JP2002012476A

JP2002012476A - フェライト焼結体およびその製造方法とフェライト成形用顆粒

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Publication number: JP2002012476A
Application number: JP2000187365A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Harada; 浩原田
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2000-06-22
Filing date: 2000-06-22
Publication date: 2002-01-15
Anticipated expiration: 2020-06-22
Also published as: JP3636292B2

Abstract

(57)【要約】【課題】磁心損失が低減されたフェライト焼結体とその
製造方法を提供する。【解決手段】フェライト原料粉末と、バインダーとして
のポリビニルアルコールと、可塑剤として添加され、分
子量が１０００以上６０００以下のポリエチレングリコ
ールとを混合し造粒してなるフェライト成形用顆粒の型
成形体を焼結する。これにより、吸水率が０．２重量％
以下のフェライト焼結体を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フェライト成形用
顆粒を用いて成形、焼結することにより得られるフェラ
イト焼結体とその製造方法と成形用顆粒に係り、特に磁
心損失が低減されたフェライト焼結体およびその製造方
法と、該焼結体を焼結する前に高い密度の成形体が得ら
れる成形用顆粒に関する。

【０００２】

【従来の技術】フェライトは電子部品に幅広く用いられ
る。そのフェライトはフェライト材料を用いて成形さ
れ、その成形体を焼成することにより得られる。従来、
フェライト成形体を製造する方法としては、種々の方法
が採用されているが、なかでも乾式の加圧成形法が一般
的に広く行われている。たとえばフェライト原料粉末と
バインダーと水とにより水性スラリーを調整し、これを
スプレードライヤーで噴霧乾燥して作製した顆粒、また
はフェライト原料粉末とバインダー溶液とを攪拌混合
し、乾燥とオシレーティング押出し造粒を繰り返して作
製した顆粒を加圧成形することにより、フェライト成形
体が製造される。そしてその成形体を焼成することによ
り焼結体が得られる。なお、オシレーティング押出し造
粒法とは、例えば数ｍｍ程度の粒径に造粒された粒子を
網上で押し潰して細かくした粒子を落下させるという作
業を、網目を順次細かくした数段の工程で行うことによ
り、所定の粒径以下の粒子を得る方法である。

【０００３】前述のような焼結前の成形体を得る際の加
圧成形方法においては、フェライト成形用顆粒として、
流動性が良好で、金型への充填性（流動性）が良く、し
かも小さい圧力で潰れやすいものを使用することが、得
られるフェライト焼結体の品質を良くし、かつ生産性を
高めるという見地から重要である。

【０００４】ところで、流動性が良く、小さい圧力で潰
れやすい顆粒を製造する方法としては、特開平５−１５
９９１８号公報や特公平７−１７４６０号公報に、分散
剤を用いてスラリーを調整してこれを造粒する方法が開
示されている。また、特公平３−３１６６０号公報や特
開平１０−５９７７６号公報には、バインダーの偏析を
抑制して造粒する方法が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記公
報に記載の方法は、一般にスプレードライヤーを用いた
噴霧乾燥造粒法に適用される技術であって、オシレーテ
ィング押出し造粒法に適用しても、所定の効果を発揮す
ることはできず、用途が狭い。

【０００６】また、前記公報に記載の方法は、顆粒の流
動性や潰れ易さは改善されるものの、得られる成形体の
強度や、焼結体の電磁気特性、特に磁心損失については
満足しうる効果が得られない。

【０００７】本発明は、上記問題点に鑑み、磁心損失が
低減されたフェライト焼結体とその製造方法を提供する
ことを目的とする。

【０００８】また、本発明は、前記フェライト焼結体の
成形前の成形体用顆粒として、高い密度の成形体が得ら
れる成型用顆粒を提供することを他の目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１のフェライト焼
結体は、フェライト原料粉末と、バインダーとしてのポ
リビニルアルコールと、可塑剤として添加され、分子量
が１０００以上６０００以下のポリエチレングリコール
とを混合し造粒してなるフェライト成形用顆粒の型成形
体を焼結してなり、吸水率が０．２重量％以下であるこ
とを特徴とする。

【００１０】請求項２のフェライト焼結体の製造方法
は、フェライト原料粉末と、バインダーとしてのポリビ
ニルアルコールと、可塑剤として添加され、分子量が１
０００以上６０００以下のポリエチレングリコールとを
混合してフェライト成形用顆粒を造粒し、該顆粒を型に
より成形し、該成形体を焼結して吸水率が０．２重量％
以下の焼結体を得ることを特徴とする。

【００１１】請求項３のフェライト成形用顆粒は、請求
項１のフェライト焼結体または請求項２のフェライト焼
結体の製造方法に用いられるフェライト成形用顆粒にお
いて、造粒用バインダーとしてのポリビニルアルコール
１００重量部に対し、可塑剤としてのポリエチレングリ
コールを５重量部以上５０重量部以下添加することを特
徴とする。

【００１２】本発明のフェライト成形用顆粒の原料粉末
は、特に限定されるものではないが、例えば、Ｆｅ_２Ｏ
_３、ＭｇＯ、ＭｎＯ、ＮｉＯ、ＣｕＯ、ＺｎＯを主成分
とし、必要に応じて、さらに、副成分ないし不可逆的不
純物として、Ｃｏ、Ｗ、Ｂｉ、Ｓｉ、Ｂ、Ｚｒ等の金属
酸化物が含まれてもよい。

【００１３】また、フェライト原料粉末の好ましい平均
粒径は、０．０１〜５μｍであり、より好ましくは０．
１〜１．５μｍである。好ましい平均粒径にするために
は、ボールミル、攪拌ミル、アトライター等のような粉
砕方式によっても良く、また、湿式粉砕、乾式粉砕のい
ずれでも良い。

【００１４】第一の必須成分であるポリビニルアルコー
ルは、一次粒子の結合剤、すなわち原料粉末と原料粉末
の結合材として機能するものであり、公知のものの中か
ら、鹸化度や重合度を適宜選択して用いることができ
る。このポリビニルアルコールの添加量は、原料粉末１
００重量部に対して、通常０．２〜１０重量部、より好
ましくは０．５〜３重量部である。ポリビニルアルコー
ルの添加量が０．２重量部未満であると、フェライト粒
子を造粒できなくなるので好ましくない。逆に１０重量
部を超えると、フェライト顆粒が硬くなりすぎ、潰れが
悪くなることにより、顆粒粒界を多く残し成形不良を発
生させる。また、容量欠陥が増加するので好ましくな
い。

【００１５】第二の必須成分であるポリエチレングリコ
ールは、フェライト成形体顆粒において、可塑剤として
機能し、低圧潰れ性と圧力伝達性を改善し、顆粒粒界を
低減するものである。ポリエチレングリコールの分子量
は１０００〜６０００の範囲のものが好ましく、より好
ましくは２０００〜４０００である。分子量が１０００
未満のものでは、低圧潰れ性は改善するが、吸湿性が大
きいため、顆粒の流動性が低下し、金型への均一充填が
できない。また、６０００を超える分子量のものでは、
添加による低圧潰れ性の改善効果が少なく、かつ成形体
強度の低下によるクラックが発生し易くなる。

【００１６】本発明によるフェライト成形用顆粒は、従
来より公知の方法である例えばスプレードライヤーによ
る噴霧造粒法や、オシレーティング押出し造粒法等によ
り、フェライト粉末を造粒することにより得られる。こ
のようにして得られたフェライト顆粒の平均粒径は、通
常５０〜５００μｍ、好ましくは７０〜３００μｍ、よ
り好ましくは８０〜１５０μｍである。平均粒径が５０
μｍ未満であると、流動性および金型への充填が悪くな
ることにより、成形体の寸法および単重量のばらつきが
大きくなるので好ましくない。また、金型への微粉付着
（スティッキング）が発生し易くなるので、好ましくな
い。逆に５００μｍを超えると、顆粒粒界を多く残し成
形不良を発生させる。また、成形体の寸法および単重量
のばらつきも大きくなる。

【００１７】本発明による高密度フェライト成形体を製
造するには、フェライト成形用顆粒を金型を用いて乾式
加圧成形を行う。この際、プレス圧力は、通常、４０〜
５００ＭＰａ、好ましくは８０〜４００ＭＰａの範囲で
選ばれる。

【００１８】本発明の焼結体製造に用いる成形用顆粒に
おいて、ポリエチレングリコールの添加量が５０重量部
を越えると、成形体強度の低下によるクラックが発生し
易くなる。また、５重量部未満では、添加による低圧潰
れ性の改善効果が不十分である。ポリビニルアルコール
に対するポリエチレングリコールの添加量は、より好ま
しくは、２０〜４０重量部である。

【００１９】

【発明の実施の形態】〔造粒材料の調整〕表１、表２に
示すように、フェライト焼結体を作製するに当たり、造
粒は、オシレーティング押出し造粒法と、スプレー噴霧
造粒法を用いた。また、このような造粒を行うための材
料として、フェライト粉末と、ポリビニルアルコール
（ＰＶＡ）とポリエチレングリコールの水溶液またはポ
リビニルアルコール単独の水溶液とを混合し、造粒のた
めの材料とした。

【００２０】ここで、ＰＶＡ水溶液Ｎｏ．５〜７はスプ
レー噴霧造粒によるもので、それ以外のものはオシレー
ティング押出し造粒による。オシレーティング押出し造
粒によるもの（Ｎｏ．５〜７以外のもの）については、
Ｍｎ−Ｍｇ−Ｚｎ系フェライト粉末１００重量部に、ポ
リエチレングリコール添加または不添加の種々のポリビ
ニルアルコール水溶液を１７重量部添加し、攪拌造粒機
ＴＭミキサー（三井鉱山社製）で混合攪拌造粒を行い、
造粒粉を調整した。

【００２１】また、表１において、ＰＶＡ水溶液Ｎｏ．
５、６のもの（スプレー噴霧造粒）については、Ｍｎ−
Ｍｇ−Ｚｎ系フェライト粉末６９重量部、水２５重量
部、固形分濃度１２重量％のポリエチレングリコール添
加ポリビニルアルコール水溶液を６重量部および分散剤
としてポリカルボン酸アンモニウム塩０．２５重量部を
湿式混合して、フェライトスラリーを調整した。ＰＶＡ
水溶液Ｎｏ．７のもの（スプレー噴霧造粒）は、ポリエ
チレングリコールを添加しないこと以外はＰＶＡ水溶液
Ｎｏ．５、６と同様に調整した。

【００２２】ここで、表１に示すように、ポリビニルア
ルコールは、鹸化度が９８．５で重合度が２４００のも
の（ＰＶＡ水溶液Ｎｏ．１〜４、８〜１３、１７〜２
０）と、鹸化度が８８．０で重合度が５００のもの（Ｐ
ＶＡ水溶液Ｎｏ．５〜７）と、鹸化度が８８．０で重合
度が１７００のもの（ＰＶＡ水溶液Ｎｏ．１４〜１６、
２１〜２３）とを使用した。

【００２３】また、ポリエチレングリコールは、分子量
が６００のもの（ＰＶＡ水溶液Ｎｏ．３、２０、２２）
と、分子量が１０００のもの（ＰＶＡ水溶液Ｎｏ．１２
〜１４、２３）と、分子量が２０００のもの（ＰＶＡ水
溶液Ｎｏ．１、６、８、１５〜１８、２１）と、分子量
が４０００のもの（ＰＶＡ水溶液Ｎｏ．２、５、９、１
９）と、分子量が６０００のもの（ＰＶＡ水溶液Ｎｏ．
１０）、分子量が１００００のもの（ＰＶＡ水溶液Ｎ
ｏ．１１）とを使用し、ポリビニルアルコール１００重
量部に対するポリエチレングリコールの添加量を表１の
右欄に示すように種々に変化させた。

【００２４】

【表１】

【００２５】〔造粒〕ＰＶＡ水溶液Ｎｏ．１〜４、８〜
２３のものについては、表２に示すように、前記造粒粉
をベルト乾燥機で乾燥処理し、オシレーティング造粒解
砕機で押出し造粒を行い、シフターにて整粒し、平均粒
径２５０μｍの顆粒を得た。また、ＰＶＡ水溶液Ｎｏ．
５〜７のものにおいては、スプレー噴霧造粒機で造粒
し、平均粒径１２５μｍの球形顆粒を得た。

【００２６】〔流動度の測定〕得られた顆粒の流動度を
ＪＩＳＺ２５０２に規定されている漏斗よりフェライ
ト顆粒５０ｇを流下させる時間（秒／５０ｇ）を測定し
た。

【００２７】〔顆粒の成形〕次いで、得られた顆粒をそ
れぞれ９８ＭＰａの圧力で乾式加圧成形し、長さ５５ｍ
ｍ、幅１２ｍｍ、高さ５ｍｍの直方体状のブロック成形
体を得た。このブロック成形体の抗折強度を、荷重試験
機（アイコーエンジニアリング社製）を用いてＪＩＳ
Ｒ１６０１に規定されている方法に従い測定した。

【００２８】〔成形体の焼結〕さらに、得られた顆粒を
それぞれ９８ＭＰａの圧力で乾式加圧成形し、外径２１
ｍｍ、内径１２ｍｍ、厚さ７ｍｍのリング状成形体を作
製した。ついで、これらを１３００℃の温度において２
時間焼結し、リング状コアを作製した。

【００２９】〔磁心損失の測定〕次に、これらのリング
状コアの磁心損失Ｐｃｖを、６４ｋＨｚ、５０ｍＴ、１
００℃の条件下で、Ｂ−Ｈアナライザー（岩崎通信機
社製ＳＹ−８２１６）により測定した。

【００３０】〔吸水率の測定〕また、このコアの吸水率
を、ＪＩＳＣ２１４１に準じた方法で測定した。すな
わち、試験片となるコアを１０５℃〜１２０℃で乾燥
後、デシケーター中で室温に戻し、乾燥質量Ｗ１を測定
し、その後、コアを水中で沈め、煮沸して冷却した後、
表面の水分をガーゼにより拭き取って飽水試験片を得て
その重量Ｗ２を測定し、吸水率（％）を次式から求め
た。

【００３１】吸水率＝１００×（Ｗ２−Ｗ１）／Ｗ１得られた磁心損失Ｐｃｖと吸水率の測定結果を表２に示
す。

【００３２】

【表２】

【００３３】〔成形圧力と成形体密度との関係〕次に、
ＰＶＡ水溶液Ｎｏ．６、７で作製した顆粒１．５ｇを直
径６ｍｍの金型に充填し、成形圧力４９〜２９４ＭＰａ
の間で変化させ、乾式加圧成形することにより、直径６
ｍｍ、長さ１６〜１９ｍｍの円柱状のフェライト成形体
を作製し、このサンプルについて、成形圧力と成形体密
度との関係を求めた。その結果を図１に示す。

【００３４】〔側面の写真〕また、成形圧力１９６ＭＰ
ａで作製した成形体のコア側面の潰れ状態をＳＥＭ写真
で撮影した結果を図２に示す。図２（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）は、ＰＶＡ水溶液Ｎｏ．６で作製した顆粒を成形
した成形体の上部、中間部、下部の各側面を示す。ま
た、図２（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）は、ＰＶＡ水溶液Ｎ
ｏ．７で作製した顆粒を成形した成形体の上部、中間
部、下部の各側面を示す。

【００３５】〔評価〕（ポリエチレングリコールの添加の有無）上述のよう
に、可塑性剤としてポリエチレングリコールをポリビニ
ルアルコールに加えて顆粒を得、その顆粒によりフェラ
イト成形体を製造することにより、顆粒粒界が少ない高
密度のフェライト成形体が得られる。この成形体を焼結
することにより、緻密で空隙の少ない、すなわち吸湿性
が少ない焼結体が得られる。そのため、焼結体内の欠陥
の減少により、磁心損失Ｐｃｖが大幅に改善されたフェ
ライト焼結体が得られた。

【００３６】（ポリエチレングリコールの分子量につい
て）ＰＶＡ水溶液Ｎｏ．１２、１４、すなわちポリエチ
レングリコールの分子量が１０００の場合、磁心損失Ｐ
ｃｖが７０と低く、流動度がそれぞれ２５、２６であっ
て、好ましい流動度である２８以下であり、抗折強度も
１．７、１．７と、好ましい抗折強度である１．２以上
であり、両者とも良好な範囲である。

【００３７】一方、ポリエチレングリコールの分子量が
６００であるＰＶＡ水溶液Ｎｏ．３、２０、２２につい
ては、磁心損失Ｐｃｖはそれぞれ６２、６３、６４と低
く、良好であるが、流動度がそれぞれ３０、２９、３１
と悪く、抗折強度もそれぞれ０．９、０．９、１．０と
低いという結果が得られた。そしてこの流動性の悪化に
より、金型への顆粒の充填性が悪く、不安定なものとな
るため、寸法・単重量のばらつきにつながるため、好ま
しくない。また、抗折強度の低下もクラックの発生につ
ながるため、好ましくない。従って、ポリエチレングリ
コールの分子量は１０００以上であることが好ましい。

【００３８】一方、ポリエチレングリコールの分子量が
６０００であるＰＶＡ水溶液Ｎｏ．１０の場合、磁心損
失Ｐｃｖが７２と低く、流動度が２６、抗折強度が１．
７と両者とも良好な範囲である。しかしポリエチレング
リコールの分子量が１００００であるＰＶＡ水溶液Ｎ
ｏ．１１の場合、磁心損失Ｐｃｖが８５と高く、抗折強
度も１．１と低い結果となった。このことから、ポリエ
チレングリコールの分子量は６０００以下であることが
好ましい。

【００３９】また、ポリエチレングリコールの分子量が
２０００または４０００であって、ポリエチレングリコ
ールの添加量が所定の範囲内（ポリビニルアルコール１
００重量部に対してポリエチレングリコール５〜５０重
量部）であるＰＶＡ水溶液Ｎｏ．１、２、５、６、８、
１０、１２、１５、２１においては、吸水率がいずれも
０．２％以下であり、また、磁心損失Ｐｃｖが７２以下
でいずれも低く、流動度も２６以下、抗折強度も１．４
以上と良好な範囲であるため、分子量は２０００〜４０
００の範囲にあることが好ましい。

【００４０】（ポリエチレングリコールの添加量につい
て）ポリエチレングリコールの分子量が２０００でポリ
ビニルアルコールに対する添加量が５重量部であるＰＶ
Ａ水溶液Ｎｏ．８の場合、磁心損失Ｐｃｖが７４と低
く、流動度は２５、抗折強度は１．８といずれも良好な
範囲である。しかし、ポリエチレングリコールの分子量
が４０００でポリビニルアルコールに対する添加量が３
重量部であるＰＶＡ水溶液Ｎｏ．９の場合、ポリエチレ
ングリコールの分子量が１０００でポリビニルアルコー
ルに対する添加量が２重量部であるＰＶＡ水溶液Ｎｏ．
１３の場合、ポリエチレングリコールの分子量が２００
０でポリビニルアルコールに対する添加量が３重量部で
あるＰＶＡ水溶液Ｎｏ．１６の場合、いずれも磁心損失
Ｐｃｖが８０以上と高い値を示す。従ってポリエチレン
グリコールの添加量は５重量部以上であることが好まし
い。

【００４１】一方、ポリエチレングリコールの添加量が
５０重量部であるＰＶＡ水溶液Ｎｏ．１８やＮｏ．２３
の場合、磁心損失Ｐｃｖがそれぞれ６２、６５と低く、
良好である。また、抗折強度は低下するものの、許容範
囲（１．２以上）である。

【００４２】しかし、ポリエチレングリコールの添加量
が６０重量部であるＰＶＡ水溶液Ｎｏ．１７やＮｏ．１
９の場合、磁心損失Ｐｃｖが６０、６２と低く、良好で
あるが、抗折強度が０．７と低く、クラックが発生し易
い結果となった。このようなことから、ポリエチレング
リコールの添加量は５０重量部以下であることが好まし
い。

【００４３】また、ポリエチレングリコールの分子量が
２０００、４０００の場合、ポリエチレングリコールの
ポリビニルアルコールに対する添加量が２０〜４０重量
部の範囲内にあるＰＶＡ水溶液Ｎｏ．１、２、５、６の
場合、いずれも、吸水率が０．０７以下と低く、また磁
心損失Ｐｃｖが６９以下と低く、流動度は２６以下で、
抗折強度も１．４以上と良好な範囲であるため、ポリエ
チレングリコールより好ましい添加量は２０〜４０重量
部である。

【００４４】（吸水率と磁心損失Ｐｃｖとの関係につい
て）図３に表２の吸水率と磁心損失Ｐｃｖとの関係を散
布図として示す。吸水率が０．２％以下であれば、この
例の組成のフェライトにおいて、８０ｋＷ／ｍ^３以下の
低い磁心損失Ｐｃｖのコアが得られることが判る。さら
に、７０ｋＷ／ｍ^３以下のより低い磁心損失Ｐｃｖのコ
アを得るためには、吸水率が０．１％以下であることが
好ましい。

【００４５】

【発明の効果】請求項１、２によれば、フェライト原料
粉末と、バインダーとしてのポリビニルアルコールと、
可塑剤として添加され、分子量が１０００以上６０００
以下のポリエチレングリコールとを混合し造粒し、これ
を成形し、焼結することによりフェライト焼結体を得て
いるので、成形時の低圧潰れ性が改善され、フェライト
成形体の顆粒粒界が低減され、その焼結体の内部欠陥の
低減により磁心損失が低いフェライト焼結体が得られ
る。

【００４６】請求項３によれば、請求項１、２におい
て、ポリビニルアルコール１００重量部に対し、ポリエ
チレングリコールを５重量部以上５０重量部以下添加し
てなるので、請求項１、２の効果がよりよく達成され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例および比較例における成形体の
成形圧力と成形体密度との関係を示すグラフである。

【図２】本発明の実施例および比較例における成形体の
状態を示す写真図である。

【図３】本発明におけるフェライト焼結体の吸水率と磁
心損失との関係図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フェライト原料粉末と、バインダーとして
のポリビニルアルコールと、可塑剤として添加され、分
子量が１０００以上６０００以下のポリエチレングリコ
ールとを混合し造粒してなるフェライト成形用顆粒の型
成形体を焼結してなり、吸水率が０．２重量％以下であ
ることを特徴とするフェライト焼結体。
【請求項２】フェライト原料粉末と、バインダーとして
のポリビニルアルコールと、可塑剤として添加され、分
子量が１０００以上６０００以下のポリエチレングリコ
ールとを混合してフェライト成形用顆粒を造粒し、該顆粒を型により成形し、該成形体を焼結して吸水率が０．２重量％以下の焼結体
を得ることを特徴とするフェライト焼結体の製造方法。
【請求項３】請求項１のフェライト焼結体または請求項
２のフェライト焼結体の製造方法に用いられるフェライ
ト成形用顆粒において、造粒用バインダーとしてのポリ
ビニルアルコール１００重量部に対し、可塑剤としての
ポリエチレングリコールを５重量部以上５０重量部以下
添加することを特徴とするフェライト成形用顆粒。