(57)【要約】 【課題】  広い周波数帯域で、高い初透磁率が得られるＭｎＺｎフェライト及びその製造方法を提供すること。【解決手段】  ＭｎＺｎフェライトに副成分として添加するＳｉＯ2を０以上０．００５ｗｔ％以下、ＣａＯを０．０２ｗｔ％以上０．２ｗｔ％以下、ＭｏＯ3を０．０５ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下、Ｂｉ2Ｏ3を０．００５ｗｔ％以上０．１ｗｔ％以下、Ｂ2Ｏ3を０．００５ｗｔ％以上０．１ｗｔ％以下とし、ＭｎＺｎフェライトの焼成工程において、５００℃〜１３００℃の昇温部分での酸素濃度が２１ｖｏｌ％以上１００ｖｏｌ％以下、且つ昇温速度が２００℃／ｈｒ以上４００℃／ｈｒ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】
主成分がＭｎＯ、ＺｎＯ、Ｆｅ2Ｏ3であるＭｎＺｎフェライトであって、主成分１００重量部に対して、副成分として、ＳｉＯ2が０以上０．００５重量部以下、ＣａＯが０．０２重量部以上０．２重量部以下、ＭｏＯ3が０．０５重量部以上０．５重量部以下、Ｂｉ2Ｏ3が０．００５重量部以上０．１重量部以下、Ｂ2Ｏ3が０．００５重量部以上０．１重量部以下を含有してなることを特徴とするＭｎＺｎフェライト。
【請求項２】
前記ＭｎＺｎフェライトの焼結体の平均結晶粒径が、３０μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のＭｎＺｎフェライト。
【請求項３】
前記ＭｎＺｎフェライトの焼結体の比抵抗が、２０Ωｃｍ以上１００Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のＭｎＺｎフェライト。
【請求項４】
請求項１記載のＭｎＺｎフェライトを、５００℃〜１３００℃の昇温部分での酸素濃度が２１ｖｏｌ％以上１００ｖｏｌ％以下、且つ昇温速度が２００℃／ｈｒ以上４００℃／ｈｒ以下で焼成することを特徴とするＭｎＺｎフェライトの製造方法。
【請求項５】
請求項１記載のＭｎＺｎフェライトが、５００℃〜１３００℃の昇温部分での酸素濃度が２１ｖｏｌ％以上１００ｖｏｌ％以下、且つ昇温速度が２００℃／ｈｒ以上４００℃／ｈｒ以下で焼成されたことを特徴とするＭｎＺｎフェライト。
【請求項６】
前記ＭｎＺｎフェライトの焼結体の最大結晶粒径が、３０μｍ以上１５０μｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載のＭｎＺｎフェライト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高透磁率のＭｎＺｎフェライトに関し、特にＡＣラインフィルタ用フェライトコアとして好適なＭｎＺｎフェライト及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
フェライト焼結体は金属系の圧粉体に比べて高い初透磁率の値を有するため、電源回路上のトランスやインダクタ等に多く用いられている。特にＭｎ−Ｚｎ系フェライトはＮｉ−Ｚｎ系フェライトに比べて、高い初透磁率の値を有することから、低周波数帯域におけるトランスやＡＣラインフィルタとして用いられている。従って、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト材料開発はトランス用途においては高透磁率化及び低損失化、ラインフィルタ用途においては主に高透磁率化が行われてきた。
【０００３】
しかし、近年の薄型テレビやプラズマテレビの普及により、ラインフィルタにも広い周波数帯域のノイズ減衰特性が求められている。特に、１５０ｋＨｚ近傍のノイズ対策が重要となり、ＡＣラインフィルタ用のフェライトコアに使用されるフェライトには、５００ｋＨｚ程度の周波数帯域まで高い初透磁率を示すことが要求されている。そのため、広い周波数帯域において高透磁率を示す材料が必要とされるが、一般的に、高透磁率を示す材料になると、高周波数帯域まで高透磁率を維持できないという問題があった。
【０００４】
高い初透磁率を得るためには、結晶磁気異方性を小さくすること、平均結晶粒径を大きくすることが必要である。
【０００５】
結晶磁気異方性を小さくするためには、主成分組成のＺｎＯ量をｒｉｃｈ組成とすることが一般的に知られている。具体的には５２．０ｍｏｌ％〜５２．５ｍｏｌ％のＦｅ2Ｏ3、２４．０ｍｏｌ％〜２８．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、１９．５ｍｏｌ％〜２４．０ｍｏｌ％のＺｎＯ付近の組成が高透磁率材料として製造されている。
【０００６】
結晶粒径を大きくするためには、粒成長を促進することを目的として、種々の粒成長添加物を適量添加する手法が用いられている。また、焼結保持温度を高くすることにより、粒成長を促進する手法が用いられている。特許文献１ではＢｉ2Ｏ3を添加し結晶粒径を大きくすることが提案されている。
【０００７】
一方、高周波数帯域までの広い周波数帯域において高い初透磁率を得るためには、材料の比抵抗を高くすることが必要である。
【０００８】
渦電流損失は周波数の増加に伴って増大し、高周波数帯域では初透磁率は低下する。これを防ぐ有効な手段は、材料を高抵抗化することであり、それにより初透磁率の高周波数帯域での周波数特性が良好となる。
【０００９】
そのため、一般的には粒界に析出する添加物を添加することにより、粒界を高比抵抗化し、広い周波数帯域において高い初透磁率を得る手法を用いている。
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−３２７３３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
結晶粒径を大きくして、高い初透磁率を得るために、種々の粒成長添加物を用いる方法が有効であることを先に述べた。しかしながら、粒成長添加物は異常粒成長促進因子でもあり、異常粒が発生しやすくなる。異常粒は、渦電流損失を増加させ比抵抗の低減につながり、高周波数帯域における初透磁率が低下する。
【００１２】
また、結晶粒径を大きくするためには、焼成温度を高くすることが有効であることを先に述べた。しかしながら、焼成温度を高くしすぎると焼成体表面からＺｎＯが揮発し、その組成勾配により歪みが生じ、初透磁率の低下を招く。以上述べたように、広い周波数帯域にわたり高い初透磁率を得ることは極めて困難である。
【００１３】
本発明は上述した問題を解決すべく、その技術的課題は、広い周波数帯域にわたり高い初透磁率を示すＭｎＺｎフェライトとそ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】
【００１４】
種々の検討を行った結果、主成分がＭｎＯ、ＺｎＯ、Ｆｅ2Ｏ3であるＭｎＺｎフェライトであって、主成分１００重量部に対して、副成分として、ＳｉＯ2が０以上０．００５重量部以下、ＣａＯが０．０２重量部以上０．２重量部以下、ＭｏＯ3が０．０５重量部以上０．５重量部以下、Ｂｉ2Ｏ3が０．００５重量部以上０．１重量部以下、Ｂ2Ｏ3が０．００５重量部以上０．１重量部以下を含有するＭｎＺｎフェライトが得られることを見出した。なお、以下、上記の主成分を１００重量部としたときの副成分としての添加物の「重量部」を、単に「ｗｔ％」で表現することとする。
【００１５】
また、前記ＭｎＺｎフェライトの焼結体の平均結晶粒径が、３０μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とするＭｎＺｎフェライトが得られる。
【００１６】
また、前記ＭｎＺｎフェライトの焼結体の比抵抗が、２０Ωｃｍ以上１００Ωｃｍ以下であることを特徴とするＭｎＺｎフェライトが得られる。
【００１７】
また、前記ＭｎＺｎフェライトを、５００℃〜１３００℃の昇温部分での酸素濃度が２１ｖｏｌ％以上１００ｖｏｌ％以下、且つ昇温速度が２００℃／ｈｒ以上４００℃／ｈｒ以下で焼成することを特徴とするＭｎＺｎフェライトの製造方法が得られる。なお、酸素濃度の「ｖｏｌ％」は、体積百分率を表すものとする。
【００１８】
また、前記ＭｎＺｎフェライトが、５００℃〜１３００℃の昇温部分での酸素濃度が２１ｖｏｌ％以上１００ｖｏｌ％以下、且つ昇温速度が２００℃／ｈｒ以上４００℃／ｈｒ以下で焼成されたことを特徴とするＭｎＺｎフェライトが得られる。
【００１９】
また、ＭｎＺｎフェライトの焼結体の最大結晶粒径が、３０μｍ以上１５０μｍ以下であることを特徴とするＭｎＺｎフェライトが得られる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ＭｎＺｎフェライトに副成分として添加するＳｉＯ2を０以上０．００５ｗｔ％以下、ＣａＯを０．０２ｗｔ％以上０．２ｗｔ％以下、ＭｏＯ3を０．０５ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下、Ｂｉ2Ｏ3を０．００５ｗｔ％以上０．１ｗｔ％以下、Ｂ2Ｏ3を０．００５ｗｔ％以上０．１ｗｔ％以下として得られたＭｎＺｎフェライトの焼結体の平均結晶粒径が３０μｍ以上、１００μｍ以下、比抵抗が２０Ωｃｍ以上、１００Ωｃｍ以下とすることにより、広い周波数帯域において高い初透磁率を有するＭｎＺｎフェライトが得られる。
【００２１】
また、本発明によれば、ＭｎＺｎフェライトの焼成工程において、５００℃〜１３００℃の昇温部分での酸素濃度が２１ｖｏｌ％以上１００ｖｏｌ％以下、且つ昇温速度が２００℃／ｈｒ以上４００℃／ｈｒ以下とすることにより、この製造方法で得られたＭｎＺｎフェライトの焼結体の最大結晶粒径が、３０μｍ以上１５０μｍ以下となり、広い周波数帯域において高い初透磁率を有するＭｎＺｎフェライトが得られる。
【００２２】
従って、本発明のＭｎＺｎフェライトは、ラインフィルタ用のフェライトコアとして使用した場合に、小型で、広い周波数帯域でのノイズ減衰特性を示すラインフィルタを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
種々の検討を行った結果、主成分がＭｎＯ、ＺｎＯ、Ｆｅ2Ｏ3であるＭｎＺｎフェライトであって、副成分として、ＳｉＯ2が０以上０．００５ｗｔ％以下、ＣａＯが０．０２ｗｔ％以上０．２ｗｔ％以下、ＭｏＯ3が０．０５ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下、Ｂｉ2Ｏ3が０．００５ｗｔ％以上０．１ｗｔ％以下、Ｂ2Ｏ3が０．００５ｗｔ％以上０．１ｗｔ％以下を含有するＭｎＺｎフェライトとし、得られたＭｎＺｎフェライトの焼結体の平均結晶粒径が３０μｍ以上、１００μｍ以下、焼結体の比抵抗が２０Ωｃｍ以上、１００Ωｃm以下とすることにより、広い周波数帯域において高い初透磁率を有するＭｎＺｎフェライトが得られることがわかった。主成分は、５２．０ｍｏｌ％〜５２．５ｍｏｌ％のＦｅ2Ｏ3、２４．０ｍｏｌ％〜２８．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、１９．５ｍｏｌ％〜２４．０ｍｏｌ％のＺｎＯ付近の組成が望ましい。
【００２４】
また、本発明によれば、ＭｎＺｎフェライトの焼成工程において、５００℃〜１３００℃の昇温部分での酸素濃度が２１ｖｏｌ％以上１００ｖｏｌ％以下、且つ昇温速度が２００℃／ｈｒ以上４００℃／ｈｒ以下のＭｎＺｎフェライトの製造方法で得られるＭｎＺｎフェライトの焼結体の最大結晶粒径が、３０μｍ以上１５０μｍ以下とすることにより、広い周波数帯域において高い初透磁率を有するＭｎＺｎフェライトの製造方法が得られることがわかった。なお、一般的には昇温は大気下で行われ、この昇温部分の酸素濃度が２１ｖｏｌ％以上の状態は、空気以上の酸素雰囲気で昇温することを意味する。
【００２５】
副成分として、ＳｉＯ2を０以上０．００５ｗｔ％以下としたのは、ＳｉＯ2を０．００５ｗｔ％を超えて添加すると、結晶粒成長を阻害し、透磁率を著しく低下させてしまうためである。ＳｉＯ2の下限値を０以上としたのは、ＳｉＯ2が０．００１ｗｔ％未満の分析限界値以下の試料を用いても特に阻害要因が認められなかったためである。
【００２６】
ＣａＯを０．０２ｗｔ％以上０．２ｗｔ％以下としたのは、０．０２ｗｔ％未満であると粒界層形成が不十分であることから比抵抗が低くなり、渦電流損失の増大によって高周波数帯域での初透磁率が低減し、広い周波数帯域において高い初透磁率が得られないためである。また、０．２ｗｔ％超であると過剰のＣａＯが結晶粒成長を阻害し、十分な初透磁率を得られないためである。
【００２７】
ＭｏＯ3を０．０５ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下、Ｂｉ2Ｏ3を０．００５ｗｔ％以上０．１ｗｔ％以下としたのは、ＭｏＯ3が０．０５ｗｔ％未満、Ｂｉ2Ｏ3が０．００５ｗｔ％未満であると結晶粒の成長が十分ではなく、初透磁率が低いためである。ＭｏＯ3が０．５ｗｔ％超、Ｂｉ2Ｏ3が０．１ｗｔ％超であると過剰添加により、異常粒成長をもたらし広い周波数帯域にわたり高い初透磁率を得られないためである。
【００２８】
Ｂ2Ｏ3を０．００５ｗｔ％以上０．１ｗｔ％以下としたのは、０．００５ｗｔ％未満であると、焼結体の結晶粒径が十分でなく、０．１ｗｔ％超であると、過剰添加により、異常粒成長をもたらし広い周波数帯域にわたり高い初透磁率を得られないためである。
【００２９】
焼結体の平均結晶粒径が３０μｍ以上、１００μｍ以下としたのは、平均結晶粒径が３０μｍ未満であると、粒成長が十分でなく高い透磁率の値が得られないためであり、平均結晶粒径が１００μｍ超であると、十分な比抵抗が得られないためである。
【００３０】
比抵抗を２０Ωｃｍ以上、１００Ωｃｍ以下としたのは、比抵抗が２０Ωｃｍ未満であると渦電流損失の増大によって広い周波数帯域にわたり高い初透磁率を得られないためであり、比抵抗が１００Ωｃｍ超であると結晶粒径が小さいため十分な初透磁率が得られないためである。
【００３１】
また、ＭｎＺｎフェライトの焼成工程において、５００℃〜１３００℃の昇温部分での酸素濃度が２１ｖｏｌ％以上１００ｖｏｌ％以下、且つ昇温速度が２００℃／ｈｒ以上４００℃／ｈｒ以下としたのは、５００℃〜１３００℃の酸素濃度が２１ｖｏｌ％よりも小さい場合、また、昇温速度が４００℃／ｈｒを超える場合、焼結体の最大結晶粒径が１５０μｍを超えてしまい、比抵抗の値が低下してしまうためである。また、酸素濃度は１００ｖｏｌ％の焼成雰囲気が最高であり、２００℃／ｈｒ未満の昇温速度は、焼成時間の増加によるコストアップとなり、生産性を考慮すると適していない。
【００３２】
また、得られた高透磁率ＭｎＺｎフェライトにおいて焼結体の最大結晶粒径を３０μｍ以上１５０μｍ以下としたのは、最大結晶粒径が１５０μｍ超であると十分な比抵抗が得られないためであり、３０μｍ未満であると、粒成長が十分でなく高い透磁率の値が得られないためである。ここで、最大結晶粒径を用いたのは、平均結晶粒径のみでは、異常粒の有無やその大きさまで正確に評価できないためであり、上述した焼成条件によって最大結晶粒径を制御することが可能となり、異常粒の発生を抑制できる。
【実施例】
【００３３】
（実施例１）
発明品として、５２．５ｍｏｌ％のＦｅ2Ｏ3、２２．５ｍｏｌ％のＺｎＯ、２５．０ｍｏｌ％のＭｎＯの主成分と、これらの主成分に対して、外枠で、副成分として、０〜０．００６ｗｔ％のＳｉＯ2、０．０１ｗｔ％〜０．２５ｗｔ％のＣａＯ、０．０４ｗｔ％〜０．６ｗｔ％のＭｏＯ3、０．００４ｗｔ％〜０．１５ｗｔ％のＢｉ2Ｏ3、０．００４〜０．１１ｗｔ％のＢ2Ｏ3を添加し、アトライターを用いて２時間混合した。
【００３４】
混合後、スプレードライヤーで造粒し、８５０℃の大気中で２時間予焼した。得られた予焼粉末をアトライターにて粉砕した。粉砕後、スプレードライヤーにて造粒し、φ２５ｍｍ−φ１５ｍｍ−１２ｍｍのトロイダル形状にプレスし、１３２０℃の焼成保持温度で焼成した。このとき、５００℃から１３２０℃までの昇温過程の、昇温速度は３５０℃／ｈｒ、酸素濃度は４０ｖｏｌ％とした。
【００３５】
従来品として、５２．５ｍｏｌ％のＦｅ2Ｏ3、２２．５ｍｏｌ％のＺｎＯ、２５．０ｍｏｌ％のＭｎＯの主成分と、これらの主成分に対して、外枠で、副成分として、０．０１５ｗｔ％のＳｉＯ2、０．０１５ｗｔ％のＣａＯ、０．０１５ｗｔ％のＢｉ2Ｏ3を添加し、アトライターを用いて２時間混合した。混合の後、スプレードライヤーで造粒し、８５０℃の大気中で２時間予焼した。得られた予焼粉末をアトライターにて粉砕した。粉砕後、スプレードライヤーにて造粒し、φ２５ｍｍ−φ１５ｍｍ−１２ｍｍのトロイダル形状にプレスし、１３２０℃で焼成した。このとき、５００℃から１３２０℃までの昇温過程の、昇温速度は３５０℃／ｈｒ、酸素濃度は４０ｖｏｌ％とした。
【００３６】
磁気特性は、得られたＭｎＺｎフェライトの焼結体に１０ターンの巻線を施し、初透磁率を測定した。比抵抗の測定は試料上下面にＧａ−Ｉｎペーストを塗布し測定した。  
【００３７】
表１に、従来品と、ＳｉＯ2、ＣａＯ、ＭｏＯ3、Ｂｉ2Ｏ3、Ｂ2Ｏ3の添加量を変えた発明品の平均結晶粒径、比抵抗、１ｋＨｚ及び１５０ｋＨｚにおける初透磁率（表中ではμで示す）の値を示す。なお、表１において、添加量が、本発明の範囲のものを発明品とし、範囲外のものを比較品とした。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
表１に示すように、ＳｉＯ2が０以上０．００５ｗｔ％以下、ＣａＯが０．０２ｗｔ％以上０．２ｗｔ％以下、ＭｏＯ3が０．０５ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下、Ｂｉ2Ｏ3が０．００５以上０．１ｗｔ％以下、Ｂ2Ｏ3が０．００５ｗｔ％以上０．１ｗｔ％以下の発明品で、焼結体の平均結晶粒径が３０μｍ以上１００μｍ、比抵抗が２０Ωｃｍ以上１００Ωｃｍ以下であり、従来品、比較品と比べて、１ｋＨｚ及び１５０ｋＨｚの初透磁率が高い値を示すことがわかる。
【００４０】
図１に発明品６と従来品の複素透磁率μ’、μ”の周波数特性を示す。発明品は、従来品と比較して、低周波帯域から高周波数帯域において、複素透磁率μ’、μ”共に高い値を示すことが確認できた。即ち、本発明のＭｎＺｎフェライトによると、広い周波数帯域にわたり、高い初透磁率を示すＭｎＺｎフェライトが得られ、ラインフィルタ用材料として非常に有用であることがわかった。
【００４１】
（実施例２）
発明品として、５２．５ｍｏｌ％のＦｅ2Ｏ3、２２．５ｍｏｌ％のＺｎＯ、２５．０ｍｏｌ％のＭｎＯの主成分と、これらの主成分に対して、外枠で、副成分として、０．００１ｗｔ％のＳｉＯ2、０．０２ｗｔ％のＣａＯ、０．２ｗｔ％のＭｏＯ3、０．０５ｗｔ％のＢｉ2Ｏ3、０．０１ｗｔ％のＢ2Ｏ3を添加し、アトライターを用いて２時間混合した。
【００４２】
混合後、スプレードライヤーで造粒し、８５０℃の大気中で２時間予焼した。得られた予焼粉末をアトライターにて粉砕した。粉砕後、スプレードライヤーにて造粒し、φ２５ｍｍ−φ１５ｍｍ−１２ｍｍのトロイダル形状にプレスし、１３２０℃の焼成保持温度で焼成した。このとき、昇温過程の５００℃から１３００℃までの昇温速度を２００℃／ｈｒ〜７５０℃／ｈｒとし、酸素濃度を０．１ｖｏｌ％〜９８ｖｏｌ％とした。なお、本実施例では、１３２０℃を保持温度とし、１３２０℃まで前述した条件で焼成したが、保持温度および１３００℃から保持温度までの昇温条件は特に限定されるものではない。
【００４３】
表２に、焼成工程での５００℃〜１３００℃の昇温部分における昇温速度と酸素濃度を変えたときの、焼結体組織の最大結晶粒径と比抵抗を示す。なお、最大結晶粒径は、焼結体を高さ方向に１．５ｍｍに研磨した後、塩酸によるエッチングを行い、金属顕微鏡により焼結体を観察し、最も大きい結晶粒の結晶粒径を測定した。
【００４４】
【表２】
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【００４５】
表２より、５００℃〜１３００℃の昇温部分における酸素濃度が２１ｖｏｌ％以上であり、且つ昇温速度が２００℃／ｈｒ以上、４００℃／ｈｒ以下の条件を満たすことで、最大結晶粒径が１５０μｍ以下となり、比抵抗が２０Ω以上の高い値が得られることがわかる。
【００４６】
以上の結果より、本発明のＭｎＺｎフェライトとその製造方法によると、従来品と比較し、広い周波数帯域において、高い初透磁率を有することが確認できた。また、本発明のＭｎＺｎフェライトを採用することで、高性能のラインフィルタ用フェライトコアを提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】発明品６と従来品の複素透磁率μ’、μ”の周波数特性。
【図１】
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