JP2018517288A - 軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライト - Google Patents

軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライト Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライトを開示し、飽和磁束密度が高く、損失が低い軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライトを提供することを目的とする。【解決手段】それは、主成分および副成分を含み、前記主成分は、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｎＯ、ＺｎＯおよびＮｉＯを含み、主成分の総量において、Ｆｅ２Ｏ３が５３．０〜５５．０ｍｏｌ％を占め、ＺｎＯが３．０〜７．０ｍｏｌ％を占め、ＮｉＯが０〜１．０ｍｏｌ％を占め、ＭｎＯが残部であり、前記副成分は、ＣｏＯ、ＳｉＯ２、ＣａＣＯ３、Ｎｂ２Ｏ５及びＺｒＯ２を含む。本発明の有益な効果は、１００℃での飽和磁束密度Ｂｓが４６０ｍＴより大きく、１００℃でのコア損失Ｐｃｖが３２０ｋＷ／ｍ３より小さいという優れた特性を有するため、製品の実際の適用において、装置をさらに小型化することができ、かつ損失が非常に低いため、装置の動作効率をさらに改善できることである。【選択図】なし

Description

本発明はフェライトの関連技術分野に関し、特に、軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライトを指す。
ＭｎＺｎフェライトは、電力トランス材料として電子および通信分野で広く使用されている。従来のスイッチング電源の出力電力と材料に直接関係するパラメータは、材料の飽和磁束密度である。飽和磁束密度の高い材料は、スイッチング電源をより小型で、薄くすることができる。材料の電力損失は電気エネルギーの変換効率に影響し、電力損失が低いほど、装置の変換効率が高い。
近年、業界で飽和磁束密度が高く、損失が低いフェライト材料について、様々な研究が行われている。例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４などは、主成分を研究し、良好な性能を得ているが、１００℃での４６０ｍＴを超える飽和磁束密度Ｂｓは実現されていない。特許文献５は、１００℃での飽和磁束密度Ｂｓが４６０ｍＴまで達するが、そのプロセスは従来の軟磁性フェライトプロセスではないため、量産し難い。特許文献６は、１００℃での飽和磁束密度Ｂｓが４７０ｍＴまで達するが、その主成分に１〜４ｍｏｌ％のＮｉＯを使用しており、Ｎｉのコストが非常に高いため、その材料は市場競争力を低下させる。
中国特許出願公開第１０２０６３９８９号明細書 中国特許出願公開第１０１４８３０９２号明細書 中国特許出願公開第１０１５５２０７３号明細書 中国特許出願公開第１０２１９４５６１号明細書 中国特許出願公開第１０１２９０８２７号明細書 中国特許出願公開第１０３９６４８３２号明細書
本発明は、従来技術に存在する飽和磁束密度が低く、損失が大きいという欠点を克服するために、飽和磁束密度が高く、損失が低い軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライトを提供することを目的とする。
上記目的を実現するために、本発明は以下の技術的解決手段を採用する。
軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライトは、主成分および副成分を含み、前記主成分は、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｎＯ、ＺｎＯおよびＮｉＯを含み、主成分の総量において、Ｆｅ２Ｏ３が５３．０〜５５．０ｍｏｌ％を占め、ＺｎＯが３．０〜７．０ｍｏｌ％を占め、ＮｉＯが０〜１．０ｍｏｌ％を占め、ＭｎＯが残部であり、前記副成分は、ＣｏＯ、ＳｉＯ２、ＣａＣＯ３、Ｎｂ２Ｏ５及びＺｒＯ２を含む。
本発明の軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライト材料は、より高いＢｓ値を得るために、Ｆｅ２Ｏ３の含有量を増加するとともにＺｎＯの含有量を低減することで実現される。１００℃での最低消費電力を保つ必要があるため、Ｆｅ２Ｏ３とＺｎＯの含有量を調整して実現する必要がある。Ｆｅ２Ｏ３およびＺｎＯの含有量が上記範囲内にあるとき、高いＢｓおよび低い損失という要求が同時に満たされる。Ｆｅ２Ｏ３の含有量が上記範囲より低い場合、１００℃でのＢｓが４６０ｍＴより低く、Ｆｅ２Ｏ３の含有量が上記範囲より高い場合、Ｆｅ２＋イオン含有量が増加し、材料の抵抗率が低下し、渦電流損失が増加し、結果的に１００℃での電力損失が３２０ｋＷ／ｍ３未満という要求が満たされなくなる。
ここで、ＮｉＯの含有量範囲には０が含まれている。主成分中のＮｉＯの主な効果を以下に記す。ＮｉＯを添加することにより、最低電力損失点の温度を高温に移行させる場合、１００℃での最低電力損失を確保するために、Ｆｅ２Ｏ３の含有量を増加させる必要があるので、ＮｉＯを添加した材料のＢｓが高くなる。同時に、ＮｉＯの添加により、材料の各異方性定数の温度係数を変更することができる。したがって、材料の２５℃での電力損失が改善され、１００℃での電力損失が増加し、ＮｉＯの含有量が上記範囲を超えるときに、１００℃での電力損失が３２０ｋＷ／ｍ３未満の要求を超えることができる。本発明において、特定の組成物と副成分とするドーピング要素とを互いに配合し、研削、プレス、焼結により得られる。そのうち、主成分配合は、ドーピングに有利な基礎を提供するために、これに基づいて、独特なドーピングにより、より良い液相焼結、より精細な粒子を促進し、より均一に精細な粒子の分布を成長させると共に、粒界の空隙率を制御し、より高い焼結密度を形成し、最終的により合理的な軟磁性微細構造を生成する。これにより、飽和磁束密度が高く、損失が低い軟磁性ＭｎＺｎ電力フェライトが得られる。
好ましくは、前記副成分は、第一副成分および第二副成分を含み、前記第一副成分はＣｏＯであり、主成分の総量に対して、ＣｏＯの含有量は０〜０．１５ｗｔ％である。ここで、ＣｏＯの含有量範囲には０が含まれている。第一副成分ＣｏＯの主な効果を以下に記す。ＣｏＯを添加することにより、最低電力損失点の温度を低温に移行させる場合、１００℃で最低電力損失を確保するために、Ｆｅ２Ｏ３の含有量を低減させる必要がある。したがって、ＣｏＯを添加した材料のＢｓが低くなり、ＣｏＯの含有量が上記範囲を超えるときに、１００℃でのＢｓ値が４６０ｍＴより大きいという要求を満たすことができない。また、ＣｏＯの添加は材料の異方性定数の温度係数を変更することができ、したがって、材料の２５℃での電力損失が改善され、１００℃での電力損失が増加するが、上記範囲内にあれば、材料の電力損失がいずれも３２０ｋＷ／ｍ３未満という要求に合致する。
好ましくは、前記第二副成分は、ＳｉＯ２、ＣａＣＯ３、Ｎｂ２Ｏ５およびＺｒＯ２であり、主成分の総量に対して、ＳｉＯ２が０．００５〜０．０１５ｗｔ％であり、ＣａＣＯ３が０．０３〜０．１５ｗｔ％であり、Ｎｂ２Ｏ５が０．０５〜０．４ｗｔ％であり、ＺｒＯ２が０．０５〜０．４ｗｔ％である。
１１９４Ａ／ｍの測定条件下で、２５℃での前記軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライトの飽和磁束密度Ｂｓが５５０ｍＴより大きく、１００℃での前記軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライトの飽和磁束密度Ｂｓが４６０ｍＴより大きいことが好ましい。
１００ｋＨｚ、２００ｍＴの測定条件下で、２５℃での前記軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライトの電力損失Ｐｃｖが７５０ｋＷ／ｍ３より小さく、１００℃での前記軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライトの電力損失Ｐｃｖが３２０ｋＷ／ｍ３より小さいことが好ましい。
本発明の有益な効果は、１００℃での飽和磁束密度Ｂｓが４６０ｍＴより大きく、１００℃でのコア損失Ｐｃｖが３２０ｋＷ／ｍ３より小さいという優れた特性を有するため、製品への実際の適用において、装置をさらに小型化することができ、かつ損失が非常に低いため、装置の動作効率をさらに改善できることである。
以下、具体的な実施形態に沿って本発明についてさらに説明する。
本発明は、従来のプロセスを用いて大量生産することができるため、以下の実施例は、いずれも統一された生産プロセスを用いて生産しており、配合のみ相違する。具体的な調製プロセスは以下のとおりである。
１．原料配合
各実施例および比較例に従って、それぞれＦｅ２Ｏ３、ＭｎＯ、ＺｎＯの形態で比率を計算し、Ｆｅ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４、ＺｎＯという３種類の原料を秤量して配合し、続いて、サンドミルに脱イオン水を加えて混合して４０分間粉砕する。１０分間繰り返して混合した後、噴霧造粒を行う。
２．予熱
噴霧材料を予熱炉に入れて、８５０℃で３時間予熱する。
３．二次研磨
予熱材料に、ＣａＣＯ３：０．０８ｗｔ％、ＳｉＯ２：０．０５ｗｔ％、Ｎｂ２Ｏ５：０．０２ｗｔ％、ＺｒＯ２：０．０２ｗｔ％の補助成分を加える。そのうち、ＣｏＯおよびＮｉＯは各実施例および比較例に従って秤量する。続いて、粉末材料をサンドミルに入れて脱イオン水を加えて二次研磨を９０分間行う。
４．噴霧造粒および成形
二次研磨剤に約０．０８ｗｔ％のＰＶＡ、および０．００４ｗｔ％の消泡剤を添加し、続いて、噴霧塔中で噴霧造粒を行い、５０〜２００μｍの顆粒にする。異なる実施例および比較例の粒子を、密度が３．００〜３．１５ｇ／ｃｍ３のＨ２５×１５×８ｍｍ標準リングブランクに成形させる。
５．焼結
一定の酸素および窒素比で昇温し、１３００℃の温度条件で５時間焼結する。焼結時の酸素分圧は５％である。続いて、一定の酸素および窒素比で室温に冷却する。
６．測定
焼結されたサンプルリングは、日本岩崎会社のＳＹ８２１８装置で電源Ｐｃｖおよび飽和磁束密度Ｂｓの測定を行う。測定条件は、１００ｋＨｚ、２００ｍＴの条件でＰｃｖを測定し、５０Ｈｚ、１１９４Ａ／ｍの条件でＢｓを測定する。
以下は、本発明をよりよく説明するために挙げられた実施例であるが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
実施例１
Ｆｅ２Ｏ３＝５４．８ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝３ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝４２．２ｍｏｌ％、ＮｉＯ＝０．０ｍｏｌ％、ＣｏＯ＝０．０８ｗｔ％。
実施例２
Ｆｅ２Ｏ３＝５４．４ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝４ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝４１．６ｍｏｌ％、ＮｉＯ＝０．０ｍｏｌ％、ＣｏＯ＝０．０８ｗｔ％。
実施例３
Ｆｅ２Ｏ３＝５４．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝５ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝４１．０ｍｏｌ％、ＮｉＯ＝０．０ｍｏｌ％、ＣｏＯ＝０．０８ｗｔ％。
実施例４
Ｆｅ２Ｏ３＝５３．６ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝６ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝４０．４ｍｏｌ％、ＮｉＯ＝０．０ｍｏｌ％、ＣｏＯ＝０．０８ｗｔ％。
実施例５
Ｆｅ２Ｏ３＝５３．２ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝７ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝３９．８ｍｏｌ％、ＮｉＯ＝０．０ｍｏｌ％、ＣｏＯ＝０．０８ｗｔ％。
比較例１
Ｆｅ２Ｏ３＝５５．２ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝２ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝４２．８ｍｏｌ％、ＮｉＯ＝０．０ｍｏｌ％、ＣｏＯ＝０．０８ｗｔ％。
比較例２
Ｆｅ２Ｏ３＝５２．８ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝８ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝３９．２ｍｏｌ％、ＮｉＯ＝０．０ｍｏｌ％、ＣｏＯ＝０．０８ｗｔ％。
実施例６
Ｆｅ２Ｏ３＝５４．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝６ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝３９．５ｍｏｌ％、ＮｉＯ＝０．５ｍｏｌ％、ＣｏＯ＝０．０８ｗｔ％。
実施例７
Ｆｅ２Ｏ３＝５４．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝６ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝３９．１ｍｏｌ％、ＮｉＯ＝０．９ｍｏｌ％、ＣｏＯ＝０．０８ｗｔ％。
実施例８
Ｆｅ２Ｏ３＝５４．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝６ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝３９．０ｍｏｌ％、ＮｉＯ＝１．０ｍｏｌ％、ＣｏＯ＝０．０８ｗｔ％。
比較例３
Ｆｅ２Ｏ３＝５４．４ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝６ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝３７．６ｍｏｌ％、ＮｉＯ＝２．０ｍｏｌ％、ＣｏＯ＝０．０８ｗｔ％。
実施例９
Ｆｅ２Ｏ３＝５３．８ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝６ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝４０．２ｍｏｌ％、ＮｉＯ＝０．０ｍｏｌ％、ＣｏＯ＝０．０ｗｔ％。
実施例１０
Ｆｅ２Ｏ３＝５３．７ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝６ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝４０．３ｍｏｌ％、ＮｉＯ＝０．０ｍｏｌ％、ＣｏＯ＝０．０４ｗｔ％。
実施例１１
Ｆｅ２Ｏ３＝５３．５ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝６ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝４０．５ｍｏｌ％、ＮｉＯ＝０．０ｍｏｌ％、ＣｏＯ＝０．１２ｗｔ％。
実施例１２
Ｆｅ２Ｏ３＝５３．４ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝６ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝４０．６ｍｏｌ％、ＮｉＯ＝０．０ｍｏｌ％、ＣｏＯ＝０．１５ｗｔ％。
比較例４
Ｆｅ２Ｏ３＝５３．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝６ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝４１．０ｍｏｌ％、ＮｉＯ＝０．０ｍｏｌ％、ＣｏＯ＝０．２０ｗｔ％。
以上の各実施例および比較例の配合に従って、軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライトの調製および加圧リング焼結性能測定を行った。測定結果は表１に示すとおりである。
Figure 2018517288
表１における各データの分析から以下のことが得られる。（１）実施例１〜５と比較例１、２を比較すると、ＺｎＯの含有量が３ｍｏｌ％より低い場合、軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライトの電力損失が増加し、ＺｎＯの含有量が７ｍｏｌ％より高い場合、軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライトの飽和磁束密度が低下する。（２）実施例４、６、７、８と比較例３を比較すると、ＮｉＯの含有量が１ｍｏｌ％より高い場合、軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライトの１００℃での電力損失が増加する。（３）実施例４、９、１０、１１、１２と比較例４を比較すると、ＣｏＯの含有量が０．１５ｗｔ％より高い場合、軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライトの飽和磁束密度が低下し、軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライトの１００℃での電力損失が増加する。表１の各性能を１つずつ比較することにより、１１９４Ａ／ｍの測定条件で、本発明の軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライトは２５℃での飽和磁束密度Ｂｓが５５０ｍＴより大きく、１００℃での飽和磁束密度Ｂｓが４６０ｍＴより大きい。本発明の軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライトは、１００ｋＨｚ、２００ｍＴの測定条件で、２５℃での電力損失Ｐｃｖが７５０ｋＷ／ｍ３より小さく、１００℃での電力損失Ｐｃｖが３２０ｋＷ／ｍ３より小さい。これにより、本発明の軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライトは、高い飽和磁束密度Ｂｓおよび低い損失Ｐｃｖの双方を備え、非常に良い市場の見通しを持つ。
（付記）
（付記１）
主成分および副成分を含み、前記主成分は、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｎＯ、ＺｎＯおよびＮｉＯを含み、主成分の総量において、Ｆｅ２Ｏ３が５３．０〜５５．０ｍｏｌ％を占め、ＺｎＯが３．０〜７．０ｍｏｌ％を占め、ＮｉＯが０〜１．０ｍｏｌ％を占め、ＭｎＯが残部であり、前記副成分は、ＣｏＯ、ＳｉＯ２、ＣａＣＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、およびＺｒＯ２を含むことを特徴とする、
軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライト。
（付記２）
前記副成分は、第一副成分および第二副成分を含み、前記第一副成分はＣｏＯであり、主成分の総量に対して、ＣｏＯの含有量が０〜０．１５ｗｔ％であることを特徴とする、
付記１に記載の軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライト。
（付記３）
前記第二副成分は、ＳｉＯ２、ＣａＣＯ３、Ｎｂ２Ｏ５およびＺｒＯ２であり、主成分の総量に対して、ＳｉＯ２が０．００５〜０．０１５ｗｔ％であり、ＣａＣＯ３が０．０３〜０．１５ｗｔ％であり、Ｎｂ２Ｏ５が０．０５〜０．４ｗｔ％であり、ＺｒＯ２が０．０５〜０．４ｗｔ％であることを特徴とする、
付記２に記載の軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライト。
（付記４）
１１９４Ａ／ｍの測定条件下で、２５℃での前記軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライトの飽和磁束密度Ｂｓは５５０ｍＴより大きく、１００℃での前記軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライトの飽和磁束密度Ｂｓは４６０ｍＴより大きいことを特徴とする、
付記１乃至３のいずれか１つに記載の軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライト。
（付記５）
１００ｋＨｚ、２００ｍＴの測定条件下で、２５℃での前記軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライトの電力損失Ｐｃｖは７５０ｋＷ／ｍ３より小さく、１００℃での前記軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライトの電力損失Ｐｃｖは３２０ｋＷ／ｍ３より小さいことを特徴とする、
付記１乃至３のいずれか１つに記載の軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライト。

Claims (5)

  1. 主成分および副成分を含み、前記主成分は、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｎＯ、ＺｎＯおよびＮｉＯを含み、主成分の総量において、Ｆｅ２Ｏ３が５３．０〜５５．０ｍｏｌ％を占め、ＺｎＯが３．０〜７．０ｍｏｌ％を占め、ＮｉＯが０〜１．０ｍｏｌ％を占め、ＭｎＯが残部であり、前記副成分は、ＣｏＯ、ＳｉＯ２、ＣａＣＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、およびＺｒＯ２を含むことを特徴とする、
    軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライト。
  2. 前記副成分は、第一副成分および第二副成分を含み、前記第一副成分はＣｏＯであり、主成分の総量に対して、ＣｏＯの含有量が０〜０．１５ｗｔ％であることを特徴とする、
    請求項１に記載の軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライト。
  3. 前記第二副成分は、ＳｉＯ２、ＣａＣＯ３、Ｎｂ２Ｏ５およびＺｒＯ２であり、主成分の総量に対して、ＳｉＯ２が０．００５〜０．０１５ｗｔ％であり、ＣａＣＯ３が０．０３〜０．１５ｗｔ％であり、Ｎｂ２Ｏ５が０．０５〜０．４ｗｔ％であり、ＺｒＯ２が０．０５〜０．４ｗｔ％であることを特徴とする、
    請求項２に記載の軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライト。
  4. １１９４Ａ／ｍの測定条件下で、２５℃での前記軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライトの飽和磁束密度Ｂｓは５５０ｍＴより大きく、１００℃での前記軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライトの飽和磁束密度Ｂｓは４６０ｍＴより大きいことを特徴とする、
    請求項１乃至３のいずれか１項に記載の軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライト。
  5. １００ｋＨｚ、２００ｍＴの測定条件下で、２５℃での前記軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライトの電力損失Ｐｃｖは７５０ｋＷ／ｍ３より小さく、１００℃での前記軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライトの電力損失Ｐｃｖは３２０ｋＷ／ｍ３より小さいことを特徴とする、
    請求項１乃至３のいずれか１項に記載の軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライト。
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