JP4346354B2 - 圧粉コア - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧粉コアに関するものであり、特に、インダクタンスＬ及び性能係数Ｑが向上した圧粉コアに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ＴＭ-Ａｌ-Ｇａ-Ｐ-Ｃ-Ｂ-Ｓｉ系等(ＴＭはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の遷移金属元素)の組成からなる合金は、合金溶湯を急冷することにより非晶質相を形成し、これらは非晶質軟磁性合金を形成するものとして知られている（例えば、特許文献１、３参照。）。特に、この非晶質軟磁性合金のうち特定の組成のものは、結晶化の前の温度領域において広い過冷却液体の状態を有し、いわゆる金属ガラス合金(glassy alloy)を構成するものとして知られている。特許文献１には、金属ガラス合金の一例が開示されている。金属ガラス合金は軟磁気特性に優れるため、トランスやインダクタのコア材料として有望である。
【０００３】
圧粉コアの構成材料として上記の金属ガラス合金を用いる場合、通常、粉末状の金属ガラス合金を結着材などとともに固化成形して圧粉コアとしている。結着材としては、例えば特許文献２及び３に記載されているように、ブチラール樹脂やブチラールフェノール樹脂、あるいはシリコーン樹脂などが用いられる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２４９８０２号公報
【特許文献２】
特開平５−６２８５０号公報
【特許文献３】
特開平１１−３１２６０４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、トランスやインダクタに用いる圧粉コアは、一対の半コアを接合するための接着剤や、コア表面保護のための保護層にエポキシ樹脂などが一般に用いられている。
【０００６】
しかし、エポキシ樹脂は、ガラス転移点及び弾性率がいずれも比較的高いものであるため、樹脂自体に内部応力が蓄積されやすく、圧粉コアを構成する軟磁性合金が本来有する磁気特性を劣化させ、圧粉コアのインダクタンスＬや性能係数Ｑが低下するといった問題があった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、インダクタンスＬ及び性能係数Ｑに優れた圧粉コアを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の圧粉コアは、軟磁性合金粉末が結着材によって固化成形されてなるとともにブチラール樹脂をフェノールで架橋したブチラールフェノール樹脂からなる保護層により全体が被覆されてなり、かつ前記軟磁性合金粉末がΔＴｘ＝Ｔｘ−Ｔｇ（ただしＴｘは結晶化開始温度、Ｔｇはガラス遷移温度を示す。）の式で表される過冷却液体の温度間隔ΔＴｘが２０Ｋ以上を示す非晶質相からなり、Ｆｅと、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕの中から選択される１種以上の元素Ｍと、Ｐ、Ｃ、Ｂを少なくとも含む軟磁性合金からなるものであることを特徴とする。
【０００９】
保護層として用いるブチラールフェノール樹脂は、ガラス転移温度及び弾性率が比較的低いので、保護層自体に内部応力が蓄積されるおそれがなく、圧粉コアのインダクタンスＬ及び性能係数Ｑを向上させることができる。特に、上記の軟磁性合金粉末は、大きな磁歪定数を有するという性質があるので、半コア同士の接合部での歪み発生を防止することで、上記軟磁性合金が本来有する磁気特性が損なわれず、インダクタンスＬ及び性能係数Ｑを大きく向上させることができる。
また、圧粉コアの全面に保護層が形成されているので、圧粉コアの抗折強度が向上し、圧粉コアの強度を高めることができる。
【００１０】
また、本発明の圧粉コアは、一対の半コアを具備してなり、前記半コアが前記保護層を介して相互に接合されていることを特徴とする。このように、保護層が同時に接合部材として機能するため、他の接着剤等を用いることなく半コアを接合することができる。
【００１１】
また本発明の圧粉コアは、先に記載の圧粉コアであって、前記軟磁性合金粉末が略球状粉末であることを特徴とする。この構成により、圧粉コアの密度が向上してコアロスを低くすることができる。
【００１２】
また本発明の圧粉コアは、先に記載の圧粉コアであって、前記軟磁性合金粉末が水アトマイズ法により形成されたものであることを特徴とする。軟磁性合金粉末を水アトマイズ法により形成することで、略球状の粉末を得ることができる。
【００１３】
また本発明の圧粉コアは、先に記載の圧粉コアであって、前記軟磁性合金粉末が下記の組成式で表されることを特徴とする。
Ｆｅ１００−ｘ−ｙ−ｚ−ｗ−ｔＭｘＰｙＣｚＢｗＳｉｔ
ただし、ＭはＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕより選ばれる１種または２種以上の元素であり、組成比を示すｘ、ｙ、ｚ、ｗ、ｔは、０．５原子％≦ｘ≦８原子％、２原子％≦ｙ≦１５原子％、０原子％＜ｚ≦８原子％、１原子％≦ｗ≦１２原子％、０原子％≦ｔ≦８原子％、７０原子％≦(１００−ｘ−ｙ−ｚ−ｗ−ｔ)≦７９原子％である。
【００１４】
上記の圧粉コアによれば、軟磁性合金粉末に耐食性に優れたＣｒ、Ｍｏ等の元素Ｍが含有されているので、急冷速度の大きな水アトマイズ法により製造することができ、組織全体が完全に非晶質相である軟磁性合金粉末を得ることができる。こうして得られた軟磁性合金粉末は、軟磁気特性に優れるので、ブチラールフェノール樹脂と組み合わせて用いることで、圧粉コアのインダクタンスＬ及び性能係数Ｑを向上することができる。
【００１５】
また本発明においては、前記組成式中の組成比を示すｙ、ｚ、ｗ、ｔが、１７原子％≦（ｙ＋ｚ＋ｗ＋ｔ）≦２９．５原子％なる関係を満たすことがより好ましい。
【００１６】
また本発明においては、前記組成式中の組成比を示すｘ、ｙ、ｚ、ｗ、ｔが、１原子％≦ｘ≦４原子％、４原子％≦ｙ≦１４原子％、０原子％＜ｚ≦６原子％、２原子％≦ｗ≦１０原子％、２原子％≦ｔ≦８原子％、７２原子％≦(１００−ｘ−ｙ−ｚ−ｗ−ｔ)≦７９原子％なる関係を満たすものでもよい。
【００１７】
また本発明においては、前記組成式中の組成比を示すｘ、ｙ、ｚ、ｗ、ｔが、１原子％≦ｘ≦３原子％、６原子％≦ｙ≦１１原子％、１原子％≦ｚ≦４原子％、４原子％≦ｗ≦９原子％、２原子％≦ｔ≦７原子％、７３原子％≦(１００−ｘ−ｙ−ｚ−ｗ−ｔ)≦７８原子％なる関係を満たすものでもよい。
【００１８】
また本発明の圧粉コアは、先に記載の圧粉コアであって、インダクタ用コアとして用いられることを特徴とする。この構成により、優れた特性のインダクタを構成することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１には本実施形態の圧粉コアの斜視図を示し、図２には図１のＡ−Ａ線に対応する断面図を示す。また図３には圧粉コアを構成する半コアの平面図を示し、図４には半コアの側面図を示す。
【００２０】
図１及び図２に示すように、本実施形態の圧粉コア１１は、一対の半コア１２，１２が一体化されて構成されている。また、各半コア１２，１２の全面には保護層１３が形成されている。そして、半コア１２，１２同士がそれぞれの保護層１３を介して接合されている。
【００２１】
図３及び図４に示すように、半コア１２，１２は、平板状の基部磁極１２ａと、基部磁極１２ａのほぼ中央に突出形成された円柱状の中央磁極１２ｂと、基部磁極１２ａの側端部に各々突出形成され、中央磁極１２ｂを挟んで対向する側部磁極１２ｃ、１２ｃとから構成されている。また図示しない巻線が基部磁極１２ａ上に中央磁極１２ｂの周囲に巻回されている。
【００２２】
そして、図１及び図２に示すように、各半コア１２，１２の中央磁極１２ｂ同士、及び側部磁極１２ｃ、１２ｃ同士が接合されて圧粉コア１１が構成されている。半コア１２，１２の全面には保護層１３が形成されており、この保護層１３が、中央磁極１２ｂ同士及び側部磁極１２ｃ、１２ｃ同士の間に挟まれた形になり、中央磁極１２ｂ同士及び側部磁極１２ｃ、１２ｃ同士が保護層１３により接合された状態になる。
【００２３】
保護層１３はブチラールフェノール樹脂から構成されている。このブチラールフェノール樹脂は、ブチラール樹脂をフェノールで架橋させたものであり、ガラス転移温度及び弾性率が比較的低いという性質を有する。このため、保護層１３自体に内部応力が蓄積されるおそれがない。従って圧粉コア１１は、この保護層１３によって圧粉コア１１に歪みを発生させることがなく、インダクタンスＬ及び性能係数Ｑを向上させることができる。特に、上記の軟磁性合金粉末は、大きな磁歪定数を有するので、保護層１３によって歪み発生を防止することで、インダクタンスＬ及び性能係数Ｑを大きく向上させることができる。また、半コア１２，１２の全面に保護層１３が形成されているので、半コア１２，１２の抗折強度が向上し、圧粉コア１１の強度を高めることができる。
【００２４】
また、半コア１２，１２はブチラールフェノール樹脂により形成された保護層１３を介して接合することができるため、他の接着剤等が不要であり、材料を削減でき、工数も少なくすることができる。
【００２５】
また、保護層１３は圧粉コア内部に若干浸透している場合があり、保護層１３の厚みはこの浸透層の厚さを含めて２μｍ以上１００μｍ以下の範囲が好ましい。保護層１３の厚みが２μｍ未満だと表面を保護する機能を保持できず、また抗折強度も低下してしまうので好ましくなく、保護層１３の厚みが１００μｍを越えると、コイル巻き枠が減少したり組立時の寸法許容値を超えてしまうので好ましくない。
【００２６】
保護層１３を半コア１２，１２の全面に形成する手段としては、ブチラールフェノール樹脂をメチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等の溶媒に溶解させ、この溶解液中に固化成形した半コア１２，１２を浸積した後、半コア１２，１２を引き上げて乾燥するいわゆるディッピング法を用いることが好ましい。溶媒に対するブチラールフェノール樹脂の濃度を調製することで、保護層１３の厚みを制御することができる。
【００２７】
次に、半コア１２は、軟磁性合金粉末と、絶縁性の結着材と、潤滑剤とが混合され、これらが固化成形されて構成されている。軟磁性合金粉末は絶縁性の結着材によって絶縁されている。軟磁性合金粉末としては比抵抗が１．５μΩ・ｍ以上のものが好ましい。
【００２８】
このように、半コア１２は、軟磁性合金粉末と絶縁材とが混合されて構成されているので、絶縁材によって半コア１２自体の比抵抗が大きくなり、渦電流損失が低減されて高周波領域における透磁率の低下が小さくなる。
【００２９】
また、軟磁性合金粉末の過冷却液体の温度間隔ΔＴｘが２０Ｋ以上なので、磁性合金粉末と結着材と潤滑剤とを混合して作製した造粒粉末を圧縮成形した後に行う熱処理時に、結晶化させることなく、十分に内部応力を緩和させることができる。
【００３０】
半コア１２を構成する絶縁性の結着材は、半コア１２の比抵抗を高めるとともに、軟磁性合金粉末が含まれる造粒粉末を形成でき、更に形成した造粒粉末を結着させて圧粉コア１１の形状を保持するもので、磁気特性に大きな損失とならない材料からなることが好ましい。例えば、ブチラール樹脂、ブチラールフェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、シリコーンゴム、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）等の液状又は粉末状の樹脂あるいはゴムや、水ガラス（Ｎａ２Ｏ-ＳｉＯ２）、酸化物ガラス粉末（Ｎａ２Ｏ-Ｂ２Ｏ３-ＳｉＯ２、ＰｂＯ-Ｂ２Ｏ３-ＳｉＯ２、ＰｂＯ-ＢａＯ-ＳｉＯ２、Ｎａ２Ｏ-Ｂ２Ｏ３-ＺｎＯ、ＣａＯ-ＢａＯ-ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３-Ｂ２Ｏ３-ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３-ＳｉＯ２）、ゾルゲル法により生成するガラス状物質（ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２等を主成分とするもの）等を挙げることができる。また、結着材として各種のエラストマー（ゴム）を用いてもよい。
【００３１】
また、結着材とともにステアリン酸塩（ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸アルミニウム等）のうちから選択される潤滑剤が同時に用いられる。
【００３２】
上記の結着材のなかでも特にシリコーン樹脂またはシリコーンゴムが好ましい。シリコーンゴムは一般に、高重合度の直鎖状オルガノポリシロキサンの架橋体からなるゴム状の弾性を示すものをいう。架橋方法により、高温型と室温型に大別されるが、本発明では室温型が好ましい。室温型のシリコーンゴムは、直鎖状のポリオルガノシロキサンに、アセトキシル基、アルコキシル基、オキシム基、イソプロペノキシル基等を有するシラン化合物等の架橋剤を反応させて得られるもので、特にアルコキシル基またはオキシム基を有する架橋剤を用いたものが好ましい。
【００３３】
また、シリコーン樹脂は一般に、高度な三次元的網目構造を有するオルガノポリシロキサンの重合体をいう。オルガノクロロシランまたはオルガノアルコキシシランの加水分解重縮合や環状シロキサンの開環重合により製造される。
【００３４】
また、上記の結着材としてブチラールフェノール樹脂を用いても良い。この樹脂は、ブチラール樹脂をフェノールで架橋させたものであり、ガラス転移温度及び弾性率が比較的低いという性質を有する。このため、半コア１２の固化成形の際に、ブチラールフェノール樹脂が緩衝材として機能し、軟磁性合金粉末に内部応力が蓄積されるおそれがない。これにより、軟磁性合金粉末の軟磁気特性を劣化させることがなくなり、軟磁性合金粉末本来の磁気特性を引き出すことが可能となり、圧粉コア１１のインダクタンスＬ及び性能係数Ｑを向上させることができる。
【００３５】
本実施形態の軟磁性合金粉末は、Ｆｅを主成分とし、Ｐ、Ｃ、Ｂを少なくとも含む非晶質相からなるものである。さらにこの軟磁性合金粉末は、ΔＴｘ＝Ｔｘ−Ｔｇ（ただしＴｘは結晶化開始温度、Ｔｇはガラス遷移温度を示す。）の式で表される過冷却液体の温度間隔ΔＴｘが２０Ｋ以上を示すものである。
【００３６】
この軟磁性合金粉末は、非晶質の粉末を作る上で必要な非晶質形成能を十分に維持しつつ、しかも従来のＦｅ-Ａｌ-Ｇａ-Ｃ-Ｐ-Ｓｉ-Ｂ系合金よりも磁気特性を向上させることができ、なおかつ、水アトマイズ法により球状に近い形状に形成できるものである。さらに、水アトマイズ法に耐え得る耐食性を得ることができるものである。また、Ｇａが添加されていなくても非晶質化できるため、低コストとすることができ、さらには高い飽和磁化と低いコアロスを兼ね備えることができる。また、略球状の粉末からなる軟磁性合金粉末によって半コア１２を形成することで、半コア１２の密度を向上させることができ、コアロスを低減することができる。
【００３７】
本発明の軟磁性合金粉末は、磁性を示すＦｅと、非晶質形成能を有するＰ、Ｃ、Ｂといった半金属元素とを具備しているので、非晶質相を主相とするとともに優れた軟磁気特性を示す。また、Ｐ、Ｃ、Ｂに加えてＳｉを添加しても良い。
また、Ｍ（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕのうちの１種又は２種以上の元素素）が添加されているので、高い耐食性を有している。
【００３８】
この軟磁性合金粉末は、２０Ｋ以上の過冷却液体の温度間隔ΔＴxを示す略球状の金属ガラス合金粉末であり、組成によってはΔＴxが３０Ｋ以上、さらには５０Ｋ以上という顕著な温度間隔を有し、また、軟磁性についても室温で優れた特性を有している。
【００３９】
本発明の軟磁性合金粉末は、従来のＦｅ-Ａｌ-Ｇａ-Ｃ-Ｐ-Ｓｉ-Ｂ系合金よりも強磁性元素であるＦｅを多く含むために高い飽和磁化を示す。また、本発明の軟磁性合金粉末は、組織全体が完全な非晶質相であることから、適度な条件で熱処理した場合に結晶質相が析出することなく内部応力を緩和でき、軟磁気特性をより向上させることができる。
【００４０】
本発明の軟磁性合金粉末を水アトマイズ法により作製した場合でも、ガスアトマイズ法により作製した軟磁性合金粉末と同等あるいはそれ以上の飽和磁化を示すことができる。
【００４１】
水アトマイズ法のような腐食性の高い環境下においても優れた磁気特性を有する軟磁性合金粉末を製造できるのは、軟磁性合金粉末の製造に用いる合金溶湯（溶融状態の合金）として本発明の軟磁性合金粉末と同組成あるいは略同じ組成のものを用いるので上記のように非晶質形成能を有する元素が含まれており、しかも過冷却液体の温度間隔ΔＴxが２０Ｋ以上と大きいために、水アトマイズ法により合金溶湯（溶融状態の合金）を粉砕、冷却する際に、一般的な水アトマイズ法の冷却速度をガスアトマイズ法と同程度に遅くしても広い過冷却液体領域を有し、結晶化することなく温度の低下に伴って、ガラス遷移温度Ｔgに至って非晶質相を容易に形成できる。また、合金溶湯を冷却する際の冷却速度は合金溶湯に十分に表面張力が作用する程度に冷却速度を制御することにより、略球状、すなわち、比表面積の小さな軟磁性合金粉末を得ることができる。このためには、酸化されにくく、遅い冷却速度でも非晶質化できる前述した合金組成が必要となる。
【００４２】
本発明の軟磁性合金粉末は、アスペクト比の平均が１以上３以下であることが先に述べた理由から好ましく、アスペクト比の平均が１以上２以下であることがより好ましく、１以上１．５以下であることがさらに好ましい。また、本発明の軟磁性合金粉末は、平均粒径（Ｄ５０）が４５μｍ以下であることが先に述べた理由から好ましく、Ｄ５０ が４μｍより大きく、３０μｍ以下であることがより好ましく、４μｍ以上１６μｍ以下であることがさらに好ましい。軟磁性合金粉末のＤ５０が４μｍ以下なると、粉末収量が減少する。
【００４３】
また、本発明の軟磁性合金粉末は、合金組成にもよるが、１×１０―５以上３×１０―５以下の比較的大きな磁歪定数を有している。このような大きな磁歪定数を有する軟磁性合金粉末に対し、ブチラールフェノール樹脂を保護層１３として用いることで、圧粉コア１１のインダクタンスＬ及び性能係数Ｑをより向上させることが可能になる。
【００４４】
本発明の軟磁性合金粉末の一例として、下記組成式で表すものを挙げることができる。
Ｆｅ１００−ｘ−ｙ−ｚ−ｗ−ｔＭｘＰｙＣｚＢｗＳｉｔ
ただし、ＭはＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕより選ばれる１種または２種以上の元素であり、組成比を示すｘ、ｙ、ｚ、ｗ、ｔは、０．５原子％≦ｘ≦８原子％、２原子％≦ｙ≦１５原子％、０原子％＜ｚ≦８原子％、１原子％≦ｗ≦１２原子％、０原子％≦ｔ≦８原子％、７０原子％≦(１００−ｘ−ｙ−ｚ−ｗ−ｔ)≦７９原子％である。
【００４５】
また、上記の組成式で表される軟磁性合金粉末の前記組成式中の組成比を示すｙ、ｚ、ｗ、ｔは、１７原子％≦（ｙ＋ｚ＋ｗ＋ｔ）≦２９．５原子％なる関係を満たすことが好ましい。
【００４６】
以下に、本発明の略球状の軟磁性合金粉末の組成限定理由について説明する。Ｆｅは磁性を担う元素であって、本発明の軟磁性合金粉末に必須の元素である。Ｆｅの組成比を高くすると、軟磁性合金粉末の飽和磁化σsを向上できる。
【００４７】
Ｆｅの添加量は、７０原子％以上７９原子％以下であることが好ましく、７２原子％以上７９原子％以下であることがより好ましく、７３原子％以上７８原子％以下であることが更に好ましい。Ｆｅの添加量が７０原子％未満では、飽和磁化σsが１５０×１０−６Ｗｂ・ｍ／ｋｇ未満に低下してしまうので好ましくない。また、Ｆｅの添加量が７９原子％を越えると、合金の非晶質形成能の程度を示すＴg／Ｔmが０．５７未満になり、非晶質形成能が低下するので好ましくない。上記Ｔmは、合金の融点である。
【００４８】
尚、Ｆｅの添加量が７６原子％以上であれば合金粉末の飽和磁化σsを１７０×１０−６Ｗｂ・ｍ／ｋｇ以上にでき、７７原子％以上であれば合金の飽和磁化σsを１８０×１０−６Ｗｂ・ｍ／ｋｇ以上にできる。
【００４９】
また、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆは、合金粉末表面に不動態化酸化皮膜を形成でき、合金粉末の耐食性を向上できる。これらの元素のうち耐食性の向上に最も効果があるものはＣｒである。水アトマイズ法において、合金溶湯が直接水に触れたとき、更には合金粉末の乾燥工程において生じる錆の発生を防ぐことができる（目視レベル）。また、これらの元素は単独添加するか、あるいは２種以上の組み合わせで複合添加しても良く、例えば、Ｍｏ、ＶとＭｏ、ＣｒとＶ、Ｃｒ及びＣｒ、Ｍｏ、Ｖ等の組合せで複合添加しても良い。これらの元素のうち、Ｍｏ，Ｖは耐食性がＣｒより若干劣るものの非晶質形成能が向上するため、必要に応じてこれらの元素を選択する。また、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａのうちから選択される元素の添加量が８原子％を超えると、磁気特性（飽和磁化）が低下してしまう。
【００５０】
また、上記組成式中の元素Ｍとして採用される元素のうちガラス形成能はＺｒ、Ｈｆが最も高い。Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆは酸化性が強いため、これらの元素が８原子％を超えて添加されていると、大気中で合金粉末原料を溶解すると原料溶解中に溶湯が酸化し、また、磁気特性（飽和磁化）が低下してしまう。
【００５１】
また、合金粉末の耐食性向上効果は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕのうちから選択される１種又は２種以上の貴金属元素の添加によっても得られ、これら貴金属元素を粉末表面に分散することにより、耐食性が向上する。また、これらの貴金属元素は単独添加あるいは上記のＣｒ等の耐食性向上効果のある元素との組み合わせて複合添加しても良い。上記の貴金属元素はＦｅと混じり合わないため、８原子％超えて添加されているとガラス形成能が低下し、また、磁気特性（飽和磁化）も低下する。軟磁性合金粉末に耐食性を持たせるためには、上記Ｍの添加量は０．５原子％以上とする必要がある。
【００５２】
従って、組成式中のＭは、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕより選ばれる１種または２種以上の元素であり、特に、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａのうちの１種または２種以上を用いるのが好ましい。上記Ｍの組成比ｘは、０．５原子％以上８原子％以下であることが好ましく、１原子％以上４原子％以下であることが好ましく、１原子％以上３原子％以下でであることがさらに好ましい。
【００５３】
Ｃ、Ｐ、Ｂ及びＳｉは、非晶質形成能を高める元素であり、Ｆｅと上記Ｍにこれらの元素を添加して多元系とすることにより、Ｆｅと上記Ｍのみの２元系の場合よりも安定して非晶質相が形成される。特にＰはＦｅと低温(約１０５０℃)で共晶組成を持つため、組織の全体が非晶質相になるとともに過冷却液体の温度間隔ΔＴxが発現しやすくなる。またＰとＳｉを同時に添加すると、過冷却液体の温度間隔ΔＴxがより大きくなって非晶質形成能が向上し、非晶質単相の組織を得る際の製造条件を比較的簡易な方向に緩和できる。
【００５４】
Ｓｉを無添加とした場合におけるＰの組成比ｙは、２原子％以上１５原子％以下であることが好ましく、４原子％以上１４原子％以下であることがより好ましく、６原子％以上１１原子％以下であることが最も好ましい。Ｐの添加量が２原子％未満では、軟磁性合金粉末が得られず、１５原子％を超えると、飽和磁化が低下してしまう。Ｐの組成比ｙが上記の範囲であれば、過冷却液体の温度間隔ΔＴxが発現して合金粉末の非晶質形成能が向上する。
【００５５】
また、Ｓｉを添加すると熱的安定性が向上するため、２原子％以上添加されていることが好ましい。また、Ｓｉの添加量が８原子％を超えると、融点が上昇してしまう。従ってＳｉの組成比ｔは、０原子％以上８原子％以上であることが好ましく、２原子％以上８原子％以下であることがより好ましく、２原子％以上７原子％以下であることがさらに好ましい。
【００５６】
また、Ｂの添加量が２原子％未満では軟磁性合金粉末が得られ難く、１２原子％を超えると融点が上昇してしまい。従って、Ｂの組成比ｗは、１原子％以上１２原子％以下であることが好ましく、２原子％以上１０原子％であることが好ましく、４原子％以上９原子％以下であることがさらに好ましい。
【００５７】
また、Ｃを添加すると熱的安定性が向上するため、１原子％以上添加されていることが好ましい。また、Ｃの添加量が８原子％を超えると、融点が上昇してしまう。従って、Ｃの組成比ｚは、０原子％を超えて８原子％以下であることが好ましく、０原子％を超えて６原子％以下であることがより好ましく、１原子％以上４原子％以下であることがさらに好ましい。
【００５８】
そして、これらの半金属元素Ｃ、Ｐ、Ｂ及びＳｉの合計の組成比(ｙ＋ｚ＋ｗ＋ｔ)は、１７原子％以上２９．５原子％以下であることが好ましく、１８原子％以上２６原子％以下とすることがより好ましく、１８原子％以上２５原子％以下とすることが更に好ましい。半金属元素の合計の組成比が２９．５原子％を越えると、特にＦｅの組成比が相対的に低下し、飽和磁化σsが低下するので好ましくない。半金属元素の合計の組成比が１７原子％未満では、非晶質形成能が低下し非晶質相単相組織が得られにくい。
【００５９】
また、Ｆｅの組成比が７６原子％以上のときに、半金属元素Ｃ、Ｐ、Ｂ及びＳｉの合計の組成比(ｙ＋ｚ＋ｗ＋ｔ)を１８原子％以上２４原子％以下とすることにより、合金粉末の飽和磁化σsを１７０×１０−６Ｗｂ・ｍ／ｋｇ以上にできる。更に、Ｆｅの組成比が７７原子％以上のときに、半金属元素Ｃ、Ｐ、Ｂ及びＳｉの合計の組成比(ｙ＋ｚ＋ｗ＋ｔ)を１８原子％以上２３原子％以下とすることにより、合金粉末の飽和磁化σsを１８０×１０−６Ｗｂ・ｍ／ｋｇ以上にできる。
【００６０】
また、本発明の軟磁性合金粉末においては、上記の組成に、Ｇｅが４原子％以下含有されていてもよい。上記のいずれの場合の組成においても、本発明においては、過冷却液体の温度間隔ΔＴxは２０Ｋ以上、組成によっては３５Ｋ以上が得られる。また上記の組成で示される元素の他に不可避的不純物が含まれていても良い。
【００６１】
前記組成の軟磁性合金粉末は、室温において磁性を有し、また熱処理によってより良好な磁性を示す。このため優れた軟磁気特性を有する材料として各種の応用に有用なものとなる。
【００６２】
次に、略球状の軟磁性合金粉末を水アトマイズ法により製造する一例について説明する。本発明に用いられる水アトマイズ法は、大気雰囲気中で上述の軟磁性合金粉末と同じ組成あるいは略同様の組成からなる非晶質軟磁性合金溶湯を高圧水とともにチャンバ内部に霧状に噴霧し、上記合金溶湯を粉砕、急冷して略球状の軟磁性合金粉末を製造するというものである。
【００６３】
図５は、水アトマイズ法による合金粉末の製造に好適に用いられる高圧水噴霧装置の一例を示す断面模式図である。この高圧水噴霧装置１は、溶湯るつぼ２と、水噴霧器３と、チャンバ４とを主体として構成されている。この高圧水噴霧装置１は、大気雰囲気中に配置されている。
【００６４】
溶湯るつぼ２の内部には合金溶湯５が充填されている。また溶湯るつぼ２には加熱手段たるコイル２ａが備えられており、合金溶湯５を加熱して溶融状態に保つように構成されている。そして、溶湯るつぼ２の底部には溶湯ノズル６が設けられており、合金溶湯５は溶湯ノズル６からチャンバ４の内部に向けて滴下される。
【００６５】
水噴霧器３は溶湯るつぼ２の下側に配設されている。この水噴霧器３には水導入流路７と、この導入流路７の先端部である水噴射ノズル８とが設けられている。図示しない液体加圧ポンプ（加圧手段）によって加圧された高圧水１０は導入流路７を通って水噴射ノズル８まで導かれ、このノズル８からチャンバ４内部へ高圧水流ｇとなって噴霧される。チャンバ４の内部には、高圧水噴霧装置１の周囲の雰囲気と同じ大気雰囲気とされている。チャンバ４内部の圧力は１００ｋＰａ程度に保たれており、また温度は室温程度に保たれている。
【００６６】
略球状の軟磁性合金粉末を製造するには、まず、溶湯るつぼ２に充填された合金溶湯５を溶湯ノズル６からチャンバ４内に滴下する。同時に、水噴霧器３の水噴射ノズル８から高圧水１０を噴射する。噴射された高圧水１０は、高圧水流ｇとなって上記の滴下された溶湯まで達し、噴霧点ｐにおいて溶湯に衝突して溶湯を霧化するとともに急冷凝固し、先に述べた組成の非晶質相からなる略球状粒末が形成される。これら略球状粉末は水とともにチャンバ４の底部に貯まる。
【００６７】
ここで合金溶湯の冷却速度は合金溶湯に十分に表面張力が作用する程度にする。合金溶湯の冷却速度は、合金の組成、目的とする合金粉末の粒径等によって、好適な冷却速度が決まるが、１０３〜１０５Ｋ／ｓ程度の範囲を目安とすることができる。そして実際には、略球形状に近いものが得られているかどうかと、ガラス相(glassy phase)に結晶相としてのＦｅ３Ｂ、Ｆｅ２Ｂ、Ｆｅ３Ｐ等の相が析出するかどうかを確認することで決めることができる。ついで、これらの略球状粉末を大気雰囲気中で乾燥した後、これらの粉末を分級して、所定の平均粒径を有する球状あるいは球状に近い軟磁性合金粉末を得る。
【００６８】
水アトマイズ法により略球状の軟磁性合金粉末を製造する際には、水の噴射圧力、噴射流量、合金溶湯流量等をコントロールすることにより合金溶湯の冷却速度を制御し、また、水噴射ノズルスリット幅、水噴射ノズル傾斜角度、水噴射角、合金溶湯の温度や粘度、アトマイジングポイント（粉化点距離）等をコントロールすることにより製造条件を制御することにより、目的とする特性、具体的には、アスペクト比、Ｄ５０等が先に述べた範囲になる軟磁性合金粉末が得られるようにする。
【００６９】
得られた軟磁性合金粉末は必要に応じて熱処理しても良い。熱処理をすることで合金粉末の内部応力が緩和され、軟磁性合金粉末の軟磁気特性をより向上できる。熱処理温度Ｔaは、合金のキュリー温度Ｔc以上ガラス遷移温度Ｔg以下の範囲が好ましい。熱処理温度Ｔaがキュリー温度Ｔc未満であると、熱処理による軟磁気特性向上の効果が得られないので好ましくない。また熱処理温度Ｔaがガラス遷移温度Ｔgを越えると、合金粉末組織中に結晶質相が析出しやすくなり、軟磁気特性が低下するおそれがあるので好ましくない。また熱処理時間は、合金粉末の内部応力を充分に緩和させるとともに結晶質相の析出のおそれのない範囲が好ましく、例えば３０〜３００分の範囲が好ましい。
【００７０】
上記の圧粉コア１１によれば、ブチラールフェノール樹脂からなる保護層１３を備えており、このブチラールフェノール樹脂は、ガラス転移温度及び弾性率が比較的低いので、保護層１３自体に内部応力が蓄積されるおそれがない。このため、半コア１２，１２同士の接合部で歪みの発生がなく、圧粉コア１１のインダクタンスＬ及び性能係数Ｑを向上させることができる。特に、上記の軟磁性合金粉末は、大きな磁歪定数を有するという性質があるので、保護層１３によって圧粉コア１１に歪みが発生するのを防止することで、インダクタンスＬ及び性能係数Ｑを大きく向上させることができる。また、半コア１２の全面に保護層１３が形成されているので、半コア１２の抗折強度が向上し、圧粉コア１１の強度を高めることができる。
【００７１】
【実施例】
（実施例１の圧粉コアの製造）
Ｆｅ、Ｆｅ-Ｃ合金、Ｆｅ-Ｐ合金、Ｂ及びＣｒを原料としてそれぞれ所定量秤量し、大気雰囲気下においてこれらの原料を図５に示す高圧水噴霧装置の溶湯るつぼ内に入れて溶解し、溶湯るつぼの溶湯ノズルから合金溶湯を滴下するとともに、図５に示す水噴霧器の水噴射ノズルから高圧水を噴射して合金溶湯を霧状にし、チャンバ内で霧状の合金溶湯を急冷させて軟磁性合金粉末を作製した。得られた各種の軟磁性合金粉末の組成は、いずれもＦｅ７４．４３Ｃｒ１．９６Ｐ９．０４Ｃ２．１６Ｂ７．５４Ｓｉ４．８７なる組成であった。
【００７２】
上記の組成の軟磁性合金粉末についてＸ線回折法により組織構造の解析を行ったところ、Ｘ線回折パターンがブロードなパターンを示し、非晶質相からなる組織のみから構成されていることが分かった。
【００７３】
更に、得られた軟磁性合金粉末のＤＳＣ測定(Differential scanning caloriemetry：示差走査熱量測定)を行い、ガラス遷移温度Ｔg、結晶化開始温度Ｔx、キュリー温度Ｔc及び融点Ｔmを測定するとともに、過冷却液体の温度間隔ΔＴx及びＴg／Ｔmを測定した。尚、ＤＳＣ測定の際の昇温速度は０．６７Ｋ／秒とした。測定の結果、ガラス遷移温度Ｔgは７９５Ｋであり、結晶化開始温度Ｔxは８４５Ｋであり、キュリー温度Ｔcは５９４Ｋであり、融点Ｔmは１３５０Ｋであり、過冷却液体の温度間隔ΔＴxは５０Ｋであり、Ｔg／Ｔmは０．５９であった。更に、得られた軟磁性合金粉末について磁歪を測定したところ、１．７×１０―５であった。
【００７４】
次に、得られた軟磁性合金粉末９８．３重量％に対し、結着材としてシリコーン樹脂を１．４重量％と潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を０．３重量％とを混合、造粒して造粒粉末とした。これら造粒粉末を大気中室温で１２時間乾燥した。ついで、乾燥させた造粒粉末を分級して、粒径４５μｍ以上５００μｍ以下の範囲のものを選択し、後工程で用いた。
【００７５】
粒径４５μｍ以上５００μｍ以下の造粒粉末をＷＣ製の金型に充填した後、プレス装置を用い、大気圧、室温のもと造粒粉末を成形圧力（Ｐｓ）２０００ＭＰａまで加圧した。
そして、熱処理温度Ｔａが５７３Ｋ（３００℃）〜７２３Ｋ（４５０℃）で３６００秒間熱処理して、半コアを製造した。この半コアの形状は、図３及び図４に示した形状であり、基部磁極の縦寸法が７ミリ、横寸法が１０ミリ、中央磁極の径が４ミリ、中央磁極を含めた全体の厚みが２ミリのものであった。
【００７６】
次に、ブチラールフェノール樹脂をメチルエチルケトン及びメチルイソブチルケトンからなる混合溶媒に溶解させて５０質量％濃度の溶解液とし、この溶解液に半コアを浸積させてから引き上げた。そして、２つの半コアを接合させた状態で、１５０℃で３０分間加熱する硬化条件でブチラールフェノール樹脂の硬化を行った。このようにして、ブチラールフェノール樹脂を保護層とする圧粉コアを製造した。
【００７７】
ブチラールフェノール樹脂のガラス転移温度及び引っ張り弾性率を表１に示す。また、得られた圧粉コアの中央磁極に導線を３ターン巻回してインダクタとした。このインダクタ（塗布後）について、周波数１０ｋＨｚ〜１００００ｋＨｚの範囲でインダクタンスＬ及び性能係数Ｑを測定した。結果を図６及び図７及び表２に示す。
【００７８】
また、図６及び図７には、保護層の形成を省略した圧粉コア（塗布前）のインダクタンスＬ及び性能係数Ｑを合わせて示す。
【００７９】
（実施例２の圧粉コアの製造）
ブチラールフェノール樹脂をメチルエチルケトン及びメチルイソブチルケトンからなる混合溶媒に溶解させて７０質量％濃度の溶解液としたこと以外は上記実施例１と同様にして、実施例２の圧粉コアを製造した。この実施例２の圧粉コアの中央磁極に導線を３ターン巻回してインダクタとし、このインダクタ（塗布後）について、周波数１０ｋＨｚ〜１００００ｋＨｚの範囲でインダクタンスＬ及び性能係数Ｑを測定した。結果を図８及び図９及び表３に示す。
【００８０】
また、図８及び図９には、保護層の形成を省略した圧粉コア（塗布前）のインダクタンスＬ及び性能係数Ｑを合わせて示す。
【００８１】
（比較例１の圧粉コアの製造）
保護層の材料として加熱硬化性エポキシ樹脂を用い、硬化条件を１７０℃で９０分間加熱する条件として保護層を形成したこと以外は上記実施例１と同様にして、比較例１の圧粉コアを製造した。この比較例１の圧粉コアの中央磁極に導線を３ターン巻回してインダクタとし、このインダクタ（塗布後）について、周波数１０ｋＨｚ〜１００００ｋＨｚの範囲でインダクタンスＬ及び性能係数Ｑを測定した。結果を図１０及び図１１及び表４に示す。また、表１に比較例１の加熱硬化性エポキシ樹脂のガラス転移温度及び曲げ弾性率を示す。
【００８２】
また、図１０及び図１１には、保護層の形成を省略した圧粉コア（塗布前）のインダクタンスＬ及び性能係数Ｑを合わせて示す。
【００８３】
（比較例２の圧粉コアの製造）
保護層の材料として加熱硬化性エポキシ樹脂を用い、硬化条件を１８０℃で１２０分間加熱する条件として保護層を形成したこと以外は上記実施例１と同様にして、比較例２の圧粉コアを製造した。この比較例２の圧粉コアの中央磁極に導線を３ターン巻回してインダクタとし、このインダクタ（塗布後）について、周波数１０ｋＨｚ〜１００００ｋＨｚの範囲でインダクタンスＬ及び性能係数Ｑを測定した。結果を図１２及び図１３及び表５に示す。また、表１に比較例２の加熱硬化性エポキシ樹脂のガラス転移温度及び曲げ弾性率を示す。
【００８４】
また、図１２及び図１３には、保護層の形成を省略した圧粉コア（塗布前）のインダクタンスＬ及び性能係数Ｑを合わせて示す。
【００８５】
【表１】
【００８６】
【表２】
【００８７】
【表３】
【００８８】
【表４】
【００８９】
【表５】
【００９０】
（各圧粉コアのインダクタンスＬ及び性能係数Ｑ）
図６及び図７に示すように、実施例１の圧粉コア（塗布後）は、保護層を形成していない圧粉コア（塗布前）と比べて、インダクタンスＬ及び性能係数Ｑがほとんど低下していないことが分かる。特にインダクタンスＬは塗布前よりも向上していることが分かる。
また、図８及び図９に示すように、実施例２の圧粉コア（塗布後）についても、塗布前の圧粉コアと比べて、インダクタンスＬ及び性能係数Ｑがほとんど低下していないことが分かる。
【００９１】
一方、図１０及び図１１に示すように、エポキシ樹脂を保護層とする比較例１の圧粉コア（塗布後）は、塗布前の圧粉コアと比べて、インダクタンスＬ及び性能係数Ｑが大幅に低下していることが分かる。特に、１０００ｋＨｚ以下の性能係数Ｑの低下が著しいことが分かる。
【００９２】
更に、図１２及び図１３に示すように、エポキシ樹脂を保護層とする比較例２の圧粉コア（塗布後）は、塗布前の圧粉コアと比べて、インダクタンスＬ及び性能係数Ｑが大幅に低下していることが分かる。特に、１０００ｋＨｚ以下の性能係数Ｑの低下が著しいことが分かる。
【００９３】
また、表１を見ると、実施例１及び２で用いたブチラールフェノール樹脂のガラス転移温度及び弾性率が、比較例１及び２で用いたエポキシ樹脂よりも低くなっていることが分かる。すなわち、ブチラールフェノール樹脂の方がエポキシ樹脂よりも柔軟性に富んでいることが分かる。この柔軟性の違いによって、ブチラールフェノール樹脂の内部応力がエポキシ樹脂よりも小さくなり、圧粉コアの全体の歪みが小さくなって実施例１及び２のインダクタンスＬ及び性能係数Ｑが比較例１及び２よりも向上したものと考えられる。
【００９４】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば圧粉コアの形状は、上記の実施形態に限るものではなく、平面視略Ｅ字状、平面視略コ字状、平面視略Ｉ字状等であっても良い。
【００９５】
また、軟磁性合金粉末は、水アトマイズ法により製造された略球状の粉末に限るものではなく、ガスアトマイズ法で製造した略球状粉末や、球状粉末をアトライタ等で粉砕して扁平状にしたものや、ロール急冷法により得られた合金薄帯を粉砕したものでも良い。
【００９６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の圧粉コアは、ブチラールフェノール樹脂からなる保護層を備えており、このブチラールフェノール樹脂は、ガラス転移温度及び弾性率が比較的低いので、保護層自体に内部応力が蓄積されるおそれがない。従って、上記の圧粉コアによれば、保護層によって圧粉コアに歪みを付与することがなく、圧粉コアのインダクタンスＬ及び性能係数Ｑを向上させることができる。特に、上記の軟磁性合金粉末は、大きな磁歪定数を有するという性質があるので、保護層により発生する歪みを防止することで、インダクタンスＬ及び性能係数Ｑを大きく向上させることができる。
また、圧粉コアの全面に保護層が形成されているので、圧粉コアの抗折強度が向上し、圧粉コアの強度を高めることができる。
更に、半コアが保護層を介して接合されるので、材料の種類と工数を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態である圧粉コアの斜視図。
【図２】 図１のＡ-Ａ線に対応する断面図。
【図３】 図１及び図２に示した圧粉コアを構成する半コアの平面図。
【図４】 図１及び図２に示した圧粉コアを構成する半コアの側面図。
【図５】 本発明に係る軟磁性合金粉末の製造に用いる高圧水噴霧装置の一例を示す断面模式図。
【図６】 実施例１の圧粉コアのインダクタンスＬと周波数との関係を示すグラフ。
【図７】 実施例１の圧粉コアの性能係数Ｑと周波数との関係を示すグラフ。
【図８】 実施例２の圧粉コアのインダクタンスＬと周波数との関係を示すグラフ。
【図９】 実施例２の圧粉コアの性能係数Ｑと周波数との関係を示すグラフ。
【図１０】 比較例１の圧粉コアのインダクタンスＬと周波数との関係を示すグラフ。
【図１１】 比較例１の圧粉コアの性能係数Ｑと周波数との関係を示すグラフ。
【図１２】 比較例２の圧粉コアのインダクタンスＬと周波数との関係を示すグラフ。
【図１３】 比較例２の圧粉コアの性能係数Ｑと周波数との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１…高圧水噴霧装置、２…溶湯るつぼ、３…水噴霧器、４…チャンバ、５…合金溶湯、６…溶湯ノズル、７…導入流路、８…水噴射ノズル、１０…高圧水、１１…圧粉コア、１２…半コア、１３…保護層、ｇ…高圧水流、Ｐ…噴霧点、θ…水噴射角
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧粉コアに関するものであり、特に、インダクタンスＬ及び性能係数Ｑが向上した圧粉コアに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ＴＭ-Ａｌ-Ｇａ-Ｐ-Ｃ-Ｂ-Ｓｉ系等(ＴＭはＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の遷移金属元素)の組成からなる合金は、合金溶湯を急冷することにより非晶質相を形成し、これらは非晶質軟磁性合金を形成するものとして知られている（例えば、特許文献１、３参照。）。特に、この非晶質軟磁性合金のうち特定の組成のものは、結晶化の前の温度領域において広い過冷却液体の状態を有し、いわゆる金属ガラス合金(glassy alloy)を構成するものとして知られている。特許文献１には、金属ガラス合金の一例が開示されている。金属ガラス合金は軟磁気特性に優れるため、トランスやインダクタのコア材料として有望である。
【０００３】
圧粉コアの構成材料として上記の金属ガラス合金を用いる場合、通常、粉末状の金属ガラス合金を結着材などとともに固化成形して圧粉コアとしている。結着材としては、例えば特許文献２及び３に記載されているように、ブチラール樹脂やブチラールフェノール樹脂、あるいはシリコーン樹脂などが用いられる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２４９８０２号公報
【特許文献２】
特開平５−６２８５０号公報
【特許文献３】
特開平１１−３１２６０４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、トランスやインダクタに用いる圧粉コアは、一対の半コアを接合するための接着剤や、コア表面保護のための保護層にエポキシ樹脂などが一般に用いられている。
【０００６】
しかし、エポキシ樹脂は、ガラス転移点及び弾性率がいずれも比較的高いものであるため、樹脂自体に内部応力が蓄積されやすく、圧粉コアを構成する軟磁性合金が本来有する磁気特性を劣化させ、圧粉コアのインダクタンスＬや性能係数Ｑが低下するといった問題があった。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、インダクタンスＬ及び性能係数Ｑに優れた圧粉コアを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の圧粉コアは、軟磁性合金粉末が結着材によって固化成形されてなるとともにブチラール樹脂をフェノールで架橋したブチラールフェノール樹脂からなる保護層により全体が被覆されてなり、かつ前記軟磁性合金粉末がΔＴｘ＝Ｔｘ−Ｔｇ（ただしＴｘは結晶化開始温度、Ｔｇはガラス遷移温度を示す。）の式で表される過冷却液体の温度間隔ΔＴｘが２０Ｋ以上を示す非晶質相からなり、Ｆｅと、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕの中から選択される１種以上の元素Ｍと、Ｐ、Ｃ、Ｂを少なくとも含む軟磁性合金からなるものであることを特徴とする。
【０００９】
保護層として用いるブチラールフェノール樹脂は、ガラス転移温度及び弾性率が比較的低いので、保護層自体に内部応力が蓄積されるおそれがなく、圧粉コアのインダクタンスＬ及び性能係数Ｑを向上させることができる。特に、上記の軟磁性合金粉末は、大きな磁歪定数を有するという性質があるので、半コア同士の接合部での歪み発生を防止することで、上記軟磁性合金が本来有する磁気特性が損なわれず、インダクタンスＬ及び性能係数Ｑを大きく向上させることができる。
また、圧粉コアの全面に保護層が形成されているので、圧粉コアの抗折強度が向上し、圧粉コアの強度を高めることができる。
【００１０】
また、本発明の圧粉コアは、一対の半コアを具備してなり、前記半コアが前記保護層を介して相互に接合されていることを特徴とする。このように、保護層が同時に接合部材として機能するため、他の接着剤等を用いることなく半コアを接合することができる。
【００１１】
また本発明の圧粉コアは、先に記載の圧粉コアであって、前記軟磁性合金粉末が略球状粉末であることを特徴とする。この構成により、圧粉コアの密度が向上してコアロスを低くすることができる。
【００１２】
また本発明の圧粉コアは、先に記載の圧粉コアであって、前記軟磁性合金粉末が水アトマイズ法により形成されたものであることを特徴とする。軟磁性合金粉末を水アトマイズ法により形成することで、略球状の粉末を得ることができる。
【００１３】
また本発明の圧粉コアは、先に記載の圧粉コアであって、前記軟磁性合金粉末が下記の組成式で表されることを特徴とする。
Ｆｅ１００−ｘ−ｙ−ｚ−ｗ−ｔＭｘＰｙＣｚＢｗＳｉｔ
ただし、ＭはＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕより選ばれる１種または２種以上の元素であり、組成比を示すｘ、ｙ、ｚ、ｗ、ｔは、０．５原子％≦ｘ≦８原子％、２原子％≦ｙ≦１５原子％、０原子％＜ｚ≦８原子％、１原子％≦ｗ≦１２原子％、０原子％≦ｔ≦８原子％、７０原子％≦(１００−ｘ−ｙ−ｚ−ｗ−ｔ)≦７９原子％である。
【００１４】
上記の圧粉コアによれば、軟磁性合金粉末に耐食性に優れたＣｒ、Ｍｏ等の元素Ｍが含有されているので、急冷速度の大きな水アトマイズ法により製造することができ、組織全体が完全に非晶質相である軟磁性合金粉末を得ることができる。こうして得られた軟磁性合金粉末は、軟磁気特性に優れるので、ブチラールフェノール樹脂と組み合わせて用いることで、圧粉コアのインダクタンスＬ及び性能係数Ｑを向上することができる。
【００１５】
また本発明においては、前記組成式中の組成比を示すｙ、ｚ、ｗ、ｔが、１７原子％≦（ｙ＋ｚ＋ｗ＋ｔ）≦２９．５原子％なる関係を満たすことがより好ましい。
【００１６】
また本発明においては、前記組成式中の組成比を示すｘ、ｙ、ｚ、ｗ、ｔが、１原子％≦ｘ≦４原子％、４原子％≦ｙ≦１４原子％、０原子％＜ｚ≦６原子％、２原子％≦ｗ≦１０原子％、２原子％≦ｔ≦８原子％、７２原子％≦(１００−ｘ−ｙ−ｚ−ｗ−ｔ)≦７９原子％なる関係を満たすものでもよい。
【００１７】
また本発明においては、前記組成式中の組成比を示すｘ、ｙ、ｚ、ｗ、ｔが、１原子％≦ｘ≦３原子％、６原子％≦ｙ≦１１原子％、１原子％≦ｚ≦４原子％、４原子％≦ｗ≦９原子％、２原子％≦ｔ≦７原子％、７３原子％≦(１００−ｘ−ｙ−ｚ−ｗ−ｔ)≦７８原子％なる関係を満たすものでもよい。
【００１８】
また本発明の圧粉コアは、先に記載の圧粉コアであって、インダクタ用コアとして用いられることを特徴とする。この構成により、優れた特性のインダクタを構成することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１には本実施形態の圧粉コアの斜視図を示し、図２には図１のＡ−Ａ線に対応する断面図を示す。また図３には圧粉コアを構成する半コアの平面図を示し、図４には半コアの側面図を示す。
【００２０】
図１及び図２に示すように、本実施形態の圧粉コア１１は、一対の半コア１２，１２が一体化されて構成されている。また、各半コア１２，１２の全面には保護層１３が形成されている。そして、半コア１２，１２同士がそれぞれの保護層１３を介して接合されている。
【００２１】
図３及び図４に示すように、半コア１２，１２は、平板状の基部磁極１２ａと、基部磁極１２ａのほぼ中央に突出形成された円柱状の中央磁極１２ｂと、基部磁極１２ａの側端部に各々突出形成され、中央磁極１２ｂを挟んで対向する側部磁極１２ｃ、１２ｃとから構成されている。また図示しない巻線が基部磁極１２ａ上に中央磁極１２ｂの周囲に巻回されている。
【００２２】
そして、図１及び図２に示すように、各半コア１２，１２の中央磁極１２ｂ同士、及び側部磁極１２ｃ、１２ｃ同士が接合されて圧粉コア１１が構成されている。半コア１２，１２の全面には保護層１３が形成されており、この保護層１３が、中央磁極１２ｂ同士及び側部磁極１２ｃ、１２ｃ同士の間に挟まれた形になり、中央磁極１２ｂ同士及び側部磁極１２ｃ、１２ｃ同士が保護層１３により接合された状態になる。
【００２３】
保護層１３はブチラールフェノール樹脂から構成されている。このブチラールフェノール樹脂は、ブチラール樹脂をフェノールで架橋させたものであり、ガラス転移温度及び弾性率が比較的低いという性質を有する。このため、保護層１３自体に内部応力が蓄積されるおそれがない。従って圧粉コア１１は、この保護層１３によって圧粉コア１１に歪みを発生させることがなく、インダクタンスＬ及び性能係数Ｑを向上させることができる。特に、上記の軟磁性合金粉末は、大きな磁歪定数を有するので、保護層１３によって歪み発生を防止することで、インダクタンスＬ及び性能係数Ｑを大きく向上させることができる。また、半コア１２，１２の全面に保護層１３が形成されているので、半コア１２，１２の抗折強度が向上し、圧粉コア１１の強度を高めることができる。
【００２４】
また、半コア１２，１２はブチラールフェノール樹脂により形成された保護層１３を介して接合することができるため、他の接着剤等が不要であり、材料を削減でき、工数も少なくすることができる。
【００２５】
また、保護層１３は圧粉コア内部に若干浸透している場合があり、保護層１３の厚みはこの浸透層の厚さを含めて２μｍ以上１００μｍ以下の範囲が好ましい。保護層１３の厚みが２μｍ未満だと表面を保護する機能を保持できず、また抗折強度も低下してしまうので好ましくなく、保護層１３の厚みが１００μｍを越えると、コイル巻き枠が減少したり組立時の寸法許容値を超えてしまうので好ましくない。
【００２６】
保護層１３を半コア１２，１２の全面に形成する手段としては、ブチラールフェノール樹脂をメチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等の溶媒に溶解させ、この溶解液中に固化成形した半コア１２，１２を浸積した後、半コア１２，１２を引き上げて乾燥するいわゆるディッピング法を用いることが好ましい。溶媒に対するブチラールフェノール樹脂の濃度を調製することで、保護層１３の厚みを制御することができる。
【００２７】
次に、半コア１２は、軟磁性合金粉末と、絶縁性の結着材と、潤滑剤とが混合され、これらが固化成形されて構成されている。軟磁性合金粉末は絶縁性の結着材によって絶縁されている。軟磁性合金粉末としては比抵抗が１．５μΩ・ｍ以上のものが好ましい。
【００２８】
このように、半コア１２は、軟磁性合金粉末と絶縁材とが混合されて構成されているので、絶縁材によって半コア１２自体の比抵抗が大きくなり、渦電流損失が低減されて高周波領域における透磁率の低下が小さくなる。
【００２９】
また、軟磁性合金粉末の過冷却液体の温度間隔ΔＴｘが２０Ｋ以上なので、磁性合金粉末と結着材と潤滑剤とを混合して作製した造粒粉末を圧縮成形した後に行う熱処理時に、結晶化させることなく、十分に内部応力を緩和させることができる。
【００３０】
半コア１２を構成する絶縁性の結着材は、半コア１２の比抵抗を高めるとともに、軟磁性合金粉末が含まれる造粒粉末を形成でき、更に形成した造粒粉末を結着させて圧粉コア１１の形状を保持するもので、磁気特性に大きな損失とならない材料からなることが好ましい。例えば、ブチラール樹脂、ブチラールフェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、シリコーンゴム、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）等の液状又は粉末状の樹脂あるいはゴムや、水ガラス（Ｎａ２Ｏ-ＳｉＯ２）、酸化物ガラス粉末（Ｎａ２Ｏ-Ｂ２Ｏ３-ＳｉＯ２、ＰｂＯ-Ｂ２Ｏ３-ＳｉＯ２、ＰｂＯ-ＢａＯ-ＳｉＯ２、Ｎａ２Ｏ-Ｂ２Ｏ３-ＺｎＯ、ＣａＯ-ＢａＯ-ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３-Ｂ２Ｏ３-ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３-ＳｉＯ２）、ゾルゲル法により生成するガラス状物質（ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２等を主成分とするもの）等を挙げることができる。また、結着材として各種のエラストマー（ゴム）を用いてもよい。
【００３１】
また、結着材とともにステアリン酸塩（ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸アルミニウム等）のうちから選択される潤滑剤が同時に用いられる。
【００３２】
上記の結着材のなかでも特にシリコーン樹脂またはシリコーンゴムが好ましい。シリコーンゴムは一般に、高重合度の直鎖状オルガノポリシロキサンの架橋体からなるゴム状の弾性を示すものをいう。架橋方法により、高温型と室温型に大別されるが、本発明では室温型が好ましい。室温型のシリコーンゴムは、直鎖状のポリオルガノシロキサンに、アセトキシル基、アルコキシル基、オキシム基、イソプロペノキシル基等を有するシラン化合物等の架橋剤を反応させて得られるもので、特にアルコキシル基またはオキシム基を有する架橋剤を用いたものが好ましい。
【００３３】
また、シリコーン樹脂は一般に、高度な三次元的網目構造を有するオルガノポリシロキサンの重合体をいう。オルガノクロロシランまたはオルガノアルコキシシランの加水分解重縮合や環状シロキサンの開環重合により製造される。
【００３４】
また、上記の結着材としてブチラールフェノール樹脂を用いても良い。この樹脂は、ブチラール樹脂をフェノールで架橋させたものであり、ガラス転移温度及び弾性率が比較的低いという性質を有する。このため、半コア１２の固化成形の際に、ブチラールフェノール樹脂が緩衝材として機能し、軟磁性合金粉末に内部応力が蓄積されるおそれがない。これにより、軟磁性合金粉末の軟磁気特性を劣化させることがなくなり、軟磁性合金粉末本来の磁気特性を引き出すことが可能となり、圧粉コア１１のインダクタンスＬ及び性能係数Ｑを向上させることができる。
【００３５】
本実施形態の軟磁性合金粉末は、Ｆｅを主成分とし、Ｐ、Ｃ、Ｂを少なくとも含む非晶質相からなるものである。さらにこの軟磁性合金粉末は、ΔＴｘ＝Ｔｘ−Ｔｇ（ただしＴｘは結晶化開始温度、Ｔｇはガラス遷移温度を示す。）の式で表される過冷却液体の温度間隔ΔＴｘが２０Ｋ以上を示すものである。
【００３６】
この軟磁性合金粉末は、非晶質の粉末を作る上で必要な非晶質形成能を十分に維持しつつ、しかも従来のＦｅ-Ａｌ-Ｇａ-Ｃ-Ｐ-Ｓｉ-Ｂ系合金よりも磁気特性を向上させることができ、なおかつ、水アトマイズ法により球状に近い形状に形成できるものである。さらに、水アトマイズ法に耐え得る耐食性を得ることができるものである。また、Ｇａが添加されていなくても非晶質化できるため、低コストとすることができ、さらには高い飽和磁化と低いコアロスを兼ね備えることができる。また、略球状の粉末からなる軟磁性合金粉末によって半コア１２を形成することで、半コア１２の密度を向上させることができ、コアロスを低減することができる。
【００３７】
本発明の軟磁性合金粉末は、磁性を示すＦｅと、非晶質形成能を有するＰ、Ｃ、Ｂといった半金属元素とを具備しているので、非晶質相を主相とするとともに優れた軟磁気特性を示す。また、Ｐ、Ｃ、Ｂに加えてＳｉを添加しても良い。
また、Ｍ（Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕのうちの１種又は２種以上の元素素）が添加されているので、高い耐食性を有している。
【００３８】
この軟磁性合金粉末は、２０Ｋ以上の過冷却液体の温度間隔ΔＴxを示す略球状の金属ガラス合金粉末であり、組成によってはΔＴxが３０Ｋ以上、さらには５０Ｋ以上という顕著な温度間隔を有し、また、軟磁性についても室温で優れた特性を有している。
【００３９】
本発明の軟磁性合金粉末は、従来のＦｅ-Ａｌ-Ｇａ-Ｃ-Ｐ-Ｓｉ-Ｂ系合金よりも強磁性元素であるＦｅを多く含むために高い飽和磁化を示す。また、本発明の軟磁性合金粉末は、組織全体が完全な非晶質相であることから、適度な条件で熱処理した場合に結晶質相が析出することなく内部応力を緩和でき、軟磁気特性をより向上させることができる。
【００４０】
本発明の軟磁性合金粉末を水アトマイズ法により作製した場合でも、ガスアトマイズ法により作製した軟磁性合金粉末と同等あるいはそれ以上の飽和磁化を示すことができる。
【００４１】
水アトマイズ法のような腐食性の高い環境下においても優れた磁気特性を有する軟磁性合金粉末を製造できるのは、軟磁性合金粉末の製造に用いる合金溶湯（溶融状態の合金）として本発明の軟磁性合金粉末と同組成あるいは略同じ組成のものを用いるので上記のように非晶質形成能を有する元素が含まれており、しかも過冷却液体の温度間隔ΔＴxが２０Ｋ以上と大きいために、水アトマイズ法により合金溶湯（溶融状態の合金）を粉砕、冷却する際に、一般的な水アトマイズ法の冷却速度をガスアトマイズ法と同程度に遅くしても広い過冷却液体領域を有し、結晶化することなく温度の低下に伴って、ガラス遷移温度Ｔgに至って非晶質相を容易に形成できる。また、合金溶湯を冷却する際の冷却速度は合金溶湯に十分に表面張力が作用する程度に冷却速度を制御することにより、略球状、すなわち、比表面積の小さな軟磁性合金粉末を得ることができる。このためには、酸化されにくく、遅い冷却速度でも非晶質化できる前述した合金組成が必要となる。
【００４２】
本発明の軟磁性合金粉末は、アスペクト比の平均が１以上３以下であることが先に述べた理由から好ましく、アスペクト比の平均が１以上２以下であることがより好ましく、１以上１．５以下であることがさらに好ましい。また、本発明の軟磁性合金粉末は、平均粒径（Ｄ５０）が４５μｍ以下であることが先に述べた理由から好ましく、Ｄ５０ が４μｍより大きく、３０μｍ以下であることがより好ましく、４μｍ以上１６μｍ以下であることがさらに好ましい。軟磁性合金粉末のＤ５０が４μｍ以下なると、粉末収量が減少する。
【００４３】
また、本発明の軟磁性合金粉末は、合金組成にもよるが、１×１０―５以上３×１０―５以下の比較的大きな磁歪定数を有している。このような大きな磁歪定数を有する軟磁性合金粉末に対し、ブチラールフェノール樹脂を保護層１３として用いることで、圧粉コア１１のインダクタンスＬ及び性能係数Ｑをより向上させることが可能になる。
【００４４】
本発明の軟磁性合金粉末の一例として、下記組成式で表すものを挙げることができる。
Ｆｅ１００−ｘ−ｙ−ｚ−ｗ−ｔＭｘＰｙＣｚＢｗＳｉｔ
ただし、ＭはＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕより選ばれる１種または２種以上の元素であり、組成比を示すｘ、ｙ、ｚ、ｗ、ｔは、０．５原子％≦ｘ≦８原子％、２原子％≦ｙ≦１５原子％、０原子％＜ｚ≦８原子％、１原子％≦ｗ≦１２原子％、０原子％≦ｔ≦８原子％、７０原子％≦(１００−ｘ−ｙ−ｚ−ｗ−ｔ)≦７９原子％である。
【００４５】
また、上記の組成式で表される軟磁性合金粉末の前記組成式中の組成比を示すｙ、ｚ、ｗ、ｔは、１７原子％≦（ｙ＋ｚ＋ｗ＋ｔ）≦２９．５原子％なる関係を満たすことが好ましい。
【００４６】
以下に、本発明の略球状の軟磁性合金粉末の組成限定理由について説明する。Ｆｅは磁性を担う元素であって、本発明の軟磁性合金粉末に必須の元素である。Ｆｅの組成比を高くすると、軟磁性合金粉末の飽和磁化σsを向上できる。
【００４７】
Ｆｅの添加量は、７０原子％以上７９原子％以下であることが好ましく、７２原子％以上７９原子％以下であることがより好ましく、７３原子％以上７８原子％以下であることが更に好ましい。Ｆｅの添加量が７０原子％未満では、飽和磁化σsが１５０×１０−６Ｗｂ・ｍ／ｋｇ未満に低下してしまうので好ましくない。また、Ｆｅの添加量が７９原子％を越えると、合金の非晶質形成能の程度を示すＴg／Ｔmが０．５７未満になり、非晶質形成能が低下するので好ましくない。上記Ｔmは、合金の融点である。
【００４８】
尚、Ｆｅの添加量が７６原子％以上であれば合金粉末の飽和磁化σsを１７０×１０−６Ｗｂ・ｍ／ｋｇ以上にでき、７７原子％以上であれば合金の飽和磁化σsを１８０×１０−６Ｗｂ・ｍ／ｋｇ以上にできる。
【００４９】
また、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆは、合金粉末表面に不動態化酸化皮膜を形成でき、合金粉末の耐食性を向上できる。これらの元素のうち耐食性の向上に最も効果があるものはＣｒである。水アトマイズ法において、合金溶湯が直接水に触れたとき、更には合金粉末の乾燥工程において生じる錆の発生を防ぐことができる（目視レベル）。また、これらの元素は単独添加するか、あるいは２種以上の組み合わせで複合添加しても良く、例えば、Ｍｏ、ＶとＭｏ、ＣｒとＶ、Ｃｒ及びＣｒ、Ｍｏ、Ｖ等の組合せで複合添加しても良い。これらの元素のうち、Ｍｏ，Ｖは耐食性がＣｒより若干劣るものの非晶質形成能が向上するため、必要に応じてこれらの元素を選択する。また、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａのうちから選択される元素の添加量が８原子％を超えると、磁気特性（飽和磁化）が低下してしまう。
【００５０】
また、上記組成式中の元素Ｍとして採用される元素のうちガラス形成能はＺｒ、Ｈｆが最も高い。Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆは酸化性が強いため、これらの元素が８原子％を超えて添加されていると、大気中で合金粉末原料を溶解すると原料溶解中に溶湯が酸化し、また、磁気特性（飽和磁化）が低下してしまう。
【００５１】
また、合金粉末の耐食性向上効果は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕのうちから選択される１種又は２種以上の貴金属元素の添加によっても得られ、これら貴金属元素を粉末表面に分散することにより、耐食性が向上する。また、これらの貴金属元素は単独添加あるいは上記のＣｒ等の耐食性向上効果のある元素との組み合わせて複合添加しても良い。上記の貴金属元素はＦｅと混じり合わないため、８原子％超えて添加されているとガラス形成能が低下し、また、磁気特性（飽和磁化）も低下する。軟磁性合金粉末に耐食性を持たせるためには、上記Ｍの添加量は０．５原子％以上とする必要がある。
【００５２】
従って、組成式中のＭは、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕより選ばれる１種または２種以上の元素であり、特に、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａのうちの１種または２種以上を用いるのが好ましい。上記Ｍの組成比ｘは、０．５原子％以上８原子％以下であることが好ましく、１原子％以上４原子％以下であることが好ましく、１原子％以上３原子％以下でであることがさらに好ましい。
【００５３】
Ｃ、Ｐ、Ｂ及びＳｉは、非晶質形成能を高める元素であり、Ｆｅと上記Ｍにこれらの元素を添加して多元系とすることにより、Ｆｅと上記Ｍのみの２元系の場合よりも安定して非晶質相が形成される。特にＰはＦｅと低温(約１０５０℃)で共晶組成を持つため、組織の全体が非晶質相になるとともに過冷却液体の温度間隔ΔＴxが発現しやすくなる。またＰとＳｉを同時に添加すると、過冷却液体の温度間隔ΔＴxがより大きくなって非晶質形成能が向上し、非晶質単相の組織を得る際の製造条件を比較的簡易な方向に緩和できる。
【００５４】
Ｓｉを無添加とした場合におけるＰの組成比ｙは、２原子％以上１５原子％以下であることが好ましく、４原子％以上１４原子％以下であることがより好ましく、６原子％以上１１原子％以下であることが最も好ましい。Ｐの添加量が２原子％未満では、軟磁性合金粉末が得られず、１５原子％を超えると、飽和磁化が低下してしまう。Ｐの組成比ｙが上記の範囲であれば、過冷却液体の温度間隔ΔＴxが発現して合金粉末の非晶質形成能が向上する。
【００５５】
また、Ｓｉを添加すると熱的安定性が向上するため、２原子％以上添加されていることが好ましい。また、Ｓｉの添加量が８原子％を超えると、融点が上昇してしまう。従ってＳｉの組成比ｔは、０原子％以上８原子％以上であることが好ましく、２原子％以上８原子％以下であることがより好ましく、２原子％以上７原子％以下であることがさらに好ましい。
【００５６】
また、Ｂの添加量が２原子％未満では軟磁性合金粉末が得られ難く、１２原子％を超えると融点が上昇してしまい。従って、Ｂの組成比ｗは、１原子％以上１２原子％以下であることが好ましく、２原子％以上１０原子％であることが好ましく、４原子％以上９原子％以下であることがさらに好ましい。
【００５７】
また、Ｃを添加すると熱的安定性が向上するため、１原子％以上添加されていることが好ましい。また、Ｃの添加量が８原子％を超えると、融点が上昇してしまう。従って、Ｃの組成比ｚは、０原子％を超えて８原子％以下であることが好ましく、０原子％を超えて６原子％以下であることがより好ましく、１原子％以上４原子％以下であることがさらに好ましい。
【００５８】
そして、これらの半金属元素Ｃ、Ｐ、Ｂ及びＳｉの合計の組成比(ｙ＋ｚ＋ｗ＋ｔ)は、１７原子％以上２９．５原子％以下であることが好ましく、１８原子％以上２６原子％以下とすることがより好ましく、１８原子％以上２５原子％以下とすることが更に好ましい。半金属元素の合計の組成比が２９．５原子％を越えると、特にＦｅの組成比が相対的に低下し、飽和磁化σsが低下するので好ましくない。半金属元素の合計の組成比が１７原子％未満では、非晶質形成能が低下し非晶質相単相組織が得られにくい。
【００５９】
また、Ｆｅの組成比が７６原子％以上のときに、半金属元素Ｃ、Ｐ、Ｂ及びＳｉの合計の組成比(ｙ＋ｚ＋ｗ＋ｔ)を１８原子％以上２４原子％以下とすることにより、合金粉末の飽和磁化σsを１７０×１０−６Ｗｂ・ｍ／ｋｇ以上にできる。更に、Ｆｅの組成比が７７原子％以上のときに、半金属元素Ｃ、Ｐ、Ｂ及びＳｉの合計の組成比(ｙ＋ｚ＋ｗ＋ｔ)を１８原子％以上２３原子％以下とすることにより、合金粉末の飽和磁化σsを１８０×１０−６Ｗｂ・ｍ／ｋｇ以上にできる。
【００６０】
また、本発明の軟磁性合金粉末においては、上記の組成に、Ｇｅが４原子％以下含有されていてもよい。上記のいずれの場合の組成においても、本発明においては、過冷却液体の温度間隔ΔＴxは２０Ｋ以上、組成によっては３５Ｋ以上が得られる。また上記の組成で示される元素の他に不可避的不純物が含まれていても良い。
【００６１】
前記組成の軟磁性合金粉末は、室温において磁性を有し、また熱処理によってより良好な磁性を示す。このため優れた軟磁気特性を有する材料として各種の応用に有用なものとなる。
【００６２】
次に、略球状の軟磁性合金粉末を水アトマイズ法により製造する一例について説明する。本発明に用いられる水アトマイズ法は、大気雰囲気中で上述の軟磁性合金粉末と同じ組成あるいは略同様の組成からなる非晶質軟磁性合金溶湯を高圧水とともにチャンバ内部に霧状に噴霧し、上記合金溶湯を粉砕、急冷して略球状の軟磁性合金粉末を製造するというものである。
【００６３】
図５は、水アトマイズ法による合金粉末の製造に好適に用いられる高圧水噴霧装置の一例を示す断面模式図である。この高圧水噴霧装置１は、溶湯るつぼ２と、水噴霧器３と、チャンバ４とを主体として構成されている。この高圧水噴霧装置１は、大気雰囲気中に配置されている。
【００６４】
溶湯るつぼ２の内部には合金溶湯５が充填されている。また溶湯るつぼ２には加熱手段たるコイル２ａが備えられており、合金溶湯５を加熱して溶融状態に保つように構成されている。そして、溶湯るつぼ２の底部には溶湯ノズル６が設けられており、合金溶湯５は溶湯ノズル６からチャンバ４の内部に向けて滴下される。
【００６５】
水噴霧器３は溶湯るつぼ２の下側に配設されている。この水噴霧器３には水導入流路７と、この導入流路７の先端部である水噴射ノズル８とが設けられている。図示しない液体加圧ポンプ（加圧手段）によって加圧された高圧水１０は導入流路７を通って水噴射ノズル８まで導かれ、このノズル８からチャンバ４内部へ高圧水流ｇとなって噴霧される。チャンバ４の内部には、高圧水噴霧装置１の周囲の雰囲気と同じ大気雰囲気とされている。チャンバ４内部の圧力は１００ｋＰａ程度に保たれており、また温度は室温程度に保たれている。
【００６６】
略球状の軟磁性合金粉末を製造するには、まず、溶湯るつぼ２に充填された合金溶湯５を溶湯ノズル６からチャンバ４内に滴下する。同時に、水噴霧器３の水噴射ノズル８から高圧水１０を噴射する。噴射された高圧水１０は、高圧水流ｇとなって上記の滴下された溶湯まで達し、噴霧点ｐにおいて溶湯に衝突して溶湯を霧化するとともに急冷凝固し、先に述べた組成の非晶質相からなる略球状粒末が形成される。これら略球状粉末は水とともにチャンバ４の底部に貯まる。
【００６７】
ここで合金溶湯の冷却速度は合金溶湯に十分に表面張力が作用する程度にする。合金溶湯の冷却速度は、合金の組成、目的とする合金粉末の粒径等によって、好適な冷却速度が決まるが、１０３〜１０５Ｋ／ｓ程度の範囲を目安とすることができる。そして実際には、略球形状に近いものが得られているかどうかと、ガラス相(glassy phase)に結晶相としてのＦｅ３Ｂ、Ｆｅ２Ｂ、Ｆｅ３Ｐ等の相が析出するかどうかを確認することで決めることができる。ついで、これらの略球状粉末を大気雰囲気中で乾燥した後、これらの粉末を分級して、所定の平均粒径を有する球状あるいは球状に近い軟磁性合金粉末を得る。
【００６８】
水アトマイズ法により略球状の軟磁性合金粉末を製造する際には、水の噴射圧力、噴射流量、合金溶湯流量等をコントロールすることにより合金溶湯の冷却速度を制御し、また、水噴射ノズルスリット幅、水噴射ノズル傾斜角度、水噴射角、合金溶湯の温度や粘度、アトマイジングポイント（粉化点距離）等をコントロールすることにより製造条件を制御することにより、目的とする特性、具体的には、アスペクト比、Ｄ５０等が先に述べた範囲になる軟磁性合金粉末が得られるようにする。
【００６９】
得られた軟磁性合金粉末は必要に応じて熱処理しても良い。熱処理をすることで合金粉末の内部応力が緩和され、軟磁性合金粉末の軟磁気特性をより向上できる。熱処理温度Ｔaは、合金のキュリー温度Ｔc以上ガラス遷移温度Ｔg以下の範囲が好ましい。熱処理温度Ｔaがキュリー温度Ｔc未満であると、熱処理による軟磁気特性向上の効果が得られないので好ましくない。また熱処理温度Ｔaがガラス遷移温度Ｔgを越えると、合金粉末組織中に結晶質相が析出しやすくなり、軟磁気特性が低下するおそれがあるので好ましくない。また熱処理時間は、合金粉末の内部応力を充分に緩和させるとともに結晶質相の析出のおそれのない範囲が好ましく、例えば３０〜３００分の範囲が好ましい。
【００７０】
上記の圧粉コア１１によれば、ブチラールフェノール樹脂からなる保護層１３を備えており、このブチラールフェノール樹脂は、ガラス転移温度及び弾性率が比較的低いので、保護層１３自体に内部応力が蓄積されるおそれがない。このため、半コア１２，１２同士の接合部で歪みの発生がなく、圧粉コア１１のインダクタンスＬ及び性能係数Ｑを向上させることができる。特に、上記の軟磁性合金粉末は、大きな磁歪定数を有するという性質があるので、保護層１３によって圧粉コア１１に歪みが発生するのを防止することで、インダクタンスＬ及び性能係数Ｑを大きく向上させることができる。また、半コア１２の全面に保護層１３が形成されているので、半コア１２の抗折強度が向上し、圧粉コア１１の強度を高めることができる。
【００７１】
【実施例】
（実施例１の圧粉コアの製造）
Ｆｅ、Ｆｅ-Ｃ合金、Ｆｅ-Ｐ合金、Ｂ及びＣｒを原料としてそれぞれ所定量秤量し、大気雰囲気下においてこれらの原料を図５に示す高圧水噴霧装置の溶湯るつぼ内に入れて溶解し、溶湯るつぼの溶湯ノズルから合金溶湯を滴下するとともに、図５に示す水噴霧器の水噴射ノズルから高圧水を噴射して合金溶湯を霧状にし、チャンバ内で霧状の合金溶湯を急冷させて軟磁性合金粉末を作製した。得られた各種の軟磁性合金粉末の組成は、いずれもＦｅ７４．４３Ｃｒ１．９６Ｐ９．０４Ｃ２．１６Ｂ７．５４Ｓｉ４．８７なる組成であった。
【００７２】
上記の組成の軟磁性合金粉末についてＸ線回折法により組織構造の解析を行ったところ、Ｘ線回折パターンがブロードなパターンを示し、非晶質相からなる組織のみから構成されていることが分かった。
【００７３】
更に、得られた軟磁性合金粉末のＤＳＣ測定(Differential scanning caloriemetry：示差走査熱量測定)を行い、ガラス遷移温度Ｔg、結晶化開始温度Ｔx、キュリー温度Ｔc及び融点Ｔmを測定するとともに、過冷却液体の温度間隔ΔＴx及びＴg／Ｔmを測定した。尚、ＤＳＣ測定の際の昇温速度は０．６７Ｋ／秒とした。測定の結果、ガラス遷移温度Ｔgは７９５Ｋであり、結晶化開始温度Ｔxは８４５Ｋであり、キュリー温度Ｔcは５９４Ｋであり、融点Ｔmは１３５０Ｋであり、過冷却液体の温度間隔ΔＴxは５０Ｋであり、Ｔg／Ｔmは０．５９であった。更に、得られた軟磁性合金粉末について磁歪を測定したところ、１．７×１０―５であった。
【００７４】
次に、得られた軟磁性合金粉末９８．３重量％に対し、結着材としてシリコーン樹脂を１．４重量％と潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を０．３重量％とを混合、造粒して造粒粉末とした。これら造粒粉末を大気中室温で１２時間乾燥した。ついで、乾燥させた造粒粉末を分級して、粒径４５μｍ以上５００μｍ以下の範囲のものを選択し、後工程で用いた。
【００７５】
粒径４５μｍ以上５００μｍ以下の造粒粉末をＷＣ製の金型に充填した後、プレス装置を用い、大気圧、室温のもと造粒粉末を成形圧力（Ｐｓ）２０００ＭＰａまで加圧した。
そして、熱処理温度Ｔａが５７３Ｋ（３００℃）〜７２３Ｋ（４５０℃）で３６００秒間熱処理して、半コアを製造した。この半コアの形状は、図３及び図４に示した形状であり、基部磁極の縦寸法が７ミリ、横寸法が１０ミリ、中央磁極の径が４ミリ、中央磁極を含めた全体の厚みが２ミリのものであった。
【００７６】
次に、ブチラールフェノール樹脂をメチルエチルケトン及びメチルイソブチルケトンからなる混合溶媒に溶解させて５０質量％濃度の溶解液とし、この溶解液に半コアを浸積させてから引き上げた。そして、２つの半コアを接合させた状態で、１５０℃で３０分間加熱する硬化条件でブチラールフェノール樹脂の硬化を行った。このようにして、ブチラールフェノール樹脂を保護層とする圧粉コアを製造した。
【００７７】
ブチラールフェノール樹脂のガラス転移温度及び引っ張り弾性率を表１に示す。また、得られた圧粉コアの中央磁極に導線を３ターン巻回してインダクタとした。このインダクタ（塗布後）について、周波数１０ｋＨｚ〜１００００ｋＨｚの範囲でインダクタンスＬ及び性能係数Ｑを測定した。結果を図６及び図７及び表２に示す。
【００７８】
また、図６及び図７には、保護層の形成を省略した圧粉コア（塗布前）のインダクタンスＬ及び性能係数Ｑを合わせて示す。
【００７９】
（実施例２の圧粉コアの製造）
ブチラールフェノール樹脂をメチルエチルケトン及びメチルイソブチルケトンからなる混合溶媒に溶解させて７０質量％濃度の溶解液としたこと以外は上記実施例１と同様にして、実施例２の圧粉コアを製造した。この実施例２の圧粉コアの中央磁極に導線を３ターン巻回してインダクタとし、このインダクタ（塗布後）について、周波数１０ｋＨｚ〜１００００ｋＨｚの範囲でインダクタンスＬ及び性能係数Ｑを測定した。結果を図８及び図９及び表３に示す。
【００８０】
また、図８及び図９には、保護層の形成を省略した圧粉コア（塗布前）のインダクタンスＬ及び性能係数Ｑを合わせて示す。
【００８１】
（比較例１の圧粉コアの製造）
保護層の材料として加熱硬化性エポキシ樹脂を用い、硬化条件を１７０℃で９０分間加熱する条件として保護層を形成したこと以外は上記実施例１と同様にして、比較例１の圧粉コアを製造した。この比較例１の圧粉コアの中央磁極に導線を３ターン巻回してインダクタとし、このインダクタ（塗布後）について、周波数１０ｋＨｚ〜１００００ｋＨｚの範囲でインダクタンスＬ及び性能係数Ｑを測定した。結果を図１０及び図１１及び表４に示す。また、表１に比較例１の加熱硬化性エポキシ樹脂のガラス転移温度及び曲げ弾性率を示す。
【００８２】
また、図１０及び図１１には、保護層の形成を省略した圧粉コア（塗布前）のインダクタンスＬ及び性能係数Ｑを合わせて示す。
【００８３】
（比較例２の圧粉コアの製造）
保護層の材料として加熱硬化性エポキシ樹脂を用い、硬化条件を１８０℃で１２０分間加熱する条件として保護層を形成したこと以外は上記実施例１と同様にして、比較例２の圧粉コアを製造した。この比較例２の圧粉コアの中央磁極に導線を３ターン巻回してインダクタとし、このインダクタ（塗布後）について、周波数１０ｋＨｚ〜１００００ｋＨｚの範囲でインダクタンスＬ及び性能係数Ｑを測定した。結果を図１２及び図１３及び表５に示す。また、表１に比較例２の加熱硬化性エポキシ樹脂のガラス転移温度及び曲げ弾性率を示す。
【００８４】
また、図１２及び図１３には、保護層の形成を省略した圧粉コア（塗布前）のインダクタンスＬ及び性能係数Ｑを合わせて示す。
【００８５】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
（各圧粉コアのインダクタンスＬ及び性能係数Ｑ）
図６及び図７に示すように、実施例１の圧粉コア（塗布後）は、保護層を形成していない圧粉コア（塗布前）と比べて、インダクタンスＬ及び性能係数Ｑがほとんど低下していないことが分かる。特にインダクタンスＬは塗布前よりも向上していることが分かる。
また、図８及び図９に示すように、実施例２の圧粉コア（塗布後）についても、塗布前の圧粉コアと比べて、インダクタンスＬ及び性能係数Ｑがほとんど低下していないことが分かる。
【００９１】
一方、図１０及び図１１に示すように、エポキシ樹脂を保護層とする比較例１の圧粉コア（塗布後）は、塗布前の圧粉コアと比べて、インダクタンスＬ及び性能係数Ｑが大幅に低下していることが分かる。特に、１０００ｋＨｚ以下の性能係数Ｑの低下が著しいことが分かる。
【００９２】
更に、図１２及び図１３に示すように、エポキシ樹脂を保護層とする比較例２の圧粉コア（塗布後）は、塗布前の圧粉コアと比べて、インダクタンスＬ及び性能係数Ｑが大幅に低下していることが分かる。特に、１０００ｋＨｚ以下の性能係数Ｑの低下が著しいことが分かる。
【００９３】
また、表１を見ると、実施例１及び２で用いたブチラールフェノール樹脂のガラス転移温度及び弾性率が、比較例１及び２で用いたエポキシ樹脂よりも低くなっていることが分かる。すなわち、ブチラールフェノール樹脂の方がエポキシ樹脂よりも柔軟性に富んでいることが分かる。この柔軟性の違いによって、ブチラールフェノール樹脂の内部応力がエポキシ樹脂よりも小さくなり、圧粉コアの全体の歪みが小さくなって実施例１及び２のインダクタンスＬ及び性能係数Ｑが比較例１及び２よりも向上したものと考えられる。
【００９４】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば圧粉コアの形状は、上記の実施形態に限るものではなく、平面視略Ｅ字状、平面視略コ字状、平面視略Ｉ字状等であっても良い。
【００９５】
また、軟磁性合金粉末は、水アトマイズ法により製造された略球状の粉末に限るものではなく、ガスアトマイズ法で製造した略球状粉末や、球状粉末をアトライタ等で粉砕して扁平状にしたものや、ロール急冷法により得られた合金薄帯を粉砕したものでも良い。
【００９６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の圧粉コアは、ブチラールフェノール樹脂からなる保護層を備えており、このブチラールフェノール樹脂は、ガラス転移温度及び弾性率が比較的低いので、保護層自体に内部応力が蓄積されるおそれがない。従って、上記の圧粉コアによれば、保護層によって圧粉コアに歪みを付与することがなく、圧粉コアのインダクタンスＬ及び性能係数Ｑを向上させることができる。特に、上記の軟磁性合金粉末は、大きな磁歪定数を有するという性質があるので、保護層により発生する歪みを防止することで、インダクタンスＬ及び性能係数Ｑを大きく向上させることができる。
また、圧粉コアの全面に保護層が形成されているので、圧粉コアの抗折強度が向上し、圧粉コアの強度を高めることができる。
更に、半コアが保護層を介して接合されるので、材料の種類と工数を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態である圧粉コアの斜視図。
【図２】 図１のＡ-Ａ線に対応する断面図。
【図３】 図１及び図２に示した圧粉コアを構成する半コアの平面図。
【図４】 図１及び図２に示した圧粉コアを構成する半コアの側面図。
【図５】 本発明に係る軟磁性合金粉末の製造に用いる高圧水噴霧装置の一例を示す断面模式図。
【図６】 実施例１の圧粉コアのインダクタンスＬと周波数との関係を示すグラフ。
【図７】 実施例１の圧粉コアの性能係数Ｑと周波数との関係を示すグラフ。
【図８】 実施例２の圧粉コアのインダクタンスＬと周波数との関係を示すグラフ。
【図９】 実施例２の圧粉コアの性能係数Ｑと周波数との関係を示すグラフ。
【図１０】 比較例１の圧粉コアのインダクタンスＬと周波数との関係を示すグラフ。
【図１１】 比較例１の圧粉コアの性能係数Ｑと周波数との関係を示すグラフ。
【図１２】 比較例２の圧粉コアのインダクタンスＬと周波数との関係を示すグラフ。
【図１３】 比較例２の圧粉コアの性能係数Ｑと周波数との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１…高圧水噴霧装置、２…溶湯るつぼ、３…水噴霧器、４…チャンバ、５…合金溶湯、６…溶湯ノズル、７…導入流路、８…水噴射ノズル、１０…高圧水、１１…圧粉コア、１２…半コア、１３…保護層、ｇ…高圧水流、Ｐ…噴霧点、θ…水噴射角
Claims (9)
- 軟磁性合金粉末が結着材によって固化成形されてなるとともにブチラール樹脂をフェノールで架橋したブチラールフェノール樹脂からなる保護層により全体が被覆されてなり、かつ前記軟磁性合金粉末がΔＴｘ＝Ｔｘ−Ｔｇ（ただしＴｘは結晶化開始温度、Ｔｇはガラス遷移温度を示す。）の式で表される過冷却液体の温度間隔ΔＴｘが２０Ｋ以上を示す非晶質相からなり、Ｆｅと、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕの中から選択される１種以上の元素Ｍと、Ｐ、Ｃ、Ｂを少なくとも含む軟磁性合金からなるものであることを特徴とする圧粉コア。
- 前記圧粉コアが一対の半コアを具備してなり、前記半コアが前記保護層を介して相互に接合されていることを特徴とする請求項１に記載の圧粉コア。
- 前記軟磁性合金粉末が略球状粉末であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧粉コア。
- 前記軟磁性合金粉末が水アトマイズ法により形成されたものであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の圧粉コア。
- 前記軟磁性合金粉末が下記の組成式で表されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の圧粉コア。
Ｆｅ１００−ｘ−ｙ−ｚ−ｗ−ｔＭｘＰｙＣｚＢｗＳｉｔ
ただし、ＭはＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕより選ばれる１種または２種以上の元素であり、組成比を示すｘ、ｙ、ｚ、ｗ、ｔは、０．５原子％≦ｘ≦８原子％、２原子％≦ｙ≦１５原子％、０原子％＜ｚ≦８原子％、１原子％≦ｗ≦１２原子％、０原子％≦ｔ≦８原子％、７０原子％≦(１００−ｘ−ｙ−ｚ−ｗ−ｔ)≦７９原子％である。 - 前記組成式中の組成比を示すｙ、ｚ、ｗ、ｔは、１７原子％≦（ｙ＋ｚ＋ｗ＋ｔ）≦２９．５原子％なる関係を満たすことを特徴とする請求項５に記載の圧粉コア。
- 前記組成式中の組成比を示すｘ、ｙ、ｚ、ｗ、ｔは、１原子％≦ｘ≦４原子％、４原子％≦ｙ≦１４原子％、０原子％＜ｚ≦６原子％、２原子％≦ｗ≦１０原子％、２原子％≦ｔ≦８原子％、７２原子％≦(１００−ｘ−ｙ−ｚ−ｗ−ｔ)≦７９原子％なる関係を満たすことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の圧粉コア。
- 前記組成式中の組成比を示すｘ、ｙ、ｚ、ｗ、ｔは、１原子％≦ｘ≦３原子％、６原子％≦ｙ≦１１原子％、１原子％≦ｚ≦４原子％、４原子％≦ｗ≦９原子％、２原子％≦ｔ≦７原子％、７３原子％≦(１００−ｘ−ｙ−ｚ−ｗ−ｔ)≦７８原子％なる関係を満たすことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の圧粉コア。
- インダクタ用コアとして用いられることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれかに記載の圧粉コア。
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