(57)【要約】  【課題】  コアの損傷を抑制しながら、十分にバリを除去でき、特性劣化及び特性バラツキの小さいフェライトコアの製造方法を提供すること。  【解決手段】  ＭｎＺｎ系フェライト粉末を含む成形体を熱処理する工程と、前記熱処理後の成形体上のバリ取りをする工程と、前記バリ取り後の成形体を焼成する工程とを、有するフェライトコアの製造方法であって、前記熱処理を、熱処理前の前記成形体に対する焼成後の焼結体の体積減少率に対して、９０〜９９％の範囲で体積減少させるように行う、ことを特徴とするフェライトコアの製造方法。  【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭｎＺｎ系フェライト粉末を含む成形体を熱処理する工程と、
前記熱処理後の成形体上のバリ取りをする工程と、
前記バリ取り後の成形体を焼成する工程とを、有するフェライトコアの製造方法であって、
前記熱処理を、熱処理前の前記成形体に対する焼成後の焼結体の体積減少率に対して、９０〜９９％の範囲で体積減少させるように行う、ことを特徴とするフェライトコアの製造方法。
【請求項２】
１０００〜１２５０℃（但し、１０００℃を除く）の温度で熱処理する請求項１に記載のフェライトコアの製造方法。
【請求項３】
１０５０〜１２００℃の温度で熱処理する請求項１に記載のフェライトコアの製造方法。
【請求項４】
１２５０℃を超える温度で焼成する請求項２または３に記載のフェライトコアの製造方法。
【請求項５】
バレル研磨によりバリ取りを行う請求項１〜４のいずれかに記載のフェライトコアの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭｎＺｎ系のフェライトコアを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、リング形状、口の字形状、日の字形状などの各種形状を持つ閉磁路構造のフェライトコアに導線を巻き付けて閉磁路を形成し、これをトランスやコイルに使用している。導線を巻き付ける際にコアの外周面上や内周面上にバリが存在すると、コアの上に巻いた導線の被覆が剥離して絶縁不良などの不都合を生じ、その結果、かかるコアを用いたトランスやコイルを組込んだ電子機器の安全性を確保できないことがある。
【０００３】
このような不都合を防止するために、従来から、上記コアの製造時にバリ取り工程を組み込むことが行われていた。
【０００４】
バリ取りの方法としては、従来から、フェライト粉をコアに加圧成形し、その成形体を高温（例えば、１３００℃）で焼成する前に、該成形体のバリを手作業で除去する方法が知られている。しかしながら、この方法では、成形体を手作業により一つ一つ処理するため、工数が非常に大きくなったり、あるいはコアのサイズが小さい場合、手作業が実際上不可能となる等の問題があった。
【０００５】
また、高温で焼成した後の焼結体からなるフェライトコアを、鉱物質のメディア（研磨材）と一緒にバレルに入れ、該バレルを回転させることで研磨する方法も知られている。しかしながら、この方法では、バレル処理時にコアに加えられる加工応力のため、コア内に加工歪が残留し、閉磁路のコアでは、磁気特性が著しく劣化する問題があった。
特許文献１では、この加工歪を、バレル加工後に酸でエッチングして除去する方法が提案されている。しかしながら、この特許文献１による、焼結体として空孔を内包するコアのエッチング処理は、処理後に酸を完全に除去できないという理由で、採用が困難であった。
【０００６】
一方、特許文献２では、フェライト粉を加圧成形しただけの成形体にバレル加工を施し、その後焼成することにより加工歪の発生を抑制する技術が提案されている。しかしながら、特許文献２の技術では、成形体の強度が非常に弱いため、バレル加工中、あるいはその後に成形体とメディアを分離する際に、該成形体の破損が多く発生し、歩留まり悪化の要因となっていた。
【０００７】
そこで、特許文献３では、フェライト紛を加圧成形した成形体を６００〜１０００℃の温度範囲で１０分以上熱処理し、その上でバレル研磨を行い、本焼成を行う技術が提案されている。この特許文献３では、成形体をある程度焼結させて強度を出しつつ、バレル研磨作業でも歩留まり悪化を図ることができるというものである。
【０００８】
しかしながら、特許文献３の技術では、バレル研磨作業にて歩留まり悪化をある程度防止できる程度の（破壊しない程度の）強度を持つ成形体を得ることはできるが、焼結半ばであるために、焼成後の特性バラツキが大きくなるという問題があり、さらなる改良が求められている。
【特許文献１】特開平３−４１７０９号公報
【特許文献２】特開平６−３０２４４６号公報
【特許文献３】特開平９−２６６１２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、コアの損傷を抑制しながら、十分にバリを除去でき、かつ特性劣化及び特性バラツキの小さいフェライトコアの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
焼成前の成形体を本焼成することで焼結が進み、所定割合（たとえば約１６％など）で体積が減少した焼結体が得られる。本発明者は、焼結体の成形体に対する体積減少率に着目し、この体積減少率に対して、所定の割合で体積減少を進行させるように成形体の熱処理を行うことで、上記目的を達成することができることを見出した。
【００１１】
すなわち、本発明によれば、
ＭｎＺｎ系フェライト粉末を含む成形体を熱処理する工程と、
前記熱処理後の成形体上のバリ取りをする工程と、
前記バリ取り後の成形体を焼成する工程とを、有するフェライトコアの製造方法であって、
前記熱処理を、熱処理前の前記成形体に対する焼成後の焼結体の体積減少率に対して、９０〜９９％の範囲で体積減少させるように行う、ことを特徴とするフェライトコアの製造方法が提供される。
【００１２】
この発明によると、熱処理後の成形体に対して適度な強度を付与できる。このため、その後のバリ取りをコアの損傷を抑制しつつ十分に行うことができる。また、前記熱処理をすることにより、焼成時の体積変化が少なく、特性バラツキの減少（特性安定）につながる。
【００１３】
焼結体の体積減少率に対して所定の割合で体積減少を進行させる方法は、特に限定されないが、熱処理条件を、たとえば１０００〜１２５０℃（但し、１０００℃を除く）の温度とすることで実現できる。より好ましくは１０５０〜１２００℃の温度で熱処理する。このとき、熱処理時間を１０〜１２０分の範囲で制御することが好ましい。
【００１４】
本発明では、バリ取り後の焼成を１２５０℃を超える温度で行うことが好ましい。これにより、熱処理後の成形体を完全に焼結することができ、所望の磁気特性を得ることができる。
【００１５】
バリ取りの方法は、特に限定されず、たとえばバレル研磨、ブラスト研磨などの方法が挙げられる。
【００１６】
本発明方法は、たとえばリング形状、口の字形状、日の字形状などの各種形状を持つ閉磁路構造のフェライトコアを製造する場合に、好ましく適用できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、フェライト粉末の成形体に適切な熱処理を施してから、バリ取りするようにしたので、従来の成形体や焼結体でのバリ取りで生じた弊害を防止できる。すなわち、本発明によれば、コアの損傷を抑制しながら、十分にバリを除去でき、また熱処理が必要十分な範囲（体積減少率９０〜９９％）とすることにより、最終的に特性劣化、特性バラツキの小さいフェライトコアの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態を説明する。
【００１９】
（１）まず、ＭｎＺｎ系フェライト粉末を含む成形体を準備する。本実施形態では、ＭｎＺｎ系フェライト粉末を含む成形体を次のようにして製造することができる。
【００２０】
まず、酸化鉄（α−Ｆｅ２ Ｏ３ ）、酸化マンガン（Ｍｎ３  Ｏ４  ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、さらには必要に応じて、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化コバルト（Ｃｏ３  Ｏ４  ）を、所定の組成比となるように秤量して混合し、原料混合物を得る。
【００２１】
原料としては、金属単体、炭酸塩、水酸化物、ハロゲン化物を用いてもよい。
【００２２】
秤量は、通常１／１０００の精度で行う。混合法としては、たとえば、ボールミルを用いる湿式混合と、乾式ミキサーを用いる乾式混合とが挙げられる。
【００２３】
なお、原料混合物中には、原料中の不可避的不純物元素が含まれていてもよい。このような元素としては、Ｂ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｃａ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎａ、Ｋ、Ｓ、Ｃｌなどが挙げられる。ただし、これら各元素の原料混合物全体に対する重量比率が数十〜数百ｐｐｍオーダー以下であることが好ましい。
【００２４】
次に、原料混合物の仮焼を行い、仮焼材料を得る。仮焼は、原料の熱分解、成分の均質化、フェライトの生成、焼結による超微粉の消失と適度の粒子サイズへの粒成長を起こさせ、混合物を後工程に適した形態に変換するために行われる。こうした仮焼は、好ましくは８００〜１１００℃の温度で、通常３０分〜１時間程度行う。仮焼は、大気（空気）中で行ってもよく、大気中よりも酸素分圧が高い雰囲気や酸素分圧が低い雰囲気や純酸素雰囲気で行っても良い。なお、フェライト中に副成分（酸化鉄、酸化マンガン及び酸化亜鉛以外の化合物）を含める場合には、主成分原料と副成分原料との混合は、仮焼の前に行なってもよく、仮焼後に行なってもよい。
【００２５】
次に、仮焼材料の粉砕を行い、粉砕材料を得る。粉砕は、仮焼材料の凝集をくずして適度の焼結性を有する粉体を製造するために行われる。仮焼材料が大きい塊を形成しているときには、粗粉砕を行ってからボールミルやアトライターなどを用いて湿式粉砕を行う。湿式粉砕は、仮焼材料の平均粒径が、好ましくは１〜２μｍ程度となるまで行う。
【００２６】
次に、粉砕材料の造粒（顆粒）を行い、造粒物を得る。造粒は、粉砕材料を適度な大きさの凝集粒子とし、成形に適した形態に変換するために行われる。こうした造粒法としては、たとえば、加圧造粒法やスプレードライ法などが挙げられる。スプレードライ法は、粉砕材料に、ポリビニルアルコールなどの通常用いられる結合剤を加えた後、スプレードライヤー中で霧化し、乾燥する方法である。
【００２７】
次に、造粒物を所定形状に成形し、ＭｎＺｎ系フェライト粉末を含む成形体（以下、単に、「熱処理前成形体」ということがある。）を得る。造粒物の成形としては、たとえば、乾式成形、湿式成形、押出成形などが挙げられる。乾式成形法は、造粒物を、金型に充填して圧縮加圧（プレス）することにより行う成形法である。成形体の形状は、特に限定されないが、本実施形態では、たとえばリング形状、口の字形状、日の字形状などの各種形状を持つ閉磁路構造に適応した形状とする。
【００２８】
（２）次に、準備した熱処理前成形体を熱処理する。本発明では、この熱処理を、熱処理前成形体に対する焼成後の焼結体（後述）の体積減少率に対して、９０〜９９％（より好ましくは９３〜９７％）の範囲で体積減少させるように行う点に特徴がある。
【００２９】
ここで、熱処理前成形体の体積をＶ１とし、熱処理後成形体の体積をＶ３とし、焼成後の焼結体の体積をＶ２とし、熱処理前成形体に対する焼成後の焼結体の体積減少率をＣ１とし、熱処理前成形体に対する熱処理後成形体の体積減少率をＣ２とする。このとき、焼結体の体積減少率Ｃ１は、Ｃ１＝（（Ｖ１−Ｖ２）／Ｖ１）×１００で表され、熱処理後成形体の体積減少率Ｃ２は、Ｃ２＝（（Ｖ１−Ｖ３）／Ｖ１）×１００で表される（いずれも単位は％）。本発明では、Ｃ２が、Ｃ１に対して進行する度合い（体積減少の進行度合い）、すなわちＣ２のＣ１に対するパーセンテージを、９０〜９９％の範囲に制御して熱処理するものである。
【００３０】
この範囲の体積減少の進行度合いで熱処理を行うことで、熱処理後成形体に対して適度な強度を付与できる。このため、その後のバリ取りをコアの損傷を抑制しつつ十分に行うことができ、焼成後得られるコアの磁気特性（たとえば初透磁率など）の特性向上、バラツキ減少につながる。
【００３１】
体積減少の進行度合いが９０％未満であると、熱処理後成形体の強度が十分ではないためバリ取り作業の効率は上がるが、最終的に得られる焼結体（コア）の損傷が生じることが多く、しかも磁気特性が不安定化する。  
体積減少の進行度合いが９９％を超えると、最終的に得られる焼結体（コア）の損傷はなく、磁気特性も良好ではあるが、焼成後（完全焼結後）にバリ取りする場合と同様の不都合を生じ、しかも磁気特性が不安定化する。
【００３２】
本実施形態では、上述した範囲で体積減少を進行させるために、熱処理温度を制御することが最も効果的である。具体的には、好ましくは１０００〜１２５０℃（但し、１０００℃を除く）、より好ましくは１０５０〜１２００℃、さらに好ましくは１１００〜１２００℃の温度で熱処理を行う。この温度範囲で熱処理を行うことにより、フェライトの収縮過程の９０〜９９％が進み、微細組織の緻密化が進み、後述するその後の焼成でのコアの変形等が緩和される。また、この温度範囲での熱処理では、最後まで焼結を進めていない為、後述するバリ取りとしてのバレル研磨の際に、コアのチッピングが少なく、短時間での研磨が可能となる。しかも最終的には、特性バラツキの少ないフェライト（焼結体）を得ることができる。
【００３３】
熱処理温度が６００℃未満とあまりに低すぎると、熱処理後の成形体強度が不十分であるため、非常に脆く、バリ取りに耐えられず破損が多くなる。しかも焼結反応が殆ど進行していないので、後述の焼成時に一気に熱膨張収縮が起こり、変形等の不良発生の度合が大きくなり、歩留まりを低下させる原因となる。
【００３４】
熱処理温度を少し上げた８００〜９５０℃近辺では、急速にコアの膨張収縮が起こり不安定となり、この温度での熱処理後に後述のバリ取り加工及び焼成を行うと、まさに熱膨張収縮の過程中であり、変形等の不良発生や、特性バラツキが大きくなる等の不都合を生じる。
【００３５】
一方で、熱処理温度が１２５０℃を超えると、フェライトの緻密化が進行しすぎ、コア強度が過剰に大きくなるため、後述のバリ除去が十分に行なえない傾向がある。また行えたとしても、チッピング等のカケが大量に発生する傾向が大きくなる。
【００３６】
以上より、本実施形態では、熱処理温度を、コアの急速な膨張収縮が終了し、フェライトの緻密化を適正に進めることができる１０００℃超１２５０℃以下とする。
【００３７】
本実施形態では、上述の熱処理温度で、１０分以上、保持することが好ましい。熱処理温度が適正であっても、熱処理時間があまりに短いと、熱処理後の成形体に対して強度が十分に付与されず、コアの破損が多く生じることが想定されるからである。なお、ただし、過剰に長時間の熱処理を加えても成形体強度は一定の値となり、それ以上向上しないので、熱処理コストなどを考慮すると、上記温度での熱処理時間の上限は、好ましくは１２０分である。
【００３８】
本実施形態では、その他の条件、例えば熱処理雰囲気、昇温速度等は、特に限定されない。
【００３９】
（３）次に、熱処理後の成形体上のバリ取りを行う。バリ取りは、成形体を破損ないし変形させるものでなければ、いずれの手段を用いても良い。
【００４０】
例えば、比較的大型で処理個数の少ない場合には、手作業によることができるし、ブラスト加工、超音波加工、バレル研磨等の機械加工は、被処理物が多い場合に有効である。被処理物が多く、かつバリ取りが困難な比較的小型のコアを処理する場合には、バレル研磨を用いることが好ましい。バレル研磨には、研磨材としてのメディアを利用し乾式で行う乾式バレル研磨やメディアと水を利用した湿式バレル研磨が含まれる。バレル研磨を用いることにより、バリ取りは勿論のこと、バリ取りと同時にコアへＲ付けができるため、巻き線作業がし易くなり、導線の被覆の剥離も防止され、絶縁不良等の障害を減らせる。さらに、安価で高品質で量産性に優れるという利点もある。
【００４１】
バレル研磨で使用する研磨メディアは、任意に選択できるものとし、材質・形状・外径は特に限定されず、さらにバレル研磨の処理条件、たとえばバレル回転数や処理時間なども限定されない。
【００４２】
（４）次に、バリ取り後の成形体を焼成し、焼結体（フェライト）を得る。焼成は、多くの空隙を含んでいる成形体の粉体粒子間に、融点以下の温度で粉体が凝着する焼結を起こさせ、緻密な焼結体を得るために行われる。こうした焼成は、好ましくは１２５０℃を超える温度、より好ましくは１３００〜１４００℃の温度で、通常２〜５時間程度行う。焼成は、酸素濃度を制御した雰囲気中で行われる。
【００４３】
以上のような工程を経て、ＭｎＺｎ系フェライトが製造される。
【００４４】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明をさらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明はこれら実施例に限定されない。
【００４６】
まず、５３モル％のＦｅ２  Ｏ３  、２６モル％のＭｎＯ及び２１モル％のＺｎＯの組成を持つＭｎＺｎ系フェライト粉末を準備した。
【００４７】
準備されたフェライト粉末１００重量部に対して、バインダーとしてのポリビニルアルコールを１重量部添加し、造粒して造粒物を得た。
【００４８】
得られた造粒物を、９８ＭＰａの圧力で加圧成形して、リング形状（寸法＝外径８ｍｍ×内径４ｍｍ×高さ４ｍｍ）の成形体を８００個作製した。
【００４９】
作製した８００個の成形体の体積を測定し、その平均値を、熱処理前成形体の体積Ｖ１とした。
【００５０】
焼結体の体積減少率の測定 
８００個の熱処理前成形体のうちの１００個を、酸素濃度を１０％に制御した雰囲気中で、１３５０℃で３時間焼成して、リング形状の焼結体（リング状フェライトコア）を得た。１００個の焼結体の体積を測定し、その平均値を焼結体の体積Ｖ２とした。
【００５１】
次に、焼結体の熱処理前成形体に対する体積減少率Ｃ１を、（（Ｖ１−Ｖ２）／Ｖ１）×１００で表される式を用いて求めたところ、Ｃ１＝約１６％であった。
【００５２】
焼結体の作製と評価 
残りの７００個の熱処理前成形体のうち各１００個ずつを、表１に示す温度及び時間で熱処理した後、それらの体積を測定し、その平均値を、熱処理後成形体の体積Ｖ３とした。熱処理後成形体の熱処理前成形体に対する体積減少率Ｃ２を、（（Ｖ１−Ｖ３）／Ｖ１）×１００で表される式を用いて求めた。そして、このＣ２がＣ１に対して進行する度合い（体積減少の進行度合い）を、（Ｃ２／Ｃ１）×１００で表される式を用いて算出した。結果を表１に示す。
【００５３】
次に、熱処理後の成形体を、室温まで冷却し、３ｍｍ径のアルミナ系メディアと一緒にバレルに入れ、バレル加工（バレル研磨）によって、熱処理後の成形体上のバリを除去した。
【００５４】
得られたコア上のバリの状態を目視により確認し、良：バリは確認できず良好な表面状態、やや良：若干のバリが確認できる、不良：一目でバリを確認でき不良、として評価した。結果を表１に示す。
【００５５】
次に、バリ取り後の成形体を、１３５０℃で３時間焼成して、リング状フェライトコア（焼結体）を得た。
【００５６】
得られた各コアに、それぞれ、銅製ワイヤー（線径０．３５ｍｍ）を２０回巻回した後に、該ワイヤーの被覆状態の目視により確認をし、良：被覆剥離なし、やや良：被覆剥離ややあり、不良：被覆剥離あり、として評価した。結果を表１に示す。
その後、ヒューレットパッカード社製プレシジョンＬＣＲメータ４２８４Ａによりインダクタンス値を測定し、１００ｋＨｚ、１０ｍＶにおける初透磁率μｉ（単位：なし）を求め、最後に各コア間での初透磁率μｉのバラツキＲ（最大値と最小値の差）を求めた。Ｒが５００以下である場合を良好とした。
結果を表１に示す。
【００５７】
【表１】
2005277179.tif 000002
【００５８】
表１に示すように、１０５０℃〜１２００℃で熱処理を行った実施例１〜３では、体積減少の進行度合いが本発明の範囲内であった。その後にバリ取りと焼成を経て得られたコアは、バリの状態、ワイヤーの被覆状態、初透磁率μｉのいずれもが良好であり、しかも初透磁率μｉのバラツキＲが少なく、安定した磁気特性が得られることが確認できた。
【００５９】
これに対し、９５０℃で熱処理を行った比較例１では、体積減少の進行度合いが本発明外となった。その後にバリ取りと焼成を経て得られたコアは、バリの状態、ワイヤーの被覆状態、初透磁率μｉは良好であったが、初透磁率μｉのバラツキＲが多くなり、磁気特性が不安定化することが確認できた。
１３００℃で熱処理した比較例２では、体積減少の進行度合いが本発明外となった。その後にバリ取りと焼成を経て得られたコアは、初透磁率μｉは良好であったが、バリの状態、ワイヤーの被覆状態がやや悪化した。また、初透磁率μｉのバラツキＲが多くなり、磁気特性が不安定化することが確認できた。
【００６０】
なお、熱処理もバリ取りもしなかった比較例３では、初透磁率μｉは良好であったが、当然のことながらバリが多く、ワイヤーの被覆状態が悪化した。また、初透磁率μｉのバラツキＲが多くなり、磁気特性が不安定化することが確認できた。１１５０℃で熱処理をした比較例４では、実施例２と同様に、体積減少の進行度合いが本発明の範囲内であった。しかしながら、その後にバリ取りを行わずに焼成したため、得られたコアは、初透磁率μｉとそのバラツキＲは良好であったが、当然のことながらバリが多く、ワイヤーの被覆状態が悪化した。