(57)【要約】【課題】５００ｋＨｚ以下の広い周波数範囲で損失が小さい低損失酸化物磁性材料を得る。【解決手段】主成分組成として、５２．０〜５４．０ｍｏｌ％のＦｅ２Ｏ３、３５．０〜４５．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、ｂａｌＺｎＯからなる低損失酸化物磁性材料であって、添加物として０．００５〜０．０５ｗｔ％のＳｉＯ２、０．０１〜０．１ｗｔ％のＣａＯ、０．００５〜０．１ｗｔ％のＮｂ２Ｏ５、０．０１〜０．５ｗｔ％のＴｉＯ２、０．０１〜０．５ｗｔ％のＭｏＯ３を含有する低損失酸化物磁材料とする。【選択図】　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
主成分組成として５２．０〜５４．０ｍｏｌ％のＦｅ２Ｏ３、３５．０〜４５．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、ｂａｌＺｎＯからなる低損失酸化物磁性材料において、添加物として０．００５〜０．０５ｗｔ％のＳｉＯ２、０．０１〜０．１ｗｔ％のＣａＯ、０．００５〜０．１ｗｔ％のＮｂ２Ｏ５、０．０１〜０．５ｗｔ％のＴｉＯ２、０．０１〜０．５ｗｔ％のＭｏＯ３を含有することを特徴とする低損失酸化物磁材料。
【請求項２】
請求項１に記載の低損失酸化物磁性材料の焼成体の平均結晶粒径が５〜２０μｍであることを特徴とする低損失酸化物磁性材料。
【請求項３】
請求項１に記載の低損失酸化物磁性材料の焼成体の比抵抗が５００Ωｍ以上であることを特徴とする低損失酸化物磁性材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として電源用トランス材料として好適な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】
電気機器の小型化、軽量化に伴い、トランス用材料であるＭｎ−Ｚｎフェライトの高周波化、低損失化が求められている。また、電源方式は、周波数一定で駆動されるフォワード方式と周波数可変型のフライバック方式があるが、近年において周波数変動型のフライバック方式が主流である。よって、用いられる材料も広い周波数範囲で低損失な材料が求められている。
【０００３】
フェライトの損失は、ヒステリシス損失（Ｐｈ）、渦電流損失（Ｐｅ）、残留損失（Ｐｒ）からなることが知られている。Ｍｎ−Ｚｎフェライトでは、以下に述べる手段を用い、損失の低減を図っている。ヒステリシス損失は、磁壁の非可逆的運動により発生する損失である。ヒステリシス損失の低減のためには、介在物、ポアなどの磁壁の移動を妨げる要因を極力減らすことが必要である。また、ヒステリシス損失に関わる磁区サイズは、結晶粒径に依存する。ヒステリシス損失の低減のためには、結晶粒径を大きくすることが必要である。よって、ヒステリシス損失の低減のためには、介在物、ポアの原因となる微量添加物の量、所定の結晶粒径を得るための焼成条件の詳細な設定が必要となる。
【０００４】
また、電源材として用いられるＭｎ−Ｚｎフェライトの損失は、６０〜１００℃の温度範囲で極小となるように設計されている。これは、電源の環境温度が６０〜１００℃となることに起因する。損失が最小となる温度（以後、Ｔｍｉｎと呼ぶ）が環境温度より低いと、温度上昇により損失は増大し、熱暴走の危険がある。逆に、環境温度よりＴｍｉｎが高すぎると結晶磁気異方性定数（Ｋ１）の増大が原因と思われるヒステリシス損失の増大により常温の損失の増大が問題となる。結晶磁気異方性の温度特性の制御のためには、Ｆｅ２＋量の制御が必要であり、そのためには適切な主成分組成及び、適切な焼成条件の設定が必要である。渦電流損失は、電磁誘導により発生する損失である。渦電流損失は、比抵抗の逆数に比例することより、ＳｉＯ２、ＣａＯなどの微量添加物を添加し、高抵抗の粒界層を形成させることにより低減することが可能とされている。残留損失の原因は不明であり、その損失因子すら解明されていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、５００ｋＨｚ以下の広い周波数範囲で損失が小さい低損失酸化物磁性材料を得ることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
我々は種々の検討を行った結果、主成分組成として５２．５〜５３．５ｍｏｌ％のＦｅ２Ｏ３、３５．０〜４５．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、ｂａｌＺｎＯからなるＭｎ−Ｚｎフェライトにおいて、添加物として０．００５〜０．０５ｗｔ％のＳｉＯ２、０．０１〜０．１ｗｔ％のＣａＯ、０．００５〜０．１ｗｔ％のＮｂ２Ｏ５、０．０１〜０．５ｗｔ％のＴｉＯ２、０．０１〜０．５ｗｔ％のＭｏＯ３を含有し、その焼成体の平均結晶粒径が５〜２０μｍであり、また、その焼成体の比抵抗が５００Ωｍ以上とすることにより、５００ｋＨｚ以下の広い周波数範囲で損失が小さい低損失酸化物磁性材料が得られることをみいだした。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態による低損失酸化物磁性材料について、以下に説明する。
【０００８】
本発明の低損失酸化物磁性材料は、主成分組成として５２．０〜５４．０ｍｏｌ％のＦｅ２Ｏ３、３５．０〜４５．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、ｂａｌＺｎＯからなる低損失酸化物磁性材料であって、添加物として０．００５〜０．０５ｗｔ％のＳｉＯ２、０．０１〜０．１ｗｔ％のＣａＯ、０．００５〜０．１ｗｔ％のＮｂ２Ｏ５、０．０１〜０．５ｗｔ％のＴｉＯ２、０．０１〜０．５ｗｔ％のＭｏＯ３を含有する低損失酸化物磁材料である。
【０００９】
また、低損失酸化物磁性材料は、その焼成体の平均結晶粒径を５〜２０μｍとする低損失酸化物磁性材料である。また、低損失酸化物磁性材料は、その焼成体の比抵抗を５００Ωｍ以上とする低損失酸化物磁性材料である。
【００１０】
本発明の低損失酸化物磁性材料にて、主成分組成を５２．０〜５４．０ｍｏｌ％のＦｅ２Ｏ３、３５．０〜４５．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、ｂａｌＺｎＯとしたのは、Ｆｅ２Ｏ３が５２．０ｍｏｌ％未満、ＭｎＯが４５．０ｍｏｌ％を超えると損失のＴｍｉｎがトランスの環境温度よりはるかに高くなり、常温の損失が著しく高くなるためである。Ｆｅ２Ｏ３が５４．０ｍｏｌ％を超え、ＭｎＯが３５．Ｏｍｏｌ％未満にすると、Ｔｍｉｎがトランスの環境温度より低くなり、熱暴走などの不具合が生じるためである。
【００１１】
添加物を０．００５〜０．０５ｗｔ％のＳｉＯ２、０．０１〜０．１ｗｔ％のＣａＯ、０．００５〜０．１ｗｔ％のＮｂ２Ｏ５、０．０１〜０．５ｗｔ％のＴｉＯ２、０．０１〜０．５ｗｔ％のＭｏＯ３としたのは、ＳｉＯ２が０．０１ｗｔ％未満、ＣａＯが０、００５ｗｔ％未満、Ｎｂ２Ｏ５が０．０ｌｗｔ％未満、ＴｉＯ２、ＭｏＯ３が０．０ｌｗｔ％未満とすると、十分な密度が得られず損失が増大するためであり、ＳｉＯ２が０．０５ｗｔ％を超え、ＣａＯが０．１ｗｔ％を超え、Ｎｂ２Ｏ５が０．ｌｗｔ％を超え、ＴｉＯ２が０．５ｗｔ％を超え、ＭｏＯ３が０．５ｗｔ％を超えると異常粒が発生し、著しく損失を増大させるためである。
【００１２】
平均結晶粒径を５〜２０μｍとしたのは、５μｍ未満であるとヒステリシス損失が増大するためであり、２０μｍを超えると残留損失の劣化と思われる損失の増大を招くためである。比抵抗を５００Ωｍ以上としたのは、５００Ωｍ未満であると、特に、高温側で渦電流損失の増大が著しく、熱暴走などの不具合を招くためである。
【００１３】
本発明によれば、ヒステリシス損失、渦電流損失を低減できる。ＭｏＯ３の添加効果に関しては、詳細は不明であるが、ＭｏＯ３を添加することにより、粒径を均一に成長させることができ、ヒステリシス損失が低減されることが解った。フェライトの電気伝導は、Ｆｅ２＋、Ｆｅ３＋の電子の受け渡しによるポッピング伝導であるといわれている。ＴｉＯ２は結晶粒内に固溶し、Ｆｅ３＋と置換し、負の異方性定数を小さくする効果がある。ＴｉＯ２の添加によりＦｅ３＋量が小さくなることより比抵抗が高くなる。渦電流損失は比抵抗の逆数に比例するため、渦電流損失が低減できる。
【００１４】
【実施例】
本発明の実施例による低損失酸化物磁性材料について、以下に説明する。
【００１５】
（実施例１）
本発明の実施例１による低損失酸化物磁性材料について、以下に説明する。実験材として、主成分組成を５１．０〜５５．０ｍｏｌ％のＦｅ２Ｏ３、３４．０〜４６．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、ｂａｌＺｎＯとなるＭｎ−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。造粒した粉末をロータリーキルンで予焼した。得られた粉末に添加物として０．０２ｗｔ％のＳｉＯ２、０．０５ｗｔ％のＣａＯ、０．０５ｗｔ％のＮｂ２Ｏ５、０．１ｗｔ％のＴｉＯ２、０．１ｗｔ％のＭｏＯ３を添加し、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、還元雰囲気中、１２５０℃の焼成温度で焼成した。
【００１６】
さらに、比較材として、主成分組成を５３．０ｍｏｌ％のＦｅ２Ｏ３、３５．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、ｂａｌＺｎＯとなるＭｎ−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。造粒した粉末をロータリーキルンで予焼した。得られた粉末に添加物として０．０２ｗｔ％のＳｉＯ２、０．０５ｗｔ％のＣａＯ、０．０５ｗｔ％のＮｂ２Ｏ５を添加し、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、還元雰囲気中、１３５０℃の焼成温度で焼成した。
【００１７】
表１に、主成分組成を変化させたときの発明品（１−３）と比較材の結晶粒径、比抵抗及び１００ｋＨｚ−１００ｍＴ−１００℃、３００ｋＨｚ−１００ｍＴ−１００℃、５００ｋＨｚ−１００ｍＴ−１００℃の損失を示す。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
表１より、主成分組成を５２．０〜５４．０ｍｏｌ％のＦｅ２Ｏ３、３５．０〜４５．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、ｂａｌＺｎＯとした発明品は、５００ｋＨｚ以下の周波数範囲で比較材に比べ損失が小さいことが分かる。
【００２０】
図１は、低損失酸化物磁性材料に関する発明品（１−３）と比較材の１００ｋＨｚ−１００ｍＴの損失の温度特性を示す図であり、図２は、同じく発明品（１−３）と比較材の３００ｋＨｚ−１００ｍＴの損失の温度特性を示す図であり、図３は、同じく発明品（１−３）と比較材の５００ｋＨｚ−１００ｍＴの損失の温度特性を示す図である。
【００２１】
各発明品は、いずれの励磁条件においても全温度範囲で損失が小さいことが解る。
【００２２】
（実施例２）
本発明の実施例２による低損失酸化物磁性材料について、以下に説明する。実験材として、主成分組成を５３．０ｍｏｌ％のＦｅ２Ｏ３、３９．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、ｂａｌＺｎＯからなるＭｎ−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。造粒した粉末をロータリーキルンで予焼した。得られた粉末に添加物として、０．００１〜０．０６ｗｔ％のＳｉＯ２、０．００５〜０．２ｗｔ％のＣａＯ、０．００１〜０．２ｗｔ％のＮｂ２Ｏ５、０．００５〜０．６ｗｔ％のＴｉＯ２、０．００５〜０．６ｗｔ％のＭｏＯ３を添加し、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、平均結晶粒径を１２μｍとなる焼成条件となるように焼成した。
【００２３】
比較材として、主成分組成を５３．０ｍｏｌ％のＦｅ２Ｏ３、３５．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、ｂａｌＺｎＯからなるＭｎ−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。造粒した粉末をロータリーキルンで予焼した。得られた粉末に添加物として、０．０２ｗｔ％のＳｉＯ２、０．０５ｗｔ％のＣａＯ、０．０５ｗｔ％のＮｂ２Ｏ５を添加し、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、還元雰囲気中、１３５０℃の焼成温度で焼成した。
【００２４】
表２に、主成分組成を変化させたときの発明品と比較材の結晶粒径、比抵抗及び１００ｋＨｚ−１００ｍＴ−１００℃、３００ｋＨｚ−１００ｍＴ−１００℃、５００ｋＨｚ−１００ｍＴ−１００℃の損失を示す。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
表２より、０．００５〜０．０５ｗｔ％のＳｉＯ２、０．０１〜０．１ｗｔ％のＣａＯ、０．００５〜０．１ｗｔ％のＮｂ２Ｏ５、０．０１〜０．５ｗｔ％のＴｉＯ２、０．０１〜０．５ｗｔ％のＭｏＯ３を含有した発明品の損失が、比較材に比べ著しく小さいことが分かる。
【００２７】
（実施例３）
本発明の実施例３による低損失酸化物磁性材料について、以下に説明する。実験材として、主成分組成を５３．０ｍｏｌ％のＦｅ２Ｏ３、３９．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、ｂａｌＺｎＯからなるＭｎ−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。造粒した粉末をロータリーキルンで予焼した。得られた粉末に添加物として、０．０２ｗｔ％のＳｉＯ２、０．０５ｗｔ％のＣａＯ、０．０５ｗｔ％のＮｂ２Ｏ５、０．１ｗｔ％のＴｉＯ２、０．１ｗｔ％のＭｏＯ３を添加し、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、還元雰囲気中、１１５０〜１３５０℃の焼成温度で焼成した。
【００２８】
比較材として、主成分組成を５３．０ｍｏｌ％のＦｅ２Ｏ３、３５．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、ｂａｌＺｎＯからなるＭｎ−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。造粒した粉末をロータリーキルンで予焼した。得られた粉末に添加物として、０．０２ｗｔ％のＳｉＯ２、０．０５ｗｔ％のＣａＯ、０．０５ｗｔ％のＮｂ２Ｏ５を添加し、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、還元雰囲気中、１３５０℃の焼成温度で焼成した。
【００２９】
表３に、主平均結晶粒径を変化させたときの発明品と比較材の結晶粒径、比抵抗及び１００ｋＨｚ−１００ｍＴ−１００℃、３００ｋＨｚ−１００ｍＴ−１００℃、５００ｋＨｚ−１００ｍＴ−１００℃の損失を示す。
【００３０】
【表３】
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【００３１】
表３より、平均結晶粒径が５〜２０μｍとした発明品の損失が比較材に比べ著しく小さいことがわかる。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、主成分組成として、５２．５〜５３．５ｍｏｌ％のＦｅ２Ｏ３、３５．０〜４５．０ｍｏｌ％のＭｎＯ、ｂａｌＺｎＯからなるＭｎ−Ｚｎフェライトにおいて、添加物として０．００５〜０．０５ｗｔ％のＳｉＯ２、０．０１〜０．１ｗｔ％のＣａＯ、０．００５〜０．１ｗｔ％のＮｂ２Ｏ５、０．０１〜０．５ｗｔ％のＴｉＯ２、０．０１〜０．５ｗｔ％のＭｏＯ３を含有し、その焼成体の平均結晶粒径が５〜２０μｍであり、またその焼成体の比抵抗が５００Ωｍ以上であることにより、５００ｋＨｚ以下の広い周波数範囲で損失が小さい低損失酸化物磁性材料が提供できる。
【００３３】
渦電流損失の低減は、ＳｉＯ２、ＣａＯ、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２の添加によって比抵抗が高くなるためである。ヒステリシス損失の低減は、ＭｏＯ３が添加によって低減したためと考えられる。また、平均結晶粒径を５〜２０μｍとすることにより、残留損失の低下と思われる損失の低減が図られる。従って、本発明によれば、ヒステリシス損失と渦電流損失と残留損失を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】低損失酸化物磁性材料に関する発明品（１−３）と比較材の１００ｋＨｚ−１００ｍＴの損失の温度特性を示す図。
【図２】低損失酸化物磁性材料に関する発明品（１−３）と比較材の３００ｋＨｚ−１００ｍＴの損失の温度特性を示す図。
【図３】低損失酸化物磁性材料に関する発明品（１−３）と比較材の５００ｋＨｚ−１００ｍＴの損失の温度特性を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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