JPS6359242B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高温度域（例えば150℃以上）で使用
するフエライト磁心に関するものであり、具体的
な目的実例としては螢光放電灯の光源用に用いる
低電力損失のフエライトに係るものである。

さらに本発明は、磁束密度が500ガウス以上の
如き高磁湯に於て使用され、かつ従来の酸化物磁
性材料では問題にされなかつたような高温度域
（例えば150℃以上）における電力損失を改良せし
め、尚かつ高温度域に生ずる磁気的不安定性を合
せて改良せしめた、いわゆる高温度域用低電力損
失高安定度のフエライトを目的としたものであ
る。

従来の酸化物磁性材料（以下フエライトと称
す）に要求された代表的な性質は以下の３点に要
約される。

即ち、 (1) 高透磁率性 (2) 低損失性 (3) 高い磁気的安定性 である。

従来のフエライトは、その素材が対象とする周
波数帯域において上記３項目の性質をいかに優れ
たものにするかに改善の主眼がおかれて来た。

しかしながら、従来のフエライトが実用される
温度領域はどんなに広くとも−30℃〜100℃の範
囲を越えるものは無かつた。又、上記３項目中の
(3)即ち磁気的安定性については、その不安定性の
デイスアコモデーシヨンと称し、多くの研究の対
象とされて来た。

その中で温度とデイスアコモデーシヨンの関係
については例えばクルピチカ等が、第１図に示す
をとくマンガンフエライトを試料として−200℃
〜400℃付近迄の広範囲の温度域においてデイス
アコモデーシヨンを調査し、いろいろな温度でデ
イスアコモデーシヨンが現れ酸素量を減らすと０
℃近辺に現れるピークは、位置はズレないが著し
く低くなることを報告している。

しかしながら、磁気的不安定性の改善に関する
研究も、もつぱら前述の、従来フエライトの実用
温度範囲内（−30℃〜100℃）での常温付近を対
象として行われて来た。

本発明の対象は、従来問題にされなかつた様
な、高温度域（150℃以上）である為、かつ又、
本発明の具体的用途である螢光放電灯光源用に用
いるフエライトに於ては、放電灯中に封入され、
500ガウス以上の高磁束密度条件化とプラズマ放
電により200℃以上の高温化にさらされる為、200
℃以上での経時変化の改善が必要となる。

本発明は、高温度域（200℃〜300℃）において
現れる磁気的不安定性を改善した高温域用低電力
損失高安定度フエライト磁心を提供するものであ
る。すなわち本発明は、500G以上の磁界中にて
高温下駆動されるフエライト磁心であつて、酸化
マンガン（MnO）13〜33モル％、酸化亜鉛
（ZnO）６〜20モル％、酸化ニツケル（NiO）、酸
化マグネシウム（MgO）、酸化リチウム（LiO）
のうち少なくとも一種を９〜25モル％、三二酸化
鉄（Fe₂O₃）45〜52モル％からなる基本組成を有
すると共に、700Gの磁界中での電力損失Pcが極
小値を示す温度が150℃以上であり、［100時間後
のPc−１時間後のPc］×100／［１時間後のPc］
で表わされるPcの経時変化率が30％以下である
ことを特徴とするフエライト磁心に関するもので
あり以下本発明の詳細について説明する。即ち、
要求用途に応じて、Ni−Mn−Zn系、あるいは
Mn−Mg−Zn系、Li−Mn−Zn系の基本組成比
を精選し任意の高温度域（150℃〜300℃）におい
て低電力損失性を有するフエライトの製造方法を
以下に述べる。

第２図にNi−Mn−Zn系フエライトにおいて、
三二酸化鉄（Fe₂O₃）54モル％一定とした場合の
他の三成分の総計46モル％を示すものである。す
なわち酸化マンガン（MnO）、酸化亜鉛（ZnO）、
酸化ニツケル（NiO）と、電力損失Pcの極少値
を示す温度（以後簡素化の為Tpcminと呼称す
る）との関係を示す。第２図においてTpcminは
矢印Ｔ方向に移動する。

なおこの第２図は100キロヘルツ700ガウスの測
定条件のものである。以下測定条件はすべて100
キロヘルツで700ガウスでおこなつたものを示す。
第２図のごとく組成に対するTpcminは明確な関
係があり、本発明では、この関係を実用全組成域
について詳細に調査した。その結果、三二酸化鉄
（Fe₂O₃）を可変した場合も、その増減に従つて、
酸化ニツケル（NiO）を減増すれば、つまり
Fe₂O₃＋NiO＝一定とするならばキユリー点は変
化せず、三二酸化鉄（Fe₂O₃）量に反比例して
Tpcminが低温側に移動するが、他成分組成に対
する傾向には変化の無いことを発見した。これを
実例で示すと、第３図、第４図のごとくになる。

第３図は、三二酸化鉄（Fe₂O₃）52モル％一定
とした場合の他の三成分即ち、酸化マンガン
（MnO）、酸化亜鉛（ZnO）、酸化ニツケル
（NiO）と、Tpcminとの関係を示す。第４図は、
同様に三二酸化鉄（Fe₂O₃）56モル％一定とした
場合の図である。第２図、第３図、第４図、の比
較により、前述のごとく三二酸化鉄（Fe₂O₃）量
に反比例してTpcminが低温側に異動するが、他
成分組成に対する傾向には変化が見られないこと
を示している。

又、この関係は酸化ニツケル（NiO）の換り
に、酸化マグネシウム（MgO）、あるいは酸化リ
チウム（LiO）に置換しても全く変化のないこと
も認められた。

ただし、酸化マグネシユム（MgO）の場合に
は、酸化ニツケル（NiO）と同モルだけ置換する
と、酸化ニツケル（NiO）の場合よりもTpcmin
は約40℃低く並行移動することが認められた。第
５図にその状況を示す。

又、酸化リチウムで置換すると、酸化ニツケル
の場合よりもTpcminは約10℃高く並行移動する
ことが認められた。第６図にその状況を示す。

しかしながら、いずれも電力損失の温度特性
は、同じ傾向を示すことも合せて認められた。

成分系を変えた場合の電力損失の温度特性の実
例を第７図に示す。

酸化マグネシウム（MgO）で置換した場合は、
酸化ニツケル（NiO）に較べ、キユリー点は15℃
低下し、酸化リチウム（LiO）で置換した場合
は、キユリー点が５℃高くなつている、この傾向
も広範囲な組成で並行移動していることが認めら
れた。

そこで以後の実施例はNi−Mn−Zn系で代表
し、その詳細を説明する。

具体例として、仮にTpcminが240℃近辺（実
使用温度域180℃〜300℃程度）及びTpcminが
290℃近辺（実使用温度域230℃〜350℃程度）の
２通りの素材要求に対処し、指定温度域で電力損
失Pcが極小となるような素材を製造する場合を
考える。

Tpcminが240℃の要求をＤとし、Tpcmin290
℃の要求をＥとする。第２図の関係からＤは
Tpcmin＝240℃線上に、ＥはTpcmin＝290℃線
上に選定すれば良いことは明白である。各線の線
上及び、三二酸化鉄組成の決定は、その要求素材
の使用周波数帯域等の条件と、経済性を合せて検
討の上で決定するが、周波数帯域が高い程、酸化
ニツケル比の多い方向に選定する。

要求周波数帯域及び経済性の条件からTpcmin
線上にＤ、Ｅ両点を第２図により選定したとす
る。

即ちＤは三二酸化鉄（Fe₂O₃）54モル％、酸化
マンガン（MnO）25モル％、酸化ニツケル
（NiO）10モル％、酸化亜鉛（ZnO）11モル％、
Ｅは同様に、三二酸化鉄（Fe₂O₃）54モル％、酸
化マンガン（MnO）33モル％、酸化ニツケル
（NiO）12モル％、酸化亜鉛（ZnO）１モル％、
である。

上述のＤ及びＥの組成になるように計算秤量さ
れた原料化合物は、ボールミル又、それに類する
混合機により充分混和し、900℃３時間空気中仮
焼成を行い、その後にボールミル又はそれに類す
る粉砕操置により充分微粉砕を行う。

この際に損失改善の為の添加物を適量添加す
る。以上の工程を経てＤ，ＥのNi−Mn−Zn系フ
エライトをバインダーを混練し、成型後、1350℃
で３時間２％の酸素を含む窒素ガス中で焼成した
場合に得られた試料の100キロヘルツ、700ガウス
における電力損失Pcの温度特性を第８図に示す。

第８図のごとく目標とした温度域で全電力損失
Pcが極小値を示し、Tpcminがシフトしている様
子が明確である。このように本発明は、従来の酸
化物磁性材料では考えられなかつたような過酷な
高温度域で電力損失が改善されたことを示してい
る。

第９図は、酸化マンガン（MnO）23モル％、
酸化亜鉛（ZnO）10モル％、一定とし、三二酸化
鉄（Fe₂O₃）と、酸化ニツケル（NiO）の比を変
化させ、前述の例と同一方法で製造して得られた
試料の電力損失Pcの温度特性を示す。なお第９
図中の数値はFe₂O₃のモル％を示す。このように
第９図は三二酸化鉄の増加（酸化ニツケルの減
少）にともない電力損失、特に低温度領域の電力
損失が良好となることを示す。

第９図は又本発明の具体的用途である螢光放電
灯光源用フエライト素材の三二酸化鉄（Fe₂O₃）
組成の下限を示すものである。即ちこの用途に於
ては、室温付近の電力損失の許容限界は約1000ミ
リワツト／cm³であるところからこの用途には、三
二酸化鉄（Fe₂O₃）は45モル％以上必要であるこ
とを示すものである。

一方、この試料を220℃以上の温度での電力損
失の経時変化を第１０図に示す。縦軸は電力損失
の1HR〜100HR後の変化率を示す。三二酸化鉄
（Fe₂O₃）比を増すと経時変化が増し、その変化
率の山となる温度が低温に移動していく様子が明
瞭である。

以上の第９図、第１０図における、電力損失の
温度特性と、その経時変化の大きさ（即ち磁気的
不安定性）の関係は、二律背反関係を持ち、必然
的に両者の関係の妥協点を見出さねばならないこ
とは明白である。そこでその目安を、経時変化率
が220℃〜300℃において30％以下とした。

このことは即ち、三二酸化鉄（Fe₂O₃）を
52mol％以下とすれば良いことは第１０図から明
らかであり、即ち、前述の第９図より、本発明の
具体的用途上からの制約条件から三二酸化鉄
（Fe₂O₃）組成は45モル％以上、第１０図より経
時変化の大きさの目安から52モル％以下の範囲で
なければならないことは明瞭である。

一方本発明の素材成分は四元系であるので、前
例の酸化マンガン（MnO）、酸化亜鉛（ZnO）一
定条件とは異り、三二酸化鉄（Fe₂O₃）、酸化ニ
ツケル（NiO）成分を一定のもとに酸化マンガン
（MnO）、酸化亜鉛（ZnO）比を変化させた場合
について第１１図、第１２図に示す。

第１１図は三二酸化鉄（Fe₂O₃）52モル％、酸
化ニツケル（NiO）15モル％一定とし、前述の例
と同一方法で製造して得られた試料の電力損失
Pcの温度特性を示す。なお第１０図中の数値は
ZnOのモル％を示す。第１０図に示すように酸化
亜鉛の減少（酸化マンガンの増加）にともない電
力損失が良好となり、なおかつ、キユリー点が高
温にのび、又Tpcminも高温にシフトしているこ
とを示す。

第１１図は又、第９図と同様に本発明の具体的
用途である螢光放電灯光源用フエライト素材の酸
化亜鉛（ZnO）の組成の上限を示すものであり、
かつ又、本発明のキユリー点についての理由も同
時に示すものである。

即ち第１１図によれば酸化亜鉛（ZnO）は20モ
ル％以上となると1000mw／cm³を越え、酸化亜鉛
（ZnO）22モル％ではキユリー点が265℃に低下し
ているばかりでなく、キユリー点近辺では電力損
失が急激に劣化している様子も合せ示している。

第１２図はこの試料の220℃以上での電力損失
の経時変化の状態を示す。

縦軸は、電力損失の1HR〜100HR後の変化率
を示す。酸化亜鉛（ZnO）比を減少すると、経時
変化率が高くなり、その変化率の山を示す温度が
低温側に移動して行く様子が明瞭である。

三二酸化鉄（Fe₂O₃）を変化させた場合と同様
に、酸化亜鉛（ZnO）を変化させた場合も、前第
１１図、第１２図に示されるごとく、その電力損
失の温度特性と、経時変化の大きさ（即ち磁気的
不安定性）の関係は、二律背反関係を持ち、必然
的に両者の妥協点を見出さねばならない。そこ
で、その目安を三二酸化鉄（Fe₂O₃）の場合同様
に、経時変化率が220℃〜300℃において30％以下
とする。

第１２図より酸化亜鉛（ZnO）6mol％以上と
すれば良いことは明瞭である。以上のごとく、三
二酸化鉄（Fe₂O₃）の場合と同様に、酸化亜鉛
（ZnO）の組成範囲は第１１図、第１２図より６
モル％以上から20モル％以下にすれば良いことも
又明瞭である。

以上のように四元系のうちの二つの成分組成の
規制条件即ち三二酸化鉄（Fe₂O₃）45mol％以上、
52mol％以下、酸化亜鉛（ZnO）6mol％以上、
20mol％以下に組成範囲を限定し、詳細に調査を
試みた結果、以下に示す本発明の代表例のような
試料が得られた。

その特性を第１３図、第１４に示す。

即ち第１３図は、代表例試料の電力損失の温度
特性図を示す。

第１４図は、代表例試料の200℃〜300℃間
（200℃，250℃，270℃，300℃）で10⁴時間の電力
損失の経時変化を示す。

第１４図のごとく、この試料は200℃〜300℃間
で10⁴HR経過中に電力損失の経時変化は全く見
られなかつた。

以上述べたように本発明によつて得られる作用
効果は酸化マンガン（MnO）．13〜33モル％、酸
化亜鉛（ZnO）６〜20モル％、酸化ニツケル
（NiO）、酸化マグネシウム（MgO）、酸化リチウ
ム（LiO）のうち少なくとも一種を９〜25モル
％、三二酸化鉄（Fe₂O₃）45〜52モル％からなる
基本組成を有すると共に、700Gの磁界中での電
力損失Pcが極小値を示す温度が150℃以上であ
り、［100時間後のPc−１時間後のPc］×100／
［１時間後のPc］で表わされるPcの経時変化率が
30％以下であるフエライト磁心が得られる。即
ち、本発明の具体的実例である螢光放電灯、光源
用フエライト磁心として、この代表例試料の素材
を使用すれば、放電灯中に封入され、500ガウス
以上の高磁束密度条件下でプラズマ放電により
200℃以上の高温下に長時間放置されても、電力
損失の経時変化を全く起すこと無く極めて安定性
の高い設計が可能となる。このことによつて、螢
光放電灯としての光源の寿命も飛躍的に向上する
ことが可能となり、電子材料業界に貢献するとこ
ろ大なる発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、クルピチカ報告の温度とデイスアコ
モデーシヨンの関係を示す特性図である。第２図
本発明の中より三二酸化鉄（Fe₂O₃）を54モル％
一定のもとでのNi−Mn−Zn系フエライトの組成
と電力損失の極小値を示す温度Tpcminとの関係
を示すものである。第３図は三二酸化鉄
（Fe₂O₃）を52モル％一定にした時のNi−Mn−
Zn系フエライトの組成と電力損失の極小値を示
す温度Tpcminとの関係を示すものである。第４
図は三二酸化鉄（Fe₂O₃）を56モル％一定にした
時のNi−Mn−Zn系フエライトの組成と電力損失
の極小値を示す温度Tpcminとの関係を示すもの
である。第５図、第６図は三二酸化鉄（Fe₂O₃）
を54モル％一定のもとでの酸化ニツケル（NiO）
の代替として、各々酸化マグネシウム（MgO）、
酸化リチウム（LiO）を用いた場合のMn−Mg−
Zn系フエライト、Li−Mn−Zn系フエライトの組
成と、電力損失の極小値を示す温度Tpcminとの
関係を示している。第２図との対比において組成
系が替つた場合にTpcminがズレることを示すも
のである。第７図は成分系を変えた場合の電力損
失の温度特性の代表例を示すものである。成分系
が変つても、特性の傾向は何ら変らず、Tpcmin
とキユリー点がズレることを示している。第８図
は本発明の中よりNi−Mn−Zn系フエライトの場
合に、使用温度域の異る素材を得る実施例の電力
損失の温度特性を示す。第９図は、酸化マンガン
（MnO）、酸化亜鉛（ZnO）を各々23モル％、10
モル％一定とし、三二酸化鉄（Fe₂O₃）と、酸化
ニツケル（NiO）の比を変化させた、Ni−Mn−
Zn系フエライトの電力損失の温度特性を示す。
第１０図は、第９図の試料の電力損失の220℃〜
300℃における経時変化特性を示す。第１１図は、
三二酸化鉄（Fe₂O₃）、酸化ニツケル（NiO）を
各々52モル％、15モル％一定とし、酸化マンガン
（MnO）、と酸化亜鉛（ZnO）の比を変化させた、
Ni−Mn−Zn系フエライトの電力損失の温度特性
を示す。第１２図は、第１１図の試料の電力損失
の220℃〜300℃における経時変化特性を示す。第
１３図は、本発明において得られた200℃以上〜
300℃の高温域で長時間経時変化の全く起らない、
即ち高温度域低電力損失高安定度フエライトの代
表例素材の電力損失の温度特性を示す。第１４図
は、第１３図の代表例素材の200℃〜300℃におけ
る、電力損失の経時変化を10⁴時間の長時間観測
した結果について示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 500G以上の磁界中にて高温下駆動されるフ
   エライト磁心であつて、 酸化マンガン（MnO）13〜33モル％、酸化亜
   鉛（ZnO）６〜20モル％、酸化ニツケル（NiO）、
   酸化マグネシウム（MgO）、酸化リチウム
   （LiO）のうち少なくとも一種を９〜25モル％、
   三二酸化鉄（Fe₂O₃）45〜52モル％からなる基本
   組成を有すると共に、 700Gの磁界中での電力損失Pcが極小値を示す
   温度が150℃以上であり、［100時間後のPc−１時
   間後のPc］×100／［１時間後のPc］で表わされ
   るPcの経時変化率が30％以下であることを特徴
   とするフエライト磁心。