JP7430041B2 - Powder core and inductor - Google Patents
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Description
本発明は、圧粉磁心およびインダクタに関する。 The present invention relates to a powder magnetic core and an inductor.
圧粉磁心は、表面を絶縁被膜で覆った状態の軟磁性粉末を圧縮成形して製造される電磁部品用の磁心である。この磁心は、磁性粉末を原料として作製するので、従来広く用いられている電磁鋼板製の磁心やフェライト製の磁心と比べて形状自由度に優れている。さらに、個々の粒子が絶縁されており電気抵抗が高いために電磁変換効率に優れ、磁性粉末中の鉄の含有量を多くできるために飽和磁束密度を高めることができるという特長がある。これらの利点を活かして、その用途は年々拡大しており、ＤＣ－ＤＣコンバータやインバータなどの変圧器、これら変圧器を備えたスイッチング電源などの電源装置のトランスコア、ノイズカット用チョークコイルなどに適用を拡大している。 A powder magnetic core is a magnetic core for electromagnetic components manufactured by compression molding soft magnetic powder whose surface is covered with an insulating coating. Since this magnetic core is manufactured using magnetic powder as a raw material, it has a superior degree of freedom in shape compared to conventionally widely used magnetic steel cores or ferrite cores. Furthermore, since the individual particles are insulated and have high electrical resistance, they have excellent electromagnetic conversion efficiency, and because the iron content in the magnetic powder can be increased, the saturation magnetic flux density can be increased. Taking advantage of these advantages, its applications are expanding year by year, and it is used in transformers such as DC-DC converters and inverters, transformer cores of power supplies such as switching power supplies equipped with these transformers, and noise-cutting choke coils. Applications are being expanded.
近年、省資源化や省エネルギー化の観点から、圧粉磁心の小型化並びに高効率化が求められている。この要請に応えるため、高周波化を図りつつ、磁気特性の改善が求められる。高周波化として、例えばチップインダクタの場合は数１００ｋＨｚ～数ＭＨｚの周波数域に対応する必要がある。磁気特性の改善項目としては、低鉄損化、高透磁率化、周波数特性の良化、直流重畳特性の良化を挙げることができる。 In recent years, from the viewpoint of resource and energy saving, there has been a demand for smaller powder cores and higher efficiency. In order to meet this demand, improvements in magnetic properties are required while increasing the frequency. In order to increase the frequency, for example, in the case of a chip inductor, it is necessary to support a frequency range of several 100 kHz to several MHz. Items for improving the magnetic properties include lower core loss, higher magnetic permeability, improved frequency characteristics, and improved DC superposition characteristics.
このうち、周波数特性を高める手段としては、Ｆｅ系アモルファス、Ｆｅ－Ｓｉ－Ａｌなどの合金成分の比率が高い高比抵抗材料からなる磁性粉末を用いることが知られているが、この種の磁性粉末は、合金成分の比率が高い分だけＦｅの比率が少ない。そのために、この種の高比抵抗材料の飽和磁束密度は必然的に低くなり、この高比抵抗材料からなる圧粉磁心の直流重畳特性が悪いといった問題がある。また、直流重畳特性を改善するための手段としては、磁心で構成される磁路中にエアギャップを設けることが一般的に知られている。そのため、上述した圧粉磁心にエアギャップを付与すれば直流重畳特性を改善できるようにも思われるが、元々の飽和磁束密度が低すぎるために、必要なレベルの直流重畳特性を得ることは難しい。 Among these, it is known that as a means to improve the frequency characteristics, the use of magnetic powder made of a high resistivity material with a high ratio of alloy components such as Fe-based amorphous and Fe-Si-Al; The proportion of Fe in the powder is low as the proportion of alloy components is high. Therefore, the saturation magnetic flux density of this type of high resistivity material is inevitably low, and there is a problem that the direct current superimposition characteristics of the powder magnetic core made of this high resistivity material are poor. Furthermore, as a means for improving DC superimposition characteristics, it is generally known to provide an air gap in a magnetic path formed by a magnetic core. Therefore, it seems possible to improve the DC superposition characteristics by adding an air gap to the powder magnetic core mentioned above, but since the original saturation magnetic flux density is too low, it is difficult to obtain the necessary level of DC superposition characteristics. .
例えば特許文献１には、Ｆｅ系合金軟磁性粉末として、Ｆｅ系アモルファス材を一部変質させてなるＦｅＳｉＢＰＣｕ系ナノ結晶材を適用し、かつこのＦｅ系合金軟磁性粉末間に絶縁体粉末を配置して成る圧粉磁心とすることによって、高い飽和磁束密度と低損失を示しつつも、軟磁性粉末間の絶縁性を確保して、周波数特性と直流重畳特性とのバランスに優れた磁気特性を示す圧粉磁心が提案されている。
For example, in
ところで、最近では、スイッチング電源の駆動周波数に代表されるように、圧粉磁心が適用される機器の駆動周波数がｋＨｚ域からＭＨｚ域に移りつつある。これに対応するためには、高い実効透磁率を有する圧粉磁心を提供することが肝要となる。また、ＭＨｚレベルの高周波域での使用を検討した場合、圧粉磁心には、高い実効透磁率だけでなく、さらにＭＨｚ帯域における良好な周波数特性と直流重畳特性が求められる。 Incidentally, recently, as typified by the drive frequency of switching power supplies, the drive frequency of devices to which powder magnetic cores are applied has been shifting from the kHz range to the MHz range. In order to meet this demand, it is essential to provide a dust core with high effective magnetic permeability. Furthermore, when considering use in a high frequency range of the MHz level, the powder magnetic core is required not only to have high effective magnetic permeability but also to have good frequency characteristics and direct current superposition characteristics in the MHz band.
しかしながら、特許文献１に記載の圧粉磁心は、ＭＨｚ帯域での使用を前提としたものではない。そのため、当該高周波域での使用環境下において要求されるレベルの周波数特性と直流重畳特性を満たしているとは言えなかった。
However, the powder magnetic core described in
以上の実情に鑑み、本発明は、優れた周波数特性および直流重畳特性を両立できる圧粉磁心を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a powder magnetic core that can achieve both excellent frequency characteristics and DC superimposition characteristics.
以上の課題を解決するため、本発明は、Ｆｅ系合金粒子を絶縁被膜で被覆してなる軟磁性粉を成形することで形成され、表面に絶縁層が設けられ、かつエアギャップを備える圧粉磁心において、前記Ｆｅ系合金粒子が２．０ｍａｓｓ％以上、６．５ｍａｓｓ％以下のＳｉを含有し、前記軟磁性粉の体積平均粒径が１０μｍ以上、５０μｍ以下であり、圧粉磁心の密度が６．４０ｇ／ｃｍ3を超えることを特徴とするものである。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is a compacted powder formed by molding a soft magnetic powder made of Fe-based alloy particles coated with an insulating film, which is provided with an insulating layer on the surface and has an air gap. In the magnetic core, the Fe-based alloy particles contain Si of 2.0 mass% or more and 6.5 mass% or less, the volume average particle diameter of the soft magnetic powder is 10 μm or more and 50 μm or less, and the density of the powder magnetic core is It is characterized by exceeding 6.40 g/cm 3 .
本実施形態のように、軟磁性粉として、Ｓｉを２．０ｍａｓｓ％～６．５ｍａｓｓ％含有するＦｅ系合金粒子（Ｓｉを含有し残部をＦｅおよび不可避的不純物としたものが好ましい）を使用することで、高比抵抗となるため、渦電流損失を抑えることができる。また、軟磁性粉の体積平均粒径を１０μｍ以上、５０μｍ以下とし、総じて粒径を小さくしている点からも渦電流損失の抑制を図ることができる。これらの理由から、良好な周波数特性を得ることができる。また、合金成分が少なく、かつ圧粉磁心の密度が高いため、飽和磁束密度が大きくなる。これにより、良好な直流重畳特性を得ることができる。従って、本実施形態の圧粉磁心であれば、ＭＨｚ帯域のような高周波領域での使用に際しても、良好な周波数特性および直流重畳特性を両立することができる。閉磁路中にエアギャップを設けることにより、直流重畳特性をさらに良化することができる。 As in this embodiment, Fe-based alloy particles containing 2.0 mass% to 6.5 mass% of Si (preferably those containing Si with the remainder being Fe and unavoidable impurities) are used as the soft magnetic powder. This results in a high specific resistance, which makes it possible to suppress eddy current loss. In addition, the volume average particle size of the soft magnetic powder is set to 10 μm or more and 50 μm or less, and the overall particle size is made small, so that eddy current loss can be suppressed. For these reasons, good frequency characteristics can be obtained. Furthermore, since the alloy components are small and the density of the powder magnetic core is high, the saturation magnetic flux density becomes large. Thereby, good DC superimposition characteristics can be obtained. Therefore, the dust core of this embodiment can achieve both good frequency characteristics and DC superposition characteristics even when used in a high frequency region such as the MHz band. By providing an air gap in the closed magnetic path, the DC superposition characteristics can be further improved.
圧粉磁心の体積抵抗率は１×１０4Ωｃｍ以上であるのが好ましい。 The powder magnetic core preferably has a volume resistivity of 1×10 4 Ωcm or more.
絶縁層は、Ｓｉを含有する、体積抵抗率１０12Ωｃｍ以上の有機化合物もしくは無機化合物で形成し、絶縁層の厚さを５μｍよりも大きくするのが好ましい。これにより、巻線と圧粉磁心の間に配置されるボビンを省略することが可能となり、インダクタの小型化や低コスト化を図ることが可能となる。 The insulating layer is preferably formed of an organic or inorganic compound containing Si and having a volume resistivity of 10 12 Ωcm or more, and the thickness of the insulating layer is preferably greater than 5 μm. This makes it possible to omit the bobbin disposed between the winding and the powder magnetic core, making it possible to reduce the size and cost of the inductor.
圧粉磁心として、前記軟磁性粉が、平均粒子径が相対的に小さい小径Ｆｅ系合金粉末と、前記平均粒子径が相対的に大きい大径Ｆｅ系合金粉末とを有し、前記小径Ｆｅ系合金粉末を構成する小径Ｆｅ系合金粒子と前記大径Ｆｅ系合金粉末を構成する大径Ｆｅ系合金粒子は何れも、Ｓｉを２．０ｍａｓｓ％以上かつ６．５ｍａｓｓ％以下含むと共に前記絶縁被膜で覆われており、前記軟磁性粉中に、前記小径Ｆｅ系合金粉末が前記大径Ｆｅ系合金粉末よりも多く含まれているものを採用することができる。 As the powder magnetic core, the soft magnetic powder has a small diameter Fe-based alloy powder having a relatively small average particle diameter and a large diameter Fe-based alloy powder having a relatively large average particle diameter, and the soft magnetic powder has a small diameter Fe-based alloy powder having a relatively large average particle diameter, and Both the small-diameter Fe-based alloy particles constituting the alloy powder and the large-diameter Fe-based alloy particles constituting the large-diameter Fe-based alloy powder contain 2.0 mass% or more and 6.5 mass% or less of Si, and the insulating coating contains Si. The soft magnetic powder may contain a larger amount of the small-diameter Fe-based alloy powder than the large-diameter Fe-based alloy powder.
前記軟磁性粉末に含まれる前記小径Ｆｅ系合金粉末の比率は、体積比で６０％以上かつ９５％以下で、前記軟磁性粉末に含まれる前記大径Ｆｅ系合金粉末の比率は、体積比で５％以上かつ４０％以下であるのが好ましい。 The ratio of the small-diameter Fe-based alloy powder contained in the soft magnetic powder is 60% or more and 95% or less by volume, and the ratio of the large-diameter Fe-based alloy powder contained in the soft magnetic powder is 60% or more and 95% or less by volume. It is preferably 5% or more and 40% or less.
前記小径Ｆｅ系合金粒子と前記大径Ｆｅ系合金粒子は何れも、Ｓｉを４．０ｍａｓｓ％以上かつ５．０ｍａｓｓ％以下含んでいるのが好ましい。 It is preferable that both the small-diameter Fe-based alloy particles and the large-diameter Fe-based alloy particles contain Si in an amount of 4.0 mass% or more and 5.0 mass% or less.
以上に述べた圧粉磁心において、前記絶縁被膜は、メチル系シリコーン樹脂で前記各Ｆｅ系合金粒子の表面を被覆して成る第一被膜層を有するものであるのが好ましい。 In the powder magnetic core described above, it is preferable that the insulating coating has a first coating layer formed by coating the surface of each of the Fe-based alloy particles with a methyl-based silicone resin.
前記絶縁被膜は、前記各Ｆｅ系合金粒子と前記第一被膜層との間に形成され、シランカップリング剤で前記各Ｆｅ系合金粒子の表面を被覆して成る第二被膜層をさらに有する者が好ましい。 The insulating coating further includes a second coating layer formed between each of the Fe-based alloy particles and the first coating layer, the surface of each of the Fe-based alloy particles being coated with a silane coupling agent. is preferred.
前記第一被覆層の厚み寸法と前記第二被覆層の厚み寸法との総和は、２０ｎｍ以上でかつ１００ｎｍ以下にするのが好ましい。 The total thickness of the first coating layer and the second coating layer is preferably 20 nm or more and 100 nm or less.
以上に述べた圧粉磁心に巻線を装着することで、周波数特性と直流重畳特性を兼ね備えたインダクタを提供することができる。 By attaching a winding to the powder magnetic core described above, an inductor having both frequency characteristics and DC superposition characteristics can be provided.
以上述べたように、本発明によれば、周波数特性および直流重畳特性に優れる圧粉磁心を提供することが可能となる。特にＭＨｚ帯域で使用されるような高周波用途に適合した圧粉磁心を得ることができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a powder magnetic core with excellent frequency characteristics and DC superposition characteristics. It is possible to obtain a powder magnetic core suitable for high frequency applications, particularly those used in the MHz band.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described based on the drawings.
図１に本発明かかる圧粉磁心１を用いたインダクタ２の一例を概念的に示す。
圧粉磁心１は、例えば、二つの半円型の圧粉磁心部１ａを製作し、各圧粉磁心部１ａの両端間にエアギャップ４を形成して二つの圧粉磁心部１ａをリング状に配置した形態を有する。それぞれの圧粉磁心部１ａに巻線３を配置することで、閉磁路中にエアギャップ４を有するインダクタ２が製作される。エアギャップの幅寸法αは、圧粉成形体の大きさにもよるが、例えば０．５ｍｍ以上で２．０ｍｍ以下に設定される。なお、圧粉磁心部１ａ同士は互いに固定された状態にある。
FIG. 1 conceptually shows an example of an
The powder
なお、圧粉磁心１の形態は図１の形態に限られるものではなく、リング状以外の任意の形態を採用することができる。図１では、二つのエアギャップ４を有する圧粉磁心１を例示しているが、エアギャップ４の数は任意であり、一つあるいは三つ以上のエアギャップを設けることもできる。また、図１では二つの圧粉磁心部１ａで形成した圧粉磁心１を例示しているが、圧粉磁心部１ａの数も任意であり、一つあるいは三つ以上の圧粉磁心部１ａで圧粉磁心１を形成することができる。巻線３の数も任意であり、一つあるいは三つ以上の巻線３を圧粉磁心１に装着することができる。巻線３の装着位置は図１に示す位置には限定されない。
Note that the shape of the powder
各圧粉磁心部１ａは、原料粉末となる軟磁性粉を調製する調製工程と、軟磁性粉を圧縮成形する成形工程と、圧縮成形で得た圧粉体の表面に絶縁層５（図２参照）を形成する工程と、圧粉体に磁気焼鈍を施す工程とを順次経て製作される。なお、絶縁層５は、磁気焼鈍後に形成することもできる。
Each powder magnetic core 1a consists of a preparation process for preparing soft magnetic powder as a raw material powder, a molding process for compression molding the soft magnetic powder, and an insulating
調製工程では、Ｆｅ系合金粒子を絶縁被膜で被覆することによって軟磁性粉が調製される。 In the preparation step, soft magnetic powder is prepared by coating Fe-based alloy particles with an insulating film.
Ｆｅ系合金粒子としては、Ｓｉを含むものが使用される。Ｆｅ系合金粒子としては、Ｓｉを含有し、残部をＦｅおよび不可避的不純物とするものの他、例えばＣｒなど、ＦｅとＳｉ以外の成分を一または二種類以上を含むものも使用することができる。この場合、合金粒子に占めるＦｅの比率が第一位、Ｓｉの比率が第二位、ＦｅとＳｉ以外の成分が第三位以下とする。例えばＦｅ－Ｓｉ系合金やＦｅ－Ｓｉ－Ｃｒ系合金がＦｅ系合金粒子として使用可能である。Ｆｅ系合金粒子におけるＳｉの含有量は２．０ｍａｓｓ％以上６．５ｍａｓｓ％以下（好ましくは３．０ｍａｓｓ％以上６．５ｍａｓｓ％以下、より好ましくは３．０ｍａｓｓ％以上４．０ｍａｓｓ％以下）とする。Ｓｉの含有量が２．０ｍａｓｓ％を下回ると、純鉄に近くなるために周波数特性が低下する。また、Ｓｉの含有量が６．５ｍａｓｓ％を超えると、粉末が固くなって圧縮成形時に塑性変形しにくくなり、圧粉体の密度を高めることが困難となる。特にＦｅ－３．５ＳｉあるいはＦｅ－６．５Ｓｉ等のＦｅ－Ｓｉ系合金粉（Ｆｅ－３．５ＳｉとＦｅ－６．５Ｓｉの混合粉でもよい）を使用することにより、直流重畳特性の改善に高い効果が得られる。Ｆｅ系合金粒子をベースとして、比抵抗の高い任意の材料を配合することにより軟磁性粉を調製してもよい。 As the Fe-based alloy particles, those containing Si are used. As Fe-based alloy particles, in addition to those containing Si with the balance being Fe and unavoidable impurities, those containing one or more types of components other than Fe and Si, such as Cr, can also be used. In this case, the proportion of Fe in the alloy particles should be in the first place, the proportion of Si should be in the second place, and components other than Fe and Si should be in the third place or lower. For example, a Fe-Si alloy or a Fe-Si-Cr alloy can be used as the Fe-based alloy particles. The content of Si in the Fe-based alloy particles is 2.0 mass% or more and 6.5 mass% or less (preferably 3.0 mass% or more and 6.5 mass% or less, more preferably 3.0 mass% or more and 4.0 mass% or less). . When the Si content is less than 2.0 mass%, the frequency characteristics deteriorate because it becomes close to pure iron. Furthermore, if the Si content exceeds 6.5 mass%, the powder becomes hard and difficult to plastically deform during compression molding, making it difficult to increase the density of the green compact. In particular, by using Fe-Si alloy powder such as Fe-3.5Si or Fe-6.5Si (mixed powder of Fe-3.5Si and Fe-6.5Si may also be used), DC superposition characteristics can be improved. High effects can be obtained. Soft magnetic powder may be prepared by blending an arbitrary material with high specific resistance based on Fe-based alloy particles.
Ｆｅ系合金粒子としては、ガスアトマイズ法で製造したものが高純度となるので好ましい。但し、水アトマイズ法やその他のプロセスで製造されたＦｅ系合金粒子を使用することもできる。 As the Fe-based alloy particles, those manufactured by gas atomization method are preferable because they have high purity. However, Fe-based alloy particles produced by water atomization or other processes can also be used.
軟磁性粉の粒径が小さいほど高周波域での渦電流損失を抑制することができ、これにより周波数特性を改善することができる。軟磁性粉の体積平均粒径は、１０μｍ以上、５０μｍ以下であるのが好ましい。体積平均粒径が１０μｍよりも小さいと、成形体にクラック（ラミネーション等）が生じやすくなり、体積平均粒径が５０μｍを超えると、渦電流損失が増大して周波数特性が悪化する。 The smaller the particle size of the soft magnetic powder, the more eddy current loss can be suppressed in a high frequency range, thereby improving the frequency characteristics. The volume average particle size of the soft magnetic powder is preferably 10 μm or more and 50 μm or less. When the volume average particle size is smaller than 10 μm, cracks (lamination, etc.) tend to occur in the molded product, and when the volume average particle size exceeds 50 μm, eddy current loss increases and frequency characteristics deteriorate.
軟磁性粉が均一径の球だと仮定すると、粉末を密充填しても粒子間に隙間を生じ、圧粉磁心の高密度化を達成することができない。微粉で隙間を埋められるように、例えば１μｍ～１００μｍ程度の範囲の粒度分布を有するように軟磁性粉を調製するのが好ましい。微粉が多いと、粉末の流動性が低下し、偏析や金型のクリアランスへの粉末の侵入などの問題を招くため、バインダーで微粉同士を結着した造粒粉を使用することもできる。 Assuming that the soft magnetic powder is a sphere with a uniform diameter, even if the powder is packed tightly, gaps will be created between the particles, making it impossible to achieve high density of the powder magnetic core. The soft magnetic powder is preferably prepared to have a particle size distribution in the range of, for example, 1 μm to 100 μm so that the gaps can be filled with the fine powder. If there is a large amount of fine powder, the fluidity of the powder will decrease, leading to problems such as segregation and powder intrusion into the clearance of the mold, so granulated powder in which fine powder is bound together with a binder can also be used.
なお、体積平均粒径ＭＶは、体積で重みづけされた平均径であり、粒子の集団中に、粒子径の小さい順から、ｄ１，ｄ２，・・・ｄｉ，・・・ｄｋの粒子径を持つ粒子がそれぞれｎ１，ｎ２，・・・ｎｉ，・・・ｎｋ個あるとし、粒子１個あたりの体積をＶｉとした時に、
ＭＶ＝（Ｖ１×ｄ１＋Ｖ２×ｄ２＋・・・Ｖｉ×ｄｉ＋・・・Ｖｋ×ｄｋ）／（Ｖ１＋Ｖ２＋・・・Ｖｉ＋・・・Ｖｋ）
ＭＶ＝Σ（Ｖｉ×ｄｉ）／Σ（Ｖｉ）
で表される。体積平均粒径は、レーザー回析／散乱式の粒度分布測定装置を用いることで、測定することができる。
Note that the volume average particle diameter MV is an average diameter weighted by volume, and in a group of particles, particle diameters d1, d2, ... di, ... dk are arranged in descending order of particle diameter. Assuming that there are n1, n2, ... ni, ... nk particles, and the volume per particle is Vi,
MV=(V1×d1+V2×d2+...Vi×di+...Vk×dk)/(V1+V2+...Vi+...Vk)
MV=Σ(Vi×di)/Σ(Vi)
It is expressed as The volume average particle diameter can be measured using a laser diffraction/scattering type particle size distribution measuring device.
Ｆｅ系合金粒子を被覆する絶縁被膜は、磁気焼鈍時の加熱温度（本実施形態では７００℃）以上の耐熱性を有する有機材料もしくは無機材料からなる公知の絶縁材料で形成することができる。磁気焼鈍を施す場合、焼鈍時の熱収縮が小さい材料が好適である。熱収縮が大きすぎると、磁気焼鈍時に軟磁性粉間の絶縁が破壊され、軟磁性粉同士が通電状態となるおそれがあるためである。この観点から、絶縁被膜の材料としては、シリコーン樹脂を使用するのが好ましい。 The insulating film covering the Fe-based alloy particles can be formed of a known insulating material made of an organic or inorganic material that has heat resistance higher than the heating temperature during magnetic annealing (700° C. in this embodiment). When performing magnetic annealing, a material that exhibits small thermal contraction during annealing is suitable. This is because if the thermal contraction is too large, the insulation between the soft magnetic powders may be broken during magnetic annealing, and the soft magnetic powders may become energized. From this point of view, it is preferable to use silicone resin as the material for the insulating film.
絶縁被膜の材料にシリコーン樹脂を用いる場合、第一被膜層となるシリコーン樹脂と各Ｆｅ系合金粒子との間にシランカップリング剤からなる中間層、好ましくはアミノ系シランカップリング剤からなる中間層を設けることにより、各Ｆｅ系合金粒子に対するシリコーン樹脂の密着性が向上する。これにより、磁気焼鈍前の圧粉体強度を向上させることが可能となる。シランカップリング剤で形成される中間層は、最終製品としての圧粉磁心においては、当該磁心を構成する各Ｆｅ系合金粒子と第一被膜層との間に形成される第二被膜層となる。なお、絶縁被膜材料（第一被膜層の材料、第二被膜層の材料）は、一種類でもよく、数種類を組み合わせて使用してもよい。もちろん、第一被膜層とＦｅ系合金粒子の表面との密着性が十分である場合には、中間層をなすカップリング剤を用いることなく第一被膜層となる絶縁被膜材料でＦｅ系合金粒子の表面を直接被覆してもよい。このように絶縁被膜の材料としてシリコーン樹脂（例えばメチル系シリコーン樹脂）を使用すれば、磁気焼鈍後の圧粉磁心の強度を向上させることができる。メチル系シリコーン樹脂およびシランカップリング剤を使用した場合、第一被覆層はＳｉ，Ｏ，Ｃ，Ｈを主とした主要な元素として構成され、第二被覆層はＳｉ，Ｏ，Ｃ，Ｎ，Ｈを主要な元素として構成される。 When silicone resin is used as the material for the insulating coating, an intermediate layer made of a silane coupling agent, preferably an amino-based silane coupling agent, is provided between the silicone resin serving as the first coating layer and each Fe-based alloy particle. By providing this, the adhesion of the silicone resin to each Fe-based alloy particle is improved. This makes it possible to improve the strength of the green compact before magnetic annealing. In the powder magnetic core as a final product, the intermediate layer formed with the silane coupling agent becomes a second coating layer formed between each Fe-based alloy particle constituting the core and the first coating layer. . Note that the insulating coating material (the material for the first coating layer and the material for the second coating layer) may be one type or a combination of several types. Of course, if the adhesion between the first coating layer and the surface of the Fe-based alloy particles is sufficient, the Fe-based alloy particles can be coated with the insulating coating material forming the first coating layer without using a coupling agent forming the intermediate layer. may be directly coated on the surface. If silicone resin (for example, methyl silicone resin) is used as the material for the insulating coating in this way, the strength of the powder core after magnetic annealing can be improved. When a methyl silicone resin and a silane coupling agent are used, the first coating layer is composed of Si, O, C, and H as the main elements, and the second coating layer is composed of Si, O, C, N, It is composed of H as the main element.
この他、絶縁被膜を形成する材料は、Ｂ、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｂｉ系酸化物及びこれらの複合酸化物、Ｌｉ、Ｋ、Ｃａ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｎ系炭酸塩及びこれらの複合炭酸塩、Ｃａ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ系ケイ酸塩及びこれらの複合ケイ酸塩、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ系アルコキシドおよびこれらの複合アルコキシド等から選択可能である。上記各材料によるＦｅ系合金粒子の被覆方法は特に限定されず、例えば転動流動コーティング法、各種化成処理等を用いることが可能である。 In addition, the materials forming the insulating film include B, Ca, Mg, Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Y, Zr, Mo, Bi-based oxides, and their oxides. Complex oxides, Li, K, Ca, Na, Mg, Fe, Al, Zn, Mn-based carbonates and their complex carbonates, Ca, Al, Zr, Li, Na, Mg-based silicates and their complexes It can be selected from silicates, Si, Ti, Zr-based alkoxides, composite alkoxides thereof, and the like. The method of coating the Fe-based alloy particles with each of the above-mentioned materials is not particularly limited, and for example, a rolling fluid coating method, various chemical conversion treatments, etc. can be used.
成形工程では、調製工程で得た軟磁性粉を所定形状の金型で圧縮成形することにより、圧粉体を成形する。圧縮成形で使用する金型の長寿命化又は軟磁性粉末の流動性を確保する観点から、圧粉磁心材に固体潤滑剤を配合してもよい。固体潤滑剤には、例えばステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸鉄、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド、オレイン酸アミド、エチレンビスオレイン酸アミド、エルカ酸アミド、エチレンビスエルカ酸アミド、ラウリン酸アミド、パルチミン酸アミド、ベヘン酸アミド、エチレンビスカプリン酸アミド、エチレンビスヒドロキシステアリン酸アミド、モンタン酸アミド、ポリエチレン、酸化ポリエチレン、スターチ、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、グラファイト、窒化ホウ素、ポリテトラフルオロエチレン、ラウロイルリシン、シアヌル酸メラミン等を使用することが可能である。上記固体潤滑剤は単独で使用してもよいし、数種類を組み合わせて使用してもよい。また、上記固定潤滑剤は、圧縮成形の前に原料粉末となる軟磁性粉末に配合しておいてもよいし、金型の壁面に付着させておいてもよい。この際の配合量（又は付着量）は、例えば全軟磁性粉末に対して０．３～２．０ｍａｓｓ％程度が好ましい。固体潤滑剤を過剰に配合すると、圧粉体の低密度化を招き、磁気特性や強度の低下を招く。 In the molding step, the soft magnetic powder obtained in the preparation step is compression molded using a mold having a predetermined shape to form a green compact. A solid lubricant may be added to the powder magnetic core material from the viewpoint of extending the life of the mold used in compression molding or ensuring the fluidity of the soft magnetic powder. Solid lubricants include, for example, zinc stearate, calcium stearate, magnesium stearate, barium stearate, lithium stearate, iron stearate, aluminum stearate, stearamide, ethylene bisstearamide, oleic acid amide, and ethylene bisstearate. Oleic acid amide, erucic acid amide, ethylene bis-erucic acid amide, lauric acid amide, palmimic acid amide, behenic acid amide, ethylene biscapric acid amide, ethylene bishydroxystearic acid amide, montanic acid amide, polyethylene, polyethylene oxide, starch, It is possible to use molybdenum disulfide, tungsten disulfide, graphite, boron nitride, polytetrafluoroethylene, lauroyl lysine, melamine cyanurate, and the like. The above solid lubricants may be used alone or in combination of several types. Further, the above-mentioned fixed lubricant may be blended into the soft magnetic powder serving as the raw material powder before compression molding, or may be attached to the wall surface of the mold. The blending amount (or adhesion amount) at this time is preferably about 0.3 to 2.0 mass% based on the total soft magnetic powder, for example. If too much solid lubricant is added, the density of the green compact will decrease, leading to a decrease in magnetic properties and strength.
磁気焼鈍工程では、成形工程で得た圧粉体の磁気ひずみを除去する目的で、当該圧粉体に磁気焼鈍処理を施す。この焼鈍処理は、例えば窒素、アルゴンなどの不活性雰囲気下で実施されるのが好ましいが、条件によっては、大気、空気、酸素、スチーム等の酸化性雰囲気下、あるいは水素等の還元性雰囲気下で実施することも可能である。 In the magnetic annealing process, the green compact obtained in the forming process is subjected to magnetic annealing treatment for the purpose of removing the magnetostriction of the green compact. This annealing treatment is preferably performed under an inert atmosphere such as nitrogen or argon, but depending on the conditions, it may be performed under an oxidizing atmosphere such as air, air, oxygen, or steam, or under a reducing atmosphere such as hydrogen. It is also possible to implement it by
磁気焼鈍処理時の加熱温度（磁気焼鈍温度）は、対象となる軟磁性粉末の材質を考慮して設定するのがよく、例えば各Ｆｅ系合金粒子が２．０～６．５ｍａｓｓ％のＳｉを含む組成を成す場合、７００℃以上かつ８５０℃以下に設定するのがよい。７００℃を下回る温度では、磁気ひずみが十分に除去できず鉄損失を十分に抑制することができないためである。また、８５０℃を超えると、絶縁被膜の劣化により渦電流損失が増加するためである。なお、メチル系シリコーン樹脂を絶縁被膜の形成材料として用いる場合、圧粉磁心の高強度化の観点からは、磁気焼鈍温度を８００℃以上かつ８５０℃以下に設定するのが好ましい。 The heating temperature during the magnetic annealing treatment (magnetic annealing temperature) is preferably set in consideration of the material of the target soft magnetic powder. For example, if each Fe-based alloy particle contains 2.0 to 6.5 mass% Si. In the case of forming a composition that includes the above, it is preferable to set the temperature to 700°C or higher and 850°C or lower. This is because at temperatures below 700° C., magnetostriction cannot be sufficiently removed and iron loss cannot be sufficiently suppressed. Moreover, if the temperature exceeds 850° C., eddy current loss increases due to deterioration of the insulating coating. In addition, when using a methyl-based silicone resin as a material for forming an insulating coating, from the viewpoint of increasing the strength of the dust core, it is preferable to set the magnetic annealing temperature to 800° C. or more and 850° C. or less.
磁気焼鈍の処理時間（磁気焼鈍温度の保持時間）は、圧粉磁心の内部まで十分に加熱できるように、圧粉磁心の大きさ、材料等を考慮して設定することが肝要である。 It is important to set the magnetic annealing processing time (magnetic annealing temperature holding time) in consideration of the size, material, etc. of the powder magnetic core so that the inside of the powder magnetic core can be sufficiently heated.
以上に述べた磁気焼鈍処理を施すことで、圧粉成形体内の磁気ひずみが除去され、ヒステリシス損失の低減を図ることができる。本実施形態のように、シリコーン樹脂とシランカップリング剤で各Ｆｅ系合金粒子を被覆している場合、ともに絶縁体としてのシリカが残り、これらシリカで各Ｆｅ系合金粒子の表面を被覆する第二被膜層、及び第二被膜層の表面（外表面）を被覆する第一被覆層が形成される。また、固体潤滑剤を原料粉末に配合している場合、当該潤滑剤も磁気焼鈍処理により除去される。以上より、磁気焼鈍後の圧粉成形体は、Ｆｅ系合金粒子、及び各Ｆｅ系合金粒子を被覆する第一被覆層及び第二被覆層とで構成された状態となる。 By performing the magnetic annealing treatment described above, the magnetostriction within the compacted powder body is removed, and hysteresis loss can be reduced. When each Fe-based alloy particle is coated with a silicone resin and a silane coupling agent as in this embodiment, silica remains as an insulator, and the surface of each Fe-based alloy particle is coated with the silica. Two coating layers and a first coating layer covering the surface (outer surface) of the second coating layer are formed. Further, when a solid lubricant is blended into the raw material powder, the lubricant is also removed by the magnetic annealing process. As described above, the powder compact after magnetic annealing is in a state of being composed of Fe-based alloy particles and a first coating layer and a second coating layer that cover each Fe-based alloy particle.
磁気焼鈍後の各圧粉磁心部１ａの表面には、図２に示すように絶縁層５が形成される。絶縁層５は、絶縁性を有する有機化合物もしくは無機化合物で形成され、圧粉磁心部１ａの全表面を覆っている。絶縁層５は、Ｓｉを主成分とし、かつ体積抵抗率として１０12Ωｃｍ以上を有する材料で形成するのが好ましい。以上の条件に適合する材料として、シリコーン樹脂や層状ケイ酸塩を挙げることができる。層状ケイ酸塩としては、Ａｌ、Ｍｇ，Ｎａ，Ｋのうち少なくとも一つ以上の元素を含有するものを使用することができる。
As shown in FIG. 2, an insulating
絶縁層５が薄すぎると必要な体積抵抗率を得ることができないため、絶縁層５の厚さは５μｍよりも大きくし、好ましくは１０μｍ以上とする。絶縁層５が厚すぎると、チップインダクタ等の小型部品に適用する場合は寸法公差への影響が無視できない。極端に絶縁層５を厚くすれば、実効透磁率が低下することも懸念される。そのため、絶縁層５の膜厚は５０μｍ以下とするのが適切である。絶縁層５は、例えばディップコートで形成することができる。
If the insulating
なお、既に述べたように、絶縁層５は磁気焼鈍後に形成する他、磁気焼鈍前に形成することもできる。磁気焼鈍前に絶縁層５を形成する場合には、磁気焼鈍時の加熱温度以上の耐熱性を有する材料で絶縁層５を形成する必要がある。
In addition, as already mentioned, the insulating
以上の手順で製作した圧粉磁心部１ａの体積抵抗率は１×１０4Ωｃｍ以上とするのが好ましい。体積抵抗率が１×１０4Ωｃｍを下回ると、後で述べるボビンレス化が困難となり、また、比抵抗が小さくなるために渦電流損失が大きくなる等の不具合を招く。なお、ここでいう「体積抵抗率」は、磁心の内部に１ｍ3の立方体を考え、その相対する両面間に電圧を加えた場合の両面間の電気抵抗を意味する（ＪＩＳ Ｃ２５６０－１）。 It is preferable that the volume resistivity of the powder magnetic core 1a manufactured by the above procedure is 1×10 4 Ωcm or more. If the volume resistivity is less than 1×10 4 Ωcm, it will be difficult to achieve a bobbinless structure, which will be described later, and the specific resistance will decrease, causing problems such as increased eddy current loss. The term "volume resistivity" used herein refers to the electrical resistance between opposing surfaces of a 1 m 3 cube when a voltage is applied between the opposing surfaces (JIS C2560-1).
周波数特性と直流重畳特性はトレードオフの関係にあり、一方が良好であれば、他方が低下するのが一般的である。ここで、周波数特性は周波数を変化させたときのインダクタンスの変化で表され、周波数を変えてもインダクタンスが変化しにくい磁心が周波数特性に優れた磁心となる。また、直流重畳特性はインダクタに直流磁界を印加した際のインダクタンスの変化で表され、大きな直流磁界を印加した際にもインダクタンスが低下しにくい磁心が直流重畳特性に優れた磁心となる。 Frequency characteristics and DC superimposition characteristics are in a trade-off relationship, and if one is good, the other generally deteriorates. Here, the frequency characteristic is expressed by a change in inductance when the frequency is changed, and a magnetic core whose inductance does not easily change even when the frequency is changed is a magnetic core with excellent frequency characteristics. Further, the DC superposition characteristic is expressed by the change in inductance when a DC magnetic field is applied to the inductor, and a magnetic core whose inductance does not easily decrease even when a large DC magnetic field is applied is a magnetic core with excellent DC superposition characteristics.
本実施形態のように、Ｓｉを２．０～６．５ｍａｓｓ％含有するＦｅ系合金粒子を使用することで、高比抵抗となるため、渦電流損失を抑えることができる。また、軟磁性粉の体積平均粒径を１０μｍ以上、５０μｍ以下とし、総じて粒径を小さくしている点からも渦電流損失の抑制を図ることができる。これらの理由から、良好な周波数特性を得ることができる。また、合金成分が少なく、飽和磁束密度が大きくなるため、良好な直流重畳特性を得ることができる。従って、本実施形態の圧粉磁心であれば、ＭＨｚ帯以上の高周波域での使用時にも、周波数特性と直流重畳特性を両立することができる。さらに、閉磁路中にエアギャップを設けているため、直流重畳特性を良化することができる。 As in this embodiment, by using Fe-based alloy particles containing 2.0 to 6.5 mass% of Si, a high specific resistance is achieved, so that eddy current loss can be suppressed. In addition, the volume average particle size of the soft magnetic powder is set to 10 μm or more and 50 μm or less, and the overall particle size is made small, so that eddy current loss can be suppressed. For these reasons, good frequency characteristics can be obtained. In addition, since the alloy component is small and the saturation magnetic flux density is large, good direct current superimposition characteristics can be obtained. Therefore, with the powder magnetic core of this embodiment, it is possible to achieve both frequency characteristics and DC superposition characteristics even when used in a high frequency range of MHz band or higher. Furthermore, since an air gap is provided in the closed magnetic path, the direct current superimposition characteristics can be improved.
加えて、圧粉磁心部１ａの体積抵抗率が１×１０4Ωｃｍ以上であり、絶縁層５を、Ｓｉを含有する、体積抵抗率１０12Ωｃｍ以上の有機化合物もしくは無機化合物で形成し、しかも絶縁層５の厚さを５μｍよりも大きくしているので、巻線３と圧粉磁心１の間に配置されるボビンを省略することが可能となる。
In addition, the powder magnetic core 1a has a volume resistivity of 1×10 4 Ωcm or more, and the insulating
圧粉磁心１は、軟磁性粉を押し固めることで製造されるため、粒子表面に形成されたサブミクロン単位の絶縁被膜が変形、あるいは剥離して粒子間の絶縁性が低下するおそれがある。そのままでは、巻線３への通電時に、巻線３と圧粉磁心１との間で絶縁破壊が生じるおそれがあるため、これを回避する目的で、巻線３と圧粉磁心の間に絶縁材料からなるボビンを配置するのが一般的である。しかしながら、ボビンを配置することでインダクタが大型化するため、電気部品モジュールの設計自由度が低くなる問題がある。これは、特に小スケールのチップインダクタでは顕著な問題点となる。ボビンに代えて絶縁塗装を行う場合もあるが、絶縁塗装には多くの工程を要するため、インダクタが高コスト化する。これに対し、本実施形態の圧粉磁心ではボビンや絶縁塗装を省略することができるので、インダクタの小型化、あるいは低コスト化を図ることができる。
Since the powder
なお、ボビンレス化は、軟磁性粉に樹脂等の高抵抗材を多く配合して絶縁性を高めることによっても達成できるが、これでは、圧粉磁心中の磁気ギャップが多くなるため、実効透磁率が低くなりすぎる問題がある。この他、Ｎｉ－Ｚｎフェライト等の高比抵抗材（体積抵抗率１×１０7Ωｃｍ程度）でコアを形成することも考えられるが、フェライトは低飽和磁束密度であるためにインダクタの小型化には不利であること、１５０℃以上の高温域では鉄損が増加して磁性材料として機能しなくなること、等の問題が懸念される。 Bobbin-less can also be achieved by adding a large amount of high-resistance material such as resin to the soft magnetic powder to improve insulation, but this increases the magnetic gap in the dust core, which reduces the effective magnetic permeability. There is a problem that the value becomes too low. In addition, it is also possible to form the core with a high resistivity material (volume resistivity of about 1 x 10 7 Ωcm) such as Ni-Zn ferrite, but since ferrite has a low saturation magnetic flux density, it is useful for downsizing the inductor. There are concerns that this material is disadvantageous, and that at high temperatures of 150° C. or higher, iron loss increases and it no longer functions as a magnetic material.
［実施例］
以下、本発明の有用性を確認するために行った試験について説明する。
[Example]
Tests conducted to confirm the usefulness of the present invention will be described below.
＜試験片の作製条件＞
磁気特性の評価の基準となる試験片（実施例１）として、Ｆｅ－３Ｓｉ合金粒子の表面にシランカップリング剤およびシリコーン樹脂を用いて絶縁被膜を形成した。絶縁層５の厚さ（第一被膜層及び第二被膜層の厚さの和）は２０～１００ｎｍとしている。この軟磁性粉を固体潤滑剤と混合した後、室温下で所定の圧力で圧縮成形し、リング状試験片を得た。この試験片を２分割し、それぞれシリコーン樹脂溶液に浸漬して厚さ２０μｍの絶縁層５を形成した後、７００℃以上の温度で磁気焼鈍を施して二つの圧粉磁心部１ａを製作した。図１に示すように、それぞれの圧粉磁心部１ａに巻線３を装着し、各圧粉磁心部１ａの両端を、エアギャップ４を介して対向させ、インダクタ２を構成した。巻線３は、自己インダクタンスが１０μＨとなるように形成した。
<Test piece preparation conditions>
As a test piece (Example 1) serving as a standard for evaluating magnetic properties, an insulating coating was formed on the surface of Fe-3Si alloy particles using a silane coupling agent and a silicone resin. The thickness of the insulating layer 5 (the sum of the thicknesses of the first coating layer and the second coating layer) is 20 to 100 nm. This soft magnetic powder was mixed with a solid lubricant and then compression molded at room temperature under a predetermined pressure to obtain a ring-shaped test piece. This test piece was divided into two parts and each part was immersed in a silicone resin solution to form an insulating
＜実効透磁率、周波数特性、及び直流重畳特性の測定条件＞
実施例１に対して、軟磁性粉の種類、平均粒径、および密度を変えた時の磁気特性の変化を評価した。評価対象となる磁気特性は、周波数特性、直流重畳特性、および圧粉磁心の体積抵抗率である。先ず、日置電機（株）製のインピーダンスアナライザー（ＩＭ３５７０）を用い、周波数１ｋＨｚの条件で、ＪＩＳ Ｃ２５６０－１中の規定に則り、自己インダクタンス、巻線数、及び圧粉磁心の寸法に基づいて実効透磁率を算出した。周波数特性は、１ｋＨｚ時の実効透磁率を１００％として、１ＭＨｚ時の実効透磁率の低下率が１０％以下となる場合を合格とした。直流重畳特性は、交流電流０．０１Ａ、周波数１ｋＨｚ、直流磁界が０の時の実効透磁率を１００％として、１０ｋＡ／ｍの直流磁界を重畳した時の実効透磁率の低下率が１０％以下となる場合を合格とした。体積抵抗率は１０4Ωｃｍ以上となる場合を合格とした。周波数特性および直流重畳特性の評価は、各試験片にエアギャップを設けた状態で行っている。
<Measurement conditions for effective magnetic permeability, frequency characteristics, and DC superposition characteristics>
With respect to Example 1, changes in magnetic properties when the type, average particle size, and density of the soft magnetic powder were changed were evaluated. The magnetic properties to be evaluated are frequency characteristics, direct current superimposition characteristics, and volume resistivity of the powder magnetic core. First, using an impedance analyzer (IM3570) manufactured by Hioki Electric Co., Ltd., at a frequency of 1 kHz, the effective Magnetic permeability was calculated. Regarding the frequency characteristics, when the effective magnetic permeability at 1 kHz is 100%, the case where the rate of decrease in the effective magnetic permeability at 1 MHz is 10% or less is considered as passing. The DC superimposition characteristics are such that the effective permeability when AC current is 0.01A, frequency is 1kHz, and DC magnetic field is 0 is 100%, and the rate of decrease in effective permeability when a DC magnetic field of 10kA/m is superimposed is 10% or less. The test was considered to have passed if A case where the volume resistivity was 10 4 Ωcm or more was considered to be a pass. Evaluation of frequency characteristics and DC superposition characteristics was performed with an air gap provided in each test piece.
以下、諸要素が周波数特性および直流重畳特性に及ぼす影響を試験した結果を示す。 The results of testing the influence of various elements on frequency characteristics and DC superposition characteristics are shown below.
（１）軟磁性粉の種類が及ぼす影響
軟磁性粉を構成するＦｅ系合金粒子の種類を変えた時の周波数特性および直流重畳特性の変化を測定した。Ｆｅ系合金粒子はＦｅ－３Ｓｉ（実施例１）、Ｆｅ－６．５Ｓｉ（実施例２）、純鉄（比較例１）、およびＦｅ系アモルファス合金（比較例２）の４種類である。試験結果を図３に示す。
(1) Effects of the type of soft magnetic powder We measured changes in frequency characteristics and DC superimposition characteristics when changing the type of Fe-based alloy particles constituting the soft magnetic powder. There are four types of Fe-based alloy particles: Fe-3Si (Example 1), Fe-6.5Si (Example 2), pure iron (Comparative Example 1), and Fe-based amorphous alloy (Comparative Example 2). The test results are shown in Figure 3.
図３に示すように、Ｆｅ系合金粒子としてＦｅ－３Ｓｉを使用した実施例１、およびＦｅ－６．５Ｓｉを使用した実施例２では、周波数特性および直流重畳特性ともに良好な結果が得られた。これに対しＦｅ系合金粒子として純鉄を使用した比較例１では、周波数特性が必要水準に達しない。また、Ｆｅ系合金粒子としてＦｅ系アモルファス合金を使用した比較例２では、直流重畳特性が必要水準に達しない。このように周波数特性と直流重畳特性はトレードオフの関係にあり、一方が良好であれば、他方が低下するのが通例であるが、実施例１，２であれば、周波数特性と直流重畳特性を両立できることが明らかになった。 As shown in Figure 3, in Example 1 using Fe-3Si as the Fe-based alloy particles and Example 2 using Fe-6.5Si, good results were obtained in both frequency characteristics and DC superimposition characteristics. . On the other hand, in Comparative Example 1 in which pure iron was used as the Fe-based alloy particles, the frequency characteristics did not reach the required level. Furthermore, in Comparative Example 2 in which an Fe-based amorphous alloy was used as the Fe-based alloy particles, the DC superposition characteristics did not reach the required level. In this way, there is a trade-off relationship between frequency characteristics and DC superposition characteristics, and if one is good, the other usually deteriorates, but in Examples 1 and 2, frequency characteristics and DC superposition characteristics It has become clear that both can be achieved.
（２）粒子径が及ぼす影響
次に、Ｆｅ－３Ｓｉを使用した軟磁性粉およびＦｅ－６．５Ｓｉを使用した軟磁性粉について、軟磁性粉の体積平均粒径が周波数特性および直流重畳特性に与える影響について評価した。Ｆｅ－３Ｓｉを使用した軟磁性粉の体積平均粒径は２０μｍ（実施例１）、１０μｍ（実施例３）、５０μｍ（実施例４）、７５μｍ（比較例３）の４種類とし、Ｆｅ－６．５Ｓｉを使用した軟磁性粉の体積平均粒径は５０μｍの１種類とした（実施例５）。試験結果を図４に示す。
(2) Effect of particle size Next, regarding the soft magnetic powder using Fe-3Si and the soft magnetic powder using Fe-6.5Si, the volume average particle size of the soft magnetic powder will affect the frequency characteristics and DC superimposition characteristics. The impact was evaluated. The volume average particle size of the soft magnetic powder using Fe-3Si was 20 μm (Example 1), 10 μm (Example 3), 50 μm (Example 4), and 75 μm (Comparative Example 3). The volume average particle diameter of the soft magnetic powder using .5Si was 50 μm (Example 5). The test results are shown in Figure 4.
図４に示すように、Ｆｅ－３Ｓｉを使用した軟磁性粉であるかＦｅ－６．５Ｓｉを使用した軟磁性粉であるかを問わず、軟磁性粉の体積平均粒径が２０μｍ、１０μｍ、５０μｍの実施例１～５では周波数特性および直流重畳特性のそれぞれで必要水準を満足する結果が得られた。これに対し、軟磁性粉の体積平均粒径が７５μｍの比較例３では、周波数特性が必要水準に達していない。また、粒径が小さいほど直流重畳特性は低下するが、検討した最小の体積平均粒径（１０μｍ）においても既定水準の直流重畳特性を確保できることも明らかになった。その一方、粒径が大きいほど、高周波域での渦電流損失が増え、その結果、周波数特性が低下することも明らかになった。特に体積平均粒径が５０μｍを超えると、必要水準の周波数特性に満たない結果となる。従って、軟磁性粉の体積平均粒径を１０μｍ～５０μｍにすれば、周波数特性と直流重畳特性を両立できることが明らかになった。 As shown in Figure 4, regardless of whether it is soft magnetic powder using Fe-3Si or soft magnetic powder using Fe-6.5Si, the volume average particle diameter of soft magnetic powder is 20 μm, 10 μm, In Examples 1 to 5 of 50 μm, results were obtained that satisfied the required levels in each of the frequency characteristics and DC superimposition characteristics. On the other hand, in Comparative Example 3 in which the volume average particle size of the soft magnetic powder was 75 μm, the frequency characteristics did not reach the required level. It was also revealed that, although the smaller the particle size, the lower the DC superimposition properties, the DC superimposition properties at the predetermined level could be ensured even at the minimum volume average particle diameter (10 μm) examined. On the other hand, it was also revealed that the larger the particle size, the more eddy current loss in the high frequency range, resulting in a decrease in frequency characteristics. In particular, when the volume average particle diameter exceeds 50 μm, the result is that the frequency characteristics do not meet the required level. Therefore, it has become clear that if the volume average particle diameter of the soft magnetic powder is set to 10 μm to 50 μm, both frequency characteristics and direct current superimposition characteristics can be achieved.
（３）圧粉磁心の密度が及ぼす影響
次に、Ｆｅ－３Ｓｉを用いた軟磁性粉について、圧粉磁心の密度が周波数特性および直流重畳特性に与える影響について評価した。密度は６．４０ｇ／ｃｍ3（比較例４）、６．６０ｇ／ｃｍ3（実施例１）、６．８０ｇ／ｃｍ3（実施例６）の三種類とした。試験結果を図５に示す。
(3) Effect of the density of the powder magnetic core Next, for soft magnetic powder using Fe-3Si, the influence of the density of the powder magnetic core on the frequency characteristics and DC superposition characteristics was evaluated. Three types of density were used: 6.40 g/cm 3 (Comparative Example 4), 6.60 g/cm 3 (Example 1), and 6.80 g/cm 3 (Example 6). The test results are shown in Figure 5.
図５に示すように、密度が６．６０ｇ／ｃｍ3、６．８０ｇ／ｃｍ3の実施例１，６では周波数特性および直流重畳特性のそれぞれで必要水準を満足する結果が得られた。これに対し、密度が６．４０ｇ／ｃｍ3の比較例４では、直流重畳特性が必要水準に達していない。従って、密度を６．４０ｇ／ｃｍ3を超える水準にすれば、周波数特性と直流重畳特性を両立できることが明らかになった。 As shown in FIG. 5, in Examples 1 and 6 with densities of 6.60 g/cm 3 and 6.80 g/cm 3 , results were obtained that satisfied the required levels in each of the frequency characteristics and DC superimposition characteristics. On the other hand, in Comparative Example 4 with a density of 6.40 g/cm 3 , the DC superimposition characteristics did not reach the required level. Therefore, it has become clear that frequency characteristics and direct current superimposition characteristics can be achieved at the same time by setting the density to a level exceeding 6.40 g/cm 3 .
（４）絶縁層の種類が及ぼす影響
次に、絶縁層５（図２参照）の材料の違いが周波数特性および直流重畳特性に与える影響を測定した。実施例１は有機化合物であるシリコーン樹脂で絶縁層５を形成したもの、実施例７は無機化合物である層状ケイ酸塩で絶縁層５を形成したものである。何れも絶縁層５中にはＳｉが含まれる。この他、比較例として、エポキシ樹脂を使用して絶縁層５を形成した圧粉磁心（比較例５）も準備した。試験結果を図６に示す。
(4) Effect of type of insulating layer Next, the effect of different materials of the insulating layer 5 (see FIG. 2) on frequency characteristics and DC superposition characteristics was measured. In Example 1, the insulating
図６に示すように、実施例１および７については、周波数特性と直流重畳特性のそれぞれで必要水準を満足することが明らかになった。比較例５で使用したエポキシ樹脂は１×１０12Ωｃｍ以上の体積抵抗率を有するが、磁気焼鈍後に圧粉磁心の変形が認められたため、不合格とした。このように、１×１０12Ωｃｍ以上の材料を絶縁層５として用いる場合、磁気焼鈍後に強度および形状保持に問題を生じないことが合格の条件となる。図６の結果から、シリコーン樹脂や層状ケイ酸塩が絶縁層５を形成する上で好ましい材料となる。もちろん、これ以外の無機化合物や有機化合物であっても、１×１０12Ωｃｍ以上の体積抵抗率を有し、かつ磁気焼鈍後に強度および形状保持に問題を生じない限り、絶縁層５の材料として使用することが可能である。
As shown in FIG. 6, it was revealed that Examples 1 and 7 satisfied the required levels in each of the frequency characteristics and DC superimposition characteristics. Although the epoxy resin used in Comparative Example 5 had a volume resistivity of 1×10 12 Ωcm or more, deformation of the powder core was observed after magnetic annealing, so it was rejected. As described above, when a material having a resistance of 1×10 12 Ωcm or more is used as the insulating
（５）絶縁層の膜厚が及ぼす影響
次に絶縁層の膜厚が周波数特性および直流重畳特性に与える影響を測定した。実施例１は絶縁層５の膜厚を２０μｍとしたもの、実施例８は膜厚を１０μｍにしたもの、比較例６は膜厚を５μｍにしたものである。試験結果を図７に示す。
(5) Effect of the thickness of the insulating layer Next, the effect of the thickness of the insulating layer on the frequency characteristics and DC superposition characteristics was measured. In Example 1, the thickness of the insulating
図７に示すように、膜厚２０μｍの実施例１および膜厚１０μｍの実施例８では、周波数特性と直流重畳特性のそれぞれで必要水準を満足することが明らかになった。一方、膜厚５μｍとした比較例６では、圧粉磁心の体積抵抗率が必要水準を満たしていない。従って、絶縁層５の膜厚は５μｍよりも大きくするのが好ましい。
As shown in FIG. 7, it was revealed that Example 1 with a film thickness of 20 μm and Example 8 with a film thickness of 10 μm satisfied the required levels in each of the frequency characteristics and DC superimposition characteristics. On the other hand, in Comparative Example 6 where the film thickness was 5 μm, the volume resistivity of the dust core did not meet the required level. Therefore, the thickness of the insulating
［第二の実施形態の説明］
次に、圧粉磁心の第二の実施形態を説明する。
[Description of second embodiment]
Next, a second embodiment of the powder magnetic core will be described.
近年、省資源化や省エネルギー化の観点から、圧粉磁心の小型化並びに高効率化が求められており、そのために磁気特性の更なる改善を図った圧粉磁心、具体的には、磁心として必要なレベルの透磁率を発揮しつつも、良好な周波数特性並びに直流重畳特性を示し得る圧粉磁心が要求されている。 In recent years, there has been a demand for smaller and more efficient powder magnetic cores from the viewpoint of resource and energy conservation. There is a need for a powder magnetic core that can exhibit good frequency characteristics and direct current superposition characteristics while exhibiting a required level of magnetic permeability.
最近では、スイッチング電源の駆動周波数に代表されるように、圧粉磁心が適用される機器の駆動周波数がｋＨｚ域からＭＨｚ域に移りつつある。例えばトランスであれば使用する周波数が高周波域になるほど小型化することができるので、トランスコアに圧粉磁心を適用する場合には、小型化可能な構造に圧粉磁心を改良する必要がある。そのためには、透磁率に優れた圧粉磁心を採用することが肝要となる。また、一方で、ＭＨｚレベルの高周波域での使用を検討した場合、圧粉磁心には、高い透磁率だけでなく、さらに上述したＭＨｚ域における良好な周波数特性と直流重畳特性が求められる。 Recently, the drive frequency of devices to which powder magnetic cores are applied has been shifting from the kHz range to the MHz range, as typified by the drive frequency of switching power supplies. For example, in the case of a transformer, the higher the frequency range used, the more compact the transformer can be. Therefore, when applying a powder magnetic core to a transformer core, it is necessary to improve the structure of the powder magnetic core so that it can be made smaller. For this purpose, it is important to use a powder magnetic core with excellent magnetic permeability. On the other hand, when considering use in a high frequency range at the MHz level, the powder magnetic core is required not only to have high magnetic permeability but also to have good frequency characteristics and DC superposition characteristics in the MHz range as described above.
以上の実情に鑑みると、磁心として必要なレベルの透磁率を発揮しつつも、高周波域での使用環境下において要求されるレベルの周波数特性並びに直流重畳特性を示し得る圧粉磁心を提供することが望まれる。 In view of the above circumstances, it is desirable to provide a powder magnetic core that can exhibit a level of magnetic permeability required for a magnetic core while also exhibiting frequency characteristics and DC superposition characteristics at a level required in a usage environment in a high frequency range. is desired.
以上の課題の解決は、以下の圧粉磁心によって達成される。すなわち、この圧粉磁心は、原料粉末となる軟磁性粉末を圧縮成形して得られる圧粉成形体と、圧粉成形体に設けられたエアギャップとを備えた圧粉磁心であって、軟磁性粉末は、平均粒子径が相対的に小さい小径Ｆｅ系合金粉末と、平均粒子径が相対的に大きい大径Ｆｅ系合金粉末とを有し、小径Ｆｅ系合金粉末を構成する小径Ｆｅ系合金粒子と大径Ｆｅ系合金粉末を構成する大径Ｆｅ系合金粒子は何れも、Ｓｉを２．０ｍａｓｓ％以上かつ６．５ｍａｓｓ％以下含むと共に絶縁被膜で覆われており、軟磁性粉末中に、小径Ｆｅ系合金粉末が大径Ｆｅ系合金粉末よりも多く含まれている点をもって特徴付けられる。 The above problems are solved by the powder magnetic core described below. That is, this powder magnetic core is a powder magnetic core that includes a powder compact obtained by compression molding soft magnetic powder serving as a raw material powder, and an air gap provided in the powder compact. The magnetic powder has a small-diameter Fe-based alloy powder with a relatively small average particle diameter and a large-diameter Fe-based alloy powder with a relatively large average particle diameter, and is a small-diameter Fe-based alloy powder that constitutes the small-diameter Fe-based alloy powder. The particles and the large-diameter Fe-based alloy particles constituting the large-diameter Fe-based alloy powder both contain Si at 2.0 mass% or more and 6.5 mass% or less and are covered with an insulating coating, and the soft magnetic powder contains: It is characterized by the fact that it contains more small-diameter Fe-based alloy powder than large-diameter Fe-based alloy powder.
本発明者らは、軟磁性粉末を構成するＦｅ系合金粒子の組成及び粒子径に着目すると共に、これら粒子の組成及び粒度分布とエアギャップとの関係について鋭意検討した結果、以下のような組成及び粒度分布を示す鉄系合金粉末で形成した圧粉磁心にエアギャップを適用した場合に、直流重畳特性の大幅な改善効果が認められることを見出した。具体的には、第一に、鉄損の低減化のためにＦｅ系合金粉末を構成するＦｅ系合金粒子の平均粒子径を小さくした場合に起こり得る透磁率の低下を、相対的に大径となるＦｅ系合金粒子を適量配合することにより、良好な周波数特性を示しつつも、透磁率の低減化を抑制し得ることを見出した。そして第二に、上述のように、圧粉磁心の透磁率が所定のレベル以上で、かつ圧粉磁心を形成するＦｅ系合金粉末自体の直流重畳特性についても良好な圧粉磁心にエアギャップを適用した場合に、直流重畳特性の大幅な改善効果が認められることを見出した。 The present inventors focused on the composition and particle size of Fe-based alloy particles constituting the soft magnetic powder, and as a result of intensive study on the relationship between the composition and particle size distribution of these particles and the air gap, the following composition was found. We have found that when an air gap is applied to a powder magnetic core made of iron-based alloy powder that exhibits a particle size distribution of Specifically, firstly, the decrease in magnetic permeability that may occur when the average particle size of Fe-based alloy particles constituting Fe-based alloy powder is reduced in order to reduce iron loss is It has been found that by blending an appropriate amount of Fe-based alloy particles, it is possible to suppress a reduction in magnetic permeability while exhibiting good frequency characteristics. Second, as mentioned above, we need to create an air gap in the powder core so that the permeability of the powder core is above a predetermined level and the Fe-based alloy powder itself that forms the powder core has good direct current superposition characteristics. It has been found that when applied, a significant improvement effect on DC superimposition characteristics is observed.
以下の第二の実施形態は、当該知見に基づいて成されたものであり、圧粉磁心を構成する軟磁性粉末が、平均粒子径が相対的に小さい小径Ｆｅ系合金粉末と、平均粒子径が相対的に大きい大径Ｆｅ系合金粉末とを有し、小径Ｆｅ系合金粉末を構成する小径Ｆｅ系合金粒子と大径Ｆｅ系合金粉末を構成する大径Ｆｅ系合金粒子は何れも、Ｓｉを２．０ｍａｓｓ％以上かつ６．５ｍａｓｓ％以下含むと共に絶縁被膜で覆われており、軟磁性粉末中に、小径Ｆｅ系合金粉末が大径Ｆｅ系合金粉末よりも多く含まれるようにした。このように、圧粉磁心を構成する軟磁性粉末中に、平均粒子径が相対的に小さい小径Ｆｅ系合金粉末が、平均粒子径が相対的に大きい大径Ｆｅ系合金粉末よりも多く含まれるようにすることで、良好な周波数特性を示しつつも、透磁率の低下を抑制することができる。また、その際、Ｆｅ系合金粉末に含まれるＳｉの含有比を２．０ｍａｓｓ％以上、６．５ｍａｓｓ％以下に制御することで、鉄損を抑えて、周波数特性を向上させることが可能となり、かつ最低限必要なレベルの直流重畳特性を確保することができる。また、上記組成及び粒度分布を成す軟磁性粉末で形成した圧粉成形体にエアギャップを設けるようにしたので、言い換えると、一定レベル以上の透磁率並びに直流重畳特性を示し得る圧粉磁心にエアギャップを適用したので、エアギャップによる直流重畳特性の改善効果を効果的に享受することができる。以上より、この圧粉磁心によれば、磁心として必要なレベルの透磁率を発揮しつつも、高周波域での使用環境下において要求されるレベルの周波数特性並びに直流重畳特性を発揮することが可能となる。従って、圧粉磁心を小型化でき、省エネルギー化並びに小型化が進む電子機器に好適に適用することが可能となる。 The second embodiment below has been made based on this knowledge, and the soft magnetic powder constituting the powder magnetic core is a small-diameter Fe-based alloy powder with a relatively small average particle diameter, and a small-diameter Fe-based alloy powder with a relatively small average particle diameter. The small-diameter Fe-based alloy particles constituting the small-diameter Fe-based alloy powder and the large-diameter Fe-based alloy particles constituting the large-diameter Fe-based alloy powder both have Si The soft magnetic powder contains 2.0 mass% or more and 6.5 mass% or less and is covered with an insulating film, and the soft magnetic powder contains a larger amount of small-diameter Fe-based alloy powder than large-diameter Fe-based alloy powder. In this way, the soft magnetic powder constituting the dust core contains more small-diameter Fe-based alloy powder with a relatively small average particle size than large-diameter Fe-based alloy powder with a relatively large average particle size. By doing so, it is possible to suppress a decrease in magnetic permeability while exhibiting good frequency characteristics. In addition, at that time, by controlling the content ratio of Si contained in the Fe-based alloy powder to 2.0 mass% or more and 6.5 mass% or less, it becomes possible to suppress iron loss and improve frequency characteristics. In addition, it is possible to ensure the DC superposition characteristics at the minimum required level. In addition, an air gap is provided in the powder compact formed from the soft magnetic powder having the above composition and particle size distribution. Since the gap is applied, it is possible to effectively enjoy the effect of improving the DC superposition characteristics due to the air gap. From the above, this powder magnetic core is capable of exhibiting the level of permeability required for a magnetic core, as well as the frequency characteristics and DC superimposition characteristics required in a high frequency usage environment. becomes. Therefore, the powder magnetic core can be miniaturized and can be suitably applied to electronic devices that are becoming increasingly energy-saving and miniaturized.
また、この圧粉磁心において、小径Ｆｅ系合金粉末と、大径Ｆｅ系合金粉末の混合粉末の平均粒子径は、体積平均で２０μｍ以上かつ６０μｍ以下であってもよい。 Further, in this powder magnetic core, the average particle diameter of the mixed powder of the small diameter Fe-based alloy powder and the large diameter Fe-based alloy powder may be 20 μm or more and 60 μm or less on a volume average.
後述する実験結果に示すように、各Ｆｅ系合金粉末の平均粒子径が２０μｍを下回る場合、圧粉磁心の成形性が大幅に低下するおそれが生じる。また、平均粒子径を過度に小さくすることで、透磁率の低下が顕著となるおそれも生じる。一方、各Ｆｅ系合金粉末の平均粒子径が６０μｍを超えると、周波数特性の低下が顕著となるおそれが生じる。以上より、小径Ｆｅ系合金粉末と大径Ｆｅ系合金粉末の混合粉末の平均粒子径を、体積平均で２０μｍ以上かつ６０μｍ以下にすることによって、透磁率、周波数特性、及び成形性全てにおいて優れた圧粉磁心を得ることが可能となる。 As shown in the experimental results described below, when the average particle diameter of each Fe-based alloy powder is less than 20 μm, there is a possibility that the formability of the dust core is significantly reduced. Further, by making the average particle diameter too small, there is a possibility that the magnetic permeability will decrease significantly. On the other hand, if the average particle diameter of each Fe-based alloy powder exceeds 60 μm, there is a possibility that the frequency characteristics will be significantly deteriorated. From the above, by setting the average particle diameter of the mixed powder of small-diameter Fe-based alloy powder and large-diameter Fe-based alloy powder to a volume average of 20 μm or more and 60 μm or less, excellent magnetic permeability, frequency characteristics, and formability can be achieved. It becomes possible to obtain a dust core.
また、この圧粉磁心において、軟磁性粉末に含まれる小径Ｆｅ系合金粉末の比率が、体積比で６０％以上かつ９５％以下で、軟磁性粉末に含まれる大径Ｆｅ系合金粉末の比率が、体積比で５％以上かつ４０％以下であってもよい。 In addition, in this powder magnetic core, the ratio of small-diameter Fe-based alloy powder contained in the soft magnetic powder is 60% or more and 95% or less in terms of volume ratio, and the ratio of large-diameter Fe-based alloy powder contained in the soft magnetic powder is 60% or more and 95% or less. , the volume ratio may be 5% or more and 40% or less.
このように、軟磁性粉末に含まれる小径Ｆｅ系合金粉末の比率が体積比で６０％以上であれば、上述した小径Ｆｅ系合金粉末を配合したことによる作用効果、具体的には鉄損の低減による周波数特性の改善効果を享受することが可能となる。また、軟磁性粉末に含まれる大径Ｆｅ系合金粉末の比率が体積比で５％以上であれば、上述した透磁率の改善効果を享受することが可能となる。 In this way, if the ratio of the small-diameter Fe-based alloy powder contained in the soft magnetic powder is 60% or more by volume, the effect of incorporating the small-diameter Fe-based alloy powder mentioned above, specifically, the iron loss It becomes possible to enjoy the effect of improving frequency characteristics due to the reduction. Further, if the proportion of the large-diameter Fe-based alloy powder contained in the soft magnetic powder is 5% or more by volume, it is possible to enjoy the above-mentioned magnetic permeability improvement effect.
また、この圧粉磁心において、小径Ｆｅ系合金粒子と大径Ｆｅ系合金粒子は何れも、Ｓｉを２．０ｍａｓｓ％以上かつ６．５ｍａｓｓ％以下含んでもよい。 Moreover, in this powder magnetic core, both the small diameter Fe-based alloy particles and the large-diameter Fe-based alloy particles may contain 2.0 mass% or more and 6.5 mass% or less of Si.
このように、各Ｆｅ系合金粒子に含まれるＳｉの比率が高すぎるとエアギャップの適用による直流重畳特性の大幅な改善効果は期待しづらい。これに対して、各Ｆｅ系合金粒子に含まれるＳｉの比率を６．５ｍａｓｓ％以下にすることにより、エアギャップの適用による直流重畳特性の大幅な改善効果が期待できる。また、各Ｆｅ系合金粒子に含まれるＳｉの比率を２．０ｍａｓｓ％以上にすることにより、比抵抗を高めて、より良好な周波数特性を得ることが可能となる。 As described above, if the proportion of Si contained in each Fe-based alloy particle is too high, it is difficult to expect a significant improvement in the DC superimposition characteristics by applying an air gap. On the other hand, by setting the proportion of Si contained in each Fe-based alloy particle to 6.5 mass% or less, a significant improvement effect on the DC superimposition characteristics can be expected by applying an air gap. Furthermore, by setting the proportion of Si contained in each Fe-based alloy particle to 2.0 mass% or more, it is possible to increase specific resistance and obtain better frequency characteristics.
また、以上に述べた圧粉磁心において、絶縁被膜は、メチル系シリコーン樹脂で各Ｆｅ系合金粒子の表面を被覆して成る第一被膜層を有してもよい。 Moreover, in the powder magnetic core described above, the insulating coating may have a first coating layer formed by coating the surface of each Fe-based alloy particle with a methyl-based silicone resin.
このように、絶縁被膜として、シリコーン樹脂で、好ましくはメチル系シリコーン樹脂で各Ｆｅ系合金粒子の表面を被覆して成る第一被膜層を形成することによって、例えば磁気ひずみを除去するための磁気焼鈍後の圧粉磁心の強度を大幅に向上させることができる。 In this way, by forming the first coating layer as an insulating coating by coating the surface of each Fe-based alloy particle with silicone resin, preferably methyl-based silicone resin, magnetic The strength of the powder magnetic core after annealing can be significantly improved.
また、以上に述べた圧粉磁心において、第一被膜層を有する場合、絶縁被膜は、各Ｆｅ系合金粒子と第一被膜層との間に形成され、シランカップリング剤で各Ｆｅ系合金粒子の表面を被覆して成る第二被膜層をさらに有してもよい。 In addition, when the powder magnetic core described above has a first coating layer, an insulating coating is formed between each Fe-based alloy particle and the first coating layer, and a silane coupling agent is applied to each Fe-based alloy particle. It may further include a second coating layer that covers the surface of the substrate.
上述のように、絶縁被膜にシリコーン樹脂を用いる場合、第一塗膜層となるシリコーン樹脂と各Ｆｅ系合金粒子との間にシランカップリング剤からなる中間層、好ましくはアミノ系シランカップリング剤からなる中間層を設けることにより、各Ｆｅ系合金粒子に対するシリコーン樹脂の密着性が向上する。これにより、磁気焼鈍前の圧粉体強度を向上させることが可能となる。 As mentioned above, when using a silicone resin for the insulating coating, an intermediate layer consisting of a silane coupling agent, preferably an amino-based silane coupling agent, is provided between the silicone resin serving as the first coating layer and each Fe-based alloy particle. By providing the intermediate layer consisting of, the adhesion of the silicone resin to each Fe-based alloy particle is improved. This makes it possible to improve the strength of the green compact before magnetic annealing.
また、以上に述べた圧粉磁心において、第一及び第二被膜層を有する場合、第一被膜層の厚み寸法と前記第二被膜層の厚み寸法との総和が、２０ｎｍ以上でかつ１００ｎｍ以下であってもよい。 Further, when the powder magnetic core described above has first and second coating layers, the sum of the thickness of the first coating layer and the thickness of the second coating layer is 20 nm or more and 100 nm or less. There may be.
絶縁被膜を構成する第一被膜層の厚み寸法と第二被膜層との総和を上述の範囲に設定することにより、各Ｆｅ系合金粒子間の絶縁性を確保しつつも、磁心として必要な透磁率を得ることができるため、好適である。 By setting the sum of the thickness of the first coating layer and the second coating layer constituting the insulating coating within the above-mentioned range, the insulation required between each Fe-based alloy particle is ensured, while the transparency necessary for the magnetic core is maintained. This is preferable because it is possible to obtain magnetic properties.
以上述べたように、第二の実施形態によれば、磁心として必要なレベルの透磁率を発揮しつつも、高周波域での使用環境下において要求されるレベルの周波数特性並びに直流重畳特性を示し得る圧粉磁心を提供することが可能となる。 As described above, according to the second embodiment, while exhibiting magnetic permeability at a level required for a magnetic core, it also exhibits frequency characteristics and DC superposition characteristics at a level required in a usage environment in a high frequency range. It becomes possible to provide a powder magnetic core that can be obtained.
以下、第二の実施形態を図面に基づいて説明する。 The second embodiment will be described below based on the drawings.
図８は、第二の実施形態に係る圧粉磁心の製造方法の全体の流れを示すフローチャートである。図８に示すように、本実施形態に係る圧粉磁心の製造方法は、原料粉末となる軟磁性粉末を調製により得る調製工程Ｓ１と、調製工程Ｓ１で得た軟磁性粉末を圧縮成形して圧粉成形体を得る圧粉成形工程Ｓ２と、圧粉成形体に磁気焼鈍処理を施す磁気焼鈍工程Ｓ３と、磁気焼鈍処理が施された圧粉成形体にエアギャップを形成するエアギャップ形成工程Ｓ４とを備える。 FIG. 8 is a flowchart showing the overall flow of the method for manufacturing a powder magnetic core according to the second embodiment. As shown in FIG. 8, the method for manufacturing a powder magnetic core according to the present embodiment includes a preparation step S1 in which soft magnetic powder serving as a raw material powder is obtained by preparation, and a compression molding of the soft magnetic powder obtained in the preparation step S1. A powder compacting step S2 for obtaining a powder compact, a magnetic annealing step S3 for subjecting the powder compact to magnetic annealing, and an air gap forming step for forming an air gap in the magnetically annealed powder compact. S4.
また、調整工程Ｓ１は、図９に示すように、平均粒子径が相対的に小さい小径Ｆｅ系合金粉末と、平均粒子径が相対的に大きい大径Ｆｅ系合金粉末とを混合する混合工程Ｓ１１と、小径Ｆｅ系合金粉末を構成する小径Ｆｅ系合金粒子、及び大径Ｆｅ系合金粉末を構成する大径Ｆｅ系合金粒子を絶縁被膜材料で被覆する被覆工程Ｓ１２とを有する。 Further, as shown in FIG. 9, the adjustment step S1 includes a mixing step S11 in which a small-diameter Fe-based alloy powder having a relatively small average particle size and a large-diameter Fe-based alloy powder having a relatively large average particle size are mixed. and a coating step S12 of covering small-diameter Fe-based alloy particles constituting the small-diameter Fe-based alloy powder and large-diameter Fe-based alloy particles constituting the large-diameter Fe-based alloy powder with an insulating coating material.
（Ｓ１）調製工程
（Ｓ１１）混合工程
この工程では、軟磁性粉末としての二種類のＦｅ系合金粉末を混合する。具体的には、平均粒子径が相対的に小さい小径Ｆｅ系合金粉末と、平均粒子径が相対的に大きい大径Ｆｅ系合金粉末を混合する。ここで、小径Ｆｅ系合金粉末及び大径Ｆｅ系合金粉末をそれぞれ構成する小径Ｆｅ系合金粒子および大径Ｆｅ系合金粒子は何れも、Ｓｉを２．０ｍａｓｓ％以上かつ６．５ｍａｓｓ％以下含む組成をなす。また、各Ｆｅ系合金粒子は、上述のように、直流重畳特性の更なる改善効果を期待する観点から、Ｓｉを５．０ｍａｓｓ％以下含む組成とするのが好ましく、Ｓｉを４．０ｍａｓｓ％以下含む組成とするのがより好ましい。また、各Ｆｅ系合金粒子は、上述のように、比抵抗の向上による周波数特性の更なる改善を図る観点からは、Ｓｉを２．０ｍａｓｓ％以上含む組成とするのが好ましく、Ｓｉを３．０ｍａｓｓ％以上含む組成とするのがより好ましい。
(S1) Preparation step (S11) Mixing step In this step, two types of Fe-based alloy powders as soft magnetic powders are mixed. Specifically, a small-diameter Fe-based alloy powder with a relatively small average particle size and a large-diameter Fe-based alloy powder with a relatively large average particle size are mixed. Here, the small-diameter Fe-based alloy particles and the large-diameter Fe-based alloy particles constituting the small-diameter Fe-based alloy powder and the large-diameter Fe-based alloy powder, respectively, have a composition containing 2.0 mass% or more and 6.5 mass% or less of Si. to do. In addition, as mentioned above, from the viewpoint of expecting further improvement in DC superimposition characteristics, each Fe-based alloy particle preferably has a composition containing 5.0 mass% or less of Si, and contains 4.0 mass% or less of Si. It is more preferable to have a composition containing the above. In addition, as described above, each Fe-based alloy particle preferably has a composition containing 2.0 mass% or more of Si, from the viewpoint of further improving the frequency characteristics by improving the specific resistance. More preferably, the composition contains 0 mass% or more.
なお、各Ｆｅ系合金粒子は、例えばＣｒなどＦｅとＳｉ以外の成分を一又は二種類以上を含む合金組織であってもよいが、当該合金組織に占めるＦｅの比率が第一位、Ｓｉの比率が第二位、ＦｅとＳｉ以外の成分が第三位以下であるのがよい。もちろん、ＦｅとＳｉのみを含むＦｅ系合金粒子であってもよい。また、合金組織を構成しない他の成分をさらに含んでいてもよいが、上記粒子に占める当該他の成分の比率は第三位以下であるのがよい。また、小径Ｆｅ系合金粒子と大径Ｆｅ系合金粒子とで組成が異なっていてもよいし、同じであってもよい。組成が異なる場合の一例として、例えば小径Ｆｅ系合金粒子に含まれるＳｉの比率が、大径Ｆｅ系合金粒子に含まれるＳｉの比率よりも大きくなるよう、小径Ｆｅ系合金粒子並びに大径Ｆｅ系合金粒子の組成を設定する場合が挙げられる。 Each Fe-based alloy particle may have an alloy structure containing one or more components other than Fe and Si, such as Cr, but the proportion of Fe in the alloy structure is the highest, and the proportion of Si is It is preferable that the ratio be in the second place and components other than Fe and Si be in the third place or lower. Of course, Fe-based alloy particles containing only Fe and Si may be used. Further, the particles may further contain other components that do not constitute the alloy structure, but it is preferable that the ratio of the other components to the particles is the third or lower. Moreover, the compositions of the small-diameter Fe-based alloy particles and the large-diameter Fe-based alloy particles may be different or may be the same. As an example of a case where the compositions are different, for example, the small-diameter Fe-based alloy particles and the large-diameter Fe-based alloy particles are mixed so that the ratio of Si contained in the small-diameter Fe-based alloy particles is larger than the ratio of Si contained in the large-diameter Fe-based alloy particles. An example of this is setting the composition of alloy particles.
小径Ｆｅ系合金粉末と大径Ｆｅ系合金粉末の混合粉末の平均粒子径は、例えば体積平均で２０μｍ以上かつ６０μｍ以下に設定される。ここで、各Ｆｅ系合金粉末の平均粒子径は、公知の手段で測定可能であり、例えばレーザー回折法を用いて測定することが可能である。また、各Ｆｅ系合金粉末が上述のようにＳｉを２．０～６．５ｍａｓｓ％含むＦｅ系合金粒子で構成される場合、小径Ｆｅ系合金粉末の平均粒子径は、好ましくは、体積平均で１０μｍ以上かつ３０μｍ以下に設定され、より好ましくは、１０μｍ以上かつ２０μｍ以下に設定される。また、大径Ｆｅ系合金粉末の平均粒子径は、好ましくは、体積平均で６０μｍ以上かつ８０μｍ以下に設定され、好ましくは、７０μｍ以上かつ８０μｍ以下に設定される。 The average particle diameter of the mixed powder of the small-diameter Fe-based alloy powder and the large-diameter Fe-based alloy powder is set to, for example, a volume average of 20 μm or more and 60 μm or less. Here, the average particle diameter of each Fe-based alloy powder can be measured by known means, for example, by using a laser diffraction method. Further, when each Fe-based alloy powder is composed of Fe-based alloy particles containing 2.0 to 6.5 mass% of Si as described above, the average particle diameter of the small-diameter Fe-based alloy powder is preferably a volume average. The thickness is set to 10 μm or more and 30 μm or less, more preferably 10 μm or more and 20 μm or less. Further, the average particle diameter of the large-diameter Fe-based alloy powder is preferably set to be 60 μm or more and 80 μm or less on a volume average, and preferably set to 70 μm or more and 80 μm or less.
また、上記構成の小径Ｆｅ系合金粉末と、大径Ｆｅ系合金粉末との混合比率は、混合後の粉末中に小径Ｆｅ系合金粉末が大径Ｆｅ系合金粉末よりも含まれるように調整される。具体的には、小径Ｆｅ系合金粉末の比率が、体積比で６０％以上かつ９５％以下で、大径Ｆｅ系合金粉末の比率が、体積比で５％以上かつ４０％以下となるように、混合比率を設定するのがよく、好ましくは、小径Ｆｅ系合金粉末の比率が、体積比で８５％以上かつ９５％以下で、大径Ｆｅ系合金粉末の比率が、体積比で５％以上かつ１５％以下となるように、混合比率を設定するのがよい。 Furthermore, the mixing ratio of the small-diameter Fe-based alloy powder and the large-diameter Fe-based alloy powder having the above configuration is adjusted so that the small-diameter Fe-based alloy powder is included more than the large-diameter Fe-based alloy powder in the mixed powder. Ru. Specifically, the ratio of small-diameter Fe-based alloy powder is 60% or more and 95% or less in volume ratio, and the ratio of large-diameter Fe-based alloy powder is 5% or more and 40% or less in volume ratio. Preferably, the proportion of small-diameter Fe-based alloy powder is 85% or more and 95% or less by volume, and the proportion of large-diameter Fe-based alloy powder is 5% or more by volume. It is preferable to set the mixing ratio so that it is 15% or less.
なお、混合対象となる各Ｆｅ系合金粉末の取得手段は任意であり、例えばそれぞれ所望の平均粒子径を示す二種類のＦｅ系合金粉末を製造又は購入し、製造又は購入した上記二種類のＦｅ系合金粉末を混合してもよい。あるいは、所定の平均粒子径並びに粒度分布を示す一種類のＦｅ系合金粉末を製造又は購入し、製造又は購入した上記一種類のＦｅ系合金粉末に一回又は複数回の分級処理を施して、平均粒子径の互いに異なる二種類のＦｅ系合金粉末を取得し、この二種類のＦｅ系合金粉末を混合してもよい。また、上記各Ｆｅ系合金粉末の製造手段も任意であり、例えば小径Ｆｅ系合金粉末として水アトマイズ法で製造した粉末を適用し、大径Ｆｅ系合金粉末としてガスアトマイズ法で製造した粉末を適用することが可能である。また、上述した粉末の混合は任意の手段を用いて行うことができ、例えばＶ型又はダブルコーン型のミキサーを用いて混合することが可能である。 Note that the means for obtaining each Fe-based alloy powder to be mixed is arbitrary. For example, two types of Fe-based alloy powder each having a desired average particle size are manufactured or purchased, and the above-mentioned two types of Fe-based alloy powders that are manufactured or purchased are A system alloy powder may be mixed. Alternatively, one type of Fe-based alloy powder having a predetermined average particle diameter and particle size distribution is manufactured or purchased, and the manufactured or purchased one type of Fe-based alloy powder is subjected to classification treatment once or multiple times, Two types of Fe-based alloy powders having different average particle diameters may be obtained and these two types of Fe-based alloy powders may be mixed. Further, the means for producing each of the above Fe-based alloy powders is also arbitrary; for example, a powder produced by a water atomization method is used as a small-diameter Fe-based alloy powder, and a powder produced by a gas atomization method is used as a large-diameter Fe-based alloy powder. Is possible. Moreover, the above-mentioned powders can be mixed using any means, for example, using a V-type or double-cone mixer.
（Ｓ１２）被覆工程
この工程では、小径Ｆｅ系合金粉末を構成する小径Ｆｅ系合金粒子、及び大径Ｆｅ系合金粉末を構成する大径Ｆｅ系合金粒子を絶縁被膜材料で被覆する。ここで使用する絶縁被覆材料としては公知の材料が適用可能であり、例えばＢ、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｂｉ系酸化物及びこれらの複合酸化物、Ｌｉ、Ｋ、Ｃａ、Ｎａ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｍｎ系炭酸塩及びこれらの複合炭酸塩、Ｃａ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｍｇ系ケイ酸塩及びこれらの複合ケイ酸塩、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ系アルコキシドおよびこれらの複合アルコキシド等から選択可能である。また、本実施形態のように、圧粉成形体に磁気焼鈍を施す場合（図１の工程Ｓ３）には、焼鈍時の加熱温度（以下、単に磁気焼鈍温度）以上の耐熱性を有する材料が好適である。上述のように各Ｆｅ系合金粒子が２．０～６．５ｍａｓｓ％のＳｉを含む組成を成す場合、７００℃以上の耐熱性を有する材料が好適である。また、磁気焼鈍を施す場合、焼鈍時の熱収縮が小さい材料が好適である。本実施形態では、例えば磁気焼鈍後の圧粉成形体の強度が大幅に向上し得るシリコーン樹脂、特にメチル系シリコーン樹脂が好適に使用される。このシリコーン樹脂で形成される被覆層は、最終製品としての圧粉磁心においては、当該磁心を構成する各Ｆｅ系合金粒子の表面を被覆する第一被膜層となる。
(S12) Coating step In this step, the small-diameter Fe-based alloy particles constituting the small-diameter Fe-based alloy powder and the large-diameter Fe-based alloy particles forming the large-diameter Fe-based alloy powder are coated with an insulating coating material. Known materials can be used as the insulation coating material used here, such as B, Ca, Mg, Al, Si, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Y, Zr, Mo. , Bi-based oxides and their composite oxides, Li, K, Ca, Na, Mg, Fe, Al, Zn, Mn-based carbonates and their composite carbonates, Ca, Al, Zr, Li, Na, Mg The material can be selected from silicates based on these, composite silicates thereof, Si, Ti, Zr based alkoxides, composite alkoxides thereof, and the like. In addition, as in this embodiment, when magnetically annealing the powder compact (step S3 in FIG. 1), a material having a heat resistance higher than the heating temperature during annealing (hereinafter simply referred to as magnetic annealing temperature) is used. suitable. When each Fe-based alloy particle has a composition containing 2.0 to 6.5 mass% of Si as described above, a material having heat resistance of 700° C. or higher is suitable. Furthermore, when performing magnetic annealing, a material that exhibits small thermal contraction during annealing is suitable. In this embodiment, for example, a silicone resin, particularly a methyl-based silicone resin, which can significantly improve the strength of the powder compact after magnetic annealing is preferably used. In a powder magnetic core as a final product, the coating layer formed of this silicone resin becomes a first coating layer that covers the surface of each Fe-based alloy particle constituting the magnetic core.
また、絶縁被膜材料にシリコーン樹脂を用いる場合、第一塗膜層となるシリコーン樹脂と各Ｆｅ系合金粒子との間にシランカップリング剤からなる中間層、好ましくはアミノ系シランカップリング剤からなる中間層を設けることにより、各Ｆｅ系合金粒子に対するシリコーン樹脂の密着性が向上する。これにより、磁気焼鈍前の圧粉体強度を向上させることが可能となる。このシランカップリング剤で形成される中間層は、最終製品としての圧粉磁心においては、当該磁心を構成する各Ｆｅ系合金粒子と第一被膜層との間に形成される第二被膜層となる。なお、絶縁被膜材料（第一被膜層の材料、第二被膜層の材料）は、一種類でもよく、数種類を組み合わせて使用してもよい。もちろん、第一被膜層とＦｅ系合金粒子の表面との密着性が十分である場合には、中間層をなすカップリング剤を用いることなく第一被膜層となる絶縁被膜材料でＦｅ系合金粒子の表面を直接被覆してもよい。また、上記材料による各Ｆｅ系合金粒子の被覆方法は特に限定されず、例えば転動流動コーティング法、各種化成処理等を用いることが可能である。本実施形態では、混合工程Ｓ１１で得た混合粉末に第二被膜層を形成するシランカップリング剤を供給し、次いで、第一被膜層を形成するシリコーン樹脂を供給する。これら絶縁被膜材料の各Ｆｅ系合金粉末への供給は、各Ｆｅ系合金粉末を撹拌（混合）しながら行われる。 In addition, when a silicone resin is used as the insulation coating material, an intermediate layer consisting of a silane coupling agent, preferably an amino-based silane coupling agent, is formed between the silicone resin serving as the first coating layer and each Fe-based alloy particle. Providing the intermediate layer improves the adhesion of the silicone resin to each Fe-based alloy particle. This makes it possible to improve the strength of the green compact before magnetic annealing. In the powder magnetic core as a final product, the intermediate layer formed with this silane coupling agent is the second coating layer formed between each Fe-based alloy particle constituting the magnetic core and the first coating layer. Become. Note that the insulating coating material (the material for the first coating layer and the material for the second coating layer) may be one type or may be used in combination of several types. Of course, if the adhesion between the first coating layer and the surface of the Fe-based alloy particles is sufficient, the Fe-based alloy particles can be coated with the insulating coating material forming the first coating layer without using a coupling agent forming the intermediate layer. may be directly coated on the surface. Further, the method of coating each Fe-based alloy particle with the above-mentioned material is not particularly limited, and for example, it is possible to use a rolling fluid coating method, various chemical conversion treatments, etc. In this embodiment, the silane coupling agent that forms the second coating layer is supplied to the mixed powder obtained in the mixing step S11, and then the silicone resin that forms the first coating layer is supplied. These insulating coating materials are supplied to each Fe-based alloy powder while stirring (mixing) each Fe-based alloy powder.
（Ｓ２）圧粉成形工程
この工程では、調製工程Ｓ１（混合工程Ｓ１１、被覆工程Ｓ１２）で得た原料粉末としての軟磁性粉末を所定形状の金型で圧縮成形することにより、所定形状の圧粉成形体を取得する。
(S2) Powder compacting step In this step, the soft magnetic powder as the raw material powder obtained in the preparation step S1 (mixing step S11, coating step S12) is compression molded in a mold of a predetermined shape. Obtain a powder compact.
なお、金型の長寿命化又は軟磁性粉末の流動性を確保する観点から、固体潤滑剤を使用してもよい。固体潤滑剤には、例えばステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸鉄、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド、オレイン酸アミド、エチレンビスオレイン酸アミド、エルカ酸アミド、エチレンビスエルカ酸アミド、ラウリン酸アミド、パルチミン酸アミド、ベヘン酸アミド、エチレンビスカプリン酸アミド、エチレンビスヒドロキシステアリン酸アミド、モンタン酸アミド、ポリエチレン、酸化ポリエチレン、スターチ、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、グラファイト、窒化ホウ素、ポリテトラフルオロエチレン、ラウロイルリシン、シアヌル酸メラミン等を使用することが可能である。上記固体潤滑剤は単独で使用してもよいし、数種類を組み合わせて使用してもよい。また、上記固定潤滑剤は、圧縮成形の前に原料粉末となる軟磁性粉末に配合しておいてもよいし、金型の壁面に付着させておいてもよい。この際の配合量（又は付着量）は、例えば全軟磁性粉末に対して０．３～２．０ｍａｓｓ％である。 Note that a solid lubricant may be used from the viewpoint of extending the life of the mold or ensuring fluidity of the soft magnetic powder. Solid lubricants include, for example, zinc stearate, calcium stearate, magnesium stearate, barium stearate, lithium stearate, iron stearate, aluminum stearate, stearamide, ethylene bisstearamide, oleic acid amide, and ethylene bisstearate. Oleic acid amide, erucic acid amide, ethylene bis-erucic acid amide, lauric acid amide, palmimic acid amide, behenic acid amide, ethylene biscapric acid amide, ethylene bishydroxystearic acid amide, montanic acid amide, polyethylene, polyethylene oxide, starch, It is possible to use molybdenum disulfide, tungsten disulfide, graphite, boron nitride, polytetrafluoroethylene, lauroyl lysine, melamine cyanurate, and the like. The above solid lubricants may be used alone or in combination of several types. Further, the above-mentioned fixed lubricant may be blended into the soft magnetic powder serving as the raw material powder before compression molding, or may be attached to the wall surface of the mold. The blending amount (or adhesion amount) at this time is, for example, 0.3 to 2.0 mass% based on the total soft magnetic powder.
（Ｓ３）磁気焼鈍工程
この工程では、圧粉成形工程Ｓ２で得た圧粉成形体の磁気ひずみを除去する目的で、当該圧粉成形体に磁気焼鈍処理を施す。この焼鈍処理は、例えば窒素、アルゴンなどの不活性雰囲気下で実施されるのが好ましいが、条件によっては、大気、空気、酸素、スチーム等の酸化性雰囲気下、あるいは水素等の還元性雰囲気下で実施することも可能である。
(S3) Magnetic annealing step In this step, the powder compact obtained in the powder compacting step S2 is subjected to magnetic annealing treatment for the purpose of removing the magnetostriction of the compact. This annealing treatment is preferably performed under an inert atmosphere such as nitrogen or argon, but depending on the conditions, it may be performed under an oxidizing atmosphere such as air, air, oxygen, or steam, or under a reducing atmosphere such as hydrogen. It is also possible to implement it by
磁気焼鈍処理時の加熱温度（磁気焼鈍温度）は、対象となる軟磁性粉末の材質を考慮して設定するのがよく、例えば各Ｆｅ系合金粉末が２．０～６．５ｍａｓｓ％のＳｉを含む組成を成す場合、７００℃以上かつ８５０℃以下に設定するのがよい。７００℃を下回る温度では、磁気ひずみが十分に除去できず鉄損失を十分に抑制することができないためである。また、８５０℃を超えると、絶縁被膜の劣化により渦電流損失が増加するためである。なお、メチル系シリコーン樹脂を絶縁被膜の形成材料として用いる場合、圧粉磁心の高強度化の観点からは、磁気焼鈍温度を８００℃以上かつ８５０℃以下に設定するのが好ましい。 The heating temperature during magnetic annealing (magnetic annealing temperature) is preferably set in consideration of the material of the soft magnetic powder. For example, if each Fe-based alloy powder contains 2.0 to 6.5 mass% Si, In the case of forming a composition that includes the above, it is preferable to set the temperature to 700°C or higher and 850°C or lower. This is because at temperatures below 700° C., magnetostriction cannot be sufficiently removed and iron loss cannot be sufficiently suppressed. Moreover, if the temperature exceeds 850° C., eddy current loss increases due to deterioration of the insulating coating. In addition, when using a methyl-based silicone resin as a material for forming an insulating coating, from the viewpoint of increasing the strength of the dust core, it is preferable to set the magnetic annealing temperature to 800° C. or more and 850° C. or less.
磁気焼鈍の処理時間（磁気焼鈍温度の保持時間）は、圧粉磁心の内部まで十分に加熱できるように圧粉磁心の大きさ、材料等を考慮して設定することが肝要である。 It is important to set the magnetic annealing processing time (magnetic annealing temperature holding time) in consideration of the size, material, etc. of the powder magnetic core so that the inside of the powder magnetic core can be sufficiently heated.
上述した処理を施すことで、圧粉成形体内の磁気ひずみが除去される。また、本実施形態のように、シリコーン樹脂とシランカップリング剤で各Ｆｅ系合金粒子を被覆している場合、ともに絶縁体としてのシリカが残り、これらシリカで各Ｆｅ系合金粒子の表面を被覆する第二被膜層、及び第二被膜層の表面（外表面）を被覆する第一被覆層が形成される。また、固体潤滑剤を原料粉末に配合している場合、当該潤滑剤も磁気焼鈍処理により除去される。以上より、磁気焼鈍後の圧粉成形体は、小径Ｆｅ系合金粒子と大径Ｆｅ系合金粒子、及び各Ｆｅ系合金粒子を被覆する第一被覆層及び第二被覆層とで構成された状態となる。 By performing the above-described treatment, the magnetostriction within the compacted powder body is removed. In addition, when each Fe-based alloy particle is coated with a silicone resin and a silane coupling agent as in this embodiment, silica remains as an insulator, and the surface of each Fe-based alloy particle is coated with this silica. A second coating layer is formed, and a first coating layer is formed to cover the surface (outer surface) of the second coating layer. Furthermore, when a solid lubricant is blended into the raw material powder, the lubricant is also removed by the magnetic annealing process. From the above, the powder compact after magnetic annealing is in a state composed of small-diameter Fe-based alloy particles, large-diameter Fe-based alloy particles, and a first coating layer and a second coating layer that cover each Fe-based alloy particle. becomes.
（Ｓ４）エアギャップ形成工程
この工程では、磁気焼鈍処理を施した圧粉成形体にエアギャップを形成する。詳述すると、圧粉成形体に形成される磁路を遮断するようにスリット状のエアギャップを圧粉成形体に形成する。例えば圧粉成形体が円環状を成す場合、圧粉成形体の半径方向及び軸方向に延び、圧粉成形体を貫通するスリット状のエアギャップを機械加工等により圧粉成形体の一箇所又は二箇所以上に形成する。この場合、エアギャップの幅方向寸法（ギャップ方向の寸法）は、圧粉成形体の大きさにもよるが、例えば０．５ｍｍ以上かつ２．０ｍｍ以下に設定される。これにより、圧粉成形体にエアギャップを形成してなる圧粉磁心が完成する。
(S4) Air gap forming step In this step, an air gap is formed in the powder compact that has been subjected to magnetic annealing treatment. Specifically, a slit-shaped air gap is formed in the powder compact so as to block a magnetic path formed in the powder compact. For example, when the powder compact has an annular shape, a slit-shaped air gap extending in the radial and axial directions of the powder compact and penetrating the powder compact can be created at one location or Form in two or more places. In this case, the width direction dimension (dimension in the gap direction) of the air gap is set to, for example, 0.5 mm or more and 2.0 mm or less, although it depends on the size of the compacted powder body. As a result, a powder magnetic core with an air gap formed in the powder compact is completed.
完成した圧粉磁心は、第一被膜層及び第二被膜層を介して互いに隣接する小径Ｆｅ系合金粒子同士、及び小径Ｆｅ系合金粒子と大径Ｆｅ系合金粒子が接合された状態にある。圧粉磁心に含まれる小径Ｆｅ系合金粉末の比率は、大径Ｆｅ系合金粉末の比率よりも大きいために、大径Ｆｅ系合金粒子同士が第一被膜層及び第二被膜層を介して接合される領域は非常に少なく、又は存在しない。 The completed powder magnetic core is in a state in which adjacent small-diameter Fe-based alloy particles and small-diameter Fe-based alloy particles and large-diameter Fe-based alloy particles are bonded to each other via the first coating layer and the second coating layer. Since the ratio of small-diameter Fe-based alloy powder contained in the powder magnetic core is larger than the ratio of large-diameter Fe-based alloy powder, large-diameter Fe-based alloy particles are bonded to each other through the first coating layer and the second coating layer. The area covered is very small or non-existent.
以上述べたように、第二の実施形態本に係る圧粉磁心の製造方法によれば、原料粉末となる軟磁性粉末を圧縮成形して得られる圧粉成形体と、圧粉成形体に設けられたエアギャップとを備えた圧粉磁心であって、軟磁性粉末は、平均粒子径が相対的に小さい小径Ｆｅ系合金粉末と、平均粒子径が相対的に大きい大径Ｆｅ系合金粉末とを有し、小径Ｆｅ系合金粉末を構成する小径Ｆｅ系合金粒子と大径Ｆｅ系合金粉末を構成する大径Ｆｅ系合金粒子は何れも、Ｓｉを２．０ｍａｓｓ％以上かつ６．５ｍａｓｓ％以下含むと共に絶縁被膜で覆われており、軟磁性粉末中に、小径Ｆｅ系合金粉末が前記大径Ｆｅ系合金粉末よりも多く含まれている圧粉磁心が得られる。 As described above, according to the method for manufacturing a powder magnetic core according to the second embodiment, a powder compact obtained by compression molding a soft magnetic powder serving as a raw material powder, and The soft magnetic powder includes a small-diameter Fe-based alloy powder with a relatively small average particle diameter, and a large-diameter Fe-based alloy powder with a relatively large average particle diameter. Both the small-diameter Fe-based alloy particles constituting the small-diameter Fe-based alloy powder and the large-diameter Fe-based alloy particles constituting the large-diameter Fe-based alloy powder contain 2.0 mass% or more and 6.5 mass% or less of Si. A powder magnetic core is obtained in which the soft magnetic powder contains a larger amount of small-diameter Fe-based alloy powder than the large-diameter Fe-based alloy powder.
このように、圧粉磁心を構成する軟磁性粉末中に、平均粒子径が相対的に小さい小径Ｆｅ系合金粉末が、平均粒子径が相対的に大きい大径Ｆｅ系合金粉末よりも多く含まれるようにすることで、良好な周波数特性を示しつつも、透磁率の低減化を抑制することができる。また、その際、Ｆｅ系合金粉末に含まれるＳｉの含有比を６．５ｍａｓｓ％以下に制御することで、鉄損を抑えて、周波数特性を向上させることと、最低限必要となるレベルの直流重畳特性を確保することができる。また、第二の実施形態に係る圧粉磁心では、上記組成及び粒度分布を成す軟磁性粉末で形成した圧粉成形体にエアギャップを設けるようにしたので、言い換えると、一定レベル以上の透磁率並びに直流重畳特性を示し得る圧粉磁心にエアギャップを適用したので、エアギャップによる直流重畳特性の改善効果を効果的に享受することができる。以上より、第二の実施形態に係る圧粉磁心によれば、磁心として必要なレベルの透磁率を発揮しつつも、高周波域での使用環境下において要求されるレベルの周波数特性並びに直流重畳特性を発揮することが可能となる。従って、この圧粉磁心を小型化でき、省エネルギー化並びに小型化が進む電子機器に好適に適用することが可能となる。 In this way, the soft magnetic powder constituting the dust core contains more small-diameter Fe-based alloy powder with a relatively small average particle size than large-diameter Fe-based alloy powder with a relatively large average particle size. By doing so, it is possible to suppress reduction in magnetic permeability while exhibiting good frequency characteristics. In addition, by controlling the content ratio of Si contained in the Fe-based alloy powder to 6.5 mass% or less, it is possible to suppress iron loss and improve frequency characteristics, and to maintain the minimum level of DC Superimposition characteristics can be ensured. In addition, in the powder magnetic core according to the second embodiment, an air gap is provided in the powder compact formed of soft magnetic powder having the above composition and particle size distribution. Furthermore, since the air gap is applied to the powder magnetic core that can exhibit DC superposition characteristics, it is possible to effectively enjoy the effect of improving the DC superposition characteristics due to the air gap. As described above, according to the powder magnetic core according to the second embodiment, while exhibiting magnetic permeability at a level required as a magnetic core, it also has frequency characteristics and DC superposition characteristics at a level required in a usage environment in a high frequency range. It becomes possible to demonstrate. Therefore, this powder magnetic core can be miniaturized, and can be suitably applied to electronic devices that are becoming increasingly energy-saving and miniaturized.
以上、第二の実施形態について説明したが、第二の実施形態に係る圧粉磁心、及び圧粉磁心の製造方法は、その趣旨を逸脱しない範囲において、上記以外の構成を採ることも可能である。 Although the second embodiment has been described above, the powder magnetic core and the method for manufacturing the powder magnetic core according to the second embodiment may have configurations other than those described above without departing from the spirit thereof. be.
例えば上記実施形態では、圧粉成形体に磁気焼鈍を施した後に、エアギャップを形成する場合を例示したが、もちろんこれ以外の手順を採ることも可能である。例えば圧粉成形工程Ｓ２の後に、エアギャップ形成工程Ｓ４を実施し、その後に磁気焼鈍工程Ｓ３を実施することによっても、本発明に係る圧粉磁心を得ることができる。あるいは、圧粉成形工程Ｓ２で、エアギャップを有する圧粉成形体を成形し、その後に磁気焼鈍工程Ｓ３を実施することにより本発明に係る圧粉磁心を取得してもよい。 For example, in the above embodiment, the air gap is formed after the compact is magnetically annealed, but it is of course possible to use other procedures. For example, the powder magnetic core according to the present invention can also be obtained by performing the air gap forming step S4 after the powder compacting step S2, and then performing the magnetic annealing step S3. Alternatively, the powder magnetic core according to the present invention may be obtained by forming a powder compact having an air gap in the powder compacting step S2, and then performing the magnetic annealing step S3.
また、上記実施形態では、原料粉末となる軟磁性粉末として、小径Ｆｅ系合金粉末と、大径Ｆｅ系合金粉末の二種類のＦｅ系合金粉末を混合した粉末を使用した場合を例示したが、これ以外の組成を採ることも可能である。例えば小径Ｆｅ系合金粉末と大径Ｆｅ系合金粉末の何れとも平均粒子径又は組成の異なるＦｅ系合金粉末をさらに混合してなる軟磁性粉末を採用することも可能であり、あるいは、Ｆｅ系合金以外の金属からなる粉末をさらに混合して原料粉末とすることも可能である。ただし、何れの場合においても、軟磁性粉末（原料粉末）全体に占める小径Ｆｅ系合金粉末の比率が第一位、大径Ｆｅ系合金粉末の比率が第二位となるよう、他の粉末の配合比率を調整するのがよい。 Furthermore, in the above embodiment, a powder obtained by mixing two types of Fe-based alloy powder, a small-diameter Fe-based alloy powder and a large-diameter Fe-based alloy powder, is used as the soft magnetic powder serving as the raw material powder. Other compositions are also possible. For example, it is possible to use a soft magnetic powder obtained by further mixing Fe-based alloy powders having different average particle sizes or compositions with both the small-diameter Fe-based alloy powder and the large-diameter Fe-based alloy powder; It is also possible to further mix powders made of other metals to obtain the raw material powder. However, in any case, other powders should be adjusted so that the ratio of small-diameter Fe-based alloy powder to the total soft magnetic powder (raw material powder) is the first, and the ratio of large-diameter Fe-based alloy powder is second. It is better to adjust the blending ratio.
以下、上記構成の有用性を立証するための実験について説明する。 An experiment to prove the usefulness of the above configuration will be described below.
＜試験片の作製条件＞
圧粉成形体の原料粉末となる軟磁性粉末として、山陽特殊製鋼（株）製のＦｅ－６．５Ｓｉ粉末を使用した。この軟磁性粉末に分級処理を施して、平均粒子径が１０μｍの小径Ｆｅ系合金粉末と、平均粒子径が７５μｍの大径Ｆｅ系合金粉末とを作製した。作製した小径Ｆｅ系合金粉末と大径Ｆｅ系合金粉末とを所定の配合比で混合し、混合粉末の平均粒子径を３０μｍに調整した。
<Test piece preparation conditions>
Fe-6.5Si powder manufactured by Sanyo Special Steel Co., Ltd. was used as a soft magnetic powder serving as a raw material powder for the compacted compact. This soft magnetic powder was subjected to a classification process to produce a small-diameter Fe-based alloy powder with an average particle diameter of 10 μm and a large-diameter Fe-based alloy powder with an average particle diameter of 75 μm. The prepared small-diameter Fe-based alloy powder and large-diameter Fe-based alloy powder were mixed at a predetermined blending ratio, and the average particle size of the mixed powder was adjusted to 30 μm.
また、絶縁被膜材料として、信越化学工業（株）製のアミノ系シランカップリング剤（ＫＢＥ－９０３）を上記混合粉末に供給して、上記カップリング剤で各Ｆｅ系合金粒子を被覆すると共に、信越化学工業（株）製のメチル系シリコーン樹脂（ＫＲ－２４２Ａ）を上記混合粉末に供給して、上記シリコーン樹脂で各Ｆｅ系合金粒子を被覆した。これら絶縁被膜材料で被覆して成る第一被膜層及び第二被膜層の厚み寸法の総和が２０～１００ｎｍとなるように、供給量を調製した。また、固体潤滑剤として、ロンザ（株）製のＮ，Ｎ’－エチレンビスオクタデカンアミド（ＡＣＲＡＷＡＸ Ｃ）を軟磁性粉末に対して０．３ｍａｓｓ％の割合で配合して原料粉末とした。 In addition, as an insulating coating material, an amino-based silane coupling agent (KBE-903) manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. is supplied to the mixed powder, and each Fe-based alloy particle is coated with the coupling agent. Methyl-based silicone resin (KR-242A) manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. was supplied to the mixed powder, and each Fe-based alloy particle was coated with the silicone resin. The amount supplied was adjusted so that the total thickness of the first coating layer and the second coating layer coated with these insulating coating materials was 20 to 100 nm. Further, as a solid lubricant, N,N'-ethylenebisoctadecaneamide (ACRAWAX C) manufactured by Lonza Co., Ltd. was blended at a ratio of 0.3 mass% to the soft magnetic powder to prepare a raw material powder.
上記構成の原料粉末を所定の金型に充填し、圧縮成形することにより、所定形状の圧粉成形体を得た。ここでは、φ２０ｍｍ×φ１２ｍｍ×７ｍｍの円環状をなす圧粉成形体を得た。また、この圧粉成形体の圧粉体密度が６．５５ｇ／ｃｍ3となるように、加圧力を調節した。次に、圧粉成形体に対して、磁気焼鈍処理を施した。そして、磁気焼鈍後の圧粉成形体に切削加工を施して、圧粉成形体を半径方向及び軸方向に貫く隙間幅寸法１ｍｍのエアギャップを円周方向の一箇所に形成した。 A powder compact having a predetermined shape was obtained by filling the raw material powder having the above structure into a predetermined mold and compression molding it. Here, a powder compact having an annular shape of φ20 mm×φ12 mm×7 mm was obtained. Further, the pressing force was adjusted so that the green compact density of this green compact was 6.55 g/cm 3 . Next, the compact was subjected to magnetic annealing treatment. Then, the powder compact after magnetic annealing was subjected to a cutting process to form an air gap having a gap width of 1 mm passing through the powder compact in the radial and axial directions at one location in the circumferential direction.
＜周波数特性及び直流重畳特性の評価条件＞
上述のようにして作製した圧粉磁心に対して、自己インダクタンスが１０μＨとなるように巻線を施し、周波数又は交流電流を変化させたときの自己インダクタンスを測定し、その低下率を評価することにより、周波数特性及び直流重畳特性を評価した。ここで、自己インダクタンスは、日置電機（株）製のインピーダンスアナライザー（ＩＭ３５７０）を用いて測定した。周波数特性は、１ｋＨｚ時における自己インダクタンスを１００％とした場合に周波数を１ｋＨｚから５０００ｋＨｚまで増加させたときの自己インダクタンスの低下率として評価した。また、直流重畳特性は、交流電流０．０１Ａ、周波数１ｋＨｚ、直流重畳電流０Ａの条件下における自己インダクタンスを１００％とした場合に、直流重畳電流を０Ａから２０ｋＡまで増加させたときの自己インダクタンスの低下率として評価した。直流磁界は、直流重畳電流と試料の磁路長、及び巻線数とに基づいて算出した。上記条件で測定、評価した周波数特性は、２ＭＨｚ時のインダクタンス低下率が２０％以下のときに合格（〇）、２０％を超えるときに不合格（×）とした。また、上記条件で測定、評価した直流重畳特性は、１０ｋＡ時のインダクタンス低下率が１０％以下のときに合格（〇）、１０％を超えるときに不合格（×）とした。以下、諸要素が周波数特性、及び直流重畳特性に及ぼす影響を調査した結果を示す。
<Evaluation conditions for frequency characteristics and DC superposition characteristics>
Winding the powder magnetic core produced as described above so that the self-inductance is 10 μH, measuring the self-inductance when changing the frequency or alternating current, and evaluating the rate of decrease. The frequency characteristics and DC superposition characteristics were evaluated. Here, the self-inductance was measured using an impedance analyzer (IM3570) manufactured by Hioki Electric Co., Ltd. The frequency characteristics were evaluated as the rate of decrease in self-inductance when the frequency was increased from 1 kHz to 5000 kHz, assuming that the self-inductance at 1 kHz was 100%. In addition, the DC superposition characteristic is the self-inductance when the DC superimposition current is increased from 0A to 20kA, assuming that the self-inductance under the conditions of AC current 0.01A, frequency 1kHz, and DC superposition current 0A is 100%. It was evaluated as a rate of decrease. The DC magnetic field was calculated based on the DC superimposed current, the magnetic path length of the sample, and the number of windings. The frequency characteristics measured and evaluated under the above conditions were determined to be passed (○) when the inductance reduction rate at 2 MHz was 20% or less, and failed (×) when it exceeded 20%. Further, the DC superimposition characteristics measured and evaluated under the above conditions were evaluated as passed (○) when the inductance reduction rate at 10 kA was 10% or less, and failed (x) when it exceeded 10%. The results of investigating the effects of various elements on frequency characteristics and DC superposition characteristics are shown below.
（１）エアギャップの影響
上記条件で作成した圧粉成形体にエアギャップを設けたもの（実施例９）と、エアギャップを設けなかったもの（比較例７）とを用意し、周波数特性と直流重畳特性の評価を行った。エアギャップの有無以外の点については同じである。
(1) Effect of air gap The powder compacts produced under the above conditions were prepared with an air gap (Example 9) and without an air gap (Comparative Example 7), and the frequency characteristics and The DC superposition characteristics were evaluated. The points other than the presence or absence of an air gap are the same.
図１０に、エアギャップ有りの場合（実施例８）と、無しの場合（比較例６）の試験結果を示す。図１０に示すように、周波数特性に大きな差異は見られないものの、エアギャップを設けることで、直流重畳特性が大幅に改善することがわかった。 FIG. 10 shows test results with an air gap (Example 8) and without an air gap (Comparative Example 6). As shown in FIG. 10, although no major difference was observed in the frequency characteristics, it was found that the DC superimposition characteristics were significantly improved by providing an air gap.
（２）粒子組成の影響
次に、圧粉磁心として、軟磁性粉末となる小径Ｆｅ系合金粒子および大径Ｆｅ系合金粒子の組成をＦｅ－６．５Ｓｉ（実施例９）からＦｅ－３Ｓｉ（実施例１０）に変更したものを用意した。また、各Ｆｅ系合金粒子の組成をＦｅ－９．７Ｓｉ－５．５Ａｌ（比較例８）、純Ｆｅ（比較例９）、Ｆｅ系アモルファス（比較例１０）としたものをそれぞれ用意した。純Ｆｅの場合の磁気焼鈍温度を６００℃、Ｆｅ系アモルファスの場合の磁気焼鈍温度を４８０℃、その他の場合の磁気焼鈍温度を８００℃とした。粒子組成以外の点については同じである。
(2) Effect of particle composition Next, as a powder magnetic core, the composition of the small-diameter Fe-based alloy particles and large-diameter Fe-based alloy particles that become the soft magnetic powder was changed from Fe-6.5Si (Example 9) to Fe-3Si (Example 9). A modified version of Example 10) was prepared. In addition, Fe-based alloy particles having a composition of Fe-9.7Si-5.5Al (Comparative Example 8), pure Fe (Comparative Example 9), and Fe-based amorphous (Comparative Example 10) were prepared. The magnetic annealing temperature in the case of pure Fe was 600°C, the magnetic annealing temperature in the case of Fe-based amorphous was 480°C, and the magnetic annealing temperature in other cases was 800°C. The points other than the particle composition are the same.
図１１に、材質を変更した場合の試験結果を示す。Ｆｅ－３Ｓｉ（実施例１０）、Ｆｅ－６．５Ｓｉ（実施例９）を用いた場合、周波数特性、直流重畳特性ともに良好な結果が得られた。一方で、Ｆｅ－９．７Ｓｉ－５．５Ａｌ（比較例８）、Ｆｅ系アモルファス（比較例１０）を用いた場合、周波数特性には優れるものの、直流重畳特性が悪い結果となった。また純Ｆｅ（比較例９）を用いた場合、直流重畳特性には優れるものの、周波数特性が悪い結果となった。 FIG. 11 shows the test results when the material was changed. When Fe-3Si (Example 10) and Fe-6.5Si (Example 9) were used, good results were obtained in both frequency characteristics and DC superposition characteristics. On the other hand, when Fe-9.7Si-5.5Al (Comparative Example 8) and Fe-based amorphous (Comparative Example 10) were used, although the frequency characteristics were excellent, the DC superimposition characteristics were poor. Further, when pure Fe (Comparative Example 9) was used, although the DC superimposition characteristics were excellent, the frequency characteristics were poor.
（３）Ｓｉの影響
次に、Ｓｉの含有率が異なる二種類のＦｅ系合金粉末を種々の配合比で混合したものを用意した。これらの粉末は実施例９および実施例１０と同一である。具体的には、Ｆｅ－３Ｓｉ組成の配合比を０ｍａｓｓ％（実施例９）、２５ｍａｓｓ％（実施例１１）、５０ｍａｓｓ％（実施例１２）、７５ｍａｓｓ％（実施例１３）、１００ｍａｓｓ％（実施例１０）の五段階に設定したものを用意した。この場合、Ｆｅ－６．５Ｓｉ組成の配合比はそれぞれ１００ｍａｓｓ％（実施例９）、７５ｍａｓｓ％（実施例１１）、５０ｍａｓｓ％（実施例１２）、２５ｍａｓｓ％（実施例１３）、０ｍａｓｓ％（実施例１０）である。粒子配合比以外の点については同じである。
(3) Influence of Si Next, two types of Fe-based alloy powders with different Si contents were mixed at various blending ratios and prepared. These powders are the same as in Examples 9 and 10. Specifically, the blending ratio of the Fe-3Si composition was set to 0 mass% (Example 9), 25 mass% (Example 11), 50 mass% (Example 12), 75 mass% (Example 13), and 100 mass% (Example 13). 10) were prepared in five stages. In this case, the blending ratios of the Fe-6.5Si composition are 100 mass% (Example 9), 75 mass% (Example 11), 50 mass% (Example 12), 25 mass% (Example 13), and 0 mass% (Example 13), respectively. Example 10). The points other than the particle blending ratio are the same.
図１２に、Ｆｅ－３Ｓｉ粉末とＦｅ－６．５Ｓｉ粉末の配合比を異ならせた場合の試験結果を示す。図１２に示すように、どのような配合比（実施例９～１３）においても、言い換えると、Ｓｉの含有率が一定の範囲内にあるＦｅ系合金を軟磁性粉末に用いた場合であれば、周波数特性と直流重畳特性の両面で良好な結果が得られることがわかった。 FIG. 12 shows test results when the blending ratios of Fe-3Si powder and Fe-6.5Si powder were varied. As shown in FIG. 12, no matter what the blending ratio (Examples 9 to 13), in other words, if an Fe-based alloy with a Si content within a certain range is used for the soft magnetic powder, It was found that good results were obtained in both frequency characteristics and DC superposition characteristics.
（４）平均粒子径の影響
次に、小径Ｆｅ系合金粉末と大径Ｆｅ系合金粉末を適切に配合し、平均粒子径を１０μｍ（比較例１１）、２０μｍ（実施例１４）、３０μｍ（実施例９）、６０μｍ（実施例１５）、７０μｍ（比較例１２）の五段階に設定したものを用意した。平均粒子径以外の点については同じである。
(4) Effect of average particle size Next, small-diameter Fe-based alloy powder and large-diameter Fe-based alloy powder were appropriately blended, and the average particle size was adjusted to 10 μm (Comparative Example 11), 20 μm (Example 14), and 30 μm (Example 14). Example 9), 60 μm (Example 15), and 70 μm (Comparative Example 12) were prepared. The points other than the average particle diameter are the same.
図１３に、平均粒子径を異ならせた場合の試験結果を示す。図１３に示すように、平均粒子径が小さすぎると（比較例１１）、成形体にクラックが生じる等して、成形性が不十分であることがわかった。また、平均粒子径が大きすぎると（比較例１２）、周波数特性が目標値に届かないことがわかった。一方で、平均粒子径が２０～６０μｍの場合（実施例９，１４，１５）、周波数特性、直流重畳特性ともに良好な結果を示した。 FIG. 13 shows test results when the average particle diameter was varied. As shown in FIG. 13, it was found that when the average particle diameter was too small (Comparative Example 11), cracks occurred in the molded product, resulting in insufficient moldability. Furthermore, it was found that when the average particle diameter was too large (Comparative Example 12), the frequency characteristics did not reach the target value. On the other hand, when the average particle diameter was 20 to 60 μm (Examples 9, 14, and 15), good results were shown in both frequency characteristics and DC superimposition characteristics.
１ 圧粉磁心
１ａ 圧粉磁心部
２ インダクタ
３ 巻線
４ エアギャップ
５ 絶縁層
Ｓ１ 調製工程
Ｓ１１ 混合工程
Ｓ１２ 被覆工程
Ｓ２ 圧粉成形工程
Ｓ３ 磁気焼鈍工程
Ｓ４ エアギャップ形成工程。
1 Powder magnetic core 1a Powder
Claims (9)
前記Ｆｅ系合金粒子が２．０ｍａｓｓ％以上、６．５ｍａｓｓ％以下のＳｉを含有し、
前記軟磁性粉の体積平均粒径が２０μｍ以上、６０μｍ以下であり、
密度が６．４０ｇ／ｃｍ３を超え、
前記軟磁性粉は、平均粒子径が相対的に小さい小径Ｆｅ系合金粉末と、前記平均粒子径が相対的に大きい大径Ｆｅ系合金粉末とを有し、
前記小径Ｆｅ系合金粉末を構成する小径Ｆｅ系合金粒子と前記大径Ｆｅ系合金粉末を構成する大径Ｆｅ系合金粒子は何れも、Ｓｉを２．０ｍａｓｓ％以上、６．５ｍａｓｓ％以下含むと共に前記絶縁被膜で覆われており、前記小径Ｆｅ系合金粒子として水アトマイズ粉、前記大径Ｆｅ系合金粒子としてガスアトマイズ粉が使用され、
前記小径Ｆｅ系合金粉末の平均粒子径が、体積平均で１０μｍ以上３０μｍ以下であり、前記大径Ｆｅ系合金粉末の平均粒径が、体積平均で６０μｍ以上８０μｍ以下であり、
前記軟磁性粉中に、前記小径Ｆｅ系合金粉末が前記大径Ｆｅ系合金粉末よりも多く含まれており、前記軟磁性粉に含まれる前記小径Ｆｅ系合金粉末の比率が、体積比で６０％以上かつ９５％以下で、前記軟磁性粉に含まれる前記大径Ｆｅ系合金粉末の比率が、体積比で５％以上かつ４０％以下であることを特徴とする圧粉磁心。 In a powder magnetic core that is formed by molding soft magnetic powder made by covering Fe-based alloy particles with an insulating film, has an insulating layer on the surface, and has an air gap,
The Fe-based alloy particles contain 2.0 mass% or more and 6.5 mass% or less of Si,
The volume average particle size of the soft magnetic powder is 20 μm or more and 60 μm or less,
Density exceeds 6.40g/ cm3 ,
The soft magnetic powder has a small-diameter Fe-based alloy powder with a relatively small average particle size and a large-diameter Fe-based alloy powder with a relatively large average particle size,
The small diameter Fe-based alloy particles constituting the small-diameter Fe-based alloy powder and the large-diameter Fe-based alloy particles forming the large-diameter Fe-based alloy powder both contain Si at 2.0 mass% or more and 6.5 mass% or less, and covered with the insulating coating, water atomized powder is used as the small diameter Fe-based alloy particles, and gas atomized powder is used as the large-diameter Fe-based alloy particles,
The average particle size of the small-diameter Fe-based alloy powder is 10 μm or more and 30 μm or less on a volume average, and the average particle size of the large-diameter Fe-based alloy powder is 60 μm or more and 80 μm or less on a volume average,
The small-diameter Fe-based alloy powder is contained in the soft magnetic powder in a larger amount than the large-diameter Fe-based alloy powder, and the ratio of the small-diameter Fe-based alloy powder contained in the soft magnetic powder is 60% by volume. % or more and 95% or less, and the ratio of the large-diameter Fe-based alloy powder contained in the soft magnetic powder is 5% or more and 40% or less in terms of volume ratio.
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