(57)【要約】【課題】高周波数域での損失（鉄損）が小さい低損失の圧粉磁心を製造可能な軟磁性粉末、この軟磁性粉末を容易に製造することができる軟磁性粉末の製造方法、軟磁性粉末を用いて製造された低損失の圧粉磁心、およびこの圧粉磁心を備えた磁性素子を提供すること。【解決手段】チョークコイル１０は、トロイダル形状の圧粉磁心１１と、この圧粉磁心１１に巻き回された導線１２とを有する。圧粉磁心１１は、軟磁性粉末と結合材とを混合し、加圧・成形して得られたものである。圧粉磁心１１に用いられた軟磁性粉末は、Ｆｅを主成分とし、平均粒径が５〜２５μｍであり、かつ、最大粒径が６３μｍ未満である金属粉末である。また、この軟磁性粉末は、ＳｉおよびＣｒの少なくとも一方を含んでいるのが好ましい。軟磁性粉末の各粒子は、それぞれ結合材によって絶縁されているため、チョークコイル１０の特に高周波数域における渦電流損失を低減することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅを主成分として含み、平均粒径が５〜２５μｍであり、かつ、最大粒径が６３μｍ未満であることを特徴とする軟磁性粉末。
【請求項２】
アトマイズ法により製造されたものである請求項１に記載の軟磁性粉末。
【請求項３】
さらに、Ｓｉを１〜８ｗｔ％の含有率で含む請求項１または２に記載の軟磁性粉末。
【請求項４】
さらに、Ｃｒを１〜１３ｗｔ％の含有率で含む請求項１ないし３のいずれかに記載の軟磁性粉末。
【請求項５】
アトマイズ法により、Ｆｅを主成分として含む金属粉末を製造した後、該金属粉末の最大粒径６３μｍ未満になるように分級することにより、前記金属粉末の平均粒径を５〜２５μｍに制御し、かつ、最大粒径を６３μｍ未満に制御することを特徴とする軟磁性粉末の製造方法。
【請求項６】
請求項１ないし４のいずれかに記載の軟磁性粉末と結合材との混合物を、加圧・成形してなることを特徴とする圧粉磁心。
【請求項７】
前記軟磁性粉末に対する前記結合材の割合は、０．５〜５ｗｔ％である請求項６に記載の圧粉磁心。
【請求項８】
周波数３００ｋＨｚ以上で使用されるものである請求項６または７に記載の圧粉磁心。
【請求項９】
前記圧粉磁心に適用する周波数をｆ［ｋＨｚ］とし、前記軟磁性粉末の最大粒径をｄ［μｍ］としたとき、ｆ×ｄが１５０００以下である請求項６ないし８のいずれかに記載の圧粉磁心。
【請求項１０】
請求項６ないし９のいずれかに記載の圧粉磁心を備えたことを特徴とする磁性素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟磁性粉末、軟磁性粉末の製造方法、圧粉磁心および磁性素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノート型パソコンのようなモバイル機器の小型化・軽量化が顕著である。また、ノート型パソコンの性能は、デスクトップ型パソコンの性能と遜色ない程度まで向上が図られつつある。
このように、モバイル機器の小型化および高性能化を図るためには、スイッチング電源の高周波数化が必要となる。このため、スイッチング電源の駆動周波数は、数１００ｋＨｚ程度まで高周波数化が進んでいる。また、それに伴い、モバイル機器に内蔵されたチョークコイルやインダクタ等の磁性素子の駆動周波数も高周波数化への対応が必要となる。
【０００３】
しかしながら、これらの磁性素子の駆動周波数が高周波数化した場合、各磁性素子が備える磁心において、渦電流によるジュール損失（渦電流損失）が著しく増大するという問題が発生する。
かかる問題を解決するため、前述のような磁性素子が備える磁心として、軟磁性粉末と結合材（バインダ）との混合物を加圧・成形した圧粉磁心が使用されている。例えば、特許文献１には、Ｆｅ、Ａｌ、Ｓｉを主成分とする合金粉末と結着剤とからなる混合物を圧縮成形した後、酸化性雰囲気中で熱処理をしてなる圧粉磁心が提案されている。
【０００４】
しかしながら、このような圧粉磁心を備えた磁性素子は、比較的低い駆動周波数では、渦電流損失を低く抑えられるものの、駆動周波数が数１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚと高くなるにつれ、圧粉磁心における渦電流損失が急激に増大する。このため、磁性素子の渦電流損失とそれに伴う発熱の量が著しく増大する傾向にある。モバイル機器にとって、電源の電流量を増大させつつ発熱量を減少させることが重要な課題となっていることもあり、渦電流損失の小さい磁性素子を開発することが強く求められている。
そこで、軟磁性粉末の平均粒径を小さくすることにより、圧粉磁心における渦電流損失の低減を図ることも行われているが、期待されるような高い効果が得られていないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１１５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、高周波数域での損失（鉄損）が小さい低損失の圧粉磁心を製造可能な軟磁性粉末、この軟磁性粉末を容易に製造することができる軟磁性粉末の製造方法、軟磁性粉末を用いて製造された低損失の圧粉磁心、およびこの圧粉磁心を備えた磁性素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の軟磁性粉末は、Ｆｅを主成分として含み、平均粒径が５〜２５μｍであり、かつ、最大粒径が６３μｍ未満であることを特徴とする。
これにより、高周波数域での損失（鉄損）が小さい低損失の圧粉磁心を製造可能な軟磁性粉末が得られる。
【０００８】
本発明の軟磁性粉末では、アトマイズ法により製造されたものであることが好ましい。
これにより、得られた軟磁性粉末の各粒子の形状が球形状に近くなるため、圧粉磁心を製造した際に、軟磁性粉末の充填率を高くすることができる。その結果、より密度の高い圧粉磁心を製造することができ、高透磁率・高磁束密度の圧粉磁心を得ることができる。
本発明の軟磁性粉末では、さらに、Ｓｉを１〜８ｗｔ％の含有率で含むことが好ましい。
これにより、軟磁性粉末の透磁率を高めることができる。また、軟磁性粉末の比抵抗を高くすることができるので、圧粉磁心に発生する誘導電流を低減し、渦電流損失を低減することができる。
本発明の軟磁性粉末では、さらに、Ｃｒを１〜１３ｗｔ％の含有率で含むことが好ましい。
これにより、耐食性に優れた軟磁性粉末を得ることができる。また、軟磁性粉末の比抵抗が高くなるため、圧粉磁心の渦電流損失を低減することができる。
【０００９】
本発明の軟磁性粉末の製造方法は、アトマイズ法により、Ｆｅを主成分として含む金属粉末を製造した後、該金属粉末の最大粒径６３μｍ未満になるように分級することにより、前記金属粉末の平均粒径を５〜２５μｍに制御し、かつ、最大粒径を６３μｍ未満に制御することを特徴とする。
これにより、高周波数域での損失が小さい低損失の圧粉磁心を製造可能な軟磁性粉末を容易に製造することができる。
【００１０】
本発明の圧粉磁心は、本発明の軟磁性粉末と結合材との混合物を、加圧・成形してなることを特徴とする。
これにより、低損失の圧粉磁心が得られる。
本発明の圧粉磁心では、前記軟磁性粉末に対する前記結合材の割合は、０．５〜５ｗｔ％であることが好ましい。
これにより、軟磁性粉末の各粒子同士を確実に絶縁しつつ、圧粉磁心の密度をある程度確保して、圧粉磁心の透磁率および磁束密度が著しく低下するのを防止することができる。その結果、より透磁率が高く、かつ、より低損失の圧粉磁心が得られる。
【００１１】
本発明の圧粉磁心では、周波数３００ｋＨｚ以上で使用されるものであることが好ましい。
このような特に高い周波数域で使用される圧粉磁心では、渦電流損失が特に増大することが懸念されるが、かかる高周波数域でも、渦電流損失の増大を確実に防止し得る圧粉磁心が得られる。
【００１２】
本発明の圧粉磁心では、前記圧粉磁心に適用する周波数をｆ［ｋＨｚ］とし、前記軟磁性粉末の最大粒径をｄ［μｍ］としたとき、ｆ×ｄが１５０００以下であることが好ましい。
このような条件を満足するように軟磁性粉末の最大粒径ｄを設定すれば、３００ｋＨｚ以上の特に高い周波数域で使用される圧粉磁心の渦電流損失を、各周波数域において、相対的に特に低減することができる。すなわち、低損失の高周波数用圧粉磁心が得られる。
本発明の磁性素子は、本発明の圧粉磁心を備えたことを特徴とする。
これにより、小型で発熱量の小さい磁性素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】チョークコイルの第１実施形態を示す模式図（平面図）である。
【図２】チョークコイルの第２実施形態を示す模式図（斜視図）である。
【図３】各実施例および各比較例で得られた圧粉磁心における軟磁性粉末の最大粒径と圧粉磁心の損失との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の軟磁性粉末、軟磁性粉末の製造方法、圧粉磁心および磁性素子について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
［軟磁性粉末］
まず、本発明の軟磁性粉末について説明する。
本発明の軟磁性粉末は、Ｆｅ（鉄）を主成分とする金属粉末で構成されている。そして、本発明の軟磁性粉末は、平均粒径が５〜２５μｍであり、かつ、最大粒径が６３μｍ未満であるという特徴を有する。このような軟磁性粉末は、例えば、結合材（バインダ）とともに加圧・成形され、圧粉磁心を得るための材料となる。
【００１５】
以下、本発明の軟磁性粉末の特徴について順次詳述する。
Ｆｅは、本発明の軟磁性粉末を構成する主要な元素となっており、軟磁性粉末の基本的な磁気的特性や機械的特性に大きな影響を与える元素である。そして、Ｆｅを主成分とする金属粉末は、高磁束密度かつ高強度の圧粉磁心を製造可能なものとなる。なお、本発明において、「主成分」とは、軟磁性粉末を構成する各成分の中で、最も含有率の高いもののことを言う。
軟磁性粉末中のＦｅの含有率は、５０〜９９．５ｗｔ％程度であるのが好ましく、６０〜９５ｗｔ％程度であるのがより好ましい。これにより、より高磁束密度で、かつ、より高強度の圧粉磁心を確実に製造可能な軟磁性粉末が得られる。このため、圧粉磁心の各種特性を維持しつつ、その小型化を図ることができる。
【００１６】
ところで、従来、圧粉磁心の渦電流損失の低減を図る目的で、圧粉磁心を構成する軟磁性粉末の平均粒径を小さくすることが行われてきた。渦電流損失は、特に、高周波数域で顕著となる損失であり、磁場変化に対する電磁誘導で発生する起電力に伴う誘導電流のジュール損失による損失である。そして、この渦電流損失は、圧粉磁心を構成する軟磁性粉末の平均粒径が小さいほど、低損失となる。
【００１７】
しかしながら、数１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚ程度の特に高い周波数域では、たとえ平均粒径を小さくしても渦電流損失を十分に低減することができないという問題がわかってきた。このため、数１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚ程度の高い周波数域で使用しても、損失（鉄損、コアロス）が十分に小さい圧粉磁心、およびこのような圧粉磁心を製造可能な軟磁性粉末の開発が強く求められていた。
このような課題に対し、本発明者は、高周波数域でも損失の小さい圧粉磁心を製造可能な軟磁性粉末を提供するための条件について鋭意検討した結果、高周波数域では、軟磁性粉末の平均粒径だけでなく、最大粒径を制御することによって、圧粉磁心の渦電流損失が大幅に変化することを見出した。
【００１８】
そして、Ｆｅを主成分として構成され、平均粒径が５〜２５μｍであり、かつ、最大粒径が６３μｍ未満である軟磁性粉末が、圧粉磁心の渦電流損失を大幅に低減するために有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明の軟磁性粉末は、Ｆｅを主成分とする軟磁性粉末であって、平均粒径を５〜２５μｍと小さくしただけでなく、最大粒径を６３μｍ未満と規定したことを特徴とする。これにより、高周波数域で使用しても、渦電流損失が十分に小さい圧粉磁心を製造可能な軟磁性粉末が得られる。
【００１９】
また、平均粒径および最大粒径を前記範囲のように小さくしたことにより、本発明の軟磁性粉末を結合材とともに加圧・成形した際に、軟磁性粉末と結合材との接触面積が増大し、これらの界面における固着力が増大することとなる。このため、上記の範囲に粒径を制御した軟磁性粉末によれば、機械的強度の高い圧粉磁心を製造することが可能である。
さらに、平均粒径および最大粒径を上記のように制御することにより、粒子の充填率を高めることができるので、より密度の高い圧粉磁心が得られる。これにより、特に透磁率や磁束密度の高い圧粉磁心を得ることができる。その結果、磁気特性を維持しつつ圧粉磁心を小型化したり、サイズを維持しつつ圧粉磁心の磁気特性を高めることができる。
なお、本発明における「最大粒径」とは、累積重量が９９．９％となる粒径のことを言う。
【００２０】
また、軟磁性粉末の平均粒径は、前述したように、５〜２５μｍとされるが、７〜２０μｍ程度であるのが好ましく、９〜１５μｍ程度であるのがより好ましい。このように平均粒径が小さい軟磁性粉末を用いて圧粉磁心を製造した場合、渦電流が流れる経路が特に短くなるため、圧粉磁心の渦電流損失のさらなる低減を図ることができる。
なお、軟磁性粉末の平均粒径が前記下限値を下回った場合、軟磁性粉末と結合材とを混合し、加圧・成形する際に、混合物の成形性が低下するため、得られる圧粉磁心の透磁率が低下するおそれがある。一方、軟磁性粉末の平均粒径が前記上限値を上回った場合、圧粉磁心中で渦電流が流れる経路が著しく長くなるため、渦電流損失が急激に増大するおそれがある。
【００２１】
ここで、本発明の軟磁性粉末は、さらに、Ｓｉ（ケイ素）を含んでいるのが好ましい。
Ｓｉは、軟磁性粉末の透磁率を高め得る成分である。また、Ｓｉを添加することにより、軟磁性粉末の比抵抗が高くなるため、圧粉磁心に発生する誘導電流を低減し、渦電流損失を低減し得る成分でもある。
このようなＳｉの含有率は、１〜８ｗｔ％程度であるのが好ましく、２〜６ｗｔ％程度であるのがより好ましい。Ｓｉの含有率を前記範囲内に設定すれば、軟磁性粉末の密度が著しく低下するのを防止しつつ、透磁率がより高く、かつ、渦電流損失のより小さい圧粉磁心を製造可能な軟磁性粉末を得ることができる。
【００２２】
また、本発明の軟磁性粉末は、さらに、Ｃｒ（クロム）を含んでいるのが好ましい。
Ｃｒは、大気中の酸素と結合して、化学的に安定な酸化物（例えば、Ｃｒ２Ｏ３等）を容易に生成する。このため、Ｃｒを含む軟磁性粉末は、耐食性に優れたものとなる。また、Ｃｒを添加することにより、軟磁性粉末の比抵抗が高くなるため、Ｃｒは、圧粉磁心の渦電流損失を低減し得る成分でもある。
このようなＣｒの含有率は、１〜１３ｗｔ％程度であるのが好ましく、２〜１０ｗｔ％程度であるのがより好ましい。Ｃｒの含有率を前記範囲内に設定すれば、密度の著しい低下を防止しつつ、耐食性により優れ、かつ、渦電流損失のより小さい圧粉磁心を製造可能な軟磁性粉末を得ることができる。
【００２３】
このような本発明の軟磁性粉末は、前述したように、数１０ｋＨｚ〜数１００ｋＨｚの比較的高い周波数域で使用される圧粉磁心の製造に好適に用いられるものであるが、この周波数は、３００ｋＨｚ以上であるのが好ましく、５００ｋＨｚ以上であるのがより好ましい。このような特に高い周波数域で使用される圧粉磁心では、渦電流損失が特に増大することが懸念されるが、本発明の軟磁性粉末を用いることにより、かかる高周波数域でも、渦電流損失の増大を確実に防止し得る圧粉磁心が得られる。
【００２４】
ここで、本発明者は、３００ｋＨｚ以上の高周波数域において、圧粉磁心が使用される周波数と、圧粉磁心を構成する軟磁性粉末の最大粒径との間に、所定の相関関係が成り立つとき、圧粉磁心の渦電流損失を著しく低減し得ることを見出した。
一方、低損失の圧粉磁心を得るためには、平均粒径とともに最大粒径もできるだけ小さい方が好ましいが、製造可能性、生産効率および製造コストを考慮した場合には、平均粒径および最大粒径ができるだけ大きい方が好ましい。
【００２５】
したがって、本発明者が、圧粉磁心が使用される周波数と、その圧粉磁心を構成する軟磁性粉末の最大粒径との間に相関関係を見出したことにより、周波数に応じて、低損失の圧粉磁心を効率よく安価に製造することができるようになった。
具体的には、圧粉磁心が使用される周波数をｆ［ｋＨｚ］とし、圧粉磁心を構成する軟磁性粉末の最大粒径をｄ［μｍ］としたとき、ｆ×ｄが１５０００以下であるのが好ましく、１３５００以下であるのがより好ましく、１２０００以下であるのがさらに好ましい。このような条件を満足するように軟磁性粉末の最大粒径ｄを設定すれば、３００ｋＨｚ以上の特に高い周波数域で使用される圧粉磁心の渦電流損失を、各周波数域において、相対的に特に低減することができる。すなわち、低損失の高周波数用圧粉磁心が得られる。
【００２６】
より具体的には、圧粉磁心が使用される周波数ｆが３００ｋＨｚである場合、軟磁性粉末の最大粒径ｄは５０μｍ以下であるのが好ましく、４５μｍ以下であるのがより好ましく、４０μｍ以下であるのがさらに好ましい。
同様に、ｆ＝４００ｋＨｚである場合、ｄは、３７μｍ以下であるのが好ましく、３３μｍ以下であるのがより好ましく、３０μｍ以下であるのがさらに好ましい。
同様に、ｆ＝５００ｋＨｚである場合、ｄは、３０μｍ以下であるのが好ましく、２７μｍ以下であるのがより好ましく、２４μｍ以下であるのがさらに好ましい。
同様に、ｆ＝６００ｋＨｚである場合、ｄは、２５μｍ以下であるのが好ましく、２２μｍ以下であるのがより好ましく、２０μｍ以下であるのがさらに好ましい。
【００２７】
このように最大粒径を規定する事で高周波ロスを低減できる理由は、次のように考えられる。圧粉磁心中の磁束密度分布は一様ではなく、例えば成形パンチに接触している面が最も成形密度が高いため磁束密度も高く、より渦電流ロスを発生している箇所であるといえる。また、同じように磁束が集中する箇所としては、粗大粒子が挙げられる。大粒径による渦電流の増大に加え磁束集中による渦電流増大の、２つの理由が重なるため６３μｍ以上の粗大粒子が混入した場合、コアロスが極端に増大するものと考えられる。
【００２８】
また、成形時には粗大粒子により圧力がかかるため、粗大粒子の周囲の密度が高くなる傾向にあり、これも磁束を集中させる要因となる。また、高い圧力により絶縁が破れやすいこともが考えられ、結果、粒間渦電流が発生してロスを増大させると考えられる。
なお、このような軟磁性粉末は、その他の成分、例えば、製造過程で不可避的に混入するＣ（炭素）、Ｐ（リン）、Ｓ（硫黄）、Ｍｎ（マンガン）等の成分を含んでいてもよい。その場合、その他の成分の含有率の総和は、１ｗｔ％以下とするのが好ましい。
【００２９】
以上のような軟磁性粉末は、例えば、アトマイズ法（例えば、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、高速回転水流アトマイズ法等）、還元法、カルボニル法、粉砕法等の各種粉末化法により製造される。
このうち、本発明の軟磁性粉末は、アトマイズ法により製造されたものであるのが好ましい。アトマイズ法によれば、極めて微小な粉末を効率よく製造することができる。また、粉末の各粒子の形状が球形状に近くなるため、圧粉磁心を製造した際に、軟磁性粉末の充填率を高くすることができる。これにより、より密度の高い圧粉磁心を製造することができ、高透磁率・高磁束密度の圧粉磁心を得ることができる。
【００３０】
なお、アトマイズ法として、水アトマイズ法を用いた場合、噴射するアトマイズ水の圧力は、特に限定されないが、好ましくは７５〜１２０ＭＰａ（７５０〜１２００ｋｇｆ／ｃｍ２）程度とされる。また、アトマイズ水の水温も、特に限定されないが、好ましくは１〜２０℃程度とされる。
また、このようにして得られた軟磁性粉末に対し、必要に応じて、分級を行ってもよい。分級の方法としては、例えば、ふるい分け分級、慣性分級、遠心分級のような乾式分級、沈降分級のような湿式分級等が挙げられる。
【００３１】
このうち、本発明の軟磁性粉末を得る際には、ふるい分け分級を用いるのが好ましい。ふるい分け分級を用いることにより、ふるいの目開き以上の粒径の粒子は、確実に除去されることから、最大粒径を所定の値に確実に制御することができる。これにより、本発明の軟磁性粉末を容易に製造することができる。
また、必要に応じて、得られた軟磁性粉末を造粒してもよい。
【００３２】
［圧粉磁心および磁性素子］
本発明の磁性素子は、チョークコイル、インダクタ、ノイズフィルタ、リアクトル、モータ、発電機のように、磁心を備えた各種磁性素子（電磁気部品）に適用可能である。すなわち、本発明の圧粉磁心は、これらの磁性素子が備える圧粉磁心に適用可能である。
以下、磁性素子の一例として、２種類のチョークコイルを代表に説明する。
【００３３】
＜第１実施形態＞
まず、チョークコイル（本発明の磁性素子）の第１実施形態について説明する。
図１は、チョークコイルの第１実施形態を示す模式図（平面図）である。
図１に示すチョークコイル１０は、リング状（トロイダル形状）の圧粉磁心１１と、この圧粉磁心１１に巻き回された導線１２とを有する。このようなチョークコイル１０は、一般に、トロイダルコイルと称される。
【００３４】
圧粉磁心１１は、本発明の軟磁性粉末と結合材（バインダ）と有機溶媒とを混合し、得られた混合物を成形型に供給するとともに、加圧・成形して得られたものである。
圧粉磁心１１の作製に用いられる結合材の構成材料としては、例えば、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂等の有機バインダ、リン酸マグネシウム、リン酸カルシウム、リン酸亜鉛、リン酸マンガン、リン酸カドミウムのようなリン酸塩、ケイ酸ナトリウムのようなケイ酸塩（水ガラス）等の無機バインダ等が挙げられるが、特に、熱硬化性ポリイミドまたはエポキシ系樹脂が好ましい。これらの樹脂材料は、加熱されることによって容易に硬化するとともに、耐熱性に優れたものである。したがって、圧粉磁心１１の製造容易性および耐熱性を高めることができる。
【００３５】
また、軟磁性粉末に対する結合材の割合は、作製する圧粉磁心１１の目的とする透磁率および磁束密度や、許容される渦電流損失等に応じて若干異なるが、０．５〜５ｗｔ％程度であるのが好ましく、１〜３ｗｔ％程度であるのがより好ましい。これにより、軟磁性粉末の各粒子同士を確実に絶縁しつつ、圧粉磁心１１の密度をある程度確保して、圧粉磁心１１の透磁率や磁束密度が著しく低下するのを防止することができる。その結果、より透磁率が高く、かつ、より低損失の圧粉磁心１１が得られる。
【００３６】
また、有機溶媒としては、結合材を溶解し得るものであれば特に限定されないが、例えば、トルエン、イソプロピルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、クロロホルム、酢酸エチル等の各種溶媒が挙げられる。
なお、前記混合物中には、必要に応じて、任意の目的で各種添加剤を添加するようにしてもよい。
【００３７】
このような結合材により、軟磁性粉末の表面が被覆されている。これにより、軟磁性粉末の各粒子は、それぞれ絶縁性の結合材によって絶縁されているため、圧粉磁心１１に高周波数で変化する磁場を付与しても、この磁場変化に対する電磁誘導で発生する起電力に伴う誘導電流は、各粒子の比較的狭い領域にしか及ばない。このため、この誘導電流によるジュール損失を小さく抑えることができる。
また、このジュール損失は、圧粉磁心１１の発熱を招くこととなるため、ジュール損失を抑えることにより、チョークコイル１０の発熱量を減らすこともできる。
【００３８】
一方、導線１２の構成材料としては、導電性の高い材料が挙げられ、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ等の金属材料、またはかかる金属材料を含む合金等が挙げられる。
なお、導線１２の表面に、絶縁性を有する表面層を備えているのが好ましい。これにより、圧粉磁心１１と導線１２との短絡を確実に防止することができる。
かかる表面層の構成材料としては、例えば、各種樹脂材料等が挙げられる。
【００３９】
次に、チョークコイル１０の製造方法について説明する。
まず、本発明の軟磁性粉末と、結合材と、各種添加剤と、有機溶媒とを混合し、混合物を得る。
次いで、混合物を乾燥させて塊状の乾燥体を得た後、この乾燥体を粉砕することにより、造粒粉を形成する。
【００４０】
次に、この混合物または造粒粉を、作製すべき圧粉磁心の形状に成形し、成形体を得る。
この場合の成形方法としては、特に限定されないが、例えば、プレス成形、押出成形、射出成形等の方法が挙げられる。
なお、この成形体の形状寸法は、以後の成形体を加熱した際の収縮分を見込んで決定される。
【００４１】
次に、得られた成形体を加熱することにより、結合材を硬化させ、圧粉磁心１１を得る。
このとき、加熱温度は、結合材の組成等に応じて若干異なるものの、結合材が有機バインダで構成されている場合、好ましくは１００〜２５０℃程度とされ、より好ましくは１２０〜２００℃程度とされる。
また、加熱時間は、加熱温度に応じて異なるものの、０．５〜５時間程度とされる。
【００４２】
以上により、本発明の軟磁性粉末を加圧・成形してなる圧粉磁心（本発明の圧粉磁心）１１、および、かかる圧粉磁心１１の外周面に沿って導線１２を巻き回してなるチョークコイル（本発明の磁性素子）１０は、高周波数域において、損失の小さいものとなる。また、前述したように、本発明の軟磁性粉末は、その平均粒径と最大粒径とが小さいので、密度の大きい圧粉磁心１１を容易に得ることができ、これにより、圧粉磁心１１の透磁率および磁束密度の向上や、それに伴うチョークコイル１０の小型化や定格電流の増大、発熱量の減少を容易に実現することができる。
【００４３】
＜第２実施形態＞
次に、チョークコイル（本発明の磁性素子）の第２実施形態について説明する。
図２は、チョークコイルの第２実施形態を示す模式図（斜視図）である。
以下、第２実施形態にかかるチョークコイルについて説明するが、それぞれ、前記第１実施形態にかかるチョークコイルとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００４４】
本実施形態にかかるチョークコイル２０は、図２に示すように、コイル状に成形された導線２２を、圧粉磁心２１の内部に埋設してなるものである。すなわち、チョークコイル２０は、導線２２を圧粉磁心２１でモールドしてなる。
このような形態のチョークコイル２０は、比較的小型のものが容易に得られる。そして、このような小型のチョークコイル２０を製造する場合、透磁率および磁束密度が大きく、かつ、損失の小さい圧粉磁心２１が、その作用・効果をより有効に発揮する。すなわち、より小型であるにもかかわらず、大電流に対応可能な低損失・低発熱のチョークコイル２０が得られる。
【００４５】
また、導線２２が圧粉磁心２１の内部に埋設されているため、導線２２と圧粉磁心２１との間に隙間が生じ難い。このため、導線２２の高周波スイッチングによる振動を抑制し、この振動に伴う騒音の発生を抑制することもできる。
以上のような本実施形態にかかるチョークコイル２０を製造する場合、まず、成形型のキャビティ内に導線２２を配置するとともに、キャビティ内を本発明の軟磁性粉末で充填する。すなわち、導線２２を包含するように、軟磁性粉末を充填する。
【００４６】
次に、導線２２とともに、軟磁性粉末を加圧して成形体を得る。
次いで、前記第１実施形態と同様に、この成形体に熱処理を施す。これにより、チョークコイル２０が得られる。
以上、本発明の軟磁性粉末、軟磁性粉末の製造方法、圧粉磁心および磁性素子について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、前記実施形態では、本発明の磁性素子としてチョークコイルを例に説明したが、圧粉磁心を備える他の磁性素子においても、上記と同様の作用・効果が得られる。
【実施例】
【００４７】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１．圧粉磁心および磁性素子の製造
（実施例１）
［１］まず、表１に示す組成で原材料を調製した。そして、得られた原材料を高周波誘導炉で溶融するとともに、水アトマイズ法により粉末化して、軟磁性粉末を得た。
［２］次に、得られた軟磁性粉末を、目開き２０μｍのふるいにかけ、ふるい分けを行った。これにより、目開き以上の粒径の粒子を除去した。
【００４８】
また、ふるい分け後の軟磁性粉末について、粒度分布測定を行った。なお、この測定は、レーザー回折方式の粒度分布測定装置（マイクロトラック、ＨＲＡ９３２０−Ｘ１００  日機装株式会社製）により行った。そして、この測定により、表１に示す平均粒径を求めた。
また、ふるい分けにより、ふるいの目開きより粒径の大きい粒子は除去されるので、ふるい分けに用いたふるいの目開きを軟磁性粉末の最大粒径とみなすこととした。
【００４９】
［３］次に、得られた軟磁性粉末と、エポキシ樹脂（結合材）、トルエン（有機溶媒）とを混合して、混合物を得た。なお、エポキシ樹脂の添加量は、軟磁性粉末に対して２ｗｔ％とした。
［４］次に、得られた混合物を撹拌したのち、温度６０℃で１時間加熱して乾燥させ、塊状の乾燥体を得た。次いで、この乾燥体を、目開き５００μｍのふるいにかけ、乾燥体を粉砕して、造粒粉末を得た。
【００５０】
［５］次に、得られた造粒粉末を、成形型に充填し、下記の成形条件に基づいて成形体を得た。
＜成形条件＞
・成形方法    ：プレス成形
・成形体の形状：リング状
・成形体の寸法：外径２８ｍｍ、内径１４ｍｍ、厚さ５ｍｍ
・成形圧力    ：６ｔ／ｃｍ２（５８８ＭＰａ）
【００５１】
［６］次に、成形体を、大気雰囲気中において、温度１５０℃で１時間加熱して、結合材を硬化させた。これにより、圧粉磁心を得た。
［７］次に、得られた圧粉磁心を用い、以下の作製条件に基づいて、図１に示すチョークコイル（磁性素子）を作製した。
＜コイル作製条件＞
・導線の構成材料：Ｃｕ
・導線の線径    ：０．８ｍｍ
・巻き数        ：１次側３０ターン、２次側３０ターン
【００５２】
（実施例２〜８）
軟磁性粉末として、表１に示す平均粒径および最大粒径を示す粉末をそれぞれ用いた以外は、前記実施例１と同様にして圧粉磁心を得、この圧粉磁心を用いてチョークコイルを得た。
（比較例１〜４）
軟磁性粉末として、表１に示す平均粒径および最大粒径を示す粉末をそれぞれ用いた以外は、前記実施例１と同様にして圧粉磁心を得、この圧粉磁心を用いてチョークコイルを得た。
【００５３】
２．評価
各実施例および各比較例で得られたチョークコイルについて、それぞれの透磁率および損失（コアロス）を以下の測定条件に基づいて測定した。
＜測定条件＞
・測定周波数  ：３００ｋＨｚまたは５００ｋＨｚ
・最大磁束密度：２０ｍＴ
・測定装置    ：交流磁気特性測定装置（岩通計株式会社製、Ｂ−ＨアナライザＳＹ８２３２）
測定結果を表１に示す。また、表１のうち、軟磁性粉末の最大粒径と圧粉磁心の損失との関係を示すグラフを、図３に示す。
【００５４】
【表１】
2011049568.tif 000003
【００５５】
まず、表１から明らかなように、各実施例では、いずれも、損失の小さい圧粉磁心を得ることができた。これは、図３においても明らかであり、軟磁性粉末の最大粒径が６３μｍ未満であれば、６３μｍ以上の場合に比べて、圧粉磁心の損失が著しく低下していることが認められる。
一方、各比較例で得られた圧粉磁心、すなわち、最大粒径が６３μｍ以上の軟磁性粉末を含む圧粉磁心は、いずれも、損失が大きいものであった。
また、各実施例で得られた圧粉磁心の中でも、周波数ｆと最大粒径ｄとの積ｆ×ｄが１５０００以下という条件を満たすもの（図３中の楕円の破線で囲んだもの）は、各周波数において、その損失が相対的に特に小さく抑えられていた。なお、この傾向は、周波数が高いもの（５００ｋＨｚ）ほど、より顕著に認められた。
【符号の説明】
【００５６】
１０、２０……チョークコイル  １１、２１……圧粉磁心  １２、２２……導線
【図１】
2011049568.tif 000004
【図２】
2011049568.tif 000005
【図３】
2011049568.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成22年10月15日(2010.10.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒを主成分として含み、平均粒径が５〜２５μｍであり、かつ、最大粒径が６３μｍ未満である軟磁性粉末と、結合材と、の混合物を、加圧・成形してなる圧粉磁心であって、
当該圧粉磁心に適用する周波数が３００［ｋＨｚ］のときの損失Ｐ（３００）と適用する周波数が５００［ｋＨｚ］のときの損失Ｐ（５００）との比Ｐ（３００）／Ｐ（５００）が０．６以上であり、かつ、当該圧粉磁心に適用する周波数をｆ［ｋＨｚ］（ただし、ｆは３００ｋＨｚ）とし、前記軟磁性粉末の最大粒径をｄ［μｍ］としたとき、ｆ×ｄが１５０００以下であることを特徴とする圧粉磁心。
【請求項２】
前記軟磁性粉末は、アトマイズ法により製造されたものである請求項１に記載の圧粉磁心。
【請求項３】
前記軟磁性粉末におけるＳｉの含有率は、１〜８ｗｔ％である請求項１または２に記載の圧粉磁心。
【請求項４】
前記軟磁性粉末におけるＣｒの含有率は、１〜１３ｗｔ％である請求項１ないし３のいずれかに記載の圧粉磁心。
【請求項５】
前記軟磁性粉末に対する前記結合材の割合は、０．５〜５ｗｔ％である請求項１ないし４のいずれかに記載の圧粉磁心。
【請求項６】
前記損失Ｐ（５００）が６２００ｋＷ／ｍ３以下である請求項１ないし５のいずれかに記載の圧粉磁心。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の圧粉磁心を備えたことを特徴とする磁性素子。
【請求項８】
コイル状に成形された導線を前記圧粉磁心に埋設してなる請求項７に記載の磁性素子。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、圧粉磁心および磁性素子に関するものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明の目的は、高周波数域での損失（鉄損）が小さい低損失の圧粉磁心、およびこの圧粉磁心を備えた磁性素子を提供することにある。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の圧粉磁心は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒを主成分として含み、平均粒径が５〜２５μｍであり、かつ、最大粒径が６３μｍ未満である軟磁性粉末と、結合材と、の混合物を、加圧・成形してなる圧粉磁心であって、
当該圧粉磁心に適用する周波数が３００［ｋＨｚ］のときの損失Ｐ（３００）と適用する周波数が５００［ｋＨｚ］のときの損失Ｐ（５００）との比Ｐ（３００）／Ｐ（５００）が０．６以上であり、かつ、当該圧粉磁心に適用する周波数をｆ［ｋＨｚ］（ただし、ｆは３００ｋＨｚ）とし、前記軟磁性粉末の最大粒径をｄ［μｍ］としたとき、ｆ×ｄが１５０００以下であることを特徴とする。
これにより、高周波数域での損失（鉄損）が小さい低損失の圧粉磁心が得られる。
また、このような条件を満足するように軟磁性粉末の最大粒径ｄを設定すれば、３００ｋＨｚ以上の特に高い周波数域で使用される圧粉磁心の渦電流損失を、各周波数域において、相対的に特に低減することができる。すなわち、低損失の高周波数用圧粉磁心が得られる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明の圧粉磁心では、前記軟磁性粉末は、アトマイズ法により製造されたものであることが好ましい。
これにより、軟磁性粉末の各粒子の形状が球形状に近くなるため、圧粉磁心における軟磁性粉末の充填率を高くすることができる。その結果、より密度の高い圧粉磁心を製造することができ、高透磁率・高磁束密度の圧粉磁心を得ることができる。
本発明の圧粉磁心では、前記軟磁性粉末におけるＳｉの含有率は、１〜８ｗｔ％であることが好ましい。
これにより、軟磁性粉末の透磁率を高めることができる。また、軟磁性粉末の比抵抗を高くすることができるので、圧粉磁心に発生する誘導電流を低減し、渦電流損失を低減することができる。
本発明の圧粉磁心では、前記軟磁性粉末におけるＣｒの含有率は、１〜１３ｗｔ％であることが好ましい。
これにより、耐食性に優れた軟磁性粉末を得ることができる。また、軟磁性粉末の比抵抗が高くなるため、圧粉磁心の渦電流損失を低減することができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明の圧粉磁心では、前記軟磁性粉末に対する前記結合材の割合は、０．５〜５ｗｔ％であることが好ましい。
これにより、軟磁性粉末の各粒子同士を確実に絶縁しつつ、圧粉磁心の密度をある程度確保して、圧粉磁心の透磁率および磁束密度が著しく低下するのを防止することができる。その結果、より透磁率が高く、かつ、より低損失の圧粉磁心が得られる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明の圧粉磁心では、前記損失Ｐ（５００）が６２００ｋＷ／ｍ３以下であることが好ましい。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明の磁性素子は、本発明の圧粉磁心を備えたことを特徴とする。
これにより、小型で発熱量の小さい磁性素子が得られる。
本発明の磁性素子では、コイル状に成形された導線を前記圧粉磁心に埋設してなることが好ましい。