JPH1050512A - 高透磁率酸化物磁性材料およびその製造方法 - Google Patents

高透磁率酸化物磁性材料およびその製造方法

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JPH1050512A
JPH1050512A JP8204690A JP20469096A JPH1050512A JP H1050512 A JPH1050512 A JP H1050512A JP 8204690 A JP8204690 A JP 8204690A JP 20469096 A JP20469096 A JP 20469096A JP H1050512 A JPH1050512 A JP H1050512A
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permeability
firing
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oxide
khz
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Satoshi Goto
聡志 後藤
Naoki Soga
直樹 曽我
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    • 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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Abstract

(57)【要約】 【課題】 1kHz 程度の低周波領域から 500kHz 〜1MH
z 程度の高周波領域にわたって、高インピーダンスが得
られる高透磁率酸化物磁性材料およびその製造方法を提
供する。 【解決手段】 MnO :20〜30 mol%、ZnO :18〜25 mol
%および残部実質的にFe2O3 からなる基本成分組成を有
し、1kHz および 500kHz におけるそれぞれの複素初透
磁率の絶対値が8000以上である高透磁率酸化物磁性材
料。

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
やノイズフィルタ、チョークコイルなどに搭載するのに
好適なスピネル型Mn−Zn系ソフトフェライトおよびその
製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】Mn−Zn系ソフトフェライトは、スイッチ
ング電源やノイズフィルタ、チョークコイルなどに使用
されている。その中でも、ノイズフィルタに使用される
フェライトコアは、ノイズを除去したい周波数帯域でノ
イズ電流に対する大きなインピーダンスが要求されるた
め、より高周波帯域まで高い初透磁率(インピーダンス
は初透磁率に比例する)が維持できることが望まれる。
【0003】しかし、従来のMn−Zn系フェライトは、Ni
−Zn系フェライトに比べ、透磁率は高くできるものの、
高初透磁率になるに従い、低周波域で磁気緩和や共鳴現
象を起こして初透磁率が急激に低下するという問題があ
る。このような初透磁率の周波数特性は、結晶マトリッ
クスであるスピネルを構成するFe2O3 ,ZnO ,MnO の組
成比と、結晶粒界近傍に存在することの多い微量成分と
によるところが大きいことが明らかにされており、この
見地から初透磁率の周波数特性を改善した例が報告され
ている。
【0004】例えば、特公昭51−49079 号公報には、Mn
−Zn系フェライトに、 Bi2O3, CaOを適量添加すること
により、 100 kHzでの初透磁率を8000〜9000程度にした
ものが開示されている。また、特開平7−211535号公報
および特開平7−211536号公報には、Mn−Zn系フェライ
トに、 CaO, Bi2O3,SiO2を適量添加することにより、
初透磁率を、周波数 100 kHzにおいて5000以上、 500kH
z において4000以上としたものが開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
特公昭51−49079 号公報に開示されているMn−Zn系フェ
ライトにおいては、 100kHz 付近までの比較的低周波領
域では、初透磁率の周波数特性を改善することができる
が、実用上ますます重視されつつある 500kHz 付近で
は、充分な改善効果が得られないという問題がある。
【0006】これに対し、上記の特開平7−211535号公
報および特開平7−211536号公報に開示されているMn−
Zn系フェライトにおいては、高周波領域まで初透磁率の
周波数特性が改善されているが、 500kHz の初透磁率
は、最高でも5500程度にとどまっており、必ずしも充分
な初透磁率が得られないという問題がある。
【0007】また、上記の従来例においては、1〜 100
kHz程度の低周波領域で初透磁率を増大させようとする
と、500kHz〜1MHz の高周波領域での初透磁率の低下が
避けられないという問題がある。このようなことから、
高周波領域でも高初透磁率を有するフェライトコアの開
発が望まれていた。
【0008】本発明は、上述した点に鑑みてなされたも
ので、1kHz 程度の低周波領域から500kHz 〜1MHz 程
度の高周波領域にわたって、高インピーダンスが得られ
る高透磁率酸化物磁性材料およびその製造方法を提供す
ることを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1に係る高透磁率酸化物磁性材料は、MnO :
20〜30 mol%、ZnO :18〜25 mol%および残部実質的に
Fe2O3 からなる基本成分組成を有し、1kHz および 500
kHz におけるそれぞれの複素初透磁率の絶対値が8000以
上であることを特徴とするものである。
【0010】請求項2に係る高透磁率酸化物磁性材料
は、MnO :20〜30 mol%、ZnO :18〜25 mol%および残
部実質的にFe2O3 からなる基本成分組成を有し、直流比
抵抗が 100Ωcm以上で、かつ、1kHz および500kHzにお
けるそれぞれの複素初透磁率の絶対値が8000以上である
ことを特徴とするものである。
【0011】請求項3に係る高透磁率酸化物磁性材料
は、請求項1または2記載の高透磁率酸化物磁性材料に
おいて、さらに、0.005 〜0.02wt%のSiO2、0.005 〜0.
20wt%の CaOおよび0.005 〜0.05wt%のNb2O5 を含有す
ることを特徴とするものである。
【0012】請求項4に係る高透磁率酸化物磁性材料
は、請求項3記載の高透磁率酸化物磁性材料において、
さらに、0.005 〜0.05wt%の Bi2O3を含有することを特
徴とするものである。
【0013】さらに、請求項5に係る製造方法は、主要
成分である酸化物原料を秤量して混合し、仮焼して得ら
れるフェライト仮焼粉に選択的に添加物成分を混合して
粉砕し、次いで、造粒して成形したのち焼成して、請求
項1〜4のいずれか記載の高透磁率酸化物材料を製造す
るにあたり、焼成の昇温途中の1100℃から焼成保持温度
に達するまでは、少なくとも 400℃/h以上の昇温速度
とし、かつ、焼成雰囲気を非酸化性雰囲気とし、その
後、焼成保持温度で焼成雰囲気中の酸素濃度を10体積%
以下にして焼成することを特徴とするものである。
【0014】
【発明の実施の形態】例えば、高周波領域におけるノイ
ズ電流を除去するノイズフィルタは、通常、大きなイン
ピーダンスを持つインダクタと、ノイズ電流のバイパス
回路を形成するコンデンサとを組み合わせて構成されて
いる。このようなノイズフィルタにおいて、フェライト
コアは、巻線を施したコイルにして、インダクタとして
使用されている。ここで、コイルのインピーダンスZ
は、巻線の抵抗を無視すると、複素数表示で、 Z=jωL (1) となる。ただし、Lはコイルのインダクタンス、ωは角
周波数、jは虚数単位である。また、インダクタンスL
は、フェライトコアの初透磁率μi を用いて、 L=μi ・N2 A/l (2) で表される。ただし、Nは巻数、Aはフェライトコアの
断面積、lはフェライトコアの磁路長である。
【0015】ここで、初透磁率μi は、複素数表示で
は、 μi =μi ′−jμi ″ (3) となるので、上記(1)〜(3)式から、インピーダン
スZは、
【数1】 となる。したがって、インピーダンスZの大きさ(絶対
値)|Z|は、
【数2】 となる。
【0016】上記(5)式から明らかなように、ノイズ
電流に対するインピーダンスを大きくするには、複素初
透磁率の絶対値を大きくする、すなわち、実部μi ′お
よび虚部μi ″のいずれかを大きくすれば良いことがわ
かる。しかしながら、通常、フェライトコアは、複素初
透磁率の絶対値ではなく、実数部μi ′(低周波領域で
は、μi ′=|μi |)だけで評価することが多く、μ
i =μi ′として扱っている。このため、μi ″の項が
無視できなくなると、μi ′だけでは、Zを正確に評価
できなくなる。
【0017】ここで、μi ′は、高周波になると、渦電
流損失による磁気緩和や種々の共鳴現象で急激に低下す
るが、μi ″は、逆に高周波で増加する。このため、μ
i ′を高周波まで維持するには、まず、比抵抗を高め
て、渦電流損失を低下させることが必要となるが、比抵
抗を高くすると、低周波でのμi ′が逆に低下するとい
う問題が生じることになる。
【0018】したがって、例えば、ノイズフィルタ用の
フェライトコアの特性評価は、複素初透磁率の実部
μi ′ではなく、その絶対値(μi 2 +μi 2
1/2 の大きさと、必要な比抵抗をどの程度にするかで判
断すべきであるが、このような観点で、高周波領域まで
複素初透磁率の絶対値の大きな材料は、これまで提供さ
れていなかった。
【0019】本発明は、このような知見をもとに、種々
の実験と検討を行った結果、MnO ,ZnO ,Fe2O3 を主成
分とするMn−Zn系ソフトフェライトにおいて、1kHz の
低周波数領域から 500kHz 〜1MHz 程度の高周波数領域
にわたって、例えば、ノイズフィルタとして好適な複素
初透磁率の絶対値の高いフェライトを提供し得たもので
ある。
【0020】まず、本発明における基本成分の限定は、
以下の理由による。すなわち、初透磁率に重大な影響を
及ぼす磁気異方性定数、磁歪定数は、主成分である、Fe
2O3,MnO ,ZnO の組成比に依存することが知られてお
り、微量成分を添加する前の基本成分の初透磁率をどの
程度にとるか、セカンダリーピーク、キュリー点をどの
程度に設定するか、という観点から、Fe2O3 ,MnO ,Zn
O の組成範囲が限定される。さらに、例えば、ノイズフ
ィルタの動作温度は、通常、室温から 120℃程度とされ
ており、この温度範囲で初透磁率が高く、かつ、正の温
度係数を持つことが要求される。このようなことから、
Fe2O3 ,MnO ,ZnO の組成範囲は、次のように限定され
る。 MnO : 20〜30 mol% ZnO : 18〜25 mol% Fe2O3 : 残部
【0021】ここで、MnO が20mol %未満または30mol
%を超え、ZnO が18mol %未満または25mol %を超える
と、スピネルの化学組成の変化により、初透磁率が大幅
に低下することになる。なお、Fe2O3 ,MnO ,ZnO の原
料としては、酸化物だけでなく、焼成により、この形態
に変わることのできる炭酸塩などの化合物を使用するこ
ともできる。
【0022】また、初透磁率をより向上させるために、
上記の基本組成に加えて、SiO2,CaO およびNb2O5 を所
定量添加するのが好ましい。これらの添加物は、0.005
wt%未満であると焼成条件を調節しても、 100Ωcm以上
の比抵抗を得るのが困難になり、また、SiO2は0.02wt
%,CaO は0.20wt%,Nb2O5 は0.05wt%を超えると、異
常粒成長の原因となったり、低周波領域で所望の初透磁
率が得られなくなる。したがって、SiO2は0.005 〜0.02
wt%、CaO は0.005 〜0.20wt%、Nb2O5 は0.005〜0.05w
t%の範囲とする。
【0023】さらに、初透磁率全体を向上させるため
に、上記のSiO2,CaO およびNb2O5 に加えて、Bi2O3
添加することもできる。このBi2O3 は、0.005 wt%未満
であると添加効果に乏しく、また0.05wt%を超えると効
果が見られなくなったり、かえって比抵抗が低下したり
するので、0.005 〜0.05wt%の範囲とする。
【0024】また、比抵抗は、 100Ωcm以上あれば、高
周波においてμi ′とμi ″とをバランスよく大きくす
ることができ、1kHz と 500kHz において複素初透磁率
の絶対値(μi 2 +μi 21/2 を、8000以上とす
ることができる。
【0025】本発明のMn−Zn系フェライトは、通常、各
粉末原料を所定の最終組成になるように混合して仮焼
し、次いで得られたフェライト仮焼粉に添加成分を混合
して粉砕した後、造粒して圧縮成形し、次いで焼成する
ことにより製造される。この過程において、特に本発明
では、焼成の昇温途中の1100℃から焼成保持温度に達す
るまでは、少なくとも 400℃/h以上の昇温速度とし、
かつ、焼成雰囲気を非酸化性雰囲気として、その後、焼
成保持温度で焼成雰囲気中の酸素濃度を10体積%以下に
して焼成する点に特徴がある。
【0026】ここで、焼成の昇温途中の1100℃から焼成
保持温度に達するまでは、少なくとも 400℃/h以上の昇
温速度とし、かつ焼成雰囲気を非酸化性雰囲気とするの
は、単一のスピネル結晶相からなる、結晶粒度が大きく
て均一な焼結体を形成し、その後の酸素雰囲気を制御し
た温度保持の焼成で、比抵抗を 100Ωcm以上で、かつ、
複素初透磁率の絶対値を大きくさせるためである。な
お、非酸化性雰囲気としては、工業的に用いられる窒素
や二酸化炭素、あるいは通常のロータリーポンプなどで
作ることのできる真空でもよいし、Ar,He等の希ガスで
も可能である。
【0027】
【実施例】
(実施例1)MnO :25 mol%,ZnO :23 mol%,残部 F
e2O3を混合後、 925℃で3時間仮焼した。これに表1に
示す量の微量添加物を添加し、ボールミルで8時間粉砕
した後、リング状に成形し、次いで、大気中で昇温速度
250℃/hで昇温し、1150℃からは、二酸化炭素雰囲気と
して昇温速度を 600℃/hに上げた。その後、保持温度13
70℃に達してからは、酸素濃度を10体積%以下に制御し
て3時間焼成した。得られた焼結体の比抵抗および1kH
z , 500kHz での複素初透磁率の絶対値を、それぞれ表
1に示す。表1において、本発明の範囲内のものは発明
例とし、範囲外のものを比較例としている。
【0028】
【表1】
【0029】実施例1によれば、1kHz , 500kHz にお
けるそれぞれの複素初透磁率の絶対値が、8000以上のフ
ェライトコアを得ることができる。したがって、かかる
フェライトコアを、例えば、ノイズフィルタに搭載すれ
ば、優れたフィルタ特性を発揮することができる。
【0030】(実施例2)MnO :28 mol%,ZnO :20 m
ol%,残部 Fe2O3を混合後、 950℃で3時間仮焼した。
これに表2に示す量のを微量添加物を添加し、ボールミ
ルで8時間粉砕した後、リング状に成形し、次いで、大
気中で昇温速度 250℃/hで昇温し、1100℃からは、窒素
雰囲気として昇温速度を 500℃/hに上げた。その後、保
持温度1360℃に達してからは、酸素濃度を10体積%以下
に制御して5時間焼成した。得られた焼結体の比抵抗お
よび1kHz , 500kHz での複素初透磁率の絶対値を、そ
れぞれ表2に示す。表2において、本発明の範囲内のも
のは発明例とし、範囲外のものを比較例としている。
【0031】
【表2】
【0032】実施例2によれば、実施例1と同様に、1
kHz , 500kHz におけるそれぞれの複素初透磁率の絶対
値が、8000以上のフェライトコアを得ることができる。
したがって、かかるフェライトコアを、例えば、ノイズ
フィルタに搭載すれば、優れたフィルタ特性を発揮する
ことができる。
【0033】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、1kHz
の低周波数領域から 500kHz 〜1MHz程度の高周波数領
域にわたって、ノイズフィルタなどに使用するのに適し
た高透磁率Mn−Zn系フェライトを得ることができる。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 MnO :20〜30 mol%、ZnO :18〜25 mol
    %および残部実質的にFe2O3 からなる基本成分組成を有
    し、1kHz および 500kHz におけるそれぞれの複素初透
    磁率の絶対値が8000以上であることを特徴とする高透磁
    率酸化物磁性材料。
  2. 【請求項2】 MnO :20〜30 mol%、ZnO :18〜25 mol
    %および残部実質的にFe2O3 からなる基本成分組成を有
    し、直流比抵抗が 100Ωcm以上で、かつ、1kHz および
    500kHz におけるそれぞれの複素初透磁率の絶対値が80
    00以上であることを特徴とする高透磁率酸化物磁性材
    料。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載の高透磁率酸化物
    磁性材料において、 さらに、0.005 〜0.02wt%のSiO2、0.005 〜0.20wt%の
    CaOおよび0.005 〜0.05wt%のNb2O5 を含有することを
    特徴とする高透磁率酸化物磁性材料。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の高透磁率酸化物磁性材料
    において、 さらに、0.005 〜0.05wt%の Bi2O3を含有することを特
    徴とする高透磁率酸化物磁性材料。
  5. 【請求項5】 主要成分である酸化物原料を秤量して混
    合し、仮焼して得られるフェライト仮焼粉に選択的に添
    加物成分を混合して粉砕し、次いで、造粒して成形した
    のち焼成して、請求項1〜4のいずれか記載の高透磁率
    酸化物材料を製造するにあたり、 焼成の昇温途中の1100℃から焼成保持温度に達するまで
    は、少なくとも 400℃/h以上の昇温速度とし、かつ、
    焼成雰囲気を非酸化性雰囲気とし、その後、焼成保持温
    度で焼成雰囲気中の酸素濃度を10体積%以下にして焼成
    することを特徴とする高透磁率酸化物磁性材料の製造方
    法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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