フェライトコア及びトランス
【課題】連続的に励磁するような環境にあっても、コア温度が上昇するのを十分に抑制できるフェライトコアを提供すること。
【解決手段】本発明に係るフェライトコアは、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｎ及びＣｏを含有し、下記式（１）で定義されるｘについて、焼結体表面から深さ１．５ｍｍ以下の表面部のｘをｘ（ｏ）、焼結体表面から深さ２．５ｍｍ以上の内部のｘをｘ（ｉ）としたとき、ｘの焼結体内外差を表す｛ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）｝が−０．００１５≦｛ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）｝≦０．０００５の範囲となることを特徴とする。
ｘ＝（Ｆｅ２＋−Ｃｏ３＋−Ｍｎ３＋）／（Ｆｅ＋Ｍｎ＋Ｚｎ＋Ｃｏ） …式（１）
但し、式（１）中の（Ｆｅ２＋−Ｃｏ３＋−Ｍｎ３＋）：［ｗｔ％］、（Ｆｅ＋Ｍｎ＋Ｚｎ＋Ｃｏ）：［ｗｔ％］である。
【解決手段】本発明に係るフェライトコアは、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｎ及びＣｏを含有し、下記式（１）で定義されるｘについて、焼結体表面から深さ１．５ｍｍ以下の表面部のｘをｘ（ｏ）、焼結体表面から深さ２．５ｍｍ以上の内部のｘをｘ（ｉ）としたとき、ｘの焼結体内外差を表す｛ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）｝が−０．００１５≦｛ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）｝≦０．０００５の範囲となることを特徴とする。
ｘ＝（Ｆｅ２＋−Ｃｏ３＋−Ｍｎ３＋）／（Ｆｅ＋Ｍｎ＋Ｚｎ＋Ｃｏ） …式（１）
但し、式（１）中の（Ｆｅ２＋−Ｃｏ３＋−Ｍｎ３＋）：［ｗｔ％］、（Ｆｅ＋Ｍｎ＋Ｚｎ＋Ｃｏ）：［ｗｔ％］である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＦｅ、Ｍｎ、Ｚｎ及びＣｏを含むフェライトコアに関する。
【背景技術】
【０００２】
電源用トランスなどの磁心材料として、フェライト焼結体が使用されている。磁心を形成するフェライト焼結体は、フェライトコアと呼ばれ、Ｍｎ及びＺｎを含有するＭｎＺｎ系フェライトが広く使用されている。機器の使用時における磁心の発熱量を低減する観点から、フェライトコアは使用される温度範囲でコアロスの値が小さいことが求められる。
【０００３】
近年、電子機器や電源の小型化が進むとともに、電子機器における部品の高密度化も進展している。かかる状況においては、磁心の発熱による温度上昇が大きくなる傾向にあり、磁心は温度上昇に対して厳しい環境で使用される機会が増加している。このため、磁心の温度上昇をさらに抑制することが望まれている。例えば、特許文献１、２には、電源用トランスに好適なフェライト材料及びその製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２９２３０３号公報
【特許文献２】特開２００９−２２７５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来は電子機器や電源などの動作温度でコアロスが低ければ、実駆動時のコア温度も低くなると考えられていた。またコアロスが極小値を示す温度（コアロス極小温度）よりも電子機器や電源などの動作温度が低ければ、使用時にコアの温度が徐々に上昇したとしても、発熱量が徐々に小さくなるため、熱暴走の発生を十分に防止できるものと考えられていた。
【０００６】
特許文献１、２においても、磁心の温度上昇を抑制してトランスの熱暴走を防止するために、電子機器や電源が使用される温度範囲でコアロスを低減し、さらに高温貯蔵試験においてコアロス特性の安定性を高める提案がされている。
【０００７】
しかしながら、本発明者らは磁心が実装された電子機器や電源を連続的に運転した場合を想定し、コアを連続的に励磁してその温度変化を測定したところ、動作温度におけるコアロスが低いと評価された場合でもコアの温度が高くなる場合があることを見出した。
【０００８】
上記のようにコアロスの評価結果と、連続運転時におけるコアの温度測定の結果との不一致は、コアロスの温度特性の測定方法に起因すると本発明者らは推察する。すなわち、コアロスの温度特性は、コアを所定の温度とした後、瞬間的に又はごく短時間（５秒程度）励磁してコアロスを測定し、設定温度を変更しながら当該測定を繰り返し行うことによって求められる。つまり、従来のコアロス評価は、コアを連続的に励磁しつづける条件下で測定される値ではないことが上記不一致の主因と推察される。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電子機器や電源内での使用において、連続的に励磁するような環境にあっても、コア温度が上昇するのを十分に抑制できるフェライトコア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】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、連続的に励磁した場合でもコア温度の上昇を十分に抑制できるフェライト焼結体について鋭意検討した結果、ＭｎＺｎ系フェライトに含まれる陽イオンの量と陽イオンの価数について、焼結体内部と焼結体表面近傍の差を所定の範囲内とすることが有用であることを見出し、本発明を完成するに到った。
【００１１】
すなわち、第１の手段に係るフェライトコアは、少なくともＦｅ、Ｍｎ、Ｚｎ及びＣｏを含有し、下記式（１）で定義されるｘについて、焼結体表面から深さ１．５ｍｍ以下の表面部のｘをｘ（ｏ）、焼結体表面から深さ２．５ｍｍ以上の内部のｘをｘ（ｉ）としたとき、ｘの焼結体内外差を表す｛ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）｝が−０．００１５≦｛ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）｝≦０．０００５の範囲となすことを特徴とする。
ｘ＝（Ｆｅ２＋−Ｃｏ３＋−Ｍｎ３＋）／（Ｆｅ＋Ｍｎ＋Ｚｎ＋Ｃｏ） …式（１）
但し、式（１）中の（Ｆｅ２＋−Ｃｏ３＋−Ｍｎ３＋）：［ｗｔ％］、（Ｆｅ＋Ｍｎ＋Ｚｎ＋Ｃｏ）：［ｗｔ％］である。
【００１２】
本件の第２の手段に係るフェライトコアは、前記｛ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）｝が−０．００１２≦｛ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）｝≦０．０００３５の範囲となすことを特徴とする。
【００１３】
本件の第３の手段に係るフェライトコアは、前記第１乃至第２のいずれかの手段に係るフェライトコアにおいて、それぞれ酸化物に換算したとき、５１．０〜５４．０モル％のＦｅ２Ｏ３、３２．０〜４３．０モル％のＭｎＯ、及び、６．０〜１４．０モル％のＺｎＯからなる主成分と、主成分の上記酸化物の合計質量１質量部に対し、ＣｏＯに換算すると５００×１０−６〜５０００×１０−６質量部に相等する量のＣｏを含有することが好ましい。
【００１４】
フェライトコアが上記に示す量のＦｅ、Ｍｎ、Ｚｎ及びＣｏを含有すると、連続励磁におけるコア温度の上昇を一層低減できる。
【００１５】
本件の第４の手段に係るフェライトコアは、前記第１乃至第３のいずれかの手段に係るフェライトコアにおいて、主成分の上記酸化物の合計質量１質量部に対し、ＳｉＯ２に換算すると５０×１０−６〜１５０×１０−６質量部に相等する量のＳｉと、ＣａＣＯ３に換算すると４００×１０−６〜１８００×１０−６質量部に相等する量のＣａを含有することが好ましい。
【００１６】
フェライトコアが上記に示す量のＳｉ及びＣａを含有すると、フェライトコアの粒界が高抵抗化して、コアロスをより一層低減できる。
【００１７】
本件の第５の手段に係るフェライトコアは、前記第１乃至第４のいずれかの手段に係るフェライトコアにおいて、主成分の上記酸化物の合計質量１質量部に対し、ＴｉＯ２に換算すると５００×１０−６〜６０００×１０−６質量部以下に相等する量のＴｉを含有することが好ましい。
【００１８】
フェライトコアが上記に示す量のＴｉを含有すると、コア温度の上昇を一層低減できる。
【００１９】
本件の第６の手段に係るフェライトコアは、前記第１乃至第５のいずれかの手段に係るフェライトコアにおいて、主成分の上記酸化物の合計質量１質量部に対し、Ｎｂ２Ｏ５に換算すると１００×１０−６〜４００×１０−６質量部に相等する量のＮｂを含有することが好ましい。
【００２０】
本件の第７の手段に係るフェライトコアは、前記第１乃至第６のいずれかの手段に係るフェライトコアにおいて、主成分の上記酸化物の合計質量１質量部に対し、Ｖ２Ｏ５に換算すると５０×１０−６〜４００×１０−６質量部に相等する量のＶを含有することが好ましい。
【００２１】
フェライトコアが上記第６の手段および第７の手段に示す量のＮｂ、Ｖの少なくとも１種以上を含むものであると、フェライトコアの粒界が高抵抗化して、コアロスを一層低減できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によりは、連続的に励磁するような環境にあっても、コアの上昇温度を５０℃以下に抑制できるフェライトコアが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係るフェライトコアの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明に係るフェライトコアを使用したトランスの一実施形態を示す斜視図である。
【図３】本焼成工程における温度設定の一例を示すグラフである。
【図４】ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）とコアの上昇温度（ΔＴ）の関係を示すグラフである。
【図５】ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）と１２０℃におけるコアロス（Ｐｃｖ）の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本実施形態に係るフェライトコア（磁心）を示す斜視図である。図１に示すように、Ｅ字型のフェライトコア１０は、Ｅ型コアと呼ばれ、トランスやチョークコイルなどに使用される。
【００２６】
フェライトコア１０のようなＥ型コアが採用されたトランスとしては、図２に示すように、２つのフェライトコアを対向配置して、中脚部１１の回りにコイル１２を巻き回したトランスが知られている。
【００２７】
フェライトコア１０はフェライト焼結体で構成され、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｎ及びＣｏを含有し、式（１）で定義されるｘについて、焼結体表面から深さ１．５ｍｍ以下の表面部のｘをｘ（ｏ）、焼結体表面から深さ２．５ｍｍ以上の内部のｘをｘ（ｉ）としたとき、ｘの焼結体内外差を表すｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）が−０．００１５≦｛ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）｝≦０．０００５の範囲となす。
【００２８】
フェライトコア１０をなすフェライト焼結体は、｛ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）｝が−０．００１５未満であると、コアロスが大きくなり、さらにコアの上昇温度が大きくなる。｛ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）｝が０．０００５を超えるとコアの温度上昇が大きくなり、コアの上昇温度が５０℃を超える。｛ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）｝は−０．００１２以上で、０．０００３５以下であることが好ましい。この範囲とすると、更にコアの温度上昇が抑えられる。
【００２９】
式（１）で定義されるｘは、本実施形態に係るフェライト焼結体を構成する（Ｆｅ＋Ｍｎ＋Ｚｎ＋Ｃｏ）［ｗｔ％］に含まれる（Ｆｅ２＋−Ｃｏ３＋−Ｍｎ３＋）［ｗｔ％］の重量比率を表している。フェライト焼結体に含まれるＦｅ、Ｍｎ及びＣｏは２価または３価のイオンとして存在し、Ｚｎは２価のイオンである。化学量論組成ではＦｅ２Ｏ３に換算したときに５０モル％を超える過剰なＦｅはＦｅ２＋Ｆｅ３＋２Ｏ４の形態として存在し、Ｃｏ及びＭｎは２価のイオンである。
【００３０】
単一組成の場合は、焼成過程の雰囲気酸素濃度が上昇すると、２価イオンが減少して３価イオンが増加するから（Ｆｅ２＋−Ｃｏ３＋−Ｍｎ３＋）は減少する。すなわちｘは材料組成、及び焼成過程における酸化、還元条件により変化するパラメータであり、フェライト焼結体のカチオンの量及び酸化、還元度合いを表す定量的な指標となる。
【００３１】
フェライトコアの電磁気特性を決める重要な因子のひとつとして、磁歪定数λｓがあげられる。詳細は不明であるが、フェライトコアの磁歪定数λｓに大きな影響を及ぼすＦｅ、Ｃｏ及びＭｎの価数について、焼結体内部と表面部のアンバランスを示す｛ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）｝を適正化にすることにより、連続的に励磁したときのコア温度の上昇を、効果的に抑制できるものと考えられる。
【００３２】
本実施形態に係るフェライト焼結体は、それぞれ酸化物に換算したとき、５１．０〜５４．０モル％のＦｅ２Ｏ３、３２．０〜４３．０モル％のＭｎＯ、及び、６．０〜１４．０モル％のＺｎＯからなる主成分と、主成分の上記酸化物の合計質量１質量部に対し、ＣｏＯに換算すると５００×１０−６〜５０００×１０−６質量部に相等する量のＣｏを含有することが好ましい。
【００３３】
フェライト焼結体のＦｅ２Ｏ３の含有率が５１．０モル％未満であると、飽和磁束密度が低くなる。他方、Ｆｅ２Ｏ３の含有率が５４．０モル％を超えると、高温条件下で使用した場合に磁気特性の経時劣化が顕著となる。Ｆｅ２Ｏ３の含有率は、５１．５〜５３．５モル％であることがより好ましい。
【００３４】
フェライト焼結体のＺｎＯの含有率が６．０モル％未満であると、コアの上昇温度が高くなる。他方、ＺｎＯの含有率が１４．０モル％を超えると、飽和磁束密度が低くなる。ＺｎＯの含有率は、８．０〜１２．０モル％であることがより好ましい。
【００３５】
フェライト焼結体のＭｎＯの含有率は、他の主成分であるＦｅ２Ｏ３及びＺｎＯの含有率を定めると、主成分のうちの残部として定まるものである。
【００３６】
機器の熱暴走を一層確実に防止するためには、連続的に励磁して長期にわたって運転してもコアロスが著しく増大することなく、低いコアロスを維持することが望ましい。Ｃｏは、磁気異方性定数Ｋ１が比較的大きな正の値であるため、適量のＣｏを含有せしめることで、高温条件下におけるコアロスの温度変化率を十分に抑制できるという効果が奏される。
【００３７】
フェライト焼結体のＣｏの含有量（ＣｏＯ換算）が、主成分の酸化物の合計質量１質量部に対し、５００×１０−６質量部未満であると、高温条件下におけるコアロスの増大が顕著となる。他方、Ｃｏの含有量（ＣｏＯ換算）が５０００×１０−６質量部を超えると、高温条件下におけるコアロスの温度変化率は抑制されるものの、コアロスの低減が不十分となる。Ｃｏの含有量（ＣｏＯ換算）は、１０００×１０−６質量部以上、且つ４５００×１０−６質量部以下であることが好ましく、１５００×１０−６〜４０００×１０−６質量部であることがより好ましい。
【００３８】
Ｓｉは、フェライト焼結体の焼結性を高める作用を有するとともに、粒界の高抵抗化に寄与するため、適量のＳｉを含有せしめることで、コアロスの低減化が図られる。フェライト焼結体のＳｉの含有量（ＳｉＯ２換算）が、主成分の酸化物の合計質量１質量部に対し、５０×１０−６質量部未満であると、フェライト焼結体の粒界における高抵抗層の形成が不十分となり、コアロスの低減が不十分となる。他方、Ｓｉの含有量（ＳｉＯ２換算）が１５０×１０−６質量部を超えると、異常な粒成長を招来し、コアロスの低減が不十分となる。Ｓｉの含有量（ＳｉＯ２換算）は、６０×１０−６〜１３０×１０−６質量部であることが好ましい。
【００３９】
Ｃａは、上述のＳｉと同様、フェライト焼結体の焼結性を高める作用を有するとともに、粒界の高抵抗化に寄与するため、適量のＣａを含有せしめることで、コアロスの低減化が図られる。フェライト焼結体のＣａの含有量（ＣａＣＯ３換算）が、主成分の酸化物の合計質量１質量部に対し、４００×１０−６質量部未満であると、フェライト焼結体の粒界における高抵抗層の形成が不十分となり、コアロスの低減が不十分となる。他方、Ｃａの含有量（ＣａＣＯ３換算）が１８００×１０−６質量部を超えると、異常な粒成長を招来し、コアロスの低減が不十分となる。Ｃａの含有量（ＣａＣＯ３換算）は、６００×１０−６〜１５００×１０−６質量部であることが好ましい。
【００４０】
Ｃｏを含有するフェライト焼結体に、適量のＴｉを含有せしめることで、コアロスの増大を招来することなく、高温条件下での使用による磁気特性の経時劣化を抑制できるという効果が奏される。フェライト焼結体のＴｉの含有量（ＴｉＯ２換算）が、主成分の酸化物の合計質量１質量部に対し、５００×１０−６質量部未満であると、高温条件下で使用した場合に磁気特性の経時劣化が顕著となる。他方、Ｔｉの含有量（ＴｉＯ２換算）が６０００×１０−６質量部を超えると、飽和磁束密度が低下する。Ｔｉの含有量（ＴｉＯ２換算）は、１０００×１０−６質量部以上、且つ５０００×１０−６質量部未満であることが好ましく、１５００×１０−６〜４０００×１０−６質量部であることがより好ましい。
【００４１】
本実施形態に係るフェライト焼結体は、副成分として、主成分の上記酸化物の合計質量１質量部に対し、Ｎｂ２Ｏ５に換算すると１００×１０−６〜４００×１０−６質量部に相等する量のＮｂ及び／又はＶ２Ｏ５に換算すると５０×１０−６〜４００×１０−６質量部に相等する量のＶを更に含むことが好ましい。
【００４２】
Ｎｂは、フェライト焼結体の粒界の高抵抗化に寄与するため、適量のＮｂを含有せしめることで、コアロスの低減化が図られる。フェライト焼結体のＮｂの含有量（Ｎｂ２Ｏ５換算）が、主成分の酸化物の合計質量１質量部に対し、１００×１０−６質量部未満であると、粒界の高抵抗化が不十分となりやすく、コアロスの低減が不十分となる傾向がある。他方、Ｎｂの含有量（Ｎｂ２Ｏ５換算）が４００×１０−６質量部を超えると、結晶組織の不均一性を助長する傾向がある。Ｎｂの含有量（Ｎｂ２Ｏ５換算）は、１５０×１０−６〜４００×１０−６質量部であることが好ましい。
【００４３】
Ｖは、上述のＮｂと同様、フェライト焼結体の粒界の高抵抗化に寄与するため、適量のＶを含有せしめることで、コアロスの低減化が図られる。フェライト焼結体のＶの含有量（Ｖ２Ｏ５換算）が、主成分の酸化物の合計質量１質量部に対し、５０×１０−６質量部未満であると、粒界の高抵抗化が不十分となりやすく、コアロスの低減が不十分となる傾向がある。他方、Ｖの含有量（Ｖ２Ｏ５換算）が４００×１０−６質量部を超えると、結晶組織の不均一性を助長する傾向がある。Ｖの含有量（Ｖ２Ｏ５換算）は、５０×１０−６〜３００×１０−６質量部であることが好ましい。
【００４４】
フェライト焼結体に、Ｎｂ及びＶの両方を含有せしめる場合は、Ｎｂ２Ｏ５及びＶ２Ｏ５の分子量に基づき、Ｎｂ及びＶの合計含有量を適宜調整すればよい。
【００４５】
本実施形態に係るフェライト焼結体は、上記以外の成分を更に含有するものであってもよい。例えば、Ｔａ（Ｔａ２Ｏ５）、Ｚｒ（ＺｒＯ２）及びＨｆ（ＨｆＯ２）は、上述のＮｂ，Ｖと同様、フェライト焼結体の粒界の高抵抗化に寄与するため、これらを適量含有せしめることで、コアロスの低減化が図られる。
【００４６】
次に、フェライトコア１０の製造方法について説明する。
【００４７】
はじめに、主成分をなす酸化鉄α−Ｆｅ２Ｏ３、酸化マンガンＭｎ３Ｏ４及び酸化亜鉛ＺｎＯを用意し、これら酸化物を混合して混合物を得る。このとき、最終的に得られる混合物中の各酸化物成分の構成比が所定の範囲内となるように上記酸化物とともに他の化合物を混合してもよい。
【００４８】
次いで、上記主成分の混合物を仮焼成して仮焼成物を得る（仮焼工程）。仮焼は空気中で行えばよい。仮焼温度は混合物を構成する成分に依存するが、８００〜１１００℃とすることが好ましい。また、仮焼時間は、混合物を構成する成分に依存するが、１〜３時間とすることが好ましい。その後、得られた仮焼成物をボールミル等により粉砕して粉砕粉を得る。
【００４９】
他方、副成分をなす酸化コバルトＣｏＯを用意し、所定量の上記副成分を混合して混合物を得る。上述の主成分原料の仮焼成物を粉砕する際、副成分原料の上記混合物を添加し、両者を混合する。これにより、本焼成用の原料混合粉を得る（混合工程）。ここで、上記成分以外の副成分（ＳｉＯ２、ＣａＣＯ３、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５，Ｖ２Ｏ５，Ｔａ２Ｏ５，ＺｒＯ２，ＨｆＯ２など）を適宜添加してもよい。なお、最終的に得られる混合物中の各副成分の含有量が上記範囲内となるように上記化合物の代わりに他の化合物を用いてもよい。また、例えば、ＣｏＯの代わりにＣｏ３Ｏ４やＣａＣＯ３の代わりにＣａＯを使用してもよい。
【００５０】
続いて、上記のようにして得られる本焼成用の原料混合粉と、ポリビニルアルコール等の適当なバインダとを混合し、フェライトコア１０となる形状、即ちＥ字型に成形して成形体を得る。
【００５１】
次に、成形体を加熱炉内において焼成する（本焼成工程）。図３は、本焼成工程における温度設定の一例を示すグラフである。図３に示すように、本焼成工程は、加熱炉内の成型体を徐々に加熱する昇温工程Ｓ１と、温度を１２５０〜１３５０℃に保持する温度保持工程Ｓ２と、保持温度から徐々に降温する徐冷工程Ｓ３と、徐冷工程Ｓ３の終了後に急冷する急冷工程Ｓ４とを少なくとも有する。
【００５２】
昇温工程Ｓ１は、加熱炉内の温度を後述の保持温度にまで昇温する工程である。昇温速度は、１０〜３００℃／時間とすることが好ましい。
【００５３】
昇温工程Ｓ１によって所定の温度（１２５０〜１３５０℃）に到達すると、この温度に維持する温度保持工程Ｓ２を行う。温度保持工程Ｓ２における保持温度が１２５０℃未満であると、フェライト焼結体の粒成長が不十分となり、ヒステリシス損失が増大するため、コアロスの低減が不十分となる。他方、保持温度が１３５０℃を超えると、フェライト焼結体の粒成長が過剰となり、渦電流損失が増大するため、コアロスの低減が不十分となる。保持温度を１２５０〜１３５０℃とすることで、ヒステリシス損失と渦電流損失とのバランスがとれ、高温領域におけるコアロスを十分に低減できる。
【００５４】
上述の保持温度で焼成を行う時間（保持時間）は、２時間以上であることが好ましい。保持時間が２時間未満であると、温度１２５０〜１３５０℃で焼成を行った場合でも粒成長が不十分となり、コアロスの低減が不十分となりやすい。保持時間は、３〜１０時間とすることがより好ましい。
【００５５】
温度保持工程Ｓ２の終了後、徐冷工程Ｓ３を行う。徐冷工程Ｓ３における徐冷速度は、２００℃／時間以下であることが好ましい。徐冷速度が２００℃／時間を超えると、フェライト焼結体の粒内の残留応力が大きくなりやすく、これによりコアロスの低減が不十分となる傾向がある。なお、上記徐冷速度は、徐冷帯域での平均値を意味するものであり、これを超える速度で温度が低下する部分があってもよい。
【００５６】
徐冷工程Ｓ３において保持温度から降温するに際し、加熱炉内の酸素濃度を制御し、連続的又は段階的に下げる操作を行う（酸素濃度調整工程）。このような操作を行うことで、温度１２００℃における酸素濃度を０．２〜３．０体積％とし且つ温度１１００℃における酸素濃度を０．０２０〜１．００体積％とすることが好ましい。
【００５７】
徐冷工程Ｓ３を終了し、急冷工程Ｓ４を開始する温度（徐冷終了温度）は、９００〜１１５０℃であることが好ましい。徐冷終了温度が１１５０℃よりも高いと、フェライト焼結体の粒界の形成が不十分になりやすく、これによりコアロスの低減が不十分となる傾向がある。他方、徐冷終了温度が９００℃よりも低いと、フェライト焼結体の粒界に異相が生じやすく、これによりコアロスの低減が不十分となる傾向がある。
【００５８】
徐冷工程Ｓ３の終了後、急冷工程Ｓ４を行う。少なくとも徐冷終了温度から７００℃に到達するまで温度範囲については、降温速度を１５０℃／時間以上とすることが好ましい。当該温度領域における降温速度が１５０℃／時間未満であると、フェライト焼結体の粒界に異相が生じやすく、これによりコアロスの低減が不十分となる傾向がある。徐冷工程Ｓ３の終了後、７００℃から本焼成終了温度までの雰囲気酸素濃度を０．０２５〜０．１体積％に制御することにより、フェライト焼結体表面部の酸化状態を変化させて、フェライト焼結体の｛ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）｝を所望の値に制御する。本焼成終了温度とは、フェライト焼結体を焼成炉から取り出す温度のことで、２５０℃以下にすることが好ましい。
【００５９】
また、上記実施形態では、主成分原料を仮焼して得られた仮焼成物を粉砕する際、副成分原料を添加することで本焼成用の混合粉を調製する場合を例示したが、当該混合粉は次のようにして調製してもよい。例えば、仮焼前の主成分原料と副成分原料とを混合して得られた混合物を仮焼した後、仮焼成物を粉砕することによって本焼成用の混合粉を得てもよい。あるいは、仮焼前の主成分原料と副成分原料とを混合して得られた混合粉を仮焼した後、仮焼成物を粉砕する際、更に副成分原料などを添加することによって本焼成用の混合粉を得てもよい。
【００６０】
また、上記実施形態では、Ｅ字形状のフェライトコア１０を例示したが、フェライトコアの形状は、これに限定されるものではない。フェライトコアの形状は、そのフェライトコアが内蔵される機器の形状や用途に応じて適宜決定することができる。
【実施例】
【００６１】
以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づいて説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されない。
【００６２】
実施例１〜２８
各成分原料を最終的に表１に示した組成になるように秤量し、ボールミルを用いて湿式混合した。原料混合物を乾燥させた後、空気中において、９００℃程度の温度で仮焼した。得られた仮焼粉をボールミルに投入し、所望の粒子径となるまで湿式粉砕を３時間行った。
【００６３】
こうして得られた粉砕粉を乾燥し、粉砕粉１００質量部に対してポリビニルアルコールを０．８質量部加えて造粒した後、得られた混合物を約１５０ＭＰａの圧力で加圧成形し、Ｅ字型成形体を得た。成形体を次に示す焼成条件の範囲内で本焼成を行い、複数のＥ字型フェライトコアを得た。この本焼成工程は、保持温度が１２５０℃〜１３５０℃であり、徐冷終了温度を９００℃〜１１５０℃に設定した。徐冷工程Ｓ３の終了後、急冷工程Ｓ４において、雰囲気を表１に示した酸素濃度に制御した。Ｅ字型フェライトコアの中脚及び外脚の上面部を、面精度を向上させるために研磨加工した。
【００６４】
比較例１〜９
各成分原料を最終的に表１に示した組成になるように秤量し、ボールミルを用いて湿式混合した。原料混合物を乾燥させた後、空気中において、９００℃程度の温度で仮焼した。得られた仮焼粉をボールミルに投入し、所望の粒子径となるまで湿式粉砕を３時間行った。
【００６５】
こうして得られた粉砕粉を乾燥し、粉砕粉１００質量部に対してポリビニルアルコールを０．８質量部加えて造粒した後、得られた混合物を約１５０ＭＰａの圧力で加圧成形し、Ｅ字型成形体を得た。成形体を次に示す焼成条件の範囲内で本焼成を行い、複数のＥ字型フェライトコアを得た。この本焼成工程は、保持温度が１２５０℃〜１３５０℃であり、徐冷終了温度を９００℃〜１１５０℃に設定した。徐冷工程Ｓ３の終了後、急冷工程Ｓ４において、雰囲気を表１に示した酸素濃度に制御した。Ｅ字型フェライトコアの中脚及び外脚の上面部を、面精度を向上させるために研磨加工した。
【００６６】
それぞれ製造した２個のＥ字型のフェライトコアを対向配置して閉磁路を形成した。フェライトコアの初期温度を１００℃とし、その後、磁束密度２００ｍＴ、周波数１００ｋＨｚの条件で連続的に励磁してコア温度が安定したところで、熱電対でコア温度を測定した。これにより、コアの上昇温度（ΔＴ）を測定した。
【００６７】
フェライトコアのコアロスを次のようにして測定した。すなわち、Ｂ−Ｈアナライザ（岩通計測株式会社製 型式ＳＹ−８２１７）にて磁束密度２００ｍＴ、周波数１００ｋＨｚの条件で温度２５〜１５０℃の範囲のコアロスを測定し、１２０℃におけるコアロスの値を求めた。
【００６８】
式（１）のｘは組成分析と（Ｆｅ２＋−Ｃｏ３＋）量及びＭｎ３＋量から算出した。フェライト焼結体を表面から深さ１．０〜１．５ｍｍで切断した焼結体表面部と、焼結体表面から深さ２．５ｍｍ以上の焼結体内部に分離した。組成分析については、フェライト焼結体表面部、フェライト焼結体内部のそれぞれを乳鉢にて粉砕し粉末状にした後、蛍光Ｘ線分析装置を用いてガラスビード法によりＦｅ、Ｍｎ、Ｚｎ及びＣｏ量を測定した。（Ｆｅ２＋−Ｃｏ３＋）量及びＭｎ３＋量は、フェライト焼結体表面部、フェライト焼結体内部をそれぞれ乳鉢にて粉砕し粉末状にして酸溶解後、Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７溶液により電位差滴定を行い定量した。なお、Ｃｏを固溶させたＭｎＺｎ系フェライトでは、Ｆｅ２＋とＣｏ３＋が反応するため、Ｆｅ２＋、Ｆｅ３＋、Ｃｏ２＋及びＣｏ３＋のそれぞれを正確に分離して定量することは困難であるので、（Ｆｅ２＋−Ｃｏ３＋）量として定量した。
【００６９】
表１，及び図４，５に測定結果を示す。図４，５に示すとおり、実施例に係るフェライトコアはコア温度の上昇が十分に抑えられている。なお、｛ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）｝とコアロスの間には特段の相関は認められない。
【００７０】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００７１】
以上のように、本発明に係るフェライトコアは、ＭｎＺｎ系フェライトの磁心を連続して励磁した場合における温度上昇を抑制することに有用である。
【符号の説明】
【００７２】
１０ フェライトコア（磁心）
１１ 中脚部
１２ コイル
【技術分野】
【０００１】
本発明はＦｅ、Ｍｎ、Ｚｎ及びＣｏを含むフェライトコアに関する。
【背景技術】
【０００２】
電源用トランスなどの磁心材料として、フェライト焼結体が使用されている。磁心を形成するフェライト焼結体は、フェライトコアと呼ばれ、Ｍｎ及びＺｎを含有するＭｎＺｎ系フェライトが広く使用されている。機器の使用時における磁心の発熱量を低減する観点から、フェライトコアは使用される温度範囲でコアロスの値が小さいことが求められる。
【０００３】
近年、電子機器や電源の小型化が進むとともに、電子機器における部品の高密度化も進展している。かかる状況においては、磁心の発熱による温度上昇が大きくなる傾向にあり、磁心は温度上昇に対して厳しい環境で使用される機会が増加している。このため、磁心の温度上昇をさらに抑制することが望まれている。例えば、特許文献１、２には、電源用トランスに好適なフェライト材料及びその製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２９２３０３号公報
【特許文献２】特開２００９−２２７５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来は電子機器や電源などの動作温度でコアロスが低ければ、実駆動時のコア温度も低くなると考えられていた。またコアロスが極小値を示す温度（コアロス極小温度）よりも電子機器や電源などの動作温度が低ければ、使用時にコアの温度が徐々に上昇したとしても、発熱量が徐々に小さくなるため、熱暴走の発生を十分に防止できるものと考えられていた。
【０００６】
特許文献１、２においても、磁心の温度上昇を抑制してトランスの熱暴走を防止するために、電子機器や電源が使用される温度範囲でコアロスを低減し、さらに高温貯蔵試験においてコアロス特性の安定性を高める提案がされている。
【０００７】
しかしながら、本発明者らは磁心が実装された電子機器や電源を連続的に運転した場合を想定し、コアを連続的に励磁してその温度変化を測定したところ、動作温度におけるコアロスが低いと評価された場合でもコアの温度が高くなる場合があることを見出した。
【０００８】
上記のようにコアロスの評価結果と、連続運転時におけるコアの温度測定の結果との不一致は、コアロスの温度特性の測定方法に起因すると本発明者らは推察する。すなわち、コアロスの温度特性は、コアを所定の温度とした後、瞬間的に又はごく短時間（５秒程度）励磁してコアロスを測定し、設定温度を変更しながら当該測定を繰り返し行うことによって求められる。つまり、従来のコアロス評価は、コアを連続的に励磁しつづける条件下で測定される値ではないことが上記不一致の主因と推察される。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、電子機器や電源内での使用において、連続的に励磁するような環境にあっても、コア温度が上昇するのを十分に抑制できるフェライトコア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】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、連続的に励磁した場合でもコア温度の上昇を十分に抑制できるフェライト焼結体について鋭意検討した結果、ＭｎＺｎ系フェライトに含まれる陽イオンの量と陽イオンの価数について、焼結体内部と焼結体表面近傍の差を所定の範囲内とすることが有用であることを見出し、本発明を完成するに到った。
【００１１】
すなわち、第１の手段に係るフェライトコアは、少なくともＦｅ、Ｍｎ、Ｚｎ及びＣｏを含有し、下記式（１）で定義されるｘについて、焼結体表面から深さ１．５ｍｍ以下の表面部のｘをｘ（ｏ）、焼結体表面から深さ２．５ｍｍ以上の内部のｘをｘ（ｉ）としたとき、ｘの焼結体内外差を表す｛ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）｝が−０．００１５≦｛ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）｝≦０．０００５の範囲となすことを特徴とする。
ｘ＝（Ｆｅ２＋−Ｃｏ３＋−Ｍｎ３＋）／（Ｆｅ＋Ｍｎ＋Ｚｎ＋Ｃｏ） …式（１）
但し、式（１）中の（Ｆｅ２＋−Ｃｏ３＋−Ｍｎ３＋）：［ｗｔ％］、（Ｆｅ＋Ｍｎ＋Ｚｎ＋Ｃｏ）：［ｗｔ％］である。
【００１２】
本件の第２の手段に係るフェライトコアは、前記｛ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）｝が−０．００１２≦｛ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）｝≦０．０００３５の範囲となすことを特徴とする。
【００１３】
本件の第３の手段に係るフェライトコアは、前記第１乃至第２のいずれかの手段に係るフェライトコアにおいて、それぞれ酸化物に換算したとき、５１．０〜５４．０モル％のＦｅ２Ｏ３、３２．０〜４３．０モル％のＭｎＯ、及び、６．０〜１４．０モル％のＺｎＯからなる主成分と、主成分の上記酸化物の合計質量１質量部に対し、ＣｏＯに換算すると５００×１０−６〜５０００×１０−６質量部に相等する量のＣｏを含有することが好ましい。
【００１４】
フェライトコアが上記に示す量のＦｅ、Ｍｎ、Ｚｎ及びＣｏを含有すると、連続励磁におけるコア温度の上昇を一層低減できる。
【００１５】
本件の第４の手段に係るフェライトコアは、前記第１乃至第３のいずれかの手段に係るフェライトコアにおいて、主成分の上記酸化物の合計質量１質量部に対し、ＳｉＯ２に換算すると５０×１０−６〜１５０×１０−６質量部に相等する量のＳｉと、ＣａＣＯ３に換算すると４００×１０−６〜１８００×１０−６質量部に相等する量のＣａを含有することが好ましい。
【００１６】
フェライトコアが上記に示す量のＳｉ及びＣａを含有すると、フェライトコアの粒界が高抵抗化して、コアロスをより一層低減できる。
【００１７】
本件の第５の手段に係るフェライトコアは、前記第１乃至第４のいずれかの手段に係るフェライトコアにおいて、主成分の上記酸化物の合計質量１質量部に対し、ＴｉＯ２に換算すると５００×１０−６〜６０００×１０−６質量部以下に相等する量のＴｉを含有することが好ましい。
【００１８】
フェライトコアが上記に示す量のＴｉを含有すると、コア温度の上昇を一層低減できる。
【００１９】
本件の第６の手段に係るフェライトコアは、前記第１乃至第５のいずれかの手段に係るフェライトコアにおいて、主成分の上記酸化物の合計質量１質量部に対し、Ｎｂ２Ｏ５に換算すると１００×１０−６〜４００×１０−６質量部に相等する量のＮｂを含有することが好ましい。
【００２０】
本件の第７の手段に係るフェライトコアは、前記第１乃至第６のいずれかの手段に係るフェライトコアにおいて、主成分の上記酸化物の合計質量１質量部に対し、Ｖ２Ｏ５に換算すると５０×１０−６〜４００×１０−６質量部に相等する量のＶを含有することが好ましい。
【００２１】
フェライトコアが上記第６の手段および第７の手段に示す量のＮｂ、Ｖの少なくとも１種以上を含むものであると、フェライトコアの粒界が高抵抗化して、コアロスを一層低減できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によりは、連続的に励磁するような環境にあっても、コアの上昇温度を５０℃以下に抑制できるフェライトコアが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係るフェライトコアの一実施形態を示す斜視図である。
【図２】本発明に係るフェライトコアを使用したトランスの一実施形態を示す斜視図である。
【図３】本焼成工程における温度設定の一例を示すグラフである。
【図４】ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）とコアの上昇温度（ΔＴ）の関係を示すグラフである。
【図５】ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）と１２０℃におけるコアロス（Ｐｃｖ）の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本実施形態に係るフェライトコア（磁心）を示す斜視図である。図１に示すように、Ｅ字型のフェライトコア１０は、Ｅ型コアと呼ばれ、トランスやチョークコイルなどに使用される。
【００２６】
フェライトコア１０のようなＥ型コアが採用されたトランスとしては、図２に示すように、２つのフェライトコアを対向配置して、中脚部１１の回りにコイル１２を巻き回したトランスが知られている。
【００２７】
フェライトコア１０はフェライト焼結体で構成され、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｚｎ及びＣｏを含有し、式（１）で定義されるｘについて、焼結体表面から深さ１．５ｍｍ以下の表面部のｘをｘ（ｏ）、焼結体表面から深さ２．５ｍｍ以上の内部のｘをｘ（ｉ）としたとき、ｘの焼結体内外差を表すｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）が−０．００１５≦｛ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）｝≦０．０００５の範囲となす。
【００２８】
フェライトコア１０をなすフェライト焼結体は、｛ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）｝が−０．００１５未満であると、コアロスが大きくなり、さらにコアの上昇温度が大きくなる。｛ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）｝が０．０００５を超えるとコアの温度上昇が大きくなり、コアの上昇温度が５０℃を超える。｛ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）｝は−０．００１２以上で、０．０００３５以下であることが好ましい。この範囲とすると、更にコアの温度上昇が抑えられる。
【００２９】
式（１）で定義されるｘは、本実施形態に係るフェライト焼結体を構成する（Ｆｅ＋Ｍｎ＋Ｚｎ＋Ｃｏ）［ｗｔ％］に含まれる（Ｆｅ２＋−Ｃｏ３＋−Ｍｎ３＋）［ｗｔ％］の重量比率を表している。フェライト焼結体に含まれるＦｅ、Ｍｎ及びＣｏは２価または３価のイオンとして存在し、Ｚｎは２価のイオンである。化学量論組成ではＦｅ２Ｏ３に換算したときに５０モル％を超える過剰なＦｅはＦｅ２＋Ｆｅ３＋２Ｏ４の形態として存在し、Ｃｏ及びＭｎは２価のイオンである。
【００３０】
単一組成の場合は、焼成過程の雰囲気酸素濃度が上昇すると、２価イオンが減少して３価イオンが増加するから（Ｆｅ２＋−Ｃｏ３＋−Ｍｎ３＋）は減少する。すなわちｘは材料組成、及び焼成過程における酸化、還元条件により変化するパラメータであり、フェライト焼結体のカチオンの量及び酸化、還元度合いを表す定量的な指標となる。
【００３１】
フェライトコアの電磁気特性を決める重要な因子のひとつとして、磁歪定数λｓがあげられる。詳細は不明であるが、フェライトコアの磁歪定数λｓに大きな影響を及ぼすＦｅ、Ｃｏ及びＭｎの価数について、焼結体内部と表面部のアンバランスを示す｛ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）｝を適正化にすることにより、連続的に励磁したときのコア温度の上昇を、効果的に抑制できるものと考えられる。
【００３２】
本実施形態に係るフェライト焼結体は、それぞれ酸化物に換算したとき、５１．０〜５４．０モル％のＦｅ２Ｏ３、３２．０〜４３．０モル％のＭｎＯ、及び、６．０〜１４．０モル％のＺｎＯからなる主成分と、主成分の上記酸化物の合計質量１質量部に対し、ＣｏＯに換算すると５００×１０−６〜５０００×１０−６質量部に相等する量のＣｏを含有することが好ましい。
【００３３】
フェライト焼結体のＦｅ２Ｏ３の含有率が５１．０モル％未満であると、飽和磁束密度が低くなる。他方、Ｆｅ２Ｏ３の含有率が５４．０モル％を超えると、高温条件下で使用した場合に磁気特性の経時劣化が顕著となる。Ｆｅ２Ｏ３の含有率は、５１．５〜５３．５モル％であることがより好ましい。
【００３４】
フェライト焼結体のＺｎＯの含有率が６．０モル％未満であると、コアの上昇温度が高くなる。他方、ＺｎＯの含有率が１４．０モル％を超えると、飽和磁束密度が低くなる。ＺｎＯの含有率は、８．０〜１２．０モル％であることがより好ましい。
【００３５】
フェライト焼結体のＭｎＯの含有率は、他の主成分であるＦｅ２Ｏ３及びＺｎＯの含有率を定めると、主成分のうちの残部として定まるものである。
【００３６】
機器の熱暴走を一層確実に防止するためには、連続的に励磁して長期にわたって運転してもコアロスが著しく増大することなく、低いコアロスを維持することが望ましい。Ｃｏは、磁気異方性定数Ｋ１が比較的大きな正の値であるため、適量のＣｏを含有せしめることで、高温条件下におけるコアロスの温度変化率を十分に抑制できるという効果が奏される。
【００３７】
フェライト焼結体のＣｏの含有量（ＣｏＯ換算）が、主成分の酸化物の合計質量１質量部に対し、５００×１０−６質量部未満であると、高温条件下におけるコアロスの増大が顕著となる。他方、Ｃｏの含有量（ＣｏＯ換算）が５０００×１０−６質量部を超えると、高温条件下におけるコアロスの温度変化率は抑制されるものの、コアロスの低減が不十分となる。Ｃｏの含有量（ＣｏＯ換算）は、１０００×１０−６質量部以上、且つ４５００×１０−６質量部以下であることが好ましく、１５００×１０−６〜４０００×１０−６質量部であることがより好ましい。
【００３８】
Ｓｉは、フェライト焼結体の焼結性を高める作用を有するとともに、粒界の高抵抗化に寄与するため、適量のＳｉを含有せしめることで、コアロスの低減化が図られる。フェライト焼結体のＳｉの含有量（ＳｉＯ２換算）が、主成分の酸化物の合計質量１質量部に対し、５０×１０−６質量部未満であると、フェライト焼結体の粒界における高抵抗層の形成が不十分となり、コアロスの低減が不十分となる。他方、Ｓｉの含有量（ＳｉＯ２換算）が１５０×１０−６質量部を超えると、異常な粒成長を招来し、コアロスの低減が不十分となる。Ｓｉの含有量（ＳｉＯ２換算）は、６０×１０−６〜１３０×１０−６質量部であることが好ましい。
【００３９】
Ｃａは、上述のＳｉと同様、フェライト焼結体の焼結性を高める作用を有するとともに、粒界の高抵抗化に寄与するため、適量のＣａを含有せしめることで、コアロスの低減化が図られる。フェライト焼結体のＣａの含有量（ＣａＣＯ３換算）が、主成分の酸化物の合計質量１質量部に対し、４００×１０−６質量部未満であると、フェライト焼結体の粒界における高抵抗層の形成が不十分となり、コアロスの低減が不十分となる。他方、Ｃａの含有量（ＣａＣＯ３換算）が１８００×１０−６質量部を超えると、異常な粒成長を招来し、コアロスの低減が不十分となる。Ｃａの含有量（ＣａＣＯ３換算）は、６００×１０−６〜１５００×１０−６質量部であることが好ましい。
【００４０】
Ｃｏを含有するフェライト焼結体に、適量のＴｉを含有せしめることで、コアロスの増大を招来することなく、高温条件下での使用による磁気特性の経時劣化を抑制できるという効果が奏される。フェライト焼結体のＴｉの含有量（ＴｉＯ２換算）が、主成分の酸化物の合計質量１質量部に対し、５００×１０−６質量部未満であると、高温条件下で使用した場合に磁気特性の経時劣化が顕著となる。他方、Ｔｉの含有量（ＴｉＯ２換算）が６０００×１０−６質量部を超えると、飽和磁束密度が低下する。Ｔｉの含有量（ＴｉＯ２換算）は、１０００×１０−６質量部以上、且つ５０００×１０−６質量部未満であることが好ましく、１５００×１０−６〜４０００×１０−６質量部であることがより好ましい。
【００４１】
本実施形態に係るフェライト焼結体は、副成分として、主成分の上記酸化物の合計質量１質量部に対し、Ｎｂ２Ｏ５に換算すると１００×１０−６〜４００×１０−６質量部に相等する量のＮｂ及び／又はＶ２Ｏ５に換算すると５０×１０−６〜４００×１０−６質量部に相等する量のＶを更に含むことが好ましい。
【００４２】
Ｎｂは、フェライト焼結体の粒界の高抵抗化に寄与するため、適量のＮｂを含有せしめることで、コアロスの低減化が図られる。フェライト焼結体のＮｂの含有量（Ｎｂ２Ｏ５換算）が、主成分の酸化物の合計質量１質量部に対し、１００×１０−６質量部未満であると、粒界の高抵抗化が不十分となりやすく、コアロスの低減が不十分となる傾向がある。他方、Ｎｂの含有量（Ｎｂ２Ｏ５換算）が４００×１０−６質量部を超えると、結晶組織の不均一性を助長する傾向がある。Ｎｂの含有量（Ｎｂ２Ｏ５換算）は、１５０×１０−６〜４００×１０−６質量部であることが好ましい。
【００４３】
Ｖは、上述のＮｂと同様、フェライト焼結体の粒界の高抵抗化に寄与するため、適量のＶを含有せしめることで、コアロスの低減化が図られる。フェライト焼結体のＶの含有量（Ｖ２Ｏ５換算）が、主成分の酸化物の合計質量１質量部に対し、５０×１０−６質量部未満であると、粒界の高抵抗化が不十分となりやすく、コアロスの低減が不十分となる傾向がある。他方、Ｖの含有量（Ｖ２Ｏ５換算）が４００×１０−６質量部を超えると、結晶組織の不均一性を助長する傾向がある。Ｖの含有量（Ｖ２Ｏ５換算）は、５０×１０−６〜３００×１０−６質量部であることが好ましい。
【００４４】
フェライト焼結体に、Ｎｂ及びＶの両方を含有せしめる場合は、Ｎｂ２Ｏ５及びＶ２Ｏ５の分子量に基づき、Ｎｂ及びＶの合計含有量を適宜調整すればよい。
【００４５】
本実施形態に係るフェライト焼結体は、上記以外の成分を更に含有するものであってもよい。例えば、Ｔａ（Ｔａ２Ｏ５）、Ｚｒ（ＺｒＯ２）及びＨｆ（ＨｆＯ２）は、上述のＮｂ，Ｖと同様、フェライト焼結体の粒界の高抵抗化に寄与するため、これらを適量含有せしめることで、コアロスの低減化が図られる。
【００４６】
次に、フェライトコア１０の製造方法について説明する。
【００４７】
はじめに、主成分をなす酸化鉄α−Ｆｅ２Ｏ３、酸化マンガンＭｎ３Ｏ４及び酸化亜鉛ＺｎＯを用意し、これら酸化物を混合して混合物を得る。このとき、最終的に得られる混合物中の各酸化物成分の構成比が所定の範囲内となるように上記酸化物とともに他の化合物を混合してもよい。
【００４８】
次いで、上記主成分の混合物を仮焼成して仮焼成物を得る（仮焼工程）。仮焼は空気中で行えばよい。仮焼温度は混合物を構成する成分に依存するが、８００〜１１００℃とすることが好ましい。また、仮焼時間は、混合物を構成する成分に依存するが、１〜３時間とすることが好ましい。その後、得られた仮焼成物をボールミル等により粉砕して粉砕粉を得る。
【００４９】
他方、副成分をなす酸化コバルトＣｏＯを用意し、所定量の上記副成分を混合して混合物を得る。上述の主成分原料の仮焼成物を粉砕する際、副成分原料の上記混合物を添加し、両者を混合する。これにより、本焼成用の原料混合粉を得る（混合工程）。ここで、上記成分以外の副成分（ＳｉＯ２、ＣａＣＯ３、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５，Ｖ２Ｏ５，Ｔａ２Ｏ５，ＺｒＯ２，ＨｆＯ２など）を適宜添加してもよい。なお、最終的に得られる混合物中の各副成分の含有量が上記範囲内となるように上記化合物の代わりに他の化合物を用いてもよい。また、例えば、ＣｏＯの代わりにＣｏ３Ｏ４やＣａＣＯ３の代わりにＣａＯを使用してもよい。
【００５０】
続いて、上記のようにして得られる本焼成用の原料混合粉と、ポリビニルアルコール等の適当なバインダとを混合し、フェライトコア１０となる形状、即ちＥ字型に成形して成形体を得る。
【００５１】
次に、成形体を加熱炉内において焼成する（本焼成工程）。図３は、本焼成工程における温度設定の一例を示すグラフである。図３に示すように、本焼成工程は、加熱炉内の成型体を徐々に加熱する昇温工程Ｓ１と、温度を１２５０〜１３５０℃に保持する温度保持工程Ｓ２と、保持温度から徐々に降温する徐冷工程Ｓ３と、徐冷工程Ｓ３の終了後に急冷する急冷工程Ｓ４とを少なくとも有する。
【００５２】
昇温工程Ｓ１は、加熱炉内の温度を後述の保持温度にまで昇温する工程である。昇温速度は、１０〜３００℃／時間とすることが好ましい。
【００５３】
昇温工程Ｓ１によって所定の温度（１２５０〜１３５０℃）に到達すると、この温度に維持する温度保持工程Ｓ２を行う。温度保持工程Ｓ２における保持温度が１２５０℃未満であると、フェライト焼結体の粒成長が不十分となり、ヒステリシス損失が増大するため、コアロスの低減が不十分となる。他方、保持温度が１３５０℃を超えると、フェライト焼結体の粒成長が過剰となり、渦電流損失が増大するため、コアロスの低減が不十分となる。保持温度を１２５０〜１３５０℃とすることで、ヒステリシス損失と渦電流損失とのバランスがとれ、高温領域におけるコアロスを十分に低減できる。
【００５４】
上述の保持温度で焼成を行う時間（保持時間）は、２時間以上であることが好ましい。保持時間が２時間未満であると、温度１２５０〜１３５０℃で焼成を行った場合でも粒成長が不十分となり、コアロスの低減が不十分となりやすい。保持時間は、３〜１０時間とすることがより好ましい。
【００５５】
温度保持工程Ｓ２の終了後、徐冷工程Ｓ３を行う。徐冷工程Ｓ３における徐冷速度は、２００℃／時間以下であることが好ましい。徐冷速度が２００℃／時間を超えると、フェライト焼結体の粒内の残留応力が大きくなりやすく、これによりコアロスの低減が不十分となる傾向がある。なお、上記徐冷速度は、徐冷帯域での平均値を意味するものであり、これを超える速度で温度が低下する部分があってもよい。
【００５６】
徐冷工程Ｓ３において保持温度から降温するに際し、加熱炉内の酸素濃度を制御し、連続的又は段階的に下げる操作を行う（酸素濃度調整工程）。このような操作を行うことで、温度１２００℃における酸素濃度を０．２〜３．０体積％とし且つ温度１１００℃における酸素濃度を０．０２０〜１．００体積％とすることが好ましい。
【００５７】
徐冷工程Ｓ３を終了し、急冷工程Ｓ４を開始する温度（徐冷終了温度）は、９００〜１１５０℃であることが好ましい。徐冷終了温度が１１５０℃よりも高いと、フェライト焼結体の粒界の形成が不十分になりやすく、これによりコアロスの低減が不十分となる傾向がある。他方、徐冷終了温度が９００℃よりも低いと、フェライト焼結体の粒界に異相が生じやすく、これによりコアロスの低減が不十分となる傾向がある。
【００５８】
徐冷工程Ｓ３の終了後、急冷工程Ｓ４を行う。少なくとも徐冷終了温度から７００℃に到達するまで温度範囲については、降温速度を１５０℃／時間以上とすることが好ましい。当該温度領域における降温速度が１５０℃／時間未満であると、フェライト焼結体の粒界に異相が生じやすく、これによりコアロスの低減が不十分となる傾向がある。徐冷工程Ｓ３の終了後、７００℃から本焼成終了温度までの雰囲気酸素濃度を０．０２５〜０．１体積％に制御することにより、フェライト焼結体表面部の酸化状態を変化させて、フェライト焼結体の｛ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）｝を所望の値に制御する。本焼成終了温度とは、フェライト焼結体を焼成炉から取り出す温度のことで、２５０℃以下にすることが好ましい。
【００５９】
また、上記実施形態では、主成分原料を仮焼して得られた仮焼成物を粉砕する際、副成分原料を添加することで本焼成用の混合粉を調製する場合を例示したが、当該混合粉は次のようにして調製してもよい。例えば、仮焼前の主成分原料と副成分原料とを混合して得られた混合物を仮焼した後、仮焼成物を粉砕することによって本焼成用の混合粉を得てもよい。あるいは、仮焼前の主成分原料と副成分原料とを混合して得られた混合粉を仮焼した後、仮焼成物を粉砕する際、更に副成分原料などを添加することによって本焼成用の混合粉を得てもよい。
【００６０】
また、上記実施形態では、Ｅ字形状のフェライトコア１０を例示したが、フェライトコアの形状は、これに限定されるものではない。フェライトコアの形状は、そのフェライトコアが内蔵される機器の形状や用途に応じて適宜決定することができる。
【実施例】
【００６１】
以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づいて説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されない。
【００６２】
実施例１〜２８
各成分原料を最終的に表１に示した組成になるように秤量し、ボールミルを用いて湿式混合した。原料混合物を乾燥させた後、空気中において、９００℃程度の温度で仮焼した。得られた仮焼粉をボールミルに投入し、所望の粒子径となるまで湿式粉砕を３時間行った。
【００６３】
こうして得られた粉砕粉を乾燥し、粉砕粉１００質量部に対してポリビニルアルコールを０．８質量部加えて造粒した後、得られた混合物を約１５０ＭＰａの圧力で加圧成形し、Ｅ字型成形体を得た。成形体を次に示す焼成条件の範囲内で本焼成を行い、複数のＥ字型フェライトコアを得た。この本焼成工程は、保持温度が１２５０℃〜１３５０℃であり、徐冷終了温度を９００℃〜１１５０℃に設定した。徐冷工程Ｓ３の終了後、急冷工程Ｓ４において、雰囲気を表１に示した酸素濃度に制御した。Ｅ字型フェライトコアの中脚及び外脚の上面部を、面精度を向上させるために研磨加工した。
【００６４】
比較例１〜９
各成分原料を最終的に表１に示した組成になるように秤量し、ボールミルを用いて湿式混合した。原料混合物を乾燥させた後、空気中において、９００℃程度の温度で仮焼した。得られた仮焼粉をボールミルに投入し、所望の粒子径となるまで湿式粉砕を３時間行った。
【００６５】
こうして得られた粉砕粉を乾燥し、粉砕粉１００質量部に対してポリビニルアルコールを０．８質量部加えて造粒した後、得られた混合物を約１５０ＭＰａの圧力で加圧成形し、Ｅ字型成形体を得た。成形体を次に示す焼成条件の範囲内で本焼成を行い、複数のＥ字型フェライトコアを得た。この本焼成工程は、保持温度が１２５０℃〜１３５０℃であり、徐冷終了温度を９００℃〜１１５０℃に設定した。徐冷工程Ｓ３の終了後、急冷工程Ｓ４において、雰囲気を表１に示した酸素濃度に制御した。Ｅ字型フェライトコアの中脚及び外脚の上面部を、面精度を向上させるために研磨加工した。
【００６６】
それぞれ製造した２個のＥ字型のフェライトコアを対向配置して閉磁路を形成した。フェライトコアの初期温度を１００℃とし、その後、磁束密度２００ｍＴ、周波数１００ｋＨｚの条件で連続的に励磁してコア温度が安定したところで、熱電対でコア温度を測定した。これにより、コアの上昇温度（ΔＴ）を測定した。
【００６７】
フェライトコアのコアロスを次のようにして測定した。すなわち、Ｂ−Ｈアナライザ（岩通計測株式会社製 型式ＳＹ−８２１７）にて磁束密度２００ｍＴ、周波数１００ｋＨｚの条件で温度２５〜１５０℃の範囲のコアロスを測定し、１２０℃におけるコアロスの値を求めた。
【００６８】
式（１）のｘは組成分析と（Ｆｅ２＋−Ｃｏ３＋）量及びＭｎ３＋量から算出した。フェライト焼結体を表面から深さ１．０〜１．５ｍｍで切断した焼結体表面部と、焼結体表面から深さ２．５ｍｍ以上の焼結体内部に分離した。組成分析については、フェライト焼結体表面部、フェライト焼結体内部のそれぞれを乳鉢にて粉砕し粉末状にした後、蛍光Ｘ線分析装置を用いてガラスビード法によりＦｅ、Ｍｎ、Ｚｎ及びＣｏ量を測定した。（Ｆｅ２＋−Ｃｏ３＋）量及びＭｎ３＋量は、フェライト焼結体表面部、フェライト焼結体内部をそれぞれ乳鉢にて粉砕し粉末状にして酸溶解後、Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７溶液により電位差滴定を行い定量した。なお、Ｃｏを固溶させたＭｎＺｎ系フェライトでは、Ｆｅ２＋とＣｏ３＋が反応するため、Ｆｅ２＋、Ｆｅ３＋、Ｃｏ２＋及びＣｏ３＋のそれぞれを正確に分離して定量することは困難であるので、（Ｆｅ２＋−Ｃｏ３＋）量として定量した。
【００６９】
表１，及び図４，５に測定結果を示す。図４，５に示すとおり、実施例に係るフェライトコアはコア温度の上昇が十分に抑えられている。なお、｛ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）｝とコアロスの間には特段の相関は認められない。
【００７０】
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００７１】
以上のように、本発明に係るフェライトコアは、ＭｎＺｎ系フェライトの磁心を連続して励磁した場合における温度上昇を抑制することに有用である。
【符号の説明】
【００７２】
１０ フェライトコア（磁心）
１１ 中脚部
１２ コイル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともＦｅ、Ｍｎ、Ｚｎ及びＣｏを含有し、下記式（１）で定義されるｘについて、焼結体表面から深さ１．５ｍｍ以下の表面部のｘをｘ（ｏ）、焼結体表面から深さ２．５ｍｍ以上の内部のｘをｘ（ｉ）としたとき、ｘの焼結体内外差を表す｛ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）｝が−０．００１５≦｛ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）｝≦０．０００５の範囲となるフェライトコア。
ｘ＝（Ｆｅ２＋−Ｃｏ３＋−Ｍｎ３＋）／（Ｆｅ＋Ｍｎ＋Ｚｎ＋Ｃｏ） …式（１）
但し、式（１）中の（Ｆｅ２＋−Ｃｏ３＋−Ｍｎ３＋）：［ｗｔ％］、（Ｆｅ＋Ｍｎ＋Ｚｎ＋Ｃｏ）：［ｗｔ％］である。
【請求項２】
前記｛ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）｝が−０．００１２≦｛ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）｝≦０．０００３５の範囲となる請求項１に記載のフェライトコア。
【請求項３】
それぞれ酸化物に換算したとき、５１．０〜５４．０モル％のＦｅ２Ｏ３、３２．０〜４３．０モル％のＭｎＯ、及び、６．０〜１４．０モル％のＺｎＯからなる主成分と、主成分の上記酸化物の合計質量１質量部に対し、ＣｏＯに換算すると５００×１０−６〜５０００×１０−６質量部に相等する量のＣｏを含有する、請求項１乃至請求項２のいずれかに記載のフェライトコア。
【請求項４】
前記主成分の前記酸化物の合計質量１質量部に対し、ＳｉＯ２に換算すると５０×１０−６〜１５０×１０−６質量部に相等する量のＳｉと、ＣａＣＯ３に換算すると４００×１０−６〜１８００×１０−６質量部に相等する量のＣａを含有する、請求項１乃至３のいずれかに記載のフェライトコア。
【請求項５】
前記主成分の前記酸化物の合計質量１質量部に対し、ＴｉＯ２に換算すると５００×１０−６〜６０００×１０−６質量部に相等する量のＴｉを含有する、請求項１乃至４のいずれかに記載のフェライトコア。
【請求項６】
前記主成分の前記酸化物の合計質量１質量部に対し、Ｎｂ２Ｏ５に換算すると１００×１０−６〜４００×１０−６質量部に相等する量のＮｂを含有する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のフェライトコア。
【請求項７】
前記主成分の前記酸化物の合計質量１質量部に対し、Ｖ２Ｏ５に換算すると５０×１０−６〜４００×１０−６質量部に相等する量のＶを含有する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のフェライトコア。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のフェライトコアを用いたことを特徴とするトランス。
【請求項１】
少なくともＦｅ、Ｍｎ、Ｚｎ及びＣｏを含有し、下記式（１）で定義されるｘについて、焼結体表面から深さ１．５ｍｍ以下の表面部のｘをｘ（ｏ）、焼結体表面から深さ２．５ｍｍ以上の内部のｘをｘ（ｉ）としたとき、ｘの焼結体内外差を表す｛ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）｝が−０．００１５≦｛ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）｝≦０．０００５の範囲となるフェライトコア。
ｘ＝（Ｆｅ２＋−Ｃｏ３＋−Ｍｎ３＋）／（Ｆｅ＋Ｍｎ＋Ｚｎ＋Ｃｏ） …式（１）
但し、式（１）中の（Ｆｅ２＋−Ｃｏ３＋−Ｍｎ３＋）：［ｗｔ％］、（Ｆｅ＋Ｍｎ＋Ｚｎ＋Ｃｏ）：［ｗｔ％］である。
【請求項２】
前記｛ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）｝が−０．００１２≦｛ｘ（ｏ）−ｘ（ｉ）｝≦０．０００３５の範囲となる請求項１に記載のフェライトコア。
【請求項３】
それぞれ酸化物に換算したとき、５１．０〜５４．０モル％のＦｅ２Ｏ３、３２．０〜４３．０モル％のＭｎＯ、及び、６．０〜１４．０モル％のＺｎＯからなる主成分と、主成分の上記酸化物の合計質量１質量部に対し、ＣｏＯに換算すると５００×１０−６〜５０００×１０−６質量部に相等する量のＣｏを含有する、請求項１乃至請求項２のいずれかに記載のフェライトコア。
【請求項４】
前記主成分の前記酸化物の合計質量１質量部に対し、ＳｉＯ２に換算すると５０×１０−６〜１５０×１０−６質量部に相等する量のＳｉと、ＣａＣＯ３に換算すると４００×１０−６〜１８００×１０−６質量部に相等する量のＣａを含有する、請求項１乃至３のいずれかに記載のフェライトコア。
【請求項５】
前記主成分の前記酸化物の合計質量１質量部に対し、ＴｉＯ２に換算すると５００×１０−６〜６０００×１０−６質量部に相等する量のＴｉを含有する、請求項１乃至４のいずれかに記載のフェライトコア。
【請求項６】
前記主成分の前記酸化物の合計質量１質量部に対し、Ｎｂ２Ｏ５に換算すると１００×１０−６〜４００×１０−６質量部に相等する量のＮｂを含有する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のフェライトコア。
【請求項７】
前記主成分の前記酸化物の合計質量１質量部に対し、Ｖ２Ｏ５に換算すると５０×１０−６〜４００×１０−６質量部に相等する量のＶを含有する、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のフェライトコア。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のフェライトコアを用いたことを特徴とするトランス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−１０７８１１（Ｐ２０１３−１０７８１１Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１６２６６１（Ｐ２０１２−１６２６６１）
【出願日】平成２４年７月２３日（２０１２．７．２３）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年７月２３日（２０１２．７．２３）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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