JPH05238817A - 低損失フェライト及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 Ｍｎ−Ｚｎフェライトの更なる低損失化を図
り、高周波対応、高磁束密度対応トランス用材料として
好適な低損失フェライトを提供する。 【構成】 Ｆｅ₂ Ｏ₃ 、ＺｎＯ、ＭｎＯを主成分とする
フェライトの密度を、焼成炉で本焼結した状態で４．９
×１０³ ｋｇ／ｍ³ 以上とする。また、本焼結工程にお
いて、バインダー分解温度から最高到達温度（本焼結温
度）に至るまでの昇温時の酸素分圧を１％以下とし、得
られるＭｎ−Ｚｎフェライトの密度を前記範囲とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スイッチング電源のト
ランスやテレビジョン受像機のフライバックトランス等
に用いられる低損失フェライトに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、スイッチング電源やテレビジョン
受像機等においては、スイッチング周波数として１０〜
１００ｋＨｚ程度、最大磁束密度として２００ｍＴ以下
程度が想定されており、これに対応する低損失フェライ
トとしてＭｎ−Ｚｎ系フェライトが多用されている。

【０００３】前記Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトは、酸化鉄
（Ｆｅ₂ Ｏ₃ ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）及び酸化マンガン
（ＭｎＯ）を主たる出発原料とし、これら出発原料を混
合、仮焼成、粉砕・造粒、プレス成形、本焼結すること
により製造されるものであり、高周波用磁心として優れ
た特性を発揮する。

【０００４】ところで、上記低損失フェライトの製造に
際しては、安価な市場価格に対応すべく、一度に大量に
処理できる連続焼成炉で本焼結を行うのが一般的であ
る。そして、前記連続焼成炉はオープン型の炉であり、
また仮焼成後の造粒・成形工程で添加されたバインダー
（一般的にはポリビニルアルコール）の分解を促進する
ためにある程度の酸素分圧が必要であることから、通常
は本焼結工程の昇温部の酸素分圧を１０％以上としてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ように本焼結工程の昇温部の酸素分圧を１０％以上とし
て作製された低損失フェライトは、密度が小さく、スイ
ッチング周波数が１００ｋＨｚ以上あるいは最大磁束密
度が２００ｍＴ以上にもなるトランスにそのまま使用す
ると、低損失化が不十分で、発熱や効率の点で問題が生
ずることが判明した。

【０００６】近年、スイッチング電源やテレビジョン受
像機の内部回路等を小型化、軽量化するため、あるいは
高品位化（ＨＤＴＶ化）のために、スイッチング周波数
１００ｋＨｚ以上の高周波域で使用したり、最大磁束密
度２００ｍＴ以上で使用する傾向にあり、前記問題はこ
れら小型化、軽量化、高品位化を図る上で大きな障害と
なる。

【０００７】フェライトの高密度化技術としては、熱間
静水圧プレス（いわゆるＨＩＰ）処理が知られている
が、トランス材料は安価であることが要求されており、
かかる技術を工業的に用いることは非常に困難である。
そこで本発明は、かかる実情に鑑みて提案されたもので
あって、安価に製造することができ、しかも優れた低損
失特性を有する低損失フェライト及びその製造方法を提
供することを目的とする。

【０００８】さらに本発明は、高周波化、高磁束密度化
に対応し得る低損失フェライト及びその製造方法を提供
し、スイッチング電源やテレビジョン受像機の内部回路
等の小型化、軽量化を図ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上述の目
的を達成すべく長期に亘り鋭意研究を重ねた。その結
果、本焼結工程での酸素分圧のコントロールが重要で、
特にバインダー分解後の酸素分圧が得られる低損失フェ
ライトの密度や特性に大きく影響を与えるとの知見を得
るに至った。

【００１０】本発明は、かかる知見に基づいて完成され
たものであって、酸化鉄、酸化亜鉛及び酸化マンガンを
主成分とする低損失フェライトにおいて、焼成炉により
本焼結した状態での密度が４．９×１０³ ｋｇ／ｍ³ 以
上であることを特徴とするものである。

【００１１】さらに本発明は、酸化鉄、酸化亜鉛及び酸
化マンガンを主体とする出発原料を仮焼成した後、バイ
ンダーを添加して成形し本焼結するに際し、前記バイン
ダー分解温度から最高到達温度に至るまでの昇温時の酸
素分圧を１％以下とすることを特徴とするものである。

【００１２】本発明の低損失フェライトは、Ｆｅ
₂ Ｏ₃ 、ＺｎＯ、ＭｎＯを主たる出発原料とし、通常の
多結晶焼結フェライトの製造プロセスに従って製造され
るものである。すなわち、前記各出発原料を秤量，混合
し、熱処理（いわゆる仮焼成）を行った後、粉砕する。
しかる後、適当な大きさに造粒し、プレス等の手法によ
って任意の形状に成形した後、再び熱処理（本焼結）を
行う。

【００１３】本焼結工程においては、成形のために添加
されたバインダーを分解し脱バインダー化を図るために
バインダー分解温度まで昇温した後、昇温操作を経て本
焼結温度（最高到達温度。１２５０℃〜１３５０℃が好
ましい。）へと至る。そして、前記バインダー分解温度
に至るまではある程度の酸素分圧が必要で、従来、その
後の昇温操作時、さらには本焼結温度に至るまで、前記
酸素分圧を変更することはない。

【００１４】しかしながら、バインダー分解後の昇温時
の酸素分圧を大きくすると、フェライト内部に空孔が多
く残り密度が低下することから、本発明ではバインダー
分解温度から最高到達温度（本焼結温度）に至る昇温時
の酸素分圧を１％以下に抑えることとする。これによ
り、例えばＨＩＰ処理等を施さなくとも、密度が高く損
失の少ないＭｎ−Ｚｎフェライトを得ることができる。

【００１５】前述のように、本発明においては、バイン
ダー分解温度以上となったときに酸素分圧を制御して１
％以下とするが、ここでバインダー分解温度は、バイン
ダーの種類によって異なる。そこで、前記バインダー分
解温度は、熱重量分析法（ＴＧＡ法）によって測定され
る値とする。すなわち、バインダー単体で見たときに
は、バインダーに熱を加え、そのときの重量変化を見
て、重量が零になったときの温度がバインダー分解温度
である。

【００１６】しかしながら、実際にはフェライト粉末の
中にバインダーを混ぜて用いることから、バインダーを
添加したフェライト粉末に熱を加え、そのときの重量変
化を見る必要がある。この場合は、重量変化が見られな
くなった（重量が減らなくなった）温度がバインダー分
解温度ということになる。

【００１７】ただし、熱重量分析法では、加熱速度、酸
素分圧、試料の充填状態、バインダーの分子量等により
値に影響が生ずるので注意を要する。そこで、例えばバ
インダーがポリビニルアルコールの場合、単体で見たと
きには５００℃よりも低い温度で分解が終了しており、
実際の試料でも６００℃よりも低い温度で分解が終了し
ていると考えられるので、ここでは６００℃をポリビニ
ルアルコールのバインダー分解温度とする。

【００１８】また、製造に際しては、主成分であるＦｅ
₂ Ｏ₃ 、ＺｎＯ、ＭｎＯの組成範囲は軟磁気特性を有す
る組成に限定され、例えばＦｅ₂ Ｏ₃ ５０〜６０モル
％、ＺｎＯ５〜１５モル％、残部ＭｎＯとされる。特
に、ＺｎＯに関して言えば、大振幅励磁されるため高飽
和磁束密度が望まれることから、５〜１５モル％とする
ことが好ましい。

【００１９】出発原料は、例えばＦｅ₂ Ｏ₃ の場合、塩
化鉄系、硫酸鉄系等、如何なるものであってもよいが、
価格や諸特性等の観点からは塩化鉄を経て合成される塩
化鉄系の酸化鉄（α−Ｆｅ₂ Ｏ₃ ）が好ましい。ただ
し、塩化鉄系の酸化鉄は、塩素イオンを多量に含有して
おり、この塩素イオンが得られるフェライトの密度を低
下する原因となるので、塩素イオン含有量を１０００ｐ
ｐｍ以下として出発原料に使用するのが好ましい。

【００２０】また、前記主成分の他、必要に応じて副成
分を添加することも任意である。添加する副成分の種類
も任意であり、例えば、ＣａＯ、ＳｉＯ₂ 、ＺｒＯ₂ 、
ＳｎＯ₂ 、ＴｉＯ₂ 、Ｔａ₂ Ｏ₅ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、Ｇａ₂
Ｏ₃ 、Ｉｎ₂ Ｏ₃ 等が挙げられる。

【００２１】

【作用】密度の低いフェライトにおいては、フェライト
内部の空孔が多く、この空孔が飽和磁束密度Ｂｓを低下
させ、またこれら空孔により磁壁がピンニングされるた
め、透磁率μの低下や保磁力Ｈｃの増大を招く。さらに
は、ある磁束密度で励磁したときに、磁性体の磁束密度
は密度が低いほど高くなるため、損失特性が劣化するも
のと考えられる。

【００２２】本発明においては、焼成炉により本焼結し
た状態での密度を４．９×１０³ ｋｇ／ｍ³ 以上と高い
ものとしているので、諸特性が向上されるとともに損失
が低減される。

【００２３】また、本発明においては、昇温部での酸素
分圧を低いレベル（１％以下）にコントロールすること
で、得られるフェライトの密度を高めているが、このよ
うに昇温部での酸素分圧を下げることにより密度が高く
なる理由については、その詳細は不明である。

【００２４】

【実施例】以下、本発明を適用した実施例について、具
体的な実験結果をもとに詳細に説明する。

【００２５】先ず、Ｆｅ₂ Ｏ₃ （５３．０モル％）、Ｚ
ｎＯ（１０．０モル％）、ＭｎＯ（３７．０モル％）を
主成分とし、副成分としてＳｉＯ₂ （０．０２モル
％）、ＣａＯ（０．１５モル％）、ＺｒＯ₂ （０．０５
モル％）、ＴｉＯ₂ （０．１モル％）を添加し、これら
出発原料を前記比率になるように秤量した後、ボールミ
ルを用いて１２時間混合した。

【００２６】次に、これを空気中、１０００℃で３時
間、仮焼成した。これは、主に混合原料粒子間の固体反
応過程である。しかる後、ボールミルにて１２時間粉砕
し、ポリビニルアルコールを添加して造粒した。

【００２７】次いで、これを１２０ＭＰａの圧力下で外
径３０ｍｍ、内径２０ｍｍ、厚さ５ｍｍにプレス成形し
た後、表１に示すように昇温部の酸素分圧を変えて昇温
し、さらに酸素分圧３％の雰囲気下、１２８０℃で４時
間焼成（本焼結）して密度の異なる低損失Ｍｎ−Ｚｎフ
ェライトを得た。

【００２８】

【表１】

【００２９】得られた各Ｍｎ−Ｚｎフェライトについ
て、密度ｄを測定し、さらに９０℃、最大磁束密度２０
０ｍＴ、周波数１００ｋＨｚでの損失Ｐｃ及び室温での
交流初透磁率μ_iac 、飽和磁束密度Ｂｓを測定した。結
果を表２に示す。

【００３０】

【表２】

【００３１】なお、密度及び磁気特性の測定方法は次の
通りである。 密度ｄ ：ＪＩＳ Ｃ２５６１ フェライト
磁心の材質性能試験方法７．８見掛密度の項において規
定される方法のうち、７．８．１液中でひょう量する方
法に準じて測定した。 損失Ｐｃ ：電子材料工業会標準規格 パワー
用フェライト磁心の試験方法（ＥＭＡＳ−５００３）
「２．１コアロスの測定」において規定される波形記憶
装置法に準じて測定した。

【００３２】飽和磁束密度Ｂｓ ：電子材料工業会標準
規格 パワー用フェライト磁心の試験方法（ＥＭＡＳ−
５００３）「２．４直流Ｂ−Ｈ特性の測定」において規
定される自記磁束計法」（ＪＩＳ Ｃ２５６１参照）に
より測定した。印加磁界は８００Ａ／ｍ（＝１０Ｏｅ）
である。

【００３３】交流初透磁率μ_iac ：ＪＩＳ Ｃ２５６１
フェライト磁心の材質性能試験方法７．２．１交流初
透磁率の項において規定される巻線式測定法に準じて測
定した。測定はベクトルインピーダンスメータを用いて
行い、測定周波数は１００ｋＨｚ、交流磁界の強さは
０．２Ａ／ｍである。

【００３４】前記表２より、密度を高くして行くにつれ
損失Ｐｃが改善されて行くのがわかる。特に密度が４．
９５×１０³ ｋｇ／ｍ³ の試料１（実施例に相当）で
は、密度が４．７５×１０³ ｋｇ／ｍ³ の試料５（比較
例に相当）に比べ、約１５％損失が小さくなっている。
また、表１と表２より、昇温部の酸素分圧を下げるのに
伴って密度が上がり、得られるフェライトの密度が４．
９×１０³ ｋｇ／ｍ³ 以上になるのは、昇温時の酸素分
圧が１％以下のときであることがわかる。

【００３５】なお、その他の特性についても、密度を挙
げることで改善されている。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明の低損失フェライトにおいては、本焼結した状態での
密度を高いものとしているので、スイッチング電源のト
ランスやテレビジョン受像機のフライバックトランス用
材料として求められる諸特性を満足せしめるとともに、
更なる低損失化を図ることが可能である。

【００３７】したがって、本発明の低損失フェライト
を、高周波対応、高磁束密度対応トランス用材料として
使用することにより、スイッチング電源やテレビジョン
受像機の内部回路の小型化、軽量化を図ることが可能で
ある。また、その優れた低損失特性により、いわゆるＨ
ＤＴＶのフライバックトランス用材料として使用するこ
とも可能である。

【００３８】さらに、本発明の製造方法によれば、いわ
ゆるＨＩＰ処理等を施さなくとも密度の高い低損失フェ
ライトを得ることができ、高性能の低損失フェライトを
安価に提供することが可能である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸化鉄、酸化亜鉛及び酸化マンガンを主
   成分とする低損失フェライトにおいて、 焼成炉により本焼結した状態での密度が４．９×１０³
   ｋｇ／ｍ³ 以上であることを特徴とする低損失フェライ
   ト。
2. 【請求項２】 酸化鉄、酸化亜鉛及び酸化マンガンを主
   体とする出発原料を仮焼成した後、バインダーを添加し
   て成形し本焼結するに際し、 前記バインダー分解温度から最高到達温度に至るまでの
   昇温時の酸素分圧を１％以下とすることを特徴とする低
   損失フェライトの製造方法。