(57)【要約】  本発明は、大電流対応が可能で、高周波化および小型化を図れ、かつ、耐電圧の向上も図れる圧粉磁芯およびそれを用いた磁性素子を提供する。本発明の圧粉磁芯は、金属磁性粉末と無機絶縁材と熱硬化性樹脂とを含む圧粉磁芯であって、金属磁性粉末は、そのビッカース硬度（Ｈｖ）を２３０≦Ｈｖ≦１０００の範囲とし、無機絶縁材は、その圧縮強度を１００００ｋｇ/ｃｍ2以下で且つ機械的崩壊状態にあり、金属磁性粉末間に機械的崩壊状態にある無機絶縁材と熱硬化性樹脂とを介在させた構成である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属磁性粉末と無機絶縁材と熱硬化性樹脂とを含む圧粉磁芯であって、
前記金属磁性粉末は、そのビッカース硬度（Ｈｖ）を２３０≦Ｈｖ≦１０００の範囲とし、
前記無機絶縁材は、その圧縮強度を１００００ｋｇ/ｃｍ2以下で且つ機械的崩壊状態にあり、
前記金属磁性粉末間に前記機械的崩壊状態にある無機絶縁材と前記熱硬化性樹脂とを介在させた圧粉磁芯。
【請求項２】
前記金属磁性粉末は、Ｆｅ−Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系、Ｆｅ系の金属磁性粉末のうち、少なくとも１種類以上を含む請求項１に記載の圧粉磁芯。
【請求項３】
前記金属磁性粉末の平均粒径を１〜１００μｍとした請求項１に記載の圧粉磁芯。
【請求項４】
前記金属磁性粉末１００体積％に対して、前記無機絶縁材を１〜１５体積％配合した請求項１に記載の圧粉磁芯。
【請求項５】
前記金属磁性粉末の充填率を体積換算で６５％以上８２％以下とした請求項１に記載の圧粉磁芯。
【請求項６】
電気抵抗率を１０5Ω・ｃｍ以上とした請求項１に記載の圧粉磁芯。
【請求項７】
請求項１に記載の圧粉磁芯内にコイルを埋設した磁性素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載用ＥＣＵやノートパソコン用の電子機器のチョークコイル等に用いられる圧粉磁芯およびそれを用いた磁性素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器の小型化、薄型化に伴い、これらに使用される電子部品やデバイスも、小型化、薄型化の要求が強くなっている。一方で、ＣＰＵなどのＬＳＩは高速・高集積化しており、これに供給される電源回路には、数Ａ〜数１０Ａの電流が供給されることがある。よって、コイル部品においても、小型化、薄型化とともに直流重畳によるインダクタンス低下の抑制が要求されている。更に、使用周波数の高周波数化により、高周波数領域での損失が低いことも要求されている。また、コストの低減化の観点から、単純な形状の素子を簡便な工程で組立て可能であることも望まれている。すなわち、高周波数領域で大電流対応であり、小型化、薄型化したコイル部品を、より安価に供給することが求められている。【０００３】
このようなコイル部品に用いられる磁芯については、飽和磁束密度が高いほど直流重畳特性が改善される。また、透磁率が高いほど高いインダクタンス値が取得可能だが、磁気飽和しやすくなるため、直流重畳特性は劣化する。このため、透磁率は、用途によって望ましい範囲が選択される。また、磁芯の磁気損失は、低いことが望まれる。【０００４】
実際に使用されている一般的なコイル部品は、ＥＥ型やＥＩ型といったフェライトコアとコイルとを有する素子であるが、この素子ではフェライト材料自体の透磁率が高く、飽和磁束密度が低い為、磁気飽和によるインダクタンス値の低下が大きく、直流重畳特性が悪くなる。直流重畳特性を改善する為にコアの磁路方向に対して空隙を設け、見かけの透磁率を低下させて使用することもできるが、交流下で駆動した際にこの空隙部分でコアの振動が生じてノイズ音が発生する。また、透磁率を低下させてもフェライト材料自体の飽和磁束密度が低いままである為、根本的な改善を図ることは難しい。【０００５】
そこで、コア材料としてフェライトよりも飽和磁束密度が大きいＦｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｎｉ系合金等のＦｅ系金属磁性材料が用いられる。しかし、これらの金属磁性材料は、電気抵抗率が低い為、近年のように使用周波数領域が数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚと高周波数化してくると、渦電流損失が増加し、バルクの状態では使用できない。そこで、金属磁性材料を粉末化し金属磁性粉末間に樹脂を介在させて、金属磁性粉末間の絶縁を図った圧粉磁芯が開発されている。このような圧粉磁芯は、一般的に金属磁性粉末と樹脂から成る顆粒状のコンパウンドを加圧成形して作製される。コンパウンドはコイルと一体成形する事により、圧粉磁芯内にコイルを埋設することが可能であり、コイル埋設型磁性素子を作製できる。コイル埋設型磁性素子は、コイルとコンパウンドの一体成形により作製されるので、その製造工程は簡便であり、コスト削減が図れる。【０００６】
また、コイル埋設型磁性素子は、コイルと圧粉磁芯を組立てて作製する組立型磁性素子と比較し、組立型磁性素子でコイル−圧粉磁芯間に生じる組立寸法許容差等のデッドスペースに圧粉磁芯を充填することが出来る為、磁路長の短縮、および磁路断面積の拡張が図れ、素子の小型・薄型化に優位である。【０００７】
一方で、コイル埋設型磁性素子はコイルと圧粉磁芯が接触している為、コイル端子間に電圧を印加した際に圧粉磁芯の絶縁破壊が生じると、圧粉磁芯内のコイル−コイル間でショートを誘発する。また、電気抵抗率が低い圧粉磁芯を用いたコイル埋設型磁性素子を電源回路等に用いた場合、漏れ電流による回路効率の低下を誘発する恐れがある。従って、圧粉磁芯は、コイル埋設型磁性素子の用途に応じた電気抵抗率と耐電圧が求められる。【０００８】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献としては、例えば、特許文献１や特許文献２が知られている。特許文献１では、金属磁性粉末と電気絶縁材料と熱硬化性樹脂とから成り、良好な磁気特性と耐電圧を有する圧粉磁芯およびそれを用いたコイル埋設型磁性素子の製造方法について開示されている。しかしながら、特許文献１の圧粉磁芯は、高温耐熱試験後における電気抵抗率（ＤＣ５０Ｖ）が急激に低下し、信頼性の課題を有している。その課題の理由として、特許文献１の圧粉磁芯は高温耐熱試験中の経時変化により熱硬化処理後の樹脂が徐々に反応収縮を起こし、圧粉磁芯内の金属磁性粉末間の距離の縮小や、金属磁性粉末同士の接触が生じることが挙げられる。特許文献２では、金属磁性粉末表面の絶縁被膜に分子量２００〜８０００である有機系結合材料を用いることで高温耐熱試験後における電気抵抗率（ＤＣ５０Ｖ）の低下を防止した圧粉磁芯について開示されている。【０００９】
しかしながら、一部の車載用のＥＣＵ駆動回路に用いられるコイルにおいては、高温耐熱試験後において１００Ｖ程度の耐電圧が要求されている。従来の圧粉磁芯を用いたコイル埋設型磁性素子では、高温耐熱試験後において１００Ｖの耐電圧を有していないため、圧粉磁芯の更なる高耐圧化が問題点である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−３０５１０８号公報
【特許文献２】特開２００５−１３６１６４号公報
【発明の概要】
【００１１】
本発明の圧粉磁芯は、金属磁性粉末と無機絶縁材と熱硬化性樹脂とを含む圧粉磁芯であって、金属磁性粉末は、そのビッカース硬度（Ｈｖ）を２３０≦Ｈｖ≦１０００の範囲とし、無機絶縁材は、その圧縮強度を１００００ｋｇ/ｃｍ2以下で且つ機械的崩壊状態にあり、金属磁性粉末間に機械的崩壊状態にある無機絶縁材と熱硬化性樹脂とを介在させた構成である。
【００１２】
さらに、本発明の磁性素子は、上記の圧粉磁芯内にコイルを埋設させた構成である。
【００１３】
上記構成により、大電流対応が可能で、高周波化および小型化を図れ、かつ、耐電圧の向上も図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は本発明の実施の形態１の圧粉磁芯の拡大図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態１の磁性素子の全体概略図である。
【図３】図３は図２における磁性素子のＡ−Ａ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１における圧粉磁芯およびそれを用いた磁性素子に関して説明する。
【００１６】
本発明の実施の形態１における圧粉磁芯は、金属磁性粉末と無機絶縁材と熱硬化性樹脂とを含む圧粉磁芯である。金属磁性粉末は、そのビッカース硬度（Ｈｖ）を２３０≦Ｈｖ≦１０００の範囲としたものである。無機絶縁材は、その圧縮強度を１００００ｋｇ/ｃｍ2以下としたものである。本実施の形態の圧粉磁芯は、金属磁性粉末間に無機絶縁材と熱硬化性樹脂とを介在させた構成である。
【００１７】
この構成により、圧粉磁芯は磁気特性、電気抵抗率および耐電圧が良好となる。
【００１８】
磁気特性が良好な理由は、金属磁性粉末のビッカース硬度と無機絶縁材の圧縮強度を上記範囲とすることにより、圧粉磁芯の加圧成形時において無機絶縁材の機械的崩壊が促進され、圧粉磁芯の充填率が向上する為である。
【００１９】
電気抵抗率および耐電圧が良好な理由は、金属磁性粉末間に無機絶縁材が介在し、金属磁性粉末同士の接触を防止する為である。また、熱硬化処理後の樹脂が徐々に反応収縮しても、上記構成により金属磁性粉末同士の接触を防止し、高温耐熱試験後においても電気抵抗率および耐電圧が良好である。
【００２０】
具体的には、本実施の形態に用いられる金属磁性粉末は略球状であることが望ましい。扁平形状の金属磁性粉末を用いると圧粉磁芯に磁気的異方性が付与されるため、磁気回路制限を受けることとなるためである。
【００２１】
本実施の形態１に用いられる金属磁性粉末は、そのビッカース硬度（Ｈｖ）を２３０≦Ｈｖ≦１０００の範囲とすることが望ましい。ビッカース硬度が２３０Ｈｖよりも小さい場合では、圧粉磁芯の加圧成形時において無機絶縁材の機械的崩壊が十分に生じず、高充填率が得られないため、良好な直流重畳特性及び低磁気損失が得られない。一方、ビッカース硬度が１０００Ｈｖよりも大きい場合は、金属磁性粉末の塑性変形能が著しく低下することで、高充填率が得られない為、好ましくない。ここでいう機械的崩壊とは、圧粉磁芯の成形圧縮時に、絶縁材が金属磁性粉末に圧縮されることにより砕けて細かくなり、金属磁性粉末間に絶縁材が介在する状態を表す。
【００２２】
図１に本実施の形態にかかる圧粉磁芯の拡大図を示す。金属磁性粉末１の間に無機絶縁材２が機械的崩壊した状態で存在している。また、それらの隙間を埋めるように熱硬化性樹脂３が存在している。
【００２３】
また、本実施の形態１に用いられる金属磁性粉末は、Ｆｅ−Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系、Ｆｅ系の金属磁性粉末のうち、少なくとも１種類以上を含んでいることが望ましい。Ｆｅを主成分とする上記金属磁性粉末は、飽和磁束密度が高いため、大電流での使用において有用である。
【００２４】
Ｆｅ−Ｎｉ系金属磁性粉末を用いる場合は、その比率は、Ｎｉの含有量が４０重量％以上９０重量％以下であり、残りがＦｅ及び不可避な不純物からなることが望ましい。ここで、不可避な不純物とは例えば、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃ等が挙げられる。Ｎｉの含有量が、４０重量％より少ないと軟磁気特性の改善効果に乏しく、９０重量％より多いと飽和磁化の低下が大きく直流重畳特性が低下する。さらに直流重畳特性を改善させるために１〜６重量％のＭｏを含有させてもよい。
【００２５】
Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系金属磁性粉末を用いる場合は、その比率は、Ｓｉが８重量％以上１２重量％以下、Ａｌの含有量が４重量％以上６重量％以下であり、残りがＦｅ及び不可避な不純物からなることが望ましい。ここで、不可避な不純物とは例えば、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃ等が挙げられる。各構成元素の含有量を上記組成範囲とすることで高い直流重畳特性と低い保磁力が得られる。
【００２６】
Ｆｅ−Ｓｉ系金属磁性粉末を用いる場合は、その比率は、Ｓｉの含有量が１重量％以上８重量％以下であり、残りがＦｅ及び不可避な不純物からなることが望ましい。ここで、不可避な不純物とは例えば、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃ等が挙げられる。Ｓｉを含有させることにより、磁気異方性、磁歪定数を小さくし、また電気抵抗を高め、渦電流損失を低減させる効果がある。Ｓｉの含有量が１重量％より少ないと軟磁気特性の改善効果に乏しく、８重量％より多いと飽和磁化の低下が大きく、直流重畳特性が低下する。
【００２７】
Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系金属磁性粉末を用いる場合は、その比率は、Ｓｉが１重量％以上８重量％以下、Ｃｒの含有量が２重量％以上８重量％以下であり、残りがＦｅ及び不可避な不純物からなることが望ましい。ここで、不可避な不純物とは例えば、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃ等が挙げられる。
【００２８】
Ｓｉを含有させることにより、磁気異方性、磁歪定数を小さくし、また電気抵抗を高め、渦電流損失を低減させる効果がある。Ｓｉの含有量が１重量％より少ないと軟磁気特性の改善効果に乏しく、８重量％より多いと飽和磁化の低下が大きく、直流重畳特性が低下する。また、Ｃｒを含有させることにより、耐候性を向上させる効果がある。Ｃｒの含有量が２重量％より少ないと耐候性改善効果に乏しく、８重量％より多いと軟磁気特性の劣化が生じ好ましくない。
【００２９】
Ｆｅ系金属磁性粉末を用いる場合は、主成分の元素であるＦｅと不可避な不純物からなることが望ましい。ここで、不可避な不純物とは例えば、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃ等が挙げられる。Ｆｅの純度を高めることで、高い飽和磁束密度が得られる。
【００３０】
なお、上記の結晶性金属磁性粉末以外でも、アモルファス合金やナノ結晶軟磁性合金を用いても、上記構成と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
上記のＦｅを主成分とする金属磁性粉末は、少なくとも２種類以上を含む場合であっても、同様の効果を有する。
【００３２】
なお、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系のような塑性変形能が低い金属磁性粉末に対して、塑性変形能が高いＦｅ−Ｎｉ系金属磁性粉末を少量添加することにより、より充填率を高めることが可能となる。
【００３３】
また、本実施の形態１に用いられる金属磁性粉末の平均粒子径は１〜１００μｍであることが望ましい。平均粒子径が１．０μｍより小さいと高い充填率が得られない為、透磁率が低下することとなり好ましくない。また、平均粒子径が１００μｍより大きくなると高周波領域において渦電流損失が大きくなるので好ましくない。より好ましくは１〜５０μｍの範囲である。
【００３４】
また、本実施の形態１に用いられる無機絶縁材としては、その圧縮強度を１００００ｋｇ/ｃｍ2以下とすることが望ましい。圧縮強度が１００００ｋｇ/ｃｍ2よりも大きい場合は、圧粉磁芯の成形時において、無機絶縁材の機械的崩壊が十分ではなく、金属磁性粉末の充填率が低下し、優れた直流重畳特性及び低磁気損失が得られない。
【００３５】
なお、圧縮強度が１００００ｋｇ/ｃｍ2以下の無機絶縁材としては、例えば、ｈ−ＢＮ、ＭｇＯ、ムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）、ステアタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ2）、フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ2）、コーディエライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3・５ＳｉＯ2）、ジルコン（ＺｒＯ2・ＳｉＯ2）等の材料が挙げられる。しかし、前記に掲げた無機絶縁材以外であっても、無機絶縁材の圧縮強度が１００００ｋｇ/ｃｍ2以下の無機絶縁材であれば特に問題はない。
【００３６】
また、実施の形態１における無機絶縁材の配合量としては、金属磁性粉末の体積を１００体積％とした時に、無機絶縁材の配合量を１〜１５体積％とすることが望ましい。無機絶縁材の配合量が１％より少ないと圧粉磁芯の電気抵抗率および耐電圧が低下する為、好ましくない。また、無機絶縁材の配合量が１５％より大きいと、圧粉磁芯に占める非磁性部の割合が増加し、透磁率の低下が生じるため好ましくない。
【００３７】
また、実施の形態１における熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ブチラール樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。コイル埋設型磁性素子を作製する際、熱硬化性樹脂を添加した圧粉磁芯を用いることにより、コイルと一体成形時に前記圧粉磁芯のクラックを防止し、良好な成形能を取得できる。また、一体成形後のコイル埋設型磁性素子を熱硬化処理することで製品強度が向上し、量産性に優れた磁性素子を提供できる。熱硬化性樹脂には、金属磁性粉末との分散性を改善するために金属磁性粉末に分散剤を微量添加してもよい。
【００３８】
また、実施の形態１における圧粉磁芯は、その金属磁性粉末の充填率が体積換算で６５％以上８２％以下であることが望ましい。この構成によって磁気特性、電気抵抗率、耐電圧および成形体強度が良好な圧粉磁芯を得ることが出来る。金属磁性粉末の充填率が６５％より小さいと、磁気特性が劣化するため好ましくない。また、金属磁性粉末の充填率が８２％より大きいと、成形体強度が低下するため好ましくない。
【００３９】
また、実施の形態１における圧粉磁芯は、その電気抵抗率が１０5Ω・ｃｍ以上であることが望ましい。この構成により、漏れ電流を抑制し、回路効率の低下を防止することができる。電気抵抗率が１０5Ω・ｃｍ未満になると上記圧粉磁芯を用いたコイル埋設型磁性素子（縦６ｍｍ×横６ｍｍ）をＤＣ／ＤＣコンバーター回路に実装した場合、漏れ電流が増加し、回路効率の低下を誘発する恐れがある。
【００４０】
なお実施の形態１における磁性素子は、上記圧粉磁芯内にコイルを埋設させた構成である。図２に本実施の形態にかかる磁性素子の全体概略図を示す。図３に本実施の形態にかかる磁性素子のＡ−Ａ線断面図を示す。本実施の形態にかかる磁性素子は、図２、図３に示すようなコイル埋設型磁性素子であり、圧粉磁芯４とコイル部５によって構成される。
【００４１】
上記の構成により、コイル埋設型磁性素子を作製することが可能である。
【００４２】
以上のような構成により、大電流・高周波領域においても磁気特性および電気抵抗率・耐電圧が良好な圧粉磁芯を得ることが出来る。また、この圧粉磁芯内にコイルを埋設する事で、コイル埋設型磁性素子の小型・薄型化を維持しながら高温耐熱試験後における高耐電圧を兼ねた磁性素子を提供出来る。
【００４３】
以下、本発明の実施の形態１における圧粉磁芯の製造方法に関して説明する。
【００４４】
本発明の実施の形態１における圧粉磁芯の製造方法は、金属磁性粉末のビッカース硬度（Ｈｖ）を２３０≦Ｈｖ≦１０００の範囲に高くするステップと、この金属磁性粉末間に圧縮強度が１００００ｋｇ/ｃｍ2以下である無機絶縁材を分散し、複合磁性材料を製造するステップと、この複合磁性材料と熱硬化性樹脂を混合・分散し、コンパウンドを製造するステップと、このコンパウンドを加圧して成形体を形成するステップを含む。
【００４５】
金属磁性粉末の硬度を高くするステップにより、コンパウンドの加圧成形の際に無機絶縁材の機械的崩壊を促進させ、圧粉磁芯の高充填化を図ることができる。
【００４６】
また、硬度を高くした後の金属磁性粉末間に無機絶縁材を分散するステップにより、金属磁性粉末と金属磁性粉末との間に無機絶縁材が介在し、金属磁性粉末同士の接触を抑制した複合磁性材料を製造することが出来る。そのため、圧粉磁芯の電気抵抗率および耐電圧を向上出来る。
【００４７】
また、複合磁性材料と熱硬化性樹脂を混合・分散し、コンパウンドを製造するステップにより、金属磁性粉末間に無機絶縁材と熱硬化性樹脂とを介在するコンパウンドを製造することが出来る。そのため、圧粉磁芯の充填率・電気抵抗率・耐電圧および成形体強度を向上できる。
【００４８】
また、コンパウンドを加圧して成形体を形成するステップにより、圧粉磁芯を得ることが出来る。なお、コンパウンドとコイルを一体成形することによりコイル埋設型磁性素子を作製することができる。
【００４９】
また、成形体を形成するステップ後に、作製した圧粉磁芯の熱硬化処理ステップを行うことにより、その強度を更に向上出来る。なお、コンパウンドとコイルを一体成形することにより作製されたコイル埋設型磁性素子も同様に熱硬化処理ステップを行うことで、磁性素子の強度を向上出来る。
【００５０】
このような製造方法によって、圧粉磁芯の金属充填率を向上するとともに、電気抵抗率および耐電圧を向上して、圧粉磁芯の強度確保を可能にする。その結果、この圧粉磁芯を用いたコイル埋設型磁性素子は、大電流対応が可能で、高周波化および小型化を図れ、かつ、電気抵抗率を保ちながら高耐電圧化を図ることができる。
【００５１】
実施の形態１における金属磁性粉末の硬度を高くするステップにおいて用いる装置としては、例えばボールミルが挙げられる。なお、ボールミル以外でも、例えばホソカワミクロン社製のメカノフュージョンシステム等の金属磁性粉末に強力な圧縮せん断力を与えて加工歪を導入させるメカニカルアロイの装置であれば、特に装置の指定はない。
【００５２】
実施の形態１における硬度向上後の金属磁性粉末間に無機絶縁材を分散させて複合磁性材料を作製するステップにおいて用いる装置としては、例えばボールミルが挙げられる。なお、このようなボールミル以外でも、例えばＶ型混合機およびクロスロータリー等においても同等の効果が期待出来る。
【００５３】
なお、実施の形態１における複合磁性材料と熱硬化性樹脂の混合・分散方法は特に限定されるものではない。
【００５４】
なお、実施の形態１における加圧成形方法は特に限定されるものではないが、一軸成形機等を用いた通常の加圧成形方法が挙げられる。
【００５５】
なお、実施の形態１における成形体を形成するステップ後に、圧粉磁芯の熱硬化処理するステップを行う場合、その熱硬化処理方法は特に限定されるものではないが、通常乾燥炉を用いて行う。熱硬化処理は、熱硬化性樹脂の本硬化温度にて行われる。
【００５６】
以下、具体的に、各種金属磁性粉末を用いて圧粉磁芯を作製する場合を説明する。
【００５７】
平均粒子径が８μｍである、表１に示す金属磁性粉末を用意する。この金属磁性粉末を転動型ボールミルにて処理することで、金属磁性粉末の硬度を高くする（以下このステップを、硬度向上プロセス、と表す）。金属磁性粉末の硬度は微小表面材料特性評価システム（株式会社ミツトヨ社製）を用いて測定する。そして、この硬度向上後の金属磁性粉末１００体積％に対して、表１に示す平均粒子径１．５μｍの無機絶縁材を５．５体積％配合し、遊星型ボールミルにより、この金属磁性粉末と無機絶縁材を分散して複合磁性材料を作製する。なお、表１記載の無機絶縁材の圧縮強度は微小圧縮試験機を用いて測定した結果である。そして、この複合磁性材料１００体積％に対して１０体積％のエポキシ樹脂を熱硬化性樹脂として混合したコンパウンドを作製する。得られるコンパウンドを使用して、室温下にて表１に記載の成形圧力にて加圧成形し、成形体を作製する。その後１５０℃で２時間の熱硬化処理を行い、磁気特性評価用の圧粉磁芯および耐電圧評価用の試験片を作製する。なお、作製した圧粉磁芯の形状は、外径；１５ｍｍ、内径；１０ｍｍ、高さ；３ｍｍ程度のトロイダル形状である。また、作製した試験片の形状は直径；１０ｍｍ、高さ；１ｍｍ程度の円板状である。
【００５８】
また、比較例として無機絶縁材を無添加のコンパウンドも作製し、同様の方法で圧粉磁芯および試験片を作製する。
【００５９】
熱硬化処理後の試験片に、コイル部品として必要な耐熱信頼性試験１５０℃−２０００時間相当の熱処理をした後、上下面にＩｎ−Ｇａ電極を塗布形成し、これに電極を押し当て、試験片の上下面間の電気抵抗率を電圧１００Ｖにて測定する。
【００６０】
得られた圧粉磁芯について直流を重畳して流した時の透磁率（以下直流重畳特性という）及び、圧粉磁芯の磁気特性の一つでもある磁気損失の評価を行う。直流重畳特性については、印加磁場：５５Ｏｅ、周波数：１ＭｋＨｚ、ターン数：２０におけるインダクタンス値をＬＣＲメーター（ＨＰ社製；４２９４Ａ）にて測定し、得られたインダクタンス値と圧粉磁芯の試料形状より透磁率を算出する。磁気損失については交流Ｂ−Ｈカーブ測定機（岩通計測株式会社製；ＳＹ−８２５８）にて測定周波数：１ＭＨｚ、測定磁束密度：２５ｍＴで測定を実施する。直流重畳特性、磁気損失および耐電圧特性が良好である場合が本実施の形態に該当する。得られる評価結果を表１に示す。
【００６１】
【表１】
2010103709.tif 000003
【００６２】
Ｎｏ．１〜１１にＦｅ−Ｓｉ系金属磁性粉末を用いた場合での評価結果を示す。なお、硬度向上プロセスを未実施のＦｅ−１．５ＳｉとＦｅ−５．９Ｓｉ粉末のビッカース硬度はそれぞれ１５０Ｈｖ、４１５Ｈｖである。
【００６３】
Ｎｏ．１〜６にＦｅ−１．５Ｓｉの結果を示す。Ｎｏ．１より、硬度向上プロセスを未実施の場合、充填率が低く、良好な直流重畳特性及び磁気損失が得られない。低充填率の要因として、金属磁性粉末の硬度が低い為に、加圧成形の際に無機絶縁材の機械的崩壊が十分でなかったことが考えられる。
【００６４】
Ｎｏ．２〜６においては、硬度向上プロセスを施し、金属磁性粉末の硬度を高くしている。Ｎｏ．３〜５より、金属磁性粉末のビッカース硬度（Ｈｖ）が２３５≦Ｈｖ≦５２０で、無機絶縁材の圧縮強度が５４０ｋｇ/ｃｍ2のｈ−ＢＮを用いた場合、加圧成形の際に無機絶縁材の機械的崩壊により充填率が向上し、かつ、金属磁性粉末間に無機絶縁材が介在している。そのため、直流重畳特性、磁気損失、電気抵抗率が良好な高耐電圧の圧粉磁芯を取得できる。
【００６５】
一方で、Ｎｏ．２，６より、金属磁性粉末のビッカース硬度が２３０Ｈｖ未満の場合や、無機絶縁材の圧縮強度が１００００ｋｇ/ｃｍ2より大きい場合は、加圧成形の際に無機絶縁材の機械的崩壊が十分に起こらず、良好な直流重畳特性および磁気損失が得られない。
【００６６】
Ｎｏ．７〜１１にＦｅ−５．９Ｓｉの結果を示す。Ｎｏ．７より、金属磁性粉末のビッカース硬度は、硬度向上プロセスによりその硬度を上げていない場合であっても４１５Ｈｖを有している。よって無機絶縁材の圧縮強度が８４００ｋｇ／ｃｍ2のＭｇＯを用いた場合、加圧成形の際に無機絶縁材の機械的崩壊により充填率が向上し、かつ、金属磁性粉末間に無機絶縁材が介在する。そのため、直流重畳特性、磁気損失および電気抵抗率が良好な高耐電圧の圧粉磁芯を取得できる。
【００６７】
Ｎｏ．８、９より、金属磁性粉末に硬度向上プロセスを施し、その硬度が７４０〜１０００Ｈｖであり、無機絶縁材の圧縮強度が８４００ｋｇ／ｃｍ2のＭｇＯを用いた場合、加圧成形の際に無機絶縁材の機械的崩壊により充填率が向上し、かつ、金属磁性粉末間に無機絶縁材が介在する。よって、直流重畳特性、磁気損失および電気抵抗率が良好な高耐電圧の圧粉磁芯を取得できる。また、Ｎｏ.８より、特にそのビッカース硬度を７４０Ｈｖまで高くすることにより、更なる高い直流重畳特性・低磁気損失が得られる。
【００６８】
一方で、Ｎｏ．１０より、無機絶縁材の圧縮強度が１００００ｋｇ/ｃｍ2より大きい場合は、圧粉磁芯の加圧成形の際に無機絶縁材の機械的崩壊が十分に起こらず、良好な直流重畳特性および磁気損失が得られない。
【００６９】
また、Ｎｏ．１１より、金属磁性粉末のビッカース硬度が１０００Ｈｖより大きい場合は、金属磁性粉末の塑性変形能が著しく低下するために高い充填率が得られない為、軟磁気特性が劣化し、好ましくない。
【００７０】
Ｎｏ．１２〜１５にＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系金属磁性粉末、Ｎｏ．１６〜２５にＦｅ−Ｎｉ系金属磁性粉末、Ｎｏ．２６〜３０にＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系金属磁性粉末、Ｎｏ．３１〜３５にＦｅ系金属磁性粉末の評価結果を示す。Ｆｅ−Ｓｉ系の評価結果と同様に、各種金属磁性粉末のビッカース硬度（Ｈｖ）が２３０≦Ｈｖ≦１０００で、無機絶縁材の圧縮強度が１００００ｋｇ/ｃｍ2以下の場合に、加圧成形の際に無機絶縁材の機械的崩壊により充填率が向上し、かつ、金属磁性粉末間に無機絶縁材が介在する。そのため、直流重畳特性、磁気損失および電気抵抗率が良好な高耐電圧の圧粉磁芯を取得できる。
【００７１】
また、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系およびＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系の金属磁性粉末において、そのビッカース硬度を７５０Ｈｖ付近まで高くすることにより、更なる高い直流重畳特性・低磁気損失が得られる。
【００７２】
表１から、金属磁性粉末のビッカース硬度（Ｈｖ）は、２３０Ｈｖ以上かつ１０００Ｈｖ以下のものが望ましく、硬度向上プロセスを経てその硬度を上げて所定の値に到達した場合であっても、同様の効果を得られる。金属磁性粉末のビッカース硬度（Ｈｖ）が２３０Ｈｖよりも小さい場合では、無機絶縁材の機械的崩壊が十分に生じず、直流重畳特性、磁気損失および電気抵抗率が良好な圧粉磁芯が得られない。一方、金属磁性粉末のビッカース硬度（Ｈｖ）が１０００Ｈｖよりも大きい場合は、金属磁性粉末の塑性変形能が著しく低下することで、高い充填率が得られない為、軟磁気特性が劣化してしまうことになり好ましくない。
【００７３】
また圧粉磁芯における金属磁性粉末の充填率が体積換算で６５％以上であることが望ましい。この充填率を６５％以上とすることで優れた直流重畳特性、低磁気損失を示す。
【００７４】
無機絶縁材は圧縮強度が１００００ｋｇ／ｃｍ2以下であることが望ましい。圧縮強度が１００００ｋｇ/ｃｍ2よりも大きい場合は、加圧成形において、無機絶縁材の機械的崩壊が十分に生じないため、金属磁性粉末の充填率が低下し、直流重畳特性及び磁気損失が良好な圧粉磁芯が得られない。
【００７５】
なお、圧縮強度が１００００ｋｇ／ｃｍ2以下である無機絶縁材としては、例えば、ｈ−ＢＮ、ＭｇＯ、ムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）、ステアタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ2）、フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ2）、コーディエライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ2Ｏ3・５ＳｉＯ2）、ジルコン（ＺｒＯ2・ＳｉＯ2）の無機物のうち少なくとも１種類以上を含むことが望ましい。
【００７６】
なお、表記無機絶縁材以外でも、その圧縮強度が１００００ｋｇ/ｃｍ2以下であれば、如何なる無機絶縁材を使用しても問題はない。
【００７７】
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２において、無機絶縁材の配合量に関して説明する。
【００７８】
なお、実施の形態１と同様の構成を有するものについては、その説明を省略し、相違点について詳述する。
【００７９】
Ｆｅ−Ｓｉ系金属磁性粉末の組成が重量％でＦｅ−３．５Ｓｉであり、その平均粒径が１０μｍを有するＦｅ−Ｓｉ系金属磁性粉末を用いる。上記のＦｅ−３．５Ｓｉ金属磁性粉末を遊星型ボールミルにより処理することで金属磁性粉末の硬度を高くし、３５５Ｈｖのビッカース硬度を有する金属磁性粉末を作製する。無機絶縁材として、平均粒子径３．５μｍで圧縮強度７１００ｋｇ／ｃｍ2のムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）を、硬度を高くした金属磁性粉末１００体積％に対して、表２に記載の通り配合し、転動型ボールミルにより前記金属磁性粉末の表面に無機絶縁材を分散して複合磁性粉末を作製する。そして、この複合磁性粉末１００体積％に対して８体積％のフェノール樹脂を熱硬化性樹脂として混合しコンパウンドを作製する。得られたコンパウンドを成形圧力：５ｔｏｎ／ｃｍ2で加圧成形して成形体を作製する。その後、成形体に対して、１５０℃で２時間の熱硬化処理を行い、磁気特性評価用の圧粉磁芯および耐電圧評価用の試験片を作製する。
【００８０】
なお、金属磁性粉末の硬度、無機絶縁材の圧縮強度、および得られる圧粉磁芯の形状、試験片の形状、直流重畳特性・磁気損失・電気抵抗率の評価法は上記と同等の条件で行う。得られる評価結果を表２に示す。
【００８１】
【表２】
2010103709.tif 000004
【００８２】
Ｎｏ．３６〜４２より、無機絶縁材配合量が１〜１５体積％にて、良好な直流重畳特性、磁気損失、電気抵抗率を有する圧粉磁芯を実現することができる。
【００８３】
無機絶縁材配合量が１．０体積％より小さいと、電気抵抗率および磁気損失の低下が生じるため好ましくない。また、無機絶縁材配合量が１５体積％より大きいと成形体中のＦｅ−Ｓｉ系金属磁性粉末の充填率が低下し、直流重畳特性が低下するので好ましくない。
【００８４】
（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３において、圧粉磁芯に占める金属磁性粉末の充填率に関して説明する。
【００８５】
なお、実施の形態１と同様の構成を有するものについては、その説明を省略し、相違点について詳述する。
【００８６】
平均粒径が２５μｍで、合金組成が重量％でＦｅ−４．７Ｓｉ−３．８ＣｒであるＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系金属磁性粉末を用いる。Ｆｅ−４．７Ｓｉ−３．８Ｃｒ金属磁性粉末を転動型ボールミルにより処理することで金属磁性粉末の硬度を向上させ、４００Ｈｖのビッカース硬度を有する金属磁性粉末を作製する。金属磁性粉末１００体積％に対して、無機絶縁材として平均粒子径２μｍで圧縮強度８４００ｋｇ／ｃｍ2のＭｇＯを３．５体積％秤量し、金属磁性粉末に配合させる。その後、Ｖ型混合機により金属磁性粉末の表面に無機絶縁材を分散して複合磁性粉末を作製する。この複合磁性粉末に対して表３に示す割合でシリコーン樹脂を熱硬化性樹脂として混合しコンパウンドを作製する。そのコンパウンドを成形圧力：４．５ｔｏｎ／ｃｍ2で加圧成形し成形体を作製する。その後成形体に対して、１５０℃で２時間の熱硬化処理を行い、磁気特性評価用の圧粉磁芯および耐電圧評価用の試験片を作製する。
【００８７】
なお、金属磁性粉末の硬度、無機絶縁材の圧縮強度、および得られた圧粉磁芯の形状、試験片の形状、直流重畳特性・磁気損失・電気抵抗率の評価法は上記と同等の条件で行う。また、各サンプルにおける成形能をクラック発生の有無により評価する。得られる評価結果を表３に示す。
【００８８】
【表３】
2010103709.tif 000005
【００８９】
表３より、無機絶縁材に圧縮強度が８４００ｋｇ/ｃｍ2のＭｇＯを用いる場合、金属磁性粉末の充填率が体積換算で６５〜８２％のＮｏ．４５〜４９では、直流重畳特性、磁気損失、電気抵抗率とも良好な高耐電圧の圧粉磁芯を取得できる。一方で、金属磁性粉末の充填率が６５％未満のＮｏ．４３、４４の場合、樹脂量に関わらず直流重畳特性が極端に低下し、磁気損失も増加するため好ましくない。また、充填率が８５％のＮｏ．５０では直流重畳特性、磁気特性および電気抵抗率は良好だが、微少なクラックが発生しており、成形体強度の低下から量産時に実際に使用するのは困難である。
【００９０】
（実施の形態４）
以下、本発明の実施の形態４において、金属磁性粉末の平均粒子径に関して説明する。
【００９１】
なお、実施の形態１と同様の構成を有するものについては、その説明を省略し、相違点について詳述する。
【００９２】
表４に示す平均粒子径のＦｅ金属磁性粉末を用い、遊星型ボールミルにより処理することで金属磁性粉末の硬度を向上させ、３５０Ｈｖのビッカース硬度を有するＦｅ金属磁性粉末を作製する。硬度を向上させた金属磁性粉末１００体積％に対して、無機絶縁材として平均粒子径４μｍで圧縮強度５９００ｋｇ／ｃｍ2のフォルステライトを７体積％秤量し、金属磁性粉末に配合させる。その後、メカノフュージョンにより金属磁性粉末の表面に無機絶縁材を分散して複合磁性粉末を作製する。この複合磁性粉末１００体積％に対して１２体積％のブチラール樹脂を熱硬化性樹脂として混合しコンパウンドを作製する。得られるコンパウンドを成形圧力：４ｔｏｎ／ｃｍ2で加圧成形して成形体を作製する。その後成形体に対して１５０℃で２時間の熱硬化処理を行い、磁気特性評価用の圧粉磁芯および耐電圧評価用の試験片を作製する。
【００９３】
なお、金属磁性粉末の硬度、無機絶縁材の圧縮強度、および得られる圧粉磁芯の形状、試験片の形状、電気抵抗率の評価法は上記と同等の条件で行う。直流重畳特性については、印加磁場：５５Ｏｅ、周波数：３００ｋＨｚ、ターン数：２０におけるインダクタンス値をＬＣＲメーター（ＨＰ社製；４２９４Ａ）にて測定し、得られたインダクタンス値と圧粉磁芯の試料形状より透磁率を算出する。磁気損失については交流Ｂ−Ｈカーブ測定機（岩通計測株式会社製；ＳＹ−８２５８）にて測定周波数：３００ｋＨｚ、測定磁束密度：２５ｍＴで測定を実施する。得られる評価結果を表４に示す。
【００９４】
【表４】
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【００９５】
Ｎｏ．５１〜５７より、金属磁性粉末の平均粒子径は１〜１００μｍにて、良好な直流重畳特性で、低磁気損失を示す。従って用いる金属磁性粉末の平均粒子径としては１．０μｍ以上１００μｍ以下が好ましいことが分かる。
【００９６】
金属磁性粉末の平均粒子径が１．０μｍより小さいと高い充填率が得られない為、直流重畳特性が低下することとなり好ましくない。また、金属磁性粉末の平均粒子径が１００μｍより大きくなると高周波領域において渦電流損失が大きくなるので好ましくない。より好ましくは１〜５０μｍの範囲である。
【００９７】
以上説明したように、本発明における圧粉磁芯においては、金属磁性粉末と無機絶縁材と熱硬化性樹脂とを含む圧粉磁芯であって、金属磁性粉末は、そのビッカース硬度（Ｈｖ）を２３０≦Ｈｖ≦１０００の範囲とし、無機絶縁材は、その圧縮強度を１００００ｋｇ/ｃｍ2以下で且つ機械的崩壊状態にあり、金属磁性粉末間に前記機械的崩壊状態にある無機絶縁材と前記熱硬化性樹脂とを介在させている。
【００９８】
また本発明における圧粉磁芯の金属磁性材料は、Ｆｅ−Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系、Ｆｅ系の金属磁性粉末のうち、少なくとも１種類以上を含む。
【００９９】
また本発明における圧粉磁芯の金属磁性粉末は、その平均粒径を１〜１００μｍとしている。
【０１００】
また本発明における圧粉磁芯は、金属磁性粉末１００体積％に対して、無機絶縁材を１〜１５体積％配合している。
【０１０１】
また本発明における圧粉磁芯は、金属磁性粉末の充填率を体積換算で６５％以上８２％以下としている。
【０１０２】
また本発明における圧粉磁芯は、その電気抵抗率を１０5Ω・ｃｍ以上としている。
【０１０３】
よって、本発明によれば、優れた磁気特性を有し、かつ高温耐熱試験後においても高耐電圧を有する圧粉磁芯を提供することができる。
【０１０４】
また、このような圧粉磁芯は、コイル埋設型のチョークコイル等の小型化、大電流、高耐電圧化、高周波領域での使用に十分適応できる磁性素子を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明の圧粉磁芯およびそれを用いた磁性素子によれば、大電流対応が可能で、高周波化および小型化を図れ、かつ、耐電圧の向上も図れるので、各種電子機器に有用である。
【符号の説明】
【０１０６】
１    金属磁性粉末
２    無機絶縁材
３    熱硬化性樹脂
４    圧粉磁芯
５    コイル部
【図１】
2010103709.tif 000007
【図２】
2010103709.tif 000008
【図３】
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【国際調査報告】
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2010103709.tif 000011
2010103709.tif 000012
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