JP4302904B2

JP4302904B2 - Choke coil and power transformer

Info

Publication number: JP4302904B2
Application number: JP2001085713A
Authority: JP
Inventors: 文吾桜井; 聡村山; 綱伊藤
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2001-03-23
Filing date: 2001-03-23
Publication date: 2009-07-29
Anticipated expiration: 2021-03-23
Also published as: JP2002289421A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はチョークコイル及び電源トランスに関する。特に液晶搭載携帯機器（ノートパソコン、デジタルビデオカメラ、デジタルカメラ等）用液晶バックライト用インバータトランス用フェライトコアに好適に使用される酸化物磁性材料を有するフェライトコアを用いたチョークコイル及び電源トランスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、携帯機器にみられるように電子機器の小型化、薄型化、軽量化が急速に進展している。それに伴い、これらの電子機器に用いられる電源も小型化、薄型化、軽量化が進んでおり、中でも電源に用いられるトランスについては体積的にも、電力損失においても大きな割合を占めるため、その小型化、高効率化が求められている。
【０００３】
こうした小型電源用トランスに用いられる磁性材料として求められる特性は、駆動周波数、駆動温度帯で損失が低いこと、飽和磁束密度が高いこと、比抵抗が高いこと、などが挙げられる。損失が大きいと電源としての効率が悪いだけでなく、自己発熱が大きくなる。よって、磁性材料としては、低損失とする必要がある。
【０００４】
このような電源トランス用の材料としては、従来、飽和磁束密度が高く、低価格なＭｎ−Ｚｎフエライトが用いられてきた。
【０００５】
しかしながら、従来のＭｎ−Ｚｎフェライトは、比抵抗が小さく、絶縁性の確保のため、ボビン等を介し巻き線を行わなければならなかった。このため、トランス用材料として、Ｍｎ−Ｚｎフェライトを用いてはそのボビンの体積的問題から小型化に対し、限界があった。
【０００６】
これに対し、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトは、比抵抗が高くコアに直接巻き線を施すことが可能でボビンの体積的問題を解決し、小型化に適しているが、損失が高いためコアが発熱しやすく、スイッチング電源等のトランスとして適していなかった。
【０００７】
そこで、この問題を解決するために、例えば特許第１８９３６５８号（特公平６−１６４５１号）公報に記載されているような、Ｆｅ₂Ｏ₃ ：４７〜５０モル％、ＮｉＯ：１４〜２０モル％、ＺｎＯ：２６〜３３モル％、ＣｕＯ４〜７モル％を主成分とし、ＭｎＯ：０．３〜０．８モル％を副成分として含有した酸化物磁性材料や、特許第２５５１００９号公報に記載されているような、Ｆｅ₂Ｏ₃ ：４８．５−５０モル％、ＮｉＯ：１０．５〜１４モル％、ＺｎＯ：２６．５〜２９モル％、ＣｕＯ：６〜１１モル％、ＭｎＯ：０〜２．Ｏモル％の組成範囲からなる酸化物磁性材料や、特開平１１−２１９８１２号公報に記載されているような、主成分がＦｅ₂Ｏ₃ 換算で４８〜４９．５モル％、ＮｉＯ換算で１７〜２３モル％、ＣｕＯ換算で３〜７モル％および残部がＺｎＯよりなり、副成分として４〜９．５ｗｔ％のＭｎＯを含有させ、かつ平均結晶粒子径が８μm 以上の酸化物磁性材料、または特開２０００−２９９２１５号公報に記載の主成分組成が４３〜５０モル％Ｆｅ₂Ｏ₃ 、１０〜４０モル％ＮｉＯ、１〜１５モル％ＣｕＯ、残部ＺｎＯからなり、添加物として０．００５〜０．１ｗｔ％ＳｉＯ₂ 、ないし、０．００５〜０．５ｗｔ％ＭｎＯのうち少なくとも１種を含むことを特徴とする低損失酸化物磁性材料が、高磁束密度で使用する際の自己発熱、すなわち損失を抑制させた、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトの例として知られている。
【０００８】
しかし、上述したような従来のフェライトでは、例えば、特許１８９３６５８号（特公平６−１６４５１号）公報の最適組成に相当するものでも、特許第２５５１００９号公報記載の最適組成に相当するものでも、さらには特開平１１−２１９８２１２号公報記載の最適組成に相当するものでも、本発明のような低損失Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトは現在のところなかった。
【０００９】
加えて、特許１８９３６５８号（特公平６−１６４５１）号公報には、〔問題点を解決するための手段〕や〔発明の実施例〕の段落末に「〜高磁束密度で使用し、高い発熱を伴う他の用途の磁性材料としても有用である。」と記載しているにもかかわらず、必要な飽和磁束密度に関する記載は一切みられない。
【００１０】
また、特許第２５５１００９号は、１００℃までの検討であり、それ以上の温度の検討に関する記載は全くなく、また（発明の効果）に「〜高磁束密度で使用し、高い発熱を伴う他の用途にも有用である〜」とあるにもかかわらず、必要な飽和磁束密度に関する記載も一切みられない。
【００１１】
また、特開平１１−２１９８２１２号公報においては、８０℃の検討しかなされておらず、それ以上の温度の検討に関する記載は全くない。
【００１２】
通常、フェライト材料には、自己発熱による熱暴走の危険を避けるため、損失が最小となる温度を製品動作温度域より高く設定する。本発明は１００℃以上の温度域での低コアロス化を実現したものである点でも従来技術と異にするものである。
【００１３】
さらに、特開２０００−２９９２１５号公報には、その段落００２５に「Ｆｅ₂Ｏ₃ 、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯ、ＳｉＯ₂ 、ＭｎＯを表２の組成になるように秤量し、〜」と記載されているが、表２には、Ｆｅ₂Ｏ₃ 、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯの組成比がいっさい記載されておらず、いかなる組成範囲であるのか不明である。同様のことが、同文献の段落００２９にもいえる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、高磁束密度で使用する際の自己発熱すなわち損失を抑制させた、Ｎｉ−Ｚｎ系フエライトで、高い比抵抗を維持したまま、更なるコアロスの低減を実現し、小型電源用トランスのみならずチョークコイル等の幅広い用途にも適応可能で、チョークコイルとして重要な高飽和磁束密度という特徴を有する低損失の酸化物磁性材料とそれを用いたフェライトコア、コイル部品およびトランスを提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、上記目的は、以下の構成により達成される。
（１）フェライトコアを有するチョークコイルであって、
前記フェライトコアが、
主成分として、酸化鉄と、酸化銅と、酸化亜鉛と、酸化マンガンとをそれぞれＦｅ_２Ｏ_３、ＣｕＯ、ＺｎＯ、Ｍｎ_２Ｏ_３換算で、
４８．５モル％≦Ｆｅ_２Ｏ_３≦４８．７モル％、
６．０モル％≦ＣｕＯ≦１０．０モル％、
２６．９モル％≦ＺｎＯ≦２９．５モル％、
１．０モル％≦Ｍｎ_２Ｏ_３≦１．２モル％、
含有し、
残部に酸化ニッケル（ＮｉＯ）を含有し、
酸化鉄と酸化マンガンとをＦｅ_２Ｏ_３＋Ｍｎ_２Ｏ_３換算で
４９．５モル％≦（Ｆｅ_２Ｏ_３＋Ｍｎ_２Ｏ_３）≦４９．８モル％
含有する酸化物磁性材料を有するフェライトコアである、チョークコイル。
（２）フェライトコアを有する電源トランスであって、
前記フェライトコアが、
主成分として、酸化鉄と、酸化銅と、酸化亜鉛と、酸化マンガンとをそれぞれＦｅ _２Ｏ _３、ＣｕＯ、ＺｎＯ、Ｍｎ _２Ｏ _３換算で、
４８．５モル％≦Ｆｅ _２Ｏ _３ ≦４８．７モル％、
６．０モル％≦ＣｕＯ≦１０．０モル％、
２６．９モル％≦ＺｎＯ≦２９．５モル％、
１．０モル％≦Ｍｎ _２Ｏ _３ ≦１．２モル％、
含有し、
残部に酸化ニッケル（ＮｉＯ）を含有し、
酸化鉄と酸化マンガンとをＦｅ _２Ｏ _３＋Ｍｎ _２Ｏ _３換算で
４９．５モル％≦（Ｆｅ _２Ｏ _３＋Ｍｎ _２Ｏ _３）≦４９．８モル％
含有する酸化物磁性材料を有するフェライトコアである、電源トランス。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の酸化物磁性材料は、主成分として、酸化鉄と、酸化銅と、酸化亜鉛と、酸化マンガンとをそれぞれＦｅ₂Ｏ₃ 、ＣｕＯ、ＺｎＯ、Ｍｎ₂Ｏ₃ 換算で、
４６モル％≦Ｆｅ₂Ｏ₃ ≦５０．５モル％、
２モル％≦ＣｕＯ≦１３モル％、
２４モル％≦ＺｎＯ≦３０．５モル％
０モル％＜Ｍｎ₂Ｏ₃ ≦３．５モル％、
含有し、残部に酸化ニッケル（ＮｉＯ）を含有するものである。
【００１７】
このような組成範囲とすることにより、高い固有抵抗を有しながら低損失化が可能となる。
【００１８】
また、好ましくは
４７．５モル％≦Ｆｅ₂Ｏ₃ ≦５０．１モル％、
２．３モル％≦ＣｕＯ≦１２モル％、
２４モル％≦ＺｎＯ≦２９．９モル％
０．１モル％≦Ｍｎ₂Ｏ₃ ≦２モル％、
含有し、残部にニッケルを含有するものである。このような範囲とすることで、上記酸化物磁性材料と同等の高い飽和磁束密度、固有抵抗を有し、かつ更に低損失化が可能となる。
【００１９】
また、より好ましくは、
４８モル％≦Ｆｅ₂Ｏ₃ ≦５０モル％、
４モル％≦ＣｕＯ≦８モル％、
２６モル％≦ＺｎＯ≦２９．６モル％
０．３モル％≦Ｍｎ₂Ｏ₃ ≦１．５モル％、
含有し、残部にニッケルを含有するものである。このような組成範囲とすることで、上記の酸化物磁性材料と同等の高い飽和磁束密度、固有抵抗を有し、さらなる低損失化が可能となる。
【００２０】
本発明において、高飽和磁束密度、低損失、高抵抗のフェライトを得るためには、酸化鉄および酸化マンガンの総和量を調整することが好ましい。このため、酸化鉄と酸化マンガンとをＦｅ₂Ｏ₃ ＋Ｍｎ₂Ｏ₃ 換算で
４８．０モル％≦（Ｆｅ₂Ｏ₃ ＋Ｍｎ₂Ｏ₃ ）≦５０．５モル％
となるように、より好ましくは
４９．５モル％≦（Ｆｅ₂Ｏ₃ ＋Ｍｎ₂Ｏ₃ ）≦５０．１モル％
となるようにするとよい。
【００２１】
（Ｆｅ₂Ｏ₃ ＋Ｍｎ₂Ｏ₃ ）量が、５０．５モル％を超えると、比抵抗が著しく低下し、初透磁率の低下や、飽和磁束密度の低下によって、コアロスが大幅に増大してくる。また、（Ｆｅ₂Ｏ₃ ＋Ｍｎ₂Ｏ₃ ）量が、４８モル％未満になった場合には、初透磁率の低下や、飽和磁束密度の低下を招き、さらにコアロスが大幅に増大してくる。
【００２２】
また、本発明のフェライト材料は、前記の組成を有するものであれば、Ｂ、Ｃ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃｌ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｂｒ、Ｔｅ、Ｉや、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｋ、Ｃａ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｒ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂａ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ等の典型金属元素、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ等の遷移金属元素等の不可避不純物を含んでもよい。
【００２３】
本発明のフェライトコアは、上記酸化物磁性材料を含有し、電力損失（コアロス）が最小となる温度が、１００℃以上、好ましくは１２０〜１６０℃である。このような、高温側で電力損失が最小となる温度特性を有することにより、発熱を伴う電子機器においても、安定に動作させることができる。このような温度特性は、本発明の組成範囲により実現できる。
【００２４】
製造方法は、特に制限はなく、原料とする鉄、マンガン、ニッケル、銅、亜鉛の原料は、反応後酸化物になれば特に制限はなく、酸化物の他に、金属単体、炭酸塩、水酸化物、ハロゲン化物等を反応条件に合わせて任意に使用することができる。
【００２５】
本発明のフェライトコアは、主成分の原料にＦｅ₂Ｏ₃ ，ＮｉＯ，ＣｕＯ，ＺｎＯおよびＭｎ₃Ｏ₄ を用い、これらをフェライト製造の一般的な手法で作製することができる。
【００２６】
原料の粉砕混合に関しては、湿式もしくは乾式において行い、ボールミル、サンドミル、振動ミル、湿式メディア撹拌型ミル等を用い、混合粉砕した後、湿式の場合は乾燥し、仮焼し、微粉砕する。微粉砕も上記粉砕混合と同様、湿式、乾式にこだわらずボールミル、サンドミル、振動ミル、湿式メディア撹拌型ミル等を用い、湿式の場合は更に乾燥を行い、酸化物磁性材料を得る。そして所定の形状に成形し、大気中で焼成し、フェライトコアに巻き線を施し、コイル部品、トランスを得る。コアの形状としては特に限定されるものではないが、例えば、外径１８mm、内径１０mm、高さ５mmのトロイダル型コア等が挙げられ、他にいわゆるＥＥ型、ＥＩ型、ＥＥＲ型、ＵＵ型、ＵＩ型、ドラム型、ポット型、カップ型等のコアが本発明に適用できる。
【００２７】
本発明のフェライトコアは、スイッチング用、インバータ用などの電源トランス等に用いられるが、特にこの用途に限定されず、インダクタやチョークコイル等のコイル部品にも適用できる。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明の具体的実施例を示す。
以下の各実施例において、主成分の原料には、Ｆｅ₂Ｏ₃ ，ＮｉＯ，ＣｕＯ，ＺｎＯおよびＭｎ₃Ｏ₄ を用い、これらを所定量秤量し、イオン交換水を加え湿式混合した後、乾燥および解砕した。
【００２９】
次に、大気中９００℃で仮焼を行い、さらにその紛体を湿式粉砕し、最後に粉砕されたスラリー状の原料を乾燥および解砕した。この粉体にバインダー（ポリヒニルアルコール）を加えて造粒し、２０メッシュのふるいにて整粒した顆粒を、乾式圧縮成型機と金型を用いて、リング状コアに成形し、これを大気中１０００℃〜１２５０℃で２時間焼成し、外径約１８mm、内径約１０mm、高さ約５mmのリング状コアを得た。
【００３０】
得られたリング状コアを用いて、B−Hアナライザー（岩崎通信機株式会社製 SY−8216）により、２０〜１６０℃、５０kHz、１５０mTでのコアロス（Pcv）を測定した。またインビーダンスアナライザ（ヒューレットパッカード社製4291A）により磁界を０．４A／m印加し、室温で１００kHzにおいて初透磁率を測定した、飽和磁束密度は、理研電子株式会社製、直流磁化特性自動記録装置 Model
BHS40により、室温で４kA／mの磁界を印加し測定した。
【００３１】
さらに、以下に示す条件において比抵抗（室温、１kV印加）についての評価を行った。比抵抗は、直径１インチ、厚さ５mm程度となるように成形し、空気中で所定温度にて焼成し、両端面にＩｎ−Ｇａ電極を施して印加電圧１kVにおける抵抗値をIRメータ（TOA 電子製、SUPER MEGOHMMETER、MODEL SM−5E）を使用し測定した。
【００３２】
〔実施例１〕
表１に示す組成の発明サンプルと比較サンプルを作製した。得られたサンプルについて、上記の手法によりコアロス特性を測定した。結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】

【００３４】
なお、比較サンプル１は、特許１８９３６５８号（特公平８−１６４５１号）公報の最適組成に相当し、比較サンプル２は、特許第２５５１００９号公報記載の最適組成に相当し、比較サンプル３は、特開平１１−２１９８２１２号公報記載の最適組成に相当する。表１から明らかなように、いずれの比較サンプルよりも本発明サンプルは低コアロスであることが解る。
【００３５】
〔実施例２〕
次に、（Ｆｅ₂Ｏ₃ ＋Ｍｎ₂Ｏ₃ ）量についての検討
を行った。
【００３６】
図１に、作製したフェライトコアの組成と比抵抗の関係を示す。この結果から（Ｆｅ₂Ｏ₃ ＋Ｍｎ₂Ｏ₃ ）量は５０．５モル％まで実用上問題のない比抵抗１０⁶ を十分満足することがわかった。また、（Ｆｅ₂Ｏ₃ ＋Ｍｎ₂Ｏ₃ ）量は、より好ましくは、５０．１モル％未満、さらにより好ましくは、５０モル％未満が比抵抗の劣化のない範囲であることがわかった。
【００３７】
〔実施例３〕
次に、最適Ｆｅ₂Ｏ₃ 量およびＭｎ₂Ｏ₃ 量の検討を行った。（Ｆｅ₂Ｏ₃ ＋Ｍｎ₂Ｏ₃ ）量は、生産性を考え約４９．５モル％一定とし、検討を行った。しかし、（Ｆｅ₂Ｏ₃ ＋Ｍｎ₂Ｏ₃ ）量は、５０．５モル％を超えなければ大気中焼成したコアの比抵抗の面で問題ないと考える。ここで「生産性を考え」とは、実施例２で示した（Ｆｅ₂Ｏ₃ ＋Ｍｎ₂Ｏ₃ ）量５０モル％付近からの急激な比抵抗値の劣化を考慮に入れ、余裕度を持たせたという意味である。
【００３８】
表２にＦｅ₂Ｏ₃ にＭｎ₂Ｏ₃ を置換したときのフェライトコアの組成と諸特性の関係を示す。
【００３９】
【表２】

【００４０】
Ｍｎ₂Ｏ₃ 量が０＜Ｍｎ₂Ｏ₃ ≦３．５モル％のとき比較サンプル４と比べ、コアロスの低下がみられた。従って、より好ましくは、０．１≦Ｍｎ₂Ｏ₃ ≦２モル％の範囲、更により好ましくは、０．３≦Ｍｎ₂Ｏ₃ ≦１．５モル％の範囲が低コアロスフェライトを実現できる組成範囲であることがわかった。
【００４１】
また、図２にＭｎ₂Ｏ₃ 量＝０モル％（比較サンプル４）と、Ｍｎ₂Ｏ₃ 量＝１．２モル％（発明サンプル１）のときのコアロス−温度特性を示す。図２から明らかなように、コアロス値は高い温度域で低減していることが解る。特に１００℃以上で２０％以上の低コアロス化が実現できた。
【００４２】
〔実施例４〕
実施例２で明らかになったＭｎ₂Ｏ₃ 量の最適値を中心としてＣｕＯ量の最適化検討を行った。結果を表３に示す。
【００４３】
【表３】

【００４４】
その結果、ＣｕＯ量は２≦ＣｕＯ≦１３モル％のとき比較例４のコアロス値３５０（kW／m³ ）以下であるとがわかった。また、より好ましくは、２．３≦ＣｕＯ≦１２モル％の範囲が、更により好ましくは、４≦ＣｕＯ≦８．３モル％の範囲が低コアロスフェライトを実現できる組成範囲であることがわかった。
【００４５】
〔実施例５〕
実施例２および実施例３で明らかになったＭｎ₂Ｏ₃ 量の最適値を中心として、ＺｎＯ量の最適化検討を行った。結果を表４に示す。
【００４６】
【表４】

【００４７】
その結果、ＺｎＯ量は２４〜３０．５モル％のとき比較例４のコアロス値３５０（kW／m³ ）以下であるとがわかった。従って、より好ましくは、２４〜２９．９モル％の範囲、更により好ましくは、２６〜２９．６モル％の範囲が低コアロスフェライトを実現できる組成範囲であることがわかった。
【００４８】
以上のように本発明によれば、ＮｉＣｕＺｎ系フェライトのＦｅ₂Ｏ₃ サイトをＭｎ₂Ｏ₃ で置換することによって、従来のＮｉＣｕＺｎ系フェライトと比較し、飽和磁束密度が高く、低損失でしかも、比抵抗が著しく高い酸化物磁性材料が得られる。
【００４９】
その理由として、基本組成のモル百分率が１００に対して、さらにＭｎＯを添加することで１００モル％を超える組成に達しているフェライトの場合、特にＭｎの様にスピネル結晶中のBサイトに固溶しやすい元素は、優先的に固溶することでその他の金属酸化物を粒界層に析出させる。
【００５０】
このような形態で粒界層が厚くなったものは、初透磁率の低下、さらにコアロスの劣化につながることがわかっている。したがって、本発明は、主組成にMnを取り込み、金属酸化物を粒界層に析出しにくくすることで高抵抗、高飽和磁束密度の低損失フェライトが得られたものと考えられる。
【００５１】
比抵抗が高いことは、直接巻き線を施すことが可能になり、巻き線用のボビン等が不要となるため、コストの削減を図ることができるのみならず、小型化も可能である。
【００５２】
さらに、飽和磁束密度が高いことで、電源用トランスのみならずチョークコイル等の幅広い用途に用い、高い温度環境下もしくは高い発熱を伴う環境下でも使用可能な高抵抗、低損失酸化物磁性材料を提供することが可能となった。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、高磁束密度で使用する際の自己発熱すなわち損失を抑制させた、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトで、高い比抵抗を維持したまま、更なるコアロスの低減を実現し、小型電源用トランスのみならずチョークコイル等の幅広い用途にも適応可能で、チョークコイルとして重要な高飽和磁束密度という特徴を有する低損失の酸化物磁性材料を用いたフェライトコアを有するチョークコイル及び電源トランスを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ｆｅ₂Ｏ₃＋Ｍｎ₂Ｏ₃）量と比抵抗（室温、１kV印可）の関係を示したグラフである。
【図２】比較サンプル４と発明サンプル１のコアロス−温度特性を示したグラフである。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a choke coil and a power transformer . Particularly LCD with portable devices (laptops, digital video cameras, digital cameras, etc.) a choke coil and a power transformer with ferrite core having a magnetic oxide which is suitably used in a liquid crystal backlight inverter transformer ferrite core About.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as seen in portable devices, electronic devices are rapidly becoming smaller, thinner, and lighter. Along with this, power supplies used in these electronic devices are also becoming smaller, thinner, and lighter. In particular, transformers used for power supplies account for a large proportion of volume and power loss, so that And high efficiency are demanded.
[0003]
Characteristics required as a magnetic material used for such a small power transformer include low loss at a driving frequency and a driving temperature range, a high saturation magnetic flux density, and a high specific resistance. If the loss is large, not only the efficiency as a power source is bad, but also self-heating is increased. Therefore, the magnetic material needs to have a low loss.
[0004]
As a material for such a power transformer, Mn—Zn ferrite having a high saturation magnetic flux density and a low price has been conventionally used.
[0005]
However, the conventional Mn—Zn ferrite has a small specific resistance and has to be wound through a bobbin or the like in order to ensure insulation. For this reason, when Mn—Zn ferrite is used as a transformer material, there is a limit to miniaturization due to the volume problem of the bobbin.
[0006]
Ni-Zn ferrite, on the other hand, has high specific resistance and can be wound directly on the core, which solves the volume problem of the bobbin and is suitable for downsizing, but the core generates heat because of its high loss. It was easy to do and was not suitable as a transformer for switching power supplies.
[0007]
In order to solve this problem, for example, as described in Japanese Patent No. 1893658 (Japanese Patent Publication No. 6-16451), Fe ₂ O ₃ : 47 to 50 mol%, NiO: 14 to 20 mol% ZnO: 26 to 33 mol%, CuO4 to 7 mol% as a main component, MnO: Oxide magnetic material containing 0.3 to 0.8 mol% as an auxiliary component, and Patent No. 2551009 and are as, Fe ₂ O _3: 48.5-50 mol%, NiO: from 10.5 to 14 mol%, ZnO: 26.5 to 29 mol%, CuO: 6 to 11 mol%, MnO: 0 to 2. The main component is 48 to 49.5 mol% in terms of Fe ₂ O ₃ and 17 in terms of NiO, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-219812, and oxide magnetic materials having a composition range of O mol%. ˜23 mol%, 3 to 7 mol% in terms of CuO, and the balance consisting of ZnO, containing 4 to 9.5 wt% of MnO as a subcomponent, and having an average crystal particle diameter of 8 μm or more, or The main component composition described in JP-A-2000-299215 is composed of 43 to 50 mol% Fe ₂ O ₃ , 10 to 40 mol% NiO, 1 to 15 mol% CuO, and the balance ZnO. Self-heating when a low loss oxide magnetic material characterized by containing at least one of 0.1 wt% SiO ₂ or 0.005 to 0.5 wt% MnO is used at a high magnetic flux density, loss It was allowed to suppress, known as an example of a Ni-Zn ferrite.
[0008]
However, in the conventional ferrite as described above, for example, the one corresponding to the optimum composition described in Japanese Patent No. 1893658 (Japanese Patent Publication No. 6-16451), the one corresponding to the optimum composition described in Japanese Patent No. 2551009, Is equivalent to the optimum composition described in JP-A-11-2198212, but there is no low-loss Ni—Zn ferrite as in the present invention.
[0009]
In addition, in Japanese Patent No. 1893658 (Japanese Patent Publication No. 6-16451), “Means for Solving the Problems” and “Embodiments of the Invention” are used at the end of the paragraph “~ high magnetic flux density and high heat generation. In spite of being described as "a magnetic material for other uses involving", there is no description regarding the required saturation magnetic flux density.
[0010]
Japanese Patent No. 2551009 is a study up to 100 ° C., and there is no description regarding the examination of the temperature beyond that. Despite the fact that it is also useful for applications, there is no description regarding the necessary saturation magnetic flux density.
[0011]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-2198212 only studies at 80 ° C., and there is no description about further examination of temperature.
[0012]
In general, the temperature at which the loss is minimized is set higher than the operating temperature range of the ferrite material in order to avoid the risk of thermal runaway due to self-heating. The present invention is also different from the prior art in that low core loss is realized in a temperature range of 100 ° C. or higher.
[0013]
Furthermore, JP 2000-299215 A describes in its paragraph 0025 that “Fe ₂ O ₃ , NiO, ZnO, CuO, SiO ₂ , MnO were weighed so as to have the composition shown in Table 2 and that“ to ”. However, Table 2 does not describe any composition ratio of Fe ₂ O ₃ , NiO, ZnO, and CuO, and it is unclear what composition range it is. The same applies to paragraph 0029 of the same document.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
The object of the present invention is a Ni-Zn based ferrite that suppresses self-heating, that is, loss when used at a high magnetic flux density, and achieves further reduction of core loss while maintaining high specific resistance. It is applicable not only to transformers but also to a wide range of applications such as choke coils, and provides low loss oxide magnetic materials with characteristics of high saturation magnetic flux density, which are important as choke coils, and ferrite cores, coil components and transformers using them It is to be.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
That is, the above object is achieved by the following configuration.
(1) A choke coil having a ferrite core,
The ferrite core is
As main components, iron oxide, copper oxide, zinc oxide, and manganese oxide are converted into Fe ₂ O ₃ , CuO, ZnO, and Mn ₂ O ₃ , respectively.
48.5 mol% ≦ Fe ₂ O ₃ ≦ 48.7 mol%,
6.0 mol% ≦ CuO ≦ 10.0 mol%,
26.9 mol% ≦ ZnO ≦ 29.5 mol%,
1.0 mol% ≦ Mn ₂ O ₃ ≦ 1.2 mol%,
Contains,
The balance contains nickel oxide (NiO),
Iron oxide and manganese oxide in terms of Fe ₂ O ₃ + Mn ₂ O ₃ 49.5 mol% ≦ (Fe ₂ O ₃ + Mn ₂ O ₃ ) ≦ 49.8 mol%
A choke coil which is a ferrite core having an oxide magnetic material .
(2) A power transformer having a ferrite core,
The ferrite core is
As main components, iron oxide, copper oxide, zinc oxide, and manganese oxide are converted into Fe ₂ O ₃ , CuO, ZnO, and Mn ₂ O ₃ , respectively.
48.5 mol% ≦ Fe ₂ O ₃ ≦ 48.7 mol%,
6.0 mol% ≦ CuO ≦ 10.0 mol%,
26.9 mol% ≦ ZnO ≦ 29.5 mol%,
1.0 mol% ≦ Mn ₂ O ₃ ≦ 1.2 mol%,
Contains,
The balance contains nickel oxide (NiO),
Iron oxide and manganese oxide in terms of Fe ₂ O ₃ + Mn ₂ O ₃
49.5 mol% ≦ (Fe ₂ O ₃ + Mn ₂ O ₃ ) ≦ 49.8 mol%
A power transformer, which is a ferrite core having an oxide magnetic material.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The oxide magnetic material of the present invention includes, as main components, iron oxide, copper oxide, zinc oxide, and manganese oxide in terms of Fe ₂ O ₃ , CuO, ZnO, and Mn ₂ O ₃ , respectively.
46 mol% ≦ Fe ₂ O ₃ ≦ 50.5 mol%,
2 mol% ≦ CuO ≦ 13 mol%,
24 mol% ≦ ZnO ≦ 30.5 mol%
0 mol% <Mn ₂ O ₃ ≦ 3.5 mol%,
Containing nickel oxide (NiO) in the balance.
[0017]
By adopting such a composition range, it is possible to reduce the loss while having a high specific resistance.
[0018]
Further, preferably 47.5 mol% ≦ Fe ₂ O ₃ ≦ 50.1 mol%,
2.3 mol% ≦ CuO ≦ 12 mol%,
24 mol% ≦ ZnO ≦ 29.9 mol%
0.1 mol% ≦ Mn ₂ O ₃ ≦ 2 mol%,
Contained, and the remainder contains nickel. By setting it as such a range, it has the high saturation magnetic flux density and specific resistance equivalent to the said oxide magnetic material, and also a reduction in loss is attained.
[0019]
More preferably,
48 mol% ≦ Fe ₂ O ₃ ≦ 50 mol%,
4 mol% ≦ CuO ≦ 8 mol%,
26 mol% ≦ ZnO ≦ 29.6 mol%
0.3 mol% ≦ Mn ₂ O ₃ ≦ 1.5 mol%,
Contained, and the remainder contains nickel. By setting it as such a composition range, it has the high saturation magnetic flux density and specific resistance equivalent to said oxide magnetic material, and the further reduction in loss is attained.
[0020]
In the present invention, in order to obtain a ferrite with high saturation magnetic flux density, low loss, and high resistance, it is preferable to adjust the total amount of iron oxide and manganese oxide. Thus, 48.0 mol% ≦ a iron oxide manganese oxide _{_{_{Fe 2 O 3 + Mn 2 O}}} 3 in terms _{_{_{(Fe 2 O 3 + Mn 2}}} O 3) ≦ 50.5 mol%
More preferably, 49.5 mol% ≦ (Fe ₂ O ₃ + Mn ₂ O ₃ ) ≦ 50.1 mol%
It is recommended that
[0021]
When the amount of (Fe ₂ O ₃ + Mn ₂ O ₃ ) exceeds 50.5 mol%, the specific resistance is remarkably lowered, and the core loss is greatly increased due to the decrease in initial magnetic permeability and the saturation magnetic flux density. come. Further, when the amount of (Fe ₂ O ₃ + Mn ₂ O ₃ ) is less than 48 mol%, the initial magnetic permeability and the saturation magnetic flux density are lowered, and the core loss is greatly increased. .
[0022]
Moreover, if the ferrite material of the present invention has the above composition, B, C, Al, Si, P, S, Cl, As, Se, Br, Te, I, Li, Na, Mg, Typical metal elements such as Al, K, Ca, Ga, Ge, Sr, Cd, In, Sn, Sb, Ba, Tl, Pb, Bi, Sc, Ti, V, Cr, Co, Y, Zr, Nb, Mo Inevitable impurities such as transition metal elements such as Pd, Ag, Hf, Ta, and W may be included.
[0023]
The ferrite core of the present invention contains the above oxide magnetic material, and the temperature at which the power loss (core loss) is minimized is 100 ° C. or higher, preferably 120 to 160 ° C. By having such temperature characteristics that minimize power loss on the high temperature side, it is possible to stably operate even an electronic device that generates heat. Such temperature characteristics can be realized by the composition range of the present invention.
[0024]
The production method is not particularly limited, and the raw materials of iron, manganese, nickel, copper, and zinc used as raw materials are not particularly limited as long as they become oxides after the reaction. In addition to oxides, simple metals, carbonates, water Oxides, halides and the like can be arbitrarily used according to the reaction conditions.
[0025]
The ferrite core of the present invention uses Fe ₂ O ₃ , NiO, CuO, ZnO, and Mn ₃ O ₄ as raw materials for the main components, and these can be produced by a general method for producing ferrite.
[0026]
The raw materials are pulverized and mixed in a wet or dry manner, mixed and pulverized using a ball mill, sand mill, vibration mill, wet media stirring mill, etc., and then wet, dried, calcined, and finely pulverized. As in the case of the above pulverization and mixing, fine pulverization is not limited to wet and dry types, but a ball mill, a sand mill, a vibration mill, a wet media agitation type mill or the like is used. Then, it is molded into a predetermined shape, fired in the atmosphere, and the ferrite core is wound to obtain a coil component and a transformer. The shape of the core is not particularly limited, but examples include a toroidal core having an outer diameter of 18 mm, an inner diameter of 10 mm, and a height of 5 mm. In addition, a so-called EE type, EI type, EER type, UU type, UI type, drum type, pot type, cup type and other cores can be applied to the present invention.
[0027]
The ferrite core of the present invention is used for power transformers for switching, inverters and the like, but is not particularly limited to this application, and can also be applied to coil components such as inductors and choke coils.
[0028]
【Example】
Specific examples of the present invention will be described below.
In each of the following examples, Fe ₂ O ₃ , NiO, CuO, ZnO and Mn ₃ O ₄ are used as raw materials for the main component, and a predetermined amount thereof is weighed, and ion-exchanged water is added and wet-mixed, followed by drying. And crushed.
[0029]
Next, calcination was performed at 900 ° C. in the atmosphere, the powder was wet pulverized, and the finally pulverized slurry raw material was dried and crushed. This powder is granulated by adding a binder (polyhinyl alcohol), and granulated with a 20-mesh sieve, and formed into a ring-shaped core using a dry compression molding machine and a mold. Firing at 1000 ° C. to 1250 ° C. for 2 hours in the atmosphere gave a ring-shaped core having an outer diameter of about 18 mm, an inner diameter of about 10 mm, and a height of about 5 mm.
[0030]
Using the obtained ring-shaped core, the core loss (Pcv) at 20 to 160 ° C., 50 kHz, 150 mT was measured with a BH analyzer (SY-8216 manufactured by Iwasaki Tsushinki Co., Ltd.). In addition, a magnetic field of 0.4 A / m was applied with an impedance analyzer (Hewlett Packard 4291A), and the initial magnetic permeability was measured at 100 kHz at room temperature. The saturation magnetic flux density was automatically recorded by Riken Denshi Co., Ltd. Equipment Model
Measurement was performed by applying a magnetic field of 4 kA / m at room temperature with BHS40.
[0031]
Furthermore, the specific resistance (room temperature, 1 kV application) was evaluated under the following conditions. The specific resistance is formed so as to have a diameter of 1 inch and a thickness of about 5 mm, fired at a predetermined temperature in air, In-Ga electrodes are applied to both end faces, and a resistance value at an applied voltage of 1 kV is measured with an IR meter Measurement was performed using SUPER MEGOHMMETER, MODEL SM-5E).
[0032]
[Example 1]
Invention samples and comparative samples having the compositions shown in Table 1 were prepared. About the obtained sample, the core loss characteristic was measured by said method. The results are shown in Table 1.
[0033]
[Table 1]

[0034]
Comparative sample 1 corresponds to the optimal composition described in Japanese Patent No. 1893658 (Japanese Patent Publication No. 8-16451), comparative sample 2 corresponds to the optimal composition described in Japanese Patent No. 2551009, and comparative sample 3 corresponds to the special composition. This corresponds to the optimum composition described in Kaihei 11-2198212. As is clear from Table 1, the sample of the present invention has a lower core loss than any of the comparative samples.
[0035]
[Example 2]
Next, the amount of (Fe ₂ O ₃ + Mn ₂ O ₃ ) was examined.
[0036]
FIG. 1 shows the relationship between the composition of the manufactured ferrite core and the specific resistance. From this result, it was found that the amount of (Fe ₂ O ₃ + Mn ₂ O ₃ ) sufficiently satisfies a specific resistance of 10 ⁶ which has no practical problem up to 50.5 mol%. Further, it was found that the amount of (Fe ₂ O ₃ + Mn ₂ O ₃ ) is more preferably less than 50.1 mol%, and even more preferably less than 50 mol% is in a range where there is no deterioration in specific resistance.
[0037]
Example 3
Next, the optimum amount of Fe ₂ O _{3 and the} amount of Mn ₂ O ₃ were examined. The amount of (Fe ₂ O ₃ + Mn ₂ O ₃ ) was examined with a constant value of about 49.5 mol% in consideration of productivity. However, if the amount of (Fe ₂ O ₃ + Mn ₂ O ₃ ) does not exceed 50.5 mol%, it is considered that there is no problem in terms of the specific resistance of the core fired in the atmosphere. Here, “considering productivity” means taking into account the rapid deterioration of the specific resistance value from the vicinity of 50 mol% of (Fe ₂ O ₃ + Mn ₂ O ₃ ) shown in Example 2, and having a margin. It means that
[0038]
Table 2 shows the relationship between the composition and various properties of the ferrite core when Mn ₂ O ₃ is substituted for Fe ₂ O ₃ .
[0039]
[Table 2]

[0040]
When the amount of Mn ₂ O ₃ was 0 <Mn ₂ O ₃ ≦ 3.5 mol%, the core loss was reduced as compared with Comparative Sample 4. Therefore, more preferably, the range of 0.1 ≦ Mn ₂ O ₃ ≦ 2 mol%, and still more preferably, the range of 0.3 ≦ Mn ₂ O ₃ ≦ 1.5 mol% can realize the low core loss ferrite. It turned out to be a range.
[0041]
FIG. 2 shows core loss-temperature characteristics when Mn ₂ O ₃ content = 0 mol% (Comparative Sample 4) and Mn ₂ O ₃ content = 1.2 mol% (Invention Sample 1). As is apparent from FIG. 2, it can be seen that the core loss value decreases in a high temperature range. In particular, a core loss of 20% or more was achieved at 100 ° C. or higher.
[0042]
Example 4
The optimization of the amount of CuO was examined centering on the optimum value of the amount of Mn ₂ O ₃ clarified in Example 2. The results are shown in Table 3.
[0043]
[Table 3]

[0044]
As a result, it was found that the amount of CuO was not more than the core loss value 350 (kW / m ³ ) of Comparative Example 4 when 2 ≦ CuO ≦ 13 mol%. Further, it was found that the range of 2.3 ≦ CuO ≦ 12 mol% is more preferable, and the range of 4 ≦ CuO ≦ 8.3 mol% is a composition range capable of realizing low core loss ferrite. .
[0045]
Example 5
The optimization of the ZnO amount was examined centering on the optimum value of the Mn ₂ O ₃ amount clarified in Example 2 and Example 3. The results are shown in Table 4.
[0046]
[Table 4]

[0047]
As a result, it was found that the core loss value of Comparative Example 4 was 350 (kW / m ³ ) or less when the ZnO amount was 24 to 30.5 mol%. Therefore, it was found that the range of 24 to 29.9 mol%, more preferably the range of 26 to 29.6 mol%, is a composition range that can realize low core loss ferrite.
[0048]
As described above, according to the present invention, by replacing the Fe ₂ O ₃ site of the NiCuZn ferrite with Mn ₂ O ₃ , the saturation magnetic flux density is higher and the loss is lower than that of the conventional NiCuZn ferrite. An oxide magnetic material having a remarkably high specific resistance can be obtained.
[0049]
The reason for this is that, in the case of ferrite in which the molar percentage of the basic composition is 100 and the composition has reached a composition exceeding 100 mol% by adding MnO, it is solid-solved at the B site in the spinel crystal, especially Mn. Elements that are easily deposited preferentially dissolve to deposit other metal oxides in the grain boundary layer.
[0050]
It has been found that a thick grain boundary layer in such a form leads to a decrease in initial permeability and a further deterioration in core loss. Therefore, in the present invention, it is considered that a low-loss ferrite having a high resistance and a high saturation magnetic flux density was obtained by incorporating Mn into the main composition and making the metal oxide difficult to precipitate on the grain boundary layer.
[0051]
The high specific resistance makes it possible to perform direct winding, eliminating the need for a bobbin for winding and the like, so that not only cost reduction can be achieved, but also miniaturization is possible.
[0052]
In addition, the high saturation magnetic flux density enables high resistance, low loss oxide magnetic materials to be used in a wide range of applications such as choke coils as well as power transformers, and can be used in high temperature environments or environments with high heat generation. It became possible to provide.
[0053]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, Ni-Zn ferrite that suppresses self-heating, that is, loss when used at a high magnetic flux density, further reduces core loss while maintaining high specific resistance. , can also be adapted to a wide range of applications choke coil or the like not only transformer for small power, a choke coil having a ferrite core including an oxide magnetic materials of the low loss with a feature of significant high saturation magnetic flux density as a choke coil And a power transformer can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the amount of (Fe ₂ O ₃ + Mn ₂ O ₃ ) and specific resistance (applied at room temperature and 1 kV).
FIG. 2 is a graph showing core loss-temperature characteristics of Comparative Sample 4 and Invention Sample 1.

Claims

A choke coil having a ferrite core,
The ferrite core is
As main components, iron oxide, copper oxide, zinc oxide, and manganese oxide are converted into Fe ₂ O ₃ , CuO, ZnO, and Mn ₂ O ₃ , respectively.
48.5 mol% ≦ Fe ₂ O ₃ ≦ 48.7 mol%,
6.0 mol% ≦ CuO ≦ 10.0 mol%,
26.9 mol% ≦ ZnO ≦ 29.5 mol%,
1.0 mol% ≦ Mn ₂ O ₃ ≦ 1.2 mol%,
Contains,
The balance contains nickel oxide (NiO),
Iron oxide and manganese oxide in terms of Fe ₂ O ₃ + Mn ₂ O ₃ 49.5 mol% ≦ (Fe ₂ O ₃ + Mn ₂ O ₃ ) ≦ 49.8 mol%
A choke coil which is a ferrite core having an oxide magnetic material .

A power transformer having a ferrite core,
The ferrite core is
As main components, iron oxide, copper oxide, zinc oxide, and manganese oxide are each Fe. _２2 O _３3 , CuO, ZnO, Mn _２2 O _３3 In conversion,
48.5 mol% ≦ Fe _２2 O _３3 ≦ 48.7 mol%,
6.0 mol% ≦ CuO ≦ 10.0 mol%,
26.9 mol% ≦ ZnO ≦ 29.5 mol%,
1.0 mol% ≦ Mn _２2 O _３3 ≦ 1.2 mol%,
Contains,
The balance contains nickel oxide (NiO),
Iron oxide and manganese oxide _２2 O _３3 + Mn _２2 O _３3 In conversion
49.5 mol% ≦ (Fe _２2 O _３3 + Mn _２2 O _３3 ) ≦ 49.8 mol%
A power transformer, which is a ferrite core having an oxide magnetic material.