JP6551057B2 - フェライトコア、電子部品、及び、電源装置 - Google Patents
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Description
本発明は、１００℃近傍の飽和磁歪が低く、駆動時の音鳴きが抑制され、且つ、飽和磁束密度が高いフェライトコアに関するものである。
電源用トランスなどの磁心材料として、フェライト焼結体が使用されている。コア（磁心）を形成するフェライト焼結体は、フェライトコアと呼ばれ、Ｍｎ及びＺｎを含有するＭｎＺｎ系フェライトが広く使用されている。また、近年では電源の小型化に伴い高温で高い飽和磁束密度が求められている。
たとえば特許文献１のフェライトではＦｅ２Ｏ３：５２〜５６ｍｏｌ％、ＺｎＯ：６〜１４ｍｏｌ％、ＮｉＯ：４ｍｏｌ％以下、ＣｏＯ：０．０１〜０．６ｍｏｌ％、残部が実質的にＭｎＯの組成となる基本成分に対して、外枠量でＳｉＯ２：０．００５０〜０．０５００ｗｔ％及びＣａＯ：０．０２００〜０．２０００ｗｔ％を含有し、さらに、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｖ２Ｏ５、Ｋ２Ｏ、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２及びＨｆＯ２のうちから選ばれる少なくとも１種の添加成分を所定量含有し、かつ、高い飽和磁束密度を有することを特徴としている。
一方、電源の駆動時に発生する音鳴きについても重要であり、たとえば特許文献２では複数の脚部を持つコアの脚と脚の間に制振材を挟むことによって、トランス鳴きが低減または防止されるトランスを提供することを特徴としている。
音鳴きは磁歪振動することが原因であると一般的に知られている。特許文献２では音鳴きは低減しているものの、音鳴きの原因である磁歪を低減しているものではなく根本的な解決の方法とはいえない。また、制振材を用いることにより、製造時のコストや手間がかかってしまうという問題もある。
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できるフェライトコアを提供することにある。特に１００℃における磁歪を小さくすることで駆動時の音鳴きを抑え、且つ、高い飽和磁束密度を示すフェライトコアを提供することにある。
かかる目的のもと、本発明者等はＭｎＺｎ系フェライトに含まれる主成分として酸化鉄、酸化マンガン、酸化亜鉛、副成分として炭酸リチウム、酸化コバルトおよび酸化チタンの組成に着目してその特性について鋭意研究を行った。その結果、１００℃において飽和磁歪が小さく、駆動時の音鳴きを抑え、かつ、高い飽和磁束密度を実現できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明に係るフェライトコアは、酸化鉄をＦｅ２Ｏ３換算で５１．５〜５４．５ｍｏｌ％、酸化亜鉛をＺｎＯ換算で６．５〜１２．５ｍｏｌ％、残部が酸化マンガンである主成分を含むＭｎＺｎ系フェライトであって、この主成分に対して、ＬｉをＬｉ２ＣＯ３換算で５０〜４０００ｐｐｍを含むこと、ＴｉをＴｉＯ２換算で１００〜８０００ｐｐｍを含むこと、ＣｏをＣｏＯ換算で５００〜４０００ｐｐｍ含むことを特徴とするフェライトコアである。
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ＳｉをＳｉＯ２換算で５０〜３００ｐｐｍ及びＣａをＣａＣＯ３換算で２００〜３０００ｐｐｍ含むことが好ましい。
さらに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をＮｂ２Ｏ５換算で５０〜７５０ｐｐｍ、ＴａをＴａ２Ｏ５換算で５０〜１５００ｐｐｍ、ＶをＶ２Ｏ５換算で５０〜１０００ｐｐｍ、ＳｎをＳｎＯ２換算で５００〜１３０００ｐｐｍを１種または２種以上含むことが好ましい。
１００℃における飽和磁歪を低減することで駆動時の音鳴きを抑えることができ、且つ、高い飽和磁束密度を実現できる。
はじめに、本発明における成分の限定理由を説明する。
本発明のフェライトコアは主成分としてのＦｅ量をＦｅ２Ｏ３換算で５１．５〜５４．５ｍｏｌ％とする。なお、以下では、Ｆｅ量をＦｅ２Ｏ３換算で、との表記を単に、Ｆｅ２Ｏ３量等と表記する。Ｆｅ２Ｏ３量が５１．５ｍｏｌ％未満だと、１００℃における飽和磁歪は低減されるが飽和磁束密度が小さくなってしまう。一方、Ｆｅ２Ｏ３量が５４．５ｍｏｌ％を超えると１００℃における飽和磁歪が大きくなってしまう。したがって、本発明ではＦｅ２Ｏ３量を５１．５〜５４．５ｍｏｌ％とする。好ましい量は５１．５〜５３．５ｍｏｌ％である。
本発明のフェライトコアは主成分としてのＦｅ量をＦｅ２Ｏ３換算で５１．５〜５４．５ｍｏｌ％とする。なお、以下では、Ｆｅ量をＦｅ２Ｏ３換算で、との表記を単に、Ｆｅ２Ｏ３量等と表記する。Ｆｅ２Ｏ３量が５１．５ｍｏｌ％未満だと、１００℃における飽和磁歪は低減されるが飽和磁束密度が小さくなってしまう。一方、Ｆｅ２Ｏ３量が５４．５ｍｏｌ％を超えると１００℃における飽和磁歪が大きくなってしまう。したがって、本発明ではＦｅ２Ｏ３量を５１．５〜５４．５ｍｏｌ％とする。好ましい量は５１．５〜５３．５ｍｏｌ％である。
ＺｎＯ量も飽和磁束密度及び飽和磁歪に影響を与える。ＺｎＯ量が６．５ｍｏｌ％より少ないと飽和磁歪が大きくなってしまう。ＺｎＯが１２．５ｍｏｌ％を超えると１００℃における飽和磁束密度が小さくなってしまう。したがって本発明ではＺｎＯ量を６．５〜１２．５ｍｏｌ％とする。本発明のフェライトコアは主成分として、上記以外に不可避的不純物を除いて残部がＭｎＯから構成される。
次に本発明における副成分について説明する。
本発明のフェライトコアは、副成分として、Ｌｉ量をＬｉ２ＣＯ３換算で５０〜４０００ｐｐｍとする。Ｌｉ２ＣＯ３は磁歪を抑制するのに有効であり、その効果を得るために主成分に対して５０ｐｐｍ以上添加する。但し、添加量が多すぎると、飽和磁束密度が小さくなってしまう。したがって本発明ではＬｉ２ＣＯ３量を４０００ｐｐｍ以下とする。好ましい量は１０００〜２５００ｐｐｍである。
本発明のフェライトコアは、副成分として、Ｌｉ量をＬｉ２ＣＯ３換算で５０〜４０００ｐｐｍとする。Ｌｉ２ＣＯ３は磁歪を抑制するのに有効であり、その効果を得るために主成分に対して５０ｐｐｍ以上添加する。但し、添加量が多すぎると、飽和磁束密度が小さくなってしまう。したがって本発明ではＬｉ２ＣＯ３量を４０００ｐｐｍ以下とする。好ましい量は１０００〜２５００ｐｐｍである。
本発明のフェライトコアは、副成分として、Ｔｉ量をＴｉＯ２換算で１００〜８０００ｐｐｍとする。ＴｉＯ２は４価のＴｉイオンとしてスピネル格子中のＦｅと置換して磁歪を低減できる。その効果を得るためには主成分に対し１００ｐｐｍ以上添加する。但し、添加量が多すぎると、飽和磁束密度が小さくなる。したがって本発明ではＴｉＯ２量を８０００ｐｐｍ以下とする。好ましい量は５００〜５０００ｐｐｍである。
本発明のフェライトコアは、副成分として、Ｃｏ量をＣｏＯ換算で５００〜４０００ｐｐｍとする。ＣｏＯは磁歪を抑制するのに有効であり、その効果を得るために主成分に対して５００ｐｐｍ以上添加する。但し、その添加量が多すぎると、飽和磁束密度が小さくなってしまう。したがって本発明では、ＣｏＯ量を４０００ｐｐｍ以下とする。好ましいＣｏＯ量は５００〜３０００ｐｐｍである。
また、Ｌｉ、Ｔｉ、Ｃｏは同時に添加することでその効果はさらに高まる。ＬｉやＣｏはスピネル結晶中のＢサイトに固溶することで磁歪抑制効果が得られる。しかし、これら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。しかし、Ｔｉを同時に添加することでＬｉやＣｏがＢサイトに固溶しやすくなり単体で添加するよりも大きい磁歪抑制効果を得ることができると考えられる。
本発明のフェライトコアは、上述した組成を適宜選択することにより１００℃における飽和磁束密度が３８０ｍＴ以上と高く、且つ、１００℃における飽和磁歪を低減し駆動時の音鳴きを抑えることができる。
本発明では次のように副成分を制限することでコア損失を抑えることができる。
本発明のフェライトコアは、副成分として、ＳｉＯ２を５０〜３００ｐｐｍ及びＣａＣＯ３を２００〜３０００ｐｐｍの範囲内で含むことができる。Ｓｉ及びＣａは、結晶粒界に偏析して高抵抗層を形成して低損失に寄与するとともに焼結助剤として焼結密度を向上する効果を有する。ＳｉがＳｉＯ２換算で５０ｐｐｍ未満、あるいはＣａがＣａＣＯ３換算で２００ｐｐｍ未満だと上記効果を十分に得ることができない。また、ＳｉがＳｉＯ２換算で３００ｐｐｍ、あるいはＣａがＣａＣＯ３換算で３０００ｐｐｍを超えると、異常粒成長によるコア損失の劣化が大きくなる。ＳｉＯ２は５０〜１５０ｐｐｍ及びＣａＣＯ３は５００〜２０００ｐｐｍとすることが好ましく、さらにＳｉＯ２は７５〜１２５ｐｐｍ及びＣａＣＯ３は８００〜１６００ｐｐｍとすることが好ましい。
本発明のフェライトコアは、副成分として、ＳｉＯ２を５０〜３００ｐｐｍ及びＣａＣＯ３を２００〜３０００ｐｐｍの範囲内で含むことができる。Ｓｉ及びＣａは、結晶粒界に偏析して高抵抗層を形成して低損失に寄与するとともに焼結助剤として焼結密度を向上する効果を有する。ＳｉがＳｉＯ２換算で５０ｐｐｍ未満、あるいはＣａがＣａＣＯ３換算で２００ｐｐｍ未満だと上記効果を十分に得ることができない。また、ＳｉがＳｉＯ２換算で３００ｐｐｍ、あるいはＣａがＣａＣＯ３換算で３０００ｐｐｍを超えると、異常粒成長によるコア損失の劣化が大きくなる。ＳｉＯ２は５０〜１５０ｐｐｍ及びＣａＣＯ３は５００〜２０００ｐｐｍとすることが好ましく、さらにＳｉＯ２は７５〜１２５ｐｐｍ及びＣａＣＯ３は８００〜１６００ｐｐｍとすることが好ましい。
本発明のフェライトコアは、副成分として、Ｎｂ２Ｏ５を５０〜７５０ｐｐｍ及びＴａ２Ｏ５を５０〜１５００ｐｐｍの範囲内で含むことができる。Ｎｂ及びＴａは粒界抵抗を高める働きがある成分である。ＮｂがＮｂ２Ｏ５換算で５０ｐｐｍ未満、あるいはＴａがＴａ２Ｏ５を換算で５０ｐｐｍ未満では改善効果がない。また、ＮｂがＮｂ２Ｏ５換算で７５０ｐｐｍを超え、あるいはＴａがＴａ２Ｏ５換算で１５００ｐｐｍを超えると異常粒成長によりコア損失が大きくなるため、Ｎｂ２Ｏ５を５０〜７５０ｐｐｍ及びＴａ２Ｏ５を５０〜１５００ｐｐｍの範囲に限定した。含有量が多くなると異常粒成長を起こすためＮｂ２Ｏ５を１００〜３００ｐｐｍ及びＴａ２Ｏ５を１００〜６００ｐｐｍの範囲で含有させるのが好ましい。
本発明のフェライトコアは、副成分として、Ｖ２Ｏ５を５０〜１０００ｐｐｍの範囲内で含むことができる。Ｖは粒界抵抗を高める働きがある成分である。ＶがＶ２Ｏ５を換算で５０ｐｐｍ未満では改善効果がない。また、ＶがＶ２Ｏ５換算で１０００ｐｐｍを超えると異常粒成長によりコア損失が大きくなるため、Ｖ２Ｏ５を５０〜１０００ｐｐｍの範囲に限定した。含有量が多くなると異常粒成長を起こすためＶ２Ｏ５を１００〜５００ｐｐｍの範囲で含有させるのが好ましい。
本発明のフェライトコアは、副成分として、ＳｎＯ２を５００〜１３０００ｐｐｍ含むことができる。ＳｎＯ２は、一部粒界に存在し焼結後の冷却過程で粒界再酸化を助長して損失を低下させる成分である。ＳｎＯ２は４価のイオンとしてスピネル格子の原子とも置換してボトム温度を低下させる働きもある。しかしながら、添加量が多すぎると異常粒成長を引き起こして損失が高くなるため、ＳｎＯ２は５００〜１３０００ｐｐｍ、の範囲で含有させる。好ましくは、ＳｎＯ２を１０００〜８０００ｐｐｍの範囲で含有させる。なお、これらの成分は必ずしも酸化物の形で添加する必要はなく、たとえば、炭酸塩の形で混合してもかまわない。
本発明のフェライトコアは、上述した組成を適宜選択することにより１００℃における損失を抑えることができる。
次に、本発明によ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は、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、Ｆｅ２Ｏ３粉末、Ｍｎ３Ｏ４粉末及びＺｎＯ粉末等を用いることができる。各原料粉末の平均粒径は０．１〜３μｍの範囲で適宜選択すればよい。主成分の原料粉末を湿式混合した後、仮焼きを行う。仮焼きの温度は８００〜１１００℃の範囲内での所定温度とすればよい。仮焼きの安定時間は０．５〜５時間の範囲で適宜選択すればよい。仮焼き後、仮焼き材を例えば、平均粒径０．５〜３μｍ程度まで粉砕する。なお、本発明では、上述の主成分の原料に限らず、２種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よい。例えば、塩化鉄、塩化マンガンを含有する水溶液を酸化培焼することによりＦｅ、Ｍｎを含む複合酸化物の粉末が得られる。この粉末とＺｎＯ粉末を混合して主成分原料としてもよい。このような場合には、仮焼きは不要である。
主成分の原料としては、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、Ｆｅ２Ｏ３粉末、Ｍｎ３Ｏ４粉末及びＺｎＯ粉末等を用いることができる。各原料粉末の平均粒径は０．１〜３μｍの範囲で適宜選択すればよい。主成分の原料粉末を湿式混合した後、仮焼きを行う。仮焼きの温度は８００〜１１００℃の範囲内での所定温度とすればよい。仮焼きの安定時間は０．５〜５時間の範囲で適宜選択すればよい。仮焼き後、仮焼き材を例えば、平均粒径０．５〜３μｍ程度まで粉砕する。なお、本発明では、上述の主成分の原料に限らず、２種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よい。例えば、塩化鉄、塩化マンガンを含有する水溶液を酸化培焼することによりＦｅ、Ｍｎを含む複合酸化物の粉末が得られる。この粉末とＺｎＯ粉末を混合して主成分原料としてもよい。このような場合には、仮焼きは不要である。
仮焼き後に副成分を添加する。仮焼き後の添加には、仮焼き材に副成分の原料を添加して上記粉砕を行ってもよいし、仮焼き材の粉砕後に副成分の原料を添加、混合することができる。ただし、Ｌｉ２ＣＯ３、ＴｉＯ２、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できる。
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こともできる。具体的には、Ｌｉ２ＣＯ３粉末、Ｃｏ３Ｏ４粉末、ＴｉＯ２粉末、ＳｉＯ２粉末、ＣａＣＯ３粉末、Ｎｂ２Ｏ５粉末、Ｔａ２Ｏ５粉末、ＳｎＯ２粉末等を用いることができる。
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こともできる。具体的には、Ｌｉ２ＣＯ３粉末、Ｃｏ３Ｏ４粉末、ＴｉＯ２粉末、ＳｉＯ２粉末、ＣａＣＯ３粉末、Ｎｂ２Ｏ５粉末、Ｔａ２Ｏ５粉末、ＳｎＯ２粉末等を用いることができる。
主成分及び副成分からなる混合粉末は、後の成型工程を円滑に実行するために顆粒に造粒される。造粒は例えばスプレードライヤを用いて行うことができる。混合粉末に適当な結合材、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、乾燥する。得られる顆粒の粒径は８０〜３００μｍ程度とすることが好ましい。
得られた顆粒は、例えば所定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、この成型体は焼成工程に供される。
焼成工程においては、焼成温度と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できるが、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、窒素と酸素の混合雰囲気において、酸素分圧を適宜調整すればよい。
焼成工程においては、焼成温度と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できるが、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、窒素と酸素の混合雰囲気において、酸素分圧を適宜調整すればよい。
焼成された本発明によるフェライトコアは、９３％以上、さらに好ましくは９５％以上の相対密度を得ることができる。
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。
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。
図１（ａ）は、本実施形態に係るＥ字型フェライトコア（磁心）を示す斜視図である。図１（ａ）に示すように、Ｅ字型のフェライトコア１０は、Ｅ型コアなどと呼ばれ、トランスなどに使用される。フェライトコア１０のようなＥ型コアが採用されたトランスとしては、図１（ｂ）に示すような、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。
図２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。
図２に示すスイッチング電源装置２００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２０１と、入力フィルタ２０１の出力を交流に変換するスイッチング回路２０２と、スイッチング回路２０２の出力を変圧するトランス２０３と、トランス２０３の出力を直流に変換する整流回路２０４と、整流回路の出力を平滑化する平滑回路２０５とを備えている。このような構成を有するスイッチング電源装置２００において、トランス２０３のコアとして本発明によるコアを用いれば、トランス２０３にて発生する音鳴きを抑制できることから、スイッチング電源装置２００の騒音問題を解決することができる。
図２に示したスイッチング電源装置２００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。
図３は、スイッチング電源装置２００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。
図３に示すように、スイッチング電源装置２００を自動車用に用いた場合、スイッチング電源装置２００は、高圧バッテリー２１０と電気機器２２０及び低圧バッテリー２３０との間に設けられ、高圧バッテリー２１０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２２０に供給するとともに、低圧バッテリー２３０を充電する役割を果たす。電気機器２２０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。
高圧バッテリー２１０への充電は、発電装置２４０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２１０の出力はモータ２５０にも供給され、モータ２５０は、高圧バッテリー２１０より供給される高電圧（約１４４Ｖや約２８８Ｖ）に基づいて駆動系２６０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２４０となり、ハイブリッド車においてはモータ２５０が発電装置２４０を兼ねることになる。
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。
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
主成分の原料としてＦｅ２Ｏ３粉末、Ｍｎ３Ｏ４粉末及びＺｎＯ粉末、副成分の原料としてＬｉ２ＣＯ３粉末、ＴｉＯ２粉末、Ｃｏ３Ｏ４粉末、ＳｉＯ２粉末、ＣａＣＯ３粉末、Ｎｂ２Ｏ５粉末、Ｖ２Ｏ５粉末、Ｔａ２Ｏ５粉末及びＳｎＯ２粉末を用いた。主成分の組成、副成分の組成を表１〜３に示す。また、表１、２は表に示した材料の他にＳｉＯ２を１００ｐｐｍ、ＣａＣＯ３を１０００ｐｐｍ、Ｎｂ２Ｏ５を２００ｐｐｍを添加した。これらの粉末を湿式混合した後、大気中、９００℃で３時間仮焼きした。
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、温度１３００℃（安定部５時間、安定部酸素分圧２％）で焼成することにより、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）及びＥ字型形状のフェライトコア（長さ４０ｍｍ、高さ１５ｍｍ、幅５ｍｍ）を得た。
主成分の原料としてＦｅ２Ｏ３粉末、Ｍｎ３Ｏ４粉末及びＺｎＯ粉末、副成分の原料としてＬｉ２ＣＯ３粉末、ＴｉＯ２粉末、Ｃｏ３Ｏ４粉末、ＳｉＯ２粉末、ＣａＣＯ３粉末、Ｎｂ２Ｏ５粉末、Ｖ２Ｏ５粉末、Ｔａ２Ｏ５粉末及びＳｎＯ２粉末を用いた。主成分の組成、副成分の組成を表１〜３に示す。また、表１、２は表に示した材料の他にＳｉＯ２を１００ｐｐｍ、ＣａＣＯ３を１０００ｐｐｍ、Ｎｂ２Ｏ５を２００ｐｐｍを添加した。これらの粉末を湿式混合した後、大気中、９００℃で３時間仮焼きした。
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、温度１３００℃（安定部５時間、安定部酸素分圧２％）で焼成することにより、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）及びＥ字型形状のフェライトコア（長さ４０ｍｍ、高さ１５ｍｍ、幅５ｍｍ）を得た。
次に本発明の測定方法について説明する。
１００℃における磁歪の測定は共和電業製の歪ゲージ（ＫＦＧ：汎用箔ひずみゲージ）を用いて行った。Ｉ型のフェライトコアの中心部側面に歪ゲージを貼り付けた。Ｉコアを励磁して歪量が変化しなくなった時点における歪量の変化率の絶対値を飽和磁歪λｓとした。なお、以下ではＩコアを励磁して歪量が変化しなくなった時点における歪量の変化率の絶対値を飽和磁歪またはλｓと表記する。
１００℃における磁歪の測定は共和電業製の歪ゲージ（ＫＦＧ：汎用箔ひずみゲージ）を用いて行った。Ｉ型のフェライトコアの中心部側面に歪ゲージを貼り付けた。Ｉコアを励磁して歪量が変化しなくなった時点における歪量の変化率の絶対値を飽和磁歪λｓとした。なお、以下ではＩコアを励磁して歪量が変化しなくなった時点における歪量の変化率の絶対値を飽和磁歪またはλｓと表記する。
１００℃における音鳴きはＥ型コア各組成を簡易無響箱内に設置して行った。測定はコアと騒音計のマイク先端部を３０ｍｍ離れた位置に設置して行った。音圧レベルは小野測器製の騒音計（ＬＡ−５５７０）を用いて測定した。データはＡ特性変換後のオーバーオール値（ＯＡ値）を示す。Ａ特性は、人間の聴感に基づいた音圧レベルを表す量として周波数の重みをつけた値である。ＯＡ値は、周波数分析された各音圧レベルの合計である。ＯＡ値は一般的に使用するうえで適切な値である４５ｄB以下とした。
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、励磁磁界１１９４Ａ／ｍの条件下で測定した。飽和磁束密度Ｂｓは電源用トランスに使用するのに必要な３８０ｍT以上とした。
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ＩＷＡＴＳＵ製ＢＨアナライザー（ＳＹ−８２１７）により測定した。
以上の測定結果より、以下のことが判る。
表中の「−」はその材料を添加していないことを示している。
表中の「−」はその材料を添加していないことを示している。
（表１）
Ｆｅ２Ｏ３量が５１．５ｍｏｌ％未満（比較例１、２参照）だと１００℃における飽和磁束密度Ｂｓ（以下、１００℃における、は省略）が３８０ｍＴより小さくなってしまう。また、Ｆｅ２Ｏ３量が５４．５ｍｏｌ％を超える（比較例７、８参照）と飽和磁歪が１．５×１０−６より大きくなりＯＡ値が４５ｄＢより大きくなってしまう。
また、ＺｎＯ量が６．５ｍｏｌ％未満（比較例３、５参照）では飽和磁歪が１．５×１０−６より大きくなってしまいＯＡ値が４５ｄＢより大きくなってしまう。また、ＺｎＯ量が１２．５ｍｏｌ％を超える（比較例４、６参照）と飽和磁歪は小さくなるが飽和磁束密度Ｂｓが３８０ｍＴより小さくなってしまう。
Ｆｅ２Ｏ３量が５１．５ｍｏｌ％未満（比較例１、２参照）だと１００℃における飽和磁束密度Ｂｓ（以下、１００℃における、は省略）が３８０ｍＴより小さくなってしまう。また、Ｆｅ２Ｏ３量が５４．５ｍｏｌ％を超える（比較例７、８参照）と飽和磁歪が１．５×１０−６より大きくなりＯＡ値が４５ｄＢより大きくなってしまう。
また、ＺｎＯ量が６．５ｍｏｌ％未満（比較例３、５参照）では飽和磁歪が１．５×１０−６より大きくなってしまいＯＡ値が４５ｄＢより大きくなってしまう。また、ＺｎＯ量が１２．５ｍｏｌ％を超える（比較例４、６参照）と飽和磁歪は小さくなるが飽和磁束密度Ｂｓが３８０ｍＴより小さくなってしまう。
（表２）
副成分であるＬｉ２ＣＯ３の量が５０ｐｐｍより少ない（比較例９参照）と飽和磁歪が大きくなってしまいＯＡ値が４５ｄＢより大きくなってしまう。また、Ｌｉ２ＣＯ３量が４０００ｐｐｍを超える（比較例１０参照）と飽和磁歪は小さくなるが飽和磁束密度Ｂｓが３８０ｍＴより小さくなってしまう。
副成分であるＴｉＯ２の量が１００ｐｐｍより少ない（比較例１１参照）と飽和磁歪が１．５×１０−６より大きくなってしまい、ＯＡ値も４５ｄＢより大きくなってしまう。また、ＴｉＯ２量が８０００ｐｐｍを超える（比較例１２参照）と磁歪は小さくなるが飽和磁束密度Ｂｓが３８０ｍＴより小さくなってしまう。
副成分であるＣｏＯの量が５００ｐｐｍより少ない（比較例１３参照）と飽和磁歪が１．５×１０−６より大きくなってしまいＯＡ値が４５ｄＢより大きくなってしまう。また、ＣｏＯ量が４０００ｐｐｍを超える（比較例１４参照）と飽和磁束密度Ｂｓが３８０ｍＴより小さくなってしまう。
副成分であるＬｉ２ＣＯ３の量が５０ｐｐｍより少ない（比較例９参照）と飽和磁歪が大きくなってしまいＯＡ値が４５ｄＢより大きくなってしまう。また、Ｌｉ２ＣＯ３量が４０００ｐｐｍを超える（比較例１０参照）と飽和磁歪は小さくなるが飽和磁束密度Ｂｓが３８０ｍＴより小さくなってしまう。
副成分であるＴｉＯ２の量が１００ｐｐｍより少ない（比較例１１参照）と飽和磁歪が１．５×１０−６より大きくなってしまい、ＯＡ値も４５ｄＢより大きくなってしまう。また、ＴｉＯ２量が８０００ｐｐｍを超える（比較例１２参照）と磁歪は小さくなるが飽和磁束密度Ｂｓが３８０ｍＴより小さくなってしまう。
副成分であるＣｏＯの量が５００ｐｐｍより少ない（比較例１３参照）と飽和磁歪が１．５×１０−６より大きくなってしまいＯＡ値が４５ｄＢより大きくなってしまう。また、ＣｏＯ量が４０００ｐｐｍを超える（比較例１４参照）と飽和磁束密度Ｂｓが３８０ｍＴより小さくなってしまう。
以上に対して、Ｆｅ２Ｏ３量が５１．５〜５４．５ｍｏｌ％、ＺｎＯ量が６．５〜１２．５ｍｏｌ％、残部ＭｎＯの主成分に対して、副成分としてＬｉ２ＣＯ３量を５０〜４０００ｐｐｍ、ＴｉＯ２量を１００〜８０００ｐｐｍ及びＣｏＯを５００〜４０００ｐｐｍを含む場合に、１００℃における飽和磁歪が１．５×１０−６以下、ＯＡ値が４５ｄＢ以下、飽和磁束密度Ｂｓが３８０ｍＴ以上という特性を得ることができる。
（表３）
他の副成分については以下の通りである。
ＳｉＯ２及びＣａＣＯ３は、前述の通り、結晶粒界に偏析して高抵抗層を形成して低損失に寄与するとともに焼結助剤として焼結密度を向上する効果を有するが、表３に示すように、コア損失Ｐｃｖに影響を及ぼす。つまり、ＳｉＯ２及びＣａＣＯ３を添加することにより、コア損失Ｐｃｖを低減することができるが、表３に示すように、添加しすぎるとコア損失が悪くなる（実施例２０〜２７参照）。そこで、ＳｉＯ２及びＣａＣＯ３を添加する場合には、ＳｉＯ２を５０〜３００ｐｐｍ、ＣａＣＯ３を２００〜３０００ｐｐｍとする。
また、Ｎｂ２Ｏ５及びＴａ２Ｏ５を添加することにより、コア損失Ｐｃｖを低減することができる（実施例２８〜３０、３２及び３３、参考例３１及び３４参照）。しかし、ＳｉＯ２及びＣａＣＯ３の場合と同様に添加しすぎるとコア損失が悪くなるので、最適な添加量の範囲はＮｂ２Ｏ５を５０〜７５０ｐｐｍ以下、Ｔａ２Ｏ５を５０〜１５００ｐｐｍ以下とする。
また、Ｖ２Ｏ５を添加することにより、コア損失Ｐｃｖを低減することができる（実施例３５〜３７参照）。しかし、ＳｉＯ２及びＣａＣＯ３の場合と同様に添加しすぎるとコア損失が悪くなるので、最適な添加量の範囲はＶ２Ｏ５を５０〜１０００ｐｐｍ以下とする。
また、ＳｎＯ２を添加することにより、コア損失Ｐｃｖを低減することができる（実施例３８〜４０参照）。しかし、ＳｉＯ２をＣａＣＯ３の場合と同様に添加しすぎるとコア損失が悪くなるので、最適な添加量の範囲はＳｎＯ２を５００〜１３０００ｐｐｍ以下とする。
他の副成分については以下の通りである。
ＳｉＯ２及びＣａＣＯ３は、前述の通り、結晶粒界に偏析して高抵抗層を形成して低損失に寄与するとともに焼結助剤として焼結密度を向上する効果を有するが、表３に示すように、コア損失Ｐｃｖに影響を及ぼす。つまり、ＳｉＯ２及びＣａＣＯ３を添加することにより、コア損失Ｐｃｖを低減することができるが、表３に示すように、添加しすぎるとコア損失が悪くなる（実施例２０〜２７参照）。そこで、ＳｉＯ２及びＣａＣＯ３を添加する場合には、ＳｉＯ２を５０〜３００ｐｐｍ、ＣａＣＯ３を２００〜３０００ｐｐｍとする。
また、Ｎｂ２Ｏ５及びＴａ２Ｏ５を添加することにより、コア損失Ｐｃｖを低減することができる（実施例２８〜３０、３２及び３３、参考例３１及び３４参照）。しかし、ＳｉＯ２及びＣａＣＯ３の場合と同様に添加しすぎるとコア損失が悪くなるので、最適な添加量の範囲はＮｂ２Ｏ５を５０〜７５０ｐｐｍ以下、Ｔａ２Ｏ５を５０〜１５００ｐｐｍ以下とする。
また、Ｖ２Ｏ５を添加することにより、コア損失Ｐｃｖを低減することができる（実施例３５〜３７参照）。しかし、ＳｉＯ２及びＣａＣＯ３の場合と同様に添加しすぎるとコア損失が悪くなるので、最適な添加量の範囲はＶ２Ｏ５を５０〜１０００ｐｐｍ以下とする。
また、ＳｎＯ２を添加することにより、コア損失Ｐｃｖを低減することができる（実施例３８〜４０参照）。しかし、ＳｉＯ２をＣａＣＯ３の場合と同様に添加しすぎるとコア損失が悪くなるので、最適な添加量の範囲はＳｎＯ２を５００〜１３０００ｐｐｍ以下とする。
以上のように、本発明に係るフェライトコアは１００℃近傍における飽和磁歪を低減することで駆動時のコアの音鳴きを十分に抑制でき、且つ、飽和磁束密度を高くすることができる。
１０フェライトコア（磁心）
１１（中脚部）
１２（コイル）
２００スイッチング電源
１１（中脚部）
１２（コイル）
２００スイッチング電源
Claims (4)
- 酸化鉄をＦｅ２Ｏ３換算で５１．５〜５４．５ｍｏｌ％、酸化亜鉛をＺｎＯ換算で６．５〜１２．５ｍｏｌ％、残部が酸化マンガンである主成分を含むＭｎＺｎ系フェライトであって、
前記主成分に対して、Ｌｉ２ＣＯ３換算で５０〜４０００ｐｐｍのＬｉ、ＴｉＯ２換算で１００〜８０００ｐｐｍのＴｉ、及びＣｏＯ換算で５００〜４０００ｐｐｍのＣｏを含み、
前記主成分に対して、さらにＮｂ ２ Ｏ ５ 換算で５０〜７５０ｐｐｍのＮｂ、Ｔａ ２ Ｏ ５ 換算で５０〜１５００ｐｐｍのＴａ、Ｖ ２ Ｏ ５ 換算で５０〜１０００ｐｐｍのＶ、及びＳｎＯ ２ 換算で５００〜１３０００ｐｐｍのＳｎを１種又は２種以上含むことを特徴とする、フェライトコア。 - 前記主成分に対して、さらにＳｉをＳｉＯ２換算で５０〜３００ｐｐｍ及びＣａをＣａＣＯ３換算で２００〜３０００ｐｐｍ含むことを特徴とする、請求項１に記載のフェライトコア。
- 請求項１又は２に記載のフェライトコアを用いて構成される電子部品。
- 請求項３に記載の電子部品を備える電源装置。
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