(57)【要約】 【課題】  焼結工程における昇温部での酸素放出を軽減し、より焼結体密度を向上させることにより、低損失で高飽和磁束密度を有する酸化物磁性材料の製造方法を提供すること。【解決手段】  混合工程において、所望とするＦｅ2Ｏ3量よりも、Ｆｅ2Ｏ3量を少なくして混合することにより、次の仮焼工程において全てのＦｅ2Ｏ3、Ｍｎ3Ｏ4を、９００℃付近で（ＭｎＺｎ）Ｆｅ2Ｏ4とし、酸素の放出を完了させ、更に、不足分のＦｅ2Ｏ3を、紛砕工程においてＦｅ3Ｏ4とＺｎＯで組成調整を行った後造粒、成形を行うことにより、焼結工程における酸素放出を軽減する。その結果、焼結工程の昇温部の酸素分圧を大気圧の０．１％以下に制御することが可能となり、より高い焼結体密度が得られ、低損失で高い飽和磁束密度を有するＭｎ−Ｚｎ系フェライトが得られる。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトの製造方法であって、組成がＦｅ2Ｏ3の換算で５０．０〜５１．０ｍｏｌ％、ＺｎＯの換算で３．０〜８．０ｍｏｌ％、残部がＭｎＯとなるように調整した出発原料を混合し、仮焼を経て粉砕を行うに際して、主成分組成としてＦｅ2Ｏ3の換算で５４．０〜６０．０ｍｏｌ％、ＺｎＯの換算で３．０〜８．０ｍｏｌ％、残部がＭｎＯとなるようにＦｅ3Ｏ4及びＺｎＯを加え組成調整し、更に副成分として主成分に対する重量比率で表して０．００５〜０．０５ｗｔ％のＳｉＯ2、０．０１〜０．１ｗｔ％のＣａＯ、０．００５〜０．０６ｗｔ％のＮｂ2Ｏ5を添加し、粉砕、造粒、成形し、成形体を焼結する工程において、昇温部の３００℃以上での酸素分圧を０．１％以下にすることを特徴とする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、電源トランス等に用いられる磁芯材料で、高周波数まで低損失であり、且つ高い飽和磁束密度を有する酸化物磁性材料の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯機器をはじめとして、近年、電子機器の小型化が急速に進んでいる。そして、それらに用いられる電源も同じ流れにある。電源の構成部品中でトランスは体積的にも、電力損失においても大きな割合を占めるため、その小型化、高効率化が急務である。
【０００３】
電源用トランス材料として求められる特性は、駆動周波数で損失が低いこと、飽和磁束密度が高いこと、初透磁率が高いこと等が挙げられる。飽和磁束密度は、主成分組成及び焼結体密度に依存する事が知られている。損失は、渦電流損失とヒステリシス損失、残留損失からなり、特に損失が大きいと、電源としての効率が悪いだけでなく、自己発熱するという問題も生じる。
【０００４】
渦電流損失は、主に直流比抵抗に依存し、渦電流損失低減のためにＳｉＯ2やＣａＯなどの副成分を添加して結晶粒界に析出させ高抵抗化が図られている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
ヒステリシス損失は、主に結晶組織に依存し、ヒステリシス損失低減のためには、適度な結晶粒径で均一な結晶粒径の粒度分布を得ながら高い焼結体密度を得ることが重要となっている（例えば、特許文献２）。
【０００６】
したがって、低損失で高飽和磁束密度を有するＭｎ−Ｚｎ系フェライトを得るためには、適当な粉末組成を選択し、高密度で緻密な焼結体を得る必要がある。緻密化は焼結工程における昇温部で最も進行し、昇温部を低酸素分圧化することによりＭｎＯ、Ｆｅ2Ｏ3、ＺｎＯ、の固溶体化が促進され、より緻密な焼結体が得られる（例えば、特許文献３）。また、保持温度を高温化することによっても、より高密度化するが、結晶粒径が大きくなりすぎ、また結晶粒径の粒度分布が広くなり損失が増大するため好ましくない。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２２６１９号公報
【特許文献２】特開２００１−１２６９１１号公報
【特許文献３】特開２００３−１０９８１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のＭｎ−Ｚｎ系フェライトの製造方法においては、造粒工程後の粉末組成が所望の組成になるように混合工程において原料を混合し、その後、仮焼、粉砕、造粒を行い、その後、焼結を行っている。また、焼結工程の昇温部を低酸素分圧化するためにＮ2フローを行っている。しかし、Ｎ2をフローし焼結工程の昇温部を低酸素分圧化しようとすると、８００℃〜１０５０℃において、式（１）、式（２）に示すＭｎ3Ｏ4及びＦｅ2Ｏ3の還元反応が起こり、Ｏ2が放出されるため、大流量のＮ2をフローしなければ所望の酸素分圧までさげることは困難であった。特に、焼結炉内の製品近傍は、大流量のＮ2をフローしても放出酸素を排除しきれず、高い酸素分圧となってしまう。更に、量産連続炉での焼成のように一度に大量に焼成を行う際には、酸素分圧の上昇が著しく、酸素分圧が不安定となり、酸素分圧のコントロールが困難となっている。
【０００９】
Ｍｎ3Ｏ4→３ＭｎＯ＋（１/２）Ｏ2    ・・・・・(１)
３Ｆｅ2Ｏ3→２Ｆｅ3Ｏ4＋（１/２）Ｏ2  ・・・・・(２)
【００１０】
本発明の課題は、前記の問題点を解決し、焼結工程における昇温部での酸素放出を軽減し、より焼結体密度を向上させることにより、低損失で高飽和磁束密度を有する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】
【００１１】
本発明は、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトの製造方法であって、組成がＦｅ2Ｏ3の換算で５０．０〜５１．０ｍｏｌ％、ＺｎＯの換算で３．０〜８．０ｍｏｌ％、残部がＭｎＯとなるように調整した出発原料を混合し、仮焼を経て粉砕を行なうに際して、主成分組成としてＦｅ2Ｏ3の換算で５４．０〜６０．０ｍｏｌ％、ＺｎＯの換算で３．０〜８．０ｍｏｌ％、残部がＭｎＯとなるようにＦｅ3Ｏ4及びＺｎＯを添加し組成調整を行ない、更に副成分として主成分に対する重量比率で表して０．００５〜０．０５ｗｔ％のＳｉＯ2、０．０１〜０．１ｗｔ％のＣａＯ、０．００５〜０．０６ｗｔ％のＮｂ2Ｏ5を添加し、粉砕、造粒、成形し、成形した後行なう焼結工程において３００℃以上の昇温部で酸素分圧を０．１％以下として焼結を行うことにより、焼結体密度が向上し、かつ、均一な結晶組織が得られ、低損失で高い飽和磁束密度を有する酸化物磁性材料の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、混合工程において、所望とするＦｅ2Ｏ3量よりも、Ｆｅ2Ｏ3量を少なくして混合することにより、次の予焼工程において全てのＦｅ2Ｏ3、Ｍｎ3Ｏ4は、９００℃付近で（ＭｎＺｎ）Ｆｅ2Ｏ4となり酸素の放出が完了する。更に、不足分のＦｅ2Ｏ3を紛砕工程においてＦｅ3Ｏ4とＺｎＯで組成調整を行った後、造粒、成形を行うことにより、焼結工程における酸素放出を軽減することができる。その結果、焼結工程の昇温部の酸素分圧を０．１％以下に制御することが可能となり、より高い焼結体密度が得られ、低損失で高い飽和磁束密度を有するＭｎ−Ｚｎ系フェライトを得ることが可能となる。また、ＳｉＯ2、ＣａＯ、Ｎｂ2Ｏ5を添加し、粒界層に濃縮させることにより、比抵抗が増大し、損失成分の１つである渦電流損失を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
主成分及び副成分の組成をそれぞれ上記所望の範囲として低損失を達成し、主成分の組成調整にあっては、出発原料の主成分のＦｅ2Ｏ3量を焼結後の所望のＦｅ2Ｏ3量より少なく配合することにより、焼結工程の昇温部での酸素の放出を低減させ、酸素分圧０．１％以下を可能として焼結密度の向上をはかり、低損失、高飽和磁束密度を実現した。
【００１４】
Ｆｅ2Ｏ3を５０．０〜５１．０ｍｏｌ％、ＺｎＯを３．０〜８．０ｍｏｌ％としたのは、Ｆｅ2Ｏ3が５１．０ｍｏｌ％より多く、ＺｎＯが３．０ｍｏｌ％より少ないと、仮焼工程での酸素放出が十分でなくなるためである。Ｆｅ2Ｏ3が５０．０ｍｏｌ％より少なくＺｎＯが８．０より多いと、紛砕工程におけるＦｅ3Ｏ4による組成調整量が多くなり、磁気特性が劣化してしまうためである。ＳｉＯ2を０．００５〜０．０５ｗｔ％としたのは、０．００５ｗｔ％より少ないと十分な比抵抗が得られず、損失が増大するためであり、０．０５ｗｔ％より多いと異常粒成長し、損失が急激に増大するためである。
【００１５】
ＣａＯを０．０１〜０．１ｗｔ％としたのは、０．０１ｗｔ％より少ないと十分な比抵抗が得られず損失が増大するためであり、０．１ｗｔ％より多いと焼結体密度が低下し、損失が急激に増大するためである。Ｎｂ2Ｏ5を０．００５〜０．０６ｗｔ％としたのは、０．００５ｗｔ％より少ないと十分な比抵抗が得られず損失が増大するためであり、０．０６ｗｔ％より多いと異常粒成長し、損失が急激に増大するためである。
【００１６】
焼結工程の昇温部において酸素分圧を大気圧に対し０．１％以下にする温度を３００℃以上としたのは、３００℃未満で、成形のために添加されたバインダーを分解するため、ある程度の酸素分圧が必要だからである。又、３００℃以上の昇温部で酸素分圧が大気圧に対し０．１％以下としたのは、酸素分圧が大気圧に対し０．１％を超えると焼結密度が低下し、低損失、高飽和磁束密度が得られないからである。
【実施例１】
【００１７】
主成分がＦｅ2Ｏ3：４９．５〜５１．５ｍｏｌ％、ＺｎＯ：７．５〜１０．５ｍｏｌ％、残部：ＭｎＯとなるように秤量し、ボールミルを用いて混合し、大気雰囲気中９５０℃で２時間仮焼した。
【００１８】
次いで、主成分の原料の仮焼物とＦｅ2Ｏ3：５４ｍｏｌ％、ＺｎＯ：７ｍｏｌ％になるようにＦｅ3Ｏ4及びＺｎＯを加えて組成調整を行った。更に副成分として主成分に対する重量比率で表してＳｉＯ2を０．０３ｗｔ％、ＣａＯを０．０５ｗｔ％、Ｎｂ2Ｏ5を０．０５ｗｔ％添加した後、ボールミルで微粉砕を行った。微粉砕後、バインダーを添加し、スプレードライヤーにて造粒した。得られた粉末を蛍光Ｘ線分析により測定した時の粉末組成を表１に示す。
【００１９】
次に、φ３０×φ２５×５ｍｍのトロイダル形状に成形して焼結を行った。焼結は、昇温部はＮ2中で昇温を行い、保持部は酸素分圧をコントロールした還元雰囲気中で１２５０℃で６時間焼結した。また、従来材として従来の方法により、Ｆｅ2Ｏ3＝５４．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝７ｍｏｌ％、残部＝ＭｎＯの主成分組成で、副成分としてＳｉＯ2を０．０３ｗｔ％、ＣａＯを０．０５ｗｔ％、Ｎｂ2Ｏ5を０．０５ｗｔ％添加し、同条件で焼結した。得られたコアに巻線をし、１００ｋＨｚ−２００ｍＴのコアロスを交流ＢＨトレーサーより１００℃まで測定した。次に、直流ＢＨトレーサーで１１９４Ａ／ｍでの磁束密度を１００℃まで測定した。次に、アルキメデス法により焼結体密度の測定を行った。
【００２０】
１００℃でのコアロスＰｃｖ、飽和磁束密度Ｂｓ、初透磁率μｉ、焼結体密度を表１に示す。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
表１より、発明品は、従来品に較べ１００℃でのコアロスＰｃｖ、１００℃での飽和磁束密度Ｂｓ、初透磁率μｉの全ての特性で優れた値を示していることが分かる。また、混合時の組成を発明の範囲外とした比較品は、１００℃のコアロスＰｃｖ或いは１００℃の飽和磁束密度Ｂｓが従来品に較べ劣るか同等であることが分かる。
【実施例２】
【００２３】
主成分がＦｅ2Ｏ3：５０．５ｍｏｌ％、ＺｎＯ：６．０ｍｏｌ％、残部：ＭｎＯとなるように秤量し、ボールミルを用いて混合し、大気雰囲気中９５０℃で２時間仮焼した。その後、Ｆｅ2Ｏ3：５４ｍｏｌ％、ＺｎＯ：７ｍｏｌ％になるようにＦｅ3Ｏ4及びＺｎＯ加えて組成調整を行った。更に、副成分としてＳｉＯ2を０．００３〜０．０６ｗｔ％、ＣａＯを０．００５〜０．１１ｗｔ％、Ｎｂ2Ｏ5を０．００３〜０．０７ｗｔ％となるように添加した後、ボールミルで微粉砕を行った。微粉砕後、バインダーを添加し、スプレードライヤーにて造粒した。
【００２４】
次に、φ３０×φ２５×５ｍｍのトロイダル形状に成形して焼結を行った。焼結は、昇温部はＮ2中で昇温を行い、保持部は酸素分圧をコントロールした還元雰囲気中で１２５０℃で６時間焼結した。また、従来材として同様な方法により、Ｆｅ2Ｏ3＝５４．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝７ｍｏｌ％、残部＝ＭｎＯの主成分組成で、副成分としてＳｉＯ2を０．０３ｗｔ％、ＣａＯを０．０５ｗｔ％、Ｎｂ2Ｏ5を０．０５ｗｔ％添加し、同条件で焼結した。得られたコアに巻線をし、１００ｋＨｚ−２００ｍＴのコアロスを交流ＢＨトレーサーより１００℃まで測定した。次に、直流ＢＨトレーサーで１１９４Ａ／ｍでの磁束密度を１００℃まで測定した。次に、アルキメデス法により焼結体密度の測定を行った。
【００２５】
１００℃でのコアロスＰｃｖ、飽和磁束密度Ｂｓ、初透磁率μｉ、焼結体密度を表２に示す。
【００２６】
【表２】
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【００２７】
表２より、発明品は、従来品に較べ１００℃でのコアロスＰｃｖ、飽和磁束密度Ｂｓ、初透磁率μｉで優れていることが分かる。また、添加物の含有量を発明の範囲外とした比較品は、いずれも１００℃でのコアロスの値が従来品よりも劣ることが分かる。