(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ２Ｏ３  ：５１．５〜５４．５  ｍｏｌ％、
ＭｎＯ    ：３０〜４０  ｍｏｌ％および
ＺｎＯ    ：６〜１８  ｍｏｌ％
を基本成分とし、副成分として
酸化カルシウム  ：  ＣａＯ  換算で  ０．０２  〜０．２  ｗｔ％、
酸化ゲルマニウム：  ＧｅＯ２  換算で  ０．００５〜０．４  ｗｔ％および
酸化アンチモン  ：Ｓｂ２Ｏ３  換算で  ０．００５〜０．２  ｗｔ％
を含有する組成になり、大気圧下での焼結による焼結密度が理論密度の９８％以上で、かつ  １００  ｋＨｚ，  ０．２  Ｔにおける電力損失が  ３００  ｍＷ／ｃｍ３ 以下であることを特徴とするＭｎ−Ｚｎ系フェライト。
【請求項２】
Ｆｅ２Ｏ３  ：５１．５〜５４．５  ｍｏｌ％、
ＭｎＯ    ：３０〜４０  ｍｏｌ％および
ＺｎＯ    ：６〜１８  ｍｏｌ％
を基本成分とし、副成分として
酸化カルシウム  ：  ＣａＯ  換算で  ０．０２〜０．２  ｗｔ％、
酸化ゲルマニウム：  ＧｅＯ２  換算で  ０．００５  〜０．４  ｗｔ％および
酸化アンチモン  ：Ｓｂ２Ｏ３  換算で  ０．００５  〜０．２  ｗｔ％
を含有し、さらに
酸化ニオブ      ：Ｎｂ２Ｏ５  換算で  ０．０１〜０．０８ｗｔ％および
酸化タンタル    ：Ｔａ２Ｏ５  換算で  ０．０１〜０．１  ｗｔ％
のうちから選んだ一種または二種を含有する組成になり、大気圧下での焼結による焼結密度が理論密度の９８％以上で、かつ  １００  ｋＨｚ，  ０．２  Ｔにおける電力損失が３００  ｍＷ／ｃｍ３以下であることを特徴とするＭｎ−Ｚｎ系フェライト。
【請求項３】
Ｆｅ２Ｏ３  ：５１．５〜５４．５  ｍｏｌ％、
ＭｎＯ    ：３０〜４０  ｍｏｌ％および
ＺｎＯ    ：６〜１８  ｍｏｌ％
を基本成分とし、副成分として
酸化カルシウム  ：  ＣａＯ  換算で  ０．０２〜０．２  ｗｔ％、
酸化ゲルマニウム：  ＧｅＯ２  換算で  ０．００５  〜０．４  ｗｔ％および
酸化アンチモン  ：Ｓｂ２Ｏ３  換算で  ０．００５  〜０．２  ｗｔ％
を含有し、さらに
酸化けい素      ：  ＳｉＯ２  換算で  ０．００５  〜０．０４ｗｔ％
を含有する組成になり、大気圧下での焼結による焼結密度が理論密度の９８％以上で、かつ  １００  ｋＨｚ，  ０．２  Ｔにおける電力損失が  ３００  ｍＷ／ｃｍ３ 以下であることを特徴とするＭｎ−Ｚｎ系フェライト。
【請求項４】
Ｆｅ２Ｏ３  ：５１．５〜５４．５  ｍｏｌ％、
ＭｎＯ    ：３０〜４０  ｍｏｌ％および
ＺｎＯ    ：６〜１８  ｍｏｌ％
を基本成分とし、副成分として
酸化カルシウム  ：  ＣａＯ  換算で  ０．０２〜０．２  ｗｔ％、
酸化ゲルマニウム：  ＧｅＯ２  換算で  ０．００５  〜０．４  ｗｔ％および
酸化アンチモン  ：Ｓｂ２Ｏ３  換算で  ０．００５  〜０．２  ｗｔ％
を含有し、さらに
酸化ニオブ      ：Ｎｂ２Ｏ５  換算で  ０．０１〜０．０８ｗｔ％および
酸化タンタル    ：Ｔａ２Ｏ５  換算で  ０．０１〜０．１  ｗｔ％
のうちから選んだ一種または二種と、
酸化けい素      ：  ＳｉＯ２  換算で  ０．００５  〜０．０４ｗｔ％
とを含有する組成になり、大気圧下での焼結による焼結密度が理論密度の９８％以上で、かつ  １００  ｋＨｚ，  ０．２  Ｔにおける電力損失が  ３００  ｍＷ／ｃｍ３ 以下であることを特徴とするＭｎ−Ｚｎ系フェライト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔発明の目的〕
【産業上の利用分野】
この発明は、スイッチング電源用トランス等の用途に供して好適な、高密度、高抵抗でしかも電力損失の少ないＭｎ−Ｚｎ系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、電源等のコイル、トランス材料として広く用いられ、特に、約１００ｋＨｚ以上の高周波領域で作動するスイッチング電源用トランス材料として電子機器の小型化に大きく貢献している。
このような電子機器の小型化に伴って、部品の組立の自動化も進んでいるが、フェライトは一般に硬くて脆いため、自動組立時に割れや欠け等の破損が生じるという問題があった。
【０００３】
かような弱点を克服するためには、高密度で緻密な焼結体が要求される。高密度の焼結体を得る方法としては、減圧焼成法、ホットプレス法、ＨＩＰ法などが開発されているが、これらの方法はいずれも特別な減圧装置や加圧装置を必要とし、また工程が増え、コストも上昇する。それゆえ、これらの方法は精密加工が必要な磁気ヘッドの製造等にその用途が制限され、トランス材料等の製造には使用されていない。
このため、安価にフェライトを高密度化できる材質および製造方法の開発が要望されている。
【０００４】
また、スイッチング電源のトランス材料として使用されるＭｎ−Ｚｎ系フェライトには、高飽和磁束密度、高透磁率および低損失等の諸特性が要求されるが、とりわけ高周波領域において低損失であることが重要とされる。
このため、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトにおいては、従来から種々の微量成分を添加することによる損失の改善が試みられている。
【０００５】
例えば特開昭５８−１５０３７号公報では  Ｎｂ２Ｏ５の添加により、また特開平２−１５３５０１号公報では  ＣａＯ，  ＳｉＯ２およびＳｂ２Ｏ３  の添加により、それぞれ  １００ｋＨｚ，  ０．２Ｔにおける電力損失が  ３００〜４００  ｍＷ／ｃｍ３のレベルまで実現されている。また、特公昭４５−３９９７６号公報ではＣａＯ，  Ｎｂ２Ｏ５およびＴａ２Ｏ５  により、１００ｋＨｚにおける相対損失係数ｔａｎ  δ／μｏ  が  １．５〜２×１０−６以下の低損失を実現している。さらに、特開平３−２５４１０３号公報では  ＳｉＯ２，  ＣａＯ，  Ｎｂ２Ｏ５，  ＴｉＯ２  およびＳｂ２Ｏ３  の添加により、電力損失が  ２４０〜３００  ｍＷ／ｃｍ３まで改善されており、現在における最高水準を実現している。
しかしながら、上述の技術では焼結体の密度については何ら考慮が払われていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、フェライトの製造に通常用いられる常圧での焼成によって安価に高密度化することができ、自動組立や精密加工の際に割れや欠けなどの破損が生じにくく、しかも現在のスイッチング電源の駆動周波数として標準的な  １００ｋＨｚ，０．２  Ｔにおける電力損失が、現在の最高水準である  ２５０〜３００  ｍＷ／ｃｍ３よりさらに低損失のＭｎ−Ｚｎ系フェライトを提案することを目的とする。
【０００７】
【発明の構成】
【課題を解決するための手段】
すなわち、この発明の要旨構成は次のとおりである。
１．Ｆｅ２Ｏ３  ：５１．５〜５４．５  ｍｏｌ％、
ＭｎＯ    ：３０〜４０  ｍｏｌ％および
ＺｎＯ    ：６〜１８  ｍｏｌ％
を基本成分とし、副成分として
酸化カルシウム  ：  ＣａＯ  換算で  ０．０２  〜０．２  ｗｔ％、
酸化ゲルマニウム：  ＧｅＯ２  換算で  ０．００５〜０．４  ｗｔ％および
酸化アンチモン  ：Ｓｂ２Ｏ３  換算で  ０．００５〜０．２  ｗｔ％
を含有する組成になり、大気圧下での焼結による焼結密度が理論密度の９８％以上で、かつ  １００  ｋＨｚ，  ０．２  Ｔにおける電力損失が  ３００  ｍＷ／ｃｍ３ 以下であることを特徴とするＭｎ−Ｚｎ系フェライト（第１発明）。
【０００８】
２．上記の第１発明に、副成分としてさらに
酸化ニオブ      ：Ｎｂ２Ｏ５  換算で    ０．０１〜０．０８ｗｔ％および
酸化タンタル    ：Ｔａ２Ｏ５  換算で    ０．０１〜０．１  ｗｔ％
のうちから選んだ一種または二種を含有させてなるＭｎ−Ｚｎ系フェライト（第２発明）。
【０００９】
３．上記の第１発明に、副成分としてさらに
酸化けい素      ：  ＳｉＯ２  換算で    ０．００５  〜０．０４ｗｔ％
を含有させてなるＭｎ−Ｚｎ系フェライト（第３発明）。
【００１０】
４．上記の第１発明に、副成分としてさらに
酸化ニオブ      ：Ｎｂ２Ｏ５  換算で    ０．０１〜０．０８ｗｔ％および
酸化タンタル    ：Ｔａ２Ｏ５  換算で    ０．０１〜０．１  ｗｔ％
のうちから選んだ一種または二種と、
酸化けい素      ：  ＳｉＯ２  換算で    ０．００５  〜０．０４ｗｔ％
とを含有させてなるＭｎ−Ｚｎ系フェライト（第４発明）。
【００１１】
【作用】
以下、この発明において、フェライトの成分組成を上記の範囲に限定した理由について説明する。
まず、基本成分の割合を上記の範囲に限定した理由は次のとおりである。
Ｆｅ２Ｏ３  ：５１．５〜５４．５  ｍｏｌ％，    ＭｎＯ：３０〜４０  ｍｏｌ％，    ＺｎＯ：６〜１８  ｍｏｌ％
スイッチング電源用トランスの動作温度は、通常６０〜７０℃である。従って、この温度範囲で電力損失が小さく、しかも室温から動作温度を超える８０〜１２０  ℃程度の温度域までの電力損失が負の温度依存性を持つことが望ましい。この観点からＦｅ２Ｏ３，  ＭｎＯおよびＺｎＯ  の好適組成比を検討した結果、上記の各範囲が得られたのである。
【００１２】
この発明では、上記の基本成分中に、副成分として酸化カルシウム、酸化ゲルマニウムおよび酸化アンチモンを含有させる。これらの副成分の含有量の限定理由は以下の通りである。
酸化カルシウム：ＣａＯ  換算で０．０２〜０．２  ｗｔ％
酸化カルシウムは、酸化ゲルマニウムとの共存下で効果的に粒界抵抗を高め、もって低損失をもたらす有用成分である。しかしながら、含有量が０．０２ｗｔ％に満たないと粒界抵抗の向上効果に乏しく、一方  ０．２ｗｔ％を超えると逆に損失の増大を招くので、０．０２〜０．２  ｗｔ％の範囲で添加するものとする。なおこの効果は、後述する酸化けい素との共存下で大きい。
【００１３】
酸化ゲルマニウム：ＧｅＯ２換算で  ０．００５〜０．４  ｗｔ％
酸化ゲルマニウム（主にＧｅＯ２）は、酸化カルシウムとの共存によって粒界の電気抵抗を高め、渦電流損の低減に有効に寄与するが、含有量が  ０．００５ｗｔ％に満たないとその添加効果に乏しく、一方  ０．４ｗｔ％を超えるとヒステリシス損の増大を招くので、  ０．００５〜０．４  ｗｔ％の範囲に限定した。
【００１４】
酸化アンチモン：Ｓｂ２Ｏ３  換算で  ０．００５〜０．２  ｗｔ％
酸化アンチモン（主にＳｂ２Ｏ３）は、酸化カルシウムとの共存下において、異常粒界成長を発生させることなく、焼結性を著しく改善し、焼結密度を増大させる。しかもこの焼結密度の増大により、飽和磁束密度、透磁率等にも好影響を与えるが、含有量が  ０．００５ｗｔ％に満たないと焼結性の改善効果に乏しく、一方  ０．２ｗｔ％を超えて含有されると損失の増加を招くので、  ０．００５〜０．２  ｗｔ％の範囲に限定した。
【００１５】
以上、第１発明について説明したが、この発明では、さらに副成分として、酸化ニオブおよび酸化タンタルのうちから選んだ一種または二種、さらには酸化けい素を含有させることができる。
酸化ニオブ：Ｎｂ２Ｏ５  換算で０．０１〜０．０８ｗｔ％
酸化ニオブ（主にＳｂ２Ｏ５）は、酸化アンチモンの焼結性向上効果を損なうことなく、高周波数領域における損失の一層の低減に寄与する。この酸化ニオブの添加によって損失が改善される理由は、まだ明確に解明されたわけではないが、酸化カルシウム、酸化ゲルマニウムおよび酸化アンチモンの複合含有によって形成される高抵抗の粒界相を変質させ、電気抵抗を増加させると共に、異質の相が粒界に存在することによる磁気的な悪影響を緩和する働きがあるためと考えられる。この効果は、後述する  Ｔａ２Ｏ５との共存下で一層大きい。しかし、含有量が０．０１ｗｔ％に満たないとその添加効果に乏しく、一方０．０８ｗｔ％を超えて含有されると焼結時に異常粒成長を起こし易くなるので、０．０１〜０．０８ｗｔ％の範囲に限定した。
【００１６】
酸化タンタル：Ｔａ２Ｏ５  換算で０．０１〜０．１  ｗｔ％
酸化タンタル（主にＴａ２Ｏ５）は、酸化カルシウム、酸化ゲルマニウムおよび酸化アンチモンとの共存下で、高周波領域での損失の改善に寄与する。また、酸化タンタルは酸化アンチモンほどではないけれども、焼結密度を増加させる効果がある。酸化タンタルの添加によって損失が改善される理由は、まだ明確には解明されたわけではないが、酸化ニオブと同様な粒界の性質を改善する効果によるものと考えられる。この効果は、酸化ニオブの共存下で一層大きい。しかし、含有量が０．０１ｗｔ％に満たないとその添加効果に乏しく、一方  ０．１ｗｔ％を超えて含有されると焼結時に異常粒成長を起こし易くなるので、０．０１〜０．１  ｗｔ％の範囲に限定した。
【００１７】
酸化けい素：ＳｉＯ２換算で  ０．００５〜０．０４ｗｔ％
酸化けい素は、酸化カルシウムとの共存によって粒界の比抵抗を高め、渦電流損の低減に有効に寄与するが、含有量が、０．００５  ｗｔ％に満たないとその添加効果に乏しく、一方０．０４ｗｔ％を超えると焼成時に異常粒成長が発生し易く、特性が不安定になるので、  ０．００５〜０．０４ｗｔ％の範囲に限定した。
【００１８】
以上述べたとおり、この発明では、基本成分中に副成分として、酸化カルシウム、酸化ゲルマニウムおよび酸化アンチモン、さらには酸化ニオブ、酸化タンタル、またさらには酸化けい素を含有させて、粒界に均一分散させることにより、所期した目的を達成したものである。
【００１９】
この発明のフェライトを製造するには、常法に従って処理を施せば良い。
すなわちフェライトの最終組成として、酸化鉄が  Ｆｅ２Ｏ３換算で５１．５〜５４．５  ｍｏｌ％、酸化マンガンが  ＭｎＯ換算で３０〜４０  ｍｏｌ％、酸化亜鉛がＺｎＯ  換算で６〜１８  ｍｏｌ％となるように混合し、ついで副成分として酸化カルシウム（ＣａＯ換算）  を０．０２〜０．２  ｗｔ％、酸化ゲルマニウム（ＧｅＯ２  換算）  を  ０．００５〜０．４  ｗｔ％および酸化アンチモン（Ｓｂ２Ｏ３換算）  を  ０．００５〜０．２  ｗｔ％、さらには酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５換算）  を０．０１〜０．０８ｗｔ％、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５換算）  を０．０１〜０．１  ｗｔ％、酸化けい素（ＳｉＯ２換算）を  ０．００５〜０．０４ｗｔ％含有させたものを原料とする。ただし、副成分の添加時期は後述する仮焼の後であっても差し支えない。
この原料を  ８００℃以上の温度で仮焼し、ついで微粉砕後、１１５０℃以上の高温にて酸素濃度を制御した窒素ガス中で焼成する。
【００２０】
なお、酸化鉄の原料としては、  Ｆｅ２Ｏ３だけでなく、  ＦｅＯやＦｅ３Ｏ４  、さらには焼成により  Ｆｅ２Ｏ３に変わることのできる化合物、たとえば水酸化鉄、しゅう酸鉄等を使用することができる。また酸化マンガンの原料としては、  ＭｎＯのみならず、ＭｎＯ２やＭｎ３Ｏ４  、さらには焼成により  ＭｎＯに変わることのできる化合物、たとえば炭酸マンガン、しゅう酸マンガン等を使用することができる。さらに、酸化亜鉛の原料としては  ＺｎＯのみに限らず、焼成により  ＺｎＯに変わることのできる化合物、たとえば炭酸亜鉛、しゅう酸亜鉛等を使用することができる。
【００２１】
また、Ｃａ，  ＧｅおよびＳｂ、さらにはＮｂ，  Ｔａ，  Ｓｉの酸化物の添加は、酸化物の形で添加することは勿論のこと、製造工程中の加熱によって酸化物に変化する、金属または炭酸塩、しゅう酸塩等の化合物によっても良い。
【００２２】
【実施例】
最終組成として、  Ｆｅ２Ｏ３：５３．０  ｍｏｌ％、  ＭｎＯ：３５．０  ｍｏｌ％、  ＺｎＯ：１２．０  ｍｏｌ％となる基本組成の原料を混合した後、大気中で  ９００℃、３時間の仮焼を施した。この仮焼粉に対し、最終組成が表１〜３に示す割合となるように、ＣａＯ  （ＣａＣＯ３を使用），  ＧｅＯ２，  Ｓｂ２Ｏ３，  Ｎｂ２Ｏ５，  Ｔａ２Ｏ５およびＳｉＯ２を添加配合し、同時に湿式ボールミルで粉砕、混合した。ついでこの粉砕粉にバインダーとしてＰＶＡを添加し、造粒した後、外径：３６ｍｍ、内径：２４ｍｍ、高さ：１２ｍｍのリング状に成形してから、酸素濃度を制御した窒素雰囲気中で１３４０℃で４時間の焼成を行った。
【００２３】
かくして得られた焼結コアの密度をアルキメデス法により測定した。また直流比抵抗を４端子法により測定した。さらに周波数：１００ｋＨｚ、最大磁束密度：０．２  Ｔ、温度８０℃における電力損失を交流Ｂ−Ｈループトレーサーで測定した。
測定結果を表１〜３に併記する。なお、焼結密度は理論密度  ５．１ｇ／ｃｍ３  に対する百分率で評価した。
【００２４】
【表１】
0003611871.tif 000002
【００２５】
【表２】
0003611871.tif 000003
【００２６】
【表３】
0003611871.tif 000004
【００２７】
表１〜３に示した結果から明らかなように、この発明に従い副成分として、酸化カルシウム、酸化ゲルマニウムおよび酸化アンチモン、さらには酸化ニオブ、酸化タンタルのうちから選んだ少なくとも一種、またさらには酸化けい素を複合含有させたものはいずれも、焼結密度が論理密度の９８％以上であり、しかも電力損失は  ３００ｍＷ／ｃｍ３を下回る低い値を呈している。
【００２８】
【発明の効果】
かくしてこの発明によれば、通常の常圧での焼成方法によって、自動組立や精密加工の際に割れや欠けなどの破損が発生しにくく、しかも駆動周波数が１００ｋＨｚ程度のスイッチング電源用トランス材料として、従来材と比較して高磁場下での電力損失が格段に小さい、高密度でかつ低損失のＭｎ−Ｚｎ系フェライトを安価に得ることができる。