(57)【要約】 【課題】  大電流での重畳特性の良好な線輪部品の提供を目的とする。【解決手段】  高初透磁率の成型体の磁芯部品と巻線部品を磁性接着剤で結着して線輪部品とする。一例を示すと、高初透磁率の成型体の磁芯部品として、巻線部品３の内側にトロイダル形状の内側磁芯部品８を１つと、外側にトロイダル形状の外側磁芯部品７を１つ配置する。これに、磁性混和物２からなる磁性接着剤を用いて巻線部品３の上下の空間に充填した線輪部品１とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
初透磁率μが１０以上の成型品からなる磁芯部品が初透磁率μが２以上の磁性接着剤で結着された磁芯と巻線部品からなる線輪部品であって、前記磁性接着剤は軟磁性粉末と有機結着剤との混和物で、前記軟磁性粉末の実効的な反磁界係数Ｎが０．４以下であることを特徴とする線輪部品。
【請求項２】
前記巻線部品として巻線の端部を除くように絶縁樹脂で包囲して得られる巻線内包絶縁物が用いられていることを特徴とする請求項１記載の線輪部品。
【請求項３】
前記巻線部品の巻線端部以外が前記磁芯に内包されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の線輪部品。
【請求項４】
前記磁芯部品は端部の凹凸を除き、多角柱、円柱、多角筒、円筒のいずれかの形状であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の線輪部品。
【請求項５】
前記磁性接着剤は第１の磁性体粉末の平均粒径φ１に対する、より小径の第２の磁性体粉末または非磁性体粉末の平均粒径φ２がφ２＝＜φ１／１５、かつ前記第２の磁性体粉末または非磁性体粉末の体積分率が第１の磁性体粉末と前記第２の磁性体粉末または非磁性体粉末の合計の４０ｖｏｌ％以下であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の線輪部品。
【請求項６】
前記第２の磁性体粉末または非磁性体粉末の半分以下がφ１／５０以下の粒径の粉末であることを特徴とする請求項５に記載の線輪部品。
【請求項７】
前記磁性接着剤が、一次粒子の平均粒径が５から５０ｎｍの第２の非磁性粉末を１ｖｏｌ％以下（０ｖｏｌ％を除く）含むことを特徴とする請求項５または６のいずれかに記載の線輪部品。
【請求項８】
前記磁芯の中に初透磁率μが１から２である特定透磁率磁芯部材が埋設されたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の線輪部品。
【請求項９】
保持ケースを更に備え、前記磁性接着剤の少なくとも一部が前記ケース内で固化または硬化したことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の線輪部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１ＭＨｚ以下、最大印加磁界Ｈ＝３．９８ｋＡ／ｍ以上の領域での使用に好適な電子機器用のチョークコイル、トランス等の線輪部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
これらの線輪部品の応用先としては、例えば、太陽光発電や風力発電などに用いられる昇電圧制御用や降電圧制御用の線輪部品などがある。地球温暖化対策のための、具体的対策の実行が急務となってきており、燃料電池車などのクリーンエネルギーの競争も激化してきている。さらに、家庭や業務などの民生部門においては、政府・自治体が補助を強化し、太陽光発電、小型風力発電、燃料電池発電などの温室効果ガスを出さない分散型発電システムの早期定着を図り始めている。
【０００３】
これらの燃料電池車や分散型電源設備の共通する要素技術として、電源系内に直流電圧の昇降圧回路（Ｄ−Ｄコンバーター）、直流―交流変換回路（インバーター）が挿入されている。この回路内で不要に電力を消費しないことが必要である。
【０００４】
インバーター回路による直流から交流への電力変換の際には、出力系への高調波電流の流出を防止するためのフィルター用インダクタ、Ｄ−Ｄコンバーターによる電圧昇降用回路では、電気エネルギーを瞬時的に磁気エネルギーとして蓄えるインダクタが必要であり、いずれも小型・軽量化、省エネルギー、省資源、静音化を図った大容量のインダクタが必要である。
【０００５】
従来の磁芯は、マクロなギャップにより直流電流重畳特性を調整してきた。このために漏洩磁束を発生し、可聴ノイズを発生させ易かった。また閉磁路の磁芯は、初透磁率を高めるため、プレス成形やインジェクション成形で製造してきた。しかし、これらの成型方法を採用すると、工業化する際には大規模かつ高価な設備、金型に対する投資が必要となる。また、磁芯の製造方法としては、低圧または減圧で注型する方式もあるが、流動性の確保が必要なために、磁性粉の充填率があまり高くできないという問題点があった。
【０００６】
性能的な問題点としては、コイル部品の駆動周波数または待機モード周波数が、可聴領域の数ｋＨｚから数十ｋＨｚにかかる場合、コイルの線間、コイルと磁芯との間にて相互吸引力に起因した振動が生じる。このために可聴ノイズ・うなりを発生させるという問題がある。
【０００７】
また、大電流用小型磁性素子とその製造方法に関する発明としては、特許文献１に記載があり、ここでは、高透磁率電子機器のＣＰＵなどのＬＳＩは高集積化しており、これに供給される電源回路には数Ａ〜数十Ａの電流が供給されることがあるので、これらの各種電子機器の大電流用途に適する磁性素子を提供することを目的として開発された、コイルを金属磁性体粉末と熱硬化性樹脂を含むコンポジット磁性部材に埋設し、フェライト焼結体または金属磁性粉末の圧粉磁性体からなる磁性部材とを磁路が直列になるように組み合わせた磁性素子であるとされている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１８５４２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１の記載から明らかなように、特許文献１に記載されたコイル部品の対象としている周波数範囲は、いわゆる“高周波”であり、可聴周波数を遥かに超えた周波数領域である。実際、特許文献１には「数百ｋＨｚ〜ＭＨｚ」という記載があり、且つ、「高周波」という文言がキーワードとして頻繁に用いられている。
【００１０】
数百ｋＨｚ〜ＭＨｚといった非常に高い周波数で仮にエアギャップ部分が振動したとしても人間の耳では聞き取れない音を発生するのみであり、それが上述したような可聴ノイズ・うなりになることは考えられない。
【００１１】
従って、可聴周波数帯域にて駆動されたことにより生じる可聴ノイズ・うなりについての解決策は、特許文献１に記載された技術から離れて考察するのが妥当である。加えて、特許文献１においてターゲットとしているコイル部品は、その例示されているサイズなどからも明らかなように、小電力システム用のコイル部品である。従って、当然のことながら、数百ボルト以上の耐電圧性能あるいは、数百アンペア以上の耐不要パルス電流性能（サージ電流などの望まれない電流ノイズに対する耐性）は望めない。
【００１２】
このように、特許文献１に記載されているコイル部品を大電力・低周波数用途に流用することは不適切であると考えるのが妥当である。
【００１３】
本発明は、上記を鑑み、高い耐電圧性能と高い耐不要パルス電流性能とを有し且つ可聴周波数領域にかかるような周波数で駆動されても可聴ノイズ・うなりを抑制することのできる線輪部品を提供することを一つの目的としている。
【００１４】
さらに、従来技術で対処できないようなニーズとして、マクロギャップのない巻線一体型の磁芯がある。同じ軟磁性材料であっても、巻線一体として、より小型化することによって、低損失化を図れる。この際、巻線の起磁力による印加磁界Ｈ＝Ｎ・Ｉ／ｌｅは、巻数Ｎ、最大電流Ｉ、実行磁路長ｌｅにより決定できる。この中で、実行磁路長ｌｅを小さくすることで、線輪部品は小型化できる。
【００１５】
しかし印加磁界Ｈは、より大きくなるので、最大印加磁界中でより高い比透磁率を得ることが必要である。即ち同じ材料であっても、どの磁界まで使用するのかについては、その製品の外形寸法によって、磁気回路の実行断面積が異なる。このため、材料の要求される印加磁界と比透磁率が変化する。
【００１６】
電子機器の小型化が進み、小型で高効率の磁性材料が要求されており、高周波で用いられるチョークコイルとしては、フェライト磁芯や珪素鋼板・アモルファスリボン、圧粉磁芯等が使用されている。
【００１７】
適した磁芯の選定について、電子機器の駆動周波数と前述のインダクタの最大印加磁界とによって分類することができる。
【００１８】
Ｈ＝３．９８ｋＡ／ｍ未満では、主にギャップを設けたフェライトが用いられる。
【００１９】
Ｈ＝７．９６ｋＡ／ｍ未満までは、主にギャップを設けた珪素鋼板が用いられる。
【００２０】
Ｈ＝１５．９２ｋＡ／ｍ未満までは、ギャップを設けた圧粉磁芯か珪素鋼板が用いられる。
【００２１】
さらに１５．９２ｋＡ／ｍ以上（Ｈ＝３１．８４ｋＡ／ｍのレベル）では、適した磁芯の選定が難しい。
【００２２】
各軟磁性材料の透磁率は、巻線と最大電流、磁路長によって決まり、特に印加磁界に依存する。
【００２３】
領域イ：Ｈ＝３．９８ｋＡ／ｍ未満
フェライト磁芯の飽和磁束密度は小さい。また、ギャップを設けたフェライト磁芯の場合、次の問題点が指摘できる。まず、磁芯外部に磁束が漏れ出し、銅線表面に渦電流を発生させる。
【００２４】
リッツ線を使用しない場合、この巻線部分の渦電流損失が大きく、インダクタの温度上昇が著しく使用できない。次に、漏れ磁束による巻線部分の渦電流損失対策として、線径の細い銅線を多数本束ねたいわゆるリッツ線が使用される。しかしリッツ線は単線に比べて占積率が低く、直流抵抗が増加し、同一のインダクタンス値を得るためには単線の場合に比べ、より大きいサイズの磁芯が要る。また、リッツ線は単線に比較してコスト高である。
【００２５】
フェライトは珪素鋼板、アモルファス箔帯等に比べ、鉄損が著しく低いという優れた特徴がある。しかし、上述したようにギャップを設けた場合は、上記の漏れ磁束による巻線部分での渦電流損失のために、その利点を十分に生かすことができなかった。更に、フェライトは金属酸化物からなるため、金属系の軟磁性材料に比べ、本質的に飽和磁束密度が低く、磁気的に飽和しやすい、損失の温度依存性が大きいという欠点を持っている。このためフェライト磁芯は、金属系の軟磁性材料からなる磁芯よりも磁芯の断面積を増やして磁気飽和を防止しなければならず、磁芯の小型化が難しい。
【００２６】
領域ロ：Ｈ＝７．９６ｋＡ／ｍ未満まで
例えば、珪素鋼などの１００μｍの薄帯は、この範囲で特に高比透磁率の優位性を発揮できている。同じ組成で比較する場合、粉体の圧粉磁芯よりも比透磁率が高い理由は、薄帯にすることで反磁界係数を下げ、低保磁力のスピン磁化回転モードを使用するからである。ただし薄帯厚みに起因する、渦電流損失の増大により、４０ｋＨｚ位までしか適応できない。更に薄い薄帯が開発されつつあるが、製造コストが甚だ高い。またマクロギャップ部の加工精度の問題がある。
【００２７】
領域ハ：Ｈ＝１５．９２ｋＡ／ｍ未満まで
例えば、センダストの圧粉体が用いられる。軟磁性金属粉末を成形して作製される圧粉磁芯は、フェライトに比べて大きい飽和磁束密度を有しているため小型化に有利であるが、透磁率および鉄損についてはフェライトより優れているとはいえず、その点では小型化が図りにくい。
【００２８】
例えば、マクロギャップ無しのフェライト磁芯は、インダクタンスＬ値が、Ｈ＝１ｋＡ／ｍ程度の磁界となる直流重畳電流で急激に低下するのに対し、マクロギャップ無しの圧粉磁芯は直流重畳電流に対してなだらかに低下する。これは、圧粉磁芯に存在するミクロな分散ギャップに分布がある為と考えられる。より高磁界まで透磁率を確保するためには、ミクロギャップの適合化が必要と思われる。ミクロギャップを増やすと、磁芯の透磁率は、低下傾向となる。
【００２９】
圧粉磁芯のコア損失は、通常ヒステリシス損失と渦電流損失からなるが、渦電流損失は、周波数の約二乗と渦電流が流れるサイズの約二乗に比例して増大するので、磁性粉末表面に電気絶縁性樹脂等を覆うことにより渦電流の発生を抑制する。一方、ヒステリシス損失は、圧粉磁芯の成形密度をあげるために通常５００ＭＰａ以上の成形圧力を加える必要があり、そのため磁性体として歪みが増大するとともに比透磁率が劣化して、ヒステリシス損失が増大してしまうものであった。これを回避するために、必要に応じて歪みを解放するために成形後熱処理を施すことが行われる。しかし高温の熱処理が必要な場合は、磁性粉末を絶縁し、しかも粉体同士の結着を保つための絶縁性の結着剤が必要だった。
【００３０】
領域ニ：Ｈ＝３１．８４ｋＡ／ｍレベル（１５．９２ｋＡ／ｍ以上）
圧粉磁芯でも、複数のマクロギャップや磁芯中の磁束密度の分布をより均一化するために、部分的に磁化困難方向に磁化させることなどの必要がある領域であり、特に漏洩磁束が巻線の渦電流損失の著しい増加をもたらしていた。この領域では、適した磁芯の選定が難しい。
【００３１】
本発明は、以上のように、１ＭＨｚ程度の周波数までの電子機器に用いられる、大電流での重畳特性の良好なチョークコイル、トランス等の線輪部品を提供することを目的とする。特に線輪部品の磁芯材料として、最大印加磁界Ｈ＝３．９８ｋＡ／ｍ以上の領域での比透磁率が確保でき、小型化にも適する複合磁性材料の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
本発明者らは、高電流の直流重畳特性の良好な線輪部品としては、マクロギャップではなく、磁性体粉末と樹脂との混和物からなるミクロギャップを持たせた磁性混和物を用いると良いことを見いだした。さらに、ミクロな磁性ギャップを内包した磁性混和物からなる接着剤を用い、よりコストで、磁芯とそれを用いた線輪部品とを構成する発明に至った。そして、従来のトロイダル磁芯を組み合わせることで、より高特性化できることも見出した。但し、従来のトロイダルの内径ａと外径ｂとの比は、おおよそｂ／ａ＝１．４〜２．１の範囲で製造されているが、本発明では、この内外径比率には限定されない。また、特に、磁性混和物における軟磁性体の充填率を上げることと、ミクロギャップを均一にすることが有効であると考えられることから、本発明は、そのための混和物等の構成をも検討した結果得られたものである。
【００３３】
即ち、本発明は、初透磁率μが１０以上の成型品からなる磁芯部品が初透磁率μが２以上の磁性接着剤で結着された磁芯と巻線部品からなる線輪部品であって、前記磁性接着剤は軟磁性粉末と有機結着剤との混和物で、前記軟磁性粉末の実効的な反磁界係数Ｎが０．４以下であることを特徴とする線輪部品である。
【００３４】
また、本発明は、前記巻線部品として巻線の端部を除くように絶縁樹脂で包囲して得られる巻線内包絶縁物が用いられていることを特徴とする線輪部品である。
【００３５】
また、本発明は、前記巻線部品の巻線端部以外が前記磁芯に内包されていることを特徴とする線輪部品である。
【００３６】
また、本発明は、前記磁芯部品は端部の凹凸を除き、多角柱、円柱、多角筒、円筒のいずれかの形状であることを特徴とする線輪部品である。
【００３７】
また、本発明は、前記磁性接着剤は第１の磁性体粉末の平均粒径φ１に対する、より小径の第２の磁性体粉末または非磁性体粉末の平均粒径φ２がφ２＝＜φ１／１５、かつ前記第２の磁性体粉末または非磁性体粉末の体積分率が第１の磁性体粉末と前記第２の磁性体粉末または非磁性体粉末の合計の４０ｖｏｌ％以下であることを特徴とする線輪部品である。
【００３８】
また、本発明は、前記第２の磁性体粉末または非磁性体粉末の半分以下がφ１／５０以下の粒径の粉末であることを特徴とする線輪部品である。
【００３９】
また、本発明は、前記磁性接着剤が、一次粒子の平均粒径が５から５０ｎｍの第２の非磁性粉末を１ｖｏｌ％以下（０ｖｏｌ％を除く）含むことを特徴とする線輪部品である。
【００４０】
また、本発明は、前記磁芯の中に初透磁率μが１から２である特定透磁率磁芯部材が埋設されたことを特徴とする線輪部品である。
【００４１】
また、本発明は、保持ケースを更に備え、前記磁性接着剤の少なくとも一部が前記ケース内で固化または硬化したことを特徴とする線輪部品である。
【発明の効果】
【００４２】
本発明では、磁芯として、比透磁率の大きい成型体の磁芯部品を用い、さらにこれら成型体の磁芯部品の隙間を磁性体粉末等と樹脂等の有機結着剤からなる磁性混和物の磁性接着剤で結着し、また磁性混和物を充填することにより、高初透磁率の閉磁路磁芯を得ることができる。従来、高初透磁率の閉磁路の磁芯は、プレス成形やインジェクション成形で製造されてきたが、大規模かつ高価な設備、金型に対する投資が必要であり、特に大電流用等で、大型の線輪部品の製造設備には高価な投資が必要であった。しかしながら、本発明では、磁芯として、成型体の磁芯部品を用いているので、磁芯を分割した磁芯部品が成型できれば良いので、複雑な形状の磁芯でも比較的容易に製造可能であり、大型の成型装置が不要となり設備投資が少なくて済む。また、成型体の磁芯部品を用いることにより、磁性混和物のみで磁芯を製造するよりも、低コストで初透磁率の高い磁芯を製造することが可能である。
【００４３】
また、本発明では磁性体及び無機充填剤の磁芯中の占積率を高くすることできるので、線輪部品の熱放散性と耐クラック性が向上し、線輪部品としても機器の小型化が可能である。
【００４４】
当該線輪部品においては、直流重畳特性改善のためにマクロギャップを用いなくてもよく、さらに、隙間を磁性接着剤で結着して、巻線の動きを固定することができるため可聴周波数帯域で駆動されても可聴ノイズ・うなりを生じるような振動の振幅はより小さくなる。
【００４５】
本発明では、線輪部品として従来の閉磁路の磁芯であれば、磁気飽和してしまうような磁界、
Ｈ１＝１５．９２ｋＡ／ｍ
Ｈ２＝３１．８４ｋＡ／ｍ
Ｈ３＝７９．６ｋＡ／ｍ
において、より高い比透磁率を得る事ができ、さらに成型体を用いることによって、Ｈ０＝５Ａ／ｍ以下（初透磁率相当）での、比透磁率（初透磁率）も大幅に引き上げることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
本発明の実施の形態による線輪部品は、高初透磁率の成型体の磁芯部品と巻線部品を組み立てたもので、それらの磁芯部品の隙間を軟磁性体粉末等と樹脂等の有機結着剤からなる磁性混和物の磁性接着剤で結着し、また磁性混和物を充填したものである。本発明の線輪部品は、高初透磁率の成型体の磁芯部品と巻線部品をケースもしくは離型用の注型に配置し、軟磁性体粉末等と樹脂からなる磁性混和物を注型して、混和物を固化または硬化して製造することができる。また、隙間をこの磁性接着剤で結着しながら、高初透磁率の成型体の磁芯部品と巻線部品を組み立てて製造することもできる。
【００４７】
初透磁率μが１０以上の成型体の磁芯部品としては、軟磁性圧粉体が適している。成型体の磁芯部品形状は例えばトロイダル状、柱状等の磁芯を分割した形状で成型体の製造の容易さを考慮して選定する。
【００４８】
成型体である軟磁性圧粉体を構成する磁性体粉末は軟磁性金属粉末、詳しくは、Ｆｅ系の軟磁性金属粉末であることが望ましい。更に具体的には、軟磁性金属粉末はＦｅ−Ｓｉ系粉末、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系粉末、Ｆｅ−Ｎｉ系粉末、及びＦｅ系アモルファス粉末からなる群から選択された粉末である。ここで、Ｆｅ−Ｓｉ系粉末における平均Ｓｉ含有量は好ましくは１１．０重量％以下である。また、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系粉末における平均Ｓｉ含有量は好ましくは１１．０重量％以下であり、平均Ａｌ含有量は好ましくは７．０重量％以下である。また、Ｆｅ−Ｎｉ系粉末における平均Ｎｉ含有量は好ましくは３０．０重量％以上８５．０重量％以下である。
【００４９】
これらの軟磁性金属粉末をプレス成型、インジェクション成型等により成型し必要に応じて焼結、アニーリングの熱処理を行うことにより、目的とする初透磁率μが１０以上の軟磁性圧粉体を得ることができる。
【００５０】
また、高初透磁率の成型体の磁芯部品としては、軟磁性フェライトの焼結体を用いてもよい。軟磁性フェライトを用いれば、初透磁率の大きい物が得られる。また、高初透磁率の成型体の磁芯部品としては、アモルファス箔帯や、珪素鋼板などの積層体を用いてもよい。さらに、軟磁性金属粉末の磁芯部品と軟磁性フェライトの磁芯部品と積層体の磁芯部品を組み合わせて使用してもよい。
【００５１】
図７に、軟磁性圧粉体の説明図を示す。図７（ａ）は、軟磁性圧粉体の斜視図で、図７（ｂ）は、軟磁性圧粉体の一部を拡大した説明図である。図７に示すように、通常のトロイダルの圧粉体は図面の上下から大きな矢印１２で示されるような方向のプレス圧力を受けて成形される。また通常のトロイダル磁芯の使用方法は、磁芯の中空部分に線輪を貫通して使用され、磁路はプレス方向（大きな矢印１２方向）に垂直な方向（小さな矢印１３方向）である。
【００５２】
また、図７（ｂ）に示すように、プレスされることにより軟磁性金属粉末は変形し、プレス方向に平行な方向は反磁界係数が大きくなる。従って、磁路の方向をプレス方向と平行になるように磁芯部品を組み合わせれば、通常のトロイダル磁芯の使用方法と比べて、より高磁界に於いて、高い比透磁率μを示すようにできる。
【００５３】
また、巻線部品に関しては、表面を絶縁した被覆導線を用いても、絶縁体にて端部を除き包囲した巻線内包絶縁物を用いてもどちらでも良い。ただし巻線内包型の線輪部品の場合は巻線内包絶縁物を用いるほうが、高い耐電圧性能と高い耐不要パルス電流性能とを有し、且つ可聴周波数領域にかかるような周波数で駆動されても可聴ノイズ・うなりを抑制することができるので、より望ましい。磁芯内に巻線部品を内包する一体構成の線輪部品の場合は、ピンホールによる絶縁耐圧不良が発生し易い構成である。従来の内鉄型線輪部品では、ボビン、ワニス含浸や粉体塗装による対策が行われているが、より気泡を含有し難い方法で行うことが望ましい。粉体塗装法は、常圧で行うため、コイルの線間に空隙が発生し、ピンホールも発生し易い面がある。このため、コイルとコイル間やコイル台座間の含浸や接着には、熱硬化エポキシ樹脂に、無機充填フィラーを均一分散させた含浸・接着剤を用いて巻線内包絶縁物を製造するのが望ましい。
【００５４】
有機結着剤としての樹脂については適宜線膨張係数が小さいものを選定すればよく、エポキシ樹脂を用いることができる。混和物とするので、樹脂たるエポキシ樹脂には液状で低粘度であるといった要求があるため、添加剤、硬化剤、触媒との相溶性、保存安定性も具体的なエポキシ樹脂選定において考慮されるべき重要な特性である。そういったことを考慮すると、主剤としては、ビスフェノールＡ型、ビスフェノールＦ型、多官能型等のエポキシ樹脂を用いることができ、硬化剤としては芳香族ポリアミン系、カルボン酸無水物系、潜在性硬化剤系のものを用いることができる。以下、ビスフェノールＡ型のエポキシ樹脂と無溶剤型低粘度液状芳香族アミンの硬化剤との組合せを使用したものを代表例として説明する。
【００５５】
なお、この樹脂は例えばシリコーン樹脂のような他の熱硬化性樹脂としても良いし、化学反応性硬化樹脂、紫外線硬化性樹脂、光硬化性樹脂などの熱を加えずとも硬化するような硬化性樹脂であっても良い。また加圧成形になった場合、ある圧力と温度でより低粘度の特性を示すような、ナイロンやフェノールなどを含む熱可塑性樹脂であっても良い。さらに基油と適融点のゲル化剤であっても良い。もちろん、熱硬化性樹脂以外の樹脂を用いる場合は、固化もしくは硬化の方法はそれぞれ樹脂に合った方法を採用すればよい。
【００５６】
磁性混和物の磁性接着剤を構成する磁性体粉末は軟磁性体粉末、詳しくは、Ｆｅ系の軟磁性体粉末であることが望ましい。更に具体的には、Ｆｅ系の軟磁性体粉末はＦｅ−Ｓｉ系粉末、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系粉末、Ｆｅ−Ｎｉ系粉末、及びＦｅ系アモルファス粉末からなる群から選択された粉末が望ましい。ここで、特に推奨される組成範囲としては、Ｆｅ−Ｓｉ系粉末における平均Ｓｉ含有量は好ましくは１１．０重量％以下である。また、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系粉末における平均Ｓｉ含有量は好ましくは１１．０重量％以下であり、平均Ａｌ含有量は好ましくは７．０重量％以下である。また、Ｆｅ−Ｎｉ系粉末における平均Ｎｉ含有量は好ましくは３０．０重量％以上８５．０重量％以下である。
【００５７】
特に、混和物に用いる磁性体粉末としては略球状の粉末を用いることが望ましい。磁性体粉末として略球状の磁性体粉末を用いると、樹脂と混ぜたスラリー状の混和物の流動性が高くなるため、混和物における磁性体粉末の充填率を向上させることができる。かかる略球状の磁性体粉末は、例えばガスアトマイズ法によって得られる。ガスアトマイズ法によれば、磁性体粉末の粒径及び形状はある程度の分布を有することとなるが、目安としては、最も標準的な磁性体粉末の平均粒径Ｄ50（体積基準の累積度数５０％相当径を示す）が５００μｍ以下であることが望ましく、これを超えると十分な歩留まりや特性・性能が得られない。また、成型体の隙間を埋めることからは小粒径が望ましく、平均粒径Ｄ50が１００μｍ程度が入手しやすいが、さらに微粒の平均粒径Ｄ50が１０μｍ程度のものでもよい。
【００５８】
ガスアトマイズ法によれば、上記のような略球状の粉末の他に、非球状の粉末を意図的に形成することもできる。また、水アトマイズ法によれば、不定形の粉末を得ることもできる。本発明においては、当該実施の形態において採用されている略球状の粉末に代えて上記の手法により得られた非球状粉末や不定形粉末、その他の形状の粉末をも使用することができる。略球状以外の磁性体粉末を採用する理由としては、例えばその形状に起因した異方性を利用することが挙げられる。より具体的には、例えば、非球状、扁平状、又は針状の磁性体粉末を樹脂に混成し、その樹脂を硬化させる前に所定の磁界を加えて粉末群の異方性配向を行い、その後に樹脂を硬化させるといった利用法が考えられる。
【００５９】
従来、例えば外形容積が約３００ｃｃの巻線内包型線輪部品を、プレス成形によるセンダスト圧粉体で製作するには、１０００トン規模のプレス設備が必要である。本発明では磁芯部品として、磁芯を分割して数１０ｃｃ程度（成型体の容積はこの数値に限定されず、適宜製造設備に応じて選択すれば良い）の成型体を用い、磁性接着剤で結着、さらには磁性接着剤の隙間への注型方式を選択しているので、各製品間で成型体の磁芯部品の共有化も可能であり、試作費や設備投資の金額を抑制することができる。
【００６０】
我々は、一つの手段として、成型体の磁芯部品と巻線部品を流動性を持つコンポジット（複合）磁性体を用い組み立てる方式を選定した。この方式では、プレス成形と比較し磁性粉体の充填率の点で劣る事があるとしても、充分な優位点を持っており、以下にも示すようにこの方式で充分な充填率の複合磁性体を得ることができ、充分な特性の線輪部品を提供できる。
【００６１】
本発明において、次の磁界領域Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の透磁率をそれぞれ大きくする複合磁性材料を見出すことを目標に検討を行った。
Ｈ０＝５Ａ／ｍ（初透磁率の測定のため、ＬＣＲメーターの最小磁界を設定）
Ｈ１＝１５．９２ｋＡ／ｍ
Ｈ２＝３１．８４ｋＡ／ｍ
Ｈ３＝７９．６ｋＡ／ｍ
【００６２】
磁芯の成分は、上記で使用する印加磁界中において適宜変更可能である。例えば、初透磁率を若干大きくするために、磁性体粉末の表面に高初透磁率薄膜層を形成することとしても良い。ここで、高初透磁率薄膜の例としてはＦｅ−Ｎｉ系薄膜が挙げられる。また、磁性体粉末による電気的短絡を避けるべく、磁性体粉末を、樹脂と混成する前に、一以上の絶縁層でコーティングすることとしても良い。ここで、磁性体粉末の表面に高初透磁率薄膜を形成する場合は、形成された高初透磁率薄膜上に絶縁層をコーティングするとよい。
【００６３】
更に、より高磁界中で高い比透磁率を確保すべく磁性体粉末及び樹脂の混和物に対して非磁性体粉末を加えると良い。非磁性体粉末としては、例えば、シリカ粉、アルミナ粉、酸化チタン粉、石英ガラス粉、ジルコニウム粉、炭酸カルシウム粉、水酸化アルミニウム粉等からなる無機質材系粉末、ガラス繊維、及び顆粒状樹脂が挙げられる。さらに、非磁性体粉末としては中空ガラス球を用いても良い。また、直流電流重畳特性をより高磁界中まで良好に伸ばすために永久磁石粉末を少量加えて磁芯に磁気バイアスをかけることとしても良い。
【実施例】
【００６４】
次に、混和物、特に磁性体粉末について詳述する。磁性体粉末としては、６．５％Ｓｉ−Ｆｅ粉の平均粒径Ｄ50＝１６０μｍの粉末を使用し、シランカップリング処理を施した。このときのシランカップリング量は、後で述べる固化性樹脂にてスラリー化できる最小量とした。なぜなら結合に寄与しないシランカップリング剤は、接着力、ガラス転移温度などを低下させる要因になるからである。
【００６５】
次に、熱硬化型の低粘度エポキシ樹脂を用いて、混合、脱泡し、８０℃で、粘度は３０Ｐ（ポアズ）となる複合磁性体の基になるスラリーを作製、内径１５ｍｍ、外形２７ｍｍ、高さ１１ｍｍの離型性のシリコーン型に注型し、その後、１１５℃、４時間で硬化させた。硬化物のトロイダルコアの、密度を測定後、φ１．５ｍｍ線で２３ターンの巻線をし、その直流電流重畳特性を確認した。粘度計(HADV-I+、Brookfield製)はスクリューヘッドタイプ（PC-1TL、VISCOMETER製）のものを用いた。
【００６６】
ここで、磁性体粉末の組成は、上記の磁歪ゼロで飽和磁束密度が最も高い６．５％Ｓｉ−Ｆｅ粉であるが、製造方法が異なる粉末を用い、粒子形状の違いを検討した。製造方法として水アトマイズ粉末、ガスアトマイズ粉末及び粉砕粉末を比較すると、充填率が最も高くなるのはガスアトマイズ粉末である。スラリー化できる充填率については、粉砕粉の充填率は、５８．６ｖｏｌ％にとどまり、同じ平均粒径のガスアトマイズ粉末の充填率は、６３．６ｖｏｌ％であった。ガスアトマイズ粉末は球状であるので、注型式の場合は球状の粉末を用いたほうが充填率を高くすることができた。
【００６７】
さらに、磁性体粉末について、充填率と粉末粒度分布の関係を調べるため、ガスアトマイズ上がりの平均粒径Ｄ50＝１６０μｍの粉末を１５０μｍ及び７５μｍ目開きの篩によって分級し、粒径が１５０μｍ以上の粉末と粒径が１５０μｍから７５μｍ粒径の２種類の粉末を作製した。これに用いた母粉末の度数分布を図２に示す。
【００６８】
粒径が１５０μｍ以上の粉末、粒径が７５から１５０μｍの粉末のいずれも、樹脂の添加量を増やして６０ｖｏｌ％まで充填率を下げたが、高粘度ペースト状になり、スラリー化することができなかった。この理由は、粒度分布を狭くすることが充填率低下の原因になったとからと考えられる。
【００６９】
図２に示すように、母粉末は、Ｄ25（体積基準の小径側からの累積度数２５％相当径）＝１１０μｍピークの分布とＤ75（体積基準の小径側からの累積度数７５％相当径）＝２３０μｍピークの分布との分布和として考えることができる。
【００７０】
図３に、真球充填モデルの事例として、大小２成分粒子混合充填層における粒径比と混合比率と充填率の関係を示す。なお、図３は、鈴木道隆：姫路工業大学粉粒体工学研究室が発表したデータである。大粒子と小粒子を混合充填すると大粒子間の隙間に小粒子が入り込むために隙間が減少し、密に充填される。これは、図３に示されるように、粒子径の比が大きいほど充填率は大きくなる。また、粒径比が大きくなるほど小粒径粉末の混合比が小さい側に充填率が高くなるピークがある。よって、高充填率を得るためには、粒径が大きく異なる微細粉末を少量添加することが有効である。つまり粒度分布を広げることが有効と分かる。上記の分級粉末の場合は粒度分布を狭めることになったため充填率の低下につながったと考えられる。
【００７１】
この場合は、実際にスラリー化できた充填率は、６３．６ｖｏｌ％であり、理想的な１次球だけで構成した場合に予想される約７４％程度の充填率にも及ばない。このように、実際にはアトマイズ粉の真球度のバラツキや粒度分布の幅があることなどが、起因していると考えられる。また、磁性体粉末表面の表面が平滑でないために、ある粒子と複数の粒子との間で、凝集とそのブリッジが発生し易い。この発生確率を減らすためには、均一分散と成形の過程で低粘度（低摩擦）であることが要求される。
【００７２】
本発明は、１ＭＨｚ程度迄の電子機器に使用されるチョークコイル、トランス等のインダクタ用磁芯に関するものである。この中の一例として駆動周波数ｆ＝１０ｋＨｚにおけるインダクタの渦電流損失の問題がないかどうかを判定する。ここで、製品の駆動周波数ｆ＝１０ｋＨｚ、粉末組成のバルクの比透磁率μ＝１０００、粉末組成のバルクの比抵抗ρ＝８０μΩｃｍを定数として用いる。
【００７３】
表皮深さδｍｍ＝（２／(２ πｆμσ)）0.5を算出すると、表皮深さは０．１４ｍｍであり、相当する粒子直径は０．２８ｍｍである。現在使用のダスト材の平均粒径Ｄ50は０．１６ｍｍ、粒径Ｄ90（体積基準の小径側からの累積度数９０％相当径）は０．２８ｍｍ程度であり、上記から表皮効果の影響はほとんどないと思われる。また、初透磁率μの周波数特性は１０ｋＨｚでは低下が見られず、表皮効果の影響は十分小さいが、２８０μｍ以上の粒径については影響を受けている可能性がある。このように磁性粉の最大粒径は、駆動周波数に応じて、適宜選択することが望ましい。
【００７４】
高充填および高重畳特性の磁芯は、小径球の２次、３次粒子を添加することにより、得ることができる。ここで小径球の２次、３次粒子としては、磁性体粉を用いる場合と非磁性粉を用いる場合とに分類できる。
【００７５】
はじめに、より小径の第２の磁性体粉末を用いる場合、即ち磁性粉末のみで高充填化する例として、粒度の異なる磁性粉末を２次粒子及び３次粒子として種々の配合比率で添加することを試みた。添加粉末の粒径は、２次粒子がＤ50＝９．８μｍ、３次粒子がＤ50＝１．０μｍの球状粉である。使用した粉末はいずれも略球形である。その結果を図４に示す。図４は１次粒子（Ｄ50＝１６０μｍ）に２次粒子（Ｄ50＝９．８μｍ）及び３次粒子（Ｄ50＝１．０μｍ）を種々の配合比率で添加した場合の充填率を示したものである。
【００７６】
エポキシ樹脂に分散した充填粉が再配列し高充填しやすくなるような効果をねらい、粒子径の選定を行った。図４から、２次粒子の添加量に対する充填率の変化は、図３に示したように微細粒子の少量の配合比率域で１つの最大値を持つ傾向を示している。しかし、３次粒子の添加効果は２山の極大を持つ傾向を示している。図３でシャープな粒度を持つ粉末の混合実験では充填率向上の効果は粒径比が大きい方、即ちより微細な粒子を添加する方が、顕著であることを示しているのに対して、実際に用いたブロードな粒度を持つ粉末では、この効果の程度が異なることを示しているものと思われる。ただ、図４に示すように、粒度分布の調整により高充填率の混和物を得ることが可能なことがわかる。
【００７７】
図４に示す領域の代表的な３箇所についてインダクタンス及びその直量重畳特性を評価した。表１に磁性体粉末の配合比率と結果を示す。本明細書では粉末等の配合比率をｖｏｌ％で表しているが、このｖｏｌ％の基準としては、粉末と樹脂とを混合し硬化した混和物を１００ｖｏｌ％とし、各粉末等の体積百分率を算出して示している。
【００７８】
【表１】
2008218724.tif 000003
【００７９】
３種類の配合の結果、比透磁率は、Ａ領域の試料Ｎｏ．１でμ（Ｈ０）＝４３．４、μ（Ｈ１）＝２２．４、Ｂ領域の試料Ｎｏ．２でμ（Ｈ２）＝１８．９の値が得られた。即ち、磁界Ｈ０＝５Ａ／ｍ、Ｈ１＝１５．９２ｋＡ／ｍで、より小型化できる複合磁性材料はＡ領域で、また磁界Ｈ２＝３１．８４ｋＡ／ｍでより小型化できる複合磁性材料はＢ領域で得られる。
【００８０】
Ｂ領域の試料Ｎｏ．３に示すように、１次粒子（Ｄ50＝１６０μｍ）のみでの到達可能な充填率は６３．６ｖｏｌ％である。次に隙間充填を行うために、２次粒子（Ｄ50＝１０μｍ）を１１ｖｏｌ％を添加することにより、充填率を７４．６ｖｏｌ％とできる。さらに２次粒子（Ｄ50＝１０μｍ）を１４ｖｏｌ％、３次粒子（Ｄ50＝１０μｍ）を１３ｖｏｌ％と複合添加し、充填率を７８．６ｖｏｌ％にできる。
【００８１】
以上のように、より小径の第２の磁性粉末（小径球の磁性粉末からなる２次、３次粒子）を用いることで、磁界Ｈ０＝５Ａ／ｍ、Ｈ１＝１５．９２ｋＡ／ｍ、Ｈ２＝３１．８４ｋＡ／ｍでの磁芯の比透磁率を上げることができる。
【００８２】
次に、高充填および高重畳特性の磁芯を得ることのできる別の例として、より小径の非磁性体粉末を用いる場合、即ち小径球の２次、３次粒子として非磁性粉を用いる場合について述べる。まず、第１の磁性体粉末と非磁性粉末を選定した。非磁性粉末は粒径が広範囲に変えられるシリカ、アルミナなどの無機粉末を用いた。
【００８３】
先ず、第１の磁性体粉末としては上記と同じ、６．５％Ｓｉ−Ｆｅ粉の平均粒径Ｄ50＝１６０μｍの粉末を使用し、シランカップリング処理したものを用いた。
【００８４】
次に、無機粉末のシリカとして、焼結用粉は、電子顕微鏡ＳＥＭで見ると凝集粒子であり、球状粉に比べ比表面積が７倍以上あり樹脂分が吸収され易く、スラリー化に有効な流体成分が少なくなってしまうと考えられる。このため焼結用粉は、低価格であるが本願の充填率向上の効果を得る事が困難である。
【００８５】
さらに、他の、球状粉、丸味状粉及び粉砕粉の３種類を比較した。これらの粉末を各々３，５，１０ｖｏｌ％添加し、磁性体粉末との総量が６０ｖｏｌ％となるよう第１の磁性体粉末量を調整した。その結果、丸味状粉及び粉砕粉の双方がスラリー化できなかった。従って、充填率向上の効果を得るためには球状粉を使用するのが望ましいことがわかる。
【００８６】
以下、球状シリカ粉末を使った結果を示す。
２次粒子として平均粒径Ｄ50＝２．５μｍの球状シリカ、３次粒子として平均粒径Ｄ50＝２．５μｍの球状シリカを選定して、これらの選定したシリカを複合で添加した結果を表２に示す。
【００８７】
【表２】
2008218724.tif 000004
【００８８】
微細末の粒径と添加量によって比透磁率μが変わることが確認できた。非磁性粉末の配合により、比透磁率は、Ａ領域の試料Ｎｏ．４でμ（Ｈ３）＝７．６の値が得られた。
【００８９】
即ち、非磁性粉添加前（試料Ｎｏ．３）に比較すると、添加後は磁界Ｈ０＝５Ａ／ｍ、Ｈ１＝１５．９２ｋＡ／ｍ、Ｈ２＝３１．８４ｋＡ／ｍでの比透磁率は小さな値を示している。しかし磁界Ｈ３＝７９．６ｋＡ／ｍにおいては、より高い比透磁率を示すことがわかる。
【００９０】
さらに、表２のＡ領域の試料Ｎｏ．４に示すように、１次粒子（Ｄ50＝１６０μｍ）に対して、２次粒子（Ｄ50＝２．５μｍ）を５．５ｖｏｌ％、３次粒子（Ｄ50＝０．５μｍ）を５．５ｖｏｌ％と複合添加することにより、充填率を７２．２ｖｏｌ％とできる。
【００９１】
Ｂ領域の試料Ｎｏ．３の成形体の密度分布を調べた結果について述べる。不均一性の確認のため、硬化物の上下の密度分布を測定した方法と結果を示す。方法として、深さ約４５ｍｍ、φ２３ｍｍのシリンジ内でスラリーを硬化させ、硬化物の底面からと表面から約５ｍｍの２箇所を切断して三個の円柱とし、各円柱の重量、平均の径、平均の高さを測定し、重量と体積から各円柱の平均密度を算出した。
【００９２】
結果は、下記のように、表面から約５ｍｍの部分の密度が低く、底部から約５ｍｍの部分の密度が高い値を示した。
ａ）表面から約５ｍｍの部分      ５．１７ｇ／ｃｃ（中心比５％低い）
ｂ）中心部分５〜３７ｍｍ部分    ５．４４ｇ／ｃｃ
ｃ）底面から約５ｍｍの部分      ５．７１ｇ／ｃｃ（中心比５％高い）
【００９３】
この現象は、混和物の樹脂マトリックスが加熱硬化に至るまでの間に粒子が沈降し、局所的に充填率が向上することで、磁芯が不均質な構造となり、不均質な構造となることにより直流重畳特性が低下する可能があることを示している。即ち、ここまでの結果から直流重畳特性の更なる改善には、磁性粒子、あるいは非磁性粒子の沈殿を抑えることが必須であると考えられる。
【００９４】
このことに関し、さらに詳しく考察する。
目標とする直流重畳特性は、磁性体粉末の充填率が同一であっても個々の粒子間に構成されるミクロギャップの大きさは場所によって異なることが予想できる。図５は、磁性体粉末の分散状態を示す模式図である。○印は磁性体粉末である。つまり、図５の適と示すような磁性体粉末（○印）が均一分散している状態であれば、平均の反磁界は小さくならずに、磁気飽和しにくい特性を得ることができるはずである。しかし、不適と示すような磁性体粉末（○印）の充填率が局所的に上昇すると、このような場所の粒子間ミクロギャップは小さくなり、結果として反磁界が小さくなり磁気飽和しやすい状態となる。従って、このような磁性体粉末の不均一分布を解消することが高特性化につながることと考えられる。その方策の一つとして、樹脂硬化中に起こる磁性体粉末の沈降を抑えることが有効と考えられる。
【００９５】
粒子の沈降速度を小さくする方策として、スラリーの粘度を大きくすることが考えられる。単純には増粘剤を添加することで達成できると考えられる。しかし、注型する方式ではスラリーを型に流し込む作業が必要なため、注型作業中は十分に粘度が低下していることが必要である。従って、せん断もしくは振動などが加わることで粘度が低下するチキソトロピックのような性質を利用できることが望ましい。このため、磁性体粉末の均一分散のためチキソトロピック付与剤を用いると良い。
【００９６】
ナノシリカと称されるナノサイズの微粒子状の無水シリカは、接着剤工業に於いて、粘性を増加させかつチキソトロピックな性質を付与するための高活性充填剤として広く用いられている。一次粒径が数ｎｍのナノシリカの表面にあるシラノール基は隣のナノシリカの表面と水素結合によるつながりを生じ、３次元的な網の目構造を形成し、優れた増粘性を示す。この水素結合は、比較的に弱い結合で、僅かなせん断力（例えば振動、攪拌）を加えることにより、網の目構造は破壊され、鎖状結合粒子の単位でバラバラにされ、粘性を失う。この粘度低下により良好な充填性と充填剤の再配列を行うことができる。一方、静止の状態では網の目の構造が再生され粘度が回復し、沈降速度を抑制することができる。
【００９７】
これらの現象はチキソトロピー現象と呼ばれており、磁性スラリーの製造並びに保管、更に工程能力、および製品特性を良好にする重要な特性である。
【００９８】
チキソトロピックな性質は、主として使用する樹脂に依存する。このため表面処理の異なるナノシリカを試した結果、最も効果の大きかったものは粒径が４〜７ｎｍと揃い、疎水性のジメチルシリコーンオイルで表面処理したもので、これによりチキソトロピックな性質が得られた。このナノシリカを用いた結果を表３に示す。
【００９９】
【表３】
2008218724.tif 000005
【０１００】
ナノシリカ添加なし、ナノシリカ０．２７ｖｏｌ％、ナノシリカ０．５３ｖｏｌ％の３水準での結果、比透磁率として、ナノシリカ０．２７ｖｏｌ％添加のものでμ（Ｈ０）＝１３．７、μ（Ｈ１）＝１３．２、μ（Ｈ２）＝１２．０、ナノシリカ０．５８ｖｏｌ％添加のものでμ（Ｈ３）＝９．０の値が得られた。
【０１０１】
即ち、磁界Ｈ０＝５Ａ／ｍ、Ｈ１＝１５．９２ｋＡ／ｍ、Ｈ２＝３１．８４ｋＡ／ｍでは、より小型化できる複合磁性材料はナノシリカ０．２７ｖｏｌ％添加（Ａ領域の試料Ｎｏ．５）で、また磁界Ｈ３＝７９．６ｋＡ／ｍにおいては、より小型化できる複合磁性材料はナノシリカ０．５８ｖｏｌ％添加のもの（Ａ領域の試料Ｎｏ．６）である。特にμ（Ｈ３）＝９．０の値は磁界Ｈ３＝７９．６ｋＡ／ｍにおいては実験で得られた最大値である。
【０１０２】
このように高磁界Ｈ３における直流電流重畳特性に関しては、ナノシリカ添加による効果は大きい。しかし充填率に関しては、ナノシリカ添加の有り無しの影響はあまり大きくない。表３に示すように、充填率は、ナノシリカ添加なしの７２．２ｖｏｌ％に対し、ナノシリカを０．２７ｖｏｌ％添加で７１．１ｖｏｌ％、さらにナノシリカを０．５８ｖｏｌ％添加で６８．４ｖｏｌ％である。
【０１０３】
以上のように、小径球の２次、３次粒子として非磁性粉（シリカ）を用い、さらにナノシリカを用いることで、磁界Ｈ３＝７９．６ｋＡ／ｍの比透磁率を上げることができる。即ちナノシリカの添加により、チキソトロピックな性質が付与され、沈降抑制効果により、磁性体粉末の不均一分布を解消することができ、比透磁率も改善できる。
【０１０４】
ナノシリカを添加した場合はチキソトロピックな性質を示すために、注型を行う場合は、適当な攪拌エネルギーを与えて、振動させながら注型を行うのが良い。原理的にはナノシリカの水素結合は、比較的に弱い結合で、僅かな剪断力（例えば振動、攪拌）を加えることにより、粘性を失う。
【０１０５】
このため、スラリーの攪拌条件は、量産時に羽根（直径５０ｍｍ）の摩耗の観点から上限と考えられる高速攪拌２０００ｒｐｍで５分、１５分、２０分のように変えて検討した。その結果、直流電流重畳特性の指標となるΔμ／μ0は１５分以上でほぼ一定の値をとることがわかり、この１５分以上攪拌の条件を採用すれば良い。
【０１０６】
また、注型は、攪拌後のスラリーを５０Ｐａで脱泡後に、２７００Ｐａの真空中で行った。また、注型を、バイブレータ（av-02：村田精工（株）製）で５０Ｈｚの振動をかけながら行った。注型完了後に振動を止め、大気解放する。その後すぐに静止させた状態で熱処理を行って、硬化させた。
【０１０７】
ナノシリカの添加によってチキソトロピー性を向上させたエポキシ樹脂の流動・粘度曲線の類似系を図６に示す。これはエポキシ樹脂の硬化中に５０℃等温で流動し易さを測定した結果である。２．５ｒｐｍで回転するBrookfield回転粘度計およびせん断力発生源としてバイブレータを用いている。この結果から、磁性体粉末の均一な再配列にはせん断速度をかけながら注型することが必要であると分かる。本検討では、バイブレータの振動数を５０Ｈｚに設定することにより、粘度をほぼ最小値にして粒子の再配列を容易にしていることがわかる。またスラリー磁性体の充填後は、速やかにせん断速度をゼロにする。この様にすることで、スラリー磁性体の粘度は最大値を示し、沈降速度をミニマムにできる。
【０１０８】
図８に、閉磁路コアのマクロギャップ部に磁性混和物の磁性接着剤を充填した場合の初透磁率を示す。図８に示す結果は、６．５％Ｓｉ−Ｆｅの圧粉焼結体（初透磁率μ＝１００）からなる、実効磁路長ｌｅ＝１２５．６ｍｍ、実効断面積Ｓ＝１００ｍｍ2で、マクロギャップを設けた閉磁路磁芯を用いて、マクロギャップ長ｌｇと磁性接着剤の初透磁率を変えて、この閉磁路磁芯の初透磁率（巻線数Ｎ＝２５ターン、Ｈ０＝５Ａ／ｍ）を測定したものである。
【０１０９】
この図から分かるように、マクロギャップ長ｌｇ＝１ｍｍのエアーギャップであっても初透磁率は、マクロギャップがない場合と比較すると、５０％減少する。しかしながら、マクロギャップの箇所に初透磁率μ＝２５の磁性接着剤を充填すると、初透磁率は９５％と改善できることが分かる。
【０１１０】
従って、本発明の線輪部品では、磁芯部品を組み合わせて磁芯を構成されていても、隙間が磁性接着剤で結着されているので、高初透磁率を保つことが可能であることがわかる。実際に、トロイダルコアを４分割した形状の６．５％Ｓｉ−Ｆｅの圧粉焼結体磁芯（μ＝１００）からなる磁芯部品を４パーツ組合せ、４箇所のギャップのトータルが１ｍｍとして、磁性接着剤（μ＝２５）で結着してトロイダルコアを作製した所、初透磁率μ＝９０の磁芯が得られた。
【０１１１】
また、高初透磁率の成型品の磁芯部品を用いることから、実施例においては、磁性混和物のみを用いる場合と異なり、磁性混和物中の軟磁性粉末の占積率が多少低くても高初透磁率の磁芯を得る事が可能である。従って、軟磁性粉末の占積率に余裕があるため、軟磁性粉末は、球状粉に限らず、より低価格の不定形粉末を採用できるメリットがある。
【０１１２】
以上のような、磁性混和物による接着剤を用いた本発明の実施例の製品外観を図１、図９〜図１４に示す。これらの実施例は、いずれも高初透磁率の成型体の磁芯部品を用い、隙間を磁性混和物からなる磁性接着剤で結着して磁芯を形成している。磁気回路の設計要点として、磁路全体の各箇所の断面積が、ほぼ一定となるようにすると効率が良いが、これを満たすように設計すると、場合によって磁芯の中心が中空になる場合がある。本発明の線輪部品は、比較的製造が容易なため、形状の制約はあまりないので、中空が発生しないように設計することや、中空部である箇所に、より高透磁率のフェライト焼結体などを挿入し、初期インダクタンスを向上することなどが可能である。
【０１１３】
なお、以降で、磁性接着剤（初透磁率μ＝２５）を用いているが、具体的には、磁性粉末を熱硬化性エポキシ樹脂に混合して磁性粉末の充填率が７０ｖｏｌ％となるようにスラリー化したものを用いている。バインダ樹脂の選定は、低粘度（８０℃、７０ｍＰａｓ以下）の熱硬化性エポキシを選定した。また、磁性粉末としては粒状のセンダスト粉末（粒径Ｄ50＝３０μｍ）を選定した。
【０１１４】
図１に第１の実施例の線輪部品を示す一部透視の説明図を示す。第１の実施例の線輪部品は、６．５％Ｓｉ−Ｆｅの圧粉焼結体（μ＝１００）からなる高初透磁率の成型体の磁芯部品として、巻線部品３の内側にトロイダル形状の内側磁芯部品８を１つと、外側にトロイダル形状の外側磁芯部品７を１つ配置した。この状態での線輪部品の初透磁率μは４１であった。これに、初透磁率μが２５の磁性混和物２を用いて巻線部品３の上下の空間に充填した本願発明品は、初透磁率μは８４まで上昇した。
【０１１５】
なお、第１の実施例の線輪部品の高磁界中での比透磁率は、１５．９２ｋＡ／ｍ磁界中の比透磁率μdcが２５であった。
【０１１６】
さらに第１の実施例の変形例として、トロイダル形状の内側磁芯部品８及び外側磁芯部品７をさらに分割してトロイダル形状の磁芯部品を積層して配置したものを用いても良い。あまり厚いトロイダル形状の成型品を均一にプレス成型するのは難しいので、適度の厚みに分割した方が、製造が容易である。また、この積層部分も磁性接着剤で結着することにより、初透磁率の高い磁芯を得ることができる。
【０１１７】
図９に、第２の実施例の線輪部品を示す一部透視の説明図を示す。第２の実施例の線輪部品は、６．５％Ｓｉ−Ｆｅの圧粉焼結体（μ＝１００）からなる高初透磁率の成型体の磁芯部品として、巻線部品３の内側にトロイダル形状の内側磁芯部品８を１つと、外側にトロイダル形状の外側磁芯部品７を１つと、上側にトロイダル形状の上側磁芯部品５を１つと、下側にトロイダル形状の下側磁芯部品６を１つ配置した。この状態での線輪部品の初透磁率μは８１であった。これに、初透磁率μが２５の磁性混和物２からなる磁性接着剤を用いて各磁芯部品間の隙間を平均厚み０．２ｍｍとなるように接着した本願発明品は、初透磁率μが８９まで上昇した。
【０１１８】
なお、第２の実施例の線輪部品の高磁界中での比透磁率は、３．９８ｋＡ／ｍ磁界中の比透磁率μdcが７０であった。
【０１１９】
さらに第２の実施例の変形例として、トロイダル形状の内側磁芯部品８、外側磁芯部品７、上側磁芯部品５及び下側磁芯部品６を、夫々、さらに分割したトロイダル形状の磁芯部品を積層して配置したものを用いても良い。第１の実施例の変形例の場合と同様に、あまり厚いトロイダル形状の成型品を均一にプレス成型するのは難しいので、適度の厚みに分割した方が、製造が容易である。また、同様に、この積層部分も磁性接着剤で結着することにより、初透磁率の高い磁芯を得ることができる。
【０１２０】
図１０に、第３の実施例の線輪部品を示す一部透視の説明図を示す。第３の実施例の線輪部品は、６．５％Ｓｉ−Ｆｅの圧粉焼結体（μ＝１００）からなる高初透磁率の成型体の磁芯部品として、巻線部品３の内側にトロイダル形状の内側磁芯部品８を１つと、上側にトロイダル形状の上側磁芯部品５を１つと、下側にトロイダル形状の下側磁芯部品６を１つ配置した。この状態での線輪部品の初透磁率μは２５であった。これに、巻線部品３の外側にフェライト焼結体（μ＝１０００）からなるトロイダル形状の外側磁芯部品７を配置し、初透磁率μが２５の磁性混和物２からなる磁性接着剤を用いて各磁芯部品間の隙間を平均厚み０．２ｍｍとなるように接着した本願発明品は、初透磁率μが１２５まで上昇した。ちなみに、第３の実施例のフェライト焼結体からなるトロイダル形状の外側磁芯部品７を用いずに、変わりに磁性混和物２を充填した本願発明品の場合には、初透磁率μが７５となった。
【０１２１】
図１１に、本発明の線輪部品を基板へ実装した例を示す。また、図１２に、本発明の線輪部品をヒートシンクに実装した例を示す。本発明の線輪部品の場合も、磁路全体の各箇所の断面積が、ほぼ一定となるように設計するとよいが、磁芯の中心が中空になったトロイダル状とすることもできる。図１１、図１２に示すように、線輪部品の中空部分に基板１０やヒートシンク１１に設けた抜け防止機能に実装することができる。特に、本発明の線輪部品は、大電流用であるため、放熱は重要であり、ヒートシンクへの取り付けが必要となる場合が多い。また、本願発明の線輪部品は磁芯中の磁性体の占積率が大きくできるために熱伝導率も高く、放熱の面では有利である。
【０１２２】
図１３に、第４の実施例の線輪部品を示す一部透視の説明図を示す。第４の実施例の線輪部品は、第１〜第３の実施例に示すような線輪部品の中空部分の部分にも、磁性体を設けたものである。この場合は図１１や図１２に示すような実装例は採用できないが、より初透磁率の高い線輪部品とすることができる。
【０１２３】
第４の実施例の線輪部品は、６．５％Ｓｉ−Ｆｅの圧粉焼結体（μ＝１００）からなる高初透磁率の成型体の磁芯部品として、巻線部品３の内側にトロイダル形状の内側磁芯部品８を１つと、外側にトロイダル形状の外側磁芯部品７を２つと、さらに巻線部品３の外側にフェライト焼結体（μ＝１０００）からなるトロイダル形状の外側磁芯部品７と中心部にフェライト焼結体（μ＝１０００）からなる柱状の芯部磁芯部品９を配置した。外側磁芯部品７はフェライト焼結体の上下に圧粉焼結体を配置して積層している。この状態での線輪部品の初透磁率μは１２５であった。これに、初透磁率μが２５の磁性混和物２からなる磁性接着剤を用いて巻線部品３の上下の空間に充填し、また各磁芯部品間の隙間を平均厚み０．２ｍｍとなるように接着した本発明品は、初透磁率μが１８５まで上昇した。
【０１２４】
図１４に、第５の実施例の線輪部品を示す一部透視の説明図を示す。第５の実施例の線輪部品は、フェライト焼結体（μ＝１０００）からなる高初透磁率の成型体の磁芯部品として、トロイダル形状の外側磁芯部品７を１つと、その円筒の中央に導線４を貫通させ、外側磁芯部品７と導線４との隙間には、初透磁率μが２５の磁性混和物２からなる磁性接着剤を注入し固化した。本発明の線輪部品は初透磁率μが１１０であった。また、高初透磁率の成型体の磁芯部品としてのトロイダル形状の外側磁芯部品７をフェライト焼結体に替えて、６．５％Ｓｉ−Ｆｅの圧粉焼結体（μ＝１００）を用いた場合は、本発明の線輪部品は初透磁率μが３２であった。
【０１２５】
本実施例では、フェライト焼結体の初透磁率μ＝１０００や圧粉焼結体の初透磁率μ＝１００よりは低い値であるが、磁性混和物のみの磁芯の初透磁率μ＝２５と比較して初透磁率が上昇していることが重要である。従来の線輪部品は導線４から遠い所ほど、磁束密度が低かったが、第５の実施例の線輪の場合、磁束密度の均一化が図れるとともに、初透磁率と高磁界中での比透磁率とを高めることができた。また、外側磁芯部品７としては、当然、フェライト焼結体や圧粉焼結体以外のアモルファス、珪素鋼板などの積層体であっても良い。
【０１２６】
また、以上述べた実施例の変形例として、高初透磁率の成型体の磁芯部品としては、フェライト焼結体や圧粉焼結体やアモルファス、珪素鋼板などの積層体で置き換えることができることはいうまでもない。さらには、積層体の場合は歩留まりは別として、積層方法を、磁界の方向に平行にするのか、垂直にするのか、その中間（３０、４５、６０度など）にするのかによって、また、圧粉体等はプレス方向や配向方向の調整によって、磁化容易軸方向を調整することもできる。
【０１２７】
さらに、初透磁率μ＝１〜２の特定透磁率磁芯部材を磁路の一部に挿入すると、線輪部品のインダクタンスがより高磁界中まで飽和しにくくなるという利点がある。磁芯の一部に組み込む、特定透磁率磁芯部材は使用する磁界に応じて適宜、初透磁率μが１以上かつ形状のものを選択すればよい。この場合の特定透磁率磁芯部材としては無機物のフィラーと樹脂の混和物やセラミックス等を用いることができる。樹脂の混和物の場合に用いる樹脂は、磁性接着剤との接着性の良いものを用い、巻線内包絶縁物に用いる絶縁樹脂と同じ樹脂であることが望ましい。
【０１２８】
本実施の形態においては、成型体の磁芯部品と磁性混和物からなる磁性接着剤の組合せであるため、製造上の形状の自由度は高い。理論上は、磁路断面積が均一なトロイダル磁芯形状が、理想的であるのは言うまでもなく、このような均一磁路形状は、漏れ磁束低減と初透磁率の確保の点で有利に働く。また、高磁界において比透磁率が低下しない複合磁性体の磁芯形成が可能である。この形状の自由度を利用すれば、製品形状が球状の線輪部品も製造可能である。
【０１２９】
さらに、実施例の磁性混和物単独での磁気特性で述べたように、磁性混和物のミクロギャップを利用することで、線輪部品のインダクタンスがより高磁界中まで飽和しにくくなるという利点がある。表４に粉末の成分構成と本発明の効果についてまとめて示す。
【０１３０】
【表４】
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【０１３１】
本発明の線輪部品は、型に巻線部品や磁芯部品を配置して、離型性の樹脂を組み合わせた混和物を注型して硬化させて磁芯を製造し、型を取り外して製造することができる。また、保持ケースを備えた線輪部品を製造することもできる。型の一部もしくは全部をケースとして利用することにより、型の取り外しを省略して製造することもできる。型の取り外しを行わない場合は、離型性を考慮する必要がないため、複雑な形状の磁芯の製造も容易となる。
【０１３２】
さらに、磁芯として機能するケースを用いても良い。例えば、磁芯として機能するケースを他の部品と共用部品とする場合、一旦、巻線部品を形成し、その後、その巻線部品を共用部品たるケース内に配置するといった場合に有効である。このケースは例えばＦｅ−Ｎｉ系合金など他の磁性体・合金で形成されていても良い。ケースが磁性体製である場合、適切な絶縁性能を確保するためには、ケースの内面に絶縁膜を形成し、その後に混和物を注型して磁芯を形成することが好ましい。なお、ケースは例えばアルミナ成形体のようなセラミックスケースであっても良いし、アルミニウム合金からなるものとしても良い。
【０１３３】
上記のようなケースを備え、巻線部品と前記混和物からなる磁芯とが、ケースとの間の空間を満たすような線輪部品を提供できる。なお、線輪部品の設計上の要点として、おおよそ線膨張係数が２１×１０-6／℃〜９８×１０-6／℃から推定される、変形量を吸収するクリアランスを考慮する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】本発明の第１の実施例の線輪部品を示す一部透視の説明図、正面図、平面図、斜視図。
【図２】母粉末の体積基準の粒径の度数分布。
【図３】大小２成分粒子混合充填層における粒径比と混合比率と充填率の関係。本図は鈴木道隆：姫路工業大学粉粒体工学研究室が発表したデータである。
【図４】１次粒子（Ｄ50＝１６０μｍ）に２次粒子（Ｄ50＝９．８μｍ）及び３次粒子（Ｄ50＝１．０μｍ）を種々の配合比率で添加した場合の充填率。
【図５】磁性体粉末の分散状態を示す模式図。
【図６】ナノシリカの添加によってチキソトロピー性を向上させたエポキシ樹脂の流動・粘度曲線の類似系。
【図７】軟磁性圧粉体の説明図。図７（ａ）は軟磁性圧粉体の斜視図、図７（ｂ）は軟磁性圧粉体の一部を拡大した説明図。
【図８】閉磁路コアのマクロギャップ部に磁性混和物の磁性接着剤を充填した場合の初透磁率。
【図９】本発明の第２の実施例の線輪部品を示す一部透視の説明図、正面図、平面図、斜視図。
【図１０】本発明の第３の実施例の線輪部品を示す一部透視の説明図、正面図、平面図、斜視図。
【図１１】本発明の線輪部品を基板へ実装した例。
【図１２】本発明の線輪部品をヒートシンクへ実装した例。
【図１３】本発明の第４の実施例の線輪部品を示す一部透視の説明図、正面図、平面図、斜視図。
【図１４】本発明の第５の実施例の線輪部品を示す一部透視の説明図、正面図、平面図、斜視図。
【符号の説明】
【０１３５】
１    線輪部品
２    磁性混和物
３    巻線部品
４    導線
５    上側磁芯部品
６    下側磁芯部品
７    外側磁芯部品
８    内側磁芯部品
９    芯部磁芯部品
１０    基板
１１    ヒートシンク
１２    大きな矢印
１３    小さな矢印
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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