JP3617070B2 - 低損失フェライトの製造方法 - Google Patents
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Description
【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フェライトの製造方法に関する。
【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10〜100kHz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フェライトとして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(Fe2 O3 )、酸化亜鉛(ZnO)及び酸化マンガン(MnO)を主たる出発原料とし、これら出発原料を混合、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り、高周波用磁心として優れた特性を発揮する。
【0004】
ところで、フェライトに用いられる酸化鉄原料は、その製造方法の違いから、大きく2つに分けることができる。すなわち、塩化鉄を経て合成される塩化鉄系酸化鉄原料と、硫酸鉄を経て合成される硫酸鉄系酸化鉄原料である。
そして、低損失フェライトの出発原料としては、要求される特性とその値段の安さから、塩化鉄系の酸化鉄原料を用いるのが一般的である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の一般的な鉄原料(塩化鉄系の酸化鉄原料)を用いた低損失フェライトを、スイッチング周波数が100kHz以上あるいは最大磁束密度が200mT以上にもなるトランスにそのまま使用すると、低損失化が不十分であるが故に、発熱や効率の点で問題が生ずることが判明した。また、上記低損失フェライトは、損失値もばらついており、上述のようなスイッチング周波数,最大磁束密度のトランスではそのようなばらつきも無視できない。
【0006】
近年、スイッチング電源やテレビジョン受像機の内部回路等を小型化、軽量化するため、あるいは高品位化(HDTV化)のために、スイッチング周波数100kHz以上の高周波域で使用したり、最大磁束密度200mT以上で使用する傾向にあり、前記問題はこれら小型化、軽量化、高品位化を図る上で大きな障害となる。
【0007】
そこで本発明は、かかる実情に鑑みて提案されたものであって、塩化鉄系の酸化鉄を出発原料とするMn−Zn系フェライトの更なる低損失化を図るとともに損失のばらつきを低減することを目的とし、これにより安価で優れた低損失特性を有する低損失フェライトを提供することを目的とする。
さらに本発明は、高周波対応、高磁束密度対応の低損失フェライトを提供し、スイッチング電源やテレビジョン受像機の内部回路等の小型化、軽量化を図ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上述の目的を達成すべく鋭意研究を重ねた。その結果、出発原料である塩化鉄系酸化鉄に含まれる珪素イオンが得られる低損失フェライトの特性に大きく影響を与えるとの知見を得るに至った。
本発明は、かかる知見に基づいて完成されたものであって、酸化鉄、酸化亜鉛及び酸化マンガンを主成分とする低損失フェライトの製造方法において、珪素イオン含有量がSiO2量換算で50ppm以下であるα−Fe2O3を出発原料として低損失フェライトを製造するようにしたものである。
【0009】
本発明の低損失フェライトは、Fe2 O3 、ZnO、MnOを主たる出発原料とし、多結晶焼結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、前記各出発原料を秤量,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形成した後、再び熱処理(本焼結)を行う。
【0010】
ここで、本発明においては、出発原料であるFe2 O3 として、塩化鉄を経て合成されるα−Fe2 O3 を使用する。ただし、前記α−Fe2 O3 は、その製造工程において、珪素イオンが不純物として混入する、あるいは含有されるのが一般的である。
そこで、本発明では、出発原料として使用するα−Fe2 O3 の珪素イオン含有量を50ppm以下に規制する。但し、この珪素イオン含有量は、珪素イオンをSiO2 に見立て、SiO2 量に換算した値である。
【0011】
製造に際しては、主成分であるFe2 O3 、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Fe2 O3 50〜60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。
【0012】
また、前記主成分の他、必要に応じて副成分を添加することも任意である。添加する副成分の種類も任意であり、例えば、CaO、SiO2 、ZrO2 、SnO2 、TiO2 、Ta2 O5 、Al2 O3 、Ga2 O3 、In2 O3 等が挙げられる。
【0013】
【作用】
塩化鉄系の酸化鉄は、その製造過程において珪素イオンが不純物として混入する、あるいは含有されるのが一般的である。
この酸化鉄中の珪素イオンは、フェライトを作製していく過程で、焼結中に結晶粒成長や結晶粒界に多大に影響し、飽和磁束密度や透磁率、コアロス等の磁気特性に悪影響を与えるものと推測される。
【0014】
本発明においては、出発原料であるα−Fe2 O3 に含まれる珪素イオンの含有量を50ppm以下に制限していることから、前記影響が抑制され、低損失化が図られるとともに損失のばらつきが抑えられる。
また、塩化鉄を経て合成されるα−Fe2 O3 を出発原料としていることから、製造コストを増大することもない。
【0015】
【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。
【0016】
実施例1
先ず、下記の表1に示すような珪素イオン含有量の異なる酸化鉄(α−Fe2 O3 )を用いて、以下の手法により低損失Mn−Znフェライトを作製した。
【0017】
Fe2 O3 (53.5モル%)、ZnO(10.5モル%)、MnO(36モル%)を主成分とし、副成分としてCaO(0.15重量%)、ZrO2 (0.05重量%)及び表1に示す量のSiO2 を添加した。
なお、表1に示すSiO2 の添加量は、酸化鉄原料粉末中に不純物として含有される珪素イオン量をSiO2 量に換算し、それと副成分として添加するSiO2 量の総和が300ppmとなるように設定した値である。
【0018】
【表1】
【0019】
これら出発原料を前記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。
【0020】
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。
【0021】
次いで、これを118MPaの圧力下で外径30mm、内径20mm、厚さ5mmにプレス成形し、さらに酸素分圧3%の雰囲気下、1280℃で4時間焼成(本焼結)して低損失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、損失Pcvを測定した。なお、測定条件は、温度が90℃,最大磁束密度Bmが200mT,周波数が100kHzである。測定された損失Pcvの平均値及び最小値,最大値を表2に示す。
【0022】
【表2】
【0023】
なお、損失Pcvの測定方法は次の通りである。
損失Pcv :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。
【0024】
前記表2より、珪素イオン含有量が50ppm以下の酸化鉄を出発原料としたMn−Znフェライトは、珪素イオン含有量50ppm以上の酸化鉄を出発原料としたものに比べ、損失が小さく、かつ損失の最小値と最大値に差がなく損失のばらつきも小さくなっていることがわかる。
【0025】
実施例2
先ず、下記の表3に示すような珪素イオン含有量の異なる酸化鉄(α−Fe2 O3 )を用いて、以下の手法により低損失Mn−Znフェライトを作製した。
【0026】
Fe2 O3 (53.0モル%)、ZnO(10.0モル%)、MnO(37.0モル%)を主成分とし、副成分としてTiO2 (0.1モル%)、CaO(0.07重量%)、ZrO2 (0.05重量%)及び表3に示す量のSiO2 を添加した。
なお、表3に示すSiO2 の添加量は、酸化鉄原料粉末中に不純物として含有される珪素イオン量をSiO2 量に換算し、それと副成分として添加するSiO2 量の総和が100ppmとなるように設定した値である。
【0027】
【表3】
【0028】
これら出発原料を前記比率になるように秤量した後、実施例1と同様の条件にて混合、仮焼成、微粉砕し、造粒した。
【0029】
次いで、これを120MPaの圧力下で外径30mm、内径20mm、厚さ5mmのリング状にプレス成形し、さらに酸素分圧3%の雰囲気下、1280℃で4時間焼成(本焼結)して低損失Mn−Znフェライトを得た。
【0030】
得られた各Mn−Znフェライトについて、損失Pcvを測定した。なお、測定条件は、温度が90℃、最大磁束密度Bmが200mTであり、周波数は100kHz,32kHz,200kHz,500kHzの4条件である。測定された損失Pcvを表4に示す。
【0031】
【表4】
【0032】
表4より、珪素イオン含有量が50ppm以下の酸化鉄を出発原料としたMn−Znフェライトは、珪素イオン含有量50ppm以上の酸化鉄を出発原料としたものに比べ、今回測定した全ての周波数で損失が小さく、かつ、100kHzで測定した損失の最小値と最大値に差がなく損失のばらつきも小さくなっていることがわかる。
【0033】
なお、Mn−Znフェライトの初透磁率,飽和磁束密度,保磁力等の他の磁気特性については、出発原料の珪素イオン量によってはほとんど差がないことが実験によって確認されている。
【0034】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明の低損失フェライトにおいては、酸化鉄原料中の不純物である珪素イオンの含有量を少なくしているので、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用材料として求められる諸特性を満足せしめるとともに、更なる低損失化を図ることが可能であり、また損失のばらつきが抑えられる。
【0035】
したがって、本発明の低損失フェライトを、高周波対応、高磁束密度対応トランス用材料として使用することにより、スイッチング電源やテレビジョン受像機の内部回路の小型化、軽量化、特性の安定化を図ることが可能である。
また、その均一且つ優れた低損失特性により、いわゆるHDTVのフライバックトランス用材料として使用することも可能である。
【0036】
さらに、本発明の低損失フェライトは、安価な塩化鉄系酸化鉄を出発原料としているので、製造コストの点でも有利である。
【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フェライトの製造方法に関する。
【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10〜100kHz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フェライトとして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(Fe2 O3 )、酸化亜鉛(ZnO)及び酸化マンガン(MnO)を主たる出発原料とし、これら出発原料を混合、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り、高周波用磁心として優れた特性を発揮する。
【0004】
ところで、フェライトに用いられる酸化鉄原料は、その製造方法の違いから、大きく2つに分けることができる。すなわち、塩化鉄を経て合成される塩化鉄系酸化鉄原料と、硫酸鉄を経て合成される硫酸鉄系酸化鉄原料である。
そして、低損失フェライトの出発原料としては、要求される特性とその値段の安さから、塩化鉄系の酸化鉄原料を用いるのが一般的である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の一般的な鉄原料(塩化鉄系の酸化鉄原料)を用いた低損失フェライトを、スイッチング周波数が100kHz以上あるいは最大磁束密度が200mT以上にもなるトランスにそのまま使用すると、低損失化が不十分であるが故に、発熱や効率の点で問題が生ずることが判明した。また、上記低損失フェライトは、損失値もばらついており、上述のようなスイッチング周波数,最大磁束密度のトランスではそのようなばらつきも無視できない。
【0006】
近年、スイッチング電源やテレビジョン受像機の内部回路等を小型化、軽量化するため、あるいは高品位化(HDTV化)のために、スイッチング周波数100kHz以上の高周波域で使用したり、最大磁束密度200mT以上で使用する傾向にあり、前記問題はこれら小型化、軽量化、高品位化を図る上で大きな障害となる。
【0007】
そこで本発明は、かかる実情に鑑みて提案されたものであって、塩化鉄系の酸化鉄を出発原料とするMn−Zn系フェライトの更なる低損失化を図るとともに損失のばらつきを低減することを目的とし、これにより安価で優れた低損失特性を有する低損失フェライトを提供することを目的とする。
さらに本発明は、高周波対応、高磁束密度対応の低損失フェライトを提供し、スイッチング電源やテレビジョン受像機の内部回路等の小型化、軽量化を図ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上述の目的を達成すべく鋭意研究を重ねた。その結果、出発原料である塩化鉄系酸化鉄に含まれる珪素イオンが得られる低損失フェライトの特性に大きく影響を与えるとの知見を得るに至った。
本発明は、かかる知見に基づいて完成されたものであって、酸化鉄、酸化亜鉛及び酸化マンガンを主成分とする低損失フェライトの製造方法において、珪素イオン含有量がSiO2量換算で50ppm以下であるα−Fe2O3を出発原料として低損失フェライトを製造するようにしたものである。
【0009】
本発明の低損失フェライトは、Fe2 O3 、ZnO、MnOを主たる出発原料とし、多結晶焼結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、前記各出発原料を秤量,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形成した後、再び熱処理(本焼結)を行う。
【0010】
ここで、本発明においては、出発原料であるFe2 O3 として、塩化鉄を経て合成されるα−Fe2 O3 を使用する。ただし、前記α−Fe2 O3 は、その製造工程において、珪素イオンが不純物として混入する、あるいは含有されるのが一般的である。
そこで、本発明では、出発原料として使用するα−Fe2 O3 の珪素イオン含有量を50ppm以下に規制する。但し、この珪素イオン含有量は、珪素イオンをSiO2 に見立て、SiO2 量に換算した値である。
【0011】
製造に際しては、主成分であるFe2 O3 、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Fe2 O3 50〜60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。
【0012】
また、前記主成分の他、必要に応じて副成分を添加することも任意である。添加する副成分の種類も任意であり、例えば、CaO、SiO2 、ZrO2 、SnO2 、TiO2 、Ta2 O5 、Al2 O3 、Ga2 O3 、In2 O3 等が挙げられる。
【0013】
【作用】
塩化鉄系の酸化鉄は、その製造過程において珪素イオンが不純物として混入する、あるいは含有されるのが一般的である。
この酸化鉄中の珪素イオンは、フェライトを作製していく過程で、焼結中に結晶粒成長や結晶粒界に多大に影響し、飽和磁束密度や透磁率、コアロス等の磁気特性に悪影響を与えるものと推測される。
【0014】
本発明においては、出発原料であるα−Fe2 O3 に含まれる珪素イオンの含有量を50ppm以下に制限していることから、前記影響が抑制され、低損失化が図られるとともに損失のばらつきが抑えられる。
また、塩化鉄を経て合成されるα−Fe2 O3 を出発原料としていることから、製造コストを増大することもない。
【0015】
【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。
【0016】
実施例1
先ず、下記の表1に示すような珪素イオン含有量の異なる酸化鉄(α−Fe2 O3 )を用いて、以下の手法により低損失Mn−Znフェライトを作製した。
【0017】
Fe2 O3 (53.5モル%)、ZnO(10.5モル%)、MnO(36モル%)を主成分とし、副成分としてCaO(0.15重量%)、ZrO2 (0.05重量%)及び表1に示す量のSiO2 を添加した。
なお、表1に示すSiO2 の添加量は、酸化鉄原料粉末中に不純物として含有される珪素イオン量をSiO2 量に換算し、それと副成分として添加するSiO2 量の総和が300ppmとなるように設定した値である。
【0018】
【表1】
【0019】
これら出発原料を前記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。
【0020】
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。
【0021】
次いで、これを118MPaの圧力下で外径30mm、内径20mm、厚さ5mmにプレス成形し、さらに酸素分圧3%の雰囲気下、1280℃で4時間焼成(本焼結)して低損失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、損失Pcvを測定した。なお、測定条件は、温度が90℃,最大磁束密度Bmが200mT,周波数が100kHzである。測定された損失Pcvの平均値及び最小値,最大値を表2に示す。
【0022】
【表2】
【0023】
なお、損失Pcvの測定方法は次の通りである。
損失Pcv :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。
【0024】
前記表2より、珪素イオン含有量が50ppm以下の酸化鉄を出発原料としたMn−Znフェライトは、珪素イオン含有量50ppm以上の酸化鉄を出発原料としたものに比べ、損失が小さく、かつ損失の最小値と最大値に差がなく損失のばらつきも小さくなっていることがわかる。
【0025】
実施例2
先ず、下記の表3に示すような珪素イオン含有量の異なる酸化鉄(α−Fe2 O3 )を用いて、以下の手法により低損失Mn−Znフェライトを作製した。
【0026】
Fe2 O3 (53.0モル%)、ZnO(10.0モル%)、MnO(37.0モル%)を主成分とし、副成分としてTiO2 (0.1モル%)、CaO(0.07重量%)、ZrO2 (0.05重量%)及び表3に示す量のSiO2 を添加した。
なお、表3に示すSiO2 の添加量は、酸化鉄原料粉末中に不純物として含有される珪素イオン量をSiO2 量に換算し、それと副成分として添加するSiO2 量の総和が100ppmとなるように設定した値である。
【0027】
【表3】
【0028】
これら出発原料を前記比率になるように秤量した後、実施例1と同様の条件にて混合、仮焼成、微粉砕し、造粒した。
【0029】
次いで、これを120MPaの圧力下で外径30mm、内径20mm、厚さ5mmのリング状にプレス成形し、さらに酸素分圧3%の雰囲気下、1280℃で4時間焼成(本焼結)して低損失Mn−Znフェライトを得た。
【0030】
得られた各Mn−Znフェライトについて、損失Pcvを測定した。なお、測定条件は、温度が90℃、最大磁束密度Bmが200mTであり、周波数は100kHz,32kHz,200kHz,500kHzの4条件である。測定された損失Pcvを表4に示す。
【0031】
【表4】
【0032】
表4より、珪素イオン含有量が50ppm以下の酸化鉄を出発原料としたMn−Znフェライトは、珪素イオン含有量50ppm以上の酸化鉄を出発原料としたものに比べ、今回測定した全ての周波数で損失が小さく、かつ、100kHzで測定した損失の最小値と最大値に差がなく損失のばらつきも小さくなっていることがわかる。
【0033】
なお、Mn−Znフェライトの初透磁率,飽和磁束密度,保磁力等の他の磁気特性については、出発原料の珪素イオン量によってはほとんど差がないことが実験によって確認されている。
【0034】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明の低損失フェライトにおいては、酸化鉄原料中の不純物である珪素イオンの含有量を少なくしているので、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用材料として求められる諸特性を満足せしめるとともに、更なる低損失化を図ることが可能であり、また損失のばらつきが抑えられる。
【0035】
したがって、本発明の低損失フェライトを、高周波対応、高磁束密度対応トランス用材料として使用することにより、スイッチング電源やテレビジョン受像機の内部回路の小型化、軽量化、特性の安定化を図ることが可能である。
また、その均一且つ優れた低損失特性により、いわゆるHDTVのフライバックトランス用材料として使用することも可能である。
【0036】
さらに、本発明の低損失フェライトは、安価な塩化鉄系酸化鉄を出発原料としているので、製造コストの点でも有利である。
Claims (1)
- 酸化鉄、酸化亜鉛及び酸化マンガンを主成分とする低損失フェライトの製造方法において、
珪素イオン含有量がSiO2量換算で50ppm以下であるα−Fe2O3を出発原料として製造されることを特徴とする低損失フェライトの製造方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP06260994A JP3617070B2 (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | 低損失フェライトの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP06260994A JP3617070B2 (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | 低損失フェライトの製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07267727A JPH07267727A (ja) | 1995-10-17 |
JP3617070B2 true JP3617070B2 (ja) | 2005-02-02 |
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ID=13205235
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JP06260994A Expired - Fee Related JP3617070B2 (ja) | 1994-03-31 | 1994-03-31 | 低損失フェライトの製造方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5741377B2 (ja) * | 2011-10-27 | 2015-07-01 | Tdk株式会社 | 非接触式温度計測用フェライト組成物 |
-
1994
- 1994-03-31 JP JP06260994A patent/JP3617070B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JPH07267727A (ja) | 1995-10-17 |
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