(57)【要約】 【課題】  コアロスを小さくした低損失酸化物磁性材料の製造方法を提供すること。【解決手段】  主成分組成として５３．０〜５４．０ｍｏｌ％のＦｅ2Ｏ3、３７．５〜３９．０ｍｏｌ％のＭｎＯ及び残部がＺｎＯを含み、副成分として０．００５〜０．０５ｗｔ％のＳｉＯ2、０．０１〜０．１ｗｔ％のＣａＯ及び０．０１〜０．１ｗｔ％のＮｂ2Ｏ5を含有し、さらに焼結工程において５００℃から保持温度に至る昇温過程における酸素濃度を０．５％以下とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピネル型結晶構造を有するＭｎ−Ｚｎ系フェライトからなる低損失酸化物磁性材料であって、主成分組成は、５３．０〜５４．０ｍｏｌ％のＦｅ2Ｏ3、３７．５〜３９．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、及び残部がＺｎＯよりなり、副成分として０．００５〜０．０５ｗｔ％のＳｉＯ2、０．０１〜０．１ｗｔ％のＣａＯ及び０．０１〜０．１ｗｔ％のＮｂ2Ｏ5を含有する低損失酸化物磁性材料の製造方法であって、焼結工程の５００℃から保持温度までに至る昇温過程における酸素濃度を０．５％以下とすることを特徴とする低損失酸化物磁性材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトの製造方法に係わり、特に、電気自動車あるいは電子機器、携帯端末等の電源装置の磁心材料に好適な低損失酸化物磁性材料の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スイッチング電源用トランス等に使用される低損失酸化物磁性材料は、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトが一般的である。Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトの主成分は、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯ、ＺｎＯであり、副成分として少量のＳｉＯ2、ＣａＯを含有している。
【０００３】
近年、電子機器の小型化、高性能化の技術革新が著しく、スイッチング電源も小型化への要請に伴い、スイッチング処理周波数は１００ｋＨｚ程度まで高周波化されてきており、磁心のコアロスの低減が不可欠である。特許文献１には、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯ、ＺｎＯからなる主成分に加えて、ＳｉＯ2、ＣａＯ、ＨｆＯ2を含有させることにより低損失なフェライトを得ることが出来る旨の提案がなされている。しかしながら、低損失に対する改善の要望は高く、さらなる改善が求められている。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２１７７３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトをスイッチング電源用のトランスとして使用すると、スイッチング処理周波数が１００ｋＨｚ以上で交流磁界による高周波損失が増大し、高周波損失によりトランス自身が発熱するという問題が生じる。
【０００６】
本発明の課題は、前記の問題点を解決し、コアロスを小さくした低損失酸化物磁性材料の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、スピネル型結晶構造を有するＭｎ−Ｚｎ系フェライトにおいて、主成分組成として５３．０〜５４．０ｍｏｌ％のＦｅ2Ｏ3、３７．５〜３９．０ｍｏｌ％のＭｎＯ及び残部がＺｎＯよりなり、副成分として０．００５〜０．０５ｗｔ％のＳｉＯ2、０．０１〜０．１ｗｔ％のＣａＯ及び０．０１〜０．１ｗｔ％のＮｂ2Ｏ5を含有させ、焼結工程において５００℃から保持温度までに至る昇温過程における酸素濃度を０．５％以下とする低損失酸化物磁性材料の製造方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明は、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトにおいて主成分組成として５３．０〜５４．０ｍｏｌ％のＦｅ2Ｏ3、３７．５〜３９．０ｍｏｌ％のＭｎＯ 及び残部がＺｎＯよりなり、副成分として０．００５〜０．０５ｗｔ％のＳｉＯ2、０．０１〜０．１ｗｔ％のＣａＯ及び０．０１〜０．１ｗｔ％のＮｂ2Ｏ5を含有させ、さらに焼結工程において５００℃から保持温度に至る昇温過程における酸素濃度を０．５％以下とすることにより、コアロスを小さくした低損失酸化物磁性材料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】
【０００９】
スイッチング電源用トランスの発熱を抑制するためには、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトの損失を低下させる必要がある。フェライトの損失は、ヒステリシス損失、渦電流損失、残留損失からなることが知られている。ヒステリシス損失は、磁壁の非可逆的運動に伴う損失である。ヒステリシス損失を低減させるには、磁壁の移動を妨げる要因を極力減らすことが必要である。渦電流損失は、電磁誘導により発生する損失で焼結体の比抵抗に反比例する。渦電流損失を低減させるには、焼結体の比抵抗を大きくする必要がある。
【００１０】
本発明は、主成分組成として５３．０〜５４．０ｍｏｌ％のＦｅ2Ｏ3の換算で、ＭｎＯ の換算で ３７．５〜３９．０ｍｏｌ％、及び残部がＺｎＯよりなり、副成分として０．００５〜０．０５ｗｔ％のＳｉＯ2、０．０１〜０．１ｗｔ％のＣａＯ及び０．０１〜０．１ｗｔ％のＮｂ2Ｏ5を含有することで、損失を低減できる。
【００１１】
また、焼結工程の昇温過程における酸素濃度を制御することにより、焼結体内部の空孔を外部に排除することができる。空孔とは、磁壁移動の妨げとなる要因である。焼結体内部の空孔が減少することにより、焼結体密度は高くなり、ヒステリシス損失を低減することができると考えられる。
【００１２】
本発明の主成分として、Ｆｅ2Ｏ3が５３．０〜５４．０ｍｏｌ％、ＭｎＯが３７．５〜３９．０ｍｏｌ％としたのは、Ｆｅ2Ｏ3が５３．０ｍｏｌ％未満、ＭｎＯが３９．０ｍｏｌ％を越えると、損失が最小となる温度がトランスの環境温度よりはるかに高くなり、常温の損失が著しく高くなるためである。Ｆｅ2Ｏ3が５４．０ｍｏｌ％を越え、ＭｎＯが３７．５ｍｏｌ％未満になると、損失が最小となる温度が環境温度より低くなり、熱暴走等の不具合が生じるためである。
【００１３】
副成分としてＳｉＯ2を０．００５〜０．０５ｗｔ％、ＣａＯを０．０１〜０．１ｗｔ％としたのは、ＳｉＯ2が０．００５ｗｔ％未満、ＣａＯが０．０１ｗｔ％未満では十分な比抵抗が得られずに損失が増大するためであり、ＳｉＯ2が０．０５ｗｔ％を越え、ＣａＯが０．１ｗｔ％を越えると異常粒成長して損失が増大するためである。副成分としてＮｂ2Ｏ5を０．０１〜０．１ｗｔ％としたのは、Ｎｂ2Ｏ5が０．０１ｗｔ％未満では十分な比抵抗が得られずに損失が増大し、Ｎｂ2Ｏ5が０．１ｗｔ％を越えると焼結体密度が低くなり損失が増大するためである。
【００１４】
焼結工程の昇温過程で、酸素濃度を０．５％以下としたのは、０．５％を超えると焼結体内部の空孔が外部に十分排除できなくなり、焼結体密度が低下し、ヒステリシス損失が増大するためである。
【実施例１】
【００１５】
発明品として、主成分組成を５３．０〜５４．０ｍｏｌ％のＦｅ2Ｏ3、３７．５〜３９．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、残分ＺｎＯ、副成分として０．０２０ｗｔ％のＳｉＯ2、ＣａＯに換算して０．０５０ｗｔ％のＣａ(ＯＨ)2、０．０５０ｗｔ％のＮｂ2Ｏ5を秤量し、ポールミルを用いて２時間混合した。混合後、スプレードライヤーで造粒した。その後、混合粉末を８５０℃の大気中で２時間予焼した。得られた粉末をアトライターにより粉砕した。粉砕後、スプレードライヤーにて造粒し、２５ｍｍφ−１５ｍｍφ−１０ｍｍのトロイダル形状にプレスし、１３５０℃の焼結温度、保持時間２時間で焼結した（発明品１〜６）。
【００１６】
比較品として、主成分組成を５２．５ｍｏｌ％のＦｅ2Ｏ3、３８．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、残分ＺｎＯ、副成分として０．０２０ｗｔ％のＳｉＯ2、０．０５０ｗｔ％のＣａＯ、０．０５０ｗｔ％のＮｂ2Ｏ5（比較品１）、主成分組成を ５４．５ｍｏｌ％のＦｅ2Ｏ3、３８．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、残分ＺｎＯ、副成分として０．０２０ｗｔ％のＳｉＯ2、０．０５０ｗｔ％のＣａＯ、０．０５０ｗｔ％のＮｂ2Ｏ5（比較品２）、主成分組成を５３．５ｍｏｌ％のＦｅ2Ｏ3、３７．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、残分ＺｎＯ成分として０．０２０ｗｔ％のＳｉＯ2、０．０５０ｗｔ％のＣａＯ、０．０５０ｗｔ％のＮｂ2Ｏ5（比較品３）、主成分組成を５３．５ｍｏｌ％のＦｅ2Ｏ3、３９．５ｍｏｌ％のＭｎＯ、残分ＺｎＯ、副成分として０．０２０ｗｔ％のＳｉＯ2、０．０５０ｗｔ％のＣａＯ、０．０５０ｗｔ％のＮｂ2Ｏ5（比較品４）を含有するＭｎ−Ｚｎ系フェライトを同様の工程で作製した。
【００１７】
表１に、比較品と発明品の損失が最小となる温度（ミニマム温度）及び１００ｋＨｚ、２００ｍＴ、１００℃でのコアロスＰｃｖを示す。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
表１より、５３．０〜５４．０ｍｏｌ％のＦｅ2Ｏ3とした発明品は、ミニマム温度が１００℃付近であり、比較品より優れたコアロスとなっていることがわかる。３７．５〜３９．０ｍｏｌ％のＭｎＯとした発明品は、ミニマム温度が１００℃付近であり、比較品より優れたコアロスとなっていることがわかる。
【実施例２】
【００２０】
発明品として、主成分組成を５３．５ｍｏｌ％のＦｅ2Ｏ3、３８．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、残分ＺｎＯ、副成分として０．００５〜０．０５ｗｔ％のＳｉＯ2、ＣａＯに換算して０．０１０〜０．１００ｗｔ％のＣａ(ＯＨ)2、０．０５０ｗｔ％のＮｂ2Ｏ5を秤量し、アトライターを用いて２時間混合した。混合後、スプレードライヤーで造粒した。その後、各混合粉末８５０℃の大気中で２時間予焼した。得られた粉末をアトライターにより粉砕した。粉砕後、スプレードライヤーにて造粒し、２５ｍｍφ−１５ｍｍφ−１０ｍｍのトロイダル形状にプレスし、１３５０℃の焼結温度、保持時間２時間で焼結した（発明品７〜１２）。
【００２１】
比較品として、主成分組成を５３．５ｍｏｌ％のＦｅ2Ｏ3、３８．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、残分ＺｎＯ、副成分として無添加のＳｉＯ2、０．０５０ｗｔ％のＣａＯ、０．０５０ｗｔ％のＮｂ2Ｏ5（比較品５）、主成分組成を５３．５ｍｏｌ％のＦｅ2Ｏ3、３８．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、残分ＺｎＯ、副成分として０．０６０ｗｔ％のＳｉＯ2、０．０５０ｗｔ％のＣａＯ、０．０５０ｗｔ％のＮｂ2Ｏ5（比較品６）、主成分組成を５３．５ｍｏｌ％のＦｅ2Ｏ3、３８．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、残分ＺｎＯ、副成分として０．０２０ｗｔ％のＳｉＯ2、無添加のＣａＯ、０．０５０ｗｔ％のＮｂ2Ｏ5（比較品７）、主成分組成を５３．５ｍｏｌ％のＦｅ2Ｏ3、３８．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、残分ＺｎＯ、副成分として０．０２０ｗｔ％のＳｉＯ2、０．１１０ｗｔ％のＣａＯ、０．０５０ｗｔ％のＮｂ2Ｏ5（比較品８）を含有するＭｎ−Ｚｎ系フェライトを同様の工程で作製した。
【００２２】
表２に、比較品と発明品の比抵抗及び１００ｋＨｚ、２００ｍＴ、１００℃でのコアロスＰｖｃを示す。
【００２３】
【表２】
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【００２４】
表２より、０．００５〜０．０５０ｗｔ％のＳｉＯ2、０．０１０〜０．１００ｗｔ％のＣａＯとした発明品は、比較品より優れた比抵抗、コアロスとなっていることがわかる。
【実施例３】
【００２５】
発明品として、主成分組成を５３．５ｍｏｌ％のＦｅ2Ｏ3、３８．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、残分ＺｎＯ、副成分として０．０２０ｗｔ％のＳｉＯ2、ＣａＯに換算して０．０５０ｗｔ％のＣａ(ＯＨ)2、０．０１０〜０．１００ｗｔ％のＮｂ2Ｏ5秤量し、アトライターを用いて２時間混合した。混合後、スプレードライヤーで造粒した。その後、各混合粉末を８５０℃の大気中で２時間予焼した。得られた粉末をアトライターにより粉砕した。粉砕後、スプレードライヤーにて造粒し、２５ｍｍφ−１５ｍｍφ−１０ｍｍ のトロイダル形状にプレスし、１３５０℃の焼結温度、保持時間２時間で焼結した（発明品１３〜１５）。
【００２６】
比較品として、主成分組成を５３．５ｍｏｌのＦｅ2Ｏ3、３８．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、残分ＺｎＯ、副成分とし０．０２０ｗｔ％のＳｉＯ2、０．０５０ｗｔ％のＣａＯ、無添加のＮｂ2Ｏ5（比較品９）、主成分組成を５３．５ｍｏｌ％のＦｅ2Ｏ3、３８．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、残分ＺｎＯ、副成分として０．０２０ｗｔ％のＳｉＯ2、０．０５０ｗｔ％のＣａＯ、０．１１０ｗｔ％のＮｂ2Ｏ5（比較品１０）を含有するＭｎ−Ｚｎ系フェライトを同様の工程で作製した。
【００２７】
表３に、比較品と発明品の比抵抗、焼結体密度及び１００ｋＨｚ、２００ｍＴ、１００℃でのコアロスＰｖｃを示す。
【００２８】
【表３】
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【００２９】
表３より、０．０１０〜０．１００ｗｔ％のＮｂ2Ｏ5とした発明品は、焼結体密度が４．９０ｇ／ｃｃ以上あり、比較品より優れたコアロスとなっていることがわかる。
【実施例４】
【００３０】
発明品として、主成分組成を５３．５ｍｏｌ％のＦｅ2Ｏ3、３８．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、残分ＺｎＯ、副成分として０．０２０ｗｔ％のＳｉＯ2、ＣａＯに換算して０．０５０ｗｔ％のＣａ(ＯＨ)2、０．０５０ｗｔ％のＮｂ2Ｏ5を秤量し、ボールミルを用し、て２時間混合した。混合後、スプレードライヤーで造粒した。その後、混合粉末を８５０℃の大気中で２時間予擁した。得られた粉末をアトライターにより粉砕した。粉砕後、スプレードライヤーにて造粒し、２５ｍｍφ−１５ｍｍφ−１０ｍｍのトロイダル形状にプレスし、焼結する。焼結は、焼結温度１３５０℃、保持時間２時間、保持中の酸素濃度を３．０％とし、５００℃から１３５０℃までの昇温過程における酸素濃度を０．５％以下の範囲で変化させた（発明品１６〜１９）。
【００３１】
従来品として、同様な方法で主成分組成を５３．５ｍｏｌ％のＦｅ2Ｏ3、３８．ｏｍｏｌ％のＭｎＯ、残分ＺｎＯ、副成分として０．０２ｗｔ％のＳｉＯ2、ＣａＯに換算して０．０５０ｗｔ％のＣａ(ＯＨ)2、０．０５０ｗｔ％のＮｂ2Ｏ5のＭｎ−Ｚｎ系フェライトを作製し、２５ｍｍφ−１５ｍｍφ−１０ｍｍのトロイダル形状にプレスし、焼結温度１３５０℃、保持時間２時間、保持中の酸素濃度を３．０％とし、昇温過程の酸素濃度を４．０％として焼結した（従来品１）。
【００３２】
比較品として同様な方法でＭｎ−Ｚｎ系フェライトを作製し、昇温過程の酸素濃度を０．６％として焼結した（比較品１１）。
【００３３】
表４に、従来品と比較品、発明品の焼結体密度、１００ｋＨｚ、２００ｍＴ、１００℃のコアロスＰｖｃ、ヒステリシス損失Ｐｈ、渦電流損失Ｐｅ、残留損失Ｐｒを示す。
【００３４】
【表４】
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【００３５】
表４より、昇温過程における酸素濃度を０．５％以下とした発明品は、従来品及び比較品より優れたコアロスになっていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】低損失酸化物磁性材料の昇温過程の酸素濃度とコアロスの関係、及びヒステリシス損失との関係を示す図。
【図１】
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