JP2002179461A - MnZn系フェライト - Google Patents

MnZn系フェライト

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JP2002179461A
JP2002179461A JP2000375814A JP2000375814A JP2002179461A JP 2002179461 A JP2002179461 A JP 2002179461A JP 2000375814 A JP2000375814 A JP 2000375814A JP 2000375814 A JP2000375814 A JP 2000375814A JP 2002179461 A JP2002179461 A JP 2002179461A
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ferrite
oxide
mol
mnzn
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Katsushi Yasuhara
克志 安原
Kenya Takagawa
建弥 高川
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電力損失の十分な低減が図れ、実効透磁率の
向上が図れ、しかも特性の信頼性に優れるMnZn系フ
ェライトを提供する。 【解決手段】 主成分として酸化マンガンをMnO換算
で30.0〜41.0モル%、酸化亜鉛をZnO換算で
4.0〜16.0モル%、残部として酸化鉄(Fe
23)を含むMnZn系フェライトであって、この主成
分に対して、酸化ケイ素をSiO2換算で0.006〜
0.014重量%、酸化カルシウムをCaO換算で0.
035〜0.070重量%含有するとともに、さらに、
前記主成分に対して、ZrO2、HfO2、V25、Nb
25、Ta25の中から選ばれた少なくとも1種以上を
総和で、0.005〜0.1重量%含有し、かつ、結晶
粒界がアモルファス相から形成されてなるように構成す
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、10〜500kH
z程度の高周波にて動作する電源トランス用の電源用フ
ェライトコアとして好適に用いられるMnZn系フェラ
イトに関する。
【0002】
【従来の技術】MnZn系フェライトは、各種通信機
器、民生用機器などのコイルやトランスに用いるコア材
料として多く用いられている。近年、このようなコア材
料は周波数の高い電源が使用される傾向があり、特にス
イッチング電源においては、10〜500kHzの高周
波域にて数10Wの電力で使用するトランスが必要であ
り、その他、モータドライブ用、信号増幅用、発信用等
の各種トランスコアもこのような要件が必要とされてい
る。
【0003】トランスコアにはこれまでMnZn系の低
損失フェライトが用いられてきたが、10〜500kH
zの高周波領域ではコアロスと称される電力損失が大き
く、コアロスの面での改善が要求されている。また、製
造されたフェライトの特性のバラツキが少なく、信頼性
に優れるMnZn系フェライトの提案の要望もなされて
いる。
【0004】また、トランスの小型化を図るためには、
コアロスの面での改良に加えて実効透磁率μaを高くす
る必要がある。
【0005】このような特性改善の観点から、提案件数
は少ないものの、従来よりフェライトの結晶粒界に注目
した技術の提案がなされている。例えば、特開平8−1
69756号公報には、副成分としてSiO2,CaO
を含むMnZn系フェライトにおいて、副成分元素が結
晶粒界に偏析し、かつ濃度分布の半値幅が10nm以下
にするように構成することで、電力損失の少ないMnZ
n系フェライトが得られる旨の提案がなされている。さ
らに、副成分としてNb25、Ta25、ZrO2、V2
5の中から選ばれた少なくとも1種を含有させる旨の提
案もなされている。
【0006】また、Journal of Solid State Chemistry
121, 117-128 (1996)には、CaO、SiO2を含み、
さらにNb25を含有するMnZn系フェライトは、結
晶粒界の一部に結晶相(CaNb26)が生成され、電
力損失は低減する旨の記載がなされている。
【0007】しかしながら、上記2つの先行技術におい
ては、結晶粒界の構造とフェライト特性との関係におけ
る十分な検討がなされておらず、電力損失の十分な低減
が図れ、実効透磁率の向上が図れ、しかも特性の信頼性
に優れるMnZn系フェライトの提案はなされていな
い。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】このような実状のもと
に本発明は創案されたものであり、その目的は、上記の
問題点を解決し、電力損失の十分な低減が図れ、実効透
磁率の向上が図れ、しかも特性の信頼性に優れるMnZ
n系フェライトを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために、本発明は、主成分として酸化マンガンをMn
O換算で30.0〜41.0モル%、酸化亜鉛をZnO
換算で4.0〜16.0モル%、残部として酸化鉄(F
23)を含むMnZn系フェライトであって、この主
成分に対して、酸化ケイ素をSiO2換算で0.006
〜0.014重量%、酸化カルシウムをCaO換算で
0.035〜0.070重量%含有するとともに、さら
に、前記主成分に対して、ZrO2、HfO2、V25
Nb25、Ta25の中から選ばれた少なくとも1種以
上を総和で、0.005〜0.1重量%含有し、かつ、
結晶粒界がアモルファス相から形成されてなるように構
成される。
【0010】また、本発明のMnZn系フェライトは、
好ましい態様として、電源用フェライトコアとして用い
られるように構成される。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明のMnZn系フェラ
イトについて詳細に説明する。本発明のMnZn系フェ
ライトにおける実質的な主成分は、酸化マンガンをMn
O換算で30.0〜41.0モル%(好ましくは、3
2.0〜41.0モル%、より好ましくは、34.0〜
40.0モル%)、酸化亜鉛をZnO換算で4.0〜1
6.0モル%(好ましくは、6.0〜14.0モル%、
より好ましくは、7.0〜12.0モル%)、残部とし
て酸化鉄(Fe23)を含んで構成される。
【0012】さらに本発明のMnZn系フェライト材料
においては、このような主成分に対して、酸化ケイ素を
SiO2換算で0.006〜0.014重量%(好まし
くは、0.007〜0.012重量%)、酸化カルシウ
ムをCaO換算で0.035〜0.070重量%(好ま
しくは、0.035〜0.060重量%)含有するとと
もに、さらに、前記主成分に対して、ZrO2、Hf
2、V25、Nb25、Ta25の中から選ばれた少
なくとも1種以上を総和で、0.005〜0.1重量%
(好ましくは、0.02〜0.08重量%)含有する。
【0013】上記の組成範囲においてMnOが30.0
モル%未満となると、電力損失(コアロス)が増加する
いう不都合が生じる傾向にあり、また、MnOが41.
0モル%を超えると、やはり同様に電力損失(コアロ
ス)が増加するという不都合が生じる傾向がある。
【0014】また、ZnOが4.0モル%未満となる
と、電力損失(コアロス)が増加するという不都合が生
じる傾向にあり、また、ZnOが16.0モル%を超え
ると、電力損失(コアロス)が増加し、しかも、飽和磁
束密度が低下するという不都合が生じる傾向がある。
【0015】また、副成分であるSiO2が0.006
重量%未満となると、電力損失(コアロス)が増加する
という不都合が生じる傾向にあり、SiO2が0.01
4重量%を超えると、電力損失(コアロス)が増加し、
しかも実効透磁率μaが減少してしまうという傾向があ
る。
【0016】また、副成分であるCaOが0.035重
量%未満となると、電力損失(コアロス)が増加すると
いう不都合が生じる傾向にあり、CaOが0.070重
量%を超えると、電力損失(コアロス)が増加し、しか
も実効透磁率μaが減少してしまうという傾向がある。
【0017】また、前記主成分に対して、ZrO2、H
fO2、V25、Nb25、Ta25の中から選ばれた
少なくとも1種以上の総和重量が、0.005重量%未
満となると、電力損失(コアロス)が増加するという不
都合が生じる傾向にあり、0.1重量%を超えると、電
力損失(コアロス)が増加し、しかも実効透磁率μaが
減少してしまうという傾向がある。
【0018】また、本発明のMnZn系フェライトにお
いて、最も特徴的な点は、結晶粒界がアモルファス相か
ら形成されてなる点にある。結晶粒界をアモルファス相
とすることにより、電力損失の十分な低減化が図れ、実
効透磁率の向上が図れ、しかも得られた損失値のバラツ
キが極めて小さく信頼性の高い製品を供給することがで
きる。結晶粒界にアモルファス相と結晶相とが混在して
いる形態が見られる場合には、上記の優れた効果は発現
しない。
【0019】結晶粒界がアモルファス相になっているか
否かの判断は、粒界領域におけるTEM像の観察によれ
ばよい。
【0020】本発明者らが実験的に確認できた、結晶粒
界をアモルファス相とするための要素としては、例え
ば、(i)副成分の含有割合や、(ii)フェライト焼成条件
等が挙げられる。フェライト焼成条件の好適な一例につ
いて言及すれば、1000℃から600℃までの冷却速
度を150〜700℃/hrの範囲内で、フェライト組
成に応じた冷却速度制御を採択すればよいことが実験的
にわかっている。
【0021】また、本発明におけるフェライトの平均結
晶粒子径は、好ましくは8〜30μm、より好ましくは
8〜20μmである。平均結晶粒子径が小さ過ぎるとヒ
ステリシス損失が大きくなる傾向が生じ、また、平均結
晶粒子径が大き過ぎると渦電流損失が大きくなる傾向が
生じる。
【0022】このようなフェライトから構成される電源
トランス用のコアは、例えば10〜500kHzの周波
数で、80〜110℃程度の温度で動作するものであ
り、その電力は、通常、1〜100W程度とされる。
【0023】
【実施例】以下、具体的実施例を挙げて本発明をさらに
詳細に説明する。
【0024】(実施例1〜5サンプルの作製)下記表1
に示すような組成を有するフェライトコアサンプルを作
製した。まず、主成分の原料には、Fe23、Mn34
およびZnOを用い、これらを湿式混合した後、スプレ
ードライヤーで乾燥させ、900℃で2時間仮焼きし
た。
【0025】次いで、主成分の原料の仮焼物と副成分の
原料とを混合した。副成分の原料には、SiO2および
CaCO3、並びに、表1に示されるように適宜選定さ
れたZrO2、HfO2、V25、Nb25、Ta25
化合物を用いた。
【0026】主成分の原料の仮焼物に副成分の原料を添
加して粉砕しながら混合を行った。粉砕は、仮焼物の平
均粒径が約2μmとなるまで行った。得られた混合物に
バインダとしてPVA(ポリビニルアルコール)を加
え、スプレードライヤーにて平均粒径150μmに顆粒
化した後、成形し、下記のような焼成条件により焼成し
て外径31mm、内径19mm、高さ8mmのトロイダ
ル状のサンプルを得た。
【0027】焼成条件 (i)最高保持温度工程は1300℃、5時間(酸素分圧
4.5%)とし、(ii)1300℃から1000℃まで平
衡酸素分圧のもと、50℃/hrの冷却速度とし、(ii
i)1000℃で窒素雰囲気に切り替えて1000℃から
600℃まで、300℃/hrの冷却速度とした。
【0028】これらの各実施例サンプルについて結晶粒
界のTEM像観察を行ったところ、いずれのサンプルに
おいても結晶粒界がアモルファス相から形成されている
ことが確認できた。
【0029】(比較例1〜5サンプルの作製)上記実施
例1〜5のサンプルの配合組成にそれぞれ対応するよう
に比較例1〜5サンプルを作製した。すなわち、焼成条
件を下記のように変えた以外は、上記実施例と同様の要
領で比較例1〜5サンプルを作製した。
【0030】焼成条件(比較例サンプル) (i)最高保持温度工程は1300℃、5時間(酸素分圧
4.5%)とし、(ii)1300℃から1000℃まで平
衡酸素分圧のもと、50℃/hrの冷却速度とし、(ii
i)1000℃で窒素雰囲気に切り替えて1000℃から
850℃まで、300℃/hrの冷却速度とし、(IV)
窒素雰囲気中850℃から750℃まで、15℃/hr
の冷却速度とし、(V) 窒素雰囲気中750℃から600
℃まで、300℃/hrの冷却速度とした。
【0031】これらの各比較例サンプルについて結晶粒
界のTEM像観察を行ったところ、いずれのサンプルに
おいても結晶粒界がアモルファス相と結晶相の混在する
形態から形成されていることが確認できた。
【0032】(比較例6サンプルの作製)副成分の原料
としてZrO2、HfO2、V25、Nb25、Ta25
のいずれも使用しなかった。それ以外は、上記の実施例
サンプルと同様の要領で比較例6サンプルを作製した。
【0033】上記の各サンプルについて、下記の項目を
評価した。
【0034】(1)電力損失(コア損失)Pcv 100kHz、200mT(最大値)の正弦波交流磁界
を印加し、100℃におけるコア損失を測定した。サン
プル数を30個とし、その平均値で示した。なお、10
0℃は電力損失が極小となる温度Tminである。
【0035】(2)実効透磁率μa 100kHz、200mT(最大値)の正弦波交流磁界
を印加し、100℃における実効透磁率μaを測定し
た。すなわち、ヒステリシスカーブにおける磁化200
mTでの実効透磁率μaを測定した。サンプル数を30
個とし、その平均値で示した。
【0036】(3)電力損失(コア損失)Pcvおよび実
効透磁率μa値のバラツキ サンプル数30個におけるそれぞれの特性値から、各特
性値の標準偏差値σを算出してバラツキの評価とした。
【0037】これらの結果を下記表1および表2に示し
た。なお、表1はサンプル組成および結晶粒界の状態を
示したものであり、対応するサンプルの実質的な特性評
価は表2に示される。
【0038】また、実施例サンプルおよび比較例サンプ
ルの同一番号は、実質的に同様な組成からなり、結晶粒
界の構造のみが異なる。さらに、本発明の効果を分かり
易くするために、対比可能な同一組成の比較例に対する
本願実施例のPcv低減率、およびμa向上率を算出し
て、表2に併記した。
【0039】
【表1】
【0040】
【表2】
【0041】
【発明の効果】上記の結果より本発明の効果は明らかで
ある。すなわち、本発明は、主成分として酸化マンガン
をMnO換算で30.0〜41.0モル%、酸化亜鉛を
ZnO換算で4.0〜16.0モル%、残部として酸化
鉄(Fe23)を含むMnZn系フェライトであって、
この主成分に対して、酸化ケイ素をSiO2換算で0.
006〜0.014重量%、酸化カルシウムをCaO換
算で0.035〜0.070重量%含有するとともに、
さらに、前記主成分に対して、ZrO2、HfO2、V2
5、Nb25、Ta25の中から選ばれた少なくとも1
種以上を総和で、0.005〜0.1重量%含有し、か
つ、結晶粒界がアモルファス相から形成されてなるよう
に構成されているので、電力損失の極めて十分な低減が
図れ、実効透磁率の格段の向上が図れ、しかも特性の信
頼性に優れるMnZn系フェライトを提供することがで
きる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G002 AA07 AB02 AE02 4G018 AA02 AA08 AA16 AA17 AA18 AA21 AA25 AA31 AB09 5E041 AB02 AB19 BD03 CA03 NN02

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主成分として酸化マンガンをMnO換算
    で30.0〜41.0モル%、酸化亜鉛をZnO換算で
    4.0〜16.0モル%、残部として酸化鉄(Fe
    23)を含むMnZn系フェライトであって、 この主成分に対して、酸化ケイ素をSiO2換算で0.
    006〜0.014重量%、酸化カルシウムをCaO換
    算で0.035〜0.070重量%含有するとともに、
    さらに、前記主成分に対して、ZrO2、HfO2、V2
    5、Nb25、Ta25の中から選ばれた少なくとも1
    種以上を総和で、0.005〜0.1重量%含有し、 かつ、結晶粒界がアモルファス相から形成されてなるこ
    とを特徴とするMnZn系フェライト。
  2. 【請求項2】 電源用フェライトコアとして用いられる
    請求項1に記載のMnZn系フェライト。
JP2000375814A 2000-12-11 2000-12-11 MnZn系フェライト Withdrawn JP2002179461A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2006054749A1 (ja) * 2004-11-19 2008-06-05 日立金属株式会社 低損失Mn−Znフェライト及びこれを用いた電子部品並びにスイッチング電源
CN112125658A (zh) * 2020-09-30 2020-12-25 山东春光磁电科技有限公司 电磁炉加热板用磁泥粉及其制备方法

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