JP6330645B2 - Ferrite core, electronic component, and power supply - Google Patents

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Description

本発明は、100℃近傍の飽和磁束密度が高く、強度が向上した、Mn−Zn系フェライトを用いた、電源用トランス向けフェライトコアに関するものである。 The present invention relates to a ferrite core for a power supply transformer using a Mn—Zn ferrite having a high saturation magnetic flux density near 100 ° C. and an improved strength.

車載向け電源用トランスのコア(磁心)の材料として、フェライトの焼結体が使用されている。フェライトの焼結体は、フェライトコアと呼ばれ、Mn及びZnを含有するMn−Zn系フェライトが使用されている。近年の電源の小型化に伴い、フェライトコアの小型化及び低背化に向け、高い飽和磁束密度が求められている。さらに、フェライトコアは電源への実装時、輸送時または使用時に割れや欠けが発生しやすく、フェライトコアの強度を高めることが求められている。 A ferrite sintered body is used as a material for a core (magnetic core) of a power transformer for in-vehicle use. The sintered body of ferrite is called a ferrite core, and Mn—Zn based ferrite containing Mn and Zn is used. With the recent miniaturization of the power supply, a high saturation magnetic flux density is required for the miniaturization and low profile of the ferrite core. Further, the ferrite core is easily cracked or chipped when mounted on a power source, during transportation or use, and it is required to increase the strength of the ferrite core.

コアの強度を高める方法として、例えば特許文献1では、Fe:52.0〜54.0mol%、ZnO:10.0〜15.0mol%、MnO:残部である主成分を含むMn−Znフェライトに、副成分として、Bi:50〜200ppmを含有することにより、磁気損失を変化させることなく、フェライトコアの強度を高める技術が記載されている。 As a method for increasing the strength of the core, for example, Patent Document 1, Fe 2 O 3: 52.0~54.0mol %, ZnO: 10.0~15.0mol%, MnO: comprises the primary component the balance Mn- A technique is described that increases the strength of the ferrite core without changing the magnetic loss by containing Bi 2 O 3 : 50 to 200 ppm as a subcomponent in the Zn ferrite.

また、例えば特許文献2では、MnO:35.0〜40.0mol%、ZnO:5.0〜10.0mol%Fe:残部である主成分を含むMn−Znフェライトに、副成分として、V:1000ppm以下を含有させ、1200〜1250℃で焼結することで、フェライトコアの強度を高める技術が記載されている。 Further, for example, in Patent Document 2, MnO: 35.0~40.0mol%, ZnO : 5.0~10.0mol% Fe 2 O 3: in the Mn-Zn ferrite containing main component of the balance, as a sub-component V 2 O 5 : A technique for increasing the strength of the ferrite core by containing 1000 ppm or less and sintering at 1200 to 1250 ° C. is described.

特開2001−233667JP 2001-233667 A 特開平6−36920JP-A-6-36920

特許文献1及び特許文献2より、フェライトコアの強度を、副成分を含有させることで、高めることが可能である。しかし、フェライトコアが破損してしまうことがあり、強度が破損に対し、十分でないことから、フェライトコアの更なる強度を高めることが求められている。 From patent document 1 and patent document 2, it is possible to raise the intensity | strength of a ferrite core by containing a subcomponent. However, since the ferrite core may be damaged and the strength is not sufficient for the damage, it is required to further increase the strength of the ferrite core.

そこで本発明の目的は、従来技術が抱えている上述した課題を解決出来る、フェライトコアを提供することにある。特に、車載向け電源用であることから、100℃近傍における飽和磁束密度が高く、強度が高いフェライトコアを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a ferrite core that can solve the above-described problems of the prior art. In particular, since it is for in-vehicle power supply, it is to provide a ferrite core having high saturation magnetic flux density near 100 ° C. and high strength.

かかる目的のもと、本発明者等はMn−Znフェライトに主成分として含まれる、Fe、ZnO、MnO及び副成分として含まれるSiO、CaCO等の含有量、さらに、粒界及び粒界近傍のSi、Caの含有量の比に注目し、その特性について鋭意研究を行った。その結果、100℃近傍において、飽和磁束密度が高く、強度が高いフェライトコアを実現出来ることを見出し、本発明を完成させるに至った。 For this purpose, the present inventors have included the contents of Fe 2 O 3 , ZnO, MnO, and SiO 2 , CaCO 3, etc., which are contained as main components in Mn—Zn ferrite, and the grain boundaries. Attention was also paid to the ratio of the Si and Ca contents in the vicinity of the grain boundary, and intensive research was conducted on their characteristics. As a result, it has been found that a ferrite core having high saturation magnetic flux density and high strength can be realized in the vicinity of 100 ° C., and the present invention has been completed.

即ち、本発明に係わるフェライトコアは、Fe:51.0〜56.0mol%、ZnO:5.0〜14.0mol%、MnO:残部である主成分を含むMn−Znフェライトであって、この主成分に対し、副成分として、SiO:50〜300ppm、CaCO:200〜3000ppmを含むMn−Znフェライトであって、前記Mn−Znフェライトはスピネル構造を有す多結晶体であり、粒界中のCaの濃度が最大である点AのCa及びSiの組成の比率X(at%)と、点Aから5nmだけ粒子の内部方向に進んだ点BのCa及びSiの組成の比率Y(at%)が、以下の式(1)及び(2)を満たすことを特徴とする。但し、比率X及びYは、式(3)で表される。
0.5≦X≦1.0 ・・・(1)
X+0.05≦Y≦X+0.50 ・・・(2)
X,Y=Ca濃度(at%)/Si濃度(at%)・・・(3)
That is, the ferrite core according to the present invention is Mn—Zn ferrite containing a main component of Fe 2 O 3 : 51.0 to 56.0 mol%, ZnO: 5.0 to 14.0 mol%, and MnO: the balance. The Mn—Zn ferrite containing SiO 2 : 50 to 300 ppm and CaCO 3 : 200 to 3000 ppm as subcomponents with respect to this main component, the Mn—Zn ferrite being a polycrystal having a spinel structure. Yes, the ratio X (at%) of the composition of Ca and Si at point A where the concentration of Ca in the grain boundary is the maximum, and the composition of Ca and Si at point B that advanced from the point A by 5 nm toward the inside of the particle The ratio Y (at%) satisfies the following formulas (1) and (2). However, the ratios X and Y are represented by Formula (3).
0.5 ≦ X ≦ 1.0 (1)
X + 0.05 ≦ Y ≦ X + 0.50 (2)
X, Y = Ca concentration (at%) / Si concentration (at%) (3)

また本発明のフェライトコアにおいて、副成分として、主成分に対して、Nb:50〜750ppm、CoO:200〜4000ppm、TiO:100〜6000ppmの内、少なくとも1種類以上含むことを特徴とすることが好ましい。 Further, the ferrite core of the present invention is characterized in that it contains at least one of Nb 2 O 5 : 50 to 750 ppm, CoO: 200 to 4000 ppm, and TiO 2 : 100 to 6000 ppm with respect to the main component as a subcomponent. It is preferable that

本発明の電子部品は、上記フェライトコアを用いて構成される。 The electronic component of the present invention is configured using the ferrite core.

本発明の電源装置は、上記電子部品を備えることを特徴とする。 A power supply device according to the present invention includes the electronic component described above.

本発明によれば、100℃近傍における飽和磁束密度が高く、強度が高いフェライトコアを得られるため、大電流に対応することが出来、機械的破損による品質低下を低減した電子部品および電源の提供が可能となる。 According to the present invention, since a ferrite core having a high saturation magnetic flux density near 100 ° C. and high strength can be obtained, it is possible to provide an electronic component and a power source that can cope with a large current and reduce quality deterioration due to mechanical damage. Is possible.

本発明の実施形態に係るフェライトコアの断面の一部を拡大した模式図である。It is the schematic diagram which expanded a part of cross section of the ferrite core which concerns on embodiment of this invention. (a)本発明の実施形態に係るE字型のフェライトコアを示す斜視図である。(b)本発明の実施形態に係るトランスの一例を示す斜視図である。(A) It is a perspective view which shows the E-shaped ferrite core which concerns on embodiment of this invention. (B) It is a perspective view which shows an example of the trans | transformer which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る、スイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the switching power supply device based on embodiment of this invention. スイッチング電源装置300を備えた自動車の主要部分を概略的に示すブロック図である。2 is a block diagram schematically showing a main part of an automobile provided with a switching power supply device 300. FIG. (a)はフェライトコアの断面写真であり、(b)TEM観察像及び組成分析箇所である。(A) is a cross-sectional photograph of a ferrite core, (b) a TEM observation image and a composition analysis location. 本発明の実施形態に係る、焼成パターンを示す図である。It is a figure which shows the baking pattern based on embodiment of this invention.

はじめに、本発明におけるMn−Znフェライトを構成する主成分及び副成分の組成範囲の限定理由について説明する。本発明のフェライトコアは、後述する組成範囲に適宜選択することで、100℃近傍において高い飽和磁束密度と高い強度を実現することが出来る。 First, the reasons for limiting the composition ranges of the main component and the subcomponent constituting the Mn—Zn ferrite in the present invention will be described. The ferrite core of the present invention can achieve high saturation magnetic flux density and high strength in the vicinity of 100 ° C. by appropriately selecting the composition range described later.

本発明のフェライトコアは、主成分としてFeを51.0〜56.0mol%含む。Feが51.0mol%未満の場合、100℃以上の高い温度領域における、飽和磁束密度が小さくなってしまう。一方、Feが56.0mol%を超える場合、100℃以上における磁気損失が増加してしまう。即ち、主成分が前記の範囲の場合、電源用トランスの磁心として不適になる。従って、主成分としてのFeを51.0〜56.0mol%とする。好ましい量は52.0〜55.0mol%である。 The ferrite core of the present invention contains 51.0 to 56.0 mol% of Fe 2 O 3 as a main component. When Fe 2 O 3 is less than 51.0 mol%, the saturation magnetic flux density in a high temperature region of 100 ° C. or higher becomes small. On the other hand, when Fe 2 O 3 exceeds 56.0 mol%, the magnetic loss at 100 ° C. or higher increases. That is, when the main component is in the above range, it becomes unsuitable as the magnetic core of the power transformer. Therefore, the Fe 2 O 3 as a main component 51.0~56.0mol%. A preferred amount is 52.0-55.0 mol%.

本発明のフェライトコアは、主成分としてZnOを5.0〜14.0mol%含む。ZnOが5.0mol%未満の場合、100℃以上の高い温度領域における、飽和磁束密度が小さくなってしまう。一方、ZnOが14.0mol%を超える場合、100℃以上における磁気損失が増加してしまう。即ち、主成分が前記の範囲の場合、電源用トランスの磁心として不適になる。従って、主成分としてのZnOを5.0〜14.0mol%とする。好ましい量は8.0〜12.0mol%である。 The ferrite core of the present invention contains 5.0 to 14.0 mol% of ZnO as a main component. When ZnO is less than 5.0 mol%, the saturation magnetic flux density in a high temperature region of 100 ° C. or higher becomes small. On the other hand, when ZnO exceeds 14.0 mol%, the magnetic loss at 100 ° C. or higher increases. That is, when the main component is in the above range, it becomes unsuitable as the magnetic core of the power transformer. Therefore, ZnO as a main component shall be 5.0-14.0 mol%. A preferred amount is 8.0 to 12.0 mol%.

本発明のフェライトコアは、副成分としてSiOを50〜300ppm、CaCOを200〜3000ppm含む。SiOが50ppm未満、またはCaCOが200ppm未満の場合、電気抵抗が高い粒界を十分に形成することが出来ず、磁気損失が増加してしまうので、電源用トランスの磁心として不適になる。一方、SiOが300ppmを超える、またはCaCOが3000ppmを超える場合、焼結時に異常粒成長が促進されてしまい、磁気損失が増加するため、やはり、電源用トランスの磁心として不適になる。従って、主成分の重量に対する比率で、副成分として、SiOを50〜300ppm、CaCOを200〜3000ppmとする。好ましい量は、SiOを50〜150ppm、CaCOを500〜2000ppmである。 The ferrite core of the present invention contains 50 to 300 ppm of SiO 2 and 200 to 3000 ppm of CaCO 3 as subcomponents. When SiO 2 is less than 50 ppm or CaCO 3 is less than 200 ppm, a grain boundary with high electrical resistance cannot be formed sufficiently, and magnetic loss increases, making it unsuitable as a magnetic core for a power transformer. On the other hand, when SiO 2 exceeds 300 ppm or CaCO 3 exceeds 3000 ppm, abnormal grain growth is promoted during sintering and magnetic loss increases, which is also unsuitable as a magnetic core for a power transformer. Accordingly, SiO 2 is set to 50 to 300 ppm and CaCO 3 is set to 200 to 3000 ppm as subcomponents in the ratio of the main component to the weight. Preferred amounts are 50 to 150 ppm for SiO 2 and 500 to 2000 ppm for CaCO 3 .

本発明のフェライトコアは、副成分としてTiOを100〜6000ppm含む。Tiは、4価のTiイオンとして、スピネル格子中のFeと置換して、磁気損失を低減できる。その効果を得るためには、主成分の重量に対する比率で、副成分として、TiOを100ppm以上添加する。但し、TiOの添加量が多すぎると、磁気損失が増加する傾向を示す。従って、主成分の重量に対する比率で、副成分として、TiOを100〜6000ppm含んでいることが好ましい。さらにより好ましい量は1000〜3000ppmである。 The ferrite core of the present invention contains 100 to 6000 ppm of TiO 2 as an accessory component. Ti can be replaced with Fe in the spinel lattice as tetravalent Ti ions to reduce magnetic loss. In order to obtain the effect, 100 ppm or more of TiO 2 is added as a subcomponent in a ratio with respect to the weight of the main component. However, when the amount of TiO 2 added is too large, the magnetic loss tends to increase. Accordingly, it is preferable that 100 to 6000 ppm of TiO 2 is contained as a subcomponent in a ratio with respect to the weight of the main component. An even more preferred amount is 1000 to 3000 ppm.

本発明のフェライトコアは、副成分としてCoOを200〜4000ppm含む。Coは、磁気損失を低減することに有効である。その効果を得るためには、主成分の重量に対する比率で、副成分として、CoOを200ppm以上添加する。但し、CoOの添加量が多すぎると、磁気損失が増加する傾向を示す。従って、主成分の重量に対する比率で、副成分として、CoOを200〜4000ppm含んでいることが好ましい。さらにより好ましい量は500〜3000ppmである。 The ferrite core of the present invention contains 200 to 4000 ppm of CoO as a subsidiary component. Co is effective in reducing magnetic loss. In order to obtain the effect, 200 ppm or more of CoO is added as a subcomponent in a ratio with respect to the weight of the main component. However, if the amount of CoO added is too large, the magnetic loss tends to increase. Therefore, it is preferable to contain 200 to 4000 ppm of CoO as a subcomponent in a ratio with respect to the weight of the main component. An even more preferred amount is 500 to 3000 ppm.

本発明のフェライトコアは、副成分としてNbを50〜750ppm含む。Nbは、粒界に偏析し易い傾向を持つため、粒界の形成を促進し、粒界における電気抵抗を高めることに有効である。その効果を得るためには、主成分の重量に対する比率で、副成分として、Nbを50ppm以上添加する。但し、Nbの添加量が多すぎると、焼結時に異常粒成長が促進されてしまい、磁気損失が増加してしまう。従って、主成分の重量に対する比率で、副成分として、Nbを50〜750ppm含んでいることが好ましい。さらにより好ましい量は100〜300ppmである。 The ferrite core of the present invention contains 50 to 750 ppm of Nb 2 O 5 as a subcomponent. Since Nb tends to segregate at the grain boundaries, it is effective for promoting the formation of grain boundaries and increasing the electrical resistance at the grain boundaries. In order to obtain the effect, 50 ppm or more of Nb 2 O 5 is added as a subcomponent in a ratio to the weight of the main component. However, if the amount of Nb 2 O 5 added is too large, abnormal grain growth is promoted during sintering, and magnetic loss increases. Therefore, it is preferable to contain 50 to 750 ppm of Nb 2 O 5 as a subcomponent in a ratio with respect to the weight of the main component. An even more preferred amount is 100-300 ppm.

Ti、Co、Nbは、同時に添加することで、その効果はさらに高まる。結晶がスピネル構造をとるMn−Zn系フェライトにおいて、Coは、イオンの周囲に酸素が正八面体の頂点の位置に存在し、6配位しているBサイトに固溶することで、磁気損失を低減する効果が得られる。しかし、Coを単体で添加すると、BサイトだけではなくAサイトにも固溶してしまい、添加量に対して十分な効果が得られない。そこで、Tiを同時に添加することで、CoがBサイトに固溶しやすくなり、Co単体で添加するよりも、大きい磁気損失を低減する効果を得ることが出来ると考えられる。また、Nbは、粒界形成に寄与し、Co、Tiの添加と独立した効果があるため、同時に添加することで、Co及びTiの効果と同時に、100℃以上における磁気損失抑制の効果を得られる。 By adding Ti, Co and Nb simultaneously, the effect is further enhanced. In the Mn-Zn ferrite in which the crystal has a spinel structure, Co is present at the apex of the octahedron around the ions, and is dissolved in the B site that is six-coordinated to reduce the magnetic loss. The effect of reducing is obtained. However, when Co is added alone, it dissolves not only in the B site but also in the A site, and a sufficient effect on the amount added cannot be obtained. Therefore, it is considered that by adding Ti at the same time, Co easily dissolves in the B site, and an effect of reducing a large magnetic loss can be obtained as compared with adding Co alone. Further, Nb contributes to grain boundary formation and has an effect independent of the addition of Co and Ti. Therefore, when added at the same time, the effect of suppressing magnetic loss at 100 ° C. or higher is obtained simultaneously with the effect of Co and Ti. It is done.

図1はフェライトコアの断面の一部を拡大した模式図である。Mn−Znフェライト100は、粒子1及び粒子間に存在する粒界2から形成される。図1中に示すように、任意の2つの粒子間に存在する粒界の法線方向にSi及びCaの組成分析を行い、粒界中においてCaの濃度が最大となる点を点Aとし、点Aから粒界の法線方向に5nm離れた点を点Bとする。点A及び点BにおけるSi及びCaの組成比(Ca/Si比)が式(2)を満たす場合にMn−Znフェライトの強度が高くなることを、本発明者らは見出した。 FIG. 1 is an enlarged schematic view of a part of a cross section of a ferrite core. The Mn—Zn ferrite 100 is formed from particles 1 and grain boundaries 2 existing between the particles. As shown in FIG. 1, the composition analysis of Si and Ca is performed in the normal direction of the grain boundary existing between any two grains, and the point where the concentration of Ca is maximum in the grain boundary is defined as point A. A point that is 5 nm away from the point A in the normal direction of the grain boundary is defined as a point B. The present inventors have found that the strength of Mn—Zn ferrite increases when the composition ratio of Si and Ca (Ca / Si ratio) at points A and B satisfies the formula (2).

但し、点A及び点Bを定める際に用いる粒界において、3粒子以上が共有する粒界は除く。これは、3粒子以上が共有する粒界は、2粒子間における粒界と異なる組成になるためである。また、3粒子以上が共有する粒界の法線方向は複数存在し、法線方向を一意に定められないためである。 However, in the grain boundary used when determining point A and point B, the grain boundary shared by three or more grains is excluded. This is because the grain boundary shared by three or more particles has a composition different from the grain boundary between two particles. Moreover, there are a plurality of normal directions of grain boundaries shared by three or more grains, and the normal directions cannot be uniquely determined.

本発明のフェライトコアに含まれるMn−Znフェライトの粒子は、上述した式(2)を満たすことで、粒界から粒子の内部方向に、CaがSiに比べ緩やかに減衰する組成分布を有するため、結晶格子に加わる応力が緩やかに減衰する。即ち、粒子の内部の結晶格子に加わる応力が緩和されるため、粒子の内部の結晶はエネルギー的に安定に存在し、結晶全体として強度が高まると考えられる。 Since the particles of Mn—Zn ferrite contained in the ferrite core of the present invention satisfy the above-described formula (2), Ca has a composition distribution in which Ca is attenuated more slowly than Si in the internal direction of the particles. The stress applied to the crystal lattice is gradually attenuated. That is, since the stress applied to the crystal lattice inside the particle is relaxed, it is considered that the crystal inside the particle exists energetically stably and the strength of the entire crystal increases.

本発明におけるフェライトコアにとって、好適な製造方法を説明する。主成分の原料として、酸化物又は加熱により酸化物となる化合物の粉末を用いる。具体的には、Fe粉末、Mn粉末及びZnO粉末等を用いることが出来る。各原料の粉末の平均粒径は0.1〜3.0μmの範囲で適宜選択すれば良い。主成分の原料の粉末を湿式混合した後、800〜1100℃の範囲において所定の温度で仮焼きを行う。仮焼きにおいて、所定の温度における安定時間は、0.5〜5.0時間の範囲で適宜選択すれば良い。仮焼き後、仮焼きした材を例えば、平均粒径が0.5〜3.0μmになるまで粉砕を行う。なお、本発明では上述した主成分の原料に限らず、2種類以上の金属を含む複合酸化物の粉末を、主成分の原料としても良い。例えば、塩化鉄及び塩化マンガンを含む水溶液を酸化焙焼することにより、Fe及びMnを含む複合酸化物の粉末が得られる。得られた粉末にZnOの粉末を混合したものを主成分の原料としても良い。この場合においては、仮焼きは不要である。 A manufacturing method suitable for the ferrite core in the present invention will be described. As a raw material of the main component, an oxide or a powder of a compound that becomes an oxide by heating is used. Specifically, Fe 2 O 3 powder, Mn 3 O 4 powder, ZnO powder, or the like can be used. What is necessary is just to select suitably the average particle diameter of the powder of each raw material in the range of 0.1-3.0 micrometers. After the raw material powder of the main component is wet mixed, calcining is performed at a predetermined temperature in the range of 800 to 1100 ° C. In calcination, the stabilization time at a predetermined temperature may be appropriately selected within the range of 0.5 to 5.0 hours. After calcining, the calcined material is pulverized until the average particle size becomes 0.5 to 3.0 μm, for example. In the present invention, not only the above-described main component materials, but also a composite oxide powder containing two or more kinds of metals may be used as the main component materials. For example, by oxidizing and baking an aqueous solution containing iron chloride and manganese chloride, a composite oxide powder containing Fe and Mn can be obtained. A mixture of the obtained powder and ZnO powder may be used as a main component. In this case, calcination is not necessary.

副成分の原料として、酸化物又は加熱により酸化物となる化合物の粉末を用いる。具体的には、SiO粉末、CaCO粉末、Nb粉末、TiO粉末、Co粉末等を用いることが出来る。仮焼き後、副成分の添加を行う。副成分の添加においては、仮焼き材に副成分の原料を添加した後に、上記の粉砕を行っても良いし、仮焼き材を粉砕した後に、副成分の原料を添加及び混合しても良い。但し、副成分の内、TiO及びCoOについては、主成分の原料とともに、仮焼きに供することも出来る。 As a raw material for the auxiliary component, an oxide or a powder of a compound that becomes an oxide by heating is used. Specifically, SiO 2 powder, CaCO 3 powder, Nb 2 O 5 powder, TiO 2 powder, Co 3 O 4 powder, or the like can be used. After calcining, the auxiliary components are added. In the addition of the auxiliary component, the above-mentioned pulverization may be performed after adding the auxiliary component raw material to the calcined material, or the auxiliary component raw material may be added and mixed after the calcined material is pulverized. . However, among the subcomponents, TiO 2 and CoO can be subjected to calcining together with the main component raw materials.

主成分及び副成分から成る混合粉末は、成型を行うため、顆粒に造粒される。造粒は、例えば、スプレードライヤを用いて行うことが出来る。混合粉末には、適当な結合として、例えば、ポリビニルアルコール(PVA)を少量添加し、これをスプレードライヤで噴霧し、乾燥する。得られる顆粒の粒径は80〜300μmの範囲にあることが好ましい。 A mixed powder composed of a main component and subcomponents is granulated into a granule for molding. Granulation can be performed using, for example, a spray dryer. As a suitable bond, for example, a small amount of polyvinyl alcohol (PVA) is added to the mixed powder, and this is sprayed with a spray dryer and dried. The particle size of the obtained granules is preferably in the range of 80 to 300 μm.

得られた顆粒は、例えば、所定の形状の金型を有するプレスを用いて、所望の形状に成型され、成型体は焼成工程に供される。焼成工程では、焼成温度及び焼成雰囲気を制御する必要がある。焼成温度は1250℃〜1500℃の範囲から適宜選択することが出来る。本発明のフェライトコアの効果を十分引き出すには、1300〜1400℃の範囲で焼成することが好ましい。焼成雰囲気は、窒素と酸素を混合した雰囲気において、酸素の分圧を適宜調整すれば良い。 The obtained granule is molded into a desired shape using, for example, a press having a mold having a predetermined shape, and the molded body is subjected to a firing step. In the firing step, it is necessary to control the firing temperature and firing atmosphere. The firing temperature can be appropriately selected from the range of 1250 ° C to 1500 ° C. In order to sufficiently bring out the effect of the ferrite core of the present invention, it is preferable to fire in the range of 1300 to 1400 ° C. The firing atmosphere may be adjusted as appropriate in the partial pressure of oxygen in an atmosphere in which nitrogen and oxygen are mixed.

焼成工程における焼成温度から950℃まで冷却し、950℃において2時間の保持を行う。950℃の一定温度で保持することで、添加元素であるSi、Ca、Nb等を含む非晶質粒界の形成を促進する。次に、再度1200℃まで昇温させ、1200℃において10〜30分の保持を行う。その後、室温まで冷却する。1200℃の一定温度で保持することで、非晶質粒界に偏析したCaを、粒子の内部へ適度な固溶した状態を実現出来る。1200℃での保持時間が短いとCaの粒子の内部への固溶が不十分となり、強度が高まる効果が得られない。一方、1200℃での保持時間が長いと、Caが粒子の内部へ固溶しすぎるため、粒界の形成が不十分となり、磁気損失の増加及び強度の低下を招いてしまう。 It cools to 950 degreeC from the calcination temperature in a baking process, and hold | maintains at 950 degreeC for 2 hours. By holding at a constant temperature of 950 ° C., formation of an amorphous grain boundary containing additive elements such as Si, Ca, and Nb is promoted. Next, the temperature is raised again to 1200 ° C. and held at 1200 ° C. for 10 to 30 minutes. Then, it cools to room temperature. By maintaining at a constant temperature of 1200 ° C., it is possible to realize a state in which Ca segregated at the amorphous grain boundary is appropriately dissolved in the inside of the particles. When the holding time at 1200 ° C. is short, the solid solution of Ca particles is insufficient and the effect of increasing the strength cannot be obtained. On the other hand, if the holding time at 1200 ° C. is long, Ca is excessively dissolved in the inside of the particles, so that the formation of grain boundaries becomes insufficient, resulting in an increase in magnetic loss and a decrease in strength.

フェライトコアの一般的な焼成工程では、冷却時に再昇温は行わないが、再昇温を行うことで、Caの粒子の内部への固溶が促進され、強度を高める効果を得ることが出来る。 In a general firing process of a ferrite core, reheating is not performed at the time of cooling, but by performing reheating, solid solution of Ca particles inside is promoted, and an effect of increasing strength can be obtained. .

焼成することで得られたフェライトコアは、相対密度で93%以上、さらに好ましくは95%以上を得ることが出来る。 The ferrite core obtained by firing can obtain a relative density of 93% or more, more preferably 95% or more.

本発明により得られたフェライトコアは、トランスに用いることが可能であり、本発明により得られたトランスは、スイッチング電源装置に用いることが可能である。 The ferrite core obtained by the present invention can be used for a transformer, and the transformer obtained by the present invention can be used for a switching power supply device.

図2(a)は、本実施形態に係るE字型のフェライトコアを示す斜視図である。図2に示すように、E字型のフェライトコア200は、E型コア等と呼ばれ、トランス等に使用される。フェライトコア200のようなE型コアが採用されたトランスとしては、図2(b)に示すようにトランスの内部に、2つのE型コアが対向配置されたものが知られている。トランスのコアとして、本発明によるフェライトコアを用いれば、フェライトコア200が破損する可能性が低下することから、トランスの信頼性を高めることが可能となる。 FIG. 2A is a perspective view showing an E-shaped ferrite core according to this embodiment. As shown in FIG. 2, the E-shaped ferrite core 200 is called an E-type core or the like, and is used for a transformer or the like. As a transformer in which an E-type core such as the ferrite core 200 is adopted, there is known a transformer in which two E-type cores are arranged opposite to each other as shown in FIG. If the ferrite core according to the present invention is used as the transformer core, the possibility of breakage of the ferrite core 200 is reduced, and therefore the reliability of the transformer can be improved.

図3は、スイッチング電源装置の構成を示すブロック図である。スイッチング電源装置300は、直流入力電圧Vinを直流出力電圧Voutに変換するための装置(DC/DCコンバーター)であり、直流出力電圧Vinに含まれるノイズ成分を除去する入力フィルタ301、入力フィルタ301の出力を交流に変換するスイッチング回路302、スイッチング回路302の出力を変圧するトランス303、トランス303の出力を直流に変換する整流回路304及び整流回路304の出力を平滑化する平滑回路305を備えている。このような構成を有するスイッチング電源装置300に含まれる、トランス303のコアとして本発明によるフェライトコアを用いれば、トランス303が破損する可能性が低下することから、スイッチング電源装置300の信頼性を高めることが可能となる。 FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the switching power supply apparatus. The switching power supply device 300 is a device (DC / DC converter) for converting the DC input voltage Vin into the DC output voltage Vout. The switching power supply device 300 includes an input filter 301 for removing noise components included in the DC output voltage Vin, A switching circuit 302 that converts the output into alternating current, a transformer 303 that transforms the output of the switching circuit 302, a rectifier circuit 304 that converts the output of the transformer 303 into direct current, and a smoothing circuit 305 that smoothes the output of the rectifier circuit 304 are provided. . If the ferrite core according to the present invention is used as the core of the transformer 303 included in the switching power supply device 300 having such a configuration, the possibility that the transformer 303 is damaged is reduced, and thus the reliability of the switching power supply device 300 is improved. It becomes possible.

図3に示したスイッチング電源装置300は、特に自動車用のスイッチング電源装置として利用することが好適である。 The switching power supply device 300 shown in FIG. 3 is particularly preferably used as a switching power supply device for automobiles.

図4は、スイッチング電源装置300を備えた自動車の主要部分を概略的に示すブロック図である。 FIG. 4 is a block diagram schematically showing main parts of an automobile provided with the switching power supply device 300.

図4に示すように、スイッチング電源装置300を自動車用に用いた場合、スイッチング電源装置300は、高圧バッテリー310と電気機器320および低圧バッテリー330との間に設けられ、高圧バッテリー310より供給される約144Vや約288Vの高電圧を約14Vに降圧してこれを電気機器320に供給するとともに、低圧バッテリー330を充電する役割を果たす。電気機器320としては、自動車に備えられるエアコンやオーディオ等が挙げられる。 As shown in FIG. 4, when the switching power supply device 300 is used for an automobile, the switching power supply device 300 is provided between the high voltage battery 310 and the electric equipment 320 and the low voltage battery 330 and is supplied from the high voltage battery 310. The high voltage of about 144V or about 288V is stepped down to about 14V and supplied to the electric device 320, and the low voltage battery 330 is charged. Examples of the electric device 320 include an air conditioner and an audio device provided in an automobile.

高圧バッテリー310への充電は、発電装置340より供給される電力によって行われる。また、高圧バッテリー310の出力はモータ350にも供給され、モータ350は、高圧バッテリー310より供給される高電圧(約144Vや約288V)に基づいて駆動系360を駆動する。尚、燃料電池車においては燃料電池本体が発電装置340となり、ハイブリッド車においてはモータ350が発電装置340を兼ねることになる。 Charging the high voltage battery 310 is performed by electric power supplied from the power generation device 340. The output of the high voltage battery 310 is also supplied to the motor 350, and the motor 350 drives the drive system 360 based on a high voltage (about 144V or about 288V) supplied from the high voltage battery 310. In the fuel cell vehicle, the fuel cell body is the power generation device 340, and in the hybrid vehicle, the motor 350 also serves as the power generation device 340.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。 The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Needless to say, it is included in the range.

主成分の原料として、Fe粉末、Mn粉末およびZnO粉末、副成分の原料として、SiO粉末、CaCO粉末、Nb粉末、TiO粉末及びCo粉末を用いた。 Fe 2 O 3 powder, Mn 3 O 4 powder and ZnO powder as raw materials of main components, and SiO 2 powder, CaCO 3 powder, Nb 2 O 5 powder, TiO 2 powder and Co 3 O 4 powder as raw materials of auxiliary components Was used.

本発明で実施したMn−Zn系フェライトの主成分及び副成分を、表1〜3に示した。 Tables 1 to 3 show main components and subcomponents of the Mn—Zn-based ferrite implemented in the present invention.

焼成後に得られるMn−Zn系フェライトの主成分及び副成分が、表1〜3に記載の組成となるように、各粉末を秤量し、粉末を湿式混合した後、大気中、900℃で3時間仮焼きした。 Each powder was weighed so that the main components and subcomponents of the Mn—Zn-based ferrite obtained after firing had the compositions shown in Tables 1 to 3, and the powders were wet-mixed. Temporarily baked.

得られた混合物にバインダを加え、顆粒化した後、成型してトロイダル形状の成型体、I型形状の成型体及びE型形状の成型体を得た。得られた成型体を酸素分圧制御下において焼成した。焼成工程では、1300℃、酸素分圧1.0体積%において5時間温度を保持した後、950℃まで冷却し、950℃において2時間温度保持を行った。次に、再度1200℃まで昇温させ、1200℃において0〜40分間温度を保持した後、室温まで冷却した。 A binder was added to the obtained mixture, granulated, and molded to obtain a toroidal shaped body, an I-shaped shaped body, and an E-shaped shaped body. The obtained molded body was fired under oxygen partial pressure control. In the firing step, the temperature was maintained at 1300 ° C. and an oxygen partial pressure of 1.0 vol% for 5 hours, then cooled to 950 ° C., and held at 950 ° C. for 2 hours. Next, the temperature was raised again to 1200 ° C., maintained at 1200 ° C. for 0 to 40 minutes, and then cooled to room temperature.

このようにして、トロイダル形状のフェライトコア(外径20mm、内径10mm、厚さ5mm)、I字型形状のフェライトコア(長さ70mm、幅8mm、厚さ8mm)およびE字型形状のフェライトコア(長さ40mm、高さ15mm、幅5mm)を得た。 Thus, a toroidal ferrite core (outer diameter 20 mm, inner diameter 10 mm, thickness 5 mm), I-shaped ferrite core (length 70 mm, width 8 mm, thickness 8 mm) and E-shaped ferrite core (Length 40 mm, height 15 mm, width 5 mm) was obtained.

次に本発明の測定方法について説明する。 Next, the measurement method of the present invention will be described.

強度は角型形状の焼結体を用いて、JISR1601に記載の方法に従い、試験治具3p−30および全長40mmのI字型形状のコアを用いて測定を行い、その値を曲げ強度σb3とした。 The strength was measured using a square-shaped sintered body according to the method described in JIS R1601, using a test jig 3p-30 and an I-shaped core having a total length of 40 mm, and the value was determined as bending strength σb3. did.

100℃における飽和磁束密度Bsはトロイダル形状のコアをメトロン技研製直流磁化特性試験装置(SK−110)により測定した。 The saturation magnetic flux density Bs at 100 ° C. was measured on a toroidal core with a DC magnetization characteristic tester (SK-110) manufactured by Metron Giken.

Si及びCaの組成分析は、収束イオンビーム(FIB)加工装置及びエネルギー分散型X線分析装置(EDS:JED−2300T)を付設した透過型電子顕微鏡(TEM:JEM−2100F)を用いて行った。TEM観察では、平均結晶粒径以上の粒子を、FIB加工装置で薄片化したものを用いた。平均結晶粒径は光学顕微鏡を用いて、コア中心部の断面観察を行い、1mm×1mmの視野内にある全ての結晶のheywood径を測定し平均の値を算出した。図5に(a)フェライトコアの断面の光学顕微鏡の写真、(b)TEM観察像及び組成分析箇所を示した。組成分析は、2つの粒子間に存在する粒界の法線方向にSi及びCaの組成分析を線分析し、Ca濃度が最大となる点を点A、点Aから5nm粒内方向に進んだ点を点Bとし、各点におけるCa/Si比であるX及びYの値を得た。その際、電子線のスポットサイズは1nm以下とした。Si及びCaの組成分析の測定は、1試料につき、10回異なる位置において行い、10回のうち、点AにおけるCa濃度が最大のものと最小のものを除く、8回を平均した値をXおよびYとして用いた。 The composition analysis of Si and Ca was performed using a transmission electron microscope (TEM: JEM-2100F) provided with a focused ion beam (FIB) processing apparatus and an energy dispersive X-ray analyzer (EDS: JED-2300T). . In the TEM observation, particles having an average crystal grain size or larger were sliced with an FIB processing apparatus. The average crystal grain size was obtained by observing a cross section of the core center using an optical microscope, measuring the heelwood diameter of all crystals in the 1 mm × 1 mm field of view, and calculating an average value. FIG. 5 shows (a) a photograph of an optical microscope of a cross section of the ferrite core, (b) a TEM observation image, and a composition analysis portion. In the composition analysis, the composition analysis of Si and Ca was linearly analyzed in the normal direction of the grain boundary existing between the two particles, and the point where the Ca concentration was maximum progressed from the point A and from the point A toward the 5 nm intragranular direction. The point was point B, and the values of X and Y, which are Ca / Si ratios at each point, were obtained. At that time, the spot size of the electron beam was set to 1 nm or less. The measurement of the composition analysis of Si and Ca was performed at 10 different positions for each sample, and the average value of 8 times was excluded from the 10 times except for the highest and lowest Ca concentrations at point A. And Y.

100℃におけるコア損失Pcvはトロイダル形状のフェライトコアを用いて、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、コア損失PcvをIWATSU製BHアナライザー(SY−8217)により測定した。 The core loss Pcv at 100 ° C. is obtained by using a toroidal-shaped ferrite core and winding 5 turns on the primary side and 5 turns on the secondary side, and at a frequency of 100 kHz and a maximum magnetic flux density of 200 mT. The measurement was performed with an IWATSU BH analyzer (SY-8217).

測定結果を表1〜3に示す。但し、表中において「−」はその材料を添加していないことを示し、「×」は実施していないことを表している。

Figure 0006330645

Figure 0006330645

Figure 0006330645
The measurement results are shown in Tables 1-3. In the table, “-” indicates that the material is not added, and “x” indicates that the material is not implemented.
Figure 0006330645

Figure 0006330645

Figure 0006330645

(表1)
図6に示すような焼成温度の調整を行い、フェライトコアを作製した。950℃で保持した後、1200℃への昇温を行わない焼成条件及び1200℃での保持時間が短い(比較例1,2)の場合、粒子の内部へのCaの固溶する量が少なく、強度が100MPa程度になる。一方で、1200℃での保持時間が長い(比較例3)の場合、粒界から粒子の内部へのCaの固溶が促進され、強度が低くなる。
(Table 1)
The ferrite temperature was adjusted as shown in FIG. 6 to produce a ferrite core. After holding at 950 ° C., in the case of firing conditions in which the temperature is not raised to 1200 ° C. and the holding time at 1200 ° C. are short (Comparative Examples 1 and 2), the amount of Ca dissolved in the particles is small. The strength is about 100 MPa. On the other hand, when the holding time at 1200 ° C. is long (Comparative Example 3), solid solution of Ca from the grain boundary to the inside of the particle is promoted, and the strength is lowered.

(表2)
Feが51.0mol%未満、またはZnOが14.0mol%を超える場合、100℃以上の高い温度領域における、飽和磁束密度が小さくなってしまう。一方、Feが56.0mol%を超える、またはZnOが5.0mol%未満の場合、100℃以上における磁気損失が大きくなり、強度が低下してしまう。即ち、主成分が前記の範囲の場合、電源用トランスの磁心として不適になる。
(Table 2)
When Fe 2 O 3 is less than 51.0 mol% or ZnO exceeds 14.0 mol%, the saturation magnetic flux density in a high temperature region of 100 ° C. or higher becomes small. On the other hand, when Fe 2 O 3 exceeds 56.0 mol% or ZnO is less than 5.0 mol%, the magnetic loss at 100 ° C. or higher increases and the strength decreases. That is, when the main component is in the above range, it becomes unsuitable as the magnetic core of the power transformer.

(表2)
副成分として、SiOが50ppm未満、またはCaCOが200ppm未満の場合、粒界を十分に形成することが出来ず、強度が低下してしまうので、電源用トランスの磁心として不適になる。一方、SiOが300ppmを超える、またはCaCOが3000ppmを超える場合、焼結時にMn−Znフェライトの結晶成長が阻害されてしまい、強度が低下してしまい、やはり、電源用トランスの磁心として不適になる。
(Table 2)
If the SiO 2 content is less than 50 ppm or the CaCO 3 content is less than 200 ppm, the grain boundary cannot be sufficiently formed and the strength is lowered, which makes it unsuitable as the magnetic core of the power transformer. On the other hand, when SiO 2 exceeds 300 ppm or CaCO 3 exceeds 3000 ppm, the crystal growth of Mn—Zn ferrite is inhibited during sintering and the strength is lowered, which is also unsuitable as a magnetic core of a power transformer. become.

以上に対して、主成分として、Feを51.0〜56.0mol%、ZnOを5.0〜14.0mol%、MnOを残部含み、副成分として、SiOを50〜300ppm、CaCO3を200〜3000ppm含むMn−Znフェライトにおいて、Ca/Si比であるX及びYの値が0.5≦X≦1.0を満たし、X+0.05≦Y≦X+0.50を満たす場合に、強度を高める効果が発現することが確認出来た。 Or more with respect to, as the main component, 51.0~56.0Mol% of Fe 2 O 3, 5.0~14.0mol% of ZnO, wherein the remainder of MnO, as an accessory component, a SiO 2 50 to 300 ppm, In the Mn—Zn ferrite containing 200 to 3000 ppm of CaCO 3, when the values of X and Y that are Ca / Si ratios satisfy 0.5 ≦ X ≦ 1.0 and X + 0.05 ≦ Y ≦ X + 0.50, It was confirmed that the effect of increasing the strength was developed.

(表3)
副成分として、TiOまたはCoOを添加すると磁気損失を低減出来る。その効果を得るためには、TiOでは100ppm以上、CoOでは500ppm以上添加する。一方、TiOでは6000ppm、CoOでは4000ppmを超える場合、磁気損失が増加してしまう。
(Table 3)
When TiO 2 or CoO is added as a subcomponent, magnetic loss can be reduced. In order to obtain the effect, 100 ppm or more is added for TiO 2 and 500 ppm or more is added for CoO. On the other hand, when it exceeds 6000 ppm for TiO 2 and 4000 ppm for CoO, the magnetic loss increases.

(表3)
副成分として、Nbを添加すると、Nbは粒界に偏析し易い傾向を持つため、粒界の形成を促進し、粒界における電気抵抗を高めることに有効である。その効果を得るためには、Nbを50ppm以上添加する。一方、Nbが750ppmを超える場合、焼結時に異常粒成長が促進されてしまい、磁気損失が増加してしまう。
(Table 3)
When Nb 2 O 5 is added as a subcomponent, Nb tends to segregate at the grain boundary, and therefore it is effective for promoting the formation of the grain boundary and increasing the electrical resistance at the grain boundary. In order to obtain the effect, Nb 2 O 5 is added by 50 ppm or more. On the other hand, when Nb 2 O 5 exceeds 750 ppm, abnormal grain growth is promoted during sintering, and magnetic loss increases.

(表3)
Ti、Co、Nbは、同時に添加することで、その効果はさらに高まり、100℃以上における磁気損失抑制の効果を得られる。
(Table 3)
By adding Ti, Co, and Nb at the same time, the effect is further enhanced, and the effect of suppressing magnetic loss at 100 ° C. or higher can be obtained.

以上の実施例より、飽和磁束密度を維持しつつ、Mn−Znフェライトの強度を高めるためには、Ca/Si比であるX及びYが、適切な量になるよう調整することが有効である。また、Mn−ZnフェライトにSi及びCa以外の副成分としてNb、Co及びTiを添加することで、強度を高めることに加えて100℃以上における磁気損失の抑制に有効である。 From the above examples, in order to increase the strength of the Mn—Zn ferrite while maintaining the saturation magnetic flux density, it is effective to adjust the Ca / Si ratio X and Y to be appropriate amounts. . Further, by adding Nb, Co and Ti as subcomponents other than Si and Ca to Mn—Zn ferrite, it is effective for suppressing magnetic loss at 100 ° C. or higher in addition to increasing strength.

以上のように、本発明に係わるフェライトコアは100℃近傍における飽和磁束密度が高く、高い強度を有するので、チョークコイル等の電子部品に好適に用いることが出来る。特に、スイッチング電源用のチョークコイルに好適である。
As described above, since the ferrite core according to the present invention has a high saturation magnetic flux density in the vicinity of 100 ° C. and high strength, it can be suitably used for electronic components such as choke coils. In particular, it is suitable for a choke coil for a switching power supply.

1 粒子
2 粒界
100 Mn−Znフェライトの断面
200 フェライトコア(磁心)
201 中脚部
202 コイル
1 particle 2 grain boundary 100 cross section 200 of Mn-Zn ferrite ferrite core (magnetic core)
201 middle leg 202 coil

Claims (4)

酸化鉄をFe換算で51.0〜56.0mol%、酸化亜鉛をZnO換算で5.0〜14.0mol%、残部が酸化マンガンMnOである主成分から成り、主成分の重量に対する比率で、副成分として、SiをSiO換算で50〜300ppm、CaをCaCO換算で200〜3000ppmを含むMn−Znフェライトであって、前記Mn−Zn系フェライトはスピネル構図を有す多結晶体であり、粒子間に存在する粒界中のCaの濃度が最大となる点AのCaとSiの組成比Xと、点Aから5nm粒子の内部方向に進んだ点BにおけるCaとSiの組成比Yが、0.5≦X≦1.0およびX+0.05≦Y≦X+0.50を満たすことを特徴とするMn−Znフェライトを用いたフェライトコア。 51.0~56.0Mol% iron oxide calculated as Fe 2 O 3, 5.0~14.0Mol% of zinc oxide calculated as ZnO, consists mainly composed balance being manganese oxide MnO, relative to the weight of the main component As a subcomponent, Si is 50 to 300 ppm in terms of SiO 2 and Ca is 200 to 3000 ppm in terms of CaCO 3 , wherein the Mn—Zn-based ferrite has a spinel composition. And the composition ratio X of Ca and Si at point A where the concentration of Ca in the grain boundary existing between the particles is the maximum, and the Ca and Si at point B proceeding from point A toward the inside of the 5 nm particle. A ferrite core using Mn—Zn ferrite, wherein the composition ratio Y satisfies 0.5 ≦ X ≦ 1.0 and X + 0.05 ≦ Y ≦ X + 0.50. 請求項1に記載のMn−Znフェライトに、さらに、主成分の重量に対する比率で、副成分として、NbをNb換算で50〜750ppm、CoをCoO換算で200〜4000ppm、TiをTiO換算で100〜6000ppmの内、少なくとも1種類以上含むことを特徴とするMn−Zn系フェライトを用いたフェライトコア。 In addition to the Mn-Zn ferrite according to claim 1, Nb is 50 to 750 ppm in terms of Nb 2 O 5 , Co is 200 to 4000 ppm in terms of CoO, and Ti is TiO as a subsidiary component in a ratio to the weight of the main component. A ferrite core using Mn—Zn-based ferrite containing at least one of 100 to 6000 ppm in terms of two . 請求項1および請求項2のいずれか1項に記載のフェライトコアを用いて構成される電子部品 The electronic component comprised using the ferrite core of any one of Claim 1 and Claim 2 請求項3に記載の電子部品を備えた電源装置。

A power supply device comprising the electronic component according to claim 3.

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