(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アトマイズ製法で得られたＦｅ−８．３〜１１．５ｗｔ％Ｓｉ−４．５〜６．５ｗｔ％Ａｌ合金で平均粒径が１０〜７０μｍからなる粉末を大気中又は酸化性雰囲気にて６００℃〜１０００℃で焼成し、この焼成粉末の５０〜９０ｗｔ％に、平均粒径１〜１０μｍで初透磁率μが２０〜３５のカーボニル鉄粉と平均粒径２〜３０μｍでクロムを０．３〜４ｗｔ％含有するＦｅーＣｒ合金粉末をそれぞれを５〜４５ｗｔ％、両合金合わせて１０〜５０ｗｔ％混合してなる磁性素子用金属磁性材料を用いたことを特徴とするＳＭＤチョークコイル。
【請求項２】
初透磁率μが２０〜３５の範囲のカーボニル鉄粉に対し、Ｆｅ−８．３〜１１．５ｗｔ％Ｓｉ−４．５〜６．５ｗｔ％Ａｌ合金の初透磁率μはカーボニル鉄粉のそれ以下、１０以上になるように、Ｆｅ−８．３〜１１．５ｗｔ％Ｓｉ−４．５〜６．５ｗｔ％Ａｌ合金粉末を大気中又は酸化性雰囲気中で焼成し、前記カーボニル鉄粉とＦｅーＣｒ合金粉末を混合調整して得られた磁性素子用金属磁性材料を用いたことを特徴とする請求項１記載のＳＭＤチョークコイル。
【請求項３】
前記ＦｅーＣｒ合金粉末の圧縮強さはカーボニル鉄粉の圧縮強さの１．１〜２．０倍であることを特徴とする請求項１記載のＳＭＤチョークコイル。
【請求項４】
前記請求項１の磁性素子用金属磁性材料に粉末エポキシ１〜３ｗｔ％、タルク１〜３ｗｔ％、エポキシ系ワニスを２〜４ｗｔ％添加し、形状は正方形又は長方形状で一辺の長さが３ｍｍ〜１３ｍｍで高さ１ｍｍ〜７ｍｍに仕上げたことを特徴とするＳＭＤチョークコイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は低電圧、大電流対応したパソコン、グラフィックカード、高周波電源等に使用されるＳＭＤチョークコイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、低電圧、大電流に対応したコイル内装一体型ＳＭＤパワーチョークコイルは、ＤＣバイアスに対して安定したインダクタンス値を得るには、初透磁率μが小さく飽和磁束密度が高いこと及び、金属磁性粉末自体の高い絶縁性が要求され、母体がカーボニル鉄粉以外は困難であった。
【０００３】
埋め込み型ＳＭＤパワーチョークコイルに用いられる材料は、フェライトに替わり飽和磁束密度の高い金属磁性粉末、すなわちパーマロイ粉末、カーボニル鉄粉、Ｆｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末が用いられてきた。
しかしながら、パーマロイ粉末はFe-Ni系で原料が高く、カーボニル鉄粉は工法上鉄が主成分ながら、価格が鉄粉の数倍と高く、且つ粒径も１５μｍ以下と微粉末で、金属粉間の絶縁と流動性の良い材料を作る事が非常に困難であった。また、製法上その形状を整える事は困難である。
鉄粉自体は安価であるが損失が大きく、且つＤＣバイアス特性に対して、パーマロイ、カーボニル鉄粉、Ｆｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金に比し格段に悪い。
【０００４】
これに対しＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金は材料費が比較的安く、又粒径も微粒（平均粒径１０μｍ近辺）、中粒（平均粒径３０μｍ近辺）、粗粒（平均粒径７０μｍ近辺）と選択巾が広い。
Ｆｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末は大気中で焼成することにより、表面酸化で合金粒子の表面の絶縁抵抗と透磁率の制御が出来、コイル埋め込み型ＳＭＤパワーチョーク用金属磁性材料として製造上の粒子間絶縁が容易である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実用新案登録第３１４９２１２号公報
【特許文献２】特開２０１０−０２８０６６号公報
【特許文献３】特開２００７−１３４３８１号公報
【特許文献４】高橋  研、外3名、センダスト合金単結晶の規則構造と結晶磁気異方性、日本応用磁気学会誌、１９８６、Ｖｏｌ  １０、Ｎｏ，２、ｐ２２１−２２４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は低電圧、大電流に対応したパソコン、グラフィックカード、高周波電源等に使用されるＳＭＤチョークコイルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のＳＭＤチョークコイルは、アトマイズ製法で得られたＦｅ−８．３〜１１．５ｗｔ％Ｓｉ−４．５〜６．５ｗｔ％Ａｌ合金で平均粒径が１０〜７０μｍからなる粉末を大気中又は酸化性雰囲気にて６００℃〜１０００℃で焼成し、この焼成粉末の５０〜９０ｗｔ％に、平均粒径１〜１０μｍで初透磁率μが２０〜３５のカーボニル鉄粉と平均粒径２〜３０μｍでクロムを０．３〜４ｗｔ％含有するＦｅーＣｒ合金粉末をそれぞれを５〜４５ｗｔ％、両合金合わせて１０〜５０ｗｔ％混合してなる磁性素子用金属磁性材料を用いたものである。
【０００８】
本発明のＳＭＤチョークコイルは、正方形又は長方形状で一辺が３mm〜１３mm、高さ１〜７mmのコイル埋め込み型ＳＭＤパワーチョークコイルに使用されるものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、コイル埋め込み型ＳＭＤパワーチョークコイルの製造上の難点とされていた母体金属粉末の初透磁率μを制御し、正方形又は長方形状で一辺の長さ３ｍｍ〜１３ｍｍ、高さ１ｍｍ〜７ｍｍのコイル埋め込み型パワーチョークコイルの磁性コアーで、母体原料となるＦｅ−８．３〜１１．５ｗｔ％Ｓｉ−４．５〜６．５ｗｔ％Ａｌ合金粉末の初透磁率μをカーボニル鉄粉の初透磁率μ以下に低下させた後、Ｆｅ−８．３〜１１．５ｗｔ％Ｓｉ−４．５〜６．５ｗｔ％Ａｌ合金粉末の５０〜９０ｗｔ％にカーボニル鉄粉、Ｆｅ−Ｃｒ合金粉末をそれぞれ５〜45ｗｔ％、合わせて１０〜５０ｗｔ％の範囲内で混合比を制御することにより市場より要求されるコイル埋め込み型ＳＭＤパワーチョークコイルの形状、インダクタンス、ＤＣバイアスの要求特性等を任意に制御した製品を可能とした。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は、コイル埋め込み型パワーチョークコイル材料を、主原料であるＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末とカーボニル鉄粉、Ｆｅー０．３〜４ｗｔ％Ｃｒ合金粉末を複合化することにより、優れたDCバイアスと高い絶縁性を有し、Ｆｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末の焼成条件の様々な設定で初透磁率μのコントロールとカーボニル鉄粉、Ｆｅー０．３〜５ｗｔ％Ｃｒ合金粉末の混合割合を自在に変えることで、多種のＳＭＤパワーチョークコイルの特性制御を可能とするものである。
磁性材料の初透磁率μを目的に合わせて制御することによりパワーチョークコイルとして必要とされる大電流と高いＤＣバイアス、インダクタンスを持つ目的にあった製品を提供できる。
本発明では磁性粉末成形体の磁気特性・初透磁率μが２０前後でＤＣバイアスが８７％以上の製品を得ることを目的とする。
この特性は大気中熱処理により表面酸化したＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末と成形性の良いカーボニル鉄粉、鉄粉より若干高硬度のＦｅー０．３〜４ｗｔ％Ｃｒ合金粉末の混合体により得られることを見出した。
ここでＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末は焼成を行うと初透磁率μは低くなる。
この低くなった初透磁率μをカーボニル鉄粉、Ｆｅー０．３〜４ｗｔ％Ｃｒ合金粉末との混合により回復させようとするものである。
ここでカーボニル鉄粉の初透磁率μは焼成を行ったＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末の初透磁率μより高いことが望ましい。
【００１１】
金属磁性材料
ここでＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金はその透磁率からＳｉ、Ａｌの許容範囲は限定され、Ｓｉは８．３〜１１．５wt%，Ａｌは４．５〜６．５wt%の範囲がパワーチョークコイル材料として適している。よってＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金はＳｉ、Ａｌの許容範囲も入れて表すとＦｅ−８．３〜１１．５ｗｔ％Ｓｉ−４．５〜６．５ｗｔ％Ａｌ合金となる。この合金粉末で粒度は粒径５〜９０μｍのものを用意した。
カーボニル鉄粉とは鉄カーボニルから化学的に作られた微細な球状の高純度鉄である。その不純物範囲はＣ（炭素）０．０１wt%以下、Ｏ（酸素）０．０１wt%以下である。
製法が違っても同一純度、同一形状であればその効果は同じである。粒径０．３〜１５μｍのサンプルを準備し実験に供した。
ＦｅーＣｒ合金は高Ｃｒ領域（Ｃｒ１２％以上）合金はアルファ型ステンレスとして知られている。
低クロム域では高温域でオーステナイト域を持っている。このためクロム含有量如何によっては球状粉を作る為アトマイズ法を用いると残留オーステナイトが出来やすくなる。  Ｃｒ量は変態の可能性とその効果を考え０．３〜５ｗｔ％の範囲で実験に供した。
【００１２】
本発明ではＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末を大気中あるいは酸化性雰囲気中で高温加熱し、磁気特性（初透磁率）の調整を行う。
また、同時にＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末の表面にアルミ酸化物（Ａｌ2Ｏ3）を主とする適切な絶縁性皮膜をつける。Ｆｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末を大気中で加熱し適切な磁気特性、絶縁性を得る最低加熱温度を測定した。その結果を表１に示す。
【００１３】
【表１】
0004806099.tif 000002
【００１４】
表１の評価で○は使用に問題なし、×は使用に問題があることを表す。
磁気特性は初透磁率μの２５を得られる温度を参考までに示し、絶縁性は絶縁抵抗１．０E+８（Ω）が得られる条件でもって判断した。
Ｆｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末は平均粒径が１０μｍ未満だと焼成で燃えやすく、平均粒径５μｍでは良好な絶縁性を得るための焼成温度６００℃で大気中加熱すると過酸化となり特性が得られない。平均粒径７０μｍを超えると適切な磁気特性（初透磁率）範囲を得るに焼成温度は１１００℃と高くなり、通常の生産に適さない。
表面絶縁性を得るにはいずれの粒度でも大気中６００℃以上の加熱が必要である。
絶縁性は高温で加熱するほど高い値が得られるが、工業的に生産するには１０００℃以下が望ましい。
この結果からＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末の適切な平均粒径は１０μｍ以上、７０μｍ以下となる。
カーボニル鉄粉は平均粒径0.3〜15μｍの範囲でＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末、Ｆｅー０．３〜５ｗｔ％Ｃｒ合金粉末との混合性、プレスによる成形性のテストを行った。この結果を表２に示す。
【００１５】
【表２】
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【００１６】
表２の混合、成形性で○は特性良好な事をあらわす。
カーボニル鉄粉にはＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末、ＦｅーＣｒ合金粉末との組合せからその初透磁率μは２０以上ある事が望ましい。
平均粒径０．３μｍでは混合性、初透磁率μは２０以下で使用に耐えず、また平均粒径１５μｍになるとカーボニル鉄粉粒子がＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末、ＦｅーＣｒ合金粉末粒子間に上手く入り込めず成形性が悪い。表２の結果からカーボニル鉄粉の適切な平均粒径の範囲は１μｍ以上、１０μｍ以下となる。
また、その初透磁率μも必然的に下限は２０、上限は３５が望ましい。
ＦｅーＣｒ合金粉末は全体の成形性を上げ、充填密度を上げ、良好な特性を引き出す為に添加する。
磁気特性は純鉄並みで、形状は球状でその平均粒径は２〜３０μｍ、クロム含有量は０．３〜４ｗｔが適切である。
表３にカーボニル鉄粉とＦｅーＣｒ合金粉末の強度比較を示す。
【００１７】
【表３】
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【００１８】
この強度比較は粉末を圧縮し同一変形する強度比から求めた。
この合金の強度はＣｒ０．３ｗｔ％でカーボニル鉄粉の１．1倍、４ｗｔ％で２倍に達する。
５ｗｔ％添加では２．５倍となる。この値は硬度換算でＨＶ６０〜１５０に相当する。  Ｆｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末、カーボニル鉄粉とこのＦｅーＣｒ合金を混合しプレス成型した時、カーボニル鉄粉とこのＦｅーＣｒ合の強度差により嵩密度が上がり良好な磁気特性が得られることを見出した。
Ｃｒ量が０．2ｗｔ％未満では強度は純鉄と余り変わらずその添加効果は薄く、４ｗｔ％を越すと硬くなりすぎ又残留オーステナイトの出る可能性も高くなり好ましくない。
反って嵩密度を落とす事になる。
平均粒径２μｍ未満ではその効果は鈍く、３０μｍを超えると返って成形性が悪くなる。Ｆｅ−Ｃｒ合金のオーステナイト域は合金中の炭素量が多くなると広くなる事が知られている。
Ｆｅ−Ｃｒ合金中の炭素量は０．１ｗｔ％以下であることが求められる。０．１ｗｔ％を超えると合金の硬度が必要以上に上がり、残留オーステナイト量も増え、磁気特性も落ちる。
【００１９】
以下に実施サンプルの製作例を示す。
Ｆｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末は適切な平均粒径１０μｍ以上、７０μｍ以下の内で、カーボニル鉄粉は適切な平均粒径の範囲１μｍ以上、１０μｍ以下の内で、Ｆｅ−Ｃｒ合金粉末はＣｒ含有量は０．３〜４ｗｔ％、平均粒径２〜３０μｍの範囲内で製作した。参考の為、その領域外のサンプルも製作し実験に供した。
ここでその一例として素材の磁気特性を示すが平均粒径４０μｍのＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末の初透磁率μは３７．２、平均粒径６０μｍのＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末の初透磁率μは３９．１であった。平均粒径５μｍのカーボニル鉄粉の初透磁率μは２６．４4であった。
前記Ｆｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末は、たとえば初透磁率μが２６．４4のカーボニル鉄粉に対しては、それより低い初透磁率μ即ち１０〜２５になるように大気中又は酸化性雰囲気中で焼成した後、前記カーボニル鉄粉と混合調整する。嵩密度を上げることを目的にＦｅ−Ｃｒ合金粉末をも合わせて加える。
磁性素子用金属磁性材はこの混合調整材料に、さらに成形性、絶縁性向上のため粉末エポキシ１〜３wt%、タルク１〜３wt%、エポキシ系ワニスを２〜４wt%の範囲で添加した。
【００２０】
本発明の磁性素子用金属磁性材料について、以下に詳細に説明する。
平均粒径５〜９０μｍのＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末を大気中で６００℃〜1１００℃、安定時間１５分で焼成した後、３５５μｍの網で篩い解砕した。
これらの焼成粉末と焼成なしの粉末について、それぞれの初透磁率μと絶縁抵抗、成型密度を調べた。
この結果、平均粒径５μｍ未満、７０μｍを超えるものは表１で表したとおり不適であった。
平均粒径５〜７０μｍの範囲で焼成した一例として４０μｍ，６０μｍの例を図４に示す。
【００２１】
【表４】
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【００２２】
初透磁率μと絶縁抵抗の測定試料は、次のようにして得た。
焼成済みＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末１００wt%に対しエポキシ粉末２wt%を加え、2分攪拌混合し、さらにエポキシワニス１wt%を添加し３０分攪拌混合した。
この混合材料を７０℃〜８０℃のオーブンで３０0分乾燥した後、３５５μｍの網を通して顆粒を作成した。
この顆粒をトロイダル形状で、外形Φ１０ｍｍ×内径Φ５5mm、重量1g、成型圧力５ton/ｃｍ２で成型し、１７０℃で３０分間硬化させ測定試料とした。
最初に成型密度と絶縁抵抗を測定した後、このトロイダルにΦ０．４mmのワイヤーを１０回巻線して、ＬＣＲメーターでインダクタンスを測定し初透磁率μを算出した。
Ｆｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末の初透磁率μは、平均粒径４０μｍ時で７００0℃以上、平均粒径６０μｍ時で８００℃以上の温度で焼成することにより、例えば粒径５μｍカーボニル鉄粉の初透磁率μの２６より小さくすることができ、より特性を上げることができた。
平均粒径１０μｍのＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末を１０００℃で焼成した時その初透磁率μは１０であった。
これが使用できる最低限の値である。
Ｆｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末の平均粒径が小さければ、Ｆｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末の初透磁率μは低下しやすかった。
焼成Ｆｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末は温度が上がるほど密度と初透磁率μが低下し、強度も弱くなる。
初透磁率μが小さいほど、ＤＣバイアス特性が向上することは一般的に知られているが、逆にインダクタンスの低下が起こるため、双方の利点・欠点を補える材料が必要となってくる。
インダクタンスの低下を補うため、コイルの巻数を増やそうとすれば、直流抵抗が増大し発熱が大きくなるため、大きな電流が流せなくなってしまう。
そこで、カーボニル鉄粉より低い初透磁率μを持たせたＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末に、カーボニル鉄粉を混合し、密度を上げることで、多くの磁性粉を閉じ込めてインダクタンスを回復させ、同時にＤＣバイアスを向上させることを試みた。
【００２３】
Ｆｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末とカーボニル鉄粉、Ｆｅ−Ｃｒ合金粉末を混合した配合材料の詳細を説明する。
Ｆｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末とカーボニル鉄粉、ＦｅーＣｒ合金粉末にタルクを加えた合計重量部を１００wt%とし、カーボニル鉄粉を５〜４５ｗｔ％の範囲内で、ＦｅーＣｒ合金粉末を５〜４５ｗｔ％の範囲内で、カーボニル鉄粉とＦｅーＣｒ合金粉末合わせて１０〜５０ｗｔ％の範囲内の組み合わせで混合した１３種類の配合材を作成した。
また、Ｃｒ、混合比を幅広くとった試料も参考の為製作した。
タルクは加熱硬化後の強度向上と、絶縁性を安定させるため０〜３wt％の添加が良好であった。
ここでタルクは必ずしも加えなくとも、替わりにエポキシ粉末、ワニスを増やしても良い。
各々の混合粉材料の合計重量部に対し、エポキシ粉末をさらに１〜５wt%の範囲で秤量して加え、約２分間混合攪拌する。
さらに、前記合計重量部に対しエポキシワニス１〜５wt%、オクチックス錫０．３wt%、MEK２．５vol％を秤量して加え、６０分攪拌した。
オクチックス錫は材料の保湿調整のためであり、材料が短期間に使用されるのであれば必ずしも必要とはしない。
こうして得られた配合材料を、２５０μｍの篩を通した後、流動性の改善を行うために８０℃で２Hr乾燥させた。
この乾燥させた混合粉をさらに３５５μｍの網を通しながら揉み解し、磁性素子用金属磁性材料の配合材顆粒を完成させた。
【００２４】
配合材料の測定結果から導き出された、最適な焼成Ｆｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末の初透磁率μとカーボニル混合量の関係を調べた結果を説明する。
試料の形状は（１０ｍｍ×１０ｍｍ角）×高さ４ｍｍとし、平角線の幅１．８ｍｍ×厚０．５mmを３．５Ts巻いたコイルを５ton/ｃｍ２の成型圧で一体成型した。
成型した後、１７０℃で６０分加熱硬化し測定用試料を作成した。
Ｆｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末の焼成温度とカーボニルの混合量を変化させることで容易にその初透磁率μを制御することが可能であり、Ｆｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末の初透磁率μをカーボニル鉄粉の初透磁率μより低くする組み合わせは自在に行うことができる。
例えば、粒径４０μｍのＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末とカーボニル鉄粉、ＦｅーＣｒ合金粉末混合材ではその初透磁率μは１２．５から２６．１であり、Ｆｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末の粒径６０μｍではその初透磁率μは１４．５から２６．２であった。
ここで、焼成上がりでＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末の初透磁率μを管理する目的は製品のＤＣバイアスを管理するためであり、配合材料の初透磁率μは工程管理上、インダクタンスの管理にも用いるものである。
Ｆｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末にカーボニル鉄粉、ＦｅーＣｒ合金粉末を添加する事によりＤＣバイアスを改善するが、それを初透磁率μで管理する。添加するカーボニル鉄粉の初透磁率μがＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末のそれと等しいかもしくは越えていることが大切である。
言い換えるとＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末の初透磁率μはカーボニル鉄粉のそれ以下であることである
Ｆｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末の初透磁率μがカーボニル鉄粉のそれを越えていると適切なＤＣバイアスを得ることは出来ない。
高い初透磁率μをもつＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末は大きなインダクタンスが得られるが、反面ＤＣバイアスは悪化する。
初透磁率μの高いＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末でインダクタンスを市場要求値に合わせるためには、無機物や有機物の絶縁物質を加えたり、コイルの巻数を減らしたり、成型圧を下げたりするが、初透磁率μの高いＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末のＤＣバイアスは８０%に達しない。
そこで、最初から焼成によってＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末の初透磁率μを低下させると初透磁率μが１０〜２５の小さな領域でＤＣバイアスは上昇するが、逆にインダクタンスが市場要求値に未達となる。
【００２５】
ここでインダクタンスを上げることが必要になってくるが、そのためには焼成Ｆｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末の初透磁率μをさらに下げることなく同等以上の高い初透磁率μをもち、且つＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末の粒子空隙に入り込み密度が上げられる微粒子のカーボニル鉄粉の混合が必要になってくる。強度がカーボニル鉄粉より高く、Ｆｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末より低いＦｅ−Ｃｒ合金粉末の添加により更に嵩密度を上げる事ができ、所望のインダクタンス下で高いＤＣバイアスが得られることを見出した。
カーボニル鉄粉を混合すると絶縁抵抗が下がるのでＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末の焼成によって得られる表４の絶縁抵抗は１．０E+８Ω以上、望ましくは１．０E+１０（Ω）以上あれば良い。
Ｆｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末は焼成温度が高いほど成型密度が低下するが、カーボニル鉄粉、ＦｅーＣｒ合金粉末を混合することで、密度が上昇し所望の良特性が得られた。
すなわち、Ｆｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末、カーボニル鉄粉、ＦｅーＣｒ合金粉末の混合により嵩密度が上がり、多くの磁性粉を閉じ込めることが出来るので、Ｆｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末の初透磁率μが小さくてもインダクタンスを上昇させることが可能となる。
インダクタンスを上げるためには焼成Ｆｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末の初透磁率μをさらに下げることなく同等以上の高い初透磁率μをもち、且つＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末の粒子空隙に入り込み密度が上げられる微粒子のカーボニル鉄粉、Ｆｅ−Ｃｒ合金粉末の混合が必要になってくる。
絶縁抵抗は１．０E+６Ω以上を目標とすればカーボニル鉄粉、ＦｅーＣｒ合金粉末混合材は合わせて最大５０ｗｔ％まで混合することが可能である。
【００２６】
【表５】
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【００２７】
表５の結果から好ましいＤＣバイアス８７以上を得るにはＮｏ，１〜Ｎｏ，１３の粒径１０〜７０μｍのＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末を基幹とし、粒径１〜１０μｍのカーボニル鉄粉５〜４５ｗｔ％、粒径２〜３０μｍでＣｒ含有量０．３〜４ｗｔ％のＦｅ−Ｃｒ合金粉末を５〜４５ｗｔ％混合してなる試料は最も適していることが分かる。但しカーボニル鉄粉とＦｅ−Ｃｒ合金粉末は合わせて全体の５０％以下であることが必要である。
またＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末の使用範囲は平均粒径１０〜７０μｍ、熱処理温度６００〜１０００℃の範囲であれば平均粒径１〜１０μｍのカーボニル鉄粉３〜４５ｗｔ％の添加で所要の特性を得ることが出来た。
カーボニル鉄粉の添加料は３ｗｔ％以下、４５ｗｔ％を超えるといずれも良好な特性を得ることが出来なかった。
ここで配合材の初透磁率μに着目すると、インダクタンスが０．５μＨ一定なら初透磁率μも一定と思われたが、カーボニル鉄粉，Ｆｅ−Ｃｒ合金の混合量が増えるにつれて、次第に低下した。
平均粒径とは無関係に焼成Ｆｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末の初透磁率μを合わせればよい。
焼成Ｆｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末の初透磁率μは、焼成温度、雰囲気、時間、粒径で変化するため、必ずしも一つの温度で焼成すればよいとは限らず、目標とする初透磁率μが得られる焼成方法をとればよい。
表５の試料でインダクタンス０．３〜０．６μＨでの使用想定時、直流電流１〜３０Ａで、初期値にたいし、そのインダクタンス低下率は２０％以下で良好であった。
【００２８】
この方法で得られる材料が他のＳＭＤパワーチョークコイルの形状や、インダクタンス値に対し優れたＤＣバイアスを示すかテストした結果の一例が表６である。
ここでは形状固有の差が生じ、６．５ｍｍ□（６．５ｍｍ×６．５ｍｍ角）×高さ３ｍｍに対してはＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末の焼成後の初透磁率μの１４に対しカーボニル鉄粉、ＦｅーＣｒ合金粉末の混合量を４０wt%とした配合材を使用した。
【００２９】
【表６】
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【００３０】
電流値は、既存品ではインダクタンスに対し、ＤＣバイアス７５〜８５％が最高特性の値である。
しかしながら、焼成Ｆｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末とカーボニル鉄粉、ＦｅーＣｒ合金粉末の混合材は、表６に示すようにこの限界点を超えている。
このように、形状固有の差やインダクタンス値の違いに対しては、Ｆｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末の焼成によりその初透磁率μとカ−ボニル鉄粉、Ｆｅ−Ｃｒ合金の混合量を組みかえることで、自在に目標のDCバイアスに対応できる。
例えば４０μｍのＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末を６００℃で熱処理した場合は粒径５μｍのカーボニル鉄粉では不適であるが、粒径１０μｍのカーボニル鉄粉を使用すればその初透磁率の大小関係は良好となり目的の特性を得ることが出来る。
６００〜１０００℃で熱処理した平均粒径１０〜７０μｍのＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末５０〜９０ｗｔ％と平均粒径１〜１０μｍのカーボニル鉄粉、平均粒径２〜３０μｍでＣｒを０．３〜４ｗｔ％含むＦｅ−Ｃｒ合金をそれぞれ５〜４５ｗｔ％、両合金合わせて１０〜５０ｗｔ％の範囲内で適宜組あわせることにより所要の磁性特性を得ることが出来た。
【００３１】
本発明は種々の形状のＳＭＤパワーチョークコイルで、従来困難とされていた大電流でのＤＣバイアスを８７％以上にすることを可能にした。
磁気特性改善の主な技術的な根拠として概ね次のことが推定される。
即ち、主原料であるＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末を大気中、又は酸化雰囲気中で酸化処理し合金を形成している各々の金属を酸化させることにより合金粒子の表面抵抗を大幅に増加させるが、副次的な影響として磁気特性が低下する。Ｆｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末を大気中高温酸化すると
Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、Ｆｅ3Ｏ4、Ｆｅ2ＯO3などの酸化物が生成するが、絶縁性向上にはＡｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2が主に貢献している。
酸化処理前の初透磁率μの初期値が３５以上あったものを、２５以下になるまで焼成し、酸化反応させることによりＤＣバイアス特性が改善されＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末粒子の表面抵抗も大幅に上昇する。
しかし、初透磁率μとプレス上がりの密度が小さいことでインダクタンスの低下を招くが、ＳＭＤパワーチョークコイルにおいてはこの欠点をカーボニル鉄粉で、Ｆｅ−Ｃｒ合金の添加でで補い密度を上げることで優れたＤＣバイアスを保持したままインダクタンスが回復すると考えられる。
通常は、金属粉末粒子の絶縁抵抗を上げるためにエポキシ樹脂等でコーティングするが、Ｆｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末の焼成によってＦｅ−９．６Ｓｉ−５．４Ａｌ合金粉末の表面抵抗が大きく上昇した結果、樹脂コーティングに頼っていた絶縁性能はそれほど重要ではなく、カ−ボニル鉄粉，Ｆｅ−Ｃｒ合金は未処理でその初透磁率μを下げることなく混合できるので充分なインダクタンスと絶縁抵抗が確保出来る。
【要約】
【課題】本発明は低電圧、大電流に対応したパソコン、グラフィックカード、高周波電源等に使用される磁性素子用金属磁性材料及びＳＭＤパワーチョークコイルを提供する。
【解決手段】本発明の磁性素子用金属磁性材料は、アトマイズ製法で得られたＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金センダストで平均粒径が１０〜７０μｍからなる磁性粉末を大気中又は酸化性雰囲気にて６００℃〜１０００℃で焼成し、この焼成粉末の５０〜９０ｗｔ％に平均粒径１〜１０μｍのカーボニル鉄粉を５〜４５wt%，Ｆｅー０．３〜４ｗｔ％Ｃｒ合金粉末を５〜４５ｗｔ％、但しカーボニル鉄粉，Ｆｅー０．３〜４ｗｔ％Ｃｒ合金粉末は合わせて１０〜５０ｗｔ％混合してなるものである。
【選択図】なし