JP4233083B2 - Ｍｎ−Ｚｎフェライト - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広い温度範囲(−４０℃〜１００℃)で直流重畳特性の劣化が少ないフェライト焼成体、およびこれを用いた通信機器用トランスに適したＭｎ−Ｚｎフェライトに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通信用トランスの磁心として用いられるＭｎ−Ｚｎフェライトには、高透磁率、低tanδ/μi(相対損失係数)、低損失等の磁気特性であることが要求される。最近では電子部品の小型化、高集積化にともなう発熱による回路周辺の温度変化、環境温度の変化に対して安定した磁気特性を得るため、高透磁率であることよりも、広い温度範囲で磁気特性の変化が小さいことが重要視されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような理由により通信用トランスに用いられるＭｎ−Ｚｎフェライトには、温度変化に対する磁気特性の安定が望まれている。例えばＬＡＮ用パルストランスや、ＡＤＳＬ用モデムトランスなどの単一局内で使用されるものについては、装置数の増加やモデムの多機能化による電源容量の増加により、回路周辺の温度は変化する。また、公衆電話や回線終端装置など屋外で使用されるものに設置されることも考えられ、少なくとも−２０℃〜７０℃における温度保証が必要となる。しかし最近ではより広い温度範囲での磁気特性の安定が望まれており、これまで磁気特性を安定させるために磁心に空隙を設ける加工を施す、磁心の突き合わせ面にポリエステルフィルムを挿入するなどの方法などが行われていたが、対応できなくなっている。また、主組成の限定により初透磁率（以下、μiと称す）の温度特性を変化率の小さい物にし、ＳｉＯ２、ＣａＯなどの含有量を調整して直流重畳特性を改善するなどが行われていたが、μiと直流重畳の温度特性を同時に改善することは難しかった。
【０００４】
本発明は上記問題点を解決し、広い温度範囲（−４０℃〜１００℃）で直流重畳特性の劣化が少ないＭｎ-Ｚｎフェライトを提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、主成分組成が５１．０〜５２．０ｍｏｌ％Ｆｅ２Ｏ３、１８．５〜２２．０ｍｏｌ％ＺｎＯ、残部ＭｎＯからなり、副成分としてＳｉＯ２ ０．００１〜０．００６重量％、ＣａＯ ０．００６〜０．０１７重量％、Ｖ２Ｏ５０．０２〜０．０８重量％、Ｎｂ２Ｏ５ ０．０１〜０．０５重量％、ＴｉＯ２ ０．５〜１．５重量％を同時に含有し、−４０℃〜１００℃の範囲で、直流電流印加時にインダクタンスが４００μＨ以上得られることを特徴とするＭｎ−Ｚｎフェライトである。
【０００６】
本発明により広い温度範囲（−４０℃〜１００℃）で直流重畳特性の劣化が少ないＭｎ-Ｚｎフェライトを提供することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
主成分組成はＦｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＭｎＯからなるＭｎ−Ｚｎフェライトであり、５１．０〜５２．０ｍｏｌ％Ｆｅ２Ｏ３、１８．５〜２２．０ｍｏｌ％ＺｎＯ、残部ＭｎＯの範囲に限定した。その理由は請求項範囲内の添加物を含有する場合に、μiの温度特性のセカンダリーピーク温度（以下、Ｔｓと称す）を２０℃〜５０℃に設定し、かつμiが室温（２３℃）において３０００〜５０００得られること、また直流電流印加時にインダクタンス(以下、Ｌと称す)が４００μＨ以上得られることを十分検討し上記の主成分組成に決定した。
【０００８】
本発明においてμi温度特性のセカンダリーピークを２０℃〜５０℃に設定する理由は、セカンダリーピークが上記範囲を外れると、直流電流印加時のＬが高温、低温側で急激に低下したり、温度カーブにうねりを生じてしまい、広い温度域で４００μＨ以上に保つことが困難になるためである。
【０００９】
上記基本組成に加え、副成分としてＳｉＯ２、ＣａＯ、Ｖ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２を同時に添加している。ＳｉＯ２、ＣａＯは互いに共存することによって粒界の比抵抗を高め、渦電流損失の低減に寄与しており、インピーダンス特性の改善にも効果がある。Ｎｂ２Ｏ５はＳｉＯ２、ＣａＯとともに粒界に析出し、高抵抗相を形成し電力損失を低減させるほか、残留磁束密度の低減にも寄与する。Ｖ２Ｏ５はＮｂ２Ｏ５が共存する場合、Ｎｂ２Ｏ５によって誘起される粒内気孔や異常粒成長の発生を抑制し、結晶組成を粒径が微細で均一な組成となるように安定化して電力損失の悪化を抑える効果がある。ＴｉＯ２はＴｉ４＋ イオンがＦｅ３＋イオンに代わって置換してＭｎ-Ｚｎフェライト結晶格子内に固容され、Ｆｅ２＋イオンとＦｅ３＋イオン間の電子移動を抑制して抵抗を増加させる。また、温度特性のＴｓおよび傾きはＭｎ−Ｚｎフェライトを構成する
Ｆｅ２ +、Ｆｅ３ +、Ｚｎ２ +、Ｍｎ２ +の各陽イオンの結晶磁気異方性の温度係数を合わせ持ったものであり、Ｔｉ４ +を添加することでＭｎ−Ｚｎフェライトの結晶磁気異方性定数が変化し、低温から高温まで広い温度範囲にわたって温度特性の変動を減少させる効果がある。これらの副成分は、焼成後酸化物となりうるものであれば、添加時の構造は問わない。また、その添加は本焼成前において含有されていればどの工程で行っても差し支えない。
【００１０】
【実施例】
（実施例１）表１に示した組成となるように高純度の酸化鉄、酸化マンガン、酸化亜鉛を計量・混合し、大気中で９００℃×２時間仮焼を行った。この仮焼原料に本発明の請求項範囲内でＳｉＯ２ ０．００２重量％、ＣａＯ ０．０１重量％、Ｎｂ２Ｏ５ ０．０４重量％、Ｖ２Ｏ５ ０．０４重量％、ＴｉＯ２ １．０重量％となるように加え、アトライターで粉砕粒径が１．５μｍとなるまで粉砕した。この粉砕粉にポリビニルアルコールを加えて造粒し、得られた造粒顆粒を外径４ｍｍ、内径２ｍｍ、高さ２ｍｍのトロイダル状に成形した。その後、本焼成においてピーク温度の酸素分圧をコントロールしながら１３００℃×５時間保持した後、降温することにより焼結サンプルを得た。このようにして得られた試料に巻線２６Ｔｓを施し、ＬＣＲメーター（ＨＰ社製４２８４Ａ）にて直流重畳特性を−４０℃〜１００℃の温度範囲で測定を行った。なお測定条件は１００ＫＨｚ、１００ｍＶ、直流電流バイアス８ｍＡとした。表1に各組成のＴｓ、各温度でのＬの値を示す。また、Ｌの温度に対する変化を図1に示す。
【００１１】
【表１】
【００１２】
表１、図１より、適合例１〜５の組成ではＴｓが２０℃〜５０℃の範囲にあり、−４０℃〜１００℃での直流電流バイアス印加時のＬが４００μＨ以上得られている。
【００１３】
請求項の範囲外にある組成の比較例では、−４０℃〜１００℃の温度範囲内でＬを４００μＨ以上に保つことができないことがわかる。
【００１４】
（実施例２）Ｆｅ２Ｏ３：５１．４ｍｏｌ％，ＺｎＯ：１９．２ｍｏｌ％残部ＭｎＯとなるように高純度の酸化鉄、酸化亜鉛、酸化マンガンを計量・混合し、大気中で９００℃×２時間仮焼を行った。この仮焼原料に本発明の請求項範囲内でＳｉＯ２ ０．００２重量％、ＣａＯ ０．０１重量％、Ｎｂ２Ｏ５ ０．０４重量％、Ｖ２Ｏ５ ０．０４重量％となるように添加し、表２に示す分量含有するようにＴｉＯ２を添加した。その後、実施例１と同様にサンプルの作製、評価を行った。これらの各温度でのＬの値を表２に示す。
【００１５】
【表２】
【００１６】
表２より、適合例６〜１０のＴｉＯ２を含有するの添加範囲では−４０℃〜１００℃での直流電流バイアス印加時のＬが４００μＨ以上得られることがわかる。
【００１７】
請求項の範囲外にある比較例では、ＴｉＯ２の効果が乏しく低温、高温域でＬを４００μＨ以上に保つことができないことがわかる。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように、主成分組成が５１．０〜５２．０ｍｏｌ％Ｆｅ２Ｏ３、１８．５〜２２．０ｍｏｌ％ＺｎＯ、残部ＭｎＯからなり、副成分としてＳｉＯ２ ０．００１〜０．００６重量％、ＣａＯ ０．００６〜０．０１７重量％、Ｖ２Ｏ５ ０．０２〜０．０８重量％、Ｎｂ２Ｏ５ ０．０１〜０．０５重量％、ＴｉＯ２ ０．５〜１．５重量％となるように添加して作製するＭｎ−Ｚｎフェライトは、広い温度範囲（−４０℃〜１００℃）で直流電流印加時にＬを４００μＨ以上に保つことが可能となり、回路周辺の温度変化、環境温度の変化に対して安定した性能を発揮できる通信用トランスを提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る主成分組成の違いによる適応例および比較例の直流重畳特性の温度特性を表す図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、広い温度範囲(−４０℃〜１００℃)で直流重畳特性の劣化が少ないフェライト焼成体、およびこれを用いた通信機器用トランスに適したＭｎ−Ｚｎフェライトに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通信用トランスの磁心として用いられるＭｎ−Ｚｎフェライトには、高透磁率、低tanδ/μi(相対損失係数)、低損失等の磁気特性であることが要求される。最近では電子部品の小型化、高集積化にともなう発熱による回路周辺の温度変化、環境温度の変化に対して安定した磁気特性を得るため、高透磁率であることよりも、広い温度範囲で磁気特性の変化が小さいことが重要視されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような理由により通信用トランスに用いられるＭｎ−Ｚｎフェライトには、温度変化に対する磁気特性の安定が望まれている。例えばＬＡＮ用パルストランスや、ＡＤＳＬ用モデムトランスなどの単一局内で使用されるものについては、装置数の増加やモデムの多機能化による電源容量の増加により、回路周辺の温度は変化する。また、公衆電話や回線終端装置など屋外で使用されるものに設置されることも考えられ、少なくとも−２０℃〜７０℃における温度保証が必要となる。しかし最近ではより広い温度範囲での磁気特性の安定が望まれており、これまで磁気特性を安定させるために磁心に空隙を設ける加工を施す、磁心の突き合わせ面にポリエステルフィルムを挿入するなどの方法などが行われていたが、対応できなくなっている。また、主組成の限定により初透磁率（以下、μiと称す）の温度特性を変化率の小さい物にし、ＳｉＯ２、ＣａＯなどの含有量を調整して直流重畳特性を改善するなどが行われていたが、μiと直流重畳の温度特性を同時に改善することは難しかった。
【０００４】
本発明は上記問題点を解決し、広い温度範囲（−４０℃〜１００℃）で直流重畳特性の劣化が少ないＭｎ-Ｚｎフェライトを提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、主成分組成が５１．０〜５２．０ｍｏｌ％Ｆｅ２Ｏ３、１８．５〜２２．０ｍｏｌ％ＺｎＯ、残部ＭｎＯからなり、副成分としてＳｉＯ２ ０．００１〜０．００６重量％、ＣａＯ ０．００６〜０．０１７重量％、Ｖ２Ｏ５０．０２〜０．０８重量％、Ｎｂ２Ｏ５ ０．０１〜０．０５重量％、ＴｉＯ２ ０．５〜１．５重量％を同時に含有し、−４０℃〜１００℃の範囲で、直流電流印加時にインダクタンスが４００μＨ以上得られることを特徴とするＭｎ−Ｚｎフェライトである。
【０００６】
本発明により広い温度範囲（−４０℃〜１００℃）で直流重畳特性の劣化が少ないＭｎ-Ｚｎフェライトを提供することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
主成分組成はＦｅ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＭｎＯからなるＭｎ−Ｚｎフェライトであり、５１．０〜５２．０ｍｏｌ％Ｆｅ２Ｏ３、１８．５〜２２．０ｍｏｌ％ＺｎＯ、残部ＭｎＯの範囲に限定した。その理由は請求項範囲内の添加物を含有する場合に、μiの温度特性のセカンダリーピーク温度（以下、Ｔｓと称す）を２０℃〜５０℃に設定し、かつμiが室温（２３℃）において３０００〜５０００得られること、また直流電流印加時にインダクタンス(以下、Ｌと称す)が４００μＨ以上得られることを十分検討し上記の主成分組成に決定した。
【０００８】
本発明においてμi温度特性のセカンダリーピークを２０℃〜５０℃に設定する理由は、セカンダリーピークが上記範囲を外れると、直流電流印加時のＬが高温、低温側で急激に低下したり、温度カーブにうねりを生じてしまい、広い温度域で４００μＨ以上に保つことが困難になるためである。
【０００９】
上記基本組成に加え、副成分としてＳｉＯ２、ＣａＯ、Ｖ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２を同時に添加している。ＳｉＯ２、ＣａＯは互いに共存することによって粒界の比抵抗を高め、渦電流損失の低減に寄与しており、インピーダンス特性の改善にも効果がある。Ｎｂ２Ｏ５はＳｉＯ２、ＣａＯとともに粒界に析出し、高抵抗相を形成し電力損失を低減させるほか、残留磁束密度の低減にも寄与する。Ｖ２Ｏ５はＮｂ２Ｏ５が共存する場合、Ｎｂ２Ｏ５によって誘起される粒内気孔や異常粒成長の発生を抑制し、結晶組成を粒径が微細で均一な組成となるように安定化して電力損失の悪化を抑える効果がある。ＴｉＯ２はＴｉ４＋ イオンがＦｅ３＋イオンに代わって置換してＭｎ-Ｚｎフェライト結晶格子内に固容され、Ｆｅ２＋イオンとＦｅ３＋イオン間の電子移動を抑制して抵抗を増加させる。また、温度特性のＴｓおよび傾きはＭｎ−Ｚｎフェライトを構成する
Ｆｅ２ +、Ｆｅ３ +、Ｚｎ２ +、Ｍｎ２ +の各陽イオンの結晶磁気異方性の温度係数を合わせ持ったものであり、Ｔｉ４ +を添加することでＭｎ−Ｚｎフェライトの結晶磁気異方性定数が変化し、低温から高温まで広い温度範囲にわたって温度特性の変動を減少させる効果がある。これらの副成分は、焼成後酸化物となりうるものであれば、添加時の構造は問わない。また、その添加は本焼成前において含有されていればどの工程で行っても差し支えない。
【００１０】
【実施例】
（実施例１）表１に示した組成となるように高純度の酸化鉄、酸化マンガン、酸化亜鉛を計量・混合し、大気中で９００℃×２時間仮焼を行った。この仮焼原料に本発明の請求項範囲内でＳｉＯ２ ０．００２重量％、ＣａＯ ０．０１重量％、Ｎｂ２Ｏ５ ０．０４重量％、Ｖ２Ｏ５ ０．０４重量％、ＴｉＯ２ １．０重量％となるように加え、アトライターで粉砕粒径が１．５μｍとなるまで粉砕した。この粉砕粉にポリビニルアルコールを加えて造粒し、得られた造粒顆粒を外径４ｍｍ、内径２ｍｍ、高さ２ｍｍのトロイダル状に成形した。その後、本焼成においてピーク温度の酸素分圧をコントロールしながら１３００℃×５時間保持した後、降温することにより焼結サンプルを得た。このようにして得られた試料に巻線２６Ｔｓを施し、ＬＣＲメーター（ＨＰ社製４２８４Ａ）にて直流重畳特性を−４０℃〜１００℃の温度範囲で測定を行った。なお測定条件は１００ＫＨｚ、１００ｍＶ、直流電流バイアス８ｍＡとした。表1に各組成のＴｓ、各温度でのＬの値を示す。また、Ｌの温度に対する変化を図1に示す。
【００１１】
【表１】
表１、図１より、適合例１〜５の組成ではＴｓが２０℃〜５０℃の範囲にあり、−４０℃〜１００℃での直流電流バイアス印加時のＬが４００μＨ以上得られている。
【００１３】
請求項の範囲外にある組成の比較例では、−４０℃〜１００℃の温度範囲内でＬを４００μＨ以上に保つことができないことがわかる。
【００１４】
（実施例２）Ｆｅ２Ｏ３：５１．４ｍｏｌ％，ＺｎＯ：１９．２ｍｏｌ％残部ＭｎＯとなるように高純度の酸化鉄、酸化亜鉛、酸化マンガンを計量・混合し、大気中で９００℃×２時間仮焼を行った。この仮焼原料に本発明の請求項範囲内でＳｉＯ２ ０．００２重量％、ＣａＯ ０．０１重量％、Ｎｂ２Ｏ５ ０．０４重量％、Ｖ２Ｏ５ ０．０４重量％となるように添加し、表２に示す分量含有するようにＴｉＯ２を添加した。その後、実施例１と同様にサンプルの作製、評価を行った。これらの各温度でのＬの値を表２に示す。
【００１５】
【表２】
表２より、適合例６〜１０のＴｉＯ２を含有するの添加範囲では−４０℃〜１００℃での直流電流バイアス印加時のＬが４００μＨ以上得られることがわかる。
【００１７】
請求項の範囲外にある比較例では、ＴｉＯ２の効果が乏しく低温、高温域でＬを４００μＨ以上に保つことができないことがわかる。
【００１８】
【発明の効果】
以上のように、主成分組成が５１．０〜５２．０ｍｏｌ％Ｆｅ２Ｏ３、１８．５〜２２．０ｍｏｌ％ＺｎＯ、残部ＭｎＯからなり、副成分としてＳｉＯ２ ０．００１〜０．００６重量％、ＣａＯ ０．００６〜０．０１７重量％、Ｖ２Ｏ５ ０．０２〜０．０８重量％、Ｎｂ２Ｏ５ ０．０１〜０．０５重量％、ＴｉＯ２ ０．５〜１．５重量％となるように添加して作製するＭｎ−Ｚｎフェライトは、広い温度範囲（−４０℃〜１００℃）で直流電流印加時にＬを４００μＨ以上に保つことが可能となり、回路周辺の温度変化、環境温度の変化に対して安定した性能を発揮できる通信用トランスを提供することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る主成分組成の違いによる適応例および比較例の直流重畳特性の温度特性を表す図である。
Claims (1)
- 主成分組成が５１．０〜５２．０ｍｏｌ％Ｆｅ２Ｏ３、１８．５〜２２．０ｍｏｌ％ＺｎＯ、残部ＭｎＯからなり、副成分としてＳｉＯ２ ０．００１〜０．００６重量％、ＣａＯ ０．００６〜０．０１７重量％、Ｖ２Ｏ５ ０．０２〜０．０８重量％、Ｎｂ２Ｏ５ ０．０１〜０．０５重量％、ＴｉＯ２ ０．５〜１．５重量％を同時に含有し、−４０℃〜１００℃の範囲で、直流電流印加時にインダクタンスが４００μＨ以上得られることを特徴とするＭｎ−Ｚｎフェライト。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002362147A JP4233083B2 (ja) | 2002-12-13 | 2002-12-13 | Ｍｎ−Ｚｎフェライト |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002362147A JP4233083B2 (ja) | 2002-12-13 | 2002-12-13 | Ｍｎ−Ｚｎフェライト |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004189567A JP2004189567A (ja) | 2004-07-08 |
| JP4233083B2 true JP4233083B2 (ja) | 2009-03-04 |
Family
ID=32760679
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002362147A Expired - Lifetime JP4233083B2 (ja) | 2002-12-13 | 2002-12-13 | Ｍｎ−Ｚｎフェライト |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4233083B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104979061B (zh) * | 2014-04-11 | 2017-02-01 | 山东大学 | 一种直孔道磁性材料的制备方法 |
| CN111116189A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-05-08 | 苏州冠达磁业有限公司 | 高频率高阻抗锰锌铁氧体及其制备方法 |
-
2002
- 2002-12-13 JP JP2002362147A patent/JP4233083B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2004189567A (ja) | 2004-07-08 |
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