JP2007103677A - フェライト材料の製造方法、フェライトコア、焼成炉システム - Google Patents

Abstract

【課題】均等な条件で焼成を行い、特性の低下、バラツキを抑えることのできるフェライト材料の製造方法、焼成炉システムを提供することを目的とする。
【解決手段】連続炉方式の焼成炉システム１０において、ガス供給手段３０で供給する雰囲気ガスの気流の方向を搬送コンベア１３上に搭載されたセッター２０の表面に沿った方向とすることで、複数段積み重ねられたセッター２０どうしの間の空間における雰囲気ガスの流れを良くし、酸素分圧のバラツキを抑える。これにより、複数段積み重ねられたセッター２０に搭載された複数の成形体間における焼成条件の均一化を図る。
【選択図】図１

Description

本発明は、トランス、リアクタ、チョークコイル等の電子部品に好適に用いられるフェライト材料の製造方法、およびその製造に際して用いられる焼成炉システムに関する。

トランスやリアクタに使用される材料として、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトが知られている。Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトは、Ｎｉ系フェライトよりも飽和磁束密度が高い。このため、大電流用のトランスおよびチョークコイルには、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトが一般的に使用されている。

Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトは、通常、以下のような工程を経て製造される。複数種の酸化物原料粉末を混合し、得られた混合粉末を８００〜１１００℃の大気中で仮焼きする。得られた仮焼き粉を解砕した後に、バインダを混合し、例えばスプレードライヤを用いて顆粒に造粒する。この造粒粉を所定形状に成形して成形体を得た後に、酸素分圧（ＰＯ_２）が制御された雰囲気下で焼成することにより、焼成体であるＭｎ−Ｚｎ系フェライトを得る（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０００−１３８１１７号公報

焼成を行う工程で、酸素分圧を制御するには、焼成炉内に窒素あるいは酸素分圧を制御した雰囲気ガスを供給する必要がある。従来、雰囲気ガスは、炉床（炉の底面）から供給するのが一般的であった。しかしながら、特に、量産を行う場合、複数の成形体をパレット状のセッターに搭載し、このセッターを複数段積み重ねて焼成炉に投入するため、セッター間への雰囲気ガスの流入状況が場所によって大きく異なり、これによって焼成条件が異なってしまうため、得られるＭｎ−Ｚｎ系フェライトの特性等に低下やバラツキが出てしまうという問題がある。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、均等な条件で焼成を行い、特性の低下、バラツキを抑えることのできるフェライト材料の製造方法、焼成炉システムを提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明はＦｅ_２Ｏ_３、ＭｎＯ、ＺｎＯを主成分とするフェライト材料の製造方法であって、主成分を含む粉末を用いて成形体を得る成形工程と、成形工程で得られた成形体を、複数段に積み重ねたセッターの各段に搭載した状態で焼成する焼成工程と、を有する。そして、焼成工程は、所定温度まで昇温する昇温過程、所定温度で保持する保持過程および保持過程の後の降温過程とを含み、少なくとも昇温過程の一部にて、セッターの表面にほぼ沿う方向に雰囲気ガスを供給することを特徴とする。
このように、セッターの表面にほぼ沿う方向に雰囲気ガスを供給することで、複数段積み重ねたセッターの各段における雰囲気ガスを平均化することができ、焼成条件の均一化を図ることができる。
このような製造方法は、特に、焼成工程にて、複数段に積み重ねたセッターを搬送コンベア上に搭載し、搬送コンベアによってセッターを搬送しながら、焼成炉の昇温領域、保持領域、降温領域を順次通過させることで成形体を焼成する、いわゆる連続炉方式の焼成炉で焼成を行う場合に有効である。
また、焼成工程のうち、成形体から酸素等が大量に放出される昇温過程にて前記の方向に雰囲気ガスを供給するのが有効であり、これにより、焼成後の相対密度の向上、バラツキの減少といった効果が得られる。さらに、昇温過程では、保持過程で保持する所定温度まで昇温を行うわけであるが、前記の所定温度よりも低い温度領域にて、前記のようにセッターの表面にほぼ沿う方向に雰囲気ガスを供給するのが好ましい。
さらに、雰囲気ガスは、予め所定温度に加熱して供給するのが好ましい。これにより前記の効果はいっそう顕著なものとなる。
本発明のフェライト材料の製造方法は、成形体が、Ｆｅ_２Ｏ_３：５２〜６７ｍｏｌ％、ＭｎＯ：１５〜４８ｍｏｌ％、残部実質的にＺｎＯ（但し、０ｍｏｌ％を含む）を主成分とする粉末を所定形状に成形したものである場合に特に有効である。

また、本発明は、上記のようなフェライト材料の製造方法によって形成されたことを特徴とするフェライトコアとすることもできる。

本発明は、焼成対象物を搭載したセッターを複数段に積み重ねて搬送コンベア上に載せ、搬送コンベアでセッターを搬送しながら焼成対象物の焼成を行う焼成炉本体と、焼成炉本体内において、搬送コンベアの搬送方向における一部の領域に対し、セッターを積み重ねた方向とは異なる方向に雰囲気ガスを流す雰囲気ガス供給手段と、を備えることを特徴とする焼成炉システムとすることもできる。
セッターを積み重ねた方向とは異なる方向に雰囲気ガスを流す雰囲気ガス供給手段は、搬送コンベアで焼成対象物を焼成炉本体内で搬送しながら所定の焼成温度まで昇温する領域に設けるのが好ましい。
このような雰囲気ガス供給手段は、焼成炉本体の側面から搬送コンベア上に向けて、雰囲気ガスを供給する供給口を備える構成とすることができる。これにより、セッターを積み重ねた方向とは異なる方向に雰囲気ガスを流すことができる。
また、雰囲気ガス供給手段は、焼成炉本体の上部および／または下部から搬送コンベア上のセッターに向けて供給される雰囲気ガスの流れ方向を、セッターを積み重ねた方向とは異なる方向に変える気流ガイド部材を備える構成とすることもできる。これによっても、セッターを積み重ねた方向とは異なる方向に雰囲気ガスを流すことができる。
また、雰囲気ガス供給手段で供給する雰囲気ガスは、焼成炉本体内に供給するに先立ちガス加熱手段で加熱するのが好ましい。
本発明の焼成炉システムは、焼成対象物が、Ｆｅ_２Ｏ_３：５２〜６７ｍｏｌ％、ＭｎＯ：１５〜４８ｍｏｌ％、残部実質的にＺｎＯ（但し、０ｍｏｌ％を含む）を主成分とする粉末を所定形状に成形したものである場合に特に有効である。

本発明によれば、供給する雰囲気ガスの気流の方向を、セッターの表面に沿った方向とすることで積み重ねたセッター間における雰囲気ガスの流れを良くし、雰囲気濃度の均一化を測ることができる。これにより、セッターを複数段積み重ねる場合にも、複数の成形体間における焼成条件の均一化を図ることができる。その結果、得られるフェライト材料の特性等に低下やバラツキが出てしまうのを抑えることができる。またそれにより、従来は厳しい条件の箇所に位置する成形体に合わせて設定せざるを得なかった焼成条件も、より容易な条件とすることができるという効果も得ることができる。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態における焼成炉システム１０を説明するための図である。
図１に示すように、焼成炉システム１０は、焼成炉本体１１と、焼成炉本体１１内に配置された複数の加熱源１２を備えている。

焼成炉本体１１は、いわゆるトンネル連続炉形式であり、焼成対象となる成形体（焼成対象物）１００を搬送する搬送コンベア１３を備えている。なおこの搬送コンベア１３は、単列に限らず複数列を並べて設けても良い。図２に示すように、成形体１００は、トレー状のセッター２０に複数が載置されて、搬送コンベア１３上に搭載される。このとき、生産性を向上させるために、セッター２０は複数段に積み重ねられて搬送コンベア１３に搭載することができる。なお、符号２１は、セッター２０を積み重ねるための支柱である。これにより、成形体１００は、セッター２０に載置された状態で搬送コンベア１３によって焼成炉本体１１内を一定速度で搬送されながら、加熱源１２で発する熱によって焼成が行われるようになっている。

加熱源１２としては、公知の手段、例えば火炎バーナ、電気ヒータ等を適宜用いることができる。加熱源１２は、上記したように、搬送コンベア１３によって焼成炉本体１１内を一定速度で搬送される成形体１００に対し、所定の温度プロファイルで熱を付与できるよう、焼成炉本体１１内の所定の位置に配置されている。

図３は、本実施の形態において成形体１００に付与する温度プロファイルの一例を示すものであり、大きく分けて、昇温過程Ｐ１、保持過程Ｐ２、徐冷過程Ｐ３、急冷過程Ｐ４を有している。
この図３に示すような温度プロファイルで成形体１００を焼成するため、加熱源１２は、焼成炉本体１１が連続する方向に沿って適宜配置され、コントローラ１４によってその加熱温度が制御される。これにより、焼成炉本体１１の温度分布が、昇温過程Ｐ１に対応する昇温領域では焼成炉本体１１の入り口１１ｉから徐々に温度が上昇し、保持過程Ｐ２に対応する保持領域ではほぼ一定の温度となり、徐冷過程Ｐ３、急冷過程Ｐ４に対応した降温領域では焼成炉本体１１の出口１１ｏに向けて温度が低下するようになっている。焼成炉本体１１において、急冷過程Ｐ４に対応する領域には、急冷を行うため、焼成炉本体１１の外部から焼成炉本体１１の内部に、焼成炉本体１１内よりも低温の外気をファン等で導入できるようにしても良い。

さて、焼成炉システム１０においては、焼成炉本体１１内で成形体１００から放出される酸素や揮発成分（ＢｉやＭｏ等）を窒素で置換することで焼成炉本体１１内における雰囲気の酸素分圧（ＰＯ_２）をコントロールするため、コントローラ１４の制御により、焼成炉本体１１内に雰囲気ガスを供給するガス供給手段（雰囲気ガス供給手段）３０が備えられている。ガス供給手段３０は、焼成炉本体１１内において、搬送コンベア１３上に搭載されたセッター２０の表面に沿った方向に気流が生じるよう、焼成炉本体１１の側面に設けられた供給口３１からガスを供給する。さらに言えば、気流の方向は、搬送コンベア１３上に搭載されたセッター２０の表面に沿い、かつ搬送コンベア１３の搬送方向にほぼ直交する方向とするのが好ましい。

ガス供給手段３０は、焼成炉本体１１内において、気流を、搬送コンベア１３上に搭載されたセッター２０の表面に沿った方向とすることができるのであれば、焼成炉本体１１の側面に設けた供給口３１に代えて、焼成炉本体１１の側面近傍等に、気流ガイド部材等を設けるようにしても良い。このような気流ガイド部材等を設けることで、搬送コンベア１３上に搭載されたセッター２０の表面に沿った方向以外の方向、例えば焼成炉本体１１の炉床側や天井側から供給したガスの流れを、搬送コンベア１３上に搭載されたセッター２０の表面に沿った方向に変化させることができる。

ガス供給手段３０によって、セッター２０の表面に沿った方向に雰囲気ガスを供給するだけでなく、他の方向、例えば従来と同様、焼成炉本体１１の炉床から雰囲気ガスを供給しても良いし、焼成炉本体１１の天井から雰囲気ガスを供給しても良い。
また、ガス供給手段３０によるセッター２０の表面に沿った方向の雰囲気ガスの供給は、一連の焼成過程の一部でのみ行い、他の過程では、焼成炉本体１１の炉床や天井から雰囲気ガスを供給しても良い。この場合、特に、昇温過程Ｐ１において、ガス供給手段３０によるセッター２０の表面に沿った方向の雰囲気ガスの供給を行うのが好ましい。この場合、ガス供給手段３０は、焼成炉本体１１内において、少なくとも、昇温過程Ｐ１に対応する領域に設けられる。
さらに、昇温過程Ｐ１の一部、具体的には保持過程Ｐ２における保持温度まで昇温するに際し、保持温度より低い所定の温度まで、ガス供給手段３０から雰囲気ガスを供給することもできる。その場合、焼成炉本体１１内において、前記の所定の温度まで昇温される領域に、ガス供給手段３０を備える。

また、ガス供給手段３０は、供給するガスを加熱する加熱手段（ガス加熱手段）３２を備えることもできる。加熱手段３２で加熱したガスを焼成炉本体１１内に供給することで、炉内温度を低下させることなく、且つ特性の向上、あるいは特性バラツキを低減することができる。
加熱手段３２でガスの加熱を行う場合、２００〜１４００℃、例えば１０００℃まで加熱したガスを焼成炉本体１１内に供給する。

ガス供給手段３０における雰囲気ガスの供給により、少なくとも、昇温に伴って成形体１００から大量の酸素が放出される昇温過程Ｐ１では、焼成炉本体１１内の酸素分圧をコントロールし、さらにそのときに、供給する雰囲気ガスの気流の方向を搬送コンベア１３上に搭載されたセッター２０の表面に沿った方向とすることで、複数段積み重ねられたセッター２０どうしの間の空間における酸素分圧のバラツキを抑えるのである。
なお、ガス供給手段３０で雰囲気ガスを供給する具体的な条件については、焼成炉本体１１の構成やサイズ、セッター２０のサイズや積み重ねる段数、さらにセッター２０に搭載する成形体１００の数等の荷姿によって異なる。

ここで、ガス供給手段３０から供給する雰囲気ガスの量、流速等は、コントローラ１４で制御することもできる。焼成炉システム１０にて複数種の成形体１００を焼成する場合、成形体１００の種類ごとに、予め雰囲気ガスの量、流速等の条件を設定しておく。そして、制御部では、焼成する成形体１００の種類に応じ、ガス供給手段３０から供給する雰囲気ガスの量、流速等の条件を制御するのである。

次に、本発明によるＭｎ−Ｚｎ系フェライトコアの好適な製造方法を説明する。
主成分の原料としては、酸化物または加熱により酸化物となる化合物の粉末を用いる。具体的には、Ｆｅ_２Ｏ_３粉末、Ｍｎ_３Ｏ_４粉末及びＺｎＯ粉末等を用いることができる。用意する各原料粉末の平均粒径は０．１〜３μｍの範囲で適宜選択すればよい。
主成分の原料粉末を湿式混合した後、仮焼きを行う。仮焼きの温度は８００〜１０００℃の範囲内での所定温度で、また雰囲気はＮ_２〜大気の間で行えばよい。仮焼きの安定時間は０．５〜５時間の範囲で適宜選択すればよい。仮焼き後、仮焼き体を、例えば平均粒径０．５〜２μｍ程度まで粉砕する。なお、上述の主成分の原料に限らず、２種以上の金属を含む複合酸化物の粉末を主成分の原料としてもよい。例えば、塩化鉄、塩化マンガンを含有する水溶液を酸化培焼することによりＦｅ、Ｍｎを含む複合酸化物の粉末が得られる。この粉末とＺｎＯ粉末を混合して主成分原料としてもよい。このような場合には、仮焼きは不要である。

本発明のＭｎ−Ｚｎ系フェライトコアには、上記主成分の他に副成分を含有または添加することができる。例えば、ＳｉＯ_２、ＣａＯ、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２、ＮｉＯ、ＭｏＯ、ＴｉＯ_２、Ｇａ_２Ｏ_５、Ｖ_２Ｏ_５、ＣｏＯ、Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、ＳｎＯ_２、Ｐ_２Ｏ_５等を用いることができる。これらは前述の酸化物の形態に限るものではない。また、これら副成分の原料粉末は、仮焼き後に粉砕された主成分の粉末と混合される。ただし、主成分の原料粉末と混合した後に、主成分とともに仮焼きに供することもできる。

以下に示す組成（Ａ）は、飽和磁束密度、損失の高特性化を狙う場合に好ましい、主成分、副成分の範囲を示すものである。この組成（Ａ）としては、主成分として、Ｆｅ_２Ｏ_３換算で５２〜６７ｍｏｌ％、ＭｎＯ換算で１５〜４８ｍｏｌ％、ＺｎＯ換算で０〜１８ｍｏｌ％（但し、０を含む）、副成分として、ＳｉＯ_２換算で５０〜３００ｐｐｍ、ＣａＯ換算で１００〜１３００ｐｐｍ、Ｎｂ_２Ｏ_５換算で０〜５００ｐｐｍ（但し、０を含む）、ＺｒＯ_２換算で０〜５００ｐｐｍ（但し、０を含む）、ＮｉＯ換算で０〜３５０００ｐｐｍ（但し、０を含む）、ＭｏＯ換算で０〜３００ｐｐｍ（但し、０を含む）、ＴｉＯ_２換算で０〜４０００ｐｐｍ（但し、０を含む）、Ｇａ_２Ｏ_５換算で０〜１０００ｐｐｍ（但し、０を含む）、Ｖ_２Ｏ_５換算で０〜５００ｐｐｍ（但し、０を含む）、ＣｏＯ換算で０〜５０００ｐｐｍ（但し、０を含む）、Ｔａ₂Ｏ₅換算で０〜１０００ｐｐｍ（但し、０を含む）、ＳｎＯ₂換算で０〜８０００ｐｐｍ（但し、０を含む）、Ｐ換算で０〜３０ｐｐｍ（但し、０を含む）を含むのが好ましい。

また、以下に示す組成（Ｂ）は、初透磁率の高特性化を狙う場合に好ましい、主成分、副成分の範囲を示すものである。この組成（Ｂ）としては、主成分として、Ｆｅ_２Ｏ_３換算で５２〜５５ｍｏｌ％、ＭｎＯ換算で２０〜３６ｍｏｌ％、ＺｎＯ換算で１２〜２５ｍｏｌ％、副成分として、ＳｉＯ_２換算で５０〜２００ｐｐｍ、ＣａＯ換算で５０〜９００ｐｐｍ、Ｎｂ_２Ｏ_５換算で０〜５００ｐｐｍ（但し、０を含む）、Ｂｉ_２Ｏ_３換算で０〜５００ｐｐｍ（但し、０を含む）、ＭｏＯを０〜３００ｐｐｍ（但し、０を含む）、Ｐ換算で０〜３０ｐｐｍ（但し、０を含む）を含むのが好ましい。

もちろん、上記に示した組成に限らず、他の組成に対しても本発明を適用することが可能である。

主成分および副成分からなる混合粉末は、後の成形工程を円滑に実行するために顆粒に造粒される。造粒は例えばスプレードライヤを用いて行うことができる。混合粉末に適当な結合材、例えばポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を少量添加し、これをスプレードライヤで噴霧、乾燥する。得られる顆粒の粒径は８０〜２００μｍ程度とすることが望ましい。

得られた顆粒は、例えば所定形状の金型を有するプレスを用いて所望の形状に成形され、この成形体１００は焼成工程に供される。焼成工程は、図３に示すように、所定の温度まで昇温する昇温過程Ｐ１、昇温過程Ｐ１に続く、所定の安定温度（焼成温度）に所定時間保持する保持過程Ｐ２と、保持過程Ｐ２の後に行われる徐冷過程Ｐ３、急冷過程Ｐ４を含んでいる。保持過程Ｐ２における保持温度を焼成温度と呼ぶことがある。
このとき、保持過程Ｐ２における保持温度や酸素濃度は、成形体１００の組成等に基づいて適宜設定すればよい。例えば、飽和磁束密度の高特性化を狙う組成（Ａ）の場合には、保持温度を１１５０〜１４００℃、酸素濃度を０．０１〜１０％とするのが好ましい。また、初透磁率の高特性化を狙う組成（Ｂ）の場合は、保持温度を１２００〜１４００℃、酸素濃度を１〜２０．８％とするのが好ましい。
このような焼成工程を経ることで、焼成体である本発明のＭｎ−Ｚｎ系フェライトコアを得ることができる。

以上のように、ガス供給手段３０において、供給する雰囲気ガスの気流の方向を搬送コンベア１３上に搭載されたセッター２０の表面に沿った方向とすることで、複数段積み重ねられたセッター２０どうしの間の空間における雰囲気ガスの流れを良くし、酸素分圧のバラツキを抑えることができる。これにより、複数段積み重ねられたセッター２０に搭載された複数の成形体１００間における焼成条件の均一化を図ることができる。その結果、得られるＭｎ−Ｚｎ系フェライトの特性等に低下やバラツキが出てしまうのを抑えることができる。またそれにより、従来は厳しい条件の箇所に位置する成形体１００に合わせて設定せざるを得なかった焼成条件も、より容易な条件とすることができるという効果もある。

主成分の原料として、Ｆｅ_２Ｏ_３換算で５６．１ｍｏｌ％、ＭｎＯ換算で３６．３ｍｏｌ％、ＺｎＯ換算で７．６ｍｏｌ％の原料粉末を用い湿式混合した後、８５０℃で３時間仮焼きした。次に仮焼き粉に所定の副成分を加え粉砕して、平均粒径０．５〜２μｍの粉砕粉末を得た。副成分として、ＳｉＯ_２換算で１００ｐｐｍ、ＣａＯ換算で５５０ｐｐｍ、Ｎｂ_２Ｏ_５換算で２５０ｐｐｍ、ＺｒＯ_２換算で１００ｐｐｍ、ＮｉＯ換算で１２０００ｐｐｍ、ＣｏＯ換算で１０００ｐｐｍを含有する粉末を得た。この粉砕粉末にバインダを加え、顆粒化した後、成形してトロイダル形状の成形体１００を得た。

得られた成形体１００を、図３に示す温度プロファイルで１３５０℃まで昇温し、その温度を ５時間保持する焼成によりフェライトコアを作製した。このとき、焼成炉本体１１内には、ガス供給手段３０から、毎分６００００ｃｍ^３の流量で、搬送コンベア１３上に搭載されたセッター２０の表面に沿った方向に窒素を雰囲気ガスとして吹き付けて供給し、焼成を行った（実施例１）。また、比較のため、焼成炉本体１１内に、従来と同様、炉床から窒素を雰囲気ガスとして供給して焼成を行った（比較例１）。このときの雰囲気ガスの流量は毎分６００００ｃｍ^３とした。

得られたフェライトコアについて、１００℃、測定磁界：１１９４Ａ／ｍにおける飽和磁束密度（Ｂｓ）、相対密度、１００℃（ボトム温度）におけるコア損失（Ｐｃｖ）を測定した。その結果を表１に示す。なお、表１に示す結果は、１つのセッター２０に２５個セットした成形体１００における各測定値の「平均値」と、そのバラツキ「Ｒ」である。
表１に示すように、炉床から雰囲気ガスを供給した比較例１に対し、搬送コンベア１３上に搭載されたセッター２０の表面に沿った方向、すなわち側方から雰囲気ガスを供給した実施例１においては、コア損失は大きくなってしまっているものの、飽和磁束密度、相対密度が向上し、さらに、１つのセッター２０における複数の成形体１００間における相対密度のバラツキも小さくなった。これにより、焼成条件の均一化が図られていると確認できた。

また、焼成時に、焼成炉本体１１内に、ガス供給手段３０から毎分３００００ｃｍ^３の流量で、搬送コンベア１３上に搭載されたセッター２０の表面に沿った方向に雰囲気ガスとして吹き付けて供給するとともに、炉床からも毎分３００００ｃｍ^３の流量で雰囲気ガスを供給して焼成を行った（実施例２）。
その結果、表１に示すように、実施例１よりも相対密度のバラツキは大きくなっているものの、比較例１と比較すれば、飽和磁束密度、相対密度の向上、および相対密度のバラツキが小さくなっていることが確認できた。つまりこれにより、炉床とセッター２０の側方から雰囲気ガスを供給することでも、焼成条件の均一化が図れることが確認された。

続いて、図３に示した温度プロファイルで焼成を行うに当たり、実施例３として、昇温過程Ｐ１のみ、ガス供給手段３０から、毎分６００００ｃｍ^３の流量で、セッター２０の表面に沿った方向に雰囲気ガスを吹き付けて供給し、残る過程は炉床から毎分６００００ｃｍ^３の流量で雰囲気ガスを供給して焼成を行った。同様に、実施例４として、保持過程Ｐ２のみ、ガス供給手段３０から、毎分６００００ｃｍ^３の流量で、セッター２０の表面に沿った方向に雰囲気ガスを吹き付けて供給し、残る過程は炉床から毎分６００００ｃｍ^３の流量で雰囲気ガスを供給して焼成を行い、実施例５として、徐冷過程Ｐ３のみ、ガス供給手段３０から、毎分６００００ｃｍ^３の流量で、セッター２０の表面に沿った方向に雰囲気ガスを吹き付けて供給し、残る過程は炉床から毎分６００００ｃｍ^３の流量で雰囲気ガスを供給して焼成を行った。

その結果、表１に示すように、昇温過程Ｐ１のみセッター２０の側方から雰囲気ガスを供給した実施例３では、飽和磁束密度、相対密度の平均値、バラツキともに実施例１と同等であり、しかもコア損失も実施例１よりも改善されていることが確認された。
また、保持過程Ｐ２のみセッター２０の側方から雰囲気ガスを供給した実施例４では、飽和磁束密度、相対密度、コア損失のいずれも、比較例１と同等であった。徐冷過程Ｐ３のみセッター２０の側方から雰囲気ガスを供給した実施例５では、飽和磁束密度、相対密度ともに比較例１と同等であり、さらにコア損失は比較例１より若干悪化していた。
これにより、セッター２０の側方から雰囲気ガスを供給することによって焼成条件の均一化が図れるという効果は、特に昇温過程Ｐ１でセッター２０の側方から雰囲気ガスを供給することに大きく起因しており、焼成過程の一部の過程においてセッター２０の側方から雰囲気ガスを供給する場合、少なくとも昇温過程Ｐ１でセッター２０の側方から雰囲気ガスを供給するのが好ましいと言える。

そこで、実施例６として、保持過程Ｐ２の保持温度である１３５０℃までの昇温を行う昇温過程Ｐ１において、１２００℃に昇温するまで、ガス供給手段３０から、毎分６００００ｃｍ^３の流量で、セッター２０の表面に沿った方向に雰囲気ガスを吹き付けて供給し、残る過程は炉床から毎分６００００ｃｍ^３の流量で雰囲気ガスを供給して焼成を行った。
すると、表１に示すように、飽和磁束密度、相対密度、コア損失の平均値、バラツキともに、昇温過程Ｐ１全体でセッター２０の側方から雰囲気ガスを供給した実施例３と同等であった。すなわち、セッター２０の側方から雰囲気ガスを供給する場合、保持温度までの昇温を行う昇温過程Ｐ１のうち、保持温度以下の一定温度まで昇温する過程で、セッター２０の側方から雰囲気ガスを供給するのが好ましいと言える。

前記の、昇温過程Ｐ１の一部においてセッター２０の側方からの雰囲気ガスの供給を行う「保持温度以下の一定温度」は、成形体１００の組成や、保持温度によって異なる可能性がある。
そこで、実施例７〜１０として、１３２５℃の保持温度で焼成を行う場合についての確認を行った。
保持過程Ｐ２の保持温度である１３２５℃までの昇温を行う昇温過程Ｐ１のうち、１０００℃（実施例７）、１１００℃（実施例８）、１２００℃（実施例９）、１２５０℃（実施例１０）に昇温するまで、ガス供給手段３０から、毎分６００００ｃｍ^３の流量で、セッター２０の表面に沿った方向に雰囲気ガスを吹き付けて供給し、残る過程は炉床から毎分６００００ｃｍ^３の流量で雰囲気ガスを供給して焼成を行った。また、比較例２として、１３２５℃の保持温度とする焼成工程の全体において、炉床から毎分６００００ｃｍ^３の流量で雰囲気ガスを供給して焼成を行った。

その結果、表２に示すように、実施例７〜１０においては、相対密度の平均値およびバラツキ、コア損失ともに、比較例２よりも改善されており、特に、セッター２０の側方から雰囲気ガスの供給を行う上限温度を１１００〜１２５０℃とした実施例８〜１０においては、相対密度の平均値、バラツキが大きく改善されており、セッター２０の側方からの雰囲気ガスの供給が特に有効であることが確認された。

また、実施例１１として、実施例８と同様、昇温過程Ｐ１の１１００℃までセッター２０の側方から雰囲気ガスの供給を行う場合において、焼成炉本体１１の片側からのみ雰囲気ガスを供給して、焼成を行った。
その結果、この場合においても、実施例８と同様の改善が見られ、特にコア損失については実施例８以上の改善が認められた。

また、実施例１２として、実施例８と同様、昇温過程Ｐ１の１１００℃までセッター２０の側方から雰囲気ガスの供給を行う場合において、雰囲気ガスの流量を毎分３００００ｃｍ^３に半減させて焼成を行った。
この場合においては、実施例８、１１と同等の改善結果が得られており、雰囲気ガスの供給流量を低減させても、十分な効果が得られることが確認され、セッター２０の側方から雰囲気ガスの供給を行うことによって、焼成条件の容易化が図れることがわかった。

実施例１３として、実施例８と同様、昇温過程Ｐ１の１１００℃までセッター２０の側方から雰囲気ガスの供給を行う場合において、保持温度を１３００℃に下げて焼成を行った。
その結果、この場合も、実施例８、１１、１２と同等の改善結果が得られており、保持温度を下げても十分な効果が得られることが確認され、セッター２０の側方から雰囲気ガスの供給を行うことによって、焼成条件の容易化が図れることがわかった。

次に、セッター２０の側方から供給する雰囲気ガスを加熱することによる効果を確認した。
これには、実施例１と同様、焼成過程全体でセッター２０の側方から雰囲気ガスの供給を行い、そのときに実施例１４では供給する雰囲気ガスをヒータで１０００℃に加熱し、実施例１５では雰囲気ガスの加熱を行わずに焼成を行った。
そして、得られたフェライトコアの縮率（焼成前の成形体１００に対する収縮率）と、コア損失を測定した。なお、実施例１４、１５においては、５段に積層したセッター２０のうち、最上段のセッター２０の隅部に搭載されて焼成されたフェライトコア、中間の段のセッター２０の中央部に搭載されたフェライトコア、最下段のセッター２０の隅部に搭載されたフェライトコアについて縮率とコア損失を測定し、その平均値とバラツキ（Ｒ）を求めた。
その結果を表３に示す。

表３に示すように、供給する雰囲気ガスの加熱を行った実施例１４においては、加熱を行わなかった実施例１５に比較し、縮率、コア損失ともにバラツキが改善された。加熱を行わなかった実施例１５では、特に最上段の隅、最下段の隅においてコア損失が大きく低下している。これにより、焼成条件の均一化が図られていることが確認された。また、コア損失については、実施例１４では実施例１５に対し向上しており、これについても雰囲気ガスの加熱が有効であることが確認された。

主成分の原料として、Ｆｅ_２Ｏ_３換算で５３．１ｍｏｌ％、ＭｎＯ換算で２５．９ｍｏｌ％、ＺｎＯ換算で２１．０ｍｏｌ％の原料粉末を用い湿式混合した後、８５０℃で３時間仮焼きした。次に仮焼き粉に所定の副成分を加え粉砕して、平均粒径０．５〜２μｍの粉砕粉末を得た。副成分として、ＳｉＯ_２換算で８０ｐｐｍ、ＣａＯ換算で２５０ｐｐｍ、Ｎｂ_２Ｏ_５換算で６０ｐｐｍ、Ｂｉ_２Ｏ_３換算で４００ｐｐｍ、ＭｏＯ換算で３００ｐｐｍを含有する粉末を得た。この粉砕粉末にバインダを加え、顆粒化した後、成形してトロイダル形状の成形体１００を得た。

得られた成形体１００を、図３に示す温度プロファイルで１３５０℃まで昇温し、その温度を７時間保持する焼成によりフェライトコアを作製した。このとき、実施例２１、２２では、昇温過程Ｐ１における６００〜１１００℃に昇温する過程（実施例２１）、６００〜１２００℃に昇温する過程（実施例２２）において、ガス供給手段３０から焼成炉本体１１内に、毎分５００００ｃｍ^３の流量で、セッター２０の表面に沿った方向に窒素を雰囲気ガスとして吹き付けて供給した。そして、実施例２１、２２とも、昇温過程Ｐ１にて１２５０℃まで昇温した時点で、焼成炉本体１１内の雰囲気を大気に置換した。
また、比較のため、焼成炉本体１１内に、従来と同様、炉床から窒素を雰囲気ガスとして供給して焼成を行った（比較例２１）。このときの雰囲気ガスの流量は毎分５００００ｃｍ^３とし、１２５０℃まで昇温した時点で、焼成炉本体１１内の雰囲気を大気に置換した。

得られたフェライトコアについて、初透磁率の、周波数１ｋＨｚ、１５０ｋＨｚにおける温度特性変化、温度２５℃の環境下における周波数特性変化を測定した。
図４（ａ）は周波数１ｋＨｚにおける０〜１４０℃の範囲での温度特性変化、図４（ｂ）は周波数１５０ｋＨｚにおける０〜１４０℃の範囲での温度特性変化、図５は温度２５℃の環境下における１〜１００００ｋＨｚでの周波数特性変化の測定結果を示す図である。また、図６は、実施例２１、２２、比較例２１のフェライトコアの組織写真である。
図４に示すように、昇温過程Ｐ１でセッター２０の表面に沿った方向に雰囲気ガスを供給した実施例２１、２２とも、常温域（１０〜３０℃）において比較例２１よりも温度特性が向上している。実施例２１と実施例２２を比較すれば、図４および図５に示すように、実施例２２は実施例２１に対し周波数１ｋＨｚにおける２５℃前後の領域、２５℃環境下における１〜２００ｋＨｚの領域において、大きく初透磁率が向上している。これにより、このような領域での高特性化を狙う場合、昇温過程Ｐ１の１１００〜１２００℃の領域で、セッター２０の表面に沿った方向に雰囲気ガスを供給するのが有効であると言える。
しかし、図４、図５に示したように、他の領域では、実施例２２は、実施例２１、比較例２１に対し、周波数特性、温度特性ともに劣化してしまっている。これは、図６に示すように、結晶粒子径の過大化に起因するものと思われる。

続いて、実施例２３として、保持過程Ｐ２での保持時間を５時間（実施例２１等では７時間）とし、他は実施例２１と同条件で焼成を行った。また、実施例２１では昇温過程Ｐ１にて１２５０℃まで昇温した時点で焼成炉本体１１内の雰囲気を大気に置換していたが、実施例２４として、昇温過程Ｐ１にて１２００℃まで昇温した時点で、焼成炉本体１１内の雰囲気を大気に置換し、他は実施例２１と同条件として焼成を行った。
その結果を図７〜９に示す。図７（ａ）は周波数１ｋＨｚにおける０〜１４０℃の範囲での温度特性変化、図７（ｂ）は周波数１５０ｋＨｚにおける０〜１４０℃の範囲での温度特性変化、図８は温度２５℃の環境下における１〜１００００ｋＨｚでの周波数特性変化の測定結果を示す図、図９は、実施例２３、２４のフェライトコアの組織写真である。
図７、図８に示すように、実施例２１、２２に比較し、周波数特性、温度特性が改善された。また、図９に示すように、組織写真においても、図６の実施例２２に対し、結晶粒子径の緻密化が確認された。

また、実施例２５では、保持過程Ｐ２での保持温度を、実施例２１の１３５０℃から１３３５℃に下げ、他は実施例２１と同条件で焼成を行った。さらに、実施例２６では、保持過程Ｐ２での保持温度を実施例２５と同様の１３３５℃とし、さらに保持時間を５時間として焼成を行った。
その結果を図１０〜１２に示す。図１０（ａ）は周波数１ｋＨｚにおける０〜１４０℃の範囲での温度特性変化、図１０（ｂ）は周波数１５０ｋＨｚにおける０〜１４０℃の範囲での温度特性変化、図１１は温度２５℃の環境下における１〜１００００ｋＨｚでの周波数特性変化の測定結果を示す図、図１２は、実施例２５、２６のフェライトコアの組織写真である。
図１０、図１１に示すように、その結果、実施例２５、２６においても、実施例２３、２４と同様、実施例２１、２２に比較し、周波数特性、温度特性が改善され、図１２に示す組織写真においても、結晶粒子径の緻密化が確認された。これにより、保持過程Ｐ２における保持温度を下げたり、保持時間を短くしても、雰囲気ガスをセッター２０の表面に沿った方向に供給することによって、従来以上の特性を得ることが可能となり、焼成条件の容易化を図れることが確認された。

なお、上記実施の形態では、焼成炉システム１０の構成等、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

本実施の形態における焼成炉システムの概略構成を示す図である。 成形体が複数段に積み重ねられたセッターに搭載されて、搬送コンベア上に載せられた状態を示す断面図である。 焼成を行う際の温度プロファイルの一例を示す図である。 実施例２１、２２、比較例２１における、周波数１ｋＨｚ、１５０ｋＨｚでの温度特性変化を示す図である。 実施例２１、２２、比較例２１における、２５℃での周波数特性変化を示す図である。 実施例２１、２２、比較例２１のフェライトコアの組織写真である。 実施例２３、２４における、周波数１ｋＨｚ、１５０ｋＨｚでの温度特性変化を示す図である。 実施例２３、２４における、２５℃での周波数特性変化を示す図である。 実施例２３、２４のフェライトコアの組織写真である。 実施例２５、２６における、周波数１ｋＨｚ、１５０ｋＨｚでの温度特性変化を示す図である。 実施例２５、２６における、２５℃での周波数特性変化を示す図である。 実施例２５、２６のフェライトコアの組織写真である。

符号の説明

１０…焼成炉システム、１１…焼成炉本体、１２…加熱源、１３…搬送コンベア、１４…コントローラ、２０…セッター、３０…ガス供給手段（雰囲気ガス供給手段）、３１…供給口、３２…加熱手段（ガス加熱手段）、１００…成形体（焼成対象物）

Claims (11)

1. Ｆｅ_２Ｏ_３、ＭｎＯ、ＺｎＯを主成分とするフェライト材料の製造方法であって、
   前記主成分を含む粉末を用いて成形体を得る成形工程と、
   前記成形工程で得られた前記成形体を、複数段に積み重ねたセッターの各段に搭載した状態で焼成する焼成工程と、
   を有し、
   前記焼成工程は、所定温度まで昇温する昇温過程、前記所定温度で保持する保持過程および前記保持過程の後の降温過程とを含み、少なくとも前記昇温過程の一部にて、前記セッターの表面にほぼ沿う方向に雰囲気ガスを供給することを特徴とするフェライト材料の製造方法。
2. 前記焼成工程は、複数段に積み重ねた前記セッターを搬送コンベア上に搭載し、前記搬送コンベアによって前記セッターを搬送しながら、焼成炉の昇温領域、保持領域、降温領域を順次通過させることで前記成形体を焼成することを特徴とする請求項１に記載のフェライト材料の製造方法。
3. 前記雰囲気ガスを所定温度に加熱して供給す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材料の製造方法。
4. 前記成形体は、Ｆｅ_２Ｏ_３：５２〜６７ｍｏｌ％、ＭｎＯ：１５〜４８ｍｏｌ％、残部実質的にＺｎＯ（但し、０ｍｏｌ％を含む）を主成分とする粉末を所定形状に成形したものであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のフェライト材料の製造方法。
5. 請求項１から４のいずれかに記載のフェライト材料の製造方法によって形成されたことを特徴とするフェライトコア。
6. 焼成対象物を搭載したセッターを複数段に積み重ねて搬送コンベア上に載せ、前記搬送コンベアで前記セッターを搬送しながら前記焼成対象物の焼成を行う焼成炉本体と、
   前記焼成炉本体内において、前記搬送コンベアの搬送方向における一部の領域に対し、前記セッターを積み重ねた方向とは異なる方向に雰囲気ガスを流す雰囲気ガス供給手段と、
   を備えることを特徴とする焼成炉システム。
7. 前記雰囲気ガス供給手段は、前記搬送コンベアで前記焼成対象物を前記焼成炉本体内で搬送しながら所定の焼成温度まで昇温する領域に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の焼成炉システム。
8. 前記雰囲気ガス供給手段は、前記焼成炉本体の側面から前記搬送コンベア上に向けて、前記雰囲気ガスを供給する供給口を備えることを特徴とする請求項６または７に記載の焼成炉システム。
9. 前記雰囲気ガス供給手段は、前記焼成炉本体の上部および／または下部から前記搬送コンベア上の前記セッターに向けて供給される前記雰囲気ガスの流れ方向を、前記セッターを積み重ねた方向とは異なる方向に変える気流ガイド部材を備えることを特徴とする請求項６または７に記載の焼成炉システム。
10. 前記雰囲気ガス供給手段で供給する前記雰囲気ガスを、前記焼成炉本体内に供給するに先立ち加熱するガス加熱手段をさらに備えることを特徴とする請求項６から９のいずれかに記載の焼成炉システム。
11. 前記焼成対象物は、Ｆｅ_２Ｏ_３：５２〜６７ｍｏｌ％、ＭｎＯ：１５〜４８ｍｏｌ％、残部実質的にＺｎＯ（但し、０ｍｏｌ％を含む）を主成分とする粉末を所定形状に成形したものであることを特徴とする請求項６から１０のいずれかに記載の焼成炉システム。

Images