フェライト焼結体の製造方法並びにフェライト焼結体およびそれを用いたインダクタンス素子
【課題】配向性の高いフェライト焼結体を簡易な方法で提供する。
【解決手段】磁化容易面を持つ六方晶フェライトを磁性相とするフェライト焼結体２の製造方法であって、前記六方晶フェライトの構成元素を含む素原料とアルカリ金属塩との混合粉を前記アルカリ金属塩が溶融する温度で仮焼して得られた板状の六方晶フェライト粒子を含む第１の粉末と、前記六方晶フェライトの構成元素を含む素原料混合粉または前記素原料混合粉を仮焼して得られた粉末で構成された第２の粉末と、ＳｉＯ２およびホウ酸とを含む混錬物を、押出し成形にて柱状に成形し、前記押出し成形によって得られた成形体を焼結し、柱状の焼結体。
【解決手段】磁化容易面を持つ六方晶フェライトを磁性相とするフェライト焼結体２の製造方法であって、前記六方晶フェライトの構成元素を含む素原料とアルカリ金属塩との混合粉を前記アルカリ金属塩が溶融する温度で仮焼して得られた板状の六方晶フェライト粒子を含む第１の粉末と、前記六方晶フェライトの構成元素を含む素原料混合粉または前記素原料混合粉を仮焼して得られた粉末で構成された第２の粉末と、ＳｉＯ２およびホウ酸とを含む混錬物を、押出し成形にて柱状に成形し、前記押出し成形によって得られた成形体を焼結し、柱状の焼結体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば数ＭＨｚから数十ＧＨｚまでの高周波帯域において、チョークコイル、ノイズ除去素子、アンテナなどの電子部品や電波吸収体等に使用される六方晶フェライトに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、無線ＬＡＮ、パソコンなどの信号の高周波化に伴い、装置内部で使用されるインダクタンス素子もまた高周波で使用可能なものが要求されている。このような要求に対し、従来用いられてきたスピネル系フェライトでは高周波帯域においてスネークの限界と呼ばれる周波数限界が存在するため、使用することが困難となる。そこで六方晶系の結晶構造を有する六方晶フェライトが、かかる周波数限界を超える高周波用材料として検討されている。
【０００３】
六方晶フェライトの中でも特にＣｏを含有したＺ型フェライトが比較的高い透磁率を有し優れた高周波特性を示すことが知られている。またＣｏを含有するＺ型フェライトは磁化容易面を持つため、成形時に外部から印加される回転磁場により結晶粒子のｃ軸方向を揃える操作(以下、この操作を面配向と呼び、この操作が行なわれた面を配向面と呼ぶ。)を行うことが可能である。面配向を行うことにより、配向面内の透磁率が向上する。
【０００４】
例えば、特許文献１では回転磁界を印加することにより、面配向したＺ型フェライトが得られることが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特公昭３５−１１２８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載された、配向した焼結体を量産設備で作製する場合には、湿式磁界中成形を行う必要がある。しかし湿式磁界中成形は脱水に時間がかかるうえに、脱水と磁界印加の両方に係る設備が必要となり、製造コストが高くなってしまう。そこで、本発明は上記問題に鑑み、配向性の高いフェライト焼結体を簡易な方法で提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のフェライト焼結体の製造方法は、磁化容易面を持つ六方晶フェライトを磁性相とするフェライト焼結体の製造方法であって、前記六方晶フェライトの構成元素を含む素原料とアルカリ金属塩との混合粉を前記アルカリ金属塩が溶融する温度で仮焼して得られた板状の六方晶フェライト粒子を含む第１の粉末と、前記六方晶フェライトの構成元素を含む素原料混合粉または前記素原料混合粉を仮焼して得られた粉末で構成された第２の粉末と、前記素原料混合粉または前記仮焼して得られた粉末に添加されるＳｉＯ２およびホウ酸とを用いて構成された混錬物を、押出し成形にて柱状に成形し、前記押出し成形によって得られた成形体を焼結し、柱状の焼結体を得ることを特徴とする。かかるフェライト焼結体の製造方法によれば、配向性に優れた六方晶フェライト焼結体を得ることが可能となる。
【０００８】
また、前記フェライト焼結体の製造方法において、前記第１および第２の粉末はＢａを含有し、前記第２の粉末のＢａ含有量が、前記第１の粉末の前記六方晶フェライトの構成元素を含む素原料中のＢａ含有量よりも大きいことが好ましい。かかる構成は焼結時の反応促進に有効である。
【０００９】
さらに、前記フェライト焼結体の製造方法において、前記アルカリ金属塩として硫酸塩を用いるとともに、前記第１の粉末を水を用いて洗浄して硫黄分を低減することが好ましい。アルカリ金属塩として硫酸塩を使用する場合、残留硫黄分を低減することによって、焼結時の反応を促進することができる。
【００１０】
本発明のフェライト焼結体は、磁化容易面を持つ六方晶フェライトを磁性相とするフェライト焼結体であって、前記フェライト焼結体は柱状形状であるとともに、柱軸方向に貫通する貫通孔を有し、前記六方晶フェライトの結晶粒のｃ軸が該柱状形状の柱軸に垂直な方向に配向しており、フェライト焼結体の柱軸に垂直な断面から得られるＸ線回折パターンにおいて、六方晶のｃ軸に垂直な方向を法線に持つ面による回折ピークの内、最大のものの強度をIc⊥-maxと定義し、ｃ軸方向を法線に持つ面による回折ピークの内、最大のものの強度をIc-maxと定義したとき、Ic⊥-max/Ic-maxで定義される配向度が１０以上であることを特徴とする。かかる構成によれば、貫通孔の長手方向および周回方向の透磁率が高いフェライト焼結体が提供できる。
【００１１】
本発明のインダクタンス素子は、前記フェライト焼結体を用いたことを特徴とする。前記フェライト焼結体を用いることにより、優れた特性を有するインダクタンス素子を提供できる。
【００１２】
また、前記インダクタンス素子において、前記フェライト焼結体の前記貫通孔を周回する方向を磁路方向とすることが好ましい。かかる構成とすることで、実効的に六方晶フェライトの透磁率の高い方向が磁路内において優勢となり、高いインダクタンスを発現する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、配向性の高いフェライト焼結体を簡易な方法で提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
【００１５】
本発明に係るフェライト焼結体の製造方法は、磁化容易面を持つ六方晶フェライトを磁性相とするフェライト焼結体の製造方法である。具体的には、前記六方晶フェライトの構成元素を含む素原料とアルカリ金属塩との混合粉を前記アルカリ金属塩が溶融する温度で仮焼して得られた板状の六方晶フェライト粒子を含む第１の粉末と、前記六方晶フェライトの構成元素を含む素原料混合粉または前記素原料混合粉を仮焼して得られた粉末で構成された第２の粉末と、前記素原料混合粉または前記仮焼して得られた粉末に添加されるＳｉＯ２およびホウ酸とを用いて構成された混錬物を、押出し成形にて柱状に成形し、前記押出し成形によって得られた成形体を焼結し、柱状の焼結体を得る。磁化容易面を持つ六方晶フェライトとは、例えばＺ型フェライト、Ｙ型フェライトなどの軟磁性フェライトである。代表的なＺ型フェライトであるＣｏ２Ｚ（Ｂａ３Ｃｏ２Ｆｅ２４Ｏ４１）、Ｃｏ２Ｙ（Ｂａ２Ｃｏ２Ｆｅ１２Ｏ２２）の場合、素原料には例えばＢａＣＯ３、Ｃｏ３Ｏ４、Ｆｅ２Ｏ３などを用いる。
【００１６】
第１の粉末について説明する。前記素原料にＫ２ＳＯ４、Ｎａ２ＳＯ４、Ｌｉ２ＳＯ４、ＫＣｌ、ＮａＣｌ、ＬｉＣｌなどのアルカリ金属塩を加えて混合し、混合粉をアルカリ金属塩が溶融する温度で仮焼する。仮焼温度は、フェライトの組成、アルカリ金属塩の種類に応じて決めればよいが、例えば１０００℃〜１４００℃である。アルカリ金属塩が溶融する温度で仮焼することで、板状の六方晶フェライト粒子が得られる。第１の粉末において、六方晶フェライトの組成が化学量論比に近いほど板状の六方晶フェライト粒子を得やすい。したがって六方晶フェライトの組成は化学量論比であることがより好ましい。仮焼後は、水で洗浄してアルカリ金属塩に由来する成分を除去することが好ましい。アルカリ金属塩として硫酸塩を用いる場合、第１の粉末を水を用いて洗浄して硫黄分を低減することが好ましい。硫黄分は後述する粒成長反応を阻害するからである。第1の粉末に含まれる硫黄の含有量は好ましくは0.5wt%以下であり、さらに好ましくは0.4wt%以下である。
【００１７】
前記板状の六方晶フェライト粒子は、その板面に垂直な方向がｃ軸方向であり、板面方向がｃ面方向である。該ｃ面方向が磁化容易方向である。第１の粉末を用いることによって、湿式磁界中成形を行わなくても、押出し成形にて柱状に成形することで、配向した六方晶フェライト焼結体を得ることが可能となる。これは前記第１の粉体が板状の形態を有しているためである。成形中に、粉体にせん断応力を印加させることのできる押出成形によって、板状粒子の板面と押出方向とが平行になるような配向が生じる。押出成形の場合、板状粒子同士及び押出し成形機の吐出部側面とのせん断応力により、板状面と側面が平行になろうとする配向が生じる。
【００１８】
しかし板状の六方晶フェライト粒子だけでは望ましい焼結体を得ることは難しい。これは板状の粒子のみを用いると、その形状に起因して粉体の成形性が悪く、焼結を行っても反応が充分進まず、内部に大きな空隙が残留し、密度が上がらないためである。そこで配向させる板状粒子の周辺に、焼結時の反応性が良い第２の粉末に係る粒子を配し、焼結時に板状粒子を起点とした粒成長を誘起させる反応を利用する。本反応により成形体時点で配向していた板状粒子が大きく成長し、全体として高い配向性を有する焼結体を得ることができる。押出し成形で作製した成形体は、金型に接する外周面および内周面側において結晶粒の配向が顕著になる。したがって、かかる配向に倣って粒成長させれば、柱軸に垂直な方向から観察した時、フェライト焼結体の内部よりも外周表面において平均結晶粒径を大きくすることができる。
【００１９】
第２の粉末について説明する。第２の粉末には、六方晶フェライトの構成元素を含む素原料混合粉または前記素原料混合粉を仮焼して得られた粉末を用いる。これらを組み合わせて用いてもよい。アルカリ金属塩を用いないで通常の仮焼プロセスで仮焼した第２の粉末は、板状の第１の粉末と異なり、粒状を呈する。また、第２の粉末として素原料混合粉を用いる場合も、これらの各素原料粉は板状ではない。したがって、これらの粉末を第２の粉末として用いることによって、成形性が上がり、粒成長反応も進むようになる。第１および第２の粉末がＢａを含有する場合、第２の粉末のＢａ含有量が、第１の粉末の、アルカリ金属塩以外の、六方晶フェライトの構成元素を含む素原料中のＢａ含有量よりも大きくすることが好ましい。例えば化学量論比よりもＢａリッチな組成にすると反応性が上がるため、第２の粉末にかかるＢａリッチな組成を用いると焼結の際の粒成長も、より促進される。
【００２０】
また、本発明のフェライト焼結体の製造方法においては、第１の粉末と第２の粉末に、さらにＳｉＯ２およびホウ酸を添加する。ＳｉＯ２およびホウ酸を添加することによって、配向性向上のための粒成長が著しく促進される。ＳｉＯ２の添加量は第２の粉末の総重量（１００重量部）に対し、好ましくは０．１〜１．０重量部である。また、ホウ酸の添加量は好ましくは０．０２〜０．４重量部である。なお、ＳｉＯ２およびホウ酸は第２の粉末に添加してもよいし、第１の粉末と第２の粉末を混合する際に添加してもよい。また、第２の粉末を仮焼粉で構成する場合に、仮焼前の素原料混合粉に添加してもよい。
【００２１】
第１の粉末、第２の粉末およびＳｉＯ２およびホウ酸に水および結合材を添加して可塑性を持つ状態（混錬物）にし、上述のように押出し成形を行う。押出し成形において、吐出部が広く、吐き出し部側面と中央部との距離が大きい場合には、せん断応力はその効果が弱くなる。そこで、押出成形時に、吐き出し部中央に心棒を配置して、柱状の中空構造を有する成形体とする。このように心棒を用いることで内部にも側面を作ることができ、中央部にも配向した領域を設けることができる。このようにして得られた成形体を焼結することで、柱状形状であるとともに、柱軸方向に貫通する貫通孔を有する焼結体が得られる。板状の第１の粉末形状に倣って効率よく粒成長させるためには、１３００℃以上で焼結することが好ましい。さらに焼結後適宜切断してもよい。貫通孔を用いて巻線をするだけで容易にインダクタンス素子や磁性体アンテナを構成することができる。第２の粉末には、反応促進のためにさらにLi,V,Bi,SiまたはInを含む粉末のうち少なくとも１種以上を添加してもよい。
【００２２】
本発明に係るフェライト焼結体は磁化容易面を持つ六方晶フェライトを磁性相とするため、上記のように押出し成形を用いて作製することで、以下の構成を実現することが可能である。すなわち、前記フェライト焼結体は柱状形状であるとともに、柱軸方向に貫通する貫通孔を有する。該貫通孔は押出し成形時の心棒に対応して形成される。さらにフェライト焼結体において、六方晶フェライトの結晶粒のｃ軸が柱状形状の柱軸に垂直な方向に配向しており、フェライト焼結体の柱軸に垂直な断面から得られるＸ線回折パターンにおいて、六方晶のｃ軸に垂直な方向を法線に持つ面による回折ピークの内、最大のものの強度をIc⊥-maxと定義し、ｃ軸方向を法線に持つ面による回折ピークの内、最大のものの強度をIc-maxと定義したとき、Ic⊥-max/Ic-maxで定義される配向度が１０以上である。押出し成形で作製されたフェライト焼結体では、外周側、内周側において柱軸を周回する方向にｃ面が配向する。すなわち、六方晶フェライトの結晶粒のｃ軸が、柱軸（貫通孔の貫通方向）に垂直な方向に配向している。その配向度が１０以上であるとき、柱軸を周回する方向の透磁率が高くなり、該方向を磁路として利用するインダクタンス素子の特性が向上する。前記配向度はさらに望ましくは１３以上である。更なる配向度の向上は高特性のインダクタンス素子を設計するのに有効である。配向した焼結体を用いてインダクタンス素子を作製することで等方性の焼結体を使用する場合に比べ高いインダクタンスを示す素子を作製することが可能となる。例えば、貫通孔を用いて巻線することで、フェライト焼結体の前記貫通孔を周回する方向を磁路方向とした高インダクタンスのインダクタンス素子を作製することができる。インダクタンス素子としては、例えばチョークコイル、ノイズ除去素子、アンテナなどである。
【実施例】
【００２３】
第1の粉末は主成分としてＦｅ２Ｏ３が７０.６ｍｏｌ％、ＢａＯ（但しＢａＣＯ３を使用）が１７.７ｍｏｌ％、残部ＣｏＯの割合となるように、素原料Ｆｅ２Ｏ３、ＢａＣＯ３及びＣｏＯを秤量して以下のように作製した。前記素原料を湿式ボールミルにて１６時間混合した。混合後、乾燥した混合粉とＫ２ＳＯ４が１：１の重量割合となるよう混合し、１３２０℃において酸素中で５時間仮焼した。得られた仮焼体を解砕した後、１００℃の純水中で攪拌しては上水を除去する工程を５回繰り返し、その後、乾燥し、板状の六方晶Ｚ型フェライトの粒子を含む第１の粉末を作製した。かかる操作によりＳ含有量を０．５ｗｔ％以下とした。
【００２４】
前記、第２の粉末は下記に示す３種類を作製した。それぞれ第２の粉末Ａ、第２の粉末Ｂおよび第２の粉末Ｃと呼ぶ。第２の粉末Ａは主成分としてＦｅ２Ｏ３が６５.９ｍｏｌ％、ＢａＯ（但しＢａＣＯ３を使用）が１９.１ｍｏｌ％、ＭｎＯが５.０ｍｏｌ％、残部ＣｏＯの割合となるように、素原料Ｆｅ２Ｏ３、ＢａＣＯ３、ＭｎＯおよびＣｏＯを秤量して以下のように作製した。第２の粉末の主成分１００重量部に対し、０．３重量部のＳｉＯ２および０．１重量部のホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）添加し、湿式ボールミルにて１６時間混合を行った。混合後、１３２０℃において酸素中の条件にて３時間仮焼した。得られた仮焼粉を湿式ボールミルにて２４時間粉砕した後、乾燥し、第２の粉末を得た。第２の粉末Ｂは、主成分のモル比は第２の粉末Ａと同じとし、ＳｉＯ２およびホウ酸を添加せず上記の仮焼、粉砕を行い作製した。第２の粉末Ｃは主成分のモル比は第２の粉末Ａと同じとし、更に第２の粉末の主成分１００重量部に対し、０.３重量部のＳｉＯ２、０.１重量部のホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）および０.１重量部のＶ２Ｏ３を添加し、湿式ボールミルにて１６時間混合を行った。混合後、混合粉は乾燥し、第２の粉末とした。すなわち第２の粉末Ｃは仮焼および粉砕を行わなかった。
【００２５】
上記の第１の粉末、第２の粉末をそれぞれ１：９の重量比となるよう秤量し、湿式ボールミルにて４時間混合した。混合後のスラリーを乾燥させ、バインダを添加し、混練を行い混練物（押出用杯土）を得た。上記のように得られた押出用杯土を、２．４ｍｍ×１．５ｍｍの長方形の口金に１.４ｍｍ×０.５ｍｍとなる心棒を挿入した金型を用いて押出成形した。口金および心棒の角には０.２ｍｍのＲが設けられている。得られた成形体を８０℃で乾燥させた後、１３２０℃または１３４０℃で３時間、酸素中で焼結した。焼結体の外観を図１に示す。図１に示すフェライト焼結体２は貫通孔１を中心部分に備えた略直方体形状である。焼結後の外形寸法は１．９ｍｍ×１．２ｍｍ、貫通孔は１．１ｍｍ×０．４ｍｍであった。また比較例として第２の粉末に第1の粉末を加えずに上記のように混練、押出成形、焼結を行った試料も作製した。
【００２６】
上記のように作製した焼結体の配向度、インダクタンス値を評価した。配向度は押出方向に垂直な断面でＸ線回折パターンを取得し、Ｚ型フェライトの(1 1 0)からの回折ピーク強度をＺ型フェライトの（0 0 18）からの回折ピーク強度で除した値を採用した。また焼結体を押出方向の厚みが１.２ｍｍとなるように加工し、10ターンの巻線を施した時のインダクタンスの値を評価した。これらの結果を表１にまとめて示した。
【００２７】
【表１】
【００２８】
第１の粉末を含まず、ＳｉＯ２およびホウ酸も含まない比較例１の試料では、配向度が１０未満と低く、インダクタンスも低い。これに対して実施例１の試料では、配向度は１０以上となり、インダクタンスも大きく向上している。すなわち、第１の粉末を使用せずに作製した比較例２と実施例１を比較すると、同一条件で焼結したにもかかわらず、配向度は実施例１の方が約４倍高く、インダクタンス値も10%以上高いという結果となった。このことから配向度・インダクタンス値の向上には第１の粉末を添加することが有効であることが確かめられた。また、ＳｉＯ２およびホウ酸は添加されているものの第１の粉末を含まない比較例２も配向度が１０未満と低く、インダクタンスも低い。すなわち、配向度向上にはＳｉＯ２およびホウ酸の添加が効果的であることがわかる。また、実施例１と同様にして作製した成形体を１３４０℃で焼結したところ、Ｚ型フェライトの（００１８）のピークがほとんど観測されず、実施例１に比べて焼結温度の上昇に伴い配向度が向上していることもわかった。
【００２９】
また、実施例２に示したように仮焼、粉砕を行わなかった第２の粉末Ｃを使用しても２０以上の高い配向度および大きなインダクタンスが得られた。このことから第２の粉末を作製するにあたり、仮焼・粉砕という工程が必ずしも必要でなく、素原料およびＳｉＯ２およびホウ酸などの反応促進添加物に直接第1の粉末を混合し、混練・押出成形することで配向度・特性向上の効果があることが確かめられた。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係るフェライト焼結体の一実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３１】
１：貫通孔
２：フェライト焼結体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば数ＭＨｚから数十ＧＨｚまでの高周波帯域において、チョークコイル、ノイズ除去素子、アンテナなどの電子部品や電波吸収体等に使用される六方晶フェライトに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、無線ＬＡＮ、パソコンなどの信号の高周波化に伴い、装置内部で使用されるインダクタンス素子もまた高周波で使用可能なものが要求されている。このような要求に対し、従来用いられてきたスピネル系フェライトでは高周波帯域においてスネークの限界と呼ばれる周波数限界が存在するため、使用することが困難となる。そこで六方晶系の結晶構造を有する六方晶フェライトが、かかる周波数限界を超える高周波用材料として検討されている。
【０００３】
六方晶フェライトの中でも特にＣｏを含有したＺ型フェライトが比較的高い透磁率を有し優れた高周波特性を示すことが知られている。またＣｏを含有するＺ型フェライトは磁化容易面を持つため、成形時に外部から印加される回転磁場により結晶粒子のｃ軸方向を揃える操作(以下、この操作を面配向と呼び、この操作が行なわれた面を配向面と呼ぶ。)を行うことが可能である。面配向を行うことにより、配向面内の透磁率が向上する。
【０００４】
例えば、特許文献１では回転磁界を印加することにより、面配向したＺ型フェライトが得られることが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特公昭３５−１１２８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載された、配向した焼結体を量産設備で作製する場合には、湿式磁界中成形を行う必要がある。しかし湿式磁界中成形は脱水に時間がかかるうえに、脱水と磁界印加の両方に係る設備が必要となり、製造コストが高くなってしまう。そこで、本発明は上記問題に鑑み、配向性の高いフェライト焼結体を簡易な方法で提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のフェライト焼結体の製造方法は、磁化容易面を持つ六方晶フェライトを磁性相とするフェライト焼結体の製造方法であって、前記六方晶フェライトの構成元素を含む素原料とアルカリ金属塩との混合粉を前記アルカリ金属塩が溶融する温度で仮焼して得られた板状の六方晶フェライト粒子を含む第１の粉末と、前記六方晶フェライトの構成元素を含む素原料混合粉または前記素原料混合粉を仮焼して得られた粉末で構成された第２の粉末と、前記素原料混合粉または前記仮焼して得られた粉末に添加されるＳｉＯ２およびホウ酸とを用いて構成された混錬物を、押出し成形にて柱状に成形し、前記押出し成形によって得られた成形体を焼結し、柱状の焼結体を得ることを特徴とする。かかるフェライト焼結体の製造方法によれば、配向性に優れた六方晶フェライト焼結体を得ることが可能となる。
【０００８】
また、前記フェライト焼結体の製造方法において、前記第１および第２の粉末はＢａを含有し、前記第２の粉末のＢａ含有量が、前記第１の粉末の前記六方晶フェライトの構成元素を含む素原料中のＢａ含有量よりも大きいことが好ましい。かかる構成は焼結時の反応促進に有効である。
【０００９】
さらに、前記フェライト焼結体の製造方法において、前記アルカリ金属塩として硫酸塩を用いるとともに、前記第１の粉末を水を用いて洗浄して硫黄分を低減することが好ましい。アルカリ金属塩として硫酸塩を使用する場合、残留硫黄分を低減することによって、焼結時の反応を促進することができる。
【００１０】
本発明のフェライト焼結体は、磁化容易面を持つ六方晶フェライトを磁性相とするフェライト焼結体であって、前記フェライト焼結体は柱状形状であるとともに、柱軸方向に貫通する貫通孔を有し、前記六方晶フェライトの結晶粒のｃ軸が該柱状形状の柱軸に垂直な方向に配向しており、フェライト焼結体の柱軸に垂直な断面から得られるＸ線回折パターンにおいて、六方晶のｃ軸に垂直な方向を法線に持つ面による回折ピークの内、最大のものの強度をIc⊥-maxと定義し、ｃ軸方向を法線に持つ面による回折ピークの内、最大のものの強度をIc-maxと定義したとき、Ic⊥-max/Ic-maxで定義される配向度が１０以上であることを特徴とする。かかる構成によれば、貫通孔の長手方向および周回方向の透磁率が高いフェライト焼結体が提供できる。
【００１１】
本発明のインダクタンス素子は、前記フェライト焼結体を用いたことを特徴とする。前記フェライト焼結体を用いることにより、優れた特性を有するインダクタンス素子を提供できる。
【００１２】
また、前記インダクタンス素子において、前記フェライト焼結体の前記貫通孔を周回する方向を磁路方向とすることが好ましい。かかる構成とすることで、実効的に六方晶フェライトの透磁率の高い方向が磁路内において優勢となり、高いインダクタンスを発現する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、配向性の高いフェライト焼結体を簡易な方法で提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
【００１５】
本発明に係るフェライト焼結体の製造方法は、磁化容易面を持つ六方晶フェライトを磁性相とするフェライト焼結体の製造方法である。具体的には、前記六方晶フェライトの構成元素を含む素原料とアルカリ金属塩との混合粉を前記アルカリ金属塩が溶融する温度で仮焼して得られた板状の六方晶フェライト粒子を含む第１の粉末と、前記六方晶フェライトの構成元素を含む素原料混合粉または前記素原料混合粉を仮焼して得られた粉末で構成された第２の粉末と、前記素原料混合粉または前記仮焼して得られた粉末に添加されるＳｉＯ２およびホウ酸とを用いて構成された混錬物を、押出し成形にて柱状に成形し、前記押出し成形によって得られた成形体を焼結し、柱状の焼結体を得る。磁化容易面を持つ六方晶フェライトとは、例えばＺ型フェライト、Ｙ型フェライトなどの軟磁性フェライトである。代表的なＺ型フェライトであるＣｏ２Ｚ（Ｂａ３Ｃｏ２Ｆｅ２４Ｏ４１）、Ｃｏ２Ｙ（Ｂａ２Ｃｏ２Ｆｅ１２Ｏ２２）の場合、素原料には例えばＢａＣＯ３、Ｃｏ３Ｏ４、Ｆｅ２Ｏ３などを用いる。
【００１６】
第１の粉末について説明する。前記素原料にＫ２ＳＯ４、Ｎａ２ＳＯ４、Ｌｉ２ＳＯ４、ＫＣｌ、ＮａＣｌ、ＬｉＣｌなどのアルカリ金属塩を加えて混合し、混合粉をアルカリ金属塩が溶融する温度で仮焼する。仮焼温度は、フェライトの組成、アルカリ金属塩の種類に応じて決めればよいが、例えば１０００℃〜１４００℃である。アルカリ金属塩が溶融する温度で仮焼することで、板状の六方晶フェライト粒子が得られる。第１の粉末において、六方晶フェライトの組成が化学量論比に近いほど板状の六方晶フェライト粒子を得やすい。したがって六方晶フェライトの組成は化学量論比であることがより好ましい。仮焼後は、水で洗浄してアルカリ金属塩に由来する成分を除去することが好ましい。アルカリ金属塩として硫酸塩を用いる場合、第１の粉末を水を用いて洗浄して硫黄分を低減することが好ましい。硫黄分は後述する粒成長反応を阻害するからである。第1の粉末に含まれる硫黄の含有量は好ましくは0.5wt%以下であり、さらに好ましくは0.4wt%以下である。
【００１７】
前記板状の六方晶フェライト粒子は、その板面に垂直な方向がｃ軸方向であり、板面方向がｃ面方向である。該ｃ面方向が磁化容易方向である。第１の粉末を用いることによって、湿式磁界中成形を行わなくても、押出し成形にて柱状に成形することで、配向した六方晶フェライト焼結体を得ることが可能となる。これは前記第１の粉体が板状の形態を有しているためである。成形中に、粉体にせん断応力を印加させることのできる押出成形によって、板状粒子の板面と押出方向とが平行になるような配向が生じる。押出成形の場合、板状粒子同士及び押出し成形機の吐出部側面とのせん断応力により、板状面と側面が平行になろうとする配向が生じる。
【００１８】
しかし板状の六方晶フェライト粒子だけでは望ましい焼結体を得ることは難しい。これは板状の粒子のみを用いると、その形状に起因して粉体の成形性が悪く、焼結を行っても反応が充分進まず、内部に大きな空隙が残留し、密度が上がらないためである。そこで配向させる板状粒子の周辺に、焼結時の反応性が良い第２の粉末に係る粒子を配し、焼結時に板状粒子を起点とした粒成長を誘起させる反応を利用する。本反応により成形体時点で配向していた板状粒子が大きく成長し、全体として高い配向性を有する焼結体を得ることができる。押出し成形で作製した成形体は、金型に接する外周面および内周面側において結晶粒の配向が顕著になる。したがって、かかる配向に倣って粒成長させれば、柱軸に垂直な方向から観察した時、フェライト焼結体の内部よりも外周表面において平均結晶粒径を大きくすることができる。
【００１９】
第２の粉末について説明する。第２の粉末には、六方晶フェライトの構成元素を含む素原料混合粉または前記素原料混合粉を仮焼して得られた粉末を用いる。これらを組み合わせて用いてもよい。アルカリ金属塩を用いないで通常の仮焼プロセスで仮焼した第２の粉末は、板状の第１の粉末と異なり、粒状を呈する。また、第２の粉末として素原料混合粉を用いる場合も、これらの各素原料粉は板状ではない。したがって、これらの粉末を第２の粉末として用いることによって、成形性が上がり、粒成長反応も進むようになる。第１および第２の粉末がＢａを含有する場合、第２の粉末のＢａ含有量が、第１の粉末の、アルカリ金属塩以外の、六方晶フェライトの構成元素を含む素原料中のＢａ含有量よりも大きくすることが好ましい。例えば化学量論比よりもＢａリッチな組成にすると反応性が上がるため、第２の粉末にかかるＢａリッチな組成を用いると焼結の際の粒成長も、より促進される。
【００２０】
また、本発明のフェライト焼結体の製造方法においては、第１の粉末と第２の粉末に、さらにＳｉＯ２およびホウ酸を添加する。ＳｉＯ２およびホウ酸を添加することによって、配向性向上のための粒成長が著しく促進される。ＳｉＯ２の添加量は第２の粉末の総重量（１００重量部）に対し、好ましくは０．１〜１．０重量部である。また、ホウ酸の添加量は好ましくは０．０２〜０．４重量部である。なお、ＳｉＯ２およびホウ酸は第２の粉末に添加してもよいし、第１の粉末と第２の粉末を混合する際に添加してもよい。また、第２の粉末を仮焼粉で構成する場合に、仮焼前の素原料混合粉に添加してもよい。
【００２１】
第１の粉末、第２の粉末およびＳｉＯ２およびホウ酸に水および結合材を添加して可塑性を持つ状態（混錬物）にし、上述のように押出し成形を行う。押出し成形において、吐出部が広く、吐き出し部側面と中央部との距離が大きい場合には、せん断応力はその効果が弱くなる。そこで、押出成形時に、吐き出し部中央に心棒を配置して、柱状の中空構造を有する成形体とする。このように心棒を用いることで内部にも側面を作ることができ、中央部にも配向した領域を設けることができる。このようにして得られた成形体を焼結することで、柱状形状であるとともに、柱軸方向に貫通する貫通孔を有する焼結体が得られる。板状の第１の粉末形状に倣って効率よく粒成長させるためには、１３００℃以上で焼結することが好ましい。さらに焼結後適宜切断してもよい。貫通孔を用いて巻線をするだけで容易にインダクタンス素子や磁性体アンテナを構成することができる。第２の粉末には、反応促進のためにさらにLi,V,Bi,SiまたはInを含む粉末のうち少なくとも１種以上を添加してもよい。
【００２２】
本発明に係るフェライト焼結体は磁化容易面を持つ六方晶フェライトを磁性相とするため、上記のように押出し成形を用いて作製することで、以下の構成を実現することが可能である。すなわち、前記フェライト焼結体は柱状形状であるとともに、柱軸方向に貫通する貫通孔を有する。該貫通孔は押出し成形時の心棒に対応して形成される。さらにフェライト焼結体において、六方晶フェライトの結晶粒のｃ軸が柱状形状の柱軸に垂直な方向に配向しており、フェライト焼結体の柱軸に垂直な断面から得られるＸ線回折パターンにおいて、六方晶のｃ軸に垂直な方向を法線に持つ面による回折ピークの内、最大のものの強度をIc⊥-maxと定義し、ｃ軸方向を法線に持つ面による回折ピークの内、最大のものの強度をIc-maxと定義したとき、Ic⊥-max/Ic-maxで定義される配向度が１０以上である。押出し成形で作製されたフェライト焼結体では、外周側、内周側において柱軸を周回する方向にｃ面が配向する。すなわち、六方晶フェライトの結晶粒のｃ軸が、柱軸（貫通孔の貫通方向）に垂直な方向に配向している。その配向度が１０以上であるとき、柱軸を周回する方向の透磁率が高くなり、該方向を磁路として利用するインダクタンス素子の特性が向上する。前記配向度はさらに望ましくは１３以上である。更なる配向度の向上は高特性のインダクタンス素子を設計するのに有効である。配向した焼結体を用いてインダクタンス素子を作製することで等方性の焼結体を使用する場合に比べ高いインダクタンスを示す素子を作製することが可能となる。例えば、貫通孔を用いて巻線することで、フェライト焼結体の前記貫通孔を周回する方向を磁路方向とした高インダクタンスのインダクタンス素子を作製することができる。インダクタンス素子としては、例えばチョークコイル、ノイズ除去素子、アンテナなどである。
【実施例】
【００２３】
第1の粉末は主成分としてＦｅ２Ｏ３が７０.６ｍｏｌ％、ＢａＯ（但しＢａＣＯ３を使用）が１７.７ｍｏｌ％、残部ＣｏＯの割合となるように、素原料Ｆｅ２Ｏ３、ＢａＣＯ３及びＣｏＯを秤量して以下のように作製した。前記素原料を湿式ボールミルにて１６時間混合した。混合後、乾燥した混合粉とＫ２ＳＯ４が１：１の重量割合となるよう混合し、１３２０℃において酸素中で５時間仮焼した。得られた仮焼体を解砕した後、１００℃の純水中で攪拌しては上水を除去する工程を５回繰り返し、その後、乾燥し、板状の六方晶Ｚ型フェライトの粒子を含む第１の粉末を作製した。かかる操作によりＳ含有量を０．５ｗｔ％以下とした。
【００２４】
前記、第２の粉末は下記に示す３種類を作製した。それぞれ第２の粉末Ａ、第２の粉末Ｂおよび第２の粉末Ｃと呼ぶ。第２の粉末Ａは主成分としてＦｅ２Ｏ３が６５.９ｍｏｌ％、ＢａＯ（但しＢａＣＯ３を使用）が１９.１ｍｏｌ％、ＭｎＯが５.０ｍｏｌ％、残部ＣｏＯの割合となるように、素原料Ｆｅ２Ｏ３、ＢａＣＯ３、ＭｎＯおよびＣｏＯを秤量して以下のように作製した。第２の粉末の主成分１００重量部に対し、０．３重量部のＳｉＯ２および０．１重量部のホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）添加し、湿式ボールミルにて１６時間混合を行った。混合後、１３２０℃において酸素中の条件にて３時間仮焼した。得られた仮焼粉を湿式ボールミルにて２４時間粉砕した後、乾燥し、第２の粉末を得た。第２の粉末Ｂは、主成分のモル比は第２の粉末Ａと同じとし、ＳｉＯ２およびホウ酸を添加せず上記の仮焼、粉砕を行い作製した。第２の粉末Ｃは主成分のモル比は第２の粉末Ａと同じとし、更に第２の粉末の主成分１００重量部に対し、０.３重量部のＳｉＯ２、０.１重量部のホウ酸（Ｈ３ＢＯ３）および０.１重量部のＶ２Ｏ３を添加し、湿式ボールミルにて１６時間混合を行った。混合後、混合粉は乾燥し、第２の粉末とした。すなわち第２の粉末Ｃは仮焼および粉砕を行わなかった。
【００２５】
上記の第１の粉末、第２の粉末をそれぞれ１：９の重量比となるよう秤量し、湿式ボールミルにて４時間混合した。混合後のスラリーを乾燥させ、バインダを添加し、混練を行い混練物（押出用杯土）を得た。上記のように得られた押出用杯土を、２．４ｍｍ×１．５ｍｍの長方形の口金に１.４ｍｍ×０.５ｍｍとなる心棒を挿入した金型を用いて押出成形した。口金および心棒の角には０.２ｍｍのＲが設けられている。得られた成形体を８０℃で乾燥させた後、１３２０℃または１３４０℃で３時間、酸素中で焼結した。焼結体の外観を図１に示す。図１に示すフェライト焼結体２は貫通孔１を中心部分に備えた略直方体形状である。焼結後の外形寸法は１．９ｍｍ×１．２ｍｍ、貫通孔は１．１ｍｍ×０．４ｍｍであった。また比較例として第２の粉末に第1の粉末を加えずに上記のように混練、押出成形、焼結を行った試料も作製した。
【００２６】
上記のように作製した焼結体の配向度、インダクタンス値を評価した。配向度は押出方向に垂直な断面でＸ線回折パターンを取得し、Ｚ型フェライトの(1 1 0)からの回折ピーク強度をＺ型フェライトの（0 0 18）からの回折ピーク強度で除した値を採用した。また焼結体を押出方向の厚みが１.２ｍｍとなるように加工し、10ターンの巻線を施した時のインダクタンスの値を評価した。これらの結果を表１にまとめて示した。
【００２７】
【表１】
【００２８】
第１の粉末を含まず、ＳｉＯ２およびホウ酸も含まない比較例１の試料では、配向度が１０未満と低く、インダクタンスも低い。これに対して実施例１の試料では、配向度は１０以上となり、インダクタンスも大きく向上している。すなわち、第１の粉末を使用せずに作製した比較例２と実施例１を比較すると、同一条件で焼結したにもかかわらず、配向度は実施例１の方が約４倍高く、インダクタンス値も10%以上高いという結果となった。このことから配向度・インダクタンス値の向上には第１の粉末を添加することが有効であることが確かめられた。また、ＳｉＯ２およびホウ酸は添加されているものの第１の粉末を含まない比較例２も配向度が１０未満と低く、インダクタンスも低い。すなわち、配向度向上にはＳｉＯ２およびホウ酸の添加が効果的であることがわかる。また、実施例１と同様にして作製した成形体を１３４０℃で焼結したところ、Ｚ型フェライトの（００１８）のピークがほとんど観測されず、実施例１に比べて焼結温度の上昇に伴い配向度が向上していることもわかった。
【００２９】
また、実施例２に示したように仮焼、粉砕を行わなかった第２の粉末Ｃを使用しても２０以上の高い配向度および大きなインダクタンスが得られた。このことから第２の粉末を作製するにあたり、仮焼・粉砕という工程が必ずしも必要でなく、素原料およびＳｉＯ２およびホウ酸などの反応促進添加物に直接第1の粉末を混合し、混練・押出成形することで配向度・特性向上の効果があることが確かめられた。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係るフェライト焼結体の一実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３１】
１：貫通孔
２：フェライト焼結体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁化容易面を持つ六方晶フェライトを磁性相とするフェライト焼結体の製造方法であって、
前記六方晶フェライトの構成元素を含む素原料とアルカリ金属塩との混合粉を前記アルカリ金属塩が溶融する温度で仮焼して得られた板状の六方晶フェライト粒子を含む第１の粉末と、前記六方晶フェライトの構成元素を含む素原料混合粉または前記素原料混合粉を仮焼して得られた粉末を含む第２の粉末と、前記素原料混合粉または前記仮焼して得られた粉末に添加されるＳｉＯ２およびホウ酸とを用いて構成された混錬物を、押出し成形にて柱状に成形し、前記押出し成形によって得られた成形体を焼結し、柱状の焼結体を得ることを特徴とするフェライト焼結体の製造方法。
【請求項２】
前記第１および第２の粉末はＢａを含有し、前記第２の粉末のＢａ含有量が、前記第１の粉末の前記六方晶フェライトの構成元素を含む素原料中のＢａ含有量よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のフェライト焼結体の製造方法。
【請求項３】
前記アルカリ金属塩として硫酸塩を用いるとともに、前記第１の粉末を水を用いて洗浄して硫黄分を低減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の製造方法。
【請求項４】
磁化容易面を持つ六方晶フェライトを磁性相とするフェライト焼結体であって、
前記フェライト焼結体は柱状形状であるとともに、柱軸方向に貫通する貫通孔を有し、
前記六方晶フェライトの結晶粒のｃ軸が該柱状形状の柱軸に垂直な方向に配向しており、
フェライト焼結体の柱軸に垂直な断面から得られるＸ線回折パターンにおいて、六方晶のｃ軸に垂直な方向を法線に持つ面による回折ピークの内、最大のものの強度をIc⊥-maxと定義し、ｃ軸方向を法線に持つ面による回折ピークの内、最大のものの強度をIc-maxと定義したとき、Ic⊥-max/Ic-maxで定義される配向度が１０以上であることを特徴とするフェライト焼結体。
【請求項５】
請求項４に記載のフェライト焼結体を用いたインダクタンス素子。
【請求項６】
前記フェライト焼結体の前記貫通孔を周回する方向を磁路方向とすることを特徴とする請求項５に記載のインダクタンス素子。
【請求項１】
磁化容易面を持つ六方晶フェライトを磁性相とするフェライト焼結体の製造方法であって、
前記六方晶フェライトの構成元素を含む素原料とアルカリ金属塩との混合粉を前記アルカリ金属塩が溶融する温度で仮焼して得られた板状の六方晶フェライト粒子を含む第１の粉末と、前記六方晶フェライトの構成元素を含む素原料混合粉または前記素原料混合粉を仮焼して得られた粉末を含む第２の粉末と、前記素原料混合粉または前記仮焼して得られた粉末に添加されるＳｉＯ２およびホウ酸とを用いて構成された混錬物を、押出し成形にて柱状に成形し、前記押出し成形によって得られた成形体を焼結し、柱状の焼結体を得ることを特徴とするフェライト焼結体の製造方法。
【請求項２】
前記第１および第２の粉末はＢａを含有し、前記第２の粉末のＢａ含有量が、前記第１の粉末の前記六方晶フェライトの構成元素を含む素原料中のＢａ含有量よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載のフェライト焼結体の製造方法。
【請求項３】
前記アルカリ金属塩として硫酸塩を用いるとともに、前記第１の粉末を水を用いて洗浄して硫黄分を低減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の製造方法。
【請求項４】
磁化容易面を持つ六方晶フェライトを磁性相とするフェライト焼結体であって、
前記フェライト焼結体は柱状形状であるとともに、柱軸方向に貫通する貫通孔を有し、
前記六方晶フェライトの結晶粒のｃ軸が該柱状形状の柱軸に垂直な方向に配向しており、
フェライト焼結体の柱軸に垂直な断面から得られるＸ線回折パターンにおいて、六方晶のｃ軸に垂直な方向を法線に持つ面による回折ピークの内、最大のものの強度をIc⊥-maxと定義し、ｃ軸方向を法線に持つ面による回折ピークの内、最大のものの強度をIc-maxと定義したとき、Ic⊥-max/Ic-maxで定義される配向度が１０以上であることを特徴とするフェライト焼結体。
【請求項５】
請求項４に記載のフェライト焼結体を用いたインダクタンス素子。
【請求項６】
前記フェライト焼結体の前記貫通孔を周回する方向を磁路方向とすることを特徴とする請求項５に記載のインダクタンス素子。
【図１】
【公開番号】特開２０１０−１４３７７２（Ｐ２０１０−１４３７７２Ａ）
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１９９８３（Ｐ２００８−３１９９８３）
【出願日】平成２０年１２月１６日（２００８．１２．１６）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１６日（２００８．１２．１６）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【Ｆターム（参考）】
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