(57)【要約】 【課題】  ＣｕＯを主成分として含有させることにより室温〜１４０℃の範囲で、または１００℃以上の高温度でのコアロスの増大を抑制し、かつ高い飽和磁束密度と高透磁率を有する酸化物磁性材料を提供すること。【解決手段】  主成分として、酸化鉄をＦｅ2Ｏ3換算で５２．０〜５６．０モル％、酸化亜鉛をＺｎＯ換算で８．０〜１３．０モル％、酸化銅をＣｕＯ換算で０〜５．０モル％（０を含まず）、残部を酸化マンガン（ＭｎＯ）からなり、副成分として、酸化ケイ素をＳｉＯ2換算で０．００５〜０．０５ｗｔ％、酸化カルシウムをＣａＯ換算で０．０１〜０．１ｗｔ％、酸化ニオブをＮｂ2Ｏ5換算で０．０１〜０．５ｗｔ％、酸化コバルトをＣｏＯ換算で０．０１〜０．５ｗｔ％含有してなることを特徴とする酸化物磁性材料で、焼結体の密度を４．９５ｇ／ｃｃ以上、結晶粒径を１０〜１５μｍとすることにより、数百ｋＨｚ付近の高周波数まで低損失を可能とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主成分として、酸化鉄をＦｅ2Ｏ3換算で５２．０〜５６．０モル％、酸化亜鉛をＺｎＯ換算で８．０〜１３．０モル％、酸化銅をＣｕＯ換算で０〜５．０モル％（０を含まず）、残部が酸化マンガン（ＭｎＯ）からなり、副成分として、酸化ケイ素をＳｉＯ2換算で０．００５〜０．０５ｗｔ％、酸化カルシウムをＣａＯ換算で０．０１〜０．１ｗｔ％、酸化ニオブをＮｂ２Ｏ５換算で０．０１〜０．５ｗｔ％、酸化コバルトをＣｏＯ換算で０．０１〜０．５ｗｔ％含有してなることを特徴とする酸化物磁性材料。
【請求項２】
焼結体の密度が４．９５ｇ／ｃｃ以上であることを特徴とする請求項１に記載の酸化物磁性材料。
【請求項３】
焼結体の結晶粒径が１０〜１５μｍであることを特徴とする請求項１に記載の酸化物磁性材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源トランス等に用いられる磁芯材料で、酸化物磁性材料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯機器をはじめとして、近年電子機器の小型化が急速に進歩している。そしてそれらに用いられる電源も同様の傾向にあり、電源の中で特にトランスは体積的に大きな割合を占め、また電力損失（以下、コアロスと表す）においても大きな割合を占めるため、その小型化、高効率化が急務となってきている。
【０００３】
電源用トランスの磁芯材料として求められる特性は、駆動周波数範囲内でのコアロスが低いこと、飽和磁束密度が高いこと、透磁率が高いこと、キュリー温度が高いこと等が挙げられる。これらに加えて、更に近年ではハイブリッド車用電源トランス材や液晶デイスプレイのバックライト用インバータトランス材においては、使用する環境の温度変化が大きいため広い温度範囲内で低損失であることが求められる。
【０００４】
特にコアロスが大きいと、電源としての効率が悪いだけでなく、自己発熱による熱的要因による危険性が生じる。電源の使用環境温度が１００℃を中心とした温度範囲となることから、電源材として用いられるＭｎ−Ｚｎ系フェライトのコアロスは、１００℃付近で極小となる様に設計されている。即ち、使用する温度環境が低温から高温まで幅広く、過酷な条件下では、電源用トランス材料として広い温度範囲で低損失である事が必要となる。
【０００５】
コアロスの極小温度が使用環境温度より低いと、温度上昇によりコアロスが増大する事より熱的要因による危険性が生じる恐れがある。また逆にコアロスの極小温度が使用環境温度より高過ぎると、結晶磁気異方性定数の増大の要因となるヒステリシス損失の増大により、室温付近での損失の増大が問題となる。
【０００６】
以上の要求に対応したＭｎ−Ｚｎ系フェライトの例が、特許文献１〜３に開示されている。何れも副成分として酸化コバルトが含有されており、特許文献１では、酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）、酸化マンガン（ＭｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）の主成分に、副成分として酸化コバルト（Ｃｏ3Ｏ4）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）を含有させている。
【０００７】
また特許文献２では、酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）、酸化マンガン（ＭｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）の主成分の他、副成分として酸化コバルト（ＣｏＯ）、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）を含有させている。
【０００８】
特許文献３では、  酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）、酸化マンガン（ＭｎＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）の主成分の他、副成分として、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）、酸化コバルト（ＣｏＯ）、酸化チタン（ＴｉＯ2）を含有させ、かつ焼結条件を限定している。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２３１５２０号公報
【特許文献２】特公平０８−００１８４４号公報
【特許文献３】特開２００５−１１９８９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１〜３に記載されている副成分として酸化コバルトを含有した従来の技術では、以下に示す問題がある。酸化コバルト（ＣｏＯ）は正の結晶磁気異方性定数を有するため、コアロスの温度に対する変化率を小さくしコアロスを低減させる効果はある。しかし同時に、コアロスの極小温度を低温側にシフトさせるため、高温側でのコアロスの温度に対する勾配が急峻になり、１００℃以上の温度でのコアロスが大きくなり低減効果が小さくなる傾向がある。
【００１１】
一般に結晶磁気異方性は酸化コバルト（ＣｏＯ）量の他に、Ｆｅ2+量に依存する事が知られており、酸化コバルト（ＣｏＯ）含有によるコアロスの極小温度の低温側へのシフトを極力避けるすために、更にＦｅ2+量を少なくする方向に調整する必要がある。Ｆｅ2+量を調整する手段としては、主成分組成での調整の場合、Ｆｅ２Ｏ３の比率を小さくしなければならず、焼結パタ−ンの変更の場合は、より酸化雰囲気中で焼結を行わなければならない。しかしこれら調整には限界があり、コアロスの極小温度が使用環境温度から外れるため、コアロスの低減効果は小さくなってしまう。
【００１２】
前記特許文献１〜３では種々の副成分を含有させ高抵抗化を図っているが、コアロスの低減がなされているのは、高温度側では高々１２０℃程度となっており、それ以上の高温度でのコアロス低減は十分ではない。まして、自動車等の過酷な使用温度環境下においては、更に広い温度範囲、特に高温度でのコアロスの低減が必要となっている。
【００１３】
従って、本発明の課題は、上記の課題を解決し、室温〜１４０℃の範囲でコアロスを低減し、かつ高い飽和磁束密度と高透磁率を有する酸化物磁性材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、前記課題の解決のため、主成分として、酸化鉄をＦｅ2Ｏ3換算で５２．０〜５６．０モル％、酸化亜鉛をＺｎＯ換算で８．０〜１３．０モル％、酸化銅をＣｕＯ換算で０〜５．０モル％（０を含まず）、残部が酸化マンガン（ＭｎＯ）からなり、副成分として、酸化ケイ素をＳｉＯ２換算で０．００５〜０．０５ｗｔ％、酸化カルシウムをＣａＯ換算で０．０１〜０．１ｗｔ％、酸化ニオブをＮｂ２Ｏ５換算で０．０１〜０．５ｗｔ％、酸化コバルトをＣｏＯ換算で０．０１〜０．５ｗｔ％含有してなることを特徴とする酸化物磁性材料である。
【００１５】
さらに、焼結体の密度が４．９５ｇ／ｃｃ以上であり、焼結体の結晶粒径が１０〜１５μｍであることを特徴とする酸化物磁性材料である。
【００１６】
ここで、ＣｕＯは、スピネル格子中に固溶し電荷のバランスをとるためにＦｅ2+をＦｅ3+に変える作用があり、Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯの成分比率や焼結パターンを変える事なくＣｏＯ含有によるコアロスの極小温度の低温側へのシフトを抑制できる。
【００１７】
更にＣｕＯは焼結性を改善するため、より低温度の焼結で高密度な焼結体を得る事ができ、結晶粒径をある適度な粒径範囲内に制御しながら高密度を得ることが可能となる。また損失成分の１つであるヒステリシス損失は、粉末組成の他に結晶粒径及び焼結体密度に依存することが知られており、ＣｕＯはコアロスを低減するのに有効な成分となる。
【００１８】
またＳｉＯ2、ＣａＯ、Ｎｂ2Ｏ5を添加し、粒界層に濃縮させる事により、比抵抗が増大し、損失成分の１つである渦電流損失を低減する事ができる。
【発明の効果】
【００１９】
従って、本発明によれば、ＣｕＯを主成分として含有させることにより室温〜１４０℃の範囲で、または１００℃以上の温度でのコアロスの増大を抑制することができ、かつ高い飽和磁束密度と高透磁率を有する酸化物磁性材料を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、本発明による酸化物磁性材料の実施の形態について、具体的な例を挙げて説明する。
【００２１】
主成分として、Ｆｅ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＣｕＯ、ＭｎＯからなり、副成分として、ＳｉＯ2、ＣａＯ、Ｎｂ2Ｏ5、ＣｏＯを含有してなる酸化物磁性材料において、Ｆｅ2Ｏ3を５２．０〜５６．０モル％、ＺｎＯを９．０〜１３．０モル％としたのは、Ｆｅ２Ｏ３が５６．０モル％より多く、ＺｎＯが１３．０モル％より多いと、コアロスの極小温度が低温側にシフトし、ＣｕＯを添加しても極小温度を高温に制御できないためであり、またコアロスが急激に増大するからである。Ｆｅ2Ｏ3が５２．０モル％より少なく、ＺｎＯが９．０モル％より少ないと飽和磁束密度が小さく、またコアロスが急激に増大するためである。ＣｕＯを０〜５モル％（０を含まず）としたのは、ＣｕＯを含有させないと１００℃以上の温度でのコアロス低減効果が得られないためであり、５モル％より多いと異常粒成長し、コアロスが急激に増大するためである。
【００２２】
ＳｉＯ２を０．００５〜０．０５ｗｔ％としたのは、０．００５ｗｔ％より少ないと十分な比抵抗が得られずコアロスが増大するためであり、０．０５ｗｔ％より多いと異常粒成長し、コアロスが急激に増大するためである。ＣａＯを０．０１〜０．１ｗｔ％としたのは、０．０１ｗｔ％より少ないと十分な比抵抗が得られずコアロスが増大するためであり、０．１ｗｔ％より多いと焼結体密度が低下し、コアロスが急激に増大するためである。Ｎｂ2Ｏ5を０．０１〜０．１ｗｔ％としたのは、０．０１ｗｔ％より少ないと十分な比抵抗が得られずコアロスが増大するためであり、０．１ｗｔ％より多いと異常粒成長し、コアロスが急激に増大するためである。ＣｏＯを０．０１〜０．５ｗｔ％としたのは、０．０１ｗｔ％より少ないとコアロスの温度に対する変化率を十分に小さくすることができないためであり、０．５ｗｔ％より多いとコアロスが急激に増大するためである。
【００２３】
また、焼結体の密度を４．９５ｇ／ｃｃ以上、結晶粒径を１０〜１５μｍとすることにり、数百ｋＨｚ付近の高周波領域まで低損失でかつ、室温から１４０℃付近の高温度までコアロスの温度に対する変化率が小さい酸化物磁性材料を得ることができる。
【実施例１】
【００２４】
次に具体的な実施例を挙げ、本発明の酸化物磁性材料について、さらに詳しく説明する。
【００２５】
主成分がＦｅ2Ｏ3：５１．５〜５７．５モル％、ＺｎＯ：８．５〜１３．５モル％、ＣｕＯ：０〜５．５モル％、残部をＭｎＯとなる様に秤量し、ボールミルを用いて混合し、大気雰囲気中８５０℃で２時間仮焼し、副成分としてＳｉＯ2を０．０３ｗｔ％、ＣａＯを０．０５ｗｔ％、Ｎｂ2Ｏ5を０．０５ｗｔ％、ＣｏＯを０．２５ｗｔ％添加した後、ボールミルで微粉砕を行った。微粉砕後、バインダーを添加し、スプレードライヤーにて造粒した。次に、φ３０×φ２５×５ｍｍのトロイダル形状に成形して、酸素分圧をコントロールした還元雰囲気中１２５０℃で６時間焼結した。
【００２６】
又、従来材として同様な方法により、Ｆｅ2Ｏ3：５３．０モル％、ＭｎＯ：３５．０モル％、残部をＺｎＯの主成分組成で、副成分としてＳｉＯ2を０．０３ｗｔ％、ＣａＯを０．０５ｗｔ％、Ｎｂ2Ｏ5を０．０５ｗｔ％添加し、同条件にて試料を作製した。
【００２７】
次に、得られたコアに巻線をし、周波数１００ｋＨｚ、磁束密度２００ｍＴの測定条件下でコアロスを交流ＢＨトレーサーより室温から１４０℃まで測定した。直流ＢＨトレーサーで１１９４Ａ／ｍでの磁束密度を１００℃まで測定した。その後、インピーダンスアナライザーで透磁率の測定を行った。室温及び１４０℃でのコアロス、及びコアロスの極小温度、室温での１００ｋＨｚの透磁率、１００℃での飽和磁束密度を表１に示す。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
試料１〜３は、本発明の実施例であり、試料４〜７は、主成分組成が特許請求範囲外の比較例である。また、試料２９は従来例である。
【００３０】
図１は、室温から１４０℃の温度範囲でのコアロスの温度特性を示した図である。表１、図１より、試料１〜３では、高い飽和磁束密度及び透磁率を示し、室温から１４０℃までコアロス（Ｐｃｖ）が低くなっている事が分かる。
【実施例２】
【００３１】
主成分がＦｅ2Ｏ3：５４．０モル％、ＺｎＯ：１１．０モル％、ＣｕＯ：２．５モル％、残部をＭｎＯとなる様に秤量し、ボールミルを用いて混合し、大気雰囲気中８５０℃で２時間仮焼し、副成分としてＳｉＯ2を０．００１〜０．０６ｗｔ％、ＣａＯを０．００５〜０．１５ｗｔ％、Ｎｂ2Ｏ5を０．００５〜０．１５ｗｔ％、ＣｏＯを０．００５〜０．５５ｗｔ％した後、ボールミルで微粉砕を行った。微粉砕後、バインダーを添加し、スプレードライヤーにて造粒したその後、φ３０×φ２５×５ｍｍのトロイダル形状に成形して、酸素分圧をコントロールした還元雰囲気中１２５０℃で６時間焼結した。
【００３２】
又、従来例として同様な方法により、Ｆｅ2Ｏ3：５３．０モル％、ＭｎＯ：３５．０モル％、残部をＺｎＯの主成分組成で、副成分としてＳｉＯ2を０．０３ｗｔ％、ＣａＯを０．０５ｗｔ％、Ｎｂ2Ｏ5を０．０５ｗｔ％添加し、同条件にて試料を作製した。
【００３３】
次に、得られたコアに巻線をし、周波数１００ｋＨｚ、磁束密度２００ｍＴの測定条件下でコアロスを交流ＢＨトレーサーより室温から１４０℃まで測定した。直流ＢＨトレーサーで１１９４Ａ／ｍでの磁束密度を１００℃まで測定した。その後、インピーダンスアナライザーで透磁率の測定を行った。室温及び１４０℃でのコアロス、及びコアロスの極小温度、室温での１００ｋＨｚの透磁率、１００℃での飽和磁束密度を表２に示す。
【００３４】
【表２】
2007311387.tif 000004
【００３５】
試料８〜１５は、本発明の実施例であり、試料１６〜２３は、副成分組成が特許請求範囲外の比較例である。また、試料２９は従来例である。表２より、試料８〜１５では、室温から１４０℃まで低損失で、飽和磁束密度が高く、透磁率も高いことが分かる。
【実施例３】
【００３６】
主成分がＦｅ2Ｏ3：５４．０モル％、ＺｎＯ：１１．０モル％、ＣｕＯ：２．５モル％、残部をＭｎＯとなるように秤量し、ボールミルを用いて混合し、大気雰囲気中８５０℃で２時間仮焼し、副成分としてＳｉＯ2を０．０３ｗｔ％、ＣａＯを０．０５ｗｔ％、Ｎｂ2Ｏ5を０．０５ｗｔ％、ＣｏＯを０．２５ｗｔ％した後、ボールミルで微粉砕を行った。微粉砕後、バインダーを添加し、スプレードライヤーにて造粒した。その後、φ３０×φ２５×５ｍｍのトロイダル形状に成形して、酸素分圧をコントロールした還元雰囲気中１１８０〜１３５０℃で６時間焼結した。
【００３７】
又、従来例として同様な方法により、Ｆｅ2Ｏ3：５３．０モル％、ＭｎＯ：３５．０モル％、残部：ＺｎＯの主成分組成で、副成分としてＳｉＯ2を０．０３ｗｔ％、ＣａＯを０．０５ｗｔ％、Ｎｂ2Ｏ5を０．０５ｗｔ％添加し、同条件にて試料を作製した。
【００３８】
次に、得られたコアに巻線をし、周波数１００ｋＨｚ、磁束密度２００ｍＴの測定条件下でコアロスを交流ＢＨトレーサーより室温から１４０℃まで測定した。直流ＢＨトレーサーで１１９４Ａ／ｍでの磁束密度を１００℃まで測定した。その後、インピーダンスアナライザーで透磁率の測定を行った。室温及び１４０℃でのコアロス、及びコアロスの極小温度、室温での１００ｋＨｚの透磁率、１００℃での飽和磁束密度を表３に示す。
【００３９】
【表３】
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【００４０】
試料１、２４、２５は、本発明の実施例であり、試料２６〜２８は、焼結体の密度または、焼結体の結晶粒径が特許請求範囲外の比較例である。また、試料２９は従来例である。表３より、焼結体密度が４．９５ｇ／ｃｃ以上、結晶粒径が１０〜１５μｍである試料１，２４，２５では、室温から１４０℃まで低損失となっていて、飽和磁束密度が高く、透磁率も高いことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例に係わる室温から１４０℃の温度範囲でのコアロスの温度特性を示す図。
【図１】
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