JPH04196201A - フェライト磁性体の製造方法 - 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 本発明は磁気ヘッド、インダクタンス部品、電源用トラ
ンスコア等に用いられる高周波特性に優れたフェライト
磁性体の製造方法に関するものである。

従来の技術 従来の磁性材料の製造方法は、主として粉末冶金法、即
ち粉末成形と高温焼成の工程を必要とする焼結法がほと
んどである。

酸化物磁性体をつくる場合は、出発原料を所定の割合で
配合し、適当な条件で仮焼して脱ガスおよびある程度の
固相反応を進めた仮焼成後、粉砕、造粒、成形という工
程を経て、その成形体を適切な雰囲気中で高温本焼成す
ることによって所望の磁気特性９機械的強度を有し、多
結晶からなる焼結体を得ている。

上記工程中の成形法としては、圧縮成形・押出成形・静
水圧成形または磁場中で圧縮成形する磁場成形などがあ
る。その中で、押型中での圧縮成形は最も一般的な方法
で、成形圧力は一般に０．５〜５　ｔ　ｏ　ｎ　／　ｃ
Ｗｊである。この成形圧力は、焼結時の収縮に太き（影
響する。すなわち、成形圧が大きいほど、成形密度が上
がり焼成時の収縮率は一般に低下する。

本焼成温度は原料粉末の材料２組成とさらにはそのサイ
ズ、形状によって異なるが通常は１０００〜１４００℃
という高温である。焼成雰囲気は求められる材料２組成
によって酸化性雰囲気か非酸化性雰囲気が選ばれる。

この焼成法の欠点は、上述のように高温で処理しなけれ
ばならないということに加えて、焼成時に結晶粒成長を
起こし、また、そのために焼結による寸法変化が生ずる
ことである。焼結が終わると通常１０〜２０％大きい場
合はそれ以上も収縮しており、焼結晶の寸法にばらつき
を生み、歩留を悪くするため、研磨などの機械加工等の
後処理が必要となる。

上述の焼結過程での収縮は次のような原因で起こる。即
ち、磁性粉末を単に加圧した成形体は、粉末どうしが接
触しているもののまだ空隙は多く、７００〜１０００℃
以上の温度で加熱することによって粒子間の接触部分で
粒子を構成する原子の相互拡散が生じて焼結現象が始ま
る。その結果、焼結の進行度合と共に粒子間の空隙が減
少して行き、大きいときには２０％を越える収縮を生む
のである。

上述した焼結法の欠点を改良する研究がこれまでに数多
くなされてきた。たとえば、省エネルギー、設備装置あ
るいは生産性の点から、焼成温度を従来の焼成温度より
さらに下げる方法が検討されているが、それには各種の
添加物（焼結助剤）を使用する方法や加圧焼成法（ホッ
トプレス法）等が知られている。中でも加圧焼成法は効
果が大きいが、まだまだ高い温度での加圧であるために
特殊な装置が必要となり生産性も悪いために製品の形状
や用途に大きな制限を受けるものであった。

また、焼結体の収縮に関しては、収縮率を極力下げるあ
るいは収縮率を常に一定にコントロールする方法が種々
検討されてきたが、いずれも焼結が一部進んでいる状態
にあることから、ある程度の収縮は避けられないのが現
状である。たとえば、特開昭５８−１３５６０６号公報
に開示されているように、フェライト仮焼粉末とガラス
粉末とを混合した後に、フェライトの焼結化の進行する
温度で焼成すると、このとき添加したガラス粉末がフェ
ライト粒子の周囲を覆うことでフェライトのち密化を押
さえて低収縮率の焼結体を得ようとするものである。こ
の場合でもフェライトの焼結化をある程度進めているた
めに数％の収縮が起こっている。

そこで、高温焼成で十分にフェライト化が進んだ高結晶
性フェライト磁性粉末に、さらにこの焼成温度より低い
軟化点を持つガラスを微量添加した混合物を加圧成形し
、この成形品を上記カラス粉末の軟化温度以上でかつ上
記高結晶性フェライト磁性粉末の焼成温度以下の温度範
囲で加熱処理することによって収縮率の少ない、寸法安
定性に優れたフェライト磁性体を得られることが最近の
研究によって明らかになった。しかし、次に述へる高周
波領域における磁気損失は依然として改善されていない
。

磁性体の磁気損失は一般に式（１）のように表される。

Ｐ＆　＝Ｐｈ＋Ｐｅ ＝　　（Ｋｈ−ｆ　　＋Ｋｅ−ｆ　２・ｄ２／ρ　）・
Ｂローｖｅ・・・・・・（１） Ｐｅ　：磁気損失 Ｐｈ　　ヒステリシス損失 Ｐｅ　：ｆａ電流損失 Ｋｈ、ヒステリシス損失定数 Ｋｅ：渦電流定数 ｄ　：平均結晶粒径 ρ　・比抵抗 ｎ　：定数 Ｖｅ：磁性体の実効体積 ｆ　：周波数 、Ｌ記式（１）より、低周波では周波数ｆに比例するヒ
スプリシス損失成分Ｐｈが支配的であり、高周波ではｆ
２に比例する渦電流損失成分Ｐｅが支配的であることが
分かる。またその渦電流損失を低減するには、平均結晶
粒径を小さ（比抵抗を大きくすればよいことが分かる。

磁性材料は磁気的性質からみて軟質、硬質に分けられ、
さらに材質の点から金属磁性体と酸化物磁性体に分ける
ことができる。金属磁性体として、カーボニル鉄、パー
マロイ、センダスト等があり、これらは透磁率は高いも
のの比抵抗が低いため高周波領域での渦電流損失が大き
い。この渦電流損失を減少するには、金属磁性体の板厚
の極薄化（１０μｍ以下）が有効であるが、製造上難し
く価格も高くなる。一方、酸化物磁性材料はフェライト
に代表されるように、比抵抗が大きいため、渦電流損失
が低いという特徴を有している。しかし、フェライト磁
性体と言えども高周波領域で、高透磁率と低渦電流損失
を両立させることは従来から強（要望されているが、ま
だ満足するべきレベルにはないのが現状であるうフェラ
イト磁性体として、ＭｎＺｎ系フェライト、ＮｉＺｎ系
フェライト、ＣｕＺｎ系フェライト等があるが、比抵抗
は低いものの高透磁率、高磁束密度。

低ＨｃのＭｎＺｎ系フェライトが高周波用磁芯として使
われる。

フェライト磁性体の比抵抗をさらにあげるために、Ｍｎ
−Ｚｎフェライトに酸化ニオブを含有させる方法、（特
開昭５８−１５０３７号公報）、結晶粒界に非磁性酸化
物を結晶粒界に存在させる方法（特開昭６（２）−９１
６０２号公報）、ｃａｏの単独添加あるいはＣａ−５ｉ
０２の複合添加する方法（特開昭６１−１０１４５８号
公報）等のフェライト粒界に高抵抗酸化物を偏析させる
方法か考えられてきた。

発明が解決しようとする課題 近年、各種電子機器の高周波化や、スイッチング電源の
小型・軽量化に伴う高周波化等により、ＭＨｚ以上の高
周波領域におけるフェライト磁性体の磁気損失改善がま
すます要求されているが、前述またように、従来技術に
よって高周波領域で高透磁率かつ低磁気損失のフェライ
ト磁性体を提供することは容易でない。

従来は、フェライトの比抵抗をさらに上げるためにフェ
ライト粒界にＣａＯなとの高抵抗酸化物を混合・焼成す
ることにより、それらを結晶粒界層に選択的に析出させ
る方法が考えられてきた。

しかし、この絶縁層は同時に各結晶粒間が容量的に結合
されるため、周波数が高くなると比抵抗が低下し、渦電
流損失が大きくなるという問題があった。また、フェラ
イトの平均結晶粒径を小さくすることも渦電流損失に有
効であるが、従来の製造法（仮焼成温度は低く、その後
の本焼成で温度を上げスピネル化を完全に進める製造法
）では、仮焼粉の粒径をいくら細かくしても本焼成時に
結晶粒成長が起こり、最終製品で細かく均一な粒径にす
ることは困難である−。

本発明は上記の問題点に鑑み、高周波領域（ＭＨｚ帯）
においても高透磁率で低磁気損失のフェライト磁性体を
提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために本発明のフェライト磁性体の
製造方法は、高温焼成で十分にスピネル化が進んだ高結
晶性フェライト磁性粉末を加圧成形した後、上記フェラ
イト磁性粉末の焼成温度以下の加熱処理で焼結する方法
としたものである。

作用 以上のように使用するフェライト磁性粉末自体を高温焼
結により既に完全に近いところまで結晶化を進めている
ので、加熱処理待結晶粒成長がはとんどおこらず、最終
製品でも粒径の細かい均一な結晶粒を持つ磁性体になる
。そのため、高周波領域においても高透磁率でかつ低磁
気損失のフェライト磁性体が得られる。

実施例 以下、本発明の実施例について説明する。

ここで使用する高結晶性ＭｎＺｎフェライト磁性粉末は
、高温焼成によって十分にフェライト化したものであっ
て、通常は９００℃以上で焼成したものが好ましい。フ
ェライト化が十分進んでない磁性粉末を用いた場合、著
しい粒成長が起こり、またそのために、寸法収縮を伴う
ので好ましくない。

高周波領域（ＩＭＨｚ）での高透磁率、低磁気損失の目
標値は、初透磁率１０００以上、最大磁束密度Ｂ　ｍ　
＝　５０　ｍ　Ｔで磁気損失が７（２）Ｏｍｗ／ｃＩ１
１以下とされている。また、電源で用いられるトランス
コアが熱暴走を防ぐために、環境温度６０℃〜８０℃で
コアロスが極小値をとることが望まれる。なお、磁気損
失の測定方法はリング状フェライトコアに絶縁テープを
一層巻いた後、線径０．２６ｍφの絶縁導線を全周にわ
たって一層巻いた試料を準備し、室温で最大磁束密度Ｂ
ｍ＝　５０ｍＴ、周波数ＩＭＨｚで交流Ｂ−Ｈカーブ・
トレーサーで測定したものである。

また、初透磁率の測定は、ＪＩＳ規格（Ｃ２５６１＞に
準じ、まず前述のリング状フェライトコアに絶縁テープ
を一層巻いた後、線径０．２６ｍｍφの絶縁導線を全周
にわたって１６タ一ン巻いた試料を準備した。次にこの
自己インダクタンスをマクスウェルブリッジで測定磁界
の強さが０．８Ａ、／′ｍ以下にて測定し、これより周
波数ＩＭＩ（ｚでの初透磁率を算出した。

コアの比抵抗は、トロイダルコアの上下面に、Ｉｎ−Ｇ
ａ合金を均一塗布し電極を形成、２端子法でデジタルマ
ルチメータにて直流抵抗値測定を行った。次に、電極面
積とコア厚みから、直流比抵抗（Ω・備）を算出した。

（実施例１） 組成：Ｆｅ２Ｏ３５３ｍｏ１％、ＭｎＯ２５ｍｏ１％、
ＺｎＯ２２ｍｏ１％よりなる出発混合物を１３２０℃６
時間焼成したＭｎ−Ｚｎフェライト本焼磁性粉を粉砕し
て、分級機にて１μｍ。

１０μｍ、１５μｍ、２０μｍ以下の磁性粉を用意し、
各々にバインダー（ポリビニールアルコール）７．５重
量部を加え混合し造粒した後、トロイダル状に圧縮成形
した。その各々の成形体を、窒素中もしくは空気中Ｉこ
おいて１２００℃で６０分で熱処理してフェライト磁性
体を得た。

その結果を表１に示す。フェライト本焼成磁性粉の粒径
が１０μｍ以下だと、高周波領域で高透磁率かつ低磁気
損失のフェライト磁性体を得ることができることが分か
る。

（以　　下　　余　　白） 表１ 〈実施例２） 組成：　Ｆｅ２Ｏ３５３ｍｏ　１％、ＭｎＯ２５ｍｏ１
％、Ｚｎ○　２２ｍｏ　１％よりなる出発１足合物を１
３２０℃６時間焼成したＭｎ−Ｚｎフェライト本焼磁性
粉を粉砕して、分級機にて１μｍ以下の磁性粉を用意し
バインダー（ポリビニールアルコール〉７．５重量部を
加え混合し造粒した後、トロイダル状に圧縮成形した。

その成形体を、窒素中もしくは空気中において１２００
℃。

１２５０℃、１３００℃、１３５０℃、１４００℃で６
０分で熱処理して各々のフェライト磁性体を得た。

その結果を表２に示す。本焼成温度以下で熱処理すると
結晶粒径が成長することなく均一なため、高周波領域で
高透磁率かつ低磁気損失のフェライト磁性体を得ること
が分かる。

表２ （実施例３） 組成：Ｆｅ２Ｏ３５３ｍｏ１％、ＭｎＯ２５ｍｏ１％、
Ｚｎ○　２２ｍｏ１％よりなる出発混合物にＴｉＯ２を
Ｑ、１ｗｔ％添加混合後、１３２０℃６時間焼成したＭ
ｎ−Ｚｎフェライト本焼磁性粉を粉砕して、分級機にて
１μｍ以下の磁性粉を用意し、バインダー（ポリビニー
ルアルコール）７．５重量部を加え混合し造粒した後、
トロイダル状に圧縮成形した。その成形体を、窒素中も
しくは空気中において１２００℃で６０分で熱処理して
フェライト磁性体を得た。

このコアロスの温度特性を第１図に示す。

（比較例１） 組成：Ｆｅ２Ｏ３５３ｍ０１％、ＭｎＯ２５ｍｏ１％、
ＺｎＯ２２ｍｏ１％よりなる出発混合物を１３２０℃６
時間焼成したＭｎ−Ｚｎフェライト本焼磁性粉を粉砕し
て、分級機にて１μｍ以下の磁性粉を用意し、バインダ
ー（ポリビニールアルコール）７．５重量部とＴ　ｉ　
０２を０．１ｗｔ％と加え混合し造粒した後、トロイダ
ル状に圧縮成形した。その成形体を、窒素中もしくは空
気中において１２００℃で６０分で熱処理してフェライ
ト磁性体を得た。

このコアロスの温度特性を第１図に示す。実施例３．比
較例１よりスピネル格子に固溶可能な化合物（Ｔｉ（ｈ
）は、磁性粉が完全にスピネル化する前に添加しないと
添加効果（温度特性６０℃でコアロス極小値を持つ）が
認められない。これは、Ｔｉ（ｈ以外のスピネル固溶可
能な化合物についても同様なことが言える。

〈実施例４） 組成　Ｆｅ２Ｏ３５３ｍｏ１％、Ｍｎ０　２５ｍｏ１％
、ＺｎＯ２２ｍｏ１％よりなる出発混合物を１３２０℃
６時間焼成したＭ　ｎ　−Ｚ　ｎフェライト本焼磁性粉
を粉砕して、分級機にて１μｍ以下の磁性粉を用意し、
バインダー（ポリビニールアルコール）７．５重量部と
５ｉＣｈをＱ、１ｗｔ％と加え混合し造粒した後、トロ
イダル状に圧縮成形した。その成形体を、窒素中もしく
は空気中において１２００℃で６０分で熱処理してフェ
ライト磁性体を得た。

その結果を表３に示す。

（以　　下　　余　　白） 表３ （比較例２） 組成：　Ｆｅ２Ｏ３５３ｍｏ　１％、ＭｎＯ２５ｍｏ１
％、Ｚｎ０　２２ｍｏ１％よりなる出発混合物に５ｉ０
２を０．１ｗｔ％添加混合後１３２０℃６時間焼成した
Ｍｎ−Ｚｎフェライト本焼磁性粉を粉砕して、分級機に
て１μｍ以下の磁性粉を用意し、バインダー（ポリビニ
ールアルコール）７．５重量部を加え混合し造粒した後
、トロイダル状に圧縮成形した。その各々の成形体を、
窒素中もしくは空気中において１２００℃で６０分で熱
処理してフェライト磁性体を得た。

その結果を上記表３に示す。実施例４．比較例２よりス
ピネル格子に固溶しない化合物（Ｓ　ｉ　０２）は、磁
性粉がスピネル化した後の加熱処理時に添加すると、磁
気特性を落とすことなく結晶粒界に効果的に遍在して添
加効果く比抵抗が上がる〉があることが分かる。これは
、Ｓｉｏ２以外の粒界層に遍在可能な化合物についても
同様なことが言える。

（実施例５〉 組成：　Ｆｅ２Ｏ３５３ｍｏ　１％、Ｍｎ０　２５ｍｏ
１％、ＺｎＯ２２ｍｏ１％よりなる出発混合物にＴｉＯ
２を０．１ｗｔ％添加混合後１３２０℃６時間焼成した
Ｍｎ−Ｚｎフェライト本焼磁性粉を粉砕して、分級機に
て１μｍ以下の磁性粉を用意し、バインダー（ポリビニ
ールアルコール）７．５重量部と５ｉ０２を０．１ｗｔ
％と加え混合し造粒した後、トロイダル状に圧縮成形し
た。その成形体を、窒素中もしくは空気中において１２
００℃で６０分で熱処理してフェライト磁性体を得た。

このコアロスの温度特性を第１図に示す。これより、平
均粒径１０μｍ以下の高結晶性フェライト磁性粉を用い
、スピネル格子に固溶しない化合物（Ｓｉｏ２）を加熱
処理時に添加することで、高周波領域でも低磁気損失で
あるとともに、スピネル格子に固溶可能な化合物（Ｔ　
ｉ　０２）を磁性粉末焼成時に添加することで、磁気損
失が６０℃〜８０℃で極小値を持つフェライト磁性体が
得られることか分かる。これは、５ｉｎ２以外の粒界層
に遍在可能な化合物についても、またＴ　ｉ　０２以外
のスピネル固溶可能な化合物についても同様なことか言
える。

なお、上記実施例はＭｎＺｎ系フェライトについて述べ
たが、他のフェライト（ＮｉＺｎ系フェライト等）につ
いても同様であることは、言うまでもない。

発明の効果 以上のように本発明によれば、高温焼成で十分にスピネ
ル化が進んだ高結晶性フェライト磁性粉末を加圧成形し
た後、上記フェライト磁性粉末の焼成温度以下の加熱処
理で焼結して得られるフェライト磁性体は、高周波数領
域でも高透磁率で低磁気損失を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のフェライト磁性体の製造方法によって
得たフェライト磁性体のコアロスの温度特性図である。 代理人の氏名　弁理士小蝦治明　ほか２名第１図 ン晃ノ鳴ｔ（’ｃ） Ｂｍ＝５０ｍＴ／ｆ＝／ＭＨｚ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）高温焼成で十分にスピネル化が進んだ高結晶性フ
   ェライト磁性粉末を加圧成形した後、上記フェライト磁
   性粉末の焼成温度以下の加熱処理で焼結するフェライト
   磁性体の製造方法。
2. （２）スピネル化が進んだ平均粒径１０μｍ以下の高結
   晶性フェライト磁性粉末を用いる請求項１記載のフェラ
   イト磁性体の製造方法。
3. （３）　ＴｉＯ＿２，ＭｇＯ，Ｃｒ＿２Ｏ＿３，ＣｏＯ
   ，ＳｎＯ＿２，ＮｉＯ，ＣｕＯ，Ａｌ＿２Ｏ＿３，Ｎｉ
   Ｏ等のスピネル格子中に固溶可能な化合物を、フェライ
   ト磁性粉末焼成時に少なくとも１種類以上添加してなる
   請求項１記載のフェライト磁性体の製造方法。
4. （４）　ＳｉＯ＿２，ＣａＯ等のフェライト結晶粒界層
   に遍在可能な化合物を、加熱処理時に少なくとも１種類
   以上添加してなる請求項１記載のフェライト磁性体の製
   造方法。
5. （５）　ＴｉＯ＿２，ＭｇＯ，Ｃｒ＿２Ｏ＿３，ＣｏＯ
   ，ＳｎＯ＿２，ＮｉＯ，ＣｕＯ，Ａｌ＿２Ｏ＿３，Ｎｉ
   Ｏ等のスピネル格子中に固溶可能な化合物を高温焼成時
   に少なくとも１種類以上添加して十分にスピネル化が進
   んだ平均粒径１０μｍ以下の高結晶性フェライト磁性粉
   末を、加圧成形した後、ＳｉＯ＿２，ＣａＯ等のフェラ
   イト結晶粒界層に遍在可能な化合物を少なくとも１種類
   以上添加して、上記フェライト磁性粉末の焼成温度以下
   の加熱処理で焼結するフェライト磁性体の製造方法。