DE60217772T2

DE60217772T2 - Mn-Zn Ferrit und Spulenbestandteil mit Mn-Zn- Ferritkern

Info

Publication number: DE60217772T2
Application number: DE60217772T
Authority: DE
Inventors: c/o Minebea Co. Ltd. Kiyoshi Iwata-gun Ito; c/o Minebea Co. Ltd. Osamu Iwata-gun Kobayashi; c/o Minebea Co. Ltd. Yukio Iwata-gun Suzuki
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2001-08-22
Filing date: 2002-08-14
Publication date: 2007-05-31
Anticipated expiration: 2022-08-15
Also published as: EP1286366A2; US6991742B2; DE60217772D1; EP1286366B1; US20030059365A1; EP1286366A3; JP2003068515A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mn-Zn-Ferrit und eine Spulenkomponente, welche einen magnetischen Kern einschließt, der aus dem Mn-Zn-Ferrit hergestellt ist und insbesondere einen Mn-Zn-Ferrit und eine Spulenkomponente, welche zur Schaltung von Stromversorgungen bzw. Netzteilen, Geräuschfiltern, Drossel-Spulen usw. geeignet ist.
2. Beschreibung des verwandten Fachgebietes
Schaltleistungs-Einspeisungen bzw. Schaltungs-Stromversorgungen sind herkömmlicherweise in einem Frequenzband im Bereich von 100 bis 200 kHz verwendet worden. Einhergehend mit der Zunahme der Frequenz von elektronischen Gerätschaften, wie Informationskommunikationsgerätschaften, wird das Frequenzband für die Gerätschaften zunehmend höher (1 MHz überschreitend). Damit eine Schaltungs-Stromversorgung angemessen in einem solch hohen Frequenzband funktioniert, muss der Kernverlust von Materialien der Schaltungs-Stromversorgung bis zu dem hohen Frequenzband niedrig gehalten werden. Der Kernverlust wird allgemein in den Hystereseverlust, den Wirbelstromverlust und den Rückstandsverlust eingeteilt, und wenn ein beliebiger dieser Verluste zunimmt, nimmt der Kernverlust zu, wodurch es schwierig wird, die Stromversorgung in dem oben erwähnten hohen Frequenzband zu verwenden. Herkömmlicherweise wurde im Allgemeinen ein Mn-Zn-Ferrit als ein Material für Transformer und Drossel-Spulen für eine Schaltungs-Stromversorgung verwendet. Da jedoch der Allzweck-Mn-Zn-Ferrit, obgleich dessen Hysterese- und Restverluste klein sind, einen hohen Wirbelstromverlust aufweist, nimmt der Kernverlust schnell in einem hohen Frequenzband zu.
Das offen gelegte japanische Patent Nr. 9-237709 offenbart einen Mn-Zn-Ferrit, welches 0,005 bis 0,1 Gew.-% SiO₂ und 0,01 bis 0,3 Gew.-% CaO als Additive zusätzlich zu den Grundkomponenten von 50,0 bis 60,0 Mol-% Fe₂O₃, 8,0 Mol-% oder weniger an ZnO und als Rest MnO enthält, und bei dem der Kernverlust bei 2 MHz auf 500 kW/m³ oder weniger abnimmt.
In dem offenbarten Mn-Zn-Ferrit ist die komplexe relative Permittivität ε bei 2 MHz, die in den Ansprüchen und Ausführungsformen des offen gelegten japanischen Patentes beschrieben und diskutiert wird, sehr groß, wobei sie im Bereich von 10 000 bis 1 000 000 liegt. Eine solch große komplexe relative Permittivität ε bei 2 MHz macht es vermutetermaßen absolut unmöglich, dass die komplexe relative Permittivität ε 1 000 oder weniger bei 1 MHz misst, was darin resultiert, dass der elektrische Widerstand signifikant in einem hohen Frequenzband über 1 MHz abnimmt, wodurch der Wirbelstromverlust zunimmt und sich kein niedriger Kernverlust in einem hohen Frequenzband über 5 MHz einstellen kann.
Das offen gelegte japanische Patent Nr. 10-64716 offenbart einen Mn-Zn-Ferrit, welcher kein ZnO enthält und welcher einen Kernverlust von 500 kW/m³ oder weniger bei 3 MHz aufweist. Der Mn-Zn-Ferrit hat jedoch eine sehr große komplexe relative Permittivität ε im Bereich von 10 000 bis 1 000 000 bei 3 MHz, und man nimmt an, dass ein niedriger Kernverlust in einem hohen Frequenzband über 5 MHz nicht realisiert werden kann, wie im Fall mit dem vorstehend erwähnten Mn-Zn-Ferrit.
In der EP 1101736 A1 ist ein anderer Mn-Zn-Ferrit offenbart, dessen Grundkomponenten so eingestellt sind, dass eine Grundkomponentenzusammensetzung vorliegt, welche 44,0 bis 50,0 Mol-% Fe₂O₃, 4,0 bis 26,5 Mol-% ZnO, 0,1 bis 8,0 Mol-% von mindestens einem aus TiO₂ und SnO₂ und einen aus MnO bestehenden Rest enthält, und ferner 0,01 bis 2,00 Massen-% von mindestens einem aus CoO, NiO und MgO als Additiv enthält.
In der US 2002/0008336 A1 ist ferner ein Mn-Zn-Ferrit offenbart, welcher 43,0 bis 49,5 Mol-% Fe₂O₃, 33,5 bis 49,0 Mol-% MnO und 8,0 bis 17,0 Mol-% ZnO enthält, wobei das Verhältnis von den Molprozent an ZnO zu den Molprozent an Fe₂O₃ im Bereich von 0,35 oder weniger liegt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung erfolgte im Lichte des obigen konventionellen fachlichen Hintergrundes, und es ist ein Ziel, einen Mn-Zn-Ferrit bereitzustellen, welcher einen niedrigen Kernverlust in einem hohen Frequenzband über 1 MHz und ebenfalls sogar über 5 MHz aufrecht erhält, und welcher daraufhin in angemessener Weise in diesem hohen Frequenzband funktionieren kann, und ebenfalls eine Spulenkomponente unter Verwendung des Mn-Zn-Ferrits bereitzustellen.
Es ist bekannt, dass in einem solch hohen Frequenzband, wenn es 1 MHz übersteigt, der Wirbelstromverlust und der Restverlust, welche zusammen mit dem Hysterese-Verlust den Gesamtverlust vom Ferritkern (magnetischen Kern) ausmachen, sich auf 80% oder mehr des gesamten Verlustes belaufen.
Da der Wirbelstromverlust eine Verlustkomponente ist, welche proportional zum Quadrat der Frequenz und invers proportional zum elektrischen Widerstand ist, muss der elektrische Widerstand eines Ferritkerns erhöht werden, um den Wirbelstromverlust zu senken. Die jüngsten Forschungen durch die Erfinder der vorliegenden Anmeldung und andere haben enthüllt, dass in einem niedrigen Frequenzband von 100 bis 200 kHz der Wirbelverlust gesenkt werden kann, indem der Gleichstromwiderstand erhöht wird, dass jedoch in einem hohen Frequenzband von über 1 MHz die komplexe relative Permittivität ε verringert werden muss, um den Wirbelverlust zu senken. Nebenbei gesagt, verringert die Senkung der komplexen relativen Permittivität die elektrische Verbindung zwischen einer Spule und einem Kern, wodurch die Wärme, welche durch Kapazitätselemente, Abschrägung (skew) von Signalwellen oder dergleichen erzeugt wird, verringert wird.
Der Nachwirkungsverlust hängt teilweise von dem dielektrischen Verlust tan δ eines Kerns ab. Die komplexe relative Permittivität ε wird durch folgende Formel ausgedrückt: ε ≈ ε' – j ε'', wobei ε' ein Realteil der komplexen relativen Permittivität ist und ε'' ein imaginärer Teil der komplexen relativen Permittivität ist. Der Realteil ε' der komplexen relativen Permittivität gibt den Grad der Elektronenpolarisation, die im Kristall an der gleichen Phase wie dem angelegten elektrischen Feld auftritt, wenn ein elektrisches Wechselstromfeld angelegt wird. Der imaginäre Teil ε'' der komplexen relativen Permittivität gibt eine Komponente an, die einer Elektronenpolarisation, dessen Phase in Bezug auf das angelegte elektrische Feld zurückliegt, ausgesetzt ist, und im Ferrit mit Zunahme des Isolationsvermögens der Kristallkörnchengrenze abnimmt. In dem herkömmlichen Mn-Zn-Ferrit beläuft sich ε''/ε' auf 0,5 bis 1,5 oder mehr. Demzufolge muss der dielektrische Verlust tan δ eines Ferritkerns verringert werden, um den Restverlust zu senken.
Die vorliegende Erfindung wurde auf der Basis der obigen Information bewerkstelligt, und der Mn-Zn-Ferrit gemäß der vorliegenden Erfindung schließt die Komponenten gemäß Anspruch 1 ein. Und eine Spulenkomponente gemäß der vorliegenden Erfindung schließt einen magnetischen Kern ein, der aus dem oben erwähnten Mn-Zn-Ferrit besteht.
Da der Mn-Zn-Ferrit und die daraus bestehende Spulenkomponente einen dielektrischen Verlust tan δ von 0,3 oder weniger bei 1 kHz aufweisen, verringert sich der Nachwirkungsverlust und deshalb nimmt der Kernverlust insgesamt in einem hohen Frequenzband von 1 kHz bis 5 MHz ab. Und da sie eine komplexe relative Permittivität ε von 1 000 oder weniger bei 1 MHz besitzen, verringert sich der Wirbelstromverlust, und deshalb wird der Kernverlust davon abgehalten, in einem hohen Frequenzband von über 1 MHz zu steigen. Als ein Ergebnis besitzt der Mn-Zn-Ferrit einen niedrigen Kernverlust und sieht eine geringe elektrische Verbindung in einem hohen Frequenzband von über 1 MHz und ferner von über 5 MHz vor.
Der Mn-Zn-Ferrit und die Spulenkomponente der vorliegenden Erfindung enthält zusätzlich zu den Grundkomponenten 44,0 bis 50,0 Mol-% Fe₂O₃ (50,0 Mol-% sind ausgeschlossen), 4,0 bis 26,5 Mol-% ZnO und als Rest MnO, als ein Additiv 0,01 bis 0,1 Massen-% V₂O₅, und kann als Additive mindestens eines von 0,01 bis 0,2 Massen-% CaO und 0,005 bis 0,05 Massen-% SiO₂, mindestens eines von 0,01 bis 4,0 Massen-% SnO₂ und 0,01 und 3,0 Massen-% TiO₂; und mindestens eines von 0,01 bis 2,0 Massen-% CuO, 0,01 bis 2,0 Massen-% NiO, mindestens eines von 0,01 bis 2,0 Massen-% MgO, 0,01 bis 2,0 Massen-% CoO, 0,01 bis 2,0 Massen-% Al₂O₃ und 0, 01 bis 2,0 Massen-% Cr₂O₃ enthalten.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Der Mn-Zn-Ferrit der vorliegenden Erfindung besitzt, wie oben beschrieben, eine Grundkomponentenzusammensetzung von 44,0 bis 50,0 Mol-% Fe₂O₃ (50,0 Mol-% sind ausgeschlossen), 4,0 bis 26,5 Mol-% ZnO und als Rest MnO, und er wird so hergestellt, dass die jeweiligen Materialpulver, welche so gemischt werden, dass die jeweiligen Komponenten so eingestellt sind, dass die obige Zusammensetzung erhalten wird, zu toroidalen Kernen (Grün- bzw. Nasssandkernen) gepresst werden und dann die Grünkerne gesintert werden und danach entweder in einer Atmosphäre, die eine geeignete Menge an Sauerstoff enthält, oder in einer Atmosphäre, die durch den unten gezeigten Ausdruck erhalten wird, wobei die Konstante b auf einen geeigneten Wert von zwischen 6 und 21 eingestellt ist, gekühlt werden. Die Konstante b wird auf einen Bereich von 6 bis 21 aus folgenden Gründen eingestellt. Wenn die Konstante b größer als 21 ist, ist die erhaltene Atmosphäre praktisch die gleiche wie Raumluft, was nicht die Spezifizierung der Sauerstoffkonzentration rechtfertigt. Und um die anfängliche Permeabilität des Mn-Zn-Ferrits in einem niedrigen Frequenzband hoch zu machen, ist es erforderlich, dass die Konstante b so klein wie möglich ist, wenn sie jedoch geringer als 6 ist, wird FeO in einer großen Menge hergestellt, was die komplexe relative Permittivität erhöht. Im Hinblick auf den Zweck der vorliegenden Erfindung ist der Eisengehalt in Form von FeO im Ferrit bevorzugterweise geringer als 1 Mol-%. Log Po2 = {–14.540/(T + 273)} + b (1)worin T die Temperatur (°C) ist und Po₂ der relative Partialdruck von Sauerstoff (-) ist. Wie oben beschrieben, wenn die Konstante b auf größer als 21 eingestellt ist, ist die Atmosphäre praktisch die gleiche wie Raumluft, und wenn sie auf kleiner als 6 eingestellt ist, nehmen der dielektrische Verlust tan δ und die komplexe relative Permittivität ε zu.
In dem Mn-Zn-Ferrit der vorliegenden Erfindung verursacht ein Fe₂O₃-Gehalt von weniger als 44,0 Mol-%, dass die anfängliche Permeabilität und die magnetische Sättigungsflussdichte signifikant abnehmen, und ein Fe₂O₃-Gehalt von mehr als 50,0 Mol-% verursacht, dass der dielektrische Verlust tan δ bei 1 kHz 0,3 übersteigt und die komplexe relative Permittivität ε bei 1 MHz 1 000 übersteigt. Deshalb wird der Fe₂O₃-Gehalt so eingestellt, dass er im Bereich von 44,0 bis 50,0 Mol-% (50,0 Mol-% sind ausgeschlossen) liegt. Wenn der Fe₂O₃-Gehalt auf den obigen Bereich eingestellt wird, besitzt der Mn-Zn-Ferrit, wenn er in einer Atmosphäre, die eine geeignete Menge an Sauerstoff enthält, oder in der Atmosphäre mit einer Sauerstoffkonzentration, die basierend auf dem obigen Ausdruck (1) erhalten wird, wobei die Konstante b in geeigneter Weise auf 6 bis 21 eingestellt ist, gesintert wird, einen dielektrischen Verlust tan δ von 0,3 oder weniger bei 1 kHz und eine komplexe relative Permittivität ε von 1 000 oder weniger bei 1 MHz. Als ein Ergebnis besitzt der Mn-Zn-Ferrit einen niedrigen Kernverlust in einem hohen Frequenzband über 1 MHz und ferner über 5 MHz und weist ebenfalls eine geringe elektrische Verbindung zwischen einer Spule und einem Kern auf.
In dem Mn-Zn-Ferrit der vorliegenden Erfindung können die magnetischen Eigenschaften, wie die anfängliche Permeabilität und magnetische Sättigungsflussdichte, variiert werden, ohne ein Problem bei der praktischen Anwendung zu verursachen, solange die Charakteristika des dielektrischen Verlustes tan δ und der komplexen relativen Permittivität ε erfüllt werden. Da jedoch ein ZnO-Gehalt von weniger als 4,0 Mol-% verursacht, dass die anfängliche Permeabilität signifikant abnimmt, und da der ZnO-Gehalt von mehr als 26,5 Mol-% verursacht, dass die magnetische Sättigungsflussdichte signifikant abnimmt, wird der ZnO-Gehalt auf einen Bereich von 4,0 bis 26,5 Mol-% eingestellt.
Der Mn-Zn-Ferrit der vorliegenden Erfindung kann zusätzlich zu den Grundkomponenten und 0,01 bis 0,1 Massen-% V₂O₅ als ein Additiv mindestens eines von 0,01 bis 0,2 Massen-% CaO, 0,005 bis 0,05 Massen-% SiO₂ als weitere Additive enthalten. In diesem Fall können das CaO, SiO₂ und V₂O₅ ursprünglich CaO, SiO₂ bzw. V₂O₅ sein, oder sie können Verbindungen sein, welche, wenn sie gesintert werden, zu CaO, SiO₂ bzw. V₂O₅ werden. Wenn ein beliebiges dieser Oxide oder eine beliebige dieser Verbindungen selbst allein hinzugesetzt wird, wird die Zugabemenge auf einen Bereich eingestellt, wie er oben in Bezug auf das Massenverhältnis beschrieben ist, wobei die Menge zu CaO, SiO₂ und V₂O₅ umgewandelt ist. Wenn mindestens zwei der Oxide oder Verbindungen in Kombination hinzugegeben werden, wird die Gesamtmenge der Zugabe wünschenswerterweise auf einen Bereich von 0,02 bis 0,2 Massen-% in Bezug auf das Massenverhältnis eingestellt, bei dem die Menge zu CaO, SiO₂ und V₂O₅ umgewandelt ist.
Die Komponenten von CaO, SiO₂ und V₂O₅ sind wirksam bei der Steigerung des Widerstandes der Ferrit-Kristallkörnchengrenze, wodurch der dielektrische Verlust tan δ bei 1 kHz verringert wird. Eine zu kleine Menge der Zugabe der Komponenten verringert die Wirksamkeit und eine zu große Menge der Zugabe führt nicht nur dazu, dass die anfängliche Permeabilität und magnetische Sättigungsflussdichte signifikant abnehmen, sondern führt auch dazu, dass die komplexe relative Permittivität ε bei 1 MHz signifikant zunimmt. Deshalb wird die Zugabemenge auf den Bereich eingestellt, wie er oben definiert wurde.
Der Mn-Zn-Ferrit der vorliegenden Erfindung kann zusätzlich zu den Grundkomponenten, mit oder ohne die vorhergehende additive Gruppe, mindestens eines von 0,01 bis 4,0 Massen-% SnO₂ und 0,01 bis 3,0 Massen-% TiO₂ als Additive enthalten. In diesem Fall können SnO₂ und TiO₂ ursprünglich SnO₂ bzw. TiO₂ sein, oder sie können Verbindungen sein, welche, wenn sie gesintert werden, zu SnO₂ bzw. TiO₂ werden. Wenn eines dieser Oxide oder eine dieser Verbindungen allein selbst hinzugesetzt wird, wird die Zugabemenge auf einen Bereich eingestellt, wie er oben beschrieben wurde, und zwar hinsichtlich des Massenverhältnisses, wobei die Menge zu SnO₂ und TiO₂ umgewandelt wird. Wenn sowohl die Oxide als auch die Verbindungen in Kombination hinzugegeben werden, wird die Gesamtmenge der Zugabe wünschenswerterweise auf einen Bereich von 0,02 bis 4,0 Massen-% hinsichtlich des Massenverhältnisses der zu SnO₂ und TiO₂ umgewandelten Menge eingestellt.
Die Komponenten von SnO₂ und TiO₂ sind wirksam bei der Senkung der magnetischen Restflussdichte, wobei der Hysterese-Verlust verringert wird. Eine zu geringe Menge der Zugabe der Komponenten verringert die Wirksamkeit, und eine zu große Menge der Zugabe verursacht, dass die komplexe relative Permittivität ε bei 1 MHz ansteigt. Deshalb wird die Zugabemenge wünschenswerterweise auf einen Bereich eingestellt, wie er oben definiert wurde.
Der Mn-Zn-Ferrit der vorliegenden Erfindung kann zusätzlich zu den Grundkomponenten, mit oder ohne beliebige der zwei vorstehend genannten additiven Gruppen, mindestens eines von 0,01 bis 2,0 Massen-% jeweils von CuO, NiO, MgO, CoO, Al₂O₃ und Cr₂O₃ als Additive enthalten. In diesem Fall können CuO, NiO, MgO, CoO, Al₂O₃ und Cr₂O₃ ursprünglich CuO, NiO, MgO, CoO, Al₂O₃ bzw. Cr₂O₃ sein, oder sie können Verbindungen sein, welche, wenn sie gesintert werden, zu CuO, NiO, MgO, CoO, Al₂O₃ bzw. Cr₂O₃ werden. Wenn eines dieser Oxide oder eine dieser Verbindungen allein selbst hinzugegeben wird, wird die Zugabemenge auf einen Bereich eingestellt, wie es oben hinsichtlich des Massenverhältnisses beschrieben ist, wobei die Menge zu CuO, NiO, MgO, CoO, Al₂O₃ und Cr₂O₃ umgewandelt ist. Wenn mindestens zwei der Oxide oder Verbindungen in Kombination hinzugegeben werden, liegt die Gesamtmenge der Zugabe wünschenswerterweise im Bereich von 0,06 bis 2,0 Massen-% hinsichtlich des Massenverhältnisses, wobei die Menge zu CuO, NiO, MgO, CoO, Al₂O₃ und Cr₂O₃ umgewandelt ist.
Die Komponenten von CuO, NiO und MgO sind wirksam bei der Senkung der komplexen relativen Permittivität ε bei 1 MHz, wodurch der Wirbelstromverlust verringert wird. Eine zu kleine Menge der Zugabe der Komponenten verringert die Wirksamkeit, und eine zu große Zugabemenge verursacht nicht nur, dass die anfängliche Permeabilität signifikant gesenkt wird, sondern verursacht ebenfalls, dass der dielektrische Verlust tan δ bei 1 kHz zunimmt. Deshalb wird die Zugabemenge wünschenswerterweise auf den Bereich eingestellt, wie er oben definiert wurde.
Die CoO-Komponente ist wirksam bei der Verringerung der komplexen relativen Permittivität ε bei 1 MHz, wodurch der Wirbelstromverlust gesenkt wird. Co²⁺, wenn an der B-Stelle vom Spinell gelöst, besitzt eine positive magnetische Kristallanisotropie und führt bei der gesamten magnetischen Kristallanisotropie zu null, wodurch die anfängliche Permeabilität erhöht wird und der Hysterese-Verlust gesenkt wird. Eine zu kleine Menge der Zugabe der Komponente verringert die Wirksamkeit, und eine zu große Menge der Zugabe verursacht, dass die positive magnetische Kristallanisotropie und die Magneto-Striktion signifikant zunehmen, wodurch die magnetischen Eigenschaften verschlechtert werden. Deshalb wird die Zugabemenge wünschenswerterweise auf einen Bereich eingestellt, wie er oben definiert wurde.
Die Al₂O₃-Komponente ist wirksam bei der Verringerung der komplexen relativen Permittivität ε bei 1 MHz, wodurch der Wirbelstromverlust gesenkt wird. Eine zu kleine Menge der Zugabe der Komponente verringert die Wirksamkeit, und eine zu große Menge der Zugabe verursacht nicht nur, dass sich die Sinterbarkeit verschlechtert, sondern führt auch dazu, dass der dielektrische Verlust tan δ bei 1 kHz ansteigt. Deshalb wird die Zugabemenge wünschenswerterweise auf einen Bereich eingestellt, wie er oben definiert wurde.
Die Cr₂O₃-Komponente ist wirksam bei der Senkung der komplexen relativen Permittivität ε bei 1 MHz, wodurch der Wirbelstromverlust gesenkt wird. Cr³⁺, wenn an der B-Stelle vom Spinell gelöst, besitzt eine positive magnetische Kristallanisotropie, wenn auch eine geringe, und führt dazu, dass die gesamte magnetische Kristallanisotropie null wird, wodurch die anfängliche Permeabilität erhöht wird und der Hysterese-Verlust gesenkt wird. Eine zu kleine Menge der Zugabe der Komponente verringert die Wirksamkeit, und eine zu große Zugabemenge verursacht nicht nur, dass die Sinterbarkeit verschlechtert wird, sondern führt auch dazu, dass der dielektrische Verlust tan δ bei 1 kHz zunimmt. Deshalb wird die Zugabemenge wünschenswerterweise auf einen Bereich eingestellt, wie er oben definiert ist.
Der Mn-Zn-Ferrit der vorliegenden Erfindung kann ferner andere Additive enthalten, welche allgemein im Mn-Zn-Ferrit verwendet werden, wie Ta₂O₅, HfO₂, Nb₂O₅, Bi₂O₃, In₂O₃, MoO₃ und WO₃.
Bei der Herstellung des Mn-Zn-Ferrits werden rohe Materialpulver von den Grundkomponenten Fe₂O₃, ZnO und MnO für eine vorbestimmte Zusammensetzung eingewogen, gemischt, kalziniert und fein zermahlen. Die Temperatur zur Kalzinierung wird in geeigneter Weise auf einen Bereich von 800 bis 1 000 °C in Abhängigkeit von der Zusammensetzung eingestellt. Das feine Mahlen kann mit einer Allzweck-Kugelmühle durchgeführt werden. Wenn Additive, wie CaO, SiO₂, V₂O₅, SnO₂, TiO₂, CuO, NiO, MgO, CoO, Al₂O₃ und Cr₂O₃, verwendet werden, werden Pulver der Additive in jeweiligen geeigneten Mengen dem Pulver hinzugesetzt, fein zermahlen und gemischt, um eine Mischung mit der beabsichtigten Zusammensetzung zu erhalten. Die Mischung wird granuliert und gemäß einem gängigen Ferrit-Herstellungsverfahren gepresst, dann bei 900 bis 1 400 °C gesintert. Das Granulierungsverfahren kann durchgeführt werden, indem ein Bindemittel wie Polyvinylalkohol, Polyacrylamid, Methylcellulose, Polyethylenoxid oder Glycerol hinzugegeben wird, und das Pressverfahren kann durchgeführt werden, indem ein Druck von zum Beispiel 80 MPa oder mehr ausgeübt wird. Das Sintern und das anschließende Kühlen werden in einer Atmosphäre durchgeführt, welche eine geeignete Menge an Sauerstoff enthält, oder in einer Atmosphäre mit einem relativen Sauerstoffpartialdruck, welcher in Übereinstimmung mit dem vorstehend erwähnten Ausdruck (1) vorgeschrieben ist.
Ein so erhaltener Mn-Zn-Ferrit und eine Spulenkomponente mit einem daraus hergestellten magnetischen Kern besitzt einen niedrigen Kernverlust und eine geringe elektrische Verbindung zwischen einer Spule und einem Kern in einem hohen Frequenzband über 1 MHz und ferner über 5 MHz, wodurch ein erhöhter Bereich der Anwendung bereitgestellt wird.
BEISPIELE
Beispiel 1
Rohmaterialpulver von Fe₂O₃, ZnO und MnO als Grundkomponenten wurden für eine Zusammensetzung von 43,0 bis 52,0 Mol-%, 10,5 Mol-% bzw. dem Rest eingewogen, mit einer Kugelmühle gemischt, in der Luft bei 850 °C 2 Stunden lang kalziniert und mit einer Kugelmühle 20 Stunden lang gemahlen, und ein feines gemahlenes Pulver wurde erhalten. Bei dem feinen gemahlenen Pulver waren die Komponenten so eingestellt, dass die oben erwähnte Zusammensetzung erhalten wurde, und es wurde mit einer Kugelmühle 1 Stunde lang gemischt, um eine Mischung zu erhalten. Die Mischung wurde unter Zugabe von Polyvinylalkohol granuliert und bei einem Druck von 80 MPa zu toroidalen Kernen (Grünkernen) gepresst, wobei jeder davon nach dem Sintern einen äußeren Durchmesser von 25 mm, einen inneren Durchmesser von 15 mm und eine Höhe (Dicke) von 5 mm aufwies. Die Grünkerne wurden in einen Sinterofen gestellt, wobei die Atmosphäre durch Strömenlassen von Stickstoff eingestellt wurde, sodass eine Sauerstoffkonzentration erhalten wurde, indem die Konstante b des Ausdruckes (1) auf 8 eingestellt wurde, wurden bei 1 150 °C 3 Stunden lang gesintert und dann darin gekühlt und die in der Tabelle 1 gezeigten Proben (Mn- Zn-Ferrit) 1-1 bis 1-6 wurden erhalten. Für Bezugszwecke wurde ein gemischtes Pulver, welches aus Rohmaterialpulvern von 48,0 Mol-% Fe₂O₃, 26,5 Mol-% ZnO, 7,0 Mol-% CuO und als Rest MnO bestand, den gleichen Prozessen bzw. Verfahren wie oben erwähnt unterzogen, außer dass das Sintern in der Luft geschah, und es wurde eine Probe (Ni-Zn-Ferrit) 1-7 erhalten.
Hinsichtlich der Proben 1-1 bis 1-7 wurden die anfängliche Permeabilität und der dielektrische Verlust tan δ bei 1 kHz, die komplexe relative Permittivität ε bei 1 MHz und ein Kernverlust (kW/m³) bei 1 MHz und 5 MHz (25 mT und 80 °C) gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt. In der Tabelle wurden die Proben in "Erfindung" gemäß der vorliegenden Erfindung und "Vergleich" nicht gemäß der vorliegenden Erfindung eingeteilt. Diese Klassifizierung wird ebenfalls in den Tabellen 2 bis 4 verwendet.
Wie in der Tabelle 1 gezeigt, besitzen die Proben 1-3, 1-4 und 1-5, welche weniger als 50,0 Mol-% Fe₂O₃ enthalten, einen signifikant geringeren dielektrischen Verlust tan δ bei 1 kHz und eine signifikant geringere komplexe relative Permittivität ε bei 1 MHz als die Vergleichsprobe 1-1, welche 52,0 Mol-% Fe₂O₃ enthält, und besitzen demzufolge einen verringerten Kernverlust bei 1 MHz und 5 MHz. Die Vergleichsprobe 1-6, welche 43,1 Mol-% Fe₂O₃ enthält, besitzt einen Kernverlust, der zu dem der Proben 1-3, 1-4 und 1-5 vergleichbar ist, besitzt aber eine signifikant verringerte anfängliche Permeabilität. Die Vergleichsprobe (Ni-Zn für Referenzzwecke) 1-7 besitzt einen signifikant geringeren dielektrischen Verlust tan δ bei 1 kHz und eine signifikant geringere komplexe relative Permittivität ε bei 1 MHz als die Proben 1-3, 1-4 und 1-5, besitzt jedoch einen signifikant erhöhten Kernverlust bei 1 MHz und 5 MHz.
Beispiel 2
Es wurden Rohmaterialpulver aus Fe₂O₃, ZnO und MnO als Grundkomponenten für eine Zusammensetzung von 48,0 Mol-%, 10,5 Mol-% bzw. dem Rest eingewogen, mit einander mit mindestens einem von CaO und V₂O₅, welche in einer geeigneten Menge hinzugesetzt wurden, unter Verwendung einer Kugelmühle gemischt, in Luft bei 850 °C 2 Stunden lang kalziniert und mit einer Kugelmühle 20 Stunden lang gemahlen, und ein fein gemahlenes Pulver wurde erhalten. Bei dem fein gemahlenen Pulver waren die Komponenten so eingestellt, dass die oben erwähnte Zusammensetzung erhalten wurde, und es wurde mit einer Kugelmühle eine Stunde lang gemischt, um eine Mischung zu erhalten. Die Mischung wurde unter Zugabe von Polyvinylalkohol granuliert und bei einem Druck von 80 MPa zu toroidalen Kernen (Grünkernen) gepresst, wobei jeder davon nach dem Sintern einen äußeren Durchmesser von 25 mm, einen inneren Durchmesser von 15 mm und eine Höhe (Dicke) von 5 mm aufwies. Die Grünkerne wurden in einen Sinterofen gestellt, wobei
In Bezug auf die Proben 2-1 bis 2-6 wurden der dielektrische Verlust tan δ bei 1 kHz, die komplexe relative Permittivität ε bei 1 MHz und der Kernverlust (kW/m³) bei 1 MHz und 5 MHz (25 mT und 80 °C) gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 gezeigt. Die Tabelle 2 schließt die Probe 1-3 von Beispiel 1 ein.
die Atmosphäre durch Strömenlassen von Stickstoff eingestellt wurde, sodass eine Sauerstoffkonzentration erhalten wurde, indem die Konstante b des Ausdrucks (1) auf 8 eingestellt wurde, bei 1 150 °C 3 Stunden lang gesintert und dann darin gekühlt, und es wurden die Proben 2-1 bis 2-6, welche in der Tabelle 2 gezeigt sind, erhalten.
In Bezug auf die Proben 2-1 bis 2-6 wurden der dielektrische Verlust tan δ bei 1 kHz, die komplexe relative Permittivität ε bei 1 MHz und der Kernverlust (kW/m³) bei 1 MHz und 5 MHz (25 mT und 80 °C) gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 gezeigt. Die Tabelle 2 schließt die Probe 1-3 von Beispiel 1 ein.
Wie in der Tabelle 2 gezeigt, weisen die Proben 2-1 bis 2-4 (einschließlich die erfindungsgemäße Probe 2-3), welche eine geeignete Menge an mindestens einem von CaO und V₂O₅ enthalten, einen kleineren dielektrischen Verlust tan δ bei 1 kHz als die Probe 1-3, welche keine Additive enthält, auf, und demzufolge besitzen sie einen verringerten Kernverlust bei 1 MHz und 5 MHz. Die Vergleichsproben 2-5 und 2-6, welche die Additive in einer großen Menge enthalten, besitzen einen verringerten dielektrischen Verlust tan δ bei 1 kHz, besitzen jedoch eine signifikant erhöhte komplexe relative Permittivität ε bei 1 MHz und weisen als Ergebnis einen signifikant erhöhten Kernverlust insbesondere bei 5 MHz auf.
Beispiel 3
Rohmaterialpulver von Fe₂O₃, ZnO und MnO als Grundkomponenten wurden für eine Zusammensetzung von 48,0 Mol-%, 10,5 Mol-% bzw. einem Rest eingewogen, miteinander mit mindestens einem von SnO₂ und TiO₂ gemischt, die in einer geeigneten Menge hinzugesetzt wurden, und zwar unter Verwendung einer Kugelmühle, in Luft bei 850 °C 2 Stunden lang kalziniert und mit einer Kugelmühle 20 Stunden lang gemahlen, und ein fein gemahlenes Pulver wurde erhalten. Bei dem fein gemahlenen Pulver waren die Komponenten so eingestellt, dass die oben erwähnte Zusammensetzung erhalten wurde, und es wurde mit einer Kugelmühle 1 Stunde lang gemischt, um eine Mischung zu erhalten. Die Mischung wurde unter Zugabe von Polyvinylalkohol granuliert und bei einem Druck von 80 MPa zu toroidalen Kernen (Grünkernen) gepresst, wobei jeder davon nach dem Sintern einen äußeren Durchmesser von 25 mm, einen inneren Durchmesser von 15 mm und eine Höhe (Dicke) von 5 mm aufwies. Die Grünkerne wurden in einen Sinterofen gestellt, wobei die Atmosphäre durch Strömenlassen von Stickstoff eingestellt wurde, sodass eine Sauerstoffkonzentration erhalten wurde, indem die Konstante b von dem Ausdruck (1) auf 8 eingestellt wurde, bei 1 150 °C 3 Stunden lang gesintert und dann darin gekühlt, und die Proben 3-1 bis 3-6, welche in der Tabelle 3 gezeigt sind, wurden erhalten.
In Bezug auf die Proben 3-1 bis 3-6 wurden der dielektrische Verlust tan δ bei 1 kHz, die komplexe relative Permittivität ε bei 1 MHz und der Kernverlust (kW/m³) bei 1 MHz und 5 MHz (25 mT und 80 °C) gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 gezeigt. Die Tabelle 3 schließt die Probe 1-3 von Beispiel 1 ein.
Wie in der Tabelle 3 gezeigt, besitzen die Proben 3-1 bis 3-3, welche eine angemessene Menge von mindestens einem von SnO₂ und TiO₂ enthalten, einen dielektrischen Verlust tan δ bei 1 kHz, eine komplexe relative Permittivität ε bei 1 MHz und einen Kernverlust (kW/m³) bei 5 MHz, die zu jenen der Probe 1-3, welche keine Additive enthält, vergleichbar sind, besitzen jedoch einen signifikant geringeren Kernverlust bei 1 MHz. Dies ist einer Abnahme im Hysterese-Verlust zuzuschreiben. Die Vergleichsproben 3-4 bis 3-6, welche die Additive in einer großen Menge enthalten, besitzen eine komplexe relative Permittivität ε bei 1 MHz, die signifikant erhöht ist, und sie besitzen folglich einen signifikant erhöhten Kernverlust insbesondere bei 5 MHz.
Beispiel 4
Rohmaterialpulver aus Fe₂O₃, ZnO und MnO als Grundkomponenten wurden für eine Zusammensetzung von 48,0 Mol-%, 10,5 Mol-% bzw. einem Rest eingewogen, miteinander mit mindestens einem von CuO, NiO, MgO, CoO, Al₂O₃ und Cr₂O₃, die in einer geeigneten Menge hinzugesetzt wurden, unter Verwendung einer Kugelmühle gemischt, in der Luft bei 850 °C 2 Stunden lang kalziniert und mit einer Kugelmühle 20 Stunden lang gemahlen, und es wurde ein fein gemahlenes Pulver erhalten. Bei dem fein gemahlenen Pulver waren die Komponenten so eingestellt, dass die oben erwähnte Zusammensetzung erhalten wurde, und es wurde mit einer Kugelmühle 1 Stunde lang gemischt, um eine Mischung zu erhalten. Die Mischung wurde unter Zugabe von Polyvinylalkohol granuliert und bei einem Druck von 80 MPa zu toroidalen Kernen (Grünkernen) gepresst, wobei jeder davon nach dem Sintern einen äußeren Durchmesser von 25 mm, einen inneren Durchmesser von 15 mm und eine Höhe (Dicke) von 5 mm besaß. Die Grünkerne wurden in einen Sinterofen gestellt, wobei die Atmosphäre durch Strömenlassen von Stickstoff eingestellt wurde, sodass eine Sauerstoffkonzentration erhalten wurde, indem die Konstante b des Ausdrucks (1) auf 8 gestellt wurde, bei 1 150 °C 3 Stunden lang gesintert und dann darin gekühlt, und die in der Tabelle 4 gezeigten Proben 4-1 bis 4-9 wurden erhalten.
In Bezug auf die Proben 4-1 bis 4-9 wurden der dielektrische Verlust tan δ bei 1 kHz, die komplexe relative Permittivität ε bei 1 MHz und der Kernverlust (kW/m³) bei 1 MHz und 5 MHz (25 mT und 80 °C) gemessen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 4 gezeigt. Die Tabelle 4 schließt die Probe 1-3 von Beispiel 1 ein.
Wie in der Tabelle 4 gezeigt, besitzen die Proben 4-1 bis 4-4, welche eine angemessene Menge von mindestens einem von CuO, NiO, MgO und Al₂O₃ enthalten, eine kleinere komplexe relative Permittivität ε bei 1 MHz als die Probe 1-3, welche keine Additive enthält, und folglich besitzen sie einen verminderten Kernverlust (kW/m³) insbesondere bei 5 MHz. Die Proben 4-5 und 4-7, welche mindestens eines von CoO und Cr₂O₃ in einer angemessenen Menge enthalten, besitzen einen kleineren Kernverlust bei 1 MHz und 5 MHz. Dies ist einer Abnahme im Hysterese-Verlust und einer Senkung in der komplexen relativen Permittivität ε bei 1 MHz zuzuschreiben. Die Vergleichsproben 4-8 und 4-9, welche die Additive in einer großen Menge enthalten, besitzen eine erhöhte komplexe relative Permittivität ε bei 1 MHz, weisen jedoch einen signifikant erhöhten dielektrischen Verlust tan δ bei 1 kHz auf, und in der Folge weisen sie einen signifikant erhöhten Kernverlust bei 1 MHz und 5 MHz auf.
Wie oben beschrieben, besitzen der Mn-Zn-Ferrit und die Spulenkomponente gemäß der vorliegenden Erfindung einen niedrigen Kernverlust in einem hohen Frequenzband über 1 MHz und selbst über 5 MHz und können somit in angemessener Weise in diesem hohen Frequenzband funktionieren. Ebenfalls ist die elektrische Verbindung zwischen einer Spule und einem Kern verringert, wodurch die Wärmeerzeugung und eine Abschrägung der Signalwellenform unten gehalten werden können.

Claims

Mn-Zn-Ferrit, welcher als Grundkomponenten 44,0 bis 50,0 Mol-% (50,0 Mol-% sind ausgeschlossen) Fe₂O₃, 4,0 bis 26,5 Mol-% ZnO und als Rest MnO enthält, wobei der Mn-Zn-Ferrit ein Körper ist, der in einer Atmosphäre mit einer Sauerstoffkonzentration gesintert wird, die gemäß dem folgenden Ausdruck berechnet wird: log PO2 = –14,540/(T + 273) + bworin T die Temperatur (°C) ist, PO₂ der relative Partialdruck von Sauerstoff ist und b eine im Bereich von 6 bis 21 liegende Konstante ist, dadurch gekennzeichnet, dass er ferner 0,01 bis 0,1 Massen-% V₂O₅ als ein Additiv enthält, einen dielektrischen Verlust tanδ von 0,3 oder weniger bei 1 kHz und eine komplexe relative Permittivität ε von 1 000 oder weniger bei 1 MHz aufweist.
Mn-Zn-Ferrit gemäß Anspruch 1, ferner als Additiv mindestens eines von 0,01 bis 0,2 Massen-% CaO und 0,005 bis 0,05 Massen-% SiO₂ enthaltend, wobei der Gesamtgehalt von V₂O₅ und CaO und/oder SiO₂ 0,2 Massen-% nicht übersteigt.
Mn-Zn-Ferrit gemäß Anspruch 1 oder 2, ferner als Additive mindestens eines von 0,01 bis 4,0 Massen-% SnO₂ und 0,01 bis 3,0 Massen-% TiO₂ enthaltend, wobei der Gesamtgehalt 4,0 Massen-% nicht übersteigt, wenn beide enthalten sind.
Mn-Zn-Ferrit gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, ferner als Additive mindestens eines von 0,01 bis 2,0 Massen-% CuO, 0,01 bis 2,0 Massen-% NiO, 0,01 bis 2,0 Massen-MgO, 0,01 bis 2,0 Massen-% CoO, 0,01 bis 2,0 Massen-% Al₂O₃ und 0,01 bis 2,0 Massen-% Cr₂O₃ enthaltend, wobei der Gesamtgehalt 2,0 Massen-% nicht übersteigt, wenn zwei oder mehrere davon enthalten sind.
Spulenkomponente, welche einen magnetischen Kern einschließt, der aus dem Mn-Zn-Ferrit gemacht ist, wie er in einem der Ansprüche 1–4 beansprucht wird.