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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024178917
(43)【公開日】2024-12-25
(54)【発明の名称】ＭｎＺｎ系フェライト及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
H01F 1/34 20060101AFI20241218BHJP
C04B 35/38 20060101ALI20241218BHJP
【ＦＩ】
H01F1/34 140
C04B35/38
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024087502
(22)【出願日】2024-05-29
(31)【優先権主張番号】P 2023097181
(32)【優先日】2023-06-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】591067794
【氏名又は名称】ＪＦＥケミカル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】100165696
【弁理士】
【氏名又は名称】川原 敬祐
(72)【発明者】
【氏名】菊地 孝宏
(72)【発明者】
【氏名】石原 真由
(72)【発明者】
【氏名】中村 由紀子
【テーマコード（参考）】
5E041
【Ｆターム（参考）】
5E041AB02
5E041AB19
5E041BD01
5E041CA02
5E041HB01
5E041HB03
5E041NN02
5E041NN06
5E041NN13
5E041NN18
(57)【要約】
【課題】磁気特性に優れたＭｎＺｎ系フェライトを提供する。
【解決手段】基本成分が、鉄：Ｆｅ２Ｏ３換算で５１．０～５４．０ｍｏｌ％、亜鉛：ＺｎＯ換算で１５．５～２１．０ｍｏｌ％、及びマンガン：残部であり、基本成分に対して、副成分が、Ｓｉ：ＳｉＯ２換算で１０質量ｐｐｍ以上２５質量ｐｐｍ未満、Ｃａ：ＣａＣＯ３換算で５００質量ｐｐｍ以上１５００質量ｐｐｍ以下、Ｎｂ：Ｎｂ２Ｏ５換算で５０質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下、Ｂｉ：Ｂｉ２Ｏ３換算で５０質量ｐｐｍ以上７００質量ｐｐｍ以下、Ｖ：Ｖ２Ｏ５換算で５０質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下、及びＴｉ：ＴｉＯ２換算で５０質量ｐｐｍ以上７００質量ｐｐｍ以下を含み、ＭｎＺｎ系フェライトに生じる全気孔の数に対して、結晶粒内に生じる気孔の数が２０．０％以下であり、平均結晶粒径が１６μｍ以上である、ＭｎＺｎ系フェライト。
【選択図】なし
【解決手段】基本成分が、鉄：Ｆｅ２Ｏ３換算で５１．０～５４．０ｍｏｌ％、亜鉛：ＺｎＯ換算で１５．５～２１．０ｍｏｌ％、及びマンガン：残部であり、基本成分に対して、副成分が、Ｓｉ：ＳｉＯ２換算で１０質量ｐｐｍ以上２５質量ｐｐｍ未満、Ｃａ：ＣａＣＯ３換算で５００質量ｐｐｍ以上１５００質量ｐｐｍ以下、Ｎｂ：Ｎｂ２Ｏ５換算で５０質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下、Ｂｉ：Ｂｉ２Ｏ３換算で５０質量ｐｐｍ以上７００質量ｐｐｍ以下、Ｖ：Ｖ２Ｏ５換算で５０質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下、及びＴｉ：ＴｉＯ２換算で５０質量ｐｐｍ以上７００質量ｐｐｍ以下を含み、ＭｎＺｎ系フェライトに生じる全気孔の数に対して、結晶粒内に生じる気孔の数が２０．０％以下であり、平均結晶粒径が１６μｍ以上である、ＭｎＺｎ系フェライト。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基本成分、副成分及び不可避的不純物からなるＭｎＺｎ系フェライトであって、
前記基本成分が、それぞれＦｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、及びＭｎＯ換算での鉄、亜鉛、及びマンガンの合計を１００ｍｏｌ％として、
鉄：Ｆｅ２Ｏ３換算で５１．０ｍｏｌ％以上５４．０ｍｏｌ％以下、
亜鉛：ＺｎＯ換算で１５．５ｍｏｌ％以上２１．０ｍｏｌ％以下、及び
マンガン：残部
であり、
前記基本成分に対して、前記副成分が、
Ｓｉ：ＳｉＯ２換算で１０質量ｐｐｍ以上２５質量ｐｐｍ未満、
Ｃａ：ＣａＣＯ３換算で５００質量ｐｐｍ以上１５００質量ｐｐｍ以下、
Ｎｂ：Ｎｂ２Ｏ５換算で５０質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下、
Ｂｉ：Ｂｉ２Ｏ３換算で５０質量ｐｐｍ以上７００質量ｐｐｍ以下、
Ｖ：Ｖ２Ｏ５換算で５０質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下、及び
Ｔｉ：ＴｉＯ２換算で５０質量ｐｐｍ以上７００質量ｐｐｍ以下
を含み、
前記ＭｎＺｎ系フェライトに生じる全気孔の数に対して、結晶粒内に生じる気孔の数が２０．０％以下であり、
平均結晶粒径が１６μｍ以上である、ＭｎＺｎ系フェライト。
前記基本成分が、それぞれＦｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、及びＭｎＯ換算での鉄、亜鉛、及びマンガンの合計を１００ｍｏｌ％として、
鉄：Ｆｅ２Ｏ３換算で５１．０ｍｏｌ％以上５４．０ｍｏｌ％以下、
亜鉛：ＺｎＯ換算で１５．５ｍｏｌ％以上２１．０ｍｏｌ％以下、及び
マンガン：残部
であり、
前記基本成分に対して、前記副成分が、
Ｓｉ：ＳｉＯ２換算で１０質量ｐｐｍ以上２５質量ｐｐｍ未満、
Ｃａ：ＣａＣＯ３換算で５００質量ｐｐｍ以上１５００質量ｐｐｍ以下、
Ｎｂ：Ｎｂ２Ｏ５換算で５０質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下、
Ｂｉ：Ｂｉ２Ｏ３換算で５０質量ｐｐｍ以上７００質量ｐｐｍ以下、
Ｖ：Ｖ２Ｏ５換算で５０質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下、及び
Ｔｉ：ＴｉＯ２換算で５０質量ｐｐｍ以上７００質量ｐｐｍ以下
を含み、
前記ＭｎＺｎ系フェライトに生じる全気孔の数に対して、結晶粒内に生じる気孔の数が２０．０％以下であり、
平均結晶粒径が１６μｍ以上である、ＭｎＺｎ系フェライト。
【請求項2】
以下の式（１）で求められるΔＢ［ｍＴ］の値が、１００℃において２２０ｍＴ以上である、請求項１に記載のＭｎＺｎ系フェライト。
ΔＢ＝Ｂｍ－Ｂｒ ・・・（１）
ただし、Ｂｍは飽和磁束密度［ｍＴ］、Ｂｒは残留磁束密度［ｍＴ］である。
ΔＢ＝Ｂｍ－Ｂｒ ・・・（１）
ただし、Ｂｍは飽和磁束密度［ｍＴ］、Ｂｒは残留磁束密度［ｍＴ］である。
【請求項3】
周波数５００ｋＨｚ以上３ＭＨｚ以下の範囲において、以下の式（２）及び式（３）で求められる規格化インピーダンスＺｎｏｒｍ［Ω・ｍｍ－１］の最大値が３０Ω・ｍｍ－１以上である、請求項１に記載のＭｎＺｎ系フェライト。
Ｚｎｏｒｍ＝Ｚ・ｃ１／Ｎ２ ・・・（２）
ｃ１＝ｌｅ／Ａｅ ・・・（３）
ただし、Ｚはインピーダンス［Ω］、ｃ１はコア定数［ｍｍ－１］、ｌｅは磁路長［ｍｍ］、Ａｅは断面積［ｍｍ２］、Ｎはコイルの巻き数［－］である。
Ｚｎｏｒｍ＝Ｚ・ｃ１／Ｎ２ ・・・（２）
ｃ１＝ｌｅ／Ａｅ ・・・（３）
ただし、Ｚはインピーダンス［Ω］、ｃ１はコア定数［ｍｍ－１］、ｌｅは磁路長［ｍｍ］、Ａｅは断面積［ｍｍ２］、Ｎはコイルの巻き数［－］である。
【請求項4】
１０ｋＨｚ、２３℃のμｉ’（初透磁率μｉの実数部分）が９０００以上、かつ５００ｋＨｚ、２３℃のμｉ’（初透磁率μｉの実数部分）が４０００以上で、かつキュリー温度が１５０℃以上である、請求項１に記載のＭｎＺｎ系フェライト。
【請求項5】
焼結密度が５．００ｇ／ｃｍ３以上である、請求項１に記載のＭｎＺｎ系フェライト。
【請求項6】
請求項１に記載のＭｎＺｎ系フェライトを製造する方法であって、
前記基本成分を混合して第１の混合物を得て、前記第１の混合物を仮焼して仮焼物を得る混合仮焼工程と、
前記仮焼物に前記副成分を添加及び混合して第２の混合物を得て、前記第２の混合物を粉砕して粉砕粉を得る混合粉砕工程と、
前記粉砕粉にバインダーを添加及び混合した後、造粒して造粒粉を得る造粒工程と、
前記造粒粉を成形して成形体を得る成形工程と、
焼成温度が４００℃から最高温度に達するまでの昇温速度が５０℃／ｈｒ以上３００℃／ｈｒ未満である条件下で前記成形体を焼成して、前記ＭｎＺｎ系フェライトを得る焼成工程と、
を有するＭｎＺｎ系フェライトの製造方法。
前記基本成分を混合して第１の混合物を得て、前記第１の混合物を仮焼して仮焼物を得る混合仮焼工程と、
前記仮焼物に前記副成分を添加及び混合して第２の混合物を得て、前記第２の混合物を粉砕して粉砕粉を得る混合粉砕工程と、
前記粉砕粉にバインダーを添加及び混合した後、造粒して造粒粉を得る造粒工程と、
前記造粒粉を成形して成形体を得る成形工程と、
焼成温度が４００℃から最高温度に達するまでの昇温速度が５０℃／ｈｒ以上３００℃／ｈｒ未満である条件下で前記成形体を焼成して、前記ＭｎＺｎ系フェライトを得る焼成工程と、
を有するＭｎＺｎ系フェライトの製造方法。
【請求項7】
前記焼成工程における前記最高温度が１３７０℃以上１４５０℃以下である、請求項６に記載のＭｎＺｎ系フェライトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、磁気特性を改善したＭｎＺｎ系フェライト及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
軟磁性材料の一つとして代表的なＭｎＺｎ系フェライトは、スイッチング電源における電源トランスやノイズ対策用部品として広く用いられている。特にノイズ対策部品として用いられるＭｎＺｎ系フェライトには、高透磁率であることが求められ、エアコン、テレビ、パソコンなどのあらゆる電子機器において、不要な電気成分（ノイズ）を取り除く役割を担うコモン・モード・チョークとして利用されている。
【0003】
近年では車の電動化が進み、カーエレクトロニクス分野においてＭｎＺｎ系フェライトが需要を伸ばしている。車載用途の場合、エンジンルームの周囲では温度が－４０℃～１５０℃の幅広い温度範囲となるため、広い温度範囲で安定した特性を示すＭｎＺｎ系フェライトが求められている。
【0004】
従来のＭｎＺｎ系フェライトは、室温における飽和磁束密度が４４０ｍＴ程度、１００℃における飽和磁束密度が２５０ｍＴ程度である。また、従来のＭｎＺｎ系フェライトにおいて、１００℃における飽和磁束密度と残留磁束密度との差であるΔＢは、１９０ｍＴ程度であるため、高温になると損失が大きくなる。そのため、従来のＭｎＺｎ系フェライトをノイズフィルタ用に使用すると、その使用環境下で発熱する。インバータやコンプレッサーなどが発するパルスノイズへの効果を考慮すると、高温でも安定して使用できるように、ΔＢの値が高いＭｎＺｎ系フェライトが求められている。
【0005】
さらに、ノイズフィルタ用コモン・モード・チョークとしての機能を果たすためには、取り除きたいノイズの周波数帯域において、そのノイズよりも十分に大きい規格化インピーダンスが必要となる。特に近年では、電気自動車の車載用半導体として炭化ケイ素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）などのパワー半導体が導入され始めているが、これらパワー半導体は１ＭＨｚ以上の高周波数帯域で大きなノイズを発生させる。したがって、パワー半導体と共に用いる場合は、高周波数帯域のノイズを除去できる高い規格化インピーダンスを示すＭｎＺｎ系フェライトが求められている。
【0006】
ＭｎＺｎ系フェライトは、アモルファス金属などと比較して安価であることから、ノイズフィルタとして導入しやすい反面、Ｆｅ２＋の含有量が多いことから、Ｆｅ３＋－Ｆｅ２＋間での電子の授受が起こりやすいため、比抵抗が０．１Ω・ｍオーダーと低い。比抵抗が低いため、使用する周波数帯域が高くなるにつれ、ＭｎＺｎ系フェライト内の渦電流による損失が急増し、初透磁率が低下する。初透磁率の低下に伴いインダクタンスが低下し、同時に規格化インピーダンスの最大値の低下、及び規格化インピーダンスが最大値をとる周波数の低周波数化を招く。そのため、高周波数帯域で高い規格化インピーダンスを得るためには、比抵抗が１０５Ω・ｍ以上であってフェライトの中では高い比抵抗を有するＮｉＺｎ系フェライトを用いるか、若しくはＭｎＺｎ系フェライトのＦｅ２＋の量を減らして比抵抗を上昇させる必要があった。
【0007】
しかし、ＮｉＺｎ系フェライトを用いる場合、低周波数帯域における初透磁率が数百程度と低くコモン・モード・チョークには向かない。他方、ＭｎＺｎ系フェライトの場合、ＭｎＺｎ系フェライトのＦｅ２＋を減らすと磁気モーメントが減少して飽和磁束密度が低下するという問題点がある。そこで、比抵抗を上昇させる別の方法として、金属酸化物を微量添加する方法がある。主成分以外の金属酸化物は、導電性を示さず、結晶組織の中で粒界に偏析するため、金属酸化物を添加することで粒界抵抗が上昇して、ＭｎＺｎ系フェライトの比抵抗を上昇させることができる。
【0008】
特許文献１には、Ｎｂ２Ｏ５及びＶ２Ｏ５の添加により残留磁束密度が低減しΔＢが向上する効果が得られることが示されている。また、特許文献２には、焼結体の強度を向上させる目的でＺｒ、Ｎｂ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｂｉ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ａｌから選択させる一種以上の元素を含有したＭｎＺｎ系フェライトが開示されている。特許文献３には、ＳｉＯ２及びＣａＯを添加することにより、磁気損失及び電力損失を減少させたＭｎＺｎ系フェライトが開示されている。特許文献４には、昇温速度を３５０℃／ｈｒ以上、昇温過程の酸素濃度を調整することで結晶粒径を大きくし、空孔が結晶粒内に残存しない高い初透磁率を有するＭｎＺｎ系フェライトの製造方法が開示されている。さらに、特許文献５には、ＭｎＺｎ系フェライトに占める全ボイド（気孔）数に対する結晶粒内ボイド数が４０％未満であるＭｎＺｎ系フェライトが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】特開平６－２８３３２０号公報
【特許文献2】特開２０１４－０８０３４４号公報
【特許文献3】特開２００１－３４２０５８号公報
【特許文献4】特開２００９－１７３４７４号公報
【特許文献5】国際公開第２０２０／１５８３３３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
しかしながら、高周波の規格化インピーダンスやΔＢを向上させるため、金属酸化物を微量添加して比抵抗を上昇させると、１０ｋＨｚ程度の低周波数における初透磁率が低下してしまうという問題点がある。ＭｎＺｎ系フェライトをコモン・モード・チョークとして使用するためには、高初透磁率であることが必要であり、従来技術では、低周波数帯域の初透磁率の低下を押さえながら高周波数帯域の規格化インピーダンスやΔＢの向上を図ることは解決されていない。
【0011】
特許文献１に記載の発明は、電源トランス用磁心として用いられるＭｎＺｎ系フェライトに適用されており、高透磁率材として初透磁率には言及されていない。なお、一般に添加物を加え、比抵抗を上昇させると、１０ｋＨｚ程度の低周波数帯域における初透磁率は低下するため、Ｎｂ２Ｏ５及びＶ２Ｏ５のみの添加では十分な初透磁率が確保できず、ノイズ対策用フェライトとしては不向きといえる。また、特許文献２及び特許文献３に記載の発明は、いずれもΔＢと規格化インピーダンスの向上を目的としたものではない。特許文献４では、具体的な粒内気孔の割合が示されておらず、３５０℃／ｈｒ以上の昇温速度の場合、粒内気孔の低減には限界があると考えられる。また、ΔＢについての言及がなく、インピーダンスは１５０ｋＨｚにおける値のみ開示されており、１５０ｋＨｚよりも高周波数帯域におけるノイズ除去特性は保証されない。特許文献５では、結晶粒内の気孔低減には言及しているものの、電源トランス用磁心として用いられるＭｎＺｎ系フェライトに適用されており、初透磁率については言及されていない。また、残留磁束密度を低減する添加物Ｖ２Ｏ５が含まれていないため、十分なΔＢが得られずノイズフィルタとしては不適である。
【0012】
本発明は、上記事情に鑑み開発されたもので、１０～５００ｋＨｚの広い周波数帯域における初透磁率が高く、１００℃のような高温でもΔＢが大きく、５００ｋＨｚ～３ＭＨｚの高周波数帯域における規格化インピーダンスの最大値が大きい、ＭｎＺｎ系フェライトと、その有利な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】
【0013】
本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討した結果、以下の知見を得た。初透磁率は、磁区と呼ばれる同じ方向を向いた磁気モーメントが集合した領域の境界線である「磁壁」の移動しやすさを表す指標である。結晶粒径が大きければ磁区も大きくなり、結晶粒内の気孔が少なければ磁壁の移動を妨げるものがなくなるため、磁壁が移動しやすくなり、初透磁率が高くなる。したがって、低周波数帯域における初透磁率の低下を防ぐためには、ＭｎＺｎ系フェライトの結晶粒径を大きくし、かつ、結晶粒内の気孔をできるだけ少なくすることが重要である。このような結晶組織を得るためには、副成分の含有量を所定の範囲に制御し、かつ、焼成時の昇温速度を制御することが重要である。特に、結晶粒内の気孔を少なくするには昇温速度を遅くすることが重要である。昇温速度が速すぎると、焼結初期段階では粒界に在った気孔が、結晶粒成長に伴って粒内に取り込まれ、粒内の気孔として残る。
【0014】
上記の知見に基づき完成された本発明の要旨構成は次のとおりである。
【0015】
［１］基本成分、副成分及び不可避的不純物からなるＭｎＺｎ系フェライトであって、
前記基本成分が、それぞれＦｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、及びＭｎＯ換算での鉄、亜鉛、及びマンガンの合計を１００ｍｏｌ％として、
鉄：Ｆｅ２Ｏ３換算で５１．０ｍｏｌ％以上５４．０ｍｏｌ％以下、
亜鉛：ＺｎＯ換算で１５．５ｍｏｌ％以上２１．０ｍｏｌ％以下、及び
マンガン：残部
であり、
前記基本成分に対して、前記副成分が、
Ｓｉ：ＳｉＯ２換算で１０質量ｐｐｍ以上２５質量ｐｐｍ未満、
Ｃａ：ＣａＣＯ３換算で５００質量ｐｐｍ以上１５００質量ｐｐｍ以下、
Ｎｂ：Ｎｂ２Ｏ５換算で５０質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下、
Ｂｉ：Ｂｉ２Ｏ３換算で５０質量ｐｐｍ以上７００質量ｐｐｍ以下、
Ｖ：Ｖ２Ｏ５換算で５０質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下、及び
Ｔｉ：ＴｉＯ２換算で５０質量ｐｐｍ以上７００質量ｐｐｍ以下
を含み、
前記ＭｎＺｎ系フェライトに生じる全気孔の数に対して、結晶粒内に生じる気孔の数が２０．０％以下であり、
平均結晶粒径が１６μｍ以上である、ＭｎＺｎ系フェライト。
前記基本成分が、それぞれＦｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、及びＭｎＯ換算での鉄、亜鉛、及びマンガンの合計を１００ｍｏｌ％として、
鉄：Ｆｅ２Ｏ３換算で５１．０ｍｏｌ％以上５４．０ｍｏｌ％以下、
亜鉛：ＺｎＯ換算で１５．５ｍｏｌ％以上２１．０ｍｏｌ％以下、及び
マンガン：残部
であり、
前記基本成分に対して、前記副成分が、
Ｓｉ：ＳｉＯ２換算で１０質量ｐｐｍ以上２５質量ｐｐｍ未満、
Ｃａ：ＣａＣＯ３換算で５００質量ｐｐｍ以上１５００質量ｐｐｍ以下、
Ｎｂ：Ｎｂ２Ｏ５換算で５０質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下、
Ｂｉ：Ｂｉ２Ｏ３換算で５０質量ｐｐｍ以上７００質量ｐｐｍ以下、
Ｖ：Ｖ２Ｏ５換算で５０質量ｐｐｍ以上５００質量ｐｐｍ以下、及び
Ｔｉ：ＴｉＯ２換算で５０質量ｐｐｍ以上７００質量ｐｐｍ以下
を含み、
前記ＭｎＺｎ系フェライトに生じる全気孔の数に対して、結晶粒内に生じる気孔の数が２０．０％以下であり、
平均結晶粒径が１６μｍ以上である、ＭｎＺｎ系フェライト。
【0016】
［２］以下の式（１）で求められるΔＢ［ｍＴ］の値が、１００℃において２２０ｍＴ以上である、上記［１］に記載のＭｎＺｎ系フェライト。
ΔＢ＝Ｂｍ－Ｂｒ ・・・（１）
ただし、Ｂｍは飽和磁束密度［ｍＴ］、Ｂｒは残留磁束密度［ｍＴ］である。
ΔＢ＝Ｂｍ－Ｂｒ ・・・（１）
ただし、Ｂｍは飽和磁束密度［ｍＴ］、Ｂｒは残留磁束密度［ｍＴ］である。
【0017】
［３］周波数５００ｋＨｚ以上３ＭＨｚ以下の範囲において、以下の式（２）及び式（３）で求められる規格化インピーダンスＺｎｏｒｍ［Ω・ｍｍ－１］の最大値が３０Ω・ｍｍ－１以上である、上記［１］又は［２］に記載のＭｎＺｎ系フェライト。
Ｚｎｏｒｍ＝Ｚ・ｃ１／Ｎ２ ・・・（２）
ｃ１＝ｌｅ／Ａｅ ・・・（３）
ただし、Ｚはインピーダンス［Ω］、ｃ１はコア定数［ｍｍ－１］、ｌｅは磁路長［ｍｍ］、Ａｅは断面積［ｍｍ２］、Ｎはコイルの巻き数［－］である。
Ｚｎｏｒｍ＝Ｚ・ｃ１／Ｎ２ ・・・（２）
ｃ１＝ｌｅ／Ａｅ ・・・（３）
ただし、Ｚはインピーダンス［Ω］、ｃ１はコア定数［ｍｍ－１］、ｌｅは磁路長［ｍｍ］、Ａｅは断面積［ｍｍ２］、Ｎはコイルの巻き数［－］である。
【0018】
［４］１０ｋＨｚ、２３℃のμｉ’（初透磁率μｉの実数部分）が９０００以上、かつ５００ｋＨｚ、２３℃のμｉ’（初透磁率μｉの実数部分）が４０００以上で、かつキュリー温度が１５０℃以上である、上記［１］～［３］のいずれか一項に記載のＭｎＺｎ系フェライト。
【0019】
［５］焼結密度が５．００ｇ／ｃｍ３以上である、上記［１］～［４］のいずれか一項に記載のＭｎＺｎ系フェライト。
【0020】
［６］上記［１］～［５］のいずれか一項に記載のＭｎＺｎ系フェライトを製造する方法であって、
前記基本成分を混合して第１の混合物を得て、前記第１の混合物を仮焼して仮焼物を得る混合仮焼工程と、
前記仮焼物に前記副成分を添加及び混合して第２の混合物を得て、前記第２の混合物を粉砕して粉砕粉を得る混合粉砕工程と、
前記粉砕粉にバインダーを添加及び混合した後、造粒して造粒粉を得る造粒工程と、
前記造粒粉を成形して成形体を得る成形工程と、
焼成温度が４００℃から最高温度に達するまでの昇温速度が５０℃／ｈｒ以上３００℃／ｈｒ未満である条件下で前記成形体を焼成して、前記ＭｎＺｎ系フェライトを得る焼成工程と、
を有するＭｎＺｎ系フェライトの製造方法。
前記基本成分を混合して第１の混合物を得て、前記第１の混合物を仮焼して仮焼物を得る混合仮焼工程と、
前記仮焼物に前記副成分を添加及び混合して第２の混合物を得て、前記第２の混合物を粉砕して粉砕粉を得る混合粉砕工程と、
前記粉砕粉にバインダーを添加及び混合した後、造粒して造粒粉を得る造粒工程と、
前記造粒粉を成形して成形体を得る成形工程と、
焼成温度が４００℃から最高温度に達するまでの昇温速度が５０℃／ｈｒ以上３００℃／ｈｒ未満である条件下で前記成形体を焼成して、前記ＭｎＺｎ系フェライトを得る焼成工程と、
を有するＭｎＺｎ系フェライトの製造方法。
【0021】
［７］前記焼成工程における前記最高温度が１３７０℃以上１４５０℃以下である、上記［６］に記載のＭｎＺｎ系フェライトの製造方法。
【発明の効果】
【0022】
本発明のＭｎＺｎ系フェライトは、１０～５００ｋＨｚの広い周波数帯域における初透磁率が高く、１００℃のような高温でもΔＢが大きく、５００ｋＨｚ～３ＭＨｚの高周波数帯域における規格化インピーダンスの最大値が大きい。このようなＭｎＺｎ系フェライトは、高温かつ高周波数帯域に対応可能なコモン・モード・チョークとして使用できる。また、本発明のＭｎＺｎ系フェライトの製造方法によれば、上記のような優れた磁気特性を有するＭｎＺｎ系フェライトを製造することができる。
【発明を実施するための形態】
【0023】
以下、本発明に係るＭｎＺｎ系フェライト及びその製造方法の実施形態を説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を具体化した一例であって、その具体例をもって本発明の構成を限定するものではない。
【0024】
［ＭｎＺｎ系フェライト］
本発明に係るＭｎＺｎ系フェライトは、基本成分、副成分及び不可避的不純物からなり、Ｆｅ、Ｚｎ及びＭｎの酸化物を基本成分とする。なお、以下のｍｏｌ％は基本成分中の組成比である。
本発明に係るＭｎＺｎ系フェライトは、基本成分、副成分及び不可避的不純物からなり、Ｆｅ、Ｚｎ及びＭｎの酸化物を基本成分とする。なお、以下のｍｏｌ％は基本成分中の組成比である。
【0025】
（主成分）
Ｆｅ：Ｆｅ２Ｏ３換算で５１．０～５４．０ｍｏｌ％
ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＦｅがＦｅ２Ｏ３換算で５１．０ｍｏｌ％未満である場合、室温における初透磁率及びキュリー温度が低下する。また、ＦｅがＦｅ２Ｏ３換算で５１．０ｍｏｌ％未満の場合、Ｂｍが低下して十分なΔＢが得られない。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＦｅは、Ｆｅ２Ｏ３換算で５１．０ｍｏｌ％以上とし、５２．０ｍｏｌ％以上であることが好ましく、５２．５ｍｏｌ％以上であることがより好ましい。一方、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＦｅがＦｅ２Ｏ３換算で５４．０ｍｏｌ％を超える場合、室温における初透磁率が低下するため高透磁率材用途には不適となり、また損失成分が増え、相対損失係数ｔａｎδ／μｉが大きくなる。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＦｅは、Ｆｅ２Ｏ３換算で５４．０ｍｏｌ％以下とし、５３．９ｍｏｌ％以下であることが好ましく、５３．８ｍｏｌ％以下であることがより好ましい。
Ｆｅ：Ｆｅ２Ｏ３換算で５１．０～５４．０ｍｏｌ％
ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＦｅがＦｅ２Ｏ３換算で５１．０ｍｏｌ％未満である場合、室温における初透磁率及びキュリー温度が低下する。また、ＦｅがＦｅ２Ｏ３換算で５１．０ｍｏｌ％未満の場合、Ｂｍが低下して十分なΔＢが得られない。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＦｅは、Ｆｅ２Ｏ３換算で５１．０ｍｏｌ％以上とし、５２．０ｍｏｌ％以上であることが好ましく、５２．５ｍｏｌ％以上であることがより好ましい。一方、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＦｅがＦｅ２Ｏ３換算で５４．０ｍｏｌ％を超える場合、室温における初透磁率が低下するため高透磁率材用途には不適となり、また損失成分が増え、相対損失係数ｔａｎδ／μｉが大きくなる。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＦｅは、Ｆｅ２Ｏ３換算で５４．０ｍｏｌ％以下とし、５３．９ｍｏｌ％以下であることが好ましく、５３．８ｍｏｌ％以下であることがより好ましい。
【0026】
Ｚｎ：ＺｎＯ換算で１５．５～２１．０ｍｏｌ％
ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＺｎがＺｎＯ換算で１５．５ｍｏｌ％未満である場合、ＭｎＺｎ系フェライトの比抵抗が低下し、高周波数帯域における特性が不良となる。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＺｎは、ＺｎＯ換算で１５．５ｍｏｌ％以上とし、１６．０ｍｏｌ％以上であることが好ましく、１８．０ｍｏｌ％以上であることがより好ましい。一方、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＺｎがＺｎＯ換算で２１．０ｍｏｌ％を超える場合、ＭｎＺｎ系フェライトのＢｍが低下して、十分なΔＢが得られない。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＺｎは、ＺｎＯ換算で２１．０ｍｏｌ％以下とし、２０．８ｍｏｌ％以下であることが好ましく、２０．７ｍｏｌ％以下であることがより好ましい。
ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＺｎがＺｎＯ換算で１５．５ｍｏｌ％未満である場合、ＭｎＺｎ系フェライトの比抵抗が低下し、高周波数帯域における特性が不良となる。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＺｎは、ＺｎＯ換算で１５．５ｍｏｌ％以上とし、１６．０ｍｏｌ％以上であることが好ましく、１８．０ｍｏｌ％以上であることがより好ましい。一方、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＺｎがＺｎＯ換算で２１．０ｍｏｌ％を超える場合、ＭｎＺｎ系フェライトのＢｍが低下して、十分なΔＢが得られない。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＺｎは、ＺｎＯ換算で２１．０ｍｏｌ％以下とし、２０．８ｍｏｌ％以下であることが好ましく、２０．７ｍｏｌ％以下であることがより好ましい。
【0027】
Ｍｎ：残部
本発明において、十分な初透磁率を得るという観点から、ＭｎＺｎ系フェライトに含まれる基本成分の残部はＭｎとする。例えば、フェライトに含まれる基本成分の残部をＮｉとすると、十分な初透磁率が得られない。なお、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＭｎは、ＭｎＯ換算で２３．０ｍｏｌ％以上であることが好ましく、２５．０ｍｏｌ％以上であることがより好ましく、２６．０ｍｏｌ％以上であることがさらに好ましい。また、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＭｎは、ＭｎＯ換算で３０．０ｍｏｌ％以下であることが好ましく、２９．５ｍｏｌ％以下であることがより好ましく、２９．３ｍｏｌ％以下であることがさらに好ましい。
本発明において、十分な初透磁率を得るという観点から、ＭｎＺｎ系フェライトに含まれる基本成分の残部はＭｎとする。例えば、フェライトに含まれる基本成分の残部をＮｉとすると、十分な初透磁率が得られない。なお、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＭｎは、ＭｎＯ換算で２３．０ｍｏｌ％以上であることが好ましく、２５．０ｍｏｌ％以上であることがより好ましく、２６．０ｍｏｌ％以上であることがさらに好ましい。また、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＭｎは、ＭｎＯ換算で３０．０ｍｏｌ％以下であることが好ましく、２９．５ｍｏｌ％以下であることがより好ましく、２９．３ｍｏｌ％以下であることがさらに好ましい。
【0028】
（副成分）
次に、副成分について説明する。なお、本発明では、副成分の含有量は基本成分に対する含有量とする。
次に、副成分について説明する。なお、本発明では、副成分の含有量は基本成分に対する含有量とする。
【0029】
Ｓｉ：ＳｉＯ２換算で１０質量ｐｐｍ以上２５質量ｐｐｍ未満
ＳｉＯ２は、結晶組織の中で粒界に偏析し、粒界の抵抗を向上させ、高周波数帯域の初透磁率や規格化インピーダンスを向上させる働きがある。ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＳｉがＳｉＯ２換算で１０質量ｐｐｍ未満である場合、高周波数帯域におけるＭｎＺｎ系フェライトの初透磁率が不十分である。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＳｉは、ＳｉＯ２換算で１０質量ｐｐｍ以上とし、１１質量ｐｐｍ以上であることが好ましい。一方、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＳｉがＳｉＯ２換算で２５質量ｐｐｍ以上の場合、異常粒成長を引き起こし、低周波数帯域におけるＭｎＺｎ系フェライトの初透磁率を著しく低下させる。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＳｉは、ＳｉＯ２換算で２５質量ｐｐｍ未満とし、２３質量ｐｐｍ以下であることが好ましく、２０質量ｐｐｍ以下であることがより好ましい。
ＳｉＯ２は、結晶組織の中で粒界に偏析し、粒界の抵抗を向上させ、高周波数帯域の初透磁率や規格化インピーダンスを向上させる働きがある。ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＳｉがＳｉＯ２換算で１０質量ｐｐｍ未満である場合、高周波数帯域におけるＭｎＺｎ系フェライトの初透磁率が不十分である。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＳｉは、ＳｉＯ２換算で１０質量ｐｐｍ以上とし、１１質量ｐｐｍ以上であることが好ましい。一方、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＳｉがＳｉＯ２換算で２５質量ｐｐｍ以上の場合、異常粒成長を引き起こし、低周波数帯域におけるＭｎＺｎ系フェライトの初透磁率を著しく低下させる。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＳｉは、ＳｉＯ２換算で２５質量ｐｐｍ未満とし、２３質量ｐｐｍ以下であることが好ましく、２０質量ｐｐｍ以下であることがより好ましい。
【0030】
Ｃａ：ＣａＣＯ３換算で５００～１５００質量ｐｐｍ
ＣａＣＯ３は、結晶組織の中で粒界に偏析し、粒界の抵抗を向上させ、高周波数帯域の初透磁率や規格化インピーダンスを向上させる働きがある。ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＣａがＣａＣＯ３換算で５００質量ｐｐｍ未満である場合、高周波数帯域におけるＭｎＺｎ系フェライトの初透磁率が急激に降下する。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＣａは、ＣａＣＯ３換算で５００質量ｐｐｍ以上とし、７００質量ｐｐｍ以上であることが好ましい。一方、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＣａがＣａＣＯ３換算で１５００質量ｐｐｍを超える場合、異常粒成長を引き起こし、低周波数帯域におけるＭｎＺｎ系フェライトの初透磁率を著しく低下させる。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＣａは、ＣａＣＯ３換算で１５００質量ｐｐｍ以下とし、１２５０質量ｐｐｍ以下であることが好ましい。
ＣａＣＯ３は、結晶組織の中で粒界に偏析し、粒界の抵抗を向上させ、高周波数帯域の初透磁率や規格化インピーダンスを向上させる働きがある。ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＣａがＣａＣＯ３換算で５００質量ｐｐｍ未満である場合、高周波数帯域におけるＭｎＺｎ系フェライトの初透磁率が急激に降下する。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＣａは、ＣａＣＯ３換算で５００質量ｐｐｍ以上とし、７００質量ｐｐｍ以上であることが好ましい。一方、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＣａがＣａＣＯ３換算で１５００質量ｐｐｍを超える場合、異常粒成長を引き起こし、低周波数帯域におけるＭｎＺｎ系フェライトの初透磁率を著しく低下させる。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＣａは、ＣａＣＯ３換算で１５００質量ｐｐｍ以下とし、１２５０質量ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【0031】
Ｎｂ：Ｎｂ２Ｏ５換算で５０～５００質量ｐｐｍ
Ｎｂ２Ｏ５は、粒界に偏析し、Ｃａと結合して、結晶粒内に残存しているＣａ２＋を粒界に引き寄せることで粒界を高抵抗化させる。そのため、Ｎｂ２Ｏ５を含有することで渦電流損失を低減し、高周波数帯域の規格化インピーダンスを高く維持することができ、残留磁束密度を低減させることが可能となる。ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＮｂがＮｂ２Ｏ５換算で５０質量ｐｐｍ未満である場合、上記の効果が十分に得られない。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＮｂは、Ｎｂ２Ｏ５換算で５０質量ｐｐｍ以上とし、６０質量ｐｐｍ以上であることが好ましく、７０質量ｐｐｍ以上であることがより好ましい。一方、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＮｂがＮｂ２Ｏ５換算で５００質量ｐｐｍを超える場合、異常粒成長を起こし、ＭｎＺｎ系フェライトの比抵抗の低下及び初透磁率の低下を招く。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＮｂは、Ｎｂ２Ｏ５換算で５００質量ｐｐｍ以下とし、４００質量ｐｐｍ以下であることが好ましく、３５０質量ｐｐｍ以下であることがより好ましく、３００質量ｐｐｍ以下であることがさらに好ましく、２００質量ｐｐｍ以下であることが最も好ましい。
Ｎｂ２Ｏ５は、粒界に偏析し、Ｃａと結合して、結晶粒内に残存しているＣａ２＋を粒界に引き寄せることで粒界を高抵抗化させる。そのため、Ｎｂ２Ｏ５を含有することで渦電流損失を低減し、高周波数帯域の規格化インピーダンスを高く維持することができ、残留磁束密度を低減させることが可能となる。ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＮｂがＮｂ２Ｏ５換算で５０質量ｐｐｍ未満である場合、上記の効果が十分に得られない。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＮｂは、Ｎｂ２Ｏ５換算で５０質量ｐｐｍ以上とし、６０質量ｐｐｍ以上であることが好ましく、７０質量ｐｐｍ以上であることがより好ましい。一方、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＮｂがＮｂ２Ｏ５換算で５００質量ｐｐｍを超える場合、異常粒成長を起こし、ＭｎＺｎ系フェライトの比抵抗の低下及び初透磁率の低下を招く。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＮｂは、Ｎｂ２Ｏ５換算で５００質量ｐｐｍ以下とし、４００質量ｐｐｍ以下であることが好ましく、３５０質量ｐｐｍ以下であることがより好ましく、３００質量ｐｐｍ以下であることがさらに好ましく、２００質量ｐｐｍ以下であることが最も好ましい。
【0032】
Ｂｉ：Ｂｉ２Ｏ３換算で５０～７００質量ｐｐｍ
Ｂｉ２Ｏ３は結晶粒成長を促す効果があり、微量を添加することで室温の初透磁率を大幅に向上させることができる。しかし、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＢｉがＢｉ２Ｏ３換算で５０質量ｐｐｍ未満である場合、初透磁率を向上させる効果が十分に得られない。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＢｉは、Ｂｉ２Ｏ３換算で５０質量ｐｐｍ以上とし、７５質量ｐｐｍ以上であることが好ましく、１００質量ｐｐｍ以上であることがより好ましく、１５０質量ｐｐｍ以上であることがさらに好ましく、２５０質量ｐｐｍ以上であることが最も好ましい。一方、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＢｉがＢｉ２Ｏ３換算で７００質量ｐｐｍを超える場合、異常粒成長を起こし、初透磁率の低下を招く。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＢｉは、Ｂｉ２Ｏ３換算で７００質量ｐｐｍ以下とし、６５０質量ｐｐｍ以下であることが好ましく、５００質量ｐｐｍ以下であることがより好ましい。
Ｂｉ２Ｏ３は結晶粒成長を促す効果があり、微量を添加することで室温の初透磁率を大幅に向上させることができる。しかし、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＢｉがＢｉ２Ｏ３換算で５０質量ｐｐｍ未満である場合、初透磁率を向上させる効果が十分に得られない。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＢｉは、Ｂｉ２Ｏ３換算で５０質量ｐｐｍ以上とし、７５質量ｐｐｍ以上であることが好ましく、１００質量ｐｐｍ以上であることがより好ましく、１５０質量ｐｐｍ以上であることがさらに好ましく、２５０質量ｐｐｍ以上であることが最も好ましい。一方、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＢｉがＢｉ２Ｏ３換算で７００質量ｐｐｍを超える場合、異常粒成長を起こし、初透磁率の低下を招く。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＢｉは、Ｂｉ２Ｏ３換算で７００質量ｐｐｍ以下とし、６５０質量ｐｐｍ以下であることが好ましく、５００質量ｐｐｍ以下であることがより好ましい。
【0033】
Ｖ：Ｖ２Ｏ５換算で５０～５００質量ｐｐｍ
Ｖ２Ｏ５は、比較的融点が低く、焼成時に液相を形成することで結晶の緻密化を促進し、焼結密度を向上させ飽和磁束密度を増大させる効果を有する。また、Ｖ２Ｏ５は、Ｎｂ２Ｏ５と同様に粒界近傍でＣａ－Ｖ結合を形成し、Ｃａ２＋を粒界に偏析させて粒界を高抵抗化させる。渦電流損失の低減により高周波数帯域の規格化インピーダンスを向上させ、残留磁束密度の低減をもたらす。なお、Ｖ２Ｏ５はＮｂ２Ｏ５よりも残留磁束密度の低減に大きな効果をもたらす。加えて、液相焼結になることで粒界近傍の歪みが緩和されるので、粒界応力が低減して残留磁束密度が低減すると考えられる。ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＶがＶ２Ｏ５換算で５０質量ｐｐｍ未満である場合、上記の効果が十分に得られない。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＶは、Ｖ２Ｏ５換算で５０質量ｐｐｍ以上とし、７０質量ｐｐｍ以上であることが好ましく、８０質量ｐｐｍ以上であることがより好ましく、９０質量ｐｐｍ以上であることがさらに好ましい。一方、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＶがＶ２Ｏ５換算で５００質量ｐｐｍを超える場合、ＭｎＺｎ系フェライトの比抵抗が上昇して、初透磁率が大きく低下する。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＶは、Ｖ２Ｏ５換算で５００質量ｐｐｍ以下とし、４５０質量ｐｐｍ以下であることが好ましく、４００質量ｐｐｍ以下であることがより好ましく、３５０質量ｐｐｍ以下であることがさらに好ましく、３００質量ｐｐｍ以下であることがさらに好ましく、２５０質量ｐｐｍ以下であることが最も好ましい。
Ｖ２Ｏ５は、比較的融点が低く、焼成時に液相を形成することで結晶の緻密化を促進し、焼結密度を向上させ飽和磁束密度を増大させる効果を有する。また、Ｖ２Ｏ５は、Ｎｂ２Ｏ５と同様に粒界近傍でＣａ－Ｖ結合を形成し、Ｃａ２＋を粒界に偏析させて粒界を高抵抗化させる。渦電流損失の低減により高周波数帯域の規格化インピーダンスを向上させ、残留磁束密度の低減をもたらす。なお、Ｖ２Ｏ５はＮｂ２Ｏ５よりも残留磁束密度の低減に大きな効果をもたらす。加えて、液相焼結になることで粒界近傍の歪みが緩和されるので、粒界応力が低減して残留磁束密度が低減すると考えられる。ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＶがＶ２Ｏ５換算で５０質量ｐｐｍ未満である場合、上記の効果が十分に得られない。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＶは、Ｖ２Ｏ５換算で５０質量ｐｐｍ以上とし、７０質量ｐｐｍ以上であることが好ましく、８０質量ｐｐｍ以上であることがより好ましく、９０質量ｐｐｍ以上であることがさらに好ましい。一方、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＶがＶ２Ｏ５換算で５００質量ｐｐｍを超える場合、ＭｎＺｎ系フェライトの比抵抗が上昇して、初透磁率が大きく低下する。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＶは、Ｖ２Ｏ５換算で５００質量ｐｐｍ以下とし、４５０質量ｐｐｍ以下であることが好ましく、４００質量ｐｐｍ以下であることがより好ましく、３５０質量ｐｐｍ以下であることがさらに好ましく、３００質量ｐｐｍ以下であることがさらに好ましく、２５０質量ｐｐｍ以下であることが最も好ましい。
【0034】
Ｔｉ：ＴｉＯ２換算で５０～７００質量ｐｐｍ
Ｔｉは通常酸化物の形態で存在し、ＴｉＯ２は、結晶粒内に固溶して、Ｆｅ３＋－Ｆｅ２＋間での電子の授受を妨げる働きをするため、ＭｎＺｎ系フェライト粒内の比抵抗を好適に向上させる効果がある。ＭｎＺｎ系フェライトにおいて、Ｎｂ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、及びＶ２Ｏ５に加え、ＴｉＯ２の添加による相乗効果によって、高い初透磁率、高いΔＢの実現及び高周波数帯域における高規格化インピーダンスが好適に得られる。
Ｔｉは通常酸化物の形態で存在し、ＴｉＯ２は、結晶粒内に固溶して、Ｆｅ３＋－Ｆｅ２＋間での電子の授受を妨げる働きをするため、ＭｎＺｎ系フェライト粒内の比抵抗を好適に向上させる効果がある。ＭｎＺｎ系フェライトにおいて、Ｎｂ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、及びＶ２Ｏ５に加え、ＴｉＯ２の添加による相乗効果によって、高い初透磁率、高いΔＢの実現及び高周波数帯域における高規格化インピーダンスが好適に得られる。
【0035】
また、ＴｉＯ２は、初透磁率の温度特性に影響を与える。ＭｎＺｎ系フェライトの初透磁率は、一般的に磁性が消失する温度であるキュリー温度の直下でピークをとり、これをプライマリーピークと呼ぶ。また、ＭｎＺｎ系フェライトの初透磁率は、キュリー温度よりも低く、結晶磁気異方性定数Ｋ１が０となる温度で出現するピークがあり、このピークをセカンダリーピークと呼ぶ。ＴｉＯ２を５０質量ｐｐｍ以上添加することで、セカンダリーピークを低温側に好適に移動させることができる。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＴｉは、ＴｉＯ２換算で５０質量ｐｐｍ以上とし、５５質量ｐｐｍ以上であることが好ましく、７５質量ｐｐｍ以上であることがより好ましく、９０質量ｐｐｍ以上であることがさらに好ましく、１００質量ｐｐｍ以上であることが最も好ましい。一方、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＴｉが７００質量ｐｐｍを超える場合、セカンダリーピークが大きく低温側にずれるため、初透磁率の向上に寄与しない。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトに含有されるＴｉは、ＴｉＯ２換算で７００質量ｐｐｍ以下とし、６５０質量ｐｐｍ以下であることが好ましく、６００質量ｐｐｍ以下であることがより好ましく、５５０質量ｐｐｍ以下であることがさらに好ましく、５００質量ｐｐｍ以下であることが最も好ましい。
【0036】
一般的に高透磁率材は、室温付近（２５℃付近）にセカンダリーピークが出現する組成を選択する。本発明に係るＭｎＺｎ系フェライトにおいては、ＴｉＯ２を添加してセカンダリーピークを１０～１５℃程度高温にずらし、セカンダリーピークを室温付近（２５℃付近）にシフトさせることが好ましい。セカンダリーピークのシフトによって、ＭｎＺｎ系フェライトの高透磁率を維持しながら比抵抗を好適に向上させ、高周波数帯域における特性の改善及び残留磁束密度の低減といった効果を好適に得ることができる。
【0037】
（不可避的不純物）
本発明の組成は、基本成分と副成分以外は不可避的不純物からなる。不可避的不純物としてはＰ、Ｂ、Ｓ、Ｃｌ等を例示でき、これら不可避的不純物の合計含有量は５００質量ｐｐｍ以下に抑制する。
本発明の組成は、基本成分と副成分以外は不可避的不純物からなる。不可避的不純物としてはＰ、Ｂ、Ｓ、Ｃｌ等を例示でき、これら不可避的不純物の合計含有量は５００質量ｐｐｍ以下に抑制する。
【0038】
（結晶粒内の気孔割合）
ＭｎＺｎ系フェライトに生じる全気孔の数に対する結晶粒内に生じる気孔の数、すなわち結晶粒内の気孔割合が２０．０％を超える場合、初透磁率が十分に得られない。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトに生じる全気孔の数に対して、結晶粒内に生じる気孔の数は２０．０％以下とし、１９．５％以下であることが好ましく、１６．０％以下であることがより好ましい。一方、ＭｎＺｎ系フェライトの結晶粒内の気孔割合に下限はなく、０．０％としてもよい。
ＭｎＺｎ系フェライトに生じる全気孔の数に対する結晶粒内に生じる気孔の数、すなわち結晶粒内の気孔割合が２０．０％を超える場合、初透磁率が十分に得られない。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトに生じる全気孔の数に対して、結晶粒内に生じる気孔の数は２０．０％以下とし、１９．５％以下であることが好ましく、１６．０％以下であることがより好ましい。一方、ＭｎＺｎ系フェライトの結晶粒内の気孔割合に下限はなく、０．０％としてもよい。
【0039】
なお、ＭｎＺｎ系フェライトの結晶粒内の気孔割合は以下のようにして求めることができる。ＭｎＺｎ系フェライトの試料の破面を研磨して、フッ硝酸による粒界部エッチングを行う。エッチングした破面について、光学顕微鏡を用いて２００～５００倍視野で観察する。得られた画像を解析し、結晶粒内に生じる気孔の総数を視野内の全残存気孔の総数で除すことで、結晶粒内の気孔割合を求めることができる。
【0040】
（結晶粒径）
ＭｎＺｎ系フェライトの平均結晶粒径が１６μｍ未満の場合、磁壁の移動が抑制されるため、１０ｋＨｚ、２３℃のμｉ’（初透磁率μｉの実数部分）が低下する。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトの平均結晶粒径は１６μｍ以上とする。一方、ＭｎＺｎ系フェライトの平均結晶粒径が２５μｍを超えると、粒界比抵抗の低下によりインピーダンスが所望の値を満たさなくなる。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトの平均結晶粒径は２５μｍ以下であることが好ましい。
ＭｎＺｎ系フェライトの平均結晶粒径が１６μｍ未満の場合、磁壁の移動が抑制されるため、１０ｋＨｚ、２３℃のμｉ’（初透磁率μｉの実数部分）が低下する。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトの平均結晶粒径は１６μｍ以上とする。一方、ＭｎＺｎ系フェライトの平均結晶粒径が２５μｍを超えると、粒界比抵抗の低下によりインピーダンスが所望の値を満たさなくなる。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトの平均結晶粒径は２５μｍ以下であることが好ましい。
【0041】
なお、ＭｎＺｎ系フェライトの結晶粒径は以下のようにして求めることができる。ＭｎＺｎ系フェライトの試料を破断し、破断後の断面を光学顕微鏡で倍率４００倍にて観察する。なお、この視野に含まれる結晶粒径の個数は１０００～２０００個である。観察された各結晶粒を真円と仮定して結晶粒径を計算し、その平均値を求める。結晶粒径の計算には、例えば画像解析ソフト「Ａ像くん」（登録商標：旭化成エンジニアリング株式会社製）を使用してもよい。
【0042】
（ΔＢ）
ＭｎＺｎ系フェライトのΔＢ［ｍＴ］は、以下の式（１）で求められ、１００℃において２２０ｍＴ未満であると、磁気飽和を起こしやすい。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトのΔＢは、１００℃において２２０ｍＴ以上とし、２２１ｍＴ以上であることが好ましい。一方、ＭｎＺｎ系フェライトのΔＢは大きければ大きいほど好ましく、特に上限はない。なお、従来製造されているＭｎＺｎ系フェライトは、一般に１００℃における飽和磁束密度が２５０ｍＴ程度なので、ΔＢは１９０ｍＴ程度である。
ΔＢ＝Ｂｍ－Ｂｒ ・・・（１）
ただし、Ｂｍは飽和磁束密度［ｍＴ］、Ｂｒは残留磁束密度［ｍＴ］である。
ＭｎＺｎ系フェライトのΔＢ［ｍＴ］は、以下の式（１）で求められ、１００℃において２２０ｍＴ未満であると、磁気飽和を起こしやすい。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトのΔＢは、１００℃において２２０ｍＴ以上とし、２２１ｍＴ以上であることが好ましい。一方、ＭｎＺｎ系フェライトのΔＢは大きければ大きいほど好ましく、特に上限はない。なお、従来製造されているＭｎＺｎ系フェライトは、一般に１００℃における飽和磁束密度が２５０ｍＴ程度なので、ΔＢは１９０ｍＴ程度である。
ΔＢ＝Ｂｍ－Ｂｒ ・・・（１）
ただし、Ｂｍは飽和磁束密度［ｍＴ］、Ｂｒは残留磁束密度［ｍＴ］である。
【0043】
ＭｎＺｎ系フェライトの室温（ｒ．ｔ．）における飽和磁束密度は、大きな電流がフェライトコアを流れた際に磁気飽和するのを防ぐ観点から、４５０ｍＴ以上であることが好ましく、４９０ｍＴ以上がより好ましい。一方、ＭｎＺｎ系フェライトの飽和磁束密度は大きければ大きいほど好ましく、特に上限はない。
【0044】
なお、ＭｎＺｎ系フェライトの飽和磁束密度及び残留磁束密度は以下のようにして求めることができる。ＭｎＺｎ系フェライトからトロイダルコアを作製し、トロイダルコアの１次側に４０ターン、２次側に２０ターンの銅線を巻く。直流磁化特性試験装置を用い、磁化力Ｈを最大１２００Ａ／ｍとして、トロイダルコアの飽和磁束密度及び残留磁束密度を測定する。得られた飽和磁束密度及び残留磁束密度から、ΔＢを求めることができる。
【0045】
（規格化インピーダンスＺｎｏｒｍ）
本明細書において規格化インピーダンスとは、実測したインピーダンスを寸法及びコイルの巻き数で規格化した値とする。ＭｎＺｎ系フェライトの規格化インピーダンスＺｎｏｒｍ［Ω・ｍｍ－１］は、周波数５００ｋＨｚ～３ＭＨｚの範囲において、以下の式（２）及び式（３）で求められる。ＭｎＺｎ系フェライトのＺｎｏｒｍは、周波数１ＭＨｚ付近における最大値が３０Ω・ｍｍ－１以上であると、１ＭＨｚ付近のノイズを除去することができる。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトのＺｎｏｒｍは、周波数５００ｋＨｚ～３ＭＨｚの範囲において、最大値が３０Ω・ｍｍ－１以上であるものとし、４０Ω・ｍｍ－１以上であることが好ましく、４５Ω・ｍｍ－１以上であることがより好ましい。一方、Ｚｎｏｒｍの最大値が５０Ω・ｍｍ－１を超えると、５００ｋＨｚ未満における低周波のＺｎｏｒｍが低下してしまい、ノイズが除去できなくなる場合がある。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトのＺｎｏｒｍは、周波数５００ｋＨｚ～３ＭＨｚの範囲において、最大値を５０Ω・ｍｍ－１以下とするのが好ましい。なお、従来の高透磁率であるＭｎＺｎ系フェライトは、高周波数帯域におけるインダクタンスが低いので、Ｚｎｏｒｍの最大値は２０Ω・ｍｍ－１程度である。
Ｚｎｏｒｍ＝Ｚ・ｃ１／Ｎ２ ・・・（２）
ｃ１＝ｌｅ／Ａｅ ・・・（３）
ただし、Ｚはインピーダンス［Ω］、ｃ１はコア定数［ｍｍ－１］、ｌｅは磁路長［ｍｍ］、Ａｅは断面積［ｍｍ２］、Ｎはコイルの巻き数［－］である。なお、断面積はトロイダルコアの周方向に垂直な断面の面積とする。
本明細書において規格化インピーダンスとは、実測したインピーダンスを寸法及びコイルの巻き数で規格化した値とする。ＭｎＺｎ系フェライトの規格化インピーダンスＺｎｏｒｍ［Ω・ｍｍ－１］は、周波数５００ｋＨｚ～３ＭＨｚの範囲において、以下の式（２）及び式（３）で求められる。ＭｎＺｎ系フェライトのＺｎｏｒｍは、周波数１ＭＨｚ付近における最大値が３０Ω・ｍｍ－１以上であると、１ＭＨｚ付近のノイズを除去することができる。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトのＺｎｏｒｍは、周波数５００ｋＨｚ～３ＭＨｚの範囲において、最大値が３０Ω・ｍｍ－１以上であるものとし、４０Ω・ｍｍ－１以上であることが好ましく、４５Ω・ｍｍ－１以上であることがより好ましい。一方、Ｚｎｏｒｍの最大値が５０Ω・ｍｍ－１を超えると、５００ｋＨｚ未満における低周波のＺｎｏｒｍが低下してしまい、ノイズが除去できなくなる場合がある。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトのＺｎｏｒｍは、周波数５００ｋＨｚ～３ＭＨｚの範囲において、最大値を５０Ω・ｍｍ－１以下とするのが好ましい。なお、従来の高透磁率であるＭｎＺｎ系フェライトは、高周波数帯域におけるインダクタンスが低いので、Ｚｎｏｒｍの最大値は２０Ω・ｍｍ－１程度である。
Ｚｎｏｒｍ＝Ｚ・ｃ１／Ｎ２ ・・・（２）
ｃ１＝ｌｅ／Ａｅ ・・・（３）
ただし、Ｚはインピーダンス［Ω］、ｃ１はコア定数［ｍｍ－１］、ｌｅは磁路長［ｍｍ］、Ａｅは断面積［ｍｍ２］、Ｎはコイルの巻き数［－］である。なお、断面積はトロイダルコアの周方向に垂直な断面の面積とする。
【0046】
なお、ＭｎＺｎ系フェライトのＺｎｏｒｍは以下のようにして求めることができる。ＬＣＲメータ（キーサイト社製４９８０Ａ）を用いて、ＭｎＺｎ系フェライトの、２３℃における１ｋＨｚ～３０ＭＨｚのインダクタンスＬと品質係数Ｑを測定する。その値を基に初透磁率及びコア定数で規格化した規格化インピーダンスＺｎｏｒｍを算出する。
【0047】
（初透磁率）
ＭｎＺｎ系フェライトのμｉ’（初透磁率μｉの実数部分）は、インダクタンス成分によるノイズ除去の観点から、１０ｋＨｚ、２３℃において９０００以上、かつ５００ｋＨｚ、２３℃において４０００以上とするのが好ましい。また、ＭｎＺｎ系フェライトのμｉ’は、１００ｋＨｚ、２３℃において４５００以上であることがより好ましい。一方、ＭｎＺｎ系フェライトのμｉ’が過剰に高いと、１ＭＨｚ以上のインピーダンスＺが低下してノイズを取ることができない。したがって、１０ｋＨｚ、２３℃におけるμｉ’は１２０００以下であることが好ましい。同様に、５００ｋＨｚ、２３℃におけるμｉ’は５０００以下であることが好ましい。
ＭｎＺｎ系フェライトのμｉ’（初透磁率μｉの実数部分）は、インダクタンス成分によるノイズ除去の観点から、１０ｋＨｚ、２３℃において９０００以上、かつ５００ｋＨｚ、２３℃において４０００以上とするのが好ましい。また、ＭｎＺｎ系フェライトのμｉ’は、１００ｋＨｚ、２３℃において４５００以上であることがより好ましい。一方、ＭｎＺｎ系フェライトのμｉ’が過剰に高いと、１ＭＨｚ以上のインピーダンスＺが低下してノイズを取ることができない。したがって、１０ｋＨｚ、２３℃におけるμｉ’は１２０００以下であることが好ましい。同様に、５００ｋＨｚ、２３℃におけるμｉ’は５０００以下であることが好ましい。
【0048】
なお、ＭｎＺｎ系フェライトのμｉ’は以下のようにして求めることができる。ＭｎＺｎ系フェライトからトロイダルコアを作製し、トロイダルコアに銅線を１０ターン巻く。銅線を巻いたトロイダルコアを、ＬＣＲメータ（キーサイト社製４９８０Ａ）を用いて、２３℃、１０ｋＨｚ及び２３℃、５００ｋＨｚにおいて、インダクタンスＬと品質係数Ｑを測定し、その値を基にμｉ’を計算する。
【0049】
（キュリー温度）
ＭｎＺｎ系フェライトのキュリー温度は、スイッチング動作による周囲環境の高温化の観点から、１５０℃以上とする。一方、ＭｎＺｎ系フェライトのキュリー温度に上限はないが、通常は２５０℃以下となる。なお、初透磁率μｉ’の温度変化から、ＭｎＺｎ系フェライトが強磁性から常磁性に変化する温度を求め、求めた温度をキュリー温度とする。
ＭｎＺｎ系フェライトのキュリー温度は、スイッチング動作による周囲環境の高温化の観点から、１５０℃以上とする。一方、ＭｎＺｎ系フェライトのキュリー温度に上限はないが、通常は２５０℃以下となる。なお、初透磁率μｉ’の温度変化から、ＭｎＺｎ系フェライトが強磁性から常磁性に変化する温度を求め、求めた温度をキュリー温度とする。
【0050】
（焼結密度）
ＭｎＺｎ系フェライトの焼結密度が５．００ｇ／ｃｍ３以上であると、飽和磁束密度が向上し、高いΔＢが得られる。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトの焼結密度は５．００ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましい。一方、ＭｎＺｎ系フェライトの焼結密度は大きければ大きいほど好ましく、特に上限はないが、通常は５．１０ｇ／ｃｍ３程度である。
ＭｎＺｎ系フェライトの焼結密度が５．００ｇ／ｃｍ３以上であると、飽和磁束密度が向上し、高いΔＢが得られる。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトの焼結密度は５．００ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましい。一方、ＭｎＺｎ系フェライトの焼結密度は大きければ大きいほど好ましく、特に上限はないが、通常は５．１０ｇ／ｃｍ３程度である。
【0051】
（比抵抗）
ＭｎＺｎ系フェライトの比抵抗が１０Ω・ｃｍ以上であると、Ｚｎｏｒｍが最大値をとる周波数がより高周波側にシフトし、当該最大値がより大きい値となる。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトの比抵抗は１０Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。一方、ＭｎＺｎ系フェライトの比抵抗が５０Ω・ｃｍ以下であると、高い初透磁率が好適に得られる。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトの比抵抗は５０Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。なお、ＭｎＺｎ系フェライトの比抵抗は４端子法により求めることができる。
ＭｎＺｎ系フェライトの比抵抗が１０Ω・ｃｍ以上であると、Ｚｎｏｒｍが最大値をとる周波数がより高周波側にシフトし、当該最大値がより大きい値となる。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトの比抵抗は１０Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。一方、ＭｎＺｎ系フェライトの比抵抗が５０Ω・ｃｍ以下であると、高い初透磁率が好適に得られる。したがって、ＭｎＺｎ系フェライトの比抵抗は５０Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。なお、ＭｎＺｎ系フェライトの比抵抗は４端子法により求めることができる。
【0052】
［ＭｎＺｎ系フェライトの製造方法］
本発明に係るＭｎＺｎ系フェライトの製造方法は、基本成分を混合して第１の混合物を得て、第１の混合物を仮焼して仮焼物を得る混合仮焼工程と、仮焼物に副成分を添加及び混合して第２の混合物を得て、第２の混合物を粉砕して粉砕粉を得る混合粉砕工程と、粉砕粉にバインダーを添加及び混合した後、造粒して造粒粉を得る造粒工程と、造粒粉を成形して成形体を得る成形工程と、焼成温度が４００℃から最高温度に達するまでの昇温速度が５０℃／ｈｒ以上３００℃／ｈｒ未満である条件下で成形体を焼成して、ＭｎＺｎ系フェライトを得る焼成工程と、を有する。
本発明に係るＭｎＺｎ系フェライトの製造方法は、基本成分を混合して第１の混合物を得て、第１の混合物を仮焼して仮焼物を得る混合仮焼工程と、仮焼物に副成分を添加及び混合して第２の混合物を得て、第２の混合物を粉砕して粉砕粉を得る混合粉砕工程と、粉砕粉にバインダーを添加及び混合した後、造粒して造粒粉を得る造粒工程と、造粒粉を成形して成形体を得る成形工程と、焼成温度が４００℃から最高温度に達するまでの昇温速度が５０℃／ｈｒ以上３００℃／ｈｒ未満である条件下で成形体を焼成して、ＭｎＺｎ系フェライトを得る焼成工程と、を有する。
【0053】
ＭｎＺｎ系フェライトの製造においては、まず上述した比率となるように、基本成分であるＦｅ２Ｏ３、ＺｎＯ及びＭｎＯ粉末を秤量し、これらを十分に混合して第１の混合物とした後に、この第１の混合物を仮焼する（混合仮焼工程）。この際、不可避的不純物については、上述した範囲内に制限する。混合は、湿式ボールミルを用いて１６時間程度行うのが好ましい。また、仮焼条件は特に限定されないが、例えば大気中で９２５℃、３時間としてよい。
【0054】
次に、得られた仮焼物に、本開示にて規定された含有量となるように副成分を所定の比率で加え、仮焼粉と混合して粉砕を行う（混合粉砕工程）。この工程にて、添加した成分の濃度に偏りがないよう粉末を充分に均質化し、同時に仮焼粉を目標の平均粒径の大きさまで微細化させ、粉砕粉とする。粉砕は、湿式ボールミルを用いて１６時間行うことが好ましい。また、粉砕粉の平均粒径は１．１５μｍ～１．２５μｍであることが好ましい。
【0055】
次いで、粉砕粉に、ポリビニルアルコール等の公知の有機物バインダーを加え、スプレードライ法等により造粒して造粒粉を得る（造粒工程）。その後、必要であれば粒度調整のための篩通し等の工程を経て、成形機にて圧力を加えて成形して成形体とする（成形工程）。
【0056】
次いで、成形体を焼成し、ＭｎＺｎ系フェライトを得る（焼成工程）。焼成工程において、４００℃～最高温度までの昇温速度を５０℃／ｈｒ以上３００℃／ｈｒ未満とすることで、ＭｎＺｎ系フェライトに生じる全気孔数のうち、結晶粒内に生ずる気孔の数を２０．０％以下とすることができる。また、焼成工程における４００℃～最高温度までの昇温速度が５０℃／ｈｒ未満の場合、焼結が進まず焼結密度の低下を招き、初透磁率が低下する。したがって、焼成工程における４００℃～最高温度までの昇温速度は、５０℃／ｈｒ以上とし、１００℃／ｈｒ以上であることが好ましく、１５０℃／ｈｒ以上であることがより好ましい。一方、焼成工程における４００℃～最高温度までの昇温速度が３００℃／ｈｒ以上である場合、焼成前は粒界に在った気孔が、結晶粒成長に伴って粒内に取り込まれ、粒内の気孔として残る。したがって、焼成工程における４００℃～最高温度までの昇温速度は、３００℃／ｈｒ未満とし、２５０℃／ｈｒ以下であることが好ましく、２００℃／ｈｒ以下であることがより好ましい。
【0057】
焼成工程において、４００℃～最高温度まで一定の昇温速度とするよりも、４００℃～１１００℃、１１００℃～最高温度までの二つの温度範囲に分け、それぞれの温度範囲において昇温速度を変えて焼成することがより好ましい。１１００℃～最高温度までの昇温速度は、４００℃～１１００℃の昇温速度よりも遅くすることが好ましい。４００℃～１１００℃の昇温速度を速くすることで、焼結が促進され、焼結密度を上げることが可能となる。また、１１００℃～最高温度までの昇温速度を、４００℃～１１００℃の昇温速度よりも遅くすることにより、急激な結晶粒成長を抑制し、粒界にあった気孔が急激な結晶粒成長により粒内に取り込まれるのを防ぐことができる。これにより、焼結密度が高く、結晶粒内の気孔割合を減らしたＭｎＺｎ系フェライトを得ることが可能になる。
【0058】
焼成工程における最高温度が、１３７０℃以上であると、焼結密度を好適に得ることができる。したがって、焼成工程における最高温度は、１３７０℃以上であることが好ましい。一方、焼成工程における最高温度が高すぎると、Ｚｎの蒸発量が増大し、組成変動に大きく影響する。さらに、高温で焼成するほど結晶粒が大きく成長し、初透磁率は高くなるが粒内の渦電流が流れやすくなるため、渦電流損失が増大し、高周波数帯域における初透磁率や規格化インピーダンスが低下する。したがって、焼成工程における最高温度は、１４５０℃以下であることが好ましく、１３８５℃以下であることがさらに好ましい。
【0059】
また、焼成時間は、長いほど焼結密度が高まるため好ましい。したがって、焼成時間は２時間以上とするのが好ましい。一方、焼成時間が長すぎる場合、ＭｎＺｎ系フェライトの特性は向上するが、生産性などが低下する。さらに、長時間で焼成するほど結晶粒が大きく成長し、初透磁率は高くなるが粒内の渦電流が流れやすくなるため、渦電流損失が増大し、高周波数帯域における初透磁率や規格化インピーダンスが低下する。したがって、焼成時間は、実用的な範囲として１２時間以下とすることが好ましく、４時間以下とすることがより好ましい。なお、焼成は窒素ガスと空気を適宜混合したガスを流した状態で行ってもよい。
【0060】
かくして得られたＭｎＺｎ系フェライトは、従来のＭｎＺｎ系フェライトでは不可能であった、１０～５００ｋＨｚ程度の周波数帯域における初透磁率が高く、１００℃のような高温でもΔＢが大きく、５００ｋＨｚ～３ＭＨｚの高周波数帯域における規格化インピーダンスの最大値が大きいといった優れた磁気特性を同時に実現する。
【0061】
なお、本発明におけるＭｎＺｎ系フェライトを製造する方法は、本明細書に記載のない限り、いずれも常法を用いることができる。
【実施例0062】
［実験例１］
含有する鉄、亜鉛及びマンガンをすべてＦｅ２Ｏ３、ＺｎＯ及びＭｎＯとして換算した場合に、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ及びＭｎＯの比率が表１に示すｍｏｌ％となるように秤量した原料粉末を、湿式ボールミルを用いて１６時間混合し、大気中で９２５℃、３時間の条件で仮焼した。次に、この仮焼粉に酸化ケイ素、酸化カルシウム、酸化ニオブ、酸化ビスマス、酸化バナジウム及び酸化チタンをそれぞれＳｉＯ２、ＣａＣＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、ＴｉＯ２の換算で表１に示す含有量となるように添加し、湿式ボールミルで１６時間粉砕を行った。かかる粉砕後、乾燥して得られた粉砕粉にポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を加え、篩に通して造粒し造粒紛とした。かかる造粒紛を、トロイダル状に成形し成形体とした後、この成形体をバッチ型焼成炉に導入し、４００℃～最高温度までの昇温速度を１２０℃／ｈｒとし、最高温度１３７０℃で２時間、窒素ガスと空気を適宜混合したガス流中で焼成し、外径３０ｍｍ、内径１９ｍｍ、高さ６ｍｍの焼結体トロイダルコアとした。
含有する鉄、亜鉛及びマンガンをすべてＦｅ２Ｏ３、ＺｎＯ及びＭｎＯとして換算した場合に、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ及びＭｎＯの比率が表１に示すｍｏｌ％となるように秤量した原料粉末を、湿式ボールミルを用いて１６時間混合し、大気中で９２５℃、３時間の条件で仮焼した。次に、この仮焼粉に酸化ケイ素、酸化カルシウム、酸化ニオブ、酸化ビスマス、酸化バナジウム及び酸化チタンをそれぞれＳｉＯ２、ＣａＣＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５、ＴｉＯ２の換算で表１に示す含有量となるように添加し、湿式ボールミルで１６時間粉砕を行った。かかる粉砕後、乾燥して得られた粉砕粉にポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を加え、篩に通して造粒し造粒紛とした。かかる造粒紛を、トロイダル状に成形し成形体とした後、この成形体をバッチ型焼成炉に導入し、４００℃～最高温度までの昇温速度を１２０℃／ｈｒとし、最高温度１３７０℃で２時間、窒素ガスと空気を適宜混合したガス流中で焼成し、外径３０ｍｍ、内径１９ｍｍ、高さ６ｍｍの焼結体トロイダルコアとした。
【0063】
かくして得られたトロイダルコアに対し、２３℃にてアルキメデス法により焼結密度を算出し、４端子法によって比抵抗を測定した。次いで、トロイダルコアに銅線を１０ターン巻き、ＬＣＲメータ（キーサイト社製４９８０Ａ）を用いて、２３℃、１０ｋＨｚ及び２３℃、５００ｋＨｚにおいて、インダクタンスＬと品質係数Ｑを測定し、その値を基にμｉ’を計算した。また、１０ｋＨｚで－２０～２００℃の範囲でインダクタンスＬと品質係数Ｑを測定し、これらの初透磁率の値から、強磁性から常磁性に変わる温度を求め、この温度をキュリー温度とした。また、２３℃のときの１ｋ～３０ＭＨｚのインダクタンスＬと品質係数Ｑを測定し、その値を基に初透磁率及びコア定数で規格化した規格化インピーダンスＺ・ｃ１／Ｎ２を算出した。
【0064】
また、得られたトロイダルコアに１次側４０ターン、２次側２０ターンの銅線を巻き、直流磁化特性試験装置を用い、磁化力Ｈを最大１２００Ａ／ｍとして、その飽和磁束密度及び残留磁束密度を測定した。測定結果から、飽和磁束密度と残留磁束密度との差としてΔＢを算出した。
【0065】
次に、ＭｎＺｎ系フェライト（トロイダルコア）の結晶粒内の気孔割合を求めた。ＭｎＺｎ系フェライトの試料の破面を研磨して、フッ硝酸による粒界部エッチングを行った。エッチングした破面について、光学顕微鏡を用いて２００～５００倍視野で観察した。得られた画像を解析し、結晶粒内に生じる気孔の総数を視野内の全残存気孔の総数で除すことで、結晶粒内の気孔割合を求めた。また、各例の平均結晶粒径を以下のようにして測定した。ＭｎＺｎ系フェライトの試料を破断し、破断後の断面を光学顕微鏡で倍率４００倍にて観察した。観察された各結晶粒を真円と仮定して結晶粒径を計算し、その平均値を求めた。結晶粒径の計算には、例えば画像解析ソフト「Ａ像くん」（登録商標：旭化成エンジニアリング株式会社製）を使用した。なお、トロイダルコア中の不可避的不純物であるＰ、Ｂ、Ｓ、Ｃｌの合計含有量は５００質量ｐｐｍ以下であった。
【0066】
表１に示すように、Ｎｂ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５及びＴｉＯ２の添加効果により初透磁率及び飽和磁束密度、ΔＢ、高周波数帯域における規格化インピーダンスの向上が見られる。
【0067】
【表1】
【0068】
［実験例２］
含有する鉄、亜鉛及びマンガンをすべてＦｅ２Ｏ３、ＺｎＯ及びＭｎＯとして換算した場合に、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ及びＭｎＯの比率が５２．７：２０．７：２６．６ｍｏｌ％となるように秤量した原料粉末を、湿式ボールミルを用いて１６時間混合し、大気中で９２５℃、３時間の条件で仮焼した。次に、この仮焼粉に酸化ケイ素、酸化カルシウム、酸化ニオブ、酸化ビスマス、酸化バナジウム及び酸化チタンを、それぞれＳｉＯ２、ＣａＣＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５及びＴｉＯ２の換算で１３、１２００、７５、５００、１００、３００質量ｐｐｍとなるように添加した。その後、実験例１と同様に粉砕、造粒、成形を行い、成形体をバッチ型焼成炉に導入し、４００℃～最高温度までの昇温速度を表２に記載の速度とし、最高温度１３７０℃で２時間焼成することで焼結体トロイダルコアを得た。
含有する鉄、亜鉛及びマンガンをすべてＦｅ２Ｏ３、ＺｎＯ及びＭｎＯとして換算した場合に、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ及びＭｎＯの比率が５２．７：２０．７：２６．６ｍｏｌ％となるように秤量した原料粉末を、湿式ボールミルを用いて１６時間混合し、大気中で９２５℃、３時間の条件で仮焼した。次に、この仮焼粉に酸化ケイ素、酸化カルシウム、酸化ニオブ、酸化ビスマス、酸化バナジウム及び酸化チタンを、それぞれＳｉＯ２、ＣａＣＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５及びＴｉＯ２の換算で１３、１２００、７５、５００、１００、３００質量ｐｐｍとなるように添加した。その後、実験例１と同様に粉砕、造粒、成形を行い、成形体をバッチ型焼成炉に導入し、４００℃～最高温度までの昇温速度を表２に記載の速度とし、最高温度１３７０℃で２時間焼成することで焼結体トロイダルコアを得た。
【0069】
得られたトロイダルコアを、既述の方法及び手順を用いて、各項目を測定した。また、トロイダルコアの断面を研磨し、塩酸とフッ酸の混合溶液を用いてエッチングし、樹脂に埋め込んでから光学顕微鏡で結晶組織を観察した。４００℃～最高温度までの昇温速度を変化させ、結晶組織や磁気特性に与える効果を調査した実施例の結果を表２に示す。なお、トロイダルコア中の不可避的不純物であるＰ、Ｂ、Ｓ、Ｃｌの合計含有量は５００質量ｐｐｍ以下であった。
【0070】
表２に示すように、４００℃～最高温度までの昇温速度を３００℃／ｈｒ未満にすると、３００℃／ｈｒ以上の場合に比べ、結晶粒内に残る気孔の割合が低減し、高周波数帯域における規格化インピーダンスの特性を維持したまま初透磁率の向上が見られる。
【0071】
【表2】
【0072】
［実験例３］
実験例２と同じ組成及び条件でフェライト造粒粉の作製及び成形を行い、成形体を得た。得られた成形体をバッチ型焼成炉に導入し、４００℃～１１００℃及び１１００℃～１３７０℃の各温度範囲における昇温速度を表３に記載のようにして、最高温度１３７０℃で２時間焼成し、焼結体トロイダルコアを得た。得られたトロイダルコアについて、実験例２と同様の方法で各種特性を評価した。表３に評価結果を示す。
実験例２と同じ組成及び条件でフェライト造粒粉の作製及び成形を行い、成形体を得た。得られた成形体をバッチ型焼成炉に導入し、４００℃～１１００℃及び１１００℃～１３７０℃の各温度範囲における昇温速度を表３に記載のようにして、最高温度１３７０℃で２時間焼成し、焼結体トロイダルコアを得た。得られたトロイダルコアについて、実験例２と同様の方法で各種特性を評価した。表３に評価結果を示す。
【0073】
Ｎｏ．２－２、Ｎｏ．２－３、Ｎｏ．３－１の結果から、１１００℃で昇温速度を変えて２段階で昇温し、１１００℃～１３７０℃における昇温速度を４００℃～１１００℃よりも遅くすることにより、平均結晶粒径を大きくし、結晶粒内の気孔割合を低くでき、焼結密度を上げることができる。その結果、Ｂｍが高く、ΔＢが大きく、高周波数帯域における規格化インピーダンスの特性を維持したまま高い初透磁率μｉ’（１０ｋＨｚ，２３℃）が得られることがわかる。
【0074】
Ｎｏ．２－２、Ｎｏ．２－３、Ｎｏ．３－２の結果から、４００℃～１３７０℃における昇温速度を３５０℃／ｈｒにする場合、平均結晶粒径が小さくなり、結晶粒内の気孔割合も増大し、焼結密度も低くなる。その結果、Ｂｍが低く、ΔＢも小さく、初透磁率μｉ’（１０ｋＨｚ，２３℃）も低くなることがわかる。
【0075】
Ｎｏ．３－２、Ｎｏ．３－３の結果から、４００℃～１１００℃における昇温速度を１５０℃／ｈｒに変えると平均結晶粒径は変わらないものの、結晶粒内の気孔割合が低下し、焼結密度が上がり、Ｂｍ、ΔＢ、初透磁率μｉ’（１０ｋＨｚ，２３℃）も改善することがわかる。Ｎｏ．３－１、Ｎｏ．３－４から、４００℃～１１００℃の昇温速度を４００℃／ｈｒに上げると、平均結晶粒径が小さくなり、結晶粒内の気孔割合も増大し、焼結密度も低くなる。その結果、Ｂｍが低く、ΔＢも小さくなることがわかる。
【0076】
【表3】
【産業上の利用可能性】
【0077】
本発明によれば、１０～５００ｋＨｚの広い周波数帯域における初透磁率が高く、１００℃のような高温でもΔＢが大きく、５００ｋＨｚ～３ＭＨｚの高周波数帯域における規格化インピーダンスの最大値が大きい、ＭｎＺｎ系フェライト及びその製造方法を提供することができる。