KR100567467B1

KR100567467B1 - 니켈망간아연을 기본물로 하는 페라이트와 이를 구비하는 변압기 및 쵸크코일

Info

Publication number: KR100567467B1
Application number: KR1020000059420A
Authority: KR
Inventors: 와타나베마사히코
Original assignee: 티디케이가부시기가이샤
Priority date: 1999-10-12
Filing date: 2000-10-10
Publication date: 2006-04-03
Also published as: TW483009B; CN1227184C; US6391222B1; CN1294099A; JP2001110624A; DE10050369A1; KR20010050934A; JP3389170B2

Abstract

본 발명은 53 ~ 59몰%의 산화철(Fe₂O₃), 22 ~ 41몰%의 산화망간(MnO), 4 ~ 12몰%의 산화아연(ZnO) 및 2 ~ 7몰%의 산화니켈(NiO)로 구성된 주성분과, 0.005 ~ 0.03중량%의 산화규소(SiO₂), 0.008 ~ 0.17중량%의 산화칼슘(MnO) 및 0.0004 ~ 0.01중량%의 인(P)으로 구성된 보조성분을 함유하는 것을 특징으로 하는, NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트에 관한 것이다.

NiMnZn, 페라이트, 변압기, 쵸크 코일

Description

니켈망간아연을 기본물로 하는 페라이트와 이를 구비하는 변압기 및 쵸크코일{NiMnZn BASED FERRITE, AND TRANSFORMER AND CHOKE COIL USING THE SAME}

도 1은 직류중첩 특성을 도시한 도면.

도 2는 R값과 직류중첩 특성 사이의 관계를 도시한 도면.

도 3a ~ 3c는 변압기와 쵸크 코일을 도시한 도면.

본 발명은 광범위한 온도 범위에서 사용할 수 있는 변압기 및 쵸크 코일용 철심에 적합한 NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트와, 이를 이용하는 변압기 및 쵸크 코일에 관한 것이다.

Mn-Zn을 기본물로 하는 페라이트는 수십 kHz 내지 수백 kHz 범위의 주파수에서 이용되는 스위칭 전원 공급장치에 사용되는 변압기용 철심으로서 사용되는 경우, 다른 페라이트 재료 및 연자성 재료에 비해서 전력 손실이 적고 포화자속밀도가 비교적 크다. 따라서, 이러한 페라이트는 변압기 및 쵸크 코일용 철심으로서 중요한 재료가 되어 왔다.

그러나, 최근들어 전자 제품의 소형화 및 고전력 출력의 추세에 따라, 차량의 부품과 같은 환경에서 고온의 조건(적어도 100℃, 바람직하게는 150℃)하에 사 용하고자 하는 요구가 높아져 가고 있으나, 종래의 페라이트 재료는 포화자속밀도(Bs), 특히 고온에서의 포화자속밀도(Bs)가 만족할 만한 수준이 아니다.

일본 특허 출원 제 B 63-59241호 및 일본 특허 출원 제 B 63-59242호는 150℃ 또는 그 이상의 온도하에서 전력 손실을 낮추고 자기 안정성을 높이기 위해, Mn-Zn을 기본물로 하는 페라이트의 일부를 Ni, Mg 및 Li 페라이트 중 적어도 하나로 대체시킨 페라이트 재료에 대해 발표하고 있으나, 고온에서의 포화자속밀도(Bs)는 만족할 만한 수준이 아니다.

일본 특허 출원 제 A 2-83218호는 높은 온도 및 높은 자기장 하에서 자기 안정성을 높고, 포화자속밀도(Bs)가 높으며, 전력 손실이 적은 NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트 재료에 대해 발표하고 있다. 그러나, 고온에서의 포화자속밀도(Bs)는 만족할 만한 수준이 아니다.

앞서 언급한 종래의 페라이트 재료는 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.

(1) 페라이트 재료가 변압기 및 쵸크 코일용으로 사용될 때, 일반적으로 가능한 한 가장 높은 온도 조건하에서의 특성을 고려하여 계획되지만, 상기 언급한 종래의 재료의 예 중 그 어느 것도 고온의 범위에서 포화자속밀도(Bs)가 만족할 만한 수준이 아니다.

(2) 페라이트 재료가 변압기 및 쵸크 코일용으로 사용될 때, 포화자속밀도(Bs)와 보자력(Hc) 사이의 관계에 있어서, 포화자속밀도(Bs)가 높고 보자력(Hc)이 작은 경우에는, B-H 곡선의 초기 자화 곡선이 자속이 포화 조건에 이 를때 까지 가파른 곡선형태를 이루므로, 그 결과 직류중첩 특성이 바람직한 수준(DC가 포화자속밀도 부근에서 오버랩되더라도, 인덕턴스(L)는 감소되지 않음)이지만, 보자력(Hc)이 큰 재료의 경우에는, B-H 곡선의 초기 자화 곡선이 초기의 절반 지점에서 가파른 곡선형태를 이루고, 중간지점에서는 적당히 기울어지며, 자속이 포화 조건에 근접하면서는 그 기울기가 매우 작게 나타난다. 따라서 직류중첩 특성을 평가하고자 할 때, 자속의 포화가 이루어지기 전에 인덕턴스(L)가 감소되므로, Bs값이 높음에도 불구하고 그 특성이 나타날 수 없으므로, 결과적으로 바람직한 직류중첩 특성을 얻을 수 없게 된다.

상기 언급한 종래의 재료의 모든 예의 포화자속밀도(Bs)와 보자력(Hc) 면에서 볼 때, 포화자속밀도(Bs)가 높고 보자력(Hc)이 작은 특성은 얻을 수가 없으며, 바람직한 직류중첩 특성을 얻을 수 없다.

따라서 본 발명의 목적은 실온에서부터 150℃에 이르는 온도 범위에서 직류중첩 특성이 뛰어나고 전력 손실이 낮은 NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트를 제공하는데에 있다.

본 발명의 첫번째 특징에 따르는, NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트는 53 ~ 59몰%의 산화철(Fe₂O₃), 22 ~ 41몰%의 산화망간(MnO), 4 ~ 12몰%의 산화아연(ZnO) 및 2 ~ 7몰%의 산화니켈(NiO)로 구성된 주성분과, 0.005 ~ 0.03중량%의 산화규소(SiO₂), 0.008 ~ 0.17중량%의 산화칼슘(MnO) 및 0.0004 ~ 0.01중량%의 인(P)으로 구성된 보조성분을 함유한다.

본 발명의 두번째 특징에 따르는, NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트는 53 ~ 59몰%의 산화철(Fe₂O₃), 22 ~ 39몰%의 산화망간(MnO), 4 ~ 12몰%의 산화아연(ZnO) 및 4 ~ 7몰%의 산화니켈(NiO)로 구성된 주성분과, 0.005 ~ 0.03중량%의 산화규소(SiO₂), 0.008 ~ 0.17중량%의 산화칼슘(CaO) 및 0.0004 ~ 0.01중량%의 인(P)으로 구성된 보조성분을 함유한다.

상기 NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트는, 다음과 같은 첨가물 중 적어도 하나의 첨가물을 소정의 범위내에서 함유한다. 즉, Nb₂O₅:0.005 ~ 0.03중량%, Ta₂O₅:0.01 ~ 0.08중량%, V₂O₅:0.01 ~ 0.1중량%, ZrO₂:0.005 ~ 0.03중량%, Bi₂O₃:0.005 ~ 0.04중량% 및 MoO₃:0.005 ~ 0.04중량%.

상기 NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트는 소결체의 평균 결정입자 크기가 6 ~ 25㎛이다.

상기 NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트는, 소결체의 포화자속밀도(Bs)(100℃)가 440mT 또는 그 이상이다.

상기 NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트는, B-H 곡선의 포화자속밀도(Bs)와 보자력(Hc)(150℃) 사이의 관계가 R = (Bs-300)²/Hc (이 식에서 R≥400)을 만족시킨다. 상기 NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트는 변압기 또는 쵸크 코일에 사용된다.

상술한 바와 같은 구성에 의해서, 다음과 같은 예를 제시할 수 있다.

NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트에 있어서, 주성분은 Fe₂O₃= 53 ~ 59몰%, MnO = 22 ~ 41몰%, ZnO = 4 ~ 12몰% 및 NiO = 2 ~ 7몰%의 범위내에서 구성되고, 보조성분은 SiO₂: 0.005 ~ 0.03중량%, CaO : 0.008 ~ 0.17중량% 및 P : 0.0004 ~ 0.01중량%의 범위내에서 구성된다. 그러므로, 포화자속밀도(Bs)가 440mT 또는 그 이상이며, 직류중첩 특성이 뛰어나다. 따라서, 이러한 NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트 재료는 광범위한 온도 범위에서 사용될 수 있다.

또한 NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트에 있어서, 주성분은 Fe₂O₃= 53 ~ 59몰%, MnO = 22 ~ 39몰%, ZnO = 4 ~ 12몰% 및 NiO = 4 ~ 7몰%의 범위내에서 구성되고, 보조성분은 SiO₂: 0.005 ~ 0.03중량%, CaO : 0.008 ~ 0.17중량% 및 P : 0.0004 ~ 0.01중량%의 범위내에서 구성된다. 그러므로, 포화자속밀도(Bs) 특성이 더 개선되며, 직류중첩 특성이 뛰어나다. 따라서, 이러한 NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트 재료는 광범위한 온도 범위에서 사용될 수 있다.

NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트에 있어서, 다음과 같은 첨가물 중 적어도 하나 또는 둘 또는 그 이상이 소정의 범위내에서 첨가된다. 즉, Nb₂O₅:0.005 ~ 0.03중량%, Ta₂O₅:0.01 ~ 0.08중량%, V₂O₅:0.01 ~ 0.1중량%, ZrO ₂:0.005 ~ 0.03중량%, Bi₂O₃:0.005 ~ 0.04중량% 및 MoO₃:0.005 ~ 0.04중량%. 그러므로, 포화자속밀도(Bs)가 450mT 또는 그 이상이며, 직류중첩 특성이 뛰어나다. 따라서, 이러한 NiMnZn을 기 본물로 하는 페라이트 재료는 전력 손실이 낮다.

상기 NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트에 있어서, 소결체의 평균 결정입자 크기는 6 ~ 25㎛이다. 따라서, 이러한 NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트는 보자력(Hc)이 작고, 포화자속밀도(Bs)는 440mT 또는 그 이상이며, 전력 손실이 낮다. 본 발명의 NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트는, 소결체의 포화자속밀도 (Bs)(100℃)가 440mT 또는 그 이상이다. 그리고, 직류중첩 특성이 뛰어나다.

본 발명의 NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트에 있어서, B-H 곡선의 포화자속밀도(Bs)(150℃)와 보자력(Hc)(150℃)사이의 관계는 R = (Bs-300)²/Hc (이 식에서 R≥400)을 만족시킨다. 그러므로, R 값(R≥400)이 매개변수인 경우 직류중첩 특성이 뛰어나다.

본 발명의 NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트는 변압기나 쵸크 코일에 사용된다. 그러므로, 광범위한 온도 범위에서 사용될 수 있는 뛰어난 직류중첩 특성을 가지는 변압기나 쵸크 코일을 제조할 수 있다.

상술한 목적 및 기타의 목적과 본 발명의 특징 및 이점은 표 및 첨부도면과 관련한 다음의 상세한 설명과 청구범위를 통해 보다 분명해 질 것이다.

(바람직한 실시예의 상세한 설명)

이하, 도 1~도 3 및 표 1, 표 2를 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.

본 발명은 NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트의 주성분을 퀴리온도가 높고 B-H 곡선의 보자력(Hc)이 작은 범위내에 들도록 조절하고, 소정량으로 함유되는 보조 성분인 SiO₂와 CaO 이외에도 소결 과정에서 결정입자의 구조에 영향을 주는 P를 조절하며, 또한 소정량으로 함유되는 소결체의 평균 결정입자 크기를 조절함으로써, 소결체의 밀도가 높고 보자력(Hc)이 작으며, 직류중첩 특성이 뛰어나고 포화자속밀도(Bs)(100℃)가 440mT 또는 그 이상인 NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트를 제공한다. 또한 본 발명은 주성분의 범위를 전력 손실면에서 최소 값을 보여주는 온도가 약 100℃ ~ 150℃가 되도록 조절하고, 또한 소정량으로 함유되는 소결체의 평균 결정입자 크기를 조절함으로써, 실온 내지 약 150℃의 온도에서 전력 손실이 낮은 NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트를 제공한다.

이에 관해, 본 발명은 소정량으로 함유되는 첨가물을 조절함으로써, 소결체의 밀도가 높고 보자력(Hc)이 작으며, 직류중첩 특성이 보다 뛰어나고 포화자속밀도(Bs)(100℃)가 450mT 또는 그 이상이며 전력 손실이 낮은 NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트를 제공한다.

표 1은 NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트의 재료(주성분, 보조성분, 첨가물), 그 소결체의 평균 결정입자 크기, 전자기특성 및 R-값을 보여주고 있다. 여기에서 "Com."은 비교예를 의미하는 것이고, "Ex."는 실시예를 의미하는 것이다.

각각의 성분들을 무게를 달고 혼합한 다음, 하소시키고 분쇄하여 표 1에 기재한 주성분, 보조성분 및 첨가제를 마련한 다음, 여기에 결합제를 가하여 과립형태로 되게 함으로써 환형 모양의 샘플을 제조하였다.

이 샘플을 300℃/시간의 수준으로 가열하여 1210 ~ 1400℃에서 소성(燒成)시킨 다음, 안정온도에 도달한 후에 200℃/시간의 수준으로 실온으로 냉각시켰다. 안 정 온도 및 실온에서의 기압은 페라이트의 평형상태 산소 부분압에 의해 결정되었다.

이 샘플의 포화자속밀도(Bs)(100℃, 150℃), 보자력(Hc)(150℃), 40kHz, 200mT에서의 전력 손실(실온 RT, 100℃, 150℃), 및 평균 결정입자 크기를 각각 측정하였다.

B-H 곡선로 부터의 계산을 위해 이용된 계산식(수학식 1)은 다음과 같으며, 이에 의해 본 발명의 샘플의 직류중첩 특성의 매개변수가 되는 특성 값(R)을 계산하였다. 그 결과는 표 1에 기재되어 있다.

R = (Bs-300)²/Hc

이 식에서, Bs : 150℃에서의 (mT), Hc: 150℃에서의 (A/m)

표 1에는, NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트의 재료(주성분, 보조성분, 첨가물), 그 소결체의 평균 결정입자 크기, 전자기특성 및 R 값이 기재되어 있다. 이 표에서 "Com."은 비교예를 의미하는 것이고, "Ex."는 실시예를 의미하는 것이며,"A"는 평균 결정입자 크기를 의미하는 것이다.

수학식 1에서 R 값은 직류중첩 특성의 매개변수인 값이다. R값이 클수록, 직류중첩 특성이 더 뛰어나다는 것을 알 수 있다. 현재 일반적으로 사용되고 있는 MnZn을 기본물로 하는 페라이트의 150℃에서의 Bs 특성은 최고일 때가 약 300mT이며, 상기 수학식 1의 "(Bs-300)²"는 본 발명의 NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트의 Bs 특성과의 차의 제곱값이다. 또 "/Hc"는 직류중첩 특성에서의 전류 값에 대한 인덕턴스의 1차적 연장을 나타내는 것이다.

본 발명에서는, 다양한 형태의 B-H 곡선 특성을 가지는 샘플과 직류중첩 특성 사이에 어떠한 관계가 있는가에 대해 연구하였다. 그 결과, 포화자속밀도(Bs)가 높고 보자력(Hc)이 작은 샘플의 경우에는, 자속이 포화 조건에 이를때 까지 B-H 곡선의 초기 자화 곡선이 가파른 곡선형태를 이루므로, 직류중첩 특성이 바람직한 수준이지만, 보자력(Hc)이 큰 샘플의 경우에는, B-H 곡선의 초기 자화 곡선이 초기의 절반 지점에서 가파른 곡선형태를 이루고, 중간지점에서는 적당히 기울어지며, 자속이 포화 조건에 근접하면서는 그 기울기가 매우 작게 나타난다.

따라서 직류중첩 특성을 평가하고자 할 때, 자속의 포화가 이루어지기 전에 인덕턴스가 감소되므로, Bs값이 높음에도 불구하고 그 특성을 나타낼 수가 없으므로, 결과적으로 바람직한 직류중첩 특성을 얻을 수 없게 된다.

표 2는 실시예 1 및 비교예 4의 재료의 포화자속밀도(Bs) 및 보자력(Hc) (100℃에서) 특성을 보여주고 있다.

실시예 1 및 비교예 4의 Bs 및 Hc(100℃에서) 특성

샘플	Bs(mT)	Hc(A/m)
실시예 1	440	7.5
비교예 4	440	20.6

도 1은 직류중첩 특성을 도시한 도면으로서, 표 2에 기재된 재료를 사용하여 제조된 변압기의 직류중첩 특성을 나타낸 것이다. 이로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 및 비교예 4의 재료는 포화자속밀도(Bs) 특성은 같지만, 보자력(Hc)이 큰 비교예 4의 재료의 경우, 인덕턴스(L)가 감소되기 시작하는 지점에서 직류 전류값(I.d.c.)이 작고 직류 전류가 오버랩되기 전 인덕턴스(L)의 값이 10%까지 감소되는 지점에서 직류 전류 값은 약 1.4(A)이다. 이에 반해서, 보자력(Hc)이 작은 실시예 1의 재료의 경우에는, 인덕턴스(L)의 값이 10%까지 감소되는 지점에서 직류 전류 값이 약 1.75(A)이며, 비교예 4보다 직류중첩 특성이 연장된다.

이러한 데이타로부터, 직류중첩 특성은 단순히 포화자속밀도(Bs) 특성에 의해 좌우되는 아니라, 포화자속밀도(Bs)와 보자력(Hc) 사이의 관계가 중요하고, 특히 광범위한 온도범위에서 사용하고자 하는 재료의 경우는 더욱 그러하며, 상기 수학식(1)의 R값이 커야 한다는 것을 알 수 있다.

도 1은 R 값과 직류중첩 특성 사이의 관계를 도시한 도면으로서, 비교예 1 및 실시예 1, 3, 8의 재료를 사용하여 100℃에서 제조된 변압기의 직류중첩 특성을 나타낸 것이다. 이로부터 알 수 있는 바와 같이, 직류중첩 특성은 R값이 31, 425, 780, 1130으로 커짐에 따라 증가한다. 페라이트 재료의 존재하에서는 R값이 400을 초과하는 값에 도달하기가 어렵다. R값이 400 또는 이를 초과하는 경우는 본 발명의 페라이트 재료이다.

소결된 페라이트 샘플을 미러-그라인딩(mirror-grinding)한 다음, 플루오르화 수소산으로 에칭처리하고, 이 그라인딩 면에 대해 500배율의 광학 현미경 사진을 찍었다. 이 광학 현미경 사진을 기초로 하여 평균 결정입자 크기를 조사하였다. 상술한 바와 같은 방식으로 취해진 사진에서, 약 100개의 결정입자가 포함되는 정사각형 단면, 예를들면 200㎛ × 200㎛을 취하고, 이 단면내에 존재하는 결정입자의 수를 세었다(경계면에 존재하는 결정입자는 1/2개로 계산함). 이 결정입자 수를 n이라 하면, 평균 결정입자 크기(d)는 다음과 같은 수학식(2)에 의해 계산된다.

실시예 1 내지 19에서와 같이 주성분이 소정의 범위내에 존재하고, 보조성분도 소정의 범위내에 존재하며, 소결체의 평균 결정입자 크기가 6 ~ 25㎛인 페라이트는, R값이 400 또는 그 이상이고, 실온 내지 150℃의 온도에서의 전력손실 (Pcv)이 500 kW/m³ 또는 그 이하이며, 포화자속밀도(Bs)(100℃)가 440mT 또는 그 이상이 되도록 조절된다.

그러나, 비교예 5와 같이 소결체의 평균 결정입자 크기가 6㎛ 또는 그 이하인 페라이트의 경우는, 보자력(Hc)이 크고, 포화자속밀도(Bs)(100℃)가 440mT 또는 그 이하이다. 또한 비교예 6과 같이 소결체의 평균 결정입자 크기가 25㎛ 또는 그 이상인 페라이트의 경우는, R값이 400 미만이며, 낮은 전력 손실 특성도 기대할 수 없다. 평균 결정입자 크기가 25㎛ 또는 그 이상인 경우, 결정입자는 소결 조건에 의한 비정상적인 성장없이 커지게 할 수 있으며, R 값도 비교적 바람직한 수준으로 조절할 수 있으나, 사용되는 주파수 영역 및 소결 비용면에서 전력 손실이 증가함을 고려할 때, 본 발명이 제시하는 범위의 평균 결정입자 크기가 바람직하다.

비교예 11 및 12에서와 같이 주성분 중 Fe₂O₃의 함량이 59몰% 또는 그 이상이고 NiO의 함량이 7몰% 또는 그 이상인 경우, B-H 곡선이 퍼민바(perminvar) 형태이며, 이러한 경향은 현저한 수준이다. 포화자속밀도(Bs)(100℃)가 높다하더라도, 보자력(Hc)이 크므로, 이로 인해 R값이 400 또는 그 이하이고, 따라서 전력 손실이 급격히 증가한다. 또 Fe₂O₃의 함량이 53몰% 미만인 경우, 바람직한 포화자속밀도(Bs)를 기대할 수 없다. NiO의 함량이 0 ~ 2몰%인 경우, 첨가로 인한 포화자속밀도 (Bs)(100℃)의 증가 효과가 비교예 1 및 2에서 보여지는 바와 같이 거의 나타나지 않으며, 원하는 특성을 제공할 수 없다. 그러므로, NiO의 함량이 2몰% 또는 그 이상이어야 한다. 특히, NiO의 함량이 4몰% 또는 그 이상인 것이 바람직한데, 이 경우, 포화자속밀도(Bs)(100℃) 특성이 현저하게 높아지고, R값 또한 크다. NiO의 함량이 4 ~ 6몰%일 때, R값이 최대이며, 이와 다른 범위에서는 R값이 떨어진다.

비교예 4에서와 같이 ZnO의 함량이 4몰% 또는 그 이하인 경우, 포화자속밀도(Bs)(100℃)가 높다하더라도, 보자력(Hc)이 크므로, 이로 인해 R값이 낮고, 바람직한 직류중첩 특성을 얻을 수 없으며, 낮은 전력 손실 특성도 기대할 수 없다. ZnO의 함량이 비교예 3과 같이 12몰% 또는 그 이상인 경우, 퀴리 온도가 낮아짐으로, 따라서 포화자속밀도(Bs)(100℃)가 좋지 못하다.

비교예 7 내지 10에서와 같이, 주성분은 소정의 범위내에 존재하지만, 보조성분이 소정의 범위를 벗어나 있는 페라이트의 경우는, 결정입자 성장이 수준에 못 미치거나 소결 과정에서 비정상적으로 성장하게 되며, 포화자속밀도(Bs) 및 R값이 감소하고, 전력손실이 급격히 증가한다.

SiO₂의 함량이 0.005중량% 미만이고 CaO의 함량이 0.008중량% 미만인 경우에는, 전기 저항이 감소하며 전력 손실이 크다. SiO₂의 함량이 0.03중량%를 초과하고 CaO의 함량이 0.17중량%를 초과하는 경우에는, 소결 과정에서 결정입자의 성장이 비정상적으로 이루어져서 원하는 포화자속밀도(Bs) 및 낮은 전력 손실 특성을 얻을 수 없다.

특히, 보조성분 P는 비록 소량이라도 소결체의 밀도에 영향을 미친다. 본 발명의 범위내에 속하는 P함량은 0.0004 ~ 0.01중량%이다. 비교예 9에서와 같이, P의 함량이 0.01중량%를 초과하는 경우에는, 소결 과정에서 결정입자의 성장이 비정상적으로 이루어져서 원하는 소결체 밀도를 얻을 수 없으며, 결과적으로 원하는 포화자속밀도(Bs) 및 R값을 얻을 수 없다. 비교예 10에서와 같이, P의 함량이 0.0004중량% 미만인 경우에는, 소결 특성이 수준에 못미치며, 원하는 포화자속밀도 (Bs) 및 R값을 얻을 수 없다.

이에 반해서, 실시예 8 내지 19에서와 같이 주성분 및 보조성분이 소정의 범위내에 존재하며, Nb₂O₅:0.005 ~ 0.03중량%, Ta₂O₅:0.01 ~ 0.08중량%, V₂O₅:0.01 ~ 0.1중량%, ZrO₂:0.005 ~ 0.03중량%, Bi₂O₃:0.005 ~ 0.04중량% 및 MoO₃:0.005 ~ 0.04중량% 중의 하나 또는 둘 또는 그 이상의 첨가제를 소정의 범위내에서 함유하고, 소결체의 평균 결정입자 크기가 6 ~ 25㎛이 되도록 조절된 NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트는, 소결체의 상대밀도가 첨가제를 함유하지 않은 페라이트에 비해 높으며, 결과적으로 보자력(Hc)이 작고, 포화자속밀도(Bs)가 높으며, R값이 큰 특성을 가진다. 게다가, 특히 Nb₂O₅및 Ta₂O₅의 첨가는 전력 손실을 낮추는데 효과적이다.

상기 첨가제의 함량이 앞서 제시한 범위보다 적은 경우에는, 첨가 효과가 명백하게 나타나지 않으며, 앞서 제시한 범위보다 많은 경우에는, 소결 과정에서 결정입자가 비정상적으로 성장하여, 원하는 포화자속밀도(Bs)(100℃) 및 낮은 전력 손실 특성을 기대할 수 없다.

도 3은 변압기와 초크 코일을 도시한 도면으로서, 도 3a는 EE형의 외부 사시도이며, 도 3b는 EE형의 단면도이고, 도 3c는 EI형의 외부 사시도이다.

도 3a와 도 3b의 변압기와 쵸크 코일의 경우, 1쌍의 E형 페라이트 철심(1)가 서로 대향상태로 조립되어 자기 철심을 형성하며, 중앙 자기풋(magnetic foot)(2)이 코일(4)이 감겨있는 보빈(3)에 고정되어 있다. 중앙 자기풋(2)사이의 갭(G)은 인덕턴스를 조절하기 위한 것으로 제거될 수도 있다.

도 3c에서는, E형 페라이트 철심(11)와 I형 페라이트 철심(12)가 서로 대향상태로 조립되어 자기 철심을 형성하며, E형 페라이트 철심(101)의 중앙 자기풋(12)이 코일(14)로 감겨져 있다.

본 발명의 NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트는 변압기와 쵸크 코일의 철심철심용이 되며, 이러한 변압기와 쵸크 코일은 광범위한 온도 범위에서 사용될 수 있다.

또한 NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트에 있어서, 주성분은 Fe₂O₃= 53 ~ 59몰%, MnO = 22 ~ 39몰%, ZnO = 4 ~ 12몰% 및 NiO = 4 ~ 7몰%의 범위내에서 구성되며, 보조성분은 SiO₂: 0.005 ~ 0.03중량%, CaO : 0.008 ~ 0.17중량% 및 P : 0.0004 ~ 0.01중량%의 범위내에서 구성된다. 그러므로, 포화자속밀도(Bs) 특성이 보다 더 개선되고, 직류중첩 특성이 뛰어나다. 따라서, 이러한 NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트 재료는 광범위한 온도 범위에서 사용될 수 있다.

NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트에 있어서, 다음과 같은 첨가물 중 적어도 하나 또는 그 이상이 소정의 범위내에서 첨가된다. 즉, Nb₂O₅:0.005 ~ 0.03중량%, Ta₂O₅:0.01 ~ 0.08중량%, V₂O₅:0.01 ~ 0.1중량%, ZrO₂:0.005 ~ 0.03중량%, Bi₂O₃:0.005 ~ 0.04중량% 및 MoO₃:0.005 ~ 0.04중량%. 그러므로, 포화자속밀도(Bs)가 440mT 또는 그 이상이며, 직류중첩 특성이 보다 뛰어나다. 따라서, 이러한 NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트 재료는 전력 손실이 낮다.

상기 NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트에 있어서, 소결체의 평균 결정입자 크기는 6 ~ 25㎛이다. 따라서, 이러한 NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트는 보자력(Hc)이 작고, 포화자속밀도(Bs)는 440mT 또는 그 이상이며, 전력 손실이 낮다.

본 발명의 NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트는, 소결체의 포화자속밀도 (Bs)(100℃)가 440mT 또는 그 이상이다. 그리고, 직류중첩 특성이 뛰어나다.

Claims

53 ~ 59몰%의 산화철(Fe₂O₃), 22 ~ 41몰%의 산화망간(MnO), 4 ~ 12몰%의 산화아연(ZnO) 및 2 ~ 7몰%의 산화니켈(NiO)로 구성된 주성분과,

0.005 ~ 0.03중량%의 산화규소(SiO₂), 0.008 ~ 0.17중량%의 산화칼슘(MnO) 및 0.0004 ~ 0.01중량%의 인(P)으로 구성된 보조성분

을 함유하는 것을 특징으로 하는, NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트.
53 ~ 59몰%의 산화철(Fe₂O₃), 22 ~ 39몰%의 산화망간(MnO), 4 ~ 12몰%의 산화아연(ZnO) 및 4 ~ 7몰%의 산화니켈(NiO)로 구성된 주성분과,

0.005 ~ 0.03중량%의 산화규소(SiO₂), 0.008 ~ 0.17중량%의 산화칼슘(MnO) 및 0.0004 ~ 0.01중량%의 인(P)으로 구성된 보조성분

을 함유하는 것을 특징으로 하는, NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트.
제 1 항에 있어서,

상기 페라이트는 다음과 같은 첨가물 중 하나 이상의 첨가물을 소정의 범위내에서 함유하는 것을 특징으로 하는, NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트.

Nb₂O₅:0.005 ~ 0.03중량%

Ta₂O₅:0.01 ~ 0.08중량%

V₂O₅:0.01 ~ 0.1중량%

ZrO₂:0.005 ~ 0.03중량%

Bi₂O₃:0.005 ~ 0.04중량% 및

MoO₃:0.005 ~ 0.04중량%
제 2 항에 있어서,

상기 페라이트는 다음과 같은 첨가물 중 하나 이상의 첨가물을 소정의 범위내에서 함유하는 것을 특징으로 하는, NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트.

Nb₂O₅:0.005 ~ 0.03중량%

Ta₂O₅:0.01 ~ 0.08중량%

V₂O₅:0.01 ~ 0.1중량%

ZrO₂:0.005 ~ 0.03중량%

Bi₂O₃:0.005 ~ 0.04중량% 및

MoO₃:0.005 ~ 0.04중량%
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

소결체의 평균 결정입자 크기가 6 ~ 25㎛인 것을 특징으로 하는, NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트.
제 5 항에 있어서,

소결체의 포화자속밀도(Bs)(100℃)가 440mT 이상인 것을 특징으로 하는, NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트.
제 6 항에 있어서,

상기 포화자속밀도(Bs)(150℃)와 보자력(Hc)(150℃) 사이의 관계가 R = (Bs-300)²/Hc (이 식에서 R≥400)을 만족시키는 것을 특징으로 하는, NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항 기재의 NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트를 구비하는 변압기.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항 기재의 NiMnZn을 기본물로 하는 페라이트를 구비하는 쵸크 코일.