JP2014175580A - Dust core, coil component using the same and method of producing dust core - Google Patents

Dust core, coil component using the same and method of producing dust core Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a configuration suitable for reducing core loss, in a dust core composed of soft magnetic material powder and a coil component using the same.SOLUTION: In a dust core composed of soft magnetic material powder 1, the soft magnetic material powder 1 is Fe-based amorphous alloy atomization powder, and Cu2 is dispersed between the soft magnetic material powder. A method of producing a dust core composed of soft magnetic material powder includes a first step for mixing the soft magnetic material powder, i.e., Fe-based amorphous alloy atomization powder, and Cu powder, and a second step for pressure molding a mixed powder obtained in the first step. A dust core in which Cu is dispersed between the Fe-based amorphous alloy atomization powder is obtained.

Description

本発明は、例えば、テレビ・エアコンなど家電機器、太陽光発電、モータ駆動車両の電源回路等に使用される圧粉磁心、これを用いたコイル部品および圧粉磁心の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a dust core used in, for example, home appliances such as televisions and air conditioners, solar power generation, power supply circuits of motor-driven vehicles, and the like, a coil component using the same, and a method of manufacturing a dust core.

家電機器の電源回路の初段部は、AC(交流)電圧からDC(直流)電圧に変換するAC/DCコンバータ回路で構成されている。このAC/DCコンバータ回路では、AC入力電流の波形を、AC入力電圧と同様な位相や波形に整形するように制御し、無効電力及び高調波ノイズを低減するためにPFC回路が用いられる。かかるPFC回路で使用されるチョークを小型化、低背化するために、それに用いられる磁心には、高飽和磁束密度、低コアロス、優れた直流重畳特性が要求されている。   The first stage part of the power supply circuit of the home appliance is composed of an AC / DC converter circuit that converts an AC (alternating current) voltage into a DC (direct current) voltage. In this AC / DC converter circuit, a PFC circuit is used to control the waveform of the AC input current to be shaped into the same phase and waveform as the AC input voltage, and to reduce reactive power and harmonic noise. In order to reduce the size and height of a choke used in such a PFC circuit, a magnetic core used for the choke is required to have a high saturation magnetic flux density, a low core loss, and excellent direct current superposition characteristics.

また、近年、急速に普及しはじめたハイブリッド車、電気自動車等のモータ駆動車両や太陽光発電装置などに搭載されている電源装置では、大電流に耐えるリアクトルが用いられている。かかるリアクトル用の磁心においても、同様に高飽和磁束密度、低損失が要求されている。   In recent years, a reactor that can withstand a large current is used in a power supply device mounted on a motor-driven vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle or a solar power generation device that has begun to spread rapidly. The reactor core is similarly required to have a high saturation magnetic flux density and a low loss.

上記要求に応えるものとして、高飽和磁束密度と低損失のバランスに優れる圧粉磁心が採用されている。圧粉磁心は、Fe−Si系等の軟磁性材料粉を成形して得られるものであり、粉末の絶縁処理等により電気抵抗が高められ、渦電流損失が抑制されている。また、より低損失な軟磁性材料粉としてFe基アモルファス合金も用いられている。Fe基アモルファス合金の粉末としては、例えば、水アトマイズ法等によって得られるアトマイズ粉が商用に供されている。特許文献1には、損失が低い軟磁性材料粉として非晶質(アモルファス)軟磁性合金粉末を用い、該粉末にガラス粉末および結着性樹脂を混合して低損失な圧粉磁心を得る製造方法が開示されている。   In order to meet the above requirements, a dust core excellent in the balance between high saturation magnetic flux density and low loss is employed. The dust core is obtained by molding a soft magnetic material powder such as Fe—Si, and the electrical resistance is increased by the insulation treatment of the powder and eddy current loss is suppressed. Fe-based amorphous alloys are also used as soft magnetic material powder with lower loss. As the powder of the Fe-based amorphous alloy, for example, atomized powder obtained by a water atomization method or the like is commercially available. In Patent Document 1, an amorphous soft magnetic alloy powder is used as a soft magnetic material powder having a low loss, and a glass powder and a binder resin are mixed with the powder to obtain a low loss powder magnetic core. A method is disclosed.

特開2010−27854号公報JP 2010-27854 A

特許文献1のように、ガラス粉末等の絶縁材料を添加することで渦電流損失を低減することは可能である。しかしながら渦電流損失を低減しようとすればするほど絶縁材料の比率が増えるため、同時に圧粉磁心の占積率や透磁率等の磁気特性は大きく低下してしまうという問題があった。   As in Patent Document 1, it is possible to reduce eddy current loss by adding an insulating material such as glass powder. However, as the eddy current loss is reduced, the ratio of the insulating material increases. At the same time, there is a problem that the magnetic properties such as the space factor and the magnetic permeability of the dust core are greatly reduced.

そこで、上記問題点に鑑み、本発明は、占積率の低下等を抑えながら、コアロスを効果的に低減することが可能な圧粉磁心、これを用いたコイル部品および圧粉磁心の製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, in view of the above problems, the present invention provides a dust core capable of effectively reducing core loss while suppressing a decrease in space factor, a coil component using the same, and a method of manufacturing a dust core The purpose is to provide.

本発明の圧粉磁心は、軟磁性材料粉を用いて構成された圧粉磁心であって、前記軟磁性材料粉がFe基アモルファス合金アトマイズ粉であり、前記軟磁性材料粉の間にCuが分散していることを特徴とする。Cuを軟磁性材料粉の間に分散させる構成を採用することで、占積率の低下を抑えながらコアロスを低減することが可能となる。   The dust core of the present invention is a dust core composed of soft magnetic material powder, wherein the soft magnetic material powder is Fe-based amorphous alloy atomized powder, and Cu is interposed between the soft magnetic material powders. It is distributed. By adopting a configuration in which Cu is dispersed between soft magnetic material powders, it is possible to reduce core loss while suppressing a decrease in space factor.

また、前記圧粉磁心において、前記軟磁性材料粉と前記Cuの合計質量に対して、前記Cuの含有量が0.01〜3質量%であることが好ましい。   Moreover, in the said powder magnetic core, it is preferable that content of the said Cu is 0.01-3 mass% with respect to the total mass of the said soft-magnetic material powder and the said Cu.

本発明のコイル部品は、前記いずれかの圧粉磁心と、前記圧粉磁心の周囲に巻装されたコイルとを備えることを特徴とする。   The coil component of the present invention includes any one of the powder magnetic cores and a coil wound around the powder magnetic core.

本発明の圧粉磁心の製造方法は、軟磁性材料粉を用いて構成された圧粉磁心の製造方法であって、前記軟磁性材料粉がFe基アモルファス合金アトマイズ粉であり、前記Fe基アモルファス合金アトマイズ粉とCu粉を混合する第1の工程と、前記第1の工程で得られた混合粉を加圧成形する第2の工程とを有し、前記Fe基アモルファス合金アトマイズ粉の間にCuが分散している圧粉磁心を得ることを特徴とする。   The method for producing a dust core according to the present invention is a method for producing a dust core composed of soft magnetic material powder, wherein the soft magnetic material powder is Fe-based amorphous alloy atomized powder, and the Fe-based amorphous A first step of mixing the alloy atomized powder and the Cu powder, and a second step of pressure forming the mixed powder obtained in the first step. A powder magnetic core in which Cu is dispersed is obtained.

また、前記圧粉磁心の製造方法において、前記軟磁性材料粉と前記Cu粉の合計質量に対して、前記Cu粉の含有量が0.01〜3質量%であることが好ましい。   Moreover, in the manufacturing method of the said powder magnetic core, it is preferable that content of the said Cu powder is 0.01-3 mass% with respect to the total mass of the said soft-magnetic material powder and the said Cu powder.

さらに、前記圧粉磁心の製造方法において、前記第1の工程では、軟磁性材料粉とCu粉とを先に混合し、その後に、バインダを加えてさらに混合することが好ましい。   Furthermore, in the method of manufacturing a dust core, in the first step, it is preferable that the soft magnetic material powder and the Cu powder are mixed first, and then a binder is added and further mixed.

本発明によれば、占積率の低下を抑えながら、コアロスを効果的に低減することが可能な圧粉磁心、これを用いたコイル部品および圧粉磁心の製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the powder magnetic core which can reduce core loss effectively while suppressing the fall of a space factor, the coil components using this, and a powder magnetic core can be provided.

本発明に係る圧粉磁心の概念を示すための、圧粉磁心断面の模式図である。It is a mimetic diagram of a dust core section for showing a concept of a dust core concerning the present invention.

以下、本発明に係る圧粉磁心およびコイル部品の実施形態を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the powder magnetic core and the coil component according to the present invention will be specifically described, but the present invention is not limited thereto.

図1は本発明に係る圧粉磁心の断面を示す模式図である。圧粉磁心100は、軟磁性材料粉を用いて構成されている。軟磁性材料粉1として、Fe基アモルファス合金アトマイズ粉を用いている。Fe基アモルファス合金は、Fe−Si系などの結晶質の軟磁性材料粉に比べて損失が低い。また、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法などのアトマイズ法によって得られるアトマイズ粉は、典型的には粒状をなしており、扁平粉や針状粉に比べて流動性に優れる。   FIG. 1 is a schematic view showing a cross section of a dust core according to the present invention. The dust core 100 is configured using soft magnetic material powder. As the soft magnetic material powder 1, Fe-based amorphous alloy atomized powder is used. Fe-based amorphous alloys have a lower loss than crystalline soft magnetic material powders such as Fe-Si. In addition, atomized powder obtained by an atomizing method such as a water atomizing method or a gas atomizing method typically has a granular shape and is excellent in fluidity as compared with a flat powder or a needle-shaped powder.

図1における圧粉磁心100は、粒状の軟磁性材料粉1の間にCu(金属銅)2が分散している。かかる構成は、軟磁性材料粉とCu粉との混合粉を圧密化することで得られる。混合されたCu粉は、軟磁性材料粉1の間に介在している。なお、以下の説明では、圧粉磁心中で軟磁性材料粉1の間に介在しているCuも便宜上Cu粉と称する場合がある。   In the dust core 100 in FIG. 1, Cu (metallic copper) 2 is dispersed between granular soft magnetic material powders 1. Such a configuration can be obtained by compacting a mixed powder of soft magnetic material powder and Cu powder. The mixed Cu powder is interposed between the soft magnetic material powders 1. In the following description, Cu interposed between the soft magnetic material powders 1 in the dust core may also be referred to as Cu powder for convenience.

通常Cuは軟磁性材料粉よりも柔らかいためは圧密化の際に塑性変形しやすく、かかる点において密度向上に寄与する。また、かかる塑性変形によって、軟磁性材料粉への応力が緩和される効果も期待できる。また、軟磁性材料粉の間にCuを分散させるために、製造工程中にCu粉を添加する方法を採用することができる。このときCu粉は球状であることが好ましい。かかるCu粉を含有することによって、加圧成形する際、粉体の流動性が改善され、圧粉磁心の密度、占積率も向上する。   Since Cu is usually softer than soft magnetic material powder, it tends to be plastically deformed during consolidation and contributes to improving density in this respect. Moreover, the effect that the stress to soft magnetic material powder is relieved by such plastic deformation can also be expected. Moreover, in order to disperse Cu between soft magnetic material powder, the method of adding Cu powder during a manufacturing process is employable. At this time, the Cu powder is preferably spherical. By containing such Cu powder, the fluidity of the powder is improved during pressure molding, and the density and space factor of the powder magnetic core are also improved.

ここで、本発明の重要な特徴について説明する。本発明者は、特許文献1に開示されるようなガラス粉末等の絶縁材料の添加とは異なる、Cu粉の添加による特有かつ顕著な効果を見出し、本発明に至ったものである。すなわち、Cu粉の添加により、軟磁性材料粉の間にCuを分散させることは上記のような高密度化のみならず、低ロス化にも特に顕著な効果を示すのである。   Here, an important feature of the present invention will be described. The present inventor has found a unique and remarkable effect by addition of Cu powder, which is different from the addition of an insulating material such as glass powder as disclosed in Patent Document 1, and has reached the present invention. That is, by adding Cu powder, the dispersion of Cu between soft magnetic material powders has a particularly remarkable effect not only for increasing the density as described above but also for reducing the loss.

軟磁性材料粉よりも小さいCu粉を用いることで、軟磁性材料粉1の間にCu2を分散させることが可能である。かかる構成によって、Cu粉を含まない、すなわちCuが分散していない場合に比べてコアロスが低下する。Cuはごく微量でも顕著なコアロス低減の効果を発揮するため、その使用量も少なく抑えることができる。逆に使用量を多くすれば、大幅なコアロス低減の効果が得られる。したがって、Cu粉を含有し、軟磁性材料粉の間にCuを分散させる構成は、コアロスの低減に好適な構成であると言える。   By using Cu powder smaller than the soft magnetic material powder, Cu 2 can be dispersed between the soft magnetic material powders 1. With this configuration, the core loss is reduced as compared with the case where Cu powder is not included, that is, Cu is not dispersed. Since Cu exhibits a remarkable core loss reduction effect even in a very small amount, the amount of Cu used can be suppressed. Conversely, if the amount used is increased, the effect of significant core loss reduction can be obtained. Therefore, it can be said that the structure containing Cu powder and dispersing Cu between the soft magnetic material powders is suitable for reducing the core loss.

上記Cu分散による顕著な効果は、Fe−6.5Si系軟磁性材料、Fe−3.5Si系軟磁性材料のような結晶質系の低損失材に対しては得ることはできない。Fe−6.5Si系軟磁性材料等の磁歪定数は1×10−5以下であるのに対して、Fe基アモルファス合金の磁歪定数は1×10−5を超えて、桁違いに大きい。Fe基アモルファス合金の代表的な磁歪定数は2.7×10−5である。かかるFe基アモルファス合金のアトマイズ粉に対してCu分散の構成を適用することで、特有かつ顕著なコアロス低減の効果が得られる。Cu分散は、成形時の軟磁性材料粉への応力緩和を通じてコアロス低減に寄与していると考えられる。 The remarkable effect by the Cu dispersion cannot be obtained for crystalline low-loss materials such as Fe-6.5Si soft magnetic materials and Fe-3.5Si soft magnetic materials. The magnetostriction constant of Fe-6.5Si soft magnetic material or the like is 1 × 10 −5 or less, whereas the magnetostriction constant of Fe-based amorphous alloy exceeds 1 × 10 −5 and is extremely large. A typical magnetostriction constant of the Fe-based amorphous alloy is 2.7 × 10 −5 . By applying the structure of Cu dispersion to the atomized powder of the Fe-based amorphous alloy, a unique and remarkable core loss reduction effect can be obtained. It is considered that Cu dispersion contributes to core loss reduction through stress relaxation to the soft magnetic material powder during molding.

本発明において、軟磁性材料粉の間にCuが分散している、とは、必ずしも全ての軟磁性材料粉同士の間隙にCuが介在している必要はなく、少なくとも一部の軟磁性材料粉同士の間隙においてCuが介在していればよいという趣旨である。また、分散しているCuが多いほどコアロスが低減するため、コアロス低減の観点からはCuの含有量を限定するものではない。ただし、Cu自体は非磁性体であるため、磁性コアとしての機能を考慮すれば、Cu(Cu粉)の含有量は軟磁性材料粉とCu(Cu粉)の合計質量に対して、例えば15質量%以下が実用的な範囲である。   In the present invention, Cu is dispersed between soft magnetic material powders, and it is not always necessary that Cu is present in the gaps between all soft magnetic material powders, and at least a part of the soft magnetic material powders. The purpose is that Cu may be present in the gap between the two. Further, since the core loss is reduced as the amount of dispersed Cu is increased, the content of Cu is not limited from the viewpoint of reducing the core loss. However, since Cu itself is a non-magnetic material, considering the function as a magnetic core, the content of Cu (Cu powder) is, for example, 15 with respect to the total mass of the soft magnetic material powder and Cu (Cu powder). A mass% or less is a practical range.

Cuは微量でも十分な低ロス化の効果を発揮する一方、Cuの含有量が多くなりすぎると透磁率が減少する。Cu(Cu粉)の含有量は、軟磁性材料粉とCu(Cu粉)の合計質量に対して0.01〜3質量%であることがより好ましい。かかる構成によれば、低ロス化の効果を高めつつ、Cuを含有しない場合に対して透磁率の減少率を2%以内に抑えることが可能である。   Cu exhibits a sufficient loss-reducing effect even with a small amount, while the magnetic permeability decreases when the Cu content is excessive. The content of Cu (Cu powder) is more preferably 0.01 to 3% by mass with respect to the total mass of the soft magnetic material powder and Cu (Cu powder). According to such a configuration, it is possible to suppress the reduction rate of the magnetic permeability within 2% with respect to the case of not containing Cu while enhancing the effect of reducing the loss.

本発明においては、軟磁性材料粉にCuを分散させることによって、コアロスのうち、主にヒステリシス損失を低減することができる。従来から行われていた酸化物等の絶縁材料を添加する手法は、絶縁抵抗の向上による渦電流損失の低減を目的としている。そのため渦電流損失の低減のためには、添加量を多くする必要があり、前記手法は占積率や透磁率等、他の特性の犠牲を伴うものであった。これに対して、本発明では、Cuを分散させて、ヒステリシス損失の割合を低減することで、占積率等の低下を抑制しながら、コアロスを低減することができる。   In the present invention, the hysteresis loss can be mainly reduced among the core loss by dispersing Cu in the soft magnetic material powder. The conventional method of adding an insulating material such as an oxide is aimed at reducing eddy current loss by improving insulation resistance. Therefore, in order to reduce eddy current loss, it is necessary to increase the amount of addition, and the above method involves sacrifice of other characteristics such as space factor and magnetic permeability. On the other hand, in this invention, Cu can be disperse | distributed and core loss can be reduced, suppressing the fall of a space factor etc. by reducing the ratio of hysteresis loss.

例えば、周波数20kHz、印加磁束密度150mTの測定条件おけるヒステリシス損失を、80kW/m以下にして、コアロス全体を低減することが可能である。コアロスが低減されることで、それを用いたコイル部品や装置の高効率化や小型化が可能である。 For example, it is possible to reduce the overall core loss by setting the hysteresis loss under the measurement conditions of a frequency of 20 kHz and an applied magnetic flux density of 150 mT to 80 kW / m 3 or less. By reducing the core loss, it is possible to increase the efficiency and miniaturization of coil parts and devices using the core loss.

分散しているCuの形態は特に限定されるものではない。また、圧粉磁心内で分散するCuの原料とすることができるCu粉の形態も、これを限定するものではない。しかし、加圧成形時の流動性向上の観点からは、Cu粉は、粒状、特に球状であることがより好ましい。かかるCu粉は、例えばアトマイズ法によって得られるが、これに限定するものではない。また、Cu粉がCu以外の元素を含むことも可能であるが、不可避不純物以外はCuで構成されることが好ましい。   The form of dispersed Cu is not particularly limited. Further, the form of Cu powder that can be used as a raw material for Cu dispersed in the dust core is not limited thereto. However, from the viewpoint of improving fluidity during pressure molding, the Cu powder is more preferably granular, particularly spherical. Such Cu powder is obtained by, for example, an atomizing method, but is not limited thereto. Moreover, although it is possible for Cu powder to contain elements other than Cu, it is preferable to comprise Cu other than unavoidable impurities.

Cu粉の粒径は、軟磁性材料粉よりも小さく、軟磁性材料粉の間に分散させることができる程度の大きさであればよい。Cu粉のように軟磁性合金よりも柔らかい粒状粉は、軟磁性材料粉の流動性を高めるとともに、圧密化の際に塑性変形し、それによって軟磁性材料粉間の空隙は減少する。圧粉磁心に供するCu粉の平均粒径(メジアン径D50)は、軟磁性材料粉の平均粒径(メジアン径D50)の50%以下がより好ましい。Cu粉は、より細かい方が軟磁性材料粉間に分散させやすく、適用できる軟磁性材料粉の平均粒径の範囲も広くなるため、Cu粉の平均粒径は20μm以下が好ましく、10μm以下がより好ましい。一方、粒径が小さくなりすぎると、Cu粉同士の凝集力が大きくなり、分散が困難となるため、Cu粉の平均粒径は2μm以上がより好ましい。   The particle size of Cu powder should just be a magnitude | size which is smaller than soft-magnetic material powder, and can be disperse | distributed among soft-magnetic material powder. The granular powder softer than the soft magnetic alloy, such as Cu powder, improves the fluidity of the soft magnetic material powder and plastically deforms during consolidation, thereby reducing the gap between the soft magnetic material powders. The average particle diameter (median diameter D50) of the Cu powder used for the dust core is more preferably 50% or less of the average particle diameter (median diameter D50) of the soft magnetic material powder. The finer the Cu powder, the easier it is to disperse between the soft magnetic material powders, and the range of the average particle diameter of the applicable soft magnetic material powders is widened. Therefore, the average particle diameter of the Cu powder is preferably 20 μm or less, preferably 10 μm or less. More preferred. On the other hand, if the particle size becomes too small, the cohesive force between the Cu powders becomes large and dispersion becomes difficult, so the average particle size of the Cu powder is more preferably 2 μm or more.

圧粉磁心の原料として使用するCu粉の粒径は、レーザー回折・散乱法によって測定されたメジアン径D50(累積50体積%に相当する粒子径)として評価できる。軟磁性材料粉の間に分散して塑性変形したCu粒子の径は、上記粉体の状態でのCu粉の粒径よりもやや大きくなるが、圧密化後の圧粉磁心を走査型電子顕微鏡(以下、SEMと記載する)によって観察し、測定したCu粉の粒径の数値は、原料としてのCu粉のメジアン径D50と概ね一致するものである。したがって、圧粉磁心のSEM観察においても、Cuの粒径が軟磁性材料粉よりも小さく、Cuが軟磁性材料粉の間に分散されている状態を確認することができる。   The particle diameter of Cu powder used as a raw material for the dust core can be evaluated as a median diameter D50 (particle diameter corresponding to 50% by volume) measured by a laser diffraction / scattering method. The diameter of the Cu particles dispersed and softly deformed between the soft magnetic material powders is slightly larger than the particle diameter of the Cu powders in the above-mentioned powder state. The numerical value of the particle size of the Cu powder observed and measured by (hereinafter referred to as SEM) is approximately the same as the median diameter D50 of the Cu powder as a raw material. Therefore, also in the SEM observation of the dust core, it can be confirmed that the particle diameter of Cu is smaller than that of the soft magnetic material powder and Cu is dispersed between the soft magnetic material powders.

軟磁性材料粉として用いるアトマイズ粉は、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法などのように、軟磁性材料合金の溶湯を、流体を用いて急冷することによって得られる。具体的な合金組成はこれを特に限定するものではなく、必要とされる特性に応じて選定することができる。例えば、1.4T以上の高い飽和磁束密度Bsを有するFe基アモルファス合金アトマイズ粉として、Fe−Si−B系等のアモルファス合金アトマイズ粉を用いることができる。   The atomized powder used as the soft magnetic material powder is obtained by quenching a melt of a soft magnetic material alloy using a fluid, such as a water atomizing method or a gas atomizing method. The specific alloy composition is not particularly limited, and can be selected according to required characteristics. For example, as an Fe-based amorphous alloy atomized powder having a high saturation magnetic flux density Bs of 1.4 T or higher, an amorphous alloy atomized powder such as Fe—Si—B type can be used.

一方、Fe基アモルファス合金アトマイズ粉の代わりに、Fe−Cu−Si−B系、Fe−Ni−Cu−Si−B系等の、1×10−5を超える大きな磁歪定数を有するFe基ナノ結晶合金アトマイズ粉を用いることもできる。このように磁性体にFe基ナノ結晶合金アトマイズ粉を用いる場合、最終的に得られる圧粉磁心において軟磁性材料粉がナノ結晶組織を有していればよい。したがって、成形に供する時点では、軟磁性材料粉がFe基ナノ結晶合金でもよいし、Fe基ナノ結晶組織を発現しうるFe基アモルファス合金でもよい。Fe基ナノ結晶組織を発現しうる合金とは、成形時等ではアモルファス合金の状態であっても、結晶化処理を経た最終的な圧粉磁心において軟磁性材料粉がFe基ナノ結晶組織を有しているものをいう。例えば、結晶化熱処理を成形後に行う場合などが、これに該当する。 On the other hand, instead of Fe-based amorphous alloy atomized powder, Fe-based nanocrystals having a large magnetostriction constant exceeding 1 × 10 −5 such as Fe—Cu—Si—B and Fe—Ni—Cu—Si—B Alloy atomized powder can also be used. As described above, when the Fe-based nanocrystalline alloy atomized powder is used as the magnetic material, the soft magnetic material powder only needs to have a nanocrystalline structure in the finally obtained dust core. Therefore, at the time of forming, the soft magnetic material powder may be an Fe-based nanocrystalline alloy or an Fe-based amorphous alloy that can develop an Fe-based nanocrystalline structure. An alloy capable of developing an Fe-based nanocrystalline structure means that even if it is in the state of an amorphous alloy at the time of molding or the like, the soft magnetic material powder has an Fe-based nanocrystalline structure in the final dust core after crystallization treatment. Says what you are doing. For example, this is the case when the crystallization heat treatment is performed after molding.

圧粉磁心に供する軟磁性材料粉の粒径は、必要とされる特性に応じて選択することができる。例えば、平均粒径5〜100μmの軟磁性材料粉を用いることができる。成形性やコストの観点からは軟磁性材料粉の平均粒径は40μm以上が好ましい。一方、周波数特性を重視する場合は、平均粒径は20μm以下であることが好ましい。圧粉磁心に供する軟磁性材料粉の平均粒径も、レーザー回折・散乱法によって測定されたメジアン径D50(累積50体積%に相当する粒子径)として評価できる。   The particle diameter of the soft magnetic material powder used for the dust core can be selected according to the required characteristics. For example, soft magnetic material powder having an average particle size of 5 to 100 μm can be used. From the viewpoint of moldability and cost, the average particle diameter of the soft magnetic material powder is preferably 40 μm or more. On the other hand, when importance is attached to the frequency characteristics, the average particle diameter is preferably 20 μm or less. The average particle diameter of the soft magnetic material powder used for the dust core can also be evaluated as a median diameter D50 (particle diameter corresponding to 50% by volume) measured by a laser diffraction / scattering method.

また、本発明においては、上述のアトマイズ粉に加えて、それ以外の磁性粉を含むことも可能である。但し、Cu粉の効果を最大限に発揮させるためには、磁性粉は上記アトマイズ粉のみで構成することがより好ましい。また、本発明においては、Cu粉以外の非磁性金属粉を含むことも可能である。しかし、Cu粉の効果を最大限に発揮させるためには、非磁性金属粉はCu粉のみであることがより好ましい。   Moreover, in this invention, in addition to the above-mentioned atomized powder, it is also possible to contain other magnetic powder. However, in order to maximize the effect of the Cu powder, it is more preferable that the magnetic powder is composed only of the atomized powder. Moreover, in this invention, it is also possible to contain nonmagnetic metal powders other than Cu powder. However, in order to maximize the effect of Cu powder, it is more preferable that the nonmagnetic metal powder is only Cu powder.

圧粉磁心においては、軟磁性材料粉間の絶縁のための手段を適用することにより、渦電流損失を抑制し、低いコアロスを実現することもできる。そのため、軟磁性材料粉の表面に薄い絶縁被膜を設けることが好ましい。軟磁性材料粉自体を酸化させて表面に酸化被膜を形成することも可能である。しかし、かかる方法で軟磁性材料粉へのダメージを抑えながら、均一かつ信頼性の高い酸化被膜を形成することは必ずしも容易ではないため、軟磁性材料粉の合金成分の酸化物とは別の酸化物被膜を設けることが好ましい。   In the dust core, eddy current loss can be suppressed and low core loss can be realized by applying means for insulating between soft magnetic material powders. Therefore, it is preferable to provide a thin insulating film on the surface of the soft magnetic material powder. It is also possible to oxidize the soft magnetic material powder itself to form an oxide film on the surface. However, since it is not always easy to form a uniform and reliable oxide film while suppressing damage to the soft magnetic material powder by such a method, an oxidation different from the oxide of the alloy component of the soft magnetic material powder. It is preferable to provide a physical coating.

この点、軟磁性材料粉の表面に、シリコン酸化物被膜が設けられている構成が好ましい。シリコン酸化物は絶縁性に優れるとともに、後述する方法によって均質な被膜を形成するのが容易である。絶縁を確実にするためには、シリコン酸化物被膜の厚さは50nm以上が好ましい。一方、シリコン酸化物被膜が厚くなりすぎると圧粉磁心の占積率が低下し、軟磁性材料粉間の距離が大きくなり、透磁率が低下するため、かかる被膜は500nm以下が好ましい。   In this regard, a configuration in which a silicon oxide film is provided on the surface of the soft magnetic material powder is preferable. Silicon oxide is excellent in insulating properties, and it is easy to form a uniform film by a method described later. In order to ensure insulation, the thickness of the silicon oxide film is preferably 50 nm or more. On the other hand, when the silicon oxide film becomes too thick, the space factor of the powder magnetic core decreases, the distance between the soft magnetic material powders increases, and the magnetic permeability decreases. Therefore, the film is preferably 500 nm or less.

次に、Cuが分散する圧粉磁心の製造工程について説明する。本発明の製造方法は、軟磁性材料粉を用いて構成された圧粉磁心の製造方法であって、前記軟磁性材料粉がFe基アモルファス合金アトマイズ粉であり、前記Fe基アモルファス合金アトマイズ粉とCu粉を混合する第1の工程と、前記第1の工程で得られた混合粉を加圧成形する第2の工程とを有する。かかる第1の工程と第2の工程を経て、前記Fe基アモルファス合金アトマイズ粉の間にCuが分散している圧粉磁心を得る。Cu(Cu粉)の含有量については、上記のように軟磁性材料粉とCu(Cu粉)の合計質量に対して0.01〜3質量%であることがより好ましい。Cu(Cu粉)の含有量以外の構成の好適範囲等についても上述の通りである。   Next, the manufacturing process of the powder magnetic core in which Cu is dispersed will be described. The manufacturing method of the present invention is a manufacturing method of a powder magnetic core configured using soft magnetic material powder, wherein the soft magnetic material powder is Fe-based amorphous alloy atomized powder, and the Fe-based amorphous alloy atomized powder and It has the 1st process of mixing Cu powder, and the 2nd process of pressure-molding the mixed powder obtained at the 1st process. Through the first step and the second step, a dust core in which Cu is dispersed between the Fe-based amorphous alloy atomized powders is obtained. About content of Cu (Cu powder), it is more preferable that it is 0.01-3 mass% with respect to the total mass of soft-magnetic material powder and Cu (Cu powder) as mentioned above. The preferred range of the configuration other than the content of Cu (Cu powder) is also as described above.

第1の工程と第2の工程以外の部分は、従来から知られている圧粉磁心の製造方法に係る構成を必要に応じて適宜適用すればよい。   What is necessary is just to apply suitably the structure which concerns on the manufacturing method of the powder magnetic core conventionally known to parts other than a 1st process and a 2nd process as needed.

まず、前記第1の工程に供する軟磁性材料粉の作製方法の例について説明する。軟磁性材料粉として用いるアトマイズ粉は、上述のように軟磁性材料合金の溶湯を、流体を用いて急冷することによって得られる。得られたアトマイズ粉はそのまま使用してもよいし、粒径分布を制御するためにさらに分級してもよい。分級の方法はこれを特に限定するものではないが、篩による方法が簡便であり、好適である。   First, an example of a method for producing a soft magnetic material powder used in the first step will be described. The atomized powder used as the soft magnetic material powder is obtained by rapidly cooling the molten metal of the soft magnetic material alloy using a fluid as described above. The obtained atomized powder may be used as it is or may be further classified in order to control the particle size distribution. The classification method is not particularly limited, but a method using a sieve is simple and preferable.

軟磁性材料粉に対して、上述のように損失を低減するために絶縁被膜を形成することもできる。その形成方法を以下に説明する。例えば、Fe基アモルファス合金アトマイズ粉を湿潤雰囲気において100℃以上で熱処理することにより、表面のFeが酸化または水酸化され、酸化鉄または水酸化鉄の絶縁被膜を形成することができる。   As described above, an insulating film can be formed on the soft magnetic material powder in order to reduce the loss. The formation method will be described below. For example, by heat-treating Fe-based amorphous alloy atomized powder at 100 ° C. or higher in a humid atmosphere, Fe on the surface is oxidized or hydroxylated to form an insulating film of iron oxide or iron hydroxide.

また、軟磁性材料粉をTEOS(テトラエトキシシラン)、エタノール、アンモニア水の混合溶液に含浸、撹拌後、乾燥することで、軟磁性材料粉の表面に、シリコン酸化物被膜を形成することもできる。この方法によれば、軟磁性材料粉の表面自体の酸化を必要とせず、しかもシリコンと酸素が結合し、軟磁性合金粉の表面に平面状かつネットワーク状にシリコン酸化被膜が形成されるため、軟磁性材料粉の表面に均一な厚さで、強固な絶縁被膜を形成できる。   In addition, a silicon oxide film can be formed on the surface of the soft magnetic material powder by impregnating the soft magnetic material powder in a mixed solution of TEOS (tetraethoxysilane), ethanol, and ammonia water, stirring, and drying. . According to this method, it is not necessary to oxidize the surface of the soft magnetic material powder itself, and silicon and oxygen are combined, and a silicon oxide film is formed in a planar and network form on the surface of the soft magnetic alloy powder. A strong insulating film can be formed on the surface of the soft magnetic material powder with a uniform thickness.

次に、軟磁性材料粉とCu粉を混合する第1の工程について説明する。軟磁性材料粉とCu粉との混合方法はこれを特に限定するものではないが、例えば乾式撹拌混合機を用いることができる。さらに、第1の工程において、後述する有機バインダ等を混合することができる。軟磁性材料粉、Cu粉、有機バインダ等を同時に混合することもできる。但し、軟磁性材料粉とCu粉とを均一に、かつ効率よく混合する観点からは、第1の工程では、軟磁性材料粉とCu粉とを先に混合し、その後に、バインダを加えてさらに混合することがより好ましい。こうすることで、より短時間で均一な混合が可能となり、混合時間の短縮化が図られる。   Next, the first step of mixing soft magnetic material powder and Cu powder will be described. The mixing method of the soft magnetic material powder and the Cu powder is not particularly limited, but for example, a dry stirring mixer can be used. Furthermore, the organic binder etc. which are mentioned later can be mixed in a 1st process. Soft magnetic material powder, Cu powder, organic binder and the like can be mixed at the same time. However, from the viewpoint of mixing soft magnetic material powder and Cu powder uniformly and efficiently, in the first step, soft magnetic material powder and Cu powder are mixed first, and then a binder is added. Further mixing is more preferable. By doing so, uniform mixing can be performed in a shorter time, and the mixing time can be shortened.

粉体同士を結着して成形体強度を維持するために、有機バインダを用いることができる。一方、成形の加工歪を除去するために、後述する成形後熱処理の適用が有効である。該熱処理を適用する場合、有機バインダは熱分解によって概ね消失してしまう。したがって、有機バインダのみの場合、熱処理後に軟磁性材料粉及びCu粉の各粉末同士の結着力が失われ、成形体強度が維持できなくなる場合がある。そこで、かかる熱処理後においても各粉末同士を結着させるために、高温用バインダを有機バインダと共に添加することが有効である。無機バインダに代表される高温用バインダは、有機バインダが熱分解する温度領域で流動性を発現し始め、粉末表面に濡れ広がり、粉末同士を結着させるものが好ましい。高温用バインダの適用により、室温に冷却後も結着力を保持することが可能である。   An organic binder can be used to bind the powders and maintain the strength of the compact. On the other hand, application of post-molding heat treatment, which will be described later, is effective for removing the processing distortion of molding. When the heat treatment is applied, the organic binder is generally lost by thermal decomposition. Therefore, in the case of only the organic binder, the binding force between the soft magnetic material powder and the Cu powder after heat treatment is lost, and the strength of the compact may not be maintained. Therefore, it is effective to add a high-temperature binder together with the organic binder in order to bind the powders even after the heat treatment. The binder for high temperature represented by the inorganic binder is preferably one that starts to exhibit fluidity in a temperature range where the organic binder is thermally decomposed, spreads on the powder surface, and binds the powders together. By applying a high-temperature binder, the binding force can be maintained even after cooling to room temperature.

有機バインダは、成形工程および熱処理前のハンドリングで、成形体に欠けやクラックが発生することがないように粉体間の結着力を維持する一方、成形後の熱処理で容易に熱分解するものが好ましい。成形後熱処理で熱分解が概ね終了するバインダとしてはアクリル系樹脂や、ポリビニルアルコールが好ましい。   Organic binders can be easily pyrolyzed by heat treatment after molding while maintaining the binding force between the powders so that chipping and cracks do not occur in the molded body during handling before the molding process and heat treatment. preferable. As the binder for which thermal decomposition is almost completed by heat treatment after molding, an acrylic resin or polyvinyl alcohol is preferable.

高温用バインダとしては、比較的低温で流動性が得られる低融点ガラスや、耐熱性、絶縁性に優れるシリコーンレジンが好ましい。シリコーンレジンとしては、メチルシリコーンレジンやフェニルメチルシリコーンレジンがより好ましい。添加する量は、高温用バインダの流動性や粉末表面との濡れ性や結着力、金属粉末の表面積と熱処理後のコアに求められる機械的強度、更には求められるコアロスPcvにより決定される。高温用バインダの添加量を増やすと、圧粉磁心の機械的強度は増加するが、軟磁性材料粉への応力も同時に増加する。このため、コアロスPcvも増加する。よって、低いコアロスPcvと高い機械的強度はトレードオフの関係となっている。要求されるコアロスPcvと機械的強度に鑑み、添加量は適正化される。   As the binder for high temperature, a low-melting glass capable of obtaining fluidity at a relatively low temperature and a silicone resin excellent in heat resistance and insulation are preferable. As the silicone resin, methyl silicone resin and phenylmethyl silicone resin are more preferable. The amount to be added is determined by the fluidity of the binder for high temperature, the wettability with the powder surface and the binding force, the surface area of the metal powder, the mechanical strength required for the core after heat treatment, and the required core loss Pcv. Increasing the amount of high-temperature binder added increases the mechanical strength of the dust core, but also increases the stress on the soft magnetic material powder. For this reason, the core loss Pcv also increases. Therefore, the low core loss Pcv and the high mechanical strength are in a trade-off relationship. In view of the required core loss Pcv and mechanical strength, the addition amount is optimized.

さらに、加圧成形時の粉末と金型との摩擦を低減するために、ステリアン酸、またはステアリン酸亜鉛等のステリアン酸塩を、軟磁性材料粉とCu粉、有機バインダ、高温用バインダの合計質量に対して0.5〜2.0質量%添加するのが好ましい。有機バインダが混合された状態では、有機バインダの結着作用により、混合粉は広い粒度分布をもった凝集粉となっている。振動篩等を用いて、篩に通すことによって、粒径の揃った造粒粉が得られる。   Furthermore, in order to reduce the friction between the powder and the mold at the time of pressure molding, stearinate such as stearic acid or zinc stearate, soft magnetic material powder and Cu powder, organic binder, high temperature binder It is preferable to add 0.5 to 2.0 mass% with respect to the mass. In a state where the organic binder is mixed, the mixed powder is an agglomerated powder having a wide particle size distribution due to the binding action of the organic binder. By passing through a sieve using a vibrating sieve or the like, a granulated powder having a uniform particle diameter can be obtained.

第1の工程で得られた混合粉は上述のように造粒されて、第2の工程に供される。第2の工程では、造粒された混合粉は、成形金型を用いてトロイダル形状、直方体形状等の所定形状に加圧成形される。例えば1GPa以上、かつ3GPa以下の圧力で、数秒程度の保持時間で成形を行う。前記有機バインダの含有量や必要な成形体強度によって圧力及び保持時間は適正化される。圧粉磁心は、強度・特性の観点から、実用的には5.3×10kg/m以上に圧密化しておくことが好ましい。 The mixed powder obtained in the first step is granulated as described above and provided for the second step. In the second step, the granulated mixed powder is pressure-molded into a predetermined shape such as a toroidal shape or a rectangular parallelepiped shape using a molding die. For example, molding is performed at a pressure of 1 GPa or more and 3 GPa or less with a holding time of about several seconds. The pressure and holding time are optimized depending on the content of the organic binder and the required strength of the molded body. From the viewpoint of strength and characteristics, the dust core is preferably compacted to 5.3 × 10 3 kg / m 3 or more practically.

良好な磁気特性を得るためには、成形に係る第2の工程での応力歪を緩和することが好ましい。Fe基アモルファス合金アトマイズ粉の場合、350℃以上、かつ結晶化温度以下(典型的に420℃以下)の温度範囲で熱処理すると応力歪の緩和の効果が大きく、低いコアロスPcvを得ることができる。結晶化温度は示差走査熱量計(DSC)で発熱挙動を測定することで決定できる。350℃未満では応力緩和が不十分であり、結晶化温度を超えると軟磁性材料粉の一部に粗大な結晶粒が析出するため、コアロスPcvが著しく増加する。更に、安定して低いコアロスPcvを得るためには熱処理温度は380℃以上、かつ410℃以下がより好ましい。保持時間は、圧粉磁心の大きさ、処理量、特性ばらつきの許容範囲などによって適宜設定されるものであるが、0.5〜3時間が好ましい。   In order to obtain good magnetic properties, it is preferable to relieve stress strain in the second step of molding. In the case of an Fe-based amorphous alloy atomized powder, heat treatment in a temperature range of 350 ° C. or higher and lower than the crystallization temperature (typically 420 ° C. or lower) has a large effect of stress strain relaxation, and a low core loss Pcv can be obtained. The crystallization temperature can be determined by measuring the exothermic behavior with a differential scanning calorimeter (DSC). When the temperature is lower than 350 ° C., the stress relaxation is insufficient, and when the temperature exceeds the crystallization temperature, coarse crystal grains are precipitated in a part of the soft magnetic material powder, so that the core loss Pcv is remarkably increased. Further, in order to obtain a stable and low core loss Pcv, the heat treatment temperature is more preferably 380 ° C. or more and 410 ° C. or less. The holding time is appropriately set according to the size of the dust core, the processing amount, the allowable range of variation in characteristics, and the like, but is preferably 0.5 to 3 hours.

本発明のコイル部品は、上記のようにして得られた圧粉磁心と、前記圧粉磁心の周囲に巻装されたコイルとを有する。コイルは導線を圧粉磁心に巻回して構成してもよいし、ボビンに巻回して構成してもよい。コイル部品は、例えばチョーク、インダクタ、リアクトル、トランス等である。該コイル部品は、例えばテレビやエアコンなど家電機器で採用されているPFC回路や、太陽光発電やハイブリッド車・電気自動車などの電源回路等に使用され、これらの機器、装置における低損失、高効率化に寄与する。   The coil component of the present invention includes the dust core obtained as described above, and a coil wound around the dust core. The coil may be configured by winding a conductive wire around a powder magnetic core, or may be configured by winding it around a bobbin. The coil component is, for example, a choke, an inductor, a reactor, a transformer, or the like. The coil parts are used in, for example, PFC circuits used in household appliances such as televisions and air conditioners, and power circuits for photovoltaic power generation, hybrid vehicles, and electric vehicles. Low loss and high efficiency in these devices and devices Contributes to

(第1の工程(軟磁性材料粉とCu粉の混合))
圧粉磁心の原料として、平均粒径50μmの、球状のFe−Si−B−Cr系のFe基アモルファス合金アトマイズ粉(エプソンアトミックス株式会社 KUAMET 6B2)と、平均粒径5μmの球状のCu粉(日本アトマイズ株式会社 HXR-Cu M-01)を用いた。表1に示す比率になるように秤量した軟磁性材料粉とCu粉合計100重量部に対して、高温用バインダとしてフェニルメチルシリコーン(旭化成ワッカーシリコーン株式会社製SILRES H44)1.4重量部、有機バインダとしてアクリル樹脂(昭和高分子株式会社製ポリゾールAP−604)2.0重量部を加えて混合した後、120℃で10時間乾燥し混合粉を得た。
(First step (mixing of soft magnetic material powder and Cu powder))
As raw materials for the powder magnetic core, spherical Fe-Si-B-Cr-based Fe-based amorphous alloy atomized powder (Epson Atmix Co., Ltd. KUAMET 6B2) with an average particle diameter of 50 μm and spherical Cu powder with an average particle diameter of 5 μm (Nippon Atomize Co., Ltd. HXR-Cu M-01) was used. 1.4 parts by weight of phenylmethyl silicone (SILRES H44 manufactured by Asahi Kasei Wacker Silicone Co., Ltd.) as a high-temperature binder with respect to a total of 100 parts by weight of the soft magnetic material powder and the Cu powder weighed to have the ratio shown in Table 1. After adding 2.0 parts by weight of an acrylic resin (Polysol AP-604 manufactured by Showa Polymer Co., Ltd.) as a binder and mixing, the mixture was dried at 120 ° C. for 10 hours to obtain a mixed powder.

(第2の工程(加圧成形)及び熱処理)
第1の工程により得られた各混合粉を目開き425μmの篩を通して造粒粉を得た。目開き425μmの篩を通すことで、約600μm以下の粒径の造粒粉が得られる。この造粒粉に、軟磁性材料粉とCu粉合計100重量部に対して0.4重量部の割合でステアリン酸亜鉛を混合した後、外径14mm、内径8mm、高さ6mmのトロイダル形状になるように、金型を用いて、圧力2GPa、保持時間2秒でプレス成形した。得られた成形体に、オーブンにて、大気雰囲気中、450℃、1時間の熱処理を施し、圧粉磁心を得た(No1〜8)。
(Second step (pressure forming) and heat treatment)
Each mixed powder obtained in the first step was passed through a sieve having an opening of 425 μm to obtain granulated powder. By passing through a sieve having an opening of 425 μm, a granulated powder having a particle size of about 600 μm or less is obtained. After mixing this granulated powder with zinc stearate at a ratio of 0.4 parts by weight with respect to a total of 100 parts by weight of the soft magnetic material powder and the Cu powder, a toroidal shape having an outer diameter of 14 mm, an inner diameter of 8 mm, and a height of 6 mm is obtained. In this way, press molding was performed using a mold at a pressure of 2 GPa and a holding time of 2 seconds. The obtained molded body was subjected to heat treatment in an atmosphere at 450 ° C. for 1 hour in an oven to obtain a dust core (Nos. 1 to 8).

また、比較のため、Fe基アモルファス合金アトマイズ粉の代わりに平均粒径20μmのFe−3.5Si粉を使用し、Cu粉を含有しないもの(No9)と2.0質量%含有したもの(No10)の二種類の圧粉磁心を作製した。なお、バインダには、アクリル樹脂(昭和高分子株式会社製ポリゾールAP−604)を使用し、その添加量は軟磁性材料粉とCu粉合計100重量部に対して1.5重量部とした。また、熱処理は大気雰囲気中、450℃、1時間の条件で行った。   For comparison, Fe-3.5Si powder having an average particle size of 20 μm is used instead of Fe-based amorphous alloy atomized powder, and Cu powder is not contained (No 9) and 2.0 mass% (No 10). Two types of dust cores were produced. An acrylic resin (Polysol AP-604 manufactured by Showa Polymer Co., Ltd.) was used as the binder, and the amount added was 1.5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the total soft magnetic material powder and Cu powder. The heat treatment was performed in an air atmosphere at 450 ° C. for 1 hour.

得られた圧粉磁心の密度をその寸法および質量から算出し、算出された圧粉磁心の密度を、軟磁性材料粉とCu粉の質量比率から計算した真密度で除して、占積率(相対密度)を算出した。また、圧粉磁心に一次側と二次側それぞれ29ターンの巻線を施し、岩通計測株式会社製B−HアナライザーSY−8232により、最大磁束密度150mT、周波数20kHzの条件でコアロスPcvを測定した。また、初透磁率μiは、前記トロイダル形状の圧粉磁心に30ターンの巻線を施し、ヒューレット・パッカード社製4284Aにより、周波数100kHzで測定した。結果を表1に示す。   The density of the obtained powder magnetic core is calculated from its size and mass, and the calculated density of the powder magnetic core is divided by the true density calculated from the mass ratio of the soft magnetic material powder and the Cu powder to obtain a space factor. (Relative density) was calculated. In addition, the primary and secondary windings of 29 turns were applied to the dust core, and the core loss Pcv was measured with a BH analyzer SY-8232 manufactured by Iwatatsu Measurement Co., Ltd. under the conditions of a maximum magnetic flux density of 150 mT and a frequency of 20 kHz. did. The initial permeability μi was measured at a frequency of 100 kHz using a 4284A manufactured by Hewlett-Packard Co., Ltd., with the toroidal powder magnetic core wound with 30 turns. The results are shown in Table 1.

また、一部の圧粉磁芯については、前記コアロス測定とは別に、周波数fを10kHz〜100kHzの間で変化させたときの、コアロスの周波数依存性を測定し、周波数fに比例する部分a×fをヒステリシス損失Phv、周波数fの二乗fに比例する部分b×fを渦電流損失Pevとして、ヒステリシス損失と渦電流損失を分離、評価した。結果を表2に示す。 For some dust cores, the frequency dependence of the core loss when the frequency f is changed between 10 kHz and 100 kHz is measured separately from the core loss measurement, and the portion a proportional to the frequency f Hysteresis loss and eddy current loss were separated and evaluated, where xf was hysteresis loss Phv and a portion b × f 2 proportional to the square f 2 of frequency f was eddy current loss Pev. The results are shown in Table 2.

Figure 2014175580
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Figure 2014175580
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表1のNo1の試料はCu粉を含んでいない比較例の圧粉磁心であり、コアロスPcvは115kW/mと大きいものであった。No.2の試料はCu(Cu粉)を0.01質量%含む本発明例の圧粉磁心であり、コアロスPcvは100kW/m以下となり、Cuを添加しない場合に比べて損失が15%以上低減されている。すなわち、ごく微量でもCu粉を含有することで、コアロスが大幅に減少することがわかる。 The sample No. 1 in Table 1 was a dust core of a comparative example not containing Cu powder, and the core loss Pcv was as large as 115 kW / m 3 . The sample of No. 2 is a dust core of the present invention containing 0.01 mass% of Cu (Cu powder), the core loss Pcv is 100 kW / m 3 or less, and the loss is 15% compared to the case where Cu is not added. The above has been reduced. That is, it can be seen that the core loss is greatly reduced by containing Cu powder even in a very small amount.

表1のNo2〜8は、本発明例においてCu粉の含有量を0.01質量%から7.0質量%まで増やした場合の圧粉磁心のコアロスPcv等を示している。Cu粉が増えるにしたがいコアロスPcvは低下した。表1の結果から、Cu粉の含有量が1.0質量%以上ではコアロスPcvは40%以上低減することができ、2.0質量%以上では50%以上低減できることがわかる。また、Cu粉を添加した場合、Cu粉を添加しない場合に比べて、占積率は同等またはそれ以上であり、80%以上の占積率が確保されていた。   Nos. 2 to 8 in Table 1 indicate the core loss Pcv of the dust core when the Cu powder content is increased from 0.01% by mass to 7.0% by mass in the present invention example. The core loss Pcv decreased as the amount of Cu powder increased. From the results in Table 1, it can be seen that the core loss Pcv can be reduced by 40% or more when the Cu powder content is 1.0% by mass or more, and can be reduced by 50% or more when the content is 2.0% by mass or more. In addition, when Cu powder was added, the space factor was equal to or higher than that when Cu powder was not added, and a space factor of 80% or higher was ensured.

さらに、Cu粉の含有量が比較的少ない場合には、Cu粉の含有量の増加に対する初透磁率の低下も抑えられていた。表1の結果は、Cu粉の含有量を5.0質量%以下、さらには3.0質量%以下の範囲にすることで、Cu粉を含有しない圧粉磁心に対する透磁率の減少をそれぞれ25%以内、2%以内に抑えることが可能であることを示している。特に、Cu粉の含有量が2.0%以下では、Cuが非磁性体であるにもかかわらず、Cu粉を含有しない圧粉磁心よりも高い初透磁率が得られることもわかる。   Furthermore, when the content of Cu powder is relatively small, a decrease in initial magnetic permeability with respect to an increase in the content of Cu powder was also suppressed. The results of Table 1 show that the decrease in the permeability with respect to the dust core not containing Cu powder is 25 by setting the content of Cu powder to 5.0 mass% or less, and further to 3.0 mass% or less. It is shown that it can be suppressed to within 2% or within 2%. In particular, it can be seen that when the Cu powder content is 2.0% or less, an initial permeability higher than that of a dust core not containing Cu powder is obtained even though Cu is a non-magnetic material.

上述のようにCuを含有することで、占積率や初透磁率の低下を抑えながら、コアロスの低減が可能である。例えば、周波数100kHzにおける初透磁率μiが50以上、かつ周波数20kHz、磁束密度150mTにおけるコアロスPcvが100kW/m以下の圧粉磁心を得ることが可能である。かかる圧粉磁心を用いることで、コイル部品やそれを用いた装置の高効率化、小型化も可能である。周波数100kHzにおける初透磁率μiが55以上、かつ周波数20kHz、磁束密度150mTにおけるコアロスPcvが80kW/m以下の圧粉磁心を用いて、コイル部品やそれを用いた装置をいっそう高効率化、小型化することも可能である。 By containing Cu as described above, core loss can be reduced while suppressing a decrease in space factor and initial permeability. For example, it is possible to obtain a dust core having an initial permeability μi of 50 or more at a frequency of 100 kHz and a core loss Pcv of 100 kW / m 3 or less at a frequency of 20 kHz and a magnetic flux density of 150 mT. By using such a powder magnetic core, it is possible to increase the efficiency and miniaturization of the coil component and the apparatus using the same. Using a powder magnetic core having an initial permeability μi of 55 or more at a frequency of 100 kHz, a core loss Pcv of 80 kW / m 3 or less at a frequency of 20 kHz and a magnetic flux density of 150 mT, further improving the efficiency and miniaturization of a coil component and a device using the same. It is also possible to

表2はNo1〜7の圧粉磁心について渦電流損失Pevとヒステリシス損失Phvを評価した結果を示す。なお、No8の圧粉磁心はコアロス自体が非常に小さく、渦電流損失Pevとヒステリシス損失Phvを明確に分離することができなかったため、評価から除外した。表2から明らかなように、Cu粉の含有量によらず、渦電流損失Pevは30〜33kW/mの範囲であり、大きな変化は示していなかった。すなわち、Cu粉を含有することによるコアロス低減の効果は、主にヒステリシス損失の低減によってもたらされていることがわかる。周波数20kHz、印加磁束密度150mTの測定条件おける渦電流損失Pevとヒステリシス損失Phvとの合計に対するヒステリシス損失Phvの割合が、Cu粉の含有量が1.0質量%以上では60%以下、Cu粉の含有量が3.0質量%以上では50%以下まで低下し、それぞれ全体のコアロスの低減に寄与していた。 Table 2 shows the results of evaluating the eddy current loss Pev and the hysteresis loss Phv for the Nos. 1-7 dust cores. Since the core loss itself of the No. 8 dust core was very small and the eddy current loss Pev and the hysteresis loss Phv could not be clearly separated, they were excluded from the evaluation. As is clear from Table 2, the eddy current loss Pev was in the range of 30 to 33 kW / m 3 regardless of the Cu powder content, and showed no significant change. That is, it can be seen that the effect of reducing the core loss by containing the Cu powder is mainly brought about by the reduction of the hysteresis loss. The ratio of the hysteresis loss Phv to the sum of the eddy current loss Pev and the hysteresis loss Phv under the measurement conditions of a frequency of 20 kHz and an applied magnetic flux density of 150 mT is 60% or less when the Cu powder content is 1.0 mass% or more. When the content was 3.0% by mass or more, the content decreased to 50% or less, and each contributed to the reduction of the entire core loss.

一方、No9および10は、Fe基アモルファス合金アトマイズ粉の代わりにFe−3.5Si粉を使用した圧粉磁心である。Cu粉を含有しないNo9の圧粉磁心のコアロスPcvに対して、Cu粉を2.0質量%含有するNo10の圧粉磁心のコアロスPcvは増加しており、同量のCu粉を含むNo5の圧粉磁心において確認されたCu含有によるコアロス低減効果は得られなかった。すなわち、Cu粉を含有によるコアロス低減等の効果は、Fe−3.5Si粉からなる磁性粉に適用した場合には得られないことが確認された。   On the other hand, Nos. 9 and 10 are dust cores using Fe-3.5Si powder instead of Fe-based amorphous alloy atomized powder. The core loss Pcv of the No. 10 dust core containing 2.0% by mass of Cu powder is increased with respect to the core loss Pcv of the No. 9 dust core containing no Cu powder, and the No. 5 containing the same amount of Cu powder. The core loss reduction effect by Cu content confirmed in the dust core was not obtained. That is, it was confirmed that effects such as core loss reduction by containing Cu powder could not be obtained when applied to magnetic powder made of Fe-3.5Si powder.

1:軟磁性材料粉
2:Cu(Cu粉)
1: Soft magnetic material powder 2: Cu (Cu powder)

Claims (6)

軟磁性材料粉を用いて構成された圧粉磁心であって、
前記軟磁性材料粉がFe基アモルファス合金アトマイズ粉であり、
前記軟磁性材料粉の間にCuが分散していることを特徴とする圧粉磁心。
A dust core made of soft magnetic material powder,
The soft magnetic material powder is Fe-based amorphous alloy atomized powder,
A dust core in which Cu is dispersed between the soft magnetic material powders.
前記軟磁性材料粉と前記Cuの合計質量に対して、前記Cuの含有量が0.01〜3質量%であることを特徴とする請求項1に記載の圧粉磁心。 2. The dust core according to claim 1, wherein a content of the Cu is 0.01 to 3 mass% with respect to a total mass of the soft magnetic material powder and the Cu. 請求項1または2に記載の圧粉磁心と、
前記圧粉磁心の周囲に巻装されたコイルとを備えるコイル部品。
The dust core according to claim 1 or 2,
A coil component comprising a coil wound around the powder magnetic core.
軟磁性材料粉を用いて構成された圧粉磁心の製造方法であって、
前記軟磁性材料粉がFe基アモルファス合金アトマイズ粉であり、
前記Fe基アモルファス合金アトマイズ粉とCu粉を混合する第1の工程と、
前記第1の工程で得られた混合粉を加圧成形する第2の工程とを有し、
前記Fe基アモルファス合金アトマイズ粉の間にCuが分散している圧粉磁心を得ることを特徴とする圧粉磁心の製造方法。
A method of manufacturing a powder magnetic core composed of soft magnetic material powder,
The soft magnetic material powder is Fe-based amorphous alloy atomized powder,
A first step of mixing the Fe-based amorphous alloy atomized powder and Cu powder;
A second step of pressure-molding the mixed powder obtained in the first step,
A method for producing a dust core, comprising obtaining a dust core in which Cu is dispersed between the Fe-based amorphous alloy atomized powder.
前記軟磁性材料粉と前記Cu粉の合計質量に対して、前記Cu粉の含有量が0.01〜5質量%であることを特徴とする請求項4に記載の圧粉磁心の製造方法。   The method for producing a dust core according to claim 4, wherein a content of the Cu powder is 0.01 to 5 mass% with respect to a total mass of the soft magnetic material powder and the Cu powder. 前記第1の工程では、軟磁性材料粉とCu粉とを先に混合し、その後に、バインダを加えてさらに混合することを特徴とする請求項4または5に記載の圧粉磁心の製造方法。   The method of manufacturing a dust core according to claim 4 or 5, wherein in the first step, the soft magnetic material powder and the Cu powder are first mixed, and then a binder is added and further mixed. .
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