(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】  第１の磁性体粉末と、より小径の第２の磁性体粉末または非磁性体粉と、樹脂との混和物を注型して硬化させてなるマイクロギャップを持たせた、７．９６ｋＡ／ｍの磁界中の比透磁率μｄｃが１０以上である磁芯中に、巻線内包絶縁物を埋設した線輪部品とする。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の磁性体粉末と、より小径の第２の磁性体粉末または非磁性体粉末と、樹脂との混和物を、固化または硬化させて得られる磁芯を用いた線輪部品であって、
前記磁芯は、トロイダルテストピースに均一な巻線をした系における７．９６ｋＡ／ｍの磁界中の比透磁率μｄｃが１０以上であり、かつ前記第１の磁性体粉末の実効的な反磁界係数Ｎが０．４以下であり、前記第１の磁性体粉末と第２の磁性体粉末または非磁性体粉末との合計の充填率が５０ｖｏｌ％以上であることを特徴とする線輪部品。
【請求項２】
前記磁芯は、トロイダルテストピースに均一な巻線をした系における３１．８４ｋＡ／ｍの磁界中の比透磁率μｄｃが２以上であることを特徴とする請求項１に記載の線輪部品。
【請求項３】
前記磁芯は、トロイダルテストピースに均一な巻線をした系における７９．６ｋＡ／ｍの磁界中の比透磁率μｄｃが２以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の線輪部品。
【請求項４】
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の少なくとも一部が前記磁芯に埋設された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】
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の全部が前記磁芯に埋設された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６】
前記第１の磁性体粉末の平均粒径φ１に対する、前記より小径の第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、かつ前記より小径の第２の磁性体粉末または非磁性体粉末の体積分率が全体の４０ｖｏｌ％以下で、望ましくは前記より小径の第２の磁性体粉末または非磁性体粉末が略球状粉末であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の線輪部品。
【請求項７】
前記より小径の第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り、望ましくは略球状粉末であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の線輪部品。
【請求項８】
前記樹脂または樹脂との混和物が、少なくともチキソトロピックな成分を含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の線輪部品。
【請求項９】
前記巻線内包絶縁物が少なくともチキソトロピックな成分を含む絶縁非磁性粉と樹脂の混和物で均一含浸され、固化または硬化して得られたものであることを特徴とする請求項４または５のいずれかに記載の線輪部品。
【請求項１０】
前記磁性体粉末は、軟磁性体粉末からなる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。
【請求項１１】
前記磁性体粉末は、少なくとも軟磁性体粉末を含む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。
【請求項１２】
前記軟磁性粉末は、少なくともＦｅ−Ｓｉ系粉末を含むことを特徴とする請求項１０または１１のいずれかに記載の線輪部品。
【請求項１３】
前記Ｆｅ−Ｓｉ系粉末における平均Ｓｉ含有量は１１．０重量％以下（０重量％を含まず）であることを特徴とする請求項１２に記載の線輪部品。
【請求項１４】
前記軟磁性粉末は、少なくともＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系粉末を含むことを特徴とする請求項１０または１１のいずれかに記載の線輪部品。
【請求項１５】
前記Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系粉末における平均Ｓｉ含有量は１１．０重量％以下（０重量％を含まず）であり、平均Ａｌ含有量は７．０重量％以下（０重量％を含まず）であることを特徴とする請求項１４に記載の線輪部品。
【請求項１６】
前記軟磁性粉末は、少なくともＦｅ−Ｎｉ系粉末を含むことを特徴とする請求項１０または１１のいずれかに記載の線輪部品。
【請求項１７】
前記Ｆｅ−Ｎｉ系粉末における平均Ｎｉ含有量は３０．０重量％以上８５．０重量％以下であることを特徴とする請求項１６に記載の線輪部品。
【請求項１８】
前記軟磁性粉末は、少なくともアモルファス粉末を含むことを特徴とする請求項１０または１１のいずれかに記載の線輪部品。
【請求項１９】
前記軟磁性粉末は、少なくともカルボニール鉄粉末を含むことを特徴とする請求項１０または１１のいずれかに記載の線輪部品。
【請求項２０】
前記より小径の第２の磁性体粉末または非磁性体粉末は少なくとも略球状粉末を含むことを特徴とする請求項１ないし１９のいずれか１項に記載の線輪部品。
【請求項２１】
特定透磁率磁芯部材が前記磁芯に埋設された線輪部品であって、前記特定透磁率磁芯部材は、トロイダルテストピースに均一な巻線をした系における７．９６ｋＡ／ｍの磁界中の比透磁率μｄｃが１以上であることを特徴とする請求項１ないし２０のいずれか１項に記載の線輪部品。
【請求項２２】
特定透磁率磁芯部材が前記磁芯に埋設された線輪部品であって、前記特定透磁率磁芯部材は、トロイダルテストピースに均一な巻線をした系における３．９８ｋＡ／ｍの磁界中の比透磁率μｄｃが１以上であることを特徴とする請求項１ないし２０のいずれか１項に記載の線輪部品。
【請求項２３】
前記磁芯の中の一部分に比透磁率μｄｃが１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２０のいずれか１項に記載の線輪部品。
【請求項２４】
前記磁芯の中の一部分に磁性体加工部品が埋設されたことを特徴とする請求項１ないし２０のいずれか１項に記載の線輪部品。
【請求項２５】
保持ケースを更に備え、前記混和物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２４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、数百ｋＨｚ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）、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】
Ｄ−Ｄコンバータ、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、電圧昇降用コンバータでは、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、静音化を図った最適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、低磁界で高透磁率を得るために、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、それらの工業化の為には、大規模かつ高価な設備、金型に対する投資が必要となる。
【０００６】
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】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
このように、特許文献１に記載されていた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。
【００１１】
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目的とする。
【００１２】
【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】
【００１３】
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、巻き数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、小型化できる。
【００１４】
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透磁率が変化する。
【００１５】
今回、マクロギャップではなく、ミクロな分散ギャップでより低価格に当該磁芯と線輪部品とを構成するに至った。そして市場のニーズに応えるべく、小型化を中心に、低損失、静粛化可能な製品を発明した。
【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、アモルファスリボン等に比べ、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１００ミクロン薄帯は、この範囲で特に高μ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】
領域ニ：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。軟磁性粉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に絶縁性の結着剤が必要だった。
【００３０】
領域ホ：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大電流での重畳特性の良好な、数百ｋＨｚの周波数までの電子機器に用いられるチョークコイル、トランス等の線輪部品を提供するために、特に、大電流で使用する線輪部品用磁芯に適した、最大印加磁界Ｈ＝３．９８ｋＡ／ｍ以上の領域で高透磁率が確保可能な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、磁性体粉末と樹脂との混和物からなるマイクロギャップを持たせた磁芯を用いると良いことを見いだした。特に、磁性体の充填率を上げることと、マイ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検討した結果、得られたものである。
【００３３】
即ち、本発明は、第１の磁性体粉末と、より小径の第２の磁性体粉末または非磁性体粉末と、樹脂との混和物を、固化または硬化させて得られる磁芯を用いた線輪部品であって、前記磁芯は、トロイダルテストピースに均一な巻線をした系における７．９６ｋＡ／ｍの磁界中の比透磁率μｄｃが１０以上であり、かつ前記第１の磁性体粉末の実効的な反磁界係数Ｎが０．４以下であり、前記第１の磁性体粉末と第２の磁性体粉末または非磁性体粉末との合計の充填率が５０ｖｏｌ％以上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、前記磁芯は、トロイダルテストピースに均一な巻線をした系における３１．８４ｋＡ／ｍの磁界中の比透磁率μｄｃが２以上であることを特徴とする線輪部品である。
【００３５】
また、本発明は、前記磁芯は、トロイダルテストピースに均一な巻線をした系における７９．６ｋＡ／ｍの磁界中の比透磁率μｄｃが２以上であることを特徴とする線輪部品である。
【００３６】
また、本発明は、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の少なくとも一部が前記磁芯に埋設されたことを特徴とする線輪部品である。
【００３７】
また、本発明は、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の全部が前記磁芯に埋設された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１の磁性体粉末の平均粒径φ１に対する、前記より小径の第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、かつ前記より小径の第２の磁性体粉末または非磁性体粉末の体積分率が全体の４０ｖｏｌ％以下で、望ましくは前記より小径の第２の磁性体粉末または非磁性体粉末が略球状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、前記より小径の第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り、望ましくは略球状粉末であることを特徴とする線輪部品である。
【００４０】
また、本発明は、前記樹脂または樹脂との混和物が、少なくともチキソトロピックな成分を含むことを特徴とする線輪部品である。
【００４１】
また、本発明は、前記巻線内包絶縁物が少なくともチキソトロピックな成分を含む絶縁非磁性粉と樹脂の混和物で均一含浸され、固化または硬化して得られたものであることを特徴とする線輪部品である。
【００４２】
また、本発明は、前記磁性体粉末は、軟磁性体粉末からなることを特徴とする線輪部品である。
【００４３】
また、本発明は、前記磁性体粉末は、少なくとも軟磁性体粉末を含むことを特徴とする線輪部品である。
【００４４】
また、本発明は、前記軟磁性粉末は、少なくともＦｅ−Ｓｉ系粉末を含むことを特徴とする線輪部品である。
【００４５】
また、本発明は、前記Ｆｅ−Ｓｉ系粉末における平均Ｓｉ含有量は１１．０重量％以下（０重量％を含まず）であることを特徴とする線輪部品である。
【００４６】
また、本発明は、前記軟磁性粉末は、少なくともＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系粉末を含む、ことを特徴とする線輪部品である。
【００４７】
また、本発明は、前記Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系粉末における平均Ｓｉ含有量は１１．０重量％以下（０重量％を含まず）であり、平均Ａｌ含有量は７．０重量％以下（０重量％を含まず）であることを特徴とする線輪部品である。
【００４８】
また、本発明は、前記軟磁性粉末は、少なくともＦｅ−Ｎｉ系粉末を含むことを特徴とする線輪部品である。
【００４９】
また、本発明は、前記Ｆｅ−Ｎｉ系粉末における平均Ｎｉ含有量は３０．０重量％以上８５．０重量％以下であることを特徴とする線輪部品である。
【００５０】
また、本発明は、前記軟磁性粉末は、少なくともアモルファス粉末を含むことを特徴とする線輪部品である。
【００５１】
また、本発明は、前記軟磁性粉末は、少なくともカルボニール鉄粉末を含むことを特徴とする線輪部品である。
【００５２】
また、本発明は、前記より小径の第２の磁性体粉末または非磁性体粉末は少なくとも略球状粉末を含むことを特徴とする線輪部品である。
【００５３】
また、本発明は、特定透磁率磁芯部材が前記磁芯に埋設された線輪部品であって、前記特定透磁率磁芯部材は、トロイダルテストピースに均一な巻線をした系における７．９６ｋＡ／ｍの磁界中の比透磁率μｄｃが１以上であることを特徴とする線輪部品である。
【００５４】
また、本発明は、特定透磁率磁芯部材が前記磁芯に埋設された線輪部品であって、前記特定透磁率磁芯部材は、トロイダルテストピースに均一な巻線をした系における３．９８ｋＡ／ｍの磁界中の比透磁率μｄｃが１以上であることを特徴とする線輪部品である。
【００５５】
また、本発明は、前記磁芯の中の一部分に比透磁率μｄｃが１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。
【００５６】
また、本発明は、前記磁芯の中の一部分に磁性体加工部品が埋設されたことを特徴とする線輪部品である。
【００５７】
また、本発明は、保持ケースを更に備え、前記混和物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】
【００５８】
当該線輪部品において巻線は、少なくとも絶縁体にて端部を除き包囲されていることから、耐電圧特性及び耐不要パルス電流性能に優れており、且つ、それを少なくとも磁性体粉末を含む粉末と樹脂との混和物からなる磁芯内部に埋設し、巻線の動きが固定されている。その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。
【００５９】
第１の磁性体粉末とより小径の第２の磁性体粉末と樹脂との混和物を硬化させた磁芯で、各磁界Ｈ０＝５Ａ／ｍ（初透磁率）、Ｈ１＝１５．９２ｋＡ／ｍ、Ｈ２＝３１．８４ｋＡ／ｍでの比透磁率μ（Ｈ０）＝４３．４、μ（Ｈ１）＝２２．４、μ（Ｈ２）＝１８．９の値が得られた。
【００６０】
また、磁性粉末とより小径の非磁性体粉末と樹脂との混和物を硬化させた磁芯で、各磁界Ｈ０＝５Ａ／ｍ（初透磁率）、Ｈ１＝１５．９２ｋＡ／ｍ、Ｈ２＝３１．８４ｋＡ／ｍ、Ｈ３＝７９．６ｋＡ／ｍでの比透磁率μ（Ｈ０）＝１２．７、μ（Ｈ１）＝１２．１、μ（Ｈ２）＝１１．１、μ（Ｈ３）＝７．６の値が得られた。
【００６１】
さらに、ナノシリカを添加してチキソトロピックな性質を付与した混和物を硬化させた磁芯で、各磁界Ｈ０＝５Ａ／ｍ（初透磁率）、Ｈ１＝１５．９２ｋＡ／ｍ、Ｈ２＝３１．８４ｋＡ／ｍ、Ｈ３＝７９．６ｋＡ／ｍでの比透磁率μ（Ｈ０）＝１３．７、μ（Ｈ１）＝１３．２、μ（Ｈ２）＝１２．０、μ（Ｈ３）＝９．０の値が得られた。また、チキソトロピックな性質を付与することにより、沈降による上部と下部との密度差が無くなり、振動注型時の１次粒子、２次、３次粉末の再配列、高充填および均一分散が可能になった。
【００６２】
従来、閉磁路の磁芯は、低磁界で高透磁率を得るため、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、工業化の為には、大規模かつ高価な設備、金型に対する投資が必要となる。我々は、これを避けるため、常圧や減圧下で、流動性を持つ複合磁性体を使い、直接注型する実施例を示した。特に磁性体粒子と別な小径粒子群とを樹脂に混合し、スラリー化し、減圧下での注型を行ない、適した成分による高充填によって、従来の閉磁路の磁芯で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
においてより高い透磁率を得る事ができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６３】
本発明の実施の形態による磁芯は樹脂と磁性体を含む粉末との混和物からなるものである。詳しくは、混和物による磁芯は、当該混和物を注型してなる注型品である。ここで線輪部品のサイズが大きい場合、固化または硬化時の製造過程の環境配慮および省エネを考える必要がある、特に当該コイル部品が一定以上の高さを有する場合を考慮すると、溶剤を加えることなく注型できるような混和物が得られる樹脂材料を用いることが好ましい。
【００６４】
この混和物により、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の全部もしくは一部が埋設するように、注型して、磁芯を形成することにより線輪部品が製造される。
【００６５】
混和物を構成する磁性体粉末は軟磁性粉末、詳しくは、Ｆｅ系の軟磁性磁性体粉末であることが望ましい。更に具体的には、軟磁性磁性体粉末は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０．０重量％以上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０．０重量％以上１１．０重量％以下であり、平均Ａｌ含有量は好ましくは０．０重量％以上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。
【００６６】
特に、本実施の形態による磁性体粉末としては略球状の粉末が用いられている。このように略球状の磁性体粉末を用いると、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粒径（平均粒径Ｄ50）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。
【００６７】
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。
【００６８】
具体的な、実証モデルとして、磁性粉末を熱硬化性エポキシ樹脂に混合しスラリー化し減圧下で所定のケースに注型する方式を採用した。この中で使用する磁芯用のスラリーにおいて、磁性体粉末の高充填および高重畳特性を得るための（１）磁性体粒度の最適化、（２）無磁性粉の選定を行なった。バインダ樹脂の選定は、主剤と硬化剤の組み合わせで、低粘度（８０℃、７０ｍＰａｓ以下）を選定した。即ち、低粘度エポキシ中で磁性粉末を高充填、均一分散させることで、複合磁性材料の作製を行った。
【００６９】
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。本実施例では、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。
【００７０】
なお、第１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。即ち複合磁性材料における粉体間のバインダとして働く樹脂がいずれも対象となる。
【００７１】
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。注型方式を選択する場合には、試作費や設備投資の金額を抑制することができる。我々は、一つの手段として、流動性を持つコンポジット（複合）磁性体を用い、製品ケースまたは離けい性ケースに対し、直接注型する方式を選定した。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、充分な特性の巻線内包型線輪部品を提供できる。
【００７２】
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
【００７３】
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、初期透磁率を若干大きくするために、磁性体粉末の表面に高透磁率薄膜層を形成することとしても良い。ここで、高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透磁率薄膜を形成する場合は、形成された高透磁率薄膜上に絶縁層をコーティングすることとする。
【００７４】
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。非磁性対粉末としては、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。
【００７５】
次に、粉末選定の実施形態を示す。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。
【００７６】
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の離けい性のシリコーン型に注型し、その後１１５°Ｃ、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ターンの巻き線をし、その直流電流重畳特性を確認した。粘度計（HADV-1+、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。
【００７７】
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る。
【００７８】
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、１５０μｍ以上の粉末と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累積粒度分度と度数分布とを、図１、図２に示す。
【００７９】
粒径が１５０μｍ以上の粉末、粒径が７５から１５０μｍの粉末のいずれも、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。
【００８０】
図２に示すように、母粉末は、Ｄ25＝１１０μｍピークの分布とＤ75＝２３０μｍピークの分布との分布和として考えることができる。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
本発明は、数百ｋＨｚ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したい。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。
【００８４】
表皮深さδｍｍ＝（２／（２πｆμσ））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、Ｄ90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、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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
【表１】
2008187119.tif 000002
【００９０】
３種類の配合の結果、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。
【００９１】
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。
【００９２】
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での磁芯の透磁率を上げることができる。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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Ｄ  ＝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。
【表２】
2008187119.tif 000003
【００９８】
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、透磁率は、Ａ領域の試料Ｎｏ．４でμ（Ｈ３）＝７．６の値が得られる。
【００９９】
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、より高い透磁率を示すことがわかる。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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）
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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、これによりチク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。
【０１０９】
【表３】
2008187119.tif 000004
【０１１０】
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、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。
【０１１１】
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。、
【０１１２】
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。
【０１１３】
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、透磁率も改善できる。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
本実施の形態においては、注型用容器の形状を選択するだけで、高磁界において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。
【０１１９】
さらに、注型用容器内に特定透磁率磁芯部材を配置して、混和物を注型することにより、特定透磁率磁芯部材を一部に組み込んだ複合磁性体による磁芯を形成することができる。
【０１２０】
例えば、７．９６ｋＡ／ｍ磁界中の比透磁率μｄｃが２０の混和物による磁芯の中の一部分に特定透磁率磁芯部材を配置する。ここで７．９６（ｋＡ／ｍ）磁界中の比透磁率μｄｃが３０であるような特定透磁率磁芯部材からなる全磁芯体積の半分の円柱状磁芯を組み込むと組み込まれた磁芯の７．９６ｋＡ／ｍ磁界中の比透磁率は、２０から２３に上昇する。
【０１２１】
同様に、例えば、３．９８ｋＡ／ｍ磁界中の比透磁率μｄｃが２０の混和物による磁芯の中の一部分に特定透磁率磁芯部材を配置する。ここで３．９８ｋＡ／ｍ磁界中の比透磁率μｄｃが７０であるような特定透磁率磁芯部材からなる全磁芯体積の半分の円柱状磁芯を組み込むと、組み込まれた磁芯の３．９８ｋＡ／ｍ磁界中の比透磁率は、２０から３０に上昇する。
【０１２２】
さらに、比透磁率μｄｃ＝１の特定透磁率磁芯部材が磁路の一部に挿入されると、巻線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。この場合の特定透磁率磁芯部材に用いる樹脂は、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。より透磁率の低い特定透磁率磁芯部材も、例えば、巻線内包絶縁物に用いる絶縁樹脂と同じ樹脂、もしくは、同じ樹脂に非磁性フィラーを混ぜたものを用いることが望ましい。また、高磁気抵抗部材は、例えば、巻線内包絶縁物に用いる絶縁樹脂とと同じ樹脂に対して所定量（結果として高磁気抵抗部材の磁気抵抗が混和物よりも高くなる程度の量）の磁性体粉末を混ぜたもので形成すると良い。
【０１２３】
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、透磁率が１以上かつ形状を適宜選択すればよい。即ち、特定透磁率磁芯部材を内包するような形態を簡単に成形できる。磁芯形状については任意の形状が選択可能ではあるが、理論上は、磁路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い。このような均一磁路形状は、漏れ磁束低減と透磁率の確保の点で有利に働く。
【０１２４】
また、巻線に関し、本発明の巻線内包絶縁物と磁芯の一体構成は、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。このため本発明の場合は、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。
【０１２５】
本発明の線輪部品は、型に巻線内包絶縁物や特定透磁率磁芯部材を配置して、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、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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
上記のようなケースを備え、巻線内包絶縁物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。
【０１２８】
Ollendorffの近似式によれば、直流透磁率μｄｃは、個々の粒子の反磁界係数Ｎと、体積充填率ηとの関数で、数１のように示せる。
【０１２９】
【数１】
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数１の右辺の材料透磁率μについては、６．５％Ｓｉ−Ｆｅ多結晶材のμ＝２３０００を用いた。
【０１３０】
次に、スーパーＥコア（０．１ｍｍ箔帯を用いた積層コアで磁気ギャップを設けたもの）、圧粉ダストコア、本発明の磁性粉と樹脂の複合磁芯の各々における個々の粒子の反磁界係数Ｎを上記近似式を用いて計算した。その結果を表４に示す。本発明の磁性粉と樹脂の複合磁芯は磁性粉末の配合品と、ナノシリカと非磁性粉末の配合品について、反磁界係数を計算した。
【０１３１】
【表４】
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【０１３２】
このように原料が、同じ６．５％Ｓｉ−Ｆｅ多結晶材であっても、個々の粒子の反磁界係数Ｎが小さいほど、透磁率が大きな値を示す。球形状の反磁界係数は、理論上は１／３であるが、計算データの方が低い値を示している。計算値の方が低い理由は、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とに起因すると推定される。本実施例では、計算値の反磁界係数が０．１２以下であるが、製品形状や工程能力を含めて検討すると、本願発明では半磁界係数の範囲はＮ＜＝０．４が望ましいと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【図１】母粉末の体積基準の累積粒度分度。
【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。
【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・粘度曲線の類似系を示す。
【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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