JP2012240897A - Ferrite composition and electronic component - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フェライト組成物および電子部品に関し、環境温度あるいは使用温度が室温付近あるいは外気温付近、さらに詳しくは、使用温度が0〜50℃の範囲であって、高周波数かつ低磁場の環境下において、電力損失の低減と高い飽和磁束密度とを両立できる電子部品、および該電子部品に好適なフェライト組成物に関する。 The present invention relates to a ferrite composition and an electronic component, and the ambient temperature or use temperature is near room temperature or near ambient temperature. More specifically, the use temperature is in the range of 0 to 50 ° C., and the environment is in a high frequency and low magnetic field environment. The present invention relates to an electronic component capable of achieving both a reduction in power loss and a high saturation magnetic flux density, and a ferrite composition suitable for the electronic component.
近年、携帯用機器等の各種電子機器の小型・軽量化が急速に進み、それに対応すべく、各種電子機器の電気回路に用いられる電子部品の小型化・高効率化・高周波数化への要求が急速に高まっている。 In recent years, various electronic devices such as portable devices have rapidly become smaller and lighter, and in order to respond to this demand, there are demands for miniaturization, higher efficiency and higher frequency of electronic components used in electric circuits of various electronic devices. Is growing rapidly.
たとえば、携帯用機器等のDC−DCコンバータ用のコイル磁芯としては、従来Ni−Znフェライトが用いられてきた。しかしながら、Ni−Znフェライトは比較的に電力損失が大きいため、コイル磁芯等の部品の小型化・高効率化・高周波数化への対応が困難であった。 For example, Ni-Zn ferrite has been conventionally used as a coil magnetic core for a DC-DC converter of a portable device or the like. However, since Ni—Zn ferrite has a relatively large power loss, it has been difficult to cope with downsizing, high efficiency, and high frequency of components such as a coil magnetic core.
このような問題に対し、Ni−Znフェライトに代えて、Mn−Znフェライトを用いることが考えられる。従来、Mn−Znフェライトは、電源用トランスなどに用いられ、低周波数かつ高磁場の環境下で使用されてきた。 For such a problem, it is conceivable to use Mn—Zn ferrite instead of Ni—Zn ferrite. Conventionally, Mn—Zn ferrite has been used in power transformers and the like, and has been used in a low frequency and high magnetic field environment.
一般にトランス等の磁芯として用いられるフェライトには、実際の使用温度域よりも高い温度域において磁気損失が最小となるような温度特性を持つことが要求されてきた。これは、使用時にトランスが磁気損失により発熱しトランス自体の温度が上昇、その結果、さらに磁気損失が増大してトランスの発熱が大きくなることを繰り返す、いわゆる熱暴走を起こす危険性があったからである。電源用トランスの場合、使用温度域は、通常、動作温度(たとえば80℃)付近の温度とされる。 In general, a ferrite used as a magnetic core of a transformer or the like has been required to have temperature characteristics that minimize magnetic loss in a temperature range higher than the actual operating temperature range. This is because there is a risk of causing a so-called thermal runaway in which the transformer heats up due to magnetic loss and the temperature of the transformer itself rises, and as a result, the magnetic loss further increases and the heat generation of the transformer increases. is there. In the case of a power transformer, the operating temperature range is usually a temperature near the operating temperature (for example, 80 ° C.).
ところが、近年、たとえば、トランスをフッ素系不活性液体等を用いて冷却した場合、その環境温度あるいは使用温度を室温以下、さらには任意の温度とすることが可能となっている。この場合、磁気損失が最小となる温度は特に制限されず、磁気損失の絶対値が小さいことのみが要求される。 However, in recent years, for example, when the transformer is cooled using a fluorine-based inert liquid or the like, it is possible to set the ambient temperature or use temperature to room temperature or lower, and further to an arbitrary temperature. In this case, the temperature at which the magnetic loss is minimized is not particularly limited, and it is only required that the absolute value of the magnetic loss is small.
一方、携帯用機器等のDC−DCコンバータ用のコイル磁芯として用いる場合、環境温度あるいは使用温度は室温付近あるいは外気温付近であり、トランスと比較すると、電圧も低く、熱暴走の危険は少ない。また、このような携帯用機器では、上述したように、駆動周波数の高周波数化(たとえば1MHz以上)が進み、高周波数領域における損失が小さいことが要求される。 On the other hand, when used as a coil magnetic core for a DC-DC converter of a portable device or the like, the environmental temperature or the operating temperature is near room temperature or near the outside temperature, and the voltage is lower than that of a transformer, and there is less risk of thermal runaway. . In addition, as described above, such a portable device is required to have a high driving frequency (for example, 1 MHz or more) and to have a small loss in a high frequency region.
また、トランスにおいても、DC−DCコンバータのような携帯用機器に用いられる部品においても、大電流への対応が進んでいる。そのため、このような部品に用いられる磁芯には大電流でもインダクタンスが低下しない優れた直流重畳特性が要求される。優れた直流重畳特性を実現するには、高い飽和磁束密度が必須であり、特にその環境温度あるいは使用温度において高い飽和磁束密度を有することが必要となる。 Also, in transformers and parts used in portable devices such as DC-DC converters, the response to large currents is progressing. For this reason, a magnetic core used for such a component is required to have excellent direct current superposition characteristics that do not lower the inductance even with a large current. A high saturation magnetic flux density is indispensable for realizing an excellent DC superposition characteristic, and it is necessary to have a high saturation magnetic flux density particularly at the ambient temperature or the use temperature.
したがって、環境温度あるいは使用温度が室温付近あるいは外気温付近、さらに詳しくは0〜50℃の範囲であって、高周波数領域での磁気損失を低下させ、高い飽和磁束密度を有するフェライト組成物が求められている。 Therefore, there is a need for a ferrite composition having an ambient temperature or operating temperature near room temperature or outside temperature, more specifically in the range of 0 to 50 ° C., reducing magnetic loss in a high frequency region and having a high saturation magnetic flux density. It has been.
低損失で高飽和磁束密度を有するMn−Znフェライトの例として、たとえば、特許文献1では、主成分として、Fe2 O3 が52.4〜53.7モル%、ZnOが7.0〜11.5モル%、残部MnOとし、副成分として、CaOと、V2 O5 と、Nb2 O5 と、Al2 O3 またはBi2 O3 とを特定量含むMn−Znフェライトが提案されている。
As an example of a Mn—Zn ferrite having a low loss and a high saturation magnetic flux density, for example, in
しかしながら、上記のMn−Znフェライトは、特許文献1にも記載されているように、トランスの実駆動温度である60℃以上において、低周波数領域での磁気損失が最小となる温度(Pcvmin )を設定しており、室温付近かつ高周波領域では使用が適さないという問題があった。
However, as described in
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、使用温度あるいは環境温度が室温付近あるいは外気温付近、さらに詳しくは0〜50℃の範囲であって、高周波数かつ低磁場の環境下において、電力損失の低減と高い飽和磁束密度とを両立できる電子部品、および該電子部品に好適なフェライト組成物を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a situation, and the operating temperature or ambient temperature is near room temperature or near ambient temperature, more specifically in the range of 0 to 50 ° C., and in a high frequency and low magnetic field environment, It is an object of the present invention to provide an electronic component capable of achieving both a reduction in loss and a high saturation magnetic flux density, and a ferrite composition suitable for the electronic component.
上記目的を達成するために、本発明に係るフェライト組成物は、主成分が、酸化鉄をFe2 O3 換算で63.3〜65.5モル%、酸化亜鉛をZnO換算で11.6〜15.8モル%を含有し、残部が酸化マンガンで構成されており、前記主成分100重量%に対して、副成分として、酸化珪素をSiO2 換算で60〜250ppm、酸化カルシウムをCaO換算で360〜1000ppmを含有し、さらには前記主成分100重量%中に、Pbの含有量が7ppm以下、Cdの含有量が7ppm以下であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the ferrite composition according to the present invention is composed mainly of 63.3 to 65.5 mol% of iron oxide in terms of Fe 2 O 3 and 11.6 to in terms of zinc oxide of zinc oxide. 15.8 mol% is contained, and the balance is composed of manganese oxide, with respect to 100% by weight of the main component, as subcomponents, silicon oxide is 60 to 250 ppm in terms of SiO 2 and calcium oxide is in terms of CaO. 360-1000 ppm is contained, Furthermore, in 100 weight% of the said main components, content of Pb is 7 ppm or less, and content of Cd is 7 ppm or less, It is characterized by the above-mentioned.
本発明では、室温付近あるいは外気温付近、さらに詳しくは0〜50℃の温度範囲での使用を考慮し、磁気損失が極小となる温度(Tsp)が0〜50℃の範囲となるように主成分を決定し、さらに副成分の含有量を上記の特定の範囲としている。このようにすることで飽和磁束密度Bsを高く保ちつつ、高周波領域(たとえば、1MHz以上)においても電力損失(Pcv)を低減できるフェライト組成物を得ることができる。 In the present invention, considering use in the vicinity of room temperature or outside temperature, more specifically in the temperature range of 0 to 50 ° C., the temperature (Tsp) at which the magnetic loss is minimized is mainly in the range of 0 to 50 ° C. The components are determined, and the content of the subcomponents is within the specific range described above. By doing in this way, the ferrite composition which can reduce a power loss (Pcv) also in a high frequency area | region (for example, 1 MHz or more) can be obtained, keeping saturation magnetic flux density Bs high.
本発明に係る電子部品は、上記に記載のフェライト組成物から構成されるフェライトコアを有し、1MHz以上の周波数領域で使用される。 The electronic component according to the present invention has a ferrite core composed of the ferrite composition described above, and is used in a frequency region of 1 MHz or more.
本発明に係る電子部品は、フェライト組成物のTspが0〜50℃の範囲にあるため、使用温度あるいは環境温度が室温付近あるいは外気温付近にある部品として用いた場合に電力損失を低減することができる。しかも、本発明のフェライト組成物は、電力損失の低減と高い飽和磁束密度とを両立しているため、そのフェライト組成物から成るフェライトコアを有する電子部品の省電力を実現することができる。 Since the electronic component according to the present invention has a Tsp of the ferrite composition in the range of 0 to 50 ° C., it reduces power loss when used as a component whose operating temperature or environmental temperature is near room temperature or near ambient temperature. Can do. Moreover, since the ferrite composition of the present invention achieves both a reduction in power loss and a high saturation magnetic flux density, it is possible to realize power saving of an electronic component having a ferrite core made of the ferrite composition.
本発明に係る電子部品としては、特に制限されないが、携帯用機器等に用いられるDC−DCコンバータのコイル部品などが挙げられる。コイル部品としては、インダクタやチョークコイル等が挙げられる。また、Tspを示す温度付近までトランスを冷却することで、本発明に係る電子部品をトランスにも好適に用いることができる。トランス部品としては、スイッチング用、インバータ用等の電源トランス等が挙げられる。 Although it does not restrict | limit especially as an electronic component which concerns on this invention, The coil component of the DC-DC converter etc. which are used for portable apparatuses etc. are mentioned. Examples of the coil component include an inductor and a choke coil. Moreover, the electronic component according to the present invention can be suitably used for the transformer by cooling the transformer to a temperature near Tsp. Examples of transformer parts include power transformers for switching and inverters.
以下、本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on embodiments shown in the drawings.
本実施形態に係るDC−DCコンバータ用フェライトコアとしては、図1に示したトロイダル型のほか、FT型、ET型、EI型、UU型、EE型、EER型、UI型、ドラム型、ポット型、カップ型等を例示することができる。このDC−DCコンバータ用フェライトコアの周囲に巻き線を所定巻数だけ巻回することにより所望のコイル磁芯を得る。 As the ferrite core for the DC-DC converter according to this embodiment, in addition to the toroidal type shown in FIG. 1, FT type, ET type, EI type, UU type, EE type, EER type, UI type, drum type, pot Examples include molds and cup types. A desired coil magnetic core is obtained by winding a predetermined number of turns around the ferrite core for the DC-DC converter.
本実施形態に係るDC−DCコンバータ用フェライトコアは、本実施形態に係るフェライト組成物で構成してある。 The ferrite core for a DC-DC converter according to this embodiment is composed of the ferrite composition according to this embodiment.
本実施形態に係るフェライト組成物は、Mn−Zn系フェライトであり、主成分として、酸化鉄、酸化マンガンおよび酸化亜鉛を含有している。また、本実施形態に係るフェライト組成物の磁気損失が極小となる温度(Tsp)は、0〜50℃の範囲にある。 The ferrite composition according to this embodiment is a Mn—Zn ferrite and contains iron oxide, manganese oxide, and zinc oxide as main components. The temperature (Tsp) at which the magnetic loss of the ferrite composition according to this embodiment is minimized is in the range of 0 to 50 ° C.
従来、Mn−Zn系フェライトにおいて、Tspを示す温度は、結晶磁気異方性によって説明がなされていた。すなわち、結晶磁気異方性定数K1の符号が温度上昇に伴って、負から正の値に変わるK1=0の温度において、磁気損失が極小値を持つと言われている。 Conventionally, in Mn—Zn ferrite, the temperature showing Tsp has been explained by the magnetocrystalline anisotropy. That is, it is said that the magnetic loss has a minimum value at a temperature of K1 = 0 where the sign of the magnetocrystalline anisotropy constant K1 changes from a negative value to a positive value as the temperature rises.
また、この温度は、透磁率が極大となる、いわゆる透磁率のセカンダリーピークと一致することが知られている。上記のK1は、温度上昇に対して単調に増加するが、Fe2+ は正のK1を持つため、Fe2+ の量が増加すると(すなわち、Fe2 O3 量が増加すると)、セカンダリーピークの温度は低温側に移動する。 Further, it is known that this temperature coincides with a so-called secondary peak of magnetic permeability where the magnetic permeability is maximized. The above K1 increases monotonously with increasing temperature, but Fe 2+ has a positive K1, so when the amount of Fe 2+ increases (ie, the amount of Fe 2 O 3 increases), the temperature of the secondary peak Moves to the low temperature side.
上記の知見および実験結果に基づき、「電子材料シリーズ フェライト」(丸善株式会社発行、昭和63年)の79頁には、Fe2 O3 量をXモル%、ZnO量をZモル%とした場合に、Tspを求める式として、下記の式が記載されている。
Tsp=−45.5(X+0.2Z)+2620
Based on the above findings and experimental results, page 79 of “Electronic Material Series Ferrite” (published by Maruzen Co., Ltd., 1988) has an Fe 2 O 3 content of X mol% and a ZnO content of Z mol%. The following formula is described as a formula for obtaining Tsp.
Tsp = -45.5 (X + 0.2Z) +2620
また、Fe2 O3 量を増やすことで、高い飽和磁束密度が得られやすいことが知られている。しかしながら、Fe2 O3 量が多くなると、飽和磁束密度は、Fe2 O3 量だけではなく、Fe2 O3 量とZnO量との比率にも影響されると考えられる。 Further, it is known that a high saturation magnetic flux density can be easily obtained by increasing the amount of Fe 2 O 3 . However, when the amount of Fe 2 O 3 increases, the saturation magnetic flux density is considered to be influenced not only by the amount of Fe 2 O 3 but also by the ratio of the amount of Fe 2 O 3 and the amount of ZnO.
本実施形態に係るフェライト組成物のTspは0〜50℃の範囲にある。このようなフェライト組成物では、Fe2 O3 量を増加させることで、Tspを上記の範囲内とし、飽和磁束密度を高めることが考えられる。そこで、上記の式を用いてFe2 O3 量およびZnO量を決定しようとすると、たとえばFe2 O3 量が64.4モル%で、ZnOを13.7モル%とし、残部をMnOとすると、Tspが−400℃以下となってしまい、現実的ではない。 Tsp of the ferrite composition according to the present embodiment is in the range of 0 to 50 ° C. In such a ferrite composition, it is conceivable to increase the saturation magnetic flux density by increasing Tsp within the above range by increasing the amount of Fe 2 O 3 . Therefore, when trying to determine the amount of Fe 2 O 3 and ZnO using the above formula, for example, if the amount of Fe 2 O 3 is 64.4 mol%, ZnO is 13.7 mol%, and the balance is MnO. , Tsp becomes −400 ° C. or lower, which is not realistic.
そのため、上記のTspを求める式は、Fe2 O3 量が多い(たとえば、63モル%以上)場合には、成り立たないと考えられる。ところが、Fe2 O3 量が多い場合にTspを求める指標となるものが存在しないため、Fe2 O3 量が多い場合に、1MHz以上の高周波領域において、高い飽和磁束密度を有するフェライト組成物については、何ら知見がなかった。 Therefore, it is considered that the above formula for obtaining Tsp does not hold when the amount of Fe 2 O 3 is large (for example, 63 mol% or more). However, since there is nothing which is an index for determining the Tsp if the amount of Fe 2 O 3 is large, if the amount of Fe 2 O 3 is large, in 1MHz or more high-frequency region, the ferrite composition having a high saturation magnetic flux density Had no knowledge.
そこで、本発明者等は鋭意実験を行い、フェライト組成物中の酸化鉄の含有量が比較的多い場合に、Tspと酸化鉄および酸化亜鉛とが、上記の式とは異なる関係を有することを見出した。すなわち、主成分が、酸化鉄をFe2 O3 換算で63.3〜65.5モル%、好ましくは63.9〜65.0モル%、酸化亜鉛をZnO換算で11.6〜15.8モル%、好ましくは12.0〜15.8モル%を含有し、残部を酸化マンガンとした場合にTspが0〜50℃の範囲となることを本発明者等は見出した。 Therefore, the present inventors have conducted intensive experiments and found that when the content of iron oxide in the ferrite composition is relatively large, Tsp and iron oxide and zinc oxide have a relationship different from the above formula. I found it. That is, the main component, 63.3 to 65.5 mol% of iron oxide calculated as Fe 2 O 3, preferably 63.9 to 65.0 mol%, zinc oxide in terms of ZnO 11.6 to 15.8 The present inventors have found that Tsp is in the range of 0 to 50 ° C. when the content is mol%, preferably 12.0 to 15.8 mol%, and the balance is manganese oxide.
酸化鉄あるいは酸化亜鉛の含有量が少ない場合には、磁気損失が極小となる温度(Tsp)が0℃未満となり、また多すぎると50℃を超える。 When the content of iron oxide or zinc oxide is small, the temperature (Tsp) at which the magnetic loss is minimized is less than 0 ° C, and when it is too much, it exceeds 50 ° C.
本実施形態に係るフェライト組成物は、上記の組成範囲の主成分に加え、副成分として、酸化ケイ素および酸化カルシウムを含有している。このような副成分を含有させることで、電力損失の絶対値を小さくし、かつ高い飽和磁束密度を得ることができる。 The ferrite composition according to the present embodiment contains silicon oxide and calcium oxide as subcomponents in addition to the main components in the above composition range. By including such a subcomponent, the absolute value of power loss can be reduced and a high saturation magnetic flux density can be obtained.
酸化ケイ素の含有量は、主成分100重量%に対して、SiO2 換算で、60〜250ppm、好ましくは60〜200ppmである。酸化ケイ素の含有量が多くても少なすぎても、高周波数領域での電力損失が劣化する傾向にある。 The content of silicon oxide is 60 to 250 ppm, preferably 60 to 200 ppm in terms of SiO 2 with respect to 100% by weight of the main component. Even if the content of silicon oxide is large or too small, power loss in the high frequency region tends to deteriorate.
酸化カルシウムの含有量は、主成分100重量%に対して、CaO換算で、360〜1000ppm、好ましくは630〜830ppmである。酸化カルシウムの含有量が多くても少なすぎても、高周波数領域での電力損失が劣化する傾向にある。 The content of calcium oxide is 360 to 1000 ppm, preferably 630 to 830 ppm in terms of CaO with respect to 100% by weight of the main component. Even if the content of calcium oxide is large or too small, power loss in the high frequency region tends to deteriorate.
また、本実施形態に係るフェライト組成物は、上記主成分および副成分の他に、CdおよびPbを含有している。このような成分を所定の範囲に制御することにより、高周波数領域での電力損失の劣化を防止することができる。 Moreover, the ferrite composition according to the present embodiment contains Cd and Pb in addition to the above main component and subcomponent. By controlling such components within a predetermined range, it is possible to prevent power loss from deteriorating in a high frequency region.
Pbの含有量は、主成分100重量%中に、7ppm以下、好ましくは2〜7ppm、より好ましくは、5〜7ppmである。その含有量が、主成分100重量%中に、7ppmを超えると、高周波数領域での電力損失が劣化する傾向にある。 The content of Pb is 7 ppm or less, preferably 2 to 7 ppm, more preferably 5 to 7 ppm in 100% by weight of the main component. If the content exceeds 7 ppm in 100% by weight of the main component, the power loss in the high frequency region tends to deteriorate.
Cdの含有量は、主成分100重量%中に、7ppm以下、好ましくは2〜7ppm、より好ましくは、5〜7ppmである。その含有量が、主成分100重量%中に、7ppmを超えると、高周波数領域での電力損失が劣化する傾向にある。 The content of Cd is 7 ppm or less, preferably 2 to 7 ppm, more preferably 5 to 7 ppm in 100% by weight of the main component. If the content exceeds 7 ppm in 100% by weight of the main component, the power loss in the high frequency region tends to deteriorate.
PbおよびCdは、主成分原料である酸化鉄、酸化亜鉛、酸化マンガン中に含まれることがある。主成分中のPbおよびCdの含有量が所定の範囲を超えると、高周波数領域での電力損失が劣化する傾向にあることが、本願発明者らによって見出された。そこで、本発明では、原料中のCdおよびPdの含有量を厳密に管理し、上記の範囲内となるようにする。なお、PbおよびCdの含有量を所定の範囲に制御する方法は、特に限定されない。 Pb and Cd may be contained in iron oxide, zinc oxide, and manganese oxide, which are main component materials. The inventors of the present application have found that when the contents of Pb and Cd in the main component exceed a predetermined range, power loss in a high frequency region tends to deteriorate. Therefore, in the present invention, the contents of Cd and Pd in the raw material are strictly controlled so as to be within the above range. The method for controlling the Pb and Cd contents to a predetermined range is not particularly limited.
この他、本実施形態に係るフェライト組成物には、原料中の不可避的不純物元素の酸化物が数ppm〜数百ppm程度含まれ得る。 In addition, the ferrite composition according to the present embodiment may contain about several ppm to several hundred ppm of inevitable impurity element oxides in the raw material.
具体的には、B、C、S、Cl、As、Se、Br、Te、Iや、Li、Na、Mg、Al、K、Ga、Ge、Sr、In、Sn、Sb、Ba、Bi等の典型金属元素や、Sc、Ti、V、Cr、Y、Nb、Mo、Pd、Ag、Hf、Ta等の遷移金属元素が挙げられる。 Specifically, B, C, S, Cl, As, Se, Br, Te, I, Li, Na, Mg, Al, K, Ga, Ge, Sr, In, Sn, Sb, Ba, Bi, etc. And transition metal elements such as Sc, Ti, V, Cr, Y, Nb, Mo, Pd, Ag, Hf, and Ta.
次に、本実施形態に係るフェライト組成物の製造方法の一例を説明する。 Next, an example of a method for producing a ferrite composition according to this embodiment will be described.
まず、出発原料(主成分の原料および副成分の原料)を、所定の組成比となるように秤量して混合し、原料混合物を得る。混合する方法としては、たとえば、ボールミルを用いて行う湿式混合や、乾式ミキサーを用いて行う乾式混合が挙げられる。なお、平均粒径が0.1〜3μmの出発原料を用いることが好ましい。 First, starting materials (raw materials of main components and raw materials of subcomponents) are weighed and mixed so as to have a predetermined composition ratio to obtain a raw material mixture. Examples of the mixing method include wet mixing using a ball mill and dry mixing using a dry mixer. It is preferable to use a starting material having an average particle size of 0.1 to 3 μm.
主成分の原料としては、酸化鉄(α−Fe2 O3 )、酸化亜鉛(ZnO)、酸化マンガン(Mn3 O4 )、あるいは複合酸化物などを用いることができる。さらに、その他、焼成により上記した酸化物や複合酸化物となる各種化合物等を用いることができる。焼成により上記した酸化物になるものとしては、たとえば、金属単体、炭酸塩、シュウ酸塩、硝酸塩、水酸化物、ハロゲン化物、有機金属化合物等が挙げられる。なお、主成分中の酸化マンガンの含有量はMnO換算で計算されるが、主成分の原料としては、Mn3O4 が好ましく用いられる。 As a raw material for the main component, iron oxide (α-Fe 2 O 3 ), zinc oxide (ZnO), manganese oxide (Mn 3 O 4 ), or a composite oxide can be used. In addition, various compounds that become oxides or composite oxides by firing can be used. Examples of the oxide that becomes the above-mentioned oxide upon firing include simple metals, carbonates, oxalates, nitrates, hydroxides, halides, organometallic compounds, and the like. In addition, although the content of manganese oxide in the main component is calculated in terms of MnO, Mn 3 O 4 is preferably used as the main component material.
副成分の原料としては、主成分の原料の場合と同様に、酸化物だけではなく複合酸化物や焼成後に酸化物となる化合物を用いればよい。酸化ケイ素(SiO2 )の場合には、SiO2 を用いることが好ましい。また、酸化カルシウム(CaO)の場合には、炭酸カルシウム(CaCO3 )を用いることが好ましい。 As the raw material of the subcomponent, as in the case of the raw material of the main component, not only the oxide but also a composite oxide or a compound that becomes an oxide after firing may be used. In the case of silicon oxide (SiO 2 ), it is preferable to use SiO 2 . In the case of calcium oxide (CaO), it is preferable to use calcium carbonate (CaCO 3 ).
なお、CdおよびPbについては、主成分の原料である酸化鉄、酸化亜鉛および酸化マンガンに含まれる。そのため、CdおよびPbの含有量の異なる種々の酸化鉄、酸化亜鉛および酸化マンガン原料の使用量を調整することで、CdおよびPbの含有量を調整することができる。 Cd and Pb are contained in iron oxide, zinc oxide, and manganese oxide, which are the main components. Therefore, the content of Cd and Pb can be adjusted by adjusting the use amounts of various iron oxide, zinc oxide and manganese oxide raw materials having different Cd and Pb contents.
次に、原料混合物の仮焼きを行い、仮焼き材料を得る。仮焼きは、原料の熱分解、成分の均質化、フェライトの生成、焼結による超微粉の消失と適度の粒子サイズへの粒成長を起こさせ、原料混合物を後工程に適した形態に変換するために行われる。こうした仮焼きは、好ましくは800〜1100℃の温度で、通常1〜3時間程度行う。仮焼きは、大気(空気)中で行ってもよく、大気中よりも酸素分圧が高い雰囲気や純酸素雰囲気で行っても良い。なお、主成分の原料と副成分の原料との混合は、仮焼きの前に行なってもよく、仮焼き後に行なってもよい。 Next, the raw material mixture is calcined to obtain a calcined material. Calcining causes thermal decomposition of raw materials, homogenization of ingredients, formation of ferrite, disappearance of ultrafine powder due to sintering and grain growth to an appropriate particle size, and converts the raw material mixture into a form suitable for the subsequent process. Done for. Such calcination is preferably performed at a temperature of 800 to 1100 ° C. for about 1 to 3 hours. The calcination may be performed in the air (air), or may be performed in an atmosphere having a higher oxygen partial pressure or in a pure oxygen atmosphere than in the air. The mixing of the main component raw material and the subcomponent raw material may be performed before calcining or after calcining.
次に、仮焼き材料の粉砕を行い、粉砕材料を得る。粉砕は、仮焼き材料の凝集をくずして適度の焼結性を有する粉体とするために行われる。仮焼き材料が大きい塊を形成しているときには、粗粉砕を行ってからボールミルやアトライターなどを用いて湿式粉砕を行う。湿式粉砕は、仮焼き材料の平均粒径が、好ましくは1〜2μm程度となるまで行う。 Next, the calcined material is pulverized to obtain a pulverized material. The pulverization is performed in order to break down the coagulation of the calcined material to obtain a powder having appropriate sinterability. When the calcined material forms a large lump, wet pulverization is performed using a ball mill or an attritor after coarse pulverization. The wet pulverization is performed until the average particle diameter of the calcined material is preferably about 1 to 2 μm.
次に、粉砕材料の造粒(顆粒)を行い、造粒物を得る。造粒は、粉砕材料を適度な大きさの凝集粒子とし、成形に適した形態に変換するために行われる。こうした造粒法としては、たとえば、加圧造粒法やスプレードライ法などが挙げられる。スプレードライ法は、粉砕材料に、ポリビニルアルコールなどの通常用いられる結合剤を加えた後、スプレードライヤー中で霧化し、低温乾燥する方法である。 Next, the pulverized material is granulated (granular) to obtain a granulated product. The granulation is performed in order to convert the pulverized material into aggregated particles having an appropriate size and convert it into a form suitable for molding. Examples of such a granulation method include a pressure granulation method and a spray drying method. The spray drying method is a method in which a commonly used binder such as polyvinyl alcohol is added to the pulverized material, and then atomized in a spray dryer and dried at a low temperature.
次に、造粒物を所定形状に成形し、成形体を得る。造粒物の成形としては、たとえば、乾式成形、湿式成形、押出成形などが挙げられる。乾式成形法は、造粒物を、金型に充填して圧縮加圧(プレス)することにより行う成形法である。成形体の形状は、特に限定されず、用途に応じて適宜決定すればよいが、本実施形態ではトロイダル型形状とされる。 Next, the granulated product is molded into a predetermined shape to obtain a molded body. Examples of the molding of the granulated product include dry molding, wet molding, and extrusion molding. The dry molding method is a molding method in which a granulated product is filled in a mold and compressed and pressed (pressed). The shape of the molded body is not particularly limited, and may be appropriately determined according to the application. In the present embodiment, the shape is a toroidal shape.
次に、成形体の本焼成を行い、焼結体(本実施形態のフェライト組成物)を得る。本焼成は、多くの空隙を含んでいる成形体の粉体粒子間に、融点以下の温度で粉体が凝着する焼結を起こさせ、緻密な焼結体を得るために行われる。このような本焼成は、好ましくは900〜1300℃の温度で、通常2〜5時間程度行う。本焼成は、大気(空気)中で行ってもよく、大気中よりも酸素分圧が高い雰囲気で行っても良い。 Next, the compact is fired to obtain a sintered body (the ferrite composition of the present embodiment). This firing is performed in order to obtain a dense sintered body by causing sintering in which the powder adheres at a temperature below the melting point between the powder particles of the molded body containing many voids. Such firing is preferably performed at a temperature of 900 to 1300 ° C. for usually 2 to 5 hours. The main calcination may be performed in the atmosphere (air) or in an atmosphere having a higher oxygen partial pressure than in the atmosphere.
このような工程を経て、本実施形態に係るフェライト組成物は製造される。 Through such steps, the ferrite composition according to the present embodiment is manufactured.
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様で実施し得ることは勿論である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to such embodiment at all, Of course, in the range which does not deviate from the summary of this invention, it can implement in various aspects. .
たとえば、上述した実施形態では、トロイダル型形状とするために、本焼成前に該形状に成形しているが、本焼成後に該形状に成形(加工)してもよい。 For example, in the above-described embodiment, in order to obtain a toroidal shape, the shape is formed before the main baking, but may be formed (processed) after the main baking.
以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。 Hereinafter, although this invention is demonstrated based on a more detailed Example, this invention is not limited to these Examples.
まず、主成分の原料として、Fe2 O3 、ZnOおよびMn3 O4 を準備した。副成分の原料として、SiO2 およびCaCO3 を準備した。 First, Fe 2 O 3 , ZnO, and Mn 3 O 4 were prepared as main components. SiO 2 and CaCO 3 were prepared as auxiliary component materials.
なお、CdおよびPbについては、主成分の原料である酸化鉄、酸化亜鉛および酸化マンガンに含まれる。そのため、最終的に得られるサンプルが表1〜表3に記載のCd量およびPb量を含有するよう、CdおよびPbの含有量の異なる種々の酸化鉄、酸化亜鉛および酸化マンガン原料の使用量を調整して準備した。 Cd and Pb are contained in iron oxide, zinc oxide, and manganese oxide, which are the main components. Therefore, the usage amount of various iron oxides, zinc oxides and manganese oxide raw materials having different Cd and Pb contents are adjusted so that the finally obtained sample contains the Cd amount and Pb amount described in Tables 1 to 3. Adjusted and prepared.
次に、準備した主成分の原料の粉末を秤量し、さらに、副成分の原料の粉末を表1に示す量となるように秤量した後、ボールミルで5時間湿式混合して原料混合物を得た。 Next, the raw material powder of the main component prepared was weighed, and further, the powder of the subcomponent raw material was weighed to the amount shown in Table 1, and then wet mixed with a ball mill for 5 hours to obtain a raw material mixture. .
次に、得られた原料混合物を、空気中において950℃で2時間仮焼して仮焼き材料とした後、ボールミルで20時間湿式粉砕して、平均粒径が1.5μmである粉砕材料を得た。 Next, the obtained raw material mixture was calcined in air at 950 ° C. for 2 hours to obtain a calcined material, and then wet pulverized with a ball mill for 20 hours to obtain a pulverized material having an average particle diameter of 1.5 μm. Obtained.
次に、この粉砕材料を乾燥した後、該粉砕材料100重量%に、バインダーとしてのポリビニルアルコールを1.0重量%添加して造粒し、20メッシュの篩で整粒して顆粒とした。この顆粒を196MPa(2ton/cm2 )の圧力で加圧成形して、トロイダル形状(寸法=外径22mm×内径12mm×高さ6mm)の成形体を得た。 Next, this pulverized material was dried, and then granulated by adding 1.0% by weight of polyvinyl alcohol as a binder to 100% by weight of the pulverized material, and granulated with a 20 mesh sieve to obtain granules. This granule was pressure-molded at a pressure of 196 MPa ( 2 ton / cm 2 ) to obtain a molded body having a toroidal shape (size = outer diameter 22 mm × inner diameter 12 mm × height 6 mm).
次に、これら各成形体を、酸素分圧を適宜制御しながら、1270℃で2.5時間焼成して、焼結体としてのトロイダルコアサンプルを得た。得られたサンプルについて、蛍光X線分析を行い、フェライトコアの組成を測定した。結果を表1〜3に示す。 Next, each of these molded bodies was fired at 1270 ° C. for 2.5 hours while appropriately controlling the oxygen partial pressure to obtain a toroidal core sample as a sintered body. The obtained sample was subjected to fluorescent X-ray analysis to measure the composition of the ferrite core. The results are shown in Tables 1-3.
<電力損失(Pcv)>
得られたトロイダルコアサンプルに、1次巻線および2次巻線を3回ずつ巻回し、1MHz−50mTの条件において、−10〜60℃における電力損失を測定し、損失が最小となる温度(Tsp)を求め、25℃での電力損失Pcvを算出した(単位:kW/m3 )。測定は、B−Hアナライザー(岩崎通信機株式会社製SY−8217)を用いて行った。結果を表1〜3に示す。
<Power loss (Pcv)>
The obtained toroidal core sample was wound with the primary winding and the secondary winding three times each, and the power loss at −10 to 60 ° C. was measured under the condition of 1 MHz-50 mT. Tsp) was determined, and the power loss Pcv at 25 ° C. was calculated (unit: kW / m 3 ). The measurement was performed using a BH analyzer (SY-8217 manufactured by Iwasaki Tsushinki Co., Ltd.). The results are shown in Tables 1-3.
<飽和磁束密度(Bs)>
得られたトロイダルコアサンプルに、巻線を60回巻回した後、B−Hカーブトレーサー(理研電子株式会社製Model BHS40)を用いて2kA/mの磁場を印加したときの飽和磁束密度Bsを25℃および100℃において測定した(単位:mT)。結果を表1〜3に示す。
<Saturation magnetic flux density (Bs)>
After winding the winding 60 times on the obtained toroidal core sample, the saturation magnetic flux density Bs when a magnetic field of 2 kA / m was applied using a BH curve tracer (Model BHS40 manufactured by Riken Denshi Co., Ltd.) Measurement was performed at 25 ° C. and 100 ° C. (unit: mT). The results are shown in Tables 1-3.
また、表1〜3には、1MHzにおけるフェライトコアの品質係数を示すPcv/Bsを示した。Pcvが小さいほど、あるいは、Bsが大きいほど、このPcv/Bsは小さくなる。したがって、Pcv/Bsの値が小さいほど、電力損失の低減と高い飽和磁束密度とを両立できるため好ましい。本実施例では、Pcv/Bsは1.30未満を良好とし、より好ましくは、1.25以下である。 Tables 1 to 3 show Pcv / Bs indicating the quality factor of the ferrite core at 1 MHz. The smaller Pcv or the larger Bs, the smaller this Pcv / Bs. Therefore, it is preferable that the value of Pcv / Bs is smaller because a reduction in power loss and a higher saturation magnetic flux density can be achieved at the same time. In the present embodiment, Pcv / Bs is preferably less than 1.30, more preferably 1.25 or less.
表1より、副成分であるSiO2 およびCaOが同時に含有され、また原料中から含まれるPbおよびCdの含有量が本発明の範囲内にあり、かつ主組成の含有量が本発明の範囲内である場合、すなわち実施例1〜8に係る試料では、電力損失が最小となる温度(Tsp)が0〜50℃の範囲内であることが確認できた。さらに、実施例1〜8に係る試料では、高周波数領域(1MHz)における電力損失(Pcv)が低く、しかも高い飽和磁束密度(Bs)が得られ、Pcv/Bsで表される品質係数が良好となることが確認できた。 From Table 1, the subsidiary components SiO 2 and CaO are simultaneously contained, and the contents of Pb and Cd contained in the raw materials are within the scope of the present invention, and the content of the main composition is within the scope of the present invention. In other words, in the samples according to Examples 1 to 8, it was confirmed that the temperature (Tsp) at which the power loss was minimized was in the range of 0 to 50 ° C. Furthermore, in the samples according to Examples 1 to 8, the power loss (Pcv) in the high frequency region (1 MHz) is low, and a high saturation magnetic flux density (Bs) is obtained, and the quality factor expressed by Pcv / Bs is good. It was confirmed that
これに対し、表1より、主成分組成のうち、酸化鉄Fe2 O3 あるいは酸化亜鉛をZnOの含有量が本発明の範囲外となっている場合(比較例1〜4)では、品質係数Pcv/Bsが悪化する傾向が確認できた。 On the other hand, from Table 1, in the case where the content of ZnO of iron oxide Fe 2 O 3 or zinc oxide is outside the scope of the present invention in the main component composition (Comparative Examples 1 to 4), the quality factor The tendency for Pcv / Bs to deteriorate was confirmed.
また、表2より、副成分(SiO2 およびCaO)を含有させても、Tspは変化せず、その含有量を本発明の範囲内とすることで(実施例9〜13)、1MHzにおける電力損失の低減および高い飽和磁束密度を両立でき、品質係数Pcv/Bsが良好となることが確認できた。 Further, from Table 2, even when subcomponents (SiO 2 and CaO) are contained, Tsp does not change, and the content is within the scope of the present invention (Examples 9 to 13). It was confirmed that a reduction in loss and a high saturation magnetic flux density were compatible, and the quality factor Pcv / Bs was good.
これに対し、表2より、副成分である酸化ケイ素SiO2 あるいは酸化カルシウムCaOの含有量が本発明の範囲外となっている場合(比較例5〜8)では、品質係数Pcv/Bsが悪化する傾向が確認できた。 On the other hand, from Table 2, when the content of silicon oxide SiO 2 or calcium oxide CaO as a subcomponent is outside the scope of the present invention (Comparative Examples 5 to 8), the quality factor Pcv / Bs is deteriorated. The tendency to do was confirmed.
また、表3より、Cd、Pbの含有量が本発明の範囲内である場合(実施例14〜21)、1MHzにおける電力損失の低減および高い飽和磁束密度を両立でき、品質係数Pcv/Bsが良好となることが確認できた。 Further, from Table 3, when the contents of Cd and Pb are within the scope of the present invention (Examples 14 to 21), it is possible to achieve both reduction of power loss at 1 MHz and high saturation magnetic flux density, and the quality factor Pcv / Bs is It was confirmed to be good.
これに対し、表3より、CdまたはPbが本発明の範囲外となっている場合(比較例9および10)では、品質係数Pcv/Bsが良好な範囲とならないことが確認された。 On the other hand, from Table 3, when Cd or Pb is outside the scope of the present invention (Comparative Examples 9 and 10), it was confirmed that the quality factor Pcv / Bs does not fall within a favorable range.
本発明に係る電子部品は、使用温度域において電力損失が低減され、しかも高い飽和磁束密度が得られる。本発明に係る電子部品を携帯用機器等に用いた場合であっても、電池等の消耗が抑制でき、省電力を実現することができる。 In the electronic component according to the present invention, power loss is reduced in the operating temperature range, and a high saturation magnetic flux density is obtained. Even when the electronic component according to the present invention is used in a portable device or the like, consumption of a battery or the like can be suppressed, and power saving can be realized.
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