JPH0653023A

JPH0653023A - 酸化物磁性体材料

Info

Publication number: JPH0653023A
Application number: JP4237874A
Authority: JP
Inventors: Osamu Inoue; 修井上; Shinya Matsutani; 伸哉松谷; Osamu Ishii; 治石井; Koichi Kugimiya; 公一釘宮
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-01-14
Filing date: 1992-09-07
Publication date: 1994-02-25
Anticipated expiration: 2014-02-10
Also published as: JP2855990B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高周波帯域（１ＭＨｚ前後）において、磁気
損失が少なく、かつ磁気損失が極小となる温度が４０〜
６０℃以上である磁性体材料、およびこれを用いて構成
した、低発熱・高効率で熱暴走しにくいスイッチング電
源を提供する。【構成】特定比率のＦｅ₂Ｏ₃，ＭｎＯ，ＺｎＯよりな
るＭｎＺｎ系フェライトに、特定量のＣａＯ、ＳｉＯ₂
およびＭ_xＯ_z（Ｍ_xＯ_zはＺｒＯ₂、ＨｆＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、
Ｃｒ₂Ｏ₃、ＭｏＯ₃、ＷＯ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、Ｉｎ
₂Ｏ₃、ＧｅＯ₂、ＳｎＯ₂、Ｓｂ₂Ｏ₃、Ｂｉ₂Ｏ₃より選ば
れた少なくとも１種類以上）を含有する焼結体であるこ
と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。この欠
点は、磁性体の厚さを薄くすること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１０μ
ｍ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。

【０００４】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。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。

【０００５】

【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。

【０００６】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、そのために温度が上昇し、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。このため、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６０〜
８０℃付近の温度で、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。

【０００７】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。

【０００８】本発明は、前記従来技術の課題を解決する
ため、高周波における磁気損失が極めて低く、かつ温度
特性に優れた磁性体材料を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、主組成とし
て、Ｆｅ₂Ｏ₃成分を５３ｍｏｌ％以上５９ｍｏｌ％以
下、ＭｎＯ成分を３４ｍｏｌ％以上４４ｍｏｌ％以下、
ＺｎＯ成分を９ｍｏｌ％以下含有し、かつ副成分として
０．０５重量％以上０．３重量％以下のＣａＯ成分およ
び０．００５重量％以上０．０５重量％以下のＳｉＯ₂
成分を含有する焼結体の構成または、主組成としてＦｅ
₂Ｏ₃成分を５３ｍｏｌ％以上５９ｍｏｌ％以下、ＭｎＯ
成分を３４ｍｏｌ％以上４４ｍｏｌ％以下、ＺｎＯ成分
を９ｍｏｌ％以下含有し、かつ副成分として０．０５重
量％以上０．３重量％以下のＣａＯと、０．００５重量
％以上０.０５重量％以下のＳｉＯ₂とを必ず含み、さら
に０．０１重量％以上０．２重量％以下のＭ_xＯ_z（但
し、Ｍ_xＯ_zはＺｒＯ₂、ＨｆＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｃｒ₂Ｏ₃、
ＭｏＯ₃、ＷＯ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃、Ｇｅ
Ｏ₂、ＳｎＯ₂、Ｓｂ₂Ｏ₃、Ｂｉ₂Ｏ₃より選ばれた少なく
とも１種類以上）を含有する焼結体の構成の何れかの酸
化物磁性体材料によって、上記目的を達成した。

【００１０】

【作用】前記した本発明の構成によれば、特定組成範囲
内のＭｎＺｎ系フェライトもしくはＭｎ系フェライト
（以下特に断わらない限りＭｎＺｎ系フェライトはこの
両者を示す）に、少なくとも特定量のＣａＯおよびＳｉ
Ｏ₂を添加し、これに好ましくはさらに特定量のＭ_xＯ_z
（Ｍ_xＯ_zはＺｒＯ₂、ＨｆＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｃｒ₂Ｏ₃、Ｍ
ｏＯ₃、ＷＯ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＧｅＯ
₂、ＳｎＯ₂、Ｓｂ₂Ｏ₃、Ｂｉ₂Ｏ₃より選ばれた少なくと
も１種類以上）を添加することにより、磁気損失の温度
特性に優れ、かつ磁気損失の低い磁性体材料とすること
ができる。

【００１１】本発明において、ＭｎＺｎ系フェライトの
主組成を限定する理由は、磁気損失の絶対値を減少さ
せ、同時に磁気損失の温度特性を制御する必要性からで
ある。

【００１２】副成分の役割は、上記ＭｎＺｎ系フェライ
トの組成範囲内で、主に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。

【００１３】副成分の添加量の下限は、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。

【００１４】これらの副成分は、一種類のみの単独添加
でも効果が無くはないが、十分低損失な試料を得るため
には、ＣａＯおよびＳｉＯ₂の同時添加は必須である。
さらに、ＣａＯおよびＳｉＯ₂と、Ｍ_xＯ_z（Ｍ_xＯ_zはＴ
ａ₂Ｏ₅、ＺｒＯ₂、Ｇａ₂Ｏ₃、ＧｅＯ₂、Ｓｂ₂Ｏ₃、Ａｌ
₂Ｏ₃、ＨｆＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＷＯ₃、Ｂｉ₂Ｏ₃）の３種類
の同時添加で、より磁気損失を低下させることができ
る。

【００１５】Ｍ_xＯ_zとして２種類以上の金属酸化物を用
い、ＣａＯおよびＳｉＯ₂と合わせて４種類以上の複合
添加とした場合、Ｍ_xＯ_zの内の一種類の添加量が下限で
ある０．０１重量％未満であっても、用いられたＭ_xＯ_z
全ての合計量が０．０１重量以上であれば、複合添加に
よる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、Ｃ
ａＯ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。

【００１６】

【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。また、高周波
で低損失なＭｎＺｎ系フェライトとしては、飽和磁束密
度・キュリー温度・損失極小温度・透磁率が高いことが
必要とされている（「粉体および粉末冶金」第３４巻５
号Ｐ１９１）。

【００１７】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ことが知られてい
る。このため低損失ＭｎＺｎ系フェライトの主組成とし
ては、Ｆｅ₂Ｏ₃を５３〜５４ｍｏｌ％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Ｐ４
４）。実際に開発されている低損失フェライトも、ほと
んどがこの範囲内であり、低損失化は、この付近の主組
成を用い、添加物・微細構造による検討が中心であっ
た。

【００１８】一方、ＭｎＺｎ系フェライトの磁気損失極
小温度については、従来は透磁率の温度特性によって説
明がなされていた。すなわち、ＭｎＺｎ系フェライトの
透磁率の温度変化を測定すると、一般に２つの極大が現
れる。１つはキュリー温度直下の極大で、ホプキンソン
効果によるプライマリーピークと呼ぶ。他の１つは室温
近傍での極大で、セカンダリーピークと呼ぶ。このセカ
ンダリーピークの温度で、磁気損失が極小になると言わ
れていた。

【００１９】このセカンダリーピークは、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の温度に一致する。Ｋ₁は、温度上昇に対し
て単調に増加するが、Ｆｅ²⁺は負のＫ₁を持つため、Ｆ
ｅ²⁺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。
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、５４ｍｏｌ％程度以
下が一般的であった。

【００２０】発明者等は、同一の添加物条件の元で、主
組成比の異なるＭｎＺｎ系フェライトを実際に作製し、
主組成の効果を詳細に検討した。その結果、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おいて、特定の添加物を用いること
により、磁気損失極小温度が６０℃以上で、かつ１００
ｋＨｚ〜数ＭＨｚでも低磁気損失なフェライトが得られ
ることを見いだした。

【００２１】発明者等の検討によると、磁気損失の絶対
値のＭｎＺｎ系フェライト主組成に対する依存性は極め
て大きく、Ｆｅ₂Ｏ₃量が増加するに従い低損失化した。
また、その主組成に効果的な副成分を複合添加すること
で、さらに磁気損失の絶対値を低減させることができ
る。すなわち特定の主組成を選択し、これに特定量のＣ
ａＯおよびＳｉＯ₂を添加することにより、低磁気損失
のものが得られる。これにさらにＺｒＯ₂、ＨｆＯ₂、Ｔ
ａ₂Ｏ₅、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＭｏＯ₃、ＷＯ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｇａ₂
Ｏ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＧｅＯ₂、ＳｎＯ₂、Ｓｂ₂Ｏ₃およびＢ
ｉ₂Ｏ₃より選ばれる少なくとも１種類のＭ_xＯ_zを添加す
ることによって、さらに低磁気損失な材料が実現でき
る。このＭ_xＯ_zを含む発明の好ましい構成においては、
Ｍ_xＯ_zの粒界層部分の濃度が、粒子内部の濃度の５倍以
上となっていると、低磁気損失の効果がさらに向上する
ため好ましい。

【００２２】特に、Ｍ_xＯ_zとして、ＺｒＯ₂と他のもう
一種類の金属酸化物を複合して用いることは、低損失化
と同時に、焼結体のチッピングや欠けを防止する点で有
効である。なお、本発明であげた以外の添加物、例えば
ＴｉＯ₂，ＣｏＯ，ＮｉＯ，Ｖ₂Ｏ₅，Ｎｂ₂Ｏ₅等を加え
ても、その量が特に多くない限り差支えない。

【００２３】またＭ_xＯ_zの粒界層部分の濃度が、粒子内
部の濃度の５倍以上であるという本発明の好ましい構成
によれば、さらに損失を低下させることが出来る。

【００２４】しかしながら、ＣａＯ，ＳｉＯ₂およびＭ_x
Ｏ_zを適当量添加していたとしても、主組成が異なれ
ば、充分低損失な試料は得られない。また主組成が異な
ると、添加物による低損失化が認められなくなる場合も
ある。従って主組成、特にＦｅ ₂Ｏ₃量が重要である。最
も低損失な材料は、主組成、副成分の条件を同時に満た
すことで実現できる。

【００２５】次に、磁気損失極小温度については、測定
周波数によっても変化するが、１ＭＨｚ近傍以上の高周
波領域では、従来説のセカンダリーピークの現われる温
度とは必ずしも一致せず、実際は数１０℃程度低温側と
なることが多いことが確認できた。この低下幅はＭｎＺ
ｎ系フェライト主組成によって変化し、同程度のＦｅ ²⁺
量であっても、Ｍｎ／Ｚｎ比で大きく変化した。特に、
従来最適とされているＦｅ₂Ｏ₃を５３〜５４ｍｏｌ％程
度、ＺｎＯを９〜１２ｍｏｌ％含む組成では、そのずれ
幅が大きく、１ＭＨｚでの極小損失温度は４０℃程度以
下であった。一方ＺｎＯが９ｍｏｌ％以下では、ＺｎＯ
量が減少するに従いセカンダリーピークの現われる温度
と１ＭＨｚ付近での極小損失温度との差は少なくなり、
逆に高温側にシフトする場合もある。このため、低損失
の実現できるＦｅ₂Ｏ₃がかなり多い組成であっても、Ｚ
ｎＯ量を減らすことにより、極小損失温度は４０〜６０
℃以上となった。

【００２６】一方添加物による低損失化については、Ｃ
ａＯおよびＳｉＯ₂を同時に添加し、これらを粒界に偏
析させることにより高電気抵抗化させ、渦電流損失を減
少させることができるが、これにさらに選択された３番
目の添加物を用いることで、より低損失化できる。しか
しながら発明者等の検討によると、この３番目の添加物
についても粒界に析出させることが重要である。添加物
を多量に用いると、必ず電気抵抗は高くなり、渦電流損
失は減少するが、添加物のフェライト相への固溶は逆に
ヒステリシス損を増加させることになる。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
ることにより、低損失な材料が得られる。

【００２７】その他低磁気損失ＭｎＺｎ系フェライトに
必要な特性としては、焼結体の相対密度が４．６ｇ/ｃ
ｍ³以上であることが望ましい。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。

【００２８】次に、低磁気損失ＭｎＺｎ系フェライトに
必要な特性としては、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３００〜２ｋΩ・ｃｍ程度、１ＭＨｚの交流
抵抗率が５０Ω・ｃｍ程度以上が望ましい。なお、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
抗が低くなる傾向にある。従って、平均結晶粒径は１０
μｍ以下で、２〜５μｍ程度が望ましい。

【００２９】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、４０〜６０℃以上の
磁気損失極小温度を持ち、かつ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１００ｋＨｚ〜５ＭＨｚのスイッチング電源は、小
型・高効率で、熱暴走する危険性が低い。

【００３０】本発明の酸化物磁性体材料はこのような特
性を有するため、焼結体をスイッチング周波数１００ｋ
Ｈｚ〜５ＭＨｚのスイッチング電源の磁芯として使用す
ると、より効果が顕著となるため好ましい。

【００３１】以下、Ｍ_xＯ_z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５および６に示すように、他の本発明の請求項に挙げ
た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。

【００３２】（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（表１）の組成比となり、合計重量が３
００ｇ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％となるように、Ｃ
ａＣＯ₃とＳｉＯ₂を添加し、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。

【００３３】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
アウトした後、次の２種類の焼成条件で焼成した。

【００３４】焼成条件Ａでは、焼成温度を１２００℃と
し、昇温時および最高温度保持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、冷却時窒素中の雰囲
気とした。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。

【００３５】焼成条件Ｂでは、同様の温度雰囲気条件
で、焼成時間及び成形時の圧力を、焼結体の平均結晶粒
径が４μm以下、焼結体密度がほぼ４．４ｇ/ｃｍ³程度
で、４．３〜４．６ｇ／ｃｍ³の範囲内に入るように変
化させた。

【００３６】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。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０．２６ｍｍφ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。結果を（表１）に示した。

【００３７】

【表１】

【００３８】（表１）の焼成条件Ａ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５９ｍｏｌ％以下、ＭｎＯが３４ｍｏｌ％以上４
４ｍｏｌ％以下、ＺｎＯが０ｍｏｌ％以上９ｍｏｌ％以
下の範囲内で、４０〜６０℃以上に損失極小温度を持
ち、かつ損失が７００ｋＷ/ｍ³以下と低損失であった。
さらに、Ｆｅ₂Ｏ₃が５５ｍｏｌ％以上５９ｍｏｌ％以
下、ＭｎＯが３５ｍｏｌ％以上４２ｍｏｌ％以下、Ｚｎ
Ｏが１ｍｏｌ％以上６ｍｏｌ％以下の範囲内で、損失は
３００ｋＷ/ｍ³程度以下と超低損失となった。

【００３９】しかしながら、焼成条件によって特性は異
なり、密度が４．４ｇ/ｃｍ³程度で、４．６ｇ/ｃｍ³未
満となる焼成条件Ｂでは、より高密度となる焼成条件Ａ
に比べて全体に損失が大きく、特にＦｅ₂Ｏ₃が５８ｍｏ
ｌ％以上でその傾向が顕著になった。これは密度が低い
ために実効断面積が減少する効果と、焼成冷却時に窒素
雰囲気により焼結体内部まで部分的に還元され、不均質
な焼結体となったためと考えられる。また損失極小温度
は、焼成条件ＢではＡに比べて低くなる傾向があった。
この理由は、同じく冷却時の還元によりＦｅ²⁺が増大し
たためと考えられる。従って、焼結密度は高い方が望ま
しい。

【００４０】（実施例２）実施例１と同様の方法で、
（表２）の組成比となり、ＣａＯが０．１重量％、Ｓｉ
Ｏ₂が０．０２重量％、Ｔａ₂Ｏ₅が０．１重量％となる
ように、ＣａＣＯ₃とＳｉＯ₂とＴａ₂Ｏ₅を添加し、実施
例１とおなじ焼成条件ＡおよびＢ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・条件で磁
気損失の温度特性を測定した。結果を（表２）に示し
た。

【００４１】

【表２】

【００４２】（表２）の焼成条件Ａの結果より明らかな
ように、実施例１と同様にＦｅ₂Ｏ₃が５３ｍｏｌ％以上
５９ｍｏｌ％以下、ＭｎＯが３４ｍｏｌ％以上４４ｍｏ
ｌ％以下、ＺｎＯが０ｍｏｌ％以上９ｍｏｌ％以下の範
囲内で、４０〜６０℃以上に損失極小温度を持ち、かつ
損失が６００ｋＷ/ｍ³以下と低損失であった。さらに、
Ｆｅ₂Ｏ₃が５５ｍｏｌ％以上５９ｍｏｌ％以下、ＭｎＯ
が３５ｍｏｌ％以上４２ｍｏｌ％以下、ＺｎＯが１ｍｏ
ｌ％以上６ｍｏｌ％以下の範囲内で、損失は２００ｋＷ
/ｍ³程度以下、最低で９０ｋＷ/ｍ³と超低損失となっ
た。この結果を、実施例１の（表１）の同じ焼成条件Ａ
と比較すると、ＣａＯとＳｉＯ₂以外にさらにＴａ₂Ｏ₅
を添加した（表２）では、主組成にもよるが、磁気損失
が約１００ｋＷ/ｍ³程度低下した。

【００４３】一方、より低密度となる焼成条件Ｂでは、
実施例１と同様全体に損失が大きく、また損失極小温度
は低くなる傾向があった。従って、この３成分添加系に
おいても、焼結密度は高い方が望ましい。

【００４４】次にこれらの試料を破壊し、その破断面を
観察すると、いず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、Ｎｏ．１４，１７，２
０，２６，２９の試料（焼成条件Ａ，Ｂとも）につい
て、破断面のＴａ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。まず、分析範囲を３
μｍ径に絞って、同一試料について数十点分析したとこ
ろ、Ｔａ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Ｔａ濃
度を求めることとし、破断面からのＴａ元素の深さ方向
のプロファイルを測定した。その結果、いずれの試料に
おいても、Ｔａ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ｎ
ｍ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Ｔａ濃度を
比較してみると、いずれの試料においても粒界部分の濃
度が約１０倍高くなっていた。

【００４５】（実施例３）実施例１と同様の方法で、組
成比がＦｅ₂Ｏ₃＝５６．５ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝４０ｍｏ
ｌ％、ＺｎＯ＝３．５ｍｏｌ％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、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８００℃で２時間空気中で仮焼した後、ＣａＯとＳｉ
Ｏ₂が（表３）の量となるように、ＣａＣＯ₃とＳｉＯ₂
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。これらの仮焼粉末より、
実施例１の焼成条件Ａと同様の方法で焼結体(ａ)を作製
した。

【００４６】また同様に、組成比Ｆｅ₂Ｏ₃＝５４ｍｏｌ
％、ＭｎＯ＝３７．５ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝８．５ｍｏｌ
％で、ＣａＯとＳｉＯ₂が（表４）の量となるように、
実施例１の焼成条件Ｂで焼結体(ｂ)を作製した。

【００４７】これらの焼結体について、実施例１と同方
法・同条件（１ＭＨｚ，５０ｍＴ）で磁気損失の温度依
存性を測定した。その結果、焼結体(ａ)では、磁気損失
はいずれのＣａＯとＳｉＯ₂量においても、８０℃で極
小値を示した。また焼結体(ｂ)では、いずれのＣａＯと
ＳｉＯ₂量においても、６０℃で極小値を示した。この
極小磁気損失値をｋＷ/ｍ³の単位で（表３）または（表
４）に示した。

【００４８】

【表３】

【００４９】

【表４】

【００５０】（表３）および（表４）より明らかなよう
に、ＣａＯまたはＳｉＯ₂の単独添加では高磁気損失で
あるが、両者を組み合わせることにより低磁気損失化
し、特に０．０５≦ＣａＯ≦０．３重量％、０．００５
≦ＳｉＯ₂≦０．０５ｗｔ％の範囲内にあるときは、焼
結体(ａ)で磁気損失が３００ｋＷ／ｍ³前後、焼結体
(ｂ)で磁気損失が４００ｋＷ／ｍ³程度以下と低磁気損
失であった。

【００５１】（実施例４）実施例３と同様の方法で、組
成比がＦｅ₂Ｏ₃＝５６．５ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝４０ｍｏ
ｌ％、ＺｎＯ＝３．５ｍｏｌ％からなり、ＺｒＯ₂が
０．０５重量％、ＣａＯとＳｉＯ₂が（表５）の量とな
るように、ＺｒＯ₂，ＣａＣＯ₃およびＳｉＯ₂を添加
し、実施例１の焼成条件Ａで焼結体(ｃ)を作製した。ま
た組成比がＦｅ₂Ｏ₃＝５４ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝３７．５
ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝８．５ｍｏｌ％からなり、ＺｒＯ₂
が０．０５重量％、ＣａＯとＳｉＯ₂が（表６）の量と
なるように、ＺｒＯ₂，ＣａＣＯ₃およびＳｉＯ₂を添加
し、実施例１の焼成条件Ｂで焼成した焼結体(ｄ)を作製
した。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３と同じ条件で磁気損失の温度依存性を測
定した。その結果、焼結体(ｃ)では、いずれのＣａＯと
ＳｉＯ₂量においても８０℃で極小値を示した。また焼
結体(ｄ)では、いずれのＣａＯとＳｉＯ₂量においても
６０℃で極小値を示した。この極小磁気損失値をｋＷ/
ｍ³の単位で（表５）または（表６）に示した。

【００５２】

【表５】

【００５３】

【表６】

【００５４】実施例２の（表３）および（表４）と、
（表５）および（表６）を比較すると明らかなように、
どちらの焼結体においても、ＣａＯとＳｉＯ₂量のあら
ゆる組合せに対して、さらにＺｒＯ₂を添加したものは
より低磁気損失化した。しかしながら、もともと磁気損
失の低い、０．０５≦ＣａＯ≦０．３重量％、０．００
５≦ＳｉＯ₂≦０．０５ｗｔ％の範囲内に対するＺｒＯ₂
の添加が、磁気損失の絶対値から考えて、効果的であっ
た。

【００５５】（実施例５）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、ボールミルにて湿
式１０時間混合粉砕し、乾燥させた。この混合粉末を８
００℃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％となり、ＺｒＯ₂、Ｈｆ
Ｏ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＭｏＯ₃、ＷＯ₃、Ａｌ
₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＧｅＯ₂、ＳｎＯ₂、Ｓｂ₂
Ｏ₃、Ｂｉ₂Ｏ₃が（表７）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た焼結体を、実施
例１の焼成条件Ａで作製した。

【００５６】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７）に示した。

【００５７】

【表７】

【００５８】（表７）より明らかなように、ＣａＯとＳ
ｉＯ₂のみの添加に比べ、さらにＺｒＯ₂、ＨｆＯ₂、Ｔ
ａ₂Ｏ₅、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＭｏＯ₃、ＷＯ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｇａ₂
Ｏ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＧｅＯ₂、ＳｎＯ₂、Ｓｂ₂Ｏ₃、Ｂｉ₂Ｏ
₃を複合して添加したものは、特定の添加範囲内でより
低磁気損失化し、最低損失値はＧｅＯ₂＝０．０５重量
％添加で１１０ｋＷ/ｍ³と超低損失であった。

【００５９】次にこれら各副成分を用いた試料のうち、
最も低損失となった添加量（０．０５または０．２重量
％）の試料について、実施例２と同様の方法で、破断面
からの各添加金属元素の深さ方向のプロファイルを測定
した。その結果、いずれの試料においても、添加金属濃
度は粒界部分から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、いずれの試料においても粒界部分の濃度が
約１０〜数十倍高くなっていた。

【００６０】（実施例６）実施例５と同様の方法で、組
成比がＦｅ₂Ｏ₃＝５５ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝３７．５ｍｏ
ｌ％、ＺｎＯ＝７．５ｍｏｌ％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、ボールミル
にて湿式１０時間混合粉砕し、乾燥させた。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０．０２重量％となり、Ｚｒ
Ｏ₂、ＨｆＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＭｏＯ₃、ＷＯ₃、
Ａｌ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＧｅＯ₂、ＳｎＯ₂、Ｓ
ｂ₂Ｏ₃、Ｂｉ₂Ｏ₃が（表８）の量となるように、ＣａＣ
Ｏ₃およびそれぞれの金属酸化物を添加した焼結体を、
実施例１の焼成条件Ｂで作製した。

【００６１】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、
６０℃で極小値を示した。この極小損失値を（表８）に
示した。

【００６２】

【表８】

【００６３】（表８）より明らかなように、ＣａＯとＳ
ｉＯ₂のみの添加に比べ、さらにＺｒＯ₂、ＨｆＯ₂、Ｔ
ａ₂Ｏ₅、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＭｏＯ₃、ＷＯ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｇａ₂
Ｏ₃、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＧｅＯ₂、ＳｎＯ₂、Ｓｂ₂Ｏ₃、Ｂｉ₂Ｏ
₃を複合して添加したものは、特定の添加範囲内でより
低磁気損失化し、最低損失値はＺｒＯ₂＝０．０５重量
％添加で２５０ｋＷ/ｍ³と超低損失であった。

【００６４】次にこれら各副成分を用いた試料のうち、
最も低損失となった添加量（０．０５または０．２重量
％）の試料について、実施例５と同様の方法で、破断面
からの各添加金属元素の深さ方向のプロファイルを測定
した。その結果、いずれの試料においても、添加金属濃
度は粒界部分から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、いずれの試料においても粒界部分の濃度
が約１０〜数十倍高くなっていた。

【００６５】（実施例７）実施例１と同様の方法で、Ｆ
ｅ₂Ｏ₃、ＭｎＣＯ₃、ＺｎＯの各粉末を用い、これらの
粉末を、組成比がＦｅ₂Ｏ₃＝５５ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝３
９ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝６ｍｏｌ％となり、合計重量が３
００ｇとなるようにそれぞれ秤量し、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％となるよ
うに、ＣａＣＯ₃とＳｉＯ₂とＴａ₂Ｏ₅を秤量添加し、ボ
ールミルにて湿式１０時間混合粉砕し、乾燥させた。こ
の混合粉末を８００〜１２００℃の各温度で２時間空気
中で仮焼した後、再度ボールミルにて１０〜２０時間、
湿式混合粉砕して乾燥させ、仮焼粉末とした。

【００６６】この仮焼粉末に、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、一軸金型成形した後、１２００℃で１
時間、実施例１に示した雰囲気条件で焼成し、焼結体を
得た。また同様の方法で、Ｔａ₂Ｏ₅のみ、添加を仮焼後
の粉砕時とした試料を作製した。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と同様に磁気
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６０℃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２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９）に示した。

【００６７】

【表９】

【００６８】（表９）より明かなように、無添加のもの
に比べ、Ｔａ₂Ｏ₅により、より低磁気損失化するが、Ｔ
ａ濃度比が５以下の場合にはその効果が大幅に低減し
た。

【００６９】（実施例８）実施例７と同様に、組成比が
Ｆｅ₂Ｏ₃＝５７ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝３９ｍｏｌ％、Ｚｎ
Ｏ＝４ｍｏｌ％となり、ＣａＯが０．１重量％、ＳｉＯ
₂が０．０２重量％、Ｔａ₂Ｏ₅が０．０５重量％となる
ように、ＣａＣＯ₃とＳｉＯ₂とＴａ₂Ｏ₅を添加した焼結
体を、１２００℃−５時間焼成で、実施例１の雰囲気で
焼成し、焼結体を得た。また同様の方法で、Ｔａ₂Ｏ₅の
み添加を仮焼後の粉砕時とした試料を作製した。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と同様に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２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１
０）に示した。

【００７０】

【表１０】

【００７１】（表１０）より明かなように、無添加のも
のに比べ、Ｔａ₂Ｏ₅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大幅に低減し
た。なお、焼結体密度が４．５ｇ/ｃｍ³未満の試料１０
では、Ｔａ濃度比が５以上であっても、若干高損失であ
った。

【００７２】（実施例９）実施例２と同様の方法で、組
成比がＦｅ₂Ｏ₃＝５７ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝３９ｍｏｌ
％、ＺｎＯ＝４ｍｏｌ％となり、ＣａＯを０．１重量
％、ＳｉＯ₂を０．０２重量％、ＧｅＯ₂を０．０５重量
％となる比率で添加した仮焼粉末を用意し、実施例１の
焼成条件Ａで焼結体(ｅ)を作製した。

【００７３】また同様に、主組成がＦｅ₂Ｏ₃＝５５ｍｏ
ｌ％、ＭｎＯ＝３９ｍｏｌ％、ＺｎＯ＝６ｍｏｌ％と
し、ＣａＯを０．１重量％、ＳｉＯ₂を０．０２重量
％、ＧｅＯ₂を０．０５重量％添加し、実施例１の焼成
条件Ｂで焼結体(ｆ)を作製した。さらに同様に、主組成
がＦｅ₂Ｏ₃＝５２ｍｏｌ％、ＭｎＯ＝３８ｍｏｌ％、Ｚ
ｎＯ＝１０ｍｏｌ％とし、ＣａＯを０．１重量％、Ｓｉ
Ｏ₂を０．０２重量％、ＧｅＯ₂を０．０５重量％添加
し、実施例１の焼成条件Ｂで焼結体(ｇ)を作製した。こ
れらの焼結体の磁気損失を実施例１と同様の方法・条件
で測定した。

【００７４】焼結体(ｅ)は、密度４．７１ｇ/ｃｍ³で、
８０℃で磁気損失極小温度を持ち、磁気損失値は１３０
ｋＷ/ｍ³の本開発品の超低磁気損失材である。また焼結
体(ｆ)は、密度４．３９ｇ/ｃｍ³で、６０℃で磁気損失
極小温度を持ち、磁気損失値は２１０ｋＷ/ｍ³の本開発
品の超低磁気損失材である。一方焼結体(ｇ)は、密度
４．４１ｇ/ｃｍ³で、６０℃磁気損失極小温度を持ち磁
気損失値は８５０ｋＷ/ｍ³である従来材料である。

【００７５】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１１）に
示した。

【００７６】

【表１１】

【００７７】（表１１）より明らかなように、これらの
焼結体は０．５〜２ＭＨｚ付近で損失が最小となる。
(ｅ)(ｆ)と(ｇ)を比較すると、３００ｋＨｚ以上で本発
明の焼結体(ｅ)(ｆ)が有利となる。しかしながら１０Ｍ
Ｈｚでは、かなり損失が増加し、他の材料（例えば、Ｎ
ｉＺｎ系フェライト）に対する優位性がなくなる。

【００７８】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１２）に示した。

【００７９】

【表１２】

【００８０】（表１２）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(ｇ)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、開発したフェライト材料(ｅ)または(ｆ)を用いた電
源は温度上昇が少なく、５０ｍＴで２ＭＨｚまで充分使
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１１）の
結果より５ＭＨｚ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。

【００８１】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。

【００８２】

【発明の効果】以上説明した通り本発明は、Ｆｅ₂Ｏ₃成
分を５３ｍｏｌ％以上５９ｍｏｌ％以下、ＭｎＯ成分を
３４ｍｏｌ％以上４４ｍｏｌ％以下、ＺｎＯ成分を９ｍ
ｏｌ％以下含有する主組成と、ＣａＯ成分を０．０５重
量％以上０．３重量％以下、ＳｉＯ₂成分を０．００５
重量％以上０．０５重量％以下含有する副成分とを含有
する焼結体の酸化物磁性体材料であるため、従来にない
高周波領域においても極めて低磁気損失で、かつ温度特
性に優れた材料であるという効果がある。特に、これを
用いて作製されたスイッチング電源は、低発熱・高効率
で、温度暴走の危険性の少ない効果も有する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者釘宮公一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

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｆｅ₂Ｏ₃成分を５３ｍｏｌ％以上５９ｍｏ
ｌ％以下ＭｎＯ成分を３４ｍｏｌ％以上４４ｍｏｌ％以下ＺｎＯ成分を９ｍｏｌ％以下含有する主組成と、ＣａＯ成分を０．０５重量％以上０．３重量％以下ＳｉＯ₂成分を０．００５重量％以上０．０５重量％以
下含有する副成分とを含有する焼結体であることを特徴
とする酸化物磁性体材料。
【請求項２】副成分に、ＺｒＯ₂、ＨｆＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、
Ｃｒ₂Ｏ₃、ＭｏＯ₃、ＷＯ₃、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｇａ₂Ｏ₃、Ｉｎ
₂Ｏ₃、ＧｅＯ₂、ＳｎＯ₂、Ｓｂ₂Ｏ₃、Ｂｉ₂Ｏ ₃より選ば
れた少なくとも１種類以上とするＭ_xＯ_z成分を、０．０
１重量％以上０．２重量％以下含有することを特徴とす
る、請求項１記載の酸化物磁性体材料。
【請求項３】Ｍ_xＯ_zの粒界層部分の濃度が、粒子内部の
濃度の５倍以上であることを特徴とする、特許請求項２
記載の酸化物磁性体材料。