JPH04182353A - Ｍｎ―Ｚｎフェライトの焼成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は民生機器や通信機等の高周波用軟磁性部品に使
用されるＭ　ｎ　−Ｚ　ｎフェライトの焼成方法に関す
る。

［従来の技術］ 空気中の焼成によって製造されるＮｉ−Ｚｎフェライト
とは異なり、Ｍｎ−Ｚｎフェライトは優れた６１１気特
性を得るためには焼成時雰囲気中の酸素含有量を温度と
関連して微妙にコントロールする雰囲気制御を行うこと
が必要である。このような観点から従来、Ｍ　ｎ−Ｚ　
ｎフェライトの焼成には雰囲気制御が可能なバッチ式焼
成炉又はブツシャ式トンネル炉が用いられてきた。

前者は焼成毎に炉に成形体を装荷して所定のプログラム
で焼成し、終了後焼成品を取出す方式であり、多量に製
品を処理する場合に効率的でない。

後者は成形体を耐火物製の台板上に積載し、これを炉入
口側から間欠的に油圧又は機械的な力で駆動されるブツ
シャを用いて炉内に押し込み、焼成を終えて出てきた台
板を炉出口で取出す方式であり、工業的に生産されてい
るＭ　ｎ−Ｚ　ｎフェライトはほとんどこの方法に依っ
ている。この方式では炉内の成形体の移動は成形体を積
載した合板が後続の台板に押され炉内の耐火物製の通路
上を前進することによって行われる。Ｍ　ｎ−Ｚ　ｎフ
ェライトの焼成は通常１３００℃に達する高温で行われ
ることもあって、台板は十分な機械的強度が必要となる
ため、積載する成形体重量と同等以上の重量を持つ堅固
な構造の耐火物板が使用されている。このため台板の熱
容量が大きく、成形体を焼成するにあたって、特に昇温
及び冷却時に積載成形体の合板上の位置や合板に接して
いる部分とそれ以外の部分で温度差が生じやすく、この
ことが最終的な製品の磁気特性にばらつきを生じたり、
温度差がある臨界値を越える場合は製品にクラックを生
じたりするため、緩やかな昇温及び冷却が行われている
。

成形体には成形密度を高めかつ成形体の強度を高める目
的で有機物系のバインダが少量添加されており、これら
は焼成時の初期に成形体から離脱・除去される。この脱
パインダニ程を焼成炉の前に脱バインダ炉を前置して行
う場合を含め、Ｍ　ｎ　−Ｚ　ｎフェライトの焼成には
２０時間以上、通常は２５〜４０時間に及ぶ極めて長時
間を要していた。また日本金属学会報第２４巻第４号（
１９８５年）２８８頁に所載の平賀貞大部４「ソフトフ
ェライト」の論文に見られるように、磁気特性の優れた
Ｍｎ−Ｚｎフェライトを得るためには昇温・保持・冷却
の各段階について昇温・冷却速度と雰囲気中の酸素量を
精密に制御しながら、焼成することが必須である。

このように焼成炉のハード面からの制約だけでなく、上
記論文にも述べられているように、Ｍｎ−Ｚｎフェライ
トの生成過程は特に複雑なために昇温過程から分解、反
応、生成を考慮した雰囲気調整を行わなければならない
。また、結晶成長速度と微量含有元素の粒界への偏析挙
動、さらにはＦｅ’十量の調整等についても温度との関
連の上で雰囲気の酸素分圧を注意深く制御しなければな
らず、この面からも長時間の焼成が不可欠と考えられて
きた。例えば特開平２−２１１８７号公報には燃焼式連
続焼成トンネル炉を用いたソフトフェライトの焼成炉に
おいて冷却帯に酸素分圧の低い低酸素分圧室を設ける技
術が開示されており、雰囲気調整を行うことができるが
、未だ短時間、高能率で磁気特性の優れたＭ　ｎ−Ｚ　
ｎフェライトを焼成することに達していない。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来、優れた６Ｒ気特性を有するＭ　ｎ　−Ｚ　ｎフェ
ライトを得るためには、ブツシャ式トンネル炉を使用す
ることによる前述の種々の制約からだけでなく、焼結挙
動や結晶組織及びフェライト中に含まれるＦｅ２＋量等
を精密に制御する上で、温度・雰囲気を厳密にコントロ
ールした長時間の焼成が必須とされていた。

以上の現状に鑑み本発明者らは優れた６Ｒ気特性を持つ
Ｍ　ｎ　−Ｚ　ｎフェライトを２０時間未満の短時間で
焼成するという、従来困難とされていた技術を開発する
ことを目標として鋭意実験を繰り返した結果、特に昇温
から冷却に至る温度条件を厳密に制御することにより優
れた磁気特性を持つＭｎ−Ｚｎフェライトを２０時間未
満の短時間で焼成する技術を完成するに至った。

本発明はこのような磁気特性のイ憂れたＭ　ｎ　−Ｚｎ
フェライトの短時間高能率生産を実現する技術手段を提
供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は前記課題を解決するために、Ｍ　ｎ　−Ｚｎフ
ェライト圧粉体を焼成するにあたって、次の技術手段を
講したものである。すなわち、■　室温から６００℃ま
での昇温時間を３０分以上５時間以内とする第１加熱工
程 ■　６００℃から焼成温度に達し、必要に応じてこの焼
成温度で適当な時間保持した後、冷却を開始するまでの
時間を１０時間以内とする第２加熱工程 ■　更に冷却開始以降１５０℃までの時間を３時間以上
とする冷却工程 とから成り、かつ ■　前記第１加熱工程、第２加熱工程及び冷却工程の３
工程の時間の総和を２０時間未満とする。

ことを特徴とする。

［作用］ 本発明による技術が適用されるＭ　ｎ　−Ｚ　ｎフェラ
イトは、主成分としてＦｅ２Ｏ３，Ｍｎ０１ＺｎＯを含
むフェライトを意味し、各種特性を改善するためにＮｉ
ｐ、ＭｇＯ，ＣａＯ等を添加したもの、又は５ｉＯｚ、
ＣａＯ１ｖ２　ｏ５等の微量元素を添加したものを含む
。

焼成に使用される炉は本発明の条件が満たされる焼成が
できれば特に限定しないが、例えば本発明者らが既に特
開平２−２１１８７号公報で提案した冷却帯部酸素分圧
の低い低酸素分圧室を設けたタイプのローラハース式連
続焼成炉を用いることが推奨される。

ローラハース式連続炉では台板に積載された成形体の炉
内の移動は炉内に多数本装着されている耐火物製のロー
ルの回転によってなされるため、ブツシャ式トンネル炉
のように堅固な構造を持つ合板は必要とせず、実質的に
非常に軽量で薄い合板で十分であり、この点からも焼成
中の製品の温度の均一性が高まり製品の寸法・特性の面
で著しく安定性を高めることが可能となる。

加熱方式はすべて従来のブツシャ式トンネル炉で使用さ
れている電気加熱としてもよいが、一部をガス燃焼方式
としてもよい。すなわち、雰囲気中の酸素量を厳密に制
御しなければならない焼成温度の最高温度部から冷却帯
までの部分を除いた領域については、ガス燃焼方式を採
用してもよい。ガス燃焼方式では加熱原単位を削減でき
る経済的効果に加えて、多量の高温の燃焼排ガスが積載
された成形体間を流れることによる対流熱伝達によって
成形体各部の温度の不均一性及び積載位置による温度の
不均一性が改善される利点が得られる。

Ｍｎ−Ｚｎフェライトの成形体を２０時間未満の短時間
で焼成するにあたって室温から６００℃までの昇温時間
を３０分以上５時間以内とする。

この温度領域で成形体中に含まれる例えばＰＶＡ等のバ
インダやプレス時の潤滑性を高めるために添加されてい
るステアリン酸亜鉛等の潤滑剤が雰囲気ガスと反応し除
去される。

第１図はＪＩＳに規定された比較的小型のコアＦＥ１６
Ｂと大型のコアＦＥ４０Ｂの成形体を合板上に積載し、
室温から６００℃までの昇温時間を２０分から７時間ま
で変化させて焼成した時の昇温時間とクラック発生率の
関係を調べた結果である。６００℃以後は１３００℃ま
で２時間で昇温し、１時間保持後酸素濃度を制御した雰
囲気中で１５０℃まで６時間で冷却した。

第１図から、室温から６００℃までの昇温時間をＦＥ１
６Ｂ＋７）場合は３０分以上、ＦＥ４０Ｂの場合は１５
時間以上にすることでクラック発生率は１％以下に低減
することがわかる。

このように昇温時間を余り短くしすぎると成形体内の温
度差が著しく大きくなる上に脱バインタ反応が急激に生
じて成形体のクラック発生を引き起こすと考えられる。

一方昇温時間を長時間にすることは特に問題を生じない
が、経済的な観点から得策とは言えないため、本発明に
おいては室温から６００℃までの昇温時間を３０分以上
５時間以内に限定する。

上述の条件で６００℃まで昇温することにより、実質的
に脱バインダは完了する。６００″Ｃ以降更に材質によ
って異なる１１５０〜１４００℃の範囲の焼成最高温度
まで昇温し、必要に応じて一定時間の保持を行う。２０
時間未満の焼成を実現するためには、６００″Ｃ以降冷
却開始までの時間を短縮化することも大きなポイントで
あり、６００℃までの昇温時間及び後述する冷却時の時
間的制限との兼ね合いから１０時間以内に限定する。こ
の６００℃から焼成最高温度を経て冷却を開始するまで
の間のヒートパターンは求められる製品材質によって種
々選択することが可能なので特に限定はしないか、初期
焼結過程となる９００〜１１００℃の温度範囲ではフェ
ライト中に添加される微量成分の結晶粒界への濃化集積
を十分行わせるために２００℃／　ｈ　ｒ程度の緩やか
な昇温か望ましく、一方１１００℃以上では高密度を得
るためには３５０℃／　ｈ　ｒ以上の高速昇温か推奨さ
れる。焼成最高温度での保持はローラーハース式連続焼
成炉を用いる場合、最高温度に達した時点での製品の温
度分布の均一性がよいので、必須ではなく、一定の密度
を維持することができれば、粒界に濃化した微量成分の
粒内への拡散を最小にして微量成分の効果を最大限に発
揮させるという観点からできるだけ短いことが望ましい
。

以上の段階までの焼成中の雰囲気は２１〜１％の酸素を
含む不活性ガス（窒素ガスが好ましい）を用いればよい
。

冷却に際しては、余りに過度に速い冷却速度を適用する
と大きな温度分布の不均一が生し、製品に残留応力が残
ったり、場合によっては変形を生じたりすることによっ
て磁気特性が劣化し、特性の安定性が失われるため、１
．５０　’Ｃまで３時間以上の時間をかけることが必要
である。

１５０℃まで冷却された焼成コアは大気中で室）品まで
放冷されるが、この湿度まで冷却されれば放冷中に特性
の劣化が生ずることはない。

第２図に本発明による方法と従来法の焼成時のヒートパ
ターンを示した。第２図から本発明によりいかにＭ　ｎ
　−Ｚ　ｎフェライトの短時間焼成が可能となったかが
明瞭に看取される。

〔実施例］ 実施例〕。

Ｆｅ２０３　＋　５２．６モル％、ＭｎＯ：３５．４モ
ル％、ＺｎＯ：１２．０モル％からなる原料ン昆合物を
９５０℃で仮焼した後、湿式ボールミルで粉砕し平坑粒
径１．　ｌｊＪ、　ｍの粉末とした。粉砕時開時に微量
成分としてＳｉＣ２、ＣａＣＯ３、Ｎｂ２Ｏ５及びＴｉ
Ｏ２をそれぞれ８５゜６５０．１７０．および２５００
ｐｐｍを添加した。ついで粉砕粉にバインダとしてＰＶ
Ａを添加造粒した後、外径３６ｍｍ、内径２４ｍｍ、高
さ１２ｍｍのリング状に成形した。

これらをローラハース式連続焼成炉を用いて以下の２種
類の条件で焼成した。

条件１・ 室温から６００℃まで３時間、以後１３５０’Ｃまで３
時間で昇温し、１時間保持後５時間で１．５０″Ｃまで
冷却した（焼成時間１１時間）。

条件２・ 室温から６００　’Ｃまて４０分、以後１３５０℃まで
１．５時間で昇温し、４ｏ分保持後４時間で１５０℃ま
で冷却した（焼成時間７時間）。

比較例として脱バインダ炉を焼成炉と別に備えたブツシ
ャ式トンネル炉を用いた焼成を行った。

この場合６００　’Ｃまでの昇温時間は７時間、６００
　’Ｃ以後１３５０″Ｃまで６時間かけて昇温し、５時
間保持後、冷却を開始し１．５０℃まで８時間かけて冷
却した。比較例の焼成時間は合計２６時間である。これ
らのヒートパターン例は第１図に示した。

得られた焼結コアについて、周波数・１００ｋＨｚ　、
最大磁束密度　０．２　Ｔ、温度８０℃における鉄損値
を交流ＢＨトレーサを用いて測定した。

得られた結果は条件１、条件２、比較例でそれぞれ３０
５．３６５．３５９ｍＷ／ｃｍ’であった。

本発明により短時間高能率で従来と同等の′６１１気特
性を有するＭｎ−ＺｎＦｅライトを焼成することができ
た。

実施例２ Ｆｅ２０３：５３．０モル％、ＭｎＯ：２６．５モル％
、Ｚｎ○　２０．５モル％からなる原料混合物を８８０
℃で仮焼した後、湿式ボールミルで粉砕し、平均粒径１
．○ＬＬｍの粉末とした。粉砕時開時に微量成分として
Ｓ　４．０２　、ＣａＣＯ３及び■２０５をそれぞれ１
００．１０００．２００ｐｐｍ添加した。ついで粉砕粉
にバインダとしてＰＶＡを加え造粒した後、外径３６ｍ
ｍ、内径２４ｍｍ、高さ１２ｍｍのリング状に成形した
。

これらをローラハース式連続炉を用いて室温から６００
　’Ｃまで２時間６００℃から１３７０℃まで２時間で
昇温し４０分間保持後１５０℃まで４時間かけて冷却し
た。比較例として実施例１の比較例と保持温度が１３７
０℃と異なる他は同一の条件でブツシャ式トンネル炉で
焼成を行った。

得られた焼成コアについて１００ｋＨｚでの初透磁率の
温度依存性を測定した結果を第３図に示す。第３区から
室温の値で比較すると、比較例は３６５０であるに比し
、本発明例では４０００と優れた値が得られた。

［発明の効果］ 本発明は昇温から冷却に至る焼成の全過程に亘ってヒー
トパターンを厳密に制御することによって従来の常識を
覆し２０時間未満の短時間で磁気特性の優れたＭ　ｎ　
−Ｚ　ｎフェライトの焼成を量産規模で実現した。

【図面の簡単な説明】

第１図は焼成時室温から６００　’Ｃまでの昇温時間と
クラック発生率の関係を示すグラフ、第２図は本発明法
と従来法の焼成時のヒートパターンの比較を示すグラフ
、第３図は本発明実施例の本発明例と比較例の初送５Ｒ
率の温度依存性を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １Ｍｎ−Ｚｎフェライト圧粉体の焼成にあたり、室温か
   ら６００℃までの昇温時間を３０分以上５時間以内とす
   る第１加熱工程と、６００℃から焼成温度に達し、冷却
   を開始するまでの時間を１０時間以内とする第２加熱工
   程と、更に冷却開始以降１５０℃までの時間を３時間以
   上とする冷却工程から成り、かつ前記３工程の時間の総
   和を２０時間未満としたことを特徴とするＭｎ−Ｚｎフ
   ェライトの焼成方法。