(57)【要約】【課題】焼成時の結晶粒の成長を促進し、且つ緻密な焼成体を得ること、また、その結果得られる低損失の酸化物磁性材料を提供すること。【解決手段】Ｆｅ２Ｏ３、ＭｎＯ、及びＺｎＯを主成分とする低損失酸化物磁性材料の焼成プロセスにおいて、第一保持部として温度１１００〜１２５０℃、保持時間１〜１０時間、酸素と窒素の混合ガスで酸素が１．０ｖｏｌ％以下の雰囲気中で保持した後、さらに第二保持部として温度１２６０〜１４００℃、保持時間２〜４時間、酸素と窒素の混合ガスで酸素が８ｖｏｌ％以下の雰囲気中で追加の保持を行う。また、焼成体における平均結晶粒径を１０μｍ以上とし、且つ密度を４．９５×１０３ｋｇ／ｍ３以上とする。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ２Ｏ３、ＭｎＯ、及びＺｎＯを主成分とする低損失酸化物磁性材料の焼成プロセスにおいて、第一保持部として温度１１００〜１２５０℃、保持時間１〜１０時間、酸素と窒素の混合ガスで酸素が１．０ｖｏｌ％以下の雰囲気中で保持した後、さらに第二保持部として温度１２６０〜１４００℃、保持時間２〜４時間、酸素と窒素の混合ガスで酸素が８ｖｏｌ％以下の雰囲気中で追加の保持を行う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】
請求項１に記載の低損失酸化物磁性材料の製造方法によって得られ、焼成体における平均結晶粒径が１０μｍ以上、且つ密度が４．９５×１０３ｋｇ／ｍ３以上であることを特徴とする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、主に電源トランス用材料とその製造方法に係り、特に、電源用トランスの磁心に好適な低損失酸化物磁性材料とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電源用トランス材料として、損失が低く、飽和磁束密度が高く、且つキューリー温度が高いといった特徴を持つＭｎ−Ｚｎフェライトが広く用いられている。
【０００３】
しかしながら、電気機器の小型化、軽量化に伴いトランス用材料であるＭｎ−Ｚｎフェライトには、いっそうの低損失化が求められている。
【０００４】
フェライトの損失は、ヒステリシス損失（Ｐｈ）、渦電流損失（Ｐｅ）、残留損失（Ｐｒ）からなることが知られている。一般に、Ｍｎ−Ｚｎフェライトでは以下に述べる手段を用い、損失の低減を図っている。
【０００５】
ヒステリシス損失は、ひとつに結晶磁気異方性定数（Ｋ１）に依存する。よって、フェライトの主成分組成は、その環境温度（６０〜１２０℃）で結晶磁気異方性定数（Ｋ１）が小さくなるように設計されている。具体的には、Ｆｅ２Ｏ３が５２．０〜５３．５ｍｏｌ％、ＺｎＯが５．０〜１５ｍｏｌ％となるように設計されている。
【０００６】
結晶組織との関係については、ヒステリシス損失が磁壁の非可逆的移動により発生する損失であることより、介在物、粒内ポア等の磁壁の動きを阻害する因子を極力減らすことが、その低減に有効であることが知られている。さらに、結晶粒径を大きくすることでもヒステリシス損失を低減できることが知られている。
【０００７】
具体的には、焼成時の粒成長を促進する微量添加物量の最適化、焼成条件の最適化により結晶組織を制御している。
【０００８】
また、渦電流損失は、電磁誘導により発生する損失である。渦電流損失は、比抵抗の逆数に比例することより、ＳｉＯ２、ＣａＯなどの微量添加物を添加し高抵抗の粒界層を生成させることにより低減が可能とされている。
【０００９】
ところで、残留損失は、現時点では原因がよく分からない損失であり、その損失因子すら解明されていない。
【００１０】
そこで、現状での通常の焼成方法では、粒成長のため保持時間の延長、焼成温度の高温化を行っているが、保持過程において、同時に空孔も成長してしまうため、緻密化が進まず密度が大きくならないという問題がある。
【００１１】
なお、従来法による製造の詳細については、本発明の実施例に併記して、説明する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
既に、従来のＭｎ−Ｚｎフェライトの問題点を説明したが、本発明においては、焼成時の結晶粒の成長を促進し、且つ緻密な焼成体を得ること、また、その結果得られる低損失の酸化物磁性材料とその製造方法を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
種々の検討を行った結果、低損失酸化物磁性材料の焼成プロセスにおいて、温度１１００〜１２５０℃、保持時間１〜１０時間、酸素と窒素の混合比率で酸素が１．０ｖｏｌ％以下の雰囲気中で保持（第一保持）した後、さらに温度１２６０〜１４００℃、保持時間２〜４時間、酸素と窒素の混合比率で酸素が８ｖｏｌ％以下の雰囲気中で追加保持（第二保持）を行った焼成体において、得られる焼成体の平均結晶粒径を１０μｍ以上として、且つ密度を４．９５×１０３ｋｇ／ｍ３以上とすることにより低損失な酸化物磁性材料が得られることを見出した。
【００１４】
この２段階保持焼成方法の特徴は、まず最初の保持段階において十分な緻密化を促進させ、その後、追加保持の段階において緻密化したまま粒径を成長させることにある。
【００１５】
第一保持の条件について温度を１１００〜１２５０℃としたのは、１１００℃未満では緻密化が進まず、１２５０℃より上では空孔が成長し、密度が上がらないためである。
【００１６】
ここで、時間を１〜１０時間としたのは、１時間未満では緻密化が進まず、１０時間より長いと緻密化が飽和してロスが増加するからである。
【００１７】
また、酸素と窒素の混合比率において酸素を１．０ｖｏｌ％以下の雰囲気としたのは、１．０ｖｏｌ％より上になると緻密化が抑制されるからである。
【００１８】
第二保持（追加保持）の条件について、温度を１２６０〜１４００℃としたのは、１２６０℃以下では粒成長しにくいためであり、１４００℃より高温ではＺｎＯの揮発が激しくなり、組成がずれ、磁気特性が劣化するためである。
【００１９】
また、保持時間を２〜４時間としたのは、２時間未満では粒成長が進まず、４時間より長いとＺｎＯの揮発による組成ずれが深刻になり、磁気特性の劣化が生じるためである。
【００２０】
さらに、焼成体の結晶粒径を１０μｍ以上としたのは、１０μｍ未満であるとヒステリシス損失の劣化を招くためであり、密度を４．９５×１０３ｋｇ／ｍ３以上としたのは、密度がこれより低いと、空孔が多く、ヒステリシス損失が高くなるからである。
【００２１】
すなわち、本発明の低損失酸化物磁性材料の製造方法は、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｎＯ、及びＺｎＯを主成分とする低損失酸化物磁性材料の焼成プロセスにおいて、第一保持部として温度１１００〜１２５０℃、保持時間１〜１０時間、酸素と窒素の混合ガスで酸素が１．０ｖｏｌ％以下の雰囲気中で保持した後、さらに第二保持部として温度１２６０〜１４００℃、保持時間２〜４時間、酸素と窒素の混合ガスで酸素が８ｖｏｌ％以下の雰囲気中で追加の保持を行うことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の低損失酸化物磁性材料は、前記の製造方法によって得られ、焼成体における平均結晶粒径が１０μｍ以上、且つ密度が４．９５×１０３ｋｇ／ｍ３以上であることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について説明する。
【００２４】
Ｆｅ２Ｏ３、ＭｎＯ、及びＺｎＯの原料粉末を、所定の主成分組成に合わせて秤量して混合する。その後、スプレードライアー等で造粒する。この造粒した粉末を予焼する。
【００２５】
得られた粉末に添加物として、ＳｉＯ２、ＣａＯ、Ｎｂ２Ｏ５等を添加した後、解砕する。その後、再び造粒し、所定の形状にプレス成形する。
【００２６】
次に、以下のような焼成プロセスによって焼成を行う。
【００２７】
まず、常温から約５００℃までは脱バインダーを目的として、その雰囲気は大気中とする。
【００２８】
次に、１１００〜１２５０℃の範囲に定められた第一保持部の温度まで昇温する。
【００２９】
第一保持部においては、雰囲気の酸素分圧を１．０ｖｏｌ％以下として、１〜１０時間の保持を行う。なお、ここで、酸素分圧は、全圧を大気圧として、そこに占める比率としてｖｏｌ％（体積％）で表示した。
【００３０】
第一保持部の終了後、１２６０〜１４００℃の範囲に定められた第二保持部の温度まで昇温する。第二保持部の保持時間は２〜４時間とし、雰囲気の酸素分圧を８ｖｏｌ％以下とする。
【００３１】
第二保持部での保持後の室温への冷却過程においては純窒素雰囲気とする。
【００３２】
この様にして、本発明の低損失酸化物磁性材料を製造することができる。
【００３３】
【実施例】
次に、本発明の実施例を表１と表２を参照しながら説明する。
【００３４】
（実施例１）発明品として、主成分組成を５３．０ｍｏｌ％のＦｅ２Ｏ３、３９．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、残部ＺｎＯからなるＭｎ−Ｚｎフェライトの原料粉末を秤量し、アトライターを用いて２時間混合した。混合の後、スプレードライアーで造粒した。この造粒した粉末をロータリーキルンで予焼した。
【００３５】
得られた粉末に添加物として０．０２ｗｔ％のＳｉＯ２、０．０５ｗｔ％のＣａＯ、０．０５ｗｔ％のＮｂ２Ｏ５を添加し、アトライターを用いて１．５μｍまで解砕した。その後、スプレードライアーにて造粒し、トロイダル形状にプレスした。
【００３６】
焼成プロセスは、常温から５００℃までは脱バインダーを目的として雰囲気は大気中とした。５００℃から第一保持部の焼成保持温度までは３５０℃／ｈで昇温し、１０００℃に達した時点で第一保持部の酸素分圧（表１参照）の雰囲気になるようにした。
【００３７】
第一保持部の終了後、再び３５０℃／ｈで第二保持温度１３００℃に昇温した。第二保持時間は３時間とし、雰囲気の酸素分圧は第一保持部の終了時点で第二保持酸素分圧１．５ｖｏｌ％に切り換えた。冷却過程では、１２５０℃で第二保持雰囲気から純窒素雰囲気に切り換えた。
【００３８】
また、比較品として第一保持部の温度、時間、又は酸素分圧が請求項の範囲外である５種類の焼成も行った。
【００３９】
ところで、従来品の製造方法は以下のようである。主成分組成を５３．０ｍｏｌ％のＦｅ２Ｏ３、３９．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、残部ＺｎＯからなるＭｎ−Ｚｎフェライト原料粉末を秤量し、アトライターを用いて２時間混合した。その後、スプレードライアーで造粒した。この造粒した粉末をロータリーキルンで予焼した。
【００４０】
得られた粉末に添加物として０．０２ｗｔ％のＳｉＯ２、０．０５ｗｔ％のＣａＯ、０．０５ｗｔ％のＮｂ２Ｏ５を添加し、アトライターを用いて１．５μｍまで解砕した。その後、スプレードライアーにて造粒し、トロイダル形状にプレスし、還元雰囲気中、１３５０℃の焼成温度で焼成した。
【００４１】
表１に、発明品、比較品、及び従来品について、密度、平均結晶粒径、及び１００ｋＨｚ−２００ｍＴ−１００℃でのコアロスＰｃｖ　を示す。なお、このコアロスＰｃｖ　と、これまで、Ｍｎ−Ｚｎフェライトの損失と呼称してきたものとは、実質的にほぼ等しい。
【００４２】
【表１】
2004018303.tif 000002
【００４３】
表１から、発明品は従来品に比ベ、コアロスＰｃｖ　が低いことがわかる。また、比較品は、従来品に比べてコアロスＰｃｖ　が高くなっている。
【００４４】
どの発明品も平均結晶粒径は１０μｍ以上である。
【００４５】
（実施例２）発明品として、主成分組成を５３．０ｍｏｌ％のＦｅ２Ｏ３、３９．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、残部ＺｎＯからなるＭｎ−Ｚｎフェライト原料粉末を秤量し、アトライターを用いて２時間混合した。混合の後、スプレードライアーで造粒した。この造粒した粉末をロータリーキルンで予焼した。
【００４６】
得られた粉末に添加物として０．０２ｗｔ％のＳｉＯ２、０．０５ｗｔ％のＣａＯ、０．０５ｗｔ％の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、トロイダル形状にプレス成形した。
【００４７】
焼成プロセスは、常温から５００℃までは脱バインダーを目的として雰囲気は大気中とした。５００℃から第一保持温度１２００℃までは３５０℃／ｈで昇温し、１０００℃に達した時点で酸素分圧を１ｖｏｌ％になるようにした。第一保持時間は５時間とした。
【００４８】
第一保持部の終了後、再び３５０℃／ｈで第二保持温度（表２参照）に昇温した。雰囲気は、第一保持部の終了時点で第二保持部の雰囲気（表２参照）に切り換えた。
【００４９】
第二保持部の酸素分圧は、通常の焼成において、それぞれの焼成温度に対し、最もコアロスＰｃｖ　の低いものを選択した（表２参照）。また、冷却過程での１２５０℃において、第二保持の雰囲気から純窒素雰囲気に切り換えた。
【００５０】
また、比較品として、第二保持部の温度、時間、又は酸素分圧が請求項の範囲外である４種類の焼成も行った。
【００５１】
従来品については、実施例１で示した焼成品と共通である。
【００５２】
表２に、発明品、比較品、及び従来品について、密度、平均結晶粒径、及び１００ｋＨｚ−２００ｍＴ−１００℃でのコアロスＰｃｖ　を示す。
【００５３】
【表２】
2004018303.tif 000003
【００５４】
表２より、発明品は、従来品に比ベ、コアロスＰｃｖ　が低いことがわかる。また、比較品は、従来品に比べてコアロスＰｃｖが高くなる。どの発明品も平均結晶粒径は１０μｍ以上である。
【００５５】
【発明の効果】
以上述べたことく、低損失酸化物磁性材料の焼成プロセスにおいて、温度１１００〜１２５０℃、保持時間１〜１０時間、酸素と窒素の混合比率で酸素が１．０ｖｏｌ％以下の雰囲気で保持（第一保持）した後、さらに温度１２６０〜１４００℃、時間２〜４時間で追加保持（第二保持）を行うことによって、低損失な酸化物磁性材料が得られる。
【００５６】
また、得られる焼成体の平均結晶粒径を１０μｍ以上、且つ密度を４．９５×１０３ｋｇ／ｍ３以上とすることで、低損失な酸化物磁性材料が得られる。
【００５７】
また、第一保持部を温度１１００〜１２５０℃、保持時間１〜１０時間、酸素と窒素の混合比率で酸素が１．０ｖｏｌ％以下の雰囲気にすることで、空孔を成長させることなく、緻密化が可能になる。
【００５８】
また、第二保持部を温度１２６０〜１４００℃、保持時間２〜４時間にすることで、高温で生じるＺｎＯの揮発を抑制し、緻密な状態で、粒成長させることができ、ヒステリシス損失を低下させ、コアロスＰｃｖを改善することができる。
【００５９】
従って、本発明によれば、電源用トランス材料に好適な低損失酸化物磁性材料とその製造方法を提供することができる。