JPH0794316A - 低損失Mn−Zn系ソフトフェライト - Google Patents

低損失Mn−Zn系ソフトフェライト

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JPH0794316A
JPH0794316A JP5235115A JP23511593A JPH0794316A JP H0794316 A JPH0794316 A JP H0794316A JP 5235115 A JP5235115 A JP 5235115A JP 23511593 A JP23511593 A JP 23511593A JP H0794316 A JPH0794316 A JP H0794316A
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 Mn−Zn系ソフトフェライトであって、その組
成を Fe2O3:52〜54.5 mol%、 MnO:33〜40 mol%、 ZnO:
6〜14 mol% からなる基本成分中に、 SiO2:0.005 〜0.040 wt%、 CaO :0.02〜0.20wt%、
酸化ニオブ:0.01〜0.08wt%、酸化チタン:0.05〜0.40
wt% ならびにカリウム、ルビジウムおよびセシウムの各酸化
物のうちから選んだ1種または2種以上を金属換算で 1
00〜2000 ppm含有させた組成とする。 【効果】 スイッチング電源周波数が100kHz程度の高周
波電源用トランスのコアとして、従来材と比較して高磁
場下での損失が格段に低減する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、スイッチング電源用
トランス等の用途に供して好適な電力損失の少ないMn−
Zn系ソフトフェライトに関するものである。
【0002】
【従来の技術】Mn−Zn系ソフトフェライトは、各種通信
機器、電源等のコイル、トランス材料として広く用いら
れているが、最近のOAの機器の普及に伴い、100kHz程
度の高周波領域で動作するスイッング電源のトランス材
料としても利用されている。
【0003】このようなトランス材料として使用される
Mn−Zn系フェライトに要求される特性としては、高飽和
磁束密度、高透磁率および低損失など種々の特性が挙げ
られるが、特にこの発明で対象とするスイッチング電源
用トランスとしては、高磁場下において低損失であるこ
とがとりわけ重要とされる。このためMn−Zn系ソフトフ
ェライトにおいては、従来から種々の微量添加物を添加
することによって損失の改善が試みられており、特に高
周波帯域での鉄損特性としては、100kHz,200mTにおけ
る損失が 300〜400 mW/cm3程度のレベルまで実現されて
いる。
【0004】その中でも特開昭61-42104号公報、特開昭
61-42105号公報では、酸化カルシウム、酸化ケイ素、酸
化ニオブおよび酸化カリウムの添加によって、損失の一
層の改善を図られ、その結果、スイッチング周波数 25k
Hzにおける損失は、200mTの磁束密度で60mW/cm3程度の
レベルまで低減されている。また特開平4−325493号公
報では、焼結体製品にK,Rb,Csのアルコラート化合物
溶液を塗布した後、熱処理することによって、さらなる
特性改善を図る方法が提案されている。さらに、特開平
5-36516号公報では、K2O の添加により不純物Pの悪影
響を除去する方法が提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、現在スイ
ッチング電源周波数として使用されている100kHz以上の
高周波帯域における鉄損特性を効果的に改善し、スイッ
チング電源用トランスとして使用した場合において、損
失を大幅に低減することのできるMn−Zn系ソフトフェラ
イトを提案することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】すなわち、この発明は Fe2O3 :52〜54.5 mol% MnO :33〜40 mol% ZnO :6〜14 mol% からなる基本成分中に、 SiO2:0.005 〜0.040 wt% CaO :0.02〜0.20wt% 酸化ニオブ:0.01〜0.08wt% 酸化チタン:0.05〜0.40wt% ならびにカリウム、ルビジウムおよびセシウムの各酸化
物のうちから選んだ1種または2種以上を金属換算で 1
00〜2000 ppmを含有することを特徴とする低損失Mn−Zn
系ソフトフェライト(第1発明)である。
【0007】また、この発明は、 Fe2O3 :52〜54.5 mol% MnO :33〜40 mol% ZnO :6〜14 mol% からなる基本成分中に SiO2:0.005 〜0.040 wt% CaO :0.02〜0.20wt% 酸化ニオブ:0.01〜0.08wt% 酸化アンチモン:0.005 〜0.08wt% ならびにカリウム、ルビジウムおよびセシウムの各酸化
物のうちから選んだ1種または2種以上を金属換算で 1
00〜2000 ppmを含有することを特徴とする低損失Mn−Zn
系ソフトフェライト(第2発明)である。
【0008】さらに、この発明は、 Fe2O3 :52〜54.5 mol% MnO :33〜40 mol% ZnO :6〜14 mol% からなる基本成分中に SiO2:0.005 〜0.040 wt% CaO :0.02〜0.20wt% 酸化ニオブ:0.01〜0.08wt% 酸化チタン:0.05〜0.40wt% 酸化アンチモン:0.005 〜0.08wt% ならびにカリウム、ルビジウムおよびセシウムの各酸化
物のうちから選んだ1種または2種以上を金属換算で 1
00〜2000 ppmを含有することを特徴とする低損失Mn−Zn
系ソフトフェライト(第3発明)である。
【0009】
【作用】以下、この発明において、ソフトフェライトの
成分組成を上記の範囲に限定した理由について説明す
る。まず、基本成分の割合を上記の範囲に限定した理由
は、次のとおりである。 Fe2O3:52〜54.5 mol%, MnO:33〜40 mol%, ZnO:
6〜14 mol% スイッチング電源用トランスの動作温度は通常60〜70℃
であり、従ってこの温度範囲で電力損失が低く、しかも
室温から動作温度を超える80〜120 ℃程度の温度域まで
の鉄損が負の温度依存性を持つことが望ましい。この観
点から Fe2O3,MnO, ZnOの割合を検討した結果、上記の
範囲が得られたのである。
【0010】そしてこの発明では、上記したような基本
成分中に、SiO2, CaO および酸化ニオブならびに酸化チ
タンおよび酸化アンチモンのいずれか1種または2種、
さらにはカリウム,ルビジウム,セシウムの各酸化物の
うちから選んだ1種または2種以上を含有させるところ
に特徴がある。この場合これらの成分の含有量は次のと
おりである。
【0011】SiO2:0.005 〜0.40wt% SiO2は、CaO との共存によって粒界の比抵抗を高め、渦
電流損の低減に有効に寄与するが、 0.005wt%に満たな
いとその添加効果に乏しく、一方 0.040wt%を超えると
逆に損失が大きくなるので、SiO2含有量は 0.005〜0.04
0 wt%の範囲に限定した。
【0012】CaO :0.02〜0.20wt% CaOは、SiO2との共存下で効果的に粒界抵抗を高め、低
損失をもたらす有用成分であるが、含有量が0.02wt%に
満たないと粒界抵抗の向上効果に乏しく、一方0.20wt%
を越えると逆に損失が大きくなるので、0.02〜0.20wt%
の範囲で添加するものとした。
【0013】酸化ニオブ:0.01〜0.08wt% 酸化ニオブ(主にNb2O5)の添加によって損失が改善され
る理由は、SiO2,CaOと同様、粒界に析出して粒界を高
抵抗化させ、また異相が粒界にできることで磁気的な悪
影響を緩和させるためと考えられる。しかしながら含有
量が0.01wt%に満たないとその効果に乏しく、一方0.08
wt%を超えて含有されると焼結時に異常粒成長を起こし
易くなるので、0.01〜0.08wt%の範囲で添加するものと
した。
【0014】酸化チタン:0.05〜0.40wt% 酸化チタン(主にTiO2)は、フェライトコア焼成時の冷
却過程において粒界の再酸化を促進することによってコ
アの比抵抗を高め、高周波領域での損失を低減する効果
があるが、0.05wt%に満たないとその効果に乏しく、一
方0.40wt%を超えて含有されると逆に損失の増加を招く
ので、0.05〜0.40wt%の範囲で添加するものとした。
【0015】酸化アンチモン:0.005 〜0.08wt% 酸化アンチモン(主にSb2O3 )を SiO2, CaOおよびNb2O
5 と複合して含有させることによって損失が改善され
る。この理由は、現時点ではまだ明確に解明されたわけ
ではないが、粒界に析出し、上述した酸化ニオブと同様
な効果を与えることによるものと考えらる。この効果は
SiO2, CaOおよびNb2O5 との共存下で大きい。しかしな
がら 0.005wt%に満たないとその効果に乏しく、一方0.
08wt%を超えて含有されると逆に損失の増加を招くの
で、 0.005〜0.08wt%の範囲で添加するものとした。
【0016】さらにこの発明では、上記した各成分に加
え、K,Rbおよび/またはCsを、酸化物とくに K2O, Rb
2O,Cs2O等の形で含有させる。これらの酸化物は、やは
り損失低減効果を持ち、粒界に存在して異常粒成長を抑
制する作用があると考えられる。ここに、上記した酸化
物の含有量は、金属換算で 100〜2000 ppmの範囲とす
る。というのは、含有量は100ppm未満ではその添加効果
に乏しく、一方 2000ppmを超えると逆に損失の増加を招
くからである。
【0017】なお、これらの酸化物は、カリウム化合
物、ルビジウム化合物、セシウム化合物として添加さ
れ、かかる化合物としては例えば K2CO3, KCl, K2SO4,
Rb2CO3,RbCl, Rb2SO4, Cs2CO3, CsCl, Cs2SO4等が好適
である。
【0018】以上述べたとおり、100kHzに及ぶ高周波領
域での損失の低減には、比抵抗を高めることがとりわけ
有効なわけであるが、この発明では SiO2, CaOの共存下
で、酸化ニオブと、酸化チタンおよび/または酸化アン
チモン、さらにはカリウム、ルビジウムおよびセシウム
酸化物の各酸化物のうちから選んだ1種または2種以上
を添加し、粒界に均一に分散させることによって、所期
した目的を達成するものである。
【0019】ここに、この発明に従うフェライトを製造
するには、常法に従って処理を施せば良い。すなわち、
フェライトの最終組成として、酸化鉄が Fe2O3換算で52
〜54.5 mol%、酸化マンガンが MnO換算で33〜40 mol
%、酸化亜鉛が ZnO換算で6〜14 mol%となるように混
合し、ついで微量成分としてSiO2: 0.005〜0.040 wt
%、CaO:0.02〜0.20wt%、酸化ニオブ(Nb2O5
算):0.01〜0.08wt%と、酸化チタン(TiO2換算):0.
05〜0.40wt%および酸化アンチモン(Sb2O3 換算):0.
005 〜0.08wt%のいずれか1種または2種と、さらに酸
化カリウム,酸化ルビジウムおよび酸化セシウムのいず
れか1種または2種以上を金属換算で 100〜2000 ppm含
有させたものを原料とする。ただし微量成分の添加時期
は後述する仮焼の後であっても差し支えない。この原料
粉を、 800℃以上の温度で仮焼し、ついで微粉砕後、12
50℃以上の温度で酸素濃度を制御した窒素ガス中で焼成
する。
【0020】
【実施例】実施例1 最終組成として Fe2O3:53.5 mol%, MnO:34.5 mol%
および ZnO:12 mol%となる基本組成の原料を混合した
後、大気中で 900℃,3時間の仮焼を施した。この仮焼
粉に対し、最終組成が表1に示す割合となるように、Si
O2,CaO (CaCO3として添加), Nb2O5, TiO2およびK2CO3,
Rb2CO3, Cs2CO3 を添加配合し、同時に湿式ボールミル
で粉砕,混合した。ついで粉砕粉にバインダーとしてP
VAを添加し、造粒した後、外径:36mm,内径:24mm,
高さ:12mmのリング状に成形してから、酸素分圧を制御
した窒素雰囲気中で1320℃,3時間の焼成を行った。か
くして得られた焼結コアの周波数:100kHz,最大磁束密
度:0.2 T,温度:80℃における鉄損値を交流BHルー
プトレーサにて測定した結果を、表1に併記する。
【0021】
【表1】
【0022】表1から明らかなように、この発明に従
い、副成分として SiO2, CaO, Nb2O5,TiO2およびK,R
b,Cs酸化物を複合含有させたものはいずれも、300 mW/
cm3を下回る低い電力損失が達成されている。これに対
し、この発明の適正範囲から外れたものはいずれも損失
の改善効果は少なく、甚だしい場合には異常粒成長によ
って損失特性は逆に劣化している。
【0023】実施例2 最終組成として Fe2O3:52.7 mol%, MnO:34.6 mol%
および ZnO:12.7 mol%となる基本組成の原料を混合し
たのち、大気中にて 900℃,3時間の仮焼を施した。こ
の仮焼粉に対し、最終組成が表2および表3に示す割合
となるように、SiO2,CaO (CaCO3として添加)Nb2O5, S
b2O3およびK2CO3, Rb2CO3, Cs2CO3 を添加配合し、同時
に湿式ボールミルで粉砕,混合した。ついで粉砕粉にバ
インダーとしてPVAを添加し、造粒した後、外径:36
mm,内径:24mm,高さ:12mmのリング状に成形してか
ら、酸素分圧を制御した窒素雰囲気中で1320℃,3時間
の焼成を行った。かくして得られた焼結コアの周波数:
100kHz,最大磁束密度:0.2 T、温度:80℃における鉄
損値を交流BHループトレーサにて測定した結果を、表
2および表3に併記する。
【0024】
【表2】
【0025】
【表3】
【0026】表2および表3から明らかなように、この
発明の適正成分組成範囲に成分調整したものはいずれ
も、300 mW/cm3を下回る低い電力損失が得られている。
【0027】
【発明の効果】かくしてこの発明によれば、スイッチン
グ電源周波数が100kHz程度の高周波電源用トランスのコ
アとして、従来材と比較して高磁場下での損失が格段に
小さい低損失Mn−Zn系ソフトフェライトを得ることがで
きる。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Fe2O3 :52〜54.5 mol% MnO :33〜40 mol% ZnO :6〜14 mol% からなる基本成分中に、 SiO2:0.005 〜0.040 wt% CaO :0.02〜0.20wt% 酸化ニオブ:0.01〜0.08wt% 酸化チタン:0.05〜0.40wt% ならびにカリウム、ルビジウムおよびセシウムの各酸化
    物のうちから選んだ1種または2種以上を金属換算で 1
    00〜2000 ppmを含有することを特徴とする低損失Mn−Zn
    系ソフトフェライト。
  2. 【請求項2】 Fe2O3 :52〜54.5 mol% MnO :33〜40 mol% ZnO :6〜14 mol% からなる基本成分中に SiO2:0.005 〜0.040 wt% CaO :0.02〜0.20wt% 酸化ニオブ:0.01〜0.08wt% 酸化アンチモン:0.005 〜0.08wt% ならびにカリウム、ルビジウムおよびセシウムの各酸化
    物のうちから選んだ1種または2種以上を金属換算で 1
    00〜2000 ppmを含有することを特徴とする低損失Mn−Zn
    系ソフトフェライト。
  3. 【請求項3】 Fe2O3 :52〜54.5 mol% MnO :33〜40 mol% ZnO :6〜14 mol% からなる基本成分中に SiO2:0.005 〜0.040 wt% CaO :0.02〜0.20wt% 酸化ニオブ:0.01〜0.08wt% 酸化チタン:0.05〜0.40wt% 酸化アンチモン:0.005 〜0.08wt% ならびにカリウム、ルビジウムおよびセシウムの各酸化
    物のうちから選んだ1種または2種以上を金属換算で 1
    00〜2000 ppmを含有することを特徴とする低損失Mn−Zn
    系ソフトフェライト。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102693802A (zh) * 2012-02-15 2012-09-26 横店集团东磁股份有限公司 一种宽温MnZn功率铁氧体材料及其制备方法

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