JP2000299215A - 低損失酸化物磁性材料 - Google Patents

低損失酸化物磁性材料

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JP2000299215A
JP2000299215A JP11105560A JP10556099A JP2000299215A JP 2000299215 A JP2000299215 A JP 2000299215A JP 11105560 A JP11105560 A JP 11105560A JP 10556099 A JP10556099 A JP 10556099A JP 2000299215 A JP2000299215 A JP 2000299215A
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oxide magnetic
pores
low
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Tatsuya Chiba
龍矢 千葉
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Tokin Corp
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12Magnets 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
    • H01F1/34Magnets 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
    • H01F1/342Oxides
    • H01F1/344Ferrites, e.g. having a cubic spinel structure (X2+O)(Y23+O3), e.g. magnetite Fe3O4

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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 磁気損失の小さい酸化物磁性材料を提供す
る。 【解決手段】 Ni−Zn系フェライトに0.005〜
0.1wt%のSiO2、あるいは0.005〜0.5
wt%のMnOを添加することにより、平均結晶粒径を
大きくし、結晶粒内にポアを存在させて磁気損失を低減
させる。このフェライトの予焼温度は500〜750℃
である。焼結体の平均結晶粒径は5μm以上であり、全
ポアに対する結晶粉内のホアの割合が5〜8%である。
電力損失は最小となる温度が120℃以上である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、酸化物磁性材料に
関し、特に、電源用トランスに使用されるフェライトコ
アに適した低損失酸化物磁性材料に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、電源用トランス材料としては、主
に比較的、飽和磁束密度が高く、電力損失が小さいMn
−Zn系フェライトが用いられている。しかし、Mn−
Zn系フェライトは、直流比抵抗が10〜10Ωcm
と低い。そこで、Mn−Zn系フェライトを用いた磁芯
に巻線を行う場合、磁芯と巻線間での短絡等の不具合を
なくすため、磁芯にボビン等の治具を介して巻線を行っ
ていた。そのため、トランスあるいはチョークコイルの
小型化、軽量化、および低コスト化を進める上での障害
となっている。
【0003】近年、携帯機器をはじめとして、電子機器
の小型化が急速に進歩している。そして、それらに用い
られる電源も、小型化の傾向にある。電源の中でトラン
スは、体積的にも、電力損失においても、大きな位置を
占めるため、その小型化、高効率化が求められている。
そこで、直流比抵抗が高く、巻線をする際に、ボビンを
必要としないNi−Zn系フェライトを用いた磁芯が使
用されている。Ni−Zn系フェライトは、比抵抗が高
く、巻線の直巻きが可能である。また、比抵抗が高いこ
とに加え、Cu添加により低温焼成が可能であることよ
り、導体と磁性体の一体焼成が可能であり、限りない小
型化を実現できる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のNi−
Zn系フェライトは、次のような欠点がある。即ち、一
般に、磁気損失がMn−Zn系フェライトに比べ、著し
く大きいという問題がある。
【0005】フェライトの磁気損失は、ヒステリシス損
失、渦電流損失、および残留損失かからなる。特に、N
i−Zn系フェライトは、一般に、直流比抵抗が、10
〜1010Ωcmと高く、渦電流損失は、無視できる
ほど小さい。
【0006】ヒステリシス損失は、磁壁の非可逆的な移
動により発生する損失である。ヒステリシス損失を低減
するためには、磁壁移動の障害となるポアあるいは介在
物を低減することが必要である。しかしながら、介在物
を極端に減らしすぎると、磁壁は長い距離を移動するこ
とになり、逆にヒステリシス損失を増加させることにな
る。また、磁壁の枚数は、平均結晶粒径に依存する。よ
って、結晶粒径は、大きいことが望ましい。以上、ヒス
テリシス損失を低減するためには、平均結晶粒径を大き
く、結晶粒は適度に磁壁移動の障害となるポアあるいは
介在物が存在することが望ましい。
【0007】従って、本発明は、Ni−Zn系フェライ
トにSiO,MnOのうち少なくとも1種を添加し、
平均結晶粒径の大きい、結晶粒にポアを存在させること
により、磁気損失を低減させた酸化物磁性材料を提供す
ることにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、駆動周
波数内で磁気的損失が小さく、比抵抗が大きく、平均結
晶粒径が大きなフェライトが得られる。
【0009】即ち、本発明は、主成分組成が43〜50
mol%Fe2O3、10〜40mol%NiO、1〜
15mol%CuO、残部ZnOからなり、添加物とし
て0.005〜0.1wt%SiO2、ないし、0.00
5〜0.5wt%MnOのうち少なくとも1種を含む低
損失酸化物磁性材料である。
【0010】主成分組成を43〜50mol%Fe2O
3、10〜40mol%NiO、1〜15mol%Cu
O、残部ZnOとしたのは、Feを43mol%
以下、もしくはNiOを40mol%以上、もしくはC
uOを15mol%以上とすると、常温の損失が著しく
劣化するためであり、Feを50mol%以上と
すると、Fe2+の発生により比抵抗が著しく低下する
ためであり、NiOを10mol%以下とすると、キュ
リー温度、及び、最大磁束密度が低くなり、電源材とし
ての信頼性に劣るためであり、CuOを1mol%以下
とすると、低温での焼成ができず、高温焼成によるFe
2+の発生により、比抵抗が著しく低下するためであ
る。添加物として0.005〜0.1wt%SiO、な
いし、0.005〜0.5wt%MnOの少なくとも1種
としたのは、SiOを0.005wt%以下、ない
し、MnOを0.005wt%以下とすると、ヒステリ
シス損失の増大により損失の劣化を招くためであり、S
iOを0.1wt%以上、ないし、MnOを0.5wt
%とすると、密度が低くなるためである。
【0011】また、本発明は、上記低損失酸化物磁性材
料において、焼成体の平均結晶粒径が5μm以上であ
り、全ポアに対する結晶粒内のポアの割合が5〜60%
である低損失酸化物磁性材料である。
【0012】焼成体の平均結晶粒径を5μm以上とした
のは、焼成体の平均結晶粒径が5μm以下であると、ヒ
ステリシス損失の増大により損失が劣化するためであ
る。
【0013】全ポアに対する結晶粒内のポアの割合を5
〜60%としたのは、全ポアに対する結晶粒内のポアの
割合が5%以下、ないし、60%以上であると、ヒステ
リシス損失が増大するためである。
【0014】また、本発明は、上記低損失酸化物磁性材
料において、電力損失が最小となる温度が120℃以上
である低損失酸化物磁性材料である。
【0015】また、本発明は、上記低損失酸化物磁性材
料において、予焼温度を500〜750℃とする低損失
酸化物磁性材料である。
【0016】予焼温度を500〜750℃以下としたの
は、予焼温度が500℃以下であると、常温の損失が著
しく劣化するためである。この詳細な原因は不明であ
る。予焼温度が750℃以上であると、特に80℃以上
の高温で損失が増大するだけでなく、損失が最小となる
温度が120℃以下となるためである。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。
【0018】表1は、本発明の第1の実施の形態による
添加物組成を一定として主成分組成を変化させた時の諸
特性を示す。
【0019】
【表1】
【0020】Fe、NiO、ZnO、CuO、S
iO、MnOを、表1に示す組成となるように秤量
し、アトライターを用いて2時間混合した。混合の後、
スプレードライアーで造粒した。造粒した粉末をロータ
リーキルンで仮焼した。得られた粉末をアトライターを
用いて解砕した。解碎後、スプレードライアーにて造粒
し、トロイダル形状にプレスし、1150℃の焼成温度
で焼成し、発明品と比較品を作製した。
【0021】従来品として、主成分組成を49mol%
Fe、25mol%NiO、残部ZnOからなる
Ni−Znフェライトを秤量し、アトライターを用いて
2時間混合した。混合の後、スプレードライアーで造粒
した。造粒した粉末をロータリーキルンで仮焼した。得
られた粉末をアトライターを用いて解砕した。解碎後、
スプレードライアーにて造粒し、トロイダル形状にプレ
スし1250℃の焼成温度で焼成した。
【0022】表1に、主成分組成を変化させた時の発明
品、比較品、従来品の全ポアに対する結晶粒内のポアの
割合、平均結晶粒径、比抵抗、及び、50kHz−15
0mT−R.T.、50kHz−150mT−80℃、5
0kHz−150mT−120℃の損失を示す。主成分
組成が43〜50mol%Fe、10〜40mo
l%のNiO、1〜15mol%のCuO、残部ZnO
の範囲で比抵抗が高く、損失が小さいことがわかる。
【0023】表2は、本発明の第2の実施の形態による
主成分組成を一定として、SiO、MnO添加量を変
化させた時の諸特性を示す。
【0024】
【表2】
【0025】Fe、NiO、ZnO、CuO、S
iO、MnOを表2の組成になるように秤量し、第1
の実施の形態と同様の条件で発明品と比較品を作製し
た。
【0026】表2に、SiO2、MnO量を変化させた
時の発明品、比較品、従来品の全ポアに対する結晶粒内
のポアの割合、平均結晶粒径、比抵抗、及び、50kH
z−150mT−R.T.、50kHz−150mT−8
0℃、50kHz−150mT−120℃の損失を示
す。0.005〜0.1wt%のSiO、ないし、0.
005〜0.5wt%のMnOの少なくとも1種を含む
発明品は比抵抗が高く、損失が小さいことがわかる。
【0027】表3は、本発明の第3の実施の形態による
焼成温度を変化させて全ポアに対する結晶粒内のポアの
割合を変化させた時の諸特性を示す。
【0028】
【表3】
【0029】Fe、NiO、ZnO、CuO、S
iO、MnOを表3の組成になるように秤量し、第1
の実施の形態と同様の条件で発明品と比較品を作製し
た。
【0030】表3に、平均結晶粒径を変化させた時の発
明品、比較品、従来品の全ポアに対する結晶粒内のポア
の割合、平均結晶粒径、比抵抗、及び、50kHz−1
50mT−R.T.、50kHz−150mT−80℃、
50kHz−150mT−120℃の損失を示す。平均
結晶粒径が5μm以上の発明品は、比抵抗が高く、損失
が小さいことがわかる。
【0031】表4は、本発明の第4の実施の形態による
予焼温度を変化させた時の諸特性を示す。
【0032】
【表4】
【0033】主成分組成を49.5mol%Fe
、15mol%NiO、5mol%CuO、残部
ZnOとなるよう秤量し、アトライターを用いて2時間
混合した。混合の後、スプレードライアーで造粒した。
造粒した粉末をロータリーキルンで500〜750℃で
予焼した。得られた粉末をアトライターを用いて解砕し
た。解碎後、スプレードライアーにて造粒し、トロイダ
ル形状にプレスし、1150℃の焼成温度で焼成した。
【0034】表4に、予焼温度を変化させた時の発明
品、比較品の平均結晶粒径、比抵抗、及び、50kHz
−150mT−R.T.、50kHz−150mT−80
℃、50kHz−150mT−140℃の損失を示す。
予焼温度が500〜750℃範囲で比抵抗が高く、損失
が小さいことがわかる。
【0035】図1に、本発明の第1の実施の形態による
発明品4と従来品の50kHz−150mTの損失の温
度特性を示す。発明品4は、従来品とくらべ、全温度範
囲で損失が小さく、電力損失が最小となる温度が120
℃以上であることがわかる。
【0036】図2に、本発明の第4の実施の形態による
発明品25、27、4、及び、比較品13の50kHz
−150mTの損失の温度特性を示す。予焼温度が50
0〜700℃の試料で、全温度範囲で損失が小さく、電
力損失が最小となる温度が120℃以上であることがわ
かる。
【0037】
【発明の効果】以上、述べたごとく、本発明によれば、
主成分組成として43〜50mol%Fe、10
〜40mol%NiO、1〜15mol%CuO、残部
ZnOからなり、添加物として0.005〜0.1wt%
のSiO、ないし、0.005〜0.5wt%のMnO
の少なくとも1種を含む低損失酸化物磁性材料におい
て、焼成体の平均結晶粒径が5μm以上であり、全ポア
に対する結晶粒内のポアの割合を5〜60%とすること
により、低損失な酸化物磁性材料が得られる。
【0038】また、本発明によれば、従来のMn−Zn
フェライトと比較し、比抵抗が著しく高いため、巻線の
直巻きが可能であり、ボビン等の巻線用磁具が不要であ
り、コストの低減が期待できる。また、比抵抗が高いこ
とより、磁性体との一体焼成が可能であり、超小型化が
可能である。
【0039】また、本発明によれば、Fe、Ni
O、ZnO、CuOを主成分とするNi−Zn−Cuフ
ェライトの製造方法において、予焼温度を500〜75
0℃とすることにより、低損失の低損失酸化物磁性材料
が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態による発明品4と従
来品の50kHz−150mTの損失の温度特性を示す
図。
【図2】本発明の第4の実施の形態による発明品25,
27,4、及び比較品13の50kHz−150mTの
損失の温度特性を示す図。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主成分組成が43〜50mol%Fe2
    O3、10〜40mol%NiO、1〜15mol%C
    uO、残部ZnOからなり、添加物として0.005〜
    0.1wt%SiO2、ないし、0.005〜0.5wt
    %MnOのうち少なくとも1種を含むことを特徴とする
    低損失酸化物磁性材料。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の低損失酸化物磁性材料に
    おいて、焼成体の平均結晶粒径が5μm以上であり、全
    ポアに対する結晶粒内のポアの割合が5〜60%である
    ことを特徴とする低損失酸化物磁性材料。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載の低損失酸化物磁
    性材料において、電力損失が最小となる温度が120℃
    以上であることを特徴とする低損失酸化物磁性材料。
  4. 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれかに記載の低損
    失酸化物磁性材料において、予焼温度を500〜750
    ℃とすることを特徴とする低損失酸化物磁性材料。
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