JP2008169072A - Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト - Google Patents

Abstract

【課題】
１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの広い周波数帯域で低損失且つ高飽和磁束密度のＭｎ−Ｚｎフェライトを提供する。
【解決手段】
主成分組成が５３．０〜５８．０ｍｏｌ％Ｆｅ_２Ｏ_３、５．０〜９．０ｍｏｌ％ＺｎＯ、残部ＭｎＯからなり、副成分としてＳｉＯ_２ ０．００２〜０．０２重量％、ＣａＯ ０．０１〜０．２重量％、Ｖ_２Ｏ_５ ０．０１〜０．１重量％、Ｎｂ_２Ｏ_５ ０．０１〜０．１重量％、ＭｇＯ ０．３〜１．５重量％、ＣｏＯ ０．１〜０．５重量％を同時に含有することを特徴とするＭｎ−Ｚｎフェライト。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電源用トランス等の磁心に用いられる、１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの広い周波数帯域で損失が少なく、且つ高飽和磁束密度を有するフェライト材料に関するものである。

従来のＭｎ−Ｚｎフェライトは、例えば１００ｋＨｚ程度の周波数において高透磁率で且つ低損失な材料という様に、使用する駆動周波数を限定する材料が多い。またトランスの小型化に対しては高磁束密度であることが肝心である。近年、電源用トランスの小型化、駆動周波数の高周波数化が進み、高飽和磁束密度と共に、高調波による損失等の理由から、より広い周波数帯域における損失の低減が求められている。しかし、先だって例に挙げた様な従来の材料では高周波帯域で損失が高くなり、逆に高周波帯域で低損失な材料となれば飽和磁束密度が低くなる欠点があった。

高周波帯域のフェライト材料として、例えば３００ｋＨｚ〜数ＭＨｚの周波数でＭｎ−Ｚｎ系フェライトに様々な添加物を含有させて低損失を示す材料が特開平６−３１０３２０公報などで開示されている。これらのような高周波帯域用材料は、主に低損失化を意図しており、同様に重要であるトランスの小型化に係わる飽和磁束密度への配慮が十分ではなく、逆に特開２００３-１２８４５８公報で開示されている様な高飽和磁束密度材料は、高周波帯域の損失への配慮が十分ではなかった。

特開平６−３１０３２０公報 特開２００３−１２８４５８公報

１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚの広い周波数帯域で低損失且つ高飽和磁束密度を両立する材料は、一般的に難しい。高周波帯域で低損失にするには焼成温度を下げ、結晶成長を抑制する方法があるが飽和磁束密度を低下させる問題がある。また、飽和磁束密度を充分得るためには基本組成であるＦｅ_２Ｏ_３含有量を多くすることが知られているが、この場合電力損失の最小値（Ｐｃｖ ｍｉｎ）が低温側に移動し、損失が増大するなど実用的でなかった。

本発明は上記問題点を解決し、広い周波数帯域で低損失及び高飽和磁束密度を有するＭｎ−Ｚｎフェライトを提供しようとするものである。

本発明は、主成分組成が５３．０〜５８．０ｍｏｌ％Ｆｅ_２Ｏ_３、５．０〜９．０ｍｏｌ％ＺｎＯ、残部ＭｎＯからなり、副成分としてＳｉＯ_２ ０．００２〜０．０２重量％、ＣａＯ ０．０１〜０．２重量％、Ｖ_２Ｏ_５ ０．０１〜０．１重量％、Ｎｂ_２Ｏ_５ ０．０１〜０．１重量％、ＭｇＯ ０．３〜１．５重量％、ＣｏＯ ０．１〜０．５重量％を同時に含有し、１００ｋＨｚ−２００ｍＴ及び１ＭＨｚ−５０ｍＴにおける損失の最小値（Ｐｃｖ ｍｉｎ）が４０〜１００℃にあり、その値が１００ｋＨｚ−２００ｍＴで５００kＷ／m^３以下、１ＭＨｚ−５０ｍＴで５００kＷ／ｍ^３以下で、飽和磁束密度が２３℃で５３０ｍＴ以上、１００℃で４３０ｍＴ以上であることを特徴とするＭｎ−Ｚｎフェライト。

本発明が提供するＭｎ−Ｚｎフェライトは、スイッチング電源トランス等の磁心に適した、１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚ の広い周波数帯域において低損失かつ飽和磁束密度の高いＭｎ−Ｚｎフェライト材料を提供することができる。

（実施例１）表１に示した組成となるように高純度の酸化鉄、酸化マンガン、酸化亜鉛を計量・混合し、大気中で９５０℃×２時間仮焼を行った。この仮焼原料に本発明請求項範囲内でＳｉＯ_２ ０．００７重量％、ＣａＯ ０．０６重量％、Ｖ_２Ｏ_５ ０．０４重量％、Ｎｂ_２Ｏ_５ ０．０４重量％、ＭｇＯ ０．７重量％、ＣｏＯ ０．３重量％となるように加え、アトライターで粉砕粒径が１．７μｍとなるまで粉砕した。この粉砕粉にポリビニルアルコールを加え造粒し、得られた造粒顆粒を外径２４ｍｍ、内径１９ｍｍ、高さ１０ｍｍのトロイダル状に成形した。その後、本焼成においてピーク温度の酸素分圧をコントロールしながら、１３５０℃×４時間保持した後、降温することにより焼結サンプルを得た。このようにして得られた試料を、Ｂ−Ｈ／Ｚアナライザー（ＨＰ社製Ｅ５０６０Ａ）にて、損失（１００ｋＨｚ−２００ｍＴ、1ＭＨｚ−５０ｍＴ、測定温度２３〜１２０℃）を測定した。また、最大磁界１１９４Ａ／ｍにおける飽和磁束密度を測定した。表１に各組成のＰｃｖ ｍｉｎ値とその温度、２３℃及び１００℃における飽和磁束密度を示す。また、1ＭＨｚ−５０ｍＴの損失の温度特性を図１に示す。この表、図に示す結果から明らかなように、本発明の主成分組成範囲内ではＰｃｖ ｍｉｎが４０〜１００℃の範囲にあり、かつ１００ｋＨｚ−２００ｍＴ、1ＭＨｚ−５０ｍＴでそれぞれ５００ｋＷ／ｍ^３以下である。更に飽和磁束密度が２３℃で５３０ｍＴ以上、１００℃で４３０ｍＴ以上が得られている。

（実施例２）Ｆｅ_２Ｏ_３：５５．５ｍｏｌ％、ＺｎＯ：７．０ｍｏｌ％残部ＭｎＯとなるように高純度の酸化鉄、酸化亜鉛、酸化マンガンを計量・混合し、大気中９５０℃×２時間仮焼を行った。この仮焼原料に本発明の請求項範囲内でＳｉＯ_２ ０．００７重量％、ＣａＯ ０．０６重量％、Ｖ_２Ｏ_５ ０．０４重量％、Ｎｂ_２Ｏ_５ ０．０４重量％となるように添加し、表２に示す分量を含有するようにＭｇＯ、ＣｏＯを添加した。その後、実施例１と同様にサンプルの作製、評価を行った。これらのＰｃｖ ｍｉｎ温度とその値、２３℃、１００℃における飽和磁束密度を表２に示す。また、1ＭＨｚ−５０ｍＴの損失の温度特性を図２に示す。この表、図に示す結果から明らかなように、本発明の副成分であるＭｇＯ、ＣｏＯ添加範囲ではＰｃｖ ｍｉｎが４０℃〜１００℃の範囲にあり、かつ１００ｋＨｚ−２００ｍＴ、1ＭＨｚ−５０ｍＴでそれぞれ５００ｋＷ／ｍ^３以下である。

主成分組成はＦｅ_２Ｏ_３、ＭｎＯ、ＺｎＯからなるＭｎ−Ｚｎフェライトであり、５３．０〜５８．０ｍｏｌ％Ｆｅ_２Ｏ_３、５．０〜９．０ｍｏｌ％ＺｎＯ、残部ＭｎＯの範囲に限定した。その理由は、Ｆｅ_２Ｏ_３が５３．０ｍｏｌ％以下になると飽和磁束密度の低下を招き、５８．０ｍｏｌ％以上になると高周波帯域の損失が増大する。同様にＺｎＯが５．０ｍｏｌ％以下になると飽和磁束密度の低下を招き、９．０ｍｏｌ％以上になると高周波帯域の損失が増大することから上記主成分組成に決定した。

上記主成分組成に加え、副成分としてＳｉＯ_２、ＣａＯ、Ｖ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＭｇＯ、ＣｏＯを同時に添加している。ＳｉＯ_２、ＣａＯは互いに共存することによって粒界の比抵抗を高め、渦電流損失の低減に寄与しており、Ｎｂ_２Ｏ_５はＳｉＯ_２、ＣａＯと共に粒界に析出し、高抵抗相を形成し損失を低減させる。Ｖ_２Ｏ_５はＮｂ_２Ｏ_５が共存する場合、Ｎｂ_２Ｏ_５によって誘起される粒内気孔や異常粒成長の発生を抑制し、結晶組成を粒径が微細で均一な組成となるように安定化して損失の悪化を抑える効果がある。そして、目標の飽和磁束密度を維持するＦｅ_２Ｏ_３、ＭｎＯ、ＺｎＯの主組成にするとＰｃｖ ｍｉｎが４０℃以下になるため、ＭｇＯを添加することによりＰｃｖ ｍｉｎを実用上有効な４０〜１００℃の範囲に収める。ＭｇＯはＰｃｖ ｍｉｎを高温に移動させる効果があると同時に、高周波帯域の損失を低減させる。ＣｏＯはＭｎ−ＺｎフェライトにＣｏ^２＋として固溶する事により、Ｃｏ^２＋による正の磁気異方性とＦｅ^２＋による負の磁気異方性が相殺しあい、結果的に絶対値および温度変化の小さい磁気異方性が発生し、低温から高温まで広い温度範囲にわたって温度特性の変動を減少させる効果があると共に、常温の飽和磁束密度を向上させる働きを持つ。これらの副成分は、焼成後酸化物となり得るものであれば、添加時の構造は問わない。また、その添加は本焼成前において含有されていればどの工程で行っても差し支えない。

実施例１における主成分組成の違いによるＰｃｖ温度特性（１ＭＨz−５０mＴ）を示す図である。 実施例２におけるＭｇＯ、ＣｏＯ含有量の違いによるＰｃｖ温度特性（１ＭＨz−５０mＴ）を示す図である。

Claims (2)

1. 主成分組成が５３．０〜５８．０ｍｏｌ％Ｆｅ_２Ｏ_３、５．０〜９．０ｍｏｌ％ＺｎＯ、残部ＭｎＯからなり、副成分としてＳｉＯ_２ ０．００２〜０．０２重量％、ＣａＯ ０．０１〜０．２重量％、Ｖ_２Ｏ_５ ０．０１〜０．１重量％、Ｎｂ_２Ｏ_５ ０．０１〜０．１重量％、ＭｇＯ ０．３〜１．５重量％、ＣｏＯ ０．１〜０．５重量％を同時に含有することを特徴とするＭn−Ｚnフェライト。
   
2. １００ｋＨｚ−２００ｍＴ及び１ＭＨz−５０ｍＴにおける損失の最小値（Ｐｃｖ ｍｉｎ）が４０〜１００℃にあり、その値が１００ｋＨｚ−２００ｍＴで５００kＷ／ｍ^３以下、１ＭＨz−５０ｍＴで５００kＷ／ｍ^３以下で、且つ飽和磁束密度が２３℃で５３０ｍＴ以上、１００℃で４３０ｍＴ以上であることを特徴とする請求項１に記載のＭｎ−Ｚｎフェライト。

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