JP5458302B2 - Mn−Zn−Ni系フェライト - Google Patents
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Description
本発明のMn−Zn−Ni系フェライトは、飽和磁束密度、キュリー温度および鉄損極小温度を最適化する観点から、その基本成分組成をFe2O3:52.5〜54.0mol%、ZnO:5.0〜10.0mol%、NiO:0.01〜0.16mol%、残部MnOとするものである。
Fe2O3は、鉄損極小温度を120℃以上とし、さらに130℃における飽和磁束密度を高めるために、52.5mol%以上含有させる必要がある。しかし、54.0mol%を超えて含有させると、室温付近での鉄損が大きくなり過ぎるので、上限は54.0mol%とする。好ましくは、53.0〜53.5mol%の範囲である。
軟磁性フェライトに求められる磁気特性は、前述したように、飽和磁束密度が大きいこと、キュリー温度が高いこと、鉄損が小さいことおよび透磁率が高いことが挙げられる。このうち、飽和磁束密度、キュリー温度は、基本成分であるMnO、ZnO、Fe2O3の比でほぼ決定され、ZnOの量が比較的少ない領域においては、ZnOの含有量が増加するのにともなって、室温での飽和磁束密度が単調に増加するが、キュリー温度は低下する。したがって、130℃程度の高温域で、飽和磁束密度を高めるためには、キュリー温度を高くしてやることが必要である。
NiOは、Mn−Zn系フェライトのスピネル相を構成し、ZnO、MnOとともに磁気異方性に影響し、高い飽和磁束密度と低損失を実現するのに有効な成分である。すなわち、鉄損極小温度を120℃以上とし、さらに130℃における飽和磁束密度を高めるために、Fe2O3とZnOの組成を上記範囲とした場合、コアロスの絶対値が他の組成範囲より増大することは避けられず、このコアロスの増大を抑えるには、NiOを基本成分として加える必要がある。上記Fe2O3とZnOの組成範囲で、NiOが上記効果を発現するには、0.01mol%以上の添加が必要である。一方、0.16mol%を超えると、鉄損極小温度を120〜140℃の範囲と低損失を実現することができなくなる。よって、NiOは0.01〜0.16mol%の範囲とする。好ましくは、0.05〜0.12mol%の範囲である。
本発明のフェライトは、Fe2O3−ZnO−MnO−NiOの4元系であり、上記Fe2O3、ZnO、NiO以外の残部基本成分は、MnOである。
SiO2は、CaOとともに粒界に高抵抗相を形成して、鉄損を低減するのに寄与する。しかし、SiO2の添加量が50massppm未満ではその効果は小さく、一方、500massppmを超えて添加すると、焼結時に異常粒成長を起こして鉄損を大幅に増大させるおそれがある。したがって、SiO2は、50〜500massppmの範囲とする。安定して低損失を実現するには50〜300massppmの範囲が好ましい。
CaOは、SiO2と共存した場合には、粒界に高抵抗相を形成して、低鉄損化に寄与する。しかし、CaOの添加量が200massppmより少ないとその効果が小さく、一方、2000massppmを超えると、鉄損は逆に増大してしまう。したがって、CaOの添加量は、200〜2000massppmの範囲で添加する。より安定して低損失を実現するには200〜1500massppmの範囲が好ましい。
Nb2O5は、SiO2、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50massppmに満たないとその添加効果に乏しく、一方、500massppmを超えると逆に鉄損の増大を招く。したがって、Nb2O5は50〜500massppmの範囲で添加する。より低損失を得るためには50〜300massppmの範囲が好ましい。
本発明のMn−Zn−Ni系フェライトは、基本成分であるFe2O3、ZnO、MnOおよびNiOの組成を適正範囲とした上で、さらに、SiO2、CaOおよびNb2O5を上記適正範囲で複合添加することが必要である。しかし、本発明は、100℃以上の高温度域で、高飽和密度と低鉄損をより安定して実現するためには、上記に加えてさらに、添加成分としてBeOを適正量含有させてやるのが効果的であることを新たに見出した。BeOの添加によって、最終焼結体の磁気特性が向上する機構については、まだ明確に解明されたわけではないが、BeOは比抵抗が高く、低い比誘電率と誘電損失を有する酸化物であるため、最終焼結体の特性、特に100℃以上の高温度域での鉄損や透磁率にも好ましい影響を及ぼすものと考えられる。BeOの添加量が10massppmより少ないと、上記効果が十分に得られず、一方、100massppmより多く添加すると、逆に異常粒成長を引き起こして鉄損を大幅に増大させる原因ともなるので、BeOは10〜100massppmの範囲で添加する。異常粒成長の発生を確実に防止するには、10〜50massppmの範囲で添加するのが好ましい。
本発明のMn−Zn−Ni系フェライトは、まず基本成分組成が本発明の規定する所定比率となるようFe2O3,ZnO,MnOおよびNiOの粉末原料を秤量し、これらを十分に混合したのち仮焼し、得られた仮焼粉を粉砕する。次いで、上記仮焼粉に、上述したSiO2やCaO,Nb2O5およびBeO等の微量添加成分を、本発明が規定する所定の比率となるよう加えて、さらに粉砕する。この粉砕作業においては、添加した成分の濃度に偏りがないよう、充分に均質化する必要がある。その後、粉砕した仮焼粉の粉末に、ポリビニルアルコール等の有機物バインダーを添加し、造粒し、圧力を加えて所定の形状に成形し、その後、適宜の条件で焼成し、焼結体とする。
次いで、上記のようにして得た焼成後のリング状試料に、1次側5巻、2次側5巻の巻線を施し、交流BHループトレーサを用いて、周波数100kHz、磁束密度200mTで励磁したときの鉄損を25〜140℃の温度範囲で測定した。また、130℃において、1200A/mでしたときの飽和磁束密度についても測定した。
Claims (2)
- Fe2O3:52.5〜54.0mol%、ZnO:5.0〜10.0mol%、NiO:0.01〜0.16mol%、残部がMnOおよび不可避的不純物からなる基本成分組成を有するMn−Zn−Ni系フェライトにおいて、当該フェライトに対して、添加成分としてSiO2:50〜500massppm、CaO:200〜2000massppm、Nb2O5:50〜500massppmおよびBeO:10〜100massppmを含有し、130℃、磁化力1200A/mで測定したときの飽和磁束密度が400mT以上であり、かつ、最大磁束密度200mT、周波数100kHzにおける鉄損極小温度が120〜140℃の温度範囲にあり、130℃における鉄損が400kW/m 3 以下であることを特徴とするMn−Zn−Ni系フェライト。
- 最大磁束密度200mT、周波数100kHzにおける鉄損極小温度が120〜140℃の温度範囲にあり、130℃における鉄損が350kW/m3以下であることを特徴とする請求項1に記載のMn−Zn−Ni系フェライト。
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