JPH06310321A

JPH06310321A - 酸化物磁性体材料

Info

Publication number: JPH06310321A
Application number: JP5095791A
Authority: JP
Inventors: Shinya Matsutani; 伸哉松谷; Osamu Inoue; 修井上; Koichi Kugimiya; 公一釘宮; Osamu Ishii; 治石井; Yasuyuki Aono; 保之青野; Masaki Suzumura; 政毅鈴村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-04-22
Filing date: 1993-04-22
Publication date: 1994-11-04

Abstract

(57)【要約】【目的】高周波帯域（１ＭＨｚ前後）において、磁気
損失が少なく、かつ磁気損失が極小となる温度が６０℃
以上である磁性体材料、およびこれを用いて構成した、
低発熱・高効率で熱暴走しにくいスイッチング電源を提
供する。【構成】特定比率のＦｅ₂Ｏ₃，ＭｎＯ，ＺｎＯよりな
るＭｎＺｎフェライトに、特定量のＣａＯ、ＳｉＯ₂と
特定の金属酸化物（ＴｉＯ₂、ＣｏＯ、ＣｕＯ、Ｓｎ
Ｏ₂、ＮｉＯ）より選ばれた少なくとも１種類以上を必
ず含有する焼結体である事を特徴とする酸化物磁性体材
料。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インダクタンス部品、
電源用トランスコア等に用いられる酸化物磁性体材料に
関し、特に高周波特性に優れた低損失ＭｎＺｎ系フェラ
イト磁性体に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のエレクトロニクス技術の発展にと
もなう機器の小型化・高密度化により、使用周波数の高
周波化が進んでいる。例えばスイッチング電源用トラン
ス磁芯その他に用いられる磁性体材料においても、高周
波化への対応が必要とされ、特に小型化した場合の発熱
を防止するために、高周波において低磁気損失であるこ
とが要求されている。

【０００３】例えば磁芯材料等に適用される磁性体材料
には、大きく分けて金属系材料と酸化物フェライト系材
料がある。金属系の材料は、飽和磁束密度・透磁率とも
高いという長所があるが、電気抵抗率が１０^-6〜１０^-4
Ω・ｃｍ程度と低いため、高周波においては渦電流に起
因する磁気損失が増大するという欠点があった。

【０００４】この欠点は、磁性体の厚さを薄くする事に
よって改善されるため、金属を薄い箔状に加工し絶縁体
をはさんでロール状に巻いたものも作られているが、薄
体化には約１０μｍ程度と限界があり、また複雑形状の
ものが作りにくい、高コストであるといった問題点があ
る。このため、１００ｋＨｚ程度の周波数帯域までしか
使用不可能であった。

【０００５】一方フェライト系材料は、飽和磁束密度は
金属系材料の１／２程度と低い。しかしながら電気抵抗
率は、通常用いられているＭｎＺｎ系のもので１Ω・ｃ
ｍ程度と、金属系材料に比べてはるかに高く、また、Ｃ
ａＯやＳｉＯ₂等の添加物を用いることにより、電気抵
抗率をさらに１０〜数百Ω・ｃｍ程度まで高めることが
でき、渦電流に起因する磁気損失が高周波数まで比較的
小さく、特別な工夫をすることなく使用可能である。ま
た、複雑形状のものも容易に作れ、かつ低コストである
といった利点を持つ。

【０００６】このため、例えば１００ｋＨｚ以上のスイ
ッチング周波数での電源用トランス磁芯材料としては、
このフェライト系の材料が一般に用いられていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなフェライト系材料といえども、５００ｋＨｚ以上に
なると渦電流に起因する磁気損失が増大して使用するこ
とができないという課題がある。また、高周波で比較的
低損失な材料であっても、使用磁束密度を大きくする
と、磁気損失が急増するという問題点があった。

【０００８】また、磁気損失の温度係数が室温付近で正
であると、実使用時にトランスが磁気損失により発熱
し、そのため温度が上昇し、温度上昇にともないさらに
磁気損失が増大して発熱が大きくなることを繰り返し、
熱暴走を起こす危険性がある。

【０００９】このため、使用条件にもよるが、一般に室
温付近での磁気損失の温度係数が負で、実際に使用する
温度で、磁気損失が最小となるような温度特性を持つこ
とが要求される。

【００１０】ところが、充分低磁気損失な材料が無い上
に、比較的磁気損失が低い材料では、一般に磁気損失最
小温度が室温付近にあって熱暴走を起こしやすく、一方
磁気損失最小温度が４０〜６０℃以上にあるような材料
は、非常に磁気損失が大きいという問題点があった。従
って、超低磁気損失で同時に温度特性も良い材料は、現
在まで得られていないという課題があった。

【００１１】ヒステリシス損失は、通常は測定磁束密度
Ｂｍに対して３乗で比例することが知られている。しか
し、フェライトは他の金属系磁性体に比べて、測定磁束
密度Ｂｍが１００ｍＴ程度から、損失がそれ以上に急増
する事が多い。この理由として、フェライトの飽和磁束
密度が５００ｍＴと他の金属系磁性体に対して低いこ
と、１００ｍＴ前後での磁区構造の変化、磁歪の増加、
ミクロ渦電流半径の変化等が、考えられるが明らかにさ
れていない。

【００１２】本発明は、前記従来技術の課題を解決する
ため、高周波における磁気損失が極めて低く、かつ温度
特性に優れた磁性体材料を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の第１番目の酸化物磁性体材料は、主組成と
して、Ｆｅ₂Ｏ₃を６１ｍｏｌ％以上６７ｍｏｌ％以下、
ＭｎＯを３ｍｏｌ％以上３６ｍｏｌ％以下、ＺｎＯを０
ｍｏｌ％以上３０ｍｏｌ％以下含有し、副成分として
０.０５≦ＣａＯ≦０.５重量％、０.００５≦ＳｉＯ₂≦
０.２重量％を含有し、さらに、Ａ群（ＴｉＯ₂、Ｃｏ
Ｏ、ＣｕＯ、ＳｎＯ₂、ＮｉＯ）の金属酸化物を少なく
とも一種類以上０.００５重量％以上０.５重量％以下含
有する焼結体であるという構成を備えたものである。

【００１４】次に、本発明の第２番目の酸化物磁性体材
料は、上記酸化物磁性体材料にさらにＢ群（ＺｒＯ₂、
ＨｆＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃、
ＧｅＯ ₂、Ｓｂ₂Ｏ₃）の金属酸化物を少なくとも一種類
以上、０.０１重量％以上０.５重量％以下含有する焼結
体である。

【００１５】また、本発明の第３番目の酸化物磁性体材
料は、焼結体の主組成のＦｅ₂Ｏ₃が６２ｍｏｌ％以上６
６ｍｏｌ％以下、ＭｎＯが１４ｍｏｌ％以上２８ｍｏｌ
％以下、ＺｎＯが１０ｍｏｌ％以上２０ｍｏｌ％以下含
有する酸化物磁性体材料である。

【００１６】

【作用】本発明の酸化物磁性体材料の構成によれば、特
定組成範囲内のＭｎＺｎ系フェライトに、少なくとも特
定量のＣａＯ、ＳｉＯ₂およびＡ群（ＴｉＯ₂、Ｃｏ
Ｏ、ＣｕＯ、ＳｎＯ₂、ＮｉＯ）の金属酸化物を必ず一
種類以上含有し、あるいはさらにＢ群（ＺｒＯ₂、Ｈｆ
Ｏ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃、Ｇｅ
Ｏ₂、Ｓｂ₂Ｏ₃）の金属酸化物を少なくとも一種類以上
含有するという事で、磁気損失の温度特性に優れ、かつ
磁気損失の低い磁性体材料とすることができる。

【００１７】本発明において、ＭｎＺｎ系フェライトの
主組成を限定する理由は、磁気損失の絶対値を減少さ
せ、同時に磁気損失の温度特性を制御する必要性からで
ある。

【００１８】副成分のうち、ＣａＯおよびＳｉＯ₂の役
割は、ＭｎＺｎ系フェライトの、電気抵抗値を増大さ
せ、渦電流にともなう磁気損失を低下させるものであ
る。

【００１９】また、Ｂ群の添加物の役割は、ＣａＯおよ
びＳｉＯ₂とともに、さらに電気抵抗を増大させる事に
ある。

【００２０】一方、Ａ群の添加物は、さらに磁気損失を
低下させる事にあるが、これらの添加物による損失低下
のメカニズムは、現時点では明瞭ではない。例えばＴｉ
Ｏ₂のように、若干電気抵抗を高くするものもあるが、
その効果よりも、磁区構造や磁歪を変化させる事によ
り、高磁束密度下での磁気損失を低減していると考えら
れる。

【００２１】添加量の下限は、磁気損失低下の効果が表
れるのに必要な最低限度である。一方上限を設定する理
由は、添加量が増加し過ぎると透磁率の低下等を招き、
磁気損失を増大させるためである。

【００２２】これらの副成分は、一種類のみの単独添加
でも効果が無くはないが、十分低損失な試料を得るため
には、ＣａＯ、ＳｉＯ₂およびＡ群（ＴｉＯ₂、Ｃｏ
Ｏ、ＣｕＯ、ＳｎＯ₂、ＮｉＯ）の金属酸化物を必ず一
種類以上を添加することは必須である。

【００２３】さらに、Ｂ群（ＺｒＯ₂、ＨｆＯ₂、Ｔａ₂
Ｏ₅、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＧｅＯ、Ｓｂ₂Ｏ
₃）の金属酸化物を少なくとも一種類以上含有すること
が望ましい。

【００２４】Ａ群またはＢ群として２種類以上の金属酸
化物を用いた場合、一種類の添加量が下限である０．０
０５重量％未満であっても、２種類以上の合計量が０．
００５重量以上であれば、低損失化の効果は現れる。も
ちろん、複数の種類のＭ_xＯ_zそれぞれが添加範囲内であ
っても問題はなく、ＣａＯおよびＳｉＯ₂ のみの場合に
比べて磁気損失を低下させることができる。また、本発
明であげた以外の添加物を加えても、その量が特に多く
ない限り差支えない。

【００２５】

【実施例】一般にフェライトの磁気特性のうち、飽和磁
束密度・キュリー温度・損失極小温度などは、その主組
成に依存し、一方、透磁率・残留磁束密度・保持力・磁
気損失などは、主組成の影響も受けるが、微細構造によ
って支配される特性であるとされている。また、高周波
で低損失なＭｎＺｎフェライトとしては、飽和磁束密度
・キュリー温度・損失極小温度・透磁率が高い事が必要
とされている（「粉体および粉末冶金」第３４巻５号Ｐ
１９１）。

【００２６】飽和磁束密度は、ＺｎＯ量がある程度多
く、Ｆｅ₂Ｏ₃量が多いほど増加する。しかしながら、Ｚ
ｎＯ量が多すぎるとキュリー温度が低下し、またＦｅ₂
Ｏ₃量が多すぎると透磁率及び比抵抗値が低下し、また
透磁率が時間とともに変化していく現象であるディスア
コモデーション（ＤＡ）が発生し易くなることが知られ
ている。

【００２７】このため、低損失ＭｎＺｎフェライトの主
組成としては、Ｆｅ₂Ｏ₃を５３〜５４ｍｏｌ％程度、Ｚ
ｎＯを９〜１２ｍｏｌ％程度含有するものが最適とされ
（「エレクトロニク・セラミクス」１９８５年冬号Ｐ４
４）、実際に開発されている低損失フェライトも、ほと
んどがこの範囲内であり、低損失化は、この付近の主組
成を用い、添加物・微細構造による検討が中心であっ
た。

【００２８】一方、ＭｎＺｎ系フェライトの磁気損失極
小温度については、従来は透磁率の温度特性によって説
明がなされていた。すなわち、ＭｎＺｎ系フェライトの
透磁率の温度変化を測定すると、一般に２つの極大が現
れる。

【００２９】１つはキュリー温度直下の極大で、ホプキ
ンソン効果によるプライマリーピークと呼ぶ。他の１つ
は室温近傍での極大で、セカンダリーピークと呼ぶ。こ
のセカンダリーピークの温度で、磁気損失が極小になる
と言われていた。

【００３０】このセカンダリーピークは、結晶磁気異方
性定数Ｋ₁の符号が温度上昇に伴って負から正の値に変
わるＫ₁＝０の温度に一致する。Ｋ₁は温度上昇に対し
て単調に増加するが、Ｆｅ²⁺は正のＫ₁を持つため、Ｆ
ｅ²⁺の量が増加すると（すなわちＦｅ₂Ｏ₃量が増加する
と）セカンダリーピークの温度は低温側に移動する。従
って、主組成のＦｅ₂Ｏ₃量が多いと極小損失温度が低く
なり過ぎるため、Ｆｅ ₂Ｏ₃量は、５４ｍｏｌ％程度以下
が一般的であった。

【００３１】また、ＴｉＯ₂ やＣｏＯはフェライトによ
く用いられる添加物であるが、Ｔｉ ⁴⁺はフェライト相に
固溶し、電気的中性を保つためにＦｅ³⁺をＦｅ²⁺に変化
させる。また、Ｃｏ²⁺はそれ自体が大きな正のＫ₁ を持
つ。このため、これらの添加量増加にともない、極小損
失温度が低下するので、低損失用フェライトには必ずし
も用いられていなかった。

【００３２】発明者等は、同一の添加物条件の元で、主
組成比の異なるＭｎＺｎ系フェライトを作製し、主組成
の効果を詳細に検討した。その結果、従来用いられてい
たものとは全く異なる、６１mol%以上、６７mol%以下と
非常にＦｅ₂Ｏ₃過剰な主組成において、特定の添加物を
用いる事により、磁気損失極小温度が６０℃以上で、か
つ１００ｋＨｚ〜数ＭＨｚでも低磁気損失なフェライト
が得られる事を見いだした。

【００３３】従来、Ｆｅ₂Ｏ₃が非常に過剰な主組成にお
いては、比抵抗値が低いため渦電流損失が増加するため
高周波では使用できないと考えられていた。しかし、発
明者等の検討によると、Ｆｅ₂Ｏ₃が非常に過剰な主組成
においても、効果的な副成分を複合添加することで、ヒ
ステリシス損失を増加させる事なく、比抵抗値を増加さ
せ磁気損失の絶対値を低減させることができることが明
らかになった。

【００３４】すなわち特定の主組成を選択し、これに特
定量のＣａＯおよびＳｉＯ₂ を添加する事により、損失
は低下するが、これにさらにＡ群（ＴｉＯ₂、ＣｏＯ、
ＣｕＯ、ＳｎＯ₂、ＮｉＯ）の金属酸化物の複合添加に
より、従来よりもはるかに優れた低損失化効果を見いだ
した。またさらに、Ｂ群（ＺｒＯ₂、ＨｆＯ₂、Ｔａ
₂Ｏ₅、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＧｅＯ₂、Ｓｂ₂
Ｏ₃）の金属酸化物を添加により低損失化が図れる。

【００３５】添加物による低損失化については、ＣａＯ
およびＳｉＯ₂ を同時に添加し、これらを粒界に偏析さ
せる事により高電気抵抗化させ、渦電流損失を減少させ
る事ができる。これに選択されたＡ群の添加物を用いる
事により、さらに好ましくはＢ群の添加物も用いること
でより低損失化できる。

【００３６】しかしながら発明者等の検討によると、こ
のＢ群の添加物についても粒界に析出させる事が重要で
ある。添加物を多量に用いると、必ず電気抵抗は高くな
り、渦電流損失は減少するが、添加物のフェライト相へ
の固溶は逆にヒステリシス損を増加させる事になる。従
って、添加物量はできる限り少なくし、粒界に薄く均一
に析出させる事により、低損失な材料が得られる。具体
的には、上記Ｂ群の金属酸化物の粒界層部分の濃度が、
粒子内部の濃度の５倍以上にすると、さらに損失を低下
させる事が出来るため好ましい。

【００３７】一方、Ａ群の添加物については、逆にフェ
ライト相へ固溶させる事が望ましい。このＡ群の添加物
による損失低下のメカニズムは、現時点では明瞭ではな
い。ＴｉＯ₂ のように、若干電気抵抗を高くするものも
あるが、その効果よりも、磁区構造や磁歪を変化させる
事により、高磁束密度下でも磁気損失の低い磁性体材料
を得ることが出来ると考えられる。

【００３８】特定量のＣａＯおよびＳｉＯ₂ にＭ_xＯ_zを
添加する事に磁気損失の温度特性に優れ、かつ磁気損失
の低い磁性体材料とすることができる。しかしながら、
ＣａＯ，ＳｉＯ₂ およびＭ_xＯ_zを適当量添加していたと
しても、主組成が異なれば、充分低損失な試料は得られ
ない。また、主組成が異なると、添加物による低損失化
が認められなくなる場合もある。最も低損失な材料は、
主組成、副成分の条件を同時に満たすことで実現でき
る。

【００３９】磁気損失極小温度は、結晶磁気異方性定数
Ｋ₁の符号が温度上昇に伴って負から正の値に変わるＫ
₁＝０の温度に一致するため、正のＫ₁を持つＦｅ²⁺の
量が増加する（すなわちＦｅ₂Ｏ₃量が増加すると）極小
損失温度は低温側に移動し、室温以下になると考えられ
ていた。

【００４０】しかし、主組成のＦｅ₂Ｏ₃量が６１ｍｏｌ
％以上になると再び、室温でＫ₁＜０となるため（K.Oht
a:J.Phys.Soc.Japan 18,684(1963)）、Ｆｅ₂Ｏ₃量過剰
組成においても極小損失温度を４０〜６０℃以上に制御
可能である。

【００４１】また、ＤＡの問題は、電源のトランスコア
として用いられる場合、励磁電流が初透磁率範囲を超え
るため、特性に悪影響をうけないことが発明者等の検討
の結果明らかになった。

【００４２】その他低磁気損失ＭｎＺｎフェライトに必
要な特性としては、焼結体の相対密度が４．６ｇ/ｃｍ³
以上である事が望ましい。焼結密度が低いと実効断面積
が減少するために損失が増大する。また、焼結密度が低
いと、焼成の冷却時に雰囲気の影響を受け易くなり、特
にＦｅ₂Ｏ₃が多いような組成では、精密に雰囲気制御を
行わなければ本来の特性が得られにくくなる場合があ
り、製造時の歩留まりを下げる原因となる。

【００４３】また、電気抵抗率は、直流抵抗率が２０〜
２ｋΩ・ｃｍ程度以上が望ましい。透磁率や電気抵抗率
は結晶粒径によって変化し、粒径が小さすぎると透磁率
が低くなり、また、大きすぎると電気抵抗が低くなる。
従って、平均結晶粒径は１０μm以下で、２〜５μm程度
が望ましい。

【００４４】本発明の酸化物磁性体材料は、測定周波数
がＭＨｚ帯域であっても、６０℃以上の磁気損失極小温
度を持ち、かつ超低磁気損失を示す。従って、本材料を
磁気コアとして用いたスイッチング周波数が３００ｋＨ
ｚ〜５ＭＨｚのスイッチング電源は、小型・高効率で、
熱暴走する危険性が低いため好ましい応用例である。

【００４５】以下、Ａ群およびＢ群として一部のものを
用いた場合を中心に、実施例によって本発明を説明する
が、本発明の請求項に挙げた以外の添加物を用いた場合
にも、程度の差はあれ同様の効果が認められた。

【００４６】（実施例１）出発原料に純度９９．５％の
α−Ｆｅ₂Ｏ₃、ＭｎＣＯ₃、ＺｎＯの各粉末を用いた。
これらの粉末を（表２）の組成比となり、合計重量が３
００ｇとなるようにそれぞれ秤量し、さらにＣｏＯを
０．０５重量％添加しボールミルにて湿式１０時間混合
粉砕し、乾燥させた。

【００４７】これらの混合粉末を８５０℃で２時間空気
中で仮焼した後、ＣａＯが０．１重量％、ＳｉＯ₂が
０．０２重量％となるように、ＣａＣＯ₃ およびＳｉＯ
₂を添加し、再度ボールミルにて１０ｈ、湿式混合粉砕
して乾燥させ、仮焼粉末とした。

【００４８】これらの仮焼粉末にポリビニルアルコール
の５重量％水溶液を１０重量％加え、３０＃のふるいを
通過させて造粒した。これらの造粒粉を一軸金型成形
し、この成形体を５００℃で１時間、空気中でバインダ
アウトした後、次の２種類の焼成条件で焼成した。

【００４９】焼成条件は、焼成温度を１３００℃とし、
昇温時および最高温度保持時をフェライトの平衡酸素分
圧に応じてＯ₂雰囲気制御し、冷却時窒素中の雰囲気と
した。この時、焼成時間及び成形時の圧力を、焼結体の
平均結晶粒径が３〜５μｍ程度、焼結体密度がほぼ４．
７ｇ/ｃｍ³程度で、４．６〜４．８ｇ／ｃｍ³の範囲内
に入るように変化させた。

【００５０】特性の測定は、得られた焼結体より外径２
０ｍｍ、内径１４ｍｍ、厚さ３ｍｍのリング状試料を切
り出し、１ＭＨｚ・１００ｍＴにおける磁気損失を、２
０℃〜１２０℃の間で２０℃きざみで測定した。

【００５１】磁気損失の測定方法はリング状フェライト
コアに絶縁テープを一層巻いた後、線径０．２６ｍｍφ
の絶縁導線を全周にわたって一層巻いた試料を準備し、
交流Ｂ−Ｈカーブ・トレーサーを用いて測定した。結果
を（表１）に示した。

【００５２】

【表１】

【００５３】（表１）の結果より明らかなように、Ｆｅ
₂Ｏ₃が６１ｍｏｌ％以上６７ｍｏｌ％以下、ＭｎＯが３
ｍｏｌ％以上３６ｍｏｌ％以下、ＺｎＯが０ｍｏｌ％以
上３０ｍｏｌ％以下の範囲内で、６０℃以上に損失極小
温度を持ち、かつ損失が２０００ｋＷ/ｍ³以下と低損失
であった。

【００５４】Ｆｅ₂Ｏ₃が６０.５ｍｏｌ%であっても、損
失が２０００ｋＷ/ｍ³以下ではあるが、損失極小温度が
４０℃のため、通常の電源の用途には不適当である。

【００５５】さらに、Ｆｅ₂Ｏ₃が６２ｍｏｌ％以上６６
ｍｏｌ％以下、ＭｎＯが１４ｍｏｌ％以上２８ｍｏｌ％
以下、ＺｎＯが１０ｍｏｌ％以上２０ｍｏｌ％以下の範
囲内で、損失は１５００ｋＷ/ｍ³程度以下、最低で１０
１０ｋＷ/ｍ³と超低損失となった。

【００５６】（実施例２）実施例１と同様の方法で、組
成比がＦｅ₂Ｏ₃＝６５ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝１７ｍｏｌ
％、ＺｎＯ＝１８ｍｏｌ％となり、合計重量が３００ｇ
となるようにそれぞれの粉体を秤量しさらに、ＣｏＯを
０．０５重量％添加してボールミルにて湿式１０ｈ混合
粉砕し、乾燥させた。

【００５７】この混合粉末を８５０℃で２時間空気中で
仮焼した後、ＣａＯとＳｉＯ₂が（表３）の量となるよ
うに、ＣａＣＯ₃とＳｉＯ₂を添加し、さらにＳｂ₂Ｏ₃
が０．０５重量％となるように添加し、再度ボールミル
にて１０ｈ、湿式混合粉砕して乾燥させ、仮焼粉末とし
た。これらの仮焼粉末より、実施例１の焼成条件と同
様の方法で焼結体を作製した。

【００５８】これらの焼結体について、実施例１と同方
法・同条件で磁気損失の温度依存性を測定した。その結
果、焼結体の磁気損失はいずれのＣａＯとＳｉＯ₂量
においても、８０℃で極小値を示した。極小磁気損失値
をｋＷ/ｍ³の単位で（表２）に示した。

【００５９】

【表２】

【００６０】（表２）より明らかなように、Ｓｂ₂Ｏ₃と
ＣｏＯ添加だけでは高磁気損失であるが、０．０５≦Ｃ
ａＯ≦０．５重量％、０．００５≦ＳｉＯ₂≦０．２重
量％の範囲内に両者を組み合わせることにより、磁気損
失が２０００ｋＷ／ｍ³以下と低磁気損失であった。

【００６１】（実施例３）実施例１と同様に、組成比が
Ｆｅ₂Ｏ₃＝６５．５ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝１７．５ｍｏ
ｌ％、ＺｎＯ＝１７ｍｏｌ％となり、合計重量が３００
ｇとなるようにそれぞれの粉体を秤量し、さらにＴｉＯ
₂、ＣｏＯ、ＣｕＯ、ＳｎＯ₂、ＮｉＯが（表３）の量と
なるように、それぞれの金属酸化物を仮焼前添加し、ボ
ールミルにて湿式１０時間混合粉砕し、乾燥させた。

【００６２】この混合粉末を８５０℃で２時間空気中で
仮焼した後、ＣａＯが０．１重量％、ＳｉＯ₂が０．０
２重量％となるように、ＣａＣＯ₃およびＳｉＯ₂を添加
した焼結体を、実施例１の焼成条件で作製した。

【００６３】得られた焼結体より切り出したリング状試
料について、実施例１と同じ条件で磁気損失の温度依存
性を測定したところ、損失はいずれの試料においても、
８０℃で極小値を示した。この極小損失値をｋＷ/ｍ³の
単位で（表３）に示した。

【００６４】

【表３】

【００６５】（表３）より明らかなように、ＣａＯとＳ
ｉＯ₂のみの添加に比べ、さらにＴｉＯ₂、ＣｏＯ、Ｃｕ
Ｏ、ＳｎＯ₂、ＮｉＯを複合して添加したものは、特定
の添加範囲内でより低磁気損失化し、最低損失値はＣｏ
Ｏ＝０．２重量％添加で１０３０ｋＷ/ｍ³と超低損失で
あった。

【００６６】（実施例４）実施例１と同様に、組成比が
Ｆｅ₂Ｏ₃＝６５．５ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝１７．５ｍｏ
ｌ％、ＺｎＯ＝１７ｍｏｌ％となり、合計重量が３００
ｇとなるようにそれぞれの粉体を秤量し、さらにＣｏＯ
が０．０５重量％となるよう仮焼前添加し、ボールミル
にて湿式１０時間混合粉砕し、乾燥させた。

【００６７】この混合粉末を８５０℃で２時間空気中で
仮焼した後、ＣａＯが０．１重量％、ＳｉＯ₂が０．０
２重量％となり、ＺｒＯ₂、ＨｆＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、Ａｌ₂
Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＧｅＯ₂、Ｓｂ₂Ｏ₃、が（表
４）の量となるように、ＣａＣＯ₃、ＳｉＯ₂およびそれ
ぞれの金属酸化物を仮焼後添加した焼結体を、実施例１
の焼成条件で作製した。

【００６８】得られた焼結体より切り出したリング状試
料について、実施例１と同じ条件で磁気損失の温度依存
性を測定したところ、損失はいずれの試料においても、
８０℃で極小値を示した。この極小損失値をｋＷ/ｍ³の
単位で（表４）に示した。

【００６９】

【表４】

【００７０】（表４）より明らかなように、ＣａＯとＳ
ｉＯ₂とＣｏＯのみの添加に比べ、さらにＺｒＯ₂、Ｈｆ
Ｏ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃、Ｇｅ
Ｏ₂、Ｓｂ₂Ｏ₃を複合して添加したものは、特定の添加
範囲内でより低磁気損失化し、最低損失値はＳｂ₂Ｏ₃＝
０．１重量％添加で８２０ｋＷ/ｍ³と超低損失であっ
た。

【００７１】次にこれらの試料を破壊し、その破断面を
観察すると、いずれも粒界破壊を生じ、平均結晶粒径
は、約４μmであった。そこで、各副成分を用いた試料
のうち、最も低損失となった添加量（０．１または０．
２重量％）の試料について、破断面からの各添加金属元
素の分布を、ＳＩＭＳ（２次イオン質量分析装置）を用
いて測定した。

【００７２】まず、分析範囲を３μｍ径に絞って、同一
試料について数十点分析したところ、金属元素の濃度は
分析位置によって若干の差があった。そこで分析範囲を
５０×５０μｍとして、平均的な金属元素濃度を求める
事とし、破断面からの元素の深さ方向のプロファイルを
測定した。

【００７３】その結果、いずれの試料においても、Ｃｏ
Ｏを除いた添加金属濃度は、破断面（すなわち粒界部
分）から深くなる（粒子内部に進む）に従って低下し、
数十ｎｍ程度の深さからあとはほぼ一定となった。そこ
で粒界部分と、濃度がほぼ一定となった粒子内部の濃度
を比較してみると、何れの試料においても粒界部分の濃
度が約１０倍高くなっていた。しかし、ＣｏＯ濃度はい
ずれの試料においても、粒界部分と粒子内部で、顕著な
濃度差を観察できなかった。この事は、添加物Ａ群（Ｔ
ｉＯ₂、ＣｏＯ、ＣｕＯ、ＳｎＯ₂、ＮｉＯ）とＢ群（Ｚ
ｒＯ₂、ＨｆＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ ₃、Ｉｎ
₂Ｏ₃、ＧｅＯ₂、Ｓｂ₂Ｏ₃）の低損失化のメカニズムに
差があると考えられる。

【００７４】（実施例５）実施例１と同様の方法で、組
成比がＦｅ₂Ｏ₃＝６５ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝１７ｍｏｌ
％、ＺｎＯ＝１８ｍｏｌ％となり、合計重量が３００ｇ
となるようにそれぞれの粉体を秤量しさらにＣｏＯが
（表５）、（表６）の量となるように仮焼前添加し、ボ
ールミルにて湿式１０ｈ混合粉砕し、乾燥させた。

【００７５】この混合粉末を８５０℃で２時間空気中で
仮焼した後、Ｓｂ₂Ｏ₃が（表５）、（表６）の量となる
ように、Ｓｂ₂Ｏ₃を仮焼後添加し、さらにＣａＯが
０．１重量％、ＳｉＯ₂が０．０２重量％となるよう
に、ＣａＣＯ₃およびＳｉＯ₂を添加し、再度ボールミ
ルにて１０ｈ、湿式混合粉砕して乾燥させ、仮焼粉末と
した。これらの仮焼粉末より、実施例１の焼成条件と同
様の方法で焼結体を作製した。

【００７６】得られた焼結体より切り出したリング状試
料について、１ＭＨｚ・５０ｍＴにおける磁気損失の温
度依存性を測定した。

【００７７】その結果、何れのＳｂ₂Ｏ₃とＣｏＯ量にお
いても８０℃で極小値を示した。この極小磁気損失値を
ｋＷ/ｍ³の単位で（表５）に示した。

【００７８】又、同様に１ＭＨｚ・１００ｍＴにおける
磁気損失の温度依存性を測定した。その結果、いずれの
Ｓｂ₂Ｏ₃とＣｏＯ量においても８０℃で極小値を示し
た。この極小磁気損失値をｋＷ/ｍ³の単位で（表６）に
示した。

【００７９】

【表５】

【００８０】

【表６】

【００８１】（表５）より、１ＭＨｚ・５０ｍＴでの損
失測定では、ＣａＯとＳｉＯ₂のみの添加でも損失は２
１０ｋＷ／ｍ³と超低損失である（従来品５００ｋＷ／
ｍ³）。しかし（表６）より、１ＭＨｚ・１００ｍＴで
の損失測定では、ＣａＯとＳｉＯ₂のみの添加では、損
失は３２１０ｋＷ／ｍ³と従来品並みであるが、さらに
０．０１≦Ｓｂ₂Ｏ₃≦０．５重量％あるいは０．００５
≦ＣｏＯ≦０．５重量％の範囲内で、両者の組合せに
より磁気損失が２０００ｋＷ／ｍ³以下と低磁気損失で
あった。

【００８２】この事より、Ｓｂ₂Ｏ₃あるいはＣｏＯの添
加は、１ＭＨｚ・５０ｍＴの測定でも低損失化に効果は
あるが、１ＭＨｚ・１００ｍＴでより劇的に低損失化に
寄与している。

【００８３】この、メカニズムは必ずしも明かではない
が、Ｂ群（Ｓｂ₂Ｏ₃）の添加物は、粒界に薄く均一に析
出させる事により、ヒステリシス損を増加させる事なく
比抵抗値を増加できる。

【００８４】一方、Ａ群（ＣｏＯ）の添加物について
は、逆にフェライト相へ固溶させ、磁区構造や磁歪を変
化させる事により、高磁束密度下でも磁気損失の低い磁
性体材料を得ることが出来ると考えられる。

【００８５】（実施例７）実施例１、２と同様の方法
で、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＭｎＣＯ₃、ＺｎＯの各粉末を用い、こ
れらの粉末を、組成比がＦｅ₂Ｏ₃＝６３ｍｏｌ％、Ｍｎ
Ｏ＝２０ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝１７ｍｏｌ％となり、合計
重量が３００ｇとなるようにそれぞれ秤量しさらにＣｏ
Ｏが０．０５重量％の量となるように仮焼前添加し、ボ
ールミルにて湿式１０ｈ混合粉砕し、乾燥させた。

【００８６】この混合粉末を８５０℃で２時間空気中で
仮焼した後、ＣａＯが０．１重量％、ＳｉＯ₂が０．０
２重量％、Ｔａ₂Ｏ₅が０．０５重量％となるように、Ｃ
ａＣＯ₃とＳｉＯ₂とＴａ₂Ｏ₅を仮焼後添加し、ボールミ
ルにて湿式１０時間混合粉砕し、乾燥させ仮焼粉末とし
た。

【００８７】この仮焼粉末に、ポリビニルアルコールの
５重量％水溶液を１０重量％加え、３０＃のふるいを通
過させて造粒し、一軸金型成形した後、１３００℃で１
時間、実施例１に示した雰囲気条件で焼成し、焼結体を
得た。また同様の方法で、Ｔａ₂Ｏ₅を仮焼前添加あるい
は、ＣｏＯを仮焼後添加した試料も作製した。

【００８８】得られた焼結体より切り出したリング状試
料について、実施例１と同様に磁気損失の温度依存性を
測定したところ、損失はいずれの試料においても８０℃
で極小値を示した。

【００８９】また、焼結体破断面の電子顕微鏡観察によ
り、焼結体の平均結晶粒径を測定した。

【００９０】さらに、実施例２と同様の方法で、粒界層
および粒子内部におけるＴａ濃度を測定し、粒界部濃度
／粒内部濃度比を決定した。結果を（表７）に示した。

【００９１】

【表７】

【００９２】（表７）より明かなように、無添加のもの
に比べ、Ｔａ₂Ｏ₅により、より低磁気損失化するが、Ｔ
ａ濃度比が５以下の場合にはその効果が大幅に低減し
た。また、ＣｏＯ添加も、低磁気損失化するが、Ｃｏ濃
度比が顕著な場合にはその効果が逆に大幅に低減した。
なお、焼結体密度が４．６ｇ/ｃｍ³未満の試料１０で
は、若干高損失であった。

【００９３】（実施例８）実施例１と同様の方法で、組
成比がＦｅ₂Ｏ₃＝６４ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝２１ｍｏｌ
％、ＺｎＯ＝１５ｍｏｌ％となり、仮焼前添加でＳｎＯ
₂を０．０５重量％、仮焼後添加でＣａＯで０．１重量
％、ＳｉＯ₂を０．０２重量％、ＧｅＯ₂を０．０５重
量％となる比率で添加した仮焼粉末を用意し、実施例１
の焼成条件で焼結体(ａ)を作製した。

【００９４】また、同様に、主組成がＦｅ₂Ｏ₃＝６４
ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝２１ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝１５ｍｏｌ
％となり、仮焼後添加でＣａＯで０．１重量％、ＳｉＯ
₂を０．０２重量％となる比率で添加した仮焼粉末を用
意し、実施例１の焼成条件で焼結体(ｂ)を作製した。

【００９５】また、同様に、主組成がＦｅ₂Ｏ₃＝５２
ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝３８ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝１０ｍｏｌ
％とし、ＣａＯを０．１重量％、ＳｉＯ₂を０．０２重
量％添加し、実施例１の焼成条件で焼結体(ｃ)を作製し
た。

【００９６】これらの焼結体の磁気損失を実施例１と同
様の方法・条件で測定した。焼結体（ａ）は、密度４．
６８ｇ/ｃｍ³で、８０℃で磁気損失極小温度を持ち、磁
気損失値は８２０ｋＷ/ｍ³の本開発品の超低磁気損失材
である。また、焼結体(ｂ)は、密度４．６２ｇ/ｃｍ
³で、１００℃で磁気損失極小温度を持ち、磁気損失値
は２５８０ｋＷ/ｍ³の材料である。一方、焼結体(ｃ)
は、密度４．６４ｇ/ｃｍ³で、６０℃磁気損失極小温度
を持ち、磁気損失値は３１２０ｋＷ/ｍ³である従来材料
である。

【００９７】これらの３種類の試料について、それぞれ
の損失極小温度において、磁束密度Ｂと周波数ｆの積、
Ｂ・ｆ＝１００（ｍＴ・ＭＨｚ）で一定となる条件で磁
気損失を測定した（この条件では、同一出力時の電源ト
ランスでコアサイズが一定となる）。結果を（表８）に
示した。

【００９８】

【表８】

【００９９】（表８）より明らかなように、これらの焼
結体は０．３〜２ＭＨｚ付近で損失が最小となる。(ａ)
(ｂ)と(ｃ)を比較すると、３００ｋＨｚ以上で本発明の
焼結体(ａ)が有利となる。しかしながら６ＭＨｚでは、
かなり損失が増加し、他の材料（例えば、ＮｉＺｎ系フ
ェライト）に対する優位性がなくなる。

【０１００】次に、これらの焼結体より、それぞれＥ型
コアを切り出し、これを用いてフォワード方式のスイッ
チング電源回路を試作し、磁気損失にあたる温度上昇を
評価した。

【０１０１】一定の軽負荷条件下で、周波数、磁芯磁束
密度にたいする磁芯の温度上昇について測定した。結果
を（表９）に示した。

【０１０２】

【表９】

【０１０３】（表９）より明らかなように、トランスの
磁芯損失による温度上昇許容値を２５℃見込んだ場合、
焼結体(ｂ)(ｃ)を用いた電源は温度上昇が大きく、あま
り高周波では使用できないことが分かる。これに対し
て、本発明のフェライト材料(ａ)を用いた電源は温度上
昇が少なく、１００ｍＴで２ＭＨｚまで充分使用でき
る。これは、用いた材料が超低磁気損失で、かつ温度特
性が良好なためである。より高周波では磁束密度を下げ
て使用するのが一般的であるので、（表８）の結果より
５ＭＨｚまで使用可能と考えられる。しかしながら、２
ＭＨｚ以上のスイッチング電源は回路側の損失が増大す
るため、現時点では現実的ではない。

【０１０４】以上の結果より、本発明のフェライト材料
を用いたスイッチング周波数が３００ｋＨｚ〜２ＭＨｚ
の電源は、発熱が少なく高効率で、熱暴走する危険性が
低い。また、電源回路側の損失が減少すれば、５ＭＨｚ
まで使用可能である。

【０１０５】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の主組成とし
て、Ｆｅ₂Ｏ₃を６１ｍｏｌ％以上６７ｍｏｌ％以下、Ｍ
ｎＯを３ｍｏｌ％以上３６ｍｏｌ％以下、ＺｎＯを０ｍ
ｏｌ％以上３０ｍｏｌ％以下含有し、副成分として０.
０５≦ＣａＯ≦０.５重量％、０.００５≦ＳｉＯ₂≦０.
２重量％を含有し、さらに、Ａ群（ＴｉＯ₂、ＣｏＯ、
ＣｕＯ、ＳｎＯ₂、ＮｉＯ）の金属酸化物を少なくとも
一種類以上０.００５重量％以上０.５重量％以下含有す
る焼結体であるという構成によれば、従来にない低磁気
損失でかつ温度特性に優れた材料であり、これを用いて
作製されたスイッチング電源は、低発熱・高効率で、温
度暴走の危険性の少ないものとすることができる効果が
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石井治大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者青野保之大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者鈴村政毅大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フェライトの主組成が６１ｍｏｌ％≦Ｆｅ
₂Ｏ₃≦６７ｍｏｌ％、３ｍｏｌ％≦ＭｎＯ≦３６ｍｏｌ
％、ＺｎＯ≦３０ｍｏｌ％であり、副成分として０．０
５≦ＣａＯ≦０．５重量％、０．００５≦ＳｉＯ₂≦
０．２重量％を含有し、さらに以下に示すＡ群の金属酸
化物Ｍ_xＯ_zを少なくとも一種類以上、０．００５≦Ｍ_x
Ｏ_z≦０．５重量％含有する焼結体である事を特徴とす
る酸化物磁性体材料。但し、Ａ群の金属酸化物Ｍ_xＯ
_zは、ＴｉＯ₂、ＣｏＯ、ＣｕＯ、ＳｎＯ₂、ＮｉＯの何
れかである。
【請求項２】副成分とＡ群の金属酸化物を含むフェライ
トに、さらに、以下に示すＢ群の金属酸化物Ｍ_xＯ_zを少
なくとも一種類以上、０．０１≦Ｍ_xＯ_z≦０．５重量％
含有する焼結体である事を特徴とする、請求項１記載の
酸化物磁性体材料。但し、Ｂ群の金属酸化物Ｍ_xＯ_zは、
ＺｒＯ₂、ＨｆＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、Ｉ
ｎ₂Ｏ₃、ＧｅＯ₂、Ｓｂ₂Ｏ₃の何れかである。
【請求項３】フェライトの主組成の内、Ｆｅ₂Ｏ₃が６２
ｍｏｌ％以上６６ｍｏｌ％以下、ＭｎＯが１４ｍｏｌ％
以上２８ｍｏｌ％以下、ＺｎＯが１０ｍｏｌ％以上２０
ｍｏｌ％以下である事を特徴とする、請求項１または２
何れかに記載の酸化物磁性体材料。
【請求項４】Ｂ群の金属酸化物Ｍ_xＯ_zの粒界層部分の濃
度が、粒子内部の濃度の５倍以上である事を特徴とす
る、請求項２または３何れかに記載の酸化物磁性体材
料。