JPH10284316A - 電源用トランス磁心の製造方法 - Google Patents

電源用トランス磁心の製造方法

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JPH10284316A
JPH10284316A JP9303787A JP30378797A JPH10284316A JP H10284316 A JPH10284316 A JP H10284316A JP 9303787 A JP9303787 A JP 9303787A JP 30378797 A JP30378797 A JP 30378797A JP H10284316 A JPH10284316 A JP H10284316A
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篤人 松川
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低損失の電源用トランス磁心の製造方法を提
供する。 【解決手段】 MnO、ZnOおよびFe23 を主成
分とするフェライト焼結体から形成された電源用トラン
ス磁心を製造するにあたり、前記フェライト焼結体の平
均結晶粒径を5μm以下、結晶粒径が10μmを超える
結晶粒子の数を結晶粒子全体の3%以下に規制して、8
0℃、1000kHz 、50mTでの損失が410mW/cm3
下である動作周波数500kHz 以上で使用される電源用
トランス磁心を得る電源用トランス磁心の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、パワートランスの
磁心の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】スイッチング電源用等に用いられるパワ
ートランスの磁心には、Mn−Zn系フェライトが利用
されている。
【0003】ところで、近年、これらに用いられるパワ
ートランスは小型化が要求され、このため動作周波数が
500kHz以上の高周波領域となってきつつある。
【0004】しかし、このような周波数領域において
は、従来のMn−Zn系フェライトでは電力損失が甚大
なものとなる。
【0005】そこで、本発明者等は、副成分としてTi
2 、Ta25 、SiO2 およびCaOを含有する超
低損失フェライトを提案している(特願昭61−205
223号)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの副成
分を含有する上記のフェライトであっても電力損失の低
減は充分ではなく、さらに低損失のフェライトが要望さ
れている。
【0007】本発明は、低損失の電源用トランス磁心の
製造方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
(1)〜(2)のいずれかの構成により達成される。 (1) MnO、ZnOおよびFe23 を主成分とす
るフェライト焼結体から形成された電源用トランス磁心
を製造するにあたり、前記フェライト焼結体の平均結晶
粒径を5μm以下、結晶粒径が10μmを超える結晶粒
子の数を結晶粒子全体の3%以下に規制して、80℃、
1000kHz 、50mTでの損失が410mW/cm3以下であ
る動作周波数500kHz 以上で使用される電源用トラン
ス磁心を得る電源用トランス磁心の製造方法。 (2) 10μm を超える結晶粒子の面積を全体の15
%以下に規制する上記(1)の電源用トランス磁心の製
造方法。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的構成を、詳
細に説明する。本発明のフェライト焼結体はMnO、Z
nOおよびFe23 を主成分とするMn−Zn系フェ
ライトであり、その組成比に特に制限はなく、上記のよ
うな平均結晶粒径および粒径分布を有すれば本発明の効
果は実現する。
【0010】しかし、より低損失のフェライト焼結体を
得るためには、上記の副成分を少なくとも1種、好まし
くは全て含有することが好ましい。
【0011】これらの副成分は、下記の範囲で含有され
ることが好ましい。
【0012】 500ppm≦TiO2 ≦6000ppm 100ppm≦Ta25 ≦2000ppm 150ppm≦SiO2 ≦270ppm 500ppm≦CaO≦2000ppm 副成分の含有量の限定理由は、以下のとおりである。
【0013】TiO2 が上記範囲未満となると、損失が
増加する。
【0014】また、フェライト焼結体を電源用フェライ
トとして用いる場合、発熱を伴なうが、TiO2 が上記
範囲未満となると損失の温度特性曲線が高温側にシフト
しすぎ、実用的な温度域において低損失なものが得られ
ない。
【0015】TiO2 が上記範囲を超えると、損失は減
少するが、損失の温度特性の曲線が低温側にシフトし、
発熱を伴なう電源用フェライトとしては好ましくない。
【0016】Ta25 が上記範囲を外れると、損失が
増加する。
【0017】SiO2 が上記範囲未満となると、比抵抗
が低下してQが悪化する。
【0018】SiO2 が上記範囲を超えると、損失が増
加する他、透磁率が減少してしまう。
【0019】なお、SiO2 は主成分の原料に不純物と
して100ppm程度含まれている場合がある。
【0020】この場合、仮焼成後に添加するSiO2
をその分だけ減じ、焼結後に上記範囲のSiO2 が含有
されるようにすることが好ましい。
【0021】CaOが上記範囲未満であると、結晶粒界
が薄くなり、渦電流損が増加する。
【0022】CaOが上記範囲を超えると、損失が増加
する。
【0023】なお、本発明のフェライト焼結体にCaO
が含有される場合、結晶粒子中のCaは、下記のような
分布にて存在することが好ましい。
【0024】すなわち、イオンミリングを行ないながら
オージェ分析を行なうか、あるいはイオンミリングを間
欠的に行ない各イオンミリング後にオージェ分析を行な
いCa含有量プロファイルを測定したとき、Ca含有量
はピークに向けて漸増あるいはピークから漸減するが、
このときCa含有量がピークに対し半減したときのピー
クからの距離が5〜10A であることが好ましい。な
お、Ca含有量のピークは、結晶粒界と一致するものと
考えられる。
【0025】このようなCa分布を有することにより、
損失はなお一層低いものとなる。
【0026】なお、主成分であるMnO、ZnOおよび
Fe23 の含有量は、 31.1モル%≦MnO≦43.8モル% 4.0モル%≦ZnO≦13.5モル% 52.2モル%≦Fe23 ≦55.4モル%であるこ
とが好ましい。
【0027】フェライト焼結体の組成は、化学分析ある
いは蛍光X線分析等により測定することができる。
【0028】本発明のフェライト焼結体は、平均結晶粒
径が5μm以下であり、結晶粒径が10μmを超える結
晶粒子の数が結晶粒子全体の3%以下とされる。
【0029】平均結晶粒径が5μmを超えると、損失が
増大する。
【0030】結晶粒径が10μmを超える結晶粒子の数
が結晶粒子全体の3%を超えても、損失が増大する。
【0031】この場合の平均結晶粒径は、以下のように
規定する。
【0032】まず、フェライト焼結体の断面に現われる
結晶粒子の断面積の平均、すなわち、結晶粒子1個あた
りの断面積を求める。
【0033】次に、この断面積と同じ面積の大円を与え
る球の直径を求める。本発明では、この値を平均結晶粒
径とする。
【0034】また、10μmを超える結晶粒径を有する
結晶粒子とは、フェライト焼結体の断面に現われる結晶
粒子の断面の長径が10μmを超えるものとする。
【0035】このような測定は、例えば、フェライト焼
結体を鏡面研磨後、塩酸等によりエッチングし、これを
500〜1000倍程度の走査型電子顕微鏡により撮影
して得られた写真を用い、少なくとも面積が2500μ
2 以上の範囲について測定することにより行なえばよ
い。
【0036】なお、さらに低損失のフェライト焼結体を
得るためには、上記の平均結晶粒径および結晶粒径分布
の他、下記のような結晶粒径分布を有することが好まし
い。
【0037】すなわち、上記の測定法を用いたとき、1
0μm以上の結晶粒径を有する結晶粒子の面積が全体の
面積に対し15%以下であることが好ましく、また、最
大結晶粒径が15μmを超えないことが好ましい。この
場合の結晶粒径も、上記と同様に結晶粒子の断面長径で
ある。
【0038】このようなフェライト焼結体は、公知のフ
ェライト焼結法により得られるが、上記のような平均結
晶粒径および結晶粒径分布を容易に得るためには、以下
に示す方法により製造されることが好ましい。
【0039】まず、好ましくは特公昭47−11550
号公報等に記載されている噴霧焙焼により製造されたF
23 とMn23 との混合粉末にZnOを加え、ボ
ールミル等により混合粉砕する。粉砕後の平均一次粒子
径は、0.8〜1.0μm程度であることが好ましい。
【0040】なお、上記の副成分を添加する場合、添加
は混合粉砕の前に行なうことが好ましい。
【0041】粉砕後の粉末を乾燥した後、成形する。
【0042】この成形体を焼結する。焼結温度は、焼結
時の雰囲気にもよるが、1150〜1250℃であるこ
とが好ましい。また、焼結時の雰囲気は、酸素を1.0
〜3.0%含む窒素雰囲気であることが好ましい。焼結
時間は、3〜4時間であることが好ましい。また、焼結
温度までの昇温速度は100〜200℃/時間、焼結温
度からの降温速度は150〜200℃/時間であること
が好ましい。そして、降温時には、スピネル相平衡を維
持するように、温度降下に伴なって雰囲気制御を行なう
ことが好ましい。
【0043】以上に説明した本発明のフェライト焼結体
はスイッチング電源用トランス磁心等に好適に用いられ
るが、特に、動作周波数500kHz〜1000kHz
程度、磁束密度20〜100mT程度、温度60〜12
0℃程度にて使用されるパワートランス用磁心に用い
て、低損失特性が効果的に実現する。
【0044】
【実施例】以下、本発明の具体的実施例を挙げ、本発明
をさらに詳細に説明する。 [実施例1]噴霧焙焼によりFe23 とMn23
の混合粉末を製造し、これにZnOと副成分としてTi
2 、Ta25 、SiO2 およびCaOを加え、ボー
ルミルにより混合粉砕した。粉砕後の平均一次粒子径
は、0.85μmであった。
【0045】粉砕後の粉末を乾燥した後、成形した。
【0046】この成形体を、酸素を2.0%含む窒素雰
囲気で焼結温度1200℃にて焼結した。焼結時間は、
3時間とした。また、焼結温度までの昇温速度は、空気
中にて100℃/時間、焼結温度からの降温速度は15
0℃/時間とした。
【0047】このようにして得られたフェライト焼結体
の組成を蛍光X線分析により分析した結果、MnO37
モル%、ZnO9モル%、Fe23 54モル%、Ti
23000ppm、Ta25 600ppm、SiO2
200ppm、CaO1200ppmであった。この
ものを、サンプルNo.1とした。
【0048】なお、サンプルの形状は、外形20mm、
内径10mm、高さ5mmのトロイダル状とした。
【0049】次に、焼結条件を変えて、サンプルNo.
1と同一の組成で種々の平均結晶粒径および結晶粒径分
布を有するフェライト焼結体を作製した(サンプルN
o.2〜7)。各サンプルの焼結条件を、表1に示す。
【0050】サンプルNo.1およびサンプルNo.5
のフェライト焼結体を鏡面研磨後、塩酸によりエッチン
グし、研磨面を750倍の走査型電子顕微鏡により撮影
した写真を、それぞれ図1および図2に示す。これらの
サンプルおよび他のサンプルの平均結晶粒径(d)、1
0μmを超える結晶粒径をもつ結晶粒子の数の結晶粒子
全体に占める割合(N10)、10μmを超える結晶粒径
をもつ結晶粒子の全面積に対する面積比(S10)および
最大結晶粒径(15μmを超えている結晶粒子が存在す
る場合は○、存在しない場合は×で示す)を、表1に示
す。
【0051】なお、平均結晶粒径および結晶粒径分布の
算出は、下記のようにして行なった。
【0052】まず、上記のようにして得られた写真上に
50μm×50μmの正方形の区画をとり、この区画中
に存在する結晶粒子の数を算定した。ただし、区画の境
界に存在する結晶粒子は、1/2個として数えた。この
数をnとし、下記式により平均結晶粒径dを算出した。
【0053】
【数1】
【0054】また、N10、S10および最大結晶粒径算出
には、結晶粒子の長径を用いた。
【0055】S10は、10μmを超える結晶粒径を有す
る結晶粒子のうち、結晶粒径が最大のものと最小のもの
との平均値を算出し、この値を直径とする円の面積を求
め、この面積に10μmを超える結晶粒径を有する結晶
粒子の総数を乗じ、これにより得られた面積の全面積に
対する割合を計算して求めた。
【0056】これらのサンプルについて、下記表1に示
す周波数(f)および磁束密度(B)にて電力損失の測
定を行なった。なお、測定時のサンプルの温度は、80
℃であった。結果を表1に示す。
【0057】
【表1】
【0058】[実施例2]組成が、MnO37モル%、
ZnO10モル%、Fe23 53モル%であり、平均
結晶粒径および結晶粒径分布が上記サンプルNo.1〜
7と同等のフェライト焼結体サンプルを、実施例1に準
じて作製した。これらのサンプルについて実施例1と同
様な測定を行なったところ、平均結晶粒径および結晶粒
径分布に依存した電力損失特性がみられ、これは実施例
1の各サンプルにおける平均結晶粒径および結晶粒径分
布に依存した電力損失特性と同等のものであった。
【0059】[実施例3]実施例1にて得られたサンプ
ルNo.1および5のフェライト焼結体のCa含有量プ
ロファイルを、イオンミリングを行ないながらオージェ
分析することにより測定した。結果を図2に示す。な
お、図2において縦軸はCa含有量、横軸はCa含有量
のピークを示す位置からの距離を示す。
【0060】
【発明の効果】本発明によって得られる電源用トランス
磁心のフェライト焼結体は、所定の平均結晶粒径および
結晶粒径分布を有するため損失が低いものである。
【0061】また、本発明によって得られる電源用トラ
ンス磁心のフェライト焼結体が、所定の副成分を含有す
る場合、損失はなお一層低いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】フェライト焼結体の結晶粒子を示す図面代用写
真である。
【図2】フェライト焼結体の結晶粒子を示す図面代用写
真である。
【図3】フェライト焼結体のCa含有量プロファイルで
ある。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 MnO、ZnOおよびFe23 を主成
    分とするフェライト焼結体から形成された電源用トラン
    ス磁心を製造するにあたり、 前記フェライト焼結体の平均結晶粒径を5μm以下、結
    晶粒径が10μmを超える結晶粒子の数を結晶粒子全体
    の3%以下に規制して、 80℃、1000kHz 、50mTでの損失が410mW/cm3
    以下である動作周波数500kHz 以上で使用される電源
    用トランス磁心を得る電源用トランス磁心の製造方法。
  2. 【請求項2】 10μm を超える結晶粒子の面積を全体
    の15%以下に規制する請求項1の電源用トランス磁心
    の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017119908A (ja) * 2015-12-24 2017-07-06 株式会社デンソー 圧粉磁心用粉末およびその製造方法ならびに圧粉磁心およびその製造方法
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