(57)【要約】【課題】本発明は、初透磁率が高く、且つその値のばらつきが従来より少ない製品を、工業的規模で安定して生産可能なＺｎ含有フェライトの製造方法を提供することを目的としている。【解決手段】鉄及び亜鉛の酸化物を用いて原料粉末を成形し、その成形体を該成形体と同系材質の物質で囲み、耐火物材料からなる容器内に載置し、焼成するＺｎ含有フェライトの製造方法を改良した。具体的には、前記同系材質の物質を粉状とすると共に、前記耐火物材料を４００℃における熱伝導率が５〜３０Ｗ／ｍＫのものを用いる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄及び亜鉛の酸化物を用いて原料粉末を成形し、その成形体を該成形体と同系材質の物質で囲み、耐火物材料からなる容器内に載置し、焼成するＺｎ含有フェライトの製造方法において、
前記同系材質の物質を粉状とすると共に、前記耐火物材料を４００℃における熱伝導率が５〜３０Ｗ／ｍＫのものを用いることを特徴とするＺｎ含有フェライトの製造方法。
【請求項２】
前記耐火物材料を純度が９０質量％以上及び密度が理論密度の９０％以上のアルミナとすることを特徴とする請求項１記載のＺｎ含有フェライトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｚｎ含有フェライト、特に焼成温度の高いＭｎＺｎフェライトの製造方法に係わり、詳しくは、初透磁率μｉが高く、通信用パルストランス等、変成器の磁心に適したＺｎ含有フェライトの製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の小型軽量化及び高機能化に伴い、これら機器の回路部品として用いられる酸化物磁性材料は、さらなる小型化、高性能化が要求されている。通信用パルストランスには、従来から高透磁率のＭｎＺｎフェライトが用いられているが、小型化には、初透磁率（記号：μｉ）を従来よりさらに高くすることが求められている。
【０００３】
ソフトフェライトの初透磁率は、一般にその結晶粒径が大きいほど増大するので、初透磁率の高いＭｎＺｎフェライトを製造するには、１３５０℃以上の高温で焼成して焼成後の平均結晶粒径（記号：Ｄ）を３０〜２００μｍ程度まで大きくする必要がある。ところが、高温で焼成すると、焼成中にフェライトの表面からＺｎが蒸発し、表層にＺｎ欠乏層を生じ、μｉを大きく低下させるという問題があった。
【０００４】
この問題を解消するには、Ｚｎ含有フェライト成形体を同系材質で製作したペレットに埋め込んで焼成する方法が良いと考えられる（例えば、特許文献１参照）。この方法によれば、焼成中のＭｎＺｎフェライト表面からのＺｎの蒸発が抑制でき、初透磁率（μｉ）の高いＭｎＺｎフェライトを製造できるからである。
【０００５】
しかしながら、この方法で多数個のＭｎＺｎフェライトを試作したところ、確かにμｉ値の大きな試料が得られたが、試料によってμｉ値が大きく変動し、工業的規模での生産には適さないという別の問題が生じた。
【特許文献１】特開平４−３６０５０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、かかる事情に鑑み、初透磁率が高く、且つその値のばらつきが従来より少ない製品を、工業的規模で安定して生産可能なＺｎ含有フェライトの製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。
【０００８】
すなわち、本発明は、鉄及び亜鉛の酸化物を用いて原料粉末を成形し、その成形体を該成形体と同系材質の物質で囲み、耐火物材料からなる容器内に載置し、焼成するＺｎ含有フェライトの製造方法において、前記同系材質の物質を粉状とすると共に、前記耐火物材料を４００℃における熱伝導率が５〜３０Ｗ／ｍＫのものを用いることを特徴とするＺｎ含有フェライトの製造方法である。この場合、前記耐火物材料を純度が９０質量％以上及び密度が理論密度の９０％以上のアルミナであると好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、各成形体周囲の温度が均一になり、初透磁率が高く、且つその値のばらつきが従来より少ないＺｎ含有フェライト製品を、工業的規模で安定して生産できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、発明に至る経緯をまじえ、本発明の最良の実施形態について説明する。
【００１１】
本発明の対象であるＺｎ含有フェライトの原料粉末は、Ｆｅ及びＺｎの酸化物を含んだ粉体であり、必要に応じて、Ｍｎ，Ｎｉ，Ｃｏ等の酸化物を含有する。原料酸化物である酸化第二鉄及び酸化亜鉛並びに酸化マンガン、酸化ニッケル、酸化コバルト等を混合、仮焼、粉砕する方法、原料塩化物を噴霧焙焼する方法、原料塩化物又は硫化物のｐＨを調整して共沈させる方法等で製造したものを利用する。この原料粉末には、磁気特性を向上させるために、Ｂｉ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＣａＯ等の微量成分を添加しても良い。このような方法で作製した原料粉末に、バインダーとしてＰＶＡ（ポリビニールアルコールの略）を加えて造粒し、プレス成形して成形体を形成した後に、該成形体を例えば１３５０℃以上の温度域で３〜１０時間程度焼成して高μｉのＺｎ含有フェライトとなる。
【００１２】
まず、発明者は、上記原料粉を前記した従来技術で焼成すると、上述のように、得られたＭｎＺｎフェライトの初透磁率（μｉ）値が変動するので、その原因を鋭意調査した。その結果、特許文献１記載の技術では、成形体をペレット層で覆っても、大型の耐火物製容器を用いると、焼成中にペレット層内の位置（特に、高さ方向の中央から底部にかけて）によって温度上昇が遅れ、この領域に充填されたＭｎＺｎフェライトの成形体は十分に結晶粒が成長できず、μｉ値の低いことが判った。つまり、ペレット層内での温度分布が不均一であった。
【００１３】
そこで、発明者は、焼成中の熱伝導の改善に着目して鋭意検討を行い、焼成炉内に装入される耐火物容器の構成材料として熱伝導率の高いものを用いると共に、該耐火物容器に成形体を囲むように充填する前記ペレットに代え、ＭｎＺｎフェライトの原料粉を用いれば、各成形体を囲む周囲の温度差が迅速に解消され、μｉ値のばらつきが従来より抑制できることを見出した。
【００１４】
具体的には、ＭｎＺｎフェライトの前記ペレットに代え、それより粒径の小さいその原料粉自体（粒径：５００μｍ以下）を利用する。これにより、熱の放散がなくなると共に、焼成中のＭｎＺｎフェライト表面からのＺｎの蒸発が抑制できるようになる。なお、原料粉としては、同一ロットの造粒粉が最適であるが、仮焼粉、混合粉やほぼ同じ組成の他ロットの原料を用いても良い。
【００１５】
また、焼成に用いる耐火物容器の材料としては、通常、熱伝導率が１〜４Ｗ／ｍＫ程度の多孔質のアルミナ、ムライト、ジルコニア等が利用されていた。本発明では、かかる耐火物容器の材料を、４００℃における熱伝導率が５〜３０Ｗ／ｍＫ（例えば、２０Ｗ／ｍＫ程度）の耐火物材料、好ましくは純度９０質量t％以上で密度が理論密度の９０％以上のアルミナに変更することにした。これにより、各成形体を囲む周囲の昇温を迅速にできるからである。なお、ここで言う容器は、所謂「鉢」や深さのある箱でも良いが、単なる板に、該板の周囲に一定高さの枠を配設したものであっても良い。
【００１６】
さらに詳細に、耐火物容器を構成する材質の熱伝導率と焼成されたＭｎＺｎフェライトの結晶粒径及びμｉ値との関係を調べたところ、４００℃における熱伝導率が５Ｗ／ｍＫ以上の材質よりなる耐火物容器を用いれば、ＭｎＺｎフェライトのμｉ値のばらつきを極めて小さく抑えることが可能であることが明らかになり、この５Ｗ／ｍＫを４００℃における熱伝導率の下限とした。この４００℃における熱伝導率の上限としては、本発明では、３０Ｗ／ｍＫとする。それを超えても、均熱化の効果が飽和するし、そのような材料は、高価で実用的でないからである。
【００１７】
具体的に熱伝導率が５〜３０Ｗ／ｍＫの材質としては、高純度で、且つ高密度のアルミナ、例えばＳＳＡ−Ｓ材等が好適である。ただし、本発明では、アルミナ以外でも、前記範囲の熱伝導率を有し、１３５０℃以上の高温焼成でＭｎＺｎフェライトの磁気特性や外観に悪影響を及ぼさない組成及び材質であれば、同様に使用して良い。
【００１８】
このように、本発明では、前記したペレット層内での位置による温度上昇の遅れを著しく軽減することができ、試料の充填位置によらず、均一に結晶粒の成長が起きるようになる。その結果、全ての製品がμｉの高いＭｎＺｎフェライトになるばかりでなく、従来技術で問題となっていた工業的規模（耐火物容器として、縦１０ｃｍ×横１０ｃｍ以上のものを利用）でのμｉの「ばらつき」をも解消できた。
【００１９】
次に、発明者は、耐火物容器の大きさにも着眼した。容器の大きさが小さい方が、位置による温度差が小さくなり、各成形体の均一加熱ができるからである。そして、発明者の検討によれば、平面視で縦横のサイズが１０〜４０ｃｍの範囲が適当であることが判った。１０ｃｍ以下では、μｉ値のばらつきは低減するが、生産効率が低いために工業的規模での使用に適さない。４０ｃｍ以上では、耐火物容器が焼成中に割れ易くなり、耐久性が低下するため、実用的でない。なお、耐火物容器の肉厚は３〜１３ｍｍの範囲が適当である。３ｍｍ未満では、μｉ値のばらつきは低減するが、耐火物容器の耐久性が低くなり、実用的ではない。また、１３ｍｍを超えると、μｉ値のばらつきが大きくなり、また、炉内装入物の総重量が重くなって生産効率が低下するため、好ましくない。
【００２０】
以上のような本発明に係る方法、例えば、縦横が２０×２０ｃｍの耐火物板（容器）を用いて、焼成後の外径寸法９．９ｍｍφのリング型成形試料１０００個を埋め込んで焼成すると、得られたＭｎＺｎフェライト試料の９０％以上が、いずれも高μｉ値で、しかも平均値±１０％を達成した。
【００２１】
なお、本発明は、高μｉのＭｎＺｎフェライトのように、１３５０℃以上の高温で焼成する必要のある場合に好適な製造方法であるが、１３５０℃未満の温度で焼成される他のソフトフェライト（例えば、ＮｉＺｎフェライト等）の焼成において、特性値のばらつき抑制や磁気特性の改良に利用しても良い。
【実施例】
【００２２】
以下に、本発明の具体的な実施例を記載する。
【００２３】
（実施例１）
Ｆｅ2Ｏ3＝５２ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝２５ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝２３ｍｏｌ％を主成分とする粉体を、アトライターで湿式混合した後、９００℃で仮焼し、次いで、副成分としてＣａＣＯ3、ＳｉＯ2、Ｂｉ2Ｏ3を主原料中の不純物の含有量と合わせて、ＣａＣＯ3＝２００ｐｐｍ、ＳｉＯ2＝１００ｐｐｍ、Ｂｉ2Ｏ3＝２００ｐｐｍとなるように添加した。これらの混合粉を、再度アトライターで湿式粉砕して、平均粒径１．１μｍ（空気透過法による測定）の原料粉を得た。この原料粉にバインダーを加えてスプレードライヤーで造粒し、金型に充填し、プレス成形で外径７．２ｍｍのリング状試料（焼結後の外径６ｍｍ）に成形した。
【００２４】
縦横が２４×２４ｃｍ、厚み８ｍｍの前記ＳＳＡ−Ｓ材からなる板の上に、外寸法で縦横２０×２０ｃｍ、肉厚４ｍｍ、高さ５ｃｍのＳＳＡ−Ｓ材からなる長方形枠を置き耐火物容器を形成し、該容器の中に、上記リング状試料１０００個及び上記原料粉の造粒したものを充填し、原料粉で試料を囲むようにした。なお、耐火物容器に利用したＳＳＡ−Ｓ材の４００℃における熱伝導率は２５Ｗ／ｍＫである。
【００２５】
比較例として、外寸法で縦横２０×２０×５．５ｃｍ、肉厚１２ｍｍの多孔質アルミナ材からなる鉢（耐火物容器に相当）の中に、実施例と同様に、リング状試料１０００個及び造粒粉を充填した。多孔質アルミナ材の４００℃における熱伝導率は４Ｗ／ｍＫである。
【００２６】
炉内床寸法が縦横で６４×６４ｃｍのバッチ焼成炉の中に、上記のように成形体及び造粒粉を充填したＳＳＡ−Ｓ容器と多孔質アルミナ容器とを並べて置き、酸素濃度を制御した雰囲気中で、１４４０℃×５時間の焼成を行った。焼成の結果は、以下のように評価した。
【００２７】
焼成されたリング状試料１０００個の中から任意の５個を選び、ＬＣＲメータを用いて、周波数１ｋＨｚにおける初透磁率（μｉ）の温度特性を測定し、実施例の場合を図１に、比較例の場合を図２に整理した。
【００２８】
図１及び２より、本発明に係る製造方法で得た試料は、セカンダリーピーク（図では、記号Ａで示す）の温度（２３℃）におけるμｉ値が１９０００〜２１０００と狭い範囲で安定しているが、比較例で得た試料は、１１０００〜２１０００と大きく変動していることが明らかである。また、１ｋＨｚ及び２３℃におけるμｉ値を全試料に対して測定した結果を実施例及び比較例に分けて、それぞれ図３及び図４に示す。本発明に係る製造方法で得た試料は、９０％以上の試料がμｉ＝２００００±２００の範囲にあるが、比較例の方法で得た試料は、約５０％であった。
【００２９】
（実施例２）
実施例１と同様に製作したＭｎＺｎフェライトのリング状成形体５００個及び造粒粉を、表１に示す材質の各耐火物容器（板寸法は、平面視で縦横が１０×１０ｃｍ〜１２×１２ｃｍ）に充填して、酸素濃度を制御した雰囲気中で１４２５℃×９時間の焼成を行った。そして、焼成で得た５００個の中から任意の２０個を試料に選んで、上記と同様に１ｋＨｚ、２３℃における初透磁率（μｉ）を測定した、測定結果を２０個の平均値、最大値及び最小値として表１に一括して示す。表１より、本発明に係る製造方法を用いれば、得られるＭｎＺｎフェライトの初透磁率（μｉ値）の変動幅を平均値の２０％以内（±１０％以内）にできることが明らかである。
【００３０】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る製造方法で焼成したＭｎＺｎフェライト試料５個の初透磁率（μｉ）の温度特性を示す図である。
【図２】比較例の製造方法で焼成したＭｎＺｎフェライト試料５個の初透磁率（μｉ）の温度特性を示す図である。
【図３】本発明に係る製造方法で焼成したＭｎＺｎフェライト試料１０００個の１ｋＨｚ、２３℃における初透磁率（μｉ値）の分布を示す図である。
【図４】比較例の製造方法で焼成したＭｎＺｎフエライト試料１０００個の１ｋＨｚ、２３℃における初透磁率（μｉ値）の分布を図示である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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