JPH113813A - フェライト材料 - Google Patents
フェライト材料Info
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- JPH113813A JPH113813A JP9155205A JP15520597A JPH113813A JP H113813 A JPH113813 A JP H113813A JP 9155205 A JP9155205 A JP 9155205A JP 15520597 A JP15520597 A JP 15520597A JP H113813 A JPH113813 A JP H113813A
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- ferrite material
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F1/00—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
- H01F1/01—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
- H01F1/03—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
- H01F1/12—Magnets 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
- H01F1/34—Magnets 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
- H01F1/342—Oxides
- H01F1/344—Ferrites, e.g. having a cubic spinel structure (X2+O)(Y23+O3), e.g. magnetite Fe3O4
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- Dispersion Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Compounds Of Iron (AREA)
- Magnetic Ceramics (AREA)
- Soft Magnetic Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 １MHz 程度以上の高周波数域において低損失
であるフェライト材料を提供すること。 【解決手段】Fe2O3 ：52〜68 mol％、NiＯ ：0.5 〜10
mol％、ZnＯ ：15 mol％以下、CoＯ ：0.005 〜0.5m
ol％を含み、残部が実質的にMnＯの組成となる基本成分
からなることを特徴とするフェライト材料である。
であるフェライト材料を提供すること。 【解決手段】Fe2O3 ：52〜68 mol％、NiＯ ：0.5 〜10
mol％、ZnＯ ：15 mol％以下、CoＯ ：0.005 〜0.5m
ol％を含み、残部が実質的にMnＯの組成となる基本成分
からなることを特徴とするフェライト材料である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電源用トランス等
の磁心に用いられる、高周波数域で損失の少ないフェラ
イト材料に関するものである。
の磁心に用いられる、高周波数域で損失の少ないフェラ
イト材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】フェライトと総称される酸化物磁性材料
のうち、軟質磁性フェライトは、小さな外部磁場でも十
分に磁化することから、電源や通信機器、計測制御機
器、磁気記録媒体、コンピュータなどの用途に広く用い
られている。それ故に、この種の用途に用いる軟質磁性
材料には、キュリー温度が高いこと、保磁力が小さく透
磁率が高いこと、飽和磁束密度が大きいこと、低損失で
あること、など多くの特性が要求される。
のうち、軟質磁性フェライトは、小さな外部磁場でも十
分に磁化することから、電源や通信機器、計測制御機
器、磁気記録媒体、コンピュータなどの用途に広く用い
られている。それ故に、この種の用途に用いる軟質磁性
材料には、キュリー温度が高いこと、保磁力が小さく透
磁率が高いこと、飽和磁束密度が大きいこと、低損失で
あること、など多くの特性が要求される。
【０００３】このような要求特性を満たす軟質磁性材料
としては、上記軟質磁性フェライトのような酸化物磁性
材料以外に金属系の磁性材料がある。この金属系の磁性
材料は、飽和磁束密度が高いという点で酸化物磁性材料
に比べると有利である。その反面、この金属系の磁性材
料は、電気抵抗が低く、高周波数域で使用する際に渦電
流に起因する損失が大きくなるという欠点があった。例
えば、100kHzを超えるような周波数域で使われるスイッ
チング電源等に用いると、渦電流損による発熱が大きく
なるという欠点がある。このため、この金属系の磁性材
料は、電子機器の小型低背化・高密度化に伴って使用周
波数の高周波数化した電子部品への適用が困難であっ
た。
としては、上記軟質磁性フェライトのような酸化物磁性
材料以外に金属系の磁性材料がある。この金属系の磁性
材料は、飽和磁束密度が高いという点で酸化物磁性材料
に比べると有利である。その反面、この金属系の磁性材
料は、電気抵抗が低く、高周波数域で使用する際に渦電
流に起因する損失が大きくなるという欠点があった。例
えば、100kHzを超えるような周波数域で使われるスイッ
チング電源等に用いると、渦電流損による発熱が大きく
なるという欠点がある。このため、この金属系の磁性材
料は、電子機器の小型低背化・高密度化に伴って使用周
波数の高周波数化した電子部品への適用が困難であっ
た。
【０００４】このような背景から、軟質磁性フェライ
ト、なかでもMn−Zn系フェライトは、高周波数域で使わ
れるスイッチング電源に適用できる電源用トランスの磁
心材料として改良が進められている。
ト、なかでもMn−Zn系フェライトは、高周波数域で使わ
れるスイッチング電源に適用できる電源用トランスの磁
心材料として改良が進められている。
【０００５】このMn−Zn系フェライトを高周波数域で使
用するには、軟質磁性フェライトに求められる諸特性
（キュリー温度が高いこと、保磁力が小さく透磁率が高
いこと、飽和磁束密度が大きいこと、低損失であること
など）のなかでも特に低損失化を実現することが重要で
ある。そのためには、損失を構成するヒステリシス損
失、渦電流損失、それ以外の残留損失をそれぞれ小さく
することが必要である。
用するには、軟質磁性フェライトに求められる諸特性
（キュリー温度が高いこと、保磁力が小さく透磁率が高
いこと、飽和磁束密度が大きいこと、低損失であること
など）のなかでも特に低損失化を実現することが重要で
ある。そのためには、損失を構成するヒステリシス損
失、渦電流損失、それ以外の残留損失をそれぞれ小さく
することが必要である。
【０００６】これらの損失のうちヒステリシス損失は、
組成により決定される磁気異方性定数Ｋ1 と磁歪定数λ
に大きく支配されることが知られている。例えば、 Fe2
O3＝52 mol％付近で ZnO＝20〜30 mol％である組成のMn
−Zn系フェライトは、室温において、Ｋ1 ならびにλs
が共にゼロに近くなり、その組成では、透磁率が最大と
なり、損失も小さくなる（K.Ohta, J. Phys. Soc. Japa
n18 (1963) 685)。また、 Fe2O3＝53〜54.5 mol％で Zn
O＝８〜12 mol％である組成のMn−Zn系フェライトは、
100kHz 程度までの周波数域で損失が低くなる材料であ
り、スイッチング電源用パワーフェライトとして用いら
れている（セラミックス 28 (1993)937) 。
組成により決定される磁気異方性定数Ｋ1 と磁歪定数λ
に大きく支配されることが知られている。例えば、 Fe2
O3＝52 mol％付近で ZnO＝20〜30 mol％である組成のMn
−Zn系フェライトは、室温において、Ｋ1 ならびにλs
が共にゼロに近くなり、その組成では、透磁率が最大と
なり、損失も小さくなる（K.Ohta, J. Phys. Soc. Japa
n18 (1963) 685)。また、 Fe2O3＝53〜54.5 mol％で Zn
O＝８〜12 mol％である組成のMn−Zn系フェライトは、
100kHz 程度までの周波数域で損失が低くなる材料であ
り、スイッチング電源用パワーフェライトとして用いら
れている（セラミックス 28 (1993)937) 。
【０００７】このような従来のMn−Zn系フェライトは、
100kHz程度の周波数域において、高透磁率でかつ低損失
な特性を示す。しかしながら、このMn−Zn系フェライト
は、使用周波数の高周波数化が進む今日では、周波数が
高くなるに伴い損失が大きくなるという欠点があった。
かかる高周波数化の傾向はこれからも続くと考えられ、
１ＭHz程度以上の高い周波数域でもなお低損失特性を示
す軟質磁性フェライトに対する要求が高まっている。
100kHz程度の周波数域において、高透磁率でかつ低損失
な特性を示す。しかしながら、このMn−Zn系フェライト
は、使用周波数の高周波数化が進む今日では、周波数が
高くなるに伴い損失が大きくなるという欠点があった。
かかる高周波数化の傾向はこれからも続くと考えられ、
１ＭHz程度以上の高い周波数域でもなお低損失特性を示
す軟質磁性フェライトに対する要求が高まっている。
【０００８】また、上記損失のうち渦電流損失は、材料
の電気抵抗に起因する損失であり、周波数が高くなるに
伴いその損失の占める割合が大きくなる。これについて
は、フェライト粒界に高抵抗層を形成してコア全体の電
気抵抗を高めることにより、渦電流損失を低減すること
ができる。残留損失もまた、周波数が高くなるに伴いそ
の損失の占める割合が増えるものと考えられている。こ
の原因については、共鳴現象等による説明もなされてい
るが現在までのところはっきりしていない。従って、こ
れら渦電流損失と残留損失を共に低減することができれ
ば、１ＭHz程度以上の高周波数域でも低損失を示す材料
が得られると考えられる。
の電気抵抗に起因する損失であり、周波数が高くなるに
伴いその損失の占める割合が大きくなる。これについて
は、フェライト粒界に高抵抗層を形成してコア全体の電
気抵抗を高めることにより、渦電流損失を低減すること
ができる。残留損失もまた、周波数が高くなるに伴いそ
の損失の占める割合が増えるものと考えられている。こ
の原因については、共鳴現象等による説明もなされてい
るが現在までのところはっきりしていない。従って、こ
れら渦電流損失と残留損失を共に低減することができれ
ば、１ＭHz程度以上の高周波数域でも低損失を示す材料
が得られると考えられる。
【０００９】例えば、500kHz以上の周波数域を対象とし
た材料として、特開平６−310320号公報などでは、Mn,
Zn, Feの酸化物を基本成分とするMn−Zn系フェライトに
添加成分として種々の酸化物を含有させてなる、300kHz
〜数MHz の周波数域で低損失を示す磁性材料が提案され
ている。
た材料として、特開平６−310320号公報などでは、Mn,
Zn, Feの酸化物を基本成分とするMn−Zn系フェライトに
添加成分として種々の酸化物を含有させてなる、300kHz
〜数MHz の周波数域で低損失を示す磁性材料が提案され
ている。
【００１０】しかしながら、従来から比較的低い周波数
で用いられているMn−Zn系フェライト材料では、１ＭHz
程度以上の高周波数域における要求特性、とりわけ低損
失特性について未だ満足できる結果が得られていない。
で用いられているMn−Zn系フェライト材料では、１ＭHz
程度以上の高周波数域における要求特性、とりわけ低損
失特性について未だ満足できる結果が得られていない。
【００１１】一方、数ＭHz以上の高周波数域で使用され
る軟質磁性フェライトとして、Ni−Zn系フェライトがあ
る。この材料は、高周波磁場下で使用される電源トラン
ス磁心等への応用は近年に始まったものである。しかし
ながら、このNi−Zn系フェライトは、例えば特開平８−
310855号公報等にも開示されているように、その基本成
分中のFe2O3 含有量が 50mol％以下であり、主にコアに
直接巻線を施すための材料として高抵抗特性を意図した
ものが多い。そのため、このNi−Zn系フェライトでは、
電源トランス磁心として最も重要な要求特性の一つであ
る損失特性は不十分であった。
る軟質磁性フェライトとして、Ni−Zn系フェライトがあ
る。この材料は、高周波磁場下で使用される電源トラン
ス磁心等への応用は近年に始まったものである。しかし
ながら、このNi−Zn系フェライトは、例えば特開平８−
310855号公報等にも開示されているように、その基本成
分中のFe2O3 含有量が 50mol％以下であり、主にコアに
直接巻線を施すための材料として高抵抗特性を意図した
ものが多い。そのため、このNi−Zn系フェライトでは、
電源トランス磁心として最も重要な要求特性の一つであ
る損失特性は不十分であった。
【００１２】また、Fe2O3 含有量が 50mol％を超える軟
質磁性フェライトとして、例えば特開平２−83218 号公
報等では、飽和磁束密度を改善し、100kHz, 200mＴの条
件での損失が280KW/m3程度であるNi-Mn-Zn系フェライト
が提案されている。しかしながら、数百kHz 程度以上で
の損失特性には触れておらず、高周波数域への適用に関
する確証はなかった。
質磁性フェライトとして、例えば特開平２−83218 号公
報等では、飽和磁束密度を改善し、100kHz, 200mＴの条
件での損失が280KW/m3程度であるNi-Mn-Zn系フェライト
が提案されている。しかしながら、数百kHz 程度以上で
の損失特性には触れておらず、高周波数域への適用に関
する確証はなかった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、１ＭHz程度以上の高周波数域において低損失である
フェライト材料を提供することにある。
は、１ＭHz程度以上の高周波数域において低損失である
フェライト材料を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】発明者らは、上記目的の
実現に向け、１ＭHz程度以上の高周波数域で低損失を示
す組成を探索した。その結果、Fe2O3 含有量が 50mol％
を超える従来のMn-Zn系フェライトの基本成分にNiＯお
よびCoＯを同時に含有させることが、低損失化に有効で
あることを新たに見いだし、以下に示す成分組成のフェ
ライト材料を想到するに至った。
実現に向け、１ＭHz程度以上の高周波数域で低損失を示
す組成を探索した。その結果、Fe2O3 含有量が 50mol％
を超える従来のMn-Zn系フェライトの基本成分にNiＯお
よびCoＯを同時に含有させることが、低損失化に有効で
あることを新たに見いだし、以下に示す成分組成のフェ
ライト材料を想到するに至った。
【００１５】(1) Fe2O3 ：52〜68 mol％、NiＯ ：0.
5 〜10 mol％、ZnＯ ：15 mol％以下、CoＯ ：0.005
〜0.5mol％を含み、残部が実質的にMnＯの組成となる基
本成分からなることを特徴とするフェライト材料であ
る。
5 〜10 mol％、ZnＯ ：15 mol％以下、CoＯ ：0.005
〜0.5mol％を含み、残部が実質的にMnＯの組成となる基
本成分からなることを特徴とするフェライト材料であ
る。
【００１６】(2) Fe2O3 ：52〜68 mol％、NiＯ ：0.5
〜10 mol％、ZnＯ ：15 mol％以下、CoＯ ：0.005 〜
0.5mol％を含み、残部が実質的にMnＯの組成となる基本
成分中に、さらにSiO2 ：0.010 〜0.100 wt％およびCa
Ｏ ：0.020 〜0.300 wt％を含有し、さらにまたNb2O5,
Ta2O5, V2O5, ZrO2, HfO2, TiO2およびSnO2の中から選
ばれるいずれか１種または２種以上を、Nb2O5 ：0.005
〜0.050 wt％、Ta2O5 ：0.005 〜0.100 wt％、V2O5 ：
0.005 〜0.050 wt％、ZrO2 ：0.005 〜0.100 wt％、Hf
O2 ：0.005 〜0.050 wt％、TiO2 ：0.050 〜0.500 wt
％、SnO2 ：0.010 〜0.500 wt％、範囲内で含有してな
り、これらの添加成分の合計含有量が１wt％以下となる
ような成分組成を有することを特徴とするフェライト材
料である。
〜10 mol％、ZnＯ ：15 mol％以下、CoＯ ：0.005 〜
0.5mol％を含み、残部が実質的にMnＯの組成となる基本
成分中に、さらにSiO2 ：0.010 〜0.100 wt％およびCa
Ｏ ：0.020 〜0.300 wt％を含有し、さらにまたNb2O5,
Ta2O5, V2O5, ZrO2, HfO2, TiO2およびSnO2の中から選
ばれるいずれか１種または２種以上を、Nb2O5 ：0.005
〜0.050 wt％、Ta2O5 ：0.005 〜0.100 wt％、V2O5 ：
0.005 〜0.050 wt％、ZrO2 ：0.005 〜0.100 wt％、Hf
O2 ：0.005 〜0.050 wt％、TiO2 ：0.050 〜0.500 wt
％、SnO2 ：0.010 〜0.500 wt％、範囲内で含有してな
り、これらの添加成分の合計含有量が１wt％以下となる
ような成分組成を有することを特徴とするフェライト材
料である。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、この発明において、基本成
分および添加物成分の組成を前記範囲に限定した理由に
ついて説明する。なお、基本成分であるFe2O3 ，NiＯ，
ZnＯ，CoＯ，MnＯは mol％で示し、基本成分以外の添加
物成分については、基本成分量に対するwt％で示す。
分および添加物成分の組成を前記範囲に限定した理由に
ついて説明する。なお、基本成分であるFe2O3 ，NiＯ，
ZnＯ，CoＯ，MnＯは mol％で示し、基本成分以外の添加
物成分については、基本成分量に対するwt％で示す。
【００１８】・NiＯ：0.5 〜10 mol％ NiＯの含有量が 0.5 mol％に満たないと損失低減効果が
顕著でないため、NiＯの含有量は 0.5 mol％を下限とし
た。このNiＯには他にスピネル化を促進する効果があ
る。即ち、本発明のフェライト材料のように高周波数域
での低損失を意図すると、100kHz程度での使用を前提と
した材料に比較して適正なZnＯ含有量がより少なくなる
傾向になる。そのため、仮焼あるいは焼成時の昇温過程
においてスピネル化が進まず、その時の温度や酸素濃度
によっては異相が存在する場合がしばしば生じ、磁気特
性が大きく劣化する。この点、NiＯを含有させることに
よりスピネル化が促進され、特性劣化を抑制することが
できる。このことからも本発明では、 0.5 mol％以上の
NiＯが必要である。一方、NiＯの含有量が多すぎると、
固有電気抵抗が低下しすぎて渦電流損失の増大を招くた
め、10 mol％を上限とした。なお、NiＯを含有させると
渦電流損失が上昇する傾向にあると考えられるため、高
周波数域では特に残留損失が抑制され低損失化されたも
のと推定される。
顕著でないため、NiＯの含有量は 0.5 mol％を下限とし
た。このNiＯには他にスピネル化を促進する効果があ
る。即ち、本発明のフェライト材料のように高周波数域
での低損失を意図すると、100kHz程度での使用を前提と
した材料に比較して適正なZnＯ含有量がより少なくなる
傾向になる。そのため、仮焼あるいは焼成時の昇温過程
においてスピネル化が進まず、その時の温度や酸素濃度
によっては異相が存在する場合がしばしば生じ、磁気特
性が大きく劣化する。この点、NiＯを含有させることに
よりスピネル化が促進され、特性劣化を抑制することが
できる。このことからも本発明では、 0.5 mol％以上の
NiＯが必要である。一方、NiＯの含有量が多すぎると、
固有電気抵抗が低下しすぎて渦電流損失の増大を招くた
め、10 mol％を上限とした。なお、NiＯを含有させると
渦電流損失が上昇する傾向にあると考えられるため、高
周波数域では特に残留損失が抑制され低損失化されたも
のと推定される。
【００１９】・Fe2O3 ：52〜68 mol％ Fe2O3 の含有量が少なすぎると、飽和磁束密度やキュリ
ー温度が低下する。さらに、損失が極小となる温度が高
温側にシフトすることにより、スイッチング電源等の動
作温度である80℃付近において損失が大きくなる。この
ため、Fe2O3 の含有量は 52mol％を下限とした。一方、
本発明にかかるフェライト材料のようにNiＯを含有する
場合、磁性イオンであるNi2+イオンがフェライトのスピ
ネル化合物の格子点に入り、他の格子点にある磁性イオ
ンとの相互作用により、磁気異方性定数Ｋ1 と磁歪定数
λs が変化する。そのため、 Fe2O3の最適含有量はNiＯ
含有量に伴って変化する。すなわち、Fe2O3 の含有量は
NiＯ含有量の増加に伴い増やす必要がある。そこで、上
記NiＯ含有量の上限に対応する値、68 mol％をFe2O3 含
有量の上限とした。
ー温度が低下する。さらに、損失が極小となる温度が高
温側にシフトすることにより、スイッチング電源等の動
作温度である80℃付近において損失が大きくなる。この
ため、Fe2O3 の含有量は 52mol％を下限とした。一方、
本発明にかかるフェライト材料のようにNiＯを含有する
場合、磁性イオンであるNi2+イオンがフェライトのスピ
ネル化合物の格子点に入り、他の格子点にある磁性イオ
ンとの相互作用により、磁気異方性定数Ｋ1 と磁歪定数
λs が変化する。そのため、 Fe2O3の最適含有量はNiＯ
含有量に伴って変化する。すなわち、Fe2O3 の含有量は
NiＯ含有量の増加に伴い増やす必要がある。そこで、上
記NiＯ含有量の上限に対応する値、68 mol％をFe2O3 含
有量の上限とした。
【００２０】・ZnＯ：15 mol％以下（０を含まず） このZnＯの含有量によって周波数特性を制御することが
できる。即ち、ZnＯ含有量が少ないほど、高周波数域で
の損失が低くなり、比較的低い周波数で低損失を確保し
たい場合には、ZnＯ含有量を増加させればよい。しかし
ながら、ZnＯの含有量は、 15mol％を超えると、１ＭH
z, 50mT, 80℃における損失が300kW/m3を上回ることが
あるので、 15mol％を上限とした。より好ましいZnＯの
含有量は 10mol％以下であり、ZnＯ含有量がこの範囲内
にあれば、１ＭHz, 50mT, 80℃における損失を150kW/m3
以下にすることができる。なお、０ mol％の場合は、焼
結性が悪いので除外した。
できる。即ち、ZnＯ含有量が少ないほど、高周波数域で
の損失が低くなり、比較的低い周波数で低損失を確保し
たい場合には、ZnＯ含有量を増加させればよい。しかし
ながら、ZnＯの含有量は、 15mol％を超えると、１ＭH
z, 50mT, 80℃における損失が300kW/m3を上回ることが
あるので、 15mol％を上限とした。より好ましいZnＯの
含有量は 10mol％以下であり、ZnＯ含有量がこの範囲内
にあれば、１ＭHz, 50mT, 80℃における損失を150kW/m3
以下にすることができる。なお、０ mol％の場合は、焼
結性が悪いので除外した。
【００２１】・CoＯ： 0.005〜0.5mol％ 一般的なMn−Zn系フェライトにおいて、磁気異方性定数
Ｋ1 は、室温付近を境に負から正へと変化する。損失
は、Ｋ1 ＝０となる温度で最も小さくなり、それ以外の
温度ではＫ1 の絶対値上昇と共に増大する。この点、本
発明のように、スピネル化合物の構成元素の一部をCoイ
オンで置換すると、CoイオンはＫ1 に対して正に寄与
し、Ｋ1 が比較的広い温度範囲において小さくなるの
で、損失の温度変化が小さくなり、しかも損失を低減さ
せることができる。このような効果は、Fe2O3含有量が
50mol％を超えるNi-Mn-Zn系フェライトにおいても発現
する。即ち、損失を低減させる効果は、NiＯとCoＯを同
時に含有させると、一層顕著に現れることが判った。ま
た、CoＯを含有させることで、ZnＯ含有量の減少や焼成
温度の低下に伴う焼結密度の低下を抑制でき、特性が改
善される。しかしながら、CoＯ含有量が0.005mol％より
少ないと、上記効果が有効に発揮せず、一方、CoＯ含有
量が多すぎると、損失が却って増大する。そこで、CoＯ
の含有量は、 0.005〜0.5mol％とした。なお、CoＯ含有
量の増加に伴って、外部磁場印加によって得られる磁化
曲線が原点付近でくびれ、いわゆるパーミンバー型を示
すことがある。これを避けるのが好ましい場合には、Co
Ｏ含有量は0.2mol％以下に制御すればよい。
Ｋ1 は、室温付近を境に負から正へと変化する。損失
は、Ｋ1 ＝０となる温度で最も小さくなり、それ以外の
温度ではＫ1 の絶対値上昇と共に増大する。この点、本
発明のように、スピネル化合物の構成元素の一部をCoイ
オンで置換すると、CoイオンはＫ1 に対して正に寄与
し、Ｋ1 が比較的広い温度範囲において小さくなるの
で、損失の温度変化が小さくなり、しかも損失を低減さ
せることができる。このような効果は、Fe2O3含有量が
50mol％を超えるNi-Mn-Zn系フェライトにおいても発現
する。即ち、損失を低減させる効果は、NiＯとCoＯを同
時に含有させると、一層顕著に現れることが判った。ま
た、CoＯを含有させることで、ZnＯ含有量の減少や焼成
温度の低下に伴う焼結密度の低下を抑制でき、特性が改
善される。しかしながら、CoＯ含有量が0.005mol％より
少ないと、上記効果が有効に発揮せず、一方、CoＯ含有
量が多すぎると、損失が却って増大する。そこで、CoＯ
の含有量は、 0.005〜0.5mol％とした。なお、CoＯ含有
量の増加に伴って、外部磁場印加によって得られる磁化
曲線が原点付近でくびれ、いわゆるパーミンバー型を示
すことがある。これを避けるのが好ましい場合には、Co
Ｏ含有量は0.2mol％以下に制御すればよい。
【００２２】以上述べてきた本発明にかかるフェライト
材料の成分組成は、スピネルを形成する基本成分に関す
るものであり、そのほとんどが結晶粒内に固溶する成分
であると考えられる。本発明では、これらの成分に加え
て、以下に述べるような主として結晶粒界の性質を制御
するための成分を添加することが有効である。
材料の成分組成は、スピネルを形成する基本成分に関す
るものであり、そのほとんどが結晶粒内に固溶する成分
であると考えられる。本発明では、これらの成分に加え
て、以下に述べるような主として結晶粒界の性質を制御
するための成分を添加することが有効である。
【００２３】・SiO2：0.01〜0.1 wt％ CaＯ：0.02〜0.3 wt％ SiO2およびCaＯは、焼結性を高めかつ粒界相を高抵抗化
して低損失を実現するのに有効な添加成分である。SiO2
は、焼結促進の効果があり、この効果を充分に引き出す
ためには0.01wt％以上含有することが好ましく、多すぎ
ると異常粒成長が顕著になるためその上限を0.1 wt％と
した。ただし、この上限付近の添加量では焼結温度を下
げる等の考慮が必要である。CaＯは、SiO2とともに粒界
を高抵抗化して損失を低くする効果があり、この効果を
引き出すためには0.02wt％以上含有することが好まし
く、一方、0.3 wt％を超えて含有すると焼結性が極端に
低下して損失が却って上昇するので、その上限を0.3 wt
％以下とした。
して低損失を実現するのに有効な添加成分である。SiO2
は、焼結促進の効果があり、この効果を充分に引き出す
ためには0.01wt％以上含有することが好ましく、多すぎ
ると異常粒成長が顕著になるためその上限を0.1 wt％と
した。ただし、この上限付近の添加量では焼結温度を下
げる等の考慮が必要である。CaＯは、SiO2とともに粒界
を高抵抗化して損失を低くする効果があり、この効果を
引き出すためには0.02wt％以上含有することが好まし
く、一方、0.3 wt％を超えて含有すると焼結性が極端に
低下して損失が却って上昇するので、その上限を0.3 wt
％以下とした。
【００２４】 ・Nb2O5 ：0.005 〜0.05wt％ Ta2O5 ：0.005 〜0.1 wt％ V2O5 ：0.005 〜0.05wt％ ZrO2 ：0.005 〜0.1 wt％ HfO2 ：0.005 〜0.05wt％ TiO2 ：0.05 〜0.5 wt％ SnO2 ：0.01 〜0.5 wt％ この発明にかかるフェライト材料では、 Nb2O5, Ta2O5,
V2O5, ZrO2, HfO2,TiO2およびSnO2のなかから選ばれる
いずれか１種または２種以上の成分を添加することが、
損失低減のために好ましい。これらの酸化物成分は、Si
O2，CaＯの共存下で、主として粒界に析出して電気抵抗
を上昇させるので、渦電流損の低減に有効に寄与する
他、焼結密度の上昇を通じてヒステリシス損の抑制にも
寄与する。これらの酸化物成分について、それぞれ単独
での添加量に上記適正範囲があるのは、少なすぎると上
述した添加効果が十分に発揮されず、一方、多すぎると
所望の結晶組織が得られず、粒成長が不十分であった
り、逆に異常粒成長を引き起こして磁気特性の劣化を招
くことがあるからである。
V2O5, ZrO2, HfO2,TiO2およびSnO2のなかから選ばれる
いずれか１種または２種以上の成分を添加することが、
損失低減のために好ましい。これらの酸化物成分は、Si
O2，CaＯの共存下で、主として粒界に析出して電気抵抗
を上昇させるので、渦電流損の低減に有効に寄与する
他、焼結密度の上昇を通じてヒステリシス損の抑制にも
寄与する。これらの酸化物成分について、それぞれ単独
での添加量に上記適正範囲があるのは、少なすぎると上
述した添加効果が十分に発揮されず、一方、多すぎると
所望の結晶組織が得られず、粒成長が不十分であった
り、逆に異常粒成長を引き起こして磁気特性の劣化を招
くことがあるからである。
【００２５】本発明では、上述した添加成分を複合添加
する場合、上記適正範囲に加えて、さらにSiO2，CaＯ,
Nb2O5, Ta2O5, V2O5, ZrO2, HfO2, TiO2およびSnO2の合
計含有量が１wt％以下となるような成分組成を有するこ
とが好ましい。この理由は、上述した添加成分の合計含
有量が１wt％を超えると、特性が劣化するからである。
さらに好ましくは 0.5％以下である。
する場合、上記適正範囲に加えて、さらにSiO2，CaＯ,
Nb2O5, Ta2O5, V2O5, ZrO2, HfO2, TiO2およびSnO2の合
計含有量が１wt％以下となるような成分組成を有するこ
とが好ましい。この理由は、上述した添加成分の合計含
有量が１wt％を超えると、特性が劣化するからである。
さらに好ましくは 0.5％以下である。
【００２６】なお、本発明の目的を達成するためには、
フェライトの最終的な成分組成が以上説明したような適
正範囲にある限り、その作成法や使用する原料の形態は
問わない。例えば、酸化物原料を配合したのち、仮焼、
粉砕、成形および焼成の各過程を経る一般的なフェライ
トの製造方法に従って磁心を作成すれば、所望の磁気特
性を示す磁心を得ることができる。この際の、仮焼温度
は 850〜1050℃程度、焼成温度は概ね1100〜1250℃程度
であることが好ましい。また、粒成長や焼結温度および
結晶粒界の酸化度などを制御するためには、焼成中の酸
素濃度を０〜21％程度の範囲で適宜変化させることが好
ましい。
フェライトの最終的な成分組成が以上説明したような適
正範囲にある限り、その作成法や使用する原料の形態は
問わない。例えば、酸化物原料を配合したのち、仮焼、
粉砕、成形および焼成の各過程を経る一般的なフェライ
トの製造方法に従って磁心を作成すれば、所望の磁気特
性を示す磁心を得ることができる。この際の、仮焼温度
は 850〜1050℃程度、焼成温度は概ね1100〜1250℃程度
であることが好ましい。また、粒成長や焼結温度および
結晶粒界の酸化度などを制御するためには、焼成中の酸
素濃度を０〜21％程度の範囲で適宜変化させることが好
ましい。
【００２７】
(実施例１)基本成分が表１に示す最終組成となるよう
に、各成分の原料酸化物を配合し、次いで、ボールミル
を用いて湿式混合を16時間かけて行い、その後、乾燥し
て原料混合粉を得た。次に、この原料混合粉に対し、大
気雰囲気中、 950℃で３時間の仮焼を行い、こうして得
られた仮焼粉に、最終組成でSiO2が0.03wt％、CaＯが0.
084 wt％および Ta2O5が0.04wt％となるようにSiO2、Ca
Ｏおよび Ta2O5を添加した後、再びボールミルを用いて
湿式混合粉砕して乾燥させた。その乾燥粉末にポリビニ
ルアルコール５wt％水溶液を10wt％加えて造粒し、次い
で、外径22mm、内径11mm、高さ５mmのリング状に成形
し、その後、酸素分圧を制御した窒素・空気混合ガス
中、1150℃で２時間の焼成を行った。
に、各成分の原料酸化物を配合し、次いで、ボールミル
を用いて湿式混合を16時間かけて行い、その後、乾燥し
て原料混合粉を得た。次に、この原料混合粉に対し、大
気雰囲気中、 950℃で３時間の仮焼を行い、こうして得
られた仮焼粉に、最終組成でSiO2が0.03wt％、CaＯが0.
084 wt％および Ta2O5が0.04wt％となるようにSiO2、Ca
Ｏおよび Ta2O5を添加した後、再びボールミルを用いて
湿式混合粉砕して乾燥させた。その乾燥粉末にポリビニ
ルアルコール５wt％水溶液を10wt％加えて造粒し、次い
で、外径22mm、内径11mm、高さ５mmのリング状に成形
し、その後、酸素分圧を制御した窒素・空気混合ガス
中、1150℃で２時間の焼成を行った。
【００２８】このようにして得られた焼結体試料に巻線
を施し (１次側２巻, ２次側１巻)、（周波数、最大磁
束密度）の条件を（１ＭHz、50mT）に設定して、損失を
交流ＢＨトレーサーにより測定した。これらの試料の80
℃における損失値を表１の適合例１〜17，比較例１〜13
に示す。この表１に示す結果から明らかなように、Fe2O
3, Mn０, Zn０, Ni０, Co０の組成比を適正化すること
により、１ＭHz, 50mTにおける損失値を 300kW／m3以下
に制御できることがわかる。また、Ni０とCo０を共に含
有させることにより、それぞれを単独で含む場合に比べ
て損失値が大きく低下することがわかる。
を施し (１次側２巻, ２次側１巻)、（周波数、最大磁
束密度）の条件を（１ＭHz、50mT）に設定して、損失を
交流ＢＨトレーサーにより測定した。これらの試料の80
℃における損失値を表１の適合例１〜17，比較例１〜13
に示す。この表１に示す結果から明らかなように、Fe2O
3, Mn０, Zn０, Ni０, Co０の組成比を適正化すること
により、１ＭHz, 50mTにおける損失値を 300kW／m3以下
に制御できることがわかる。また、Ni０とCo０を共に含
有させることにより、それぞれを単独で含む場合に比べ
て損失値が大きく低下することがわかる。
【００２９】(実施例２)基本成分が Fe2O3：Mn０：Zn
０：Ni０：Co０＝ 56.75：37.20 ：3.00：3.00：0.05 m
ol％の最終組成となるように、実施例１と同様にして焼
結体試料を得た。この際、表２、表３に示す最終組成と
なるように、SiO2, CaＯに加えて、Nb2O5,Ta2O5, V2O5,
ZrO2, HfO2, TiO2およびSnO2の中から選ばれるいずれ
か１種を粉砕と同時に添加した。
０：Ni０：Co０＝ 56.75：37.20 ：3.00：3.00：0.05 m
ol％の最終組成となるように、実施例１と同様にして焼
結体試料を得た。この際、表２、表３に示す最終組成と
なるように、SiO2, CaＯに加えて、Nb2O5,Ta2O5, V2O5,
ZrO2, HfO2, TiO2およびSnO2の中から選ばれるいずれ
か１種を粉砕と同時に添加した。
【００３０】こうして得られた焼結体試料について、実
施例１と同様の方法で損失を測定し、80℃における損失
値を表２、表３に示す。この表２、表３に示す結果から
明らかなように、いずれの添加成分についても好適な範
囲を外れると、特性が急激に劣化することがわかる。
施例１と同様の方法で損失を測定し、80℃における損失
値を表２、表３に示す。この表２、表３に示す結果から
明らかなように、いずれの添加成分についても好適な範
囲を外れると、特性が急激に劣化することがわかる。
【００３１】(実施例３)基本成分が Fe2O3：Mn０：Zn
０：Ni０：Co０＝ 56.58：36.40 ：4.00：3.00：0.02 m
ol％の最終組成となるように、実施例１と同様にして焼
結体試料を得た。この際、仮焼温度は 925℃、焼成温度
は1200℃とし、表４に示す最終組成となるように、Si
O2, CaＯに加えて、Nb2O5, Ta2O5, V2O5, ZrO2, HfO2,
TiO2およびSnO2の中から選ばれるいずれか２種以上を粉
砕と同時に添加した。
０：Ni０：Co０＝ 56.58：36.40 ：4.00：3.00：0.02 m
ol％の最終組成となるように、実施例１と同様にして焼
結体試料を得た。この際、仮焼温度は 925℃、焼成温度
は1200℃とし、表４に示す最終組成となるように、Si
O2, CaＯに加えて、Nb2O5, Ta2O5, V2O5, ZrO2, HfO2,
TiO2およびSnO2の中から選ばれるいずれか２種以上を粉
砕と同時に添加した。
【００３２】こうして得られた焼結体試料について、実
施例１と同様の方法で損失を測定し、80℃における損失
値を表４に示す。この表４に示す結果から明らかなよう
に、含有量が１種でも限定範囲より多い場合や、合計含
有量が１wt％を超える場合は異常粒成長を伴って特性が
劣化することが多く、組織制御不可能な領域にあるため
磁気特性がばらつき、その再現性に欠けるという問題が
あった。
施例１と同様の方法で損失を測定し、80℃における損失
値を表４に示す。この表４に示す結果から明らかなよう
に、含有量が１種でも限定範囲より多い場合や、合計含
有量が１wt％を超える場合は異常粒成長を伴って特性が
劣化することが多く、組織制御不可能な領域にあるため
磁気特性がばらつき、その再現性に欠けるという問題が
あった。
【００３３】
【表１】
【００３４】
【表２】
【００３５】
【表３】
【００３６】
【表４】
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ス
イッチング電源トランス等の磁心に適した、１MHz 程度
以上の高周波数域において損失の小さいフェライト材料
を提供することができる。
イッチング電源トランス等の磁心に適した、１MHz 程度
以上の高周波数域において損失の小さいフェライト材料
を提供することができる。
Claims (4)
- 【請求項１】Fe2O3 ：52〜68 mol％、 NiＯ ：0.5 〜10 mol％、 ZnＯ ：15 mol％以下、 CoＯ ：0.005 〜0.5mol％を含み、残部が実質的にMnＯ
の組成となる基本成分からなることを特徴とするフェラ
イト材料。 - 【請求項２】１MHz 、50mT、80℃における損失が 300kW
／m3の特性を示すことを特徴とする請求項１に記載のフ
ェライト材料。 - 【請求項３】Fe2O3 ：52〜68 mol％、 NiＯ ：0.5 〜10 mol％、 ZnＯ ：15 mol％以下、 CoＯ ：0.005 〜0.5mol％を含み、残部が実質的にMnＯ
の組成となる基本成分中に、さらに SiO2 ：0.010 〜0.100 wt％および CaＯ ：0.020 〜0.300 wt％を含有し、さらにまたNb2O
5, Ta2O5, V2O5, ZrO2, HfO2, TiO2およびSnO2の中から
選ばれるいずれか１種または２種以上を、 Nb2O5 ：0.005 〜0.050 wt％、 Ta2O5 ：0.005 〜0.100 wt％、 V2O5 ：0.005 〜0.050 wt％、 ZrO2 ：0.005 〜0.100 wt％、 HfO2 ：0.005 〜0.050 wt％、 TiO2 ：0.050 〜0.500 wt％、 SnO2 ：0.010 〜0.500 wt％、 範囲内で含有してなり、これらの添加成分の合計含有量
が１wt％以下となるような成分組成を有することを特徴
とするフェライト材料。 - 【請求項４】１MHz 、50mT、80℃における損失が 300kW
／m3の特性を示すことを特徴とする請求項３に記載のフ
ェライト材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15520597A JP3597673B2 (ja) | 1997-06-12 | 1997-06-12 | フェライト材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15520597A JP3597673B2 (ja) | 1997-06-12 | 1997-06-12 | フェライト材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH113813A true JPH113813A (ja) | 1999-01-06 |
| JP3597673B2 JP3597673B2 (ja) | 2004-12-08 |
Family
ID=15600810
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15520597A Expired - Lifetime JP3597673B2 (ja) | 1997-06-12 | 1997-06-12 | フェライト材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3597673B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6391222B1 (en) | 1999-10-12 | 2002-05-21 | Tdk Corporation | NiMnZn based ferrite |
| US7294284B2 (en) | 2004-01-30 | 2007-11-13 | Tdk Corporation | Method for producing Mn-Zn ferrite |
| US7399523B2 (en) | 2003-05-07 | 2008-07-15 | Meiji University Legal Person | Spinel ferrimagnetic particles and magnetic recording medium |
| KR20140139983A (ko) * | 2013-05-28 | 2014-12-08 | 티디케이가부시기가이샤 | 페라이트 및 트랜스 |
| CN104867641A (zh) * | 2015-06-09 | 2015-08-26 | 苏州天铭磁业有限公司 | 高频变压器用高电感值高磁导率铁氧体磁芯 |
| JP2015231938A (ja) * | 2014-05-15 | 2015-12-24 | Tdk株式会社 | フェライトコア、電子部品、及び、電源装置 |
| JP2018517288A (ja) * | 2015-04-22 | 2018-06-28 | 横店集団東磁股▲ふん▼有限公司 | 軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライト |
| JP2019199378A (ja) * | 2018-05-16 | 2019-11-21 | Ｊｆｅケミカル株式会社 | ＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトおよびその製造方法 |
| CN112125655A (zh) * | 2020-08-13 | 2020-12-25 | 深圳京鲁计算科学应用研究院 | 高温高频低损耗的铁氧体材料的制备方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010083692A (ja) | 2008-09-30 | 2010-04-15 | Tdk Corp | ＮｉＭｎＺｎ系フェライト |
-
1997
- 1997-06-12 JP JP15520597A patent/JP3597673B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| US6391222B1 (en) | 1999-10-12 | 2002-05-21 | Tdk Corporation | NiMnZn based ferrite |
| US7399523B2 (en) | 2003-05-07 | 2008-07-15 | Meiji University Legal Person | Spinel ferrimagnetic particles and magnetic recording medium |
| US7294284B2 (en) | 2004-01-30 | 2007-11-13 | Tdk Corporation | Method for producing Mn-Zn ferrite |
| KR20140139983A (ko) * | 2013-05-28 | 2014-12-08 | 티디케이가부시기가이샤 | 페라이트 및 트랜스 |
| JP2015231938A (ja) * | 2014-05-15 | 2015-12-24 | Tdk株式会社 | フェライトコア、電子部品、及び、電源装置 |
| JP2018517288A (ja) * | 2015-04-22 | 2018-06-28 | 横店集団東磁股▲ふん▼有限公司 | 軟磁性ＭｎＺｎ系電力フェライト |
| CN104867641A (zh) * | 2015-06-09 | 2015-08-26 | 苏州天铭磁业有限公司 | 高频变压器用高电感值高磁导率铁氧体磁芯 |
| JP2019199378A (ja) * | 2018-05-16 | 2019-11-21 | Ｊｆｅケミカル株式会社 | ＭｎＺｎＮｉＣｏ系フェライトおよびその製造方法 |
| CN112125655A (zh) * | 2020-08-13 | 2020-12-25 | 深圳京鲁计算科学应用研究院 | 高温高频低损耗的铁氧体材料的制备方法 |
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| JP3597673B2 (ja) | 2004-12-08 |
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