(57)【要約】【課題】  磁気焼鈍を行わなくてもコアロスが大幅に劣化せず、ポットコア型の圧粉磁心として好適な圧粉磁心を提供する。【解決手段】  結晶磁気異方性定数（Ｋ1）が１×１０4〜５×１０4Ｊ／ｍ3の範囲内にあり、かつ飽和磁歪定数（λS）が−２０×１０-6〜２０×１０-6の範囲内にある軟磁性粉末と、絶縁バインダとのプレス成形体であって、磁束密度０.１Ｔ、周波数１００kHzの条件下で測定したときのプレス成形体のヒステリシス損をＰｈ1（kW／ｍ3）、プレス成形体を温度７００℃で磁気焼鈍して得られた磁気焼鈍体のヒステリシス損をＰｈ2（kW／ｍ3）としたとき、Ｐｈ1，Ｐｈ2の間では、次式：    Ｐｈ1≦３０００kW／ｍ3、Ｐｈ1−Ｐｈ2≦２０００kW／ｍ3で示される関係が成立している圧粉磁心。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶磁気異方性定数（Ｋ1）が１×１０4〜５×１０4Ｊ／ｍ3の範囲内にあり、かつ飽和磁歪定数（λS）が−２０×１０-6〜２０×１０-6の範囲内にある軟磁性粉末と、絶縁バインダとのプレス成形体であって、
磁束密度０.１Ｔ、周波数１００kHzの条件下で測定したときの前記プレス成形体のヒステリシス損をＰｈ1（kW／ｍ3）、前記プレス成形体を温度７００℃で磁気焼鈍して得られた磁気焼鈍体のヒステリシス損をＰｈ2（kW／ｍ3）としたとき、Ｐｈ1，Ｐｈ2の間では、次式：
Ｐｈ1≦３０００kW／ｍ3、Ｐｈ1−Ｐｈ2≦２０００kW／ｍ3
で示される関係が成立していることを特徴とする圧粉磁心。
【請求項２】
前記プレス成形体に温度３００℃以下の熱処理が施されている請求項１の圧粉磁心。
【請求項３】
ポットコア型の圧粉磁心である請求項１または２の圧粉磁心。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧粉磁心に関し、更に詳しくは、磁気焼鈍工程を省略しても大幅なコアロスの劣化を招かないように材料設計がされている圧粉磁心であって、ポットコア型の圧粉磁心として好適な圧粉磁心に関する。
【背景技術】
【０００２】
デスクトップパソコン、ノートパソコン、パソコンサーバ、ゲーム機などの電気・電子機器のＣＰＵ駆動用電源や、自動車の直噴エンジン、高輝度放電型のヘッドライトにおける制御用電源の平滑用チョークコイルや昇圧チョッパ用チョークコイルには、最近、圧粉磁心が多用されはじめている。圧粉磁心は、小型で複雑形状のものであっても製造しやすいからである。
【０００３】
この圧粉磁心は、通常、次のようにして製造されている。
まず、所定の磁気特性を有する軟磁性合金の粉末と水ガラスやシリコーン樹脂のような絶縁バインダを混合して、当該軟磁性粉末の表面を絶縁バインダで被覆して成る絶縁皮膜を形成する。なお、この工程で、ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3，ＺｒＯ2などの電気絶縁性の粉末を適量添加することもある。
【０００４】
ついで、この混合物を所定型面の金型に充填したのち、常温下において所定の圧力でプレス成形して所定の形状に賦形する。
そして最後に、得られたプレス成形体に、Ａｒ雰囲気中において例えば温度７００℃で１時間の磁気焼鈍を施すことにより、プレス成形時に蓄積された成形歪みを除去して目的の圧粉磁心にする。
【０００５】
この磁気焼鈍を行わない場合は、プレス成形体に蓄積されている成形歪みによって保磁力は増大し、ヒステリシス損（Ｐｈ）が増大してコアロス特性は劣化するからである。
ところで、例えば樹脂で絶縁被覆された導線の巻線コイルが内蔵されているポットコア型の圧粉磁心は、上記した方法で製造することができない。
その理由は、巻線コイルが内蔵されているプレス成形体の製造は可能であるとしても、このプレス成形体に上記した高温の磁気焼鈍を行うと、内蔵されている巻線コイルの絶縁被覆は熱分解して破損してしまうからである。
【０００６】
このような問題の発生を回避するために、磁気焼鈍を行わずにプレス成形体のままで使用した場合には、そのポットコア型の圧粉磁心は成形歪みの蓄積に基づく保磁力の増加によるコアロスの増大を招き、実使用に耐え得ない。
したがって、ポットコア型の圧粉磁心を製造する場合には、巻線コイルを収納するために上部が開口した収納用部分の圧粉磁心とその蓋体になる部分の圧粉磁心とを前記した通常の方法で別々に製造し、収納用部分の圧粉磁心に巻線コイルを収納し、ついで、その上から蓋体の圧粉磁心を接着して固定するという方法が実施されている（特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開平１１−９７２２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、ポットコア型の圧粉磁心の上記した製造方法には次のような問題がある。まず、１個のポットコア型の圧粉磁心を製造するためには、収納用部分と蓋体という２個の圧粉磁心を製造しなければならず、不可避的にコスト高を招くということである。
また、収納用部分への蓋体の接着・固定は接着剤を用いて行われるため、その接着剤の厚み管理、すなわち閉磁路における隙間管理に腐心しなければならないということである。
【０００８】
このようなことから、巻線コイルが内蔵されているプレス成形体のままであっても、コアロス特性の劣化が顕著でないポットコア型の圧粉磁心の開発が要求されている。より一般化していえば、磁気焼鈍工程を省略して、プレス成形工程の終了時点であっても、コアロス特性が劣化しない圧粉磁心の開発が要求されている。
本発明は、このような要求に応えるべく開発された圧粉磁心であって、プレス成形による成形歪みが残留している状態であっても、コアロス特性の劣化が抑制されている圧粉磁心の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した目的を達成するために、本発明においては、結晶磁気異方性定数（Ｋ1）が１０×１０4〜５×１０4Ｊ／ｍ3の範囲内にあり、かつ飽和磁歪定数（λS）が−２０×１０-6〜２０×１０-6の範囲内にある軟磁性粉末と、絶縁バインダとのプレス成形体であって、
磁束密度０.１Ｔ、周波数１００kHzの条件下で測定したときの前記プレス成形体のヒステリシス損をＰｈ1（kW／ｍ3）、前記プレス成形体を温度７００℃で磁気焼鈍して得られた磁気焼鈍体のヒステリシス損をＰｈ2（kW／ｍ3）としたとき、Ｐｈ1，Ｐｈ2の間では、次式：
Ｐｈ1≦３０００kW／ｍ3、Ｐｈ1−Ｐｈ2≦２０００kW／ｍ3
で示される関係が成立していることを特徴とする圧粉磁心が提供される。
その場合、前記プレス成形体に温度３００℃以下の熱処理が施されていてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
この圧粉磁心は、その材料設計において、上に規定したＫ1値とλS値を有する軟磁性粉末を用いて製造しているので、プレス成形後の磁気焼鈍を行わなくてもヒステリシス損が３０００kW／ｍ3以下になっている。
そのため、磁気焼鈍なしの状態でも実使用することができる。とくに、磁気焼鈍工程を省略しても、ポットコア型の圧粉磁心として製造することができるので、従来の場合に比べて工程減を実現することができ、したがって製造コストの低減を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明者らは、上記した目的を達成するために、次のような知見と観点に立って研究を進めた。
（１）まず、一般的にいって圧粉磁心の磁気特性は、用いる軟磁性粉末の成分を変化させることによる結晶磁気異方性定数（Ｋ1）の影響を受け、またこのＫ1値は当該軟磁性粉末の飽和磁歪定数（λS）の影響を受ける。
【００１２】
（２）経験的事実によれば、プレス成形体に蓄積されている成形歪みは、磁気焼鈍時の温度を７００℃以上に設定することにより、その殆どは除去され、得られた圧粉磁心に残留歪みは事実上存在していない。
したがって、その圧粉磁心に関して測定されるヒステリシス損は、圧粉磁心の密度、絶縁バインダなどの問題を捨象すれば、基本的には、当該圧粉磁心を構成する軟磁性粉末の磁気特性の関数になっていると判断してよい。
【００１３】
（３）また、本発明者らの経験的事実によれば、磁気焼鈍の処理温度が７００℃よりも低いために、得られた圧粉磁心にはプレス成形時の成形歪みが残留している場合であっても、磁束密度０.１Ｔ、周波数１００kHzの条件下で測定したときのヒステリシス損が３０００kW／ｍ3以下の値になっていれば、要求特性にもよるが、圧粉磁心として充分に実使用することができる。
【００１４】
（４）このようなことから、本発明者らは、上記条件下で測定したときのヒステリシス損（これをＰｈ1とする）が３０００kW／ｍ3以下となるプレス成形体の開発を目標にした。
その場合、プレス成形体を温度７００℃で磁気焼鈍すれば、磁束密度０.１Ｔ、周波数１００kHzの条件下で測定されるその磁気焼鈍体のヒステリシス損（これをＰｈ2とする）は、必ずＰｈ1値より低減するが、この低減する値、すなわち、Ｐｈ1−Ｐｈ2の値（これをΔＰｈとする）が小さければ小さいほど、そのプレス成形体は良質であると判断してよい。
【００１５】
このようなことから、プレス成形体に関するΔＰｈ値が２０００kW／ｍ3以下となるようなプレス成形体の開発を目的にした。
すなわち、このようにして本発明においては、次式：
Ｐｈ1≦３０００kW／ｍ3、Ｐｈ1−Ｐｈ2≦２０００kW／ｍ3の両特性を満足するプレス成形体の開発が目標として設定されたのである。
【００１６】
この開発目標を実現するために、圧粉磁心の磁気特性は用いる軟磁性粉末のＫ1値とλS値の関数であるという前記した知見に基づき、次のような実験を行った。
実験１
まず、成分を変化させて、λS値は−１０×１０-6〜１０×１０-6の範囲内にあり、かつＫ1値が異なる各種の軟磁性粉末（いずれも１００メッシュ下）を用意した。それぞれの粉末を大気中において温度７０℃で乾燥したのち金型に充填し、圧力１０００MPaでプレス成形して、外径２８mm、内径２０mm、厚み５mmのリングコア８個を製造した。
【００１７】
リングコアの一次側に４０ターン、二次側に２０ターンの巻線を施し、磁束密度０.１Ｔ、周波数１００kHzの条件下でヒステリシス損（Ｐｈ1）を測定した。
その結果を図１に示した。
図１から明らかなように、Ｋ1値が５×１０4Ｊ／ｍ3以下の粉末を用いて製造したプレス成形体は、そのＰｈ1値が３０００kW／ｍ3以下になっている。
【００１８】
この実験１から、Ｐｈ1≦３０００kW／ｍ3のプレス成形体を製造するためには、Ｋ1値が、Ｋ1≦５×１０4Ｊ／ｍ3を満たしている軟磁性粉末を使用すべきであることが判明した。
実験２
実験１で製造したプレス成形体に、Ａｒ雰囲気下において、温度７００℃で１時間の磁気焼鈍を行った。得られた焼鈍体のそれぞれにつき、実験１と同様の条件でヒステリシス損（Ｐｈ2）を測定した。
【００１９】
それぞれの焼鈍体のＰｈ2値を、その前駆体であるプレス成形体のＰｈ1値から減算してΔＰｈ＝Ｐｈ1−Ｐｈ2を算出した。ΔＰｈ値とＫ1値との関係を図２に示した。
図２から明らかなように、Ｋ1値が１×１０4Ｊ／ｍ3以上の粉末を用いて製造したプレス成形体は、その焼鈍体との間でΔＰｈ≦２０００kW／ｍ3の関係を満たしている。
すなわち、目標としたΔＰｈ≦２０００kW／ｍ3を満たすプレス成形体を製造するためには、Ｋ1値が１×１０4Ｊ／ｍ3以上の軟磁性粉末を使用すべきであることが判明した。
【００２０】
実験３
成分を変化させることにより、Ｋ1値は２×１０4〜３×１０4Ｊ／ｍ3の範囲内にあり、かつλS値が異なる各種の軟磁性粉末（いずれも１００メッシュ下）を用意し、これを用いて実験１と同様の条件でリングコアを製造し、これらのヒステリシス損（Ｐｈ1）を測定した。その結果を図３に示した。
【００２１】
図３から明らかなように、λS値が−２０×１０-6〜２０×１０-6の範囲内にある軟磁性粉末を用いて製造したリングコア（プレス成形体）は、そのＰｈ1値が３０００kW／ｍ3以下になっている。
すなわち、Ｐｈ1≦３０００kW／ｍ3のプレス成形体を製造する場合には、λS値が−２０×１０-6≦λS≦２０×１０-6を満たしている軟磁性粉末を使用すべきであることが判明した。
【００２２】
本発明の圧粉磁心は、上記した実験１〜３の結果を総括して開発されたものである。
すなわち、本発明の圧粉磁心は、Ｐｈ1≦３０００kW／ｍ3、ΔＰｈ≦２０００kW／ｍ3の特性を有するプレス成形体である。
そしてそれを構成する軟磁性粉末は、その成分、組成とは無関係に、Ｋ1値が１×１０4Ｊ／ｍ3≦Ｋ1≦５×１０4Ｊ／ｍ3で、かつλS値が−２０×１０-6≦λS≦２０×１０-6を同時に満足していることを必須条件とする。
【００２３】
なお、この圧粉磁心はポットコア型の圧粉磁心として好適であるが、必要に応じて熱処理して使用してもよい。その場合には、Ｐｈ1値とΔＰｈ値がより一層小さくなるからである。
その場合、熱処理温度は、内蔵されている巻線コイルの絶縁被覆の耐熱度によって規制されることになるが、一般にその上限は、３００℃程度に制限される。
【００２４】
また、本発明で使用したＫ1値、λS値は、いずれも、Magnetic Materials（TEBBLE. CRAIK著、119〜120頁、1969年）および、強磁性体の物理（近角聰著）の文献値から導出した値を用いている。
【実施例】
【００２５】
実施例１〜８、比較例１〜６
表１で示したＫ1値とλS値を有する各種の軟磁性粉末（いずれも１００メッシュ下）を用意した。それぞれの粉末につき、大気中において温度７０℃で乾燥したのち金型に充填し、圧力１０００MPaでプレス成形して、外径２８mm、内径２０mm、厚み５mmのリングコアを製造した。
【００２６】
これらリングコアにつき、一次側に４０ターン、二次側に２０ターンの巻線を施し、磁束密度０.１Ｔ、周波数１００kHzの条件下でヒステリシス損（Ｐｈ1）を測定した。また、Ａｒ雰囲気下において温度７００℃で１時間の磁気焼鈍を行い、その場合のヒステリシス損（Ｐｈ2）を測定した。Ｐｈ1−Ｐｈ2を算出しΔＰｈを求めた。以上の結果を一括して表１に示した。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１から次のことが明らかである。
（１）Ｋ1値とλS値が同時に本発明で規定した範囲内にある軟磁性粉末を用いて製造した実施例のリングコアは、いずれも、その成分組成とは無関係に、プレス成形の終了時点で、Ｐｈ≦３０００kW／ｍ3、ΔＰｈ≦２０００kW／ｍ3の２つの目標を満たしている。
（２）Ｋ１値は１×１０4〜５×１０4Ｊ／ｍ3の条件を満たしているが、λS値は３２×１０-6と規定の条件を満たしていない軟磁性粉末を用いて製造した比較例７のリングコアは、Ｐｈ≦３０００kW／ｍ3、ΔＰｈ≦２０００kW／ｍ3の目標を達成していない。
【００２９】
（３）したがって、プレス成形の終了時点で、Ｐｈ≦３０００kW／ｍ3、ΔＰｈ≦２０００kW／ｍ3の両目標を達成するリングコアを製造するためには、Ｋ1値が１×１０4〜５×１０4Ｊ／ｍ3であり、かつ、λS値が−２０×１０-6〜２０×１０-6である軟磁性粉末を使用すればよいことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
この圧粉磁心は、高温の磁気焼鈍を行っていないにもかかわらず、ヒステリシス損は３０００kW／ｍ3以下であり、用途によっては実使用が可能である。とくに、絶縁被覆が施されている巻線コイルが内蔵されているので高温の磁気焼鈍を行うことができないポットコア型の圧粉磁心として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】プレス成形体のヒステリシス損とそれに用いた軟磁性粉末の結晶磁気異方性定数との関係を示すグラフである。
【図２】プレス成形体のヒステリシス損とその焼結体のヒステリシス損との差と、プレス成形体に用いた軟磁性粉末の結晶磁気異方性定数との関係を示すグラフである。
【図３】プレス成形体のヒステリシス損とそれに用いた軟磁性粉末の飽和磁歪定数との関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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