JPH0666178B2 - 低損失酸化物磁性材料 - Google Patents

低損失酸化物磁性材料

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JPH0666178B2
JPH0666178B2 JP62300169A JP30016987A JPH0666178B2 JP H0666178 B2 JPH0666178 B2 JP H0666178B2 JP 62300169 A JP62300169 A JP 62300169A JP 30016987 A JP30016987 A JP 30016987A JP H0666178 B2 JPH0666178 B2 JP H0666178B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はスイッチング電源用の変圧器等に使用されてい
る低損失酸化物磁性材料に関するものである。
〔従来の技術〕
近年装置の小型化の要求に応えるために,スイッチング
電源の小型化及び軽量化も要求されている。
一般に,25〜100kHz程度のスイッチング電源用の
変圧器において用いられる低損失酸化物磁性材料は,主
成分として30〜37モル%(18〜20重量%)の一
酸化マンガン(MnO),10〜15モル%(7〜9重量
%)の酸化亜鉛(ZnO),残部酸化第二鉄(Fe2O3)を含み,
副成分として0.02〜0.10重量%のCaOと0.005〜
0.100重量%のSiO2を含む所謂Fe,Mn,Zz系のフェライト
が使用されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら,上述のFe,Mn,Zn系フェライト
は,スイッチング周波数が100kHz以上のスイッチン
グ電源用の変圧器の磁芯材料として使用する際に鉄損が
大きく,小型化が困難であるという欠点を有している。
そして更に磁気特性の優れたFe,Mn,Zn系フェラ
イト磁性材料の開発が望まれている。
そこで,本発明は,上記欠点を鑑みてなされており,1
00kHz以上の高周波数で使用されても,鉄損の小さい
低損失酸化物磁性材料を提供することを目的とする。
[問題点を解決するための手段] 本発明によれば,フェライト主成分とフェライト副成分
と添加物とからなる酸化物磁性材料であって,前記フェ
ライト主成分は,30〜37モル%の一酸化マンガン
(MnO),10〜15モル%の酸化亜鉛(ZnO),
及び残部が酸化第二鉄(Fe)からなる組成を有
し,前記フェライト副成分は前記酸化物磁性材料の総量
に対して,0.02〜0.10重量%の酸化物磁性材料
の総量に対して,0.02〜0.10重量%の酸化カル
シウム(CaO)と0.005〜0.1000重量%の
二酸化ケイ素(SiO)とからなり,前記添加物は,
前記酸化物磁性材料の総量に対して,0.15重量%以
下の二酸化ジルコニウム(ZrO)と0.18重量%
以下の酸化アルミニウム(Al)と0.60重量
%以下のイオウ酸化物とからなることを特徴とする低損
失酸化物磁性材料が得られる。
ここで,本発明において前記低損失酸化物磁性材料にお
いて,前記イオウ酸化物は三酸化イオウ(SO)であ
ることが望ましい。
[作用] 本発明に係る低損失酸化物磁性材料は主成分として,Mn
O,ZnO,Fe2O3を含み副成分としてSiO2,CaOを含んでお
り,上記した主成分及び副成分に更にZrO2,Al2O3,SO3
を添加した組成を有する原料から生成される。具体的に
云えば,磁性材料は前述した組成の原料を混合,造粒,
圧縮成形して高温加熱により焼結することにより焼結体
の形を有している。おの焼結体は磁性を有する固溶体相
とその粒間部を含んでいる。
ZrO2,Al2O3は,それぞれ単独に0.15重量%以下,
0.18重量%以下添加することによっても,電力損失
を低下させることができる。Al2O3,ZrO2は両者とも添加
することにより電力損失をさらに低下させる。絶縁物質
ZrO2は固溶体相に溶解せず,粒間に析出し,絶縁相を形
成し固溶体の磁性粒子を包み込み比抵抗を増大させ渦電
流損失を少なくする。この際,SO3の適量(0.60重
量%以下)の添加は,ヒステリシス損失係数等のヒステ
リシス損失係数を大幅に改善し,また比抵抗を増大さ
せ,電力損失を減少させる。従って,斯る3成分を共に
添加することにより渦電流損失及びヒステリシス損失を
低減させる複合効果が得られる。
そして100kHzの高周波領域において初期透磁率及び
飽和磁束密度がともに大きく,残留磁束密度が小さく,
また比抵抗の大きな磁気特性等の諸特性の優れた低損失
酸化物磁性体が得られる。
〔実施例〕
本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
実施例1 本発明の実施例1に係る低損失酸化物磁性材料について
説明する。
本発明の実施例1に係る低損失酸化物材料の磁気特性を
表1に示す。
表1においては,主成分としては,34.5モル%(20.7重
量%)のMnO,13.5モル%(9.3重量%)のZnO,残部は5
2.0モル%のFe2O3を含み,副成分として0.018重量%のS
iO2と0.043重量%のCaOを含む磁性材料にさらに0.03重
量%のAl2O3と0.08重量%のZrO2と,表1に示された量
のSO3を添加した場合の電力損失の最少値を示す。ここ
で電力損失は,周波数100kHz,最大磁束密度Bmが2
000〔G〕,の条件にて測定されている。
表1において,SO3の添加量が0.05〜0.60重量%の範囲
内では,電力損失は,580〜500kW/m3の範囲内の
値を示し(試料1,2,4,5及び6),特に0.10重量%のSO3
の添加においては最小値を示した(試料3)。
第1図は,表1に示された各磁性材料の温度T(℃)と
電力損失の関係を示す。電力損失は周波数100kHz,
最大磁束密度Bmが2000〔G〕,の条件において測定
されている。この図において,1から6までの各曲線の
番号は表1の試料の番号を示し,測定温度が60〜80
℃の範囲において電力損失は各曲線ともに最小値を有す
る下に凸の放物線を示す。
表1及び第1図から,0.03〜0.60重量%の範囲内のSO3
を添加した場合においては,SO3を添加することにより
電力損失が低くなることが判る。
第2図は,本発明の実施例1に係る磁性材料の損失係数
tanδ/μとSO3の添加量(重量%)との関係を示し,第
3図は,本発明の実施例1に係る磁性材料のヒステリシ
ス損失係数h10を,SO3の添加量をパラメータとして測定
した結果を示している。
第2図,第3図から明らかなように0.03〜0.60重量%の
範囲内でSO3を添加した場合にtanδ/μ,h10,ともに
小さくなることが確認された。
比較例として,主成分は34.5モル%(20.7重量%)のMn
O,13.5モル%(9.3重量%)のZnO,残部Fe2O3を含み,
副成分として0.018重量%のSiO2と0.043重量%のCaOを
含む酸化物磁性材料に,さらに0.03重量%のAl2O3,0.08
重量%のZrO2,0.80重量%のSO3を含有している低損失磁
性材料(第7の磁性材料と呼ぶ。)の諸特性を測定し
た。
その結果として,電力損失の最小値を表1の試料7,電
力損失の温度特性を第1図の曲線7に,損失係数を第2
図に,ヒステリシス損失係数を第3図にそれぞれ併記し
た。
次に,本発明の実施例1に係る低損失酸化物磁性材料の
製造法について述べる。
主成分として34.5モル%(20.7重量%)のMnO,13.5モル
%(9.3重量%)のZnO,残部Fe2O3と,副成分として0.0
18重量%のSiO2,0.043重量%のCaO,0.08重量%のZrO2
と0.03重量%のAl2O3の含有量を一定として,さらに,S
O3を表1に示す0.03重量%,0.05重量%,0.10重量%,
0.20重量%,0.40重量%,0.60重量%の割合で含有する
ように添加した第1乃至第6の粉末原料を用意した。
また,同時に比較例に係る粉末原料も上記化学組成一定
の素材に0.80重量%の割合でSO3を含有する第7の粉末
原料を用意した。
次に,この第1乃至第7の粉末原料を個々に混合し,造
粒し,成形プレスした後,酸素分圧1.3at%(原子百分
率),温度1310℃,において焼結して低損失酸化物磁性
材料(ここでは,第1乃至第7の磁性材料と呼ぶ)を得
た。表1,第1乃至3図の磁気特性は,この第1乃至第
6の磁性材料の試料1乃至6により測定されたものであ
る。併せて比較例に係る第7の磁性材料の磁気特性につ
いて記入した(試料7)。
実施例2 本発明の実施例2について説明する。
表2は,実施例2に係る低損失磁性材料の電力損失を示
している。電力損失は周波数100kHz,最大磁束密度B
mが2000〔G〕で測定された。第9,第10,第1
2,第14は,主成分として34.5モル%(20.7重量%)
のMnO,13.5モル%(9.3重量%)のZnO,残部Fe2O3と副
成分として0.018重量%のSiO2,0.043重量%CaOを含有す
る材料に,表2に示す0.03重量%,0.18重量%のAl2O3
と0.08重量%,0.12重量%のZrO2を1種以上添加した材
料であり−印は該当する物質の無添加を示す。
表2で示すように,ZrO2については0.08重量%のZrO2
添加した第9材料が電力損失は最小を,Al2O3について
は0.03重量%のAl2O3を添加した第14の材料が電力損
失最小を示した。また比較例としてAl2O3,ZrO2の無添加
を第8の材料,0.18重量%のZrO2を含有する第11の材
料,0.20重量%のAl2O3を含有する第13の材料につい
ても,電力損失を測定し,表2に併記した。
表2に示すように,0.20重量%からAl2O3の添加量の減
少に伴い電力損失が減少することと,0.18重量%からZr
O2の添加量の減少に伴い,電力損失が減少することが確
認され,2種を含有するものは,更に電力損失が減少す
ることが確認された。尚Al2O3とZrO2を含有しないもの
は電力損失を減少させない。
第4図は,表2に示す本発明の実施例2に係る低損失酸
化物磁性材料の電力損失と測定温度T(℃)の関係を示
す。この図においては,曲線の番号は表2の番号に対応
しており60°〜80℃の範囲内において電力損失の最
小値が現われることが認められた。
表2の比較例に係る材料を第4図に併記した。
また比較例に係る低損失酸化物磁性材料は次のようにし
て製造された。
主成分として34.5モル%(20.7重量%)のMnO,13.5モル
%(9.3重量%)のZnO,残部Fe2O3と副成分として0.018
重量%のSiO2,0.043重量%のCaOを含有し,他の副成分
を表2に示す割合で含有する粉末原料第11と第13の
粉末原料と,他の副成分を含有しない第8の粉末原料を
それぞれ,混合,造粒,プレス成形,焼結を行い,低損
失酸化物磁性材料(第8,第11,第13の磁性材料)
をそれぞれ得た。表2に示された第8,第11,第13
の試料は,上記第8,第11,第13の磁性材料,第3
図の曲線8,12,13は上記第8,第11,第13の
磁性材料の番号にそれぞれ対応している。
実施例3 本発明の実施例3について説明する。
表2は,実施例1の第3の磁性材料(表1の試料3)に
ついて,初透磁率μi,飽和磁束密度B15〔G〕,残留
磁束密度Br〔G〕,比抵抗ρ〔Ωcm〕の測定結果を示
したものである。
また比較例として,主成分として34.5モル%(20.7重量
%)のMnO,13.5モル%(9.3重量%)のZnO,残部Fe2O3
からなり,副成分として0.018重量%のSiO2,0.043重量
%のCaOを含有する低損失酸化物磁性材料(表2の試料
8)についても諸特性を測定しその結果を併記した。
表3より,本発明の実施例3に係る低損失酸化物磁性材
料は,μiが2000以上,B15が5000〔G〕以上を示
し,スイッチング電源用の材料として要求される諸特性
を十分に満たしている。
また,比抵抗ρに関しては,実施例3に係る低損失酸化
物磁性材料は,比較例の6倍と向上が認められた。この
ことから実施例1に係る第1乃至第7の磁性材料は諸特
性を充分満たすものであると確信できる。
実施例4 本発明の実施例4について説明する。
表4は,主成分として34.5モル%(20.7重量%)のMnO,
13.5モル%(9.3重量%)のZnO,残部Fe2O3,副成分と
して0.018重量%のSiO2,0.043重量%のCaO及び,0.03重
量%のAl2O3を含有する低損失酸化物磁性材料に0.08重
量%のZrO2及び0.10重量%のSO3を含有する低損失酸化
物磁性材料の電力損失及び比抵抗を示している。
この表において,0.08重量%のZrO2を含む第9の材料及
び0.08重量%のZrO2及び0.10重量%のSO3を含む第3の
材料は,実施例1,及び実施例2の第3及び第9の材料
と同一である。また比較例の材料は,上記主成分と副成
分を含む材料に,0.10重量%のSO3を含有した粉末材料
を混合,造粒成形プレスした後,焼結して製造されてい
る。
この表において0.08重量%のZrO2または0.03重量%のSO
3の適量を含有する磁性材料は,電力損失が減少し比抵
抗が増加するが,両者の適量添加により更に電力損失が
減少し比抵抗が増加することが確認された。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかなように,本発明によれば,Zr
O2,Al2O3,SO3適量含有させることにより,100kHz以
上の高周波で使用されるスイッチング電源用変圧器の磁
芯の材料として要求される諸特性を充分満足する。
ここでZrO2,Al2O3,SO3を適量含有する低損失酸化物磁性
材料は,鉄損が小さく,ZrO2,Al2O3,SO3の3種を適量含
有する低損失酸化物磁性材料は鉄損がさらに小さく,電
気エネルギーが有効的に利用できる低損失酸化物磁性材
料を得ることができる。
本発明によれば,小型変圧器等の部品の高周波磁性材料
として使用でき,その際には発熱が少なく,従って熱に
よるコイル等の付属部品の消耗や損傷が少なく寿命の長
い部品材料としての低損失酸化物磁性材料を得ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は,本発明の実施例に係る低損失酸化物磁性材料
の電力損失と温度の関係を示す図,第2図は,本発明の
実施例に係る低損失酸化物磁性材料の相対損失係数と三
酸化イオン添加量との関係を示す図,第3図は,本発明
の実施例に係る低損失酸化物磁性材料のヒステリシス損
失係数と三酸化イオン添加量との関係を示す図,第4図
は,表2の比較例に係る低損失酸化物磁性材料の電力損
失と温度の関係を示す図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】フェライト主成分とフェライト副成分と添
    加物とからなる酸化物磁性材料であって、 前記フェライト主成分は,30〜37モル%の一酸化マ
    ンガン(MnO),10〜15モル%の酸化亜鉛(Zn
    O),及び残部が酸化第二鉄(Fe)からなる組
    成を有し, 前記フェライト副成分は前記酸化物磁性材料の総量に対
    して,0.02〜0.10重量%の酸化物磁性材料の総
    量に対して,0.02〜0.10重量%の酸化カルシウ
    ム(CaO)と0.005〜0.1000重量%の二酸
    化ケイ素(SiO)とからなり, 前記添加物は,前記酸化物磁性材料の総量に対して,
    0.15重量%以下の二酸化ジルコニウム(ZrO
    と0.18重量%以下の酸化アルミニウム(A
    )と0.60重量%以下のイオウ酸化物とからな
    ることを特徴とする低損失酸化物磁性材料。
  2. 【請求項2】特許請求の範囲第1項記載の低損失酸化物
    磁性材料において,前記イオウ酸化物は三酸化イオウ
    (SO)であることを特徴とする低損失酸化物磁性材
    料。
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