(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ基である軟磁性粉末を主体として成る圧粉磁心において、
アスペクト比が１〜１.５である軟磁性粉末：６０〜７５体積％と、残部が絶縁バインダを主体とする成分とから成り、前記絶縁バインダの含有量が前記粉末１００重量部に対し５〜２０重量部であり、
初透磁率をμ０，印加磁界が２４kA／ｍのときの透磁率をμとしたとき、μ０とμの間には、μ／μ０≧０.５の関係が成立していることを特徴とする圧粉磁心。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は圧粉磁心に関し、更に詳しくは、初透磁率を低くすることにより、高磁界を印加しても高い透磁率を示し、結果として優れた直流重畳特性を発揮するように設計された圧粉磁心に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧粉磁心は、対象製品が小型・複雑な形状であっても高い歩留まりで製造することができるので、従来の磁心の主流であるケイ素鋼板を用いた積層型磁心に取って代わって広く用いられはじめている。
この圧粉磁心は、一般に、次のようにして製造されている。
【０００３】
すなわちまず、所定組成の軟磁性合金に対して機械粉砕やアトマイズ法を適用して所定の粒度分布を有する粉末（軟磁性粉末）を製造する。
ついで、この軟磁性粉末に、所定量の絶縁材料とバインダ成分を均一に混合して、製造目的の圧粉磁心の電気抵抗率を高くするための処置が施される。このときに用いる絶縁材料としては例えばＡｌ2Ｏ3粉末，ＳｉＯ2粉末などの酸化物粉末や、ＡｌＮ，Ｓｉ3Ｎ4，ＢＮのような窒化物粉末が用いられ、またバインダ成分としては電気絶縁性も備えている水ガラスや、シリコーン樹脂などの有機高分子が用いられている。
【０００４】
なお、以後の説明においては、上記した絶縁材料とバインダ成分を一括して「絶縁バインダ」と呼ぶ。
ついで、この混合物を金型に充填したのち所定の圧力で成形して圧粉磁心のグリーン体が製造される。なおこのとき、成形性を高めるために、通常は、上記した混合物に更にステアリン酸亜鉛のような潤滑剤の所定量が混合される。
【０００５】
そして最後に、上記グリーン体に熱処理を行って、成形時に蓄積された成形歪みを解放し、目的とする圧粉磁心にする。
ところで、このようにして製造された圧粉磁心は、一般に、直流磁界（印加磁界）が強くなるにつれて磁束密度が次第に高くなっていき、そしてある強さの印加磁界で磁束密度が飽和に達するという磁化曲線（Ｂ−Ｈ曲線）を描く。そして、磁束密度が高くなっていく過程において、ある直流磁界に交流微小磁界を重畳して磁界を微小変化させたときの磁束密度の変化量を前記磁界の微小変化量で除算した値をもって、その磁界における透磁率（微分比透磁率）が定義されている。したがって、Ｂ−Ｈ曲線の傾きが小さくなる、すなわち印加磁界が強くなるにつれて、上記微分比透磁率は小さくなるので透磁率は低くなり、飽和磁化に達した以降では、透磁率は事実上１となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、原料としてセンダスト粉末のような軟磁性粉末を用いて製造した高透磁率の圧粉磁心の場合、大電流通電の状態で使用すると、強い直流磁界が印加されることになるため、当該圧粉磁心の磁束密度は急速に飽和に近づき、その結果、透磁率は１に向かって低下するという問題が発生する。すなわち、このような高透磁率の圧粉磁心は、直流重畳特性が悪い。
【０００７】
通常、各種の用途分野では、初透磁率が６０〜１２５程度の圧粉磁心が実用されているが、このような圧粉磁心の場合、例えば１６kA／ｍ以上の高磁界が印加されると、その透磁率は極めて低くなり、実使用に耐え得ないという問題が発生している。
したがって、例えば１６kA／ｍ以上の高磁界が印加された場合であっても、必要水準の透磁率を確保せしめて直流重畳特性の劣化を抑制するためには、対象とする圧粉磁心の初透磁率を低めることが効果的である。
【０００８】
そして、一般に、透磁率は圧粉磁心の密度の関数であることが知られている。すなわち、低密度の圧粉磁心は低い透磁率を示すということを考えると、圧粉磁心の初透磁率を低めるという上記した課題を解決するためには、圧粉磁心を低密度化することが効果的であるといえる。
その場合に考慮すべきことは、その圧粉磁心は、印加磁界が強くなっていくにつれて磁束密度は高まり、最終的には飽和磁化にまで到達するという磁気特性を備えていることであり、また、仮に初透磁率は低くても、その圧粉磁心の飽和磁束密度は実使用上の必要水準を満たしていなければならないということであり、更には、工業的に高い歩留まりでの製造が可能であるという観点である。
【０００９】
本発明は、上記した観点に立って開発された圧粉磁心であって、高磁界が印加されても透磁率の低下が起こりにくく、高い印加磁界に至るまで実使用が可能である新規な圧粉磁心の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明においては、Ｆｅ基である軟磁性粉末を主体として成る圧粉磁心において、アスペクト比が１〜１.５である軟磁性粉末：６０〜７５体積％と、残部が絶縁バインダを主体とする成分とから成り、前記絶縁バインダの含有量が前記粉末１００重量部に対し５〜２０重量部であり、初透磁率をμ０，印加磁界が２４kA／ｍのときの透磁率をμとしたとき、μ０，μの間には、μ／μ０≧０.５の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。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の圧粉磁心は、後述する形状特性を有する軟磁性粉末と、同じく後述する絶縁バインダとを成形し、更に熱処理して製造され、ある密度を有するバルク体である。したがって、この圧粉磁心は、軟磁性粉末が絶縁バインダで被覆され、同時に前記絶縁バインダによって相互に結着された骨格構造を有し、そして内部には微細な孔が分布する組織構造になっている。
【００１２】
そして、本発明の圧粉磁心では、上記した組織構造において、軟磁性粉末が占有する体積割合は６０〜７５体積％の範囲に設定されている。したがって、残部の成分である絶縁バインダを主体とする成分と、前記微細孔の全体体積を合量した体積の割合は、２５〜４０体積％になっている。
まず、本発明の圧粉磁心は、その初透磁率をμ0，印加磁界が２４kA／ｍのときの透磁率をμとしたとき、μ0とμの間には、μ／μ0≧０.５の関係が成立するような磁気特性を有している。
【００１３】
すなわち、初透磁率は低いけれども、高磁界が印加されても、透磁率の低下は少なく、具体的には、２４kA／ｍという高磁界が印加されても、その時点において、初透磁率（μ0）に対して５０％以上の透磁率（μ）が確保されている圧粉磁心である。
このような磁気特性は、後述する要件を充足せしめることによって実現することができる。
【００１４】
その場合、軟磁性粉末としては、後述するアスペクト比が１〜１.５の範囲にあるものを用いることが好適である。
このアスペクト比が１.５より大きい軟磁性粉末である場合には、当該粉末の反磁界係数が小さくなるため、製造した圧粉磁心の初透磁率（μ0）は高くなり、その結果、高磁界印加時の透磁率低下が引き起こされ、具体的には、μ／μ0≧０.５の関係を成立させることができなくなるからである。
【００１５】
なお、本発明でいうアスペクト比とは、次のようにして測定された値のことをいう。
アスペクト比＝Ｌ１／Ｌ２
ここに、Ｌ１は、図１に示すように粉末Ｐから観察される長軸長さと定義し、Ｌ２は、Ｌ１の中点を通り、長軸Ｌ１に垂直な線が粉末の外周を横切って得られる短軸長さと定義する。
【００１６】
したがって、このアスペクト比が１の粉末とは、それが球であることを意味しており、またアスペクト比が１より小さい値として計算されることはない。
なお、本発明で用いる軟磁性粉末としてはＦｅ基軟磁性合金の粉末で、しかも、上記した形状特性を備えている粉末であれば何であってもよいが、その場合のＦｅ基軟磁性合金としては、例えば、Ｆｅ−３％Ｓｉ、Ｆｅ−６．５％Ｓｉ、Ｆｅ−９．５％Ｓｉ−５．５％Ａｌ（センダスト）、Ｆｅ−４７％Ｎｉ、Ｆｅ−（１〜１８）％Ｃｒ合金（％表示はいずれも質量％）などをあげることができる。
【００１７】
本発明の圧粉磁心において、このような形状特性を有する粉末の占有率は、６０〜７５体積％の範囲内に規制されている。
上記した占有率が７５体積％より大きい場合には、圧粉磁心の初透磁率（μ0）は高くなり、その結果、高磁界の印加時の透磁率（μ）は低下する。具体的には、μ／μ0≧０.５の関係を成立させることができなくなる。
【００１８】
また、この占有率が６０体積％より小さい場合には、後述する絶縁バインダなどの成分の相対的な割合が多くなっており、同時に微細孔の全体体積も多くなっている状態であるため、磁気特性の面では、初透磁率や飽和磁束密度などが低下し、直流重畳特性も劣化し、そのため、高磁界印加時の透磁率（μ）は低下する。具体的には、μ／μ0≧０.５の関係を成立させることができなくなる。同時に、圧粉磁心は全体として相対的に多孔質になっているので、充分な強度特性が確保されているとはいいがたい。
【００１９】
次に、絶縁バインダなどに関していえば、本発明で使用可能な絶縁バインダとしては格別限定されるものではなく、例えば、水ガラスやシリコーン樹脂，リン酸，フェノール樹脂，イミド樹脂のように従来から使用されているものを用いればよい。
しかしながら、その含有量は、上記した軟磁性粉末１００重量部に対し５〜２０重量部という従来の圧粉磁心の場合に比べて非常に大量に設定されていることが好ましい。
【００２０】
このように大量に絶縁バインダを含有せしめることにより、本発明の圧粉磁心は低密度になり、その結果、初透磁率（μ0）が小さい値になってくるのである。
この含有量が５重量部より少ない場合には、圧粉磁心の低密度化が不充分となってその初透磁率（μ0）は大きくなり、そのため、高磁界印加時の透磁率（μ）が低下する。具体的には、μ／μ0≧０.５の関係を成立せしめることができなくなる。
【００２１】
また、２０重量部よりも多くすると、圧粉磁心としての低密度化は可能になって初透磁率（μ0）を小さくすることはできるが、他方では、軟磁性粉末の占有割合が少なくなることに基因して、例えば目的とする飽和磁束密度が得にくくなり、また成形時に割れなどの現象が起こって不良品の発生率が高くなる。
本発明の圧粉磁心は、従来と同じように、上記した各成分を混合し、その混合物を成形し、ついで熱処理を行って製造することができる。
【００２２】
【実施例】
実施例１〜１０，比較例１〜６
ガスと水を用いるアトマイズ法により、Ｆｅ−９.５％Ｓｉ−５.５％Ａｌ（センダスト合金組成）で、粒度１００メッシュ下の軟磁性粉末を製造した。このとき、アトマイズ法の運転条件を変えて、表１で示したようなアスペクト比の粉末にした。
【００２３】
ついで、これら粉末１００重量部に対し、表１で示した割合（重量部）の水ガラスを混合し、さらに０.５重量部のステアリン酸亜鉛（潤滑剤）を混合した。
この混合物を０.４９〜１.９６×１０3ＭＰａの圧力でプレス成形して、外径２８mm，内径２０mm，高さ５mmのリング形状の圧粉体を成形し、ついで、真空中において温度８００℃で１時間の熱処理を行って圧粉磁心にした。
【００２４】
得られた圧粉磁心の嵩密度を測定したのち、１次側４０ターン、２次側２０ターンの巻線を施し、下記の仕様で透磁率を測定した。
（１）初透磁率（μ0）：ＹＨＰ社製の４２８４１ＡプレシジョンＬＣＲメータを用い、印加磁界４Ａ／ｍ，周波数２０kHzの交流磁界における微分比透磁率として測定。
【００２５】
（２）印加磁界２４kA／ｍでの透磁率（μ）：ＹＨＰ社製の４２８４１ＡプレシジョンＬＣＲメータを用い、１次側３００ターンの巻線を行い、印加磁界２４kA／ｍのバイアス直流磁界に印加磁界４Ａ／ｍ，周波数２０kHzの交流磁界を重畳したときにおける微分比透磁率として測定。
以上の結果を一括して表１に示した。
【００２６】
【表１】
0004487025.tif 000002
【００２７】
表１から次のことが明らかである。
（１）絶縁バインダの割合が本発明で規定する範囲より少ない比較例１は、嵩密度が高く、初透磁率が高く、高磁界印加時における透過率の低下の度合が大きくなっている。また、絶縁バインダが本発明で規定する範囲より多い比較例２の場合は、割れの発生が認められ不良品になっていた。このようなことから、絶縁バインダの含有量は軟磁性粉末１００重量部に対し５〜２０重量部に規定すべきであることがわかる。
【００２８】
（２）実施例７と比較例３を対比して明らかなように、他の要件は同じであっても、アスペクト比が本発明で規定する範囲から外れている比較例３の場合は、実施例７の場合に比べて、初透磁率が高く、高磁界印加時の透磁率が低下している。このようなことから、用いる軟磁性粉末のアスペクト比を１〜１.５の範囲内に設定すべきであることがわかる。
【００２９】
（３）Ｆｅ−９．５％Ｓｉ−５．５％Ａｌ粉末の体積割合が本発明で規定する７５体積％より大きい比較例１，体積割合が本発明で規定する６０体積％より小さい比較例２，比較例５と、体積割合が本発明の規定範囲内である実施例１とを対比して明らかなように、比較例１の場合は初透磁率が大きく、高磁界印加時の透磁率の低下が激しい。また比較例２，比較例５の場合は、初透磁率は小さいとはいえ、やはり、高磁界印加時の透磁率は低下している。このようなことから、軟磁性粉末の体積割合は６０〜７５体積％に規定すべきであることがわかる。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の圧粉磁心は、初透磁率は低いけれども、高磁界の印加時にあっても透磁率の低下が抑制されている。
したがって、この圧粉磁心は、大電流用のチョークコイルやインダクターのような用途に使用して有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】アスペクト比を算出する長軸Ｌ1，短軸Ｌ2の定義を説明するための軟磁性粉末の平面図である。
【符号の説明】
Ｐ    軟磁性粉末
Ｌ1   長軸
Ｌ2   短軸
【図１】
0004487025.tif 000003