JP2000150221A

JP2000150221A - 低損失酸化物磁性材料及びこれを用いた巻線部品

Info

Publication number: JP2000150221A
Application number: JP10331955A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Chiba; 龍矢千葉; Koichi Kondo; 幸一近藤
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1998-11-06
Filing date: 1998-11-06
Publication date: 2000-05-30

Abstract

(57)【要約】【課題】飽和磁束密度が高く、低損失で、しかも、Ｍ
ｎ−Ｚｎフェライトと比較して、比抵抗が著しく高いＮ
ｉ−Ｚｎ系の低損失酸化物磁性材料を提供すること。【解決手段】Ｆｅ₂Ｏ₃、ＮｉＯ、ＺｎＯ、及びＳｂ₂
Ｏ₅から成るＮｉ−Ｚｎフェライトであって、Ｓｂ₂Ｏ₅
を３０ｍｏｌ％以下（但し、０を含まず）とした低損失
酸化物磁性材料。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電源用トランス等
に用いられる低損失酸化物磁性材料に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯機器をはじめとして、電子機
器の小型化が急速に進歩しており、それらに用いられる
電源も同じ流れにある。また、電源に用いられるトラン
スは、その体積及び電力損失において、小型化、高効率
化が求められている。

【０００３】電源用トランス材料に求められる特性は、
駆動周波数での損失が低いこと、飽和磁束密度が高
いこと、キューリー温度が高いこと、比抵抗が高い
こと、が挙げられる。

【０００４】また、電源用トランス材料の損失が大きい
と、電源としての効率が悪いだけでなく、自己発熱によ
る熱暴走の危険が生じる。

【０００５】よって、電源用トランスに用いられるフェ
ライト材料は、低損失であることが重要である。従っ
て、これらの材料には、飽和磁束密度が高く（約５００
ｍＴ）、低価格なＭｎ−Ｚｎフェライトが用いられてき
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
Ｍｎ−Ｚｎフェライトは、比抵抗が小さく、このＭｎ−
Ｚｎ系フェライトに巻線を施す場合、絶縁性の確保のた
めに、ボビン等を介し、巻線を行わなければならない。
よって、Ｍｎ−Ｚｎフェライトをトランス材料として用
いた巻線部品では、ボビンに制約され、小型化に対し限
界がある。

【０００７】一方、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライトは、比抵抗
が高いため、Ｎｉ−Ｚｎフェライトに巻線を施す場合、
直巻きが可能である。また、Ｎｉ−Ｚｎフェライトに、
Ｃｕを添加することにより、低温焼成が可能であるた
め、導体と磁性体となるＮｉ−Ｚｎフェライトの一体焼
成が可能であり、限りない小型化を実現できる。

【０００８】しかしながら、Ｎｉ−Ｚｎフェライトは、
高損失であるため、効率が悪く、かつ、熱暴走等の安全
性に劣るため、電源用などのトランス材料として商品化
が困難である。

【０００９】従って、本発明は、飽和磁束密度が高く、
低損失で、しかも、Ｍｎ−Ｚｎフェライトと比較して、
比抵抗が著しく高いＮｉ−Ｚｎ系の低損失酸化物磁性材
料及びこの材料を磁芯とする巻線部品を提供することに
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は、種々の検討
を行った結果、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＮｉＯ、ＺｎＯを主成分と
するＮｉ−Ｚｎフェライトにおいて３０ｍｏｌ％以下
（但し、０を含まず）のＳｂ₂Ｏ₅を含有することにより
低損失の酸化物磁性材料が得られることを見い出した。

【００１１】即ち、本発明は、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＮｉＯ、Ｚｎ
Ｏ、及びＳｂ₂Ｏ₅から成るＮｉ−Ｚｎフェライトであっ
て、Ｓｂ₂Ｏ₅を３０ｍｏｌ％以下（但し、０を含まず）
とした低損失酸化物磁性材料である。

【００１２】また、本発明は、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＮｉＯ、Ｚｎ
Ｏ、ＣｕＯ及びＳｂ₂Ｏ₅から成るＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェ
ライトであって、Ｓｂ₂Ｏ₅を３０ｍｏｌ％以下（但し、
０を含まず）とした低損失酸化物磁性材料である。

【００１３】また、本発明は、４０〜４９.５ｍｏｌ％
のＦｅ₂Ｏ₃、１５〜３０ｍｏｌ％のＮｉＯ、３０ｍｏｌ
％以下のＳｂ₂Ｏ₅（但し、０を含まず）、及び残部Ｚｎ
ＯからなるにＮｉ−Ｚｎフェライトとした低損失酸化物
磁性材料である。

【００１４】また、本発明は、前記低損失酸化物磁性材
料よりなる磁芯を有する巻線部品である。

【００１５】本発明品によれば、従来のＭｎ−Ｚｎフェ
ライトと比較し、比抵抗が著しく高く、また、従来のＮ
ｉ−Ｚｎフェライトと比較し、飽和磁束密度が著しく高
く、低損失なＮｉ−Ｚｎフェライト材料が得られる。

【００１６】また、本発明によれば、比抵抗が高いこと
から、巻線の直巻きが可能となり、ボビン等が不要とな
るため、コストの低減化を図った巻線部品が得られる。

【００１７】また、本発明によれば、導電ペースト等に
より形成される導体と磁性体となる本Ｎｉ−Ｚｎフェラ
イトとの一体焼成が可能であり、巻線部品の限りない小
型化が可能である。

【００１８】フェライトの損失は、ヒステリシス損失、
渦電流損失、残留損失に大別できるが、本発明の低損失
酸化物磁性材料と従来のＮｉ−Ｚｎフェライトの損失を
比較すると、主に、ヒステリシス損失の低減により損失
が低減されていることがわかった。

【００１９】また、ヒステリシス損失が低減された原因
については、詳細に不明であるが、以下の原因により低
減されたものと推察される。

【００２０】ヒステリシス損失は、結晶磁気異方性定数
（Ｋ１）に依存し、結晶磁気異方性エネルギーは、結晶
格子（Ｎｉ−Ｚｎフェライトはスピネル構造）を形成し
ているために発生するエネルギーであり、スピン−軌道
相互作用により発生する。また、スピン−軌道相互作用
は、励起により異なるエネルギー準位にある電子軌道間
にも発生する。

【００２１】よって、結晶磁気異方性エネルギーを減少
するためには、結晶電場により分裂するエネルギー準位
幅を大きくすることが望ましい。エネルギー順位幅は、
結晶を構成する金属イオンの種類に依存する。

【００２２】ここで、Ｎｉ−Ｚｎフェライトを構成する
金属イオンは２価および３価で、イオン半径は０.６〜
０.７５オングストロームである。また、本発明で用い
るＳｂイオンは、価数が５価でイオン半径が０.６２で
あり、Ｎｉ−Ｚｎフェライトを構成する金属イオンにく
らべ価数が大きく、イオン半径が小さい。

【００２３】金属イオンの価数、及び、イオン半径とエ
ネルギー順位との関係は、詳細には不明であるが、Ｓｂ
イオンがスピネル中に存在することにより、軌道間のエ
ネルギー格差が増大し、スピン−軌道相互作用を低減
し、結晶磁気異方性定数を低減したものと推察される。

【００２４】本発明では、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＮｉＯ、ＺｎＯを
主成分としたが、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯ及
びＳｂ₂Ｏ₅からなるＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェライトにおい
ても、同様の効果が得られる。

【００２５】また、Ｓｂ₂Ｏ₅の含有量を３０ｍｏｌ％以
下としたのは、３０ｍｏｌ％を越えると、最大磁束密
度、及び、キュリー温度の低下をまねくだけでなく、損
失の劣化をまねくためである。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００２７】まず、本発明の第１の実施の形態について
説明する。

【００２８】本発明の第１の実施の形態において、主成
分組成として４５ｍｏｌ％のＦｅ₂Ｏ₃、２５ｍｏｌ％の
ＮｉＯ、１〜３１ｍｏｌ％のＳｂ₂Ｏ₅、残部ＺｎＯを秤
量し、アトライターを用いて２時間混合した。混合の
後、スプレードライアーで造粒した。次に、造粒した粉
末をロータリーキルンで仮焼した。このようにして得ら
れた粉末をアトライターを用いて解砕した。解砕後、ス
プレードライアーにて造粒し、トロイダル形状にプレス
し、１２５０℃の焼成温度で焼成した。

【００２９】また、本発明品との比較品として、主成分
組成を４５.０ｍｏｌ％のＦｅ₂Ｏ₃、２５.０ｍｏｌ％の
ＮｉＯ、残部ＺｎＯからなるＮｉ−Ｚｎフェライトを秤
量し、アトライターを用いて２時間混合した。混合の
後、スプレードライアーで造粒した。この造粒した粉末
をロータリーキルンで仮焼した。得られた粉末をアトラ
イターを用いて解砕した。解砕後、スプレードライアー
にて造粒し、トロイダル形状にプレスし１２５０℃の焼
成温度で焼成した。

【００３０】表１に、Ｓｂ₂Ｏ₅量を変化させた時の発明
品１〜５及び比較品１，２の比抵抗、最大磁束密度、５
０ｋＨｚ−１５０ｍＴ（ａｔＲ.Ｔ.）及び５０ｋＨｚ−
１５０ｍＴ（ａｔ８０℃）の損失を示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１に示すように、Ｓｂ₂Ｏ₅を含有した本
発明品は、損失（Ｐｃｖ）が小さいことがわかる。

【００３３】図１に、発明品３と比較品２の５０ｋＨｚ
−１５０ｍＴの損失の温度特性を示す。

【００３４】図１から、発明品３は、比較品２とくら
べ、全温度範囲で損失が小さいことがわかる。

【００３５】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。

【００３６】本発明の第２の実施の形態において、表２
に示す主成分組成となるように、発明品６〜１０及び比
較品２〜７を作製した。

【００３７】まず、発明品の作製のため、原料粉末を秤
量し、アトライターを用いて２時間混合した。混合の
後、スプレードライアーで造粒した。この造粒した粉末
をロータリーキルンで仮焼した。次に、得られた粉末を
アトライターを用いて解砕した。解砕後、スプレードラ
イアーにて造粒し、トロイダル形状にプレスし、１２５
０℃の焼成温度で焼成した。このようにして発明品６〜
１０を作製した。

【００３８】次に、比較品として、Ｓｂ₂Ｏ₅を含有しな
いＮｉ−Ｚｎフェライトを秤量し、アトライターを用い
て２時間混合した。混合の後、スプレードライアーで造
粒した。この造粒した粉末をロータリーキルンで仮焼し
た。次に、得られた粉末をアトライターを用いて解砕し
た。解砕後、スプレードライアーにて造粒し、トロイダ
ル形状にプレスし、１２５０℃の焼成温度で焼成した。
このようにして、比較品２〜７を作製した。

【００３９】表２に、主成分組成を変化させた時の発明
品及び比較品の比抵抗、最大磁束密度、５０ｋＨｚ−１
５０ｍＴ（ａｔＲ.Ｔ.）、５０ｋＨｚ−１５０ｍＴ（ａ
ｔ８０℃）の損失を示す。

【００４０】

【表２】

【００４１】表２に示すように、Ｓｂ₂Ｏ₅を含有する本
発明品は、含有しない比較品とくらべ、損失が小さいこ
とがわかる。

【００４２】また、表２から明らかなように、電源材と
しては、４０〜４９.５ｍｏｌ％のＦｅ₂Ｏ₃、１５〜３
０ｍｏｌ％のＮｉＯ、の範囲にある組成のＦｅ₂Ｏ₃、Ｎ
ｉＯ、ＺｎＯ、Ｓｂ₂Ｏ₅を成分とする低損失酸化物磁性
材料であることがより好ましい。

【００４３】なお、損失が低減された原因については、
詳細に不明であるが、本発明で用いるＳｂイオンは、Ｎ
ｉ−Ｚｎフェライトを構成する金属イオンにくらべ、価
数が大きく、イオン半径が小さい。また、金属イオンの
価数、及び、イオン半径とエネルギー順位との関係は、
詳細に不明であるが、Ｓｂイオンがスピネル中に存在す
ることにより、軌道間のエネルギー格差が増大し、スピ
ン−軌道相互作用を低減し、結晶磁気異方性定数を低減
したものと推察される。

【００４４】

【発明の効果】以上、述べたごとく、本発明品によれ
ば、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＮｉＯ、ＺｎＯからなるＮｉ−Ｚｎフェ
ライトにおいて、３０ｍｏｌ％以下（但し、０を含ま
ず）のＳｂ₂Ｏ₅を含有することにより、従来のＮｉ−Ｚ
ｎフェライトと比較し、飽和磁束密度が高く、低損失
で、しかも、従来のＭｎ−Ｚｎフェライトと比較し、比
抵抗が著しく高い酸化物磁性材料が得られる。

【００４５】また、比抵抗が高いことより、巻線の直巻
きが可能であり、巻線用のボビン等が不要となるため、
コストの低減を図ることができる巻線部品が得られる。

【００４６】また、本発明の酸化物磁性材料は、比抵抗
が高いため、本材料からなる磁性体上に形成した導電ペ
ーストとによる巻線と一体焼成が可能となり、限りなく
巻線部品を小型化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における発明品３と
比較品２の５０ｋＨｚ−１５０ｍＴでの損失（Ｐｃｖ）
の温度特性を示す図。

【符号の説明】

Ａ本発明の第１の実施の形態における発明品３Ｂ本発明の第１の実施の形態における比較品２

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｆｅ₂Ｏ₃、ＮｉＯ、ＺｎＯ及びＳｂ₂Ｏ₅
から成るＮｉ−Ｚｎフェライトであって、Ｓｂ₂Ｏ₅を３
０ｍｏｌ％以下（但し、０を含まず）としたことを特徴
とする低損失酸化物磁性材料。
【請求項２】Ｆｅ₂Ｏ₃、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯ及び
Ｓｂ₂Ｏ₅から成るＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕフェライトであっ
て、Ｓｂ₂Ｏ₅を３０ｍｏｌ％以下（但し、０を含まず）
としたことを特徴とする低損失酸化物磁性材料。
【請求項３】４０〜４９.５ｍｏｌ％のＦｅ₂Ｏ₃、１
５〜３０ｍｏｌ％のＮｉＯ、３０ｍｏｌ％以下のＳｂ₂
Ｏ₅（但し、０を含まず）、及び残部ＺｎＯからなるに
Ｎｉ−Ｚｎフェライトとしたことを特徴とする低損失酸
化物磁性材料。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の低損失
酸化物磁性材料よりなる磁芯を有することを特徴とする
巻線部品。