(57)【要約】【課題】トランスに用いられる飽和磁束密度の大きいＭｎＺｎフェライトにおいて、５００ｋＨｚ以上の高周波域での損失を低減することにより、トランスのパワーロスを少なくし、トランスの小型化、高効率化をはかる。【解決手段】主成分として、酸化鉄、酸化亜鉛および酸化マンガンを含有し、副成分として酸化ストロンチウム、酸化カルシウムおよび酸化ケイ素を含有し、主成分をそれぞれＦｅ２Ｏ３　、ＺｎＯおよびＭｎＯに換算し、かつ、副成分をそれぞれＳｒＯ、ＣａＯおよびＳｉＯ２に換算して求めた副成分の含有量（質量比）が、ＳｒＯ：５〜１７５ｐｐｍ、ＣａＯ：２００〜３５００ｐｐｍ、ＳｉＯ２：５０〜４００ｐｐｍであるＭｎＺｎ系フェライト。【選択図】　　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
主成分として、酸化鉄、酸化亜鉛および酸化マンガンを含有し、副成分として酸化ストロンチウム、酸化カルシウムおよび酸化ケイ素を含有し、主成分をそれぞれＦｅ２Ｏ３　、ＺｎＯおよびＭｎＯに換算し、かつ、副成分をそれぞれＳｒＯ、ＣａＯおよびＳｉＯ２に換算して求めた副成分の含有量（質量比）が、
ＳｒＯ：５〜１７５ｐｐｍ、
ＣａＯ：２００〜３５００ｐｐｍ、
ＳｉＯ２：５０〜４００ｐｐｍ
であるＭｎＺｎ系フェライト。
【請求項２】
主成分である酸化鉄、酸化亜鉛および酸化マンガンをそれぞれＦｅ２Ｏ３　、ＺｎＯおよびＭｎＯに換算し、主成分全体に対するこれらの比率を求めたとき、
Ｆｅ２Ｏ３：５０〜６０モル％、
ＺｎＯ：０モル％超５モル％未満、
ＭｎＯ：残部
である請求項１のＭｎＺｎ系フェライト。
【請求項３】
副成分として酸化チタンおよび酸化スズの少なくとも１種を含有する請求項１または２のＭｎＺｎ系フェライト。
【請求項４】
副成分として酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウムおよび酸化バナジウムの少なくとも１種を含有する請求項１〜３のいずれかのＭｎＺｎ系フェライト。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかのＭｎＺｎ系フェライトを使用したフェライトコア。
【請求項６】
請求項５のフェライトコアを有する電源用トランス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源トランス、特に、５００ｋＨｚ以上の周波数で動作する電源トランスと、このトランスに用いられるフェライトコアと、このフェライトコアに適したＭｎＺｎフェライトとに関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１（特開昭４８−５１９０７号公報）、特許文献２（特開昭５８−４５１６２号公報）では、磁気ヘッド材料として用いるＭｎＺｎフェライトにＳｒを添加している。Ｓｒを添加する理由は、特許文献１では結晶粒の粗大化のためであり、特許文献２では、均一で微細な粒径を有し、加工性がよく電気抵抗が大きく、かつ材料損失の小さい高密度酸化物磁性材料を提供するためである。特許文献１では、Ｆｅ２Ｏ３　５１％、ＭｎＯ　２４％、ＺｎＯ　２５％からなる主成分にＳｒ（ＯＨ）２を添加している。特許文献２における主成分は、酸化鉄が５０〜６５モル％、酸化亜鉛が５〜３０モル％、残部が酸化マンガンである。
【０００３】
特許文献１および特許文献２のＭｎＺｎフェライトは磁気ヘッド材料であり、優れた耐摩耗性や加工性を得ることを目的としたものであって、５００ｋＨｚ以上の高周波域における損失の低減を目的としたものではない。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭４８−５１９０７号公報
【特許文献２】
特開昭５８−４５１６２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、トランスに用いられる飽和磁束密度の大きいＭｎＺｎフェライトにおいて、５００ｋＨｚ以上の高周波域での損失を低減することにより、トランスのパワーロスを少なくし、トランスの小型化、高効率化をはかることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、下記（１）〜（６）の本発明により達成される。
（１）　主成分として、酸化鉄、酸化亜鉛および酸化マンガンを含有し、副成分として酸化ストロンチウム、酸化カルシウムおよび酸化ケイ素を含有し、主成分をそれぞれＦｅ２Ｏ３　、ＺｎＯおよびＭｎＯに換算し、かつ、副成分をそれぞれＳｒＯ、ＣａＯおよびＳｉＯ２に換算して求めた副成分の含有量（質量比）が、
ＳｒＯ：５〜１７５ｐｐｍ、
ＣａＯ：２００〜３５００ｐｐｍ、
ＳｉＯ２：５０〜４００ｐｐｍ
であるＭｎＺｎ系フェライト。
（２）　主成分である酸化鉄、酸化亜鉛および酸化マンガンをそれぞれＦｅ２Ｏ３　、ＺｎＯおよびＭｎＯに換算し、主成分全体に対するこれらの比率を求めたとき、
Ｆｅ２Ｏ３：５０〜６０モル％、
ＺｎＯ：０モル％超５モル％未満、
ＭｎＯ：残部
である上記（１）のＭｎＺｎ系フェライト。
（３）　副成分として酸化チタンおよび酸化スズの少なくとも１種を含有する上記（１）または（２）のＭｎＺｎ系フェライト。
（４）　副成分として酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウムおよび酸化バナジウムの少なくとも１種を含有する上記（１）〜（３）のいずれかのＭｎＺｎ系フェライト。
（５）　上記（１）〜（４）のいずれかのＭｎＺｎ系フェライトを使用したフェライトコア。
（６）　上記（５）のフェライトコアを有する電源用トランス。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明のＭｎＺｎフェライトは、主成分として、酸化鉄、酸化亜鉛および酸化マンガンを含有し、副成分として少なくとも酸化ストロンチウム、酸化カルシウムおよび酸化ケイ素を含有する。
【０００８】
本発明のフェライトにおいて、主成分がそれぞれＦｅ２Ｏ３　、ＺｎＯおよびＭｎＯとして存在するとして、Ｆｅ２Ｏ３　＋ＺｎＯ＋ＭｎＯの合計に対するＦｅ２Ｏ３　、ＺｎＯおよびＭｎＯそれぞれのモル百分率を求めたとき、好ましくは
Ｆｅ２Ｏ３：５０〜６０モル％、
ＺｎＯ：０モル％超５モル％未満、
ＭｎＯ：残部
であり、より好ましくは
Ｆｅ２Ｏ３：５４〜５８モル％、
ＺｎＯ：０．５〜３．５モル％、
ＭｎＯ：残部
である。主成分の比率が上記範囲を外れると、高周波域における損失が大きくなる。より詳細には、ＺｎＯが含まれないか、含まれていても少なすぎると、ヒステリシス損失が大きくなり、ＺｎＯが多すぎると残留損失が大きくなる。また、Ｆｅ２Ｏ３が少なすぎると、飽和磁束密度が低くなるほか、キュリー温度が低くなる。また、損失が極小となる温度は、Ｆｅ２Ｏ３が減ると高温側に移動しＦｅ２Ｏ３が増えると低温側に移動するため、Ｆｅ２Ｏ３が少なすぎても多すぎても、スイッチング電源等の動作温度である８０℃付近において損失が大きくなってしまう。
【０００９】
本発明のフェライトにおいて、主成分がそれぞれＦｅ２Ｏ３　、ＺｎＯおよびＭｎＯとして存在し、副成分がそれぞれＳｒＯ、ＣａＯおよびＳｉＯ２として存在するものとして求めた副成分の含有量、すなわち各成分を化学量論組成の酸化物に換算して求めたときの副成分の含有量（質量比）は、
ＳｒＯ：５〜１７５ｐｐｍ、
ＣａＯ：２００〜３５００ｐｐｍ、
ＳｉＯ２：５０〜４００ｐｐｍ
であり、好ましくは
ＳｒＯ：７〜１２０ｐｐｍ、
ＣａＯ：６５０〜１５５０ｐｐｍ、
ＳｉＯ２：１４０〜２８０ｐｐｍ
である。副成分含有量が上記範囲を外れると、５００ｋＨｚ以上の高周波域における損失を小さくすることができなくなる。具体的には、ＳｒＯ、ＣａＯおよびＳｉＯ２の少なくとも１種の含有量が少なすぎても多すぎても、５００ｋＨｚ以上の高周波域における損失を十分に小さくすることができなくなる。
【００１０】
なお、本明細書において主成分のモル百分率とは、上記したように主成分全体中における各主成分のモル百分率を意味する。また、副成分の含有量とは、上記したように主成分と副成分との合計中における副成分の質量比を意味する。後述する他の副成分についても同様である。
【００１１】
フェライトにおいて、コアロスはヒステリシス損失Ｐｈｖ、渦電流損失Ｐｅｖおよびこれら以外の損失（残留損失Ｐｒｖ）から構成され、高周波域では渦電流損失Ｐｅｖおよび残留損失Ｐｒｖが急激に増大する。本発明において副成分として添加するＳｒＯは、結晶粒を微細にする効果があるため、それにより渦電流損失Ｐｅｖが低減すると考えられる。本発明では、ＺｎＯ含有量を５モル％未満とすることにより残留損失Ｐｒｖを低減し、かつＳｒＯを所定量含有させることにより渦電流損失Ｐｅｖを低減するので、高周波域でのコアロスが顕著に減少する。
【００１２】
本発明のフェライトは、上記したように５００ｋＨｚ以上の高周波域において顕著な損失低減効果を示す。ただし、本発明のフェライトはＭｎＺｎ系フェライトであるため、著しく高い周波数において損失を十分に低くすることは難しい。そのため、本発明のフェライトは、３ＭＨｚ以下、特に２ＭＨｚ以下の周波数で使用することが好ましい。
【００１３】
本発明のフェライトは、他の副成分として酸化チタンおよび酸化スズの少なくとも１種を含有してもよい。これらの副成分は、飽和磁束密度をほとんど低下させることなく損失を低減させることができる。これらの副成分をそれぞれＴｉＯ２およびＳｎＯ２に換算して求めた含有量は、好ましくは
ＴｉＯ２：１００〜５０００ｐｐｍ、
ＳｎＯ２：１００〜８０００ｐｐｍ
であり、より好ましくは
ＴｉＯ２：１０００〜３０００ｐｐｍ、
ＳｎＯ２：１５００〜４５００ｐｐｍ
である。これらの副成分がこの程度含有されれば、損失以外の特性の著しい低下を招くことなく損失を低減することができる。なお、損失以外の特性の低下を防ぐためには、ＴｉＯ２とＳｎＯ２との合計量を１００００ｐｐｍ以下とすることが好ましい。
【００１４】
また、本発明のフェライトは、さらに他の副成分として酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウムおよび酸化バナジウムの少なくとも１種を含有してもよい。これらの副成分も損失低減に有効である。これらの副成分をそれぞれＴａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２およびＶ２Ｏ５に換算して求めた含有量は、好ましくは
Ｔａ２Ｏ５：５０〜１０００ｐｐｍ、
Ｎｂ２Ｏ５：５０〜５００ｐｐｍ、
ＺｒＯ２：５０〜１０００ｐｐｍ、
ＨｆＯ２：５０〜５００ｐｐｍ、
Ｖ２Ｏ５：５０〜５００ｐｐｍ
であり、より好ましくは
Ｔａ２Ｏ５：３００〜８００ｐｐｍ、
Ｎｂ２Ｏ５：２００〜４００ｐｐｍ、
ＺｒＯ２：３００〜８００ｐｐｍ、
ＨｆＯ２：２００〜４００ｐｐｍ、
Ｖ２Ｏ５：１００〜３００ｐｐｍ
である。これらの副成分がこの程度含有されれば、損失以外の特性の著しい低下を招くことなく損失を低減することができる。なお、損失以外の特性の低下を防ぐためには、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２およびＶ２Ｏ５の合計量を３０００ｐｐｍ以下とすることが好ましい。
【００１５】
本発明のフェライトは、軟磁性フェライトの製造方法として知られている公知の方法により製造できるが、たとえば以下に説明する方法により製造することが好ましい。
【００１６】
主成分の出発原料としては、Ｆｅ２Ｏ３　、Ｍｎ３Ｏ４およびＺｎＯを用いることが好ましい。副成分の出発原料としては、ＳｒＣＯ３、ＣａＣＯ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２およびＶ２Ｏ５を用いることが好ましい。
【００１７】
少なくとも主成分の出発原料を混合した後、混合物を仮焼する。仮焼温度は７５０〜９５０℃、仮焼時間は２〜４時間、仮焼時の雰囲気は空気等の酸化性雰囲気とすることが好ましい。なお、副成分の出発原料は、すべてを仮焼後に添加してもよく一部または全部を仮焼前に添加してもよい。
【００１８】
仮焼後、必要に応じて副成分の出発原料を添加した後、仮焼物を解砕または粉砕し、次いで、粉砕粉を成形した後、焼結し、フェライトコアを得る。
【００１９】
なお、特公昭４７−１１５５０号公報等に記載されている噴霧焙焼により酸化鉄と酸化マンガンとの混合粉末を製造し、これに酸化亜鉛粉末および副成分の出発原料を加えて混合した後、焼結してもよい。
【００２０】
焼結温度は、焼結時の雰囲気にもよるが、１１３０〜１１８０℃とすることが好ましい。また、焼結時の雰囲気は、酸素濃度が０．３〜０．９％である窒素雰囲気とすることが好ましい。焼結時間（安定時間）は、４〜９時間であることが好ましい。焼結工程における降温時には、スピネル相平衡が維持されるように、温度降下に伴なって酸素分圧を制御することが好ましい。
【００２１】
本発明のＭｎＺｎフェライトは、スイッチング電源用のパワートランスに用いられるコアに好適であり、特に、動作周波数５００〜１０００ｋＨｚ程度、磁束密度２０〜１００ｍＴ程度、温度６０〜１２０℃程度にて使用されるパワートランス用コアに適用したときに、低損失特性が効果的に実現する。本発明が適用されるフェライトコアの形状、寸法は特に限定されない。また、本発明が適用される電源用トランスの構成も特に限定されない。
【００２２】
【実施例】
実施例１（ＳｒＯの効果）
主成分の出発原料としてＦｅ２Ｏ３、Ｍｎ３Ｏ４およびＺｎＯの各粉末を用意し、副成分の出発原料としてＳｉＯ２、ＣａＣＯ３およびＳｒＣＯ３の各粉末を用意した。
【００２３】
主成分の出発原料を配合し、粉砕メディアとしてスチールボールを使用したステンレスボールミルポットにより１６時間混合および粉砕した後、空気中において８５０℃で３時間仮焼した。次に、仮焼物に副成分の出発原料を添加して１６時間粉砕した後、成形し、成形体（密度２．９５ｇ／ｃｍ３）を得た。この成形体を、最初に窒素ガス１００％雰囲気中において１１５０℃で３時間焼成し、次に、酸素ガスを０．８％含む窒素ガス雰囲気に変えて１１５０℃で３時間焼成して、焼結体サンプルを得た。サンプルは、外径２０ｍｍ、内径１０ｍｍ、高さ５ｍｍのトロイダル形状とした。ＩＣＰ分光分析により測定した各サンプルの組成を、表１に示す。
【００２４】
各サンプルについて、１０００ｋＨｚ、５０ｍＴ、８０℃におけるコアロスを測定した。また、１００℃、１１９４Ａ／ｍにおいて飽和磁束密度Ｂｍｓを測定した。これらの結果を表１に示す。また、サンプルＮｏ．１０１、Ｎｏ．１０４およびＮｏ．１０６の光学顕微鏡（Ｎｉｋｏｎ　ＥＣＬＩＰＳＥ　ＭＥ６００）による結晶粒子像を、図１、図２および図３にそれぞれ示す。
【００２５】
【表１】
2004146591.tif 000002
【００２６】
表１から、ＭｎＺｎフェライトに副成分としてＳｒＯ、ＣａＯおよびＳｉＯ２を複合添加することにより、高周波におけるコアロスが著しく低減することがわかる。また、ＳｒＯを添加しても、飽和磁束密度Ｂｍｓが実質的に低下しないことがわかる。すなわち、ＳｒＯは、飽和磁束密度を低下させることなくコアロス低減が可能である。
【００２７】
また、図１〜図３から、ＳｒＯ添加により結晶粒径が小さくなることがわかる。このことから、ＳｒＯ添加により結晶粒が小さくなって渦電流損失が低減したために、コアロスが低減したと考えられる。
【００２８】
実施例２（ＣａＯおよびＳｉＯ２の効果）
組成を表２に示すものとしたほかは実施例１と同様にして焼結体サンプルを作製し、実施例１と同様にしてコアロスを測定した。結果を表２に示す。
【００２９】
【表２】
2004146591.tif 000003
【００３０】
表２から、ＳｒＯに加え、所定量のＣａＯおよびＳｉＯ２を含有させることにより、コアロスが顕著に低減することがわかる。
【００３１】
実施例３（主成分組成による比較）
組成を表３に示すものとしたほかは実施例１と同様にして焼結体サンプルを作製し、実施例１と同様にしてコアロスを測定した。結果を表３に示す。
【００３２】
【表３】
2004146591.tif 000004
【００３３】
表３から、主組成を好ましい限定範囲内とすることにより、コアロスを小さくできることがわかる。
【００３４】
実施例４（副成分組成による比較）
組成を表４に示すものとしたほかは実施例１と同様にして焼結体サンプルを作製し、実施例１と同様にしてコアロスを測定した。結果を表４に示す。
【００３５】
【表４】
2004146591.tif 000005
【００３６】
表４から、ＳｒＯ、ＣａＯおよびＳｉＯ２に加えて他の副成分を含有させることにより、コアロスをさらに低減できることがわかる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明では、５００ｋＨｚ以上の高周波域において、飽和磁束密度等の磁気特性を低下させることなくＭｎＺｎフェライトのコアロスを低減できるため、トランスの小型化および高効率化を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】結晶構造を示す図面代用写真であって、本発明を適用しないＭｎＺｎフェライト断面の光学顕微鏡像である。
【図２】結晶構造を示す図面代用写真であって、本発明のＭｎＺｎフェライト断面の光学顕微鏡像である。
【図３】結晶構造を示す図面代用写真であって、本発明のＭｎＺｎフェライト断面の光学顕微鏡像である。
【図１】
2004146591.tif 000006
【図２】
2004146591.tif 000007
【図３】
2004146591.tif 000008