JPH08236336A - 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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JPH08236336A
JPH08236336A JP7064819A JP6481995A JPH08236336A JP H08236336 A JPH08236336 A JP H08236336A JP 7064819 A JP7064819 A JP 7064819A JP 6481995 A JP6481995 A JP 6481995A JP H08236336 A JPH08236336 A JP H08236336A
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JP
Japan
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oxide
mixed
less
magnetic material
low
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JP7064819A
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Inventor
Hiroshi Oyanagi
浩 大柳
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Tokin Corp
Original Assignee
Tokin 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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  • Soft Magnetic Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 100kHzから1MHzにおいて、電力損
失が小さい酸化物磁性材料を提供すること。 【構成】 主成分として、Fe23,MnO及びZnO
からなり、副成分として、SiO2,CaOと、更に、
0.1wt%以下(0を含まず)のTa25、0.1wt
%以下(0を含まず)のNb25、0.4wt%以下
(0を含まず)のTiO2のうち、少なくとも一種以上
を含有させた低損失酸化物磁性材料において、更に、副
成分として、0.1wt%以下(0を含まず)のAl2
3を含有させ、かつ、Al23総含有量の65〜95w
t%の範囲で、スピネル相結晶粒子中に固溶させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、低損失酸化物磁性材料
に関し、更に詳しくは、電源用トランス材等に用いられ
るスピネル型Mn−Zn系フェライトに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来、電源用トランス材は、その駆動周
波数が200kHz程度以下で使用されてきた。しかし
ながら近年の各種電子機器の高性能化及び小型化の進展
は著しく、それに伴い電源用トランス材の、より一層の
高性能化、小型化が望まれている。それ故、メイントラ
ンス、あるいは平滑チョークなどや、電源用トランス材
に用いられるMn−Zn系フェライトの、より一層の低
損失化が望まれているところである。また、電子機器の
小型、軽量化のため、駆動周波数の高周波化に対する検
討も各方面で著しく、1MHz程度の電源も製品化され
つつあるのが現状である。
【0003】ところが、従来のMn−Zn系フェライト
を1MHzのような高周波で使用した場合、フェライト
の電力損失による発熱が著しく、その機能を有効に果た
すことができないという欠点を有していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、低周波から
高周波までの全域の使用に対して、Mn−Zn系フェラ
イトの低損失化の要望に応えるためになされたもので、
前記従来技術の欠点を除去し、100kHz程度から1
MHz付近の高周波帯域においても、電力損失が小さ
く、発熱を有効に抑えた低損失酸化物磁性材料を提供す
ることにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】一般的に、Al23は、
主成分と置換して、スピネル相結晶粒子内に固溶すると
されているが、従来の技術において、その固溶量の明確
な限定は、未だなされていない。そこで、本発明者は種
々の検討を行った結果、副成分であるAl23を、結晶
粒子内と共に、結晶粒界へも特定比率濃縮せしめること
により、前述した問題を解決し、より一層低損失なMn
−Zn系フェライトが得られることを見い出したもので
ある。
【0006】即ち、Al23をAl23総含有量の65
〜95%の範囲でスピネル相結晶粒子中に固溶せしめる
ことにより、電力損失が改善でき、電源用トランス材の
高性能化を実現できるものである。
【0007】即ち、本発明は、主成分として、30〜4
2mol%の酸化マンガン(MnO)、4〜19mol
%の酸化亜鉛(ZnO)及び残部として酸化第二鉄(F
23)からなり、第1の副成分として、0.1wt%
以下(0を含まず)の酸化珪素(SiO2)及び0.15
wt%以下(0を含まず)の酸化カルシウム(CaO)
と、更に第2の副成分として、0.1wt%以下(0を
含まず)の酸化タンタル(Ta25)、0.1wt%以
下(0を含まず)の酸化ニオブ(Nb25)、0.4w
t%以下(0を含まず)の酸化チタン(TiO2)のう
ち、少なくとも一種以上を含有する低損失酸化物磁性材
料において、更に、第3の副成分として、0.1wt%
以下(0を含まず)の酸化アルミニウム(Al23)を
含有させ、かつ、Al23総含有量の65〜95%の範
囲で、スピネル相結晶粒子中に固溶させたことを特徴と
する低損失酸化物磁性材料である。
【0008】
【作用】本発明において、副成分であるAl23を、ス
ピネル相結晶粒子内へ特定比率固溶させることにより、
電力損失特性の向上が図れたのは、焼結の昇温部におい
て、700℃以上の温度で、1vol%から大気(Ai
r)までの範囲で酸素分圧を調整し、かつ、冷却部にお
いて、50〜1000℃/Hrの各冷却速度に応じた酸
素分圧の制御を行うことにより、結晶粒子内と共に、結
晶粒界へもAl23を濃縮させることができ、結果とし
て、粒界相及びスピネル相結晶の比抵抗が共に向上し、
主に渦電流損失が低下したためと思われる。
【0009】本発明において、スピネル相結晶粒子中の
Al23固溶量をAl23総含有量の65〜95wt%
としたのは、95wt%より多いAl23を結晶粒子中
に固溶せしめた場合には、粒界相の形成が不十分とな
り、粒界相の比抵抗が著しく低下し、ヒステリシス損失
と渦電流損失が共に増大し、電力損失が劣化するためで
ある。又、65wt%未満でAl23を結晶粒子中に固
溶せしめた場合においては、粒界相とスピネル相結晶粒
子との組成及び酸化度の差によって生じる磁気的な歪の
影響や、結晶粒子内の比抵抗の低下等により、電力損失
特性のみならず、透磁率の低下を招くためである。
【0010】更に、本発明においては、副成分として、
0.1wt%以下のTa25、0.1wt%以下のNb2
5、0.4wt%以下のTiO2のうち、少なくとも一
種以上を添加しているため、電力損失を更に向上させる
ことができる。しかし、上記の添加量を越えた場合に
は、異常粒成長が生じるなどして結晶粒径が不均一とな
り、比抵抗が著しく低下し、ヒステリシス損失と渦電流
損失が共に増大し、電力損失が劣化する。
【0011】
【実施例】以下、本発明に係わる低損失酸化物磁性材料
の実施例について説明する。
【0012】(実施例1)高純度のFe23,Mn
34,ZnOの原料粉末を、53.2mol%のFe2
3、36.3mol%のMnO、10.5mol%のZn
Oとなるように秤量し、これらの粉末をボールミルにて
混合した後、900℃で仮焼した。
【0013】次に、この仮焼粉末に0.02wt%のS
iO2、0.04wt%のCaO、及び0.2wt%以下
のAl23を添加し、更に、3種類の副成分、即ち、
0.2wt%以下のTa25、0.2wt%以下のNb2
5、0.5wt%以下のTiO2を所定の組み合わせに
て添加して、更にボールミルで混合、解砕を行った。
【0014】また比較試料として、Fe23,MnO,
ZnO,SiO2,CaOの組成は上記と同様で、上記
3種類の副成分のみを所定の組み合わせで添加して混
合、解砕した粉末も作製した。
【0015】これらの得られた粉末にバインダーを混合
し、造粒した後、2ton/cm2で成形し、これらの
成形体を焼成温度:1200〜1400℃、酸素分圧:
1〜10vol%、冷却速度:50〜1000℃/Hr
の条件下で焼成した。
【0016】表1は、焼成条件を変化させた中で、周波
数:100kHz、磁束密度:2000G、温度:10
0℃において、最も優れた電力損失(以下、Pcvと称
す)を各試料ごとに示したものである。
【0017】
【表1】
【0018】表1の「Al23量」の欄は、スピネル相
結晶粒子内のAl23量を示し、化学的なエッチングに
より粒界相を除去したスピネル相結晶粒子内の含有量
を、総含有量に対する比率(wt%)で示した値であ
る。なお、表1中には、本発明の範囲内の試料のみを示
した。
【0019】表1より、本発明の試料は、比較試料より
も著しく低いPcv値が得られていることがわかる。
【0020】(実施例2)高純度のFe23,Mn
34,ZnOの原料粉末を、53.2mol%のFe2
3、36.3mol%のMnO、10.5mol%のZn
Oとなるように秤量し、これらの粉末をボールミルにて
混合した後、950℃で仮焼した。
【0021】次に、この仮焼粉末に0.02wt%のS
iO2、0.04wt%のCaO、0.01wt%のTi
2及び0〜0.15wt%のAl23を添加して、更
に、ボールミルで混合、解砕を行った。
【0022】次に、得られた粉末にバインダーを混合
し、造粒した後、2ton/cm2で成形し、これらの
成形体を焼成温度:1200〜1400℃、酸素分圧:
1〜10vol%、冷却速度:10〜1000℃/Hr
の条件下で焼成した。
【0023】図1は、Al23含有量を変化させた時に
得られた各試料の100kHz、2000G、100℃
の条件でのPcv、及び100kHz、常温の条件での
初透磁率(以下、μiと称す)の値を示す図であり、各
試料毎に最も低いPcv値が得られたスピネル相結晶粒
子内のAl23量を示している。なお、グラフ中のプロ
ット付近の数値は、Al23総含有量中のスピネル相結
晶粒子内のAl23量を示している。
【0024】図1より、Al23の含有量が0〜0.1
0wt%(0wt%を除く)の時に優れた磁気特性が得
られていることがわかる。
【0025】(実施例3)高純度のFe23,Mn
34,ZnOの原料粉末を、53.2mol%のFe2
3、36.3mol%のMnO、10.5mol%のZn
Oとなるように秤量し、これらの粉末をボールミルにて
混合した後、900℃で仮焼した。
【0026】次に、この仮焼粉末に0.02wt%のS
iO2、0.04wt%のCaO、0.03wt%のNb2
5及び0.04wt%のAl23を添加して、更に、ボ
ールミルで混合、解砕を行った。
【0027】次に、得られた粉末にバインダーを混合
し、造粒した後、2ton/cm2で成形し、これらの
成形体を焼成温度:1200〜1400℃、酸素分圧:
1〜10vol%、冷却速度:50〜1000℃/Hr
の条件下で焼成した。
【0028】図2は、スピネル相結晶粒子内のAl23
含有量を変化させた時に得られた各試料の100kH
z、2000G、100℃の条件でのPcv及び100
kHz、常温の条件でのμi値を示している。
【0029】図2のスピネル相結晶粒子内のAl23
は、化学的なエッチングにより粒界相を除去したスピネ
ル相結晶粒子内の含有量を、総含有量に対する比率
(%)で示した値である。
【0030】図2より、Al23の含有量の65〜95
%の範囲で、Al23をスピネル相結晶粒子中に固溶せ
しめた試料は、低いPcv値が得られていることがわか
る。
【0031】(実施例4)高純度のFe23,Mn
34,ZnOの原料粉末を、53mol%のFe23
39.2mol%のMnO、7.8mol%のZnOとな
るように秤量し、これらの粉末をボールミルにて混合し
た後、800℃で仮焼した。
【0032】次に、この仮焼粉末に0.03wt%のS
iO2、0.10wt%のCaO、0.04wt%のTa2
5及び0.03wt%のAl23を添加して、更に、ボ
ールミルで混合、解砕を行った。
【0033】次に、得られた粉末にバインダーを混合
し、造粒した後、2ton/cm2で成形し、これらの
成形体を焼成温度:1200〜1400℃、酸素分圧:
3vol%以下、冷却速度:50〜1000℃/Hrの
条件下で焼成した。
【0034】図3は、スピネル相結晶粒子内のAl23
含有量を変化させた時に得られた各試料の1MHz、5
00G、60℃の条件でのPcv値を示している。
【0035】図3のスピネル相結晶粒子内のAl23
は、化学的なエッチングにより粒界相を除去したスピネ
ル相結晶粒子内の含有量を、総含有量に対する比率
(%)で示した値である。
【0036】図3より、Al23総含有量の65〜95
%の範囲で、Al23をスピネル相結晶粒子中に固溶せ
しめた試料は、低いPcv値が得られていることがわか
る。
【0037】
【発明の効果】以上、述べた如く、本発明により、10
0kHz〜1MHzにおいて、従来よりも低損失で、電
源用トランス材として優れた性能を示す酸化物磁性材料
を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】Al23含有量とPcv及びμiとの関係を示
す図。図1(a)はAl23含有量とμiとの関係を示
す図。図1(b)はAl23含有量とPcvとの関係を
示す図。
【図2】スピネル相結晶粒子内のAl23量とPcv及
びμiとの関係を示す図。図2(a)はスピネル相結晶
粒子内のAl23量とμiとの関係を示す図。図2
(b)はスピネル相結晶粒子内のAl23量とPcvと
の関係を示す図。
【図3】スピネル相結晶粒子内のAl23量とPcvと
の関係を示す図。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主成分として、30〜42mol%の酸
    化マンガン(MnO)、4〜19mol%の酸化亜鉛
    (ZnO)及び残部として酸化第二鉄(Fe23)から
    なり、第1の副成分として、0.1wt%以下(0を含
    まず)の酸化珪素(SiO2)及び0.15wt%以下
    (0を含まず)の酸化カルシウム(CaO)と、更に第
    2の副成分として、0.1wt%以下(0を含まず)の
    酸化タンタル(Ta25)、0.1wt%以下(0を含
    まず)の酸化ニオブ(Nb25)、0.4wt%以下
    (0を含まず)の酸化チタン(TiO2)のうち、少な
    くとも一種以上を含有する低損失酸化物磁性材料におい
    て、更に、第3の副成分として、0.1wt%以下(0
    を含まず)の酸化アルミニウム(Al23)を含有さ
    せ、かつ、Al23総含有量の65〜95%の範囲で、
    スピネル相結晶粒子中に固溶させたことを特徴とする低
    損失酸化物磁性材料。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Effective date: 20031224