(57)【要約】【課題】磁芯損失を低減した酸化物磁性材料及びその製造方法を提供する。【解決手段】主成分組成が５２．０〜５５．０ｍｏｌ％のＦｅ２Ｏ３、３０．０〜４５．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、残部ＺｎＯからなり、添加物として０．０１ｗｔ％以上０．０３ｗｔ％未満のＳｉＯ２、０．０１ｗｔ％以上０．１５ｗｔ％未満のＣａＯ、０．０１ｗｔ％以上０．１ｗｔ％未満のＮｂ２Ｏ５を含有する低損失酸化物磁性材料の製造方法において、前記添加物の原料に５００ｎｍ未満の微粉末を用いる。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
主成分組成が５２．０〜５５．０ｍｏｌ％のＦｅ２Ｏ３、３０．０〜４５．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、残部ＺｎＯからなり、添加物として０．０１ｗｔ％以上０．０３ｗｔ％未満のＳｉＯ２、０．０１ｗｔ％以上０．１５ｗｔ％未満のＣａＯ、０．０１ｗｔ％以上０．１ｗｔ％未満のＮｂ２Ｏ５を含有する低損失酸化物磁性材料の製造方法において、前記添加物の原料に５００ｎｍ未満の微粉末を用い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】
焼結体の比抵抗が５００Ωｃｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の低損失酸化物磁性材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トランス等に用いられる低損失酸化物磁性材料及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気機器の小型化、軽量化に伴いトランス用材料の高周波化、低損失化が求められている。電源用トランス材料としては、Ｍｎ−Ｚｎフェライト、Ｎｉ−Ｚｎフェライトが用いられている。そのなかでもＭｎ−Ｚｎフェライトは、ｋＨｚ帯〜ＭＨｚ帯まで広い周波数範囲でトランス材料として使用されている。
【０００３】
フェライトの損失（磁芯損失）は、ヒステリシス損失、渦電流損失、残留損失からなる。
【０００４】
ヒステリシス損失は、磁壁の非可逆的移動により発生する損失、渦電流損失は電磁誘導により発生する損失であることが知られている。残留損失は、その発生因子すら解明されていない。
【０００５】
この中で渦電流損失は材料の比抵抗に依存する。比抵抗は、微量添加物、及び、焼成条件に依存する。そのため、低損失な磁性材料を作製するためには、ＳｉＯ２、ＣａＯに代表される微量添加物、焼成条件の選定が重要となる。渦電流損失の低減の策として、以下に述べる条件が適切とされる。
【０００６】
ａ）ＳｉＯ２、ＣａＯに加え第三添加物を添加することにより高比抵抗化を図る。
ｂ）結晶粒界の十分な酸化が高比抵抗化を実現する。結晶粒界は焼成の冷却過程で形成される。先に述べた添加物は焼成の昇温、保持過程において、結晶粒内に固溶している。それが、冷却過程において、結晶粒界に析出することにより形成される。それゆえ、冷却時の酸素分圧の管理は特に重要となる。
ｃ）結晶粒径を小さくし、高比抵抗化を図る。
【０００７】
ヒステリシス損失を低減するためには、結晶粒径を大きくする必要がある。しかしながら、結晶粒径を大きくすると、粒界の比表面積が小さくなることより、バルクの比抵抗が下がる。比抵抗が下がると渦電流損失が増大する。よって、結晶粒径は、ヒステリシス損失と渦電流損失のバランスをとるように決定される。
【０００８】
渦電流損失は、バルクの比抵抗に依存する。そのため、微量添加物を添加することにより、比抵抗を高くしている。しかしながら、ＳｉＯ２、ＣａＯに代表される添加物は、結晶粒の成長を抑制させる働きを持つ。よって、所定の結晶粒径、比抵抗を得るため微量添加物量はヒステリシス損失、渦電流損失のバランスをとるように決定される。
【０００９】
また、添加物は、適量を添加しないと、異常粒成長を助長する。異常粒の出現は、比抵抗の減少、結晶粒径分布をブロードにすることにより、渦電流損失、ヒステリシス損失いずれも悪化させる効果がある。よって、添加物の種類、量の制御は量産上重要な要素となっている。
【００１０】
以上述べたように、各損失を低減する要因、方策については、既知であるものの、すべての損失を低減する万能の策はない。よって、従来の粉末冶金法では、個々の損失のバランスが最適となる材料設計を行わざるを得ない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の課題を解決し、磁芯損失を低減した酸化物磁性材料及びその製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、主成分組成が５２．０〜５５．０ｍｏｌ％のＦｅ２Ｏ３、３０．０〜４５．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、残部ＺｎＯからなり、添加物として０．０１ｗｔ％以上０．０３ｗｔ％未満のＳｉＯ２、０．０１ｗｔ％以上０．１５ｗｔ％未満のＣａＯ、０．０１ｗｔ％以上０．１ｗｔ％未満のＮｂ２Ｏ５を含有する低損失酸化物磁性材料の製造方法において、前記添加物の原料に５００ｎｍ未満の微粉末を用い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。
【００１３】
また、本発明は、焼結体の比抵抗が５００Ωｃｍ以上であることを特徴とする上記の低損失酸化物磁性材料である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
主成分組成が５２．０〜５５．０ｍｏｌ％のＦｅ２Ｏ３、３０．０〜４５．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、残部ＺｎＯで、さらに添加物として０．０１ｗｔ％以上０．０３ｗｔ％未満のＳｉＯ２、０．０１ｗｔ％以上０．１５ｗｔ％未満のＣａＯ、０．０１ｗｔ％以上０．１ｗｔ％未満のＮｂ２Ｏ５を含有するＭｎ−Ｚｎフェライトの製造方法において、添加物原料に５００ｎｍ未満の微粉末を用いることにより低損失なＭｎ−Ｚｎフェライトを得ることができる。
【００１５】
添加物を微粉末にすることにより、粒界に均一に添加物が分散し、かつ酸化反応が活性化されるため高比抵抗化となり、渦電流慣失が減少する。また、均一に添加物が分散するため、粒成長が均一になり、結晶粒径分布が鋭くなる。その結果、ヒステリシス損失が低減する。
【００１６】
Ｍｎ−Ｚｎフェライトの主成分組成を５２．０〜５５．０ｍｏｌ％のＦｅ２Ｏ３、３０．０〜４５．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、残部ＺｎＯとしたのは、Ｆｅ２Ｏ３が５２．０ｍｏｌ％未満、ＭｎＯが４５．０ｍｏｌ％を超えると、結晶磁気異方性定数が高くなり、ヒステリシス損失の増大により損失の劣化を招くためであり、Ｆｅ２Ｏ３が５５．０ｍｏｌ％を超えると、Ｆｅ２＋の増大により、比抵抗が小さくなり、渦電流損失の増大により損失の劣化を招くためであり、ＭｎＯが３０ｍｏｌ％未満であると、飽和磁束密度が低くなり、電源用材料として不適当であるためである。
【００１７】
添加物量においてＳｉＯ２を０．０１ｗｔ％以上０．０３ｗｔ％未満としたのは、０．０１ｗｔ％未満だと粒界層が形成されず、比抵抗が低下し、渦電流損失が増加し、逆に０．０３ｗｔ％以上であると、Ｓｉ原子が粒内に侵入しヒステリシス損失を劣化させるからである。
【００１８】
また、ＣａＯにおいて、０．０１ｗｔ％以上０．１５ｗｔ％未満としたのはＳｉＯ２と同様に、０．０１ｗｔ％未満だと粒界層が形成されず、比抵抗が低下し、渦電流損失が増加し、０．１５ｗｔ％以上であるとＣａ原子が粒内に侵入しヒステリシス損失を劣化させるからである。
【００１９】
Ｎｂ２Ｏ５も同様に０．０１ｗｔ％以上０．１ｗｔ％未満としたのは０．０１ｗｔ％未満だと粒界層が形成されず、比抵抗が低下し、渦電流損失が増加し、０．１ｗｔ％以上であると、Ｎｂ原子が粒内に侵入しヒステリシス損失を劣化させるからである。
【００２０】
添加物原料粒径を５００ｎｍ未満としたのは、５００ｎｍ以上であると粒界を形成する添加物が均一に分布できなくなり、それにより比抵抗が上がり、損失が劣化し、さらに結晶粒径分布もブロードになることでさらに損失が劣化するからである。
【００２１】
【実施例】
（実施例１）
主成分組成を５２．５ｍｏｌ％のＦｅ２Ｏ３、３６．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、残部ＺｎＯからなるＭｎ−Ｚｎフェライトとなるように秤量し、アトライターを用いて２時間混合した。混合後、スプレードライアーで造粒した。造粒した粉末をロータリーキルンで予焼した。得られた粉末に添加物として粒径１０〜５００ｎｍのＳｉＯ２０．０２ｗｔ％、ＣａＯ０．０５ｗｔ％、Ｎｂ２Ｏ５０．０５ｗｔ％を添加し、アトライターを用いて１．５μｍまで解砕した。解砕後、スプレードライアーにて造粒し、トロイダル形状（外径２５ｍｍ、内径１５ｍｍ、高さ５ｍｍ）にプレスし、１３５０℃で還元雰囲気中で焼成した。従来品には添加物が粒径１μｍ以上の原料を用いた。
【００２２】
表１に、各試料の添加物原料粒径、比抵抗、１００ｋＨｚ−２００ｍＴ−１００℃の磁芯損失Ｐｃｖを示す。
【００２３】
【表１】
2004010440.tif 000002
【００２４】
表１において、従来品に対し、添加物原料粒径が５００ｎｍ未満の場合に、比抵抗が大きく磁芯損失も低くなった。
【００２５】
（実施例２）
母材のＭｎ−Ｚｎフェライト粉末として、主成分組成５１．５〜５５．５ｍｏｌ％のＦｅ２Ｏ３、２５．０〜４６．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、残部ＺｎＯを秤量し、アトライターを用いて２時間混合した。混合後、スプレードライアーで造粒した。造粒した粉末をロータリーキルンで予焼した。得られた粉末に添加物として粒径１０〜１００ｎｍのＳｉＯ２０．０２ｗｔ％、ＣａＯ０．０５ｗｔ％、Ｎｂ２Ｏ５０．０５ｗｔ％を添加し、アトライターを用いて１．５μｍまで解砕した。解砕後、スプレードライアーにて造粒し、トロイダル形状（外径２５ｍｍ、内径１５ｍｍ、高さ５ｍｍ）にプレスし、１３５０℃で還元雰囲気中で焼成した。従来品には、主成分組成が５２．５ｍｏｌ％のＦｅ２Ｏ３、３６．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、残部ＺｎＯからなり、粒径１μｍ以上のＳｉＯ２０．０２ｗｔ％、ＣａＯ０．０５ｗｔ％、Ｎｂ２Ｏ５０．０５ｗｔ％を添加して上記と同様の方法で作製したＭｎ−Ｚｎフェライトを用いた。
【００２６】
表２に、各試料の主成分組成、比抵抗、１００ｋＨｚ−２００ｍＴ−１００℃の磁芯損失Ｐｃｖを示す。
【００２７】
【表２】
2004010440.tif 000003
【００２８】
表２において、主成分組成の範囲が、Ｆｅ２Ｏ３５２．０〜５５．０ｍｏｌ％、ＭｎＯ３０．０〜４５．０ｍｏｌ％の場合に、従来品に比較し、磁芯損失が低くなった。
【００２９】
（実施例３）
主成分組成を５２．５ｍｏｌ％のＦｅ２Ｏ３、３６．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、残部ＺｎＯからなるＭｎ−Ｚｎフェライトとなるように秤量し、アトライターを用いて２時間混合した。混合後、スプレードライアーで造粒した。造粒した粉末をロータリーキルンで予焼した。得られた粉末に添加物として粒径１００ｎｍのＳｉＯ２、ＣａＯ、Ｎｂ２Ｏ５を添加し、アトライターを用いて１．５μｍまで解砕した。解砕後、スプレードライアーにて造粒し、トロイダル形状（外径２５ｍｍ、内径１５ｍｍ、高さ５ｍｍ）にプレスし、１３５０℃で還元雰囲気中で焼成した。従来品には、粒径１μｍ以上のＳｉＯ２０．０２ｗｔ％、ＣａＯ０．０５ｗｔ％、Ｎｂ２Ｏ５０．０５ｗｔ％を添加物としたものを用いた。
【００３０】
表３に、各試料の添加物量、比抵抗、１００ｋＨｚ−２００ｍＴ−１００℃の磁芯損失Ｐｃｖを示す。
【００３１】
【表３】
2004010440.tif 000004
【００３２】
表３において、従来品に対し、添加量は、ＳｉＯ２が０．０１以上０．０３ｗｔ％未満、ＣａＯが０．０１以上０．１５ｗｔ％未満、Ｎｂ２Ｏ５が０．０１以上０．１ｗｔ％未満の場合に、比抵抗が大きく、磁芯損失も低くなった。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、磁芯損失を低減した酸化物磁性材料及びその製造方法を提供することができた。