JP4299390B2 - マンガン系フェライト及びそれを使用したトランス並びにチョークコイル - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トランス及びチョーク用のコアに用いられるマンガン（マンガン系−亜鉛系を含む）系フェライトの特性改善及びそれを使用したトランス並びにチョークコイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記したトランス及びチョーク用のコアに用いられるマンガン系フェライトにおいては、直流重畳特性の向上、および漏洩磁束に因る発熱量低減のため、飽和磁束密度Ｂｓが大きく、初透磁率μｉが所定値（例えば１８００）以下であることが好ましい。
【０００３】
高い飽和磁束密度Ｂｓの実現を目的としたマンガン系フェライトとしては、特開昭６１−１０１４５８公報（従来技術１）に、組成が下記組成１または２で、高温・高周波領域において高飽和磁束密度と低電力損失を呈するマンガン系フェライトが開示されている。
【０００４】
組成１
主成分
Ｆｅ2Ｏ3：５２〜５８ｍｏｌ％
ＭｎＯ ：４２〜４８ｍｏｌ％
添加物
ＣａＯ ：０．０１〜０．２重量％
ＳｉＯ2 ：０．１重量％以下
【０００５】
組成２
主成分
Ｆｅ2Ｏ3：５２〜５８ｍｏｌ％
ＭｎＯ ：３５〜４８ｍｏｌ％
ＺｎＯ ：７ｍｏｌ％以下
添加物
ＣａＯ ：０．０１〜０．２重量％
ＳｉＯ2 ：０．１重量％以下
【０００６】
また、特開昭６３−１４４０６号公報（従来技術２）、組成が下記組成で、高温における飽和磁束密度が低温に比べて大きく低下することのない（変化率：７．７％〜１５．６％）マンガン−亜鉛系フェライトが開示されている。
【０００７】
組成
主成分
Ｆｅ2Ｏ3：５０〜６０ｍｏｌ％
ＺｎＯ ：０〜９ｍｏｌ％
ＭｎＯ ：残部
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記いずれの従来技術においても初透磁率が従来のトランス、チョーク用フェライトと同等もしくはそれ以下の所定値が得られていない。フェライトをトランス、チョークコイル用として使用する場合、発熱が重要な要素となるが、発熱の要素にはコア自体の発熱と銅損等による発熱の二つの因子がある。従来より、コア自体の発熱についてはさまざまな検討が行われ低損失化を図っているが、銅損を考慮した低損失化の検討はまだまだ不十分である。銅損による発熱は電流と巻線抵抗で決まるジュール熱の他、直流重畳特性を緩和するために設けられたギャップからの漏洩磁束に因るものがある。機能的には、最低限必要なＡＬ値に合わせることができる初透磁率があり、飽和磁束密度が大きければ、高い初透磁率は必要ない。一方、熱的な設計からはギャップをできるだけ小さくし、磁束の漏洩を抑えることが望ましい。漏洩した磁束はワイヤーや止め金具等導電性の物質と交差し、過電流を発生させる。電磁誘導加熱の系がコイルを中心にできることになる。よって初透磁率でギャップを小さくできることが重要である。発熱量が大きい場合、熱による部材の損傷の他チョークコイルにおいてはコアが温度上昇することにより飽和磁束密度が低下し直流重畳特性が劣化する。また、トランスにおいてはトランスとして最も重要な機能である効率が低下するという問題が生じる。
【０００９】
また、理論的には主成分中のＺｎＯが減少しＭｎＯが増加することにより飽和磁束密度Ｂｓ（１００℃）は高くなるが、上記いずれの従来技術においても主成分中のＺｎＯの含有量が低くなると（特に５mol%以下の主成分）、相対密度の低下が起こり、４４０mT以上の飽和磁束密度Ｂｓ（１００℃）、好ましくは４４５mT以上の飽和磁束密度Ｂｓ（１００℃）を得られていない。
【００１０】
そこで本発明は、４４０mT以上の飽和磁束密度Ｂｓ（１００℃）、好ましくは４４５mT以上の飽和磁束密度Ｂｓ（１００℃）と１８００以下の所望の低い初透磁率を兼ね備え、しかも主成分中のＺｎＯの含有量が５mol%以下の組成においても相対密度が低下せず高い飽和磁束密度Ｂｓ（１００℃）を維持することのできるマンガン系フェライト、およびそれを用いたトランス並びにチョークコイルを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記（１）〜（６）のいずれかの構成により達成される。（１） マンガン系フェライトにおいて、その主成分が下記のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４点を直線で結んだ
Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯおよびＺｎＯにそれぞれ換算しての酸化鉄、酸化マンガンおよび酸化亜鉛の三元系主成分範囲内にあり、
Ａ：Ｆｅ2Ｏ3＝５８．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ： ０ｍｏｌ％
Ｂ：Ｆｅ2Ｏ3＝５４．５ｍｏｌ％、ＺｎＯ：７．０ｍｏｌ％
Ｃ：Ｆｅ2Ｏ3＝５３．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ：５．０ｍｏｌ％
Ｄ：Ｆｅ2Ｏ3＝５３．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ： ０ｍｏｌ％
（いずれの点も残部ＭｎＯ）
かつ副成分として酸化珪素をＳｉＯ2に換算して３００ｐｐｍ以下および酸化カルシウムをＣａＯ換算で１６８０ｐｐｍ以下含有し、
さらに、不純物としてのＰが１００ｐｐｍ以下、およびＢが６０ｐｐｍ以下
であるマンガン系フェライト。
（２） 飽和磁束密度（１００℃）が４４０ｍＴ以上、かつ初透磁率が１８００以下５００以上である上記（１）のマンガン系フェライト。
（３） 飽和磁束密度Ｂｓ（１００℃）が４４５ｍＴ以上、かつ初透磁率が１８００以下５００以上である上記（２）のマンガン系フェライト。
（４） 添加物として下記の添加物を下記の範囲内で１種または２種以上が添加された上記（１）〜（３）のいずれかのマンガン系フェライト。
酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5換算） ：５０〜３００ ｐｐｍ
酸化バナジウム（Ｖ2Ｏ5換算）：１００〜１０００ｐｐｍ
酸化ビスマス（Ｂｉ2Ｏ3換算）：５０〜５００ ｐｐｍ
酸化モリブデン（ＭｏＯ） ：５０〜４００ ｐｐｍ
（５） 上記（１）〜（４）のいずれかに記載のマンガン系フェライトを使用したトランス。
（６） 上記（１）〜（４）のいずれかに記載のマンガン系フェライトを使用したチョークコイル。
【００１２】
【作用および効果】
本発明においては、マンガン系フェライトの主成分をキュリー温度が２８０℃以上の高い主成分範囲、かつ所定の副成分範囲に制御することによって、なおかつ焼結過程において異常粒成長を引き起こす原因となるＰ、Ｂを所定含有量以下に制御することによって、４４０ｍＴ以上の飽和磁束密度Ｂｓ（１００℃）かつ初透磁率が所定の低い値となるマンガン系フェライトを得ることができ、また同時に、主成分中のＺｎＯの含有量が０に近い主成分（特に５mol%以下）においても相対密度が低下せず高い飽和磁束密度Ｂｓ（１００℃）を維持すること出来た。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のマンガン系フェライトは、主成分として、図１に示した下記のＡ、Ｂ、ＣおよびＤの４点、好ましくはＡ、Ｅ、ＦおよびＧの４点、特に好ましくはＡ、Ｈ、ＩおよびＧの４点を直線で結んだＦｅ2Ｏ3、ＭｎＯおよびＺｎＯにそれぞれ換算しての酸化鉄、酸化マンガンおよび酸化亜鉛の三元系主成分範囲内にある。
【００１４】
Ａ：Ｆｅ2Ｏ3＝５８．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ： ０ｍｏｌ％
Ｂ：Ｆｅ2Ｏ3＝５４．５ｍｏｌ％、ＺｎＯ：７．０ｍｏｌ％
Ｃ：Ｆｅ2Ｏ3＝５３．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ：５．０ｍｏｌ％
Ｄ：Ｆｅ2Ｏ3＝５３．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ： ０ｍｏｌ％
Ｅ：Ｆｅ2Ｏ3＝５６．１ｍｏｌ％、ＺｎＯ：３．９ｍｏｌ％
Ｆ：Ｆｅ2Ｏ3＝５４．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ：３．９ｍｏｌ％
Ｇ：Ｆｅ2Ｏ3＝５４．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ： ０ｍｏｌ％
Ｈ：Ｆｅ2Ｏ3＝５７．１ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１．９ｍｏｌ％
Ｉ：Ｆｅ2Ｏ3＝５４．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１．９ｍｏｌ％
（いずれの点も残部ＭｎＯ）
【００１５】
主成分の組成が、上記点Ａと点Ｂを結ぶ線分から外れるとμｉを所定の低い値に制御することができない。
【００１６】
上記点Ｂと点Ｃを結ぶ線分から外れると、μｉを所定の低い値に制御することができず、かつ、飽和磁束密度Ｂｓの温度特性が低下し、高い飽和磁束密度Ｂｓ（１００℃）が得られない。そして、上記点Ｃと点Ｄを結ぶ線分から外れると高い飽和磁束密度Ｂｓ（１００℃）が得られない。
【００１７】
本発明のマンガン系フェライトには、副成分として、酸化珪素をＳｉＯ2に換算して３００ｐｐｍ以下、好ましくは２００ｐｐｍ以下、および酸化カルシウムをＣａＯに換算して１６８０ｐｐｍ以下、好ましくは１０００ｐｐｍ以下含有する。ＳｉＯ2の量が３００ｐｐｍを越えると、焼結過程における異常粒成長を抑えることが困難となり、高い相対密度が得られず、結果として飽和磁束密度が得られない。ＣａＯが１６８０ｐｐｍを越えると、飽和磁束密度が低下する。
【００１８】
そして、本発明のマンガン系フェライトでは、不純物としてのＰの含有量が、１００ｐｐｍ以下、好ましくは３〜６０ｐｐｍ、かつＢの含有量が６０ｐｐｍ以下、好ましくは２〜３０ｐｐｍに規定されている。Ｐの含有量が１００ｐｐｍを越えると、焼結過程において異常粒成長が生じ飽和磁束密度が得られない。
【００１９】
Ｂの含有量が６０ｐｐｍを越えると、Ｐ同様に焼結過程において異常粒成長が生じ、飽和磁束密度が得られない。
【００２０】
なお、ＰとＢの含有量の調整は、これらの２成分の含有量の少ない主成分原材料を選定し、コンタミ量を考慮して補正するか、必要によっては、脱燐、脱硼素工程をかけた原材料を用いて行うことが好ましい。
【００２１】
さらに、本発明のマンガン系フェライトには、添加物として下記酸化物を下記の範囲の量内で１種または２種以上が添加されていることが好ましい。
Ｎｂ2Ｏ5 ５０〜３００ｐｐｍ
Ｖ2Ｏ5 １００〜１０００ｐｐｍ
Ｂｉ2Ｏ3 ５０〜５００ｐｐｍ
ＭｏＯ ５０〜４００ｐｐｍ
本発明のマンガン系フェライトに、これらの酸化物を上記の範囲内で添加すると、飽和磁束密度Ｂｓが向上する。
【００２２】
本発明のマンガン系フェライトにおいては、添加物としてその他、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｓｕ、Ｍｇ、Ｔａ、Ｃｏ等を含有してもよい。その他の添加物の含有量は、全体で、０．０１〜２wt％程度であることが好ましい。
【００２３】
次に、本発明のマンガン系フェライトの製造方法について説明する。
まず、特公昭４７−１１５５０号公報等に記載されている噴霧焙焼により製造されたＦｅ2Ｏ3とＭｎ3Ｏ4との混合粉末にＺｎＯを加え、ボールミル等により混合粉砕する。また、通常の粉末冶金法に従い、Ｆｅ2Ｏ3、Ｍｎ3Ｏ4、ＺｎＯをボールミル等で混合し、仮焼し、ボールミル等で粉砕してもよい。粉砕後の平均一次粒子径は、１．０〜２．５μｍ程度であることが好ましい。
【００２４】
なお、ＣａＣＯ3他上記の副成分および添加物を添加する場合、添加は粉砕の前に行なうことが好ましい。
【００２５】
粉砕後の粉末を乾燥した後、所定の形状に成形する。
【００２６】
この成形体を所定の酸素濃度の雰囲気中で焼結する。焼結温度すなわち高温保持温度は、焼結時の雰囲気にもよるが、１３００〜１４５０℃であることが好ましい。
【００２７】
焼結時間すなわち高温保持時間は、１〜３時間であることが好ましい。焼結温度までの昇温速度は１００〜３００℃／時間であることが好ましい。また、焼結温度からの降温すなわち冷却は、２００℃／時間以下であることが好ましい。
【００２８】
以上により本発明のマンガン系フェライトを製造することができ、この製造されたマンガン系フェライトは、飽和磁束密度Ｂｓを１５Oeの印加磁界下（１００℃）で４４０ｍＴ以上、好ましくは４４５ｍＴ以上、初透磁率μｉを１００ｋＨｚで１８００以下を達成できる。現在のところ、飽和磁束密度Ｂｓの上限は４６０ｍＴ程度であり、初透磁率μｉの下限は５００程度である。初透磁率の下限は５００以下も可能であるが、最低限必要なＡＬ値を得るために５００程度とした。
【００２９】
本発明のマンガン系フェライトの相対密度は、９６％以上であることが好ましく、現在のところその上限値は９８％程度である。本発明のマンガン系フェライトでは、特にＭｎＯの含有量が０に近い領域においても相対密度が低下せず、高飽和磁束密度Ｂｓが維持できるという特徴がある。
【００３０】
また、本発明のマンガン系フェライトは、平均結晶粒径が１０〜１００μｍであることが好ましい。平均結晶粒径が大きすぎると所定の低い初透磁率に制御することが困難となり、小さすぎると高い飽和磁束密度を得ることが困難となる。
【００３１】
この場合の平均結晶粒径は、以下のように規定する。
まず、フェライト焼結体の断面に現われる結晶粒子の断面積の平均、すなわち、結晶粒子１個あたりの断面積を求める。
【００３２】
次に、この断面積と同じ面積の大円を与える球の直径を求める。本発明では、この値を平均結晶粒径とする。
【００３３】
このような測定は、例えば、フェライト焼結体を鏡面研磨後、フッ酸等によりエッチングし、これを５００〜１０００倍程度の金属電子顕微鏡により撮影して得られた写真を用い、少なくとも面積が２５００μｍ2 以上の範囲について測定することにより行なえばよい。
【００３４】
本発明のマンガン系フェライトを用いてコアを作成する場合、その形状は、つぼ型、トロイダル形状、ＥＩ、ＥＥ、ＥＥＲ等とすることができる。このようなコアは、コイルが巻かれてトランスあるいはチョークコイルとされる。
【００３５】
本発明のマンガン系フェライトで形成されたコアを用いたトランスは、従来のものに比べて直流重畳特性が向上する。
【００３６】
【実施例】
表１および表２の主成分、副成分、不純物、添加物量となるように各成分を秤量、混合、仮焼、粉砕後、バインダーを加え顆粒とし、トロイダル状のサンプルを成形した。そのサンプルを、３００℃／時間で昇温し、１３８０℃で６時間安定した。その後２００℃／時間で室温まで冷却した。安定から室温までの雰囲気はフェライトの平衡酸素分圧に従い設定した。なお、ＰとＢの制御は、主成分原料を選定して行うか、主成分原料のブレンドによって行った。なお、最終組成を蛍光Ｘ線により測定したところ、原料組成とほぼ対応するものであった。また、各サンプルは、外径３１ｍｍ、内径１９ｍｍ、高さ８ｍｍのトロイダル状とした。
【００３７】
それらのサンプルの１００ｋＨｚでの初透磁率μｉ、１５Oeの印加磁界下での飽和磁束密度Ｂｓ（１００℃）および相対密度をそれぞれ測定した。なお、相対密度は、アルキメデス法でコアの焼結密度を測定し、その値をその主成分の理論密度で割った値をパーセント表示したものである。その結果は表１および表２の通りである。
【００３８】
【表１】
【００３９】
【表２】
【００４０】
実施例１〜２５に示すように主成分が図１のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄで結ばれる領域内にあり、かつ副成分、不純物が所定の範囲内に存在するものは飽和磁束密度Ｂｓ（１００℃）が４４０ｍＴ以上の値で、かつ初透磁率が１８００以下５００以上の所定値に制御されている。しかし、主成分におけるＦｅ2Ｏ3成分が図１のＡ，Ｂを結ぶ線より多い領域においては比較例１、４に示すように初透磁率が１８００以下の所定値に制御することができない。また、主成分におけるＺｎＯ成分が図１のＢ，Ｃを結ぶ線より多い領域（キュリー温度が２８０℃より低くなる組成）においては比較例９に示すように相対密度が高い焼結体においても飽和磁束密度Ｂｓ（１００℃）が４４０ｍＴ以上の値が得られず、Ｆｅ2Ｏ3成分がＣ、Ｄを結ぶ線より少ない領域においても比較例３に示すように飽和磁束密度Ｂｓ（１００℃）が４４０ｍＴ以上の値が得られない。また、比較例２、５、６、７、８、１０、１１のように主成分が図１のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄで結ばれる領域内にあるものでも、副成分、不純物の含有量がいずれか１つでも所定の範囲を超えるマンガン系フェライトについては十分な相対密度が得られず、４４０ｍＴ以上の飽和磁束密度Ｂｓ（１００℃）が得られない。
【００４１】
また、実施例９〜２５に示すように主成分、副成分、不純物が所定の範囲内にあるマンガン系フェライトにおいて、Ｎｂ2Ｏ5、Ｖ2Ｏ5、Ｂｉ2Ｏ3、ＭｏＯ3を所定の範囲で添加したものは、そうでないもの（実施例１〜８）と比べ相対密度のより高い焼結体が得られ、４４５ｍＴ以上の飽和磁束密度Ｂｓ（１００℃）が得られる。更にまた、本発明においては、実施例１０、１１、１２から分かるように、ＺｎＯの含有量が０に近い領域であっても高飽和磁束密度Ｂｓが維持できる。
【００４２】
また、実施例のサンプルのフェライト焼結体を鏡面研磨後、フッ酸によりエッチングし、研磨面を５００倍の光学顕微鏡により撮影した写真に基づきこれらのサンプルの平均結晶粒径ｄを調べた。
【００４３】
なお、平均結晶粒径ｄの算出は、下記のようにして行なった。
まず、上記のようにして得られた写真上に２００μｍ×２００μｍの正方形の区画をとり、この区画中に存在する結晶粒子の数を算定した。ただし、区画の境界に存在する結晶粒子は、１／２個として数えた。この数をｎとし、下記式により平均結晶粒径ｄを算出した。
【００４４】
【数１】
【００４５】
その結果、実施例のサンプルでは、ｄ＝１０〜１００μmの範囲内であった。また、実施例３と比較例９を用い同形状のトランスを作製し、直流重量特性を調べた。トランスは、ＥＥＲ４０形状とした。その結果を図２に示す。図２のように本発明においては１００℃での直流重量特性が、１２％改善できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマンガン系フェライトの主成分範囲を示す図である。
【図２】実施例３と比較例９をトランスにした場合の１００℃における直流重量特性を示す特性図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、トランス及びチョーク用のコアに用いられるマンガン（マンガン系−亜鉛系を含む）系フェライトの特性改善及びそれを使用したトランス並びにチョークコイルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記したトランス及びチョーク用のコアに用いられるマンガン系フェライトにおいては、直流重畳特性の向上、および漏洩磁束に因る発熱量低減のため、飽和磁束密度Ｂｓが大きく、初透磁率μｉが所定値（例えば１８００）以下であることが好ましい。
【０００３】
高い飽和磁束密度Ｂｓの実現を目的としたマンガン系フェライトとしては、特開昭６１−１０１４５８公報（従来技術１）に、組成が下記組成１または２で、高温・高周波領域において高飽和磁束密度と低電力損失を呈するマンガン系フェライトが開示されている。
【０００４】
組成１
主成分
Ｆｅ2Ｏ3：５２〜５８ｍｏｌ％
ＭｎＯ ：４２〜４８ｍｏｌ％
添加物
ＣａＯ ：０．０１〜０．２重量％
ＳｉＯ2 ：０．１重量％以下
【０００５】
組成２
主成分
Ｆｅ2Ｏ3：５２〜５８ｍｏｌ％
ＭｎＯ ：３５〜４８ｍｏｌ％
ＺｎＯ ：７ｍｏｌ％以下
添加物
ＣａＯ ：０．０１〜０．２重量％
ＳｉＯ2 ：０．１重量％以下
【０００６】
また、特開昭６３−１４４０６号公報（従来技術２）、組成が下記組成で、高温における飽和磁束密度が低温に比べて大きく低下することのない（変化率：７．７％〜１５．６％）マンガン−亜鉛系フェライトが開示されている。
【０００７】
組成
主成分
Ｆｅ2Ｏ3：５０〜６０ｍｏｌ％
ＺｎＯ ：０〜９ｍｏｌ％
ＭｎＯ ：残部
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記いずれの従来技術においても初透磁率が従来のトランス、チョーク用フェライトと同等もしくはそれ以下の所定値が得られていない。フェライトをトランス、チョークコイル用として使用する場合、発熱が重要な要素となるが、発熱の要素にはコア自体の発熱と銅損等による発熱の二つの因子がある。従来より、コア自体の発熱についてはさまざまな検討が行われ低損失化を図っているが、銅損を考慮した低損失化の検討はまだまだ不十分である。銅損による発熱は電流と巻線抵抗で決まるジュール熱の他、直流重畳特性を緩和するために設けられたギャップからの漏洩磁束に因るものがある。機能的には、最低限必要なＡＬ値に合わせることができる初透磁率があり、飽和磁束密度が大きければ、高い初透磁率は必要ない。一方、熱的な設計からはギャップをできるだけ小さくし、磁束の漏洩を抑えることが望ましい。漏洩した磁束はワイヤーや止め金具等導電性の物質と交差し、過電流を発生させる。電磁誘導加熱の系がコイルを中心にできることになる。よって初透磁率でギャップを小さくできることが重要である。発熱量が大きい場合、熱による部材の損傷の他チョークコイルにおいてはコアが温度上昇することにより飽和磁束密度が低下し直流重畳特性が劣化する。また、トランスにおいてはトランスとして最も重要な機能である効率が低下するという問題が生じる。
【０００９】
また、理論的には主成分中のＺｎＯが減少しＭｎＯが増加することにより飽和磁束密度Ｂｓ（１００℃）は高くなるが、上記いずれの従来技術においても主成分中のＺｎＯの含有量が低くなると（特に５mol%以下の主成分）、相対密度の低下が起こり、４４０mT以上の飽和磁束密度Ｂｓ（１００℃）、好ましくは４４５mT以上の飽和磁束密度Ｂｓ（１００℃）を得られていない。
【００１０】
そこで本発明は、４４０mT以上の飽和磁束密度Ｂｓ（１００℃）、好ましくは４４５mT以上の飽和磁束密度Ｂｓ（１００℃）と１８００以下の所望の低い初透磁率を兼ね備え、しかも主成分中のＺｎＯの含有量が５mol%以下の組成においても相対密度が低下せず高い飽和磁束密度Ｂｓ（１００℃）を維持することのできるマンガン系フェライト、およびそれを用いたトランス並びにチョークコイルを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記（１）〜（６）のいずれかの構成により達成される。（１） マンガン系フェライトにおいて、その主成分が下記のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４点を直線で結んだ
Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯおよびＺｎＯにそれぞれ換算しての酸化鉄、酸化マンガンおよび酸化亜鉛の三元系主成分範囲内にあり、
Ａ：Ｆｅ2Ｏ3＝５８．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ： ０ｍｏｌ％
Ｂ：Ｆｅ2Ｏ3＝５４．５ｍｏｌ％、ＺｎＯ：７．０ｍｏｌ％
Ｃ：Ｆｅ2Ｏ3＝５３．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ：５．０ｍｏｌ％
Ｄ：Ｆｅ2Ｏ3＝５３．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ： ０ｍｏｌ％
（いずれの点も残部ＭｎＯ）
かつ副成分として酸化珪素をＳｉＯ2に換算して３００ｐｐｍ以下および酸化カルシウムをＣａＯ換算で１６８０ｐｐｍ以下含有し、
さらに、不純物としてのＰが１００ｐｐｍ以下、およびＢが６０ｐｐｍ以下
であるマンガン系フェライト。
（２） 飽和磁束密度（１００℃）が４４０ｍＴ以上、かつ初透磁率が１８００以下５００以上である上記（１）のマンガン系フェライト。
（３） 飽和磁束密度Ｂｓ（１００℃）が４４５ｍＴ以上、かつ初透磁率が１８００以下５００以上である上記（２）のマンガン系フェライト。
（４） 添加物として下記の添加物を下記の範囲内で１種または２種以上が添加された上記（１）〜（３）のいずれかのマンガン系フェライト。
酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5換算） ：５０〜３００ ｐｐｍ
酸化バナジウム（Ｖ2Ｏ5換算）：１００〜１０００ｐｐｍ
酸化ビスマス（Ｂｉ2Ｏ3換算）：５０〜５００ ｐｐｍ
酸化モリブデン（ＭｏＯ） ：５０〜４００ ｐｐｍ
（５） 上記（１）〜（４）のいずれかに記載のマンガン系フェライトを使用したトランス。
（６） 上記（１）〜（４）のいずれかに記載のマンガン系フェライトを使用したチョークコイル。
【００１２】
【作用および効果】
本発明においては、マンガン系フェライトの主成分をキュリー温度が２８０℃以上の高い主成分範囲、かつ所定の副成分範囲に制御することによって、なおかつ焼結過程において異常粒成長を引き起こす原因となるＰ、Ｂを所定含有量以下に制御することによって、４４０ｍＴ以上の飽和磁束密度Ｂｓ（１００℃）かつ初透磁率が所定の低い値となるマンガン系フェライトを得ることができ、また同時に、主成分中のＺｎＯの含有量が０に近い主成分（特に５mol%以下）においても相対密度が低下せず高い飽和磁束密度Ｂｓ（１００℃）を維持すること出来た。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明のマンガン系フェライトは、主成分として、図１に示した下記のＡ、Ｂ、ＣおよびＤの４点、好ましくはＡ、Ｅ、ＦおよびＧの４点、特に好ましくはＡ、Ｈ、ＩおよびＧの４点を直線で結んだＦｅ2Ｏ3、ＭｎＯおよびＺｎＯにそれぞれ換算しての酸化鉄、酸化マンガンおよび酸化亜鉛の三元系主成分範囲内にある。
【００１４】
Ａ：Ｆｅ2Ｏ3＝５８．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ： ０ｍｏｌ％
Ｂ：Ｆｅ2Ｏ3＝５４．５ｍｏｌ％、ＺｎＯ：７．０ｍｏｌ％
Ｃ：Ｆｅ2Ｏ3＝５３．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ：５．０ｍｏｌ％
Ｄ：Ｆｅ2Ｏ3＝５３．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ： ０ｍｏｌ％
Ｅ：Ｆｅ2Ｏ3＝５６．１ｍｏｌ％、ＺｎＯ：３．９ｍｏｌ％
Ｆ：Ｆｅ2Ｏ3＝５４．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ：３．９ｍｏｌ％
Ｇ：Ｆｅ2Ｏ3＝５４．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ： ０ｍｏｌ％
Ｈ：Ｆｅ2Ｏ3＝５７．１ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１．９ｍｏｌ％
Ｉ：Ｆｅ2Ｏ3＝５４．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１．９ｍｏｌ％
（いずれの点も残部ＭｎＯ）
【００１５】
主成分の組成が、上記点Ａと点Ｂを結ぶ線分から外れるとμｉを所定の低い値に制御することができない。
【００１６】
上記点Ｂと点Ｃを結ぶ線分から外れると、μｉを所定の低い値に制御することができず、かつ、飽和磁束密度Ｂｓの温度特性が低下し、高い飽和磁束密度Ｂｓ（１００℃）が得られない。そして、上記点Ｃと点Ｄを結ぶ線分から外れると高い飽和磁束密度Ｂｓ（１００℃）が得られない。
【００１７】
本発明のマンガン系フェライトには、副成分として、酸化珪素をＳｉＯ2に換算して３００ｐｐｍ以下、好ましくは２００ｐｐｍ以下、および酸化カルシウムをＣａＯに換算して１６８０ｐｐｍ以下、好ましくは１０００ｐｐｍ以下含有する。ＳｉＯ2の量が３００ｐｐｍを越えると、焼結過程における異常粒成長を抑えることが困難となり、高い相対密度が得られず、結果として飽和磁束密度が得られない。ＣａＯが１６８０ｐｐｍを越えると、飽和磁束密度が低下する。
【００１８】
そして、本発明のマンガン系フェライトでは、不純物としてのＰの含有量が、１００ｐｐｍ以下、好ましくは３〜６０ｐｐｍ、かつＢの含有量が６０ｐｐｍ以下、好ましくは２〜３０ｐｐｍに規定されている。Ｐの含有量が１００ｐｐｍを越えると、焼結過程において異常粒成長が生じ飽和磁束密度が得られない。
【００１９】
Ｂの含有量が６０ｐｐｍを越えると、Ｐ同様に焼結過程において異常粒成長が生じ、飽和磁束密度が得られない。
【００２０】
なお、ＰとＢの含有量の調整は、これらの２成分の含有量の少ない主成分原材料を選定し、コンタミ量を考慮して補正するか、必要によっては、脱燐、脱硼素工程をかけた原材料を用いて行うことが好ましい。
【００２１】
さらに、本発明のマンガン系フェライトには、添加物として下記酸化物を下記の範囲の量内で１種または２種以上が添加されていることが好ましい。
Ｎｂ2Ｏ5 ５０〜３００ｐｐｍ
Ｖ2Ｏ5 １００〜１０００ｐｐｍ
Ｂｉ2Ｏ3 ５０〜５００ｐｐｍ
ＭｏＯ ５０〜４００ｐｐｍ
本発明のマンガン系フェライトに、これらの酸化物を上記の範囲内で添加すると、飽和磁束密度Ｂｓが向上する。
【００２２】
本発明のマンガン系フェライトにおいては、添加物としてその他、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｓｕ、Ｍｇ、Ｔａ、Ｃｏ等を含有してもよい。その他の添加物の含有量は、全体で、０．０１〜２wt％程度であることが好ましい。
【００２３】
次に、本発明のマンガン系フェライトの製造方法について説明する。
まず、特公昭４７−１１５５０号公報等に記載されている噴霧焙焼により製造されたＦｅ2Ｏ3とＭｎ3Ｏ4との混合粉末にＺｎＯを加え、ボールミル等により混合粉砕する。また、通常の粉末冶金法に従い、Ｆｅ2Ｏ3、Ｍｎ3Ｏ4、ＺｎＯをボールミル等で混合し、仮焼し、ボールミル等で粉砕してもよい。粉砕後の平均一次粒子径は、１．０〜２．５μｍ程度であることが好ましい。
【００２４】
なお、ＣａＣＯ3他上記の副成分および添加物を添加する場合、添加は粉砕の前に行なうことが好ましい。
【００２５】
粉砕後の粉末を乾燥した後、所定の形状に成形する。
【００２６】
この成形体を所定の酸素濃度の雰囲気中で焼結する。焼結温度すなわち高温保持温度は、焼結時の雰囲気にもよるが、１３００〜１４５０℃であることが好ましい。
【００２７】
焼結時間すなわち高温保持時間は、１〜３時間であることが好ましい。焼結温度までの昇温速度は１００〜３００℃／時間であることが好ましい。また、焼結温度からの降温すなわち冷却は、２００℃／時間以下であることが好ましい。
【００２８】
以上により本発明のマンガン系フェライトを製造することができ、この製造されたマンガン系フェライトは、飽和磁束密度Ｂｓを１５Oeの印加磁界下（１００℃）で４４０ｍＴ以上、好ましくは４４５ｍＴ以上、初透磁率μｉを１００ｋＨｚで１８００以下を達成できる。現在のところ、飽和磁束密度Ｂｓの上限は４６０ｍＴ程度であり、初透磁率μｉの下限は５００程度である。初透磁率の下限は５００以下も可能であるが、最低限必要なＡＬ値を得るために５００程度とした。
【００２９】
本発明のマンガン系フェライトの相対密度は、９６％以上であることが好ましく、現在のところその上限値は９８％程度である。本発明のマンガン系フェライトでは、特にＭｎＯの含有量が０に近い領域においても相対密度が低下せず、高飽和磁束密度Ｂｓが維持できるという特徴がある。
【００３０】
また、本発明のマンガン系フェライトは、平均結晶粒径が１０〜１００μｍであることが好ましい。平均結晶粒径が大きすぎると所定の低い初透磁率に制御することが困難となり、小さすぎると高い飽和磁束密度を得ることが困難となる。
【００３１】
この場合の平均結晶粒径は、以下のように規定する。
まず、フェライト焼結体の断面に現われる結晶粒子の断面積の平均、すなわち、結晶粒子１個あたりの断面積を求める。
【００３２】
次に、この断面積と同じ面積の大円を与える球の直径を求める。本発明では、この値を平均結晶粒径とする。
【００３３】
このような測定は、例えば、フェライト焼結体を鏡面研磨後、フッ酸等によりエッチングし、これを５００〜１０００倍程度の金属電子顕微鏡により撮影して得られた写真を用い、少なくとも面積が２５００μｍ2 以上の範囲について測定することにより行なえばよい。
【００３４】
本発明のマンガン系フェライトを用いてコアを作成する場合、その形状は、つぼ型、トロイダル形状、ＥＩ、ＥＥ、ＥＥＲ等とすることができる。このようなコアは、コイルが巻かれてトランスあるいはチョークコイルとされる。
【００３５】
本発明のマンガン系フェライトで形成されたコアを用いたトランスは、従来のものに比べて直流重畳特性が向上する。
【００３６】
【実施例】
表１および表２の主成分、副成分、不純物、添加物量となるように各成分を秤量、混合、仮焼、粉砕後、バインダーを加え顆粒とし、トロイダル状のサンプルを成形した。そのサンプルを、３００℃／時間で昇温し、１３８０℃で６時間安定した。その後２００℃／時間で室温まで冷却した。安定から室温までの雰囲気はフェライトの平衡酸素分圧に従い設定した。なお、ＰとＢの制御は、主成分原料を選定して行うか、主成分原料のブレンドによって行った。なお、最終組成を蛍光Ｘ線により測定したところ、原料組成とほぼ対応するものであった。また、各サンプルは、外径３１ｍｍ、内径１９ｍｍ、高さ８ｍｍのトロイダル状とした。
【００３７】
それらのサンプルの１００ｋＨｚでの初透磁率μｉ、１５Oeの印加磁界下での飽和磁束密度Ｂｓ（１００℃）および相対密度をそれぞれ測定した。なお、相対密度は、アルキメデス法でコアの焼結密度を測定し、その値をその主成分の理論密度で割った値をパーセント表示したものである。その結果は表１および表２の通りである。
【００３８】
【表１】
【表２】
実施例１〜２５に示すように主成分が図１のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄで結ばれる領域内にあり、かつ副成分、不純物が所定の範囲内に存在するものは飽和磁束密度Ｂｓ（１００℃）が４４０ｍＴ以上の値で、かつ初透磁率が１８００以下５００以上の所定値に制御されている。しかし、主成分におけるＦｅ2Ｏ3成分が図１のＡ，Ｂを結ぶ線より多い領域においては比較例１、４に示すように初透磁率が１８００以下の所定値に制御することができない。また、主成分におけるＺｎＯ成分が図１のＢ，Ｃを結ぶ線より多い領域（キュリー温度が２８０℃より低くなる組成）においては比較例９に示すように相対密度が高い焼結体においても飽和磁束密度Ｂｓ（１００℃）が４４０ｍＴ以上の値が得られず、Ｆｅ2Ｏ3成分がＣ、Ｄを結ぶ線より少ない領域においても比較例３に示すように飽和磁束密度Ｂｓ（１００℃）が４４０ｍＴ以上の値が得られない。また、比較例２、５、６、７、８、１０、１１のように主成分が図１のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄで結ばれる領域内にあるものでも、副成分、不純物の含有量がいずれか１つでも所定の範囲を超えるマンガン系フェライトについては十分な相対密度が得られず、４４０ｍＴ以上の飽和磁束密度Ｂｓ（１００℃）が得られない。
【００４１】
また、実施例９〜２５に示すように主成分、副成分、不純物が所定の範囲内にあるマンガン系フェライトにおいて、Ｎｂ2Ｏ5、Ｖ2Ｏ5、Ｂｉ2Ｏ3、ＭｏＯ3を所定の範囲で添加したものは、そうでないもの（実施例１〜８）と比べ相対密度のより高い焼結体が得られ、４４５ｍＴ以上の飽和磁束密度Ｂｓ（１００℃）が得られる。更にまた、本発明においては、実施例１０、１１、１２から分かるように、ＺｎＯの含有量が０に近い領域であっても高飽和磁束密度Ｂｓが維持できる。
【００４２】
また、実施例のサンプルのフェライト焼結体を鏡面研磨後、フッ酸によりエッチングし、研磨面を５００倍の光学顕微鏡により撮影した写真に基づきこれらのサンプルの平均結晶粒径ｄを調べた。
【００４３】
なお、平均結晶粒径ｄの算出は、下記のようにして行なった。
まず、上記のようにして得られた写真上に２００μｍ×２００μｍの正方形の区画をとり、この区画中に存在する結晶粒子の数を算定した。ただし、区画の境界に存在する結晶粒子は、１／２個として数えた。この数をｎとし、下記式により平均結晶粒径ｄを算出した。
【００４４】
【数１】
その結果、実施例のサンプルでは、ｄ＝１０〜１００μmの範囲内であった。また、実施例３と比較例９を用い同形状のトランスを作製し、直流重量特性を調べた。トランスは、ＥＥＲ４０形状とした。その結果を図２に示す。図２のように本発明においては１００℃での直流重量特性が、１２％改善できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマンガン系フェライトの主成分範囲を示す図である。
【図２】実施例３と比較例９をトランスにした場合の１００℃における直流重量特性を示す特性図である。
Claims (6)
- マンガン系フェライトにおいて、その主成分が下記のＡ，Ｅ，Ｆ，Ｇの４点を直線で結んだ
Ｆｅ2Ｏ3、ＭｎＯおよびＺｎＯにそれぞれ換算しての酸化鉄、酸化マンガンおよび酸化亜鉛の三元系主成分範囲内にあり、
Ａ：Ｆｅ2Ｏ3＝５８．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ： ０ｍｏｌ％
Ｅ：Ｆｅ 2 Ｏ 3 ＝５６．１ｍｏｌ％、ＺｎＯ：３．９ｍｏｌ％
Ｆ：Ｆｅ 2 Ｏ 3 ＝５４．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ：３．９ｍｏｌ％
Ｇ：Ｆｅ 2 Ｏ 3 ＝５４．０ｍｏｌ％、ＺｎＯ： ０ｍｏｌ％
（いずれの点も残部ＭｎＯ）
かつ副成分として酸化珪素をＳｉＯ2に換算して３００ｐｐｍ以下および酸化カルシウムをＣａＯ換算で１６８０ｐｐｍ以下含有し、
さらに、不純物としてのＰが１００ｐｐｍ以下、およびＢが６０ｐｐｍ以下であり、
飽和磁束密度（１００℃）が４４０ｍＴ以上、かつ初透磁率が１８００以下５００以上であるマンガン系フェライト。 - 飽和磁束密度Ｂｓ（１００℃）が４４５ｍＴ以上、かつ初透磁率が１８００以下５００以上である請求項１に記載のマンガン系フェライト。
- 添加物として下記の添加物を下記の範囲内で１種または２種以上が添加された請求項１または２に記載のマンガン系フェライト。
酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5換算） ：５０〜３００ ｐｐｍ
酸化バナジウム（Ｖ2Ｏ5換算）：１００〜１０００ｐｐｍ
酸化ビスマス（Ｂｉ2Ｏ3換算）：５０〜５００ ｐｐｍ
酸化モリブデン（ＭｏＯ） ：５０〜４００ ｐｐｍ - 請求項１〜３のいずれかに記載のマンガン系フェライトを使用したトランス。
- 請求項１〜３のいずれかに記載のマンガン系フェライトを使用したチョークコイル。
- 主成分原料であるＦｅ ２ Ｏ ３ 、Ｍｎ ３ Ｏ ４ およびＺｎＯを含む混合粉末を成形し、
得られた成形体を１３００〜１４５０℃にて焼結する工程を含む請求項１に記載のマンガン系フェライトの製造方法。
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