JPH0945517A - 高透磁率酸化物磁性材料 - Google Patents
高透磁率酸化物磁性材料Info
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Abstract
磁率の高周波特性に優れ、かつ異材質との連続焼成にお
ける特性バラツキが小さいMn−Zn系の高透磁率酸化物磁
性材料を提案すること。 【解決手段】 高透磁率酸化物磁性材料の成分組成を、 MnO :20〜30 mol% ZnO :10〜25 mol% Fe2O3 :残部 を基本成分とし、副成分として SiO2 :0.001 〜0.02wt% CaO :0.005 〜0.10wt% Ta2O5 :0.005 〜0.10wt% ZrO2 :0.005 〜0.10wt% を添加配合する。
Description
磁性材料に関し、特に100 kHz 〜1MHz の高周波領域に
て動作する各種通信機器の変成器磁心やノイズフィルタ
ー等の用途に供して好適な高透磁率のMn−Zn系酸化物磁
性材料について提案する。
Zn系フェライトは、各種通信機器および電源等のコイル
やトランス用磁心材料として広く用いられている。特に
最近では、電子機器の小型化や使用される周波数領域の
高周波化の傾向にあり、それに伴い上記機器に用いられ
るMn−Zn系フェライトについても、特に 100kHz 以上の
高周波領域において優れた磁気特性,即ち高透磁率と共
に低損失を有することが望まれている。
特性を改善するには、フェライトの結晶粒界に偏析して
材料の性質を種々に変化させる微量化合物の添加が重要
である。このような微量成分の添加による高周波特性の
改善は、従来から種々試みられている。例えば、特公昭
62−53446 号公報には、Mn−Zn系フェライトにBi2O3 を
適量添加することが提案されており、10kHz における初
透磁率:約9500、損失係数:2.5 ×10−6程度の特性を
得ている。しかしながら、この提案にかかる技術は、使
用周波数が高々 100kHz 程度までに限定されていて、実
用上重要性が増大している 100 kHz以上における初透磁
率については改善が十分と言えず、その改善が望まれて
いた。
Zn系フェライトに微量成分としてSiO2、CaO 、Ta2O5 を
含有する酸化物軟質磁性材料が提案されている。この提
案では、100kHz〜1MHzの高周波領域で高初透磁率を示
すことが述べられている。しかしながら、これらの添加
物を含むMn−Zn系フェライトは、他材質のフェライトと
混在させて連続焼成炉を用いる工業的規模の焼成を行う
と、製品特性のバラツキ(変動)が大きくなるという欠
点があった。そのため、各種材質のフェライトを連続焼
成するには、焼成のタイミングを調節するという手間が
かかり、生産性に問題があった。
開平5−67513 号公報に記載の技術に更に改善を加えて
上記の問題を有利に解決することにある。特に、100 kH
z 〜1MHzの高周波領域における初透磁率の高周波特性
に優れ、かつ異材質との連続焼成における特性バラツキ
が小さいMn−Zn系の高透磁率酸化物磁性材料を提案する
にある。
を達成すべく、基本成分をはじめとして種々の微量成分
についてその配合効果を調べる実験を積み重ねた。その
結果、MnO 、ZnO およびFe2O3 を基本組成とするフェラ
イト中にSiO2、CaO 、Ta2O5 およびZrO2、さらに必要に
応じてSb2O3 を適量添加することにより、高周波領域に
おける初透磁率が効果的に改善されることを見出し、さ
らに必要に応じて Bi2O3およびIn2O3 の中から選ばれる
1種または2種を適量添加することで、上記の改善効果
が一層顕著になることを知見し、この発明を完成するに
至った。
(第1発明)である。 (2) また、この発明は、上記(1) に記載の成分組成のも
のに、さらにSb2O3 を0.005 〜0.10wt%の範囲で含有さ
せた高透磁率酸化物磁性材料(第2発明)である。 (3) さらに、この発明は、上記(1) または(2) に記載の
成分組成のものに、さらに Bi2O3:0.005 〜0.05wt%お
よび In2O3:0.005 〜0.05wt%の中から選ばれる1種ま
たは2種を含有させた高透磁率酸化物磁性材料(第3発
明、第4発明)である。
の組成範囲をMnO :20〜30 mol%、ZnO :10〜25 mol
%、および Fe2O3:残部に限定した理由について説明す
る。初透磁率は磁気異方性定数および磁歪定数に大きく
影響を受けるため、高い透磁率を得るには、これらの定
数がいずれも低い値になるような成分組成に調整するこ
とが要求される。また、キュリー温度およびセカンダリ
ーピーク温度を考慮した上で、室温から 100℃程度の使
用温度範囲において初透磁率が正の温度依存性を持つこ
とが要求される。そこで、このような観点から、MnO ,
ZnO およびFe 2O3 の好適割合を検討した結果、上記の組
成範囲が得られたのである。
分としてSiO2、CaO 、Ta2O5 およびZrO2を含有させる。
また、必要に応じて、Sb2O3 、さらには Bi2O3およびIn
2O3のうちから選ばれる1種または2種を含有させるこ
とができる。これらの副成分の適正含有量は次のとおり
である。
て高密度化を促進すると同時に粒界の比抵抗を高め、損
失を低減し、もって高周波領域における初透磁率の改善
に有効に寄与する。しかしながら、SiO2は、その含有量
が0.001 wt%に満たないとその添加効果に乏しく、一
方、 0.02wt%を超えると焼成時に異常粒成長が発生し
易く、却って周波数特性が低下するので、0.001 〜0.02
wt%の範囲で含有させるものとした。
る他、粒界に偏在して比抵抗を高め、損失を低減し、も
って高周波領域における初透磁率の改善に有効に寄与す
る。しかしながら、CaO は、その含有量が0.005 wt%に
満たないとその添加効果に乏しく、一方、 0.1wt%を超
えると焼結密度の低下、あるいは損失が増大して初透磁
率の低下を招くので0.005 〜0.1 wt%の範囲で含有させ
るものとした。
る。このTa2O5 の添加によって損失が改善される理由
は、上記のSiO2、CaO などと同様に、Ta2O5 が粒界に析
出して粒界抵抗を高め、また粒界に異相ができることで
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、Ta2O5 は、その含有量が他成分との組み合わせ
で0.005 wt%に満たないとその添加効果に乏しく、一
方、0.10wt%を超えると焼結時に異常粒成長を起こし易
くなるので、0.005 〜0.10wt%の範囲で含有させるもの
とした。
たり、あるいはZrO2とSb2O3 を複合添加したりした点
に、この発明の特徴がある。ZrO2は、上述したSiO2、Ca
O およびTa2O5 との共存により、フェライトコア焼成時
の特に冷却過程での粒界の再酸化を促進してコアの比抵
抗を高め、高周波領域での損失を一層低減する効果があ
る。この効果は、Sb2O3 との共存下でより一層大きくな
る。その結果、500kHzの高周波帯域における初透磁率の
低下を大幅に改善でき、しかも、相対損失係数 tanδ/
μiac が低減され、10kHz での相対損失係数値は従来の
1/2 程度以下に抑えることが可能になる。ZrO2は、その
含有量が他成分との組み合わせで0.005 wt%に満たない
と上記の添加効果に乏しく、0.10wt%を超えると逆に損
失の増加を招くので、0.005 〜0.10wt%の範囲で含有さ
せるものとした。一方、Sb2O3 も、その含有量が0.005
wt%に満たないと上記の添加効果に乏しく、0.10wt%を
超えてると逆に損失の増加を招くので、0.005 〜0.10wt
%の範囲で含有させるものとした。
3 のうちから選ばれる1種または2種を含有させること
により初透磁率の周波数依存性をより一層改善すること
ができる。Bi2O3 とIn2O3 は、焼結の際の高密度化およ
び粒成長を促進する作用があり、初透磁率の改善に寄与
する。しかしながら、Bi2O3 および/またはIn2O3 は、
それぞれの含有量が 0.005wt%に満たないとその添加効
果に乏しく、一方、0.05wt%を超えると異常粒成長が起
こって逆に初透磁率の著しい低下を招くので、0.005 〜
0.05wt%の範囲で含有させるものとした。
してSiO2、CaO 、Ta2O5 およびZrO2を含有させ、さらに
必要に応じて、Sb2O3 、またさらには Bi2O3およびIn2O
3 のうちから選ばれる1種または2種を含有させて、粒
界に均一分散させることにより、所期した目的を達成し
たものである。
法にしたがって処理を施せばよい。すなわち、フェライ
トの最終組成として、例えば酸化マンガンをMnO 換算で
20〜30 mol%、酸化亜鉛をZnO 換算で10〜25 mol%、残
部を酸化鉄Fe2O3 で含有するように混合し、ついで副成
分としてSiO2を0.001 〜0.02wt%、CaO を0.005 〜0.10
wt%、Ta2O5 を0.005 〜0.05wt%、ZrO2を0.005 〜0.10
wt%、さらに必要に応じてSb2O3 を0.005 〜0.10wt%、
そしてさらに必要に応じてBi2O3 および/またはIn2O3
を0.005 〜0.05wt%の範囲内で適宜含有するように添加
したものを原料とする。ただし、副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。この原料を 8
00℃以上の温度で仮焼し、ついで微粉砕した後、1250℃
以上の温度にて酸素濃度を制御した窒素ガス中で焼成す
る。ここで焼成炉は、一定量ごとに個別に焼成を繰り返
すバッチ炉、または連続的に焼成を行う連続焼成炉のい
ずれを用いてもよく、特にこの発明のフェライト材料の
場合は、異材質のフェライトと同時に焼成しても特性の
バラツキはほとんどない。それ故に、この発明のフェラ
イト材料は、多品種少量品の生産性改善にも極めて有効
である。
でなく、FeO やFe3O4 、さらには焼成によってFe2O3 に
変わることのできる化合物、例えば水酸化鉄、しゅう酸
鉄などを使用することができる。また酸化マンガン原料
としては、MnO のみならず、MnO2、Mn3O4 、さらには焼
成によってMnO に変わることのできる化合物、例えば炭
酸マンガン、しゅう酸マンガンなどを使用することがで
きる。さらに、酸化亜鉛原料としては、ZnO だけに限ら
ず、焼成によってZnO に変わることのできる化合物、例
えば炭酸亜鉛、しゅう酸亜鉛などを使用することができ
る。
:27.1 mol%およびZnO :20.6 mol%となる基本組成
の原料を混合した後、大気中にて 900℃、3時間の仮焼
を施した。この仮焼粉に対し、表1に示す割合で副成分
を添加配合し、同時に湿式ボールミルで粉砕、混合し
た。次いで、粉砕粉にバインダーとしてPVAを添加
し、造粒した後、外径31mm、内径19mm、高さ8mmのリン
グ状に成形した。その後、得られた成形体を、酸素分圧
を制御した窒素雰囲気中で1350℃、2時間焼成し、焼結
コアを製造した。
て、1kHz から1MHzにわたる周波数範囲における初透
磁率を測定した。特に、周波数特性の改善の目安とし
て、各焼成コアの100 kHz および500 kHz での初透磁率
の測定結果を表1に示す。また、損失改善の目安とし
て、各焼成コアの10kHz での相対損失係数 tanδ/μia
c を表1に併記する。さらに、連続焼成炉を用いて、25
kHz 〜100kHzで使用される低損失電源用Mn−Zn系フェラ
イトと同時に焼成して得られた各焼成コアの1kHz にお
ける初透磁率のバラツキを表1に併記する。
発明に従って副成分を添加配合したものはいずれも、50
0kHzに代表される高周波領域においても良好な初透磁率
が得られたのに対し、この発明の成分組成範囲を逸脱し
た比較例はいずれも、500kHzの高周波領域における初透
磁率の低下は著しいものであった。しかも、相対損失係
数については、発明例ではいずれも2.5 ×10-6以下であ
るのに対し、比較例ではいずれも3×10-6以上であり、
発明例の方がより低損失であることが判った。さらに、
異材質のMn−Zn系フェライトとの混在下で焼成した場合
の初透磁率のバラツキ(変動)については、比較例では
±10%以上と大きいのに対し、発明例では、単独で焼成
した場合とほとんど同じバラツキ範囲内 (±8%)に収
まっていた。
異材質との連続焼成における特性バラツキが小さく、し
かも100kHz〜1MHz の高周波領域における初透磁率の高
周波特性が従来の材料と比較して格段に良好な高透磁率
酸化物磁性材料を得ることができる。すなわち、この発
明の高透磁率酸化物磁性材料は、通信機器や電源等の高
周波帯域下で使用される各種機器の磁心材料として好適
である。
Claims (4)
- 【請求項1】MnO :20〜30 mol% ZnO :10〜25 mol% Fe2O3 :残部 を基本成分とし、副成分として SiO2 :0.001 〜0.02wt% CaO :0.005 〜0.10wt% Ta2O5 :0.005 〜0.10wt% ZrO2 :0.005 〜0.10wt% を含有することを特徴とする高透磁率酸化物磁性材料。
- 【請求項2】MnO :20〜30 mol% ZnO :10〜25 mol% Fe2O3 :残部 を基本成分とし、副成分として SiO2 :0.001 〜0.02wt% CaO :0.005 〜0.10wt% Ta2O5 :0.005 〜0.10wt% ZrO2 :0.005 〜0.10wt% Sb2O3 :0.005 〜0.10wt% を含有することを特徴とする高透磁率酸化物磁性材料。
- 【請求項3】MnO :20〜30 mol% ZnO :10〜25 mol% Fe2O3 :残部 を基本成分とし、副成分として SiO2 :0.001 〜0.02wt% CaO :0.005 〜0.10wt% Ta2O5 :0.005 〜0.10wt% ZrO2 :0.005 〜0.10wt% を含み、さらに Bi2O3 :0.005 〜0.05wt%および In2O3 :0.005 〜0.05wt% の中から選ばれる1種または2種を含有することを特徴
とする高透磁率酸化物磁性材料。 - 【請求項4】MnO :20〜30 mol% ZnO :10〜25 mol% Fe2O3 :残部 を基本成分とし、副成分として SiO2 :0.001 〜0.02wt% CaO :0.005 〜0.10wt% Ta2O5 :0.005 〜0.10wt% ZrO2 :0.005 〜0.10wt% Sb2O3 :0.005 〜0.10wt% を含み、さらに Bi2O3 :0.005 〜0.05wt%および In2O3 :0.005 〜0.05wt% の中から選ばれる1種または2種を含有することを特徴
とする高透磁率酸化物磁性材料。
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