JP3337937B2 - フェライト磁性材料およびフェライトコア - Google Patents
フェライト磁性材料およびフェライトコアInfo
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Description
のフェライト磁性材料と、電源トランス用や加速器用の
フェライトコアとに関する。
ダクタンス素子のコアには、軟磁性フェライトが多用さ
れている。
抗が1×108 Ω・cm以上と高いことから、高周波用の
インダクタンス素子に好適であり、例えば特開昭62−
56358号公報にはローパスフィルタ用コアに適用す
ることが、特開平1−101609号公報には1MHz 以
上の高周波で用いられるインダクタに適用することが、
特開平1−101610号公報には1MHz 以上の高周波
で用いられるチップインダクタに適用することが記載さ
れている。また、特開昭62−56358号公報に示さ
れるように、表面に絶縁被覆を設けることなく直接巻線
することが可能であるため、低コスト化が図れる。
パワーロスが比較的大きいことから、電源トランス用コ
アに使用することは難しい。
n系フェライトが一般的であり、各種副成分を添加する
ことにより低損失化が図られている。しかし、Mn−Z
nフェライトは固有抵抗が1×103 Ω・cm程度と低い
ため、高周波用には不適であり、また、コアとしたとき
に直接巻線することはできない。
は、Ni−Cu−Zn系として、前記特開昭62−56
358号公報に記載されている基本組成のものが知られ
ている。しかし、この組成のものは前記のようにパワー
ロスが大きく、加速器の効率化、高エネルギー化といっ
た性能の向上を図る上で大きな障害となっている。ま
た、Ni−Cu−Zn系フェライトにCoOを添加する
ことによってQ特性が向上することは従来より知られて
いる。図9,図10に従来のFe2O3:49 mol%、C
uO:3 mol%、NiO:18 mol%、ZnO:30 m
ol%の基本組成に、CoOを0.1〜1.0wt%まで添
加した場合の1MHz−25mT、室温(RT)および10
0℃でのパワーロスとμQf積を示す。図において、C
oOを0.04 mol%添加した場合、100℃でのパワ
ーロスが240kW/m3、μQf積が9×109と、従来
のもの(330kW/m3)に比べて27%の低損失になっ
ているが、この値は上記の用途としては不十分であり、
さらなる低損失化が求められている。
−Cu−Zn系フェライトの電力損失を低減し、粒子加
速器用、電源トランス用として有用なフェライトコアを
実現することである。
(1)〜(8)のいずれかの構成により達成される。 (1) 主成分として、 酸化鉄をFe2 O3 換算で :47〜50 mol%、 酸化ニッケルをNiO換算で :10〜25 mol%、 酸化銅をCuO換算で : 2〜15 mol%、 酸化亜鉛をZnO換算で :15〜35 mol%総計100 mol% 含有し、この主成分の100 wt%に
対し、副成分として 酸化コバルトをCoO換算で :0.05〜1.5wt
%、 酸化タングステンをWO3 換算で:0.05〜0.8wt
%、 酸化ビスマスをBi2 O3 換算で:0.03〜0.5wt
% 含有するフェライト磁性材料。 (2) 前記主成分の含有量が、 酸化鉄をFe2 O3 換算で :47〜50 mol%、 酸化ニッケルをNiO換算で :10〜25 mol%、 酸化銅をCuO換算で : 2〜10 mol%、 酸化亜鉛をZnO換算で :25〜35 mol% である上記(1)のフェライト磁性材料。 (3) 前記主成分中の酸化鉄が、 Fe2 O3 換算で48〜50 mol%である上記(1)ま
たは(2)のフェライト磁性材料。 (4) 前記副成分が、主成分に対し、 酸化コバルトをCoO換算で :0.1 〜1.1wt
%、 酸化タングステンをWO3 換算で:0.06〜0.75
wt%、 酸化ビスマスをBi2 O3 換算で:0.06〜0.35
wt% 含有する上記(1)〜(3)のいずれかのフェライト磁
性材料。 (5) 前記副成分が、主成分に対し、 酸化コバルトをCoO換算で :0.1〜0.9wt
%、 酸化タングステンをWO3 換算で:0.1〜0.5wt
%、 酸化ビスマスをBi2 O3 換算で:0.1〜0.3wt% 含有する上記(4)のフェライト磁性材料。 (6) 上記(1)〜(5)のいずれかのフェライト磁
性材料からなり、f・Bm 積が25 kTHz (f=1〜1
0MHz)において、100℃でのパワーロスが210kW
/m3以下、25℃でのパワーロスが140kW/m3以下で
あるフェライトコア。 (7) 粒子加速器に使用される上記(6)のフェライ
トコア。 (8) 1〜10MHzの高周波スイッチング用電源トラ
ンスに使用される上記(6)のフェライトコア。
Znフェライトに、副成分としてWO3、CoOおよび
Bi2 O3 を所定量添加したものである。副成分として
これらの酸化物を添加することにより、損失を著しく低
減することができる。このため、本発明のフェライト磁
性材料は、従来のNi−Cu−Znフェライトでは適用
困難であった電源トランス用コアに好適である。そし
て、本発明のフェライト磁性材料は、従来のNi−Cu
−Znフェライトと同様に固有抵抗が高く、コアとした
ときに絶縁被覆なしに直接巻線が可能であるため、安価
なコアが実現する。
合、発生する電圧Vmは、 Vm=2πf・n・A・Bm で表される。ここで、f:周波数、n:巻数、A:コア
の断面積、Bm:最大磁束密度である。また、コアロス
PcvはBmの2〜3乗に比例する。
材質aのPcvが50,材質bのPcvが10である場合、
材質bに加える最大磁束密度Bmを約2倍の50mTにま
で上げたとしても両者のPcvはまだ同じ大きさである。
そこで、上式より、f,nを同一条件でみた場合、同じ
レベルのVmを得るためには、材質bはコアの断面積が
材質aのものの1/2でよいことになる。つまり、Pcv
が低い場合コアサイズが小さくても同レベルのVmを取
り出すことが可能であり、部品の小型化を図る上で、P
cvの低減が極めて重要な意味を持つ。
術研究用、医療用等の粒子加速器のコアにも好適に用い
ることができる。すなわち、本発明のフェライト磁性材
料からなるコアは低損失であるため、粒子加速器の高出
力化に有効である。
れる特性としては大きく分けて2点あり、μQf積が大
きいこと、Q-loss effect(Q−損失効果:直流バイア
スをかけた場合のQの低下)が少ないことが挙げられ
る。一般にμQf積を大きく(コアロスを小さく)する
ためには、CuOやCoOを含有させればよいが、これ
らを含有させた場合、Q-loss effectが発生し、加速用
のフェライト材としては不利となる。
有した場合も、実用上支障のない範囲にあり、Q-loss
effectにより生じるマイナス効果よりも、後述の実施例
に示すように、コアロスの低減による、高出力化への効
果が極めて大きく、加速器用コアとして極めて優れた特
性を示す。また、一部の粒子加速器では、直流バイアス
を用いないものがあり、この場合にはQ-loss effectが
発生しないため、特に本発明のコアの低ロス特性が十分
に発揮され、極めて良好な結果を得ることができる。
特許請求の範囲第1項には、0.05〜1.0wt%のC
o3 O4 と、0.05〜4.0wt%のSiO2 とを含む
Ni−Cu−Znフェライトからなる高周波用磁性材料
が記載されており、同第8項には、さらに0.1〜12
wt%のBi2 O3 を添加する旨の記載がある。しかし、
同公報には、WO3 を添加する旨の記載はなく、本発明
とは異なる。また、同公報には、Co3 O4 とBi2 O
3 とを複合添加した実施例もない。また、同公報記載の
磁性材料は、TV、ビデオテープレコーダ等に用いられ
るインダクタに適用される。そして、その際に、加圧や
磁場変化によるインダクタンス変化が小さいので、回路
の信頼性が向上することを効果とするものである。すな
わち、同公報記載の磁性材料は、いわゆる信号系のイン
ダクタに好適なものである。これに対し本発明のフェラ
イト磁性材料は、いわゆるパワー材であって、投入され
るパワーが大きいため損失が低いことが最重要である。
この点からも、同公報と本願発明とは全く異なるもので
ある。
に説明する。本発明のフェライト磁性材料は、主成分と
して、 酸化鉄をFe2 O3 換算で :47〜50 mol%、 酸化ニッケルをNiO換算で :10〜25 mol%、 酸化銅をCuO換算で : 2〜15 mol%、 酸化亜鉛をZnO換算で :15〜35 mol% 含有し、この主成分に対し、副成分として、主成分に対
し、 酸化コバルトをCoO換算で :0.05〜1.5wt
%、 酸化タングステンをWO3 換算で:0.05〜0.8wt
%、 酸化ビスマスをBi2 O3 換算で:0.03〜0.5wt
% 含有する。
換算で48〜50 mol%であってもよい。
し、 酸化コバルトをCoO換算で :0.1 〜1.1wt
%、 酸化タングステンをWO3 換算で:0.06〜0.75
wt%、 酸化ビスマスをBi2 O3 換算で:0.06〜0.35
wt% 含有し、特に副成分が、主成分に対し、 酸化コバルトをCoO換算で :0.1〜0.9wt
%、 酸化タングステンをWO3 換算で:0.1〜0.5wt
%、 酸化ビスマスをBi2 O3 換算で:0.1〜0.3wt% 含有することが好ましい。
7 mol%未満であると、非磁性層の生成量が増加し、コ
アロス劣化の原因となる。また、主組成のFe2O3が5
0 mol%を超えると、焼結性が著しく劣化する。この酸
化鉄成分は50 mol%を超えない範囲で50 mol%に近
いことが好ましい。
で10 mol%未満ではコアロス特性が劣化し、25 mol
%を超えるとコスト高となる。
ol%未満では焼結性が劣化し、15mol%を超えると相
対的に酸化ニッケル量が減少してしまいコアロス特性が
劣化する。
5 mol%未満では透磁率が低下し、35 mol%を超える
とキュリー温度が低下する。
ロスの値を示す(表中、室温をRTと表示する)。
は、 酸化鉄をFe2 O3 換算で :47〜50 mol%、 酸化ニッケルをNiO換算で :10〜25 mol%、 酸化銅をCuO換算で : 2〜15 mol%、 酸化亜鉛をZnO換算で :15〜35 mol% であり、好ましくは、 酸化鉄をFe2 O3 換算で :47〜50 mol%、 酸化ニッケルをNiO換算で :10〜25 mol%、 酸化銅をCuO換算で : 2〜10 mol%、 酸化亜鉛をZnO換算で :25〜35 mol% であり、あるいは前記主成分中の酸化鉄が、Fe2 O3
換算で48〜50 mol%であってもよい。
ェライト磁性材料からなり、f・Bm 積が25 kTHz
(f=1〜10MHz)において、100℃でのパワーロ
スが210kW/m3以下、25℃でのパワーロスが140
kW/m3以下である。このフェライトコアは、好ましくは
周波数1MHz以上の高周波用電源コア、あるいは加速器
用コアとして使用される。
して酸化タングステン、酸化コバルトおよび酸化ビスマ
スを添加する。これらを組み合わせて添加することによ
り、さらにコアロスが改善され、特に1M 以上、さら
には1〜10M での高周波領域でコアロスが改善でき
る。これらの内、少なくとも1種が少なすぎても多すぎ
てもコアロス低減効果が小さくなり、また、副成分が多
すぎると透磁率が低くなってしまう。
00℃程度の広い温度範囲において損失低減効果が大き
いが、特に低温域、例えば25℃以上60℃未満でのコ
アロスを低くしたい場合には、酸化コバルト含有量を
0.2wt%以上とすることが好ましく、また、特に高温
域、例えば60〜100℃での損失を低くしたい場合に
は、副成分の含有量を上記した好ましい範囲とすること
が好ましい。本発明では、例えば1MHz 、25mTの条件
で25℃における損失を140kW/m3 以下とすることが
でき、同条件で100℃における損失を210kW/m3 以
下とすることができる。
は、上記以外の元素が微量添加物ないし不可避的不純物
として含まれていてもよい。このような元素としては、
例えばSi、Ca、P、Cr等の少なくとも1種が挙げ
られる。これらの元素の含有量は、金属換算で合計20
00ppm 以下であることが好ましい。
は、フェライト磁性材料中に存在する各金属が上記化学
量論組成の酸化物として存在するとして算出した換算値
である。なお、これら各金属酸化物は通常化学量論組成
で含有されるが、この値から多少偏倚した組成で含有さ
れていてもよい。
常、以下に説明する方法により、フェライトコアを製造
することが好ましい。
原料との混合物を用意する。主成分原料としては、Ni
−Cu−Znフェライト製造に通常用いられるもの、す
なわち、酸化物または焼成により酸化物となる各種化合
物を用いればよい。主成分原料は、フェライトの最終組
成として前記した量比になるように混合される。また、
副成分原料としては、各金属の酸化物または焼成により
酸化物となる化合物を用いればよい。
物を仮焼する。仮焼は酸化性雰囲気中、通常は空気中で
行えばよく、仮焼温度は800〜1000℃、仮焼時間
は1〜3時間とすることが好ましい。
例えばポリビニルアルコール等を適当量加えて、トロイ
ダル状等の所望の形状に成形する。
雰囲気中、通常は空気中で行えばよく、焼成温度は90
0〜1100℃、焼成時間は2〜5時間とすることが好
ましい。
しては、0.5〜6μm 程度、特に1〜3μm 程度が好
ましい。グレインサイズが0.5〜6μm の範囲を超え
ると、特性が悪化してくる。
イッチング用、インバータ用などの電源トランス等、い
わゆるパワー材として好ましく用いられる。本発明が適
用されるコア形状は特に限定されず、いわゆるトロイダ
ル型、EE型、EI型、EER型、UU型、UI型、ド
ラム型、ポット型、カップ型等の各種形状のコアに本発
明は適用できる。その他パワー用としては、チョ−クコ
イル等のコアとしても用いることができる。
器の電源用のコアとして有用である。中でも加速電圧発
生用高周波キャビティーコアとして有用である。
をさらに詳細に説明する。
を、副成分原料としてWO3 、Bi2 O3 、CoOとC
o2 O3 との混合物を用意した。
1となるように秤量して混合し、混合物を空気中におい
て800〜900℃で2時間仮焼した後、粉砕した。粉
砕物にバインダを加え、加圧成形した。成形体を空気中
において1000〜1100℃で2時間焼成し、外径1
8mm、内径10mm、高さ5mmのトロイダル状のコアサン
プルを得た。
により、1MHz 、25mTでのコアロス(Pcv)を25
℃(図中RTと表示)および100℃において測定し
た。結果を図1に示す。また、同一条件でのμQf積を
BHアナライザーにより測定した。結果を図2に示す。
のコアロス(Pcv)は、WO3の添加量が0.5〜0.
75wt%の範囲で210kW/m3以下、0.07〜0.5
wt%の範囲で180kW/m3以下となり、25℃のコアロ
ス(Pcv)は、WO3の添加量が0.06〜0.8wt%
の範囲で140kW/m3以下、0.1〜0.7wt%の範囲
で100kW/m3以下となっている。また、100℃のμ
Qf積は、WO3の添加量が0.05〜0.75wt%の
範囲で7×109以上、0.07〜0.5wt%の範囲で
8×109以上となり、25℃のμQf積は、WO3の添
加量が0.06〜0.8wt%の範囲で1×1010以上、
0.1〜0.7wt%の範囲で1.7×1010以上となっ
ている。
と同様にしてコアサンプルを得た。
により、1MHz 、25mTでのコアロス(Pcv)を25
℃(図中RTと表示)および100℃において測定し
た。結果を図3に示す。また、同一条件でのμQf積を
BHアナライザーにより測定した。結果を図4に示す。
のコアロス(Pcv)は、Bi2O3の添加量が0.03〜
0.5wt%の範囲で300kW/m3以下、0.06〜0.
35wt%の範囲で210kW/m3以下となり、25℃のコ
アロス(Pcv)は、Bi2O3の添加量が0.02〜0.
65wt%の範囲で200kW/m3以下、0.03〜0.5
wt%の範囲で140kW/m3以下となっている。また、1
00℃のμQf積は、Bi2O3の添加量が0.03〜
0.5wt%の範囲で5×109以上、0.06〜0.3
5wt%の範囲で8×109以上となり、25℃のμQf
積は、Bi2O3の添加量が0.02〜0.65wt%の範
囲で6×109以上、0.03〜0.5wt%の範囲で9
×109以上となっている。
と同様にしてコアサンプルを得た。
により、1MHz 、25mTでのコアロス(Pcv)を25
℃(図中RTと表示)および100℃において測定し
た。結果を図5に示す。また、同一条件でのμQf積を
BHアナライザーにより測定した。結果を図6に示す。
のコアロス(Pcv)は、CoOの添加量が0.05〜
1.3wt%の範囲で250kW/m3以下、0.05〜1.
1wt%の範囲で210kW/m3以下、0.05〜0.9wt
%の範囲で180kW/m3以下となり、25℃のコアロス
(Pcv)は、CoOの添加量が0.05〜1.8wt%の
範囲で200kW/m3以下、0.1〜1.5wt%の範囲で
140kW/m3以下、0.2〜1.2wt%の範囲で100
kW/m3以下となっている。また、100℃のμQf積
は、CoOの添加量が0.05〜1.3wt%の範囲で6
×109以上、0.05〜1.1wt%の範囲で7×109
以上、0.05〜0.9wt%の範囲で8×109以上と
なり、25℃のμQf積は、CoOの添加量が0.05
〜1.8wt%の範囲で9×109以上、0.1〜1.5w
t%の範囲で1×1010以上、0.2〜1.2wt%の範
囲で1.5×1010以上となっている。
他は実施例1と同様にしてコアサンプルを得た。
・Bm=25kTHzでのμQfの周波数特性およびPcv
の周波数特性を、BHアナライザーにより測定した。得
られた結果をそれぞれ図7、図8に示す。図7、図8か
ら明らかなように、μQf積、Pcvともに周波数依存性
を示し、2〜6MHz付近にそのピークを有するが、組成
5の方が広い周波数特性を有している。
いて、加速器用の高圧発生用電源トランスを作製した。
得られたトランスは、従来のトランスと比較して約3割
程度高出力にすることができた。
いて、加速器用の高周波キャビティーを作製した。得ら
れたキャビティーを用いて粒子の加速試験を行ったとこ
ろ、良好な性能を示した。
u−Zn系フェライトの電力損失を低減し、小型、低損
失の電源トランス、高性能の粒子加速器等を実現でき
る。
1.0wt%添加した場合のコアロスPcvを、1MHz−2
5mT、100℃と25℃(RT)の条件で測定したグラ
フである。
を、1MHz−25mT、100℃と25℃(RT)の条件
で測定したグラフである。
〜0.8wt%添加した場合のコアロスPcvを、1MHz−
25mT、100℃と25℃(RT)の条件で測定したグ
ラフである。
を、1MHz−25mT、100℃と25℃(RT)の条件
で測定したグラフである。
2.0wt%、添加した場合のコアロスPcvを、1MHz−
25mT、100℃と25℃(RT)の条件で測定したグ
ラフである。
を、1MHz−25mT、100℃と25℃(RT)の条件
で測定したグラフである。
数特性を、f・Bm=25kTHzの条件で測定したグラ
フである。
の周波数特性を、f・Bm=25kTHzの条件で測定し
たグラフである。
wt%添加した場合のコアロスPcvを、1MHz−25mT、
100℃と25℃(RT)の条件で測定したグラフであ
る。
0wt%添加した場合のμQf積を、1MHz−25mT、1
00℃と25℃(RT)の条件で測定したグラフであ
る。
Claims (8)
- 【請求項1】 主成分として、 酸化鉄をFe2 O3 換算で :47〜50 mol%、 酸化ニッケルをNiO換算で :10〜25 mol%、 酸化銅をCuO換算で : 2〜15 mol%、 酸化亜鉛をZnO換算で :15〜35 mol%総計100 mol% 含有し、この主成分の100 wt%に
対し、副成分として 酸化コバルトをCoO換算で :0.05〜1.5wt
%、 酸化タングステンをWO3 換算で:0.05〜0.8wt
%、 酸化ビスマスをBi2 O3 換算で:0.03〜0.5wt
% 含有するフェライト磁性材料。 - 【請求項2】 前記主成分の含有量が、 酸化鉄をFe2 O3 換算で :47〜50 mol%、 酸化ニッケルをNiO換算で :10〜25 mol%、 酸化銅をCuO換算で : 2〜10 mol%、 酸化亜鉛をZnO換算で :25〜35 mol% である請求項1のフェライト磁性材料。
- 【請求項3】 前記主成分中の酸化鉄が、 Fe2 O3 換算で48〜50 mol%である請求項1また
は2のフェライト磁性材料。 - 【請求項4】 前記副成分が、主成分に対し、 酸化コバルトをCoO換算で :0.1 〜1.1wt
%、 酸化タングステンをWO3 換算で:0.06〜0.75
wt%、 酸化ビスマスをBi2 O3 換算で:0.06〜0.35
wt% 含有する請求項1〜3のいずれかのフェライト磁性材
料。 - 【請求項5】 前記副成分が、主成分に対し、 酸化コバルトをCoO換算で :0.1〜0.9wt
%、 酸化タングステンをWO3 換算で:0.1〜0.5wt
%、 酸化ビスマスをBi2 O3 換算で:0.1〜0.3wt% 含有する請求項4のフェライト磁性材料。 - 【請求項6】 請求項1〜5のいずれかのフェライト磁
性材料からなり、f・Bm 積が25 kTHz (f=1〜1
0MHz)において、100℃でのパワーロスが210kW
/m3以下、25℃でのパワーロスが140kW/m3以下で
あるフェライトコア。 - 【請求項7】 粒子加速器に使用される請求項6のフェ
ライトコア。 - 【請求項8】 1〜10MHzの高周波スイッチング用電
源トランスに使用される請求項6のフェライトコア。
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1997
- 1997-04-01 JP JP09836097A patent/JP3337937B2/ja not_active Expired - Lifetime
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