JP2015214434A - フェライト磁器、コイル装置およびフェライト磁器の作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コイル装置の直流重畳特性を改善しながら、焼結性の低下のないフェライト磁器を提供する。
【解決手段】フェライト磁器１は、元素として、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｎ、ＣｕおよびＮｉを含んでなる。フェライト磁器１に含まれる各元素の量を、それぞれＦｅ₂Ｏ₃、Ｍｎ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＣｕＯおよびＮｉＯのモル部に換算して表し、Ｆｅ₂Ｏ₃、Ｍｎ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＣｕＯおよびＮｉＯのモル部の合計を１００とする。このようにした場合、Ｆｅ₂Ｏ₃およびＭｎ₂Ｏ₃のモル部の合計ａが４４≦ａ≦４９、かつＭｎ₂Ｏ₃のモル部ｂが２．５≦ｂ≦５である。また、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｎｉを分析対象元素としたＷＤＸによる元素マッピング分析において、分析面内の全ての測定点に対する偏析点の百分率を分析対象元素の偏析率Ｒ_i（ｉはＺｎ、Ｃｕ、Ｎｉの中から選ばれる１種類の元素を表す添字）としたときに、Ｒ_Zn＋Ｒ_Cu＋Ｒ_Ni≧１０である。
【選択図】図４

Description

この発明は、コイル装置のコア部として適用できるフェライト磁器と、コイル装置と、フェライト磁器の作製方法とをその技術対象としている。

積層インダクタなどのコイル装置は、ＤＣ−ＤＣコンバータのいわゆるチョークコイルなどに用いられる。そのようなコイル装置は、インダクタンス値を高めるために高い透磁率を有するフェライト磁器を含むコア部を備える。

ＤＣ−ＤＣコンバータのチョークコイルには、交流成分と直流成分とを有する電流が入力される。一方、フェライト磁器を含むコア部を備えるコイル装置には、交流電流に直流電流を重畳して入力すると、重畳する直流電流値が大きくなるにつれてコア部の透磁率が低下し、インダクタンス値が低下するという特性がある。

ここで、透磁率は、磁性体の磁化過程を表すＢ−Ｈ曲線（磁気ヒステリシス曲線）の傾きで表される。コイル装置に入力される直流電流値が大きくなり、それによって発生する磁界が大きくなると、コア部内を通る磁束密度が高くなる。そして、コア部内を通る磁束密度が飽和磁束密度に近付くにつれて、Ｂ−Ｈ曲線の傾き、すなわち透磁率は次第に小さくなる。このような特性は、直流重畳特性と呼ばれており、コイル装置の定格電流を決定する主要な項目となる。

したがって、ＤＣ−ＤＣコンバータのチョークコイルに用いられるコイル装置は、直流重畳特性が良好であること、すなわち直流電流の印加に対するインダクタンス値の低下が小さいことが望ましい。そのため、コア部のフェライト磁器は、直流電流の印加に対する透磁率の低下が小さいことが求められる。

このようなフェライト磁器として、例えば特開２０１０−２３５３２８号公報（特許文献１）に記載のようなフェライト磁器が提案されている。

特許文献１に記載のフェライト磁器は、主成分として酸化鉄、酸化亜鉛、酸化銅および酸化ニッケルを含有する。主成分のモル比率は、酸化鉄がＦｅ₂Ｏ₃換算で４６．０〜４９．５ｍｏｌ％、酸化亜鉛がＺｎＯ換算で３．０〜３０．０ｍｏｌ％、酸化銅がＣｕＯ換算で５．０〜１５．０ｍｏｌ％および酸化ニッケルがＮｉＯ換算で残部ｍｏｌ％である。

また、上記のフェライト磁器は、副成分として酸化ビスマス、酸化チタンおよび酸化バリウムを含有する。副成分の重量は、主成分１００重量部に対して、酸化ビスマスがＢｉ₂Ｏ₃換算で０．０６〜０．５０重量部、酸化チタンがＴｉＯ₂換算で０．１１〜０．９０重量部および酸化バリウムがＢａＯ換算で０．０６〜０．４６重量部である。

さらに、副成分間の重量比は、酸化ビスマスをＢｉ₂Ｏ₃換算で１．００としたとき、酸化チタンがＴｉＯ₂換算で１．０８〜２．７２、酸化バリウムがＢａＯ換算で０．７２〜１．２０の割合である。

特許文献１に記載のフェライト磁器は、上記の組成を有することにより、直流重畳係数を４６０００以上とすることができ、しかも比抵抗（Ω・ｃｍ）として１×１０⁹オーダー以上を実現することができるとされている。特許文献１における直流重畳係数とは、直流重畳特性（透磁率が直流無印加時から１０％低下したときの磁界の強さ）×初期透磁率で定まる値である。

特開２０１０−２３５３２８号公報

特許文献１に記載のフェライト磁器には、直流重畳特性の改善のため、副成分として酸化ビスマス、酸化チタンおよび酸化バリウムが添加されている。酸化チタンおよび酸化バリウムの添加は、焼結性を低下させるため、特許文献１に記載のフェライト磁器は１０００℃以上の高温焼成が必要となると考えられる。したがって、このような材料をコイル装置のコア部として用いた場合、コイル装置の製造コストを増大させるおそれがある。

本件発明者は、焼結性を低下させるような成分を添加しなくても、フェライト磁器に含まれる元素を特定の割合とすることにより、フェライト磁器をコア部とするコイル装置の直流重畳特性が改善できることを突き止めた。

そこで、この発明の目的は、上記の事柄に鑑み、コイル装置の直流重畳特性を改善しながら、焼結性の低下のないフェライト磁器と、そのフェライト磁器が適用されたコイル装置と、フェライト磁器の作製方法とを提供することである。

本件発明者は、鋭意研究を重ねた結果、フェライト磁器に含まれる元素を特定の割合とすることで、フェライト磁器のスピネル構造の２価サイトに入る元素の一部が、フェライト磁器中に偏析物として存在するようになることを見出した。ここで、スピネル構造の２価サイトに入る元素の偏析物とは、それらの元素単独の酸化物、またはそれらの元素を２種類以上含む複合酸化物を指す。

本件発明者は、そのような偏析物が存在するフェライト磁器をコア部として用いたコイル装置では、直流重畳特性が改善されることを見出し、この発明を為すに至った。すなわち、この発明では、フェライト磁器に含まれる元素の割合についての改良が図られる。

この発明は、まずフェライト磁器に向けられる。

この発明に係るフェライト磁器は、元素として、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｎ、ＣｕおよびＮｉを含んでなる。ここで、フェライト磁器に含まれる各元素の量を、それぞれＦｅ₂Ｏ₃、Ｍｎ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＣｕＯおよびＮｉＯのモル部に換算して表し、Ｆｅ₂Ｏ₃、Ｍｎ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＣｕＯおよびＮｉＯのモル部の合計を１００とする。

このようにした場合、この発明に係るフェライト磁器では、Ｆｅ₂Ｏ₃およびＭｎ₂Ｏ₃のモル部の合計ａが４４≦ａ≦４９、かつＭｎ₂Ｏ₃のモル部ｂが２．５≦ｂ≦５である。

また、Ｚｎ、ＣｕおよびＮｉを分析対象元素とした波長分散型Ｘ線分光法（ＷＤＸ）による元素マッピング分析において、分析面内の全ての測定点における分析対象元素の検出カウント数の平均値をＭ_i、標準偏差をσ_iとする。ここで、ｉはそれぞれＺｎ、ＣｕおよびＮｉの中から選ばれる１種類の元素を表す添字である。例えば、Ｍ_Znおよびσ_Znは、ＷＤＸによる元素マッピング分析の分析面内の全ての測定点におけるＺｎの検出カウント数の平均値および標準偏差を表す。

そして、分析面内のある測定点において、ある分析対象元素の検出カウント数がＭ_i＋σ_i以上である場合、その測定点をその分析対象元素の偏析点とする。また、ある分析対象元素の、分析面内の全ての測定点に対する偏析点の百分率を、その分析対象元素の偏析率Ｒ_iとする。

上記のように定義した場合、この発明に係るフェライト磁器は、Ｒ_Zn＋Ｒ_Cu＋Ｒ_Ni≧１０である。

上記のフェライト磁器では、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｎ、ＣｕおよびＮｉを特定の割合とすることにより、Ｚｎ、ＣｕおよびＮｉのうち少なくとも１つの元素を含む金属酸化物が、微小な偏析物として存在している。これらの金属酸化物は非磁性であるため、上記のフェライト磁器の構造は、強磁性体であるフェライト磁器中に、磁束の通りにくい微小な磁気ギャップが形成されたものと等しくなっていると考えられる。

その結果、上記のフェライト磁器は、偏析物のないものと比べて磁気抵抗が大きくなるため、磁気飽和に至るまでの磁束密度が高くなる。すなわち、高い磁束密度までＢ−Ｈ曲線の傾きが小さくならず、高い透磁率を維持できる。したがって、上記のフェライト磁器をコア部として用いたコイル装置では、偏析物のないフェライト磁器をコア部として用いた場合に比べて、直流重畳特性が改善される。

さらに、上記のフェライト磁器には、焼結性を低下させる副成分が添加されていない。

すなわち、特許文献１に記載のフェライト磁器のような１０００℃以上の高温焼成は不要である。したがって、このような材料をコイル装置のコア部として用いた場合、コイル装置の製造コストを低減させることができる。

また、この発明に係るフェライト磁器の好ましい実施形態では、前述の数値範囲がさらに限定される。すなわち、Ｆｅ₂Ｏ₃およびＭｎ₂Ｏ₃のモル部の合計ａが４４≦ａ≦４７．７５、かつＭｎ₂Ｏ₃のモル部ｂが２．５≦ｂ≦５である。さらに、Ｒ_Zn＋Ｒ_Cu＋Ｒ_Ni≧１５以上である。

上記のフェライト磁器では、含まれる元素中におけるＦｅおよびＭｎの合計量が前述のものより少なく、Ｚｎ、ＣｕおよびＮｉの合計量が多く、そしてＺｎ、ＣｕおよびＮｉの偏析率の合計が多くなっている。

したがって、上記のフェライト磁器は、偏析物のないものと比べて磁気抵抗がさらに大きくなるため、磁気飽和に至るまでの磁束密度がさらに高くなる。すなわち、さらに高い磁束密度までＢ−Ｈ曲線の傾きが小さくならず、高い透磁率を維持できるため、上記のフェライト磁器をコア部として用いたコイル装置では、直流重畳特性がさらに改善される。

また、この発明は、コイル装置にも向けられる。

この発明に係るコイル装置は、コア部と、コア部に巻回される導体線とを備えるコイル装置であって、コア部がこの発明に係るフェライト磁器を含む。

上記のコイル装置は、この発明に係るフェライト磁器をコア部として用いているため、偏析物のないフェライト磁器をコア部として用いた場合に比べて、直流重畳特性が改善される。また、焼結性を低下させる副成分が添加されたフェライト磁器をコア部として用いた場合に比べて、低いコストで製造される。

また、この発明は、フェライト磁器の作製方法にも向けられる。

この発明に係るフェライト磁器の作製方法は、元素として、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｎ、ＣｕおよびＮｉを含んでなるフェライト磁器の作製方法であり、以下の第１段階〜第４段階を備える。

第１段階では、フェライト磁器の出発原料粉末として、上記の各元素の化合物粉末を準備する。

第２段階では、第１段階で準備した各元素の化合物粉末を調合し、混合したものを所定の条件で仮焼することにより、フェライト磁器の原料粉末を得る。ここで、出発原料の調合にあたって、上記の各元素の量を、それぞれＦｅ₂Ｏ₃、Ｍｎ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＣｕＯおよびＮｉＯのモル部に換算して表し、Ｆｅ₂Ｏ₃、Ｍｎ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＣｕＯおよびＮｉＯのモル部の合計を１００とする。

このようにした場合、Ｆｅ₂Ｏ₃およびＭｎ₂Ｏ₃のモル部の合計ａが４４≦ａ≦４９、かつＭｎ₂Ｏ₃のモル部ｂが２．５≦ｂ≦５となるように出発原料を調合する。

第３段階では、第２段階で得られたフェライト磁器の原料粉末から、未焼結成形体を得る。

第４段階では、第３段階で得られた未焼結成形体を、エリンガム図におけるＦｅ₂Ｏ₃とＦｅ₃Ｏ₄との間の平衡酸素分圧より高く、Ｍｎ₂Ｏ₃とＭｎ₃Ｏ₄との間の平衡酸素分圧よりも低い還元雰囲気で焼成し、フェライト磁器を得る。ここで、エリンガム図は、標準生成自由エネルギーと温度と平衡酸素分圧との関係を表すものである。

上記のフェライト磁器の作製方法では、この発明に係るフェライト磁器におけるＺｎ、ＣｕおよびＮｉのうち少なくとも１つの元素を含む金属酸化物が微小な偏析物として存在する構造を、確実に得ることができる。また、調合段階（第２段階）で焼結性を低下させる副成分を添加しないため、焼成段階（第４段階）における１０００℃以上の高温焼成は不要である。したがって、コイル装置の製造コストを低減させることができる。

この発明に係るフェライト磁器は、偏析物のないものと比べて磁気抵抗が大きくなるため、磁気飽和に至るまでの磁束密度が高くなる。すなわち、高い磁束密度までＢ−Ｈ曲線の傾きが小さくならず、高い透磁率を維持できる。

また、この発明に係るコイル装置は、この発明に係るフェライト磁器をコア部として用いているため、偏析物のないフェライト磁器をコア部として用いた場合に比べて、直流重畳特性が改善される。そして、焼結性を低下させる副成分が添加されたフェライト磁器をコア部として用いた場合に比べて、低いコストで製造される。

また、この発明に係るフェライト磁器の作製方法は、この発明に係るフェライト磁器におけるＺｎ、ＣｕおよびＮｉのうち少なくとも１つの元素を含む金属酸化物が微小な偏析物として存在する構造を、確実に得ることができる。

この発明の実施形態に係るリング状のフェライト磁器１の外観斜視図である。 図１に示したフェライト磁器１のＸ１−Ｘ１線を含む面の矢視断面図であって、ＷＤＸによる元素マッピング分析の分析面Ａの位置を示す説明図である。 試料１、３および５に係るフェライト磁器１の、図２に示した分析面Ａ内におけるＮｉ、ＺｎおよびＣｕを分析対象元素としたＷＤＸによる元素マッピング図である。 図１に示したリング状のフェライト磁器１に導体線２を巻回することにより作製されたコイル装置１０の外観上面図である。

−実施の形態−
以下にこの発明の実施形態を示して、この発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。

＜フェライト磁器＞
この発明の実施形態に係るフェライト磁器１を図１に示す。この発明の実施形態では、フェライト磁器１は中心軸Ｃを有するリング状となっている。また、リングを中心軸ＣおよびＸ１−Ｘ１線を含む面で切断したときの断面Ｓは、点線で仮想的に示されているように、幅Ｗ、厚さＴの矩形状となっている。なお、Ｘ１−Ｘ１線とは、中心軸Ｃと直交し、半径方向に延びる線である。また、中心軸ＣおよびＸ１−Ｘ１線を含む面とは、図１において、二点鎖線で仮想的に示されている面である。

このようなフェライト磁器１において、フェライト磁器１に含まれる元素の種類および量と、元素の偏析の状態とは、この発明で規定される各条件を満たす。

＜フェライト磁器の作製方法＞
この発明に係るフェライト磁器１の作製方法は、以下の第１〜第４段階を備える。各段階について、段階順に説明する。

＜第１段階＞
第１段階は、出発原料粉末を準備する段階である。

出発原料粉末として、例えばＦｅ₂Ｏ₃粉末、Ｍｎ₂Ｏ₃粉末、ＺｎＯ粉末、ＣｕＯ粉末およびＮｉＯ粉末を準備する。

出発原料粉末としては、上記の金属酸化物粉末以外の化合物粉末を用いてもよい。例えば、Ｆｅ₂Ｏ₃粉末に替えてＦｅ₃Ｏ₄粉末、ＣｕＯ粉末に替えてＣｕ₂Ｏ粉末を用いてもよく、ＮｉＯ粉末に替えてＮｉＣＯ₃粉末を用いてもよい。また、Ｂｉ₂Ｏ₃粉末などフェライト磁器の焼結性を低下させないものであれば、上記の出発原料粉末以外の化合物が含まれていてもよい。

＜第２段階＞
第２段階は、第１段階で準備した出発原料粉末から、この発明に係るフェライト磁器の原料粉末を得る段階である。

第１段階で準備した出発原料粉末を、特定の割合となるように調合し、水を加えて所定の条件で混合および粉砕することによりスラリー化する。このスラリーを蒸発乾燥して得られた出発原料の混合粉末を所定の条件で仮焼し、原料粉末を得る。

出発原料粉末をスラリー化するための方法に特別の制約はないが、ＰＳＺ（部分安定化ジルコニア）ボールなどのメディアを用いた混合方法の場合、焼結性を低下させるＰＳＺのコンタミネーションの可能性がある。そのため、ＺｒＯ₂のコンタミネーションを避けたい場合には、高圧分散機のような、メディアレスの混合方法を用いてもよい。

なお、出発原料粉末のスラリー化の際に、スラリー中の出発原料粉末の分散性を向上させるため、例えばポリカルボン酸系分散剤のような添加物を添加してもよい。

スラリーの乾燥方法に特別の制約はないが、噴霧乾燥のように、乾燥と同時に適切な大きさに粉末化できる方法で行なうことが好ましい。また、蒸発乾燥させて塊状になったものを、所定のサイズのメッシュなどを通すことにより、適切な大きさに造粒するようにしてもよい。

混合粉末の仮焼方法に特別の制約はないが、昇温速度および仮焼温度での保持時間などを調整して、所望の粒径を有する原料粉末を得るようにする。仮焼後の原料粉末を、乾式粉砕機などを用いて解砕し、凝集物をできるだけなくすようにすることが好ましい。

＜第３段階＞
第３段階は、第２段階で得られたこの発明に係るフェライト磁器の原料粉末から、焼結後にフェライト磁器となる未焼結成形体を得る段階である。

第２段階で得られたフェライト磁器の原料粉末に、バインダーと水または有機溶剤とを加えて所定の条件で混合および粉砕することによりスラリー化する。スラリー化のための混合方法は、第２段階の方法に準じる。

このスラリーを基材上に塗工し、乾燥してシート状としたものを積層する。そして、得られた積層体から所定の形状の成形体を打ち抜くことにより、フェライト磁器の未焼結成形体を得る。

なお、上記のスラリーを乾燥して造粒したものをプレス成形することにより、フェライト磁器の未焼結成形体を得てもよい。

＜第４段階＞
第４段階は、第３段階で得られた未焼結成形体を焼成し、この発明に係るフェライト磁器を得る段階である。

第３段階で得られた未焼結成形体を所定の条件で焼成することにより、フェライト磁器を得る。標準生成自由エネルギーと温度と平衡酸素分圧との関係を表すエリンガム図から、Ｍｎ₂Ｏ₃とＭｎ₃Ｏ₄との間の平衡酸素分圧は、Ｆｅ₂Ｏ₃とＦｅ₃Ｏ₄との間の平衡酸素分圧より高いことが分かる。すなわち、未焼結成形体の焼成は、Ｆｅ₂Ｏ₃とＦｅ₃Ｏ₄との間の平衡酸素分圧より高く、Ｍｎ₂Ｏ₃とＭｎ₃Ｏ₄との間の平衡酸素分圧よりも低い還元雰囲気で行なうことが好ましい。

そのような雰囲気で焼成を行なうことにより、Ｍｎ³⁺の一部がＭｎ²⁺に還元される一方、Ｆｅ³⁺はＦｅ²⁺に還元されることがない。上記の還元雰囲気で焼成することにより発生したＭｎ²⁺は、フェライト磁器のスピネル構造の２価サイトに入る。その分、Ｚｎ、ＮｉおよびＣｕの各元素の一部がスピネル構造の２価サイトに入ることができなくなる。

その結果、スピネル構造を構成しないそれらの元素は、単独の酸化物、またはそれらの元素を２種類以上含む複合酸化物となり、フェライト磁器中に偏析物として混在するようになると考えられる。

すなわち、上記の条件で焼成を行なうことにより、この発明に係るフェライト磁器におけるＺｎ、ＣｕおよびＮｉのうち少なくとも１つの元素を含む金属酸化物が微小な偏析物として存在する構造を、確実に得ることができる。

さらに、上記の雰囲気で焼成した場合、Ｆｅ³⁺はＦｅ²⁺に還元されることがないため、スピネル構造の２価サイトに入らないＦｅ²⁺の発生による比抵抗の低下を抑制することができる。

ただし、偏析物の形成の詳細は研究されている段階であり、上記とは別のメカニズムが関与している可能性もある。

−実験例−
次に、この発明を実験例に基づいて、より具体的に説明する。これらの実験例は、この発明に係るフェライト磁器の組成範囲を規定する根拠を与えるためのものでもある。

＜フェライト磁器の作製方法＞
まず、図１に示すような、この実験例でマッピング分析および直流重畳特性の測定を行なった試料１〜５に係るリング状のフェライト磁器１の作製方法について説明する。

＜第１段階＞
まず、出発原料粉末としてＦｅ₂Ｏ₃粉末、Ｍｎ₂Ｏ₃粉末、ＺｎＯ粉末、ＣｕＯ粉末およびＮｉＯ粉末を準備した。これらの出発原料粉末は、純度９９％以上のものを用いた。

＜第２段階＞
第１段階で準備した出発原料粉末をモル部で表し、出発原料粉末のモル部の合計を１００としたときに、各出発原料粉末のモル部が、表１に示す値となるように調合し、調合粉末を得た。調合時には、各出発原料粉末の純度に応じた調合量の補正を行なった。

表１において、試料番号に＊を付したものは、この発明に係るフェライト磁器１において規定される、各元素の酸化物のモル部の条件から外れた試料である。

次に、上記の調合粉末を、ＰＳＺボールを用いたボールミルを用いて４８時間湿式混合し、均一に分散させた後、乾燥し、解砕処理を施すことにより混合粉末を得た。得られた混合粉末を、バッチ式の熱処理装置を用いて、温度７５０℃で２時間、大気中で仮焼した後、解砕処理を施すことにより、試料１〜５に係るフェライト磁器１の原料粉末を得た。

得られた各試料に係るフェライト磁器１の原料粉末を酸により溶解し、ＩＣＰ（高周波誘導結合プラズマ）発光分光分析を行なった。なお、フェライト磁器１の原料粉末を溶解処理して溶液とする方法に特別の制約はない。また、その結果として検出されたＦｅ、Ｍｎ、Ｚｎ、ＣｕおよびＮｉを、それぞれＦｅ₂Ｏ₃、Ｍｎ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＣｕＯおよびＮｉＯのモル部に換算して表したものを、フェライト磁器１の原料粉末に含まれる元素の量と見なした。その際、各酸化物のモル部の合計が１００となるように表した。

その結果、上記により得られた各試料に係るフェライト磁器１の原料粉末は、表１に示した組成と実質的に同じ組成を有していることが確認された。

なお、出発原料粉末のスラリー化の過程におけるＰＳＺのコンタミネーションは、極微量であるため、この発明の効果に影響を与えないことを別途確認してある。

＜第３段階＞
第２段階で得られた試料１〜５に係るフェライト磁器１の原料粉末をボールミルにより２４時間湿式混合した後、原料粉末９２重量％に対してアクリル系のバインダー８重量％を加えた。その後、さらに４時間湿式混合して、試料１〜５に係るフェライト磁器１の原料粉末のスラリーを得た。

これらのスラリーを、ドクターブレード法により、ポリエチレンテレフタレートからなるキャリアフィルム上にシート状に成形して、フェライト磁器１の原料粉末を含むグリーンシートを得た。グリーンシートの厚さは２５μｍであった。

上記のグリーンシートを積層物の厚さが１．０ｍｍとなるように適当数積み重ねた後、温度６０℃、圧力１００ＭＰａの静水圧下で６０秒間熱圧着することにより、圧着体を得た。得られた圧着体から、打ち抜きパンチを用いて、外径が２０ｍｍ、内径が１２ｍｍのリング状である未焼結成形体を打ち抜いた。

＜第４段階＞
第３段階で得られた試料１〜５に係るフェライト磁器１の未焼結成形体を、バッチ式の熱処理装置を用いて、大気中において温度４００℃で１０時間保持して、含まれているアクリル系のバインダーを燃焼させた。

また、バインダー燃焼後の試料１〜５に係るフェライト磁器１の未焼結成形体を、別のバッチ式の熱処理装置を用いて、還元性雰囲気中において温度９５０℃で２時間保持して焼成を行なった。なお、上記の還元性雰囲気はＮ₂−Ｈ₂−Ｈ₂Ｏの混合ガスを用いて調整されたものであり、上記の温度での熱処理装置内の酸素分圧は２×１０^-9〜１×１０^-8ＭＰａの範囲内であった。

上記の還元性雰囲気は、エリンガム図におけるＦｅ₂Ｏ₃とＦｅ₃Ｏ₄との間の平衡酸素分圧より高く、Ｍｎ₂Ｏ₃とＭｎ₃Ｏ₄との間の平衡酸素分圧よりも低い還元雰囲気に相当する。

上記の各段階により、前述の構造を有する、試料１〜５に係るリング状のフェライト磁器１を得た。

また、得られた各試料に係るフェライト磁器１を酸により溶解し、ＩＣＰ発光分光分析を行なった。なお、フェライト磁器１を溶解処理して溶液とする方法に特別の制約はない。また、分析結果の表現方法は、フェライト磁器１の原料粉末の場合と同様である。

その結果、上記により得られた各試料に係るフェライト磁器１は、表１に示した調合組成と実質的に同じ組成を有していることが確認された。

従って、この発明に係るフェライト磁器１に含まれる元素の種類と、元素の量の条件または元素の量の好ましい条件とは、表１に示した組成に基づいて規定するものとする。

＜フェライト磁器中のＺｎ、ＣｕおよびＮｉの偏析率の測定＞
上記のようにして作製した試料１〜５に係るフェライト磁器１を、各試料で３個ずつ準備した。

３個のフェライト磁器１のうちの１個を、適当な大きさの円弧状の小片に破断した。得られた小片のうちの１個の周りを樹脂で固めた後、研磨面として図１に示す中心軸ＣおよびＸ１−Ｘ１線を含む面における断面Ｓが露出するように、研磨機により破断面の研磨を行なった。上記の手順により得られた研磨面を図２に示す。すなわち、図２は、図１に示したフェライト磁器１のＸ１−Ｘ１線を含む面の矢視断面図となっている。

残り２個のフェライト磁器１についても、同様の操作を行ない、各試料に係るフェライト磁器１について、それぞれ３個ずつ、計１５個の元素マッピング分析用試料を作製した。

また、研磨面のほぼ中心部、すなわち、矩形状の断面Ｓにおける幅Ｗの１／２程度の位置、および厚さＴの１／２程度の位置で、一辺が１００μｍの正方形領域を、元素マッピング分析の分析面Ａとした。研磨面内における元素マッピング分析の分析面Ａの位置を図２に模式的に示す。

上記のようにして得られた試料について、ＷＤＸによりＺｎ、ＣｕおよびＮｉを分析対象元素としてマッピング分析を行なった。使用したＷＤＸ装置は日本電子株式会社製ＪＸＡ−８５３０Ｆである。また、加速電圧は１５ｋＶ、照射電流は５０ｎＡとした。この場合、試料の表面から約１〜２μｍの深さで分析を行なったものと見積もられる。

なお、分析面Ａ内のピクセル数（画素数）は２５６×２５６とした。すなわち、分析面Ａ内における測定点の総数は６５５３６となり、ピクセルサイズ（１画素の１辺の長さ）は、約０．４μｍとなる。また、Ｄｗｅｌｌ Ｔｉｍｅ（１画素の取り込み時間）は４０ｍｓとした。

上記の条件で得られた、Ｚｎ、ＣｕおよびＮｉを分析対象元素としたＷＤＸによる分析面Ａ内の全ての測定点における各分析対象元素の検出カウント数の平均値をＭ_i、標準偏差をσ_iとする。前述のように、ｉはＺｎ、Ｃｕ、Ｎｉの中から選ばれる１種類の元素を表す添字である。例えば、Ｍ_Znおよびσ_Znは、ＷＤＸによる元素マッピング分析の分析面内の全ての測定点におけるＺｎの検出カウント数の平均値および標準偏差を表す。

そして、ある測定点において、ある分析対象元素の検出カウント数がＭ_i＋σ_i以上である場合、その測定点をその元素の偏析点とした。

試料１、３および５に係るフェライト磁器１において、ＷＤＸによるＺｎ、ＣｕおよびＮｉを分析対象元素としたマッピング分析結果の一例を図３に示す。

図３は、マッピング分析結果を白黒の二値化表示で表したものである。図３において観察される黒点部は、分析対象元素の検出カウント数がＭ_i＋σ_i以上であった偏析点が集合している箇所である。すなわち、黒点部は、フェライト磁器１中に偏析物として存在する分析対象元素の単独の酸化物、またはそれらの元素を２種類以上含む複合酸化物と考えられる。

また、上記の定義において、ある分析対象元素の、分析面内の全ての測定点に対する偏析点の百分率を画像解析により求め、その分析対象元素の偏析率Ｒ_iとした。

なお、本実験例では、分析対象元素の偏析率Ｒ_Zn、Ｒ_CuおよびＲ_Niは、試料ごとに準備した３個の元素マッピング分析用試料から得られた分析結果の平均値として求めた。上記のようにして得られた試料１〜５に係るフェライト磁器１における分析対象元素の偏析率Ｒ_Zn、Ｒ_CuおよびＲ_Niと、それらの合計とを表２に示す。

＜フェライト磁器をコア部としたコイル装置の直流重畳特性の測定＞
前述のようにして作製した試料１〜５に係るフェライト磁器１を、各試料で１０個ずつ準備した。

各試料の１０個のフェライト磁器１のそれぞれに導体線２を巻回し、図４に示すようなコイル装置１０を作製した。作製したコイル装置１０について、ＪＩＳ Ｃ ２５６０−２に準拠し、周波数１ＭＨｚの交流電流（測定信号）で、直流電流の重畳のない状態でのインダクタンスを測定した。次に、磁界が１０００Ａ／ｍとなるように直流電流を重畳した状態でのインダクタンスを測定し、上記の直流電流の重畳のない状態からのインダクタンス変化の百分率を求め、そのコイル装置１０のインダクタンス変化率ΔＬとした。使用した測定装置はＡｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ, Ｉｎｃ．製Ｅ４９９１Ａであり、テストフィクスチャは同社製１６１９４Ａであり、電源は同社製Ｅ３６３１Ａである。

なお、本実験例では、インダクタンス変化率ΔＬは、試料ごとに準備した１０個のコイル装置１０から得られた測定結果の平均値として求めた。上記のようにして得られた試料１〜５に係るフェライト磁器１をコア部としたコイル装置１０におけるインダクタンス変化率ΔＬを表２に併せて示す。

表２において、試料番号に＊を付したものは、表１と同様に、この発明に係るフェライト磁器１において規定される、Ｚｎ、ＣｕおよびＮｉの偏析率の条件から外れた試料である。

表１および表２に示すように、各元素の酸化物のモル部の条件と、Ｚｎ、ＣｕおよびＮｉの偏析率の条件が、この発明で規定される条件を満たす各試料においては、コイル装置１０のインダクタンスの変化率ΔＬが−６７％以上となる。すなわち、磁界が１０００Ａ／ｍとなるように直流電流を重畳した状態でも、インダクタンスは直流電流の重畳のない状態に比べて１／３以上が確保できている。

これに対し、各元素の酸化物のモル部の条件と、Ｚｎ、ＣｕおよびＮｉの偏析率の条件が、この発明で規定される条件を満たさない試料においては、コイル装置１０のインダクタンスの変化率ΔＬが−６７％未満となり、好ましくない結果となることが確認された。

なお、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、フェライト磁器１の形状および焼成条件などに関し、この発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。

１ フェライト磁器（コア部）
２ 導体線
１０ コイル装置

Claims (4)

1. 元素として、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｎ、ＣｕおよびＮｉを含んでなるフェライト磁器であって、
   前記フェライト磁器に含まれる各元素の量を、それぞれＦｅ₂Ｏ₃、Ｍｎ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＣｕＯおよびＮｉＯのモル部に換算して表し、Ｆｅ₂Ｏ₃、Ｍｎ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＣｕＯおよびＮｉＯのモル部の合計を１００としたときに、
   Ｆｅ₂Ｏ₃およびＭｎ₂Ｏ₃のモル部の合計ａが４４≦ａ≦４９、かつ
   Ｍｎ₂Ｏ₃のモル部ｂが２．５≦ｂ≦５、
   であり、
   Ｚｎ、ＣｕおよびＮｉを分析対象元素とした波長分散型Ｘ線分光法による元素マッピング分析において、分析面内の全ての測定点における前記分析対象元素の検出カウント数の平均値をＭ_i、標準偏差をσ_i（ｉはＺｎ、Ｃｕ、Ｎｉの中から選ばれる１種類の元素を表す添字）としたときに、分析面内のある測定点における前記分析対象元素の検出カウント数がＭ_i＋σ_i以上である場合、当該測定点を前記分析対象元素の偏析点とし、
   前記分析対象元素の、前記分析面内の全ての測定点に対する前記偏析点の百分率を、当該分析対象元素の偏析率Ｒ_iとしたときに、
   Ｒ_Zn＋Ｒ_Cu＋Ｒ_Ni≧１０
   であることを特徴とする、フェライト磁器。
2. Ｆｅ₂Ｏ₃およびＭｎ₂Ｏ₃のモル部の合計ａが４４≦ａ≦４７．７５、かつ
   Ｍｎ₂Ｏ₃のモル部ｂが２．５≦ｂ≦５、
   であり、
   Ｒ_Zn＋Ｒ_Cu＋Ｒ_Ni≧１５
   であることを特徴とする、請求項１に記載のフェライト磁器。
3. コア部と、
   前記コア部に巻回される導体線と
   を備えるコイル装置であって、
   前記コア部が、請求項１または２に記載のフェライト磁器を含むことを特徴とする、コイル装置。
4. 元素として、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｎ、ＣｕおよびＮｉを含んでなるフェライト磁器の作製方法であって、
   前記フェライト磁器の出発原料粉末として、前記各元素の化合物粉末を準備する第１段階と、
   前記各元素の量を、それぞれＦｅ₂Ｏ₃、Ｍｎ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＣｕＯおよびＮｉＯのモル部に換算して表し、Ｆｅ₂Ｏ₃、Ｍｎ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、ＣｕＯおよびＮｉＯのモル部の合計を１００としたときに、
   Ｆｅ₂Ｏ₃およびＭｎ₂Ｏ₃のモル部の合計ａが４４≦ａ≦４９、かつ
   Ｍｎ₂Ｏ₃のモル部ｂが２．５≦ｂ≦５、
   となるように、前記第１段階で準備した前記各元素の化合物粉末を調合し、混合したものを所定の条件で仮焼することにより、前記フェライト磁器の原料粉末を得る第２段階と、
   前記第２段階で得られた前記フェライト磁器の原料粉末から、未焼結成形体を得る第３段階と、
   前記第３段階で得られた前記未焼結成形体を、標準生成自由エネルギーと温度と平衡酸素分圧との関係を表すエリンガム図におけるＦｅ₂Ｏ₃とＦｅ₃Ｏ₄との間の平衡酸素分圧より高く、Ｍｎ₂Ｏ₃とＭｎ₃Ｏ₄との間の平衡酸素分圧よりも低い還元雰囲気で焼成し、前記フェライト磁器を得る第４段階と
   を備えることを特徴とする、フェライト磁器の作製方法。

Images