JP4711897B2 - MnCoZnフェライトおよびトランス用磁心 - Google Patents
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Description
というのは、MnZnフェライトに添加したCoOは、Co2+イオンサイズが、置換されるMn2+イオンと比較して小さいことに起因して、焼結速度の支配因子であるO2−イオンのフェライト内の移動速度を上昇させる。そのため、CoO無添加のMnZnフェライトと比較して、焼結が促進されて結晶粒が成長し易く、初透磁率μiが上昇する。しかし、初透磁率が高い磁性材料は、磁界の印加によって容易に磁化されて磁気飽和に到達し易いため、例えば、33A/mというような高い直流磁界がバイアスとして印加された場合には、磁化曲線(BH曲線)の傾きが小さくなり、増分透磁率μΔが低下するからである。
Fe2O3:51.0〜53.0mol%
Fe2O3は、基本成分の中で最も含有量が多い成分である。その含有量が少ない場合には、低温度域における直流磁界印加時の増分透磁率が低下するため、Fe2O3は最低でも51.0mol%含有する必要がある。しかし反対に、その含有量が多過ぎる場合には、高温度域における直流磁界印加時の増分透磁率が低下するようになるので、上限は53.0mol%とする。
ZnOは、基本成分の1つであり、この含有量が増加するのに伴って、直流磁界印加時の増分透磁率が上昇する。そのため、最低でも16.0mol%を含有する。しかし、含有量が適正量を超えると、低温度域における直流磁界印加時の増分透磁率が低下したり、強磁性体が磁性を失う温度であるキュリー温度が低下することによって高温度域における直流磁界印加時の増分透磁率が低下したりするので、上限は18.0mol%とする。
CoOは、基本成分の1つであり、含有量は少ないものの、本発明のフェライトにおいては、極めて重要な役割を果たす。すなわち、このCoOは、正の磁気異方性を有しており、このCoOの添加によって初めて、−40〜85℃という広い温度領域において、直流磁界印加時でも高い増分透磁率を実現することが可能となる。その効果を得るためには、CoOは、最低でも0.04mol%含有する必要がある。しかし、適正量を超えて添加すると、全温度域における直流磁界印加時の増分透磁率を低下させるので、上限は0.60mol%とする。
上記Fe2O3、ZnOおよびCoO以外の基本成分の残部は、MnOであり、本発明のフェライトが、広い温度域において33A/mの磁界印加時でも2000以上の高い増分透磁率を実現するためには、不可欠な成分である。
SiO2:0.005〜0.04mass%
SiO2は、フェライトの結晶組織の均一化に寄与すると共に、結晶粒内に残留する空孔を減少して結晶粒界の生成を促し、結晶粒の成長を抑制することにより、直流磁界印加時の増分透磁率を高める効果を有する。それらの効果は、SiO2を全フェライトに対して0.005mass%以上添加することにより得られる。しかし、SiO2を過剰に添加すると、異常粒成長が起こり、直流磁界印加時の増分透磁率を著しく低下するので、0.04mass%以下に収める必要がある。
CaOは、フェライトの結晶粒界に偏析して、粒成長を抑制する効果があるので、初透磁率μiを適度に下げて、直流磁界印加時の高い増分透磁率を実現するのに寄与する成分である。その効果を得るためには、0.1mass%以上添加する必要がある。しかし、添加量が過剰になると、異常成長粒が出現するようになり、直流磁界印加時の増分透磁率を著しく低下させることから、上限は0.4mass%とする必要がある。
B:0.001mass%以下
本発明のフェライトにおいては、基本成分と必須添加成分の組成を上記範囲に制御することが重要である。しかし、それだけでは、異常成長粒の出現を完全に防止することはできず、そのため、広い温度範囲で高い増分透磁率を安定して実現することが難しいという問題を抱えていた。発明者らは、その原因について検討した結果、フェライト中に不純物として含まれるBが、異常成長粒の発生と密接に関係しており、Bの含有量を厳しく規制することによって初めて、上記問題を解決できることを新たに見出した。
本発明のトランス磁心を製造するには、まず、MnCoZnフェライトの基本成分であるFe2O3,ZnO,CoOおよびMnOの各原料粉末を、上述した適性範囲内の所定の比率となるよう秤量し、これらの原料粉末を十分に混合し、仮焼する。次いで、この仮焼粉を粉砕すると共に、各種添加成分を所定の比率で加えてから、さらに粉砕する。この作業では、添加した成分に偏りがないよう、充分均質化を行う必要がある。次に、このようにして適正な成分組成に調整した粉末に、ポリビニルアルコール等の有機バインダーを添加してから造粒し、圧力を加えて所定の形状に成形し、焼成して、トランス磁心とする。かくして得られた本発明のMnCoZnフェライトは、従来のMnZnフェライトでは不可能であった、−40〜85℃という幅広い温度域において、33A/mの直流磁界印加時でも増分透磁率μΔが2000以上という高い値を示すものとなる。
これに対して、Fe2O3が53.0mol%よりも多い試料番号1−1は、85℃でのμ△の値が2000未満に低下しており、反対に、Fe2O3を51.0mol%未満しか含まない試料番号1−2は、−40℃でのμ△が2000未満に低下している。
また、CoOを含まない試料番号1−4は、−40℃および85℃におけるμ△の値が2000に到達していない。反対に、多量に含む試料番号1−6では、全温度域でμ△が低下し、−40℃、70℃および85℃でμ△が2000未満にまで低下している。
また、ZnOを本発明範囲より多量に含む試料番号1−7は、−40℃、70℃および85℃でのμ△が2000未満に低下している。反対に、ZnOが不足している試料番号1−8は、全温度域でμ△が低下し、やはり−40℃、70℃および85℃におけるμΔが2000未満に低下している。
また、SiO2およびCaOに着目すると、これらの含有量のいずれか一方でも適量よりも少ない試料番号1−10および1−11では、粗大な結晶粒が出現したために、全温度域でμ△が、本発明例と比較して低下しており、−40、85℃でのμΔが2000以下である。反対に、いずれか一方でも適量よりも多い試料番号1−13〜1−15では、異常粒が出現した結果、増分透磁率が全温度域で大幅に低下している。
これに対して、Bを0.0012mass%含む比較例の試料番号2−4および2−5は、いずれも粗大な結晶粒が出現した結果、33A/mの直流磁界印加時の増分透磁率μΔが低下し、2000を切っている。
これに対して、上記4成分のうち1種類でも適正範囲を超えて多量に含有している比較例の試料番号3−16〜3−18は、いずれも異常粒成長が発生し、増分透磁率μΔは全温度域において、大幅に低下している。
Claims (4)
- 基本成分と添加成分と不純物とからなるフェライトであって、基本成分が、Fe2O3:51.0〜53.0mol%、ZnO:16.0〜18.0mol%、CoO:0.04〜0.60mol%および残部MnOからなり、添加成分として全フェライトに対してSiO2:0.005〜0.04mass%およびCaO:0.1〜0.4mass%を含有し、さらに不純物として含まれるBを全フェライトに対して0.001mass%以下含有することを特徴とするMnCoZnフェライト。
- 添加成分としてさらに、ZrO2:0.005〜0.075mass%、Ta2O5:0.005〜0.075mass%、HfO2:0.005〜0.075mass%およびNb2O5:0.005〜0.075mass%のうちから選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載のMnCoZnフェライト。
- 33A/mの直流磁界印加時の増分透磁率μ△が、−40〜85℃の温度域において常に2000以上の値を示すことを特徴とする請求項1または2に記載のMnCoZnフェライト。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載のMnCoZnフェライトを用いたことを特徴とするとするトランス用磁心。
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