(57)【要約】【課題】  従来のＭｎ−Ｚｎ系フェライト焼結体に比べて最大磁束密度を大幅に改善し、特に１００℃の高温において高い最大磁束密度を有するフェライト焼結体およびこれを用いた電子部品を提供する。【解決手段】  主組成が６３ｍｏｌ％≦Ｆｅ２Ｏ３≦８０ｍｏｌ％、３ｍｏｌ％≦ＺｎＯ≦１５ｍｏｌ％、残部酸化マンガンからなり、Ｆｅ２Ｏ３の含有量Ｘ（ｍｏｌ％）から、Ｒｃａｌ＝２００×（Ｘ−５０）／（３×Ｘ）で決まるＲｃａｌに対して、焼結体中の全Ｆｅ量中のＦｅ２＋の割合Ｒ（％）がＲｃａｌ−２．０≦Ｒ≦Ｒｃａｌ＋０．３であるとともに、焼結体密度が４．９×１０３ｋｇ／ｍ３以上とする。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主組成が６３ｍｏｌ％≦Ｆｅ２Ｏ３≦８０ｍｏｌ％、３ｍｏｌ％≦ＺｎＯ≦１５ｍｏｌ％、残部酸化マンガンからなり、Ｆｅ２Ｏ３の含有量Ｘ（ｍｏｌ％）から数１で決まるＲｃａｌに対して、焼結体中の全Ｆｅ量中のＦｅ２＋の割合Ｒ（％）がＲｃａｌ−２．０≦Ｒ≦Ｒｃａｌ＋０．３であるとともに、焼結体密度が４．９×１０３ｋｇ／ｍ３以上であることを特徴とするフェライト焼結体。
【数１】
2005187232.tif 000013
【請求項２】
主組成が６８ｍｏｌ％＜Ｆｅ２Ｏ３≦７５ｍｏｌ％、３ｍｏｌ％≦ＺｎＯ≦１２ｍｏｌ％、残部酸化マンガンからなり、Ｆｅ２Ｏ３の含有量Ｘ（ｍｏｌ％）から数１で決まるＲｃａｌに対して、焼結体中の全Ｆｅ量中のＦｅ２＋の割合Ｒ（％）がＲｃａｌ−２．０≦Ｒ≦Ｒｃａｌ＋０．３であるとともに、焼結体密度が４．９×１０３ｋｇ／ｍ３以上であることを特徴とするフェライト焼結体。
【数１】
2005187232.tif 000014
【請求項３】
副成分としてＣａをＣａＣＯ３換算で０．０２ｗｔ％≦ＣａＣＯ３≦０．３ｗｔ％、ＳｉをＳｉＯ２換算で０．００３ｗｔ％≦ＳｉＯ２≦０．０１５ｗｔ％含有することを特徴とする請求項１又は２に記載のフェライト焼結体。
【請求項４】
体積抵抗率が０．１Ω・ｍ以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のフェライト焼結体。
【請求項５】
コアロスが極小となる温度が８０℃〜１２０℃であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のフェライト焼結体。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のフェライト焼結体を磁心とし、該磁心に巻線を巻設したことを特徴とする電子部品。
【請求項７】
フェライト粉末にバインダを添加後、成形し、焼結する請求項１〜５記載のフェライト焼結体の製造方法であって、成形に供するフェライト粉末のスピネル化率Ｓが１０〜６０％であり、かつバインダ添加量Ｖ（ｗｔ％）が１．３−０．０２×Ｓ≦Ｖ≦２．３−０．０２×Ｓの範囲であって、脱バインダから焼結温度保持にいたる工程の酸素濃度が０．１ｖｏｌ％以下であることを特徴とするフェライト焼結体の製造方法。
【請求項８】
成形に供するフェライト粉末のスピネル化率が１０％以上４０％未満であることを特徴とする請求項７に記載のフェライト焼結体の製造方法。
【請求項９】
成形に供するフェライト粉末の比表面積が３０００〜７０００ｍ２／ｋｇであることを特徴とする請求項７又は８に記載のフェライト焼結体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１００℃程度の高温で高い最大磁束密度を有するＭｎ−Ｚｎ系フェライト焼結体およびそれを用いた電子部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種電子機器においてＬＳＩの高集積化、多機能化および高速化が進んでおり、それに電力を供給する電源系にも高パワーが要求されてきている。例えば、ノート型パソコンを例に挙げると、ＣＰＵの高速化、記憶装置の大容量化・高速化などにともなう多機能・高品位の流れとして、使用されるＤＣ−ＤＣコンバータにも大電流化への対応が要求される。また、部品の集積度が上がってくると電子部品からの発熱により回路周辺の温度が上昇し、使用される電子部品の使用環境温度は１００℃近くに達する。したがって高性能なＣＰＵを用いたノート型パソコンに使用されるＤＣ−ＤＣコンバータには、実際に使用される環境温度において、大電流化に対応したものであることが必要とされる。
【０００３】
また、ＥＶ（電気自動車）、ＨＥＶ（ハイブリッド電気自動車）等に使用される車載用のＤＣ−ＤＣコンバータ等においても、その使用環境温度が広く、１００℃以上でも所定の性能を維持する必要があり、かかる場合でも高温対応・大電流化対応が要求される。
【０００４】
これら高温対応・大電流化対応の要請は、ＤＣ−ＤＣコンバータを構成するチョークコイル、更には当該チョークコイルの構成部品である磁性コアにも及ぶ。すなわちチョークコイルには、高温下においても、高い電流値までインダクタンス値が低下しないことが求められ、また磁性コアには、数百ｋＨｚの周波数で使用可能であり、高温下においても、高い電流値まで磁気飽和しにくい高い飽和磁束密度を有するものが要求される。
【０００５】
これらチョークコイル等に使用される磁性コアにはケイ素鋼やアモルファス等の金属系磁性材料とフェライトがある。金属系磁性材料はフェライトに比べて飽和磁束密度が高く、大きな電流を流しても磁気飽和しにくいという長所がある。反面、一般的に値段が高く、また低抵抗であるため高周波になると使用できないという問題がある。これに対して、フェライトは、金属系磁性材料と比較して高い抵抗値を有し、高周波でも使用可能であるとともに、価格が安いというメリットがある。かかるフェライトのうち、一般的にＭｎ−Ｚｎ系フェライトはＮｉ−Ｚｎ系フェライトに比べて飽和磁束密度が高いことから、大電流対応のコア材として適している。
【０００６】
従来、ＤＣ−ＤＣコンバータ用チョークコイルに用いられるものも含め、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトでは５０〜５５ｍｏｌ％程度のＦｅ２Ｏ３を含有するのが一般的であるが、かかるＦｅ２Ｏ３含有量を増加させることで最大磁束密度が向上することが知られている。しかし、６０ｍｏｌ％を超える多量のＦｅ２Ｏ３を含有する組成においては、単結晶では高い最大磁束密度を有するＭｎ−Ｚｎ系フェライトが得られても、粉末冶金的な方法により最大磁束密度の高いＭｎ−Ｚｎ系フェライト焼結体を得ることは、以下に述べる理由により困難であった。すなわち、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトを製造する場合、焼結工程でＦｅ２Ｏ３が還元されてＦｅＯ・Ｆｅ２Ｏ３となる。かかるスピネル化反応に伴いＦｅ２Ｏ３の酸素が放出される必要があるが、Ｆｅ２Ｏ３が大幅に過剰な組成では、酸素の放出が不十分となり、Ｆｅ２Ｏ３が異相（ヘマタイト相）として残存しやすく、高磁気特性（高磁束密度）を得ることができない。また、スピネル化反応および焼結の進行が妨げられる結果、密度の高い焼結体を得ることができず、必然的に高い最大磁束密度は得られない。
【０００７】
これらに対し最大磁束密度を高める試みとして、特許文献１では、主成分としてモル比で６２〜６８％のＦｅ２Ｏ３、１６〜２８％のＭｎＯ及び１０〜１６％のＺｎＯから成り、副成分としてＣａＯ、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２及びＣｏＯの少なくとも１種を含むフェライト材を焼成しＭｎ−Ｚｎ系フェライト得る製造方法において、フェライト材に有機バインダを還元剤として添加し、不活性ガス中で焼成し、ウスタイト相やヘマタイト相などの異相が生じることの無い高飽和磁束密度を有するＭｎ−Ｚｎ系フェライトの製造方法が開示されている。また、一般的にフェライトの磁気特性は温度に対して影響を受けやすく、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトは室温では高い最大磁束密度を有するものの、温度の上昇とともに最大磁束密度は減少し、１００℃程度の高温では室温に比べて、最大磁束密度は通常２０〜２５％程度低下する。このような最大磁束密度の低下は、チョークコイルとしたときに直流重畳特性の劣化につながる。そこで、特に１００℃の高温において、高い最大磁束密度を有するフェライト焼結体として、酸化鉄の含有量が６０〜８５ｍｏｌ％、酸化亜鉛の含有量が０〜２０ｍｏｌ％、および残部が酸化マンガンから成り、１００℃で４５０ｍＴ以上の高い最大磁束密度が得られ、温度に対する最大磁束密度の変化率が小さいフェライト焼結体が開示されている（特許文献２）。
【０００８】
【特許文献１】特開平６−３３３７２６号公報
【特許文献２】特開平１１−３２９８２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献２に記載の発明により１００℃の高温で高い最大磁束密度を有するＭｎ−Ｚｎフェライトが提供されるが、本来高い最大磁束密度が期待されるＦｅ２Ｏ３含有量が６０ｍｏｌ％を超えるＦｅ過剰組成では、焼結体密度が４．９×１０３ｋｇ／ｍ３未満であり、理論密度（５．１〜５．２×１０３ｋｇ／ｍ３）と比べて十分な水準にはない。そのため適用する組成から期待される高い最大磁束密度を十分に引き出しているとは言いがたい。さらに、上記Ｆｅ過剰組成では、製造条件の変動により、ヘマタイト相等の異相が生成する場合があり、安定的に高い最大磁束密度を有するＭｎ−Ｚｎ系フェライトを得ることが困難であるという問題があった。また、特許文献1では、上述のヘマタイト相等の異相の生成を抑え、高い最大磁束密度を得られる製造方法が開示されているが、１００℃での最大磁束密度をはじめ、本発明で問題としている高温環境下での使用を前提とした記載がない。ここで１００℃程度の高温での最大磁束密度を向上するためには、温度上昇に伴う最大磁束密度の低下を補うため常温での最大磁束密度の絶対値を高める、または温度上昇に伴う最大磁束密度の低下率を低減することが必要とされる。これに対して特許文献１で適用されている組成では、常温での最大磁束密度に対する１００℃での最大磁束密度の変化率が大きく、また常温での最大磁束密度もそれを補うだけの水準にあるとは言えず、結果的に１００℃の高温で高い最大磁束密度を得ることが困難であるという問題があった。したがって、これらの発明をもってしても、なお強まる高温対応・大電流化対応の要請に十分応えているとは言いがたく、更に最大磁束密度の高い材料および大電流対応のチョークコイルが望まれていた。
【００１０】
また、大幅にＦｅ過剰な組成のフェライト焼結体を製造する場合、Ｆｅ２Ｏ３含有量が５０〜５５ｍｏｌ％である一般的なＭｎ−Ｚｎ系フェライトに比べて、スピネル化反応をいっそう促進・制御する必要があること、ヘマタイト相等の異相が生成しやすいことから、かかる異相の抑制等を図り、高い最大磁束密度を再現性よく実現することが困難であった。また、還元剤として有機バインダを添加する場合であっても、有機バインダの添加量が成形性の観点から制約を受ける他、適用する組成等によってその効果が異なることから、高い最大磁束密度を有するフェライト焼結体を再現性よく製造することが困難であるという問題があった。したがって製造コスト・量産性の観点から、従来からの粉末冶金的な製造方法において、上述の大幅にＦｅ過剰な組成を適用した高最大磁束密度材を安定に製造できる方法が望まれていた。
【００１１】
本発明は、かかる問題を解決し、従来のＭｎ−Ｚｎ系フェライト焼結体に比べて最大磁束密度を大幅に改善し、特に１００℃の高温において高い最大磁束密度を有するフェライト焼結体およびこれを用いた電子部品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】
本発明の第１の発明は、主組成が６３ｍｏｌ％≦Ｆｅ２Ｏ３≦８０ｍｏｌ％、３ｍｏｌ％≦ＺｎＯ≦１５ｍｏｌ％、残部酸化マンガンからなり、前記Ｆｅ２Ｏ３の含有量Ｘ（ｍｏｌ％）から数１で決まるＲｃａｌに対して、焼結体中の全Ｆｅ量中のＦｅ２＋の割合Ｒ（％）がＲｃａｌ−２．０≦Ｒ≦Ｒｃａｌ＋０．３であるとともに、焼結体密度が４．９×１０３ｋｇ／ｍ３以上であることを特徴とするフェライト焼結体であり、かかる発明によって１００℃の高温において高い最大磁束密度を得ることができる。
【００１３】
【数１】
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【００１４】
また第２の発明は、主組成が６８ｍｏｌ％＜Ｆｅ２Ｏ３≦７５ｍｏｌ％、３ｍｏｌ％≦ＺｎＯ≦１２ｍｏｌ％、残部酸化マンガンからなり、Ｆｅ２Ｏ３の含有量Ｘ（ｍｏｌ％）から上記数１で決まるＲｃａｌに対して、焼結体中の全Ｆｅ量中のＦｅ２＋の割合Ｒ（％）がＲｃａｌ−２．０≦Ｒ≦Ｒｃａｌ＋０．３であるとともに、焼結体密度が４．９×１０３ｋｇ／ｍ３以上であることを特徴とするフェライト焼結体であり、かかる発明によって１００℃の高温において極めて高い最大磁束密度を得ることができる。
【００１５】
さらに第３の発明は、上記第１または第２の発明のフェライト焼結体であって、副成分としてＣａをＣａＣＯ３換算で０．０２ｗｔ％≦ＣａＣＯ３≦０．３ｗｔ％、ＳｉをＳｉＯ２換算で０．００３ｗｔ％≦ＳｉＯ２≦０．０１５ｗｔ％含有することを特徴とするフェライト焼結体であり、かかる発明によって、高最大磁束密度および高体積抵抗率を実現することができる。
【００１６】
さらに第４の発明は、上記第１〜第３の発明であって、体積抵抗率が０．１Ω・ｍ以上であることを特徴とするフェライト焼結体であり、かかる発明によって、一般的なＭｎ−Ｚｎ系フェライトと同等の絶縁性を確保するとともに、コアロスを低減しつつ、高最大磁束密度化を図ることができる。
【００１７】
さらに第５の発明は、上記第１〜第４の発明であって、コアロスが極小となる温度が８０℃〜１２０℃であることを特徴とするフェライト焼結体であり、かかる発明によって、高い最大磁束密度を有し、かつ１００℃近傍の高温での使用に適したフェライトコアを提供することができる。
【００１８】
さらに第６の発明は、上記第１〜第５の発明のいずれかのフェライト焼結体を磁心とし、該磁心に巻線を巻設したことを特徴とする電子部品である。
【００１９】
さらに第７の発明は、フェライト粉末にバインダを添加後、成形し、焼結する上記第１〜第５のフェライト焼結体の製造方法であって、成形に供するフェライト粉末のスピネル化率Ｓが１０〜６０％であり、かつバインダ添加量Ｖ（ｗｔ％）が１．３−０．０２×Ｓ≦Ｖ≦２．３−０．０２×Ｓの範囲であって、脱バインダから焼結温度保持にいたる工程の酸素濃度が０．１ｖｏｌ％以下であることを特徴とするフェライト焼結体の製造方法であり、かかる発明によって、大幅にＦｅ過剰な組成においてＦｅ２＋の量を適正に制御し、高い最大磁束密度を有するフェライト焼結体を提供することができる。
【００２０】
さらに第８の発明は、上記第７の発明であって、成形に供するフェライト粉末のスピネル化率が１０％以上４０％未満であることを特徴とするフェライト焼結体の製造方法であり、かかる発明によって、高い成形性の観点から多量にバインダを添加した場合であっても、高い最大磁束密度を有するフェライト焼結体を得ることができ、高磁気特性と量産性を両立することが可能となる。
【００２１】
さらに第９の発明は、上記第７又は第８の発明であって、成形に供するフェライト粉末の比表面積が３０００〜７０００ｍ２／ｋｇであることを特徴とするフェライト焼結体の製造方法であり、かかる発明によって、焼結体密度を向上し、高い最大磁束密度を有するフェライト焼結体を提供することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、最大磁束密度を大幅に改善し、特に１００℃の高温において、従来に無い高い水準の最大磁束密度を有するフェライト焼結体を得ることができる。また、かかるフェライト焼結体を用いることにより、１００℃程度の高温環境において大電流に対応したチョークコイル等の電子部品の提供が可能となる。また、本発明によれば、従来、製造条件の変化によって異相の生成を招くなど再現性よく製造することが困難であった大幅にＦｅ過剰な組成域において、高い最大磁束密度を有するフェライト焼結体を安定に製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を実施例とともに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。本発明に係るフェライト焼結体は、例えば通常のＭｎ−Ｚｎ系フェライトの製造に適用される粉末冶金的方法によって製造することができる。すなわち主原料であるＦｅ２Ｏ３、ＭｎＯ（本発明ではＭｎ３Ｏ４を使用した）、ＺｎＯを所定の割合で秤量し、ボールミル等で混合した後仮焼し、さらにボールミル等で粉砕する。粉砕した原料粉にバインダ等を添加した後スプレードライヤー等で造粒し、成形に供する。得られた成形体を焼結してフェライト焼結体を得る。
【００２４】
次に、本発明においてフェライト焼結体および製造方法を限定した理由について説明する。本発明に係るフェライト焼結体の主成分組成は、６３ｍｏｌ％≦Ｆｅ２Ｏ３≦８０ｍｏｌ％、３ｍｏｌ％≦ＺｎＯ≦１５ｍｏｌ％、残部酸化マンガンであるが、主成分組成をかかる範囲に限定することにより、測定磁界１０００Ａ／ｍで測定した１００℃における最大磁束密度が５２０ｍＴ以上の、従来に比べて非常に高い水準の最大磁束密度を有するフェライト焼結体を得ることができる。
Ｆｅ２Ｏ３の含有量が６３ｍｏｌ％未満となると、室温（２０℃）では高い最大磁束密度が得られるものの、温度の上昇に伴う最大磁束密度の低下が顕著になり、１００℃において５２０ｍＴ以上の高い最大磁束密度が得られない。一方、８０ｍｏｌ％を超えると異相であるヘマタイト相が残存しやすいとともに、透磁率等の軟磁気特性の劣化および最大磁束密度の低下を招き、やはり１００℃において５２０ｍＴ以上の高い最大磁束密度が得られない。
また、ＺｎＯの含有量が３ｍｏｌ％≦ＺｎＯ≦１５ｍｏｌ％の範囲を外れると最大磁束密度が低下し、５２０ｍＴ以上の最大磁束密度を得ることができない。
これら主成分組成は、より好ましくは、６８ｍｏｌ％＜Ｆｅ２Ｏ３≦７５ｍｏｌ％、３ｍｏｌ％≦ＺｎＯ≦１２ｍｏｌ％、残部酸化マンガンとすることにより、測定磁界１０００Ａ／ｍで測定した１００℃における最大磁束密度が５４０ｍＴ以上の、従来に比べて極めて高い最大磁束密度を有するフェライト焼結体を得ることができる。また、本発明に係るフェライト焼結体は、１００℃を超える高温においても従来のＭｎ−Ｚｎ系フェライトに比べて高い最大磁束密度を有する。特に、６８ｍｏｌ％＜Ｆｅ２Ｏ３≦７５ｍｏｌ％、３ｍｏｌ％≦ＺｎＯ≦１２ｍｏｌ％、残部酸化マンガンの組成を有する本発明のフェライト焼結体は、１５０℃においても４９０ｍＴ以上の最大磁束密度を有するため、例えば耐熱性要求の強い自動車等の用途にも適用が可能である。
【００２５】
さらに、６８ｍｏｌ％＜Ｆｅ２Ｏ３≦８０ｍｏｌ％、３ｍｏｌ％≦ＺｎＯ≦１５ｍｏｌ％、残部酸化マンガンとすることにより、キュリー温度を４１０℃以上とすることができる。キュリー温度が高温側に移行すればするほど最大磁束密度の温度変化は小さくなる傾向を示す。キュリー温度を４１０℃以上とすることにより、２０℃での最大磁束密度に対する１００℃での最大磁束密度の変化率を１０％以下とすることが可能となる。Ｆｅの含有量が５０〜５５ｍｏｌ％である従来のＭｎ−Ｚｎ系フェライトにおいては、かかる変化率が２０〜２５％程度と大きいため、電子部品の発熱による回路周辺の温度上昇により、最大磁束密度が低下する問題があったが、最大磁束密度の温度変化が小さい上記フェライト焼結体を用いることによって、かかる問題を解決し、これを組み込んだ電子機器の設計を容易ならしめることができる。
【００２６】
また、本発明において、副成分としてＣａをＣａＣＯ３換算で０．０２ｗｔ％≦ＣａＣＯ３≦０．３ｗｔ％、ＳｉをＳｉＯ２換算で０．００３ｗｔ％≦ＳｉＯ２≦０．０１５ｗｔ％含有させることによって高い体積抵抗率を併せ持ったフェライト焼結体を提供することができる。Ｃａをかかる範囲に限定したのは、ＣａＣＯ３換算で０．０２ｗｔ％未満であると体積抵抗率向上の効果が得られず、０．３ｗｔ％を超えると焼結性が低下し、焼結体密度・最大磁束密度が低下するからである。
また、Ｓｉを上記範囲に限定したのは、ＳｉＯ２が０．００３ｗｔ％未満であると体積抵抗率向上の効果が得られず、０．０１５ｗｔ％を超えると焼結体組織中に粗大粒が発生し、磁気特性・体積抵抗率が低下するからである。これら副成分を０．０２ｗｔ％≦ＣａＣＯ３≦０．３ｗｔ％、０．００３ｗｔ％≦ＳｉＯ２≦０．０１５ｗｔ％の範囲とすることで、Ｆｅが大幅に過剰で、Ｆｅ２＋が非常に多い組成でありながら、通常のＭｎ-Ｚｎ系フェライトと同等の０．１Ω・ｍ以上の体積抵抗率を有する、高最大磁束密度・高電気抵抗のフェライト焼結体を提供することができる。
【００２７】
また、一般的にＦｅ２＋が多くなると体積抵抗率が低下するが、副成分としてＣａ、Ｓｉを所定量添加することで体積抵抗率を０．１Ω・ｍ以上とすることが出来、非常にＦｅ２＋が多い組成でありながら一般的なＭｎ−Ｚｎ系フェライトと同等の絶縁性を確保し、これを用いる電子部品の設計が複雑化することを回避できる。また、体積抵抗率を０．１Ω・ｍ以上とすることで、コアロスのうち特に渦電流損失を低減することができる。
【００２８】
なお、最大磁束密度の向上、コアロスの低減等の目的から、主成分のＭｎをさらにＣｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｌｉで７ｍｏｌ％以下置換してもよい。また、添加物としてＮｂ、Ｚｒ、Ｖ、Ｔａ、Ｂｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌおよび希土類金属（Ｙを含む）の酸化物その他の化合物を０．２ｗｔ％以下含んでもよい。
【００２９】
ここでフェライト焼結体の発熱の原因となるコアロスは、小さければ小さいほど好ましいが、ＤＣ−ＤＣコンバータなどの用途においては、使用される環境温度において５０ｋＨｚ、１５０ｍＴで１７００ｋＷ／ｍ３以下とするのが好ましい。一般に、インダクタンスの急激な劣化（熱暴走）防止の観点からコアロスの極小温度は使用される温度よりも高温側に設定されるが、コアロスが極小となる温度を８０℃〜１２０℃とすることで、室温以上となる実際の電子機器の使用環境温度であっても、熱暴走を抑制することができる。
本発明に係るフェライト焼結体は、特に１００℃近傍で高い最大磁束密度を発現するという特徴を有しているため、コアロスが極小になる温度を上記８０℃〜１２０℃の温度範囲とすることで、かかる特徴を最大限に活かしつつ実用に供することが可能となる。コアロスの極小温度は主成分組成等で制御することができ、例えば６８ｍｏｌ％＜Ｆｅ２Ｏ３≦７２ｍｏｌ％、３ｍｏｌ％≦ＺｎＯ≦１２ｍｏｌ％、残部ＭｎＯとすることでコアロスの極小温度を８０〜１２０℃の範囲とすることができる。
【００３０】
さらに本発明にかかるフェライト焼結体の密度は４．９×１０３ｋｇ／ｍ３以上である。かかる範囲に限定したのは、Ｆｅ２Ｏ３含有量が６３ｍｏｌ％≦Ｆｅ２Ｏ３≦８０ｍｏｌである大幅にＦｅ過剰の本発明の組成を適用しても、焼結体密度が上記を下回ると最大磁束密度が大きく低下してしまい、１００℃において５２０ｍＴ以上の高い最大磁束密度が得られなくなるからである。より好ましくは、焼結体密度を４．９５×１０３ｋｇ／ｍ３以上とすることでいっそう高い最大磁束密度を得ることができる。
【００３１】
また、本発明においては、焼結体中の全Ｆｅ量に対するＦｅ２＋の割合を以下のように規定する。すなわち、数１で決まるＲｃａｌに対して、焼結体中の全Ｆｅ量中のＦｅ２＋の割合Ｒ（％）をＲｃａｌ−２≦Ｒ≦Ｒｃａｌ＋０．３の範囲とする。Ｆｅ２＋は、Ｆｅ３＋等主成分をなす他のイオンとは逆の正の磁気異方性を示すため、その存在はフェライト全体の磁気異方性への寄与を通じて初透磁率等の温度特性等（例えば、いわゆるセカンダリーピーク温度のシフト）に影響を与えることが知られている。また、同時にＦｅ２＋の存在は電気抵抗にも影響を与えることもよく知られている。しかし、本発明者らは、Ｆｅ２＋の量がかかる初透磁率の温度特性の他、最大磁束密度にも大きな影響を与えることを見出し、本発明に至ったものである。
【００３２】
一般にスピネル系フェライトはＭｅ・Ｆｅ２Ｏ４（Ｍｅ：二価の金属イオン）の組成式で表されるが、Ｆｅ２Ｏ３が５０ｍｏｌ％を超える場合、過剰なＦｅはＦｅ２＋として存在することとなる。Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトのＦｅ２Ｏ３の含有量をＸ（ｍｏｌ％）とし、三価の金属イオンは全てＦｅ３＋で占めると仮定すると、計算上の全Ｆｅ量中のＦｅ２＋の割合Ｒｃａｌ（％）は数１のように表せる。
以下詳細に説明する。Ｆｅ２Ｏ３の含有量をＸ（ｍｏｌ％）とすると、（Ｍｎ＋Ｚｎ）の含有量Ｙ（ｍｏｌ％）は（１００−Ｘ）となり、（Ｍｎ＋Ｚｎ）とスピネル相を形成するのに必要なＦｅ２Ｏ３の量も（１００−Ｘ）ｍｏｌ％となる。よって余分なＦｅ２Ｏ３量Ａ（ｍｏｌ％）は、
Ａ＝Ｘ−（１００−Ｘ）＝２・Ｘ−１００
となる。この余分なＦｅ２Ｏ３は、スピネル化反応によって（２／３）ＦｅＯ・Ｆｅ２Ｏ３になる。このＦｅＯがＦｅ２＋であり、その量Ｂ（ｍｏｌ％）は、
Ｂ＝（２Ｘ−１００）×２／３＝（４Ｘ−２００）／３
となる。よって、全Ｆｅ量（２Ｘ）中のＦｅ２＋の割合Ｒｃａｌ（％）は、
Ｒｃａｌ＝１００・{（４Ｘ−２００）／３}／２Ｘ＝２００・（Ｘ−５０）／３Ｘ
となり、Ｒｃａｌ（％）は数１のように表せることになる。
【００３３】
しかし、実際のフェライト焼結体では、製造条件によってＦｅ２＋の量が変動するため、Ｆｅ２＋の割合は必ずしもＲｃａｌの値とはならない。そこで本発明者らは、大幅にＦｅ過剰な主成分組成において、最大磁束密度の向上について鋭意検討を重ねた結果、製造条件によって変動するＦｅ２＋の割合を本発明の範囲とすることで、従来に比べて極めて高い最大磁束密度が得られることを見出したものである。
焼結体中の全Ｆｅ量中のＦｅ２＋の割合Ｒを本発明の範囲に限定した理由は以下の通りである。Ｆｅ２＋の割合Ｒが、Ｒｃａｌ−２．０よりも小さくなると異相としてヘマタイト相が残存し、最大磁束密度が低下する。一方、Ｆｅ２＋の割合がＲｃａｌ＋０．３を超えるとウスタイト相が生成しやすく、やはり最大磁束密度が低下する。ここで注目すべきは、Ｆｅ２＋の割合が本発明の範囲を超えると異相が生成しやすくなるが、異相が存在しない場合であっても、Ｆｅ２＋の割合が変化すると最大磁束密度が変化する点である。すなわち単純な異相の有無だけではなく、Ｆｅ２＋の割合によって最大磁束密度が変化するのである。例えば、異相が存在しない場合であっても、Ｆｅ２＋の割合が本発明の範囲から外れると最大磁束密度が低下する。なお、Ｆｅ２＋を制御すると焼結体密度も変化するが、その影響以上に最大磁束密度が変化する。
【００３４】
本発明において焼結体中のＦｅ２＋量は、焼結体を強リン酸に溶解し、ジフェニルアミン−４−スルフォン酸ナトリウムを指示薬として重クロム酸カリウム標準溶液で滴定することによって決定した。また、全Ｆｅの量は、塩酸にて試料を分解し、過酸化水素でＦｅ（Ｆｅ２＋、Ｆｅ３＋）の内のＦｅ２＋をＦｅ３＋へ酸化させすべてＦｅ３＋とし、その後塩化第一スズでＦｅ３＋からＦｅ２＋へ還元した後、重クロム酸カリウム標準溶液で滴定することによって決定した。
【００３５】
Ｆｅ２＋量を制御して高い最大磁束密度を得るために、本発明では成形に供するフェライト粉末のスピネル化率Ｓを１０〜６０％、かつバインダ添加量Ｖ（ｗｔ％）を１．３−０．０２×Ｓ≦Ｖ≦２．３−０．０２×Ｓの範囲とし、脱バインダから焼結温度保持にいたる工程の酸素濃度を０．１ｖｏｌ％以下とする。ここで本発明におけるスピネル化率は、粉末Ｘ線回折パターンにおけるスピネル相の３１１ピーク（スピネル相の最大強度を示すピーク）の強度Ｉ３１１とヘマタイト相の１０４ピーク（ヘマタイト相の最大強度を示すピーク）の強度Ｉ１０４との和（Ｉ３１１＋Ｉ１０４）に対するＩ３１１の割合を用いた。また、バインダ添加量とは、フェライト粉末の重量とバインダ成分の重量の和に対するバインダ成分の重量の割合をいう。
【００３６】
スピネル化率、バインダ添加量およびを脱バインダから焼結温度保持にいたる工程の酸素濃度を上記範囲に限定した理由は以下の通りである。 成形に供するフェライト粉末のスピネル化率が１０％未満となると、焼結後の変形が大きくなるため寸法精度が落ちるからである。また、焼結工程を経た後でも焼結・スピネル化反応が不十分となり、異相としてヘマタイト相が残存しやすく、最大磁束密度が低下するからである。また、スピネル化率が６０％を超えると、異相であるウスタイト相が生成しやすいとともに、高い最大磁束密度を得るための最適バインダ添加量の水準が大きく低下することから、異相の抑制と成形性の維持の両立が困難になるからである。さらに、スピネル化率は、より好ましくは１０％以上４０％未満である。成形性・成形体強度維持の観点からはバインダ添加量を多くすることが望ましいが、バインダ添加量が多すぎると過還元になりやすい。スピネル化率を１０％以上４０％未満とすることで、１．５％以上のバインダを添加しても高い最大磁束密度を維持することが可能となる。
【００３７】
一方、バインダ添加量を１．３−０．０２×Ｓ≦Ｖ≦２．３−０．０２×Ｓの範囲としたのは、バインダ添加量がかかる範囲から外れると、Ｆｅ２＋の割合が本発明の範囲を外れるなどして、高い最大磁束密度が得られないからである。成形性の観点からは、バインダ添加量は、さらに１．０〜１．８ｗｔ％であることが好ましい。本発明においては、バインダとして有機バインダを使用するが、例えばＰＶＡ（ポリビニルアルコール）などを使用することができる。
【００３８】
また、脱バインダから焼結温度保持にいたる工程の酸素濃度を０．１ｖｏｌ％以下としたのは、かかる範囲を超えると、異相であるヘマタイト相が生成するなどして最大磁束密度、透磁率等の磁気特性が低下するからである。より好ましくは０．０１ｖｏｌ％以下である。雰囲気ガスのうち酸素以外の成分は不活性ガスを用いることができるが、量産性の観点から窒素を使用することが望ましい。さらに酸素濃度制御を不要として工程を簡略化する観点からは、窒素中とすることが望ましい。また、Ｈ２、ＣＯ、炭化水素等の還元性ガスを用いることによって、スピネル化反応の促進、焼結性向上を図ることもできる。ここで、脱バインダから焼結温度保持にいたる工程とは、加熱によりバインダが飛散し始める温度から焼結温度保持終了までをいう。脱バインダは別途の工程とする必要はなく、室温から焼結温度まで昇温する途中においてバインダは飛散する。なお、焼結温度保持終了後の冷却は平衡酸素分圧に制御して行なうことができるが、工程を簡略する観点から窒素中で行なうことが好ましい。
【００３９】
次に、本発明で規定するスピネル化率およびバインダ添加量と全Ｆｅ量に対するＦｅ２＋量の割合との関係について説明する。例えば通常の粉末冶金的方法によって製造する場合、成形に供するフェライト粉末は、所定の条件で仮焼した後、粉砕したものを用いるが、かかる仮焼工程を経た結果、数十％のスピネル化率を持つ。かかるフェライト粉末を成形後、焼結することによって最終的なフェライト焼結体を得るが、該焼結工程における脱酸素反応すなわち還元反応によって上述のスピネル化率が上昇し、焼結工程終了時にはスピネル化率は理想的には１００％となる。本発明で規定するＦｅ２＋量の割合は、この還元反応によって変化する。本発明に係るフェライト焼結体は従来のＭｎ−Ｚｎ系フェライトに比べて大幅にＦｅ過剰であるため、かかる脱酸素反応を促進するためには焼結工程における雰囲気酸素濃度は低いことが好ましい。
また、特許文献２によれば仮焼も窒素中で行なうことが好ましい旨の記載がある他、特許文献１では仮焼後のスピネル化度は６０〜９０％が必要であるとされる。これらは、多量の酸素を放出する必要があるＦｅ過剰の組成の場合に、焼結前にフェライト粉末の反応をより進めておくという点で好ましいと考えられる。しかし、脱酸素反応は、上述の焼結工程の雰囲気酸素濃度だけではなく、造粒の際添加されるＰＶＡ（ポリビニルアルコール）などのバインダ量に大きく左右される。これは、Ｃ、Ｈを主構成元素とするバインダの加熱分解によって還元性ガスが発生し、これが脱酸素反応を促進するからである。脱バインダ工程を大気中で行なう場合、バインダは大気中の酸素と結合してしまうため、かかる還元性の影響は顕在化しないが、脱バインダ・焼結工程を窒素中等の低酸素雰囲気で実施する場合にはその影響が顕著となる。
通常、バインダは成形性の観点から一定量添加されるが、後述のようにより細かいフェライト粉末を使用する場合、比表面積が大きくなるため、より多くのバインダを必要とする。この場合、フェライト粉末の還元が過度に進み、最終的に得られるフェライト焼結体においてＦｅ２＋量の割合が大きくなるため、本発明の第一の発明に規定するＦｅ２＋量の割合ＲがＲｃａｌ−２．０≦Ｒ≦Ｒｃａｌ＋０．３の範囲を超えてしまい、異相としてウスタイト相が確認されるなど、特性の劣化が生じる。
また、これらＦｅ２＋量の割合、異相の発生、特性の劣化は、主成分組成や仮焼条件等によってその状況が変化し、大幅にＦｅ過剰な組成のフェライト焼結体の安定製造を困難なものにしていた。これに対し、フェライト粉末のスピネル化率、バインダ添加量および脱バインダから焼結温度保持にいたる工程の酸素濃度を本発明の範囲とすることで、Ｆｅ２＋量の割合ＲをＲｃａｌ−２．０≦Ｒ≦Ｒｃａｌ＋０．３の範囲とすることが可能であり、その結果高い最大磁束密度を有するフェライト焼結体を得ることができる。
【００４０】
また、本発明においては、焼結温度は、１１５０℃〜１２５０℃の範囲とすることが好ましい。焼結温度が１１５０℃未満となると焼結体密度が低下するとともに異相であるヘマタイト相が生成しやすくなり、最大磁束密度が低下する。また、１２５０℃を超えると焼結体中に異常粒成長した粗大粒が生成するため最大磁束密度等の磁気特性が低下する。
【００４１】
上述のフェライト粉末のスピネル化率は、選択する組成、仮焼雰囲気、仮焼温度等によって制御することができる。仮焼の条件が同じであれば、使用する組成がＦｅ過剰になればなるほど、スピネル化率は低下する。また、仮焼雰囲気中の酸素量が少ないほどスピネル化率が上昇する。仮焼雰囲気の酸素濃度は組成、バインダ量とのバランスで決定されるが、窒素中から大気中の酸素濃度範囲で本発明において規定するスピネル化率を得ることが可能である。量産性・コストの観点からは、大気中で仮焼することが好ましい。また、仮焼温度は、これが高すぎると仮焼後のフェライト粉末が粗大化し、その後の粉砕を困難なものとするため、８００℃〜９５０℃とするのが好ましい。
【００４２】
なお、成形に供するフェライト粉末は、本発明に規定するスピネル化率のものであればよく、仮焼、すなわち混合した素原料粉の固相反応によって得られたものに限らず、例えば水熱合成等によって得られたものも使用することができる。
【００４３】
上述のように、フェライト焼結体の最大磁束密度はＦｅ２+の量に左右されるが、焼結体密度にも依存する。本発明に係る非常にＦｅ過剰の組成では、高い最大磁束密度が期待されるものの、焼結体密度が上がりにくく、この点がかかる組成における最大磁束密度向上の妨げとなっていた。一般的には、粉末冶金的方法により焼結体を作製する場合、焼結温度を高くすることによって高密度化を図ることが可能である。しかし、本発明者らは、本発明の組成を有するフェライトを後述する０．１ｖｏｌ％以下の酸素濃度の雰囲気で焼結する場合においては、焼結温度を高くすることは焼結体密度の向上に対して有効に寄与しないことを知見した。
そこで本発明者らは高密度化の方法について鋭意検討した結果、成形に供するフェライト粉末の比表面積を３０００〜７０００ｍ２／ｋｇの範囲とすることで、Ｆｅ２Ｏ３含有量が６３ｍｏｌ％≦Ｆｅ２Ｏ３≦８５ｍｏｌである非常にＦｅ過剰の組成であっても、組織が均一で、かつ４．９×１０３ｋｇ／ｍ３以上の高い密度を有する焼結体が得られることを見出したものである。
フェライト粉末の比表面積を３０００〜７０００ｍ２／ｋｇに限定したのは、３０００ｍ２／ｋｇ未満であると焼結体密度が十分に上がらず、７０００ｍ２／ｋｇを超えると粉末の取り扱いが困難になるとともに、比表面積を粉砕時間で制御する場合に粉砕工程に多大な時間を要するため生産性に劣るからである。また、７０００ｍ２／ｋｇを超える非常に細かいフェライト粉末を用いると、焼結体に異常粒成長した粗大粒が発生し、焼結体の強度が低下するほか磁気特性が劣化する。フェライト粉末の比表面積は、より好ましくは４０００〜７０００ｍ２／ｋｇであり、かかる範囲とすることで、より高い焼結体密度および最大磁束密度を得ることができる。フェライト粉末の比表面積は、粉砕時間等の粉砕条件によって制御することができる。なお、比表面積はＢＥＴ法により測定した。
【００４４】
以下、本発明について実施例を用いて具体的に説明する。
【実施例１】
【００４５】
Ｆｅ２Ｏ３、ＭｎＯ（Ｍｎ３Ｏ４を使用）およびＺｎＯを表１に示す組成になるよう秤量し、湿式ボールミルにて４時間混合した後乾燥し、これを窒素中９００℃で１．５時間仮焼した。また、一部の組成に対しては、別途大気中８５０℃にて１．５時間仮焼したものも作製した。これらに添加物としてＣａをＣａＣＯ３換算で０．０８ｗｔ％、ＳｉをＳｉＯ２換算で０．００６ｗｔ％、ＴａをＴａ２Ｏ５換算で０．０３ｗｔ％添加し、粉砕粉の比表面積が４０００〜７０００ｍ２／ｋｇになるように粉砕時間を調整して湿式ボールミルにて粉砕し、更にバインダとして表1に示す量のＰＶＡを添加後乾燥、造粒した。造粒後リング状に圧縮成形し、その後１５０℃／ｈの昇温速度で昇温し、１１７５℃にて８時間焼結した。なお、脱バインダから焼結温度保持にいたる工程およびその後の冷却工程とも窒素中にて行なった。ここで前記窒素とは純度が窒素濃度９９．９９％〜９９．９９９９％程度に調整された高純度窒素ガスである。
得られた外径２５ｍｍ、内径１５ｍｍ、高さ５ｍｍのリング状焼結体について、１０ｋＨｚでの初透磁率μi、測定磁界１０００Ａ／ｍにおける２０℃、１００℃および１５０℃における最大磁束密度（それぞれBm２０℃、Ｂm１００℃、Ｂm１５０℃とする）を測定するとともに、２０℃と１００℃での最大磁束密度の変化率も併せて算出した。最大磁束密度Ｂｍの変化率は、１００×（Bm２０℃−Ｂm１００℃）／Bm２０℃より算出した。また、フェライト粉末のスピネル化率、焼結体の密度ｄｓ、体積抵抗率ρ、キュリー温度Ｔｃ、極小温度でのコアロスおよび全Ｆｅ量中のＦｅ２＋量の割合Ｒも併せて測定した。焼結体密度は水中置換法により測定し、体積抵抗率は切断したリング試料の切断面に導電性ペーストを塗布後二端子法にて測定した。焼結体の結晶粒径は、鏡面研磨後、塩酸エッチングした試料の１０００倍の光学顕微鏡写真上に、１０ｃｍの線（１００μｍに相当）を引き、かかる線上に存在する粒子数で１００μｍを除した値を使用した。また、異相の有無はＳＥＭおよび光学顕微鏡による１０００倍での観察ならびにＸ線回折にて確認した。なお、コアロスは５０ｋHz、１５０ｍTの条件で測定した。結果を表１〜表２に示す。
【００４６】
【表１】
2005187232.tif 000004
【００４７】
【表２】
2005187232.tif 000005
【００４８】
表１および２に示すように、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｎＯ、ＺｎＯの主成分組成、さらには全Ｆｅ量（Ｆｅ２＋＋Ｆｅ３＋）中のＦｅ２＋の割合および焼結体密度を本発明の範囲内とすることで、特に１００℃での最大磁束密度Ｂｍが５２０ｍＴ以上となり、従来に比べて非常に高い最大磁束密度が得られることがわかる。また、体積抵抗率も０.１Ω・ｍ以上であり、従来のＭｎ−Ｚｎ系フェライトと同等の水準を得た。逆に、主成分組成が本発明の範囲を外れると１００℃で高い最大磁束密度が得られなくなり、５２０ｍＴに満たないものとなる。また、６８ｍｏｌ％＜Ｆｅ２Ｏ３≦８０ｍｏｌ％、３ｍｏｌ％≦ＺｎＯ≦１５ｍｏｌ％、残部酸化マンガンとすることで、キュリー温度が４１０℃以上となり、１００℃で５２０ｍＴ以上の高い最大磁束密度を有するとともに、２０℃での最大磁束密度に対する１００℃での最大磁束密度の変化率が１０％以下である温度変化の小さいＭｎ−Ｚｎフェライト焼結体が得られることがわかる。さらに、６８ｍｏｌ％＜Ｆｅ２Ｏ３≦７５ｍｏｌ％、３ｍｏｌ％≦ＺｎＯ≦１２ｍｏｌ％、残部酸化マンガンとすることにより、１００℃において５４０ｍＴ以上の極めて高い最大磁束密度が得られることがわかる。なお、粉末Ｘ線回折による解析をした他、焼結体の組織をＳＥＭ及び光学顕微鏡で観察した結果、Ｎｏ１６の試料には、異相としてウスタイト相が確認されたが、それ以外の試料については異相は確認されなかった。なお、焼結体の結晶粒径は、全試料とも４〜６μｍであった。
【００４９】
次に、表１に示した組成の一部についてフェライト焼結体のコアロスを測定した結果を表３に示す。表３の結果からわかるように、本発明で規定する主成分組成のフェライト焼結体は、表２に示す高い最大磁束密度を有すると同時に、５０ｋＨｚ、１５０ｍＴでのコアロスも１７００ｋＷ／ｍ３以下と小さい値であることがわかる。また、フェライト焼結体の主成分組成を６８ｍｏｌ％＜Ｆｅ２Ｏ３≦７２ｍｏｌ％、３ｍｏｌ％≦ＺｎＯ≦１２ｍｏｌ％、残部酸化マンガンの範囲とすることにより、コアロスの極小温度が８０〜１２０℃の範囲となり、かかる温度域での使用に適したフェライト焼結体を提供できることがわかる。
【００５０】
【表３】
2005187232.tif 000006
【実施例２】
【００５１】
Ｆｅ２Ｏ３が７０ｍｏｌ％、ＺｎＯが１０ｍｏｌ％、残部がＭｎＯ（Ｍｎ３Ｏ４を使用）となるよう秤量し、湿式ボールミルにて４時間混合した後乾燥し、これを窒素中９００℃で１．５時間仮焼した。これらにＣａおよびＳｉをそれぞれＣａＣＯ３、ＳｉＯ２換算で表４に示す量になるように添加し、湿式ボールミルにて２０時間粉砕し、更にバインダとして１．０％のＰＶＡを添加後乾燥、造粒した。造粒後リング状に圧縮成形し、その後１５０℃／ｈの昇温速度で昇温し、１１７５℃にて８時間焼結した。なお、脱バインダから焼結温度保持にいたる工程およびその後の冷却工程とも実施例１と同様に窒素中にて行なった。また、成形に供するフェライト粉末のスピネル化率は４２％であった。得られた外径２５ｍｍ、内径１５ｍｍ、高さ５ｍｍのリング状焼結体について、１０ｋＨｚでの初透磁率μi、測定磁界１０００Ａ／ｍにおける２０℃および１００℃おける最大磁束密度を測定した。また、フェライト粉末のスピネル化率、焼結体の密度ｄｓ、体積抵抗率ρおよび極小温度でのコアロスも併せて測定した。なお、これらの測定は、実施例１に示したもの同条件にて行った。結果を表４に示す。
【００５２】
【表４】
2005187232.tif 000007
【００５３】
表４に示すように、ＣａをＣａＣＯ３換算で０．０２ｗｔ％≦ＣａＣＯ３≦０．３ｗｔ％、ＳｉをＳｉＯ２換算で０．００３ｗｔ％≦ＳｉＯ２≦０．０１５ｗｔ％の範囲とすることで、体積抵抗率が０．１Ω・ｍ以上となり、最大磁束密度が高く、かつ体積抵抗率も高いフェライト焼結体が得られることがわかる。逆にＣａＣＯ３とＳｉＯ２の量が上記範囲から外れると、体積抵抗率の低下、或いは焼結体密度の低下に伴う最大磁束密度の低下を招く。
【実施例３】
【００５４】
Ｆｅ２Ｏ３、ＭｎＯ（Ｍｎ３Ｏ４を使用）およびＺｎＯを表５に示す組成になるよう秤量し、湿式ボールミルにて４時間混合した後乾燥し、これを窒素中９００℃で１．５時間仮焼した。また、一部の組成に対しては、別途大気中８５０℃にて１．５時間仮焼したものも作製した。これらに添加物としてＣａをＣａＣＯ３で０．０８ｗｔ％、ＳｉをＳｉＯ２換算で０．００６ｗｔ％、ＴａをＴａ２Ｏ５換算で０．０３ｗｔ％添加し、粉砕粉の比表面積が４０００〜７０００ｍ２／ｋｇになるように粉砕時間を調整して湿式ボールミルにて粉砕し、更にバインダとして表5に示す量のＰＶＡを添加後乾燥、造粒した。造粒後リング状に圧縮成形し、その後１５０℃／ｈの昇温速度で昇温し、１１７５℃にて８時間焼結した。なお、脱バインダから焼結温度保持にいたる工程およびその後の冷却工程とも実施例１と同様に窒素中にて行なった。得られた外径２５ｍｍ、内径１５ｍｍ、高さ５ｍｍのリング状焼結体について、１０ｋＨｚでの初透磁率μi、測定磁界１０００Ａ／ｍにおける２０℃および１００℃における最大磁束密度を測定した。また、フェライト粉末のスピネル化率、焼結体の密度ｄｓ、体積抵抗率ρ、および全Ｆｅ量中のＦｅ２＋量の割合Ｒも併せて測定した。結果を表6に示す。また、スピネル化率とバインダ添加量の関係を図１に、Ｆｅの含有量およびＦｅ２＋量の割合Ｒと１００℃での最大磁束密度との関係を図２に示す。
【００５５】
【表５】
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【００５６】
【表６】
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【００５７】
表５および表６ならびに図１および図２に示すように、バインダ添加量によって全Ｆｅ量中のＦｅ２＋の割合Ｒが変化するとともに、最大磁束密度も変化することがわかる。さらにフェライト粉末のスピネル化率およびバインダ量を本発明において規定する範囲とすることで、全Ｆｅ量中のＦｅ２＋の割合ＲをＲｃａｌ−２．０≦Ｒ≦Ｒｃａｌ＋０．３とすることができ、その結果高い最大磁束密度が得られることが確認できる。逆にバインダ量Ｖが本発明の範囲である１．３−０．０２×Ｓ≦Ｖ≦２．３−０．０２×Ｓから外れると全Ｆｅ量中のＦｅ２＋の割合ＲがＲｃａｌ−２．０≦Ｒ≦Ｒｃａｌ＋０．３の範囲から外れるようになり、５２０ｍＴを超える高い最大磁束密度が得られない。さらに、全Ｆｅ量中のＦｅ２＋の割合Ｒが上記範囲から外れるとヘマタイト相やウスタイト相といった異相も生成しやすくなる。また、特に全Ｆｅ量中のＦｅ２＋の割合ＲがＲｃａｌ＋０．３を超えると、結晶粒径が１０μｍ以上に粗大化するとともに、体積抵抗率が０．１Ω・ｍ未満に大きく低下することがわかる。
【実施例４】
【００５８】
Ｆｅ２Ｏ３が７０ｍｏｌ％、ＺｎＯが１０ｍｏｌ％、残部がＭｎＯ（Ｍｎ３Ｏ４を使用）となるよう秤量し、湿式ボールミルにて４時間混合した後乾燥し、これを窒素中９００℃で１．５時間仮焼した。これにＣａをＣａＣＯ３換算で０．０８ｗｔ％、ＳｉをＳｉＯ２換算で０．００６ｗｔ％、ＴａをＴａ２Ｏ５換算で０．０３ｗｔ％添加し、湿式ボールミルにて２０時間粉砕し、更にバインダとして１．０ｗｔ％のＰＶＡを添加後乾燥、造粒した。造粒後リング状に圧縮成形し、その後１５０℃／ｈの昇温速度で昇温し、１１７５℃にて８時間焼結した。なお、脱バインダから焼結温度保持にいたる工程は表７に示す酸素濃度雰囲気で行ない、その後の冷却工程は窒素中で行なった。また、成形に供するフェライト粉末のスピネル化率は４２％であった。得られた外径２５ｍｍ、内径１５ｍｍ、高さ５ｍｍのリング状焼結体について、焼結体の密度ｄｓ、１０ｋＨｚでの初透磁率μi、測定磁界１０００Ａ／ｍにおける２０℃および１００℃おける最大磁束密度を測定した。結果を表７に示す。
【００５９】
【表７】
2005187232.tif 000010
【００６０】
表７に示すように、脱バインダから焼結温度保持にいたる工程の雰囲気酸素濃度を０．１ｖｏｌ％以下とすることで、異相の生成を抑制し、高い最大磁束密度が得られることがわかる。一方、雰囲気酸素濃度が０．１ｖｏｌ％を超えると異相としてヘマタイト相が生成し、初透磁率、最大磁束密度とも低下することがわかる。これは、フェライト粉末のスピネル化率およびバインダ量を適正化しても、雰囲気酸素濃度が高いと還元性雰囲気が維持できないとともに、バインダの還元作用も減殺されるためと考えられる。
【実施例５】
【００６１】
Ｆｅ２Ｏ３が７０ｍｏｌ％、ＺｎＯが１０ｍｏｌ％、残部がＭｎＯ（Ｍｎ３Ｏ４を使用）となるよう秤量し、湿式ボールミルにて４時間混合した後乾燥し、これを大気中８５０℃で１．５時間仮焼した。これにＣａをＣａＣＯ３換算で０．０８ｗｔ％、ＳｉをＳｉＯ２換算で０．００６ｗｔ％、ＴａをＴａ２Ｏ５換算で０．０３ｗｔ％添加し、表８に示す粉砕時間で湿式ボールミルにて粉砕し、更にバインダとして１．５ｗｔ％のＰＶＡを添加後乾燥、造粒した。造粒後リング状に圧縮成形し、その後１５０℃／ｈの昇温速度で昇温し、１１７５℃にて８時間焼結した。なお、脱バインダから焼結温度保持にいたる工程およびその後の冷却工程は実施例１と同様に窒素中で行なった。また、成形に供するフェライト粉末のスピネル化率は１１％であった。得られた外径２５ｍｍ、内径１５ｍｍ、高さ５ｍｍのリング状焼結体について、焼結体の密度ｄｓ、１０ｋＨｚでの初透磁率μi、測定磁界１０００Ａ／ｍにおける２０℃および１００℃おける最大磁束密度を測定した。これらの測定結果を、フェライト粉末のＢＥＴ法による比表面積Ｓの測定結果および粒径分布測定(堀場製作所製レーザー回折型粒径分布測定器を使用)における平均粒径d50の測定結果と併せて表８に示す。
【００６２】
【表８】
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【００６３】
表８に示すように、フェライト粉末の比表面積を本発明の３０００〜７０００ｍ２／ｋｇの範囲とすることで、高密度化を図ることが可能となり、その結果高い最大磁束密度が得られることがわかる。特に、比表面積を４０００〜７０００ｍ２／ｋｇとすることで、いっそうの高密度化、高最大磁束密度化が可能となることがわかる。
【実施例６】
【００６４】
Ｆｅ２Ｏ３が７０ｍｏｌ％、ＺｎＯが１０ｍｏｌ％、残部がＭｎＯ（Ｍｎ３Ｏ４を使用）となるよう秤量し、湿式ボールミルにて４時間混合した後乾燥し、これを窒素中９５０℃で１．５時間仮焼した。これにＣａをＣａＣＯ３換算で０．０８ｗｔ％、ＳｉをＳｉＯ２換算で０．００６ｗｔ％、ＴａをＴａ２Ｏ５換算で０．０３ｗｔ％添加し、湿式ボールミルにて１０時間粉砕し、更にバインダとして１．０ｗｔ％のＰＶＡを添加後乾燥、造粒した。造粒後円筒状に圧縮成形し、その後１５０℃／ｈの昇温速度で昇温し、１１７５℃にて８時間焼結した。なお、脱バインダから焼結温度保持にいたる工程およびその後の冷却工程は実施例１と同様に窒素中で行なった。また、成形に供するフェライト粉末のスピネル化率は４６％であった。得られた外径８．５ｍｍ、高さ４ｍｍの円筒状焼結体について、加工により鼓型コアを得た。この鼓型コアに巻線を施し、直流重畳特性を測定した。測定条件は測定周波数１００ｋＨｚ、測定電流１ｍＡとした。また比較例として、Ｆｅ２Ｏ３５３ｍｏｌ％、ＺｎＯ７ｍｏｌ％およびＭｎＯ（Ｍｎ３Ｏ４を使用）４０ｍｏｌ％の組成を持つ同形状のフェライト焼結体を作製し、直流重畳特性を測定した。結果を図３に示す。図３は２０℃及び１００℃における直流重畳特性を示したものである。表９にこれらの焼結体の組成及び最大磁束密度を示す。また図４に直流重畳特性を測定したコア形状及びコイル仕様を示す。
図３からわかるように、本発明の実施例は従来材である比較例に比べて、直流重畳特性が良好であることがわかる。
【００６５】
【表９】
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【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明のフェライト焼結体は、高い最大磁束密度を有することをその特徴とすることから、ＤＣ―ＤＣコンバータ用途を始めとしたコイル部品に使用することができる。特に従来のＭｎ−Ｚｎ系フェライトに比べて１００℃の高温における最大磁束密度が極めて高いという特徴を有するため、使用環境温度が高い電子機器用のコイル部品に好適に使用することができる。また、かかるフェライト焼結体は、本発明のフェライト焼結体の製造方法により製造することができ、上記電子機器用コイル部品として提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明に係る実施例と比較例のスピネル化率とバインダ添加量の関係を示す図である。
【図２】本発明に係る実施例と比較例のＦｅの含有量およびＦｅ２＋量の割合Ｒと１００℃での最大磁束密度との関係を示す図である。
【図３】本発明に係る実施例と比較例の直流重畳特性を示す図である。
【図４】本発明に係る実施例において直流重畳特性を測定したコア形状及びコイル仕様を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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