JPH08310856A

JPH08310856A - Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト焼結体

Info

Publication number: JPH08310856A
Application number: JP8051402A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Ueda; 等上田; Tokukazu Koyuhara; 徳和小湯原; Teruo Uchikawa; 晃夫内川
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1995-03-10
Filing date: 1996-03-08
Publication date: 1996-11-26

Abstract

(57)【要約】【目的】比抵抗の高いＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライトに
て、損失（コアロス）が小さく、スイッチング電源等の
トランス用等として使用できるフェライトを提供する。【構成】フェライト焼結体の破断面において、粒界の
Ｃｕ量をＸ、粒内のＣｕ量をＹとするとＸ／Ｙ≦３．０
であり、２０〜１４０℃における損失（コアロス）の最
小値が３０ｋＷ／ｍ³以下（５０ｋＨｚ、５０ｍＴ）の
Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト焼結体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチング電
源、液晶バックライト等のトランス用等に用いられるフ
ェライト焼結体に関する。

【０００２】

【従来の技術】スイッチング電源、液晶バックライト
は、民生機器をはじめＯＡ、産業用機器へと幅広い利用
が進んでおり、現在、小型、薄型、軽量化が図られてい
る。このスイッチング電源や液晶バックライト等に使用
されるトランスには、従来、Ｍｎ系のフェライトコアが
使用されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】Ｍｎ系のフェライトコ
アは、飽和磁束密度、透磁率が大きく、また損失（コア
ロス）が１０ｋＷ／ｍ³程度（５０ｋＨｚ、５０ｍＴ）
と小さいという特長があり、これまでスイッチング電源
や液晶バックライト等のトランスに用いられてきた。し
かしながら、比抵抗が１０Ω・ｍ程度と比較的低く、コ
アに直接巻線をすると漏れ電流が発生する。このため、
スイッチング電源や液晶バックライト等のトランス用と
しては、Ｍｎ系のフェライトコアを使用する場合、コア
にボビンをかぶせたり、絶縁被膜等の処理を行ってから
巻線を行っており、製造コストが高く、小型化が難しい
という問題があった。これに対し、Ｎｉ系のフェライト
コアは、一般に比抵抗が１０⁶Ω・ｍ程度と非常に高
く、コアに直接巻線をすることが可能であるが、損失
（コアロス）が６０ｋＷ／ｍ³（５０ｋＨｚ、５０ｍ
Ｔ）程度と大きいため、コアが発熱し易く、スイッチン
グ電源等のトランス用として適していなかった。本発明
は、上記のことを鑑みて、比抵抗の高いＮｉ系フェライ
トにて、損失（コアロス）が小さく、スイッチング電源
や液晶バックライト等のトランス用等として使用できる
フェライト材料を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、フェライト焼
結体の破断面において、粒界のＣｕ量をＸ、粒内のＣｕ
量をＹとするとＸ／Ｙ≦３．０であり、２０〜１４０℃
における損失（コアロス）の最小値が３０ｋＷ／ｍ³以
下（５０ｋＨｚ、５０ｍＴ）であるＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフ
ェライト焼結体である。また本発明は、平均結晶粒径が
３〜３０μｍであり、その平均結晶粒径の２倍を超える
結晶粒子の数が結晶粒子全体の１０％以下のＮｉ−Ｃｕ
−Ｚｎフェライト焼結体である。また本発明は、Ｆｅ₂
Ｏ₃ ４８．０〜５０．０ｍｏｌ％、ＮｉＯ２．０〜
２３．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ２８．０〜３６．０、Ｃｕ
Ｏ１．０〜１２．０ｍｏｌ％から成る組成を有するＮ
ｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト焼結体である。

【０００５】本発明は、Ｎｉ系フェライト材料で、スイ
ッチング電源や液晶バックライト等のトランス用として
使用できる材料を研究した所、焼結体の破断面における
粒界のＣｕ量をＸ、粒内のＣｕ量をＹとするとＸ／Ｙ≦
３．０の場合、２０〜１４０℃における損失（コアロ
ス）が３０ｋＷ／ｍ³以下（５０ｋＨｚ、５０ｍＴ）を
得る事ができた。なお、更に好ましくはＸ／Ｙ≦１．５
の場合、損失がより小さくなることが判った。また、Ｚ
ｎＯの含有量が２８．０〜３６．０ｍｏｌ％のとき、コ
アロスの最小値を得る温度を２０〜１４０℃の範囲に制
御できる。本発明によれば、Ｆｅ₂Ｏ₃ ４８．０〜５
０．０ｍｏｌ％、ＮｉＯ２．０〜２３．０ｍｏｌ％、
ＺｎＯ２８．０〜３６．０ｍｏｌ％、ＣｕＯ１．０
〜１２．０ｍｏｌ％から成る主組成を有する材料である
ことが望ましく、更にＦｅ₂Ｏ₃ ４９．０〜５０．０ｍ
ｏｌ％、ＮｉＯ２．０〜２０．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ
２８．０〜３６．０ｍｏｌ％、ＣｕＯ３．０〜１２．
０ｍｏｌ％から成る主組成を有する材料であることが望
ましい。また、本発明によるＮｉ系フェライトとして
は、平均結晶粒径が３〜３０μｍであり、その平均結晶
粒径の２倍を超える結晶粒子の数が結晶粒子全体の１０
％以下であり、結晶粒径が所定の大きさで、かつ均一で
あることが望ましい。更に好ましい平均結晶粒径は４〜
２０μｍである。また平均結晶粒径の２倍を超える結晶
粒子の数が結晶粒子全体の５％以下であることが更に好
ましい。この結晶粒径は、焼結体の断面を鏡面研磨後、
酸エッチングあるいは熱処理を施し、ＳＥＭにより所定
の倍率で観察する。そして、結晶粒子の数が５０個以上
入る正方形の領域を規定し、その領域内の各結晶の面積
を測定し、その面積から円換算で直径を求め、これを各
結晶の結晶粒径とする。その領域内の平均を平均結晶粒
径とする。従って、その領域内で、平均結晶粒径の２倍
を超える結晶粒径を有する結晶粒子の数が領域内結晶粒
子の数の１０％以下となる。尚、前記領域の領域線上に
結晶が重なるものは含めないものとする。なお、本発明
においてＣｕ量とは、ＳＥＭ（日立製、Ｓ−２５００Ｃ
Ｘ形）及びＥＤＸ（ＨＯＲＩＢＡ製、ＥＭＡＸ−３７０
０：Ｓ−２４１）により加速電圧２０ｋＶの条件で、破
断面の粒界及び粒内において、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｚｎ及びＣ
ｕについて定量分析（点分析）を行い、得られた分析値
を各々Ｆｅ₂Ｏ₃、ＮｉＯ、ＺｎＯ及びＣｕＯに換算し、
それらを合計した値を１００ｗｔ％として、その中に含
まれるＣｕＯのｗｔ％を指す。また粒界のＣｕ量Ｘと
は、図１に示すように、粒界のＣｕの高濃度部分１、三
重点３及び粒界４の中でＣｕ量の最も多い部分を点分析
した値を用いる。また粒内のＣｕ量Ｙとは、フェライト
結晶粒の内部、粒内２を点分析した値を用いる。

【０００６】また、特許請求の範囲の限定理由は、以下
の通りである。損失（コアロス）が３０ｋＷ／ｍ³を超
えると、実用性が低くなる。好ましくは、２５ｋＷ／ｍ
³以下であり、更に好ましくは２０ｋＷ／ｍ³以下であ
る。フェライト焼結体の破断面において、粒界のＣｕ量
をＸ、粒内のＣｕ量をＹとすると、Ｘ／Ｙ＞３．０の場
合、コアロスが大きくなる。更に好ましくはＸ／Ｙ≦
１．５である。Ｘ／Ｙ比が大きくなる原因は、原料の純
度（不純物の種類と量）、原料の粉体特性（粒径、粒度
分布、比表面積）、焼成条件（昇温速度、保持温度と時
間）等が関係していると考えられるが、主たる原因を言
及するには至らなかった。しかしながら、反応性が良い
原料（実施例１、試料Ｎｏ．２、３、５、６）、あるい
は焼結性に影響を与える不純物を適量以上に含有する原
料（実施例２、試料Ｎｏ．１０）は、Ｘ／Ｙ比が大きく
なる傾向が見られた。Ｆｅ₂Ｏ₃が４８．０ｍｏｌ％未満
であると、コアロスが大きくなり、また、５０．０ｍｏ
ｌ％を超えると、比抵抗が低くなり、Ｎｉ系の特徴であ
る絶縁性が低くなり、不適当である。ＺｎＯが２８．０
ｍｏｌ％未満であると、コアロスが大きくなり、また３
６．０ｍｏｌ％を超えると、コアロスの最小値を得る温
度が室温以下となり、実際に使用される温度範囲で低損
失とならない。コアロスの最小値を得る温度は、２０〜
１４０℃が適当である。ＣｕＯが１２ｍｏｌ％を超える
と、コアロスが大きくなる。結晶粒径が３μｍ未満であ
ると、コアロスが大きくなり、また３０μｍを超える
と、結晶が異常成長し、コアロス大となる。また、その
平均結晶粒径の２倍を超える結晶粒子の数が結晶粒子全
体の１０％を超えると、コアロスが大きくなる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明に係るフェライト
材料の実施例を詳細に説明する。実施例１焼結性の異なる種々のＦｅ₂Ｏ₃、ＮｉＯ、ＺｎＯ、Ｃｕ
Ｏの原料粉末を所定量秤量し、これに所定量のイオン交
換水を添加したものをボールミルにて４時間混合し、電
気炉を用いて最高温度８５０℃で１．５時間仮焼した
後、これを炉冷し、４０メッシュのふるいで解砕する。
しかる後、再び所定量のイオン交換水を添加したものを
ボールミルにて６時間粉砕し、粉砕されたスラリー状の
原料を乾燥および解砕する。これにバインダー（ポリビ
ニルアルコール）を加えて造粒し、４０メッシュのふる
いにて整粒した顆粒を乾式圧縮成形機と金型を用いて、
外径１６．８mm、内径８．５mm、高さ５．４mmのリング
状コアに成形圧１４７ＭＰａで成形し、これを大気中、
１１００℃又は１０５０℃で１．５時間焼成した。得ら
れた各試料の成分組成及び焼成密度を測定した後、周波
数５０ｋＨｚ、磁束密度５０ｍＴの測定条件において２
０〜１４０℃の温度範囲で損失（コアロス）を測定し
た。また、焼結体の破断面について結晶粒径、定量分析
（点分析）を行った。また、成分組成は、工程中で変化
し、秤量組成と若干異なるので、最終組成として表１に
載せる。なおＣｕ量（Ｘ／Ｙ）とコアロスの関係を図２
に示す。

【０００８】

【表１】

【０００９】表１及び図２に示すように、フェライト焼
結体の破断面において、粒界のＣｕ量をＸ、粒内のＣｕ
量をＹとすると、Ｘ／Ｙ≦３．０の場合、２０〜１４０
℃におけるコアロスの最小値が３０ｋＷ／ｍ³以下のＮ
ｉ系フェライト焼結体を得る事ができた。また、図３に
表１の試料１と従来材のコアロスの周波数特性を示す。
図３より、本発明品のコアロスは、周波数２５ｋＨｚ〜
１ＭＨｚの広範な周波数領域において、従来品に比べ、
約１／３に低減されている。また、各条件において本発
明品のコアロスが優れていることが分かる。

【００１０】次に、Ｘ／Ｙ比と不純物の関係を調べるた
め、主原料の約７０ｗｔ％を占める酸化鉄Ｆｅ₂Ｏ₃の不
純物の中から、焼結性に影響を及ぼすＳｉＯ₂に着目
し、この添加量を変化させた試料を作製して、ＳｉＯ₂
の影響を確認した。以下に本発明に係るフェライト材料
の実施例を詳細に説明する。実施例２Ｆｅ₂Ｏ₃、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯの原料粉末を所定量
秤量し、ＳｉＯ₂の含有量が種々変更するようにし、こ
れに所定量のイオン交換水を添加したものをボールミル
にて４時間混合し、電気炉を用いて最高温度８５０℃で
１．５時間仮焼した後、これを炉冷し、４０メッシュの
ふるいで解砕する。しかる後、再び所定量のイオン交換
水を添加したものをボールミルにて６時間粉砕し、粉砕
されたスラリー状の原料を乾燥および解砕する。これに
バインダー（ポリビニルアルコール）を加えて造粒し、
４０メッシュのふるいにて整粒した顆粒を乾式圧縮成形
機と金型を用いて、外径１６．８mm、内径８．５mm、高
さ５．４mmのリング状コアに成形圧１４７ＭＰａで成形
し、これを大気中、１１００℃で１．５時間焼成した。
得られた各試料の成分組成及び焼成密度を測定した後、
周波数５０ｋＨｚ、磁束密度５０ｍＴの測定条件におい
て２０〜１４０℃の温度範囲で損失（コアロス）を測定
した。また、焼結体の破断面について結晶粒径、定量分
析（点分析）を行った。また、成分組成は、工程中で変
化し、秤量組成と若干異なるので、最終組成として表２
に載せる。また、表中のＳｉＯ₂の含有量は、言うまで
もなく焼結体中に含有されている量である。

【００１１】

【表２】

【００１２】表２に示すように、焼結体中のＳｉＯ₂の
含有量が１０００ｐｐｍを超えると、Ｘ／Ｙ比が大きく
なり、コアロスが大きくなることが判る。従って、焼結
体中のＳｉＯ₂の含有量は、１０００ｐｐｍ以下である
ことが望ましく、更に好ましくは、５００ｐｐｍ以下で
ある。

【００１３】以上、実施例２に示すように、ＳｉＯ₂の
含有量が適量以上に多く含まれると、Ｘ／Ｙ比が増加
し、コアロスが大きくなる。

【００１４】

【発明の効果】本発明によれば、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェ
ライトにおいて、コアロスが３０ｋＷ／ｍ³以下という
非常に低損失なフェライト焼結体を得る事が出来、しか
もＮｉ系フェライトの特有の比抵抗の高いフェライト焼
結体が得られ、スイッチング電源や液晶バックライト等
のトランス用として有用であり、トランスの小型化及び
製造コストの低減に大いに役立つものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る実施例のＣｕ量の分析方法を示し
た図である。

【図２】本発明に係る実施例のＣｕ量Ｘ／Ｙとコアロス
との関係を示した図である。

【図３】本発明に係る実施例と従来例とのコアロスの周
波数特性の比較を示した図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フェライト焼結体の破断面において、粒
界のＣｕ量をＸ、粒内のＣｕ量をＹとするとＸ／Ｙ≦
３．０であり、２０〜１４０℃における損失（コアロ
ス）の最小値が３０ｋＷ／ｍ³以下（５０ｋＨｚ、５０
ｍＴ）であることを特徴とするＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェラ
イト焼結体。
【請求項２】請求項１において、平均結晶粒径が３〜
３０μｍであり、その平均結晶粒径の２倍を超える結晶
粒子の数が結晶粒子全体の１０％以下であることを特徴
とするＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト焼結体。
【請求項３】請求項１において、Ｆｅ₂Ｏ₃ ４８．０
〜５０．０ｍｏｌ％、ＮｉＯ２．０〜２３．０ｍｏｌ
％、ＺｎＯ２８．０〜３６．０、ＣｕＯ１．０〜１
２．０ｍｏｌ％から成る組成を有することを特徴とする
Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト焼結体。