(57)【要約】【課題】ノイズフィルタ用途に好適で、量産性の高い、大型のフェライトコアを提供すること。【解決手段】酸化鉄、酸化マンガン、酸化亜鉛を主成分として含み、 酸化珪素、酸化カルシウム、酸化ビスマス、酸化モリブデンを副成分として含み、 磁路に垂直な断面の面積が１００ｍｍ２以上、２００ｍｍ２以下であり、断面の中心から最も近い断面縁部までの距離が５ｍｍ以上であり、中心から半径１５０μｍの範囲内における平均結晶粒径が２５μｍ以上、６０μｍ以下であるフェライトコアとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化鉄、酸化マンガン、酸化亜鉛を主成分として含み、 
酸化珪素、酸化カルシウム、酸化ビスマス、酸化モリブデンを副成分として含み、 
磁路に垂直な断面の面積が１００ｍｍ２以上、２００ｍｍ２以下であり、 
前記断面の中心から最も近い断面縁部までの距離が５ｍｍ以上であり、 
前記中心から半径１５０μｍの範囲内における平均結晶粒径が２５μｍ以上、６０μｍ以下であることを特徴とするフェライトコア。 
【請求項２】
比抵抗が０．１０Ω・ｍ以上、０．５０Ω・ｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のフェライトコア。 
【請求項３】
周波数１００ｋＨｚにおける実部比透磁率が１００００以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフェライトコア。
【請求項４】
前記主成分の組成は、 
前記酸化鉄がＦｅ２Ｏ３換算で５２．０ｍｏｌ％以上、５３．５ｍｏｌ％以下、 
前記酸化マンガンがＭｎＯ換算で２４．０ｍｏｌ％以上、２６．５ｍｏｌ％以下、 
残分が前記酸化亜鉛であり、 
前記副成分の組成は、前記主成分に対する質量比として、 
前記酸化珪素がＳｉＯ２換算で０．０１０ｍａｓｓ％以下（０を含まず）、 
前記酸化カルシウムがＣａＯ換算で０．０１０ｍａｓｓ％以上、０．０５０ｍａｓｓ％以下、 
前記酸化ビスマスがＢｉ２Ｏ３換算で０．０１０ｍａｓｓ％以上、０．０５０ｍａｓｓ％以下、 
前記酸化モリブデンがＭｏＯ３換算で０．１５０ｍａｓｓ％以下（０を含まず）、 
であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のフェライトコア。 
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の前記フェライトコアと、 
前記フェライトコアの少なくとも一部に巻き回されたコイルを備え、 
前記コイルに通電される電流の最大値が２０Ａ以上であることを特徴とするノイズフィルタ。 
【請求項６】
酸化鉄、酸化マンガン、酸化亜鉛、酸化ビスマス粉末を混合し、７００℃〜９００℃の大気中で１〜５時間予焼して第１の粉末を調整する工程と、前記第１の粉末に酸化珪素、酸化カルシウム、酸化モリブデン粉末を加えて粉砕し、第２の粉末を調整する工程と、前記第２の粉末に１〜２ｍａｓｓ％の有機バインダを添加して加圧成型し、４００℃〜６００℃で４〜１０時間脱バインダを行い、１３００℃〜１３５０℃で４〜１０時間焼成することを特徴とするフェライトコアの製造方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主にノイズフィルタ用途のインダクタ等に用いられるＭｎＺｎ系のフェライトコアおよびその製造方法に関する。 
【背景技術】
【０００２】
大電力トランスやコイル等の分野では、数十ｋＨｚ以上の高周波で駆動可能であり、かつ断面積が１００ｍｍ２以上の大型のフェライトコアが求められている。 
【０００３】
しかし、フェライトコアの大型化に伴い、ノイズフィルタへの適用に対する様々な問題が発生する。 
【０００４】
特許文献１では、焼成後の冷却工程中、１０５０〜５００℃の温度域については、非酸化性雰囲気中にて５〜１００℃／ｈの速度で冷却することで、比抵抗の平均値を１Ω・ｍ以上とし、大型化した場合のコアロスを改善する提案がなされている。 
【０００５】
また、特許文献２では、開気孔が充分存在する状態で、かつ減圧雰囲気下で焼成することにより、脱酸素反応を充分に進行させ、大型の成形体を焼成した場合でも磁気特性を均質化する提案がなされている。 
【０００６】
特許文献３には、副成分としてＳｉの酸化物、Ｃａの酸化物、Ｂｉの酸化物およびＭｏの酸化物を含有するＭｎ−Ｚｎ系フェライトコアであって、フェライトコア全体にわたり、ＺｎＯの含有量の分布を所定の範囲内とすることで、広帯域において高い初透磁率を示すフェライトコアが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１３４３３１号公報
【特許文献２】特開昭５３−９７０１２号公報
【特許文献３】特開２００６−１６５４７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１記載の発明は、比抵抗の平均値を１Ω・ｍ以上とし、コアロスを低減することを目的としているため、コアロスをノイズ除去に活用するノイズフィルタ用途には適していない。
【０００９】
また、特許文献２記載の発明は、開気孔とはどのようなものか説明がなく、その開気孔を設ける手段も開示されていないため実施可能な発明ではなく、さらに減圧雰囲気下での焼結をするためにバッチ処理となる制約を受け、量産性が低いという課題がある。 
【００１０】
特許文献３記載の発明は、いわゆる大型のフェライトコアへの適用を想定していない。すなわち、特許文献３の発明の対象となるフェライトコアの大きさは、トロイダル形状とした場合に外径１０〜４５ｍｍ程度、内径５〜３０ｍｍ程度、高さ５〜１４ｍｍ程度とあり、実施例に開示されているトロイダルコアの、磁路に垂直な断面の面積は５０ｍｍ２程度であり、断面積１００ｍｍ２以上の大型のフェライトコアについての言及はない。
【００１１】
従って本発明は、適度な比抵抗と高透磁率を有することでノイズフィルタ用途に適し、量産性も高い、大型のフェライトコアおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を本発明は、酸化鉄、酸化マンガン、酸化亜鉛を主成分として含み、酸化珪素、酸化カルシウム、酸化ビスマス、酸化モリブデンを副成分として含み、磁路に垂直な断面の面積が１００ｍｍ２以上、２００ｍｍ２以下であり、前記断面の中心から最も近い断面縁部までの距離が５ｍｍ以上であり、前記中心から半径１５０μｍの範囲内における平均結晶粒径が２５μｍ以上、６０μｍ以下であるフェライトコアによって解決する。
【００１３】
ここで、断面の中心とは、断面におけるフェライトコア表面から最も遠いところであり、幾何学的重心と一致する。 
【００１４】
また、本発明のフェライトコアは、比抵抗が０．１０Ω・ｍ以上、０．５０Ω・ｍ以下であることが望ましい。 
【００１５】
また、本発明のフェライトコアは、周波数１００ｋＨｚにおける実部比透磁率が１００００以上であることが望ましい。
【００１６】
また、前記主成分の組成は、前記酸化鉄がＦｅ２Ｏ３換算で５２．０ｍｏｌ％以上、５３．５ｍｏｌ％以下、前記酸化マンガンがＭｎＯ換算で２４．０ｍｏｌ％以上、２６．５ｍｏｌ％以下、残分が前記酸化亜鉛であり、前記副成分の組成は、前記主成分に対する質量比として、前記酸化珪素がＳｉＯ２換算で０．０１０ｍａｓｓ％以下（０を含まず）、前記酸化カルシウムがＣａＯ換算で０．０１０ｍａｓｓ％以上、０．０５０ｍａｓｓ％以下、前記酸化ビスマスがＢｉ２Ｏ３換算で０．０１０ｍａｓｓ％以上、０．０５０ｍａｓｓ％以下、前記酸化モリブデンがＭｏＯ３換算で０．１５０ｍａｓｓ％以下（０を含まず）であることが望ましい。
【００１７】
また、上記フェライトコアと、前記フェライトコアの少なくとも一部に巻き回されたコイルを備え、前記コイルに通電される電流の最大値が２０Ａ以上であるノイズフィルタであることが望ましい。 
【００１８】
また、酸化鉄、酸化マンガン、酸化亜鉛、酸化ビスマス粉末を混合し、７００℃〜９００℃の大気中で１〜５時間予焼して第１の粉末を調整する工程と、前記第１の粉末に酸化珪素、酸化カルシウム、酸化モリブデン粉末を加えて粉砕し、第２の粉末を調整する工程と、前記第２の粉末に１〜２ｍａｓｓ％の有機バインダを添加して加圧成型し、４００℃〜６００℃で４〜１０時間脱バインダを行い、不活性化雰囲気中で１３００℃〜１３５０℃で４〜１０時間焼成するフェライトコアの製造方法であることが望ましい。 
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、主成分と副成分の配合により得られる適度な比抵抗と、均質な平均結晶粒径による高透磁率が得られることからノイズフィルタ用途に好適で、減圧下での熱処理が不要であり、バッチ処理の制約を受けないことから量産性にも優れた、大型のフェライトコアおよびその製造方法を提供することができる。 
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明におけるフェライトコアの実部比透磁率、及びインダクタの周波数特性を示す図である。
【図２】本発明におけるフェライトコアの平均結晶粒径とフェライトコア断面積の関係を示す図である。
【図３】本発明におけるフェライトコアの平均結晶粒径とバインダ添加量の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、酸化鉄、酸化マンガン、酸化亜鉛を主成分として含み、酸化珪素、酸化カルシウム、酸化ビスマス、酸化モリブデンを副成分として含み、磁路に垂直な断面の面積が１００ｍｍ２以上、２００ｍｍ２以下であり、断面の中心から最も近いフェライトコア表面までの距離が５ｍｍ以上であり、中心から半径１５０μｍの範囲内における平均結晶粒径が２５μｍ以上、６０μｍ以下であるフェライトコアの実施形態を取り得る。 
【００２２】
ここで、平均結晶粒径は、３０μｍ以上、５０μｍ以下であればより望ましく、４０μｍ以下であれば、さらに望ましい。 
【００２３】
また、磁路に垂直な断面の面積が１２４ｍｍ２以上、１５０ｍｍ２以下であれば、本発明の効果を、より好適に享受することができる。 
【００２４】
上記フェライトコアは、例えば、酸化鉄、酸化マンガン、酸化亜鉛、酸化ビスマス粉末を混合し、予焼した粉末に酸化珪素、酸化カルシウム、酸化モリブデン粉末を加え、従来のフェライト材を製造する場合よりも多い、予焼粉の質量に対する１〜２ｍａｓｓ％のポリビニルアルコール等のバインダを添加して加圧成型し、焼成することで製造することができる。 
【００２５】
すなわち、ＭｎＺｎ系のフェライト材に酸化ビスマスを予焼前に添加することで結晶粒成長を促し、バインダを過剰に添加し、その他の副成分を予焼後に添加して焼成することで、結晶粒成長を阻害せずに適度な比抵抗を得ることができる。 
【００２６】
また、平均結晶粒径を２５μｍ以上とすることで実部、虚部比透磁率を高めつつも、平均結晶粒径を６０μｍ以下とすることで、大きすぎる結晶粒によりフェライト材の内部までの通気孔が塞がれることを防ぐことができる。 
【００２７】
予焼前後で添加する副成分を上記の通りに適宜選択することにより、断面中央部まで均質な２５μｍ以上、６０μｍ以下の結晶粒径とすることができる。 
【００２８】
これにより、磁路に垂直な断面の面積が１００ｍｍ２以上、２００ｍｍ２以下のフェライトコアであっても、１００ｋＨｚ以上、少なくとも３００ｋＨｚまでの周波数帯域で、実部、虚部共に高い比透磁率を有するため、コイルを巻き回して、特にこのような周波数帯域において高インピーダンスのノイズフィルタとすることが可能となる。 
【００２９】
また、本発明のフェライトコアの比抵抗は、０．１０Ω・ｍ以上、０．５０Ω・ｍ以下であることが望ましく、０．１５Ω・ｍ以上、０．３０Ω・ｍ以下であれば、より望ましく、０．２０Ω・ｍ以上、０．２５Ω・ｍ以下であれば、さらに望ましい。 
【００３０】
フェライトコア内部の渦電流発生を抑制し、１００ｋＨｚよりも低い周波数帯域での実部比透磁率を高める上で、比抵抗は高いほうが望ましいが、虚部比透磁率を充分に確保するためには、比抵抗の上限を上記のように制限するのが望ましい。 
【００３１】
コモンモードノイズフィルタ用途においては、１００ｋＨｚ以上、３００ｋＨｚ以下の範囲でのインピーダンスの高さと、１００ｋＨｚまでの周波数帯域における実部透磁率μ’の高さを両立させるのが特に好ましいため、１００ｋＨｚにおける実部比透磁率μ’は１００００以上であることが望ましい。ここで、既に述べた、断面積の大きな、特に磁路に垂直な断面の面積が１００ｍｍ２以上、２００ｍｍ２以下となるフェライトコアの比抵抗を０．１０Ω・ｍ以上、０．５０Ω・ｍ以下とすることは、１００ｋＨｚ以上、３００ｋＨｚ以下の範囲でのインピーダンスの高さ及び１００ｋＨｚにおける実部比透磁率μ’の確保に寄与する。
【００３２】
また、フェライトコアの主成分の組成は、酸化鉄がＦｅ２Ｏ３換算で５２．０ｍｏｌ％以上、５３．５ｍｏｌ％以下、酸化マンガンがＭｎＯ換算で２４．０ｍｏｌ％以上、２６．５ｍｏｌ％以下、残分が前記酸化亜鉛であり、副成分の組成は、前記主成分に対する質量比として、酸化珪素がＳｉＯ２換算で０．０１０ｍａｓｓ％以下（０を含まず）、酸化カルシウムがＣａＯ換算で０．０１０ｍａｓｓ％以上、０．０５０ｍａｓｓ％以下、酸化ビスマスがＢｉ２Ｏ３換算で０．０１０ｍａｓｓ％以上、０．０５０ｍａｓｓ％以下、酸化モリブデンがＭｏＯ３換算で０．１５０ｍａｓｓ％以下（０を含まず）であることが望ましい。 
【００３３】
また、フェライトコアの主成分の組成は、酸化鉄がＦｅ２Ｏ３換算で５２．５ｍｏｌ％以上、５３．０ｍｏｌ％以下、酸化マンガンがＭｎＯ換算で２５．５ｍｏｌ％以上、２６．０ｍｏｌ％以下、残分が前記酸化亜鉛であり、副成分の組成は、前記主成分に対する質量比として、酸化珪素がＳｉＯ２換算で０．００２ｍａｓｓ％以上、０．００８ｍａｓｓ％以下、酸化カルシウムがＣａＯ換算で０．０１５ｍａｓｓ％以上、０．０２５ｍａｓｓ％以下、酸化ビスマスがＢｉ２Ｏ３換算で０．０１０ｍａｓｓ％以上、０．０４０ｍａｓｓ％以下、酸化モリブデンがＭｏＯ３換算で０．０１０ｍａｓｓ％以上、０．１００ｍａｓｓ％以下であることが、より望ましい。 
【００３４】
また、副成分の組成のうち、前記主成分に対する質量比として、酸化ビスマスがＢｉ２Ｏ３換算で０．０１０ｍａｓｓ％以上、０．０３０ｍａｓｓ％以下、酸化モリブデンがＭｏＯ３換算で０．０１０ｍａｓｓ％以上、０．０８０ｍａｓｓ％以下であれば、さらに望ましい。 
【００３５】
珪素とカルシウムの添加量は、既に述べた実部および虚部比透磁率特性を得る上で必要な比抵抗を有するフェライトコアを得るために、上記の組成範囲が望ましいものとしている。すなわち、珪素やカルシウムの添加量を減少させると比抵抗が低下し、増加させると初透磁率が低下するからである。
【００３６】
同様に、ビスマス、モリブデンの添加量は、本発明にとって必要な結晶粒径とするため、上記の組成範囲が望ましいものとしている。すなわち、ビスマスやモリブデンの添加量を減少させると結晶の成長を抑制し、増加させると成長を促進するからである。
【００３７】
なお、本発明におけるノイズフィルタ用途のフェライトコアでは、特に１００ｋＨｚ以上、少なくとも３００ｋＨｚまでの周波数帯域でのノイズを減衰させるために必要な、高比透磁率と、高いインピーダンスが得られる点で、特許文献１に記載された発明とは目的が異なる。 
【００３８】
また、特許文献２に記載された技術には、開気孔が充分存在する状態とする具体的方法が開示されておらず、実施可能な発明として開示されていないが、本発明では、特許文献２で開示されなかった、その具体的方法を開示している。 
【００３９】
さらに、特許文献３に記載された技術は、磁路に垂直な断面の面積が１００ｍｍ２以上の大型のフェライトコアを想定せず、当然に言及もないが、本発明では、大型のフェライトコアに注目し、その実現手段を開示している。
【実施例】
【００４０】
まず、Ｆｅ２Ｏ３を５２．０ｍｏｌ％以上、５２．４ｍｏｌ％以下、ＭｎＯを２４．０ｍｏｌ％以上、２６．０ｍｏｌ％以下、残部をＺｎＯとなるように秤量し、その秤量されたものに対して０．０１０ｍａｓｓ％以上、０．０５０ｍａｓｓ％以下のＢｉ２Ｏ３を添加し、有機溶剤と共に日本コークス工業社製アトライタ（登録商標）で１時間混合した。
【００４１】
混合粉末のスラリーはスプレードライヤーで乾燥後、８００℃の大気中で４時間予焼し、予焼粉末を得た。 
【００４２】
予焼粉末に対して０．００５ｍａｓｓ％のＳｉＯ２、０．０２５ｍａｓｓ％以下のＣａＯ、０．０１３ｍａｓｓ％のＭｏＯ３を添加し、有機溶剤と共にアトライタ（登録商標）で１時間粉砕を行った。 
【００４３】
粉砕物のスラリーの有機溶剤を除く質量に対して０．６〜１．６ｍａｓｓ％のポリビニルアルコールをバインダとして添加し、スプレードライヤーで造粒した。 
【００４４】
造粒粉末は金型へ均一に充填し、１．１ｔ／ｃｍ２の加重で加圧成型を行った。 
【００４５】
成型体は５００℃の大気中で５時間脱バインダを行い、その後窒素雰囲気中、１３２０℃で９時間焼成しフェライトコアを作製した。 
【００４６】
ここで、フェライトコアをトロイダル形状としたものにつき、上記バインダの添加量と形状及び周回方向に垂直な断面積を変えた表１の実施例１、２、及び比較例１〜４の試料を作製した。 
【表１】
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【００４７】
得られたフェライトコアに１０ターンの巻線を施したインダクタを作製し、アジレント・テクノロジー株式会社製インピーダンスアナライザ４１９４Ａにより、フェライトコアの実部比透磁率μ’、及びインダクタのインピーダンスについて、１ｋＨｚ〜１０ＭＨｚの周波数特性を測定した。 
【００４８】
図１は、本発明におけるフェライトコアの実部比透磁率、及びインピーダンスの周波数特性を示す図である。 
【００４９】
図１には実施例１と比較例１の結果が示されている。実施例１と比較例１は、コア形状が同一であるが、バインダの添加量が相違する。 
【００５０】
粉砕物のスラリーの有機溶剤を除く質量に対するバインダ添加量が１．０ｍａｓｓ％以上となる実施例１が、比較例１よりも実部比透磁率μ’及びインピーダンスが向上している。 
【００５１】
さらに、トロイダル形状のフェライトコアを、磁路であるトロイダル周回方向に対して垂直となるようにダイシングソーで切断し、断面を鏡面研磨し、フッ酸にてエッチングを行い、金属顕微鏡にて結晶粒を観察した。 
【００５２】
さらに、断面の中心から半径１５０μｍの範囲内での結晶粒径の平均値を測定した。 
【００５３】
ここで結晶粒径とは、金属顕微鏡により撮影した写真を、画像解析して得た結晶粒の面積から求めた円相当直径のことである。
【００５４】
また、実施例、比較例共に断面が方形となるため、対角線の交点が断面の中心となる。
【００５５】
図２は、本発明におけるフェライトコアの平均結晶粒径とフェライトコア断面積の関係を示す図である。 
【００５６】
比較例１乃至３のように、粉砕物のスラリーの有機溶剤を除く質量に対するバインダ添加量が０．８ｍａｓｓ％の場合は、フェライトコア断面積が１００ｍｍ２以上になると平均結晶粒径が小さくなることを図２は示している。 
【００５７】
比較例１と実施例１、２は断面積が等しい。バインダ添加量が１．０ｍａｓｓ％未満の比較例１よりも、バインダ添加量が１．０ｍａｓｓ％以上となる実施例２、さらにバインダ添加量が１．５ｍａｓｓ％以上となる実施例１の平均結晶粒径が大きいことを図２は示している。 
【００５８】
バインダ添加量が２．０ｍａｓｓ％を超えると、脱バインダ後の形態保持に問題が生ずる恐れがあるため、実施例１、２共にバインダ添加量は２．０ｍａｓｓ％以下としている。 
【００５９】
図１と図２の結果より、バインダ添加量を１．０ｍａｓｓ％以上、２．０ｍａｓｓ％以下とすることで、平均結晶粒径が大きくなり、実部比透磁率μ’と、特に１００ｋＨｚ以上のインピーダンスが向上することがわかる。 
【００６０】
図３は、本発明におけるフェライトコアの平均結晶粒径とバインダ添加量の関係を示す図である。 
【００６１】
バインダ添加量が１．０ｍａｓｓ％未満では平均結晶粒径はあまり変化せず、バインダ添加量が１．０ｍａｓｓ％以上で平均結晶粒径が増加する傾向にあることを図３は示している。
【００６２】
上述の通り、ノイズフィルタ用途に好適な磁気特性を備え、量産性に優れ、かつ従来よりも大型に成型可能なフェライトコアおよびその製造方法が得られる。
【００６３】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は、上記に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の変更や修正が可能である。 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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