JP5721667B2 - フェライト焼結体およびそれを用いたフェライトコアならびにフェライトコイル - Google Patents

Description

本発明はフェライト焼結体に関し、特に、表面抵抗が高く、コア損失が低いフェライト焼結体に関する。また、同時に高い透磁率（μ）、高い飽和磁束密度（Ｂｓ）を有するフェライト焼結体、また、これらのフェライト焼結体を用いたフェライトコアおよびフェライトコイルに関する。

フェライト焼結体は、電源周りに使用されるインダクターに搭載されるフェライトコアなどに用いられ、高透磁率、高飽和磁束密度、高電気抵抗、低コア損失であることが求められている。

特許文献１には、高飽和磁束密度フェライト材料においては、主成分としてＦｅ_２Ｏ_３を５４〜７５ｍｏｌ％、ＺｎＯを１０〜３０ｍｏｌ％、ＮｉＯを１０〜２５ｍｏｌ％、ＣｕＯを３〜１０ｍｏｌ％含有し、さらにこの主成分１００重量部に対してＢｉ_２Ｏ_３を０．１〜５重量部、ＭｏＯ_３を０．１〜５重量部含有するフェライト焼結体が開示されている。

また、特許文献２には、Ｆｅ_２Ｏ_３を４８〜５０ｍｏｌ％、ＣｕＯを１〜５ｍｏｌ％、ＭｎＯを０．１〜１ｍｏｌ％を含有し、残部をなすＺｎＯ／ＮｉＯのｍｏｌ比が１〜１．６である主成分１００重量部に対し、さらに副成分としてＭｇＯを０．０１〜０．２重量部、ＳｉＯ_２を０．０５〜０．５重量部、Ａｌ_２Ｏ_３を０．０５〜０．５重量部、Ｃｒ_２Ｏ_３を０．０１〜０．２重量部含有するフェライト焼結体が開示されている。

また、特許文献３には、Ｆｅを主成分とし、Ｚｎ、ＮｉまたはＣｕのうち少なくとも１種以上を含むスピネル構造の酸化物を主体とし、Ｚｎ、ＮｉまたはＣｕのうち少なくとも１種を主成分とする酸化物の含有量を０．０１体積％未満としたフェライト焼結体が開示されている。

このようなフェライト焼結体を得るため、特許文献１のフェライト焼結体は９５０〜１２５０℃、特許文献２、３のフェライト焼結体は９５０〜１４００℃で各々焼成し作製されている。

また、特許文献１〜３には焼成温度以外の焼成条件は開示されていないものの、フェライト焼結体は、一般に成形体を板状の焼成治具上に載置し、成形体の周囲の空気の流れを遮蔽する遮蔽材を成形体の周囲に配置せずに、焼成炉内に空気を流しながら焼成されている。

特開平１０−４５４１５号公報 特開２００１−１５１５６４号公報 特開２００２−１８７７６９号公報

特許文献１のフェライト焼結体は、飽和磁束密度が高いものの、表面抵抗値が低く、コ
ア損失が高いという問題があった。特許文献２によれば、飽和磁束密度Ｂｓ≧４００ｍＴ、透磁率μ≧５００、体積固有抵抗値≧１００ＭΩ・ｃｍの特性を達成している。しかし、特許文献２のフェライト焼結体は、焼結体表面近傍に存在するＺｎの濃度を制御していないので表面抵抗が低く、コア損失が高いという問題があった。

特許文献３のフェライト焼結体は、飽和磁束密度と透磁率が高いものの、表面抵抗が低く、コア損失が高いという問題があった。

このような特許文献１〜３のフェライト焼結体における問題は、焼結体表面近傍のＺｎの濃度が内部に比べて低すぎたり、高すぎたりするため起こっていた。

これら特許文献１〜３のフェライト焼結体は、焼成の効率を向上させるため、焼成炉内に体積１ｍ^３当たり１ｍ^３／分を超える空気を大気圧下で焼成炉内に流しており、空気の流速が大きくなる。このため成形体の表面から焼成中に多量のＺｎが蒸発し、得られたフェライト焼結体の表面部のＺｎ濃度が内部よりも非常に低くなり、焼結体内部のＺｎ濃度を１としたとき、表面近傍のＺｎ濃度が０．５以下となり、内部と表面とでＺｎ濃度に大きな差が生じていた。

また、この表面におけるＺｎ濃度の低下を回避するためには、成形体をＺｎを多く含む粉の中に埋設しながら焼成することが必要であった。しかし、Ｚｎを多く含む粉に埋設しながら焼成すると、得られるフェライト焼結体表面のＺｎ濃度が内部よりも非常に高くなり、焼結体内部のＺｎ濃度を１としたとき、表面近傍のＺｎ濃度が１．５以上となり、内部と表面とでＺｎ濃度に大きな差が生じていた。

そこで本発明は、フェライト焼結体のＺｎ濃度を制御することによって、電気的抵抗が高く、コア損失が低いフェライト焼結体を提供することを目的とする。さらに、高い透磁率、高い飽和磁束密度を有するフェライト焼結体を提供することを目的とする。また、本発明のフェライト焼結体を用いたフェライトコアを提供することを目的とする。

本発明のフェライト焼結体は、金属元素として少なくともＦｅ、Ｚｎ、ＮｉおよびＭ
ｎを含有する酸化物からなるフェライト焼結体であって、ＺｎをＺｎＯ換算で２５ｍｏｌ％〜５０ｍｏｌ％含有するＺｎＯと、残部がＮｉＯとの混合粉末中に埋設して焼成され、ＦｅをＦｅ_２Ｏ_３換算で４２〜５０ｍｏｌ％、ＺｎをＺｎＯ換算で２０〜３０ｍｏｌ％、ＮｉをＮｉＯ換算で２０〜３０ｍｏｌ％、ＭｎをＭｎＯ換算で０．０１〜０．５ｍｏｌ％含有し、焼結体の内部のＺｎ濃度を１としたとき、表面近傍のＺｎ濃度が０．８〜１．２であることを特徴とする。

また、好ましくは、ＣｕをＣｕＯ換算で８ｍｏｌ％以下（０を含まず）含有することを特徴とする。

さらに、好ましくは、ＺｒをＺｒＯ_２換算で０．１質量部以下（０を含まず）含有することを特徴とする。

さらにまた、好ましくは、ＹをＹ_２Ｏ_３換算で０．１質量部以下（０を含まず）含有することを特徴とする。

またさらに、好ましくは、平均結晶粒径が１〜３０μｍ、焼結密度が５．０ｇ／ｃｍ^３以上であることを特徴とする。

また、好ましくは、表面抵抗が１０^９Ω以上であることを特徴とする。

さらに、好ましくは、体積固有抵抗が１０^９Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする。

さらに、本発明のフェライトコアは、上記フェライト焼結体を所定形状に形成してなることを特徴とする。

またさらに、本発明のフェライトコイルは、上記フェライトコアに導線を巻回したことを特徴とする。

本発明のフェライト焼結体は、金属元素として少なくともＦｅ、Ｚｎ、ＮｉおよびＭｎを含有する酸化物からなるフェライト焼結体であって、ＺｎをＺｎＯ換算で２５ｍｏｌ％〜５０ｍｏｌ％含有するＺｎＯと、残部がＮｉＯとの混合粉末中に埋設して焼成され、ＦｅをＦｅ_２Ｏ_３換算で４２〜５０ｍｏｌ％、ＺｎをＺｎＯ換算で２０〜３０ｍｏｌ％、ＮｉをＮｉＯ換算で２０〜３０ｍｏｌ％、ＭｎをＭｎＯ換算で０．０１〜０．５ｍｏｌ％含有し、焼結体の内部のＺｎ濃度を１としたとき、表面近傍のＺｎ濃度が０．８〜１．２であることから、フェライト焼結体の表面抵抗値を高くし、且つコア損失を低くすることができる。

また、ＣｕをＣｕＯ換算で８ｍｏｌ％以下含有することから、フェライト焼結体内部のＺｎ濃度を１としたとき、上記表面近傍のＺｎ濃度を０．８５〜１．１５に制御することができる。また、フェライト焼結体の表面抵抗値をばらつき高く保持し、１２０℃以上でのコア損失を低く保持したまま、透磁率と飽和磁束密度をさらに向上させることができる。

さらに、ＺｒをＺｒＯ_２換算で０．１重量部以下含有することから、表面抵抗値を高く保持したまま、透磁率と飽和磁束密度を特に向上させることができる。

またさらに、ＹをＹ_２Ｏ_３換算で０．１質量部以下含有することから、透磁率と飽和磁束密度を特に向上させることができる。

さらにまた、平均結晶粒径が１〜３０μｍ、焼結密度が５．０ｇ／ｃｍ^３以上であることから、表面抵抗値と体積固有抵抗値を高く保持したまま、透磁率、飽和磁束密度を向上させることができる。

また、表面抵抗が１０^９Ω以上であることから、フェライト焼結体を用いたフェライトコアに導線を巻回してトランスコイル、チョークコイル、チップインダクター、ＲＦＩＤ用コイルとした場合、導線とフェライトコア間で電流のショートが生じにくいため、コイルの電気的安定性に優れたものとなる。

さらに、体積固有抵抗が１０^９Ω・ｃｍ以上であることから、フェライト焼結体を用いたフェライトコアに導線を巻回してトランスコイル、チョークコイル、チップインダクター、ＲＦＩＤ用コイルとした場合、コア損失が低いため、高い電気的効率、低発熱性を有するものとなる。

さらに、本発明のフェライトコアおよびフェライトコイルによれば、トランスコイル、チョークコイル、チップインダクター、ＲＦＩＤ用コイル等に充分適用することができる。

（ａ）は本発明のフェライト焼結体の製造方法の一例を示す斜視図、（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である。 （ａ）は本発明のフェライト焼結体の製造方法の一例を示す斜視図、（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’線における断面図である。 （ａ）、（ｂ）は本発明のフェライトコアを示す図である。 本発明のフェライトコアの特性を測定する方法を示す図である。

次いで、本発明の実施形態を詳細に説明する。

本発明のフェライト焼結体は、金属元素として少なくともＦｅおよびＺｎと、ＮｉおよびＭｎを含有する酸化物からなるフェライト焼結体であって、ＦｅをＦｅ_２Ｏ_３換算で４２〜５０ｍｏｌ％、ＺｎをＺｎＯ換算で１５〜３５ｍｏｌ％、ＮｉをＮｉＯ換算で１０〜３０ｍｏｌ％、ＭｎをＭｎＯ換算で０．０１〜０．５ｍｏｌ％含有し、該焼結体内部のＺｎ濃度を１としたとき、表面近傍のＺｎ濃度が０．８〜１．２であるものである。

これにより、フェライト焼結体の表面抵抗値を高くし、且つ１２０℃のコア損失を低くすることができる。この理由は次のように考えられる。

上記ＦｅをＦｅ_２Ｏ_３換算で４２〜５０ｍｏｌ％、ＺｎをＺｎＯ換算で１５〜３５ｍｏｌ％含有するのは、これ以外の範囲では、焼結体内部のＺｎ濃度を１としたとき、上記表面近傍のＺｎ濃度が０．８〜１．２の範囲外となるおそれがあるからである。また、Ｆｅの含有量がＦｅ_２Ｏ_３換算で４２ｍｏｌ％未満の場合はコア損失が大きくなり、透磁率、飽和磁束密度が低下し、５０ｍｏｌ％を超えると焼結体表面近傍でＦｅ^２＋が多く生成して体積固有抵抗などの電気的抵抗が低下する。さらに、ＦｅはＦｅ_２Ｏ_３換算で４７〜５０ｍｏｌ％含有することがより好ましい。

また、Ｚｎの含有量がＺｎＯ換算で１５ｍｏｌ％未満の場合はコア損失が大きくなり、透磁率が低下し、３５ｍｏｌ％を超えるとコア損失が大きくなり、飽和磁束密度が低下する。

上記表面近傍のＺｎ濃度の下限を０．８とする理由について説明する。

上記表面近傍のＺｎ濃度が０．８未満であると、焼結体表面近傍のＦｅ^３＋の多くがＦｅ^２＋に変化し同時に多量のホールが生成し、その結果、このホールがキャリアとなって上記表面抵抗値が低下するからである。焼結体表面近傍のＦｅ^３＋の多くがＦｅ^２＋に変化するのは、上記フェライト焼結体を焼成する過程における焼成雰囲気中のＺｎ濃度が低いと、焼結体表面近傍のＺｎ成分が昇華して表面近傍のＺｎ含有割合が低下し、これによってＦｅの焼結体表面近傍での含有割合が内部よりも多くなり、表面近傍に存在するＦｅ^３＋と結合している酸素の一部が解離するためである。

次に、焼結体表面のＺｎ濃度の上限を１．２とする理由について説明する。上記表面近傍のＺｎ濃度が１．２よりも大きいと、焼結体内部のＦｅ^３＋の多くがＦｅ^２＋に変化し同時に多量のホールが生成し、その結果、このホールがキャリアとなって焼結体表面を含む焼結体全体の電気抵抗が低下するからである。焼結体内部のＦｅ^３＋の多くがＦｅ^２＋に変化するのは、上記フェライト焼結体を焼成する過程における焼成雰囲気中のＺｎ濃度が高いと、焼結体内部のＺｎが表面近傍へ移動して表面近傍のＺｎ濃度が増加し、これによってＦｅの焼結体内部での含有割合が表面よりも多くなり、焼結体内部に存在するＦｅ^３＋と結合している酸素の一部が解離するためである。焼結体の電気抵抗が低下すると、焼結体の磁気損失が増加するので、この焼結体を用いたフェライトコアのコア損失が大きくなる。

また、さらに表面抵抗値を高くし、コア損失を低くするためには、焼結体内部のＺｎ濃
度を１としたとき、上記表面近傍のＺｎ濃度を０．８５〜１．１５とすることがより好ましい。

なお、本発明のフェライト焼結体の内部と表面近傍のＺｎ濃度は以下の通り測定する。例えば、フェライト焼結体を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察しながら、波長分散型Ｘ線マイクロアナライザー（ＷＤＳ）により焼結体内部と焼結体表面近傍のＺｎ元素分布を測定する。

この時の測定条件は、加速電圧１５ｋＶ程度、プローブ電流２×１０^−７Ａ程度、分析エリア１０^３μｍ^２〜１０^８μｍ^２程度とする。また、あらかじめＺｎ濃度の異なる分析用試料を用いて検量線を作成しておき、測定結果と検量線から算出する検量線法を用いて焼結体表面と内部のＺｎ濃度を算出する。さらに、その他の方法としては、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察しながら、エネルギー分散型X線マイクロアナライザー（ＥＤＳ）
により測定する方法や、原子間力顕微鏡を用いた測定方法によりＺｎ濃度を測定することができる。また、焼結体表面近傍とは、焼結体表面から内部方向への深さが０．１ｍｍまでの範囲を指し、焼結体内部とは表面から深さ０．１ｍｍを越えた内部の範囲であり、また、焼結体および内部のＺｎ濃度の測定は、内部および表面の各々について少なくとも５箇所以上のＺｎ濃度を測定し、得られたＺｎ濃度を平均して求める。

また、上述のように焼結体の内部と表面近傍でのＺｎ濃度を近似させるためには、後述するように焼成工程における雰囲気を調整することで得ることができる。

また、上記フェライト焼結体は、ＮｉおよびＭｎをそれぞれＮｉＯ換算で１０〜３０ｍｏｌ％、ＭｎＯ換算で０．０１〜０．５ｍｏｌ％含有する。

これにより、フェライト焼結体内部のＺｎ濃度を１としたとき、表面近傍のＺｎ濃度を０．８５〜１．１５に制御することができる。この理由は、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｍｎをこれらの範囲とすることによって焼成中に結晶構造の規則化が促進され、上記表面のＺｎ濃度のばらつきを抑制することができるからである。

詳細には、ＮｉをＮｉＯ換算で１０〜３０ｍｏｌ％含有することによって透磁率と飽和磁束密度を著しく向上させることができる。ＮｉがＮｉＯ換算で１０ｍｏｌ％未満の場合は飽和磁束密度を著しく向上させることができず、３０ｍｏｌ％を超えると透磁率を著しく向上させることができない。ＭｎをＭｎＯ換算で０．０１〜０．５ｍｏｌ％含有すると、透磁率を高く保持したままは、さらに飽和磁束密度を高くすることができる。Ｍｎ含有量がＭｎＯ換算で０．０１％未満または、０．５ｍｏｌ％を超える場合は、透磁率と飽和磁束密度を著しく向上させることができない。

また、ＮｉをＮｉＯ換算で１３〜２５ｍｏｌ％、ＭｎをＭｎＯ換算で０．１〜０．３ｍｏｌ％含有することがより好ましい。これによって、内部のＺｎ濃度に対する表面のＺｎ濃度を０．９〜１．１とすることができる。

さらに、Ｆｅ、Ｚｎ、Ｎｉ、ＭｎをそれぞれＦｅ_２Ｏ_３換算で４９〜５０ｍｏｌ％、ＺｎＯ換算で２０〜３０ｍｏｌ％、ＮｉＯ換算で２０〜３０ｍｏｌ％、ＭｎＯ換算０．０１〜０．２ｍｏｌ％とすることにより、表面抵抗を高くし、コア損失を低くすることができる。

また、ＣｕをＣｕＯ換算で８ｍｏｌ％以下含有すると透磁率と飽和磁束密度を著しく向上させることができる。透磁率と飽和磁束密度を著しく向上させるためには、Ｃｕの含有量の下限値をＣｕＯ換算で０．１ｍｏｌ％とすることが好ましい。Ｃｕの含有量がＣｕＯ
換算で８ｍｏｌ％を超えると透磁率と飽和磁束密度を著しく向上させることができない。また、ＣｕをＣｕＯ換算で２〜６ｍｏｌ％とすることが好ましい。これによって、内部のＺｎ濃度に対する表面のＺｎ濃度を０．９〜１．１とすることができる。さらに、ＣｕをＣｕＯ換算で５ｍｏｌ％以下（０を含まず）とすることが好ましい。これにより、表面抵抗を高くし、コア損失を低くすることができる。

また、ＺｒをＺｒＯ_２換算で０．１質量部以下（０を含まず）含有させることによって、高い透磁率を保持したまま、飽和磁束密度を特に向上させることができる。Ｚｒの含有量がＺｒＯ_２換算で０．１質量部を超えると、高い透磁率を維持したまま飽和磁束密度を著しく向上させることができない。

さらに、高い飽和磁束密度を実現するためには、Ｚｒの含有量がＺｒＯ_２換算で０．００１〜０．０１質量部とすることがより好ましい。

また、ＹをＹ_２Ｏ_３換算で０．１質量部以下（０を含まず）含有させることによって、高い透磁率を保持したまま、さらに飽和磁束密度を特に向上させることができる。Ｙの含有量がＹ_２Ｏ_３換算で０．１質量部を超えると、高い透磁率を維持したまま飽和磁束密度を著しく向上させることができない。

さらに、高い飽和磁束密度を実現するには、Ｙの含有量をＹ_２Ｏ_３換算で０．００１〜０．０１質量部とすることがより好ましい。

なお、本発明のフェライト焼結体は、さらにＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｋ_２Ｏ、Ｃｒ_２Ｏ_３、Ｐ_２Ｏ_５、ＷＯ_３、ＰｂＯの少なくとも１種を０．０５質量部未満含んでもよい。

また、本発明のフェライト焼結体は、平均結晶粒径が１〜３０μｍ、焼結密度が５．０ｇ／ｃｍ^３以上とすることが好ましく、透磁率、飽和磁束密度を向上させることができる。平均結晶粒径が１μｍ未満の場合は透磁率を特に向上させることができず、３０μｍよりも大きいと透磁率と飽和磁束密度を著しく向上させることができない。さらに、より高い透磁率と高い飽和磁束密度を実現するためには、平均結晶粒径を３〜１０μｍ、焼結密度を５．２ｇ／ｃｍ^３以上とすることがより好ましい。

なお、上記平均結晶粒径は種々の方法で表面をエッチング加工した焼結体のＳＥＭ写真を撮り、各結晶に接する内接円と外接円の直径の平均値により求める。また、焼結密度はアルキメデス法により測定する。

また、表面抵抗が１０^９Ω以上であることが好ましく、このフェライト焼結体を所定形状に成してフェライトコアとすることによって、このフェライトコアに導線を巻回してトランスコイル、チョークコイル、チップインダクター、ＲＦＩＤ用コイルとした場合、導線とフェライト焼結体間で電流のショートが生じにくいため、フェライトコイルの電気的安定性に優れたものとなる。

さらに、体積固有抵抗が１０^９Ω・ｃｍ以上であることが好ましく、このフェライト焼結体を所定形状に成形してフェライトコアとすることによって、このフェライトコアに導線を巻回してトランスコイル、チョークコイル、チップインダクター、ＲＦＩＤ用コイルとした場合、コア損失が低いため、高い電気的効率、低発熱性を有するものとなる。

また、炭素含有量を１００ｐｐｍとすることにより、表面抵抗および体積固有抵抗をさらに大きくできるので好ましい。さらに、上記フェライト焼結体の気孔率を１％以下とす
ることで、表面抵抗および体積固有抵抗を特に大きくすることができる。

ここで、上述のようなフェライト焼結体の製造方法について説明する。

先ず、１次粉砕粉末工程として、Ｆｅの化合物およびＺｎの化合物からなる粉末と、ＮｉおよびＭｎの金属元素の化合物からなる出発原料粉末とを混合、粉砕して１次粉砕粉末を得る。ここで、出発原料粉末にＣｕの金属元素の化合物を含ませてもよい。

上記１次粉砕工程としては、例えば、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＮｉＯおよびＣｕＯの粉体の比表面積が２ｍ^２／ｇを超える原料粉体を所定量調合し、振動ミル、ボールミル、ビーズミル、ジェットミル等で混合粉砕を行うことで１次粉砕粉末を得る。この時、混合粉砕後の粉体の比表面積は２ｍ^２／ｇを超える粉体とする。

ここで、上記出発原料粉末の組成は、ＦｅおよびＺｎをそれぞれＦｅ_２Ｏ_３換算で４２〜５０ｍｏｌ％、ＺｎＯ換算で１５〜３５ｍｏｌ％含有し、さらにＮｉおよびＭｎならびにＣｕを含有する酸化物からなる粉末とする。そして、得られるフェライト焼結体がＦｅをＦｅ_２Ｏ_３換算で４２〜５０ｍｏｌ％、ＺｎをＺｎＯ換算で１５〜３５ｍｏｌ％含有する組成とする。

また、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｕの含有量が所定の範囲となるようＮｉＯ、ＭｎＯ_２、ＣｕＯの各粉末を上記出発原料粉末として用いる。

次いで、得られた１次粉砕粉末を仮焼して仮焼粉を得る仮焼工程、得られた仮焼粉を粉砕して２次粉砕粉末を得る２次粉砕工程を経る。

上記仮焼工程としては、例えば、得られた１次粉砕粉末を昇温速度２０００℃／時間以下で昇温し、７５０〜９５０℃で０．１〜５時間で保持、降温速度２０００℃／時間以下で降温する。

そして、２次粉砕工程として得られた仮焼粉にＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３を加え、振動ミル、ボールミル、ビーズミル、ジェットミル等で粉砕、造粒する。

また、ＺｒをＺｒＯ_２換算で０．１質量部以下（０を含まず）含有するフェライト焼結体とするためには、上記出発原料粉末としてＺｒをＺｒＯ_２換算で０．１質量部以下（０を含まず）となるようＺｒＯ_２粉末を用いるか、または仮焼工程の前にＺｒＯ_２粉末を添加する。なお、フェライト焼結体中に不純物としてＺｒが混入することもあるが、最終的に得られるフェライト焼結体中のＺｒ量がＺｒＯ_２換算で０．１質量部以下であればよい。

また、ＹをＹ_２Ｏ_３換算で０．１質量部以下（０を含まず）含有するフェライト焼結体とするためには、上記出発原料粉末としてＹをＹ_２Ｏ_３換算で０．１質量部以下（０を含まず）となるようＹ_２Ｏ_３粉末を用いるか、または仮焼工程の前にＹ_２Ｏ_３粉末を添加する。なお、フェライト焼結体中に不純物としてＹが混入することもあるが、最終的に得られるフェライト焼結体中のＹ量がＹ_２Ｏ_３換算で０．１質量部以下であればよい。

そして、得られた２次粉砕粉末をプレス成形等によって所定の形状に成形して成形体を得る成形工程を経る。

しかる後、成形体を焼成炉中で焼成して焼結体を得る焼成工程とからなり、例えば、焼成温度９５０〜１４００℃で０．１時間〜５時間保持することで焼結体を得る。

なお、ＺｒＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３は仮焼後に加えることに拘束されるのではなく、仮焼前に添加しても本発明のフェライト焼結体の特性に何ら影響しない。

ここで、本発明のフェライト焼結体を得るためには、上記焼成工程が下記の第１、第２の何れかの焼成方法を含むことが重要である。これによって得られるフェライト焼結体の内部と表面近傍でのＺｎ濃度比を０．８〜１．２とすることができ、表面抵抗値が高く、コア損失の小さいフェライト焼結体を製造することができる。

第１に、焼成雰囲気を酸素分圧０．０１ＭＰａ以上とし、焼成炉内の体積１ｍ^３当たり１ｍ^３／分以下の気体を流して焼成する方法とする。

焼成雰囲気中の酸素分圧を０．０１ＭＰａ以上とすることで、成形体の表面からのＺｎの蒸発を抑制し、焼結体内部と表面とのＺｎ濃度の差を小さく制御できるからである。さらに、焼成炉内の体積１ｍ^３当たり１ｍ^３／分以下（０を含まない）の気体、例えば酸素のみからなるガス、空気等の酸素と窒素の混合ガス、酸素とアルゴンの混合ガスのいずれかを流すことで、焼結体表面近傍のＺｎ濃度が平衡状態となり、焼結体内部のＺｎの濃度に対する表面のＺｎ濃度を０．８〜１．２に制御できる。

これは、焼成炉内の体積１ｍ^３当たり１ｍ^３／分を超える気流量中で成形体を焼成すると雰囲気中のＺｎ濃度が低くなり、成形体表面近傍のＺｎ成分の蒸発が促進され、焼結体内部のＺｎ濃度に対する焼結体表面近傍のＺｎ濃度が０．８未満となって、得られる焼結体の表面抵抗値が低下するおそれがある。

また、より高い表面抵抗値と低いコア損失を同時に実現するためには、焼成炉内を流れる気体の流量を体積１ｍ^３当たり１０^−５〜１０^−１ｍ^３／分とすることがより好ましい。また、製造コストを低くするためには焼成雰囲気を非加圧雰囲気（略大気圧）とすることが好ましい。

なお、上記焼成炉内を流れる気体の流量は、熱式流量計、超音波流量計等により測定する。

第２に、上記成形体の周囲に、融点が１６００℃以上の金属元素酸化物からなり、成形体の周囲に流れる気体を遮蔽する遮蔽材を配置して焼成する方法とする。

この遮蔽材としては、図１（ａ）に斜視図、図１（ｂ）に図１（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図を示すように、例えば、平板状の第１焼成用治具１２の主面上に複数の成形体１１を載置し、２枚の第１焼成用治具１２の２枚の主面同士を成形体１１の厚さ以上の間隔を空けて対向させ、さらにこの２枚の第１焼成用治具１２の間の周縁部の面積の少なくとも３０％以上を第２焼成用治具１３で覆うことにより、成形体１１周囲を流れる気体の流れを抑制する作用を有する第１および第２焼成用治具１２、１３を第１の遮蔽材１４とすることができる。

また、上記第１の遮蔽材１４は、アルミナ等の融点が１６００℃以上の金属元素酸化物からなり、フェライト焼結体の焼成温度よりも融点が充分高いため、得られるフェライト焼結体の焼結を阻害するガスが第１の遮蔽材１４から焼成雰囲気中に放出されない。このため、これらのガスが発生した場合に起こる、焼結体表面からのＺｎ濃度の蒸発、および焼結体内部からのＺｎの多量の拡散を抑制することができる。

さらに、この第１の遮蔽材１４を成形体の周囲に配置することにより、焼成炉内を流れ
る気体の流量の値に関係なく、成形体１１の周囲の雰囲気中のＺｎを含む気体の濃度を略一定に保つことができるので、焼結体内部のＺｎ濃度に対する焼結体表面近傍のＺｎ濃度を０．８〜１．２に制御することができる。その結果、表面抵抗が高く、コア損失が低いフェライト焼結体を製造することができる。

また、上記第１の遮蔽材１４の他の例として、図２（ａ）に斜視図、図２（ｂ）に図１（ａ）のＢ−Ｂ’線における断面図を示すように、上記１次粉砕粉末に含有するいずれかの金属元素からなる酸化物を主成分とし、ＺｎをＺｎＯ換算で５〜５０ｍｏｌ％含有する粉末（Ｐ）からなる第２の遮蔽材１５の両方を成形体１１の周囲に配置することによって、得られるフェライト焼結体内部のＺｎ濃度に対する焼結体表面近傍のＺｎ濃度の比を０．８５〜１．１５の範囲で制御することが可能となり、その結果、特に表面抵抗が高く、コア損失が低いフェライト焼結体を製造することができる。この理由は、焼成中に第２の遮蔽材１５からＺｎを含む気体が蒸発して、焼成雰囲気中に存在するＺｎを含む気体の濃度が変動しにくくなるからと考えられる。

ただし、上記第２の粉末（Ｐ）中のＺｎ含有量が５０ｍｏｌ％を超えると、粉末（Ｐ）から多量のＺｎが焼結体へ拡散、浸透して、得られる焼結体表面のＺｎ濃度が高くなりすぎ、内部のＺｎ濃度に対する表面のＺｎ濃度が１．２を超え、表面抵抗が低下したり、コア損失が大きくなったりする。

また、上記粉末Ｐを成形体１１へ接触させる配置とすることによって、焼結体内部のＺｎ濃度に対する表面の濃度を１〜１．２に制御することもできる。この理由は、焼結体表面からのＺｎの蒸発が抑制されるためと考えられる。

また、フェライト焼結体のＺｎ濃度に対する表面のＺｎ濃度を焼結体表面全体にわたってばらつきなくするためには、成形体１１全体を上記粉末Ｐからなる第２の遮蔽材１５に埋設することが好ましい。これによって、表面抵抗が特に大きなフェライト焼結体を得ることができる。

なお、フェライト焼結体の平均結晶粒径を１〜３０μｍ、焼結密度を５．０ｇ／ｃｍ^３以上とするには、上記１次粉砕粉末の比表面積を２ｍ^２／ｇよりも大きくし、２次粉砕粉末の平均粒径を０．４〜１．５μｍとする製造方法とする。この製造方法によって、得られるフェライト焼結体の緻密化が促進されると共に、平均結晶粒径を上記範囲とすることができる。また、表面抵抗を１０^９Ω以上とするためには、上記仮焼工程における温度を８００℃以上とする。この範囲とする理由は、仮焼温度を８００℃以上とすることによって、仮焼工程での合成が充分行われるため、焼成中のＺｎの蒸発をさらに抑制することができるからである。

さらに、体積固有抵抗を１０^９Ω・ｃｍ以上とするには、上記成形体の相対密度を少なくとも４０％以上とし、仮焼温度を８５０℃以上とする製造方法とする。この製造方法によって、上記仮焼工程での合成が充分行われるため、焼成中のＺｎの蒸発を特に抑制できるからである。

このようにして得られたフェライト焼結体は、フェライトコアおよびフェライトコアに導線を巻回してなるフェライトコイルとして好適に用いることができる。

図３（ａ）に示すようなリング状のトロイダルコア１、図３（ｂ）に示すようなボビン状コア２等の所定形状に形成することでフェライトコアを得ることができ、それぞれ巻き線部１ａ、２ａに導線を巻回すことによってフェライトコイルとすることができる。このフェライトコアに導線を巻回してトランスコイル、チョークコイル、チップインダクター
、ＲＦＩＤ用コイル等のフェライトコイルとした場合、導線とフェライトコア間で電流のショートが生じにくいため、フェライトコイルの電気的安定性に優れたものとなる。

本発明のフェライトコアは、透磁率が高く、飽和磁束密度が高く、表面抵抗が高く、１２０℃でのコア損失が低い。また、表面実装が可能となり、高効率で大電流が使用でき、インダクタンスを高くすることが可能となる。従って、このフェライトコアを高効率で大電流用途のインダクターとして用いることにより、さらに各種電子機器の小型化に貢献することができる。

そして、このフェライトコアに導線を巻き回したフェライトコイルは、導線とフェライトコア間で電流がショートせず、巻線数を少なくでき、高電流を流せ、しかも発熱しにくいため、電源周りに使用されるインダクター全般、特に５００ｍＡ以上の高電流が流れる回路を使用するインダクターに好適に用いることができる。

ここで本発明のフェライト焼結体の実施例について説明する。

Ｆｅ_２Ｏ_３を４９．０ｍｏｌ％、ＺｎＯを２４ｍｏｌ％、ＮｉＯを２４ｍｏｌ％、ＣｕＯを２．７ｍｏｌ％、ＭｎＯを０．３ｍｏｌ％となるよう秤量し、振動ミルで混合粉砕を行って１次粉砕粉末を得た。

得られた１次粉砕粉末を昇温速度２０００℃／時間で昇温、７５０〜９５０℃で０．１〜５時間保持、降温速度２０００℃／時間で降温して仮焼した。

次いで、仮焼粉をボールミル等で粉砕、造粒し２次粉砕粉末を得た。

そして、この２次粉砕粉末を金型を用いて圧縮成形して図３に示すようトロイダルコア１の形状に成形した。

しかる後、得られた成形体を、表１に示す気体および酸素分圧下で、炉内の体積１ｍ^３当たりに炉内へ流す気体の流量を調整しながら、以下のような焼成方法により焼成した。

（第１の遮蔽材を用いた焼成方法）：図１に示すように、成形体１１を載置可能な板状のアルミナ製第１焼成用治具１２の２枚の主面同士を成形体１１の厚さ以上の間隔を空けて対向させ、さらにこの２枚の第１焼成用治具１２の間の周縁部の面積の５０％をアルミナからなるブロック製第２焼成用治具１３で覆った。

（第２の遮蔽材を用いた焼成方法）：図２に示すように、成形体１１の周囲にＺｎをＺｎＯ換算で２０ｍｏｌ％（試料Ｎｏ．１）または３０ｍｏｌ％（試料Ｎｏ．２）を含むＮｉＯ−ＺｎＯ混合粉末（第２の遮蔽材１５）を成形体１１の周囲に載置した。

（埋設焼成方法）：成形体１１をＺｎＯとＮｉＯの混合粉末中に埋設して焼成した。

そして、得られたフェライト焼結体の表面および内部のＺｎ濃度を次のように測定した。

各フェライト焼結体を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察しながら、波長分散型Ｘ線マイクロアナライザー（ＷＤＳ）により焼結体内部と焼結体表面近傍のＺｎ元素分布を測定する。この時の測定条件は、加速電圧１５ｋＶ程度、プローブ電流２×１０^−７Ａ程度、分析エリア１０^３〜１０^８μｍ^２程度とした。また、あらかじめＺｎ濃度の異なる分析用
試料を用いて検量線を作成しておき、測定結果と検量線から算出する検量線法を用いて焼結体表面と内部のＺｎ濃度を算出した。

また、得られたフェライト焼結体をトロイダルコア１とし、トロイダルコア１に、図４に示すように線径０．２ｍｍの被膜銅線を用いて一次側巻き線３を１０ターン、二次側巻き線４を１０ターン巻き付けて、一次側巻き線３に電源５を、二次側巻き線４に磁束計６をそれぞれ接続し、５０ｋＨｚ、１５０ｍＴの条件でコア損失を測定した。また、表面抵抗値はＪＩＳ Ｃ２１４１の規格に準拠して測定した。

結果を表１に示す。

表１に示すように、フェライト焼結体内部に対する表面近傍のＺｎ濃度比が０．８〜１．２である本発明の試料（Ｎｏ．１〜８）は、表面抵抗値が１０^９Ω以上、かつ１２０℃でのコア損失が３００ｋＷ／ｍ^３以下と優れた特性が得られた。なお、本発明の試料の平均結晶粒径は０．５μｍ以上、焼結密度は４．５ｇ／ｃｍ^３以上であった。

また、Ｚｎ濃度比が０．８〜１．２のフェライト焼結体は、焼成工程が酸素分圧０．０１ＭＰａ以上の雰囲気下で焼成炉内の体積１ｍ^３当たり１ｍ^３／分以下の気体を焼成炉内に流して焼成する方法、成形体の周囲に融点が１６００℃以上の金属元素酸化物からなり、成形体の周囲に流れる気体を遮蔽する遮蔽材を配置して焼成する方法によってその濃度比を０．８〜１．２にできることが判った。

これに対し、フェライト焼結体の内部に対する表面近傍のＺｎ濃度比が０．８未満または、１．２を超えていた試料（Ｎｏ．９〜１１）は、１０^９Ω以上の表面抵抗値と３００ｋＷ／ｍ^３以下の１２０℃でのコア損失３００ｋＷ／ｍ^３以下を両立するものは無かった。

なお、表１には示さないが、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＮｉＯおよびＣｕＯを４７．０ｍｏｌ％のＦｅ_２Ｏ_３、２６ｍｏｌ％のＺｎＯｍｏｌ％、２４ｍｏｌ％のＮｉＯ、２．７ｍｏｌ％のＣｕＯおよび０．３ｍｏｌ％のＭｎＯの比率とし、表１の条件で作製した本発明の
範囲内の試料においても、表面抵抗値が１０^９Ω以上、かつ１２０℃でのコア損失が３００ｋＷ／ｍ^３以下と優れた特性が得られた。また、試料（Ｎｏ．１〜８）の炭素量を分析したところ、全ての試料の炭素量が６０ｐｐｍ以下であった。さらに、試料（Ｎｏ．９〜１１）の気孔率は、全ての試料において０．５％以下であった。

Ｆｅ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＮｉＯおよびＣｕＯの原料粉体を用い、表２に示す様に幾通りも組成を変え、実施例１と同様に試料を作製した。

焼結体内部に対して表面近傍のＺｎ濃度比は、表２に示した値に調整した。得られた焼結体の体積固有抵抗値をＪＩＳ Ｃ２１４１の規格に準拠して測定した。

また、得られた焼結体の表面抵抗値と１２０℃のコア損失値を実施例１と同様にして測定した。その結果、何れも表面抵抗は１０^９Ω以上、１２０℃でのコア損失は３００ｋＷ／ｍ^３以下であった。

次に、得られた焼結体をトロイダルコア１とし、これに線径０．２ｍｍの被膜銅線を７ターン巻き付けて１００ｋＨｚの条件でＬＣＲメータを用い、透磁率を測定した。

また、トロイダルコア１に、図４に示すように線径０．２ｍｍの被膜銅線を用いて一次側巻き線３を１００ターン、二次側巻き線４を３０ターン巻き付けて、一次側巻き線３に電源５を、二次側巻き線４に磁束計６をそれぞれ接続し、１００Ｈｚ、１００エルステッドの条件で飽和磁束密度を測定した。

結果を表２に示す。

表２のように、Ｆｅ_２Ｏ_３を４２〜５０ｍｏｌ％、ＺｎＯを５〜３５ｍｏｌ％、ＮｉＯ
を１０〜３０ｍｏｌ％、ＣｕＯを８ｍｏｌ％以下、ＭｎＯを０．０１〜０．５ｍｏｌ％含有する試料（Ｎｏ．１２〜３０）は、透磁率４００以上、飽和磁束密度４００Ｔ以上と体積固有抵抗１０^９Ω・ｃｍ以上と特に優れた特性が得られた。

これに対し、Ｆｅ、Ｚｎの含有量が本発明の範囲外の試料（Ｎｏ．３１〜３４）は、コア損失が大きくなったり、体積固有抵抗が小さくなったりした。

なお、本発明の範囲内の試料の平均結晶粒径は、０．５μｍ以上で焼結密度は、４．５ｇ／ｃｍ^３以上であった。

Ｆｅ_２Ｏ_３を４８．５ｍｏｌ％、ＺｎＯを２５ｍｏｌ％、ＮｉＯを２５ｍｏｌ％、ＣｕＯを１．２ｍｏｌ％、ＭｎＯを０．３ｍｏｌ％含有する組成とし、表３に示すようにＺｒＯ２とＹ_２Ｏ_３添加量を幾通りも変化させ、実施例１の試料Ｎｏ．３の焼成条件で焼成してフェライト焼結体を作製した。

次に、実施例２と同様にして表面抵抗値、１２０℃でのコア損失値、透磁率、飽和磁束密度、体積固有抵抗値を測定した。

結果を表３に示す。

表３のように、ＺｒＯ_２を０．１質量部以下、またはＹ_２Ｏ_３を０．１質量部以下で含有する試料（Ｎｏ．３５〜３７、３９〜４１、４３〜４５）は、透磁率５００以上、飽和磁束密度４４０Ｔ以上と体積固有抵抗１０００ＭΩ・ｃｍ以上とさらに優れた特性が得られた。また、この試料は、平均結晶粒径が０．５μｍ以上、焼結密度が４．５ｇ／ｃｍ^３以上であり、表面抵抗１０^９Ω以上、１２０℃のコア損失３００ｋＷ／ｍ^３以下であった。

これに対し、ＺｒＯ_２またはＹ_２Ｏ_３を０．１質量部を超えて含有する試料（Ｎｏ．３８、４２）は、透磁率５００未満または、飽和磁束密度４４０Ｔ未満または、体積固有抵抗１０^９Ω・ｃｍ未満であった。

Ｆｅ_２Ｏ_３を４９ｍｏｌ％、ＺｎＯを２４ｍｏｌ％、ＮｉＯを２４ｍｏｌ％、ＣｕＯを
２．７ｍｏｌ％、ＭｎＯを０．３ｍｏｌ％含有し、さらにＺｒをＺｒＯ_２換算で０．０１質量部、ＹをＹ_２Ｏ_３換算で０．０１質量部含有させ、表４に示すように、１次粉砕後の粉体の比表面積、仮焼温度、２次粉砕後の粉体の平均粒径、焼成温度を変更することによって、結晶粒径の大きさと焼結密度を幾通りも変化させたフェライト焼結体を作製した。

得られたフェライト焼結体の平均結晶粒径は、種々の方法で表面をエッチング加工した焼結体のＳＥＭ写真を撮り、各結晶に接する内接円と外接円の直径の平均値により求めた。また、焼結密度はアルキメデス法により測定した。

次に、実施例２と同様に表面抵抗値、１２０℃のコア損失値、透磁率、飽和磁束密度、体積固有抵抗値を測定した。

結果を表４に示す。

表４のように、平均結晶粒径が１〜３０μｍ、焼結体密度が５．０ｇ／ｃｍ^３以上である試料（Ｎｏ．４８〜５１、５３〜５５）は、透磁率５５０以上、飽和磁束密度４５０Ｔ以上と体積固有抵抗１０^９Ω・ｃｍ以上となり、さらに優れた特性が得られた。何れの試料も表面抵抗は１０^９Ω以上、１２０℃のコア損失は３００ｋＷ／ｍ^３以下であった。

これに対し、フェライト焼結体の平均結晶粒径が１μｍ未満または３０μｍを超え、焼結体密度が５．０ｇ／ｃｍ^３未満または超える試料（Ｎｏ．４６、４７、５２）は、透磁率５５０未満、飽和磁束密度４５０Ｔ未満、体積固有抵抗１０^９Ω・ｃｍ未満であった。

１：トロイダルコア
１ａ：巻線部
２：ボビンコア
２ａ：巻線部
３：一次側巻線
４：二次側巻線
５：電源
６：磁束計
１１：成形体
１２：第１焼成用治具
１３：第２焼成用治具
１４：第１の遮蔽材
１５：第２の遮蔽材

Claims (7)

1. 金属元素として少なくともＦｅ、Ｚｎ、ＮｉおよびＭｎを含有する酸化物からなるフェライト焼結体であって、ＺｎをＺｎＯ換算で２５ｍｏｌ％〜５０ｍｏｌ％含有するＺｎＯと、残部がＮｉＯとの混合粉末中に埋設して焼成され、ＦｅをＦｅ_２Ｏ_３換算で４２〜５０ｍｏｌ％、ＺｎをＺｎＯ換算で２０〜３０ｍｏｌ％、ＮｉをＮｉＯ換算で２０〜３０ｍｏｌ％、ＭｎをＭｎＯ換算で０．０１〜０．５ｍｏｌ％含有し、焼結体の内部のＺｎ濃度を１としたとき、表面近傍のＺｎ濃度が０．８〜１．２であることを特徴とするフェライト焼結体。
2. ＣｕをＣｕＯ換算で８ｍｏｌ％以下（０を含まず）含有することを特徴とする請求項１に記載のフェライト焼結体。
3. ＺｒをＺｒＯ_２換算で０．１質量部以下（０を含まず）含有することを特徴とする請求項１または２に記載のフェライト焼結体。
4. ＹをＹ_２Ｏ_３換算で０．１質量部以下（０を含まず）含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のフェライト焼結体。
5. 平均結晶粒径が１〜３０μｍ、焼結密度が５．０ｇ／ｃｍ^３以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のフェライト焼結体。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のフェライト焼結体を所定形状に形成してなることを特徴とするフェライトコア。
7. 請求項６に記載のフェライトコアに導線を巻回したことを特徴とするフェライトコイル。