JPH0479302A

JPH0479302A - 圧粉磁心

Info

Publication number: JPH0479302A
Application number: JP2194273A
Authority: JP
Inventors: Takao Sawa; 孝雄沢; Yumiko Takahashi; 由美子高橋
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-07-23
Filing date: 1990-07-23
Publication date: 1992-03-12

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、Ｐｅ基基磁磁性合金粉末用いた圧粉磁心に関
する。

（従来の技術）従来から、スイッチングレギュレータ等に用いられる高
周波対応の磁心としては、パーマロイ、フェライト等の
結晶質材料が用いられてきた。しかし、パーマロイは比
抵抗が小さいため、高周波域での鉄損が大きいという問
題がある。また、フェライトは高周波域での鉄損は小さ
いものの、磁束密度が５０００Ｇ程度と小さいことから
、大きな動作磁束密度での使用時には飽和状態に近くな
り、結果として鉄損が増大するという問題がある。

ところで、近年、スイッチングレギュレータに使用され
る電源トランス、平滑チョークコイル、コモンモードチ
ョークコイル等の高周波域で使用される機器においては
、形状の小型化が強く望まれており、この場合、動作磁
束密度の増大が必要となるため、フェライトの鉄損増大
は実用上大きな問題となる。

一方、圧粉磁心は、軟磁性粉末と絶縁性のバインダとを
混合し、この混合粉を例えばプレス成形することによっ
て作製されるものであり、種々の形状を簡単に実現する
ことができるため、鉄粉ダストコアやＭＯパーマロイダ
ストコア等がチョークコイル等に利用されている。しか
し、圧粉磁心は、フェライトコアと同様に十分な磁束密
度が得られないために、上述したような小型化された高
周波用機器の磁心として使用する場合において、あるい
はより一層の高周波化に対して、鉄損の増大が問題とな
る。

また、高透磁率、低保磁力等の優れた軟磁気特性を示す
ことから、Ｆｅ５Ｃｏ、Ｎ１等を基本とし、非晶質化元
素（Ｐ、Ｃ，Ｂ、Ｓｌ、ＡＩ、Ｇｅ等）を含有するアモ
ルファス合金を用いた磁心が最近注目を集めている。し
かし、Ｃｏ基アモルファス合金は、高周波域で低鉄損、
高角形比が得られる等、特性的には優れているものの、
比較的高価で汎用性に乏しいという難点がある。また、
Ｆｅ基アモルファス合金は安価で汎用性には優れるもの
の、高周波域では大きな鉄損を示し、スイッチングレギ
ュレータ等の高周波域での使用に適合するものではない
。また、零磁歪か得られないために、樹脂モールド等に
よる磁気特性の劣化が大きいという難点かある。

そこで、Ｆｅ基アモルファス合金粉末を用いて圧粉磁心
を作製することも検討されているが、磁束密度の改善効
果はそれほど得られず、また磁歪か大きいこと等から、
電源の高周波化に対応しきれるものではない。また、Ｆ
ｅ基アモルファス合金粉末を用いた場合、熱処理温度が
制限されるため、圧粉磁心の高密度化を図ることが難し
いといった問題もある。

（発明が解決しようとする課題）上述したように、従来の軟磁性材料による磁心は、Ｆｅ
基アモルファス合金のように高周波域での鉄損が大きい
というような問題や、Ｃｏ基アモルファス合金のように
磁気特性的には優れるものの、高価であるというように
様々な問題を有していた。

一方、圧粉磁心は、形状の自由度に優れる、高周波域で
の損失か小さい等の特性を有しているものの、小型化さ
れた高周波用機器の磁心として使用する場合には、鉄損
の増大が問題となり、各種電子機器の小型化が望まれて
いる現状に適合するものではなかった。

このように、従来の磁心では、高周波域での使用に適合
し、かつ安価で形状の自由度に優れた工業的価値の高い
ものは得られていないのが現状である。

本発明は、このような課題に対処するためになされたも
ので、高周波域において低鉄損、高飽和磁束密度、低磁
歪を満足し、かつ形状の自由度が大きく、安価で汎用性
に優れた圧粉磁心を提供することを目的とするものであ
る。

口発明の構成コ（課題を解決するための手段と作用）すなわち本発明の圧粉磁心は、軟磁性粉末と絶縁材との
混合体からなる圧粉磁心において、前記軟磁性粉末が、一般式：％式％（式中、ＸはＢおよびＣから選ばれた少なくとも１種の
元素を表し、ａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅは、それぞれ下記
の式を満足する数である。ただし、下記式中の全ての数
字はａｔ％を示す。

０．１≦ａ≦　５２≦ｂ≦１０１０≦Ｃ≦２０５≦ｄ≦１３０≦ｅ≦３）で実質的に表される組成を有し、かつ合金組織内に微細
結晶粒を有するＦｅ基基磁磁性合金粉末あることを特徴
とするものである。

ここで、本発明の圧粉磁心に用いられるＰｅ基基磁磁性
合金粉末組成限定理由について説明する。

Ｃｕは、耐食性を高めると共に、結晶粒の粗大化を抑制
し、鉄損、透磁率等の軟磁気特性を改善するのに有効な
元素であり、特にｂｅｅｅ造を有するＦｅ固溶体の低温
での早期析出に有効である。この量があまり少ないと添
加の効果が得られず、またあまり多いと、逆に磁気特性
の劣化を生じる傾向か増加するため、Ｃｕの含有量はＯ
，ｌａｔ％〜５ａｔ％の範囲とする。Ｃｕのより好まし
い含有量は０　、５ａｔ％〜３　、５ａｔ％の範囲であ
る。

また■は、結晶粒径の均一化に有効であると共に、磁歪
および磁気異方性を低減させ軟磁気特性の改善、温度変
化に対する磁気特性の改善に有効な有効な元素であり、
特に本発明のように圧粉磁心として用いる場合には、粉
末の粒径を比較的揃えやすいことから非常に有効な元素
である。また、ｂｅｅ相を安定化させるのに有効であり
、Ｃｕとの複合添加により　ｂｅｅ相をより広い温度で
安定化させることができる。■の量があまり少ないと添
加の効果が得られず、逆にあまり多いと飽和磁束密度が
低くなるため、■の含有量は２ａｔ％〜１０ａｔ％の範
囲とする。■のより好ましい含有量は４ａｔ％〜８ａｔ
％の範囲である。

ＳｉおよびＰは、製造時における合金のアモルファス化
を促進する元素であり、結晶化温度の改善に寄与し、磁
気特性向上のための熱処理に対して有効である。

特にＳｉは、微細結晶粒の生成分であるＦｅに固溶し、
磁気異方性および磁歪の低減に寄与する。このＳｉの量
かあまり少ないと、アモルファス化か困難となると共に
、軟磁気特性の改善効果が十分に得られず、またあまり
多いと、超急冷効果か小さく、μＩレベルの比較的粗大
な結晶粒が析出し、良好な軟磁気特性が得られ難くなる
。また、Ｓｉは規則格子を構成する必須元素であり、こ
の規則格子出現のために、その含有量は１０ａｔ％〜２
０ａｔ％の範囲とする。特に、Ｓｉ量をＬ２ａｔＸ　−
１８ａｔＸの範囲とすることにより、磁歪λＳ〜０が得
られ、加工工程による磁気特性の劣化が防止でき、初期
の優れた軟磁気特性を良好に維持することができる。

またＰは、粉末化を容易にする最も有効な元素である。

Ｐの含有量が５ａｔ％未満では比較的粗大な結晶粒が析
出しやすくなると共に、粉末化の自由な制御が困難とな
り、また１３ａｔ％を超えると熱処理によって結晶化し
た際に磁気特性が劣化しやすくなるため、５ａｔ％〜１
３ａｔ％の範囲とする。

なお、ＳｔとＰとの比（Ｓｔ／Ｐ）が１以上の場合が特
に優れた軟磁気特性を得るのに好ましい。

また、Ｘ（ＢもしくはＣ）は、アモルファス化を助成す
るのに有効な元素であるが、その添加量があまり多いと
、粉末化の自由な制御を阻害するため、Ｓａｔ％以下と
することが好ましい。

なお、本発明に用いるＦｅ基基磁磁性合金おいて、ＯＳ
Ｓ、Ｎ等の通常のＦｅ系合金にも含まれているような不
可避的な不純物を微量含んでいても、本発明の効果を損
うものではない。

本発明の圧粉磁心に用いられるＦｅ基基磁磁性合金粉末
、上記合金組成を有すると共に、その合金組織内に微細
結晶粒を有するものであり、この微細結晶粒は合金組織
中に均一に分布して存在している。この微細結晶粒は、
ｂｅｅｅ造を有するＰｅ固溶体を主体とするものであり
、特に少なくとも一部に規則格子が存在する場合に、優
れた軟磁気特性が得られる。

また、上記結晶粒の微細化か軟磁気特性の向上に大きく
影響を与えるものであることから、上記微細結晶粒の平
均粒径は５０ｒｖ以下とすることか好ましい。より好ま
しい平均粒径は４０ｎｍ以下であり、さらに好ましくは
３０ｎＩ１１以下である。なお、この平均粒径はＸ線回
折によりシェラ−式を用いて求めたものである。

次に、本発明の圧粉磁心の製造方法について説明する。

まず、上記Ｆｅ基合金組成を満足するアモルファス状の
粉末を、アトマイズ法、メカニカルアロイング法、溶融
急冷法等により作製する。なお、アトマイズ法やメカニ
カルアロイング法によれば、直接粉体を得ることができ
、また溶融急冷法を適用する場合には、−旦フレーク状
等のアモルファス体を作製した後、各種公知の方法で粉
砕することにより、アモルファス粉末を得ることができ
る。

ここで、使用する粉末の粒子径があまり小さいと圧粉磁
心の充填率が低下し、逆にあまり大きいと高周波用とし
て不適となるため、粒子径は１〜１００μｌの範囲とす
ることが好ましい。また、粒子形状は、例えば球状、偏
平状等、各種形状のものを使用することが可能である。

この粒子形状は製造方法に依存し、例えばアトマイズ法
の場合には球状粉が得られ、またこれに対して圧延処理
を行うと偏平状となる。

次に、上記アモルファス状の粉体を、通常の加圧成形に
よって所望とする磁心形状に成形する。

この成形の際には、バインダとして、例えば金属アルコ
キシド、水ガラス、低融点ガラス等の無機系絶縁材を用
いる。また、他の方法としては、粉末を必要に応じて金
属材料で被覆した後に、熱処理によって表面に絶縁性の
酸化被膜を形成し、この絶縁性被膜を絶縁材として利用
することも可能である。

この後、上記成形体に対して結晶化温度付近あるいはそ
れ以上の温度による熱処理を施し、ｂｃｃ−Ｐｅ固溶体
を主とする超微細結晶粒を析出させると共に、焼結させ
て高密度化および形状の固定化を図る。

上記熱処理は、４５０℃〜６５０℃の範囲の温度で行う
ことか好ましい。より好ましい温度条件は、４８０℃〜
６２０℃の範囲である。これは、熱処理温度条件が４５
０℃未満であると、微細な結晶粒か折高しにくく、また
６５０℃を超えると、ｂｅｅ−Ｆｅ固溶体以外の相が析
出しやすくなるためである。なお、ここで言う結晶化温
度は、昇温速度１０ｄｅｇ／ｗｉｎて測定した値を示す
。

また、熱処理時間は、使用した合金組成や熱処理温度に
よって適宜設定するものであるが、通常、３０分〜５０
時間の範囲が好ましい。熱処理時間が３０分未満では結
晶粒の析出を充分に行うことが困難であり、また５０時
間を超えるとｂｅｅ−Ｆｅ固溶体以外の相が析出しやす
くなるためである。より好ましい熱処理時間は、３０分
〜２５時間の範囲である。

なお、熱処理時の雰囲気としては、窒素中、アルゴン中
等の不活性雰囲気中、真空中、水素中等の還元性雰囲気
中、あるいは大気中等、各種雰囲気を使用することが可
能である。また、上記熱処理後の冷却過程、あるいは−
旦冷却した後に、微細結晶粒が析出したＰｅ基基磁磁性
合金対して磁場を印加しく磁場熱処理を含む）、特性を
変化させて用途に合った磁気特性を付与することも可能
である。

また、上記微細結晶粒析出のための熱処理は、粉体の時
点で施すことも可能である。ただし、この際には、形状
固定化のための熱処理の時に結晶粒の粗大化を招かない
ような条件を選択する必要がある。

さらに、ホットプレスによってｌｏＯｋｇ／ｃ−以上で
加圧しながら４５０℃〜６５０℃で１０分〜１０時間、
より好ましくは３０分〜８時間加圧成形し、微細結晶粒
の析出と成形とを同時に行うこともできる。

本発明の圧粉磁心は、高周波域での軟磁気特性に優れて
いるため５、例えば大電力用を含む高周波トランス、コ
モンモードチョークコイル、ノーマルモードチョークコ
イル、平滑チョークコイル等の高周波で用いられる磁心
として優れた特性を示す。

（実施例）以下に、本発明の実施例について説明する。

実施例１式：　Ｐｅ７ｏＣｕ＋　　Ｖ７　Ｓｉｚ　Ｐ７　Ｂｌで
表される組成のアモルファス粉末を、アトマイズ法によ
り作製した。得られた粉末は球状粉てあり、その粒子径
は１０〜３０μｍであった。なお、このアモルファス粉
末の結晶化温度（昇温速度１０ｄｅｇ／ｌ１ｉｎで測定
）は、４８０℃であった。

次に、上記アモルファス粉末にバインダとして水ガラス
を混合した後、外径３８■、内径１９■、高さ１２．５
ｍｍのトロイダルコア形状の成形体をプレス成形によっ
て作製した。

この後、上記トロイダルコア形状の成形体に対して、窒
素雰囲気中において５５０℃、１時間の条件で熱処理を
施し、超微細結晶粒を析出させると共に、焼結させて圧
粉磁心を得た。

また、本発明との比較として、上記実施例と同組成のア
モルファス粉末を、４５０℃すなわち結晶化温度以下の
温度で１時間ホットプレスすることにより、同一寸法の
アモルファス粉末磁心を作製した。

このようにして得た実施例および比較例の各磁心の１ｋ
Ｈｚにおける初透磁率およびＱ−ｆ特性を、ＬＣＲメー
ターを用いて測定した。その結果を第１図に示す。なお
、測定に際しては、各磁心に１０ターンの巻線を施し、
また印加電圧は１■とした。

Ｎ１図から明らかなように、上記実施例による圧粉磁心
は、高透磁率でかつ高Ｑ値を得ており、優れた特性を示
している。

なお、上記実施例による圧粉磁心の合金組織中の微細結
晶粒が占める面積比および微細結晶粒の平均粒径を、透
過型電子顕微鏡による拡大像（２０万倍）からを求めた
ところ、微細結晶粒の面積比は８０％で、平均結晶粒径
は２０ｎｗであった。

実施例２第１表に示す各組成のアモルファス粉末（試料Ｎｏ　１
〜８）をそれぞれ実施例１と同様にして作製した。得ら
れた粉末はそれぞれ偏平粉であり、その偏平形状の長径
はｌＯ〜５０μ匝であった。

上記各アモルファス粉末を用いて、実施例１と同様にし
てトロイダルコア形状の成形体を作製した後、第１表に
示す条件によって熱処理を施し、超微細結晶粒を析出さ
せると共に、焼結させて圧粉磁心を得た。

このようにして得た各圧粉磁心の特性を実施例１と同様
にして求めた。それらの測定結果を第１表に示す。

また、本発明との比較のために、本発明の組成範囲のア
モルファス粉末を４５０℃で１時間ホットプレスするこ
とにより形成した同一寸法のアモルファス粉末磁心（試
料Ｎｏ８．９）および同一寸法の鉄粉ダストコア（試料
Ｎｏ１Ｏ）についても、同様にして特性を求めた。それ
らの結果も併せて第１表に示す。

（以下余白）第１表第１表の測定結果から明らかなように、実施例２による
各圧粉磁心は、比較例による磁心に比べて、それぞれ高
透磁率および高Ｑ値が得られていることが分る。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、高周波域において
低損失、高飽和磁束密度、低磁歪を満足し、かつ安価で
汎用性に優れ、形状の自由度に優れた圧粉磁心を提供す
ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による圧粉磁心の初透磁率お
よびＱ値と周波数との関係を従来の磁心と比較して示す
グラフである。出願人　　　　　　株式会社　東芝

Claims

【特許請求の範囲】　軟磁性粉末と絶縁材との混合体からなる圧粉磁心にお
いて、前記軟磁性粉末が、一般式：Ｆｅ＿１＿０＿０＿−＿ａ＿−＿ｂ＿−＿ｃ＿−＿ｄ＿
−＿ｅＣｕ＿ａＶ＿ｂＳｉ＿ｃＰ＿ｄＸ＿ｅ（式中、Ｘ
はＢおよびＣから選ばれた少なくとも１種の元素を表し
、ａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅは、それぞれ下記の式を満足
する数である。ただし、下記式中の全ての数字はａｔ％
を示す。０．１≦ａ≦５２≦ｂ≦１０１０≦ｃ≦２０５≦ｄ≦１３０≦ｅ≦３）で実質的に表される組成を有し、かつ合金組織内に微細
結晶粒を有するＦｅ基軟磁性合金粉末であることを特徴
とする圧粉磁心。