JP2010120808A

JP2010120808A - ＭｎＺｎフェライト、及びその製造方法

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Publication number: JP2010120808A
Application number: JP2008295560A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Murai; 健一村井
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2008-11-19
Filing date: 2008-11-19
Publication date: 2010-06-03

Abstract

【課題】高い初透磁率と高いインピーダンスを有するＭｎＺｎフェライト、及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明のＭｎＺｎフェライトは、主成分が５２．０〜５３．０ｍｏｌ％のＦｅ₂Ｏ₃、１９．０〜２３．５ｍｏｌ％のＺｎＯ、残部ＭｎＯからなり、前記主成分１００重量部に対して、副成分として０．００２〜０．０２５重量部のＳｉＯ₂、０．０１〜０．０７重量部のＣａＯ、０．０１〜０．０８重量部のＢｉ₂Ｏ₃、０．０１〜０．５重量部のＳｂ₂Ｏ₅、０．０２〜０．３重量部のＭｏＯ₃を含有し、１４００℃以上の保持温度で焼成される。
【選択図】なし

Description

本発明は、ＭｎＺｎフェライトに関し、特にＡＣラインフィルター用フェライトコアとして好適な高透磁率のＭｎＺｎフェライトに関する。

フェライト焼結体は金属系の圧粉体に比べて高透磁率を有するため、電源回路上のトランスやインダクタ等に多く用いられている。特にＭｎ−Ｚｎ系フェライトはＮｉ−Ｚｎ系フェライトに比べて、大きな初透磁率の値を有することから、低周波数帯域におけるトランスやＡＣラインフィルターとして用いられている。Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト材料開発は、トランス用途においては高透磁率化及び低損失化、ＡＣラインフィルター用途においては高透磁率化が行われてきた。

近年、電子機器の小型化、高性能化の技術革新が著しく、それに伴い使用されるＭｎ−Ｚｎ系フェライトの高性能化、例えば、高透磁率化及び低損失化が求められている。なかでも、ＡＣラインフィルター等のノイズフィルター用のフェライトコアは、高い初透磁率と高いインピーダンスが要求されている。

初透磁率は磁壁移動によって磁化されるものとされ、高い初透磁率を得るためには、平均結晶粒径を大きくする、結晶磁気異方性を小さくする必要がある。平均結晶粒径を大きくするためには、粒成長を促進することを目的として、Ｂｉ₂Ｏ₃等の種々の粒成長添加物を適量添加する手法が用いられている（例えば、特許文献１、２）。また、結晶磁気異方性を低減させることを目的としてＳｂ₂Ｏ₅を適量添加する手法が用いられている（例えば、特許文献３）。

特許文献１では、ＭｎＯ、ＺｎＯ、Ｆｅ₂Ｏ₃からなる主成分に対して、添加物として、ＳｉＯ₂、ＣａＯ、ＭｏＯ₃、Ｂｉ₂Ｏ₃を添加した高透磁率のＭｎＺｎフェライトが提案されている。特許文献２では、５２．０〜５３．０ｍｏｌ％のＦｅＯ₃、１９．０〜２３．５ｍｏｌ％のＺｎＯ、残部がＭｎＯからなる主成分に対して、副成分として、ＳｉＯ₂、ＣａＯ、Ｂｉ₂Ｏ₃を添加し、更に還元剤を添加した高透磁率酸化物磁性材料が提案されている。これらの文献では、Ｂｉ₂Ｏ₃は、結晶粒径を大きくする目的で添加されている。また、特許文献３では、５２．０〜５３．０ｍｏｌ％のＦｅＯ₃、１９．０〜２３．５ｍｏｌ％のＺｎＯ、残部がＭｎＯからなる主成分に対して、副成分として、ＳｉＯ₂、ＣａＯ、Ｂｉ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₅を添加することで、結晶磁気異方性を低減し、高い初透磁率を得る高透磁率酸化物磁性材料が提案されている。

特開２００８−０９４６６３号公報特開２００２−０９３６１４号公報特開２００１−０５７３０８号公報

高い初透磁率を得るために、種々の粒成長添加物を用いる方法が有効であることを先に述べた。しかしながら、粒成長添加物は異常粒成長促進因子でもあり、ある添加量を超えると異常粒が発生しやすくなる。異常粒は、渦電流損失を増加させ著しく比抵抗を低減させ、インピーダンスの低下につながる。また、結晶磁気異方性を低減するとされるＳｂ₂Ｏ₅はスピネル中に固溶し異常粒成長の要因となるため、更なる高透磁率化は困難である。

より高い初透磁率と高いインピーダンスを得るためには、異常粒成長を発生させることなく結晶粒径を均一に大きくしながら、結晶磁気異方性を低減させ、更に材料の比抵抗を高くすることが必要である。

高比抵抗化のために、一般的には粒界に析出するＳｉＯ₂やＣａＯ等の添加物を添加することにより、粒界を高比抵抗化しているが、これらの添加物は同時に結晶粒径を抑制する効果を持つことから、比抵抗の向上は見込めるものの、初透磁率の低減を招く。また、焼成工程において保持温度を高くした方が結晶粒径を大きくできるが、異常粒成長の抑制のため、所望の温度よりも低い温度で焼成を行っている。

以上述べたように、高い初透磁率と高いインピーダンスを得るために様々な手法が用いられているが、一般的に、高い初透磁率と高いインピーダンスを同時に実現することは困難であるという問題がある。

本発明は、このような問題を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、高い初透磁率と高いインピーダンスを有するＭｎＺｎフェライト、及びその製造方法を提供することである。

種々の検討の結果、主成分が５２．０〜５３．０ｍｏｌ％のＦｅ₂Ｏ₃、１９．０〜２３．５ｍｏｌ％のＺｎＯ、残部ＭｎＯからなり、副成分として０．００２〜０．０２５重量部のＳｉＯ₂、０．０１〜０．０７重量部のＣａＯ、０．０１〜０．０８重量部のＢｉ₂Ｏ₃、０．０１〜０．５重量部のＳｂ₂Ｏ₅、０．０２〜０．３重量部のＭｏＯ₃を添加し、焼成工程における保持温度を１４００℃以上とすることにより、高い初透磁率と高いインピーダンスを有するＭｎＺｎフェライト、及びその製造方法が得られる。

即ち、本発明は、主成分が５２．０〜５３．０ｍｏｌ％のＦｅ₂Ｏ₃、１９．０〜２３．５ｍｏｌ％のＺｎＯ、残部ＭｎＯからなり、前記主成分１００重量部に対して、副成分として０．００２〜０．０２５重量部のＳｉＯ₂、０．０１〜０．０７重量部のＣａＯ、０．０１〜０．０８重量部のＢｉ₂Ｏ₃、０．０１〜０．５重量部のＳｂ₂Ｏ₅、０．０２〜０．３重量部のＭｏＯ₃を含有していることを特徴とするＭｎＺｎフェライトである。

また、本発明は、主成分が５２．０〜５３．０ｍｏｌ％のＦｅ₂Ｏ₃、１９．０〜２３．５ｍｏｌ％のＺｎＯ、残部ＭｎＯからなり、前記主成分１００重量部に対して、副成分として０．００２〜０．０２５重量部のＳｉＯ₂、０．０１〜０．０７重量部のＣａＯ、０．０１〜０．０８重量部のＢｉ₂Ｏ₃、０．０１〜０．５重量部のＳｂ₂Ｏ₅、０．０２〜０．３重量部のＭｏＯ₃を含有し、１４００℃以上の保持温度で焼成され、１ｋＨｚでの初透磁率が１２０００より大きく、インピーダンスの最大値が２６００より大きいことを特徴とするＭｎＺｎフェライトである。

また、本発明は、主成分が５２．０〜５３．０ｍｏｌ％のＦｅ₂Ｏ₃、１９．０〜２３．５ｍｏｌ％のＺｎＯ、残部ＭｎＯからなり、前記主成分１００重量部に対して、副成分として０．００２〜０．０２５重量部のＳｉＯ₂、０．０１〜０．０７重量部のＣａＯ、０．０１〜０．０８重量部のＢｉ₂Ｏ₃、０．０１〜０．５重量部のＳｂ₂Ｏ₅、０．０２〜０．３重量部のＭｏＯ₃を添加し、成形後、１４００℃以上の保持温度で焼成することを特徴とするＭｎＺｎフェライトの製造方法である。なお、以下、上記の主成分を１００重量部としたときの副成分としての添加物の「重量部」を、単に「ｗｔ％」で表現することとする。

本発明によれば、ＭｏＯ₃の添加により結晶粒径を均一にする事が可能となるため、Ｂｉ₂Ｏ₅の異常粒成長促進の添加物を添加しても、異常粒を成長させることなく、更に、Ｓｂ₂Ｏ₅添加により、結晶磁気異方性を低減でき、１４００℃以上の高温焼成が可能となる。したがって、結晶粒径の促進と結晶磁気異方性の低減、且つ高比抵抗化を実現した、高い初透磁率と高いインピーダンスを有するＭｎＺｎフェライト、及びその製造方法が得られる。

前述した本発明品は、高い初透磁率と高いインピーダンスを有するＭｎＺｎフェライトであるため、ＡＣラインフィルター用のフェライトコアとして用いた場合に、小型で、高性能のＡＣラインフィルターを提供できる。

種々の検討を行った結果、主成分が５２．０〜５３．０ｍｏｌ％のＦｅ₂Ｏ₃、１９．０〜２３．５ｍｏｌ％のＺｎＯ、残部ＭｎＯからなり、副成分として０．００２〜０．０２５ｗｔ％のＳｉＯ₂、０．０１〜０．０７ｗｔ％のＣａＯ、０．０１〜０．０８ｗｔ％のＢｉ₂Ｏ₃、０．０１〜０．５ｗｔ％のＳｂ₂Ｏ₅、０．０２〜０．３ｗｔ％のＭｏＯ₃を含有したＭｎＺｎフェライトの焼成工程における保持温度を１４００℃以上とすることにより、高い初透磁率と高いインピーダンスを同時に実現したＭｎＺｎフェライトが得られることを見出した。

一般に、高透磁率を有するＭｎＺｎフェライトの主成分の組成範囲は、５２．０〜５３．０ｍｏｌ％のＦｅ₂Ｏ₃、１９．０〜２３．５ｍｏｌ％のＺｎＯ、残部ＭｎＯ付近の組成が高透磁率酸化物磁性材料として製造されているため、本発明においても、主成分は前述の組成範囲とするのが望ましい。

副成分として、ＳｉＯ₂を０．００２〜０．０２５ｗｔ％としたのは、ＳｉＯ₂を０．０２５ｗｔ％を超えて添加すると、結晶粒成長を阻害し、初透磁率を著しく低下させてしまうからである。また、ＳｉＯ₂の下限値を０．００２ｗｔ％以上としたのは、ＳｉＯ₂が０．００２ｗｔ％未満であると、粒界層の形成が不十分となり比抵抗向上の効果が認められなかったためである。

ＣａＯを０．０１〜０．０７ｗｔ％としたのは、０．０１ｗｔ％未満であると、粒界層形成が不十分であることから比抵抗が低くなり、また０．０７ｗｔ％超であると過剰のＣａＯが結晶粒成長を阻害し、十分な初透磁率を得られないためである。

Ｂｉ₂Ｏ₃を０．０１〜０．０８ｗｔ％としたのは、０．０１ｗｔ％未満であると、結晶粒成長効果が得られないため、初透磁率の低減を招くためである。また、０．０８ｗｔ％超であると、過剰添加により異常粒成長が顕著となり、初透磁率の低減、比抵抗の低減を招くためである。

Ｓｂ₂Ｏ₅を０．０１〜０．５ｗｔ％としたのは、０．０１ｗｔ％未満であると、結晶磁気異方性の低減が十分ではなく、初透磁率の向上効果が認められなかったためであり、０．５ｗｔ％超であると、過剰添加により異常粒成長が顕著となり、初透磁率の低減、比抵抗の低減を招くためである。

ＭｏＯ₃を０．０２〜０．３ｗｔ％としたのは、０．０２ｗｔ％未満であると、均一に粒成長させる効果が認められず、十分な結晶粒径が得られなくなり、異常粒成長が顕著となり、初透磁率の低減、比抵抗の低減を招くためである。また、０．３ｗｔ％超であると、過剰添加により、Ｂｉ₂Ｏ₃がもたらす結晶粒成長効果が阻害され、初透磁率の低減を招くためである。

ＭｎＺｎフェライトの焼成工程における保持温度を１４００℃以上したのは、１４００℃未満であると、結晶粒径が小さく初透磁率の低減を招くためである。また、保持温度は１４７０℃以下とするのが望ましい。１４７０℃を超えた保持温度で焼成を行うと、異常粒成長が顕著となり、比抵抗が低減し、高いインピーダンスが得られないためである。

（実施例１）
発明品として、５２．５ｍｏｌ％のＦｅ₂Ｏ₃、２２．５ｍｏｌ％のＺｎＯ、２５．０ｍｏｌ％のＭｎＯからなる主成分に、これらの主成分に対して、外枠で、副成分として０．００１〜０．０３ｗｔ％のＳｉＯ₂、０．００５ｗｔ％〜０．０８ｗｔ％のＣａＯ、０．００５ｗｔ％〜０．０９ｗｔ％のＢｉ₂Ｏ₃、０．００５ｗｔ％〜０．６ｗｔ％のＳｂ₂Ｏ₅、０．０１ｗｔ％〜０．３５ｗｔ％のＭｏＯ₃を添加し、アトライターを用いて２時間混合した。

混合後、スプレードライヤーで造粒し、８５０℃の大気中で２時間予焼した。得られた予焼粉末をアトライターにて粉砕した。粉砕後、スプレードライヤーにて造粒し、φ２５ｍｍ−φ１５ｍｍ−１２ｍｍのトロイダル形状にプレスした。

上述したプレス体を、同主成分組成からなる粉末に埋め込み、酸素分圧をコントロールした雰囲気中で、１４５０℃の保持温度で４時間保持して焼成を行った。

従来品として、５２．５ｍｏｌ％のＦｅ₂Ｏ₃、２２．５ｍｏｌ％のＺｎＯ、２５．０ｍｏｌ％のＭｎＯからなる主成分に、これらの主成分に対して、外枠で、副成分として０．０１５ｗｔ％のＳｉＯ₂、０．０２ｗｔ％のＣａＯ、０．０４ｗｔ％のＢｉ₂Ｏ₃、０．２ｗｔ％のＳｂ₂Ｏ₅添加しアトライターを用いて２時間混合した。混合後、スプレードライヤーで造粒し、８５０℃の大気中で２時間予焼した。得られた予焼粉末をアトライターにて粉砕した。粉砕後、スプレードライヤーにて造粒し、φ２５ｍｍ−φ１５ｍｍ−１２ｍｍのトロイダル形状にプレスした。

上述したプレス体を、同主成分組成からなる粉末に埋め込み、酸素分圧をコントロールした雰囲気中で、１３６０℃の保持温度で４時間保持して焼成を行った。

磁気特性は、得られたＭｎＺｎフェライトの焼結体に１０ターンの巻線を施し、室温での初透磁率、及びインピーダンスの最大値を測定した。比抵抗の測定は試料上下面にＧａ−Ｉｎペーストを塗布し測定した。

表１に、従来品と、ＳｉＯ₂、ＣａＯ、Ｂｉ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₅、ＭｏＯ₃の添加量を変えた発明品の比抵抗、１ｋＨｚの初透磁率（表中ではμで示す）及びインピーダンスの最大値（表中ではＺｍａｘで示す）を示す。なお、表１において、副成分の添加量が、本発明の範囲内のものを発明品とし、範囲外のものを比較品とした。

表１に示すように、発明品は、１ｋＨｚでの初透磁率が１２０００より大きく、また、インピーダンスの最大値が２６００より大きいことが確認され、従来品よりも高い初透磁率と高いインピーダンスを有していることがわかる。

（実施例２）
発明品として、５２．５ｍｏｌ％のＦｅ₂Ｏ₃、２２．５ｍｏｌ％のＺｎＯ、２５．０ｍｏｌ％のＭｎＯからなる主成分に、これらの主成分に対して、外枠で、副成分として０．０１ｗｔ％のＳｉＯ₂、０．０５ｗｔ％のＣａＯ、０．０４ｗｔ％のＢｉ₂Ｏ₃、０．３ｗｔ％のＳｂ₂Ｏ₅、０．１５ｗｔ％のＭｏＯ₃添加し、アトライターを用いて２時間混合した。

上述したプレス体を、同主成分組成からなる粉末に埋め込み、酸素分圧をコントロールした雰囲気中で、１３８０〜１４７０℃の保持温度で４時間保持して焼成を行った。

表２に、従来品と、保持温度を変えた発明品の比抵抗、１ｋＨｚの初透磁率（表中ではμで示す）及びインピーダンスの最大値（表中ではＺｍａｘで示す）を示す。なお、表２において、焼成工程の保持温度が、本発明の範囲内のものを発明品とし、範囲外のものを比較品とした。

表２に示すように、発明品は、１ｋＨｚでの初透磁率が１２０００より大きく、また、インピーダンスの最大値が２６００より大きいことが確認され、従来品よりも高い初透磁率と高いインピーダンスを有していることがわかる。

以上説明したように、本発明のＭｎＺｎフェライトは、高い初透磁率と高いインピーダンスを有するため、ＡＣラインフィルター用のフェライトコアとして用いた場合に、小型で、高性能のＡＣラインフィルターを提供できる。

Claims

主成分が５２．０〜５３．０ｍｏｌ％のＦｅ₂Ｏ₃、１９．０〜２３．５ｍｏｌ％のＺｎＯ、残部ＭｎＯからなり、前記主成分１００重量部に対して、副成分として０．００２〜０．０２５重量部のＳｉＯ₂、０．０１〜０．０７重量部のＣａＯ、０．０１〜０．０８重量部のＢｉ₂Ｏ₃、０．０１〜０．５重量部のＳｂ₂Ｏ₅、０．０２〜０．３重量部のＭｏＯ₃を含有していることを特徴とするＭｎＺｎフェライト。
主成分が５２．０〜５３．０ｍｏｌ％のＦｅ₂Ｏ₃、１９．０〜２３．５ｍｏｌ％のＺｎＯ、残部ＭｎＯからなり、前記主成分１００重量部に対して、副成分として０．００２〜０．０２５重量部のＳｉＯ₂、０．０１〜０．０７重量部のＣａＯ、０．０１〜０．０８重量部のＢｉ₂Ｏ₃、０．０１〜０．５重量部のＳｂ₂Ｏ₅、０．０２〜０．３重量部のＭｏＯ₃を含有し、１４００℃以上の保持温度で焼成され、１ｋＨｚでの初透磁率が１２０００より大きく、インピーダンスの最大値が２６００より大きいことを特徴とするＭｎＺｎフェライト。
主成分が５２．０〜５３．０ｍｏｌ％のＦｅ₂Ｏ₃、１９．０〜２３．５ｍｏｌ％のＺｎＯ、残部ＭｎＯからなり、前記主成分１００重量部に対して、副成分として０．００２〜０．０２５重量部のＳｉＯ₂、０．０１〜０．０７重量部のＣａＯ、０．０１〜０．０８重量部のＢｉ₂Ｏ₃、０．０１〜０．５重量部のＳｂ₂Ｏ₅、０．０２〜０．３重量部のＭｏＯ₃を添加し、成形後、１４００℃以上の保持温度で焼成することを特徴とするＭｎＺｎフェライトの製造方法。