JP3438231B2 - 低損失磁性材料 - Google Patents
低損失磁性材料Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、スイッチング電源のト
ランスやテレビジョン受像機のフライバックトランス等
に用いられる低損失磁性材料に関するものであり、特に
高周波数帯域で使用される低損失磁性材料に関するもの
である。 【０００２】 【従来の技術】従来、スイッチング電源やテレビジョン
受像機等においては、スイッチング周波数として２０〜
２００ｋＨｚ程度、最大磁束密度として２００ｍＴ以下
程度が想定されており、これに対応する低損失磁性材料
としてＭｎ−Ｚｎ系フェライトが多用されている。 【０００３】前記Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトは、酸化鉄
（Ｆｅ２Ｏ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）及び酸化マンガン
（ＭｎＯ）を主たる出発原料とし、必要に応じて副成分
を加えた後、混合、仮焼成、粉砕・造粒、プレス成形、
本焼結することにより製造されるものである。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところで、前述のよう
にスイッチング周波数が比較的低い周波数である場合に
は、磁心損失はヒステリシス損失が支配的となり、した
がってヒステリシス損失を低減することに重点が置かれ
ている。しかしながら、スイッチング電源の小型化等を
目的として、スイッチング周波数が５００ｋＨｚを越え
るようになると、ヒステリシス損失を抑制しながら渦電
流損失を低減することが必要となる。 【０００５】そこで、本発明は、５００ｋＨｚを越える
周波数帯域におけるヒステリシス損失及び渦電流損失を
抑制することができ、高周波における磁心損失を大幅に
低減することが可能な低損失磁性材料を提供することを
目的とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明は、動作周波数帯域が５００ｋＨｚ〜２Ｍ
Ｈｚである低損失磁性材料において、酸化鉄、酸化亜鉛
及び酸化マンガンを主成分とし、副成分としてＣａＯ０
〜０．５モル％、ＳｉＯ ２ ０〜０．１モル％、Ｔａ ２ Ｏ
５ ０．０１〜０．１モル％を含み、焼結後の密度が４．
６×１０３ｋｇ／ｍ３以上で、かつ平均結晶粒径が５．
０〜７．０μｍとしたものである。 【０００７】本発明の低損失磁性材料は、Ｆｅ２Ｏ３、
ＺｎＯ、ＭｎＯを主たる出発原料とし、通常の多結晶フ
ェライトの製造プロセスに従って製造されるものであ
る。すなわち、各出発原料を秤量、混合し、熱処理（い
わゆる仮焼成）を行った後、粉砕する。しかる後、適当
な大きさに造粒し、プレス等の手法によって任意の形状
に成形した後、再び熱処理（本焼結）を行う。 【０００８】主成分であるＦｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＭｎＯ
の組成範囲は、軟磁気特性を有する組成に限定され、例
えばＦｅ２Ｏ３５０〜６０モル％、ＺｎＯ５〜１５モル
％、残部ＭｎＯとされる。特に、ＺｎＯに関して言え
ば、大振幅励磁されるため高飽和磁束密度が望まれるこ
とから、５〜１５モル％とすることが好ましい。 【０００９】上述の磁性材料においては、ヒステリシス
損失を減少させるために、１２５０〜１３００℃の比較
的高い温度で高密度（４．８×１０３ｋｇ／ｍ３以上）
に焼結することが考えられるが、この場合には結晶粒径
が大きくなって渦電流損失が増大し、５００ｋＨｚ以上
の高周波では磁心損失を低減することはできない。 【００１０】一方、渦電流損失を低減するには、焼結温
度を低くして結晶粒を微細化することが有効であるが、
単に焼結温度を下げただけでは焼結密度が下がり、ヒス
テリシス損失が増加するために、結果として磁心損失は
あまり低減されない。 【００１１】したがって、本発明においては、焼結後の
密度を４．６×１０３ｋｇ／ｍ３以上とし、ヒステリシ
ス損失を減少させて磁心損失を低減することを基本構成
とするが、さらに平均結晶粒径の上限を規定し、渦電流
損失も抑制して５００ｋＨｚ〜２ＭＨｚの高周波での使
用に適したものとする。 【００１２】特に、副成分としてＣａＯ０〜０．５モル
％、ＳｉＯ２０〜０．１モル％、Ｔａ２Ｏ５０．０１〜
０．１モル％を含み、平均結晶粒径が５．０〜７．０μ
ｍ以下で、かつ焼結後の密度が４．６×１０３ｋｇ／ｍ
３以上であるＭｎ−Ｚｎフェライトが好適である。 【００１３】 【作用】５００ｋＨｚ〜２ＭＨｚ程度の高周波で使用す
る低損失磁性材料においては、ヒステリシス損失と渦電
流損失の両者を抑制して磁心損失を低減することが必要
である。本発明においては、焼結後の密度を４．６×１
０３ｋｇ／ｍ３以上で、かつ平均結晶粒径を５．０〜
７．０μｍと規定することで、ヒステリシス損失が抑制
されるとともに、渦電流損失が抑制され、結果として高
周波帯域における低磁心損失が達成される。 【００１４】 【実施例】以下、本発明を適用した実施例について、具
体的な実験結果をもとに詳細に説明する。 【００１５】実験例１ 先ず、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＭｎＯを主成分とし、副成
分としてＣａＯ、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５を添加し、これ
ら出発原料を表１に示す比率になるように秤量した後、
ボールミルを用いて１２時間混合した。 【００１６】 【表１】【００１７】各サンプルの副成分の範囲は、次のような
理由で定められている。ＣａＯ、ＳｉＯ ２ は、所定の量
より少ないと結晶粒界の比抵抗が上がらず、渦電流損失
が増大する。これらが所定量より多いと焼結時に異常粒
成長が起こり、磁心損失が増大する。Ｔａ ２ Ｏ ５ は、所
定量より少ないと低温焼結したときに焼結密度が上がら
ず、磁心損失が増大する。逆に所定量より多いと、焼結
時に異常粒成長が起こり、やはり磁心損失が増大する。 【００１８】次に、これを空気中、１０００℃で３時
間、仮焼成した。これは、主に混合原料粒子間の固体反
応過程である。しかる後、ボールミルにて１２時間粉砕
し、ポリビニルアルコールを添加して造粒した。 【００１９】次いで、これを１２０ＭＰａの圧力下で外
径３０ｍｍ、内径２０ｍｍ、厚さ５ｍｍにプレス成形し
た後、１１５０〜１２５０℃で４時間焼成（本焼結）し
て密度や平均結晶粒径の異なるＭｎ−Ｚｎフェライトを
得た。得られた各Ｍｎ−Ｚｎフェライトについて、密度
及び磁心損失を測定した。結果を表２に示す。 【００２０】 【表２】【００２１】なお、密度及び磁心損失の測定方法は次の
通りである。 密度 ：ＪＩＳ Ｃ２５６１ フェライト
磁心の材質性能試験方法７．８見掛密度の項において規
定される方法のうち、７． ８．
１液中でひょう量する方法に準じて測定した。 磁心損失 ：電子材料工業会標準規格 パワ
ー用フェライト磁心の試験 方法
（ＥＭＡＳ−５００３） 「２．１コアロスの測定」
において規定される波形記憶装置
法に準じて測定した。 【００２２】この結果から、焼結後の密度を４．６×１
０３ｋｇ／ｍ３以上、かつ平均結晶粒径を５．０〜７．
０μｍの範囲とすることによって、高周波における磁心
損失が大幅に減少することがわかる。 【００２３】 【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の低損失磁性材料においては、焼結後の密度や平均結
晶粒径を適正なものとしているので、ヒステリシス損失
及び渦電流損失を抑制することができ、高周波（５００
ｋＨｚ〜２ＭＨｚ）における磁心損失を大幅に低減する
ことが可能である。 【００２４】したがって、スイッチング電源に用いられ
るコンバータトランス等を高周波化によって小型化で
き、製造コストが低減される他、携帯用の電子機器の電
源として非常に有用なものとなる。また、電源の効率が
向上するので、電力を節約することができるという効果
も得られる。
ランスやテレビジョン受像機のフライバックトランス等
に用いられる低損失磁性材料に関するものであり、特に
高周波数帯域で使用される低損失磁性材料に関するもの
である。 【０００２】 【従来の技術】従来、スイッチング電源やテレビジョン
受像機等においては、スイッチング周波数として２０〜
２００ｋＨｚ程度、最大磁束密度として２００ｍＴ以下
程度が想定されており、これに対応する低損失磁性材料
としてＭｎ−Ｚｎ系フェライトが多用されている。 【０００３】前記Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトは、酸化鉄
（Ｆｅ２Ｏ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）及び酸化マンガン
（ＭｎＯ）を主たる出発原料とし、必要に応じて副成分
を加えた後、混合、仮焼成、粉砕・造粒、プレス成形、
本焼結することにより製造されるものである。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところで、前述のよう
にスイッチング周波数が比較的低い周波数である場合に
は、磁心損失はヒステリシス損失が支配的となり、した
がってヒステリシス損失を低減することに重点が置かれ
ている。しかしながら、スイッチング電源の小型化等を
目的として、スイッチング周波数が５００ｋＨｚを越え
るようになると、ヒステリシス損失を抑制しながら渦電
流損失を低減することが必要となる。 【０００５】そこで、本発明は、５００ｋＨｚを越える
周波数帯域におけるヒステリシス損失及び渦電流損失を
抑制することができ、高周波における磁心損失を大幅に
低減することが可能な低損失磁性材料を提供することを
目的とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明は、動作周波数帯域が５００ｋＨｚ〜２Ｍ
Ｈｚである低損失磁性材料において、酸化鉄、酸化亜鉛
及び酸化マンガンを主成分とし、副成分としてＣａＯ０
〜０．５モル％、ＳｉＯ ２ ０〜０．１モル％、Ｔａ ２ Ｏ
５ ０．０１〜０．１モル％を含み、焼結後の密度が４．
６×１０３ｋｇ／ｍ３以上で、かつ平均結晶粒径が５．
０〜７．０μｍとしたものである。 【０００７】本発明の低損失磁性材料は、Ｆｅ２Ｏ３、
ＺｎＯ、ＭｎＯを主たる出発原料とし、通常の多結晶フ
ェライトの製造プロセスに従って製造されるものであ
る。すなわち、各出発原料を秤量、混合し、熱処理（い
わゆる仮焼成）を行った後、粉砕する。しかる後、適当
な大きさに造粒し、プレス等の手法によって任意の形状
に成形した後、再び熱処理（本焼結）を行う。 【０００８】主成分であるＦｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＭｎＯ
の組成範囲は、軟磁気特性を有する組成に限定され、例
えばＦｅ２Ｏ３５０〜６０モル％、ＺｎＯ５〜１５モル
％、残部ＭｎＯとされる。特に、ＺｎＯに関して言え
ば、大振幅励磁されるため高飽和磁束密度が望まれるこ
とから、５〜１５モル％とすることが好ましい。 【０００９】上述の磁性材料においては、ヒステリシス
損失を減少させるために、１２５０〜１３００℃の比較
的高い温度で高密度（４．８×１０３ｋｇ／ｍ３以上）
に焼結することが考えられるが、この場合には結晶粒径
が大きくなって渦電流損失が増大し、５００ｋＨｚ以上
の高周波では磁心損失を低減することはできない。 【００１０】一方、渦電流損失を低減するには、焼結温
度を低くして結晶粒を微細化することが有効であるが、
単に焼結温度を下げただけでは焼結密度が下がり、ヒス
テリシス損失が増加するために、結果として磁心損失は
あまり低減されない。 【００１１】したがって、本発明においては、焼結後の
密度を４．６×１０３ｋｇ／ｍ３以上とし、ヒステリシ
ス損失を減少させて磁心損失を低減することを基本構成
とするが、さらに平均結晶粒径の上限を規定し、渦電流
損失も抑制して５００ｋＨｚ〜２ＭＨｚの高周波での使
用に適したものとする。 【００１２】特に、副成分としてＣａＯ０〜０．５モル
％、ＳｉＯ２０〜０．１モル％、Ｔａ２Ｏ５０．０１〜
０．１モル％を含み、平均結晶粒径が５．０〜７．０μ
ｍ以下で、かつ焼結後の密度が４．６×１０３ｋｇ／ｍ
３以上であるＭｎ−Ｚｎフェライトが好適である。 【００１３】 【作用】５００ｋＨｚ〜２ＭＨｚ程度の高周波で使用す
る低損失磁性材料においては、ヒステリシス損失と渦電
流損失の両者を抑制して磁心損失を低減することが必要
である。本発明においては、焼結後の密度を４．６×１
０３ｋｇ／ｍ３以上で、かつ平均結晶粒径を５．０〜
７．０μｍと規定することで、ヒステリシス損失が抑制
されるとともに、渦電流損失が抑制され、結果として高
周波帯域における低磁心損失が達成される。 【００１４】 【実施例】以下、本発明を適用した実施例について、具
体的な実験結果をもとに詳細に説明する。 【００１５】実験例１ 先ず、Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＭｎＯを主成分とし、副成
分としてＣａＯ、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５を添加し、これ
ら出発原料を表１に示す比率になるように秤量した後、
ボールミルを用いて１２時間混合した。 【００１６】 【表１】【００１７】各サンプルの副成分の範囲は、次のような
理由で定められている。ＣａＯ、ＳｉＯ ２ は、所定の量
より少ないと結晶粒界の比抵抗が上がらず、渦電流損失
が増大する。これらが所定量より多いと焼結時に異常粒
成長が起こり、磁心損失が増大する。Ｔａ ２ Ｏ ５ は、所
定量より少ないと低温焼結したときに焼結密度が上がら
ず、磁心損失が増大する。逆に所定量より多いと、焼結
時に異常粒成長が起こり、やはり磁心損失が増大する。 【００１８】次に、これを空気中、１０００℃で３時
間、仮焼成した。これは、主に混合原料粒子間の固体反
応過程である。しかる後、ボールミルにて１２時間粉砕
し、ポリビニルアルコールを添加して造粒した。 【００１９】次いで、これを１２０ＭＰａの圧力下で外
径３０ｍｍ、内径２０ｍｍ、厚さ５ｍｍにプレス成形し
た後、１１５０〜１２５０℃で４時間焼成（本焼結）し
て密度や平均結晶粒径の異なるＭｎ−Ｚｎフェライトを
得た。得られた各Ｍｎ−Ｚｎフェライトについて、密度
及び磁心損失を測定した。結果を表２に示す。 【００２０】 【表２】【００２１】なお、密度及び磁心損失の測定方法は次の
通りである。 密度 ：ＪＩＳ Ｃ２５６１ フェライト
磁心の材質性能試験方法７．８見掛密度の項において規
定される方法のうち、７． ８．
１液中でひょう量する方法に準じて測定した。 磁心損失 ：電子材料工業会標準規格 パワ
ー用フェライト磁心の試験 方法
（ＥＭＡＳ−５００３） 「２．１コアロスの測定」
において規定される波形記憶装置
法に準じて測定した。 【００２２】この結果から、焼結後の密度を４．６×１
０３ｋｇ／ｍ３以上、かつ平均結晶粒径を５．０〜７．
０μｍの範囲とすることによって、高周波における磁心
損失が大幅に減少することがわかる。 【００２３】 【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の低損失磁性材料においては、焼結後の密度や平均結
晶粒径を適正なものとしているので、ヒステリシス損失
及び渦電流損失を抑制することができ、高周波（５００
ｋＨｚ〜２ＭＨｚ）における磁心損失を大幅に低減する
ことが可能である。 【００２４】したがって、スイッチング電源に用いられ
るコンバータトランス等を高周波化によって小型化で
き、製造コストが低減される他、携帯用の電子機器の電
源として非常に有用なものとなる。また、電源の効率が
向上するので、電力を節約することができるという効果
も得られる。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 動作周波数帯域が５００ｋＨｚ〜２ＭＨ
ｚである低損失磁性材料において、 酸化鉄、酸化亜鉛及び酸化マンガンを主成分とし、副成分としてＣａＯ０〜０．５モル％、ＳｉＯ ２ ０〜
０．１モル％、Ｔａ ２ Ｏ ５ ０．０１〜０．１モル％を含
み、 焼結後の密度が４．６×１０３ｋｇ／ｍ３以上で、 かつ平均結晶粒径が５．０〜７．０μｍであることを特
徴とする低損失磁性材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10537192A JP3438231B2 (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | 低損失磁性材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10537192A JP3438231B2 (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | 低損失磁性材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05283222A JPH05283222A (ja) | 1993-10-29 |
| JP3438231B2 true JP3438231B2 (ja) | 2003-08-18 |
Family
ID=14405846
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10537192A Expired - Fee Related JP3438231B2 (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | 低損失磁性材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3438231B2 (ja) |
-
1992
- 1992-03-31 JP JP10537192A patent/JP3438231B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05283222A (ja) | 1993-10-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20030107 |
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| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20030513 |
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| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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