(57)【要約】 【課題】  実効透磁率の周波数特性が低周波領域並びに高周波領域共に平坦な優れた高周波用複合磁性粉末材料および高周波用圧粉磁芯ならびに高周波用圧粉磁芯の製造方法を得る。  【解決手段】  Ｆｅ粉末に、組成比をＳｉが５ｗｔ％〜１０ｗｔ％、Ｂが１ｗｔ％〜５ｗ％、残りＦｅとしたＦｅ−Ｓｉ−Ｂ合金粉末を均一に混合し、分散させた複合磁性材料粉末について、前記複合磁性粉末材料に、絶縁材として有機高分子樹脂、シリコーン系樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂、水ガラス等を絶縁材として使用し、また、これらの樹脂と無機物を組み合わせて使用して作製された高周波用圧粉磁芯とする。【選択図】  図１
2005294458.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶質磁性材料と、非晶質磁性材料とを均一に混合し、分散させた複合磁性材料粉末に、絶縁材として、シリコーン系樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂等の有機高分子樹脂、または水ガラス、もしくは組み合わせたものを使用し、作製されたことを特徴とする高周波用圧粉磁芯。
【請求項２】
前記非晶質磁性材料のビッカース硬度は、８００以上から１４００以下の範囲であり、前記の結晶質磁性材料のビッカース硬度は、１００以上から３００以下の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の高周波用圧粉磁芯。   
【請求項３】
Ｆｅ粉末に、組成比をＳｉが５ｗｔ％〜１０ｗｔ％、Ｂが１ｗｔ％〜５ｗ％、残りＦｅとしたＦｅ−Ｓｉ−Ｂ合金粉末を均一に混合し、分散させた複合磁性材料粉末に、絶縁材として、シリコーン系樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂等の有機高分子樹脂、または水ガラス、もしくは組み合わせたものを使用し、作製されたことを特徴とする高周波用圧粉磁芯。
【請求項４】
前記Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ合金粉末の、全体に対する比率は、２０ｗｔ％ 〜８０ｗｔ％の範囲とすることを特徴とする請求項３に記載の高周波用圧粉磁芯。
【請求項５】
前記複合磁性粉末材料は、透磁率が３８以上であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の高周波用圧粉磁芯。
【請求項６】
前記高周波用圧粉磁芯は、周波数１ＭＨｚ〜５ＭＨｚにおいて平坦な周波数特性を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の高周波用圧粉磁芯。
【請求項７】
前記複合磁性粉末材料粉末は、平均粒径（Ｄ５０）で４５μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の高周波用圧粉磁芯。
【請求項８】
前記Ｆｅ粉末の粒径は、１μｍ以上から１０μｍ以下の範囲であり、前記Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ合金粉末の粒径は、５μｍ以上から２０μｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項２に記載の高周波用圧粉磁芯。
【請求項９】
結晶質磁性材料と、非晶質磁性材料とを均一に混合し、分散させたことを特徴とする高周波用複合磁性粉末材料。
【請求項１０】
前記非晶質磁性材料のビッカース硬度は、８００以上から１４００以下の範囲であり、前記の結晶質磁性材料のビッカース硬度は、１００以上から３００以下の範囲であることを特徴とする請求項９に記載の高周波用複合磁性粉末材料。 
【請求項１１】
Ｆｅ粉末に、組成比をＳｉが５ｗｔ％〜１０ｗｔ％、Ｂが１ｗｔ％〜５ｗ％、残りＦｅとしたＦｅ−Ｓｉ−Ｂ合金粉末を均一に混合し、分散させたことを特徴とする高周波用複合磁性粉末材料。 
【請求項１２】
前記Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ合金粉末の、全体に対する比率は、２０ｗｔ％ 〜８０ｗｔ％の範囲とする請求項１１に記載の高周波用複合磁性粉末材料。
【請求項１３】
前記複合磁性粉末材料は透磁率が３８以上であることを特徴とする請求項９ないし１２のいずれかに記載の高周波用複合磁性粉末材料。
【請求項１４】
平均粒径（Ｄ５０）が４５μｍ以下であることを特徴とする請求項９ないし１３のいずれかに記載の高周波用複合磁性粉末材料。
【請求項１５】
前記Ｆｅ粉末の粒径は、１μｍ〜１０μｍの範囲であり、前記Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ合金粉末の粒径は、５μｍ〜２０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１１に記載の高周波用複合磁性粉末材料。
【請求項１６】
結晶質磁性材料と、非晶質磁性材料とを均一に混合し、分散させた複合磁性粉末材料に、絶縁材として、シリコーン系樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂等の有機高分子樹脂、または水ガラス、もしくは組み合わせたものを混合し、乾燥後、分級し、成型し、キュアして作製することを特徴とする高周波用圧粉磁芯の製造方法。
【請求項１７】
Ｆｅ粉末に、組成比をＳｉが５ｗｔ％〜１０ｗｔ％、Ｂが１ｗｔ％〜５ｗ％、残りＦｅとしたＦｅ−Ｓｉ−Ｂ合金粉末、または、組成比をＳｉが８〜１０ｗｔ％、Ａｌが５〜８ｗｔ％、残りＦｅとしたＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金粉末の少なくとも一方とを、前記Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ合金粉末とＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金粉末の合計の全体に対する比率を２０ｗｔ％〜８０ｗ％の範囲となるように均一に混合し、分散させた複合磁性材料粉末に、絶縁材として、シリコーン系樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂等の有機高分子樹脂、または水ガラス、もしくは組み合わせたものを混合し、乾燥後、分級し、成型し、キュアして作製することを特徴とする高周波用圧粉磁芯の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング電源用ＤＣ／ＤＣコンバータに用いられるインダクタ、またはＤＣインダクタなど、高い電流もしくは高周波帯域で用いられる線輪部品に使用するのに好適な、高周波用複合磁性粉末材料および高周波用圧粉磁芯ならびに高周波用圧粉磁芯の製造方法に関する。                    
【背景技術】
【０００２】
近年の電子部品は、電気回路等に用いられる部品においても、益々、動作環境で高電流化、動作周波数の高周波化、小型化の要求によって、使用する環境などが移り変わってきている。これに伴い、センダストまたはフェライトなどの材料により高周波化の要求に対処している。
【０００３】
１種類の粉末、あるいは粒子の大きさが粗大なものを使用した電源などに使用される従来の電気部品は、低い周波数領域では良好な磁気および電気的特性を有していたが、低い周波数領域では良好な磁気および電気的特性を有している材料も、高い周波数領域ほど特性が伸びず使用される粉末材料もほぼ特定されていた。ここで、Ｓｉ５ｗｔ％、残りＦｅのＦｅ−Ｓｉ合金粉末を使用したトロイダルコアを例にとると、周波数１００ｋＨｚ付近より透磁率が低下している。  
【０００４】
図２は、本発明と、従来の高周波用圧粉磁芯の製造方法の説明図であり、図２（ａ）は、本発明の実施例による高周波用圧粉磁芯の製造工程の説明図、図２（ｂ）は、従来の高周波用圧粉磁芯の製造工程の説明図である。図２（ｂ）の従来の高周波用圧粉磁芯の製造工程は、原料粉末を、高温熱処理し、前記高温熱処理された原料粉末を秤量し、これにバインダを加えて、バインダ混合し、ついで乾燥・分級し、金型で成型し、最後にキュアを行う。        
【０００５】
特許文献１には、磁性粉末とバインダを混合し、熱処理工程を行って、磁気特性を得る圧粉磁芯について記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２３８１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の高周波用圧粉磁芯は、透磁率の周波数特性において、１ＭＨｚを超えると透磁率が低下するという問題点があった。従って、本発明の課題は、上記各問題に鑑み、実効透磁率の周波数特性が平坦であり、同時に高周波領域での実効透磁率が優れた高周波用複合磁性粉末材料および高周波用圧粉磁芯ならびに高周波用圧粉磁芯の製造方法を得ることである。                    
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明においては、上記課題を解決すべく、種々の検討を重ねた結果、結晶質磁性材料と、非晶質磁性材料とを均一に混合し、分散させた複合磁性材料粉末について、前記結晶質材料をＦｅ粉末とし、前記非結晶質材料をＦｅ−Ｓｉ−Ｂ合金粉末とし、前記複合磁性粉末材料に、絶縁材として、シリコーン系樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂等の有機高分子樹脂、または水ガラス、もしくは組み合わせたものを使用し、作製した高周波用圧粉磁芯とする。
【０００９】
また、本発明の複合磁性粉末材料を使用して作製した圧粉磁芯並びに電気部品は高い周波数領域で平坦な磁気および電気的特性を有する。
【００１０】
即ち、本発明は、結晶質磁性材料と、非晶質磁性材料とを均一に混合し、分散させた複合磁性材料粉末に、絶縁材として、シリコーン系樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂等の有機高分子樹脂、または水ガラス、もしくは組み合わせたものを使用し、作製された高周波用圧粉磁芯である。
【００１１】
また、本発明は、前記非晶質磁性材料のビッカース硬度は、８００以上から１４００以下の範囲であり、前記の結晶質磁性材料のビッカース硬度は、１００〜３００以下の範囲の高周波用圧粉磁芯である。   
【００１２】
また、本発明は、Ｆｅ粉末に、組成比をＳｉが５ｗｔ％〜１０ｗｔ％、Ｂが１ｗｔ％〜５ｗ％、残りＦｅとしたＦｅ−Ｓｉ−Ｂ合金粉末を均一に混合し、分散させた複合磁性材料粉末について、前記複合磁性粉末材料に、絶縁材として有機高分子樹脂、シリコーン系樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂、水ガラス等を絶縁材として使用し、また、これらの樹脂と無機物を組み合わせて使用して作製された高周波用圧粉磁芯である。
【００１３】
また、本発明は、前記Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ合金粉末の、全体に対する比率は、２０ｗｔ％ 以上から８０ｗｔ％以下の範囲とする高周波用圧粉磁芯である。
【００１４】
また、本発明は、前記複合磁性粉末材料の透磁率が３８以上の高周波用圧粉磁芯である。
【００１５】
また、本発明は、前記高周波用圧粉磁芯は、周波数１ＭＨｚ〜５ＭＨｚにおいて平坦な周波数特性を有する高周波用圧粉磁芯である。
【００１６】
また、本発明は、前記複合磁性粉末材料は、磁気特性に応じた組成比を選択し、また、粒子の形状は球状、ティアドロップ等の非球形状の粉末であり、粒径の大きさは平均粒径（Ｄ５０）で４５μｍとする高周波用圧粉磁芯である。
【００１７】
また、本発明は、前記Ｆｅ粉末の粒径は、１μｍ以上から１０μｍ以下の範囲であり、前記Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ合金粉末の粒径は、５μｍ以上から２０μｍ以下の範囲の高周波用圧粉磁芯である。
【００１８】
また、本発明は、結晶質磁性材料と、非晶質磁性材料とを均一に混合し、分散させた高周波用複合磁性粉末材料である。                                                  
【００１９】
また、本発明は、前記非晶質磁性材料のビッカース硬度は、８００以上から１４００以下の範囲であり、前記の結晶質磁性材料のビッカース硬度は、１００以上から３００以下の範囲の高周波用複合磁性粉末材料である。  
【００２０】
また、本発明は、Ｆｅ粉末に、組成比をＳｉが５ｗｔ％〜１０ｗｔ％、Ｂが１ｗｔ％〜５ｗ％、残りＦｅとしたＦｅ−Ｓｉ−Ｂ合金粉末を均一に混合し、分散させた高周波用複合磁性粉末材料である。     
【００２１】
また、本発明は、前記Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ合金粉末の、全体に対する比率は、２０ｗｔ％ 以上から８０ｗｔ％以下の範囲とする高周波用複合磁性粉末材料である。     
【００２２】
また、本発明は、前記複合磁性粉末材料は、透磁率が３８以上の高周波用複合磁性粉末材料である。
【００２３】
また、本発明は、前記複合磁性粉末材料は、磁気特性に応じた組成比を選択し、また、粒子の形状は球状、ティアドロップ等の非球形状の粉末であり、粒径の大きさは平均粒径（Ｄ５０）で４５μｍとする高周波用複合磁性粉末材料である。
【００２４】
また、本発明は、前記Ｆｅ粉末の粒径は、１μｍ以上から１０μｍ以下の範囲であり、前記Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ合金粉末の粒径は、５μｍ以上から２０μｍ以下の範囲の高周波用複合磁性粉末材料である。   
【００２５】
また、本発明は、結晶質磁性材料と、非晶質磁性材料とを均一に混合し、分散させたことを特徴とする高周波用複合磁性粉末材料について、秤量を行い、前記秤量された複合磁性粉末材料に、絶縁材として各種有機高分子樹脂、シリコーン系樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂、水ガラス等を絶縁材として使用し、また、これらの樹脂と無機物を組み合わせて、混合し、その後、乾燥・分級し、成型し、キュアして作製する高周波用圧粉磁芯の製造方法である。
【００２６】
また、本発明は、Ｆｅ粉末に、組成比をＳｉが５ｗｔ％〜１０ｗｔ％、Ｂが１ｗｔ％〜５ｗ％、残りＦｅとしたＦｅ−Ｓｉ−Ｂ合金粉末、または、組成比をＳｉが８〜１０ｗｔ％、Ａｌが５〜８ｗｔ％、残りＦｅとしたＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金粉末の中より少なくとも前記合金粉末を１種類以上均一に混合し、分散させた複合磁性材料粉末について、前記Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ合金粉末を、全体に対する比率を、２０ｗｔ％ 以上から８０ｗｔ％以下の範囲として秤量し、前記秤量された複合磁性粉末材料に、絶縁材として各種有機高分子樹脂、シリコーン系樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂、水ガラス等を絶縁材として使用し、また、これらの樹脂と無機物を組み合わせて、混合し、その後、乾燥・分級し、成型し、キュアして作製する高周波用圧粉磁芯の製造方法である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、実効透磁率の周波数特性が平坦であり、同時に高周波領域での実効透磁率の優れた高周波用圧粉磁芯ならびに高周波用圧粉磁芯の製造方法が得られる。                    
【００２８】
この複合磁性粉末材料は、従来品には無い高周波領域における、優れた磁気および電気的特性を有する圧粉磁芯並びに電気部品を提供することができる。また、粉末製造工程においても大変短くすることができ、粉末熱処理を必要としない材料であるため特にランニングコストを削減することができ、製造コスト面でも大変有利な材料である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明の実施の形態による高周波用複合磁性粉末材料および高周波用圧粉磁芯ならびに高周波用圧粉磁芯の製造方法について、以下に説明する。
【００３０】
本発明の高周波用複合磁性粉末材料および高周波用圧粉磁芯は、結晶質磁性材料に、非晶質磁性材料とを均一に混合し、分散させた複合磁性材料粉末であって、前記複合磁性粉末材料に、絶縁材として、シリコーン系樹脂、フェノール系樹脂、エポキシ系樹脂等の有機高分子樹脂、または水ガラス、もしくは組み合わせたものを使用し、作製された高周波用圧粉磁芯である。
【００３１】
ここで、前記結晶質磁性材料には、例えばＦｅ粉末が用いられ、また、非晶質磁性材料には、例えばＦｅ−Ｓｉ−Ｂ合金粉末が用いられる。前記Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ合金粉末は、組成比をＳｉが５ｗｔ％〜１０ｗｔ％、Ｂが１ｗｔ％〜５ｗ％、残りＦｅとし、前記Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ合金粉末は、全体に対して、２０ｗｔ％ 以上から８０ｗｔ％以下の範囲で混合する。
【００３２】
ここで、Ｆｅ粉末のビッカース硬度は、１００以上から３００以下の範囲にあり、前記Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ合金粉末は、８００以上から１４００以下の範囲である。ここで、１００以下の場合は柔らかすぎ、３００以上では硬すぎ、成型が困難となる。粒径は、Ｆｅ粉末の粒径が１μｍ以上から１０μｍ以下の範囲で、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ合金粉末の粒径が５μｍ以上から２０μｍ以下の範囲とすると良い。１μｍ以下ではハンドリングが悪く、２０μｍ以上では粒径に依存する渦電流損失により周波数特性が悪い。混合するので上記程度とすると、成型性が良い。更に、前記高周波用圧粉磁芯は、高温熱処理を行わず、混合、分散させるだけで透磁率が３８以上の磁気特性が得られる。
【００３３】
図２は、本発明と、従来の高周波用圧粉磁芯の製造方法の説明図であり、図２（ａ）は、本発明の高周波用圧粉磁芯の製造工程の説明図である。図２（ａ）より、本発明の高周波用圧粉磁芯の製造工程は、原料粉末を、高温熱処理しない状態で、秤量し、これにバインダを加えて、バインダ混合し、  ついで乾燥・分級し、金型で成型し、最後にキュアを行う。このように、従来の図２（ｂ）の製造工程にあった、高温熱処理の工程が、削除される。
【実施例】
【００３４】
以下に、本発明の実施例による高周波用複合磁性粉末材料および高周波用圧粉磁芯ならびに高周波用圧粉磁芯の製造方法について説明する。
【００３５】
全体としてＦｅ粉末（使用している粉末は水アトマイズ製法にて作製された粉末）、Ｆｅ−１０ｗｔ％Ｓｉ−５ｗｔ％Ｂ合金粉末（使用している粉末は水アトマイズ製法にて作製された粉末）を、それぞれ８０ｗｔ％対２０ｗｔ％、および６０ｗｔ％対４０ｗｔ％、および５０ｗｔ％対５０ｗｔ％、および４０ｗｔ％対６０ｗｔ％、および２０ｗｔ％対８０ｗｔ％となるように秤量し、秤量後の粉末全体の６.５ｗｔ％バインダを添加し、粉末混合設備によって４０分間混合し、この複合磁性粉末材料を乾燥し、加圧成型を行い、順番に、発明品１、発明品２、発明品３、発明品４、発明品５を作製した。
【００３６】
この場合、使用した粉末成型用金型は、外径２４ｍｍ×内径１４ｍｍ、環状抜き型（トロイダル形状）を有するもので、５Ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力にて成型した。この際に作製される成型品の高さ寸法が１０ｍｍとなるように、使用する複合磁性粉末材料を設定した。作製された圧粉体を使用した樹脂の推奨硬化温度条件にて適切な熱処理を行い、Ｆｅ粉末とＦｅ−１０ｗｔ％Ｓｉ−５ｗｔ％Ｂ合金粉末を用いた複合磁性粉末材料を得た。
【００３７】
ここで、前記Ｆｅ粉末のビッカース硬度は、１２０であり、前記Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ合金粉末のビッカース硬度は、９１０であった。
【００３８】
図２（ａ）は、本発明の高周波用圧粉磁芯の製造工程の説明図である。図２（ａ）より、本発明の高周波用圧粉磁芯の製造工程は、原料粉末を、高温熱処理しない状態で、秤量し、これにバインダを加えて、バインダ混合し、ついで乾燥・分級し、金型で成型し、最後にキュアを行う。このように、従来の製造工程にあった、高温熱処理の工程が、削除される。
【００３９】
また、以下のごとく、比較品１と、比較品２とを作製した。
（比較品１）Ｆｅ粉末に、６.５ｗｔ％バインダを添加し、本発明の実施例の製造方法と同じようにトロイダル形状の圧粉磁芯を作製した。
（比較品２）Ｆｅ−１０ｗｔ％Ｓｉ−５ｗｔ％Ｂ合金粉末に、６.５ｗｔ％バインダを添加し、本発明の実施例１の製造方法と同じようにトロイダル形状の圧粉磁芯を作製した。
【００４０】
次に、上記トロイダル形状の圧粉磁芯を、ＨＰ製４２８４Ａ並びに４２８５Ａにプレジションメータによって測定し、１０ｋＨｚ〜２０ＭＨｚにおける実効透磁率を得た。また、上記トロイダル形状の圧粉磁芯について、密度を測定した。測定結果を表１に示す。
【００４１】
【表１】
2005294458.tif 000003
【００４２】
表１より、ＦｅーＳｉ−Ｂ粉末が、２０ｗｔ％以上から８０ｗｔ％以下の範囲にて透磁率が３８以上が得られ、また密度も、４.９０ｇ/ｃｍ３以上得られている。ＦｅーＳｉ−Ｂ粉末が、５０ｗｔ％の条件にて、透磁率が５６と、最大値を示し、またこの条件の時、密度が、５.９５ｇ/ｃｍ３と、最大の密度が得られている。
【００４３】
これは、前記Ｆｅ粉末のビッカース硬度が、１２０であり、また前記Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ合金粉末のビッカース硬度が、９１０であり、前記粉末配合率にて、最も、充填の効率が良いことを示している。また、比較品２は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ合金粉末が１００ｗｔ％であり、ビッカース硬度が高いので、磁芯とした場合、変形が困難で、密度が低いという問題点がある。
【００４４】
図１は、本発明の実施例による高周波用圧粉磁芯と、従来の高周波用圧粉磁芯での透磁率対周波数対特性の比較図である。図１の中で、本発明品は、ＦｅーＳｉ−Ｂ粉末が、５０ｗｔ％の条件の最良のデータである。
【００４５】
図１の比較図から分かる通り、本発明品は、実効透磁率は低いものの、低周波領域から高周波領域までほとんど平坦な、実効透磁率の周波数特性が実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施例による高周波用圧粉磁芯と、従来との透磁率対周波数対特性の比較の説明図。
【図２】本発明と、従来の高周波用圧粉磁芯の製造方法の説明図。図２（ａ）は、本発明の実施例による高周波用圧粉磁芯の製造工程の説明図、図２（ｂ）は、従来の高周波用圧粉磁芯の製造工程の説明図。
【図１】
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【図２】
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