フェライト焼結体及びその製造方法
【課題】熱暴走の発生を十分に防止でき、高温条件下における使用に好適なフェライト焼結体及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明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、５２〜５４モル％のＦｅ２Ｏ３、３５〜４２モル％のＭｎＯ、及び、６〜１１モル％のＺｎＯからなる主成分と、所定量のＣｏ、Ｔｉ、Ｓｉ及びＣａを含む副成分とを含有しており、励磁磁束密度２００ｍＴ及び周波数１００ｋＨｚの磁界中において、電力損失が極小値を示す温度（ボトム温度）が１２０℃よりも高く且つボトム温度における電力損失が３５０ｋＷ／ｍ３以下であることを特徴とする。
【解決手段】本発明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、５２〜５４モル％のＦｅ２Ｏ３、３５〜４２モル％のＭｎＯ、及び、６〜１１モル％のＺｎＯからなる主成分と、所定量のＣｏ、Ｔｉ、Ｓｉ及びＣａを含む副成分とを含有しており、励磁磁束密度２００ｍＴ及び周波数１００ｋＨｚの磁界中において、電力損失が極小値を示す温度（ボトム温度）が１２０℃よりも高く且つボトム温度における電力損失が３５０ｋＷ／ｍ３以下であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｆｅ、Ｍｎ及びＺｎを含む主成分と、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｓｉ及びＣａを含む副成分とを含有するフェライト焼結体及びその製造方法に関する。
【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Ｍｎ−Ｚｎ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発熱量を低減する観点から、フェライトコアは、電力損失（コアロス）の値が広い温度範囲にわたって小さいことが求められる（下記特許文献１参照）。
【０００３】
従来の電源用トランスなどの機器は、動作温度５０〜７０℃付近で適した性能を発揮できるように設計されており、電力損失が極小値を示す温度（以下、「ボトム温度」という。）が８０〜１００℃の材料からなるフェライトコアが一般に使用されてきた。機器の動作温度がボトム温度よりも低ければ、使用時にフェライト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、熱暴走の発生が未然に防止される。
【０００４】
ところで、近年、電子機器や電源の小型化に対応するため、大きな部品容積を占めるトランス磁心の小型化、薄型化が強く望まれている。また、電子機器においては、部品の高密度化も進展している。かかる状況下、発熱による温度上昇が大きくなる傾向にあり、これに伴い、フェライトコアの温度も高くなる傾向にある。動作温度の高温化に対応するため、種々のフェライト焼結体の検討がなされている（例えば、下記特許文献２〜４参照）。
【特許文献１】特開２００５−１１９８９２号公報
【特許文献２】特開２００４−３５３７２号公報
【特許文献３】特開２００６−２１３５３２号公報
【特許文献４】特開２００６−４４９７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のフェライト焼結体は、トランス電源等の動作温度の高温化に必ずしも十分に対応できるものではなく、機器の熱暴走を十分確実に防止するという点において未だ改善の余地があった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてされたものであり、熱暴走の発生を十分に防止でき、高温条件下における使用に好適なフェライト焼結体及びその製造方法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】
【０００７】
本発明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、５２〜５４モル％のＦｅ２Ｏ３、３５〜４２モル％のＭｎＯ、及び、６〜１１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、以下の（１）〜（４）に示す量のＣｏ、Ｔｉ、Ｓｉ及びＣａを含む副成分とを含有し、励磁磁束密度２００ｍＴ及び周波数１００ｋＨｚの磁界中において、ボトム温度が１２０℃よりも高く且つボトム温度における電力損失が３５０ｋＷ／ｍ３以下であることを特徴とする。
（１）ＣｏＯに換算すると１０００×１０−６〜３５００×１０−６質量部に相等する量のＣｏ、
（２）ＴｉＯ２に換算すると２０００×１０−６〜５０００×１０−６質量部に相等する量のＴｉ、
（３）ＳｉＯ２に換算すると５０×１０−６〜１５０×１０−６質量部に相等する量のＳｉ、
（４）ＣａＣＯ３に換算すると３００×１０−６〜１５００×１０−６質量部に相等する量のＣａ。
【０００８】
このフェライト焼結体は、電力損失が極小値を示す温度（ボトム温度）が１２０℃よりも高く且つボトム温度における電力損失が３５０ｋＷ／ｍ３以下である。このため、このフェライト焼結体からなる磁心は、１００℃程度又はこれ以上の高温条件下であっても発熱量を十分低減できるとともに、熱暴走の発生を十分に防止できる。
【０００９】
本発明に係るフェライト焼結体は、副成分が主成分の上記酸化物の合計質量１質量部に対し、以下の（５），（６）に示す量のＮｂ及び／又はＴａを更に含むことが好ましい。
（５）Ｎｂ２Ｏ５に換算すると５０×１０−６〜６００×１０−６質量部に相等する量のＮｂ、（６）Ｔａ２Ｏ５に換算すると８０×１０−６〜１０００×１０−６質量部に相等する量のＴａ。
【００１０】
本発明のフェライト焼結体が、副成分として上記（５），（６）に示す量のＮｂ及び／又はＴａを含むものであると、フェライト焼結体の結晶組織の均一性が向上し、電力損失を一層低減できる。
【００１１】
本発明に係るフェライト焼結体は、副成分が主成分の上記酸化物の合計質量１質量部に対し、以下の（７），（８）に示す量のＺｒ及び／又はＨｆを更に含むことが好ましい。
（７）ＺｒＯ２に換算すると２００×１０−６質量部以下に相等する量のＺｒ、
（８）ＨｆＯ２に換算すると４００×１０−６質量部以下に相等する量のＨｆ。
【００１２】
フェライト焼結体中のＺｒ及びＨｆは、粒界の高抵抗化に寄与する成分である。したがって、本発明のフェライト焼結体が副成分として上記（７），（８）に示す量のＺｒ及び／又はＨｆを含むものであると、高温条件下における電力損失を一層低減できる。
【００１３】
本発明に係るフェライト焼結体の製造方法は、それぞれ酸化物に換算したとき、５２〜５４モル％のＦｅ２Ｏ３、３５〜４２モル％のＭｎＯ、及び、６〜１１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、上記の（１）〜（４）に示す量のＣｏ、Ｔｉ、Ｓｉ及びＣａを含む副成分とを混合する混合工程と、上記主成分と上記副成分とを含有する混合粉を加熱炉内で焼成してフェライト焼結体を得る本焼成工程と、を備え、この本焼成工程は、焼成温度を１２５０〜１３４５℃に保持する温度保持工程と、当該保持温度から降温するに際し、加熱炉内の酸素濃度を連続的又は段階的に下げる酸素濃度調整工程とを有し、酸素濃度調整工程を経ることによって、温度１２５０℃における酸素濃度を０．２４〜２．０体積％とし且つ温度１１００℃における酸素濃度を０．０２０〜０．２０体積％とすることを特徴とする。
【００１４】
このフェライト焼結体の製造方法によれば、ボトム温度が１２０℃よりも高く且つボトム温度における電力損失が３５０ｋＷ／ｍ３以下のフェライト焼結体を有効に製造することができる。また、本製造方法により得られるフェライト焼結体からなる磁心は、１００℃程度又はこれ以上の高温条件下であっても発熱量を十分に低減できるとともに、熱暴走の発生を十分に防止できる。
【００１５】
本発明において、「電力損失が極小値を示す温度（ボトム温度）」とは、励磁磁束密度２００ｍＴ及び周波数１００ｋＨｚの磁界中において、温度範囲２５〜１５０℃にて電力損失が極小値を示す温度を意味し、当該温度範囲の電力損失はＢ−ＨアナライザＳＹ−８２３２（商品名、岩崎通信機株式会社製）を用いて測定された値を意味する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、熱暴走の発生を十分に防止でき、高温条件下における使用に好適なフェライト焼結体及びその製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係るフェライト焼結体からなるフェライトコア（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型コアなどと呼ばれ、トランスなどに使用される。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、内部に２つのＥ型コアが対向配置されたものが知られている。
【００１９】
＜フェライト焼結体＞
フェライトコア１０はフェライト焼結体で構成され、フェライト焼結体はＦｅ、Ｍｎ及びＺｎを含む主成分と、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｓｉ及びＣａを含む副成分と、を含有する。フェライト焼結体の主成分は、それぞれ酸化物に換算したとき、５２〜５４モル％のＦｅ２Ｏ３、３５〜４２モル％のＭｎＯ、及び、６〜１１モル％のＺｎＯからなる。フェライト焼結体の副成分は、主成分の上記酸化物の合計質量１質量部に対し、以下の（１）〜（４）に示す量のＣｏ、Ｔｉ、Ｓｉ及びＣａを含有する。
（１）ＣｏＯに換算すると１０００×１０−６〜３５００×１０−６質量部に相等する量のＣｏ、
（２）ＴｉＯ２に換算すると２０００×１０−６〜５０００×１０−６質量部に相等する量のＴｉ、
（３）ＳｉＯ２に換算すると５０×１０−６〜１５０×１０−６質量部に相等する量のＳｉ、
（４）ＣａＣＯ３に換算すると３００×１０−６〜１５００×１０−６質量部に相等する量のＣａ。
【００２０】
また、フェライトコア１０をなすフェライト焼結体は、励磁磁束密度２００ｍＴ及び周波数１００ｋＨｚの磁界中において、ボトム温度が１２０℃よりも高く且つボトム温度における電力損失が３５０ｋＷ／ｍ３以下である。図２は、本発明に係るフェライト焼結体の特性を示すグラフであり、電力損失（コアロス）と温度との関係の一例を示すものである（後述の実施例１を参照）。図２に示す点Ａがフェライト焼結体の電力損失の極小点であり、このときの温度がボトム温度である。
【００２１】
フェライトコア１０は、ボトム温度が１２０℃よりも高く且つボトム温度における電力損失が３５０ｋＷ／ｍ３以下であるため、１００℃程度又はこれ以上の高温条件下（例えば、１１０℃程度）であっても発熱量を十分に低減できるとともに、熱暴走の発生を十分に防止できる。フェライトコア１０は、高温条件下における高い信頼性を有するため、動作温度が高温となりやすい小型化機器又は部品が高密度に実装された機器にも好適に用いることができる。
【００２２】
上記フェライト焼結体を上記のような組成とした理由は以下の通りである。
【００２３】
（主成分）
フェライト焼結体のＦｅ２Ｏ３の含有率が５２モル％未満であると、フェライト焼結体のボトム温度が過度に高くなり、室温付近における電力損失の低減が不十分となる。他方、Ｆｅ２Ｏ３の含有率が５４モル％を超えると、ボトム温度を１２０℃よりも高い温度にすることが困難となるとともに、高温条件下で使用した場合に性能の経時劣化が顕著となる。Ｆｅ２Ｏ３の含有率は、５２．８〜５３．８モル％であることがより好ましい。
【００２４】
フェライト焼結体のＺｎＯの含有率が６モル％未満又は１１モル％を超えると、１２０℃よりも高い温度における電力損失の低減が不十分となる。ＺｎＯの含有率は、７．５〜９．５モル％であることがより好ましい。
【００２５】
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。
【００２６】
（副成分）
機器の熱暴走を一層確実に防止するためには、ボトム温度を超えても電力損失が著しく増大することなく、可能な限りボトム温度における電力損失の値に維持されることが望ましい。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、ボトム温度以上の温度領域における電力損失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。
【００２７】
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、１０００×１０−６質量部未満であると、ボトム温度よりも高い温度領域における電力損失の増大が顕著となる。他方、Ｃｏの含有量（ＣｏＯ換算）が３５００×１０−６質量部を超えると、ボトム温度よりも高い温度領域における電力損失の温度変化率は抑制されるものの、電力損失の低減が不十分となる。Ｃｏの含有量（ＣｏＯ換算）は、１０００×１０−６質量部より多く且つ３５００×１０−６質量部未満であることが好ましく、１５００×１０−６〜３０００×１０−６質量部であることがより好ましい。
【００２８】
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、電力損失の増大を招来することなく、高温条件下での使用による性能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、２０００×１０−６質量部未満であると、高温条件下で使用した場合に性能の経時劣化が顕著となる。他方、Ｔｉの含有量（ＴｉＯ２換算）が５０００×１０−６質量部を超えると、電力損失の低減が不十分となる。Ｔｉの含有量（ＴｉＯ２換算）は、２０００×１０−６質量部より多く且つ５０００×１０−６質量部未満であることが好ましく、２５００×１０−６〜４０００×１０−６質量部であることがより好ましい。
【００２９】
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、電力損失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、フェライト焼結体における高抵抗層の形成が不十分となり、電力損失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、電力損失の低減が不十分となる。Ｓｉの含有量（ＳｉＯ２換算）は、７０×１０−６〜１３０×１０−６質量部であることが好ましい。
【００３０】
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、電力損失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、３００×１０−６質量部未満であると、フェライト焼結体における高抵抗層の形成が不十分となり、電力損失の低減が不十分となる。他方、Ｃａの含有量（ＣａＣＯ３換算）が１５００×１０−６質量部を超えると、異常な粒成長を招来し、電力損失の低減が不十分となる。Ｃａの含有量（ＣａＣＯ３換算）は、３５０×１０−６〜１２５０×１０−６質量部であることが好ましい。
【００３１】
本実施形態に係るフェライト焼結体は、副成分が主成分の上記酸化物の合計質量１質量部に対し、以下の（５），（６）に示す量のＮｂ及び／又はＴａを更に含むことが好ましい。
（５）Ｎｂ２Ｏ５に換算すると５０×１０−６〜６００×１０−６質量部に相等する量のＮｂ、（６）Ｔａ２Ｏ５に換算すると８０×１０−６〜１０００×１０−６質量部に相等する量のＴａ。
【００３２】
Ｎｂは、フェライト焼結体の結晶組織の均一化に寄与するため、適量のＮｂを含有せしめることで、電力損失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、５０×１０−６質量部未満であると、結晶組織の均一化が不十分となりやすく、電力損失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６００×１０−６質量部を超えると、かえって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、２００×１０−６〜５００×１０−６質量部であることが好ましい。
【００３３】
Ｔａは、上述のＮｂと同様、フェライト焼結体の結晶組織の均一化に寄与するため、適量のＴａを含有せしめることで、電力損失の低減化が図られる。フェライト焼結体のＴａの含有量（Ｔａ２Ｏ５換算）が、主成分の酸化物の合計質量１質量部に対し、８０×１０−６質量部未満であると、結晶組織の均一化が不十分となりやすく、電力損失の低減が不十分となる傾向がある。他方、Ｔａの含有量（Ｔａ２Ｏ５換算）が１０００×１０−６質量部を超えると、かえって結晶組織の不均一性を助長する傾向がある。Ｔａの含有量（Ｔａ２Ｏ５換算）は、３００×１０−６〜９００×１０−６質量部であることが好ましい。
【００３４】
フェライト焼結体に、Ｎｂ及びＴａの両方を含有せしめる場合は、Ｎｂ２Ｏ５及びＴａ２Ｏ５の分子量に基づき、Ｎｂ及びＴａの合計含有量を適宜調整すればよい。
【００３５】
本実施形態に係るフェライト焼結体は、副成分が主成分の上記酸化物の合計質量１質量部に対し、以下の（７），（８）に示す量のＺｒ及び／又はＨｆを更に含むことが好ましい。
（７）ＺｒＯ２に換算すると２００×１０−６質量部以下に相等する量のＺｒ、
（８）ＨｆＯ２に換算すると４００×１０−６質量部以下に相等する量のＨｆ。
【００３６】
Ｚｒは、粒界の高抵抗化に寄与するため、適量のＺｒを含有せしめることで、電力損失の低減化が図られる。ただし、フェライト焼結体のＺｒの含有量（ＺｒＯ２換算）が、主成分の酸化物の合計質量１質量部に対し、２００×１０−６質量部を超えると、フェライト焼結体中に高抵抗層が過剰に形成されやすく、電力損失の低減が不十分となる傾向がある。Ｚｒの含有量（ＺｒＯ２換算）は、５０×１０−６〜２００×１０−６質量部であることが好ましく、８０×１０−６〜１５０×１０−６質量部であることがより好ましい。
【００３７】
Ｈｆは、上述のＺｒと同様、粒界の高抵抗化に寄与するため、適量のＨｆを含有せしめることで、電力損失の低減化が図られる。ただし、フェライト焼結体のＨｆの含有量（ＨｆＯ２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質量部を超えると、フェライト焼結体中に高抵抗層が過剰に形成されやすく、電力損失の低減が不十分となる傾向がある。Ｈｆの含有量（ＨｆＯ２換算）は、８０×１０−６〜３５０×１０−６質量部であることが好ましく、１３０×１０−６〜２６０×１０−６質量部であることがより好ましい。
【００３８】
フェライト焼結体に、Ｚｒ及びＨｆの両方を含有せしめる場合は、ＺｒＯ２及びＨｆＯ２の分子量に基づき、Ｚｒ及びＨｆの合計含有量を適宜調整すればよい。
【００３９】
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、Ｖ（Ｖ２Ｏ５）及びＭｏ（ＭｏＯ３）は、上述のＮｂ，Ｔａと同様、フェライト焼結体の結晶組織の均一化に寄与するため、Ｖ及び／又はＭｏを適量含有せしめることで、電力損失の低減化が図られる。
【００４０】
＜フェライトコアの製造方法＞
次に、フェライトコア１０の製造方法について説明する。
【００４１】
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、Ｆｅ２Ｏ３及びＺｎＯの含有率がそれぞれ５２〜５４モル％、６〜１１モル％となるように原料を混合し、残部を主としてＭｎ３Ｏ４で構成する。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上記酸化物に換算して上記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。
【００４２】
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）。仮焼は通常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。
【００４３】
他方、副成分をなす酸化コバルトＣｏＯ、酸化チタンＴｉＯ２、酸化ケイ素ＳｉＯ２、炭酸カルシウムＣａＣＯ３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（Ｎｂ２Ｏ５，Ｔａ２Ｏ５，ＺｒＯ２，ＨｆＯ２，Ｖ２Ｏ５，ＭｏＯ３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、ＣａＣＯ３の代わりにＣａＯを使用してもよい。
【００４４】
続いて、上記のようにして得られる原料混合粉と、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と同形状、即ちＥ字型に成型して成型体を得る。
【００４５】
次に、成型体を加熱炉内において大気圧条件下（１気圧）にて焼成する（本焼成工程）。図４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４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１２５０〜１３４５℃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。
【００４６】
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。
【００４７】
昇温工程Ｓ１によって所定の温度（１２５０〜１３４５℃）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、電力損失の低減が不十分となる。他方、保持温度が１３４５℃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、電力損失の低減が不十分となる。保持温度を１２５０〜１３４５℃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、高温領域における電力損失を十分に低減できる。
【００４８】
上述の保持温度で焼成を行う時間（保持時間）は、２時間３０分以上であることが好ましい。保持時間が２時間３０分未満であると、温度１２５０〜１３４５℃で焼成を行った場合でも粒成長が不十分となり、電力損失の低減が不十分となりやすい。保持時間は粉砕粉を構成する原料に依存するが、３〜１０時間とすることがより好ましい。
【００４９】
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、１５０℃／時間以下であることが好ましい。徐冷速度が１５０℃／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、これにより電力損失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。
【００５０】
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１２５０℃における酸素濃度を０．２４〜２．０体積％とし且つ温度１１００℃における酸素濃度を０．０２０〜０．２０体積％とする。
【００５１】
図４は、徐冷工程Ｓ３における加熱炉内の酸素濃度設定の一例を示すグラフである。温度を１２５０℃から１１００℃にまで降温するに際し、加熱炉内の酸素濃度が図４のラインＬ１及びラインＬ２の間の領域を推移するように操作することが好ましい。図４に酸素濃度を段階的に下げるように設定した場合を図示した。このような酸素濃度の段階的な低減は、加熱炉内に供給する酸素含有ガスの酸素濃度を段階的に低減することによって実現できる。酸素濃度を段階的に下げる代わりに連続的に下げてもよく、これらを組み合わせてもよい。なお、加熱炉内の酸素濃度は、ラインＬ１及びラインＬ２の間の領域を推移している限りにおいては、一時的に上昇するようなことがあってもよい。
【００５２】
温度１２５０〜１１００℃における酸素濃度の上限ラインＬ１及び下限ラインＬ２は、下記式（１）に基づいて算出したものである。
Ｌｏｇ（ＰＯ２）＝ａ−ｂ／Ｔ …（１）
式中、ＰＯ２は、酸素モル分率（％）を示し、Ｔは、絶対温度（Ｋ）を示し、ａ，ｂは、それぞれ定数を示す。図４に示す上限ラインＬ１及び下限ラインＬ２にそれぞれ対応する定数ａ，ｂを表１に示す。
【表１】
【００５３】
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、９５０〜１１５０℃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内の残留応力が大きくなりやすく、これにより電力損失の低減が不十分となる傾向がある。他方、徐冷終了温度が９５０℃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、これにより電力損失の低減が不十分となる傾向がある。
【００５４】
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８００℃に到達するまで温度範囲については、降温速度を２００℃／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２００℃／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、これにより電力損失の低減が不十分となる傾向がある。徐冷工程Ｓ３の終了後は、フェライトの酸化を防止する観点から、加熱炉内を窒素雰囲気（酸素濃度０．０２体積％以下）とすることが好ましい。
【００５５】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記フェライトコア１０の製造方法においては、フェライトコア１０を所定形状（Ｅ字型）とするために、本焼成の前に粉砕粉とバインダとの混合物を成型しているが、粉砕粉を本焼成した後、加工することによって所定形状のフェライトコアを製造してもよい。
【００５６】
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。
【００５７】
上記実施形態では、本焼成工程における温度設定として図３に示す焼成プロファイルを例示したが、これに限定されるものではなく、適宜変更を加えてもよい。
【００５８】
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決定することができる。
【実施例】
【００５９】
（実施例１〜１６及び比較例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。
【００６０】
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１００ＭＰａの圧力で加圧成型し、トロイダル状成型体を得た。成型体を表３に示す条件で本焼成を行い、実施例１〜１６及び比較例１〜９の寸法が外径２０ｍｍ、内径１０ｍｍ、高さ５ｍｍのトロイダル状成型体であるフェライトコアを得た。
【００６１】
実施例１〜１６及び比較例１〜９で製造した各フェライトコアの電力損失を次のようにして測定した。すなわち、励磁磁束密度２００ｍＴ、周波数１００ｋＨｚの条件で温度２５〜１５０℃の範囲の電力損失を測定した。温度範囲２５〜１５０℃において電力損失の測定値が極小値を示す温度（ボトム温度）を求めた。また、ボトム温度における電力損失の値（電力損失の極小値）を求めた。図２は、実施例１のフェライトコアの電力損失の測定結果を示すグラフである。
【００６２】
また、電力損失の測定を行った後の各フェライトコアを温度２００℃に設定された恒温槽内に９６時間にわたって貯蔵した。その後、上記と同様の方法によって、各フェライトコアの電力損失の測定を再度行った。上記の恒温槽における貯蔵処理を行う前後における電力損失の測定値を下記式（２）に代入し、電力損失の変化率を算出した。
【数１】
【００６３】
表２に、ボトム温度、電力損失の極小値、１５０℃における電力損失及び電力損失の変化率の測定結果を示す。
【表２】
【表３】
【００６４】
（実施例１７〜２５及び比較例１０〜１８）
表３に示す条件とする代わりに、表４に示す各条件で本焼成を行ったことの他は、実施例１と同様にして、実施例１７〜２５及び比較例１０〜１８のフェライトコアを製造し、上述の評価試験を行った。表４に、ボトム温度、電力損失の極小値、１５０℃における電力損失及び電力損失の変化率の測定結果を示す。
【表４】
【００６５】
表２，４に示す結果から明らかなように、フェライト焼結体を所定の組成とすると共に、本焼成の条件を制御することで、ボトム温度が１２０℃よりも高く、ボトム温度における電力損失が十分に低いフェライト焼結体を製造できることが分った。また、このようにして製造したフェライト焼結体は、高温条件下で長時間使用した場合であっても電力損失を十分に低い値に維持することができ、性能の経時劣化が小さいという特長を有することが示された。
【００６６】
以上より、本発明に係るフェライト焼結体は、上記のような特性を有することから、熱暴走の発生を十分に回避でき、磁心として使用するのに好適であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明に係るフェライト焼結体からなるフェライトコアを示す斜視図である。
【図２】電力損失と温度との関係を示すグラフである。
【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】本焼成工程の降温時における酸素濃度設定の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６８】
１０…フェライトコア（磁心）。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｆｅ、Ｍｎ及びＺｎを含む主成分と、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｓｉ及びＣａを含む副成分とを含有するフェライト焼結体及びその製造方法に関する。
【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Ｍｎ−Ｚｎ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発熱量を低減する観点から、フェライトコアは、電力損失（コアロス）の値が広い温度範囲にわたって小さいことが求められる（下記特許文献１参照）。
【０００３】
従来の電源用トランスなどの機器は、動作温度５０〜７０℃付近で適した性能を発揮できるように設計されており、電力損失が極小値を示す温度（以下、「ボトム温度」という。）が８０〜１００℃の材料からなるフェライトコアが一般に使用されてきた。機器の動作温度がボトム温度よりも低ければ、使用時にフェライト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、熱暴走の発生が未然に防止される。
【０００４】
ところで、近年、電子機器や電源の小型化に対応するため、大きな部品容積を占めるトランス磁心の小型化、薄型化が強く望まれている。また、電子機器においては、部品の高密度化も進展している。かかる状況下、発熱による温度上昇が大きくなる傾向にあり、これに伴い、フェライトコアの温度も高くなる傾向にある。動作温度の高温化に対応するため、種々のフェライト焼結体の検討がなされている（例えば、下記特許文献２〜４参照）。
【特許文献１】特開２００５−１１９８９２号公報
【特許文献２】特開２００４−３５３７２号公報
【特許文献３】特開２００６−２１３５３２号公報
【特許文献４】特開２００６−４４９７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のフェライト焼結体は、トランス電源等の動作温度の高温化に必ずしも十分に対応できるものではなく、機器の熱暴走を十分確実に防止するという点において未だ改善の余地があった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてされたものであり、熱暴走の発生を十分に防止でき、高温条件下における使用に好適なフェライト焼結体及びその製造方法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】
【０００７】
本発明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、５２〜５４モル％のＦｅ２Ｏ３、３５〜４２モル％のＭｎＯ、及び、６〜１１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、以下の（１）〜（４）に示す量のＣｏ、Ｔｉ、Ｓｉ及びＣａを含む副成分とを含有し、励磁磁束密度２００ｍＴ及び周波数１００ｋＨｚの磁界中において、ボトム温度が１２０℃よりも高く且つボトム温度における電力損失が３５０ｋＷ／ｍ３以下であることを特徴とする。
（１）ＣｏＯに換算すると１０００×１０−６〜３５００×１０−６質量部に相等する量のＣｏ、
（２）ＴｉＯ２に換算すると２０００×１０−６〜５０００×１０−６質量部に相等する量のＴｉ、
（３）ＳｉＯ２に換算すると５０×１０−６〜１５０×１０−６質量部に相等する量のＳｉ、
（４）ＣａＣＯ３に換算すると３００×１０−６〜１５００×１０−６質量部に相等する量のＣａ。
【０００８】
このフェライト焼結体は、電力損失が極小値を示す温度（ボトム温度）が１２０℃よりも高く且つボトム温度における電力損失が３５０ｋＷ／ｍ３以下である。このため、このフェライト焼結体からなる磁心は、１００℃程度又はこれ以上の高温条件下であっても発熱量を十分低減できるとともに、熱暴走の発生を十分に防止できる。
【０００９】
本発明に係るフェライト焼結体は、副成分が主成分の上記酸化物の合計質量１質量部に対し、以下の（５），（６）に示す量のＮｂ及び／又はＴａを更に含むことが好ましい。
（５）Ｎｂ２Ｏ５に換算すると５０×１０−６〜６００×１０−６質量部に相等する量のＮｂ、（６）Ｔａ２Ｏ５に換算すると８０×１０−６〜１０００×１０−６質量部に相等する量のＴａ。
【００１０】
本発明のフェライト焼結体が、副成分として上記（５），（６）に示す量のＮｂ及び／又はＴａを含むものであると、フェライト焼結体の結晶組織の均一性が向上し、電力損失を一層低減できる。
【００１１】
本発明に係るフェライト焼結体は、副成分が主成分の上記酸化物の合計質量１質量部に対し、以下の（７），（８）に示す量のＺｒ及び／又はＨｆを更に含むことが好ましい。
（７）ＺｒＯ２に換算すると２００×１０−６質量部以下に相等する量のＺｒ、
（８）ＨｆＯ２に換算すると４００×１０−６質量部以下に相等する量のＨｆ。
【００１２】
フェライト焼結体中のＺｒ及びＨｆは、粒界の高抵抗化に寄与する成分である。したがって、本発明のフェライト焼結体が副成分として上記（７），（８）に示す量のＺｒ及び／又はＨｆを含むものであると、高温条件下における電力損失を一層低減できる。
【００１３】
本発明に係るフェライト焼結体の製造方法は、それぞれ酸化物に換算したとき、５２〜５４モル％のＦｅ２Ｏ３、３５〜４２モル％のＭｎＯ、及び、６〜１１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、上記の（１）〜（４）に示す量のＣｏ、Ｔｉ、Ｓｉ及びＣａを含む副成分とを混合する混合工程と、上記主成分と上記副成分とを含有する混合粉を加熱炉内で焼成してフェライト焼結体を得る本焼成工程と、を備え、この本焼成工程は、焼成温度を１２５０〜１３４５℃に保持する温度保持工程と、当該保持温度から降温するに際し、加熱炉内の酸素濃度を連続的又は段階的に下げる酸素濃度調整工程とを有し、酸素濃度調整工程を経ることによって、温度１２５０℃における酸素濃度を０．２４〜２．０体積％とし且つ温度１１００℃における酸素濃度を０．０２０〜０．２０体積％とすることを特徴とする。
【００１４】
このフェライト焼結体の製造方法によれば、ボトム温度が１２０℃よりも高く且つボトム温度における電力損失が３５０ｋＷ／ｍ３以下のフェライト焼結体を有効に製造することができる。また、本製造方法により得られるフェライト焼結体からなる磁心は、１００℃程度又はこれ以上の高温条件下であっても発熱量を十分に低減できるとともに、熱暴走の発生を十分に防止できる。
【００１５】
本発明において、「電力損失が極小値を示す温度（ボトム温度）」とは、励磁磁束密度２００ｍＴ及び周波数１００ｋＨｚの磁界中において、温度範囲２５〜１５０℃にて電力損失が極小値を示す温度を意味し、当該温度範囲の電力損失はＢ−ＨアナライザＳＹ−８２３２（商品名、岩崎通信機株式会社製）を用いて測定された値を意味する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、熱暴走の発生を十分に防止でき、高温条件下における使用に好適なフェライト焼結体及びその製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明に係るフェライト焼結体からなるフェライトコア（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型コアなどと呼ばれ、トランスなどに使用される。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、内部に２つのＥ型コアが対向配置されたものが知られている。
【００１９】
＜フェライト焼結体＞
フェライトコア１０はフェライト焼結体で構成され、フェライト焼結体はＦｅ、Ｍｎ及びＺｎを含む主成分と、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｓｉ及びＣａを含む副成分と、を含有する。フェライト焼結体の主成分は、それぞれ酸化物に換算したとき、５２〜５４モル％のＦｅ２Ｏ３、３５〜４２モル％のＭｎＯ、及び、６〜１１モル％のＺｎＯからなる。フェライト焼結体の副成分は、主成分の上記酸化物の合計質量１質量部に対し、以下の（１）〜（４）に示す量のＣｏ、Ｔｉ、Ｓｉ及びＣａを含有する。
（１）ＣｏＯに換算すると１０００×１０−６〜３５００×１０−６質量部に相等する量のＣｏ、
（２）ＴｉＯ２に換算すると２０００×１０−６〜５０００×１０−６質量部に相等する量のＴｉ、
（３）ＳｉＯ２に換算すると５０×１０−６〜１５０×１０−６質量部に相等する量のＳｉ、
（４）ＣａＣＯ３に換算すると３００×１０−６〜１５００×１０−６質量部に相等する量のＣａ。
【００２０】
また、フェライトコア１０をなすフェライト焼結体は、励磁磁束密度２００ｍＴ及び周波数１００ｋＨｚの磁界中において、ボトム温度が１２０℃よりも高く且つボトム温度における電力損失が３５０ｋＷ／ｍ３以下である。図２は、本発明に係るフェライト焼結体の特性を示すグラフであり、電力損失（コアロス）と温度との関係の一例を示すものである（後述の実施例１を参照）。図２に示す点Ａがフェライト焼結体の電力損失の極小点であり、このときの温度がボトム温度である。
【００２１】
フェライトコア１０は、ボトム温度が１２０℃よりも高く且つボトム温度における電力損失が３５０ｋＷ／ｍ３以下であるため、１００℃程度又はこれ以上の高温条件下（例えば、１１０℃程度）であっても発熱量を十分に低減できるとともに、熱暴走の発生を十分に防止できる。フェライトコア１０は、高温条件下における高い信頼性を有するため、動作温度が高温となりやすい小型化機器又は部品が高密度に実装された機器にも好適に用いることができる。
【００２２】
上記フェライト焼結体を上記のような組成とした理由は以下の通りである。
【００２３】
（主成分）
フェライト焼結体のＦｅ２Ｏ３の含有率が５２モル％未満であると、フェライト焼結体のボトム温度が過度に高くなり、室温付近における電力損失の低減が不十分となる。他方、Ｆｅ２Ｏ３の含有率が５４モル％を超えると、ボトム温度を１２０℃よりも高い温度にすることが困難となるとともに、高温条件下で使用した場合に性能の経時劣化が顕著となる。Ｆｅ２Ｏ３の含有率は、５２．８〜５３．８モル％であることがより好ましい。
【００２４】
フェライト焼結体のＺｎＯの含有率が６モル％未満又は１１モル％を超えると、１２０℃よりも高い温度における電力損失の低減が不十分となる。ＺｎＯの含有率は、７．５〜９．５モル％であることがより好ましい。
【００２５】
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。
【００２６】
（副成分）
機器の熱暴走を一層確実に防止するためには、ボトム温度を超えても電力損失が著しく増大することなく、可能な限りボトム温度における電力損失の値に維持されることが望ましい。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、ボトム温度以上の温度領域における電力損失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。
【００２７】
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、１０００×１０−６質量部未満であると、ボトム温度よりも高い温度領域における電力損失の増大が顕著となる。他方、Ｃｏの含有量（ＣｏＯ換算）が３５００×１０−６質量部を超えると、ボトム温度よりも高い温度領域における電力損失の温度変化率は抑制されるものの、電力損失の低減が不十分となる。Ｃｏの含有量（ＣｏＯ換算）は、１０００×１０−６質量部より多く且つ３５００×１０−６質量部未満であることが好ましく、１５００×１０−６〜３０００×１０−６質量部であることがより好ましい。
【００２８】
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、電力損失の増大を招来することなく、高温条件下での使用による性能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、２０００×１０−６質量部未満であると、高温条件下で使用した場合に性能の経時劣化が顕著となる。他方、Ｔｉの含有量（ＴｉＯ２換算）が５０００×１０−６質量部を超えると、電力損失の低減が不十分となる。Ｔｉの含有量（ＴｉＯ２換算）は、２０００×１０−６質量部より多く且つ５０００×１０−６質量部未満であることが好ましく、２５００×１０−６〜４０００×１０−６質量部であることがより好ましい。
【００２９】
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、電力損失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、フェライト焼結体における高抵抗層の形成が不十分となり、電力損失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、電力損失の低減が不十分となる。Ｓｉの含有量（ＳｉＯ２換算）は、７０×１０−６〜１３０×１０−６質量部であることが好ましい。
【００３０】
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、電力損失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、３００×１０−６質量部未満であると、フェライト焼結体における高抵抗層の形成が不十分となり、電力損失の低減が不十分となる。他方、Ｃａの含有量（ＣａＣＯ３換算）が１５００×１０−６質量部を超えると、異常な粒成長を招来し、電力損失の低減が不十分となる。Ｃａの含有量（ＣａＣＯ３換算）は、３５０×１０−６〜１２５０×１０−６質量部であることが好ましい。
【００３１】
本実施形態に係るフェライト焼結体は、副成分が主成分の上記酸化物の合計質量１質量部に対し、以下の（５），（６）に示す量のＮｂ及び／又はＴａを更に含むことが好ましい。
（５）Ｎｂ２Ｏ５に換算すると５０×１０−６〜６００×１０−６質量部に相等する量のＮｂ、（６）Ｔａ２Ｏ５に換算すると８０×１０−６〜１０００×１０−６質量部に相等する量のＴａ。
【００３２】
Ｎｂは、フェライト焼結体の結晶組織の均一化に寄与するため、適量のＮｂを含有せしめることで、電力損失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、５０×１０−６質量部未満であると、結晶組織の均一化が不十分となりやすく、電力損失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６００×１０−６質量部を超えると、かえって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、２００×１０−６〜５００×１０−６質量部であることが好ましい。
【００３３】
Ｔａは、上述のＮｂと同様、フェライト焼結体の結晶組織の均一化に寄与するため、適量のＴａを含有せしめることで、電力損失の低減化が図られる。フェライト焼結体のＴａの含有量（Ｔａ２Ｏ５換算）が、主成分の酸化物の合計質量１質量部に対し、８０×１０−６質量部未満であると、結晶組織の均一化が不十分となりやすく、電力損失の低減が不十分となる傾向がある。他方、Ｔａの含有量（Ｔａ２Ｏ５換算）が１０００×１０−６質量部を超えると、かえって結晶組織の不均一性を助長する傾向がある。Ｔａの含有量（Ｔａ２Ｏ５換算）は、３００×１０−６〜９００×１０−６質量部であることが好ましい。
【００３４】
フェライト焼結体に、Ｎｂ及びＴａの両方を含有せしめる場合は、Ｎｂ２Ｏ５及びＴａ２Ｏ５の分子量に基づき、Ｎｂ及びＴａの合計含有量を適宜調整すればよい。
【００３５】
本実施形態に係るフェライト焼結体は、副成分が主成分の上記酸化物の合計質量１質量部に対し、以下の（７），（８）に示す量のＺｒ及び／又はＨｆを更に含むことが好ましい。
（７）ＺｒＯ２に換算すると２００×１０−６質量部以下に相等する量のＺｒ、
（８）ＨｆＯ２に換算すると４００×１０−６質量部以下に相等する量のＨｆ。
【００３６】
Ｚｒは、粒界の高抵抗化に寄与するため、適量のＺｒを含有せしめることで、電力損失の低減化が図られる。ただし、フェライト焼結体のＺｒの含有量（ＺｒＯ２換算）が、主成分の酸化物の合計質量１質量部に対し、２００×１０−６質量部を超えると、フェライト焼結体中に高抵抗層が過剰に形成されやすく、電力損失の低減が不十分となる傾向がある。Ｚｒの含有量（ＺｒＯ２換算）は、５０×１０−６〜２００×１０−６質量部であることが好ましく、８０×１０−６〜１５０×１０−６質量部であることがより好ましい。
【００３７】
Ｈｆは、上述のＺｒと同様、粒界の高抵抗化に寄与するため、適量のＨｆを含有せしめることで、電力損失の低減化が図られる。ただし、フェライト焼結体のＨｆの含有量（ＨｆＯ２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質量部を超えると、フェライト焼結体中に高抵抗層が過剰に形成されやすく、電力損失の低減が不十分となる傾向がある。Ｈｆの含有量（ＨｆＯ２換算）は、８０×１０−６〜３５０×１０−６質量部であることが好ましく、１３０×１０−６〜２６０×１０−６質量部であることがより好ましい。
【００３８】
フェライト焼結体に、Ｚｒ及びＨｆの両方を含有せしめる場合は、ＺｒＯ２及びＨｆＯ２の分子量に基づき、Ｚｒ及びＨｆの合計含有量を適宜調整すればよい。
【００３９】
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、Ｖ（Ｖ２Ｏ５）及びＭｏ（ＭｏＯ３）は、上述のＮｂ，Ｔａと同様、フェライト焼結体の結晶組織の均一化に寄与するため、Ｖ及び／又はＭｏを適量含有せしめることで、電力損失の低減化が図られる。
【００４０】
＜フェライトコアの製造方法＞
次に、フェライトコア１０の製造方法について説明する。
【００４１】
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、Ｆｅ２Ｏ３及びＺｎＯの含有率がそれぞれ５２〜５４モル％、６〜１１モル％となるように原料を混合し、残部を主としてＭｎ３Ｏ４で構成する。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上記酸化物に換算して上記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。
【００４２】
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）。仮焼は通常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。
【００４３】
他方、副成分をなす酸化コバルトＣｏＯ、酸化チタンＴｉＯ２、酸化ケイ素ＳｉＯ２、炭酸カルシウムＣａＣＯ３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（Ｎｂ２Ｏ５，Ｔａ２Ｏ５，ＺｒＯ２，ＨｆＯ２，Ｖ２Ｏ５，ＭｏＯ３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、ＣａＣＯ３の代わりにＣａＯを使用してもよい。
【００４４】
続いて、上記のようにして得られる原料混合粉と、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と同形状、即ちＥ字型に成型して成型体を得る。
【００４５】
次に、成型体を加熱炉内において大気圧条件下（１気圧）にて焼成する（本焼成工程）。図４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４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１２５０〜１３４５℃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。
【００４６】
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。
【００４７】
昇温工程Ｓ１によって所定の温度（１２５０〜１３４５℃）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、電力損失の低減が不十分となる。他方、保持温度が１３４５℃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、電力損失の低減が不十分となる。保持温度を１２５０〜１３４５℃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、高温領域における電力損失を十分に低減できる。
【００４８】
上述の保持温度で焼成を行う時間（保持時間）は、２時間３０分以上であることが好ましい。保持時間が２時間３０分未満であると、温度１２５０〜１３４５℃で焼成を行った場合でも粒成長が不十分となり、電力損失の低減が不十分となりやすい。保持時間は粉砕粉を構成する原料に依存するが、３〜１０時間とすることがより好ましい。
【００４９】
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、１５０℃／時間以下であることが好ましい。徐冷速度が１５０℃／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、これにより電力損失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。
【００５０】
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１２５０℃における酸素濃度を０．２４〜２．０体積％とし且つ温度１１００℃における酸素濃度を０．０２０〜０．２０体積％とする。
【００５１】
図４は、徐冷工程Ｓ３における加熱炉内の酸素濃度設定の一例を示すグラフである。温度を１２５０℃から１１００℃にまで降温するに際し、加熱炉内の酸素濃度が図４のラインＬ１及びラインＬ２の間の領域を推移するように操作することが好ましい。図４に酸素濃度を段階的に下げるように設定した場合を図示した。このような酸素濃度の段階的な低減は、加熱炉内に供給する酸素含有ガスの酸素濃度を段階的に低減することによって実現できる。酸素濃度を段階的に下げる代わりに連続的に下げてもよく、これらを組み合わせてもよい。なお、加熱炉内の酸素濃度は、ラインＬ１及びラインＬ２の間の領域を推移している限りにおいては、一時的に上昇するようなことがあってもよい。
【００５２】
温度１２５０〜１１００℃における酸素濃度の上限ラインＬ１及び下限ラインＬ２は、下記式（１）に基づいて算出したものである。
Ｌｏｇ（ＰＯ２）＝ａ−ｂ／Ｔ …（１）
式中、ＰＯ２は、酸素モル分率（％）を示し、Ｔは、絶対温度（Ｋ）を示し、ａ，ｂは、それぞれ定数を示す。図４に示す上限ラインＬ１及び下限ラインＬ２にそれぞれ対応する定数ａ，ｂを表１に示す。
【表１】
【００５３】
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、９５０〜１１５０℃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内の残留応力が大きくなりやすく、これにより電力損失の低減が不十分となる傾向がある。他方、徐冷終了温度が９５０℃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、これにより電力損失の低減が不十分となる傾向がある。
【００５４】
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８００℃に到達するまで温度範囲については、降温速度を２００℃／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２００℃／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、これにより電力損失の低減が不十分となる傾向がある。徐冷工程Ｓ３の終了後は、フェライトの酸化を防止する観点から、加熱炉内を窒素雰囲気（酸素濃度０．０２体積％以下）とすることが好ましい。
【００５５】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記フェライトコア１０の製造方法においては、フェライトコア１０を所定形状（Ｅ字型）とするために、本焼成の前に粉砕粉とバインダとの混合物を成型しているが、粉砕粉を本焼成した後、加工することによって所定形状のフェライトコアを製造してもよい。
【００５６】
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。
【００５７】
上記実施形態では、本焼成工程における温度設定として図３に示す焼成プロファイルを例示したが、これに限定されるものではなく、適宜変更を加えてもよい。
【００５８】
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決定することができる。
【実施例】
【００５９】
（実施例１〜１６及び比較例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。
【００６０】
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１００ＭＰａの圧力で加圧成型し、トロイダル状成型体を得た。成型体を表３に示す条件で本焼成を行い、実施例１〜１６及び比較例１〜９の寸法が外径２０ｍｍ、内径１０ｍｍ、高さ５ｍｍのトロイダル状成型体であるフェライトコアを得た。
【００６１】
実施例１〜１６及び比較例１〜９で製造した各フェライトコアの電力損失を次のようにして測定した。すなわち、励磁磁束密度２００ｍＴ、周波数１００ｋＨｚの条件で温度２５〜１５０℃の範囲の電力損失を測定した。温度範囲２５〜１５０℃において電力損失の測定値が極小値を示す温度（ボトム温度）を求めた。また、ボトム温度における電力損失の値（電力損失の極小値）を求めた。図２は、実施例１のフェライトコアの電力損失の測定結果を示すグラフである。
【００６２】
また、電力損失の測定を行った後の各フェライトコアを温度２００℃に設定された恒温槽内に９６時間にわたって貯蔵した。その後、上記と同様の方法によって、各フェライトコアの電力損失の測定を再度行った。上記の恒温槽における貯蔵処理を行う前後における電力損失の測定値を下記式（２）に代入し、電力損失の変化率を算出した。
【数１】
【００６３】
表２に、ボトム温度、電力損失の極小値、１５０℃における電力損失及び電力損失の変化率の測定結果を示す。
【表２】
【表３】
【００６４】
（実施例１７〜２５及び比較例１０〜１８）
表３に示す条件とする代わりに、表４に示す各条件で本焼成を行ったことの他は、実施例１と同様にして、実施例１７〜２５及び比較例１０〜１８のフェライトコアを製造し、上述の評価試験を行った。表４に、ボトム温度、電力損失の極小値、１５０℃における電力損失及び電力損失の変化率の測定結果を示す。
【表４】
【００６５】
表２，４に示す結果から明らかなように、フェライト焼結体を所定の組成とすると共に、本焼成の条件を制御することで、ボトム温度が１２０℃よりも高く、ボトム温度における電力損失が十分に低いフェライト焼結体を製造できることが分った。また、このようにして製造したフェライト焼結体は、高温条件下で長時間使用した場合であっても電力損失を十分に低い値に維持することができ、性能の経時劣化が小さいという特長を有することが示された。
【００６６】
以上より、本発明に係るフェライト焼結体は、上記のような特性を有することから、熱暴走の発生を十分に回避でき、磁心として使用するのに好適であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明に係るフェライト焼結体からなるフェライトコアを示す斜視図である。
【図２】電力損失と温度との関係を示すグラフである。
【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】本焼成工程の降温時における酸素濃度設定の一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６８】
１０…フェライトコア（磁心）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ酸化物に換算したとき、５２〜５４モル％のＦｅ２Ｏ３、３５〜４２モル％のＭｎＯ、及び、６〜１１モル％のＺｎＯからなる主成分と、
前記主成分の前記酸化物の合計質量１質量部に対し、ＣｏＯに換算すると１０００×１０−６〜３５００×１０−６質量部のＣｏ、ＴｉＯ２に換算すると２０００×１０−６〜５０００×１０−６質量部のＴｉ、ＳｉＯ２に換算すると５０×１０−６〜１５０×１０−６質量部のＳｉ、及び、ＣａＣＯ３に換算すると３００×１０−６〜１５００×１０−６質量部のＣａを含む副成分と、
を含有し、
励磁磁束密度２００ｍＴ及び周波数１００ｋＨｚの磁界中において、電力損失が極小値を示す温度が１２０℃よりも高く且つ前記極小値を示す温度における電力損失が３５０ｋＷ／ｍ３以下であることを特徴とするフェライト焼結体。
【請求項２】
前記副成分は、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５０×１０−６〜６００×１０−６質量部のＮｂ、及び／又は、Ｔａ２Ｏ５に換算すると８０×１０−６〜１０００×１０−６質量部のＴａを更に含むことを特徴とする、請求項１に記載のフェライト焼結体。
【請求項３】
前記副成分は、前記主成分の前記酸化物の合計質量１質量部に対し、ＺｒＯ２に換算すると２００×１０−６質量部以下のＺｒ、及び／又は、ＨｆＯ２に換算すると４００×１０−６質量部以下のＨｆを更に含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載のフェライト焼結体。
【請求項４】
それぞれ酸化物に換算したとき、５２〜５４モル％のＦｅ２Ｏ３、３５〜４２モル％のＭｎＯ、及び、６〜１１モル％のＺｎＯからなる主成分と、前記主成分の前記酸化物の合計質量１質量部に対し、ＣｏＯに換算すると１０００×１０−６〜３５００×１０−６質量部のＣｏ、ＴｉＯ２に換算すると２０００×１０−６〜５０００×１０−６質量部のＴｉ、ＳｉＯ２に換算すると５０×１０−６〜１５０×１０−６質量部のＳｉ、及び、ＣａＣＯ３に換算すると３００×１０−６〜１５００×１０−６質量部のＣａを含む副成分と、を混合する混合工程と、
前記主成分と前記副成分とを含有する混合粉を加熱炉内で焼成してフェライト焼結体を得る本焼成工程と、
を備え、
前記本焼成工程は、焼成温度を１２５０〜１３４５℃に保持する温度保持工程と、当該保持温度から降温するに際し、前記加熱炉内の酸素濃度を連続的又は段階的に下げる酸素濃度調整工程とを有し、前記酸素濃度調整工程を経ることによって、温度１２５０℃における酸素濃度を０．２４〜２．０体積％とし且つ温度１１００℃における酸素濃度を０．０２０〜０．２０体積％とす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１】
それぞれ酸化物に換算したとき、５２〜５４モル％のＦｅ２Ｏ３、３５〜４２モル％のＭｎＯ、及び、６〜１１モル％のＺｎＯからなる主成分と、
前記主成分の前記酸化物の合計質量１質量部に対し、ＣｏＯに換算すると１０００×１０−６〜３５００×１０−６質量部のＣｏ、ＴｉＯ２に換算すると２０００×１０−６〜５０００×１０−６質量部のＴｉ、ＳｉＯ２に換算すると５０×１０−６〜１５０×１０−６質量部のＳｉ、及び、ＣａＣＯ３に換算すると３００×１０−６〜１５００×１０−６質量部のＣａを含む副成分と、
を含有し、
励磁磁束密度２００ｍＴ及び周波数１００ｋＨｚの磁界中において、電力損失が極小値を示す温度が１２０℃よりも高く且つ前記極小値を示す温度における電力損失が３５０ｋＷ／ｍ３以下であることを特徴とするフェライト焼結体。
【請求項２】
前記副成分は、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５０×１０−６〜６００×１０−６質量部のＮｂ、及び／又は、Ｔａ２Ｏ５に換算すると８０×１０−６〜１０００×１０−６質量部のＴａを更に含むことを特徴とする、請求項１に記載のフェライト焼結体。
【請求項３】
前記副成分は、前記主成分の前記酸化物の合計質量１質量部に対し、ＺｒＯ２に換算すると２００×１０−６質量部以下のＺｒ、及び／又は、ＨｆＯ２に換算すると４００×１０−６質量部以下のＨｆを更に含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載のフェライト焼結体。
【請求項４】
それぞれ酸化物に換算したとき、５２〜５４モル％のＦｅ２Ｏ３、３５〜４２モル％のＭｎＯ、及び、６〜１１モル％のＺｎＯからなる主成分と、前記主成分の前記酸化物の合計質量１質量部に対し、ＣｏＯに換算すると１０００×１０−６〜３５００×１０−６質量部のＣｏ、ＴｉＯ２に換算すると２０００×１０−６〜５０００×１０−６質量部のＴｉ、ＳｉＯ２に換算すると５０×１０−６〜１５０×１０−６質量部のＳｉ、及び、ＣａＣＯ３に換算すると３００×１０−６〜１５００×１０−６質量部のＣａを含む副成分と、を混合する混合工程と、
前記主成分と前記副成分とを含有する混合粉を加熱炉内で焼成してフェライト焼結体を得る本焼成工程と、
を備え、
前記本焼成工程は、焼成温度を１２５０〜１３４５℃に保持する温度保持工程と、当該保持温度から降温するに際し、前記加熱炉内の酸素濃度を連続的又は段階的に下げる酸素濃度調整工程とを有し、前記酸素濃度調整工程を経ることによって、温度１２５０℃における酸素濃度を０．２４〜２．０体積％とし且つ温度１１００℃における酸素濃度を０．０２０〜０．２０体積％とすることを特徴とするフェライト焼結体の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−２２７５５４（Ｐ２００９−２２７５５４Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７８５３２（Ｐ２００８−７８５３２）
【出願日】平成２０年３月２５日（２００８．３．２５）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２５日（２００８．３．２５）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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