(57)【要約】【課題】磁歪量λｐ−ｐが小さい磁性体、およびその製造方法を提供する。【解決手段】絶縁被膜を有する複数の軟磁性金属粒子と、軟化点が６００℃以下の低融点ガラスと、不可避的不純物と、を含むリアクトルであって、空孔を除く部分における低融点ガラスの含有量が、０．１質量％以上、１．６質量％以下、または０．２体積％以上、３．７体積％以下である磁性体である。また、磁性体の製造方法は次の工程を備える。軟磁性粉末と、軟化点が６００℃以下のガラス粉末と、を用意する材料準備工程。ガラス粉末の割合を０．１質量％以上、１．６質量％以下、または０．２体積％以上、３．７体積％以下に調整し、軟磁性粉末とガラス粉末とを混合する混合工程。７００ＭＰａ以上、１２００ＭＰａ以下の面圧で混合物を圧縮成形する圧縮成形工程。軟化点より１００℃低い温度以上で成形物を熱処理する熱処理工程。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁被膜を有する複数の軟磁性金属粒子と、軟化点が６００℃以下の低融点ガラスと、不可避的不純物と、を含み、
空孔を除く部分における前記低融点ガラスの含有量が、０．１質量％以上、１．６質量％以下、または０．２体積％以上、３．７体積％以下である磁性体。
【請求項２】
前記低融点ガラスの含有量が、０．２質量％以上、１．１質量％以下、または０．５体積％以上、２．６体積％以下である請求項１に記載の磁性体。
【請求項３】
前記低融点ガラスは、アルカリ系ガラスである請求項１または請求項２に記載の磁性体。
【請求項４】
前記軟磁性金属粒子は、純鉄または鉄基合金である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の磁性体。
【請求項５】
前記絶縁被膜は、リン酸金属塩である請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の磁性体。
【請求項６】
コイルと、前記コイルの内部に挿通される部分を有する磁性コアと、を組み合わせた組合体を備えるリアクトルであって、
前記磁性コアの少なくとも一部が、請求項１に記載の磁性体であるリアクトル。
【請求項７】
絶縁被膜を有する軟磁性金属粒子の集合体である軟磁性粉末と、軟化点が６００℃以下の低融点ガラス粒子の集合体であるガラス粉末と、を用意する材料準備工程と、
混合される粉末における前記ガラス粉末の割合を、０．１質量％以上、１．６質量％以下、または０．２体積％以上、３．７体積％以下に調整し、前記軟磁性粉末と前記ガラス粉末とを混合する混合工程と、
７００ＭＰａ以上、１２００ＭＰａ以下の面圧で、前記混合工程で得られた混合物を圧縮成形する圧縮成形工程と、
前記圧縮成形工程で得られた成形物を、前記軟化点より１００℃低い温度以上で熱処理する熱処理工程と、
を備える磁性体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁部品を構成する磁性コアなどに利用される磁性体とその製造方法、並びにその磁性体を用いたリアクトルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電圧の昇圧動作や降圧動作を行う回路の部品の一つに、リアクトルがある。リアクトルは、ハイブリッド自動車などの車両に搭載されるコンバータに利用される。そのリアクトルは、コイルと、コイルの内部に挿通される部分を有する磁性コアとの組合体を備える。磁性コアは通常、コイルの内部に挿通させる部分を備える必要性から、複数のコア片を組み合わせて構成される。
【０００３】
上記リアクトルは、交流の通電を受けて動作する。そのため、交流の通電に伴う交番磁界が、リアクトルを構成する磁性コア（磁性体）に作用する。この交番磁界下の磁性体には磁歪と呼ばれる微小な伸縮現象が生じる。そのため、磁歪が生じる磁性体をリアクトルの磁性コアに利用した場合、磁歪に伴ってリアクトルが振動し、リアクトルの構成部材同士が衝突するなどして騒音が発生する。このような事情から、磁歪量λｐ−ｐが小さい磁性体、例えば周波数＝５００Ｈｚ、磁束密度＝０．６Ｔの交番磁界下における磁歪量λｐ−ｐが０．５ｐｐｍ以下の磁性体の開発が望まれている。
【０００４】
例えば、Ｓｉの含有量が６．５質量％のＦｅ−Ｓｉ系の軟磁性粉末（軟磁性金属粒子の集合体）を圧縮成形した磁性体や、Ｓｉの含有量が９．５質量％でＡｌの含有量が５．７質量％のＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系の軟磁性粉末を圧縮成形した磁性体などは、磁歪が殆ど生じない磁性体として知られている（例えば、特許文献１の課題の欄を参照）。しかし、これらの磁性体には、Ｓｉ含有量が多いことに起因して、（１）飽和磁化が小さい、（２）成形性が低い、といった問題がある。その解決手段として、特許文献１では、磁性体の製造にあたりシリコーン樹脂またはポリフェニレンサルファイド樹脂を所定量添加している。この所定量の樹脂添加によって、軟磁性粉末の組成によらず低磁歪の磁性体を作製できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３３２３２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年のハイブリッド自動車などの普及に伴い、リアクトルの需要も拡大している。その需要の拡大に応えるために、特許文献１の技術とは異なる技術で作製された低磁歪の磁性体が求められている。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、低磁歪の磁性体、およびその製造方法を提供することにある。また、本発明の別の目的は、低磁歪の磁性体を用いたリアクトルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の磁性体は、絶縁被膜を有する複数の軟磁性金属粒子と、軟化点が６００℃以下の低融点ガラスと、不可避的不純物と、を含み、空孔を除く部分における低融点ガラスの含有量が、０．１質量％以上、１．６質量％以下、または０．２体積％以上、３．７体積％以下である。
【０００９】
本発明の磁性体の製造方法は、材料準備工程と、混合工程と、圧縮成形工程と、熱処理工程と、を備える。
材料準備工程では、絶縁被膜を有する軟磁性金属粒子の集合体である軟磁性粉末と、軟化点が６００℃以下の低融点ガラス粒子の集合体であるガラス粉末と、を用意する。
混合工程では、混合される粉末におけるガラス粉末の割合を、０．１質量％以上、１．６質量％以下、または０．２体積％以上、３．７体積％以下に調整し、軟磁性粉末とガラス粉末とを混合する。
圧縮成形工程では、７００ＭＰａ以上、１２００ＭＰａ以下の面圧で、混合工程で得られた混合物を圧縮成形する。
熱処理工程では、圧縮成形工程で得られた成形物を、軟化点より１００℃低い温度以上で熱処理する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の磁性体は、その磁歪量λｐ−ｐが十分に小さい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に記載されるリアクトルの概略斜視図である。
【図２】実施形態に記載されるリアクトルの概略分解斜視図である。
【図３】ハイブリッド自動車の電源系統を模式的に示す概略構成図である。
【図４】コンバータを備える電力変換装置の一例を示す概略回路である。
【図５】磁性体におけるガラス粉末の配合割合と、磁性体の磁歪量と、の関係を示すグラフである。
【図６】図５の一部を拡大したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
【００１３】
＜１＞実施形態の磁性体は、絶縁被膜を有する複数の軟磁性金属粒子と、軟化点が６００℃以下の低融点ガラスと、不可避的不純物と、を含み、空孔を除く部分における低融点ガラスの含有量が、０．１質量％以上、１．６質量％以下、または０．２体積％以上、３．７体積％以下である磁性体である。
【００１４】
上記実施形態の磁性体は、実質的に軟磁性金属粒子と低融点ガラスとで構成されており、周波数＝５００Ｈｚ、磁束密度＝０．６Ｔの交番磁界下における磁歪量λｐ−ｐが０．５ｐｐｍ以下の磁性体となる。実施形態の磁性体の磁歪量が小さくなる理由は、低融点ガラスが軟磁性金属粒子間に分散して存在するからではないかと考えられる。
【００１５】
＜２＞実施形態の磁性体として、低融点ガラスの含有量が、０．２質量％以上、１．１質量％以下、または０．５体積％以上、２．６体積％以下である形態を挙げることができる。
【００１６】
上記構成を備える実施形態の磁性体は、周波数＝５００Ｈｚ、磁束密度＝０．６Ｔの交番磁界下における磁歪量λｐ−ｐがおよそ０．４ｐｐｍ以下の磁性体となる。
【００１７】
＜３＞実施形態の磁性体として、低融点ガラスは、アルカリ系ガラスである形態を挙げることができる。
【００１８】
アルカリ系ガラスは、磁性体の磁歪量λｐ−ｐの低減に寄与する。アルカリ系ガラスとしては、例えばＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３−Ｒ２Ｏ（Ｒ＝アルカリ金属）などを挙げることができる。
【００１９】
＜４＞実施形態の磁性体として、軟磁性金属粒子は、純鉄または鉄基合金である形態を挙げることができる。
【００２０】
上記純鉄および鉄基合金は、後述するリアクトルの磁性コアとして好適な磁気特性を備える。ここで、純鉄は塑性変形性に富むため、磁性体を作製する際の磁性体の成形性を向上させることができる。また、コストの点で鉄基合金よりも有利である。一方、鉄基合金は、鉄と合金を形成する元素の種類によっては磁性体の磁歪量λｐ−ｐの低減に大きく寄与する。例えば、Ｆｅ−Ｓｉ系の鉄基合金は、磁性体の磁歪量λｐ−ｐを大幅に低減させることができる。
【００２１】
＜５＞実施形態の磁性体として、絶縁被膜は、リン酸金属塩である形態を挙げることができる。
【００２２】
リン酸金属塩によって形成された絶縁被膜は絶縁性に優れるため、磁性体における各軟磁性金属粒子間の絶縁を確保し易い。また、リン酸金属塩の絶縁被膜は、軟磁性金属粒子と馴染みが良く、当該粒子から剥落し難い。
【００２３】
＜６＞実施形態のリアクトルは、コイルと、コイルの内部に挿通される部分を有する磁性コアと、を組み合わせた組合体を備えるリアクトルであって、磁性コアの少なくとも一部が、上記実施形態の磁性体を含む。
【００２４】
上記リアクトルは、使用時に発生する騒音が小さいリアクトル、即ち静粛性に優れるリアクトルである。それは、磁歪量λｐ−ｐが小さい実施形態の磁性体を、磁性コアの少なくとも一部に使用しているからである。通常、リアクトルの磁性コアは、後述する実施形態に示すように、複数のコア片を組み合わせてなる。各コア片の磁歪量λｐ−ｐが大きいと、リアクトルの使用時に騒音が発生し易い。これに対して、磁歪量λｐ−ｐの小さい実施形態の磁性体を用いて磁性コアのコア片を構成すれば、リアクトルの使用時に発生する騒音を低減することができる。
【００２５】
＜７＞実施形態の磁性体の製造方法は、以下の工程を備える
絶縁被膜を有する軟磁性金属粒子の集合体である軟磁性粉末と、軟化点が６００℃以下の低融点ガラス粒子の集合体であるガラス粉末と、を用意する材料準備工程。
軟磁性粉末とガラス粉末とを混合する混合工程。但し、この混合工程では、混合される粉末におけるガラス粉末の割合を、０．１質量％以上、１．６質量％以下、または０．２体積％以上、３．７体積％以下に調整する。
混合工程で得られた混合物を圧縮成形する圧縮成形工程。但し、圧縮成形工程では、７００ＭＰａ以上、１２００ＭＰａ以下の面圧で圧縮成形する。
圧縮成形工程で得られた成形物を、軟化点より１００℃低い温度以上で熱処理する熱処理工程。
【００２６】
上記磁性の製造方法によれば、実施形態の磁性体を作製することができる。
【００２７】
［本発明の実施形態の詳細］
以下、本実施形態に係る磁性体の製造方法を説明し、次いでその製造方法によって得られた磁性体と、その磁性体を用いたリアクトルを説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるわけではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内の全ての変更が含まれることを意図する。
【００２８】
＜磁性体の製造方法＞
本実施形態の磁性体の製造方法は、材料準備工程と、混合工程と、圧縮成形工程と、熱処理工程と、を備える。
【００２９】
≪材料準備工程≫
材料準備工程では、下記軟磁性粉末と下記ガラス粉末とを用意する。
【００３０】
（軟磁性粉末）
軟磁性粉末は、絶縁被膜を有する軟磁性金属粒子の集合体である。軟磁性金属粒子は、磁性体においても粒子として存在する。つまり、軟磁性粉末（軟磁性金属粒子）は、磁性体においては磁性体の全体にわたって分散している。
【００３１】
軟磁性金属粒子の材質としては、Ｆｅ（純鉄）、あるいは鉄基合金などを挙げることができる。鉄基合金としては、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ａｌ系合金、Ｆｅ−Ｎ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金、Ｆｅ−Ｃ系合金、Ｆｅ−Ｂ系合金、Ｆｅ−Ｃｏ系合金、Ｆｅ−Ｐ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金、及びＦｅ−Ａｌ−Ｓｉを挙げることができる。
【００３２】
ここで、純鉄は通常、鉄基合金に比べて磁歪量λｐ−ｐが大きい傾向にある。しかし、実施形態の構成によれば、軟磁性金属粒子に純鉄を採用しても、磁性体の磁歪量λｐ−ｐの増加を抑制できる。
【００３３】
軟磁性金属粒子の平均粒径（ｄ５０；質量基準）は、１μｍ以上、２００μｍ以下とすることが好ましい。軟磁性金属粒子の平均粒径を１μｍ以上とすることで、粒子の流動性を落とすことなく、磁性体のヒステリシス損の増加を低減できる。また、平均粒径を２００μｍ以下とすることで、磁性体の渦電流損を効果的に低減できる。より好ましい軟磁性金属粒子の平均粒径は、４０μｍ以上、１５０μｍ以下である。
【００３４】
軟磁性金属粒子の形状は、特に限定されない。真球に近い形状であっても良いし、歪な形状であっても良い。ガスアトマイズで得られる軟磁性金属粒子は球形に近い形状になる傾向にあり、水アトマイズで得られる軟磁性金属粒子は歪な形状になる傾向にある。
【００３５】
軟磁性金属粒子の表面には、絶縁被膜が形成されている。絶縁被膜を形成することで、磁性体における軟磁性金属粒子同士の絶縁を確保し易い。その結果、磁性体を例えばリアクトルの磁性コアに利用した際、磁性コアに生じる渦電流損を効果的に抑制することができる。絶縁被膜としては、リン酸化合物、珪素化合物（シリコーンを含む）、ジルコニウム化合物、アルミニウム化合物、あるいは硼素化合物などでできた絶縁被膜を挙げることができる。リン酸化合物としては、リン酸鉄やリン酸マンガン、リン酸亜鉛、リン酸カルシウムなどのリン酸金属塩を利用することができる。
【００３６】
絶縁被膜の厚さは、１０ｎｍ以上、５００ｎｍ以下とすることが好ましい。絶縁被膜の厚さを１０ｎｍ以上とすることで、軟磁性金属粒子間の絶縁を十分に確保することができる。また、絶縁被膜の厚さを５００ｎｍ以下とすることで、磁性体に占める軟磁性金属粒子の割合の低下を抑制できる。
【００３７】
（ガラス粉末）
ガラス粉末は、軟化点が６００℃以下の低融点ガラス粒子の集合体である。軟化点を６００℃以下の低融点ガラス粒子を利用することで、後述する熱処理工程において低融点ガラス粒子が軟化して、上述した軟磁性金属粒子同士の隙間に入り込み易い。おそらくこのことが、磁性体の磁歪量の低減に寄与すると予想される。また、軟化点が低い低融点ガラス粒子を利用することで、後述する熱処理工程の温度を低く抑えることができる。その場合、熱処理工程の熱によって軟磁性金属粒子の表面に形成される絶縁被膜の損傷を抑制できる。これらのことから、軟化点が６００℃以下の低融点ガラス粒子を用意することが好ましく、軟化点が５５０℃以下の低融点ガラス粒子を用意することがより好ましい。
【００３８】
低融点ガラス粒子の材質としては、アルカリ系ガラス（例えば、ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３−Ｒ２Ｏ；Ｒ＝アルカリ金属）が代表的である。その他、Ｂｉを含有するＢｉ系ガラス（例えば、Ｂｉ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２）や、Ｐｂを含有するＰｂ系ガラス（例えば、ＰｂＯ−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３）なども、低融点ガラス粒子の材質として利用できる可能性がある。
【００３９】
低融点ガラス粒子の平均粒径（ｄ５０；質量基準）は、軟磁性金属粒子の平均粒径よりも小さくすることが好ましい。例えば低融点ガラス粒子の平均粒径は、軟磁性金属粒子の平均粒径の１／５０〜４／５とすると良い。低融点ガラス粒子の平均粒径の具体的な数値としては、２００μｍ以下、好ましくは４０μｍ以下、さらに好ましくは２０μｍ以下を挙げることができる。このような低融点ガラス粒子は、圧縮成形時に軟磁性金属粒子の隙間に入り込んで、軟磁性金属粒子同士の絶縁を確保し易い。
【００４０】
≪混合工程≫
混合工程では、混合される軟磁性粉末とガラス粉末とを混合する。その際、混合される粉末におけるガラス粉末の割合を、０．１質量％以上、１．６質量％以下、または０．２体積％以上、３．７体積％以下に調整する。そうすることで、磁性体の磁歪量を小さく抑えることができる。例えば、後述する試験例に示すように、軟磁性粉末のみで磁性体を作製した場合、磁束密度＝０．６Ｔ、周波数＝５００Ｈｚの交番磁界における磁性体の磁歪量λｐ−ｐがおよそ１ｐｐｍになるのに対して、上記範囲のガラス粉末を配合した磁性体の磁歪量λｐ−ｐは０．５ｐｐｍ以下となる。より好ましいガラス粉末の割合は、混合される粉末全体の０．２質量％以上、１．１質量％以下、または０．５体積％以上、２．６体積％以下である。その場合、磁性体の磁歪量λｐ−ｐをおよそ０．４ｐｐｍ以下とすることができる。
【００４１】
その他、混合工程においては、軟磁性粉末とガラス粉末の他に、内部潤滑剤を混合しても良い。内部潤滑剤を用いることで、次に説明する圧縮成形工程において軟磁性粉末の絶縁被膜が損傷することを抑制できる。なお、本実施形態の磁性体の製造方法では、ガラス粉末を混合するため、ガラス粉末の材質によっては、ガラス粉末自身が内部潤滑剤としての役割を果たし、特別に内部潤滑剤を混合する必要がない場合がある。
【００４２】
内部潤滑剤は、圧縮成形工程の後に行なう熱処理工程において消失する材料でも良いし、消失せずに磁性体に残存する材料であっても良い。
【００４３】
内部潤滑剤には種々の材質のものが利用できる。内部潤滑剤として、例えば、ステアリン酸リチウムや、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸バリウム、パルミチン酸リチウム、パルミチン酸カルシウム、オレイン酸リチウム、オレイン酸カルシウムなどの金属塩が挙げられる。また、内部潤滑剤として、ラウリン酸アミド、ステアリン酸アミド、パルミチン酸アミドなどの脂肪酸アミドや、エチレンビスステアリン酸アミドなどの高級脂肪酸アミドなどの金属元素を含まないものが挙げられる。その他、内部潤滑剤として、六方晶系の結晶構造を有する無機潤滑剤、例えば、窒化ホウ素、硫化モリブデン、硫化タングステン、およびグラファイトなどから選択される無機潤滑剤が挙げられる。上記列挙した材質から選択される１種以上の固体潤滑剤を利用することができる。１種のみでも、複数の異なる材質の固体潤滑剤を組み合わせて用いても良い。
【００４４】
混合工程における混合方法には、軟磁性金属粒子の絶縁被膜が損傷し難い混合方法を採用すると良い。例えば、混合容器が転倒や回転することで混合容器内の粉末を混合する混合方法、例えばＶ型混合機などを用いて混合工程を行なうことができる。その他、パドルミキサーやエアミキサーなどを用いて混合工程を行なっても良い。また、混合時間は特に限定されないが、混合する粒子の平均粒径を考慮して決定すると良い。例えば、混合時間を３０分以上、１２０分以下とすることが挙げられる。
【００４５】
≪圧縮成形工程≫
圧縮成形工程では、混合工程で得られた混合物を圧縮成形し、成形物を得る。圧縮成形を行なう際の面圧は７００ＭＰａ以上、１２００ＭＰａ以下とすると良い。面圧を７００ＭＰａ以上とすることで、磁性体の密度を高めることができる。また、面圧を１２００ＭＰａ以下とすることで、軟磁性金属粒子の絶縁被膜の損傷を抑制し易い。
【００４６】
圧縮成形の際は、金型の内周面に外部潤滑剤を塗布しても良い。外部潤滑剤としては、上述した内部潤滑剤の説明で列挙したものを利用することができる。
【００４７】
≪熱処理工程≫
熱処理工程では、圧縮成形工程で得られた成形物の熱処理を行なう。この熱処理によって、圧縮成形工程において軟磁性金属粒子に導入された歪を除去すると共に、低融点ガラス粒子を軟化させる。歪の除去のための熱処理の温度は、２００℃以上、６００℃以下とすることが好ましく、熱処理時間は１５分以上、１時間以下とするとすることが好ましい。このような熱処理を行なうことで、歪の除去と同時に、低融点ガラス粒子同士が結合し、磁性体の磁歪量λｐ−ｐを小さくできる。但し、熱処理温度は、低融点ガラス粒子同士が結合する温度以上とする。具体的には、熱処理温度は、低融点ガラス粒子の軟化点より１００℃低い温度以上とする。
【００４８】
熱処理時の雰囲気は特に限定されず、例えば大気雰囲気でも良いし、窒素などの不活性ガス雰囲気でも良い。不活性ガス雰囲気で熱処理を行なえば、磁性体の表面にススなどの汚れが付着することを抑制できる。また、不活性ガス雰囲気で熱処理することで、磁性体に有機成分が含まれる場合に、その有機成分が化学反応を起こすことを抑制できる。
【００４９】
＜磁性体＞
以上説明した磁性体の製造方法によって得られた磁性体は、絶縁被膜を有する複数の軟磁性金属粒子と、軟化点が６００℃以下の低融点ガラスと、不可避的不純物と、を含む。不可避的不純物は、例えば、混合工程で混合した内部潤滑剤や、金型の内周面に塗布した外部潤滑剤の残滓などであり、磁性体における存在量は極めて微量である。従って、本実施形態の磁性体は、実質的に軟磁性金属粒子と低融点ガラスとで構成されていると考えて良い。磁性体の空孔を除く部分における低融点ガラスの含有量は、磁性体を作製する際の軟磁性粉末とガラス粉末の配合割合がほぼそのまま反映され、０．１質量％以上、１．６質量％以下、または０．２体積％以上、３．７体積％以下となる。そのため、例えば、ガラス粉末の配合割合を０．２質量％以上、１．１質量％以下、または０．５体積％以上、２．６体積％以下とすれば、磁性体における低融点ガラスの含有量は０．２質量％以上、１．１質量％以下、または０．５体積％以上、２．６体積％以下となる。
【００５０】
磁性体における低融点ガラスの含有量は、磁性体の断面の電子顕微鏡写真から求めることができる。具体的には、磁性体の断面の顕微鏡写真を取得し、画像解析して軟磁性金属粒子と低融点ガラスの面積比率を求める。また、磁性体の成分分析を行なって、軟磁性金属粒子と低融点ガラスの組成を特定し、磁性体における低融点ガラスの質量割合を算出する。
【００５１】
磁性体における低融点ガラスは、熱処理工程の熱によって結合して、軟磁性金属粒子の隙間に存在し、磁性体の磁歪を抑制していると考えられる。
【００５２】
＜磁性体の適用例＞
次に、本実施形態の磁性体をリアクトルの磁性コアに適用した例を図１，２に基づいて説明する。図１はリアクトル１の概略斜視図、図２はリアクトル１に備わる組合体１０の概略分解斜視図である。なお、図１，２に示すリアクトル１とその構成部材の形状はあくまで一例に過ぎず、このような形状に限定されるわけではない。
【００５３】
≪リアクトルの全体構成≫
図１に示すリアクトル１は、コイル２と磁性コア３との組合体１０である。リアクトル１は、組合体１０を収納するケースを備える構成であっても良く、その場合にはケース内に配置される組合体１０を封止する封止樹脂を設けても良い。このリアクトル１のコイル２は一対のコイル素子２Ａ，２Ｂを有し、磁性コア３は一対の内側コア部３１，３１と一対の外側コア部３２，３２とを備える（特に図２を参照）。
【００５４】
≪コイル≫
組合体１０（リアクトル１）に備わるコイル２は、図２に示すように、一対のコイル素子２Ａ，２Ｂと、両コイル素子２Ａ，２Ｂを連結するコイル素子連結部２ｒと、を備える。コイル２は、銅やアルミニウム、その合金といった導電性材料からなる平角線や丸線などの導体の外周に、絶縁性材料からなる絶縁被膜を備える被覆線を好適に利用できる。
【００５５】
コイル２の両端部２ａ，２ｂは、ターン形成部分から引き延ばされて、図示しない端子部材に接続される。この端子部材を介して、コイル２に電力供給を行なう電源などの外部装置（図示せず）が接続される。
【００５６】
≪磁性コア≫
組合体１０（リアクトル１）に備わる磁性コア３は、各コイル素子２Ａ，２Ｂの内部に配置される一対の内側コア部３１，３１と、コイル素子２Ａ，２Ｂから露出し、内側コア部３１，３１をその両側から挟み込む一対の外側コア部３２，３２とを備える。内側コア部３１はさらに、図２に示すように、複数のコア片３１ｍから構成されていても良い。その場合、各コア片３１ｍの間にギャップ材３１ｇを介在させても良い。ギャップ材３１ｇを介在させることで磁性コア３のインダクタンスを調整することができる。
【００５７】
内側コア部３１の外周には、ボビン部材５１を配置することが好ましい。また、外側コア部３２と内側コア部３１との間には、枠状ボビン５２を配置することが好ましい（ボビン部材５１は、図１では見えない位置にあり、枠状ボビン５２は、図１では省略している）。これらボビン部材５１および枠状ボビン５２を用いることで、磁性コア３とコイル２との間の絶縁を確実に確保することができる。
【００５８】
ここで、本実施形態の磁性体は、上記内側コア部３１と外側コア部３２のどちらに適用しても構わない。もちろん、両方のコア部３１，３２を本実施形態の磁性体としても良い。
【００５９】
≪リアクトルの効果≫
以上説明したリアクトル１は、動作時の騒音が小さいリアクトル１となる（後述する試験例２を参照）。それは、磁歪量λｐ−ｐが小さい本実施形態の磁性体で内側コア部３１（図２においてはコア片３１ｍ）および外側コア部３２の少なくとも一方を構成しているからである。
【００６０】
≪リアクトルの用途≫
上記構成を備えるリアクトル１は、通電条件が、例えば、最大電流（直流）：１００Ａ〜１０００Ａ程度、平均電圧：１００Ｖ〜１０００Ｖ程度、使用周波数：５ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度である用途、代表的には電気自動車やハイブリッド自動車などの車載用電力変換装置の構成部品に好適に利用することができる。この用途では、直流通電が０Ａのときのインダクタンスが、１０μＨ以上２ｍＨ以下、最大電流通電時のインダクタンスが、０Ａのときのインダクタンスの１０％以上を満たすものが好適に利用できると期待される。
【００６１】
上記リアクトル１を、ハイブリッド自動車や電気自動車といった車両に載置される電力変換装置の構成部品に利用した例を、図３，４に基づいて説明する。
【００６２】
例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車といった車両１２００は、図３に示すようにメインバッテリ１２１０と、メインバッテリ１２１０に接続される電力変換装置１１００と、メインバッテリ１２１０からの供給電力により駆動して走行に利用されるモータ（負荷）１２２０とを備える。モータ１２２０は、代表的には、３相交流モータであり、走行時、車輪１２５０を駆動し、回生時、発電機として機能する。ハイブリッド自動車の場合、車両１２００は、モータ１２２０に加えてエンジンを備える。なお、図３では、車両１２００の充電箇所としてインレットを示すが、プラグを備える形態としても良い。
【００６３】
電力変換装置１１００は、メインバッテリ１２１０に接続されるコンバータ１１１０と、コンバータ１１１０に接続されて、直流と交流との相互変換を行うインバータ１１２０とを有する。この例に示すコンバータ１１１０は、車両１２００の走行時、２００Ｖ〜３００Ｖ程度のメインバッテリ１２１０の直流電圧（入力電圧）を４００Ｖ〜７００Ｖ程度にまで昇圧して、インバータ１１２０に給電する。また、コンバータ１１１０は、回生時、モータ１２２０からインバータ１１２０を介して出力される直流電圧（入力電圧）をメインバッテリ１２１０に適合した直流電圧に降圧して、メインバッテリ１２１０に充電させている。インバータ１１２０は、車両１２００の走行時、コンバータ１１１０で昇圧された直流を所定の交流に変換してモータ１２２０に給電し、回生時、モータ１２２０からの交流出力を直流に変換してコンバータ１１１０に出力している。
【００６４】
コンバータ１１１０は、図４に示すように複数のスイッチング素子１１１１と、スイッチング素子１１１１の動作を制御する駆動回路１１１２と、リアクトルＬとを備え、ＯＮ／ＯＦＦの繰り返し（スイッチング動作）により入力電圧の変換（ここでは昇降圧）を行う。スイッチング素子１１１１には、ＦＥＴ，ＩＧＢＴなどのパワーデバイスが利用される。リアクトルＬは、回路に流れようとする電流の変化を妨げようとするコイルの性質を利用し、スイッチング動作によって電流が増減しようとしたとき、その変化を滑らかにする機能を有する。このリアクトルＬとして、上記実施形態に記載のリアクトルを用いる。軽量で扱い易いこれらリアクトルを用いることで、電力変換装置１１００（コンバータ１１１０を含む）の軽量化を図ることができる。
【００６５】
ここで、上記車両１２００は、コンバータ１１１０の他、メインバッテリ１２１０に接続された給電装置用コンバータ１１５０や、補機類１２４０の電力源となるサブバッテリ１２３０とメインバッテリ１２１０とに接続され、メインバッテリ１２１０の高圧を低圧に変換する補機電源用コンバータ１１６０を備える。コンバータ１１１０は、代表的には、ＤＣ−ＤＣ変換を行うが、給電装置用コンバータ１１５０や補機電源用コンバータ１１６０は、ＡＣ−ＤＣ変換を行う。給電装置用コンバータ１１５０のなかには、ＤＣ−ＤＣ変換を行うものもある。給電装置用コンバータ１１５０や補機電源用コンバータ１１６０のリアクトルに、上記実施形態のリアクトルなどと同様の構成を備え、適宜、大きさや形状などを変更したリアクトルを利用することができる。また、入力電力の変換を行うコンバータであって、昇圧のみを行うコンバータや降圧のみを行うコンバータに、上記実施形態のリアクトルなどを利用することもできる。
【００６６】
＜試験例１＞
低融点ガラスの含有量が異なる複数の磁性体（試料１〜１１）を実際に作製し、それら磁性体の磁歪量λｐ−ｐを測定した。その作製手順と磁歪量λｐ−ｐの測定手順とを以下に示す。
【００６７】
≪磁性体の作製≫
軟磁性粉末およびガラス粉末として以下に示すものを用意した。
・軟磁性粉末…平均厚さ＝２０ｎｍのリン酸鉄の絶縁被膜を有する平均粒径ｄ５０＝５０μｍの純鉄粉
・ガラス粉末…平均粒径ｄ５０＝３０μｍのアルカリ系ガラス粉末（組成＝ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３−Ｒ２Ｏ（Ｒ＝アルカリ金属）、軟化点＝５３６℃）
【００６８】
用意した軟磁性粉末とガラス粉末との配合割合を異ならせた複数の混合物を得た。具体的なガラス粉末の配合割合は、０質量％，０．０５質量％，０．１質量％，０．５質量％，１質量％，２質量％，３質量％，５質量％，１０質量％，１５質量％，２５．４９質量％であった。粉末の混合には、Ｖ型混合機を用いた。混合条件は、常温大気雰囲気で３０分とした。
【００６９】
軟磁性粉末とガラス粉末の混合物を、約１０００ＭＰａの面圧で圧縮成形し、ガラス粉末の配合割合（粉末全体に占めるガラス粉末の割合）が異なる複数の成形物を得た。各成形物の密度（Ｍｇ／ｍ３＝１０６ｇ／ｍ３）は表１，２に示す。
【００７０】
最後に、圧縮成形によって得られた各成形物を、５００℃×３０分、窒素雰囲気で熱処理（焼成）し、試料１〜１１を完成させた。
【００７１】
≪磁歪量の測定≫
レーザ・ドップラー計を用いて、磁束密度＝０．６Ｔ、周波数＝５００Ｈｚの交番磁界中における試料１〜１１の磁歪量λｐ−ｐ（ｐｐｍ）の絶対値を測定した。その測定結果を表１，２に示すと共に、図５，６のグラフに示す。図６のグラフは、図５のグラフの一部を拡大したグラフである。図５，６の横軸は、ガラス粉末の配合割合（質量％）であり、縦軸は磁歪量λｐ−ｐの絶対値である。ここで、既に述べたように、ガラス粉末の配合割合は、磁性体における低融点ガラスの含有割合に等しいと考えて良い。
【００７２】
【表１】
2015005686.tif 000002
【表２】
2015005686.tif 000003
【００７３】
表１，２、図５に示すように、低融点ガラスを含まない試料１の磁歪量λｐ−ｐは約１であった。これに対して、低融点ガラスを微量配合することで、磁性体の磁歪量λｐ−ｐが小さくなる傾向が見られた。特に、低融点ガラスの配合量が０質量％から０．５質量％に至るまでの間、磁歪量λｐ−ｐが一貫して減少し、当該配合量が０．５質量％のときに磁歪量λｐ−ｐが全試料中で最低の０．１５ｐｐｍとなった（試料１〜５参照）。また、当該配合量が０．５質量％を超えて徐々に大きくなると、磁性体の磁歪量λｐ−ｐが一貫して増加する傾向が見られた（試料５〜１１参照）。
【００７４】
次に、図５の拡大図である図６を参照して、ガラス粉末の配合割合が５質量％以下のときの磁歪量λｐ−ｐを詳しく検証した。その際、プロットを直線で繋いで、測定結果の無い部分の磁歪量λｐ−ｐを推定した。その結果、ガラス粉末の配合割合が０．１質量％以上、１．６質量％以下（体積換算すれば、０．２体積％以上、３．７体積％以下）の範囲にあれば、磁性体の磁歪量λｐ−ｐが０．５ｐｐｍ以下となることが判った。また、ガラス粉末の配合割合が０．２質量％以上、１．１質量％以下（体積換算すれば、０．５体積％以上、２．６体積％以下）の範囲にあれば、磁性体の磁歪量λｐ−ｐがおよそ０．４ｐｐｍ以下となることが判った。
【００７５】
＜試験例２＞
試験例２では、ガラス粉末の配合割合が０質量％、０．２質量％、および０．６質量％である磁性体を作製し、それら磁性体を図１，２に示す内側コア部３１と外側コア部３２に利用したリアクトル１を作製した。各磁性体の作製方法は、試験例１と全く同じであった。
【００７６】
作製したリアクトルを、磁束密度＝０．１Ｔ、周波数＝３ｋＨｚ（３０００Ｈｚ）の交番磁界中に載置し、リアクトルの騒音を測定した。暗騒音（バックグラウンドの騒音）は５５ｄＢであった。その結果、ガラス粉末を配合していない磁性体を備えるリアクトルでは７６ｄＢの騒音が生じた。これに対して、ガラス粉末を配合した磁性体を備えるリアクトルの騒音は７０ｄＢであった。このように、所定量のガラス粉末を配合した磁性体は、リアクトルの静粛性の向上に大きく貢献することが判った。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明の磁性体は、ハイブリッド自動車や電気自動車、燃料電池自動車といった車両に搭載される双方向ＤＣ−ＤＣコンバータといった電力変換装置の構成部品であるリアクトルに利用することができる。その他、本発明の磁性体は、トランスやチョークコイルに利用することもできる。
【符号の説明】
【００７８】
１  リアクトル
１０  組合体
２  コイル
２Ａ，２Ｂ  コイル素子  ２ｒ  コイル素子連結部
２ａ，２ｂ  端部
３  磁性コア
３１  内側コア部  ３１ｍ  コア片  ３１ｇ  ギャップ材
３２  外側コア部
５１  ボビン部材  ５２  枠状ボビン
１１００  電力変換装置
１１１０  コンバータ    １１１１  スイッチング素子  １１１２  駆動回路
Ｌ  リアクトル
１１２０  インバータ
１１５０  給電装置用コンバータ  １１６０  補機電源用コンバータ
１２００  車両
１２１０  メインバッテリ
１２２０  モータ
１２３０  サブバッテリ
１２４０  補機類
１２５０  車輪
【図１】
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【図２】
2015005686.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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