JP6944313B2 - 磁性粉末、圧粉コア、インダクタ、および電子・電気機器 - Google Patents

Description

本発明は、磁性粉末、この磁性粉末を含有する圧粉コア、この粉末混合体を用いる圧粉コアの製造方法、この圧粉コアを備えるインダクタ、およびこのインダクタが実装された電子・電気機器に関する。本明細書において、「インダクタ」とは、圧粉コアを含む芯材およびコイルを備える受動素子であって、リアクトルの概念を含むものとする。

非特許文献１には、高圧の直流バスと蓄電装置間を絶縁してエネルギーをやりとりする高効率・高性能なＤＣ−ＤＣコンバータであるフェイズシフトフルブリッジ絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータ（図１参照。）において、ＺＶＳ（Ｚｅｒｏ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）を実現するための１次共振インダクタＬｐのコアに、透磁率μの変化率が大きくなるように調整された磁性粉末を含有するダストコアを用いることで、高効率を維持しながら出力電圧特性を改善する方法が記載されている。

東海林 和、岩谷 一生、高舘 金四郎、宮崎 敏昌「ダストコアの透磁率変化に着目した絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧特性改善」、平成２６年電気学会全国大会、平成２６年３月、４−０１９（[全国大会]平成２６年電気学会全国大会論文集 Ｐ２９〜３０）

上記のコアに求められたような透磁率μの変化率が大きいことを表すパラメータの具体的な一例として、μ５５００／μ０が挙げられる。このパラメータは、コアについて１００ｋＨｚの条件で測定された初透磁率μ０に対する直流印加磁場が５５００Ａ／ｍのときの比透磁率μ５５００の比として定義される。本明細書において、このパラメータを透磁率比Ｒμともいう。透磁率比Ｒμが小さいほど、透磁率μの変化率が大きいことになる。

ダストコアにおける透磁率比Ｒμを小さくするための一手段として、ダストコアに含有される磁性粉末の粒径を大きくすることが挙げられる。しかしながら、一般的な傾向として、粒径を大きくすると鉄損における渦電流損に由来する成分が大きくなりやすい。このため、粒径が大きい磁性粉末を含有するダストコアを上記のフェイズシフトフルブリッジ絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの１次共振インダクタＬｐのコアとして用いると、直流から変換された交流の周波数が高い場合に、鉄損が大きくなる傾向があった。

本発明は、上記の事情を鑑み、透磁率比Ｒμが小さく鉄損が生じにくい圧粉コアを形成可能な磁性粉末を提供することを目的とする。本発明は、かかる磁性粉末を含有する圧粉コア、この圧粉コアを備えるインダクタ、およびこのインダクタが実装された電子・電気機器を提供することも目的とする。

上記課題を解決するために提供される本発明は、一態様として、１００ｋＨｚの条件で測定された初透磁率μ０に対する直流印加磁場が５５００Ａ／ｍのときの比透磁率μ５５００の比である透磁率比Ｒμが０．６以下となる圧粉コアを形成可能な磁性粉末であって、体積基準の粒度分布において、５０％累積径Ｄ５０が５．０μｍ以上１７．５μｍ以下かつ標準偏差ＳＤが２．５μｍ以上１１μｍ以下であって、酸素濃度が０．１５質量％以下であるＦｅ基合金軟磁性粉末を備えることを特徴とする磁性粉末を提供する。磁性粉末が上記の特徴を備えることにより、この磁性粉末を含有する圧粉コアについて、透磁率比Ｒμを０．６以下としつつ鉄損Ｐｃｖを高まりにくくすることが容易となる。

Ｆｅ基合金軟磁性粉末のＦｅ基合金の種類は限定されない。Ｆｅ−Ｐ−Ｃ系合金であることやＦｅ−Ｓｉ−Ｂ系合金であることが好ましい場合がある。

前記Ｆｅ基合金軟磁性粉末の主相は、非晶質であってもよいし、ナノ結晶質であってもよい。

本発明は、他の一態様として、上記の磁性粉末を含有する圧粉コアであって、前記透磁率比Ｒμが０．６以下であって、実効最大磁束密度Ｂｍが１００ｍＴの条件で測定される鉄損Ｐｃｖ（単位：ｋＷ／ｍ^３）の周波数ｆ（単位：ｋＨｚ）依存性を、２つの常数κ_ｈおよびκ_ｅを用いて下記式（Ｉ）により表したときに、前記常数κ_ｅが１．１×１０^−６ｋＷ／ｍ^３／（ｋＨｚ）^２／（ｍＴ）^２以下であることを特徴とする圧粉コアを提供する。
Ｐｃｖ＝κ_ｈ×ｆ×Ｂｍ^１．６＋κ_ｅ×ｆ^２×Ｂｍ^２ （Ｉ）

このような構成を備える圧粉コアは、透磁率比Ｒμが０．６以下であって鉄損Ｐｃｖが高まりにくいため、フェイズシフトフルブリッジ絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの１次共振インダクタの構成要素として好適に使用されうる。

上記の圧粉コアは、絶縁性結着材をさらに含有していてもよい。

本発明は、別の一態様として、上記の圧粉コア、コイルおよび前記コイルのそれぞれの端部に接続された接続端子を備えるインダクタであって、前記圧粉コアの少なくとも一部は、前記接続端子を介して前記コイルに電流を流したときに前記電流により生じた誘導磁界内に位置するように配置されているインダクタを提供する。かかるインダクタは、フェイズシフトフルブリッジ絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの１次共振インダクタとして用いられることが好ましい。

本発明は、また別の一態様として、上記のインダクタが実装された電子・電気機器であって、前記インダクタは前記接続端子にて基板に接続されている電子・電気機器を提供する。前記インダクタはＤＣ−ＤＣコンバータを構成する部品の１つであることが好ましい。前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、フェイズシフトフルブリッジ絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータであって、前記インダクタは１次共振インダクタであることが好ましい。

本発明により、透磁率比Ｒμが小さく鉄損が生じにくい圧粉コアを形成可能な磁性粉末が提供される。また、本発明により、かかる磁性粉末を含有する圧粉コア、この圧粉コアを備えるインダクタ、およびこのインダクタが実装された電子・電気機器も提供される。

フェイズシフトフルブリッジ絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの一例を示す回路図である。 本発明の一実施形態に係る圧粉コアの形状を概念的に示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る圧粉コアを備えるインダクタの一種であるトロイダルコイルの形状を概念的に示す斜視図である。 本発明の別の一実施形態に係る圧粉コアを備えるインダクタであるインダクタンス素子の全体構成を一部透視して示す斜視図である。 図４に示すインダクタンス素子を実装基板上に実装した状態を示す部分正面図である。 実施例１−３に係るＦｅ基合金軟磁性粉末の体積基準の粒度分布を示すグラフである。 実施例１−６に係るＦｅ基合金軟磁性粉末の体積基準の粒度分布を示すグラフである。 実施例２−１に係るＦｅ基合金軟磁性粉末の体積基準の粒度分布を示すグラフである。 実施例２−４に係るＦｅ基合金軟磁性粉末の体積基準の粒度分布を示すグラフである。 表２から表５に示される結果に基づいて作成したグラフである。 表６から表９に示される結果に基づいて作成したグラフである。 透磁率比Ｒμと磁性粉末の体積基準の粒度分布における５０％累積径Ｄ５０との関係を示すグラフである。 透磁率比Ｒμと磁性粉末の体積基準の粒度分布における標準偏差ＳＤとの関係を示すグラフである。 透磁率比Ｒμと磁性粉末の酸素濃度との関係を示すグラフである。 常数κ_ｅと磁性粉末の体積基準の粒度分布における５０％累積径Ｄ５０との関係を示すグラフである。 常数κ_ｅと磁性粉末の体積基準の粒度分布における標準偏差ＳＤとの関係を示すグラフである。 常数κ_ｅと磁性粉末の酸素濃度との関係を示すグラフである。 透磁率比Ｒμと磁性粉末の体積基準の粒度分布における５０％累積径Ｄ５０との関係を示すグラフである。 透磁率比Ｒμと磁性粉末の体積基準の粒度分布における標準偏差ＳＤとの関係を示すグラフである。 透磁率比Ｒμと磁性粉末の酸素濃度との関係を示すグラフである。 常数κ_ｅと磁性粉末の体積基準の粒度分布における５０％累積径Ｄ５０との関係を示すグラフである。 常数κ_ｅと磁性粉末の体積基準の粒度分布における標準偏差ＳＤとの関係を示すグラフである。 常数κ_ｅと磁性粉末の酸素濃度との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について詳しく説明する。

１．磁性粉末
本発明の一実施形態に係る磁性粉末は、次に説明するＦｅ基合金軟磁性粉末を含み、一例において、本発明の一実施形態に係る磁性粉末はＦｅ基合金軟磁性粉からなる。Ｆｅ基合金軟磁性粉末とは、母合金がＦｅ基合金である軟磁性材料の粉末体である。本発明の一実施形態に係る磁性粉末が含むＦｅ基合金軟磁性粉末は、体積基準の粒度分布において、５０％累積径Ｄ５０が５．０μｍ以上１８μｍ以下かつ標準偏差ＳＤが２．５μｍ以上１１μｍ以下である。５０％累積径Ｄ５０は、レーザ回折・散乱法により測定した体積基準の粒度分布において小粒径側からの積算体積基準の粒度分布が５０％となる粒径である。

Ｆｅ基合金軟磁性粉末の体積基準の粒度分布における５０％累積径Ｄ５０が５．０μｍ以上１８μｍ以下であることにより、透磁率比Ｒμを小さくすることと渦電流損を生じにくくすることとを両立させることができる。透磁率比Ｒμを小さくすることと渦電流損を生じにくくすることとをより安定的に両立させる観点から、Ｆｅ基合金軟磁性粉末の体積基準の粒度分布における５０％累積径Ｄ５０は、５．０μｍ以上１７．５μｍ以下であることまたは８μｍ以上１８μｍ以下であることが好ましい場合があり、８μｍ以上１７．５μｍ以下であることがより好ましい場合があり、８μｍ以上１２μｍ以下であることが特に好ましい場合がある。

Ｆｅ基合金軟磁性粉末の体積基準の粒度分布における標準偏差ＳＤが２．５μｍ以上１１μｍ以下であることにより、透磁率比Ｒμを小さくすることと渦電流損を生じにくくすることとを両立させることができる。透磁率比Ｒμを小さくすることと渦電流損を生じにくくすることとをより安定的に両立させる観点から、Ｆｅ基合金軟磁性粉末の体積基準の粒度分布における標準偏差ＳＤは、４μｍ以上１１μｍ以下であることまたは２．５μｍ以上９μｍ以下であるが好ましい場合があり、４μｍ以上９μｍ以下であることがより好ましい場合がある。

Ｆｅ基合金軟磁性粉末に係るＦｅ基合金の組成は、後述するように、Ｆｅ基合金軟磁性粉末を含む磁性粉末を含有する圧粉コアの透磁率比Ｒμが０．６以下である限り任意であり、Ｆｅ基合金軟磁性粉末の主相の組織も上記の透磁率比Ｒμの条件を満たす限り限定されない。

Ｆｅ基合金軟磁性粉末の主相は結晶質（Ｆｅ基合金軟磁性粉末について、一般的なＸ線回折測定により、材料種類を特定できる程度に明確なピークを有する回折スペクトルが得られることを意味する。）であってもよい。Ｆｅ基合金軟磁性粉末の主相が結晶質である場合のＦｅ基合金の具体例として、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金、Ｆｅ−Ｃｏ系合金、Ｆｅ−Ｖ系合金、Ｆｅ−Ａｌ系合金、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金、カルボニル鉄および純鉄が挙げられる。

Ｆｅ基合金軟磁性粉末の主相は非晶質（Ｆｅ基合金軟磁性粉末について、一般的なＸ線回折測定により、材料種類を特定できる程度に明確なピークを有する回折スペクトルが得られないこと）であってもよい。Ｆｅ基合金軟磁性粉末の主相が非晶質である場合のＦｅ基合金の具体例として、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系合金、Ｆｅ−Ｐ−Ｃ系合金およびＣｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系合金が挙げられる。

Ｆｅ−Ｐ−Ｃ系合金の具体例として、組成式が、Ｆｅ_{１００原子％−ａ−ｂ−ｃ−ｘ−ｙ−ｚ−ｔ}Ｎｉ_ａＳｎ_ｂＣｒ_ｃＰ_ｘＣ_ｙＢ_ｚＳｉ_ｔで示され、０原子％≦ａ≦１０原子％、０原子％≦ｂ≦３原子％、０原子％≦ｃ≦６原子％、６．８原子％≦ｘ≦１３原子％、２．２原子％≦ｙ≦１３原子％、０原子％≦ｚ≦９原子％、０原子％≦ｔ≦７原子％であるＦｅ基非晶質合金が挙げられる。上記の組成式において、Ｎｉ，Ｓｎ，Ｃｒ，ＢおよびＳｉは任意添加元素である。

Ｎｉの添加量ａは、０原子％以上６原子％以下とすることが好ましく、０原子％以上４原子％以下とすることがより好ましい。Ｓｎの添加量ｂは、０原子％以上２原子％以下とすることが好ましく、１原子％以上２原子％以下とすることがより好ましい。Ｃｒの添加量ｃは、０原子％以上２原子％以下とすることが好ましく、１原子％以上２原子％以下とすることがより好ましい。Ｐの添加量ｘは、８．８原子％以上とすることが好ましい場合もある。Ｃの添加量ｙは、５．８原子％以上８．８原子％以下とすることが好ましい場合もある。Ｂの添加量ｚは、０原子％以上３原子％以下とすることが好ましく、０原子％以上２原子％以下とすることがより好ましい。Ｓｉの添加量ｔは、０原子％以上６原子％以下とすることが好ましく、０原子％以上２原子％以下とすることがより好ましい。

Ｆｅ基合金軟磁性粉末の主相はナノ結晶質であってもよい。本明細書において「ナノ結晶」とは、結晶粒径が５０ｎｍ程度またはそれ以下の結晶を意味する。ナノ結晶質の材料は、例えば非晶質の材料を熱処理することにより得ることができる。上記の非晶質Ｆｅ基合金の組成にＣｕ，Ｔｉ，Ｎｂなどの結晶化元素がさらに含まれている組成を有するＦｅ基合金から、ナノ結晶質が得られやすい場合がある。

本発明の一実施形態に係る磁性粉末は、異なる組成・組織のＦｅ基合金軟磁性粉末の混合体であってもよい。

本発明の一実施形態に係るＦｅ基合金軟磁性粉末は、酸素濃度が０．１５質量％以下である。酸素濃度は、Ｆｅ基合金軟磁性粉末をチャンバー内で溶解し、溶解に伴いチャンバー内に揮発した酸素を測定することによって計測することができる。Ｆｅ基合金軟磁性粉末の酸素濃度が０．１５質量％以下であることにより、Ｆｅ基合金軟磁性粉末を含む磁性粉末を含有する圧粉コアの透磁率比を０．６以下にすることができる。透磁率比Ｒμをより安定的に低下させる観点からは、Ｆｅ基合金軟磁性粉末の酸素濃度は、０．１２質量％以下であることが好ましく、０．０８質量％以下であることがより好ましい。

本発明の一実施形態に係るＦｅ基合金軟磁性粉末の形状は任意である。Ｆｅ基合金軟磁性粉末の形状は球状であってもよいし非球状であってもよい。非球状である場合には、鱗片状、楕円球状、液滴状、針状といった形状異方性を有する形状であってもよいし、特段の形状異方性を有しない不定形であってもよい。不定形の粉体の例として、球状の粉体の複数が、互いに接して結合していたり、他の粉体に部分的に埋没するように結合していたりする場合が挙げられる。

Ｆｅ基合金軟磁性粉末の形状は、粉末を製造する段階で得られた形状であってもよいし、製造された粉末を二次加工することにより得られた形状であってもよい。前者の形状としては、球状、楕円球状、液滴状、針状などが例示され、後者の形状としては、鱗片状が例示される。

２．圧粉コア
本発明の一実施形態に係る圧粉コアは、上記の本発明の一実施形態に係る磁性粉末を含有する。図２は、本発明の一実施形態に係る圧粉コアの形状を概念的に示す斜視図である。圧粉コアの形状は特に限定されない。図２に示される圧粉コア１のように、ほぼリング状の形状を有していていもよい（トロイダルコア）。

透磁率比Ｒμ（１００ｋＨｚの条件で測定された初透磁率μ０に対する直流印加磁場が５５００Ａ／ｍのときの比透磁率μ５５００の比）が０．６以下である。透磁率比Ｒμが０．６以下であることにより、圧粉コア１は、フェイズシフトフルブリッジ絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータの１次共振インダクタＬｐのコアとして好適に使用されうる。

本発明の一実施形態に係る圧粉コア１は、鉄損Ｐｃｖ（単位：ｋＷ／ｍ^３）の周波数ｆ（単位：ｋＨｚ）依存性に関し、次の関係を満たす。すなわち、実効最大磁束密度Ｂｍが１００ｍＴの条件で測定される鉄損Ｐｃｖの周波数ｆ依存性を、２つの常数κ_ｈおよびκ_ｅを用いて下記式（Ｉ）により表したときに、常数κ_ｅが１．１×１０^−６ｋＷ／ｍ^３／（ｋＨｚ）^２／（ｍＴ）^２以下である。
Ｐｃｖ＝κ_ｈ×ｆ×Ｂｍ^１．６＋κ_ｅ×ｆ^２×Ｂｍ^２ （Ｉ）

なお、本明細書において、常数κ_ｈおよび常数κ_ｅは、鉄損Ｐｃｖの４０ｋＨｚから８００ｋＨｚの範囲での周波数ｆ依存性に基づいて、算出されるものとする。

常数κ_ｅが上記の範囲内にあることにより、鉄損の構成要素の一つである渦電流損が生じにくくなり、ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて直流から交流に変換した際の周波数が高い場合であっても、鉄損Ｐｃｖが高まりにくい圧粉コア１となる。高周波においても鉄損Ｐｃｖが高まりにくいことをより安定的に実現する観点から、常数κ_ｅは、１．０×１０^−６ｋＷ／ｍ^３／（ｋＨｚ）^２／（ｍＴ）^２以下であることが好ましい場合があり、９．０×１０^−７ｋＷ／ｍ^３／（ｋＨｚ）^２／（ｍＴ）^２以下であることがより好ましい場合がある。７．０×１０^−７ｋＷ／ｍ^３／（ｋＨｚ）^２／（ｍＴ）^２以下であることが特に好ましい場合がある。

本発明の一実施形態に係る圧粉コア１は、圧粉コア１に含有される磁性粉末を互いに絶縁した状態で固定することに寄与する材料である絶縁性結着材を含有してもよい。絶縁性結着材を構成する材料として、樹脂材料および樹脂材料の熱分解残渣（本明細書において、これらを「樹脂材料に基づく成分」と総称する。）などの有機系の材料、無機系の材料などが例示される。樹脂材料として、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂などが例示される。無機系の材料からなる絶縁性結着材として水ガラスなどガラス系材料が例示される。絶縁性結着材は一種類の材料から構成されていてもよいし、複数の材料から構成されていてもよい。絶縁性結着材は有機系の材料と無機系の材料との混合体であってもよい。

上記の本発明の一実施形態に係る圧粉コア１の製造方法は特に限定されないが、次に説明する製造方法を採用すれば、圧粉コア１をより効率的に製造することが実現される。

本発明の一実施形態に係る圧粉コア１の製造方法は、次に説明する成形工程を備え、さらに熱処理工程を備えていてもよい。

（１）成形工程
まず、磁性粉末、および圧粉コア１において絶縁性結着材を与える成分を含む混合物を用意する。絶縁性結着材を与える成分（本明細書において、「バインダー成分」ともいう。）とは、絶縁性結着材そのものである場合もあれば、絶縁性結着材と異なる材料である場合もある。後者の具体例として、バインダー成分が樹脂材料であって、絶縁性結着材がその熱分解残渣である場合が挙げられる。

この混合物の加圧成形を含む成形処理により成形製造物を得ることができる。加圧条件は限定されず、バインダー成分の組成などに基づき適宜決定される。例えば、バインダー成分が熱硬化性の樹脂からなる場合には、加圧とともに加熱して、金型内で樹脂の硬化反応を進行させることが好ましい。一方、圧縮成形の場合には、加圧力が高いものの、加熱は必要条件とならず、短時間の加圧となる。

以下、混合物が造粒粉であって、圧縮成形を行う場合について、やや詳しく説明する。造粒粉は取り扱い性に優れるため、成形時間が短く生産性に優れる圧縮成形工程の作業性を向上させることができる。

（１−１）造粒粉
造粒粉は、磁性粉末およびバインダー成分を含有する。造粒粉におけるバインダー成分の含有量は特に限定されない。かかる含有量が過度に低い場合には、バインダー成分が磁性粉末を保持しにくくなる。また、バインダー成分の含有量が過度に低い場合には、熱処理工程を経て得られた圧粉コア１中で、バインダー成分の熱分解残渣からなる絶縁性結着材が、複数の磁性粉末を互いに他から絶縁しにくくなる。一方、上記のバインダー成分の含有量が過度に高い場合には、熱処理工程を経て得られた圧粉コア１に含有される絶縁性結着材の含有量が高くなりやすい。圧粉コア１中の絶縁性結着材の含有量が高くなると、圧粉コア１の磁気特性が低下しやすくなる。それゆえ、造粒粉中のバインダー成分の含有量は、造粒粉全体に対して、０．５質量％以上５．０質量％以下となる量にすることが好ましい。圧粉コア１の磁気特性が低下する可能性をより安定的に低減させる観点から、造粒粉中のバインダー成分の含有量は、造粒粉全体に対して、１．０質量％以上３．５質量％以下となる量にすることが好ましく、１．２質量％以上３．０質量％以下となる量にすることがより好ましい。

造粒粉は、上記の磁性粉末およびバインダー成分以外の材料を含有してもよい。そのような材料として、潤滑剤、シランカップリング剤、絶縁性のフィラーなどが例示される。潤滑剤を含有させる場合において、その種類は特に限定されない。有機系の潤滑剤であってもよいし、無機系の潤滑剤であってもよい。有機系の潤滑剤の具体例として、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸アルミニウムなどの金属石鹸が挙げられる。こうした有機系の潤滑剤は、熱処理工程において気化し、圧粉コア１にはほとんど残留していないと考えられる。

造粒粉の製造方法は特に限定されない。上記の造粒粉を与える成分をそのまま混錬し、得られた混練物を公知の方法で粉砕するなどして造粒粉を得てもよいし、上記の成分に分散媒（水が一例として挙げられる。）を添加してなるスラリーを調製し、このスラリーを乾燥させて粉砕することにより造粒粉を得てもよい。粉砕後にふるい分けや分級を行って、造粒粉の粒度分布を制御してもよい。

（１−２）加圧条件
圧縮成形における加圧条件は特に限定されない。造粒粉の組成、成形品の形状などを考慮して適宜設定すればよい。造粒粉を圧縮成形する際の加圧力が過度に低い場合には、成形品の機械的強度が低下する。このため、成形品の取り扱い性が低下する、成形品から得られた圧粉コア１の機械的強度が低下する、といった問題が生じやすくなる。また、圧粉コア１の磁気特性が低下したり絶縁性が低下したりする場合もある。一方、造粒粉を圧縮成形する際の加圧力が過度に高い場合には、その圧力に耐えうる成形金型を作成するのが困難になってくる。圧縮加圧工程が圧粉コア１の機械特性や磁気特性に悪影響を与える可能性をより安定的に低減させ、工業的に大量生産を容易に行う観点から、造粒粉を圧縮成形する際の加圧力は、０．３ＧＰａ以上２ＧＰａ以下とすることが好ましく、０．５ＧＰａ以上２ＧＰａ以下とすることがより好ましく、０．８ＧＰａ以上２ＧＰａ以下とすることが特に好ましい。

圧縮成形では、加熱しながら加圧を行ってもよいし、常温で加圧を行ってもよい。

（２）熱処理工程
成形工程により得られた成形製造物が本実施形態に係る圧粉コア１であってもよいし、次に説明するように成形製造物に対して熱処理工程を実施して圧粉コア１を得てもよい。

熱処理工程では、上記の成形工程により得られた成形製造物を加熱することにより、磁性粉末間の距離を修正することによる磁気特性の調整および成形工程において磁性粉末に付与された歪を緩和させて磁気特性の調整を行って、圧粉コア１を得る。

熱処理工程は上記のように圧粉コア１の磁気特性の調整が目的であるから、熱処理温度などの熱処理条件は、圧粉コア１の磁気特性が最も良好となるように設定される。熱処理条件を設定する方法の一例として、成形製造物の加熱温度を変化させ、昇温速度および加熱温度での保持時間など他の条件は一定とすることが挙げられる。

熱処理条件を設定する際の圧粉コア１の磁気特性の評価基準は特に限定されない。評価項目の具体例として圧粉コア１の鉄損Ｐｃｖを挙げることができる。この場合には、圧粉コア１の鉄損Ｐｃｖが最低となるように成形製造物の加熱温度を設定すればよい。鉄損Ｐｃｖの測定条件は適宜設定され、一例として、周波数１００ｋＨｚ、最大磁束密度１００ｍＴとする条件が挙げられる。

熱処理の際の雰囲気は特に限定されない。酸化性雰囲気の場合には、バインダー成分の熱分解が過度に進行する可能性や、磁性粉末の酸化が進行する可能性が高まるため、窒素、アルゴンなどの不活性雰囲気や、水素などの還元性雰囲気で熱処理を行うことが好ましい。

３．インダクタ
本発明の一実施形態に係るインダクタは、上記の本発明の一実施形態に係る圧粉コア１、コイルおよびこのコイルのそれぞれの端部に接続された接続端子を備える。ここで、圧粉コア１の少なくとも一部は、接続端子を介してコイルに電流を流したときにこの電流により生じた誘導磁界内に位置するように配置されている。

このようなインダクタの一例として、図３に示されるトロイダルコイル１０が挙げられる。トロイダルコイル１０は、リング状の圧粉コア（トロイダルコア）１に、被覆導電線２を巻回することによって形成されたコイル２ａを備える。巻回された被覆導電線２からなるコイル２ａと被覆導電線２の端部２ｂ，２ｃとの間に位置する導電線の部分において、コイル２ａの端部２ｄ，２ｅを定義することができる。このように、本実施形態に係るインダクタは、コイルを構成する部材と接続端子を構成する部材とが同一の部材から構成されていてもよい。

本発明の一実施形態に係るインダクタは、上記の本発明の一実施形態に係る圧粉コア１とは異なる形状を有する圧粉コアを備える。そのようなインダクタの具体例として、図４に示されるインダクタンス素子２０が挙げられる。図４は、本発明の一実施形態に係るインダクタンス素子２０の全体構成を一部透視して示す斜視図である。図４では、インダクタンス素子２０の下面（実装面）が上向きの姿勢で示されている。図５は、図４に示すインダクタンス素子２０を実装基板１００上に実装した状態を示す部分正面図である。

図４に示すインダクタンス素子２０は、圧粉コア３と、圧粉コア３の内部に埋め込まれたコイルとしての空芯コイル５と、溶接によって空芯コイル５に電気的に接続される接続端子としての一対の端子部４とを備えて構成される。

空芯コイル５は、絶縁被膜された導線を螺旋状に巻回して形成されたものである。空芯コイル５は、巻回部５ａと巻回部５ａから引き出された引出端部５ｂ，５ｂとを有して構成される。空芯コイル５の巻き数は必要なインダクタンスに応じて適宜設定される。

図４に示すように、圧粉コア３において、実装基板に対する実装面３ａに、端子部４の一部を収納するための収納凹部３０が形成されている。収納凹部３０は、実装面３ａの両側に形成されており、圧粉コア３の側面３ｂ，３ｃに向けて解放されて形成されている。圧粉コア３の側面３ｂ，３ｃから突出する端子部４の一部が実装面３ａに向けて折り曲げられて、収納凹部３０の内部に収納される。

端子部４は、薄板状のＣｕ基材で形成されている。端子部４は圧粉コア３の内部に埋設されて空芯コイル５の引出端部５ｂ，５ｂに電気的に接続される接続端部４０と、圧粉コア３の外面に露出し、前記圧粉コア３の側面３ｂ，３ｃから実装面３ａにかけて順に折り曲げ形成される第１曲折部４２ａおよび第２曲折部４２ｂとを有して構成される。接続端部４０は、空芯コイル５に溶接される溶接部である。第１曲折部４２ａと第２曲折部４２ｂは、実装基板１００に対して半田接合される半田接合部である。半田接合部は、端子部４のうちの圧粉コア３から露出している部分であって、少なくとも圧粉コア３の外側に向けられる表面を意味している。

端子部４の接続端部４０と空芯コイル５の引出端部５ｂとは、抵抗溶接によって接合されている。

図５に示すように、インダクタンス素子２０は、実装基板１００上に実装される。
実装基板１００の表面には外部回路と導通する導体パターンが形成され、この導体パターンの一部によって、インダクタンス素子２０を実装するための一対のランド部１１０が形成されている。

図５に示すように、インダクタンス素子２０においては、実装面３ａが実装基板１００側に向けられて、圧粉コア３から外部に露出している第１曲折部４２ａと第２曲折部４２ｂが実装基板１００のランド部１１０との間で半田層１２０にて接合される。

ハンダ付け工程は、ランド部１１０にペースト状の半田が印刷工程で塗布された後に、ランド部１１０に第２曲折部４２ｂが対面するようにしてインダクタンス素子２０が実装され、加熱工程で半田が溶融する。図４と図５に示すように、第２曲折部４２ｂは実装基板１００のランド部１１０に対向し、第１曲折部４２ａはインダクタンス素子２０の側面３ｂ，３ｃに露出しているため、フィレット状の半田層１２０は、ランド部１１０に固着するとともに、半田接合部である第２曲折部４２ｂと第１曲折部４２ａの双方の表面に十分に広がって固着される。

４．電子・電気機器
本発明の一実施形態に係る電子・電気機器は、上記の本発明の一実施形態に係る圧粉コアを備えるインダクタが実装されたものである。そのような電子・電気機器として、電源スイッチング回路、電圧昇降回路（コンバータ）、平滑回路等を備えた電源装置や小型携帯通信機器等が例示される。

こうした電子・電気機器の中でも、本発明の一実施形態に係る圧粉コアの特性を有効活用できる電子・電気機器として、フェイズシフトフルブリッジ絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータが挙げられる。本発明の一実施形態に係る圧粉コアは、透磁率比Ｒμが小さいため、かかるＤＣ−ＤＣコンバータにおける１次共振インダクタの構成要素として用いられることが好適である。本発明の一実施形態に係る圧粉コアは渦電流損が生じにくいため、ＤＣ−ＤＣコンバータにおいて直流から交流に変換されたときの周波数が高い場合であっても、鉄損Ｐｃｖが高くなりにくい。したがって、電子・電気機器が小型化・高速化（高周波化）した場合でも、従来と同様に高効率回路の実現が容易となり、電子・電気機器の消費電力を増加させないことが可能となる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

以下、実施例等により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例等に限定されるものではない。

（実施例１から実施例５）
（１）Ｆｅ基合金軟磁性粉末の作製
組成的、組織的および形状的な観点で表１に示される特徴を有するＦｅ基合金軟磁性粉末を用意した。

なお、実施例１−１から実施例１−９に係るＦｅ基合金および実施例２−１から実施例２−４に係るＦｅ基合金は、いずれもＦｅ−Ｐ−Ｃ系であるが、異なる組成の合金であった。

Ｆｅ基合金軟磁性粉末の作製は、水アトマイズ法などによって行われた。得られたＦｅ基合金軟磁性粉末の酸素濃度（単位：質量％）は、粉末をチャンバー内で溶解して、チャンバー内に揮発した酸素の濃度を測定することにより行った。Ｆｅ基合金軟磁性粉末の粒度分布を日機装社製「マイクロトラック粒度分布測定装置 ＭＴ３０００ＥＸ」を用いて体積分布で測定して、体積基準の粒度分布において小粒径側からの積算体積基準の粒度分布が５０％となる粒径（５０％体積累積径）Ｄ５０（単位：μｍ）および体積分布における標準偏差ＳＤ（単位：μｍ）を求めた。Ｆｅ基合金軟磁性粉末をＸ線回折測定することにより、各実施例に係るＦｅ基合金軟磁性粉末の組織（非晶質、結晶質など）を確認した。これらの結果を表１に示した。

いくつかの実施例に係るＦｅ基合金軟磁性粉末については、体積基準の粒度分布を図示した。図６は、実施例１−３に係るＦｅ基合金軟磁性粉末の体積基準の粒度分布を示すグラフである。図７は、実施例１−６に係るＦｅ基合金軟磁性粉末の体積基準の粒度分布を示すグラフである。図８は、実施例２−１に係るＦｅ基合金軟磁性粉末の体積基準の粒度分布を示すグラフである。図９は、実施例２−４に係るＦｅ基合金軟磁性粉末の体積基準の粒度分布を示すグラフである。

（２）造粒粉の作製
上記の磁性粉末を９７．２質量部、アクリル樹脂およびフェノール樹脂からなる絶縁性結着材を２〜３質量部、およびステアリン酸亜鉛からなる潤滑剤０〜０．５質量部を、溶媒としての水に混合してスラリーを得た。

得られたスラリーを乾燥後に粉砕し、目開き３００μｍのふるいおよび８５０μｍのふるいを用いて、３００μｍ以下の微細な粉末および８５０μｍ以上の粗大な粉末を除去して、造粒粉を得た。

（３）圧縮成形
得られた造粒粉を金型に充填し、面圧０．５〜１．５ＧＰａで加圧成形して、外径２０ｍｍ×内径１２ｍｍ×厚さ６．８ｍｍのリング形状を有する成形体を得た。

（４）熱処理
得られた成形体を、窒素気流雰囲気の炉内に載置し、炉内温度を、室温（２３℃）から昇温速度４０℃／分で最適コア熱処理温度である２００〜４００℃まで加熱し、この温度にて１時間保持し、その後、炉内で室温まで冷却する熱処理を行い、圧粉コアからなるトロイダルコアを得た。

（試験例１）透磁率の測定
実施例１−１、実施例１−３および実施例３により作製したトロイダルコアに被覆銅線をそれぞれ１次側４０回、２次側１０回巻いて得られたトロイダルコイルについて、インピーダンスアナライザー（ＨＰ社製「４１９２Ａ」）を用いて、１００ｋＨｚの条件で初透磁率μ０を測定した。具体的には、０．７Ａ／ｍ程度の直流印加磁場Ｈが生じている状態での比透磁率を初透磁率μ０として測定した。また、直流電流を重畳して７００Ａ／ｍから８０００Ａ／ｍ程度の直流印加磁場Ｈが生じている状態での比透磁率μ’を測定した。結果を表２から４に示す。表２は実施例１−１に係る圧粉コアの測定結果である。表３は実施例１−３に係る圧粉コアの測定結果である。表４は実施例３に係る圧粉コアの測定結果である。これらの表における直流印加磁場Ｈが０．７Ａ／ｍ程度の場合における比透磁率μ’が初透磁率μ０である。

図１０は、表２から表４に示される結果に基づいて作成したグラフである。図１０に示されるように、実施例１−１に係る圧粉コアや実施例１−３に係る圧粉コアでは、直流重畳した時の透磁率の低下が顕著であり、フェイズシフトフルブリッジ絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータにおける１次共振インダクタの構成要素としてこれらの圧粉コアを用いることが好適であることが確認された。一方実施例３に係わる圧粉コアでは、直流重畳した時の透磁率の低下が少ないことがわかる。

（試験例２）鉄損Ｐｃｖの測定
実施例１−１、実施例１−３および実施例３により作製したトロイダルコアに被覆銅線をそれぞれ１次側１５回、２次側１０回巻いて得られたトロイダルコイルについて、ＢＨアナライザー（岩崎通信機社製「ＳＹ−８２１８」）を用いて、実効最大磁束密度Ｂｍを２５ｍＴから１００ｍＴの範囲に設定して、周波数が１００ｋＨｚであるときの鉄損Ｐｃｖ（単位：ｋＷ／ｍ^３）を測定した。結果を表５から７に示す。表５は実施例１−１に係る圧粉コアの測定結果である。表６は実施例１−３に係る圧粉コアの測定結果である。表７は実施例３に係る圧粉コアの測定結果である。

図１１は、表５から表７に示される結果に基づいて作成したグラフである。図１１に示されるように、実施例１−１に係る圧粉コアや実施例１−３に係る圧粉コアでは、実効最大磁束密度Ｂｍが高くなっても鉄損Ｐｃｖが高まりにくく、これらの圧粉コアは良好な磁気特性を有していることが確認された。一方、実施例３に係わる圧粉コアでは、実効最大磁束密度Ｂｍが高くなると、実施例１−１および実施例１−３に係わる圧粉コアに比較して鉄損Ｐｃｖが高くなっていることが確認できる。

（試験例３）透磁率比Ｒμの評価
実施例１−１から実施例１−９および実施例２−１から実施例２−４により作製したトロイダルコアに被覆銅線をそれぞれ１次側４０回、２次側１０回巻いて得られたトロイダルコイルについて、インピーダンスアナライザー（ＨＰ社製「４１９２Ａ」）を用いて、１００ｋＨｚの条件で初透磁率μ０を測定した。また、直流電流を重畳して直流印加磁場が５５００Ａ／ｍである状態での比透磁率μ５５００を測定した。これらの測定結果から、透磁率比Ｒμ（＝μ５５００／μ０）を求めた。結果を表８および表９に示す。なお、実施例１−７については、初透磁率μ０など透磁率の測定を行わなかったため、透磁率比Ｒμの評価を行わなかった。

（試験例４）常数κ_ｅの評価
実施例１−１から実施例１−９および実施例２−１から実施例２−４により作製したトロイダルコアに被覆銅線をそれぞれ１次側４０回、２次側１０回巻いて得られたトロイダルコイルについて、ＢＨアナライザー（岩崎通信機社製「ＳＹ−８２１８」）を用いて、実効最大磁束密度Ｂｍを１００ｍＴとする条件で、鉄損Ｐｃｖ（単位：ｋＷ／ｍ^３）の周波数依存性（測定周波数範囲：４０ｋＨｚ〜８００ｋＨｚ）を測定した。上記の条件で測定された各鉄損Ｐｃｖにおける４０ｋＨｚ〜８００ｋＨｚの範囲の周波数依存性の結果から、常数κ_ｅを求めた。結果を表８および９に示した。

表１および表１８に基づき透磁率比Ｒμと磁性粉末の特性との関係をグラフ化した。図１２は、透磁率比Ｒμと磁性粉末の体積基準の粒度分布における５０％累積径Ｄ５０との関係を示すグラフである。図１３は、透磁率比Ｒμと磁性粉末の体積基準の粒度分布における標準偏差ＳＤとの関係を示すグラフである。図１４は、透磁率比Ｒμと磁性粉末の酸素濃度との関係を示すグラフである。図１５は、常数κ_ｅと磁性粉末の体積基準の粒度分布における５０％累積径Ｄ５０との関係を示すグラフである。図１６は、常数κ_ｅと磁性粉末の体積基準の粒度分布における標準偏差ＳＤとの関係を示すグラフである。図１７は、常数κ_ｅと磁性粉末の酸素濃度との関係を示すグラフである。いずれの図においても、グラフ中に線形近似の結果を示した。

表１および表９に基づき透磁率比Ｒμと磁性粉末の特性との関係をグラフ化した。図１８は、透磁率比Ｒμと磁性粉末の体積基準の粒度分布における５０％累積径Ｄ５０との関係を示すグラフである。図１９は、透磁率比Ｒμと磁性粉末の体積基準の粒度分布における標準偏差ＳＤとの関係を示すグラフである。図２０は、透磁率比Ｒμと磁性粉末の酸素濃度との関係を示すグラフである。図２１は、常数κ_ｅと磁性粉末の体積基準の粒度分布における５０％累積径Ｄ５０との関係を示すグラフである。図２２は、常数κ_ｅと磁性粉末の体積基準の粒度分布における標準偏差ＳＤとの関係を示すグラフである。図２３は、常数κ_ｅと磁性粉末の酸素濃度との関係を示すグラフである。いずれの図においても、グラフ中に線形近似の結果を示した。

本発明の圧粉コアは、フェイズシフトフルブリッジ絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータにおける１次共振インダクタの構成要素として好適に使用されうる。

１…圧粉コア（トロイダルコア）
１０…トロイダルコイル
２…被覆導電線
２ａ…コイル
２ｂ，２ｃ…被覆導電線２の端部
２ｄ，２ｅ…コイル２ａの端部
２０…インダクタンス素子
３…圧粉コア
３ａ…圧粉コア３の実装面
３ｂ，３ｃ…圧粉コア３の側面
４…端子部
５…空芯コイル
５ａ…空芯コイル５の巻回部
５ｂ…空芯コイル５の引出端部
３０…収納凹部
４０…接続端部
４２ａ…第１曲折部
４２ｂ…第２曲折部
１００…実装基板
１１０…ランド部
１２０…半田層

Claims (7)

1. １００ｋＨｚの条件で測定された初透磁率μ０に対する直流印加磁場が５５００Ａ／ｍのときの比透磁率μ５５００の比である透磁率比Ｒμが０．６以下であって、実効最大磁束密度Ｂｍが１００ｍＴの条件で測定される鉄損Ｐｃｖ（単位：ｋＷ／ｍ ³ ）の周波数ｆ（単位：ｋＨｚ）依存性を、２つの常数κ _h およびκ _e を用いて下記式（Ｉ）により表したときに、
   Ｐｃｖ＝κ _h ×ｆ×Ｂｍ ^1.6 ＋κ _e ×ｆ ² ×Ｂｍ ² （Ｉ）
   前記常数κ _e が１．１×１０ ^-6 ｋＷ／ｍ ³ ／（ｋＨｚ） ² ／（ｍＴ） ² 以下となる圧粉コアを形成可能な磁性粉末であって、
   体積基準の粒度分布において、５０％累積径Ｄ５０が８μｍ以上１２μｍ以下かつ標準偏差ＳＤが４μｍ以上９μｍ以下であって、酸素濃度が０．１５質量％以下であるＦｅ基合金軟磁性粉末を備え、
   前記Ｆｅ基合金は、Ｆｅ−Ｐ−Ｃ系合金であり、
   前記Ｆｅ基合金軟磁性粉末は主相が非晶質であることを特徴とする磁性粉末。
2. 請求項１に記載される磁性粉末を含有する圧粉コアであって、
   前記透磁率比Ｒμが０．６以下であって、
   前記常数κ_eが１．１×１０^-6ｋＷ／ｍ³／（ｋＨｚ）²／（ｍＴ）²以下であることを特徴とする圧粉コア。
3. 絶縁性結着材をさらに含有する、請求項２に記載の圧粉コア。
4. 請求項２または請求項３に記載される圧粉コア、コイルおよび前記コイルのそれぞれの端部に接続された接続端子を備えるインダクタであって、前記圧粉コアの少なくとも一部は、前記接続端子を介して前記コイルに電流を流したときに前記電流により生じた誘導磁界内に位置するように配置されているインダクタ。
5. 請求項４に記載されるインダクタが実装された電子・電気機器であって、前記インダクタは前記接続端子にて基板に接続されている電子・電気機器。
6. 前記インダクタはＤＣ−ＤＣコンバータを構成する部品の１つである、請求項５に記載の電子・電気機器。
7. 前記ＤＣ−ＤＣコンバータは、フェイズシフトフルブリッジ絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータであって、前記インダクタは１次共振インダクタである、請求項６に記載の電子・電気機器。
   
   

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