JP2008184363A - ＭｎＺｎ系フェライト及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 フェライトの磁気損失の低減を図ることのできるＭｎＺｎ系フェライトの製造方法を提供すること
【解決手段】 主成分として、Ｆｅ₂Ｏ₃は５４ｍｏｌ％，ＭｎＯは３７ｍｏｌ％，ＺｎＯは９ｍｏｌ％とし、これら各原料成分は所定に秤量して乾式混合し、９００℃の温度で仮焼きしてＭｎＺｎフェライト粉末を得る。また、副成分として、コバルトフェライトの組成になるように酸化鉄と酸化コバルトを秤量し、混合した後、９００℃で仮焼きを行なう。次いで、得られた粉末をボールミルで粉砕し、コバルトフェライト粉末を得る。上記ＭｎＺｎフェライト粉末に、上述したコバルトフェライト粉末を０．１８ｗｔ％添加するとともに、ＴｉＯ₂，ＣａＣＯ₃，ＳｉＯ₂，ＺｒＯ₂，Ｎｂ₂Ｏ₅を所定量添加し、湿式粉砕をし、成形して焼成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＭｎＺｎ系フェライト及びその製造方法に関するものである。

ＭｎＺｎ系のフェライトは、磁気損失が小さく飽和磁束密度も比較的に大きいという特徴からスイッチング電源等のトランス用コアとして好ましく用いられている。それらの用途の一つとして、ハイブリッドカーや電気自動車のトランス等への用途が挙げられる。この場合コアを使用する温度環境が高温になることから、約８０〜１００℃でコアロスが最も小さくなるように材料設計がなされる。このようなＭｎＺｎ系フェライト材料は、酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３），酸化マンガン（ＭｎＯ），酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とするＭｎＺｎ系フェライト材料に、副成分として酸化チタン（ＴｉＯ₂），酸化コバルト（Ｃｏ₃Ｏ₄またはＣｏＯ），酸化カルシウム（ＣａＣＯ₃），酸化ケイ素（ＳｉＯ₂），酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂），酸化ニオブ（Ｎｂ₂Ｏ₅）等を選択的に添加した組成にすることが一般的である。

さらに近年では，広い温度範囲でコアロスを低減したいという要望から，温度特性が平坦であるＭｎＺｎ系フェライト材料が開発されている。このようなＭｎＺｎ系のフェライトとしては、例えば特許文献１〜３などに示されたものがある。これら特許文献のフェライトでは０〜１２０℃程度の比較的広い温度範囲でコアロスを小さくするようにしている。

特開２０００−２８６１１９号公報 特開２００２−２３１５２０号公報 特開２００５−１１９８９２号公報

ところで、上述した従来のフェライトコアは、いずれもコアロスを広い温度範囲で低減化することを解決課題として各成分の組成の研究・開発が行われている。しかし、トランスの高効率化の要望は極めて高く、より一層の磁気損失の低減が要求されている。そこで、トランスの高効率化に対応するため、磁気損失の低減を図ったＭｎＺｎ系フェライトの開発が望まれている。

この発明は上述した課題を解決するもので、その目的は、フェライトの磁気損失の低減を図ることのできるＭｎＺｎ系フェライト及びその製造方法を提供することにある。

上述した目的を達成するために、本発明に係るＭｎＺｎ系フェライトの製造方法は、ＭｎＺｎフェライト粉末にコバルトフェライト粉末を混合し、成形し、焼成するようにした。そして、前記コバルトフェライト粉末は、酸化鉄と酸化コバルトを混合し、仮焼成し、得られた粉末を粉砕して製造したものを用いることができる。

また、本発明に係るＭｎＺｎ系フェライトは、主成分をＭｎＺｎフェライトとし、副成分には少なくともコバルトフェライトを添加する組成とした。

本発明では、コバルトフェライト粉末を副成分として添加することで、製造されたＭｎＺｎ系フェライト（焼結体）は、Ｃｏ₃Ｏ₄やＣｏＯを添加する従来の方法で得られるＭｎＺｎ系フェライトに比べ、磁気損失が低減される。なお、副成分として添加する材料は、コバルトフェライト粉末単独にする必要はなく、他の材料をさらに添加するのを妨げない。

本発明では、磁気損失の小さいフェライトを製造することができる。また、Ｃｏ原子量を同程度添加する場合において、従来用いられているＣｏＯ又はＣｏ₃Ｏ_４を添加するよりも、コバルトフェライト（ＣｏＦｅ₂Ｏ_４）を添加した方が磁気損失の小さいフェライトを製造することができるという効果がある。

以下、本発明の好適な実施の形態について説明する。まず、通常のフェライト粉末の製造プロセスに従い、ＭｎＺｎフェライト粉末と、コバルトフェライト（ＣｏＦｅ_２Ｏ_４）粉末と、をそれぞれ作製する。

すなわち、各フェライト粉末を構成するための材料を所定量秤量し、混合した後、仮焼成をする。具体的には、ＭｎＺｎフェライト粉末を作製するための材料の組成は、酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）が５２．０〜５５．０ｍｏｌ％，酸化マンガン（ＭｎＯ）が３１．０〜４２．０ｍｏｌ％，酸化亜鉛（ＺｎＯ）が６．０〜１６．０ｍｏｌ％の範囲とした。そして、好ましくは、Ｆｅ_２Ｏ_３が５４ｍｏｌ％，ＭｎＯが３７ｍｏｌ％，ＺｎＯが９ｍｏｌ％の組成とすることである。また、直流重畳特性を良好するためには、主成分は、Ｆｅ₂Ｏ₃が５２．０〜５７．０ｍｏｌ％，ＺｎＯが３．０〜１６．０ｍｏｌ％，ＭｎＯが残り全量のｍｏｌ％の範囲とするのがよい。

一方、コバルトフェライト粉末を作製するための材料の組成は、酸化鉄（Ｆｅ₂Ｏ₃）が４５〜５０ｍｏｌ％，酸化コバルト（ＣｏＯまたはＣｏ₃Ｏ_４）が５０〜５５ｍｏｌ％の範囲とした。このコバルトフェライト粉末を作成するための組成は上記のものに限定するものではない。但し、酸化鉄が５０ｍｏｌ％を超えると、仮焼後にＦｅ₂Ｏ_３が残留することになり好ましくない。同様に、酸化コバルトが５０ｍｏｌ％を超えると仮焼後に酸化コバルトが残留するため、５０ｍｏｌ％を超え、値が大きくなるほど酸化コバルトを添加する従来の製造方法に近づいていくことになり、本発明の効果が薄れることになる。ここで酸化鉄の残留と酸化コバルトの残留を比較すると、酸化コバルトの残留の方が求められる特性に関して劣化が少ないため、上記の組成範囲で作製することが好ましい。

そして、仮焼成して得た各仮焼き粉を粉砕してフェライト粉末を得る。仮焼温度は、ＭｎＺｎフェライト粉末並びにコバルトフェライト粉末のいずれも８００℃〜１０００℃の範囲内にするのがよい。但し、両フェライト粉末の仮焼温度は、同じにしても良いし異ならせても良い。コバルトフェライトの仮焼温度に関して、８００℃以下では酸化鉄と酸化コバルトの反応が不十分であり、酸化鉄と酸化コバルトが残留することとなる。そのため、これをＭｎＺｎフェライトに添加しても、本発明のコバルトフェライトを添加する効果が十分得られない結果となる。一方、１０００℃以上の高温では、仮焼後の粉体粒子径が大きくなりすぎ、添加することによりＭｎＺｎフェライトの焼結性を阻害してしまう。そのため、上記温度範囲で作製することが好ましい。ＭｎＺｎフェライトの仮焼温度に関しては、求められる特性に合わせ、本焼成温度、焼成雰囲気条件とあわせて適宜変更する必要があるものの、一般的に上記温度範囲が好ましい。

次いで、上記のようにして作製したＭｎＺｎフェライト粉末にコバルトフェライト粉末を混合し、生成後焼成する。焼成温度は、十分に焼結が進み、緻密化、粒成長するように組成により適宜設定する。具体的には、本実施の形態では、１２５０から１３５０℃とする。

また、主成分となるＭｎＺｎフェライト粉末に副成分のコバルトフェライト粉末を混合するに際し、他の副成分として酸化チタン（ＴｉＯ₂），酸化カルシウム（ＣａＣＯ₃），酸化ケイ素（ＳｉＯ₂），酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂），酸化ニオブ（Ｎｂ₂Ｏ₅）等を１又は複数種選択的に添加してもよい。

まず、副成分となるコバルトフェライト粉末を作製する。具体的には、コバルトフェライトの組成になるようにＦｅ₂Ｏ₃とＣｏ₃Ｏ₄を秤量し、混合した後、９００℃で仮焼きを行なう。次いで、得られた粉末をボールミルで粉砕し、コバルトフェライト粉末を得る。同様に、Ｆｅ₂Ｏ₃にＣｏＯを混合してもコバルトフェライト粉末を得ることができる。

一方、ＭｎＺｎ系フェライトは、主成分として、Ｆｅ₂Ｏ₃は５４ｍｏｌ％，ＭｎＯは３７ｍｏｌ％，ＺｎＯは９ｍｏｌ％とし、これら各原料成分は所定に秤量してボールミルを用いて湿式混合する。例えば、秤量した各原料成分はボールミルで粉砕しつつ混ぜて混合紛体を製造し、これを次に９００℃の温度で仮焼きする。

そして、この仮焼きした粉体に、上述したコバルトフェライト粉末を添加する。フェライト粉末の添加量は、実施例１として０．１８ｗｔ％を、実施例２として１．０ｗｔ％をそれぞれ添加した。そして、各実施例１，２とも、副成分としてＴｉＯ₂，ＣａＣＯ₃，ＳｉＯ₂，ＺｒＯ₂，Ｎｂ₂Ｏ₅を所定量添加し、ボールミルを用いて純水中に湿式粉砕を５時間行ってスラリを形成する。

次に、湿式粉砕したスラリは乾燥させて有機バインダを１ｗｔ％添加して造粒し、造粒した粉体に成形のための圧力を加えて所定の形状（トロイダル）に成形し、この後、雰囲気焼成炉等で焼成を行う。

焼成は、実施例１、２ともに１２８０℃のトップ温度Ｔを３時間保持し、このとき酸素分圧Ｐｏ₂は、雰囲気調整のために、
ｌｏｇＰｏ₂＝−１４５４０／Ｔ［Ｋ］＋ｂ
という関係式に制御する。上記式に示す雰囲気定数ｂを８．０に設定し、これにより焼成体を製造する。なお、上記した酸素分圧Ｐｏ₂の関係式は、例えばＩＥＥＥ Ｔａｎｓ．Ｍａｇｎ．ＭＡＧ−１１［５］（１９７５）に記載がある。

次に、本発明の効果を実証するため、比較例として実施例のコバルトフェライト（ＣｏＦｅ₂Ｏ_４）に替えて、酸化コバルト（Ｃｏ_３Ｏ_４）を副成分として添加したものを製造した。具体的には、実施例１の比較例である比較例１における酸化コバルト（Ｃｏ_３Ｏ_４）の添加量は、０．０６ｗｔ％とした。同様に、実施例２の比較例である比較例２における酸化コバルト（Ｃｏ_３Ｏ_４）の添加量は、は０．３５ｗｔ％とした。これらの値は、酸化コバルトとコバルトフェライトでのＣｏ原子量を同程度にしたものである。組成比から、実施例と比較例におけるＣｏ原子量を同じにするには、コバルトフェライトの量は、酸化コバルト（Ｃｏ_３Ｏ_４）の約３倍となる。それ以外の製作条件（主成分，コバルトフェライト粉体以外の他の副成分、製造プロセス）は上記の実施例と同じ条件であり焼成温度１２８０℃、雰囲気定数ｂが８．０で製造した。

実施例１，２並びに比較例１，２の製造条件のもとで複数の試料を製造し、それら各試料についてコアロスを測定した。コアロス測定の測定条件は、周波数１００ｋＨｚで磁束密度２００ｍＴの正弦波交流磁界を加えて励磁するものとした。そして、２０〜１２０°Ｃの温度範囲について測定を行った。また、製造した試料の寸法形状は、リング形状とし、外径２５ｍｍ，内径１５ｍｍ，高さ５ｍｍとした。

図１は、実施例１および比較例１の各試料におけるコアロス（Ｐｃｖ）の温度特性を示すグラフ図である。図２は、実施例２および比較例２の各試料におけるコアロス（Ｐｃｖ）の温度特性を示すグラフ図である。

これらの図から、比較例１，比較例２は共に従来例でもあり、比較例１は比較的温度範囲が狭い領域で磁気損失が低く、比較例２は、広い温度範囲で磁気損失を小さく、温度特性が平坦であるという特性を持っている。つまり、これら比較例１と比較例２で製造されたＭｎＺｎ系フェライトは、異なる性質のものといえる。

これら各比較例に対し、実施例１および実施例２で製造された製品は、いずれも全温度範囲で比較例よりも磁気損失が低減していることが確認できた。よって、本発明によれば、ＭｎＺｎフェライトの種類にかかわらず、Ｃｏ原子量を同程度添加する場合と比較すると、全温度範囲で磁気損失が低減するという効果が得られる。

本発明の効果を立証する実験結果を示す図であり、実施例１と比較例１のコアロス（Ｐｃｖ）の温度特性を示すグラフ図である。 本発明の効果を立証する実験結果を示す図であり、実施例２と比較例２のコアロス（Ｐｃｖ）の温度特性を示すグラフ図である。

Claims (3)

1. ＭｎＺｎフェライト粉末にコバルトフェライト粉末を混合し、成形し、焼成することを特徴とするＭｎＺｎ系フェライトの製造方法。
2. 前記コバルトフェライト粉末は、酸化鉄と酸化コバルトを混合し、仮焼成し、得られた粉末を粉砕して製造することを特徴とする請求項１に記載のＭｎＺｎ系フェライトの製造方法。
3. 主成分をＭｎＺｎフェライトとし、副成分には少なくともコバルトフェライトを添加する組成であることを特徴とするＭｎＺｎ系フェライト。

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