(57)【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５３．２〜５４．５モル％、酸化亜鉛をＺｎＯ換算で７．５〜１１．５モル％、残部として酸化マンガン（ＭｎＯ）を含むＭｎＺｎ系フェライトであって、
この主成分に対して、酸化コバルトをＣｏ3Ｏ4換算で２５００〜４５００ｐｐｍ、
酸化ケイ素をＳｉＯ2換算で６０〜１４０ｐｐｍ、
酸化カルシウムをＣａＯ換算で３００〜７００ｐｐｍ、
酸化ニオブをＮｂ2Ｏ5換算で１００〜３５０ｐｐｍ含有し、
結晶粒界がアモルファス相から形成されていることを特徴とするＭｎＺｎ系フェライト。
【請求項２】
主成分として酸化鉄をＦｅ2Ｏ3換算で５３．２〜５４．５モル％、酸化亜鉛をＺｎＯ換算で７．５〜１１．５モル％、残部として酸化マンガン（ＭｎＯ）を含むＭｎＺｎ系フェライトであって、
この主成分に対して、酸化コバルトをＣｏ3Ｏ4換算で２５００〜４５００ｐｐｍ、
酸化ケイ素をＳｉＯ2換算で６０〜１４０ｐｐｍ、
酸化カルシウムをＣａＯ換算で３００〜７００ｐｐｍ、
酸化ジルコニウムをＺｒＯ2換算で５０〜４５０ｐｐｍ含有し、
結晶粒界がアモルファス相から形成されていることを特徴とするＭｎＺｎ系フェライト。
【請求項３】
主成分として酸化鉄をＦｅ2Ｏ3換算で５３．２〜５４．５モル％、酸化亜鉛をＺｎＯ換算で７．５〜１１．５モル％、残部として酸化マンガン（ＭｎＯ）を含むＭｎＺｎ系フェライトであって、
この主成分に対して、酸化コバルトをＣｏ3Ｏ4換算で２５００〜４５００ｐｐｍ、
酸化ケイ素をＳｉＯ2換算で６０〜１４０ｐｐｍ、
酸化カルシウムをＣａＯ換算で３００〜７００ｐｐｍ、
酸化ニオブをＮｂ2Ｏ5換算で１００〜３５０ｐｐｍ、
酸化ジルコニウムをＺｒＯ2換算で５０〜４５０ｐｐｍ含有し、
結晶粒界がアモルファス相から形成されていることを特徴とするＭｎＺｎ系フェライト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング電源などの電源トランス等の磁心に用いられるＭｎＺｎ系フェライトに関し、特に、電力損失（コアロス）の温度依存性が小さいＭｎＺｎ系フェライトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばトランス用フェライト材料は、電子回路の熱暴走を防ぐ為の安全性を優先させ、電力損失（コアロス）が極小値を示す温度（以下、ボトム温度と略す）が電子回路の駆動温度より高い温度になるように材料設計されていた。
【０００３】
しかしながら、近年の携帯機器、電気自動車などの急速な発展とトランスの高効率化などの要望に応じる為、フェライト材料としては、ボトム温度が実際の駆動温度に近い事、さらに特に電気自動車等、屋外で使用される機器に関しては、広い温度帯域での低損失化が実行できる事が求められるようになった。
【０００４】
このような要望に応じるための関連先行技術として、以下に示すような提案がなされている。
【０００５】
特公平５−２１８５９号公報には、ＭｎＺｎ系フェライトの基本組成に、ＣａＯおよびＮｂ2Ｏ5を含有させ、さらにＡｌ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＣｕＯのうち少なくとも一種を含有させ、コアロスの低減、磁気特性の改善を図る旨の提案がなされている。しかしながら、当該提案には、コアロスの温度特性に関しては全く考慮されていない。さらに、トランスの高効率化の要望は極めて高く、より一層の磁気損失の低減が要求されている。
【０００６】
また、特開平８−１９１０１１号には、Ｆｅ2Ｏ3、ＣｏＯ、ＺｎＯ、ＭｎＯからなる主組成に加え、ＳｉＯ2、ＣａＯ、ＺｒＯ2、およびＴａ2Ｏ5を含有させることにより広範囲の温度領域で低損失のフェライトを得ることができる旨の提案がなされている。しかしながら、トランスの高効率化の要望は極めて高く、より一層の磁気損失の低減が要求されている。
【０００７】
また、特開２０００−２８６１１９号公報には、Ｆｅ2Ｏ3、ＺｎＯ、ＭｎＯ、ＮｉＯ、ＣｏＯからなる主成分に加えて、ＳｉＯ2、ＣａＯを含有させ、さらにＴａ2Ｏ5、ＺｒＯ2、Ｎｂ2Ｏ5、Ｖ2Ｏ5、Ｋ2Ｏ、ＴｉＯ2、ＳｎＯ2、ＨｆＯ2のうち少なくとも１種の添加成分を含有させることにより広範囲の温度領域で低損失なフェライトを得ることができる旨の提案がなされている。しかしながら、トランスの高効率化等に対する改善の要望は高く、さらなる改善が要求されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このような実状のもとに本発明は創案されたものであり、その目的は、上記の課題を解決し、電力損失の低減が図れることはもとより、広範囲の温度領域で低損失化が実現できるＭｎＺｎ系フェライトを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、本発明は、主成分として酸化鉄をＦｅ2Ｏ3換算で５３．２〜５４．５モル％、酸化亜鉛をＺｎＯ換算で７．５〜１１．５モル％、残部として酸化マンガン（ＭｎＯ）を含むＭｎＺｎ系フェライトであって、この主成分に対して、酸化コバルトをＣｏ3Ｏ4換算で２５００〜４５００ｐｐｍ、酸化ケイ素をＳｉＯ2換算で６０〜１４０ｐｐｍ、酸化カルシウムをＣａＯ換算で３００〜７００ｐｐｍ、酸化ニオブをＮｂ2Ｏ5換算で１００〜３５０ｐｐｍ含有し、結晶粒界がアモルファス相から形成されているように構成される。
【００１０】
また、本発明は、主成分として酸化鉄をＦｅ2Ｏ3換算で５３．２〜５４．５モル％、酸化亜鉛をＺｎＯ換算で７．５〜１１．５モル％、残部として酸化マンガン（ＭｎＯ）を含むＭｎＺｎ系フェライトであって、この主成分に対して、酸化コバルトをＣｏ3Ｏ4換算で２５００〜４５００ｐｐｍ、酸化ケイ素をＳｉＯ2換算で６０〜１４０ｐｐｍ、酸化カルシウムをＣａＯ換算で３００〜７００ｐｐｍ、酸化ジルコニウムをＺｒＯ2換算で５０〜４５０ｐｐｍ含有し、結晶粒界がアモルファス相から形成されているように構成される。
【００１１】
また、本発明は、主成分として酸化鉄をＦｅ2Ｏ3換算で５３．２〜５４．５モル％、酸化亜鉛をＺｎＯ換算で７．５〜１１．５モル％、残部として酸化マンガン（ＭｎＯ）を含むＭｎＺｎ系フェライトであって、この主成分に対して、酸化コバルトをＣｏ3Ｏ4換算で２５００〜４５００ｐｐｍ、酸化ケイ素をＳｉＯ2換算で６０〜１４０ｐｐｍ、酸化カルシウムをＣａＯ換算で３００〜７００ｐｐｍ、酸化ニオブをＮｂ2Ｏ5換算で１００〜３５０ｐｐｍ、酸化ジルコニウムをＺｒＯ2換算で５０〜４５０ｐｐｍ含有し、結晶粒界がアモルファス相から形成されているように構成される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のＭｎＺｎ系フェライトについて詳細に説明する。
【００１３】
本発明のＭｎＺｎ系フェライトにおける実質的な主成分は、酸化鉄をＦｅ2Ｏ3換算で５３．２〜５４．５モル％、酸化亜鉛をＺｎＯ換算で７．５〜１１．５モル％、残部として酸化マンガン（ＭｎＯ）を含んで構成される。
【００１４】
上記の各組成が各組成範囲を外れると、電力損失（コアロス）が増大してしまうという不都合が生じる傾向がある。
【００１５】
さらに本発明のＭｎＺｎ系フェライト材料においては、このような主成分に対して、下記の要領で、副成分が含有される。
【００１６】
すなわち、第１の添加態様として、
(i) 主成分に対して、酸化コバルトをＣｏ3Ｏ4換算で２０００〜４５００ｐｐｍ（好ましくは、２５００〜４０００ｐｐｍ）、酸化ケイ素をＳｉＯ2換算で６０〜１４０ｐｐｍ（好ましくは、７０〜１２０ｐｐｍ）、酸化カルシウムをＣａＯ換算で３００〜７００ｐｐｍ（好ましくは、４００〜６００ｐｐｍ）、酸化ニオブをＮｂ2Ｏ5換算で１００〜３５０ｐｐｍ（好ましくは、１５０〜３００ｐｐｍ）含有するように構成される。
【００１７】
また、第２の添加態様として、
(ii) 上記第１の態様において、酸化ニオブを酸化ジルコニウムに変えて、当該酸化ジルコニウムの含有量を主成分に対して、ＺｒＯ2換算で５０〜４５０ｐｐｍ（好ましくは、８０〜３５０ｐｐｍ）するように構成される。すなわち、主成分に対して、酸化コバルトをＣｏ3Ｏ4換算で２０００〜４５００ｐｐｍ（好ましくは、２５００〜４０００ｐｐｍ）、酸化ケイ素をＳｉＯ2換算で６０〜１４０ｐｐｍ（好ましくは、７０〜１２０ｐｐｍ）、酸化カルシウムをＣａＯ換算で３００〜７００ｐｐｍ（好ましくは、４００〜６００ｐｐｍ）、酸化ジルコニウムをＺｒＯ2換算で５０〜４５０ｐｐｍ（好ましくは、８０〜３５０ｐｐｍ）含有するように構成される。
【００１８】
また、第３の添加態様として、
(iii) 上記第１の態様において、酸化ジルコニウムをさらに添加し、当該酸化ジルコニウムの含有量を主成分に対して、ＺｒＯ2換算で５０〜４５０ｐｐｍ（好ましくは、８０〜３５０ｐｐｍ）するように構成される。すなわち、主成分に対して、酸化コバルトをＣｏ3Ｏ4換算で２０００〜４５００ｐｐｍ（好ましくは、２５００〜４０００ｐｐｍ）、酸化ケイ素をＳｉＯ2換算で６０〜１４０ｐｐｍ（好ましくは、７０〜１２０ｐｐｍ）、酸化カルシウムをＣａＯ換算で３００〜７００ｐｐｍ（好ましくは、４００〜６００ｐｐｍ）、酸化ニオブをＮｂ2Ｏ5換算で１００〜３５０ｐｐｍ（好ましくは、１５０〜３００ｐｐｍ）、酸化ジルコニウムをＺｒＯ2換算で５０〜４５０ｐｐｍ（好ましくは、８０〜３５０ｐｐｍ）含有するように構成される。この第３の添加態様が最も良好な効果が得られることが実験的に確認されている。
【００１９】
上記の副成分の含有範囲において、Ｃｏ3Ｏ4が２０００ｐｐｍ未満となると、コアロスの温度依存性が大きくなってしまい、本発明の効果の発現が小さくなるという不都合が生じる傾向にあり、また、Ｃｏ3Ｏ4が４５００ｐｐｍを超えると、コアロスが増大してしまうという不都合が生じる傾向がある。
【００２０】
また、ＳｉＯ2が６０ｐｐｍ未満となると、コアロスが増大してしまうという不都合が生じる傾向にあり、ＳｉＯ2が１４０ｐｐｍを超えると、焼成時の異常粒成長によりコアロスが増大するという不都合が生じる傾向がある。
【００２１】
また、ＣａＯが３００ｐｐｍ未満となると、コアロスが増大してしまうという不都合が生じる傾向にあり、ＣａＯが７００ｐｐｍを超えると、焼成時の異常粒成長によりコアロスが増大するという不都合が生じる傾向がある。
【００２２】
Ｎｂ2Ｏ5およびＺｒＯ2は、少なくともいずれか一方が含有されれば良い。
【００２３】
Ｎｂ2Ｏ5が１００ｐｐｍ未満となると、コアロスを低減させる効果が小さくなるという不都合が生じる傾向にあり、Ｎｂ2Ｏ5Ｏが３５０ｐｐｍを超えると、コアロスが増大してしまうという不都合が生じる傾向がある。
【００２４】
また、ＺｒＯ2が５０ｐｐｍ未満となると、コアロスを低減させる効果が小さくなるという不都合が生じる傾向にあり、ＺｒＯ2が４５０ｐｐｍを超えると、コアロスが増大してしまうという不都合が生じる傾向がある。
【００２５】
また、本発明のＭｎＺｎ系フェライトにおける結晶粒界は、アモルファス相から形成される。本発明の組成要件に加えて、結晶粒界をアモルファス相とすることにより、特に、電力損失の十分な低減化が図れ、しかも得られた損失値のバラツキが極めて小さく信頼性の高い製品を供給することができる。結晶粒界にアモルファス相と結晶相とが混在している形態が見られる場合には、上記の効果の発現は困難である。結晶粒界がアモルファス相になっているか否かの判断は、粒界領域におけるＴＥＭ像の観察によればよい。
【００２６】
本発明者らが実験的に確認できた、結晶粒界をアモルファス相とするための要素としては、例えば、(i)副成分の含有割合や、(ii)フェライト焼成条件等が挙げられる。フェライト焼成条件の好適な一例について言及すれば、１０００℃から６００℃までの冷却速度を１５０〜７００℃／ｈｒの範囲内で、フェライト組成に応じた冷却速度制御を採択すればよいことが実験的にわかっている。
【００２７】
また、本発明におけるフェライトの平均結晶粒子径は、好ましくは８〜３０μｍ、より好ましくは８〜２０μｍである。平均結晶粒子径が小さ過ぎるとヒステリシス損失が大きくなる傾向が生じ、また、平均結晶粒子径が大き過ぎると渦電流損失が大きくなる傾向が生じる。
【００２８】
このようなフェライトから構成される電源トランス用のコアは、例えば１０〜５００ｋＨｚの周波数で、主に、２５〜１２０℃程度の温度で動作するものであり、その電力は、通常、０．０１〜１０数Ｗ程度とされる。
【００２９】
【実施例】
以下、具体的実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
【００３０】
（実施例および比較例サンプルの作製）
下記表１に示すような組成を有するフェライトコアサンプルを作製した。
【００３１】
まず、主成分の原料には、Ｆｅ2Ｏ3、Ｍｎ3Ｏ4およびＺｎＯを用い、これらを湿式混合した後、スプレードライヤーで乾燥させ、９００℃で２時間仮焼きした。
【００３２】
次いで、主成分の原料の仮焼物と副成分の原料とを混合した。副成分の原料には、表１に示されるように適宜選定されたＣｏ3Ｏ4、ＳｉＯ2、ＣａＣＯ3、Ｎｂ2Ｏ5、ＺｒＯ2の化合物を用いた。
【００３３】
主成分の原料の仮焼物に副成分の原料を添加して粉砕しながら混合を行った。粉砕は、仮焼物の平均粒径が約２μｍとなるまで行った。得られた混合物にバインダとしてＰＶＡ（ポリビニルアルコール）を加え、スプレードライヤーにて平均粒径１５０μｍ程度に顆粒化した後、成形し、下記のような焼成条件により焼成して外径３１ｍｍ、内径１９ｍｍ、高さ８ｍｍのトロイダル状のサンプルを得た。
【００３４】
なお、本発明では、上述の主成分原料（酸化鉄、酸化亜鉛、酸化マンガン）に限らず、２種以上の金属を含む複合酸化物の粉末を主成分原料としてもよい。このような複合酸化物の粉末は、通常、塩化物を酸化焙焼することにより製造することができる。例えば、塩化鉄、塩化マンガンおよび塩化亜鉛を含有する水溶液を酸化焙焼することにより、Ｆｅ，ＭｎおよびＺｎを含む複合酸化物の粉末が得られる。通常、この複合酸化物はスピネル相を含むものである。ただし、塩化亜鉛は蒸気圧が高く、組成ずれが生じやすい。そこで、塩化鉄および塩化マンガンを含む水溶液を用いてＦｅおよびＭｎを含む複合酸化物の粉末を製造し、この粉末と酸化亜鉛粉末または亜鉛フェライト粉末を混合して、主成分原料としてもよい。
【００３５】
焼成条件
(i)最高保持温度工程は１３００℃、５時間（Ｎ2-Ｏ2混合ガス中）とし、
(ii)１３００℃から１０００℃まで平衡酸素分圧のもと、５０℃／ｈｒの冷却速度とし、
(iii)１０００℃で窒素雰囲気に切り替えて１０００℃から６００℃まで、
３００℃／ｈｒの冷却速度とした。
【００３６】
なお、これらの各サンプルについて結晶粒界のＴＥＭ像観察を行ったところ、いずれのサンプルにおいても結晶粒界がアモルファス相から形成されていることが確認できた。
【００３７】
上記の各サンプルについて、下記の項目を評価した。
（１）電力損失（コアロス）Ｐcvの温度依存性
１００ｋＨｚ、２００ｍＴ（最大値）の正弦波交流磁界を印加し、２５℃、４０℃、６０℃、８０℃、１００℃、および１２０℃におけるコアロスをそれぞれ，岩崎通信機株式会社製の測定装置（ＳＹ−８２１６）を用いて測定した。また、その総合的判定が容易となるように、（ｉ）Ｐcvの平均値およびその平均値からの振れ幅を算出するとともに（表中のカッコ（）内の数値が平均値であり、それからの振れ幅を±で表示している）、(ii)コアロスの「最大値−最小値」の値も併記した。
【００３８】
これらの結果を下記表１および表２に示した。なお、表１は蛍光Ｘ線分析装置（株式会社島津製作所製：ＭＸＦ２１００）により得られたサンプル組成を示したものであり、対応するサンプルの実質的な特性評価は表２に示される。
【００３９】
【表１】
0004279995.tif 000002
【００４０】
【表２】
0004279995.tif 000003
【００４１】
【表３】
0004279995.tif 000004
【００４２】
【表４】
0004279995.tif 000005
【００４３】
【発明の効果】
上記の結果より本発明の効果は明らかである。すなわち、本発明は、主成分として酸化鉄をＦｅ2Ｏ3換算で５３．２〜５４．５モル％、酸化亜鉛をＺｎＯ換算で７．５〜１１．５モル％、残部として酸化マンガン（ＭｎＯ）を含むＭｎＺｎ系フェライトであって、この主成分に対して、酸化コバルトをＣｏ3Ｏ4換算で２５００〜４５００ｐｐｍ、酸化ケイ素をＳｉＯ2換算で６０〜１４０ｐｐｍ、酸化カルシウムをＣａＯ換算で３００〜７００ｐｐｍ含有させ、さらに酸化ニオブをＮｂ2Ｏ5換算で１００〜３５０ｐｐｍおよび／または酸化ジルコニウムをＺｒＯ2換算で５０〜４５０ｐｐｍ含有させ、結晶粒界がアモルファス相から形成されているので、電力損失の低減が図れることはもとより、広範囲の温度領域で低損失化が実現できるＭｎＺｎ系フェライトを提供することができる。