(57)【要約】【課題】酸化鉄中のＢをとりわけて低減することなしに、このＢによる悪影響を排除することによって、高透磁率のＭｎ−Ｚｎ系フェライトを安定して提供する。【解決手段】鉄窒化物を配合、焼成してＭｎ−Ｚｎ系フェライトを製造する。【選択図】　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄窒化物を配合、焼成して得たＭｎ−Ｚｎ系フェライトであって、
ＭｎＯ：２０〜３０　ｍｏｌ％、
ＺｎＯ：１８〜２５　ｍｏｌ％および
Ｆｅ２０３　：残部
を基本成分とし、この基本成分中に、
ＳｉＯ２：０．００１　〜０．０２ｍａｓｓ％および
ＣａＯ：０．００５　〜０．１　ｍａｓｓ％
を含有する成分組成になるＭｎ−Ｚｎ系フェライト。
【請求項２】
請求項１において、鉄窒化物の配合量が０．０１〜２．０ｍａｓｓ％であるＭｎ−Ｚｎ系フェライト。
【請求項３】
請求項１または２において、さらに酸化ビスマス（Ｂｉ２０３　換算）、酸化インジウム（Ｉｎ２０３　換算）、酸化タンタル（Ｔａ２０５　換算）、酸化ニオブ（　Ｎｂ２０５　換算）、酸化チタン（Ｔｉ０２換算）、酸化スズ（ＳｎＯ２換算）および酸化モリブデン（ＭｏＯ３　換算）から選択される、いずれか１種または２種以上を合計で０．３ｍａｓｓ％以下の範囲で含有する成分組成を有するＭｎ−Ｚｎ系フェライト。
【請求項４】
酸化鉄、酸化マンガンおよび酸化亜鉛を湿式混合して乾燥した後、熱処理を施して仮焼粉とし、次いでこの仮焼粉に、少なくともＳｉＯ２およびＣａＯを添加すると共に、鉄窒化物を添加して粉砕し、所定形状に成形したのち、この成形体を焼成するＭｎ−Ｚｎ系フェライトの製造方法。
【請求項５】
請求項４において、鉄窒化物の添加量が０．０１〜２．０ｍａｓｓ％であるＭｎ−Ｚｎ系フェライトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スイッチング電源等に使用されるコイル磁芯として好適である、高い初透磁率を有するＭｎ−Ｚｎ系フェライトおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、スイッチング電源に使用されるノイズフィルターは、ノイズを除去すべき周波数帯域において、ノイズ信号に対する高いインピーダンスを有することが要求される。従って、このノイズフィルターに使用されるフェライトコアは、当然高い透磁率を有することが必要である。また、デジタル信号の伝送に使用されるパルストランスにおいても、高い透磁率を有するフェライトコアが要求される。
【０００３】
Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトコアの初透磁率は、主相であるスピネルを構成して磁気異方性定数や磁歪定数を支配する、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｎＯおよびＺｎＯの組成比率や、結晶粒径を支配する微量成分と、焼成条件などとに大きく影響されることが知られており、様々な手法で高い透磁率を実現する試みがなされてきた。
例えば、特公昭５１−４９０７９号公報では、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトにＢｉ２０３　やＣａＯを適量添加することにより、８０００〜９０００程度の高い透磁率を有する材料を得ている。また、特開２００１−８５２１７号公報では、Ｐを０．０００３〜０．００３　重量％含有し、平均結晶粒径を５０μｍ　〜２００　μｍ　とすることにより、１５０００　以上の高透磁率材料を実現している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトに含まれる不純物、とりわけＢ（ホウ素）は、磁気特性に大きな影響をおよぼす。すなわち、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト中の微量成分のうち、Ｂの影響について、例えば文献「フェライト」（平賀ら、丸善株式会社、１９８６）の９２頁には、「結晶組織を不均一にして高透磁率の発現を阻害するので５０ｐｐｍ　以下にしておかなければならない」、ことが記載されている。　付け加えると、より高い透磁率材料を得るために、焼成温度を上昇させたり粉砕粉の粒径を小さくするような、厳格な製造条件下では、Ｂの影響が顕在化するため、Ｂの含有量は低いほど好ましい。
【０００５】
このＢは、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトの主原料である、酸化鉄、酸化マンガンおよび酸化亜鉛の中でも、総重量の半分程度以上を占める酸化鉄に、その大部分が不可避に含有されている。
【０００６】
従来は、酸化鉄中のＢを低減する方法で磁気特性を改善しようとする試みがなされてきたが、Ｂの含有量を大きく低減した酸化鉄原料を作製するには、多大な時間と費用を要するという問題があった。
【０００７】
そこで、この発明は、酸化鉄中のＢをとりわけて低減することなしに、このＢによる悪影響を排除することによって、高透磁率のＭｎ−Ｚｎ系フェライトを安定して提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の要旨構成は、次のとおりである。
（１）鉄窒化物を配合、焼成して得たＭｎ−Ｚｎ系フェライトであって、ＭｎＯ：２０〜３０ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１８〜２５　ｍｏｌ％およびＦｅ２０３　：残部を基本成分とし、この基本成分中に、ＳｉＯ２：０．００１　〜０．０２ｍａｓｓ％およびＣａＯ：０．００５　〜０．１　ｍａｓｓ％を含有する成分組成になるＭｎ−Ｚｎ系フェライト。
【０００９】
（２）上記（１）において、鉄窒化物の配合量が０．０１〜２．０ｍａｓｓ％であるＭｎ−Ｚｎ系フェライト。
【００１０】
（３）上記（１）または（２）において、さらに酸化ビスマス（Ｂｉ２０３　換算）、酸化インジウム（Ｉｎ２０３　換算）、酸化タンタル（Ｔａ２０５　換算）、酸化ニオブ（　Ｎｂ２０５　換算）、酸化チタン（Ｔｉ０２換算）、酸化スズ（ＳｎＯ２換算）および酸化モリブデン（ＭｏＯ３　換算）から選択される、いずれか１種または２種以上を合計で０．３ｍａｓｓ　％以下の範囲で含有する成分組成を有するＭｎ−Ｚｎ系フェライト。
【００１１】
（４）酸化鉄、酸化マンガンおよび酸化亜鉛を湿式混合して乾燥した後、熱処理を施して仮焼粉とし、次いでこの仮焼粉に、少なくともＳｉＯ２およびＣａＯを添加すると共に、鉄窒化物を添加して粉砕し、所定形状に成形したのち、この成形体を焼成するＭｎ−Ｚｎ系フェライトの製造方法。
【００１２】
（５）上記（４）において、鉄窒化物の添加量が０．０１〜２．０ｍａｓｓ％であるＭｎ−Ｚｎ系フェライトの製造方法。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を具体的に説明する。
さて、高透磁率フェライトを実現するための構造因子としては、焼結密度および結晶粒径等がある。前述の通り、主として酸化鉄に含有されるＢは，これらの構造因子を高透磁率材にとって好ましくない方向へ導くが、鉄窒化物を添加すれば、この悪影響は大きく低減されることが明らかとなった。
【００１４】
ここで、フェライトの焼成に先立ってフェライト原料に配合する、鉄窒化物は、次のような影響を及ぼすと推定される。すなわち、焼成工程において、温度上昇と共に不安定化して鉄窒化物から解離した窒素原子が、原料中のＢと結合して安定かつ電気絶縁性の高い窒化物を形成し、さらにこれらの窒化物が焼結過程において結晶粒界に偏析する。かような現象よって、結晶組織を不均一化するというＢの悪影響が抑制され、さらに個々の結晶粒の純度が向上して磁化が容易になると共に、焼結体中を流れる渦電流が抑制されるために、高透磁率を獲得できるのである。
【００１５】
なお、鉄窒化物に由来する鉄原子は、通常のフェライト焼成工程中で酸化されてスピネル相を形成するため、適正な添加量であれば磁気特性に悪影響を及ぼすことはない。
このように、この発明は有害元素を無害化するという、新規な思想に基づいて優れた磁気特性を達成したものである。
【００１６】
この発明に従って、フェライト原料に配合される鉄窒化物は、化学式がＦｅｘＮ（Ｘ＞０　）で表示されるものであれば、その物理的形態を問わない。例えば、Ｆｅ３ＮやＦｅ４Ｎ等の粉末が挙げられる。なお、鉄窒化物は、焼成工程において被焼成材に含まれていれば良く、勿論、焼成以前のいずれの工程で配合されていても構わない。
【００１７】
ここで、鉄窒化物は、０．０１〜２．０ｍａｓｓ％の範囲で配合することが好ましい。すなわち、０．０１ｍａｓｓ％未満では、上述の効果が発現せず、一方２．０ｍａｓｓ％を超えると結晶組織が不均質となって磁気特性が劣化する。
【００１８】
一方、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトの成分組成については、所期する高透磁率を実現するために、まず基本成分を、ＺｎＯ：１８〜２５ｍｏｌ　％、ＭｎＯ：２０〜３０ｍｏ１　％およびＦｅ２Ｏ：残部の範囲とする。これは磁気異方性定数や磁歪定数といった、組成比によって決定され透磁率に影響をおよぼす因子を制御するためである。
【００１９】
さらに、上記基本成分中に、ＳｉＯ２：０．００１　〜０．０２ｍａｓｓ％およびＣａＯ：０．００５　〜０．１　ｍａｓｓ％を含有することが肝要である。すなわち、ＳｉＯ２およびＣａＯは、粒界に偏析することによって、磁気損失を低減し、透磁率の低下を抑制することに寄与する。そのためには、ＳｉＯ２：０．００１ｍａｓｓ％以上およびＣａＯ：０．００５ｍａｓｓ％以上が必要であるが、ＳｉＯ２：０．０２ｍａｓｓ％およびＣａＯ：０．１　ｍａｓｓ％をこえると、結晶粒成長が阻止されたり、逆に、異常粒成長を起こして結晶粒内に気孔が残留する、というように、結晶組織制御が困難となって透磁率が低下する。
【００２０】
その他の添加成分として、透磁率を高めつつ、その周波数特性を改善するといった、様々な目的のために、酸化ビスマス（Ｂｉ２０３　換算）、酸化インジウム（Ｉｎ２０３　換算）、酸化タンタル（Ｔａ２０５　換算）、酸化ニオブ（　Ｎｂ２０５　換算）、酸化チタン（Ｔｉ０２換算）、酸化スズ（ＳｎＯ２換算）および酸化モリブデン（ＭｏＯ３換算）から選択される、いずれか１種または２種以上を合計で０．３ｍａｓｓ　％以下の範囲で含有することができる。
【００２１】
すなわち、Ｂｉ２０３およびＩｎ２０３は、低融点化合物として結晶成長を促進することによって高透磁率化に寄与する。
また、ＴｉＯ２やＳｎＯ２は結晶内部を高抵抗化することによって、そしてＴａ２０５やＮｂ２０５　は結晶粒界を高低抗化することによって、それぞれ渦電流損失を低減し、高透磁率化に寄与する。さらに、ＭｏＯ３は均一な粒成長を促進することによって、高透磁率化に寄与する。これらは、いずれも微量添加で有効である。一方、各添加成分が過剰な場合は、空孔率の上昇や異常粒成長に伴って磁気特性が劣化するため、上記７成分のいずれか１種または２種以上を合計で０．３ｍａｓｓ　％以下の範囲で含有することが好ましい。
【００２２】
以上のＭｎ−Ｚｎ系フェライトは、酸化鉄、酸化マンガンおよび酸化亜鉛を湿式混合して乾燥した後、熱処理を施して仮焼粉とし、次いでこの仮焼粉に、少なくともＳｉＯ２およびＣａＯを添加すると共に、鉄窒化物を添加して粉砕し、所定形状に成形したのち、この成形体を焼成することによって得られる。
なお、焼成温度は主成分、微量成分の各組成や目標磁気特性に応じて変化するが、１３００℃以上が好適である。
【００２３】
【実施例】
蛍光Ｘ線分析にてＢの含有量が既知となっている、種々の酸化鉄と、酸化マンガンおよび酸化亜鉛とを湿式混合し乾燥した後、９５０　℃で３時間の熱処理によって仮焼粉を作製した。次いで、この仮焼粉に、ＳｉＯ２、ＣａＯ、Ｂｉ２０３　、Ｉｎ２Ｏ３　、Ｔａ２０５　、Ｎｂ２０５　、ＴｉＯ２、　ＳｎＯ２、　ＭｏＯ３および、Ｆｅ３ＮまたはＦｅ４Ｎの粉末を適宜添加し、ボールミルで１０時間の湿式粉砕後、リング状のコアに成形した。この成形体を、大気中にて昇温速度２５０　℃／ｈで昇温し、１１００℃以上においては窒素中で昇温速度を５００　℃／ｈとして最高温度１３５０℃まで昇温し、この温度に３時間保持後冷却した。　最高温度保持域から冷却域にかけては、スピネル相が形成される平衡酸素分圧になるように、空気と窒素の混合ガスによって雰囲気酸素濃度を制御した。　表１に、作製した焼結体の組成、および配合した鉄窒化物の種類と量を示す。
【００２４】
かくして得られた試料に巻線を施して、真空に対する比初透磁率μｉ／μ０を測定した。その測定結果を、表１に併記する。なお、透磁率は、インピーダンスアナライザーを使用し、１０ｋＨｚおよび２３℃の条件下で測定した。表１において、試料Ｎｏ．１〜１５および３４が発明例、そして試料Ｎｏ．１６〜３３が比較例である。
【００２５】
【表１】
2004043262.tif 000002
【００２６】
【発明の効果】
この発明によれば、窒化鉄を配合し、かつ主成分と添加する微量成分の組成を適正な範囲で選択することにより、高透磁率のＭｎ−Ｚｎ系フェライトを安定して得ることができる。この発明のＭｎ−Ｚｎ系フェライトをスイッチング電源のパルストランスやノイズフィルターの磁芯に適用することによって、小型で高性能なスイッチング電源を構成することが可能となる。