JP2021104914A

JP2021104914A - 磁性体の製造方法及び磁性体を含むコイル部品

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Publication number: JP2021104914A
Application number: JP2019236912A
Authority: JP
Inventors: 典弘浅子; Norihiro Asako; 健二矢澤; Kenji Yazawa; 青木　誠; Makoto Aoki; 誠青木; 小林　朋美; Tomoyoshi Kobayashi; 朋美小林
Original assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Current assignee: Taiyo Yuden Co Ltd
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2021-07-26
Anticipated expiration: 2039-12-26
Also published as: JP7426819B2

Abstract

【課題】Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト材料から作られる磁性体において、該Ｎｉ—Ｚｎフェライト材料における主成分以外の添加物を必須成分として含有することなく、直流重畳特性及び透磁率に優れたコイル部品を得る。【解決手段】Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト材料から作られる磁性体を製造する際に、原料粉末として、Ｍｎ含有量が０．２０質量％以上である酸化鉄粉末を用いると共に、前記酸化鉄粉末中のＭｎ含有量に基づいて、前記フェライト材料中のＺｎに対するＮｉのモル比（Ｎｉ／Ｚｎ）を決定し、該モル比が得られるように前記原料粉末を配合する。【選択図】なし

Description

本発明は、磁性体の製造方法及び磁性体を含むコイル部品に関する。

磁性体と巻線とを組み合わせたインダクタ等のコイル部品は、電源回路系機器の電圧変換用に用いられることがある。この場合、コイル部品には、１〜１０Ａ程度の直流電流が流される。このため、コイル部品には、電流によるインダクタンス特性の変化が小さいこと、すなわち直流重畳特性に優れることが求められている。直流重畳特性に優れるコイル部品を得る手段としては、磁性体として飽和磁束密度の高いものを使用することが挙げられ、このような磁性体を得るために、材料面からの検討が行われている。

コイル部品に使用される磁性材料のうち、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトは、飽和磁束密度が高く低損失であるため、直流重畳特性に優れたコイル部品を形成可能なものではある。しかし、電気抵抗率が小さく、使用される電圧に対して電気抵抗が十分に高くないため、コイル部品とする際には、絶縁体を介して巻線をする必要がある。このため、絶縁体の分だけコイル部品の体積が大きくなり、サイズの小さなコイル部品を得ることは困難であった。

他方、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトは、絶縁性に優れるため、これを用いた磁性体に直接巻線をすることが可能であり、コイル部品の小型化の点では有利な材料である。しかし、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトに比べて飽和磁束密度が小さく、直流重畳特性に劣る傾向にあるため、これを改善するために種々の検討が行われてきた。

例えば、特許文献１では、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトの組成を、酸化マンガン（Ｍｎ_２Ｏ_３）を含む特定のものとしている。特許文献１には、「ＮｉＣｕＺｎ系フェライトのＦｅ_２Ｏ_３サイトをＭｎ_２Ｏ_３で置換することによって、従来のＮｉＣｕＺｎ系フェライトと比較し、飽和磁束密度が高く、低損失でしかも、比抵抗が著しく高い酸化物磁性材料が得られる」（段落［００４８］）との記載がある。

また、特許文献２では、特許文献１よりも直流重畳特性を向上させるために、酸化マンガン（ＭｎＯ）を添加して特定の組成範囲に調整した主成分の仮焼粉に、副成分としてケイ酸カルシウム（ＣａＳｉＯ_３）及び酸化アンチモン（Ｓｂ_２Ｏ_３）を添加して、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトを得ている。特許文献２には、「このようなＮｉ−Ｚｎフェライト材料は、マンガンＭｎが添加されていることにより、飽和磁束密度が大きく、直流重畳特性が良好である。」（段落［００５０］）との記載がある。

特開２００２−２８９４２１号公報特開２０１７−１９７４１７号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２（いずれも段落［００５０］）にも記載ないし示唆があるように、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトがＭｎを含むことは、透磁率の低下を引き起こす虞がある。

特許文献２では、副成分の添加により、磁性体の飽和磁束密度の増加及びコアロスの減少と共に、比透磁率の増加が確認されている。このことから、特許文献２に記載の手法は、コイル部品の直流重畳特性を向上させつつ、Ｍｎに起因する透磁率の低下を抑制するものといえる。しかし、この手法には、劇物であるＳｂ_２Ｏ_３を添加物として使用しているためその厳重な管理が必要であること、及び副成分の量が主成分に対して微量であるため均一分散させにくいこと、といった問題があった。

本発明は、前述の問題点を鑑みて為されたものであり、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト材料から作られる磁性体において、該Ｎｉ―Ｚｎ系フェライト材料における主成分以外の添加物を必須成分として含有することなく、直流重畳特性及び透磁率特性に優れたコイル部品を得ることを目的とする。

本発明者は、前述の目的を達成するための検討の過程で、同一組成のＮｉ−Ｚｎ系フェライト材料が得られるように原料を配合した場合であっても、使用する原料の種類によって、得られる磁性体及びこれを用いたコイル部品の特性が異なることを見出した。具体的には、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト材料から作られる磁性体の作製において、Ｍｎを、主原料に対する微小量の添加剤として、別途添加する従来の手法では、分散不良の影響を排除しきれず、必ず、コイル部品の特性に悪影響を与えることを見出した。そして、磁性体の製造に用いる原料として、酸化マンガン等の添加剤の使用に代えて、一定量以上のＭｎを含む酸化鉄粉末を採用すること、及び該酸化鉄粉末中のＭｎ含有量に応じて、適切なＮｉとＺｎのモル比（Ｎｉ／Ｚｎ）となるように原料粉末を配合することで、前述の課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、前述の課題を解決するための本発明の一実施形態は、Ｆｅ、Ｎｉ及びＺｎを含むフェライト材料から作られる磁性体の製造方法であって、原料粉末として、Ｍｎ含有量が０．２質量％以上である酸化鉄粉末を用いると共に、
前記酸化鉄粉末中のＭｎ含有量に基づいて、前記フェライト材料中のＺｎに対するＮｉのモル比（Ｎｉ／Ｚｎ）を決定し、該モル比が得られるように前記原料粉末を配合することを特徴とする、磁性体の製造方法である。

本発明によれば、Ｆｅ、Ｎｉ及びＺｎを含むフェライト材料から作られる磁性体において、該フェライト材料における主成分以外の添加物を含有させることなく、直流重畳特性及び透磁率特性に優れたコイル部品を提供することができる。

以下、本発明の構成及び作用効果について、技術的思想を交えて説明する。但し、作用機構については推定を含んでおり、その正否は、本発明を制限するものではない。また、以下の実施形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。なお、数値範囲の記載（２つの数値を「〜」でつないだ記載）については、下限及び上限として記載された数値をも含む意味である。

本発明の一実施形態において、磁性体を構成するＦｅ、Ｎｉ及びＺｎを含むフェライト材料は、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト材料とも言われる。該フェライト材料は、Ｆｅ、Ｎｉ及びＺｎを主成分として含み、また、多くの場合Ｃｕを成分として含み、場合によっては微量の添加物や不純物を含むことができる組成を有する。本発明の一実施形態に係る、前記フェライト材料から作られる磁性体の製造方法（以下、単に「本実施形態」と記載することがある。）は、原料粉末を準備すること、前記原料粉末を混合して混合粉末とすること、前記混合粉末を熱処理して、Ｆｅ、Ｎｉ及びＺｎを主成分とする仮焼粉末とすること、前記仮焼粉末を成形して成形体とすること、及び前記成形体を焼成して磁性体とすることを含む。本実施形態の第１の特徴は、前記原料粉末として、Ｍｎ含有量が０．２０質量％以上である酸化鉄粉末を用いることである。本実施形態の第２の特徴は、前記酸化鉄粉末中のＭｎ含有量に基づいて、前記フェライト材料中のＺｎに対するＮｉのモル比（Ｎｉ／Ｚｎ）を決定し、該モル比が得られるように前記原料粉末を配合することである。

本実施形態で原料として使用する酸化鉄粉末は、Ｍｎを、元素換算で０．２０質量％以上含む。酸化鉄中のＭｎの含有量を０．２０質量％以上とすることで、得られた磁性体で構成したコイル部品を、直流重畳特性に優れたものとすることができる。より直流重畳特性に優れたコイル部品を得る点からは、酸化鉄粉末中のＭｎ含有量は、０．３０質量％以上とすることが好ましい。酸化鉄粉末中のＭｎ含有量の上限は特に限定されないが、透磁率に優れた磁性体を得る点からは、０．８５質量％以下とすることが好ましく、０．８０質量％以下とすることがより好ましい。また、前記酸化鉄粉末中のＭｎの含有量を０．８０質量％以下とすることで、より直流重畳特性に優れたコイル部品を得ることもできる。

本実施形態における、酸化鉄粉末中のＭｎ含有量は、入手した酸化鉄粉末をＩＣＰ発光分光分析法で分析して得られた値をいう。また、入手した酸化鉄粉末にＩＣＰ発光分光分析法、もしくはそれと同等以上の精度の分析手法による分析表が付されている場合には、当該分析表に示された値をそのままＭｎ含有量として採用してもよい。

本実施形態で使用する酸化鉄以外の原料粉末は、磁性体の必須成分であるニッケル（Ｎｉ）及び亜鉛（Ｚｎ）を含むものであれば特に限定されず、金属単体、合金、又は酸化物を始めとする種々の化合物を使用できる。化合物としては、複合酸化物等の、複数の金属元素を含むものであってもよい。これらのうち、粒子形状及び粒径のバラツキが小さく、粒径の小さな粒子からなる粉末が容易に入手可能な点で、酸化物であるＮｉＯ及びＺｎＯの使用が好ましい。

前述した各原料粉末の配合比率は、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト材料が得られるものであれば特に限定されない。一例として、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト材料中のＦｅ，Ｚｎ及びＮｉの含有量が、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、及びＮｉＯ換算で、４７．３〜４９．８ｍｏｌ％のＦｅ_２Ｏ_３、１５．０〜３６．９ｍｏｌ％のＺｎＯ、及び１５．０〜３６．９ｍｏｌ％のＮｉＯとなるように、各原料粉末を配合することが挙げられる。質量％で表示した原料粉末の配合例としては、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト材料中の前記各成分の含有量が、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、及びＮｉＯ換算で、６４．４〜６７．４質量％のＦｅ_２Ｏ_３、１０．４〜２５．６質量％のＺｎＯ、及び９．４〜２３．８質量％のＮｉＯとなるように配合することが挙げられる。原料粉末の配合比率は、製造過程での揮発等による各成分の減少を考慮して、所期の組成のＮｉ−Ｚｎ系フェライト材料が得られるように決定する。製造過程での成分の減少が殆ど無い場合には、得ようとするＮｉ−Ｚｎ系フェライト材料の組成と同一の配合比率とすればよい。なお、一般的には、配合組成と得られたＮｉ−Ｚｎ系フェライト材料の組成にはほとんど差異はない。

本実施形態では、原料として用いる酸化鉄粉末中のＭｎ含有量に基づいて、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト材料中のＺｎに対するＮｉのモル比（Ｎｉ／Ｚｎ）を決定し、該モル比が得られるように前記原料粉末を配合する。具体的には、前記酸化鉄粉末中のＭｎ含有量が多くなるほど、前記モル比（Ｎｉ／Ｚｎ）を小さくする。これは、原料として用いる酸化鉄粉末中のＭｎ含有量が多い場合には、最終的に得られるコイル部品として、直流重畳特性に極めて優れるものが得られる反面、若干ではあるものの透磁率は低下してしまうという、本発明者が新たに知得した事実に基づくものである。Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト材料では、Ｎｉ／Ｚｎモル比を小さくすることで、直流重畳特性は若干低下するものの、透磁率を増加させることができるため、これによって前述した透磁率の若干の低下を補償できる。実際にＮｉ−Ｚｎ系フェライト材料におけるＮｉ／Ｚｎモル比を決定するにあたっては、特定組成のＮｉ−Ｚｎ系フェライト材料で構成される磁性体を試作してその特性を測定し、該測定結果を基に組成を変更することを繰り返せばよい。また、事前に測定・収集した組成及び特性のデータベースに基づいてシミュレーションを行うことで、Ｎｉ／Ｚｎモル比を決定してもよい。

前述のようにＮｉ／Ｚｎモル比を小さくすることは、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト材料を製造するための原料粉末における、Ｎｉ含有原料の使用量の低減につながる。ＮｉＯを始めとするＮｉ含有原料は、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト材料の製造に使用する原料粉末の中で、最もコストのかかるものである。このため、Ｎｉ／Ｚｎモル比を小さくすることにより、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト材料及びこれから作られる磁性体の製造コストを低減することもできる。

本実施形態では、原料粉末のひとつに銅（Ｃｕ）を含むことが好ましい。Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト材料がＣｕを含むことで、焼成時の焼結性が向上し、磁気特性及び機械的強度に優れた磁性体を得ることができる。原料粉末中のＣｕの含有量は、前述の焼結性向上作用を存分に発揮させる点で、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト材料中のＣｕの含有量がＣｕＯ換算で１ｍｏｌ％以上となるように調整することがより好ましく、３ｍｏｌ％以上となるように調整することがさらに好ましい。他方、焼成時における成形体ないし焼結体の変形を抑制する点で、原料粉末中のＣｕの含有量は、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト材料中のＣｕの含有量がＣｕＯ換算で１３ｍｏｌ％以下となるように調整することがより好ましく、１１ｍｏｌ％以下となるように調整することがさらに好ましい。Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト材料がＣｕを含む場合の原料粉末の配合例としては、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト材料中のＦｅ，Ｚｎ、Ｎｉ及びＣｕの含有量が、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＮｉＯ、及びＣｕＯ換算で、４１．６〜４９．３ｍｏｌ％のＦｅ_２Ｏ_３、１３．３〜３６．５ｍｏｌ％のＺｎＯ、１３．３〜３６．５ｍｏｌ％のＮｉＯ、及び１．０〜１２．１ｍｏｌ％のＣｕＯとなるように、各原料粉末を配合することが挙げられる。質量％で表示した原料粉末の配合例としては、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト材料中の前記各成分の含有量が、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＮｉＯ及びＣｕＯ換算で、５８．９〜６６．９質量％のＦｅ_２Ｏ_３、９．５〜２５．４質量％のＺｎＯ、８．６〜２３．６質量％のＮｉＯ、及び０．６〜８．６質量％のＣｕＯとなるように配合することが挙げられる。前述したＣｕ含有量（ＣｕＯ換算）は、２質量％以上とすることがより好ましく、また８質量％以下とすることがより好ましい。

Ｃｕを含む原料粉末としては特に限定されず、金属銅、銅合金、又は酸化物を始めとする種々の化合物を使用できる。化合物としては、複合酸化物等の、Ｃｕ以外の金属元素を含むものであってもよい。これらのうち、粒子形状及び粒径のバラツキが小さく、粒径の小さな粒子からなる粉末が容易に入手可能な点で、酸化物であるＣｕＯの使用が好ましい。

本実施形態では、原料粉末ないし磁性体中に、不可避不純物を数百ｐｐｍ程度まで含むことが許容される。
不可避不純物の例としては、Ｂ、Ｃ、Ｓ、Ｃｌ、Ｓｅ、Ｂｒ、Ｔｅ、Ｉや、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｋ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂａ、Ｐｂ、Ｂｉ等の典型元素、並びにＳｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｙ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｈｆ、Ｔａ等の遷移元素が挙げられる。

本実施形態は、前述した主成分以外の添加物を用いなくとも、直流重畳特性に優れたコイル部品を提供することができるものではあるが、さらに高性能のコイル部品を得るために、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト材料に対して種々の副成分を添加して磁性体を製造してもよい。

本実施形態では、原料粉末の混合方法は、不純物の混入を防ぎつつ各粉末が均一に混合されるものであれば特に限定されず、乾式混合、湿式混合のいずれを採用してもよい。ボールミルを用いた湿式混合を採用する場合には、例えば８〜２４時間程度混合すればよい。

混合粉末の熱処理条件は、各原料が反応して所期の組成を有するＮｉ−Ｚｎ系フェライトの仮焼粉（Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト材料）が得られるものであれば限定されず、例えば大気雰囲気中、８００℃〜１０００℃で１時間〜３時間とすればよい。焼成温度が低すぎたり、焼成時間が短すぎたりすると、未反応の原料や中間生成物が残存する虞がある。反対に、焼成温度が高すぎたり、焼成時間が長すぎたりすると、成分の揮発により所期の組成の化合物が得られない虞や、生成物が固結して解砕しにくくなることで生産性が低下する虞がある。

本実施形態では、前述の熱処理により得られた仮焼粉末が凝集している場合、成形に先立ってこれを解砕することが好ましい。解砕は、仮焼粉末の凝集をくずして適度の焼結性を有する粉体とするために行われる。解砕は、振動ミル、ハンマーミル、ローラーミル等を用いて乾式で行ってもよいが、仮焼粉末が大きい塊を形成しているときには、粗粉砕を行ってからボールミルやアトライター等を用いて湿式にて行うことが好ましい。解砕は、仮焼粉末の平均粒径が、０．５μｍ〜２μｍ程度となるまで行うことが、成形性、保形性及び焼結性の点で好ましい。

本実施形態では、仮焼粉末の成形に先立って、当該仮焼粉末の造粒を行って、造粒物（顆粒）を得てもよい。造粒は、粉砕材料を適度な大きさの凝集粒子とし、成形に適した形態に変換するために行われる。こうした造粒法としては、例えば、加圧造粒法やスプレードライ法等が挙げられる。

本実施形態では、このようにして得られた仮焼粉末を所定形状に成形し、成形体を得る。成形方法としては特に限定されず、一例として、粉末の一軸加圧成形、粉末を含む坏土の押出成形及び粉末を分散したスラリーの鋳込成形等が挙げられる。成形体の形状も特に限定されず、棒状、板状、トロイダル状、ドラム型等の公知の形状から、用途に応じて適宜選択すればよい。

本実施形態では、このようにして得られた成形体を焼成して磁性体とする。これにより、成形体に含まれる粉体粒子同士が焼結し、緻密な焼結体となる。焼成条件は、緻密な磁性体が得られるものであれば限定されず、例えば、大気雰囲気中、９００〜１２００℃の温度で、１〜５時間程度とすればよい。焼成温度が低すぎたり、焼成時間が短すぎたりすると、緻密化が不十分であることにより、所期の特性の磁性体が得られない虞がある。反対に、焼成温度が高すぎたり、焼成時間が長すぎたりすると、成分の揮発により組成ずれが生じる虞や、粗大粒子の生成により特性が低下する虞がある。なお、焼成は、大気中よりも酸素分圧が高い雰囲気で行ってもよい。

本実施形態に係る製造方法で得られた磁性体は、導体を巻回されてコイル部品となる。このコイル部品は、Ｍｎ含有量が所期の範囲外である酸化鉄粉末を原料とした、同組成の磁性体で形成されたものに比べて、比透磁率が大きく、直流重畳特性に優れたものとなる。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は該実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
＜磁性体及びコイル部品の作製＞
まず、原料粉末として、Ｍｎを０．３０質量％含有するＦｅ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＣｕＯ及びＮｉＯの各粉末を準備した。次いで、これらの原料粉末を、Ｆｅ_２Ｏ_３が６６．２質量％（４９ｍｏｌ％）、ＺｎＯが１５．８質量％（２３ｍｏｌ％）、ＣｕＯが４．７質量％（７ｍｏｌ％）、及びＮｉＯが１３．３質量％（２１ｍｏｌ％）（ＮｉとＺｎの合計が４４ｍｏｌ％でＮｉ／Ｚｎモル比：０．９１３）となるように秤量し、湿式ミルにて混合した。次いで、分散媒を蒸発させて除去して得た混合粉末を、大気雰囲気中、８００℃で２時間熱処理して仮焼粉末を得た。次いで、得られた仮焼粉末を、ＢＥＴ比表面積が２．０〜３．０ｍ^２／ｇの範囲となるように解砕した。次いで、解砕後の仮焼粉末に分散媒としての蒸留水及びバインダとしてＰＶＡ（ポリビニルアルコール）を添加し、スプレードライヤーにて噴霧乾燥して造粒粉を得た。次いで、得られた造粒粉を金型内に供給し、１０ＭＰａの圧力で一軸圧縮成形してトロイダル形状の成形体を得た。次いで、得られた成形体を大気雰囲気中、１１００℃にて１時間焼成し、外形２５ｍｍ×内径１２ｍｍ×厚み１５ｍｍの磁性体を得た。最後に、得られた磁性体に導線を２０ターン巻回して、実施例１に係るコイル部品を得た。

＜透磁率の測定＞
得られたコイル部品について、測定装置としてインピーダンスアナライザ（キーサイト・テクノロジーズ・インク製、Ｅ４９９０Ａ）を用い、室温にて、ＯＳＣレベル５００ｍＶ、周波数１ＭＨｚの条件で、比透磁率の測定を行った。得られた比透磁率は４５１であった。

＜直流重畳特性及びインダクタンスの温度依存性の測定＞
前述のコイル部品について、ＬＣＲメーター（キーサイト・テクノロジーズ・インク製、Ｅ４９８０Ａ）を用い、室温にて、ＯＳＣレベル２０ｍＡ、周波数１００ｋＨｚの条件で、電流を０Ａから徐々に増加させながらインダクタンス測定を行った。そして、インダクタンスが電流０Ａの状態から３０％低下した際の電流値を、直流重畳特性とした。この電流値が大きいほど、直流重畳特性に優れたコイル部品といえる。得られた直流重畳特性は、５３６ｍＡであった。
また、同装置を用い、電流を０Ａとした状態で、コイル部品の温度を室温（２５℃）から１５０℃まで昇温してインダクタンスを測定した。そして、室温から１５０℃までのインダクタンスの変化率（（Ｌ_１５０℃−Ｌ_２５℃）／Ｌ_２５℃×１００％）を、インダクタンスの温度依存性とした。ここで、Ｌ_２５℃は室温（２５℃）でのインダクタンスの測定値を、Ｌ_１５０℃は１５０℃でのインダクタンスの測定値を、それぞれ意味する。得られたインダクタンスの温度依存性は、７２％であった。

以上の結果を、後述する他の実施例及び比較例の結果と合わせて、表１に示す。

［実施例２、３］
原料として使用するＦｅ_２Ｏ_３粉末をそれぞれ、Ｍｎ含有量が０．６０質量％のもの（実施例２）及び０．８０質量％（実施例３）のものに変更すると共に、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト材料のＮｉとＺｎの合計の４４ｍｏｌ％は実施例１と同様のままでＮｉ／Ｚｎモル比がそれぞれ０．９０（実施例２）及び０．８９（実施例３）となるように原料粉末の配合割合を変更した以外は実施例１と同様の手順にて、実施例２、３に係るコイル部品をそれぞれ作製した。実際の配合では、実施例２はＺｎＯを１５．９質量％、及びＮｉＯを１３．２質量％とし、実施例３はＺｎＯを１６．０質量％、及びＮｉＯを１３．１質量％とした。
得られたコイル部品について、実施例１と同様の方法で透磁率、直流重畳特性及びインダクタンスの温度依存性を測定した。その結果、実施例２に係るコイル部品では、比透磁率が４５１、直流重畳特性が５３５ｍＡ、インダクタンスの温度依存性が８５％となった。また、実施例３に係るコイル部品では、比透磁率が４５２、直流重畳特性が５１７ｍＡ、インダクタンスの温度依存性が７５％となった。これらの結果をまとめて後掲の表１に示す。

［比較例１〜３］
原料として使用するＦｅ_２Ｏ_３粉末を、Ｍｎ含有量が０．１５質量％のものに変更すると共に、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト材料のＮｉとＺｎの合計の４４ｍｏｌ％は実施例１と同様のままでＮｉ／Ｚｎモル比がそれぞれ０．９２（比較例１）、０．９０（比較例２）及び０．８９（比較例３）となるように原料粉末の配合割合を変更した以外は実施例１と同様の手順にて、比較例１〜３に係るコイル部品をそれぞれ作製した。実際の配合では、比較例１はＺｎＯを１５．８質量％、及びＮｉＯを１３．３質量％とし、比較例２はＺｎＯを１５．９質量％、及びＮｉＯを１３．２質量％とし、比較例３はＺｎＯを１６．０質量％、及びＮｉＯを１３．１質量％とした。
一般的にＮｉ−Ｚｎ系フェライト材料の合成に用いられる、電子部品用途のＦｅ_２Ｏ_３原料粉末には、Ｍｎ含有量の極力少ないものが用いられる。これは、Ｍｎが、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトを生成して部分的な絶縁抵抗率の低下を招く有害成分と考えられていることによる。こうしたＦｅ_２Ｏ_３原料粉末は、理論的には、Ｍｎ含有量が０．００１質量％未満という、Ｍｎがほとんど含有されていない水準にまで純度を向上することもできるが、実際の製造に用いる場合には、コスト等を勘案して、Ｍｎ含有量が０．１５質量％程度のものが用いられている。このため、ここで説明する比較例１〜３並びに後述する比較例４〜６では、Ｆｅ_２Ｏ_３原料粉として、このＭｎ含有量０．１５質量％のものを用いた。得られたコイル部品について、実施例１と同様の方法で透磁率、直流重畳特性及びインダクタンスの温度依存性を測定した。その結果、比較例１に係るコイル部品では、比透磁率が４５１、インダクタンスの温度変化率が６４％となり、前述の各実施例と同程度の値が得られたが、直流重畳特性は５００ｍＡとなり、前述の各実施例よりも低下した。比較例２、３でも同様の傾向が確認され、比較例２では、比透磁率が４５７、インダクタンスの温度変化率が６９％、直流重畳特性が４９２となり、比較例３では、比透磁率が４６５、インダクタンスの温度変化率が７２％、直流重畳特性が４８４となった。これらの結果をまとめて後掲の表１に示す。

以下に説明する比較例４〜６では、添加剤としての酸化マンガン（Ｍｎ_３Ｏ_４）を使用した場合には、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト材料中のＭｎ含有量が前述の実施例と同一であっても、Ｎｉ／Ｚｎモル比の調整により優れた直流重畳特性と高透磁率とを両立させることはできないことを確認した。

［比較例４］
以下の点を除き実施例１と同様の手順にて、比較例４に係るコイル部品を作成した。原料として使用するＦｅ_２Ｏ_３粉末を、Ｍｎ含有量が０．１５質量％のものに変更した。また、原料粉末に、添加剤としてさらにＭｎ_３Ｏ_４粉末を使用して、混合粉末ないしＮｉ−Ｚｎ系フェライト材料中に含まれるＭｎの総量を、前述したＦｅ_２Ｏ_３粉末の変更前（実施例１）の量に一致させた。さらに、コイル部品の比透磁率が実施例１に係るコイル部品と同程度となるように、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト材料のＮｉとＺｎの合計の４４ｍｏｌ％は実施例１と同様のままでＮｉ／Ｚｎモル比を０．８６とした。実際の配合では、ＺｎＯを１６．３質量％、及びＮｉＯを１２．９質量％とした。
得られたコイル部品について、実施例１と同様の方法で透磁率、直流重畳特性及びインダクタンスの温度依存性を測定したところ、比透磁率は４５２であったが、直流重畳特性は４５０ｍＡまで、インダクタンスの温度依存性は１２１％まで、それぞれ悪化した。

［比較例５］
以下の点を除き実施例２と同様の手順にて、比較例５に係るコイル部品を作成した。原料として使用するＦｅ_２Ｏ_３粉末を、Ｍｎ含有量が０．１５質量％のものに変更した。また、原料粉末に、添加剤としてさらにＭｎ_３Ｏ_４粉末を使用して、混合粉末ないしＮｉ−Ｚｎ系フェライト材料中に含まれるＭｎの総量を、前述したＦｅ_２Ｏ_３粉末の変更前（実施例２）の量に一致させた。さらに、コイル部品の比透磁率が実施例２に係るコイル部品と同程度になるように、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト材料のＮｉとＺｎの合計の４４ｍｏｌ％は実施例１と同様のままでＮｉ／Ｚｎモル比を０．８２とした。実際の配合では、ＺｎＯを１６．６質量％、及びＮｉＯを１２．５質量％とした。
得られたコイル部品について、実施例１と同様の方法で透磁率、直流重畳特性及びインダクタンスの温度依存性を測定したところ、比透磁率は４５０であったが、直流重畳特性は４３０ｍＡまで、インダクタンスの温度依存性は１７４％までそれぞれ悪化した。

［比較例６］
以下の点を除き実施例３と同様の手順にて、比較例６に係るコイル部品を作成した。原料として使用するＦｅ_２Ｏ_３粉末を、Ｍｎ含有量が０．１５質量％のものに変更した。また、原料粉末に、添加剤としてさらにＭｎ_３Ｏ_４粉末を使用して、混合粉末ないしＮｉ−Ｚｎ系フェライト材料中に含まれるＭｎの総量を、前述したＦｅ_２Ｏ_３粉末の変更前（実施例３）の量に一致させた。さらに、コイル部品の比透磁率が実施例３に係るコイル部品に近づくように、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト材料のＮｉとＺｎの合計の４４ｍｏｌ％は実施例１と同様のままでＮｉ／Ｚｎモル比を０．８０まで低減した。実際の配合では、ＺｎＯを１６．８質量％、及びＮｉＯを１２．３質量％とした。
得られたコイル部品について、実施例１と同様の方法で透磁率、直流重畳特性及びインダクタンスの温度依存性を測定した。その結果、比透磁率は４３５に留まった。このとき、直流重畳特性は４０１ｍＡまで、インダクタンスの温度依存性は１８８％までそれぞれ悪化した。
比較例４〜６の結果を、上述の実施例及び比較例と合わせて表１に示す。

実施例１〜３と比較例１〜３との対比からは、所期の量のＭｎを含むＦｅ_２Ｏ_３粉末を原料として使用した実施例１〜３に係るコイル部品は、一般的なＮｉ−Ｚｎ系フェライト材料の工業的な合成に用いられる、Ｍｎ含有量の少ないＦｅ_２Ｏ_３粉末を原料として使用した比較例１〜３に係るものとは異なり、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト材料のＮｉ／Ｚｎモル比の調整により、優れた直流重畳特性と比透磁率とが両立可能であることが判る。比較例１〜３の結果からは、Ｍｎ含有量の少ないＦｅ_２Ｏ_３粉末を原料として使用した場合には、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト材料のＮｉ／Ｚｎモル比の調整のみでは、比透磁率を保持しつつ直流重畳特性に優れたコイル部品を製造することはできないことが判る。また、本実施例のようにＮｉ／Ｚｎモル比の調整することで、高価な原料であるＮｉＯの使用量を少なくでき、原料コストを抑えることができる。

また、実施例１と比較例４との対比、実施例２と比較例５との対比、及び実施例３と比較例６との対比からは、所期の量のＭｎを含むＦｅ_２Ｏ_３粉末を原料として使用した以外に別途Ｍｎを添加していない実施例に係るコイル部品は、一般的なＮｉ−Ｚｎ系フェライトの工業的な合成に用いられる、Ｍｎ含有量の少ないＦｅ_２Ｏ_３粉末を原料として使用し、さらにＭｎを別途添加した比較例に係るものとは異なり、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト材料のＮｉ／Ｚｎモル比の調整により、優れた直流重畳特性と比透磁率とが両立可能であることが判る。そして、Ｍｎ含有量の少ないＦｅ_２Ｏ_３粉末を原料として使用した場合には、Ｍｎを別途添加してＮｉ−Ｚｎ系フェライト材料におけるＭｎの総量を増加させても、Ｎｉ／Ｚｎモル比の調整のみでは、比透磁率を保持しつつ、直流重畳特性に優れ、かつインダクタンスの温度依存性の小さいコイル部品を製造することはできないことが判る。

さらに、実施例１〜３の対比からは、原料として使用するＦｅ_２Ｏ_３粉末のＭｎ含有量が多くなるほど、所期の比透磁率が得られるＮｉ／Ｚｎモル比が小さくなることが判る。

上述のように、所期の量のＭｎを含むＦｅ_２Ｏ_３粉末を原料として使用した以外に別途Ｍｎを添加せずに製造された実施例に係るコイル部品が、一般的なＮｉ−Ｚｎ系フェライトの工業的な合成に用いられる、Ｍｎ含有量の少ないＦｅ_２Ｏ_３粉末を原料として使用し、さらにＭｎを別途添加した比較例に係るものとは異なり、直流重畳特性に優れたものとなる原因は明らかでない。本発明者は、Ｍｎを別途添加していない実施例とＭｎを別途添加した比較例の両方のコイル部品について、各々の試料断面をＥＤＸにて測定し、面内におけるＭｎの分布状態の差異の確認を試みたが、両試料共、Ｍｎの偏在部分はほとんど観察されず、両者の差異は確認できなかった。しかし、Ｍｎを含むＦｅ_２Ｏ_３粉末中では、Ｍｎを含む微細な粒子が均一に分散していることが、何らかの形で特性向上に寄与していると考えられる。すなわち、微量成分であるＭｎを原料粉末として別途添加した場合には、その量が他の成分に比べて少ないことに起因して、原料粉末中に均一に分散させることが困難である。このため、得られる磁性体中にＥＤＸによっても検出が困難な微視的な組成の偏りが生じ、十分な特性を発揮することができない。これに対し、Ｍｎが均一に分散したＦｅ_２Ｏ_３粉末を原料とすることで、前述した組成の偏りが低減され、優れた直流重畳特性を示すものと推測される。

本発明によれば、主成分以外の添加物を用いなくとも、直流重畳特性及び透磁率に優れたコイル部品を提供することができる。また、本発明によれば、直流重畳特性及び透磁率の調整も容易となる。このため、簡便な操作で所期の性能のコイル部品を製造することができ、開発及び製造コストを低減できる点で本発明は有用である。また、本発明は、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト材料を製造するための原料粉末において、高価なＮｉ含有原料の使用量を低減することができるため、製造コストを低減できる点でも有用なものである。さらに、本発明は、磁性体中の微視的な組成の偏りを低減し、製造されるコイル部品の特性のバラツキを抑制することができる点でも有用と考えられる。

Claims

Ｆｅ、Ｎｉ及びＺｎを含むフェライト材料から作られる磁性体の製造方法であって、
原料粉末として、Ｍｎ含有量が０．２０質量％以上である酸化鉄粉末を用いると共に、
前記酸化鉄粉末中のＭｎ含有量に基づいて、前記フェライト材料中のＺｎに対するＮｉのモル比（Ｎｉ／Ｚｎ）を決定し、該モル比が得られるように前記原料粉末を配合する
ことを特徴とする、磁性体の製造方法。
前記酸化鉄粉末中のＭｎ含有量が０．８５質量％以下である、請求項１に記載の磁性体の製造方法。
前記フェライト材料が、Ｆｅ、Ｚｎ及びＮｉを、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＺｎＯ及びＮｉＯ換算で、
Ｆｅ_２Ｏ_３６４．４〜６７．４質量％、
ＺｎＯ１０．４〜２５．６質量％、
ＮｉＯ９．４〜２３．８質量％
の割合で含む、請求項１又は２に記載の磁性体の製造方法。
前記フェライト材料が、さらにＣｕを含む、請求項１又は２に記載の磁性体の製造方法。
前記フェライト材料が、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｎｉ及びＣｕを、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＮｉＯ及びＣｕＯ換算で、
Ｆｅ_２Ｏ_３５８．９〜６６．９質量％、
ＺｎＯ９．５〜２５．４質量％、
ＮｉＯ８．６〜２３．６質量％、
ＣｕＯ０．６〜８．６質量％
の割合で含む、請求項４に記載の磁性体の製造方法。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁性体の製造方法で得られた磁性体と導体とを組み合わせてなるコイル部品。