(57)【要約】【課題】優れたコアロス特性と直流重畳特性を有する、安価な磁芯およびそれを用いたインダクタンス部品を提供する。【解決手段】磁路の少なくとも１箇所以上にギャップを有する磁芯であって、そのギャップに固有保磁力が２０×７９ｋＡＴ／ｍ（２０ｋＯｅ）以上、キュリ温度Ｔｃが３００℃以上の粉末平均粒径が２．５〜５０μｍの希土類磁石粉末と樹脂からなるボンド磁石を挿入し、前記ギャップにＳｍ（Ｆｅ０．１５〜０．２５Ｃｕ０．０６〜０．０８Ｚｒ０．０２〜０．０３ＣｏＢａｌ）７．０〜８．５の組成を有する粉末平均粒径が２．５〜５０μｍのＳｍＣｏ磁石粉末と樹脂からなるボンド磁石が挿入された磁芯とする。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁路の少なくとも１箇所以上にギャップを有する磁芯であって、そのギャップに固有保磁力が２０×７９ｋＡＴ／ｍ（２０ｋＯｅ）以上、キュリ温度が８００℃以上の粉末平均粒径が２．５〜５０μｍの希土類磁石粉末と樹脂からなるボンド磁石を挿入することを特徴とする磁芯。
【請求項２】
前記希土類磁石粉末は、組成式がＳｍ（ＦｅｘＣｕｙＺｒｚＣｏ１−ｘ−ｙ−ｚ）γであって、０．１５≦ｘ≦０．２５，０．０６≦ｙ≦０．０８，０．０２≦ｚ≦０．０３，７．０≦γ≦８．５で示される組成を有していることを特徴とする磁芯。
【請求項３】
前記ボンド磁石は、樹脂量が体積比で２０％以上からなり比抵抗が１Ωｃｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の磁芯。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の磁芯と、前記磁芯に巻かれた少なくとも１ターン以上の巻線とで構成されることを特徴とするインダクタンス部品。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチング電源などに使用されるチョークコイル用及びトランス用磁芯に好適な磁芯およびそれを用いたインダクタンス部品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
チョークコイル用及びトランス用磁芯には、良好な直流重畳特性が求められており、高周波用の磁芯には、フェライトや圧粉磁芯が使用されている。フェライト磁芯は、初透磁率が高く飽和磁束密度が小さい、圧粉磁芯は、初透磁率が低く飽和磁束密度が高い、という材料物性に由来した特徴がある。従って、圧粉磁芯は、トロイダル形状で用いられることが多く、フェライトは、例えばＥ型コアの中足にギャップを挿入してＥＥコアで用いられることが多い。
【０００３】
しかし、近年の電子機器の小型化の要請に伴う電子部品の小型化の要求により、インダクタンス部品に対して大きな重畳磁界における、高い透磁率が強く求められている。一般に、直流重畳特性を向上させるためには、飽和磁化の高い磁芯を選択する事、つまり高磁界で磁気飽和しない磁芯の選択が必須とされている。
しかし、飽和磁化は材料の組成で必然的に決まるものであり、無限に高く出来るものではない。そのため、従来の直流重畳特性を向上させる手段は、わずかな飽和磁化の向上に多大な労力が費やされている割には、直流重畳特性は期待されている程、伸びていないのが現状であった。
【０００４】
その解決手段として、磁路の一箇所以上にギャップを挿入し、そのギャップに永久磁石を挿入する事が従来から検討されてきた。この方法は、直流重畳特性を向上させるには優れた方法であるが、一方で金属焼結磁石を用いると磁芯のコアロスの増大が著しく、またフェライト磁石を用いると重畳特性が安定しないなどとても実用に耐え得るものではなかった。これらを解決する手段として、例えば、特許文献１では、永久磁石として保磁力の高い希土類磁石粉末とバインダーとを混合し圧縮成形したボンド磁石を挿入することが示されており、直流重畳特性とコアの温度上昇が改善されたことが示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５０−１３３４５３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、近年、電源に対する電力変換効率向上の要求は、ますます厳しくなっており、チョークコイル用及びトランス用のコアについても、単にコア温度を測定するだけでは優劣の判断が困難なレベルとなっている。そのため、コアロス測定装置による測定結果の判断が不可欠であり、実際、本発明者等が検討を行った結果、特許文献１に示された低抗率の値では、コアロス特性が劣化する事が明らかになった。
【０００７】
そこで我々は、ギャップに挿入する永久磁石として、１０×７９ｋＡＴ／ｍ（１０ｋＯｅ）以上の固有保磁力、８００℃以上のキュリ温度Ｔｃ、１．０Ω・ｃｍ以上の比抵抗の永久磁石を挿入することで、コアロスを低下させることなく、良好な直流重畳特性が得られることを発見している。
【０００８】
しかしながら、これらの特性値以上の要求があり、信頼性、コアロス特性、重畳特性において更なる向上を目指すためには、ギャップに挿入する永久磁石の高保磁力と高残留磁束密度、高キュリ温度Ｔｃを合わせ持つ、磁石の開発が必要である。
【０００９】
本発明の課題は、上記問題点に鑑み、優れたコアロス特性と直流重畳特性を有する、安価な磁芯およびそれを用いたインダクタンス部品を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を達成するべく挿入する永久磁石について検討した結果、磁石の比抵抗が１．０Ω・ｃｍ以上の永久磁石を使用した時優れた直流重畳特性が得られ、しかもコアロス特性の劣化が生じない磁芯を形成できる事を見出した。優れた直流重畳特性を得るのに必要な磁石特性は、エネルギー積よりもむしろ固有保磁力であること見出した。
【００１１】
比抵抗が高く、しかも固有保磁力が高い磁石は、一般的には希土類磁石粉末をバインダーとともに混合して成形した希土類ボンド磁石で得られる。希土類磁石粉末の種類は、ＳｍＣｏ系、ＮｄＦｅＢ系、ＳｍＦｅＮ系とあるが、リフロー条件及び耐酸化性を考慮すると、キュリ温度Ｔｃが８００℃以上、保磁力が２０×７９ｋＡＴ／ｍ（２０ｋＯｅ）以上の磁石は現状ではＳｍ２Ｃｏ１７系磁石に限定される。
【００１２】
そこで、我々は、Ｓｍ２Ｃｏ１７系磁石の検討を行った結果、Ｓｍ（Ｆｅ０．１５〜０．２５Ｃｕ０．０６〜０．０８Ｚｒ０．０２〜０．３３Ｃｏ０．６４〜０．７７）７．０〜８．５の組成を有する磁石において、キュリ温度Ｔｃが８００℃以上、保磁力が２０×７９ｋＡＴ／ｍ（２０ｋＯｅ）以上の高特性な磁石を見出した。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態による磁芯およびそれを用いたインダクタンス部品について、以下に説明する。
【００１４】
チョークコイル用及びトランス用磁芯としては、軟磁気特性を有する材料であればなんでも有効であるが、一般的には、ＭｎＺｎ系又はＮｉ−Ｚｎ系フェライト、圧粉磁芯、珪素鋼板、アモルファス等が用いられる。また、磁芯の形状についても特に制限があるわけではなく、トロイダルコア、ＥＥコア、ＥＩコア等あらゆる形状の磁芯に本発明の適用が可能である。これらコアの磁路の少なくとも１箇所以上にギャップを設け、そのギャップに永久磁石を挿入する。ギャップ長に特に制限はないが、ギャップ長が狭すぎると直流重畳特性が劣化し、またギャップ長が広すぎると透磁率が低下しすぎるので、おのずから挿入するギャップ長は決まってくる。
【００１５】
次に、ギャップに挿入される永久磁石に対する要求特性は、固有保磁力については信頼性の確保とヒステリシス損失を押えるため２０×７９ｋＡＴ／ｍ（２０ｋＯｅ）以上の保磁力が必要であり、また比抵抗は大きいほど良いが１．０Ω・ｃｍ以上であれば渦電流損失劣化の大きな要因にはならない。粉末の平均最大粒径が５０μｍ以上になるとコアロス特性が劣化するので、粉末の最大粒径は５０μｍ以下である事が望ましく、最小粒径が２５μｍ以下になると粉末熱処理及びリフロー時に粉末の酸化による磁化の減少が顕著になるため２．５μｍ以上の粒径が必要で有る。
【００１６】
本発明の実施の形態による磁芯は、磁路の少なくとも１箇所以上にギャップを有する磁芯であって、前記ギャップに固有保磁力が２０×７９ｋＡＴ／ｍ（２０ｋＯｅ）以上、キュリ温度が３００℃以上の粉末平均粒径が２．５〜５０μｍの希土類磁石粉末と樹脂からなるボンド磁石を挿入した構成である。前記ギャップにＳｍ（Ｆｅ０．１５〜０．２５Ｃｕ０．０６〜０．０８Ｚｒ０．０２〜０．０３Ｃｏ０．６４〜０．７７）７．０〜８．５の組成を有する粉末平均粒径が２．５〜５０μｍのＳｍＣｏ磁石粉末と樹脂からなるボンド磁石を挿入し、前記ボンド磁石は、樹脂量が体積比で２０％以上からなり比抵抗が１Ωｃｍ以上である。
【００１７】
また、本発明の実施の形態によるインダクタンス部品は、前記磁芯と、磁芯に巻かれた少なくとも１ターン以上の巻線とで構成されるインダクタンス部品である。
【００１８】
【実施例】
本発明の磁芯およびそれを用いたインダクタンス部品の実施例について、以下に説明する。
【００１９】
（実施例１）
実施例１による磁芯は、以下に、Ｓｍ（Ｆｅ０．２ＣｕｙＺｒ０．０２８ＣｏＢａｌ）８．３のＣｕ量：ｙを変化させた試料を作製し、それをＳｍ−Ｃｏボンド磁石の特性を測定し、比較を行った例を示す。
【００２０】
Ｃｕ量：ｙの異なる試料（ｙ＝０．０３〜０．０９：計７個）を高周波溶解炉で作製し、その後、焼結を１２１５℃で３時間、溶体化を１１９５℃で１５時間、時効をそれぞれ８００℃で４０時間行った。その後、金属棒で粉砕し２５０μｍ以下に分級を行った。
【００２１】
これらのＳｍ−Ｃｏ磁石粉末に１０ｗｔ％に当たる量のバインダー（エポキシ樹脂）を混合した後、無磁場中で金型成形を行い、その後、１５０℃で３０分乾燥を行って形成した。
【００２２】
作製条件
2004247409.tif 000002
【００２３】
上記の条件で作製された試料の磁気特性の結果を表１に示す。
【００２４】
【表１】
2004247409.tif 000003
【００２５】
表１より、ｙ＝０．０５以下では、保磁力が２０×７９ｋＡＴ／ｍ（２０ｋＯｅ）以下となり、ｙ＝０．０９では残留磁束密度が０．２８０Ｔ以下となり、磁気特性が劣化する。ｙ＝０．０６〜０．０８の範囲では、保磁力２０×７９ｋＡＴ／ｍ（２０ｋＯｅ）以上、Ｂｒが０．２８０Ｔ以上で、良好な特性を示すことがわかった。
【００２６】
これらのＳｍ−Ｃｏボンド磁石をＭｎ−Ｚｎ系フェライトコアの磁路の一部に挿入した場合の磁芯について、直流重畳特性を測定し、比較を行った例を示す。直流重畳特性は、各磁石を挿入したコアをＨｅｗｌｅｔｔ  Ｐａｃｋａｒｄ製  ４２８４Ａ  ＬＣＲメーターで交流磁場周波数１００ｋＨｚ、重畳磁場０〜１５．８ＡＴ／ｍ（２００Ｏｅ）の条件で、直流重畳特性を測定した。
【００２７】
実験に用いたフェライトコアは、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト材で作製された磁路長７．５ｃｍ、実効断面積０．７４ｃｍ２のＥＥコアであり、その中芯に１．５ｍｍのギャップ加工をした。フェライトコアの中芯断面形状で、かつ高さ１．５ｍｍの形状に加工したボンド磁石をそのギャップ部に挿入した。また、この時の直流バイアス磁界の向きは、挿入時に着磁した磁石の磁化の向きとは逆になるように重畳電流を印加する。その測定結果を図１に示す。
【００２８】
図１より、ｙ＝０．０３のＳｍＣｏ磁石を挿入したコアについては、透磁率が高磁界側まで伸びず、磁石によるバイアス磁界の大きさが他のものに比べ非常に小さくなっていることが分かる。保磁力が７．１×７９ｋＡＴ／ｍ（７．１ｋＯｅ）と小さいため、大きく減磁し、重畳特性が他のものに比べ、非常に劣っていることが分かる。
【００２９】
ｙ＝０．０４〜０．０８ＳｍＣｏ磁石を挿入したコアについては、直流重畳特性は高磁界側まで伸び、良好な値を示した。また、ｙ＝０．０９のＳｍＣｏ磁石を挿入したコアについては、透磁率が高磁界側まで伸びず、他のものに比べ特性が劣っていることが分かる。これは残留磁化が小さいためバイアス量が減少したため、直流重畳特性が劣化したものと考えられる。
【００３０】
（実施例２）
実施例２による磁芯は、Ｓｍ（Ｆｅ０．２Ｃｕ０．０６７Ｚｒ０．０２８ＣｏＢａｌ）γの遷移金属量を変化、即ちγを変化させた試料を作製し、それをＳｍ−Ｃｏボンド磁石の特性を測定し、比較を行った例を示す。
【００３１】
γの異なる試料（γ＝６．５〜９．０：計７個）を高周波溶解炉で作製し、その後、焼結を１２１５℃で３時間、溶体化を１１９５℃で１５時間、時効をそれぞれ８００℃で４０時間行って形成した。その後、金属棒で粉砕し２５０μｍ以下に分級を行った。これらのＳｍ−Ｃｏ磁石粉末に１０ｗｔ％に当たる量のバインダー（エポキシ樹脂）を混合した後、無磁場中で金型成形を行い、その後、１５０℃で３０分乾燥を行った。
【００３２】
作製条件
2004247409.tif 000004
【００３３】
上記の条件で作製された試料の磁気特性の結果を表２に示す。
【００３４】
【表２】
2004247409.tif 000005
【００３５】
表２より、γ＝６．５以下では、保磁力が２０×７９ｋＡＴ／ｍ（２０ｋＯｅ）以下となり、γ＝０．９では残留磁束密度が２．８Ｔ以下となり、磁気特性が劣化する。γ＝７．０〜８．５の範囲では、保磁力２０×７９ｋＡＴ／ｍ（２０ｋＯｅ）以上、Ｂｒが２．８Ｔ以上で、良好な特性を示すことがわかった。
【００３６】
これらのＳｍ−Ｃｏボンド磁石をＭｎ−Ｚｎ系フェライトコアの磁路の一部に挿入した場合の直流重畳特性を測定し、比較を行った例を示す。直流重畳特性は、各磁石を挿入したコアをＨｅｗｌｅｔｔ  Ｐａｃｋａｒｄ製４２８４Ａ  ＬＣＲメーターで交流磁場周波数１００ｋＨｚ、重畳磁場０〜１５．８ＡＴ／ｍ（２００Ｏｅ）の条件で、直流重畳特性を測定した。
【００３７】
実験に用いたフェライトコアは、Ｍｎ−Ｚｎ系フェライト材で作製された磁路長７．５ｃｍ、実効断面積０．７４ｃｍ２のＥＥコアであり、その中芯に１．５ｍｍのギャップ加工をした。フェライトコアの中芯断面形状で、かつ高さ１．５ｍｍの形状に加工したボンド磁石をそのギャップ部に挿入した。これらの形状を図３に示す。また、この時の直流バイアス磁界の向きは、挿入時に着磁した磁石の磁化の向きとは逆になるように重畳電流を印加する。その測定結果を図２に示す。
【００３８】
図２より、γ＝６．５のＳｍＣｏ磁石を挿入したコアについては透磁率が高磁界側まで伸びず、磁石によるバイアス磁界の大きさが他のものに比べ非常に小さくなっていることが分かる。γ＝７．０〜８．５のＳｍＣｏ磁石を挿入したコアについては、直流重畳特性は高磁界側まで伸び、良好な値を示した。また、γ＝９．０のＳｍＣｏ磁石を挿入したコアについては、透磁率が高磁界側まで伸びず、他のものに比べ特性が劣っていることが分かる。これは、残留磁化の大きさが小さいためバイアス量が減少し、直流重畳特性が劣化したものと考えられる。
【００３９】
（実施例３）
本発明の実施例３によるインダタンス部品について説明する。図３は、本発明の実施例３におけるインダクタンス部品の説明図である。図３にて、インダクタンス部品１０は、Ｅ型のフェライトコア１，２と、その中心部の空隙に挿入された磁石３と、巻線４とで構成されている。ここで、磁芯１１は、Ｅ型のフェライトコア１，２と磁石３との一体化して構成されたものである。このように構成することにより、直流重畳特性の良好なインダクタンス部品が提供できた。
【００４０】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、優れたコアロス特性と直流重畳特性を有する、安価な磁芯およびそれを用いたインダクタンス部品を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における磁芯の直流重畳特性を示す図。
【図２】本発明の実施例２における磁芯の直流重畳特性を示す図。
【図３】本発明の実施例３におけるインダクタンス部品の説明図。
【符号の説明】
１，２    フェライトコア
３    磁石
４    巻線
１０    インダクタンス部品
１１    磁芯
【図１】
2004247409.tif 000006
【図２】
2004247409.tif 000007
【図３】
2004247409.tif 000008