(57)【要約】【課題】  高い初透磁率と優れた直流重畳特性を有する圧粉磁心、それに用いる軟磁性粉末を提供する。【解決手段】  アスペクト比が１.２〜２であり、表面には複数の鋭角角部が形成されている軟磁性粉末、および初透磁率をμ0、１６００Ａ／ｍの磁界印加時の透磁率をμとしたとき、μ0≧１００、かつ、μ／μ0≧０.８の磁気特性を有する圧粉磁心。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ−（８〜１１）質量％−（４〜８）質量％Ａｌの組成を有し、アスペクト比が１.１〜２.５のアトマイズ粉の機械的な粉砕処理粉末であることを特徴とする軟磁性粉末。
【請求項２】
アスペクト比が１.２〜２であり、表面には複数の鋭角角部が形成されている請求項１の軟磁性粉末。
【請求項３】
請求項１または２の軟磁性粉末を用いた圧粉磁心であって、初透磁率をμ0、１６００Ａ／ｍの磁界印加時の透磁率をμとしたとき、μ0≧１００、かつ、μ／μ0≧０.８の磁気特性を有することを特徴とする圧粉磁心。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は軟磁性粉末と、初透磁率が高く、かつ直流重畳特性が優れている圧粉磁心に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デスクトップパソコンやノート型パソコン、ファクシミリなどのＯＡ機器の分野では高機能化が進み、また自動車の分野では直噴エンジン制御や高輝度放電型のヘッドライトが普及しはじめている。そして、これらの制御用電源にはスイッチング電源やＤＣ−ＤＣコンバータが不可欠であるが、そ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の磁心として圧粉磁心が多用されている。
【０００３】
この圧粉磁心は概ね次のようにして製造されている。
まず、所望する形状と粒度の軟磁性粉末を製造する。
ついで、得られた粉末に、必要に応じて歪取りの熱処理を施したのち、所定量の絶縁バインダ成分を混合して、当該粉末の表面を絶縁バインダ成分で被覆することにより、製造目的の圧粉磁心の電気抵抗率を高くしてコアロスを低下させるための処置が施される。
【０００４】
ついで、上記混合物を所定形状の金型に充填し、通常は室温下において所定の圧力でプレス形成してグリーンを製造し、最後に、このグリーンに、熱処理を施して、プレス成形時に蓄積された成形歪みを解放し、目的の圧粉磁心にする。
この一連の製造工程で、出発原料として用いられる軟磁性粉末は、大別して次のような方法で製造されている。
【０００５】
１つは、所定組成の軟磁性合金を溶製し、その溶湯を鋳造してインゴットにしたのち、当該インゴットを大気中で機械的に粉砕する方法である。この方法で得られた粉末は、その表面が酸化したり、粉砕による大きな残留応力が存在する場合が多い。そのため、製造した圧粉磁心の保磁力が大きくなり、また透磁率は低くなり、かつコアロス増を招くという傾向がある。
【０００６】
他の方法は、圧力流体を用いて溶湯を粉砕するアトマイズ法である。圧力流体として水を使用する水アトマイズ法と、圧力流体として例えばＮ2ガスを使用するガスアトマイズ法が実施されている。
水アトマイズ法で製造したアトマイズ粉末は、その形状が異形である。そのため、プレス成形後におけるグリーンの相対密度は高くならず、結局、圧粉磁心の透磁率を高めることは困難である。
【０００７】
一方、ガスアトマイズ法で製造したアトマイズ粉末の形状は略球形である。そのため、プレス成形時にグリーンの相対密度を高めることができる。しかしながら、この粉末は略球形であり、その反磁界係数が大きいので、結局、得られた圧粉磁心の透磁率はそもそも低いという問題がある。
軟磁性粉末に関する上記したような問題に関しては、圧力流体として水とガスとを混合した特殊水を用いたアトマイズ法で製造した軟磁性粉末であって、アスペクト比を１.１〜２.５に規定した軟磁性粉末が提案されている（特許文献１を参照）。
【０００８】
ところで、最近の圧粉磁心に対しては、省スペースのために、形状小型化への要望が非常に高まっている。この要望に応えるためには、小形形状に製造された圧粉磁心であったとしても、それは高い透磁率を示すことが必要不可欠である。
その場合、上記した高透磁率とは、印加電流がゼロのときに示すいわゆる初透磁率が高いということではない。それは、当該圧粉磁心が実際の回路に組み込まれ、所定値の電流（実使用時の電流）が通電されたときに発生する磁界下における透磁率が高いということ、換言すれば、直流重畳特性が優れているということである。
【０００９】
従来から、高い直流重畳特性を備えた圧粉磁心を製造する方法に関しては、次のような方法が知られている。
まず、高い飽和磁束密度を有する軟磁性粉末を用いる方法である。しかしながら、この方法の場合、一般に、飽和磁束密度が高い軟磁性材料は保磁力の大きいものが多いため、実使用時におけるヒステリシス損は大きくなり、コアロスが増大するという問題がある。
【００１０】
また、圧粉磁心の製造時に、プレス成形時における成形圧を非常に高めることにより、グリーン、ひいては圧粉磁心の相対密度を高めるという方法もある。しかしながら、この方法の場合、成形圧力を非常に高める必要があり、設備の大規模化、金型寿命の低下などの問題が発生し、工業的な意味で実用的であるとはいいがたい。
【特許文献１】特開平１１−１５２５０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、高い直流重畳特性を備えているので、小型化が可能である圧粉磁心の製造に用いる軟磁性粉末と、その軟磁性粉末を用いた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】
【００１２】
上記した目的を達成するために、本発明者らは、以下の技術思想に基づいて鋭意研究を重ねた。
（１）まず、圧粉磁心の透磁率とその使用磁界との関係に関しては、使用磁界が０（Ａ／ｍ）のときの透磁率を初透磁率といい、そして、磁界が強くなっていくにつれて、透磁率は低下していくということが知られている。
【００１３】
（２）その場合、透磁率低下の態様は圧粉磁心の種類によって様々に変化する。すなわち、初透磁率は高いが、弱い磁界が印加された時点で透磁率が急激に低下する圧粉磁心もあり、また逆に、初透磁率は低いが、印加磁界が強くなってもそれほど透磁率が低下しない圧粉磁心もある。
（３）したがって、印加磁界が強くなっても高い透磁率を保持する、すなわち直流重畳特性に優れた圧粉磁心を得ようとする場合には、その圧粉磁心に対しては、次のような特性を付与することが有効であると考えられる。すなわち、
Ａ：初透磁率が高いこと、
Ｂ：印加磁界が強くなっていった場合であっても、上記した初透磁率は急激に低下しないこと、
である。このような特性を備えていれば、その圧粉磁心は、強磁界下にあっても高い透磁率を確保し、優れた直流重畳特性を示すものと考えられる。
【００１４】
上記した観点に立って本発明者らは種々の検討を行った。その際、小形形状の圧粉磁心を製造目的とする関係で、本発明者らは圧粉磁心の目標特性を以下のように設定した。
すなわち、第１に、圧粉磁心の初透磁率（μ0）は１００以上であること、第２に、印加磁界が１６００Ａ／ｍであるときに、その透磁率（μ）は初透磁率（μ0）の８０％以上の値で確保されていること、である。
【００１５】
そして、圧粉磁心の磁気特性は、用いる軟磁性粉末の形状特性の影響を受けるという公知の事実に着目した。そこで、材料として、Ｓｉ：８〜１１質量％、Ａｌ：４〜８質量％のＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金を選択し、それぞれ異なる方法で製造した形状特性の異なる粉末を用いて、プレス成形時の条件は従来と変えることなく、各種の圧粉磁心を製造した。
なお、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金として、上記した組成のものを用いた理由は、この合金系において、Ｓｉ，Ａｌが上記した組成比から外れると、製造した圧粉磁心はその保磁力が大きくなり、かつコアロスが劣化するという経験的事実があるからである。
【００１６】
そして、得られた圧粉磁心の初透磁率（μ0）と直流重畳特性を測定したところ、後述する粉末を用いると上記した目標特性の圧粉磁心を製造することができることが判明した。
すなわち、本発明においては、Ｆｅ−（８〜１１）質量％−（４〜８）質量％Ａｌの組成を有し、アスペクト比が１.１〜２.５のアトマイズ粉の機械的な粉砕処理粉末であることを特徴とする軟磁性粉末が提供され、具体的には、アスペクト比が１.２〜２であり、表面には複数の鋭角角部が形成されている軟磁性粉末が提供される。
【００１７】
また、本発明においては、上記した軟磁性粉末を用いた圧粉磁心であって、初透磁率をμ0、１６００Ａ／ｍの磁界印加時の透磁率をμとしたとき、μ0≧１００、かつ、μ／μ0≧０.８の磁気特性を有することを特徴とする圧粉磁心が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の軟磁性粉末は、アトマイズ粉末の機械粉砕粉末であるため、その表面に鋭角角部を有し、またアスペクト比が１.２〜２になっている。
そして、この粉末を用いて製造した圧粉磁心は、初透磁率が１００以上であり、また１６００Ａ／ｍの印加磁界下における透磁率は初透磁率の８０％以上の値となっていて直流重畳特性が優れている。この圧粉磁心は、形状小型化の要求に十分対応できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の圧粉磁心は、その初透磁率（μ0）が１００以上と高透磁率であり、しかも、１６００Ａ／ｍの印加磁界の下にあっても、その透磁率（μ）は初透磁率（μ0）の８０％以上の値を確保するという高直流重畳特性を備えている。
この圧粉磁心は、次のような形状特性を有する軟磁性粉末を出発原料として製造される。以下に、その粉末に関して詳細に説明する。
【００２０】
目的とする軟磁性粉末の製造に関しては、まず、前記した特許文献１に記載の方法で製造されたアトマイズ粉末を用意する。
このアトマイズ粉末は、水とガスを溶媒として用いたアトマイズ法で製造され、そのアスペクト比は１.１〜２.５の範囲内にある粉末である。この粉末は、上記した方法を用いて製造されるので、その形状特性は、水アトマイズ法で製造されたときの異形形状とガスアトマイズ法で製造されたときの略球形状との中間的な状態を示している。
【００２１】
すなわち、この粉末を顕微鏡観察すると、個々の粉末粒子の表面は全体として滑らかであり、また鋭角な角部は少なく全体として丸みを帯びている。その全体形状は、細長い馬鈴薯に類似している。
このアトマイズ粉末に機械的な粉砕処理を行って、目的とする軟磁性粉末がアトマイズ粉末の機械的な粉砕処理粉末として製造される。
【００２２】
粉砕処理時の衝撃エネルギを受けて、アトマイズ粉末はその長軸方向で切断されたり、または表面近傍の結晶粒が剥離されたりして、形状特性が異なる粉末に変化する。
すなわち、粉砕処理後の粉末を顕微鏡観察すると、個々の粉末粒子の表面には、アトマイズ粉末の場合のような滑らかさは消えて、ギザギザとした鋭角角部が多数形成されていて、全体として角張った形状になっている。そして、アスペクト比はアトマイズ粉末の場合よりも小さくなっている。
【００２３】
なお、ここでいうアスペクト比とは、粉末粒子を顕微鏡下で２次元的に観察し、ある視野内に存在する粒子の短軸方向の長さをＬ1、長軸方向の長さをＬ2としたとき、個々の粒子につき両者の比：Ｌ2／Ｌ1を求め、視野内の全粒子の平均値として定義される。
粉砕処理は、例えば、振動ミル装置、ボールミル装置、ジェットミル装置、アトライタ装置などを用いて行うことができる。このとき、得られる軟磁性粉末のアスペクト比が１.２〜２.０の範囲内となるように粉砕処理時の条件が選定される。
【００２４】
アスペクト比が１.２より小さい場合は、製造する圧粉磁心の初透磁率（μ0）を１００以上とすることができず、またアスペクト比が２.０より大きくなると、圧粉磁心の初透磁率（μ0）は優に１００より大きくなるが、他方では、印加磁界が１６００Ａ／ｍであるときの透磁率（μ）が大幅に低下して直流重畳特性は目標特性にならないからである。
圧粉磁心の製造に際しては、上記した軟磁性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成分とを均一に混合したのち乾燥し、得られた混合物を金型に充填してプレス成形する。そして得られたグリーンを磁気焼鈍して圧粉磁心にする。
【００２５】
本発明の軟磁性粉末は、前記したような表面特性を有しているので、プレス成形時に粉末が相互に係合しあってグリーンを高密度化し、もって高透磁率化を実現する。そして同時に、アスペクト比が１.２〜２.０であるため、圧粉磁心の直流重畳特性も優れたものにする。
【実施例】
【００２６】
実施例１〜７、比較例１〜７
（１）軟磁性粉末の製造
特許文献１に記載の方法に準拠してアトマイズ粉末を製造した。ついで、このアトマイズ粉末を振動ミル装置を用い、ロッド径１３mm、粉末供給量６０〜２００kg／hr、振幅７〜１１mmの条件で粉砕処理を行った。このとき振動ミル装置の振幅、および粉末供給量を変化させて、表１で示したように、アスペクト比が異なる各種の粉末を製造した。
【００２７】
比較のために、水アトマイズ法で製造した粉末、ガスアトマイズ法で製造した粉末、インゴットを機械粉砕して製造した粉末、および特許文献１のアトマイズ粉末それ自体も用意した。
（２）圧粉磁心の製造
これらの粉末を、一旦、Ａｒ雰囲気中において温度９５０℃で１時間の歪取り熱処理を行い、各粉末１００質量部に対しシリコーン樹脂１質量部を混合したのち温度７０℃で０.５時間乾燥した。
【００２８】
ついで、乾燥粉末１００質量部に対し、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛０.５質量部を添加混合したのち、全体を金型に充填し、圧１７００MPaでプレス成形し、外径２８mm、内径２０mm、厚み５mmのリングコアにした。
ついで、Ａｒ雰囲気中において、温度６５０℃で１時間の磁気焼鈍を行って圧粉磁心にした。
【００２９】
（３）特性の測定
各圧粉磁心の１次側に４０ターンの巻線を施し、２次側に２０ターンの巻線を施し、ＬＣＲメータを用いて１６００Ａ／ｍの直流磁界を印加し、更に０.４Ａ／ｍ、１００kHzの交流磁界を重畳し、そのときの微分比透磁率（μ）を測定した。直流磁界が０Ａ／ｍのときの微分比透磁率を初透磁率（μ0）とした。そして、μ／μ0値を算出した。
【００３０】
以上の結果を一括して表１に示した。
【００３１】
【表１】
2005079530.tif 000002
【００３２】
表１から次のことが明らかである。
（１）特許文献１のアトマイズ粉末に粉砕処理を施して得られた粉末のうち、アトマイズ後のアスペクト比および粉砕処理後のアスペクト比が本発明で規定する範囲内にある粉末を用いた実施例１〜７の圧粉磁心はいずれも目標特性を満たしている。
（２）特許文献１のアトマイズ粉末を用いた比較例３の圧粉磁心は、初透磁率（μ0）は高いが、μ／μ0値は目標特性を満たしておらず、直流重畳特性が悪い。
【００３３】
（３）特許文献１のアトマイズ粉末に粉砕処理を施した粉末のうち、アスペクト比が１.１である粉末を用いた比較例１の圧粉磁心は、μ／μ0値は目標特性を満たし、直流重畳特性は優れているが、粉末は略球形であるため、初透磁率（μ0）が目標値と対比して超かに低くなっている。また、アスペクト比が２.３の粉末を用いた比較例２の圧粉磁心の場合、初透磁率（μ0）は高いがμ／μ0値は目標特性を満たしておらず、直流重畳特性は非常に劣っている。
【００３４】
（４）水アトマイズ粉末に粉砕処理を施し、粉砕後のアスペクト比が本発明で規定する範囲内にある粉末を用いた比較例７の圧粉磁心の場合、アトマイズままのアスペクト比が本発明で規定する範囲から外れているので、密度が充分にあがらず、μ／μ0値は目標特性に対して低く直流重畳特性が劣っている。
（５）水アトマイズ粉末を用いた比較例４の圧粉磁心、インゴットの機械粉砕粉末を用いた比較例５の圧粉磁心は、いずれも、初透磁率（μ0）は高いがμ／μ0値は目標特性を満たしておらず、直流重畳特性は悪い。
【００３５】
また、ガスアトマイズ粉末を用いた比較例６の圧粉磁心は、アスペクト比が１.１と低すぎて、初透磁率（μ0）は目標値と比較して低くなっている。
次に、実施例１、比較例１、比較例２の圧粉磁心につき、ＬＣＲメータを用いて０〜８０００Ａ／ｍの直流磁界を印加し、更に０.４Ａ／ｍ、１００kHzの交流磁界を重畳し、そのときの微分比透磁率（μ）を測定した。その結果を図１に示した。
【００３６】
また、直流磁界が０Ａ／ｍのときの微分比透磁率を初透磁率（μ0）とし、μ／μ0値を計算し、それを印加磁界との関係として図２に示した。
図１、図２から明らかなように、比較例１の圧粉磁心は、高い直流重畳特性を備えているが、そもそも初透磁率が低く、また比較例２の圧粉磁心は、初透磁率は非常に高い値になっているが、印加磁界が増大するとともに透磁率は急激に低下してその直流重畳特性は劣悪である。
【００３７】
しかしながら、実施例１の圧粉磁心は、初透磁率は１００以上であり、直流重畳特性は比較例１と比較例２の中間にあり、バランスのとれた磁気特性を示している。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の軟磁性粉末を用いると、初透磁率が高く、直流重畳特性が優れた圧粉磁心を製造することができるので、その圧粉磁心は、形状小型化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】印加磁界と透磁率の関係を示すグラフである。
【図２】印加磁界とμ／μ0値との関係を示すグラフである。
【図１】
2005079530.tif 000003
【図２】
2005079530.tif 000004