JP2006165479A - フェライトコア、およびラインフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】 広帯域において、高い初透磁率を示すフェライトコア、特に１５０ｋＨｚ程度の低周波領域において、高い初透磁率を示すフェライトコア、およびこのようなフェライトコアを含むラインフィルタを提供すること。
【解決手段】 主成分として、Ｆｅ_２ Ｏ_３ を５２〜５４ｍｏｌ％、ＺｎＯを２０〜２５ｍｏｌ％含有し、残部が実質的にＭｎＯであるＭｎ−Ｚｎ系フェライトからなるフェライトコアであって、副成分として、所定量のＳｉの酸化物、Ｃａの酸化物、Ｂｉの酸化物、Ｍｏの酸化物を含有し、前記フェライトコアの表面におけるＺｎＯの含有量をαｍｏｌ％、前記フェライトコアの内部におけるＺｎＯの含有量をβｍｏｌ％としたときに、ＺｎＯの含有量の差（β−α）が、−１．０ｍｏｌ％≦β−α≦１．０ｍｏｌ％であることを特徴とするフェライトコア。
【選択図】 なし

Description

本発明は、広帯域にわたり、高い初透磁率μｉを示すフェライトコアに係り、さらに詳しくは、特に１５０ｋＨｚ程度の低周波領域において、高い初透磁率μｉを示し、ラインフィルタ用のコアとして好適に用いることができるフェライトコアに関する。

Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトは、各種通信機器等の高帯域トランス用のコアやラインフィルタ、ノイズフィルタ用のコアとして利用されており、これらの用途においては、特に１００ｋＨｚ〜５００ｋＨｚ程度の高周波帯域にて、特に高い初透磁率を有することが要求されている。

このようなＭｎ−Ｚｎ系フェライトにおいて、初透磁率を大きくする方法として、たとえば、フェライトの焼結後の平均結晶粒径を大きくする方法が挙げられる。

たとえば、特許文献１においては、結晶粒の成長を促すために、Ｂｉ_２ Ｏ_３ を使用しており、平均結晶粒径が５０μｍ以上であるフェライトを得ている。しかしながら、この特許文献１のように、単に結晶粒径を大きくしただけでは、結晶粒径を大きくすることに伴い、同時に損失が増大してしまい、特に高周波における損失が増大してしまう。そのため、高周波側での使用が困難となってしまう。

また、特許文献２では、Ｂｉ_２ Ｏ_３ とＣａＯとを複合添加することにより高周波特性の改良を試みている。しかしながら、このような複合添加による特性の改良効果は１００ｋＨｚ程度までの周波数にとどまっており、より高い周波数、たとえば５００ｋＨｚ程度において、良好な特性が得られないという問題がある。そのため、この特許文献２では、１０〜５００ｋＨｚという広帯域において、高い初透磁率を有することが要求される用途で用いることができない。

これに対して、本出願人は、特許文献３、特許文献４において、広帯域で高い初透磁率を示すＭｎ−Ｚｎ系フェライトを提案している。具体的には、特許文献３では、１０〜５００ｋＨｚという帯域で高い初透磁率を示すＭｎ−Ｚｎ系フェライトを、特許文献４では、特に１０ｋＨｚ程度の低周波領域において高い初透磁率を示すＭｎ−Ｚｎ系フェライトおよびその製造方法を提案している。

一方で、近年、ＦＣＣ（連邦通信委員会）によるライン雑音に関する規制の改訂などにより、さらに高い初透磁率、特に１５０ｋＨｚ（ＦＣＣライン雑音規制下限周波数）において高い初透磁率を示すＭｎ−Ｚｎ系フェライトが求められている。しかしながら、上記特許文献３、特許文献４に記載のＭｎ−Ｚｎ系フェライトでは、上記基準、特に１５０ｋＨｚにおける基準を満足することができなかった。

特公昭５２−２９４３９号公報 特公昭５１−４９０７９号公報 特開平６−２０４０２５号公報 特開２０００−１５０２２３号公報

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、広帯域にわたり、高い初透磁率を示すフェライトコア、特に１５０ｋＨｚ程度の周波数帯域において、高い初透磁率を示すフェライトコア、およびこのようなフェライトコアを含むラインフィルタを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、所定の主成分組成を有するフェライトコアにおいて、Ｓｉ、Ｃａ、Ｂｉ、Ｍｏの各酸化物を所定量含有するとともに、コア表面におけるＺｎＯの含有量と、コア内部におけるＺｎＯの含有量とを、所定範囲内とすることにより上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明のフェライトコアは、
主成分として、Ｆｅ_２ Ｏ_３ を５２〜５４ｍｏｌ％、ＺｎＯを２０〜２５ｍｏｌ％含有し、残部が実質的にＭｎＯであるＭｎ−Ｚｎ系フェライトからなるフェライトコアであって、
副成分として、前記フェライトコア全体１００重量％に対して、
Ｓｉの酸化物を、ＳｉＯ_２ 換算で０．００５〜０．０１８重量％、
Ｃａの酸化物を、ＣａＯ換算で０．００６〜０．０４５重量％、
Ｂｉの酸化物を、Ｂｉ_２ Ｏ_３ 換算で０〜０．０６重量％（ただし、０は含まない）、
Ｍｏの酸化物を、ＭｏＯ_３ 換算で０〜０．０８重量％（ただし、０は含まない）含有し、
前記フェライトコアの表面におけるＺｎＯの含有量をαｍｏｌ％、前記フェライトコアの内部におけるＺｎＯの含有量をβｍｏｌ％としたときに、ＺｎＯの含有量の差（β−α）が、−１．０ｍｏｌ％≦β−α≦１．０ｍｏｌ％であることを特徴とする。

本発明においては、上記所定の主成分組成、および副成分組成を有し、かつ、コア表面におけるＺｎＯの含有量と、コア内部におけるＺｎＯの含有量との差を、上記所定範囲内とすることにより、広帯域、特に１５０ｋＨｚ程度の低周波領域において、高い初透磁率を示すフェライトコアを得ることができる。特に、本発明においては、前記コア表面のＺｎＯの含有量αｍｏｌ％と、前記コア内部のＺｎＯの含有量βｍｏｌ％との差（β−α）を上記所定範囲とすることにより、フェライトコア全体にわたり、ＺｎＯの含有量の分布を所定の範囲内とすることができる。

コア表面とは、コア表面部から５０μｍ程度の深さまでを意味し、特に、本発明においては、コア表面部におけるＺｎＯの含有量をコア表面のＺｎＯの含有量αｍｏｌ％とする。また、コア内部とは、コア表面部より１００μｍ程度削った部分からコア中心部を意味し、特に、本発明においては、表面より１００μｍ程度削った部分におけるＺｎＯの含有量をコア内部のＺｎＯの含有量βｍｏｌ％とする。

本発明のフェライトコアにおいて、前記フェライトコアを構成する結晶粒子の平均結晶粒子径は、４０μｍより大きく、１２０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは５０μｍ以上、８０μｍ以下である。平均結晶粒子径が小さすぎると、初透磁率μｉが低下してしまい、高透磁率の要求される用途への使用が困難になってしまう。一方、大きすぎると、損失が増大してしまい、特に、高周波帯域での使用が困難となってしまう。

本発明のフェライトコアにおいて、周波数１５０ｋＨｚにおける初透磁率μｉは、１１０００以上であることが好ましく、より好ましくは１２０００以上である。また、周波数５００ｋＨｚにおける初透磁率μｉは、３０００以上であることが好ましく、より好ましくは４０００以上である。

本発明のフェライトコアの製造方法は、
主成分として、Ｆｅ_２ Ｏ_３ を５２〜５４ｍｏｌ％、ＺｎＯを２０〜２５ｍｏｌ％含有し、残部が実質的にＭｎＯであるＭｎ−Ｚｎ系フェライトからなるフェライトコアを製造する方法であって、
副成分として、前記フェライトコア全体１００重量％に対して、
Ｓｉの酸化物を、ＳｉＯ_２ 換算で０．００５〜０．０１８重量％、
Ｃａの酸化物を、ＣａＯ換算で０．００６〜０．０４５重量％、
Ｂｉの酸化物を、Ｂｉ_２ Ｏ_３ 換算で０〜０．０６重量％（ただし、０は含まない）、
Ｍｏの酸化物を、ＭｏＯ_３ 換算で０〜０．０８重量％（ただし、０は含まない）を添加して、焼成する工程を有し、
前記フェライトコアの表面におけるＺｎＯの含有量をαｍｏｌ％、前記フェライトコアの内部におけるＺｎＯの含有量をβｍｏｌ％としたときに、ＺｎＯの含有量の差（β−α）を、−１．０ｍｏｌ％≦β−α≦１．０ｍｏｌ％とすることを特徴とする。

本発明の製造方法において、好ましくは、焼成後にフェライトコアとなるフェライト成形体と、前記フェライト成形体よりもＺｎＯ含有量の多い組成調整用の成形体と、を同時に焼成する工程を有することを特徴とする。

本発明の製造方法において、好ましくは、前記組成調整用の成形体のＺｎＯ含有量は、フェライト成形体のＺｎＯ含有量に対して、０．５ｍｏｌ％以上とすることが好ましく、より好ましくは０．５〜４ｍｏｌ％多くする。

あるいは、本発明の製造方法においては、焼成雰囲気を調整するための打ち込みガス中に、Ｚｎを含有させることを特徴とすることが好ましい。

あるいは、本発明の製造方法においては、焼成雰囲気を調整するための打ち込みガスを、フェライト成形体に直接当たらないようにすることを特徴とすることが好ましい。

上記本発明のフェライトコア、または上記本発明の方法により製造されるフェライトコアは、広帯域、特に１５０ｋＨｚにおいて、高い初透磁率を示すため、ラインフィルタやノイズフィルタなどの各種フィルタ用のコア、特にラインフィルタ用のコアとして、好適に用いることができる。

本発明によると、フェライトコアにおいて、所定の主成分組成を有し、Ｓｉ、Ｃａ、Ｂｉ、Ｍｏの各酸化物を所定量含有するとともに、コア表面におけるＺｎＯの含有量と、コア内部におけるＺｎＯの含有量との差を、所定範囲内とするため、広帯域（特に、１５０ｋＨｚ）において、高い初透磁率を示すフェライトコア、およびこのフェライトコアを含有するラインフィルタを提供することができる。

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るフェライトコアを示す図、
図２は本発明の一実施形態に係るフェライトコアの製造方法を説明するための図、
図３は図２におけるIII−III線に沿う断面図である。

フェライトコア１
本実施形態のフェライトコア１は、図１に示すように、トロイダル型の形状を有する。フェライトコア１の大きさは、特に限定されないが、通常、外径１０〜４５ｍｍ程度、内径５〜３０ｍｍ程度、高さ５〜１４ｍｍ程度である。本実施形態では、特に、Ｔ３１形状、すなわち、外径３０〜３１ｍｍ程度、内径１８〜１９ｍｍ程度、高さ７〜８ｍｍ程度とすることが好ましい。

本実施形態のフェライトコア１は、Ｆｅ_２ Ｏ_３ およびＺｎＯを含有し、残部が実質的にＭｎＯからなる主成分と、副成分として、Ｓｉ、Ｃａ、Ｂｉ、Ｍｏの各酸化物を所定量含有するＭｎ−Ｚｎ系フェライトから構成される。

Ｆｅ_２ Ｏ_３ の含有量は、５２〜５４ｍｏｌ％であり、好ましくは５２．６〜５３．５ｍｏｌ％である。Ｆｅ_２ Ｏ_３ の含有量が少なすぎると、セカンダリーピーク温度（Ｔｓｐ）が高温側へシフトしてしまい、実用性に乏しくなる傾向にある。一方、多すぎると、Ｔｓｐが低温側へシフトしてしまい、同様に、実用性に乏しくなる傾向にある。

ＺｎＯの含有量は、２０〜２５ｍｏｌ％であり、好ましくは２１〜２３ｍｏｌ％である。ＺｎＯの含有量が少なすぎると、キュリー温度（Ｔｃ）が高温側へシフトしてしまい、Ｔｓｐ−Ｔｃ間における初透磁率μｉの低減が顕著になってしまう。一方、ＺｎＯが多すぎると、Ｔｃが低温側へシフトしまい、実用性に乏しくなる傾向にある。

Ｓｉの酸化物は、焼結を促進する効果と、粒界相を高抵抗化し、電力損失を低減させる効果とを有する。Ｓｉの酸化物の添加量は、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト全体１００重量％に対して、ＳｉＯ_２ 換算で０．００５〜０．０１８重量％、好ましくは０．００７〜０．０１３重量％とする。Ｓｉの酸化物の添加量が少なすぎると、上述の効果が得られなくなる傾向にある。一方、添加量が多すぎると、異常粒成長が発生してしまう傾向にある。

Ｃａの酸化物は、Ｓｉの酸化物と共に粒界相を高抵抗化し、電力損失を低減させ、特に高周波特性を向上させる効果を有する。Ｃａの酸化物の添加量は、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト全体１００重量％に対して、ＣａＯ換算で０．００６〜０．０４５重量％、好ましくは０．０２０〜０．０３５重量％とする。Ｃａの酸化物の添加量が少なすぎると、上述の効果が得られなくなる傾向にある。一方、多すぎると、初透磁率μｉが低下してしまう傾向にある。

Ｂｉの酸化物は、粒成長を促進し、初透磁率μｉを向上させる効果を有する。Ｂｉの酸化物の添加量は、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト全体１００重量％に対して、Ｂｉ_２ Ｏ_３ 換算で０重量％より多く、０．０６重量％以下、好ましくは０．０２〜０．０４重量％とする。Ｂｉの酸化物の添加量が多すぎると、異常粒成長が発生してしまう傾向にある。一方、Ｂｉの酸化物を含有させない場合には、粒成長が不十分となり、初透磁率μｉの低下が顕著になってしまう。

Ｍｏの酸化物は、結晶粒子を均一化する効果を有する。Ｍｏの酸化物の添加量は、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト全体１００重量％に対して、ＭｏＯ_３ 換算で０重量％より多く、０．０８重量％以下、好ましくは０．０２〜０．０５重量％とする。Ｍｏの酸化物の添加量が多すぎると初透磁率μｉが低下してしまう傾向にある。一方、Ｍｏの酸化物を含有させない場合には、結晶粒子を均一化する効果が得られないため、初透磁率μｉが低下してしまう傾向にあり、特に、結晶粒子の平均粒径が大きくなった場合には、結晶粒子の不均一が増大してしまうため、初透磁率μｉの低下が顕著になってしまう。

なお、上記Ｂｉの酸化物やＭｏの酸化物は、焼成時に添加量の一部が蒸発あるいは昇華してしまう場合があり、そのため、Ｂｉの酸化物、Ｍｏの酸化物は、実際の添加量と、焼成後のフェライトコアにおける含有量とが一致しない場合がある。すなわち、焼成後のコアにおけるＢｉの酸化物の含有量は、Ｂｉ_２ Ｏ_３ 換算で上記添加量の５〜４０％（重量比）程度、焼成後のコアにおけるＭｏの酸化物の含有量は、ＭｏＯ_３ 換算で上記添加量の５〜４０％（重量比）程度である。

本実施形態においては、焼結後におけるフェライトコア１の平均結晶粒子径は、４０μｍより大きく、１２０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは５０μｍ以上、８０μｍ以下である。平均結晶粒子径が小さすぎると、初透磁率μｉが低下してしまい、高透磁率が要求される用途に使用できなくなる傾向にある。一方、大きすぎると、損失が増大してしまい、特に、高周波帯域での使用が困難となってしまう。

なお、本実施形態においては、焼結後の平均結晶粒径を、４０μｍより大きく、１２０μｍ以上と比較的に大きくする。そのため、平均結晶粒径を比較的に大きくする際にも、粒径が比較的に均一になるように、上記所定量のＭｏの酸化物を含有させる必要がある。

なお、本発明において、フェライトを構成する粒子の平均結晶粒径は、たとえば、以下に説明する方法により、測定することが可能である。
まず、画像解析によりフェライトを構成する個々の粒子の断面積を求める。次いで、個々の粒子の断面積と同じ断面積を有する円の直径の長さを求める。そして、この直径の値にπ／２を乗じることにより算出される値を、個々の粒子の結晶粒径とし、この平均を計算することにより、平均結晶粒子径を算出する。すなわち、この方法においては、粒子の形状を球と仮定することにより平均結晶粒径を算出する。

さらに、本実施形態のフェライトコア１は、コア表面におけるＺｎＯの含有量をαｍｏｌ％、コア内部におけるＺｎＯの含有量をβｍｏｌ％としたときに、ＺｎＯの含有量の差（β−α）が、−１．０ｍｏｌ％≦β−α≦１．０ｍｏｌ％、好ましくは−０．６ｍｏｌ％≦β−α≦０．６ｍｏｌ％である。ＺｎＯの含有量の差（β−α）を上記所定範囲とすることにより、広帯域にわたり、高い初透磁率μｉを示すことができる。また、ＺｎＯの含有量の差（β−α）が上記範囲外となると、コア表面とコア内部との間におけるＺｎＯ含有量の差に起因して、フェライトコア内部における応力が大きくなってしまい、結果として、初透磁率μｉが低下してしまう傾向にある。

なお、コア表面のＺｎＯの含有量αｍｏｌ％、およびコア内部のＺｎＯの含有量βｍｏｌ％は、たとえば以下の方法により測定することができる。
すなわち、たとえば研削機を用いて、深さ１００μｍ程度まで、コア表面を削り、コア内部測定用の試料を準備する。そして、準備したコア内部測定用の試料と、コア表面を削っていない通常のフェライトコア試料とに対し、測定装置として蛍光Ｘ線やＥＰＭＡなどを使用して、ＺｎＯの含有量を測定することにより求めることができる。

本実施形態においては、所定組成の主成分を有し、所定の副成分とを含有し、かつ、フェライト表面におけるＺｎＯの含有量と、フェライト内部におけるＺｎＯの含有量との差を、上記範囲とすることにより、広帯域において高い初透磁率μｉを達成することができる。そのため、周波数１５０ｋＨｚにおける初透磁率μｉを、１１０００以上、より好ましくは１２０００以上、周波数５００ｋＨｚにおける初透磁率μｉを、３０００以上、より好ましくは４０００以上とすることができる。

フェライトコア１の製造方法
本実施形態のフェライトコア１を製造する方法としては、まず、各原料粉末を秤量・混合し、これを仮焼し、仮焼物を所定の平均粒径、粒度分布になるように粉砕する。次いで、粉砕材料を造粒し、得られる造粒物を所定の形状に成形し、その後、この成形体を所定条件下で焼成し、焼成により得られた焼結体に所定の加工を施すことにより製造する。
以下、製造方法について具体的に説明する。

まず、出発原料として、上記した主成分の原料と、副成分の原料とを準備する。主成分および副成分の原料としては、上記した各酸化物あるいは焼成後にこれらの酸化物となる原料が挙げられ、このような焼成後に酸化物になる化合物としては、炭酸塩、ハロゲン化合物、シュウ酸塩、硝酸塩、水酸化物、有機金属化合物等が例示される。なお、必要に応じて、上記以外のその他の副成分を添加することができる。このような必要に応じて添加させる副成分の添加時期としては、特に限定はされないが、たとえば配合時、仮焼後の粉砕時等が挙げられる。

次に、準備した各主成分の原料、副成分の原料を秤量し、焼成後の最終的な組成において、目的の組成となるように調整する。なお、この原料混合物中には、原料中の不可避的不純物元素が含まれていても良く、このような元素としては、Ｂ、Ａｌ、Ｐ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎａ、Ｋ、Ｓ、Ｃｌなどが挙げられる。初透磁率などの磁気特性への影響を抑えるためには、これら各元素の組成物全体に対する重量比率が５００ｐｐｍ以下であることが好ましい。

次に、主成分原料と副成分原料との混合物を、仮焼する。仮焼きは、原料の熱分解、成分の均質化、フェライトの生成、焼結による超微粉の消失と適度の粒子サイズへの粒成長を起こさせ、原料混合物を後工程に適した形態に変換するために行われる。仮焼は酸化性雰囲気中、通常は空気中で行われる。仮焼温度は８００〜１０００℃、仮焼時間は１〜３時間とすることが好ましい。

次いで、上記にて得られた仮焼き材料に、粉砕を行い、粉砕材料を得る。粉砕は、仮焼き材料の凝集をくずして適度の焼結性を有する粉体を製造するために行われる。仮焼き材料が大きい塊を形成しているときには、粗粉砕を行ってからボールミルやアトライターなどを用いて湿式粉砕を行う。

次いで、粉砕材料の造粒（顆粒）を行い、造粒物を得る。造粒は、粉砕材料を適度な大きさの凝集粒子とし、成形に適した形態に変換するために行われる。こうした造粒法としては、たとえば、加圧造粒法やスプレードライ法などが挙げられる。スプレードライ法は、粉砕材料に、ポリビニルアルコールなどの通常用いられる結合剤を加えた後、スプレードライヤー中で霧化し、乾燥する方法である。

次いで、造粒物を所定形状に成形し、焼成前のフェライト成形体１０を得る。造粒物を成形する方法としては、たとえば、乾式成形法、湿式成形法、押出成形法などが挙げられる。乾式成形法は、造粒物を、金型に充填して圧縮加圧（プレス）することにより行う成形法である。成形体の形状は、特に限定されず、用途に応じて適宜決定すればよい。

次いで、フェライト成形体１０の焼成を行い、焼結体を得る。焼成は、多くの空隙を含んでいる成形体の粉体粒子間に、融点以下の温度で粉体が凝着する焼結を起こさせ、緻密な焼結体を得るために行われる。

本実施形態においては、焼成は、以下のように行う。
すなわち、複数のフェライト成形体１０と、組成調整用の成形体１１とを、図２および図３に示すように、セッター２０上に重ねて配置し、これらの成形体１０，１１を、セッター２０に乗せた状態で焼成する。特に、本実施形態においては、フェライト成形体１０よりもＺｎＯ含有量が多い組成調整用の成形体１１を、複数のフェライト成形体１０の最上部、かつ中央部に配置して焼成を行う。

このように、フェライト成形体１０よりもＺｎＯ含有量が多い組成調整用の成形体１１を配置することにより、焼成時に、この組成調整用の成形体１１から、ＺｎＯを揮発させることができ、揮発させたＺｎＯにより、焼成雰囲気中のＺｎＯ濃度を制御することが可能となる。そのため、焼成雰囲気により、フェライト成形体１０の表面付近のＺｎＯの含有量を制御することができ、結果として、焼結後のフェライトコア１の表面におけるＺｎＯの含有量αｍｏｌ％と、フェライトコア１の内部におけるＺｎＯの含有量βｍｏｌ％との差（β−α）を一定の範囲とすることができる。

本実施形態においては、このように焼成時のＺｎＯ雰囲気を調整することにより、コア表面におけるＺｎＯの含有量αｍｏｌ％と、コア内部におけるＺｎＯの含有量βｍｏｌ％とを所定範囲とすることにより、コア内のＺｎＯ濃度の差に起因する応力を解消することができる。その結果、コア内にかかる応力が原因となる電磁気特性の低下、特に初透磁率の低下を有効に防止することができる。

なお、組成調整用の成形体１１中のＺｎＯ含有量は、焼成条件にあわせて適宜選択すればよく、特に限定されないが、フェライト成形体１０のＺｎＯ含有量に対して、０．５ｍｏｌ％以上とすることが好ましく、０．５〜４ｍｏｌ％多くすることがより好ましく、さらに好ましくは２ｍｏｌ％〜４ｍｏｌ％多くする。組成調整用の成形体１１中におけるＺｎＯ含有量が少なすぎると、焼成雰囲気中におけるＺｎＯ濃度が低くなってしまう傾向にあり、フェライト成形体１０からのＺｎＯの揮発が発生しやすくなる傾向にある。一方、組成調整用の成形体１１中におけるＺｎＯ含有量が多すぎると、焼成雰囲気中におけるＺｎＯ濃度が高くなりすぎてしまい、フェライト成形体１０表面にＺｎＯが吸着してしまうおそれがある。

また、セッター２０の材質としては、特に限定されないが、フェライト材料からなるものとすることが好ましく、特に、フェライト成形体１０と同じ組成とすることが好ましい。

焼成時の高温保持工程における安定温度（焼成温度）は、好ましくは１３００〜１３７０℃、より好ましくは１３３０〜１３５０℃とする。焼成温度が低すぎると、焼結後の結晶粒子径が小さくなってしまい、初透磁率μｉが低下し、高透磁率の要求される用途への使用が困難となってしまう。一方、焼成温度が高すぎると、結晶粒子径が大きくなりすぎてしまう傾向にある。

なお、本発明者等の知見によると、焼成温度を高くすると、フェライト成形体１０からのＺｎＯの揮発が発生しやすくなる傾向にあり、初透磁率μｉが低下してしまう。また、その一方で、焼成温度を低くすると、平均結晶粒径が小さくなってしまい、同様に初透磁率μｉが低下してしまう。そのため、本発明においては、高い初透磁率μｉを得るために、上述のように焼結後の平均結晶粒径を４０〜１２０μｍとし、かつ、コア表面とコア内部とのＺｎＯの含有量の差（β−α）を一定範囲とするために、焼成温度を上記範囲とし、かつ、上記方法により焼成雰囲気中のＺｎＯ濃度を制御することが好ましい。

また、焼成時における打ち込み雰囲気中における酸素濃度ＰＯ_２ は５〜６０％とすることが好ましく、より好ましくは、１０〜４０％とする。焼成時の酸素濃度が低すぎると、焼結が不十分となってしまう傾向にあり、一方、酸素濃度が高すぎると、結晶粒子径の制御が困難になる傾向にある。

さらに、本実施形態においては、焼成時における打ち込み雰囲気が、直接フェライト成形体１０にあたらないように制御することが好ましい。打ち込み雰囲気をこのように制御することにより、焼成雰囲気を略一定に保つことができる。

なお、その他の焼成の条件としては、好ましくは、昇温速度：５０〜３００℃／ｈｒ、焼成時間：２〜８時間程度とする。

このような工程を経て、本実施形態に係るフェライトコア１は製造される。
焼成後は、必要に応じて、表面研削，ラッピング，ポリッシッング，バレル加工，超音波加工等の手段により、エッジ部のバリを除去する処理を施す。

本実施形態においては、フェライトコア１は、上記所定の主成分組成を有し、かつ、副成分として、所定量のＳｉ、Ｃａ、ＢｉおよびＭｏの各酸化物を含有し、コア表面におけるＺｎＯの含有量αｍｏｌ％と、コア内部におけるＺｎＯの含有量βｍｏｌ％との差（β−α）が、−１．０ｍｏｌ％≦β−α≦１．０ｍｏｌ％としてある。そのため、広帯域にわたり、高い初透磁率を示すフェライトコア１を得ることができ、特に１５０ｋＨｚ程度の低周波領域において、高い初透磁率を示すフェライトコア１を得ることができる。このような本実施形態のフェライトコア１は、ラインフィルタ用のコアとして好適に用いることができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
たとえば、上述した実施形態では、図１に示すトロイダル形状を有するフェライトコアを例示したが、その形状は特に限定されず、種々の形状を採用することができる。具体的には、ＦＴ型、ＥＴ型、ＥＩ型、ＵＵ型、ＥＥ型などが例示される。

また、上述した実施形態では、焼成時にフェライト成形体１０と組成調整用の成形体１１とを、同時焼成することにより、フェライト成形体１０および焼成後のフェライトコア１のＺｎＯ含有量を調整したが、ＺｎＯ含有量を調整する方法としては、特に限定されず、たとえば、以下に示すような方法を採用することができる。

すなわち、焼成雰囲気を調整するための打ち込み雰囲気中に、気体状のＺｎＯを所定量含有させることによりＺｎＯ含有量を調整することも可能である。なお、この方法においては、打ち込み雰囲気中に含有させるＺｎＯの濃度を調整することにより、フェライト成形体１０および焼成後のフェライトコア１のＺｎＯ含有量を制御することができる。

また、上述した実施形態では、焼成時に使用する組成調整用の成形体１１を、フェライト成形体１０の最上部、かつ、中央部に１個配置したが、その配置位置や数は特に限定されず、ＺｎＯ濃度が制御可能な位置を選択して適宜配置すればよい。

以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。

実施例１
まず、出発原料として、Ｆｅ_２ Ｏ_３ 、ＭｎＯ、ＺｎＯ、ＳｉＯ_２ 、ＣａＯ、Ｂｉ_２ Ｏ_３ 、ＭｏＯ_３ を準備した。

次に、これらの原料を、以下の組成比にて配合し、次いで、仮焼および粉砕を行いＭｎ−Ｚｎ系フェライト材料を調製した。
Ｆｅ_２ Ｏ_３ ：５２．９ｍｏｌ％、ＭｎＯ：２４．９ｍｏｌ％、ＺｎＯ：２２．２ｍｏｌ％、ＳｉＯ_２ ：０．０１０重量％、ＣａＯ：０．０３０重量％、Ｂｉ_２ Ｏ_３ ：０．０３重量％、ＭｏＯ_３ ：０．０３重量％。

なお、配合、仮焼および粉砕は以下の条件にて行った。
・配合および粉砕用ポット：ステンレスボールミルポット使用
・配合および粉砕用メディア：スチールボール使用
・配合、粉砕時間：２．５時間
・仮焼条件：９００℃、２時間、大気中
次いで、得られたＭｎ−Ｚｎ系フェライト材料１００重量部にバインダーとしてのポリビニルアルコールを１．０重量部添加して、造粒して造粒物とし、加圧成形することにより、成形体密度３．０ｇ／ｃｍ^３、Ｔ３１形状（外形３１ｍｍ、内径１９ｍｍ、高さ８ｍｍのトロイダル形状）の成形体とした。

上記にて得られた成形体を高温保持工程における焼成温度（保持温度）を１３７０℃にて、焼成を行った。なお、焼成時においては、フェライトコア表面におけるＺｎＯの含有量αｍｏｌ％と、フェライトコア内部におけるＺｎＯの含有量βｍｏｌ％との差（β−α）を変化させるために、保持時における前半部のＰＯ_２ を０〜６０％と変化させ、ＰＯ_２ 条件の異なる焼結体試料１〜４を作製した。ＰＯ_２ 条件の調整は、焼成雰囲気中への打ち込み雰囲気の導入方法を変更することにより行った。そして、得られた各試料について、以下の方法により、ＺｎＯの含有量差（β−α）、平均結晶粒子径、および初透磁率μｉを測定した。

ＺｎＯの含有量差（β−α）
得られた焼結体の表面、および表面から中心部方向に１００μｍ以上削った部分について、蛍光Ｘ線（島津製作所製 ＸＭＦ−２１００）にて、コア表面部のＺｎＯの含有量αｍｏｌ％、よびコア中心部のＺｎＯの含有量βｍｏｌ％を測定した。そして、得られた測定結果より、ＺｎＯの含有量差（β−α）を求めた。なお、測定は、深さ１００μｍの範囲について行った。結果を表１に示す。

平均結晶粒子径の測定
得られたトロイダル形状の焼結体において、２５００μｍ^２以上の範囲について、以下の測定を行うことにより平均結晶粒子径の測定を行った。
すなわち、まず、結晶粒子のピクセル数を面積に変換する方法による画像解析により個々の結晶粒子の断面積を求めた。次いで、個々の粒子の断面積と同じ断面積を有する円の直径の長さを求めた。そして、この直径の値にπ／２を乗じることにより算出される値を、個々の粒子の結晶粒径とし、この平均を計算することにより、平均結晶粒子径を算出した。

初透磁率μｉの測定
得られたトロイダル形状の焼結体に銅線ワイヤーを１０ターン巻きつけ、インピーダンスアナライザ（ヒューレットパッカード ４２８４Ａ）を使用して、初透磁率μｉを測定した。測定条件としては、測定周波数１５０ｋＨｚ、５００ｋＨｚ（合計２条件）、測定温度２５℃、測定レベル０．５ｍＡとした。結果を表１に示す。なお、本実施例においては、１５０ｋＨｚにおける初透磁率μｉが１１０００以上、かつ、５００ｋＨｚにおける初透磁率μｉが３０００以上を良好とした。

表１の結果より、ＺｎＯの含有量差（β−α）が、−１．０ｍｏｌ％≦β−α≦１．０ｍｏｌ％である本発明の実施例の試料２〜４は、いずれも１５０ｋＨｚにおける初透磁率μｉが１１０００以上、５００ｋＨｚの初透磁率μｉが３０００以上となり、良好な結果であった。なお、ＺｎＯの含有量差（β−α）が、０に近くなるほど、１５０ｋＨｚ、５００ｋＨｚいずれも初透磁率が高くなり、より良好な結果になることが確認でき、なかでも、ＺｎＯの含有量差（β−α）が０．２２ｍｏｌ％であった試料４は、特に良好な結果となった。

これに対して、ＺｎＯの含有量差（β−α）が、１．２７ｍｏｌ％であった比較例の試料１は、各成分の添加量を、実施例の試料２〜４と同じにしたにもかかわらず、１５０ｋＨｚにおける初透磁率μｉが、１１０００を大幅に下回る結果となった。

この結果より、広帯域において（具体的には、１５０ｋＨｚおよび５００ｋＨｚにおいて）、高い初透磁率を達成するためには、所定組成を有し、かつ、ＺｎＯの含有量差（β−α）を、−１．０ｍｏｌ％≦β−α≦１．０ｍｏｌ％とすることが望ましいことが確認できた。

実施例２
主成分組成を表２に示す各組成とした以外は、実施例１の試料４と同様にして、トロイダル形状の焼結体試料５〜１６を作製し、実施例１と同様にして、ＺｎＯの含有量差（β−α）、平均結晶粒子径、および初透磁率μｉを測定した。結果を表２に示す。

表２の結果より、ＺｎＯの含有量差（β−α）が、−１．０ｍｏｌ％≦β−α≦１．０ｍｏｌ％であり、かつ、主成分の組成が、本願発明の所定範囲内である実施例の試料４，６〜９，１２〜１５は、いずれも１５０ｋＨｚにおける初透磁率μｉが１１０００以上、５００ｋＨｚの初透磁率μｉが３０００以上となり、良好な結果であった。

これに対して、Ｆｅ_２ Ｏ_３ の含有量を５１．７ｍｏｌ％とした比較例の試料５、およびＺｎＯの含有量を１９．６ｍｏｌ％とした比較例の試料１１は、いずれも１５０ｋＨｚの初透磁率μｉが、１１０００未満となる結果となった。一方、Ｆｅ_２ Ｏ_３ の含有量を５４．５ｍｏｌ％とした比較例の試料１０、およびＺｎＯの含有量を２５．４ｍｏｌ％とした比較例の試料１６は、いずれも５００ｋＨｚの初透磁率μｉが、３０００未満となる結果となった。

これらの結果より、広帯域において（具体的には、１５０ｋＨｚおよび５００ｋＨｚにおいて）、高い初透磁率を達成するためには、ＺｎＯの含有量差（β−α）を−１．０ｍｏｌ％≦β−α≦１．０ｍｏｌ％とするだけでなく、主成分組成を、本発明の範囲内とする必要があることが確認できる。

実施例３
Ｓｉの酸化物の添加量を表３に示すように変化させた以外は、実施例１の試料４と同様にして、トロイダル形状の焼結体試料１７〜２１を作製し、実施例１と同様にして、ＺｎＯの含有量差（β−α）、平均結晶粒子径、および初透磁率μｉを測定した。結果を表３に示す。

表３の結果より、ＺｎＯの含有量差（β−α）が、−１．０ｍｏｌ％≦β−α≦１．０ｍｏｌ％であり、かつ、Ｓｉの酸化物の添加量を、ＳｉＯ_２ 換算で０．００５〜０．０１８重量％とした実施例の試料４，１７〜２０は、いずれも１５０ｋＨｚにおける初透磁率μｉが１１０００以上、５００ｋＨｚの初透磁率μｉが３０００以上となり、良好な結果であった。

これに対して、Ｓｉの酸化物の添加量を、０．０２０重量％とした比較例の試料２１は、１５０ｋＨｚの初透磁率μｉが１１０００未満となり、さらに、５００ｋＨｚの初透磁率μｉが３０００未満となる結果となった。

これらの結果より、広帯域において（具体的には、１５０ｋＨｚおよび５００ｋＨｚにおいて）、高い初透磁率を達成するためには、ＺｎＯの含有量差（β−α）を−１．０ｍｏｌ％≦β−α≦１．０ｍｏｌ％とするだけでなく、Ｓｉの酸化物の添加量を、ＳｉＯ_２ 換算で０．００５〜０．０１８重量％とする必要があることが確認できる。

実施例４
Ｃａの酸化物の添加量を表４に示すように変化させた以外は、実施例１の試料４と同様にして、トロイダル形状の焼結体試料２２〜２６を作製し、実施例１と同様にして、ＺｎＯの含有量差（β−α）、平均結晶粒子径、および初透磁率μｉを測定した。結果を表４に示す。

表４の結果より、ＺｎＯの含有量差（β−α）が、−１．０ｍｏｌ％≦β−α≦１．０ｍｏｌ％であり、かつ、Ｃａの酸化物の添加量を、ＣａＯ換算で０．００６〜０．０４５重量％とした実施例の試料４，２２〜２５は、いずれも１５０ｋＨｚにおける初透磁率μｉが１１０００以上、５００ｋＨｚの初透磁率μｉが３０００以上となり、良好な結果であった。

これに対して、Ｃａの酸化物の添加量を０．０５６重量％とした比較例の試料２６は、１５０ｋＨｚの初透磁率μｉが１１０００未満となる結果となった。

これらの結果より、広帯域において（具体的には、１５０ｋＨｚおよび５００ｋＨｚにおいて）、高い初透磁率を達成するためには、ＺｎＯの含有量差（β−α）を−１．０ｍｏｌ％≦β−α≦１．０ｍｏｌ％とするだけでなく、Ｃａの酸化物の添加量を、ＣａＯ換算で０．００６〜０．０４５重量％とする必要があることが確認できる。

実施例５
Ｂｉの酸化物の添加量を表５に示すように変化させた以外は、実施例１の試料４と同様にして、トロイダル形状の焼結体試料２７〜３１を作製し、実施例１と同様にして、ＺｎＯの含有量差（β−α）、平均結晶粒子径、および初透磁率μｉを測定した。結果を表５に示す。

表５の結果より、ＺｎＯの含有量差（β−α）が、−１．０ｍｏｌ％≦β−α≦１．０ｍｏｌ％であり、かつ、Ｂｉの酸化物の添加量を、Ｂｉ_２ Ｏ_３ 換算で０重量％より多く、０．０６重量％以下とした実施例の試料４，２７〜３０は、いずれも１５０ｋＨｚにおける初透磁率μｉが１１０００以上、５００ｋＨｚの初透磁率μｉが３０００以上となり、良好な結果であった。

これに対して、Ｂｉの酸化物の添加量を０．０７重量％とした比較例の試料３１は、５００ｋＨｚの初透磁率μｉが３０００未満となる結果となった。

これらの結果より、広帯域において（具体的には、１５０ｋＨｚおよび５００ｋＨｚにおいて）、高い初透磁率を達成するためには、ＺｎＯの含有量差（β−α）を−１．０ｍｏｌ％≦β−α≦１．０ｍｏｌ％とするだけでなく、Ｂｉの酸化物の添加量を、Ｂｉ_２ Ｏ_３ 換算で、０重量％より多く、０．０６重量％以下とする必要があることが確認できる。

なお、本実施例においては、フェライト焼結体試料４，２７〜３１について、蛍光Ｘ線（島津製作所製 ＸＭＦ−２１００）を使用して、Ｂｉの酸化物の含有量をそれぞれ測定した。その結果、Ｂｉの酸化物の焼結後における含有量は、焼成前の添加量と比較して、重量比で５〜４０％となっていた。

実施例６
Ｍｏの酸化物の添加量を表６に示すように変化させた以外は、実施例１の試料４と同様にして、トロイダル形状の焼結体試料３２〜３６を作製し、実施例１と同様にして、ＺｎＯの含有量差（β−α）、平均結晶粒子径、および初透磁率μｉを測定した。結果を表６に示す。

表６の結果より、ＺｎＯの含有量差（β−α）が、−１．０ｍｏｌ％≦β−α≦１．０ｍｏｌ％であり、かつ、Ｍｏの酸化物の添加量を、ＭｏＯ_３ 換算で０重量％より多く、０．０８重量％以下とした実施例の試料４，３２〜３５は、いずれも１５０ｋＨｚにおける初透磁率μｉが１１０００以上、５００ｋＨｚの初透磁率μｉが３０００以上となり、良好な結果であった。

これに対して、Ｍｏの酸化物の添加量を、０．０９重量％とした比較例の試料３６は、１５０ｋＨｚの初透磁率μｉが、１１０００未満となる結果となった。

これらの結果より、広帯域において（具体的には、１５０ｋＨｚおよび５００ｋＨｚにおいて）、高い初透磁率を達成するためには、ＺｎＯの含有量差（β−α）を−１．０ｍｏｌ％≦β−α≦１．０ｍｏｌ％とするだけでなく、Ｍｏの酸化物の添加量を、ＭｏＯ_３ 換算で、０重量％より多く、０．０８重量％以下とする必要があることが確認できる。

なお、本実施例においては、フェライト焼結体試料４，３２〜３６について、蛍光Ｘ線（島津製作所製 ＸＭＦ−２１００）を使用して、Ｍｏの酸化物の含有量をそれぞれ測定した。その結果、Ｍｏの酸化物の焼結後における含有量は、焼成前の添加量と比較して、重量比で５〜４０％となっていた。

実施例７
焼成時の時間および温度を変化させて、焼結体試料の平均結晶粒径を表７に示すように変化させた以外は、実施例１の試料４と同様にして、トロイダル形状の焼結体試料３７〜４２を作製し、実施例１と同様にして、ＺｎＯの含有量差（β−α）、平均結晶粒子径、および初透磁率μｉを測定した。結果を表７に示す。

表７の結果より、ＺｎＯの含有量差（β−α）が、−１．０ｍｏｌ％≦β−α≦１．０ｍｏｌ％であり、かつ、焼結体の平均結晶粒子径が４０〜１２０μｍである実施例の試料４，３９〜４１は、いずれも１５０ｋＨｚにおける初透磁率μｉが１１０００以上、５００ｋＨｚの初透磁率μｉが３０００以上となり、良好な結果であった。

これに対して、焼結体の平均結晶粒子径が２５μｍ、３７μｍであった参考例の試料３７，３８は、いずれも１５０ｋＨｚの初透磁率μｉが、１１０００未満となる結果となった。一方、焼結体の平均結晶粒子径が１２６μｍであった参考例の試料４２は、５００ｋＨｚの初透磁率μｉが、３０００未満となる結果となった。

これらの結果より、広帯域において（具体的には、１５０ｋＨｚおよび５００ｋＨｚにおいて）、高い初透磁率を達成するためには、ＺｎＯの含有量差（β−α）を−１．０ｍｏｌ％≦β−α≦１．０ｍｏｌ％とするだけでなく、焼結体の平均結晶粒子径を４０〜１２０μｍとすることが好ましいことが確認できた。

なお、上述の実施例１〜７においては、焼成雰囲気における酸素分圧を調整することにより、ＺｎＯの含有量差（β−α）を制御した実施例を例示したが、図２、図３に示すように、組成調整用の成形体１１を使用する方法を採用した場合にも、同様の結果が得られることが確認されている。

図１は本発明の一実施形態に係るフェライトコアを示す図である。 図２は本発明の一実施形態に係るフェライトコアの製造方法を説明するための図である。 図３は図２におけるIII−III線に沿う断面図である。

符号の説明

１… フェライトコア
１０… フェライト成形体
１１… 組成調整用の成形体
２０… セッター

Claims (4)

1. 主成分として、Ｆｅ_２ Ｏ_３ を５２〜５４ｍｏｌ％、ＺｎＯを２０〜２５ｍｏｌ％含有し、残部が実質的にＭｎＯであるＭｎ−Ｚｎ系フェライトからなるフェライトコアであって、
   副成分として、前記フェライトコア全体１００重量％に対して、
   Ｓｉの酸化物を、ＳｉＯ_２ 換算で０．００５〜０．０１８重量％、
   Ｃａの酸化物を、ＣａＯ換算で０．００６〜０．０４５重量％、
   Ｂｉの酸化物を、Ｂｉ_２ Ｏ_３ 換算で０〜０．０６重量％（ただし、０は含まない）、
   Ｍｏの酸化物を、ＭｏＯ_３ 換算で０〜０．０８重量％（ただし、０は含まない）含有し、
   前記フェライトコアの表面におけるＺｎＯの含有量をαｍｏｌ％、前記フェライトコアの内部におけるＺｎＯの含有量をβｍｏｌ％としたときに、ＺｎＯの含有量の差（β−α）が、−１．０ｍｏｌ％≦β−α≦１．０ｍｏｌ％であることを特徴とするフェライトコア。
2. 前記フェライトコアを構成する結晶粒子の平均結晶粒子径が、４０μｍより大きく、１２０μｍ以下である請求項１に記載のフェライトコア。
3. 周波数１５０ｋＨｚにおける初透磁率μｉが、１１０００以上、周波数５００ｋＨｚにおける初透磁率μｉが、３０００以上である請求項１または２に記載のフェライトコア。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のフェライトコアを含有するラインフィルタ。
   
   

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