JP2002164221A

JP2002164221A - 磁気バイアス用磁石を有する磁気コア及びそれを用いたインダクタンス部品

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Publication number: JP2002164221A
Application number: JP2000360600A
Authority: JP
Inventors: Teruhiko Fujiwara; 照彦藤原; Masayoshi Ishii; 政義石井; Haruki Hoshi; 晴輝保志; Keita Isotani; 桂太磯谷; Toru Ito; 透伊藤
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2000-11-28
Filing date: 2000-11-28
Publication date: 2002-06-07

Abstract

(57)【要約】【課題】優れた直流重畳特性と優れたコアロス特性と
を有する磁気コアを容易かつ安価に提供すること。【解決手段】インダクタンス部品の磁気コアの磁気バ
イアスを与えるための永久磁石を、５ＫＯｅ以上の固有
保磁力及び３００℃以上のキュリー点を持ち粉末平均粒
径が２．０〜５０μｍである希土類磁石粉末と、軟化点
若しくは熱変形温度が１２０℃以上３００℃以下である
熱可塑性樹脂とからなるボンド磁石で構成する。熱可塑
性樹脂は、体積比で４０％以上含有し、ボンド磁石の比
抵抗が２Ωｃｍ以上であることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、スイッチ
ング電源などに用いられるチョークコイルやトランス等
のインダクタンス部品の磁気コア（以下、単に「コア」
とも呼ぶ）に関するものであり、特に、磁気バイアス用
磁石を備えた磁気コアに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】チョークコイル及びトランスに供給され
る電圧は、交流成分が直流成分に重畳されたものと捉え
ることができる。この点を考慮し、チョークコイルやト
ランスに用いる磁気コアには、直流成分の正側又は負側
への偏りにも幅広く対応できること、すなわち、上記し
た直流重畳に対して磁気飽和しない透磁率特性（この特
性を「直流重畳特性」と呼ぶ）の良好なことが要求され
ている。

【０００３】高周波用の磁気コアとしては、一般に、フ
ェライト磁気コアや圧粉磁気コアが使用されている。こ
れらフェライト磁気コア及び圧粉磁気コアは、それぞれ
に、材料物性に起因した特徴を有しており、また、その
特徴に応じて、主たる用いられ方にも差異が見られる。
例えば、圧粉磁気コアは、初透磁率が低く飽和磁束密度
が高いという特徴を有し、トロイダル形状で用いられる
ことが多い。一方、フェライト磁気コアは、初透磁率が
高く飽和磁束密度が小さいという特徴を有することか
ら、その使用にあたっては、例えばＥ型コアの中脚に磁
気空隙（磁気ギャップ）を形成して直流重畳により磁気
飽和することを避けることが行われている。

【０００４】しかし、近年の電子機器の小型化要請に伴
う電子部品の小型化の要求により、磁気コアの磁気ギャ
ップも小さくせざるを得ない。その一方で、直流重畳に
対してより高い透磁率の磁気コアが強く求められてい
る。

【０００５】これらの要求に対しては、一般に、飽和磁
化の高い磁気コアを選択すること、つまり高磁界で磁気
飽和しない磁気コアの選択が必須とされている。しか
し、飽和磁化は材料の組成で必然的に決まるものであ
り、無限に高く出来るものではない。

【０００６】その解決手段として、磁気コアの磁路に設
けた磁気ギャップに永久磁石を配置し、直流重畳による
直流磁界を打ち消すこと、すなわち、磁気コアに磁気バ
イアスを与えることが古くから提案されている。

【０００７】この永久磁石を用いた磁気バイアス方法
は、直流重畳特性を向上させるには優れた方法である
が、一方で金属焼結磁石を用いると磁気コアのコアロス
の増大が著しく、またフェライト磁石を用いると重畳特
性が安定しないなど、とても実用に耐え得るものではな
かった。

【０００８】これらを解決する手段として、例えば特開
昭５０−１３３４５３は、磁気バイアス用永久磁石とし
て保磁力の高い希土類磁石粉末とバインダーとを混合し
圧縮成形したボンド磁石を用いること、これにより直流
重畳特性およびコアの温度上昇が改善されたことを開示
している。

【０００９】しかし、近年における電源に対する電力変
換効率向上の要求はますます厳しくなっており、チョー
クコイル用及びトランス用の磁気コアについても単にコ
ア温度を測定するだけでは優劣が判断不能なレベルとな
っている。そのため、コアロス測定装置による測定結果
の判断が不可欠であり、実際、本発明者等が検討を行っ
た結果、特開昭５０―１３３４５３に示された抵抗率の
値ではコアロス特性が劣化することが明らかになった。

【００１０】また、近年の部品の小型化要請に伴うスイ
ッチング周波数の高周波化が進んでいることにより、特
に高周波でもコアロスの増加しない直流重畳特性に優れ
た磁気コアが所望されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を考慮し、磁路の少なくとも１箇所以上にギャップを
有する磁気コアであって、該ギャップ両端から磁気バイ
アスを供給するために前記ギャップに磁気バイアス用磁
石を有する磁気コアにおいて、優れた直流重畳特性及び
コアロス特性を有する磁気コアを容易かつ安価に提供す
ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の発明者らは、上
述した課題を解決するためにギャップに挿入する永久磁
石について検討した結果、優れた直流重畳特性を得るの
に必要な磁石特性がエネルギー積よりもむしろ固有保磁
力であり、従って比抵抗の高い永久磁石を使用しても固
有保磁力が高ければ充分に高い直流重畳特性が得られる
ということを見出した。更に、検討を重ねた結果、本発
明の発明者らは、磁石の比抵抗が２Ω・ｃｍ以上であり
且つ固有保磁力が５ＫＯｅ以上である永久磁石を使用し
たとき、優れた直流重畳特性が得られ、しかもコアロス
特性の劣化が生じない磁気コアを形成できることを発見
した。

【００１３】ここで、比抵抗が高くしかも固有保磁力が
高い磁石は、希土類磁石粉末をバインダーとともに混合
して成形した希土類ボンド磁石で得られるが、保磁力の
高い磁石粉末であれば他組成のものでも可能である。希
土類磁石粉末の種類はＳｍＣｏ系、ＮｄＦｅＢ系、Ｓｍ
ＦｅＮ系とあり、用途に応じて種々選択可能である。樹
脂としては熱可塑性樹脂を使用することが必要であり、
これによって渦電流損の増大が抑制されることが分かっ
た。

【００１４】より具体的には、本発明によれば、上述し
た課題を解決するための手段として、磁路の少なくとも
１箇所以上にギャップを有する磁気コアであって、該ギ
ャップ両端から磁気バイアスを供給するために前記ギャ
ップに磁気バイアス用磁石を有する磁気コアにおいて、
前記磁気バイアス用磁石は、５ＫＯｅ以上の固有保磁力
及び３００℃以上のキュリー点を持ち粉末平均粒径が
２．０〜５０μｍである希土類磁石粉末と、軟化点若し
くは熱変形温度が１２０℃以上３００℃以下である熱可
塑性樹脂とからなるボンド磁石であることを特徴とする
磁気バイアス用磁石を有する磁気コアが得られる。

【００１５】ここで、例えば、前記ボンド磁石は、前記
熱可塑性樹脂を体積比で４０％以上含有し、比抵抗が２
Ωｃｍ以上であることが好ましい。

【００１６】また、前記ボンド磁石は、例えば、成形後
に、１回以上、当該ボンド磁石を構成する熱可塑性樹脂
の軟化点若しくは熱変形温度よりも高い温度で熱処理
し、その後、前記ギャップに挿入されることが望まし
い。

【００１７】更に、本発明によれば、前記した本発明に
よる磁気バイアス用磁石を有する磁気コアに、１ターン
以上の巻線を少なくとも１つ施すことによって、小型で
直流重畳特成の良好なインダクタンス部品が得られる。

【００１８】なお、インダクタンス部品とは、コイル、
チョークコイル、トランス、その他一般に磁気コアと巻
き線とを必須とした部品を含むものとする。

【００１９】チョークコイル用及びトランス用の磁気コ
アとしては軟磁気特性を有する材料であれば如何なる材
料であっても有効であり、例えば、ＭｎＺｎ系又はＮｉ
Ｚｎ系フェライト、圧粉磁心、珪素鋼板、アモルファス
等を用いることができる。また、磁気コアの形状につい
ても特に制限があるわけではなく、トロイダルコア、Ｅ
Ｅコア、ＥＩコア等あらゆる形状の磁気コアに本発明の
適用が可能である。すなわち、これらコアの磁路の少な
くとも１箇所以上にギャップを設け、そのギャップに永
久磁石を挿入する。ここで、ギャップ長に特に制限はな
いがギャップ長が狭すぎると直流重畳特性が劣化し、ま
たギャップ長が広すぎると透磁率が低下しすぎるので、
必然的に挿入するギャップ長は決まってくる。また、ギ
ャップに挿入される永久磁石に対する要求特性は、固有
保磁力については５ＫＯｅ以下では磁気コアに印可され
る直流磁界によって保磁力が消失するのでそれ以上の保
磁力が必要であり、また比抵抗は大きいほど良いが２Ω
・ｃｍ以上であればコアロス劣化の大きな要因にはなら
ない。更に、粉末の平均最大粒径が５０μｍ以上になる
とコアの比抵抗をいかに大きくしようともコアロス特性
が劣化するので、粉末の最大粒径は５０μｍ以下である
ことが望ましく、最小粒径が２．０μｍ以下になると粉
末と樹脂の混練時に粉末の酸化による磁化の減少が顕著
になるため２．０μｍ以上の粒径が必要である。また、
樹脂の軟化温度または熱変形温度を規定した理由は、１
２０℃以下であるとトランスの常用温度での保証が出来
ないためであり、３００℃以上であると粉末と樹脂との
混練時に磁石粉末が酸化され磁気特性が悪化するためで
ある。また、コアロスを増大させないため樹脂の量は少
なくとも体積比で４０％以上必要である。

【００２０】なお、ボンド磁石を作成した後に、樹脂の
熱処理をすることにより、作成時に構成されていた２次
粒子が１次粒子に拡散される効果のため、更にコアロス
が低下する。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態とし
て、図面等を参照し、具体的な磁気コア及びその作成に
ついて説明する。

【００２２】（第１の実施の形態）本発明の第１の実施
の形態による磁気コアは、図１に示されるように、ギャ
ップを有し、且つ、Ｓｍ_２Ｃｏ_１７系磁石粉末と融点が
１２０℃以上３００℃以下の熱可塑性樹脂とからなるボ
ンド磁石を磁気バイアス用磁石としてギャップに挿入し
てなるものである。また、本発明の第１の実施の形態に
よるインダクタンス部品は、図２に示されるように、図
１に示される磁気コアに対してコイルを巻回してなるも
のである。

【００２３】以下、融点が１２０℃以上３００℃以下の
熱可塑性樹脂として、高密度ポリエチレン（ＨＤＰ
Ｅ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、６ナイロン、６．６ナ
イロン、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）を例示
し、本実施の形態による磁気バイアス用磁石及び磁気コ
ア並びにその製造方法について説明する。ここで、高密
度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）の融点は約１３０℃であ
り、ポリプロピレン（ＰＰ）の融点は約１７０℃であ
る。また、６ナイロンの融点は約２１５℃であり、６．
６ナイロンの融点は約２６０℃であり、ポリフェニレン
スルフィド（ＰＰＳ）の融点は約２９０℃である。

【００２４】なお、以下においては、本発明による効果
を検証するために、熱可塑性樹脂として、融点が約８０
℃の低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）及び約３３０℃の
ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を用いたボン
ド磁石の作製等についても、併せて説明してある。

【００２５】まず、ボンド磁石を作製するために、磁石
粉末としてＳｍ_２Ｃｏ_１７系磁石合金のインゴットを粉
砕し、一般的な粉末冶金法で作成した焼結体を平均で
５．０μｍに微粉砕したものを用意した。その粉末特性
をＶＳＭで測定した結果は、保磁力が約９ＫＯｅであっ
た。

【００２６】その磁石粉末に適当なカップリング処理を
した後、それぞれ、熱可塑性樹脂としてＬＤＰＥ、ＨＤ
ＰＥ、ＰＰ、６ナイロン、６．６ナイロン、ＰＰＳ、及
びＰＥＥＫを、２軸式の熱混練機でそれぞれの融点の１
０℃〜５０℃直上である最適条件で混練した。ここで、
各熱可塑性樹脂は、体積比で５０ｖｏｌ％含有させた。

【００２７】次に、混練物を熱プレス機で、混練温度と
同じ成形温度の下、圧力０．０５ｔ／ｃｍ^２で、高さ
１．５ｍｍのシートに無磁場中で成形し、ボンド磁石を
作成した。これらシートの比抵抗は、全て２Ωｃｍ以上
の値を示した。この成形体は後で説明するフェライトコ
アの中芯断面形状に加工した。

【００２８】ここで、磁石特性を調べるために、作成し
たシートを張り合わせることにより、φ１０＊ｔ１０の
テストピースを別途作成し、そのテストピースを直流Ｂ
Ｈトレーサーで測定することとした。その結果、熱可塑
性樹脂としてＰＥＥＫを用いたボンド磁石以外の全ての
ボンド磁石について約９ＫＯｅの固有保磁力が得られて
いることが分かった。

【００２９】次に、一般的なＭｎＺｎ系フェライト材で
作成された磁路長７．５ｃｍ、実効断面積０．７４ｃｍ
^２のＥＥコアの中脚に１．５ｍｍのギャップ加工をし
た。

【００３０】次いで、上記作成したボンド磁石を着磁磁
場４Ｔでパルス着磁し、その後、着磁したボンド磁石を
そのギャップ部に挿入した。なお、ボンド磁石をフェラ
イトコアのギャップに挿入する前に、後の処理との比較
のため、ガウスメーターでボンド磁石の表面磁束を測定
しておいた（後述する表１における“表面磁束”参
照）。

【００３１】次に、岩崎通信機製のＳＹ−８２３２交流
ＢＨトレーサーで３００ＫＨｚ、０．１Ｔにおけるコア
ロス特性を室温で測定した。ここで、測定に使用したフ
ェライトコアは、全ての熱可塑性樹脂について同一のも
のである。すなわち、一の熱可塑性樹脂を用いて作製し
たボンド磁石をフェライトコアのギャップに挿入してコ
アロス測定を行った後、そのボンド磁石と他の樹脂を用
いて作製したボンド磁石と交換し、更にコアロスの測定
を行うということを、全てのボンド磁石について、繰り
返し行った。その結果を「熱処理前」として表１に示
す。次に、それら磁石をトランスの常用温度である１２
０℃の恒温槽で正味１，０００時間保持し、「熱処理
前」の場合と同様にして、表面磁束とコアロスを測定し
た。その結果を「熱処理後」として表１に示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】表１より、３００℃を超える融点を有する
ＰＥＥＫについては、表面磁束の悪化が認められた。こ
れは、混練温度が高いために、混練中に粉末と大気また
は樹脂とが反応したことによるものと思われる。また、
１２０℃以下の融点を有するＬＤＰＥについては、熱処
理後の表面磁束及びコアロスの悪化が顕著であることが
分かった。これは熱処理中に樹脂の劣化が進むため、せ
っかく樹脂で被覆された粉末が再び大気と接触するため
と考えられる。従って、樹脂の融点は１２０℃以上で３
００℃以下である必要がある。

【００３４】次に、直流磁界を８０Ｏｅ重畳した時のイ
ンダクタンスをＬＣＲメーターで測定し、コア定数と巻
線数から透磁率を計算した。その結果は、樹脂の融点が
３００℃以下のボンド磁石を挿入したコアは５０以上の
値を示した。一方、比較材としてボンド磁石を挿入しな
いもの（すなわち、ギャップのみ）、バインダー用樹脂
の融点が３００℃以上のボンド磁石はコアは透磁率が１
５と著しく低い値を示した。以上の結果より、バインダ
ー用樹脂の融点は１２０℃以上３００℃以下で、比抵抗
が２Ω・ｃｍ以上の永久磁石をコアのギャップに挿入す
る時、直流重畳特性に優れ、しかも、コアロス特性劣化
の小さい優れた磁心が得られることが分かった。

【００３５】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態による磁気コアは、ギャップを有し、且つ、Ｓｍ
ＦｅＮ磁石粉末と融点が１２０℃以上３００℃以下の熱
可塑性樹脂とからなるボンド磁石を磁気バイアス用磁石
としてギャップに挿入してなるものである。なお、本実
施の形態においては、熱可塑性樹脂として、ＨＤＰＥを
用いた。

【００３６】まず、ボンド磁石を作製するために、磁石
粉末として還元拡散法で作成されたＳｍＦｅ粉末を３μ
ｍに微粉砕後、窒化処理することで得られたＳｍＦｅＮ
粉末を用意した。その粉末特性をＶＳＭで測定した結果
は、保磁力が約１０ＫＯｅであった。

【００３７】続いて、熱可塑性樹脂として１２０℃の融
点を有するＨＤＰＥを、ＳｍＦｅＮ粉末に対して、それ
ぞれ、体積比で２５，３０，４５，５５，７０，７５ｖ
ｏｌ％混合した。そして、それらを、上述した第１の実
施の形態と同様にして、各々１５０℃で熱混練した後、
１５０℃で厚さ１．５ｍｍに熱プレスした。ここで、Ｈ
ＤＰＥを２５ｖｏｌ％含有するように混合したものにつ
いては、熱混練が不能であったことから、その後の検討
は行わなかった。

【００３８】ボンド磁石の特性測定は、上述した第１の
実施の形態と同様に、別途作製されたテストピースを対
象として行った。その結果、混合した樹脂の量によらず
全ての磁石について約８ＫＯｅの固有保磁力が得られ
た。また、比抵抗を測定した結果、全ての磁石について
２Ω・ｃｍ以上の値が得られた。

【００３９】次に、第１の実施の形態と全く同様にボン
ド磁石を着磁して、着磁したボンド磁石をフェライトＥ
Ｅコアの中脚に設けたギャップに挿入し、直流重畳特性
を測定した。なお、本実施の形態においても、ボンド磁
石をフェライトコアに挿入する前に、ガウスメータにて
ボンド磁石の表面磁束を測定しておいた。

【００４０】更に、上述した第１の実施の形態と同様の
方法にて、２００℃の恒温槽に実質的に３０分間保持
し、再度表面磁束と直流重畳特性を測定した。それらの
結果を表２に示す。

【００４１】

【表２】

【００４２】表２に示す通り、熱可塑性樹脂の量が４０
ｖｏｌ％以上であるときにコアロスに優れた磁気コアが
得られ、また、樹脂混合量が７０ｖｏｌ％以下であると
きに、直流重畳特性に優れた磁気コアが得られることが
分かった。すなわち、直流重畳特性とコアロスに優れた
磁気コアを得るためには、熱可塑性樹脂の量が４０ｖｏ
ｌ％以上７０ｖｏｌ％以下であることが必要とされるこ
とが分かる。更に、性能を上げるためには、表２から明
らかなように、樹脂混合量を４５ｖｏｌ％以上５５ｖｏ
ｌ％以下とすれば良い。

【００４３】（第３の実施の形態）第２の実施の形態で
作成された樹脂量４５ｖｏｌ％のＳｍＦｅＮボンド磁石
を使用して、ボンド磁石の熱処理温度と、当該ボンド磁
石をＥＥ型のフェライトコアの中脚に挟んだときのコア
ロス及び比抵抗との関係を調査した。なお、フェライト
コアは、上述した第１及び第２の実施の形態におけるも
のと同じである。

【００４４】ボンド磁石の熱処理温度を、１００℃，１
２５℃，１５０℃，１７５℃，２００℃，２２５℃とし
て、その後着磁し、熱処理温度とコアに挿入したときの
直流重畳特性、コアロスとの関係を表３に示す。

【００４５】

【表３】

【００４６】表３に示す通り、ＨＤＰＥの軟化点である
１３０℃よりも高い温度で熱処理することにより、直流
重畳特性を悪化させること無くコアロス特性を改善でき
ることが分かった。ただし、ＨＤＰＥの場合は２２５℃
で磁石の変形が見られ、熱処理温度の上限は２００℃以
下と推定される。

【００４７】

【発明の効果】以上に説明したように、１２０℃〜３０
０℃の融点または熱変形温度を有する熱可塑性樹脂を４
０ｖｏｌ％〜７０ｖｏｌ％含有するようにして希土類磁
石粉末と混合し、ボンド磁石を作成することにより、比
抵抗が２Ω・ｃｍ以上で固有保磁力が５ＫＯｅ以上の永
久磁石が得られ、それを磁気コアのギャップ部に挿入す
ることにより優れた直流重畳特性が得られしかもコアロ
ス特性の劣化も生じない磁気コアが得られる。更にボン
ド磁石を樹脂の軟化温度以上で熱処理することにより、
コアロス特性を改善することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による磁気コアを示す斜視
図である。

【図２】図１に示される磁気コアを用いたチョークコイ
ルを示す断面図である。

【符号の説明】

１磁気バイアス用磁石（ボンド磁石）２フェライトコア３コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者保志晴輝宮城県仙台市太白区郡山六丁目７番１号株式会社トーキン内 (72)発明者磯谷桂太宮城県仙台市太白区郡山六丁目７番１号株式会社トーキン内 (72)発明者伊藤透宮城県仙台市太白区郡山六丁目７番１号株式会社トーキン内Ｆターム(参考） 5E040 AA03 AA06 BB03 CA01 HB11 HB14 HB17 NN12 NN18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁路の少なくとも１箇所以上にギャップ
を有する磁気コアであって、該ギャップ両端から磁気バ
イアスを供給するために前記ギャップに磁気バイアス用
磁石を有する磁気コアにおいて、前記磁気バイアス用磁石は、５ＫＯｅ以上の固有保磁力
及び３００℃以上のキュリー点を持ち粉末平均粒径が
２．０〜５０μｍである希土類磁石粉末と、軟化点若し
くは熱変形温度が１２０℃以上３００℃以下である熱可
塑性樹脂とからなるボンド磁石であることを特徴とする
磁気バイアス用磁石を有する磁気コア。
【請求項２】請求項１に記載の磁気バイアス用磁石を
有する磁気コアにおいて、前記ボンド磁石は、前記熱可
塑性樹脂を体積比で４０％以上含有し、比抵抗が２Ωｃ
ｍ以上であることを特徴とする磁気バイアス用磁石を有
する磁気コア。
【請求項３】請求項１又は２に記載の磁気バイアス用
磁石を有する磁気コアにおいて、前記ボンド磁石は、成
形後に、１回以上、当該ボンド磁石を構成する熱可塑性
樹脂の軟化点若しくは熱変形温度よりも高い温度で熱処
理し、その後、前記ギャップに挿入されている、ことを
特徴とする磁気バイアス用磁石を有する磁気コア。
【請求項４】請求項１乃至３のいずれかに記載の磁気
バイアス用磁石を有する磁気コアに、１ターン以上の巻
線を少なくとも１つ施してあることを特徴とするインダ
クタンス部品。