JP3446082B2 - Mn−Znフェライトおよびその製造方法 - Google Patents
Mn−Znフェライトおよびその製造方法Info
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/26—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on ferrites
- C04B35/2658—Other ferrites containing manganese or zinc, e.g. Mn-Zn ferrites
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、軟磁性を有する酸
化物磁性材料に係り、より詳しくはスイッチング電源ト
ランス、ロータリートランスなどに向けて好適なMn −
Zn フェライトとその製造方法に関する。
化物磁性材料に係り、より詳しくはスイッチング電源ト
ランス、ロータリートランスなどに向けて好適なMn −
Zn フェライトとその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】軟磁性を有する代表的な酸化物磁性材料
としては、Mn −Zn フェライトがある。このMn −Z
n フェライトは、従来一般には化学量論組成である50 m
ol%よりも多いFe2O3 、平均的には52〜55 mol%のFe2O
3 と、10〜24 mol%のZnO と、残部 MnOとを含有する基
本成分組成となっている。そして、通常は、Fe2O3 、Zn
O 、MnO の各原料粉末を所定の割合で混合した後、仮
焼、粉砕、成分調整、造粒、成形の各工程を経て所定の
形状とし、しかる後、窒素を流すことにより酸素濃度を
低く抑えた還元性雰囲気中で、1200〜1400℃に2〜4時
間保持する焼成処理を行って製造される。このように還
元性雰囲気中で焼成する理由は、Fe3+ の一部を還元す
ることによりFe2+ を生成させるためである。このFe
2+ は正の結晶磁気異方性を有し、Fe3+ の負の結晶磁
気異方性を打ち消して軟磁性を高める効果がある。
としては、Mn −Zn フェライトがある。このMn −Z
n フェライトは、従来一般には化学量論組成である50 m
ol%よりも多いFe2O3 、平均的には52〜55 mol%のFe2O
3 と、10〜24 mol%のZnO と、残部 MnOとを含有する基
本成分組成となっている。そして、通常は、Fe2O3 、Zn
O 、MnO の各原料粉末を所定の割合で混合した後、仮
焼、粉砕、成分調整、造粒、成形の各工程を経て所定の
形状とし、しかる後、窒素を流すことにより酸素濃度を
低く抑えた還元性雰囲気中で、1200〜1400℃に2〜4時
間保持する焼成処理を行って製造される。このように還
元性雰囲気中で焼成する理由は、Fe3+ の一部を還元す
ることによりFe2+ を生成させるためである。このFe
2+ は正の結晶磁気異方性を有し、Fe3+ の負の結晶磁
気異方性を打ち消して軟磁性を高める効果がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】 上記したFe2+ の生
成量は焼成並びに焼成後の冷却時の酸素濃度に依存し、
この設定を誤ると良好な軟磁気特性を確保することは困
難となる。そこで、従来は実験的に下記(1)式を確立
し、この(1)式に従って焼成並びに焼成後の冷却時の
酸素濃度を厳しく管理している。ここで、Tは温度
(℃)、Po2 は酸素濃度(−)、bは定数であり、通
常、この定数として7〜8を採用している。この定数が
7〜8ということは、焼成中の酸素濃度を狭い範囲に制
御しなければならないことを意味し、焼成処理が極めて
面倒になり、製造コストも嵩むという問題があった。 log Po2=−14540 /(T+273 )+b … (1)
成量は焼成並びに焼成後の冷却時の酸素濃度に依存し、
この設定を誤ると良好な軟磁気特性を確保することは困
難となる。そこで、従来は実験的に下記(1)式を確立
し、この(1)式に従って焼成並びに焼成後の冷却時の
酸素濃度を厳しく管理している。ここで、Tは温度
(℃)、Po2 は酸素濃度(−)、bは定数であり、通
常、この定数として7〜8を採用している。この定数が
7〜8ということは、焼成中の酸素濃度を狭い範囲に制
御しなければならないことを意味し、焼成処理が極めて
面倒になり、製造コストも嵩むという問題があった。 log Po2=−14540 /(T+273 )+b … (1)
【0004】ところで、近年、電子機器の小型高性能化
に伴い、処理信号が高周波数化される傾向にあり、高周
波数帯域においても優れた磁気特性を有する磁性材料が
必要になってきている。しかるに、Mn −Zn フェライ
トを磁心材料として用いる場合は、使用する周波数帯域
が高くなるに従って渦電流が流れ、これによる損失が大
きくなる。したがって、磁心材料として使用できる周波
数の上限を高めるには、その比抵抗をできるだけ大きく
する必要がある。しかし、上記した一般的なMn−Zn
フェライトは、Fe2O3 が化学量論組成である50 mol%よ
りも過剰であるため、Fe2+ が多く存在し、上記したF
e3+ とFe2+ との間(イオン間)での電子の授受が容易
なため、その比抵抗はおよそ1Ωmのオーダー(一桁の
オーダー)かそれより小さい値である。したがって、使
用できる周波数も数百kHz 程度が限界で、これを超える
周波数帯域では透磁率(初透磁率)が著しく低下して、
軟磁性材料としての特性を全く失ってしまう、という問
題があった。
に伴い、処理信号が高周波数化される傾向にあり、高周
波数帯域においても優れた磁気特性を有する磁性材料が
必要になってきている。しかるに、Mn −Zn フェライ
トを磁心材料として用いる場合は、使用する周波数帯域
が高くなるに従って渦電流が流れ、これによる損失が大
きくなる。したがって、磁心材料として使用できる周波
数の上限を高めるには、その比抵抗をできるだけ大きく
する必要がある。しかし、上記した一般的なMn−Zn
フェライトは、Fe2O3 が化学量論組成である50 mol%よ
りも過剰であるため、Fe2+ が多く存在し、上記したF
e3+ とFe2+ との間(イオン間)での電子の授受が容易
なため、その比抵抗はおよそ1Ωmのオーダー(一桁の
オーダー)かそれより小さい値である。したがって、使
用できる周波数も数百kHz 程度が限界で、これを超える
周波数帯域では透磁率(初透磁率)が著しく低下して、
軟磁性材料としての特性を全く失ってしまう、という問
題があった。
【0005】なお、一部では、Mn −Zn フェライトの
見かけ上の抵抗を高めるため、副成分としてCaO、SiO2
等を添加して結晶粒界を高抵抗化すると共に、1200℃程
度の低温焼成を行って、結晶粒界を一般的な、およそ2
0μmから5μm程度に小さくして結晶粒界の割合を増や
す対策を採っている場合もある。しかし、このような対
策を採用しても、結晶粒内そのものの抵抗が低いため、
1Ωmのオーダーを超える比抵抗を得ることは難しく、
根本的な解決には至らない。
見かけ上の抵抗を高めるため、副成分としてCaO、SiO2
等を添加して結晶粒界を高抵抗化すると共に、1200℃程
度の低温焼成を行って、結晶粒界を一般的な、およそ2
0μmから5μm程度に小さくして結晶粒界の割合を増や
す対策を採っている場合もある。しかし、このような対
策を採用しても、結晶粒内そのものの抵抗が低いため、
1Ωmのオーダーを超える比抵抗を得ることは難しく、
根本的な解決には至らない。
【0006】また、例えば、CaO、SiO2、SnO2 、TiO2を
添加して高抵抗化を図ったMn −Zn フェライトが開発
され、特開平9−180925号公報に明らかにされて
いる。しかし、その比抵抗は 0.3〜2.0 Ωmと低く、高
周波数帯域において使用するには不十分である。同じく
SnO2等を加えたMn -Zn フェライトがEPC 1,304,237に
明らかにされている。この特許に記載のMn -Zn フェ
ライトは、Fe2+ を3〜7mol%も含有している。上述
したように比抵抗はFe2+ 量に依存し、この特許に記載
のMn -Zn フェライトでは、従来一般のMn−Znフ
ェライトの比抵抗を上回ることはできない。
添加して高抵抗化を図ったMn −Zn フェライトが開発
され、特開平9−180925号公報に明らかにされて
いる。しかし、その比抵抗は 0.3〜2.0 Ωmと低く、高
周波数帯域において使用するには不十分である。同じく
SnO2等を加えたMn -Zn フェライトがEPC 1,304,237に
明らかにされている。この特許に記載のMn -Zn フェ
ライトは、Fe2+ を3〜7mol%も含有している。上述
したように比抵抗はFe2+ 量に依存し、この特許に記載
のMn -Zn フェライトでは、従来一般のMn−Znフ
ェライトの比抵抗を上回ることはできない。
【0007】一方、最近、偏向ヨーク用コア材として、
Fe2O3 を50 mol%未満とすることで高抵抗化したMn −
Zn フェライトが開発され、特開平7−230909号
公報、特開平10−208926号公報、特開平11−
199235号公報等に明らかにされている。しかしな
がら、これら何れの公報に記載のMn −Zn フェライト
についても、用途が偏向ヨーク用コア材である点と、各
公報に記載の発明の実施例からみて、64〜100 kHzとい
う周波数帯域での使用を目的としたフェライト材であ
る。高い比抵抗をねらってFe2O3 を50 mol%未満とした
のは、偏向ヨーク用のコアに銅線を直に巻付けることを
可能にするためであり、1MHzを超えるような高周波数
帯域において良好な磁気特性は得られていない。つま
り、高い比抵抗をねらてFe2O 3 を50 mol%未満とするだ
けでは、1MHzを超えるような高周波数帯域において磁
心材料として使用できない。
Fe2O3 を50 mol%未満とすることで高抵抗化したMn −
Zn フェライトが開発され、特開平7−230909号
公報、特開平10−208926号公報、特開平11−
199235号公報等に明らかにされている。しかしな
がら、これら何れの公報に記載のMn −Zn フェライト
についても、用途が偏向ヨーク用コア材である点と、各
公報に記載の発明の実施例からみて、64〜100 kHzとい
う周波数帯域での使用を目的としたフェライト材であ
る。高い比抵抗をねらってFe2O3 を50 mol%未満とした
のは、偏向ヨーク用のコアに銅線を直に巻付けることを
可能にするためであり、1MHzを超えるような高周波数
帯域において良好な磁気特性は得られていない。つま
り、高い比抵抗をねらてFe2O 3 を50 mol%未満とするだ
けでは、1MHzを超えるような高周波数帯域において磁
心材料として使用できない。
【0008】本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなさ
れたもので、その目的とするところは、優れた磁気特性
を有することはもちろん、1Ωmのオーダー(一桁のオ
ーダー)を超える大きな比抵抗を有し、かつ1MHz を超
える高周波数帯域においても磁心損失の低いMn −Zn
フェライトを提供し、併せてこのようなMn −Zn フェ
ライトを容易かつ安価に得ることができる製造方法を提
供することにある。
れたもので、その目的とするところは、優れた磁気特性
を有することはもちろん、1Ωmのオーダー(一桁のオ
ーダー)を超える大きな比抵抗を有し、かつ1MHz を超
える高周波数帯域においても磁心損失の低いMn −Zn
フェライトを提供し、併せてこのようなMn −Zn フェ
ライトを容易かつ安価に得ることができる製造方法を提
供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】 上記目的を達成するた
め、本発明に係るMn −Zn フェライトの一つは、基本
成分組成が、Fe2O3 44.0 〜49.8 mol%、 ZnO 6.0 〜1
5.0 mol%(ただし、15.0 mol%は除く)、TiO2およびS
nO2のうちの1種または2種 0.1〜4.0 mol%、残部MnO
からなり、平均結晶粒径が10μm未満であることを特
徴とする。また、本発明に係るMn −Zn フェライトの
他の一つは、基本成分組成が、Fe2O3 44.0 〜49.8 mol
%、 ZnO 6.0 〜15.0 mol%(ただし、15.0 mol%は除
く)、TiO2およびSnO2のうちの1種または2種 0.1〜4.
0 mol%、CuO 0.1〜6.0 mol%、残部MnO からなり、平
均結晶粒径が10μm未満であることを特徴とする。
め、本発明に係るMn −Zn フェライトの一つは、基本
成分組成が、Fe2O3 44.0 〜49.8 mol%、 ZnO 6.0 〜1
5.0 mol%(ただし、15.0 mol%は除く)、TiO2およびS
nO2のうちの1種または2種 0.1〜4.0 mol%、残部MnO
からなり、平均結晶粒径が10μm未満であることを特
徴とする。また、本発明に係るMn −Zn フェライトの
他の一つは、基本成分組成が、Fe2O3 44.0 〜49.8 mol
%、 ZnO 6.0 〜15.0 mol%(ただし、15.0 mol%は除
く)、TiO2およびSnO2のうちの1種または2種 0.1〜4.
0 mol%、CuO 0.1〜6.0 mol%、残部MnO からなり、平
均結晶粒径が10μm未満であることを特徴とする。
【0010】 一方、上記目的を達成するための本発明
に係るMn −Znフェライトの製造方法は、上記のよう
に構成したMn −Zn フェライトの組成となるように成
分調整した混合粉末を用いて成形を行った後、前記(1)
式で、定数bとして6〜12の範囲から選択した任意の
値で規定される酸素濃度の雰囲気中で焼成および少なく
とも 500℃までの焼成後の冷却を行い、平均結晶粒径1
0μm未満の組織とすることを特徴とする。
に係るMn −Znフェライトの製造方法は、上記のよう
に構成したMn −Zn フェライトの組成となるように成
分調整した混合粉末を用いて成形を行った後、前記(1)
式で、定数bとして6〜12の範囲から選択した任意の
値で規定される酸素濃度の雰囲気中で焼成および少なく
とも 500℃までの焼成後の冷却を行い、平均結晶粒径1
0μm未満の組織とすることを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】従来の一般的なMn −Zn フェラ
イトでは、前述したようにFe2O3 が化学量論組成である
50 mol%よりも多い。この過剰分のFe2O3 をヘマタイト
として析出させないため、窒素を流すことにより酸素濃
度をかなり低く抑えた条件下、つまり前記(1)式にお
ける定数bが7〜8で焼成および冷却をしなければなら
なかった。一方、本発明においては、Fe2O3 を50 mol%
未満の44.0〜49.8 mol%としているため、ヘマタイトは
析出し難く、焼成中の酸素濃度の範囲を多少広くしても
良好な磁気特性が得られる。また、従来のFe2O3 が50 m
ol%よりも多いMn -Znフェライトでは、Fe2+ がおよ
そ3.0 mol%存在するのに対し、本発明のMn−Znフ
ェライトでは、Fe2+ が0.1〜0.7 mol%と少ないため
に、比抵抗が非常に高い。したがって、高周波数帯域に
おいてもさほど渦電流が大きくならず、良好な初透磁率
が得られる。しかし、このFe2O3 が少なすぎると飽和磁
化の低下を招くので、少なくとも44.0 mol%以上必要で
ある。
イトでは、前述したようにFe2O3 が化学量論組成である
50 mol%よりも多い。この過剰分のFe2O3 をヘマタイト
として析出させないため、窒素を流すことにより酸素濃
度をかなり低く抑えた条件下、つまり前記(1)式にお
ける定数bが7〜8で焼成および冷却をしなければなら
なかった。一方、本発明においては、Fe2O3 を50 mol%
未満の44.0〜49.8 mol%としているため、ヘマタイトは
析出し難く、焼成中の酸素濃度の範囲を多少広くしても
良好な磁気特性が得られる。また、従来のFe2O3 が50 m
ol%よりも多いMn -Znフェライトでは、Fe2+ がおよ
そ3.0 mol%存在するのに対し、本発明のMn−Znフ
ェライトでは、Fe2+ が0.1〜0.7 mol%と少ないため
に、比抵抗が非常に高い。したがって、高周波数帯域に
おいてもさほど渦電流が大きくならず、良好な初透磁率
が得られる。しかし、このFe2O3 が少なすぎると飽和磁
化の低下を招くので、少なくとも44.0 mol%以上必要で
ある。
【0012】主成分としてのZnO は、キュリー温度や飽
和磁化に影響を与えるが、少なすぎると初透磁率が低下
し、逆に多すぎると飽和磁化やキュリー温度が低下して
しまう。電源トランス用フェライトは80〜100 ℃程度の
環境で使用される場合が多く、キュリー温度や飽和磁化
が高いことが特に重要になるため、上記範囲6.0 〜15.0
mol%(ただし、15.0 mol%は除く)とする。
和磁化に影響を与えるが、少なすぎると初透磁率が低下
し、逆に多すぎると飽和磁化やキュリー温度が低下して
しまう。電源トランス用フェライトは80〜100 ℃程度の
環境で使用される場合が多く、キュリー温度や飽和磁化
が高いことが特に重要になるため、上記範囲6.0 〜15.0
mol%(ただし、15.0 mol%は除く)とする。
【0013】Ti およびSi は、Fe3+ から電子を受け
取ってFe2+ を生成する。したがって、TiO2またはSnO2
の含有量と、焼成および焼成後の冷却時の酸素分圧とに
より、Fe2+ の生成量を制御することができる。Fe3+
とFe2+ との存在比を最適化し、正負の結晶磁気異方性
を相殺することにより優れた軟磁性が得られる。ただ
し、それらの含有量があまりに少ないとその効果は小さ
く、逆に多すぎると初透磁率が低下するため、TiO2また
はSnO2は 0.1〜4.0 mol%とする。
取ってFe2+ を生成する。したがって、TiO2またはSnO2
の含有量と、焼成および焼成後の冷却時の酸素分圧とに
より、Fe2+ の生成量を制御することができる。Fe3+
とFe2+ との存在比を最適化し、正負の結晶磁気異方性
を相殺することにより優れた軟磁性が得られる。ただ
し、それらの含有量があまりに少ないとその効果は小さ
く、逆に多すぎると初透磁率が低下するため、TiO2また
はSnO2は 0.1〜4.0 mol%とする。
【0014】本発明は、基本成分としてCuO をさらに含
有させてもよいものである。このCuO は、低温焼成を可
能にする効果があるが、あまり少ないとその効果が小さ
く、逆に多すぎると磁心損失が大きくなるため、0.1〜
6.0 mol%とする。
有させてもよいものである。このCuO は、低温焼成を可
能にする効果があるが、あまり少ないとその効果が小さ
く、逆に多すぎると磁心損失が大きくなるため、0.1〜
6.0 mol%とする。
【0015】本発明は、副成分としてCaO 、SiO2、ZrO2
、Ta2O5 、HfO2 あるいはNb2O5 を含有させることがで
きる。これら副成分は、何れも結晶粒成長を促進する作
用があり、平均結晶粒径を10μm未満とするのに有効
である。ただし、それらの含有量が少なすぎるとその効
果が小さく、逆に多すぎると異常粒成長が起こってしま
うので、CaO 0.005〜0.200 mass%、 SiO2 は0.005〜0.
050 mass%、ZrO2 は0.010〜0.200 mass%、Ta2O5 は0.
010〜0.200 mass%、HfO2 は0.010〜0.200 mass%、Nb2
O5 は0.010〜0.200 mass%とする。
、Ta2O5 、HfO2 あるいはNb2O5 を含有させることがで
きる。これら副成分は、何れも結晶粒成長を促進する作
用があり、平均結晶粒径を10μm未満とするのに有効
である。ただし、それらの含有量が少なすぎるとその効
果が小さく、逆に多すぎると異常粒成長が起こってしま
うので、CaO 0.005〜0.200 mass%、 SiO2 は0.005〜0.
050 mass%、ZrO2 は0.010〜0.200 mass%、Ta2O5 は0.
010〜0.200 mass%、HfO2 は0.010〜0.200 mass%、Nb2
O5 は0.010〜0.200 mass%とする。
【0016】 高周波数帯域におけるフェライトの磁心
損失は、主に渦電流損失と残留損失とからなる。上記し
たように本発明に係るMn −Zn フェライトは比抵抗が
非常に高く、渦電流損失は小さい。さらに平均結晶粒径
を10μm未満と小さくしているので、結晶粒内の磁壁
の数が減少し、残留損失を大幅に低減することができ
る。
損失は、主に渦電流損失と残留損失とからなる。上記し
たように本発明に係るMn −Zn フェライトは比抵抗が
非常に高く、渦電流損失は小さい。さらに平均結晶粒径
を10μm未満と小さくしているので、結晶粒内の磁壁
の数が減少し、残留損失を大幅に低減することができ
る。
【0017】本発明では、上記したように焼成および焼
成後の冷却を、前記(1) 式における定数bとして6〜1
2の範囲内の任意の値を用いて求めた酸素濃度の雰囲気
中で行うことができる。ただし、定数bとして12より
大きい値を選択した場合、Fe2+ がほとんど生成せず、
磁心損失が大きくなってしまう。逆に、定数bとして6
より小さい値を選択すると、Fe2+ が多くなることによ
って比抵抗が著しく低下してしまう。
成後の冷却を、前記(1) 式における定数bとして6〜1
2の範囲内の任意の値を用いて求めた酸素濃度の雰囲気
中で行うことができる。ただし、定数bとして12より
大きい値を選択した場合、Fe2+ がほとんど生成せず、
磁心損失が大きくなってしまう。逆に、定数bとして6
より小さい値を選択すると、Fe2+ が多くなることによ
って比抵抗が著しく低下してしまう。
【0018】Mn −Zn フェライトの製造に際しては、
予め主成分としてのFe2O3、ZnO、TiO2 、SnO2 、CuO お
よびMnO の各原料粉末を所定の比率となるように秤量
し、これらを混合して混合粉末を得、次に、この混合粉
末を仮焼、微粉砕する。前記仮焼温度は、目標組成によ
って多少異なるが、800 〜1000℃の温度範囲内で適宜の
温度を選択する。また、混合粉末の微粉砕には汎用のボ
ールミルを用いることができる。なお、副成分としての
CaO 、SiO2、ZrO2 、Ta2O5 、HfO2 あるいはNb2O 5 を含
有させる場合は、前記微細な混合粉末に、これら副成分
の粉末を適量添加混合し、目標成分の混合粉末を得る。
その後は、通常のフェライト製造プロセスに従って造
粒、成形を行い、さらに、1000〜1400℃で焼成を行う。
なお、前記造粒は、ポリビニルアルコール、ポリアクリ
ルアミド、メチルセルロース、ポリエチレンオキシド、
グリセリン等のバインダーを添加する方法を、また成形
は、例えば、80MPa 以上の圧力を加えて行う方法をそれ
ぞれ採用することができる。
予め主成分としてのFe2O3、ZnO、TiO2 、SnO2 、CuO お
よびMnO の各原料粉末を所定の比率となるように秤量
し、これらを混合して混合粉末を得、次に、この混合粉
末を仮焼、微粉砕する。前記仮焼温度は、目標組成によ
って多少異なるが、800 〜1000℃の温度範囲内で適宜の
温度を選択する。また、混合粉末の微粉砕には汎用のボ
ールミルを用いることができる。なお、副成分としての
CaO 、SiO2、ZrO2 、Ta2O5 、HfO2 あるいはNb2O 5 を含
有させる場合は、前記微細な混合粉末に、これら副成分
の粉末を適量添加混合し、目標成分の混合粉末を得る。
その後は、通常のフェライト製造プロセスに従って造
粒、成形を行い、さらに、1000〜1400℃で焼成を行う。
なお、前記造粒は、ポリビニルアルコール、ポリアクリ
ルアミド、メチルセルロース、ポリエチレンオキシド、
グリセリン等のバインダーを添加する方法を、また成形
は、例えば、80MPa 以上の圧力を加えて行う方法をそれ
ぞれ採用することができる。
【0019】上記した焼成および焼成後の冷却は、焼成
炉中に窒素ガス等の不活性ガスを流して酸素濃度を制御
する。この場合、前記 (1)式中の定数は6〜12の範囲
内で任意の値を選択することができるので、従来一般
の、Fe2O3 が50 mol%よりも多いMn −Zn フェライト
を焼成する場合に選択した定数b(7〜8)と比較し
て、その許容範囲はかなり広く、容易に酸素濃度の制御
を行うことができる。また、この場合、上記(1) 式に基
づく焼成後の冷却は、500 ℃より低い温度では、酸素濃
度によらず酸化または還元の反応を無視できるため、50
0 ℃までとすれば十分である。
炉中に窒素ガス等の不活性ガスを流して酸素濃度を制御
する。この場合、前記 (1)式中の定数は6〜12の範囲
内で任意の値を選択することができるので、従来一般
の、Fe2O3 が50 mol%よりも多いMn −Zn フェライト
を焼成する場合に選択した定数b(7〜8)と比較し
て、その許容範囲はかなり広く、容易に酸素濃度の制御
を行うことができる。また、この場合、上記(1) 式に基
づく焼成後の冷却は、500 ℃より低い温度では、酸素濃
度によらず酸化または還元の反応を無視できるため、50
0 ℃までとすれば十分である。
【0020】
【実施例】実施例1
Fe2O3 が42.0〜51.0 mol%、TiO2またはSnO2 0〜5.0 mo
l%、残部が MnOおよびZnO とでモル比が3:1となる
ように各原料粉末をボールミルにて混合した後、空気
中、 850℃で2時間仮焼し、さらにボールミルにて20時
間粉砕して、混合粉末を得た。次に、この混合粉末を先
の組成となるように成分調整し、さらにボールミルにて
1時間混合した。次に、この混合粉末にポリビニルアル
コールを加えて造粒し、80MPa の圧力で外径18mm,内径
10mm,高さ4mmのトロイダルコア(成形体)を成形し
た。その後、この成形体を焼成炉に入れ、窒素を流すこ
とにより、前記(1) 式中の定数bを8として求められる
酸素濃度となるように雰囲気を調整し、1200℃で2時間
焼成および焼成後の冷却を行い、表1に示すような試料
1−1〜1−9を得た。そして、上記のようにして得た
各試料1−1〜1−9について、金属顕微鏡による観察
を行って平均結晶粒径を求めた。その結果、いずれの試
料共、平均結晶粒径はおよそ7μmとなっていた。さら
に、上記試料1−1〜1−9について、蛍光X線分析に
よって最終的な成分組成を確認すると共に、比抵抗、2
MHz における初透磁率、2MHz‐25mTにおける磁心損失
を測定した。それらの結果を表1に一括して示す。
l%、残部が MnOおよびZnO とでモル比が3:1となる
ように各原料粉末をボールミルにて混合した後、空気
中、 850℃で2時間仮焼し、さらにボールミルにて20時
間粉砕して、混合粉末を得た。次に、この混合粉末を先
の組成となるように成分調整し、さらにボールミルにて
1時間混合した。次に、この混合粉末にポリビニルアル
コールを加えて造粒し、80MPa の圧力で外径18mm,内径
10mm,高さ4mmのトロイダルコア(成形体)を成形し
た。その後、この成形体を焼成炉に入れ、窒素を流すこ
とにより、前記(1) 式中の定数bを8として求められる
酸素濃度となるように雰囲気を調整し、1200℃で2時間
焼成および焼成後の冷却を行い、表1に示すような試料
1−1〜1−9を得た。そして、上記のようにして得た
各試料1−1〜1−9について、金属顕微鏡による観察
を行って平均結晶粒径を求めた。その結果、いずれの試
料共、平均結晶粒径はおよそ7μmとなっていた。さら
に、上記試料1−1〜1−9について、蛍光X線分析に
よって最終的な成分組成を確認すると共に、比抵抗、2
MHz における初透磁率、2MHz‐25mTにおける磁心損失
を測定した。それらの結果を表1に一括して示す。
【0021】
【表1】
【0022】表1に示す結果より、Fe2O3 が50.0 mol%
よりも多い試料1−1および1−2に対し、Fe2O3 が5
0.0 mol%未満の試料1−3〜1−9は、いずれも比抵
抗が著しく高くなっている。さらに、これらの試料のう
ち、磁心損失が1000kW/m3 以下の優れた値が得られた
のは、Fe2O3 が44.0〜49.8 mol%で、かつTiO2またはSn
O2 が0.1〜4.0 mol%の本発明試料1−3、1−4、1
−6、1−8である。
よりも多い試料1−1および1−2に対し、Fe2O3 が5
0.0 mol%未満の試料1−3〜1−9は、いずれも比抵
抗が著しく高くなっている。さらに、これらの試料のう
ち、磁心損失が1000kW/m3 以下の優れた値が得られた
のは、Fe2O3 が44.0〜49.8 mol%で、かつTiO2またはSn
O2 が0.1〜4.0 mol%の本発明試料1−3、1−4、1
−6、1−8である。
【0023】実施例2
実施例1の試料1−6と同じ組成となるように各原料粉
末をボールミルにて混合した後、実施例1と同様の条件
で、外径18mm,内径10mm,高さ4mmのトロイダルコア
(成形体)を成形し、その後、この成形体を焼成炉に入
れ、窒素を流すことにより、前記(1) 式中の定数bを5.
5 〜15の範囲で種々に変化させて求められる酸素濃度
となるように雰囲気を調整し、1200℃で2時間焼成およ
び焼成後の冷却を行い、表2に示すような試料2−1〜
2−5を得た。そして、このようにして得た各試料2−
1〜2−5について、金属顕微鏡による観察を行って平
均結晶粒径を求めた。その結果、いずれの試料共、平均
結晶粒径はおよそ7μmとなっていた。さらに、各試料
2−1〜2−5について、比抵抗、2MHz‐25mTにおけ
る磁心損失を測定した。それらの結果を表2に一括して
示す。
末をボールミルにて混合した後、実施例1と同様の条件
で、外径18mm,内径10mm,高さ4mmのトロイダルコア
(成形体)を成形し、その後、この成形体を焼成炉に入
れ、窒素を流すことにより、前記(1) 式中の定数bを5.
5 〜15の範囲で種々に変化させて求められる酸素濃度
となるように雰囲気を調整し、1200℃で2時間焼成およ
び焼成後の冷却を行い、表2に示すような試料2−1〜
2−5を得た。そして、このようにして得た各試料2−
1〜2−5について、金属顕微鏡による観察を行って平
均結晶粒径を求めた。その結果、いずれの試料共、平均
結晶粒径はおよそ7μmとなっていた。さらに、各試料
2−1〜2−5について、比抵抗、2MHz‐25mTにおけ
る磁心損失を測定した。それらの結果を表2に一括して
示す。
【0024】
【表2】
【0025】表2に示す結果より、(1) 式中の定数bを
6〜12とした酸素濃度の雰囲気中で焼成を行った本発
明試料2−2〜2−4は、何れも磁心損失が小さくなっ
ている。しかし、定数bを5.5 とした酸素濃度の雰囲気
中で焼成を行った比較試料2−1並びに定数bを15と
した比較試料2−5は、いずれも磁心損失が1000kW/m
3 を超える大きな値となっている。
6〜12とした酸素濃度の雰囲気中で焼成を行った本発
明試料2−2〜2−4は、何れも磁心損失が小さくなっ
ている。しかし、定数bを5.5 とした酸素濃度の雰囲気
中で焼成を行った比較試料2−1並びに定数bを15と
した比較試料2−5は、いずれも磁心損失が1000kW/m
3 を超える大きな値となっている。
【0026】実施例3
Fe2O3 が47.0 mol%、TiO2またはSnO2 が1.5 mol%、Cu
O が 0〜7.0 mol%、残部が MnO とZnO とでモル比が
3:1となるように各原料粉末をボールミルにて混合し
た後、実施例1と同様の製造条件で、外径18mm,内径10
mm,高さ4mmのトロイダルコア(成形体)を成形し、そ
の後、この成形体を焼成炉に入れ、窒素を流すことによ
り、前記(1) 式中の定数bを8として求められる酸素濃
度となるように雰囲気を調整し、1100℃および1200℃で
2時間焼成および焼成後の冷却を行い、表3に示すよう
な試料3−1〜3−4を得た。そして、このようにして
得た各試料3−1〜3−4について、金属顕微鏡による
観察を行って平均結晶粒径を求めた。その結果、いずれ
の試料共、平均結晶粒径は5〜9μmの範囲に入ってい
た。さらに、上記試料3−1〜3−4について、蛍光X
線分析によって最終的な成分組成を確認すると共に、2
MHz‐25mTにおける磁心損失を測定した。それらの結果
を表3に一括して示す。
O が 0〜7.0 mol%、残部が MnO とZnO とでモル比が
3:1となるように各原料粉末をボールミルにて混合し
た後、実施例1と同様の製造条件で、外径18mm,内径10
mm,高さ4mmのトロイダルコア(成形体)を成形し、そ
の後、この成形体を焼成炉に入れ、窒素を流すことによ
り、前記(1) 式中の定数bを8として求められる酸素濃
度となるように雰囲気を調整し、1100℃および1200℃で
2時間焼成および焼成後の冷却を行い、表3に示すよう
な試料3−1〜3−4を得た。そして、このようにして
得た各試料3−1〜3−4について、金属顕微鏡による
観察を行って平均結晶粒径を求めた。その結果、いずれ
の試料共、平均結晶粒径は5〜9μmの範囲に入ってい
た。さらに、上記試料3−1〜3−4について、蛍光X
線分析によって最終的な成分組成を確認すると共に、2
MHz‐25mTにおける磁心損失を測定した。それらの結果
を表3に一括して示す。
【0027】
【表3】
【0028】 表3に示す結果より、CuO を全く含まな
い試料(本発明試料)3−1は、1000kW/m3以下の低
損失を実現するのに、1200℃の焼成温度を選択しなけれ
ばならないが、CuO を適量含有させた本発明試料3−
2、3−3は、焼成温度1100℃と低く設定しても1000k
W/m3以下の低損失を実現できた。しかし、適量を超え
てCuO を含有させた比較試料3−4は、いずれの焼成温
度を選択しても磁心損失が大きくなっている。
い試料(本発明試料)3−1は、1000kW/m3以下の低
損失を実現するのに、1200℃の焼成温度を選択しなけれ
ばならないが、CuO を適量含有させた本発明試料3−
2、3−3は、焼成温度1100℃と低く設定しても1000k
W/m3以下の低損失を実現できた。しかし、適量を超え
てCuO を含有させた比較試料3−4は、いずれの焼成温
度を選択しても磁心損失が大きくなっている。
【0029】実施例4
実施例1の試料1−6あるいは実施例3の試料3−2と
同じ組成となるように各原料粉末をボールミルにて混合
した後、実施例1と同様の製造条件で、外径18mm,内径
10mm,高さ4mmのトロイダルコア(成形体)を成形し、
その後、この成形体を焼成炉に入れ、窒素を流すことに
より、前記(1) 式中の定数bを8として求められる酸素
濃度となるように雰囲気を調整し、1100〜1300℃で2時
間焼成および焼成後の冷却を行い、表4に示すような試
料4−1〜4−6を得た。そして、このようにして得た
各試料4−1〜4−6について、金属顕微鏡による観察
を行って平均結晶粒径を求め、さらに、2MHz‐25mTに
おける磁心損失を測定した。それらの結果を表4に一括
して示す。
同じ組成となるように各原料粉末をボールミルにて混合
した後、実施例1と同様の製造条件で、外径18mm,内径
10mm,高さ4mmのトロイダルコア(成形体)を成形し、
その後、この成形体を焼成炉に入れ、窒素を流すことに
より、前記(1) 式中の定数bを8として求められる酸素
濃度となるように雰囲気を調整し、1100〜1300℃で2時
間焼成および焼成後の冷却を行い、表4に示すような試
料4−1〜4−6を得た。そして、このようにして得た
各試料4−1〜4−6について、金属顕微鏡による観察
を行って平均結晶粒径を求め、さらに、2MHz‐25mTに
おける磁心損失を測定した。それらの結果を表4に一括
して示す。
【0030】
【表4】
【0031】表4に示す結果より、結晶粒径が10μm
未満の本発明試料4−1、4−2および4−4は、磁心
損失が1000kW/m3 を下回る低損失であるものの、結晶
粒径が10μm以上の比較試料4−3、4−5および4
−6は1000kW/m3 を超える大きな磁心損失となってい
る。
未満の本発明試料4−1、4−2および4−4は、磁心
損失が1000kW/m3 を下回る低損失であるものの、結晶
粒径が10μm以上の比較試料4−3、4−5および4
−6は1000kW/m3 を超える大きな磁心損失となってい
る。
【0032】実施例5
実施例1の試料1−6あるいは実施例3の試料3−2と
同じ組成となるように各原料粉末をボールミルにて混合
した後、空気中、850 ℃で2時間仮焼し、さらにボール
ミルにて20時間粉砕して、混合粉末を得た。次に、この
混合粉末を先の組成となるように成分調整すると共に、
副成分としてCaO 、SiO2、ZrO2 、Ta2O5、HfO2 あるい
はNb2O5 を加え、さらにボールミルにて1時間混合し
た。次に、この混合粉末にポリビニルアルコールを加え
て造粒し、80MPa の圧力で外径18mm,内径10mm,高さ4
mmのトロイダルコア(成形体)を成形した。その後、こ
の成形体を焼成炉に入れ、窒素を流すことにより、前記
(1) 式中の定数bを8として求められる酸素濃度となる
ように雰囲気を調整し、1100℃または1200℃で2時間焼
成および焼成後の冷却を行い、表5に示すような試料5
−1〜5−8を得た。そして、このようにして得た各試
料5−1〜5−8について、金属顕微鏡による観察を行
って平均結晶粒径を求め、さらに、2MHz‐25mTにおけ
る磁心損失を測定した。それらの結果を表5に一括して
示す。
同じ組成となるように各原料粉末をボールミルにて混合
した後、空気中、850 ℃で2時間仮焼し、さらにボール
ミルにて20時間粉砕して、混合粉末を得た。次に、この
混合粉末を先の組成となるように成分調整すると共に、
副成分としてCaO 、SiO2、ZrO2 、Ta2O5、HfO2 あるい
はNb2O5 を加え、さらにボールミルにて1時間混合し
た。次に、この混合粉末にポリビニルアルコールを加え
て造粒し、80MPa の圧力で外径18mm,内径10mm,高さ4
mmのトロイダルコア(成形体)を成形した。その後、こ
の成形体を焼成炉に入れ、窒素を流すことにより、前記
(1) 式中の定数bを8として求められる酸素濃度となる
ように雰囲気を調整し、1100℃または1200℃で2時間焼
成および焼成後の冷却を行い、表5に示すような試料5
−1〜5−8を得た。そして、このようにして得た各試
料5−1〜5−8について、金属顕微鏡による観察を行
って平均結晶粒径を求め、さらに、2MHz‐25mTにおけ
る磁心損失を測定した。それらの結果を表5に一括して
示す。
【0033】
【表5】
【0034】表5に示す結果より、副成分を添加してい
ない試料(本発明試料)1−6、3−2に対し、副成分
を適量添加した本発明試料5−1〜5−7は、何れも結
晶粒成長が抑制され、磁心損失がより改善されている。
ただし、副成分を適量超えて添加した比較試料5−8で
は、異常粒成長が起こり、磁心損失が著しく悪化してい
る。
ない試料(本発明試料)1−6、3−2に対し、副成分
を適量添加した本発明試料5−1〜5−7は、何れも結
晶粒成長が抑制され、磁心損失がより改善されている。
ただし、副成分を適量超えて添加した比較試料5−8で
は、異常粒成長が起こり、磁心損失が著しく悪化してい
る。
【0035】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明に係るM
n −Zn フェライトによれば、Fe2O3を化学量論組成よ
りも少ない44.0〜49.8 mol%の範囲内で含有させると共
に、TiO2またはSnO2 を 0.1〜4.0 mol%範囲内で含有さ
せ、さらに平均結晶粒径を10μm未満とすることによ
り、1Ωmのオーダーを超える大きな比抵抗を有するば
かりか、1MHz を超える高周波数帯域においても低い磁
心損失を有するものとなり、しかも、磁気的特性も優れ
たものとなって、その利用価値は著しく向上する。ま
た、基本成分としてCuO を0.1〜6.0 mol%含有させた場
合は、低温焼成が可能になり、エネルギー消費の可及的
削減を達成できる。 さらに、本発明に係るMn −Zn フ
ェライトの製造方法によれば、焼成および焼成後の酸素
濃度を厳密に制御する必要がないので、Mn −Zn フェ
ライトの製造の安定化並びに低コスト化に大きく寄与す
るものとなる。
n −Zn フェライトによれば、Fe2O3を化学量論組成よ
りも少ない44.0〜49.8 mol%の範囲内で含有させると共
に、TiO2またはSnO2 を 0.1〜4.0 mol%範囲内で含有さ
せ、さらに平均結晶粒径を10μm未満とすることによ
り、1Ωmのオーダーを超える大きな比抵抗を有するば
かりか、1MHz を超える高周波数帯域においても低い磁
心損失を有するものとなり、しかも、磁気的特性も優れ
たものとなって、その利用価値は著しく向上する。ま
た、基本成分としてCuO を0.1〜6.0 mol%含有させた場
合は、低温焼成が可能になり、エネルギー消費の可及的
削減を達成できる。 さらに、本発明に係るMn −Zn フ
ェライトの製造方法によれば、焼成および焼成後の酸素
濃度を厳密に制御する必要がないので、Mn −Zn フェ
ライトの製造の安定化並びに低コスト化に大きく寄与す
るものとなる。
─────────────────────────────────────────────────────
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(56)参考文献 特開2000−128541(JP,A)
特開2000−133510(JP,A)
特開2000−353613(JP,A)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
C04B 35/38
H01F 1/34
C01G 49/00 - 49/08
Claims (3)
- 【請求項1】 基本成分組成が、Fe2O3 44.0 〜49.8 mo
l%、 ZnO 6.0 〜15.0 mol%(ただし、15.0 mol%は除
く)、TiO2およびSnO2のうちの1種または2種 0.1〜4.
0 mol%、残部MnO からなり、平均結晶粒径が10μm未
満であることを特徴とするMn −Zn フェライト。 - 【請求項2】 基本成分組成が、Fe2O3 44.0 〜49.8 mo
l%、 ZnO 6.0 〜15.0 mol%(ただし、15.0 mol%は除
く)、TiO2およびSnO2のうちの1種または2種 0.1〜4.
0 mol%、CuO 0.1〜6.0 mol%、残部MnO からなり、平
均結晶粒径が10μm未満であることを特徴とするMn
−Zn フェライト。 - 【請求項3】 請求項1または2に記載のMn −Zn フ
ェライトの組成となるように成分調整した混合粉末を用
いて成形を行った後、下記の式で規定される酸素濃度の
雰囲気中で焼成および少なくとも 500℃までの焼成後の
冷却を行い、平均結晶粒径10μm未満の組織とするこ
とを特徴とするMn −Zn フェライトの製造方法。 log Po 2 =−14540 /(T+273 )+b ただし、T:温度(℃)、Po 2 :酸素濃度(−)、b:
6〜12の範囲から選択した定数
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