JP2016141602A

JP2016141602A - NiMnZn ferrite

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Publication number: JP2016141602A
Application number: JP2015019033A
Authority: JP
Inventors: 充次加藤; Mitsutsugu Kato; 勉浅枝; Tsutomu Asae
Original assignee: FDK Corp
Current assignee: FDK Corp
Priority date: 2015-02-03
Filing date: 2015-02-03
Publication date: 2016-08-08
Anticipated expiration: 2035-02-03
Also published as: CN105837192B; JP6472674B2; CN105837192A

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a NiMnZn-based ferrite magnetic that enables magnetic loss in a frequency of about 2 MHz to be considerably reduced, and therefore can achieve downsizing of an inductor element by achieving a core smaller than conventional ones.SOLUTION: The NiMnZn-based ferrite contains as main components, iron oxide of 54 to 56 mol% in terms of FeO, zinc oxide of 5 to 8 mol% in terms of ZnO, nickel oxide of 2 to 4 mol% in terms of NiO and the balance manganese oxide (MnO), and contains as accessory components with respect to the main components, calcium of 0.08 to 0.18 wt.% in terms of CaCO, silicon of 0.001 to 0.007 wt.% in terms of SiO, titanium of 0.3 to 0.6 wt.% in terms of TiO, cobalt of 0.3 to 0.6 wt.% in terms of CoO, zirconium of 0.03 to 0.07 wt.% in terms of ZrOand antimony of 0.05 to 0.12 wt.% in terms of SbO.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、２ＭＨｚ程度の周波数における磁気損失を低減することができ、よって高周波スイッチング電源のトランス等のコアに用いて好適なＮｉＭｎＺｎ系フェライトに関するものである。 The present invention relates to a NiMnZn ferrite suitable for use in a core such as a transformer of a high frequency switching power supply, which can reduce magnetic loss at a frequency of about 2 MHz.

高周波スイッチング電源に用いられるトランス等のインダクタ素子においては、その用途に要請されるキュリー温度や飽和磁束密度等の特性を確保する必要性から、主成分としてＦｅ_２Ｏ_３を５０〜５６ｍｏｌ％、ＺｎＯを３〜２５ｍｏｌ％、残部がＭｎＯからなるＭｎＺｎ系フェライトが広く用いられており、これに各種の副成分を添加することによって、低損失化を図っている。 Inductor elements such as transformers used for high-frequency switching power supplies need to ensure characteristics such as Curie temperature and saturation magnetic flux density required for their use, so that Fe ₂ O ₃ is 50 to 56 mol% as a main component, ZnO. MnZn-based ferrite consisting of 3 to 25 mol% and the balance being MnO is widely used, and the loss is reduced by adding various subcomponents thereto.

上記ＭｎＺｎ系フェライトの中で、特にＮｉＯを添加したＮｉＭｎＺｎ系フェライトは、２ＭＨｚ以上の高周波でコアロス（磁気損失）が小さいという特性を有しており、下記特許文献１においては、副成分としてカルシウムをＣａＣＯ_３換算で８００〜３０００ｐｐｍ、ケイ素をＳｉＯ_２換算で１００〜１０００ｐｐｍ、およびニオブをＮｂ_２Ｏ_５換算で５２０〜１０００ｐｐｍ含有し、フェライト結晶粒の平均結晶粒径が２．１〜８．１μｍであることを特徴とするＮｉＭｎＺｎ系フェライトが提案されている。 Among the above MnZn-based ferrites, NiMnZn-based ferrites to which NiO is added have a characteristic that the core loss (magnetic loss) is small at a high frequency of 2 MHz or more. In the following Patent Document 1, calcium is used as a subcomponent. It contains 800 to 3000 ppm in terms of CaCO ₃ , 100 to 1000 ppm in terms of SiO ₂ and niobium in the range of 520 to 1000 ppm in terms of Nb ₂ O ₅ , and the average grain size of ferrite grains is 2.1 to 8.1 μm. NiMnZn-based ferrites that are characterized have been proposed.

下記特許文献１によれば、上記構成からなるＮｉＭｎＺｎ系フェライトは、好ましい態様として、２ＭＨｚ、５０ｍＴ、１００℃で測定した磁気損失Ｐｃｖを、２７００ｋｗ／ｍ^３以下に構成することができるとされている。 According to the following Patent Document 1, it is said that the NiMnZn ferrite having the above configuration can be configured to have a magnetic loss Pcv measured at 2 MHz, 50 mT, 100 ° C. to 2700 kw / m ³ or less as a preferred embodiment. .

特開２０１０−８３６９２号公報JP 2010-83692 A

しかしながら、近年におけるこの種のインダクタ素子の小型化の要請により、一層の磁気損失の低減が強く望まれている。 However, due to the recent demand for miniaturization of this type of inductor element, further reduction of magnetic loss is strongly desired.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、２ＭＨｚ程度の周波数における磁気損失を大幅に低減することができ、よって従来よりもコアを小さくしてインダクタ素子の小型化を実現することが可能になるＮｉＭｎＺｎ系フェライトを提供することを課題とするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and can significantly reduce the magnetic loss at a frequency of about 2 MHz. Therefore, it is possible to reduce the size of the inductor element by making the core smaller than before. An object of the present invention is to provide a NiMnZn ferrite that can be made.

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、主成分として、酸化鉄をＦｅ_２Ｏ_３換算で５４〜５６ｍｏｌ％、酸化亜鉛をＺｎＯ換算で５〜８ｍｏｌ％、酸化ニッケルをＮｉＯ換算で２〜４ｍｏｌ％、および残部に酸化マンガン（ＭｎＯ）を含有するとともに、当該主成分に対して、副成分としてカルシウムをＣａＣＯ_３換算で０．０８〜０．１８wt％、ケイ素をＳｉＯ_２換算で０．００１〜０．００７wt％、チタンをＴｉＯ_２換算で０．３〜０．６wt％、コバルトをＣｏ_２Ｏ_３換算で０．３〜０．６wt％、ジルコニウムをＺｒＯ_２換算で０．０３〜０．０７wt％およびアンチモンをＳｂ_２Ｏ_３換算で０．０５〜０．１２wt％含有することを特徴とするものである。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is characterized in that, as a main component, iron oxide is converted to 54 to 56 mol% in terms of Fe ₂ O ₃ , zinc oxide is converted to 5 to 8 mol% in terms of ZnO, and nickel oxide is converted to NiO. in 2～4Mol%, and with containing manganese oxide (MnO) to the remainder, with respect to the main component, the calcium as a secondary component 0.08～0.18Wt% in terms of CaCO _3, silicon in terms of SiO ₂ 0.001~0.007wt%, 0.3~0.6wt% titanium calculated as TiO _2, 0.3～0.6Wt% cobalt in _Co 2 _{O 3} in terms of the zirconium in terms of ZrO ₂ 0.03 It is characterized by containing .about.0.07 wt% and antimony 0.05 to 0.12 wt% in terms of Sb ₂ O ₃ .

なお、請求項１に記載のＮｉＭｎＺｎ系フェライトによってコアを成形する場合には、製品における割れや欠けの発生を防止する観点から、焼結温度等を制御して、焼結密度を４．８ｇ／ｃｍ^３以上にすることが好ましい。 When the core is formed from the NiMnZn-based ferrite according to claim 1, from the viewpoint of preventing the occurrence of cracks and chips in the product, the sintering temperature is controlled to set the sintering density to 4.8 g / It is preferable to make it cm ³ or more.

請求項１に記載の発明においては、ＮｉＭｎＺｎ系フェライトに、副成分としてＳｂを所定の範囲の量添加することにより、低温で焼結が進み、粒成長が抑制されることによって初透磁率が小さくなる。これに伴い、共鳴周波数が高周波側にシフトすることにより、高周波におけるコアロスを低減させることができる。 In the first aspect of the invention, by adding Sb as a subcomponent in a predetermined range to the NiMnZn-based ferrite, sintering proceeds at a low temperature and grain growth is suppressed, thereby reducing the initial permeability. Become. Along with this, the resonance frequency shifts to the high frequency side, whereby the core loss at the high frequency can be reduced.

ちなみに、本発明によれば、後述する実施例の結果に見られるように、１００℃におけるコアロス（２ＭＨｚ−５０ｍＴ）を、６００ｋＷ／ｍ^３以下に低減させることができる。この結果、従来よりもコアを小さくしてインダクタ素子の小型化を実現することが可能になる。 Incidentally, according to the present invention, the core loss (2 MHz-50 mT) at 100 ° C. can be reduced to 600 kW / m ³ or less as can be seen from the results of Examples described later. As a result, it is possible to reduce the size of the inductor element by making the core smaller than before.

ここで、室温から１５０℃の領域において磁気異方性を小さくしてコアロスを小さくするためには、主成分として酸化鉄をＦｅ_２Ｏ_３換算で５４〜５６ｍｏｌ％、酸化亜鉛をＺｎＯ換算で５〜８ｍｏｌ％および酸化ニッケルをＮｉＯ換算で２〜４ｍｏｌ％の範囲で含み、残部を酸化マンガン（ＭｎＯ）にする必要がある。なお、酸化ニッケルがＮｉＯ換算で２ｍｏｌ％未満になると、高周波でのコアロス低減の効果が薄れてしまう。 Here, in order to reduce magnetic anisotropy and reduce core loss in the region from room temperature to 150 ° C., iron oxide as a main component is 54 to 56 mol% in terms of Fe ₂ O ₃ , and zinc oxide is 5 in terms of ZnO. It is necessary to contain ˜8 mol% and nickel oxide in the range of 2 to 4 mol% in terms of NiO, with the balance being manganese oxide (MnO). When nickel oxide is less than 2 mol% in terms of NiO, the effect of reducing core loss at high frequencies is diminished.

また、副成分のうちＴｉは、結晶粒内の電気抵抗を高める効果があることから、上記範囲内の量を添加することにより、コアロスを低減することができるが、上限をＴｉＯ_２換算で０．６wt％としたのは、これを超えるとコアロスが全温度域で悪化してしまうからである。 Further, among the subcomponents, Ti has an effect of increasing the electrical resistance in the crystal grains. Therefore, the core loss can be reduced by adding an amount within the above range, but the upper limit is 0 in terms of TiO _2. The reason why it is set to 6 wt% is that if this value is exceeded, the core loss will deteriorate over the entire temperature range.

さらに、ＣａとＳｉは、どちらも粒界の高抵抗化に寄与する成分で上記範囲内の量を添加することによりコアロスを低減することができる。また、Ｃｏは、Ｃｏの特異な異方性により磁壁を安定化させる効果があり、上記範囲内の量を添加することにより高周波のコアロスを低減することができる。ちなみに、Ｃｏ_２Ｏ_３換算で０．３wt％に満たないと充分な上記効果が得られなくなり、０．６wt％を超えると低温域のコアロスが悪化してしまう。 Furthermore, both Ca and Si are components that contribute to increasing the resistance of the grain boundaries, and the core loss can be reduced by adding an amount within the above range. Co has the effect of stabilizing the domain wall due to the unique anisotropy of Co. By adding an amount within the above range, high-frequency core loss can be reduced. Incidentally, if the amount is less than 0.3 wt% in terms of Co ₂ O ₃ , sufficient effects cannot be obtained, and if it exceeds 0.6 wt%, the core loss in the low temperature region is deteriorated.

本発明の実施例の結果を示す図表である。It is a graph which shows the result of the Example of this invention.

以下、本発明に係るＮｉＭｎＺｎ系フェライトの一実施形態について説明する。
このＮｉＭｎＺｎ系フェライトは、室温から１５０℃の領域において、磁気異方性を小さくしてコアロスを低く抑えるために、主成分として、酸化鉄をＦｅ_２Ｏ_３換算で５４〜５６ｍｏｌ％、酸化亜鉛をＺｎＯ換算で５〜８ｍｏｌ％、酸化ニッケルをＮｉＯ換算で２〜４ｍｏｌ％を含有し、かつ残部が酸化マンガン（ＭｎＯ）からなるものである。 Hereinafter, an embodiment of the NiMnZn ferrite according to the present invention will be described.
This NiMnZn-based ferrite contains iron oxide as a main component in an amount of 54 to 56 mol% in terms of Fe ₂ O _{3 and} zinc oxide as a main component in order to reduce the magnetic anisotropy and keep the core loss low in the region from room temperature to 150 ° C. It contains 5 to 8 mol% in terms of ZnO, 2 to 4 mol% of nickel oxide in terms of NiO, and the balance is made of manganese oxide (MnO).

そして、このＮｉＭｎＺｎ系フェライトは、副成分として、上記主成分に対してＣａをＣａＣＯ_３換算で０．０８〜０．１８wt％、ＳｉをＳｉＯ_２換算で０．００１〜０．００７wt％、ＴｉをＴｉＯ_２換算で０．３〜０．６wt％、ＣｏをＣｏ_２Ｏ_３換算で０．３〜０．６wt％、ＺｒをＺｒＯ_２換算で０．０３〜０．０７wt％およびＳｂをＳｂ_２Ｏ_３換算で０．０５〜０．１２wt％含有するものであり、焼結密度が、４．８ｇ／ｃｍ^３以上になるように焼成されている。 The NiMnZn-based ferrite has, as subcomponents, Ca with respect to the main component in a CaCO ₃ conversion of 0.08 to 0.18 wt%, Si with a SiO ₂ conversion of 0.001 to 0.007 wt%, and Ti. 0.3～0.6Wt% in terms of TiO _2, 0.3～0.6Wt% of Co in _Co 2 _{O 3} in terms of the 0.03～0.07Wt% and Sb of Zr in terms of ZrO ₂ _Sb 2 O It is contained in an amount of 0.05 to 0.12 wt% in terms of ₃ , and is fired so that the sintered density is 4.8 g / cm ³ or more.

以上の構成からなるＮｉＭｎＺｎ系フェライトによれば、後述するように、１００℃におけるコアロス（２ＭＨｚ−５０ｍＴ）を、６００ｋＷ／ｍ^３以下にすることができる。 According to the NiMnZn ferrite having the above configuration, the core loss (2 MHz-50 mT) at 100 ° C. can be made 600 kW / m ³ or less, as will be described later.

先ず、酸化鉄がＦｅ₂Ｏ₃換算で５５モル％、酸化マンガンがＭｎＯ換算で３６モル％、酸化亜鉛がＺｎＯ換算で６モル％、酸化ニッケルがＮｉＯ換算で３モル％となるように主成分となる主成分原料を秤量した。 First, the main components are such that iron oxide is 55 mol% in terms of Fe ₂ O ₃ , manganese oxide is 36 mol% in terms of MnO, zinc oxide is 6 mol% in terms of ZnO, and nickel oxide is 3 mol% in terms of NiO. The main component raw materials to be were weighed.

次いで、秤量した原料を、ボールミルを用いて５時間湿式混合した後、大気中８５０℃で２時間仮焼きした後、再度ボールミルで粉砕した。そして、得られた粉末に、副成分の原料として、Sb₂O₃、Co₂O₃、CaCO₃、SiO₂、TiO₂、ZrO₂をそれぞれ図１に示すとおりに添加し、PVAを用いて顆粒状に造粒した後、金型でトロイダル形状に成形した。 Next, the weighed raw materials were wet-mixed for 5 hours using a ball mill, calcined in the atmosphere at 850 ° C. for 2 hours, and then ground again with the ball mill. Then, Sb ₂ O ₃ , Co ₂ O ₃ , CaCO ₃ , SiO ₂ , TiO ₂ , and ZrO ₂ are added to the obtained powder as raw materials of subcomponents as shown in FIG. After granulating into granules, it was formed into a toroidal shape with a mold.

なお、図１に示す上記副成分の添加量の単位は、いずれもwt％である。そして次に、上記成形体を１１７０℃で３時間、酸素分圧を制御しつつ焼成して、フェライト焼結体を作製した。図１は、このようにして得られた試料の２MHｚ−５０ｍTの条件化におけるコアロスPcv（ｋＷ／ｍ^３）と焼結密度ｄ（ｇ／ｃｍ^３）を示すものである。 In addition, the unit of the addition amount of the said subcomponent shown in FIG. 1 is all wt%. Next, the molded body was fired at 1170 ° C. for 3 hours while controlling the oxygen partial pressure, thereby producing a ferrite sintered body. FIG. 1 shows the core loss Pcv (kW / m ³ ) and the sintered density d (g / cm ³ ) of the sample thus obtained under conditions of 2 MHz-50 mT.

図１に見られるように、主成分である酸化鉄、酸化亜鉛、酸化ニッケルおよび酸化マンガンに対して、副成分として、ＣａをＣａＣＯ_３換算で０．０８〜０．１８wt％、ＳｉをＳｉＯ_２換算で０．００１〜０．００７wt％、ＴｉをＴｉＯ_２換算で０．３〜０．６wt％、ＣｏをＣｏ_２Ｏ_３換算で０．３〜０．６wt％、ＺｒをＺｒＯ_２換算で０．０３〜０．０７wt％およびＳｂをＳｂ_２Ｏ_３換算で０．０５〜０．１２wt％含有する本発明の実施例１〜１８によれば、焼成密度が４．８ｇ／ｃｍ^３以上になるように焼成することができるとともに、１００℃におけるコアロス（２ＭＨｚ−５０ｍＴ）を、６００ｋＷ／ｍ^３以下に低減させることができる。 As seen in FIG. 1, with respect to the main components of iron oxide, zinc oxide, nickel oxide and manganese oxide, Ca is 0.08 to 0.18 wt% in terms of CaCO ₃ and Si is SiO ₂ as subcomponents. 0.001～0.007Wt% in terms 0.3～0.6Wt% of Ti in terms of TiO _2, 0.3～0.6Wt% of Co in _Co 2 _{O 3} in terms of the Zr in terms of ZrO ₂ 0 According to Examples 1 to 18 of the present invention containing 0.03 to 0.07 wt% and 0.05 to 0.12 wt% of Sb in terms of Sb ₂ O ₃ , the firing density is 4.8 g / cm ³ or more. And the core loss (2 MHz-50 mT) at 100 ° C. can be reduced to 600 kW / m ³ or less.

これに対して、Ｓｂの含有量が上記範囲よりも少ない比較例１〜３においては、焼成密度が４．８ｇ／ｃｍ^３以下になって充分な焼成密度が得られず、他方Ｓｂの含有量が上記範囲を超える比較例４においては、コアロス（２ＭＨｚ−５０ｍＴ）が６００ｋＷ／ｍ^３以上になってしまうことが判る。 On the other hand, in Comparative Examples 1 to 3 in which the Sb content is less than the above range, the firing density becomes 4.8 g / cm ³ or less, and a sufficient firing density cannot be obtained, while the Sb content In Comparative Example 4 exceeding the above range, it can be seen that the core loss (2 MHz-50 mT) becomes 600 kW / m ³ or more.

また、Ｃｏの含有量が上記範囲に満たない比較例５および上記範囲を超える比較例６、並びにＣａの含有量が上記範囲に満たない比較例７および上記範囲を超える比較例８は、いずれもコアロス（２ＭＨｚ−５０ｍＴ）が６００ｋＷ／ｍ^３以上になってしまうことが判る。 Further, Comparative Example 5 in which the Co content is less than the above range and Comparative Example 6 in which the Co content exceeds the above range, and Comparative Example 7 in which the Ca content is less than the above range and Comparative Example 8 in which the Ca content exceeds the above range are all included. It can be seen that the core loss (2 MHz-50 mT) becomes 600 kW / m ³ or more.

さらに、Ｓｉの含有量が上記範囲に満たない比較例９および上記範囲を超える比較例１０、Ｔｉの含有量が上記範囲に満たない比較例１１および上記範囲を超える比較例１２、並びにＺｒの含有量が上記範囲に満たない比較例１３および上記範囲を超える比較例１４についても、コアロス（２ＭＨｚ−５０ｍＴ）を６００ｋＷ／ｍ^３以下に低減させることができないことが判る。 Further, Comparative Example 9 in which the Si content is less than the above range and Comparative Example 10 in which the above content exceeds the above range, Comparative Example 11 in which the Ti content is less than the above range, and Comparative Example 12 in which the content exceeds the above range, and the Zr content It can also be seen that the core loss (2 MHz-50 mT) cannot be reduced to 600 kW / m ³ or less for Comparative Example 13 whose amount is less than the above range and Comparative Example 14 which exceeds the above range.

以上の試験結果から明らかなように、本発明に係るＮｉＭｎＺｎ系フェライトによれば、焼結密度が、４．８ｇ／ｃｍ^３以上になるように焼成した場合に、１００℃におけるコアロス（２ＭＨｚ−５０ｍＴ）を、６００ｋＷ／ｍ^３以下に低減することができる。 As is clear from the above test results, according to the NiMnZn ferrite according to the present invention, the core loss at 100 ° C. (2 MHz-50 mT) is obtained when the sintered density is 4.8 g / cm ³ or more. ) Can be reduced to 600 kW / m ³ or less.

Claims

As main components, iron oxide is 54 to 56 mol% in terms of Fe ₂ O ₃ , zinc oxide is 5 to 8 mol% in terms of ZnO, nickel oxide is 2 to 4 mol% in terms of NiO, and the remainder contains manganese oxide (MnO) And
With respect to the main component, calcium as an auxiliary component is 0.08 to 0.18 wt% in terms of CaCO ₃ , silicon is in a range of 0.001 to 0.007 wt% in terms of SiO ₂ , and titanium is 0.3 to 0.3 in terms of TiO _2. 0.6 wt%, cobalt is 0.3 to 0.6 wt% in terms of Co ₂ O ₃ , zirconium is 0.03 to 0.07 wt% in terms of ZrO ₂ , and antimony is 0.05 to 0 in terms of Sb ₂ O _3. NiMnZn ferrite containing 12 wt%.