JP5924480B2 - 磁性粉末材料、その磁性粉末材料を含む低損失複合磁性材料、及びその低損失複合磁性材料を含む磁性素子 - Google Patents
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Description
本発明は、磁性材料粉末、その磁性粉末材料を含む低損失複合磁性材料、及びその低損失複合磁性材料を含む磁性素子に関する。
近年、電源電圧が低電圧となったことに伴い、大電流に対応できるパワーインダクタに対する要請が高まっている。特に、ノートパソコンやＰＤＡ用その他の電子機器で高周波電源が使用されるようになってきた。
そして、それまで使用されてきた金属磁性材料粉末に代わって、コスト面でメリットが大きいフェライトが多用されるようになり、種々のチョークコイルやノイズフィルタ等の製造に用いられてきた。
一方で、小型で大電流に対応できる磁性素子を製造するには、フェライトの飽和磁束密度では低いため、飽和磁束密度の高い金属磁性材料粉末が、磁性素子用磁芯の製造に再び用いられるようになってきた。
そして、それまで使用されてきた金属磁性材料粉末に代わって、コスト面でメリットが大きいフェライトが多用されるようになり、種々のチョークコイルやノイズフィルタ等の製造に用いられてきた。
一方で、小型で大電流に対応できる磁性素子を製造するには、フェライトの飽和磁束密度では低いため、飽和磁束密度の高い金属磁性材料粉末が、磁性素子用磁芯の製造に再び用いられるようになってきた。
こうした磁性素子用の金属磁性材料粉末としては、例えば、Ｆｅ粉、Ｆｅ−Ｓｉ合金粉末、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金粉末等のＦｅを主成分とする合金粉末がある。一般に、金属磁性粉末を用いた磁性素子ではコア損失が大きいため、非晶質の合金粉末と結晶質の合金粉末とを混合することで、コア損失を低下させるという技術が提案されている（特許文献１参照、以下「従来例１」という。）。
また、非晶質の合金粉末に結晶質の合金粉末を加えることで、これらの粉末を金型に充填する際の充填率を高め、製造された磁性素子の透磁率と強度とを向上させるという技術も提案されている（特許文献２参照、以下「従来例２」という。）。
また、非晶質の合金粉末に結晶質の合金粉末を加えることで、これらの粉末を金型に充填する際の充填率を高め、製造された磁性素子の透磁率と強度とを向上させるという技術も提案されている（特許文献２参照、以下「従来例２」という。）。
従来例１の技術は、結晶性の異なる２種類の合金粉末と、絶縁性の結着剤とを使用することによって、コア損失を低下させるという面では優れたものである。
圧粉磁芯の製造を例にとると、圧粉磁芯の材料で生じるコア損失のうち、８０〜９０％近くがヒステリシス損失によるものである。こうしたヒステリシス損失は、保磁力が小さい非晶質粉末を使用することによって改善することができる。
圧粉磁芯の製造を例にとると、圧粉磁芯の材料で生じるコア損失のうち、８０〜９０％近くがヒステリシス損失によるものである。こうしたヒステリシス損失は、保磁力が小さい非晶質粉末を使用することによって改善することができる。
一般に、合金粉末を使用した磁性素子は、常温で金属系粉末と結着剤とを混合し、その後、その混合粉末を加圧成形して製造される。ここで、合金粉末として非晶質粉末を使用すると、硬度が高く塑性変形しにくいため、所定の成形体密度を得る上で、高圧力成形が必要となる。しかし、非晶質粉末を高圧で成形すると、成形時に生じる応力によってコア損失が大きくなるという問題がある。
このため、保磁力が小さい非晶質粉末の特性を生かすことができ、低圧成形を行うことができる低損失磁性材料に対するという社会的要請がある。
このため、保磁力が小さい非晶質粉末の特性を生かすことができ、低圧成形を行うことができる低損失磁性材料に対するという社会的要請がある。
本発明は、上記のような状況の下で完成されたものであり、電気的特性に優れ、かつ磁性素子の生産性を向上させることができる磁性粉末材料、その磁性粉末材料を用いた低損失複合磁性材料、及びその低損失複合磁性材料を用いた磁性素子を提供することを目的とする。
すなわち、本発明の第１の態様は、磁性粉末材料の重量に対して、４５〜８０ｗｔ％の非晶質粉末と、５５〜２０ｗｔ％の結晶質粉末とを含み、前記磁性粉末材料の重量に対して、４．６０５〜６．６０ｍａｓｓ％のＳｉと、２．６４〜３．８０ｍａｓｓ％のＣｒと、０．２２５〜０．８０６ｍａｓｓ％のＣと、０．０１８〜０．４３２ｍａｓｓ％のＭｎと、０．９９〜２．２４ｍａｓｓ％のＢと、０．０２４８ｍａｓｓ％以下のＰと、０．０１６５ｍａｓｓ％以下のＳと、０．０１６５ｍａｓｓ％以下のＣｏと、残部としてＦｅ及び不可避不純物とを含む、磁性粉末材料である。
すなわち、本発明の第１の態様は、磁性粉末材料の重量に対して、４５〜８０ｗｔ％の非晶質粉末と、５５〜２０ｗｔ％の結晶質粉末とを含み、前記磁性粉末材料の重量に対して、４．６０５〜６．６０ｍａｓｓ％のＳｉと、２．６４〜３．８０ｍａｓｓ％のＣｒと、０．２２５〜０．８０６ｍａｓｓ％のＣと、０．０１８〜０．４３２ｍａｓｓ％のＭｎと、０．９９〜２．２４ｍａｓｓ％のＢと、０．０２４８ｍａｓｓ％以下のＰと、０．０１６５ｍａｓｓ％以下のＳと、０．０１６５ｍａｓｓ％以下のＣｏと、残部としてＦｅ及び不可避不純物とを含む、磁性粉末材料である。
本発明の磁性粉末材料では、前記非晶質粉末が、前記非晶質粉末の重量に対して、６．２ｍａｓｓ％以上７．２ｍａｓｓ％以下のＳｉと、２．３ｍａｓｓ％以上２．７ｍａｓｓ％以下のＣｒと、０．５ｍａｓｓ％以上１．０ｍａｓｓ％以下のＣと、０．０４ｍａｓｓ％以上０．４９ｍａｓｓ％以下のＭｎと、２．２ｍａｓｓ％以上２．８ｍａｓｓ％以下のＢと、残部としてＦｅ及び不可避不純物とを含み；前記結晶質粉末は、前記結晶質粉末の重量に対して、３．３ｍａｓｓ％以上４．２ｍａｓｓ％以下のＳｉと、４．０ｍａｓｓ％以上４．７ｍａｓｓ％以下のＣｒと、０．０３ｍａｓｓ％以下のＣと、０．２０ｍａｓｓ％以下のＭｎと、０．０４５ｍａｓｓ％以下のＰと、０．０３ｍａｓｓ％以下のＳと、０．０３ｍａｓｓ％以下のＣｏと、残部としてＦｅ及び不可避不純物とを含むことを特徴とする。
前記非晶質粉末の平均粒径（Ｄ50Ａ）が４５μｍ未満、かつ前記結晶質粉末の平均粒径（Ｄ50Ｃ）が１３μｍ未満であり、Ｄ50Ａ/Ｄ50Ｃの比が２．１８以上であることを特徴とする。
本発明の第２の態様は、圧縮成形されたときに、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、及びフェノール系樹脂からなる群から選ばれるいずれかの熱硬化性樹脂である結合材と、上記の磁性粉末材料とを含む複合磁性材料である。前記複合磁性材料中の前記結合材の含有量は、前記磁性粉末材料の重量に対して、２．０〜４．０ｗｔ％であることが好ましい。また、前記複合磁性材料は、磁束密度５０ｍＴ、実効周波数２５０ｋＨｚで測定したときのコア損失が１，４００ｋｗ／ｍ３以下であり、比透磁率が２０を越えることを特徴とする。
本発明の第３の態様は、上述した組成と特性とを有する複合磁性粉末を用いて製造された磁性素子である。前記磁性素子は、例えば、メタルコンポジットインダクタとすることができる。
本発明の第２の態様は、圧縮成形されたときに、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、及びフェノール系樹脂からなる群から選ばれるいずれかの熱硬化性樹脂である結合材と、上記の磁性粉末材料とを含む複合磁性材料である。前記複合磁性材料中の前記結合材の含有量は、前記磁性粉末材料の重量に対して、２．０〜４．０ｗｔ％であることが好ましい。また、前記複合磁性材料は、磁束密度５０ｍＴ、実効周波数２５０ｋＨｚで測定したときのコア損失が１，４００ｋｗ／ｍ３以下であり、比透磁率が２０を越えることを特徴とする。
本発明の第３の態様は、上述した組成と特性とを有する複合磁性粉末を用いて製造された磁性素子である。前記磁性素子は、例えば、メタルコンポジットインダクタとすることができる。
本発明によれば、優れた特性を有する複合磁性粉末を製造することができる。また、この複合磁性粉末を使用することによって、低損失、かつ低圧で成形できる磁性素子を製造することができる。
以下に、本発明を詳細に説明する。
本発明の磁性粉末材料は、その重量に対して、４５〜８０ｗｔ％の非晶質粉末と、５５〜２０ｗｔ％の結晶質粉末とを含む。ここで、前記磁性粉末材料は、その重量に対して、４５〜５５ｗｔ％の前記非晶質粉末と、５５〜４５ｗｔ％の前記結晶質粉末とを含むものであることが好ましい。
非晶質粉末の配合量が４５ｗｔ％未満で結晶質粉末の配合量が５５ｗｔ％を越える場合、及び結晶質粉末の配合量が２０ｗｔ％未満で非晶質粉末の配合量が８０ｗｔ％を超える場合は、いずれもコア損失の改善が不十分であることによる。
本発明の磁性粉末材料は、その重量に対して、４５〜８０ｗｔ％の非晶質粉末と、５５〜２０ｗｔ％の結晶質粉末とを含む。ここで、前記磁性粉末材料は、その重量に対して、４５〜５５ｗｔ％の前記非晶質粉末と、５５〜４５ｗｔ％の前記結晶質粉末とを含むものであることが好ましい。
非晶質粉末の配合量が４５ｗｔ％未満で結晶質粉末の配合量が５５ｗｔ％を越える場合、及び結晶質粉末の配合量が２０ｗｔ％未満で非晶質粉末の配合量が８０ｗｔ％を超える場合は、いずれもコア損失の改善が不十分であることによる。
前記磁性粉末材料は、ケイ素（Ｓｉ）、クロム（Ｃｒ）、炭素（Ｃ）、マンガン（Ｍｎ）、ホウ素（Ｂ）、リン（Ｐ）、イオウ（Ｓ）及びコバルト（Ｃｏ）を各々所定の配合比で含み、残部としてＦｅ及び不可避不純物とを含むものであることが好ましい。具体的には、前記磁性粉末材料の重量に対して、４．６０５〜６．６０ｍａｓｓ％のＳｉと、２．６４〜３．８０ｍａｓｓ％のＣｒと、０．２２５〜０．８０６ｍａｓｓ％のＣと、０．０１８〜０．４３２ｍａｓｓ％のＭｎと、０．９９〜２．２４ｍａｓｓ％のＢと、０．０２４８ｍａｓｓ％以下のＰと、０．０１６５ｍａｓｓ％以下のＳと、０．０１６５ｍａｓｓ％以下のＣｏとを含み、残部としてＦｅ及び不可避不純物とを含むものであることが好ましい。
一般的に、結晶質粉末中では、Ｃは不純物とされている。しかし、非晶質粉末においては必須の元素とされており、本願発明の磁性粉末材料中のＣ含量は、０．２２５〜０．８０６ｍａｓｓ％であることが好ましい。複合磁性粉末中のＣ含量が０．２２５ｍａｓｓ％未満では非晶質粉末とならず、０．８０６ｍａｓｓ％を越えると保磁力が大きくなり、コア損失が劣化することによる。
また、前記磁性粉末材料に使用する前記非晶質粉末は、ケイ素（Ｓｉ）、クロム（Ｃｒ）、炭素（Ｃ）、マンガン（Ｍｎ）、ホウ素（Ｂ）を所定の配合比で含み、残部としてＦｅ及び不可避不純物とを含むものであることが好ましい。具体的には、前記非晶質粉末の重量に対して、６．２ｍａｓｓ％以上７．２ｍａｓｓ％以下のＳｉと、２．３ｍａｓｓ％以上２．７ｍａｓｓ％以下のＣｒと、０．５ｍａｓｓ％以上１．０ｍａｓｓ％以下のＣと、０．０４ｍａｓｓ％以上０．４９ｍａｓｓ％以下のＭｎと、２．２ｍａｓｓ％以上２．８ｍａｓｓ％以下のＢと、残部としてＦｅ及び不可避不純物とを含むものであることが好ましい。
前記結晶質粉末は、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｃ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ及びＣｏとを所定の配合比で含み、残部としてＦｅ及び不可避不純物とを含むものであることが好ましい。具体的には、前記結晶質粉末の重量に対し、３．３ｍａｓｓ％以上４．２ｍａｓｓ％以下のＳｉと、４．０ｍａｓｓ％以上４．７ｍａｓｓ％以下のＣｒと、０．０３ｍａｓｓ％以下のＣと、０．２０ｍａｓｓ％以下のＭｎと、０．０４５ｍａｓｓ％以下のＰと、０．０３ｍａｓｓ％以下のＳと、０．０３ｍａｓｓ％以下のＣｏと、残部としてＦｅ及び不可避不純物とを含むものであることが好ましい。
上述した磁性粉末材料の作製に使用する結晶質粉末は、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、遠心アトマイズ法等で製造することができる。例えば、水アトマイズ法は、溶解した金属をダンディッシュ底部の小孔から流下させ、この溶湯流に高圧の水を吹き付けるという方法である。
また、非晶質粉末は、水アトマイズ法とガスアトマイズ法とを組み合わせて、冷却速度１０６Ｋ／ｓという超急冷アトマイズ法で製造することができる。
また、非晶質粉末は、水アトマイズ法とガスアトマイズ法とを組み合わせて、冷却速度１０６Ｋ／ｓという超急冷アトマイズ法で製造することができる。
また、前記非晶質粉末の平均粒径（Ｄ50Ａ）が４５μｍ未満、かつ前記結晶質粉末の平均粒径（Ｄ50Ｃ）が１３μｍ未満であり、Ｄ50Ａ/Ｄ50Ｃの比が２．１８以上であることが好ましい。Ｄ50Ａが４５μｍを越え、かつＤ50Ｃが１３μｍを越えると、Ｄ50Ａ/Ｄ50Ｃの比が２．１８以上であってもコア損失が改善されない。また、前記非晶質粉末の平均粒径（Ｄ50Ａ）が４５μｍ未満、かつ前記結晶質粉末の平均粒径（Ｄ50Ｃ）が１３μｍ未満であっても、Ｄ50Ａ/Ｄ50Ｃの比が２．１８未満であると、コア損失は改善されないことによる。
ここで、前記非晶質粉末及び結晶質粉末の平均粒径は、レーザ回折／散乱式粒度分布測定装置で測定することが、測定精度が高いことから好ましく、例えば、ＬＡ−９２０（（株）堀場製作所製）等を使用することが好ましい。
ここで、前記非晶質粉末及び結晶質粉末の平均粒径は、レーザ回折／散乱式粒度分布測定装置で測定することが、測定精度が高いことから好ましく、例えば、ＬＡ−９２０（（株）堀場製作所製）等を使用することが好ましい。
本発明の複合磁性材料で使用する前記結合材は、エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂及びフェノール系樹脂といった熱硬化型樹脂であることが好ましく、これらの中でも耐熱温度が比較的高いシリコーン系樹脂を使用することが好ましい。
前記複合磁性粉末中の前記結合材の含有量は、前記磁性粉末材料の２．０〜４．０ｗｔ％であることが好ましい。結合材が２．０ｗｔ％未満では成形体の強度が不十分であり、４．０ｗｔ％を越えると、目標とする比透磁率が得られないためである。
前記複合磁性粉末中の前記結合材の含有量は、前記磁性粉末材料の２．０〜４．０ｗｔ％であることが好ましい。結合材が２．０ｗｔ％未満では成形体の強度が不十分であり、４．０ｗｔ％を越えると、目標とする比透磁率が得られないためである。
本発明の磁性素子は、下記のようにして製造される。
超急冷アトマイズ法にて調製した非晶質粉末と、水アトマイズ法にて調製した結晶質粉末とを、これらを混合して得られる磁性粉末材料の重量に対して、前記非晶質粉末が４５〜８０ｗｔ％、前記結晶質粉末が５５〜２０ｗｔ％となるように秤量して混合し、磁性粉末材料を調製する。
次いで、上述した熱硬化性樹脂を得られた磁性粉末材料に噴霧して、粉末粒子の表面が被覆された複合磁性材料を得る。
超急冷アトマイズ法にて調製した非晶質粉末と、水アトマイズ法にて調製した結晶質粉末とを、これらを混合して得られる磁性粉末材料の重量に対して、前記非晶質粉末が４５〜８０ｗｔ％、前記結晶質粉末が５５〜２０ｗｔ％となるように秤量して混合し、磁性粉末材料を調製する。
次いで、上述した熱硬化性樹脂を得られた磁性粉末材料に噴霧して、粉末粒子の表面が被覆された複合磁性材料を得る。
以上のようにして得られた複合磁性材料をリング状コアにプレス成形する。次いで得られた成形体を１５０〜２５０℃にて、３０分〜１．５時間加熱して結合材を硬化させることにより、圧粉磁芯を得ることができる。なお、前記磁性素子は、コイル状に成形した銅線を磁性材料にモールドしている。
以下に、実施例を用いて、さらに詳細に本発明を説明するが、本発明は何ら以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１） Ｃ含量の検討
（１）磁性粉末材料の調製
本実施例で使用した非晶質粉末と、結晶質粉末の成分を下記表１に示す。下記表１に示す組成の非晶質粉末は超急冷アトマイズ法にて調整し、また、下記表１に示す結晶質粉末を、水アトマイズ法にて調製した。
まず、上記のようにして得られた金属粉末を、それぞれ、分散溶液としてメタノールを使用して、超音波分散機で分散させた。その後、これらの試料の平均粒径をレーザ回折／散乱式粒度分布測定装置ＬＡ−９２０（（株）堀場製作所製）にて測定して平均粒径（Ｄ50）を求めた。この測定装置では、ある粉末試料が真球でない場合には、その試料粉末の長軸及び短軸の平均が粒子径とされる。
（実施例１） Ｃ含量の検討
（１）磁性粉末材料の調製
本実施例で使用した非晶質粉末と、結晶質粉末の成分を下記表１に示す。下記表１に示す組成の非晶質粉末は超急冷アトマイズ法にて調整し、また、下記表１に示す結晶質粉末を、水アトマイズ法にて調製した。
まず、上記のようにして得られた金属粉末を、それぞれ、分散溶液としてメタノールを使用して、超音波分散機で分散させた。その後、これらの試料の平均粒径をレーザ回折／散乱式粒度分布測定装置ＬＡ−９２０（（株）堀場製作所製）にて測定して平均粒径（Ｄ50）を求めた。この測定装置では、ある粉末試料が真球でない場合には、その試料粉末の長軸及び短軸の平均が粒子径とされる。
（２）混合粉末の調製
上記の非晶質粉末（Ｃ含量：０．５〜１．０mass％）と結晶質粉末（Ｃ含量：Ｍａｘ ０．０３mass％）とを下記表２に示す割合で混合し、比較例１〜３及び本発明例１〜４の混合粉末を得た。
上記の非晶質粉末（Ｃ含量：０．５〜１．０mass％）と結晶質粉末（Ｃ含量：Ｍａｘ ０．０３mass％）とを下記表２に示す割合で混合し、比較例１〜３及び本発明例１〜４の混合粉末を得た。
次に、得られた合金粉末に結合材であるシリコーン系樹脂を噴霧して、合金粉末の表面がシリコーン系樹脂で被覆された複合磁性材料を得た。
以上のようにして得られた複合磁性材料を用いて下記の成形条件に基づき、比透磁率及びコア損失（Pcv）の測定に使用する成形体（リング状コア）を得た。
以上のようにして得られた複合磁性材料を用いて下記の成形条件に基づき、比透磁率及びコア損失（Pcv）の測定に使用する成形体（リング状コア）を得た。
[成形条件]
成形方法：圧縮成形
成形体形状：リング状コア
成形体寸法：外径１５ｍｍ、内径１０ｍｍ、厚み２．５ｍｍ
成形圧力：比較品＝２〜４ｔｏｎ／ｃｍ２
本発明品＝２ｔｏｎ／ｃｍ２
比較例１及び２は２ｔｏｎ／ｃｍ２、比較３は４ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力で成形を行うと、本発明品と同じ粉末占積率の製品が得られた。
次に、得られたそれぞれの成形体を、大気中にて、２００℃で１時間加熱して結合材を硬化させ、リング状コア（圧粉磁芯）を得た。
成形方法：圧縮成形
成形体形状：リング状コア
成形体寸法：外径１５ｍｍ、内径１０ｍｍ、厚み２．５ｍｍ
成形圧力：比較品＝２〜４ｔｏｎ／ｃｍ２
本発明品＝２ｔｏｎ／ｃｍ２
比較例１及び２は２ｔｏｎ／ｃｍ２、比較３は４ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力で成形を行うと、本発明品と同じ粉末占積率の製品が得られた。
次に、得られたそれぞれの成形体を、大気中にて、２００℃で１時間加熱して結合材を硬化させ、リング状コア（圧粉磁芯）を得た。
（２）圧粉磁芯の物性の検討
本発明例１〜４及び比較例１〜３の複合磁性材料を使用して作製した圧粉磁芯比透磁率及びコア損失（Ｐｃｖ（ｋｗ／ｍ３））を磁気特性として測定し、評価した。それぞれの磁気特性の測定条件及び評価の基準を以下に示す。
（ａ）比透磁率：Ａｇｉｌｅｎｔ製インピーダンスアナライザ４２９４Ａを用いて、周波数１ＭＨｚのインダクタンスを測定し、コア定数から比透磁率を得た。この比透磁率（μｒ）は、以下の式より求めた。
本発明例１〜４及び比較例１〜３の複合磁性材料を使用して作製した圧粉磁芯比透磁率及びコア損失（Ｐｃｖ（ｋｗ／ｍ３））を磁気特性として測定し、評価した。それぞれの磁気特性の測定条件及び評価の基準を以下に示す。
（ａ）比透磁率：Ａｇｉｌｅｎｔ製インピーダンスアナライザ４２９４Ａを用いて、周波数１ＭＨｚのインダクタンスを測定し、コア定数から比透磁率を得た。この比透磁率（μｒ）は、以下の式より求めた。
（μｒ）＝（Ｌｓ×ｌｅ）／（μ０×Ａｅ×Ｎ２）
ここで、Ｌｓはインダクタンス（Ｈ）、ｌｅは磁路長（ｍ）、Ａｅは断面積（ｍ２）、μ０は真空中における透磁率（４π×１０−７（Ｈ／ｍ））、Ｎはコイルの巻数を表す。
（ｂ）コア損失（Ｐｃｖ；ｗ／ｍ３）：上記のようにして製造したリング状コアを使用し、岩通製Ｂ−ＨアナライザＳＹ８２３２を用いて、Ｂｍ＝５０ｍＴ、ｆ（実効周波数）＝２５０ｋＨｚの条件でコア損失を測定した。
ここで、Ｌｓはインダクタンス（Ｈ）、ｌｅは磁路長（ｍ）、Ａｅは断面積（ｍ２）、μ０は真空中における透磁率（４π×１０−７（Ｈ／ｍ））、Ｎはコイルの巻数を表す。
（ｂ）コア損失（Ｐｃｖ；ｗ／ｍ３）：上記のようにして製造したリング状コアを使用し、岩通製Ｂ−ＨアナライザＳＹ８２３２を用いて、Ｂｍ＝５０ｍＴ、ｆ（実効周波数）＝２５０ｋＨｚの条件でコア損失を測定した。
製品のインダクタンスの確保及び回路効率の向上という２つの観点から、比透磁率を２０以上、回路効率上昇の観点からコア損失を１，４００ｋｗ／ｍ３以下と設定した（上記表２参照）。
比較例１〜３の圧粉磁芯では、比透磁率は目標値を達成したが、Ｐｃｖの値が高く、目標値に達しなかった。また、比較例２の圧粉磁芯では、非晶質粉末の配合割合が少ないため、コア損失が目標値を満足しなかった。従って、非晶質粉末の配合割合は、４０ｗｔ％以下では不十分であると判定した。
比較例１〜３の圧粉磁芯では、比透磁率は目標値を達成したが、Ｐｃｖの値が高く、目標値に達しなかった。また、比較例２の圧粉磁芯では、非晶質粉末の配合割合が少ないため、コア損失が目標値を満足しなかった。従って、非晶質粉末の配合割合は、４０ｗｔ％以下では不十分であると判定した。
一方、比較例３の圧粉磁芯では、非晶質粉末の配合割合が多いために、成形圧力が高くなり、コア損失が目標値を満足しなかった。従って、非晶質粉末の配合割合は、８５ｗｔ％以上では過剰であることが示された。
以上より、Ｃ含量０．２２５ｍａｓｓ％〜０．８０ｍａｓｓ％のときに、十分なコア損失の低下が見られると判定した。
以上より、Ｃ含量０．２２５ｍａｓｓ％〜０．８０ｍａｓｓ％のときに、十分なコア損失の低下が見られると判定した。
（実施例２） 粒径比、粉末粒径と目標特性との関係の検討
非晶質粉末（Ｄ50A＝４５μｍ）及び結晶質粉末（Ｄ50C＝１３μｍ）、非晶質粉末（Ｄ50A＝２４μｍ）及び結晶質粉末（Ｄ50C＝７μｍ）を、５０／５０（ｗ/ｗ）となるように混合し、実施例１と同様にして、下記表３に示す圧粉磁芯を製造した。
得られた圧粉磁芯の比透磁率及びコア損失を実施例１と同様にして測定し、粒径によってこれらがどのように変動するかを検討した。結果を表３に示す。
非晶質粉末（Ｄ50A＝４５μｍ）及び結晶質粉末（Ｄ50C＝１３μｍ）、非晶質粉末（Ｄ50A＝２４μｍ）及び結晶質粉末（Ｄ50C＝７μｍ）を、５０／５０（ｗ/ｗ）となるように混合し、実施例１と同様にして、下記表３に示す圧粉磁芯を製造した。
得られた圧粉磁芯の比透磁率及びコア損失を実施例１と同様にして測定し、粒径によってこれらがどのように変動するかを検討した。結果を表３に示す。
非晶質の粒径が４５μｍ、結晶質の粒径が１３μｍと粒径の大きな粒子を使用した比較例４では、粒径比は３.４６と高い値を示したが、コア損失が目標値に達しなかった。また、非晶質の粒径を２４μｍとした比較例５では、粒径比が２未満であり、比較例４の場合と同様にコア損失が目標値に達しなかった。
比較例４と本発明例７とは、粒径比はほぼ同等であったが、コア損失（Ｐｃｖ値）に大きな相違が見られた。すなわち、本発明例７では、比較例４で使用した粉末（非晶質４５μｍ、結晶質１３μｍ）よりも粒径の小さい粉末（非晶質２４μｍ、結晶質７μｍ）を使用したために、粒子内部を流れる渦電流が低下し、これによってコア損失が低下したものと考えられた。
以上より、使用する粉末の粒径が渦電流の低下に大きく影響することが示され、非晶質粉末の平均粒径が４５μm未満、結晶質粉末の平均粒径が１３μm未満のときに、十分なコア損失の低下が見られた。
比較例４と本発明例７とは、粒径比はほぼ同等であったが、コア損失（Ｐｃｖ値）に大きな相違が見られた。すなわち、本発明例７では、比較例４で使用した粉末（非晶質４５μｍ、結晶質１３μｍ）よりも粒径の小さい粉末（非晶質２４μｍ、結晶質７μｍ）を使用したために、粒子内部を流れる渦電流が低下し、これによってコア損失が低下したものと考えられた。
以上より、使用する粉末の粒径が渦電流の低下に大きく影響することが示され、非晶質粉末の平均粒径が４５μm未満、結晶質粉末の平均粒径が１３μm未満のときに、十分なコア損失の低下が見られた。
また、比較例５、本発明例５、６及び７を比較すると、結晶質粉末の粒径が小さくなるにつれて、Ｐｃｖが低下した。特に、比較例５と本発明例５との間におけるＰｃｖの低下幅が大きく、非晶質粉末と結晶質粉末の粒径比が、コア損失に大きな影響を与えることが示された。これら２種類の粉末の粒径比が大きくなると、非晶質粉末粒子同士の隙間に結晶質粉末粒子が入り込み易くなり、低圧で成形が可能となる。このため、コア損失が低下したものと考えられる。
以上より、非晶質粉末と結晶質粉末の粒径比は、２．１８以上のときに十分なコア損失の低下が見られた。
以上より、非晶質粉末と結晶質粉末の粒径比は、２．１８以上のときに十分なコア損失の低下が見られた。
一般的に、非晶質粉末のみを使用すると、コア損失の少ない圧粉磁芯を製造することができる。しかし、非晶質粉末は固いため、固化には２０ｔｏｎ／ｃｍ２程度の高い圧力をかける必要がある。また、非晶質粉末を使用した場合には、特性を回復させるために成形時の応力を除去する必要があり、約４５０℃という高温での熱処理を行わなければならない。
これに対し、使用する合金粉末を非晶質と結晶質の２種類とし、これらの粒径比を２．１８以上とすることによって、２ｔｏｎ／ｃｍ２程度という低い圧力での成形が可能となった。この圧力は、結晶質粉末のみを使用した場合と同程度である。また、低圧成形が可能となることによって、成形時に生ずる応力も小さくなり、成形時の応力を除去するための熱処理を行わなくても、低損失の磁性素子を製造することが可能となった。
これに対し、使用する合金粉末を非晶質と結晶質の２種類とし、これらの粒径比を２．１８以上とすることによって、２ｔｏｎ／ｃｍ２程度という低い圧力での成形が可能となった。この圧力は、結晶質粉末のみを使用した場合と同程度である。また、低圧成形が可能となることによって、成形時に生ずる応力も小さくなり、成形時の応力を除去するための熱処理を行わなくても、低損失の磁性素子を製造することが可能となった。
本発明は、ＰＤＡその他の電子機器類を小型化、軽量化、高性能化を行う上で有用である。
Claims (7)
- 磁性粉末材料の重量に対して、４５〜８０ｗｔ％の非晶質粉末と、５５〜２０ｗｔ％の結晶質粉末とを含み、
前記磁性粉末材料の重量に対して、
４．６０５〜６．６０ｍａｓｓ％のＳｉと、
２．６４〜３．８０ｍａｓｓ％のＣｒと、
０．２２５〜０．８０６ｍａｓｓ％のＣと、
０．０１８〜０．４３２ｍａｓｓ％のＭｎと、
０．９９〜２．２４ｍａｓｓ％のＢと、
０．０２４８ｍａｓｓ％以下のＰと、
０．０１６５ｍａｓｓ％以下のＳと、
０．０１６５ｍａｓｓ％以下のＣｏと、
残部としてＦｅ及び不可避不純物と
を含む、磁性粉末材料。 - 前記非晶質粉末は、前記非晶質粉末の重量に対して、
６．２ｍａｓｓ％以上７．２ｍａｓｓ％以下のＳｉと、
２．３ｍａｓｓ％以上２．７ｍａｓｓ％以下のＣｒと、
０．５ｍａｓｓ％以上１．０ｍａｓｓ％以下のＣと、
０．０４ｍａｓｓ％以上０．４９ｍａｓｓ％以下のＭｎと、
２．２ｍａｓｓ％以上２．８ｍａｓｓ％以下のＢと、
残部としてＦｅ及び不可避不純物とを含み；
前記結晶質粉末は、前記結晶質粉末の重量に対して、
３．３ｍａｓｓ％以上４．２ｍａｓｓ％以下のＳｉと、
４．０ｍａｓｓ％以上４．７ｍａｓｓ％以下のＣｒと、
０．０３ｍａｓｓ％以下のＣと、
０．２０ｍａｓｓ％以下のＭｎと、
０．０４５ｍａｓｓ％以下のＰと、
０．０３ｍａｓｓ％以下のＳと、
０．０３ｍａｓｓ％以下のＣｏと、
残部としてＦｅ及び不可避不純物とを含むことを特徴とする、請求項１に記載の磁性粉末材料。 - 前記非晶質粉末の平均粒径（Ｄ50Ａ）が４５μｍ未満、かつ前記結晶質粉末の平均粒径（Ｄ50Ｃ）が１３μｍ未満であり、Ｄ50Ａ/Ｄ50Ｃの比が２．１８以上であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の磁性粉末材料。
- エポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂、及びフェノール系樹脂からなる群から選ばれるいずれかの樹脂である結合材と、請求項１〜３のいずれかに記載の磁性粉末材料とを含む、複合磁性材料。
- 圧縮成形されたときに、磁束密度５０ｍＴ、実効周波数２５０ｋＨｚで測定したときのコア損失が１，４００ｋｗ／ｍ３以下であり、比透磁率が２０を越えることを特徴とする、請求項４に記載の複合磁性材料。
- 請求項４又は５に記載の複合磁性粉末を用いて製造された磁性素子。
- 前記磁性素子がメタルコンポジットインダクタであることを特徴とする、請求項６に記載の磁性素子。
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