WO2005020252A1 - 高周波用磁心及びそれを用いたインダクタンス部品 - Google Patents

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WO2005020252A1
WO2005020252A1 PCT/JP2004/012317 JP2004012317W WO2005020252A1 WO 2005020252 A1 WO2005020252 A1 WO 2005020252A1 JP 2004012317 W JP2004012317 W JP 2004012317W WO 2005020252 A1 WO2005020252 A1 WO 2005020252A1
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magnetic
magnetic core
core
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Teruhiko Fujiwara
Akiri Urata
Akihisa Inoue
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Nec Tokin Corporation
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    • H01F3/14Constrictions; Gaps, e.g. air-gaps

Definitions

  • the present invention relates to a high-frequency magnetic core mainly using a soft magnetic material and an inductance component using the same.
  • soft ferrite, high silicon steel, amorphous, and powdered magnetic cores are generally used as materials for high-frequency cores.
  • the reason why these materials are used is that the specific resistance of the material itself is high as in the case of soft ferrite, or the material is thinned or powdered as in the case of other metal materials, and the specific ratio of the material itself is used. This is because the eddy current can be reduced even if the resistance is low. In addition, these materials can be used properly depending on the frequency and application to be used.
  • coil transformers are required to be compact and at the same time have an inductance under a large DC current. It is considered necessary to simultaneously improve the density and loss characteristics at high frequencies.
  • the amount of heat generated by the coil / transformer is increasing due to the copper loss caused by the electric resistance of the winding coil, and a method for suppressing this temperature rise is also required.
  • Patent Document 1 discloses the use of the former FePCBS i Ga-based alloy, and claims that the soft magnetic material can achieve high specific resistance and high saturation magnetic flux density and obtain good magnetic properties.
  • the latter discloses the FeSiBM-based alloy composition (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-194514, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-131199, hereinafter referred to as Patent Literature 2 and Patent Literature 3, respectively).
  • Patent Literature 2 and Patent Literature 3 discloses that the soft magnetic material is used for a magnetic core (see JP-A-11-74111; hereinafter, referred to as Patent Document 4).
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 04-286305 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-305108 disclose that the coil and the metal powder are integrated to reduce the size and improve the DC superimposition characteristics. See 5) and 6).
  • Patent Document 1 In the case of a soft magnetic material suitable for the above-described high frequency core, for example, the Fe PCBS iGa-based material disclosed in Patent Document 1 has relatively good frequency characteristics and high magnetic permeability. However, since expensive metals such as Ga must be used, there is a problem that the cost of the material itself increases, which hinders the promotion of industrialization, and is disclosed in Patent Documents 2 and 3. And the application to a magnetic core was considered in Patent Document 4.
  • Patent Literature 5 and Patent Literature 6 disclose the miniaturization of coils. However, since conventional metal soft magnetic materials are used, loss reduction is not sufficient.
  • the present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide an inexpensive high-frequency magnetic core made of a soft magnetic material having a high saturation magnetic flux density and a high specific resistance, and its use. To provide an improved inductance component.
  • M is Zr, Nb, Ta, H f, Mo, Ti, V, Cr, W, at least one selected from Zn, Sn, R (R is at least one selected from rare earth metals including Y), and T is At least one selected from the group consisting of A1, Si, C, and P] and a soft magnetic metallic glass powder having a mass ratio of 10% or less of a binder to a soft magnetic metallic glass powder.
  • the total amount of A1, C, and P is preferably 0.5% or less in terms of mass ratio, and 1.6% when the powder filling rate of the compact was 50% or more.
  • X 1 is 0 4 magnetic flux density when applying a magnetic field of AZm is 0. 5 T or more, and more preferably Hi ⁇ piles is 1 X 1 0 4 Omega cm or more.
  • the molded body is obtained by compression-molding a mixture in which the binder is mixed with the soft magnetic metal glass powder in a mass ratio of 5% or less by a mold. and the magnetic flux density when the powder filling rate of the molded article was applied a magnetic field of 1. 6 X 1 0 4 a / m at 70% or more 0. 7 5T or more, and a specific resistance of 1 Omega cm or more.
  • the molded body may be a mixture of the soft magnetic metal glass powder and the binder mixed at a mass ratio of 3% or less with the soft magnetic metal powder at a temperature equal to or higher than the softening point of the binder.
  • obtained by compression molding a mold, with the powder charge Hamaritsu the molded article is 80% or more 1.
  • magnetic flux density when a magnetic field is applied in 6 X 1 0 4 a / m is 0. 9 T or more
  • the specific resistance is preferably 0.1 ⁇ cm or more.
  • the compact in the supercooled liquid region of the soft magnetic metal glass powder, the compact may be a mixture of the soft magnetic metal glass powder and the binder in a mass ratio of 1% or less. obtained by compression molding at a temperature, the magnetic flux density when the powder filling rate of the molded article was applied a magnetic field of 1. 6 X 1 0 4 AZm at 90% or higher at 1. 0 T or more, and the ratio Preferably, the resistance is at least 0.01 ⁇ cm.
  • the soft magnetic metallic glass powder is produced by a water atomization method or a gas atomization method, and it is preferable that at least 50% or more of the particles have a particle diameter of 10; m or more.
  • the soft magnetic metal powder having a center particle diameter finer than the center particle diameter of the soft magnetic metal glass powder, and a soft magnetic alloy powder having a low force and hardness is 5% to 50% by volume ratio. It is preferable to add.
  • the soft magnetic metallic glass powder has an aspect ratio (major axis Z minor axis) of 1 to 3.
  • the green body is heat-treated alloy powder key lily one point or more after molding, and containing S i 0 2 on at least a part of inclusions between the particles of the alloy powder Is preferred.
  • an inductance component characterized in that a winding is wound around at least one of the one high-frequency core at least one turn.
  • a gap is provided in a part of the magnetic path of the high-frequency magnetic core.
  • the soft magnetic metallic glass powder in the high frequency magnetic core, has a maximum particle size of 45 m or less in sieve diameter and a central particle size of 30 / m or less. Is obtained.
  • a The total amount of 1, C and P is preferably 0.5% or less by weight.
  • a soft magnetic alloy powder having a center particle diameter smaller than the center particle diameter of the soft magnetic metallic glass powder and a small hardness is added in a volume ratio of 5% to 50%.
  • a high frequency magnetic core according to any one of the above aspects of the present invention, and a winding coil sealed in a magnetic body are provided, and the winding coil is subjected to pressure molding and integrated.
  • An inductance component characterized by the above is obtained.
  • the peak value of Q (1 / t an ⁇ 5) at 500 kHz or more is 40 or more at a powder filling rate of the high-frequency core of 50% or more. Is preferred.
  • the maximum particle size of the powder of the high-frequency magnetic core is 45 or less in sieve diameter
  • the central particle size is 20 xm or less
  • the peak value of ⁇ ) is preferably 50 or more.
  • the heat treatment is performed at 600 or less.
  • FIG. 1 is an external perspective view showing an example of a basic configuration of a high-frequency core of the present invention
  • FIG. 2 is an external perspective view showing an inductance component formed by winding the high-frequency core shown in FIG. ;
  • FIG. 3 is an external perspective view showing another example of the basic structure of the high-frequency core of the present invention
  • FIG. 4 is an external perspective view showing an inductance component formed by winding the high-frequency core shown in FIG. Figure.
  • FIG. 5 is an external perspective view showing an example of the basic configuration of the inductance component of the present invention. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • the present invention will be described in more detail.
  • the present inventors as a result of various studies, as a soft magnetic metallic glass powder excellent in economical efficiency,
  • a high saturation magnetic flux density and a high We have found that a high-frequency core made of a soft magnetic material with high resistance can be manufactured at low cost. It has also been found that an inductance component manufactured by winding a winding at least one turn or more around this high-frequency core can be manufactured at a lower cost and higher performance than ever before.
  • the present inventors have found that by limiting the particle size of the soft magnetic metallic glass powder represented by the above composition formula, a dust core having more excellent core loss at high frequencies can be obtained. It has also been found that an inductance component manufactured by winding a winding at least one turn or more around the high-frequency core can be manufactured as a low-cost and high-performance device. In addition, they found that by forming under pressure and integrating the coil in a state where the winding coil was sealed in a magnetic material, an inductance component corresponding to a high current at a high frequency could be obtained.
  • the alloy powder before compaction may be subjected to an oxidizing heat treatment in air, or to compact the compact at a temperature higher than the softening point of the resin as a binder. It may be molded, or may be molded in the supercooled liquid region of the alloy powder to further increase the density of the compact.
  • the soft magnetic metallic glass powder the alloy composition formula (F ei - a - b N i a Co b) 1 0 0 -xyz (M 1 - P M 'P) x T y B z [However, 0 ⁇ a ⁇ 0.30, 0 ⁇ b ⁇ 0.50, 0 ⁇ a + b ⁇ 0.50, 0 ⁇ p ⁇ 0.50, 1 ⁇ % ⁇ 5at.%, 1at.% ⁇ y ⁇ l 2 atomic%, 12 atomic% ⁇ z ⁇ 25 atomic%, and 22 ⁇ (x + y + z) ⁇ 32, where M is Zr, Nb, Ta, Hf, Mo, Ti, V, At least one selected from C r and W, M 'is at least one selected from Zn, Sn, and R (where R is a rare earth metal containing Y), and T is Al, S i , C, P, at least one selected from the group consisting of), and a mixture of this soft magnetic metallic glass
  • the main component, Fe is an element responsible for magnetism and is essential for obtaining a high saturation magnetic flux density.
  • a part of this Fe can be replaced with Ni and Co at a ratio of 0 to 0.5 individually or in total, and the substituted component has an effect of improving the glass forming performance.
  • Ni is set to a substitution ratio of 0 to 0.3.
  • Co is expected to have the effect of simultaneously improving the saturation magnetic flux density.
  • the total amount of Fe and its substitutional elements should be within the range of 68 atomic% or more and 78 atomic% or less of the entire alloy powder. The reason is that the saturation magnetic flux density of the magnetic core is low unless it is 68 atomic% or more. This is because the usefulness is lost, and if it is 78 atomic% or more, the magnetic permeability and the core loss of the magnetic core are reduced by crystallization.
  • the M element is a transition metal element necessary for improving the glass forming performance, and is at least one selected from Zr, Nb, Ta, Hf, Mo, Ti, V, Cr, and "W".
  • the content of element M should be in the range of 1 atomic% or more and 5 atomic% or less because, if it is less than 1 atomic%, the glass forming performance will be reduced and the magnetic permeability and core loss will be remarkable.
  • Deterioration is caused by the fact that when the content exceeds 5 atomic%, the saturation magnetic flux density decreases and the usefulness is lost, where the ratio of 0 to 0.5 of the M element is defined as Zn, Sn, R (where R Is a rare earth metal containing Y), it is possible to increase the ratio of Fe, Co, and Ni without deteriorating the glass forming ability, thereby improving the saturation magnetic flux density.
  • Si is in the range of 1 atomic% to 12 atomic%
  • B is 12 atomic% to 25 atomic%. It is within the range of atomic percent or less. The reason is that if Si is less than 1 atomic%, or more than 12 atomic%, or if B is less than 12 atomic%, or if it is more than 25 atomic%, any glass is used. This is because the forming performance is deteriorated and a stable soft magnetic metallic glass powder cannot be produced.
  • Si can be replaced with Al, P, and C, but the total amount of A 1, P, and C is set to 0.5% by mass or less in this range. If the ratio exceeds the above range, the amorphous forming ability will be significantly deteriorated, so that predetermined characteristics cannot be obtained.
  • the soft magnetic metallic glass powder is produced by a water atomization method or a gas atomization method, and it is preferable that at least 50% or more of the particle diameter is 10 ⁇ or more.
  • the water atomization method has been established as a method for producing large amounts of alloy powders at low cost, and the ability to produce powders by this method is of great industrial advantage.
  • the above alloy powder is crystallized, so that the magnetic properties are significantly deteriorated, and as a result, the product yield is significantly deteriorated, which hinders industrialization. If the alloy composition of the metallic glass powder is less than 150 m, it is easily vitrified (amorphized), so that the product yield is high and the cost is very advantageous.
  • a soft magnetic metallic glass powder is mixed with a binder such as a silicone resin having a mass ratio of 10% or less, and the molded body is formed by using a mold or molding.
  • This compact has a powder filling rate of 50% or more and a magnetic flux density of 1.6 X 10 4 AZm when a magnetic field is applied; ⁇ 0.5 T or more, and a specific resistance of 1 the X 1 0 4 ⁇ cm or more of the high-frequency magnetic core.
  • the vine here The reason why the addition amount of da is set to 10% or less by mass ratio is that if it exceeds 10%, the saturation magnetic flux density becomes equal to or less than that of ferrite, and the usefulness of the magnetic core is lost.
  • the compact may be obtained by compression molding with a mold a mixture of a soft magnetic metallic glass powder and 5% or less by mass of a pinda in a mass ratio. Is 70% or more, the magnetic flux density when applying a magnetic field of 1.6 ⁇ 10 4 A / m is 0.75T or more, and the specific resistance is 1 ⁇ cm or more. When the magnetic flux density is 0.75 T or more and the specific resistance is 1 ⁇ cm or more, the characteristics are better than those of the sendust core, and the usefulness is further enhanced.
  • the compact may be obtained by compression-molding a mixture of a soft magnetic metallic glass powder and a binder in a mass ratio of 3% or less in a mold under a temperature condition not lower than the softening point of the binder,
  • the compact has a powder filling rate of 80% or more, a magnetic flux density of 0.9 T or more when a magnetic field of 1.6 ⁇ 10 4 AZm is applied, and a specific resistance of 0.1 ⁇ cm or more.
  • the magnetic flux density is 0.9 T or more and the specific resistance is 0.1 ⁇ cm or more, it has better characteristics than any of the commercially available powder magnetic cores, and the usefulness is further enhanced.
  • the compact may be obtained by compression molding a mixture of a soft magnetic metallic glass powder and a binder in a mass ratio of 1% or less in a temperature range of a supercooled liquid region of the soft magnetic metallic glass powder.
  • the compact has a powder filling rate of 90% or more, a magnetic flux density of 1.0 T or more when a magnetic field of 1.6 ⁇ 10 4 AZm is applied, and a specific resistance of 0.01 Qcm or more. .
  • the magnetic flux density is 1.0T or more and the specific resistance is 0.01 Qcm or more, the magnetic flux density becomes almost the same as the amorphous and high silicon steel sheet laminated cores in the practical use area.
  • the molded product of (1) Since the molded product of (1) has a smaller hysteresis loss and a much higher core loss characteristic due to the higher specific resistance, its usefulness as a magnetic core is further enhanced. Further, if the molded body forming these high-frequency magnetic cores is subjected to a heat treatment at a temperature of one or more points after the molding as a strain relief heat treatment, the core loss is further reduced, and the usefulness as a magnetic core is further enhanced. At this time, in order to maintain the insulation between the particles of the alloy powder, all of at least a portion not desirable if it contains S i 0 2 (or inclusions inclusions between particles in S 10 2 May be).
  • a gap is provided in a part of the magnetic path according to the requirement, and the winding is wound at least one turn or more, and the inductance is reduced.
  • FIG. 1 is an external perspective view showing an example of a basic configuration of a high-frequency magnetic core 1 of the present invention.
  • FIG. 1 shows a state in which the high-frequency magnetic core 1 using the above-described soft magnetic metallic glass powder is formed in an annular plate shape.
  • FIG. 2 is an external perspective view showing an inductance component formed by winding the high frequency magnetic core 1.
  • the winding 3 is wound a predetermined number of times around the ring-shaped high-frequency core 1 so that the inductance component 101 is wound so as to include the lead-out portions 3a and 3b. This shows a state of the fabrication.
  • FIG. 3 is an external perspective view showing another example of the basic configuration of the high-frequency magnetic core 1 of the present invention.
  • FIG. 3 shows a state in which a high-frequency magnetic core 1 using the above-described soft magnetic metallic glass powder is formed in an annular plate shape, and a gap 2 is provided in a part of a magnetic path.
  • the gap 2 is formed by filling a gap or an insulating material.
  • As the insulating material a heat-resistant insulating sheet or the like is preferable.
  • FIG. 4 is an external perspective view showing an inductance component 101 formed by winding a high frequency magnetic core 1 having a gap 2 with a winding 3.
  • the inductance 3 is wound around the annular plate-shaped high-frequency core 1 having a gap 2 by a predetermined number of turns so as to include the lead-out portions 3a and 3b. This shows a state in which the parts were manufactured.
  • a binder having a mass ratio of 10% or less is mixed with a soft magnetic metallic glass powder having the above-mentioned metallic glass composition, having a sieve diameter of 45 / im or less and a central particle diameter of 30 im or less.
  • a dust core is manufactured by molding the mixture, a dust core with unprecedented superior performance that exhibits extremely low loss characteristics at high frequencies is obtained.
  • Inductance components are obtained. Furthermore, by performing pressure molding and integrating while the winding coil is sealed in a magnetic body, an inductance component corresponding to high frequency and large current can be obtained.
  • the reason why the particle size of the powder is specified is specifically that if the maximum particle size exceeds 45 / m in the sieve diameter, the Q property in a high frequency region is deteriorated. If it is not less than 30 m, the Q characteristic at 500 kHz or more does not exceed 40. Furthermore, the center This is because the Q value at 1 MHz or more will not become 50 or more unless the particle size is 20 m or less.
  • Metallic glass powder has the advantage that the Q characteristics are high even with the same particle size because the specific resistance of the alloy itself is about 2 to 10 times higher than that of conventional materials. In addition, if the Q characteristics are the same, it is possible to reduce the powder production cost by increasing the usable particle size range.
  • FIG. 5 is an external perspective view showing an example of the basic configuration of the high-frequency inductance component of the present invention.
  • a long sheet material (strip material) 5 is wound in the direction of the sheet surface (horizontal direction in the figure) with the above-described soft magnetic metallic glass powder to form a winding coil 7.
  • Inductance parts 103 are formed by pressure molding in a state of being sealed in a magnetic body 8 made of a mixture of a magnetic powder and a binder. Portions protruding from both ends of the magnetic body 8 of the plate 7 of the coil 7 are used as lead terminals.
  • an insulating coating 6 is applied to the entire surface of the wound portion of the plate material 5.
  • several examples and comparative examples will be given, and the high-frequency magnetic core of the present invention and an inductance component using the same will be specifically described, including the manufacturing process.
  • pure metal element materials of Fe, Si, B, Nb and their replacement elements are weighed so as to have a predetermined composition, and these are used to prepare various soft magnetic materials by a general water atomization method.
  • An alloy powder was produced.
  • the misch metal is a mixed rare earth metal.
  • La 30%, Ce 50%, Nd 15%, and the rest of the rare earth elements were used.
  • the obtained alloy powders were each reduced to a powder diameter of 45.
  • a pressure of 14.7 ⁇ 10 8 Pa at room temperature various compacts were formed.
  • the inductance components of various samples were measured using an LCR meter.
  • the magnetic permeability was determined from the inductance value of 00 kHz, and the saturation magnetic flux density when a magnetic field of 1.6 X 10 4 A / m was applied was measured using a DC magnetic property measurement device, and the magnetic flux density of each core was measured.
  • the phases were observed by polishing the upper and lower surfaces and measuring the X-ray diffraction (XRD). The results were as shown in Table 1 below.
  • Table 1 below shows the composition ratios of various samples.
  • the XRD pattern obtained by XRD measurement only those broad peaks specific to the glass phase are detected.
  • the peak observed together with the broad peak was regarded as the (glass + crystal) phase, and the case where only the sharp peak without the broad peak was observed was determined as the crystalline phase.
  • the glass transition temperature and the crystallization temperature were measured by DSC thermal analysis, and it was confirmed that the supercooled liquid temperature ⁇ was 30 ° or higher for all samples. .
  • the specific resistance of each molded product (magnetic core) was measured by the DC two-terminal method, it was confirmed that the specific resistance of all samples showed a good value of 1 ⁇ cm or more.
  • the heating rate of the DSC is 4 OK / min.
  • Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 show that a magnetic core having a glass phase can be obtained when the Nb content is 3 to 6%. However, in the case of Nb 6% in Comparative Example 2, the magnetic flux density is as low as 0.75T or less.
  • Examples 4 to 10 and Comparative Examples 3 to 6 show that a magnetic core having a glass phase can be obtained when the Si content is 1 or more and the B content is 25 or less and the Fe content is 68 to 78.
  • Examples 11 to 16 and Comparative Examples 7 to 8 show that metallic glass powder can be obtained even with 1% Nb by substituting part of Fe with Ni and Co. However, the replacement amount is 0.3 for Ni.
  • Examples 21 to 24 and Comparative Examples 9 to 10 show that when the Nb content is 1%, a glass phase capable of obtaining high magnetic permeability cannot be formed, but when the Nb content is 2% or more, a glass phase can be formed.
  • the saturation magnetic flux density is improved by substituting Nb with Zn, but it can be seen that a glass phase cannot be formed if the ratio of the substitution exceeds 0.5.
  • Example 2526 and Comparative Example 111 the total addition amount of Zn and Nb is 5% or less.
  • Example 2728 shows that the same effect can be obtained by adding Sn or misch metal instead of Zn. From Example 2931, it can be seen that the same effect can be obtained even when a part of Fe is replaced by NiCo, and that it is also possible to add multiple compounds. Also, as shown in Example 3233, the same effect can be obtained by using Ta and Mo instead of Nb. You can see that is obtained. Also, as shown in Examples 34 to 36 and Comparative Example 13, A 1, C, and P can be added. However, when the content exceeds 0.5% by mass, the ability to form an amorphous phase is significantly deteriorated. I understand.
  • Example 38 After preparing an alloy powder having the following composition by water-maze method, the obtained powder is classified into particles having a particle size of 75 m or less, and then subjected to XRD measurement to obtain a powder specific to the glass phase. Peak was confirmed. In addition, thermal analysis was performed by DSC, and the glass transition temperature and the crystallization temperature were measured. It was confirmed that the glass-forming start temperature ⁇ was 35K. Next, this powder was kept at a temperature condition 450 lower than the glass transition temperature, and heat-treated in the air for 0.5 hours to form an oxide on the powder surface.
  • a silicone resin is mixed as a binder in a mass ratio of 10%, 5%, 2.5%, 1%, and 0.5%, respectively, and these powders are removed.
  • Example 37 Using Sample No. 12 of Example 37, various magnetic core materials and inductance characteristics were measured. Inductance characteristics of the same alloy powder and the magnetic core produced in the manufacturing process were also heat-treated at 500 ⁇ for 0.5 hours in a nitrogen atmosphere. However, for the inductance value, the permeability was determined for standardization and compared. The compared magnetic core materials were Sendust, 6.5% silicon steel, and iron-based amorphous. Table 5
  • the inductance component of the present invention has the same magnetic flux density as the inductance component using amorphous, but shows a lower core loss characteristic than the inductance component using sendust. It can be seen that it can be used as an excellent inductance component. In addition, it was confirmed that the magnetic permeability and the kolos were further improved in the inductance component using the heat-treated core.
  • Example 40 an inductance component was manufactured using the material corresponding to Sample No. 12 in the previous Example 38, and a high-frequency magnetic core manufactured by the same alloy powder and manufacturing process was used. Heat-treated at 500 ° C for 0.5 hours in a nitrogen atmosphere, and for comparison, inductance parts made of a magnetic core material made of Sendust, 6.5% silicon steel, and Fe-based amorphous, respectively. About comprising form with Giya' flop) on a part of the magnetic path as shown in FIG., the magnetic flux density due to the DC magnetic properties (at l. 6X 1 0 4 a / m), a DC specific resistance Qcm, the inductance value When the magnetic permeability and core loss (20 kHz 0. IT) were measured for standardization, the results shown in Table 6 below were obtained. Table 6
  • the inductance component of the present invention has almost the same magnetic flux density as the inductance component using Fe-based amorphous for the magnetic core, but has a higher magnetic flux density than the inductance component using Sendust for the magnetic core. It shows low core loss, so it has very good characteristics. In addition, it is confirmed that the inductance component using the heat-treated magnetic core has further improved magnetic permeability and core loss, and it can be seen that the component has more excellent characteristics.
  • Example 41 an alloy powder having a composition of Fe 73 Si 7 B 17 Nb 3 was prepared by a water atomization method, and the obtained powder was classified into particles having a particle size of 45 m or less, and then XRD And a broad peak unique to the glass phase was confirmed. Thermal analysis was performed by DSC to measure the glass transition temperature and crystallization temperature, and it was confirmed that the supercooling temperature range ⁇ ⁇ was 35K. Next, water atomized powder having the following alloy composition was sieved to 20 or less with a standard sieve, and the powders were mixed at the ratio shown in Table 7.
  • the inductance component of the present invention improves the powder filling rate by adding soft magnetic powder having a smaller particle size to the metallic glass powder, thereby improving the magnetic permeability. Is shown. On the other hand, if the addition amount exceeds 50%, the improvement effect is diminished, and the core loss characteristics are significantly deteriorated. Thus, it is understood that the addition amount is preferably 50% or less.
  • Example 42 an alloy powder having a composition of Fe 73 Si 7 B 7 Nb 3 was prepared by changing various manufacturing conditions by a water atomizing method to obtain a powder having an aspect ratio as shown in Table 8 below. After preparing the powder, the obtained powder was classified into particles having a particle size of 45 m or less, and XRD measurement was carried out to confirm a broad peak peculiar to the glass phase. In addition, thermal analysis is performed by DSC, glass transition temperature and crystallization temperature are measured, It was confirmed that the supercooling temperature range ⁇ TX was 35 K.
  • Each molded body was formed by applying a pressure of 14.7 ⁇ 10 8 Pa at room temperature so that the thickness became 5 mm. After molding, it was heat-treated in 500 ° Cr.
  • Table 8 above shows that the inductance component of the present invention improves the magnetic permeability by increasing the aspect ratio of the metallic glass powder.
  • the aspect ratio exceeds 3.0, the magnetic permeability is deteriorated due to the influence of the decrease in the powder filling rate, which indicates that the powder has an aspect ratio of preferably 3 or less.
  • the obtained alloy powder is sieved with various standard sieves.
  • Table 9 3% by mass of silicone resin was mixed as a binder, and then molded together with the powder into a 1 OmmX 10 mm mold.
  • the resin was cured at 150 ° C.
  • Sample No. 5 a sample that had been heat-treated in a nitrogen atmosphere at 500 ° C and 0.5 Hr was also manufactured with the part shape.
  • the inductance component of the present invention has a sieve particle size of 45 m or less and a central particle size of 30 im or less, so that the Q peak frequency is 500 kHz or more and 40 or more. Power conversion efficiency is over 80% Good results were obtained.
  • the sieve particle size to 45 m or less and the central particle size to 20 / im or less, a peak frequency of Q of 1 MHz or more and a value of 50 or more can be obtained, at which time the power conversion efficiency is 85%. The above more favorable results were obtained. It can also be seen that the heat treatment of the inductance component further improves the conversion efficiency.
  • the dust core is manufactured by molding the applied material using a mold or the like so as to obtain a molded body by an appropriate molding method.
  • a powder magnetic core with high permeability can be obtained.
  • a high-frequency core made of a soft magnetic material having a high saturation magnetic flux density and a high specific resistance can be manufactured at low cost.
  • Inductance components, which are obtained by winding a winding around the high-frequency core at least one turn at least one turn, can be manufactured as an inexpensive and high-performance component, which has never been achieved before. It is extremely useful in
  • the loss characteristic at a high frequency is extremely low.
  • a powder magnetic core is obtained, and the inductance component obtained by winding the winding around the high frequency magnetic core for at least one turn has extremely excellent Q characteristics, so that it is possible to improve the power supply efficiency, which is extremely industrially Be profitable.
  • the winding coil encloses a powder having a maximum particle size of 45 im or less in sieve diameter, a central particle size of 30 xm or less, more preferably 20; m or less in a magnetic material.
  • the heat generated by the current flowing through the winding coil is radiated through the metal magnetic material in addition to the excellent magnetic core characteristics unique to metal glass. Due to the effect, inductance components with higher rated current can be obtained if they have the same shape.
  • the high-frequency magnetic core of the present invention can be obtained at a low cost from a soft magnetic metallic glass material having a high saturation magnetic flux density and a high specific resistance. With excellent magnetic properties in the high frequency band, it is possible to manufacture an unprecedented high-permeability dust core with low cost and high performance.
  • a conductance component can be provided.
  • a high-performance inductance component can be manufactured for high-frequency applications.
  • the winding coil is sealed in the magnetic body and is subjected to pressure molding to be integrated, thereby achieving a small size. Inductance parts corresponding to large current can be manufactured.
  • the high-frequency magnetic core of the present invention has a high saturation magnetic flux density and can be obtained at a low cost by using a soft magnetic metallic glass material having a high specific resistance. And high magnetic properties in the high frequency band, making it possible to manufacture an inexpensive, high-performance magnetic powder core inexpensively. Choke coils, transformers, etc., for power supplies for various electronic devices It is suitable for application to

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Abstract

高周波用磁心は、一般式、(Fe1−a−bNiaCob)100−x−y−z(M1−pM’p)xTyBz[但し、0≦a≦0.30、0≦b≦0.50、0≦a+b≦0.50、0≦p≦0.5、1原子%≦x≦5原子%、1原子%≦y≦12原子%、12原子%≦z≦25原子%とし、且つ22≦(x+y+z)≦32、MはZr,Nb,Ta,Hf,Mo,Ti,V,Cr,Wから選ばれた少なくとも1種、M’はZn,Sn,R(RはYを含む希土類金属)から選ばれた少なくとも1種、及びTはAl,Si,C,Pから選ばれた少なくとも1種]で表わされる組成を備えた軟磁性金属ガラス粉末に対し、質量比で10%以下のバインダを混合した混合物の成形体からなる。インダクタンス部品は、高周波用磁心に対して巻線を少なくとも巻回数で1ターン以上巻回して成る。

Description

高周波用磁心及びそれを用いたィンダク夕ンス部品 技術分野:
本発明は、 主として軟磁性材料を用いた高周波用磁心及びそれを用いたィンダ クタンス部品に関する。
背景技術:
従来、 一般的に高周波用磁心の材料と田しては、 主にソフトフェライト, 高珪素 鋼, アモルファス, 圧紛磁心等が使用されてい書る。 これらの材料が使用される理 由は、 ソフトフェライトの場合のように材料自体の比抵抗が高いためか、 或いは その他の金属材料の場合のように薄板化したり、 粉末化して、 材料自体の比抵抗 が低くても渦電流を小さくできるためである。 又、 これらの材料は、 使用される 周波数や用途で使い分けられるが、 その理由を抜粋して説明すると、 ソフトフエ ライトのように比抵抗が高い材料では飽和磁束密度が低く、 高珪素鋼のように飽 和磁束密度が高い材料では比抵抗が低く、 飽和磁束密度及び比抵抗の何れにおい ても高い磁性材料が提供されていないことによる。
ところで、 最近の各種電子機器の急激な小型化と高機能化に伴い、 コイル' ト ランスには小型化と同時に大きな直流電流下におけるインダクタンスが求められ ており、 それを達成するには磁心の飽和磁束密度と高周波での損失特性を同時に 向上させることが必要視されている。 また、 巻線コイルの電気抵抗に起因する銅 損によってコイル · トランスの発熱量も増大しており、 この温度上昇を抑制する ための方法も求められている。
しかしながら、 ソフトフェライトの場合、 飽和磁束密度を向上させることは検 討されてはいるものの、 殆ど改善されていないのが実情である。 又、 高珪素鋼や アモルファスの場合、 材料自体の飽和磁束密度は高いものの、 高周波帯域用に対 応させるためには、 高周波帯域になればなる程、 薄板化しなければならず、 これ らの材料を用いた積層磁心は占積率が低下して飽和磁束密度の低下を招くことも ある。 更に、 圧紛磁心の場合、 微細な粉末の粒子間に絶縁物質を挿入することに よって高比抵抗化を計り、 しかも高密度成形をすれば高飽和磁束密度を達成でき る可能性はあるが、 使用される軟磁性粉末の飽和磁化を高める事や粉末間の絶縁 を取りながら高密度に成形体を成形する方法が現状において確立されていない等 の難題がある。
そこで、 こうした問題、 特に飽和磁束密度及び比抵抗の何れも高い磁性材料が 得難いという問題、 を改善するものとして、 軟磁性粉末として金属ガラス粉末を 用い、 その粉末に絶縁材を混合した後、 常温以上の温度で成形体を成形すること により、 比較的良好な周波数特性を有して高透磁率な軟磁性材料を得るための圧 紛磁心及びその製造方法(特開 2001— 189211号公報、以下特許文献 1、 と呼ぶ、 参照) が提案されている。
ここで、 一般に金属ガラスと総称される合金系は各種存在するが、 軟磁性材料 として使用されるのは Fe系合金に限定され、 更にそれを大きく分類すれば、 F ePCBS i Ga系と FeS i BM (Mは遷移金属)系とになる。特許文献 1は、 前者の FePCBS i Ga系の合金を使用したものであり、 その軟磁性材料によ れば、 高比抵抗及び高飽和磁束密度を達成でき良好な磁気特性が得られるとの開 示がある。 因みに、 後者の F e S i BM系合金組成を開示したもの (特開 200 2- 194514号公報、 特開平 11一 131199号公報、 以下、 夫々特許文 献 2, 特許文献 3と呼ぶ、 参照) も知られており、 更にその軟磁性材料を磁心に 使用する旨を開示したもの (特開平 11— 74111号公報、 以下、 特許文献 4 と呼ぶ、 参照) もある。
一方、 卷線コイルと金属粉末とを一体化して小型化し直流重畳特性を改善する 旨を開示したもの (特開平 04— 286305号公報、 及び特開 2002— 30 5108号公報、 以下、 夫々特許文献 5及 6と呼ぶ、 参照) もある。
上述した高周波用磁心として好適な軟磁性材料の場合、 例えば、 特許文献 1に 開示された F e PCBS i G a系のものでは、 比較的良好な周波数特性を有して 高透磁率な磁気特性が得られるが、 G a等の高価な金属を使用する必要があるた め、 材料自体がコスト高になって工業化の促進を阻害するという問題があり、 又 特許文献 2や特許文献 3に開示され、 且つ特許文献 4で磁心への適用が検討され ている F e S i BM系のものでは、 材料自体の経済性に優れるという利点はある が、 高比抵抗及び高磁束密度を得るための手法が示されておらず (これはその合 金系に適合した成形体の成形方法が見い出されていないことが原因と推定され る) 、 現状では高周波用磁心やそれを用いたインダクタンス部品への適用が困難 であるという問題がある。 また、 特許文献 5や特許文献 6にはコイルの小型化に ついて開示されているが、 従来の金属軟磁性材料を使用しているため損失の低減 が充分ではない。
本発明は、 このような問題点を解決すべくなされたもので、 その目的は、 高飽 和磁束密度であって、 且つ比抵抗の高い軟磁性材料による安価な高周波用磁心及 びそれを用いたインダクタンス部品を提供することにある。 発明の開示:
本発明によれば、 一般式、 (F e iabN i aC ob) 100_x_y_z
Figure imgf000004_0001
xTyBz [但し、 0≤a≤0. 30、 0≤b≤ 0. 50、 0≤a + b≤0. 50、 0≤p≤0. 5、 1原子%≤x≤5原子%、 1原子%≤y≤ 1 2原子%、 1 2原 子%≤z≤25原子%とし、 且つ 22≤ (x + y + z) ≤3 2、 Mは Z r, Nb, T a, H f , Mo, T i , V, C r, Wから選ばれた少なくとも 1種、 M'は Zn, S n, R (Rは Yを含む希土類金属) から選ばれた少なくとも 1種、 及び Tは A 1 , S i , C, Pから選ばれた少なくとも 1種] で表わされる合金組成を備えた 軟磁性金属ガラス粉末に対し、 質量比で 1 0 %以下のバインダを混合した混合物 の成形体からなることを特徴とする高周波用磁心が得られる。
また、本発明の高周波用磁心において、 A 1, C, Pの総量は質量比で 0. 5% 以下である事が好ましく、 また、 前記成形体の粉末充填率が 50 %以上で 1. 6 X 1 04AZmの磁界を印可した時の磁束密度が 0. 5 T以上であり, 且つ比抵 杭が 1 X 1 04 Ω cm以上であることがより好ましい。
さらに、 本発明の高周波用磁心において、 前記成形体は、 前記軟磁性金属ガラ ス粉末に対して前記バインダを質量比で 5 %以下混合した混合物を金型で圧縮成 形することで得られ、 該成形体の粉末充填率が 7 0 %以上で 1. 6 X 1 04A/ mの磁界を印加したときの磁束密度が 0. 7 5T以上であり、 且つ比抵抗が 1 Ω c m以上であることが好ましい。
さらに、 本発明の高周波用磁心において、 前記成形体は、 前記軟磁性金属ガラ ス粉末に対して前記バインダを質量比で 3 %以下混合した混合物を該バインダの 軟化点以上の温度条件下の金型で圧縮成形することで得られ、 該成形体の粉末充 填率が 8 0 %以上で 1 . 6 X 1 0 4 A/mの磁界を印加したときの磁束密度が 0 . 9 T以上で、 且つ比抵抗が 0 . 1 Ω c m以上であることが好ましい。
また、 本発明の高周波用磁心において、 前記成形体は、 前記軟磁性金属ガラス 粉末に対して前記バインダを質量比で 1 %以下混合した混合物を該軟磁性金属ガ ラス粉末の過冷却液体領域の温度で圧縮成形することで得られ、 該成形体の粉末 充填率が 9 0 %以上で 1 . 6 X 1 0 4 AZmの磁界を印加したときの磁束密度が 1 . 0 T以上で、 且つ比抵抗が 0 . 0 1 Ω c m以上であることが好ましい。
また、 本発明の高周波用磁心において、 前記軟磁性金属ガラス粉末は、 水アト マイズ法又はガスアトマイズ法で作製され、 少なくとも粒子の 5 0 %以上が 1 0 ; m以上であることが好ましい。
また、 本発明の高周波用磁心において、 前記軟磁性金属ガラス粉末の中心粒径 よりも細かい中心粒径であって、 力、つ硬度が低い軟磁性合金粉末を体積比で 5 % 〜5 0 %添加したことが好ましい。
また、 本発明の高周波用磁心において、 前記軟磁性金属ガラス粉末のァスぺク 卜比 (長軸 Z短軸) が 1〜3の範囲内であることが好ましい。
また、 本発明の高周波用磁心において、 前記成形体は、 成形後に合金粉末のキ ユリ一点以上で熱処理され、 且つ該合金粉末の粒子間の介在物の少なくとも一部 に S i 02を含有することが好ましい。
また、 本発明によれば、 前記いずれか一つの高周波用磁心に対して巻線を少な くとも巻回数で 1ターン以上巻回して成ることを特徴とするィンダクタンス部品 が得られる。 ここで、 本発明のインダクタンス部品において、 前記高周波用磁心 の磁路の一部にギヤップが設けられていることが好ましい。
また、 本発明によれば、 前記高周波用磁心において、 前記軟磁性金属ガラス粉 末は、 最大粒径が篩径で 4 5 m以下で中心粒径が 3 0 / m以下であることを特 徴とする高周波用磁心が得られる。 ここで、 本発明の高周波用磁心において、 A 1 , C, Pの総量は重量比で 0. 5%以下であることが好ましい。
また、 本発明の高周波用磁心において、 前記軟磁性金属ガラス粉末の中心粒径 よりも細かい中心粒径、 かつ硬度が小さい軟磁性合金粉末を体積比で 5 %〜 5 0 %添加したことが好ましい。
ここで、 本発明の前記いずれか一つに記載の高周波用磁心と、 磁性体内に封じ 込まれた巻線コイルとを備え、 前記巻線コイルは加圧成形を施されて一体化され ていることを特徴とするインダクタンス部品が得られる。
また、 本発明の前記いずれか一つのインダク夕ンス部品において、 高周波磁心 の粉末充填率が 50%以上で 500 kHz以上における Q (1/t an <5) のピ —ク値が 40以上であることが好ましい。
また、 本発明の前記いずれか一つのインダクタンス部品において、 前記高周波 磁心の粉末最大粒径が篩径で 45 以下で中心粒径が 20 xm以下であって、 1 MHz以上における Q (1/t an δ) のピーク値が 50以上であることが好 ましい。
また、 本発明の前記いずれか一つのインダク夕ンス部品において、 600 以 下で熱処理が施されていることが好ましい。 図面の簡単な説明:
第 1図は本発明の高周波用磁心の基本構成に係る一例を示した外観斜視図; 第 2図は第 1図に示す高周波用磁心に卷線を施して成るインダクタンス部品を 示した外観斜視図;
第 3図は本発明の高周波用磁心の基本構成に係る他例を示した外観斜視図; 第 4図は第 3図に示す高周波用磁心に巻線を施して成るインダクタンス部品を 示した外観斜視図;及び
第 5図は本発明のィンダク夕ンス部品の基本構成の一例を示した外観斜視図で ある。 発明を実施するための最良の形態:
本発明について更に詳細に説明する。 本発明者等は、種々検討の結果、経済性に優れる軟磁性金属ガラス粉末として、
F e S i BMM' (M=Z r , Nb, Ta, Hf, Mo, T i, V, C r , Wから 選ばれた少なくとも 1種、 M'=Zn, Sn, R (但し、 Rは Yを含む希土類金属) から選ばれた一種以上) 系の (Fe, Co, N i) ― (A 1 , S i , C, P) — B— MM'の合金組成を規定するように選択すれば、磁気特性及びガラス形成性能 の優れた粉末が得られ、 その粉末に酸化処理や絶縁コーティングを施したものを 金型等を用いて適当な成形方法で成形体を得るように成形することで圧粉磁心を 作製すれば、 この圧粉磁心が広帯域で優れた透磁率特性を示す従来に無い優れた 性能を持つ髙透磁率圧粉磁心となり、 結果として高飽和磁束密度であって、 且つ 比抵抗の高い軟磁性材料による高周波用磁心を安価に作製できることを見い出し た。 又、 この高周波用磁心に対して巻線を少なくとも巻回数で 1ターン以上巻回 して作製されるィンダクタンス部品においても、 従来に無く安価で高性能なもの として作製できることを見出した。
また、 本発明者等は、 上記組成式で表される軟磁性金属ガラス粉末の粒径を限 定することによって、 更に高周波における磁心損失に優れた圧粉磁心となること を見出した。 又、 この高周波用磁心に対して巻線を少なくとも巻回数で 1ターン 以上巻回して作製されるインダク夕ンス部品においても、 従来に無く安価で高性 能なものとして作製できることを見出した。 また、 巻線コイルが磁性体内に封じ 込まれている状態で加圧成形し一体化することによって、 高周波で大電流に対応 したィンダク夕ンス部品が得られることを見出した。
ここで成形体の比抵抗を高めるため、 成形前の合金粉末を大気中で酸化熱処理 しても良いし、 又成形体を高密度に成形するため、 バインダである樹脂の軟化点 以上の温度で成形しても良く、 更に成形体を高密度化するため合金粉末の過冷却 液体領域で成形しても良い。
具体的に言えば、 軟磁性金属ガラス粉末については、 合金組成式が (Fe iabN i aCob) 1 0 0-x-y-z (M1--PM'P) xTyBz [但し、 0≤a≤0. 30、 0≤b≤0. 50、 0≤a + b≤0. 50、 0≤p≤0. 50、 1Μ %≤χ≤ 5原子%、 1原子%≤y≤l 2原子%、 12原子%≤ z≤25原子%とし、 且つ 22≤ (x + y+ z) ≤32、 Mを Z r , Nb, Ta, Hf, Mo, T i , V, C r, Wから選ばれた少なくとも 1種とし、 M'を Zn, S n, R (伹し、 Rは Y を含む希土類金属) から選ばれた 1種以上とし、 Tを A l, S i, C, Pから選 ばれたすくなくとも 1種とする] で表わされるものとし、 この軟磁性金属ガラス 粉末に対して質量比で所定量のバインダを混合した混合物を成形することで成形 体を得るようにすれば良い。
ここでの軟磁性金属ガラス粉末の合金組成について説明すれば、 主成分である F eは磁性を担う元素であり、 高い飽和磁束密度を得るために必須である。 この F eの一部は各々又は合計で 0〜 0. 5の範囲の割合で N i , C oと置換するこ とが可能であり、 この置換成分がガラス形成性能を向上させる効果がある。 但し N iは置換の割合を 0〜 0. 3とする。 特に C oは、 同時に飽和磁束密度も改善 する効果が期待される。 これら F e及びその置換元素の総量は、 合金粉末全体の 6 8原子%以上で 7 8原子%以下の範囲とするが、 その理由は 6 8原子%以上で ないと磁心の飽和磁束密度が低過ぎて有用性が失われ、 7 8原子%以上であると 結晶化により磁心の透磁率とコアロスとが低下するためである。
M元素については、 ガラス形成性能を向上させるために必要な遷移金属元素で あり、 Z r, Nb, Ta, H f , Mo, T i , V, C r, "Wから選ばれた 1種以 上とするが、 M元素の含有量は 1原子%以上で 5原子%以下の範囲とする。 その 理由は、 1原子%未満であればガラス形成性能が落ちて透磁率とコアロスとが著 しく劣化し、 5原子%を超えると飽和磁束密度が低下し、 有用性が失われるため である。 ここで、 M元素の 0〜0. 5の割合を Z n, S n, R (但し、 Rは Yを 含む希土類金属)で置換する事によって、 ガラス形成能を劣化させずに F e, C o, N iの比率を高める事が出来るため飽和磁束密度を改善することができる。
3 1及び;6は、 軟磁性金属ガラス粉末を作製するために必須の元素であり、 S iは 1原子%以上で 1 2原子%以下の範囲とし、 Bは 1 2原子%以上で 2 5原 子%以下の範囲とする。 その理由は、 S iが 1原子%未満であったり、 或いは 1 2原子%を超える場合や Bが 1 2原子%未満であったり、 或いは 2 5原子%を超 える場合には、 何れもガラス形成性能が落ちて安定した軟磁性金属ガラス粉末を 作製することができないためである。 尚、 ここで S iは、 A l , P, Cと置換す ることができるが A 1 , P, Cの総量を 0. 5質量%以下としたのは、 この範囲 を超えるとアモルファス形成能が著しく劣化するので所定の特性が得られないた めである。
又、 軟磁性金属ガラス粉末については、 水アトマイズ法か、 或いはガスアトマ ィズ法で作製されたものとし、 少なくとも粒径の 5 0 %以上が 1 0 μ πι以上であ るものとすることが好ましい。 特に水アトマイズ法は、 合金粉末を安価に大量に 製造する方法として確立されており、 この方法で粉末を製造できるのは工業的に 非常に大きな利点である。 但し、 従来のアモルファス組成の場合、 以上 の合金粉末は結晶化するために磁気特性が著しく劣化し、 結果として製品歩留が 著しく劣化するので工業化の妨げとなっていたが、 本発明の軟磁性金属ガラス粉 末の合金組成は 1 5 0 m以下であれば容易にガラス化 (アモルファス化) する ため、 製品歩留も高くコスト面で非常に有利である。 加えて、 水アトマイズ法で 作製された合金粉末は、 粉末表面に適度な酸化被膜が既に形成されているので、 これに樹脂を混合して成形体を成形すると比抵抗の高い磁心が容易に得られる。 因みに、 ここで説明した水ァトマイズ法で作製した合金粉末やガスァトマイズ 法で作製した合金粉末の何れにおいても、 使用する合金粉末の結晶化温度以下と する温度条件下において大気中で熱処理すれば、 更に良好な酸化被膜が形成され て磁心にしたときの比抵抗を高められる効果があり、 これによつて磁心のコア口 スを低減することができる。
一方、 更に高周波用途のインダクタンス部品に対して、 微細な粒径の金属粉末 を用いて渦電流損失を低減出来る事は分かっているが、 従来公知の合金組成では 中心粒径が 3 0 以下になると製造時に粉末の酸化が著しくなり、 一般的な水 ァ卜マイズ装置で作製した粉末では所定の特性が得られにくいという欠点がある。 しかし、 金属ガラス粉末は合金の耐食性に優れているため微細な粉末でも酸素量 の少ない優れた特性の粉末が比較的容易に製造できる利点を有する。
次に、 成形体の成形方法については、 基本的に軟磁性金属ガラス粉末に質量比 で 1 0 %以下のシリコーン樹脂等のパインダを混合し、 金型を用いたり、 或いは モールド成形により成形体を得れば良く、 この成形体は粉末充填率が 5 0 %以上 で 1 . 6 X 1 0 4AZmの磁界を印加したときの磁束密度;^ 0 . 5 T以上であり、 且つ比抵抗が 1 X 1 0 4 Ω c m以上の高周波用磁心となる。 尚、 ここでのバイン ダの添加量について、 質量比で 10%以下とした理由は、 10%を超えると飽和 磁束密度がフェライトと同等かそれ以下になり、 磁心の有用性が失われるためで ある。 又、 成形体は、 軟磁性金属ガラス粉末に対してパインダを質量比で 5%以 下混合した混合物を金型で圧縮成形することで得ても良く、この場合の成形体は、 粉末充填率が 70 %以上で 1. 6X 104 A/mの磁界を印加したときの磁束密 度が 0. 75T以上であり、 且つ比抵抗が 1 Ω c m以上となる。 磁束密度が 0. 75 T以上で、 且つ比抵抗が 1 Ω cm以上であると、 センダストによる磁心より も良好な特性となり、 有用性が更に高まる。 更に、 成形体は、 軟磁性金属ガラス 粉末に対してバインダを質量比で 3 %以下混合した混合物をバインダの軟化点以 上の温度条件下の金型で圧縮成形することで得ても良く、 この場合の成形体は、 粉末充填率が 80 %以上で 1. 6X 104AZmの磁界を印加したときの磁束密 度が 0. 9 T以上で、 且つ比抵抗が 0. 1 Ω cm以上となる。 磁束密度が 0. 9 T以上で、 且つ比抵抗が 0. 1 Ω cm以上であると、 現在市販されているどの圧 紛磁心よりも良好な特性となり、 有用性が更に高まる。 加えて、 成形体は、 軟磁 性金属ガラス粉末に対してバインダを質量比で 1 %以下混合した混合物を軟磁性 金属ガラス粉末の過冷却液体領域の温度範囲で圧縮成形することで得ても良く、 この場合の成形体は、 粉末充填率が 90 %以上で 1. 6X 104 AZmの磁界を 印加したときの磁束密度が 1. 0T以上で、 且つ比抵抗が 0. O l Qcm以上と なる。 磁束密度が 1. 0T以上で、 且つ比抵抗が 0. O l Qcm以上になると、 実用領域ではアモルファス及び高珪素鋼鈑の積層コアとほぼ同等の磁束密度を示 すようになるが、 ここでの成形体の方がヒステリシス損失が小さく、 比抵抗の高 い分だけコアロス特性が格段に優れるので、 磁心としては更に有用性が高まる。 更に、 これらの高周波用磁心を成す成形体については、 歪取り熱処理として、 成形後にキュリ一点以上の温度条件下で熱処理を施せば、コアロスが更に低下し、 磁心としての有用性が更に高まる。 このとき、 合金粉末の粒子間の絶縁性を維持 するため、 粒子間の介在物の少なくとも一部に S i 02が含まれていれば望まし い (或いは介在物の全部が S 102であっても良い) 。
ところで、 このような高周波用磁心に対し、 必姜に応じて磁路の一部にギヤッ プを設けた上で巻線を少なくとも巻回数で 1ターン以上巻回してィンダク夕ンス 部品を作製すれば、 高磁界において高い透磁率を示す優れた特性を持つ製品を製 造することができる。
第 1図は、 本発明の高周波用磁心 1の基本構成の一例を示した外観斜視図であ る。 第 1図では、 上述した軟磁性金属ガラス粉末を用いた高周波用磁心 1を円環 板状に形成した様子を示している。
第 2図は、 この高周波用磁心 1に巻線を施して成るインダクタンス部品を示し た外観斜視図である。 第 2図では、 円環板状の高周波用磁心 1に対し、 巻線 3を 所定の巻回数で巻回してリード線引き出し部分 3 a , 3 bを含むようにインダク 夕ンス部品 1 0 1を作製した様子を示している。
第 3図は、 本発明の高周波用磁心 1の基本構成の他例を示した外観斜視図であ る。 第 3図では、 上述した軟磁性金属ガラス粉末を用いた高周波用磁心 1を円環 板状に形成した上、 磁路の一部にギャップ 2を設けた様子を示している。 なお、 ギャップ 2は空隙もしくは絶縁材を充填して形成される。また、絶縁材としては、 耐熱性の絶縁シートなどが好適である。
第 4図は、 このギャップ 2を持つ高周波用磁心 1に卷線 3を施して成るインダ クタンス部品 1 0 1を示した外観斜視図である。 第 4図では、 ギャップ 2を持つ 円環板状の高周波用磁心 1に対し、 巻線 3を所定の巻回数で巻回してリード線引 き出し部分 3 a , 3 bを含むようにィンダクタンス部品を作製した様子を示して いる。
また、 上記金属ガラス組成であって最大粒径が篩径で 4 5 /im以下で中心粒径 が 3 0 im以下の軟磁性金属ガラス粉末に対し、 質量比で 1 0 %以下のバインダ を混合した混合物を成形することで圧粉磁心を作製すれば、 高周波で極めて低い 損失特性を示す従来に無い優れた性能を持つ圧粉磁心となり、 これに巻線を施す ことよつて Q特性の優れたィンダク夕ンス部品が得られる。 更に巻線コィルが磁 性体内に封じ込まれている状態で加圧成形し一体化することによって、 高周波で 大電流に対応したィンダクタンス部品が得られる。
ここで、 粉末粒径を規定した理由を具体的に言えば、 最大粒径が篩径で 4 5 / mを超えると高周波領域での Q 性が劣化するためであって、 更に中心粒径が 3 0 m以下でないと 5 0 0 k H z以上での Q特性が 4 0を超えない。 更に、 中心 粒径が 20 m以下でないと 1 MHz以上での Q値が 50以上にならないためで ある。 金属ガラス粉末は合金自体の比抵抗が従来材料に比較して 2〜10倍程度 高いので同じ粒径であっても Q特性が高くなる利点が有る。 また、 Q特性が同じ で構わないのであれば使用可能な粒径範囲を広く取る事で粉末製造コストを低減 することが可能となる。
第 5図は、 本発明の高周波用インダクタンス部品の基本構成の一例を示した外 観斜視図である。第 5図を参照すると、上述した軟磁性金属ガラス粉末によって、 長尺状の板材 (帯材) 5を板面方向 (図では水平方向) に巻回して巻線コイル 7 を作製し、 これを磁性粉末とバインダとの混合物からなる磁性体 8内に封じ込ま れている状態で加圧成形し一体化したィンダク夕ンス部品 103を形成している。 巻線コイル 7の板材 7の磁性体 8の両端面に突出した部分をリ一ド端子としてい る。なお、板材 5の卷回される部分の表面全体には、絶縁被覆 6が施されている。 ここで、 幾つかの実施例並びに比較例を挙げ、 本発明の高周波用磁心及びそれ を用いたインダクタンス部品について、 製造工程を含めて具体的に説明する。
(実施例 1〜 36、 比較例 1〜13)
先ず、 粉末作製工程として、 Fe, S i, B, Nb及びその置換元素の純金属 元素材料を所定の組成になるように秤量し、 これらを用いて一般的な水アトマイ ズ法により各種軟磁性合金粉末を作製した。 但し、 ミッシュメタルは混合希土類 金属であって、 ここでは La 30%, Ce 50%, Nd 15%, その他希土類元 素残部のものを使用した。
次に、 成形体作製工程として、 得られた合金粉末をそれぞれ粉径が 45
Figure imgf000012_0001
下のものに分級してからバインダとしてシリコーン樹脂を質量比で 5%混合した 後、 外径 Φουτ=27mmX内径 φΙΝ=14mmの溝を持つ金型を使用し、 高さ が 5mmになるように室温で圧力 14. 7X 108 P aを加えることにより各種 成形体を成形した。
更に、 得られた各種成形体を樹脂硬化した後、 各種成形体の重量及び寸法を測 定してから適当な巻回数で卷線を施して各種インダク夕ンス部品 (第 2図に示さ れる形態のものとする) を作製した。
次に、 各種試料のインダクタンス部品について、 LCRメーターを用いて 1 00 k H zのィンダクタンス値から透磁率を求め、 更に直流磁気特性測定装置を 用いて 1. 6 X 104 A/mの磁界を印加したときの飽和磁束密度を測定すると 共に、 各磁心の上下面を研磨して X線回折 (XRD) の測定を行うことで相を観 察したところ、 下記表 1に示されるような結果となった。
但し、 下記表 1では各種試料の組成比を示している他、 XRDの測定で得られ た XRDパターンにおいて、 ガラス相特有のブロードなピークしか検出されない ものをガラス相とし、 又結晶に起因する鋭いピークがブロードなピークと共に観 察されたものを (ガラス +結晶) 相とし、 ブロードなピークが見られず鋭いピー クのみの場合を結晶相と判断した。 尚、 ガラス相が得られた組成の試料について は DSCによる熱分析として、 ガラス遷移温度及び結晶化温度の測定を行い、 全 ての試料について過冷却液体温度 ΔΤχが 30Κ以上であることを確認した。 各 種成形体 (磁心) の比抵抗を直流 2端子法で測定したところ、 比抵抗はすべての 試料が 1 Ω c m以上の良好な値を示していることも確認した。
DS Cの昇温速度は 4 OK/m i nである。 実施例 1〜 3と比較例 1〜 2よ り、 N b量が 3〜 6 %のときガラス相を有する磁心が得られる事が分かる。 し かし、 比較例 2の Nb 6%の場合には磁束密度が 0. 75T以下と低い事が分 かる。 実施例 4〜 10と比較例 3〜 6より、 S i量が 1以上及び B量が 25以 下で F e量が 68〜78のときガラス相を有する磁心が得られる事が分かる。 実施例 1 1〜 16と比較例 7〜 8より、 F eの一部を N i , Coで置換する事 により、 Nb 1 %でも金属ガラス粉末が得られている事が分かる。 しかし、 置 換量が N iで 0. 3, 。0で0. 5を超えると磁束密度の改善効果が見られな い事が分かる (実施例 1との比較において) 。 また、 実施例 1 7〜20に示す 通り、 N iと C oは複合添加しても良いし、 また Nbの代わりに Ta, Moを 使用しても同様の効果が得られる事が分かる。
実施例 2 1〜 24と比較例 9〜 10より、 Nb量が 1 %では高透磁率が得ら れるガラス相が形成出来ないが、 2 %以上ではガラス相が形成出来る事が分か る。 また、 Nbを Znで置換する事によって飽和磁束密度が向上するが、 その 置換の割合が 0. 5を超えるとガラス相が形成出来なくなる事が分かる。 表 1
Figure imgf000014_0001
表 2
Figure imgf000015_0001
また、 Z nと N bの合計添加量については、 実施例 25 26と比較例 1 1 12より、 5%以下が適当である事が分かる。 実施例 27 28より、 Z n の代わりに S nまたはミッシュメタルを添加しても同様の効果が得られる事が 分かる。 実施例 29 31より、 Feの一部をN i Coで置換しても、 同様 の効果が得られる事が分かるし、 複合添加しても良い事が分かる。 また、 実施 例 32 33に示す通り、 Nbの代わりに Ta, M oを使用しても同様の効果 が得られる事が分かる。 また、 実施例 34〜36と比較例 1 3に示す通り、 A 1 , C, Pを添加することも可能であるが、 0. 5質量%を超えるとァモル ファス形成能が著しく劣化することが分かる。
(実施例 37 )
(F e。.8N i。Co。.2) 75S i 4B 2。Nb iの組成を有する合金粉末を水アト マイズ法で作製した。 得られた粉末を 75 以下に分級し、 XRDの測定を 行いガラス相特有のブロードなピークを確認した。 次に、 DSCにて熱分析を 行い、 ガラス遷移温度および結晶化温度の測定を行い、 ΔΤχが 35Kである 事が分かった。 次に、 この粉末をガラス遷移温度よりも低い 450°Cで 0. 5 時間大気中で熱処理し、 粉末表面に酸化物を形成させた。 次に、 この粉末を使 用してシリコーン樹脂を 1 0%, 5 %, 2. 5 %, 1 %, 0. 5%混合した。 これらの粉末を Φ 27 X φ 14の金型を用いてそれぞれ室温, 樹脂の軟化温度 より高い 1 50°C, 本金属ガラス粉末の過冷却液体領域である 550°Cの 3条 件でそれぞれ成形し、 粉末充填率、 直流磁気特性によって磁束密度、 直流の比 抵抗を測定した結果を下記表 3に示す。
表 3
試料 樹脂量 成形温度 粉末 磁束密度/ τ 比抵抗
N 0. (%) 充填率% at 1.6X104 A/m Ω c m
1 0. 5 曰 69. 0 0. 92 ≥1 00
2 1 // 69. 9 0. 93 ≥1 00
3 2. 5 // 70. 8 0. 94 ≥1 00
4 5 II 70. 3 0. 94 ≥1 00
5 1 0 52. 0 0. 66 ≥1 04
6 0. 5 1 50°C 80. 8 1. 1 0 5
7 1 // 81. 5 1. 1 1 1 0
8 2. 5 // 82. 2 1. 1 2 1 5
9 5 ff 70. 8 0. 94 ≥1 00
1 0 1 0 II 52. 5 0. 67 ≥1 04
1 1 0. 5 550°C 95. 5 1. 33 0. 1
1 2 1 // 92. 4 1. 28 0. 5
1 3 2. 5 " 82. 7 1. 1 3 1 0
1 4 5 ff 7 1. 2 0. 95 ≥ 1 00
1 5 1 0 rf 52. 2 0. 67 ≥1 04 上記表 3よりバインダ一が 5 %を越える時は比抵抗がフェライト磁心に匹敵 する≥104の高い値が得られるが、 成形温度を高くしてもその効果は見られず 室温での成形で充分である。 次に、 バインダーが 5%の時も、 1 Ω c m以上の 高い比抵抗が得られるが、 室温での成形で充分である。 次に、 バインダー量が 2. 5%の時は、 150°Cで成形すると飛躍的に粉末充填率が改善され磁束密 度が高く、 しかも 0. 1 Ω cm以上の比抵抗が得られる事が分かる。 次に、 バ インダ一量が 1%と 0. 5%の時は 550°Cで成形した時に飛躍的に粉末充填 率が改善され飽和磁束密度が高く、 しかも 0. 01 Ω cm以上の比抵抗が得ら れる事が分かる。
(実施例 38)
実施例 38では、 ?6733
Figure imgf000017_0001
の組成を有する合金粉末を水ァ 1、マイズ法により粉末作製した後、 得られた粉末を粒径が 75 m以下のものに 分級してから X R Dの測定を行い、ガラス相特有のプロ一ドなピークを確認した。 又、 DSCにて熱分析を行い、 ガラス遷移温度及び結晶化温度の測定を行い、 ガ ラス化開始温度 ΔΤχが 35Kであることを確認した。 次に、 この粉末をガラス 遷移温度よりも低い温度条件 450でに保ち、 0. 5時間大気中で熱処理して粉 末表面に酸化物を形成させた。
更に、 この酸化物が形成された粉末を使用してバインダとしてシリコーン樹脂 を質量比で、 それぞれ 10%, 5%, 2. 5%, 1 %, 0. 5%混合し、 これら の粉末を外径 φ。υτ=27mmX内径 φΙΝ=14mmの溝を持つ金型を使用し、 高さが 5 mmになるようにそれぞれ室温, 樹脂の軟化温度より高い 150°C, 軟 磁性金属ガラス粉末の過冷却液体領域である 550°Cの 3つの条件下でそれぞれ 圧力 11. 8X 108P aを加えることにより各種成形体を成形した。
次に、 得られた各種成形体を樹脂硬化した後、 各種成形体の重量及び寸法を測 定してから適当な巻回数で巻線を施して各種インダク夕ンス部品 (第 2図に示さ れる形態のものとする) を作製した。
次に、 各種試料 (No. 1-15) のインダクタンス部品について、 粉末充填 率%、 直流磁気特性による磁束密度 (a t 1. 6 X 104A/m) 、 直流の比抵 抗 Ω c mを測定したところ、 下記表 4に示されるような結果となった。 表 4
Figure imgf000018_0001
上記表 4からは、 バインダの添加量 (樹脂量) が 5%を越えるときは比抵抗が フェライト磁心に匹敵する≥ 104の高い値が得られるが、 成形温度を高くして もその効果は見られずに室温程度の成形条件で充分であることが判る。 又、 樹脂 量が 5%のときにも、 1 Ω cm以上の高い比抵抗が得られるが、 同様に室温での 成形で充分であることが判る。 更に、 樹脂量が 2. 5%のときには、 150°Cで 成形すると飛躍的に粉末充填率が改善されて磁束密度が高くなり、 しかも 0. 1 Ω cm以上の比抵抗が得られることが判る。 加えて、 樹脂量が 1%のとき、 及び 0. 5 %のときは 550 で成形すると飛躍的に粉末充填率が改善されて飽和磁 束密度が高くなり、 しかも、 0. 01 Ω cm以上の比抵抗が得られることが判る。
(実施例 39)
実施例 37のうち試料 No 12を用いて、 各種の磁心材料とインダクタンス特 性を測定した。また、同一の合金粉末と製造工程で作製した磁心を 500^で0. 5時間窒素雰囲気中で熱処理した試料のインダク夕ンス特性についても示した。 ただし、 インダクタンス値は規格化のため透磁率を求め比較した。 比較した磁心 材料はセンダスト, 6. 5 %珪素鋼, 鉄系アモルファスである。 表 5
Figure imgf000019_0001
注) * 磁路の 1部に G a pを挿入した電源仕様のため。 上記表 5より、 本発明のィンダク夕ンス部品は、 アモルファスを用いたインダ クタンス部品と同等の磁束密度を有しながら、 センダストを用いたインダクタン ス部品よりも低いコアロス特性を示すので、 非常に優れたインダクタンス部品と して使用できる事が分かる。 また、 熱処理した磁心を用いたインダクタンス部品 では更に透磁率とコァロスが向上する事が確認された。
(実施例 40)
実施例 40では、 先の実施例 38にあっての試料 N o. 12に該当する材料を 用いてィンダク夕ンス部品を作製し、 又同じ合金粉末と製造工程とにより作製し た高周波用磁心を 500°Cで 0. 5時閒窒素雰囲気中で熱処理したもの、 更に比 較としてセンダス卜, 6. 5 %珪素鋼, F e系アモルファスによる磁心材料でそ れぞれ作製したインダクタンス部品 (第 4図に示したように磁路の一部にギヤッ プを持つ形態を含む) について、 直流磁気特性による磁束密度 (a t l. 6X 1 04A/m) 、 直流の比抵抗 Qcm、 インダクタンス値の規格化のため透磁率、 コアロス ( 20 k H z 0. IT) を測定したところ、 下記表 6に示されるような 結果となった。 表 6
Figure imgf000020_0001
上記表 6からは、 本発明のインダクタンス部品は、 磁心に Fe系アモルファス を用いたィンダクタンス部品の場合とほぼ同等な磁束密度を有しながら、 磁心に センダストを用いたィンダク夕ンス部品の場合よりも低いコアロスを示すので、 非常に優れた特性を持つことが判る。 又、 熱処理を施した磁心を用いたインダク タンス部品では、 更に透磁率とコアロスとが向上していることが確認され、 一層 優れた特性を持つようになることが判る。
(実施例 41)
実施例 41では、 Fe73S i 7B17Nb3の組成を有する合金粉末を水アトマイ ズ法により粉末作製した後、 得られた粉末を粒径が 45 m以下のものに分級し てから XRDの測定を行い、 ガラス相特有のブロードなピークを確認した。 又、 DSCにて熱分析を行い、 ガラス遷移温度及び結晶化温度の測定を行い、 過冷却 温度範囲 ΔΤχが 35Kであることを確認した。 次に、 以下の合金組成の水アト マイズ粉末を標準篩で 20 以下に篩った粉末を表 7に示す比率で混合した。 更に、 この粉末を使用してバインダとしてシリコーン樹脂を質量比でそれぞれ 1. 5%混合し、 これらの粉末を外径 Φουτ=27mmx内径 Φ ΙΝ=14mmの 溝を持つ金型を使用し、 高さが 5 mmになるように室温でそれぞれ圧力 11. 8 X 108P aを加えることにより各種成形体を成形した。 成形後に 500°CAr 中で熱処理した。 次に、 得られた各種成形体を樹脂硬化した後、 各種成形体の重量及び寸法を測 定してから適当な卷回数で巻線を施して各種インダク夕ンス部品 (第 2図に示さ れる形態のものとする) を作製した。
次に、 各種試料のインダクタンス部品について、 粉末充填率%、 透磁率、 コア ロス (20 kHz 0. IT) を測定したところ、 下記表 7に示されるような結果 となった。
表 7
Figure imgf000021_0001
上記表 7からは、 本発明のインダク夕ンス部品は、 金属ガラス粉末にそれより も粒径の細かい軟磁性粉末を添加する事によって粉末充填率が改善され、 それに よって透磁率が向上する事を示している。 一方、 添加量が 50%を超えると改善 効果が薄れて、 またコアロス特性が著しく劣化することから、 添加量は 50%以 下が望ましい事が分かる。
(実施例 42)
実施例 42では、 Fe73S i 7 B 7N b 3の組成を有する合金粉末を水ァトマイ ズ法により各種製造条件を変化させる事によって、 下記表 8に示すようなァスぺ クト比を有する粉末を作製した後、 得られた粉末を粒径が 45 m以下のものに 分級してから X R Dの測定を行い、ガラス相特有のブロードなピークを確認した。 又、 DSCにて熱分析を行い、 ガラス遷移温度及び結晶化温度の測定を行い、 過冷却温度範囲△ T Xが 35 Kであることを確認した。
更に、 この粉末を使用してバインダとしてシリコーン樹脂を質量比でそれぞれ 3. 0%混合し、 これらの粉末を外径 φουτ=27mmX内径 φΙΝ=14mmの 溝を持つ金型を使用し、 高さが 5mmになるように室温でそれぞれ圧力 14. 7 X 108P aを加えることにより各種成形体を成形した。 成形後に 500°CAr 中で熱処理した。
次に、 得られた各種成形体を樹脂硬化した後、 各種成形体の重量及び寸法を測 定してから適当な巻回数で卷線を施して各種インダクタンス部品 (第 2図に示さ れる形態のものとする) を作製した。
次に、 各種試料のインダクタンス部品について、 粉末充填率%、 透磁率を測定 したところ、 下記表 8に示されるような結果となった。 表 8
Figure imgf000022_0001
上記表 8からは、 本発明のインダクタンス部品は、 金属ガラス粉末のァスぺク ト比を高くする事によって透磁率が向上する事を示している。 一方、 アスペクト 比が 3. 0を超えると粉末充填率の低下の影響によって透磁率が劣化することか ら、 粉末のァスぺクト比は 3以下が望ましい事が分かる。
(実施例 43)
先ず、 粉末作製工程として、 工業用として一般的に使用されている原料を用い て Fe S i 9B14Nb3の組成になるように秤量し、これらを用いて高圧水アトマ ィズ法により中心粒径の異なる軟磁性合金の微粉末を作製した。
次に、 成形体作製工程として、 得られた合金粉末を各種の標準篩で篩う事によ つて下記表 9に示すような粉末を作製してからバインダとしてシリコーン樹脂を 質量比で 3 %混合した後、 1 OmmX 10 mmの金型に粉末と共に成形した際に 巻線コイルが成形体の丁度中心に来る様に配置した外径 Φ。υτ= 8, 内径 φ ΙΝ = 4mmに高さ 2mmの巻線コイルとともに、 高さが 4mmになるように室温で圧 力 4. 9 X 108P aを加えることにより成形体を成形した。 次に 150°Cで樹 脂硬化を行なった。 なお、 試料 No. 5の条件については、 部品形状のまま 50 0°C, 0. 5Hr窒素中で熱処理した試料も作製した。
次に、 各種試料のインダクタンス部品について、 LCRメーターを用いて各周 波数におけるィンダク夕ンスと抵抗の測定から求めた 1 MH zのィンダク夕ンス 値と Qのピーク周波数とその値を求めたところ、 下記表 9に示されるような結果 となった。
次に、 同じ試料のインダクタンス部品について、 一般的な DC/DCコンパ一 ターの評価キッ卜を使用して電源変換効率を測定した結果を示す。 測定条件は、 入力 12V, 出力 5V, 駆動周波数 300 kHz, 出力電流は 1 Aであった。 表 9
Figure imgf000023_0001
上記表 9から分かる通り、 本発明のインダクタンス部品は、 篩粒径が 45 m 以下で中心粒径を 30 im以下とする事によって、 Qのピーク周波数が 500 k H z以上で、 かつ 40以上の値が得られ、 その時に電源変換効率は 80 %以上の 良好な結果が得られた。 また、 篩粒径が 45 m以下で中心粒径が 20 /im以下 とする事によって、 Qのピーク周波数が 1 MHz以上で、 かつ 50以上の値が得 られ、 その時に電源変換効率は 85%以上の更に良好な結果が得られた。 また、 インダクタンス部品を熱処理する事によって更に変換効率が向上する事が分かる。 以上述べたように、 本発明の高周波用磁心は、 経済性に優れる軟磁性金属ガラ ス粉末として、 (F e, Co, N i) ― (A 1, S i, C, P) _B— MM' (M =Z r , Nb, Ta, Hi, Mo, T i , V, C r, Wから選ばれた少なくとも 一種、 M'=Zn, Sn, R (但し、 Rは Yを含む希土類金属) から選ばれた少な くとも一種) の合金組成を規定するように選択して磁気特性及びガラス形成性能 の優れた粉末を得ることを可能としており、 しかもその粉末に酸化処理や絶縁コ 一ティングを施したものを金型等を用いて適当な成形方法で成形体を得るように 成形することで圧粉磁心を作製するようにしているため、 広帯域で優れた透磁率 特性を示す従来に無い高透磁率圧粉磁心が得られ、 結果として高飽和磁束密度で あって、 且つ比抵抗の高い軟磁性材料による高周波用磁心を安価に作製できるよ うになり、 この高周波用磁心に対して卷線を少なくとも巻回数で 1ターン以上巻 回して成るィンダク夕ンス部品においても、 従来に無く安価で高性能なものとし て作製できるため、 工業上において極めて有益となる。
また、本発明において、上記金属ガラス粉末の最大粒径が篩径で 45 zm以下, 中心粒径が 30 m以下、 更に望ましくは 20 以下の粉末を用いた時には、 更に高周波における損失特性が極めて低い圧紛磁心が得られ、 この高周波用磁心 に対して巻線を少なくとも 1ターン以上巻回してなるインダクタンス部品は Q特 性が極めて優れるので電源効率を向上させる事が可能となり、 工業上において非 常に有益となる。
更に、本発明において、上記金属ガラス粉末の最大粒径が篩径で 45 im以下, 中心粒径が 30 xm以下、 更に望ましくは 20; m以下の粉末を、 巻線コイルが 磁性体内に封じ込まれている状態で加圧成形し一体化することによって、 金属ガ ラス特有の優れた磁心特性に加えて、 巻線コイルに流れる電流に起因する発熱は 金属磁性体を通じて放熱されるため、 その相乗効果によって同じ形状で有ればよ り定格電流を高めたィンダク夕ンス部品が得られる。 本発明の高周波用磁心は、 高飽和磁束密度であって、 且つ比抵抗の高い軟磁性 金属ガラス材料により安価に得られる上、 これに卷線を施して成るィンダク夕ン ス部品についても、 従来に無く高周波帯域での磁気特性が優れたものとなること により、 安価に高性能な従来に無い高透磁率圧粉磁心を作製でき、 各種電子機器 の電源用部品であるチヨークコイル, トランス等のィンダクタンス部品を提供す ることができる。
また、 本発明の微細な粒径の粉末で成形された高周波用磁心を用いれば、 更に 高周波用において高性能のインダク夕ンス部品を作製出来る。
更に、 これらの微細な粒径の粉末で成形された高周波用磁心において、 巻線コ ィルが磁性体内に封じ込まれているとともに加圧成形を施されて一体化する事に よって、 小型で大電流に対応したインダクタンス部品を作製出来る。 産業上の利用可能性:
本発明の高周波用磁心は、 高飽和磁束密度であって、 且つ比抵抗の高い軟磁性 金属ガラス材料により安価に得られる上、 これに巻線を施して成るインダクタン ス部品についても、 従来に無く高周波帯域での磁気特性が優れたものとなること により、 安価に高性能な従来に無い髙透磁率圧粉磁心を作製できるので、 各種電 子機器の電源用部品であるチョークコイル, トランス等への適用が好適である。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 一般式、 (Fe i_a_bN i aCob) 丄。。一 z (M^— PM,P) xTyB2 [但し、 0≤a≤0. 30、 0≤b≤0. 50、 0≤a + b≤0. 50、 0≤p
≤0. 5、 1原子%≤x≤5原子%、 1原子%≤y≤ 12原子%、 12原子%≤ z≤25原子%とし、 且つ 22≤ (x + y + z) ≤32、 Mは Z r, Nb, T a, H f , Mo, T i, V, Cr, Wから選ばれた少なくとも 1種、 M,は Zn, Sn, R (Rは Yを含む希土類金属) から選ばれた少なくとも 1種、 及び Tは A l, S i, C, Pから選ばれた少なくとも 1種] で表わされる組成を備えた軟磁性金属 ガラス粉末に対し、 質量比で 10 %以下のバインダを混合した混合物の成形体か らなることを特徴とする高周波用磁心。
2. 請求項 1に記載の高周波用磁心において、 A l, C, Pの総量は質量比 で 0. 5%以下である事を特徴とする高周波用磁心。
3. 請求項 1又は 2に記載の高周波用磁心において、 前記成形体の粉末充填 率が 50 %以上で 1. 6X 104 A/mの磁界を印可した時の磁束密度が 0 - 5 T以上であり, 且つ比抵抗が 1X 104 Ω cm以上であることを特徴とする高周 波用磁心。
4. 請求項 1〜3の内のいずれか一つに記載の高周波用磁心において、 前記 成形体は、 前記軟磁性金属ガラス粉末に対して前記バインダを質量比で 5 %以下 混合した混合物を金型で圧縮成形することで得られ、 該成形体の粉末充填率が 7 0 %以上で 1. 6X 104 A/mの磁界を印加したときの磁束密度が 0. 75 T 以上であり、 且つ比抵抗が 1 Ω c m以上であることを特徴とする高周波用磁心。
5. 請求項 1〜4の内のいずれか一つに記載の高周波用磁心において、 前記 成形体は、 前記軟磁性金属ガラス粉末に対して前記バインダを質量比で 3 %以下 混合した混合物を該バインダの軟化点以上の温度条件下の金型で圧縮成形するこ とで得られ、 該成形体の粉末充填率が 80 %以上で 1. 6 X 104 A/mの磁界 を印加したときの磁束密度が 0. 9T以上で、 且つ比抵抗が 0. I Qcm以上で あることを特徴とする高周波用磁心。
6. 請求項 1〜5の内のいずれか一つに記載の高周波用磁心において、 前記 成形体は、 前記軟磁性金属ガラス粉末に対して前記バインダを質量比で 1 %以下 混合した混合物を該軟磁性金属ガラス粉末の過冷却液体領域の温度で圧縮成形す ることで得られ、 該成形体の粉末充填率が 9 0 %以上で 1 . 6 X 1 0 4 AZmの 磁界を印加したときの磁束密度が 1 . 0 T以上で、 且つ比抵抗が 0 . 0 1 Ω c m 以上であることを特徴とする高周波用磁心。
7 . 請求項 1〜6の内のいずれか一つに記載の高周波用磁心において、 前記 軟磁性金属ガラス粉末は、 水ァトマイズ法又はガスァトマイズ法で作製され、 少 なくとも粒子の 5 0 %以上が 1 0 m以上であることを特徴とする高周波用磁心。
8 . 請求項 1〜 7の内のいずれか一つに記載の高周波用磁心において、 前記 軟磁性金属ガラス粉末の中心粒径よりも細かい中心粒径であって、 かつ硬度が低 ぃ軟磁性合金粉末を体積比で 5 %〜 5 0 %添加する事を特徴とする高周波用磁心。
9 . 請求項 1〜8の内のいずれか一つに記載の高周波用磁心において、 前記 軟磁性金属ガラス粉末のアスペクト比 (長軸/短軸) が 1〜3の範囲内であるこ とを特徴とする高周波用磁心。
1 0 . 請求項:!〜 9の内のいずれか一つに記載の高周波用磁心において、 前 記成形体は、 成形後に合金粉末のキュリー点以上で熱処理され、 且つ該合金粉末 の粒子間の介在物の少なくとも一部に S i〇2を含有することを特徴とする高周 波用磁心。
1 1 . 請求項 1〜 1 0の内のいずれか一つに記載の高周波用磁心において、 前記軟磁性金属ガラス粉末は、 最大粒径が篩径で 4 5 以下で中心粒径が 3 0 Z^ m以下であることを特徴とする高周波用磁心。
1 2 . 請求項 1〜 1 1の内のいずれか一つに記載の高周波用磁心に対して巻 線を少なくとも巻回数で 1ターン以上巻回して成ることを特徴とするインダクタ ンス部品。
1 3 . 請求項 1 2に記載のィンダクタンス部品において、 前記高周波用磁心 の磁路の一部にギヤップが設けられていることを特徴とするィンダクタンス部品。
1 4. 請求項 1 1に記載の高周波用磁心を備え、 巻線コイルが磁性体内に封 じ込まれているとともに加圧成形を施されて一体化してあることを特徴とするィ ンダク夕ンス部品。
15. 請求項 14に記載のインダクタンス部品において、 前記高周波磁心の 粉末充填率が 50 %以上で 500 kHz以上における Q (1/t an (5) のピー ク値が 40以上であることを特徴とするィンダクタンス部品。
16. 請求項 14又は 15に記載のインダクタンス部品において、 高周波磁 心の粉末最大粒径が篩径で 45 ^m以下で中心粒径が 20; m以下であって、 1 MHz以上における Q (1/t an <3) のピ一ク値が 50以上であることを特徴 とするインダクタンス部品。
17. 請求項 14-16の内のいずれか一つに記載のィンダクタンス部品に おいて、 600°C以下で熱処理を施されていることを特徴とするインダクタンス 部品。 .
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