JP2023095907A - MnZn BASED FERRITE POWDER - Google Patents

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Abstract

To obtain useful MnZn based ferrite powder in a high frequency region.SOLUTION: MnZn based ferrite powder includes: 53-56 mol% of Fe in terms of Fe2O3, 3-9 mol% of Zn in terms of ZnO and a remainder Mn in terms of MnO as a main component; and 0.05-0.4 pt.mass of Co in terms of Co3O4 to the total 100 pts.mass of the main component in terms of the oxide as a sub-component. The MnZn based ferrite powder having a surface on which two fracture modes of transgranular fracture and intergranular fracture mix with each other is obtained by coarsely and finely pulverizing a sintered body subjected to heating and passing through a sieve having an opening of 190 μm.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、例えば、スイッチング電源等のトランス、チョークコイル等の機能素子である電子部品に用いるMnZn系フェライト粉の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing MnZn-based ferrite powder used for electronic parts, which are functional elements such as transformers such as switching power supplies and choke coils.

スイッチング電源は、EV(電気自動車)、HEV(ハイブリッド電気自動車)、移動体通信機器(携帯電話、スマートフォン等)、パーソナルコンピュータ、サーバー等の電源供給が必要な様々な電子機器の電源回路で用いられる。 Switching power supplies are used in power supply circuits for various electronic devices that require power supply, such as EVs (electric vehicles), HEVs (hybrid electric vehicles), mobile communication devices (mobile phones, smartphones, etc.), personal computers, and servers. .

最近の電子機器は、小型・軽量化とともに、エネルギー効率の観点から低消費電力であることがいっそう求められるようになってきた。そのため、電子機器に使用されるDSP(Digital Signal Processor)、MPU(Micro-processing Unit)等のLSI(Large-Scale Integration)及び機能素子もまた小形・高性能化とともに低消費電力化が求められている。一方で、近年LSIは微細配線化によるトランジスタの高集積化に伴って、トランジスタの耐圧が低下するとともに消費電流が増加し、動作電圧の低電圧化及び大電流化が進んでいる。 From the viewpoint of energy efficiency, there is an increasing demand for electronic devices of recent years to have low power consumption as well as to be made smaller and lighter. Therefore, LSIs (Large-Scale Integration) such as DSPs (Digital Signal Processors) and MPUs (Micro-processing Units) and functional elements used in electronic devices are also required to be smaller and have higher performance as well as lower power consumption. there is On the other hand, in recent years, as the integration of transistors in LSIs has increased due to finer wiring, the withstand voltage of transistors has decreased and the current consumption has increased, resulting in a decrease in operating voltage and an increase in current.

LSIに電源を供給するDC-DCコンバータ等の電源回路もまた、LSIの動作電圧の低電圧化及び大電流化への対応が必要となる。例えば、LSIの動作電圧の低電圧化によって正常に動作する電圧範囲が狭くなるので、電源回路からの供給電圧の変動(リップル)によってLSIの電源電圧範囲を上回ったり下回ったりしてしまうと、LSIの不安定動作を招くため、電源回路のスイッチング周波数を高め、例えば500kHz以上のスイッチング周波数とする対策が採られるようになった。 A power supply circuit such as a DC-DC converter that supplies power to an LSI also needs to cope with a lower operating voltage and a larger current of the LSI. For example, as the operating voltage of an LSI is lowered, the voltage range in which it can operate normally becomes narrower. In order to increase the switching frequency of the power supply circuit, for example, a switching frequency of 500 kHz or higher has been adopted.

このような電源回路の高周波化や大電流化への対応は、回路に使用するトランス、チョークコイル等の電子部品を構成する磁心を小型化するメリットもある。例えばトランスを正弦波で駆動する場合、1次側コイルへの印加電圧Ep(V)は、1次側コイルの巻線数Np、磁心の断面積A(cm)、周波数f(Hz)及び励磁磁束密度Bm(mT)を用いて式:
Ep=4.44×Np×A×f×Bm×10-7
で現される。
Such adaptation to high frequency and high current power supply circuits also has the advantage of reducing the size of magnetic cores that constitute electronic components such as transformers and choke coils used in circuits. For example, when driving a transformer with a sine wave, the voltage Ep (V) applied to the primary coil is determined by the number of turns Np of the primary coil, the cross-sectional area A (cm 2 ) of the magnetic core, the frequency f (Hz) and Formula using the excitation magnetic flux density Bm (mT):
Ep=4.44×Np×A×f×Bm×10 −7
is represented by

この式から、所定の1次側コイルへの印加電圧Epに対して、周波数(スイッチング周波数)fを高くすれば、磁心の断面積Aを小さくできて小型となることがわかる。また、大電流化に伴って最大励磁磁束密度(以下、励磁磁束密度という)Bmが高くなるのでいっそう磁心は小型化する。 From this equation, it can be seen that if the frequency (switching frequency) f is increased with respect to a predetermined voltage Ep applied to the primary side coil, the cross-sectional area A of the magnetic core can be reduced and the size can be reduced. In addition, as the current increases, the maximum exciting magnetic flux density (hereinafter referred to as "exciting magnetic flux density") Bm increases, so the magnetic core is further miniaturized.

高周波数領域において高励磁磁束密度で動作し、かつ小型化に好適な磁心には、MnZn系フェライトが磁性材料として主に用いられる。MnZn系フェライトはNi系フェライト等と比較して初透磁率や飽和磁束密度が大きく、Fe系、Co系アモルファスや純鉄、Fe-Si、Fe-Ni、Fe-Si-Cr、Fe-Si-Al等の金属系の磁性材料を使用する磁心等と比較しても磁心損失が小さいといった特徴を有している。磁心損失が小さいことは電源回路の消費電力を抑える点で有利である。
この高周波数領域用のMnZn系フェライト磁心に関する記載が特許文献1にある。
MnZn-based ferrite is mainly used as a magnetic material for a magnetic core that operates at a high excitation magnetic flux density in a high frequency region and is suitable for miniaturization. MnZn-based ferrite has a higher initial permeability and saturation magnetic flux density than Ni-based ferrite, etc. It has a characteristic that the magnetic core loss is smaller than that of a magnetic core using a metallic magnetic material such as Al. A small magnetic core loss is advantageous in terms of suppressing the power consumption of the power supply circuit.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-200301 describes a MnZn ferrite core for high frequency range.

国際公開第2017/164351号WO2017/164351 特開平6-204023号公報JP-A-6-204023

特許文献1には、1MHz以上の高周波数領域で優れた磁気特性が得られるMnZn系フェライト磁心に関する記載がある。しかしながら、特許文献1では、焼結体からなる磁心に関する記載のみである。焼結体からなる磁心の場合、形成できる形状にある程度制限があり、自由な形態の磁心を得るには課題があった。
特許文献2には、焼成した後、粉砕するフェライト粉末の製造方法であって、粉砕されたフェライト粉末をアニール処理するフェライト粉末の製造方法の記載がある。しかし、特許文献2には、詳細な粉砕方法の記載はなく、また、記載されているアニール処理は、熱処理温度が700~950℃、焼成時間が4時間という高温で長時間の熱処理である。更に、特許文献2のものは、Ni-Cu-Zn系フェライトであり、MnZn系フェライトとは異なる材料である。
Patent Document 1 describes a MnZn-based ferrite magnetic core that provides excellent magnetic properties in a high frequency range of 1 MHz or higher. However, Patent Document 1 only describes a magnetic core made of a sintered body. In the case of a magnetic core made of a sintered body, the shape that can be formed is limited to some extent, and there has been a problem in obtaining a free-form magnetic core.
Patent Document 2 describes a method for producing ferrite powder by pulverizing after sintering, in which the pulverized ferrite powder is annealed. However, Patent Document 2 does not describe a detailed pulverization method, and the described annealing treatment is a high-temperature, long-time heat treatment with a heat treatment temperature of 700 to 950° C. and a firing time of 4 hours. Furthermore, the material disclosed in Patent Document 2 is Ni--Cu--Zn based ferrite, which is a different material from MnZn based ferrite.

このため、500kHz以上の高周波数領域、特に1~5MHzの高周波数領域で利用可能なMnZn系フェライト粉が求められているが、それを得る方法は、明らかとはなっていなかった。
したがって本発明の目的は、500kHz以上、特に1~5MHzの高周波数領域において、有用なMnZn系フェライト粉が得られる、MnZn系フェライト粉の製造方法を提供することにある。
Therefore, there is a demand for MnZn ferrite powder that can be used in a high frequency range of 500 kHz or higher, particularly in a high frequency range of 1 to 5 MHz.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing MnZn-based ferrite powder by which useful MnZn-based ferrite powder can be obtained in a high frequency range of 500 kHz or higher, especially 1 to 5 MHz.

上記課題を解決するための具体的手段には、以下の態様が含まれる。
<1> Fe換算で53~56モル%のFe、ZnO換算で3~9モル%のZn及びMnO換算で残部Mnを主成分として含み、前記酸化物換算での前記主成分の合計100質量部に対して、Co換算で0.05~0.4質量部のCoを副成分として含むMnZn系フェライト粉の製造方法であって、
MnZn系フェライトの原料粉末を成形して成形体を得る成形工程と、
前記成形体を焼結し、150℃未満の温度まで冷却しMnZn系フェライトの焼結体を得る焼結工程と、
得られたMnZn系フェライトの焼結体を粉砕してMnZn系フェライト粉を得る粉砕工程と、を備え、
更に、前記MnZn系フェライトの焼結体を熱処理する熱処理工程と、前記MnZn系フェライトの焼結体を粉砕したMnZn系フェライト粉を熱処理する熱処理工程とのうち、少なくとも一方の熱処理工程を備え、前記熱処理工程が、
条件1:200℃以上、及び
条件2:(Tc-90)℃~(Tc+100)℃[ただし、Tcは前記MnZn系フェライトの主成分に含まれるFe及びZnOのモル%から計算により求められるキュリー温度(℃)である。]
を満たす温度まで加熱し、一定時間保持した後、前記保持温度から50℃/時間以下の速度で降温する熱処理工程であることを特徴とするMnZn系フェライト粉の製造方法。
Specific means for solving the above problems include the following aspects.
<1> 53 to 56 mol% of Fe in terms of Fe 2 O 3 , 3 to 9 mol% of Zn in terms of ZnO, and the balance Mn in terms of MnO as main components, and the sum of the main components in terms of oxides A method for producing MnZn-based ferrite powder containing Co as an auxiliary component in an amount of 0.05 to 0.4 parts by mass in terms of Co 3 O 4 per 100 parts by mass,
a forming step of forming a raw material powder of MnZn-based ferrite to obtain a formed body;
a sintering step of sintering the molded body and cooling it to a temperature of less than 150° C. to obtain a sintered body of MnZn-based ferrite;
a pulverizing step of pulverizing the obtained sintered body of MnZn-based ferrite to obtain MnZn-based ferrite powder,
Further, at least one of a heat treatment step of heat-treating the sintered body of the MnZn-based ferrite and a heat-treating step of heat-treating the MnZn-based ferrite powder obtained by pulverizing the sintered body of the MnZn-based ferrite, The heat treatment process
Condition 1: 200° C. or higher, and Condition 2: (Tc-90)° C. to (Tc+100)° C. [where Tc is calculated from the mole % of Fe 2 O 3 and ZnO contained in the main components of the MnZn-based ferrite. is the Curie temperature (°C) ]
A method for producing MnZn-based ferrite powder, characterized in that it is a heat treatment step in which the temperature is heated to a temperature satisfying the above, held for a certain period of time, and then the temperature is lowered from the holding temperature at a rate of 50 ° C./hour or less.

<2> 前記MnZn系フェライト粉は、レーザー回折散乱式粒度分布測定法により得られる体積基準粒度分布において、粒径1μmの小粒径側からの通過分積算(%)が15%以下となる粒度分布を備える、<1>に記載のMnZn系フェライト粉の製造方法。
<3> 前記MnZn系フェライト粉は、平均粒径D50が100μm以下である、<1>または<2>に記載のMnZn系フェライト粉の製造方法。
<2> The MnZn-based ferrite powder has a particle size in which, in the volume-based particle size distribution obtained by a laser diffraction/scattering particle size distribution measurement method, the cumulative amount (%) of passage from the small particle size side of the particle size of 1 μm is 15% or less. The method for producing the MnZn-based ferrite powder according to <1>, comprising a distribution.
<3> The method for producing MnZn-based ferrite powder according to <1> or <2>, wherein the MnZn-based ferrite powder has an average particle diameter D50 of 100 μm or less.

<4> 前記MnZn系フェライト粉は、前記酸化物換算での前記主成分の合計100質量部に対して、副成分として更に、SiO換算で0.003~0.015質量部のSi、CaCO換算で0.06~0.3質量部のCa、V換算で0~0.1質量部のV、並びに合計で0~0.3質量部のNb(Nb換算)及び/又はTa(Ta換算)を含む、<1>~<3>のいずれかに記載のMnZn系フェライト粉の製造方法。 <4> The MnZn-based ferrite powder further contains 0.003 to 0.015 parts by mass of Si and CaCO as subcomponents in terms of SiO 2 with respect to a total of 100 parts by mass of the main components in terms of oxides. 0.06 to 0.3 parts by weight of Ca in terms of 3 , 0 to 0.1 parts by weight of V in terms of V 2 O 5 and a total of 0 to 0.3 parts by weight of Nb (as in terms of Nb 2 O 5 ) and/or Ta (in terms of Ta 2 O 5 ).

<5> 前記焼結工程は、昇温工程と、高温保持工程と、降温工程とを有し、
前記高温保持工程は、保持温度が1050℃超1150℃未満で、雰囲気中の酸素濃度が0.4~2体積%であり、
前記降温工程中、900℃から400℃まで降温させる際の酸素濃度を0.001~0.2体積%の範囲とし、(Tc+70)℃から100℃までの間の降温速度を50℃/時間以上とする、<1>~<4>のいずれかに記載のMnZn系フェライト粉の製造方法。
<6> 前記降温工程中、前記保持温度から100℃までの間の降温速度を50℃/時間以上とする、<5>に記載のMnZn系フェライト粉の製造方法。
<5> The sintering step includes a temperature raising step, a high temperature holding step, and a temperature lowering step,
In the high temperature holding step, the holding temperature is higher than 1050 ° C. and lower than 1150 ° C., and the oxygen concentration in the atmosphere is 0.4 to 2% by volume,
During the temperature lowering step, the oxygen concentration when the temperature is lowered from 900 ° C. to 400 ° C. is in the range of 0.001 to 0.2% by volume, and the temperature lowering rate from (Tc + 70) ° C. to 100 ° C. is 50 ° C./hour or more. The method for producing MnZn-based ferrite powder according to any one of <1> to <4>.
<6> The method for producing MnZn-based ferrite powder according to <5>, wherein during the temperature lowering step, the temperature lowering rate from the holding temperature to 100° C. is 50° C./hour or more.

本発明によれば、500kHz以上の高周波数領域において、有用なMnZn系フェライト粉が得られる。 According to the present invention, useful MnZn ferrite powder can be obtained in a high frequency range of 500 kHz or higher.

実施例の熱処理工程の温度条件を示す図である。It is a figure which shows the temperature conditions of the heat processing process of an Example. 実施例のMnZn系フェライト粉の粒度分布である。1 is a particle size distribution of MnZn-based ferrite powder of an example. 実施例のMnZn系フェライト粉の電子顕微鏡写真である。1 is an electron micrograph of MnZn-based ferrite powder of an example.

本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。本明細書において段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本明細書に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本明細書において、「工程」との語は、独立した工程だけでなく、他の工程と明確に区別できない場合であっても工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明は、以下に記載の実施形態に限定
されるものではなく、技術的思想の範囲内で適宜変更可能である。
In this specification, a numerical range represented by "to" means a range including the numerical values before and after "to" as lower and upper limits. In the numerical ranges described step by step in this specification, the upper limit or lower limit described in one numerical range may be replaced with the upper limit or lower limit of the numerical range described in other steps. . Moreover, in the numerical ranges described in this specification, the upper and lower limits of the numerical ranges may be replaced with the values shown in the examples.
In this specification, the term "process" includes not only an independent process but also a process that cannot be clearly distinguished from other processes as long as the intended purpose of the process is achieved. .
Embodiments of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the embodiments described below, and can be modified as appropriate within the scope of the technical idea.

本発明の一実施形態は、Fe換算で53~56モル%のFe、ZnO換算で3~9モル%のZn及びMnO換算で残部Mnを主成分として含み、前記酸化物換算での前記主成分の合計100質量部に対して、Co換算で0.05~0.4質量部のCoを副成分として含むMnZn系フェライト粉の製造方法であって、
MnZn系フェライトの原料粉末を成形して成形体を得る成形工程と、
前記成形体を焼結し、150℃未満の温度まで冷却しMnZn系フェライトの焼結体を得る焼結工程と、
得られたMnZn系フェライトの焼結体を粉砕してMnZn系フェライト粉を得る粉砕工程と、を備え、
更に、前記MnZn系フェライトの焼結体を熱処理する熱処理工程と、前記MnZn系フェライトの焼結体を粉砕したMnZn系フェライト粉を熱処理する熱処理工程とのうち、少なくとも一方の熱処理工程を備え、前記熱処理工程が、
条件1:200℃以上、及び
条件2:(Tc-90)℃~(Tc+100)℃[ただし、Tcは前記MnZn系フェライトの主成分に含まれるFe及びZnOのモル%から計算により求められるキュリー温度(℃)である。]
を満たす温度まで加熱し、一定時間保持した後、前記保持温度から50℃/時間以下の速度で降温する熱処理工程であることを特徴とするMnZn系フェライト粉の製造方法である。
One embodiment of the present invention contains 53 to 56 mol% of Fe in terms of Fe 2 O 3 , 3 to 9 mol% of Zn in terms of ZnO, and the balance Mn in terms of MnO as main components, and A method for producing MnZn-based ferrite powder containing 0.05 to 0.4 parts by mass of Co as an auxiliary component in terms of Co 3 O 4 with respect to a total of 100 parts by mass of the main components,
a forming step of forming a raw material powder of MnZn-based ferrite to obtain a formed body;
a sintering step of sintering the molded body and cooling it to a temperature of less than 150° C. to obtain a sintered body of MnZn-based ferrite;
a pulverizing step of pulverizing the obtained sintered body of MnZn-based ferrite to obtain MnZn-based ferrite powder,
Further, at least one of a heat treatment step of heat-treating the sintered body of the MnZn-based ferrite and a heat-treating step of heat-treating the MnZn-based ferrite powder obtained by pulverizing the sintered body of the MnZn-based ferrite, The heat treatment process
Condition 1: 200° C. or higher, and Condition 2: (Tc-90)° C. to (Tc+100)° C. [where Tc is calculated from the mole % of Fe 2 O 3 and ZnO contained in the main components of the MnZn-based ferrite. is the Curie temperature (°C) ]
is heated to a temperature that satisfies the above conditions, held for a certain period of time, and then cooled from the holding temperature at a rate of 50° C./hour or less.

[1]組成
この実施形態のMnZn系フェライトの組成について、以下に記載する。
MnZn系フェライトはFe、Zn及びMnを所定の範囲として、所望の初透磁率、飽和磁束密度等の磁気特性を得る。更に、副成分としてCoを加えて結晶磁気異方性定数の調整を行うことで、磁心損失の温度特性を改善することができる。
[1] Composition The composition of the MnZn-based ferrite of this embodiment is described below.
The MnZn-based ferrite has Fe, Zn and Mn in predetermined ranges to obtain desired magnetic properties such as initial permeability and saturation magnetic flux density. Furthermore, by adding Co as an accessory component to adjust the magnetocrystalline anisotropy constant, the temperature characteristics of the core loss can be improved.

本実施形態のMnZn系フェライトは、主成分としてFe、Zn及びMnを含み、副成分として少なくともCoを含み、前記主成分が、Fe換算で53~56モル%のFe、ZnO換算で3~9モル%のZn及びMnO換算で残部Mnからなり、前記副成分が、前記酸化物換算での主成分の合計100質量部に対して、Co換算で0.05~0.4質量部のCoを含む。副成分は、更に、前記酸化物換算での主成分の合計100質量部に対して、SiO換算で0.003~0.015質量部のSi、CaCO換算で0.06~0.3質量部のCa、V換算で0~0.1質量部のV、並びに合計で0~0.3質量部のNb(Nb換算)及び/又はTa(Ta換算)を含んでもよい。 The MnZn-based ferrite of the present embodiment contains Fe, Zn, and Mn as main components and at least Co as an auxiliary component, and the main component is 53 to 56 mol% of Fe and ZnO in terms of Fe 2 O 3 . 3 to 9 mol % of Zn and the balance Mn in terms of MnO . Contains 4 parts by mass of Co. The subcomponents further contain 0.003 to 0.015 parts by mass of Si in terms of SiO2 and 0.06 to 0.3 parts in terms of CaCO3 with respect to a total of 100 parts by mass of the main components in terms of oxides. parts by mass of Ca, 0 to 0.1 parts by mass of V calculated as V 2 O 5 , and a total of 0 to 0.3 parts by mass of Nb (as calculated as Nb 2 O 5 ) and/or Ta (as calculated as Ta 2 O 5 ) may be included.

FeはCoとともに磁心損失の温度特性を制御する効果を有し、量が少なすぎると、磁心損失が極小となる温度が高温になりすぎ、量が多すぎると、磁心損失が極小となる温度が低温になりすぎ、磁心損失が極小となる温度を20~100℃の間とするのが困難で、0~120℃における磁心損失が劣化する。Fe含有量が、Fe換算で53~56モル%の間であれば、1MHz以上の高周波数領域で低損失とすることができる。Fe含有量は、更に好ましくはFe換算で54~55モル%である。 Fe, together with Co, has the effect of controlling the temperature characteristics of core loss. It is difficult to keep the temperature between 20 and 100.degree. If the Fe content is between 53 and 56 mol % in terms of Fe 2 O 3 , low loss can be achieved in a high frequency range of 1 MHz or higher. The Fe content is more preferably 54 to 55 mol % in terms of Fe 2 O 3 .

Znは透磁率の周波数特性を制御する効果を有し、磁心損失においては磁壁共鳴などの損失に係る残留損失の制御に特に影響を及ぼし、量が少ないほどより高周波数領域での磁心損失が低くなる。Zn含有量が、ZnO換算で3~9モル%であれば1MHz以上の高周波数領域、特に3MHzまでの周波数領域で低損失とすることができる。Zn含有量は、更に好ましくはZnO換算で5~8モル%である。MnはMnO換算で残部となる。 Zn has the effect of controlling the frequency characteristics of magnetic permeability, and in the core loss, it particularly affects the control of residual loss related to loss such as domain wall resonance, and the smaller the amount, the lower the core loss in the high frequency region. Become. If the Zn content is 3 to 9 mol % in terms of ZnO, low loss can be achieved in a high frequency range of 1 MHz or higher, particularly in a frequency range up to 3 MHz. The Zn content is more preferably 5 to 8 mol % in terms of ZnO. Mn is the remainder in terms of MnO.

Fe及びZnOのモル%から計算により求められるキュリー温度(Tc)は、Fe含有量及びZn含有量が上記範囲であれば250~330℃の範囲となり実用上差し支えのない温度である。 The Curie temperature (Tc) obtained by calculation from the mol % of Fe 2 O 3 and ZnO is in the range of 250 to 330° C. if the Fe content and Zn content are within the above ranges, which is a practically acceptable temperature.

本実施形態のMnZn系フェライトは、副成分として少なくともCoを含む。Co2+はFe2+とともに正の結晶磁気異方性定数K1を有する金属イオンとして、磁心損失が最小となる温度を調整する効果を有し、更にFe2+に比べ大きな結晶磁気異方性定数K1を有することから、磁心損失の温度依存性を改善するのに有効な元素である。量が少なすぎると温度依存性を改善する効果が少なく、量が多すぎると低温度域での損失の増加が著しく、実用上好ましくない。またCo含有量が前記酸化物換算での前記主成分の合計100質量部に対してCo換算で0.05~0.4質量部であれば、熱処理によってFe2+イオンとともにCo2+イオンを再配列させ誘導磁気異方性を制御することにより、実用温度範囲で磁心損失をいっそう低減でき、かつ温度依存性を改善することができる。Co含有量は、更に好ましくはCo3 O4 換算で0.1~0.3質量部である。 The MnZn-based ferrite of this embodiment contains at least Co as an accessory component. Co 2+ is a metal ion having a positive magnetocrystalline anisotropy constant K1 together with Fe 2+ , and has the effect of adjusting the temperature at which the core loss is minimized. Therefore, it is an effective element for improving the temperature dependence of the core loss. If the amount is too small, the effect of improving the temperature dependence is small, and if the amount is too large, the loss in the low temperature range increases remarkably, which is not preferable for practical use. Further, when the Co content is 0.05 to 0.4 parts by mass in terms of Co 3 O 4 with respect to a total of 100 parts by mass of the main components in terms of oxides, heat treatment is performed to obtain Co 2+ ions together with Fe 2+ ions. are rearranged to control the induced magnetic anisotropy, the core loss can be further reduced in the practical temperature range, and the temperature dependence can be improved. The Co content is more preferably 0.1 to 0.3 parts by mass in terms of Co3O4.

副成分として更にCa及びSiを含むのが好ましい。Siは粒界に偏析し粒界抵抗を高め、渦電流損失を低減し、もって高周波数領域における磁心損失を低減させる効果を有し、量が少なすぎると粒界抵抗を高める効果が少なく、量が多すぎると逆に結晶の肥大化を誘発し磁心損失を劣化させる。Si含有量が、前記酸化物換算での前記主成分の合計100質量部に対してSiO換算で0.003~0.015質量部であれば渦電流損失を低減するに十分な粒界抵抗を確保でき、1MHz以上の高周波数領域で低損失とすることができる。Si含有量は、更に好ましくはSiO換算で0.005~0.01質量部である。 It preferably further contains Ca and Si as subcomponents. Si segregates at grain boundaries to increase grain boundary resistance, reduce eddy current loss, and has the effect of reducing core loss in the high frequency range. If there is too much, conversely, enlargement of crystals is induced and core loss is deteriorated. If the Si content is 0.003 to 0.015 parts by mass in terms of SiO 2 with respect to a total of 100 parts by mass of the main components in terms of oxides, the grain boundary resistance is sufficient to reduce eddy current loss. can be ensured, and low loss can be achieved in a high frequency region of 1 MHz or higher. The Si content is more preferably 0.005 to 0.01 parts by mass in terms of SiO 2 .

CaはSiと同様に粒界に偏析し、粒界抵抗を高め、渦電流損失を低減させ、もって高周波数領域における磁心損失を低減させる効果を有する。量が少なすぎると粒界抵抗を高める効果が少なく、量が多すぎると逆に結晶の肥大化を誘発し磁心損失を劣化させる。Ca含有量が、前記酸化物換算での前記主成分の合計100質量部に対してCaCO換算で0.06~0.3質量部であれば渦電流損失を低減するのに十分な粒界抵抗を確保でき、1MHz以上の高周波領域で低損失とすることができる。Ca含有量は、更に好ましくはCaCO換算で0.06~0.2質量部である。 Ca, like Si, segregates at grain boundaries, increases grain boundary resistance, reduces eddy current loss, and has the effect of reducing core loss in a high frequency region. If the amount is too small, the effect of increasing the grain boundary resistance is small, and if the amount is too large, conversely, enlargement of crystals is induced and core loss is deteriorated. If the Ca content is 0.06 to 0.3 parts by mass in terms of CaCO 3 with respect to a total of 100 parts by mass of the main components in terms of oxides, grain boundaries sufficient to reduce eddy current loss Resistance can be ensured, and low loss can be achieved in a high frequency region of 1 MHz or higher. The Ca content is more preferably 0.06 to 0.2 parts by mass in terms of CaCO 3 .

副成分として更に5a族金属のV、Nb又Taを含んでも良い(5a族金属とはV、Nb及びTaからなる群から選ばれた少なくとも一種であり、以下総称して5a族と呼ぶ)。5a族金属はSi及びCaとともに粒界に主に酸化物として偏析し、粒界相をより高抵抗化することにより、磁心損失を更に低減させる効果を有する。 V, Nb, or Ta, which are Group 5a metals, may also be included as subcomponents (the Group 5a metal is at least one selected from the group consisting of V, Nb, and Ta, and is hereinafter collectively referred to as Group 5a). Group 5a metals segregate mainly as oxides at grain boundaries together with Si and Ca, and have the effect of further reducing core loss by increasing the resistance of the grain boundary phase.

VはNb及びTaより低融点で、結晶粒の成長を促進する機能も有する。Vは、他の5a族に比べ低融点であることから粒界との濡れ性が良いと考えられ、焼結体の加工性を向上し、欠け等の発生を抑制する効果も有する。Vは量が多すぎると結晶の肥大化を誘発し磁心損失を劣化させる。V含有量が、前記酸化物換算での前記主成分の合計100質量部に対してV換算で0~0.1質量部であれば渦電流損失を低減するに十分な粒界抵抗を確保でき、1MHz以上の高周波数領域で低損失とすることができる。V含有量は、更に好ましくはV換算で0~0.05質量部である。 V has a melting point lower than that of Nb and Ta, and also has the function of promoting the growth of crystal grains. Since V has a lower melting point than other group 5a elements, it is considered to have good wettability with grain boundaries, and it also has the effect of improving the workability of the sintered body and suppressing the occurrence of chipping and the like. If the amount of V is too large, it induces enlargement of the crystal and deteriorates the core loss. Grain boundary resistance sufficient to reduce eddy current loss when the V content is 0 to 0.1 parts by mass in terms of V 2 O 5 with respect to a total of 100 parts by mass of the main components in terms of oxides. can be ensured, and low loss can be achieved in a high frequency region of 1 MHz or higher. The V content is more preferably 0 to 0.05 parts by mass in terms of V 2 O 5 .

Nb及び/又はTaは、結晶粒の成長を抑制し均一な結晶組織とし、磁心損失を低減する効果も有する。Nb及びTaはVより高融点であり、Ca及びSiとともにFeとの酸化物による低融点化を阻止する効果も有する。Nb及びTaは、量が多すぎると粒内に偏析し磁心損失を劣化させる。前記酸化物換算での前記主成分の合計100質量部に対してNb(Nb換算)及びTa(Ta換算)の総量が0~0.3質量部であれば渦電流損失を低減するのに十分な粒界抵抗を確保でき、1MHz以上の高周波数領域で低損失とすることができる。更に、Nb及びTaは熱処理後における磁心損失のうち、特に高温(100℃)でのヒステリシス損失、残留損失を低減する効果を有し、高周波領域で広い温度範囲での低損失化を実現するのに有効である。Nb(Nb換算)及びTa(Ta換算の総量は、更に好ましくは0~0.2質量部である。 Nb and/or Ta also have the effect of suppressing the growth of crystal grains, forming a uniform crystal structure, and reducing core loss. Nb and Ta have a melting point higher than that of V, and together with Ca and Si have the effect of preventing the melting point from being lowered by oxides with Fe. If the amount of Nb and Ta is too large, they will segregate in the grains and deteriorate the core loss. Eddy current loss if the total amount of Nb (in terms of Nb 2 O 5 ) and Ta (in terms of Ta 2 O 5 ) is 0 to 0.3 parts by mass with respect to a total of 100 parts by mass of the main components in terms of oxides Grain boundary resistance sufficient to reduce is ensured, and low loss can be achieved in a high frequency region of 1 MHz or higher. Furthermore, Nb and Ta have the effect of reducing the hysteresis loss and residual loss, especially at high temperatures (100°C), among the core losses after heat treatment, and achieve low loss in a wide temperature range in the high frequency region. effective for The total amount of Nb (as Nb 2 O 5 ) and Ta (as Ta 2 O 5 ) is more preferably 0 to 0.2 parts by mass.

Ta含有量はTa換算で0~0.1質量部であるのが好ましく、0~0.05質量部であるのがより好ましい。Nb含有量は、Nb換算で0.05質量部以下(0は含まない)であるのが好ましく、0.01~0.04質量部であるのがより好ましい。 The Ta content is preferably 0 to 0.1 parts by mass, more preferably 0 to 0.05 parts by mass in terms of Ta 2 O 5 . The Nb content is preferably 0.05 parts by mass or less (not including 0), more preferably 0.01 to 0.04 parts by mass in terms of Nb 2 O 5 .

本実施形態のMnZn系フェライトは、2~5μmの平均結晶粒径を有するのが好ましい。平均結晶粒径が5μm以下であれば、渦電流損失が低減し、かつ磁壁の減少から残留損失が低減し、高周波数領域での磁心損失が低下する。しかし、平均結晶粒径が2μm未満であると、粒界が磁壁のピンニング点として作用し、また反磁界の影響から、透磁率の低下及び磁心損失の増加を誘発する傾向となる。平均結晶粒径が5μmを超えると、渦電流損失の増加により1MHz以上の高周波数領域における磁心損失が増加する傾向となる。
なお、平均結晶粒径はMnZn系フェライトの焼結体の断面を鏡面研磨し、サーマルエッチング(950~1050℃で1時間、N で処理)し、その断面を光学顕微鏡又は走査型電子顕微鏡で2000倍にて写真撮影し、この写真上の60μm×40μmの長方形領域を基準に求積法(JIS H0501-1986相当)により算出することができる。結晶粒径の大きさによって十分な粒子数(300個以上)がカウントできない場合は、観察される粒子数が300個以上となるよう観察領域を適宜調整することができる。
The MnZn-based ferrite of this embodiment preferably has an average crystal grain size of 2 to 5 μm. If the average crystal grain size is 5 μm or less, the eddy current loss is reduced, the residual loss is reduced due to the reduction of the domain wall, and the core loss in the high frequency region is reduced. However, if the average crystal grain size is less than 2 μm, the grain boundaries act as pinning points of the domain walls, and the demagnetizing field tends to induce a decrease in magnetic permeability and an increase in core loss. If the average crystal grain size exceeds 5 μm, the core loss tends to increase in a high frequency range of 1 MHz or higher due to an increase in eddy current loss.
The average crystal grain size was determined by mirror-polishing the cross section of the MnZn ferrite sintered body, thermally etching it (950 to 1050° C. for 1 hour, N 2 treatment), and examining the cross section with an optical microscope or scanning electron microscope. A photograph is taken at a magnification of 2000, and calculation can be performed by the quadrature method (corresponding to JIS H0501-1986) based on a rectangular area of 60 μm×40 μm on this photograph. If a sufficient number of particles (300 or more) cannot be counted due to the size of the crystal grain size, the observation area can be appropriately adjusted so that the number of particles to be observed is 300 or more.

[2]製造方法
(1)成形工程
MnZn系フェライトの原料粉末としては、主成分の原料としてFe、Mn及びZnOの粉末を使用し、副成分の原料としてCo、SiO、CaCO等の粉末を使用する。焼結工程に供する成形体は、主成分の原料を仮焼成した仮焼粉に、副成分の原料を投入し、所定の平均粒径となるまで粉砕及び混合し、得られた混合物にバインダとして例えばポリビニルアルコールを加えて得られる造粒粉を用いて形成される。なおCoは主成分の原料とともに仮焼成前に加えても良い。バインダは有機物であって昇温工程にてほぼ分解するが、条件によっては焼結後にカーボンが残留して磁気特性を劣化させる場合があり、低酸素濃度雰囲気への切り替えのタイミングは、バインダが十分に分解するように適宜調整するのが望ましい。
成形体の形状としては、例えば、100mm×100mm×3mmの平板状とすることができる。焼結後に粉砕されるため、粉砕工程にて都合の良い形状とすればよい。平板状としては、特に限定するものではないが1辺が10mm~100mm程度の矩形状で、厚さが1mm~5mm程度の平板状とすることが好ましい。
[2] Manufacturing method (1) Forming step As raw material powders of MnZn ferrite, powders of Fe 2 O 3 , Mn 3 O 4 and ZnO are used as raw materials of main components, and Co 3 O 4 is used as raw materials of auxiliary components. , SiO 2 , CaCO 3 and other powders are used. The molded body to be subjected to the sintering process is obtained by adding the raw material of the subcomponent to the calcined powder obtained by calcining the raw material of the main component, pulverizing and mixing it until it reaches a predetermined average particle size, and adding it to the resulting mixture as a binder. For example, it is formed using granulated powder obtained by adding polyvinyl alcohol. Note that Co 3 O 4 may be added together with the raw material of the main component before calcination. The binder is an organic substance and decomposes during the heating process, but depending on the conditions, carbon may remain after sintering and degrade the magnetic properties. It is desirable to adjust as appropriate so that it decomposes into
The shape of the molded body can be, for example, a flat plate shape of 100 mm×100 mm×3 mm. Since it is pulverized after sintering, it may be formed into a shape that is convenient for the pulverization process. Although the shape of the flat plate is not particularly limited, it is preferably a rectangular shape with a side of about 10 mm to 100 mm and a thickness of about 1 mm to 5 mm.

(2)焼結工程
MnZn系フェライトの原料粉末の成形体を焼結することによって、MnZn系フェライトの焼結体を得る。前記焼結は、昇温工程と、高温保持工程と、降温工程とを有する。前記高温保持工程において、保持温度は1050℃超1150℃未満とするのが好ましく、雰囲気中の酸素濃度を0.4~2体積%とするのが好ましい。降温工程において少なくとも(Tc+70)℃から100℃までの間の降温速度は50℃/時間以上とするのが好ましく、更に前記保持温度から100℃までの間の降温速度は、50℃/時間以上とするのが好ましい。
(2) Sintering step By sintering the molded body of the raw material powder of the MnZn-based ferrite, a sintered body of the MnZn-based ferrite is obtained. The sintering has a temperature raising step, a high temperature holding step, and a temperature lowering step. In the high-temperature holding step, the holding temperature is preferably higher than 1050° C. and lower than 1150° C., and the oxygen concentration in the atmosphere is preferably 0.4 to 2% by volume. In the temperature-lowering step, the temperature-lowering rate from at least (Tc+70)°C to 100°C is preferably 50°C/hour or more, and the temperature-lowering rate from the holding temperature to 100°C is preferably 50°C/hour or more. preferably.

(a)昇温工程
昇温工程においては、少なくとも900℃以上で、雰囲気中の酸素濃度を0.4~2体積%の範囲とするのが好ましい。フェライトの生成が開始される900℃以上の温度で酸素濃度を制御する事で、より緻密で高密度の焼結体を得る事ができる。
(a) Temperature Raising Step In the temperature raising step, the temperature is preferably at least 900° C. and the oxygen concentration in the atmosphere is preferably in the range of 0.4 to 2% by volume. By controlling the oxygen concentration at a temperature of 900° C. or higher at which ferrite formation starts, a denser and higher density sintered body can be obtained.

(b)高温保持工程
高温保持工程における保持温度が1050℃以下であると十分な焼結密度が得られず、微細な結晶と空孔を多く含む組織となり易い。保持温度が1150℃以上であると、焼結は促進されるが、得られる結晶粒は相対的に大きな粒径となり易く、その結果、渦電流損失が増加する傾向がある。そのため、高温保持工程における保持温度が前記規定から外れると磁心損失が大きくなる傾向にある。高温保持工程における保持温度を1150℃未満として低温化する事で、結晶の肥大化を抑制することが可能となり、渦電流損失の増加をより抑制することができる。本発明において、高温保持工程における保持温度は、好ましくは1060~1140℃であり、更に好ましくは1070~1130℃である。
(b) High-temperature holding step If the holding temperature in the high-temperature holding step is 1050°C or less, a sufficient sintered density cannot be obtained, and the structure tends to contain many fine crystals and pores. When the holding temperature is 1150° C. or higher, sintering is promoted, but the obtained crystal grains tend to have relatively large grain sizes, and as a result, eddy current loss tends to increase. Therefore, if the holding temperature in the high-temperature holding step deviates from the above regulation, the core loss tends to increase. By lowering the holding temperature in the high-temperature holding step to less than 1150° C., it is possible to suppress enlargement of crystals, and to further suppress an increase in eddy current loss. In the present invention, the holding temperature in the high temperature holding step is preferably 1060-1140°C, more preferably 1070-1130°C.

高温保持工程における酸素濃度が0.4体積%未満では、雰囲気が還元的となり、焼結して得られるMnZn系フェライトが低抵抗化して渦電流損失が増加する。一方、酸素濃度が2体積%超では、雰囲気が酸化的になりすぎるため、低抵抗のヘマタイトが生成され易くなり、かつ得られる結晶粒の粒径が相対的に大きくなり、部分的に結晶の肥大化を起こし易い。そのため、渦電流損失が増加し、高周波数、高励磁磁束密度で、低温から高温に至る全温度領域(0~120℃)において磁心損失が大きくなる傾向となる。 If the oxygen concentration in the high-temperature holding step is less than 0.4% by volume, the atmosphere becomes reductive, and the resistance of the MnZn-based ferrite obtained by sintering becomes low, increasing the eddy current loss. On the other hand, when the oxygen concentration exceeds 2% by volume, the atmosphere becomes too oxidizing, so that low-resistance hematite is likely to be formed, and the grain size of the resulting crystal grains becomes relatively large, resulting in partial crystal formation. prone to obesity. As a result, eddy current loss increases, and core loss tends to increase over the entire temperature range (0 to 120° C.) from low to high temperatures at high frequencies and high excitation magnetic flux densities.

酸素濃度は保持温度に応じて設定するのが好ましく、保持温度が高いほど相対的に酸素濃度を高く設定する。保持温度に応じた酸素濃度の設定によってCaが結晶粒界に偏析して粒界が高抵抗化して磁心損失を低減する事ができる。 The oxygen concentration is preferably set according to the holding temperature, and the higher the holding temperature is, the higher the oxygen concentration is set. By setting the oxygen concentration in accordance with the holding temperature, Ca segregates at the grain boundaries, increasing the resistance of the grain boundaries and reducing the core loss.

酸素濃度が低いほど正の結晶磁気異方性定数を有するFe2+量が増加し、磁心損失の極小となる温度が低くなる傾向にあるので、酸素濃度は前記範囲から外れないように設定するのが好ましい。 As the oxygen concentration decreases, the amount of Fe 2+ having a positive magnetocrystalline anisotropy constant increases, and the temperature at which the core loss is minimized tends to decrease. Therefore, the oxygen concentration is set within the above range. is preferred.

(c)降温工程
高温保持工程の後に続く降温工程では、まず高温保持工程の雰囲気から酸素濃度を低下させ、過度の酸化及び過度の還元を防ぐような酸素濃度に設定する。900℃から400℃の温度範囲で、雰囲気の酸素濃度を0.001~0.2体積%とすることによりFe2+生成量を好ましい範囲で調整できる。ここで、高温保持工程の後に続く降温工程において、雰囲気を所定の酸素濃度に調整する900℃から400℃までの間を第1降温工程と呼ぶ。
(c) Temperature Lowering Step In the temperature lowering step following the high temperature holding step, first, the oxygen concentration is lowered from the atmosphere of the high temperature holding step, and the oxygen concentration is set to prevent excessive oxidation and excessive reduction. By setting the oxygen concentration in the atmosphere to 0.001 to 0.2% by volume within the temperature range of 900° C. to 400° C., the amount of Fe 2+ produced can be adjusted within a preferred range. Here, in the temperature lowering step following the high temperature holding step, the period from 900° C. to 400° C. in which the atmosphere is adjusted to have a predetermined oxygen concentration is called a first temperature lowering step.

高温保持工程から続いて、降温工程においても酸素濃度を制御し前記範囲に調整することにより、MnZn系フェライトの粒界にCaを偏析させるとともに、結晶粒内に固溶するCa量を適宜制御して、結晶粒内と粒界の抵抗を高めて渦電流損失に係る磁心損失を低減することができる。 Following the high-temperature holding step, the oxygen concentration is controlled and adjusted to the above range in the temperature-lowering step as well, thereby segregating Ca at the grain boundaries of the MnZn-based ferrite and appropriately controlling the amount of Ca dissolved in the crystal grains. Therefore, the resistance in the crystal grains and the grain boundaries can be increased to reduce the core loss associated with the eddy current loss.

第1降温工程での降温速度は、焼結炉内の温度及び酸素濃度の調整が可能な範囲であれば特に限定されないが、50~300℃/時間とするのが好ましい。第1降温工程での降温速度が50℃/時間未満であると焼結工程に時間を要し、焼結炉内に滞留する時間が長くなり、生産性が低下してコストの上昇を招くので好ましくない。一方、降温速度が300℃/時間超であると、焼結炉の能力にもよるが焼結炉内の温度や酸素濃度の均一性を保つのが困難な場合がある。 The temperature-lowering rate in the first temperature-lowering step is not particularly limited as long as the temperature and oxygen concentration in the sintering furnace can be adjusted, but it is preferably 50 to 300° C./hour. If the temperature lowering rate in the first temperature lowering step is less than 50°C/hour, the sintering step will take a long time, and the residence time in the sintering furnace will increase, resulting in a decrease in productivity and an increase in cost. I don't like it. On the other hand, if the temperature drop rate exceeds 300° C./hour, it may be difficult to maintain uniformity of the temperature and oxygen concentration in the sintering furnace, depending on the capacity of the sintering furnace.

高温保持工程における保持温度と酸素濃度とを所定の範囲とし、第1降温工程において900℃から400℃まで降温させる際の酸素濃度を特定の範囲で制御する事で、結晶粒径のばらつきを抑え、Co2+イオン及びFe2+イオンを適正な量に制御し磁心損失を低減することができる。 By setting the holding temperature and the oxygen concentration in the high-temperature holding step to predetermined ranges, and controlling the oxygen concentration when the temperature is lowered from 900° C. to 400° C. in the first temperature-lowering step within a specific range, variations in crystal grain size are suppressed. , Co 2+ ions and Fe 2+ ions can be controlled to appropriate amounts to reduce core loss.

降温工程では、MnZn系フェライトの主成分を構成する酸化鉄(Fe)と酸化亜鉛(ZnO)とのモル%から計算により求められるキュリー温度をTc(℃)としたとき、(Tc+70)℃から100℃までの間の降温速度を50℃/時間~300℃/時間とするのが好ましい。典型的には400℃から100℃まで間の降温速度を50℃/時間~300℃/時間とするのが望ましい。ここで降温工程においてTcを含む(Tc+70)℃から100℃までの温度範囲を所定の降温速度で降温する間を第2降温工程と呼ぶ。 In the temperature-lowering step, when the Curie temperature obtained by calculation from the mol % of iron oxide (Fe 2 O 3 ) and zinc oxide (ZnO) that constitute the main components of the MnZn-based ferrite is Tc (° C.), (Tc+70) C. to 100.degree. C. is preferably 50.degree. C./hour to 300.degree. C./hour. Typically, it is desirable to reduce the temperature from 400° C. to 100° C. at a rate of 50° C./hour to 300° C./hour. Here, in the temperature-lowering step, the temperature range from (Tc+70)° C. including Tc to 100° C. at a predetermined temperature-lowering rate is called a second temperature-lowering step.

第2降温工程での降温速度を50℃/時間未満とすると、Co2+及びFe2+に起因する誘導磁気異方性の影響を受け易く高温側の磁心損失が劣化する場合があり望ましくない。一方、降温速度が300℃/時間超であると、焼結炉の能力にもよるが、焼結炉内の温度や降温速度を調整するのが困難な場合がある。 If the temperature lowering rate in the second temperature lowering step is less than 50° C./hour, the influence of induced magnetic anisotropy caused by Co 2+ and Fe 2+ is likely to occur, and core loss on the high temperature side may deteriorate, which is undesirable. On the other hand, if the temperature drop rate exceeds 300° C./hour, it may be difficult to adjust the temperature inside the sintering furnace and the temperature drop rate, depending on the capacity of the sintering furnace.

第2降温工程における雰囲気は、不活性ガス雰囲気でも良いし大気雰囲気でも構わない。第1降温工程の酸素濃度を制御した雰囲気のまま、又は第2降温工程の途中で大気雰囲気や不活性ガス雰囲気にしても構わない。 The atmosphere in the second cooling step may be an inert gas atmosphere or an air atmosphere. The atmosphere in which the oxygen concentration is controlled in the first temperature-lowering step may be maintained, or an air atmosphere or an inert gas atmosphere may be used during the second temperature-lowering step.

(3)粉砕工程
MnZn系フェライトの焼結体を粉砕してMnZn系フェライト粉を得る。粉砕工程では、粗粉砕工程と微粉砕工程とに分けて行うことが好ましい。粗粉砕と微粉砕との間に中粉砕工程を設けてもよい。粉砕の工程数は適宜選択できる。
(3) Pulverization step The MnZn ferrite sintered body is pulverized to obtain MnZn ferrite powder. In the pulverization process, it is preferable to divide into a coarse pulverization process and a fine pulverization process. An intermediate pulverization step may be provided between coarse pulverization and fine pulverization. The number of grinding steps can be selected as appropriate.

本実施形態において、粗粉砕工程は、大きさが数mm角程度の粗粉砕粉となるように行うことが好ましい。例えば、固定式と揺動式2枚の板状粉砕歯を有し、入口と出口で角度を設けて出口側を狭め粉砕された粗粉砕粉を隙間から排出する構造を有する連続式ジョークラッシャーを用いることができる。粒度調整は出口間隔の設定幅を調整することにより行うことができる。 In the present embodiment, the coarsely pulverizing step is preferably performed so as to obtain coarsely pulverized powder having a size of about several millimeters square. For example, there is a continuous jaw crusher that has two plate-shaped crushing teeth of a fixed type and an oscillating type, and has a structure in which the inlet and the outlet are set at an angle so that the outlet side is narrowed and the coarsely crushed powder is discharged from the gap. can be used. Granularity adjustment can be performed by adjusting the set width of the outlet interval.

この粗粉砕工程で得られた粗粉砕粉は、例えば、目開き1.5mmの篩を用いて分級し、篩を通過した粗粉砕粉を微粉砕工程に送ることができる。篩に残った粗粉砕粉は、再度粗粉砕工程に戻し、所望の大きさとなるまで粗粉砕すればよい。なお、ここで用いる篩は、目開き3mm以下とすることが好ましい。更に2mm以下が好ましい。また、この篩を用いた分級は、振動篩機を用いることができる。 The coarsely pulverized powder obtained in this coarsely pulverizing step can be classified, for example, using a sieve with an opening of 1.5 mm, and the coarsely pulverized powder that has passed through the sieve can be sent to the finely pulverizing step. The coarsely pulverized powder remaining on the sieve may be returned to the coarsely pulverizing step and coarsely pulverized to a desired size. The sieve used here preferably has an opening of 3 mm or less. Furthermore, 2 mm or less is preferable. A vibrating sieve machine can be used for the classification using this sieve.

微粉砕工程では、粗粉砕粉を微粉砕して、おおむね100μm以下の微粉砕粉を得る。この微粉砕工程では、例えば、振動式ミルを用いることができる。振動式ミルには連続式とバッチ式があり、粉砕ドラム中に粉砕用のメディア(球状や棒状のもの)を配置し、処理物とメディアを激しく振動させることで粉砕する機構となっている。粒度はメディア量やその形態、処理物の投入量、処理時間、振幅量等で調整できる。 In the finely pulverizing step, the coarsely pulverized powder is finely pulverized to obtain finely pulverized powder of about 100 μm or less. In this pulverization step, for example, a vibration mill can be used. There are continuous and batch types of vibrating mills. Grinding media (spherical or rod-shaped) are placed in the grinding drum, and the material to be processed and the media are violently vibrated to pulverize the material. Granularity can be adjusted by the amount of media, its form, the amount of material to be processed, the processing time, the amount of amplitude, and the like.

この微粉砕工程で得られた微粉砕粉は、例えば、目開き198μmの篩を用いて分級し、篩を通過した微粉砕粉を粉砕工程後のMnZn系フェライト粉として用いることができる。篩に残ったMnZn系フェライトの粉砕粉は、再度微粉砕工程に戻し、所望の大きさとなるまで微粉砕すればよい。なお、ここで用いる篩の目開き上限値は目的の粒度にあわせ、例えば汎用で用いられる30μm~200μm程度の目開きを有する篩を適宜選択し調整すればよい。また、この篩を用いた分級は、振動篩機を用いることができる。この篩はMnZn系フェライト粉の粒径の上限を決めるものであるが、微細過ぎる粉砕粉を除くために、粒径の下限を決める篩を行ってもよい。 The finely pulverized powder obtained in this finely pulverizing step is classified using, for example, a sieve with an opening of 198 μm, and the finely pulverized powder that has passed through the sieve can be used as the MnZn ferrite powder after the pulverizing step. The pulverized powder of MnZn-based ferrite remaining on the sieve may be returned to the pulverizing step again and pulverized to a desired size. The upper limit of the mesh size of the sieve used here may be adjusted according to the target particle size, for example, by appropriately selecting a sieve having a mesh size of about 30 μm to 200 μm for general use. A vibrating sieve machine can be used for the classification using this sieve. This sieve determines the upper limit of the particle size of the MnZn-based ferrite powder, but a sieve may be used to determine the lower limit of the particle size in order to remove pulverized powder that is too fine.

(4)熱処理工程
本実施形態では、MnZn系フェライトの焼結体を粉砕する前に熱処理する熱処理工程と、MnZn系フェライトの焼結体を粉砕したMnZn系フェライト粉を熱処理する熱処理工程とのうち、少なくとも一方の熱処理工程を備える。なお、両方の熱処理工程を行ってもよい。
この熱処理工程は、
条件1:200℃以上、及び
条件2:(Tc-90)℃~(Tc+100)℃[ただし、Tcは前記MnZn系フェライトの主成分に含まれるFe及びZnOのモル%から計算により求められるキュリー温度(℃)である。]
を満たす温度まで加熱し、一定時間保持した後、前記保持温度から50℃/時間以下の速度で降温する熱処理工程である。
前記保持温度が、200℃未満又は(Tc-90)℃未満であると、MnZn系フェライトの磁心損失の低減効果が得られ難くなる。また(Tc+100)℃超であると磁心損失の低減効果が上限に達する。前記保持温度からの降温速度が50℃/時間超であると、磁心損失の低減効果が十分に発揮されなくなる。なお、降温速度は保持温度から150℃までの温度範囲で算出する。
(4) Heat treatment step In the present embodiment, the heat treatment step of heat-treating the MnZn-based ferrite sintered body before pulverization and the heat-treatment step of heat-treating the MnZn-based ferrite powder obtained by pulverizing the MnZn-based ferrite sintered body. , at least one heat treatment step. Both heat treatment steps may be performed.
This heat treatment process
Condition 1: 200° C. or higher, and Condition 2: (Tc-90)° C. to (Tc+100)° C. [where Tc is calculated from the mole % of Fe 2 O 3 and ZnO contained in the main components of the MnZn-based ferrite. is the Curie temperature (°C) ]
It is a heat treatment step in which the temperature is heated to a temperature that satisfies the above conditions, held for a certain period of time, and then the temperature is lowered from the holding temperature at a rate of 50° C./hour or less.
If the holding temperature is less than 200° C. or less than (Tc−90)° C., it becomes difficult to obtain the effect of reducing the core loss of the MnZn ferrite. When the temperature exceeds (Tc+100)° C., the effect of reducing core loss reaches the upper limit. If the rate of temperature drop from the holding temperature exceeds 50° C./hour, the effect of reducing core loss will not be sufficiently exhibited. Note that the temperature drop rate is calculated in the temperature range from the holding temperature to 150°C.

前記熱処理は大気中で行なっても良いし、還元雰囲気中で行なっても良い。大気中など酸化雰囲気である場合には、MnZn系フェライトの酸化による磁気特性劣化を防ぐように、熱処理はその温度の上限を400℃以下とするのが好ましく、降温速度が5℃/時間程度と遅い場合は350℃未満とするのが好ましい。また還元雰囲気であれば、熱処理の温度の上限は酸化によって限定されないが、磁心損失の低減効果が上限に達することを考慮すれば、酸化雰囲気での熱処理と同様に400℃以下とするのが好ましい。 The heat treatment may be performed in the air or in a reducing atmosphere. In the case of an oxidizing atmosphere such as air, the upper limit of the heat treatment temperature is preferably 400° C. or less so as to prevent deterioration of the magnetic properties due to oxidation of the MnZn ferrite, and the cooling rate is about 5° C./hour. If it is slow, it is preferably less than 350°C. In the reducing atmosphere, the upper limit of the heat treatment temperature is not limited by oxidation, but considering that the effect of reducing the core loss reaches the upper limit, it is preferable to set the temperature to 400° C. or less as in the heat treatment in the oxidizing atmosphere. .

熱処理における昇温速度は特に限定するものではないが、装置の性能や熱応力による歪の影響を受けない程度に適宜選定すれば良く、典型的には100℃~300℃/時間とすれば良い。 The heating rate in the heat treatment is not particularly limited, but may be appropriately selected so as not to be affected by the performance of the apparatus and strain due to thermal stress, typically 100° C. to 300° C./hour. .

熱処理における保持時間は特に限定するものではないが、装置内に配置した試料が所定の温度に至るに必要な時間を設ければ良く、典型的には1時間程度とすれば良い。本発明の熱処理は熱処理炉(電気炉、恒温槽等)を用いて行うことができる。 The holding time in the heat treatment is not particularly limited, but the time necessary for the sample placed in the apparatus to reach a predetermined temperature may be set, typically about 1 hour. The heat treatment of the present invention can be performed using a heat treatment furnace (electric furnace, constant temperature bath, etc.).

本実施形態のMnZn系フェライト粉は、粒径が1μm以下のものは少ない方が良い。過粉砕となると焼結体を構成する結晶が破壊され、粉砕粉の平均粒径が小さくなるに従い特性が劣化する傾向にある。MnZn系フェライト粉は、粒径1μmの通過分積算(%)が15%以下となる粒度分布を備えることが好ましい。更に好ましくは10%以下であり、分級により0%としても良い。このMnZn系フェライトの平均結晶粒径が約2~5μmであるので、1μm以下のものは、特性への寄与が低く、その含有量は少ない方が好ましい。
また、このMnZn系フェライト粉は、樹脂等と混ぜられ、磁心等の形態に成形されて使用されることが考えられる。このとき、粒径が大きいと、均一な混錬や充填密度が上がらない。そのため、平均粒径D50は100μm以下であることが好ましい。本実施形態のMnZn系フェライト粉は、平均粒径D50が1μm以上であることが好ましく、更に好ましくは5μm以上であり、10μm以上であるのがいっそう好ましい。
また、100μm以下であるのが好ましく、更に好ましくは90μm以下であり、80μm以下であるのがいっそう好ましい。
As for the MnZn-based ferrite powder of the present embodiment, the smaller the particle diameter of 1 μm or less, the better. Excessive pulverization destroys the crystals forming the sintered body, and the properties tend to deteriorate as the average particle size of the pulverized powder becomes smaller. The MnZn-based ferrite powder preferably has a particle size distribution in which the integrated amount (%) of particles having a particle size of 1 μm is 15% or less. It is more preferably 10% or less, and may be 0% by classification. Since the average crystal grain size of this MnZn ferrite is about 2 to 5 μm, those of 1 μm or less have a low contribution to the properties, and the smaller the content, the better.
Moreover, it is conceivable that this MnZn-based ferrite powder is mixed with a resin or the like and molded into a magnetic core or the like for use. At this time, if the particle size is large, uniform kneading and packing density cannot be improved. Therefore, the average particle diameter D50 is preferably 100 μm or less. The MnZn-based ferrite powder of the present embodiment preferably has an average particle diameter D50 of 1 μm or more, more preferably 5 μm or more, and still more preferably 10 μm or more.
Also, it is preferably 100 μm or less, more preferably 90 μm or less, and even more preferably 80 μm or less.

表1に示す組成となるようにMnZn系フェライトの原料粉末を準備した。主成分の原料には、Fe、Mn(MnO換算)及びZnOを用い、これらを湿式混合した後乾燥させ、900℃で1.5時間仮焼成した。次いで、ボールミルに仮焼成粉100質量部に対して、Co、SiO、CaCO、V、Ta及びNbを表1に示すように加えて、平均粉砕粒径(空気透過法)が0.8~1.0μmとなるまで粉砕・混合した。得られた混合物にバインダとしてポリビニルアルコールを加え、スプレードライヤーにて顆粒化した後、196MPaで加圧成形して平板状の成形体(100mm×100mm×3mm)を得た。得られた成形体を雰囲気調整が可能な電気焼結炉にて焼結して、平板状の焼結体を得た。その平均結晶粒径は3μmであった。 Raw material powders of MnZn ferrite having the compositions shown in Table 1 were prepared. Fe 2 O 3 , Mn 3 O 4 (in terms of MnO), and ZnO were used as raw materials for the main components, which were wet-mixed, dried, and calcined at 900° C. for 1.5 hours. Next, Co 3 O 4 , SiO 2 , CaCO 3 , V 2 O 5 , Ta 2 O 5 and Nb 2 O 5 are added as shown in Table 1 to 100 parts by mass of the calcined powder in a ball mill, and the average The powder was pulverized and mixed until the pulverized particle size (by air permeation method) reached 0.8 to 1.0 μm. Polyvinyl alcohol was added as a binder to the obtained mixture, and the mixture was granulated with a spray dryer, and then pressure-molded at 196 MPa to obtain a flat molded body (100 mm×100 mm×3 mm). The resulting molded body was sintered in an electric sintering furnace capable of adjusting the atmosphere to obtain a flat sintered body. The average grain size was 3 μm.

Figure 2023095907000002
Figure 2023095907000002

焼結は、室温から750℃に至る間の昇温工程においては大気中で行い、750℃にてNガスでの置換を開始して酸素濃度を徐々に低下させ900℃で酸素濃度を0.65体積%にし、1115℃に設定された高温保持工程の温度まで、昇温速度130℃/時間で昇温した。高温保持工程では酸素濃度を0.65体積%とし、4時間保持した。降温工程では、1000℃から850℃まで酸素濃度を徐々に低下させ、1000℃で0.65体積%、900℃で0.05体積%、850℃以下で0.005体積%となるように調整した。降温工程では150℃/時間の降温速度で100℃まで降温した後、電気焼結炉から平板状の焼結体を取り出した。なお酸素濃度はジルコニア式酸素分析装置で測定し、温度は焼結炉に設けられた熱電対にて測温した。 Sintering is carried out in the atmosphere during the temperature rising process from room temperature to 750 ° C. At 750 ° C., replacement with N 2 gas is started to gradually decrease the oxygen concentration, and at 900 ° C., the oxygen concentration is reduced to 0. 0.65% by volume, and the temperature was raised at a heating rate of 130°C/hour to the temperature of the high temperature holding step, which was set at 1115°C. In the high temperature holding step, the oxygen concentration was set to 0.65% by volume and held for 4 hours. In the temperature lowering step, the oxygen concentration is gradually lowered from 1000°C to 850°C, adjusted to 0.65% by volume at 1000°C, 0.05% by volume at 900°C, and 0.005% by volume at 850°C or lower. bottom. In the temperature lowering step, the temperature was lowered to 100° C. at a temperature lowering rate of 150° C./hour, and then the flat sintered body was taken out from the electric sintering furnace. The oxygen concentration was measured with a zirconia oxygen analyzer, and the temperature was measured with a thermocouple provided in the sintering furnace.

(キュリー温度)
フェライト(丸善株式会社、昭和61年11月30日発行、第6刷、79頁)に記載の式:
Tc=12.8×[y-(2/3)×z]-358(℃)、[ただし、y及びzはそれぞれFe及びZnOのモル%である。]
により計算で求めた。実施例のキュリー温度は270℃であった。
(Curie temperature)
Formula described in Ferrite (Maruzen Co., Ltd., November 30, 1986, 6th edition, page 79):
Tc = 12.8 x [y - (2/3) x z] - 358 (°C), where y and z are mole percent of Fe 2 O 3 and ZnO, respectively. ]
calculated by The Curie temperature of the example was 270°C.

平板状の焼結体に対して、以下のように熱処理を行なった。図1に実施例の熱処理工程の温度条件を示す。熱処理は、室温から1.5時間で昇温させ、250℃に到達後1時間その温度で保持して、炉内の温度を安定させた後、150℃まで5℃/時間の降温速度で降温を行い、150℃未満の温度になった後、炉内に外気を導入して試料を冷却して行った。熱処理は大気中で行なった。 The plate-like sintered body was heat-treated as follows. FIG. 1 shows the temperature conditions of the heat treatment process of the example. The heat treatment is performed by raising the temperature from room temperature for 1.5 hours, maintaining the temperature for 1 hour after reaching 250 ° C., stabilizing the temperature in the furnace, and then dropping the temperature to 150 ° C. at a rate of 5 ° C./hour. After reaching a temperature of less than 150° C., outside air was introduced into the furnace to cool the sample. Heat treatment was performed in air.

熱処理工程後の平板状の焼結体を連続式ジョークラッシャーである前川工業所製ファインジョークラッシャー(登録商標)SC-1007を用い、出口間隔20mmにて粗粉砕した。次いで粗粉砕粉を、振動篩機を用いて分級した。ここで、目開き1.4mmの篩を用い、その篩を通過した粗粉砕粉を微粉砕した。 The plate-shaped sintered body after the heat treatment step was coarsely pulverized using a fine jaw crusher (registered trademark) SC-1007 manufactured by Mayekawa Kogyo Co., Ltd., which is a continuous jaw crusher, at an outlet interval of 20 mm. The coarsely ground powder was then classified using a vibrating sieve. Here, using a sieve with an opening of 1.4 mm, the coarsely pulverized powder passed through the sieve was pulverized.

微粉砕は、振動ミルを用いた。本実施形態では鉄製の球状メディアでバッチ式の振動ミルを用い15分の粉砕時間で実施し微粉砕粉を得た。
次いで微粉砕粉を、振動篩機を用いて分級した。ここで、目開き198μmの篩を用い、その篩を通過した微粉砕粉をMnZn系フェライト粉とした。このMnZn系フェライト粉に対し、平板状の焼結体に行った熱処理と同じ熱処理を行うこともできる。
A vibrating mill was used for fine grinding. In this embodiment, a finely pulverized powder was obtained by using a batch-type vibration mill with iron spherical media and performing pulverization for 15 minutes.
The finely ground powder was then classified using a vibrating screener. Here, a sieve with an opening of 198 μm was used, and the finely pulverized powder passed through the sieve was used as MnZn ferrite powder. The same heat treatment as that applied to the flat plate-shaped sintered body can also be applied to this MnZn-based ferrite powder.

得られたMnZn系フェライト粉の粒度分布を図2に示す。図2は粒径(粒子径)(μm)を横軸とし、頻度(%)と通過分積算(%)とを縦軸として、粒度分布を示している。なお、縦軸は体積%である。この粒度分布は、レーザー回折散乱式粒度分布測定法にて堀場製LA-920を用い測定した。測定条件は以下の通りである。
<透過率>
・「最適レンジ上限」 95% 、「最適レンジ下限」 70%
<試料調整>
・「循環速度」 15(装置レンジ)
・「超音波作動時間」 3分
・「超音波強度」 7(装置レンジ)
<測定条件設定>
・「データ読み込み回数」 10 回
・「測定中超音波動作」 する
<表示条件設定>
・「分布形状」 標準
・「反復回数」 30 回
・「相対屈折率」 2.50-4.00i
・「粒子系基準」 体積
このMnZn系フェライト粉は、平均粒径D50(メジアン径)が5.1μmであった。また、粒径1μmの通過分積算(%)は、約10%であった。
また、このMnZn系フェライト粉の電子顕微鏡写真を図3に示す。得られたMnZn系フェライト粉は、粒内破壊、粒界破壊の両方の破壊モードが混在した表面を有している。
FIG. 2 shows the particle size distribution of the obtained MnZn ferrite powder. FIG. 2 shows the particle size distribution, with the horizontal axis representing the particle diameter (particle diameter) (μm) and the vertical axis representing the frequency (%) and the passing amount accumulated (%). The vertical axis is volume %. The particle size distribution was measured using LA-920 manufactured by Horiba by a laser diffraction scattering type particle size distribution measurement method. The measurement conditions are as follows.
<Transmittance>
・"Optimal range upper limit" 95%, "Optimal range lower limit" 70%
<Sample preparation>
・"Circulation speed" 15 (equipment range)
・"Ultrasonic operation time" 3 minutes ・"Ultrasonic intensity" 7 (equipment range)
<Measurement condition setting>
・"Number of data reading" 10 times ・"Ultrasonic operation during measurement" Yes <Display condition setting>
・"Distribution shape" standard ・"Number of repetitions" 30 times ・"Relative refractive index" 2.50-4.00i
- "Particle system standard" Volume This MnZn ferrite powder had an average particle diameter D50 (median diameter) of 5.1 µm. Further, the cumulative passing amount (%) of particles having a particle size of 1 μm was about 10%.
An electron microscope photograph of this MnZn-based ferrite powder is shown in FIG. The obtained MnZn-based ferrite powder has a surface in which fracture modes of both intragranular fracture and intergranular fracture are mixed.

本実施例により、平均粒径D50が100μm以下のMnZn系フェライト粉が得られた。本MnZn系フェライトは1~5MHzの高周波数領域において、有用な材料であり、本MnZn系フェライト粉を用いた部品等の低損失化に有用なものとなる。 According to this example, an MnZn-based ferrite powder having an average particle size D50 of 100 μm or less was obtained. The present MnZn ferrite is a useful material in a high frequency range of 1 to 5 MHz, and is useful for reducing the loss of parts using the present MnZn ferrite powder.

本発明のMnZn系フェライト粉は、1~5MHzの高周波数領域において使用される電子部品等に用いられる磁性体として、有用な材料となり得る。このMnZn系フェライト粉は、樹脂等と混ぜられて、必要とされる形態に成形されて、磁心等として機能させることができる。このMnZn系フェライトは、1~5MHzの高周波数領域において優れた磁気特性を発揮するものであり、このMnZn系フェライト粉を用いた部品等の低損失化に寄与することが期待できる。


The MnZn-based ferrite powder of the present invention can be a useful material as a magnetic material used in electronic parts and the like used in the high frequency range of 1 to 5 MHz. This MnZn-based ferrite powder can be mixed with resin or the like, molded into a required shape, and functioned as a magnetic core or the like. This MnZn-based ferrite exhibits excellent magnetic properties in a high frequency range of 1 to 5 MHz, and is expected to contribute to the reduction of losses in components using this MnZn-based ferrite powder.


Claims (6)

Fe換算で53~56モル%のFe、ZnO換算で3~9モル%のZn及びMnO換算で残部Mnを主成分として含み、前記酸化物換算での前記主成分の合計100質量部に対して、Co換算で0.05~0.4質量部のCoを副成分として含むMnZn系フェライト粉。 53 to 56 mol% of Fe in terms of Fe 2 O 3 , 3 to 9 mol% of Zn in terms of ZnO, and the balance Mn in terms of MnO as main components, and the total of the main components in terms of oxides is 100 parts by mass. In contrast, MnZn ferrite powder containing 0.05 to 0.4 parts by mass of Co as an auxiliary component in terms of Co 3 O 4 . 粒内破壊、粒界破壊の両方の破壊モードが混在した表面を有する、請求項1に記載のMnZn系フェライト粉。 2. The MnZn-based ferrite powder according to claim 1, having a surface in which both intragranular and intergranular fracture modes are mixed. 熱処理した焼結体を粗粉砕して、微粉砕して目開き190μmの篩を通過している、請求項1に記載のMnZn系フェライト粉。 2. The MnZn-based ferrite powder according to claim 1, wherein the heat-treated sintered body is coarsely pulverized, finely pulverized, and passed through a sieve with an opening of 190 μm. 前記MnZn系フェライト粉は、レーザー回折散乱式粒度分布測定法により得られる体積基準粒度分布において、粒径1μmの小粒径側からの通過分積算(%)が15%以下となる粒度分布を備える、請求項1~3のいずれかに記載のMnZn系フェライト粉。 The MnZn-based ferrite powder has a volume-based particle size distribution obtained by a laser diffraction/scattering particle size distribution measurement method, and has a particle size distribution in which the cumulative passing amount (%) from the small particle size side with a particle size of 1 μm is 15% or less. The MnZn-based ferrite powder according to any one of claims 1 to 3. 前記MnZn系フェライト粉は、平均粒径D50が100μm以下である、請求項1~3のいずれかに記載のMnZn系フェライト粉。 The MnZn-based ferrite powder according to any one of claims 1 to 3, wherein the MnZn-based ferrite powder has an average particle diameter D50 of 100 µm or less. 前記MnZn系フェライト粉は、前記酸化物換算での前記主成分の合計100質量部に対して、副成分として更に、SiO換算で0.003~0.015質量部のSi、CaCO換算で0.06~0.3質量部のCa、V換算で0~0.1質量部のV、並びに合計で0~0.3質量部のNb(Nb換算)及び/又はTa(Ta換算)を含む、請求項1~3のいずれかに記載のMnZn系フェライト粉。


The MnZn-based ferrite powder contains 0.003 to 0.015 parts by mass of Si in terms of SiO2 and CaCO3 in terms of 0.06 to 0.3 parts by weight of Ca, 0 to 0.1 parts by weight of V calculated as V 2 O 5 and a total of 0 to 0.3 parts by weight of Nb (as calculated as Nb 2 O 5 ) and/or The MnZn-based ferrite powder according to any one of claims 1 to 3, containing Ta (in terms of Ta 2 O 5 ).


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