JP2002231520A - MnZn系フェライト - Google Patents
MnZn系フェライトInfo
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Abstract
範囲の温度領域で低損失化が実現できるMnZn系フェ
ライトを提供する。 【解決手段】 主成分として酸化鉄をFe2O3換算で5
3.2〜54.5モル%、酸化亜鉛をZnO換算で7.
5〜11.5モル%、残部として酸化マンガン(Mn
O)を含むMnZn系フェライトであって、この主成分
に対して、酸化コバルトをCo3O4換算で2000〜4
500ppm、酸化ケイ素をSiO2換算で60〜14
0ppm、酸化カルシウムをCaO換算で300〜70
0ppm含有させ、さらに酸化ニオブをNb2O5換算で
100〜350ppmおよび/または酸化ジルコニウム
をZrO2換算で50〜450ppm含有させる。
Description
などの電源トランス等の磁心に用いられるMnZn系フ
ェライトに関し、特に、電力損失(コアロス)の温度依
存性が小さいMnZn系フェライトに関する。
は、電子回路の熱暴走を防ぐ為の安全性を優先させ、電
力損失(コアロス)が極小値を示す温度(以下、ボトム
温度と略す)が電子回路の駆動温度より高い温度になる
ように材料設計されていた。
車などの急速な発展とトランスの高効率化などの要望に
応じる為、フェライト材料としては、ボトム温度が実際
の駆動温度に近い事、さらに特に電気自動車等、屋外で
使用される機器に関しては、広い温度帯域での低損失化
が実行できる事が求められるようになった。
術として、以下に示すような提案がなされている。
n系フェライトの基本組成に、CaOおよびNb2O5を
含有させ、さらにAl2O3、CoO、CuOのうち少な
くとも一種を含有させ、コアロスの低減、磁気特性の改
善を図る旨の提案がなされている。しかしながら、当該
提案には、コアロスの温度特性に関しては全く考慮され
ていない。さらに、トランスの高効率化の要望は極めて
高く、より一層の磁気損失の低減が要求されている。
e2O3、CoO、ZnO、MnOからなる主組成に加
え、SiO2、CaO、ZrO2、およびTa2O5を含有
させることにより広範囲の温度領域で低損失のフェライ
トを得ることができる旨の提案がなされている。しかし
ながら、トランスの高効率化の要望は極めて高く、より
一層の磁気損失の低減が要求されている。
には、Fe2O3、ZnO、MnO、NiO、CoOから
なる主成分に加えて、SiO2、CaOを含有させ、さ
らにTa2O5、ZrO2、Nb2O5、V2O5、K2O、T
iO2、SnO2、HfO2のうち少なくとも1種の添加
成分を含有させることにより広範囲の温度領域で低損失
なフェライトを得ることができる旨の提案がなされてい
る。しかしながら、トランスの高効率化等に対する改善
の要望は高く、さらなる改善が要求されている。
に本発明は創案されたものであり、その目的は、上記の
課題を解決し、電力損失の低減が図れることはもとよ
り、広範囲の温度領域で低損失化が実現できるMnZn
系フェライトを提供することにある。
るために、本発明は、主成分として酸化鉄をFe2O3換
算で53.2〜54.5モル%、酸化亜鉛をZnO換算
で7.5〜11.5モル%、残部として酸化マンガン
(MnO)を含むMnZn系フェライトであって、この
主成分に対して、酸化コバルトをCo3O4換算で200
0〜4500ppm、酸化ケイ素をSiO2換算で60
〜140ppm、酸化カルシウムをCaO換算で300
〜700ppm、酸化ニオブをNb2O5換算で100〜
350ppm含有してなるように構成される。
e2O3換算で53.2〜54.5モル%、酸化亜鉛をZ
nO換算で7.5〜11.5モル%、残部として酸化マ
ンガン(MnO)を含むMnZn系フェライトであっ
て、この主成分に対して、酸化コバルトをCo3O4換算
で2000〜4500ppm、酸化ケイ素をSiO2換
算で60〜140ppm、酸化カルシウムをCaO換算
で300〜700ppm、酸化ジルコニウムをZrO2
換算で50〜450ppm含有してなるように構成され
る。
e2O3換算で53.2〜54.5モル%、酸化亜鉛をZ
nO換算で7.5〜11.5モル%、残部として酸化マ
ンガン(MnO)を含むMnZn系フェライトであっ
て、この主成分に対して、酸化コバルトをCo3O4換算
で2000〜4500ppm、酸化ケイ素をSiO2換
算で60〜140ppm、酸化カルシウムをCaO換算
で300〜700ppm、酸化ニオブをNb2O5換算で
100〜350ppm、酸化ジルコニウムをZrO2換
算で50〜450ppm含有してなるように構成され
る。
イトについて詳細に説明する。
質的な主成分は、酸化鉄をFe2O3換算で53.2〜5
4.5モル%、酸化亜鉛をZnO換算で7.5〜11.
5モル%、残部として酸化マンガン(MnO)を含んで
構成される。
力損失(コアロス)が増大してしまうという不都合が生
じる傾向がある。
においては、このような主成分に対して、下記の要領
で、副成分が含有される。
成分に対して、酸化コバルトをCo3O4換算で2000
〜4500ppm(好ましくは、2500〜4000p
pm)、酸化ケイ素をSiO2換算で60〜140pp
m(好ましくは、70〜120ppm)、酸化カルシウ
ムをCaO換算で300〜700ppm(好ましくは、
400〜600ppm)、酸化ニオブをNb2O5換算で
100〜350ppm(好ましくは、150〜300p
pm)含有するように構成される。
第1の態様において、酸化ニオブを酸化ジルコニウムに
変えて、当該酸化ジルコニウムの含有量を主成分に対し
て、ZrO2換算で50〜450ppm(好ましくは、
80〜350ppm)するように構成される。すなわ
ち、主成分に対して、酸化コバルトをCo3O4換算で2
000〜4500ppm(好ましくは、2500〜40
00ppm)、酸化ケイ素をSiO2換算で60〜14
0ppm(好ましくは、70〜120ppm)、酸化カ
ルシウムをCaO換算で300〜700ppm(好まし
くは、400〜600ppm)、酸化ジルコニウムをZ
rO2換算で50〜450ppm(好ましくは、80〜
350ppm)含有するように構成される。
第1の態様において、酸化ジルコニウムをさらに添加
し、当該酸化ジルコニウムの含有量を主成分に対して、
ZrO2換算で50〜450ppm(好ましくは、80
〜350ppm)するように構成される。すなわち、主
成分に対して、酸化コバルトをCo3O4換算で2000
〜4500ppm(好ましくは、2500〜4000p
pm)、酸化ケイ素をSiO2換算で60〜140pp
m(好ましくは、70〜120ppm)、酸化カルシウ
ムをCaO換算で300〜700ppm(好ましくは、
400〜600ppm)、酸化ニオブをNb2O5換算で
100〜350ppm(好ましくは、150〜300p
pm)、酸化ジルコニウムをZrO2換算で50〜45
0ppm(好ましくは、80〜350ppm)含有する
ように構成される。この第3の添加態様が最も良好な効
果が得られることが実験的に確認されている。
O4が2000ppm未満となると、コアロスの温度依
存性が大きくなってしまい、本発明の効果の発現が小さ
くなるという不都合が生じる傾向にあり、また、Co3
O4が4500ppmを超えると、コアロスが増大して
しまうという不都合が生じる傾向がある。
と、コアロスが増大してしまうという不都合が生じる傾
向にあり、SiO2が140ppmを超えると、焼成時
の異常粒成長によりコアロスが増大するという不都合が
生じる傾向がある。
と、コアロスが増大してしまうという不都合が生じる傾
向にあり、CaOが700ppmを超えると、焼成時の
異常粒成長によりコアロスが増大するという不都合が生
じる傾向がある。
ずれか一方が含有されれば良い。
アロスを低減させる効果が小さくなるという不都合が生
じる傾向にあり、Nb2O5Oが350ppmを超える
と、コアロスが増大してしまうという不都合が生じる傾
向がある。
と、コアロスを低減させる効果が小さくなるという不都
合が生じる傾向にあり、ZrO2が450ppmを超え
ると、コアロスが増大してしまうという不都合が生じる
傾向がある。
ける結晶粒界は、アモルファス相から形成されるように
することが望ましい。本発明の組成要件に加えて、結晶
粒界をアモルファス相とすることにより、特に、電力損
失の十分な低減化が図れ、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、上記の効果の発現は困
難である。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。
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。
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。
トランス用のコアは、例えば10〜500kHzの周波
数で、主に、25〜120℃程度の温度で動作するもの
であり、その電力は、通常、0.01〜10数W程度と
される。
詳細に説明する。
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。
3O4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。
原料とを混合した。副成分の原料には、表1に示される
ように適宜選定されたCo3O4、SiO2、CaCO3、
Nb 2O5、ZrO2の化合物を用いた。
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程度に
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。
化鉄、酸化亜鉛、酸化マンガン)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としてもよ
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ことができる。例えば、
塩化鉄、塩化マンガンおよび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ものである。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を混合して、主成分原料
としてもよい。
合ガス中)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。
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。
評価した。 (1)電力損失(コアロス)Pcvの温度依存性 100kHz、200mT(最大値)の正弦波交流磁界
を印加し、25℃、40℃、60℃、80℃、100
℃、および120℃におけるコアロスをそれぞれ,岩崎
通信機株式会社製の測定装置(SY−8216)を用い
て測定した。また、その総合的判定が容易となるよう
に、(i)Pcvの平均値およびその平均値からの振れ幅
を算出するとともに(表中のカッコ()内の数値が平均
値であり、それからの振れ幅を±で表示している)、(i
i)コアロスの「最大値−最小値」の値も併記した。
た。なお、表1は蛍光X線分析装置(株式会社島津製作
所製:MXF2100)により得られたサンプル組成を
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。
ある。すなわち、本発明は、主成分として酸化鉄をFe
2O3換算で53.2〜54.5モル%、酸化亜鉛をZn
O換算で7.5〜11.5モル%、残部として酸化マン
ガン(MnO)を含むMnZn系フェライトであって、
この主成分に対して、酸化コバルトをCo3O4換算で2
000〜4500ppm、酸化ケイ素をSiO2換算で
60〜140ppm、酸化カルシウムをCaO換算で3
00〜700ppm含有させ、さらに酸化ニオブをNb
2O5換算で100〜350ppmおよび/または酸化ジ
ルコニウムをZrO2換算で50〜450ppm含有さ
せているので、電力損失の低減が図れることはもとよ
り、広範囲の温度領域で低損失化が実現できるMnZn
系フェライトを提供することができる。
Claims (3)
- 【請求項1】 主成分として酸化鉄をFe2O3換算で5
3.2〜54.5モル%、酸化亜鉛をZnO換算で7.
5〜11.5モル%、残部として酸化マンガン(Mn
O)を含むMnZn系フェライトであって、 この主成分に対して、酸化コバルトをCo3O4換算で2
000〜4500ppm、 酸化ケイ素をSiO2換算で60〜140ppm、 酸化カルシウムをCaO換算で300〜700ppm、 酸化ニオブをNb2O5換算で100〜350ppm含有
してなることを特徴とするMnZn系フェライト。 - 【請求項2】 主成分として酸化鉄をFe2O3換算で5
3.2〜54.5モル%、酸化亜鉛をZnO換算で7.
5〜11.5モル%、残部として酸化マンガン(Mn
O)を含むMnZn系フェライトであって、 この主成分に対して、酸化コバルトをCo3O4換算で2
000〜4500ppm、 酸化ケイ素をSiO2換算で60〜140ppm、 酸化カルシウムをCaO換算で300〜700ppm、 酸化ジルコニウムをZrO2換算で50〜450ppm
含有してなることを特徴とするMnZn系フェライト。 - 【請求項3】 主成分として酸化鉄をFe2O3換算で5
3.2〜54.5モル%、酸化亜鉛をZnO換算で7.
5〜11.5モル%、残部として酸化マンガン(Mn
O)を含むMnZn系フェライトであって、 この主成分に対して、酸化コバルトをCo3O4換算で2
000〜4500ppm、 酸化ケイ素をSiO2換算で60〜140ppm、 酸化カルシウムをCaO換算で300〜700ppm、 酸化ニオブをNb2O5換算で100〜350ppm、 酸化ジルコニウムをZrO2換算で50〜450ppm
含有してなることを特徴とするMnZn系フェライト。
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- 2001-02-07 JP JP2001030702A patent/JP4279995B2/ja not_active Expired - Lifetime
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