(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ２Ｏ３が５４.０ｍｏｌ％以上５５.０ｍｏｌ％以下、ＺｎＯが６.５ｍｏｌ％以上９.５ｍｏｌ％以下、ＮｉＯが１.０ｍｏｌ％以上３.０ｍｏｌ％以下、及び、残部がＭｎＯの組成となる主成分中に、
１０００ｐｐｍ以上４５００ｐｐｍ以下のＣｏ２Ｏ３と、１００ｐｐｍ以上７５０ｐｐｍ以下のＣａＯと、２００ｐｐｍ以上１５００ｐｐｍ以下のＳｂ２Ｏ３とを副成分として含有する、
Ｎｉ−Ｍｎ−Ｚｎフェライト材料。 
【請求項２】
請求項１に記載のＮｉ−Ｍｎ−Ｚｎフェライト材料からなるフェライト。 
【請求項３】
請求項２に記載のフェライトを有するチョークコイル。 
【請求項４】
Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＮｉＯ及びＭｎＯの第一の混合物を仮焼成するステップと、
前記仮焼成後の前記第一の混合物を粉体に粉砕するステップと、
前記粉体にＣｏ２Ｏ３と、ＣａＯと、Ｓｂ２Ｏ３とを添加して第二の混合物を生成するステップと、
前記第二の混合物を造粒して造粒物を得るステップと、
前記造粒物を所定の形状の成形物に成形するステップと、
前記成形物を焼成するステップと、を有し、
前記第一の混合物は、Ｆｅ２Ｏ３が５４.０ｍｏｌ％以上５５.０ｍｏｌ％以下、ＺｎＯが６.５ｍｏｌ％以上９.５ｍｏｌ％以下、ＮｉＯが１.０ｍｏｌ％以上３.０ｍｏｌ％以下、及び、残部がＭｎＯの組成を採り、
前記Ｃｏ２Ｏ３の添加量は１０００ｐｐｍ以上４５００ｐｐｍ以下、前記ＣａＯの添加量は１００ｐｐｍ以上７５０ｐｐｍ以下、及び、前記Ｓｂ２Ｏ３の添加量は２００ｐｐｍ以上１５００ｐｐｍ以下である、
フェライトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｎｉ−Ｍｎ−Ｚｎフェライト材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
酸化物磁性材料として、その用途に適した特性（例えば、キュリー温度、飽和磁束密度等）を確保するために、Ｆｅ２Ｏ３が５０〜５６ｍｏｌ％、ＺｎＯが３〜２５ｍｏｌ％、及び、残部がＭｎＯの組成となる主成分を有するＭｎ−Ｚｎフェライト材料が用いられている。例えば、主成分にさらにＮｉＯを含有するＮｉ−Ｍｎ−Ｚｎフェライト材料は、高いキュリー温度を確保できることにより、高温での高い飽和磁束密度を確保できる。さらに、このようなＮｉ−Ｍｎ−Ｚｎフェライト材料に各種の副成分を添加することにより低損失化を図っている。
【０００３】
例えば、ＣａＯ、ＳｉＯ２及びＮｉＯを含有したＮｉ−Ｍｎ−Ｚｎフェライト材料が提案されている。また例えば、ＣａＯ、ＳｉＯ２、及び、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｖ２Ｏ５、ＴｉＯ２及びＨｆＯ２の中から選ばれる何れか１種または２種以上を含有し、８０℃での飽和磁束密度が４００ｍＴ以上であるＮｉ−Ｍｎ−Ｚｎフェライト材料が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０４−３１８９０４号公報
【特許文献２】特開平１０−０６４７１５号公報
【特許文献３】特開平１０−２７０２３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これまでは、例えば高周波スイッチング電源のチョークコイルには、チョークコイルの小型化のために、飽和磁束密度の大きな材料が用いられ、１００℃付近でのコアロスが小さいことが重視された。
【０００６】
しかしながら、近年は、電源の軽負荷域での駆動における損失も重視されるようになっている。このため、今後は、高温での高い飽和磁束密度と、室温から高温までに渡る小さいコアロスとの両方の特性を併せ持つ磁性材料が望まれる。
【０００７】
開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、高温での高い飽和磁束密度と、室温から高温までに渡る小さいコアロスとの両方の特性を併せ持つＮｉ−Ｍｎ−Ｚｎフェライト材料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】
【０００８】
開示の態様では、Ｎｉ−Ｍｎ−Ｚｎフェライト材料は、Ｆｅ２Ｏ３が５４.０ｍｏｌ％以上５５.０ｍｏｌ％以下、ＺｎＯが６.５ｍｏｌ％以上９.５ｍｏｌ％以下、ＮｉＯが１.０ｍｏｌ％以上３.０ｍｏｌ％以下、及び、残部がＭｎＯの組成となる主成分中に、１０００ｐｐｍ以上４５００ｐｐｍ以下のＣｏ２Ｏ３と、１００ｐｐｍ以上７５０ｐｐｍ以下のＣａＯと、２００ｐｐｍ以上１５００ｐｐｍ以下のＳｂ２Ｏ３及び１００ｐｐｍ以上７００ｐｐｍ以下のＴａ２Ｏ５のうちの少なくともいずれかと、を副成分として含有する。
【発明の効果】
【０００９】
開示の態様によれば、高温での高い飽和磁束密度と、室温から高温までに渡る小さいコアロスとの両方の特性を併せ持つＮｉ−Ｍｎ−Ｚｎフェライト材料を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施例１に係るサンプルの製造手順の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［実施例１］
実施例１に係るＮｉ−Ｍｎ−Ｚｎフェライト材料は、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＮｉＯ及びＭｎＯからなる主成分に、副成分として、Ｃｏ２Ｏ３と、ＣａＯと、Ｓｂ２Ｏ３とが添加されたものである。また、実施例１に係るＮｉ−Ｍｎ−Ｚｎフェライト材料においては、副成分の添加量が最適化されている。この最適化によって、高温での高い飽和磁束密度と、室温から高温までに渡る小さいコアロスとの両方の特性を併せ持つＮｉ−Ｍｎ−Ｚｎフェライト材料を得ることができる。
【００１２】
実施例１に係るＮｉ−Ｍｎ−Ｚｎフェライト材料の組成を規定するために、Ｎｉ−Ｍｎ−Ｚｎフェライト材料からなるフェライトをサンプルとして製造し、各種サンプルについて、所定の温度範囲におけるコアロスと、所定の温度における飽和磁束密度とを評価した。概略的には、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＮｉＯ及びＭｎＯの混合物に、Ｃｏ２Ｏ３、ＣａＯ及びＳｂ２Ｏ３が添加されている磁性材料を焼成することによって得たフェライトをサンプルとした。
【００１３】
＜Ｎｉ−Ｍｎ−Ｚｎフェライト材料の組成について＞
室温（例えば、２５℃）から高温（例えば、１４０℃）までに渡る温度範囲で磁気異方性を小さくしてコアロスを小さくするために、実施例１では、Ｎｉ−Ｍｎ−Ｚｎフェライト材料の主成分を、Ｆｅ２Ｏ３が５４.０ｍｏｌ％以上５５.０ｍｏｌ％以下、ＺｎＯが６.５ｍｏｌ％以上９.５ｍｏｌ％以下、ＮｉＯが１.０ｍｏｌ％以上３.０ｍｏｌ％以下、及び、残部がＭｎＯとした。ここで、ＮｉＯが１.０ｍｏｌ％未満では高温での飽和磁束密度が低下するため、ＮｉＯを１.０ｍｏｌ％以上とした。
【００１４】
また、Ｃａは粒界の高抵抗化に寄与する成分であるため、主成分にＣａを適量添加することでコアロスを低減することができる。例えば、ＣａＯを添加する場合には、１００ｐｐｍ未満ではコアロスの低減効果が小さい一方で、２０００ｐｐｍ以上ではコアロスの悪化を招く。このため、ＣａＯを添加する場合には、その添加量は、１００ｐｐｍ以上２０００ｐｐｍ未満であることが好ましい。
【００１５】
また、Ｃｏは特異な異方性を有するため、主成分にＣｏを適量添加することで、室温から高温までの磁気異方性を小さくし、広い温度範囲でコアロスを低減することができる。例えば、Ｃｏ２Ｏ３を添加する場合には、１０００ｐｐｍ未満ではコアロスの低減効果が小さい一方で、５０００ｐｐｍ以上では低温域でのコアロスが悪化してしまう。このため、Ｃｏ２Ｏ３を添加する場合には、その添加量は、１０００ｐｐｍ以上５０００ｐｐｍ未満であることが好ましい。
【００１６】
また、主成分にＳｂを適量添加することで、緻密化により飽和磁束密度を高めることができる。例えば、Ｓｂ２Ｏ３を添加する場合には、２００ｐｐｍ未満では緻密化の効果が小さい一方で、２０００ｐｐｍ以上では異常粒成長が発生してコアロスの悪化を招く。このため、Ｓｂ２Ｏ３を添加する場合には、その添加量は、２００ｐｐｍ以上２０００ｐｐｍ未満であることが好ましい。
【００１７】
＜サンプルの製造方法＞
図１にサンプルの製造手順の一例を示す。
【００１８】
まず、Ｎｉ−Ｍｎ−Ｚｎフェライト材料の主成分となるＦｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＮｉＯ及びＭｎＯを秤量する（ステップＳ０１）。
【００１９】
次いで、秤量したＦｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＮｉＯ及びＭｎＯを湿式ボールミルを用いて混合する（ステップＳ０２）。ステップＳ０２での混合は、例えば５時間行われる。
【００２０】
次いで、ステップＳ０２で得られた混合物を乾燥させる（ステップＳ０３）。
【００２１】
次いで、乾燥後の混合物を仮焼成し（ステップＳ０４）、仮焼成後の混合物をボールミルで粉砕し、最終的に１μｍ以下の粉体にする（ステップＳ０５）。ステップＳ０４での仮焼成は、例えば１０００℃の温度で３０分行われる。また、ステップＳ０４での粉砕は、例えば５時間行われる。
【００２２】
次いで、ステップＳ０５で得られた粉体の原料に添加する副成分として、Ｃｏ２Ｏ３、ＣａＯ及びＳｂ２Ｏ３をそれぞれの添加量に応じて秤量する（ステップＳ０６）。
【００２３】
次いで、仮焼成を経て粉砕された粉体の原料とステップＳ０６で秤量された副成分とを乳鉢で十分に混合することにより、主成分に副成分を添加する（ステップＳ０７）。このようにして、まず、Ｎｉ−Ｍｎ−Ｚｎフェライト材料の組成が決まる。
【００２４】
次いで、上述した手順（ステップＳ０１〜Ｓ０７）で生成した混合物であるＮｉ−Ｍｎ−Ｚｎフェライト材料を乾燥させる（ステップＳ０８）。
【００２５】
次いで、乾燥後のＮｉ−Ｍｎ−Ｚｎフェライト材料にバインダーとしてＰＶＡ溶液を１ｗｔ％添加して造粒を行う（ステップＳ０９）。
【００２６】
次いで、ステップＳ０９での造粒によって得られた造粒物を金型を用いて所定の形状（例えば、トロイダル形状）に成形し（ステップＳ１０）、この成形によって得られた成形物を焼成することで、Ｎｉ−Ｍｎ−Ｚｎフェライト材料が焼結された焼結体であるフェライトをサンプルとして製造した（ステップＳ１１）。ステップＳ１０での成形は、例えば２ｔ／ｃｍ２の圧力で行われる。また、ステップＳ１１での焼成は、例えば酸素分圧を制御しつつ１３００℃の温度で３時間行われる。
【００２７】
＜サンプルの特性＞
上記手順に従って製造した各サンプルについて、１００℃の温度での飽和磁束密度ＢＳ［ｍＴ］、及び、１００ｋＨｚ−２００ｍＴの条件下で２５℃から１４０℃までに渡る温度範囲におけるコアロスＰＣＶの最大値［ｋＷ／ｍ３］（以下では「コアロス最大値ＰＣＶＭＡＸ」と呼ぶことがある）の２種の特性を評価した。以下の表１に、各サンプルにおける各特性を示す。表１では、組成が互いに異なる２５種類のサンプル（サンプル１〜２５）を製造した。そして、各サンプルの特性について、コアロス最大値ＰＣＶＭＡＸについては６００［ｋＷ／ｍ３］以下、飽和磁束密度ＢＳについては４３０［ｍＴ］以上を合格値とし、２種のすべての特性が合格となったサンプルの組成に基づいて実施例１に係るＮｉ−Ｍｎ−Ｚｎフェライト材料を特定した。なお、表１において、括弧内に示した温度は、２５℃から１４０℃までの温度範囲のうちで、コアロスＰＣＶが最大（つまり、最悪）となった温度を示す。
【表１】
0006655381.tif 000002
【００２８】
表１より、コアロス最大値ＰＣＶＭＡＸ及び飽和磁束密度ＢＳの両方が上記の合格値を満たすサンプルは、サンプル１〜２５のうち、サンプル１，２，４，６，８，１０，１２，１４，１６，１９，２０，２３，２４である。
【００２９】
コアロス最大値ＰＣＶＭＡＸ及び飽和磁束密度ＢＳの両方が上記の合格値を満たすサンプルがサンプル１，２，４，６，８，１０，１２，１４，１６，１９，２０，２３，２４であることから、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＮｉＯ、Ｃｏ２Ｏ３、ＣａＯ、及び、Ｓｂ２Ｏ３のそれぞれの上限値と下限値とは以下のように判断することができる。
【００３０】
すなわち、Ｆｅ２Ｏ３の下限値は５４.０ｍｏｌ％、Ｆｅ２Ｏ３の上限限値は５５.０ｍｏｌ％であると判断することができる。よって、Ｆｅ２Ｏ３の適正含有量は、５４.０ｍｏｌ％以上５５.０ｍｏｌ％以下と規定することができる。
【００３１】
また、ＺｎＯの下限値は６.５ｍｏｌ％、ＺｎＯの上限限値は９.５ｍｏｌ％であると判断することができる。よって、ＺｎＯの適正含有量は、６.５ｍｏｌ％以上９.５ｍｏｌ％以下と規定することができる。
【００３２】
また、ＮｉＯの下限値は１.０ｍｏｌ％、ＮｉＯの上限限値は３.０ｍｏｌ％であると判断することができる。よって、ＮｉＯの適正含有量は、１.０ｍｏｌ％以上３.０ｍｏｌ％以下と規定することができる。
【００３３】
また、Ｃｏ２Ｏ３の下限値は１０００ｐｐｍ、Ｃｏ２Ｏ３の上限限値は４５００ｐｐｍであると判断することができる。よって、Ｃｏ２Ｏ３の適正含有量は、１０００ｐｐｍ以上４５００ｐｐｍ以下と規定することができる。
【００３４】
また、ＣａＯの下限値は１００ｐｐｍ、ＣａＯの上限限値は７５０ｐｐｍであると判断することができる。よって、ＣａＯの適正含有量は、１００ｐｐｍ以上７５０ｐｐｍ以下と規定することができる。
【００３５】
また、Ｓｂ２Ｏ３の下限値は２００ｐｐｍ、Ｓｂ２Ｏ３の上限限値は１５００ｐｐｍであると判断することができる。よって、Ｓｂ２Ｏ３の適正含有量は、２００ｐｐｍ以上１５００ｐｐｍ以下と規定することができる。
【００３６】
以上より、実施例１に係るＮｉ−Ｍｎ−Ｚｎフェライト材料の主成分の組成は、Ｆｅ２Ｏ３が５４.０ｍｏｌ％以上５５.０ｍｏｌ％以下、ＺｎＯが６.５ｍｏｌ％以上９.５ｍｏｌ％以下、ＮｉＯが１.０ｍｏｌ％以上３.０ｍｏｌ％以下、及び、残部がＭｎＯである。そして、この主成分中に、１０００ｐｐｍ以上４５００ｐｐｍ以下のＣｏ２Ｏ３と、１００ｐｐｍ以上７５０ｐｐｍ以下のＣａＯと、２００ｐｐｍ以上１５００ｐｐｍ以下のＳｂ２Ｏ３とが副成分として含有される。
【００３７】
これにより、高温（例えば１００℃）での高い飽和磁束密度（例えば４３０ｍＴ以上）と、室温（例えば２５℃）から高温（例えば１４０℃）までに渡る小さいコアロス（例えば６００ｋＷ／ｍ３以下）との両方の特性を併せ持つＮｉ−Ｍｎ−Ｚｎフェライト材料を得ることができる。
【００３８】
［実施例２］
主成分にＴａを適量添加することで、緻密化により飽和磁束密度を高めることができる。例えば、Ｔａ２Ｏ５を添加する場合には、１００ｐｐｍ未満では緻密化の効果が小さい一方で、９００ｐｐｍ以上では異常粒成長が発生してコアロスの悪化を招く。このため、Ｔａ２Ｏ５を添加する場合には、その添加量は、１００ｐｐｍ以上９００ｐｐｍ未満であることが好ましい。
【００３９】
そこで、実施例２に係るＮｉ−Ｍｎ−Ｚｎフェライト材料では、主成分の組成は実施例１と同一である一方で、実施例１のＳｂ２Ｏ３に代えて、Ｔａ２Ｏ５を主成分に添加する点が実施例１と相違する。
【００４０】
すなわち、実施例２では、上記手順（図１）のステップＳ０６において、ステップＳ０５で得られた粉体の原料に添加する副成分として、Ｃｏ２Ｏ３、ＣａＯ及びＴａ２Ｏ５をそれぞれの添加量に応じて秤量する。残りのステップＳ０１〜Ｓ０５，Ｓ０７〜Ｓ１１の手順は実施例１と同一である。
【００４１】
この手順に従って製造した各サンプルについて、実施例１と同様に、１００℃の温度での飽和磁束密度ＢＳ［ｍＴ］、及び、１００ｋＨｚ−２００ｍＴの条件下で２５℃から１４０℃までに渡る温度範囲におけるコアロス最大値ＰＣＶＭＡＸの２種の特性を評価した。以下の表２に、各サンプルにおける各特性を示す。表２では、組成が互いに異なる６種類のサンプル（サンプル２６〜３１）を製造した。そして、各サンプルの特性について、実施例１と同様に、コアロス最大値ＰＣＶＭＡＸについては６００［ｋＷ／ｍ３］以下、飽和磁束密度ＢＳについては４３０［ｍＴ］以上を合格値とし、２種のすべての特性が合格となったサンプルの組成に基づいて実施例２に係るＮｉ−Ｍｎ−Ｚｎフェライト材料を特定した。なお、表２において、括弧内に示した温度は、２５℃から１４０℃までの温度範囲のうちで、コアロスＰＣＶが最大（つまり、最悪）となった温度を示す。また、表２において、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＮｉＯ、Ｃｏ２Ｏ３、及び、ＣａＯの含有量については、何れも実施例１で規定した範囲内にある。
【表２】
0006655381.tif 000003
【００４２】
表２より、コアロス最大値ＰＣＶＭＡＸ及び飽和磁束密度ＢＳの両方が上記の合格値を満たすサンプルは、サンプル２６〜３１のうち、サンプル２６，２８〜３０である。
【００４３】
コアロス最大値ＰＣＶＭＡＸ及び飽和磁束密度ＢＳの両方が上記の合格値を満たすサンプルがサンプル２６，２８〜３０であることから、Ｔａ２Ｏ５の下限値は１００ｐｐｍ、Ｔａ２Ｏ５の上限限値は７００ｐｐｍであると判断することができる。よって、Ｔａ２Ｏ５の適正含有量は、１００ｐｐｍ以上７００ｐｐｍ以下と規定することができる。
【００４４】
以上より、実施例２に係るＮｉ−Ｍｎ−Ｚｎフェライト材料の主成分の組成は、Ｆｅ２Ｏ３が５４.０ｍｏｌ％以上５５.０ｍｏｌ％以下、ＺｎＯが６.５ｍｏｌ％以上９.５ｍｏｌ％以下、ＮｉＯが１.０ｍｏｌ％以上３.０ｍｏｌ％以下、及び、残部がＭｎＯである。そして、この主成分中に、１０００ｐｐｍ以上４５００ｐｐｍ以下のＣｏ２Ｏ３と、１００ｐｐｍ以上７５０ｐｐｍ以下のＣａＯと、１００ｐｐｍ以上７００ｐｐｍ以下のＴａ２Ｏ５とが副成分として含有される。
【００４５】
これにより、実施例１と同様に、高温（例えば１００℃）での高い飽和磁束密度（例えば４３０ｍＴ以上）と、室温（例えば２５℃）から高温（例えば１４０℃）までに渡る小さいコアロス（例えば６００ｋＷ／ｍ３以下）との両方の特性を併せ持つＮｉ−Ｍｎ−Ｚｎフェライト材料を得ることができる。
【００４６】
また、実施例１または実施例２に係るＮｉ−Ｍｎ−Ｚｎフェライト材料を焼成して得られるフェライトも、高温での高い飽和磁束密度と、室温から高温までに渡る小さいコアロスとの両方の特性を併せ持つ。
【００４７】
そして、高温での高い飽和磁束密度と、室温から高温までに渡る小さいコアロスとの両方の特性を併せ持つフェライトは、例えば高周波スイッチング電源のチョークコイルに用いられることが好適である。
【００４８】
［他の実施例］
［１］実施例１ではＳｂ２Ｏ３を主成分に添加し、実施例２ではＴａ２Ｏ５を主成分に添加した。しかし、Ｓｂ２Ｏ３及びＴａ２Ｏ５の両方を主成分に添加しても良い。Ｓｂ２Ｏ３及びＴａ２Ｏ５の両方を主成分に添加する場合、実施例１，２と同様に、Ｓｂ２Ｏ３の添加量は２００ｐｐｍ以上１５００ｐｐｍ以下、Ｔａ２Ｏ５の添加量は１００ｐｐｍ以上７００ｐｐｍ以下とすると良い。また、Ｓｂ２Ｏ３及びＴａ２Ｏ５の両方を主成分に添加する場合、上記手順（図１）のステップＳ０６において、ステップＳ０５で得られた粉体の原料に添加する副成分として、Ｃｏ２Ｏ３、ＣａＯ、Ｓｂ２Ｏ３及びＴａ２Ｏ５をそれぞれの添加量に応じて秤量する。残りのステップＳ０１〜Ｓ０５，Ｓ０７〜Ｓ１１の手順は実施例１と同一である。
【００４９】
［２］Ｃｏ２Ｏ３、ＣａＯ、Ｓｂ２Ｏ３及びＴａ２Ｏ５の他に、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｓｉ等を主成分に添加しても良い。Ｚｒを適量添加することで全温度域においてコアロスを低減することができる。ＴｉまたはＳｎには結晶粒内の電気抵抗を高める効果があることから、ＴｉまたはＳｎを適量添加することでコアロスを低減することができる。Ｓｉは粒界の高抵抗化に寄与する成分であることから、Ｓｉを適量添加することでコアロスを低減することができる。
【図１】
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