JP2000182845A

JP2000182845A - 複合磁心

Info

Publication number: JP2000182845A
Application number: JP10362083A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Shimoda; 康生下田
Original assignee: Hitachi Ferrite Electronics Ltd
Current assignee: Hitachi Ferrite Electronics Ltd
Priority date: 1998-12-21
Filing date: 1998-12-21
Publication date: 2000-06-30

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、磁気特性の直流重畳特性、損失を
向上させたインダクタンス素子用の複合磁心を提供す
る。【構成】軟磁性材料からなるバルク状磁心１に軟磁性
粉末Ａ、Ｂを攪拌しながら結合剤を添加してスラリー状
とした後、前記バルク状磁心１の中央部にコイル３を配
置して、前記軟磁性粉末混合スラリーを注入した後、前
記スラリーを硬化させて成形する粉末樹脂硬化磁心２と
からなる複合磁心４である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子回路に搭載さ
れるチョークコイル、トランス等のインダクタンス素子
に関する。

【０００２】

【従来の技術】トランス、チョークコイル等のインダク
タンス素子の磁心材料としては、現在、主にフェライト
が使用されている。フェライトは、成形性、加工性が大
変優れ、安価であり、また、磁気特性においても、高周
波まで使用でき、低損失、高透磁率などの特徴を有する
汎用性の高い磁性材料である。

【０００３】また、他の軟磁性材料として金属系軟磁性
材料粉末を用いた圧粉磁心がある。この圧粉磁心は、前
記フェライトに比べ、高飽和磁束密度、透磁率の温度特
性の安定性等が優れるものの、成形圧が著しく高いとい
う問題があり作製形状が限られていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】フェライトを使用した
トランスあるいはチョークコイル等のインダクタンス素
子は、フェライト磁心がインダクタンス素子に巻回する
コイルを流れるバイアス電流により、磁気飽和を起こさ
ないように磁路の一部にギャップを設けているが、該ギ
ャップによりフェライト材料としての特性が損なわれて
いる。特に損失の増大、漏れ磁束が問題となっていた。

【０００５】また、金属系軟磁性材料粉末を用いた圧粉
磁心は、磁路の一部にギャップを設けることなくバイア
ス電流に対して磁気飽和を起こしにくく、漏れ磁束も小
さいものであるが、透磁率が低く、所要のインダクタン
ス値を得るにもコイルの巻回数が多くなる問題点があっ
た。本発明は、上記の問題を解決するインダクタンス素
子用の磁心を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、複合磁心の磁
路の一部として、固形バルク状の軟磁性材料を用い、残
りの磁路の形成を軟磁性材料の粉末に液状の樹脂結合材
を混合してスラリー状、あるいは、軟磁性材料粉末に樹
脂を混合し加熱していったん液化させた粉末樹脂硬化磁
心によりおこなうものである。この粉末樹脂硬化磁心を
構成する粉末は、軟磁性材料の粉末Ａと粉末Ｂよりな
り、粉末Ａの粒度分布の最頻値が粉末Ｂのそれの５倍以
上であり、かつ、粉末Ａと粉末Ｂの配合比として、粉末
Ａと粉末Ｂの体積の和全体に対する粉末Ｂの体積百分率
が１５％以上６０％以下であることを特徴とする。

【０００７】ここで使用する固形バルク状の磁心は、従
来からあるフェライト磁心、あるいはＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ
合金等の磁性粉末を加圧成形した圧粉磁心等を用いる。

【０００８】樹脂を加えていったん液状とする軟磁性材
料粉末Ａ、Ｂの組成は基本的に制限はなく、例えば、Ｆ
ｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金、パーマロイ、珪素鉄、純鉄、アモ
ルファス合金、微結晶合金等の金属粉末、またはフェラ
イト等の金属酸化物粉末を使用することができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明は、トランス、チョークコ
イル等のインダクタンス素子の磁心を、固形バルク状磁
心と粉末樹脂硬化磁心からなる複合磁心を用いることに
より、該複合磁心の磁路に対する前記２つの磁心が占め
る割合により所要の磁気特性を得ることができる。ま
た、バルク状磁心に対して、粉末樹脂硬化磁心は、スラ
リー状でバルク状磁心に対して接触し、前記スラリーの
硬化時には、バルク状磁心に密着固定するものである。

【００１０】

【実施例】本発明に係る第１の実施例を以下に述べる。
この実施例では、バルク状の軟磁性材料としてＮｉ−Ｚ
ｎ系フェライトを使用した。前記フェライトに組み合わ
せる粉末樹脂硬化磁心は、粉末ＡとしてＦｅ−Ａｌ−Ｓ
ｉ合金組成の水アトマイズ粗粒粉末を乾式ボールミルで
粉砕した粉末、粉末ＢとしてＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金組成
の水アトマイズ微細粉末を用いた。粉末Ａは粉砕後水素
中で９５０℃で焼鈍しており、その粒度分布を図１に示
す。粒度分布はレーザー散乱法により測定した。この粉
末の粒度の最頻値は４４〜６２μｍのランクにあり、こ
の中央値５３μｍを粉末Ａの最頻値とする。（以下、こ
の方法により各粉末の粒度最頻値を算出した）。粉末Ｂ
は水アトマイズ後乾燥したものをそのまま用いており、
その粒度分布を図２に示す。最頻値は５．５〜７．８μ
ｍのランクにあり、中央値６．７μｍを粉末Ｂの最頻値
とする。粉末Ａ、Ｂの最頻値の比率は７．９である。結
合材としては無溶剤ワニス（スチレン重合不飽和ポリエ
ステル系）を使用した。

【００１１】乳鉢中に粉末Ａおよび粉末Ｂを所定量入れ
て攪拌したものに、上記ワニスを少量ずつ添加して攪拌
することを繰返し、混合物がスラリー状となり流動を開
始するまでワニスを添加しその添加重量を記録した。こ
のスラリーを５分間真空脱泡したのち、粉末樹脂硬化磁
心単体での磁気特性を確認するため外径２６φｍｍのト
ロイダル形状のプラスチックケースに注入し１２０℃、
３時間で加熱硬化させた。前記ケースの内容積寸法は外
径２４φ、内径１３．５φ、高さ６．６Ｈ（ｍｍ）であ
る。なお、注入したスラリー重量とケース内容積からス
ラリー密度を計算し、さらに粉末重量と樹脂添加量およ
びＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金の真密度から磁心の占積率を計
算した。

【００１２】測定する磁気特性は、前記トロイダル磁心
に巻線を施し、ＬＣＲメーターにより１００ｋＨｚにお
ける透磁率μｉを測定した。また、Ｂ−Ｈアナライザー
により１００ｋＨｚ，５０ｍＴにおけるコア損失Ｐｃｖ
を測定した。なお、各磁性材料個別の飽和磁束密度に体
積百分率を掛けた総和を合成飽和磁束密度とし、これに
占積率をかけたものを得られた磁心の合成飽和磁束密度
Ｂｓとみなした。

【００１３】次に実形状における磁気特性を確認するた
め、上記スラリーとフェライト磁心を組み合わせた複合
磁心を下記の要領で作製した。バルク状磁心に使用する
フェライト材料は、Ｎｉ−Ｚｎ系フェライト（日立金属
(株)製ＮＬ３０Ｓ材）とし、磁心形状は図３に示すＵ型
磁心１とした。この磁心１の外周に５ｍｍ幅の耐熱テー
プを巻き回してスラリー注入の簡易型とした後、１ＵＥ
Ｗ、０．３φｍｍの自己融着線を３０Ｔｓ巻いて作製し
たコイル３を、フェライト磁心１の中央部に接着固定
し、耐熱テープで作られた簡易型内に、上記スラリーを
テープ上端まで注入し、１２０℃、３時間でスラリー２
を硬化させた。硬化後、簡易型のテープを除去した後に
は、外形寸法が１５×８×５（ｍｍ）の複合磁心４が得
られる。この複合磁心の断面図は、図４の通りである。

【００１４】上記、複合磁心４において粉末Ａと粉末Ｂ
の配合比を変化させたときの磁気特性の比較表を、トロ
イダルコアとした時の磁気特性も併せて表１に示す。ま
た、従来例として、上記フェライトと同材質で外径２４
φ、内径１３．５φ、高さ６．６Ｈ（ｍｍ）のトロイダ
ルコアと、外形寸法が本発明例と同一の図５に示すＥＩ
型磁心（楕円形の中脚を有すＥ型コア５と平板コア６、
中脚に０．４５ｍｍのギャップ）と、通常の加圧成形に
より作製したＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ圧粉磁心からなる上記の
本発明例と同一形状のトロイダルコアのデータを示す。

【００１５】

【表１】

【００１６】粉末Ｂの配合比が４５ｖｏｌ％のとき、ト
ロイダルコア特性としては占積率とμｉが最大となり、
それぞれの粉末Ａ、Ｂの単一コアの場合に比べ大幅に改
善されている。

【００１７】また、複合磁心特性についても、粉末Ａと
粉末Ｂの体積の和全体に対する粉末Ｂの体積百分率が１
５％以上６０％以下の領域において、フェライトのみで
磁心を構成した場合に比べ、インダクタンス、コア損失
とも顕著に改善されている。

【００１８】本発明の第２の実施例として、本発明に係
る複合磁心の全磁路長に対する粉末樹脂硬化磁心の磁路
長の割合による磁気特性を確認した。この実施例で用い
る各磁性材料は、第１の実施例で使用したＮｉ−Ｚｎ系
フェライト、粉末Ａと粉末Ｂおよび結合剤を攪拌したス
ラリーを使用した。なお、スラリーは、粉末Ａ：５５ｖ
ｏｌ％、粉末Ｂ：４５ｖｏｌ％とした。

【００１９】また、複合磁心の形状は、図５に示すＥＩ
型コア寸法とし、図６に示す各フェライト磁心に第１の
実施例で使用したコイルを配置して、上記スラリーを注
型、硬化させて、複合磁心を用いたインダクタンス素子
を作製した。図７に各インダクタンス素子の断面図を示
す。（２−ａ）〜（２−ｅ）は、図６の各フェライト磁
心に対して粉末樹脂硬化磁心を組み合わせたものであ
る。従来例として、（２−ｆ）の粉末樹脂硬化磁心のみ
で磁心を構成、（２−ｇ）のフェライト磁心のみで磁心
を構成したものも測定した。なお、図６及び図７に記載
のＥ型フェライト磁心７ｄの中脚には、０．４５ｍｍの
ギャップがすべてに施されている。

【００２０】上記実験で得られた特性を表２に示す。
（粉末樹脂硬化磁心磁路長）／（全磁路長）の値が２〜
８０％の領域でインダクタンス、鉄損ともフェライト単
独の磁心（２−ｇ）に比べ顕著に改善されている。また
磁路の一部を透磁率の高いフェライトで構成することに
よって、粉末成形磁心単体（２−ｆ）の場合に比べイン
ダクタンスは著しく改善されている。また各試料の直流
重畳特性を図８に示す。試料（２−ｂ）の構成において
バイアス電流を大きくした場合でも高いインダクタンス
を示しており、バランスのよい特性であり電流平滑用チ
ョークコイルとして好適である。

【００２１】

【表２】

【００２２】一般にインダクタンス素子の特性はコイル
が囲む部分（上記実施例では中脚部分）の軟磁性材料の
磁気特性によって大きく支配され、特にチョークコイル
のように磁気飽和が問題となる用途においては、磁心の
中脚部分に飽和磁束密度の高い金属系の材料を使用する
ことが望ましい。

【００２３】図９は、本発明の複合磁心に用いるバルク
状磁心の形状例を示したものである。実施例では、ＥＩ
型のフェライトコアを使用したが、図９の示す箱型コア
８を用いることにより、スラリーを保持するためのテー
プを不要とすることができ、空心コイル９を箱型コア８
内に固定し、スラリーを注入、硬化させることによりチ
ョークコイルを形成できる。

【００２４】

【発明の効果】本発明の複合磁心は、磁路の一部を軟磁
性粉末Ａ、Ｂを混合してなるスラリーが硬化して成形す
る粉末樹脂硬化磁心で構成したことにより、バイアス電
流に対して高インダクタンス、低損失を可能とし、更に
成形性、加工性の良いフェライトコアに対して前記軟磁
性粉末Ａ、Ｂを混合してなるスラリーを用いることは、
多種多様な形状を作製可能とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の複合磁心の実施例に用いた軟磁性粉末
Ａの粒径分布図

【図２】本発明の複合磁心の実施例に用いた軟磁性粉末
Ｂの粒径分布図

【図３】本発明の複合磁心の第１の実施例に用いたフェ
ライト磁心の外観図

【図４】本発明の複合磁心の第１の実施例のインダクタ
ンス素子の断面図

【図５】従来の磁心の外観図

【図６】本発明の複合磁心の第２の実施例に用いたフェ
ライト磁心の形状外観図

【図７】本発明の複合磁心の第２の実施例のインダクタ
ンス素子の断面図

【図８】本発明の複合磁心の第２の実施例のインダクタ
ンス素子の直流重畳特性図

【図９】本発明の複合磁心に用いるバルク状磁心の形状
例斜視図

【符号の説明】

１バルク状磁心２粉末樹脂硬化磁心３コイル４複合磁心

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の軟磁性材料を組み合わせて構成され
る複合磁心において、その磁路の一部分を構成する磁性
材料としてはバルク状の軟磁性材料を用い、磁路の残り
の部分を構成する軟磁性材料としては、二種類の粒径の
異なる軟磁性材料粉末Ａ、Ｂと液状の結合材を混合して
スラリー状としたのち、結合材を硬化させることにより
成形される粉末樹脂硬化磁心を用い、粉末Ａの粒度分布
の最頻値が粉末Ｂのそれの５倍以上であり、かつ、粉末
Ａと粉末Ｂの配合比として、粉末Ａと粉末Ｂの体積の和
全体に対する粉末Ｂの体積百分率が１５％以上６０％以
下であることを特徴とする複合磁心。
【請求項２】粉末樹脂硬化磁心の磁路長が複合磁心全体
の磁路長の２％以上８０％以下であることを特徴とする
請求項１記載の複合磁心。
【請求項３】粉末樹脂硬化磁心と組み合わせるバルク状
軟磁性材料からなる磁心形状は、中空の箱型であって、
あらかじめ空心コイルを前記箱内に収納したのち、粉末
Ａ、Ｂを混合した樹脂スラリーを前記箱内に注型し硬化
させることを特徴とする請求項１及び２記載の複合磁
心。