JP2844337B2

JP2844337B2 - 電源用トランス磁心

Info

Publication number: JP2844337B2
Application number: JP63049213A
Authority: JP
Inventors: 忠勝佐野; 篤人松川; 俊夫斎藤
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1988-03-02
Filing date: 1988-03-02
Publication date: 1999-01-06
Anticipated expiration: 2014-01-06
Also published as: JPH01224265A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本発明は、パワートランス等の磁心に関する。

＜従来の技術＞スイッチング電源用等に用いられるパワートランスの
磁心には、Mn−Zn系フェライトが利用されている。

ところで、近年、これらに用いられるパワートランス
は小型化が要求され、このため動作周波数が500kHz以上
の高周波領域となってきつつある。

しかし、このような周波数領域においては、従来のMn
−Zn系フェライトでは電力損失が甚大なものとなる。

そこで、本発明者等は、副成分としてTiO₂、Ta₂O₅、S
iO₂およびCaOを含有する超低損失フェライトを提案して
いる（特願昭61−205223号）。

＜発明が解決しようとする課題＞しかし、これらの副成分を含有する上記のフェライト
であっても電力損失の低減は充分ではなく、さらに低損
失のフェライトが要望されている。

本発明は、低損失の電源用トランス磁心を提供するこ
とを目的とする。

＜課題を解決するための手段＞このような目的は、下記の本発明によって達成され
る。

すなわち、本発明は、MnO、ZnOおよびFe₂O₃を主成分
とするフェライト焼結体から形成され、平均結晶粒径が５μｍ以下であり、結晶粒径が10μｍ
を超える結晶粒子の数が結晶粒子全体の３％以下であ
り、 80℃、1000kHz、50mTでの損失が410mW/cm³以下である動作周波数500kHz以上で使用される電源用トランス磁
心である。

また、上記フェライト焼結体は、TiO₂、Ta₂O₅、SiO₂
およびCaOから選ばれる少なくとも１種を副成分として
含有することが好ましい。

以下、本発明の具体的構成を、詳細に説明する。

本発明のフェライト焼結体はMnO、ZnOおよびFe₂O₃を
主成分とするMn−Zn系フェライトであり、その組成比に
特に制限はなく、上記のような平均結晶粒径および粒径
分布を有すれば本発明の効果は実現する。しかし、より
低損失のフェライト焼結体を得るためには、上記の副成
分を少なくとも１種、好ましくは全て含有することが好
ましい。

これらの副成分は、下記の範囲で含有されることが好
ましい。

500ppm≦TiO₂≦6000ppm 100ppm≦Ta₂O₅≦2000ppm 150ppm≦SiO₂≦270ppm 500ppm≦CaO≦2000ppm 副成分の含有量の限定理由は、以下のとおりである。

TiO₂が上記範囲未満となると、損失が増加する。ま
た、フェライト焼結体を電源用フェライトとして用いる
場合、発熱を伴なうが、TiO₂が上記範囲未満なると損失
の温度特性曲線が高温側にシフトしすぎ、実用的な温度
域において低損失なものが得られない。

TiO₂が上記範囲を超えると、損失は減少するが、損失
の温度特性の曲線が低温側にシフトし、発熱を伴なう電
源用フェライトとしては好ましくない。

Ta₂O₅が上記範囲を外れると、損失が増加する。

SiO₂が上記範囲未満となると、比抵抗が低下してＱが
悪化する。

SiO₂が上記範囲を超えると、損失が増加する他、透磁
率が減少してしまう。

なお、SiO₂は主成分の原料に不純物として100ppm程度
含まれている場合がある。

この場合、仮焼成後に添加するSiO₂量をその分だけ減
じ、焼結後に上記範囲のSiO₂が含有されるようにするこ
とが好ましい。

CaOが上記範囲未満であると、結晶粒界が薄くなり、
渦電流損が増加する。

CaOが上記範囲を超えると、損失が増加する。

なお、本発明のフェライト焼結体にCaOが含有される
場合、結晶粒子中のCaは、下記のような分布にて存在す
ることが好ましい。

すなわち、イオンミリングを行ないながらオージェ分
析を行なうか、あるいはイオンミリングを間欠的に行な
い各イオンミリング後にオージェ分析を行ないCa含有量
プロファイルを測定したとき、Ca含有量はピークに向け
て漸増あるいはピークから漸減するが、このときCa含有
量がピークに対し半減したときのピークからの距離が５
〜10Åであることが好ましい。なお、Ca含有量のピーク
は、結晶粒界と一致するものと考えられる。このような
Ca分布を有することにより、損失はなお一層低いものと
なる。

なお、主成分であるMnO、ZnOおよびFe₂O₃の含有量
は、 31.1モル％≦MnO≦43.8モル％ 4.0モル％≦ZnO≦13.5モル％ 52.2モル％≦Fe₂O₃≦55.4モル％であることが好ましい。

フェライト焼結体の組成は、化学分析あるいは蛍光Ｘ
線分析等により測定することができる。

本発明のフェライト焼結体は、平均結晶粒径が５μｍ
以下であり、結晶粒径が10μｍを超える結晶粒子の数が
結晶粒子全体の３％以下とされる。

平均結晶粒径が５μｍを超えると、損失が増大する。

結晶粒径が10μｍを超える結晶粒子の数が結晶粒子全
体の３％を超えても、損失が増大する。

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。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。

また、10μｍを超える結晶粒径を有する結晶粒子と
は、フェライト焼結体の断面に現われる結晶粒子の断面
の長径が10μｍを超えるものとする。

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、塩酸等によりエッチングし、これを500〜1000
倍程度の走査型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。

なお、さらに低損失のフェライト焼結体を得るために
は、上記の平均結晶粒径および結晶粒径分布の他、下記
のような結晶粒径分布を有することが好ましい。

すなわち、上記の測定法を用いたき、10μｍ以上の結
晶粒径を有する結晶粒子の面積が全体の面積に対し15％
以下であることが好ましく、また、最大結晶粒径が15μ
ｍを超えないことが好ましい。この場合の結晶粒径も、
上記と同様に結晶粒子の断面長径である。

このようなフェライト焼結体は、公知のフェライト焼
結法により得られるが、上記のような平均結晶粒径およ
び結晶粒径分布を容易に得るためには、以下に示す方法
により製造されることが好ましい。

まず、好ましくは特公昭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Mn₂O₃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。
粉砕後の平均一次粒子径は、0.8〜1.0μｍ程度であるこ
とが好ましい。

なお、上記の副成分を添加する場合、添加は混合粉砕
の前に行なうことが好ましい。

粉砕後の粉末を乾燥した後、成形する。

この成形体を焼結する。焼結温度は、焼結時の雰囲気
にもよるが、1150〜1250℃であることが好ましい。ま
た、焼結時の雰囲気は、酸素を1.0〜3.0％含む窒素雰囲
気であることが好ましい。焼結時間は、３〜４時間であ
ることが好ましい。また、焼結温度までの昇温速度は10
0〜200℃／時間、焼結温度からの降温速度は150〜200℃
／時間であることが好ましい。そして、降温時には、ス
ピネル相平衡を維持するように、温度降下に伴なって雰
囲気制御を行なうことが好ましい。

以上に説明した本発明のフェライト焼結体はスイッチ
ング電源用トランス磁心等に好適に用いられるが、特
に、動作周波数500〜1000kHz程度、磁束密度20〜100m
T、温度60〜120℃程度にて使用されるパワートランス用
磁心に用いる場合、低損失特性が効果的に実現する。

＜実施例＞以下、本発明の具体的実施例を挙げ、本発明をさらに
詳細に説明する。

［実施例１］噴霧焙焼によりFe₂O₃とMn₂O₃との混合粉末を製造し、
これにZnOと副成分としてTiO₂、Ta₂O₅、SiO₂およびCaO
を加え、ボールミルにより混合粉砕した。粉砕後の平均
一次粒子径は、0.85μｍであった。

粉砕後の粉末を乾燥した後、成形した。

この成形体を、酸素を2.0％含む窒素雰囲気で焼結温
度1200℃にて焼結した。焼結時間は、３時間とした。ま
た、焼結温度までの昇温速度は、空気中にて100℃／時
間、焼結温度からの降温速度は150℃／時間とした。

このようにして得られたフェライト焼結体の組成を蛍
光Ｘ線分析により分析した結果、MnO37モル％、ZnO9モ
ル％、Fe₂O₃54モル％、TiO₂3000ppm、Ta₂O₅600ppm、SiO
₂200ppm、CaO1200ppmであった。このものを、サンプルN
o.1とした。

なお、サンプルの形状は、外形20mm、内径10mm、高さ
5mmのトロイダル状とした。

次に、焼結条件を変えて、サンプルNo.1と同一の組成
で種々の平均結晶粒径および結晶粒径分布を有するフェ
ライト焼結体を作製した（サンプルNo.2〜７）。各サン
プルの焼結条件を、表１に示す。

サンプルNo.1およびサンプルNo.5のフェライト焼結体
を鏡面研磨後、塩酸によりエッチングし、研磨面を750
倍の走査型電子顕微鏡により撮影した写真を、それぞれ
第１図および第２図に示す。これらのサンプルおよび他
のサンプルの平均結晶粒径（ｄ）、10μｍを超える結晶
粒径をもつ結晶粒子の数の結晶粒子全体に占める割合
（N₁₀）、10μｍを超える結晶粒径をもつ結晶粒子の全
面積に対する面積比（S₁₀）および最大結晶粒径（15μ
ｍを超えている結晶粒子が存在する場合は○、存在しな
い場合は×で示す）を、表１に示す。

なお、平均結晶粒径および結晶粒径分布の算出は、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50μｍ×50
μｍ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。

また、N₁₀、S₁₀および最大結晶粒径算出には、結晶粒
子の長径を用いた。

S₁₀は、10μｍを超える結晶粒径を有する結晶粒子の
うち、結晶粒径が最大のもの最小のものとの平均値を算
出し、この値を直径とする円の面積を求め、この面積に
10μｍを超える結晶粒径を有する結晶粒子の総数を乗
じ、これらにより得られた面積の全面積に対する割合を
計算して求めた。

これらのサンプルについて、下記表１に示す周波数
（ｆ）および磁束密度（Ｂ）にて電力損失の測定を行な
った。なお、測定時のサンプルの温度は、80℃であっ
た。

結果を表１に示す。

［実施例２］組成が、MnO37モル％、ZnO10モル％、Fe₂O₃53モル％
であり、平均結晶粒径および結晶粒径分布が上記サンプ
ルNo.1〜７と同等のフェライト焼結体サンプルを、実施
例１に準じて作製した。

これらのサンプルについて実施例１と同様な測定を行
なったところ、平均結晶粒径および結晶粒径分布に依存
した電力損失特性がみられ、これは実施例１の各サンプ
ルにおける平均結晶粒径および結晶粒径分布に依存した
電力損失特性と同等のものであった。

［実施例３］実施例１にて得られたサンプルNo.1および５のフェラ
イト焼結体のCa含有量プロファイルを、イオンミリング
を行ないながらオージェ分析することにより測定した。

結果を第３図に示す。

なお、第３図において縦軸はCa含有量、横軸はCa含有
量のピークを示す位置からの距離を示す。

＜発明の効果＞本発明の電源用トランス磁心のフェライト焼結体は、
所定の平均結晶粒径および結晶粒径分布を有するため損
失が低いものである。

また、本発明の電源用トランス磁心のフェライト焼結
体が、所定の副成分を含有する場合、損失はなお一層低
いものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、フェライト焼結体の結晶粒子を
示す図面代用写真である。第３図は、フェライト焼結体のCa含有量プロファイルで
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者斎藤俊夫東京都中央区日本橋１丁目13番１号ティーディーケイ株式会社内 (56)参考文献特開昭58−84177（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−219903（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】MnO、ZnOおよびFe₂O₃を主成分とするフェ
ライト焼結体から形成され、平均結晶粒径が５μｍ以下であり、結晶粒径が10μｍを
超える結晶粒子の数が結晶粒子全体の３％以下であり、 80℃、1000kHz、50mTでの損失が410mW/cm³以下である動作周波数500kHz以上で使用される電源用トランス磁
心。
【請求項２】10μｍを超える結晶粒子の面積が全体の15
％以下である請求項１の電源用トランス磁心。
【請求項３】TiO₂、Ta₂O₅、SiO₂およびCaOから選ばれる
少なくとも１種を副成分として含有する請求項１または
２の電源用トランス磁心。