JPH0837107A

JPH0837107A - 圧粉コア

Info

Publication number: JPH0837107A
Application number: JP6192207A
Authority: JP
Inventors: Eiji Moro; 英治茂呂; Naoki Kawakubo; 直喜川久保; Hideaki Sone; 英明曽根; Hidetoshi Suzuki; 英利鈴木
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1994-07-22
Filing date: 1994-07-22
Publication date: 1996-02-06
Also published as: US5651841A; CN1122527A; KR960005636A; KR100187347B1

Abstract

(57)【要約】【目的】コア損失の小さい圧粉コアを安価に提供す
る。また、コア損失が小さくしかも機械的強度が高い圧
粉コアを提供する。【構成】強磁性金属粉末と絶縁剤とを圧粉した後、焼
鈍したコアであり、前記強磁性金属粉末が、Ｆｅ、Ａｌ
およびＳｉを含むほぼ球状の強磁性金属粒子から構成さ
れていることを特徴とする。１００kHz における透磁率
を５０以上にすることができ、１００kHz で１００mTの
磁界を印加したときのコア損失を４５０kW/m³ 以下にす
ることができ、２５kHz で２００mTの磁界を印加したと
きのコア損失を３００kW/m³ 以下にすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種電気・電子機器に
用いられる圧粉コアに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電気・電子機器の小型化がすす
み、小型で高効率の圧粉コアが要求されている。鉄系強
磁性金属粉末を圧縮成形した圧粉コアは、飽和磁化が大
きいため小型化に有利である。センダスト（Ｆｅ−Ａｌ
−Ｓｉ合金）圧粉磁心はモリブデンパーマロイ（Ｆｅ−
Ｎｉ−Ｍｏ合金）圧粉磁心よりも原料が安価であるが、
透磁率および電力損失については優れているとは言えな
かった。チョークコイルやインダクターに使用するコア
では、コア損失が大きいとコアの温度上昇が大きくなっ
て、小型化が難しくなる。例えば、力率改善回路のイン
ダクターに適用する場合、電源部に内蔵するためには、
例えば１００kHz 、１００mTにおけるコア損失を好まし
くは４５０kW/m³ 以下、より好ましくは３００kW/m³ 以
下とすることが要求される。

【０００３】センダスト圧粉磁心の損失低減に関して
は、例えば以下に挙げる提案がなされている。

【０００４】特公昭６２−２１０４１号公報では、鉄−
珪素−アルミ系磁性合金インゴットを７００〜１１００
℃で焼鈍後、粉砕してプレス成形し、さらに水素雰囲気
中で６００〜８００℃で焼成することにより、モリブデ
ンパーマロイよりも高い透磁率と低い電力損失の鉄−珪
素−アルミ系磁性合金圧粉磁心が得られるとしている。
同公報の実施例では、３２メッシュ以下に整粒してプレ
ス成形した後、７００℃で焼成することにより、透磁率
が１０kHz で１４６、電力損失が２５kHz 、１０００ G
で１５８kW/m³ 、２０００ Gで５４８kW/m³ である圧粉
磁心を得ている。

【０００５】しかし、力率改善回路などに用いられるイ
ンダクターでは、コア損失のさらなる低減が望まれる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、コア
損失の小さい圧粉コアを安価に提供することであり、他
の目的は、コア損失が小さくしかも機械的強度が高い圧
粉コアを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
（１）〜（６）のいずれかの構成により達成される。（１）強磁性金属粉末と絶縁剤とを圧粉した後、焼鈍し
たコアであって、前記強磁性金属粉末が、Ｆｅ、Ａｌお
よびＳｉを含むほぼ球状の強磁性金属粒子から構成され
ていることを特徴とする圧粉コア。（２）強磁性金属粒子を小径のものから積算し、強磁性
金属粉末全体の５０重量％となったときの粒径Ｄ₅₀が１
５〜６５μm である上記（１）の圧粉コア。（３）強磁性金属粒子を小径のものから積算し、強磁性
金属粉末全体の１０重量％となったときの粒径Ｄ₁₀が６
〜２０μm であり、強磁性金属粉末全体の９０重量％と
なったときの粒径Ｄ₉₀が２５〜１００μm である上記
（２）の圧粉コア。（４）圧粉コアに含まれる強磁性金属粒子の格子歪が１
０％以下である上記（１）〜（３）のいずれかの圧粉コ
ア。（５）圧粉コアに含まれる強磁性金属粒子の保磁力が
０．３５ Oe 以下である上記（１）〜（４）のいずれか
の圧粉コア。（６）１００kHz における透磁率が５０以上であり、１
００kHz で１００mTの磁界を印加したときのコア損失が
４５０kW/m³ 以下であり、２５kHz で２００mTの磁界を
印加したときのコア損失が３００kW/m³ 以下である上記
（１）〜（５）のいずれかの圧粉コア。

【０００８】

【作用および効果】圧粉コア用のＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金
粉末には、従来、粉砕粉末が使用されている。粉砕粉末
に焼鈍処理を施した後に圧粉し、さらに焼鈍処理を施せ
ば、粉砕および圧粉の際に生じたストレスが解放されて
保磁力が低くなるので、ヒステリシス損失を低減でき
る。しかしこの方法では、焼鈍を２回行なう必要がある
ため低コスト化が難しく、しかも２回の焼鈍を行なって
もストレスの解放が不十分であるため、保磁力が十分に
低くならず、ヒステリシス損失を低くすることが難し
い。これに対し本発明では、ガスアトマイズ法等により
製造したほぼ球状のＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金粉末を圧粉
し、これに焼鈍処理を施す。ガスアトマイズ法等により
製造したほぼ球状のＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金粉末は、粉砕
粉末に比べ、圧粉後の焼鈍によりストレスが解放されや
すい。後記実施例に示されるように、ガスアトマイズ法
により製造したＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金粉末を圧粉して焼
鈍したコアは、焼鈍回数が１回であるにもかかわらず、
粉砕粉末を焼鈍し圧粉後に２回目の焼鈍を施したコアよ
りも保磁力が低く、ヒステリシス損失が小さくなる。す
なわち、本発明により、低損失の圧粉コアが低コストで
得られる。

【０００９】そして、強磁性金属粉末の重量平均粒径Ｄ
₅₀および粒度分布を上記範囲とすることにより、渦電流
損失を小さくすることができる。

【００１０】特開昭６２−２５０６０７号公報には、Ｆ
ｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金圧粉磁心の製造方法が記載されて
いる。この方法では、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金の溶湯か
らガスアトマイズによって球状の粗粉末を製造し、然る
後該粗粉末をさらに粉砕して得られた平均粒度が４０〜
１１０μm 、見掛密度２．６〜３．８g/cm³ の粉末を用
いる。ガスアトマイズによって得た球状の粗粉末を粉砕
するのは、上記した所定の粒度の粉末を廉価に得るため
である。同公報では、透磁率の周波数特性の改善と成形
体の強度向上とを効果としている。同公報記載の方法は
Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金粉末の製造にガスアトマイズ法
を用いる点で本発明と類似するが、同公報ではガスアト
マイズ法により製造した粗粉末をさらに粉砕しているた
め、粉末にストレスが生じ、ヒステリシス損失を小さく
することができない。なお、同公報記載の発明はコア損
失低減を目的としておらず、同公報の実施例ではコア損
失を測定していない。

【００１１】特開昭６０−７４６０１号公報には、ガス
アトマイズ法を用いて得た金属磁性粉末を加圧成形して
成る圧粉磁心が記載されている。同公報では、ガスアト
マイズ法を用いることにより、従来工程を大幅に短縮で
き、単純なプロセスによって金属磁性粉末を得ることが
でき、非常に大きな原価低減となることを効果としてい
る。同公報には金属磁性粉末にセンダストを用いる旨の
記述はなく、同公報の実施例で作製している圧粉磁心
は、モリブデンパーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ合金）の
ものだけである。同公報の実施例には圧粉後に施した熱
処理の温度は明示されていないが、絶縁剤として水ガラ
スを使用しているため高温での熱処理は不可能である。
また、同公報には、コア損失に関する記述はない。

【００１２】特公平３−４６５２１号公報には、鉄−珪
素−アルミを主成分とする磁性合金の粉末に、水ガラス
と、１〜５wt％の水分とを添加した後、成形することを
特徴とする鉄−珪素−アルミ系磁性合金圧粉磁心の製造
方法が記載されている。同公報では、プレス成形性の改
善による透磁率の向上と成形体の強度向上とを効果とし
ている。同公報には、磁性合金の粉末の製造方法とし
て、溶解して得た合金を粉砕する方法が記載されてい
る。同公報の実施例では、２５kHz 、２０００ Gでのコ
ア損失が５００kW/m³ 以上となっており、コア損失の低
減は不十分である。なお、同公報の実施例では、プレス
成形後に７５０℃で焼成しているが、本発明者らの実験
では、絶縁剤として水ガラスを用いた場合、７５０℃も
の高温では水ガラスが分解してしまい、合金粒子間の絶
縁を保つことが不可能となって渦電流損失が著増してし
まった。

【００１３】本発明の好ましい態様では、強磁性金属粉
末を圧粉する際に、絶縁剤としてシリコーン樹脂と有機
チタンとの混合物を用いる。シリコーン樹脂は絶縁性に
優れ、しかも耐熱性が高い。このため、高温の焼鈍処理
を施しても強磁性金属粒子間の絶縁を十分に保つことが
でき、渦電流損失の増大や透磁率の周波数特性の劣化を
抑えることができる。センダスト組成を中心とするＦｅ
−Ａｌ−Ｓｉ合金はｂｃｃ構造を有し、製造直後はＡｌ
とＳｉとがランダムに並ぶＢ₂ 構造であるが、高温での
焼鈍処理により、ＡｌとＳｉとが交互に並ぶ規則格子を
もつＤＯ₃ 構造とすることができ、軟磁気特性を向上さ
せることができる。また、高温での焼鈍処理により、強
磁性金属粉末のストレスを十分に解放して保磁力を低下
させることができる。また、シリコーン樹脂は焼鈍処理
により硬化するため、コアの機械的強度を高くすること
ができる。有機チタンはシリコーン樹脂の架橋剤として
はたらく。有機チタンを添加することにより、コアの機
械的強度はいっそう高くなる。

【００１４】特開昭６１−１５４０１４号公報には、電
気的絶縁体である無機高分子を結着剤とした磁性粉の圧
縮成形体からなる圧粉磁心が開示されている。同公報の
実施例では、無機高分子としてポロシロキサン樹脂を用
い、これを溶解した溶液に非晶質合金粉末を浸した後、
リング状コアに成形し、１５０℃で２０分、２５０℃で
３０分熱処理を行なって溶剤をとばし、４２０℃で６０
分間の硬化処理を施している。同公報記載の方法は、無
機高分子を用いる点でシリコーン樹脂と有機チタンとを
用いる本発明とは異なる。このため、同公報記載の方法
で製造されたコアは、本発明によるコアよりも機械的強
度が劣る。

【００１５】特開昭６２−２４７００４号公報には、金
属圧粉磁心の製造に際して、金属磁性粉末の表面を絶縁
性酸化物を形成し得る金属を含有する有機金属カップリ
ング剤にて被覆処理し、該処理粉末に結着剤としての合
成樹脂を混合してから、加圧成形した後、熱処理を施す
ことによって絶縁性金属酸化物被膜を生成せしめる方法
が開示されている。同公報には、有機金属カップリング
剤として、ＳｉＯ₂ のように絶縁性の酸化物を形成し得
る金属を含有するシラン系、チタン系、クロム系等のカ
ップリング剤が開示されている。また、結着剤として、
カップリング剤分子中の有機官能基反応性のある樹脂を
用いることにより、金属粉末への樹脂の均一被覆がなさ
れ、成形性が向上する旨と、成形ひずみを除去するため
の熱処理の際に、加熱途上の２００〜３００℃で官能基
がとび、耐熱性に優れた絶縁酸化被膜が形成され、絶縁
抵抗を維持しつつ従来より高い温度での熱処理によって
より透磁率が高められる旨の記載がある。同公報の実施
例では、合金粉末をガンマアミノプロピルトリエトキシ
シランの水溶液で処理、乾燥した後、エポキシ樹脂を均
一に混合し、圧粉成形の後に５００〜９００℃で熱処理
している。この方法は酸化被膜を形成するものなので、
シリコーン樹脂と有機チタンとを用いる本発明とは異な
り、粒子間の絶縁性とコアの機械的強度の双方を共に向
上させることはできない。

【００１６】特開昭６２−２４７００５号公報には、金
属圧粉磁心の製造に際して、金属磁性粉末の表面をテト
ラヒドロキシシランＳｉ（ＯＨ）₄ にて被覆処理した
後、さらにこれを加熱してＳｉＯ₂ 被膜を生成する方法
と、このようにしてＳｉＯ₂ 被膜を生成した後、結着剤
として合成樹脂を混合してから加圧成形、熱処理する方
法とが開示されている。同公報には、ＳｉＯ₂ 被膜が圧
粉成形時にも粒子間絶縁抵抗の劣化が少なく、成形性が
あり引き続き施される熱処理の温度を上昇させて透磁率
を高めても周波数特性が劣化しない旨が記載されてい
る。同公報の実施例では、まず、Ｓｉ（ＯＨ）₄ のアル
コール溶液に合金粉末を浸漬した後、２５０℃にて加熱
し、粉末表面にＳｉＯ₂ の被膜を生成している。そし
て、この粉末を直接圧粉成形するか、エポキシ樹脂を混
合した後に圧粉成形し、さらに、５００〜９００℃で熱
処理している。この方法は粒子表面にＳｉＯ₂ 被膜を形
成し、その後に圧粉成形するものであり、シリコーン樹
脂と有機チタンとを用いる本発明とは異なる。したがっ
て、同公報記載の方法では、本発明のように粒子間の絶
縁性とコアの機械的強度の双方を共に向上させることは
できない。

【００１７】特開平３−２９１３０５号公報には、形状
異方性軟磁性合金粉末の製造方法が開示されている。こ
の方法では、合金粉末を機械的粉砕し、得られた合金粉
末にシリコンオイルを０．５〜５．０重量％混合した
後、熱処理する。この方法において、シリコンオイル混
合後に熱処理を施すのは、シリコンオイルからケイ素酸
化物被膜を生成させて合金粉末相互の結着を防ぎ、後工
程における解砕、粉砕工程を短縮するためである。同公
報の実施例では、まず、粗粉砕粉末を、ステンレスボー
ルおよびエタノールを用いて湿式でボールミル粉砕し、
平均直径が約４０μm で厚さが１μm の円板状粒子から
なる偏平化粉末を作製している。そして、トルエンに溶
解したシリコンオイルと前記粉末とを混合して乾燥した
後、空気中で４７０℃まで昇温し、さらに最高温度５０
０〜９００℃で熱処理を施している。この実施例では空
気中で４７０℃まで昇温する際に、シリコンオイルから
ケイ素酸化物被膜を生成していると考えられる。同公報
には、このようにして製造した形状異方性軟磁性合金粉
末を圧粉コアに適用する旨の記載はない。同公報記載の
方法は、ケイ素酸化物被膜を形成するものであり、その
効果が合金粉末相互の結着を防ぐというものであること
から、たとえこの粉末を圧粉コアの製造に適用したとし
ても、圧粉コアの機械的強度の向上に寄与しないことは
明らかである。

【００１８】

【具体的構成】以下、本発明の具体的構成について詳細
に説明する。

【００１９】本発明の圧粉コアは、強磁性金属粉末と絶
縁剤とを混合し、混合物を圧粉した後、焼鈍処理を施し
て製造される。

【００２０】本発明で用いる強磁性金属粉末は、センダ
スト組成を中心とした組成比のＦｅ、ＡｌおよびＳｉを
含む合金からなる。具体的には、Ａｌ含有率は好ましく
は３〜１０重量％、より好ましくは５〜７重量％であ
り、Ｓｉ含有率は好ましくは５〜１３重量％、より好ま
しくは８〜１１重量％である。そして、残部が実質的に
Ｆｅである。各元素の含有率が上記の好ましい範囲を外
れると、透磁率が著しく低くなってしまう。

【００２１】強磁性金属粉末を構成する強磁性金属粒子
はほぼ球状であり、図１に示されるように、表面がほぼ
平滑である。ただし、製造方法によっては、複数の球状
粒子が接合した形状の粒子が含まれることもある。粉末
を構成する粒子は、長径／短径の平均値が、好ましくは
１〜３であり、より好ましくは１〜２である。粒子の偏
平度が大きすぎたり、粒子が不定形であったりすると、
圧粉後の焼鈍によるストレス解放が不十分となる。

【００２２】強磁性金属粉末の重量平均粒径Ｄ₅₀は、好
ましくは１５〜６５μm 、より好ましくは３０〜５５μ
m である。重量平均粒径Ｄ₅₀が小さすぎると、透磁率が
低くなるため、大きなインダクタンスを得るためには巻
線のターン数を増やさなければならず、銅損（巻線損）
が増えて発熱が増大してしまう。一方、Ｄ₅₀が大きすぎ
ると、渦電流損失が大きくなってしまう。なお、重量平
均粒径Ｄ₅₀とは、粉末中の粒子を小径のものから積算
し、粉末全体の５０重量％となったときの粒径である。

【００２３】また、強磁性金属粒子を小径のものから積
算し、強磁性金属粉末全体の１０重量％となったときの
粒径Ｄ₁₀は、好ましくは６〜２０μm 、より好ましくは
８〜１５μm であり、強磁性金属粉末全体の９０重量％
となったときの粒径Ｄ₉₀は、好ましくは２５〜１００μ
m 、より好ましくは５０〜９０μm である。このような
粒度分布をもつ強磁性金属粉末を用いることにより、渦
電流損失を小さくすることができ、しかも、高い透磁率
が得られる。

【００２４】なお、Ｄ₁₀、Ｄ₅₀、Ｄ₉₀を求める際の粒径
測定には、レーザー散乱法を用いる。

【００２５】本発明では、強磁性金属粉末の製造に好ま
しくはガスアトマイズ法を用いる。ガスアトマイズ法で
は、ノズルから流下させた原料合金の溶湯にガス流を噴
射して飛沫化すると共に冷却し、凝固・粉末化する。冷
却のためのガスには、粉末の酸化を防ぐために非酸化性
のもの、例えば、Ｎ₂ やＡｒ等を用いる。ガスアトマイ
ズの際の条件は、上記した性状の強磁性金属粉末が得ら
れるように適宜決定すればよいが、例えば、溶湯の温度
は１４００〜１６００℃とすることが好ましく、ガスの
噴射圧力は２．０〜２．５MPa とすることが好ましい。
ガスアトマイズ法では、ほぼ球状で、圧粉後の焼鈍によ
りストレスが解放されやすい強磁性金属粒子が容易に得
られる。

【００２６】なお、上述したガスアトマイズ法では、原
料合金の溶湯を気体中で常温まで冷却するが、原料合金
の溶湯をガス流噴射により液滴とした後、この液滴また
はある程度固化した粒子を液体中で冷却してもよい。こ
の方法でも、ほぼ球状の粒子が得られる。この方法で
は、液体中に落下した液滴や粒子の周囲に付着している
ガスを剥離することによって冷却を迅速かつ均一に行な
うために、攪拌されている液体中に液滴や粒子を落下さ
せることが好ましく、特に、冷却用液体の渦流中に液滴
や粒子を落下させる構成とすることが好ましい。

【００２７】本発明の圧粉コアは、上記強磁性金属粉末
と絶縁剤とを圧粉したものである。絶縁剤は特に限定さ
れないが、高温の焼鈍処理に耐えること、また、コアの
機械的強度向上効果が高いことから、シリコーン樹脂を
用いることが好ましい。

【００２８】シリコーン樹脂は、オルガノシロキサン結
合を有するオルガノポリシロキサンであり、狭義には、
３次元網目構造を有するオルガノポリシロキサンであ
る。本発明で用いるシリコーン樹脂は特に限定されない
が、狭義のシリコーン樹脂は必ず用いる。ただし、シリ
コーンオイルやシリコーンゴム等の広義のシリコーン樹
脂を併用してもよい。使用する全シリコーン樹脂中にお
ける狭義のシリコーン樹脂の割合は、好ましくは５０重
量％以上とし、より好ましくは狭義のシリコーン樹脂だ
けを用いる。シリコーン樹脂は、通常、ジメチルポリシ
ロキサンを主成分とするが、メチル基の一部が他のアル
キル基またはアリール基で置換されていてもよい。

【００２９】シリコーン樹脂と強磁性金属粉末とを混合
するときには、固体状または液状のシリコーン樹脂を溶
液化して混合してもよく、液状のシリコーン樹脂を直接
混合してもよいが、溶液化して用いる場合には成形前に
溶媒を乾燥させる必要があるため、好ましくは溶液化せ
ずに液状のシリコーン樹脂を直接混合する。液状のシリ
コーン樹脂の粘度は、２５℃において好ましくは１０〜
１００００ＣＰ、より好ましくは１０００〜９０００Ｃ
Ｐである。粘度が低すぎても高すぎても、強磁性金属粒
子表面に均一な被膜を形成することが難しくなる。

【００３０】シリコーン樹脂の混合量は、強磁性金属粉
末に対し好ましくは０．５〜５重量％、より好ましくは
１〜３重量％である。シリコーン樹脂の混合量が少なす
ぎると、強磁性金属粒子間の絶縁性が不十分となり、ま
た、コアの機械的強度も不十分となる。シリコーン樹脂
の混合量が多すぎると、コア中の非磁性領域の比率が高
くなって透磁率が低くなってしまう。また、シリコーン
樹脂が少なすぎても多すぎても、コアの密度が低くなる
傾向がある。

【００３１】絶縁剤としてシリコーン樹脂を用いる場
合、架橋剤として有機チタンを混合する。有機チタンを
添加することにより、コアの機械的強度がさらに向上す
る。

【００３２】本発明で用いる有機チタンとは、チタンの
アルコキシドおよびキレートから選択される少なくとも
１種であり、シリコーン樹脂の架橋剤として使用できる
ものである。

【００３３】アルコキシドは、モノマーであってもオリ
ゴマーないしポリマーであってもよく、これらを併用し
てもよい。アルコキシドとしては、例えば、アルキル基
の炭素数が１〜８のテトラアルコキシチタン、具体的に
は、テトラ−ｉ−プロポキシチタン、テトラ−ｎ−ブト
キシチタン、テトラキス（２−エチルヘキソキシ）チタ
ンが好ましく、これらのうち、テトラ−ｉ−プロポキシ
チタン、テトラ−ｎ−ブトキシチタンがより好ましく、
テトラ−ｎ−ブトキシチタンが最も好ましい。特に、下
記化１で表わされるテトラ−ｎ−ブトキシチタンのオリ
ゴマーないしポリマーが好ましい。

【００３４】

【化１】

【００３５】上記化１において、ｎは、好ましくは１０
以下の整数であり、より好ましくはｎ＝２、４、７、１
０であり、さらに好ましくはｎ＝４である。ｎが大きい
と架橋反応の速度が低くなる傾向がある。

【００３６】キレートとしては、ジ−ｎ−プロポキシ・
ビス（アセチルアセトナト）チタン、ジ−ｎ−ブトキシ
・ビス（トリエタノールアミナト）チタンが好ましい。

【００３７】これらの有機チタンのうち、上記した各種
アルコキシドを用いることが好ましい。上記アルコキシ
ドは、常温で液体であるため混合する際に液状のシリコ
ーン樹脂と共に直接混合でき、また、加水分解速度が適
当であり、入手も容易である。

【００３８】有機チタンの混合量は、シリコーン樹脂の
混合量に対し、好ましくは１０〜７０重量％、より好ま
しくは２５〜５０重量％である。有機チタンの混合量が
少なすぎると、コアの機械的強度をさらに向上させる効
果が不十分となる。一方、混合量が多すぎても機械的強
度は顕著には向上せず、コアの透磁率が低くなってしま
う。

【００３９】なお、シリコーン樹脂以外にも、従来の圧
粉コアに用いられている水ガラス等が使用可能である
が、水ガラスは３００℃程度を超える温度では分解して
絶縁性を保てなくなるため、高温の焼鈍処理が不可能で
あり、磁気特性向上が難しい。

【００４０】強磁性金属粉末とシリコーン樹脂と有機チ
タンとを混合した後、混合物に乾燥処理を施すことが好
ましい。乾燥処理では、好ましくは５０〜３００℃、よ
り好ましくは５０〜１５０℃の温度範囲に保持する。処
理温度が低すぎると、シリコーン樹脂の接着性が弱くな
らないため強磁性金属粉末が凝集しやすくなって成形性
が低下し、処理温度が高すぎると、シリコーン樹脂の接
着性が弱くなりすぎてコアの機械的強度向上効果が不十
分となる。処理時間、すなわち、上記温度範囲内を通過
する時間あるいは上記温度範囲内の一定の温度に保持す
る時間は、好ましくは０．５〜２時間とする。処理時間
が短すぎるとシリコーン樹脂の接着性が弱くならず、処
理時間が長すぎるとシリコーン樹脂の接着性が弱くなり
すぎる。乾燥処理は比較的低温で行なうので、非酸化雰
囲気中で行なう必要はなく、空気中で行なってよい。

【００４１】乾燥処理後、圧粉前に、前記混合物に潤滑
剤を添加することが好ましい。潤滑剤は、成形時の粒子
間の潤滑性を高めたり、金型からの離型性を向上させた
りするために用いられる。潤滑剤には、圧粉コアに通常
用いられている各種のものを選択でき、例えば、ステア
リン酸、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸アルミニウム
等の高級脂肪酸、その塩、あるいはワックスなど、常温
で固体の有機潤滑剤や、二硫化モリブデン等の無機潤滑
剤などから適宜選択すればよい。潤滑剤の混合量は種類
によっても異なるが、常温で固体の有機潤滑剤では強磁
性金属粉末に対し好ましくは０．１〜１重量％とし、無
機潤滑剤では強磁性金属粉末に対し好ましくは０．１〜
０．５重量％とする。潤滑剤の混合量が少なすぎると添
加による効果が不十分となり、混合量が多すぎると、コ
アの透磁率が低くなってしまう他、コアの強度が低くな
ってしまう。

【００４２】なお、潤滑剤は、通常、乾燥処理後に混合
するが、乾燥処理の際の加熱に耐えられる潤滑剤を用い
る場合には、潤滑剤を乾燥処理前に添加してもよい。

【００４３】圧粉工程では、所望のコア形状に成形す
る。本発明が適用されるコア形状は特に限定されず、い
わゆるトロイダル型、ＥＥ型、ＥＩ型、ＥＲ型、ＥＰＣ
型、ドラム型、ポット型、カップ型等の各種形状のコア
の製造に本発明は適用できる。

【００４４】圧粉条件は特に限定されず、目的とするコ
ア形状やコア寸法、コア密度などに応じて適宜決定すれ
ばよいが、通常、最大圧力は６〜２０t/cm² 程度、最大
圧力に保持する時間は０．１秒間〜１分間程度とする。

【００４５】圧粉後、焼鈍処理を施し、コアとしての磁
気特性を向上させる。焼鈍処理は、製造時および圧粉の
際に生じた強磁性金属粒子のストレスを解放するための
ものである。また、焼鈍処理によりシリコーン樹脂が硬
化し、圧粉体の密度が増大して機械的強度が向上する。

【００４６】焼鈍処理の条件は、強磁性金属粉末の粒径
および粒度分布や、成形条件などに応じて適宜決定すれ
ばよいが、シリコーン樹脂と有機チタンとを添加した場
合、処理温度は好ましくは５００〜８００℃、より好ま
しくは６００〜７６０℃である。処理温度が低すぎると
焼鈍が不十分となってヒステリシス損失が大きくなりや
すく、高すぎると強磁性金属粉末が焼結しやすくなり、
強磁性金属粒子間の絶縁性が劣化して渦電流損失が大き
くなりやすい。処理時間、すなわち、上記温度範囲内を
通過する時間あるいは上記温度範囲内の一定の温度に保
持する時間は、好ましくは１０分間〜１時間とする。処
理時間が短すぎると焼鈍効果が不十分となりやすく、長
すぎると強磁性金属粉末が焼結しやすくなる。

【００４７】焼鈍処理は、強磁性金属粉末の酸化を防ぐ
ために非酸化性雰囲気中で行なうことが好ましい。シリ
コーン樹脂と有機チタンとを添加し、焼鈍処理を非酸化
性雰囲気中で行なった場合、コア中には、通常、シリコ
ーン樹脂および有機チタンが存在する。これは、ＦＴ−
ＩＲ（フーリエ変換赤外分光）透過法等の分析方法によ
り確認することができる。

【００４８】本発明では、焼鈍後のコア中の強磁性金属
粒子の格子歪を１０％以下にすることができる。格子歪
が大きいとヒステリシス損失が大きくなってしまう。

【００４９】強磁性金属粒子の格子歪は、Ｘ線回折法を
用い、以下のようにして求める。結晶子に局所的な歪が
生じていると、格子面間隔が一定とならず回折線の幅が
拡がってしまう。この効果は、回折角（ブラッグ角）が
大きいほど著しくなるので、回折線の回折角依存性を調
べることにより、結晶子の格子歪を求めることができ
る。具体的には、Ｈａｌｌの方法を修正した解析法を用
いる。この解析法では、結晶子の大きさと格子歪とを分
離して計算する。具体的には、 βｐ：結晶子の大きさだけによる回折線の拡がり、 βｓ：格子歪による回折線の拡がり、 β ：試料に固有な回折線の拡がりとすれば、式 βｐ／β＝１−（βｓ／β）² 、式 βｐ＝λ／（ξ・ｃｏｓθ）、式 βｓ＝２η・ｔａｎθ である。ただし、 ξ：結晶子の大きさ、 λ：Ｘ線の波長、 θ：ブラッグ角、 η：格子歪である。式と式とを式に代入すると、式 β² ／ｔａｎ² θ＝（λ／ξ）（β／ｔａｎθ）
ｓｉｎθ＋４η² となる。ｙ軸にβ² ／ｔａｎ² θを、ｘ軸に（λβ／ｔ
ａｎθ）ｓｉｎθをプロットすると、直線の勾配は１／
ξ、（λβ／ｔａｎθ）ｓｉｎθ＝０に外挿したときに
ｙ軸の切片が４η² になる。本発明で用いる強磁性金属
粒子は、結晶子の大きさはほぼ一定でありかつ十分に大
きいので、１／ξ≒０とし、 β² ／ｔａｎ² θ＝４η² により格子歪を算出する。回折線には、格子歪の検出感
度が高くなることから、２θ＝８２．２°付近の（４２
２）面のものを利用する。

【００５０】本発明では、焼鈍後のコア中の強磁性金属
粒子の保磁力を０．３５ Oe 以下にすることができ、
０．２５ Oe 以下にすることもできる。保磁力が大きい
とヒステリシス損失が大きくなってしまう。

【００５１】焼鈍処理後、必要に応じ、絶縁膜形成、巻
線、コア半体同士の組み付け、ケース装入などを行な
う。

【００５２】本発明の圧粉コアでは、１００kHz におけ
る透磁率を５０以上とすることができ、１００以上とす
ることもできる。そして、１００kHz で１００mTの磁界
を印加したときのコア損失を４５０kW/m³ 以下とするこ
とができ、２００kW/m³ 以下とすることもできる。ま
た、２５kHz で２００mTの磁界を印加したときのコア損
失を３００kW/m³ 以下とすることができ、２００kW/m³
以下とすることもできる。

【００５３】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明
をさらに詳細に説明する。

【００５４】まず、以下の強磁性金属粉末を製造した。

【００５５】センダストガスアトマイズ粉末ガスアトマイズ法によりセンダスト（５．９重量％Ａｌ
−９．８重量％Ｓｉ−Ｆｅ）粉末を製造した。この粉末
のＤ₅₀は４０μm 、Ｄ₁₀は１１μm 、Ｄ₉₀は８５μm で
あった。この粉末の走査型電子顕微鏡写真を、図１に示
す。

【００５６】センダスト粉砕粉末溶解鋳造により製造したインゴットを、ジョークラッシ
ャー、ブラウンミルおよびベッセルミルにより粉砕し、
粉末化した。粉砕後、水素雰囲気中で９００℃にて１時
間の焼鈍処理を施した。粉末の組成は上記のガスアトマ
イズ粉末と同じとした。この粉末のＤ₅₀は３８μm 、Ｄ
₁₀は１０μm 、Ｄ₉₀は８８μm であった。この粉末の走
査型電子顕微鏡写真を、図２に示す。

【００５７】Ｍｏパーマロイ水アトマイズ粉末８１重量％Ｎｉ−２重量％Ｍｏ−Ｆｅ合金の粉末を、水
アトマイズ法により製造した。この粉末のＤ₅₀は３０μ
m 、Ｄ₁₀は８μm 、Ｄ₉₀は３８μm であった。

【００５８】これらの強磁性金属粉末に、シリコーン樹
脂と有機チタンとを自動乳鉢により混合し、１００℃で
１時間乾燥した。シリコーン樹脂には、無溶剤型シリコ
ーン樹脂（トーレ・シリコーン社製ＳＲ２４１４、２５
℃における粘度２０００〜８０００ＣＰ）を用い、有機
チタンには、前記した化１の化合物でｎ＝４のもの（日
曹社製ＴＢＴポリマーＢ−４）を用いた。強磁性金属粉
末に対するシリコーン樹脂の混合量は１．８重量％と
し、シリコーン樹脂に対する有機チタンの添加量は３３
重量％とした。

【００５９】乾燥後、潤滑剤を混合した。潤滑剤には、
強磁性金属粉末に対し０．４重量％のステアリン酸亜鉛
を用いた。

【００６０】次いで、乾燥物を加圧成形し、トロイダル
状（外径１７．５mm、内径１０．２mm、高さ６mm）の圧
粉体を得た。成形圧力は、１０t/cm² とし、加圧時間は
１０秒間とした。

【００６１】この圧粉体に、Ａｒ雰囲気中において７０
０℃で０．５時間の焼鈍処理を施して、トロイダルコア
とした。

【００６２】各コアについて、１００kHz における初透
磁率（μｉ）を求め、また、１００kHz 、１００mTおよ
び２５kHz 、２００mTのそれぞれにおけるヒステリシス
損失（Ｐｈ）、渦電流損失（Ｐｅ）、コア損失（Ｐｔ）
を求めた。結果を表１に示す。なお、表１では、Ｐｔ＝
Ｐｈ＋Ｐｅとしてある。

【００６３】また、コアNo. １０１および１０２につい
てＸ線回折を行ない、（４２２）面の回折線を利用して
前述した方法により格子歪を求めた。さらに、コアNo.
１０１および１０２について、ＶＳＭにより保磁力を測
定した。格子歪および保磁力は、圧粉前の強磁性金属粉
末と焼鈍前の圧粉体とについても測定した。結果を表１
に示す。

【００６４】

【表１】

【００６５】表１に示されるように、センダストガスア
トマイズ粉末を用いた本発明のコアでは、１００kHz に
おける透磁率が５０以上、１００kHz で１００mTの磁界
を印加したときのコア損失が４５０kW/m³ 以下、２５kH
z で２００mTの磁界を印加したときのコア損失が３００
kW/m³ 以下となっている。これに対し、センダスト粉砕
粉末を用いたコアでは、粉末に焼鈍処理を施しているに
もかかわらず、ガスアトマイズ粉末を用いたコアに比べ
ヒステリシス損失が著しく大きくなっている。また、低
損失材として知られているＭｏパーマロイを用いたコア
では、ヒステリシス損失および渦電流損失のいずれもが
ガスアトマイズ粉末を用いたコアに比べ大きくなってい
る。そして、センダスト粉砕粉末およびＭｏパーマロイ
のいずれを用いた場合でも、１００kHz 、１００mTのと
きのコア損失が４５０kW/m³ を超え、２５kHz 、２００
mTのときのコア損失が３００kW/m³ を超えてしまってい
る。

【００６６】＜実施例２＞ガスアトマイズ法の条件を変
更することにより、表２に示す粒度分布をもつセンダス
トガスアトマイズ粉末を製造した。これらの粉末を用
い、実施例１と同様にしてトロイダルコアを作製した。
これらのコアについて、実施例１と同様な測定を行なっ
た。結果を表２に示す。なお、表２には、表１のコアN
o. １０１も併記してある。

【００６７】

【表２】

【００６８】表２から、前記した好ましい粒度分布をも
つ場合には、渦電流損失が著減し、コア損失が小さくな
ることがわかる。

【００６９】＜実施例３＞実施例１で作製した３種のコ
アを、力率改善回路を含む図３に示す回路のインダクタ
ーとして実装し、コアの温度上昇を測定した。測定条件
は、出力２００W、１００kHz とした。各コアの上昇温
度を表３に示す。

【００７０】

【表３】

【００７１】電子部品では、使用時の温度上昇を一般に
５０℃以下、望ましくは４０℃以下に抑える必要がある
が、表３に示されるように、本発明のコアはこの条件を
満足している。したがって、従来、コア損失が大きいた
めに圧粉コアが適用できなかった分野にも、本発明によ
り圧粉コアの適用が可能となることがわかる。

【００７２】＜実施例４＞圧粉体に施す焼鈍処理の温度
を表４に示すように変更した以外は実施例１のコアNo.
１０１と同様にしてトロイダルコアを作製した。これら
について、１００kHz 、１００mTにおける各損失を求め
た。結果を表４に示す。

【００７３】

【表４】

【００７４】表４では焼鈍処理温度が５５０℃のときの
損失が大きくなっているが、表２のコアNo. ２０２のＤ
₅₀の小さい粉末を用いたときには、焼鈍処理温度を５５
０℃とした場合でも、１００kHz 、１００mTでのコア損
失が４５０kW/m³ 以下、２５kHz 、２００mTでのコア損
失が３００kW/m³ 以下であった。

【００７５】なお、Ｘ線回折による分析の結果、上記各
実施例における焼鈍処理後のセンダスト粉末はいずれも
ＤＯ₃ 構造を有していることが確認された。

【００７６】比較のために、絶縁剤として水ガラスとガ
ラス粉末との混合物を用いたトロイダルコアも製造し
た。水ガラスとガラス粉末との混合物は、水ガラス単独
よりも耐熱性が高い材料である。ガラス粉末には、平均
粒径３μm のＰｂＯ−ＳｉＯ₂−Ｂ₂ Ｏ₃ （軟化点４３
０℃）を用い、水ガラスおよびガラス粉末の添加量は、
強磁性金属粉末に対しそれぞれ１．５重量％とした。ま
ず、ガラス中にガラス粉末を分散して絶縁剤液を調製し
た。次に、実施例１で製造したセンダストガスアトマイ
ズ粉末と前記絶縁剤液とを混練した後、乾燥し、解砕を
行なった後、上記と同様にして潤滑剤添加、成形および
焼鈍を行なってトロイダルコアを製造した。この結果、
焼鈍温度を５００℃以上としたときには、１００kHz 、
１００mTのときのコア損失が１５００kW/m³ 以上とな
り、強磁性金属粒子間の絶縁が破壊されていることが明
らかであった。また、焼鈍温度を４５０℃としたときの
圧環強度は４kgf であり、一方、表１のトロイダルコア
No. １０１の圧環強度は２５kgf であったので、シリコ
ーン樹脂と有機チタンとを用いることによる効果が明ら
かである。なお、圧環強度とは、トロイダルコアの直径
方向に力を加えていったときに、トロイダルコアが破壊
されたときの力である。

【００７７】表１に示すトロイダルコアNo. １０１を粉
砕し、粉砕物について、クロロホルムを用いてソックス
レー抽出を行なった。抽出液の蒸発乾固物を、ＦＴ−Ｉ
Ｒ透過法により分析した。この結果、有機チタンの特性
吸収帯である２９６０cm^-1、２９３０cm^-1および２８７
０cm^-1（以上はＣ−Ｈ伸縮振動）ならびに１４６０cm^-1
および１３７０cm^-1（以上はＣ−Ｈ変角振動）が認めら
れた。また、１１２０〜１０３０cm^-1にブロードなピー
クが認められたが、これはシリコーン樹脂がさらに高分
子化したものと推定される。この結果から、焼鈍処理後
のコア中には、シリコーン樹脂および有機チタンが含ま
れていることがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ガスアトマイズ法により製造したセンダスト粉
末の走査型電子顕微鏡写真である。

【図２】溶解鋳造したインゴットを粉砕して製造したセ
ンダスト粉末の走査型電子顕微鏡写真である。

【図３】力率改善回路を含む回路の一例を示す回路図で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木英利東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティーディーケイ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】強磁性金属粉末と絶縁剤とを圧粉した
後、焼鈍したコアであって、前記強磁性金属粉末が、Ｆ
ｅ、ＡｌおよびＳｉを含むほぼ球状の強磁性金属粒子か
ら構成されていることを特徴とする圧粉コア。
【請求項２】強磁性金属粒子を小径のものから積算
し、強磁性金属粉末全体の５０重量％となったときの粒
径Ｄ₅₀が１５〜６５μm である請求項１の圧粉コア。
【請求項３】強磁性金属粒子を小径のものから積算
し、強磁性金属粉末全体の１０重量％となったときの粒
径Ｄ₁₀が６〜２０μm であり、強磁性金属粉末全体の９
０重量％となったときの粒径Ｄ₉₀が２５〜１００μm で
ある請求項２の圧粉コア。
【請求項４】圧粉コアに含まれる強磁性金属粒子の格
子歪が１０％以下である請求項１〜３のいずれかの圧粉
コア。
【請求項５】圧粉コアに含まれる強磁性金属粒子の保
磁力が０．３５ Oe以下である請求項１〜４のいずれか
の圧粉コア。
【請求項６】１００kHz における透磁率が５０以上で
あり、１００kHz で１００mTの磁界を印加したときのコ
ア損失が４５０kW/m³ 以下であり、２５kHzで２００mT
の磁界を印加したときのコア損失が３００kW/m³ 以下で
ある請求項１〜５のいずれかの圧粉コア。