JPH0297646A - 高周波用コイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は各種電子機器の部品、例えばスイッチング電源
等のインダクターとして優れた磁気特性を有する高周波
用コイルに関し、特に高周波域において電気抵抗率、透
磁率及び飽和磁束密度が大ぎく、コア損失が小さい磁心
を用いた直流重畳特性が優れている高周波用コイルに関
する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕従来、
ＦＡ機器、ＯＡ機器等のスイッチング電源用コイルとし
て、電気抵抗率、透磁率、飽和磁束密度、コア損失等の
電気・磁気特性の優れた磁心材料を用いた種々のコイル
が使われている。

しかしながら、近年機器の高特性化、とくに小型化を計
るために高周波数を使用する傾向にあり、例えば、従来
は１０〜２０にＨｚ以下で使用されていたものが、最近
では一般的に５０〜１００にＨｚ又はそれ以上で使用さ
れるようになり、またメガヘルツ（ＭＨ２）に達する高
周波用スイッチング電源も試作され・ている。

このようなスイッチング電源の高周波化′に伴い、高周
波域における特性の優れたチョークコイル用の高周波用
コイルが求められている。

現在使われているスイッチング電源用の高周波用コイル
は、一般にリング状の軟磁性の磁心（コア）に銅線を巻
きつけた構造を有しており、磁心の特性はコイルの特性
に最も大きな影響を与えている。このような高周波用コ
イルの磁心として（１）軟磁性の優れた強磁性酸化物の
粉末を焼結したフェライトコア、 （２）センダスト、パーマロイ、鉄等の軟磁性の優れた
強磁性金属の粉末を圧粉成形したコア、及び （３）軟磁性の優れた強磁性アモルファス合金のリボン
をトロイダル状にした巻磁心 等が挙げられる。

しかしながら、フェライトコア（１）は、例えば１ａＯ
にＨｚを超えるような高周波域において、透磁率は大き
いが、飽和磁束密度が５０００Ｇ以下と小さいために、
コイルに直流電流が流れると直ちに磁気飽和を起し、イ
ンダクタンスが大きく劣化する。スイッチング電源の出
力側回路においては比較的大きな直流電流がコイルに流
れるので、スイッチング電源に用いられるコイルはその
ような状態においてもインダクタンスが低下しない性質
、すなわち直流重畳特性が優れていることが要求される
ので、フェライトコア（１）を有する高周波用コイルは
スイッチング電源に用いるのに十分な特性を備えてはい
ない。

次に、コア（２）については、センダスト、パーマロイ
粉末の圧粉成形体からなる場合、実質的な体積割合（占
積率）が約７０％程度と低いので、高周波域における見
かけの飽和磁束密度は各々７５００Ｇ、７０００Ｇ程度
と低い。このため、直流重畳特性が不十分である。また
、鉄粉末の圧粉成形体コアの場合、コアの見かけの飽和
磁束密度が１５０００Ｇ以上と高いので直流重畳特性は
渣れているが、電気抵抗率が小さく、高周波域における
鉄損が大きいため、発熱により電力損失が生じるととも
に、インダクタンスの低下も著しい。従ってセンダスト
、パーマロイ及び鉄等の粉末を圧粉成形したコア（２）
を有する高周波用コイルもスイッチング電源に用いるの
に十分な特性を備えていない。

さらに、アモルファスリボンコア（３）は、高周波域に
おける飽和磁束密度が１５０００Ｇ以上で実質的な体積
割合（占積率）が８０％以上であるため、高周波域にお
けるコアの見かけの飽和磁束密度を１２０００Ｇ以上と
することができるが、透磁率が非常に大きいため、コイ
ルにわずかな直流電流が流れただけで磁気飽和を起こす
ので、直流重畳特性が低いという問題がある。そこでコ
アの磁路に空隙を設は磁気抵抗を上げることにより、直
流重畳特性を改良することが行われているが、適当な空
隙を安定して設けることの困難さや、うなりの発生の問
題がある。また、飽和磁束密度の高いアモルファス合金
として代表的なものであるＦｅ−Ｓｉ−Ｂ系アモルファ
ス合金は磁歪が大きいため、このような磁心を有するコ
イルを高周波域で使用すると、磁歪振動等の電磁振動に
よるうなりを発生するという問題がある。さらに、アモ
ルファス合金材はコストが高いという問題もある。

このように、１００Ｋｔｌｚを超えるような高周波域に
おいてコア損失が小さく直流重畳特性が良好な高周波用
フィルは、未だに提供されていない。

従って、本発明の目的は、ｔｏ　ＯＫ　Ｉｆ　ｚを超え
るような高周波域においても直流重畳特性が良好で、使
用時の発熱による温度上昇が少なく、高インダクタンス
を保持できるスイッチング電源等への使用に適する高周
波用コイルを提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的に鐵み鋭意研究の結果、本発明者は、特定の組
成のＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ１−Ｓｉ系合金の粉末を主成分と
する磁心材料を用いたコイルは高周波域において優れた
特性を有することを発見し、本発明に想到した。

すなわち、本発明の高周波用コイルは、磁心材料の少な
くとも６０％が、１重量％以上のｌと、１組型％以上の
８１と、１５重看％以下のＣｒと、残部実質的にＦｅか
らなり、ＡＩと８１の合計量が１０重量％以下である組
成を有するＦｅ−Ｃｒ−Ａβ＝Ｓｉ系合金の粉末からな
ることを特徴とする。

前記Ｆｅ−Ｃｒ−＾β−Ｓｉ系合金の粉末は、好ましく
はアスペクト比（最大長さ／最大厚さ）が２以上で粒径
が１〜５００μｍのフレーク状のものである。

本発明を以下詳細に説明する。

本発明の高周波用コイルは磁心材料の少なくとも６０％
をＰｅ−Ｃｒ−Ａｌ−Ｓｉ系合金の粉末とする。このＦ
ｅ−Ｃｒ−＾１−Ｓｉ系合金の組成は重量基準でＡ１の
含有量が１％以上、 Ｓｉの含有量が１％以上、 ＡｌとＳｉの合計量が１０％以下、 Ｃｒの含有量が１５％以下、 残部実質的にＦｅ。

である。

上記Ｐｅ−Ｃｒ−Ａｊ！−Ｓｉ系合金の叶、Ａｊ！、Ｓ
ｉ等の添加元素は各々合金の電気抵抗率を高めるととも
に、軟磁性を向上する作用を有する。ただし、Ｃｒ１Ａ
ｌ、Ｓｉ等の添加量が多すぎると飽和磁束密度が逆に低
下する。つまり、ＡｌｌとＳｉの各々の含有量が１重量
％未滴の場合は電気抵抗率及び軟磁性の改善に効果がな
く、＾βとＳｉの合計量が１０重量％を超える場合や、
Ｃｒの含有量が１５重量％を超える場合は、飽和磁束密
度が低下する。またＣｒの含有量が０．０１％未満であ
ると耐食性が低い。

上記組成範囲の条件を満たすことにより、飽和磁束密度
及び電気抵抗率の高い磁心を得ることができる。すなわ
ち、飽和磁束密度が１３０００Ｇ以上、好ましくは１５
０００Ｇ以上であり、電気抵抗率が５０μΩ・ｃｍ以上
、好ましくは８０μΩ・ａｍ以上という要求を満足する
。飽和磁束密度を高くすることにより、比較的大きな、
直流電流がコイルに流れても磁気飽和が起こりにくくな
り、インダクタンスの劣化を防ぐことができる。すなわ
ち、直流重畳特性を向上させることができる。また、電
気抵抗率を大きくすることにより高周波域での鉄損を小
さくし、発熱によるコイルの温度の上昇を防ぐとともに
、インダクタンスの高周波域での劣化を防ぐことができ
る。

Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｊ２−Ｓｉ系合金の好ましい組成は重量
基準で、 Ａ１の含有量　　　＝１〜７％ Ｓｉの含有量　　　＝３〜９％ ＡＩとＳｉの合計量　：２〜１０％ Ｃｒの含有量　　　：１〜１３％ 残部実質的にＦｅ の範囲である。

本発明に用いるＦｅ−Ｃｒ−ＡＪ！−Ｓｉ系合金の粉末
は最大厚さに対する最大長さの比であるアスペクト比が
２以上で粒径が１〜５００μｍのフレーク状（鱗片状）
であるのが好ましい。なお粒径は粉末粒子の長袖を測定
することにより求める。形状が球状や粒状であったり、
フレーク状でも粒径が５００μｍより大きいと、得られ
る磁心の渦電流による電力損失が大きいため、高周波域
で所望の特性が得られない。また粒径が１μｍより小さ
いフレーク状の粉末を磁心材料としたコイルは、透磁率
が低いため、やはり高周波域で所望の特性が得られない
。より好ましい形状はアスペクト比が５以上で粒径が１
０〜２５０μｍのフレーク状である。

なお、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ−Ｓｉ系合金の粉末形状につい
ては、経済性の観点から、高周波特性を損なわない範囲
で上記範囲外のものが若干量混入してもよい。

このようなフレーク状のＦｅ−Ｃｒ−Ａｊ！−９ｉ系合
金の粉末は、粉砕法や、例えば特開昭５８−６９０７号
に開示されたキャビテーション法、すなわち、溶融金属
に対して漏れ性の小さな表面層を有し、高速で回転して
いるロール表面に溶融金属を供給し、この溶融金属を微
細な溶融金属滴に分断した後、引き続いてこの溶融金属
滴を高速で回転する金属回転体に衝突させて急速凝固さ
せるキャビテーション法にて作製することができる。

本発明に用いる磁心材料は、その６０重量％以上を上記
Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｊ！−Ｓｉ系合金の粉末とする。上記合
金粉末の含有量が６０重量％未満であると本発明の効果
が得られない。なお磁心材料の残部には、有機又は無機
のバインダー及び他の金属粉等を適宜用いることができ
る。

以上詳述したＦｅ−Ｃｒ−Ａｊ！−Ｓｉ系合金の粉末を
リング状に成形し磁心を形成する。成形はプレス等によ
る通常の圧粉成形法で行うことができる。成形の際に通
常使用されている有機系バインダーや水硝子等の無機系
バインダーを用いることにより、成形性を高め、成形後
の磁心の強度を高めることができる。さらに、バインダ
ーは粉末の粒子間の電気的な絶縁性を高めるため、コイ
ルの高周波特性の改良に効果がある。さらに、無機系の
バインダーを用いて加圧成形を行うと、成形時の加圧歪
の問題を解消することができるので、磁心の磁気特性を
向上することができる。

このようにして得られる圧粉磁心の占積率は一般に６０
％以上であり、好ましくは６５以上である。

次に、リング状のコアを絶縁性ケースに入れた後で、銅
線を巻きつけることによって、本発明の高周波用コイル
を得ることができる。

第１図（ａ）及び（ｂ）図に、本発明の高周波用コイル
の一例を示す。第１図（ａ）及び（ｂ）に示すように、
本発明の高周波用コイルは、磁心１に巻線２が巻きつけ
られた構造を有する。磁心１は圧粉磁心１ａが絶縁ケー
ス又は皮膜１ｈにより覆われた構造を有している。

Ｌ実施例〕 本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明する。

参考例ｌ Ｆｅ−Ｃｒ−１！−Ｓｉ系合金において、Ｃｒ含有量を
３重量％とし、Ａ１及びＳｉの含有ｌを種々変更したと
きの合金の飽和磁束密度（ＢＳ）及び電気抵抗率（ρ）
を測定した。結果を第２図に示す。

第２図から明らかなように、Ａｊ！、Ｓｉが各々１重量
％以上で、かつＡｌ＋Ｓｉが２〜１０重量％のとき、飽
和磁束密度（Ｓｓ）及び電気抵抗率（ρ）が高い。

実施例ｌ Ｃｒ２．７重量％、＾１２重里％、Ｓｉ６重量％、残部
実質的にＦｅとした組成を有する合金を製造した。

この合金の飽和磁束密度（Ｓｓ）は１８０００Ｇ、電気
抵抗率（ｐ）は９０μΩ・Ｃｍであった。次にこの合金
を粉砕によりフレーク状の粉末とした。第３図にその顕
微鏡写真を示す。第３図から明らかなように、フレーク
状粒子の了スペクト比は５〜１００、粒径は２０〜２０
０μｍであった。

得られた粉末に水ガラスをバイダーとして用い、１５０
００　ｋｇ　／　ｃｒｙの圧力のプレスにより圧粉成形
して外径２０．３　ｍｍ　、内径１２．７ｍｍ、高さ６
．４ｍｍのリング状の磁心とした。この磁心の占積率は
７０％であった。これに所定の絶縁ケースをセットし、
線径が１．０ｍｍφの銅線を巻数４２で巻きつけ、高周
波用コイルを得た。

得られた高周波用コイルの高周波特性を調べるために、
１ＯＫＨｚ　、１００ＫＨｚ及びＩ　Ｍｌ（ｚにおける
インダクタンスを測定した。結果を第１表に示す。

さらに、得られた高周波用コイルの見かけの磁束密度（
Ｂ）及び２０ＫＨｚ　１．：′Ｊ６ける種々の大きさの
直流重畳磁場のもとてのインダクタンス（Ｌ）を測定し
た。結果を第２表に示す。なおインダクタンスは、直流
重畳磁場がＯＡＴのときのインダクタンスをし。とじて
、相対値（Ｌ／１、。）により示す。

なお第２表の直流重畳磁場とＬ　／　Ｌ　Ｏとの関係を
第４図のグラフに示す。

さらに、１０　Ｋ　Ｈｚ及び５０Ｋｔｌｚにおいて、動
作磁束密度（△Ｂ）が２０００Ｇの場合の高周波用コイ
ルの電力損失を測定した。結果を第３表に示す。

比較例１〜４ 磁心材料として各々センダスト（比較例１）、モリブデ
ンパーマロイ　（比較例２）、フェライト（比較例３）
、鉄（比較例４）の粉末を用いて、実施例１と同様にし
て高周波用コイルを得た。

比較例１〜３の高周波用コイルの見かけの飽和磁束密度
（Ｂ）及びインダクタンス（Ｉ、）を実施例１と同様に
測定した。結果を第２表及び第４図に合わせて示す。　
また比較例４の高周波用コイルの電力損失を実施例１と
同様に測定した。結果を第３表に合わせて示す。

第 表 第２表及び第３表から、本発明の高周波用コイルは、特
に１００にＨｚ以上の高周波域のおけるインダクタンス
の低下が極めて小さく、直流重畳特性が優れており、ま
た電力損失も小さいことがわかる。

〔発明の効果〕

本発明の高周波用コイルは、その磁心材料の少なくとも
６０％が特定の組成のＦｅ−Ｃｒ−Ａｊ！−Ｓｉ系合金
の粉末からなるため、飽和磁束密度及び電気抵抗率が高
く、高周波域における直流重畳特性が優れているととも
に、電力損失が小さい。

さらにＦｅ−Ｃｒ−Ａ１−Ｓｉ系合金の粉末を、アスペ
クト比が２以上で粒径が１〜５００μｍのフレーク状と
することにより、上記特性を一層向上することができる
。

このような本発明の高周波用コイルは、高周波域におい
て使用するＯＡ機器やＦＡ機器等のスイッチング電源の
チョークコイル等として特に好適に用いることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、本発明の高周波用コイルの一例を示す
平面図であり、 第１図ら）は、（ａ）に示す高周波用コイルの一部破断
側面図であり、 第２図は、本発明に用いるＦｅ−Ｃｒ−Ａｊ！−Ｓｉ系
合金の一例の組成と飽和磁束密度（ＢＳ）及び電気抵抗
率（ρ）との関係を示す三角グラフであり、第３図は、
本発明に用いるＦｅ−Ｃｒ−Ａｊ！−Ｓｉ系合金の一例
の粒子構造を示す電子顕微鏡写真（１００倍）であり、 第４図は直流重畳磁場とインダクタンス（Ｌ／Ｌ、）と
の関係を表すグラフである。 １・・・磁心 １ａ・　・圧粉磁心 ｌｂ・　・絶縁ケース ２・　・巻線 第２図 （Ｆｅ　＋　３％Ｃｒ）ｗｔ％

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）磁心材料の少なくとも６０％が、１重量％以上の
   Ａｌと、１重量％以上のＳｉと、１５重量％以下のＣｒ
   と、残部実質的にＦｅからなり、ＡｌとＳｉの合計量が
   １０重量％以下である組成を有するＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ−
   Ｓｉ系合金の粉末からなることを特徴とする優れた直流
   重畳特性を有する高周波用コイル。
2. （２）請求項１に記載の高周波用コイルにおいて、前記
   Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ−Ｓｉ系合金の粉末が１〜５００μｍ
   の粒径及び２以上のアスペクト比を有するフレーク状で
   あることを特徴とする高周波用コイル。