JPH0544806B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 技術分野 本発明は、特に10〜100KHz程度の高周波数に
て動作する電源トランスとして、電力損失の少な
い高周波電源トランス用磁芯に関する。 先行技術とその問題点 マンガン−亜鉛系フエライトは、各種通信機
器、民生用機器などのコイル、トランス材料とし
て多用されているが、最近、周波数の高い電源が
使用される傾向があり、その目的にあうトランス
材料としての性能が要求されるようになつてきて
いる。 特にビデオデツキや各種OA機器等において
は、50KHz〜100KHzの高周波域にて数10Wの電
力で使用するモータードライブ用、信号造巾用、
発信用等の安定な多種類の電圧を供給するトラン
ス材料が必要である。 トランス材料としてのマンガン−亜鉛系フエラ
イトに要求される性質の１つに高透磁率であるこ
とがあげられる。 しかしながら、これまでのマンガン−亜鉛系の
高透磁率フエライトは10〜100KHz程度の高周波
域では電力損失が大きく、損失の面で改善を要求
されている。 ところで、マンガン−亜鉛系フエライト材料に
カリウムまたはナトリウムを添加することによつ
て、通常のトランス・コイル材料の電力損失を小
さくできることが知られている（特公昭53−
28633号）。 この場合、カリウムの添加量はＫ換算で0.03wt
％である。 しかし、上記の10〜100KHz程度の動作周波数
では、電力損失が大きく実用上不十分である。 発明の目的 本発明はこのような実状に鑑みなされたもので
あつて、その主たる目的は、低損失の新規なマン
ガン−亜鉛系フエライト磁性材料を用いた高周波
電源トランス用磁芯を提供することにある。 このような目的は、以下の発明によつて達成で
きる。 すなわち第１の発明は、 酸化カルシウムと、酸化ケイ素と、酸化ニオブ
と、酸化カリウムと、酸化ナトリウムとを含有す
るマンガン−亜鉛系フエライト材料からなること
を特徴とする高周波電源トランス用磁芯である。 また第２の発明は、 酸化カルシウムと、酸化ケイ素と、酸化ニオブ
と、酸化インジウムおよび／または酸化ビスマス
と、酸化カリウムと、酸化ナトリウムとを含有す
るマンガン−亜鉛系フエライト材料からなること
を特徴とする高周波電源トランス用磁芯である。 発明の具体的構成 以下、本発明の具体的構成について詳細に説明
する。 本発明におけるマンガン−亜鉛系フエライト磁
性材料は、酸化鉄、酸化マンガンおよび酸化亜鉛
を主成分とする。 そして、これらの主成分は、それぞれ、Fe₂O₃
換算52〜54モル％、MnO換算28〜33モル％、
ZnO換算13〜20モル％とされる。 この範囲外では、キユリー点が100℃以下とな
るか、あるいは高周波でのμaが低下してしまう。 この場合、酸化鉄はFe₂O₃換算で、52.5〜53.5
モル％、酸化マンガンはMnO換算で、29〜31.5
モル％、酸化亜鉛はZnO換算で、15〜18モル％で
あると、より一層好ましい。 そして、本発明の磁性材料中には、このような
主成分に対し、酸化カルシウムと、酸化ケイ素
と、酸化ニオブと、酸化ナトリウムと、酸化カリ
ウムと、必要に応じ酸化インジウムおよび／また
は酸化ビスマスとが含有される。 この場合、酸化カルシウム、酸化ケイ素、酸化
ニオブ、酸化カリウム＋酸化ナトリウムの各成分
の含有量は、それぞれ、CaCO₃換算にて、0.03〜
0.2wt％、SiO₂換算にて、0.001〜0.05wt％、
Nb₂O₅換算にて、0.001〜0.1wt％、Na₂CO₃およ
びK₂CO₃換算にて、0.3wt％以下である。 また、必要に応じ含有される酸化インジウムお
よび／または酸化ビスマスは、0.001〜0.1wt％の
含有量とされる。 本発明のフエライトにおいて、酸化カルシウム
は、高周波域での損失を低減する成分であるが、
0.03wt％未満となるとその実効がなくなり、また
0.2wt％をこえると透磁率が減少してしまう。 この場合、酸化カルシウム含有量が0.04〜
0.08wt％となると、より一層好ましい結果をう
る。 酸化ケイ素も高周波域での損失を低減する成分
であるが、0.001wt％未満となるとその実効がな
くなり、また0.05wt％をこえると損失が上昇して
しまう。 この場合、酸化ケイ素含有量が0.008〜0.025wt
％となると、より一層好ましい結果をうる。 酸化ニオブもやはり高周波域での損失を低減す
る成分であるが、0.001wt％未満となるとその実
効がなくなり、また0.10wt％をこえると損失が上
昇してしまう。 この場合、酸化ニオブ含有量が0.01〜0.04wt％
となると、より一層好ましい結果をうる。 また、酸化ビスマスは透磁率を上昇させる成分
である。 そして、上記の含有量にて、酸化ビスマスを含
有させることにより、透磁率が向上するものであ
るが、0.001wt％未満となるとその実効がなくな
り、また0.10wt％をこえると透磁率が減少してし
まう。 この場合、酸化ビスマス含有量が0.01〜0.08wt
％となると、より一層好ましい結果をうる。 さらに、酸化インジウムも、透磁率を向上させ
るものであるが、その含有量は0.10wt％以下、特
に0.001〜0.10wt％、より好ましくは0.01〜0.05wt
％である。 これら酸化インジウムと酸化ビスマスとは、そ
れぞれ単独に添加してもよく、あるいは両者とも
に添加してもよい。 両者をともに添加する場合、総量は0.001〜
0.10wt％である。 さらに、酸化カリウムおよび酸化ナトリウム
は、やはり損失低減効果をもつものである。 この場合、酸化カリウムと酸化ナトリウムとの
含有量の合計は、K₂CO₃およびNa₂CO₃換算で
0.24wt％以下、特に0.03〜0.24wt％である。 0.24wt％より大、あるいは0.03wt％より小では
損失が増大する。 そして、両者の合計が0.05〜0.17wt％となると
より好ましい結果をうる。 なお、酸化カリウムと酸化ナトリウムとの含有
比は任意であつてよい。 酸化カリウムと酸化ナトリウムとを含有させる
には、K₂CO₃、Na₂CO₃を添加することになる
が、これにより、異常粒の成長が抑制され、粒子
径が整えられる。そして、粒子径が揃うことによ
り、磁気特性が向上し、特に残留磁束密度が低下
し、保磁力が低下し、ヒステリシス損が低下す
る。このため電力損失は低減するものである。 本発明のフエライト材料では、50℃、正弦波
25KHz、2000Gにおいて、70ｍＷ／cm³以下、特に
60ｍＷ／cm³にも及ぶ低い電力損失が得られる。 このようなフエライト材料から形成される電源
トランス用の磁芯は、10〜100KHzの周波数で動
作するものであつて、その電力は、10〜100W程
度とされる。 そして、その形状、寸法等は公知のものとされ
る。本発明のフエライト材料からなる磁芯は、常
法に従い製造される。 すなわち、まず、マンガン−亜鉛系フエライト
を製造するにあたり、原料混合物中に微量成分と
して、炭酸カルシウム0.03〜0.2wt％、酸化ケイ
素0.001〜0.05wt％以下、酸化ニオブ0.001〜0.1wt
％、炭酸カリウムと炭酸ナトリウム0.3wt％以下、
そして必要に応じ酸化インジウムおよび／または
酸化ビスマス0.001〜0.1wt％を、それぞれ添加す
る。 次いで、これを大気圧下で焼成する。 本発明おける主成分としては、通常の酸化鉄成
分、酸化マンガン成分および酸化亜鉛成分の混合
物が用いられる。 これらの主成分は、磁性材料の最終組成とし
て、それぞれ、Fe₂O₃換算52〜54モル％、特に
52.5〜53.5モル％、MnO換算28〜33モル％、特に
29〜31.5モル％、ZnO換算13〜20モル％、特に15
〜18モル％の割合になるように混合され、原料と
して共される。 他方、本発明の磁性材料中に含有される微量成
分の原料は、前記の通り炭酸カルシウム、酸化ケ
イ素、酸化ニオブ、炭酸カリウム、炭酸ナトリウ
ム、そして必要に応じ酸化インジウムおよび／ま
たは酸化ビスマスであり、これらが原料混合物中
に添加される。 本発明により所望の磁性材料を好適に製造する
には、まず、主成分および添加微量成分を混合
し、これに適当なバインダー、例えばポリビニル
アルコールを少量、例えば0.1〜1.0wt％加えて成
型する。 次いで、この成型品を通常、大気圧下800〜
1000℃の範囲の所定温度まで、例えば300℃／hr
程度の昇温速度で急熱後、その温度で一定時間、
好ましくは１時間以上保持する。 次いで、酸素濃度を制御した雰囲気下におい
て、所望の焼結温度まで50〜150℃／hrの昇温速
度で徐熱し、その温度で焼結を完了させる。 この際の焼成雰囲気としては、酸素濃度を１〜
15％程度に制御した窒素雰囲気が好ましい。 そして、焼成はこのような雰囲気中で通常、
1350〜1400℃の範囲の所定温度に、１〜４時間保
持することによつて行われる。 このようにして焼結が完了した後の冷却工程
は、焼結温度から1200℃程度までは温度に応じて
酸素濃度を制御した雰囲気で、それ以降は不活性
雰囲気、例えば窒素雰囲気下で行うのが好まし
い。冷却速度としては、500〜700℃／hr程度が好
ましい。 このように、800〜1000℃間の適切な温度で、
所定時間、特に１時間以上の低温状態を設置し、
その後引続いて酸素濃度を制御した雰囲気下で焼
結を行うことにより、高周波領域における高透磁
率、かつ低損失という極めて高性能な特性が得ら
れるものである。 発明の具体的作用効果 本発明のマンガン−亜鉛系フエライトは、比較
的高周波領域（10KHz〜100KHz）において高透
磁率で、かつ低損失という特徴を有しているた
め、OA機器用等の数Ｗ〜数10Wの出力のトラン
スの磁芯等として有用である。 また、このような特徴は広い範囲において実現
する。 この場合、後記実施例から明白になるように、
本発明の必須成分が１つでも欠落したときには、
高い損失の減少効果は得られない。 発明の具体的実施例 以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明を
さらに詳細に説明する。 実施例 １ MnO（30.8モル％）、ZnO（16.4モル％）、Fe₂O₃
（52.8モル％）を主成分内とし、副成分として
CaCO₃ 0.055wt％、SiO₂0.02wt％、Nb₂O₅
0.02wt％とし、K₂CO₃とNa₂CO₃を表１に示され
る量含有するように添加した。 焼成温度は1360℃とした。 このマンガン−亜鉛系フエライトについて50℃
における電力損失とμaを測定し、表１および第
１図に示す。 電力損失は、正弦波25KHz 2000Gの条件下で
ある。

【表】 表１よりK₂CO₃とNa₂CO₃の添加によつて電力
損失が向上することがわかる。 また、これらのフエライト材料の電力損失およ
びμaの温度による変化を調べたところ第２図お
よび第３図に示す結果が得られた。 第２図から、広い温度範囲において、電力損失
は大きく低減することがわかる。 実施例 ２ さらに比較のために、MnO（30.8モル％）、
ZnO（16.4モル％）、Fe₂O₃（52.8モル％）を主成分
とした副成分を表２のようにかえて、焼成条件を
同一としたマンガン−亜鉛系フエライトについて
同様に電力損失とμaの測定を行つた。 結果を表２に示す。

【表】

【表】 表２に示される結果から、本発明の効果があき
らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例１のフエライトの50℃におけ
る電力損失とK₂CO₃添加量およびNaCO₃添加量
との関係を示すグラフである。第２図は、実施例
１の電力損失の温度特性を示すグラフであり、第
３図は、透磁率の温度特性を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 酸化カルシウムと、酸化ケイ素と、酸化ニオ
   ブと、酸化カリウムと、酸化ナトリウムとを含有
   するマンガン−亜鉛系フエライト材料からなるこ
   とを特徴とする高周波電源トランス用磁芯。 ２ 酸化カルシウムの含有量がCaCO₃換算で0.03
   〜0.2wt％、酸化ケイ素の含有量がSiO₂換算で
   0.001〜0.05wt％、酸化ニオブの含有量がNb₂O₅
   換算で0.001〜0.1wt％、酸化カリウムおよび酸化
   ナトリウムの含有量がK₂CO₃およびNa₂CO₃換算
   で0.3wt％以下である特許請求の範囲第１項に記
   載の高周波電源トランス用磁芯。 ３ 酸化カリウムと酸化ナトリウムの含有量の合
   計がK₂CO₃およびNa₂CO₃換算で0.03〜0.24wt％
   である特許請求の範囲第１項または第２項に記載
   の高周波電源トランス用磁芯。 ４ 動作周波数が10〜100KHzである特許請求の
   範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の高周
   波電源トランス用磁芯。 ５ 酸化カルシウムと、酸化ケイ素と、酸化ニオ
   ブと、酸化インジウムおよび／または酸化ビスマ
   スと、酸化カリウムと、酸化ナトリウムとを含有
   するマンガン−亜鉛系フエライト材料からなるこ
   とを特徴とする高周波電源トランス用磁芯。 ６ 酸化カルシウムの含有量がCaCO₃換算で0.03
   〜0.2wt％、酸化ケイ素の含有量がSiO₂換算で
   0.001〜0.05wt％、酸化ニオブの含有量がNb₂O₅
   換算で0.001〜0.1wt％、酸化インジウムおよび／
   または酸化ビスマスの含有量がIn₂O₃および／ま
   たはBi₂O₃換算で0.001〜0.1wt％、酸化カリウム
   および酸化ナトリウムの含有量がK₂CO₃および
   Na₂CO₃換算で0.3wt％以下である特許請求の範
   囲第５項に記載の高周波電源トランス用磁芯。 ７ 酸化カリウムと酸化ナトリウムの含有量の合
   計がK₂CO₃およびNa₂CO₃換算で0.03〜0.24wt％
   である特許請求の範囲第５項または第６項に記載
   の高周波電源トランス用磁芯。 ８ 動作周波数が10〜100KHzである特許請求の
   範囲第５項ないし第７項のいずれかに記載の高周
   波電源トランス用磁芯。