フェライト組成物および電子部品
【課題】 高周波数の環境下において、使用温度等が外気温付近で、高い飽和磁束密度を有するフェライト組成物、および電子部品を提供すること。
【解決手段】 主成分が、酸化鉄と、酸化亜鉛と、酸化マンガンと、から構成され、前記主成分１００重量％に対して、副成分として、ＳｉＯ２を６０〜２５０ｐｐｍ、ＣａＯを３６０〜１０００ｐｐｍ含有し、さらにＰｂが１０ｐｐｍ以下、Ｃｄが１０ｐｐｍ以下であるフェライト組成物であって、前記フェライト組成物Ｔｓｐが−１０〜５０℃の範囲にあり、前記フェライト組成物のキュリー点Ｔｃ、前記酸化鉄の含有量（Ｘモル％）および前記酸化亜鉛の含有量（Ｚモル％）が下記式（１）〜（３）を満足することを特徴とするフェライト組成物。
Ｔｃ＝１２．８×（Ｘ−（２／３）×Ｚ）−３５８ …式（１）
６２．１≦Ｘ≦６５．１ …式（２）
２９３℃≦Ｔｃ≦３９６℃ …式（３）
【解決手段】 主成分が、酸化鉄と、酸化亜鉛と、酸化マンガンと、から構成され、前記主成分１００重量％に対して、副成分として、ＳｉＯ２を６０〜２５０ｐｐｍ、ＣａＯを３６０〜１０００ｐｐｍ含有し、さらにＰｂが１０ｐｐｍ以下、Ｃｄが１０ｐｐｍ以下であるフェライト組成物であって、前記フェライト組成物Ｔｓｐが−１０〜５０℃の範囲にあり、前記フェライト組成物のキュリー点Ｔｃ、前記酸化鉄の含有量（Ｘモル％）および前記酸化亜鉛の含有量（Ｚモル％）が下記式（１）〜（３）を満足することを特徴とするフェライト組成物。
Ｔｃ＝１２．８×（Ｘ−（２／３）×Ｚ）−３５８ …式（１）
６２．１≦Ｘ≦６５．１ …式（２）
２９３℃≦Ｔｃ≦３９６℃ …式（３）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フェライト組成物および電子部品に関し、高周波数の環境下において、環境温度あるいは使用温度が室温付近あるいは外気温付近で、高い飽和磁束密度を有するフェライト組成物、および電子部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯用機器等の各種電子機器の小型・軽量化が急速に進み、それに対応すべく、各種電子機器の電気回路に用いられる電子部品の小型化・高効率化・高周波数化への要求が急速に高まっている。
【０００３】
例えば、携帯用機器等のＤＣ−ＤＣコンバータ用のコイル磁芯としては、従来Ｎｉ−Ｚｎフェライトが用いられてきた。しかしながら、Ｎｉ−Ｚｎフェライトは比較的に電力損失が大きいため、コイル磁芯等の部品の小型化・高効率化・高周波数化への対応が困難であった。
【０００４】
このような問題に対し、Ｎｉ−Ｚｎフェライトに代えて、Ｍｎ−Ｚｎフェライトを用いることが考えられる。従来、Ｍｎ−Ｚｎフェライトは、電源用トランスなどに用いられ、低周波数かつ高磁場の環境下で使用されてきた。
【０００５】
また、近年、トランス等の磁芯として用いられるフェライトには、実際の使用温度域よりも高い温度域において磁気損失が最小となるような温度特性を持つことが要求されてきた。これは、使用時にトランスが磁気損失により発熱しトランス自体の温度が上昇、その結果、さらに磁気損失が増大してトランスの発熱が大きくなることを繰り返す、いわゆる熱暴走を起こす危険性があったからである。電源用トランスの場合、使用温度域は、通常、動作温度（例えば８０℃）付近の温度とされる。
【０００６】
一方、携帯用機器等のＤＣ−ＤＣコンバータ用のコイル磁芯として用いる場合、環境温度あるいは使用温度は室温付近あるいは外気温付近であり、トランスと比較すると、電圧も低く、熱暴走の危険は少ない。また、このような携帯用機器では、上述したように、駆動周波数の高周波数化（例えば１ＭＨｚ以上）が進み、高周波数領域における損失が小さいことが要求される。
【０００７】
また、トランスにおいても、ＤＣ−ＤＣコンバータのような携帯用機器に用いられる部品においても、大電流への対応が進んでいる。そのため、このような部品に用いられる磁芯には大電流でもインダクタンスが低下しない優れた直流重畳特性が要求される。優れた直流重畳特性を実現するには、高い飽和磁束密度が必須であり、特にその環境温度あるいは使用温度において高い飽和磁束密度を有することが必要となる。
【０００８】
したがって、環境温度あるいは使用温度が室温付近あるいは外気温付近であっても、高周波数領域での磁気損失を低下させ、高い飽和磁束密度を有するフェライト組成物が求められている。
【０００９】
低損失で高飽和磁束密度を有するＭｎ−Ｚｎフェライトの例として、例えば、特許文献１では、主成分として、Ｆｅ２ Ｏ３ が５２．４〜５３．７モル％、ＺｎＯが７．０〜１１．５モル％、残部ＭｎＯとし、副成分として、ＣａＯと、Ｖ２ Ｏ５ と、Ｎｂ２ Ｏ５ と、Ａｌ２ Ｏ３ またはＢｉ２ Ｏ３ とを特定量含むＭｎ−Ｚｎフェライトが提案されている。
【００１０】
しかしながら、上記のＭｎ−Ｚｎフェライトは、特許文献１にも記載されているように、トランスの実駆動温度である６０℃以上において、低周波数領域での磁気損失が最小となる温度（Ｐｃｖ ｍｉｎ＝Ｔｓｐ）を設定しており、使用温度あるは室温付近かつ高周波領域では使用が適さないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−１２８４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、高周波数の環境下において、使用温度あるいは環境温度が室温付近あるいは外気温付近で、高い飽和磁束密度を有するフェライト組成物および電子部品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】
【００１３】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行った結果、フェライト組成物のキュリー温度（Ｔｃ）と、フェライト組成物の主成分組成と、を所定の範囲に制御するとともに、フェライト組成物の副成分の含有量を所定の範囲に制御することにより、高周波数の環境下において、使用温度あるいは環境温度（室温付近あるいは外気温付近）で、フェライト組成物の磁気損失が最小となり、しかも高い飽和磁束密度（例えば５７０ｍＴ以上）を実現することができることを見出し、本発明を完成するに到った。
【００１４】
すなわち、本発明に係るフェライト組成物は、
主成分が、酸化鉄と、酸化亜鉛と、酸化マンガンと、から構成され、
前記主成分１００重量％に対して、副成分として、酸化ケイ素をＳｉＯ２ 換算で６０〜２５０ｐｐｍ、酸化カルシウムをＣａＯ換算で３６０〜１０００ｐｐｍ、を含有し、さらにＰｂの含有量が１０ｐｐｍ以下、Ｃｄの含有量が１０ｐｐｍ以下であるフェライト組成物であって、
前記フェライト組成物の磁気損失の極小温度Ｔｓｐが−１０〜５０℃の範囲にあり、
前記主成分における前記酸化鉄の含有量をＦｅ２ Ｏ３ 換算でＸモル％、前記酸化亜鉛の含有量をＺｎＯ換算でＺモル％、残部を前記酸化マンガンとしたときに、前記フェライト組成物のキュリー温度Ｔｃ、前記Ｘおよび前記Ｚが下記式（１）〜（３）を満足することを特徴とする。
Ｔｃ＝１２．８×（Ｘ−（２／３）×Ｚ）−３５８ …式（１）
６２．１≦Ｘ≦６５．１ …式（２）
２９３℃≦Ｔｃ≦３９６℃ …式（３）
【００１５】
本発明では、上記の式（１）〜（３）を用いて主成分の組成を決定し、さらに副成分の含有量を上記の特定の範囲としている。このようにすることで飽和磁束密度Ｂｓが高いフェライト組成物（例えば５７０ｍＴ以上）を得ることができる。さらに、Ｔｓｐが−１０〜５０℃の範囲内となるフェライト組成物とすることで、飽和磁束密度Ｂｓを高く保ちつつ、高周波領域（例えば１ＭＨｚ以上）においても、使用温度あるいは環境温度が室温付近あるいは外気温付近（例えば−１０〜５０℃）で、電力損失を低減することができる。
【００１６】
本発明に係るフェライト組成物は、さらに、下記式（４）および（５）を満足することを特徴とする。
Ｔｓｐ＝２１．６（Ｘ＋０．５２Ｚ）−１５２０ …式（４）
−１０℃≦Ｔｓｐ≦５０℃ …式（５）
【００１７】
本発明では、上記式（４）および式（５）を用いて、Ｔｓｐが−１０〜５０℃の範囲内となるフェライト組成物の主成分組成を高精度で決定することができる。これにより、高周波領域（例えば１ＭＨｚ以上）においても、使用温度あるいは環境温度が室温付近あるいは外気温付近（例えば−１０〜５０℃）で、電力損失が低減され、かつ高い飽和磁束密度を有するフェライト組成物を得ることができる。
【００１８】
本発明に係る電子部品は、上記に記載のフェライト組成物から構成されるフェライトコアを有し、１ＭＨｚ以上の周波数領域で使用される。
【００１９】
本発明に係る電子部品は、フェライト組成物のＴｓｐが−１０〜５０℃の温度範囲にあるため、使用温度あるいは環境温度が室温付近または外気温付近（例えば−１０〜５０℃）である部品として好適である。しかも、高い飽和磁束密度を有すると共に、使用温度あるいは環境温度において磁気損失が最小となり、電力損失を低減できることから、省電力を実現することができる。
【００２０】
このような電子部品としては、特に制限されないが、各種電子機器に用いられるＤＣ−ＤＣコンバータのコイル部品などが挙げられる。コイル部品としては、インダクタやチョークコイル等が挙げられる。また、Ｔｓｐを示す温度付近までトランスを冷却することで、本発明に係る電子部品をトランスにも好適に用いることができる。トランス部品としては、スイッチング用、インバータ用等の電源トランス等が挙げられる。特に、使用温度あるいは環境温度が室温付近あるいは外気温付近（例えば−１０〜５０℃）となる携帯電話やスマートフォン、ＰＣ、タブレットＰＣ等の部品として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ用フェライトコアである。
【図２】図２は本発明の実施例および比較例に係るフェライト組成物におけるキュリー温度Ｔｃと飽和磁束密度Ｂｓの関係を示すグラフである。
【図３】図３は本発明の実施例および比較例に係るフェライト組成物におけるキュリー温度Ｔｃと磁気損失の極小温度Ｔｓｐの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。
【００２３】
本実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ用フェライトコアとしては、図１に示したトロイダル型のほか、ＦＴ型、ＥＴ型、ＥＩ型、ＵＵ型、ＥＥ型、ＥＥＲ型、ＵＩ型、ドラム型、ポット型、カップ型等を例示することができる。このＤＣ−ＤＣコンバータ用フェライトコアの周囲に巻き線を所定巻数だけ巻回することにより所望のコイル磁芯を得る。
【００２４】
本実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ用フェライトコアは、本実施形態に係るフェライト組成物で構成してある。
【００２５】
本実施形態に係るフェライト組成物は、主成分が、酸化鉄と、酸化亜鉛と、酸化マンガンと、から構成され、前記主成分における前記酸化鉄の含有量をＦｅ２ Ｏ３ 換算でＸモル％、前記酸化亜鉛の含有量をＺｎＯ換算でＺモル％、残部を前記酸化マンガンとしたときに、前記フェライト組成物のキュリー温度Ｔｃ、前記Ｘおよび前記Ｚが下記式（１）〜（３）を満足する。
Ｔｃ＝１２．８×（Ｘ−（２／３）×Ｚ）−３５８ …式（１）
６２．１≦Ｘ≦６５．１ …式（２）
２９３℃≦Ｔｃ≦３９６℃ …式（３）
【００２６】
さらに、本実施形態に係るフェライト組成物は、前記フェライト組成物の磁気損失の極小温度Ｔｓｐ、前記Ｘおよび前記Ｚが、さらに下記式（４）および（５）を満足する。
Ｔｓｐ＝２１．６（Ｘ＋０．５２Ｚ）−１５２０…式（４）
−１０℃≦Ｔｓｐ≦５０℃ …式（５）
【００２７】
したがって、本実施形態では、主成分１００モル％中、酸化鉄の含有量（Ｘ）および酸化亜鉛の含有量（Ｚ）は、Ｆｅ２ Ｏ３ およびＺｎＯ換算で、上記の式（１）〜（５）を満足するように決定される。なお、主成分の残部は、酸化マンガンから構成される。
【００２８】
Ｘは、好ましくは６２．１〜６５．１モル％、より好ましくは６３．２〜６３．９モル％である。酸化鉄の含有量が多すぎても少なすぎても、飽和磁束密度が低下する傾向にある。
【００２９】
本実施形態に係るフェライト組成物は、上記の式で算出される主成分に加え、副成分として、酸化ケイ素および酸化カルシウムを含有している。このような副成分を含有させることで、高い飽和磁束密度を得ることができる。
【００３０】
酸化ケイ素の含有量は、主成分１００重量％に対して、ＳｉＯ２ 換算で、６０〜２５０ｐｐｍ、より好ましくは１００〜２００ｐｐｍである。酸化ケイ素の含有量が多くても少なすぎても、飽和磁束密度が低下する傾向にある。
【００３１】
酸化カルシウムの含有量は、主成分１００重量％に対して、ＣａＯ換算で、３６０〜１０００ｐｐｍ、より好ましくは３６０〜７３０ｐｐｍである。酸化カルシウムの含有量が多くても少なすぎても、飽和磁束密度が低下する傾向にある。
【００３２】
また、本実施形態に係るフェライト組成物は、上記主成分および副成分の他に、ＣｄおよびＰｂを含有している。このような成分を所定の範囲に制御することにより、高い飽和磁束密度を得ることができる。
【００３３】
Ｐｂの含有量は、主成分１００重量％中に、１０ｐｐｍ以下、好ましくは２〜５ｐｐｍである。その含有量が、主成分１００重量％中に、１０ｐｐｍを超えると、飽和磁束密度が低下する傾向にある。
【００３４】
Ｃｄの含有量は、主成分１００重量％中に、１０ｐｐｍ以下、好ましくは２〜５ｐｐｍである。その含有量が、主成分１００重量％中に、１０ｐｐｍを超えると、飽和磁束密度が低下する傾向にある。
【００３５】
ＰｂおよびＣｄは、主成分原料である酸化鉄、酸化亜鉛、酸化マンガン中に含まれることがある。ＰｂおよびＣｄの含有量が所定の範囲を超えると、飽和磁束密度が低下する傾向にあることが、本願発明者らによって見出された。そこで、本発明では、原料中のＣｄおよびＰｂの含有量を厳密に管理し、上記の範囲内となるようにする。なお、ＰｂおよびＣｄの含有量を所定の範囲に制御する方法は、特に限定されず、主成分にＣｄおよびＰｂの酸化物等を添加することで所定の範囲に制御してもよい。
【００３６】
本実施形態に係るフェライト組成物は、上記の関係式（１）〜（５）で算出される主成分に加え、所定の副成分を含有させることで、高い飽和磁束密度を有し、所望のＴｓｐに制御することができる。
【００３７】
従来、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトにおいて、Ｔｓｐを求める式としては、下記の式（α）が知られていた（「電子材料シリーズ フェライト」（丸善株式会社発行、昭和６３年）の７９頁記載）。
Ｔｓｐ＝−４５．５（Ｘ＋０．２Ｚ）＋２６２０…式（α）
式（α）において、ＸはＦｅ２ Ｏ３ 量（モル％）、ＺはＺｎＯ量（モル％）である。
【００３８】
しかし、Ｆｅ２ Ｏ３ 量が多い領域（例えば、５８モル％以上）について、上記Ｔｓｐを求める式（α）を用いて、Ｆｅ２ Ｏ３ 量およびＺｎＯ量を決定しようとすると、例えばＴｓｐが−２００℃以下となってしまい、現実的ではなく、上記のＴｓｐを求める式は、Ｆｅ２ Ｏ３ 量が多い（例えば、５８モル％以上）場合には、成り立たないことが判明した。
【００３９】
従来、Ｆｅ２ Ｏ３ 量が多い領域（例えば、５８モル％以上）については、Ｔｓｐを求める指標となるものが存在しないため、十分な検討がなされておらず、特に、１ＭＨｚ以上の高周波数領域において、磁気損失を低減でき、高い飽和磁束密度を有するフェライト組成物については、何ら知見なかった。
【００４０】
そこで、本発明者等は鋭意実験を行い、フェライト組成物中の酸化鉄の含有量が比較的多い場合に、Ｔｓｐと酸化鉄および酸化亜鉛とが、上記の式（α）とは異なる関係を有することを見出した。すなわち、フェライト組成物中の酸化鉄の含有量をＦｅ２ Ｏ３ 換算でＸモル％、酸化亜鉛の含有量をＺｎＯ換算でＺモル％としたときに、Ｔｓｐと、ＸおよびＺとは、下記の式（４）および式（６）を満足する。
Ｔｓｐ＝２１．６（Ｘ＋０．５２Ｚ）−１５２０…式（４）
Ｘ≧５８．０…式（６）
【００４１】
酸化鉄の含有量が多い場合には（例えば、５８モル％以上）、磁気損失が極小となる温度（Ｔｓｐ）と、酸化鉄および酸化亜鉛の含有量と、が上記の関係式（４）を満足する。なお、主成分の残部は、酸化マンガンから構成される。
【００４２】
このような新たなＴｓｐの関係式（４）によれば、酸化鉄の含有量が多い領域（例えば、５８モル％以上）についても、現実的なＴｓｐの値と、最適な酸化鉄及び酸化亜鉛の含有量を決定することが可能となる。
【００４３】
本発明者等は、このような知見に基づき、従来のＴｓｐを求める式（α）にとらわれることなく、酸化鉄の含有量が多い領域（例えば、５８モル％以上）についても、鋭意研究を行った結果、特に、高い飽和磁束密度（例えば５７０ｍＴ以上）が得られる、フェライト組成物のキュリー温度（Ｔｃ）と、フェライト組成物中の酸化鉄および酸化亜鉛の含有量との関係を見出し、本発明に至った。すなわち、フェライト組成物中の酸化鉄の含有量をＦｅ２ Ｏ３ 換算でＸモル％、酸化亜鉛の含有量をＺｎＯ換算でＺモル％としたときに、Ｔｃと、ＸおよびＺとは、下記の関係式（１）〜（３）を満足する。
Ｔｃ＝１２．８×（Ｘ−（２／３）×Ｚ）−３５８ …式（１）
６２．１≦Ｘ≦６５．１ …式（２）
２９３℃≦Ｔｃ≦３９６℃ …式（３）
【００４４】
本実施形態では、主成分１００モル％中、酸化鉄の含有量（Ｘ）および酸化亜鉛の含有量（Ｚ）は、Ｆｅ２ Ｏ３ およびＺｎＯ換算で、上記の式（１）を満足するように決定される。なお、主成分の残部は、酸化マンガンから構成される。
【００４５】
ここで、キュリー温度（Ｔｃ）とは、フェライト組成物固有の物性値である。また、上記の式（１）により、フェライト組成物中の酸化鉄（Ｆｅ２ Ｏ３ 換算）および酸化亜鉛（ＺｎＯ）の含有量により一義的に決定される値として、知られている。
【００４６】
上記の式（１）〜（３）を満足することによって、高い飽和磁束密度（例えば５７０ｍＴ以上）が得られるフェライト組成物の主成分組成を決定することができる。Ｘは、好ましくは６２．１〜６５．１モル％、より好ましくは６３．２〜６３．９モル％である。酸化鉄の含有量が多すぎても少なすぎても、飽和磁束密度が低下する傾向にある。
【００４７】
さらに、本実施形態に係るフェライト組成物は、磁気損失が最小となる温度Ｔｓｐが、−１０〜５０℃、より好ましくは０〜５０℃の範囲内にある。Ｔｓｐをこの範囲とすることにより、高周波領域（例えば１ＭＨｚ以上）においても、室温あるいは外気付近（例えば−１０〜５０℃）に使用温度および環境温度がある部品について、磁気損失を低く保つことができ、好適に使用することができる。特に、携帯電話やスマートフォン、ＰＣ、タブレットＰＣ等の電子部品としての使用に適している。
【００４８】
なお、高い飽和磁束密度を有する本実施形態に係るフェライト組成物は、上記Ｔｃの関係式（１）〜（３）を満足すると共に、下記式（４）および（５）を満足することにより、高い飽和磁束密度を有し、所望のＴｓｐ（例えば−１０〜５０℃）を有するフェライト組成物として、主成分１００モル％中の酸化鉄の含有量（Ｘ）および酸化亜鉛の含有量（Ｚ）を、さらに特定することができる。
Ｔｓｐ＝２１．６（Ｘ＋０．５２Ｚ）−１５２０…式（４）
−１０℃≦Ｔｓｐ≦５０℃ …式（５）
【００４９】
本実施形態に係るフェライト組成物は、上記式（２）で特定されているように酸化鉄の含有量が多いため（６２．１〜６５．１モル％）、磁気損失が極小となる温度（Ｔｓｐ）と、酸化鉄および酸化亜鉛の含有量と、が上記の新たなＴｓｐの式（４）を満足する。
【００５０】
そのため、高い飽和磁束密度を有する本実施形態に係るフェライト組成物について、上記Ｔｃの関係式（１）〜（３）により主成分組成を限定し、さらに上記の新たなＴｓｐの式（４）を用いて、Ｔｓｐを所定の範囲（例えば−１０〜５０℃）に制御することが可能となる。これにより、所望のＴｓｐと、高い飽和磁束密度を有するフェライト組成物を高精度に得ることができる。
【００５１】
なお、Ｔｓｐを所定の範囲（例えば−１０〜５０℃）に制御する方法は特に限定されず、上記の新たなＴｓｐの式（４）により予め組成から決定してもよいし、上記Ｔｃの関係式（１）〜（３）を満足するフェライト組成物について、Ｔｓｐの実測値を測定し、所定の範囲にあるフェライト組成物のみを厳選してもよい。
【００５２】
本実施形態に係るフェライト組成物は、所定のＴｓｐ（例えば−１０〜５０℃）を有することにより、使用温度あるいは環境温度が室温付近あるいは外気温付近（−１０〜５０℃）であっても、電力損失を低減することができる。すなわち、Ｔｓｐは、フェライト組成物の磁気損失の極小温度であるところ、当該Ｔｓｐが所定の範囲内にある場合には、室温付近あるいは外気温付近（−１０〜５０℃）において、電力損失が最小となると考えられる。
【００５３】
本実施形態に係るフェライト組成物は、フェライト組成物の磁気損失の極小温度Ｔｓｐが−１０〜５０℃の範囲にあり、フェライト組成物のキュリー温度（Ｔｃ）、フェライト組成物中の酸化鉄の含有量（Ｘ）および酸化亜鉛の含有量（Ｚ）が上記式（１）〜（３）を満足することを特徴とする。
【００５４】
このような本実施形態に係るフェライト組成物によれば、高周波数の環境下において、使用温度あるいは環境温度が室温付近あるいは外気温付近（−１０〜５０℃）であっても、電力損失を低減することができ、かつ高い飽和磁束密度（例えば５７０ｍＴ以上、より好ましくは５９０ｍＴ以上）を実現することができる。
【００５５】
次に、本実施形態に係るフェライト組成物の製造方法の一例を説明する。
【００５６】
まず、出発原料（主成分の原料および副成分の原料）を、所定の組成比となるように秤量して混合し、原料混合物を得る。混合する方法としては、例えば、ボールミルを用いて行う湿式混合や、乾式ミキサーを用いて行う乾式混合が挙げられる。なお、平均粒径が０．１〜３μｍの出発原料を用いることが好ましい。
【００５７】
主成分の原料としては、酸化鉄（α−Ｆｅ２ Ｏ３ ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化マンガン（Ｍｎ３ Ｏ４ ）、あるいは複合酸化物などを用いることができる。さらに、その他、焼成により上記した酸化物や複合酸化物となる各種化合物等を用いることができる。焼成により上記した酸化物になるものとしては、例えば、金属単体、炭酸塩、シュウ酸塩、硝酸塩、水酸化物、ハロゲン化物、有機金属化合物等が挙げられる。なお、主成分中の酸化マンガンの含有量はＭｎＯ換算で計算されるが、主成分の原料としては、Ｍｎ３ Ｏ４ が好ましく用いられる。
【００５８】
副成分の原料としては、主成分の原料の場合と同様に、酸化物だけではなく複合酸化物や焼成後に酸化物となる化合物を用いればよい。酸化ケイ素（ＳｉＯ２ ）の場合には、ＳｉＯ２ を用いることが好ましい。また、酸化カルシウム（ＣａＯ）の場合には、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３ ）を用いることが好ましい。
【００５９】
ＣｄおよびＰｂについては、主成分の原料である酸化鉄、酸化亜鉛および酸化マンガンに含まれる場合がある。そのため、ＣｄおよびＰｂの含有量の異なる種々の酸化鉄、酸化亜鉛および酸化マンガン原料の使用量を調整することで、ＣｄおよびＰｂの含有量を調整することができる。なお、ＣｄおよびＰｂの含有量を所定の範囲に制御する方法は、特に限定されず、主成分にＣｄおよびＰｂの酸化物等を添加することで所定の範囲に制御してもよい。
【００６０】
この他、本実施形態に係るフェライト組成物には、原料中の不可避的不純物元素の酸化物が数ｐｐｍ〜数百ｐｐｍ程度含まれ得る。
【００６１】
具体的には、Ｂ、Ｃ、Ｓ、Ｃｌ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｂｒ、Ｔｅ、Ｉや、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｋ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂａ、Ｂｉ等の典型金属元素や、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｙ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ等の遷移金属元素が挙げられる。
【００６２】
次に、原料混合物の仮焼きを行い、仮焼き材料を得る。仮焼きは、原料の熱分解、成分の均質化、フェライトの生成、焼結による超微粉の消失と適度の粒子サイズへの粒成長を起こさせ、原料混合物を後工程に適した形態に変換するために行われる。こうした仮焼きは、好ましくは８００〜１１００℃の温度で、通常１〜３時間程度行う。仮焼きは、大気（空気）中で行ってもよく、大気中よりも酸素分圧が高い雰囲気や純酸素雰囲気で行っても良い。なお、主成分の原料と副成分の原料との混合は、仮焼きの前に行ってもよく、仮焼き後に行ってもよい。
【００６３】
次に、仮焼き材料の粉砕を行い、粉砕材料を得る。粉砕は、仮焼き材料の凝集をくずして適度の焼結性を有する粉体とするために行われる。仮焼き材料が大きい塊を形成しているときには、粗粉砕を行ってからボールミルやアトライターなどを用いて湿式粉砕を行う。湿式粉砕は、仮焼き材料の平均粒径が、好ましくは１〜２μｍ程度となるまで行う。
【００６４】
次に、粉砕材料の造粒（顆粒）を行い、造粒物を得る。造粒は、粉砕材料を適度な大きさの凝集粒子とし、成形に適した形態に変換するために行われる。こうした造粒法としては、例えば、加圧造粒法やスプレードライ法などが挙げられる。スプレードライ法は、粉砕材料に、ポリビニルアルコールなどの通常用いられる結合剤を加えた後、スプレードライヤー中で霧化し、低温乾燥する方法である。
【００６５】
次に、造粒物を所定形状に成形し、成形体を得る。造粒物の成形としては、例えば、乾式成形、湿式成形、押出成形などが挙げられる。乾式成形法は、造粒物を、金型に充填して圧縮加圧（プレス）することにより行う成形法である。成形体の形状は、特に限定されず、用途に応じて適宜決定すればよいが、本実施形態ではトロイダル型形状とされる。
【００６６】
次に、成形体の本焼成を行い、焼結体（本実施形態のフェライト組成物）を得る。本焼成は、多くの空隙を含んでいる成形体の粉体粒子間に、融点以下の温度で粉体が凝着する焼結を起こさせ、緻密な焼結体を得るために行われる。このような本焼成は、好ましくは９００〜１３００℃の温度で、通常２〜５時間程度行う。本焼成は、大気（空気）中で行ってもよく、大気中よりも酸素分圧が高い雰囲気で行っても良い。
【００６７】
このような工程を経て、本実施形態に係るフェライト組成物は製造される。
【００６８】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【００６９】
例えば、上述した実施形態では、トロイダル型形状とするために、本焼成前に該形状に成形しているが、本焼成後に該形状に成形（加工）してもよい。
【実施例】
【００７０】
以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
【００７１】
まず、主成分の原料として、Ｆｅ２ Ｏ３ 、ＺｎＯおよびＭｎ３ Ｏ４ を準備した。副成分の原料として、ＳｉＯ２ およびＣａＣＯ３ を準備した。
【００７２】
なお、ＣｄおよびＰｂについては、主成分の原料である酸化鉄、酸化亜鉛および酸化マンガンに含まれる。そのため、最終的に得られるサンプルが表１〜３に記載のＣｄ量およびＰｂ量を含有するよう、ＣｄおよびＰｂの含有量の異なる種々の酸化鉄、酸化亜鉛および酸化マンガン原料の使用量を調整して準備した。
【００７３】
次に、準備した主成分の原料の粉末を、上記の式（１）により算出された含有量となるように秤量し、さらに、副成分の原料の粉末を表１〜３に示す量となるように秤量した後、ボールミルで５時間湿式混合して原料混合物を得た。
【００７４】
次に、得られた原料混合物を、空気中において９５０℃で２時間仮焼して仮焼き材料とした後、ボールミルで２０時間湿式粉砕して、平均粒径が１．５μｍである粉砕材料を得た。
【００７５】
次に、この粉砕材料を乾燥した後、該粉砕材料１００重量％に、バインダーとしてのポリビニルアルコールを１．０重量％添加して造粒し、２０メッシュの篩で整粒して顆粒とした。この顆粒を１９６ＭＰａ（２ｔｏｎ／ｃｍ２ ）の圧力で加圧成形して、トロイダル形状（寸法＝外径２２ｍｍ×内径１２ｍｍ×高さ６ｍｍ）の成形体を得た。
【００７６】
次に、これら各成形体を、酸素分圧を適宜制御しながら、１２７０℃で２．５時間焼成して、焼結体としてのトロイダルコアサンプルを得た。得られたサンプルについて、蛍光Ｘ線分析を行い、フェライトコアの組成を測定した。結果を表１〜３に示す。
【００７７】
＜飽和磁束密度（Ｂｓ）＞
得られたトロイダルコアサンプルに、巻線を６０回巻回した後、Ｂ−Ｈカーブトレーサー（理研電子株式会社製Ｍｏｄｅｌ ＢＨＳ４０）を用いて２ｋＡ／ｍの磁場を印加したときの飽和磁束密度Ｂｓを２５℃および１００℃において測定した（単位：ｍＴ）。結果を表１〜３および図２に示す。
【００７８】
＜損失が最小となる温度（Ｔｓｐ）＞
得られたトロイダルコアサンプルに、１次巻線および２次巻線を３回ずつ巻回し、１ＭＨｚ−５０ｍＴの条件において、−４０〜１００℃における電力損失Ｐｃｖ（単位：ｋＷ／ｍ３）を測定し、損失が最小となる温度（Ｔｓｐ）を求めた。
【００７９】
【表１】
【００８０】
【表２】
【００８１】
【表３】
【００８２】
表１および図２に示されるように、フェライト組成物のキュリー温度Ｔｃおよびフェライト組成物中の酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）の含有量が、所定の範囲内に制御されていないフェライト組成物は（試料１〜７、１２〜１６および４２〜４９）、本発明の範囲外であり、５７０ｍＴ以上の高い飽和磁束密度を実現することができない。
【００８３】
また、表１および図３に示すように、フェライト組成物の磁気損失が最小になる温度Ｔｓｐが、所定の範囲内にないフェライト組成物は（試料２５、３３、４０および４１等）、本発明の範囲外であり、高周波数の環境下において、使用温度あるいは環境温度が室温付近あるいは外気付近である場合に、十分に電力損失を低減できず、使用に耐えない。
【００８４】
一方、本発明のフェライト組成物は、フェライト組成物の磁気損失が最小になる温度Ｔｓｐも所定の範囲内にあり、フェライト組成物のキュリー温度Ｔｃおよびフェライト組成物中の酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）の含有量が、所定の範囲内となるように主成分組成が制御されているため、高周波数の環境下において、使用温度あるいは環境温度が室温付近あるいは外気付近で、高い飽和磁束密度（例えば５７０ｍＴ以上）を実現できる（試料８〜１１、１７〜２４、２６〜３２および３４〜３９）。
【００８５】
また、表２より、副成分（ＳｉＯ２ およびＣａＯ）を含有させても、Ｔｓｐは変化せず、副成分の含有量を本発明の範囲内とすることで（試料５１〜５３および５６〜５９）、高い飽和磁束密度が得られることが確認できた。
【００８６】
これに対し、表２より、副成分（ＳｉＯ２ およびＣａＯ）の含有量が本発明の範囲外となっている場合（試料５０、５４、５５および６０）には、飽和磁束密度が良好な範囲とならないことが確認できた。
【００８７】
また、表３より、原料中から含まれる、Ｃｄ、Ｐｂの含有量を本発明の範囲内とすることで（試料６１〜６５および６７〜７１）、高い飽和磁束密度が得られることが確認できた。
【００８８】
これに対し、表３より、ＣｄまたはＰｂが本発明の範囲外となっている場合（試料６６および７２）には、飽和磁束密度が良好な範囲とならないことが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明に係る電子部品は、高周波数の環境下において、使用温度あるいは環境温度が室温付近あるいは外気温付近で、高い飽和磁束密度を有する。そのため、本発明に係る電子部品を各種電子機器等に用いた場合であっても、電池等の消耗を抑制でき、省電力を実現することができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フェライト組成物および電子部品に関し、高周波数の環境下において、環境温度あるいは使用温度が室温付近あるいは外気温付近で、高い飽和磁束密度を有するフェライト組成物、および電子部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯用機器等の各種電子機器の小型・軽量化が急速に進み、それに対応すべく、各種電子機器の電気回路に用いられる電子部品の小型化・高効率化・高周波数化への要求が急速に高まっている。
【０００３】
例えば、携帯用機器等のＤＣ−ＤＣコンバータ用のコイル磁芯としては、従来Ｎｉ−Ｚｎフェライトが用いられてきた。しかしながら、Ｎｉ−Ｚｎフェライトは比較的に電力損失が大きいため、コイル磁芯等の部品の小型化・高効率化・高周波数化への対応が困難であった。
【０００４】
このような問題に対し、Ｎｉ−Ｚｎフェライトに代えて、Ｍｎ−Ｚｎフェライトを用いることが考えられる。従来、Ｍｎ−Ｚｎフェライトは、電源用トランスなどに用いられ、低周波数かつ高磁場の環境下で使用されてきた。
【０００５】
また、近年、トランス等の磁芯として用いられるフェライトには、実際の使用温度域よりも高い温度域において磁気損失が最小となるような温度特性を持つことが要求されてきた。これは、使用時にトランスが磁気損失により発熱しトランス自体の温度が上昇、その結果、さらに磁気損失が増大してトランスの発熱が大きくなることを繰り返す、いわゆる熱暴走を起こす危険性があったからである。電源用トランスの場合、使用温度域は、通常、動作温度（例えば８０℃）付近の温度とされる。
【０００６】
一方、携帯用機器等のＤＣ−ＤＣコンバータ用のコイル磁芯として用いる場合、環境温度あるいは使用温度は室温付近あるいは外気温付近であり、トランスと比較すると、電圧も低く、熱暴走の危険は少ない。また、このような携帯用機器では、上述したように、駆動周波数の高周波数化（例えば１ＭＨｚ以上）が進み、高周波数領域における損失が小さいことが要求される。
【０００７】
また、トランスにおいても、ＤＣ−ＤＣコンバータのような携帯用機器に用いられる部品においても、大電流への対応が進んでいる。そのため、このような部品に用いられる磁芯には大電流でもインダクタンスが低下しない優れた直流重畳特性が要求される。優れた直流重畳特性を実現するには、高い飽和磁束密度が必須であり、特にその環境温度あるいは使用温度において高い飽和磁束密度を有することが必要となる。
【０００８】
したがって、環境温度あるいは使用温度が室温付近あるいは外気温付近であっても、高周波数領域での磁気損失を低下させ、高い飽和磁束密度を有するフェライト組成物が求められている。
【０００９】
低損失で高飽和磁束密度を有するＭｎ−Ｚｎフェライトの例として、例えば、特許文献１では、主成分として、Ｆｅ２ Ｏ３ が５２．４〜５３．７モル％、ＺｎＯが７．０〜１１．５モル％、残部ＭｎＯとし、副成分として、ＣａＯと、Ｖ２ Ｏ５ と、Ｎｂ２ Ｏ５ と、Ａｌ２ Ｏ３ またはＢｉ２ Ｏ３ とを特定量含むＭｎ−Ｚｎフェライトが提案されている。
【００１０】
しかしながら、上記のＭｎ−Ｚｎフェライトは、特許文献１にも記載されているように、トランスの実駆動温度である６０℃以上において、低周波数領域での磁気損失が最小となる温度（Ｐｃｖ ｍｉｎ＝Ｔｓｐ）を設定しており、使用温度あるは室温付近かつ高周波領域では使用が適さないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−１２８４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、高周波数の環境下において、使用温度あるいは環境温度が室温付近あるいは外気温付近で、高い飽和磁束密度を有するフェライト組成物および電子部品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】
【００１３】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行った結果、フェライト組成物のキュリー温度（Ｔｃ）と、フェライト組成物の主成分組成と、を所定の範囲に制御するとともに、フェライト組成物の副成分の含有量を所定の範囲に制御することにより、高周波数の環境下において、使用温度あるいは環境温度（室温付近あるいは外気温付近）で、フェライト組成物の磁気損失が最小となり、しかも高い飽和磁束密度（例えば５７０ｍＴ以上）を実現することができることを見出し、本発明を完成するに到った。
【００１４】
すなわち、本発明に係るフェライト組成物は、
主成分が、酸化鉄と、酸化亜鉛と、酸化マンガンと、から構成され、
前記主成分１００重量％に対して、副成分として、酸化ケイ素をＳｉＯ２ 換算で６０〜２５０ｐｐｍ、酸化カルシウムをＣａＯ換算で３６０〜１０００ｐｐｍ、を含有し、さらにＰｂの含有量が１０ｐｐｍ以下、Ｃｄの含有量が１０ｐｐｍ以下であるフェライト組成物であって、
前記フェライト組成物の磁気損失の極小温度Ｔｓｐが−１０〜５０℃の範囲にあり、
前記主成分における前記酸化鉄の含有量をＦｅ２ Ｏ３ 換算でＸモル％、前記酸化亜鉛の含有量をＺｎＯ換算でＺモル％、残部を前記酸化マンガンとしたときに、前記フェライト組成物のキュリー温度Ｔｃ、前記Ｘおよび前記Ｚが下記式（１）〜（３）を満足することを特徴とする。
Ｔｃ＝１２．８×（Ｘ−（２／３）×Ｚ）−３５８ …式（１）
６２．１≦Ｘ≦６５．１ …式（２）
２９３℃≦Ｔｃ≦３９６℃ …式（３）
【００１５】
本発明では、上記の式（１）〜（３）を用いて主成分の組成を決定し、さらに副成分の含有量を上記の特定の範囲としている。このようにすることで飽和磁束密度Ｂｓが高いフェライト組成物（例えば５７０ｍＴ以上）を得ることができる。さらに、Ｔｓｐが−１０〜５０℃の範囲内となるフェライト組成物とすることで、飽和磁束密度Ｂｓを高く保ちつつ、高周波領域（例えば１ＭＨｚ以上）においても、使用温度あるいは環境温度が室温付近あるいは外気温付近（例えば−１０〜５０℃）で、電力損失を低減することができる。
【００１６】
本発明に係るフェライト組成物は、さらに、下記式（４）および（５）を満足することを特徴とする。
Ｔｓｐ＝２１．６（Ｘ＋０．５２Ｚ）−１５２０ …式（４）
−１０℃≦Ｔｓｐ≦５０℃ …式（５）
【００１７】
本発明では、上記式（４）および式（５）を用いて、Ｔｓｐが−１０〜５０℃の範囲内となるフェライト組成物の主成分組成を高精度で決定することができる。これにより、高周波領域（例えば１ＭＨｚ以上）においても、使用温度あるいは環境温度が室温付近あるいは外気温付近（例えば−１０〜５０℃）で、電力損失が低減され、かつ高い飽和磁束密度を有するフェライト組成物を得ることができる。
【００１８】
本発明に係る電子部品は、上記に記載のフェライト組成物から構成されるフェライトコアを有し、１ＭＨｚ以上の周波数領域で使用される。
【００１９】
本発明に係る電子部品は、フェライト組成物のＴｓｐが−１０〜５０℃の温度範囲にあるため、使用温度あるいは環境温度が室温付近または外気温付近（例えば−１０〜５０℃）である部品として好適である。しかも、高い飽和磁束密度を有すると共に、使用温度あるいは環境温度において磁気損失が最小となり、電力損失を低減できることから、省電力を実現することができる。
【００２０】
このような電子部品としては、特に制限されないが、各種電子機器に用いられるＤＣ−ＤＣコンバータのコイル部品などが挙げられる。コイル部品としては、インダクタやチョークコイル等が挙げられる。また、Ｔｓｐを示す温度付近までトランスを冷却することで、本発明に係る電子部品をトランスにも好適に用いることができる。トランス部品としては、スイッチング用、インバータ用等の電源トランス等が挙げられる。特に、使用温度あるいは環境温度が室温付近あるいは外気温付近（例えば−１０〜５０℃）となる携帯電話やスマートフォン、ＰＣ、タブレットＰＣ等の部品として好適である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ用フェライトコアである。
【図２】図２は本発明の実施例および比較例に係るフェライト組成物におけるキュリー温度Ｔｃと飽和磁束密度Ｂｓの関係を示すグラフである。
【図３】図３は本発明の実施例および比較例に係るフェライト組成物におけるキュリー温度Ｔｃと磁気損失の極小温度Ｔｓｐの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。
【００２３】
本実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ用フェライトコアとしては、図１に示したトロイダル型のほか、ＦＴ型、ＥＴ型、ＥＩ型、ＵＵ型、ＥＥ型、ＥＥＲ型、ＵＩ型、ドラム型、ポット型、カップ型等を例示することができる。このＤＣ−ＤＣコンバータ用フェライトコアの周囲に巻き線を所定巻数だけ巻回することにより所望のコイル磁芯を得る。
【００２４】
本実施形態に係るＤＣ−ＤＣコンバータ用フェライトコアは、本実施形態に係るフェライト組成物で構成してある。
【００２５】
本実施形態に係るフェライト組成物は、主成分が、酸化鉄と、酸化亜鉛と、酸化マンガンと、から構成され、前記主成分における前記酸化鉄の含有量をＦｅ２ Ｏ３ 換算でＸモル％、前記酸化亜鉛の含有量をＺｎＯ換算でＺモル％、残部を前記酸化マンガンとしたときに、前記フェライト組成物のキュリー温度Ｔｃ、前記Ｘおよび前記Ｚが下記式（１）〜（３）を満足する。
Ｔｃ＝１２．８×（Ｘ−（２／３）×Ｚ）−３５８ …式（１）
６２．１≦Ｘ≦６５．１ …式（２）
２９３℃≦Ｔｃ≦３９６℃ …式（３）
【００２６】
さらに、本実施形態に係るフェライト組成物は、前記フェライト組成物の磁気損失の極小温度Ｔｓｐ、前記Ｘおよび前記Ｚが、さらに下記式（４）および（５）を満足する。
Ｔｓｐ＝２１．６（Ｘ＋０．５２Ｚ）−１５２０…式（４）
−１０℃≦Ｔｓｐ≦５０℃ …式（５）
【００２７】
したがって、本実施形態では、主成分１００モル％中、酸化鉄の含有量（Ｘ）および酸化亜鉛の含有量（Ｚ）は、Ｆｅ２ Ｏ３ およびＺｎＯ換算で、上記の式（１）〜（５）を満足するように決定される。なお、主成分の残部は、酸化マンガンから構成される。
【００２８】
Ｘは、好ましくは６２．１〜６５．１モル％、より好ましくは６３．２〜６３．９モル％である。酸化鉄の含有量が多すぎても少なすぎても、飽和磁束密度が低下する傾向にある。
【００２９】
本実施形態に係るフェライト組成物は、上記の式で算出される主成分に加え、副成分として、酸化ケイ素および酸化カルシウムを含有している。このような副成分を含有させることで、高い飽和磁束密度を得ることができる。
【００３０】
酸化ケイ素の含有量は、主成分１００重量％に対して、ＳｉＯ２ 換算で、６０〜２５０ｐｐｍ、より好ましくは１００〜２００ｐｐｍである。酸化ケイ素の含有量が多くても少なすぎても、飽和磁束密度が低下する傾向にある。
【００３１】
酸化カルシウムの含有量は、主成分１００重量％に対して、ＣａＯ換算で、３６０〜１０００ｐｐｍ、より好ましくは３６０〜７３０ｐｐｍである。酸化カルシウムの含有量が多くても少なすぎても、飽和磁束密度が低下する傾向にある。
【００３２】
また、本実施形態に係るフェライト組成物は、上記主成分および副成分の他に、ＣｄおよびＰｂを含有している。このような成分を所定の範囲に制御することにより、高い飽和磁束密度を得ることができる。
【００３３】
Ｐｂの含有量は、主成分１００重量％中に、１０ｐｐｍ以下、好ましくは２〜５ｐｐｍである。その含有量が、主成分１００重量％中に、１０ｐｐｍを超えると、飽和磁束密度が低下する傾向にある。
【００３４】
Ｃｄの含有量は、主成分１００重量％中に、１０ｐｐｍ以下、好ましくは２〜５ｐｐｍである。その含有量が、主成分１００重量％中に、１０ｐｐｍを超えると、飽和磁束密度が低下する傾向にある。
【００３５】
ＰｂおよびＣｄは、主成分原料である酸化鉄、酸化亜鉛、酸化マンガン中に含まれることがある。ＰｂおよびＣｄの含有量が所定の範囲を超えると、飽和磁束密度が低下する傾向にあることが、本願発明者らによって見出された。そこで、本発明では、原料中のＣｄおよびＰｂの含有量を厳密に管理し、上記の範囲内となるようにする。なお、ＰｂおよびＣｄの含有量を所定の範囲に制御する方法は、特に限定されず、主成分にＣｄおよびＰｂの酸化物等を添加することで所定の範囲に制御してもよい。
【００３６】
本実施形態に係るフェライト組成物は、上記の関係式（１）〜（５）で算出される主成分に加え、所定の副成分を含有させることで、高い飽和磁束密度を有し、所望のＴｓｐに制御することができる。
【００３７】
従来、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトにおいて、Ｔｓｐを求める式としては、下記の式（α）が知られていた（「電子材料シリーズ フェライト」（丸善株式会社発行、昭和６３年）の７９頁記載）。
Ｔｓｐ＝−４５．５（Ｘ＋０．２Ｚ）＋２６２０…式（α）
式（α）において、ＸはＦｅ２ Ｏ３ 量（モル％）、ＺはＺｎＯ量（モル％）である。
【００３８】
しかし、Ｆｅ２ Ｏ３ 量が多い領域（例えば、５８モル％以上）について、上記Ｔｓｐを求める式（α）を用いて、Ｆｅ２ Ｏ３ 量およびＺｎＯ量を決定しようとすると、例えばＴｓｐが−２００℃以下となってしまい、現実的ではなく、上記のＴｓｐを求める式は、Ｆｅ２ Ｏ３ 量が多い（例えば、５８モル％以上）場合には、成り立たないことが判明した。
【００３９】
従来、Ｆｅ２ Ｏ３ 量が多い領域（例えば、５８モル％以上）については、Ｔｓｐを求める指標となるものが存在しないため、十分な検討がなされておらず、特に、１ＭＨｚ以上の高周波数領域において、磁気損失を低減でき、高い飽和磁束密度を有するフェライト組成物については、何ら知見なかった。
【００４０】
そこで、本発明者等は鋭意実験を行い、フェライト組成物中の酸化鉄の含有量が比較的多い場合に、Ｔｓｐと酸化鉄および酸化亜鉛とが、上記の式（α）とは異なる関係を有することを見出した。すなわち、フェライト組成物中の酸化鉄の含有量をＦｅ２ Ｏ３ 換算でＸモル％、酸化亜鉛の含有量をＺｎＯ換算でＺモル％としたときに、Ｔｓｐと、ＸおよびＺとは、下記の式（４）および式（６）を満足する。
Ｔｓｐ＝２１．６（Ｘ＋０．５２Ｚ）−１５２０…式（４）
Ｘ≧５８．０…式（６）
【００４１】
酸化鉄の含有量が多い場合には（例えば、５８モル％以上）、磁気損失が極小となる温度（Ｔｓｐ）と、酸化鉄および酸化亜鉛の含有量と、が上記の関係式（４）を満足する。なお、主成分の残部は、酸化マンガンから構成される。
【００４２】
このような新たなＴｓｐの関係式（４）によれば、酸化鉄の含有量が多い領域（例えば、５８モル％以上）についても、現実的なＴｓｐの値と、最適な酸化鉄及び酸化亜鉛の含有量を決定することが可能となる。
【００４３】
本発明者等は、このような知見に基づき、従来のＴｓｐを求める式（α）にとらわれることなく、酸化鉄の含有量が多い領域（例えば、５８モル％以上）についても、鋭意研究を行った結果、特に、高い飽和磁束密度（例えば５７０ｍＴ以上）が得られる、フェライト組成物のキュリー温度（Ｔｃ）と、フェライト組成物中の酸化鉄および酸化亜鉛の含有量との関係を見出し、本発明に至った。すなわち、フェライト組成物中の酸化鉄の含有量をＦｅ２ Ｏ３ 換算でＸモル％、酸化亜鉛の含有量をＺｎＯ換算でＺモル％としたときに、Ｔｃと、ＸおよびＺとは、下記の関係式（１）〜（３）を満足する。
Ｔｃ＝１２．８×（Ｘ−（２／３）×Ｚ）−３５８ …式（１）
６２．１≦Ｘ≦６５．１ …式（２）
２９３℃≦Ｔｃ≦３９６℃ …式（３）
【００４４】
本実施形態では、主成分１００モル％中、酸化鉄の含有量（Ｘ）および酸化亜鉛の含有量（Ｚ）は、Ｆｅ２ Ｏ３ およびＺｎＯ換算で、上記の式（１）を満足するように決定される。なお、主成分の残部は、酸化マンガンから構成される。
【００４５】
ここで、キュリー温度（Ｔｃ）とは、フェライト組成物固有の物性値である。また、上記の式（１）により、フェライト組成物中の酸化鉄（Ｆｅ２ Ｏ３ 換算）および酸化亜鉛（ＺｎＯ）の含有量により一義的に決定される値として、知られている。
【００４６】
上記の式（１）〜（３）を満足することによって、高い飽和磁束密度（例えば５７０ｍＴ以上）が得られるフェライト組成物の主成分組成を決定することができる。Ｘは、好ましくは６２．１〜６５．１モル％、より好ましくは６３．２〜６３．９モル％である。酸化鉄の含有量が多すぎても少なすぎても、飽和磁束密度が低下する傾向にある。
【００４７】
さらに、本実施形態に係るフェライト組成物は、磁気損失が最小となる温度Ｔｓｐが、−１０〜５０℃、より好ましくは０〜５０℃の範囲内にある。Ｔｓｐをこの範囲とすることにより、高周波領域（例えば１ＭＨｚ以上）においても、室温あるいは外気付近（例えば−１０〜５０℃）に使用温度および環境温度がある部品について、磁気損失を低く保つことができ、好適に使用することができる。特に、携帯電話やスマートフォン、ＰＣ、タブレットＰＣ等の電子部品としての使用に適している。
【００４８】
なお、高い飽和磁束密度を有する本実施形態に係るフェライト組成物は、上記Ｔｃの関係式（１）〜（３）を満足すると共に、下記式（４）および（５）を満足することにより、高い飽和磁束密度を有し、所望のＴｓｐ（例えば−１０〜５０℃）を有するフェライト組成物として、主成分１００モル％中の酸化鉄の含有量（Ｘ）および酸化亜鉛の含有量（Ｚ）を、さらに特定することができる。
Ｔｓｐ＝２１．６（Ｘ＋０．５２Ｚ）−１５２０…式（４）
−１０℃≦Ｔｓｐ≦５０℃ …式（５）
【００４９】
本実施形態に係るフェライト組成物は、上記式（２）で特定されているように酸化鉄の含有量が多いため（６２．１〜６５．１モル％）、磁気損失が極小となる温度（Ｔｓｐ）と、酸化鉄および酸化亜鉛の含有量と、が上記の新たなＴｓｐの式（４）を満足する。
【００５０】
そのため、高い飽和磁束密度を有する本実施形態に係るフェライト組成物について、上記Ｔｃの関係式（１）〜（３）により主成分組成を限定し、さらに上記の新たなＴｓｐの式（４）を用いて、Ｔｓｐを所定の範囲（例えば−１０〜５０℃）に制御することが可能となる。これにより、所望のＴｓｐと、高い飽和磁束密度を有するフェライト組成物を高精度に得ることができる。
【００５１】
なお、Ｔｓｐを所定の範囲（例えば−１０〜５０℃）に制御する方法は特に限定されず、上記の新たなＴｓｐの式（４）により予め組成から決定してもよいし、上記Ｔｃの関係式（１）〜（３）を満足するフェライト組成物について、Ｔｓｐの実測値を測定し、所定の範囲にあるフェライト組成物のみを厳選してもよい。
【００５２】
本実施形態に係るフェライト組成物は、所定のＴｓｐ（例えば−１０〜５０℃）を有することにより、使用温度あるいは環境温度が室温付近あるいは外気温付近（−１０〜５０℃）であっても、電力損失を低減することができる。すなわち、Ｔｓｐは、フェライト組成物の磁気損失の極小温度であるところ、当該Ｔｓｐが所定の範囲内にある場合には、室温付近あるいは外気温付近（−１０〜５０℃）において、電力損失が最小となると考えられる。
【００５３】
本実施形態に係るフェライト組成物は、フェライト組成物の磁気損失の極小温度Ｔｓｐが−１０〜５０℃の範囲にあり、フェライト組成物のキュリー温度（Ｔｃ）、フェライト組成物中の酸化鉄の含有量（Ｘ）および酸化亜鉛の含有量（Ｚ）が上記式（１）〜（３）を満足することを特徴とする。
【００５４】
このような本実施形態に係るフェライト組成物によれば、高周波数の環境下において、使用温度あるいは環境温度が室温付近あるいは外気温付近（−１０〜５０℃）であっても、電力損失を低減することができ、かつ高い飽和磁束密度（例えば５７０ｍＴ以上、より好ましくは５９０ｍＴ以上）を実現することができる。
【００５５】
次に、本実施形態に係るフェライト組成物の製造方法の一例を説明する。
【００５６】
まず、出発原料（主成分の原料および副成分の原料）を、所定の組成比となるように秤量して混合し、原料混合物を得る。混合する方法としては、例えば、ボールミルを用いて行う湿式混合や、乾式ミキサーを用いて行う乾式混合が挙げられる。なお、平均粒径が０．１〜３μｍの出発原料を用いることが好ましい。
【００５７】
主成分の原料としては、酸化鉄（α−Ｆｅ２ Ｏ３ ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化マンガン（Ｍｎ３ Ｏ４ ）、あるいは複合酸化物などを用いることができる。さらに、その他、焼成により上記した酸化物や複合酸化物となる各種化合物等を用いることができる。焼成により上記した酸化物になるものとしては、例えば、金属単体、炭酸塩、シュウ酸塩、硝酸塩、水酸化物、ハロゲン化物、有機金属化合物等が挙げられる。なお、主成分中の酸化マンガンの含有量はＭｎＯ換算で計算されるが、主成分の原料としては、Ｍｎ３ Ｏ４ が好ましく用いられる。
【００５８】
副成分の原料としては、主成分の原料の場合と同様に、酸化物だけではなく複合酸化物や焼成後に酸化物となる化合物を用いればよい。酸化ケイ素（ＳｉＯ２ ）の場合には、ＳｉＯ２ を用いることが好ましい。また、酸化カルシウム（ＣａＯ）の場合には、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３ ）を用いることが好ましい。
【００５９】
ＣｄおよびＰｂについては、主成分の原料である酸化鉄、酸化亜鉛および酸化マンガンに含まれる場合がある。そのため、ＣｄおよびＰｂの含有量の異なる種々の酸化鉄、酸化亜鉛および酸化マンガン原料の使用量を調整することで、ＣｄおよびＰｂの含有量を調整することができる。なお、ＣｄおよびＰｂの含有量を所定の範囲に制御する方法は、特に限定されず、主成分にＣｄおよびＰｂの酸化物等を添加することで所定の範囲に制御してもよい。
【００６０】
この他、本実施形態に係るフェライト組成物には、原料中の不可避的不純物元素の酸化物が数ｐｐｍ〜数百ｐｐｍ程度含まれ得る。
【００６１】
具体的には、Ｂ、Ｃ、Ｓ、Ｃｌ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｂｒ、Ｔｅ、Ｉや、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｋ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｒ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂａ、Ｂｉ等の典型金属元素や、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｙ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ等の遷移金属元素が挙げられる。
【００６２】
次に、原料混合物の仮焼きを行い、仮焼き材料を得る。仮焼きは、原料の熱分解、成分の均質化、フェライトの生成、焼結による超微粉の消失と適度の粒子サイズへの粒成長を起こさせ、原料混合物を後工程に適した形態に変換するために行われる。こうした仮焼きは、好ましくは８００〜１１００℃の温度で、通常１〜３時間程度行う。仮焼きは、大気（空気）中で行ってもよく、大気中よりも酸素分圧が高い雰囲気や純酸素雰囲気で行っても良い。なお、主成分の原料と副成分の原料との混合は、仮焼きの前に行ってもよく、仮焼き後に行ってもよい。
【００６３】
次に、仮焼き材料の粉砕を行い、粉砕材料を得る。粉砕は、仮焼き材料の凝集をくずして適度の焼結性を有する粉体とするために行われる。仮焼き材料が大きい塊を形成しているときには、粗粉砕を行ってからボールミルやアトライターなどを用いて湿式粉砕を行う。湿式粉砕は、仮焼き材料の平均粒径が、好ましくは１〜２μｍ程度となるまで行う。
【００６４】
次に、粉砕材料の造粒（顆粒）を行い、造粒物を得る。造粒は、粉砕材料を適度な大きさの凝集粒子とし、成形に適した形態に変換するために行われる。こうした造粒法としては、例えば、加圧造粒法やスプレードライ法などが挙げられる。スプレードライ法は、粉砕材料に、ポリビニルアルコールなどの通常用いられる結合剤を加えた後、スプレードライヤー中で霧化し、低温乾燥する方法である。
【００６５】
次に、造粒物を所定形状に成形し、成形体を得る。造粒物の成形としては、例えば、乾式成形、湿式成形、押出成形などが挙げられる。乾式成形法は、造粒物を、金型に充填して圧縮加圧（プレス）することにより行う成形法である。成形体の形状は、特に限定されず、用途に応じて適宜決定すればよいが、本実施形態ではトロイダル型形状とされる。
【００６６】
次に、成形体の本焼成を行い、焼結体（本実施形態のフェライト組成物）を得る。本焼成は、多くの空隙を含んでいる成形体の粉体粒子間に、融点以下の温度で粉体が凝着する焼結を起こさせ、緻密な焼結体を得るために行われる。このような本焼成は、好ましくは９００〜１３００℃の温度で、通常２〜５時間程度行う。本焼成は、大気（空気）中で行ってもよく、大気中よりも酸素分圧が高い雰囲気で行っても良い。
【００６７】
このような工程を経て、本実施形態に係るフェライト組成物は製造される。
【００６８】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【００６９】
例えば、上述した実施形態では、トロイダル型形状とするために、本焼成前に該形状に成形しているが、本焼成後に該形状に成形（加工）してもよい。
【実施例】
【００７０】
以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
【００７１】
まず、主成分の原料として、Ｆｅ２ Ｏ３ 、ＺｎＯおよびＭｎ３ Ｏ４ を準備した。副成分の原料として、ＳｉＯ２ およびＣａＣＯ３ を準備した。
【００７２】
なお、ＣｄおよびＰｂについては、主成分の原料である酸化鉄、酸化亜鉛および酸化マンガンに含まれる。そのため、最終的に得られるサンプルが表１〜３に記載のＣｄ量およびＰｂ量を含有するよう、ＣｄおよびＰｂの含有量の異なる種々の酸化鉄、酸化亜鉛および酸化マンガン原料の使用量を調整して準備した。
【００７３】
次に、準備した主成分の原料の粉末を、上記の式（１）により算出された含有量となるように秤量し、さらに、副成分の原料の粉末を表１〜３に示す量となるように秤量した後、ボールミルで５時間湿式混合して原料混合物を得た。
【００７４】
次に、得られた原料混合物を、空気中において９５０℃で２時間仮焼して仮焼き材料とした後、ボールミルで２０時間湿式粉砕して、平均粒径が１．５μｍである粉砕材料を得た。
【００７５】
次に、この粉砕材料を乾燥した後、該粉砕材料１００重量％に、バインダーとしてのポリビニルアルコールを１．０重量％添加して造粒し、２０メッシュの篩で整粒して顆粒とした。この顆粒を１９６ＭＰａ（２ｔｏｎ／ｃｍ２ ）の圧力で加圧成形して、トロイダル形状（寸法＝外径２２ｍｍ×内径１２ｍｍ×高さ６ｍｍ）の成形体を得た。
【００７６】
次に、これら各成形体を、酸素分圧を適宜制御しながら、１２７０℃で２．５時間焼成して、焼結体としてのトロイダルコアサンプルを得た。得られたサンプルについて、蛍光Ｘ線分析を行い、フェライトコアの組成を測定した。結果を表１〜３に示す。
【００７７】
＜飽和磁束密度（Ｂｓ）＞
得られたトロイダルコアサンプルに、巻線を６０回巻回した後、Ｂ−Ｈカーブトレーサー（理研電子株式会社製Ｍｏｄｅｌ ＢＨＳ４０）を用いて２ｋＡ／ｍの磁場を印加したときの飽和磁束密度Ｂｓを２５℃および１００℃において測定した（単位：ｍＴ）。結果を表１〜３および図２に示す。
【００７８】
＜損失が最小となる温度（Ｔｓｐ）＞
得られたトロイダルコアサンプルに、１次巻線および２次巻線を３回ずつ巻回し、１ＭＨｚ−５０ｍＴの条件において、−４０〜１００℃における電力損失Ｐｃｖ（単位：ｋＷ／ｍ３）を測定し、損失が最小となる温度（Ｔｓｐ）を求めた。
【００７９】
【表１】
【００８０】
【表２】
【００８１】
【表３】
【００８２】
表１および図２に示されるように、フェライト組成物のキュリー温度Ｔｃおよびフェライト組成物中の酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）の含有量が、所定の範囲内に制御されていないフェライト組成物は（試料１〜７、１２〜１６および４２〜４９）、本発明の範囲外であり、５７０ｍＴ以上の高い飽和磁束密度を実現することができない。
【００８３】
また、表１および図３に示すように、フェライト組成物の磁気損失が最小になる温度Ｔｓｐが、所定の範囲内にないフェライト組成物は（試料２５、３３、４０および４１等）、本発明の範囲外であり、高周波数の環境下において、使用温度あるいは環境温度が室温付近あるいは外気付近である場合に、十分に電力損失を低減できず、使用に耐えない。
【００８４】
一方、本発明のフェライト組成物は、フェライト組成物の磁気損失が最小になる温度Ｔｓｐも所定の範囲内にあり、フェライト組成物のキュリー温度Ｔｃおよびフェライト組成物中の酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）の含有量が、所定の範囲内となるように主成分組成が制御されているため、高周波数の環境下において、使用温度あるいは環境温度が室温付近あるいは外気付近で、高い飽和磁束密度（例えば５７０ｍＴ以上）を実現できる（試料８〜１１、１７〜２４、２６〜３２および３４〜３９）。
【００８５】
また、表２より、副成分（ＳｉＯ２ およびＣａＯ）を含有させても、Ｔｓｐは変化せず、副成分の含有量を本発明の範囲内とすることで（試料５１〜５３および５６〜５９）、高い飽和磁束密度が得られることが確認できた。
【００８６】
これに対し、表２より、副成分（ＳｉＯ２ およびＣａＯ）の含有量が本発明の範囲外となっている場合（試料５０、５４、５５および６０）には、飽和磁束密度が良好な範囲とならないことが確認できた。
【００８７】
また、表３より、原料中から含まれる、Ｃｄ、Ｐｂの含有量を本発明の範囲内とすることで（試料６１〜６５および６７〜７１）、高い飽和磁束密度が得られることが確認できた。
【００８８】
これに対し、表３より、ＣｄまたはＰｂが本発明の範囲外となっている場合（試料６６および７２）には、飽和磁束密度が良好な範囲とならないことが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明に係る電子部品は、高周波数の環境下において、使用温度あるいは環境温度が室温付近あるいは外気温付近で、高い飽和磁束密度を有する。そのため、本発明に係る電子部品を各種電子機器等に用いた場合であっても、電池等の消耗を抑制でき、省電力を実現することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主成分が、酸化鉄と、酸化亜鉛と、酸化マンガンと、から構成され、
前記主成分１００重量％に対して、副成分として、酸化ケイ素をＳｉＯ２ 換算で６０〜２５０ｐｐｍ、酸化カルシウムをＣａＯ換算で３６０〜１０００ｐｐｍ、を含有し、さらにＰｂの含有量が１０ｐｐｍ以下、Ｃｄの含有量が１０ｐｐｍ以下であるフェライト組成物であって、
前記フェライト組成物の磁気損失の極小温度Ｔｓｐが−１０〜５０℃の範囲にあり、
前記主成分における前記酸化鉄の含有量をＦｅ２ Ｏ３ 換算でＸモル％、前記酸化亜鉛の含有量をＺｎＯ換算でＺモル％、残部を前記酸化マンガンとしたときに、前記フェライト組成物のキュリー温度Ｔｃ、前記Ｘおよび前記Ｚが下記式（１）〜（３）を満足することを特徴とするフェライト組成物。
Ｔｃ＝１２．８×（Ｘ−（２／３）×Ｚ）−３５８ …式（１）
６２．１≦Ｘ≦６５．１ …式（２）
２９３℃≦Ｔｃ≦３９６℃ …式（３）
【請求項２】
請求項１に記載のフェライト組成物であって、さらに以下の式（４）および（５）を満足することを特徴とするフェライト組成物。
Ｔｓｐ＝２１．６（Ｘ＋０．５２Ｚ）−１５２０ …式（４）
−１０℃≦Ｔｓｐ≦５０℃ …式（５）
【請求項３】
請求項１または２に記載のフェライト組成物から構成されるフェライトコアを有し、１ＭＨｚ以上の周波数領域で使用される電子部品。
【請求項１】
主成分が、酸化鉄と、酸化亜鉛と、酸化マンガンと、から構成され、
前記主成分１００重量％に対して、副成分として、酸化ケイ素をＳｉＯ２ 換算で６０〜２５０ｐｐｍ、酸化カルシウムをＣａＯ換算で３６０〜１０００ｐｐｍ、を含有し、さらにＰｂの含有量が１０ｐｐｍ以下、Ｃｄの含有量が１０ｐｐｍ以下であるフェライト組成物であって、
前記フェライト組成物の磁気損失の極小温度Ｔｓｐが−１０〜５０℃の範囲にあり、
前記主成分における前記酸化鉄の含有量をＦｅ２ Ｏ３ 換算でＸモル％、前記酸化亜鉛の含有量をＺｎＯ換算でＺモル％、残部を前記酸化マンガンとしたときに、前記フェライト組成物のキュリー温度Ｔｃ、前記Ｘおよび前記Ｚが下記式（１）〜（３）を満足することを特徴とするフェライト組成物。
Ｔｃ＝１２．８×（Ｘ−（２／３）×Ｚ）−３５８ …式（１）
６２．１≦Ｘ≦６５．１ …式（２）
２９３℃≦Ｔｃ≦３９６℃ …式（３）
【請求項２】
請求項１に記載のフェライト組成物であって、さらに以下の式（４）および（５）を満足することを特徴とするフェライト組成物。
Ｔｓｐ＝２１．６（Ｘ＋０．５２Ｚ）−１５２０ …式（４）
−１０℃≦Ｔｓｐ≦５０℃ …式（５）
【請求項３】
請求項１または２に記載のフェライト組成物から構成されるフェライトコアを有し、１ＭＨｚ以上の周波数領域で使用される電子部品。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−１０７７９３（Ｐ２０１３−１０７７９３Ａ）
【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２０１１−２５４０６４（Ｐ２０１１−２５４０６４）
【出願日】平成２３年１１月２１日（２０１１．１１．２１）
【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２３年１１月２１日（２０１１．１１．２１）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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