JPH0558721A

JPH0558721A - マンガン−亜鉛系フエライトおよび磁心

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Publication number: JPH0558721A
Application number: JP3245083A
Authority: JP
Inventors: Atsuhito Matsukawa; 篤人松川; Tadakatsu Sano; 忠勝佐野
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1991-08-30
Filing date: 1991-08-30
Publication date: 1993-03-09
Anticipated expiration: 2016-11-26
Also published as: JP3233420B2

Abstract

(57)【要約】【目的】マンガン−亜鉛系フェライトの高周波帯域１
００kHz 〜５００kHz における透磁率を向上させる。【構成】Ｆｅ₂ Ｏ₃ ：５１〜５４モル％、ＭｎＯ：２
１〜２９モル％、ＺｎＯ：２０モル％超２５モル％以
下、ＣａＯ：１００〜３５０ppm 、ＳｉＯ₂ ：５０〜１
５０ppm 、Ｐ：０超３００ppm 以下のマンガン−亜鉛系
フェライトに、金属換算で３０〜１０００ppm のナトリ
ウム化合物や３０〜１５００ppm のカリウム化合物を添
加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マンガン−亜鉛系フェ
ライトと、マンガン−亜鉛系フェライトから形成された
磁心とに関する。

【０００２】

【従来の技術】マンガン−亜鉛系フェライトのうち副成
分として微量の酸化カルシウムおよび酸化ケイ素を含有
する高透磁率軟磁性材は、各種通信機器等の高帯域トラ
ンス用の磁心、ノイズフィルター用の磁心として多用さ
れている。そして、このような高透磁率フェライトで
は、特に１００kHz 〜５００kHz 程度の高周波帯域にて
高い透磁率が要求されている。

【０００３】ところで、マンガン亜鉛系等のフェライト
の製造においては、原料鉄を塩化鉄とし、これを用いて
得られた酸化鉄をマンガンや亜鉛の酸化物と混合して顆
粒化し、これを焼結してフェライトを得ている。

【０００４】このような場合、原料酸化鉄中の不純物
は、コアロスや透磁率等の磁気特性に大きな影響を及ぼ
すもので、例えば、Ｐ量が多いと高透磁率フェライトで
は透磁率が格段と減少してしまったりする。このため、
塩化鉄溶液を精製して、不純物量を規制することが重要
となる。例えば、特開平３−５０１２４号公報では、５
１〜５４モル％のＦｅ₂ Ｏ₃ 、１９〜２５モル％のＺｎ
Ｏを含む高透磁率マンガン−亜鉛系フェライトに、Ｃａ
Ｏを０．０１〜０．１５wt% 、ＳｉＯ₂ を０．０２wt%
以下、Ｐを０．００５wt% （５０ppm ）以下、Ｃｌを
０．０１〜０．１２wt% 以下に規制して、透磁率の向上
を図っている。

【０００５】しかし、Ｐ量が少なくなるように塩化鉄溶
液を精製するには多大な労力を要し、製造設備や製造コ
ストが増大してしまうため、Ｐ量を変えずに高周波域で
の透磁率を向上することが望まれている。

【０００６】また、Ｐ量の規制のみによる透磁率の向上
には限界があり、多大な労力をかけＰ量を低減しても、
高周波帯域、例えば１００kHz 〜５００kHz 全域におけ
る十分な高透磁率は得られない。この場合、特に周波数
５００kHz 程度における透磁率が不十分である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高周
波領域で透磁率が高いマンガン−亜鉛系フェライトとそ
れを用いた磁心を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（５）の本発明により達成される。（１）Ｆｅ₂ Ｏ₃ 換算で５１〜５４モル％の酸化鉄、Ｍ
ｎＯ換算で２１〜２９モル％の酸化マンガン、ＺｎＯ換
算で２０モル％超２５モル％以下の酸化亜鉛、ＣａＯ換
算で１００〜３５０ppm の酸化カルシウム、ＳｉＯ₂ 換
算で５０〜１５０ppm の酸化ケイ素および０超３００pp
m 以下のＰを含有し、金属換算で３０〜１０００ppm の
ナトリウム化合物を添加して焼結したことを特徴とする
マンガン−亜鉛系フェライト。

【０００９】（２）前記Ｐの含有量に対する前記ナトリ
ウム化合物の添加量が金属換算で１〜６０である上記
（１）に記載のマンガン−亜鉛系フェライト。

【００１０】（３）Ｆｅ₂ Ｏ₃ 換算で５１〜５４モル％
の酸化鉄、ＭｎＯ換算で２１〜２９モル％の酸化マンガ
ン、ＺｎＯ換算で２０モル％超２５モル％以下の酸化亜
鉛、ＣａＯ換算で１００〜３５０ppm の酸化カルシウ
ム、ＳｉＯ₂ 換算で５０〜１５０ppm の酸化ケイ素およ
び０超３００ppm 以下のＰを含有し、金属換算で３０〜
１５００ppm のカリウム化合物を添加して焼結したこと
を特徴とするマンガン−亜鉛系フェライト。

【００１１】（４）前記Ｐの含有量に対する前記カリウ
ム化合物の添加量が金属換算で１〜６０である上記
（３）に記載のマンガン−亜鉛系フェライト。

【００１２】（５）上記（１）ないし（４）のいずれか
に記載のマンガン−亜鉛系フェライトからなることを特
徴とする磁心。

【００１３】

【作用】本発明では、所定量のカリウムやナトリウムの
添加によって、それぞれのＰ量において電気抵抗率が増
加し、周波数１００kHz 〜５００kHz 程度の高周波帯
域、特に５００kHz での高い透磁率が実現する。

【００１４】また、本発明では、Ｐ量およびカリウム量
やナトリウム量をそれぞれ所定値に規制することによ
り、高周波域、特に５００kHz において、Ｐを５〜１０
ppm 程度含有する低Ｐ量のマンガン−亜鉛系フェライト
より高い透磁率が得られる。

【００１５】このようなカリウムやナトリウムの添加に
よる高周波側、例えば周波数５００kHz 程度での高透磁
率は、高Ｐ量の際に生じる焼結の際の異常粒成長が抑制
されて粒子径が大きく揃うことや、電気抵抗率が増加
し、渦電流損が減少すること等によって実現すると考え
られる。

【００１６】なお、従来、マンガン−亜鉛系フェライト
へのアルカリ金属の添加は知られている。例えば特公昭
５２−１８７２６号公報では０．０６ないし０．０４重
量％以下のＮａ₂ ＯやＫ₂ Ｏの添加によって、磁気ヘッ
ドのフェライトノイズの低減や初透磁率の向上をはかっ
ている。

【００１７】また、特公昭４８−６７５９号公報では、
０．０３２〜０．７wt% のＮａＣｌ、ＫＣｌの添加によ
り損失減少を図っており、特開平１−２９６６０２号公
報では、０．１５wt% 以下のＫ₂ Ｏの添加により損失減
少を図っている。

【００１８】しかし、これらは高透磁率マンガン−亜鉛
系フェライトではない。すなわち、本発明とは主成分の
含有量あるいは副成分やその含有量が異なり、このた
め、周波数１００kHz 〜５００kHz における高透磁率は
実現しない。

【００１９】

【具体的構成】以下、本発明の具体的構成について詳細
に説明する。本発明における焼結後のマンガン−亜鉛系
フェライトは、酸化鉄、酸化マンガンおよび酸化亜鉛を
主成分とする。

【００２０】これらの主成分は、それぞれ、Ｆｅ₂ Ｏ₃
換算５１〜５４モル％、ＭｎＯ換算２１〜２９モル％、
特に２３〜２８モル％、ＺｎＯ換算２０モル％超２５モ
ル％以下、特に２１〜２３モル％程度とする。この範囲
外では、高透磁率が得られない。

【００２１】また、本発明のマンガン−亜鉛系フェライ
トは、酸化カルシウムおよび酸化ケイ素を副成分とす
る。

【００２２】これらの副成分は、それぞれ、ＣａＯ換算
１００〜３５０ppm、ＳｉＯ₂ 換算５０〜１５０ppm 程
度とする。この範囲外では、周波数１００kHz 〜５００
kHz、特に５００kHz において高透磁率を得るのが困難
となる。なお、ＣａＯやＳｉＯ₂ は、一般に粒界に存在
する。

【００２３】また、本発明のマンガン亜鉛系フェライト
には、さらにＰがＯ超３００ppm 以下含有する。Ｐが含
まれていないと、ナトリウムや、カリウム添加による本
発明の効果が発現しない。また、Ｐの含有量が３００pp
m を超えると高周波域、例えば１００kHz 〜５００kHz
における透磁率が不十分になる。

【００２４】なお、ダライ粉、ミルスケール等を原料鉄
として用いたとき、Ｐの含有量を少なくするには、塩化
鉄精製に桁違いの多大な労力を要してしまう。また、Ｐ
の含有量が少ないと周波数１００kHz 程度における透磁
率が低下する。このような理由からＰの含有量は、２０
〜１２０ppm 、特に４５〜８０ppm が好ましい。なお、
Ｐは一般に粒界に存在すると考えられている。

【００２５】このような本発明のフェライトには、カリ
ウム酸化物および／またはナトリウム酸化物が、特にＫ
₂ ＯやＮａ₂ Ｏの形で含有する。

【００２６】この場合、添加したナトリウム化合物やカ
リウム化合物は、焼成により一部蒸発ないし昇華してし
まうことがあり、フェライト中のナトリウム酸化物やカ
リウム酸化物の含有量は添加量と一致しないことがあ
る。すなわち、ナトリウム酸化物やカリウム酸化物の含
有量は、金属換算で添加量の１０〜１００重量％程度、
特に１５〜５０重量％程度である。

【００２７】なお、本発明のフェライト中には、必要に
応じて、さらに、酸化ニオブ、酸化ビスマス、酸化イン
ジウム、酸化バナジウム、酸化モリブデン等の１種以上
を含有させてもよい。これらは、Ｎｂ₂ Ｏ₅ 換算、Ｂｉ
₂ Ｏ₃ 換算、Ｉｎ₂ Ｏ₃ 換算、Ｖ₂ Ｏ₅ 換算、ＭｏＯ₃
換算にて、合計で０〜３０００ppm 程度であることが好
ましい。

【００２８】このような成分を含有する本発明のフェラ
イトの平均結晶粒子径は一般に２０〜３０μm 程度であ
る。また、２５℃における周波数１００kHz の初透磁率
μｉは７０００以上、特に９０００以上、例えば９００
０〜１２０００程度、周波数５００kHz の初透磁率μｉ
は２５００以上、特に４０００以上、例えば４０００〜
６０００程度が同時に得られる。

【００２９】本発明のマンガン−亜鉛系フェライトおよ
び磁心を製造するには、まず、主成分として、通常の酸
化鉄成分、酸化マンガン成分および酸化亜鉛成分の混合
物を用意する。

【００３０】これらの主成分は、フェライトの最終組成
として前記の量比になるように混合され、原料として供
される。この際、これら混合物中のＰ含有量の総計は、
前記のとおり、Ｏ超３００ppm 以下、好ましくは２０〜
１２０ppm 、特に好ましくは４５〜８０ppm に規制す
る。

【００３１】この場合、Ｐ量を少なく、例えば１０ppm
程度に規制すると、アルカリの添加により周波数１００
kHz における透磁率が低下し、目標値である初透磁率μ
ｉ１００００の実現が困難となる。これに対し、Ｐ量を
好適範囲、例えば６０ppm 程度に規制すると、カリウム
酸化物の添加では周波数１００kHz における透磁率がわ
ずかに低下するものの初透磁率μｉ１００００が実現
し、特にナトリウム化合物の添加では、透磁率を向上さ
せることができる。しかも、周波数５００kHz において
は、アルカリ無添加のものに対し透磁率を倍増すること
ができる。このため目標値である１００kHz での初透磁
率μｉ１００００以上、５００kHz での初透磁率μｉ５
０００以上が同時に得られる。

【００３２】また、副成分の原料として、炭酸カルシウ
ム等の焼成により酸化カルシウムになる化合物や酸化カ
ルシウム、好ましくはＣａＣＯ₃ と、焼成により酸化ケ
イ素になる化合物や酸化ケイ素、好ましくはＳｉＯ₂ と
が添加される。この場合、これらの副成分の原料は、磁
性材料の最終組成として前記の量比になるように添加さ
れる。

【００３３】そして、さらにナトリウム化合物および／
またはカリウム化合物、より好ましくはナトリウム化合
物およびカリウム化合物、特に好ましくはナトリウム化
合物が添加される。

【００３４】ナトリウム化合物としては、Ｎａ₂ ＣＯ
₃ 、Ｎａ₂ ＳＯ₄ 、Ｎａ₃ ＡｌＦ₆ 等を用いることがで
きる。この場合、ナトリウム化合物が溶解してしまうと
材料中にナトリウムを均一に分布させにくくなるため、
難溶性の化合物が好ましく、前記のうちではＮａ₃ Ａｌ
Ｆ₆ が好ましい。

【００３５】ナトリウム化合物の添加量は、金属換算で
３０〜１０００ppm、好ましくは１００〜４００ppm と
する。

【００３６】添加量が前記範囲未満では、本発明の効果
が得られず、前記範囲を超えると却って透磁率が減少す
る。

【００３７】また、Ｐの含有量に対するナトリウム化合
物の添加量は金属換算で１〜６０、特に２〜１０、さら
には２〜５が好ましい。この比を前記のとおり規制する
ことにより、より一層高い透磁率が得られる。

【００３８】また、カリウム化合物としては、Ｋ₂ ＣＯ
₃ 、Ｋ₂ ＳＯ₄ 等を用いることができるが、Ｋ₂ ＣＯ₃
等が好適である。

【００３９】カリウム化合物の添加量は、金属換算で３
０〜１５００ppm 、好ましくは２００〜４００ppm とす
る。添加量が前記範囲未満では、本発明の効果が得られ
ず、前記範囲を超えると却って透磁率が減少する。

【００４０】また、Ｐの含有量に対するカリウム化合物
の添加量は金属換算で１〜６０、特に２〜１０、さらに
は２〜５が好ましい。この比を前記のとおり規制するこ
とにより、より一層高い透磁率が得られる。

【００４１】また、ナトリウム化合物とカリウム化合物
とを併用する場合、ナトリウム化合物に対するカリウム
化合物の添加量は、金属換算で２以下、特に１以下が好
ましい。

【００４２】なお、必要に応じて、酸化ニオブ、酸化ビ
スマス、酸化インジウム、酸化バナジウム、酸化モリブ
デン等の１種以上がさらに原料混合物中に添加される。

【００４３】このように主成分および添加微量成分を混
合した後、これをスプレードライヤー等にて８０〜２０
０μm 程度の径の顆粒とする。そして、これに適当なバ
インダー、例えばポリビニルアルコールを少量、例えば
０．１〜１．０wt％加えて成型する。

【００４４】次いで、この成型品を焼成する、焼成方法
には特に制限がなく、高透磁率マンガン−亜鉛系フェラ
イトの通常の焼成方法を用いればよい。例えば、酸素濃
度を制御した雰囲気下において、所望の焼結温度まで５
０〜１５０℃／ｈｒ程度の昇温速度で徐熱し、その温度
で焼結を完了させる。

【００４５】この際の焼成雰囲気としては、大気中、特
に酸素雰囲気が好ましい。そして、焼成はこのような雰
囲気中で通常、１３００℃以上、特に、１３５０〜１４
５０℃の範囲の所定温度に、４〜５時間程度保持するこ
とによって行われる。

【００４６】このようにして焼結が完了した後、酸素濃
度を制御した雰囲気で、冷却速度２００〜３００℃／ｈ
ｒ程度で冷却することが好ましい。

【００４７】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明
をさらに詳細に説明する。実施例１ＭｎＯ（２５．５モル％）、ＺｎＯ（２１．５モル
％）、Ｆｅ₂ Ｏ₃ （５３．０モル％）を主成分とし、副
成分としてＣａＣＯ₃ （ＣａＯ換算で１５０ppm ）、Ｓ
ｉＯ₂ （３０ppm ）を添加した。この比較用のサンプル
No. １の主成分中のＰの総計は１０ppm であった。

【００４８】また、このサンプルNo. １に、Ｎａ₃ Ａｌ
Ｆ₆ をＮａ換算で３００ppm 添加して、本発明のサンプ
ルNo. ２とし、Ｋ₂ ＣＯ₃ をＫ換算で２００ppm 添加し
て、本発明のサンプルNo. ３とした。

【００４９】さらに、Ｐの含有量、Ｎａ₃ ＡｌＦ₆ （Ｎ
ａ換算）の添加量、Ｋ₂ ＣＯ₃ （Ｋ換算）の添加量を表
１に示されるとおりに変え、サンプルNo. ４、No. ８〜
No.１５を得た。

【００５０】これらを混合後、スプレードライヤーにて
平均粒径１５０μm に顆粒化し、バインダを加え成形
し、酸素雰囲気中で、１４２０℃にて５時間保持し、焼
結して、外径３１mm、内径１９mm、高さ８mmのトロイダ
ルコアを得た。なお、最終組成を蛍光Ｘ線により測定し
たところ主成分およびＰは、原料組成と対応するもので
あり、酸化カルシウムはＣａＯ換算で２５０ppm 、酸化
ケイ素はＳｉＯ₂ 換算で１００ppm であった。

【００５１】また、金属換算でのＮａ、Ｋの含有量は、
添加量の１５〜５０重量％程度であった。

【００５２】また、この他、サンプルNo. ８において酸
化ケイ素、酸化カルシウム、酸化ケイ素および酸化カル
シウムを含有しない比較用サンプルNo. ５〜No. ７を得
た。

【００５３】得られた各トロイダルコアの体積抵抗率ρ
と、２５℃における周波数１００kHz での初透磁率μ
₁₀₀ 、周波数５００kHzでの初透磁率μ₅₀₀ とを測定し
た。なお、透磁率の測定にはインピーダンスアナライザ
ーを用いた。これらの結果は表１に示されるとおりであ
る。

【００５４】

【表１】

【００５５】表１に示される結果から本発明の効果が明
らかである。すなわち、本発明に従い抵抗率ρが増加
し、μ₁₀₀ はＰ：１０ppm にてやや減少しているもの
の、その他では同等ないし増加しており、特にμ₅₀₀ は
格段と増加していることが判かる。

【００５６】また、Ｐ：１８０ppm の本発明のサンプル
No. １１および１２では、Ｐ：１０ppm の比較用サンプ
ルNo. １の特性をすでに上回っていることも判かる。

【００５７】また、サンプルNo. ８、４および１の光学
顕微鏡写真を、それぞれ、図１、２および３に示す。こ
れらの写真から判かるように、アルカリを添加しない場
合、Ｐ：１０ppm では図３に示されるように結晶粒子径
が揃っているが、Ｐ：６０ppm になると図２に示される
ように結晶粒子径が不均一になっている。これに対し、
Ｎａを添加したＰ：６０ppm の本発明のサンプルNo. ８
は、図１に示されるように結晶粒子径がきれいに揃って
いる。この結果から、本発明によるＮａやＫの添加によ
りＰによる液相焼結が阻害され、結晶の異常粒成長が抑
制されることが判かる。

【００５８】実施例２実施例１において作製したサンプルNo. １、８および１
１それぞれのμ₁₀₀ の温度変化を測定した。この結果を
図４に示す。

【００５９】図４に示される結果から本発明の効果が明
らかである。

【００６０】

【発明の効果】本発明のマンガン−亜鉛系フィライト
は、電気抵抗率が高く、高周波帯域１００kHz 〜５００
kHz 、特に５００kHz において、高い透磁率を有する。
しかも周波数１０kHz 〜１００kHz程度の低周波側でも
高い透磁率を有する。

【００６１】また、本発明では高電気抵抗率、高透磁率
を極端にＰの含有量を減少させることなく実現できるた
め、コストや製造上のメリットはきわめて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】結晶構造を示す図面代用写真であって、本発明
のマンガン−亜鉛系フェライトの光学顕微鏡写真であ
る。

【図２】結晶構造を示す図面代用写真であって、従来の
マンガン−亜鉛系フェライトの光学顕微鏡写真である。

【図３】結晶構造を示す図面代用写真であって、従来の
マンガン−亜鉛系フェライトの光学顕微鏡写真である。

【図４】周波数１００kHz における初透磁率μ₁₀₀ の温
度特性が示されるグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｆｅ₂ Ｏ₃ 換算で５１〜５４モル％の酸
化鉄、ＭｎＯ換算で２１〜２９モル％の酸化マンガン、
ＺｎＯ換算で２０モル％超２５モル％以下の酸化亜鉛、
ＣａＯ換算で１００〜３５０ppm の酸化カルシウム、Ｓ
ｉＯ₂ 換算で５０〜１５０ppm の酸化ケイ素および０超
３００ppm 以下のＰを含有し、金属換算で３０〜１００
０ppm のナトリウム化合物を添加して焼結したことを特
徴とするマンガン−亜鉛系フェライト。
【請求項２】前記Ｐの含有量に対する前記ナトリウム
化合物の添加量が金属換算で１〜６０である請求項１に
記載のマンガン−亜鉛系フェライト。
【請求項３】Ｆｅ₂ Ｏ₃ 換算で５１〜５４モル％の酸
化鉄、ＭｎＯ換算で２１〜２９モル％の酸化マンガン、
ＺｎＯ換算で２０モル％超２５モル％以下の酸化亜鉛、
ＣａＯ換算で１００〜３５０ppm の酸化カルシウム、Ｓ
ｉＯ₂ 換算で５０〜１５０ppm の酸化ケイ素および０超
３００ppm 以下のＰを含有し、金属換算で３０〜１５０
０ppm のカリウム化合物を添加して焼結したことを特徴
とするマンガン−亜鉛系フェライト。
【請求項４】前記Ｐの含有量に対する前記カリウム化
合物の添加量が金属換算で１〜６０である請求項３に記
載のマンガン−亜鉛系フェライト。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれかに記載のマ
ンガン−亜鉛系フェライトからなることを特徴とする磁
心。