JP2001126911A

JP2001126911A - 低損失の酸化物磁性材料

Info

Publication number: JP2001126911A
Application number: JP30203699A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kondo; 幸一近藤
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1999-10-25
Filing date: 1999-10-25
Publication date: 2001-05-11

Abstract

(57)【要約】【課題】小型で高効率な電源トランス用の磁性材料を
提供するために、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライトの損失
を低減すること。【解決手段】本発明の低損失酸化物磁性材料は、Ｆｅ
_２Ｏ_３、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯを主成分とするＮｉ−
Ｚｎ−Ｃｕ系フェライトであって、結晶粒度分布のＤ５
０、即ち累積度数５０％での結晶粒径が１３〜５０μｍ
であり、かつＤ１０、即ち累積度数１０％での結晶粒径
が５μｍより大きく、かつＤ９０、即ち累積度数９０％
での結晶粒径が８０μｍより小さい結晶粒度分布を有す
ることを特徴とする。また、本発明による低損失酸化物
磁性材料の製造方法おいては、焼結後の結晶粒径を制御
するために、焼結雰囲気の酸素分圧を大気圧の２５％以
上とすることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として、電源ト
ランス用あるいはインダクタ用の材料に係わり、特に、
小型で高効率な電源トランスに好適な磁性材料とその製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】携帯機器を始めとして、近年、電子機器
の小型化が急速に進んでいる。それらで使用される電源
において、トランスは、体積的にも、電力損失において
も重要な位置を占める。そのため、トランスの小型化、
高効率化が求められている。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。それゆえ、トランス用材料と
しては、一般に低損失で飽和磁束密度が高く（約５００
ｍＴ）、低価格なＭn-Ｚn系フェライトが用いられてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｍｎ−
Ｚｎ系フェライトは、比抵抗が小さく、絶縁性の確保の
ために、ボビンの巻線用部品を介し、巻線を行わなけれ
ばならない。よって、トランス材料として、Ｍｎ−Ｚｎ
系フェライトを用いては、小型化に対し、一定の限界が
ある。一方、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライトは、比抵抗
が高く、巻線の直巻きが可能である。また、比抵抗が高
いことに加え、Ｃｕ添加により低温焼成が可能であるこ
とより、導体と磁性体の一体焼成が可能であり、高度な
小型化が実現できる。しかしながら、従来のＮｉ−Ｚｎ
−Ｃｕ系フェライトは、高損失であるため、効率が悪
く、かつ、熱暴走など、安全性に劣るため、トランス用
材料として、商品化が困難であった。

【０００４】そこで、本発明は、小型で高効率な電源ト
ランス用の磁性材料を提供するために、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃ
ｕ系フェライトの損失を低減することを課題としてい
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】我々は、種々の実験検討
を行った結果、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯを
主成分とするＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライトにおいて、
焼結雰囲気の酸素分圧が大気圧の２５％以上で焼結さ
れ、結晶粒度分布のＤ５０が１３〜５０μｍであり、か
つＤ１０が５μｍより大きく、Ｄ９０が８０μｍより小
さいことを特徴とする結晶粒度分布において、低損失を
実現できることを見出した。ここで、Ｄ１０、Ｄ５０お
よびＤ９０とは、それぞれ、累積度数が１０％、５０
％、および９０％の時の結晶粒径を示している。

【０００６】一般に、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。本発明品
と従来のＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系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
されていることが分かった。ヒステリシス損失は、主
に、結晶粒径と結晶磁気異方性エネルギー（Ｋ１）に依
存する。結晶粒界は、磁壁移動に対して摩擦力として作
用するため、通常の均一な粒成長となる焼成条件では、
結晶粒径が大きいほどヒステリシス損失は低下する。し
かしながら、異常粒成長により、局所的に粗大粒が発生
すると逆にヒステリシス損失は増大する。通常、Ｎｉ−
Ｚｎ−Ｃｕ系フェライトは、大気中（酸素分圧〜２０
％）で焼成される。本発明品の結晶粒度分布は、従来品
と比較して、より均一であり、本発明の方法によれば、
焼成温度を高くしても、局所的な粗大粒を発生すること
なく、均一に粒成長させることができる。また、１２５
０℃以上の温度で焼成すると、従来品の比抵抗は低下す
るが、本発明品は高温で焼成しても、高比抵抗を維持で
きる。

【０００７】即ち、本発明の低損失酸化物磁性材料は、
Ｆｅ_２Ｏ_３、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯを主成分とするＮ
ｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライトであって、結晶粒度分布の
Ｄ５０、即ち累積度数５０％での結晶粒径が１３〜５０
μｍであり、かつＤ１０、即ち累積度数１０％での結晶
粒径が５μｍより大きく、かつＤ９０、即ち累積度数９
０％での結晶粒径が８０μｍより小さい結晶粒度分布を
有することを特徴としている。

【０００８】また、本発明の製造方法は、Ｆｅ_２Ｏ_３、
ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯを主成分とするＮｉ−Ｚｎ−Ｃ
ｕ系フェライトの製造方法において、焼結後の結晶粒径
を制御するために、焼結雰囲気の酸素分圧を大気圧の２
５％以上とすることを特徴としている。

【０００９】

【発明の実施の形態】まず、主成分であるＦｅ_２Ｏ_３、
ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯの粉末を所定の量だけ秤量す
る。次に、混合、造粒、仮焼を行い、得られた粉末を解
砕し、再び造粒し、所定の形状にプレスし、９５０〜１
３００℃で焼成する。そのとき、焼成時の酸素分圧は、
大気圧の２５％以上の範囲で変化させる。作製したＮｉ
−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライトについては、結晶粒度分布を
調べる。また、周波数５０ｋＨｚ、磁束密度１５０ｍＴ
の磁気的条件で、温度範囲２５〜１４０℃において損失
を測定する。

【００１０】損失は、焼成時の雰囲気の酸素分圧が高く
なると、より低くなるが、最小の損失をもたらす焼成温
度は酸素分圧が高いほど高温側へ移動するので、他の条
件を勘案して決めると良い。一例として、４９ｍｏｌ％
のＦｅ_２Ｏ_３、１９ｍｏｌ％のＮｉＯ、２５ｍｏｌ％の
ＺｎＯ、残部をＣｕＯとするＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェラ
イトにおいては、焼成温度１２５０℃、酸素分圧９５％
の焼成条件で、優れた損失値が得られる。

【００１１】他方、焼成雰囲気の酸素分圧が高いほど、
損失が最小となるＤ５０（累積度数５０％での結晶粒
径）は、粒径が大きい側に移動し、粒径は均一化され
る。そして、Ｄ５０が１３〜５０μｍであり、かつＤ１
０（累積度数１０％での結晶粒径）が５μｍより大き
く、かつＤ９０（累積度数９０％での結晶粒径）が８０
μｍより小さいときに優れた損失値が得られる。

【００１２】以上、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＮｉＯ、ＺｎＯ、Ｃｕ
Ｏを主成分としたＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライトについ
て説明したが、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＮｉＯ、ＺｎＯを主成分と
するＮｉ−Ｚｎ系フェライトにおいても、酸素分圧と温
度による結晶粒度分布の制御は損失の低減に対して同様
の効果をもたらす。

【００１３】

【実施例】本発明の実施例について、図表を参照して説
明する。主成分組成として、４９ｍｏｌ％のＦｅ
_２Ｏ_３、１９ｍｏｌ％のＮｉＯ、２５ｍｏｌ％のＺｎ
Ｏ、残部のＣｕＯを所定の量だけ秤量し、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。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ターを用いて解砕した。
その後、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、９５０〜１３００℃で焼成した。

【００１４】表１に、焼成時の酸素分圧ＰO_２を大気圧
の２０％から９５％まで変化させた時の発明品、比較
品、および従来品における結晶粒度分布、５０ｋＨｚ−
１５０ｍＴ−８０℃での損失Ｐcv（即ち周波数５０ｋＨ
ｚ、磁束密度１５０ｍＴでの８０℃における損失）、お
よび比抵抗を示す。ここで、従来品とは、酸素分圧ＰO
_２＝２０％の雰囲気中で焼結した試料であり、焼結温度
に応じて１〜８の番号を付けた。他方、酸素分圧ＰO_２
が２５％以上で作製された試料のうち、損失Ｐcvが実用
的に良好なものを発明品と呼び、焼結温度に応じて１〜
８の番号を付け、また損失Ｐcvが実用的に良好でないも
の比較品と呼び、１〜１６の番号を付けた。

【００１５】

【表１】

【００１６】表１から、発明品は、従来品と比べ、結晶
粒度分布がより均一であり、また比抵抗は同等または、
それ以上であることが分かる。また、発明品の結晶粒度
分布は、Ｄ５０が１３〜５０μｍであり、かつＤ１０が
５μｍより大きく、Ｄ９０が８０μｍより小さいことが
分かる。

【００１７】図１に、酸素分圧を変化させた場合の５０
ｋＨｚ−１５０ｍＴ−８０℃での損失と焼成温度との関
係を示す。酸素分圧が高いほど損失が最小となる焼成温
度は、高温側にシフトし、そのときの損失は、酸素分圧
が高いほど低いことが分かる。

【００１８】図２に、焼成時の酸素分圧を変化させた場
合の５０ｋＨｚ−１５０ｍＴ−８０℃の損失Ｐcvと結晶
粒度分布のＤ５０との関係を示す。酸素分圧が高いほど
損失が最小となるＤ５０は、粒径が大きい側にシフト
し、そのときの最小の損失は、酸素分圧が高いほど低い
ことがわかる。また、従来品の最良値である３００ｍＷ
/ccよりも低損失な試料のＤ５０は、１３〜５０μｍで
あることもわかる。

【００１９】図３に、発明品８と従来品３の５０ｋＨｚ
−１５０ｍＴでの損失Ｐcvの温度特性を示す。発明品８
は、従来品３と比べ、全温度範囲で損失が小さいことが
わかる。ここで、従来品３とは、従来品の中で５０ｋＨ
ｚ−１５０ｍＴ−８０℃での損失が最も小さい値を示し
たサンプルである。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたごとく、本発明による酸化物
磁性材料は、低損失であり、高効率の電源トランス用と
して好適である。

【００２１】また、本発明品は、従来のＭｎ−Ｚｎ系フ
ェライトと比較し、比抵抗が著しく高い。そのため、巻
線のコアへの直巻きが可能であり、ボビン等の巻線用部
品が不要であり、コストの低減が図れる。また、比抵抗
が高いことにより導体との一体焼成が可能であり、高度
な小型化が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】酸素分圧を変化させた場合の５０ｋＨｚ−１５
０ｍＴ−８０℃での損失Ｐcvと焼成温度との関係を示す
図。

【図２】酸素分圧を変化させた場合の５０ｋＨｚ−１５
０ｍＴ−８０℃での損失Ｐcvと結晶粒度分布のＤ５０と
の関係を示す図。

【図３】発明品８と従来品３における５０ｋＨｚ−１５
０ｍＴでの損失Ｐcvの温度特性を示す図。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｆe_２Ｏ_３、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｕＯを
主成分とするＮｉ−Ｚｎ−Ｃｕ系フェライトであって、
結晶粒度分布のＤ５０、即ち累積度数５０％での結晶粒
径が１３〜５０μmであり、かつＤ１０、即ち累積度数
１０％での結晶粒径が５μmより大きく、かつＤ９０、
即ち累積度数９０％での結晶粒径が８０μmより小さい
結晶粒度分布を有することを特徴とする低損失酸化物磁
性材料。
【請求項２】請求項１記載の低損失酸化物磁性材の製
造方法であって、焼結雰囲気の酸素分圧を大気圧の２５
％以上とすることを特徴とする低損失酸化物磁性材料の
製造方法。