(57)【要約】【課題】優れた直流重畳特性とコアロス特性と耐酸化性を有し、かつ安価な磁芯及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１０ｋＯｅ以上、Ｔｃが５００℃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り、且つその磁石粉末表面に耐熱塗料が被覆されているボンド磁石を挿入した磁芯であり、前記耐熱塗料として、耐熱無機コーティング剤、金属酸化物無機塗料、シリコンフッ素系塗料、純フッ素系（Ｐ．Ｔ．Ｐ．Ｅ）塗料、シリコーン系塗料のうち１つ、又は複数用いており、前記磁芯と、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インダクタンス部品とする。【選択図】  図２
2005011992.tif 000002
【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１０×（１０３／４π）ＫＡＴ／ｍ以上、Ｔｃが５００℃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り、且つその磁石粉末表面に耐熱塗料が被覆されているボンド磁石が挿入されていることを特徴とする磁芯。
【請求項２】
前記ボンド磁石において、重量比で０．５ｗｔ％〜５ｗｔ％の耐熱塗料が磁石粉末に被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の磁芯。
【請求項３】
前記ボンド磁石において、２７０℃、大気中で３０分熱処理をした時の不可逆減磁率と永久減磁率の合計が８％以内であり、そのボンド磁石の比抵抗が１．０Ω・ｃｍ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】
前記耐熱塗料として、耐熱無機コーティング剤、金属酸化物無機塗料、シリコンフッ素系塗料、純フッ素系（Ｐ．Ｔ．Ｐ．Ｅ）塗料、シリコーン系塗料のうち、１つ、又は複数を用いたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の磁芯。
【請求項５】
請求項１ないし４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た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の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ものである。
【０００２】
【従来の技術】
チョークコイル用およ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要請に伴う電子部品の小型化の要求により、より大きな重畳磁界における、より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こと、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こと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２００３−１２４０３４号公報
【０００６】
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、チョークコイル用およ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が判断不能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、先の特許文献１に示された抵抗率の値ではコアロス特性が劣化することが明らかになった。また、近年、表面実装タイプのコイルが所望されており、そのようなコアには耐酸化性の付与が必須である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記問題点に鑑み、優れた直流重畳特性とコアロス特性と耐酸化性を有した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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の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１Ω・ｃｍ以上で固有保磁力が１０×（１０３／４π）ＫＡＴ／ｍ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ことを発見した。これは、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り、従って、比抵抗の高い永久磁石を使用しても固有保磁力が高ければ充分に高い直流重畳特性が得られることを見出したことによる。
【０００９】
即ち、本発明は、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、そのギャップに固有保磁力が１０×（１０３／４π）ＫＡＴ／ｍ以上、Ｔｃが５００℃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り、且つその磁石粉末表面に耐熱塗料が被覆されているボンド磁石を挿入する磁芯である。
【００１０】
また、本発明は、重量比で０．５ｗｔ％〜５ｗｔ％の耐熱塗料が磁石粉末に被覆されている磁芯である。
【００１１】
また、本発明は、前記ボンド磁石において、２７０℃・大気中で３０分熱処理をした時の減磁率（不可逆減磁率＋永久減磁率）が８％以内であり、そのボンド磁石の比抵抗が１．０Ω・ｃｍ以上とする磁芯である。
【００１２】
また、本発明は、前記耐熱塗料として、耐熱無機コーティング剤、金属酸化物無機塗料、シリコンフッ素系塗料、純フッ素系（Ｐ．Ｔ．Ｐ．Ｅ）塗料、シリコーン系塗料のうち１つ、又は複数を用いた磁芯である。
【００１３】
また、本発明は、前記の磁芯と、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たインダクタンス部品である。
【００１４】
【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。
【００１５】
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、そのギャップに固有保磁力が１０×（１０３／４π）ＫＡＴ／ｍ以上、Ｔｃが５００℃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り、且つその磁石粉末表面に耐熱塗料が被覆されているボンド磁石を挿入する磁芯である。
【００１６】
ここで、前記ボンド磁石は、比抵抗が高く、しかも固有保磁力が高い磁石であって、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が得られる。特性を満足する磁石粉末であれば、どのような組成のものでも可能である。
【００１７】
また、この磁石粉末の耐酸化性と比抵抗を向上させるために、磁石表面に耐熱塗料を重量比で０．５ｗｔ％〜５ｗｔ％被覆することで１Ω・ｃｍ以上の比抵抗と２７０℃、大気中で３０分熱処理をした時の減磁率（不可逆減磁率と永久減磁率の合計）が８％以内という優れた耐酸化性の両立した磁芯が得られる。また、耐熱塗料の種類としては、耐熱無機コーティング剤、金属酸化物無機塗料、シリコンフッ素系塗料、純フッ素系（Ｐ．Ｔ．Ｐ．Ｅ）塗料、シリコーン系塗料のうち１つ、又は複数を被覆することで上記の特性が可能となる。
【００１８】
また、チョークコイル用およ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ＮｉＺｎ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。
【００１９】
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、１０×（１０３／４π）ＫＡＴ／ｍ以下では磁芯に印加される直流磁界によって保磁力が消失するのでそれ以上の保磁力が必要である。また、比抵抗は大きいほど良いが１Ω・ｃｍ以上であればコアロス劣化の大きな要因にはならない。
また、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以下であることが望ましく、最小粒径が２．０μｍ以下になると粉末熱処理およ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２．０μｍ以上の粒径が必要で有る。
【００２０】
減磁率が大きくなると、信頼性に問題があり、また、逆バイアス量が減少するため直流重畳特性が伸びず、磁石を挿入した効果がほとんど無くなる。また、磁石の劣化に伴い、ヒステリシス損失が増大しコアロス特性に大きな影響を与えることがわかっている。これらの信頼性・重畳特性・コアロス特性から見て、減磁率（不可逆減磁率と永久減磁率の合計）は８％以内に換える必要がある。この磁石粉末の耐酸化性と比抵抗を向上させるために、磁石表面に耐熱塗料を重量比で０．５ｗｔ％〜５ｗｔ％被覆することで１Ω・ｃｍ以上の比抵抗と２７０℃、大気中で３０分熱処理をした時の減磁率（不可逆減磁率と永久減磁率の合計）が８％以内という優れた耐酸化性の両立した磁芯が得られる。
【００２１】
【実施例】
本発明の実施例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。
【００２２】
（実施例１）
以下に、実施例１の磁芯に挿入されるボンド磁石について、磁石粉末表面に金属酸化物無機系耐熱塗料を被覆を施した試料の比抵抗・減磁率特性・周波数特性を測定し、比較を行った例を示す。
【００２３】
ボンド磁石の作製にはＳｍ−Ｃｏ磁石粉末（粉末平均粒径約３μｍ）を用い、磁石粉末表面に３ｗｔ％金属酸化物無機系耐熱塗料を被覆し、その後、大気中、３００℃で１時間、熱処理焼き付けを施した。その粉末に総体積の３７ｖｏｌ％に当たる量のエポキシ樹脂をバインダーとして混合した後、無磁場中で金型成形を行った。また、比較のため、耐熱塗料の被覆のされていない粉末に４０ｖｏｌ％に当たる量のエポキシ樹脂をバインダーを用いて金型成形した試料を作製した。
【００２４】
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５．９３ｃｍ、実効断面積０．８３ｃｍ２のＥＥコアであり、その中芯に２００μｍのギャップ加工をした。これらのボンド磁石の比抵抗測定、大気中で２７０℃、３０分間熱処理を行った前後での減磁測定、および、これらのボンド磁石をフェライトコアのギャップ部に挿入し周波数測定を行った。以下に、試料作製条件・測定条件の詳細を示す。
【００２５】
〔作製条件〕
2005011992.tif 000003
着磁：４Ｔパルス着磁
【００２６】
〔Ｂ−Ｈ特性測定〕
・測定装置：東英工業社製Ｂ−Ｈトレーサー（硬磁性測定）
・形状：φ１３×９（ｍｍ）の円柱型
・最大印加磁界：２５×（１０３／４π）ＫＡＴ／ｍ（２５×（１０３／４π）ＫＡＴ／ｍ以上の保磁力は外挿して導出）
・検出コイル：２５ターン、１６ターン
【００２７】
〔減磁率測定〕
・測定装置：ＯＥＩ  ＴＤＦ−５  ＤＩＧＩＴＡＬ  ＦＬＵＸＭＥＴＥＲ
・７６ターンの巻線を施した１５×１５×５０（ｍｍ）のパーマロイの磁芯に磁石を貼り付け、そこを零点とし、シート磁石を引き剥がした時の磁束の変化を測定
・測定５回の平均値
【００２８】
［周波数特性］
2005011992.tif 000004
【００２９】
表１に、比抵抗と減磁率の測定結果を示す。
【００３０】
【表１】
2005011992.tif 000005
【００３１】
表１より、被覆を行わなかったボンド磁石の減磁率（不可逆減磁率と永久減磁率の合計）が１８％だったのに比べ、磁石紛末表面に耐熱塗料を被覆した磁石を挿入したコアは２７０℃の熱処理で減磁率（不可逆減磁率と永久減磁率の合計）が４．５％と劣化が非常に少なく、安定した特性を示すことが分かった。これは、磁石の表面が耐熱塗料で被覆されたことにより酸化が抑制され、フラックスの減少が抑えられたものと考えられる。また、比抵抗も耐熱塗料で被覆することにより大幅に増加した。
【００３２】
図１は、本発明の実施例１の磁芯の透磁率対周波数特性の測定例を示す図である。即ち、これらのボンド磁石をコアに挿入し、周波数特性を測定した結果である。何も被覆していない磁石を挿入したコアは、比抵抗が小さいことから周波数特性が大きく劣化しているのが分かる。それに対し耐熱塗料を被覆し、酸化処理を施した粉末を使用したコアは比抵抗が大きいため、周波数特性がエアギャップのみ（ボンド磁石未挿入）のコアとほぼ変わらないことが明らかになった。上記のことから、磁石粉末の表面を耐熱塗料を被覆したボンド磁石は酸化が抑制され、また比抵抗も上昇し、周波数特性において優れた特性を示すことが分かった。
【００３３】
（実施例２）
以下に、実施例２の磁芯に挿入されるボンド磁石ついて、磁石紛末表面にシリコーン系耐熱塗料を被覆量を変えてコーティングした試料の比抵抗・減磁率特性・磁気特性・コアロス特性を測定し、比較を行った例を示す。ボンド磁石の作製には、Ｓｍ−Ｃｏ磁石粉末（粉末平均粒径約３μｍ）を用い、その磁石粉末表面に０．５〜７ｗｔ％のシリコーン系耐熱塗料を被覆し、その後、大気中、３００℃で１時間、熱処理（焼き付け）を施した。その粉末に総体積の４０ｖｏｌ％に当たる量のエポキシ樹脂をバインダーとして混合した後、無磁場中で金型成形を行った。
【００３４】
また、比較のため、耐熱塗料の被覆のされていない粉末に４０ｖｏｌ％に当たる量のエポキシ樹脂をバインダーとして用いて金型成形した試料を作製した。実験に用いたフェライトコアは、実施例１と同じくＭｎ−Ｚｎ系フェライト材で作製された磁路長５．９３ｃｍ、実効断面積０．８３ｃｍ２のＥＥコアであり、その中芯に５００μｍのギャップ加工をした。ボンド磁石をフェライトコアの中芯断面形状で、かつ高さ５００μｍの形状に加工した。その後、約１０Ｔのパルス磁場で磁路方向に着磁後、そのギャップ部に挿入した。
【００３５】
〔作製条件〕
2005011992.tif 000006
【００３６】
〔Ｂ−Ｈ特性測定（Ｂｒ測定）〕
・測定装置：東英工業社製Ｂ−Ｈトレーサー（硬磁性測定）
・形状：φ１３×９（ｍｍ）の円柱型
・最大印加磁界：２５×（１０３／４π）ＫＡＴ／ｍ（２５×（１０３／４π）ＫＡＴ／ｍ以上の保磁力は外挿して導出）
・検出コイル：２５ターン、１６ターン
【００３７】
〔減磁率測定〕
・測定装置：ＯＥＩ  ＴＤＦ−５  ＤＩＧＩＴＡＬ  ＦＬＵＸＭＥＴＥＲ
・７６ターンの巻線を施した１５×１５×５０（ｍｍ）のパーマロイの磁芯に磁石を貼り付け、そこを零点とし、シート磁石を引き剥がした時の磁束の変化を測定
・測定５回の平均値
【００３８】
〔コアロス測定〕
2005011992.tif 000007
【００３９】
表２に、各耐熱塗料を被覆を施した試料の比抵抗、コアロス値、大気中で２７０℃、３０分間処理を行った時の減磁率、また、コアに挿入した時のコアロス特性、各ボンド磁石の残留磁束密度を示す。
【００４０】
【表２】
2005011992.tif 000008
【００４１】
表２より、０．１ｗｔ％〜７ｗｔ％耐熱塗料を被覆を施した試料では、耐熱塗料を被覆を施していないサンプルよりも減磁率（不可逆減磁率と永久減磁率の合計）が著しく減少し、０．５ｗｔ％以上の試料では８％以下の値を示した。また、比抵抗も大きく上昇し、０．５ｗｔ％以上の試料では、１Ω・ｃｍ以上の値を示した。
【００４２】
比抵抗の上昇に伴い渦電流損失が抑えられた結果、コアロス特性も向上し、３ｗｔ％以上コーティングしたものについては、未被覆のものに比べ３０％以上コアロスが低下した。また、７ｗｔ％被覆したものについては、残留磁束密度Ｂｒが未被覆のものに比べ２０％以上減少と大きく特性が劣化した。また、減磁率・コアロス特性は、５ｗｔ％被覆したものに比べ、特性はほとんど変わりは無く、過剰な被覆量と推察される。これらの結果より、磁石粉末表面に耐熱塗料が０．５ｗｔ％〜５ｗｔ％被覆されているボンド磁石を挿入した磁芯は、耐酸化性と優れたコアロス特性を示すことが明らかになった。
【００４３】
（実施例３）
図２は、本発明の実施例３のインダクタンス部品の説明図である。図２に示すように、Ｅ型のフェライトコア１とＥ型のフェライトコア２と、その合体した中足部品に磁石３が配置された磁芯１１と、前記磁芯１１の中足部に巻かれた巻線４とで構成されている。ここで、前記磁芯１１は、実施例１と実施例２で説明した製造方法で作製された磁芯が用いられる。また、巻線は、少なくとも１ターン以上、巻かれている。
【００４４】
【発明の効果】
以上に説明したように、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１０×（１０３／４π）ＫＡＴ／ｍ以上、Ｔｃが５００℃以上であり、その磁石粉末粒径が２．５〜５０μｍの希土類磁石粉末を用い、その粉末に耐熱塗料が総重量の０．５〜５ｗｔ％被覆されているボンド磁石を挿入することを特徴とする磁芯は、耐酸化性、コアロス特性、周波数特性、直流重畳特性に優れた特徴を示す。従って、本発明によれば、優れた直流重畳特性とコアロス特性と耐酸化性を有し、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の磁芯の透磁率対周波数特性の測定例を示す図。
【図２】本発明の実施例によ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
１１    磁芯
１０    インダクタンス部品
【図１】
2005011992.tif 000009
【図２】
2005011992.tif 000010