JP7837780B2 - 圧粉磁心、及びインダクタ - Google Patents

Description

本開示は、圧粉磁心、及びインダクタに関する。

近年、インダクタは様々な電子機器に用いられている。特にパソコン等の電子機器では消費電力の増加に伴い、供給電力が大電流化している。このため、パソコン等の電子機器に用いられるインダクタは、大電流を流した場合でも高いインダクタンス特性を示すことが求められる。特許文献１には、高周波領域における透磁率の低下が少ない非晶質軟磁性合金の圧粉成形体の製造方法が開示されている。

特開平１０－２１２５０３号公報

上述のように、パソコン等の電子機器に用いられるインダクタは、大電流を流した場合でも高いインダクタンス特性を示すことが求められる。つまり、大電流を流した場合でも透磁率の低下の少ないインダクタ、換言すると直流重畳特性が良好なインダクタが求められている。

上記課題に鑑み本開示の目的は、直流重畳特性が良好な圧粉磁心、及びインダクタを提供することである。

本開示の一態様にかかる圧粉磁心は、磁性粉末がバインダ層を介して結着された圧粉磁心であって、直流電流によって生ずる磁束密度が０Ｔのときの透磁率をμ_Ｂ＝０Ｔとし、直流電流によって生ずる磁束密度が０．５Ｔのときの透磁率をμ_{Ｂ＝０．５Ｔ}とした場合、μ_{Ｂ＝０．５Ｔ}／μ_Ｂ＝０Ｔの値が０．６５以上である。

本開示の一態様にかかるインダクタは、上述の圧粉磁心とコイルとを備える。

本開示により、直流重畳特性が良好な圧粉磁心、及びインダクタを提供することができる。

実施の形態にかかるインダクタの一例を示す透視斜視図である。 実施の形態にかかる圧粉磁心の製造方法を説明するためのフローチャートである。 実施の形態にかかる圧粉磁心の製造方法を説明するための模式図である。 実施の形態にかかる圧粉磁心の直流重畳特性の求め方を説明するためのフローチャートである。 実施の形態にかかる圧粉磁心の直流重畳特性の求め方を説明するためのグラフである（ステップＳ１１に対応）。 実施の形態にかかる圧粉磁心の直流重畳特性の求め方を説明するためのグラフである（ステップＳ１２に対応）。 実施の形態にかかる圧粉磁心の直流重畳特性の求め方を説明するためのグラフである（ステップＳ１３に対応）。 実施の形態にかかる圧粉磁心の直流重畳特性の求め方を説明するためのグラフである（ステップＳ１４に対応）。 実施の形態にかかる圧粉磁心の直流重畳特性の求め方を説明するためのグラフである（ステップＳ１５に対応）。 実施の形態にかかる圧粉磁心の直流重畳特性の求め方を説明するためのグラフである（ステップＳ１６に対応）。 実施例にかかる圧粉磁心の直流重畳特性を示すグラフである。

＜インダクタ＞
図１は、実施の形態にかかるインダクタの一例を示す透視斜視図である。図１に示すように、本実施の形態にかかるインダクタ１は、圧粉磁心１０_１、１０_２およびコイル１３を備える。圧粉磁心１０_１は、中央部を垂直方向に貫通している空洞を有し、コイル１３の外側を囲むように配置される。圧粉磁心１０_２は、コイル１３の内側に設けられており、断面コ字状のコイル１３の凹部に配置される。

例えば、図１に示すインダクタ１は、コイル１３の凹部に圧粉磁心１０_２を配置した後、上部から圧粉磁心１０_１を圧入することで形成できる。これにより、コイル１３が圧粉磁心１０_１、１０_２に囲まれたインダクタ１を形成できる。なお、本明細書では圧粉磁心１０_１、１０_２を総称して圧粉磁心１０とも記載する。また、図１に示したインダクタ１の構成は一例であり、本実施の形態にかかる圧粉磁心１０は、図１以外の構成を備えるインダクタに用いてもよい。以下、本実施の形態にかかる圧粉磁心について詳細に説明する。

＜圧粉磁心＞
本実施の形態にかかる圧粉磁心は、磁性粉末がバインダ層を介して結着された圧粉磁心である。本実施の形態において圧粉磁心は、直流電流によって生ずる磁束密度が０Ｔのときの透磁率をμ_Ｂ＝０Ｔとし、直流電流によって生ずる磁束密度が０．５Ｔのときの透磁率をμ_{Ｂ＝０．５Ｔ}とした場合、μ_{Ｂ＝０．５Ｔ}／μ_Ｂ＝０Ｔの値が０．６５以上である。ここで、μ_{Ｂ＝０．５Ｔ}／μ_Ｂ＝０Ｔの値は、直流重畳特性を示す値である。なお、直流重畳特性の値、つまりμ_{Ｂ＝０．５Ｔ}／μ_Ｂ＝０Ｔの値の求め方については後述する。

本実施の形態にかかる圧粉磁心に用いられる磁性粉末は鉄元素を含有する軟磁性粉末である。例えば、磁性粉末の粒径は２μｍ以上２５μｍ以下、好ましくは５μｍ以上１５μｍ以下である。なお、本実施の形態において粒径はメジアン径Ｄ５０であり、レーザー回折・散乱法を用いて測定した値である。

本実施の形態では、磁性粉末として金属ガラス粉末を用いることができる。例えば、金属ガラス粉末として、アトマイズ法で作製した非晶質金属ガラス粉末を用いることができる。例えば、Ｆｅ－Ｐ－Ｂ合金、Ｆｅ－Ｂ－Ｐ－Ｎｂ－Ｃｒ合金、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ合金、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｐ合金、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｐ－Ｃｒ合金、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｐ－Ｃ合金を用いることができ、アトマイズ法により粉末化することで、ガラス転移点を有する金属ガラス粉末を形成できる。特に本実施の形態では、Ｆｅ－Ｂ－Ｐ－Ｎｂ－Ｃｒ系の材料を用いることが好ましい。なお、アトマイズ法によって得られる金属ガラス粉末はこれらに限定されず、ガラス転移点を有さない非晶質粉末を用いることもできる。

また、本実施の形態では、例えば、磁性粉末としてナノ結晶粉末を用いてもよい。例えば、ナノ結晶粉末として、アトマイズ法で作製したナノ結晶粉末を用いてもよい。例えば、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｐ－Ｃ－Ｃｕ系、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃｕ－Ｃｒ系、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｐ－Ｃｕ－Ｃｒ系、Ｆｅ－Ｂ－Ｐ－Ｃ－Ｃｕ系、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｐ－Ｃｕ系、Ｆｅ－Ｂ－Ｐ－Ｃｕ系、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｎｂ－Ｃｕ系の材料をアトマイズ法により粉末化することで、磁性粉末の熱処理工程において結晶化を示す発熱ピークを少なくとも２つ有するナノ結晶粉末を形成できる。使用するナノ結晶粉末は特に限定されることはないが、例えばＦｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｐ－Ｃｕ－Ｃｒ系の材料を用いることが好ましい。

本実施の形態では、磁性粉末として結晶質粉末を用いてもよい。例えば、結晶質粉末として、カルボニル法やアトマイズ法などで作製した結晶質粉末を用いることができる。例えば、カルボニル鉄、Ｆｅ－Ｓｉ合金、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｃｒ合金、Ｆｅ－Ｓｉ－Ａｉ合金を用いることができ、カルボニル法やアトマイズ法などにより粉末化することで、結晶質粉末を形成できる。特に本実施の形態では、カルボニル鉄、Ｆｅ－Ｓｉ系の材料を用いることが好ましい。

本実施の形態において磁性粉末の粒子形状は球状に近いほど好ましい。粒子の球状度が低いと、粒子表面に突起が生じ、成形圧力を印加した際に該突起に周囲の粒子からの応力が集中して被覆が破壊され、絶縁性が十分に保たれず、その結果、得られる圧粉磁芯の磁気特性（特に損失）が悪化する場合がある。なお、粒子の球状度は、磁性粉末の製造条件、例えば水アトマイズ法であればアトマイズに用いる高圧水ジェットの水量や水圧、溶融原料の温度及び供給速度などの調整によって、好適な範囲に制御可能である。具体的な製造条件は、製造する磁性粉末の組成や、所望の生産性によって変化する。

本実施の形態にかかる圧粉磁心においてバインダ層は、磁性粉末同士を結着する機能を備える。バインダ層は低融点ガラスと樹脂材料とを含む。本実施の形態において、低融点ガラスおよび樹脂材料の総量は圧粉磁心の磁性粉末に対して１０体積％未満である。低融点ガラスには、リン酸塩系、スズリン酸塩系、ホウ酸塩系、ケイ酸塩系、ホウケイ酸塩系、バリウムケイ酸塩系、酸化ビスマス系、ゲルマネート系、バナデート系、アルミノリン酸塩系、砒酸塩系及びテルライド系等を用いることができる。特に本実施の形態では、リン酸塩系またはスズリン酸塩系の低融点ガラスを用いることが好ましい。また、磁性粉末に対する低融点ガラスの体積割合は０．５体積％以上６体積％以下、好ましくは１．２５体積％以上３体積％以下である。

また、バインダ層に含まれる樹脂材料として、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、及びアクリル樹脂からなる群から選択される少なくとも一種を用いることができる。また、磁性粉末に対する樹脂材料の体積割合は０．５体積％以上９体積％以下、好ましくは１体積％以上５体積％以下である。

本実施の形態において圧粉磁心は、直流電流によって生ずる磁束密度が０Ｔのときの透磁率をμ_Ｂ＝０Ｔとし、直流電流によって生ずる磁束密度が０．５Ｔのときの透磁率をμ_{Ｂ＝０．５Ｔ}とした場合、μ_{Ｂ＝０．５Ｔ}／μ_Ｂ＝０Ｔの値が０．６５以上、好ましくは０．８以上である。

また、本実施の形態にかかる圧粉磁心において、磁性粉末の体積充填率（つまり、磁性粉末の体積含有量）は８８体積％以上、好ましくは９０体積％以上である。本実施の形態にかかる圧粉磁心では、このように磁性粉末の体積充填率が高いので、良好な直流重畳特性を示す。

更に本実施の形態では、圧粉磁心の１ＭＨｚ、５０ｍＴにおける鉄損が４５００ｋＷ／ｍ^３以下、好ましくは１５００ｋＷ／ｍ^３以下である。したがって、良好な直流重畳特性を示しつつ、低鉄損の圧粉磁心を実現できる。

＜圧粉磁心の製造方法＞
次に、本実施の形態にかかる圧粉磁心の製造方法について説明する。図２は、本実施の形態にかかる圧粉磁心の製造方法を説明するためのフローチャートである。図３は、本実施の形態にかかる圧粉磁心の製造方法を説明するための模式図である。

図２に示すように、圧粉磁心を製造する際は、まず、磁性粉末を準備する（ステップＳ１）。磁性粉末には上述した磁性粉末を用いることができる。磁性粉末には、４００℃以上で軟化する磁性材料（熱間成形時に容易に変形する材料）を用いることが好ましい。例えば、磁性粉末の原料を真空溶解した後、水アトマイズ法を用いて粉末化と急冷とを同時に行うことで、非晶質の磁性粉末を得ることができる。このようにして得られた磁性粉末は、必要に応じて分級を行い、異常に粗大化した粉末を除去してもよい。

次に、磁性粉末に低融点ガラスをコーティングする（ステップＳ２）。低融点ガラスには、４００℃以上で軟化する材料、つまり、熱間成形時に軟化するとともに、熱間成形後に絶縁材、結着材として働く材料を用いることが好ましい。例えば、低融点ガラスとしてリン酸塩系ガラスを用いることができる。磁性粉末に低融点ガラスをコーティングする際は、メカノフュージョン法、ゾル－ゲル法等の湿式薄膜作製法、またはスパッタリング等の乾式薄膜作製法等を用いることができる。例えば、メカノフュージョン法は、強い機械的エネルギーを加えながら磁性粉末と低融点ガラス粉末とを混合することで、磁性粉末の表面に低融点ガラスの層を形成することができる。

一例を挙げると、磁性粉末１０００ｇと低融点ガラス粉末１０ｇを混合し、メカノフュージョン法を用いて磁性粉末に低融点ガラスをコーティングする。これにより、コーティングされた低融点ガラスの磁性粉末に対する体積割合を０．５体積％以上６体積％以下とすることができる。

次に、低融点ガラスがコーティングされた磁性粉末に樹脂材料をコーティングして造粒する（ステップＳ３）。樹脂材料には上述した樹脂材料を用いることができる。樹脂材料には、１００℃程度で軟化するとともに、熱間成形後に絶縁材、結着材として働く材料を用いることが好ましい。また、樹脂材料として、熱間成形時（高温時）に分解しにくい材料を用いることが好ましい。樹脂材料をコーティング（造粒）する際は、転動造粒法やスプレードライ法などを用いることができる。具体的には、有機溶剤で溶解した樹脂材料と、低融点ガラスがコーティングされた磁性粉末とを混合して乾燥させることで、磁性粉末の低融点ガラス上に樹脂層を形成できる。

図３の左図に造粒後の磁性粉末２０を示す。図３に示すように、造粒後の磁性粉末２０は、磁性粉末２１の上に低融点ガラス３１がコーティングされており、更に低融点ガラス３１の上に樹脂材料３２がコーティングされている。一例を挙げると、磁性粉末２１の直径は１１μｍ、低融点ガラス３１の厚さは２０ｎｍ、樹脂材料の厚さは２０ｎｍである。

次に、造粒後の磁性粉末を予備成形する（ステップＳ４）。例えば予備成形は、造粒後の磁性粉末を金型に投入して加圧し（例えば、室温で５００ｋｇｆ／ｃｍ^２）、その後、加圧なしで圧粉体を所定の温度（例えば、１００℃～１５０℃）で加熱し硬化することで実施できる。使用する樹脂材料が熱硬化性樹脂の場合は、加熱時の樹脂の硬化を用いて、中間成形体を成形する。使用する樹脂材料が熱可塑性樹脂の場合は、加熱時の樹脂の軟化と冷却時の固化により中間成形体を成形する。

つまり、図３の中央図に示すように、予備成形した場合は、最表面の樹脂材料３２を介して、磁性粉末２１（低融点ガラス３１がコーティングされている）が結着して中間成形体２５が形成される。なお、低融点ガラスは予備成形の温度（例えば１５０℃）では軟化しないので、結着性、流動性は示さない。なお、予備成形工程（ステップＳ４）は、省略してもよい。

次に、予備成形後の中間成形体（ステップＳ４を省略する場合は、造粒後の磁性粉末）を熱間成形する（ステップＳ５）。熱間成形は、金型に予備成形後の中間成形体（または、造粒後の磁性粉末）を入れた状態で加圧しながら加熱することで実施する。このときの加熱温度は例えば以下のように設定する。

使用した磁性粉末が金属ガラス粉末の場合、熱間成形する際の温度は、低融点ガラスの軟化温度および磁性粉末のガラス転移温度のうち高い方の温度以上、磁性粉末の結晶化温度以下に設定する。熱間成形温度を磁性粉末のガラス転移温度以上とすることにより、磁性粉末の塑性変形がより生じやすくなるため、磁性粉末の高い充填率が得られる。また、熱間成形温度を低融点ガラスの軟化温度以上とすることにより、磁性粉末にコーティングされた低融点ガラスが磁性粉末の変形に追従し、磁性粉末の表面を良好に被覆することが出来るため、鉄損を低減できる。一例を挙げると、４５０℃以上５００℃以下である。

使用した磁性粉末がナノ結晶粉末の場合、熱間成形する際の温度は、低融点ガラスの軟化温度および磁性粉末の第１結晶化温度のうち高い方の温度以上、磁性粉末の第２結晶化温度以下に設定する。熱間成形温度を第１結晶化温度前後とすることにより、α－Ｆｅ相が晶出すると同時に、磁性粉末の塑性変形がより生じやすくなるため、磁性粉末の高い充填率が得られる。また、熱間成形温度を低融点ガラスの軟化温度以上とすることにより、磁性粉末にコーティングされた低融点ガラスが磁性粉末の変形に追従し、磁性粉末の表面を良好に被覆することが出来るため、鉄損を低減できる。一例を挙げると、４００℃以上５００℃以下である。また、本実施の形態においては、低融点ガラスの軟化温度および磁性粉末の第１結晶化温度＋４０℃のうち高い方の温度以上であることが好ましい。ここで、第１結晶化温度および第２結晶化温度とは以下の通りである。すなわち、非晶質構造の磁性材料を熱処理すると結晶化が２回以上起こる。最初に結晶化を開始する温度が第１結晶化温度であり、その後、結晶化を開始する温度が第２結晶化温度である。より詳しくは、磁性粉末は、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）により得られるＤＳＣ曲線の加熱過程に、結晶化を示す発熱ピークを少なくとも２つ有している。前記発熱ピークのうち、最も低温側の発熱ピークがα－Ｆｅ相が晶出する第１結晶化温度であり、その次の発熱ピークがホウ化物などが晶出する第２結晶化温度である。

使用した磁性粉末が結晶質粉末の場合、熱間成形する際の温度は、低融点ガラスの軟化温度以上に設定する。熱間成形温度を低融点ガラスの軟化温度以上とすることにより、磁性粉末の動的回復によって、磁性粉末の塑性変形がより生じやすくなるため、磁性粉末の高い充填率が得られる。また、熱間成形温度を低融点ガラスの軟化温度以上とすることにより、磁性粉末にコーティングされた低融点ガラスが磁性粉末の変形に追従し、磁性粉末の表面を良好に被覆することが出来るため、鉄損を低減できる。一例を挙げると、４００℃以上６００℃以下である。

本実施の形態では、加熱温度を上述の温度範囲に設定するとともに、圧粉磁心の鉄損の値が低くなる温度条件とすることが好ましい。

また、熱間成形する際の圧力は、例えば５～１０ｔｏｎ・ｆ／ｃｍ^２とする。圧力が低すぎると成形体（圧粉磁心）の充填率が低くなり、圧粉磁心の鉄損が大きくなる。逆に圧力が高すぎると、金型の摩耗が激しくなり、コスト的に好ましくない。したがって、上述の範囲に圧力を設定することが好ましい。

また、熱間成形の時間は、５～６０秒の範囲で行うことが好ましく、３０秒以下で行うことがより好ましい。成形時間が短すぎると、成形体の内部まで十分に熱が伝わらず、磁性粉末の軟化による変形が十分に得られないため、成形体の充填率が低くなり、圧粉磁心の鉄損が大きくなる。逆に成形時間が長すぎると、バインダ層に用いた樹脂材料の熱分解が進むため、低融点ガラスの流動性を抑制する効果が低くなり、圧粉磁心の鉄損が大きくなる。したがって、熱間成形の時間は、成形体の内部まで十分に熱が伝わり、磁性粉体の軟化による変形が完了し、かつバインダ層に用いた樹脂材料の熱分解を抑えてコスト的に好ましい範囲で設定すればよく、上述の範囲に成形時間を設定することが好ましい。

一例を挙げると、熱間成形の条件は、熱間成形温度：４８０℃、熱間成形圧力：８ｔｏｎ・ｆ／ｃｍ^２、熱間成形時間：１０秒とすることができる。

図３の右図に示すように、熱間成形後の成形体（圧粉磁心）１０は、磁性粉末２１同士が、低融点ガラスと樹脂材料とを含むバインダ層２２を介して結着している。本実施の形態では、圧粉磁心１０が含有する磁性粉末の体積割合を８８体積％以上、好ましくは９０体積％以上とする。

以上で説明した製造方法を用いることで、本実施の形態にかかる圧粉磁心を製造することができる。

＜直流重畳特性の求め方＞
次に、本実施の形態にかかる圧粉磁心の直流重畳特性の求め方について説明する。図４は、本実施の形態にかかる圧粉磁心の直流重畳特性の求め方を説明するためのフローチャートである。図５～図１０は、本実施の形態にかかる圧粉磁心の直流重畳特性の求め方を説明するためのグラフである。なお、図５～図１０に示すグラフは、実施例１の直流重畳特性を求めた際のグラフに対応している。

図４に示すように、圧粉磁心の直流重畳特性を求める際は、まず、巻き線を施したトロイダルコアを用いて、Ｌ－Ｉ曲線を測定する（ステップＳ１１）。Ｌ－Ｉ曲線の測定には、例えば直流重畳試験機を用いることができる。例えば、１ＭＨｚ、振幅１０ｍＡの正弦波に直流電流を重畳させて測定する。図５に、Ｌ－Ｉ曲線の測定結果の一例を示す。

次に、ステップＳ１１で測定したＬ－Ｉ曲線をμ_ｒ－Ｈ曲線に変換する（ステップＳ１２）。変換には、下記の式を用いる。図６に、Ｌ－Ｉ曲線をμ_ｒ－Ｈ曲線に変換した後のグラフを示す。なお、トロイダルコアは実質的に閉磁路な環状ソレノイドとみなす。

ここで、μ_ｒは比透磁率、μ_０は真空の透磁率（Ｎ／Ａ^２）、Ｌは測定したインダクタンス（Ｈ）、ｌは実効磁路長（ｍ）、ｓは実効断面積（ｍ^２）、ｎはコイルの巻き数である。

次に、ステップＳ１２で求めたμ_ｒ－Ｈ曲線を近似式で近似する（ステップＳ１３）。具体的には、μ_ｒをＨの関数として下記に示す多項式で近似する。図７に、５次の多項式で近似した例を示す。なお、図７に示すａ～ｆの値は、後述する実施例１で求めた値に対応している。また、本実施の形態において近似式は５次の多項式以外の近似式を用いてもよい。

次に、下記の式に示すように、μ_ｒ（Ｈ）の関数を不定積分し、Ｈに対するＢの関係（Ｂ－Ｈ曲線）を求める（ステップＳ１４）。図８に、求めたＢ－Ｈ曲線のグラフを示す。なお、本実施の形態では、残留磁化があまり大きくない軟磁性材料を用いているので、Ｈ＝０のときＢ＝０（積分定数Ｃ＝０）として計算できる。

次に、ステップＳ１３とステップＳ１４の結果を用いて、μ_ｒとＢの関係を求める（ステップＳ１５）。図９は、μ_ｒとＢとの関係を示すグラフである。

そして、ステップＳ１５の比透磁率μ_ｒをＢ＝０Ｔに対する相対値に変換し、Ｂｄｃ＝０．５Ｔのときの相対透磁率を求める（ステップＳ１６）。具体的には、図１０に示すように、ステップＳ１５で求めたＢ＝０Ｔにおける比透磁率μ_ｒを１００％として比透磁率μ_ｒを相対値に変換する。そして、直流磁束密度Ｂｄｃ＝０．５Ｔのときの相対透磁率の値を求める。

本実施の形態では、このようにして求めたＢｄｃ＝０．５Ｔのときの相対透磁率の値を、直流重畳特性を示す値として用いている。なお、Ｂｄｃ＝０．５Ｔのときの相対透磁率の値は、上述の「直流電流によって生ずる磁束密度が０Ｔのときの透磁率をμ_Ｂ＝０Ｔとし、直流電流によって生ずる磁束密度が０．５Ｔのときの透磁率をμ_{Ｂ＝０．５Ｔ}とした場合のμ_{Ｂ＝０．５Ｔ}／μ_Ｂ＝０Ｔの値」に対応している。

本実施の形態において圧粉磁心は、直流電流によって生ずる磁束密度が０Ｔのときの透磁率をμ_Ｂ＝０Ｔとし、直流電流によって生ずる磁束密度が０．５Ｔのときの透磁率をμ_{Ｂ＝０．５Ｔ}とした場合、μ_{Ｂ＝０．５Ｔ}／μ_Ｂ＝０Ｔの値が０．６５以上、好ましくは０．８以上である。よって、直流重畳特性が良好な圧粉磁心、及びインダクタを提供することができる。

次に、実施例について説明する。

＜実施例１＞
上述の圧粉磁心の製造方法（図２参照）を用いて、実施例１にかかるサンプルを作製した。実施例１にかかる圧粉磁心の形状は、外径１３ｍｍ、内径８ｍｍ、高さ３ｍｍのトロイダル形状とした。具体的には、まず、磁性粉末を準備した。磁性粉末には、粒径が１１μｍ（メジアン径Ｄ５０）のナノ結晶粉末であるＦｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｐ－Ｃｕ－Ｃｒ系の粉末を用いた。次に、磁性粉末と低融点ガラス粉末とを混合し、メカノフュージョン法を用いて磁性粉末に低融点ガラスをコーティングした。低融点ガラスにはリン酸塩系ガラスを用いた。このとき、磁性粉末に対して２．５体積％の低融点ガラスを混合した。

その後、低融点ガラスがコーティングされた磁性粉末に樹脂材料をコーティングして造粒した。樹脂材料にはフェノール樹脂を用い、磁性粉末に対して２．５体積％の樹脂材料を混合した。

次に、造粒後の磁性粉末を金型に投入して５００ｋｇｆ／ｃｍ^２の条件で加圧したあと、加圧なしで圧粉体を温度１５０℃で加熱し硬化することで予備成形した。その後、予備成形後の中間成形体を金型に入れた状態で熱間成形した。熱間成形の条件は、成形温度４７０℃、加圧圧力８ｔｏｎｆ／ｃｍ^２、加圧時間３０秒とした。

＜実施例２＞
実施例２にかかるサンプルとして、磁性粉末として粒径が１４μｍ（メジアン径Ｄ５０）のナノ結晶粉末であるＦｅ－Ｂ－Ｐ－Ｃｕ系の粉末を用いたサンプルを作製した。また、実施例２では、熱間成形の条件は、成形温度４５５℃とした。これ以外は、実施例１と同様である。

＜実施例３＞
実施例３にかかるサンプルとして、磁性粉末に金属ガラス粉末を用いたサンプルを作製した。金属ガラス粉末には、粒径が９μｍ（メジアン径Ｄ５０）のＦｅ－Ｂ－Ｐ－Ｎｂ－Ｃｒ系の粉末を用いた。また、実施例３では、熱間成形の条件は、成形温度４９０℃とした。これ以外は、実施例１と同様である。

＜実施例４＞
実施例４にかかるサンプルとして、磁性粉末に純鉄を用いたサンプルを作製した。純鉄の原料には、粒径が８μｍ（メジアン径Ｄ５０）のカルボニル鉄粉を用いた。これ以外は、実施例１と同様である。

＜実施例５＞
実施例５にかかるサンプルとして、磁性粉末にＦｅ－Ｓｉ系合金を用いたサンプルを作製した。Ｆｅ－Ｓｉ系合金には、粒径が１０μｍ（メジアン径Ｄ５０）のＦｅ－３．５Ｓｉ粉末を用いた。これ以外は、実施例１と同様である。

＜比較例１＞
比較例１にかかるサンプルとして、磁性粉末にナノ結晶粉末を用いたサンプルを作製した。ナノ結晶粉末には、粒径が１１μｍ（メジアン径Ｄ５０）のナノ結晶粉末であるＦｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｐ－Ｃｕ－Ｃｒ系の粉末を用いた。また、比較例１では、磁性粉末に対して２０体積％の樹脂材料を混合することで、低融点ガラスがコーティングされた磁性粉末に樹脂材料をコーティングして造粒した。また、成形の条件は、冷間成形（成形温度：２５℃）とした。これ以外は、実施例１と同様である。

＜比較例２＞
比較例２にかかるサンプルとして、磁性粉末にＦｅ－Ｓｉ系合金を用いたサンプルを作製した。Ｆｅ－Ｓｉ系合金には、粒径が１０μｍ（メジアン径Ｄ５０）のＦｅ－５．５Ｓｉ粉末を用いた。また、比較例２では、磁性粉末に対して２０体積％の樹脂材料を混合することで、低融点ガラスがコーティングされた磁性粉末に樹脂材料をコーティングして造粒した。また、成形の条件は、冷間成形（成形温度：２５℃）とした。これ以外は、実施例１と同様である。

＜サンプルの測定＞
上述のようにして作製した実施例１～５、比較例１～２にかかるサンプルに対して、磁性粉末の充填率（体積％）、圧粉磁心の飽和磁束密度Ｂｓ（Ｔ）、初透磁率、直流重畳特性（μ_{Ｂ＝０．５Ｔ}／μ_Ｂ＝０Ｔ）、鉄損を測定した。

磁性粉末の充填率は、磁心に含まれる磁性粉末の体積と、アルキメディス法で測定した磁心全体の体積を比較することで求めた。磁心に含まれる磁性粉末の体積は、磁心全体の重量から、バインダとして加えた低融点ガラスと、残留している樹脂材料の重さを除くことで、磁心に含まれる磁性粉末の重量を求め、磁性粉末の重量を磁性粉末の真密度で割ることで求められる。

透磁率は、周波数１ＭＨｚでインピーダンスアナライザを用いて求め、鉄損は、トロイダル形状の圧粉磁心をＢ－Ｈアナライザ（岩崎通信機株式会社製）を用いて２コイル法で測定することで求めた。測定条件としては、１ＭＨｚ、５０ｍＴの正弦波励磁条件とした。直流重畳特性（μ_{Ｂ＝０．５Ｔ}／μ_Ｂ＝０Ｔ）は、上述の方法（図４参照）を用いて求めた。以下、一例として実施例１にかかるサンプルの直流重畳特性（μ_{Ｂ＝０．５Ｔ}／μ_Ｂ＝０Ｔ）の測定について具体的に説明する。

＜直流重畳特性の測定＞
上述のようにして作製した実施例１にかかるトロイダルコア（外径１３ｍｍ、内径８ｍｍ、高さ３ｍｍ）に巻き線を施した。巻き線の巻き数は３２ターンとした。その後、直流重畳試験機（アクシス・ネット株式会社製）を用いて、測定周波数１ＭＨｚ、振幅１０ｍＡの正弦波に直流電流を重畳させて、トロイダルコアのＬ－Ｉ曲線を測定した（図４のステップＳ１１）。図５に、実施例１にかかるサンプルのＬ－Ｉ曲線の測定結果を示す。

その後、測定したＬ－Ｉ曲線をμ_ｒ－Ｈ曲線に変換した（図４のステップＳ１２）。変換には、下記の式を用いた。

なお、μ_ｒは比透磁率、μ_０は真空の透磁率（Ｎ／Ａ^２）、Ｌは測定したインダクタンス（Ｈ）、ｌは実効磁路長（ｍ）、ｓは実効断面積（ｍ^２）、ｎはコイルの巻き数である。今回の測定では、各パラメータを下記のように設定した。また、図６に、Ｌ－Ｉ曲線をμ_ｒ－Ｈ曲線に変換した後のグラフを示す。
μ_０＝１．２６×１０^－６（Ｎ／Ａ^２）
ｌ＝３．３０×１０^－２（ｍ）
ｓ＝７．４７×１０^－６（ｍ^２）
ｎ＝３２

次に、変換後のμ_ｒ－Ｈ曲線を近似式で近似した（図４のステップＳ１３）。具体的には、μ_ｒをＨの関数として下記に示す多項式で近似した。

図７に、５次の多項式で近似した結果を示す。なお、多項式の各定数の値は次のようになった。
ａ＝－１．５０×１０^－１８
ｂ＝４．４１×１０^－１４
ｃ＝－３．５２×１０^－１０
ｄ＝－４．９６×１０^－８
ｅ＝１．３９×１０^－３
ｆ＝１．１８×１０^２

次に、下記の式に示すように、μ_ｒ（Ｈ）の関数を不定積分し、Ｈに対するＢの関係（Ｂ－Ｈ曲線）を求めた（図４のステップＳ１４）。図８に、求めたＢ－Ｈ曲線のグラフを示す。

上記多項式の各定数の値は次のようになった。なお、本実施例では、残留磁化があまり大きくない軟磁性材料を用いているので、Ｈ＝０のときＢ＝０（積分定数Ｃ＝０）として計算した。
ａ／６＝－２．４９×１０^－１９
ｂ／５＝８．８２×１０^－１５
ｃ／４＝－８．８１×１０^－１１
ｄ／３＝－１．６５×１０^－８
ｅ／２＝６．９５×１０^－４
ｆ＝１．１８×１０^２

次に、ステップＳ１３とステップＳ１４の結果を用いて、Ｈに対するμ_ｒとＢの関係を求め、更にμ_ｒとＢの関係を求めた（図４のステップＳ１５）。図９は、μ_ｒとＢとの関係を示すグラフである。

そして、ステップＳ１５の比透磁率μ_ｒをＢ＝０Ｔに対する相対値に変換し、Ｂｄｃ＝０．５Ｔのときの相対透磁率を求めた（図４のステップＳ１６）。具体的には、図１０に示すように、ステップＳ１５で求めたＢ＝０Ｔにおける比透磁率μ_ｒを１として比透磁率μ_ｒを相対値に変換した。そして、直流磁束密度Ｂｄｃ＝０．５Ｔのときの相対透磁率の値を求めた。

本実施例では、このようにして求めたＢｄｃ＝０．５Ｔのときの相対透磁率の値（μ_{Ｂ＝０．５Ｔ}／μ_Ｂ＝０Ｔの値に対応）を、直流重畳特性を示す値として用いた。他の実施例および比較例についても同様の方法を用いて直流重畳特性を求めた。

＜測定結果＞
実施例１～５、及び比較例１～２の測定結果を表１に示す。また、実施例１～５、及び比較例１～２の直流重畳特性の測定結果、つまり直流磁束密度Ｂｄｃ（Ｔ）に対する相対透磁率（μ）の関係を図１１に示す。

表１、図１１に示すように、実施例１～実施例５では、直流重畳特性（μ_{Ｂ＝０．５Ｔ}／μ_Ｂ＝０Ｔ）の値が０．６５以上となった。一方、比較例１～２では、直流重畳特性（μ_{Ｂ＝０．５Ｔ}／μ_Ｂ＝０Ｔ）の値がそれぞれ０．５９、０．６３であった。よって、実施例１～実施例５では、直流重畳特性（μ_{Ｂ＝０．５Ｔ}／μ_Ｂ＝０Ｔ）の値が良好な値となった。特に実施例１、２では直流重畳特性（μ_{Ｂ＝０．５Ｔ}／μ_Ｂ＝０Ｔ）の値がそれぞれ、０．８７、０．９７となり、非常に良好な値となった。

また、鉄損（１ＭＨｚ、５０ｍＴで測定した鉄損）に着目すると、実施例１～実施例４では、鉄損の値が４５００以下となり、直流重畳特性と鉄損の両方において良好な値を示した。特に、実施例１～実施例３では、鉄損の値が１５００以下となり、良好な値を示した。また、充填率に着目すると、熱間成形の場合は冷間成形の場合と比べて充填率が高くなった。

＜各測定条件における鉄損＞
実施例１～５、及び比較例１～２にかかるサンプルに対して、各測定条件における鉄損を測定した。具体的には、周波数の条件を５００ｋＨｚ、８００ｋＨｚ、１ＭＨｚ、２ＭＨｚとした場合の各Ｂｍにおける鉄損を測定した。

周波数５００ｋＨｚ、８００ｋＨｚ、１ＭＨｚ、２ＭＨｚで測定した鉄損の測定結果をそれぞれ、表２～表５に示す。

表２～表５に示すように、各Ｂｍにおける鉄損の値は、周波数が高くなるにつれて大きくなった。また、鉄損の値はＢｍの値が高くなるにつれて大きくなった。

以上、本発明を上記実施の形態に即して説明したが、本発明は上記実施の形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。

１ インダクタ
１０、１０_１、１０_２ 圧粉磁心
１３ コイル
２０ 造粒後の磁性粉末
２１ 磁性粉末
２２ バインダ層
２５ 中間成形体
３１ 低融点ガラス
３２ 樹脂材料

Claims (10)

1. 磁性粉末がバインダ層を介して結着された圧粉磁心であって、
   前記圧粉磁心の直流重畳特性を測定するために前記圧粉磁心を用いて外径１３ｍｍ、内径８ｍｍ、高さ３ｍｍのトロイダルコアを構成し、当該トロイダルコアに３２ターンの巻き線を施して直流重畳特性を測定した際、直流電流によって生ずる磁束密度が０Ｔのときの透磁率をμ_Ｂ＝０Ｔとし、直流電流によって生ずる磁束密度が０．５Ｔのときの透磁率をμ_{Ｂ＝０．５Ｔ}とした場合、μ_{Ｂ＝０．５Ｔ}／μ_Ｂ＝０Ｔの値が０．６５以上である、
   圧粉磁心。
2. 前記μ_{Ｂ＝０．５Ｔ}／μ_Ｂ＝０Ｔの値が０．８以上である、請求項１に記載の圧粉磁心。
3. 前記圧粉磁心は９０体積％以上の磁性粉末を含有している、請求項１または２に記載の圧粉磁心。
4. 前記圧粉磁心の１ＭＨｚ、５０ｍＴにおける鉄損が４５００ｋＷ／ｍ^３以下である、請求項１または２に記載の圧粉磁心。
5. 前記圧粉磁心の１ＭＨｚ、５０ｍＴにおける鉄損が１５００ｋＷ／ｍ^３以下である、請求項１または２に記載の圧粉磁心。
6. 前記磁性粉末は金属ガラス粉末またはナノ結晶粉末である、請求項１または２に記載の圧粉磁心。
7. 前記バインダ層は低融点ガラスと樹脂材料とを含む、請求項１または２に記載の圧粉磁心。
8. 前記低融点ガラスはリン酸塩系またはスズリン酸塩系ガラスである、請求項７に記載の圧粉磁心。
9. 前記樹脂材料は、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、及びアクリル樹脂からなる群から選択される少なくとも一種である、請求項７に記載の圧粉磁心。
10. 請求項１または２に記載の圧粉磁心とコイルとを備えるインダクタ。