JP7138736B2 - コア、リアクトル、コアの製造方法及びリアクトルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、磁性粉末と樹脂からなるメタルコンポジットコアを有するコア、リアクトル、コアの製造方法及びリアクトルの製造方法に関する。

ＯＡ機器、太陽光発電システム、自動車、無停電電源など様々な用途にリアクトルが用いられている。リアクトルは、例えば、出力系への高調波電流の流出を防止するフィルタや、電圧を昇降させる電圧昇降用コンバータなどに用いられる。

リアクトルには、用途に合わせて透磁率、インダクタンス値、鉄損などの磁気特性が求められる。例えば、電圧昇降用のコンバータに用いられるリアクトルは、エネルギー変換効率の向上が求められるため、エネルギー損失である鉄損が小さいことが求められる。

また、様々な用途に対応するため、リアクトルに用いられるコアを任意の形状に成型したいという要望もある。このような要望に応えるリアクトルとして、メタルコンポジットコアと呼ばれるタイプのコアを備えたものがある。メタルコンポジットコア（以下、単にＭＣコアともいう。）は、金属磁性粉末と樹脂とを混ぜた材料を所定形状に成型して固化させてなるコアである。

特開２０１２－ ３３７２７号公報

従来のＭＣコアは、その材料がスラリー状であり、容器に当該材料を流し込むことにより成型するので、所望の形状を容易に成型でき、形状の制約が少ないという成型性に利点がある。しかし、従来のＭＣコアの材料は、容器内での流動性を良くするために、樹脂の含有量を多くしていた。このため、当該材料中の磁性粉末の占める割合が少なくなり、コア密度の低下を招き、結果として磁気特性が低下していた。

一方、高磁界で用いても、高い透磁率が得られることにより、優れた磁気特性が得られる圧粉磁心（以下、ダストコアともいう）と呼ばれるタイプのコアも存在する。しかし、ダストコアは、絶縁樹脂で被覆した軟磁性粉末を金型に入れて、１０～２０ｔ／ｃｍ^２の高圧で加圧成型することにより製造される。このため、金型を含む製造設備が大型化、高コスト化する。また、ダストコアを成型するには、高圧に耐え得る金型とする必要がある。このため、型の形状が限定されることになり、成型できる形状も限定されてしまう。さらに、ダストコアを成型するには型抜きが必要となるため、型抜き方向に直交する面ができない場合が生じるなど、形状の自由度が低い。

これに対処するため、型により成型し易い形状の部分コアを組み合わせることにより、所望の形状のダストコアを構成することが考えられる。しかし、このような分割構成の場合には、多種の金型を用意して、それぞれの金型によって各部分コアを成型し、さらにそれらを組み合わせる工程も必要となるので、コストや生産性に問題がある。

本発明の目的は、優れた成型性と磁気特性の両立ができるコア、リアクトル、コアの製造方法及びリアクトルの製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は、磁性粉末と樹脂とからなるコアであって、前記磁性粉末は、平均粒子径が１００μｍ以上２００μｍ以下である第１の磁性粉末と、平均粒子径が３μｍ以上１０μｍ以下である第２の磁性粉末から成り、前記磁性粉末に対する前記第１の磁性粉末の添加量が６０～８０ｗｔ％であり、前記磁性粉末の真密度に対する前記コアの見かけ密度の割合が、７７％以上、８２％未満であり、初透磁率が３０以上、１２ｋＡ／ｍの透磁率が２４以上であり、前記磁性粉末に対して、樹脂が３～５ｗｔ％である。

第１の磁性粉末の円形度は、０．９３以上であってもよい。

前記コアの全表面が非摺動面であってもよい。上記のコアと、コイルとを備えたリアクトルも、本発明の一態様である。

また、本発明のコアの製造方法は、磁性粉末及び樹脂を含むコアの製造方法であって、前記磁性粉末は、第１の磁性粉末と、前記第１の磁性粉末より平均粒子径の小さい第２の磁性粉末を含み、前記磁性粉末に対する前記第１の磁性粉末の添加量が６０～８０ｗｔ％であり、前記磁性粉末に対する樹脂の含有量が３～５ｗｔ％となるように混合する混合工程と、前記混合工程で得た混合物を所定の容器に入れて成型する成型工程と、前記成型工程時に、前記磁性粉末の真密度に対する前記コアの見かけ密度の割合が、７７％以上、８２％未満となるように、前記混合物を押圧する加圧工程と、前記成型工程で得た成型体中の前記樹脂を硬化させる硬化工程と、を有し、前記加圧工程は、前記混合物を押圧する圧力が、６．３ｋｇ／ｃｍ^２以上１５．７ｋｇ／ｃｍ^２以下である。

なお、前記コアの製造方法により製造されたコアと、前記コアに装着されたコイルとを備えたリアクトルの製造方法も、本発明の一態様である。

本発明によれば、成型がし易く、優れた磁気特性を得ることができるコア、リアクトル、コアの製造方法及びリアクトルの製造方法を提供することができる。

実施形態に係るリアクトルの製造方法を説明するためのフローチャートである。 成型工程及び加圧工程を説明するための図である。 実施例１～４及び比較例１の面圧に対する理論密度のグラフである。 実施例３のコア断面のＳＥＭ写真（１００倍）である。 比較例１のコア断面のＳＥＭ写真（１００倍）である。 実施例１～４及び比較例１の面圧に対する透磁率のグラフである。 実施例１～４及び比較例１の面圧に対する鉄損のグラフである。 実施例５～９及び比較例２～４の樹脂量に対する透磁率のグラフである。 実施例５～９及び比較例２～４の樹脂量に対する鉄損のグラフである。 実施例１０～１３の面圧に対する透磁率のグラフである。 実施例１０～１３の面圧に対する鉄損のグラフである。 実施例２、１４、１５及び比較例５～７の第２の磁性粉末の添加量に対する透磁率のグラフである。 実施例２、１４、１５及び比較例５～７の第２の磁性粉末の添加量に対する密度のグラフである。 本実施形態に対応するコア断面のＳＥＭ写真（１００倍）である。 ダストコア断面のＳＥＭ写真（１０００倍）である。 実施例１６、１７及び比較例８のリアクトルの直流励磁電流に対するインダクタンスのグラフである。

［１．実施形態］
［１－１．構成］
本実施形態のリアクトルは、コアと、コイルとを備える。コアは、磁性粉末と樹脂とを含み構成されたメタルコンポジットコア（以下、ＭＣコアとも呼ぶ）である。磁性粉末と樹脂とを混合した粘土状の混合物を、所定の容器に充填し、加圧することでコアを所定の形状とすることができる。コアの形状は、例えば、トロイダル状コア、Ｉ型コア、Ｕ型コア、θ型コア、Ｅ型コア、ＥＥＲ型コアなど、種々の形状とすることができる。

磁性粉末としては、軟磁性粉末が使用でき、特に、Ｆｅ粉末、Ｆｅ－Ｓｉ合金粉末、Ｆｅ－Ａｌ合金粉末、Ｆｅ－Ｓｉ－Ａｌ合金粉末（センダスト）、又はこれら２種以上の粉末の混合粉などが使用できる。Ｆｅ－Ｓｉ合金粉末としては、例えば、Ｆｅ－６．５％Ｓｉ合金粉末、Ｆｅ－３．５％Ｓｉ合金粉末を使用できる。軟磁性粉末の平均粒子径（Ｄ５０）は２０μｍ～１５０μｍが好ましい。なお、本明細書において「平均粒子径」とは、特に断りがない限り、Ｄ５０、すなわちメジアン径を指すものとする。

磁性粉末は、異なる平均粒子径の磁性粉末から構成する。つまり、磁性粉末は、第１の磁性粉末と、第１の磁性粉末より平均粒子径の小さい第２の磁性粉末を含む。また、磁性粉末に対する第１の磁性粉末の添加量が６０～８０ｗｔ％であることが好ましい。つまり、磁性粉末を、第１の磁性粉末と第２の磁性粉末により構成した場合、その重量比率は、第１の磁性粉末：第２の磁性粉末＝８０：２０～６０：４０とすることが好ましい。この範囲とすることで密度が向上し、透磁率も向上するともに、鉄損を小さくすることができる。

第１の磁性粉末の平均粒子径は１００μｍ～２００μｍとすることが好ましい。また、第２の磁性粉末は、３μｍ～１０μｍとすることが好ましい。第１の磁性粉末同士の隙間に平均粒子径の小さい第２の磁性粉末が入り込み、密度及び透磁率の向上と低鉄損化を図ることができるからである。本実施形態のコアは、初透磁率が３０以上、１２ｋＡ／ｍの透磁率が２４以上である。

第１の磁性粉末及び第２の磁性粉末は、球形であることが好ましい。第１の磁性粉末の円形度は、０．９３以上であり、第２の磁性粉末の円形度は、０．９５以上であることが好ましい。第１の磁性粉末同士の隙間が少なくなり、かつ、当該隙間により多くの第２の磁性粉末が入り込み易くなり、密度及び透磁率の向上を図ることができるからである。ＭＣコアの場合、加圧工程において加わる圧力は、数ｋｇ／ｃｍ^２～数十ｋｇ／ｃｍ^２であり、数ｔ／ｃｍ^２～数十ｔ／ｃｍ^２を必要とする圧粉磁心（以下、ダストコアとも呼ぶ）に比べて、１０００分の１程度と非常に小さいため、磁性粉末の円形度が維持できる。つまり、高い圧力で加圧する必要があるダストコアの場合、このような磁性粉末の円形度は得られない。

なお、平均粒子径が最大の第１の磁性粉末に対して、これよりも平均粒子径の小さい第２の磁性粉末が含まれていればよいため、第２の磁性粉末は、平均粒子径が異なる磁性粉末を含んでいてもよい。つまり、第２の磁性粉末は、平均粒子径が１つに規定できる磁性粉末であってもよいし、平均粒子径が２以上で規定される磁性粉末であってもよい。また、第１の磁性粉末と第２の磁性粉末の材質、つまり種類は同じでも良いし、異なっていても良い。異なる場合は３種以上であっても良い。３種類以上の粉末により磁性粉末を構成する場合、各種類で平均粒子径を異ならせても良い。

第１の磁性粉末は、粉砕分を用いることが好ましい。第２の磁性粉末は、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、水・ガスアトマイズ法により製造されるものを使用できるが、特に、水アトマイズ法によるものが好ましい。理由は、水アトマイズ法はアトマイズ時に急冷するため、粉末が結晶化しにくいからである。

樹脂は、磁性粉末と混合され、磁性粉末を保持する。磁性粉末が平均粒子径の異なる粉末で構成される場合、各粉末を均質に混合した状態で保持する。樹脂としては、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、又は熱可塑性樹脂が使用できる。熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂などが使用できる。紫外線硬化性樹脂としては、ウレタンアクリレート系、エポキシアクリレート系、アクリレート系、エポキシ系の樹脂を使用できる。熱可塑性樹脂としては、ポリイミドやフッ素樹脂などの耐熱性に優れた樹脂を使用することが好ましい。硬化剤を添加することにより硬化するエポキシ樹脂は、硬化剤の添加量などによってその粘度を調整できることから、本発明に適している。熱可塑性のアクリル樹脂やシリコーン樹脂も使用可能である。

樹脂は、磁性粉末に対して３～５ｗｔ％含有されていることが好ましい。樹脂の含有量が３ｗｔ％より少ないと、磁性粉末の接合力が不足し、コアの機械的強度が低下する。また、樹脂の含有量が５ｗｔ％より多いと、第１の磁性粉末間に形成された樹脂が入り込み、その隙間を第２の磁性粉末が埋めることができなくなるなど、コアの密度が低下し、透磁率が低下する。

樹脂の粘度は、磁性粉末との混合時において５０～５０００ｍＰａ・ｓであることが好ましい。粘度が５０ｍＰａ・ｓ未満であると、混合時において樹脂が磁性粉末に絡みつくことがなく、容器内で磁性粉末と樹脂とが分離しやすくなり、コアの密度又は強度にバラツキが生じる。粘度が５０００ｍＰａ・ｓを超えると、粘度が高くなりすぎ、例えば、第１の磁性粉末間に形成された樹脂が入り込み、その隙間を第２の磁性粉末が埋めることができなくなるなど、コアの密度が低下し、透磁率が低下する。

樹脂には、粘度調整材料として、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＢＮ、ＡｌＮ、ＺｎＯ、ＴｉＯ_２などを使用することができる。粘度調整材料としてのフィラーの平均粒子径は、第２の磁性粉末の平均粒子径以下、好ましくは第２の磁性粉末の平均粒子径の１／３以下が良い。フィラーの平均粒子径が大きいと、得られたコアの密度が低下するからである。また、樹脂には、Ａｌ_２Ｏ_３、ＢＮ、ＡｌＮなどの高熱伝導率材料を添加することができる。

コアの見かけ密度の、磁性粉末の真密度に対する割合は、７６．６％以上、８２％未満であることが好ましい。７７％以上であると更に好ましい。当該割合が７６．６％以上であると、高磁界においても透磁率を高く維持することができる。逆に、当該割合が７６．６％未満であると、低密度により高磁界における透磁率が低下しやすい傾向がある。また、同じ透磁率の特性をダストコアで作成しようとすると、コアの見かけ密度の、磁性粉末の真密度に対する割合が８２％～８８％程度まで達してしまう。ダストコアは粉末単体で樹脂をコーティングして、上記のように非常に高い圧力で押し固めた時点で外形が形成されるためである。ＭＣコアは、磁性粉末は樹脂に分散されて混ぜ込まれていて、上記のように低い圧力で内部の空気を抜く程度に加圧するに過ぎないため、樹脂が押し固めによらずに硬化している。従って、本実施形態のＭＣコアの見かけ密度の、磁性粉末の真密度に対する割合は８２％未満となる。

なお、本実施形態のＭＣコアの表面とダストコアの表面とは、以下のような相違がある。まず、ダストコアは、上記のように、絶縁樹脂で被覆した軟磁性粉末を金型に入れて、非常に高い圧力で加圧成型した成型体に、焼鈍などの熱処理を行うことにより製造される。このため、ダストコアの表面は、比較的円滑である。一方、ＭＣコアは、上記のように絶縁樹脂を混合した複合磁性粉末を所定形状の容器に入れて、比較的低い圧力をかけることにより、所定の形状に成型する。このため、ＭＣコアの表面は、ダストコアに比べて粗い。例えば、ＭＣコアにはダストコアにはない微小な穴や凹凸が存在する、表面粗さがダストコアに比べて粗い等の相違がある。

また、ダストコアは、絶縁樹脂で被覆した軟磁性粉末を、外型の成型孔の内周面と、下型の上面によって形成される領域に投入し、上型によって圧縮後、上型を抜くことにより成型する。このとき、絶縁樹脂で被覆した軟磁性粉末は型内で高圧で加圧されるため、形成されたダストコアを取り出す際に、型に対して押し付けられるような力が加わっている。従って、ダストコアの表面には、取り出しの際に金型の内周面に対して摺動する部分に、摺動痕が形成される。摺動痕とは、金型の表面を擦りながら移動することにより形成される複数の線状の痕である。本実施形態のＭＣコアは、型内で樹脂の硬化によりコアとなるため、コアが型に押し付けられることがなく、その表面は摺動痕を有しない。摺動痕を有しない面が非摺動面である。本実施形態のＭＣコアは、全ての表面が非摺動面である。

コイルは、絶縁被覆が施された導線であり、線材として銅線やアルミニウム線を用いることができる。コイルは、コアの少なくとも一部に導線が巻き回されて形成され或いは装着されており、コアの少なくとも一部の周囲に配置される。コイルの巻き方や線材の形状は特に限定されない。

［１－２．リアクトルの製造方法］
本実施形態に係るリアクトルの製造方法について、図面を参照しつつ説明する。本リアクトルの製造方法は、図１に示すように、(1)混合工程、(2)成型工程、(3)加圧工程、及び(4)硬化工程を備える。

(1) 混合工程
混合工程は、磁性粉末と樹脂とを混合する工程である。磁性粉末が、平均粒子径の異なる２種類の磁性粉末から構成される場合には、混合工程は、第１の磁性粉末と、第１の磁性粉末より平均粒子径の小さい第２の磁性粉末とを混合し、磁性粉末を構成する磁性粉末混合工程と、磁性粉末に対して３～５ｗｔ％の樹脂を添加し、磁性粉末と樹脂とを混合する樹脂混合工程とを有する。

各混合工程の混合は、所定の混合器を用いて自動で、又は手動で行うことができる。各混合工程の混合時間は、適宜設定することができ、特に限定されるものではないが、例えば２分間とする。

このような混合工程により、磁性粉末と樹脂との混合物（以下、複合磁性材料ともいう）を得ることができる。なお、混合工程は、成型工程において複合磁性材料を成型するための容器に、磁性粉末と樹脂とを充填して混合しても良い。これにより、複合磁性材料を容器に移し替える必要がなく、製造工数を削減することができる。

(2) 成型工程
成型工程は、複合磁性粉末を所定形状の容器に入れて所定の形状に成型する工程である。成型工程では、複合磁性粉末とともにコイルを入れて成型しても良い。

容器としては、製造するコアの形状に合わせて各種の形状のものを使用する。コイルを入れる場合には、容器は、上方からコイルを挿入できるよう、上面開口型の箱型や皿形の容器を使用する。成型工程で使用する容器は、そのままコアとコイルとを収容するリアクトルの外装ケースとして使用することもできる。当該容器を外装ケースとして使用すれば、複合磁性粉末の硬化後に容器を取り出す必要がない利点がある。容器を外装ケースとして使用しない場合には、１つの容器で複数のリアクトルを製造するようにしても良い。すなわち、容器の底部に複数の凹部を形成しておき、当該凹部に複合磁性材料及びコイルを入れることにより、複数のリアクトルを製造するようにしても良い。このようにすることで、複数のリアクトルに対し、一度の成型工程で済むので、製造効率を向上させることができる。

成型工程に使用する容器としては、その全部又は一部を樹脂成型品によって構成することができる。容器を樹脂製にすることにより、製造コストを削減することができ、かつ、ＭＣコアの任意の形状とすることができる利点を活かすことができる。すなわち、樹脂は、比較的安価な材料であるため、容器を製造するコストを抑えることができるとともに、射出成型等により、任意の形状のコアを形成することができる。樹脂成型品の材料としては、例えば、不飽和ポリエステル系樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、ＢＭＣ（バルクモールディングコンパウンド）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等を用いることができる。

また、容器の全部又は一部を、アルミニウム、マグネシウムなどの熱伝導性の高い金属で構成しても良い。後述するように、加圧工程において複合磁性材料を温めやすくなるからである。

(3) 加圧工程
加圧工程は、成型工程時に、複合磁性材料を押圧部材で押圧する工程である。容器に入れられた粘土状の複合磁性材料を、押圧部材で押圧することにより、容器の形状に複合磁性材料を押し広げるとともに、複合磁性材料に含まれていた空隙を減少させ、見かけ密度及び透磁率を向上させる。

容器にコイルを入れない場合は、当該工程により、複合磁性材料が容器内部の形状となる。すなわち、複合磁性材料から構成された所定の形状の成型体を得ることができる。

容器にコイルを入れる場合は、図２に示すように、容器内に複合磁性材料を入れて、押圧部材により容器の形状に複合磁性材料を押し広げる。その後、複合磁性材料を押圧したことによりできたスペースにコイルを挿入し、さらに複合磁性材料を充填し、コイルとともに複合磁性材料を押圧部材により上から押圧する。或いは、容器内に複合磁性材料を入れ、その後、コイルをその内外周を含めて当該複合磁性材料に埋設し、コイルとともに複合磁性材料を上から押圧するようにしても良い。このように、コイルとともに複合磁性材料を押圧することにより、複合磁性材料に含まれていた空隙を減少させ、見かけ密度及び透磁率を向上させることができる。なお、コイルが存在する部分は避けて、複合磁性材料のみを押圧するようにしても良い。このように、当該工程により、コイルを含んだ所定形状の複合磁性材料の成型体を得ることができる。

このように、加圧工程は、複合磁性材料を押圧部材で押圧して、当該材料を容器の形状としても良く、この場合は、加圧工程を、加圧工程及び成型工程と捉えることができる。

複合磁性材料を押圧する圧力は、１．６ｋｇ／ｃｍ^２以上であるとよい。この圧力によって、初透磁率を３０以上、１２ｋＡ／ｍの透磁率を２４以上とすることができる。但し、６．３ｋｇ／ｃｍ^２以上であると、より好ましい。６．３ｋｇ／ｃｍ^２未満であれば、押圧する圧力が小さく、見かけ密度を向上させる効果が小さいからである。また、当該値以上であっても、１５．７ｋｇ／ｃｍ^２以下であることが好ましい。この値を超えて押圧しても、見かけ密度を向上させる効果が小さいからである。また、この値を超えて押圧すると、樹脂のみが押圧されて、磁性粉末間の絶縁性が悪化するからである。

複合磁性材料を押圧する時間は、樹脂の含有量や粘性によって適宜変更することができる。例えば、１０秒とすることができる。

加圧工程は、容器又は複合磁性材料を押圧する押圧部材を常温（例えば２５℃）よりも高い温度にして行っても良い。容器又は押圧部材の温度を上げることにより、樹脂が温められ、柔らかくなる。そのため、容器内の隙間に複合磁性材料が流れ込み易くなり、成型性を向上させることができるとともに、複合磁性材料中の空隙に当該材料が流れ込み易くなり、密度を向上させることができる。容器又は複合磁性材料を押圧する押圧部材の温度は、複合磁性材料に含まれる樹脂の軟化点より高くすると良い。効果的に樹脂を柔らかくすることができるからである。加圧工程は、容器又は複合磁性材料を押圧する押圧部材の温度を保持したまま行っても良い。

また、加圧工程は、容器又は押圧部材の温度を上げておく他、複合磁性材料自体を温めておいて当該複合磁性材料を押圧するようにしても良い。容器又は複合磁性材料を押圧する押圧部材の温度を保持し、かつ、複合磁性材料自体を温めておいて押圧するようにしても良い。

(4) 硬化工程
硬化工程は、成型工程で得た成型体中の樹脂を硬化させる工程である。成型体中の樹脂の乾燥により硬化させる場合、乾燥雰囲気は、大気雰囲気とすることができる。乾燥時間は、樹脂の種類、含有量、乾燥温度等に応じて適宜変更可能であり、例えば、１時間～４時間とすることができるが、これに限定されない。乾燥温度は、樹脂の種類、含有量、乾燥時間等に応じて適宜変更可能であり、例えば、８５℃～１５０℃とすることができるが、これに限定されない。なお、乾燥温度は、乾燥雰囲気の温度である。

また、樹脂の硬化は、乾燥に限られず、樹脂の種類によって硬化方法は異なる。例えば、樹脂が熱硬化性樹脂であれば、熱を加えることにより樹脂を硬化させ、樹脂が紫外線硬化性樹脂であれば、成型体に紫外線を照射させることで樹脂を硬化させる。

硬化工程は、所定の温度で所定時間成型体を硬化させる工程を複数回繰り返しても良い。また、例えば、樹脂の乾燥により硬化させる場合、複数回繰り返す毎に、乾燥温度又は乾燥時間を異ならせても良い。

［１－３．作用・効果］
（１）本実施形態のコアは、磁性粉末と樹脂とからなるコアであって、磁性粉末は、第１の磁性粉末と、第１の磁性粉末より平均粒子径の小さい第２の磁性粉末を含み、磁性粉末に対する第１の磁性粉末の添加量が６０～８０ｗｔ％であり、前記磁性粉末の真密度に対する前記コアの見かけ密度の割合が、７６．６％以上、８２％未満であり、初透磁率が３０以上、１２ｋＡ／ｍの透磁率が２４以上である。

このため、優れた成型性と磁気特性の両立ができる。つまり、本実施形態のコアは、ＭＣコアであるため、ダストコアと比べて形状の自由度が高く、分割構成としなくても所望の形状のコアを容易に作成できる。分割構成としないことにより、ギャップを無くすことができるので、本実施形態のコアをリアクトルとして構成した場合に、コイルへの漏れ磁束が低減でき、銅損が低下することによって、コイルの発熱を抑えることができる。また、ダストコアと比べても、高磁界で遜色のない透磁率を得ることができる。つまり、ギャップの存在は、高磁界における透磁率を維持することに寄与するため、ダストコアにおいては、敢えて分割構成としてギャップを生じさせている場合がある。磁性粉末同士の間隔もギャップの役割を果たすが、ダストコアは磁性粉末同士の間隔が密でありギャップとしての機能が弱いため、分割構成としてギャップを生じさせている。一方、ＭＣコアは磁性粉末同士の間隔が、ダストコアと比べて疎であるため、この間隔がギャップの役割を果たすことにより、分割構成とすることなく、高磁界でも高い透磁率を得ることができる。さらに、本実施形態のコアは、低圧力で成型できるため、製造設備の小型化、低コスト化が可能となる。

（２）本実施形態のコアは、磁性粉末に対して、樹脂が３～５ｗｔ％である。これにより、成型性の利点を得つつも、生産性及び密度を向上させたコアを得ることができる。すなわち、樹脂量を３～５ｗｔ％としたので、複合磁性材料が粘土状となって扱い易くなり、生産性を向上させることができる。

（３）本実施形態のコアは、前記磁性粉末の真密度に対する前記コアの見かけ密度の割合が、７７％以上である。このため、より一層優れた透磁率を得ることができる。

（４）本実施形態のコアは、全表面が非摺動面である。このため、ダストコアではないにもかかわらず、上記のような優れた磁気特性を得ることができる。つまり、ダストコアは摺動痕により、磁性粉末を覆っている絶縁被膜が剥がれてしまうことから、渦電流損が悪化する。一方、本実施形態のコアは、摺動痕が生じないため、ダストコアよりも低損失になる。

（５）本実施形態のコアは、第１の磁性粉末の円形度は、０．９３以上である。このため、ダストコアではないにもかかわらず、上記のような優れた磁気特性を得ることができる。つまり、ダストコアは、加圧による磁性粉末の変形が生じるため、ヒステリシス損が大きくなる。一方、本実施形態のコアは、加圧による磁性粉末の変形が生じないため、ヒステリシス損を抑えることができる。なお、ダストコアは、ヒステリシス損の悪化を軽減するために、加圧成型後に焼鈍を行う必要がある。一方、本実施形態のコアは、ヒステリシス損の悪化が無いため、焼鈍が不要となる。

（６）本実施形態のコアの製造方法は、磁性粉末及び樹脂を含むコアの製造方法であって、磁性粉末は、第１の磁性粉末と、第１の磁性粉末より平均粒子径の小さい第２の磁性粉末を含み、磁性粉末に対する第１の磁性粉末の添加量が６０～８０ｗｔ％であり、磁性粉末に対して、樹脂を混合する混合工程と、混合工程で得た混合物を所定の容器に入れて成型する成型工程と、成型工程時に、磁性粉末の真密度に対する前記コアの見かけ密度の割合が、７６．６％以上、８２％未満となるように、混合物を押圧する加圧工程と、成型工程で得た成型体中の樹脂を硬化させる硬化工程と、を有する。

これにより、成型性の利点を得つつも、生産性及び密度を向上させたコアを得ることができる。加圧工程を有することで、複合磁性材料の形状を所定の形状に成型することができるというＭＣコアの利点である成型性の利点を確保することができるとともに、複合磁性材料を押圧することにより、複合磁性材料に含まれる空隙に当該材料が入り込みやすくなり、コアの見かけ密度及び磁気特性を向上させることができる。

（７）加圧工程は、前記混合物を押圧する圧力を、１．６ｋｇ／ｃｍ^２以上とした。これにより、ＭＣコアでありながら、コアの磁気特性を向上させることができる。

［１－４．実施例］
本発明の実施例を、表１～表３及び図３～図９を参照して、以下に説明する。
（１）測定項目
測定項目は、密度、透磁率及び鉄損である。作製された各コアのサンプルに対して、φ２．６ｍｍの銅線で４０ターンの巻線を施してリアクトルを作製した。各コアのサンプルの形状は、外径３５ｍｍ、内径２０ｍｍ、高さ１１ｍｍのトロイダル形状とした。また、作製したリアクトルの透磁率及び鉄損を下記の条件で算出した。

＜密度＞
コアの密度は、見かけ密度である。すなわち、各コアのサンプルの外径、内径、及び高さを測り、これらの値からサンプルの体積（ｃｍ^３）を、π×（外径^２－内径^２）×高さに基づき算出した。そして、サンプルの質量を測定し、測定した質量を算出した体積で除してコアの密度を算出した。

＜透磁率及び鉄損＞
透磁率及び鉄損の測定条件は、周波数２０ｋＨｚ、最大磁束密度Ｂｍ＝３０ｍＴとした。透磁率は、鉄損Ｐｃｖ測定時に最大磁束密度Ｂｍを設定したときの振幅透磁率とした。鉄損については、磁気計測機器であるＢＨアナライザ（岩通計測株式会社：ＳＹ－８２３２）を用いて算出した。この算出は、鉄損の周波数曲線を次の（１）～（３）式で最小２乗法により、ヒステリシス損係数、渦電流損失係数を算出することで行った。

Ｐｃｖ＝Ｋｈ×ｆ＋Ｋｅ×ｆ^２…（１）
Ｐｈｖ ＝Ｋｈ×ｆ…（２）
Ｐｅｖ ＝Ｋｅ×ｆ^２…（３）
Ｐｃｖ：鉄損
Ｋｈ ：ヒステリシス損係数
Ｋｅ ：渦電流損係数
ｆ ：周波数
Ｐｈｖ：ヒステリシス損失
Ｐｅｖ：渦電流損失

本実施例において、各粉末の平均粒子径と円形度は、下記装置を用いて３０００個の平均値をとったものであり、ガラス基板上に粉末を分散して、顕微鏡で粉末写真を撮り一個毎自動で画像から測定した。
会社名：Ｍａｌｖｅｒｎ
装置名：ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉ Ｇ３Ｓ
比表面積は、ＢＥＴ法により測定した。

（２）サンプルの作製方法
コアのサンプルは、下記のように、(a)加圧工程におけるプレス面圧、(b)樹脂量、(c)容器の温度の違いの観点から作製した。これらの作製方法と、その結果について下記に順に示す。

(a) 加圧工程におけるプレス面圧
まず、混合工程として、平均粒径１２３μｍのＦｅ－６．５％Ｓｉ合金粉末（円形度０．９４３）と、平均粒径５．１μｍのＦｅ－６．５％Ｓｉ合金粉末（円形度０．９０８）を重量比率７０：３０でＶ型混合機にて３０分混合して磁性粉末を構成した。そして、アルミカップに当該磁性粉末を入れ、当該磁性粉末に対して、３．５ｗｔ％のエポキシ樹脂を添加し、２分間ヘラを用いて手動で混合した。これにより、磁性粉末と樹脂との混合物である複合磁性材料を得た。

次に、混合工程で得た複合磁性材料を、トロイダル形状の空間を有する樹脂製の容器に充填し、油圧プレス機を用いて容器内の複合磁性材料を表１のプレス圧で１０秒間押圧し、トロイダル形状の成型体を作製した。この押圧の間、容器の温度は２５℃に保った。

このように加圧工程及び成型工程で得られた成型体を大気中にて、８５℃で２時間乾燥させ、その後１２０℃で１時間乾燥させ、さらに１５０℃で４時間乾燥させて、サンプルとなるトロイダルコアを作製した。

表１及び図３～図７に各プレス圧にて得られた実施例１～４、比較例１におけるコアの密度、透磁率、鉄損の結果を示す。実施例１～４は、プレス圧を１００Ｎ、４００Ｎ、６００Ｎ、１０００Ｎとし、比較例１はプレス無しとした。プレス面はいずれも同じである。

表１における「理論密度」は、コアの見かけ密度／磁性粉末の真密度により算出された割合である。ここでは、第１の磁性粉末、第２の磁性粉末は、ともにＦｅ－６．５％Ｓｉ合金粉末を使用しており、その真密度を７．６３ｇ／ｃｍ^３として理論密度を算出している。

図３は、実施例１～４及び比較例１の面圧に対する理論密度のグラフである。表１及び図３に示すように、実施例１～４の面圧に対する理論密度は、加圧工程を行わない比較例１よりも、加圧工程を行った実施例１～４の方が高く、面圧が上がるにつれて高くなる傾向にあることが分かる。面圧が１．６ｋｇ／ｃｍ^２の実施例１では、理論密度が７６．６２％であり、加圧無しの比較例１の理論密度７６．４７％との差は少ない。しかし、実施例１では、後述するように、透磁率を高くすることができる。面圧が６．３ｋｇ／ｃｍ^２以上の実施例２～４では、理論密度が７７．５％以上となり、比較例１、実施例１よりも高い値となっている。すなわち、面圧を６．３ｋｇ／ｃｍ^２以上とすることで、複合磁性材料に含まれる空隙や、容器の隅々まで当該材料が行き渡ることにより密度が向上することが分かる。また、面圧が６．３ｋｇ／ｃｍ^２以上となると、理論密度はほぼ一定であることが分かる。

図４は、実施例３のコア断面のＳＥＭ写真（１００倍）である。図５は、比較例１のコア断面のＳＥＭ写真（１００倍）である。図４及び図５において、符号１は、第１の磁性粉末を示し、符号２は、第２の磁性粉末を示している。符号３は、樹脂を示し、符号４は空隙を示している。なお、空隙４は、ＳＥＭ写真において濃い黒で表されている部分であり、これに対し、比較的薄い黒で表されている部分が樹脂３である。図４、図５から明らかなように、図４に示す実施例３の方が、図５に示す比較例１より、複合磁性材料中の空隙４の数が減少し、空隙４自体の大きさも小さくできることが分かる。

透磁率は、振幅透磁率であり、前述のインピーダンスアナライザーを使用することで、２０ｋＨｚ、１．０Ｖにおける各磁界の強さのインダクタンスから算出した。表１中の「μ０」は、直流を重畳させていない状態、すなわち磁界の強さが０Ｈ（Ａ／ｍ）の時の初透磁率を示す。表１中の「μ１２０００」は、磁界の強さが１２ｋＨ（ｋＡ／ｍ）の時の透磁率を示す。

図６は、実施例１～４及び比較例１の面圧に対する透磁率のグラフである。表１及び図６に示すように、透磁率は、加圧しない比較例１に比べて、加圧した実施例１～４の方が高くなることが分かる。例えば、実施例２の初透磁率μ０は、比較例１と比べて、約８．７％上昇することが分かる。なお、加圧する実施例１でも、加圧しない比較例１と比べて透磁率が高くなる。但し、コアの密度上昇に対する寄与は比較的小さい。つまり、上記のように、実施例１は理論密度が７６．６２％であり、加圧無しの比較例１の理論密度７６．４７％との差は少ない。このため、密度が透磁率と関連するという技術常識からは、比較例１と実施例１との理論密度の差では、透磁率を飛躍的に向上させることはできないと想定される。しかし、本発明者らは、実施例１では、初透磁率μ０が３３．０、μ１２０００が２４．４であるため、比較例１が初透磁率μ０が３１．１、μ１２０００が２３．５であることに比べて、透磁率を飛躍的に向上させることができることを見出した。つまり、透磁率に着目した場合、理論密度７６．６％以上とすることは、臨界的意義を有している。

図７は、実施例１～４及び比較例１の面圧に対する鉄損のグラフである。表１及び図７に示すように、鉄損については、加圧しない比較例１に比べて、加圧した実施例１～４の方が低くなることが分かる。特に、面圧を大きくすることにより、ヒステリシス損失（Ｐｈｖ）が低下する傾向にあることが分かる。加圧する実施例１でも、加圧しない比較例１と比べて鉄損が低減するが、実施例２～４の方がより鉄損が低減することが分かる。

面圧が６．３ｋｇ／ｃｍ^２以上となると、透磁率及び鉄損がともにほぼ一定となり、加圧することに依る磁気特性への効果が飽和する傾向にあることが分かる。言い換えれば、面圧が１．６～１５．７ｋｇ／ｃｍ^２の範囲で、加圧工程を有することにより、透磁率の向上及び低鉄損化の効果が得られることが分かる。さらに、６．３ｋｇ／ｃｍ^２以上とすると、密度上昇に大きく寄与し、鉄損低減効果が高いことが分かる。

(b) 樹脂量
実施例３の樹脂量を表２に示す条件として、実施例３と同様の手順でコアのサンプル（実施例５～９及び比較例２～４）を作製した。表２及び図８、図９に、実施例５～９及び比較例２～４の密度、透磁率、鉄損の結果を示す。なお、表２のμ０、μ１２０００は、表１のものと同じ意味である。

図８は、実施例５～９及び比較例２～４の樹脂量に対する透磁率のグラフである。図９は、実施例５～９及び比較例２～４の樹脂量に対する鉄損のグラフである。表２及び図８、９に示すように、樹脂量が、複合磁性材料に対して３ｗｔ％未満であると、コアの含まれる空隙が多くなり、密度が低下する。その結果、透磁率の低下及びヒステリシス損失増加の原因となる。また、樹脂量が３ｗｔ％未満であると、磁性粉末同士が点接触しやすく、渦電流損失の増加の原因となる。一方、樹脂量が、複合磁性材料に対して５ｗｔ％超であると、密度の低下が著しくなる。その結果、ヒステリシス損失が増大する。

(c) 容器の温度
容器の温度を異ならせてコアのサンプルを作製した。上記(a)の通り、実施例１～４及び比較例１では、容器の温度は２５℃とした。また、容器の温度を７０℃とし、容器の温度以外は上記(a)で行った工程と同じにして得たサンプルを、実施例１０～１３とした。表３及び図１０、図１１に、実施例１～４、１０～１３及び比較例１の密度、透磁率、鉄損の結果を示す。なお、表３の理論密度、μ０、μ１２０００は、表１のものと同じ意味である。

図１０は、実施例１０～１３の面圧に対する透磁率のグラフである。図１１は、実施例１０～１３の面圧に対する鉄損のグラフである。表３及び図６、７、１０、１１に示すように、容器の温度を７０℃にした実施例１０～１３の方が、容器の温度を２５℃にした実施例１～４よりも、密度、理論密度が増加する傾向にあり、鉄損については低減する傾向にあることが分かる。透磁率は面圧によって増減する結果が見えられた。

また、容器の温度を７０℃とし、温度を高くした中でも、実施例１１～１３は、理論密度が７７．９％以上となっており、面圧を上げることによって実施例１０よりも高くなることが分かる。このように、容器を常温（２５℃）よりも温めることで、複合磁性材料中の樹脂が柔らかくなり、当該材料中の空隙に当該材料が流れ込み易くなることにより、見かけ密度が向上し、理論密度が向上するものと考えられる。その結果として、低鉄損化の効果が得られることが分かった。

(d) 樹脂の粘度測定
本実施例において使用した樹脂の粘度について、説明する。本実施例に使用した樹脂の粘度は、次のように複合磁性材料状に載せた分銅の沈み込みの深さを測定することにより、樹脂の粘度とした。

すなわち、まず、樹脂の添加量を表４に示す条件とし、上記(a)の混合工程と同様にして複合磁性材料を作製した。次に、得られた複合磁性材料を、直径５ｍｍのアルミニウム製の容器に厚さが３ｍｍになるように投入し、その複合磁性材料の上の中央にＪＩＳ標準の１０ｇの分銅を載せた。そして、分銅を載せてから１０秒経過後、分銅を取り除き、分銅の重みで形成された複合磁性材料の凹みの深さを測定した。その結果を表４に示す。

表４に示すように、樹脂の添加量が多くなる程、凹みの深さが深くなっており、複合磁性材料の粘性が低く、分銅が沈み込みやすくなっていることが分かる。

(e) 樹脂の配合比率
実施例２の第１の磁性粉末と第２の磁性粉末の配合比率を表５に示す条件として、実施例２と同様の手順でコアのサンプル（実施例１４、１５及び比較例５～７）を作製した。表５及び図１２、図１３に、実施例１４、１５及び比較例５～７の密度、透磁率、鉄損の結果を示す。なお、表５の密度は表１の理論密度と同じ意味であり、μ０、μ１２０００は、表１のものと同じ意味である。

図１２は、実施例２、１４、１５及び比較例５～７の第２の磁性粉末の添加量に対する透磁率のグラフである。図１３は、実施例２、１４、１５及び比較例５～７の第２の磁性粉末の添加量に対する理論密度のグラフである。表５及び図１２、１３に示すように、第２の磁性粉末の添加量が、２０ｗｔ％未満であると、コアに含まれる空隙が多くなり、密度が低下する。その結果、透磁率の低下及び鉄損増加の原因となる。一方、第２の磁性粉末の添加量が４０ｗｔ％超であると、密度の低下が著しくなる。その結果、鉄損が増大する。

［ＭＣコアとダストコアとの違い］
（断面）
図１４は、本実施形態のコアの断面のＳＥＭ写真（１００倍）である。成形したコアの材料は以下の通りである。
第１の磁性粉末…平均粒子径８０μｍ
第２の磁性粉末…平均粒子径１０μｍ
第１の磁性粉末：第２の磁性粉末＝７０：３０（重量比率）
樹脂…５ｗｔ％
図１５は、ダストコアの断面のＳＥＭ写真（１０００倍）である。図１４及び図１５において、符号１は、第１の磁性粉末を示し、符号２は、第２の磁性粉末を示している。符号３は、樹脂を示している。図１４、図１５から明らかなように、図１４に示すＭＣコアの方が、図１５に示すダストコアよりも、第１の磁性粉末１の円形度が高くなっている。つまり、ダストコアは、数ｔ／ｃｍ^２～数十ｔ／ｃｍ^２という高い圧力で加圧するため、粉末同士が接触し磁性粉末の粒径が変形してしまう。一方、ＭＣコアは、数ｋｇ／ｃｍ^２～数十ｋｇ／ｃｍ^２という低い圧力で、磁性粉末を内包する樹脂内部の空気を抜く程度に加圧するに過ぎず、コアの成形は樹脂の熱硬化によるものであるため、磁性粉末は変形しない。この相違は、図１４、図１５のＳＥＭ写真からもわかるように、視覚的に認識可能である。

（リアクトルでの特性比較）
本実施形態に対応するＭＣコアを適用したリアクトルである実施例１６、実施例１７と、ダストコアを適用したリアクトルである比較例８の特性を比較した。

実施例１６、１７、比較例８のそれぞれの仕様を、以下の表６に示す。

実施例１６、１７のコアの磁性粉末は実施例２と同様であり、比較例８のコアの磁性粉末はセンダストである。実施例１６、１７、比較例８のコアは、一対のヨーク部によって一対のリム部（脚部）を繋ぐことにより磁路が形成された構成である。コアの断面積は、６．１５ｍｍ^２である。実施例１６、実施例１７のコアは、全体が継ぎ目なく形成されているため、ギャップが存在しない。比較例８のコアは、ヨーク部とリム部が別々に成型された分割構成であり、４箇所の接続部分において、それぞれ０．２５ｍｍ間隔のギャップが存在する。比較例８のコアは、ヨーク部の初透磁率が１４７、リム部の初透磁率が７５である。

コイルの巻数は、比較例８、実施例１６は、一対のリム部にそれぞれ４１［Ｔ（Ｔｕｒｎｓ）］が巻装され、実施例１７は、一対のリム部にそれぞれ３９［Ｔ］が巻装されている。リアクトルのサイズは、直交する３辺Ｌ、Ｗ、Ｈの長さ及び体積が、比較例８と実施例１６が同じであるが、実施例１７は体積が小さくなっている。

つまり、実施例１６は、比較例１のダストコアを、ＭＣコアに置き換えたものであり、実施例１７は、３０Ａで比較例１と同等のインダクタンス値（Ｌ値）が得られるように、コイルの巻数を少なくしている。従って、同等のサイズのコア及びコイルを用いた場合、ＭＣコアはダストコアよりもリアクトルの３０ＡでのＬ値を上げることができるので、コイルの巻数を落としてＬ値を同等とした場合、ダストコアよりもリアクトルの小型化が可能となる。

さらに、ダストコアは、成型性に劣るため、分割コアとする必要があり、ギャップを有することになる。しかし、ＭＣコアは全体を継ぎ目なく形成できるので、ギャップを有しない。このため、コイルへの漏れ磁束を低減できるので、銅損が低下して、コイルの発熱を抑えることができる。

表７及び図１６に、比較例８、実施例１６、１７のリアクトルにおいて、直流励磁電流（Ｉｄｃ）を変化させた各値（Ａ）に応じたＬ値を詳細に示す。

ＭＣコアを用いた実施例１６のリアクトルでは、ダストコアを用いた比較例８に比べて、３０Ａ以上において高いＬ値を得ることができるので、直流重畳特性が良好となる。従って、実施例１７のようにコイルの巻数を落として比較例１と同等以上のＬ値を得るとともに、小型化を図ることができる。

［３．他の実施形態］
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１ 第１の磁性粉末
２ 第２の磁性粉末
３ 樹脂
４ 空隙

Claims (6)

1. 磁性粉末と樹脂とからなるコアであって、
   前記磁性粉末は、平均粒子径が１００μｍ以上２００μｍ以下である第１の磁性粉末と、平均粒子径が３μｍ以上１０μｍ以下である第２の磁性粉末から成り、
   前記磁性粉末に対する前記第１の磁性粉末の添加量が６０～８０ｗｔ％であり、
   前記磁性粉末の真密度に対する前記コアの見かけ密度の割合が、７７％以上、８２％未満であり、
   初透磁率が３０以上、１２ｋＡ／ｍの透磁率が２４以上であり、
   前記磁性粉末に対して、樹脂が３～５ｗｔ％であること、
   を特徴とするコア。
2. 前記第１の磁性粉末の円形度は、０．９３以上であることを特徴とする請求項１に記載のコア。
3. 前記コアの全表面が非摺動面であることを特徴とする請求項１又は２に記載のコア。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載のコアと、コイルとを備えたことを特徴とするリアクト
   ル。
5. 磁性粉末及び樹脂を含むコアの製造方法であって、
   前記磁性粉末は、平均粒子径が１００μｍ以上２００μｍ以下である第１の磁性粉末と、平均粒子径が３μｍ以上１０μｍ以下である第２の磁性粉末を含み、
   前記磁性粉末に対する前記第１の磁性粉末の添加量が６０～８０ｗｔ％であり、
   前記磁性粉末に対する樹脂の含有量が３～５ｗｔ％となるように混合する混合工程と、
   前記混合工程で得た混合物を所定の容器に入れて成型する成型工程と、
   前記成型工程時に、前記磁性粉末の真密度に対する前記コアの見かけ密度の割合が、７７％以上、８２％未満となるように、粘土状の前記混合物を押圧部材で押圧する加圧工程と、
   前記成型工程で得た成型体中の前記樹脂を硬化させる硬化工程と、
   を有し、
   前記加圧工程は、前記混合物を押圧する圧力が、６．３ｋｇ／ｃｍ^２以上１５．７ｋｇ／ｃｍ^２以下であること、
   を特徴とするコアの製造方法。
6. 磁性粉末及び樹脂を含むコアと、前記コアに装着されたコイルとを備えたリアクトルの製造方法であって、
   前記磁性粉末は、平均粒子径が１００μｍ以上２００μｍ以下である第１の磁性粉末と、平均粒子径が３μｍ以上１０μｍ以下である第２の磁性粉末を含み、
   前記磁性粉末に対する前記第１の磁性粉末の添加量が６０～８０ｗｔ％であり、
   前記磁性粉末に対する樹脂の含有量が３～５ｗｔ％となるように混合する混合工程と、
   前記混合工程で得た混合物を所定の容器に入れて成型する成型工程と、
   前記成型工程時に、前記磁性粉末の真密度に対する前記コアの見かけ密度の割合が、７７％以上、８２％未満となるように、粘土状の前記混合物を押圧部材で押圧する加圧工程と、
   前記成型工程で得た成型体中の前記樹脂を硬化させる硬化工程と、
   を含み、
   前記加圧工程は、前記混合物を押圧する圧力が、６．３ｋｇ／ｃｍ^２以上１５．７ｋｇ／ｃｍ^２以下であること、
   を特徴とするリアクトルの製造方法。
   

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