JP2003163109A - 圧粉磁心 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い直流重畳特性を備えた圧粉磁心を提供す
る。 【解決手段】 Ｆｅ−（８〜１１）重量％Ｓｉ−（４〜
８）重量％Ａｌの組成を有し、見掛け密度／真密度をａ
としたとき、ａは、 ０.４６≦ａ≦０.６２ を満足する値である軟磁性粉末を主成分として用いて製
造された圧粉磁心であって、その相対密度をｂ（％）、
その初透磁率をμ₀、８００Ａ／ｍの直流磁界を印加し
たときの透磁率をμ₈₀₀としたとき、ａ，ｂ，μ₀，μ
₈₀₀の間には、次式： μ₀＝−９０−５８０・ａ＋６・ｂ、 μ₀≧５０、および、 μ₈₀₀／μ₀≧０.８ の関係が成立している。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は圧粉磁心に関し、更
に詳しくは、高い直流重畳特性を備えていて、形状の小
型化を実現することができる圧粉磁心に関する。 【０００２】 【従来の技術】圧粉磁心は、対象製品が小型・複雑な形
状であっても高い歩留まりで製造することができ、現在
では、例えばスイッチング電源のチョークコイル、ノイ
ズフィルタ、バッテリ充電用トランスなどのコアとして
用いられている。この圧粉磁心は、概ね、次のようにし
て製造されている。 【０００３】まず、所定組成の軟磁性合金に対して機械
粉砕法や、アトマイズ法などを適用して、所望する形状
と粒度分布を有する軟磁性粉末を製造する。ついで、こ
の軟磁性粉末に所定量の絶縁材料とバインダ成分を均一
に混合し、全体を撹拌して、軟磁性粉末の表面を上記材
料で被覆する。ついで、得られた混合物を所定形状の金
型に充填したのち所定の圧力で例えばプレス成形して圧
粉磁心のグリーン体を製造する。 【０００４】そして最後に、上記グリーン体に所定温度
の熱処理を行って、成形時に蓄積された成形歪みを解放
し、目的とする圧粉磁心を得る。ところで、最近では、
圧粉磁心は、例えば電気自動車やハイブリッド自動車の
充電用トランス、携帯電話などの分野でも用いられはじ
めているが、それに伴い、省スペースのために圧粉磁心
に対しては形状小型化の要請が高まっている。 【０００５】この要請に応えるためには、小型形状に製
造された圧粉磁心であっても、それが高い透磁率特性を
示すことが必要不可欠である。その場合、上記した高透
磁率特性とは、印加電流がゼロ値のときのいわゆる初透
磁率に関する特性の高低ではなく、当該圧粉磁心が実際
の回路に組み込まれ、所定値の電流（実使用時の電流）
が通電されたときに発生する磁界下における透磁率が高
いということ、換言すれば、直流重畳特性が高いという
ことである。 【０００６】したがって、上記した要請に応えるために
は、形状は小型であっても高い直流重畳特性を備えた圧
粉磁心を製造することが必要になる。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】従来、高い直流重畳特
性を備えた圧粉磁心の製造に関しては、次のような方法
が知られている。まず、高い飽和磁束密度を有する軟磁
性粉末を用いる方法である。しかしながら、この方法で
製造された圧粉磁心の場合、原料である軟磁性粉末の飽
和磁束密度が高いと、一般に、保磁力が大きくなること
が多い。そのため、圧粉磁心の実使用時におけるヒステ
リシス損は大きく、コアロスが増大してしまうという問
題がある。 【０００８】また、圧粉磁心を相対密度で例えば９０％
程度にまで高密度化して直流重畳特性を高める方法もあ
る。この場合は、プレス成形時の成形圧を非常に高める
ことが必要となり、そのため、成形設備の大規模化など
の問題が生じ、工業的な意味で実用的とはいえないとい
う問題が生ずる。このようなことから、高い直流重畳特
性を備え、コアロスも小さく、形状も小型化している圧
粉磁心を工業的に製造することは困難であった。 【０００９】本発明は、上記した問題を解決し、特別の
設備を用いることもなく製造することができ、高い直流
重畳特性を備え、したがって形状小型化も実現すること
ができる圧粉磁心の提供を目的とする。 【００１０】 【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、Ｆｅ−（８〜１１）重量％
Ｓｉ−（４〜８）重量％Ａｌの組成を有し、見掛け密度
／真密度をａとしたとき、ａは、 ０.４６≦ａ≦０.６２ …(1) を満足する値である軟磁性粉末を主成分として用いて製
造された圧粉磁心であって、その相対密度をｂ（％）、
その初透磁率をμ₀、８００Ａ／ｍの直流磁界を印加し
たときの透磁率をμ₈₀₀としたとき、ａ，ｂ，μ₀，μ
₈₀₀の間には、次式： μ₀＝−９０−５８０・ａ＋６・ｂ …(2) μ₀≧５０ …(3)、および、 μ₈₀₀／μ₀≧０.８ …(4) の関係が成立していることを特徴とする圧粉磁心が提供
される。 【００１１】 【発明の実施の形態】本発明の圧粉磁心の開発に当た
り、本発明者らは、開発目標の圧粉磁心の特性に関し、
次のことを目標として設定した。まず、圧粉磁心の初透
磁率（μ₀）は５０以上であることである。μ₀が５０未
満であるような圧粉磁心は、そもそもが実使用に耐え得
ないからである。この目標を表現するものが、前記した
式（３）である。 【００１２】次に、目標とする直流重畳特性は、圧粉磁
心に８００Ａ／ｍの直流磁界を印加したときの透磁率
（μ₈₀₀）が初透率（μ₀）に対して８０％以上の値を保
持していることを好適とした。具体的には、μ₈₀₀／μ₀
≧０.８の関係を満たす圧粉磁心の開発を目標とした。
すなわち、前記した式(4)の成立を直流重畳特性の目標
とした。 【００１３】その場合、考慮の対象に据えた事項は、目
標とする圧粉磁心は特別の設備を付加することなく、従
来の製造ラインで製造することができることである。具
体的には、例えば非常に高い成形圧を適用して高密度化
しなくても、上記した２つの特性を発現させることであ
る。その上で、本発明者らは、主原料として用いる軟磁
性粉末の形状特性に関し、次の点に着目した。 【００１４】すなわち、まず、軟磁性粉末の形状が球形
である場合には、その反磁界係数は大きくなり、それに
磁界が印加されると、初透磁率に対し、透磁率の低下が
小さくなる。したがって、球形に近い軟磁性粉末を主原
料として圧粉磁心を製造すれば、その圧粉磁心は、直流
磁界の印加時に透磁率の低下が小さくなるものと考えら
れる。 【００１５】また、本発明者らは次の点にも着目した。
すなわち、例えば粉末焼結体の製造分野では、原料粉末
の金型成形時に、金型のストロークが一定である場合、
用いる原料粉末の見掛け密度が小さくなると、得られる
グリーンの相対密度は低くなるという事実である。この
事実を踏まえ、本発明者らは、見掛け密度が低い軟磁性
粉末をプレス形成すれば、得られる圧粉磁心は低密度化
するであろうと考察し、そして、低密度の圧粉磁心の初
透磁率（μ₀）は小さくなるという公知の事実に基づ
き、得られる圧粉磁心の相対密度は低くなるものと考え
た。 【００１６】そこで、本発明者らは、用いる軟磁性粉末
の見掛け密度と、得られる圧粉磁心の相対密度および初
透磁率（μ₀）との関係を調べた。その場合、軟磁性粉
末の種類（組成）が変わると、互いの真密度も異なって
くるゆえ、その見掛け密度も変わってくる。そこで、本
発明者らは、組成の見掛け密度への影響を消去して見掛
け密度を規格化するために、見掛け密度／真密度という
パラメータａを案出して上記の関係を調べた。 【００１７】まず、Ｆｅ−（８〜１１）重量％Ｓｉ−
（４〜８）重量％Ａｌの組成を有するものを選択し、そ
の粉末の見掛け密度／真密度（＝ａ）を測定し、またそ
の粉末を用いて圧粉磁心を製造する際に製造条件を変え
ることにより相対密度（＝ｂ）が異なる圧粉磁心とし、
そしてその圧粉磁心の初透磁率（μ₀）を測定した。
μ₀，ａ，ｂに関して重回帰分析を行うことにより、本
発明者らは（２）式を導き出した。 【００１８】すなわち、あるａ値の軟磁性粉末を用いて
相対密度がｂ値である圧粉磁心を製造すると、その圧粉
磁心の初透磁率（μ₀）は、（２）式で表現されるとい
う新たな知見である。そして、通常の製造ラインで適用
される成形圧では、得られる圧粉磁心の相対密度は７５
〜８５％程度であることを勘案し、この相対密度ｂ値の
範囲内において、（３）式を成立させるａ値、すなわち
圧粉磁心の初透磁率（μ₀）が５０以上になるａ値を調
べた。その結果、（１）式が得られた。 【００１９】このようなことから、用いる軟磁性粉末の
ａ値が０.４６〜０.６２の範囲内にあれば、通常の製造
ラインで、相対密度が７５〜８５％程度の圧粉磁心を製
造すれば、その圧粉磁心の初透磁率（μ₀）は（２）式
で表され、かつその値は５０以上になることが判明し
た。このように、本発明の圧粉磁心は、式（１）を満た
すａ値の軟磁性粉末を用いて製造され、その初透磁率
（μ₀）は、式（２）で示され、かつその値は式（３）
で示されており、その直流重畳特性は式（４）で表現さ
れる圧粉磁心である。 【００２０】ここで、ａ値が０.４６より小さい場合に
は、その軟磁性粉末の異形度合が大きく、製造した圧粉
磁心の初透磁率（μ₀）が大きくなって直流重畳特性の
低下を招き、式（４）を満たして０.８以上の値の実現
が困難になる。また、ａ値が０.６２より大きい場合
は、軟磁性粉末が球形に近づくため、製造された圧粉磁
心の初透磁率（μ₀）は小さくなって式（３）を満たす
ことが困難になる。 【００２１】本発明で用いる軟磁性粉末は、Ｆｅ−（８
〜１１）重量％Ｓｉ−（４〜８）重量％Ａｌで示される
組成を有するものである。なお、軟磁性粉末としては、
例えば特開平１１−１５２５０４号公報で開示されてい
るようなアトマイズ法で製造される異形粉末を用いるこ
とが好ましい。その場合、アトマイズ法の条件を適宜に
変えることにより、粉末の形状特性、換言すれば粉末の
見掛け密度を調整し、ａ値が（１）式の範囲内になるよ
うな形状特性の粉末を調製する。 【００２２】 【実施例】実施例１〜１４，比較例１〜１０ （１）軟磁性粉末の製造 表１で示した合金の溶湯に対し、各種条件の水アトマイ
ズ法を適用して、いずれも粒径１５０μｍ以下で、平均
粒径が６０μｍである軟磁性粉末を製造した。 【００２３】各軟磁性粉末の見掛け密度を次のようにし
て測定した。すなわち、ＪＩＳ−Ｚ−２５０４で規定す
る金属粉の見掛け密度の測定方法に準拠して測定した。
得られた見掛け密度を粉末材料の真密度で除算してａ値
を求め、それを表１に示した。 【００２４】（２）圧粉磁心の製造 各粉末１００質量部に対し、水ガラス（絶縁材料）１質
量部を添加して混合したのち乾燥し、更に０.５質量部
のステアリン酸亜鉛（潤滑剤）を混合した。ついで、混
合物を金型に充填し、油圧プレスを用い、圧１７００MP
aでプレス成形し、外径２０mm，内径１０mm，厚み５mm
のリング形状の圧粉体を成形したのち、Ａｒ雰囲気中に
おいて、温度７００℃で１時間の歪み取り磁気焼鈍を行
って圧粉磁心を製造した。 【００２５】得られた各圧粉磁心の相対密度ｂ値を測定
したところ、いずれの圧粉磁心の相対密度も８４±０.
５％であった。すなわち、これらの圧粉磁心のｂ値は、
事実上８４％になっている。 （３）特性評価 各圧粉磁心の一次側に４０ターン、二次側に２０ターン
の巻き線を施し、ＬＣＲメータを用い、０.４Ａ／ｍ，
１００kHzの交流磁界を重畳し、そのときの比透磁率と
して初透磁率（μ₀）を測定した。 【００２６】また、圧粉磁心に８００Ａ／ｍの直流磁界
を印加し、更に０.４Ａ／ｍ，１００kHzの交流磁界を重
畳し、そのときの微分比透磁率として、８００Ａ／ｍの
磁界印加時の透磁率（μ₈₀₀）を測定した。ついで、各
圧粉磁心につき、μ₈₀₀／μ₀値を算出した。その結果を
一括して表１と表２に示した。 【００２７】また、各圧粉磁心に関しては、ａ値，ｂ値
（８４％）に基づき（２）式を計算し、また（４）式も
計算し、その結果も表１に示した。なお、各圧粉磁心に
関しては、更に、交流ＢＨアナライザを用いて、磁束密
度（Ｂ）０.１Ｔ，周波数（ｆ）１００kHzでコアロスを
測定し、その結果も表１と表２に併記した。 【００２８】 【表１】 【００２９】 【表２】 【００３０】表１と表２から次のことが明らかである。 （１）ａ値が０.４６より小さい軟磁性粉末を用いる
と、μ₈₀₀／μ₀は０.８以上の目標特性を得ることがで
きず、その圧粉磁心（比較例１，比較例６）は高い直流
重畳特性を示さない。ａ値が０.４６以上の軟磁性粉末
を用いると、実施例と比較例のいずれにおいても、μ
₈₀₀／μ₀は０.８以上の値を確保している。 【００３１】しかしながら、ａ値が０.６２より大きい
場合（比較例２，比較例７）は、高い直流重畳特性が得
られているとはいえ、μ₀が実用レベル（５０以上）か
ら下がってしまい、実使用に供することはできない。こ
のようなことから、ａ値は、０.４６≦ａ≦０.６２を満
たしていることの必要性がわかる。 【００３２】（２）軟磁性粉末として、ａ値が０.４６
≦ａ≦０.６２を満たすＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系（Ｓｉ：８
〜１１重量％，Ａｌ：４〜８重量％）のものを用いる
と、高い直流重畳特性と低コアロス特性を実現すること
ができる。しかし、比較例３〜５，比較例８〜１０の場
合のように、上記した組成から外れた軟磁性粉末を用い
ると、ａ値が０.４≦ａ≦０.６２を満たしていたとして
も、高い直流重畳特性は得られるもののコアロスが極め
て高くなってしまい、実使用上の問題が生ずる。 【００３３】 【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
圧粉磁心は、高い直流重畳特性を備えていて、その形状
小型化を実現することができ、電気自動車やハイブリッ
ド自動車、更に携帯電話など省スペースが重視される装
置・機器に組み込まれるコア材として有用である。 【００３４】本発明の圧粉磁心の上記した効果は、用い
る軟磁性粉末として、見掛け密度／真密度が特定範囲に
あるものを用いたことによって得られる効果である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 Ｆｅ−（８〜１１）重量％Ｓｉ−（４〜
   ８）重量％Ａｌの組成を有し、見掛け密度／真密度をａ
   としたとき、ａは、 ０.４６≦ａ≦０.６２ を満足する値である軟磁性粉末を主成分として用いて製
   造された圧粉磁心であって、その相対密度をｂ（％）、
   その初透磁率をμ₀、８００Ａ／ｍの直流磁界を印加し
   たときの透磁率をμ₈₀₀としたとき、ａ，ｂ，μ₀，μ
   ₈₀₀の間には、次式： μ₀＝−９０−５８０・ａ＋６・ｂ、 μ₀≧５０、および、 μ₈₀₀／μ₀≧０.８ の関係が成立していることを特徴とする圧粉磁心。