリウム（Ｋ２ＴｉＯ３）を、▲１▼アルミン酸カリウムでは０〜０．０７ｗｔ％（０を含まず）、チタン酸カリウムでは０〜０．０８ｗｔ％（０を含まず）の範囲で含有せしめる、あるいは、▲２▼総量で０〜０．０８ｗｔ％（０を含まず）の範囲で含有せしめる、ことにより、優れたコアロス（Ｐｃｖ）値を示すＭｎ−Ｚｎ系フェライトが得られる。
【００３３】
本発明によれば、従来ではほとんど使用されなかった安価な酸化鉄原料を用いて、優れた特性を有するＭｎ−Ｚｎ系フェライトを得ることが可能となり、大幅なコスト低減が図れるので、工業的にも極めて有益である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１におけるアルミン酸カリウム（ＫＡｌＯ２）量をパラメータとしたＦｅ２Ｏ３原料中のＰ２Ｏ５量とコアロス（Ｐｃｖ）との関係を示す図。
【図２】実施例２におけるＭｎ−Ｚｎ系フェライトコアのＳｉＯ２量とコアロス（Ｐｃｖ）との関係を示す図。
【図３】実施例３におけるＭｎ−Ｚｎ系フェライトコアのＣａＯ量とコアロス（Ｐｃｖ）との関係を示す図。
【図４】実施例４におけるＭｎ−Ｚｎ系フェライトコアのアルミン酸カリウム（２ＫＡｌＯ２）及びチタン酸カリウム（Ｋ２ＴｉＯ３）の各含有量とコアロス（Ｐｃｖ）との関係を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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