JPH06310320A - 酸化物磁性体材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高周波帯域（１ＭＨｚ前後）において、磁気
損失が少ない磁性体材料、およびこれを用いた、小型で
低発熱・高効率のスイッチング電源を提供する事。 【構成】 特定比率のＦｅ₂Ｏ₃，ＭｎＯ，ＺｎＯよりな
るＭｎＺｎフェライトに、特定量のＣａＯ、ＳｉＯ₂を
添加し、さらに特定量のＡ群（ＴｉＯ₂、ＣｏＯ、Ｃｕ
Ｏ、ＳｎＯ₂）の金属酸化物を少なくとも一種類以上含
有する。さらに、これに加えてＡ群（ＺｒＯ₂、Ｈｆ
Ｏ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃、Ｇｅ
Ｏ₂、Ｓｂ₂Ｏ₃）の金属酸化物を少なくとも一種類以上
含有する焼結体である事を特徴とする酸化物磁性体材
料。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、インダクタンス部品、
電源用トランスコア等に用いられる酸化物磁性体材料に
関し、特に、本発明の酸化物磁性体材料は、高周波特性
に優れた低損失ＭｎＺｎ系フェライト磁性体に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年のエレクトロニクス技術の発展にと
もなう機器の小型化・高密度化により、使用周波数の高
周波化が進んでいる。例えばスイッチング電源用トラン
ス磁芯その他に用いられる磁性体材料においても、高周
波化への対応が必要とされ、特に小型化した場合の発熱
を防止するために、高周波において低磁気損失であるこ
とが要求されている。

【０００３】例えば磁芯材料等に適用される磁性体材料
には、大きく分けて金属系材料と酸化物フェライト系材
料がある。金属系の材料は、飽和磁束密度・透磁率とも
高いという長所があるが、電気抵抗率が１０^-6〜１０^-4
Ω・ｃｍ程度と低いため、高周波においては渦電流に起
因する磁気損失が増大するという欠点があった。

【０００４】この欠点は、磁性体の厚さを薄くする事に
よって改善されるため、金属を薄い箔状に加工し絶縁体
をはさんでロール状に巻いたものも作られているが、薄
体化には約１０μｍ程度と限界があり、また複雑形状の
ものが作りにくい、高コストであるといった問題点があ
る。このため、１００ｋＨｚ程度の周波数帯域までしか
使用不可能であった。

【０００５】一方フェライト系材料は、飽和磁束密度は
金属系材料の１／２程度と低い。しかしながら電気抵抗
率は、通常用いられているＭｎＺｎ系のもので１Ω・ｃ
ｍ程度と、金属系材料に比べてはるかに高く、また、Ｃ
ａＯやＳｉＯ₂ 等の添加物を用いることにより、電気抵
抗率をさらに１０〜数百Ω・ｃｍ程度まで高めることが
でき、渦電流に起因する磁気損失が高周波数まで比較的
小さく、特別な工夫をすることなく使用可能である。ま
た、複雑形状のものも容易に作れ、かつ低コストである
といった利点を持つ。

【０００６】このため、例えば１００ｋＨｚ以上のスイ
ッチング周波数での電源用トランス磁芯材料としては、
このフェライト系の材料が一般に用いられていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなフェライト系材料といえども、５００ｋＨｚ以上に
なると渦電流に起因する磁気損失が増大して使用するこ
とができないという課題がある。また、高周波で比較的
低損失な材料であっても、使用磁束密度を大きくする
と、磁気損失が急増するという問題点があった。

【０００８】また、磁気損失の温度係数が室温付近で正
であると、実使用時にトランスが磁気損失により発熱
し、そのため温度が上昇し、温度上昇にともないさらに
磁気損失が増大して発熱が大きくなることを繰り返し、
熱暴走を起こす危険性がある。

【０００９】このため、使用条件にもよるが、一般に室
温付近での磁気損失の温度係数が負で、実際に使用する
温度で、磁気損失が最小となるような温度特性を持つこ
とが要求される。

【００１０】ところが、充分低磁気損失な材料が無い上
に、比較的磁気損失が低い材料では、一般に磁気損失最
小温度が室温付近にあって熱暴走を起こしやすく、一方
磁気損失最小温度が４０〜６０℃以上にあるような材料
は、非常に磁気損失が大きいという問題点があった。従
って、超低磁気損失で同時に温度特性も良い材料は、現
在まで得られていないという課題があった。

【００１１】本発明は、前記従来技術の課題を解決する
ため、高周波・高磁束密度下における磁気損失が極めて
低い磁性体材料を提供することを目的とする。また、そ
の温度特性が好ましくない場合には、これを改善する手
段を提供する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の第１番目の酸化物磁性体材料は、主成分が
Ｍｎ、Ｚｎ、Ｆｅの酸化物よりなるフェライトに、副成
分として０．０５≦ＣａＯ≦０．３重量％、０．００５
≦ＳｉＯ₂≦０．１重量％を含有し、さらにＡ群（Ｔｉ
Ｏ₂、ＣｏＯ、ＣｕＯ、ＳｎＯ₂）を少なくとも一種類以
上、０．００５≦Ｍ_xＯ_z≦０．２ 重量％含有する焼結
体であるという構成を備えたものである。

【００１３】また、本発明の第２番目の酸化物磁性体材
料は、上記にさらにＢ群（ＺｒＯ₂、ＨｆＯ₂、Ｔａ
₂Ｏ₅、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＧｅＯ₂、Ｓｂ₂
Ｏ₃）を、０．０１重量％以上 ０．２重量％以下含有す
るという構成を備えたものである。

【００１４】また、本発明の第３番目の酸化物磁性体材
料は、上記にさらにＭｇＯを、０．０１重量％以上
０．２重量％以下含有するという構成を備えたものであ
る。

【００１５】

【作用】前記した本発明の構成によれば、ＭｎＺｎ系フ
ェライトに、少なくとも特定量のＣａＯおよびＳｉＯ₂
を添加し、これにさらに特定量のＡ群（ＴｉＯ₂、Ｃｏ
Ｏ、ＣｕＯ、ＳｎＯ₂）の金属酸化物を、少なくとも一
種類以上添加する事により、磁気損失の低い磁性体材料
とすることができる。

【００１６】さらにＢ群（ＺｒＯ₂、ＨｆＯ₂、Ｔａ
₂Ｏ₅、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＧｅＯ₂、Ｓｂ₂
Ｏ₃）の金属酸化物を、少なくとも一種類以上を添加す
る事により、より磁気損失の低い磁性体材料とすること
ができる。

【００１７】副成分のうち、ＣａＯおよびＳｉＯ₂ の役
割は、ＭｎＺｎ系フェライトの電気抵抗値を増大させ、
渦電流にともなう磁気損失を低下させるものである。

【００１８】Ａ群の添加物の役割は、さらに磁気損失を
低下させる事にあるが、これらの添加物による損失低下
のメカニズムは、現時点では明瞭ではない。ＴｉＯ₂ の
ように、若干電気抵抗を高くするものもあるが、その効
果よりも、磁区構造や磁歪を変化させる事によるものと
考えられる。

【００１９】Ｂ群の添加物の役割は、ＣａＯおよびＳｉ
Ｏ₂ とともに、さらに電気抵抗を増大させる事にある。

【００２０】添加量の下限は、磁気損失低下の効果が表
れるのに必要な最低限度である。一方上限を設定する理
由は、添加量が増加し過ぎると透磁率の低下等を招き、
磁気損失を増大させるためである。

【００２１】但し、ＣｏＯについては、かなり多量に添
加しても、必ずしも磁気損失は増加しない。しかしなが
ら、透磁率は大幅に低下し、また損失極小温度が低下す
るという欠点がある。

【００２２】ＭｇＯは添加量を増やす事によって損失極
小温度を上げる事ができるが、添加量が多すぎると損失
が増加する。

【００２３】Ａ群またはＢ群として２種類以上の金属酸
化物を用いた場合、一種類の添加量が下限である０．０
１重量％未満であっても、２種類以上の合計量が０．０
１重量以上であれば、低損失化の効果は現れる。もちろ
ん、複数の種類のＭ_xＯ_zそれぞれが添加範囲内であって
も問題はなく、ＣａＯおよびＳｉＯ₂ のみの場合に比べ
て磁気損失を低下させることができる。

【００２４】

【実施例】一般にフェライトの磁気特性のうち、飽和磁
束密度・キュリー温度・損失極小温度などはその主組成
に依存し、一方、透磁率・残留磁束密度・保持力・磁気
損失などは、主組成の影響も受けるが、微細構造によっ
て支配される特性であるとされている。

【００２５】高周波の磁気損失は主に渦電流損失に起因
するので、電気抵抗率が高いほど損失が小さくなると考
えられるが、ＭｎＺｎフェライト自体の電気抵抗率は、
前述したように充分高くはない。

【００２６】このため、高周波用低磁気損失ＭｎＺｎフ
ェライトの開発は、各種の添加物を用い、また微細構造
を制御する事により、電気抵抗率を高くする検討が主流
である。

【００２７】一方、ＭｎＺｎ系フェライトの磁気損失極
小温度については、従来は結晶磁気異方性によって説明
がなされていた。すなわち、結晶磁気異方性定数Ｋ₁ の
符号が温度上昇に伴って負から正の値に変わるＫ₁ ＝０
の温度において、磁気損失が極小値をもつと言われてい
る。

【００２８】この温度は透磁率が極大をもつ、いわゆる
透磁率のセカンダリーピークに一致する。このＫ₁ は温
度上昇に対して単調に増加するが、Ｆｅ²⁺は正のＫ₁ を
持つため、Ｆｅ²⁺の量が増加すると（すなわちＦｅ₂Ｏ₃
量が増加すると）セカンダリーピークの温度は低温側に
移動する。

【００２９】従って、主組成のＦｅ₂Ｏ₃量が多いと極小
損失温度が低くなり過ぎるため、Ｆｅ₂Ｏ₃量は、５４ｍ
ｏｌ％程度以下が一般的であった。

【００３０】また、ＴｉＯ₂ やＣｏＯは、フェライトに
よく用いられる添加物であるが、Ｔｉ⁴⁺はフェライト相
に固溶し、電気的中性を保つため、Ｆｅ³⁺をＦｅ²⁺に変
化させる。

【００３１】また、Ｃｏ²⁺はそれ自体が大きな正のＫ₁
を持つ。このため、これらの添加量増加にともない、極
小損失温度が低下するので、低損失用フェライトには必
ずしも用いられていなかった。

【００３２】一方、高周波用低損失材料の磁気損失以外
の特性としては、飽和磁束密度・キュリー温度・透磁率
が高い事が必要とされている。これらの特性は、ソフト
磁性体が基本的に要求される特性であるとともに、低損
失化のためにも重要な特性と考えられている（「粉体お
よび粉末冶金」第３４巻５号Ｐ１９１）。

【００３３】飽和磁束密度は、ＺｎＯ量がある程度多
く、Ｆｅ₂Ｏ₃量が多いほど増加する。しかしながら、Ｚ
ｎＯ量が多すぎるとキュリー温度が低下し、またＦｅ₂
Ｏ₃量が多すぎると透磁率が低下する事が知られてい
る。

【００３４】以上のような理由から、低損失ＭｎＺｎフ
ェライトの主組成としては、Ｆｅ₂Ｏ₃を５３〜５４ｍｏ
ｌ％程度、ＺｎＯを９〜１２ｍｏｌ％程度含有するもの
が最適とされている（「エレクトロニク・セラミクス」
１９８５年冬号Ｐ４４）。

【００３５】実際に開発されている低損失フェライト
も、ほとんどがこの組成範囲内であり、低損失化は、こ
の付近の主組成を用い、既に述べた添加物・微細構造に
よる検討が中心であった。

【００３６】発明者等は、各種の主組成比のＭｎＺｎ系
フェライトに種々の金属酸化物を複合添加したフェライ
トを実際に作製し、添加物・主組成の効果を詳細に検討
した。その結果、３〜５成分以上の複合添加により、従
来よりもはるかに優れた低損失化効果を見いだした。

【００３７】また、従来用いられていたものとは全く異
なる、Ｆｅ₂Ｏ₃が過剰でＺｎＯ量の少ない主組成にこれ
らの添加物を用いる事により、３００ｋＨｚ〜数ＭＨｚ
でもさらに低磁気損失なフェライトが得られる事を見い
だした。

【００３８】このような理由から、本発明の酸化物磁性
体材料の主組成としては、Ｆｅ₂Ｏ₃を５３〜６０ｍｏｌ
％、ＭｎＯを３４〜４４ｍｏｌ％、ＺｎＯを０〜９ｍｏ
ｌ％含む事が望ましい。さらにＦｅ₂Ｏ₃が５５〜６０ｍ
ｏｌ％、ＭｎＯが３４〜４２ｍｏｌ％、ＺｎＯが０〜６
ｍｏｌ％である事が、より望ましい。

【００３９】添加物による低損失化については、ＣａＯ
およびＳｉＯ₂ を同時に添加し、これらを粒界に偏析さ
せる事により高電気抵抗化させ、渦電流損失を減少させ
る事ができる事は良く知られているが、これにさらに選
択された３番目（Ａ群）および４番目（Ｂ群）の添加物
を用いる事により、より低損失化できる。

【００４０】しかしながら、発明者等の検討によると、
このＢ群の添加物についても粒界に析出させる事が重要
である。つまり、添加物を多量に用いると、電気抵抗が
高くなり、渦電流損失は減少するものと予想されるが、
実際には、多量の添加によって、添加物のフェライト相
への固溶が生じ易くなり、ヒステリシス損を増加させる
事になる。従って、添加物量はできる限り少なくし、粒
界に薄く均一に析出させる事により、低損失な材料が得
られる。具体的には、Ｂ群の金属酸化物の粒界層部分の
濃度が、粒子内部の濃度の５倍以上となっている事が望
ましく、このような構成をとることによって、損失を低
下させる事が出来る。

【００４１】一方、Ａ群およびＭｇＯについては、逆に
フェライト相へ固溶させる事が望ましい。ＭｇＯは、磁
気損失極小温度を高くする効果を持つが、これは、Ｍｇ
²⁺がフェライト相へ固溶する事により、Ｆｅ²⁺がＦｅ³⁺
へ変化してＫ₁ が減少するためと考えられる。

【００４２】その他低磁気損失ＭｎＺｎフェライトに必
要な特性としては、焼結体の相対密度が ４．６ｇ/ｃｍ
³以上である事が望ましい。焼結密度が低いと実効断面
積が減少するために損失が増大する。また焼結密度が低
いと、焼成の冷却時に雰囲気の影響を受け易くなり、特
にＦｅ₂Ｏ₃が多いような組成では、精密に雰囲気制御を
行わなければ本来の特性が得られにくくなる場合があ
り、製造時の歩留まりを下げる原因となる。

【００４３】次に、透磁率として７００以上１６００以
下程度の範囲内が望ましい。また、電気抵抗率は、直流
抵抗率が２０〜２ｋΩ・ｃｍ程度が望ましい。透磁率や
電気抵抗率は結晶粒径によって変化し、粒径が小さすぎ
ると透磁率が低くなり、また大きすぎると電気抵抗が低
くなる。従って、平均結晶粒径は１０μm以下で、２〜
５μm程度が望ましい。

【００４４】本発明のＭｎＺｎ系フェライト材料は、測
定周波数がＭＨｚ帯域であっても超低磁気損失を示す。
従って、本材料を磁気コアとして用いたスイッチング周
波数が３００ｋＨｚ〜５ＭＨｚのスイッチング電源は、
小型・高効率となる。すなわち、本発明の酸化物磁性体
材料をスイッチング周波数３００ｋＨｚ〜５ＭＨｚのス
イッチング電源の磁芯として使用すると、小型・高効率
のスイッチング電源を提供できる。

【００４５】以下、Ａ群およびＢ群として一部のものを
用いた場合を中心に、実施例によって本発明を説明する
が、実施例４〜６に示すように、他の本発明の請求項に
挙げた以外の添加物を用いた場合にも、程度の差はあれ
同様の効果が認められた。

【００４６】（実施例１）出発原料に純度９９．５％の
α-Ｆｅ₂Ｏ₃、ＭｎＣＯ₃、ＺｎＯ の各粉末を用いた。
これらの粉末を組成比が組成比Ｆｅ₂Ｏ₃＝５４．５ｍｏ
ｌ％、ＭｎＯ＝３６ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝９．５ｍｏｌ％
となり、合計重量が３００ｇとなるようにそれぞれの
粉体を秤量した。これに、ＣｏＯが最終焼結体において
０．０５重量％となるように秤量し、これらの粉末を
ボールミルにて湿式１０ｈ混合粉砕し、乾燥させた。

【００４７】この混合粉末を９００℃で２時間空気中で
仮焼した後、ＣａＯとＳｉＯ₂ が（表１）の量となり、
Ｓｂ₂Ｏ₃が０．０５重量％となるように、ＣａＣＯ₃、
ＳｉＯ₂ およびＳｂ₂Ｏ₃を添加し、再度ボールミルにて
１０ｈ、湿式混合粉砕して乾燥させ、仮焼粉末とした。

【００４８】これらの仮焼粉末に、ポリビニルアルコー
ルの５重量％水溶液を１０重量％加え、３０＃のふるい
を通過させて造粒した。これらの造粒粉を一軸金型成形
し、この成形体を５００℃で１時間、空気中でバインダ
アウトした。

【００４９】焼成は、温度を１２００℃とし、昇温時を
空気中、最高温度保持時および冷却時をフェライトの平
衡酸素分圧に応じてＯ₂ 雰囲気制御した。この時、焼成
時間及び成形時の圧力を、焼結体の平均結晶粒径が３〜
５μｍ程度、焼結体密度がほぼ４．７ｇ/ｃｍ³程度で、
４．６〜４．８ｇ/ｃｍ³の範囲内に入るように変化させ
た。

【００５０】特性の測定は、得られた焼結体より外径２
０ｍｍ、内径１４ｍｍ、厚さ３ｍｍのリング状試料を切
り出し、１ＭＨｚ・５０ｍＴにおける磁気損失を、２０
℃〜１２０℃の間で２０℃きざみで測定した。

【００５１】磁気損失の測定方法はリング状フェライト
コアに絶縁テープを一層巻いた後、線径 ０．２６ｍｍ
φの絶縁導線を全周にわたって一層巻いた試料を準備
し、交流Ｂ−Ｈカーブ・トレーサーを用いて測定した。
その結果損失値は、いずれの試料においても６０℃で極
小値となった。その時の損失測定値を、KW/m³の単位で
（表１）に示した。

【００５２】また、同様の方法で、ＣａＯが０．１重量
％、ＳｉＯ₂ が０．０５重量％となり、ＣｏＯとＳｂ₂
Ｏ₃が（表２）の量となるように、ＣａＣＯ₃、ＳｉＯ₂
およびＣｏＯ、Ｓｂ₂Ｏ₃を添加した焼結体を作製し、磁
気損失の温度特性を測定したところ、ＣｏＯ量が ０．
０５重量％以下の場合には、６０℃で極小値となった。
但し、ＣｏＯ量が０．１〜０．２重量％の場合には、４
０℃で極小値となった。

【００５３】また、０．３重量％の場合には２０℃で極
小値となった。極小温度における損失値測定結果を、KW
/m³の単位で（表２）に示した。

【００５４】

【表１】

【００５５】

【表２】

【００５６】（表１）および（表２）より明らかなよう
に、ＣａＯ、ＳｉＯ₂ のどちらかを全く含まないと、Ｃ
ｏＯ、Ｓｂ₂Ｏ₃を含んでいても損失値は大きい。また、
ＣａＯ、ＳｉＯ₂ を含むものに、ＣｏＯを適量添加する
ことによって、より低損失化する。さらに４種類を特定
量同時に添加する事によって低磁気損失化し、特に０．
０５≦ＣａＯ≦０．３重量％、０．００５≦ＳｉＯ₂≦
０．１重量％、０．００５ 重量％≦ＣｏＯ、０．０１
≦Ｓｂ₂Ｏ₅≦０．２重量％の範囲内にあるときは、磁気
損失が３００ｋＷ/ｍ³以下と低磁気損失であった。但
し、ＣｏＯが ０．３重量％以上の場合には、損失極小
温度が２０℃と低く、かつ比透磁率が、他のものが９０
０〜１６００程度以上であるのに比べて、約５００と低
くなりすぎるという欠点があった。

【００５７】（実施例２）実施例１と同様の方法で、組
成比Ｆｅ₂Ｏ₃＝５６．５ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝３８ｍｏｌ
％、ＺｎＯ＝５．５ｍｏｌ％ となり、合計重量が３０
０ｇとなるようにそれぞれの粉体を秤量した。これに、
ＣｏＯが最終焼結体において０．０５重量％となるよう
に秤量し、これらの粉末をボールミルにて湿式１０ｈ混
合粉砕し、乾燥させた。

【００５８】この混合粉末を９００℃で２時間空気中で
仮焼した後、ＣａＯがとＳｉＯ₂ が（表３）の量とな
り、Ｔａ₂Ｏ₅が０．０５重量％となるように、ＣａＣＯ
₃、ＳｉＯ₂ およびＴａ₂Ｏ₅を添加し、再度ボールミル
にて１０ｈ、湿式混合粉砕して乾燥させ、仮焼粉末とし
た。

【００５９】これらの仮焼粉末より実施例１と同様の方
法で焼結体を作製し、１ＭＨｚ，５０ｍＴの磁気損失の
温度特性を測定したところ、何れの試料においても損失
は８０℃で極小値を示した。その時の損失測定値を、単
位KW/m³で（表３）に示した。

【００６０】また、同様の方法で、ＣａＯが０．１重量
％、ＳｉＯ₂ が０．０５重量％となり、ＣｏＯとＴａ₂
Ｏ₅が（表４）の量となるように、ＣａＣＯ₃、ＳｉＯ₂
およびＣｏＯ、Ｔａ₂Ｏ₅を添加した焼結体を作製し、磁
気損失の温度特性を測定したところ、ＣｏＯ量が０．０
５重量％以下の場合には、８０℃で極小値となった。但
し、ＣｏＯ量が０．１ 重量％の場合には、６０℃で極
小値となった。また、ＣｏＯ量が ０．２重量％の場合
には、４０℃で極小値となった。 ０．３重量％の場合
には、２０℃で極小値となった。極小温度における損失
値測定結果を、単位KW/m³で（表４）に示した。

【００６１】

【表３】

【００６２】

【表４】

【００６３】（表３）および（表４）より明らかなよう
に、ＣａＯ、ＳｉＯ₂ のどちらかを全く含まないと、Ｃ
ｏＯ、Ｔａ₂Ｏ₅を含んでいても損失値は大きい。またＣ
ａＯ、ＳｉＯ₂ を適当量含むものにＣｏＯを適当量添加
する事によって、より低損失化する。さらに、４種類を
特定量同時に添加する事によって最も低磁気損失化し、
特に０．０５≦ＣａＯ≦０．３重量％、０．００５≦Ｓ
ｉＯ₂ ≦０．１ｗｔ％、０．００５重量％≦ＣｏＯ、
０．０１≦Ｔａ₂Ｏ₅≦０．２ｗｔ％の範囲内にあるとき
は、磁気損失が１００ｋＷ/ｍ³以下と低磁気損失であっ
た。

【００６４】但し、ＣｏＯが ０．３重量％の場合に
は、損失極小温度が２０℃と低く、かつ比透磁率が、他
のものが７００〜１２００程度であるのに比べて、約３
００程度と低くなりすぎるという欠点があった。

【００６５】また、実施例１の（表１）（表２）と本実
施例の（表３）（表４）を比較すると、よりＦｅが多
く、Ｚｎの少ない本実施例のほうが、比透磁率は２００
〜４００程度低いが、磁気損失は小さかった。

【００６６】（実施例３）実施例２と同様に、組成比Ｆ
ｅ₂Ｏ₃＝５７ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝３８ｍｏｌ％、ＺｎＯ
＝５ｍｏｌ％となり、合計重量が３００ｇとなるように
それぞれの粉体を秤量した。これに、ＣｏＯが最終焼結
体において ０．２重量％となり、ＭｇＯが（表５）の
量となるように秤量し、これらの粉末をボールミルにて
湿式１０ｈ混合粉砕し、乾燥させた。

【００６７】この混合粉末を９００℃で２時間空気中で
仮焼した後、ＣａＯが０．１重量％、ＳｉＯ₂ が０．０
２重量％となり、Ｔａ₂Ｏ₅が ０．０５重量％となるよ
うに、ＣａＣＯ₃、ＳｉＯ₂およびＴａ₂Ｏ₅を添加し、再
度ボールミルにて１０ｈ、湿式混合粉砕して乾燥させ、
仮焼粉末とした。

【００６８】これらの仮焼粉末より実施例１と同様の方
法で焼結体を作製し、磁気損失の温度特性を測定した。
その結果を（表５）に示した。

【００６９】

【表５】

【００７０】（表５）より明らかなように、損失極小温
度が４０℃以下のものに対してＭｇＯを添加すると、損
失極小温度が上昇した。特に添加量０．０１重量％以上
０．２重量％以下の時に、損失をあまり増加させる事無
く、６０〜８０℃の損失極小温度とする事ができた。

【００７１】（実施例４）実施例１と同様に、組成比が
Ｆｅ₂Ｏ₃＝５６．５ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝３７．５ｍｏｌ
％、ＺｎＯ＝６ｍｏｌ％となり、合計重量が３００ｇと
なるようにそれぞれの粉体を秤量した。これに、ＴｉＯ
₂、ＣｕＯ、ＳｎＯ₂が最終的に（表６）の添加量となる
ように秤量し、これらの粉末をボールミルにて湿式１０
ｈ混合粉砕し、乾燥させた。

【００７２】この混合粉末を８００℃で２時間空気中で
仮焼した後、ＣａＯが０．１重量％、ＳｉＯ₂が０．０
２重量％となるように、ＣａＣＯ₃およびＳｉＯ₂を添加
し、再度ボールミルにて粉砕して仮焼粉末を作製した。
この仮焼粉末より、実施例１と同様の方法で焼結体を作
製した。

【００７３】得られた焼結体より切り出したリング状試
料について、実施例１と同じ１ＭＨｚ，５０ｍＴの条件
で磁気損失の温度依存性を測定したところ、ＴｉＯ₂の
０．２重量％添加と ０．３重量％添加を除く全ての試
料で、損失は８０℃で極小値を示した。但し、ＴｉＯ₂
の０．２重量％添加では、損失は６０℃で極小値を示し
た。また、０．３重量％添加では、２０℃で極小値を示
した。この極小損失値をｋＷ/ｍ³の単位で（表６）に示
した。

【００７４】

【表６】

【００７５】（表６）より明らかなように、ＣａＯ、Ｓ
ｉＯ₂ のみの添加に比べ、さらにＴｉＯ₂、ＣｕＯ、Ｓ
ｎＯ₂の何れかを０．００５重量％以上０．２重量％以
下複合して添加したものは、特定添加範囲内で超低損失
であった。

【００７６】（実施例５）実施例１と同様に、組成比が
Ｆｅ₂Ｏ₃＝５６．５ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝３７．５ｍｏｌ
％、ＺｎＯ＝６ｍｏｌ％となり、合計重量が３００ｇと
なるようにそれぞれの粉体を秤量した。これに、ＴｉＯ
₂、ＣｏＯ、ＣｕＯ、ＳｎＯ₂が最終的に（表７）の添加
量となるように秤量し、これらの粉末をボールミルにて
湿式１０ｈ混合粉砕し、乾燥させた。

【００７７】この混合粉末を８００℃で２時間空気中で
仮焼した後、ＣａＯが０．１重量％、ＳｉＯ₂が０．０
２重量％、Ｔａ₂Ｏ₅が０．０５重量％となるように、Ｃ
ａＣＯ₃ およびそれぞれの金属酸化物を添加したて再度
ボールミルにて粉砕混合し、仮焼粉末とした。この粉末
より、実施例１と同様の方法で焼結体を作製した。

【００７８】得られた焼結体より切り出したリング状試
料について、実施例１と同じ１ＭＨｚ，５０ｍＴの条件
で磁気損失の温度依存性を測定したところ、ＴｉＯ₂と
ＣｏＯの０．２重量％添加と０．３重量％添加を除く全
ての試料で、損失は８０℃で極小値を示した。但し、Ｔ
ｉＯ₂とＣｏＯの０．２重量％添加では、損失は６０℃
で極小値を示した。また、０．３重量％添加では、２０
℃で極小値を示した。この極小損失値をｋＷ/ｍ³の単位
で（表７）に示した。また、測定磁場を１００ｍＴにし
て、同様の測定を行った結果を（表８）に示した。さら
に、ＣｏＯ添加０重量％と、０．０５重量％の場合に付
いて、測定磁場５０ｍＴの場合の損失値の温度変化を
（表９）に示した。

【００７９】

【表７】

【００８０】

【表８】

【００８１】

【表９】

【００８２】（表７）および（表８）より明らかなよう
に、ＣａＯ、ＳｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅のみの添加に比べ、さ
らにＴｉＯ₂、ＣｕＯ、ＳｎＯ₂を複合して添加したもの
は、０．００５重量％以上 ０．２重量％以下の添加範
囲内で超低損失であった。ＣｏＯについては、０．００
５重量％以上で低損失であったが、０．３重量％では、
損失極小温度が２０℃と低下し、また、他の試料の比透
磁率が７００〜１１００程度であるのに対して、４００
程度と低下した。

【００８３】測定磁場を１００ｍＴとした場合、これら
の添加物による損失低下効果は、より顕著であった。さ
らに、（表９）より明らかなように、損失極小値を下げ
るだけではなく、全ての温度範囲にわたって、低損失化
効果が認められた。

【００８４】（実施例６）実施例１と同様に、組成比が
Ｆｅ₂Ｏ₃＝５６．５ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝３９．５ｍｏｌ
％、ＺｎＯ＝４ｍｏｌ％となり、合計重量が３００ｇと
なるようにそれぞれの粉体を秤量した。これに、ＣｏＯ
が外割りで最終的に ０．０５重量％となるように秤量
し、これらの粉末をボールミルにて湿式１０ｈ混合粉砕
し、乾燥させた。

【００８５】この混合粉末を８００℃で２時間空気中で
仮焼した後、ＣａＯが０．１重量％、ＳｉＯ₂が０．０
２重量％となり、ＺｒＯ₂、ＨｆＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、Ａｌ₂
Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＧｅＯ₂、Ｓｂ₂Ｏ₃が（表１
０）の量となるように、ＣａＣＯ₃およびそれぞれの金
属酸化物を添加して、再度ボールミルにて粉砕混合し、
仮焼粉末とした。この粉末より、実施例１と同様の方法
で焼結体を作製した。

【００８６】得られた焼結体より切り出したリング状試
料について、実施例１と同じ１ＭＨｚ，５０ｍＴの条件
で磁気損失の温度依存性を測定したところ、損失はいず
れの試料においても、８０℃で極小値を示した。この極
小損失値をｋＷ/ｍ³の単位で（表１０）に示した。

【００８７】

【表１０】

【００８８】（表１０）より明らかなように、ＣａＯ、
ＳｉＯ₂、ＣｏＯのみの添加に比べ、さらにＺｒＯ₂、Ｈ
ｆＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃、Ｇ
ｅＯ ₂、Ｓｂ₂Ｏ₃を複合して添加したものは、０．０１
重量％以上０．２重量％以下の添加範囲内で、１００ｋ
Ｗ/ｍ³程度以下と超低損失であった。

【００８９】次に、これらの試料を破壊しその破断面を
観察すると、何れも粒界破壊を生じ、平均結晶粒径は約
４μｍであった。そこで最も低損失となった添加量
（０．０３または０．０５重量％） の試料について、
破断面の各Ａ群添加物元素の分布をＳＩＭＳ（２次イオ
ン質量分析装置）を用いて測定した。

【００９０】まず、分析範囲を３μｍ径に絞って同一試
料について数十点分析したところ、添加物濃度は分析位
置によって若干の差があった。そこで分析範囲を５０×
５０μｍとして、平均的な添加物元素濃度を求める事と
し、破断面からの各添加物の深さ方向のプロファイルを
測定した。

【００９１】その結果、何れの添加物系においても、添
加元素濃度は、破断面（すなわち粒界部分）から深くな
る（粒子内部に進む）に従って低下し、数十ｎｍ程度の
深さからあとはほぼ一定となった。そこで粒界部分と、
濃度がほぼ一定となった粒子内部の濃度を比較してみる
と、いずれの添加物においても粒界部分の濃度が約１０
倍高くなっていた。

【００９２】（実施例７）実施例１と同様の方法で、組
成比がＦｅ₂Ｏ₃＝５６ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝３９ｍｏｌ
％、ＺｎＯ＝５ｍｏｌ％となり、合計重量が３００ｇと
なるようにそれぞれ秤量し、ボールミルにて湿式１０時
間混合し、乾燥させた。この粉末を８００〜１２００℃
の各温度で２時間空気中仮焼した。これにさらに、最終
的な焼結体においてＣａＯが０．１重量％、ＳｉＯ₂が
０．０２重量％、Ｔａ₂Ｏ₅が０．０５重量％、ＣｏＯが
０．０５重量％となるように、ＣａＣＯ₃とＳｉＯ₂とＴ
ａ₂Ｏ₅とＣｏＯを秤量添加し、再度ボールミルにて湿式
１０時間混合粉砕して仮焼粉末とした。

【００９３】この仮焼粉末より、実施例１と同様の方法
で、１２００℃で１時間焼成し、焼結体を得た。また、
同様の方法で、Ｔａ₂Ｏ₅あるいはＣｏＯのみ、添加を仮
焼前の混合時とした試料を作製した。

【００９４】得られた焼結体より切り出したリング状試
料について、実施例１と同様１ＭＨｚ，５０ｍＴの磁気
損失の温度依存性を測定したところ、損失はいずれの試
料においても８０℃で極小値を示した。また焼結体破断
面の電子顕微鏡観察により、焼結体の平均結晶粒径を測
定した。さらに、実施例６と同様の方法で、粒界層およ
び粒子内部におけるＴａ濃度を測定し、粒界部濃度／粒
内部濃度比を決定した。結果を（表１１）に示した。

【００９５】

【表１１】

【００９６】（表１１）より明かなように、無添加のも
のに比べ、Ｔａ₂Ｏ₅およびＣｏＯ添加により、より低磁
気損失化するが、Ｔａ濃度比が５以下の場合にはその効
果が小さくなった。逆に、Ｎｏ．１１ に見られるよう
に、ＣｏＯは濃度比が大きくなるのは好ましくない。ま
た、焼結体密度が４．６ｇ/ｃｍ³ 以下の試料Ｎｏ．５
および１０では、他のものに比べて、やや損失が大きく
なった。

【００９７】（実施例８）実施例１と同様に、Ｆｅ
₂Ｏ₃、ＭｎＣＯ₃、ＺｎＯが（表１２）の組成比とな
り、合計重量が３００ｇとなるようにそれぞれ秤量し、
これにさらにＣｏＯが最終的に ０．０５重量％となる
ように秤量し、ボールミルにて湿式１０時間混合粉砕
し、乾燥させた。これらの混合粉末を８５０℃で２時間
空気中で仮焼した後、ＣａＯが０．１重量％、ＳｉＯ₂
が０．０２重量％、Ｔａ₂Ｏ₅が０．０５重量％となるよ
うに、ＣａＣＯ₃とＳｉＯ₂とＴａ₂Ｏ₅を秤量添加し、再
度ボールミルにて１０時間、湿式混合粉砕して乾燥さ
せ、仮焼粉末とした。

【００９８】これらの仮焼粉末より、実施例１と同様の
方法で焼結体を作製した。得られた焼結体より実施例１
と同様の方法で、１ＭＨｚ・１００ｍＴにおける磁気損
失を、２０℃〜１２０℃の間で２０℃きざみで測定し
た。結果を（表１２）に示した。

【００９９】

【表１２】

【０１００】（表１２）の結果より明らかなように、主
組成の効果について、Ｆｅ₂Ｏ₃が５３ｍｏｌ％以上６０
ｍｏｌ％以下、ＭｎＯが３４ｍｏｌ％以上４４ｍｏｌ％
以下、ＺｎＯが０ｍｏｌ％以上９ｍｏｌ％以下の範囲内
で、損失が１５００ｋＷ/ｍ³程度以下と低損失であっ
た。さらに、Ｆｅ₂Ｏ₃が５５ｍｏｌ％以上６０ｍｏｌ％
以下、ＭｎＯが３５ｍｏｌ％以上４２ｍｏｌ％以下、Ｚ
ｎＯが１ｍｏｌ％以上６ｍｏｌ％以下の範囲内で、損失
は１０００ｋＷ/ｍ³程度以下と超低損失となった。ただ
し、Ｆｅ₂Ｏ₃が６０ｍｏｌの場合には、損失極小温度が
２０℃以下という欠点があり、用途が限定される。

【０１０１】（実施例９）実施例７と同様に、組成比Ｆ
ｅ₂Ｏ₃＝６０ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝３７ｍｏｌ％、ＺｎＯ
＝３ｍｏｌ％となり、合計重量が３００ｇとなるように
それぞれの粉体を秤量した。これに、ＣｏＯが最終焼結
体において０．０５重量％となり、ＭｇＯが（表１３）
の量となるように秤量し、これらの粉末をボールミルに
て湿式１０ｈ混合粉砕し、乾燥させた。この混合粉末を
９００℃で２時間空気中で仮焼した後、ＣａＯがとＳｉ
Ｏ₂ がそれぞれ０．１重量％、０．０２重量％の量とな
り、Ｔａ₂Ｏ₅が ０．０５重量％となるように、ＣａＣ
Ｏ₃ 、ＳｉＯ₂ およびＴａ₂Ｏ ₅を添加し、再度ボールミ
ルにて１０ｈ、湿式混合粉砕して乾燥させ、仮焼粉末と
した。

【０１０２】これらの仮焼粉末より実施例１と同様の方
法で焼結体を作製し、１ＭＨｚ，５０ｍＴにおける磁気
損失の温度特性を測定した。その結果を（表１３）に示
した。

【０１０３】

【表１３】

【０１０４】（表１３）より明らかなように、損失極小
温度が２０℃以下のものに対してＭｇＯを添加すると、
損失極小温度が上昇した。特に添加量０．０１重量％以
上０．２重量％以下の時に、損失をほとんど増加させる
事無く、４０〜６０℃の損失極小温度とする事ができ
た。

【０１０５】（実施例１０）実施例１と同様の方法で、
組成比がＦｅ₂Ｏ₃＝５７ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝４０ｍｏｌ
％、ＺｎＯ＝３ｍｏｌ％となり、ＣａＯを０．１重量
％、ＳｉＯ₂ を０．０２重量％、ＺｒＯ₂を０．０５重
量％、ＳｎＯ₂を０．０５重量％含む焼結体(ａ)を作製
した。

【０１０６】同様に、組成比がＦｅ₂Ｏ₃＝５４ｍｏｌ
％、ＭｎＯ＝３６ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝１０ｍｏｌ％とな
り、ＣａＯを０．１重量％、ＳｉＯ₂を０．０２重量
％、ＺｒＯ₂を０．０５重量％、ＳｎＯ₂を０．０５重量
％含む、焼結体(ｂ)を作製した。

【０１０７】同様に、組成比がＦｅ₂Ｏ₃＝５４ｍｏｌ
％、ＭｎＯ＝３６ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝１０ｍｏｌ％とな
り、ＣａＯを０．１重量％、ＳｉＯ₂を０．０２重量
％、Ｔａ₂Ｏ₅を０．０５重量％含む焼結体(ｃ)を作製し
た。これらの焼結体の１ＭＨｚ，５０ｍＴにおける磁気
損失を実施例１と同様の方法で測定した。

【０１０８】焼結体(ａ)は、８０℃で磁気損失が極小と
なり、損失値は９０ｋＷ/ｍ³であった。また焼結体(ｂ)
は、損失が６０℃で極小となり、損失値は２５０ｋＷ/
ｍ³であった。以上の焼結体(ａ)および(ｂ)は、本発明
による超低磁気損失材である。焼結体(ｃ)は、６０℃で
磁気損失が極小となり、損失値は５４０ｋＷ/ｍ³であ
る、従来材料である。

【０１０９】これらの３種類の試料について、それぞれ
の損失極小温度において、磁束密度Ｂと周波数ｆの積、
Ｂ・ｆ＝５０（ｍＴ・ＭＨｚ）で一定となる条件で磁気
損失を測定した（この条件では、同一出力時の電源トラ
ンスでコアサイズが一定となる）。結果を（表１４）に
示した。

【０１１０】

【表１４】

【０１１１】（表１３）より明らかなように、これらの
焼結体は１〜２ＭＨｚ付近で損失が最小となる。(ａ)
(ｂ)と(ｃ)を比較すると、３００ｋＨｚ以上で本発明の
焼結体(ａ)および(ｂ)が有利となる。しかしながら１０
ＭＨｚでは、これらの試料においてもかなり損失が増加
した。

【０１１２】次にこれらの焼結体より、それぞれＥ型コ
アを切り出し、これを用いてフォワード方式のスイッチ
ング電源回路を試作し、磁気損失にあたる温度上昇を評
価した。一定の軽負荷条件下で、周波数、磁芯磁束密度
にたいする磁芯の温度上昇について測定した。結果を
（表１５）に示した。

【０１１３】

【表１５】

【０１１４】（表１５）より明らかなように、トランス
の磁芯損失による温度上昇許容値を２５℃見込んだ場
合、焼結体(ｃ)を用いた電源は温度上昇が大きく、あま
り高周波では使用できないことが分かる。これに対し
て、本発明のフェライト材料(ａ)または(ｂ)を用いた電
源は温度上昇が少なく、特に（ａ）の場合、５０ｍＴで
２ＭＨｚ以上でも充分使用できる。これは、用いた材料
が超低磁気損失で、かつ温度特性が良好なためである。
より高周波では磁束密度を下げて使用するのが一般的で
あるので、（表１４）の結果より５ＭＨｚ程度まで使用
可能と考えられる。しかしながら、２ＭＨｚ以上のスイ
ッチング電源は回路側の損失が増大するため、現時点で
は現実的ではない。

【０１１５】以上の結果より、開発したフェライト材料
を用いたスイッチング周波数が１００ｋＨｚ〜２ＭＨｚ
の電源は、発熱が少なく高効率で、熱暴走する危険性が
低い。また、特に３００ｋＨｚ以上でその特徴が顕著と
なり、電源回路側の損失が減少すれば、５ＭＨｚまで使
用可能である。

【０１１６】

【発明の効果】以上説明した通り本発明は、主成分がＭ
ｎ、Ｚｎ、Ｆｅの酸化物よりなるフェライトに、副成分
として０．０５≦ＣａＯ≦０．３重量％、０．００５≦
ＳｉＯ ₂≦０．１重量％を含有し、さらにＡ群（Ｔｉ
Ｏ₂、ＣｏＯ、ＣｕＯ、ＳｎＯ₂）を少なくとも一種類以
上、０．００５≦Ｍ_xＯ_z≦０．２ 重量％含有する焼結
体であるという構成を備えた酸化物磁性体材料であるた
め、従来にない低磁気損失の材料であり、これを用いて
作製されたスイッチング電源は、小型で低発熱・高効率
とすることができる効果がある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 治 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 青野 保之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 鈴村 政毅 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】主成分がＭｎの酸化物、Ｚｎの酸化物、Ｆ
   ｅの酸化物を含むフェライトに、副成分として０．０５
   ≦ＣａＯ≦０．３重量％、０．００５≦ＳｉＯ ₂ ≦０．
   １重量％を含有し、さらに、以下に示すＡ群の金属酸化
   物Ｍ_xＯ_zを、それぞれ少なくとも一種類以上、０．００
   ５≦Ｍ_xＯ_z≦０．２重量％含有する焼結体である事を特
   徴とする酸化物磁性体材料。但し、Ａ群の金属酸化物Ｍ
   _xＯ_zは、ＴｉＯ₂、ＣｏＯ、ＣｕＯ、ＳｎＯ₂の何れかで
   ある。
2. 【請求項２】副成分とＡ群の金属酸化物を含むフェライ
   トに、さらに、以下に示すＢ群の金属酸化物Ｍ_xＯ_zを、
   それぞれ少なくとも一種類以上、０．０１≦Ｍ _xＯ_z≦
   ０．２重量％含有する焼結体である事を特徴とする、請
   求項１記載の酸化物磁性体材料。但し、Ｂ群の金属酸化
   物Ｍ_xＯ_zは、ＺｒＯ₂、ＨｆＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、Ａｌ₂Ｏ₃、
   Ｇａ₂Ｏ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＧｅＯ₂、Ｓｂ₂Ｏ₃の何れかであ
   る。
3. 【請求項３】副成分とＡ群の金属酸化物を含むフェライ
   ト、または、副成分とＡ群の金属酸化物とＢ群の金属酸
   化物を含むフェライトの何れかに、さらに、ＭｇＯを、
   ０．０１重量％以上０．２重量％以下含有する焼結体で
   ある事を特徴とする、請求項１または２何れかに記載の
   酸化物磁性体材料。
4. 【請求項４】Ｂ群の金属酸化物Ｍ_xＯ_zの粒界層部分の濃
   度が、粒子内部の濃度の５倍以上となっている事を特徴
   とする、請求項２または３何れかに記載の酸化物磁性体
   材料。
5. 【請求項５】フェライトの主成分のＦｅの酸化物Ｆｅ₂
   Ｏ₃を５３ｍｏｌ％以上６０ｍｏｌ％以下、Ｍｎの酸化
   物ＭｎＯを３４ｍｏｌ％以上４４ｍｏｌ％以下、Ｚｎの
   酸化物ＺｎＯを９ｍｏｌ％以下である事を特徴とする、
   請求項１〜４何れかに記載の酸化物磁性体材料。
6. 【請求項６】フェライトの主組成のＦｅの酸化物Ｆｅ₂
   Ｏ₃を５５ｍｏｌ％以上６０ｍｏｌ％以下、Ｍｎの酸化
   物ＭｎＯを３４ｍｏｌ％以上４２ｍｏｌ％以下、Ｚｎの
   酸化物ＺｎＯを６ｍｏｌ％以下である事を特徴とする、
   請求項１〜４何れかに記載の酸化物磁性体材料。