JPH08172008A - 低損失Mn−Znフェライト及びその製造方法 - Google Patents

低損失Mn−Znフェライト及びその製造方法

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JPH08172008A
JPH08172008A JP6313422A JP31342294A JPH08172008A JP H08172008 A JPH08172008 A JP H08172008A JP 6313422 A JP6313422 A JP 6313422A JP 31342294 A JP31342294 A JP 31342294A JP H08172008 A JPH08172008 A JP H08172008A
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JP
Japan
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loss
ferrite
cao
sio
mol
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JP6313422A
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Takashi Kono
貴史 河野
Hideaki Kohiki
英明 小日置
Shigeaki Takagi
重彰 高城
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/34Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials non-metallic substances, e.g. ferrites
    • H01F1/342Oxides
    • H01F1/344Ferrites, e.g. having a cubic spinel structure (X2+O)(Y23+O3), e.g. magnetite Fe3O4

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
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  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】200kHz以上における広い磁束密度領域で
低損失なMn−Znフェライトを得る。 【構成】Fe23 :50〜60mol%、ZnO:1
5mol%以下、MnO:残部からなる基本成分中に副
成分としてSi、Ca、Ta、Zrの酸化物をSiO
2 、CaO、Ta25 、ZrO2 換算で、SiO2
0.005〜0.1wt%、CaO:0.01〜0.3
wt%、Ta25 :0.01〜0.1wt%、ZrO
2 :0.01〜0.15wt%を含有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、特にスイッチング電源
用トランス等の磁心として有用な、低電力損失を特徴と
するMn−Znフェライト及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】Mn−Znフェライトは、スイッチング
電源などのノイズフィルタやトランス用磁心として広く
使用されている。高度情報化社会における電子機器の小
型、高集積化、多機能化を実現するために上記部品の駆
動周波数の高周波化は著しく、200kHzあるいはそ
れ以上の高周波領域での低損失化が望まれているが、目
的にかなう高性能Mn−Znフェライト開発は達成され
ていなかった。
【0003】例えば、市販に供されている従来の電源用
低損失Mn−Znフェライトは、500kHz、50m
Tにおける電力損失(コアロス)が250kW/m3
度であり、高周波用磁性材料としてはコアロスが過大で
あるという問題を有していた。この問題に対し例えば特
開平3−184307号公報ではSiO2 、CaO、T
25 の添加により、また、特開平3−248405
号公報ではSiO2 、CaO、Nb25 、Ta2
5 、TiO2 の添加により、高周波域での低損失化を図
っているが、高周波である500kHz、50mTにお
けるコアロスの低減度が十分とはいえず、また100m
T以上の高磁場領域では、従来材よりもコアロスが劣化
するという難点があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情を考
慮し、特に200kHz以上の高周波で、低磁束密度か
ら100mT以上の高磁束密度領域にわたってコアロス
を低減したMn−Znフェライト及びその製造方法を提
供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明において上記課題
を解決する第1の発明は、 Fe23 :50〜60mol% ZnO:12mol%以下 MnO:残部 からなる基本成分中に副成分としてSi、Ca、Ta、
Zrの酸化物をSiO2、CaO、Ta25 、ZrO2
換算で、 SiO2 :0.005〜0.1wt% CaO:0.01〜0.3wt% Ta25 :0.01〜0.1wt% ZrO2 :0.01〜0.15wt% を含有することを特徴とする低損失Mn−Znフェライ
トである。
【0006】次に本発明の第2の発明は、 Fe23 :50〜60mol%、 ZnO:12mol%以下、 MnO:残部、 からなる基本成分中に副成分としてSi、Ca、V、S
bの酸化物をSiO2 、CaO、V25 、Sb23
換算で、 SiO2 :0.005〜0.1wt% CaO:0.01〜0.3wt% V25 :0.01〜0.2wt% Sb23 :0.01〜0.2wt% を含有することを特徴とする低損失Mn−Znフェライ
トである。
【0007】上記第1、第2の発明に係るフェライトの
製造方法としては、最終組成が上記組成となるMn−Z
nフェライトを焼成するに当り、900℃以上最高温度
に到達するまでの雰囲気酸素分圧及び昇温速度が次の (a)酸素分圧1%を越えかつ昇温速度350℃/H以
上 (b)酸素分圧0.1%以上1%以下かつ昇温速度10
0〜700℃/H以上 (c)酸素分圧0.1%未満かつ昇温速度100〜45
0℃/H の群から選ばれたいずれかであることを特徴とする低損
失Mn−Znフェライトの製造方法である。
【0008】
【作用】まず、本発明における基本成分範囲の限定理由
を説明する。本発明のMn−Znフェライトは、このフ
ェライトを搭載する機器が室温付近からおよそ140℃
の範囲で主に実用に供される。この場合に、主成分組成
が、Fe23 :50〜60mol%、ZnO:12m
ol%以下で、MnO:残部の範囲外の場合には、上記
温度範囲における結晶磁気異方性定数の絶対値が増大す
る。このことに起因して磁壁移動が妨害され、コアロス
が大きくなりすぎる。とりわけ、200kHz以上の周
波数領域ではZnOが8mol%未満の場合に特に低損
失となる。以上の理由により、 Fe23 :50〜60mol% ZnO:12mol%以下 MnO:残部 に限定した。とりわけZnO:8mol%未満とするの
が好ましい。
【0009】CaO、SiO2 は、低損失フェライトに
通常必須とされる添加成分であり、異常組織を生じない
範囲で最適量を添加すればよいが、極少量の場合は電気
抵抗低下によって渦電流損失が上昇し高周波域での損失
がかえって上昇する。この観点から、 SiO2 :0.005〜0.1wt% CaO:0.01〜0.3wt% に限定した。
【0010】Ta25 及びZrO2 は単独でも低損失
化に寄与するが、これらが共存する場合には各々単独の
場合よりも添加効果が一層顕著に現れることが鋭意研究
の結果明らかになった。Ta25 による粒界の高抵抗
化やZrO2 による高密度化効果が相乗し、200kH
z以上の高周波域で100mT以上の高磁束密度領域で
も低損失化が達成されるのであるが、過剰な添加量では
異常組織による比抵抗低下、焼結密度の低下を誘発し、
一方で極少量添加の場合は添加元素の効果が発揮されな
いので Ta25 :0.01〜0.1wt% ZrO2 :0.01〜0.15wt% に限定した。
【0011】次に本発明の第2の発明では、副成分とし
てV25 およびSb23 を含むものである。この場
合にも主成分は第1の発明と同様の理由により Fe23 :50〜60mol% ZnO:12mol%以下 MnO:残部 とする。
【0012】なお、ZnO:8mol%未満とするのが
より好ましい。SiO2 、CaOは、低損失フェライト
に通常必須とされる添加成分であり、異常組織を生じな
い範囲で最適量を添加すればよいが、極少量の場合は電
気抵抗低下によって渦電流損失が上昇し高周波域での損
失がかえって上昇する。この観点から、 SiO2 :0.005〜0.1wt% CaO:0.01〜0.3wt% に限定した。
【0013】V25 及びSb23 は単独でも低損失
化に寄与するが、これらが共存する場合には各々単独の
場合よりも効果が一層顕著に現れる。V25 による粒
界の高抵抗化やSb23 による高密度化効果が相乗的
に機能することによって、高周波域で、高磁束密度領域
においてさえも低損失化が達成される。しかし、過剰な
含有量では異常組織による比抵抗低下、焼結密度の低下
を避けられず、一方、含有量が極めて少ない場合は、各
元素の効果が発揮されない。以上の理由により、 V25 :0.01〜0.2wt% Sb23 :0.01〜0.2wt% に限定した。
【0014】次に焼成条件について説明する。本発明の
Mn−Znフェライトを製造するには、次の条件下で焼
成すればよい。本発明組成の材料を焼成する場合、 (イ)900℃以上最高保持温度に達するまでの雰囲気
酸素分圧が1%を越えてかつ昇温速度が350℃未満の
場合 (ロ)900℃以上最高温度に達するまでの雰囲気酸素
分圧が0.1%未満かつ昇温速度が450℃を越える場
合には、微細組織制御が困難となり、高周波での損失が
増大する。
【0015】したがって昇温条件を、 (a)900℃以上最高温度に到達するまでの雰囲気酸
素分圧が1%を越えかつ昇温速度350℃/H以上 (b)900℃以上最高温度に到達するまでの雰囲気酸
素分圧が0.1%以上1%以下かつ昇温速度100〜7
00℃/H以上 (c)900℃以上最高温度に到達するまでの雰囲気酸
素分圧が0.1%未満かつ昇温速度100〜450℃/
H の何れかとすることにより、特に200kHz以上の高
周波域で広い磁束密度範囲にわたり低損失化が達成され
る。
【0016】前記の副成分の添加は、混合時及び/又は
粉砕時に添加すればよいが、主成分原料中に不純物とし
て含まれる場合には、当該量を添加量から減ずる。また
これらの主成分原料や副成分原料は酸化物のみならず、
例えば、しゅう酸塩や炭酸塩などのように最終的に酸化
物の形態を取る化合物であれば特に限定されない。
【0017】
【実施例】以下に、本発明の実施例を説明する。 実施例−1 目標組成になるようにFe23 、MnO(Mn34
を使用)、ZnOをボールミルで湿式混合後、大気中で
仮焼し、SiO2 、CaO(CaCO3 を使用)、Ta
25 、ZrO2 を添加配合した後ボールミルで湿式粉
砕しフェライト粉末を得た。この粉末にバインダとして
PVAを0.6wt%混合、造粒した後、成形圧1.2
t/cm2 でリング状に成形し、焼成最高温度1150
℃×4時間、昇温速度200℃/H、最高雰囲気酸素分
圧1.0%で焼成し、概略寸法が31mm(外径)×1
9mm(内径)×8mm(高さ)の焼結体を作成した。
【0018】これらの試料に巻線後、500kHz/5
0mT、及び500kHz/100mTにおけるコアロ
スを80℃で測定し、組成と共に表1、表2に示した。
表1は本発明の適合例を、表2は組成が本発明の限定範
囲外となる比較例を示す表である。また図1は、適合例
2と比較例20の試料及び従来の市販材の80℃におけ
るコアロスの周波数依存性と飽和磁束密度依存性を示
す。本発明は、200kHz以上の周波数領域で広い磁
束密度領域において低損失を達成していることが明白で
ある。
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】
【0021】実施例−2 実施例−1と同様の方法で最終組成が Fe23 =54.3mol% MnO=38.7mol% ZnO=7.0mol% SiO2 =0.035wt% CaO=0.035wt%(CaCO3 を使用) Ta25 =0.045wt% ZrO2 =0.045wt% となるように調整し、実施例−1と同様に作成した成形
体を様々な昇温条件を適用して、最高温度1150℃で
4時間焼成した。
【0022】得られた試料を用いて実施例−1の方法に
基づき500kHz/50mTにおけるコアロスを80
℃で測定した。図2は本発明の焼成条件の適合範囲と不
適合範囲を示す図であり、図中の数字はコアロス値を表
わす。 実施例−3 最終組成が Fe23 =54.1mol%、 MnO=38.4mol%、 ZnO=7.5mol% になるようにFe23 、MnO(Mn34 を使
用)、ZnOをボールミルで湿式混合後、大気中で仮焼
し、SiO2 、CaO、(CaCO3 を使用)、V25
、Sb23 を添加配合した後ボールミルで湿式粉砕
し、フェライト粉末を得た。この粉末にバインダーとし
てPVAを0.6wt%混合、造粒した後、リング状に
成形、焼成し、概略寸法が31mm(外形)×19mm
(内径)×8mm(高さ)の焼結体を作製した。
【0023】これらの試料に巻線後、500kHz/5
0mT、および500kHz/100mTにおけるコア
ロスを80℃で測定し、組成と共に表3、4に示した。
表3は本発明の適合例を、表4は組成が本発明の限定範
囲外となる比較例を示す表である。また図3は、適合例
32と比較例45の試料及び従来の市販材の80℃にお
けるコアロスの周波数依存性と飽和磁束密度依存性を示
す。本発明材は、200kHz以上の周波数領域で広い
磁束密度領域において低損失を達成していることが明白
である。
【0024】
【表3】
【0025】
【表4】
【0026】実施例−4 実施例−3と同様の方法で最終組成が Fe23 =54.6mol%、 MnO=39.4mol%、 ZnO=6.0mol%、 SiO2 =0.014wt%、 CaO=0.12wt%(CaCO3 を使用)、 V25 =0.06wt% Sb23 =0.03wt% となるように調整し、作製した成形体を様々な昇温条件
を適用して、最高温度1210℃で焼成した。得られた
試料を用いて実施例−3と同様の方法に基づき500k
Hz/50mTにおけるコアロスを80℃で測定した。
図4にその結果を示した。図4は本発明の焼成条件の適
合範囲と不適合範囲を明確に示している。
【0027】
【発明の効果】本発明では、Fe23 、MnO、Zn
Oを基本成分とするMn−Znフェライトに副成分とし
てSiO2 、CaO、Ta25 、ZrO2 または、S
iO2、CaO、V25 、Sb23 を適量含有させ
ることにより、あるいは本発明の組成の材料に適切な焼
成条件を選択することにより、200kHz以上におけ
る広い磁束密度領域で低損失なMn−Znフェライトが
得られた。本材料を高周波トランスの磁心等に使用すれ
ば、電源等の高効率化、小型化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の適合例、比較例及び従来材のコアロス
の周波数依存性及び磁束密度依存性を示す図である。
【図2】本発明の焼成条件の適合範囲と不適合範囲を示
す図である。
【図3】本発明の適合例、比較例及び従来材のコアロス
の周波数依存性及び磁束密度依存性を示す図である。
【図4】本発明の焼成条件の適合範囲と不適合範囲を示
す図である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Fe23 :50〜60mol% ZnO:12mol%以下 MnO:残部 からなる基本成分中に副成分としてSi、Ca、Ta、
    Zrの酸化物をSiO2、CaO、Ta25 、ZrO2
    換算で、 SiO2 :0.005〜0.1wt% CaO:0.01〜0.3wt% Ta25 :0.01〜0.1wt% ZrO2 :0.01〜0.15wt% を含有することを特徴とする低損失Mn−Znフェライ
    ト。
  2. 【請求項2】 Fe23 :50〜60mol% ZnO:12mol%以下 MnO:残部 からなる基本成分中に副成分としてSi、Ca、V、S
    bの酸化物をSiO2 、CaO、V25 、Sb23
    換算で、 SiO2 :0.005〜0.1wt% CaO:0.01〜0.3wt% V25 :0.01〜0.2wt% Sb23 :0.01〜0.2wt% を含有することを特徴とする低損失Mn−Znフェライ
    ト。
  3. 【請求項3】 最終組成が請求項1又は2記載の組成と
    なるMn−Znフェライトを焼成するに当り、900℃
    以上最高温度に到達するまでの雰囲気酸素分圧及び昇温
    速度が次の (a)酸素分圧1%を越えかつ昇温速度350℃/H以
    上 (b)酸素分圧0.1%以上1%以下かつ昇温速度10
    0〜700℃/H以上 (c)酸素分圧0.1%未満かつ昇温速度100〜45
    0℃/H の群から選ばれたいずれかであることを特徴とする低損
    失Mn−Znフェライトの製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107573051A (zh) * 2017-09-20 2018-01-12 横店集团东磁股份有限公司 一种不提高损耗改善MnZn功率铁氧体磁芯强度的方法

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