Ｍｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライト
【課題】２５〜１４０℃という広い温度帯域において、鉄損の絶対値とその温度変化が小さく、しかも、振幅比透磁率の絶対値が高くてその温度変化が小さいＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライトを提供する。
【解決手段】
Ｆｅ２Ｏ３：５２．０〜５３．０ｍｏｌ％、ＣｏＯ：０．１５〜０．５ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１１．５〜１２．５ｍｏｌ％、残部がＭｎＯおよび不可避的不純物からなる基本成分組成を有するＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライトにおいて、当該フェライトに対して、添加成分としてＢｅＯ：１０〜１００ｍａｓｓｐｐｍを含有することを特徴とするＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライト。
【解決手段】
Ｆｅ２Ｏ３：５２．０〜５３．０ｍｏｌ％、ＣｏＯ：０．１５〜０．５ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１１．５〜１２．５ｍｏｌ％、残部がＭｎＯおよび不可避的不純物からなる基本成分組成を有するＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライトにおいて、当該フェライトに対して、添加成分としてＢｅＯ：１０〜１００ｍａｓｓｐｐｍを含有することを特徴とするＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄損の少ないＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライトに関し、特に、スイッチング電源用トランス等の磁心に用いて好適な、広範囲の温度領域で低エネルギー損失かつ高透磁率を示すＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライトに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
酸化物磁性材料は、一般に「フェライト」と総称されているが、このフェライトには、大きく分けて、Ｂａ系フェライト、Ｓｒ系フェライト等の硬質磁性材料と、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト等の軟質磁性材料とがある。このうち、軟質磁性材料は、わずかな磁場に対しても十分に磁化する材料であるため、電源や通信機器、計測制御機器、磁気記録、コンピュータなどの広い分野で用いられている。この軟質磁性材料に要求される特性としては、保磁力が小さく、透磁率が高いこと、飽和磁束密度が大きく、低鉄損であることなどが挙げられる。
【０００３】
なお、軟磁性材料には、上記酸化物系のフェライト以外に、金属系のものがある。しかし、金属系軟磁性材料は、酸化物系のものと比べて飽和磁束密度が高いという特長を有する反面、電気抵抗が小さいため、高周波領域で使用する場合には、発生する渦電流に起因して鉄損が大きくなってしまうという問題がある。そのため、電子機器の小型化・高密度化の要請から使用周波数の高周波化が進んでいる近年においては、例えば、１００ｋＨｚ程度の高周波数帯において用いられるスイッチング電源等においては、金属系磁性材料を用いることはほとんど不可能となっている。
【０００４】
このような背景から、高周波域で用いられる電源用トランスの磁心材料としては、従来、鉄損の小さい（発熱の少ない）Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトが主に用いられてきた。しかし、この材料は、電気抵抗率が０．０１〜０．０５Ω・ｍ程度と低いため、電気抵抗をさらに高めて渦電流損を低減することにより、全体としての鉄損を低くして、発熱量を抑えた磁性材料の開発が望まれていた。
【０００５】
この問題に対しては、例えば、特許文献１には、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトに、副成分としてＳｉＯ２やＣａＯなどの酸化物を微量添加し、粒界に偏析させて粒界抵抗を高め、全体としての抵抗率を数Ω・ｍ以上とすることにより、発熱を抑制する技術が開示されている。
【０００６】
また、フェライトが電源トランスに使用される場合に考慮しなければならないのは、フェライトが組み込まれた機器の使用時における温度（動作温度）と、フェライト自体の鉄損に起因した発熱によって起こる温度上昇である。例えば、フェライトの鉄損が極小となる温度が室温付近にある場合には、発熱によって磁心温度が上昇すると、鉄損が上昇し、それに伴いさらに発熱が大きくなり、これが繰り返されて温度上昇が加速する、いわゆる熱暴走を起こす危険性があるからである。
【０００７】
トランスの動作温度は、従来は５０〜７０℃付近であるが、上記熱暴走の危険性を回避するため、現行のフェライトでは、鉄損が極小となる温度を約１００℃とし、室温付近における鉄損の温度係数を負として温度上昇とともに鉄損が減少するような材料設計がなされている。しかし、鉄損極小温度が１００℃程度の材料でも、温度が１００℃以上に上昇した場合には、やはり鉄損は増大して熱暴走を起こす危険性が大きい。
【０００８】
さらに最近では、電子機器の小型化に対応するため、電子部品の積載密度が高密度化しており、発熱による温度上昇がより大きくなる傾向にある。そのため、最近の電子部品は、これまで想定していなかった、１００℃を超える１２０〜１４０℃といった高温度域で使用されるものも現れるようになってきている。しかし、設計時における動作温度は、依然として１００℃付近であり、この温度域で低鉄損であることに対する要求に変わりはない。したがって、フェライトの鉄損は、広い温度範囲で、特に、１００〜１４０℃程度の高温度域でも小さいことが必要となる。
【０００９】
また、フェライトコアが使用されるスイッチング電源の中で、フォワード型と呼ばれる回路方式の電源では、トランス１次コイルの励磁に使用される電力は、２次側に伝達されることがないため、無効電力となり、電力効率低下の要因となっている。この励磁電力を下げるには、トランスコイルのインダクタンスを上げることが有効であり、コアの透磁率を上げることが必要とされる。そのため、この用途に用いられるフェライトには、広い温度範囲で低鉄損であると同時に、トランス動作時における透磁率、すなわち、微小信号に対する初透磁率ではなく、２００ｍＴ程度の大励磁下での振幅比透磁率が高いことが望まれている。
【００１０】
ところで、フェライトの鉄損を支配する因子の１つとして、磁気異方性定数Ｋ１がある。鉄損は、この磁気異方性定数Ｋ１の温度変化にともなって変化し、Ｋ１＝０となる温度で極小となる。したがって、フェライトの鉄損の温度変化を小さくするには、磁気異方性定数Ｋ１の温度依存性（鉄損温度係数）を小さくすることが必要となる。
【００１１】
磁気異方性定数Ｋ１は、フェライトの主相であるスピネル化合物を構成する元素の種類によりほぼ決定される。Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトの場合、Ｃｏイオンを導入することによりその温度依存性を小さくし、鉄損温度係数の絶対値を小さくすることができ（例えば、非特許文献１および２参照）、これにより、１００℃付近での鉄損が小さく、かつ、その前後の温度範囲でも鉄損が比較的小さいフェライト材料を得ることが可能となる。しかし、Ｃｏを加えることにより、鉄損極小温度が低下したり、あるいは、焼成温度や焼成雰囲気の酸素濃度の僅かな変動によって、鉄損温度係数や極小温度が大きく変動したりするという別の問題が生じている。
【００１２】
例えば、特許文献２には、Ｆｅ２Ｏ３，ＺｎＯ，ＭｎＯを主成分とし、ＣｏＯを０．０１ｍｏｌ％以上０．５ｍｏｌ％未満含有するＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライトにおいては、従来よりも広い温度範囲でＫ１＝０となるので、高い透磁率と低い損失が広い温度範囲で、実現できることが開示されている。しかし、この特許文献２の技術では、同文献の第１図に示されているように、コア損失の極小温度が低温度側に移行するため、最近のような高い動作温度での損失は大きくなり、温度上昇が加速する危険性が解消されていない。
【００１３】
また、特許文献３には、Ｆｅ２Ｏ３，ＺｎＯ，ＭｎＯを主成分とし、これに１０００〜４０００ｐｐｍのＣｏＯに加えてさらにＣａＯ，Ｔａ２Ｏ５，ＳｉＯ２を複合添加することで、数１００ｋＨｚ以上の周波数領域で、従来よりも広範囲な温度域において、電力損失の小さいＭｎ−Ｚｎ系フェライトを得ることができること、また、この程度のＣｏＯ添加量であれば、電力損失の温度曲線が低温側にシフトし過ぎることはないことが記載されている。しかし、この技術によっても、主成分組成によっては、焼成温度や雰囲気中の酸素濃度の僅かな変動により、損失の温度係数や極小温度が大きく変動してしまうという問題がある。
【００１４】
これらの問題点を改善する技術として、特許文献４には、低電力損失かつ電力損失の温度変化の小さいフェライト材料が開示されている。また同文献には、電力損失が最小となる温度より６０℃〜２０℃低い４０℃の温度帯域において、電力損失の温度変化が小さいフェライト材料が開示されている。また、特許文献５には、ＣｏＯとＮｂ２Ｏ５の添加により、小さい電力損失を得るだけでなく、電力損失を平坦化して広い温度範囲で電力損失を最低とする技術が開示されている。
【００１５】
また、特許文献６には、酸化鉄、酸化亜鉛および酸化マンガンを主成分とする磁性フェライト材料において、ＺｎＯ：７．０〜９．０ｍｏｌ％、ＭｎＯ：３６．８〜３９．２ｍｏｌ％、残部酸化鉄の主成分組成を有し、副成分としてＣｏ３Ｏ４を２５００〜４５００ｐｐｍの範囲で含有した、２０〜１００℃の温度帯域における電力損失の最小値が３００ｋＷ／ｍ３以下でかつその温度帯域における電力損失の最大値と最小値の差が１５０ｋＷ／ｍ３以下である磁性フェライト材料が開示されている。また同文献には、２０〜１００℃の温度帯域における電力損失の最小値が３５０ｋＷ／ｍ３以下でかつその温度帯域における電力損失の最大値と最小値の差が５０ｋＷ／ｍ３以下である磁性フェライト材料も開示されている。
【００１６】
さらに、特許文献７には、主成分としてＦｅ２Ｏ３：５３．２〜５４．５ｍｏｌ％、ＺｎＯ：７．５〜１１．５ｍｏｌ％、残部ＭｎＯを含むＭｎ−Ｚｎ系フェライトに対して、Ｃｏ３Ｏ４：２０００〜４５００ｐｐｍ、ＳｉＯ２：６０〜１４０ｐｐｍ、ＣａＯ：３００〜７００ｐｐｍを含有し、さらに、Ｎｂ２Ｏ５：１００〜３５０ｐｐｍおよび／またはＺｒＯ２：５０〜４５０ｐｐｍを含有したＭｎ−Ｚｎ系フェライトでは、電力損失の低減と広い温度領域での低損失化が実現できることが開示されている。
【特許文献１】特公昭３６−００２２８３号公報
【特許文献２】特公平０４−０３３７５５号公報
【特許文献３】特開平０６−２９０９２５号公報
【特許文献４】特開平０８−１９１０１１号公報
【特許文献５】特開平０９−１３４８１５号公報
【特許文献６】特開２００１−０８０９５２号公報
【特許文献７】特開２００２−２３１５２０号公報
【特許文献８】特開２００６−２１３５３２号公報
【非特許文献１】「Ｔｈｅ Ｆｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｃｏｂａｌｔ ｓｕｂｕｓｕｔｉｔｕｔｉｏｎｓ ｏｎ ｓｏｍｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｍａｎｇａｎｅｓｅ ｚｉｎｃ ｆｅｒｒｉｔｅｓ」，Ａ．Ｄ．Ｇｉｌｅｓ ａｎｄ Ｆ．Ｆ．Ｗｅｓｔｅｎｄｏｒｐ：Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｄ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，９（１９７６）２１１７
【非特許文献２】「Ｌｏｗ−ｌｏｓｓ Ｐｏｗｅｒ Ｆｅｒｒｉｔｅｓ ｆｏｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ ｕｐ ｔｏ ５００ｋＨｚ」，Ｔ．Ｇ．Ｗ．Ｓｔｉｊｉｎｔｊｅｓ ａｎｄ Ｊ．Ｊ．Ｒｏｅｌｏｆｓｍａ；Ａｄｖ．Ｃｅｒ．１６（１９８６）４９３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、特許文献４および特許文献５に記載されたフェライトの電力損失は、十分に低いものではなく、また、電力損失の温度変化も十分に平坦化されているとは言えない。しかも、これらの文献には、電源用トランス材料として、さらに広い温度帯域、特に１４０℃程度の高温度域で、低い電力損失を示すと共に、その温度変化を小さくし、さらに振幅比透磁率を高くすることについては開示されていない。また、特許文献６に記載されたフェライトは、電力損失が低いとは言え、いずれも電力損失の最小値が３００ｋＷ／ｍ３程度であり、低損失化の要求には十分に応えられておらず、しかも、同文献には、１４０℃までの高温域での低損失化と高透磁率化については開示されていない。また、特許文献７の技術においても、同文献の表１、表２に示されているように、１００℃において、２５０ｋＷ／ｍ３以下（１００ｋＨｚ、２００ｍＴ）の低損失のフェライトが得られているわけではなく、ましてや、２５℃という低温から１４０℃という高温までの広い温度範囲において、３５０ｋＷ／ｍ３以下の低い損失や６５００以上の高い振幅比透磁率μａを得ることについては開示されていない。
【００１８】
本発明は、上記のような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、２５〜１４０℃という広い温度帯域において、特に、１４０℃の高温域において、鉄損の絶対値およびその温度変化が小さく、かつ、振幅比透磁率の絶対値が高くてその温度変化が小さいＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライトを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
発明者は、さきの出願（特許文献８）において、Ｆｅ２Ｏ３，ＺｎＯおよびＭｎＯの組成を適正範囲に絞り込み、また、ＣｏＯの効果は基本成分の組成により異なるため、その組成に応じた最適のＣｏＯ量を選択することにより、低損失、高比透磁率でかつ高温度域まで温度変化が小さいフェライトを得ることができること、さらに、原料酸化鉄中の塩素量を一定値以下に制限するとともに、焼成後の最終焼結体中における塩素量を所定値以下に低減することにより、その効果がより向上することを開示した。
【００２０】
発明者は、さらに、従来技術が抱える上記問題点を解決するために、基本成分であるＦｅ２Ｏ３，ＺｎＯ，ＣｏＯの含有量が鉄損と透磁率の温度特性に及ぼす影響について調査するとともに、添加成分として含有させる種々の金属酸化物が、最終コアの鉄損および振幅比透磁率とそれらの温度依存性に及ぼす影響について鋭意研究を重ねた。その結果、Ｆｅ２Ｏ３，ＺｎＯおよびＭｎＯの組成を適正範囲に絞り込み、その範囲に応じた最適ＣｏＯ量を選択することにより、極めて低損失、高比透磁率で、かつ高温度域まで温度変化が小さいフェライトを得ることができること、そしてさらに、添加成分として、ＢｅＯを所定の範囲で添加することにより、その効果はより高められることを見出し、本発明を完成させた。
【００２１】
すなわち、本発明は、Ｆｅ２Ｏ３：５２．０〜５３．０ｍｏｌ％、ＣｏＯ：０．１５〜０．５ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１１．５〜１２．５ｍｏｌ％、残部がＭｎＯおよび不可避的不純物からなる基本成分組成を有するＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライトにおいて、当該フェライトに対して、添加成分としてＢｅＯ：１０〜１００ｍａｓｓｐｐｍ、ＳｉＯ２：５０〜５００ｍａｓｓｐｐｍ、ＣａＯ：２００〜２０００ｍａｓｓｐｐｍ、ＺｒＯ２：１００〜１５００ｍａｓｓｐｐｍおよびＴａ２Ｏ５：５０〜１０００ｍａｓｓｐｐｍを含有することを特徴とするＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライトである。
【００２２】
本発明のＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライトは、最大磁束密度２００ｍＴ、周波数１００ｋＨｚで測定した鉄損極小温度が８０〜１２０℃の温度範囲にあり、１００℃における鉄損が２５０ｋＷ／ｍ３以下、２５〜１４０℃の温度範囲における鉄損最大値が３５０ｋＷ／ｍ３以下であることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明のＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライトは、最大磁束密度２００ｍＴ、周波数１００ｋＨｚ、２５〜１４０℃の温度範囲で測定した振幅比透磁率μａが６５００以上であり、かつ、下記式；
変動係数（％）＝（２５〜１４０℃の温度範囲におけるμａ値の標準偏差）／（２５〜１４０℃の温度範囲におけるμａ値の平均値）×１００
で定義されるμａの変動係数が１．５％以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、２５〜１４０℃という広い温度範囲で鉄損が低くかつ振幅比透磁率が高いＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライトを提供することができる。したがって、本発明のフェライトは、スイッチング電源等のトランスコア材に用いて好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明のＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライトは、飽和磁束密度、キュリー温度および鉄損の極小温度と温度特性を最適化する観点から、主成分組成が、Ｆｅ２Ｏ３：５２．０〜５３．０ｍｏｌ％、ＣｏＯ：０．１５〜０．５ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１１．５〜１２．５ｍｏｌ％、残部ＭｎＯからなるものである。上記範囲に制限する理由について、以下に具体的に説明する。
【００２６】
Ｆｅ２Ｏ３：５２．０〜５３．０ｍｏｌ％
Ｆｅ２Ｏ３は、ＣｏＯとの関係で、鉄損極小温度を８０℃以上とするために５２．０ｍｏｌ％以上とする必要がある。しかし、５３．０ｍｏｌ％を超えると、室温付近の鉄損が上昇するため、上限を５３．０ｍｏｌ％とする。好ましくは、５２．３〜５２．７ｍｏｌ％の範囲である。
【００２７】
ＺｎＯ：ｌ１．５〜１２．５ｍｏｌ％
軟磁性フェライトに求められる磁気特性としては、前述したように、飽和磁束密度が大きいこと、キュリー温度が高いこと、鉄損が小さいことおよび透磁率が高いことが挙げられる。このうち、飽和磁束密度、キュリー温度は、基本成分であるＭｎＯ，ＺｎＯ，Ｆｅ２Ｏ３の比でほぼ決定される。ＺｎＯの量が少ない領域においては、ＺｎＯ量の増加に伴い飽和磁束密度が増加するが、これに伴ってキュリー温度も低下する。ＺｎＯ量が１１．５ｍｏｌ％より少ないと、ＣｏＯによる透磁率の温度変化抑制効果が小さく、結果として鉄損値が高くなり、振幅比透磁率も向上しなくなる。また、鉄損が極小となる温度も、先に述べたように、基本成分の比によりほぼ決まり、ＺｎＯ量が多すぎると、ＣｏＯ量の変動による鉄損極小温度の変化が非常に敏感となり、僅かのＣｏＯ含有量の増加で極小温度が大きく変化する。特に、ＺｎＯ量が１２．５ｍｏｌ％より多いと、ＣｏＯ量の０．１ｍｏｌ％程度の違いでも、鉄損極小温度が２５℃程度も変化することがある。したがって、鉄損極小温度を８０〜１２０℃にするには、ＺｎＯ量を１１．５〜１２．５ｍｏｌ％の範囲とする必要がある。
【００２８】
ＣｏＯ：０．１５〜０．５ｍｏｌ％
ＣｏＯは、透磁率の温度係数を小さくする働きもあるが、０．５ｍｏｌ％を超えて過剰に含む場合には、鉄損の温度係数が室温以上で正となるため熱暴走を起こしたり、あるいは、経時変化が大きくなったりするため望ましくない。一方、ＣｏＯ量が０．１５ｍｏｌ％より少ないと、透磁率の温度変化を抑制する効果が小さい。したがって、ＣｏＯの含有量は０．１５〜０．５ｍｏｌ％の範囲とする。
【００２９】
本発明に係るフェライトは、Ｍｎ−Ｚｎ−Ｃｏ−Ｆｅ２Ｏ３四元系フェライトであり、上記Ｆｅ２Ｏ３，ＣｏＯ，ＺｎＯ以外の残部の基本成分は、ＭｎＯである。なお、上記基本成分以外の残部は、後述する添加成分を除いて、不可避的不純物である。
【００３０】
ＢｅＯ：１０〜１００ｍａｓｓｐｐｍ
本発明のＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライトにおいては、基本成分であるＦｅ２Ｏ３，ＺｎＯ，ＭｎＯおよびＣｏＯの組成範囲を上記適正範囲に制御することは最も重要なことである。しかし、本発明のフェライトにおいては、小さな鉄損と大きな振幅比透磁率を同時に安定して実現するために、さらにＢｅＯを添加成分として適正量含有させる必要がある。ＢｅＯの添加が、最終焼結体の磁気特性に影響を及ぼす機構については、明確ではないが、ＢｅＯは比抵抗が高く、低い比誘電率と誘電損失を有する酸化物であるため、最終焼結体の特性、特に１００℃以上の高温度側での鉄損や振幅比透磁率に好ましい影響を及ぼすためと考えられる。ＢｅＯの上記効果は、フェライト全体に対する添加量が１０ｍａｓｓｐｐｍより少ないと発現せず、一方、１００ｍａｓｓｐｐｍより多くなると、逆に異常粒成長を生じさせて鉄損を大幅に増大させる。よって、本発明においては、ＢｅＯ：１０〜１００ｍａｓｓｐｐｍの範囲で添加する。
【００３１】
本発明の、フェライトは、上記必須とする成分のほかに、下記添加成分を添加することができる。すなわち、本発明のフェライトの基本成分であるＦｅ２Ｏ３，ＺｎＯ，ＭｎＯおよびＣｏＯは、スピネル構造を形成するものであり、これに、スピネルを形成しないＳｉＯ２，ＣａＯ，Ｔａ２Ｏ５，ＺｒＯ２，Ｎｂ２Ｏ５，Ｖ２Ｏ５等の添加成分を適量添加することにより、鉄損のより少ない高性能のＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライトを得ることができる。とりわけ、ＳｉＯ２，ＣａＯ，Ｔａ２Ｏ５およびＺｒＯ２の複合添加は、効果的である。
【００３２】
ＳｉＯ２は、ＣａＯとともに粒界高抵抗相を形成して粒界を高抵抗化し、鉄損の低減に寄与する。しかし、フェライト全体に対する添加量が５０ｍａｓｓｐｐｍ未満ではその効果が小さく、一方、５００ｍａｓｓｐｐｍを超えると、焼結時に異常粒成長を起こして鉄損を大幅に増大させる原因ともなる。ＣａＯも、ＳｉＯ２との共存した場合には、粒界抵抗を高めて低鉄損化に寄与するが、フェライト全体に対する添加量が２００ｍａｓｓｐｐｍより少ないとその効果は小さく、一方、２０００ｍａｓｓｐｐｍより多くなると、鉄損は逆に増大する。したがって、ＳｉＯ２ならびにＣａＯのフェライト全体に対する添加量は、それぞれ、ＳｉＯ２：５０〜５００ｍａｓｓｐｐｍ、ＣａＯ：２００〜２０００ｍａｓｓｐｐｍの範囲で添加するのが好ましい。
【００３３】
Ｔａ２Ｏ５は、ＳｉＯ２，ＣａＯの共存下で、比抵抗を高める効果を有するが、フェライト全体に対する添加量が５０ｍａｓｓｐｐｍに満たないとその添加効果に乏しく、一方、１０００ｍａｓｓｐｐｍを超えると逆に鉄損の増大を招く。したがって、Ｔａ２Ｏ５は、５０〜１０００ｍａｓｓｐｐｍの範囲で添加するのが好ましい。また、ＺｒＯ２は、ＳｉＯ２，ＣａＯ，Ｔａ２Ｏ５の共存下で、Ｔａ２Ｏ５と同様に、粒界の抵抗を高めて高周波での鉄損の低減に有効に寄与するが、フェライト全体に対する添加量が１００ｍａｓｓｐｐｍ未満ではその効果に乏しく、一方、１５００ｍａｓｓｐｐｍを超えると、逆に比抵抗を高める効果が少なくなり鉄損が増大する。よって、ＺｒＯ２は、１００〜１５００ｍａｓｓｐｐｍの範囲で添加することが好ましい。
【実施例】
【００３４】
表１および表２に示した種々のＦｅ２Ｏ３，ＺｎＯ，ＣｏＯの組成を有し、残部がＭｎＯとなるようにフェライト原料を混合した後、９３０℃で３時間の仮焼を行い、この仮焼粉に、表１および表２に併記したように、添加成分として種々の量のＢｅＯ，ＳｉＯ２，ＣａＯ，Ｔａ２Ｏ５およびＺｒＯ２を添加し、ボールミルで１０時間粉砕し、外径３１ｍｍ、内径１９ｍｍ、高さ７ｍｍのリング状のコアに成形した。その後、この成形したコアを、酸素分圧１〜５ｖｏｌ％の範囲に制御した窒素・空気混合ガス中で１３３０℃×３時間の焼成を行い、焼結体試料とした。なお、焼成時における５００℃から１３００℃までの昇温速度は６５０℃／ｈｒとした。
【００３５】
上記のようにして得たリング状試料に、１次側５巻・２次側５巻の巻線を施し、交流ＢＨループトレーサーを用いて、周波数１００ｋＨｚで磁束密度２００ｍＴまで励磁したときの２５℃〜１４０℃の温度範囲における鉄損と振幅比透碇率μａを測定した。
また、上記振幅比透磁率μａの平均値と標準偏差から、下記式；
変動係数（％）＝（２５〜１４０℃の温度範囲におけるμａ値の標準偏差）／（２５〜１４０℃の温度範囲におけるμａ値の平均値）×１００
を用いて、変動係数を求めた。
さらに、上記測定結果に基づき、鉄損が極小となる温度と、１００℃での鉄損値、２５〜１４０℃の温度範囲での鉄損最大値、振幅比透磁率の最小値および変動係数を求めた。
【００３６】
上記測定の結果を、表１および表２に併記して示した。ここで、表１に示した試料Ｎｏ．１〜２４は、本発明の発明例、表２の試料Ｎｏ．２５〜４８は、本発明の比較例である。表１，２からわかるように、本発明例では、Ｆｅ２Ｏ３，ＺｎＯ，ＭｎＯ，ＣｏＯの基本組成とＳｉＯ２，ＣａＯ，Ｔａ２Ｏ５，ＺｒＯ２の添加成分の組成を適切に選んだ上でさらに、ＢｅＯを１０〜１００ｍａｓｓｐｐｍ添加しているため、いずれの例でも、最大磁束密度２００ｍＴ、周波数１００ｋＨｚで測定した鉄損極小温度が８０〜１２０℃の範囲にあり、１００℃における鉄損が２５０ｋＷ／ｍ３以下、２５〜１４０℃の温度範囲における鉄損の最大値が３５０ｋＷ／ｍ３以下で、さらに２５〜１４０℃の温度範囲の振幅比透磁率が６５００以上でその変動係数が１．５％以下となっており、広い温度範囲で低損失、高透磁率で、かつその温度変化の少ないＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライトが得られていることがわかる。それに対して、本発明の範囲を外れる比較例では、上記いずれか１以上の特性が発明例に対して劣るものとなっている。
【００３７】
【表１】
【００３８】
【表２】
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明のフェライトは、広い温度範囲で透磁率が高いという優れた特性を有するので、ノイズフィルタ用のコアにも好適に用いることができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄損の少ないＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライトに関し、特に、スイッチング電源用トランス等の磁心に用いて好適な、広範囲の温度領域で低エネルギー損失かつ高透磁率を示すＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライトに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
酸化物磁性材料は、一般に「フェライト」と総称されているが、このフェライトには、大きく分けて、Ｂａ系フェライト、Ｓｒ系フェライト等の硬質磁性材料と、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト等の軟質磁性材料とがある。このうち、軟質磁性材料は、わずかな磁場に対しても十分に磁化する材料であるため、電源や通信機器、計測制御機器、磁気記録、コンピュータなどの広い分野で用いられている。この軟質磁性材料に要求される特性としては、保磁力が小さく、透磁率が高いこと、飽和磁束密度が大きく、低鉄損であることなどが挙げられる。
【０００３】
なお、軟磁性材料には、上記酸化物系のフェライト以外に、金属系のものがある。しかし、金属系軟磁性材料は、酸化物系のものと比べて飽和磁束密度が高いという特長を有する反面、電気抵抗が小さいため、高周波領域で使用する場合には、発生する渦電流に起因して鉄損が大きくなってしまうという問題がある。そのため、電子機器の小型化・高密度化の要請から使用周波数の高周波化が進んでいる近年においては、例えば、１００ｋＨｚ程度の高周波数帯において用いられるスイッチング電源等においては、金属系磁性材料を用いることはほとんど不可能となっている。
【０００４】
このような背景から、高周波域で用いられる電源用トランスの磁心材料としては、従来、鉄損の小さい（発熱の少ない）Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトが主に用いられてきた。しかし、この材料は、電気抵抗率が０．０１〜０．０５Ω・ｍ程度と低いため、電気抵抗をさらに高めて渦電流損を低減することにより、全体としての鉄損を低くして、発熱量を抑えた磁性材料の開発が望まれていた。
【０００５】
この問題に対しては、例えば、特許文献１には、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトに、副成分としてＳｉＯ２やＣａＯなどの酸化物を微量添加し、粒界に偏析させて粒界抵抗を高め、全体としての抵抗率を数Ω・ｍ以上とすることにより、発熱を抑制する技術が開示されている。
【０００６】
また、フェライトが電源トランスに使用される場合に考慮しなければならないのは、フェライトが組み込まれた機器の使用時における温度（動作温度）と、フェライト自体の鉄損に起因した発熱によって起こる温度上昇である。例えば、フェライトの鉄損が極小となる温度が室温付近にある場合には、発熱によって磁心温度が上昇すると、鉄損が上昇し、それに伴いさらに発熱が大きくなり、これが繰り返されて温度上昇が加速する、いわゆる熱暴走を起こす危険性があるからである。
【０００７】
トランスの動作温度は、従来は５０〜７０℃付近であるが、上記熱暴走の危険性を回避するため、現行のフェライトでは、鉄損が極小となる温度を約１００℃とし、室温付近における鉄損の温度係数を負として温度上昇とともに鉄損が減少するような材料設計がなされている。しかし、鉄損極小温度が１００℃程度の材料でも、温度が１００℃以上に上昇した場合には、やはり鉄損は増大して熱暴走を起こす危険性が大きい。
【０００８】
さらに最近では、電子機器の小型化に対応するため、電子部品の積載密度が高密度化しており、発熱による温度上昇がより大きくなる傾向にある。そのため、最近の電子部品は、これまで想定していなかった、１００℃を超える１２０〜１４０℃といった高温度域で使用されるものも現れるようになってきている。しかし、設計時における動作温度は、依然として１００℃付近であり、この温度域で低鉄損であることに対する要求に変わりはない。したがって、フェライトの鉄損は、広い温度範囲で、特に、１００〜１４０℃程度の高温度域でも小さいことが必要となる。
【０００９】
また、フェライトコアが使用されるスイッチング電源の中で、フォワード型と呼ばれる回路方式の電源では、トランス１次コイルの励磁に使用される電力は、２次側に伝達されることがないため、無効電力となり、電力効率低下の要因となっている。この励磁電力を下げるには、トランスコイルのインダクタンスを上げることが有効であり、コアの透磁率を上げることが必要とされる。そのため、この用途に用いられるフェライトには、広い温度範囲で低鉄損であると同時に、トランス動作時における透磁率、すなわち、微小信号に対する初透磁率ではなく、２００ｍＴ程度の大励磁下での振幅比透磁率が高いことが望まれている。
【００１０】
ところで、フェライトの鉄損を支配する因子の１つとして、磁気異方性定数Ｋ１がある。鉄損は、この磁気異方性定数Ｋ１の温度変化にともなって変化し、Ｋ１＝０となる温度で極小となる。したがって、フェライトの鉄損の温度変化を小さくするには、磁気異方性定数Ｋ１の温度依存性（鉄損温度係数）を小さくすることが必要となる。
【００１１】
磁気異方性定数Ｋ１は、フェライトの主相であるスピネル化合物を構成する元素の種類によりほぼ決定される。Ｍｎ−Ｚｎ系フェライトの場合、Ｃｏイオンを導入することによりその温度依存性を小さくし、鉄損温度係数の絶対値を小さくすることができ（例えば、非特許文献１および２参照）、これにより、１００℃付近での鉄損が小さく、かつ、その前後の温度範囲でも鉄損が比較的小さいフェライト材料を得ることが可能となる。しかし、Ｃｏを加えることにより、鉄損極小温度が低下したり、あるいは、焼成温度や焼成雰囲気の酸素濃度の僅かな変動によって、鉄損温度係数や極小温度が大きく変動したりするという別の問題が生じている。
【００１２】
例えば、特許文献２には、Ｆｅ２Ｏ３，ＺｎＯ，ＭｎＯを主成分とし、ＣｏＯを０．０１ｍｏｌ％以上０．５ｍｏｌ％未満含有するＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライトにおいては、従来よりも広い温度範囲でＫ１＝０となるので、高い透磁率と低い損失が広い温度範囲で、実現できることが開示されている。しかし、この特許文献２の技術では、同文献の第１図に示されているように、コア損失の極小温度が低温度側に移行するため、最近のような高い動作温度での損失は大きくなり、温度上昇が加速する危険性が解消されていない。
【００１３】
また、特許文献３には、Ｆｅ２Ｏ３，ＺｎＯ，ＭｎＯを主成分とし、これに１０００〜４０００ｐｐｍのＣｏＯに加えてさらにＣａＯ，Ｔａ２Ｏ５，ＳｉＯ２を複合添加することで、数１００ｋＨｚ以上の周波数領域で、従来よりも広範囲な温度域において、電力損失の小さいＭｎ−Ｚｎ系フェライトを得ることができること、また、この程度のＣｏＯ添加量であれば、電力損失の温度曲線が低温側にシフトし過ぎることはないことが記載されている。しかし、この技術によっても、主成分組成によっては、焼成温度や雰囲気中の酸素濃度の僅かな変動により、損失の温度係数や極小温度が大きく変動してしまうという問題がある。
【００１４】
これらの問題点を改善する技術として、特許文献４には、低電力損失かつ電力損失の温度変化の小さいフェライト材料が開示されている。また同文献には、電力損失が最小となる温度より６０℃〜２０℃低い４０℃の温度帯域において、電力損失の温度変化が小さいフェライト材料が開示されている。また、特許文献５には、ＣｏＯとＮｂ２Ｏ５の添加により、小さい電力損失を得るだけでなく、電力損失を平坦化して広い温度範囲で電力損失を最低とする技術が開示されている。
【００１５】
また、特許文献６には、酸化鉄、酸化亜鉛および酸化マンガンを主成分とする磁性フェライト材料において、ＺｎＯ：７．０〜９．０ｍｏｌ％、ＭｎＯ：３６．８〜３９．２ｍｏｌ％、残部酸化鉄の主成分組成を有し、副成分としてＣｏ３Ｏ４を２５００〜４５００ｐｐｍの範囲で含有した、２０〜１００℃の温度帯域における電力損失の最小値が３００ｋＷ／ｍ３以下でかつその温度帯域における電力損失の最大値と最小値の差が１５０ｋＷ／ｍ３以下である磁性フェライト材料が開示されている。また同文献には、２０〜１００℃の温度帯域における電力損失の最小値が３５０ｋＷ／ｍ３以下でかつその温度帯域における電力損失の最大値と最小値の差が５０ｋＷ／ｍ３以下である磁性フェライト材料も開示されている。
【００１６】
さらに、特許文献７には、主成分としてＦｅ２Ｏ３：５３．２〜５４．５ｍｏｌ％、ＺｎＯ：７．５〜１１．５ｍｏｌ％、残部ＭｎＯを含むＭｎ−Ｚｎ系フェライトに対して、Ｃｏ３Ｏ４：２０００〜４５００ｐｐｍ、ＳｉＯ２：６０〜１４０ｐｐｍ、ＣａＯ：３００〜７００ｐｐｍを含有し、さらに、Ｎｂ２Ｏ５：１００〜３５０ｐｐｍおよび／またはＺｒＯ２：５０〜４５０ｐｐｍを含有したＭｎ−Ｚｎ系フェライトでは、電力損失の低減と広い温度領域での低損失化が実現できることが開示されている。
【特許文献１】特公昭３６−００２２８３号公報
【特許文献２】特公平０４−０３３７５５号公報
【特許文献３】特開平０６−２９０９２５号公報
【特許文献４】特開平０８−１９１０１１号公報
【特許文献５】特開平０９−１３４８１５号公報
【特許文献６】特開２００１−０８０９５２号公報
【特許文献７】特開２００２−２３１５２０号公報
【特許文献８】特開２００６−２１３５３２号公報
【非特許文献１】「Ｔｈｅ Ｆｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｃｏｂａｌｔ ｓｕｂｕｓｕｔｉｔｕｔｉｏｎｓ ｏｎ ｓｏｍｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｍａｎｇａｎｅｓｅ ｚｉｎｃ ｆｅｒｒｉｔｅｓ」，Ａ．Ｄ．Ｇｉｌｅｓ ａｎｄ Ｆ．Ｆ．Ｗｅｓｔｅｎｄｏｒｐ：Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｄ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，９（１９７６）２１１７
【非特許文献２】「Ｌｏｗ−ｌｏｓｓ Ｐｏｗｅｒ Ｆｅｒｒｉｔｅｓ ｆｏｒ ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ ｕｐ ｔｏ ５００ｋＨｚ」，Ｔ．Ｇ．Ｗ．Ｓｔｉｊｉｎｔｊｅｓ ａｎｄ Ｊ．Ｊ．Ｒｏｅｌｏｆｓｍａ；Ａｄｖ．Ｃｅｒ．１６（１９８６）４９３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、特許文献４および特許文献５に記載されたフェライトの電力損失は、十分に低いものではなく、また、電力損失の温度変化も十分に平坦化されているとは言えない。しかも、これらの文献には、電源用トランス材料として、さらに広い温度帯域、特に１４０℃程度の高温度域で、低い電力損失を示すと共に、その温度変化を小さくし、さらに振幅比透磁率を高くすることについては開示されていない。また、特許文献６に記載されたフェライトは、電力損失が低いとは言え、いずれも電力損失の最小値が３００ｋＷ／ｍ３程度であり、低損失化の要求には十分に応えられておらず、しかも、同文献には、１４０℃までの高温域での低損失化と高透磁率化については開示されていない。また、特許文献７の技術においても、同文献の表１、表２に示されているように、１００℃において、２５０ｋＷ／ｍ３以下（１００ｋＨｚ、２００ｍＴ）の低損失のフェライトが得られているわけではなく、ましてや、２５℃という低温から１４０℃という高温までの広い温度範囲において、３５０ｋＷ／ｍ３以下の低い損失や６５００以上の高い振幅比透磁率μａを得ることについては開示されていない。
【００１８】
本発明は、上記のような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、２５〜１４０℃という広い温度帯域において、特に、１４０℃の高温域において、鉄損の絶対値およびその温度変化が小さく、かつ、振幅比透磁率の絶対値が高くてその温度変化が小さいＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライトを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
発明者は、さきの出願（特許文献８）において、Ｆｅ２Ｏ３，ＺｎＯおよびＭｎＯの組成を適正範囲に絞り込み、また、ＣｏＯの効果は基本成分の組成により異なるため、その組成に応じた最適のＣｏＯ量を選択することにより、低損失、高比透磁率でかつ高温度域まで温度変化が小さいフェライトを得ることができること、さらに、原料酸化鉄中の塩素量を一定値以下に制限するとともに、焼成後の最終焼結体中における塩素量を所定値以下に低減することにより、その効果がより向上することを開示した。
【００２０】
発明者は、さらに、従来技術が抱える上記問題点を解決するために、基本成分であるＦｅ２Ｏ３，ＺｎＯ，ＣｏＯの含有量が鉄損と透磁率の温度特性に及ぼす影響について調査するとともに、添加成分として含有させる種々の金属酸化物が、最終コアの鉄損および振幅比透磁率とそれらの温度依存性に及ぼす影響について鋭意研究を重ねた。その結果、Ｆｅ２Ｏ３，ＺｎＯおよびＭｎＯの組成を適正範囲に絞り込み、その範囲に応じた最適ＣｏＯ量を選択することにより、極めて低損失、高比透磁率で、かつ高温度域まで温度変化が小さいフェライトを得ることができること、そしてさらに、添加成分として、ＢｅＯを所定の範囲で添加することにより、その効果はより高められることを見出し、本発明を完成させた。
【００２１】
すなわち、本発明は、Ｆｅ２Ｏ３：５２．０〜５３．０ｍｏｌ％、ＣｏＯ：０．１５〜０．５ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１１．５〜１２．５ｍｏｌ％、残部がＭｎＯおよび不可避的不純物からなる基本成分組成を有するＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライトにおいて、当該フェライトに対して、添加成分としてＢｅＯ：１０〜１００ｍａｓｓｐｐｍ、ＳｉＯ２：５０〜５００ｍａｓｓｐｐｍ、ＣａＯ：２００〜２０００ｍａｓｓｐｐｍ、ＺｒＯ２：１００〜１５００ｍａｓｓｐｐｍおよびＴａ２Ｏ５：５０〜１０００ｍａｓｓｐｐｍを含有することを特徴とするＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライトである。
【００２２】
本発明のＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライトは、最大磁束密度２００ｍＴ、周波数１００ｋＨｚで測定した鉄損極小温度が８０〜１２０℃の温度範囲にあり、１００℃における鉄損が２５０ｋＷ／ｍ３以下、２５〜１４０℃の温度範囲における鉄損最大値が３５０ｋＷ／ｍ３以下であることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明のＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライトは、最大磁束密度２００ｍＴ、周波数１００ｋＨｚ、２５〜１４０℃の温度範囲で測定した振幅比透磁率μａが６５００以上であり、かつ、下記式；
変動係数（％）＝（２５〜１４０℃の温度範囲におけるμａ値の標準偏差）／（２５〜１４０℃の温度範囲におけるμａ値の平均値）×１００
で定義されるμａの変動係数が１．５％以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、２５〜１４０℃という広い温度範囲で鉄損が低くかつ振幅比透磁率が高いＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライトを提供することができる。したがって、本発明のフェライトは、スイッチング電源等のトランスコア材に用いて好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明のＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライトは、飽和磁束密度、キュリー温度および鉄損の極小温度と温度特性を最適化する観点から、主成分組成が、Ｆｅ２Ｏ３：５２．０〜５３．０ｍｏｌ％、ＣｏＯ：０．１５〜０．５ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１１．５〜１２．５ｍｏｌ％、残部ＭｎＯからなるものである。上記範囲に制限する理由について、以下に具体的に説明する。
【００２６】
Ｆｅ２Ｏ３：５２．０〜５３．０ｍｏｌ％
Ｆｅ２Ｏ３は、ＣｏＯとの関係で、鉄損極小温度を８０℃以上とするために５２．０ｍｏｌ％以上とする必要がある。しかし、５３．０ｍｏｌ％を超えると、室温付近の鉄損が上昇するため、上限を５３．０ｍｏｌ％とする。好ましくは、５２．３〜５２．７ｍｏｌ％の範囲である。
【００２７】
ＺｎＯ：ｌ１．５〜１２．５ｍｏｌ％
軟磁性フェライトに求められる磁気特性としては、前述したように、飽和磁束密度が大きいこと、キュリー温度が高いこと、鉄損が小さいことおよび透磁率が高いことが挙げられる。このうち、飽和磁束密度、キュリー温度は、基本成分であるＭｎＯ，ＺｎＯ，Ｆｅ２Ｏ３の比でほぼ決定される。ＺｎＯの量が少ない領域においては、ＺｎＯ量の増加に伴い飽和磁束密度が増加するが、これに伴ってキュリー温度も低下する。ＺｎＯ量が１１．５ｍｏｌ％より少ないと、ＣｏＯによる透磁率の温度変化抑制効果が小さく、結果として鉄損値が高くなり、振幅比透磁率も向上しなくなる。また、鉄損が極小となる温度も、先に述べたように、基本成分の比によりほぼ決まり、ＺｎＯ量が多すぎると、ＣｏＯ量の変動による鉄損極小温度の変化が非常に敏感となり、僅かのＣｏＯ含有量の増加で極小温度が大きく変化する。特に、ＺｎＯ量が１２．５ｍｏｌ％より多いと、ＣｏＯ量の０．１ｍｏｌ％程度の違いでも、鉄損極小温度が２５℃程度も変化することがある。したがって、鉄損極小温度を８０〜１２０℃にするには、ＺｎＯ量を１１．５〜１２．５ｍｏｌ％の範囲とする必要がある。
【００２８】
ＣｏＯ：０．１５〜０．５ｍｏｌ％
ＣｏＯは、透磁率の温度係数を小さくする働きもあるが、０．５ｍｏｌ％を超えて過剰に含む場合には、鉄損の温度係数が室温以上で正となるため熱暴走を起こしたり、あるいは、経時変化が大きくなったりするため望ましくない。一方、ＣｏＯ量が０．１５ｍｏｌ％より少ないと、透磁率の温度変化を抑制する効果が小さい。したがって、ＣｏＯの含有量は０．１５〜０．５ｍｏｌ％の範囲とする。
【００２９】
本発明に係るフェライトは、Ｍｎ−Ｚｎ−Ｃｏ−Ｆｅ２Ｏ３四元系フェライトであり、上記Ｆｅ２Ｏ３，ＣｏＯ，ＺｎＯ以外の残部の基本成分は、ＭｎＯである。なお、上記基本成分以外の残部は、後述する添加成分を除いて、不可避的不純物である。
【００３０】
ＢｅＯ：１０〜１００ｍａｓｓｐｐｍ
本発明のＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライトにおいては、基本成分であるＦｅ２Ｏ３，ＺｎＯ，ＭｎＯおよびＣｏＯの組成範囲を上記適正範囲に制御することは最も重要なことである。しかし、本発明のフェライトにおいては、小さな鉄損と大きな振幅比透磁率を同時に安定して実現するために、さらにＢｅＯを添加成分として適正量含有させる必要がある。ＢｅＯの添加が、最終焼結体の磁気特性に影響を及ぼす機構については、明確ではないが、ＢｅＯは比抵抗が高く、低い比誘電率と誘電損失を有する酸化物であるため、最終焼結体の特性、特に１００℃以上の高温度側での鉄損や振幅比透磁率に好ましい影響を及ぼすためと考えられる。ＢｅＯの上記効果は、フェライト全体に対する添加量が１０ｍａｓｓｐｐｍより少ないと発現せず、一方、１００ｍａｓｓｐｐｍより多くなると、逆に異常粒成長を生じさせて鉄損を大幅に増大させる。よって、本発明においては、ＢｅＯ：１０〜１００ｍａｓｓｐｐｍの範囲で添加する。
【００３１】
本発明の、フェライトは、上記必須とする成分のほかに、下記添加成分を添加することができる。すなわち、本発明のフェライトの基本成分であるＦｅ２Ｏ３，ＺｎＯ，ＭｎＯおよびＣｏＯは、スピネル構造を形成するものであり、これに、スピネルを形成しないＳｉＯ２，ＣａＯ，Ｔａ２Ｏ５，ＺｒＯ２，Ｎｂ２Ｏ５，Ｖ２Ｏ５等の添加成分を適量添加することにより、鉄損のより少ない高性能のＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライトを得ることができる。とりわけ、ＳｉＯ２，ＣａＯ，Ｔａ２Ｏ５およびＺｒＯ２の複合添加は、効果的である。
【００３２】
ＳｉＯ２は、ＣａＯとともに粒界高抵抗相を形成して粒界を高抵抗化し、鉄損の低減に寄与する。しかし、フェライト全体に対する添加量が５０ｍａｓｓｐｐｍ未満ではその効果が小さく、一方、５００ｍａｓｓｐｐｍを超えると、焼結時に異常粒成長を起こして鉄損を大幅に増大させる原因ともなる。ＣａＯも、ＳｉＯ２との共存した場合には、粒界抵抗を高めて低鉄損化に寄与するが、フェライト全体に対する添加量が２００ｍａｓｓｐｐｍより少ないとその効果は小さく、一方、２０００ｍａｓｓｐｐｍより多くなると、鉄損は逆に増大する。したがって、ＳｉＯ２ならびにＣａＯのフェライト全体に対する添加量は、それぞれ、ＳｉＯ２：５０〜５００ｍａｓｓｐｐｍ、ＣａＯ：２００〜２０００ｍａｓｓｐｐｍの範囲で添加するのが好ましい。
【００３３】
Ｔａ２Ｏ５は、ＳｉＯ２，ＣａＯの共存下で、比抵抗を高める効果を有するが、フェライト全体に対する添加量が５０ｍａｓｓｐｐｍに満たないとその添加効果に乏しく、一方、１０００ｍａｓｓｐｐｍを超えると逆に鉄損の増大を招く。したがって、Ｔａ２Ｏ５は、５０〜１０００ｍａｓｓｐｐｍの範囲で添加するのが好ましい。また、ＺｒＯ２は、ＳｉＯ２，ＣａＯ，Ｔａ２Ｏ５の共存下で、Ｔａ２Ｏ５と同様に、粒界の抵抗を高めて高周波での鉄損の低減に有効に寄与するが、フェライト全体に対する添加量が１００ｍａｓｓｐｐｍ未満ではその効果に乏しく、一方、１５００ｍａｓｓｐｐｍを超えると、逆に比抵抗を高める効果が少なくなり鉄損が増大する。よって、ＺｒＯ２は、１００〜１５００ｍａｓｓｐｐｍの範囲で添加することが好ましい。
【実施例】
【００３４】
表１および表２に示した種々のＦｅ２Ｏ３，ＺｎＯ，ＣｏＯの組成を有し、残部がＭｎＯとなるようにフェライト原料を混合した後、９３０℃で３時間の仮焼を行い、この仮焼粉に、表１および表２に併記したように、添加成分として種々の量のＢｅＯ，ＳｉＯ２，ＣａＯ，Ｔａ２Ｏ５およびＺｒＯ２を添加し、ボールミルで１０時間粉砕し、外径３１ｍｍ、内径１９ｍｍ、高さ７ｍｍのリング状のコアに成形した。その後、この成形したコアを、酸素分圧１〜５ｖｏｌ％の範囲に制御した窒素・空気混合ガス中で１３３０℃×３時間の焼成を行い、焼結体試料とした。なお、焼成時における５００℃から１３００℃までの昇温速度は６５０℃／ｈｒとした。
【００３５】
上記のようにして得たリング状試料に、１次側５巻・２次側５巻の巻線を施し、交流ＢＨループトレーサーを用いて、周波数１００ｋＨｚで磁束密度２００ｍＴまで励磁したときの２５℃〜１４０℃の温度範囲における鉄損と振幅比透碇率μａを測定した。
また、上記振幅比透磁率μａの平均値と標準偏差から、下記式；
変動係数（％）＝（２５〜１４０℃の温度範囲におけるμａ値の標準偏差）／（２５〜１４０℃の温度範囲におけるμａ値の平均値）×１００
を用いて、変動係数を求めた。
さらに、上記測定結果に基づき、鉄損が極小となる温度と、１００℃での鉄損値、２５〜１４０℃の温度範囲での鉄損最大値、振幅比透磁率の最小値および変動係数を求めた。
【００３６】
上記測定の結果を、表１および表２に併記して示した。ここで、表１に示した試料Ｎｏ．１〜２４は、本発明の発明例、表２の試料Ｎｏ．２５〜４８は、本発明の比較例である。表１，２からわかるように、本発明例では、Ｆｅ２Ｏ３，ＺｎＯ，ＭｎＯ，ＣｏＯの基本組成とＳｉＯ２，ＣａＯ，Ｔａ２Ｏ５，ＺｒＯ２の添加成分の組成を適切に選んだ上でさらに、ＢｅＯを１０〜１００ｍａｓｓｐｐｍ添加しているため、いずれの例でも、最大磁束密度２００ｍＴ、周波数１００ｋＨｚで測定した鉄損極小温度が８０〜１２０℃の範囲にあり、１００℃における鉄損が２５０ｋＷ／ｍ３以下、２５〜１４０℃の温度範囲における鉄損の最大値が３５０ｋＷ／ｍ３以下で、さらに２５〜１４０℃の温度範囲の振幅比透磁率が６５００以上でその変動係数が１．５％以下となっており、広い温度範囲で低損失、高透磁率で、かつその温度変化の少ないＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライトが得られていることがわかる。それに対して、本発明の範囲を外れる比較例では、上記いずれか１以上の特性が発明例に対して劣るものとなっている。
【００３７】
【表１】
【００３８】
【表２】
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明のフェライトは、広い温度範囲で透磁率が高いという優れた特性を有するので、ノイズフィルタ用のコアにも好適に用いることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ２Ｏ３：５２．０〜５３．０ｍｏｌ％、ＣｏＯ：０．１５〜０．５ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１１．５〜１２．５ｍｏｌ％、残部がＭｎＯおよび不可避的不純物からなる基本成分組成を有するＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライトにおいて、当該フェライトに対して、添加成分としてＢｅＯ：１０〜１００ｍａｓｓｐｐｍ、ＳｉＯ２：５０〜５００ｍａｓｓｐｐｍ、ＣａＯ：２００〜２０００ｍａｓｓｐｐｍ、ＺｒＯ２：１００〜１５００ｍａｓｓｐｐｍおよびＴａ２Ｏ５：５０〜１０００ｍａｓｓｐｐｍを含有することを特徴とするＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライト。
【請求項２】
最大磁束密度２００ｍＴ、周波数１００ｋＨｚで測定した鉄損極小温度が８０〜１２０℃の温度範囲にあり、１００℃における鉄損が２５０ｋＷ／ｍ３以下、２５〜１４０℃の温度範囲における鉄損最大値が３５０ｋＷ／ｍ３以下であることを特徴とする請求項１に記載のＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライト。
【請求項３】
最大磁束密度２００ｍＴ、周波数１００ｋＨｚ、２５〜１４０℃の温度範囲で測定した振幅比透磁率μａが６５００以上であり、かつ、下記式で定義されるμａの変動係数が１．５％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライト。
記
変動係数（％）＝（２５〜１４０℃の温度範囲におけるμａ値の標準偏差）／（２５〜１４０℃の温度範囲におけるμａ値の平均値）×１００
【請求項１】
Ｆｅ２Ｏ３：５２．０〜５３．０ｍｏｌ％、ＣｏＯ：０．１５〜０．５ｍｏｌ％、ＺｎＯ：１１．５〜１２．５ｍｏｌ％、残部がＭｎＯおよび不可避的不純物からなる基本成分組成を有するＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライトにおいて、当該フェライトに対して、添加成分としてＢｅＯ：１０〜１００ｍａｓｓｐｐｍ、ＳｉＯ２：５０〜５００ｍａｓｓｐｐｍ、ＣａＯ：２００〜２０００ｍａｓｓｐｐｍ、ＺｒＯ２：１００〜１５００ｍａｓｓｐｐｍおよびＴａ２Ｏ５：５０〜１０００ｍａｓｓｐｐｍを含有することを特徴とするＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライト。
【請求項２】
最大磁束密度２００ｍＴ、周波数１００ｋＨｚで測定した鉄損極小温度が８０〜１２０℃の温度範囲にあり、１００℃における鉄損が２５０ｋＷ／ｍ３以下、２５〜１４０℃の温度範囲における鉄損最大値が３５０ｋＷ／ｍ３以下であることを特徴とする請求項１に記載のＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライト。
【請求項３】
最大磁束密度２００ｍＴ、周波数１００ｋＨｚ、２５〜１４０℃の温度範囲で測定した振幅比透磁率μａが６５００以上であり、かつ、下記式で定義されるμａの変動係数が１．５％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のＭｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライト。
記
変動係数（％）＝（２５〜１４０℃の温度範囲におけるμａ値の標準偏差）／（２５〜１４０℃の温度範囲におけるμａ値の平均値）×１００
【公開番号】特開２００９−１２９９９（Ｐ２００９−１２９９９Ａ）
【公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１７５２１４（Ｐ２００７−１７５２１４）
【出願日】平成１９年７月３日（２００７．７．３）
【出願人】（５０１３４９１８１）ＪＦＥフェライト株式会社 (17)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月３日（２００７．７．３）
【出願人】（５０１３４９１８１）ＪＦＥフェライト株式会社 (17)
【Ｆターム（参考）】
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