JP2007335633A - MnCoZn FERRITE, AND MAGNETIC CORE FOR TRANSFORMER - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、通信機器のパルストランス等に用いられるＭｎＣｏＺｎフェライトと、そのフェライトからなるトランス用磁心に関するものである。 The present invention relates to a MnCoZn ferrite used for a pulse transformer or the like of communication equipment and a transformer core made of the ferrite.
インターネットやＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の分野で用いられている通信機器のトランスには、入出力端子でのインピーダンスの整合を図る、あるいは電気的絶縁を保持するために、パルストランスが用いられている。このパルストランスは、交流信号のベースに直流のバイアスを印加して使用されることが多いため、直流重畳特性に優れること、すなわち、直流磁界が印加された時でも高いインダクタンス（増分透磁率μΔ）を維持することが求められる。 A pulse transformer is used for a transformer of a communication device used in the field of the Internet, LAN (Local Area Network), etc., in order to achieve impedance matching at an input / output terminal or to maintain electrical insulation. Yes. Since this pulse transformer is often used by applying a DC bias to the base of an AC signal, it has excellent DC superposition characteristics, that is, a high inductance (incremental permeability μΔ) even when a DC magnetic field is applied. Is required to be maintained.
一般に、トランスの磁心には、金属材料、酸化物磁性材料等の軟磁性材料が用いられているが、広い周波数帯域で使用されるパルストランスの磁心には、外径が数ｍｍ程度以下のトロイダル形状をした超小型ＭｎＺｎフェライトコアが用いられている。その理由は、ＭｎＺｎフェライトは、軟磁性材料の中でも、高透磁率、高インダクタンスが比較的容易に得られること、安価であること等の特長を有するからである。 Generally, a soft magnetic material such as a metal material or an oxide magnetic material is used for a magnetic core of a transformer. However, a magnetic core of a pulse transformer used in a wide frequency band has a toroidal with an outer diameter of about several millimeters or less. A shaped ultra-small MnZn ferrite core is used. The reason for this is that MnZn ferrite has features such as high permeability and high inductance that are relatively easy to obtain and low cost among soft magnetic materials.
しかし、このＭｎＺｎフェライトは、酸化物磁性材料であることから、金属磁性材料と比較して、温度の変化による磁気特性の変化が大きいため、幅広い温度域で安定した磁気特性を得ることが難しいという問題がある。そのため、従来のＭｎＺｎフェライトでは、例えば、生産管理や設備制御用等の産業用として用いるために必要な−４０〜８５℃という広い温度域において、直流磁界が印加された時でも高い増分透磁率を実現することが難しいのが実情である。 However, since this MnZn ferrite is an oxide magnetic material, it is difficult to obtain stable magnetic characteristics over a wide temperature range because the magnetic characteristics change greatly due to temperature changes compared to metal magnetic materials. There's a problem. Therefore, the conventional MnZn ferrite has a high incremental permeability even when a DC magnetic field is applied in a wide temperature range of −40 to 85 ° C. necessary for industrial use such as production management and equipment control. The reality is that it is difficult to realize.
この問題に対しては、ＭｎＺｎフェライトに、正の磁気異方性を有するＣｏＯを添加して温度依存性を改善することが検討されている。例えば、特許文献１には、５０〜５６ｍｏｌ％の酸化鉄と３０〜３６ｍｏｌ％の酸化マンガンと２０〜６ｍｏｌ％の酸化亜鉛とからなる基本組成に、酸化コバルトを０．０１〜１．０ｍｏｌ％添加することにより、−３０〜９０℃での温度依存性を改善する技術が開示されている。また、これを受けて、特許文献２には、酸化鉄をＦｅ２Ｏ３換算で５１〜５４ｍｏｌ％、酸化亜鉛をＺｎＯ換算で１４〜２１ｍｏｌ％、残部が酸化マンガンからなるＭｎＺｎ系フェライトに、酸化コバルトを所定量添加することにより−４０〜８５℃の広い温度域において直流重畳特性が優れ、透磁率の高いフェライトを得る技術が開示されている。
しかしながら、ＭｎＺｎフェライトへのＣｏＯの添加は、ＭｎＺｎフェライトの透磁率の温度依存性を改善するのには効果的であるが、同時に欠点も有する。
というのは、ＭｎＺｎフェライトに添加したＣｏＯは、Ｃｏ２＋イオンサイズが、置換されるＭｎ２＋イオンと比較して小さいことに起因して、焼結速度の支配因子であるＯ２−イオンのフェライト内の移動速度を上昇させる。そのため、ＣｏＯ無添加のＭｎＺｎフェライトと比較して、焼結が促進されて結晶粒が成長し易く、初透磁率μｉが上昇する。しかし、初透磁率が高い磁性材料は、磁界の印加によって容易に磁化されて磁気飽和に到達し易いため、例えば、３３Ａ／ｍというような高い直流磁界がバイアスとして印加された場合には、磁化曲線（ＢＨ曲線）の傾きが小さくなり、増分透磁率μΔが低下するからである。
However, the addition of CoO to MnZn ferrite is effective in improving the temperature dependence of the magnetic permeability of MnZn ferrite, but also has drawbacks.
This is because the CoO added to the MnZn ferrite has a smaller Co 2+ ion size than the Mn 2+ ions to be substituted, and therefore, in the O 2 -ion ferrite, which is a governing factor of the sintering rate. Increase the movement speed. Therefore, as compared with MnZn ferrite without CoO addition, sintering is promoted and crystal grains are likely to grow, and the initial permeability μ i increases. However, since a magnetic material having a high initial permeability is easily magnetized by application of a magnetic field and easily reaches magnetic saturation, for example, when a high DC magnetic field such as 33 A / m is applied as a bias, This is because the slope of the curve (BH curve) decreases and the incremental permeability μΔ decreases.
すなわち、ＭｎＺｎフェライトへのＣｏＯの添加は、フェライトの結晶粒径（一次粒子径）を大きくし、直流重畳特性の劣化を招き易いという欠点がある。したがって、３３Ａ／ｍという高い直流磁界印加時の増分透磁率を上昇させて直流重畳特性の改善を図るためには、フェライトの結晶粒の成長を抑制し、初透磁率を適度に低下させてやることが有効な手段となる。 That is, the addition of CoO to MnZn ferrite has the disadvantage that the crystal grain size (primary particle diameter) of the ferrite is increased and the direct current superposition characteristics are liable to be deteriorated. Therefore, in order to improve the direct current superposition characteristics by increasing the incremental magnetic permeability when a high DC magnetic field of 33 A / m is applied, the growth of ferrite crystal grains is suppressed and the initial magnetic permeability is appropriately reduced. Is an effective means.
しかしながら、特許文献１には、初透磁率の温度依存性に関する記載はあるものの、フェライトの結晶粒径を制御することについては記載がない。また、特許文献２には、平均結晶粒径に関する記載はあるものの、その結晶粒径を実現する手段については開示がなされていない。そのため、これらの特許文献に開示された技術事項だけでは、透磁率の温度依存性が小さく、かつ、直流磁界が印加された時でも高い増分透磁率を有するフェライトを得ることは不可能であった。
However, although
そこで、本発明の目的は、広い温度範囲において透磁率の温度依存性が小さく、しかも、直流磁界が印加された時でも高い増分透磁率を有するフェライトと、そのフェライトからなるトランス用磁心を提供する、具体的には、−４０〜８５℃という幅広い温度域において、３３Ａ／ｍの直流磁界印加時の増分透磁率μΔが２０００以上という高い値を示すフェライトと、そのフェライトからなるパルストランス用の磁心を提供することにある。なお、上記増分透磁率μΔ：２０００という値は、パルストランスとして使用するときに必要なインダクタンスを得るための最低限の値である。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a ferrite having a small temperature dependency of the magnetic permeability in a wide temperature range and having a high incremental magnetic permeability even when a DC magnetic field is applied, and a transformer core made of the ferrite. Specifically, in a wide temperature range of −40 to 85 ° C., a ferrite having a high value of incremental permeability μΔ when a DC magnetic field of 33 A / m is applied is 2000 or more, and a magnetic core for a pulse transformer made of the ferrite Is to provide. The incremental magnetic permeability μΔ: 2000 is a minimum value for obtaining an inductance necessary for use as a pulse transformer.
発明者らは、上記課題を達成するために、まず、ＭｎＣｏＺｎフェライトにＳｉＯ２を添加して結晶組織の均一化を図ると共に、ＣａＯを同時に適量添加して粒界に偏析させて結晶粒成長を抑制することで初透磁率μｉを低減することを試みた。しかし、この方法では、製造条件によっては、フェライト結晶粒の異常粒成長が起こって、増分透磁率が大きく劣化したり、フェライト自体の機械的強度が劣化したりすることが多く認められた。 In order to achieve the above-mentioned problems, the inventors first added SiO 2 to MnCoZn ferrite to make the crystal structure uniform, and simultaneously added an appropriate amount of CaO to segregate at the grain boundaries to grow the crystal grains. An attempt was made to reduce the initial permeability μ i by suppressing the initial permeability. However, in this method, depending on the production conditions, abnormal grain growth of ferrite crystal grains occurred, and it was often recognized that the incremental magnetic permeability was greatly deteriorated or the mechanical strength of the ferrite itself was deteriorated.
そこで、発明者らは、さらに検討を重ねた結果、上記ＭｎＣｏＺｎフェライトにおけるＣｏＯの含有量を適正範囲に調整すると共に、従来技術においては注目されていなかった不純物として含有されるホウ素（Ｂ）の量を極微量に低減することにより、−４０〜８５℃という広い温度範囲において、直流磁界が印加された時でも高い増分透磁率を示すフェライトが得られることを見出した。さらに、上記ＭｎＣｏＺｎフェライトの増分透磁率をより向上させるためには、添加成分としてＺｒＯ２，Ｔａ２Ｏ５，ＨｆＯ２およびＮｂ２Ｏ５のいずれか１種以上を適正量添加することが有効であることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of further studies, the inventors adjusted the content of CoO in the MnCoZn ferrite to an appropriate range, and the amount of boron (B) contained as an impurity that was not noticed in the prior art. It was found that a ferrite having a high incremental permeability can be obtained even when a DC magnetic field is applied in a wide temperature range of -40 to 85 ° C. Furthermore, in order to further improve the incremental magnetic permeability of the MnCoZn ferrite, it is effective to add an appropriate amount of any one or more of ZrO 2 , Ta 2 O 5 , HfO 2 and Nb 2 O 5 as an additive component. As a result, the present invention was completed.
すなわち、本発明は、基本成分と添加成分と不純物とからなるフェライトであって、基本成分が、Ｆｅ２Ｏ３：５１．０〜５３．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１３．０〜１８．０ｍｏｌ％、ＣｏＯ：０．０４〜０．６０ｍｏｌ％および残部ＭｎＯからなり、添加成分として全フェライトに対してＳｉＯ２：０．００５〜０．０４ｍａｓｓ％およびＣａＯ：０．１〜０．４ｍａｓｓ％を含有し、さらに不純物として含まれるＢを全フェライトに対して０．００１ｍａｓｓ％以下含有することを特徴とするＭｎＣｏＺｎフェライトである。 That is, the present invention is a ferrite composed of a basic component, an additive component, and impurities, the basic components being Fe 2 O 3 : 51.0-53.0 mol%, ZnO: 13.0-18.0 mol%, CoO: consists 0.04～0.60Mol% and the balance MnO, SiO 2 as an additive component relative to the total ferrite: 0.005~0.04mass% and CaO: containing 0.1~0.4mass%, Furthermore, it is MnCoZn ferrite characterized by containing B contained as an impurity in an amount of 0.001 mass% or less with respect to the total ferrite.
本発明のＭｎＣｏＺｎフェライトは、添加成分としてさらに、ＺｒＯ２：０．００５〜０．０７５ｍａｓｓ％、Ｔａ２Ｏ５：０．００５〜０．０７５ｍａｓｓ％、ＨｆＯ２：０．００５〜０．０７５ｍａｓｓ％およびＮｂ２Ｏ５：０．００５〜０．０７５ｍａｓｓ％のうちから選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする。 MnCoZn ferrite of the present invention further as an additive component, ZrO 2: 0.005~0.075mass%, Ta 2 O 5: 0.005~0.075mass%, HfO 2: 0.005~0.075mass% and nb 2 O 5: characterized in that it contains one or more selected from among 0.005~0.075mass%.
また、本発明のＭｎＣｏＺｎフェライトは、３３Ａ／ｍの直流磁界印加時の増分透磁率μ△が、−４０〜８５℃の温度域において常に２０００以上の値を示すことを特徴とする。 In addition, the MnCoZn ferrite of the present invention is characterized in that the incremental permeability μΔ when a DC magnetic field of 33 A / m is applied always shows a value of 2000 or more in the temperature range of −40 to 85 ° C.
また、本発明は、上記ＭｎＣｏＺｎフェライトを用いたことを特徴とするとするトランス用磁心である。 The present invention also provides a transformer magnetic core using the MnCoZn ferrite described above.
本発明によれば、−４０℃〜８５℃の幅広い温度域において、３３Ａ／ｍという高い直流磁界が印加された時でも高い増分透磁率μΔを示すＭｎＣｏＺｎフェライトと、そのフェライトからなるトランス磁心を安定して提供することができる。斯かるトランス磁心は、イーサネット機器等の通信機器に用いられるパルストランスの磁心として好適である。 According to the present invention, in a wide temperature range of −40 ° C. to 85 ° C., MnCoZn ferrite exhibiting high incremental permeability μΔ even when a high DC magnetic field of 33 A / m is applied, and a transformer magnetic core made of the ferrite is stabilized. Can be provided. Such a transformer magnetic core is suitable as a magnetic core of a pulse transformer used in communication equipment such as Ethernet equipment.
本発明に係るＭｎＣｏＺｎフェライトの基本成分組成を上記範囲に制限する理由について説明する。
Ｆｅ２Ｏ３：５１．０〜５３．０ｍｏｌ％
Ｆｅ２Ｏ３は、基本成分の中で最も含有量が多い成分である。その含有量が少ない場合には、低温度域における直流磁界印加時の増分透磁率が低下するため、Ｆｅ２Ｏ３は最低でも５１．０ｍｏｌ％含有する必要がある。しかし反対に、その含有量が多過ぎる場合には、高温度域における直流磁界印加時の増分透磁率が低下するようになるので、上限は５３．０ｍｏｌ％とする。
The reason why the basic component composition of the MnCoZn ferrite according to the present invention is limited to the above range will be described.
Fe 2 O 3: 51.0~53.0mol%
Fe 2 O 3 is a component having the largest content among the basic components. When the content is small, the incremental magnetic permeability at the time of applying a DC magnetic field in the low temperature range is lowered, so Fe 2 O 3 needs to be contained at least 51.0 mol%. On the contrary, if the content is too large, the incremental magnetic permeability at the time of applying the DC magnetic field in the high temperature range is lowered, so the upper limit is made 53.0 mol%.
ＺｎＯ：１３．０〜１８．０ｍｏｌ％
ＺｎＯは、基本成分の１つであり、この含有量が増加するのに伴って、直流磁界印加時の増分透磁率が上昇する。そのため、最低でも１３．０ｍｏｌ％を含有する。しかし、含有量が適正量を超えると、低温度域における直流磁界印加時の増分透磁率が低下したり、強磁性体が磁性を失う温度であるキュリー温度が低下することによって高温度域における直流磁界印加時の増分透磁率が低下したりするので、上限は１８．０ｍｏｌ％とする。
ZnO: 13.0 to 18.0 mol%
ZnO is one of the basic components, and the incremental permeability increases when a DC magnetic field is applied as the content increases. Therefore, it contains at least 13.0 mol%. However, if the content exceeds the appropriate amount, the incremental permeability when applying a DC magnetic field in the low temperature range decreases, or the Curie temperature, which is the temperature at which the ferromagnetic material loses magnetism, decreases. Since the incremental magnetic permeability at the time of applying a magnetic field decreases, the upper limit is set to 18.0 mol%.
ＣｏＯ：０．０４〜０．６０ｍｏｌ％
ＣｏＯは、基本成分の１つであり、含有量は少ないものの、本発明のフェライトにおいては、極めて重要な役割を果たす。すなわち、このＣｏＯは、正の磁気異方性を有しており、このＣｏＯの添加によって初めて、−４０〜８５℃という広い温度領域において、直流磁界印加時でも高い増分透磁率を実現することが可能となる。その効果を得るためには、ＣｏＯは、最低でも０．０４ｍｏｌ％含有する必要がある。しかし、適正量を超えて添加すると、全温度域における直流磁界印加時の増分透磁率を低下させるので、上限は０．６０ｍｏｌ％とする。
CoO: 0.04 to 0.60 mol%
CoO is one of the basic components and has a small content, but plays an extremely important role in the ferrite of the present invention. That is, this CoO has positive magnetic anisotropy, and for the first time by adding this CoO, a high incremental magnetic permeability can be realized even when a DC magnetic field is applied in a wide temperature range of −40 to 85 ° C. It becomes possible. In order to obtain the effect, CoO needs to be contained at least 0.04 mol%. However, if added in excess of the appropriate amount, the incremental magnetic permeability at the time of applying the DC magnetic field in the entire temperature range is lowered, so the upper limit is made 0.60 mol%.
ＭｎＯ：基本成分の残部
上記Ｆｅ２Ｏ３、ＺｎＯおよびＣｏＯ以外の基本成分の残部は、ＭｎＯであり、本発明のフェライトが、広い温度域において３３Ａ／ｍの磁界印加時でも２０００以上の高い増分透磁率を実現するためには、不可欠な成分である。
MnO: balance of basic components The balance of the basic components other than the above Fe 2 O 3 , ZnO and CoO is MnO, and the ferrite of the present invention has a high increment of 2000 or more even when a magnetic field of 33 A / m is applied in a wide temperature range. In order to achieve magnetic permeability, it is an essential component.
次に、本発明のフェライトにおいて必須とする添加成分について説明する。
ＳｉＯ２：０．００５〜０．０４ｍａｓｓ％
ＳｉＯ２は、フェライトの結晶組織の均一化に寄与すると共に、結晶粒内に残留する空孔を減少して結晶粒界の生成を促し、結晶粒の成長を抑制することにより、直流磁界印加時の増分透磁率を高める効果を有する。それらの効果は、ＳｉＯ２を全フェライトに対して０．００５ｍａｓｓ％以上添加することにより得られる。しかし、ＳｉＯ２を過剰に添加すると、異常粒成長が起こり、直流磁界印加時の増分透磁率を著しく低下するので、０．０４ｍａｓｓ％以下に収める必要がある。
Next, additional components essential in the ferrite of the present invention will be described.
SiO 2: 0.005~0.04mass%
SiO 2 contributes to homogenization of the crystal structure of ferrite, reduces the vacancies remaining in the crystal grains, promotes the formation of crystal grain boundaries, and suppresses the growth of crystal grains. It has the effect of increasing the incremental magnetic permeability. These effects can be obtained by adding 0.005 mass% or more of SiO 2 to the total ferrite. However, if SiO 2 is added excessively, abnormal grain growth occurs, and the incremental magnetic permeability when a DC magnetic field is applied is remarkably lowered. Therefore, it is necessary to keep it at 0.04 mass% or less.
ＣａＯ：０．１〜０．４ｍａｓｓ％
ＣａＯは、フェライトの結晶粒界に偏析して、粒成長を抑制する効果があるので、初透磁率μｉを適度に下げて、直流磁界印加時の高い増分透磁率を実現するのに寄与する成分である。その効果を得るためには、０．１ｍａｓｓ％以上添加する必要がある。しかし、添加量が過剰になると、異常成長粒が出現するようになり、直流磁界印加時の増分透磁率を著しく低下させることから、上限は０．４ｍａｓｓ％とする必要がある。
CaO: 0.1 to 0.4 mass%
CaO segregates at the crystal grain boundary of ferrite and has the effect of suppressing grain growth. Therefore, CaO contributes to realizing a high incremental permeability when a DC magnetic field is applied by appropriately reducing the initial permeability μ i. It is an ingredient. In order to acquire the effect, it is necessary to add 0.1 mass% or more. However, when the added amount becomes excessive, abnormally grown grains appear and the incremental permeability when a DC magnetic field is applied is remarkably lowered. Therefore, the upper limit needs to be 0.4 mass%.
本発明のフェライトは、上記基本成分および添加成分以外の残部は、不純物であるが、本発明は、上記不純物の１つとして含まれるＢの量を、下記の範囲に規制するところに特徴がある。
Ｂ：０．００１ｍａｓｓ％以下
本発明のフェライトにおいては、基本成分と必須添加成分の組成を上記範囲に制御することが重要である。しかし、それだけでは、異常成長粒の出現を完全に防止することはできず、そのため、広い温度範囲で高い増分透磁率を安定して実現することが難しいという問題を抱えていた。発明者らは、その原因について検討した結果、フェライト中に不純物として含まれるＢが、異常成長粒の発生と密接に関係しており、Ｂの含有量を厳しく規制することによって初めて、上記問題を解決できることを新たに見出した。
In the ferrite of the present invention, the balance other than the basic components and additive components are impurities, but the present invention is characterized in that the amount of B contained as one of the impurities is limited to the following range. .
B: 0.001 mass% or less In the ferrite of the present invention, it is important to control the composition of the basic component and the essential additive component within the above range. However, by itself, the appearance of abnormally grown grains cannot be completely prevented, so that it is difficult to stably realize high incremental magnetic permeability in a wide temperature range. As a result of studying the cause, the inventors have found that the B contained as an impurity in the ferrite is closely related to the occurrence of abnormally grown grains, and the above problem has not been solved until the B content is strictly regulated. I found a new solution.
ＢがＭｎＺｎ系フェライトの初透磁率に及ぼす影響について、平賀らは、結晶組織を不均一にして高い初透磁率の発現を阻害するので５０ｍａｓｓｐｐｍ以下にしておかなければならない（「フェライト」（丸善、１９８６年）ｐ．９２）と説明しているが、直流重畳時の増分透磁率への影響については何ら言及していない。しかし、発明者らは、異常粒の発生や結晶粒度分布のばらつきなどの、組織の不均一を抑制し、広い温度範囲に亘って、直流磁界印加時に高い増分透磁率を実現には、ＭｎＣｏＺｎ系フェライト中に含まれるＢの含有量を０．００１ｍａｓｓ％以下に制御することが必要であることを新たに見出したのである。Ｂは、フェライトの製造工程において、不可避に混入してくる不純物であり、いったん混入すれば、焼成工程などの途中工程で除去することが難しい。そこで、原料酸化鉄の段階で、Ｂの含有量を厳しく規制して少なくしておくことが好ましい。なお、Ｂは、０．０００５ｍａｓｓ％以下であることが好ましいが、過度の低減は、製造コストの上昇を招くので、下限値は０．０００２ｍａｓｓ％程度とするのが好ましい。 Regarding the influence of B on the initial permeability of MnZn-based ferrite, Hiraga et al. Have to make the crystal structure non-uniform and inhibit the expression of high initial permeability, so it must be made 50 mass ppm or less (“ferrite” (Maruzen, 1986) p.92), but does not mention any influence on the incremental magnetic permeability at the time of DC superposition. However, the inventors have reduced the structure non-uniformity such as the occurrence of abnormal grains and the variation in crystal grain size distribution, and in order to achieve a high incremental permeability when applying a DC magnetic field over a wide temperature range, the MnCoZn series It was newly found out that it is necessary to control the content of B contained in the ferrite to 0.001 mass% or less. B is an impurity that is inevitably mixed in the ferrite manufacturing process, and once mixed, it is difficult to remove in an intermediate process such as a firing process. Therefore, it is preferable that the B content is strictly regulated and reduced at the stage of the raw iron oxide. B is preferably 0.0005 mass% or less, but excessive reduction leads to an increase in manufacturing cost, so the lower limit is preferably about 0.0002 mass%.
上記基本成分、添加成分およびＢの組成範囲に関する規定はいずれも、３３Ａ/ｍの直流磁界印加時に、−４０〜８５℃という幅広い温度域の全てにおいて、増分透磁率μΔ２０００以上を実現するために必要な条件である。 The above-mentioned regulations concerning the basic component, additive component and B composition range are all necessary to realize an incremental permeability of μΔ2000 or more in a wide temperature range of −40 to 85 ° C. when a DC magnetic field of 33 A / m is applied. It is a condition.
本発明のフェライトは、上記成分組成に加えてさらに、添加成分として、ＺｒＯ２：０．００５〜０．０７５ｍａｓｓ％、Ｔａ２Ｏ５：０．００５〜０．０７５ｍａｓｓ％、ＨｆＯ２：０．００５〜０．０７５ｍａｓｓ％およびＮｂ２Ｏ５：０．００５〜０．０７５ｍａｓｓ％のうちから選ばれる１種または２種以上を含有することが好ましい。 In addition to the above component composition, the ferrite of the present invention further includes ZrO 2 : 0.005 to 0.075 mass%, Ta 2 O 5 : 0.005 to 0.075 mass%, and HfO 2 : 0.005 as additional components. ～0.075Mass% and Nb 2 O 5: preferably contains one or more selected from among 0.005~0.075mass%.
これらの添加成分は、いずれも高い融点を持つ化合物であり、ＭｎＣｏＺｎフェライトに添加した場合には、結晶粒を小さくして粗大な結晶粒の生成を抑制するため、直流磁界印加時の増分透磁率を上昇させる効果がある。上記添加成分は、単独で添加してもよく、２種以上を複合して添加してもよい。しかし添加量が上記適正範囲よりも少ない場合には、斯かる効果が得られず、一方、上記適正範囲よりも多い場合には、異常粒の発生を誘発して、直流磁界印加時の増分透磁率を低下させるので、それぞれ上記範囲内に収めることが望ましい。 These additive components are all compounds having a high melting point, and when added to MnCoZn ferrite, the incremental magnetic permeability when a DC magnetic field is applied to suppress the generation of coarse crystal grains by reducing the crystal grains. Has the effect of raising The above additive components may be added alone or in combination of two or more. However, when the addition amount is less than the appropriate range, such an effect cannot be obtained.On the other hand, when the addition amount is more than the appropriate range, the generation of abnormal grains is induced and the incremental transmission at the time of applying the DC magnetic field is induced. Since the magnetic susceptibility is lowered, it is desirable that each falls within the above range.
次に、本発明に係るトランス磁心について説明する。
本発明のトランス磁心を製造するには、まず、ＭｎＣｏＺｎフェライトの基本成分であるＦｅ２Ｏ３，ＺｎＯ，ＣｏＯおよびＭｎＯの各原料粉末を、上述した適性範囲内の所定の比率となるよう秤量し、これらの原料粉末を十分に混合し、仮焼する。次いで、この仮焼粉を粉砕すると共に、各種添加成分を所定の比率で加えてから、さらに粉砕する。この作業では、添加した成分に偏りがないよう、充分均質化を行う必要がある。次に、このようにして適正な成分組成に調整した粉末に、ポリビニルアルコール等の有機バインダーを添加してから造粒し、圧力を加えて所定の形状に成形し、焼成して、トランス磁心とする。かくして得られた本発明のＭｎＣｏＺｎフェライトは、従来のＭｎＺｎフェライトでは不可能であった、−４０〜８５℃という幅広い温度域において、３３Ａ／ｍの直流磁界印加時でも増分透磁率μΔが２０００以上という高い値を示すものとなる。
Next, the transformer magnetic core according to the present invention will be described.
In order to manufacture the transformer core of the present invention, first, raw material powders of Fe 2 O 3 , ZnO, CoO and MnO, which are basic components of MnCoZn ferrite, are weighed so as to have a predetermined ratio within the above-described appropriate range. These raw material powders are sufficiently mixed and calcined. Next, the calcined powder is pulverized, and various additive components are added at a predetermined ratio, and further pulverized. In this operation, it is necessary to homogenize sufficiently so that the added components are not biased. Next, after adding an organic binder such as polyvinyl alcohol to the powder adjusted to an appropriate component composition in this way, it is granulated, shaped into a predetermined shape by applying pressure, fired, and a transformer magnetic core. To do. The MnCoZn ferrite of the present invention thus obtained has an incremental permeability μΔ of 2000 or more even when a 33 A / m DC magnetic field is applied in a wide temperature range of −40 to 85 ° C., which was impossible with the conventional MnZn ferrite. It shows a high value.
ＭｎＣｏＺｎフェライトの基本成分となるＦｅ２Ｏ３，ＺｎＯ，ＣｏＯおよびＭｎＯの各原料粉末を、フェライトに含まれるＦｅおよびＭｎをすべてＦｅ２Ｏ３およびＭｎＯとして換算した場合に表１に示す比率となるように秤量し、これらの原料粉末を、ボールミルを用いて１６時間攪拌・混合した後、空気中で９２５℃×３時間の仮焼を行った。次に、この仮焼粉に添加成分としてＳｉＯ２，ＣａＯをそれぞれ表１に示す比率となるように秤量して添加し、さらにボールミルで１２時間粉砕し、得られた粉砕粉に、ポリビニルアルコールを加えて造粒し、１１８ＭＰａの圧力をかけてトロイダルコアの形状に成形した。その後、この成形体を焼成炉に入れて、最高温度１３５０℃で焼成を行い、外径２５ｍｍ、内径１５ｍｍ、高さ５ｍｍの焼結体コア試料とした。なお、酸化鉄をはじめとする上記各原料粉末は、すべて高純度なものを用い、また混合、粉砕媒体であるボールミルもＢ含有量の低いものを用いたため、最終的なＢの含有量は、全ての試料で０．０００３ｍａｓｓ％であった。 When the raw material powders of Fe 2 O 3 , ZnO, CoO and MnO, which are the basic components of MnCoZn ferrite, are all converted to Fe 2 O 3 and MnO, the ratios shown in Table 1 are obtained. Then, these raw material powders were stirred and mixed for 16 hours using a ball mill, and then calcined in air at 925 ° C. for 3 hours. Next, SiO 2 and CaO as additive components are weighed and added to the calcined powder in the ratios shown in Table 1, and further pulverized with a ball mill for 12 hours. Polyvinyl alcohol is added to the pulverized powder obtained. In addition, it was granulated and formed into a toroidal core shape by applying a pressure of 118 MPa. Thereafter, this compact was put into a firing furnace and fired at a maximum temperature of 1350 ° C. to obtain a sintered core sample having an outer diameter of 25 mm, an inner diameter of 15 mm, and a height of 5 mm. In addition, since each said raw material powder including iron oxide used all of high purity, and the ball mill which is a mixing and grinding medium also used the thing with low B content, final B content is All samples had 0.0003 mass%.
このようにして得た各焼結体コア試料に１０ターンの巻線を施し、直流印加装置（４２８４１Ａ：ヒューレットパッカード社製）を用いて３３Ａ／ｍの直流磁界をコアに印加した状態で、ＬＣＲメータ（４２８４Ａ：ヒューレットパッカード社製）を用いて、電圧１００ｍＶ、周波数１００ｋＨｚにおける、−４０℃、０℃、２３℃、７０℃および８５℃の各温度における増分透磁率μ△を測定した。 Each sintered body core sample thus obtained was wound with 10 turns, and a DC magnetic field of 33 A / m was applied to the core using a DC application device (42841A: manufactured by Hewlett Packard). Using a meter (4284A: manufactured by Hewlett-Packard Company), the incremental magnetic permeability μΔ at each temperature of −40 ° C., 0 ° C., 23 ° C., 70 ° C. and 85 ° C. at a voltage of 100 mV and a frequency of 100 kHz was measured.
上記測定の結果を、表１中に併記して示した。表１から、本発明例である試料番号１−３、１−５、１−９および１−１２は、−４０℃〜８５℃という広い温度領域において、３３Ａ／ｍの直流磁界印加時の増分透磁率μ△が常に２０００以上という優れた特性を示していることがわかる。
これに対して、Ｆｅ２Ｏ３が５３．０ｍｏｌ％よりも多い試料番号１−１は、８５℃でのμ△の値が２０００未満に低下しており、反対に、Ｆｅ２Ｏ３を５１．０ｍｏｌ％未満しか含まない試料番号１−２は、−４０℃でのμ△が２０００未満に低下している。
また、ＣｏＯを含まない試料番号１−４は、−４０℃および８５℃におけるμ△の値が２０００に到達していない。反対に、多量に含む試料番号１−６では、全温度域でμ△が低下し、−４０℃、７０℃および８５℃でμ△が２０００未満にまで低下している。
また、ＺｎＯを本発明範囲より多量に含む試料番号１−７は、−４０℃、７０℃および８５℃でのμ△が２０００未満に低下している。反対に、ＺｎＯが不足している試料番号１−８は、全温度域でμ△が低下し、やはり−４０℃、７０℃および８５℃におけるμΔが２０００未満に低下している。
また、ＳｉＯ２およびＣａＯに着目すると、これらの含有量のいずれか一方でも適量よりも少ない試料番号１−１０および１−１１では、粗大な結晶粒が出現したために、全温度域でμ△が、本発明例と比較して低下しており、−４０、８５℃でのμΔが２０００以下である。反対に、いずれか一方でも適量よりも多い試料番号１−１３〜１−１５では、異常粒が出現した結果、増分透磁率が全温度域で大幅に低下している。
The results of the above measurements are shown together in Table 1. From Table 1, Sample Nos. 1-3, 1-5, 1-9 and 1-12, which are examples of the present invention, are increments when a DC magnetic field of 33 A / m is applied in a wide temperature range of −40 ° C. to 85 ° C. It can be seen that the magnetic permeability μΔ always shows excellent characteristics of 2000 or more.
On the other hand, in Sample No. 1-1 having more Fe 2 O 3 than 53.0 mol%, the value of μΔ at 85 ° C. decreased to less than 2000, and conversely, Fe 2 O 3 was reduced to 51 In Sample No. 1-2 containing less than 0.0 mol%, μΔ at −40 ° C. is reduced to less than 2000.
In Sample Nos. 1-4 that do not contain CoO, the value of μΔ at −40 ° C. and 85 ° C. does not reach 2000. On the other hand, in Sample Nos. 1-6 containing a large amount, μΔ decreased in all temperature ranges, and μΔ decreased to less than 2000 at −40 ° C., 70 ° C., and 85 ° C.
In Sample No. 1-7 containing ZnO in a larger amount than the range of the present invention, μΔ at −40 ° C., 70 ° C. and 85 ° C. is reduced to less than 2000. On the other hand, in Sample Nos. 1-8 lacking ZnO, μΔ decreased in all temperature ranges, and μΔ at −40 ° C., 70 ° C., and 85 ° C. decreased to less than 2000.
Further, when attention is focused on SiO 2 and CaO, in any of these contents, in Sample Nos. 1-10 and 1-11, which are less than the appropriate amount, coarse crystal grains appeared, and therefore μΔ in the entire temperature range. The ΔΔ at −40 and 85 ° C. is 2000 or less. On the contrary, in any one sample number 1-13 to 1-15 which is larger than an appropriate amount, as a result of the appearance of abnormal grains, the incremental magnetic permeability is greatly reduced in the entire temperature range.
ＭｎＣｏＺｎフェライトの基本成分であるＦｅ２Ｏ３，ＺｎＯ，ＣｏＯおよびＭｎＯの各原料粉末を、フェライトに含まれるＦｅおよびＭｎをすべてＦｅ２Ｏ３およびＭｎＯとして換算した場合に、Ｆｅ２Ｏ３：５３．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１６．０ｍｏｌ％，ＣｏＯ：０．４ｍｏｌ％、残部：ＭｎＯとなるよう各原料粉末を秤量した。この際、Ｆｅ２Ｏ３の原料である酸化鉄には、Ｂの含有量が異なる種々のものを使用し、最終的なＢの含有量を表２に示したように変化させた。次いで、上記各原料粉末を、ボールミルで１６時間混合した後、空気中で９２５℃×３時間仮焼し、その後、この仮焼粉にＳｉＯ２を０．０１０ｍａｓｓ％、ＣａＯを０．１５ｍａｓｓ％となるよう加えてからさらにボールミルで１２時間粉砕し、得られた粉砕粉にポリビニルアルコールを加えて造粒し、１１８ＭＰａの圧力をかけてトロイダルコアの形状に成形した。その後、この成形体を焼成炉に入れて最高温度１３５０℃で焼成し、外径２５ｍｍ、内径１５ｍｍ、高さ５ｍｍの焼結体コア試料とした。このようにして得た各試料について、実施例１と同様の条件で、−４０℃、０℃、２３℃、７０℃および８５℃の各温度における増分透磁率μ△を測定した。 When each raw material powder of Fe 2 O 3 , ZnO, CoO and MnO, which is a basic component of MnCoZn ferrite, is converted to Fe 2 O 3 and MnO, all Fe and Mn contained in the ferrite are Fe 2 O 3 : 53 Each raw material powder was weighed so that 0.0 mol%, ZnO: 16.0 mol%, CoO: 0.4 mol%, and the balance: MnO. At this time, as the iron oxide as the raw material of Fe 2 O 3 , various types having different B contents were used, and the final B contents were changed as shown in Table 2. Next, each of the above raw material powders was mixed for 16 hours in a ball mill, and then calcined in air at 925 ° C. for 3 hours. Thereafter, the calcined powder was mixed with 0.02 mass% of SiO 2 and 0.15 mass% of CaO. After that, the mixture was further pulverized with a ball mill for 12 hours, and the resulting pulverized powder was granulated by adding polyvinyl alcohol, and formed into a toroidal core shape by applying a pressure of 118 MPa. Thereafter, the compact was put in a firing furnace and fired at a maximum temperature of 1350 ° C. to obtain a sintered core sample having an outer diameter of 25 mm, an inner diameter of 15 mm, and a height of 5 mm. With respect to each sample thus obtained, the incremental magnetic permeability μΔ at each temperature of −40 ° C., 0 ° C., 23 ° C., 70 ° C. and 85 ° C. was measured under the same conditions as in Example 1.
上記測定の結果を表２および図１に示した。これらの結果から、Ｂを０．００１ｍａｓｓ％以下しか含まない発明例の試料番号１−５、２−１〜２−３では、粗大な結晶粒の出現もなく、３３Ａ／ｍの直流磁界印加時の増分透磁率μΔが、−４０℃〜８５℃での全温度域において２０００以上を示すという優れた特性が得られている。
これに対して、Ｂを０．００１２ｍａｓｓ％含む比較例の試料番号２−４および２−５は、いずれも粗大な結晶粒が出現した結果、３３Ａ／ｍの直流磁界印加時の増分透磁率μΔが低下し、２０００を切っている。
The results of the measurement are shown in Table 2 and FIG. From these results, Sample Nos. 1-5 and 2-1 to 2-3 of the invention examples containing B of 0.001 mass% or less have no appearance of coarse crystal grains, and a DC magnetic field of 33 A / m is applied. The excellent characteristic that the incremental magnetic permeability μΔ is 2000 or more in the entire temperature range of −40 ° C. to 85 ° C. is obtained.
On the other hand, as for the sample numbers 2-4 and 2-5 of the comparative example containing 0.0012 mass% of B, as a result of appearance of coarse crystal grains, the incremental permeability μΔ when a DC magnetic field of 33 A / m is applied. Has dropped to 2000.
Ｂの含有量を０．０００３ｍａｓｓ％に調整した実施例２と同じ基本成分組成を有する仮焼粉に、添加成分としてＳｉＯ２を０．０１０ｍａｓｓ％、ＣａＯを０．１５ｍａｓｓ％加え、さらに添加成分として、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＯ２およびＺｒＯ２をそれぞれ表３に示す最終組成となるよう添加し、ボールミルで１２時間粉砕を行った。この粉砕粉にポリビニルアルコールを加えて造拉し、１１８ＭＰａの圧力を加えてトロイダルコアの形状に成形し、その後、この成形体を焼成炉に入れ、最高温度１３５０℃で焼成して、外径２５ｍｍ，内径１５ｍｍ、高さ５ｍｍの焼結体コア試料を得た。これらの各試料について、実施例１と同様にして、−４０℃、０℃、２３℃、７０℃および８５℃の各温度における増分透磁率μ△を測定した。 The content of B in the calcined powder having the same basic component composition as in Example 2 was adjusted to 0.0003mass%, 0.010mass% of SiO 2 as an additive component, the CaO added 0.15 mass%, as a further additive component Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , HfO 2 and ZrO 2 were added so as to have final compositions shown in Table 3, respectively, and pulverized with a ball mill for 12 hours. Polyvinyl alcohol is added to the pulverized powder to form it, and a pressure of 118 MPa is applied to form a toroidal core. Thereafter, the molded body is placed in a firing furnace and fired at a maximum temperature of 1350 ° C., and an outer diameter of 25 mm. A sintered core sample having an inner diameter of 15 mm and a height of 5 mm was obtained. For each of these samples, the incremental permeability μΔ at each temperature of −40 ° C., 0 ° C., 23 ° C., 70 ° C. and 85 ° C. was measured in the same manner as in Example 1.
上記測定の結果を表３に示した。表３から、Ｎｂ２Ｏ５，Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＯ２およびＺｒＯ２を１種または２種以上適量添加した発明例の試料番号３−１〜３−１５は、いずれも粗大な結晶粒の出現が抑制された結果、３３Ａ／ｍの直統磁界印加時の増分透磁率μ△が−４０〜８５℃での温度域において全て２０００以上を示すという優れた特性が得られている。また、このμ△の値は、添加成分としてＳｉＯ２とＣａＯしか含まない発明例の試料番号１−５と比較して、同等もしくはそれ以上である。
これに対して、上記４成分のうち１種類でも適正範囲を超えて多量に含有している比較例の試料番号３−１６〜３−１８は、いずれも異常粒成長が発生し、増分透磁率μΔは全温度域において、大幅に低下している。
The measurement results are shown in Table 3. From Table 3, Sample Nos. 3-1 to 3-15 of the invention examples to which one or more appropriate amounts of Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , HfO 2 and ZrO 2 were added are coarse crystal grains. As a result of suppressing the appearance, an excellent characteristic that the incremental permeability μΔ at the time of application of the direct magnetic field of 33 A / m is 2000 or more in the temperature range of −40 to 85 ° C. is obtained. Further, the value of μΔ is equal to or higher than that of Sample Nos. 1-5 of the invention example containing only SiO 2 and CaO as additive components.
On the other hand, in any of the sample numbers 3-16 to 3-18 of the comparative examples containing a large amount exceeding the appropriate range even in one of the four components, abnormal grain growth occurs, and the incremental magnetic permeability μΔ is greatly reduced in the entire temperature range.
本発明は、ＤＣ−ＤＣコンバータのチョークコイル等、直流重畳特性が必要なコアにも適用することができる。 The present invention can also be applied to a core that requires DC superposition characteristics, such as a choke coil of a DC-DC converter.
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