JP2001068326A - MnZn系フェライト - Google Patents

MnZn系フェライト

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ferrite
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Abstract

(57)【要約】 【課題】例えばトランス用コアの実装温度において、高
飽和磁束密度かつ低損失のMnZnフェライト材料を提
供すること。 【解決手段】このため本発明では、酸化鉄をFe2 3
換算で52.5〜54.0mol%、酸化亜鉛をZnO
換算で7.7〜10.8mol%、残部がMnOからな
る主成分に、SiO2 換算の酸化珪素を60〜140p
pm、CaO換算の酸化カルシウムを350〜700p
pmを副成分として含み、さらにNiO換算の酸化ニッ
ケルを4500ppm以下(但し0を含まず)含有する
ことを特徴とするMnZnフェライトを提供するもので
ある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は磁気損失が小さく磁
束密度が大きい高性能MnZnフェライトに係り、特に
電源トランス用等のフェライトコアに用いて好適なMn
Znフェライトに関する。
【0002】
【従来の技術】近年の電子機器の小型化、高効率化にと
もなって、電源等に用いられるトランス用フェライトコ
アには低磁気損失、高飽和磁束密度のものが要求されて
いる。
【0003】このため、従来では下記の如きフェライト
が提案されている。
【0004】特開昭60−132301号公報には、F
2 3 、MnO、ZnOからなる基本組成に対してC
aO、Nb2 5 を含み、さらにSiO2 、V2 5
Al 2 3 、CoO、CuO、ZrO2 のうちの1種を
含有することにより磁気損失の低減を試みている。しか
しながらトランスの小型化、高効率化のためには更なる
磁気損失の低減が必要であり、さらに磁気損失とともに
重要な要求特性である飽和磁束密度に関しては全く考慮
されていない。
【0005】特開平7−297020号公報では、フェ
ライトにおいてSn、Tiにより100℃における磁気
損失を改善している。一般にMnZnフェライトにS
n、Tiを添加すると、磁気損失が極小を示す温度(以
下極小温度と略す)が低温にシフトすることが知られて
いる。従ってSn、Tiの含有量にともなってFeを減
らすか、またはZnを減らさなければ磁気損失の温度特
性がずれてしまう。そのとき高温における磁気損失が増
加し、または飽和磁束密度が低下する。さらにSn、T
iは非磁性なので、飽和磁束密度が低下することにな
る。
【0006】特開平10−64715号公報では、基本
組成としてFe2 3 、MnO、ZnOおよびNiOを
含み、さらにTa2 5 、ZrO2 、Nb2 5 、V2
5、TiO2 、HfO2 の1種または2種以上を含む
ことにより磁気損失および飽和磁束密度の改善を試みて
いる。NiOを含んでいることにより特に高温度域にお
いて高い飽和磁束密度が得られているものの、NiOの
含有量が0.5〜4mol%(0.3〜2.5wt%)
と多いために磁気異方性が大きくなると考えられるた
め、磁気損失はほとんど改善されていない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】近年の電子機器の小型
化、高効率化に伴い、その電源等に用いられるトランス
用フェライトコアには低磁気損失、高飽和磁束密度化の
要求がますます強くなってきている。従って本発明の目
的は、このような要求に適用するため、トランス用コア
の実装温度において、より高飽和磁束密度かつ低損失で
ある高性能MnZnフェライト材料を提供することであ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】このような本発明の目的
は、下記の(1)〜(7)により達成することができ
る。
【0009】(1)酸化鉄をFe2 3 換算で52.5
〜54.0mol%、酸化亜鉛をZnO換算で7.7〜
10.8mol%、残部がMnOからなる主成分に、S
iO 2 換算の酸化珪素を60〜140ppm、CaO換
算の酸化カルシウムを350〜700ppmを副成分と
して含み、さらにNiO換算の酸化ニッケルを4500
ppm以下(但し0を含まず)含有することを特徴とす
る。
【0010】(2)前記(1)に記載されたMnZnフ
ェライトにおいて、酸化亜鉛をZnO換算で9.1〜1
0.8mol%含有したことを特徴とする。
【0011】(3)前記(1)または(2)に記載され
たMnZnフェライトにおいて、酸化ニッケルをNiO
換算で3000ppm未満(但し0を含まず)含有する
ことを特徴とする。
【0012】(4)前記(1)に記載されたMnZnフ
ェライトにおいて、副成分としてNb2 5 換算で10
0〜350ppmの酸化ニオブと、ZrO2 換算で35
0ppm以下(0を含む)の酸化ジルコニウムを以下の
式に従うように含有したことを特徴とする。
【0013】400(ppm)≦ZrO2 (ppm)+
2×Nb2 5 (ppm)≦800(ppm) (5)前記(4)に記載されたMnZnフェライトにお
いて、酸化ジルコニウムをZrO2 換算で50〜350
ppm含有したことを特徴とする。
【0014】(6)前記(1)〜(5)に記載されたM
nZnフェライトにおいて、主成分に対してPの含有量
が30ppm以下(0を含む)であることを特徴とす
る。
【0015】(7)前記(1)〜(6)に記載されたM
nZnフェライトにおいて、主成分に対してBの含有量
が30ppm以下(0を含む)であることを特徴とす
る。
【0016】これにより下記の作用効果を奏する。
【0017】(1)100℃付近で使用されるトランス
用コアにおいて、磁気損失が非常に小さく、しかも飽和
磁束密度の大きなMnZnフェライトを得ることができ
る。しかも高温において低磁気損失、高飽和磁束密度な
組成を選択可能とすることができる。
【0018】(2)ZnOが9.1〜10.8mol%
含有されることにより、100℃より高温における磁気
損失の温度依存性が小さくなり、しかも従来のものより
も磁気損失の小さなものを製造し易くなる。
【0019】(3)酸化ニッケルをNiO換算で300
0ppm未満含有させたので、更に磁気損失の小さなも
のを得ることができる。
【0020】(4)Nb2 5 換算で100〜350p
pmの酸化ニオブと、ZrO2 換算で350ppmの酸
化ジルコニウムを、400(ppm)≦ZrO2 (pp
m)+2×Nb2 5 (ppm)≦800(ppm)の
範囲で含有するので、磁気損失の小さなものを得ること
ができる。
【0021】(5)前記(4)に記載のフェライトにお
いて、酸化ジルコニウムをZrO2換算で50〜350
ppm含有したので、更に磁気損失の小さなものを得る
ことができる。
【0022】(6)前記主成分に対してPを30ppm
以下含有させたので、磁気損失の小さなものを得ること
ができる。
【0023】(7)前記主成分に対してBを30ppm
以下含有させたので、これまた磁気損失の小さなものを
得ることができる。
【0024】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を表1〜表7
及び図1〜図6にもとづき説明する。表1、表3、表5
は本発明の実施例及び比較例を示すサンプルの組成分を
示し、表2、表4、表6はこの表1、表3、表5に示さ
れるサンプルの特性値を示す。表7は後述する図1〜図
3の組成分を示す。
【0025】図1は主組成による100℃の磁気損失の
変化を示す。なお図1に記載のサンプルの磁気損失の極
小温度は100℃である。図2は主組成による120℃
の磁気損失の変化を示す。図2に記載のサンプルは図1
と同一試料であり、その磁気損失の極小温度は図1と同
じく100℃である。図3は主組成による高温の飽和磁
束密度の変化を示す。図4はNi含有量による100℃
の磁気損失の変化を示し、サンプルNo.7(NiO=
0ppmの点)〜17(NiO=4800ppmの点)
及びNo.4(NiO=1200ppmの点)の特性を
示す。図5はNi含有量による高温の飽和磁束密度の変
化を示し、サンプルNo.7、4、13(NiO=24
00ppmの点)、15(NiO=3600ppmの
点)、17の特性を示す。また図6はサンプルNo.2
2〜39のNb、Zr含有量の関係を示し、2本の斜線
の間のサンプルのうち、No.23、24、No.27
〜29、No.31〜33、No.36、37が請求項
4に含まれ、またNo.23、24は請求項4には含ま
れるものの請求項5には含まれないものである。表1、
表3、表5に示す組成を有するフェライトコアを作成す
る。このとき主成分の仮焼物と副成分の原料を混合す
る。ただし、P、Bについては後述する。
【0026】主成分の出発原料としてFe2 3 、Mn
3 4 、ZnOを使用した。焼成後の成分が表1、表
3、表5に示す通りになるようにこれらを秤量し、湿式
混合後、スプレードライヤーにて乾燥し、大気中で2時
間900℃で仮焼成した。
【0027】副成分の出発原料としては、NiO、Si
2 、CaCO3 、Nb2 5 、ZrO2 を用いた。そ
して、焼成後の成分が同じく表1、表3、表5に示す通
りになるように、これらを秤量したあと、主成分の原料
の前記仮焼物にこれら副成分の原料を添加し、湿式粉砕
しながら混合した。粉砕は前記仮焼物の平均粒径が約2
μmになるまで行った。
【0028】なお上述した主成分原料に限らず、2種以
上の金属を含む複合酸化物の粉末を主成分原料に用いて
もよい。このような複合酸化物の粉末は、通常、塩化物
を酸化焙焼することにより製造する。例えば、塩化鉄、
塩化マンガン、塩化亜鉛を含有する水溶液を酸化焙焼す
ることにより、Fe、MnおよびZnを含む複合酸化物
の粉末が得られる。通常、この複合酸化物はスピネル相
を含む。ただし、塩化亜鉛は蒸気圧が高く、組成ずれが
生じやすい。そこで、塩化鉄および塩化マンガンを含む
水溶液を用いてFeおよびMnを含む複合酸化物の粉末
を製造し、この粉末と酸化亜鉛粉末または亜鉛フェライ
ト粉末とを混合して、主成分原料としてもよい。酸化焙
焼法で製造された複合酸化物粉末を主成分原料として用
いる場合には、上述した仮焼を行う必要はない。
【0029】このようにして得られた混合物にバインダ
としてPVAを加え、スプレードライヤーにより80〜
200μm程度に顆粒化した。その後、この顆粒を加圧
成形し、酸素分圧を制御した雰囲気中で1300℃にて
5時間焼成して外径31mm、内径19mm、厚さ8m
mのトロイダル形状のサンプルを得た。
【0030】なお、副成分のP、Bについては出発原料
であるFe2 3 等の原料に由来するものである。Pの
含有量は吸光光度法により測定し、Bの含有量はICP
(高周波プラズマ発光分析法)により測定した。
【0031】また主成分原料、副成分原料については、
前記実施例で用いたもの以外の化合物も用いることがで
きる。
【0032】
【表1】
【0033】
【表2】
【0034】
【表3】
【0035】
【表4】
【0036】
【表5】
【0037】
【表6】
【0038】
【表7】
【0039】各サンプルについて、100kHz、20
0mT(最大値)の正弦波交流磁界を印加し、それぞれ
100℃における磁気損失及び飽和磁束密度を測定し、
その結果表2、表4、表6に示す値を得た。また同様に
表7に示すサンプルを作成し、図1〜図3に示す特性を
測定した。
【0040】以下に主として表1〜表6により、本発明
における数値限定の理由を説明する。
【0041】酸化鉄が52.5mol%未満の場合は磁
気損失の極小温度が高温側にシフトする。
【0042】酸化鉄が54.0mol%を超えた場合は
磁気損失の極小温度が低温側にシフトする。
【0043】酸化鉄が52.5〜54.0mol%の範
囲以外の場合は、これらの結果として100℃の磁気損
失が大きくなる。
【0044】酸化亜鉛が7.7mol%以下の場合は、
磁気損失が320kW/m3 以上と大きなものとなる
(No.1、2参照)。
【0045】また酸化亜鉛が10.8mol%以上の場
合は、磁気損失が335kW/m3と大きなものとなる
(No.6参照)。
【0046】酸化珪素が60ppm以下の場合は、磁気
損失が427kW/m3 以上と大きなものとなる(N
o.18参照)。
【0047】また酸化珪素が140ppm以上の場合
は、磁気損失が374kW/m3 以上と大きなものとな
る(No.19参照)。
【0048】酸化カルシウムが350ppm以下の場合
は、磁気損失が485kW/m3 以上と大きなものとな
る(No.20参照)。
【0049】また酸化カルシウムが700ppm以上の
場合は、磁気損失が376kW/m 3 以上と大きなもの
となる(No.21参照)。
【0050】酸化ニッケルが4500ppm以上の場合
は、磁気損失が319kW/m3 以上と大きなものとな
る(No.17参照)。
【0051】また酸化ニッケルが0の場合は、磁気損失
が319kW/m3 と大きなものとなる(No.7参
照)。
【0052】請求項2に記載されたMnZnフェライト
では、酸化亜鉛を9.1〜10.8mol%含有するこ
とにより、図2に示す如く、高温での使用において磁気
損失の温度特性が平坦であるものが得られる。一般に電
源用トランスは周囲温度が100℃近辺で使用されるこ
とが多いが、用途によっては120〜140℃まで使用
温度が上がる場合もある。そのときには当然のことなが
ら高温での低損失が要求される。例えば最大負荷時には
周囲温度が140℃になるが、通常(定格の50〜60
%)は100℃近辺で使用されるようなトランスでは低
損失でかつ磁気損失の温度特性が平坦である方が有利で
ある。したがって、高密度実装や自動車用等、周囲温度
が高い場合でも適用できるものが得られる。
【0053】請求項3に記載されたMnZnフェライト
では、酸化ニッケルを3000ppm未満含有すること
により、磁気損失を更に小さくすることができる(N
o.13とNo.15を比較参照)。
【0054】請求項4において、酸化ニオブが100p
pm以上の場合は、No.30と31を比較して明らか
なように磁気損失の小さなものが得られ、酸化ニオブが
350ppmを超える場合は、No.25と24を比較
して明らかなように、磁気損失が大きくなる。そして請
求項4において酸化ジルコニウムが350ppmを超え
る場合は、No.37と38を比較して明らかなよう
に、磁気損失が大きくなる。
【0055】請求項5において、酸化ジルコニウムが5
0ppm未満の場合は、No.23と28を比較して明
らかなように、磁気損失が大きくなる。そして酸化ジル
コニウムが350ppmを超えた場合はNo.36と3
9を比較して明らかなように、磁気損失が大きくなる。
【0056】請求項6において、主成分に対してPの含
有量が30ppmを超えたとき、No.42、43を比
較して明らかなように磁気損失が大きくなる。
【0057】請求項7において、主成分に対してBの含
有量が30ppmを超えたとき、No.46、47を比
較して明らかなように、磁気損失が大きくなる。
【0058】本発明の組成の数値限定の理由を換言すれ
ば下記の通りである。
【0059】主組成が請求の範囲を外れると高飽和磁束
密度かつ低磁気損失のものが得られない。
【0060】SiO2 及びCaOが請求の範囲よりも少
ないと電気抵抗が下がり、磁気損失が大きくなる。
【0061】SiO2 が請求の範囲を超えると焼成時の
異常粒成長により磁気損失が大きくなる。
【0062】CaOが請求の範囲を超えると磁気損失が
大きくなる。
【0063】NiOが請求の範囲を超えると磁気損失が
増大する。
【0064】Nb2 5 及びZrO2 が請求の範囲を外
れると磁気損失が大きくなる。
【0065】PおよびBが請求の範囲を超えると、焼成
時の異常粒成長により磁気損失が大きくなる。
【0066】以下に、上記特開平7−297020号公
報に記載されたものについて更に説明する。
【0067】この公報記載のフェライトでは、Sn、T
iの添加により100℃における磁気損失を改善してい
る。MnZnフェライトにSn、Tiを添加すると磁気
損失の極小温度が低温側にシフトすることが知られてい
る。したがってこのSn、Tiの含有量にともないFe
を減らすか、またはZnを減らさなければ磁気損失の温
度特性がずれてしまい、これにより高温における磁気損
失が増加したり(図2)、または飽和磁束密度が低下す
る(図3)。さらに添加したSn、Tiは非磁性なので
飽和磁束密度は低下することになる。
【0068】本発明では、前記のものとは異なり、Ni
の添加により磁気損失を改善している。図4における測
定点は、表1、2におけるNiO=0、100、30
0、600、900、1200、1800、2400、
3000、3600、4200、4800(ppm)の
場合すなわちNo.7、8、9、10、11、4、1
2、13、14、15、16、17を示している。
【0069】本発明では、NiはSnやTiとは逆に磁
気損失の極小温度が高温にシフトする。従ってFeを増
やすか、またはZnを増やして磁気損失の温度特性を合
わせることになるため、高温において低磁気損失(図
2)、高飽和磁束密度(図3)な組成が選択可能とな
る。さらにNiによりキュリー温度が高くなるため、高
温の飽和磁束密度を増加することができる(図5)。図
5における測定点は、表1、2におけるNo.7、4、
13、15、17のNiO=0、1200、2400、
3600、4800の例を示している。
【0070】
【発明の効果】本発明により下記の効果を奏することが
できる。
【0071】(1)トランス用コアの実装温度におい
て、磁気損失が非常に小さく、しかも飽和磁束密度の大
きなMnZnフェライトを得ることができる。しかも高
温において低磁気損失、高飽和磁束密度な組成を選択可
能とすることができる。
【0072】(2)ZnOが9.1〜10.8mol%
含有されることにより、高温における磁気損失の温度特
性をその極小値部分において平坦なものとすることがで
きるので、磁気損失の温度特性の極小値範囲が広くな
り、磁気損失の小さなものを製造し易くなる。
【0073】(3)酸化ニッケルをNiO換算で300
0ppm未満含有させたので、更に磁気損失の小さなも
のを得ることができる。
【0074】(4)Nb2 5 換算で100〜350p
pmの酸化ニオブと、ZrO2 換算で350ppmの酸
化ジルコニウムを、400(ppm)≦ZrO2 (pp
m)+2×Nb2 5 (ppm)≦800(ppm)の
範囲で含有するので、磁気損失の小さなものを得ること
ができる。
【0075】(5)前記(4)に記載のフェライトにお
いて、酸化ジルコニウムをZrO2換算で50〜350
ppm含有したので、更に磁気損失の小さなものを得る
ことができる。
【0076】(6)前記主成分に対してPを30ppm
以下含有させたので、磁気損失の小さなものを得ること
ができる。
【0077】(7)前記主成分に対してBを30ppm
以下含有させたので、これまた磁気損失の小さなものを
得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】主組成による100℃の磁気損失の変化を示
す。
【図2】主組成による120℃の磁気損失の変化を示
す。
【図3】主組成による高温の飽和磁束密度の変化を示
す。
【図4】Ni含有量による100℃の磁気損失の変化を
示す。
【図5】Ni含有量による高温の飽和磁束密度の変化を
示す。
【図6】サンプルNo.23〜39のNb、Zr含有量
の関係を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G002 AA07 AB03 AD04 AE04 4G018 AA01 AA08 AA16 AA18 AA21 AA23 AA25 AA27 AA31 AA35 5E041 AB02 AB19 BD01 CA02 NN02

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】酸化鉄をFe2 3 換算で52.5〜5
    4.0mol%、 酸化亜鉛をZnO換算で7.7〜10.8mol%、 残部がMnOからなる主成分に、 SiO2 換算の酸化珪素を60〜140ppm、CaO
    換算の酸化カルシウムを350〜700ppmを副成分
    として含み、さらにNiO換算の酸化ニッケルを450
    0ppm以下(但し0を含まず)含有することを特徴と
    するMnZnフェライト。
  2. 【請求項2】前記請求項1に記載されたMnZnフェラ
    イトにおいて、酸化亜鉛をZnO換算で9.1〜10.
    8mol%含有したことを特徴とするMnZnフェライ
    ト。
  3. 【請求項3】前記請求項1または2に記載されたMnZ
    nフェライトにおいて、酸化ニッケルをNiO換算で3
    000ppm未満(但し0を含まず)含有することを特
    徴とするMnZnフェライト。
  4. 【請求項4】前記請求項1に記載されたMnZnフェラ
    イトにおいて、 副成分としてNb2 5 換算で100〜350ppmの
    酸化ニオブと、ZrO 2 換算で350ppm以下(0を
    含む)の酸化ジルコニウムを以下の式に従うように含有
    したことを特徴とするMnZnフェライト。 400(ppm)≦ZrO2 (ppm)+2×Nb2
    5 (ppm)≦800(ppm)
  5. 【請求項5】前記請求項4に記載されたMnZnフェラ
    イトにおいて、 酸化ジルコニウムをZrO2 換算で50〜350ppm
    含有したことを特徴とするMnZnフェライト。
  6. 【請求項6】前記請求項1〜5に記載されたMnZnフ
    ェライトにおいて、 主成分に対してPの含有量が30ppm以下(0を含
    む)であることを特徴とするMnZnフェライト。
  7. 【請求項7】前記請求項1〜6に記載されたMnZnフ
    ェライトにおいて、 主成分に対してBの含有量が30ppm以下(0を含
    む)であることを特徴とするMnZnフェライト。
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