(57)【要約】【課題】チョークコイル等インダクタンス部品の小型化及び高周波帯域で使用可能な優れた磁気特性を有する複合軟磁性材料を提供する。【解決手段】金属軟磁性材と高固有抵抗物質からなり、高固有抵抗物質は金属軟磁性材を互いに独立させ且つ連続体である組織を呈する複合軟磁性材料であり、金属軟磁性材と高固有抵抗物質の構成元素からなる粉末を成形・焼結あるいは溶解・鋳造により得られる複合軟磁性材料であり、渦電流損失を低減し且つ高充填率化が図られ優れた軟磁気特性を有するものである。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属軟磁性材と高固有抵抗物質からなり、高固有抵抗物質は金属軟磁性材を互いに独立させ且つ連続体である組織を呈する複合軟磁性材料であって、前記金属軟磁性材と高固有抵抗物質の構成元素からなる粉末を成形・焼結して形成した複合軟磁性材料。
【請求項２】
金属軟磁性材と高固有抵抗物質からなり、高固有抵抗物質は金属軟磁性材を互いに独立させ且つ連続体である組織を呈する複合軟磁性材料であって、溶解・鋳造して形成した複合軟磁性材料。
【請求項３】
金属軟磁性材がＦｅ系、ＦｅＮｉ系、ＦｅＮｉＭｏ系、ＦｅＳｉ系およびＦｅＳｉＡｌ系のうち少なくとも一種から選ばれた請求項１または２のいずれかに記載の複合軟磁性材料。
【請求項４】
高固有抵抗物質が金属軟磁性材の構成元素から選ばれた少なくとも一種と、Ｂ、Ｐ、Ｓのうち少なくとも一種から形成された請求項１または２のいずれかに記載の複合軟磁性材料。
【請求項５】
金属軟磁性材の充填率が体積換算で９５％以上である請求項１または２のいずれかに記載の複合軟磁性材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコイル、チョークコイル、トランスあるいはその他のインダクタンス部品に用いられる複合軟磁性材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器の小型・薄型化に伴い、これらに用いられる部品やデバイスにも必然的に小型・薄型化することが強く求められている。
【０００３】
一方、ＣＰＵなどのＬＳＩは高集積化してきており、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。
【０００４】
従って、これらに用いられるチョークコイル等のインダクタンス部品においても、小型化要求とともに直流重畳によるインダクタンスの低下が少ないことが必要とされている。
【０００５】
また、電子機器の高性能化のために使用周波数が高周波化しており、高周波帯域における損失を低くすることが求められている。すなわち、大電流、高周波領域で使用可能であり、かつ小型・薄型化したインダクタンス部品を実現することが求められている。
【０００６】
これらインダクタンス部品に用いられる磁性材料としてはフェライト軟磁性材料や金属軟磁性材料が挙げられる。
【０００７】
しかし、フェライト軟磁性材料は金属軟磁性材料に比べて飽和磁束密度が低いことから、磁気飽和によるインダクタンスの低下が大きくなり、直流重畳特性が悪い。そのため、フェライトコアの磁路を妨げる垂直方向に磁気ギャップを設け、見掛けの透磁率を下げて使用することが行われている。
【０００８】
しかしながら、このような磁気ギャップはノイズ音の発生源となる。また、透磁率を下げても飽和磁束密度は低いままであることから、直流重畳特性は金属軟磁性材料より悪いといった問題点が有る。
【０００９】
一方、金属軟磁性材料はフェライト材料に比べて飽和磁束密度が著しく大きく、直流重畳特性は良いが電気抵抗が低いために数百ｋＨｚ〜ＭＨｚの高周波域では渦電流損失が大きくなることから、そのままでは使用できない。そのために粉末化した金属軟磁性材料を用い、金属軟磁性粉の粒子間絶縁処理を施し、加圧成形して圧粉磁芯（ダストコア）として使用されている。この圧粉磁芯の良好な磁気特性を得るためには金属軟磁性粉の充填率を高める必要があり、ＦｅＮｉ系合金粉末を用いた圧粉磁芯において、高充填率化を目的として加圧成形後の成形体を非酸化性雰囲気中で熱処理し、次に熱硬化性樹脂を含浸させてから加熱して樹脂を硬化させる方法により、体積換算で８９％程度の充填率を達成する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１０】
また、焼結体による磁芯の磁性材料としてはカルボニル鉄粉にＮａ２Ｏ，Ａｌ２Ｏ３，ＳｉＯ２，Ｋ２Ｏ，ＣａＯ等の酸化物粉末を混合、成形した後焼結体とする方法が電気抵抗及び飽和磁束密度の向上を目的として提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【００１１】
【特許文献１】
特開平５−２１７７７８号公報
【特許文献２】
特開平９−１７６７７９号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、より高性能化を図るために体積換算で９５％を超える圧粉磁芯の高充填率化の実現と、より高い温度での焼鈍処理も困難となっている。またカルボニル鉄粉を用いる焼結法では微粉を扱うことから取り扱いが煩雑となり生産性に課題を有するものであった。
【００１３】
本発明は上記従来の技術における課題を解決し、高周波帯域で優れた直流重畳特性と低いコア損失特性を有する複合軟磁性材料を実現するものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の請求項１に記載の発明は、金属軟磁性材と高固有抵抗物質からなり、高固有抵抗物質は金属軟磁性材を互いに独立させ且つ連続体である組織を呈する複合軟磁性材料であって、前記金属軟磁性材と高固有抵抗物質の構成元素からなる粉末を成形・焼結して形成した複合軟磁性材料であり、渦電流損失を低減し且つ高充填率化が図られた軟磁気特性を有する複合軟磁性材料を実現することができる。
【００１５】
本発明の請求項２に記載の発明は、金属軟磁性材と高固有抵抗物質からなり、高固有抵抗物質は金属軟磁性材を互いに独立させ且つ連続体である組織を呈する複合軟磁性材料であって、溶解・鋳造して形成した複合軟磁性材料であり、渦電流損失を低減し且つ高充填率化が図られ優れた軟磁気特性を有する複合軟磁性材料を実現することができる。
【００１６】
本発明の請求項３に記載の発明は、金属軟磁性材がＦｅ系、ＦｅＮｉ系、ＦｅＮｉＭｏ系、ＦｅＳｉ系およびＦｅＳｉＡｌ系のうち少なくとも一種から選ばれた請求項１または２のいずれかに記載の複合軟磁性材料であり、優れた軟磁気特性を有する複合軟磁性材料を実現することができる。
【００１７】
本発明の請求項４に記載の発明は、高固有抵抗物質が金属軟磁性材の構成元素から選ばれる少なくとも一種と、Ｂ、Ｐ、Ｓのうち少なくとも一種から形成された請求項１または２のいずれかに記載の複合軟磁性材料であり、渦電流損失を低減し、低いコア損失を有する複合軟磁性材料を実現することができる。
【００１８】
本発明の請求項５に記載の発明は、金属軟磁性材の充填率が体積換算で９５％以上である請求項１または２のいずれかに記載の複合軟磁性材料であり、優れた軟磁気特性を有する複合軟磁性材料を実現することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の複合軟磁性材料について実施の形態を用いて説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１により請求項１、３〜５の発明について説明する。
【００２１】
優れた軟磁気特性の実現を目的として鋭意検討を行った結果、本発明における金属軟磁性材構成元素と固溶しにくく、化合物を形成し且つ固有抵抗の高いＢ、Ｓ、Ｐの少なくとも一種と、本発明における金属軟磁性材構成元素より構成される粉末を用いて加圧成形を行って成形体とした後焼結させることにより、高い充填率の実現と金属軟磁性材の周囲をＢ、Ｓ、Ｐの少なくとも一種よりなる高固有抵抗物質が取り囲んだ組織を実現するに至った。形成された高固有抵抗物質は金属軟磁性材を互いに独立させ、且つ連続体である組織を呈するために渦電流損失を低減することができる。またＢ、Ｓ、Ｐは本発明の金属軟磁性材の構成元素とほとんど固溶しないことから金属軟磁性材の保有する良好な軟磁気特性を阻害しないことが分かった。
【００２２】
本発明に用いられる粉末の作成方法としては特に限定されるものではなく、水アトマイズ、ガスアトマイズ等各種アトマイズ法や溶解鋳造より作成したインゴットを粉砕して所定の粒径としても良い、また超急冷法より作成した簿帯をそのままあるいは所定粒径に粉砕して用いても良い。
【００２３】
また、本発明における成形方法は特に限定されるものではなく、通常の加圧成形や加熱下での加圧成形等があげられる。特に加熱下での加圧成形を行う場合には成形後の焼結工程を同時に行うことも可能である。
【００２４】
次に、本発明における焼結工程は非酸化性雰囲気で行うことが望ましく、６００℃以上１４５０℃以下で行うことが望ましい。６００℃より低いと十分に焼結させることが困難であり、緻密な焼結体とすることが難しい。また１４５０℃を超えるとほぼ液相状態となるため成形した形状を維持することが困難となる。
【００２５】
また、本発明における高固有抵抗物質により独立された金属軟磁性材の平均粒径は５〜１００μｍの範囲とすることが望ましい。５μｍより小さいと高透磁率化が難しく、１００μｍを超えると渦電流損失が大きくなってしまうからである。
【００２６】
さらに、本発明においては焼結工程以外に熱処理工程を行う場合もある。例えば本発明における焼結体において組織が不均一であり、金属軟磁性材の平均粒径が前記範囲からはずれる場合、あるいは高固有抵抗物質の連続性が不十分であるときには高固有抵抗物質の分解温度以上で熱処理をして十分に均一化を行った後冷却して高固有抵抗物質を析出させて金属軟磁性材の平均粒径を調整したり、あるいは高固有抵抗物質の連続性を十分に確保することが可能である。
【００２７】
またこのとき、高固有抵抗物質を十分に析出させるために、さらに高固有抵抗物質の分解温度より低い温度で熱処理を行うことも可能である。また組織制御のために急冷することも可能である。
【００２８】
さらに、高固有抵抗物質を十分に析出させて連続性を確保したり、あるいは低下した結晶性を高める目的で急冷後に高固有抵抗物質の分解温度より低い温度で熱処理を行うことも可能である。
【００２９】
また、粉末組成の均一性を高めるために溶解鋳造で作成したインゴットの熱処理を行った後粉砕して粉末としても良い。
【００３０】
以上説明してきた上記の熱処理は目的に応じて適宜行えば良い。
【００３１】
本発明におけるＢ、Ｓ、Ｐより選ばれる少なくとも一種の元素の含有量としては０．１〜１０ｗｔ％の範囲とすることが望ましい。０．１Ｗｔ％より少ないと高固有抵抗物質が金属軟磁性材を独立させ且つ連続体である組織を実現することが難しく、１０ｗｔ％を超えると金属軟磁性材の充填率が体積換算で９５％以上とすることが困難となる。
【００３２】
本発明における金属軟磁性材はＦｅ系、ＦｅＮｉ系、ＦｅＮｉＭｏ系、ＦｅＳｉ系、ＦｅＳｉＡｌ系から選ばれる少なくとも一種であり、これら金属軟磁性材は飽和磁束密度、透磁率ともに高く優れた軟磁気特性を示すものであり、主組成に対し微量の不純物あるいは添加物が含まれたとしても同様の効果を示すことはいうまでもない。
【００３３】
以下に、本発明の実施例を説明する。
【００３４】
各種アトマイズ法により、（表１）に示す組成、粒径の金属軟磁性材の粉末を作成した。得られた粉末を用いて１〜１０ｔｏｎ／ｃｍ２の範囲で加圧成形してトロイダル形状の成形体とした後、Ａｒ雰囲気中にて（表１）に示す温度で熱処理を行い焼結体を得た。得られたサンプルについて直流重畳、コア損失について評価を行った。直流重畳については、印加磁場５０Ｏｅ、周波数１００ｋＨｚにおける透磁率をＬＣＲメータにて測定して評価し、コア損失は交流Ｂ−Ｈカーブ測定機を用いて測定周波数１００ｋＨｚ、測定磁束密度０．１Ｔで測定を行った。またＳＥＭ観察及び密度測定を行い、金属軟磁性材の平均粒径及び充填率を算出した。その評価結果を（表１）に示す。
【００３５】
【表１】
2004327762.tif 000002
【００３６】
（表１）の結果より、本発明の範囲において良好な直流重畳特性、低いコア損失を示すことがわかる。
【００３７】
次に、溶解鋳造により組成が重量％で４７．５Ｆｅ５０Ｎｉ２．５Ｓのインゴットを作成した。得られたインゴットを粉砕して平均粒径１００μｍ程度の粉末としたのち６ｔｏｎ／ｃｍ２にて加圧成形してトロイダル形状の成形体を作成した。得られた成形体を加熱部と冷却部の２槽より構成されている炉を用いて、まず加熱部においてＡｒ雰囲気中で１１００℃、３０分間の熱処理をして焼結させた後、冷却部においてＡｒガスを吹き付けて急冷を行った。その後Ａｒ雰囲気中にて６２５℃にて１時間熱処理を行いサンプルを得た。
【００３８】
得られたサンプルについて直流重畳、コア損失について評価を行った。直流重畳特性、コア損失特性、ＳＥＭ観察及び密度測定を上記と同じ方法で行い、金属軟磁性材の平均粒径及び充填率を算出した。その評価結果は透磁率；７０、コア損失；５９０ｋｗ／ｍ３、平均粒径；５．２μｍ、充填率；９９．１％であった。上記結果より、本発明の実施例の範囲において良好な直流重畳特性、低いコア損失を示すことがわかる。
【００３９】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２により請求項２に記載の発明について説明する。
【００４０】
本発明においては溶解鋳造後熱処理工程を行う場合もある。
【００４１】
例えば、溶解鋳造により得られたサンプルにおいて組織が不均一であり、金属軟磁性材の平均粒径が前記範囲からはずれる場合、あるいは高固有抵抗物質の連続性が不十分である場合等においては高固有抵抗物質の分解温度以上で熱処理して十分に均一化を行った後冷却し、高固有抵抗物質を析出させて金属軟磁性材の平均粒径を調整する、あるいは高固有抵抗物質の連続性を十分に確保することが可能である。
【００４２】
このとき、高固有抵抗物質を十分に析出させるため、さらに高固有抵抗物質の分解温度より低い温度で熱処理を行うことも可能である。
【００４３】
また、組織制御のために溶解鋳造後の熱処理時の冷却過程において急冷することも可能である。急冷した場合においても、さらに高固有抵抗物質を十分に析出させて連続性を十分確保するため、あるいは急冷処理により低下した結晶性を高める等の目的で、急冷後高固有抵抗物質の分解温度より低い温度で熱処理を行うことも可能である。これらの熱処理は目的に応じ適宜行えば良い。
【００４４】
以下に本発明の実施例を説明する。
【００４５】
溶解鋳造により（表２）に示す組成のインゴットを作成した。得られたインゴットを（表２）に示す条件にてＡｒ雰囲気にて熱処理を行った後トロイダル形状に加工してサンプルを得た。
【００４６】
得られたサンプルについて直流重畳、コア損失について測定評価した。測定／評価方法は実施の形態１と同じ方法にて行った。
【００４７】
また、ＳＥＭ観察及び密度測定を行い、金属軟磁性材の平均粒径及び充填率を算出した。その評価／測定結果を（表２）に示す。
【００４８】
【表２】
2004327762.tif 000003
【００４９】
（表２）の結果より、本発明の実施例の範囲において高い金属軟磁性材の充填率を実現するとともに良好な直流重畳特性、低いコア損失を示すことがわかる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば高周波帯域で優れた直流重畳特性、低いコア損失特性を示す複合磁性材料を実現することにより、小型化、高周波化が図れるインダクタンス部品を提供することが可能となる。