JP2022025803A - ＭｎＺｎ系フェライト、及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】広い温度域及び広い周波数帯に対して高い比初透磁率を有し、且つ、キュリー温度及び飽和磁束密度が高いＭｎＺｎ系フェライト及びその製造方法を提供する。
【解決手段】Ｆｅ２Ｏ３とＺｎＯとＭｎＯを主成分とし、前記主成分１００ｍｏｌ％中、Ｆｅ２Ｏ３が５１．３～５４．５ｍｏｌ％、ＺｎＯが９．０～１４．３ｍｏｌ％、残部がＭｎＯであり、前記主成分１００質量％に対し、副成分として、ＳｉＯ２を０．００１～０．０１５質量％、ＣａＯを０．０２～０．０６質量％、ＺｒＯ２を０．０３～０．０７質量％、ＴｉＯ２を０．０１～２．５質量％、Ｃｏ２Ｏ３を０．１５～０．４５質量％含有する、ＭｎＺｎ系フェライトである。
【選択図】なし
【解決手段】Ｆｅ２Ｏ３とＺｎＯとＭｎＯを主成分とし、前記主成分１００ｍｏｌ％中、Ｆｅ２Ｏ３が５１．３～５４．５ｍｏｌ％、ＺｎＯが９．０～１４．３ｍｏｌ％、残部がＭｎＯであり、前記主成分１００質量％に対し、副成分として、ＳｉＯ２を０．００１～０．０１５質量％、ＣａＯを０．０２～０．０６質量％、ＺｒＯ２を０．０３～０．０７質量％、ＴｉＯ２を０．０１～２．５質量％、Ｃｏ２Ｏ３を０．１５～０．４５質量％含有する、ＭｎＺｎ系フェライトである。
【選択図】なし
Description
本発明は、ＭｎＺｎ系フェライト及びその製造方法に関する。
テレビやエアコンなど家電機器等の電源ラインから発生するノイズを抑制するため、ＡＣラインフィルタなどコモンモードチョークコイルの開発が行われてきた。ＭｎＺｎ系フェライトは当該チョークコイルのコア材などとして用いられている。当該コア材は、ノイズを除去したい周波数においてノイズ電流に対する大きなインピーダンスが求められている。
特に近年では、１５０ｋＨｚから数ＭＨｚの領域におけるノイズ減衰能力（インピーダンス）を高めるため、コアとなるＭｎＺｎフェライトの透磁率の向上及び透磁率の周波数に対する安定性を高める開発が行われてきた。
特に近年では、１５０ｋＨｚから数ＭＨｚの領域におけるノイズ減衰能力（インピーダンス）を高めるため、コアとなるＭｎＺｎフェライトの透磁率の向上及び透磁率の周波数に対する安定性を高める開発が行われてきた。
例えば特許文献１及び２には、幅広い温度範囲で高い比初透磁率を有するＭｎ－Ｚｎ－Ｃｏ系フェライトとして、特定量のＦｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＣｏＯ及びＭｎＯを基本成分とし、特定量のＳｉＯ２、ＣａＯ、及びＮｂ２Ｏ５を副成分として含み、炭素の含有量を０．００５０質量％以下に抑制したＭｎ－Ｚｎ－Ｃｏ系フェライトが開示されている。
また、特許文献３には、温度依存性が小さく、直流磁場印加下でも広い温度範囲において高い実効透磁率を維持することができるＭｎＣｏＺｎフェライトとして、特定量のＦｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＣｏＯ及びＭｎＯを基本成分とし、特定量のＳｉＯ２、ＣａＯ、及びＴｉＯ２を副成分として含み、Ｐ及びＢの含有量が３質量ｐｐｍ未満であるＭｎＣｏＺｎフェライトが開示されている。
また近年では、ＣＯ２排出削減や省エネルギーのニーズが高まり、ハイブリット車や電気自動車など車載の電装化が進んでおり、車載に関するノイズ規制をクリアするための検討が進められている。
中でも、電動コンプレッサにおけるインバータとモータからは、コモンモードノイズが発生することが明らかとなっており、ＡＣラインフィルタ等を用いたノイズ対策の必要性が増している。
中でも、電動コンプレッサにおけるインバータとモータからは、コモンモードノイズが発生することが明らかとなっており、ＡＣラインフィルタ等を用いたノイズ対策の必要性が増している。
特許文献１及び２では、炭素の含有量を０．００５０質量％以下に抑制することで、－２０～１５０℃の広い温度域において１０ｋＨｚにおける初透磁率が高められるとされている。
一方、車載用の電子部品などにおいては、高い温度環境に加えて、巻線に大電流を印加すること求められてきている。このような用途において、コア材となるＭｎＺｎ系フェライトには、比初透磁率のみだけはなく、キュリー温度及び飽和磁束密度が高いものが求められている。
一方、車載用の電子部品などにおいては、高い温度環境に加えて、巻線に大電流を印加すること求められてきている。このような用途において、コア材となるＭｎＺｎ系フェライトには、比初透磁率のみだけはなく、キュリー温度及び飽和磁束密度が高いものが求められている。
本発明は上記の課題を解決するものであり、広い温度域及び広い周波数帯に対して高い比初透磁率を有し、且つ、キュリー温度及び飽和磁束密度が高いＭｎＺｎ系フェライト及びその製造方法を提供する。
本発明に係るＭｎＺｎ系フェライトは、
Ｆｅ２Ｏ３とＺｎＯとＭｎＯを主成分とし、
前記主成分１００ｍｏｌ％中、Ｆｅ２Ｏ３が５１．３～５４．５ｍｏｌ％、ＺｎＯが９．０～１４．３ｍｏｌ％、残部がＭｎＯであり、
前記主成分１００質量％に対し、副成分として、ＳｉＯ２を０．００１～０．０１５質量％、ＣａＯを０．０２～０．０６質量％、ＺｒＯ２を０．０３～０．０７質量％、ＴｉＯ２を０．０１～２．５質量％、Ｃｏ２Ｏ３を０．１５～０．４５質量％含有する。
Ｆｅ２Ｏ３とＺｎＯとＭｎＯを主成分とし、
前記主成分１００ｍｏｌ％中、Ｆｅ２Ｏ３が５１．３～５４．５ｍｏｌ％、ＺｎＯが９．０～１４．３ｍｏｌ％、残部がＭｎＯであり、
前記主成分１００質量％に対し、副成分として、ＳｉＯ２を０．００１～０．０１５質量％、ＣａＯを０．０２～０．０６質量％、ＺｒＯ２を０．０３～０．０７質量％、ＴｉＯ２を０．０１～２．５質量％、Ｃｏ２Ｏ３を０．１５～０．４５質量％含有する。
上記ＭｎＺｎ系フェライトの一実施形態は、前記ＴｉＯ２の含有量が前記主成分１００質量％に対し、０．５～２．５質量％である。
上記ＭｎＺｎ系フェライトの一実施形態は、キュリー温度が２００℃以上、２３℃における飽和磁束密度が５００ｍＴ以上、２３℃における１０ｋＨｚ～７００ｋＨｚの比初透磁率μ（２３℃）が４５００以上である。
上記ＭｎＺｎ系フェライトの一実施形態は、２３℃における１０ｋＨｚの比初透磁率μ（２３℃）に対する、１５０℃における１０ｋＨｚの比初透磁率μ（１５０℃）の比（μ（１５０℃）／μ（２３℃））が０．７５～１．２５である。
上記ＭｎＺｎ系フェライトの一実施形態は、密度が４．９～５．０５ｇ／ｃｃである。
上記ＭｎＺｎ系フェライトの一実施形態は、比抵抗が、５０～５００Ω・ｃｍである。
本発明に係るＭｎＺｎ系フェライトの製造方法は、
前記本発明に係るＭｎＺｎ系フェライトの製造方法であって、
焼結後に、主成分１００ｍｏｌ％中、Ｆｅ２Ｏ３が５１．３～５４．５ｍｏｌ％、ＺｎＯが９．０～１４．３ｍｏｌ％、残部がＭｎＯとなるように、各主成分を含む原料を混合する工程と、
得られた混合物に、焼結後に前記主成分１００質量％に対し、副成分として、ＳｉＯ２を０．００１～０．０１５質量％、ＣａＯを０．０２～０．０６質量％、ＺｒＯ２を０．０３～０．０７質量％、ＴｉＯ２を０．０１～２．５質量％、Ｃｏ２Ｏ３を０．１５～０．４５質量％含有するように、各副成分を含む原料を添加する工程を有する。
前記本発明に係るＭｎＺｎ系フェライトの製造方法であって、
焼結後に、主成分１００ｍｏｌ％中、Ｆｅ２Ｏ３が５１．３～５４．５ｍｏｌ％、ＺｎＯが９．０～１４．３ｍｏｌ％、残部がＭｎＯとなるように、各主成分を含む原料を混合する工程と、
得られた混合物に、焼結後に前記主成分１００質量％に対し、副成分として、ＳｉＯ２を０．００１～０．０１５質量％、ＣａＯを０．０２～０．０６質量％、ＺｒＯ２を０．０３～０．０７質量％、ＴｉＯ２を０．０１～２．５質量％、Ｃｏ２Ｏ３を０．１５～０．４５質量％含有するように、各副成分を含む原料を添加する工程を有する。
上記ＭｎＺｎ系フェライトの製造方法の一実施形態は、前記ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２及びＣｏ２Ｏ３を含む原料が、平均粒子径が０．１μｍ以上の粒子である。
本発明により、広い温度域及び広い周波数帯に対して高い比初透磁率を有し、且つ、キュリー温度及び飽和磁束密度が高いＭｎＺｎ系フェライト及びその製造方法が提供される。
以下、本発明に係るＭｎＺｎ系フェライト及びその製造法について説明する。
なお、数値範囲を示す「～」は特に断りがない限り、その下限値及び上限値を含むものとする。
なお、数値範囲を示す「～」は特に断りがない限り、その下限値及び上限値を含むものとする。
［ＭｎＺｎ系フェライト］
本発明に係るＭｎＺｎ系フェライト（以下、本ＭｎＺｎ系フェライトとも記す）は、Ｆｅ２Ｏ３とＺｎＯとＭｎＯを主成分とし、
前記主成分１００ｍｏｌ％中、Ｆｅ２Ｏ３が５１．３～５４．５ｍｏｌ％、ＺｎＯが９．０～１４．３ｍｏｌ％、残部がＭｎＯであり、前記主成分１００質量％に対し、副成分として、ＳｉＯ２を０．００１～０．０１５質量％、ＣａＯを０．０２～０．０６質量％、ＺｒＯ２を０．０３～０．０７質量％、ＴｉＯ２を０．０１～２．５質量％、Ｃｏ２Ｏ３を０．１５～０．４５質量％含有する。
本発明に係るＭｎＺｎ系フェライト（以下、本ＭｎＺｎ系フェライトとも記す）は、Ｆｅ２Ｏ３とＺｎＯとＭｎＯを主成分とし、
前記主成分１００ｍｏｌ％中、Ｆｅ２Ｏ３が５１．３～５４．５ｍｏｌ％、ＺｎＯが９．０～１４．３ｍｏｌ％、残部がＭｎＯであり、前記主成分１００質量％に対し、副成分として、ＳｉＯ２を０．００１～０．０１５質量％、ＣａＯを０．０２～０．０６質量％、ＺｒＯ２を０．０３～０．０７質量％、ＴｉＯ２を０．０１～２．５質量％、Ｃｏ２Ｏ３を０．１５～０．４５質量％含有する。
上記本ＭｎＺｎ系フェライトは上記のように各金属酸化物を上記特定の割合で含むことにより、広い温度域及び広い周波数帯に対して高い比初透磁率を有し、且つ、キュリー温度及び飽和磁束密度が高いものとなる。具体的には、本ＭｎＺｎ系フェライトは、例えば、キュリー温度が２００℃以上、２３℃における飽和磁束密度が５００ｍＴ以上、２３℃における１０ｋＨｚ～７００ｋＨｚの比初透磁率μ（２３℃）が４５００以上を達成する。更に本ＭｎＺｎ系フェライトは、例えば、１５０℃における１０ｋＨｚの比初透磁率μ（１５０℃）が４５００以上を達成することもできる。
一方で本ＭｎＺｎ系フェライトは、例えば、２３℃における１０ｋＨｚの比初透磁率μ（２３℃）に対する、１５０℃における１０ｋＨｚの比初透磁率μ（１５０℃）の比（μ（１５０℃）／μ（２３℃））を０．７５～１．２５の範囲とすることもできる。本ＭｎＺｎ系フェライト１５０℃における比初透磁率が、２３℃における比初透磁率に対して高すぎないことで、高温環境下において大電流が印可された場合にも、飽和しにくいフェライトコア材として好適に用いることができる。
また、２３℃における周波数１０ｋＨｚの比初透磁率μ（１０ｋＨｚ）に対する、周波数７００ｋＨｚの比初透磁率μ（７００ｋＨｚ）の比（μ（７００ｋＨｚ）／μ（１０ｋＨｚ））を０．７５～１．２とすることもできる。
このように本ＭｎＺｎ系フェライトは広い温度域及び広い周波数帯に対して高く安定した比初透磁率を有し、且つ、キュリー温度及び飽和磁束密度が高いという特徴を有する。そのため、本ＭｎＺｎ系フェライトを、例えば、コモンモードチョークコイルのコア材として使用することで、高温環境下において大電流が印可された場合にもノイズ減衰効果に優れたコモンモードチョークコイルを製造することができる。
一方で本ＭｎＺｎ系フェライトは、例えば、２３℃における１０ｋＨｚの比初透磁率μ（２３℃）に対する、１５０℃における１０ｋＨｚの比初透磁率μ（１５０℃）の比（μ（１５０℃）／μ（２３℃））を０．７５～１．２５の範囲とすることもできる。本ＭｎＺｎ系フェライト１５０℃における比初透磁率が、２３℃における比初透磁率に対して高すぎないことで、高温環境下において大電流が印可された場合にも、飽和しにくいフェライトコア材として好適に用いることができる。
また、２３℃における周波数１０ｋＨｚの比初透磁率μ（１０ｋＨｚ）に対する、周波数７００ｋＨｚの比初透磁率μ（７００ｋＨｚ）の比（μ（７００ｋＨｚ）／μ（１０ｋＨｚ））を０．７５～１．２とすることもできる。
このように本ＭｎＺｎ系フェライトは広い温度域及び広い周波数帯に対して高く安定した比初透磁率を有し、且つ、キュリー温度及び飽和磁束密度が高いという特徴を有する。そのため、本ＭｎＺｎ系フェライトを、例えば、コモンモードチョークコイルのコア材として使用することで、高温環境下において大電流が印可された場合にもノイズ減衰効果に優れたコモンモードチョークコイルを製造することができる。
本ＭｎＺｎ系フェライトの、２３℃における１０ｋＨｚの比初透磁率μ（２３℃）；２３℃における７００ｋＨｚの比初透磁率μ（７００ｋＨｚ）；及び１５０℃における１０ｋＨｚの比初透磁率μ（１５０℃）は、各々独立に４５００以上であることが好ましい。いずれの比初透磁率も４５００以上であることで、広い温度域、広い周波数域において、安定して高い比初透磁率が維持される。
本ＭｎＺｎ系フェライトのキュリー温度は、高温環境下での長時間連続使用に好適に用いることができる点から、２００～２５０℃が好ましい。なお、キュリー温度とは、強磁性体が常磁性体に変わる温度である。
本ＭｎＺｎ系フェライトの２３℃における飽和磁束密度は、巻線に大電流が印加された場合においても飽和しにくくノイズ減衰能力を維持できる点から、５００ｍＴ以上が好ましい。
本ＭｎＺｎ系フェライトの密度は特に限定されないが、機械強度の点から密度が４．９～５．０５ｇ／ｃｃが好ましい。後述する製造方法によれば比較的高密度のＭｎＺｎ系フェライトを製造することができる。
また、本ＭｎＺｎ系フェライトの比抵抗は、渦電流損失を抑制する点から、５０～５００Ω・ｃｍが好ましい。
上記の各物性は本ＭｎＺｎ系フェライトに含まれる金属酸化物の組成により調整できる。
本ＭｎＺｎ系フェライトはＦｅ２Ｏ３とＺｎＯとＭｎＯを主成分とする。当該主成分１００ｍｏｌ％中、Ｆｅ２Ｏ３は５１．３～５４．５ｍｏｌ％、ＺｎＯが９．０～１４．３ｍｏｌ％、残部（３１．２～３９．７ｍｏｌ％）がＭｎＯである。
本ＭｎＺｎ系フェライトはＦｅ２Ｏ３とＺｎＯとＭｎＯを主成分とする。当該主成分１００ｍｏｌ％中、Ｆｅ２Ｏ３は５１．３～５４．５ｍｏｌ％、ＺｎＯが９．０～１４．３ｍｏｌ％、残部（３１．２～３９．７ｍｏｌ％）がＭｎＯである。
Ｆｅ２Ｏ３を５１．３ｍｏｌ％以上とすることで、他の主成分との組み合わせにより２００℃以上のキュリー温度を達成しやすくなる。キュリー温度を上昇する点からは、Ｆｅ２Ｏ３は５２．１ｍｏｌ％以上が好ましい。一方、Ｆｅ２Ｏ３を５４．５ｍｏｌ％以下とすることで副成分との組み合わせにより２３℃～１５０℃における１０ｋＨｚの比初透磁率μが４５００以上を達成しやすくなる。高い比初透磁率を得る点からは、Ｆｅ２Ｏ３は５４．１ｍｏｌ％以下が好ましい。
また、ＺｎＯを１４．３ｍｏｌ％以下とすることで、他の主成分との組み合わせにより２００℃以上のキュリー温度を達成しやすくなる。キュリー温度を上昇する点からは、ＺｎＯは１２．５０ｍｏｌ％以下が好ましい。一方、ＺｎＯを９．０ｍｏｌ％以上とすることで副成分との組み合わせにより２３℃～１５０℃における１０ｋＨｚの比初透磁率μが４５００以上を達成しやすくなる。高い比初透磁率を得る点からは、ＺｎＯは１０．５０ｍｏｌ％以上が好ましい。
また本ＭｎＺｎ系フェライトは前記主成分１００質量％に対し、副成分として、ＳｉＯ２を０．００１～０．０１５質量％、ＣａＯを０．０２～０．０６質量％、ＺｒＯ２を０．０３～０．０７質量％、ＴｉＯ２を０．０１～２．５質量％、Ｃｏ２Ｏ３を０．１５～０．４５質量％含有する。
ＳｉＯ２を０．００１質量％以上とすることで、高い比抵抗を有する結晶粒界を形成することができ、その結果、高周波領域における渦電流の発生を抑制して高周波数領域における比初透磁率が向上する。高周波領域における比初透磁率を向上する点から、ＳｉＯ２は０．００２質量％以上が好ましい。一方、ＳｉＯ２を０．０１５質量％以下とすることで、１０ｋＨｚにおける比初透磁率が向上する。１０ｋＨｚにおける比初透磁率が向上する点から、ＳｉＯ２は０．０１２質量％以下が好ましい。
ＣａＯを０．０２質量％以上とすることで、高い比抵抗を有する結晶粒界を形成することができ、高周波数領域における比初透磁率が向上する。高周波領域における比初透磁率を向上する点から、ＣａＯは０．０３質量％以上が好ましい。一方、ＣａＯを０．０６質量％以下とすることで、１０ｋＨｚにおける比初透磁率が向上する。１０ｋＨｚにおける比初透磁率が向上する点から、ＣａＯは０．０５質量％以下が好ましい。
ＺｒＯ２を０．０３質量％以上とすることで、高い比抵抗を有する結晶粒界を形成することができ、高周波数領域における比初透磁率が向上する。高周波領域における比初透磁率を向上する点から、ＺｒＯ２は０．０４質量％以上が好ましい。一方、ＺｒＯ２を０．０７質量％以下とすることで、１０ｋＨｚにおける比初透磁率が向上する。１０ｋＨｚにおける比初透磁率が向上する点から、ＺｒＯ２は０．０６質量％以下が好ましい。
ＴｉＯ２を０．０１質量％以上とすることで、結晶粒内の抵抗を高めることができ、高周波数領域における比初透磁率が向上する。高周波領域における比初透磁率を向上する点から、ＴｉＯ２は０．１質量％以上が好ましく、０．２質量％以上がより好ましく、０．５質量％以上が更に好ましい。一方、ＴｉＯ２を２．５質量％以下とすることで、１０ｋＨｚにおける比初透磁率が向上する。１０ｋＨｚにおける比初透磁率が向上する点から、ＴｉＯ２は１．０質量％以下が好ましい。
また、Ｃｏ２Ｏ３を０．１５～０．４５質量％とすることで、結晶磁気異方性定数を広い温度範囲において小さく抑制し、比初透磁率の温度依存性を抑えることができる。その結果、２３℃～１５０℃の広い温度域における１０ｋＨｚの比初透磁率を高く維持することができる。また、Ｃｏ２Ｏ３を０．４５質量％以下とすることで、２３℃における比初透磁率を向上することができる。このような点からＣｏ２Ｏ３は０．２５～０．３５質量％が好ましい。
本ＭｎＺｎ系フェライトは、本発明の効果を奏する範囲で更に他の成分を含有してもよい。他の成分としては、必要に応じて添加される他の金属酸化物や、不可避的に含まれる元素などが挙げられる。
他の金属酸化物としては、例えば、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、ＭｏＯ３などが挙げられる。また、不可避的に含まれる元素としては、Ｃ（炭素原子）、Ｐ（リン原子）、Ｂ（ホウ素原子）などが挙げられる。
他の成分の合計の含有量は、主成分１００質量％に対して０．１質量％以下が好ましく、０．０１質量％以下が更に好ましい。
他の金属酸化物としては、例えば、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、ＭｏＯ３などが挙げられる。また、不可避的に含まれる元素としては、Ｃ（炭素原子）、Ｐ（リン原子）、Ｂ（ホウ素原子）などが挙げられる。
他の成分の合計の含有量は、主成分１００質量％に対して０．１質量％以下が好ましく、０．０１質量％以下が更に好ましい。
本ＭｎＺｎ系フェライトは、例えば、車載など高温環境下で使用可能なＡＣラインフィルタ等の電磁気ノイズ対策部品のコア材として好適に用いることができる。また、本ＭｎＺｎ系フェライトのコアに巻線を施した電磁気ノイズ対策部品は、ラインフィルタの磁心として使用する際、特に重要と考えられる周波数帯域（１５０ｋＨｚから１ＭＨｚ近傍）において、大きなノイズ減衰能力（インピーダンス）を有する。
［ＭｎＺｎ系フェライトの製造方法］
次に、ＭｎＺｎフェライトの製造方法（以下、本製造方法とも記す）の一実施形態について説明する。
本製造方法は、少なくとも、
焼結後に、主成分１００ｍｏｌ％中、Ｆｅ２Ｏ３が５１．３～５４．５ｍｏｌ％、ＺｎＯが９．０～１４．３ｍｏｌ％、残部がＭｎＯとなるように、各主成分を含む原料を混合する工程（混合工程）と、
得られた混合物に、焼結後に前記主成分１００質量％に対し、副成分として、ＳｉＯ２を０．００１～０．０１５質量％、ＣａＯを０．０２～０．０６質量％、ＺｒＯ２を０．０３～０．０７質量％、ＴｉＯ２を０．０１～２．５質量％、Ｃｏ２Ｏ３を０．１５～０．４５質量％含有するように、各副成分を含む原料を添加する工程（添加工程）を有するものであればよく、通常、更に、乾燥・造粒工程、仮焼工程、解砕工程、乾燥・造粒工程、成型工程、焼結工程などＭｎＺｎフェライトの製造工程として公知の工程を含んでいる。
次に、ＭｎＺｎフェライトの製造方法（以下、本製造方法とも記す）の一実施形態について説明する。
本製造方法は、少なくとも、
焼結後に、主成分１００ｍｏｌ％中、Ｆｅ２Ｏ３が５１．３～５４．５ｍｏｌ％、ＺｎＯが９．０～１４．３ｍｏｌ％、残部がＭｎＯとなるように、各主成分を含む原料を混合する工程（混合工程）と、
得られた混合物に、焼結後に前記主成分１００質量％に対し、副成分として、ＳｉＯ２を０．００１～０．０１５質量％、ＣａＯを０．０２～０．０６質量％、ＺｒＯ２を０．０３～０．０７質量％、ＴｉＯ２を０．０１～２．５質量％、Ｃｏ２Ｏ３を０．１５～０．４５質量％含有するように、各副成分を含む原料を添加する工程（添加工程）を有するものであればよく、通常、更に、乾燥・造粒工程、仮焼工程、解砕工程、乾燥・造粒工程、成型工程、焼結工程などＭｎＺｎフェライトの製造工程として公知の工程を含んでいる。
上記混合工程では、焼結後の主成分が前記本ＭｎＺｎフェライトの組成となるように主成分を混合する。主成分の混合前の形態は特に限定されないが、取り扱いが容易で均一に混合できる点から、粉末状であることが好ましい。主成分の原料粉末は混合して、必要に応じて解砕することで混合粉末とする。混合及び解砕方法は、公知の方法の中から適宜選択すればよい。具体的には例えば、アトライタやビーズミルなどが挙げられる。混合粉末の粒子径は、特に限定されないが、均一性などの点から、メジアン径Ｄ５０が０．５μｍ～１．５μｍとなるように調整することが好ましい。なお、混合粉末の粒度分布は粒度分布測定装置で測定することができる。
上記主成分の混合粉末に対し、乾燥・造粒工程を実施してもよい。乾燥・造粒工程では、例えば、混合工程で得られた混合粉末に、混合粉末の全質量を１００質量部としたときに０．５～１質量部のポリビニルアルコールなどのバインダーを加え、スプレードライヤーなどを用いて噴霧することで顆粒を得ることができる。
得られた顆粒は、次いで、例えば空気雰囲気下７５０℃で１時間程度仮焼して仮焼物としてもよい（仮焼工程）。
得られた顆粒は、次いで、例えば空気雰囲気下７５０℃で１時間程度仮焼して仮焼物としてもよい（仮焼工程）。
次いで、焼結後の副成分が前記本ＭｎＺｎフェライトの組成となるように仮焼物に副成分を添加する。副成分の添加前の形態は特に限定されないが、取り扱いが容易で均一に混合できる点から、粒子状であることが好ましい。中でも、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２及びＣｏ２Ｏ３を含む原料は、各々平均粒子径が０．１μｍ以上の粒子であることが好ましい。平均粒子径が０．１μｍ以上の原料を用いることで比初透磁率を向上することができる、また、特に後述する解砕工程においてアトライタを用いる場合には分散性に優れ、得られるＭｎＺｎフェライトの製造安定性に優れている。
副成分を添加した後、得られた混合粉末を解砕して解砕粉末を得る。具体的には、解砕工程において、解砕後の粒径のメジアン径Ｄ５０が０．５μｍ以上、且つ１．０μｍ以下になるまで仮焼物を解砕して解砕粉末を得る。
乾燥・造粒工程では、解砕工程において得られた解砕粉末に解砕粉末の全質量を１００質量部としたときに、０．５～１．０質量部のポリビニルアルコールなどのバインダーを加え、スプレードライヤーなどで噴霧することで顆粒を得る。このとき、顆粒のメジアン径Ｄ５０は４０μｍ以上、２００μｍ以下となることが望ましい。
成型工程においては、乾燥・造粒工程で得られた顆粒を所定の形状に成形する。所定の形状とは用途等に応じて設計すればよい。例えば、外径が１９ｍｍ、内径が１３ｍｍ、高さが１１ｍｍのトロイダル型のコアに成形する。
成形後の顆粒は熱処理することで、焼結体（本ＭｎＺｎフェライト）とする。熱処理（焼結）条件は特に限定されないが、例えば、１３００℃程度で数時間加熱することで焼結することができる。
上記の製造方法によれば、広い温度域及び広い周波数帯に対して高い比初透磁率を有し、且つ、キュリー温度及び飽和磁束密度が高いＭｎＺｎ系フェライトを好適に製造することができる。
以下、実施例および比較例を挙げて本発明を具体的に説明する。なお、これらの記載により本発明を制限するものではない。
［実施例１］
焼結後のＦｅ２Ｏ３含有量が５１．３ｍｏｌ％、ＺｎＯ含有量が１１．５ｍｏｌ％、ＭｎＯ含有量が３７．２ｍｏｌ％として合計１００ｍｏｌ％となるように、Ｆｅ２Ｏ３を５０．１ｍｏｌ％、ＺｎＯを１２．１ｍｏｌ％、Ｍｎ３Ｏ４を３７．８ｍｏｌ％として各原料粉末を秤量して混合した。混合工程では、混合物のメジアン径Ｄ５０が０．５μｍ以上、１．５μｍ以下となるまで混合物をアトライタで解砕した。次に、上記混合物の全質量１００質量部に対して０．５質量部相当のポリビニルアルコールを加え、スプレードライヤーで噴霧することで顆粒を得た。次に、当該顆粒を空気雰囲気中で７５０℃で１時間仮焼して仮焼物を得た。次いで焼結後の副成分の含有量が表１に示す通りとなるように、当該仮焼物の全質量１００質量部に対し、０．００７質量部のＳｉＯ２と、０．０５１質量部のＣａ（ＯＨ）２と、０．０５０質量部のＺｒＯ２、０．２０質量部のＴｉＯ２と、０．２７質量部のＣｏ３Ｏ４をそれぞれ添加した。なお、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２及びＣｏ２Ｏ３は、各々平均粒子径が０．１μｍ以上の粒子を用いた。
次に、解砕工程として仮焼物と添加物の混合物を、解砕後の粒径のメジアン径Ｄ５０が０．５μｍ以上、１．０μｍ以下になるように解砕機で解砕して解砕粉末を得た。次に乾燥・造粒工程としてこの解砕物に、解砕物の全質量を１００質量部としたときに、１質量部のポリビニルアルコールを加え、スプレードライヤーで噴霧することで顆粒を得た。このときの顆粒のメジアン径Ｄ５０は１１０μｍであった。次に成型工程、および焼結工程としてこの顆粒を外径が２５ｍｍ、内径が１５ｍｍ、高さが１０ｍｍのトロイダル型のコアに成形し、１３００℃で焼結して焼結体（ＭｎＺｎ系フェライト）を得た。
焼結後のＦｅ２Ｏ３含有量が５１．３ｍｏｌ％、ＺｎＯ含有量が１１．５ｍｏｌ％、ＭｎＯ含有量が３７．２ｍｏｌ％として合計１００ｍｏｌ％となるように、Ｆｅ２Ｏ３を５０．１ｍｏｌ％、ＺｎＯを１２．１ｍｏｌ％、Ｍｎ３Ｏ４を３７．８ｍｏｌ％として各原料粉末を秤量して混合した。混合工程では、混合物のメジアン径Ｄ５０が０．５μｍ以上、１．５μｍ以下となるまで混合物をアトライタで解砕した。次に、上記混合物の全質量１００質量部に対して０．５質量部相当のポリビニルアルコールを加え、スプレードライヤーで噴霧することで顆粒を得た。次に、当該顆粒を空気雰囲気中で７５０℃で１時間仮焼して仮焼物を得た。次いで焼結後の副成分の含有量が表１に示す通りとなるように、当該仮焼物の全質量１００質量部に対し、０．００７質量部のＳｉＯ２と、０．０５１質量部のＣａ（ＯＨ）２と、０．０５０質量部のＺｒＯ２、０．２０質量部のＴｉＯ２と、０．２７質量部のＣｏ３Ｏ４をそれぞれ添加した。なお、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２及びＣｏ２Ｏ３は、各々平均粒子径が０．１μｍ以上の粒子を用いた。
次に、解砕工程として仮焼物と添加物の混合物を、解砕後の粒径のメジアン径Ｄ５０が０．５μｍ以上、１．０μｍ以下になるように解砕機で解砕して解砕粉末を得た。次に乾燥・造粒工程としてこの解砕物に、解砕物の全質量を１００質量部としたときに、１質量部のポリビニルアルコールを加え、スプレードライヤーで噴霧することで顆粒を得た。このときの顆粒のメジアン径Ｄ５０は１１０μｍであった。次に成型工程、および焼結工程としてこの顆粒を外径が２５ｍｍ、内径が１５ｍｍ、高さが１０ｍｍのトロイダル型のコアに成形し、１３００℃で焼結して焼結体（ＭｎＺｎ系フェライト）を得た。
［実施例２～１７］
実施例１において、焼結後の主成分及び副成分の含有割合が表１の通りとなるように原料を混合及び添加した以外は、実施例１と同様にして、実施例２～１７のＭｎＺｎ系フェライトを得た。
実施例１において、焼結後の主成分及び副成分の含有割合が表１の通りとなるように原料を混合及び添加した以外は、実施例１と同様にして、実施例２～１７のＭｎＺｎ系フェライトを得た。
［比較例１～１４］
実施例１において、焼結後の主成分及び副成分の含有割合が表１の通りとなるように原料を混合及び添加した以外は、実施例１と同様にして、比較例１～１４のＭｎＺｎ系フェライトを得た。
実施例１において、焼結後の主成分及び副成分の含有割合が表１の通りとなるように原料を混合及び添加した以外は、実施例１と同様にして、比較例１～１４のＭｎＺｎ系フェライトを得た。
＜評価＞
上記実施例及び比較例で得られたＭｎＺｎ系フェライトについて、下記（１）～（３）の方法により、２３℃における１０ｋＨｚの比初透磁率μ（２３℃）；２３℃における７００ｋＨｚの比初透磁率μ（７００ｋＨｚ）；及び１５０℃における１０ｋＨｚの比初透磁率μ（１５０℃）、キュリー温度、及び２３℃における飽和磁束密度を測定した。結果を表１に示す。
上記実施例及び比較例で得られたＭｎＺｎ系フェライトについて、下記（１）～（３）の方法により、２３℃における１０ｋＨｚの比初透磁率μ（２３℃）；２３℃における７００ｋＨｚの比初透磁率μ（７００ｋＨｚ）；及び１５０℃における１０ｋＨｚの比初透磁率μ（１５０℃）、キュリー温度、及び２３℃における飽和磁束密度を測定した。結果を表１に示す。
（１）比初透磁率
実施例及び比較例のＭｎＺｎ系フェライトをリングコアとし、当該リングコアに巻き線を１０回巻き付け、インピーダンスアナライザーにより、各温度及び各周波数におけるインダクタンスを測定し、比初透磁率を算出した。
（２）キュリー温度
実施例及び比較例のＭｎＺｎ系フェライトをリングコアとし、当該リングコアに巻き線を１０回巻き付け、恒温槽を用いて１８０℃から２５０℃の温度範囲においてインダクタンスを測定し、各温度における比初透磁率を算出した。次いで、得られた温度と比初透磁率の関係より、比初透磁率が１となる温度をキュリー温度とした。
（３）飽和磁束密度
実施例及び比較例のＭｎＺｎ系フェライトをリングコアとし、当該リングコアに１次巻き線を５０回、２次巻き線を２０回巻き付け、直流磁界１１９６Ａ／ｍを印可したときの飽和磁束密度を測定した。
実施例及び比較例のＭｎＺｎ系フェライトをリングコアとし、当該リングコアに巻き線を１０回巻き付け、インピーダンスアナライザーにより、各温度及び各周波数におけるインダクタンスを測定し、比初透磁率を算出した。
（２）キュリー温度
実施例及び比較例のＭｎＺｎ系フェライトをリングコアとし、当該リングコアに巻き線を１０回巻き付け、恒温槽を用いて１８０℃から２５０℃の温度範囲においてインダクタンスを測定し、各温度における比初透磁率を算出した。次いで、得られた温度と比初透磁率の関係より、比初透磁率が１となる温度をキュリー温度とした。
（３）飽和磁束密度
実施例及び比較例のＭｎＺｎ系フェライトをリングコアとし、当該リングコアに１次巻き線を５０回、２次巻き線を２０回巻き付け、直流磁界１１９６Ａ／ｍを印可したときの飽和磁束密度を測定した。
［結果のまとめ］
主成分１００ｍｏｌ％中、Ｆｅ２Ｏ３が５１．３～５４．５ｍｏｌ％、ＺｎＯが９．０～１４．３ｍｏｌ％、残部がＭｎＯであり、前記主成分１００質量％に対し、副成分として、ＳｉＯ２を０．００１～０．０１５質量％、ＣａＯを０．０２～０．０６質量％、ＺｒＯ２を０．０３～０．０７質量％、ＴｉＯ２を０．０１～２．５質量％、Ｃｏ２Ｏ３を０．１５～０．４５質量％含有する、実施例１～１７のＭｎＺｎ系フェライトは、いずれも、２３℃における１０ｋＨｚの比初透磁率μ（２３℃）；２３℃における７００ｋＨｚの比初透磁率μ（７００ｋＨｚ）；及び１５０℃における１０ｋＨｚの比初透磁率μ（１５０℃）が４５００以上であり、キュリー温度が２００℃以上であり、且つ、２３℃における飽和磁束密度が５００ｍＴ以上であることが示された。
主成分１００ｍｏｌ％中、Ｆｅ２Ｏ３が５１．３～５４．５ｍｏｌ％、ＺｎＯが９．０～１４．３ｍｏｌ％、残部がＭｎＯであり、前記主成分１００質量％に対し、副成分として、ＳｉＯ２を０．００１～０．０１５質量％、ＣａＯを０．０２～０．０６質量％、ＺｒＯ２を０．０３～０．０７質量％、ＴｉＯ２を０．０１～２．５質量％、Ｃｏ２Ｏ３を０．１５～０．４５質量％含有する、実施例１～１７のＭｎＺｎ系フェライトは、いずれも、２３℃における１０ｋＨｚの比初透磁率μ（２３℃）；２３℃における７００ｋＨｚの比初透磁率μ（７００ｋＨｚ）；及び１５０℃における１０ｋＨｚの比初透磁率μ（１５０℃）が４５００以上であり、キュリー温度が２００℃以上であり、且つ、２３℃における飽和磁束密度が５００ｍＴ以上であることが示された。
Claims (8)
- Ｆｅ２Ｏ３とＺｎＯとＭｎＯを主成分とし、
前記主成分１００ｍｏｌ％中、Ｆｅ２Ｏ３が５１．３～５４．５ｍｏｌ％、ＺｎＯが９．０～１４．３ｍｏｌ％、残部がＭｎＯであり、
前記主成分１００質量％に対し、副成分として、ＳｉＯ２を０．００１～０．０１５質量％、ＣａＯを０．０２～０．０６質量％、ＺｒＯ２を０．０３～０．０７質量％、ＴｉＯ２を０．０１～２．５質量％、Ｃｏ２Ｏ３を０．１５～０．４５質量％含有する、ＭｎＺｎ系フェライト。 - 前記ＴｉＯ２の含有量が前記主成分１００質量％に対し、０．５～２．５質量％である、請求項１に記載のＭｎＺｎ系フェライト。
- キュリー温度が２００℃以上、２３℃における飽和磁束密度が５００ｍＴ以上、２３℃における１０ｋＨｚ～７００ｋＨｚの比初透磁率μ（２３℃）が４５００以上である、請求項１又は２に記載のＭｎＺｎ系フェライト。
- ２３℃における１０ｋＨｚの比初透磁率μ（２３℃）に対する、１５０℃における１０ｋＨｚの比初透磁率μ（１５０℃）の比（μ（１５０℃）／μ（２３℃））が０．７５～１．２５である、請求項１～３のいずれか一項に記載のＭｎＺｎ系フェライト。
- 密度が４．９～５．０５ｇ／ｃｃである、請求項１～４のいずれか一項に記載のＭｎＺｎ系フェライト。
- 比抵抗が、５０～５００Ω・ｃｍである、請求項１～５のいずれか一項に記載のＭｎＺｎ系フェライト。
- 請求項１～６のいずれか一項に記載のＭｎＺｎ系フェライトの製造方法であって、
焼結後に、主成分１００ｍｏｌ％中、Ｆｅ２Ｏ３が５１．３～５４．５ｍｏｌ％、ＺｎＯが９．０～１４．３ｍｏｌ％、残部がＭｎＯとなるように、各主成分を含む原料を混合する工程と、
得られた混合物に、焼結後に前記主成分１００質量％に対し、副成分として、ＳｉＯ２を０．００１～０．０１５質量％、ＣａＯを０．０２～０．０６質量％、ＺｒＯ２を０．０３～０．０７質量％、ＴｉＯ２を０．０１～２．５質量％、Ｃｏ２Ｏ３を０．１５～０．４５質量％含有するように、各副成分を含む原料を添加する工程を有する、ＭｎＺｎ系フェライトの製造方法。 - 前記ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２及びＣｏ２Ｏ３を含む原料が、平均粒子径が０．１μｍ以上の粒子である、請求項７に記載のＭｎＺｎ系フェライトの製造方法。
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