JP4761175B2 - 低損失フェライトおよびこれを用いた磁心 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング電源の磁心等に用いるのに適したＭｎ−Ｚｎ系の低損失フェライトに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトは、各種通信機器、民生機器などのトランス用材料に用いられているが、従来のスイッチング電源用トランスにあっては、使用温度領域は、専ら２０〜１００℃であった。しかしながら近年、自動車のエレクトロニクス化の進展に伴い、スイッチング電源としては小型化とともに、２０〜１３０℃という、従来の使用環境よりも高温で、かつ広範囲の使用温度での低損失化が要求されて来ている。このようなスイッチング電源に用いられる磁心も同様に、２０〜１３０℃での低損失化が必要であり、このような磁心を得るにはフェライト材料として、２０〜１３０℃の温度領域において低損失で、かつ、損失の極小値を示す温度が１００℃以上であることが必要不可欠となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＭｎ−Ｚｎ系フェライトの場合、磁気異方性定数Ｋ１が０近傍となる温度領域が狭いという欠点があり、この為、非常に狭い温度範囲のみでしか材料の磁気特性を充分に発揮できないという問題があった。損失の極小値を示す温度は、主として、主成分であるＦｅ２Ｏ３、ＭｎＯ、ＺｎＯの組成比により制御されるが、損失の極小値を示す温度が１００℃以上となる主成分組成のフェライトでは、６０℃程度以下の低温度領域の損失が大きくなり、実用的でないという問題があった。
本発明は、上記の問題に鑑み、従来よりも広範囲の温度領域において充分電力損失が小さいＭｎ−Ｚｎ系の電源用高温度対応の低損失フェライトとこれを用いた磁心を提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、Ｆｅ２Ｏ３ ５２．０〜５５．０ｍｏｌ％、ＭｎＯ ３２．０〜４４．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ ４．０〜１４．０ｍｏｌ％を主成分とし、副成分として、ＣａＯ ２００〜１０００ｐｐｍ、ＳｉＯ２ ５０〜２００ｐｐｍ、Ｂｉ２Ｏ３ １００〜５００ｐｐｍ、Ｔａ２Ｏ５ ２００〜８００ｐｐｍ、ＣｏＯ ２０００〜４０００ｐｐｍを有する低損失フェライトである。
本発明においては、上記のように構成することで、磁束密度２００ｍＴで電力損失の極小値を示す温度が１００℃以上であるという低損失フェライトを得ることが出来る。
第２の発明は、第１の発明の低損失フェライトを用いた磁心である。
【０００５】
本発明者等は、Ｍｎ‐Ｚｎ系フェライトの低損失化を種々検討するなかで、副成分として添加する元素について、その影響を調査したとろ、副成分としてＣａＯ、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５を添加した場合は、Ｋ１が０近傍となる温度領域が狭い為、電力損失が小さくなる温度領域が狭くなるという欠点があり、また、副成分としてＣａＯ、ＳｉＯ２、ＣｏＯを添加した場合は、電気抵抗が低く、現在主流となっている１００〜２００ｋＨｚの周波数領域で、電力損失が増大してしまうという欠点があり、副成分としてＣａＯ、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＣｏＯを添加した場合には、十分な結晶成長が促進されず低損失な特性が得られないという欠点があった。しかし、本発明のごとく、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｎＯ、ＺｎＯを主成分とし、副成分として、ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＣｏＯ、Ｂｉ２Ｏ３を複合添加、含有することにより、従来よりも広範囲の温度領域において充分電力損失が小さいＭｎ−Ｚｎ系の電源用高温度対応の低損失フェライトを得ることができ、また、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｎＯ、ＺｎＯを主成分組成を所定の範囲とすることにより、磁束密度２００ｍＴで電力損失の極小値を示す温度を１００℃以上とすることが出来るのを知見した。
【０００６】
【発明の実施の形態】
【実施例】
（実施例１）
以下に本発明に関する低損失フェライトの実施例を説明する。Ｆｅ２Ｏ３（５３．５ｍｏｌ％）、ＭｎＯ（３９．５ｍｏｌ％）、ＺｎＯ（７．０ｍｏｌ％）を主成分とする原料を９００℃にて仮焼成した後、副成分として、ＣａＣＯ３を１０００ｐｐｍ（ＣａＯに換算すると５６０ｐｐｍ）、ＳｉＯ２を１００ｐｐｍ、Ｔａ２Ｏ５を５００ｐｐｍ、ＣｏＯを２０００ｐｐｍ、Ｂｉ２Ｏ３を３００ｐｐｍ複合添加し、ボ−ルミルにて１２時間粉砕した。但し、ＣａＯ、ＳｉＯ２のように、あらかじめ、原料に含有されている副成分については、仮焼成後に添加する量をその分だけ減じ、全体として上記成分の割合に一致するようにした。この粉砕原料を乾燥後、バインダ−を１ｗｔ％添加し、造粒、成形した。この成形体を保持温度１２５０℃にて５時間焼成し、外形２５ｍｍ、内径１５ｍｍ、高さ５ｍｍのリング状の磁心とした。更に表１に示す添加物組成とした磁心も作製し、これらの磁心に所定の巻線を施し、周波数１００ＫＨｚ、磁束密度２００ｍＴにおける電力損失の温度特性を評価した。その結果を表１に示す。
【０００７】
【表１】
【０００８】
表１において試料１、１２〜１９、２１、２２、２５、２６、２９、３０は、本発明の実施例であり、試料２〜１１、２０、２３、２４、２７、２８、３１は比較例であり、区別するため試料番号に括弧を付した。
【０００９】
また図１に本発明に係る一実施例の試料１について、その電力損失の温度特性を示す。尚、比較例として試料２、３、１０の温度特性も併記した。図１に示すように、本発明に係る試料１は、比較例の試料と比較し周波数１００ｋＨｚ、磁束密度２００ｍＴにおいて２０〜１４０℃の広い温度範囲で電力損失が極めて低く、温度変化に対し非常に安定であることが分かる。
また、図２にＣｏＯ添加量と電力損失の関係を示す。図２に示した他の主成分及び副成分組成は試料１と同一であって、表１の試料１、４、６、８、１５、１８と対応する。図２より、ＣｏＯを添加すると電力損失の温度特性の様子が変化し、広温度範囲で低電力損失とすることが可能である。ＣｏＯ添加量として好ましくは５００ｐｐｍ〜４０００ｐｐｍ、さらに好ましくは１０００ｐｐｍ〜４０００ｐｐｍである。ＣｏＯが４０００ｐｐｍを超えると、電力損失の温度特性曲線が徐々に低温側にシフトし、実用温度範囲での電力損失が増加するとともに、透磁率、Ｑが低下する。
また、図３にＢｉ２Ｏ３添加量と電力損失の関係を示す。図３に示した他の主成分及び副成分組成は試料１と同一であって、表１の試料１、１０、１１、１２、１３、１４と対応する。図３に示すように、Ｂｉ２Ｏ３の添加は、２０℃〜１３０℃の実用温度範囲で電力損失を低減するのに効果的であることがわかる。Ｂｉ２Ｏ３添加量として好ましくは５０ｐｐｍ〜５００ｐｐｍである。Ｂｉ２Ｏ３が５００ｐｐｍを超えると、異常焼結により電力損失が増加するとともに、透磁率、Ｑが低下する。
その他の副成分組成の好ましい範囲、ＣａＯ ２００〜１０００ｐｐｍ、ＳｉＯ２ ５０〜２００ｐｐｍ、Ｔａ２Ｏ５ ２００〜８００ｐｐｍである。ここで、組成範囲を前記の様とする理由は、ＣａＯが１０００ｐｐｍを超えると電力損失が大きくなり、透磁率が急激に低下し、ＣａＯが２００ｐｐｍ未満であると電気抵抗が低下する為、高周波領域における渦電流損失が増大し、電力損失は大きくなる。またＴａ２Ｏ５、ＳｉＯ２が前記範囲を超えると、異常焼結により電力損失が大きくなると共に、透磁率、および、Ｑも低下する。また、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２が範囲未満になると、電気抵抗が低下し、電力損失は増大するためである。
【００１０】
（実施例２）
本発明に関する低損失フェライトの他の実施例を説明する。副成分組成を一定とし、表２に示す主成分組成とした試料を、実施例１と同様の手順で作成し、外形２５ｍｍ、内径１５ｍｍ、高さ５ｍｍのリング状の磁心とした。これらの磁心に所定の巻線を施し、周波数１００ＫＨｚ、磁束密度２００ｍＴにおける電力損失の極小値と、その極小値を示す温度を評価した。その結果を表２に示す。
【００１１】
【表２】
【００１２】
表２より、Ｆｅ２Ｏ３ ５２．０〜５５．０ｍｏｌ％、ＭｎＯ ３２．０〜４４．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ ４．０〜１４．０ｍｏｌ％とすれば、電力損失の極小値を示す温度を１００℃以上に制御することが出来る。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、磁束密度２００ｍＴの電力損失の極小値を示す温度が１００℃以上であり、従来よりも広範囲（２０〜１３０℃）の温度領域において電力損失を著しく低減でき、スイッチング電源等の用途に優れた性能を発揮する低損失フェライト、およびこれを用いた磁心を得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施例の電力損失の温度特性図である。
【図２】ＣｏＯ添加量と電力損失の関係を示した特性図である。
【図３】Ｂｉ２Ｏ３添加量と電力損失の関係を示した特性図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング電源の磁心等に用いるのに適したＭｎ−Ｚｎ系の低損失フェライトに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトは、各種通信機器、民生機器などのトランス用材料に用いられているが、従来のスイッチング電源用トランスにあっては、使用温度領域は、専ら２０〜１００℃であった。しかしながら近年、自動車のエレクトロニクス化の進展に伴い、スイッチング電源としては小型化とともに、２０〜１３０℃という、従来の使用環境よりも高温で、かつ広範囲の使用温度での低損失化が要求されて来ている。このようなスイッチング電源に用いられる磁心も同様に、２０〜１３０℃での低損失化が必要であり、このような磁心を得るにはフェライト材料として、２０〜１３０℃の温度領域において低損失で、かつ、損失の極小値を示す温度が１００℃以上であることが必要不可欠となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＭｎ−Ｚｎ系フェライトの場合、磁気異方性定数Ｋ１が０近傍となる温度領域が狭いという欠点があり、この為、非常に狭い温度範囲のみでしか材料の磁気特性を充分に発揮できないという問題があった。損失の極小値を示す温度は、主として、主成分であるＦｅ２Ｏ３、ＭｎＯ、ＺｎＯの組成比により制御されるが、損失の極小値を示す温度が１００℃以上となる主成分組成のフェライトでは、６０℃程度以下の低温度領域の損失が大きくなり、実用的でないという問題があった。
本発明は、上記の問題に鑑み、従来よりも広範囲の温度領域において充分電力損失が小さいＭｎ−Ｚｎ系の電源用高温度対応の低損失フェライトとこれを用いた磁心を提供しようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、Ｆｅ２Ｏ３ ５２．０〜５５．０ｍｏｌ％、ＭｎＯ ３２．０〜４４．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ ４．０〜１４．０ｍｏｌ％を主成分とし、副成分として、ＣａＯ ２００〜１０００ｐｐｍ、ＳｉＯ２ ５０〜２００ｐｐｍ、Ｂｉ２Ｏ３ １００〜５００ｐｐｍ、Ｔａ２Ｏ５ ２００〜８００ｐｐｍ、ＣｏＯ ２０００〜４０００ｐｐｍを有する低損失フェライトである。
本発明においては、上記のように構成することで、磁束密度２００ｍＴで電力損失の極小値を示す温度が１００℃以上であるという低損失フェライトを得ることが出来る。
第２の発明は、第１の発明の低損失フェライトを用いた磁心である。
【０００５】
本発明者等は、Ｍｎ‐Ｚｎ系フェライトの低損失化を種々検討するなかで、副成分として添加する元素について、その影響を調査したとろ、副成分としてＣａＯ、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５を添加した場合は、Ｋ１が０近傍となる温度領域が狭い為、電力損失が小さくなる温度領域が狭くなるという欠点があり、また、副成分としてＣａＯ、ＳｉＯ２、ＣｏＯを添加した場合は、電気抵抗が低く、現在主流となっている１００〜２００ｋＨｚの周波数領域で、電力損失が増大してしまうという欠点があり、副成分としてＣａＯ、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＣｏＯを添加した場合には、十分な結晶成長が促進されず低損失な特性が得られないという欠点があった。しかし、本発明のごとく、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｎＯ、ＺｎＯを主成分とし、副成分として、ＣａＯ、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＣｏＯ、Ｂｉ２Ｏ３を複合添加、含有することにより、従来よりも広範囲の温度領域において充分電力損失が小さいＭｎ−Ｚｎ系の電源用高温度対応の低損失フェライトを得ることができ、また、Ｆｅ２Ｏ３、ＭｎＯ、ＺｎＯを主成分組成を所定の範囲とすることにより、磁束密度２００ｍＴで電力損失の極小値を示す温度を１００℃以上とすることが出来るのを知見した。
【０００６】
【発明の実施の形態】
【実施例】
（実施例１）
以下に本発明に関する低損失フェライトの実施例を説明する。Ｆｅ２Ｏ３（５３．５ｍｏｌ％）、ＭｎＯ（３９．５ｍｏｌ％）、ＺｎＯ（７．０ｍｏｌ％）を主成分とする原料を９００℃にて仮焼成した後、副成分として、ＣａＣＯ３を１０００ｐｐｍ（ＣａＯに換算すると５６０ｐｐｍ）、ＳｉＯ２を１００ｐｐｍ、Ｔａ２Ｏ５を５００ｐｐｍ、ＣｏＯを２０００ｐｐｍ、Ｂｉ２Ｏ３を３００ｐｐｍ複合添加し、ボ−ルミルにて１２時間粉砕した。但し、ＣａＯ、ＳｉＯ２のように、あらかじめ、原料に含有されている副成分については、仮焼成後に添加する量をその分だけ減じ、全体として上記成分の割合に一致するようにした。この粉砕原料を乾燥後、バインダ−を１ｗｔ％添加し、造粒、成形した。この成形体を保持温度１２５０℃にて５時間焼成し、外形２５ｍｍ、内径１５ｍｍ、高さ５ｍｍのリング状の磁心とした。更に表１に示す添加物組成とした磁心も作製し、これらの磁心に所定の巻線を施し、周波数１００ＫＨｚ、磁束密度２００ｍＴにおける電力損失の温度特性を評価した。その結果を表１に示す。
【０００７】
【表１】
表１において試料１、１２〜１９、２１、２２、２５、２６、２９、３０は、本発明の実施例であり、試料２〜１１、２０、２３、２４、２７、２８、３１は比較例であり、区別するため試料番号に括弧を付した。
【０００９】
また図１に本発明に係る一実施例の試料１について、その電力損失の温度特性を示す。尚、比較例として試料２、３、１０の温度特性も併記した。図１に示すように、本発明に係る試料１は、比較例の試料と比較し周波数１００ｋＨｚ、磁束密度２００ｍＴにおいて２０〜１４０℃の広い温度範囲で電力損失が極めて低く、温度変化に対し非常に安定であることが分かる。
また、図２にＣｏＯ添加量と電力損失の関係を示す。図２に示した他の主成分及び副成分組成は試料１と同一であって、表１の試料１、４、６、８、１５、１８と対応する。図２より、ＣｏＯを添加すると電力損失の温度特性の様子が変化し、広温度範囲で低電力損失とすることが可能である。ＣｏＯ添加量として好ましくは５００ｐｐｍ〜４０００ｐｐｍ、さらに好ましくは１０００ｐｐｍ〜４０００ｐｐｍである。ＣｏＯが４０００ｐｐｍを超えると、電力損失の温度特性曲線が徐々に低温側にシフトし、実用温度範囲での電力損失が増加するとともに、透磁率、Ｑが低下する。
また、図３にＢｉ２Ｏ３添加量と電力損失の関係を示す。図３に示した他の主成分及び副成分組成は試料１と同一であって、表１の試料１、１０、１１、１２、１３、１４と対応する。図３に示すように、Ｂｉ２Ｏ３の添加は、２０℃〜１３０℃の実用温度範囲で電力損失を低減するのに効果的であることがわかる。Ｂｉ２Ｏ３添加量として好ましくは５０ｐｐｍ〜５００ｐｐｍである。Ｂｉ２Ｏ３が５００ｐｐｍを超えると、異常焼結により電力損失が増加するとともに、透磁率、Ｑが低下する。
その他の副成分組成の好ましい範囲、ＣａＯ ２００〜１０００ｐｐｍ、ＳｉＯ２ ５０〜２００ｐｐｍ、Ｔａ２Ｏ５ ２００〜８００ｐｐｍである。ここで、組成範囲を前記の様とする理由は、ＣａＯが１０００ｐｐｍを超えると電力損失が大きくなり、透磁率が急激に低下し、ＣａＯが２００ｐｐｍ未満であると電気抵抗が低下する為、高周波領域における渦電流損失が増大し、電力損失は大きくなる。またＴａ２Ｏ５、ＳｉＯ２が前記範囲を超えると、異常焼結により電力損失が大きくなると共に、透磁率、および、Ｑも低下する。また、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ２が範囲未満になると、電気抵抗が低下し、電力損失は増大するためである。
【００１０】
（実施例２）
本発明に関する低損失フェライトの他の実施例を説明する。副成分組成を一定とし、表２に示す主成分組成とした試料を、実施例１と同様の手順で作成し、外形２５ｍｍ、内径１５ｍｍ、高さ５ｍｍのリング状の磁心とした。これらの磁心に所定の巻線を施し、周波数１００ＫＨｚ、磁束密度２００ｍＴにおける電力損失の極小値と、その極小値を示す温度を評価した。その結果を表２に示す。
【００１１】
【表２】
表２より、Ｆｅ２Ｏ３ ５２．０〜５５．０ｍｏｌ％、ＭｎＯ ３２．０〜４４．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ ４．０〜１４．０ｍｏｌ％とすれば、電力損失の極小値を示す温度を１００℃以上に制御することが出来る。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、磁束密度２００ｍＴの電力損失の極小値を示す温度が１００℃以上であり、従来よりも広範囲（２０〜１３０℃）の温度領域において電力損失を著しく低減でき、スイッチング電源等の用途に優れた性能を発揮する低損失フェライト、およびこれを用いた磁心を得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施例の電力損失の温度特性図である。
【図２】ＣｏＯ添加量と電力損失の関係を示した特性図である。
【図３】Ｂｉ２Ｏ３添加量と電力損失の関係を示した特性図である。
Claims (3)
- Ｆｅ２Ｏ３ ５２．０〜５５．０ｍｏｌ％、ＭｎＯ ３２．０〜４４．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ ４．０〜１４．０ｍｏｌ％を主成分とし、副成分として、ＣａＯ ２００〜１０００ｐｐｍ、ＳｉＯ２ ５０〜２００ｐｐｍ、Ｂｉ２Ｏ３ １００〜５００ｐｐｍ、Ｔａ２Ｏ５ ２００〜８００ｐｐｍ、ＣｏＯ ２０００〜４０００ｐｐｍを有することを特徴とする低損失フェライト。
- 磁束密度２００ｍＴで電力損失の極小値を示す温度が１００℃以上であることを特徴とする請求項１に記載の低損失フェライト。
- 請求項１又は２に記載の低損失フェライトを用いることを特徴とする磁心。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000028579A JP4761175B2 (ja) | 2000-02-07 | 2000-02-07 | 低損失フェライトおよびこれを用いた磁心 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001220146A JP2001220146A (ja) | 2001-08-14 |
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Family
ID=18553963
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000028579A Expired - Lifetime JP4761175B2 (ja) | 2000-02-07 | 2000-02-07 | 低損失フェライトおよびこれを用いた磁心 |
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| US10919809B2 (en) | 2016-03-25 | 2021-02-16 | Hitachi Metals, Ltd. | MnZn ferrite and its production method |
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Family Cites Families (5)
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| JPH09180926A (ja) * | 1995-12-22 | 1997-07-11 | Tokin Corp | 低損失酸化物磁性材料 |
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- 2000-02-07 JP JP2000028579A patent/JP4761175B2/ja not_active Expired - Lifetime
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