JP2010058983A - Mn-Zn-BASED FERRITE MATERIAL - Google Patents
Mn-Zn-BASED FERRITE MATERIAL Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010058983A JP2010058983A JP2008223173A JP2008223173A JP2010058983A JP 2010058983 A JP2010058983 A JP 2010058983A JP 2008223173 A JP2008223173 A JP 2008223173A JP 2008223173 A JP2008223173 A JP 2008223173A JP 2010058983 A JP2010058983 A JP 2010058983A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- iron loss
- temperature
- ferrite
- range
- mol
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Magnetic Ceramics (AREA)
- Soft Magnetic Materials (AREA)
Abstract
Description
本発明は、エネルギー鉄損の少ないＭｎ−Ｚｎ系フェライトに関し、特に、スイッチング電源用トランスの磁心等に用いて好適な、１００℃よりも高温の１２０〜１４０℃の温度領域で低鉄損を示すＭｎ−Ｚｎ系フェライトに関するものである。 The present invention relates to a Mn—Zn ferrite having low energy iron loss, and particularly exhibits low iron loss in a temperature range of 120 to 140 ° C. higher than 100 ° C., which is suitable for use as a magnetic core of a transformer for switching power supply. The present invention relates to Mn—Zn ferrite.
酸化物磁性材料は、一般に「フェライト」と総称されている。このフェライトは、Ｂａ系フェライトやＳｒ系フェライト等の硬質磁性材料と、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトやＮｉ−Ｚｎ系フェライト等の軟質磁性材料とに大分される。このうち、軟質磁性材料は、わずかな磁場に対しても容易に磁化するため、電源機器や通信機器、計測制御機器、磁気記録、コンピュータなどの広い分野で用いられている。この軟質磁性材料に要求される特性としては、保磁力が小さく、透磁率が高いこと、飽和磁束密度が大きく、低鉄損であることなどが挙げられる。 Oxide magnetic materials are generally collectively referred to as “ferrites”. This ferrite is roughly classified into hard magnetic materials such as Ba ferrite and Sr ferrite and soft magnetic materials such as Mn—Zn ferrite and Ni—Zn ferrite. Among these, soft magnetic materials are easily magnetized even with a small magnetic field, and are therefore used in a wide range of fields such as power supply equipment, communication equipment, measurement control equipment, magnetic recording, and computers. The properties required for this soft magnetic material include a low coercive force, a high magnetic permeability, a high saturation magnetic flux density, and a low iron loss.
また、軟磁性材料には、上記酸化物系のフェライト以外に、金属系の材料がある。この金属系軟磁性材料は、酸化物系のものと比べて飽和磁束密度が高いという特長を有する反面、電気抵抗が小さいため、高周波領域で使用する場合には、発生する渦電流に起因して鉄損が大きくなってしまうという問題がある。そのため、電子機器の小型化・高密度化の要請から使用周波数の高周波化が進んでいる近年においては、例えば、１００ｋＨｚ程度の高周波数帯域において用いられるスイッチング電源等には、金属系磁性材料を用いることはほとんど不可能となっている。 In addition to the oxide ferrite, the soft magnetic material includes a metal material. Although this metal-based soft magnetic material has a feature that the saturation magnetic flux density is higher than that of an oxide-based material, it has a small electric resistance, so when used in a high frequency region, it is caused by an eddy current generated. There is a problem that iron loss becomes large. Therefore, in recent years when the frequency of use has been increased due to demands for downsizing and increasing the density of electronic devices, for example, a metal-based magnetic material is used for a switching power supply used in a high frequency band of about 100 kHz. It is almost impossible.
このような背景から、高周波数帯域で用いられる電源用トランスの磁心材料には、従来から、鉄損の小さい（発熱の少ない）Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトが用いられてきた。しかし、この材料も、電気抵抗率が０．０１〜０．０５Ω・ｍ程度と低いため、さらに電気抵抗を高めて渦電流損を低減し、全体としての鉄損が低くて発熱量を抑えることができる磁性材料の開発が望まれていた。 Against this background, Mn—Zn-based ferrite with low iron loss (less heat generation) has been conventionally used as a magnetic core material for power transformers used in high frequency bands. However, since this material also has a low electrical resistivity of about 0.01 to 0.05 Ω · m, the electrical resistance is further increased to reduce eddy current loss, and the overall iron loss is low to suppress the heat generation amount. Development of magnetic materials that can be used has been desired.
このような要求に対して、例えば、特許文献１には、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトに、副成分としてＳｉＯ２やＣａＯなどの酸化物を微量添加して粒界に偏析させることにより、粒界抵抗を高めて、全体としての抵抗率を数Ω・ｍ以上とすることにより、発熱を抑制する技術が開示されている。 For such requirements, for example, Patent Document 1, the Mn-Zn ferrite, by segregating at the grain boundaries of the oxide such as SiO 2 or CaO as an auxiliary component added trace, grain boundary resistance And a technique for suppressing heat generation by increasing the resistivity to several Ω · m or more is disclosed.
また、フェライトを電源用トランスに使用する場合に考慮しなければならないことは、フェライトが組み込まれた機器の使用時における温度（動作温度）と、フェライト自体の鉄損に起因した発熱による温度上昇である。例えば、フェライトの鉄損が極小となる温度が室温付近にある場合には、発熱によって磁心の温度が上昇すると、鉄損が上昇し、それに伴ってさらに発熱が大きくなり、これが繰り返されて温度上昇が加速する、いわゆる熱暴走を起こす危険性があるからである。 In addition, when ferrite is used for power transformers, consideration must be given to the temperature (operating temperature) when using a device incorporating ferrite and the temperature rise due to heat generation due to the iron loss of the ferrite itself. is there. For example, if the temperature at which the iron loss of ferrite is at a minimum is near room temperature, the core loss increases as the temperature of the magnetic core rises due to heat generation, and the heat generation further increases accordingly. This is because there is a risk of causing a so-called thermal runaway.
一方、従来のトランスの動作温度は、５０〜７０℃付近であった。そこで、上記熱暴走の危険性を回避するため、従来のフェライトは、室温付近における鉄損の温度係数を負として温度上昇とともに鉄損を減少させると共に、鉄損が極小となる温度を約１００℃とするような材料設計がなされている。しかし、鉄損極小温度が１００℃程度の材料でも、何らかの原因で温度が１００℃以上に上昇した場合には、やはり鉄損は増大して熱暴走を起こす危険性がある。 On the other hand, the operating temperature of the conventional transformer was around 50 to 70 ° C. Therefore, in order to avoid the risk of thermal runaway, the conventional ferrite reduces the iron loss as the temperature rises with the temperature coefficient of iron loss near room temperature being negative, and the temperature at which the iron loss is minimized is about 100 ° C. The material design is made. However, even if the material has a minimum iron loss temperature of about 100 ° C., if the temperature rises to 100 ° C. or higher for some reason, the iron loss increases and there is a risk of causing thermal runaway.
特に最近では、電子機器の小型化に対応するため、電子部品の積載密度が高密度化しており、使用時の発熱による温度上昇がより大きくなる傾向にある。その結果、最近の電子部品は、これまで想定していなかった、１００℃を超える１２０〜１４０℃といった高温度域で使用される場合も出てきている。したがって、設計上の鉄損極小温度を、これまでの１００℃付近から１２０℃以上、例えば、１２０〜１４０℃程度とすることが検討されている。そのため、フェライトコアの鉄損の温度依存性も、これらの設計変更に対応させてやる必要がある。 In particular, recently, in order to cope with the downsizing of electronic devices, the loading density of electronic components has been increased, and the temperature rise due to heat generation during use tends to be larger. As a result, recent electronic components are sometimes used in a high temperature range of 120 to 140 ° C. exceeding 100 ° C., which has not been assumed so far. Therefore, it has been studied that the design minimum iron loss temperature is 120 ° C. or more, for example, about 120 to 140 ° C. from around 100 ° C. so far. For this reason, the temperature dependence of the iron loss of the ferrite core needs to correspond to these design changes.
ところで、フェライトの鉄損を支配する因子の１つに、磁気異方性定数Ｋ１がある。鉄損は、この磁気異方性定数Ｋ１の温度変化にともなって変化し、Ｋ１＝０となる温度で極小となる。したがって、フェライトの鉄損の温度変化を小さくするには、磁気異方性定数Ｋ１の温度依存性（鉄損温度係数）を小さくしてやる必要がある。 By the way, one of the factors governing the core loss of ferrite, and magnetic anisotropy constant K 1. The iron loss changes with the temperature change of the magnetic anisotropy constant K 1 and becomes minimum at a temperature at which K 1 = 0. Therefore, to reduce the temperature change of the ferrite core loss, it is necessary to oblige the temperature dependence of the magnetic anisotropy constant K 1 (the core loss temperature coefficient) smaller.
磁気異方性定数Ｋ１は、フェライトの主相であるスピネル化合物を構成する元素の種類によりほぼ決定され、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトの場合、Ｃｏイオンを導入することによりその温度依存性を小さくし、鉄損温度係数の絶対値を小さくすることができる（例えば、非特許文献１および２参照）。これにより、１００℃付近での鉄損が小さく、かつ、その前後の温度範囲でも鉄損が比較的小さいフェライト材料を得ることが可能となる。しかし、Ｃｏを加えることにより、鉄損極小温度が低下したり、あるいは、焼成温度や焼成雰囲気の酸素濃度の僅かな変動によって、鉄損温度係数や極小温度が大きく変動したりするという別の問題が発生している。 The magnetic anisotropy constant K 1 is almost determined by the type of elements constituting the spinel compound, which is the main phase of ferrite. In the case of Mn—Zn ferrite, the temperature dependence is reduced by introducing Co ions. The absolute value of the iron loss temperature coefficient can be reduced (see, for example, Non-Patent Documents 1 and 2). Thereby, it is possible to obtain a ferrite material having a small iron loss in the vicinity of 100 ° C. and a relatively small iron loss in the temperature range before and after that. However, adding Co causes another problem that the iron loss minimum temperature decreases, or the iron loss temperature coefficient and the minimum temperature fluctuate greatly due to slight fluctuations in the firing temperature and oxygen concentration in the firing atmosphere. Has occurred.
例えば、特許文献２には、Ｆｅ２Ｏ３，ＺｎＯ，ＭｎＯを主成分とし、ＣｏＯを０．０１ｍｏｌ％以上０．５ｍｏｌ％未満含有するＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライトにおいては、従来よりも広い温度範囲でＫ１＝０となり、高い透磁率と低い損失が広い温度範囲で、実現できることが開示されている。しかし、特許文献２に記載されたフェライトは、同文献の第１図に示されているように、コア損失の極小温度が低温度側に移行しているため、最近のような１２０〜１４０℃という高い動作温度では、温度上昇が加速して熱暴走を起こす危険性が解消されていない。
上記に説明したように、従来技術のフェライトはいずれも、電力損失の最小値を示す温度が１００℃以下であり、１２０〜１４０℃の高温度域で鉄損が最小値を示すものは開示されていない。また、たとえ鉄損極小温度が１００℃以上のものであっても、その温度が高くなればなるほど、その極小温度での鉄損の絶対値が増大するため、１００℃以上での熱暴走は抑えられても、肝心の損失値が大きくなるため、発熱問題を解決できていないという問題点がある。 As described above, all the prior art ferrites are disclosed in which the temperature at which the minimum value of power loss is 100 ° C. or less and the iron loss is minimum in a high temperature range of 120 to 140 ° C. is disclosed. Not. Even if the iron loss minimum temperature is 100 ° C. or higher, the higher the temperature, the greater the absolute value of the iron loss at that minimum temperature. Therefore, thermal runaway at 100 ° C. or higher is suppressed. However, since the important loss value increases, there is a problem that the fever problem cannot be solved.
そこで、本発明は、電子部品が１００℃を超えて１２０〜１４０℃といった高温度域で使用されるようになってきている近年の状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、鉄損の極小値が１００℃より高温の１２０〜１４０℃の温度範囲に存在し、しかも、１３０℃における鉄損の絶対値が極めて小さいＭｎ−Ｚｎ系フェライト材料を提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the recent situation in which electronic parts are used in a high temperature range exceeding 100 ° C. and 120 to 140 ° C., and the purpose thereof is iron loss. Is present in a temperature range of 120 to 140 ° C., which is higher than 100 ° C., and provides an Mn—Zn-based ferrite material having an extremely small absolute value of iron loss at 130 ° C.
発明者らは、従来技術が抱える上記問題点を解決するため、基本成分であるＦｅ２Ｏ３，ＺｎＯおよびＭｎＯの含有量が、鉄損とその極小温度に及ぼす影響について調査すると共に、添加成分として含有させる種々の金属酸化物や化合物が、最終コアの１００℃以上の温度域における鉄損に及ぼす影響について鋭意研究を重ねた。
その結果、鉄損の極小温度は、フェライトの基本成分であるＦｅ２Ｏ３，ＺｎＯおよびＭｎＯの組成により大きく変化するため、先ずそれらの組成を適性範囲に絞り込むと共に、その範囲に応じて添加成分の種類と含有量を最適化することにより、鉄損の極小温度が１００℃以上でかつ低損失なフェライトを得ることができること、そしてさらに、１２０℃以上の高温度域で低損失のフェライトを得るには、添加成分として、従来公知のＳｉＯ２やＣａＯ等に加えてさらに、ＢｅＯとＣａＦ２を適正量添加することが有効であることを見出し、本発明を完成させた。
In order to solve the above problems of the prior art, the inventors investigated the influence of the contents of Fe 2 O 3 , ZnO and MnO, which are basic components, on the iron loss and its minimum temperature, and added components As a result, intensive research was conducted on the influence of various metal oxides and compounds to be contained on the core loss in the temperature range of 100 ° C. or higher of the final core.
As a result, the minimum temperature of the iron loss greatly changes due to the composition of Fe 2 O 3, ZnO and MnO as basic components of the ferrite, first with Filter their compositions in appropriate range, additive components according to the scope By optimizing the type and content, ferrite having a minimum temperature of iron loss of 100 ° C. or higher and low loss can be obtained, and furthermore, low loss ferrite can be obtained in a high temperature region of 120 ° C. or higher. In addition to the conventionally known SiO 2 and CaO as addition components, it was found that adding appropriate amounts of BeO and CaF 2 was effective, and the present invention was completed.
すなわち、本発明は、Ｆｅ２Ｏ３：５２．０〜５３．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１０．０〜１２．５ｍｏｌ％、残部がＭｎＯおよび不可避的不純物からなる基本成分組成を有するＭｎ−Ｚｎ系フェライトにおいて、当該フェライトに対して、添加成分としてＳｉＯ２：５０〜５００ｍａｓｓｐｐｍ、ＣａＯ：２００〜２０００ｍａｓｓｐｐｍ、Ｎｂ２Ｏ５：５０〜５００ｍａｓｓｐｐｍ、ＢｅＯ：１０〜１００ｍａｓｓｐｐｍおよびＣａＦ２：１０〜５０ｍａｓｓｐｐｍを含有することを特徴とする１２０℃以上の温度領域で低鉄損を示すＭｎ−Ｚｎ系フェライトである。 That is, the present invention relates to an Mn—Zn ferrite having a basic composition composed of Fe 2 O 3 : 52.0 to 53.0 mol%, ZnO: 10.0 to 12.5 mol%, the balance being MnO and inevitable impurities. in, with respect to the ferrite, as additive components SiO 2: 50~500massppm, CaO: 200~2000massppm , Nb 2 O 5: 50~500massppm, BeO: 10~100massppm and CaF 2: by containing 10~50massppm It is a characteristic Mn—Zn-based ferrite exhibiting low iron loss in a temperature range of 120 ° C. or higher.
本発明のＭｎ−Ｚｎ系フェライトは、最大磁束密度２００ｍＴ、周波数１００ｋＨｚで測定した鉄損極小温度が１２０〜１４０℃の温度範囲にあり、１３０℃における鉄損が３００ｋＷ／ｍ３以下であることを特徴とする。 The Mn—Zn ferrite of the present invention has a minimum iron loss temperature measured at a maximum magnetic flux density of 200 mT and a frequency of 100 kHz in a temperature range of 120 to 140 ° C., and an iron loss at 130 ° C. of 300 kW / m 3 or less. Features.
本発明によれば、動作温度が１２０〜１４０℃の高温度域でも鉄損の低いＭｎ−Ｚｎ系フェライトを安定して得ることができる。したがって、本発明の上記フェライトは、１２０℃以上の高温で使用されるスイッチング電源のトランスコア材等に用いて好適である。 According to the present invention, a Mn—Zn-based ferrite having a low iron loss can be stably obtained even in a high temperature range of 120 to 140 ° C. Therefore, the ferrite of the present invention is suitable for use as a transformer core material of a switching power source used at a high temperature of 120 ° C. or higher.
本発明のＭｎ−Ｚｎ系フェライトは、飽和磁束密度、キュリー温度、鉄損および鉄損極小温度を最適化する観点から、Ｆｅ２Ｏ３：５２．０〜５３．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１０．０〜１２．５ｍｏｌ％、残部が主としてＭｎＯからなる基本成分組成を有するものである。以下、上記組成範囲に制限する理由について、具体的に説明する。 Mn-Zn ferrite of the present invention, the saturation magnetic flux density, in view of optimizing the Curie temperature, the iron and iron losses minimum temperature, Fe 2 O 3: 52.0~53.0mol% , ZnO: 10.0 ˜12.5 mol%, the balance having a basic component composition mainly composed of MnO. Hereinafter, the reason for limiting to the above composition range will be specifically described.
Ｆｅ２Ｏ３：５２．０〜５３．０ｍｏｌ％
Ｆｅ２Ｏ３は、鉄損の極小温度を１２０℃以上とするためには、５２．０ｍｏｌ％以上とする必要がある。しかし、５３．０ｍｏｌ％を超えると、却って、室温付近での鉄損が大きくなり過ぎるため、上限を５３．０ｍｏｌ％とする。好ましくは、５２．３〜５２．７ｍｏｌ％の範囲である。
Fe 2 O 3: 52.0~53.0mol%
Fe 2 O 3 needs to be 52.0 mol% or more in order to set the minimum temperature of iron loss to 120 ° C. or more. However, if it exceeds 53.0 mol%, the iron loss near room temperature becomes too large, so the upper limit is made 53.0 mol%. Preferably, it is the range of 52.3-52.7 mol%.
ＺｎＯ：１０．０〜１２．５ｍｏｌ％
軟磁性フェライトに求められる磁気特性としては、前述したように、飽和磁束密度が大きいこと、キュリー温度が高いこと、鉄損が小さいことおよび透磁率が高いことが挙げられる。このうち、飽和磁束密度とキュリー温度は、基本成分であるＭｎＯ，ＺｎＯおよびＦｅ２Ｏ３の比でほぼ決定される。ＺｎＯの量が少ない領域においては、ＺｎＯ量が増加するのに伴って飽和磁束密度は増加するが、同時にキュリー温度も低下する。ＺｎＯが１０．０ｍｏｌ％より少ないと、鉄損値が高く透磁率も向上しなくなる。一方、鉄損が極小となる温度も、先に述べたように、基本成分の比によりほぼ決まり、ＺｎＯ量が１２．５ｍｏｌ％より多いと極小温度が大きく低温側にシフトする。したがって、鉄損極小温度を１２０〜１４０℃の範囲にするには、ＺｎＯ量を１０．０〜１２．５ｍｏｌ％とする必要がある。なお、より高い透磁率を得るには、１１．０〜１２．５ｍｏｌ％の範囲が好ましい。
ZnO: 10.0-12.5 mol%
As described above, the magnetic properties required for soft magnetic ferrite include high saturation magnetic flux density, high Curie temperature, low iron loss, and high magnetic permeability. Of these, the saturation magnetic flux density and the Curie temperature are substantially determined by the ratio of MnO, ZnO and Fe 2 O 3 which are basic components. In a region where the amount of ZnO is small, the saturation magnetic flux density increases as the amount of ZnO increases, but the Curie temperature also decreases at the same time. When ZnO is less than 10.0 mol%, the iron loss value is high and the magnetic permeability is not improved. On the other hand, the temperature at which the iron loss is minimized is almost determined by the ratio of the basic components as described above, and when the ZnO content is more than 12.5 mol%, the minimum temperature is greatly shifted to the low temperature side. Therefore, in order to make the iron loss minimum temperature in the range of 120 to 140 ° C., the amount of ZnO needs to be 10.0 to 12.5 mol%. In addition, in order to obtain a higher magnetic permeability, the range of 11.0 to 12.5 mol% is preferable.
ＭｎＯ：基本成分の残部
本発明のフェライトは、Ｍｎ−Ｚｎ−Ｆｅ２Ｏ３三元系フェライトであり、上記Ｆｅ２Ｏ３，ＺｎＯ以外の残部の基本成分は、ＭｎＯである。
MnO: Remaining Basic Component The ferrite of the present invention is Mn—Zn—Fe 2 O 3 ternary ferrite, and the remaining basic component other than Fe 2 O 3 and ZnO is MnO.
また、本発明のＭｎ−Ｚｎ系フェライトは、上記基本成分のほかに、下記の添加成分を含有する必要がある。すなわち、本発明のフェライトの基本成分であるＦｅ２Ｏ３，ＺｎＯ，ＭｎＯは、スピネル構造を形成するものであり、これにスピネルを形成しない、ＳｉＯ２やＣａＯ，Ｔａ２Ｏ５，ＺｒＯ２，Ｎｂ２Ｏ５，Ｖ２Ｏ５等の微量成分を添加することにより、鉄損の小さい高性能なＭｎ−Ｚｎ系フェライトを得ることができる。中でも、ＳｉＯ２，ＣａＯおよびＮｂ２Ｏ５の複合添加は鉄損低減に効果的である。 Further, the Mn—Zn ferrite of the present invention needs to contain the following additive components in addition to the above basic components. That is, Fe 2 O 3 , ZnO, MnO, which is a basic component of the ferrite of the present invention, forms a spinel structure, and does not form a spinel, SiO 2 , CaO, Ta 2 O 5 , ZrO 2 , By adding a trace component such as Nb 2 O 5 or V 2 O 5 , a high-performance Mn—Zn-based ferrite with small iron loss can be obtained. Of these, the combined addition of SiO 2 , CaO and Nb 2 O 5 is effective in reducing iron loss.
ＳｉＯ２：５０〜５００ｍａｓｓｐｐｍ
ＳｉＯ２は、ＣａＯとともに粒界に高抵抗相を形成して、鉄損を低減するのに寄与する。しかし、添加量が５０ｍａｓｓｐｐｍ未満ではその効果は小さく、一方、５００ｍａｓｓｐｐｍを超えて含有すると、焼結時に異常粒成長を起こして鉄損を大幅に増大させる。よって、ＳｉＯ２は５０〜５００ｍａｓｓｐｐｍの範囲で添加する。なお、異常粒の発生を確実に防止するには５０〜３００ｍａｓｓｐｐｍの範囲が好ましい。
SiO 2: 50~500massppm
SiO 2 contributes to reducing iron loss by forming a high resistance phase at the grain boundary together with CaO. However, if the addition amount is less than 50 massppm, the effect is small. On the other hand, if the addition amount exceeds 500 massppm, abnormal grain growth occurs during sintering and the iron loss is greatly increased. Thus, SiO 2 is added in the range of 50～500Massppm. In addition, in order to prevent generation | occurrence | production of an abnormal grain reliably, the range of 50-300 massppm is preferable.
ＣａＯ：２００〜２０００ｍａｓｓｐｐｍ
ＣａＯも、ＳｉＯ２と共存した場合、粒界抵抗を高めて低鉄損化するのに寄与する。しかし、添加量が２００ｍａｓｓｐｐｍ未満では、その効果は小さく、一方、２０００ｍａｓｓｐｐｍより多くなると、鉄損は逆に増大する。したがって、ＣａＯは２００〜２０００ｍａｓｓｐｐｍの範囲で添加する。なお、鉄損の増大を確実に抑制するには、ＣａＯの添加量は５０〜３００ｍａｓｓｐｐｍの範囲が好ましい。
CaO: 200-2000 massppm
CaO also when coexisting with SiO 2, which contributes to a low core loss by increasing the grain boundary resistance. However, if the added amount is less than 200 massppm, the effect is small, while if it exceeds 2000 massppm, the iron loss increases conversely. Therefore, CaO is added in the range of 200 to 2000 massppm. In addition, in order to suppress an increase in iron loss reliably, the addition amount of CaO has the preferable range of 50-300 massppm.
Ｎｂ２Ｏ５：５０〜５００ｍａｓｓｐｐｍ
Ｎｂ２Ｏ５は、ＳｉＯ２およびＣａＯの共存下で、比抵抗の増大に有効に寄与するが、含有量が５０ｍａｓｓｐｐｍに満たないと、その効果に乏しく、一方、５００ｍａｓｓｐｐｍを超えると、逆に鉄損の増大を招く。よって、Ｎｂ２Ｏ５は５０〜５００ｍａｓｓｐｐｍの範囲で添加する。鉄損の増大を抑制するには、好ましくは５０〜３００ｍａｓｓｐｐｍの範囲である。
Nb 2 O 5: 50~500massppm
Nb 2 O 5 effectively contributes to an increase in specific resistance in the coexistence of SiO 2 and CaO. However, if the content is less than 50 massppm, the effect is poor, whereas if it exceeds 500 massppm, iron is conversely This increases the loss. Therefore, Nb 2 O 5 is added in the range of 50 to 500 massppm. In order to suppress an increase in iron loss, it is preferably in the range of 50 to 300 massppm.
ＢｅＯ：１０〜１００ｍａｓｓｐｐｍ
上記のように、本発明のＭｎ−Ｚｎ系フェライトは、基本成分であるＦｅ２Ｏ３，ＺｎＯおよびＭｎＯの組成を上記範囲に制御することに加えて、添加成分としてＳｉＯ２，ＣａＯおよびＮｂ２Ｏ５を適正量複合添加することが必要である。しかし、１２０℃以上の高温度域で、低鉄損を安定して実現するには、さらに、添加成分としてＢｅＯを添加することが効果的である。ＢｅＯが、最終焼結体であるＭｎ−Ｚｎ系フェライトの磁気特性、特に１２０℃以上の高温度域における鉄損や透磁率に影響を及ぼす機構については、まだ十分に解明されていないが、ＢｅＯは、比抵抗が高く、低い比誘電率と誘電損失とを有する酸化物であるため、最終焼結体の特性、特に１２０℃以上の高温度側での鉄損や透磁率に好影響を及ぼすものと考えられる。上記効果を得るには、ＢｅＯは１０ｍａｓｓｐｐｍ以上添加する必要があり、一方、１００ｍａｓｓｐｐｍを超えて添加すると、異常粒成長が起こり、却って鉄損の大幅な増大を招くおそれがある。よって、ＢｅＯは１０〜１００ｍａｓｓｐｐｍの範囲で添加する。異常粒の発生を確実に抑えるには、１０〜５０ｍａｓｓｐｐｍの範囲が好ましい。
BeO: 10-100 massppm
As described above, the Mn—Zn-based ferrite of the present invention includes SiO 2 , CaO, and Nb 2 as additive components in addition to controlling the composition of the basic components Fe 2 O 3 , ZnO, and MnO within the above range. It is necessary to add O 5 in an appropriate amount. However, in order to stably realize low iron loss in a high temperature range of 120 ° C. or higher, it is effective to add BeO as an additional component. The mechanism by which BeO affects the magnetic properties of Mn—Zn ferrite, which is the final sintered body, particularly the iron loss and permeability in a high temperature range of 120 ° C. or higher, has not yet been fully elucidated. Is an oxide having a high specific resistance and a low relative dielectric constant and dielectric loss, so it has a positive effect on the properties of the final sintered body, particularly on the iron loss and permeability on the high temperature side of 120 ° C. or higher. It is considered a thing. In order to obtain the above effect, BeO needs to be added in an amount of 10 mass ppm or more. On the other hand, if it is added in an amount exceeding 100 mass ppm, abnormal grain growth occurs, which may cause a significant increase in iron loss. Therefore, BeO is added in the range of 10-100 massppm. A range of 10 to 50 mass ppm is preferable for reliably suppressing the occurrence of abnormal grains.
ＣａＦ２：１０〜５０ｍａｓｓｐｐｍ
ＣａＦ２は、コアロスの低減に極めて効果的な成分である。その理由は、明確にはなっていないが、Ｆ元素が結晶粒成長と焼成中に取り込まれる酸素の量を抑えるためと考えられる。この効果は、ＣａＦ２の添加量が１０ｍａｓｓｐｐｍより少ないと十分に発現せず、一方、５０ｍａｓｓｐｐｍより多いと、逆に異常粒成長を起こして鉄損を増大させるおそれがある。よって、ＣａＦ２は１０〜５０ｍａｓｓｐｐｍの範囲で添加する。異常粒発生を確実に抑えるためには、好ましくは１０〜３０ｍａｓｓｐｐｍの範囲である。
CaF 2: 10~50massppm
CaF 2 is a very effective component for reducing core loss. Although the reason is not clear, it is considered that the F element suppresses the amount of oxygen taken in during crystal grain growth and firing. This effect is not fully manifested when the amount of CaF 2 added is less than 10 massppm, whereas if it is greater than 50 massppm, abnormal grain growth may occur and iron loss may increase. Therefore, CaF 2 is added in the range of 10～50Massppm. In order to reliably suppress the occurrence of abnormal grains, the range is preferably 10 to 30 massppm.
本発明のＭｎ−Ｚｎ系フェライトは、上記基本成分および添加成分以外の残部は、不可避的不純物である。 In the Mn—Zn-based ferrite of the present invention, the balance other than the basic component and additive component is an unavoidable impurity.
次に、本発明に係るＭｎ−Ｚｎ系フェライトの製造方法について、説明する。
本発明のＭｎ−Ｚｎ系フェライトは、まず基本成分組成が本発明の規定する所定比率となるようＦｅ２Ｏ３，ＺｎＯおよびＭｎＯの粉末原料を秤量し、これらを十分に混合したのち仮焼し、得られた仮焼粉を粉砕する。次いで、上記仮焼粉に、上述したＳｉＯ２やＣａＯ，Ｎｂ２Ｏ５，ＢｅＯ，ＣａＦ２等の微量添加成分を、本発明が規定する所定の比率となるよう加えて、さらに粉砕する。この粉砕作業においては、添加した成分の濃度に偏りがないよう、充分に均質化する必要がある。その後、粉砕した仮焼粉の粉末に、ポリビニルアルコール等の有機物バインダーを添加し、造粒し、圧力を加えて所定の形状に成形し、その後、適宜の条件で焼成し、焼結体とする。
Next, the manufacturing method of the Mn—Zn ferrite according to the present invention will be described.
The Mn—Zn-based ferrite of the present invention is first calcined after weighing the powder raw materials of Fe 2 O 3 , ZnO and MnO so that the basic component composition becomes a predetermined ratio defined by the present invention, and thoroughly mixing them. The obtained calcined powder is pulverized. Then, the calcined powder, in addition to SiO 2 and CaO described above, Nb 2 O 5, BeO, trace additive components such as CaF 2, a predetermined ratio defined by the present invention, further milling. In this pulverization operation, it is necessary to homogenize sufficiently so that the concentration of the added component is not biased. Thereafter, an organic binder such as polyvinyl alcohol is added to the powder of the pulverized calcined powder, granulated, formed into a predetermined shape by applying pressure, and then fired under appropriate conditions to obtain a sintered body. .
かくして得られた本発明のＭｎ−Ｚｎ系フェライトは、従来のＭｎ−Ｚｎ系フェライトでは不可能であった、１２０〜１４０℃の高温度域において鉄損が極小となり、かつ、１３０℃における鉄損が３００ｋＷ／ｍ３以下という極めて鉄損の低いフェライトとなる。 The Mn—Zn ferrite of the present invention thus obtained has a minimum iron loss at a high temperature range of 120 to 140 ° C., which is impossible with the conventional Mn—Zn ferrite, and the iron loss at 130 ° C. Is 300 kW / m 3 or less of ferrite with extremely low iron loss.
Ｆｅ２Ｏ３，ＺｎＯおよびＭｎＯの基本成分が表１および表２に示した組成となるように原料を混合した後、９３０℃で３時間仮焼し、粉砕して仮焼粉とし、この仮焼粉に、添加成分として種々の量のＢｅＯ，ＣａＦ２，ＳｉＯ２，ＣａＯおよびＮｂ２Ｏ５を表１および表２に併記した量となるよう添加し、ボールミルで１０時間粉砕した。その後、この粉砕粉にバインダーとしてポリビニルアルコールを添加し、造粒した後、外径３１ｍｍ×内径１９ｍｍ×高さ７ｍｍのリング状に加圧成形した。その後、その成形体を、酸素分圧を１〜５ｖｏｌ％の範囲に制御した窒素・空気混合ガス中で１３００℃×５時間の焼成を施し、焼結体とした。この際、焼成時の５００℃から１３００℃までの昇温速度は６５０℃／ｈｒとした。 After mixing the raw materials so that the basic components of Fe 2 O 3 , ZnO, and MnO have the compositions shown in Tables 1 and 2, they were calcined at 930 ° C. for 3 hours and pulverized to obtain calcined powder. Various amounts of BeO, CaF 2 , SiO 2 , CaO, and Nb 2 O 5 were added to the baked powder so as to have the amounts shown in Tables 1 and 2 and pulverized with a ball mill for 10 hours. Thereafter, polyvinyl alcohol was added as a binder to the pulverized powder, granulated, and then pressure-molded into a ring shape having an outer diameter of 31 mm, an inner diameter of 19 mm, and a height of 7 mm. Thereafter, the molded body was fired at 1300 ° C. for 5 hours in a nitrogen / air mixed gas in which the oxygen partial pressure was controlled in the range of 1 to 5 vol% to obtain a sintered body. At this time, the heating rate from 500 ° C. to 1300 ° C. during firing was 650 ° C./hr.
上記のようにして得たリング状試料（焼成体）に、１次側：５巻、２次側：５巻の巻線を施し、交流ＢＨループトレーサを用いて、周波数１００ｋＨｚで磁束密度２００ｍＴまで励磁したときの鉄損を２５〜１４０℃の温度範囲で測定した。 The ring-shaped sample (fired body) obtained as described above is wound with primary side: 5 turns, secondary side: 5 turns, and up to a magnetic flux density of 200 mT at a frequency of 100 kHz using an AC BH loop tracer. The iron loss when excited was measured in a temperature range of 25 to 140 ° C.
上記測定結果に基づき、鉄損が極小となる温度と、１３０℃における鉄損値を表１および表２に併記して示した。ここで、表１のＮｏ．１〜２４は本発明に適合する成分組成を有する発明例を、また、表２のＮｏ．２５〜４６は、本発明の範囲から外れた比較例を示したものである。表１、２からわかるように、Ｆｅ２Ｏ３，ＺｎＯおよびＭｎＯの基本組成とＳｉＯ２，ＣａＯおよびＮｂ２Ｏ５の添加成分の組成を適切に選んだ上で、さらに、ＢｅＯを１０〜１００ｍａｓｓｐｐｍ、ＣａＦ２を１０〜５０ｍａｓｓｐｐｍの範囲で添加した本発明例のＭｎ−Ｚｎ系フェライトは、いずれも、最大磁束密度２００ｍＴ、周波数１００ｋＨｚで測定した鉄損極小温度が１２０〜１４０℃の範囲にあり、かつ、１３０℃における鉄損が３００ｋＷ／ｍ３以下となっており、１２０℃以上の高温度域でも鉄損の低いＭｎ−Ｚｎ系フェライト材が安定して得られている。
これに対して、本発明の成分組成を満たさない比較例のＭｎ−Ｚｎ系フェライトは、いずれも、鉄損極小温度が１２０〜１４０℃の範囲にないか、あるいは、１３０℃における鉄損が３００ｋＷ／ｍ３超えのものしか得られていない。
Based on the measurement results, the temperature at which the iron loss is minimized and the iron loss value at 130 ° C. are shown in Tables 1 and 2 together. Here, no. Nos. 1 to 24 are invention examples having component compositions suitable for the present invention. 25-46 shows the comparative example which remove | deviated from the scope of the present invention. As can be seen from Tables 1 and 2 , after appropriately selecting the basic composition of Fe 2 O 3 , ZnO and MnO and the composition of the additive components of SiO 2 , CaO and Nb 2 O 5 , BeO is further added to 10 to 100 massppm. The Mn—Zn based ferrites of the present invention examples, in which CaF 2 is added in the range of 10 to 50 massppm, have a minimum iron loss temperature measured at a maximum magnetic flux density of 200 mT and a frequency of 100 kHz in the range of 120 to 140 ° C., And the iron loss in 130 degreeC is 300 kW / m < 3 > or less, and the Mn-Zn type ferrite material with a low iron loss is obtained stably also in the high temperature range above 120 degreeC.
On the other hand, none of the Mn—Zn ferrites of the comparative examples not satisfying the component composition of the present invention has an iron loss minimum temperature in the range of 120 to 140 ° C., or an iron loss at 130 ° C. of 300 kW. Only those exceeding / m 3 are obtained.
本発明のフェライトは、１２０℃以上の高温度域における鉄損が小さいため、動作温度が通常の電子機器よりも高温となる自動車用の各種電源トランスコアやチョークコイル等にも適用することができる。 The ferrite of the present invention has low iron loss in a high temperature range of 120 ° C. or higher, and therefore can be applied to various power transformer cores and choke coils for automobiles whose operating temperature is higher than that of normal electronic devices. .
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008223173A JP5458298B2 (en) | 2008-09-01 | 2008-09-01 | Mn-Zn ferrite material |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2008223173A JP5458298B2 (en) | 2008-09-01 | 2008-09-01 | Mn-Zn ferrite material |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2010058983A true JP2010058983A (en) | 2010-03-18 |
| JP5458298B2 JP5458298B2 (en) | 2014-04-02 |
Family
ID=42186253
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2008223173A Active JP5458298B2 (en) | 2008-09-01 | 2008-09-01 | Mn-Zn ferrite material |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5458298B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017145152A (en) * | 2016-02-15 | 2017-08-24 | Ｊｆｅケミカル株式会社 | MnZnCo-BASED FERRITE |
| CN116813323A (en) * | 2023-07-07 | 2023-09-29 | 上海宝钢磁业有限公司 | Wide-temperature low-loss soft magnetic manganese zinc ferrite material suitable for 25-140 ℃ and preparation method and application thereof |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4920695A (en) * | 1972-06-19 | 1974-02-23 | ||
| JPH06333719A (en) * | 1993-05-25 | 1994-12-02 | Kawasaki Steel Corp | Ni-zn soft ferrite |
| JPH07142222A (en) * | 1993-11-16 | 1995-06-02 | Kawasaki Steel Corp | Low-loss mn-zn soft ferrite |
| JPH08239260A (en) * | 1995-03-01 | 1996-09-17 | Fuji Elelctrochem Co Ltd | Production of manganese-zinc ferrite |
-
2008
- 2008-09-01 JP JP2008223173A patent/JP5458298B2/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4920695A (en) * | 1972-06-19 | 1974-02-23 | ||
| JPH06333719A (en) * | 1993-05-25 | 1994-12-02 | Kawasaki Steel Corp | Ni-zn soft ferrite |
| JPH07142222A (en) * | 1993-11-16 | 1995-06-02 | Kawasaki Steel Corp | Low-loss mn-zn soft ferrite |
| JPH08239260A (en) * | 1995-03-01 | 1996-09-17 | Fuji Elelctrochem Co Ltd | Production of manganese-zinc ferrite |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017145152A (en) * | 2016-02-15 | 2017-08-24 | Ｊｆｅケミカル株式会社 | MnZnCo-BASED FERRITE |
| CN116813323A (en) * | 2023-07-07 | 2023-09-29 | 上海宝钢磁业有限公司 | Wide-temperature low-loss soft magnetic manganese zinc ferrite material suitable for 25-140 ℃ and preparation method and application thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP5458298B2 (en) | 2014-04-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5578766B2 (en) | MnZn ferrite and transformer core | |
| JP5181175B2 (en) | Mn-Zn-Co ferrite | |
| JP3968188B2 (en) | Ferrite | |
| JP4523430B2 (en) | High saturation magnetic flux density Mn-Zn-Ni ferrite | |
| JP2004217452A (en) | Ferrite material and method of manufacturing the same | |
| JP5089963B2 (en) | Method for producing MnZnNi ferrite | |
| JP2006213532A (en) | Mn-Zn-Co-BASED FERRITE MATERIAL | |
| JP4656949B2 (en) | High saturation magnetic flux density Mn-Zn-Ni ferrite | |
| JP3597673B2 (en) | Ferrite material | |
| JP5560436B2 (en) | MnZnNi ferrite | |
| JP5458298B2 (en) | Mn-Zn ferrite material | |
| JP2003068516A (en) | Mn-Zn-Ni FERRITE AND ITS MANUFACTURING METHOD | |
| JP4813025B2 (en) | High saturation magnetic flux density Mn-Zn-Ni ferrite | |
| JP5458302B2 (en) | Mn-Zn-Ni ferrite | |
| JP7470081B2 (en) | MnZnNiCo-based ferrite and its manufacturing method | |
| JP6964556B2 (en) | MnZnNiCo-based ferrite and its manufacturing method | |
| JP6416808B2 (en) | MnZnCo ferrite | |
| JP2007311387A (en) | Oxide magnetic material | |
| JP4656958B2 (en) | Mn-Co-Zn ferrite | |
| JP6964555B2 (en) | MnZnNiCo-based ferrite and its manufacturing method | |
| JP6454309B2 (en) | MnZnCo ferrite | |
| JP5952236B2 (en) | Mn-Zn-Ni ferrite and method for producing the same | |
| JP2009253248A (en) | Mn-Zn FERRITE | |
| JP2007031210A (en) | Mn-Zn FERRITE | |
| JP2008169072A (en) | Mn-Zn FERRITE |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110303 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130319 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130510 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20131217 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20131219 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5458298 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |