(57)【要約】【課題】本発明では、直流重畳特性に優れかつコア損失が良好なリアクトルを提供する。【解決手段】本発明は、圧粉磁心で構成されたコア２と、コア２の一部を覆うように巻かれたコイル３Ａ、３Ｂと、を備えたリアクトル１であって、圧粉磁心を構成する各軟磁性粒子は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金からなる母材と、母材を被覆する窒化アルミニウム層または酸化アルミニウム層を備えており、コア２のうち、コイル３Ａ、３Ｂに覆われた第１の部分２１、２１を構成する各軟磁性粒子の粒子径は、コイル３Ａ、３Ｂから露出した第２の部分２２、２２を構成する各軟磁性粒子の粒子径よりも小さい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧粉磁心で構成されたコアと、前記コアの一部を覆うように巻かれたコイルと、を備えたリアクトルであって、
前記圧粉磁心を構成する各軟磁性粒子は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金からなる母材と、前記母材を被覆する窒化アルミニウム層または酸化アルミニウム層と、を備えており、
前記コアのうち、前記コイルに覆われた第１の部分を構成する前記各軟磁性粒子の粒子径は、前記コイルから露出した第２の部分を構成する前記各軟磁性粒子の粒子径よりも小さいことを特徴とするリアクトル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧粉磁心で構成されたコアと、コアの一部を覆うように巻かれたコイルと、を備えたリアクトルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ハイブリッド自動車、電気自動車、太陽光発電装置等では、リアクトルが用いられ、このリアクトルは、圧粉磁心であるリング状のコアにコイルを巻いた構造が採用されている。
【０００３】
このようなリアクトルの例として、例えば、特許文献１には、圧粉磁心で構成されたコアと、コアの一部を覆うように巻かれたコイルと、を備えたリアクトルが開示されている。このリアクトルでは、圧粉磁心を構成する各軟磁性粒子は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金からなる母材と、母材を被覆する窒化アルミニウム層を備えている。このようなリアクトルは、鉄損を低減しつつ、高磁場が印加された環境下であっても、リアクトルのインダクタンスを安定して確保することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−７６６８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、発明者らは、実験を行った結果、圧粉磁心を構成する各軟磁性粒子の大きさによって、磁気抵抗等が異なることを見出した。よって、特許文献１に記載のリアクトルには、軟磁性粒子の大きさを考慮して、鉄損やインダクタンスを改善する余地があると考えられる。
【０００６】
本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、本発明では、直流重畳特性に優れ、かつコア損失が良好なリアクトルを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、圧粉磁心で構成されたコアと、前記コアの一部を覆うように巻かれたコイルと、を備えたリアクトルであって、前記圧粉磁心を構成する各軟磁性粒子は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金からなる母材と、前記母材を被覆する窒化アルミニウム層または酸化アルミニウム層とを備えており、前記コアのうち、前記コイルに覆われた第１の部分を構成する前記各軟磁性粒子の粒子径は、前記コイルから露出した第２の部分を構成する前記各軟磁性粒子の粒子径よりも小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、後述の実施例で説明するように、軟磁性粒子の粒子径が小さい場合は、窒化アルミニウムまたは酸化アルミニウムの含有量が増加することにより磁気抵抗が高まる。このような軟磁性粒子を第１の部分に用いることにより、より大きい粒子径を有する軟磁性粒子を含む粉末を用いる場合と比較して、磁束密度の飽和を防止することができる。結果としてリアクトルの直流重畳特性を改善することができる。
【０００９】
また、後述の実施例で説明するように、粒子径が小さい場合は、交流磁界印加時の渦電流損が低くなる。このような軟磁性粒子を第１の部分に用いることにより、より大きい粒子径を有する軟磁性粒子を含む粉末を用いる場合と比較してコア損失を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（ａ）は、本実施形態に係るリアクトルの模式的平面図であり、（ｂ）は、本実施形態に係るリアクトルの模式的断面図である。
【図２】圧粉磁心用粉末の粒度と、Ｎ量との関係を示すグラフである。
【図３】圧粉磁心用粉末の粒度と、初期インダクタンスとの関係を示すグラフである。
【図４】圧粉磁心用粉末の粒度と、鉄損との関係を示すグラフである。
【図５】(ａ)は、実施例１および比較例１について、インダクタンスと直流重畳電流との関係を示すグラフであり、図５（ｂ）は、図(ａ)中、黒枠で示す直流重畳電流１５０〜２５０Ａの領域を拡大したグラフである。
【図６】実施例１および比較例１に係るリアクトルモデルの損失を示すグラフである。
【図７】（ａ）は比較例１に係るリアクトルの模式的平面図であり、（ｂ）は、比較例１に係るリアクトルの模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、図１を参照しながら、本発明に係るリアクトル１の一実施形態を説明する。図１（ａ）は、本実施形態に係るリアクトル１の模式的平面図であり、図１（ｂ）は、本実施形態に係るリアクトル１の模式的断面図である。
【００１２】
なお、本明細書において、「メジアン径Ｄ３０」、「メジアン径Ｄ５０」、および「メジアン径Ｄ９０」とは、ＪＩＳ−Ｚ８８０１に規定する試験用篩を用いた分析による粒度分布の質量累積分布曲線において、小径側から、それぞれ累積３０％、５０％及び９０％に相当する粒子径を意味する。
【００１３】
本実施形態のリアクトル１は、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）や電気自動車（ＥＶ）等の車両に搭載され、例えば、電圧を昇圧又は降圧するコンバータに用いることができる。このような本実施形態のリアクトル１は、図１に示すように、圧粉磁心で構成されたコア２と、コア２の一部を覆うように巻かれたコイル３Ａ、３Ｂと、を備えている。
【００１４】
本実施形態では、一例として、一対のコイル３Ａ、３Ｂが対向するように、リング状のコア２に設けられている。コイル３Ａ、３Ｂは電気的には直列に接続されており、一つのコイルとして機能する。
【００１５】
コア２は、圧粉磁心からなり、圧粉磁心は、後述する軟磁性粒子を有する圧粉磁心用粉末を加圧成形し、成形した成形体を焼鈍することにより得られる。このようにして得られた圧粉磁心の粒子の粒子径は軟磁性粒子の粒子径とほぼ等しい。
【００１６】
圧粉磁心を構成する各軟磁性粒子は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金からなる母材と、母材を被覆する窒化アルミニウム層または酸化アルミニウム層とを備えている。
【００１７】
母材は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金（鉄合金）からなり、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金は、Ｓｉが０．５〜９質量％、Ａｌが０．５〜５質量％、残部が鉄と不可避不純物からなることが好ましい。
【００１８】
ＡｌまたはＳｉの含有量が、上述した範囲よりも少ない場合には、結晶磁気異方性の悪化により、圧粉磁心の鉄損が増加してしまう。一方、ＡｌまたはＳｉの含有量が、上述した範囲よりも過多である場合には、圧粉磁心の磁気特性や成形性の低下、コストの増大等を招き好ましくない。
【００１９】
母材であるＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金（粒子）が集合した合金粉末には、水アトマイズ粉末、ガスアトマイズ粉末、ガス水アトマイズ粉末、または粉砕粉末等を挙げることができる。圧粉成形時における窒化アルミニウム層または酸化アルミニウム層の破壊の抑制を考慮した場合、母材の表面に凹凸の少ないものを選定することがより好ましい。
【００２０】
窒化アルミニウム層または酸化アルミニウム層は、母材の表面に、絶縁層として、形成されている。また、本実施形態では、軟磁性粒子の粒子径（粒度）が小さくなるにつれて、窒化アルミニウム層または酸化アルミニウム層由来の窒化アルミニウムまたは酸化アルミニウムの含有量が増加する。これにより、圧粉磁心の磁気抵抗を大きくすることができる。
【００２１】
例えば、窒化アルミニウム層が形成されている場合、軟磁性粒子（軟磁性粉末）の窒素（Ｎ）量を調べれば、窒素の含有量がわかる。具体的には、後述する実施例の如く、軟磁性粒子の集合物である軟磁性粉末を、微粉粒度、中間粒度、および粗粉粒度を有する粉末に分級した場合、微粉粒度を有する粉末の窒素含有量は０．８〜１．５質量％が好ましく、１．０〜１．３質量％がより好ましい。中間粒度を有する粉末の窒素含有量は０．３〜０．７質量％が好ましく、０．４〜０．６質量％がより好ましい。粗粉粒度を有する粉末の窒素含有量は、０．１〜０．５質量％が好ましく、０．２〜０．４質量％がより好ましい。なお、微粉粒度、中間粒度、および粗粉粒度を含む全粒度を有する粉末の窒素含有量は０．１〜１．０質量％が好ましく、０．３〜０．７質量％がより好ましい。
【００２２】
本実施形態では、コア２のうち、各コイル３Ａ、３Ｂに覆われた第１の部分２１、２１を構成する各軟磁性粒子の粒子径は、各コイル３Ａ、３Ｂから露出した第２の部分２２、２２を構成する各軟磁性粒子の粒子径よりも小さい。これにより、後述するように、直流重畳特性およびコア損失を改善することができる。
【００２３】
ここで、粒子径は、粒子の大きさを比較することができるものであればよく、例えば、粒度分布に係る体積または質量累積分布曲線における所定の累積値（％）に対応する粒子径、または平均粒子径等を挙げることができる。
【００２４】
粒子径として、上述の累積値に対応した粒子径を用いる場合、第１の部分２１、２１を構成する各軟磁性粒子の粒子径は、微粉粒度（メジアン径Ｄ３０：粒子径１０〜１００μｍ）が好ましい。一方、第２の部分２２、２２を構成する各軟磁性粒子の粒子径は、粗粉粒度（メジアン径Ｄ９０：粒子径１００〜２５０μｍ）が好ましい。
【００２５】
このような微粉粒度および粗粉粒度を有する軟磁性粒子には、軟磁性粒子に形成された酸化アルミニウム層または窒化アルミニウム層の表面を被覆するように、低融点ガラスからなる低融点ガラス皮膜がさらに形成されていてもよい。
【００２６】
低融点ガラスの例としては、例えば、珪酸塩系ガラス、硼酸塩系ガラス、ビスマス珪酸塩系ガラス、硼珪酸塩系ガラス、酸化バナジウム系ガラス、または、リン酸系ガラス等を挙げることができる。これらの低融点ガラスは、圧粉磁心を焼鈍する際の圧粉成形粉末の焼鈍温度よりも低い軟化点温度を有する。
【００２７】
珪酸塩系ガラスには、例えば、ＳｉＯ２−ＺｎＯ、ＳｉＯ２−Ｌｉ２Ｏ、ＳｉＯ２−Ｎａ２Ｏ、ＳｉＯ２−ＣａＯ、ＳｉＯ２−ＭｇＯ、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３等を主成分とするものがある。ビスマス珪酸塩系ガラスには、例えば、ＳｉＯ２−Ｂｉ２Ｏ３−ＺｎＯ、ＳｉＯ２−Ｂｉ２Ｏ３−Ｌｉ２Ｏ、ＳｉＯ２−Ｂｉ２Ｏ３−Ｎａ２Ｏ、ＳｉＯ２−Ｂｉ２Ｏ３−ＣａＯ等を主成分とするものがある。硼酸塩系ガラスには、例えば、Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ、Ｂ２Ｏ３−Ｌｉ２Ｏ、Ｂ２Ｏ３−Ｎａ２Ｏ、Ｂ２Ｏ３−ＣａＯ、Ｂ２Ｏ３−ＭｇＯ、Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３等を主成分とするものがある。硼珪酸塩系ガラスには、例えば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｌｉ２Ｏ、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｎａ２Ｏ、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＣａＯ等を主成分とするものがある。酸化バナジウム系ガラスには、例えば、Ｖ２Ｏ５−Ｂ２Ｏ３、Ｖ２Ｏ５−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２、Ｖ２Ｏ５−Ｐ２Ｏ５、Ｖ２Ｏ５−Ｂ２Ｏ３−Ｐ２Ｏ５等を主成分とするものがある。リン酸系ガラスには、例えば、Ｐ２Ｏ５−Ｌｉ２Ｏ、Ｐ２Ｏ５−Ｎａ２Ｏ、Ｐ２Ｏ５−ＣａＯ、Ｐ２Ｏ５−ＭｇＯ、Ｐ２Ｏ５−Ａｌ２Ｏ３等を主成分とするものがある。これら低融点ガラスは、上述した成分以外に、ＳｉＯ２、ＺｎＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｂ２Ｏ３、Ｌｉ２Ｏ、ＳｎＯ、ＢａＯ、ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３等の１種以上を適宜含有し得る。
【００２８】
低融点ガラスの含有量は、圧粉磁心用粉末の全体または圧粉磁心全体を１００質量％としたときに、０．０５〜５．０質量％であることが好ましい。低融点ガラスの含有量が０．０５質量％以上である場合、十分な低融点ガラス皮膜を形成し易くなり、高比抵抗で高強度な圧粉磁心を得易くなる。低融点ガラスの含有量が５．０質量％以下である場合、圧粉磁心の磁気特性の低下を効果的に抑制することができる。
【００２９】
低融点ガラス皮膜は、軟磁性粒子よりも粒径の小さい微粒子として軟磁性粒子の表面に付着した層であってもよく、軟磁性粒子の表面に連続的に付着した層であってもよい。
【００３０】
図１に示すコア２の構造は、Ｕ形状のコアを２つ組み合わせた構造を採用するが、コア２の形状は、コア２の磁路の一部をコイルが旋回する構造であれば、特に限定されない。具体的には、例えば、ＥＩ型、ＥＥ型、ＥＥＲ型、ＰＱ型、またはＥＢ型等を挙げることができる。
【００３１】
以上説明した構成を有するリアクトル１では、コイル３Ａ、コイル３Ｂに電流を流すことで、エネルギーの蓄積／放出を交互に行い電圧を変換する。
【００３２】
本実施形態によれば、圧粉磁心を構成する各軟磁性粒子は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金からなる母材と、母材を被覆する窒化アルミニウム層または酸化アルミニウム層を備えている。コア２のうち、第１の部分２１、２１を構成する各軟磁性粒子の粒子径は、第２の部分２２、２２を構成する前記各軟磁性粒子の粒子径よりも小さい。
【００３３】
後述の実施例で説明するように、このように軟磁性粒子の粒子径が小さい場合は、窒化アルミニウム層または酸化アルミニウム層の含有量が増加することにより磁気抵抗が高まる。このような軟磁性粒子を第１の部分２１、２１に用いることにより、より大きい粒子径を有する軟磁性粒子を含む粉末を用いる場合と比較して、磁束密度の飽和を防止することができる。結果としてリアクトル１の直流重畳特性を改善することができる。
【００３４】
また、後述の実施例で説明するように、粒子径が小さい場合は、交流磁界印加時の渦電流損が低くなる。このような軟磁性粒子を第１の部分２１、２１に用いることにより、より大きい粒子径を有する軟磁性粒子を含む粉末を用いる場合と比較してコア損失を改善することができる。
【００３５】
本実施形態のリアクトルの製造方法について以下に説明する。
【００３６】
＜圧粉磁心用粉末の調製＞
まず、母材であるＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金（粒子）が集合した合金粉末を準備する。ついで、母材の表面に窒化アルミニウム層または酸化アルミニウム層を形成する。窒化アルミニウム層を形成する場合は、窒化処理を行う。具体的には、合金粉末を窒化雰囲気で加熱する。より具体的には、窒素ガス雰囲気中で、加熱温度は、８００℃〜１２５０℃が好ましく、９００℃〜１１５０℃がより好ましい。一方、酸化アルミニウム層を形成する場合は、大気相当雰囲気での酸化処理を行う。具体的には、合金粉末を酸化雰囲気で加熱する。より具体的には、大気中、加熱温度は、８００℃〜１１００℃が好ましく、９００℃〜１０５０℃がより好ましい。このようにして、窒化アルミニウム層または酸化アルミニウム層を有する軟磁性粒子が集合した軟磁性粉末を取得する。
【００３７】
本実施形態では、取得した軟磁性粉末を、篩等を用いて分級して、軟磁性粉末から、圧粉磁心用粉末として、微粒粉末と粗粒粉末とを取得する。一例として、微粒粉末はメジアン径Ｄ３０に相当する微粉粒度を有する軟磁性粒子で構成され、粗粒粉末はメジアン径Ｄ９０に相当する粗粉粒度を有する軟磁性粒子で構成されている。
【００３８】
なお、必要に応じて、微粒粉末および粗粒粉末に低融点ガラスを添加して、軟磁性粒子に形成された酸化アルミニウム層または窒化アルミニウム層の表面を被覆するように低融点ガラスからなる低融点ガラス皮膜をさらに形成してもよい。
【００３９】
例えば、低融点ガラス皮膜を形成する際には、低融点ガラスからなる微粒子の粉末と軟磁性粒子の集合体である軟磁性粉末とを分散媒中で混合してこれを乾燥してもよく、加熱により軟化した低融点ガラスを軟磁性粉末に付着させてもよい。また、低融点ガラスからなる微粒子の粉末と軟磁性粉末とを、ＰＶＡまたはＰＶＢ等の結合剤（バインダー）により結合してもよい。低融点ガラス皮膜が、軟磁性粉末よりも粒径の小さい微粒子として軟磁性粉末の表面に付着した層からなる場合、後工程の圧粉成形及び焼鈍を経て、連続的な皮膜となり得る。
【００４０】
＜圧粉磁心（コア２）の作製＞
まず、取得した微粒粉末と粗粒粉末とを圧粉成形して、圧粉成形体を成形する。圧粉成形は、例えば一般的に知られた温間金型潤滑成形法（例えば特許第３３０９９７０号公報等参照）、あるいは内部潤滑剤を含む温間圧縮成形法（例えば特開２０１６−１４８１００号公報参照）により実施してもよい。この際、本実施形態では、各第１の部分２１および各第２の部分２２には、それぞれ微粒粉末および粗粒粉末を使用する。
【００４１】
温間金型潤滑成形法の場合、成形温度は、温間金型潤滑成形法が行える範囲の温度であればよい。例えば、成形温度は７０〜２００℃が好ましく、１００〜１８０℃がより好ましい。
【００４２】
温間金型潤滑成形法あるいは内部潤滑剤を含む温間圧縮成形法では、成形圧力を大きくしても、金型寿命の低下を抑制することができる。このような成形圧力は、４００〜１８００ＭＰａが好ましく、６００〜１６００ＭＰａがより好ましい。
【００４３】
コア２のうち、各第１の部分２１および各第２の部分２２は、一体成形で成形してもよい。あるいは、各第１の部分２１および各第２の部分２２をそれぞれ別に成形した後、第２の部分２２、２２が第１の部分２１、２１を挟むように（図１を参照）、これらを接着剤等で組み合わせてもよい。
【００４４】
ついで、成形した圧粉成形体を熱処理により焼鈍して、圧粉磁心を取得し、これをコア２とする。なお、このようにして得られた圧粉磁心（コア２）の粒子の粒子径は軟磁性粒子の粒子径とほぼ等しい。圧粉成形体の焼鈍は、例えば、６００℃〜１０００℃の焼鈍温度で行うことが好ましく、７００℃〜９００℃の焼鈍温度で行うことがより好ましい。これにより、圧粉磁心中の軟磁性粒子に導入された残留ひずみおよび残留応力を除去し、圧粉磁心の保磁力またはヒステリシス損失を低減することができる。
【００４５】
＜リアクトル１の作製＞
取得したコア２に対して、微粒粉末を用いた２つの第１の部分２１、２１のうち、一方の第１の部分２１に素線を巻いて、第１の部分２１を覆うようにコイル３Ａを形成する。同様に、他方の第１の部分２１に素線を巻いて、第１の部分２１を覆うようにコイル３Ｂを形成する。これにより、粗粒粉末を用いた第２の部分２２、２２はコイル３Ａおよびコイル３Ｂに覆われていない状態となる。
【００４６】
このようにして、製造されたリアクトル１は、上述したように、重畳電流特性およびコア損失を向上することができる。また、本実施形態の製造方法によれば、軟磁性粉末を分級して、軟磁性粉末から、軟磁性粒子の粒子径が異なる２種類の粉末を圧粉磁心用粉末として取得する。これにより、圧粉磁心用粉末として、分級した２種類の粉末のそれぞれを、コア２のうち各第１の部分２１および各第２の部分２２に使い分けすることができる。そのため、一度の窒化処理または酸化処理で、コア２に使用する圧粉磁心用粉末の窒素含有量または酸素含有量の調製が可能となる。この結果、歩留まりを低下させずにリアクトル１の直流重畳特性およびコア損失を向上することができる。
【実施例】
【００４７】
本発明を実施例に基づいて説明する。
【００４８】
まず、以下に説明する参考例１〜３および比較参考例１に係る試験体を用いて、異なる粒子径（粒度）を有する軟磁性粒子（圧粉磁心用粉末）と、窒素含有量、初期インダクタンス、または鉄損と、の関係を確認する試験を行った。
【００４９】
（参考例１）
＜圧粉磁心用粉末の調製＞
母材であるＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金（粒子）が集合した合金粉末として、ＦｅにＳｉを２.０質量％、Ａｌを３.０質量％含有した鉄−シリコン−アルミニウム合金（Ｆｅ−２．０Ｓｉ−３．０Ａｌ）からなるガス水アトマイズ粉末（４５μｍ以下の割合が３０質量％（ＪＩＳ−Ｚ８８０１に規定する試験用篩い用いて測定））を準備した。
【００５０】
次に、窒素ガス圧力１１０ＫＰａの窒素ガス雰囲気下（窒素ガス１００体積％）で、１１００℃、５時間加熱し、準備した合金粉末の窒化処理を行った。これにより、母材の表面に窒化アルミニウム層を形成した軟磁性粒子の集合物である軟磁性粉末を取得した。
【００５１】
ついで、取得した軟磁性粉末を、ＪＩＳ−Ｚ８８０１に規定する試験用篩を用いて分級して、軟磁性粉末から、微粉粒度（メジアン径Ｄ３０：粒子径１０〜５０μｍ）を有する軟磁性粒子が集合した微粒粉末を取得した。取得した粉末を参考例１の圧粉磁心用粉末とした。
【００５２】
＜リング試験片（圧粉磁心）の作製＞
取得した圧粉磁心用粉末を金型に投入し、金型温度１３０℃、成形圧力１０ｔ／ｃｍ２の条件で、金型潤滑温間成形法により、外径３９ｍｍ、内径３０ｍｍ、厚さ５ｍｍのトロイダルコア形状（リング形状）の圧粉成形体を作製した。成形された圧粉成形体を、窒素雰囲気下で、７５０℃の範囲で３０分の焼鈍（焼結）を行った。このようにして、参考例１に係るリング試験片（圧粉磁心）を作製した。
【００５３】
（参考例２）
参考例１と同様にして参考例２のリング試験片（圧粉磁心）を作製した。参考例１と相違する点は、軟磁性粉末から中間粒度（メジアン径Ｄ５０：粒子径５０〜１５０μｍ）を有する軟磁性粒子が集合した中粒粉末を分離して、これを圧粉磁心用粉末として使用したことである。
【００５４】
（参考例３）
参考例１と同様にして参考例３のリング試験片（圧粉磁心）を作製した。参考例１と相違する点は、軟磁性粉末から粗粉粒度（メジアン径Ｄ９０：粒子径１５０〜２５０μｍ）を有する軟磁性粒子が集合した粗粒粉末を分離して、これを圧粉磁心用粉末として使用したことである。
【００５５】
（比較参考例１）
参考例１と同様にして比較参考例１のリング試験片（圧粉磁心）を作製した。参考例１と相違する点は、軟磁性粉末を、篩を用いて分級せずに、そのまま、圧粉磁心用粉末として使用した。付言すると、軟磁性粉末は、参考例１に係る微粉粒度を有する軟磁性粒子、参考例２に係る中間粒度を有する軟磁性粒子、および参考例３に係る粗粉粒度を有する軟磁性粒子で構成された粉末である。この粉末を、全粒度を有する全粒粉末とした。
【００５６】
＜圧粉磁心用粉末のＮ量＞
参考例１〜３および比較参考例１に係るリング試験片の作製に用いた圧粉磁心用粉末の窒素（Ｎ）含有量を、不活性ガス搬送融解熱伝導度法：Ｏ−Ｎ分析計（ＨＯＲＩＢＡ製）を用いて測定した。結果を図２に示す。図２は、圧粉磁心用粉末の粒度（粒子径）と、Ｎ量（質量％）との関係を示すグラフである。
【００５７】
[結果１]
図２の参考例１〜３からわかるように、粗粉粒度から微粉粒度になるにつれて、言い換えると、粒子径が小さくなるにつれて、窒素の含有量が高くなった。これは、粒子径が小さいほど、粒子の比表面積が増加し、窒化アルミニウム層に由来する窒化アルミニウムの占める割合が増加したためと考えられる。この結果、微粉粒度を有する参考例１は、比較参考例１の如く、微粉粒度だけでなく微粉粒度より大きい粒度を含む全粒度の場合と比較しても、窒素の含有量が大きくなった。
【００５８】
＜初期インダクタンスの測定＞
絶縁被覆銅線を巻線として用いて、参考例１〜３および比較参考例１に係るリング試験片のそれぞれに、１次（励磁）コイルと、および２次（検出）コイルとを形成した。巻き線を施したリング試験片のそれぞれについて、交流磁気測定装置（ＩＷＡＴＳＵ製）を用いて、１０ｍＡおよび２０ｋＨｚの条件でインダクタンスを測定した。この結果を図３に示す。
【００５９】
[結果２]
図３は、圧粉磁心用粉末の粒度と、初期インダクタンスとの関係を示すグラフである。なお、初期インダクタンスとは、直流重畳電流が０Ａである場合のインダクタンスをいい、図３では、参考比較例１の初期インダクタンスを１として、参考例１〜３に係るインダクタンスを示している。
【００６０】
図３の参考例１〜３からわかるように、初期インダクタンスは圧粉磁心用粉末の粒子径が小さくなるほど低い。これは、軟磁性粒子の粒子径が小さい方が、圧粉磁心に含まれる窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の量が多くなり（上述した結果１を参照）、圧粉磁心の磁気抵抗が大きくなったと考えられる。
【００６１】
このため、微粉粒度を有する参考例１は、比較参考例１の如く、微粉粒度だけでなくこれより大きい粒度も含む全粒度の場合と比較しても、初期インダクタンスが低下し、磁気抵抗が大きくなった。具体的には、参考例１の微粉粒度を有する場合は、比較参考例１の全粒度のインダクタンスに対して２１％低減した。
【００６２】
＜鉄損の測定＞
さらに、参考例１〜３および比較参考例１について、上記インダクタンス測定に使用した巻き線を巻いた試験片を用いて、鉄損を測定した。この測定は、交流磁気測定装置（ＩＷＡＴＳＵ製）を用いて、０．１Ｔおよび２０ｋＨｚの条件で交流鉄損を計測した。この結果を図４に示す。
【００６３】
[結果３]
図４は、圧粉磁心用粉末の粒度と、鉄損との関係を示すグラフであり、図４では、参考比較例１の鉄損を１として、参考例１〜３に係る鉄損を示している。図４からわかるように、参考例１および参考例２と比較して、参考例３の如く、粗粉粒度を有する圧粉磁心用粉末の場合、鉄損は高かった。これは、軟磁性粒子の粒子径が大きいほど、交流磁界印加時の渦電流損が高くなると考えらえる。このため、微粉粒度を有する参考例１は、比較参考例１の如く、微粉粒度だけでなくこれより大きい粒度も含む全粒度の場合と比較しても、鉄損が低減し、具体的には、全粒度の場合に対して、鉄損が２０％低減した。
【００６４】
＜確認試験（解析）＞
次に、上記説明した結果１〜３を踏まえ、実施例１および比較例１として、それぞれ図１および図７に示すリアクトルのモデルを想定して、直流重畳特性およびリアクトルの損失を、シミュレーションを行って確認した。
【００６５】
図７（ａ）は比較例１に係るリアクトルの模式的平面図であり、図７（ｂ）は、比較例１に係るリアクトルの模式的断面図である。なお、図７では、上述した本実施形態と同じ部材および部分に関しては、同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００６６】
（実施例１）
実施例１に係るリアクトルのモデルでは、２つのコイルに覆われた第１の部分と、これらのコイルから露出した第２の部分とが、それぞれ、参考例１に使用した微粉粒度を有する軟磁性粒子と、参考例３に使用した粗粉粒度を有する軟磁性粒子と、で構成されている。
【００６７】
（比較例１）
比較例１のモデルが、実施例１と相違する点は、図７に示すように、第１の部分および第２の部分に関係なく、コア全体が、比較参考例１に係る全粒度を有する軟磁性粒子で構成されていることである。
【００６８】
＜直流重畳特性の評価＞
株式会社Ｊ−ＳＯＬ製の電磁界解析ソフトＪ−ＭＡＧを用いて、実施例１および比較例１の直流重畳特性を解析した。結果を図５に示す。
【００６９】
[結果４]
図５(ａ)は、実施例１および比較例１について、インダクタンスと直流重畳電流との関係を示すグラフであり、図５（ｂ）は、図５(ａ)中、黒枠で示す直流重畳電流１５０〜２５０Ａの領域を拡大したグラフである。
【００７０】
図５（ａ）および（ｂ）からわかるように、比較例１と比較して、実施例１の如く、コアのうち、第１の部分が微粉粒度を有する軟磁性粒子で構成されている場合は、高電流域でのインダクタンスが２０％向上した。
【００７１】
一般的に、リアクトルの場合には、コイルに通電された電気エネルギーが、コア（圧粉磁心）の励磁領域に磁気エネルギーとして蓄えられる。ここで、比較例１の如く、微粉粒度だけでなくこれより大きい粒度も含む全粒度の場合は、微粉粒度の場合より、磁気抵抗が小さく（結果２および図３を参照）、磁気が透過しやすい。
【００７２】
このため、比較例１の如く、磁気抵抗が小さい（すなわち、透磁率の高い）軟磁性粒子で構成されたコアの場合、圧粉磁心への印加磁場を増加すると、早期にインダクタンスが低下してしまい、早期に磁束密度が飽和してしまうため、磁気エネルギーを圧粉磁心に蓄え難い。
【００７３】
それに対して、実施例１の如く、励磁領域となる第１の部分に微粉粒度を有する軟磁性粒子を用いた場合、初期インダクタンスは小さいものの、軟磁性粒子の表面に窒化アルミニウム層由来のＡｌＮがより多く存在するため、圧粉磁心の磁気抵抗が大きくなる（結果１、２、および図２、３を参照）。このような場合、圧粉磁心への印加磁場を増加すると、インダクタンスが向上し、磁束密度が飽和することが防止され、比較例１に比べて、コア（圧粉磁心）の励磁領域に磁気エネルギーを蓄え易くなる。したがって、磁気エネルギーを効率良く蓄えるためには、励磁領域となる第１の部分は微粉粒度の軟磁性粒子を用いる方が好ましいといえる。
【００７４】
＜鉄損の測定＞
さらに、実施例１および比較例１について、株式会社Ｊ−ＳＯＬ製の電磁界解析ソフトＪ−ＭＡＧを用いて、鉄損を解析した。この結果を図６に示す。
【００７５】
[結果５]
図６は、実施例１および比較例１に係るリアクトルモデルの損失を示すグラフである。図中、棒グラフは、コイル損失およびコア損失を示す。比較例１と比較して、実施例１の如く、第１の部分に用いた軟磁性粒子が微粉粒度の場合は、コア損失が５％低減した。これは、比較例１の如く、第１の部分に用いた軟磁性粒子が微粉粒度だけでなくこれより大きい粒度も含む全粒度の場合は、微粉粒度の場合よりも鉄損が高いためであると考えられる（結果３および図４を参照）。
【００７６】
以上説明した結果を鑑みると、コアは微粉粒度を有する軟磁性粒子のみで構成されることが好ましいと考えられるが、コアのうち、非励磁領域となる第２の部分までこのような粒子で構成すると、第２の部分の磁気抵抗も大きくなる。結果として、高磁場を印加した際には、粗粉粒度を有する軟磁性粒子で構成した場合に比べて、コア内の磁束密度が低下してしまい、所望の磁気特性が得られないおそれがある。このようにして、第２の部分では、第１の部分の粒子に比べて大きい粒径の粒子で構成することにより、この部分での磁束密度の低下を抑えることができる。
【００７７】
なお、上述した試験では、窒化アルミニウム層を有する軟磁性粒子を用いて実施したが、発明者らは、軟磁性粒子が窒化アルミニウム層の代わりに、酸化アルミニウム層を有する場合でも窒化アルミニウム層と同様の効果を奏することを知得している。
【００７８】
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【符号の説明】
【００７９】
１：リアクトル、２：コア、３Ａ：コイル、３Ｂ：コイル、２１：第１の部分、２２：第２の部分
【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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