JP2007197253A - ＭｎＺｎフェライトの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来提案のものよりもさらにコアロスの低減化が図れるＭｎＺｎフェライトの製造方法を提供する。
【解決手段】酸化鉄がＦｅ₂Ｏ₃換算で５３．０〜６０．０モル％、酸化マンガンがＭｎＯ換算で３０．０〜４０．０％、酸化ニッケルがＮｉＯ換算で０〜５．０モル％、酸化亜鉛がＺｎＯ換算で残部含有されてなるＭｎＺｎフェライトの主成分に対して、添加成分として酸化ケイ素、酸化カルシウム、および酸化ニオブを含有してなるＭｎＺｎフェライトの製造方法であって、前記添加成分の添加時の添加物形態は、各添加成分の素原料が秤量・混合され、しかる後、仮焼き処理された比表面積が３ｍ²／ｇ以上の粉体として構成される。
【選択図】なし

Description

本発明は、例えば、電源用トランス等に好適に用いられるＭｎＺｎフェライトの製造方法に関する。

ＭｎＺｎフェライトは他のフェライトの比べ固有抵抗が低いため、比較的低周波領域（数百ｋＨｚ以下）でその特徴を発揮する。

フェライトのコアロスは、ヒステリシス損、渦電流損、残留損などに分けられるが、比抵抗の小さいＭｎＺｎフェライトでは渦電流損失の占める割合が大きいといわれている。

渦電流損失を低減するには、材質の高抵抗化が特に有効であり、コアロスを小さくするためにＣａＯ−ＳｉＯ₂を複合して添加させることが知られている。これらの酸化物の添加により、粒界相に硝子相を形成させることができ、より粒界相の抵抗を高めることができる。

特開２００４−１０４４０号公報にはコアロスを低減することのできる酸化物磁性材料の製造方法として、５２．０〜５５．０ｍｏｌ％のＦｅ₂Ｏ₃、３０．０〜４５．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、残部ＺｎＯを構成すべく主成分組成を予焼した後、０．０１ｗｔ％以上０．０３ｗｔ％未満のＳｉＯ₂、０．０１ｗｔ％以上０．１５ｗｔ％未満のＣａＯ、０．０１ｗｔ％以上０．１ｗｔ％未満のＮｂ₂Ｏ₅を含有するように添加成分として５００ｎｍ未満の微粉末を添加する旨の提案がなされている。

特公平４−３０７２６号公報および特公平４−３０７２７号公報にはコアロスを低減することのできる酸化物磁性材料の製造方法として、５０〜７０ｍｏｌ％のＦｅ₂Ｏ₃、１０〜４０ｍｏｌ％のＭｎＯ、残部ＺｎＯを構成すべく主成分組成を予焼した後、ＣａＯ、Ｎｂ₂Ｏ₅、ＳｉＯ₂、Ｖ₂Ｏ₅、Ａｌ₂Ｏ₃、ＣｏＯ、ＣｕＯ、およびＺｒＯ₂のうち少なくとも１種からなり、予め大気中で９００℃以上または１０００℃以上で加熱処理した添加物を配合添加し、微粉砕した後成形、焼結する旨の提案がなされている。

しかしながら、ＭｎＺｎフェライトにおけるコアロスの低減化に対する要求は高く、従来にも増してさらなる改善が求められている。
特開２００４−１０４４０号公報 特公平４−３０７２６号公報 特公平４−３０７２７号公報

このような実状のもとに本発明は創案されたものであって、その目的は、従来提案のものよりもさらにコアロスの低減化が図れるＭｎＺｎフェライトの製造方法を提供することにある。

このような課題を解決するために、本発明は、酸化鉄がＦｅ₂Ｏ₃換算で５３．０〜６０．０モル％、酸化マンガンがＭｎＯ換算で３０．０〜４０．０モル％、酸化ニッケルがＮｉＯ換算で０〜５．０モル％、酸化亜鉛がＺｎＯ換算で残部含有されてなるＭｎＺｎフェライトの主成分に対して、添加成分として酸化ケイ素、酸化カルシウム、および酸化ニオブを含有してなるＭｎＺｎフェライトの製造方法であって、前記添加成分の添加時の添加物形態は、各添加成分の素原料が秤量・混合され、しかる後、仮焼き処理された比表面積が３ｍ²／ｇ以上の粉体であるように構成される。

また、本発明のＭｎＺｎフェライトの製造方法の好ましい態様として、前記ＭｎＺｎフェライトは、添加物成分として酸化ケイ素がＳｉＯ₂換算で３０ｐｐｍ以上１５０ｐｐｍ以下、酸化カルシウムがＣａＯ換算で３００ｐｐｍ以上１５００ｐｐｍ以下、および酸化ニオブがＮｂ₂Ｏ₅換算で２００ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ以下含有されてなるように構成される。

また、本発明のＭｎＺｎフェライトの製造方法の好ましい態様として、前記添加成分の添加時の添加物形態は、各添加成分の素原料が秤量・混合され、しかる後、仮焼き処理され、粉砕処理された比表面積が３ｍ²／ｇ以上の粉体であるように構成される。

本発明は、酸化鉄がＦｅ₂Ｏ₃換算で５３．０〜６０．０モル％、酸化マンガンがＭｎＯ換算で３０．０〜４０．０モル％、酸化ニッケルがＮｉＯ換算で０〜５．０モル％、酸化亜鉛がＺｎＯ換算で残部含有されてなるＭｎＺｎフェライトの主成分に対して、添加成分として酸化ケイ素、酸化カルシウム、および酸化ニオブを含有してなるＭｎＺｎフェライトの製造方法であって、前記添加成分の添加時の添加物形態は、各添加成分の素原料が秤量・混合され、しかる後、仮焼き処理された比表面積が３ｍ²／ｇ以上の粉体から構成されているので、さらなるコアロスの低減化を図ることができるという効果を奏する。

以下、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

本発明はＭｎＺｎフェライトの製造方法であって、その発明要部は、製造対象となるＭｎＺｎフェライトの主成分および添加成分の組成の設定と、当該組成設定されたＭｎＺｎフェライトの製造に際して、添加される添加物原料の添加前の事前処理（仮焼き処理）を規定している点にある。これにより従来には見られなかった顕著な効果が発現する。

まず、製造対象となるＭｎＺｎフェライトについて説明する。
[ＭｎＺｎフェライト]
本発明の製造対象となるＭｎＺｎフェライトは、酸化鉄がＦｅ₂Ｏ₃換算で５３．０〜６０．０モル％（好ましくは、５３．０〜５８．０モル％）、酸化マンガンがＭｎＯ換算で３０〜４０モル％（好ましくは、３２．０〜３８．０モル％）、酸化ニッケルがＮｉＯ換算で０〜５．０モル（好ましくは、０〜４．５モル％）、酸化亜鉛がＺｎＯ換算で残部含有されてなるＭｎＺｎフェライトの主成分と、酸化ケイ素、酸化カルシウム、および酸化ニオブの添加成分を含有してなるＭｎＺｎフェライトである。

添加物成分である酸化ケイ素は、ＳｉＯ₂換算で３０ｐｐｍ以上１５０ｐｐｍ以下（好ましくは、４０ｐｐｍ以上１３０ｐｐｍ以下）、酸化カルシウムがＣａＯ換算で３００ｐｐｍ以上１５００ｐｐｍ以下（好ましくは、４００ｐｐｍ以上１３００ｐｐｍ以下）、および酸化ニオブがＮｂ₂Ｏ₅換算で２００ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ以下（好ましくは、２５０ｐｐｍ以上４５０ｐｐｍ以下）含有される。なお、本発明において記載されているｐｐｍは重量基準である。

主成分における酸化鉄がＦｅ₂Ｏ₃換算で５３．０モル％未満となると、飽和磁束密度が低くなるという不都合が生じる傾向がある。この一方で、酸化鉄がＦｅ₂Ｏ₃換算で６０．０モル％を超えると、コアロスが高くなるという不都合が生じる傾向がある。

また、酸化マンガンがＭｎＯ換算で３０モル％未満となると、コアロスが高くなるという不都合が生じる傾向がある。この一方で、酸化マンガンがＭｎＯ換算で４０モル％を超えると、コアロスが高くなるという不都合が生じる傾向がある。

また、酸化ニッケルがＮｉＯ換算で５．０モルを超えるとコアロスが高くなるという不都合が生じる傾向がある。

上記の主成分に対して添加物成分である酸化ケイ素が、ＳｉＯ₂換算で３０ｐｐｍ未満となると比抵抗が低くなりコアロスが高くなるという不都合が生じる傾向がある。この一方で、上記の主成分に対して酸化ケイ素が、ＳｉＯ₂換算で１５０ｐｐｍを超えると、不連続粒成長が起こることにより比抵抗が低くなり、コアロスが高くなるという不都合が生じる傾向がある。

また、上記の主成分に対して添加物成分である酸化カルシウムがＣａＯ換算で３００ｐｐｍ未満となると比抵抗が低くなり、コアロスが高くなるという不都合が生じる傾向がある。この一方で、上記の主成分に対して酸化カルシウムがＣａＯ換算で１５００ｐｐｍを超えると、不連続粒成長が起こることにより比抵抗が低くなり、コアロスが高くなるという不都合が生じる傾向がある。

また、上記の主成分に対して添加物成分である酸化ニオブがＮｂ₂Ｏ₅換算で２００ｐｐｍ未満となると、コアロスが高くなるという不都合が生じる傾向がある。この一方で、上記の主成分に対して酸化ニオブがＮｂ₂Ｏ₅換算で５００ｐｐｍを超えると、コアロスが高くなるという不都合が生じる傾向がある。

その他の添加成分として、コアロスを低減させるという目的で、酸化ジルコニウムをＺｒＯ₂換算で、５０ｐｐｍ以上３００ｗｐｐｍ以下含有させることも好ましい態様である。

次いで、本発明のＭｎＺｎフェライトの製造方法について説明する。

[ＭｎＺｎフェライトの製造方法]
本発明の要部は上述のごとく組成設定されたＭｎＺｎフェライトの製造に際して、添加成分を構成すべく添加物原料の添加前の仮焼き処理にある。

すなわち、添加物原料は、Ｓｉ、Ｃａ、Ｎｂ、Ｚｒの酸化物や炭酸塩や塩化物塩や硫酸塩という化合物で用いられ、秤量された後、混合され仮焼き処理される。仮焼き雰囲気は、大気中もしくは雰囲気中とされ、仮焼き温度９００〜１３００℃程度、仮焼き時間１〜５時間程度とされる。

このような仮焼き処理後、仮焼粉の凝集をくずし、主成分への分散性をよくするために、必要に応じて、粉砕処理が行なわれる。

このようにして仮焼き処理された添加成分の粉砕粉（粉体）は、主成分を構成する主成分原料に添加される。その添加の際の添加成分の粉砕粉（粉体）の比表面積（ＢＥＴ法により求める）は、３ｍ²／ｇ以上、特に、３〜２０ｍ²／ｇ、さらには５〜４０ｍ²／ｇとするのがよい。この比表面積の値が３ｍ²／ｇ未満となると、分散が不十分となりコアロスの低減が小さくなるという不都合が生じてしまう。

添加時期は特に限定されるものではないが、以下の態様で添加されることが望ましい。

すなわち、主成分となる主成分原料を混合して仮焼きした後に、上記のごとく仮焼き、粉砕された添加物原料を添加する態様である。より具体的には主成分となる主成分原料は、一般に、秤量された後、混合、造粒工程を経て仮焼きされる。この主成分の仮焼き物に、上記の仮焼きされた添加物原料が秤量され添加される。その後、一般的には、粉砕工程、水・結合剤添加工程、造粒工程、成形工程、焼成工程が設けられる。

このような一連の製造工程の詳細は、後述する実施例を参考されたい。

以下、本発明の具体的な実施例を挙げて、本発明をさらに詳細に説明する。
〔実施例１〕

まず、最初に、添加成分を構成すべく仮焼き処理された粒状物を準備した。すなわち、添加物原料として、ＳｉＯ₂、ＣａＣＯ₃、Ｎｂ₂Ｏ₅、ＺｒＯ₂を所定量秤量した後、水を溶媒として用いてボールミルで混合した。次いで、混合物を乾燥させた後、１２００℃、２時間、大気中で仮焼き処理した。これをボールミルで湿式粉砕した。粉砕後の粒状物の比表面積は５．０ｍ²／ｇであった。

次いで、下記表１のサンプルＮｏ．１に示されるごとく、最終組成における酸化鉄がＦｅ₂Ｏ₃換算で５６．０モル％、酸化マンガンがＭｎＯ換算で３４．０モル％、酸化ニッケルがＮｉＯ換算で４．０モル％、および酸化亜鉛がＺｎＯ換算で６．０モル％となるように主成分となる主成分原料を秤量した。この秤量物をアトライターで湿式混合した。この混合物をスプレードライヤーで乾燥させた後、ロータリーキルンで仮焼きした。

このような処理を行なった主成分原料に、上記のごとく準備された添加成分を構成すべく仮焼き処理された粒状物を所定量添加し、ボールミルで湿式粉砕した。このスラリーにポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を混合した後、スプレードライヤーで噴霧造粒した。これをトロイダル形状に成形し、１３００℃で酸素分圧を制御しつつ焼成して表１に示されるＮｏ．１サンプルを作製した。

このサンプルの作製手法をベースとし、これに準じて下記表１に示される種々のサンプルを作製した。

これら各サンプルについて、下記の要領で（１）焼結密度、（２）コアロスを測定した。

（１）焼結密度
サンプルの重量および水中におけるサンプルの重量とを測定しアルキメデスの原理に基づき計算により求めた。

（２）コアロス
１００ｋＨｚ−２００ｍＴ−１００℃における磁芯損失を求めた。

結果を下記表１中に示した。

表１の結果より本発明の効果は明らかである。

すなわち、本発明は、本発明は、酸化鉄がＦｅ₂Ｏ₃換算で５３．０〜６０．０モル％、酸化マンガンがＭｎＯ換算で３０．０〜４０．０モル％、酸化ニッケルがＮｉＯ換算で０〜５．０モル％、酸化亜鉛がＺｎＯ換算で残部含有されてなるＭｎＺｎフェライトの主成分に対して、添加成分として酸化ケイ素、酸化カルシウム、および酸化ニオブを含有してなるＭｎＺｎフェライトの製造方法であって、前記添加成分の添加時の添加物形態は、各添加成分の素原料が秤量・混合され、しかる後、仮焼き処理された比表面積が３ｍ²／ｇ以上の粉体から構成されているので、従来にも増してさらなるコアロスの低減化を図ることができる。

本発明のＭｎＺｎフェライトの製造方法は、電源用トランス等に好適に用いられ、幅広く各種の電気部品産業に利用できる。

Claims (3)

1. 酸化鉄がＦｅ₂Ｏ₃換算で５３．０〜６０．０モル％、酸化マンガンがＭｎＯ換算で３０．０〜４０．０モル％、酸化ニッケルがＮｉＯ換算で０〜５．０モル％、酸化亜鉛がＺｎＯ換算で残部含有されてなるＭｎＺｎフェライトの主成分に対して、添加成分として酸化ケイ素、酸化カルシウム、および酸化ニオブを含有してなるＭｎＺｎフェライトの製造方法であって、
   前記添加成分の添加時の添加物形態は、各添加成分の素原料が秤量・混合され、しかる後、仮焼き処理された比表面積が３ｍ²／ｇ以上の粉体であることを特徴とするＭｎＺｎフェライトの製造方法。
2. 前記ＭｎＺｎフェライトは、添加物成分として酸化ケイ素がＳｉＯ₂換算で３０ｐｐｍ以上１５０ｐｐｍ以下、酸化カルシウムがＣａＯ換算で３００ｐｐｍ以上１５００ｐｐｍ以下、および酸化ニオブがＮｂ₂Ｏ₅換算で２００ｐｐｍ以上５００ｐｐｍ以下含有されてなる請求項１に記載のＭｎＺｎフェライトの製造方法。
3. 前記添加成分の添加時の添加物形態は、各添加成分の素原料が秤量・混合され、しかる後、仮焼き処理され、粉砕処理された比表面積が３ｍ²／ｇ以上の粉体である請求項１または請求項２に記載のＭｎＺｎフェライトの製造方法。