JP2963650B2 - 酸化物磁性材料並びに酸化物磁性体 - Google Patents

酸化物磁性材料並びに酸化物磁性体

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JP2963650B2 JP7352220A JP35222095A JP2963650B2 JP 2963650 B2 JP2963650 B2 JP 2963650B2 JP 7352220 A JP7352220 A JP 7352220A JP 35222095 A JP35222095 A JP 35222095A JP 2963650 B2 JP2963650 B2 JP 2963650B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、酸化物磁性材料並
びに酸化物磁性体に関するもので、より具体的には、ス
イッチング電源用トランスの磁心材料として適した酸化
物磁性材料に関する。
【0002】
【従来の技術】スイッチング電源は、コンピュータ,通
信機,計測機,制御機器等あらゆる電子機器の論理回路
駆動源・メカ駆動源等として採用されている。そして、
そのスイッチング電源に実装される電源トランスの磁心
として、各種フェライトが用いられる。そして、近年の
小型・薄型化の要求にともないスイッチング処理周波数
は100kHz程度まで高周波化され、係る仕様に対応
すべく、上記フェライトとして高周波用低損失磁性材料
であるMn−Znフェライトが用いられ、しかも、粒界
高抵抗化のために微量添加物としてCaO,SiO
2 (ガラス質相)が添加されたものが使用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、さらなる小
型・薄型化の要求があり、それにともないスイッチング
処理周波数も100kHz以上(1MHz程度まで)が
要求される。すると、係る高周波領域で上記した従来の
Mn−Znフェライトを用いてスイッチング電源用トラ
ンスの磁心に使用すると、コアロスによる大きな高周波
電力損失を生じ、激しい温度上昇を生じるという問題を
有する。そのため、従来の材料では係る高周波用のスイ
ッチング電源用トランスの磁心として実用に供しえな
い。
【0004】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、上記した問題点を解
決し、100kHz以上の高周波数領域で使用した場合
でも、コアロスを低減し高周波電力損失を小さくし、発
熱も少ない実用に供し得る酸化物磁性材料並びに酸化物
磁性体を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ため、本発明に係る酸化物磁性材料では、主成分として
50〜56mol %のFe2 3 ,30〜45mol %のM
nO,5〜20mol %のZnOを含み、副成分として
0.03重量%以上0.1重量%以下のCaO,0より
大きく0.05重量%以下のSiO2 ,0より大きく
0.4重量%以下のTiO2 ,0より大きく182pp
m以下のLiCl,0より大きく318ppm以下のN
aClを含むように構成した(請求項1)。そして好ま
しくは、前記LiClと前記NaClが、モル比で1:
1になるように混合することである(請求項2)。
【0006】ここで主成分を上記範囲にしたのは、この
範囲を外れるとスイッチング電源トランス用の磁性材料
として要求される特性を満足できないためである。そし
て、CaO,SiO2 は同時添加することにより結晶粒
界に高抵抗層を形成しコアロスを低減する効果があり、
一方、余り多く添加すると逆に抵抗が低下する。よっ
て、所望の高抵抗を維持できる上記範囲とした。また、
TiO2 は結晶粒内に固溶して結晶粒内を高抵抗化させ
る効果があり、一方、余り多く添加すると、電力損失は
減少するが、電力損失の温度特性の曲線が低温側にシフ
トし、実用的な温度範囲での電力損失が大きくなって不
適当である。よって、上記範囲とした。
【0007】そして、Li,Naを同時添加すると、他
の微量添加物(副成分)であるCaO,SiO2 ,Ti
2 とともに結晶粒界を高抵抗化する役割があると考え
られるからである。すなわち、Li,Naを添加しない
と、Caが粒内に存在し粒界の抵抗が小さく、高周波で
の渦電流損が大きくなり、各材料を微量に同時添加する
と、Caが係るLi,Naに引き寄せられて粒界に析出
し抵抗が低下して渦電流損が低下する。但し、あまり多
量に添加すると、CaO,SiO2 と同様に逆に抵抗が
低下する結果となり、かえってコアロスが増大する。そ
こで、実験の結果各組成に応じてそれぞれ上記範囲とし
た。さらに、Li,Naを添加する際に化合物としてC
lを用いたのは、CO3 化合物に比べ溶解度が低く均一
に解けるためである。
【0008】すなわち、所定量のLiCl,NaClを
添加すると、CaO,SiO2 並びにTiO2 ととも
に、結晶粒界を高抵抗化する。したがって、従来CaO
等(本発明の副成分のうちアルカリ金属を除く)で結晶
粒界が高抵抗化されるのに加え、相乗的に高抵抗化が進
む。そして、その割合は、同時添加すると、Li(Li
Cl),Na(NaCl)をそれぞれ単体で添加したも
のに比べ、さらに相乗効果が発揮し、高抵抗化される。
よって従来コアロスが増大して100kHz以上の高周
波領域においてもコアロスが低減する。
【0009】従って、Li(LiCl)とNa(NaC
l)とを同時添加することにより発生する相乗効果を期
待するためには、両者のモル比を1:1にするのが効率
的であり、その比がずれるにつれて相乗効果が薄れ、単
体で入れた場合の影響が発生するため、高抵抗化の程度
は低下する。但し、従来の何も添加しないものに比べれ
ば十分高く、単体のみを入れたものに比べてもモル比で
1:1に対応する部分で相乗効果が発揮するので、それ
よりは抵抗値は高くなる。
【0010】上記のように高抵抗化することにより、従
来コアロスが増大していた100kHz以上の高周波領
域においてもコアロスが低減する。その結果、係る磁性
材料を用いてトランスの磁心を形成すると、スイッチン
グ周波数を高くしても動作可能となるので、小さなスイ
ッチング電源を構成することができる。
【0011】そして、本発明に係る磁性体は、上記した
所定の混合比からなる酸化物磁性材料を所定の温度条件
で仮焼し,造粒し,成形し、その後、酸素濃度を制御し
ながら所定温度で焼成することにより得られるものであ
る(請求項3)。
【0012】ここで、酸素濃度を制御するとは、スピネ
ル化するために高温で焼成している際には、低酸素濃度
に管理し、焼成処理開始当初のバインダーを飛ばす際に
は、酸化させる必要から一定の酸素濃度(通常は制御・
管理の容易から実施の形態で説明しているように空気中
で行う)にすることをいい、具体的な酸素濃度の値は、
その他の条件等を加味しながら適宜に設定できる。な
お、焼成時のトップ温度としては、1140℃〜118
0℃の範囲に設定するのが好ましい。なおまた、出発原
料に含まれている化合物を構成するClの多くは焼成工
程により蒸発するため、最終製品にはあまり残存しない
(わずかに残る)。
【0013】
【発明の実施の形態】まず本発明は、Fe2 3 ,Mn
O,ZnOを主成分とするMn−Zn系フェライトを基
本とし、製造時に添加する微量添加物(副成分)を調整
した。具体的には、従来微量添加物として加えていた各
種材料に加え、さらにLiClとNaClを同時に微量
添加するようにした。
【0014】次に具体的な実施例について説明する。ま
ず、各材料の組成としては、主成分として50〜56mo
l %のFe2 3 ,30〜45mol %のMnO,5〜2
0mol %のZnOを含み、副成分として0.03重量%
以上0.1重量%以下のCaO,0より大きく0.05
重量%以下のSiO2 ,0より大きく0.4重量%以下
のTiO2 を含み、さらに追加する副成分として182
ppm以下のLiClと318ppm以下のNaClを
含むように構成する(副成分の添加量はいずれも0pp
mを含まない)。
【0015】*実施例 主成分としてFe2 3 :53.5mol %,MnO:3
9mol %,ZnO:7mol %を含み、副成分として上記
範囲内の所定量のCaO,SiO2 ,TiO2,LiC
l,NaClを添加した酸化物磁性材料を出発原料を混
合し、後述する条件で仮焼,造粒,成形した後に酸素濃
度を厳密に制御しながらトップ温度1160℃において
焼成して酸化物磁性材体を製造した。
【0016】そして、上記副成分の添加量のうち、Li
ClとNaClの添加量を変えて各材料を製造し、製造
された磁性材料の磁気特性を測定温度(80℃)にて求
めた。その結果を下記表1並びに図1に示す。なお、磁
気特性は、B−Hアナライザを用い、500kHz,5
0mTの条件で行った。また図中横軸は、出発原料とし
て添加するLiClとNaClの添加量の加算値(全添
加量)である。
【0017】
【表1】 上記表から明らかなように、全添加量が500ppm以
下であると、0ppm(Li,Naを添加しない)のも
のに比べコアロスが低くなり、磁気特性が改善されてい
ることが確認される。
【0018】次に、上記した磁性体を製造した際の仮焼
条件及び焼成条件について説明する。仮焼条件は図2に
示すような温度勾配に従って仮焼時の温度を昇降させ
た。すなわち、空気中で1時間当たり200℃上昇する
ように室温から900℃まで温度を上昇させた後、その
温度(900℃)を保ちながら2時間仮焼し、その後空
気中で1時間当たり200℃下降するように室温まで低
下させる。
【0019】また焼成条件としては図3に示すようにし
た。すなわち、まず室温(R.T.)から600℃まで
は、空気中で1時間当たり100℃上昇するようにし
(第1領域)、その後低酸素濃度領域(酸素濃度が0.
3%)になるように管理した状態で、トップ温度(11
60℃)になるまで1時間当たり300℃の割合で上昇
させた(第2領域)。
【0020】そして、酸素濃度が0.9%になるように
管理した雰囲気下で、そのトップ温度を維持しながら3
時間放置する(第3領域)。その後、900℃までは雰
囲気の酸素濃度が0.9%〜250ppmの範囲内にな
るように管理しながら、1時間当たり100℃の割合で
降下させ(第4領域)、さらに酸素濃度が0%(例えば
窒素雰囲気中等)の状態で1時間当たり300℃の割合
で室温まで降下させるようにした(第5領域)。
【0021】ここで各領域を上記したような条件にした
のは、それぞれ以下に示す理由による。すなわち、第1
領域では、仮焼後造粒し成形して得られた成形体中に存
在する有機バインダーを酸化させて、飛ばす工程を行っ
ている。従って、酸化させる必要から空気中で加熱処理
を行うようにしている。第2領域では、スピネル(結晶
構造)化を促進させるため低酸素濃度の雰囲気下で比較
的急に温度を上昇させるようにしている。そして、トッ
プ温度まで上昇させたならば、所定のスピネル相が形成
されるので、次の第3,第4領域では、Feの2価,3
価の量のコントロールを行う。すなわち、2価の量が多
すぎると、2価と3価の間での電子移動が生じ、成形体
の抵抗率が低くなり渦電流損失の増大の原因となるの
で、十分な温度で焼成する。そして、この第3,第4領
域で酸素濃度が高すぎると、第2領域で形成したスピネ
ル相が破壊されるため、低酸素濃度を保持する。但し、
一度スピネル化されているので、第2領域ほど低酸素濃
度にしなくてもよい。そして、第5領域では、高温時
(第2〜第4領域)に調整されたスピネルを安定化させ
るために、無酸素状態で急速に温度を低下させるように
している。
【0022】なお、上記した各条件は、最適な磁性体を
製造するためのプロセスの一例であり、それらと異なっ
ていてももちろんよい。
【0023】また、トップ温度は1160℃としたが、
好ましい範囲としては1140℃〜1180℃で、より
好ましい範囲としてはその中の1150℃〜1170℃
である。係る範囲であると、十分な焼成密度が得られ、
また製品としての寸歩精度も高いものが得られ、また結
晶粒径も小さく渦電流損失を低減でき、良好なものが得
られる。なお、温度が低下すると、焼成密度が低くな
り、逆に温度が高くなると結晶粒径が大きくなる傾向が
認められた。
【0024】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る酸化物磁性
材料並びに酸化物磁性体では、微量添加物である副成分
としてLiClとNaClを同時に添加するようにした
ため、それらが相乗的に作用してコアロスを低減させる
ことができる。その結果、100kHz以上の高周波数
領域においても高周波電力損失を小さくし、発熱を抑制
できる。よって、高周波領域でのスイッチング電源用の
トランスの磁心として使用することができ、スイッチン
グ電源の薄型化・小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の効果を実証するための実験結果を示す
図である。
【図2】仮焼条件の一例を示す図である。
【図3】焼成条件の一例を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C01G 49/00 C04B 35/38 H01F 1/34

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主成分として50〜56mol %のFe2
    3 ,30〜45mol %のMnO,5〜20mol %のZ
    nOを含み、 副成分として0.03重量%以上0.1重量%以下のC
    aO,0より大きく0.05重量%以下のSiO2 ,0
    より大きく0.4重量%以下のTiO2 ,0より大きく
    182ppm以下のLiCl,0より大きく318pp
    m以下のNaClを含んでなる酸化物磁性材料。
  2. 【請求項2】 前記LiClと前記NaClが、モル比
    で1:1とした請求項1に記載の酸化物磁性材料。
  3. 【請求項3】 請求項1または2のいずれかに記載の酸
    化物磁性材料を出発原料とし、 仮焼,造粒,成形し、その後、酸素濃度を制御しながら
    所定温度で焼成して得られた酸化物磁性材体。
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