JPH0677040A - Mn−Zn系フェライト - Google Patents

Mn−Zn系フェライト

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JPH0677040A
JPH0677040A JP4230171A JP23017192A JPH0677040A JP H0677040 A JPH0677040 A JP H0677040A JP 4230171 A JP4230171 A JP 4230171A JP 23017192 A JP23017192 A JP 23017192A JP H0677040 A JPH0677040 A JP H0677040A
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JP
Japan
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oxide
terms
mol
density
loss
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Pending
Application number
JP4230171A
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English (en)
Inventor
Hideaki Kohiki
英明 小日置
Masakatsu Yamazaki
正勝 山崎
Satoru Narutani
哲 成谷
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JFE Steel Corp
Original Assignee
Kawasaki Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 スイッチング電源用として高密度でしかも低
損失のMn−Zn系フェライトを得る。 【構成】 Fe2O3 :51.5〜54.5 mol%、 MnO :30〜40 mol%及び ZnO :6〜18 mol% を基本成分とし、この基本成分中に、副成分として 酸化珪素 : SiO2 換算で 0.005〜0.04wt%、 酸化カルシウム: CaO 換算で 0.02 〜0.2 wt%、 酸化アンチモン: Sb2O3換算で 0.005〜0.2 wt%及び 酸化タンタル : Ta2O5換算で 0.01 〜0.1 wt% を含有させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、スイッチング電源用
トランス等の用途に供して好適な、高密度でしかも電力
損失の少ないMn−Zn系フェライトに関するものである。
【0002】
【従来の技術】Mn−Zn系酸化物磁性材料いわゆるMn−Zn
系フェライトは、各種通信機器、電源等のコイル、トラ
ンス材として広く用いられ、とくに約 100 kHz以上の高
周波領域で動作するスイッチング電源用トランス材料と
しての用途において電子機器の小形化に大きく貢献して
いる。このような電子機器の小形化に伴って、部品の組
立の自動化も進んでいるが、フェライトは一般に硬くて
脆いため、自動組立において割れや欠けなどの破損が発
生するという問題があった。
【0003】かかる弱点を克服するためには、高密度で
緻密な焼結体とする必要がある。高密度なフェライト焼
結体を得る手法としては、減圧焼成法、ホットプレス法
及びHIP法などの焼結法が開発されているが、このよ
うな特殊な焼結法では特別な減圧装置や加圧装置が必要
になり、工程が増大するだけでなく、コストも上昇す
る。このため、これらの方法は精密加工が必要な磁気ヘ
ッドなどの用途に使用されるのみで、トランス材料等に
は使用されていない。
【0004】また、スイッチング電源のトランス材料と
して使用されるMn−Zn系フェライトでは、その要求特性
の中でも、とくに高磁場下において低損失であることが
重要である。このため、Mn−Zn系フェライトにおいて
は、従来から種々の微量成分を添加することによる損失
の改善が試みられている。
【0005】例えば特開昭58-15037号公報では Nb2O5の
添加により、また特開平2−150501号公報では CaO, Si
O2及びSb2O3 の添加により、100 kHz, 0.2Tにおける電
力損失を 300〜400 mW/cm3 程度のレベルまで低減して
いる。また特公昭45-39976号公報ではCaO, Nb2O5及びTa
2O5 の添加によって、 100 kHzにおける相対損失係数ta
n δ/μ0 : 1.5〜2×10-6以下の低損失を実現してい
る。さらに特開平3−254103号公報では、SiO2, CaO, N
b2O5及びSb2O3 の添加により、電力損失が 240〜300 mW
/cm3 まで改善され、現在における最高水準に達してい
る。しかしながら、上記の技術では、焼結体の密度につ
いては何ら考慮が払われていない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、フェライ
トの製造に通常用いられる常圧での焼成方法によって、
安価に高密度化することができ、自動組立や精密加工の
際に割れや欠けなどの破損が発生しにくく、しかも現在
のスイッチング電源の駆動周波数として標準的な100 kH
z, 0.2Tにおける電力損失の最高水準である 240〜300
mW/cm3 をさらに上回る、高密度でしかも低損失のMn−
Zn系フェライトを提案することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】すなわちこの発明は、
【表3】Fe2O3 :51.5〜54.5 mol%、 MnO :30〜40 mol%及び ZnO :6〜18 mol% を基本成分とし、副成分として 酸化珪素 : SiO2 換算で 0.005〜0.04wt%、 酸化カルシウム: CaO 換算で 0.02 〜0.2 wt%、 酸化アンチモン: Sb2O3換算で 0.005〜0.2 wt%及び 酸化タンタル : Ta2O5換算で 0.01 〜0.1 wt% を含有することからなるMn−Zn系フェライト(第1発
明)である。
【0008】またこの発明は、上記の第1発明に、副成
分としてさらに酸化ニオブを Nb2O5換算で 0.1wt%以下
含有させたMn−Zn系フェライト(第2発明)である。
【0009】
【作用】まずこの発明において、基本成分の組成比を上
記の範囲に限定した理由について説明する。 Fe2O3 :51.5〜54.5 mol%, MnO : 30〜40 mol%及び Z
nO:6〜18 mol% スイッチング電源用トランスの動作温度は、通常60〜70
℃である。従ってこの温度範囲で電力損失が小さく、し
かも室温から動作温度を超える80〜120 ℃程度の温度域
までの電力損失が負の温度依存性を持つことが望まし
い。この観点からFe2O3, MnO及びZnO の好適組成比を検
討した結果、上記の各範囲が得られたのである。
【0010】この発明では、上記の基本成分中に、副成
分として酸化珪素、酸化カルシウム、酸化アンチモン及
び酸化タンタル、さらには必要に応じて酸化ニオブを含
有させるけれども、かかる副成分の含有量を前記の範囲
に限定した理由を以下に述べる。 酸化珪素:SiO2換算で 0.005〜0.04wt% SiO2は、 CaOとの共存によって粒界の比抵抗を高め、渦
電流の低減に有効に寄与するが、含有量が 0.005wt%に
満たないとその添加効果に乏しく、一方0.04wt%を超え
ると焼成時に異常粒が成長し易く、特性が不安定になる
ので、 0.005〜0.04wt%の範囲に限定した。
【0011】 酸化カルシウム:CaO 換算で0.02〜0.2 wt% CaOは、SiO2との共存下で、効果的に粒界抵抗を高め、
もって低損失をもたらす有用成分であるが、含有量が0.
02wt%に満たないと粒界抵抗の向上効果に乏しく、一方
0.2 wt%を超えると逆に損失が大きくなるので、0.02〜
0.2 wt%の範囲で添加するものとした。
【0012】 酸化アンチモン:Sb2O3 換算で 0.005〜0.2 wt% 酸化アンチモン(主にSb2O3 )は、 SiO2, CaOとの共存
下において、異常粒成長を発生させることなく、焼結性
を著しく改善し、焼結密度を増大させる。これにより、
飽和磁束密度、電力損失等に好影響を与えるものと考え
られるが、含有量が 0.005wt%に満たないと焼結性の改
善効果に乏しく、一方0.2 wt%を超えて含有されると損
失の増加を招くので、0.05〜0.2 wt%の範囲に限定し
た。
【0013】 酸化タンタル:Ta2O5 換算で0.01〜0.1 wt% 酸化タンタル(主にTa2O5 )は、SiO2, CaO, Sb2O3との
共存下で、高周波領域での損失の低減に寄与する。また
Sb2O3程ではないものの、焼結密度を増加させる効果が
ある。酸化タンタルの添加によって損失が改善される理
由は、まだ明確に解明されたわけではないが、 SiO2, C
aO及びSb2O3 の複合含有によって形成される高抵抗の粒
界相を変質させ、電気抵抗を増加させると共に、異質の
相が粒界に存在することによる磁気的な悪影響を緩和す
る働きがあるためと考えられる。しかしながら含有量が
0.01wt%に満たないとその効果に乏しく、一方0.1 wt%
を超えて含有されると焼結時に異常粒成長を起こし易く
なるので、0.01〜0.1 wt%の範囲に限定した。
【0014】酸化ニオブ:Nb2O5 換算で 0.1wt%以下 酸化ニオブ(主にNb2O5 )は、 Sb2O3やTa2O5 の焼結性
向上効果を損なうことなく、高周波領域における損失の
一層の低減に寄与する。この酸化ニオブの添加によって
損失が改善される理由は、まだ明確に解明されたわけで
はないが、粒界に偏析し、酸化タンタルと同様な粒界の
性質を改善する効果を与えるものと考えられる。とくに
この効果は Ta2O5との共存下で大きい。しかしながら、
その含有量が0.1 wt%を超えて含有されると焼結時に異
常粒成長を起こし易くなるので、0.1 wt%以下の範囲に
限定した。
【0015】上述したとおり、この発明は、酸化珪素、
酸化カルシウムの存在下で、酸化アンチモン及び酸化タ
ンタル、さらには酸化ニオブを含有させ、粒界に均一分
散させることにより、上記の目的を達成したものであ
る。
【0016】この発明のフェライトを製造するには、常
法に従って処理を施せば良い。すなわち、フェライトの
最終組成として、例えば酸化鉄を Fe2O3換算で51.5〜5
4.5 mol%、酸化マンガンを MnO換算で30〜40 mol%、
酸化亜鉛を ZnO換算で6〜18 mol%の割合で含有するよ
うに混合し、ついで副成分として酸化珪素をSiO2換算で
0.005〜0.04wt%、酸化カルシウムを CaO換算で0.02〜
0.2 wt%、酸化アンチモンを Sb2O3換算で0.005 〜0.2
wt%及び酸化タンタルを Ta2O5換算で0.01〜0.1 wt%、
さらには必要に応じ酸化ニオブを Nb2O5換算で0.1 wt%
以下含有するように添加したものを原料とする。ただ
し、副成分の添加時期は、後述する仮焼の後であっても
差し支えない。
【0017】この原料を 800℃以上の温度で仮焼し、つ
いで微粉砕後、1150℃以上の高温にて酸素濃度を制御し
た窒素ガス中で焼成する。なお、酸化鉄の原料として
は、Fe2O3 だけでなく、 FeOやFe3O4 、さらには焼成に
より Fe2O3に変わることのできる化合物、例えば水酸化
鉄、しゅう酸鉄などを使用することができる。また、酸
化マンガン原料としては、MnO のみならず、MnO2, Mn3O
4 、さらには焼成により MnOに変わることのできる化合
物、例えば炭酸マンガン、しゅう酸マンガンなどを使用
することができる。さらに、酸化亜鉛原料としては、Zn
O のみならず、焼成により ZnOに変わることのできる化
合物、例えば炭酸亜鉛、しゅう酸亜鉛などを使用するこ
とができる。
【0018】Si,Ca,Sb及びTa、さらにはNbの各酸化物
の添加は、製造工程中の加熱によって酸化物に変化す
る、金属、炭酸塩又はしゅう酸塩等の形で行っても良
い。
【0019】
【実施例】最終組成として、 Fe2O3:53.0 mol%、 Mn
O:35.0 mol%、 ZnO:12.0 mol%となる基本組成の原
料を混合した後、大気中で 900℃、3時間の仮焼を施し
た。この仮焼粉に対し、表4に示す最終組成としての割
合で、SiO2, CaO (CaCO3を使用), Sb2O3, Ta2O5 及びNb
2O5 を添加配合し、同時に湿式ボールミルで粉砕した。
ついで粉粉砕にバインダーとしてPVAを添加し、造粒
した後、外径:36mm、内径:24mm、高さ:12mmのリング
状に形成した。この成形体を、酸素濃度を制御した窒素
雰囲気中で1340℃で4時間焼成した。
【0020】かくして得られた焼結コアの密度をアルキ
メデス法により測定した。また周波数:100 kHz 、最大
磁束密度:0.2 T、温度:80℃における電力損失を交流
B−Hループトレーサーにて測定した。測定結果を表4
に併記する。また図1に、Ta2O5 含有量がそれぞれ 0.0
05wt%, 0.04wt%及び0.2 wt%の場合における焼結密度
及び電力損失の Sb2O3含有量依存性を、図2には、Nb2O
5 含有量が0wt%, 0.04wt %及び0.2 wt%の場合にお
ける焼結密度及び電力損失のTa2O5 含有量依存性を整理
して示す。なお焼結密度は、理論密度 5.1 g/cm3に対す
る百分率で示した。
【0021】
【表4】
【0022】同表から明らかなように、この発明に従い
副成分として、酸化珪素、酸化カルシウム、酸化アンチ
モン及び酸化タンタル、さらには酸化ニオブを複合含有
させたものはいずれも、焼結密度が理論密度の98%以上
であり、しかも 200〜280 mW/cm3という低い電力損失が
達成されている。
【0023】また図1に示したとおり、Sb2O3 を 0.002
wt%しか含有しない焼結体では理論密度の95%程度の焼
結密度しか得られなかったが、Sb2O3 含有量の増加と共
に焼結密度は増加し、含有量 0.005wt%以上で理論密度
の98%以上、含有量0.01wt%以上で理論密度の99%以上
の焼結体が得られた。しかし、含有量が 0.2wt%を超え
ると損失が急激に増加した。
【0024】さらに図2に示したとおり、Ta2O5 含有量
が 0.1wt%を超えると焼結密度が低下し、電力損失が急
増している。この理由は、異常粒成長の発生によるもの
である。また Ta2O5含有量が0.01wt%に満たない場合に
は、電力損失の低減効果は不充分で、280 mW/cm3以上で
ある。さらに、 Nb2O5を0.2 wt%含有すると、Ta2O5 含
有量は適正であっても、焼結密度は理論密度の96%以下
と小さく、また電力損失も 450mW/cm3以上と大きくなっ
ている。
【0025】
【発明の効果】かくしてこの発明によれば、通常の常圧
での焼成方法によって、自動組立や精密加工の際に割れ
や欠けなどの破損が発生しにくく、かつ駆動周波数が 1
00 kHz程度のスイッチング電源用トランスコアとして高
磁場下での電力損失が従来の材料と比較して格段に小さ
い、高密度でかつ低損失のMn−Zn系フェライトを安価に
得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】Sb2O3 含有量と焼結密度及び電力損失との関係
を示したグラフである。
【図2】Ta2O5 含有量と焼結密度及び電力損失との関係
を示したグラフである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 【表1】Fe2O3 :51.5〜54.5 mol%、 MnO :30〜40 mol%及び ZnO :6〜18 mol% を基本成分とし、副成分として 酸化珪素 : SiO2 換算で 0.005〜0.04wt%、 酸化カルシウム: CaO 換算で 0.02 〜0.2 wt%、 酸化アンチモン: Sb2O3換算で 0.005〜0.2 wt%及び 酸化タンタル : Ta2O5換算で 0.01 〜0.1 wt% を含有することを特徴とするMn−Zn系フェライト。
  2. 【請求項2】 【表2】Fe2O3 :51.5〜54.5 mol%、 MnO :30〜40 mol%及び ZnO :6〜18 mol% を基本成分とし、副成分として 酸化珪素 : SiO2 換算で 0.005〜0.04wt%、 酸化カルシウム: CaO 換算で 0.02 〜0.2 wt%、 酸化アンチモン: Sb2O3換算で 0.005〜0.2 wt%及び 酸化タンタル : Ta2O5換算で 0.01 〜0.1 wt% を含み、さらに 酸化ニオブ : Nb2O5換算で 0.1wt%以下 を含有することを特徴とするMn−Zn系フェライト。
JP4230171A 1992-08-28 1992-08-28 Mn−Zn系フェライト Pending JPH0677040A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0571004A3 (en) * 1991-02-15 1995-08-09 Mita Industrial Co Ltd Cassette for feeding sheet-like materials.
JP2020120064A (ja) * 2019-01-28 2020-08-06 Njコンポーネント株式会社 磁性材料
CN118184328A (zh) * 2024-03-14 2024-06-14 电子科技大学 一种低温烧结高频低损耗MnZn功率铁氧体及制备方法

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JP2020120064A (ja) * 2019-01-28 2020-08-06 Njコンポーネント株式会社 磁性材料
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