JP2007197254A - ＭｎＺｎフェライトの製造方法 - Google Patents

ＭｎＺｎフェライトの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】飽和磁束密度Ｂｓの高いＭｎＺｎフェライトであって、かつ、コアロスの少ないＭｎＺｎフェライトを提供することにある。
【解決手段】酸化鉄がＦｅ2Ｏ3換算で５５．１〜６０．０モル％、酸化マンガンがＭｎＯ換算で３０．０〜３９．０モル％、酸化ニッケルがＮｉＯ換算で１．０〜５．０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方法であって、前記添加成分の添加物原料は、いずれも、添加時の添加物形態における比表面積が１０．０ｍ2／ｇ以上の物性を備えてなる粒状物であるように構成される。
【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。
電源用フェライト材料では、飽和磁束密度Ｂｓが高く、コアロスの低い特性が求められている。飽和磁束密度Ｂｓを高くするためには、含有させるＦｅ2Ｏ3量をより多くすれば有利になると考えられるが、従来の提案（例えば、特開２００４−１０４４０号公報）では、ＳｉＯ、ＣａＯ、Ｎｂ2Ｏ5等の添加物を添加してもＦｅ2Ｏ3量が５５モル％を超えるとＦｅ2+の増大により、比抵抗が小さくなり、渦電流損失の増大によりコアロスの劣化を招くと報告されている。
特開２００４−１０４４０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、飽和磁束密度Ｂｓの高いＭｎＺｎフェライトであって、かつ、コアロスの少ないＭｎＺｎフェライト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５５．１〜６０．０モル％、酸化マンガンがＭｎＯ換算で３０．０〜３９．０モル％、酸化ニッケルがＮｉＯ換算で１．０〜５．０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物原料は、いずれも、添加時の添加物形態における比表面積が１０．０ｍ2／ｇ以上の物性を備えてなる粒状物であるように構成される。
また、本発明の好ましい態様として、前記添加成分の添加物原料は、いずれも、添加時の添加物形態における比表面積が１０．０〜４０．０ｍ2／ｇ物性を備えてなる粒状物から構成される。
また、本発明の好ましい態様として、前記ＭｎＺｎフェライトにおける添加物成分として酸化ケイ素がＳｉＯ2換算で１００ｐｐｍ以上３００ｐｐｍ以下、酸化カルシウムがＣａＯ換算で１００ｐｐｍ以上１５００ｐｐｍ以下、および酸化ニオブがＮｂ2Ｏ5換算で１００ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下含有されてなるように構成される。
また、本発明の好ましい態様として、前記主成分となる主成分原料を混合して仮焼きした後に、前記添加成分の添加物原料を添加してなるように構成される。
また、本発明の好ましい態様として、前記主成分となる主成分原料と、前記添加成分の添加物原料とを同時に混合してなるように構成される。
また、本発明の好ましい態様として、前記添加成分の添加物原料同士を予め混合した後、次いで、前記主成分となる主成分原料に添加してなるように構成される。
本発明のＭｎＺｎフェライトの製造方法は、酸化鉄がＦｅ2Ｏ3換算で５５．１〜６０．０モル％、酸化マンガンがＭｎＯ換算で３０．０〜３９．０モル％、酸化ニッケルがＮｉＯ換算で１．０〜５．０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方法であって、前記添加成分の添加物原料は、いずれも、添加時の添加物形態における比表面積が１０．０ｍ2／ｇ以上の物性を備えてなる粒状物であるように構成されているので、飽和磁束密度Ｂｓの高いＭｎＺｎフェライトであって、かつ、コアロスの少ないＭｎＺｎフェライトを提供することができる。
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フェライトの形成に際して添加される添加物原料の粒状物の比表面積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５５．１〜６０．０モル％（好ましくは、５５．５〜５８．０モル％）、酸化マンガンがＭｎＯ換算で３０．０〜３９．０モル％（好ましくは、３２．０〜３８．０モル％）、酸化ニッケルがＮｉＯ換算で１．０〜５．０モル（好ましくは、１．５〜４．５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１００ｐｐｍ以上３００ｐｐｍ以下、酸化カルシウムがＣａＯ換算で１００ｐｐｍ以上１５００ｐｐｍ以下、および酸化ニオブがＮｂ2Ｏ5換算で１００ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ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５５．１モル％未満となると、飽和磁束密度が低くなってしまう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、コアロスが高くなってしまう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３０．０モル％未満となると、コアロスが高くなってしまう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３９．０モル％を超えると、コアロスが高くなってしまう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１．０モル未満となると、飽和磁束密度が低くなってしまうという不都合が生じる傾向がある。この一方で、５．０モルを超えるとコアロスが高くなってしまうという不都合が生じる傾向がある。
添加物成分である酸化ケイ素が、ＳｉＯ2換算で１００ｐｐｍ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、酸化ケイ素が、ＳｉＯ2換算で３００ｐｐｍを超えると、不連続粒成長が起こ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、添加物成分である酸化カルシウムがＣａＯ換算で１００ｐｐｍ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、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、添加物成分である酸化ニオブがＮｂ2Ｏ5換算で１００ｐｐｍ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、酸化ニオブがＮｂ2Ｏ5換算で１０００ｐｐｍ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２００ｐｐｍ以下含有させることも好ましい態様である。この場合も表面積は上記の範囲を満足させることが望ましい。
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フェライトの形成に際して添加される添加成分の添加物原料粒状物の比表面積を規定している点にある。添加物原料は、Ｓｉ、Ｃａ、Ｎｂ、Ｚｒの酸化物、炭酸塩、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、添加される。
このようにフェライトの添加成分を含有させるために用いられる添加物原料は、いずれも、秤量した後、添加時の添加物形態における比表面積が１０．０ｍ2／ｇ以上、特に、１０．０〜４０．０ｍ2／ｇの物性を備えてなる粒状物から構成されている。
比表面積が１０．０ｍ2／ｇ未満の添加物原料を用いると、酸化鉄をＦｅ2Ｏ3換算で５５．１モル％以上とした場合に、コアロスが大きくなってしまう。この一方で、比表面積が４０．０ｍ2／ｇを越える添加物原料を用いる場合には、凝集が起こりやすくなり分散混合が困難となる傾向が生じるという不都合がある。
秤量された添加物原料の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、（１）成分となる主成分原料を混合して仮焼きした後に、添加成分の添加物原料を添加する態様である。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。この仮焼き物に、上記所定の比表面積を備える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、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。
（２）秤量された主成分となる主成分原料と、秤量された添加成分の添加物原料とを同時に混合してなる態様である。その後、一般的には造粒工程を経て仮焼きされる。その後、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。
（３）秤量された添加成分の添加物原料同士を予め混合した後、次いで、主成分となる主成分原料に添加してなる態様である。その後、一般的には造粒工程を経て仮焼きされる。その後、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〕
下記表１のサンプルＮｏ．１に示されるように、最終組成における酸化鉄がＦｅ2Ｏ3換算で５６モル％、酸化マンガンがＭｎＯ換算で３４モル％、酸化ニッケルがＮｉＯ換算で４モル％、酸化亜鉛がＺｎＯ換算で６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。
この仮焼き物に、最終組成における添加成分の含有率が下記表１となるようにＳｉＯ2、ＣａＣＯ3、Ｎｂ2Ｏ5、ＺｒＯ2を所定量秤量して添加した。なお、添加の際のＳｉＯ2の比表面積は３３．２ｍ2／ｇ、ＣａＣＯ3の比表面積は２０．４ｍ2／ｇ、Ｎｂ2Ｏ5の比表面積は２５．６ｍ2／ｇ、ＺｒＯ2の比表面積は１５．１ｍ2／ｇであった。
このような添加物原料を添加した後、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）飽和磁束密度Ｂｓ、（３）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）飽和磁束密度Ｂｓ（Ｔ）
トロイダル形状試料にワイヤを二重に２０回巻線した後に印加磁界１１９２Ａ／ｍに設定し、直流磁化特性試験装置（メトロン技研製 ＳＹ１１０）で測定した。
（３）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。
なお、表１中の添加成分における数値欄の上段が添加成分の添加物原料の添加量ppmを示し、下段の[ ]内が添加成分の添加物原料の比表面積をｍ2／ｇを示している。
Figure 2007197254
Figure 2007197254
Figure 2007197254
表１の結果より本発明の効果は明らかである。
すなわち、本発明のＭｎＺｎフェライトの製造方法は、酸化鉄がＦｅ2Ｏ3換算で５５．１〜６０．０モル％、酸化マンガンがＭｎＯ換算で３０．０〜３９．０モル％、酸化ニッケルがＮｉＯ換算で１．０〜５．０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方法であって、前記添加成分の添加物原料は、いずれも、添加時の添加物形態における比表面積が１０．０ｍ2／ｇ以上の物性を備えてなる粒状物であるように構成されているので、飽和磁束密度Ｂｓの高いＭｎＺｎフェライトであって、かつ、コアロスの少ないＭｎＺｎフェライトを提供することができる。
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 (6)

  1. 酸化鉄がＦｅ2Ｏ3換算で５５．１〜６０．０モル％、酸化マンガンがＭｎＯ換算で３０．０〜３９．０モル％、酸化ニッケルがＮｉＯ換算で１．０〜５．０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物原料は、いずれも、添加時の添加物形態における比表面積が１０．０ｍ2／ｇ以上の物性を備えてなる粒状物であることを特徴とするＭｎＺｎフェライトの製造方法。
  2. 前記添加成分の添加物原料は、いずれも、添加時の添加物形態における比表面積が１０．０〜４０．０ｍ2／ｇ物性を備えてなる粒状物である請求項１に記載のＭｎＺｎフェライトの製造方法。
  3. 前記ＭｎＺｎフェライトにおける添加物成分として酸化ケイ素がＳｉＯ2換算で１００ｐｐｍ以上３００ｐｐｍ以下、酸化カルシウムがＣａＯ換算で１００ｐｐｍ以上１５００ｐｐｍ以下、および酸化ニオブがＮｂ2Ｏ5換算で１００ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下含有されてなる請求項１または請求項２に記載のＭｎＺｎフェライトの製造方法。
  4. 前記主成分となる主成分原料を混合して仮焼きした後に、前記添加成分の添加物原料を添加してなる請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のＭｎＺｎフェライトの製造方法。
  5. 前記主成分となる主成分原料と、前記添加成分の添加物原料とを同時に混合してなる請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のＭｎＺｎフェライトの製造方法。
  6. 前記添加成分の添加物原料同士を予め混合した後、次いで、前記主成分となる主成分原料に添加してなる請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のＭｎＺｎフェライトの製造方法。
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