JPS6150311A

JPS6150311A - 高周波電源トランス用磁芯

Info

Publication number: JPS6150311A
Application number: JP59173014A
Authority: JP
Inventors: Shunji Onishima; 鬼嶋　俊二; Tadakatsu Sano; 佐野　忠勝; Toshio Saito; 俊夫斉藤; Akira Morita; 守田　章
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1984-08-20
Filing date: 1984-08-20
Publication date: 1986-03-12
Also published as: JPH0544806B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ■　発明の背景技術分野本発明は、特にｌＯ〜１００ＫＨｚ程度の高周波数にて
動作する電源トランスとして、電力損失の少ない高周波
電源トランス用磁芯に関する。

先行技術とその問題点ブンカンー亜鉛系フェライトは、各種通信機器、民生用
機器などのコイル、トランス材料として多用されている
が、最近、周波数の高い電源が使用される傾向があり、
その目的にあうトランス材料としての性能が要求される
ようになってきている。

特にビデオデー、キや各種ＯＡ機器等においては、５０
ＫＨｚ　〜１００ＫＨｚの高周波域ニーｃ数ｌＯＷの電
力で使用するモータードライブ用、信号造巾用、発信用
等の安定な多種類の電圧を供給するトランス材料が必要
である。

トランス材料としてのマンガン−亜鉛系フェライトに要
求される性質の１つに高透磁率であることがあげられる
。

しかしながら、これまでのマンガン−亜鉛系の高透磁率
フェライトは１０〜１００Ｋ）ｉｚ程度の高周波域では
電力損失が大きく、損失の面で改善を要求されている。

ところで、マンガン−亜鉛系フェライト材料にカリウム
またはナトリウムを添加することによって、通常のトラ
ンス・コイル材料の電力損失を小さくできることが知ら
れている（特公昭５３−２８８３３号）。

この場合、カリウムの添加量はに換算で０．０３ｗｔ％
である。

しかし、上記の１０〜１００ＫＨｚ程度の動作周波数で
は、電力損失が大きく実用上不十分である。

ＩＩ　　発明の目的本発明はこのような実状に鑑みなされたものであって、
その主たる目的は、低損失の新規なマンガン−亜鉛系フ
ェライト磁性材料を用いた高周波電源トランス用磁芯を
提供することにある。

このような目的は、以下の発明によって達成できる。

すなわち第１の発明は、酸化カルシウムと、酸化ケイ素と、酸化ニオブと、酸化
カリウムと、酸化ナトリウムとを含有するマンガン−亜
鉛系フェライト材料からなることを特徴とする高周波電
源トランス用磁芯である。

また第２の発明は、酸化カルシウムと、酸化ケイ素と、酸化ニオブと、酸化
インジウムおよび／または酸化ビスマスと、酸化カリウ
ムと、酸化ナトリウムとを含有するマンガン−亜鉛系フ
ェライト材料からなることを特徴とする高周波電源トラ
ンス用磁芯である。

■　発明の具体的構成以下１本発明の具体的構成について詳細に説明する。

本発明におけるマンガン−亜鉛系フェライト磁性材料は
、酸化鉄、酸化マンガンおよび酸化亜鉛を主成分とする
。

そして、これらの主成分は、それぞれ、Ｆｅ２Ｏ３換算
５２〜５４モル％、Ｍ　ｎ　Ｏ換算２８〜３３モル％、
ＺｎＯ換算１３−２Ｏ−１ニル％とされる。

この範囲外では、キュリ一点が１００℃以下となるか、
あるいは高周波でのＪＬ＆が低下してしまう。

この場合、酸化鉄はＦｅ２Ｏ３換算で、５２．５〜５３
．５モル％、酸化マンガンはＭ　ｎ　Ｏ換算で、２９〜
３１．５モル％、酸化亜１　　　　鉛はＺｎＯ換算ア、
１５〜１８−’Ｅ−Ｊｌｚ％１あ。

と、より一層好ましい。

そして、本発明の磁性材料中には、このような主成分に
対し、酸化カルシウムと、酸化ケイ素と、酸化ニオブと
、酸化ナトリウムと、酸化カリウムと、必要に応じ酸化
インジウムおよび／または酸化ビスマスとが含有される
。

この場合、酸化カルシウム、酸化ケイ素、−化ニオブ、
酸化カリウム＋酸化ナトリウムの各成分の含有量は、そ
れぞれ、（：ａＣＯ３換算にて、０．０３〜０．２ｗｔ
％、３１０２換算にて、０．００１　ＮＯ，０５ｗｔ％
、Ｎｂ２Ｏ５換算にて、０．００１−０．１ｗｔ％、Ｎ
ａ２ＣＯ３およびに２ＣＯ３換算にて。

０．３ｗｔ％以下である。

また、必要に応じ含有される酸化インジウムおよび／ま
たは酸化ビスマスは、０．００１〜０．１ｗｔ％の含有
量とされる。

本発明のフェライトにおいて、酸化カルシウムは、高周
波域での損失を低減する成分であるが、０．０３ｗｔ％
未満となるとその実効がなくなり、また０　、２ｗｔ％
をこえると透磁率が減少してしまう。

この場合、酸化カルシウム含有量が０．０４〜０．０８
ｗｔ％となると、より一層好ましい結果をうる。

酸化ケイ素も高周波域での損失を低減する成分であるが
、０．ＯＯ１ｗｊ％未満となるとその実効がなくなり、
また０　、０５ｗｔ％をこえると損失が上昇してしまう
。

この場合、酸化ケイ素含有量が０．００８〜０．０２５
ｗｔ％となると、より一層好ましい結果をうる。

酸化ニオブもやはり高周波域での損失を低減する成分で
あるが、Ｏ，００１ｗ’ｔ％未満となるとその実効がな
くなり、また０、１０ｗｔ％をこえると損失が上昇して
しまう。

この場合、酸化ニオブ含有量が０．０１〜０．０４ｗｔ
％となると、より一層好ましい結果をうる。

また、酸化ビスマスは透磁率を上昇させる成分である。

そして、上記の含有量にて、酸化ビスマスを含有させる
ことにより、透磁率が向上するものであるが、Ｏ，００
１ｗｔ％未満となるとその実効がなくなり、またＯ、１
０ｗｔ％をこえると透磁率が減少してしまう。

この場合、酸化ビスマス含有量が０．Ｏ１〜０．０８ｗ
ｔ％となると、より一層好ましい結果をうる。

さらに、酸化インジウムも、透磁率を向上させるもので
あるが、その含有量は０．１０ｗｔ％以下、特に０．０
０１〜０．ｉ。

ｗｔ％、より好ましくは０．ｏｉ〜０．０５ｗｔ％であ
る。

これら酸化インジウムと酸化ビスマスとは、それぞれ単
独に添加してもよく、あるいは両者ともに添加してもよ
い。

両者をともに添加する場合、総量は０．００１〜Ｏ，１０ｗｔ％である。

さらに、酸化カリウムおよび酸化ナトリウムは、やはり
損失低減効果をもつものである。

この場合、醸化カリウムと酸化ナトリウムとの含有量の
合計は、Ｋ２　ＣＯ３およびＮａ２ＣＯ３換算テ０　、
２４　ｗ　ｔ　％　以下、特ニ０．０３−０．２４ｗｔ
％である。

０．２４ｗｔ％より大、あるいは０．０３ｗｔ％より小
では損失が増大する。

そして、両者の合計が０．０５〜０．１７ｗｔ％となる
とより好ましい結果をうる。

なお、酸化カリウムと酸化ナトリウムとの含有比は任意
であってよい。

酸化カリウムと酸化ナトリウムとを含有させるには、Ｋ
２　ＣＯ３、Ｎａ２　ＣＯ３を添加することになるが、
これにより、異常粒の成長が抑制され、粒子径が整えら
れる。　そして、粒子径が揃うことにより、磁気特性が
向上し、特に残留磁束密度が低下し、保磁力が低下し、
とステリシス損が低下する。　このため電力損失は低減
するものである。

本発明のフェライト材料では、５０℃、正弦波２５ＫＨ
ｚ、２Ｏ００Ｇにおいて、７０ｍＷ／Ｃｍ３以下、特に
６０　ｍ　Ｗ　／　ｃ　ｍ　３にも及ぶ低い電力損失が
得られる。

このようなフェライト材料から形成される電源トランス
用の磁芯は、】Ｏ〜１００ＫＨｚの周波数で動作するも
のであって、その電力は、１０〜１００Ｗ程度とされる
。

そして、その形状、寸法等は公知のものとされる。　本
発明のフェライト材料からなる磁芯は、常法に従い製造
される。

すなわち、まず、マンガン−亜鉛系フェライトを製造す
るにあたり、原料混合物中に微量成分として、炭酸カル
シウム０．０３〜０．２ｗｔ％、酸化ケイ素０．００１
〜０．０５ｗｔ％以下、酸化ニオブ０．００１〜０．１
ｗｔ％、炭酸カリウムと炭酸ナトリウム０．３ｗｔ％以
下、そして必要に応じ酸化インジウムおよび／または酸
化ビスマス０．００１〜０．１〜．＋１％を、それぞれ
添加する。

次いで、これを大気圧下で焼成する。

本発明おける主成分としては、通常の酸化鉄成分、酸化
マンガン成分および酸化亜鉛成分の混合物が用いられる
。

これらの主成分は、磁性材料の最終組成と゛して、それ
ぞれ、Ｆｅ２Ｏ３換算５２〜５４モル％、特に５２．５
−５３．５モル％、ＭｎＯ換算２８〜３３モル％、特に
２９〜３１．５モル％、ＺｎＯ換算１３−２Ｏモル％、
特に１５〜１８モル％の割合になるように混合され、原
料として共される。

他方、本発明の磁性材料中に含有される微量成分の原料
は、前記の通り炭酸カルシウム、酸化ケイ素、醸化ニオ
ブ、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、そして必要に応じ
酸化インジウムおよび／または酸化ビスマスであり、こ
れらが原料混合物中に添加される。

本発明により所望の磁性材料を好適に製造するには、ま
ず、主成分および添加微量成分を混合し、これに適当な
バインダー、例えばポリビニルアルコールを少量、例え
ばＯ１１〜１．０ｗｔ％加えて成型する。

次いで、この成型品を通常、大気圧下８００〜１０００
℃の範囲の所定温度まで、例えば３００℃／　ｈ　ｒ程
度の昇温速度で急熱後、その温度で一定時間、好ましく
は１時間以上保持する。

次いで、酸素濃度を制御した雰囲気下において、所望の
焼結温度まで５０〜ｂの昇温速度で徐熱し、その温度で焼結を完了させる。

この際の焼成雰囲気としては、酸素濃度を１〜１５％程
度に制御した窒素雰囲気が好ましし）。

そして、焼成はこのような雰囲気中で通常、１３５０〜
１４００℃の範囲の所定温度に、１〜４時間保持するこ
とによって行われる。

このようにして焼結が完了した後の冷却工程は、焼結温
度から１２Ｏ０℃程度までは温度に応じて酸素濃度を制
御した雰囲気で、それ以降は不活性雰囲気、例えば窒素
雰囲気下で行うのが好ましい、　冷却速度としては、５
００〜７００℃／ｈｒ程度が好ましい。

このように、８００〜１００＜）℃間の適切な温度で、
所定時間、特に１時間以上の低温状態を設層し、その後
引続いて酸素濃度を制御した雰囲気下で焼結を行うこと
により、高周波領域における高透磁率、かつ低損失とい
う極めて高性能な特性が得られるものである。

■　発明の具体的作用効果本発明のマンガン−亜鉛系フェライトは、比較的高周波
領域（１０ＫＨｚ−ＩＱＯＫＨｚ）において高透磁率で
、かつ低損失という特徴を有しているため、ＯＡ機器用
等の数Ｗ〜数１０Ｗの出力のトランスの磁芯等として有
用である。

また、このような特徴は広い範囲において実現する。

この場合、後記実施例から明白になるようｌ　　　　に
、本発明の必須成分が１つでも欠落したときには、高い
損失の減少効果は得られない。

■　発明の具体的実施例以下１本発明の具体的実施例を示し、本発明をさらに詳
細に説明する。

（実施例１〉Ｍｎ０（３０，８モル％）、Ｚｎ０（１６、４モル％）、Ｆｅ２Ｏ３（５２，８モル％）を
主成分とし、副成分としてＣａＣＯ３０，０５５ｗｔ％、５Ｌ０２Ｏ．０２ｗｔ％
、Ｎｂ２ＯＢ　　０．０２ｗｔ％とし、Ｋ２　ＣＯ３と
Ｎａ２ＣＯ３を表１に示される量含有するように添加し
た。

焼成温度は１３６０℃とした。

このマンガン−亜鉛系フェライトについて５０℃におけ
る電力損失とｐａを測定し、表１および第１図に示す。

電力損失は、正弦波２５ＫＨｚ　　２Ｏ００Ｇの条件下
である。

表　　　１サンプル　Ｋ２　ＣＯ３Ｎａ２　ＣＯ３電力損失　　電
力損失低下率　　　　ルａＮ　ｏ　　、　　　　　　　　　（ｗｔＸ）　　　　　
　　　　　（ｗｔＸ）　　　　　　（ｍＷ／ａｔ’　　
）　　　　　　　　　（＄）１１　　　０　　　　　　
　０　　　　　８４．５　　　−　　　　８８４０１２
、　　０．０５　　　　０．０５　　５９．６　　２９
．５　　８７４０１３　　　０．１０　　　　０．０５
　　６７．４　　２Ｏ．２　　８７４０１４　　　０．
０５　　　　０．１０　　６９．０　　１８．３　　７
６３０表１よりに２　ｃ０．、　とＮａ２　ＣＯ３１７
）添加によって電力損失が向上することがわかる。

また、これらのフェライト材料の電力損失およびＩＬａ
の温度による変化を調べたところ第２図および第３図に
示す結果が得られた。

第２図から、広い温度範囲において、電力損失は大きく
低減することがわかる。

〈実施例２〉さらに比較のために、Ｍｎ０（３０，８モル％）　、Ｚ
ｎＯ（１６，４モル％）、Ｆｅ２Ｏ３　　（５２，８％
ル％）を主成分とし副成分を表２のようにかえて、焼成
条件を同一としたマンガン−亜鉛系フェライトについて
同様に電力損失とＰａの測定を行った。

結果を表２に示す。

表２に示される結果から、本発明の効果があきらかであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例１のフェライトの５０℃における電力
損失とに２　Ｃ０．添加量およびＮａＣＯ３添加量との
関係を示すグラフである。第２図は、実施例１の電力損失の温度特性を示すグラフ
であり、第３図は、透磁率の温度特性を示すグラフであ
る。出願人　ティーディーケイ株式会社代理人　弁理士　　石　井　陽　− ＦＩＧ、１に２ＣＯ３（ｗｔ　７ａ＞ＦＩＧ、２：Ａ　　　Ｊ　　（”Ｃ）ＦＩＧ、３４Ｑ　　　　６０　　　８０　　　１００　　１２Ｏ：
Ａ／ｌｒ（’Ｃ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）酸化カルシウムと、酸化ケイ素と、酸化ニオブと
、酸化カリウムと、酸化ナトリウムとを含有するマンガ
ン−亜鉛系フェライト材料からなることを特徴とする高
周波電源トランス用磁芯。
（２）酸化カルシウムの含有量がＣａＣＯ＿３換算で０
．０３〜０．２ｗｔ％、酸化ケイ素の含有量がＳｉＯ＿
２換算で０．００１〜０．０５ｗｔ％、酸化ニオブの含
有量がＮｂ＿２Ｏ＿５換算で０．００１〜０．１ｗｔ％
、酸化カリウムおよび酸化ナトリウムの含有量がＫ＿２
ＣＯ＿３およびＮａ＿２ＣＯ＿３換算で０．３ｗｔ％以
下である特許請求の範囲第１項に記載の高周波電源トラ
ンス用磁芯。
（３）酸化カリウムと酸化ナトリウムの含有量の合計が
Ｋ＿２ＣＯ＿３およびＮａ＿２ＣＯ＿３換算で０．０３
〜０．２４ｗｔ％である特許請求の範囲第１項または第
２項に記載の高周波電源トランス用磁芯。
（４）動作周波数が１０〜１００ＫＨｚである特許請求
の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の高周波電
源トランス用磁芯。
（５）酸化カルシウムと、酸化ケイ素と、酸化ニオブと
、酸化インジウムおよび／または酸化ビスマスと、酸化
カリウムと、酸化ナトリウムとを含有するマンガン−亜
鉛系フェライト材料からなることを特徴とする高周波電
源トランス用磁芯。
（６）酸化カルシウムの含有量がＣａＣＯ＿３換算で０
．０３〜０．２ｗｔ％、酸化ケイ素の含有量がＳｉＯ＿
２換算で０．００１〜０．０５ｗｔ％、酸化ニオブの含
有量がＮｂ＿２Ｏ＿５換算で０．００１〜０．１ｗｔ％
、酸化インジウムおよび／または酸化ビスマスの含有量
がＩｎ＿２Ｏ＿３および／またはＢｉ＿２Ｏ＿３換算で
０．００１〜０．１ｗｔ％、酸化カリウムおよび酸化ナ
トリウムの含有量がＫ＿２ＣＯ＿３およびＮａ＿２ＣＯ
＿３換算で０．３ｗｔ％以下である特許請求の範囲第５
項に記載の高周波電源トランス用磁芯。
（７）酸化カリウムと酸化ナトリウムの含有量の合計が
Ｋ＿２ＣＯ＿３およびＮａ＿２ＣＯ＿３換算で０．０３
〜０．２４ｗｔ％である特許請求の範囲第５項または第
６項に記載の高周波電源トランス用磁芯。
（８）動作周波数が１０〜１００ＫＨｚである特許請求
の範囲第５項ないし第７項のいずれかに記載の高周波電
源トランス用磁芯。