(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
不純物として五酸化リン（Ｐ２Ｏ５）を０．０１〜０．１ｗｔ％含有する酸化鉄原料粉末を使用し、スピネル型Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトを製造する方法において、主成分として、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）からなり、副成分として、０．００５〜０．０２５ｗｔ％の酸化珪素（ＳｉＯ２）及び０．０２０〜０．０８５ｗｔ％の酸化カルシウム（ＣａＯ）を含有する基本組成に、更に副成分として、ジルコン酸カリウム（Ｋ２ＺｒＯ３）を０〜０．１２ｗｔ％（０を含まず）含有させ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】
不純物として五酸化リン（Ｐ２Ｏ５）を０．０１〜０．１ｗｔ％含有する酸化鉄原料粉末を使用し、スピネル型Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトを製造する方法において、主成分として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）からなり、副成分として、０．００５〜０．０２５ｗｔ％の酸化珪素（ＳｉＯ２）及び０．０２０〜０．０８５ｗｔ％の酸化カルシウム（ＣａＯ）を含有する基本組成に、更に副成分として、バナジン酸カリウム（ＫＶＯ３）を０〜０．０８ｗｔ％（０を含まず）含有させ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】
不純物として五酸化リン（Ｐ２Ｏ５）を０．０１〜０．１ｗｔ％含有する酸化鉄原料粉末を使用し、スピネル型Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトを製造する方法において、主成分として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）からなり、副成分として、０．００５〜０．０２５ｗｔ％の酸化珪素（ＳｉＯ２）及び０．０２０〜０．０８５ｗｔ％の酸化カルシウム（ＣａＯ）を含有する基本組成に、更に副成分として、ジルコン酸カリウム（Ｋ２ＺｒＯ３）とバナジン酸カリウム（ＫＶＯ３）を総量で０〜０．１ｗｔ％（０を含まず）含有させ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】
【産業上の利用分野】
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の各種電源用トランス材として使用される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、これに伴いトランス材に使用されるＭｎ−Ｚｎ系フェライトの高性能化も著しく進んでいる。又、同時に安価な製品を供給するための低コスト化の検討も盛んに進められている。
【０００３】
一般に、フェライトは、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、その後、スプレードライヤー等で乾燥、造粒して得られた粉末を成形、焼成をして得られる。
【０００４】
そして、このフェライトの特性は、含有する不純物組成に大きく依存する。中でも、Ｐ２Ｏ５を多量に含有する場合、特に顕著な異常粒成長を引き起こし、その結果、磁気特性が著しく劣化する。又、Ｃｒ２Ｏ３，ＰｂＯ，ＣｕＯ等に関しても、多量に含有していると、フェライトの高性能化は困難となる。このため、フェライトの高性能化を図るためには、使用する各種酸化物原料は高純度の原料が使用されることが多く、特に、酸化鉄原料は、フェライト全体の約７割を重量比で占めることから、高純度の原料を使用するのが一般的である。
【０００５】
しかし、一般に市販されている安価な酸化鉄原料には、ＳｉＯ２，ＣａＯ，Ｐ２Ｏ５，Ｃｒ２Ｏ３，ＰｂＯ，ＣｕＯ等の不純物が多量に含有しているため、従来は、これらの安価な酸化鉄原料を使用して高性能のＭｎ−Ｚｎ系フェライトを製造することはできなかった。このため、高性能のＭｎ−Ｚｎ系フェライトの製造においては、高純度で高価格の酸化鉄原料を使用せざるを得ない状況にあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、これらの欠点を解決し、不純物含有量の多い安価な酸化鉄原料を使用しても、高性能で、かつ低コストの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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、不純物として五酸化リン（Ｐ２Ｏ５）を０．０１〜０．１ｗｔ％含有する酸化鉄原料粉末を使用し、スピネル型Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトを製造する方法において、主成分として、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）からなり、副成分として、０．００５〜０．０２５ｗｔ％の酸化珪素（ＳｉＯ２）及び０．０２０〜０．０８５ｗｔ％の酸化カルシウム（ＣａＯ）を含有する基本組成に、更に副成分として、ジルコン酸カリウム（Ｋ２ＺｒＯ３）を０〜０．１２ｗｔ％（０を含まず）含有させ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。
【０００８】
又、本発明は、不純物として五酸化リン（Ｐ２Ｏ５）を０．０１〜０．１ｗｔ％含有する酸化鉄原料粉末を使用し、スピネル型Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトを製造する方法において、主成分として５２〜５４ｍｏｌ％の酸化第二鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、３３〜３７ｍｏｌ％の酸化マンガン（ＭｎＯ）及び残部酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなり、副成分として、０．００５〜０．０２５ｗｔ％の酸化珪素（ＳｉＯ２）及び０．０２０〜０．０８５ｗｔ％の酸化カルシウム（ＣａＯ）を含有する基本組成に、更に副成分として、バナジン酸カリウム（ＫＶＯ３）を０〜０．０８ｗｔ％（０を含まず）含有させ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。
【０００９】
又、本発明は、不純物として五酸化リン（Ｐ２Ｏ５）を０．０１〜０．１ｗｔ％含有する酸化鉄原料粉末を使用し、スピネル型Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトを製造する方法において、主成分として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）からなり、副成分として、０．００５〜０．０２５ｗｔ％の酸化珪素（ＳｉＯ２）及び０．０２０〜０．０８５ｗｔ％の酸化カルシウム（ＣａＯ）を含有する基本組成に、更に副成分として、ジルコン酸カリウム（Ｋ２ＺｒＯ３）とバナジン酸カリウム（ＫＶＯ３）を総量で０〜０．１ｗｔ％（０を含まず）含有させ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。
【００１０】
【作用】
副成分のＳｉＯ２，ＣａＯ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。この条件に対して、Ｐ２Ｏ５を多量に含有する酸化鉄原料を使用した場合、Ｐ２Ｏ５はＣａＯと反応して、複合酸化物を形成して組織中の三重点に遍在する。このため、粒界相中のＣａＯ量が激減することにより、粒界相の形成度の低下、そして、電気抵抗の低下によって、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。以上のことより、Ｐ２Ｏ５を多量に含有する酸化物原料を使用して高性能のフェライトを製造することは、非常に困難であった。
【００１１】
本発明者らは、Ｋ２Ｏを添加することで、上述した酸化鉄中のＰ２Ｏ５の悪影響を除外できることを見い出した。即ち、本発明者らは、Ｋ２Ｏ，ＫＣｌ，Ｋ２ＣＯ３等によるＫ２Ｏ添加でも、Ｐ２Ｏ５含有に伴うフェライトへの悪影響を除外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の確保が困難であるとの知見を得た。
【００１２】
本発明において、カリウム複合酸化物であるＫ２ＺｒＯ３及びＫＶＯ３を用いたのは、上述した問題点を解決できる上、粒成長挙動の制御が極めて容易となり、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、更に、Ｋ２ＺｒＯ３及びＫＶＯ３中に含有されるＺｒＯ２とＶ２Ｏ５の効果により、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ためである。このため、Ｐ２Ｏ５を多量に含有した酸化鉄原料を使用した場合においても、これまで達成できなかった高性能の特性を得ることができるものである。
【００１３】
通常、電源用トランス材は、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及びＭｎＯの組成に強く依存するが、本発明におけるＦｅ２Ｏ３＝５２〜５４ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝３３〜３７ｍｏｌ％の組成範囲においては、上述した特性条件を満足し、かつ、低損失のＭｎ−Ｚｎ系フェライトが得られる。
【００１４】
更に、ＳｉＯ２を０．００５〜０．０２５ｗｔ％、ＣａＯを０．０２０〜０．０８５ｗｔ％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、損失が大きくなって、好ましくないためである。
【００１５】
カリウム複合酸化物であるＫ２ＺｒＯ３を０〜０．１２ｗｔ％（０を含まず）、ＫＶＯ３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。又、Ｋ２ＺｒＯ３とＫＶＯ３を複合添加した場合の総量を０〜０．１ｗｔ％（０を含まず）とした理由は、０．１ｗｔ％を越えた領域では、上述の単独添加の場合と同じく、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。
【００１６】
酸化鉄原料に含有される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、フェライトの高性能化に適してはいるが、一般的に高価格であり、低価格原料を使用するという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、低損失化が図れず、又、低損失化のためには、焼成条件の複雑化を招く等、弊害があるためである。
【００１７】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明する。
【００１８】
（実施例１）
市販されている酸化鉄原料で、Ｐ２Ｏ５の含有量が０．０１２，０．０２２，０．０３０，０．０３５，０．０５１，０．０８１，０．０９７，０．１２（ｗｔ％）の原料を使用して、５２．８Ｆｅ２Ｏ３−３６．０ＭｎＯ−１１．２ＺｎＯ（ｍｏｌ％）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、得られた各混合粉末を９５０℃の大気中で２時間仮焼した。
【００１９】
次に、これら各仮焼粉末に対して、ＳｉＯ２を０．０１６ｗｔ％、ＣａＯを０．０５ｗｔ％添加し、更に、Ｋ２ＺｒＯ３を０〜０．１４ｗｔ％の範囲で添加した後、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で乾燥、造粒した。
【００２０】
得られた造粒粉末をφ３０×φ２０×ｔ１０（ｍｍ）のトロイダル形状に加圧成形した後、焼成温度１２００〜１４００℃の窒素と酸素の混合気流中で、酸素分圧：ＰＯ２＝０．５〜１０％で焼成した。そして、この焼成したトロイダルを測定試料としてコアロス（ＰＣＶ）特性を測定した。なお、コアロス（ＰＣＶ）特性の測定条件は、１００ＫＨｚ−２０００Ｇ−１００℃である。
【００２１】
図１に、Ｋ２ＺｒＯ３の含有量をパラメータとして、Ｆｅ２Ｏ３原料中のＰ２Ｏ５含有量とコアロス（ＰＣＶ）との関係を示す。図１より、Ｐ２Ｏ５含有量が０．０１〜０．１ｗｔ％のＦｅ２Ｏ３原料を使用した場合には、０．１２ｗｔ％以下の範囲でＫ２ＺｒＯ３を添加することにより、コアロス（ＰＣＶ）特性が改善されることがわかる。
【００２２】
（実施例２）
実施例１のＰ２Ｏ５を０．０３５ｗｔ％含有する酸化鉄原料を使用して得られた仮焼粉末に、ＣａＯを０．０５ｗｔ％、ＫＶＯ３を０．０４ｗｔ％添加し、そして、ＳｉＯ２を０．００３〜０．０２８ｗｔ％の範囲で含有させた試料を実施例１と同一の製造方法により作製し、測定試料とした。又、実施例１と同一測定条件でコアロス（ＰＣＶ）特性を測定した。
【００２３】
図２に、ＳｉＯ２含有量を変化させた時のコアロス（ＰＣＶ）特性を示す。図２より、ＳｉＯ２含有量が０．００５〜０．０２５ｗｔ％の範囲で優れたコアロス（ＰＣＶ）特性を示すことがわかる。
【００２４】
（実施例３）
実施例２で使用した仮焼粉末に、ＳｉＯ２を０．０１６ｗｔ％、ＫＶＯ３を０．０４ｗｔ％添加し、ＣａＯを０．００８〜０．１０ｗｔ％の範囲で含有させた試料を、実施例２と同一の製造方法により作製し、又、同一の測定条件でコアロス（ＰＣＶ）特性を測定した。
【００２５】
図３に、ＣａＯ含有量を変化させた時のコアロス（ＰＣＶ）特性を示す。図３より、ＣａＯ含有量が０．０２０〜０．０８５ｗｔ％の範囲で優れたコアロス（ＰＣＶ）特性を示すことがわかる。
【００２６】
（実施例４）
実施例２で使用した仮焼粉末に、ＳｉＯ２を０．０１６ｗｔ％、ＣａＯを０．０５ｗｔ％添加し、更に、Ｋ２ＺｒＯ３を０〜０．１４ｗｔ％、ＫＶＯ３を０〜０．１０ｗｔ％の範囲で各々添加した試料を、実施例２と同一の製造方法により作製し、又、同一の測定条件でコアロス（ＰＣＶ）特性を測定した。
【００２７】
図４に、Ｋ２ＺｒＯ３及びＫＶＯ３含有量とコアロス（ＰＣＶ）特性の関係を示す。図４より、Ｋ２ＺｒＯ３では０．１２ｗｔ％以下、ＫＶＯ３では０．０８Ｗｔ％以下の範囲で含有するように、Ｋ２ＺｒＯ３及びＫＶＯ３を添加することにより、優れたコアロス（ＰＣＶ）特性を示すことがわかる。
【００２８】
（実施例５）
実施例２で使用した仮焼粉末に、ＳｉＯ２を０．０１２ｗｔ％、ＣａＯを０．０５５ｗｔ％添加し、更に、Ｋ２ＺｒＯ３を０〜０．１０ｗｔ％、ＫＶＯ３を０〜０．１０ｗｔ％の範囲で添加した試料を、実施例２と同一の製造方法により作製し、又、同一の測定条件でコアロス（ＰＣＶ）特性を測定した。表１に、Ｋ２ＺｒＯ３及びＫＶＯ３含有量を変化させた時のコアロス（ＰＣＶ）特性との関係を示す。
【００２９】
【表１】
0003552794.tif 000002
【００３０】
表１より、Ｋ２ＺｒＯ３とＫＶＯ３の総含有量が０．１ｗｔ％以下では、優れたコアロス（ＰＣＶ）特性を示すことがわかる。
【００３１】
【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使用してＭｎ−Ｚｎ系フェライトを製造する場合において、カリウム複合酸化物であるＫ２ＺｒＯ３とＫＶＯ３を所定の範囲で添加、含有せしめることにより、優れたコアロス（ＰＣＶ）特性を有するＭｎ−Ｚｎ系フェライトを得ることができる。即ち、本発明によれば、通常の粉末冶金法でも、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使用することが可能となり、大幅なコスト削減が図れるので、工業的にも極めて有益な低損失酸化物磁性材料の製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１におけるＫ２ＺｒＯ３  含有量をパラメータとした時のＦｅ２Ｏ３原料中のＰ２Ｏ５含有量とコアロス（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含有量とコアロス（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含有量とコアロス（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Ｋ２ＺｒＯ３及びＫＶＯ３の各含有量とコアロス（ＰＣＶ）との関係を示す図。
【符号の説明】
１        Ｋ２ＺｒＯ３含有量が０．１４ｗｔ％の曲線
２        Ｋ２ＺｒＯ３含有量が０ｗｔ％（無添加）の曲線
３        Ｋ２ＺｒＯ３含有量が０．１２ｗｔ％の曲線
４        Ｋ２ＺｒＯ３含有量が０．１０ｗｔ％の曲線
５        Ｋ２ＺｒＯ３含有量が０．０２ｗｔ％の曲線
６        Ｋ２ＺｒＯ３含有量が０．０４ｗｔ％の曲線
７        Ｋ２ＺｒＯ３含有量が０．０７ｗｔ％の曲線
８        Ｋ２ＺｒＯ３含有量を示す曲線
９        ＫＶＯ３  含有量を示す曲線
【図１】
0003552794.tif 000003
【図２】
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【図３】
0003552794.tif 000005
【図４】
0003552794.tif 000006