JP4448500B2 - Ｍｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライト磁心材料 - Google Patents

Description

本発明は、発熱の少ないＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライト磁心材料に関し、スイッチング電源用トランス等の磁心に供して好適な、広範囲の温度領域で低損失な電源用Ｍｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライト磁心材料に関するものである。

酸化物磁性材料はフェライトと総称される。その中ではＢａフェライト、Ｓｒフェライト等の硬質磁性材料とＭｎ−Ｚｎフェライト、Ｎｉ−Ｚｎフェライト等の軟質磁性材料に分けられる。軟質磁性材料とは非常にわずかな磁場に対しても十分に磁化する材料であり、電源、通信機器、計測制御機器、磁気記録、コンピュータなどの広い範囲で用いられている。これら軟磁性材料に要求される特性として、保磁力が小さく透磁率が高いこと、飽和磁束密度が大きいこと、低損失であることなどがあげられる。

酸化物フェライト以外の軟磁性材料としては、金属系のものがあげられる。金属系軟磁性材料は飽和磁束密度が高いため、酸化物系と比べると有利であるが、その反面電気抵抗が低く、高周波のもとで使用する際には渦電流に起因する磁気損失が大きくなってしまう。特に近年の電子機器の小型化・高密度化の要請から使用周波数の高周波化が進んできており、スイッチング電源等に用いられている１００ｋＨｚ程度の周波数帯では、従来の金属系材料では抵抗が低いため渦電流損による発熱が大きくなりその使用はほとんど不可能である。

このため、高周波域での電源用トランスの磁心材料として発熱の少ないＭｎ−Ｚｎフェライト磁心材料を用いることが主流となっている。しかしこの材料も電気抵抗率の値が数Ω・ｃｍであるため、さらに電気抵抗を高くして渦電流損を低減することにより全体としての磁気損失を低くし発熱量を抑えることが望まれていた。

この問題を解決するため、発熱の少ないＭｎ−Ｚｎフェライト磁心材料では副成分としてＳｉＯ_２やＣａＯなどの酸化物を微量に添加して粒界に偏析させ、粒界での抵抗を向上し、全体としての抵抗率を数百Ω・ｃｍ以上に高めている技術がある（例えば、特許文献１参照。）。

また、電源トランスとして使用された場合に考慮しなければならないのは、組み込まれた機器内の温度とトランス材料自体が損失により発熱する温度上昇である。例えば損失が極小となる温度が室温付近にある場合、磁気損失により磁心自体が発熱し温度上昇して損失が大きくなり、それに伴い発熱がさらに大きくなり、これが繰り返されて温度上昇が加速する危険性がある。トランスの動作温度は、通常、５０〜７０℃付近であるが、この危険性を回避するため、現行の材料では、損失が極小となる温度が８０〜１００℃となりかつ室温付近において損失の温度係数が負であるように材料設計されている。しかしながら、本質的には動作温度である５０〜７０℃付近で損失が小さいことが望まれるため、損失の絶対値を小さくすると共に温度係数の絶対値をできるかぎり小さくすることが必要である。

磁気損失を支配する要因として磁気異方性定数Ｋ_１がある。損失値は、磁気異方性定数Ｋ_１の温度変化にともなって変化し、Ｋ_１＝０となる温度で損失値は極小となる。損失温度係数を改善するためには磁気異方性定数の温度依存性を小さくすることが必要となる。この定数はフェライトの主相であるスピネル化合物の構成元素の種類により決まるが、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトの場合Ｃｏイオンを導入することによりその温度依存性を小さくし、損失温度係数の絶対値を小さくすることができる（例えば、非特許文献１参照。）。

これにより１００℃での損失が小さく、かつ実際の動作温度である５０〜７０℃付近でも損失の比較的小さい材料が得られている。

しかしながら、ＣｏＯを加えることにより損失極小温度が低下するような状況や、焼成における焼成温度や酸素濃度のわずかな変化により損失の温度係数、極小温度が大きく変動してしまう場合などが生じてきている。

また、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＭｎＯを主成分とし、ＣｏＯを０．０１〜０．５ｍｏｌ％未満含有するＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライトにおいては、従来より広い温度範囲でＫ_１＝０となるので、それにより広範な温度領域で高い透磁率と低損失が実現されることが知られている（例えば、特許文献２参照。）。

特許文献２の第１図に示されるように、損失の極小温度がかなり低温度側に移行し、最高使用温度付近での損失は大きくなり、温度上昇が加速する危険性は解消されない。

また、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＺｎＯ、ＭｎＯを主成分とし、ＣｏＯ：１０００〜４０００ｐｐｍと、さらにＣａＯ、Ｔａ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２を複合添加することで、数１００ｋＨｚ以上の周波数領域で、従来よりも広範な温度域において電力損失が小さいＭｎ−Ｚｎ系フェライトを得ることができ、この程度のＣｏＯ添加量であれば電力損失の温度特性曲線が低温側にシフトしすぎることはないことも知られている（例えば、特許文献３参照。）。

しかしながらこの場合においても、主成分組成によっては焼成における焼成温度や酸素濃度のわずかな変化により損失の温度係数、極小温度が大きく変動してしまう場合などが生じてくるという問題点があった。
特公昭３６−２２８３号公報 特公平４−３３７５５号公報 特開平６−２９０９２５号公報 "Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｃｏｂａｌｔ ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｏｎｓ ｏｎ ｓｏｍｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｍａｎｇａｎｅｓｅ ｚｉｎｃ ｆｅｒｒｉｔｅｓ"， Ａ．Ｄ．Ｇｉｌｅｓ ａｎｄ Ｆ．Ｆ．Ｗｅｓｔｅｎｄｏｒｐ； Ｊ．Ｐｈｙｓ． Ｄ：Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．，９（１９７６）２１１７および"Ｌｏｗ−ｌｏｓｓ Ｐｏｗｅｒ Ｆｅｒｒｉｔｅｓ ｆｏｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ ｕｐ ｔｏ ５００ｋＨｚ"， Ｔ．Ｇ．Ｗ．Ｓｔｉｊｎｔｊｅｓ ａｎｄ Ｊ．Ｊ．Ｒｏｅｌｏｆｓｍａ； Ａｄｖ．Ｃｅｒ．１６（１９８６）４９３。

損失温度係数を改善しても、組成の微妙な変動により損失極小温度が大きく変化してしまえば動作温度から１００℃にいたる温度範囲で損失がかえって増大し、また損失温度係数ならびに極小温度の変動が大きい場合、特性の安定した製品を供給することができない。

本発明は、現在スイッチング電源に適用されている数百ｋＨｚ程度の周波数において低損失であると同時に、温度特性に優れ、生産安定性に優れたＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライト磁心材料を提供することを目的とする。

発明者らは、上に述べた課題を解決するために、損失温度特性等の特性のＣｏＯ含有量依存性を調査した結果、基本成分の組成範囲によりＣｏＯ含有の効果が異なっていることを見いだした。本発明は、組成範囲に応じてＣｏＯ含有量を選択することにより、極端な特性の変動をなくして十分温度特性に優れたＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライトを提供するものである。すなわち、
本発明は、上に述べた課題を解決するために、開発されたもので
基本成分
Ｆｅ_２Ｏ_３：５０〜５５ｍｏｌ％
ＣｏＯ：０．０５〜０．８ｍｏｌ％
ＺｎＯ：６〜１４ｍｏｌ％
ＭｎＯ：３２〜４０ｍｏｌ％
に対してさらに、
ＳｉＯ _２ ：０．００５０〜０．０５００ｗｔ％
ＣａＯ：０．０２００〜０．２０００ｗｔ％
ＺｒＯ _２ ：０．０１００〜０．１５００ｗｔ％及び
Ｔａ _２ Ｏ _５ ：０．００５０〜０．１０００ｗｔ％
を含有し、下記（１）及び（２）式を満たし、さらに、最大磁束密度２００ｍＴ，１００ｋＨｚの周波数で測定した損失極小温度Ｔｍｉｎ（℃）が６０〜１２０℃であり、下記（３）式で定義される電力損失Ｐｃｖ（Ｔ）の温度係数αが、負であり絶対値が３．５ｋＷ／ｍ^３／℃より小さく、かつ、電力損失極小値が４００ｋＷ／ｍ ^３ 以下であることを特徴とする広範囲の温度領域で低損失な電源用Ｍｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライト磁心材料である。

（１）〜（３）式は次の通りである。

５４．４≦［Ｆｅ_２Ｏ_３（ｍｏｌ％）］＋［ＣｏＯ（ｍｏｌ％）］＋０．２
［ＺｎＯ（ｍｏｌ％）］≦５６．４ …（１）
０．１０［Ｆｅ_２Ｏ_３（ｍｏｌ％）］−５．０８≦［ＣｏＯ（ｍｏｌ％）］
≦０．０２［Ｆｅ_２Ｏ_３（ｍｏｌ％）］−０．０４［ＺｎＯ（ｍｏｌ％）］
…（２）
温度係数α
＝｛Ｐｃｖ（Ｔｍｉｎ−２０）−Ｐｃｖ（Ｔｍｉｎ−６０）｝／４０
…（３）
上記（１）、（２）式において、
［Ｆｅ_２Ｏ_３（ｍｏｌ％）］：Ｆｅ_２Ｏ_３のモル含有率
［ＣｏＯ（ｍｏｌ％）］：ＣｏＯのモル含有率
［ＺｎＯ（ｍｏｌ％）］：ＺｎＯのモル含有率
である。

本発明によれば、スイッチング電源トランス等の磁心に適した１００Ｈｚ程度の周波数帯において、従来の材料と比較して広い温度範囲においても電力損失の小さいＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライト磁心材料を提供することができる。

前述したように軟磁性フェライトに求められる磁気特性としては、飽和磁束密度が大きいこと、キュリー温度が高いこと、損失が小さいことがあげられる。飽和磁束密度、キュリー温度は基本成分であるＭｎＯ：ＺｎＯ：Ｆｅ_２Ｏ_３の比でほぼ決まる。

ＺｎＯの量が少ない領域においてはＺｎＯ量の増加に伴い飽和磁束密度は増加するが、これと同時にキュリー温度も低下する。磁気損失が極小となる温度も先に述べたように基本成分比により決まる。ＺｎＯ量は多すぎると、ＣｏＯ含有量に対して損失極小温度の変化が非常に敏感となり、わずかのＣｏＯ含有量の増加で極小温度が室温以下までシフトする。したがってＺｎＯ量は６ｍｏｌ％以上１４ｍｏｌ％以下とする。

また、ＣｏＯは特公昭５２-４７５３号公報にあるように透磁率の温度係数を小さくする働きがあるが、過剰に含む場合には損失の温度係数が室温以上で正となり熱暴走をおこし、さらに経時変化が大きくなり望ましくない。

以上、飽和磁束密度、キュリー温度及び損失の極小温度と温度特性を最適にする観点から、Ｆｅ_２Ｏ_３：５０〜５５ｍｏｌ％、ＣｏＯ：０．０５〜０．８ｍｏｌ％、ＭｎＯ：３２〜４０ｍｏｌ％、ＺｎＯ：６〜１４ｍｏｌ％を基本成分とした。

ところで、磁気損失が極小となる温度は先に述べたようにトランスの動作温度での近傍にありかつ室温から動作温度の間の温度係数が負であることが必要である。この温度も基本成分比により決まり、Ｆｅ_２Ｏ_３が５０ｍｏｌ％以上の領域においては、Ｆｅ_２Ｏ_３量の増加にともない極小温度は低下する。これは化学量論組成より過剰のＦｅ_２Ｏ_３を含む組成においては２価のＦｅイオンが存在し、このイオンのＫ_１の温度依存性に対する寄与が大きいため、わずかの２価のＦｅイオン量の変化が極小温度をシフトさせる。この２価のＦｅイオン量は組成のみならず、材料の酸化度、すなわち焼成中の酸素分圧によっても影響を受け変動する。

ＣｏＯは透磁率の温度係数を小さくする効果があり、これはＣｏイオンがＫ_１に対して正の寄与があり、それ以外のイオンのマイナスの寄与を打ち消してその結果温度依存性が小さくなるとされている。磁気損失は透磁率と相関があり、透磁率が大きくなると損失も小さくなる。このことにより、ＣｏＯは損失の温度係数を小さくする効果があるといえる。しかしながら、ＣｏＯ含有量が多すぎると、Ｋ_１に対する寄与の相殺が過ぎるためかえって温度係数を著しく増大させてしまう場合もある。また、先述の２価のＦｅイオンもＫ_１に対して正の寄与があり、この量の多少も損失温度係数に対して影響を及ぼす。したがって、温度特性の改善のためにはＣｏＯとＦｅ_２Ｏ_３を含む主成分両方の組成について注意しなければならない。また、これらを含めたＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏフェライトの構成各イオンのＫ_１に対する寄与の温度に対する変化はそれぞれ異なっており、ＣｏＯ含有効果はその組成に対して異なると考えられる。

すなわち、Ｆｅ_２Ｏ_３の量が多い場合、先に述べたように２価のＦｅイオンが増え損失極小温度が低下する。逆に少ない場合は極端に高温になり動作温度付近の損失値が増大する。ＣｏＯ量についても同様であり、またＺｎＯ量についてもわずかであるが極小温度をシフトさせる傾向があるため、これらの総和について（１）式を採用し、その上限を５６．４ｍｏｌ％とし、下限を５４．４ｍｏｌ％とするのが好ましい。すなわち、
５４．４≦［Ｆｅ_２Ｏ_３（ｍｏｌ％）］＋［ＣｏＯ（ｍｏｌ％）］＋０．２［ＺｎＯ（ｍｏｌ％）］≦５６．４ …（１）
［Ｆｅ_２Ｏ_３（ｍｏｌ％）］：Ｆｅ_２Ｏ_３のモル含有率
［ＣｏＯ（ｍｏｌ％）］：ＣｏＯのモル含有率
［ＺｎＯ（ｍｏｌ％）］：ＺｎＯのモル含有率
また、先の（１）式によって定められた組成範囲においてはＣｏＯ量の増加に伴って損失温度係数は改善されるが、ＺｎＯ量が多くなると比較的低いＣｏＯで極小温度が急激に低下する。Ｆｅ_２Ｏ_３量については逆に少ない方が限界ＣｏＯ量が低くなっている。この限界含有量は、ＺｎＯ量とＦｅ_２Ｏ_３量依存性を比べると後者の方が鈍感であるとの結果を得た。即ち、限界量に対するＺｎＯ量とＦｅ_２Ｏ_３量依存性を近似してＣｏＯ量の上限を決める必要がある。一方、ＣｏＯ量を含まない場合でもＦｅ_２Ｏ_３量が少ないと損失温度係数は比較的小さく、そのため少ないＣｏＯ量で一定水準の温度係数まで小さくでき、逆にＦｅ_２Ｏ_３量が多い組成では温度係数改善に比較的多いＣｏＯ量が必要となる。ＣｏＯを含まない場合の温度係数はＦｅ_２Ｏ_３量のみの関数となる。

以上の知見から（１）式に加えてさらに（２）式の条件を加えることで、一層本発明の目的を確実に達成することができる。

０．１０［Ｆｅ_２Ｏ_３（ｍｏｌ％）］−５．０８≦［ＣｏＯ（ｍｏｌ％）］≦０．０２［Ｆｅ_２Ｏ_３（ｍｏｌ％）］−０．０４［ＺｎＯ（ｍｏｌ％）］
…（２）
また本発明は基本成分に対して、これにスピネルを形成しない、ＳｉＯ_２、ＣａＯ、Ｔａ_２Ｏ_５、ＺｒＯ _２ の微量添加成分を加えて損失の少ない高性能な電源用Ｍｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライト磁芯材料としたものである。

とりわけ、ＳｉＯ_２、ＣａＯ、Ｔａ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２の複合添加は効果的であり、その作用は以下の通りである。

ＳｉＯ_２はＣａＯとともに粒界を形成し粒界の高抵抗化に寄与する。しかしながら添加量が少ないとその寄与は小さく、また０．０５００ｗｔ％を超えて含むと焼結時に異常粒成長を生じせしめ損失を大幅に増大させる。

ＣａＯもＳｉＯ_２との共存した場合に粒界抵抗を高めるが、添加量が０．０２００ｗｔ％より少ないとその寄与は小さく、また０．２０００ｗｔ％より多くなると損失は逆に増大する。したがってＳｉＯ_２ならびにＣａＯの添加量はＳｉＯ_２：０．００５０〜０．０５０００ｗｔ％、ＣａＯ：０．０２００〜０．２０００ｗｔ％とする。

Ｔａ_２Ｏ_５はＳｉＯ_２、ＣａＯの共存下で比抵抗の増大に有効に寄与するが、含有量が０．００５０ｗｔ％に満たないとその添加効果に乏しく、一方、０．１０００ｗｔ％を超えると逆に損失の増大を招く。したがって、Ｔａ_２Ｏ_５は０．０５００〜０．１０００ｗｔ％の範囲で添加量するものとした。

ＺｒＯ_２はＳｉＯ_２、ＣａＯ、Ｔａ_２Ｏ_５の共存下でＴａ_２Ｏ_５と同様に粒界の抵抗を高めて高周波での損失の低減に有効に寄与するが含有量が０．０１００ｗｔ％未満ではその効果に乏しく、一方０．１５００ｗｔ％を超えると逆に比抵抗を高める効果が少なくなり損失が増大するためＺｒＯ_２の最適添加量を０．０１００〜０．１５００ｗｔ％とした。

（参考例１）
最終組成として表１に示した４種の組成（組成Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を基本成分とし、これにＦｅと置換する形でＣｏＯ量を１．０ｍｏｌ％まで０．１ｍｏｌ％毎に加えた。これらの目標組成に対し、基本成分の原料を配合した後、ボールミルを用いて湿式混合を１６時間かけて行い、その後乾燥した。この混合粉を大気雰囲気で９５０℃で３時間の仮焼を行った。この仮焼粉を粉砕し、ポリビニルアルコール５ｗｔ％水溶液を１０ｗｔ％加えた後、造粒した粉末を外径３６ｍｍ、内径２４ｍｍ、高さ１２ｍｍのリング状に成形し、酸素分圧を制御した窒素・空気混合ガス中で１３００℃、４時間の焼成を行った。このようにして得られた焼結体試料に巻線を施し（１次側５巻、２次側５巻）１００ｋＨｚの周波数で最大磁束密度２００ｍＴの条件下で、電力損失をＢＨトレーサーにより０〜１４０℃で測定した。電力損失の極小温度を図１（ｂ）にその温度係数を図１（ａ）に示した。損失温度係数は極小温度をＴｍｉｎとし、温度Ｔのときの電力損失をＰｃｖ（Ｔ）として次式から求めた。

温度係数α
＝｛Ｐｃｖ（Ｔｍｉｎ−２０）−Ｐｃｖ（Ｔｍｉｎ−６０）｝／４０
図１（ａ）、（ｂ）からわかるように、本発明によるＣｏＯ量範囲内のものは、損失極小値を示す温度が７０℃以上でかつ温度係数が負でその絶対値が小さくなっている。

結果から明らかなように損失温度係数はＣｏＯ量が増すに従いその絶対値が小さくなるが、基本組成により値が異なっている。従って、一定水準以上の温度係数を実現するためには、ＣｏＯ量のみならず、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＺｎＯの量にも依存する。ここで温度係数αが負であり、その絶対値を３．５より小さくするための最低限のＣｏＯ量を、縦軸ＣｏＯ最下限量、横軸Ｆｅ_２Ｏ_３（ＣｏＯを含む）のグラフ上にプロットすると図３（ａ）のようになる。この組成依存性からＣｏＯ量の下限はほぼＦｅ_２Ｏ_３（ＣｏＯを含む）の量によって決り、Ｆｅ_２Ｏ_３（ＣｏＯを含む）量との相関を取ると、図３（ａ）で示される近似曲線でｙ＝０．０９ｘ−４．６２となる。ここにｘはＦｅ_２Ｏ_３の含有量モル％である。すなわち、
ｙ＝０．１０［Ｆｅ_２Ｏ_３（ｍｏｌ％）］−５．０８
である。

一方ＣｏＯが多い場合は図１に示したように、極小温度が低下する。極小温度がたとえ低下しても、損失温度係数が十分に小さければ、使用温度ならびに最高使用温度での損失は共に小さいはずであるが、この場合は前述してように、スピネルを構成する各イオンがＫ_１に対する正負の寄与がバランスしている状況であるから、少しの酸素雰囲気の変動等によりその温度特性が大きく変わることが予想される。そこで、極小温度が変動する付近での６０℃を境界として、ＣｏＯの上限を定めるとすると、その基本組成依存性は図２（ｂ）のようになる。これはＦｅ_２Ｏ_３量のみならず、ＺｎＯ量によっても変化する。

この２成分の量を変数にして相関を求めたところ、図３（ｂ）で示したように、ＣｏＯ量の上限は、０．０２［Ｆｅ_２Ｏ_３（ｍｏｌ％）］−０．０４［ＺｎＯ（ｍｏｌ％）］で近似することができる。従って好適なＣｏＯ量［ＣｏＯ（ｍｏｌ％）］は、
０．１０［Ｆｅ_２Ｏ_３（ｍｏｌ％）］−５．０８≦［ＣｏＯ（ｍｏｌ％）］≦０．０２［Ｆｅ_２Ｏ_３（ｍｏｌ％）］−０．０４［ＺｎＯ（ｍｏｌ％）］
…（２）
であり、この条件であれば広い温度範囲に亙り低い損失の材料を提供することができる。

（参考例２）
Ｆｅ_２Ｏ_３：５３．２ｍｏｌ％とし、ＺｎＯ量を６から１５ｍｏｌ％まで変化させた組成（残部ＭｎＯ）について、基本成分の原料を配合した後、ボールミルを用いて湿式混合を１６時間かけて行い、その後乾燥した。この混合粉を大気雰囲気で９７０℃で２時間の仮焼を行った。ボールミルを用いて湿式混合粉砕して乾燥させた。この粉末にポリビニルアルコール５ｗｔ％水溶液を１０ｗｔ％加えた後、造粒し参考例１と同様の方法で仮焼、粉砕を行い、参考例１と同様のリングに成形した。この成形体を酸素分圧を制御した窒素・空気混合ガス中で１３００℃、４時間の焼成を行った。また、同様の方法でＦｅ_２Ｏ_３をＣｏＯで０．５、０．６、０．７ｍｏｌ％それぞれ置換した組成についても評価した。結果を図４に示した。ＺｎＯ量の大きい領域では極小温度が急激に減少しており、また、ＣｏＯ量が多い場合は低いＺｎＯ量で低下が始まっている。本発明の組成範囲では、適切な温度で極小となっている。

（参考例３）
最終組成として表２に示した２種類の組成（組成Ｅ、Ｆ）について、ＣｏＯ量をＦｅ_２Ｏ_３と置換する形で変形させた基本成分の原料を配合した後、参考例１と同様の方法で仮焼、粉砕を行い、参考例１と同様のリングに成形した。この成形体を酸素分圧を制御した窒素・空気混合ガス中で１３２０℃、５時間の焼成を行った。このとき、焼成後の冷却過程での酸素分圧を０．０５％〜０．３％に変化させた場合の各々の焼結体について巻線を施し、参考例１と同様の方法で電力損失の極小温度を測定した。酸素分圧の変化に伴う極小温度のばらつきをＣｏＯ量に対してプロットした。図５は組成Ｅに対するもの、図６は組成Ｆに対するものである。図５、図６によると、ＣｏＯ量の増加に伴い、損失極小温度が下がりはじめる付近からばらつきが大きくなり、安定した材質の供給が困難となる。本発明の基本成分の組成範囲では、酸素分圧の変動に対しても大きな極小温度の変化を避けることができる。

（実施例１）
最終組成として表３に示した基本組成となるように、基本成分の原料を配合したのち、ボールミルを用いて湿式混合を１６時間かけて行い、その後乾燥した。この混合粉を大気雰囲気で９７０℃で２時間の仮焼を行った。この仮焼粉に対し、ＳｉＯ_２：０．００８ｗｔ％、ＣａＣＯ_３：０．１３ｗｔ％、Ｔａ_２Ｏ_５：０．０４ｗｔ％及びＺｒＯ_２：０．０３ｗｔ％を添加し、再度ボールミルを用いて湿式混合粉砕して乾燥させた。この粉末にポリビニルアルコール５ｗｔ％水溶液を１０ｗｔ％加えた後、造粒した粉末を外径３６ｍｍ、内径２４ｍｍ、高さ１２ｍｍのリング状に成形し、酸素分圧を制御した窒素・空気混合ガス中で１３３０℃、３時間の焼成を行った。このようにして得られた焼結体試料に１次側５巻、２次側５巻の巻線を施し、１００ｋＨｚの周波数で最大磁束密度２００ｍＴの条件下で、電力損失を交流ＢＨトレーサーにより２５℃（室温）〜１４０℃で測定した。電力損失の極小値とそれを示す温度（損失極小温度）ならびに２５℃（室温）〜８０℃における電力損失の温度係数αを表３にあわせて示した。表３の中の損失極小温度の値に＊を付けたものは測定温度範囲で損失値が極小値を示さなかったものである。極小温度が１４０℃より高いものについては１００℃と１４０℃の間の温度係数とし、一方極小温度が０℃より低いものについては０℃と４０℃の間の温度係数とした。結果からわかるように、本発明による組成範囲内のものは、電力損失が４００ｋＷ／ｍ^３以下でかつ温度係数が負でその絶対値が小さくなっている。

（実施例２）
基本組成としてＭｎＯ：３５．９ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１１．４ｍｏｌ％、Ｆｅ_２Ｏ_３：５２．４ｍｏｌ％、ＣｏＯ：０．３ｍｏｌ％となるように原料を配合したのち、実施例１と同様の方法で仮焼を行い、粉砕の際に、ＳｉＯ_２、ＣａＣＯ_３、ＺｒＯ_２をそれぞれ３８０ｐｐｍ、１０７１ｐｐｍ、２３０ｐｐｍ加え、さらにＴａ_２Ｏ_５を０〜１２００ｐｐｍまで変化させて加えた。また同様にして、粉砕時に、ＳｉＯ_２、ＣａＣＯ_３、ＺｒＯ_２をそれぞれ３８０ｐｐｍ、１０７１ｐｐｍ、４００ｐｐｍ加え、さらにＴａ_２Ｏ_５を０〜８００ｐｐｍまで変化させて加えた粉末を準備した。

この粉末を実施例１と同様のリングに成形し、成形体を酸素分圧を制御した窒素・空気混合ガス中で１１５０℃、４時間の焼成を行った。このようにして得られた焼結体試料に１次側５巻、２次側５巻の巻線を施し、５００ｋＨｚの周波数で最大磁束密度５０ｍＴの条件下で、電力損失を交流ＢＨトレーサーにより２０〜１２０℃で測定した。これらの試料の電力損失の温度変化を図７に示した。またそれぞれの焼結体から直方体を切り出し、４端子法にて直流比抵抗を測定し添加物依存性を調べ、その結果を図８に示した。

Ｔａ_２Ｏ_５を添加することにより電気抵抗は増加し、これにより損失は改善される。これは損失の内の渦電流損失が低減された効果と推測できる。渦電流損失は抵抗の値に反比例し、かつ抵抗は温度と共に減少するため、渦電流損失は温度と共に増加する。これが図８でＴａ_２Ｏ_５添加量の増加に伴って損失が低下し、とくに高温側で低下の割合が顕著である理由と考えられる。

一方、ＺｒＯ_２添加では、図８で見られるように、高温側でより顕著に損失が改善されている。電気抵抗のＺｒＯ_２添加量依存性と照らし合わせると、この損失改善はＴａ_２Ｏ_５添加による渦電流損失低減効果と異なる機構ではないかと考えられる。ＺｒＯ_２添加量が少ない範囲では最高使用温度領域で損失が多くなり、極小温度も下がり好適でない。

（実施例３）
最終組成として表４に示した３種の組成に対し、成分の原料酸化物を配合した後、ボールミルを用いて湿式混合を１６時間かけて行い、その後乾燥した。この混合粉を大気雰囲気で９５０℃で３時間の仮焼を行った。この仮焼粉に対しＳｉＯ_２：０．０８ｗｔ％、ＣａＣＯ_３：０．１３ｗｔ％、Ｔａ_２Ｏ_５：０．０４ｗｔ％及びＺｒＯ_２：０．０３ｗｔ％を添加し再度ボールミルを用いて湿式混合粉砕して乾燥させた。この粉末にポリビニルアルコール５ｗｔ％水溶液を１０ｗｔ％加えた後、造粒した粉末を外径３６ｍｍ、内径２４ｍｍ、高さ１２ｍｍのリング状に成形し、酸素分圧を制御した窒素・空気混合ガス中で１３３０℃、３時間の焼成を行った。このようにして得られた焼結体試料に巻線を施し（１次側５巻・２次側５巻）１００ｋＨｚの周波数で最大磁束密度２００ｍＴの条件下で、電力損失を交流ＢＨトレーサーにより０〜１４０℃で測定した。電力損失の温度変化を図９に示した。この結果からわかるように、適合例では広い温度範囲に亘り損失が小さくなっており、同等の損失極小値を持つ比較例１５と比較すると動作温度付近の損失は小さくことがわかる。一方、同じ温度係数を有している場合でも、損失極小温度が低すぎると最高使用温度１００℃での損失が大きくなり好ましくない。

（実施例４）
最終組成として表５に示した組成に対して、実施例３と同様に焼結体試料を作製した。１００ｋＨｚ、２００ｍＴの条件で、２０〜１４０℃の範囲で電力損失の温度変化を測定して、損失極小温度並びに損失極小値を求めた。ＺｎＯ量を横軸にとり、Ｆｅ_２Ｏ_３とＣｏＯの総量を縦軸とした組成の座標にプロットした点に損失極小値を示したのが、図１０である。図１０中に記載されている数字は損失極小温度の値である。縦軸の量が大きくなるに従い極小温度は低下し、ＺｎＯ量に関しても増えるに従い極小温度が低下する傾向が見られる。等しい極小温度を結ぶ線は、磁気異方性定数Ｋ_１＝０の組成上のライン（室温での値）とほぼ平行になる。適合例では極小温度が６０℃以上となり最大使用温度で極端な損失の増加が見られず、また極小温度が必要以上に高くならず、動作温度での損失値も小さいとみなせる。

（実施例５）
最終組成としてＭｎＯ：３５．９ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１１．４ｍｏｌ％、Ｆｅ_２Ｏ_３：５２．４ｍｏｌ％、ＣｏＯ：０．３ｍｏｌ％となる基本成分の原料を配合したのち、実施例１と同様の方法で仮焼を行い、この仮焼粉に対し、ＳｉＯ_２、ＣａＣＯ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２が表６に示す割合になるように、ＳｉＯ_２、ＣａＣＯ_３、Ｔａ_２Ｏ_５及びＺｒＯ_２を添加し再度ボールミルを用いて湿式混合粉砕して乾燥させた。以下実施例１と同じ作製条件により得られた焼結体試料に１次側５巻、２次側５巻の巻線を施し、１００ｋＨｚの周波数で最大磁束密度２００ｍＴの条件下で、電力損失を交流ＢＨトレーサーにより２５〜１４０℃で測定した。電力損失の極小値、損失極小温度ならびに２５℃（室温）〜８０℃における電力損失の温度係数を表６にあわせて示した。これらの結果から本発明の範囲内では電力損失が小さく温度特性に優れた磁心材料が得られる。

ＣｏＯ量と損失温度係数、損失極小温度との関係を示すグラフである。 ＺｎＯとＦｅ_２Ｏ_３＋ＣｏＯのＣｏＯ分布を示すグラフである。 Ｆｅ_２Ｏ_３とＣｏＯとの関係を示すグラフである。 ＺｎＯ量と損失極小温度との関係を示すグラフである。 ＣｏＯ量と極小温度との関係を示すグラフである。 ＣｏＯ量と極小温度との関係を示すグラフである。 実施例のＴａ_２Ｏ_５、ＺｎＯ_２量と電気抵抗との関係を示すグラフである。 実施例のＴａ_２Ｏ_５、ＺｎＯ_２の温度とＰ_ＣＶとの関係を示すグラフである。 実施例の温度とＰｃｖとの関係を示すグラフである。 実施例及び比較例のＺｎＯとＦｅ_２Ｏ_３＋ＣｏＯのＴｍｉｎを示すグラフである。

Claims (1)

1. 基本成分
   Ｆｅ_２Ｏ_３：５０〜５５ｍｏｌ％
   ＣｏＯ：０．０５〜０．８ｍｏｌ％
   ＺｎＯ：６〜１４ｍｏｌ％
   ＭｎＯ：３２〜４０ｍｏｌ％
   に対してさらに、
   ＳｉＯ _２ ：０．００５０〜０．０５００ｗｔ％
   ＣａＯ：０．０２００〜０．２０００ｗｔ％
   ＺｒＯ _２ ：０．０１００〜０．１５００ｗｔ％及び
   Ｔａ _２ Ｏ _５ ：０．００５０〜０．１０００ｗｔ％
   を含有し、下記（１）及び（２）式を満たし、さらに、最大磁束密度２００ｍＴ，１００ｋＨｚの周波数で測定した損失極小温度Ｔｍｉｎ（℃）が６０〜１２０℃であり、下記（３）式で定義される電力損失Ｐｃｖ（Ｔ）の温度係数αが、負であり絶対値が３．５ｋＷ／ｍ^３／℃より小さく、かつ、電力損失極小値が４００ｋＷ／ｍ ^３ 以下であることを特徴とする広範囲の温度領域で低損失な電源用Ｍｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライト磁心材料。
   ５４．４≦［Ｆｅ_２Ｏ_３（ｍｏｌ％）］＋［ＣｏＯ（ｍｏｌ％）］＋０．２
   ［ＺｎＯ（ｍｏｌ％）］≦５６．４ …（１）
   ０．１０［Ｆｅ_２Ｏ_３（ｍｏｌ％）］−５．０８≦［ＣｏＯ（ｍｏｌ％）］
   ≦０．０２［Ｆｅ_２Ｏ_３（ｍｏｌ％）］−０．０４［ＺｎＯ（ｍｏｌ％）］
   …（２）
   温度係数α
   ＝｛Ｐｃｖ（Ｔｍｉｎ−２０）−Ｐｃｖ（Ｔｍｉｎ−６０）｝／４０
   …（３）

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