JP2002231540A

JP2002231540A - 磁気バイアス用磁石を有する磁気コア及びそれを用いたインダクタンス部品

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Publication number: JP2002231540A
Application number: JP2001022743A
Authority: JP
Inventors: Haruki Hoshi; 晴輝保志; Teruhiko Fujiwara; 照彦藤原; Masayoshi Ishii; 政義石井; Keita Isotani; 桂太磯谷; Tamiko Anpo; 多美子安保; Toru Ito; 透伊藤
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2001-01-31
Filing date: 2001-01-31
Publication date: 2002-08-16

Abstract

(57)【要約】【課題】磁路の少なくとも１箇所以上にギャップを有
する磁気コアに、該ギャップ両端から磁気バイアスを供
給するために、該ギャップ近傍に永久磁石を配してなる
磁気バイアス用磁石を有する磁気コアにおいて、リフロ
ー処理後も優れた直流重畳特性と、コアロス特性とを有
する磁気コアを容易かつ安価に提供す。【解決手段】ＥＥコア２に形成されたギャップに挿入
される永久磁石１として、２７０℃で所定時間保持した
ことよる不可逆減磁率が５％以下の磁石を用いる。ま
た、この永久磁石は、１０ＫＯｅ以上の固有保磁力、５
００℃以上のキュリー温度Ｔｃ、１Ωｃｍ以上の比抵抗
を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、チョークコイルや
トランス等のインダクタンス部品の磁気コアに関するも
のであり、特に、磁気バイアス用の永久磁石を備えた磁
気コア（以下、単に「コア」とも呼ぶ）に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来から、例えばスイッチング電源など
に用いられるチョークコイル及びトランスにおいては、
通常、交流は直流に重畳して印加される。したがって、
これらチョークコイルやトランスに用いる磁気コアは、
この直流重畳に対して磁気飽和しない透磁率特性（この
特性を「直流重畳特性」と呼ぶ）の良好なことが求めら
れている。

【０００３】高周波用の磁気コアとしてはフェライト磁
気コアや圧粉磁気コアが使用されているが、フェライト
磁気コアは初透磁率が高く飽和磁束密度が小さく、圧粉
磁気コアは初透磁率が低く飽和磁束密度が高い、という
材料物性に由来した特徴がある。従って、圧粉磁気コア
はトロイダル形状で用いられることが多い。他方、フェ
ライト磁気コアの場合には、例えばＥ型コアの中足（中
芯）に磁気空隙（磁気ギャップ）を形成して直流重畳に
より磁気飽和することを避けることが行われている。

【０００４】しかし、近年の電子機器の小型化要請に伴
う電子部品の小型化の要求により、磁気コアの磁気ギャ
ップも小さくせざるを得ず、直流重畳に対してより高い
透磁率の磁気コアが強く求められている。

【０００５】この要求に対しては、一般に、飽和磁化の
高い磁気コアを選択する事、つまり高磁界で磁気飽和し
ない磁気コアの選択が必須とされている。しかし、飽和
磁化は材料の組成で必然的に決まるものであり、無限に
高く出来るものではない。

【０００６】その解決手段として、磁気コアの磁路に設
けた磁気ギャップに永久磁石を配置し、直流重畳による
直流磁界を打ち消す事、すなわち、磁気コアに磁気バイ
アスを与えることが古くから提案されている。

【０００７】この永久磁石を用いた磁気バイアス方法
は、直流重畳特性を向上させるには優れた方法である
が、一方で金属焼結磁石を用いると磁気コアのコアロス
の増大が著しく、またフェライト磁石を用いると重畳特
性が安定しないなどとても実用に耐え得るものではなか
った。

【０００８】これらを解決する手段として、例えば特開
昭５０−１３３４５３は、磁気バイアス用永久磁石とし
て保磁力の高い希土類磁石粉末とバインダーとを混合し
圧縮成形したボンド磁石を用いること、これにより、直
流重畳特性およびコアの温度上昇が改善されたことを開
示している。

【０００９】しかし近年、電源に対する電力変換効率向
上の要求はますます厳しくなっており、チョークコイル
用及びトランス用の磁気コアについても単にコア温度を
測定するだけでは優劣が判断不能なレベルとなってい
る。そのため、コアロス測定装置による測定結果の判断
が不可欠であり、実際本発明者等が検討を行った結果、
特開昭５０―１３３４５３に示された抵抗率の値ではコ
アロス特性が劣化する事が明らかになった。

【００１０】また近年、表面実装タイプのコイルが所望
されているが、表面実装のためにはコイルはリフローは
んだ処理に付される。このリフローはんだ処理で、コイ
ルの磁気コアの特性が劣化しない事が望まれる。また、
耐酸化性の希土類磁石が必須である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、磁路
の少なくとも１箇所以上にギャップを有する磁気コア
に、該ギャップ両端から磁気バイアスを供給するため
に、該ギャップ近傍に永久磁石を配してなる磁気バイア
ス用磁石を有する磁気コアにおいて、上記問題点を考慮
して、リフロー処理後も優れた直流重畳特性と、コアロ
ス特性とを有する磁気コアを容易かつ安価に提供する事
である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記課題
を解決するべく、磁気コアのギャップに挿入される永久
磁石（薄板磁石）について検討を重ねた結果、永久磁石
の比抵抗が１Ωｃｍ以上で固有保磁力が１０ＫＯｅ以上
の永久磁石を使用した時に優れた直流重畳特性が得ら
れ、しかもコアロス特性の劣化が生じない磁気コアを形
成できる事を見出した。これは、優れた直流重畳特性を
得るのに必要な磁石特性が、エネルギー積よりもむしろ
固有保磁力に依存しており、従って比抵抗の高い永久磁
石を使用しても固有保磁力が高ければ充分に高い直流重
畳特性が得られる事を見出したことによる。比抵抗が高
くしかも固有保磁力が高い磁石は、一般的には希土類磁
石粉末をバインダーとともに混合して成形した希土類ボ
ンド磁石で得られるが、保磁力の高い磁石粉末であれば
どのような組成のものでもよい。希土類磁石粉末の種類
は、ＳｍＣｏ系、ＮｄＦｅＢ系、ＳｍＦｅＮ系などある
が、リフロー処理条件及び耐酸化性を考慮するとＴｃが
５００℃以上、保磁力が１０ＫＯｅ以上の磁石が必要で
ある。ここで、磁石粉末を表面活性材でコーティングす
れば、成形体中での磁石粉末の分散が良好となり、磁石
の特性が特性が向上して、より高特性の磁気コアが得ら
れる。

【００１３】なお、永久磁石の固有保磁力が５ＫＯｅよ
り小さいと、磁気コアに印可される直流磁界によってそ
の保磁力は消失する。従って、永久磁石には、５ＫＯｅ
以上、好ましくは１０ＫＯｅ以上の保磁力が必要であ
る。また、永久磁石の比抵抗は大きいほど良いが、１Ω
・ｃｍ以上であればコアロス劣化の大きな要因にはなら
ない。また、永久磁石を構成する磁石粉末の平均最大粒
径が５０μｍを超えるとコアロス特性が劣化するので、
粉末の最大粒径は５０μｍ以下である事が望ましく、最
小粒径が２．０μｍを下回ると粉末熱処理及びリフロー
処理時に粉末の酸化による磁化の減少が顕著になるため
２．０μｍ以上の粒径が必要で有る。

【００１４】一方、チョークコイル用及びトランス用磁
気コアとしては軟磁気特性を有する材料であればどの様
なものでも使用できるが、一般的にはＭｎＺｎ系又はＮ
ｉＺｎ系フェライト、圧粉磁心、珪素鋼板、アモルファ
ス等が用いられる。また、磁気コアの形状についても特
に制限があるわけではなく、トロイダルコア、EEコア、
EIコア等あらゆる形状の磁気コアを用いることができ
る。これらコアの磁路の少なくとも１箇所にギャップを
設け、そのギャップに永久磁石を挿入する。ギャップ長
には、特に制限はないが、ギャップ長が短すぎる（ギャ
ップが狭すぎる）と直流重畳特性が劣化し、またギャッ
プ長が長すぎる（ギャップが広すぎる）と透磁率が低下
しすぎるので、おのずからギャップ長は決まってくる。

【００１５】以上のことから、本発明によれば、磁路の
少なくとも１箇所以上にギャップを有する磁気コアに、
該ギャップ両端から磁気バイアスを供給するために、該
ギャップ近傍に永久磁石を配してなる磁気バイアス用磁
石を有する磁気コアにおいて、前記永久磁石が、２７０
℃で所定時間保持したことよる不可逆減磁率が５％以下
の磁石であることを特徴とする磁気バイアス用磁石を有
する磁気コアが得られる。

【００１６】ここで、前記永久磁石は、１０ＫＯｅ以上
の固有保磁力、５００℃以上のキュリー温度Ｔｃ、１Ω
ｃｍ以上の比抵抗を有することが好ましい。

【００１７】また、前記永久磁石は、希土類磁石粉末と
樹脂からなるボンド゛磁石であって、前記希土類磁石粉
末がＺｎで被覆されていることが好ましい。

【００１８】さらに、前記永久磁石は、２７０℃で所定
時間保持した後に、常温で再着磁されていることが望ま
しい。

【００１９】また、本発明によれば、上記磁気コアに少
なくとも１ターン以上の巻線を施したことを特徴とする
インダクタンス部品が得られる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について詳細に説明する。

【００２１】（実施例１）初めに、永久磁石の不可逆減
磁率と直流重畳特性との関係を明らかにする。

【００２２】まず、Sm₂Co₁₇磁石粉末にＺｎを加えて混
合し、その後Ａｒ中で４７５℃で２時間熱処理を行っ
た。ここでは、Ｚｎの混合量を、それぞれ０，１．０，
２．５，及び５．０％とする４種類を作製した。

【００２３】次に、熱処理された４種の粉末にそれぞれ
芳香族系ナイロン樹脂を１０ｗｔ％ずつ添加してラボプ
ラストミルで混練し、その後熱プレス機を用いて無磁場
中でプレスすることにより、厚さ０．５ｍｍの磁石を作
製した。そして、この磁石を後述するフェライトコアの
中芯断面形状に対応するよう切断した。

【００２４】次に、図１に示すようなインダクタンス部
品を得るために、一般的なMnZn系フェライト材で作製さ
れた磁路長７．５cm、実効断面積０．７４cm²のEEコア
２の中芯に０．５mmのギャップ加工をし、形成されたギ
ャップ部に作製した永久磁石１を挿入した。そして、挿
入された磁石１を、パルス着磁機で磁路方向に着磁した
後、コイルに電流を流すことによって発生する直流磁界
と反対方向に磁石による磁気バイアスが印可されるよう
にコア２に１ターン以上の巻線３を施した。

【００２５】この後、ＨＰ製−４２４ＬＣＲメーターを
用いて、完成した４種のインダクタ部品の、直流重畳特
性を、周波数１００kHz、重畳磁場０〜２００Oeの条件
で、常温にて測定した。その測定結果を図２に示す。

【００２６】直流重畳特性を測定した後、これら４種の
インダクタ部品を、２７０℃で３０分間保持した後（リ
フロー処理に相当する処理の後）、常温で、再び直流重
畳特性を測定した。その測定結果を図３に示す。

【００２７】また、コアのギャップにそれぞれ挿入され
ている４種の磁石のフラックスを、２７０℃で保持する
前後に、ＴＯＥＩ製ＴＤＦ−５デジタルフラックスメー
ターでそれぞれ測定した。その結果を表１に示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】図２，３および表１を見ると、不可逆減磁
率が５％以下のものは、２７０℃で３０分間保持した後
も良好な直流重畳特性を示していることがわかる。即
ち、不可逆減磁率が５％より大きいものは、大きな特性
劣化が見られる。

【００３０】また、図３を見ると２７０℃保持で保持し
た後では、磁石粉末がＺｎコーティングされているもの
はコーティングなしのものより良好な直流重畳特性を示
すことがわかる。これはＺｎが磁石粉末をコーティング
することにより磁石粉末の酸化が抑制され熱安定性が増
すためであると考える。

【００３１】（実施例２）次に、保磁力と直流重畳特性
との関係を明らかにする。

【００３２】まず、磁石粉末と芳香族系ナイロン樹脂と
を、それぞれ表２に示す組成で、ラボプラストミルを用
いて熱混練を行った。

【００３３】

【表２】

【００３４】次に、ラボプラストミルで混練したもの
を、それぞれ、熱プレス機で無磁場中で金型成形するこ
とにより０．５ｍｍ厚の磁石を作製し、第１の実施の形
態と同様、図１に示すようなコアを作製した。

【００３５】上記のようにして作製された３種のコアに
対し、交流磁場周波数１００kHz、重畳磁場０〜２００O
eの条件で、それぞれ、直流重畳特性を測定した。な
お、ここでは、直流バイアス磁界の向きが、挿入時に着
磁した磁石の磁化の向きとは逆になるように重畳電流を
印可した。その後、各コアをリフロー炉にて、２７０℃
で３０分間保持した後、再び直流重畳特性を測定した。
この後さらに、リフロー炉による加熱保持と、直流重畳
特性の測定とを３回繰り返した。この結果、合計５回の
測定結果が得られた。コア定数と巻線数から透磁率を計
算し、それに基づく、各コアの５回目までの測定結果を
図４乃至図６に示す。

【００３６】図４乃至図６を見ると、保磁力が８．５kO
eしかないSm₂Fe₁₇Ｎの磁石を挿入したコアでは測定回数
がすすむにつれ、直流重畳特性が大きく劣化することが
わかる（図６）。逆に、保磁力が１０kOe以上の磁石を
挿入したコアは、繰り返しの測定においても大きな変化
は無く、非常に安定した特性を示すことが分かる。これ
らの結果よりSm₂Fe₁₇Ｎの磁石は保磁力が小さいため
に、磁石に印可される逆向きの磁界によって減磁、また
は磁化の反転が起こり、直流重畳特性が劣化したものと
推測できる。また、コアに挿入する磁石は保磁力が１０
kOe以上の磁石であれば優れた直流重畳特性を示すこと
が分かった。

【００３７】（実施例３）次に、比抵抗とコアロスとの
関係を明らかにする。

【００３８】まず、Sm₂Co₁₇磁石粉末と芳香族系ナイロ
ン樹脂をラボプラストミルで熱混練した後、熱プレス機
で無磁場中でプレスする事により厚さ０．５mmの磁石を
作製する。このとき、芳香族系ナイロン樹脂の量を変え
て、磁石を作製することにより、比抵抗が各々０．５，
０．８，１．０，１．５，及び２．０Ω・cmの磁石を作
製した。そして、図１のようなコアを作製するべく、中
芯の形状に応じた切断した。

【００３９】このあと、一組のフェライトコアを用い、
そのギャップに作製した磁石を一つずつ順番に挿入し、
電磁石で磁路方向に着磁後、岩崎通信機製のＳＹ−８２
３２交流ＢＨトレーサーを用いて、３００KHz、０．１T
におけるコアロス特性を室温で測定した。その測定結果
を表３に示す。

【００４０】

【表３】

【００４１】表３より、比抵抗１Ω・ｃｍ以上の磁気コ
アは、良好なコアロス特性を示していることがわかる。
これは、磁石の比抵抗をあげることにより渦電流損失を
抑制できるためである。

【００４２】以上のことから、２７０℃で所定時間保持
したことよる不可逆減磁率が５％以下の永久磁石をＥＥ
コアの中芯に形成されたギャップに装入することによ
り、リフロー処理後も熱減磁が少ない優れた直流重畳特
性を有する磁気コア及びインダクタンス部品が得られる
ことが分かる。

【００４３】また、ギャップに装入される永久磁石は、
１０ＫＯｅ以上の固有保磁力、１Ωｃｍ以上の比抵抗を
有していることが望ましいことが分かる。

【００４４】更に、別の実験から、永久磁石は、５００
℃以上のキュリー温度Ｔｃを有していることが望まし
い。

【００４５】なお、永久磁石はその特性劣化を回復させ
るため、リフロー処理後に常温にて再着磁を行うように
してもよい。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、磁気コアのギャップに
装入される永久磁石として、２７０℃で所定時間保持し
たことよる不可逆減磁率が５％以下の磁石を用いるよう
にしたことで、リフロー処理による永久磁石の熱減磁が
少なく、優れた直流重畳特性を有する磁気コア及びイン
ダクタンス部品が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される磁気コアを示す概略図であ
る。

【図２】本発明の実施例１における磁気コアのリフロー
処理前の直流重畳特性を示すグラフである。

【図３】本発明の実施例１における磁気コアのリフロー
処理後の直流重畳特性を示すグラフである。

【図４】本発明の実施例２におけるＳｍ_２Ｃｏ_１７磁石
ｉＨｃ＝１５ｋＯｅの直流重畳特性を示すグラフであ
る。

【図５】本発明の実施例２におけるＳｍ_２Ｃｏ_１７磁石
ｉＨｃ＝１０ｋＯｅの直流重畳特性を示すグラフであ
る。

【図６】本発明の実施例２におけるＳｍ_２Ｆｅ_１７Ｎ磁
石ｉＨｃ＝８．５ｋＯｅの直流重畳特性を示すグラフで
ある。

【符号の説明】

１永久磁石２ＥＥコア３巻線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石井政義宮城県仙台市太白区郡山六丁目７番１号株式会社トーキン内 (72)発明者磯谷桂太宮城県仙台市太白区郡山六丁目７番１号株式会社トーキン内 (72)発明者安保多美子宮城県仙台市太白区郡山六丁目７番１号株式会社トーキン内 (72)発明者伊藤透宮城県仙台市太白区郡山六丁目７番１号株式会社トーキン内Ｆターム(参考） 5E070 AA01 AB04 BB05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁路の少なくとも１箇所以上にギャップ
を有する磁気コアに、該ギャップ両端から磁気バイアス
を供給するために、該ギャップ近傍に永久磁石を配して
なる磁気バイアス用磁石を有する磁気コアにおいて、前
記永久磁石が、２７０℃で所定時間保持したことよる不
可逆減磁率が５％以下の磁石であることを特徴とする磁
気バイアス用磁石を有する磁気コア。
【請求項２】前記永久磁石が、１０ＫＯｅ以上の固有
保磁力、５００℃以上のキュリー温度Ｔｃ、１Ωｃｍ以
上の比抵抗を有することを特徴とする請求項１の磁気バ
イアス用磁石を有する磁気コア。
【請求項３】前記永久磁石が、希土類磁石粉末と樹脂
からなるボンド゛磁石であって、前記希土類磁石粉末が
Ｚｎで被覆されていることを特徴とする請求項１又は２
の磁気バイアス用磁石を有する磁気コア。
【請求項４】前記永久磁石が、２７０℃で所定時間保
持した後に、常温で再着磁されていることを特徴とする
請求項１，２、または３の磁気バイアス用磁石を有する
磁気コア。
【請求項５】請求項１、２，３、または４の磁気コア
に少なくとも１ターン以上の巻線を施したことを特徴と
するインダクタンス部品。