KR20130092443A

KR20130092443A - 페라이트 코어 및 트랜스

Info

Publication number: KR20130092443A
Application number: KR1020130009223A
Authority: KR
Inventors: 쇼지 스사; 카쓰시 야스하라; 켄타로 모리; 마사히로 가모우; 겐야 다카가와; 도모시 나카모토; 유이치 요코야마
Original assignee: 티디케이가부시기가이샤
Priority date: 2012-02-10
Filing date: 2013-01-28
Publication date: 2013-08-20
Also published as: CN103247405B; CN103247405A; KR101435429B1

Abstract

[과제] 연속적으로 여자하는 환경에 있어도, 코어 온도가 상승하는 것을 충분히 억제할 수 있는 페라이트 코어, 및 이것을 구비한 트랜스, 및 전원을 제공하는 것.
[해결 수단] 본 발명에 따르는 페라이트 코어는, 적어도 Fe, Mn, Zn 및 Ca를 함유한 페라이트 코어로서, 페라이트 코어 표면부의 Ca 함유량(CaO 환산)을 x(o)[질량%], 페라이트 코어 내부의 Ca 함유량(CaO 환산)을 x(i)[질량%]로 했을 때, {x(o)-x(i)}가 0.001≤{x(o)-x(i)}≤0.01의 범위로 하는 것을 특징으로 한다.

Description

페라이트 코어 및 트랜스 {FERRITE CORE AND TRANSFORMER}

본 발명은 Fe, Mn, Zn 및 Ca를 포함하는 페라이트 코어 및 이것을 사용한 트랜스, 및 전원에 관한 것이다.

전원용 트랜스 등의 자심(磁心) 재료로서, 페라이트 소결체가 사용되고 있다. 자심을 형성하는 페라이트 소결체는, 페라이트 코어라고 불리며, Mn 및 Zn을 함유하는 MnZn계 페라이트가 널리 사용되고 있다. 기기의 사용시에서의 자심의 발열량을 저감시키는 관점에서, 페라이트 코어는 사용되는 온도 범위에서 코어 로스의 값이 작은 것이 요구된다.

최근, 전자 기기나 전원의 소형화가 진행되는 동시에, 전자 기기에서의 부품의 고밀도화도 진전되고 있다. 이러한 상황에서는, 자심의 발열에 의한 온도 상승이 커지는 경향이 있어, 자심은 온도 상승에 대해 엄격한 환경에서 사용되는 기회가 증가하고 있다. 이로 인해, 자심의 온도 상승을 더욱 억제하는 것이 요망되고 있다. 또한 특허문헌 1에서는, 소성시의 분위기를 제어함으로써 페라이트 코어를 저(低) 로스로 하는 제조 방법이 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 제2008-247675호

종래는 전자 기기나 전원 등의 실가동시의 코어 온도를 낮게 하기 위해서, 동작 온도에서의 저 로스화가 검토되어 왔다. 또한 코어 로스가 극소값을 나타내는 온도(코어 로스 극소 온도)보다도 전자 기기나 전원 등의 동작 온도가 낮으면, 사용시에 코어의 온도가 서서히 상승하였다고 해도, 발열량이 서서히 작아지기 때문에, 열 폭주의 발생을 충분히 방지할 수 있을 것으로 생각되고 있었다.

그러나, 본 발명자들은 자심을 실장한 전자 기기나 전원을 연속적으로 운전한 경우를 상정하고, 연속적으로 여자(勵磁)하여 코어의 온도 변화를 측정한 결과, 동작 온도에서의 코어 로스가 낮은 경우에도 코어의 온도가 높아지는 경우가 있는 것을 밝혀내었다.

상세한 것은 불분명하지만, 이러한 온도 상승의 원인은 코어의 표피 전류에 의한 와전류(渦電流) 손실의 영향이라고 생각된다. 즉, MnZn 페라이트는 다른 페라이트에 비해 비교적 전기 저항이 낮아, 표피 전류를 발생시키기 쉽다. 이로 인해 동작 온도에서의 코어 로스가 낮은 경우에도, 연속적으로 여자하면 코어 발열에 따라 표면의 전기 저항이 저하되어 표피 전류가 증가, 코어 온도가 상승하는 경향이 있다.

본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 연속적으로 여자하는 환경에 있어도, 코어 온도가 상승하는 것을 충분히 억제할 수 있는 페라이트 코어를 제공하고, 또한 이것을 사용한 트랜스, 및 전원을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해, 연속적으로 여자한 경우에도 코어 온도의 상승을 충분히 억제할 수 있는 페라이트 코어에 관해서 예의 검토하고, MnZn계 페라이트에 포함되는 미량 성분인 CaO에 관해서, 소결체 내부와 소결체 표면 근방의 차이를 소정의 값으로 하는 것이 유용한 것을 밝혀내었다.

즉, 제1 수단에 따르는 페라이트 코어는, 적어도 Fe, Mn, Zn 및 Ca를 함유한 페라이트 코어로서, 페라이트 코어 표면부의 Ca 함유량(CaO 환산)을 x(o)[질량%], 페라이트 코어 내부의 Ca 함유량(CaO 환산)을 x(i)[질량%]로 했을 때, {x(o)-x(i)}가 0.001≤{x(o)-x(i)}≤0.01의 범위인 것을 특징으로 한다.

제2 수단에 따르는 페라이트 코어는, 상기 제1 수단에 따르는 페라이트 코어에 있어서, 각각 산화물로 환산했을 때, 51.0 내지 54.0몰%의 Fe₂O₃, 32.0 내지 43.0몰%의 MnO, 및 6.0 내지 14.0몰%의 ZnO로 이루어지는 주성분과, 주성분의 상기 산화물의 합계 질량 1질량부에 대해, CaO로 환산하면 220×10^-6 내지 1100×10^- ⁶질량부에 상당하는 양의 Ca를 코어 표면부에 함유하는 것이 바람직하다.

페라이트 코어가 상기에 나타내는 양의 Fe, Mn, Zn 및 Ca를 함유하면, 코어 온도의 상승을 한층 저감시킬 수 있다.

제3 수단에 따르는 페라이트 코어는, 상기 제1 또는 제2 수단 중 어느 하나에 따르는 페라이트 코어에 있어서, 또한 주성분의 상기 산화물의 합계 질량 1질량부에 대해, SiO₂로 환산하면 50×10^-6 내지 150×10^-6질량부에 상당하는 양의 Si를 함유한다.

페라이트 코어가 상기에 나타내는 양의 Si를 함유하면, 페라이트 코어의 입계(粒界)가 고저항화되어, 코어 로스를 보다 한층 저감시킬 수 있다.

제4 수단에 따르는 페라이트 코어는, 상기 제1 내지 상기 제3 수단 중 어느 하나에 따르는 페라이트 코어에 있어서, 또한 주성분의 상기 산화물의 합계 질량 1질량부에 대해, Nb₂O₅로 환산하면 100×10^-6 내지 400×10^-6질량부에 상당하는 양의 Nb를 함유한다.

제5 수단에 따르는 페라이트 코어는, 상기 제1 내지 상기 제4 수단 중 어느 하나에 따르는 페라이트 코어에 있어서, 또한 주성분의 상기 산화물의 합계 질량 1질량부에 대해, V₂O₅로 환산하면 50×10^-6 내지 400×10^-6질량부에 상당하는 양의 V를 함유한다.

페라이트 코어가 상기에 나타내는 양의 Nb, V의 적어도 1종 이상을 포함하는 것이면, 페라이트 코어의 입계가 고저항화되어, 코어 로스를 한층 저감시킬 수 있다.

제6 수단에 따르는 페라이트 코어는, 상기 제1 내지 상기 제5 수법 중 어느 하나에 따르는 페라이트 코어에 있어서, 또한, 주성분의 상기 산화물의 합계량 1질량부에 대해, Ta₂O₅, ZrO₂, HfO₂로 환산하면 50×10^-6 내지 100×10^-6질량부에 상당하는 양의 Ta, Zr, Hf를 적어도 1종 이상 함유한다.

페라이트 코어가 상기에 나타내는 양의 Ta, Zr, Hf의 적어도 1종 이상을 포함하는 것이면, 페라이트 코어의 입계가 고저항화되어, 코어 로스를 한층 저감시킬 수 있다.

또한, 상기 제1 내지 제6 중 어느 하나의 수단에 따르는 페라이트 코어를 포함하여 트랜스를 구성함으로써, 온도 상승을 억제할 수 있는 트랜스를 제공할 수 있다.

또한, 상기 제1 내지 제6 중 어느 하나의 수단에 따르는 페라이트 코어를 포함한 트랜스를 사용한 전원을 구성함으로써, 온도 상승이 억제된 전원을 제공할 수 있다.

본 발명은, 연속적으로 여자하는 환경에 있어도, 코어의 상승 온도를 50℃ 이하로 억제할 수 있는 페라이트 코어 및 이것을 구비한 트랜스, 및 전원이 제공된다.

도 1은 본 발명에 따르는 페라이트 코어(a), 및 페라이트 코어를 사용한 트랜스(b), 또한 트랜스를 사용한 전원(c)의 일 실시형태를 도시하는 사시도이다.
도 2는 본소성 공정에서의 온도 설정의 일례를 도시하는 그래프이다.
도 3은 2차 소성 공정에서의 온도 설정의 일례를 도시하는 그래프이다.
도 4는 {x(o)-x(i)}와 코어의 상승 온도(ΔT)의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 5는 {x(o)-x(i)}와 120℃에서의 코어 로스(Pcv)의 관계를 도시하는 그래프이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 관해서 상세하게 설명한다.

도 1a는 본 실시형태에 따르는 페라이트 코어(자심)를 도시하는 사시도이다. 도 1a에 도시하는 바와 같이, E자형의 페라이트 코어(10)는, E형 코어 등이라고 불리고, 트랜스 등에 사용된다. 페라이트 코어(10)와 같은 E형 코어가 채용된 트랜스로는, 내부에 2개의 E형 코어가 대향 배치된 것이 알려져 있다.

도 1a에 도시한 페라이트 코어(10)와 같은 E형 코어가 채용된 트랜스로는, 도 1b에 도시하는 바와 같이, 2개의 페라이트 코어를 대응 배치하고, 중각부(中脚部)(11) 주위에 코일(12)을 감은 트랜스가 알려져 있다.

도 1c는 상기 트랜스를 사용한 전원의 일례로서 풀브릿지 방식의 전원 회로를 도시하였지만, 본 실시형태에 따르는 전원은, 이것으로 한정되는 것은 아니다.

페라이트 코어(10)는 Fe, Mn, Zn 및 Ca를 함유하고, 페라이트 코어 표면부의 Ca 함유량(CaO 환산)을 x(o)[질량%], 페라이트 코어 내부의 Ca 함유량(CaO 환산)을 x(i)[질량%]로 했을 때, x(o)-x(i)가 0.001≤{x(o)-x(i)}≤0.01의 범위이다.

페라이트 코어(10)는 {x(o)-x(i)}가 0.001 미만이면, 코어의 온도 상승이 커진다. {x(o)-x(i)}가 0.01을 초과하면 코어의 온도 상승이 커지고, 코어의 온도 상승이 50℃를 초과한다. {x(o)-x(i)}는 0.002 이상이고, 0.009 이하인 것이 바람직하다. 그 범위로 하면, 더욱 코어의 온도 상승이 억제된다. 코어의 발열 메커니즘의 상세한 것은 불분명하지만, MnZn 페라이트는 다른 페라이트 코어에 비해 비교적 전기 저항이 작기 때문에, 코어 표면에서 표피 전류가 발생하여 와전류 손실의 영향을 받는다. 한편, 코어 내부에서는 히스테리시스 손실이 코어 로스의 주된 요인이다. 따라서 Ca 함유량을 코어 표면부에서 증가시키고, 내부에서는 감소시켜 내외 차이를 나게 하면, 코어 표면부의 표피 전류에 의한 와전류 손실과, 코어 내부의 히스테리시스 손실이 각각 감소되어, 코어 발열이 억제될 것으로 생각된다.

또한, 본 실시형태에 있어서, 코어 표면부의 Ca 함유량인 x(o)는, 상기 코어의 주성분 산화물의 합계 질량을 1질량부로 했을 때에, CaO 환산으로, 220×10^-6 내지 1100×10^-6질량부인 것이 바람직하다. 220×10^-6질량부보다도 적으면 페라이트 코어 표면부와 페라이트 코어 내부의 Ca의 함유량의 차이가 불충분하기 때문에, 코어 발열이 커지는 경향이 있고, 1100×10^-6질량부를 초과하면 페라이트 코어 표면부와 페라이트 코어 내부의 Ca의 함유량의 차이가 지나치게 커져, 코어 로스가 증가하는 경향이 있기 때문이다. 또한, 주성분의 산화물의 합계 질량 1질량부에 대해, Ca의 함유량(CaO 환산)은, 200×10^- ⁶질량부 내지 1080×10^- ⁶질량부인 것이 바람직하다. 주성분의 산화물의 합계 질량 1질량부에 대해, Ca 함유량(CaO 환산)이 200×10^-6질량부 미만이면, 페라이트 코어에서의 고저항층의 형성이 불충분해지는 경향이 있고, 코어 로스의 저감이 불충분해진다. 한편, Ca의 함유량(CaO 환산)이 1080×10^-6질량부를 초과하면, 이상(異常)한 입자 성장을 초래하여, 코어 로스의 저감이 불충분해지는 경향이 있다.

여기에서, 페라이트 코어 표면부란, 페라이트 코어 표면으로부터 깊이 1.5mm까지의 범위로 한다. 깊이 1.5mm를 초과하는 범위에서 Ca를 농화(濃化)시켜도, 코어 발열 억제 효과가 나타나지 않기 때문이다. 또한, 페라이트 코어 내부란, 페라이트 코어 표면부를 제외한 잔부로 한다.

본 실시형태에 따르는 페라이트 코어는, 또한 각각 산화물로 환산했을 때, 주성분이 51.0 내지 54.0몰%인 Fe₂O₃, 32.0 내지 43.0몰%인 MnO, 및 6.0 내지 14.0몰%인 ZnO로 이루어지는 것이 바람직하다.

페라이트 코어의 Fe₂O₃의 함유율이 51.0몰% 미만이면, 포화 자속 밀도가 낮아지는 경향이 있다. 한편, Fe₂O₃의 함유율이 54.0몰%를 초과하면, 고온 조건하에서 사용한 경우에 성능의 경시 열화가 현저해지는 경향이 있다. Fe₂O₃의 함유율은 51.5 내지 53.5몰%인 것이 보다 바람직하다.

페라이트 코어의 ZnO의 함유율이 6.0몰% 미만이면, 코어의 상승 온도가 높아지는 경향이 있다. 한편, ZnO의 함유율이 14.0몰%를 초과하면, 포화 자속 밀도가 낮아지는 경향이 있다. ZnO의 함유율은 8.0 내지 12.0몰%인 것이 보다 바람직하다.

페라이트 코어의 MnO의 함유율은, 다른 주성분인 Fe₂O₃ 및 ZnO의 함유율을 결정하면, 주성분 중 잔부로서 정해지는 것이다.

Si는, 페라이트 코어의 소결성을 높이는 작용을 갖는 동시에, 입계의 고저항화에 기여하기 때문에, 적량의 Si를 함유시킴으로써, 코어 로스의 저감화가 도모된다. 페라이트 코어의 Si의 함유량(SiO₂ 환산)이, 주성분 산화물의 합계 질량 1질량부에 대해, 50×10^- ⁶질량부 미만이면, 페라이트 코어에서의 고저항층의 형성이 불충분해지고, 코어 로스의 저감이 불충분해진다. 한편, Si의 함유량(SiO₂ 환산)이 150×10^-6질량부를 초과하면, 이상한 입자 성장을 초래하여, 코어 로스의 저감이 불충분해진다. Si의 함유량(SiO₂ 환산)은, 페라이트 코어 표면부에서 60×10^-6 내지 130×10^-6질량부인 것이 바람직하다.

본 실시형태에 따르는 페라이트 코어는, 부성분이 주성분인 상기 산화물의 합계 질량 1질량부에 대해, Nb₂O₅로 환산하면 100×10^-6 내지 400×10^-6질량부에 상당하는 양의 Nb 및/또는 V₂O₅로 환산하면 50×10^-6 내지 400×10^-6질량부에 상당하는 양의 V를 포함하는 것이 바람직하다.

Nb는 페라이트 코어의 입계의 고저항화에 기여하기 때문에, 적량의 Nb를 함유시킴으로써, 코어 로스의 저감화가 도모된다. 페라이트 소결체의 Nb의 함유량(Nb₂O₅ 환산)이, 주성분 산화물의 합계 질량 1질량부에 대해, 100×10^-6질량부 미만이면, 입계의 고저항화가 불충분해지기 쉬워, 코어 로스의 저감이 불충분해지는 경향이 있다. 한편, Nb의 함유량(Nb₂O₅ 환산)이 400×10^-6질량부를 초과하면, 결정 조직의 불균일성을 조장하는 경향이 있다. Nb의 함유량(Nb₂O₅ 환산)은, 150×10^-6 내지 400×10^-6질량부인 것이 바람직하다.

V는, 상기의 Nb와 마찬가지로, 페라이트 코어의 입계의 고저항화에 기여하기 때문에, 적량의 V를 함유시킴으로써, 코어 로스의 저감화가 도모된다. 페라이트 코어의 V의 함유량(V₂O₅ 환산)이, 주성분 산화물의 합계 질량 1질량부에 대해, 50×10^-6질량부 미만이면, 입계의 고저항화가 불충분해지기 쉬워, 코어 로스의 저감이 불충분해지는 경향이 있다. 한편, V의 함유량(V₂O₅ 환산)이 400×10^- ⁶질량부를 초과하면, 결정 조직의 불균일성을 조장하는 경향이 있다. V의 함유량(V₂O₅ 환산)은, 50×10^-6 내지 300×10^-6질량부인 것이 바람직하다.

페라이트 코어에, Nb 및 V 둘 다를 함유시키는 경우에는, Nb₂O₅ 및 V₂O₅의 분자량에 기초하여, Nb 및 V의 합계 함유량을 적절히 조정하면 좋다.

본 실시형태에 따르는 페라이트 코어는, 상기 이외의 성분을 추가로 함유하는 것이라도 좋다. 예를 들면, Ta(Ta₂O₅), Zr(ZrO₂) 및 Hf(HfO₂)은, 상기의 Nb, V와 마찬가지로, 페라이트 코어의 입계의 고저항화에 기여하기 때문에, 이들을 적량 함유시킴으로써, 코어 로스의 저감화가 도모된다. 페라이트 코어의 Ta, Zr 및 Hf의 함유량(Ta₂O₅, ZrO₂, HfO₂ 환산)이, 주성분의 산화물의 합계량 1질량부에 대해, 50×10^-6질량부 미만이면, 입계의 고저항화가 불충분해지기 쉬워 코어 로스의 저감이 불충분해지는 경향이 있다. 한편, Ta, Zr 및 Hf의 함유량(Ta₂O₅, ZrO₂, HfO₂ 환산)이 400×10^-6질량부를 초과하면, 결정 조직의 불균일성을 조장하는 경향이 있다. Ta, Zr 및 Hf의 함유량(Ta₂O₅, ZrO₂, HfO₂ 환산)은, 50×10^-6 내지 400×10^- ⁶질량부인 것이 바람직하고, 50×10^-6 내지 300×10^- ⁶질량부인 것이 보다 바람직하다.

다음에, 페라이트 코어(10)의 제조 방법에 관해서 설명한다.

처음에, 주성분을 이루는 산화철 α-Fe₂O₃, 산화망간 Mn₃O₄ 및 산화아연 ZnO를 준비하고, 이들 산화물을 혼합하여 혼합물을 수득한다. 이때, 최종적으로 수득되는 혼합물 중의 각 산화물 성분의 구성비가 소정의 범위 내가 되도록 상기 산화물과 함께 다른 화합물을 혼합해도 좋다.

계속해서, 상기 주성분의 혼합물을 가소성하여 가소성물을 수득한다(가소 공정). 가소는 통상적으로는 공기 중에서 실시하면 좋다. 가소 온도는 혼합물을 구성하는 성분에 의존하지만, 800 내지 1100℃로 하는 것이 바람직하다. 또한, 가소 시간은 혼합물을 구성하는 성분에 의존하지만, 1 내지 3시간으로 하는 것이 바람직하다. 그후, 수득된 가소성물을 볼밀 등에 의해 분쇄하여 분쇄분을 수득한다.

상기의 주성분 원료의 가소성물을 분쇄할 때, 소정량의 Ca를, 탄산칼슘(CaCO₃) 또는 산화칼슘(CaO)으로서 첨가하여 양자를 혼합함으로써 본소성용의 원료 혼합분을 수득한다(혼합 공정).

한편, 부성분을 이루는 산화규소(SiO)를 소정량 준비하고 주성분 원료의 가소성물을 분쇄할 때에 첨가하여 양자를 혼합한다. 이것에 의해, 원료 혼합분을 수득한다. 또한, 여기에서 상기 성분 이외의 부성분(CoO, TiO₂, Nb₂O₅, V₂O₅, Ta₂O₅, ZrO₂, HfO₂ 등)을 적절히 첨가해도 좋다. 또한, 최종적으로 수득되는 혼합물 중의 각 부성분의 함유량이 상기 범위 내가 되도록, 상기 화합물 대신에 다른 화합물을 사용해도 좋다.

계속해서, 상기와 같이 하여 수득되는 원료 혼합분과, 폴리비닐알코올 등의 적당한 바인더를 혼합하여, 페라이트 코어(10)와 동일 형상, 즉 E자형으로 성형하여 성형체를 수득한다.

다음에, 성형체를 가열로 내에서 소성한다(본소성 공정). 도 2는 본소성 공정에서의 온도 설정의 일례를 도시하는 그래프이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 본소성 공정은, 가열로 내의 성형체를 서서히 가열하는 승온 공정 S1과, 온도를 1250 내지 1350℃로 유지하는 온도 유지 공정 S2와, 유지 온도로부터 서서히 강온하는 서냉 공정 S3과, 서냉 공정 S3의 종료 후에 급냉하는 급냉 공정 S4를 적어도 가진다.

승온 공정 S1은 가열로 내의 온도를 후술하는 유지 온도로까지 승온시키는 공정이다. 승온 속도는 10 내지 300℃/시간으로 하는 것이 바람직하다.

승온 공정 S1에 의해 소정의 온도(1250 내지 1350℃)에 도달하면, 이 온도로 유지하는 온도 유지 공정 S2를 실시한다. 온도 유지 공정 S2에서의 유지 온도가 1250℃ 미만이면, 페라이트 코어의 입자 성장이 불충분해지고, 히스테리시스 손실이 증대되기 때문에, 코어 로스의 저감이 불충분해진다. 한편, 유지 온도가 1350℃를 초과하면, 페라이트 코어의 입자 성장이 과잉해지고, 와전류 손실이 증대되기 때문에, 코어 로스의 저감이 불충분해진다. 유지 온도를 1250 내지 1350℃로 함으로써, 히스테리시스 손실과 와전류 손실이 균형을 이루어 고온 영역에서의 코어 로스를 충분히 저감시킬 수 있다.

상기의 유지 온도로 소성을 실시하는 시간(유지 시간)은, 2시간 이상인 것이 바람직하다. 유지 시간이 2시간 미만이면, 온도 1250 내지 1350℃에서 소성을 실시한 경우에도 입자 성장이 불충분해지고, 코어 로스의 저감이 불충분해지기 쉽다. 유지 시간은 분쇄분을 구성하는 원료에 의존하지만, 3 내지 10시간으로 하는 것이 보다 바람직하다.

온도 유지 공정 S2의 종료 후, 서냉 공정 S3을 실시한다. 서냉 공정 S3에 서의 서냉 속도는, 200℃/시간 이하인 것이 바람직하다. 서냉 속도가 200℃/시간을 초과하면, 페라이트 코어의 입자 내의 잔류 응력이 커지기 쉽고, 이것에 의해 코어 로스의 저감이 불충분해지는 경향이 있다. 또한, 상기 서냉 속도는 서냉 대역에서의 평균값을 의미하는 것이며, 이것을 초과하는 속도로 온도가 저하되는 부분이 있어도 좋다.

서냉 공정 S3에 있어서 유지 온도로부터 강온할 때에, 가열로 내의 산소 농도를 제어하여, 연속적 또는 단계적으로 낮추는 조작을 실시한다(산소 농도 조정 공정). 이러한 조작을 실시함으로써, 온도 1200℃에서의 산소 농도를 0.2 내지 3.0체적%로 하고, 또한 온도 1100℃에서의 산소 농도를 0.02 내지 1.00체적%로 하는 것이 바람직하다.

서냉 공정 S3을 종료하고, 급냉 공정 S4를 개시하는 온도(서냉 종료 온도)는, 900 내지 1150℃인 것이 바람직하다. 서냉 종료 온도가 1150℃보다도 높으면, 페라이트 코어의 입계의 형성이 불충분해지기 쉽고, 이것에 의해 코어 로스의 저감이 불충분해지는 경향이 있다. 한편, 서냉 종료 온도가 900℃보다도 낮으면, 페라이트 코어의 입계에 이상(異相)이 발생하기 쉽고, 이것에 의해 코어 로스의 저감이 불충분해지는 경향이 있다.

서냉 공정 S3의 종료 후, 급냉 공정 S4를 실시한다. 적어도 서냉 종료 온도로부터 700℃에 도달할 때까지의 온도 범위에 관해서는, 강온 속도를 150℃/시간 이상으로 하는 것이 바람직하다.

급냉 공정 S4 종료 후, 페라이트 코어의 표면에 Ca를 농화시키고, {x(o)-x(i)}를 원하는 값으로 제어하기 위해서 2차 소성을 실시한다. 도 3은 2차 소성 공정에서의 온도를 도시하는 그래프이다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 2차 소성 과정은 가열로 내의 성형체를 서서히 가열하는 승온 공정 T1과, 1000 내지 1200℃로 유지하는 온도 유지 공정 T2, 또한 온도 유지 공정 종료 후의 급냉을 실시하는 급냉 공정 T3을 가진다.

승온 공정 T1은 가열로 내의 온도를 후술하는 유지 온도로까지 승온시키는 공정이다. 승온 속도는 10 내지 300℃/시간으로 하는 것이 바람직하다.

승온 공정 T1에 의해 소정의 온도(1000 내지 1200℃)에 도달하면, 이 온도로 유지하는 온도 유지 공정 T2를 실시한다. 온도 유지 공정 T2에서의 유지 온도가 1000℃ 미만이면, 페라이트 코어의 CaO의 확산이 충분히 진행되지 않아, 페라이트 코어의 내외(내부와 표면부)에서 CaO량에 차이를 야기할 수 없다. 한편, 유지 온도가 1200℃를 초과하면, 페라이트 코어 내의 CaO 확산과 동시에 결정립 성장이 일어나, 결정 조직이 불균일해지기 때문에, 코어 로스의 저감이 불충분해진다. 유지 온도를 1000 내지 1200℃로 함으로써, CaO의 확산만을 발생시켜 페라이트 코어 표면부와 내부의 Ca 함유량에 차이를 만들 수 있다.

온도 유지 공정 T2에서의 분위기 산소 농도를 0.02 내지 0.16체적%로 제어함으로써, 페라이트 코어 표면부의 CaO 농도를 변화시켜 페라이트 코어의 {x(o)-x(i)}를 원하는 값으로 제어한다.

또한, 상기 실시형태에서는 주성분 원료를 가소하여 수득된 가소성물을 분쇄할 때, 부성분 원료를 첨가함으로써 본소성용의 혼합분을 조제하는 경우를 예시했지만, 당해 혼합분은 다음과 같이 하여 조제해도 좋다. 예를 들면, 가소 전의 주성분 원료와 부성분 원료를 혼합하여 수득된 혼합물을 가소한 후, 가소성물을 분쇄함으로써 본소성용의 혼합분을 수득해도 좋다. 또는, 가소 전의 주성분 원료와 부성분 원료를 혼합하여 수득된 혼합분을 가소한 후, 가소성물을 분쇄할 때, 또한 부성분 원료 등을 첨가함으로써 본소성용의 혼합분을 수득해도 좋다.

또한, 상기 실시형태에서는 E자 형상의 페라이트 코어(10)를 예시했지만, 페라이트 코어의 형상은 이것으로 한정되는 것은 아니다. 페라이트 코어의 형상은 그 페라이트 코어가 내장되는 기기의 형상이나 용도에 따라 결정할 수 있다.

실시예

이하, 본 발명을 더욱 상세한 실시예에 기초하여 설명하는데, 본 발명은 이러한 실시예로 한정되지 않는다.

실시예 1 내지 23

각 성분 원료를 최종적으로 표 1에 기재한 조성이 되도록 칭량하고, 볼밀을 사용하여 습식 혼합하였다. 원료 혼합물을 건조시킨 후, 공기 중에 있어서, 900℃ 정도의 온도로 가소하였다. 수득된 가소분을 볼밀에 투입하고, 원하는 입자 직경이 될 때까지 습식 분쇄를 3시간 실시하였다.

이와 같이 하여 수득된 분쇄분을 건조시키고, 분쇄분 100질량부에 대해 폴리비닐알코올을 0.8질량부 가하여 조립(造粒)한 후, 수득된 혼합물을 약 150MPa의 압력으로 가압 성형하고, E자형 성형체를 수득하였다. 성형체를 다음에 나타내는 소성 조건의 범위 내에서 본소성을 실시하고, 복수의 E자형 페라이트 코어를 수득하였다. 이 본소성 공정은, 유지 온도가 1250 내지 1350℃이며, 서냉 종료 온도를 900 내지 1150℃로 설정하였다. 본소성 종료 후, 표 1에 기재한 분위기 산소 농도로 2차 소성을 실시하였다. E자형 페라이트 코어의 중각 및 외각의 상면부를, 면정도(面精度)를 향상시키기 위해 연마 가공하였다.

비교예 1, 2

이와 같이 하여 수득된 분쇄분을 건조시키고, 분쇄분 100질량부에 대해 폴리비닐알코올을 0.8질량부 첨가하여 조립한 후, 수득된 혼합물을 약 150MPa의 압력으로 가압 성형하고, E자형 성형체를 수득하였다. 성형체를 다음에 나타내는 소성 조건의 범위 내에서 본소성을 실시하고, 복수의 E자형 페라이트 코어를 수득하였다. 이 본소성 공정은, 유지 온도가 1250 내지 1350℃이며, 서냉 종료 온도를 900 내지 1150℃로 설정하였다. 본소성 종료 후, 비교예 1의 페라이트 코어에 관해서, 표 1에 기재한 분위기 산소 농도로 2차 소성을 실시하였다. 또한 비교예 2의 페라이트 코어에 관해서는 2차 소성을 실시하지 않았다. E자형 페라이트 코어의 중각 및 외각의 상면부를, 면정도를 향상시키기 위해서 연마 가공하였다.

각각 제조한 2개의 E자형의 페라이트 코어를 대향 배치하여 폐자로(閉磁路)를 형성하였다. 페라이트 코어의 초기 온도를 100℃로 하고, 그 후, 자속 밀도 200mT, 주파수 100kHz의 조건으로 연속적으로 여자하여 코어 온도가 안정된 시점에서, 열전대로 코어 온도를 측정하였다. 이것에 의해, 코어의 상승 온도(ΔT)를 측정하였다.

페라이트 코어의 코어 로스를 다음과 같이 하여 측정하였다. 즉, 이와츠케소쿠 제조의 B-H 애널라이저(형식 SY-8217)로 자속 밀도 200mT, 주파수 100kHz의 조건으로 온도 25 내지 150℃의 범위의 코어 로스를 측정하고, 120℃에서의 코어 로스의 값을 구하였다.

Ca 함유량 x(o) 및 x(i)는 조성 분석으로부터 수득하였다. 페라이트 코어를 표면으로부터 깊이 1.0 내지 1.5mm로 절단하여 페라이트 코어 표면부로 하고, 잔부를 페라이트 코어 내부로 하였다. 조성 분석에 관해서는, 페라이트 코어 표면부, 페라이트 코어 내부의 각각을 유발(乳鉢)에서 분쇄하여 분말상으로 한 후, 형광 X선 분석 장치를 사용하여 유리 비드법에 의해 Ca량을 측정하였다.

표 1 및 도 4, 5에 측정 결과를 나타낸다. 도 4, 5에 도시하는 바와 같이, {x(o)-x(i)}와 코어 로스 사이에는 특별한 상관은 확인되지 않고, 코어 온도 상승 억제의 지표는 될 수 없지만, 실시예에 따르는 페라이트 코어는 코어 온도의 상승이 충분히 억제되고 있다.

이상과 같이, 본 발명에 따르는 페라이트 코어는, MnZn계 페라이트의 자심을 연속적으로 여자한 경우에서의 온도 상승을 억제하기에 유용하다.

10 페라이트 코어(자심)
11 (중각부)
12 (코일)

Claims

적어도 Fe, Mn, Zn 및 Ca를 함유한 페라이트 코어로서, 페라이트 코어 표면부의 Ca 함유량(CaO 환산)을 x(o)[질량%], 페라이트 코어 내부의 Ca 함유량(CaO 환산)을 x(i)[질량%]로 했을 때, {x(o)-x(i)}가 0.001≤{x(o)-x(i)}≤0.01의 범위가 되는, 페라이트 코어.
제1항에 있어서, 각각 산화물로 환산했을 때, 51.0 내지 54.0몰%의 Fe₂O₃, 32.5 내지 43.0몰%의 MnO, 및 6.0 내지 14.0몰%의 ZnO로 이루어진 주성분과, 당해 주성분의 상기 산화물의 합계 질량 1질량부에 대해, 상기 x(o)가, 220×10^-6 내지 1100×10^- ⁶질량부에 상당하는 양의 Ca를 함유하는 것을 특징으로 하는, 페라이트 코어.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 주성분의 상기 산화물의 합계 질량 1질량부에 대해, SiO₂로 환산하면 50×10^-6 내지 150×10^- ⁶질량부에 상당하는 양의 Si를 함유하는, 페라이트 코어.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 주성분의 상기 산화물의 합계 질량 1질량부에 대해, Nb₂O₅로 환산하면 100×10^-6 내지 400×10^- ⁶질량부에 상당하는 양의 Nb를 함유하는, 페라이트 코어.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 주성분의 상기 산화물의 합계 질량 1질량부에 대해, V₂O₅로 환산하면 50×10^-6 내지 400×10^- ⁶질량부에 상당하는 양의 V를 함유하는, 페라이트 코어.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 주성분의 상기 산화물의 합계 질량 1질량부에 대해, Ta₂O₅, ZrO₂, HfO₂로 환산하면 50×10^-6 내지 400×10^- ⁶질량부에 상당하는 양의 Ta, Zr, Hf를 적어도 1종 이상 함유하는, 페라이트 코어.
제1항 또는 제2항에 기재된 페라이트 코어를 사용하는 것을 특징으로 하는, 트랜스.
제7항에 기재된 트랜스를 사용한 것을 특징으로 하는, 전원.