(57)【要約】  第一の磁性体としてＦｅ系アモルファス合金薄帯の粉砕粉と、第二の磁性体としてＣｒを含むＦｅ系アモルファス合金アトマイズ粉とを主成分とする圧粉磁心であって、前記粉砕粉は、薄板状で、対向する二主面を有し、前記主面の面方向の最小値を粒径としたとき、粒径が粉砕粉の厚さの２倍を超え６倍以下の粉砕粉が全粉砕紛の８０質量％以上であり、かつ粒径が粉砕粉の厚さの２倍以下の粉砕粉が全粉砕粉の２０質量％以下であり、更に、前記アトマイズ粉の粒径は、前記粉砕粉の厚さの１／２以下、３μｍ以上である圧粉磁心。
2009139368.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の磁性体としてＦｅ系アモルファス合金薄帯の粉砕粉と、第二の磁性体としてＣｒを含むＦｅ系アモルファス合金アトマイズ球状粉とを主成分とする圧粉磁心であって、前記粉砕粉は、薄板状で、対向する二主面を有し、前記主面の面方向の最小値を粒径としたとき、粒径が粉砕粉の厚さの２倍を超え６倍以下の粉砕粉が全粉砕紛の８０質量％以上であり、かつ粒径が粉砕粉の厚さの２倍以下の粉砕粉が全粉砕粉の２０質量％以下であり、更に、前記アトマイズ球状粉の粒径は、前記粉砕粉の厚さの１／２以下、３μｍ以上であることを特徴とする圧粉磁心。
【請求項２】
前記、第一の磁性体であるＦｅ系アモルファス合金薄帯の粉砕粉と、第二の磁性体であるＣｒを含むＦｅ系アモルファス合金アトマイズ球状粉との混合比率が、質量比で９５：５から７５：２５の間であることを特徴とする請求項１に記載の圧粉磁心。
【請求項３】
周波数５０ｋＨｚ、磁束密度５０ｍＴにおけるコアロスが７０ｋＷ／ｍ３以下で、かつ、磁場１００００Ａ／ｍにおける比透磁率が３０以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の圧粉磁心。
【請求項４】
請求項１乃至３に記載の圧粉磁心の表面に、シリコーンゴムをコーティング後、エポキシ樹脂がコーティングされていることを特徴とする圧粉磁心。
【請求項５】
請求項４に記載の圧粉磁心に導線が複数回巻回されてコイルを形成されていることを特徴とするチョーク。
【請求項６】
請求項１乃至３に記載の圧粉磁心は樹脂ケース内に格納され、前記圧粉磁心と前記樹脂ケース内側とはシリコーンゴムで固着され、前記樹脂ケース外面に導線が複数回巻回されてコイルを形成されていることを特徴とするチョーク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テレビやエアコンなど家電機器で採用されているPFC回路に使用される圧粉磁心及びチョークに関し、特に軟磁性Ｆｅ系アモルファス合金粉末を圧密化した圧粉磁心及びチョークに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
家電機器の電源回路の初段部は、AC（交流）電圧からDC（直流）電圧に変換するAC/DCコンバータ回路で構成されている。このコンバータ回路内で入力電流の波形は、一般に、電圧波形と位相がずれたり、電流波形自体が正弦波にならない現象が発生することが知られている。このため、いわゆる力率が低下して無効電力が大きくなり、また高調波ノイズを発生させることになる。PFC回路は、このようなずれたAC入力電流の波形を、AC入力電圧と同様な位相や波形に整形するように制御することで、無効電力及び高調波ノイズを低減するための回路である。
近年、標準化団体であるIEC（International Electro-technical Commission：国際電気標準会議）の主導で、各種機器はPFC制御の電源回路を搭載することが法令により必須となる状況になりつつある。
前記PFC回路で使用されるチョークに対しては、小型化・低背化のために、磁心の材質としては、飽和磁束密度Ｂｓが高いことが優れ、コアロスＰｃｖが小さいことが要求され、更に直流重畳特性に優れることが要求されている。
これらの要求を考えると、センダストやＦｅ−Ｓｉ系など金属磁性粉末の圧粉磁心がバランスに優れていると考えられ、採用されている。【０００３】
特許文献１には、更なるコアロス低減のために、Ｆｅ系アモルファス合金薄帯を粉砕した金属粉末を用いたコアが提案されている。
また、特許文献２には、成形体密度を向上させるために、アモルファス合金薄帯を粉砕した板状粉とアトマイズ法による球状粉とを混合する提案がされている。【０００４】
【特許文献１】特開２００５−５７２３０号公報
【特許文献２】特開２００２−２４９８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発明者は特許文献１を参考にＦｅ系アモルファス合金薄帯を粉砕する条件を検討した。特許文献１に記載のように、薄帯を熱処理することで脆化させた後、粉砕することは粉砕効率が高く有効であるが、実際に得られたコアでは、期待されていた低いコアロスを得ることはできず、センダストやＦｅ−Ｓｉ系のダストに比べて劣るという問題点があった。【０００６】
特許文献２には、アトマイズ法で得られた非晶質の球状粉と、急冷薄帯を粉砕して得られた非晶質の扁平粉とを混合することにより、圧密化が容易になり、圧密度を向上した圧粉磁心が提案されている。しかし、発明者が試みたところ特許文献２に示されているような球状粉及び扁平粉の直径がほぼ同等である場合、圧密度向上はほとんどなされないという問題点があった。【０００７】
そこで、発明者は、前記の問題点を鑑み、Ｆｅ系アモルファス合金薄帯の粉砕粉を用いた圧粉磁心であっても、低いコアロスが得られ、また優れた直流重畳特性を備え、更に、成形体密度が高く、成形体強度が大きい、圧粉磁心およびチョークを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、Ｆｅ系アモルファス合金薄帯の特長である、低いコアロス、優れた直流重畳特性を、粉砕粉においても実現させるために、粉砕粉の形態及び粒径について検討し、粉砕粉は、薄板状で、対向する二主面を有し、主面方向の粒径の最小値が粉砕粉の厚さの２倍を超え６倍以下にし、かつ、成形密度の高い圧粉磁心を得るために、前記粉砕粉の厚さの１／２以下、３μｍ以上の粒径のＣｒを含むＦｅ系アモルファスアトマイズ球状粉を混合することで、低いコアロスと良好な直流重畳特性とを兼ね備えるという優れた圧粉磁心及びこれに導線を複数回巻回しコイルを形成することで作製できるチョークを見出したものである。【０００９】
つまり、本発明は、第一の磁性体としてＦｅ系アモルファス合金薄帯の粉砕粉と、第二の磁性体としてＣｒを含むＦｅ系アモルファス合金アトマイズ球状粉とを主成分とする圧粉磁心であって、前記粉砕粉は、薄板状で、対向する二主面を有し、前記主面の面方向の最小値を粒径としたとき、粒径が粉砕粉の厚さの２倍を超え６倍以下の粉砕粉が全粉砕紛の８０質量％以上であり、かつ粒径が粉砕粉の厚さの２倍以下の粉砕粉が全粉砕粉の２０質量％以下であり、更に、前記アトマイズ球状粉の粒径は、前記粉砕粉の厚さの１／２以下、３μｍ以上であることを特徴とする圧粉磁心である。
また、前記、第一の磁性体であるＦｅ系アモルファス合金薄帯の粉砕粉と、第二の磁性体であるＣｒを含むＦｅ系アモルファスアトマイズ球状粉との混合比率が、質量比で９５：５から７５：２５の間であることを特徴とする圧粉磁心である。
また、周波数５０ｋＨｚ、磁束密度５０ｍＴにおけるコアロスが７０ｋＷ／ｍ３以下で、かつ、磁場１００００Ａ／ｍにおける比透磁率が３０以上であることを特徴とする圧粉磁心である。
また、圧粉磁心の表面に、シリコーンゴムをコーティング後、エポキシ樹脂がコーティングされたことを特徴とする圧粉磁心である。
更に、前記記載の圧粉磁心に導線が複数回巻回されてコイルを形成されていることを特徴とするチョークである。
また、圧粉磁心は樹脂ケース内に格納され、前記圧粉磁心と前記樹脂ケース内側とはシリコーンゴムで固着され、前記樹脂ケース外面に導線が複数回巻回されてコイルを形成されていることを特徴とするチョークである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、Ｆｅ系アモルファス合金薄帯が備える、低損失で直流重畳特性に優れる特性の、粉砕による劣化を最小限に抑えることができる。また、プレス成形により自由形状に成形可能で、高強度の圧粉磁心、及びチョークを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の粒径５０μｍを超えるＦｅ系アモルファス薄帯粉砕粉のＳＥＭ像である。
【図２】比較例１での粒径５０μｍ以下のＦｅ系アモルファス薄帯粉砕粉のＳＥＭ像である。
【図３】粉砕粉の粒径とコアロスの関係図である。
【図４】本発明及び比較例での周波数とコアロスとの関係図である。
【図５】本発明及び比較例での磁場と比透磁率との関係図である。
【図６】５０μｍ以下の粉砕粉の含有率とコアロスとの関係図である。
【図７】コア圧環強度の評価方法の説明図である。
【図８】Ｆｅ系アモルファス薄帯粉砕粉の粒径の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、第一の磁性体としてＦｅ系アモルファス合金薄帯の粉砕粉と、第二の磁性体としてＣｒを含むＦｅ系アモルファス合金アトマイズ球状粉とを主成分とする圧粉磁心であって、前記粉砕粉は、薄板状で、対向する二主面を有し、前記主面の面方向の最小値を粒径としたとき、粒径が粉砕粉の厚さの２倍を超え６倍以下の粉砕粉が全粉砕紛の８０質量％以上であり、かつ粒径が粉砕粉の厚さの２倍以下の粉砕粉が全粉砕粉の２０質量％以下であり、更に、前記アトマイズ球状粉の粒径は、前記粉砕粉の厚さの１／２以下、３μｍ以上であることを特徴とする圧粉磁心である。
また、前記、第一の磁性体である脆化熱処理されたＦｅ系アモルファス合金薄帯の粉砕粉と、第二の磁性体であるＣｒを含むＦｅ系アモルファス合金アトマイズ球状粉との混合比率が、質量比で９５：５から７５：２５の間であることを特徴とする圧粉磁心である。
また、周波数５０ｋＨｚ、磁束密度５０ｍＴにおけるコアロスが７０ｋＷ／ｍ３以下で、かつ、磁場１００００Ａ／ｍにおける比透磁率が３０以上であることを特徴とする圧粉磁心である。
更に、前記圧粉磁心に導線が複数回巻回されてコイルを形成されていることを特徴とするチョークである。
また、圧粉磁心の表面に、シリコーンゴムをコーティング後、エポキシ樹脂がコーティングされたことを特徴とする圧粉磁心である。
更に、前記圧粉磁心に導線が複数回巻回されてコイルを形成されていることを特徴とするチョークである。
また、圧粉磁心は樹脂ケース内に格納され、前記圧粉磁心と前記樹脂ケース内側とはシリコーンゴムで固着され、前記樹脂ケース外面に導線が複数回巻回されてコイルを形成されていることを特徴とするチョークである。
【００１３】
本発明者は、Ｆｅ系アモルファス合金薄帯が備える低損失で直流重畳特性に優れるという特長が、粉砕によって磁気特性が劣化してしまうという問題に対して、粉砕による劣化を最小限に抑える検討を行った。また、比較的自由形状に成形できる圧粉磁心の検討を行った。
【００１４】
（脆化熱処理）
Ｆｅ系アモルファス合金薄帯は３００℃以上の熱処理により脆化が起こり、粉砕しやすくなる性質を持っている。より高温での処理により、より脆化し、粉砕しやすくなる。しかし、３８０℃を超えるとコアロスが増加する。よって、好ましくは、３２０℃以上３７０℃以下である。
【００１５】
（予備検討）
先ず、３６０℃での熱処理により脆化したＦｅ系アモルファス合金薄帯（厚さ２５μｍ）をインパクトミルで粉砕し、目開き１０６μｍの篩を通過した粉砕粉でコア（圧粉磁心）を作製した。粉砕粉にアクリル系の有機バインダーを添加し、更に無機バインダーとしてＳｂ系低融点ガラスを添加し、３７トンプレスを用いて２ＧＰａの圧力でリング形状に成形した。次に、粉砕粉の粉砕による加工歪を除去し、かつ、前記無機バインダーで粉砕粉同士を絶縁し、結着させるための熱処理を４００℃で行った。この熱処理により前記有機バインダーは熱分解によって消失する。このコアに絶縁フィルムを介して、導線を巻回しコイルを形成した。コアロス測定を行ったところ、磁束密度５０ｍＴ、周波数５０ｋＨｚで１１５ｋＷ／ｍ３、１００ｋＨｚで２４９ｋＷ／ｍ３と大きな値しか得られなかった。（比較例３）
【００１６】
（Ｆｅ系アモルファス合金薄帯粉砕粉）
そこで、この大きいコアロス値の原因を明らかにするため、前記目開き１０６μｍの篩を通過した粉砕粉を、更に目開きがより小さい篩を用いて分級して、粉砕粉の粒径をパラメータとしてコアロスを調べた。結果を図３に示す。ここで、粉砕粉の粒径とは、篩の目開きに１．４倍掛けた数値であって、薄板状に粉砕された粉の、主面の面方向の最小値と概ね同一である。
図８に示す例で説明する。Ｆｅ系アモルファス合金薄帯粉砕粉１の粒径は、主面の面方向の最小値ｄである。ｔはＦｅ系アモルファス合金薄帯の厚さである。
粉砕粉の粒径は、篩の目開きで管理される数値であるが、走査型電子顕微鏡（以下、ＳＥＭと記載する。）によって観察、測定した数値と概ね一致するものである。
図３より粒径が５０μｍ（薄帯厚さの２倍）以下のものでは急激にコアロスが増えることが分かる。従って、粒径が５０μｍ（薄帯厚さの２倍）以下の粉砕粉が含まれることによって、コアロスが増大すると考えられる。更に、それぞれの粒径の粉砕粉形状をＳＥＭで観察を行った。その結果、コアロスが小さい値を示している粒径が５０μｍを超える粉砕粉では、図１に示すように、粉砕前のアモルファス薄帯の二主面に対応する、粉砕粉の二主面には加工の痕跡が不明瞭であった。また、前記二主面端部はエッジが明瞭に観察することができた。他方、５０μｍ以下の粉砕粉では、図２に示すように、二主面にも粉砕により、明らかに加工により削りとられた形態が観察され、二主面端部のエッジも明瞭でなかった。
【００１７】
次に、特にコアロスを劣化させる粒径５０μｍ（薄帯厚さの２倍）以下の粉砕粉の含有量についての検討を行った。目開き３５μｍ（粒径４９μｍ）の篩を通過した粉砕粉を、粒径５０μｍ超１５０μｍ以下の粉砕粉に混合させ、粒径５０μｍ以下の粉砕粉のコアロスへの影響を調べた。結果を図６に示す。粒径５０μｍ以下の粉砕粉の含有量が２０質量％以下であればコアロスの劣化はほとんど起こらないことがわかる。
つまり、粒径５０μｍ以下の粉砕粉が２０質量％以下であればコアロスを増加させる恐れは無い。
【００１８】
以上の測定結果とＳＥＭ観察結果とにより、Ｆｅ系アモルファス合金薄帯（厚さ２５μｍ）の粉砕において、粉砕前のＦｅ系アモルファス合金薄帯の二主面への加工痕跡が不明瞭な粉砕（粒径５０μｍ超）であれば、低コアロスの特長が維持可能であるが、二主面の端部エッジを含む、少なくとも二主面への粉砕が明らかな場合（粒径５０μｍ以下）、コアロスが著しく増大することが確認できた。前記コアロスが著しく増加する原因としては、二主面に及ぶ加工歪が粉砕粉に残留するためと考えられる。
脆化したＦｅ系アモルファス合金薄帯の粉砕の場合、薄帯の厚さの２倍を超える粒径（粒径５０μｍ超）であれば、主面への粉砕はほとんどなされないと推定できる。
しかしながら、二主面への粉砕が明らかな粉砕粉（粒径５０μｍ以下）が含まれる場合であっても、全粉砕粉の含有量の２０質量％以下であればコアロスの劣化はほとんど起こらない。
プレス成形時には、成形金型内での粉が流動することで、成形密度が向上し、緻密な成形体を得ることができるが、薄板状の粉は、流動性に劣る。従って、粒径が１５０μｍ（薄帯厚さの６倍）を超えると緻密な成形体が得られない。よって、粉砕粉の粒径は、より好ましくは５０μｍ（薄帯厚さの２倍）を超えて、１５０μｍ（薄帯厚さの６倍）以下である。
尚、粉砕粉では、篩による分級後でも、分級範囲を超える粗大粉砕粉が微量混合することがある。本発明において、前記分級範囲を超える粗大粉砕粉が存在する場合でも、微量であれば問題ない。
【００１９】
（Ｆｅアモルファス合金球状粉）
次に、成形体密度の向上について検討した。前述のように特許文献２に記載の球状粉の粒径では、混合しても密度向上は不可能であった。発明者は、水アトマイズ法で得られたＦｅ系アモルファス合金球状粉の粒径をパラメータとして検討した。その結果、粉砕粉の厚さよりも粒径が小さい場合に成形体の密度が向上することが分かった。原因として、薄板状の粉砕粉の粉砕面近傍の空隙は、粉砕粉のみの場合ではプレスによっても充填され難いのに対して、粉砕粉の厚さ未満の球状粉が前記粉砕面近傍の空隙に入り込むことにより充填密度が向上すると考えられる。また、球状粉によってプレス成形時の粉体の流動性が向上していると考えられる。
密度向上には、球状粉の粒径は、薄板状粉砕粉の厚さの５０％以下が好ましい。薄帯の厚さが２５μｍであれば、１２．５μｍ以下が好ましい。より小さい粒径は、前述の空隙を、より効果的に埋めることが可能となるが、粒径が小さくなると、球状粉同士の凝集力が大きくなり、分散が困難となる。従って、粒径としては３μｍ以上が好ましい。
球状粉の粒径は、レーザー回折・散乱法によって測定されたメジアン径Ｄ５０（累積５０質量％に相当する粒子径）であり、Ｆｅ系アモルファス合金薄帯粉砕粉と同様にＳＥＭによって観察、測定した数値と概ね一致するものである。
尚、Ｆｅ系の球状粉では粒径が小さくなるに従って、表面積が大きくなることから、コア作製時の水蒸気などの雰囲気による酸化の問題が発生する。この対策には、球状粉の組成において、Ｃｒを含有するＦｅ系アモルファス合金アトマイズ球状粉を使用することで解決できる。
【００２０】
（粉砕粉と球状粉との混合比率）
粉砕粉と球状粉との混合比率であるが、質量比で９５：５以上の球状粉が存在すると、成形体密度向上効果が明確となり、質量比７５：２５まで密度は向上する。これを超えて球状粉を増やしても、成形体密度は向上しない。原因として前記空隙を埋める効果が無くなるためと考えられる。従って、球状粉の混合率は５質量％以上、２５質量％以下が好ましい。（実施例９、１０、１１、比較例５、６）
【００２１】
（有機バインダー・無機バインダー）
粉砕粉と球状粉との混合粉を、プレスで成形する際、室温で粉体同士を結着させるための有機バインダーが必要である。
また、粉砕の加工歪を除去するために、成形後に４００℃、１時間の熱処理が必要である。前記熱処理により、有機バインダーは熱分解によって消失してしまう。従って、有機バインダーのみの場合、熱処理後に粉砕粉及び球状粉の各粉末同士の結着力はほとんど無くなってしまい、成形体強度も無くなってしまう。
そこで、４００℃程度の熱処理後、室温まで冷却後においても各粉末同士を結着させるために、無機バインダーが有機バインダーと共に添加される。無機バインダーは、有機バインダーが熱分解する温度領域で流動性を発現し始め、粉末表面に濡れ広がり、粉末同士を結着させる。また、同時に、粉末表面の無機バインダーは粉末間の毛管現象によって絶縁をより確実にする。前記結着力や絶縁性は、室温に冷却後にも保持される。
【００２２】
有機バインダーは、成形工程および熱処理前段取りで、成形体に欠けやクラックを発生することがないように粉体間の結着力を維持し、かつ、成形後の熱処理で容易に熱分解するものが好ましい。温度４００℃で熱分解が概ね終了するバインダーとしてはアクリル系樹脂が好適である。
【００２３】
無機バインダーとしては、比較的低温で流動性が得られる低融点ガラスや、耐熱性、絶縁性に優れるシリコーンレジンが好ましい。シリコーンレジンはメチルシリコーンレジンやフェニルメチルシリコーンレジンがより好ましい。
添加する量は、無機バインダーの流動性や粉末表面との濡れ性や接着力、金属粉末の表面積と熱処理後のコアに求められる機械的強度、更には求められるコアロスにより決定される。無機バインダーの添加量を増やすと、コアの機械的強度は増加するが、粉砕粉や球状粉への応力も同時に増加する。このため、コアロスも増加する。よって、低いコアロス及び高い機械的強度はトレードオフの関係となっている。要求されるコアロスと機械的強度とを鑑み、添加量は適正化される。
【００２４】
（粉砕粉と球状粉等の混合）
粉砕粉と球状粉、及び有機バインダー、更には無機バインダーの混合には、乾式撹拌混合機を用いる。また、プレス成形時の粉末と金型との摩擦を低減させるために、ステリアン酸、またはステアリン酸亜鉛等ステリアン酸塩を１質量％以下添加するのが好ましい。
【００２５】
（造粒）
前記混合工程で、有機バインダーに含有している有機溶剤により、混合粉は広い粒度分布をもった凝集粉となっている。振動篩にて、目開き４２５μｍの篩を通すことで造粒粉が得られる。
【００２６】
（成形）
成形には、成形金型を用いて、プレス成形を行う。１ＧＰａ以上３ＧＰａ以下の圧力で、数秒程度の保持時間で成形できる。前記有機バインダーの含有量や必要な成形体強度によって圧力及び保持時間は適正化される。
【００２７】
（成形後熱処理）
高い軟磁性特性を得るためには、前述の粉砕工程及び成形工程での応力歪を緩和することが必要である。コアロスと熱処理温度との関係を調べると、３５０℃以上４２０℃以下で応力歪の緩和の効果が大きく、低いコアロスを得ることができる。
３５０℃未満では応力緩和が不十分であり、また、４２０℃を超えると粉砕粉の一部結晶化が開始するため、コアロスが著しく増加する。従って、好ましくは３５０℃以上、４２０℃以下である。更に、安定して低いコアロス特性を得るためには３８０℃以上４１０℃以下がより好ましい。
ここで、結晶化温度について述べる。結晶化温度は示差走査熱量計（ＤＳＣ）で発熱挙動を測定することで決定できる。後述の実施例ではＦｅ系アモルファス合金薄帯としてＭｅｔｇｌａｓ社製２６０５ＳＡ１を使用している。合金薄帯の結晶化温度は５１０℃であり、前記粉砕粉の結晶化温度４２０℃に比べて高い。
この原因として、粉砕粉では粉砕時の応力により、合金薄帯本来の結晶化温度よりも低い温度で結晶化が開始していると推定できる。
【００２８】
（コアの絶縁コーティング）
一般に、導電性のある金属製コアには表面に樹脂コーティングなどの絶縁処理を行うことにより、巻回する導線との間に十分な絶縁を確保させ、使用時のコアを介した短絡を防止させている。他の絶縁方法として、コアを樹脂ケース内に格納し、ケース外面上に導線を巻回する方法がある。小型化には樹脂コーティングによる絶縁処理の方が好ましく、高い絶縁信頼性を確保するには樹脂ケース内格納が好ましい。
発明者は当初流動層によるエポキシ樹脂コーティングを試みたところ、コーティング後にコーティング前（無し）に比べて特性が劣化する現象が観察された。この原因として、エポキシ樹脂が固化することでコアに応力がかかり磁気特性が劣化したと推測した。そこでコアへの応力が小さい樹脂等により磁気特性の劣化が回避できる可能性を検討した。その結果、シリコーンゴムコーティングによれば磁気特性がほとんど劣化しないことが分かった。
しかし、シリコーンゴムコーティング上に直接導線を巻回する場合、シリコーンゴムが弾性変形し、均一に巻回することが困難となるため、シリコーンゴムコーティング上に更にエポキシ樹脂などのコーティングを行うことで、磁気特性の劣化を回避しながら、エポキシ樹脂コーティング上に導線を均一に巻回することが可能となる。
尚、前記エポキシ樹脂コーティングよる特性の劣化は、コアが大型化するに従って、認められなくなる。コア体積に対するコア表面積の比率が小さくなることで、コア全体に対しての応力がかかるコア表面近傍の体積率が低下し、実質的に劣化が認められなくなることによるものと推定できる。コア表面積及びコア体積の比率として、コア表面積／コア体積の値が０．７以上であればシリコーンコーティングによる劣化防止に有効であり、更に０．９以上であれば顕著な効果を奏する。
【００２９】
（コアの樹脂ケースによる絶縁）
前述のように、高い絶縁信頼性を確保するにはコアを樹脂ケース内に格納することが行われる。樹脂ケースに格納する際は、コアに応力がかからないようにするため、コアの外形寸法より、樹脂ケースの内寸が少し大きくなるように作製される。また、コアがケース内部で動くと使用時にノイズ発生の恐れがあるため、ケース内側とコアとは接着によって固着する必要がある。固着方法は、前記のように、樹脂からコアに応力が小さいシリコーンゴムによる接着が好ましい。また、想定される衝撃の範囲で、コアがケース内で固定されていれば良いので、ケース内面とコア表面の全面とで固着する必要は無く、予想される耐衝撃性を考慮して接着面積及び接着箇所を決定すれば良い。
【００３０】
（Ｆｅ系アモルファス合金薄帯）
Ｆｅ系アモルファス合金薄帯について以下に説明する。
Ｆｅ系アモルファス合金薄帯として、合金組成がＦｅａＳｉｂＢｃＣdＭｅ（但し、ＭはＣｒ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｈｆの1種以上の元素であり、原子％で、５０≦ａ≦９０、５≦ｂ≦３０、２≦ｃ≦１５、０≦ｄ≦３、０≦ｅ≦１０、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１００）で表されるものが好ましい。
Ｆｅ量ａは、原子％で６０％以上８０％以下が好ましい。また、５０原子％（以下、％と記載のものは原子％を表す）より少ないと耐蝕性が低下してしまい、長期安定性に優れたアンテナ用磁心を得ることが出来ない。また、９０％超では後述するＳｉ、Ｂなどが不足するため、アモルファス合金薄帯を得ることが工業的に難しくなる。Ｆｅ量aが５０原子％以上となる範囲で、Ｆｅ量の１０％以下をＣｏ、Ｎｉの１種または２種で置換してもよい。Ｃｏ、Ｎｉは、Ｆｅ量の５％以下であれば、なお好ましい。
Ｓｉは非晶質形成能に寄与する元素として必須であり、Ｓｉ量bとして５％以上添加する。但し、飽和磁束密度を向上させるためには３０％以下とする必要がある。
Ｂは非晶質形成能に最も寄与する元素として必須である。Ｂ量cとして２％未満では熱安定性が低下してしまい、１５％より多いと添加しても非晶質形成能などの改善効果が見られない。
Ｍは軟磁気特性の改善に有効な元素である。Ｍ量ｅとして好ましくは８％以下であり、１０％超だと飽和磁束密度が低下してしまう。
Ｃは角形性および飽和磁束密度の向上に効果があるため、Ｃ量ｄは全体で３％以下であれば含んでも良い。３％より多いと脆化と熱安定性が低下してしまう。
また、前記合金組成を１００％として、不可避な不純物としてＳ、Ｐ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉから少なくとも1種以上の元素を０．５％以下存在してもよい。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に述べる。
（実施例１）
Ｆｅ系アモルファス合金薄帯として、平均厚さ２５μｍ、幅２１３ｍｍのＭｅｔｇｌａｓ社製２６０５ＳＡ１材を用いた。このＦｅ系アモルファス合金薄帯を空芯で巻いて１０ｋｇとした。前記の巻きを、乾燥した大気雰囲気のオーブンで３６０℃、２時間加熱し、脆化させた。オーブンから取り出した巻きを冷却後、株式会社ダルトン製のインパクトミル（処理能力２０ｋｇ／時間、回転数１８０００ｒｐｍ）で粉砕した。粉砕粉を目開き１０６μｍ（粒径１４９μｍ）の篩に通した。約７０質量％が通過した。更に、目開き３５μｍ（粒径４９μｍ）の篩により通過する粉砕粉を除去した。目開き１０６μｍの篩に通過し、目開き３５μｍの篩を通過しなかった粉砕粉をＳＥＭで観察した。篩を通過した粉は、粉砕前の合金薄帯の二主面への加工の痕跡はほとんど認められなかった。二主面端部のエッジは明らかであった。二主面の形状は不定形であって、最小の粒径が、前記篩の目開きに約１．４倍掛けた数字である、５０μｍから１５０μｍであった。
前記粉砕粉８０ｇに対して、Ｃｒ含有のＦｅ系アモルファス合金アトマイズ球状粉としてエプソンアトミックス株式会社製のＦｅ７４Ｂ１１Ｓｉ１１Ｃ２Ｃｒ２（粒径５μｍ）を２０ｇ（２０質量％添加）加えた合計１００ｇに対して、無機バインダーとしてＳｂ系低融点ガラス：日本フリット株式会社製ＶＹ０００７Ｍ１を２．０ｇ（２質量％添加）、有機バインダーとしてアクリル系の昭和高分子株式会社製ポリゾールＡＰ−６０４を１．５ｇ（１．５質量％添加）、ステアリン酸亜鉛を０．５ｇ（０．５質量％添加）それぞれ量りとって、株式会社ダルトン製の万能混合撹拌機で混合した。
混合粉を目開き４２５μｍの篩を通して造粒粉を得た。３７トンプレス機を使用して、外形寸法が外径１４ｍｍ、内径７．５ｍｍ、高さ５．５ｍｍのトロイダル形状になるように、圧力２ＧＰａ、保持時間２秒でプレス成形した。
得られた成形体に対して、オーブンにて、大気雰囲気中、４００℃、１時間の熱処理を行った後、信越シリコーン株式会社製のシリコーンゴムコーティング材ＫＥ-４８９５を、ディップ法で塗布し、１２０℃、１時間の条件で乾燥固化させ、シリコーンゴムコーティング品を得た。塗布厚さは塗布前後でのマイクロメータによる測長で約５０μｍであった。更に、ソマール株式会社製のエポキシ樹脂エピフォームを粉体流動法で塗布し、１７０℃で固化させ、エポキシ樹脂コーティング品を得た。厚さを前記と同様の方法で測り、１００μｍから３００μｍであった。
以上の工程により作製したトロイダルコアに直径０．２５ｍｍの絶縁被覆導線を２０回巻回を、２度行い、コイルを２組作製した、岩通計測株式会社製Ｂ−ＨアナライザーＳＹ−８２３２により、磁束密度５０ｍＴ、周波数５０ｋＨｚ及び１００ｋＨｚの条件でコアロスを測定した結果、それぞれ４９ｋＷ／ｍ３、１１９ｋＷ／ｍ３であった。
また、直流重畳特性は、トロイダルコアに直径０．６ｍｍの絶縁被覆導線を３０回巻回し、ヒューレット・パッカード社製ＨＰ−４２８４Ａを使用し、１００ｋＨｚ、１Ｖの条件で、磁場Ｈ＝０、５０００及び１００００Ａ／ｍでの比透磁率μを測定し、それぞれ６５、５０、３１であった。
表１のＮｏ.１（実施例１）に結果をまとめた。【００３２】
（比較例１）
実施例１の条件において、Ｆｅ系アモルファス合金薄帯粉砕粉の代わりに、センダスト（粒径Ｄ５０＝６０μｍ）を使用し、他の条件については実施例１と同様の条件でトロイダルコアを作製し、コアロス、および直流重畳特性を調べた。表１のＮｏ.１０（比較例１）に結果をまとめた。周波数５０ｋＨｚ、磁束密度５０ｍＴにおけるコアロスが８５ｋＷ／ｍ３で、磁場１００００Ａ／ｍにおける比透磁率が２２であった。【００３３】
（比較例２）
実施例１の条件において、Ｆｅ系アモルファス合金薄帯粉砕粉の代わりに、Ｆｅ−Ｓｉ６．５％粉として株式会社大同特殊鋼製ＤＡＰＭＳ７（粒径Ｄ５０＝７５μｍ）を使用し、他の条件については実施例１と同様の条件でトロイダルコアを作製し、コアロス、および直流重畳特性を調べた。表１のＮｏ.１１（比較例２）に結果をまとめた。周波数５０ｋＨｚ、磁束密度５０ｍＴにおけるコアロスが１６１ｋＷ／ｍ３で、磁場１００００Ａ／ｍにおける比透磁率が３８であった。【００３４】
図４に、表１のＮｏ.１（実施例１）と、粉末の材料をセンダスト（Ｆｅ−Ｓｉ系）に変えたＮｏ．１０（比較例１）、及びＦｅ−Ｓｉ系に変えたＮｏ．１１（比較例２）のコアロス周波数特性の評価結果を示す。Ｎｏ.１（実施例１）のコアロスは５０ｋＨｚ及び１００ｋＨｚにおいて、最も低い値を示している。
また、図５に、前記と同じ試料で透磁率μの磁場Ｈの依存性の評価結果を示す。Ｈ＝０Ａ／ｍに対して、Ｈ＝５０００Ａ／ｍ、１００００Ａ／ｍでの低下率が小さいほど良好な直流重畳特性であるが、Ｎｏ．１（実施例１）はＮｏ．１１（比較例２）（Ｆｅ−Ｓｉ系）に劣るが、Ｎｏ．１０（比較例１）（センダスト）に比べると非常に良好である。
以上より、実施例１は比較例１、比較例２に比べて、低いコアロスを備え、直流重畳特性も比較例１より優れていることが分かる。【００３５】
（実施例２）
実施例１の条件において、Ｃｒ含有のＦｅ系アモルファス合金アトマイズ球状粉Ｆｅ７４Ｂ１１Ｓｉ１１Ｃ２Ｃｒ２の粒径を１０μｍとし、また、外形寸法を外径３０ｍｍ、内径２０ｍｍ、高さ８．５ｍｍのトロイダル形状として、他の条件は実施例１と同様にトロイダルコアを作製、評価した。表１のＮｏ.２（実施例２）に結果をまとめた。周波数５０ｋＨｚ、磁束密度５０ｍＴにおけるコアロスが５３ｋＷ／ｍ３で、かつ、磁場１００００Ａ／ｍにおける比透磁率が３１という優れた特性が得られている。【００３６】
（実施例３、４）
実施例１の条件において、外形寸法を外径４０ｍｍ、内径２３．５ｍｍ、高さ１２．５ｍｍのトロイダル形状として、他の条件は実施例１と同様にトロイダルコアを作製、評価した。実施例３では、シリコーンゴムコーティング後エポキシ樹脂コーティングを行い、実施例４ではシリコーンゴムコーティングは行わず、エポキシ樹脂コーティングのみで比較評価した。コア表面積／コア体積＝４１３７／１０２８１＝約０．４０と小さいため、シリコーンゴムコーティング有無での有意差は認められなかった。
表１のＮｏ.３（実施例３）、Ｎｏ．４（実施例４）に結果をまとめた。周波数５０ｋＨｚ、磁束密度５０ｍＴにおけるコアロスが、それぞれ４４ｋＷ／ｍ３、４５ｋＷ／ｍ３で、かつ、磁場１００００Ａ／ｍにおける比透磁率が、いずれも３０という優れた特性が得られている。【００３７】
（実施例５）
実施例１の条件において、無機バインダーのＳｂ低融点ガラスを日本電気硝子株式会社製Ｇlass60/200として、他の条件は実施例１と同様にトロイダルコアを作製、評価した。表１のＮｏ.５（実施例５）に結果をまとめた。周波数５０ｋＨｚ、磁束密度５０ｍＴにおけるコアロスが５５ｋＷ／ｍ３で、かつ、磁場１００００Ａ／ｍにおける比透磁率が３１という優れた特性が得られている。【００３８】
（実施例６）
実施例１では無機バインダーのＳｂ低融点ガラスの添加量が２質量％であるが、実施例６として、前記Ｓｂ低融点ガラスの添加量を５質量％として、他の条件は実施例１と同様にトロイダルコアを作製、評価した。表１のＮｏ.６（実施例６）に結果をまとめた。周波数５０ｋＨｚ、磁束密度５０ｍＴにおけるコアロスが６６ｋＷ／ｍ３で、実施例１の４９ｋＷ／ｍ３に比べて大きい。また、磁場１００００Ａ／ｍにおける比透磁率は３０と実施例１の３１とほぼ同じであった。
コアの機械的強度の比較を行った。図７に示す評価方法によって、コア破壊時の最大加重Ｐ（Ｎ）から、圧環強度σｒ（ＭＰａ）は、次式から求めた。
σｒ＝Ｐ（Ｄ−ｄ）／Ｉｄ２
ここで、Ｄ：コアの外径（ｍｍ）、ｄ：コアの肉厚（ｍｍ）、Ｉ：コアの高さ（ｍｍ）である。
その結果、実施例１のコアは１２ＭＰａで実施例６のコアは２５ＭＰａであった。
無機バインダーの添加量を増やすと、コアの機械的強度は増加するが、粉砕粉や球状粉への応力も同時に増加し、コアロスも増加することが確認できた。低いコアロス及び高い機械的強度はトレードオフの関係となっている。【００３９】
（実施例７）
実施例１の条件において、無機バインダーのＳｂ低融点ガラスの代わりにフェニルメチルシリコーンレジンとして旭化成ワッカーシリコーン株式会社製ＳＩＬＲＥＳ  Ｈ４４を１．０ｇ（１質量％添加）として、他の条件は実施例１と同様にトロイダルコアを作製、評価した。表１のＮｏ.７（実施例７）に結果をまとめた。周波数５０ｋＨｚ、磁束密度５０ｍＴにおけるコアロスが５５ｋＷ／ｍ３で、かつ、磁場１００００Ａ／ｍにおける比透磁率が３０という優れた特性が得られている。【００４０】
（実施例８）
実施例１の条件において、Ｓｂ低融点ガラスの代わりにメチルシリコーンレジンとして旭化成ワッカーシリコーン株式会社製ＳＩＬＲＥＳ  ＭＫを０．８ｇ（０．８質量％添加）として、他の条件は実施例１と同様にトロイダルコアを作製、評価した。表１のＮｏ.８（実施例８）に結果をまとめた。周波数５０ｋＨｚ、磁束密度５０ｍＴにおけるコアロスが７０ｋＷ／ｍ３で、かつ、磁場１００００Ａ／ｍにおける比透磁率が３０という優れた特性が得られている。【００４１】
（比較例３）
実施例１の条件において、目開き３２μｍ（粒径４５μｍ）の篩を通過した粉砕粉を除去せず、他の条件は実施例１と同様にトロイダルコアを作製、評価した。前記篩を通さなかった粉砕粉を振動篩で分級したところ、粒径は２０μｍ以上１５０μｍ以下であった。また、粉砕粉中の５０μｍ以下の含有率は４０質量％であった。表１のＮｏ.１２（比較例３）に結果をまとめた。周波数５０ｋＨｚの条件でのコアロスは１１５ｋＷ／ｍ３と大きい。（図６）【００４２】
（比較例４）
実施例１の条件において、シリコーンゴムコーティングを行うこと無く、エポキシコーティングのみで、他の条件は実施例１と同様にトロイダルコアを作製、評価した。表１のＮｏ.１３（比較例４）に結果をまとめた。周波数５０ｋＨｚでのコアロスが９０ｋＷ／ｍ３と大きい。コア表面積／コア体積＝５９０／６０３＝約０．９８と大きいため、エポキシ樹脂からの応力によるコアロスの劣化が著しいことが分かる。【００４３】
（実施例９、１０、１１、比較例５、６）
実施例１の条件において、粉砕粉と球状粉との混合比率を１００：０、９５：５、８５：１５、７５：２５、７０：３０と変えて、他の条件は実施例１と同様の条件で、トロイダルコアを作製し、成形体密度を評価した。表２に、実施例１の結果も含めてまとめた。球状粉の割合が５％以上、１５％、２５％では密度は向上している。しかし、３０％では、２５％と同等となっている。【００４４】
（実施例１２）
実施例１の条件において、４００℃、１時間の熱処理後の成形体をコアを用いて、外形寸法が外径１５ｍｍ、内径６．５ｍｍ、高さ６．５ｍｍ、肉厚０．６ｍｍのデュポン株式会社製のガラス強化PET樹脂ケースに格納し、コア外周面と対面する樹脂ケース外周内面の内、等間隔で６箇所に、シリコーンゴムをそれぞれ注入し、更に、前記６箇所に対応する、コア内周面と対面する樹脂ケース内周内面の６箇所にも同様にシリコーンゴムを注入した。リング状の蓋を樹脂ケースにエポキシ系接着剤で接着し、トロイダルコアを作製した。得られたコアに実施例１と同様に導線を巻回し、評価した。表１のＮｏ.９（実施例１２）に結果をまとめた。周波数５０ｋＨｚ、磁束密度５０ｍＴにおけるコアロスが４８ｋＷ／ｍ３で、かつ、磁場１００００Ａ／ｍにおける比透磁率が３１という優れた特性が得られた。【００４５】
【表１】
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【００４６】
【表２】
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【符号の説明】
【００４７】
１  Ｆｅ系アモルファス合金薄帯粉砕粉
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年4月13日(2010.4.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
つまり、本発明は、第一の磁性体としてＦｅ系アモルファス合金薄帯の粉砕粉と、第二の磁性体としてＣｒを含むＦｅ系アモルファス合金アトマイズ球状粉とを主成分とする圧粉磁心であって、前記粉砕粉は、薄板状で、対向する二主面を有し、前記二主面の端部は明瞭なエッジを有し、前記主面の面方向の最小値を粒径としたとき、粒径が粉砕粉の厚さの２倍を超え６倍以下の粉砕粉が全粉砕紛の８０質量％以上であり、かつ粒径が粉砕粉の厚さの２倍以下の粉砕粉が全粉砕粉の２０質量％以下であり、更に、前記アトマイズ球状粉の粒径は、前記粉砕粉の厚さの１／２以下、３μｍ以上であることを特徴とする圧粉磁心である。
また、前記、第一の磁性体であるＦｅ系アモルファス合金薄帯の粉砕粉と、第二の磁性体であるＣｒを含むＦｅ系アモルファスアトマイズ球状粉との混合比率が、質量比で９５：５から７５：２５の間であることを特徴とする圧粉磁心である。
また、周波数５０ｋＨｚ、磁束密度５０ｍＴにおけるコアロスが７０ｋＷ／ｍ3 以下で、かつ、磁場１００００Ａ／ｍにおける比透磁率が３０以上であることを特徴とする圧粉磁心である。
また、圧粉磁心の表面に、シリコーンゴムをコーティング後、エポキシ樹脂がコーティングされたことを特徴とする圧粉磁心である。
更に、前記記載の圧粉磁心に導線が複数回巻回されてコイルを形成されていることを特徴とするチョークである。
また、圧粉磁心は樹脂ケース内に格納され、前記圧粉磁心と前記樹脂ケース内側とはシリコーンゴムで固着され、前記樹脂ケース外面に導線が複数回巻回されてコイルを形成されていることを特徴とするチョークである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
第一の磁性体としてＦｅ系アモルファス合金薄帯の粉砕粉と、第二の磁性体としてＣｒを含むＦｅ系アモルファス合金アトマイズ球状粉とを主成分とする圧粉磁心であって、前記粉砕粉は、薄板状で、対向する二主面を有し、前記二主面の端部は明瞭なエッジを有し、前記主面の面方向の最小値を粒径としたとき、粒径が粉砕粉の厚さの２倍を超え６倍以下の粉砕粉が全粉砕紛の８０質量％以上であり、かつ粒径が粉砕粉の厚さの２倍以下の粉砕粉が全粉砕粉の２０質量％以下であり、更に、前記アトマイズ球状粉の粒径は、前記粉砕粉の厚さの１／２以下、３μｍ以上であることを特徴とする圧粉磁心。
【国際調査報告】
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