ＭｎＺｎ系フェライトの製造方法
【課題】 高飽和磁束密度が得られ、コアロスが低く抑えられるという優れたフェライト特性を維持したまま、プロセスの簡略化が図れ、製造コストの低減を図ることのできる新規なＭｎＺｎ系フェライトの製造方法を提供する。
【解決手段】 仮焼き工程を設けることなく、所定の形状のコアを製造するＭｎＺｎ系のフェライトの製造方法であって、該方法は、主成分の原料を準備する原料準備工程と、原料を秤量して秤量物を湿式ないしは乾燥により混合し粉砕する、混合粉砕工程と、粉砕された粉末を顆粒に造粒し、所定の形状に成形する、造粒・成形工程と、所定の条件で成形物を焼成する焼成工程と、を含み、前記原料準備工程において準備されるＺｎ成分のすべてがフェライト化合物であり、残りのＦｅ成分およびＭｎ成分の全部または一部が単体の酸化物であるように構成する。
【解決手段】 仮焼き工程を設けることなく、所定の形状のコアを製造するＭｎＺｎ系のフェライトの製造方法であって、該方法は、主成分の原料を準備する原料準備工程と、原料を秤量して秤量物を湿式ないしは乾燥により混合し粉砕する、混合粉砕工程と、粉砕された粉末を顆粒に造粒し、所定の形状に成形する、造粒・成形工程と、所定の条件で成形物を焼成する焼成工程と、を含み、前記原料準備工程において準備されるＺｎ成分のすべてがフェライト化合物であり、残りのＦｅ成分およびＭｎ成分の全部または一部が単体の酸化物であるように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプロセスが簡略されたＭｎＺｎ系フェライトの製造方法に関し、特に、高飽和磁束密度が得られ、コアロスが低く抑えられるという優れたフェライト特性を維持したまま、製造コストの低減を図ることのできる新規なＭｎＺｎ系フェライトの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化、高出力化が急速に進んでいる。それに伴い各種部品の高集積化、高速処理化が進み、電力を供給する電源ラインの大電流化が要求されている。トランス、チョークコイルといった部品に対しても大電力での駆動が求められている。また、駆動時の発熱による温度上昇を考慮して、高温での安定かつ確実な駆動も求められている。
【０００３】
このような要望に応じるべく、トランス、チョークコイルなどを構成するフェライト材料に求められる特性として、動作温度において低いコアロス、および高い飽和磁束密度が要求される。
【０００４】
高い飽和磁束密度を得るためにはフェライト中のＦｅ量を増やす必要がある。しかし、Ｆｅ量を増やすとコアロスも増大してしまい、一般に、フェライトを構成する組成の調整だけでは高い飽和磁束密度、低いコアロスの両方の良い特性を得ることはできない。
【０００５】
そのため、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯ、及びＺｎＯを主成分とし、この主成分に、Ｓｉ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｂｉ、Ｍｏ、Ｓｎなどの添加物を適宜選定して添加してフェライト材料を構成し、さらに、フェライト材料の焼結過程の焼成条件を調整して、高い飽和磁束密度、低いコアロスの特性を得る手法が試みられている（例えば、特開平６−２６７７２６号公報、ＪＰ特許第３７０７７８１号公報を参照）。
【０００６】
一般に、ＭｎＺｎフェライトの製造方法（特に湿式―湿式工程）は、鉄酸化物、亜鉛酸化物、マンガン酸化物の主原料を（１）所定量秤量した後、（２）湿式混合工程、（３）噴霧乾燥工程、（４）仮焼き工程、（５）粗粉砕工程、（６）微粉砕工程、（７）噴霧造粒工程、（８）成形工程、（９）焼成工程、を順次有して構成されている。
【０００７】
このような一連の製造工程の中で、（１）所定量秤量、（２）湿式混合工程、と（３）噴霧乾燥工程までは原料を均一に混合させるためのものである。（４）仮焼き工程で原料を一部反応させ、スピネル構造を持つフェライトとする。この相が形成するときに体積膨張が伴われるため、この仮焼工程により本焼成時にクラックや変形の発生を防ぐことが必要とされてきた。その後の（５）粗粉砕工程と（６）微粉砕工程で仮焼した粉末を粉砕するのと同時に微量添加物を均一に混合し、（７）噴霧造粒工程で顆粒とし、（８）成形工程と（９）焼成工程を経てフェライトコアを製造することになっている。
【０００８】
しかしながら、このような一連の製造工程は、混合、乾燥、熱処理等のエネルギー消費が多い操作が重複して行なわれていると言える。そのため、プロセスを簡略し、かつエネルギー消費の合理化を図れば、コストダウンの可能性は大きいといえる。勿論、出来上がった製品の特性品質が保証されていることが大前提である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平６−２６７７２６号公報
【特許文献２】特許第３７０７７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このような実状のもとに、本発明は創案されたものであって、その目的は、高飽和磁束密度が得られ、コアロスが低く抑えられるという優れたフェライト特性を維持したまま、プロセスの簡略化が図れ、製造コストの低減を図ることのできる新規なＭｎＺｎ系フェライトの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る発明者は、長年フェライトの工程を鋭意研究した結果、スピネル構造を持つフェライトが形成されるときに発生する体積膨張の原因は主にＺｎＯとＦｅ2Ｏ3の反応に伴う格子定数の急激な変化によるもので、これ以外の反応に伴う体積変化が何れも小さいことに気づいた。この点に着目し、体積膨張の原因となるＺｎＯとＦｅ2Ｏ3の反応を無くせば、仮焼工程はなくてもいいではないかと考えた。この反応が発生しないようにすれば、仮焼しなくても本焼成時に大きな体積膨張がないので、大幅な工程数削減が可能となるわけである。
【００１２】
このような観点から本発明に係る発明者は、大量な実験に基づき、出発原料と焼成条件の最適化により、混合粉砕、造粒、成形、焼成からなる従来の約半分の工程数で同等な性能を持つフェライトの製造に成功したのである。
【００１３】
すなわち、本発明は、仮焼き工程を設けることなく、所定の形状のコアを製造するＭｎＺｎ系のフェライトの製造方法であって、該方法は、主成分の原料を準備する原料準備工程と、原料を秤量して秤量物を湿式ないしは乾燥により混合し粉砕する、混合粉砕工程と、粉砕された粉末を顆粒に造粒し、所定の形状に成形する、造粒・成形工程と、成形物を焼成する焼成工程と、を含み、前記原料準備工程において準備されるＺｎ成分のすべてがフェライト化合物（亜鉛フェライト）であり、残りのＦｅ成分およびＭｎ成分の全部または一部が単体の酸化物であるように構成される。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様として、前記原料準備工程における原料中のＭｎ成分がすべて単体の酸化物であるように構成される。
【００１５】
また、本発明の好ましい態様として、前記原料準備工程において、主成分原料は、ＺｎＦｅ2Ｏ4、Ｆｅ2Ｏ3、Ｍｎ3Ｏ4であるように構成される。
【００１６】
また、本発明の好ましい態様として、前記原料準備工程において、さらに、Ｎｉ原料が準備され、当該Ｎｉ原料中のＮｉ成分の一部または全部が単体の酸化物であるように構成される。
【００１７】
また、本発明の好ましい態様として、前記焼成工程は、昇温操作部、高温保持操作部、降温操作部をこの順で有し、前記昇温操作部は、焼成温度を室温から漸増的に上げていき最高温度に到達するまでの操作領域であり、前記高温保持操作部は、到達した最高温度を所定時間維持したままの状態とする操作領域であり、前記降温操作部は、到達した最高温度を漸減的に室温近傍まで下げていく操作領域であり、前記昇温操作部は、室温から漸増的に上げていき最高温度に到達するまでの操作領域において、室温から昇温途中の焼成雰囲気変化温度Ｔｖに至るまでが、酸素濃度が５〜２１ｖｏｌ％での操作であり、この焼成雰囲気変化温度Ｔｖを境として、これよりも高い昇温操作部の高温度域では酸素含有濃度１Ｖｏｌ％以下の実質的な無酸素雰囲気とされるように構成される。
【００１８】
また、本発明の好ましい態様として、前記焼成雰囲気変化温度Ｔｖを境として、これよりも高い昇温操作部の高温度域では、空気雰囲気から窒素雰囲気への転換が図られるように構成される。
【００１９】
また、本発明の好ましい態様として、前記焼成雰囲気変化温度Ｔｖを境として、酸素濃度雰囲気の切換がスムースにできるように、Ｔｖまでの間に雰囲気中の酸素濃度を空気雰囲気（酸素濃度約２１ｖｏｌ％）から漸減的にあるいは段階的に下げるように構成される。
また、本発明の好ましい態様として、前記焼成雰囲気変化温度Ｔｖとして、１０００〜１２００℃の範囲内の温度が選定されるように構成される。
【００２０】
また、本発明の好ましい態様として、前記焼成雰囲気変化温度Ｔｖとして、１０５０〜１２００℃の範囲内の温度が選定されるように構成される。
【００２１】
また、本発明の好ましい態様として、酸化鉄がＦｅ2Ｏ3換算で５０〜６５モル％、酸化亜鉛がＺｎＯ換算で２〜２５モル％、酸化マンガンがＭｎＯ換算で２５〜４０モル％、酸化ニッケルをＮｉＯ換算で０〜１０モル％、からなる主成分を含有してなるように構成される。
【００２２】
また、本発明の好ましい態様として、ＭｎＺｎ系のフェライトの特性として、飽和磁束密度Ｂｓ（測定条件：１１９４Ａ／ｍ）、が３８０ｍＴ以上、コアロスＰｃｖ（測定条件：１００ｋＨｚ，２００ｍＴ）が８００ｋＷ／ｍ3以下の特性を有するように構成される。
また、本発明の好ましい態様として、副成分として、Ｓｉ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｂｉ、Ｍｏ、Ｓｎの中から選定された少なくとも1種以上が含有されるように構成される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、仮焼き工程を設けることなく、所定の形状のコアを製造するＭｎＺｎ系のフェライトの製造方法であって、該方法は、主成分の原料を準備する原料準備工程と、原料を秤量して秤量物を湿式ないしは乾燥により混合し粉砕する、混合粉砕工程と、粉砕された粉末を顆粒に造粒し、所定の形状に成形する、造粒・成形工程と、成形物を焼成する所定条件の焼成工程と、を含み、前記原料準備工程において準備されるＺｎ成分のすべてがフェライト化合物であり、残りのＦｅ成分およびＭｎ成分の全部または一部が単体の酸化物であるように構成されているので、高飽和磁束密度が得られ、コアロスが低く抑えられるという優れたフェライト特性を維持することは勿論のこと、プロセスの簡略化が図れ、製造コストの低減を図ることのできるという極めて優れた効果が発現する。
【００２４】
仮焼き工程を設けない本願発明プロセスは、従来の仮焼き工程を有する従来プロセスと比べて、顆粒までの工程で約４０〜７０％（組成によって変動する）のエネルギー消費の削減が可能と算出される。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明のＭｎＺｎ系フェライトの製造方法について詳細に説明する。
【００２６】
まず、最初に本発明の製造対象となるＭｎＺｎ系フェライトについて説明する。
〔本発明の製造対象となるＭｎＺｎ系フェライトの説明〕
本発明の製造対象となるＭｎＺｎ系フェライトは、主成分として、酸化鉄をＦｅ2Ｏ3換算で５０〜６５モル％（好ましくは、５３〜６１．５モル％、より好ましくは、５３〜５９モル％）、酸化亜鉛をＺｎＯ換算で２〜２５モル％（好ましくは４〜１６モル％、より好ましくは、６〜１３モル％）、残部を酸化マンガン（ＭｎＯ）含有して構成される。
【００２７】
主成分として、さらに酸化ニッケルを含有させ、ＮｉＯ換算で０〜１０モル％（好ましくは２〜７モル％、より好ましくは、３〜６モル％）含有するようにしてもよい。
【００２８】
上記の組成範囲において、Ｆｅ2Ｏ3が５０モル％未満となると、所望の高い飽和磁束密度の特性が得られなくなってしまうという不都合が生じる傾向があり、この一方で、Ｆｅ2Ｏ3が６５モル％を超えると、コアロスが大きくなる傾向が生じて、所望の低コアロスの特性が得られなくなってしまうという不都合が生じる傾向がある。
【００２９】
また、ＺｎＯが２モル％未満となると、いわゆる相対密度の低下が生じる傾向があり、低コアロス化を図ることが困難となってしまう。この一方で、ＺｎＯが２５モル％を超えると、キュリー温度の低下が生じる傾向があり、高温での飽和磁束密度が低下するという不都合が生じる傾向がある。
【００３０】
また、ＮｉＯを含有させることにより、高飽和磁束密度および低コアロスの双方の特性バランスが優れたＭｎＺｎ系フェライトを得ることが実現し易くなる傾向がある。ただし、原材料コストは増加してしまう
【００３１】
本発明の製造対象となるＭｎＺｎ系フェライトは、副成分として、Ｓｉ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｂｉ、Ｍｏ、Ｓｎの中から選定された少なくとも1種以上を含有することができる。好ましい含有量（ｗｔ％）は以下の通りである。
【００３２】
ＳｉＯ2：０．００５〜０．０３ｗｔ％
ＣａＯ：０．００８〜０．１７ｗｔ％
Ｎｂ2Ｏ5：０．００５〜０．０３ｗｔ％
Ｔａ2Ｏ5：０．０１〜０．１ｗｔ％
Ｖ2Ｏ5：０．０１〜０．１ｗｔ％
ＺｒＯ2：０．００５〜０．０３ｗｔ％
Ｂｉ2Ｏ3：０．００５〜０．０４ｗｔ％
ＭｏＯ3：０．００５〜０．０４ｗｔ％
【００３３】
これらの中でも、酸化ケイ素、酸化カルシウム、酸化ニオブ、酸化ジルコニウムが特に好ましい。
【００３４】
次いで、本発明のＭｎＺｎ系フェライトの製造方法について説明する。
〔ＭｎＺｎ系フェライトの製造方法の説明〕
本発明のＭｎＺｎ系フェライトの製造方法は、最初の原料準備工程において準備される組成原料が従来行われていた手法と大きく異なり、これにより、従来より行われていた必須の工程を大幅に省略ないしは簡略化することが可能となる。
【００３５】
例えば、主原料を所定量秤量した後、その後の工程で重複して行われていたとも言える湿式混合工程、噴霧乾燥工程が不要となり、特筆すべきは仮焼き工程が不要となることである。ただし、焼成物の特性品質を低下させないようにするために、焼成工程での技術的な改良が必要となる。
【００３６】
以下、順次説明する。
【００３７】
基本的に、本願発明のＭｎＺｎ系のフェライトの製造方法は、仮焼き工程を設けることなく、所定の形状のコアを製造するＭｎＺｎ系のフェライトの製造方法である。
【００３８】
（１）原料準備工程
まず、最初に主成分の原料を準備する原料準備工程が行われる。
この原料準備工程において準備されるＺｎ成分のすべてはフェライト化合物（ＺｎＦｅ2Ｏ4）から構成される。
【００３９】
残りのＦｅ成分およびＭｎ成分の全部または一部は、単体の酸化物から構成される。
『残りのＦｅ成分およびＭｎ成分の全部が単体の酸化物から構成される』とは、すべての残りのＦｅ成分およびＭｎ成分が、Ｆｅ2Ｏ3やＭｎ3Ｏ4、Ｍｎ2Ｏ3など、単体の酸化物から構成されることを意味する。ＭｎＣＯ3のように加熱すれば酸化物に分解する塩類を含んでいてもよい。
【００４０】
『残りのＦｅ成分およびＭｎ成分の一部が単体の酸化物から構成される』とは、例えば、ＭｎＦｅ2Ｏ4と、単体の酸化物であるＦｅ2Ｏ3、Ｍｎ3Ｏ4、Ｍｎ2Ｏ3などが混在することを意味する。特に、Ｍｎ成分の一部が単体の酸化物とは、例えば、ＭｎＦｅ2Ｏ4と、Ｍｎ3Ｏ4、Ｍｎ2Ｏ3が混在することを意味する。また、ＭｎＣＯ3のように加熱すれば酸化物に分解する塩類を含んでいてもよい。
【００４１】
原料中のＭｎ成分をすべて、単体の酸化物としてもよい。
【００４２】
好適な具体例として、主成分原料は、ＺｎＦｅ2Ｏ4、Ｆｅ2Ｏ3、およびＭｎ3Ｏ4が用いられる。この場合は、残りのＦｅ成分およびＭｎ成分の全部が単体の酸化物から構成される好適例である。
【００４３】
さらに、Ｎｉを配合する場合には、Ｎｉ原料が準備され、Ｎｉ原料中のＮｉ成分の一部または全部が単体の酸化物として使用される。
【００４４】
（２）混合粉砕工程
次いで、秤量された原料秤量物は、湿式ないしは乾燥により混合され、粉砕される。
【００４５】
副成分は、通常、この混合粉砕工程において、添加される。
【００４６】
（３）造粒・成形工程
次いで、粉砕された粉末は、後の成形工程を円滑にするために顆粒に造粒される。この際、粉砕粉末に適当なバインダ、例えばポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を少量添加することが望ましい。得られる顆粒の粒径は８０〜２００μｍ程度とすることが望ましい。造粒粉末を加圧成形する。例えば、トロイダル形状の成形体を形成する。
【００４７】
（４）焼成工程
昇温操作部
室温から漸増的に上げていき最高温度に到達するまでの操作領域において、室温から昇温途中の焼成雰囲気変化温度Ｔｖに至るまでが、酸素濃度が５〜２１ｖｏｌ％での操作（例えば、空気雰囲気（酸素濃度約２１ｖｏｌ％））での操作であり、この焼成雰囲気変化温度Ｔｖを境として、これよりも高い昇温操作部の高温度域では酸素含有濃度１Ｖｏｌ％以下の実質的な無酸素雰囲気とされる。
【００４８】
すなわち、焼成雰囲気変化温度Ｔｖを境として、これよりも高い昇温操作部の高温度域では、空気雰囲気から窒素雰囲気への完全置換が図られる。焼成雰囲気変化温度Ｔｖ以上では、完全な無酸素雰囲気とすることが望ましいが、焼成による酸素ガス発生もあり、完全な無酸素雰囲気は困難であると言える。このような観点から本発明では、『酸素含有濃度１Ｖｏｌ％以下の実質的な無酸素雰囲気』という文言を用いている。
【００４９】
焼成雰囲気変化温度Ｔｖは、１０００〜１２００℃、好ましくは１０５０〜１２００℃、より好ましくは１１００〜１１７０℃の範囲内の温度が選定される。
【００５０】
この温度Ｔｖが１０００℃未満となると、得られたコアの密度が低く、コアロスが大きくなるという不都合が生じる傾向がある。また、この温度Ｔｖが１２００℃を超えると保持温度に達するまでの時間が短すぎて、窒素置換により焼成炉内を実質的に無酸素にすることが難しく、得られたコアの密度が低く、コアロスが大きくなるという不都合が生じる傾向がある。
【００５１】
なお、雰囲気の切換がスムースにできるように、Ｔｖまでの間に雰囲気中の酸素濃度を空気雰囲気（酸素濃度約２１ｖｏｌ％）から徐々にまたは段階的に下げることが望ましい。たとえば、Ｔｖを１１５０℃とする場合に、１０００℃で酸素濃度を１０ｖｏｌ％に、１１００≡Ｃで酸素濃度を５ｖｏｌ％に下げ、１１５０℃より実質的に無酸素にするようにすれば、雰囲気を正確に制御しやすくなる。Ｔｖから保持温度までの昇温速度は、５０〜３００℃／ｈｒ、より好ましくは５０〜１５０℃／ｈｒの範囲とされる。
【００５２】
高温保持操作部
高温保持操作部における高温保持温度は１２５０〜１４００℃程度の範囲で適宜設定される。
【００５３】
高温保持操作部の焼成雰囲気における酸素分圧（ＰＯ2）は、通常、操作温度との平衡関係により求まる酸素分圧値に設定される。
【００５４】
降温操作部
降温操作部の焼成雰囲気における酸素分圧（ＰＯ2）は、通常、操作温度との平衡関係により求まる酸素分圧値に設定される。
【００５５】
降温速度は、３０〜１５０℃／ｈｒ、特に５０〜１００℃／ｈｒとすることが望ましい。
【実施例】
【００５６】
以下、具体的実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
〔実施例Ａ−１〕
（１）原料準備工程
主成分の原料として亜鉛フェライト粉末、Ｍｎ3Ｏ4粉末、Ｆｅ2Ｏ3粉末、副成分の原料として、ＳｉＯ2粉末、ＣａＣＯ3、ＺｒＯ2粉末、およびＮｂ2Ｏ5粉末を準備した。
【００５７】
（２）混合粉砕工程
下記表１のフェライト番号Ａとなるように秤量された主成分原料を、湿式混合し、粉砕した。
【００５８】
副成分は、この混合粉砕工程において、添加した。副成分は、主成分に対するｗｔｐｐｍ表示で、ＳｉＯ2＝１００ｗｔｐｐｍ、ＣａＯ成分としてＣａＣＯ3＝１０００ｗｔｐｐｍ、ＺｒＯ2＝１００ｗｔｐｐｍ、およびＮｂ2Ｏ5＝２００ｗｔｐｐｍとした。
【００５９】
（３）造粒・成形工程
混合粉砕して得られた混合物粉末にポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を少量添加し、粉砕された粉末を、顆粒状に造粒した後、造粒粉末を加圧成形し、トロイダル形状の成形体を形成した。
【００６０】
（４）焼成工程
昇温操作部
焼成雰囲気変化温度Ｔｖ＝１１５０℃とした。すなわち、室温から漸増的に上げていき最高温度１３００℃に到達するまでの昇温操作部の領域において、室温から昇温途中の焼成雰囲気変化温度Ｔｖ＝１１５０℃に至るまでの昇温雰囲気を、空気雰囲気（酸素濃度約２１ｖｏｌ％）での操作とした。この焼成雰囲気変化温度Ｔｖ＝１１５０℃を境として、これよりも高い昇温操作部の高温度域では窒素雰囲気に切り替え、酸素含有濃度１Ｖｏｌ％以下の実質的な無酸素雰囲気で操作した。
【００６１】
昇温速度は、９００℃に至るまで３００℃／ｈｒ、９００℃から高温保持操作部の温度に至るまで１００℃／ｈｒとした。
【００６２】
高温保持操作部
高温保持操作部における高温保持温度は１３００℃とした。保持時間は４ｈｒとした。
高温保持操作部の焼成雰囲気における酸素分圧（ＰＯ2）は、操作温度との平衡関係により求まる酸素分圧値に設定して操作した。
【００６３】
降温操作部
降温操作部の焼成雰囲気における酸素分圧（ＰＯ2）は、操作温度との平衡関係により求まる酸素分圧値に設定して操作した。
【００６４】
降温速度は、高温保持操作部の温度から１０５０℃に至るまで７５℃／ｈｒ、１０５０℃から常温に至るまで３００℃／ｈｒとした。
【００６５】
このような操作手順によって、トロイダル状のフェライトコアを得た。フェライトコアのサイズは、外径２０ｍｍ、内径１０ｍｍ、厚さ５ｍｍであった。
【００６６】
得られたフェライトサンプルについて、１００℃における飽和磁束密度Ｂｓ（測定条件：１１９４Ａ／ｍ）、コアロスＰｃｖ（測定条件：１００ｋＨｚ，２００ｍＴ）を、それぞれ測定した。結果を下記表２に示した。
【００６７】
〔実施例Ａ−２〕
上記実施例Ａ−１において、焼成雰囲気変化温度Ｔｖ＝１０５０℃に変更した。
【００６８】
それ以外は、上記実施例Ａ−１と同様にしてフェライトコアサンプルを作製し、同様な特性評価を行った。結果を下記表２に示した。
【００６９】
〔実施例Ａ−３〕
上記実施例Ａ−１において、焼成雰囲気変化温度Ｔｖ＝１２００℃に変更した。
【００７０】
それ以外は、上記実施例Ａ−１と同様にしてフェライトコアサンプルを作製し、同様な特性評価を行った。結果を下記表２に示した。
【００７１】
〔比較例Ａ−１＊〕
上記実施例Ａ−１において、焼成雰囲気変化温度Ｔｖ＝１２２０℃に変更した。
【００７２】
それ以外は、上記実施例Ａ−１と同様にしてフェライトコアサンプルを作製し、同様な特性評価を行った。結果を下記表２に示した。
【００７３】
〔比較例Ａ−２＊〕
上記実施例Ａ−１において、焼成雰囲気変化温度Ｔｖ＝９９０℃に変更した。
【００７４】
それ以外は、上記実施例Ａ−１と同様にしてフェライトコアサンプルを作製し、同様な特性評価を行った。結果を下記表２に示した。
【００７５】
〔実施例Ｂ−１〕
上記実施例Ａ−１の混合粉砕工程において、下記表１のフェライト番号Ｂとなるように秤量された主成分原料を、湿式混合し、粉砕した。
【００７６】
それ以外は、上記実施例Ａ−１と同様にしてフェライトコアサンプルを作製し、同様な特性評価を行った。結果を下記表２に示した。
【００７７】
〔実施例Ｂ−２〕
上記実施例Ａ−２の混合粉砕工程において、下記表１のフェライト番号Ｂとなるように秤量された主成分原料を、湿式混合し、粉砕した。
【００７８】
それ以外は、上記実施例Ａ−２と同様にしてフェライトコアサンプルを作製し、同様な特性評価を行った。結果を下記表２に示した。
【００７９】
〔実施例Ｂ−３〕
上記実施例Ａ−３の混合粉砕工程において、下記表１のフェライト番号Ｂとなるように秤量された主成分原料を、湿式混合し、粉砕した。
【００８０】
それ以外は、上記実施例Ａ−３と同様にしてフェライトコアサンプルを作製し、同様な特性評価を行った。結果を下記表２に示した。
【００８１】
〔比較例Ｂ−１＊〕
上記比較例Ａ−１＊の混合粉砕工程において、下記表１のフェライト番号Ｂとなるように秤量された主成分原料を、湿式混合し、粉砕した。
【００８２】
それ以外は、上記比較例Ａ−１＊と同様にしてフェライトコアサンプルを作製し、同様な特性評価を行った。結果を下記表２に示した。
【００８３】
〔比較例Ｂ−２＊〕
上記比較例Ａ−２＊の混合粉砕工程において、下記表１のフェライト番号Ｂとなるように秤量された主成分原料を、湿式混合し、粉砕した。
【００８４】
それ以外は、上記比較例Ａ−２＊と同様にしてフェライトコアサンプルを作製し、同様な特性評価を行った。結果を下記表２に示した。
【００８５】
〔実施例Ｃ−１〕
上記実施例Ａ−１の混合粉砕工程において、下記表１のフェライト番号Ｃとなるように秤量された主成分原料を、湿式混合し、粉砕した。
【００８６】
それ以外は、上記実施例Ａ−１と同様にしてフェライトコアサンプルを作製し、同様な特性評価を行った。結果を下記表２に示した。
【００８７】
〔実施例Ｃ−２〕
上記実施例Ａ−２の混合粉砕工程において、下記表１のフェライト番号Ｃとなるように秤量された主成分原料を、湿式混合し、粉砕した。
【００８８】
それ以外は、上記実施例Ａ−２と同様にしてフェライトコアサンプルを作製し、同様な特性評価を行った。結果を下記表２に示した。
【００８９】
〔実施例Ｃ−３〕
上記実施例Ａ−３の混合粉砕工程において、下記表１のフェライト番号Ｃとなるように秤量された主成分原料を、湿式混合し、粉砕した。
【００９０】
それ以外は、上記実施例Ａ−３と同様にしてフェライトコアサンプルを作製し、同様な特性評価を行った。結果を下記表２に示した。
【００９１】
〔比較例Ｃ−１＊〕
上記比較例Ａ−１＊の混合粉砕工程において、下記表１のフェライト番号Ｃとなるように秤量された主成分原料を、湿式混合し、粉砕した。
【００９２】
それ以外は、上記比較例Ａ−１＊と同様にしてフェライトコアサンプルを作製し、同様な特性評価を行った。結果を下記表２に示した。
【００９３】
〔比較例Ｃ−２＊〕
上記比較例Ａ−２＊の混合粉砕工程において、下記表１のフェライト番号Ｃとなるように秤量された主成分原料を、湿式混合し、粉砕した。
【００９４】
それ以外は、上記比較例Ａ−２＊と同様にしてフェライトコアサンプルを作製し、同様な特性評価を行った。結果を下記表２に示した。
【００９５】
【表１】
【００９６】
なお、表１中の右側に示される、磁気特性は、比較対象となる従来工法において作製したサンプルでの物性値であり、本願発明において、目標とすべき物性値である。
【００９７】
【表２】
【００９８】
本発明の製造方法は工数が従来のプロセスを約半分に短縮し、顆粒までの工程で約４０〜７０％のエネルギー消費の削減が可能になったにも拘らず、表２の各実施例で得られた磁気特性は、表１に示した従来工法で製造した場合の磁気特性とほぼ同等となっている。
【００９９】
上記の実験結果より本発明の効果は明らかである。
すなわち、本発明は、仮焼き工程を設けることなく、所定の形状のコアを製造するＭｎＺｎ系のフェライトの製造方法であって、該方法は、主成分の原料を準備する原料準備工程と、原料を秤量して秤量物を湿式ないしは乾燥により混合し粉砕する、混合粉砕工程と、粉砕された粉末を顆粒に造粒し、所定の形状に成形する、造粒・成形工程と、所定の条件で成形物を焼成する焼成工程と、を含み、前記原料準備工程において準備されるＺｎ成分のすべてがフェライト化合物であり、残りのＦｅ成分およびＭｎ成分の全部または一部が単体の酸化物であるように構成されているので、高飽和磁束密度が得られ、コアロスが低く抑えられるという優れたフェライト特性を維持したまま、プロセスの簡略化が図れ、製造コストの低減を図ることのできるという極めて優れた効果が発現する。
【０１００】
仮焼き工程を設けない本願発明プロセスは、従来の仮焼き工程を有する従来プロセスと比べて、顆粒までの工程で約４０〜７０％のエネルギー消費の削減が可能と算出される。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明のＭｎＺｎ系フェライトの製造方法は、幅広く各種の電気部品産業に利用できる。
【技術分野】
【０００１】
本発明はプロセスが簡略されたＭｎＺｎ系フェライトの製造方法に関し、特に、高飽和磁束密度が得られ、コアロスが低く抑えられるという優れたフェライト特性を維持したまま、製造コストの低減を図ることのできる新規なＭｎＺｎ系フェライトの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化、高出力化が急速に進んでいる。それに伴い各種部品の高集積化、高速処理化が進み、電力を供給する電源ラインの大電流化が要求されている。トランス、チョークコイルといった部品に対しても大電力での駆動が求められている。また、駆動時の発熱による温度上昇を考慮して、高温での安定かつ確実な駆動も求められている。
【０００３】
このような要望に応じるべく、トランス、チョークコイルなどを構成するフェライト材料に求められる特性として、動作温度において低いコアロス、および高い飽和磁束密度が要求される。
【０００４】
高い飽和磁束密度を得るためにはフェライト中のＦｅ量を増やす必要がある。しかし、Ｆｅ量を増やすとコアロスも増大してしまい、一般に、フェライトを構成する組成の調整だけでは高い飽和磁束密度、低いコアロスの両方の良い特性を得ることはできない。
【０００５】
そのため、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯ、及びＺｎＯを主成分とし、この主成分に、Ｓｉ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｂｉ、Ｍｏ、Ｓｎなどの添加物を適宜選定して添加してフェライト材料を構成し、さらに、フェライト材料の焼結過程の焼成条件を調整して、高い飽和磁束密度、低いコアロスの特性を得る手法が試みられている（例えば、特開平６−２６７７２６号公報、ＪＰ特許第３７０７７８１号公報を参照）。
【０００６】
一般に、ＭｎＺｎフェライトの製造方法（特に湿式―湿式工程）は、鉄酸化物、亜鉛酸化物、マンガン酸化物の主原料を（１）所定量秤量した後、（２）湿式混合工程、（３）噴霧乾燥工程、（４）仮焼き工程、（５）粗粉砕工程、（６）微粉砕工程、（７）噴霧造粒工程、（８）成形工程、（９）焼成工程、を順次有して構成されている。
【０００７】
このような一連の製造工程の中で、（１）所定量秤量、（２）湿式混合工程、と（３）噴霧乾燥工程までは原料を均一に混合させるためのものである。（４）仮焼き工程で原料を一部反応させ、スピネル構造を持つフェライトとする。この相が形成するときに体積膨張が伴われるため、この仮焼工程により本焼成時にクラックや変形の発生を防ぐことが必要とされてきた。その後の（５）粗粉砕工程と（６）微粉砕工程で仮焼した粉末を粉砕するのと同時に微量添加物を均一に混合し、（７）噴霧造粒工程で顆粒とし、（８）成形工程と（９）焼成工程を経てフェライトコアを製造することになっている。
【０００８】
しかしながら、このような一連の製造工程は、混合、乾燥、熱処理等のエネルギー消費が多い操作が重複して行なわれていると言える。そのため、プロセスを簡略し、かつエネルギー消費の合理化を図れば、コストダウンの可能性は大きいといえる。勿論、出来上がった製品の特性品質が保証されていることが大前提である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平６−２６７７２６号公報
【特許文献２】特許第３７０７７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このような実状のもとに、本発明は創案されたものであって、その目的は、高飽和磁束密度が得られ、コアロスが低く抑えられるという優れたフェライト特性を維持したまま、プロセスの簡略化が図れ、製造コストの低減を図ることのできる新規なＭｎＺｎ系フェライトの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る発明者は、長年フェライトの工程を鋭意研究した結果、スピネル構造を持つフェライトが形成されるときに発生する体積膨張の原因は主にＺｎＯとＦｅ2Ｏ3の反応に伴う格子定数の急激な変化によるもので、これ以外の反応に伴う体積変化が何れも小さいことに気づいた。この点に着目し、体積膨張の原因となるＺｎＯとＦｅ2Ｏ3の反応を無くせば、仮焼工程はなくてもいいではないかと考えた。この反応が発生しないようにすれば、仮焼しなくても本焼成時に大きな体積膨張がないので、大幅な工程数削減が可能となるわけである。
【００１２】
このような観点から本発明に係る発明者は、大量な実験に基づき、出発原料と焼成条件の最適化により、混合粉砕、造粒、成形、焼成からなる従来の約半分の工程数で同等な性能を持つフェライトの製造に成功したのである。
【００１３】
すなわち、本発明は、仮焼き工程を設けることなく、所定の形状のコアを製造するＭｎＺｎ系のフェライトの製造方法であって、該方法は、主成分の原料を準備する原料準備工程と、原料を秤量して秤量物を湿式ないしは乾燥により混合し粉砕する、混合粉砕工程と、粉砕された粉末を顆粒に造粒し、所定の形状に成形する、造粒・成形工程と、成形物を焼成する焼成工程と、を含み、前記原料準備工程において準備されるＺｎ成分のすべてがフェライト化合物（亜鉛フェライト）であり、残りのＦｅ成分およびＭｎ成分の全部または一部が単体の酸化物であるように構成される。
【００１４】
また、本発明の好ましい態様として、前記原料準備工程における原料中のＭｎ成分がすべて単体の酸化物であるように構成される。
【００１５】
また、本発明の好ましい態様として、前記原料準備工程において、主成分原料は、ＺｎＦｅ2Ｏ4、Ｆｅ2Ｏ3、Ｍｎ3Ｏ4であるように構成される。
【００１６】
また、本発明の好ましい態様として、前記原料準備工程において、さらに、Ｎｉ原料が準備され、当該Ｎｉ原料中のＮｉ成分の一部または全部が単体の酸化物であるように構成される。
【００１７】
また、本発明の好ましい態様として、前記焼成工程は、昇温操作部、高温保持操作部、降温操作部をこの順で有し、前記昇温操作部は、焼成温度を室温から漸増的に上げていき最高温度に到達するまでの操作領域であり、前記高温保持操作部は、到達した最高温度を所定時間維持したままの状態とする操作領域であり、前記降温操作部は、到達した最高温度を漸減的に室温近傍まで下げていく操作領域であり、前記昇温操作部は、室温から漸増的に上げていき最高温度に到達するまでの操作領域において、室温から昇温途中の焼成雰囲気変化温度Ｔｖに至るまでが、酸素濃度が５〜２１ｖｏｌ％での操作であり、この焼成雰囲気変化温度Ｔｖを境として、これよりも高い昇温操作部の高温度域では酸素含有濃度１Ｖｏｌ％以下の実質的な無酸素雰囲気とされるように構成される。
【００１８】
また、本発明の好ましい態様として、前記焼成雰囲気変化温度Ｔｖを境として、これよりも高い昇温操作部の高温度域では、空気雰囲気から窒素雰囲気への転換が図られるように構成される。
【００１９】
また、本発明の好ましい態様として、前記焼成雰囲気変化温度Ｔｖを境として、酸素濃度雰囲気の切換がスムースにできるように、Ｔｖまでの間に雰囲気中の酸素濃度を空気雰囲気（酸素濃度約２１ｖｏｌ％）から漸減的にあるいは段階的に下げるように構成される。
また、本発明の好ましい態様として、前記焼成雰囲気変化温度Ｔｖとして、１０００〜１２００℃の範囲内の温度が選定されるように構成される。
【００２０】
また、本発明の好ましい態様として、前記焼成雰囲気変化温度Ｔｖとして、１０５０〜１２００℃の範囲内の温度が選定されるように構成される。
【００２１】
また、本発明の好ましい態様として、酸化鉄がＦｅ2Ｏ3換算で５０〜６５モル％、酸化亜鉛がＺｎＯ換算で２〜２５モル％、酸化マンガンがＭｎＯ換算で２５〜４０モル％、酸化ニッケルをＮｉＯ換算で０〜１０モル％、からなる主成分を含有してなるように構成される。
【００２２】
また、本発明の好ましい態様として、ＭｎＺｎ系のフェライトの特性として、飽和磁束密度Ｂｓ（測定条件：１１９４Ａ／ｍ）、が３８０ｍＴ以上、コアロスＰｃｖ（測定条件：１００ｋＨｚ，２００ｍＴ）が８００ｋＷ／ｍ3以下の特性を有するように構成される。
また、本発明の好ましい態様として、副成分として、Ｓｉ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｂｉ、Ｍｏ、Ｓｎの中から選定された少なくとも1種以上が含有されるように構成される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は、仮焼き工程を設けることなく、所定の形状のコアを製造するＭｎＺｎ系のフェライトの製造方法であって、該方法は、主成分の原料を準備する原料準備工程と、原料を秤量して秤量物を湿式ないしは乾燥により混合し粉砕する、混合粉砕工程と、粉砕された粉末を顆粒に造粒し、所定の形状に成形する、造粒・成形工程と、成形物を焼成する所定条件の焼成工程と、を含み、前記原料準備工程において準備されるＺｎ成分のすべてがフェライト化合物であり、残りのＦｅ成分およびＭｎ成分の全部または一部が単体の酸化物であるように構成されているので、高飽和磁束密度が得られ、コアロスが低く抑えられるという優れたフェライト特性を維持することは勿論のこと、プロセスの簡略化が図れ、製造コストの低減を図ることのできるという極めて優れた効果が発現する。
【００２４】
仮焼き工程を設けない本願発明プロセスは、従来の仮焼き工程を有する従来プロセスと比べて、顆粒までの工程で約４０〜７０％（組成によって変動する）のエネルギー消費の削減が可能と算出される。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明のＭｎＺｎ系フェライトの製造方法について詳細に説明する。
【００２６】
まず、最初に本発明の製造対象となるＭｎＺｎ系フェライトについて説明する。
〔本発明の製造対象となるＭｎＺｎ系フェライトの説明〕
本発明の製造対象となるＭｎＺｎ系フェライトは、主成分として、酸化鉄をＦｅ2Ｏ3換算で５０〜６５モル％（好ましくは、５３〜６１．５モル％、より好ましくは、５３〜５９モル％）、酸化亜鉛をＺｎＯ換算で２〜２５モル％（好ましくは４〜１６モル％、より好ましくは、６〜１３モル％）、残部を酸化マンガン（ＭｎＯ）含有して構成される。
【００２７】
主成分として、さらに酸化ニッケルを含有させ、ＮｉＯ換算で０〜１０モル％（好ましくは２〜７モル％、より好ましくは、３〜６モル％）含有するようにしてもよい。
【００２８】
上記の組成範囲において、Ｆｅ2Ｏ3が５０モル％未満となると、所望の高い飽和磁束密度の特性が得られなくなってしまうという不都合が生じる傾向があり、この一方で、Ｆｅ2Ｏ3が６５モル％を超えると、コアロスが大きくなる傾向が生じて、所望の低コアロスの特性が得られなくなってしまうという不都合が生じる傾向がある。
【００２９】
また、ＺｎＯが２モル％未満となると、いわゆる相対密度の低下が生じる傾向があり、低コアロス化を図ることが困難となってしまう。この一方で、ＺｎＯが２５モル％を超えると、キュリー温度の低下が生じる傾向があり、高温での飽和磁束密度が低下するという不都合が生じる傾向がある。
【００３０】
また、ＮｉＯを含有させることにより、高飽和磁束密度および低コアロスの双方の特性バランスが優れたＭｎＺｎ系フェライトを得ることが実現し易くなる傾向がある。ただし、原材料コストは増加してしまう
【００３１】
本発明の製造対象となるＭｎＺｎ系フェライトは、副成分として、Ｓｉ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｂｉ、Ｍｏ、Ｓｎの中から選定された少なくとも1種以上を含有することができる。好ましい含有量（ｗｔ％）は以下の通りである。
【００３２】
ＳｉＯ2：０．００５〜０．０３ｗｔ％
ＣａＯ：０．００８〜０．１７ｗｔ％
Ｎｂ2Ｏ5：０．００５〜０．０３ｗｔ％
Ｔａ2Ｏ5：０．０１〜０．１ｗｔ％
Ｖ2Ｏ5：０．０１〜０．１ｗｔ％
ＺｒＯ2：０．００５〜０．０３ｗｔ％
Ｂｉ2Ｏ3：０．００５〜０．０４ｗｔ％
ＭｏＯ3：０．００５〜０．０４ｗｔ％
【００３３】
これらの中でも、酸化ケイ素、酸化カルシウム、酸化ニオブ、酸化ジルコニウムが特に好ましい。
【００３４】
次いで、本発明のＭｎＺｎ系フェライトの製造方法について説明する。
〔ＭｎＺｎ系フェライトの製造方法の説明〕
本発明のＭｎＺｎ系フェライトの製造方法は、最初の原料準備工程において準備される組成原料が従来行われていた手法と大きく異なり、これにより、従来より行われていた必須の工程を大幅に省略ないしは簡略化することが可能となる。
【００３５】
例えば、主原料を所定量秤量した後、その後の工程で重複して行われていたとも言える湿式混合工程、噴霧乾燥工程が不要となり、特筆すべきは仮焼き工程が不要となることである。ただし、焼成物の特性品質を低下させないようにするために、焼成工程での技術的な改良が必要となる。
【００３６】
以下、順次説明する。
【００３７】
基本的に、本願発明のＭｎＺｎ系のフェライトの製造方法は、仮焼き工程を設けることなく、所定の形状のコアを製造するＭｎＺｎ系のフェライトの製造方法である。
【００３８】
（１）原料準備工程
まず、最初に主成分の原料を準備する原料準備工程が行われる。
この原料準備工程において準備されるＺｎ成分のすべてはフェライト化合物（ＺｎＦｅ2Ｏ4）から構成される。
【００３９】
残りのＦｅ成分およびＭｎ成分の全部または一部は、単体の酸化物から構成される。
『残りのＦｅ成分およびＭｎ成分の全部が単体の酸化物から構成される』とは、すべての残りのＦｅ成分およびＭｎ成分が、Ｆｅ2Ｏ3やＭｎ3Ｏ4、Ｍｎ2Ｏ3など、単体の酸化物から構成されることを意味する。ＭｎＣＯ3のように加熱すれば酸化物に分解する塩類を含んでいてもよい。
【００４０】
『残りのＦｅ成分およびＭｎ成分の一部が単体の酸化物から構成される』とは、例えば、ＭｎＦｅ2Ｏ4と、単体の酸化物であるＦｅ2Ｏ3、Ｍｎ3Ｏ4、Ｍｎ2Ｏ3などが混在することを意味する。特に、Ｍｎ成分の一部が単体の酸化物とは、例えば、ＭｎＦｅ2Ｏ4と、Ｍｎ3Ｏ4、Ｍｎ2Ｏ3が混在することを意味する。また、ＭｎＣＯ3のように加熱すれば酸化物に分解する塩類を含んでいてもよい。
【００４１】
原料中のＭｎ成分をすべて、単体の酸化物としてもよい。
【００４２】
好適な具体例として、主成分原料は、ＺｎＦｅ2Ｏ4、Ｆｅ2Ｏ3、およびＭｎ3Ｏ4が用いられる。この場合は、残りのＦｅ成分およびＭｎ成分の全部が単体の酸化物から構成される好適例である。
【００４３】
さらに、Ｎｉを配合する場合には、Ｎｉ原料が準備され、Ｎｉ原料中のＮｉ成分の一部または全部が単体の酸化物として使用される。
【００４４】
（２）混合粉砕工程
次いで、秤量された原料秤量物は、湿式ないしは乾燥により混合され、粉砕される。
【００４５】
副成分は、通常、この混合粉砕工程において、添加される。
【００４６】
（３）造粒・成形工程
次いで、粉砕された粉末は、後の成形工程を円滑にするために顆粒に造粒される。この際、粉砕粉末に適当なバインダ、例えばポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を少量添加することが望ましい。得られる顆粒の粒径は８０〜２００μｍ程度とすることが望ましい。造粒粉末を加圧成形する。例えば、トロイダル形状の成形体を形成する。
【００４７】
（４）焼成工程
昇温操作部
室温から漸増的に上げていき最高温度に到達するまでの操作領域において、室温から昇温途中の焼成雰囲気変化温度Ｔｖに至るまでが、酸素濃度が５〜２１ｖｏｌ％での操作（例えば、空気雰囲気（酸素濃度約２１ｖｏｌ％））での操作であり、この焼成雰囲気変化温度Ｔｖを境として、これよりも高い昇温操作部の高温度域では酸素含有濃度１Ｖｏｌ％以下の実質的な無酸素雰囲気とされる。
【００４８】
すなわち、焼成雰囲気変化温度Ｔｖを境として、これよりも高い昇温操作部の高温度域では、空気雰囲気から窒素雰囲気への完全置換が図られる。焼成雰囲気変化温度Ｔｖ以上では、完全な無酸素雰囲気とすることが望ましいが、焼成による酸素ガス発生もあり、完全な無酸素雰囲気は困難であると言える。このような観点から本発明では、『酸素含有濃度１Ｖｏｌ％以下の実質的な無酸素雰囲気』という文言を用いている。
【００４９】
焼成雰囲気変化温度Ｔｖは、１０００〜１２００℃、好ましくは１０５０〜１２００℃、より好ましくは１１００〜１１７０℃の範囲内の温度が選定される。
【００５０】
この温度Ｔｖが１０００℃未満となると、得られたコアの密度が低く、コアロスが大きくなるという不都合が生じる傾向がある。また、この温度Ｔｖが１２００℃を超えると保持温度に達するまでの時間が短すぎて、窒素置換により焼成炉内を実質的に無酸素にすることが難しく、得られたコアの密度が低く、コアロスが大きくなるという不都合が生じる傾向がある。
【００５１】
なお、雰囲気の切換がスムースにできるように、Ｔｖまでの間に雰囲気中の酸素濃度を空気雰囲気（酸素濃度約２１ｖｏｌ％）から徐々にまたは段階的に下げることが望ましい。たとえば、Ｔｖを１１５０℃とする場合に、１０００℃で酸素濃度を１０ｖｏｌ％に、１１００≡Ｃで酸素濃度を５ｖｏｌ％に下げ、１１５０℃より実質的に無酸素にするようにすれば、雰囲気を正確に制御しやすくなる。Ｔｖから保持温度までの昇温速度は、５０〜３００℃／ｈｒ、より好ましくは５０〜１５０℃／ｈｒの範囲とされる。
【００５２】
高温保持操作部
高温保持操作部における高温保持温度は１２５０〜１４００℃程度の範囲で適宜設定される。
【００５３】
高温保持操作部の焼成雰囲気における酸素分圧（ＰＯ2）は、通常、操作温度との平衡関係により求まる酸素分圧値に設定される。
【００５４】
降温操作部
降温操作部の焼成雰囲気における酸素分圧（ＰＯ2）は、通常、操作温度との平衡関係により求まる酸素分圧値に設定される。
【００５５】
降温速度は、３０〜１５０℃／ｈｒ、特に５０〜１００℃／ｈｒとすることが望ましい。
【実施例】
【００５６】
以下、具体的実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
〔実施例Ａ−１〕
（１）原料準備工程
主成分の原料として亜鉛フェライト粉末、Ｍｎ3Ｏ4粉末、Ｆｅ2Ｏ3粉末、副成分の原料として、ＳｉＯ2粉末、ＣａＣＯ3、ＺｒＯ2粉末、およびＮｂ2Ｏ5粉末を準備した。
【００５７】
（２）混合粉砕工程
下記表１のフェライト番号Ａとなるように秤量された主成分原料を、湿式混合し、粉砕した。
【００５８】
副成分は、この混合粉砕工程において、添加した。副成分は、主成分に対するｗｔｐｐｍ表示で、ＳｉＯ2＝１００ｗｔｐｐｍ、ＣａＯ成分としてＣａＣＯ3＝１０００ｗｔｐｐｍ、ＺｒＯ2＝１００ｗｔｐｐｍ、およびＮｂ2Ｏ5＝２００ｗｔｐｐｍとした。
【００５９】
（３）造粒・成形工程
混合粉砕して得られた混合物粉末にポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を少量添加し、粉砕された粉末を、顆粒状に造粒した後、造粒粉末を加圧成形し、トロイダル形状の成形体を形成した。
【００６０】
（４）焼成工程
昇温操作部
焼成雰囲気変化温度Ｔｖ＝１１５０℃とした。すなわち、室温から漸増的に上げていき最高温度１３００℃に到達するまでの昇温操作部の領域において、室温から昇温途中の焼成雰囲気変化温度Ｔｖ＝１１５０℃に至るまでの昇温雰囲気を、空気雰囲気（酸素濃度約２１ｖｏｌ％）での操作とした。この焼成雰囲気変化温度Ｔｖ＝１１５０℃を境として、これよりも高い昇温操作部の高温度域では窒素雰囲気に切り替え、酸素含有濃度１Ｖｏｌ％以下の実質的な無酸素雰囲気で操作した。
【００６１】
昇温速度は、９００℃に至るまで３００℃／ｈｒ、９００℃から高温保持操作部の温度に至るまで１００℃／ｈｒとした。
【００６２】
高温保持操作部
高温保持操作部における高温保持温度は１３００℃とした。保持時間は４ｈｒとした。
高温保持操作部の焼成雰囲気における酸素分圧（ＰＯ2）は、操作温度との平衡関係により求まる酸素分圧値に設定して操作した。
【００６３】
降温操作部
降温操作部の焼成雰囲気における酸素分圧（ＰＯ2）は、操作温度との平衡関係により求まる酸素分圧値に設定して操作した。
【００６４】
降温速度は、高温保持操作部の温度から１０５０℃に至るまで７５℃／ｈｒ、１０５０℃から常温に至るまで３００℃／ｈｒとした。
【００６５】
このような操作手順によって、トロイダル状のフェライトコアを得た。フェライトコアのサイズは、外径２０ｍｍ、内径１０ｍｍ、厚さ５ｍｍであった。
【００６６】
得られたフェライトサンプルについて、１００℃における飽和磁束密度Ｂｓ（測定条件：１１９４Ａ／ｍ）、コアロスＰｃｖ（測定条件：１００ｋＨｚ，２００ｍＴ）を、それぞれ測定した。結果を下記表２に示した。
【００６７】
〔実施例Ａ−２〕
上記実施例Ａ−１において、焼成雰囲気変化温度Ｔｖ＝１０５０℃に変更した。
【００６８】
それ以外は、上記実施例Ａ−１と同様にしてフェライトコアサンプルを作製し、同様な特性評価を行った。結果を下記表２に示した。
【００６９】
〔実施例Ａ−３〕
上記実施例Ａ−１において、焼成雰囲気変化温度Ｔｖ＝１２００℃に変更した。
【００７０】
それ以外は、上記実施例Ａ−１と同様にしてフェライトコアサンプルを作製し、同様な特性評価を行った。結果を下記表２に示した。
【００７１】
〔比較例Ａ−１＊〕
上記実施例Ａ−１において、焼成雰囲気変化温度Ｔｖ＝１２２０℃に変更した。
【００７２】
それ以外は、上記実施例Ａ−１と同様にしてフェライトコアサンプルを作製し、同様な特性評価を行った。結果を下記表２に示した。
【００７３】
〔比較例Ａ−２＊〕
上記実施例Ａ−１において、焼成雰囲気変化温度Ｔｖ＝９９０℃に変更した。
【００７４】
それ以外は、上記実施例Ａ−１と同様にしてフェライトコアサンプルを作製し、同様な特性評価を行った。結果を下記表２に示した。
【００７５】
〔実施例Ｂ−１〕
上記実施例Ａ−１の混合粉砕工程において、下記表１のフェライト番号Ｂとなるように秤量された主成分原料を、湿式混合し、粉砕した。
【００７６】
それ以外は、上記実施例Ａ−１と同様にしてフェライトコアサンプルを作製し、同様な特性評価を行った。結果を下記表２に示した。
【００７７】
〔実施例Ｂ−２〕
上記実施例Ａ−２の混合粉砕工程において、下記表１のフェライト番号Ｂとなるように秤量された主成分原料を、湿式混合し、粉砕した。
【００７８】
それ以外は、上記実施例Ａ−２と同様にしてフェライトコアサンプルを作製し、同様な特性評価を行った。結果を下記表２に示した。
【００７９】
〔実施例Ｂ−３〕
上記実施例Ａ−３の混合粉砕工程において、下記表１のフェライト番号Ｂとなるように秤量された主成分原料を、湿式混合し、粉砕した。
【００８０】
それ以外は、上記実施例Ａ−３と同様にしてフェライトコアサンプルを作製し、同様な特性評価を行った。結果を下記表２に示した。
【００８１】
〔比較例Ｂ−１＊〕
上記比較例Ａ−１＊の混合粉砕工程において、下記表１のフェライト番号Ｂとなるように秤量された主成分原料を、湿式混合し、粉砕した。
【００８２】
それ以外は、上記比較例Ａ−１＊と同様にしてフェライトコアサンプルを作製し、同様な特性評価を行った。結果を下記表２に示した。
【００８３】
〔比較例Ｂ−２＊〕
上記比較例Ａ−２＊の混合粉砕工程において、下記表１のフェライト番号Ｂとなるように秤量された主成分原料を、湿式混合し、粉砕した。
【００８４】
それ以外は、上記比較例Ａ−２＊と同様にしてフェライトコアサンプルを作製し、同様な特性評価を行った。結果を下記表２に示した。
【００８５】
〔実施例Ｃ−１〕
上記実施例Ａ−１の混合粉砕工程において、下記表１のフェライト番号Ｃとなるように秤量された主成分原料を、湿式混合し、粉砕した。
【００８６】
それ以外は、上記実施例Ａ−１と同様にしてフェライトコアサンプルを作製し、同様な特性評価を行った。結果を下記表２に示した。
【００８７】
〔実施例Ｃ−２〕
上記実施例Ａ−２の混合粉砕工程において、下記表１のフェライト番号Ｃとなるように秤量された主成分原料を、湿式混合し、粉砕した。
【００８８】
それ以外は、上記実施例Ａ−２と同様にしてフェライトコアサンプルを作製し、同様な特性評価を行った。結果を下記表２に示した。
【００８９】
〔実施例Ｃ−３〕
上記実施例Ａ−３の混合粉砕工程において、下記表１のフェライト番号Ｃとなるように秤量された主成分原料を、湿式混合し、粉砕した。
【００９０】
それ以外は、上記実施例Ａ−３と同様にしてフェライトコアサンプルを作製し、同様な特性評価を行った。結果を下記表２に示した。
【００９１】
〔比較例Ｃ−１＊〕
上記比較例Ａ−１＊の混合粉砕工程において、下記表１のフェライト番号Ｃとなるように秤量された主成分原料を、湿式混合し、粉砕した。
【００９２】
それ以外は、上記比較例Ａ−１＊と同様にしてフェライトコアサンプルを作製し、同様な特性評価を行った。結果を下記表２に示した。
【００９３】
〔比較例Ｃ−２＊〕
上記比較例Ａ−２＊の混合粉砕工程において、下記表１のフェライト番号Ｃとなるように秤量された主成分原料を、湿式混合し、粉砕した。
【００９４】
それ以外は、上記比較例Ａ−２＊と同様にしてフェライトコアサンプルを作製し、同様な特性評価を行った。結果を下記表２に示した。
【００９５】
【表１】
【００９６】
なお、表１中の右側に示される、磁気特性は、比較対象となる従来工法において作製したサンプルでの物性値であり、本願発明において、目標とすべき物性値である。
【００９７】
【表２】
【００９８】
本発明の製造方法は工数が従来のプロセスを約半分に短縮し、顆粒までの工程で約４０〜７０％のエネルギー消費の削減が可能になったにも拘らず、表２の各実施例で得られた磁気特性は、表１に示した従来工法で製造した場合の磁気特性とほぼ同等となっている。
【００９９】
上記の実験結果より本発明の効果は明らかである。
すなわち、本発明は、仮焼き工程を設けることなく、所定の形状のコアを製造するＭｎＺｎ系のフェライトの製造方法であって、該方法は、主成分の原料を準備する原料準備工程と、原料を秤量して秤量物を湿式ないしは乾燥により混合し粉砕する、混合粉砕工程と、粉砕された粉末を顆粒に造粒し、所定の形状に成形する、造粒・成形工程と、所定の条件で成形物を焼成する焼成工程と、を含み、前記原料準備工程において準備されるＺｎ成分のすべてがフェライト化合物であり、残りのＦｅ成分およびＭｎ成分の全部または一部が単体の酸化物であるように構成されているので、高飽和磁束密度が得られ、コアロスが低く抑えられるという優れたフェライト特性を維持したまま、プロセスの簡略化が図れ、製造コストの低減を図ることのできるという極めて優れた効果が発現する。
【０１００】
仮焼き工程を設けない本願発明プロセスは、従来の仮焼き工程を有する従来プロセスと比べて、顆粒までの工程で約４０〜７０％のエネルギー消費の削減が可能と算出される。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明のＭｎＺｎ系フェライトの製造方法は、幅広く各種の電気部品産業に利用できる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
仮焼き工程を設けることなく、所定の形状のコアを製造するＭｎＺｎ系のフェライトの製造方法であって、
該方法は、
主成分の原料を準備する原料準備工程と、
原料を秤量して秤量物を湿式ないしは乾燥により混合し粉砕する、混合粉砕工程と、
粉砕された粉末を顆粒に造粒し、所定の形状に成形する、造粒・成形工程と、
成形物を焼成する焼成工程と、を含み、
前記原料準備工程において準備されるＺｎ成分のすべてがフェライト化合物（亜鉛フェライト）であり、残りのＦｅ成分およびＭｎ成分の全部または一部が単体の酸化物であることを特徴とするＭｎＺｎ系のフェライトの製造方法。
【請求項２】
前記原料準備工程における原料中のＭｎ成分がすべて単体の酸化物である請求項１に記載のＭｎＺｎ系のフェライトの製造方法。
【請求項３】
前記原料準備工程において、主成分原料は、ＺｎＦｅ2Ｏ4、Ｆｅ2Ｏ3、Ｍｎ3Ｏ4である請求項１または請求項２に記載のＭｎＺｎ系のフェライトの製造方法。
【請求項４】
前記原料準備工程において、さらに、Ｎｉ原料が準備され、当該Ｎｉ原料中のＮｉ成分の一部または全部が単体の酸化物である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のＭｎＺｎ系のフェライトの製造方法。
【請求項５】
前記焼成工程は、昇温操作部、高温保持操作部、降温操作部をこの順で有し、
前記昇温操作部は、焼成温度を室温から漸増的に上げていき最高温度に到達するまでの操作領域であり、
前記高温保持操作部は、到達した最高温度を所定時間維持したままの状態とする操作領域であり、
前記降温操作部は、到達した最高温度を漸減的に室温近傍まで下げていく操作領域であり、
前記昇温操作部は、室温から漸増的に上げていき最高温度に到達するまでの操作領域において、室温から昇温途中の焼成雰囲気変化温度Ｔｖに至るまでが、酸素濃度が５〜２１ｖｏｌ％での操作であり、
この焼成雰囲気変化温度Ｔｖを境として、これよりも高い昇温操作部の高温度域では酸素含有濃度１Ｖｏｌ％以下の実質的な無酸素雰囲気とされる請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のＭｎＺｎ系のフェライトの製造方法。
【請求項６】
前記焼成雰囲気変化温度Ｔｖを境として、これよりも高い昇温操作部の高温度域では、空気雰囲気から窒素雰囲気への転換が図られる請求項５に記載のＭｎＺｎ系のフェライトの製造方法。
【請求項７】
前記焼成雰囲気変化温度Ｔｖを境として、酸素濃度雰囲気の切換がスムースにできるように、Ｔｖまでの間に雰囲気中の酸素濃度を空気雰囲気（酸素濃度約２１ｖｏｌ％）から漸減的にあるいは段階的に下げる請求項６に記載のＭｎＺｎ系のフェライトの製造方法。
【請求項８】
前記焼成雰囲気変化温度Ｔｖとして、１０００〜１２００℃の範囲内の温度が選定される請求項５ないし請求項７のいずれかに記載のＭｎＺｎ系のフェライトの製造方法。
【請求項９】
前記焼成雰囲気変化温度Ｔｖとして、１０５０〜１２００℃の範囲内の温度が選定される請求項５ないし請求項７のいずれかに記載のＭｎＺｎ系のフェライトの製造方法。
【請求項１０】
酸化鉄がＦｅ2Ｏ3換算で５０〜６５モル％、
酸化亜鉛がＺｎＯ換算で２〜２５モル％、
酸化マンガンがＭｎＯ換算で２５〜４０モル％、
酸化ニッケルをＮｉＯ換算で０〜１０モル％、からなる主成分を含有してなる請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のＭｎＺｎ系のフェライトの製造方法。
【請求項１１】
ＭｎＺｎ系のフェライトの特性として、飽和磁束密度Ｂｓ（測定条件：１１９４Ａ／ｍ）、が３８０ｍＴ以上、コアロスＰｃｖ（測定条件：１００ｋＨｚ，２００ｍＴ）が８００ｋＷ／ｍ3以下の特性を有する請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載のＭｎＺｎ系のフェライトの製造方法。
【請求項１２】
副成分として、Ｓｉ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｂｉ、Ｍｏ、Ｓｎの中から選定された少なくとも1種以上が含有される請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載のＭｎＺｎ系フェライトの製造方法。
【請求項１】
仮焼き工程を設けることなく、所定の形状のコアを製造するＭｎＺｎ系のフェライトの製造方法であって、
該方法は、
主成分の原料を準備する原料準備工程と、
原料を秤量して秤量物を湿式ないしは乾燥により混合し粉砕する、混合粉砕工程と、
粉砕された粉末を顆粒に造粒し、所定の形状に成形する、造粒・成形工程と、
成形物を焼成する焼成工程と、を含み、
前記原料準備工程において準備されるＺｎ成分のすべてがフェライト化合物（亜鉛フェライト）であり、残りのＦｅ成分およびＭｎ成分の全部または一部が単体の酸化物であることを特徴とするＭｎＺｎ系のフェライトの製造方法。
【請求項２】
前記原料準備工程における原料中のＭｎ成分がすべて単体の酸化物である請求項１に記載のＭｎＺｎ系のフェライトの製造方法。
【請求項３】
前記原料準備工程において、主成分原料は、ＺｎＦｅ2Ｏ4、Ｆｅ2Ｏ3、Ｍｎ3Ｏ4である請求項１または請求項２に記載のＭｎＺｎ系のフェライトの製造方法。
【請求項４】
前記原料準備工程において、さらに、Ｎｉ原料が準備され、当該Ｎｉ原料中のＮｉ成分の一部または全部が単体の酸化物である請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のＭｎＺｎ系のフェライトの製造方法。
【請求項５】
前記焼成工程は、昇温操作部、高温保持操作部、降温操作部をこの順で有し、
前記昇温操作部は、焼成温度を室温から漸増的に上げていき最高温度に到達するまでの操作領域であり、
前記高温保持操作部は、到達した最高温度を所定時間維持したままの状態とする操作領域であり、
前記降温操作部は、到達した最高温度を漸減的に室温近傍まで下げていく操作領域であり、
前記昇温操作部は、室温から漸増的に上げていき最高温度に到達するまでの操作領域において、室温から昇温途中の焼成雰囲気変化温度Ｔｖに至るまでが、酸素濃度が５〜２１ｖｏｌ％での操作であり、
この焼成雰囲気変化温度Ｔｖを境として、これよりも高い昇温操作部の高温度域では酸素含有濃度１Ｖｏｌ％以下の実質的な無酸素雰囲気とされる請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のＭｎＺｎ系のフェライトの製造方法。
【請求項６】
前記焼成雰囲気変化温度Ｔｖを境として、これよりも高い昇温操作部の高温度域では、空気雰囲気から窒素雰囲気への転換が図られる請求項５に記載のＭｎＺｎ系のフェライトの製造方法。
【請求項７】
前記焼成雰囲気変化温度Ｔｖを境として、酸素濃度雰囲気の切換がスムースにできるように、Ｔｖまでの間に雰囲気中の酸素濃度を空気雰囲気（酸素濃度約２１ｖｏｌ％）から漸減的にあるいは段階的に下げる請求項６に記載のＭｎＺｎ系のフェライトの製造方法。
【請求項８】
前記焼成雰囲気変化温度Ｔｖとして、１０００〜１２００℃の範囲内の温度が選定される請求項５ないし請求項７のいずれかに記載のＭｎＺｎ系のフェライトの製造方法。
【請求項９】
前記焼成雰囲気変化温度Ｔｖとして、１０５０〜１２００℃の範囲内の温度が選定される請求項５ないし請求項７のいずれかに記載のＭｎＺｎ系のフェライトの製造方法。
【請求項１０】
酸化鉄がＦｅ2Ｏ3換算で５０〜６５モル％、
酸化亜鉛がＺｎＯ換算で２〜２５モル％、
酸化マンガンがＭｎＯ換算で２５〜４０モル％、
酸化ニッケルをＮｉＯ換算で０〜１０モル％、からなる主成分を含有してなる請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のＭｎＺｎ系のフェライトの製造方法。
【請求項１１】
ＭｎＺｎ系のフェライトの特性として、飽和磁束密度Ｂｓ（測定条件：１１９４Ａ／ｍ）、が３８０ｍＴ以上、コアロスＰｃｖ（測定条件：１００ｋＨｚ，２００ｍＴ）が８００ｋＷ／ｍ3以下の特性を有する請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載のＭｎＺｎ系のフェライトの製造方法。
【請求項１２】
副成分として、Ｓｉ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｂｉ、Ｍｏ、Ｓｎの中から選定された少なくとも1種以上が含有される請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載のＭｎＺｎ系フェライトの製造方法。
【公開番号】特開２０１０−１７３８８８（Ｐ２０１０−１７３８８８Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７６５５（Ｐ２００９−１７６５５）
【出願日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【出願人】（０００００３０６７）ＴＤＫ株式会社 (7,238)
【Ｆターム（参考）】
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