JP2692090B2 - 圧紛成形磁性体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 イ．産業上の利用分野 本発明は圧粉成形磁性体（例えば圧粉磁心）に関す
る。 ロ．従来技術 高周波回路では、各種の用途に多数のインダクタが使
われており、これらはコンデンサと組合わせて共振回
路、フィルタ、マッチング回路等を構成する。これら共
振型インダクタが使われる高周波回路は、扱う周波数が
高く、電圧や電流が微小であるので、回路自体の損失が
少ないことが特に要求される。そのため、回路に使用さ
れるインダクタ等の部品は、総て高周波域での損失が少
ない良質のものでなければならない。更に、インダクタ
については、高い品質係数（Quality Factor、Ｑ値と呼
ばれる）が要求される。 Ｑ値は。共振の鋭さを表し、リアクタンスと抵抗との
比であって、下記（１）式で与えられる値である。 Ｑ＝ωL/R＝２πfL/（Reff−Rw） （１） 但し、ωは共振角周波数、Ｒは抵抗、ｆは測定用周波
数、Ｌはコイルのインダクタンス、Reffはコイルの実効
抵抗、Rwは巻線の直流抵抗である。 また、鉄損を含む総損失は、下記（２）式で与えられ
る。 総損失＝1/μＱ （２） 但し、μは透磁率である。 また、共振回路やフィルタに用いられるものでは、周
波数特性が変化しないように、インダクタンスが一定値
であって変動しないことが重要で、LC発振器等ではこれ
が厳しく要求される。 このような高周波回路では、従来からカーボニル鉄の
圧粉磁心が用いられているが、通常使用されているこの
圧粉磁心の透磁率は10前後又はこれ以下である。 従来より使用されているインダスタンス素子の磁心に
は、低周波域ではセンダストを使用したものが、高周波
域ではカーボニル鉄を使用した低透磁率、高磁束密度
（22000G程度）、高Ｑ値のものが、夫々用いられてい
た。然し、高周波域で使用されるカーボニル鉄は、
（２）式から解るように、Ｑ値が高くても透磁率が低い
ので、損失が大きいという問題がある。カーボニル鉄
は、成形条件を変化させること等によって透磁率を高く
することが可能であるが、透磁率を高くするとＱ値が低
くなってしまう。センダストは、透磁率が高いが、飽和
磁束密度は10000G程度で低い。 カーボニル鉄及びセンダストの高周波域での上記磁気
特性を纏めて下記表に示す。 また、ファライトは飽和磁束密度が3000〜5000G程度
で低く、磁心として満足できない。 ハ．発明の目的 本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであっ
て、透磁率、飽和磁束密度が共に高く、かつ、高周波域
で高いＱ値を示す圧粉成形磁性体を提供することを目的
としている。 ニ．発明の構成 本発明は、珪素４〜８重量％、アルミニウム２重量％
未満、残部が実質的に鉄からなり、粒径が実質的に20μ
ｍ以下の粉末を金属性分とする圧粉成形磁性体に係る。 ホ．実施例 以下、本発明の実施例を説明する。 まず、Fe−Si−Al三元合金の磁気特性について説明す
る。 第１図はFe−Si−Al三元合金の組成と飽和磁束密度と
の関係を、第３図は同じく最大透磁率との関係を、第４
図は同じく磁歪常数λｓとの関係を夫々測定した結果を
示すグラフである。なお、λｓは絶対値で５×10^-6程度
以下であることが望ましい。 第１図及び第３図から解るように、珪素、アルミニウ
ム共に低い程飽和磁束密度は書い値を示し、最大透磁率
は、センダストの代表的組成である、9.6重量％（以
下、「重量％」を単に「％」で表す。）Si、5.4％Alの
附近と、４〜８％Si、＜８％Alの組成範囲とで高い値を
示している。また、第４図に見られるように、λｓが零
となる軌跡は、上記センダストの組成と、４〜８％Si、
＜4.5％Alの領域内を通っている。従って、珪素含有量
は４〜８％の範囲内とするのが良い。 第１図、第３図及び第４図に示す点Ｗ、Ｘ、Ｙ及びＺ
を順次結ぶ線分に囲まれる領域が、本発明合金粉末の組
成範囲である。 第２図は、珪素含有量を６％に一定にしてアルミニウ
ム含有量を変化させ、飽和磁束密度を測定した結果を示
す。 アルミニウムは２％迄はその増加によって飽和磁束密
度が緩やかに低下し、これが２％以上になると飽和磁束
密度の低下が直線的にかつ急になる。従って、アルミニ
ウム含有量は３％未満とするのが良い。 次に、圧粉磁心の磁気特性について説明する。 Fe−５％Si−２％Alの合金をエレクトロスラグリメル
ティング（ESR）で溶製してインゴットとし、これを粉
砕した粉末を風力分級機を使用して、A:粒径10μｍ以下
（平均粒径約７μｍ）、B:粒径10〜20μｍ及びC:粒径20
〜63μｍの３種類に分級し、これらの粉末粒子に加熱処
理（500℃で２時間）によって絶縁被膜を形成させた
後、水ガラスをバインダとして圧縮成形し、焼成して圧
粉磁心とした。これらの圧粉磁心の夫々について、周波
数を変えて、初透磁率μ_０及びＱ値を測定した。その結
果は第５図に示す通りである。 合金粉末の粒径が小さい程透磁率は低くなるが、高い
Ｑ値を示す周波数は高周波側に移行する。以上の結果か
ら、粉末粒子の粒径が20μｍ以下、特に10μｍ以下であ
る圧粉磁心は、高周波域迄高いＱ値が得られることが理
解できる。 第６図は、粒径10μｍ以下（平均粒径約７μｍ）のFe
−６％Si−２％Al合金の粉末を使用し、前記の例と同様
にして作製された圧粉磁心について、前記と同様の測定
をした結果を示すグラフである。同図には、比較のため
に、カーボニル鉄粉を使用して上記と同様の条件で作製
した圧粉磁心について同様の測定を行った結果が併記し
てある。 第６図から解るように、本例による圧粉磁心は、従来
の比較の圧粉磁心に較べて透磁率が高く、かつ、高周波
側迄高いＱ値が得られている。この結果は、Fe−６％Si
−２％Al合金粉末の個々の粒子の透磁率が高く、周波数
特性がカーボニル鉄よりも優れているために、同一粒子
径、同一絶縁被覆処理、同一成形条件で得られた圧粉磁
心が、磁心全体として従来品よりも優れた機能が付与さ
れることによるものである。また、本例の圧粉磁心の飽
和磁束密度は、18000Gと極めて高い値を示した。 以上のように、上記の例による各圧粉磁心は、透磁
率、磁束密度、高周波域でのＱ値が共に高く、高周波回
路用として理想的なものであり、高周波域で高いインダ
クタンスを維持するという従来実現できなかった回路素
子の実現が可能である。また、回路中の各素子を小型化
することも可能となる。 ヘ．発明の効果 以上説明したように、本発明に基づく圧粉成形磁性体
は、珪素４〜８重量％、アルミニウム２重量％未満、残
部が実質的に鉄からなる合金粉末を使用しているので、
透磁率、磁束密度が共に高く、更に、上記粉末の粒子の
径を実質的に20μｍ以下としているので、高周波域で高
いＱ値を示す。その結果、高周波域で高いインダクタン
スを維持するという従来実現できなかった回路素子の実
現が可能となり、高周波回路の種々の素子に使用して損
失が少ない高品質の高周波回路が得られる。また、これ
らの素子の小型化も可能である。

【図面の簡単な説明】 図面はいずれも本発明の実施例を示すものであって、 第１図は、Fe−Si−Al三元合金の組成と飽和磁束密度と
の関係を示すグラフ、 第２図は、Fe−Si−Al三元合金のAl含有量と飽和磁束密
度との関係の一例を示すグラフ、 第３図は、Fe−Si−Al三元合金の組成と最大透磁率との
関係を示すグラフ、 第４図は、Fe−Si−Al三元合金の組成と磁歪常数との関
係を示すグラフ、 第５図は、圧粉磁心のFe−Si−Al合金粉末粒子の粒径に
よる透磁率の変化及びＱ値の周波数依存性の変化を示す
グラフ、 第６図は、他の例による圧粉磁心の周波数によるＱ値の
変化を示すグラフ である。 なお、図面に示された符号に於いて、 Ｗ……Si及びAlの下限を示す点 Ｘ……Siの上限及びAlの下限を示す点 Ｙ……Si及びAlの上限を示す点 Ｚ……Siの下限及びAlの上限を示す点 である。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．珪素４〜８重量％、アルミニウム２重量％未満、残
   部が実質的に鉄からなり、粒径が実質的に20μｍ以下の
   粉末を金属成分とする圧粉成形磁性体。