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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-04-09
(45)【発行日】2024-04-17
(54)【発明の名称】ＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトおよびその製造方法
(51)【国際特許分類】
C04B 35/38 20060101AFI20240410BHJP
C01G 49/00 20060101ALI20240410BHJP
H01F 1/34 20060101ALI20240410BHJP
H01F 41/02 20060101ALI20240410BHJP
【ＦＩ】
C04B35/38
C01G49/00 B
C01G49/00 E
H01F1/34 140
H01F41/02 D
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2021070672
(22)【出願日】2021-04-19
(65)【公開番号】P2021183556
(43)【公開日】2021-12-02
【審査請求日】2023-07-18
(31)【優先権主張番号】P 2020089167
(32)【優先日】2020-05-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【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】曽我 直樹
(72)【発明者】
【氏名】中村 由紀子
【審査官】浅野 昭
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１９－１９９３７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－００６６６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－２８６１１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－２９０６３２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１４５１５２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－２８４３１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－２３１５２０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ０４Ｂ ３５／２６－３５／４０
Ｃ０１Ｇ ４９／００－４９／１６
Ｃ０１Ｇ ５３／００
Ｈ０１Ｆ １／３４
Ｈ０１Ｆ ４１／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基本成分、副成分および不可避的不純物からなるＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトにおいて、前記基本成分を、
Ｆｅ２Ｏ３：５３．００～５７．００ｍｏｌ％、
ＺｎＯ：４．００～１１．００ｍｏｌ％、
ＮｉＯ：０．５０～４．００ｍｏｌ％および
ＣｏＯ：０．１０～０．５０ｍｏｌ％
残部はＭｎＯ
とし、
前記副成分を、前記基本成分に対し、
ＳｉＯ２：５０～５００mass ppm、
ＣａＯ：２００～２０００mass ppmおよび
Ｎｂ２Ｏ５：５０～５００mass ppm
とし、
さらに、前記不可避的不純物におけるＣｌ、ＳｒおよびＢａをそれぞれ、前記基本成分に対し
Ｃｌ：８０mass ppm以下、
Ｓｒ：１０．０mass ppm以下および
Ｂａ：１０．０mass ppm以下
に抑制して含み、
焼結密度が４．８５Ｍｇ／ｍ３超、５．００Ｍｇ／ｍ３以下であって、８０℃における磁化力１２００Ａ／ｍでの飽和磁束密度が４００ｍＴ以上であり、かつ最大磁束密度が５０ｍＴで、周波数が５００ｋＨｚのときの、０～１００℃における鉄損が１００ｋＷ／ｍ３以下であって鉄損極小温度での鉄損が７５ｋＷ／ｍ３以下であることを特徴とするＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライト。
【請求項2】
請求項１に記載のＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトを製造する方法であって、基本成分となるＦｅ、Ｚｎ、Ｎｉ、ＣｏおよびＭｎ原料を、混合し、仮焼して、粉砕した後、さらに副成分となるＳｉ、ＣａおよびＮｂ原料を混合して、粉砕し、次いで、成形し、焼成後、冷却する工程を有し、前記Ｆｅ原料を酸化鉄とし、該酸化鉄中のＣｌ含有量を５００mass ppm以下として、
前記焼成の最高温度を１２５０℃超とし、さらに該最高温度から１１００℃までの間を１５０℃／ｈ以上の速度で冷却することを特徴とするＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトの製造方法。
【請求項3】
前記最高温度から１１００℃までの間を１５０～３５０℃／ｈの速度で冷却することを特徴とする請求項２に記載のＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトの製造方法。
【請求項4】
前記最高温度を１２５０℃超、１３５０℃以下とすることを特徴とする請求項２または３に記載のＭｎＺｎＮｉＣｏ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、特にスイッチング電源向けのトランスの磁心に適したＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
磁性材料は、大きく分けて、酸化物系磁性材料と金属系軟磁性材料とがある。
酸化物系磁性材料は、Ｂａ系フェライトやＳｒ系フェライト等の硬質磁性材料と、ＭｎＺｎ系フェライトやＮｉＺｎ系フェライト等の軟質磁性材料とに分類される。
酸化物系磁性材料は、Ｂａ系フェライトやＳｒ系フェライト等の硬質磁性材料と、ＭｎＺｎ系フェライトやＮｉＺｎ系フェライト等の軟質磁性材料とに分類される。
【0003】
ここで、金属系軟磁性材料は、酸化物系のものと比べて飽和磁束密度が高いという特長を有する反面、電気抵抗が小さい。そのため、高周波領域で使用する場合には、発生する渦電流に起因して鉄損が大きくなってしまうという問題がある。故に、電子機器の小型化・高密度化の要請から使用周波数の高周波化が進んでいる近年において、例えば、１００ｋＨｚ程度の高周波数帯域において用いられるスイッチング電源等においては、金属系軟磁性材料を用いることはほとんどない。
【0004】
一方、上記酸化物磁性材料のうち、軟質磁性材料は、わずかな磁場に対しても容易に磁化する材料であるため、電源や、通信機器、計測制御機器、磁気記録およびコンピュータなどの広い分野に用いられ、特に、高周波数帯域で用いられる電源用トランスの磁心材料には、鉄損が小さい軟質磁性材料のＭｎＺｎ系フェライトが主に用いられてきた。
【0005】
このＭｎＺｎ系フェライトには、電気抵抗率が０．０１～０．０５Ω・ｍ程度と低いため渦電流損が高いという問題があった。そのため、電気抵抗をさらに高めて渦電流損を低減し、全体として鉄損をさらに低減して発熱量を抑えた磁性材料が望まれていた。
この問題に対して、例えば、特許文献１には、ＭｎＺｎ系フェライトに、副成分として酸化カルシウムや酸化ケイ素などの酸化物を微量添加して粒界に偏析させ、粒界抵抗を高めて、全体としての抵抗率を数Ω・ｍ以上と高めることにより解消する技術が開示されている。
この問題に対して、例えば、特許文献１には、ＭｎＺｎ系フェライトに、副成分として酸化カルシウムや酸化ケイ素などの酸化物を微量添加して粒界に偏析させ、粒界抵抗を高めて、全体としての抵抗率を数Ω・ｍ以上と高めることにより解消する技術が開示されている。
【0006】
さらに、上記電源用としてのＭｎＺｎ系フェライトは、特に、飽和磁束密度Ｂｓが高いこと、キュリー温度Ｔｃが高いこと、および磁気損失Ｐｃｖが低いことが要求されているが、これら飽和磁束密度Ｂｓや、キュリー温度Ｔｃは、ほぼ主成分の組成により決まることが知られている。また、ＭｎＺｎ系フェライトを含む酸化物フェライト化合物は、フェリ磁性を示し、磁気モーメントを有する金属原子の種類ならびにそれが占める位置により飽和磁束密度、キュリー温度が変化することが知られている。
【0007】
また、酸化物系フェライトの飽和磁束密度は、温度の上昇と共に減少し、磁気が消失する温度であるキュリー温度でゼロとなるので、キュリー温度が高いほど、室温からトランス動作温度までの飽和磁束密度を高く維持できることが知られている。なお、飽和磁束密度に関する技術としては、例えば、特許文献２に、Ｆｅ２Ｏ３量を増やすことにより飽和磁束密度を高めることができる旨開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【文献】特公昭３６－００２２８３号公報
【文献】特開平１１－３２９８２２号公報
【文献】特公平８－１８４４号公報
【文献】特公平０４－０３３７５５号公報
【文献】特開２０１９－６６６８号公報
【文献】特開２０１９－１９９３７８号公報
【非特許文献】
【0009】
【文献】「Ｔｈｅ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｃｏｂａｌｔ ｓｕｂｕｓｕｔｉｔｕｔｉｏｎｓ ｏｎ ｓｏｍｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｍａｎｇａｎｅｓｅ ｚｉｎｃ ｆｅｒｒｉｔｅｓ」，Ａ．Ｄ．Ｇｉｌｅｓ ａｎｄ Ｆ．Ｆ．Ｗｅｓｔｅｎｄｏｒｐ：Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｄ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．９（１９７６）２１１７
【文献】「Ｌｏｗ－ｌｏｓｓ Ｐｏｗｅｒ Ｆｅｒｒｉｔｅｓ ｆｏｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ ｕｐ ｔｏ ５００ｋＨｚ」，Ｔ．Ｇ．Ｗ．Ｓｔｉｊｉｎｔｊｅｓ ａｎｄ Ｊ．Ｊ．Ｒｏｅｌｏｆｓｍａ；Ａｄｖ．Ｃｅｒ．１６（１９８６）４９３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
ところが、近年、電子機器の電源部分は、小型化の要請に応えるために、各種部品が、さらに高密度に積載される傾向にある。そして、かかる高密度な積載状態では、各種部品の発熱により、フェライトコアが使用される温度、すなわちトランスの動作温度は、８０℃にも達する。
【0011】
また、それらの鉄損に関しては、小型化を実現するための駆動周波数の高周波化や様々な周囲温度での省エネルギーのため、最大磁束密度５０ｍＴ、周波数５００ｋＨｚで測定した、０～１００℃における鉄損が１００ｋＷ／ｍ３以下で、かつ鉄損極小温度での鉄損値は７５ｋＷ／ｍ３以下の性能のものが求められてきている。
【0012】
しかしながら、上記特許文献１に記載された技術では、小型化を実現するための駆動周波数の高周波化に関しては特に言及がなされていない。
【0013】
また、上記特許文献２に記載された技術では、８０℃（磁化力１２００Ａ／ｍ）という所定の高温条件での動作に関しては特に言及がなされていない。
【0014】
さらに、特許文献３には、５００ｋHzの高周波で、かつ２０～１２０℃の温度範囲で鉄損を低減させる技術が開示されているものの、かかる鉄損の絶対値は大きく、かつ、飽和磁束密度については特に言及がなされていない。
【0015】
ここで、フェライトの鉄損を支配する因子の１つに、磁気異方性定数Ｋ１がある。鉄損は、この磁気異方性定数Ｋ１の温度変化にともなって変化し、Ｋ１＝０となる温度で極小となる。したがって、フェライトの鉄損の温度変化を小さくするには、磁気異方性定数Ｋ１の温度依存性（鉄損温度係数）を小さくする必要がある。
【0016】
磁気異方性定数Ｋ１は、主相であるフェライトのスピネル化合物を構成する元素の種類によりほぼ決定され、ＭｎＺｎ系フェライトの場合、Ｃｏイオンを導入することによりその温度依存性を小さくし、鉄損温度係数の絶対値を小さくすることができる（例えば、非特許文献１および２参照）。これにより、室温～１００℃付近での鉄損が小さく、かつ、その前後の温度範囲でも鉄損が比較的小さいフェライト材料を得ることが可能となる。
【0017】
かかる技術に関しては、例えば、特許文献４には、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＭｎＯを主成分とし、ＣｏＯを０．０１ｍｏｌ％以上０．５ｍｏｌ％未満含有するＭｎＺｎＣｏ系フェライトは、従来以上に広い温度範囲でＫ１＝０となり、高い透磁率と低い損失が広い温度範囲で実現できることが開示されている。
また、特許文献４に記載されたフェライトでは、同文献の第１図に示されているように、コア損失の極小温度が低温度側に移行した事例が紹介されている。
また、特許文献４に記載されたフェライトでは、同文献の第１図に示されているように、コア損失の極小温度が低温度側に移行した事例が紹介されている。
【0018】
しかし、特許文献４に記載のようにＣｏを加えることは、含有される不純物の影響によって、焼成温度や焼成雰囲気の酸素濃度の僅かな変動に起因して、鉄損温度係数や鉄損が極小となる温度が変動するだけでなく、鉄損の絶対値が大きく劣化したりするという別の問題が生じることがある。
【0019】
したがって、上記したような従来技術（特許文献１～４）では、１００ｋＨｚ程度の高周波数帯域では、概ね問題がないものの、電子部品の電源の小型化、高効率化のために必要な、高密度な積載状態のトランス動作温度まで高い飽和磁束密度を維持したまま、５００ｋＨｚで高周波駆動した際に０～１００℃の広い温度範囲で、磁気の低損失を示す、と言った特性を有するフェライト材料はいずれも実現できていない。
【0020】
これに対し、特許文献５および６に記載の発明は、これらの問題を解決することを目途としている。
しかしながら、特許文献５では、１００kHz程度の駆動周波数での鉄損値は改善されるものの、５００kHz程度の高周波での鉄損値は大きいという問題や、最大磁束密度５０ｍＴ、周波数５００ｋＨｚで測定した、０～１００℃における鉄損が１００ｋＷ／ｍ３以下で、かつ鉄損極小温度での鉄損値が７５ｋＷ／ｍ３以下という特性値を同時には満たせないという問題が残っていた。
また、特許文献６では、焼結密度が比較的小さいため（４．６５～４．８５Mg/m3）、得られるフェライト材料の焼成時の積載位置による特性バラツキが小さいなどの不安定要素がある。
しかしながら、特許文献５では、１００kHz程度の駆動周波数での鉄損値は改善されるものの、５００kHz程度の高周波での鉄損値は大きいという問題や、最大磁束密度５０ｍＴ、周波数５００ｋＨｚで測定した、０～１００℃における鉄損が１００ｋＷ／ｍ３以下で、かつ鉄損極小温度での鉄損値が７５ｋＷ／ｍ３以下という特性値を同時には満たせないという問題が残っていた。
また、特許文献６では、焼結密度が比較的小さいため（４．６５～４．８５Mg/m3）、得られるフェライト材料の焼成時の積載位置による特性バラツキが小さいなどの不安定要素がある。
【0021】
本発明は、上記の現状に鑑み開発されたもので、電子部品の電源の小型化、高効率化のために、高密度な積載状態のトランス動作温度(８０℃)まで高い飽和磁束密度を維持したまま、５００ｋＨｚの高周波駆動した際に０～１００℃の広い温度範囲で鉄損の絶対値が小さく、かつ焼結密度が比較的大きく、フェライト材料の焼成時の積載位置による特性バラツキが小さいＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライト材料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】
【0022】
発明者らは、従来技術が抱える上記問題点を解決するため、基本成分であるＦｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＮｉＯ、ＣｏＯおよびＭｎＯといった成分の含有量が、飽和磁束密度や鉄損、およびそれらの温度特性に及ぼす影響について詳細に調査すると共に、添加成分である種々の金属酸化物および種々の製造条件により得られる焼結体の結晶粒界相が、飽和磁束密度や鉄損、並びにそれらの温度特性、および、焼結密度に及ぼす影響について鋭意研究を重ねた。
【0023】
その結果、前記問題を解決するには、ＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトにおける上記基本成分を適性範囲に制御した上で、その範囲に応じて、添加成分である副成分の選択とその量を適正範囲に制御すること、および焼成温度を高くするとともに所定の温度までの冷却速度を一段早くして結晶粒界相を適正に制御すること、並びに、特定の元素の含有量を低減する必要があることをそれぞれ見出した。
【0024】
特に、フェライト原料である酸化鉄として、Ｃｌ含有量が ５００mass ppm以下の酸化鉄を用いると共に、最終焼結体中のＣｌ含有量を８０mass ppm以下に抑制することが、本発明の効果の発現に極めて有効であることを見出し、本発明を完成させた。また、かかる効果の発現には、Ｓｒの含有量を１０．０mass ppm以下とし、さらにＢａの含有量を１０．０mass ppm以下とする必要があることも併せて見出した。
【0025】
本発明は、上記の知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたもので、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．基本成分、副成分および不可避的不純物からなるＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトにおいて、前記基本成分を、Ｆｅ２Ｏ３：５３．００～５７．００ｍｏｌ％、ＺｎＯ：４．００～１１．００ｍｏｌ％、ＮｉＯ：０．５０～４．００ｍｏｌ％およびＣｏＯ：０．１０～０．５０ｍｏｌ％残部はＭｎＯとし、前記副成分を、前記基本成分に対し、ＳｉＯ２：５０～５００mass ppm、ＣａＯ：２００～２０００mass ppmおよびＮｂ２Ｏ５：５０～５００mass ppmとし、さらに、前記不可避的不純物におけるＣｌ、ＳｒおよびＢａをそれぞれ、前記基本成分に対しＣｌ：８０mass ppm以下、Ｓｒ：１０．０mass ppm以下およびＢａ：１０．０mass ppm以下に抑制して含み、焼結密度が４．８５Ｍｇ／ｍ３超、５．００Ｍｇ／ｍ３以下であって、８０℃における磁化力１２００Ａ／ｍでの飽和磁束密度が４００ｍＴ以上であり、かつ最大磁束密度が５０ｍＴで、周波数が５００ｋＨｚのときの、０～１００℃における鉄損が１００ｋＷ／ｍ３以下であって鉄損極小温度での鉄損が７５ｋＷ／ｍ３以下であることを特徴とするＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライト。
１．基本成分、副成分および不可避的不純物からなるＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトにおいて、前記基本成分を、Ｆｅ２Ｏ３：５３．００～５７．００ｍｏｌ％、ＺｎＯ：４．００～１１．００ｍｏｌ％、ＮｉＯ：０．５０～４．００ｍｏｌ％およびＣｏＯ：０．１０～０．５０ｍｏｌ％残部はＭｎＯとし、前記副成分を、前記基本成分に対し、ＳｉＯ２：５０～５００mass ppm、ＣａＯ：２００～２０００mass ppmおよびＮｂ２Ｏ５：５０～５００mass ppmとし、さらに、前記不可避的不純物におけるＣｌ、ＳｒおよびＢａをそれぞれ、前記基本成分に対しＣｌ：８０mass ppm以下、Ｓｒ：１０．０mass ppm以下およびＢａ：１０．０mass ppm以下に抑制して含み、焼結密度が４．８５Ｍｇ／ｍ３超、５．００Ｍｇ／ｍ３以下であって、８０℃における磁化力１２００Ａ／ｍでの飽和磁束密度が４００ｍＴ以上であり、かつ最大磁束密度が５０ｍＴで、周波数が５００ｋＨｚのときの、０～１００℃における鉄損が１００ｋＷ／ｍ３以下であって鉄損極小温度での鉄損が７５ｋＷ／ｍ３以下であることを特徴とするＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライト。
【0026】
２．前記１に記載のＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトを製造する方法であって、基本成分となるＦｅ、Ｚｎ、Ｎｉ、ＣｏおよびＭｎ原料を、混合し、仮焼して、粉砕した後、さらに副成分となるＳｉ、ＣａおよびＮｂ原料を混合して、粉砕し、次いで、成形し、焼成後、冷却する工程を有し、前記Ｆｅ原料を酸化鉄とし、該酸化鉄中のＣｌ含有量を５００mass ppm以下として、前記焼成の最高温度を１２５０℃超とし、さらに該最高温度から１１００℃までの間を１５０℃／ｈ以上の速度で冷却することを特徴とするＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトの製造方法。
【0027】
３．前記最高温度から１１００℃までの間を１５０～３５０℃／ｈの速度で冷却することを特徴とする前記２に記載のＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトの製造方法。
【0028】
４．前記最高温度を１２５０℃超、１３５０℃以下とすることを特徴とする前記２または３に記載のＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトの製造方法。
【発明の効果】
【0029】
本発明によれば、高密度な積載状態のトランス動作温度(８０℃)に達するまで高い飽和磁束密度を維持したまま、５００ｋＨｚの高周波駆動をした場合に、広い温度範囲で磁気損失が小さく、かつ焼結密度が大きく、フェライト材料の焼成時の積載位置による特性バラツキが小さいＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトを提供することができる。
また、本発明は、高周波での磁気特性が優れているので、特に、電源トランスを小型化し、低鉄損化することができる。
また、本発明は、高周波での磁気特性が優れているので、特に、電源トランスを小型化し、低鉄損化することができる。
【発明を実施するための形態】
【0030】
以下、本発明を具体的に説明する。
本発明のＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトは、高周波駆動の際の鉄損を低減しさらにかかる鉄損の温度特性を最適化する観点から、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＮｉＯおよびＣｏＯを以下の適正量とし、残部がＭｎＯからなる基本成分を有していることが肝要である。
本発明のＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトは、高周波駆動の際の鉄損を低減しさらにかかる鉄損の温度特性を最適化する観点から、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＮｉＯおよびＣｏＯを以下の適正量とし、残部がＭｎＯからなる基本成分を有していることが肝要である。
【0031】
まず、本発明のＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトの基本成分について具体的に説明する。
Ｆｅ２Ｏ３：基本成分中５３．００～５７．００ｍｏｌ％
Ｆｅ２Ｏ３は、８０℃磁化力１２００Ａ／ｍの飽和磁束密度を４００ｍＴ以上とするために、基本成分中のｍｏｌ比率で５３．００ｍｏｌ％以上とする必要がある。一方、Ｆｅ２Ｏ３は、基本成分中のｍｏｌ比率で５７．００ｍｏｌ％を超えると、鉄損が大きくなり過ぎる。そのため、上限を５７．００ｍｏｌ％とする。好ましくは、５３．００ｍｏｌ％以上５７．００ｍｏｌ％未満、より好ましくは５４．５０～５６．９５ｍｏｌ％の範囲である。
Ｆｅ２Ｏ３：基本成分中５３．００～５７．００ｍｏｌ％
Ｆｅ２Ｏ３は、８０℃磁化力１２００Ａ／ｍの飽和磁束密度を４００ｍＴ以上とするために、基本成分中のｍｏｌ比率で５３．００ｍｏｌ％以上とする必要がある。一方、Ｆｅ２Ｏ３は、基本成分中のｍｏｌ比率で５７．００ｍｏｌ％を超えると、鉄損が大きくなり過ぎる。そのため、上限を５７．００ｍｏｌ％とする。好ましくは、５３．００ｍｏｌ％以上５７．００ｍｏｌ％未満、より好ましくは５４．５０～５６．９５ｍｏｌ％の範囲である。
【0032】
ＺｎＯ：基本成分中４．００～１１．００ｍｏｌ％
ＺｎＯは、鉄損を小さくし、かつ、最大磁束密度が５０ｍＴで周波数が５００ｋＨｚにおいて、０～１００℃での幅広い温度範囲の損失を小さく維持するために、その添加量を基本成分中のｍｏｌ比率で４．００～１１．００ｍｏｌ％の範囲とする必要がある。好ましくは５．５０～８．５０ｍｏｌ％、さらに好ましくは、６．００～８．００ｍｏｌ％の範囲である。
ＺｎＯは、鉄損を小さくし、かつ、最大磁束密度が５０ｍＴで周波数が５００ｋＨｚにおいて、０～１００℃での幅広い温度範囲の損失を小さく維持するために、その添加量を基本成分中のｍｏｌ比率で４．００～１１．００ｍｏｌ％の範囲とする必要がある。好ましくは５．５０～８．５０ｍｏｌ％、さらに好ましくは、６．００～８．００ｍｏｌ％の範囲である。
【0033】
ＮｉＯ：基本成分中０．５０～４．００ｍｏｌ％
ＮｉＯは、８０℃磁化力１２００Ａ／ｍの飽和磁束密度を４００ｍＴ以上とし、かつ、鉄損を小さくし、さらに、最大磁束密度が５０ｍＴで周波数が５００ｋＨｚおいて、０～１００℃での幅広い温度範囲の損失を小さく維持するために、その添加量を基本成分中のｍｏｌ比率で０．５０～４．００ｍｏｌ％の範囲とする必要がある。好ましくは、１．５０～３．５０ｍｏｌ％の範囲であり、さらに好ましくは１．００～３．００ｍｏｌ％の範囲である。加えて、より好ましくは１．４５～３．００ｍｏｌ％の範囲であり、最も好ましくは１．５０～３．００ｍｏｌ％の範囲である。
ＮｉＯは、８０℃磁化力１２００Ａ／ｍの飽和磁束密度を４００ｍＴ以上とし、かつ、鉄損を小さくし、さらに、最大磁束密度が５０ｍＴで周波数が５００ｋＨｚおいて、０～１００℃での幅広い温度範囲の損失を小さく維持するために、その添加量を基本成分中のｍｏｌ比率で０．５０～４．００ｍｏｌ％の範囲とする必要がある。好ましくは、１．５０～３．５０ｍｏｌ％の範囲であり、さらに好ましくは１．００～３．００ｍｏｌ％の範囲である。加えて、より好ましくは１．４５～３．００ｍｏｌ％の範囲であり、最も好ましくは１．５０～３．００ｍｏｌ％の範囲である。
【0034】
ＣｏＯ：基本成分中０．１０～０．５０ｍｏｌ％
ＣｏＯは、特公昭５２－４７５３号公報に記載されたように、透磁率の温度係数を小さくする働きもある。しかしながら、ＣｏＯを過剰に含む場合、鉄損の温度係数が室温以上で正となって熱暴走を起すだけでなく、経時変化が大きくなって望ましくない。よって、ＣｏＯは、基本成分中のｍｏｌ比率で０．５０ｍｏｌ％を上限とする。一方、ＣｏＯは、添加量が少ないと温度係数の改善効果が小さくなって、鉄損値の改善が望めない。よって、ＣｏＯは、基本成分中のｍｏｌ比率で０．１０ｍｏｌ％を下限とする。
ＣｏＯは、特公昭５２－４７５３号公報に記載されたように、透磁率の温度係数を小さくする働きもある。しかしながら、ＣｏＯを過剰に含む場合、鉄損の温度係数が室温以上で正となって熱暴走を起すだけでなく、経時変化が大きくなって望ましくない。よって、ＣｏＯは、基本成分中のｍｏｌ比率で０．５０ｍｏｌ％を上限とする。一方、ＣｏＯは、添加量が少ないと温度係数の改善効果が小さくなって、鉄損値の改善が望めない。よって、ＣｏＯは、基本成分中のｍｏｌ比率で０．１０ｍｏｌ％を下限とする。
【0035】
本発明のフェライトは、ＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトであり、上記Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＮｉＯおよびＣｏＯ以外の基本成分の残部は、マンガン酸化物（ＭｎＯ）である。ＭｎＯの好ましい範囲は基本成分中のｍｏｌ比率で３１．５０～４０．００ｍｏｌ％であり、さらに好ましくは３１．８０～３９．８０ｍｏｌ％である。加えて、最も好ましくは３１．８０～３７．４０ｍｏｌ％である。
【0036】
以上、本発明のＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトの基本成分について説明したが、本発明の、ＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトは、上記基本成分のほかに、以下の添加成分を副成分として含有する必要がある。すなわち、本発明のフェライトの基本成分であるＦｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＭｎＯ、ＮｉＯおよびＣｏＯは、スピネル構造を形成するものであるが、これに、スピネルを形成しないＳｉＯ２、ＣａＯおよびＮｂ２Ｏ５等の副成分を複合添加して、より鉄損の小さい高性能のＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトとすることができる。なお、スピネルを形成しないＴａ２Ｏ５、ＺｒＯ２およびＶ２Ｏ５等の成分をさらに微量添加してもよい。
【0037】
ＳｉＯ２：前記基本成分に対して５０～５００mass ppm
ＳｉＯ２は、ＣａＯと共に粒界に高抵抗相を形成して、鉄損の低減に寄与する。しかし、添加量が５０mass ppm未満ではその添加効果は小さい。一方、５００mass ppmを超えて含有すると、焼結時に異常粒成長を起こして鉄損を大幅に増大させる。したがって、ＳｉＯ２は、前記基本成分に対して５０～５００mass ppmの範囲で添加する必要がある。なお、焼結体組織中の異常粒の発生をより厳密に管理するには５０～３００mass ppmの範囲が好ましい。さらに、７０～３００mass ppmの範囲がより好ましい。
ＳｉＯ２は、ＣａＯと共に粒界に高抵抗相を形成して、鉄損の低減に寄与する。しかし、添加量が５０mass ppm未満ではその添加効果は小さい。一方、５００mass ppmを超えて含有すると、焼結時に異常粒成長を起こして鉄損を大幅に増大させる。したがって、ＳｉＯ２は、前記基本成分に対して５０～５００mass ppmの範囲で添加する必要がある。なお、焼結体組織中の異常粒の発生をより厳密に管理するには５０～３００mass ppmの範囲が好ましい。さらに、７０～３００mass ppmの範囲がより好ましい。
【0038】
ＣａＯ：前記基本成分に対して２００～２０００mass ppm
ＣａＯは、ＳｉＯ２と共存した場合、粒界抵抗を高めて低鉄損化に寄与するが、添加量が２００mass ppm未満では、その効果は小さい。一方、２０００mass ppmより多くなると、鉄損は逆に増大する。したがって、ＣａＯは、前記基本成分に対して２００～２０００mass ppmの範囲で添加する必要がある。より低鉄損なフェライトを得るためには、ＣａＯは、２００～１５００mass ppmの範囲が好ましい。さらに、４００～１５００mass ppmの範囲がより好ましい。
ＣａＯは、ＳｉＯ２と共存した場合、粒界抵抗を高めて低鉄損化に寄与するが、添加量が２００mass ppm未満では、その効果は小さい。一方、２０００mass ppmより多くなると、鉄損は逆に増大する。したがって、ＣａＯは、前記基本成分に対して２００～２０００mass ppmの範囲で添加する必要がある。より低鉄損なフェライトを得るためには、ＣａＯは、２００～１５００mass ppmの範囲が好ましい。さらに、４００～１５００mass ppmの範囲がより好ましい。
【0039】
Ｎｂ２Ｏ５：前記基本成分に対して５０～５００mass ppm
Ｎｂ２Ｏ５は、ＳｉＯ２およびＣａＯの共存下で、比抵抗の増大に有効に寄与するが、含有量が５０mass ppmに満たないと、その添加効果に乏しい。一方、５００mass ppmを超えると、鉄損の増大を招くことになる。したがって、Ｎｂ２Ｏ５は、前記基本成分に対して５０～５００mass ppmの範囲で添加する必要がある。より低鉄損なフェライトを得るためには、Ｎｂ２Ｏ５は、５０～３５０mass ppmの範囲が好ましく、５０～３００mass ppmの範囲がより好ましい。さらに、６０～２７０mass ppmの範囲が最も好ましい。
Ｎｂ２Ｏ５は、ＳｉＯ２およびＣａＯの共存下で、比抵抗の増大に有効に寄与するが、含有量が５０mass ppmに満たないと、その添加効果に乏しい。一方、５００mass ppmを超えると、鉄損の増大を招くことになる。したがって、Ｎｂ２Ｏ５は、前記基本成分に対して５０～５００mass ppmの範囲で添加する必要がある。より低鉄損なフェライトを得るためには、Ｎｂ２Ｏ５は、５０～３５０mass ppmの範囲が好ましく、５０～３００mass ppmの範囲がより好ましい。さらに、６０～２７０mass ppmの範囲が最も好ましい。
【0040】
また、本発明におけるフェライトの焼結密度は、４．８５Ｍｇ／ｍ３超、５．００Ｍｇ／ｍ３以下の範囲とする。４．８５Ｍｇ／ｍ３以下の場合、所定の強度が保持できないことと、焼成時の積載位置による特性バラツキが大きくなる場合が発生する。一方、５．００Ｍｇ／ｍ３を超えると、高周波駆動の際の鉄損が大きくなってしまうからである。より低鉄損で高強度のフェライトを得るためには、焼結密度を４．８５Ｍｇ／ｍ３超、４．９５Ｍｇ／ｍ３以下の範囲とする。好ましくは４．８６～４．９５Ｍｇ／ｍ３の範囲である。
【0041】
なお、本発明におけるＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトは、前記基本成分、前記副成分および以下の不可避的不純物からなっている。
すなわち、本発明におけるＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトの前記基本成分および副成分以外の成分は、不可避的不純物である。この不可避的不純物は、Ｃｌ、Ｓｒ、Ｂａ、ＰおよびＢ等が例示される。そして、以下に記載するように、Ｃｌ、ＳｒおよびＢａは、特に、所定量以下に抑制される必要がある成分である。なお、不可避的不純物の含有量は少なければ少ないほどよく、０mass ％であることは好ましいが、本発明では０．０１mass ％以下程度まで許容される。
すなわち、本発明におけるＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトの前記基本成分および副成分以外の成分は、不可避的不純物である。この不可避的不純物は、Ｃｌ、Ｓｒ、Ｂａ、ＰおよびＢ等が例示される。そして、以下に記載するように、Ｃｌ、ＳｒおよびＢａは、特に、所定量以下に抑制される必要がある成分である。なお、不可避的不純物の含有量は少なければ少ないほどよく、０mass ％であることは好ましいが、本発明では０．０１mass ％以下程度まで許容される。
【0042】
Ｃｌ：８０mass ppm以下
焼結体組織中の異常粒の発生や、結晶粒の粒度分布ばらつきなどを抑制し、焼結体コアの密度低下による飽和磁束密度の低下を抑制するには、原料酸化鉄中のＣｌを５００mass ppm以下に低減すると共に、焼成後の最終焼結体、すなわち、ＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライト中に残存するＣｌ量を８０mass ppm以下に抑制する必要がある。好ましくは７５mass ppm以下である。
なお、原料酸化鉄中に含まれるＣｌは、上記焼成中に揮発させることで上記範囲とすることができるが、高純度の酸化鉄を選択すると、上記揮発させる条件が不要なので、焼成時間が短くても上記成分組成範囲とすることができる。
焼結体組織中の異常粒の発生や、結晶粒の粒度分布ばらつきなどを抑制し、焼結体コアの密度低下による飽和磁束密度の低下を抑制するには、原料酸化鉄中のＣｌを５００mass ppm以下に低減すると共に、焼成後の最終焼結体、すなわち、ＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライト中に残存するＣｌ量を８０mass ppm以下に抑制する必要がある。好ましくは７５mass ppm以下である。
なお、原料酸化鉄中に含まれるＣｌは、上記焼成中に揮発させることで上記範囲とすることができるが、高純度の酸化鉄を選択すると、上記揮発させる条件が不要なので、焼成時間が短くても上記成分組成範囲とすることができる。
【0043】
Ｓｒ：１０．０mass ppm以下、Ｂａ：１０．０mass ppm以下
前述したように、本発明のＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトは、基本成分であるＦｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＭｎＯ、ＮｉＯおよびＣｏＯの組成を前記範囲にそれぞれ制御することに加えて、副成分としてＳｉＯ２、ＣａＯおよびＮｂ２Ｏを、適正量、複合添加することが必要である。また、０～１００℃の温度域で、低鉄損を安定して実現するには、Ｃｌに加えて微量成分として含有されるＳｒおよびＢａの含有量を上記のとおりに制限することが必要である。
前述したように、本発明のＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトは、基本成分であるＦｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＭｎＯ、ＮｉＯおよびＣｏＯの組成を前記範囲にそれぞれ制御することに加えて、副成分としてＳｉＯ２、ＣａＯおよびＮｂ２Ｏを、適正量、複合添加することが必要である。また、０～１００℃の温度域で、低鉄損を安定して実現するには、Ｃｌに加えて微量成分として含有されるＳｒおよびＢａの含有量を上記のとおりに制限することが必要である。
【0044】
ここで、ＳｒやＢａは、スピネル構造を取らず、六方晶系フェライト、いわゆるハードフェライトを形成するときに用いられる元素である。これらＳｒやＢａが、最終焼結体であるＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトの磁気特性、特に０～１００℃の温度域での鉄損や透磁率に影響を及ぼす機構については、まだ明確に解明されたわけではないが、発明者らは以下のように考えている。
すなわち、本発明のＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトのように磁気異方性に大きな影響を及ぼすＣｏが含有されている場合には、これらＳｒやＢａが、Ｃｏとの間に相互作用を生じることで鉄損値が低減しにくくなるためと考えられる。
すなわち、本発明のＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトのように磁気異方性に大きな影響を及ぼすＣｏが含有されている場合には、これらＳｒやＢａが、Ｃｏとの間に相互作用を生じることで鉄損値が低減しにくくなるためと考えられる。
【0045】
本発明のように、０～１００℃の広い温度域で低鉄損を実現するために、ＳｒおよびＢａの含有量は、それぞれ１０．０mass ppm以下とする必要がある。ＳｒおよびＢａは、いずれも１０．０mass ppmを超えて含有されていると、所定の低鉄損値が得られないからである。よって、ＳｒおよびＢａの含有量はそれぞれ１０．０mass ppm以下の範囲に抑制する。さらに低鉄損を実現するには、ＳｒおよびＢａの含有量はそれぞれ７．０mass ppm以下の範囲に抑えるのが好ましい。
【0046】
なお、ＳｒおよびＢａについては、主成分の原料である酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、および酸化マンガン（ＭｎＯ）に含まれることがある。そのため、ＳｒおよびＢａ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を、その使用量を調整することで、ＳｒおよびＢａの含有量を調整することもできる。
【0047】
次に、本発明におけるＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトの製造方法について、説明する。
本発明のＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトは、まず、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＭｎＯ、ＮｉＯおよびＣｏＯの粉末原料を、本発明に規定する所定比率となるように秤量し、これらを十分に混合して仮焼し、粉砕して仮焼粉を得る。
その際、Ｆｅ原料である酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）中のＣｌ含有量を５００mass ppm以下に抑制することが肝要である。そのためには、たとえば塩化鉄の焙焼法で得られた酸化鉄を洗浄するなどの方法で調整する。なお、フェライト用酸化鉄中のＣｌ含有量は、ＪＩＳ Ｋ１４６２（１９８１年）で０．１５％（＝１５００ppm）以下とされているが、本発明では、前述のとおり、焼結体コアの密度低下による飽和磁束密度の低下を抑制するため、さらに低減する必要がある。
本発明のＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトは、まず、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＭｎＯ、ＮｉＯおよびＣｏＯの粉末原料を、本発明に規定する所定比率となるように秤量し、これらを十分に混合して仮焼し、粉砕して仮焼粉を得る。
その際、Ｆｅ原料である酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）中のＣｌ含有量を５００mass ppm以下に抑制することが肝要である。そのためには、たとえば塩化鉄の焙焼法で得られた酸化鉄を洗浄するなどの方法で調整する。なお、フェライト用酸化鉄中のＣｌ含有量は、ＪＩＳ Ｋ１４６２（１９８１年）で０．１５％（＝１５００ppm）以下とされているが、本発明では、前述のとおり、焼結体コアの密度低下による飽和磁束密度の低下を抑制するため、さらに低減する必要がある。
【0048】
次いで、上記仮焼粉に、前述した副成分を、本発明に規定する所定の比率となるように加えて混合し、さらに粉砕する。この粉砕作業においては、添加した成分の濃度に偏りがないよう、充分に均質化する必要がある。その後、粉砕した仮焼粉の粉末に、ポリビニルアルコール等の有機物バインダーを添加して、造粒し、さらに圧力を加えて所定の形状に成形し、次いで、焼成して焼結体（製品）とする。
【0049】
ここで、前記焼成の条件は、最高温度から１１００℃までのすべての温度域での冷却速度を１５０℃／ｈ以上とする冷却工程を含む条件とすることが肝要である。かかる冷却工程を含む条件とすることで、本発明のフェライトの焼結密度と所望の粒界相の形成との両立が得られるからである。一方、かかる冷却速度の上限は、特に限定されないが、冷却能力増強にかかるコスト等の観点から３５０℃／ｈ程度が好ましい。なお、かかる冷却速度は、１６０～３５０℃／ｈがより好ましく、１８５～３５０℃／ｈがさらに好ましく、２００～３４０℃／ｈが最も好ましい。また、上記冷却速度の揺らぎは、前記本発明の構成要件を満足するＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトが得られる程度であれば許容される。
さらに、上記粒界相は、微量成分として添加したＳｉＯ２、Ｃａ、Ｎｂ２Ｏ５などの成分が、薄く、高濃度かつ均一に析出して形成されるものであって、焼成時の冷却速度を制御することで、所望の酸化状態を得ることができ、絶縁性を向上できるものになる。そして、本発明の効果が得られる上記粒界相は、本発明の上記組成および上記冷却工程を含む焼成条件を用いることで効果的に得られるものである。
さらに、上記粒界相は、微量成分として添加したＳｉＯ２、Ｃａ、Ｎｂ２Ｏ５などの成分が、薄く、高濃度かつ均一に析出して形成されるものであって、焼成時の冷却速度を制御することで、所望の酸化状態を得ることができ、絶縁性を向上できるものになる。そして、本発明の効果が得られる上記粒界相は、本発明の上記組成および上記冷却工程を含む焼成条件を用いることで効果的に得られるものである。
【0050】
前記焼成のその他の条件は、前記したフェライトの焼結密度と粒界相が得られれば、特に限定はされないが、最高温度は１２５０℃超とすることが肝要である。１２５０℃以下では、所望の焼結密度が得られないからである。一方、最高温度の上限は特に限定しないが、加熱によるコスト等の観点から１３５０℃以下が好ましい。なお、かかる最高温度は１２６０～１３５０℃の範囲がより好ましく、１２６０～１３４０℃が最も好ましい。
また、最高温度の保持時間を１～８時間の範囲、最高温度での酸素濃度を１～１０ｖｏｌ％の範囲とすることが好ましい。前記したフェライトの焼結密度と粒界相が効果的に得られるからである。なお、前記焼成の本明細に記載のないその他の条件は常法に従えば良い。
また、最高温度の保持時間を１～８時間の範囲、最高温度での酸素濃度を１～１０ｖｏｌ％の範囲とすることが好ましい。前記したフェライトの焼結密度と粒界相が効果的に得られるからである。なお、前記焼成の本明細に記載のないその他の条件は常法に従えば良い。
【0051】
かくして得られたＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトは、前記粒界相を有しているため、高焼結密度を維持したまま、高周波での鉄損に大きな影響を与える渦電流損失が小さくなり、従来のＭｎＺｎ系フェライトではその実現が極めて困難であった、８０℃における磁化力１２００Ａ／ｍでの飽和磁束密度が４００ｍＴ以上、好ましくは４２５ｍＴ以上で、かつ最大磁束密度５０ｍＴ、周波数５００ｋＨｚで測定した０～１００℃における鉄損が１００ｋＷ／ｍ３以下で、さらには最大磁束密度５０ｍＴ、周波数５００ｋＨｚで測定した鉄損が最小となる温度（本発明において鉄損極小温度ともいう）での鉄損が７５ｋＷ／ｍ３以下の特性値を有し、高密度な積載状態のトランス動作温度(８０℃)まで高い飽和磁束密度を維持したまま、５００ｋＨｚで高周波駆動する場合であっても、広い温度範囲で磁気損失が小さく、かつ、強度が大きく、焼成時の積載位置による特性バラツキが小さな、本発明のＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトとなる。
【0052】
その他の、ＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライト粉を製造する工程および焼結体（ＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライト）を製造する工程は、特に限定はなく、いわゆる常法に従えば良い。
【実施例】
【0053】
以下、本発明について確認した実施例について説明する。
（実施例１）
Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＭｎＯ、ＮｉＯおよびＣｏＯの基本成分を、表１－１および表２－１に示す種々の組成となるように原料を混合した。なお、これら原料は不純物の含有量が異なるものを使用した。
上記混合後、９３０℃で３時間の仮焼を行い、粉砕し、仮焼粉を得た。この得られた仮焼粉に、副成分としてＳｉＯ２、ＣａＯおよびＮｂ２Ｏ５を、前記基本成分に対し表１－１および表２－１に示した量となるように添加し、ボールミルで１０時間粉砕し粉砕粉とした。ついで、この粉砕粉にバインダーとしてポリビニルアルコールを添加し、造粒して造粒粉とした後、この造粒粉を、外径：３６ｍｍ、内径：２４ｍｍ、高さ：１２ｍｍのリング状に成形して成形体とした。その後、この成形体に、酸素分圧を１～５ｖｏｌ％の範囲に制御した窒素と空気の混合ガス中、表１－１および表２－１に示した最高温度で３時間の焼成を施した。最後に、表１－１および表２－１に示した速度で最高温度から１１００℃までの冷却をしてリング状試料（フェライト焼結体）を得た。なお、表１－１および表２－１における、酸化鉄中のＣｌ量、焼結体中のＣｌ量、Ｓｒ量、Ｂａ量は蛍光Ｘ線分析により常法に従い測定し、前記基本成分に対する比率を計算して求めた。また、表１－２および表２－２における、焼結密度は上記リング状試料をアルキメデス法に従い測定した。
上記のようにして得たリング状試料に、１次側２０巻・２次側４０巻の巻線を施し、２０～２００℃において、直流ＢＨループトレーサーで１２００Ａ／ｍの磁界をかけたときの磁束密度を測定した。この大きさの磁界では、磁束はほぼ飽和しており、この時の磁束密度の値が飽和磁束密度と考えられるからである。
また、１次側５巻・２次側５巻の巻線を施し、交流ＢＨループトレーサーを用いて、温度を変化させて周波数５００ｋＨｚで磁束密度５０ｍＴまで励磁したときの鉄損を測定した。
（実施例１）
Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＭｎＯ、ＮｉＯおよびＣｏＯの基本成分を、表１－１および表２－１に示す種々の組成となるように原料を混合した。なお、これら原料は不純物の含有量が異なるものを使用した。
上記混合後、９３０℃で３時間の仮焼を行い、粉砕し、仮焼粉を得た。この得られた仮焼粉に、副成分としてＳｉＯ２、ＣａＯおよびＮｂ２Ｏ５を、前記基本成分に対し表１－１および表２－１に示した量となるように添加し、ボールミルで１０時間粉砕し粉砕粉とした。ついで、この粉砕粉にバインダーとしてポリビニルアルコールを添加し、造粒して造粒粉とした後、この造粒粉を、外径：３６ｍｍ、内径：２４ｍｍ、高さ：１２ｍｍのリング状に成形して成形体とした。その後、この成形体に、酸素分圧を１～５ｖｏｌ％の範囲に制御した窒素と空気の混合ガス中、表１－１および表２－１に示した最高温度で３時間の焼成を施した。最後に、表１－１および表２－１に示した速度で最高温度から１１００℃までの冷却をしてリング状試料（フェライト焼結体）を得た。なお、表１－１および表２－１における、酸化鉄中のＣｌ量、焼結体中のＣｌ量、Ｓｒ量、Ｂａ量は蛍光Ｘ線分析により常法に従い測定し、前記基本成分に対する比率を計算して求めた。また、表１－２および表２－２における、焼結密度は上記リング状試料をアルキメデス法に従い測定した。
上記のようにして得たリング状試料に、１次側２０巻・２次側４０巻の巻線を施し、２０～２００℃において、直流ＢＨループトレーサーで１２００Ａ／ｍの磁界をかけたときの磁束密度を測定した。この大きさの磁界では、磁束はほぼ飽和しており、この時の磁束密度の値が飽和磁束密度と考えられるからである。
また、１次側５巻・２次側５巻の巻線を施し、交流ＢＨループトレーサーを用いて、温度を変化させて周波数５００ｋＨｚで磁束密度５０ｍＴまで励磁したときの鉄損を測定した。
【0054】
上記測定結果に基づき、フェライト焼結体の密度、８０℃での飽和磁束密度、鉄損極小温度、ならびに０℃、１００℃および鉄損極小温度における鉄損値（以下、単に物性値といった場合はかかる６項目の物性値を指す）を、それぞれ表１－２および表２－２に記載した。ここで、表１－１，２のＮｏ．１－１～１－２７は、本発明に適合する発明例を、一方、表２－１，２のＮｏ．２－１～２－２８は、本発明の範囲から外れた比較例を示したものである。なお、表１－１，２のＮｏ．１－１～１－１９は、焼成中の最高温度を１３００℃とし、表１－１，２のＮｏ．１－２０～１－２３は、焼成中の最高温度をそれぞれ１２６０℃、１２７５℃、１３２５℃および１３４０℃のいずれかの温度に変化させた例を示した。また、表１－１，２のＮｏ．１－２４～１－２６は冷却速度を変化させた例、表１－１，２のＮｏ．１－２７は酸化鉄中のＣｌ量を低減させた例をそれぞれ示している。
【0055】
表１－１，２および表２－１，２の記載からわかるように、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＭｎＯ、ＮｉＯおよびＣｏＯの基本成分とＳｉＯ２、ＣａＯおよびＮｂ２Ｏ５の副成分の組成をそれぞれ適切に選んだ上で、フェライト原料である酸化鉄として、Ｃｌ含有量が ５００mass ppm以下の酸化鉄を用いると共に、最終焼結体中のＣｌ含有量を８０mass ppm以下に抑制し、さらに、ＳｒおよびＢａを１０．０mass ppm以下に制御した発明例のＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトは、本発明の焼成条件下で、いずれも、焼結密度が４．８５Ｍｇ／ｍ3超、５．００Ｍｇ／ｍ3以下の範囲となっている。また、磁化力１２００Ａ／ｍ、測定温度８０℃での飽和磁束密度が４００ｍＴ以上となっている。さらに、最大磁束密度５０ｍＴ、周波数５００ｋＨｚで測定した、０および１００℃における鉄損は１００ｋＷ／ｍ３以下で、鉄損極小温度における鉄損は７５ｋＷ／ｍ３以下となっている。
これらのことから、本発明に従えば、焼結密度と飽和磁束密度を高く維持したまま、０～１００℃の温度域で鉄損の低いＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライト材が得られることが分かる。
これらのことから、本発明に従えば、焼結密度と飽和磁束密度を高く維持したまま、０～１００℃の温度域で鉄損の低いＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライト材が得られることが分かる。
【0056】
一方、本発明の成分組成をいずれか満たさない比較例のＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトは、いずれも、最大磁束密度５０ｍＴ、周波数５００ｋＨｚで測定した、０および１００℃の何れかの温度での鉄損値が１００ｋＷ／ｍ３を超えている。また、鉄損極小温度での鉄損値は、いずれも、７５ｋＷ／ｍ３を超えたものしか得られていない。
【0057】
【表1-1】
【0058】
【表1-2】
【0059】
【表2-1】
【0060】
【表2-2】
【0061】
（実施例２）
以下、焼成の積載位置による特性値のバラツキを確認した実施例について説明する。
Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＭｎＯ、ＮｉＯおよびＣｏＯの基本成分を、表１－１の試料Ｎｏ．１－２０に示す組成となるように原料を混合した。上記混合後、９３０℃で３時間の仮焼を行い、粉砕し、仮焼粉を得た。この得られた仮焼粉に、副成分としてＳｉＯ２、ＣａＯおよびＮｂ２Ｏ５を、前記基本成分に対し表１－１の試料Ｎｏ．１－２０に示した量となるように添加し、ボールミルで１０時間粉砕し粉砕粉とした。
ついで、この粉砕粉にバインダーとしてポリビニルアルコールを添加し、造粒して造粒粉とした後、この造粒粉を、外径：３６ｍｍ、内径：２４ｍｍ、高さ：１２ｍｍのリング状に成形して、１９２個の成形体を作製した。
上記１９２個の成形体を３００ｍｍ角の焼成台板上に、平面：８行×８列，高さ：３段重ねで積載した。ついで、酸素分圧を１～５ｖｏｌ％の範囲に制御した窒素と空気の混合ガス中、表１－１の試料Ｎｏ．１－２０に示した最高温度で３時間の焼成を施した。最後に、表１－１の試料Ｎｏ．１－２０に示した速度で、上記最高温度から１１００℃まで冷却して、リング状試料（フェライト焼結体）を得た。
以下、焼成の積載位置による特性値のバラツキを確認した実施例について説明する。
Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＭｎＯ、ＮｉＯおよびＣｏＯの基本成分を、表１－１の試料Ｎｏ．１－２０に示す組成となるように原料を混合した。上記混合後、９３０℃で３時間の仮焼を行い、粉砕し、仮焼粉を得た。この得られた仮焼粉に、副成分としてＳｉＯ２、ＣａＯおよびＮｂ２Ｏ５を、前記基本成分に対し表１－１の試料Ｎｏ．１－２０に示した量となるように添加し、ボールミルで１０時間粉砕し粉砕粉とした。
ついで、この粉砕粉にバインダーとしてポリビニルアルコールを添加し、造粒して造粒粉とした後、この造粒粉を、外径：３６ｍｍ、内径：２４ｍｍ、高さ：１２ｍｍのリング状に成形して、１９２個の成形体を作製した。
上記１９２個の成形体を３００ｍｍ角の焼成台板上に、平面：８行×８列，高さ：３段重ねで積載した。ついで、酸素分圧を１～５ｖｏｌ％の範囲に制御した窒素と空気の混合ガス中、表１－１の試料Ｎｏ．１－２０に示した最高温度で３時間の焼成を施した。最後に、表１－１の試料Ｎｏ．１－２０に示した速度で、上記最高温度から１１００℃まで冷却して、リング状試料（フェライト焼結体）を得た。
【0062】
前記物性値を、前記実施例１に記載の方法でそれぞれ測定し、各物性値の焼成の積載位置によるバラツキ(最大値－最小値)を求めた。それぞれの結果を、試料Ｎｏ．１－２０として表３に示す。
また、表１－１の試料Ｎｏ．１－２１、試料Ｎｏ．１－２２、試料Ｎｏ．１－２３および表２－１の試料Ｎｏ．２－２７についても、同様の手順で試料を作製し、各物性値のバラツキ(最大値－最小値)をそれぞれ求めた。それぞれの結果を、試料Ｎｏ．１－２１、試料Ｎｏ．１－２２、試料Ｎｏ．１－２３および試料Ｎｏ．２－２７として表３に併記する。
また、表１－１の試料Ｎｏ．１－２１、試料Ｎｏ．１－２２、試料Ｎｏ．１－２３および表２－１の試料Ｎｏ．２－２７についても、同様の手順で試料を作製し、各物性値のバラツキ(最大値－最小値)をそれぞれ求めた。それぞれの結果を、試料Ｎｏ．１－２１、試料Ｎｏ．１－２２、試料Ｎｏ．１－２３および試料Ｎｏ．２－２７として表３に併記する。
【0063】
【表3】
【0064】
前記実施例１の結果および表３に記載した結果より、発明例（試料Ｎｏ．１－２０、試料Ｎｏ．１－２１、試料Ｎｏ．１－２２および試料Ｎｏ．１－２３）は比較例（試料Ｎｏ．２－２７）に比べて、各物性値が優れた値になっているだけでなく、各物性値のバラツキも小さいことが分かる。
【0065】
（実施例３）
以下、１１００℃までの冷却速度を規定する技術的意味を明確にするための実験を行い、かかる実験の結果、明確になった技術的意味を実験結果と共に説明する。
Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＭｎＯ、ＮｉＯおよびＣｏＯの基本成分を、表４－１に示す組成となるように原料を混合した。
上記混合後、９３０℃で３時間の仮焼を行い、粉砕し、仮焼粉を得た。この得られた仮焼粉に、副成分としてＳｉＯ２、ＣａＯおよびＮｂ２Ｏ５を、前記基本成分に対し表４－１に示した量となるように添加し、ボールミルで１０時間粉砕し粉砕粉とした。ついで、この粉砕粉にバインダーとしてポリビニルアルコールを添加し、造粒して造粒粉とした後、この造粒粉を、外径：３６ｍｍ、内径：２４ｍｍ、高さ：１２ｍｍのリング状に成形して成形体とした。その後、この成形体に、酸素分圧を１～５ｖｏｌ％の範囲に制御した窒素と空気の混合ガス中、表４－１に示した最高温度で３時間の焼成を施した。
次に、表４－１に示した速度で上記最高温度から１２００℃まで冷却し、さらに表４－１に示した速度で１２００℃から１１００℃まで冷却して、リング状試料（フェライト焼結体）を得た。なお、表４－１における、酸化鉄中のＣｌ量、焼結体中のＣｌ量、Ｓｒ量、Ｂａ量、および、焼結密度は、実施例１と同様の方法で測定した。
さらに、前記物性値を、実施例１と同様の方法で測定した。それぞれの測定結果を表４－２に示す。
以下、１１００℃までの冷却速度を規定する技術的意味を明確にするための実験を行い、かかる実験の結果、明確になった技術的意味を実験結果と共に説明する。
Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＭｎＯ、ＮｉＯおよびＣｏＯの基本成分を、表４－１に示す組成となるように原料を混合した。
上記混合後、９３０℃で３時間の仮焼を行い、粉砕し、仮焼粉を得た。この得られた仮焼粉に、副成分としてＳｉＯ２、ＣａＯおよびＮｂ２Ｏ５を、前記基本成分に対し表４－１に示した量となるように添加し、ボールミルで１０時間粉砕し粉砕粉とした。ついで、この粉砕粉にバインダーとしてポリビニルアルコールを添加し、造粒して造粒粉とした後、この造粒粉を、外径：３６ｍｍ、内径：２４ｍｍ、高さ：１２ｍｍのリング状に成形して成形体とした。その後、この成形体に、酸素分圧を１～５ｖｏｌ％の範囲に制御した窒素と空気の混合ガス中、表４－１に示した最高温度で３時間の焼成を施した。
次に、表４－１に示した速度で上記最高温度から１２００℃まで冷却し、さらに表４－１に示した速度で１２００℃から１１００℃まで冷却して、リング状試料（フェライト焼結体）を得た。なお、表４－１における、酸化鉄中のＣｌ量、焼結体中のＣｌ量、Ｓｒ量、Ｂａ量、および、焼結密度は、実施例１と同様の方法で測定した。
さらに、前記物性値を、実施例１と同様の方法で測定した。それぞれの測定結果を表４－２に示す。
【0066】
【表4-1】
【0067】
【表4-2】
【0068】
比較例である試料４－１、４－２のＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトは、いずれも、最大磁束密度５０ｍＴ、周波数５００ｋＨｚで測定した、０および１００℃の何れかの温度での鉄損値が１００ｋＷ／ｍ３を超えている。また、鉄損極小温度での鉄損値は、いずれも、７５ｋＷ／ｍ３を超えたものしか得られていない。
【0069】
かかる実施例３の結果により、前記最高温度から１１００℃までの間を所定の速度で冷却することは、特に、高密度な積載状態のトランス動作温度(８０℃)に達するまで高い飽和磁束密度を維持したまま、５００ｋＨｚの高周波駆動をした場合に、広い温度範囲で磁気損失を抑制するための重要な要件であることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【0070】
本発明は、飽和磁束密度が高く、５００ｋＨｚといった高周波であっても、広い温度範囲で磁気損失の小さいＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトを提供することができるので、車載機器、産業機器などで使用が増加しているＳｉＣやＧａＮ半導体デバイスを用いた高周波駆動電源などに広く応用することができる。