JP2006193343A - フェライト焼結体及びこれを用いた電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来のＭｎ−Ｚｎ系フェライト焼結体に比べて特に１００℃の高温において最大磁束密度が大きく、保磁力が小さいフェライト焼結体を提供する。
【解決手段】 主成分として６８〜７２ｍｏｌ％のＦｅ_２Ｏ_３と、３〜１２ｍｏｌ％のＺｎＯと、０．００５〜０．０５ｍｏｌ％のＣｏＯおよび０．０１〜２ｍｏｌ％のＮｉＯうち少なくとも一種と、残部ＭｎＯとを含有することを特徴とし、好ましくは焼結体密度が４．９×１０^３ｋｇ／ｍ^３以上であるとともに、１００℃における測定磁界１０００Ａ／ｍでの最大磁束密度が５２０ｍＴ以上かつ保磁力が５５Ａ／ｍ未満であることを特徴とする
【選択図】 なし

Description

本発明は、１００℃程度の高温で高い最大磁束密度を有するＭｎ−Ｚｎ系フェライト焼結体およびそれを用いた電子部品に関する。

近年、各種電子機器においてＬＳＩの高集積化、多機能化および高速化が進んでおり、それに電力を供給する電源系にも高パワーが要求されてきている。例えば、ノート型パソコンを例に挙げると、ＣＰＵの高速化、記憶装置の大容量化・高速化などにともなう多機能・高品位の流れとして、使用されるＤＣ−ＤＣコンバータにも大電流化への対応が要求される。また、部品の集積度が上がってくると電子部品からの発熱により回路周辺の温度が上昇し、使用される電子部品の使用環境温度は１００℃近くに達する。したがって高性能なＣＰＵを用いたノート型パソコンに使用されるＤＣ−ＤＣコンバータには、実際に使用される環境温度において、大電流化に対応したものであることが必要とされる。

また、ＥＶ（電気自動車）、ＨＥＶ（ハイブリッド電気自動車）等に使用される車載用のＤＣ−ＤＣコンバータ等においても、その使用環境温度が広く、１００℃以上でも所定の性能を維持する必要があり、かかる場合でも高温対応・大電流化対応が要求される。

これら高温対応・大電流化対応の要請は、ＤＣ−ＤＣコンバータを構成するチョークコイル、更には当該チョークコイルの構成部品である磁性コアにも及ぶ。すなわちチョークコイルには、高温下においても、高い電流値までインダクタンス値が低下しないことが求められ、また磁性コアには、数百ｋＨｚの周波数で使用可能であり、高温下においても、高い電流値まで磁気飽和しにくい高い飽和磁束密度を有するものが要求される。

これらチョークコイル等に使用される磁性コアにはケイ素鋼やアモルファス等の金属系磁性材料とフェライトがある。金属系磁性材料はフェライトに比べて飽和磁束密度が高く、大きな電流を流しても磁気飽和しにくいという長所がある。反面、一般的に値段が高く、また低抵抗であるため高周波になると使用できないという問題がある。これに対して、フェライトは、金属系磁性材料と比較して高い抵抗値を有し、高周波でも使用可能であるとともに、価格が安いというメリットがある。かかるフェライトのうち、一般的にＭｎ−Ｚｎ系フェライトはＮｉ−Ｚｎ系フェライトに比べて飽和磁束密度が高いことから、大電流対応のコア材として適している。

従来、ＤＣ−ＤＣコンバータ用チョークコイルに用いられるものも含め、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトでは５０〜５５ｍｏｌ％程度のＦｅ_２Ｏ_３を含有するのが一般的であるが、かかるＦｅ_２Ｏ_３含有量を増加させることで最大磁束密度が向上することが知られている。しかし、６０ｍｏｌ％を超える多量のＦｅ_２Ｏ_３を含有する組成においては、単結晶では高い最大磁束密度を有するＭｎ−Ｚｎ系フェライトが得られても、粉末冶金的な方法により最大磁束密度の高いＭｎ−Ｚｎ系フェライト焼結体を得ることは、以下に述べる理由により困難であった。すなわち、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトを製造する場合、焼結工程でＦｅ_２Ｏ_３が還元されてＦｅＯ・Ｆｅ_２Ｏ_３となる。かかるスピネル化反応に伴いＦｅ_２Ｏ_３の酸素が放出される必要があるが、Ｆｅ_２Ｏ_３が大幅に過剰な組成では、酸素の放出が不十分となり、Ｆｅ_２Ｏ_３が異相（ヘマタイト相）として残存しやすく、高磁気特性（高磁束密度）を得ることができない。また、スピネル化反応および焼結の進行が妨げられる結果、密度の高い焼結体を得ることができず、必然的に高い最大磁束密度は得られない。

これらに対し最大磁束密度を高める試みとして、特許文献１では、主成分としてモル比で６２〜６８％のＦｅ_２Ｏ_３、１６〜２８％のＭｎＯ及び１０〜１６％のＺｎＯから成り、副成分としてＣａＯ、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２及びＣｏＯの少なくとも１種を含むフェライト材を焼成しＭｎ−Ｚｎ系フェライト得る製造方法において、フェライト材に有機バインダを還元剤として添加し、不活性ガス中で焼成し、ウスタイト相やヘマタイト相などの異相が生じることの無い高飽和磁束密度を有するＭｎ−Ｚｎ系フェライトの製造方法が開示されている。また、一般的にフェライトの磁気特性は温度に対して影響を受けやすく、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトは室温では高い最大磁束密度を有するものの、温度の上昇とともに最大磁束密度は減少し、１００℃程度の高温では室温に比べて、最大磁束密度は通常２０〜２５％程度低下する。このような最大磁束密度の低下は、チョークコイルとしたときに直流重畳特性の劣化につながる。そこで、特に１００℃の高温において、高い最大磁束密度を有するフェライト焼結体として、酸化鉄の含有量が６０〜８５ｍｏｌ％、酸化亜鉛の含有量が０〜２０ｍｏｌ％、および残部がＭｎＯから成り、１００℃で４５０ｍＴ以上の高い最大磁束密度が得られ、温度に対する最大磁束密度の変化率が小さいフェライト焼結体が開示されている（特許文献２）。

特開平６−３３３７２６号公報 特開平１１−３２９８２２号公報

特許文献２に記載の発明により１００℃の高温で高い最大磁束密度を有するＭｎ−Ｚｎフェライトが提供されるが、本来高い最大磁束密度が期待されるＦｅ_２Ｏ_３含有量が６０ｍｏｌ％を超えるＦｅ過剰組成では、焼結体密度が４．９×１０^３ｋｇ／ｍ^３未満であり、理論密度（５．１〜５．２×１０^３ｋｇ／ｍ^３）と比べて十分な水準にはない。そのため適用する組成から期待される高い最大磁束密度を十分に引き出しているとは言いがたい。また、Ｆｅ過剰組成では、異方性磁界、磁歪定数が大きくなることから、軟磁気特性の低下・保磁力の増大を招く。このことは損失の増加の原因となる。また、軟磁気特性の低下は、ＢＨ曲線において磁界に対してＢが飽和しにくくなることにつながる。ここで、十分な磁界を印加して磁気的に飽和した状態の飽和磁化Ｍｓや飽和磁束密度が高いとしても、それよりも低い実用上の磁界を印加した場合の最大磁束密度が高いとは限らず、該最大磁束密度は飽和のしやすさが大きく影響する。したがってＦｅ過剰の組成にしても１０００Ａ／ｍ程度の印加磁界では思うように１００℃における最大磁束密度Ｂｍが改善されないという事態を招く。また、特許文献1では、ヘマタイト相等の異相の生成を抑え、高い最大磁束密度が得られる製造方法が開示されているが、１００℃での最大磁束密度をはじめ、本発明で問題としている高温環境下での使用を前提とした記載がなく、１００℃程度の高温での最大磁束密度の向上等が達成されたものとは言い難い。したがって、これらの発明をもってしても、なお強まる高温対応・大電流化対応の要請に十分応えているとは言いがたく、更に最大磁束密度が高く、低保磁力で軟磁気特性に優れた材料が望まれていた。

本発明は、かかる問題を解決し、従来のＭｎ−Ｚｎ系フェライト焼結体に比べて最大磁束密度を大幅に改善し、特に１００℃の高温において高い最大磁束密度と低保磁力を有するフェライト焼結体およびこれを用いた電子部品を提供することを目的とする。

本発明は、主成分として６８〜７２ｍｏｌ％のＦｅ_２Ｏ_３と、３〜１２ｍｏｌ％のＺｎＯと、０．００５〜０．０５ｍｏｌ％のＣｏＯおよび０．０１〜２ｍｏｌ％のＮｉＯうち少なくとも一種と、残部ＭｎＯとを含有し、１００℃における測定磁界１０００Ａ／ｍでの最大磁束密度が５２０ｍＴ以上かつ保磁力が５５Ａ／ｍ未満であるフェライト焼結体である。かかる発明によって１００℃の高温において最大磁束密度が高く、軟磁気特性にも優れるフェライト焼結体を提供することができる。

また本発明は、主成分として６４〜７２ｍｏｌ％のＦｅ_２Ｏ_３と、３〜１２ｍｏｌ％のＺｎＯと、０．１〜３ｍｏｌ％のＬｉＯ_１／２および０．１〜４ｍｏｌ％のＣｕＯのうち少なくとも一種と、残部ＭｎＯとを含有し、１００℃における測定磁界１０００Ａ／ｍでの最大磁束密度が５２０ｍＴ以上かつ保磁力が５５Ａ／ｍ未満であるフェライト焼結体である。かかる発明によって１００℃の高温において最大磁束密度が高く、軟磁気特性にも優れるフェライト焼結体を提供することができる。

前記発明において、焼結体密度は４．９×１０^３ｋｇ／ｍ^３以上であることが好ましい。焼結体密度の大きさは磁性相の比率と関連するため、焼結体密度を前記範囲とすることで、高い最大磁束密度が得られる。組成上、高飽和磁束密度が期待される大幅にＦｅ過剰の組成において、焼結体密度を前記範囲とすることで、高い最大磁束密度を発現するフェライト焼結体を得ることができる。

本発明のフェライト焼結体においては、初透磁率が極大となる温度が８０℃〜１２０℃であることが好ましい。該構成によって、高い最大磁束密度を有し、かつ１００℃近傍の高温での使用に適したフェライトコアを提供することができる。

さらに、本発明のフェライト焼結体は、インダクタンス素子、インピーダンス素子などの巻線部品に使用することができ、特にチョークコイルまたはトランスに用いることが好ましい。本発明のフェライト焼結体は、磁気特性に優れるとともに粉末冶金的な手法で製造できるので、高い磁気特性と複雑な形状が要求される前記用途のコアとして好適である。特に１００℃での高温において、大電流でも飽和しにくい、しかも低損失のフェライトコアを提供することができるので、電源等に用いられるチョークコイルやトランスに適する。

また、本発明の電子部品は、前記のフェライト焼結体を磁心とし、該磁心に巻線を設けたことを特徴とする。前記フェライト焼結体を用いて巻線部品を構成することによって、大電流対応可能な巻線部品を提供することができる。

本発明によれば、最大磁束密度を大幅に改善し、特に１００℃の高温において、従来に無い高い水準の最大磁束密度と低保磁力を兼ね備えたフェライト焼結体を得ることができる。また、かかるフェライト焼結体を用いることにより、１００℃程度の高温環境において大電流に対応したチョークコイル等の電子部品の提供が可能となる。

以下、本発明を実施例とともに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。本発明に係るフェライト焼結体は、例えば通常のＭｎ−Ｚｎ系フェライトの製造に適用される粉末冶金的方法によって製造することができる。すなわち主原料であるＦｅ_２Ｏ_３、ＭｎＯ（本発明ではＭｎ_３Ｏ_４を使用した）、ＺｎＯ、ＮｉＯ、Ｃｏ_３Ｏ_４、Ｌｉ_２ＣＯ_３、ＣｕＯを所定の割合で秤量し、ボールミル等で混合した後仮焼し、さらにボールミル等で粉砕する。粉砕した原料粉にバインダ等を添加した後スプレードライヤー等で造粒し、成形に供する。得られた成形体を焼結してフェライト焼結体を得る。

次に、本発明においてフェライト焼結体および製造方法を限定した理由について説明する。本発明に係るフェライト焼結体の主成分組成は、６８〜７２ｍｏｌ％のＦｅ_２Ｏ_３と、３〜１２ｍｏｌ％のＺｎＯと、０．００５〜０．０５ｍｏｌ％のＣｏＯおよび０．０１〜２ｍｏｌ％のＮｉＯうち少なくとも一種と、残部ＭｎＯであるが、主成分組成をかかる範囲に限定することにより、測定磁界１０００Ａ／ｍで測定した１００℃における最大磁束密度が５２０ｍＴ以上の、従来に比べて非常に高い水準の最大磁束密度を有するフェライト焼結体を得ることができる。また、同時に、５５Ａ／ｍ未満の低保磁力を得ることができる。

Ｃｏは、１００℃の高温での最大磁束密度の向上と保磁力低減の効果を発揮する。一般に、Ｍｎ−Ｚｎフェライトでは、Ｃｏはコアロスの温度依存性の緩和の目的で使用される。これに対して本発明においては、Ｃｏ含有量の増加は初透磁率の極大ピークを低温側に移動させる効果がある。Ｆｅ_２Ｏ_３が６８〜７２ｍｏｌ％の大幅にＦｅ過剰な組成を採用することで、初透磁率のピーク温度を１００℃近傍とすることが可能である。例えば該ピーク温度が、１００℃よりも高い場合に、さらにＣｏ量を調整し、初透磁率のピーク温度を１００℃に近づけることによって、保磁力の低下等軟磁気特性が改善されるとともに、最大磁束密度も増加するのである。かかる効果は異方性磁界や磁歪定数が大きく、軟磁気特性に劣るがゆえに飽和しにくい前記Ｆｅ過剰組成において、特徴的かつ顕著になるものと考えられる。また、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｍｎ及びＣｏの含有量を規定した本発明は、特に１００℃での最大磁束密度の向上を図ったものであるので、室温で高最大磁束密度化を図る場合とＣｏ量をはじめ各構成元素の最適範囲が異なる。例えば室温で高い最大磁束密度を得るためにはより多くのＣｏを必要とする。したがって、Ｆｅ_２Ｏ_３の含有量が６８ｍｏｌ％未満で、初透磁率のピーク温度がもともと８０℃未満であるような場合には、本発明のＣｏ含有による１００℃での最大磁束密度の向上と保磁力の低減の効果は期待できない。この場合は、例えば室温付近の最大磁束密度を向上するに過ぎない。Ｃｏの含有量はそれが少ないと前記効果が実質的に発揮されず、多すぎるとＢＨ曲線がくびれ型（パーミンバ型）となるため、０．００５〜０．０５ｍｏｌ％であることが好ましい。より好ましくは０．０１〜０．０３ｍｏｌ％でとすることで、１００℃で５５５ｍＴ以上の最大磁束密度と５２Ａ／ｍ以下の保磁力を得ることが可能となる。一方、Ｆｅ、Ｚｎの含有量は、Ｃｏの含有の効果も含めて初透磁率のピーク温度が１００℃近傍となるようにする。これにより高最大磁束密度、低保磁力が得られる。１００℃で５２０ｍＴ以上の最大磁束密度および５５Ａ／ｍ未満の保磁力を得るためには、Ｆｅ_２Ｏ_３は６８〜７２ｍｏｌ％、ＺｎＯは、３〜１２ｍｏｌ％とすることが好ましい。Ｆｅ_２Ｏ_３の含有量はより好ましくは６９〜７１ｍｏｌ％である。

一方、Ｎｉは１００℃での保磁力を減少させつつ、最大磁束密度を向上させる。但し、これが少ないと前記効果が実質的に発揮されず、多すぎると逆に最大磁束密度が低下する。したがって、ＮｉＯは０．０１〜２ｍｏｌ％の範囲が好ましい。より好ましくは０.５〜１.５ｍｏｌ％であり、ＮｉＯの含有量を該範囲とすることで５３０ｍＴ以上の最大磁束密度と５５Ａ／ｍ未満の保磁力が実現できる。また、Ｆｅの含有量は、これが少ないと最大磁束密度が低下し、多すぎるとＮｉの含有の効果が発揮されない。１００℃で５２０ｍＴ以上の最大磁束密度および５５Ａ／ｍ未満の保磁力を得るためには、Ｆｅ_２Ｏ_３は６８〜７２ｍｏｌ％、ＺｎＯは、３〜１２ｍｏｌ％とすることが好ましい。

また、別の形態の本発明に係るフェライト焼結体の主成分組成は、６４〜７２ｍｏｌ％のＦｅ_２Ｏ_３と、３〜１２ｍｏｌ％のＺｎＯと、０．１〜３ｍｏｌ％のＬｉＯ_１／２および０．１〜４ｍｏｌ％のＣｕＯのうち少なくとも一種と、残部ＭｎＯであるが、主成分組成をかかる範囲に限定することにより、測定磁界１０００Ａ／ｍで測定した１００℃における最大磁束密度が５２０ｍＴ以上の、従来に比べて非常に高い水準の最大磁束密度を有するフェライト焼結体を得ることができる。また、同時に、５５Ａ／ｍ未満の低保磁力を得ることができる。Ｌｉ、Ｃｕは非磁性元素であるが、これらの含有は特に保磁力低減に効果がある。保磁力の低減は、軟磁気特性の向上を意味するため、単に低損失に寄与するだけでなく最大磁束密度の向上にも寄与する。

Ｌｉは、最大磁束密度の低下を抑えつつ保磁力を低下させる効果を発揮する。但し、これが少なすぎると実質的な保磁力低下の効果が発揮されず、多すぎると粗大粒が発生するとともに、最大磁束密度が低下する。したがって、ＬｉＯ_１／２は０．１〜３ｍｏｌ％の範囲が好ましい。より好ましくは０．５〜２ｍｏｌ％であり、ＬｉＯ_１／２をかかる範囲とすることで、５４Ａ／ｍ以下の保磁力と５３０ｍＴ以上の最大磁束密度を得ることができる。特に１〜２ｍｏｌ％とすると、保磁力を５２Ａ／ｍ以下とすることができる。また、Ｆｅ、Ｚｎの含有量は、これが少なすぎても、また多すぎても最大磁束密度が低下する。したがって、Ｌｉの含有と合せて、１００℃で５２０ｍＴ以上の最大磁束密度および５５Ａ／ｍ未満の保磁力を得るためには、Ｆｅ_２Ｏ_３は６４〜７２ｍｏｌ％、ＺｎＯは３〜１２ｍｏｌ％とすることが好ましい。特に、高い最大磁束密度を得る観点からは、Ｆｅ_２Ｏ_３量はより好ましくは６８〜７２ｍｏｌ％である。

一方、Ｃｕも最大磁束密度の低下を抑えつつ保磁力を低下させる効果を発揮するが、特に保磁力の低下の効果が大きい。Ｃｕの含有量が少なすぎると実質的な保磁力低下の効果が発揮されず、多すぎると最大磁束密度の低下が著しくなる。したがってＣｕＯは０．１〜４ｍｏｌ％の範囲が好ましい。より好ましくは、１〜３ｍｏｌ％であり、ＣｕＯをかかる範囲とすることで、５０Ａ／ｍ以下の保磁力を得ることができる。特に好ましくは２〜３ｍｏｌ％とすると、３０Ａ／ｍ以下の低保磁力を得ることが可能である。また、Ｆｅ、Ｚｎの含有量は、これが少なすぎても、また多すぎても最大磁束密度が低下する。したがって、Ｃｕの含有と合せて、１００℃で５２０ｍＴ以上の最大磁束密度および５５Ａ／ｍ未満の保磁力を得るためには、Ｆｅ_２Ｏ_３は６４〜７２ｍｏｌ％、ＺｎＯは３〜１２ｍｏｌ％とすることが好ましい。初透磁率も含めた磁気特性の観点からはＦｅ_２Ｏ_３量はより好ましくは６７〜７２ｍｏｌ％である。

また、本発明において、副成分としてＣａをＣａＣＯ_３換算で０．０２〜０．３質量％、ＳｉをＳｉＯ_２換算で０．００３〜０．０１５質量％含有させることによって高い体積抵抗率を併せ持ったフェライト焼結体を提供することができる。Ｃａをかかる範囲に限定したのは、ＣａＣＯ_３換算で０．０２質量％未満であると体積抵抗率向上の効果が得られず、０．３質量％を超えると焼結性が低下し、焼結体密度・最大磁束密度が低下するからである。また、Ｓｉを上記範囲に限定したのは、ＳｉＯ_２が０．００３質量％未満であると体積抵抗率向上の効果が得られず、０．０１５質量％を超えると焼結体組織中に粗大粒が発生し、磁気特性・体積抵抗率が低下するからである。これら副成分を前記範囲とすることで、０．１Ω・ｍ以上の体積抵抗率を有する、高最大磁束密度・高電気抵抗のフェライト焼結体を提供することができる。

なお、最大磁束密度の向上、コアロスの低減等の目的から、主成分のＭｎをさらにＴｉ、Ｓｎで７ｍｏｌ％以下置換してもよい。また、添加物としてＮｂ、Ｚｒ、Ｖ、Ｔａ、Ｂｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ａｌおよび希土類金属（Ｙを含む）の酸化物その他の化合物を０．２質量％以下含んでもよい。

さらに本発明にかかるフェライト焼結体の密度は４．９×１０^３ｋｇ／ｍ^３以上であることが好ましい。かかる範囲に限定したのは、大幅にＦｅ過剰の本発明の組成を適用しても、焼結体密度が上記範囲を下回ると最大磁束密度が大きく低下してしまい、１００℃において５２０ｍＴ以上の高い最大磁束密度が得るのが困難になるからである。より好ましくは、焼結体密度を４．９５×１０^３ｋｇ／ｍ^３以上とすることでいっそう高い最大磁束密度を得ることができる。

初透磁率が極大となる温度は８０℃〜１２０℃であることが好ましい。初透磁率のピーク温度を該範囲とすることで、１００℃での保磁力等軟磁気特性を改善し、最大磁束密度の増加を図ることができる。また、一般に、初透磁率のピーク温度とコアロスのボトム温度はほぼ一致する傾向を示す。したがって室温以上となる実際の電子機器の使用環境温度における熱暴走を防止する観点からも前記温度範囲が好ましい。

本発明のフェライト焼結体は、成形に供するフェライト粉末のスピネル化率Ｓを１０〜６０％、かつバインダ添加量Ｖ（質量％）を１．３−０．０２×Ｓ≦Ｖ≦２．３−０．０２×Ｓの範囲とし、脱バインダから焼結温度保持にいたる工程の酸素濃度を０．１ｖｏｌ％以下として製造する。ここでスピネル化率は、粉末Ｘ線回折パターンにおけるスピネル相の３１１ピーク（スピネル相の最大強度を示すピーク）の強度Ｉ_３１１とヘマタイト相の１０４ピーク（ヘマタイト相の最大強度を示すピーク）の強度Ｉ_１０４との和（Ｉ_３１１＋Ｉ_１０４）に対するＩ_３１１の割合を用いた。また、バインダ添加量とは、フェライト粉末の重量とバインダ成分の重量の和に対するバインダ成分の重量の割合をいう。

スピネル化率、バインダ添加量およびを脱バインダから焼結温度保持にいたる工程の酸素濃度を上記範囲とした理由は以下の通りである。 成形に供するフェライト粉末のスピネル化率が１０％未満となると、焼結後の変形が大きくなるため寸法精度が落ちるからである。また、焼結工程を経た後でも焼結・スピネル化反応が不十分となり、異相としてヘマタイト相が残存しやすく、最大磁束密度が低下するからである。また、スピネル化率が６０％を超えると、異相であるウスタイト相が生成しやすいとともに、高い最大磁束密度を得るための最適バインダ添加量の水準が大きく低下することから、異相の抑制と成形性の維持の両立が困難になるからである。さらに、スピネル化率は、より好ましくは１０％以上４０％未満である。成形性・成形体強度維持の観点からはバインダ添加量を多くすることが望ましいが、バインダ添加量が多すぎると過還元になりやすい。スピネル化率を１０％以上かつ４０％未満とすることで、１．５質量％以上のバインダを添加しても高い最大磁束密度を維持することが可能となる。

一方、バインダ添加量を１．３−０．０２×Ｓ≦Ｖ≦２．３−０．０２×Ｓの範囲としたのは、バインダ添加量がかかる範囲から外れると、高い最大磁束密度が得られないからである。成形性の観点からは、バインダ添加量は、さらに１．０〜１．８質量％であることが好ましい。本発明においては、バインダとして有機バインダを使用するが、例えばＰＶＡ（ポリビニルアルコール）などを使用することができる。

また、脱バインダから焼結温度保持にいたる工程の酸素濃度を０．１ｖｏｌ％以下としたのは、かかる範囲を超えると、異相であるヘマタイト相が生成するなどして最大磁束密度、透磁率等の磁気特性が低下するからである。より好ましくは０．０１ｖｏｌ％以下である。雰囲気ガスのうち酸素以外の成分は不活性ガスを用いることができるが、量産性の観点から窒素を使用することが望ましい。さらに酸素濃度制御を不要として工程を簡略化する観点からは、窒素中とすることが望ましい。また、Ｈ_２、ＣＯ、炭化水素等の還元性ガスを用いることによって、スピネル化反応の促進、焼結性向上を図ることもできる。ここで、脱バインダから焼結温度保持にいたる工程とは、加熱によりバインダが飛散し始める温度から焼結温度保持終了までをいう。脱バインダと焼結は別工程とすることもできる。この場合、脱バインダから焼結温度保持にいたる工程の酸素濃度を０．１ｖｏｌ％以下とするとは、脱バインダ、焼結それぞれの工程の酸素濃度を０．１ｖｏｌ％以下とすることを意味する。しかし、脱バインダは別途の工程とする必要はなく、室温から焼結温度まで昇温する途中においてバインダは飛散する。なお、焼結温度保持終了後の冷却は平衡酸素分圧に制御して行なうことができるが、工程を簡略する観点から窒素中で行なうことが好ましい。

次に、スピネル化率とバインダ添加量との関係について説明する。例えば通常の粉末冶金的方法によって製造する場合、成形に供するフェライト粉末は、所定の条件で仮焼した後、粉砕したものを用いるが、かかる仮焼工程を経た結果、数十％のスピネル化率を持つ。かかるフェライト粉末を成形後、焼結することによって最終的なフェライト焼結体を得るが、該焼結工程における脱酸素反応すなわち還元反応によって上述のスピネル化率が上昇し、焼結工程終了時にはスピネル化率は理想的には１００％となる。本発明に係るフェライト焼結体は従来のＭｎ−Ｚｎ系フェライトに比べて大幅にＦｅ過剰であるため、かかる脱酸素反応を促進するためには焼結工程における雰囲気酸素濃度は低いことが好ましい。
また、特許文献２によれば仮焼も窒素中で行なうことが好ましい旨の記載がある他、特許文献１では仮焼後のスピネル化度は６０〜９０％が必要であるとされる。これらは、多量の酸素を放出する必要があるＦｅ過剰の組成の場合に、焼結前にフェライト粉末の反応をより進めておくという点で好ましいと考えられる。しかし、脱酸素反応は、上述の焼結工程の雰囲気酸素濃度だけではなく、造粒の際添加されるＰＶＡ（ポリビニルアルコール）などのバインダ量に大きく左右される。これは、Ｃ、Ｈを主構成元素とするバインダの加熱分解によって還元性ガスが発生し、これが脱酸素反応を促進するからである。脱バインダ工程を大気中で行なう場合、バインダは大気中の酸素と結合してしまうため、かかる還元性の影響は顕在化しないが、脱バインダ・焼結工程を窒素中等の低酸素雰囲気で実施する場合にはその影響が顕著となる。

通常、バインダは成形性の観点から一定量添加されるが、後述のようにより細かいフェライト粉末を使用する場合、比表面積が大きくなるため、より多くのバインダを必要とする。この場合、フェライト粉末の還元が過度に進み、最終的に得られるフェライト焼結体においてＦｅ^２＋量の割合が大きくなるため、異相としてウスタイト相が確認されるなど、特性の劣化が生じる。また、これらＦｅ^２＋量の割合、異相の発生、特性の劣化は、主成分組成や仮焼条件等によってその状況が変化し、大幅にＦｅ過剰な組成のフェライト焼結体の安定製造を困難なものにしていた。これに対し、フェライト粉末のスピネル化率、バインダ添加量および脱バインダから焼結温度保持にいたる工程の酸素濃度を前記範囲とすることで、高い最大磁束密度を有するフェライト焼結体を得ることができる。

また、本発明においては、焼結温度は、１１５０℃〜１２５０℃の範囲とすることが好ましい。焼結温度が１１５０℃未満となると焼結体密度が低下するとともに異相であるヘマタイト相が生成しやすくなり、最大磁束密度が低下する。また、１２５０℃を超えると焼結体中に異常粒成長した粗大粒が生成するため最大磁束密度等の磁気特性が低下する。

上述のフェライト粉末のスピネル化率は、選択する組成、仮焼雰囲気、仮焼温度等によって制御することができる。仮焼の条件が同じであれば、使用する組成がＦｅ過剰になればなるほど、スピネル化率は低下する。また、仮焼雰囲気中の酸素量が少ないほどスピネル化率が上昇する。仮焼雰囲気の酸素濃度は組成、バインダ量とのバランスで決定されるが、窒素中から大気中の酸素濃度範囲で本発明において規定するスピネル化率を得ることが可能である。量産性・コストの観点からは、大気中で仮焼することが好ましい。また、仮焼温度は、これが高すぎると仮焼後のフェライト粉末が粗大化し、その後の粉砕を困難なものとするため、８００℃〜９５０℃とするのが好ましい。

なお、成形に供するフェライト粉末は、本発明に規定するスピネル化率のものであればよく、仮焼、すなわち混合した素原料粉の固相反応によって得られたものに限らず、例えば水熱合成等によって得られたものも使用することができる。

フェライト焼結体の最大磁束密度は焼結体密度にも大きく依存する。本発明に係る非常にＦｅ過剰の組成では、高い最大磁束密度が期待されるものの、焼結体密度が上がりにくく、この点がかかる組成における最大磁束密度向上の妨げとなっていた。一般的には、粉末冶金的方法により焼結体を作製する場合、焼結温度を高くすることによって高密度化を図ることが可能である。本発明の組成を有するフェライトを後述する０．１ｖｏｌ％以下の酸素濃度の雰囲気で焼結する場合においては、焼結温度を高くすることは焼結体密度の向上に対して有効に寄与しない。高密度化の方法としては、成形に供するフェライト粉末の比表面積を３０００〜７０００ｍ^２／ｋｇの範囲とすることで、Ｆｅ_２Ｏ_３含有量が６４〜７２ｍｏｌ％或いは６８〜７２ｍｏｌ％である非常にＦｅ過剰の組成であっても、組織が均一で、かつ４．９×１０^３ｋｇ／ｍ^３以上の高い密度を有する焼結体が得られるのである。フェライト粉末の比表面積を３０００〜７０００ｍ^２／ｋｇとしたのは、３０００ｍ^２／ｋｇ未満であると焼結体密度が十分に上がらず、７０００ｍ^２／ｋｇを超えると粉末の取り扱いが困難になるとともに、比表面積を粉砕時間で制御する場合に粉砕工程に多大な時間を要するため生産性に劣るからである。また、７０００ｍ^２／ｋｇを超える非常に細かいフェライト粉末を用いると、焼結体に異常粒成長した粗大粒が発生し、焼結体の強度が低下するほか磁気特性が劣化する。フェライト粉末の比表面積は、より好ましくは４０００〜７０００ｍ^２／ｋｇであり、かかる範囲とすることで、より高い焼結体密度および最大磁束密度を得ることができる。フェライト粉末の比表面積は、粉砕時間等の粉砕条件によって制御することができる。なお、比表面積はＢＥＴ法により測定する。

本発明のフェライト焼結体は、トランス素子、インピーダンス素子、インダクタンス素子などの巻線部品に用いることができる。特に、高い最大磁束密度を有するのでチョークコイルに適する。一般に前記素子は、複雑な形状のコアを用いることが多いが、本発明のフェライト焼結体は、粉末冶金的な手法で作製される焼結体であるので複雑なコア形状のものでも容易に製造できる。しかも、１００℃程度の高温で高い最大磁束密度を有するのでそのような温度に晒されることの多い前記の巻線部品用のコアとして好適である。

本発明の電子部品は、上記のフェライト焼結体をコアとした巻線部品である。例えば、ドラム型、Ｅ型等の形状のフェライト焼結体を作製し、それをコアとして巻線を施す。巻線は、ボビンに設け、該ボビンとフェライト焼結体のコアとで巻線部品を構成しても良い。本発明に係るフェライト焼結体を用いて巻線部品を構成することによって、１００℃の高温環境下で、大電流に対応可能な電子部品を提供することができる。また、保磁力が低く、磁化曲線の線形性に優れるため、入力に対する出力の波形歪を小さくすることができる。

以下、本発明について実施例を用いて具体的に説明する。

Ｆｅ_２Ｏ_３、ＭｎＯ（Ｍｎ_３Ｏ_４を使用）、ＺｎＯおよびＣｏ_３Ｏ_４を表１に示す組成になるよう秤量し、湿式ボールミルにて４時間混合した後乾燥し、スピネル化率が１０〜６０％の範囲となるように、これを窒素中９００℃で１．５時間仮焼した。具体的には、試料Ｎｏ２のもので、スピネル化率は、４３％であった。仮焼後において、これらに添加物としてＣａをＣａＣＯ_３換算で０．０８質量％、ＳｉをＳｉＯ_２換算で０．００６質量％、ＴａをＴａ_２Ｏ_５換算で０．０３質量％添加し、粉砕粉の比表面積が４０００〜７０００ｍ^２／ｋｇになるように粉砕時間を調整して湿式ボールミルにて粉砕し、更にバインダとして１〜１.５質量％のＰＶＡを添加後、造粒した。造粒後リング状に圧縮成形し、その後１５０℃／ｈの昇温速度で昇温し、１１７５℃にて８時間焼結した。なお、脱バインダから焼結温度保持にいたる工程およびその後の冷却工程とも窒素中にて行なった。ここで前記窒素として純度が窒素濃度９９．９９％〜９９．９９９９％程度に調整された高純度窒素ガスを用いた。得られた外径２５ｍｍ、内径１５ｍｍ、高さ５ｍｍのリング状焼結体について、１０ｋＨｚでの初透磁率μi、２０℃および１００℃における測定磁界１０００Ａ／ｍでの最大磁束密度Ｂｍおよび保磁力Ｈｃ並びに焼結体の密度ｄｓを測定した。焼結体密度は水中置換法により測定した。結果を表１に示す。

表１に示すように、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＭｎＯ、ＺｎＯ及びＣｏＯを本発明の範囲とすることで、高最大磁束密度、低保磁力が得られた。特にＣｏをＣｏＯ換算で０.０１〜０.０３ｍｏｌ％含有する場合は、最大磁束密度向上と保磁力低減の効果が顕著となり、１００℃において５５５ｍＴ以上の最大磁束密度と５２Ａ／ｍ以下の保磁力を示した。一方、室温ではＣｏ添加量の増加とともに最大磁束密度が向上しており、１００℃の場合と最大磁束密度のＣｏ添加量依存性や最適範囲が異なることがわかる。また、本発明の実施例の全ての試料で４.９５×１０^３ｋｇ／ｍ^３以上の非常に高い焼結体密度が得られた。なお、試料Ｎｏ２、３、４、５、６、について初透磁率の温度依存性における極大ピークを調べたところ、それぞれ１２０℃、１１０℃、１１０℃、８０℃、６０℃であった。

Ｆｅ_２Ｏ_３、ＭｎＯ（Ｍｎ_３Ｏ_４を使用）、ＺｎＯおよびＮｉＯを表２に示す組成になるよう秤量し、湿式ボールミルにて４時間混合した後乾燥し、スピネル化率が１０〜６０％の範囲となるように、これを大気中８５０℃で１．５時間仮焼した。これらに添加物としてＣａをＣａＣＯ_３換算で０．０８質量％、ＳｉをＳｉＯ_２換算で０．００６質量％、ＴａをＴａ_２Ｏ_５換算で０．０３質量％添加し、粉砕粉の比表面積が４０００〜７０００ｍ^２／ｋｇになるように粉砕時間を調整して湿式ボールミルにて粉砕し、更にバインダとして１.７質量％のＰＶＡを添加後、造粒した。造粒後の成形、焼結、特性評価は実施例１と同様にして行なった。

表２に示すように、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＭｎＯ、ＺｎＯ及びＮｉＯを本発明の範囲とすることで、高最大磁束密度、低保磁力が得られた。特にＮｉをＮｉＯ換算で１ｍｏｌ％とした場合は、５３５ｍＴ以上の最大磁束密度と５２Ａ／ｍ以下の保磁力を示した。また、本発明の実施例の試料は４.９５×１０^３ｋｇ／ｍ^３以上の非常に高い焼結体密度を示した。

Ｆｅ_２Ｏ_３、ＭｎＯ（Ｍｎ_３Ｏ_４を使用）、ＺｎＯ及びＬｉ_２ＣＯ_３を表３に示す組成になるよう秤量し、湿式ボールミルにて４時間混合した後乾燥し、スピネル化率が１０〜６０％の範囲となるように、これを窒素中９００℃で１．５時間仮焼した。具体的には、試料Ｎｏ１２のもので、スピネル化率は４７％であった。これらに添加物としてＣａをＣａＣＯ_３換算で０．０８質量％、ＳｉをＳｉＯ_２換算で０．００６質量％、ＴａをＴａ_２Ｏ_５換算で０．０３質量％添加し、粉砕粉の比表面積が４０００〜７０００ｍ^２／ｋｇになるように粉砕時間を調整して湿式ボールミルにて粉砕し、更にバインダとして１.０質量％のＰＶＡを添加後、造粒した。造粒後の成形、焼結、特性評価は実施例１と同様にして行なった。結果を表３に示す。

表３に示すように、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＭｎＯ、ＺｎＯ及びＬｉＯ_１／２を本発明の範囲とすることで、高最大磁束密度、低保磁力が得られた。Ｆｅ_２Ｏ_３、を６８〜６９.５ｍｏｌ％、ＬｉをＬｉＯ_１／２換算で０.５〜２ｍｏｌ％とした場合は、５４０ｍＴ以上の最大磁束密度と５４Ａ／ｍ以下の保磁力を示した。特に、ＬｉをＬｉＯ_１／２換算で１〜２ｍｏｌ％とすると、５２Ａ／ｍ以下、１.５〜２ｍｏｌ％とすると４５Ａ／ｍ以下の保磁力が得られた。また、本発明の実施例の試料は、４.９×１０^３ｋｇ／ｍ^３以上の高い焼結体密度を示した。

Ｆｅ_２Ｏ_３、ＭｎＯ（Ｍｎ_３Ｏ_４を使用）、ＺｎＯ及びＣｕＯを表４に示す組成になるよう秤量し、湿式ボールミルにて４時間混合した後乾燥し、スピネル化率が１０〜６０％の範囲となるように、これを大気中８５０℃で１．５時間仮焼した。但し、Ｎｏ２３のみ窒素中９００℃で１．５時間仮焼した。これらに添加物としてＣａをＣａＣＯ_３換算で０．０８質量％、ＳｉをＳｉＯ_２換算で０．００６質量％、ＴａをＴａ_２Ｏ_５換算で０．０３質量％添加し、粉砕粉の比表面積が４０００〜７０００ｍ^２／ｋｇになるように粉砕時間を調整して湿式ボールミルにて粉砕し、更にバインダとして１.７質量％（Ｎｏ２３のみ１質量％）のＰＶＡを添加後、造粒した。造粒後の成形、焼結、特性評価は実施例１と同様にして行なった。結果を表４に示す。

表４に示すように、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＭｎＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯを本発明の範囲とすることで、高最大磁束密度、低保磁力が得られた。ＣｕＯを１〜３ｍｏｌ％とした場合は、５２５ｍＴ以上の最大磁束密度と５０Ａ／ｍ以下の保磁力を示した。特に、ＣｕＯを２〜３ｍｏｌ％の範囲内の３ｍｏｌ％とすると、３０Ａ／ｍ以下の保磁力が得られる。また、本発明の実施例の試料は、４.９５×１０^３ｋｇ／ｍ^３以上の非常に高い焼結体密度を示した。

Claims (6)

1. 主成分として６８〜７２ｍｏｌ％のＦｅ_２Ｏ_３と、３〜１２ｍｏｌ％のＺｎＯと、０．００５〜０．０５ｍｏｌ％のＣｏＯおよび０．０１〜２ｍｏｌ％のＮｉＯのうち少なくとも一種と、残部ＭｎＯとを含有し、１００℃における測定磁界１０００Ａ／ｍでの最大磁束密度が５２０ｍＴ以上かつ保磁力が５５Ａ／ｍ未満であるフェライト焼結体。
2. 主成分として６４〜７２ｍｏｌ％のＦｅ_２Ｏ_３と、３〜１２ｍｏｌ％のＺｎＯと、０．１〜３ｍｏｌ％のＬｉＯ_１／２および０．１〜４ｍｏｌ％のＣｕＯのうち少なくとも一種と、残部ＭｎＯとを含有し、１００℃における測定磁界１０００Ａ／ｍでの最大磁束密度が５２０ｍＴ以上かつ保磁力が５５Ａ／ｍ未満であるフェライト焼結体。
3. 前記フェライト焼結体の焼結体密度が４．９×１０^３ｋｇ／ｍ^３以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のフェライト焼結体
4. 初透磁率が極大となる温度が８０℃〜１２０℃であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のフェライト焼結体。
5. 巻線部品に用いる請求項１〜４のいずれかに記載のフェライト焼結体であって、前記巻線部品はチョークコイルまたはトランスであることを特徴とするフェライト焼結体。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のフェライト焼結体を磁心とし、該磁心に巻線を設けたことを特徴とする電子部品。