JPH08148322A - Oxide magnetic material and switching power supply employing the same - Google Patents

Oxide magnetic material and switching power supply employing the same

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JPH08148322A
JPH08148322A JP6283462A JP28346294A JPH08148322A JP H08148322 A JPH08148322 A JP H08148322A JP 6283462 A JP6283462 A JP 6283462A JP 28346294 A JP28346294 A JP 28346294A JP H08148322 A JPH08148322 A JP H08148322A
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JP
Japan
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magnetic
loss
magnetic material
power supply
switching power
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JP6283462A
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Japanese (ja)
Inventor
Osamu Inoue
修 井上
Koichi Kugimiya
公一 釘宮
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To obtain a magnetic material exhibiting low magnetic loss in high frequency band and a small-sized, high efficiency, low heat generation switching power supply employing it. CONSTITUTION: A perminvar type oxide magnetic material principally comprises 55mol.% or more of Fe2 O3 or 53mol.% or more of Fe2 O3 and specified quantity of CoO, as a subconstituent. It is admixed with at least CaO and SiO2 to produce an MnZn ferrite containing metal ions exhibiting magnetic anisotropy. The magnetic material thus produced is employed in the core for main transformer. Magnetic loss can be reduced in a switching power supply when it is driven with flux density of 150mT or less at a switching frequency of 500kHz to 5MHz.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、酸化物磁性体材料およ
びそれを使用するスイッチング電源に関する。より詳細
には、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、特に高周波特性に優れた低
損失MnZn系フェライト磁性体およびそれを使用した
スイッチング電源に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an oxide magnetic material and a switching power supply using the same. More specifically, the present invention relates to an oxide magnetic material used for an inductance component, a power supply transformer core, and the like, particularly a low-loss MnZn-based ferrite magnetic material excellent in high frequency characteristics, and a switching power supply using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年のエレクトロニクス技術の発展にと
もない機器の小型化・高密度化が要求され、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要求され、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。
2. Description of the Related Art With the recent development of electronics technology, downsizing and high density of equipment are required, and the operating frequency is increasing. For example, even in magnetic materials used for transformer magnetic cores for switching power supplies and others,
Correspondence to high frequency is required, and in order to prevent heat generation especially when miniaturized, low magnetic loss is required at high frequency.

【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。この欠
点は、磁性体の厚さを薄くすること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。しかし、薄膜化には約
10μm程度と限界があり、また複雑形状のものが作り
にくく、高コストであるといった問題点がある。このた
め、商業的には100kHz程度の周波数帯域までしか
使用できなかった。
For example, magnetic materials used as magnetic core materials are roughly classified into metallic materials and oxide ferrite materials. Metal-based materials have the advantage of high saturation magnetic flux density and high magnetic permeability, but have an electrical resistivity of 10 -6 to 10 -4.
Since it is as low as Ω · cm, there is a drawback that magnetic loss due to eddy current increases at high frequencies. This drawback is ameliorated by reducing the thickness of the magnetic material, so that a metal foil is processed into a thin foil and an insulating material is sandwiched between the metal material and the metal material. However, there is a problem that the thinning is limited to about 10 μm, and it is difficult to form a complicated shape, and the cost is high. Therefore, it could only be used commercially up to a frequency band of about 100 kHz.

【0004】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程度と低いが、電気抵抗率は、金
属系材料に比べて高い。例えば、通常用いられているM
nZn系のもので、電気抵抗率は0.01Ω・m程度と
金属系材料に比べてはるかに高い。また、CaOやSi
2 等の添加物を用いることにより、電気抵抗率を数1
0Ω・m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。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
の材料が広く用いられていた。
On the other hand, the ferrite-based material has a saturation magnetic flux density as low as about 1/2 that of the metal-based material, but has a higher electric resistivity than the metal-based material. For example, the commonly used M
The nZn-based material has an electric resistivity of about 0.01 Ω · m, which is much higher than that of metal-based materials. In addition, CaO and Si
By using additives such as O 2 , the electrical resistivity can be reduced to 1
It can be increased up to about 0 Ω · m, and the magnetic loss due to eddy current is relatively small up to high frequencies, and it can be used without special measures. In addition, it has advantages that it can be easily made into a complicated shape and that the cost is low. For this reason, this ferrite-based material has been widely used as a power supply transformer core material at a switching frequency of, for example, 100 kHz or more.

【0005】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。高周波の磁気
損失は主に渦電流損失に起因するので、電気抵抗率が高
いほど損失が小さくなると考えられるが、MnZnフェ
ライト自体の電気抵抗率は、前述したように金属系材料
よりは高いが、充分ではない。このため、高周波用低磁
気損失MnZnフェライトの開発は、各種の添加物を用
い、また微細構造を制御することにより、電気抵抗率を
高くする検討が主流である。
Generally, among magnetic characteristics of ferrite, saturation magnetic flux density, Curie temperature, minimum loss temperature, etc. depend on the main composition, while magnetic permeability, residual magnetic flux density, coercive force, magnetic loss, etc. Although affected by it, it is said to be a property dominated by the fine structure. Since the high frequency magnetic loss is mainly caused by the eddy current loss, it is considered that the loss becomes smaller as the electrical resistivity becomes higher, but the electrical resistivity of the MnZn ferrite itself is higher than that of the metal-based material as described above, Not enough. For this reason, the mainstream of the development of low magnetic loss MnZn ferrite for high frequencies is to increase the electrical resistivity by using various additives and controlling the fine structure.

【0006】また、高周波用低損失材料の磁気損失以外
の特性としては、飽和磁束密度、キュリー温度、透磁率
が高いことが必要とされている。これらの特性は、ソフ
ト磁性体が基本的に要求される特性であるとともに、低
損失化のためにも重要な特性と考えられている(「粉体
および粉末冶金」第34巻5号P191)。飽和磁束密
度は、Fe23量が多いほど増加する。しかしながら、
Fe23量が多すぎると透磁率や電気抵抗率が低下する
ことが知られている。以上のような理由から、低損失M
nZnフェライトの主組成のFe23量としては53〜
54mol%程度含有するものが最適とされている。
(「エレクトロニク セラミクス」1985年冬号 P
44)。実際に開発されている低損失フェライトも、ほ
とんどがこの組成範囲内であり、低損失化は、この付近
の主組成を用い、既に述べた添加物、微細構造による検
討が中心であった。
Further, as characteristics other than the magnetic loss of the high-frequency low-loss material, it is necessary that the saturation magnetic flux density, the Curie temperature, and the magnetic permeability are high. These properties are basically required properties of a soft magnetic material and are considered to be important properties for reducing loss ("Powder and powder metallurgy" Vol. 34, No. 5, P191). . The saturation magnetic flux density increases as the amount of Fe 2 O 3 increases. However,
It is known that if the amount of Fe 2 O 3 is too large, the magnetic permeability and electric resistivity decrease. For the above reasons, low loss M
The amount of Fe 2 O 3 in the main composition of nZn ferrite is 53-
The optimum content is about 54 mol%.
("Electronic Ceramics" Winter 1985 P
44). Most of the low-loss ferrites actually developed are within this composition range, and the reduction of loss has been centered on the investigation by the additives and the fine structure already described using the main composition in the vicinity.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、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
ないという問題点があった。
However, even a ferrite-based material has a problem that magnetic loss due to eddy current increases and it cannot be used even at a frequency of 500 kHz or more.

【0008】そこで発明者等は、各種の主組成比のMn
Zn系フェライトに種々の金属酸化物を複合添加したフ
ェライトを実際に作製し、添加物、主組成の効果を詳細
に検討した。その結果、(1)従来重要視されていた電
気抵抗率は、せいぜい1Ω・m程度以上あれば充分であ
り、それ以上高くなっても損失にほとんど影響を与えな
いこと、(2)透磁率が高い時に低損失とは言えず、比
透磁率1000以下でも、ヒステリシス損失、渦電流損
失ともに極めて低くなることがあること、(3)フェラ
イトに磁気異方性の大きいイオンを固溶させて、パーミ
ンバー型(Perminvar型(蛇型))とすることによって、
渦電流損失が小さくなること、を見いだした。
Therefore, the inventors of the present invention have found that various main composition ratios of Mn
A ferrite in which various metal oxides were added in combination to Zn-based ferrite was actually manufactured, and the effects of the additives and the main composition were examined in detail. As a result, (1) the electrical resistivity, which has been regarded as important in the past, is at most about 1 Ω · m or more at most, and even if it is higher than that, it has almost no effect on the loss. (2) The magnetic permeability is It cannot be said that the loss is high when it is high, and even if the relative magnetic permeability is 1000 or less, both hysteresis loss and eddy current loss may be extremely low. (3) Ions having large magnetic anisotropy are solid-dissolved in ferrite, and permin bar Type (Perminvar type (snake type))
It has been found that the eddy current loss is reduced.

【0009】本発明は、前記従来技術の問題点を解決す
るためなされたものあり、高周波における磁気損失が極
めて低い磁性体材料を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object thereof is to provide a magnetic material having extremely low magnetic loss at high frequencies.

【0010】[0010]

【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、主成分が
Mn,Zn,Feよりなり、副成分として少なくともC
aOおよびSiO2 を含有し、かつ磁気異方性を有する
金属イオンを含むことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the first oxide magnetic material of the present invention has a main component of Mn, Zn, Fe and at least C as a sub-component.
It is characterized by containing a metal ion containing aO and SiO 2 and having magnetic anisotropy.

【0011】前記構成の酸化物磁性体材料において、主
組成としてFe23を55mol%以上含むことが好ま
しい。また前記構成の酸化物磁性体材料において、主組
成としてFe23を53mol%以上含み、かつ副成分
として少なくともCoOを0.005 〜0.2重量%含
有することが好ましい。
In the oxide magnetic material having the above structure, it is preferable that the main composition contains 55 mol% or more of Fe 2 O 3 . In addition, it is preferable that the oxide magnetic material having the above-mentioned structure contains Fe 2 O 3 in an amount of 53 mol% or more as a main composition and at least CoO in an amount of 0.005 to 0.2 wt% as an auxiliary component.

【0012】本発明のスイッチング電源は、Mn,Z
n,Feを主成分とし、副成分として少なくともCaO
とSiO2 を含有し、かつ磁気異方性を有する金属イオ
ンを含むMnZn系フェライトをメイントランス用磁芯
として使用し、スイッチング周波数が500kHz〜5
MHz、磁束密度が150mT以下で駆動することを特
徴とする。
The switching power supply of the present invention is Mn, Z.
n, Fe as a main component, and at least CaO as a secondary component
An MnZn-based ferrite containing metal ions having magnetic anisotropy and containing SiO 2 and SiO 2 is used as a magnetic core for a main transformer, and a switching frequency is 500 kHz to 5 kHz.
It is characterized by driving at MHz and magnetic flux density of 150 mT or less.

【0013】前記構成のスイッチング電源において、メ
イントランス用磁芯の主組成としてFe23を55mo
l%以上含む酸化物磁性体材料、または主組成としてF
23を53mol%以上含み、かつ副成分として少な
くともCoOを0.005〜0.2重量%含有する酸化
物磁性体材料であることが好ましい。
In the switching power supply having the above-mentioned structure, Fe 2 O 3 is contained in an amount of 55 mo as the main composition of the main transformer core.
Oxide magnetic material containing 1% or more, or F as the main composition
It is preferable that the oxide magnetic material contains 53 mol% or more of e 2 O 3 and 0.005 to 0.2% by weight of CoO as a secondary component.

【0014】なお、本発明におけるCaO、SiO2
役割は、本来電気抵抗値の低いMnZnフェライトの粒
界層に析出し、電気抵抗率を高める為のものである。こ
れら以外に、さらにZrO2、HfO2、Ta25、Al
23、Ga23、In23、GeO2、Sb23 等を添
加することも同様の効果があって望ましいが、その結果
としての直流電気抵抗率は0.5Ω・m程度以上あれば
充分であり、逆に10Ω・m以上となるまで添加量を増
加させると、損失値はかえって増加する。そのための添
加量の望ましい範囲としては、CaOについては0.0
5重量%以上、0.2重量%以下、SiO2 については
0.005重量%以上、 0.1重量%以下、またその他
については0.01重量%以上、0.2重量%以下であ
る。
The role of CaO and SiO 2 in the present invention is to precipitate in the grain boundary layer of MnZn ferrite, which originally has a low electric resistance value, to increase the electric resistivity. In addition to these, ZrO 2 , HfO 2 , Ta 2 O 5 , Al
Addition of 2 O 3 , Ga 2 O 3 , In 2 O 3 , GeO 2 , Sb 2 O 3 and the like is also desirable because of the same effect, but the resulting DC electric resistivity is 0.5 Ω · m. It is sufficient if the amount is at least approximately, and conversely, if the amount of addition is increased until it becomes 10 Ω · m or more, the loss value rather increases. As a desirable range of the addition amount for that, it is 0.0 for CaO.
5 wt% or more and 0.2 wt% or less, SiO 2 is 0.005 wt% or more and 0.1 wt% or less, and other is 0.01 wt% or more and 0.2 wt% or less.

【0015】また、パーミンバー型となることによっ
て、渦電流損失が小さくなる理由は、磁束密度が低い領
域で、フェライト中の磁壁の動きが制限されることによ
ると考えられる。この場合、磁壁が動きにくくなるため
に透磁率は低くなるが、渦電流損失に影響を与えるアノ
ーマリ(anormaly)因子が小さくなり渦電流損失が小さ
くなる。ただし、磁束密度が大きくなると、磁壁が動き
はじめるために、低損失化効果は小さくなる。また、パ
ーミンバー型とするための磁気異方性の大きいイオンと
しては、Fe2+やCo2+がある。このうち、Fe2+につ
いては、配合組成のうち50mol%を越えるFe23
が、MnZnフェライト相を生成する際にほぼFeOと
なることで生成するが、Fe23量が55mol%以上
必要である。Co2+については添加により存在させるこ
とが必要である。ただし後述するように、これらのイオ
ンを含んだとしても、作製条件によっては磁壁のピンニ
ングが生じず、パーミンバー型とならない場合がある。
この場合には、静磁場でB−Hループを測定することに
よって判断できる。
Further, it is considered that the reason why the eddy current loss is reduced by using the Permin-Bar type is that the movement of the domain wall in the ferrite is restricted in the region where the magnetic flux density is low. In this case, since the magnetic domain wall becomes hard to move, the magnetic permeability becomes low, but the anomaly factor affecting the eddy current loss becomes small and the eddy current loss becomes small. However, when the magnetic flux density increases, the domain wall begins to move, so the effect of reducing loss decreases. Further, Fe 2+ and Co 2+ are examples of ions having a large magnetic anisotropy for forming the Perminber type. Of these, for Fe 2+ , Fe 2 O 3 exceeding 50 mol% in the composition
However, when the MnZn ferrite phase is generated, it becomes almost FeO, but it is necessary that the amount of Fe 2 O 3 be 55 mol% or more. Co 2+ needs to be present by addition. However, as will be described later, even if these ions are included, the domain wall may not be pinned depending on the production conditions, and the Perminber type may not be obtained.
In this case, it can be determined by measuring the BH loop in a static magnetic field.

【0016】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90%以上で
あることが望ましい。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Fe
23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。次に透磁率としては
500以上1200以下程度の範囲内が望ましい。ま
た、平均結晶粒径は10μm以下で、2〜5μm程度が望
ましい。
As another characteristic required for the low magnetic loss MnZn ferrite, the relative density of the sintered body is preferably 90% or more. If the sintered density is low, the effective area is reduced and the loss is increased. If the sintered density is low,
At the time of cooling of firing, it becomes easy to be affected by the atmosphere, especially Fe
With a composition containing a large amount of 2 O 3, the original characteristics may be difficult to obtain unless the atmosphere is precisely controlled, which causes a reduction in the yield during manufacturing. Next, the magnetic permeability is preferably within the range of 500 or more and 1200 or less. The average crystal grain size is 10 μm or less, preferably about 2 to 5 μm.

【0017】[0017]

【作用】前記した本発明の酸化物磁性体材料によれば、
MnZn系フェライトに、少なくとも特定量のCaOお
よびSiO2 を含有し、さらに磁気異方性を有する金属
イオンを含有する。このように構成したので、磁気異方
性を有する金属イオンの役割により、パーミンバー型の
B−Hヒステリシスループを示すようになり、磁区構造
を安定化して、磁気損失を低下させることができ、その
結果高周波磁気損失の低い磁性体材料を得ることができ
る。
According to the above oxide magnetic material of the present invention,
The MnZn-based ferrite contains at least a specific amount of CaO and SiO 2 , and further contains a metal ion having magnetic anisotropy. With this structure, the role of the metal ion having magnetic anisotropy causes a Perminver type BH hysteresis loop to stabilize the magnetic domain structure and reduce the magnetic loss. As a result, a magnetic material with low high frequency magnetic loss can be obtained.

【0018】前記酸化物磁性体材料の主組成としてFe
23を55mol%以上含む好ましい例によれば、高周
波磁気損失の低いパーミンバー型酸化物磁性体材料が得
られる。
Fe as the main composition of the oxide magnetic material
According to the preferable example containing 55 mol% or more of 2 O 3 , a permine bar-type oxide magnetic material having low high frequency magnetic loss can be obtained.

【0019】また前記酸化物磁性体材料の主組成として
Fe23を53mol%以上含み、かつ副成分として少
なくともCoOを0.005 〜0.2重量%含有するむ
好ましい例によれば、副成分としてのCaO、SiO2
等が、MnZn系フェライトの電気抵抗値を増大させる
とともに、渦電流にともなう磁気損失を低下させ、高周
波磁気損失の低いパーミンバー型の酸化物磁性体材料を
得ることができる。
According to a preferable example, the main composition of the oxide magnetic material contains Fe 2 O 3 in an amount of 53 mol% or more and at least 0.005 to 0.2% by weight of CoO is contained as a sub-component. CaO and SiO 2 as components
And the like increase the electric resistance value of the MnZn-based ferrite and reduce the magnetic loss due to the eddy current, so that a permine bar-type oxide magnetic material with low high-frequency magnetic loss can be obtained.

【0020】本発明のスイッチング電源は、Mn,Z
n,Feを主成分とし、副成分として少なくともCaO
とSiO2 を含有し、かつ磁気異方性を有する金属イオ
ンを含む低損失MnZn系フェライトをメイントランス
用磁芯として使用し、スイッチング周波数が500kH
z〜5MHz、磁束密度が150mT以下で駆動する構
成としたので、高周波帯域において低い磁気損失で使用
できる。
The switching power supply of the present invention is Mn, Z.
n, Fe as a main component, and at least CaO as a secondary component
A low-loss MnZn-based ferrite containing metal ions having magnetic anisotropy and containing SiO 2 and SiO 2 is used as a magnetic core for a main transformer, and a switching frequency is 500 kHz.
Since it is configured to be driven at z-5 MHz and a magnetic flux density of 150 mT or less, it can be used with a low magnetic loss in a high frequency band.

【0021】前記メイントランス用磁芯の主組成として
Fe23を55mol%以上含む酸化物磁性体材料、ま
たは主組成としてFe23を53mol%以上含み、か
つ副成分として少なくともCoOを0.005〜 0.3
重量%含有する酸化物磁性体材料である好ましい例によ
れば、高周波帯域において低い磁気損失で使用できるス
イッチング電源を得ることができる。
An oxide magnetic material containing 55 mol% or more of Fe 2 O 3 as the main composition of the magnetic core for the main transformer, or 53 mol% or more of Fe 2 O 3 as the main composition and at least CoO of 0 as a sub-component. 0.005-0.3
According to the preferable example of the oxide magnetic material containing wt%, it is possible to obtain a switching power supply that can be used with low magnetic loss in a high frequency band.

【0022】本発明のMnZn系フェライト材料は、測
定周波数がMHz帯域であっても超低磁気損失を示す。
従って、本材料をメイントランス用磁芯として使用し、
スイッチング周波数が500kHz〜5MHz、磁束密
度が150mT以下で駆動するスイッチング電源は、小
型、高効率となる。
The MnZn ferrite material of the present invention exhibits an ultra-low magnetic loss even when the measurement frequency is in the MHz band.
Therefore, using this material as the magnetic core for the main transformer,
A switching power supply driven at a switching frequency of 500 kHz to 5 MHz and a magnetic flux density of 150 mT or less is small and highly efficient.

【0023】[0023]

【実施例】以下、本発明の酸化物磁性体材料の実施例に
ついて説明する。実施例では一部の組成、添加物系を例
に挙げて説明するが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、少なくともCaOとSiO2 を含有し、かつ磁
気異方性を有する金属イオンを含むことによってパーミ
ンバー型となるMnZnフェライト全体を含むものであ
る。
EXAMPLES Examples of the oxide magnetic material of the present invention will be described below. In the examples, some compositions and additive systems will be described as examples, but the present invention is not limited thereto, and metal ions containing at least CaO and SiO 2 and having magnetic anisotropy. By including the above, the entire MnZn ferrite which becomes a Perminber type is included.

【0024】(実施例1)出発原料に純度99.5%の
α-Fe23、MnCO3、ZnO の各粉末を用いた。
これらの粉末をFe23が表1の量となり、ZnO量が
7mol%となり、残MnCO3 となり、合計重量が3
00gとなるように秤量した。これらの粉末をボールミ
ルにて湿式で10時間(またはh)、混合粉砕し、乾燥
させた。この混合粉末を900℃で2h空気中で仮焼し
た後、CaOが0.1重量%、SiO2が0.03重量
%、Sb23が0.05重量%、CoOが表1の値とな
るように、CaCO3、SiO2、Sb23およびCoO
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。
Example 1 As starting materials, powders of α-Fe 2 O 3 , MnCO 3 and ZnO having a purity of 99.5% were used.
The amount of Fe 2 O 3 in these powders was as shown in Table 1, the amount of ZnO was 7 mol%, the balance was MnCO 3 , and the total weight was 3
It was weighed to be 00 g. These powders were wet-mixed and pulverized for 10 hours (or h) in a ball mill and dried. After calcining this mixed powder in air at 900 ° C. for 2 hours, CaO was 0.1% by weight, SiO 2 was 0.03% by weight, Sb 2 O 3 was 0.05% by weight, and CoO was the value shown in Table 1. Such that CaCO 3 , SiO 2 , Sb 2 O 3 and CoO
Was added, and the mixture was again wet mixed and ground for 10 hours in a ball mill and dried to obtain a calcined powder.

【0025】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メッシュのふるい
を通過させて造粒した。これらの造粒粉を成形圧0.5
t/cm2 で一軸金型成形し、この成形体を500℃で
1時間、空気中でバインダアウトした。焼成は、温度を
1200℃とし、昇温時を空気中、最高温度保持時およ
び冷却時をFe23量に対応したフェライトの平衡酸素
分圧に応じてO2 雰囲気制御した。昇温速度は200℃
/h、冷却速度は100℃/hとした。また、800℃
以下の冷却速度を1000℃/hとした試料も作製し
た。
5% of polyvinyl alcohol was added to the calcined powder.
A 10% by weight aqueous solution was added, and the mixture was passed through a 30 mesh sieve for granulation. These granulated powders are molded under a pressure of 0.5
Uniaxial mold molding was performed at t / cm 2 , and the molded body was binder-out in air at 500 ° C. for 1 hour. The firing was performed at a temperature of 1200 ° C., the temperature was raised in air, and the O 2 atmosphere was controlled according to the equilibrium oxygen partial pressure of ferrite corresponding to the amount of Fe 2 O 3 when the maximum temperature was maintained and when the temperature was cooled. Temperature rising rate is 200 ℃
/ H and the cooling rate was 100 ° C./h. Also, 800 ℃
A sample having the following cooling rate of 1000 ° C./h was also prepared.

【0026】得られた焼結体より外径20mm、内径1
4mm、厚さ3mmのリング状試料を切り出した。この
試料に、絶縁テープを一層巻いた後、線径 0.26mm
φの絶縁導線を全周にわたって一層巻いた試料を準備
し、B−Hループトレーサーにより、磁束密度450m
TまでのB−Hループを静磁場にて測定した。その結果
の一部を図1に示した。B−Hループの形状より、通常
の磁性体となっているもの(図1の試料b、c)とパー
ミンバー型(図1の試料d、m)の磁性体に別れた。次
に、交流B−Hカーブ・トレーサーを用い、1MHz、
50mTにおける磁気損失を、20℃〜120℃の間で
20℃きざみで測定した。これらの結果を表1に示し
た。
From the obtained sintered body, the outer diameter is 20 mm and the inner diameter is 1
A ring-shaped sample having a thickness of 4 mm and a thickness of 3 mm was cut out. After wrapping one layer of insulating tape around this sample, wire diameter is 0.26mm
Prepare a sample in which a φ insulated conductor is wound around the entire circumference, and use a BH loop tracer to produce a magnetic flux density of 450 m.
The BH loop up to T was measured in a static magnetic field. A part of the result is shown in FIG. Due to the shape of the BH loop, it was divided into a normal magnetic material (Samples b and c in FIG. 1) and a Perminver type (Samples d and m in FIG. 1). Next, using an AC BH curve tracer, 1MHz,
The magnetic loss at 50 mT was measured in steps of 20 ° C to 120 ° C in steps of 20 ° C. The results are shown in Table 1.

【0027】[0027]

【表1】 [Table 1]

【0028】表1より明らかなように、Fe23量が5
5mol%以上、あるいは53mol%以上でCoOを
0.005重量%以上0.2重量%以下含む試料で、パ
ーミンバー型のものは、損失値300kW/m3程度以下
と低損失であった。一方この範囲外の試料a,b,c,
j,o、および範囲内でも通常の試料pおよびqは、損
失値が500kW/m3程度以上と大きくなった。
As is clear from Table 1, the Fe 2 O 3 content is 5
A sample containing 0.005 wt% or more and 0.2 wt% or less of CoO in an amount of 5 mol% or more, or 53 mol% or more, and the Perminver type sample had a low loss value of about 300 kW / m 3 or less. On the other hand, samples a, b, c outside this range
The loss values of the ordinary samples p and q within the range of j, o, and the range were as large as about 500 kW / m 3 or more.

【0029】(実施例2)実施例1と同様の方法で、組
成比がFe23を64mol%、MnOを19mol
%、ZnOを17mol%となし、CaOを0.1重量
%、SiO2 を0.02重量%含む焼結体(r)を作製し
た。同様に、組成比がFe23を54mol%、MnO
を38mol%、ZnOを8mol%となし、CaOを
0.1重量 %、SiO2を0.02重量%、Ta25
0.05重量%、CoOを0.05重量%含む、焼結体
(s)を作製した。比較例として、組成比がFe23
53.5mol%、MnOを38mol%、ZnOを8.
5mol%となり、CaOを0.1重量%、SiO2
0.02重量%、Ta25 を0.05重量%含む焼結体
(t)を同様に作製した。これらの焼結体の磁束密度45
0mTまでのB−Hループを静磁場にて測定し、また1
MHz,50mTにおける磁気損失を実施例1と同様の
方法で測定した。その結果、焼結体(r)は、パーミンバ
ー型であり、100℃で磁気損失が極小となり、損失値
は180kW/m3であった。焼結体(s)は、パーミンバ
ー型であり、損失が60℃で極小となり、損失値は80
kW/m3であった。以上の焼結体(r)および(s)
は、本発明による超低磁気損失材である。焼結体(t)
は、通常のもので、60℃で磁気損失が極小となり、損
失値は440kW/m3である、従来材料である。
Example 2 In the same manner as in Example 1, the composition ratio was 64 mol% of Fe 2 O 3 and 19 mol of MnO.
%, ZnO was 17 mol%, CaO was 0.1% by weight, and SiO 2 was 0.02% by weight to prepare a sintered body (r). Similarly, the composition ratio is 54 mol% Fe 2 O 3 , MnO
Content is 38 mol%, ZnO is 8 mol%, CaO is 0.1 wt%, SiO 2 is 0.02 wt%, Ta 2 O 5 is 0.05 wt% and CoO is 0.05 wt%. body
(s) was produced. As a comparative example, the composition ratio of Fe 2 O 3 is 53.5 mol%, MnO is 38 mol%, and ZnO is 8.
Sintered body containing 5 mol% of CaO, 0.1 wt% of SiO 2 , 0.02 wt% of SiO 2 and 0.05 wt% of Ta 2 O 5.
(t) was similarly prepared. Magnetic flux density of these sintered bodies 45
BH loop up to 0 mT was measured in static magnetic field, and 1
The magnetic loss at MHz and 50 mT was measured by the same method as in Example 1. As a result, the sintered body (r) was of the Permine bar type, had a minimum magnetic loss at 100 ° C., and had a loss value of 180 kW / m 3 . The sintered body (s) is of the Permine bar type, and the loss is minimal at 60 ° C, and the loss value is 80.
It was kW / m 3 . The above sintered bodies (r) and (s)
Is an ultra low magnetic loss material according to the present invention. Sintered body (t)
Is a conventional material that has a minimum magnetic loss at 60 ° C. and a loss value of 440 kW / m 3 and is a conventional material.

【0030】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、周波数を0.5MHzで磁束
密度を変化させて磁気損失を測定した。その結果を表2
に示した。
The magnetic loss of each of these three types of samples was measured by changing the magnetic flux density at a frequency of 0.5 MHz at each minimum loss temperature. The results are shown in Table 2.
It was shown to.

【0031】[0031]

【表2】 [Table 2]

【0032】表2より明らかなように、本発明の焼結体
(r)(s)は、150mT以下の磁束密度で、比較例の
(t)よりも低損失であるが、200mTでは差がなくな
った。次に、同じ試料について、磁束密度Bと周波数f
の積、B・f=50(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)。その結果を表
3に示した。
As is clear from Table 2, the sintered body of the present invention
(r) and (s) are magnetic flux densities of 150 mT or less,
Although the loss was lower than that of (t), the difference disappeared at 200 mT. Next, for the same sample, the magnetic flux density B and the frequency f
The magnetic loss was measured under the condition that the product was constant at B · f = 50 (mT · MHz) (under this condition, the core size is constant in the power transformer at the same output). Table 3 shows the results.

【0033】[0033]

【表3】 [Table 3]

【0034】表3より明らかなように、これらの焼結体
は1〜2MHz付近で損失が最小となる。(r)(s)と
(t)を比較すると、330kHz以上、150mT以下
で本発明の焼結体(r)および(s)が有利となるが、その
差が顕著となるのは、500kHz以上である。
As is clear from Table 3, these sintered bodies have a minimum loss in the vicinity of 1 to 2 MHz. (r) (s) and
Comparing (t), the sintered bodies (r) and (s) of the present invention are advantageous at 330 kHz or more and 150 mT or less, but the difference becomes remarkable at 500 kHz or more.

【0035】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。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。その結果
を表4に示した。
Next, E type cores were cut out from each of these sintered bodies, a forward type switching power supply circuit was prototyped using the cores, and the temperature rise corresponding to the magnetic loss was evaluated. Under a constant light load condition, the temperature rise of the magnetic core with respect to the frequency and the magnetic flux density of the magnetic core was measured. The results are shown in Table 4.

【0036】[0036]

【表4】 [Table 4]

【0037】表4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35℃見込んだ場合、焼結
体(t)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(r)または(s)を用いた電源は温度上
昇が少なく、高周波でも充分使用できる。一般に、高周
波では、使用磁束密度を低くすることが多いので、表3
の結果より5MHz程度まで使用可能と考えられる。し
かしながら、2MHz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。
As is clear from Table 4, when the allowable temperature rise due to the magnetic core loss of the transformer is expected to be 35 ° C., the power source using the sintered body (t) has a large temperature rise and cannot be used at a very high frequency. I understand. On the other hand, the power supply using the ferrite material (r) or (s) of the present invention has a small temperature rise and can be sufficiently used even at high frequencies. Generally, at high frequencies, the magnetic flux density used is often lowered.
From the result, it is considered that it can be used up to about 5 MHz. However, a switching power supply of 2 MHz or more increases the loss on the circuit side, and is not practical at this time.

【0038】以上の結果より、開発したフェライト材料
を用いたスイッチング電源は、発熱が少なく高効率であ
り、小型化が期待できる。また、特に500kHz以
上、150mT以下でその特徴が顕著となり、電源回路
側の損失が減少すれば、5MHzまで使用可能である。
From the above results, the switching power supply using the developed ferrite material generates less heat, has high efficiency, and can be expected to be miniaturized. Further, if the characteristic becomes particularly remarkable at 500 kHz or more and 150 mT or less and the loss on the power supply circuit side is reduced, it can be used up to 5 MHz.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明した通り本発明は、従来にない
低磁気損失の材料であり、これを用いて作製されたスイ
ッチング電源は、小型で低発熱、高効率とすることがで
きる。
As described above, the present invention is an unprecedented material with low magnetic loss, and a switching power supply manufactured by using this material can be small in size, low in heat generation, and high in efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明のパーミンバー型および通常型のフェ
ライトの静磁場ヒステリシスループを示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a static magnetic field hysteresis loop of perminber type and normal type ferrites of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

(b),(c),(d),(m)は、それぞれ表1の試料(b),(c),(d),
(m)に相当する静磁場ヒステリシスループである。
(b), (c), (d) and (m) are the samples (b), (c), (d) and
It is a static magnetic field hysteresis loop corresponding to (m).

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 Mn,Zn,Feを主成分とし、副成分
として少なくともCaOとSiO2 を含有し、かつ磁気
異方性を有する金属イオンを含むことを特徴とするパー
ミンバー型酸化物磁性体材料。
1. A permine bar-type oxide magnetic material containing Mn, Zn and Fe as main components, containing at least CaO and SiO 2 as sub-components, and containing metal ions having magnetic anisotropy. .
【請求項2】 主組成として、Fe23を55mol%
以上含む請求項1記載の酸化物磁性体材料。
2. Fe 2 O 3 is 55 mol% as a main composition.
The oxide magnetic material according to claim 1, containing the above.
【請求項3】 主組成として、Fe23を53mol%
以上含み、かつ副成分として、CoOを0.005〜0.
2重量%を含有する請求項1記載の酸化物磁性体材料。
3. Fe 2 O 3 is 53 mol% as a main composition.
CoO is contained in an amount of 0.005 to 0.005 as an accessory component.
The oxide magnetic material according to claim 1, containing 2% by weight.
【請求項4】 Mn,Zn,Feを主成分とし、副成分
として少なくともCaOとSiO2 を含有し、かつ磁気
異方性を有する金属イオンを含む低損失MnZn系フェ
ライトをメイントランス用磁芯として使用し、スイッチ
ング周波数が500kHz〜5MHz、磁束密度が15
0mT以下で駆動することを特徴とするスイッチング電
源。
4. A low-loss MnZn-based ferrite containing Mn, Zn, and Fe as main components, containing at least CaO and SiO 2 as auxiliary components, and containing metal ions having magnetic anisotropy, as a magnetic core for a main transformer. Used, switching frequency is 500kHz-5MHz, magnetic flux density is 15
A switching power supply which is driven at 0 mT or less.
【請求項5】 スイッチング周波数が500kHz〜5
MHz、磁束密度が150mT以下で駆動するメイント
ランスの磁芯として請求項2または3に記載の酸化物磁
性体材料を使用してなるスイッチング電源。
5. A switching frequency of 500 kHz to 5
A switching power supply using the oxide magnetic material according to claim 2 or 3 as a magnetic core of a main transformer driven at MHz and a magnetic flux density of 150 mT or less.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0986074A2 (en) * 1998-09-07 2000-03-15 Kureha Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha Resinous magnetic composition and manufacturing process
EP1083158A2 (en) * 1999-09-09 2001-03-14 TDK Corporation Magnetic ferrit material
JP2007269502A (en) * 2006-03-30 2007-10-18 Tdk Corp Mn-Zn FERRITE MATERIAL
JP2015065771A (en) * 2013-09-25 2015-04-09 東芝ライテック株式会社 Inductor element, switching power supply unit and illumination device
JP2016067088A (en) * 2014-09-24 2016-04-28 東芝ライテック株式会社 Power supply device and inductor element
WO2022085281A1 (en) * 2020-10-20 2022-04-28 株式会社トーキン MnZn-BASED FERRITE
CN116813320A (en) * 2023-06-08 2023-09-29 浙江工业大学 MnZn ferrite for MHz frequency

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0986074A2 (en) * 1998-09-07 2000-03-15 Kureha Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha Resinous magnetic composition and manufacturing process
EP0986074A3 (en) * 1998-09-07 2000-08-23 Kureha Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha Resinous magnetic composition and manufacturing process
US6342557B1 (en) 1998-09-07 2002-01-29 Kureha Kagaku Kogyo K.K. Resin composition and molded or formed product
EP1083158A2 (en) * 1999-09-09 2001-03-14 TDK Corporation Magnetic ferrit material
EP1083158A3 (en) * 1999-09-09 2001-10-10 TDK Corporation Magnetic ferrit material
JP2007269502A (en) * 2006-03-30 2007-10-18 Tdk Corp Mn-Zn FERRITE MATERIAL
JP2015065771A (en) * 2013-09-25 2015-04-09 東芝ライテック株式会社 Inductor element, switching power supply unit and illumination device
JP2016067088A (en) * 2014-09-24 2016-04-28 東芝ライテック株式会社 Power supply device and inductor element
WO2022085281A1 (en) * 2020-10-20 2022-04-28 株式会社トーキン MnZn-BASED FERRITE
CN116813320A (en) * 2023-06-08 2023-09-29 浙江工业大学 MnZn ferrite for MHz frequency

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