JP7254449B2 - 軟磁性材料、圧粉磁心、およびインダクタ - Google Patents

Description

本発明は、軟磁性材料、圧粉磁心、およびインダクタに関する。

軟磁性金属材料は、変圧器、リアクタおよびインダクタなど、各種電磁気部材に広く使用されている。

特に最近では、電磁気部材における透磁率などの磁気的特性を高めるため、様々な種類の軟磁性金属材料が提案されている。

例えば、特許文献１には、電磁遮蔽シートのようなシート状部材に、軟磁性金属の扁平粒子を使用することが提案されている。電磁遮蔽シートにそのような扁平粒子を使用することにより、良好な電磁波吸収特性が得られることが記載されている。

特開２００９－０５９７５３号公報 特開２０１３－１４５８６６号公報

前述のように、電磁遮蔽シートのようないわゆる「二次元形状」の電磁気部材において、扁平粒子を使用することにより、特性が向上することが示されている。

これに対して、非シート状、すなわち三次元形状の電磁気部材に対しては、含まれる軟磁性金属材料の組成の見直しなどにより、磁気的特性の改善が図られてはいるものの、特に透磁率の向上については、いまだその効果は十分とは言い難い（例えば特許文献２）。

このため、圧粉磁心のような「三次元部材」に対しても、磁気的特性、特に透磁率をより高めることが要望されている。

本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、本発明では、圧粉磁心に適用した際に、磁気的特性、特に透磁率を有意に高めることが可能な軟磁性材料を提供することを目的とする。また、本発明では、そのような軟磁性材料を含む圧粉磁心、さらにはそのような圧粉磁心を含むインダクタを提供することを目的とする。

本発明では、複数の軟磁性粒子を含む軟磁性材料であって、
各軟磁性粒子は、該軟磁性粒子全体に対して４５～５０質量％の範囲のニッケルと、鉄とを含み、
前記軟磁性粒子の厚さは０．１μｍ以上３０μｍ以下であり、
前記軟磁性粒子の平均アスペクト比Ａは、５以上であり、
前記軟磁性粒子の表面の少なくとも一部が絶縁処理されている、軟磁性材料
が提供される。

また、本発明では、圧粉磁心であって、
軟磁性粒子とバインダとを含み、
各軟磁性粒子は、該軟磁性粒子全体に対して４５～５０質量％の範囲のニッケルと、鉄とを含み、
前記軟磁性粒子の厚さは０．１μｍ以上３０μｍ以下であり、
前記軟磁性粒子の平均アスペクト比Ａは、５以上であり、
前記軟磁性粒子の表面の少なくとも一部が絶縁処理されている、圧粉磁心が提供される。

さらに、本発明では、前述の特徴を有する圧粉磁心を有するインダクタが提供される。

本発明では、圧粉磁心に適用した際に、磁気的特性、特に透磁率を有意に高めることが可能な軟磁性材料を提供することができる。また、本発明では、そのような軟磁性材料を含む圧粉磁心、さらにはそのような圧粉磁心を含むインダクタを提供することができる。

本発明の一実施形態による軟磁性材料に含まれ得る扁平粒子の一形態を模式的に示した図である。 本発明の一実施形態による圧粉磁心の形態を模式的に示した図である。 本発明の一実施形態による圧粉磁心を備えるインダクタの構成を模式的に示下図である。 本発明の一実施形態による圧粉磁心の製造方法のフローを概略的に示した図である。 例１において使用した球状粒子の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真の一例である。 例１において調製された扁平粒子のＳＥＭ写真の一例である。 例１において調製された扁平粒子のエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）の結果を示した図である。 絶縁処理を実施する前の扁平粒子のエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）の結果を示した図である。 例１において調製された扁平粒子におけるリン（Ｐ）の元素マッピング結果を示した図である。 例２において調製された扁平粒子のＳＥＭ写真の一例である。 例４において調製された扁平粒子のＳＥＭ写真の一例である。 例５において調製された扁平粒子のＳＥＭ写真の一例である。 各例に係る圧粉磁心において得られた比透磁率μ_ｒの周波数依存性を示したグラフである。 各例に係る圧粉磁心において得られた、周波数ｆ＝５ＭＨｚにおける比透磁率μ_ｒを示したグラフである。 各例に係る圧粉磁心において得られたコアロスＰ_ｃの周波数依存性を示したグラフである。 周波数ｆ＝３ＭＨｚ（磁束密度Ｂ_ｍ＝１０ｍＴ）において算定された、ヒステリシス損失Ｐ_ｈおよび渦電流損失Ｐ_ｅの影響を、平均アスペクト比Ａに対して示したグラフである。 周波数ｆ＝１ＭＨｚ（磁束密度Ｂ_ｍ＝２０ｍＴ）において算定された、ヒステリシス損失Ｐ_ｈおよび渦電流損失Ｐ_ｅの影響を、平均アスペクト比Ａに対して示したグラフである。 周波数ｆ＝３００ｋＨｚ（磁束密度Ｂ_ｍ＝５０ｍＴ）において算定された、ヒステリシス損失Ｐ_ｈおよび渦電流損失Ｐ_ｅの影響を、平均アスペクト比Ａに対して示したグラフである。 周波数ｆ＝１００ｋＨｚ（磁束密度Ｂ_ｍ＝１００ｍＴ）において算定された、ヒステリシス損失Ｐ_ｈおよび渦電流損失Ｐ_ｅの影響を、平均アスペクト比Ａに対して示したグラフである。 各例における圧粉磁心において得られた、周波数ｆ＝３ＭＨｚ（磁束密度Ｂ_ｍ＝１０ｍＴ）でのコアロスの２成分の内訳を、まとめて示したグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。

（本発明の一実施形態による軟磁性材料）
図１を参照して、本発明の一実施形態による軟磁性材料について説明する。

本発明の一実施形態による軟磁性材料（以下、単に「本願材料」と称する）は、軟磁性粒子を含む。

軟磁性粒子は、鉄とニッケルを含む合金で構成される。合金において、ニッケルは、４５質量％～５０質量％の範囲で含まれても良い。また、軟磁性粒子は、鉄とニッケルの他に、ケイ素を含んでも良い。ケイ素の含有量は、例えば、０質量％～１０質量％の範囲である。

軟磁性粒子は、例えば、パーマロイＢ（ＪＩＳ）であっても良い。

なお、軟磁性粒子は、略扁平な形状を有する。

図１には、本願材料に含まれ得る軟磁性粒子（以下、「扁平粒子」とも称する）の一形態を模式的に示す。

図１に示した例では、扁平粒子１０は、略円形の上面１２および下面１３と、一つの端面と１５を有する。このような形態を、以下、「円形ディスク形状」と称する。

なお、図１に示した扁平粒子の形状は、単なる一例であって、本願材料に含まれる扁平粒子は、扁平形状である限り、いかなる形態を有しても良い。例えば、図１に示した扁平粒子１０において、上面１２および／または下面１３は、略楕円形であっても良い。

本願材料に含まれる扁平粒子１０は、５以上の平均アスペクト比Ａを有するという特徴を有する。平均アスペクト比Ａは、９であることが好ましい。

ここで、平均アスペクト比Ａは、以下のように算定される：
本願材料から、ランダムに５０個の扁平粒子を選択する。それぞれの扁平粒子について、長さをＬ、厚さをＴとし、以下の（１）式により、平均アスペクト比Ａを求める：

平均アスペクト比Ａ＝Ｌの平均値Ｌ_ａｖｅ／Ｔの平均値Ｔ_ａｖｅ （１）式

このような平均アスペクト比Ａが５以上の扁平粒子を含む本願材料では、以降に詳しく示すように、磁気的特性を有意に向上させることができる。

また、本願材料に含まれる軟磁性粒子は、表面の少なくとも一部が、リン酸塩、シリカ等で絶縁処理されているという特徴を有する。

例えば、図１に示した扁平粒子１０の場合、上面１２、下面１３、および端面１５のいずれかの一部に、リン酸塩が設置されている。リン酸塩は、実質的に上面１２の全体に設置されていても良く、実質的に下面１３の全体に設置されていても良く、および／または実質的に端面１５の全体に設置されていても良い。

リン酸塩は、例えば、リン酸鉄であっても良い。

本願材料は、表面がこのように絶縁処理されている軟磁性粒子を含む。従って、本願材料を成形して圧粉磁心のような三次元部材を構成した場合、三次元部材の内部で軟磁性粒子同士が接触して、粒子間に渦電流が発生するという問題を、有意に抑制することができる。

以上のような効果により、本願材料を圧粉磁心のような三次元部材に適用した場合、三次元部材の磁気的特性を、有意に向上させることができる。特に、そのような三次元部材の透磁率を有意に高めることができ、コアロスを有意に低下させることが可能となる。

（扁平粒子の寸法について）
軟磁性粒子が図１に示した形態の扁平粒子１０である場合、扁平粒子１０の長さは、例えば、１μｍ～１０００μｍの範囲であり、２０μｍ～３００μｍの範囲であることが好ましい。また、扁平粒子１０の厚さは、例えば、０．１μｍ～３０μｍの範囲であり、０．１μｍ～１０μｍの範囲であることが好ましい。

（本発明の一実施形態による圧粉磁心）
次に、図２を参照して、本発明の一実施形態による圧粉磁心について説明する。

図２には、本発明の一実施形態による圧粉磁心の形態を模式的に示す。

図２に示すように、本発明の一実施形態による圧粉磁心（以下、「第１の圧粉磁心」と称する）１００は、略リング状の形状を有する。

第１の圧粉磁心１００の寸法は、特に限られない。

第１の圧粉磁心１００は、軟磁性材料とバインダとを含む混合物を加圧成形した後、これを固化することにより形成される。従って、第１の圧粉磁心１００は、軟磁性材料と、バインダとを含む。

ここで、第１の圧粉磁心１００は、軟磁性材料として、前述の本願材料を含む。すなわち、第１の圧粉磁心１００は、略扁平な形状を有する軟磁性粒子を含み、該軟磁性粒子は、５以上の平均アスペクト比Ａを有し、表面の少なくとも一部が、絶縁処理されている。

一般に、扁平形状の軟磁性粒子で構成された電磁気部材の比透磁率μ_ｒは、以下の（２）式で表される：

ここで、ｑは、電磁気部材における軟磁性粒子の充填率であり、μ_ｔｒは、軟磁性粒子の比透磁率、Ｎは、反磁界係数である。粉末のアスペクト比を大きくすると、反磁界係数が小さくなり、比透磁率μ_ｒは向上する。

前述のように、第１の圧粉磁心１００では、アスペクト比が有意に大きな軟磁性粒子が使用されている。すなわち、第１の圧粉磁心１００では、平均アスペクト比Ａが５以上の扁平粒子が使用されている。従って、第１の圧粉磁心１００では、反磁界係数Ｎを有意に低減することができ、これにより、第１の圧粉磁心１００の比透磁率μ_ｒを有意に高めることができる。

また、第１の圧粉磁心１００においては、使用される軟磁性粒子の表面の少なくとも一部が絶縁処理されている。

一般に、電磁気部材において、内部に含まれる軟磁性粒子同士が接触すると、粒子間で渦電流が発生し、これにより、コアロスが増加する。

しかしながら、第１の圧粉磁心１００では、軟磁性材料として、前述のような軟磁性粒子が使用されている。従って、第１の圧粉磁心１００では、加圧成形によって軟磁性粒子同士が接触した場合であっても、粒子間で渦電流が形成される可能性を有意に抑制することができる。従って、第１の圧粉磁心１００では、コアロスを有意に抑制することができる。

このような効果により、第１の圧粉磁心１００は、有意に高い磁気的特性を発揮することができる。特に、第１の圧粉磁心１００では、比透磁率を有意に高めることができ、コアロスを有意に低減させることが可能となる。

例えば、第１の圧粉磁心１００は、５ＭＨｚの周波数において、４０以上の比透磁率を有する。比透磁率は、５ＭＨｚの周波数において、４４以上であることが好ましく、５０以上であることがより好ましい。

また、第１の圧粉磁心１００は、３ＭＨｚの周波数、および１０ｍＴの磁束密度において、１５００ｋＷ／ｍ^３以下のコアロスを有する。３ＭＨｚの周波数、および１０ｍＴの磁束密度において、コアロスは、１３００ｋＷ／ｍ^３以下であることが好ましく、８００ｋＷ／ｍ^３以下であることがより好ましい。

本願において、圧粉磁心の比透磁率は、ＬＣＲメータで測定することができる。一方、コアロスは、ＢＨアナライザーで測定することができる。

（構成成分）
次に、前述のような第１の圧粉磁心１００に含まれる構成成分について、より詳しく説明する。

（バインダ）
バインダは、例えば、有機樹脂で構成される。

有機樹脂は、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、イミド樹脂、およびビニル樹脂からなる群から選定されても良い。シリコーン樹脂としては、例えば、メチルシリコーン樹脂およびアルキッド変性シリコーン樹脂などが挙げられる。エポキシ樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂およびビフェニル型エポキシ樹脂などが挙げられる。イミド樹脂としては、例えばポリアミドイミド樹脂およびポリアミック酸型ポリイミド樹脂などが挙げられる。ビニル樹脂としては、例えばポリビニルアルコール樹脂およびポリビニルブチラール樹脂などが挙げられる。

第１の圧粉磁心１００におけるバインダの含有量は、全体に対して、例えば１５体積％～３０体積％の範囲である。

（軟磁性材料）
前述のように軟磁性材料は、軟磁性粒子を含み、該軟磁性粒子は、扁平粒子である。

扁平粒子は、例えば、図１に示した扁平粒子１０のような、略円形状の上面１２および下面１３を有する形態、すなわち円形ディスク形状であることが好ましい。このような形状では、軟磁性粒子を加圧成形して成形体を形成した際に、磁気特性の異方性が生じ難くなる。

軟磁性粒子が図１に示した形態の扁平粒子１０である場合、扁平粒子１０の長さは、例えば、１μｍ～１０００μｍの範囲であり、２０μｍ～３００μｍの範囲であることが好ましい。また、扁平粒子１０の厚さは、例えば、０．１μｍ～２００μｍの範囲であり、０．１μｍ～２０μｍの範囲であることが好ましい。

第１の圧粉磁心１００に含まれる軟磁性材料の割合は、全体に対して、例えば７０体積％～８５体積％の範囲である。

（その他）
第１の圧粉磁心１００は、さらに、成形助剤などを含んでも良い。

成形助剤としては、例えば、ステアリン酸亜鉛などのステアリン酸塩が使用される。成形助剤の量は、特に限られないが、例えば、軟磁性材料に対して、１質量％以下である。

（第１の圧粉磁心１００の磁気的特性）
次に、第１の圧粉磁心１００の磁気的特性について、より詳しく説明する。

圧粉磁心におけるコアロスは、以下の（３）式で表される：

コアロスＰ_ｃ＝Ｐ_ｈ＋Ｐ_ｅ （３）式

ここで、Ｐ_ｈはヒステリシス損失であり、Ｐ_ｅは渦電流損失である。

このうち、ヒステリシス損失Ｐ_ｈは、ｋ_ｈをヒステリシス損失係数、Ｂ_ｍを磁束密度、ｆを周波数として、

ヒステリシス損失Ｐ_ｈ＝ｋ_ｈ・Ｂ_ｍ ^１．６・ｆ （４）式

で表される。一方、渦電流損失Ｐ_ｅは、ｋ_ｅを渦電流損失係数として、

渦電流損失Ｐ_ｅ＝ｋ_ｅ・Ｂｍ^２・ｆ^２ （５）式

で表される。

このように、コアロスＰ_ｃは、ヒステリシスによる損失（Ｐ_ｈ）と、渦電流による損失（Ｐ_ｅ）との和で表される。

また、渦電流損失係数ｋ_ｅは、ｔを軟磁性粒子の厚さ、Ｃを形状因子係数、ρを比抵抗として、

渦電流損失係数ｋ_ｅ＝π^２・ｔ^２／（Ｃ・ρ） （６）式

で表される。

前述のように、第１の圧粉磁心１００では、扁平形状の軟磁性粒子が使用される。

この場合、前述の扁平粒子１０の端面１５の厚さが、（６）式における軟磁性粒子の厚さｔに対応する。従って、扁平粒子１０を使用することにより、渦電流損失係数ｋ_ｅを小さくすることができる。

また、第１の圧粉磁心１００では、軟磁性粒子の表面が絶縁処理されている。第１の圧粉磁心１００では、この絶縁処理により、軟磁性粒子同士が接触しても、渦電流の発生が有意に抑制される。

これらの効果により、第１の圧粉磁心１００では、特に渦電流損失Ｐ_ｅを抑制することができ、これにより全体のコアロスＰ_ｃを有意に低減することができる。

第１の圧粉磁心１００において、渦電流損失Ｐ_ｅは、磁束密度Ｂ_ｍ＝１０ｍＴおよび周波数ｆ＝３ＭＨｚにおいて、例えば、１２００ｋＷ／ｍ^３以下である。渦電流損失Ｐ_ｅは、磁束密度Ｂ_ｍ＝１０ｍＴおよび周波数ｆ＝３ＭＨｚにおいて、１０００ｋＷ／ｍ^３以下であることが好ましく、５００ｋＷ／ｍ^３以下であることがより好ましい。

一方、第１の圧粉磁心１００において、ヒステリシス損失Ｐ_ｈは、磁束密度Ｂ_ｍ＝１０ｍＴおよび周波数ｆ＝３ＭＨｚにおいて、例えば、５００ｋＷ／ｍ^３以下である。ヒステリシス損失Ｐ_ｈは、磁束密度Ｂ_ｍ＝１０ｍＴおよび周波数ｆ＝３ＭＨｚにおいて、４００ｋＷ／ｍ^３以下であることが好ましく、３００ｋＷ／ｍ^３以下であることがより好ましい。

（圧粉磁心の適用例）
図２には、本発明の一実施形態による圧粉磁心の一形態として、リング状の圧粉磁心１００が記載されている。しかしながら、本発明において、圧粉磁心の形状は、特に限られないことに留意する必要がある。例えば、圧粉磁心は、略棒状の形状を有しても良い。

このような本発明の一実施形態による圧粉磁心は、例えば、インダクタ（リアクトルを含む）等に適用することができる。

図３には、インダクタの一構成例を模式的に示す。

図３に示すように、インダクタ２００は、圧粉磁心２１０と、該圧粉磁心２１０に巻き回された巻線２２０とを有する。巻線２２０は、例えば、銅または銅合金で構成される。

ここで、圧粉磁心２１０は、本発明の一実施形態による圧粉磁心、例えば、前述のような第１の圧粉磁心１００で構成される。

このような圧粉磁心２１０では、高い比透磁率が得られるとともに、コアロスＰ_ｃ、特に渦電流損失Ｐ_ｅを有意に抑制することができる。

（本発明の一実施形態による圧粉磁心の製造方法）
次に、図４を参照して、本発明の一実施形態による圧粉磁心の製造方法について説明する。

図４には、本発明の一実施形態による圧粉磁心の製造方法のフローを概略的に示す。図４に示すように、本発明の一実施形態による圧粉磁心の製造方法は、
扁平形状の軟磁性粒子を調製する工程（工程Ｓ１１０）と、
前記軟磁性粒子に対して絶縁処理を行う工程（工程Ｓ１２０）と、
前記軟磁性粒子を用いて成形体を形成する工程（工程Ｓ１３０）と、
を有する。

以下、各工程について説明する。

なお、ここでは、一例として、図２に示したような第１の圧粉磁心１００を製造する方法について説明する。また、圧粉磁心は、軟磁性粒子として、図１に示したような形態の扁平粒子１０を含むものと仮定する。

（工程Ｓ１１０）
工程Ｓ１１０では、扁平形状の軟磁性粒子（すなわち「扁平粒子」）が調製される。扁平粒子の製造方法は特に限られないが、例えば以下の方法で、扁平粒子を製造しても良い。

まず、所望の組成を有する軟磁性材料の原料粒子が製造される。

原料粒子は、例えば、４５質量％～５０質量％のニッケルを含む、鉄ニッケル合金（例えばパーマロイＢ）であっても良い。原料粒子は、さらに、全体に対して０質量％～１０質量％のケイ素を含んでも良い。

原料粒子は、例えば、略球状であっても良い。球状の原料粒子は、例えば、真空下または低酸素分圧下でのガスアトマイズ法により製造することができる。製造後に得られる原料粒子の粒径（平均粒径）は、特に限られないが、例えば、１μｍ～１０００μｍの範囲である。

製造された原料粒子は、所定の寸法範囲に含まれるように、ふるい分けされても良い。例えば、粒径が１μｍ～１００μｍの原料粒子のみが回収されても良い。

次に、得られた原料粒子を用いて、扁平粒子が形成される。

扁平化の方法は、特に限られない。例えば、ビーズミル装置を用いて、原料粒子を扁平化しても良い。

一般に、ビーズミル装置は、回転供給部と、圧縮加工部と、被処理体の回収部と、を備える。回転供給部は、回転機構を備え、受容した被処理体、すなわち原料粒子を、遠心力により圧縮加工部の方に移動させる役割を有する。

圧縮加工部は、所定の寸法のビーズが充填された領域を有し、原料粒子は、この領域を通過する際に押しつぶされる。従って、圧縮加工部により、原料粒子を扁平化することができる。

圧縮加工部から排出された扁平粒子は、その後回収される。さらに、必要に応じて、扁平粒子に対して、同じ加工を繰り返しても良い。原料粒子が圧縮加工部を通過する回数を変化させることにより、原料粒子の圧縮度合い、すなわち扁平化率を変化させることができる。

なお、前記一連の工程は、連続的に実施される。従って、原料粒子の扁平化率は、通常、処理時間で制御される。

このような工程により、例えば、図１に示したような、略ディスク形状の扁平粒子１０を得ることができる。

なお、その後、扁平粒子に対して、歪み除去処理を実施しても良い。歪み除去処理は、扁平粒子を、例えば、６００℃～８００℃に保持することにより実施される。保持時間は、例えば、１時間～５時間の範囲である。

（工程Ｓ１２０）
次に、工程Ｓ１１０で得られた軟磁性粒子に対して、絶縁処理が実施される。

絶縁処理は、前述のように、軟磁性粒子同士の間における渦電流の発生を抑制するために実施される。すなわち、絶縁処理を実施することにより、成形後に軟磁性粒子同士が接触しても、渦電流の発生が有意に抑制される。

絶縁処理の方法は、特に限られない。例えば、軟磁性粒子をリン酸水溶液中に浸漬させることにより、粒子表面にリン酸塩を形成させて絶縁処理を実施しても良い。

リン酸水溶液の濃度は、例えば、０．１質量％～１質量％の範囲である。なお、絶縁処理は、通常、５０℃～１００℃の範囲で実施される。

リン酸水溶液が揮発し、溶液成分が完全に消失した後、軟磁性粒子が回収される。

これにより、表面にリン酸塩が設置された扁平粒子を得ることができる。

表面に設置されるリン酸塩の量は、リン酸水溶液中に含まれるリン酸濃度を調整することにより、制御することができる。例えば、各扁平粒子におけるリン酸塩の設置量は、全重量に対して０．３％～１５％の範囲である。

リン酸塩は、実質的に、各扁平粒子の表面全体に設置されることが好ましい。

また、リン酸の代わりに、ケイ素を含む絶縁処理剤を用いて、扁平粒子の表面にシリカを形成させて絶縁処理を実施しても良い。

（工程Ｓ１３０）
次に、工程Ｓ１２０における絶縁処理が実施された軟磁性粒子を用いて、成形体が形成される。そのため、まず、成形用の混合物が調製される。

混合物は、軟磁性粒子とバインダとを含む。バインダは、例えば、シリコーン樹脂のような樹脂バインダであっても良い。また、軟磁性粒子の含有量は、バインダと軟磁性粒子の合計に対して、例えば、７０体積％～８５体積％の範囲である。

なお、混合物は、トルエンのような有機溶媒を含んでも良い。また、混合物には、さらに、成形助剤を添加しても良い。成形助剤の軟磁性粒子に対する添加量は、例えば、０．１質量％～１質量％の範囲である。また、成形助剤は、ステアリン酸亜鉛のような、ステアリン酸塩等であっても良い。

次に、混合物が成形型に導入される。また、成形型に対して所定の圧力が印加され、成形処理が実施される。

成形処理の圧力は、例えば、０．１ＭＰａ～３０００ＭＰａの範囲である。また、成形処理は、常温で実施されても、あるいは例えば、５０℃～４００℃で実施されても良い。

成形は、例えば、一軸プレス法、ホットプレス法、冷間等方圧加圧（ＣＩＰ）法、または熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）法等により、実施されても良い。

以上のような加圧成形処理により、成形体が形成される。

その後、得られた成形体に対して、バインダの硬化処理が実施されても良い。硬化処理の温度は、例えば１００℃～２００℃の範囲であり、硬化処理の時間は、例えば１０分～２時間の範囲である。

以上の工程により、本発明の一実施形態による圧粉磁心が製造される。

以下、本発明の実施例について説明する。

（例１）
前述の図４に示した方法により、圧粉磁心を製造した。

まず、軟磁性材料の原料粒子を準備した。

原料粒子は、パーマロイＢ（ＪＩＳ）とした。また、原料粒子は球状とし、ガスアトマイズ法により製造した。得られた球状粒子を目開き１００μｍのふるいにかけ、粒径が１００μｍ以下の球状粒子を回収した。

図５には、球状粒子の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真の一例を示した。

次に、ビーズミル装置により、球状粒子を扁平化させた。ビーズミル装置において、圧縮加工部に充填されたビーズは、ＳＵＪ２とし、ビーズの粒径は、１．６ｍｍφとした。処理時間は、１時間とした。

次に、得られた扁平粒子に対して、歪み除去処理を行った。歪み除去処理は、扁平粒子を、アルゴン雰囲気下、７００℃で３時間保持することにより実施した。

次に、扁平粒子に対して、絶縁処理を行った。絶縁処理は、扁平粒子をリン酸水溶液中に浸漬させることにより実施した。リン酸水溶液を撹拌しながら１００℃に加熱し、水溶液を全て気化させた。

水溶液が全て気化した後、扁平粒子を回収した。これにより、扁平粒子の表面にリン酸塩が設置された。

図６には、得られた扁平粒子のＳＥＭ写真の一例を示す。また、図７には、得られた扁平粒子のエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）の結果を示す。図８には、比較のため、絶縁処理を実施する前の扁平粒子のＥＤＳ結果を示す。さらに、図９には、絶縁処理後の扁平粒子におけるリン（Ｐ）の元素マッピング結果を示す。

図６から、得られた扁平粒子は、略円形ディスク状の形態であることがわかる。また、図７と図８の比較から、絶縁処理によって、扁平粒子の表面にリンが付着していることが確認された。さらに、図９から、リンは、扁平粒子の全面に付着していることがわかった。

次に、５０個の扁平粒子を選定して、それぞれの形状を測定した。また、測定結果から、扁平粒子の平均アスペクト比Ａを求めたところ、平均アスペクト比Ａは、１１．０であった。

次に、トルエン中に、扁平粒子と、バインダとを添加し、混合物を調製した。バインダは、シリコーン樹脂とし、扁平粒子に対して３質量％となるように添加した。また、混合物中には、さらに、成形助剤としてステアリン酸亜鉛を添加した。ステアリン酸亜鉛の添加量は、扁平粒子に対して０．５質量％とした。

混合物を十分に撹拌混合した後、該混合物を所定の形状の型内に流し入れた。さらに、一方向から１４７０ＭＰａの圧力を加えて、混合物を加圧成形した。

その後、圧力を解除した状態で、１５０℃で１時間保持することにより、成形体を硬化させた。

以上の工程により、図２に示したようなリング状の圧粉磁心が得られた。圧粉磁心の内径Ｄ_１は、１３．５ｍｍであり、外径Ｄ_２は、２１ｍｍであり、厚さは約３ｍｍであった。また、圧粉磁心における扁平粒子の充填率は、８１．４ｖｏｌ％であった。

（例２）
例１と同様の方法により、リング状の圧粉磁心を製造した。

ただしこの例２では、ビーズミル装置により球状粒子を扁平化させる時間を、２時間とした。その他の条件は、例１と同様である。

図１０には、例２において得られた扁平粒子のＳＥＭ写真の一例を示す。図１０から、得られた扁平粒子は、略円形ディスク状の形態であることがわかる。

扁平粒子の平均アスペクト比Ａを求めたところ、平均アスペクト比Ａは、２７．７であった。

また、圧粉磁心における扁平粒子の充填率は、７６．４ｖｏｌ％であった。

（例３）
例１と同様の方法により、リング状の圧粉磁心を製造した。

ただしこの例３では、ビーズミル装置による扁平化処理、および絶縁処理を実施しなかった。すなわち、例３では、球状粒子をそのまま使用して、圧粉磁心を製造した。なお、その他の条件は、例１と同様である。

球状粒子の平均アスペクト比Ａを求めたところ、平均アスペクト比Ａは、１．１であった。

また、圧粉磁心における扁平粒子の充填率は、７７．５ｖｏｌ％であった。

（例４）
例１と同様の方法により、リング状の圧粉磁心を製造した。

ただしこの例４では、ビーズミル装置により、球状粒子を扁平化させる時間を、０．２５時間とした。また、扁平粒子に対して、絶縁処理を実施しなかった。その他の条件は、例１と同様である。

図１１には、例４において得られた扁平粒子のＳＥＭ写真の一例を示す。図１１から、得られた扁平粒子は、略円形ディスク状の形態であることがわかる。

扁平粒子の平均アスペクト比Ａを求めたところ、平均アスペクト比Ａは、１．７であった。

また、圧粉磁心における扁平粒子の充填率は、７７．２ｖｏｌ％であった。

（例５）
例１と同様の方法により、リング状の圧粉磁心を製造した。

ただしこの例５では、ビーズミル装置により、球状粒子を扁平化させる時間を、０．５０時間とした。また、扁平粒子に対して、絶縁処理を実施しなかった。その他の条件は、例１と同様である。

図１２には、例５において得られた扁平粒子のＳＥＭ写真の一例を示す。図１２から、得られた扁平粒子は、略円形ディスク状の形態であることがわかる。

扁平粒子の平均アスペクト比Ａを求めたところ、平均アスペクト比Ａは、４．０であった。

また、圧粉磁心における扁平粒子の充填率は、７７．５ｖｏｌ％であった。

以下の表１には、例１～例５において使用した原料粒子の組成をまとめて示した。

また、以下の表２には、例１～例５における圧粉磁心に含有させた軟磁性粒子の寸法パラメータをまとめて示した。

（評価）
例１～例５において製造された圧粉磁心を用いて、以下の評価を行った。

（比透磁率の評価）
圧粉磁心に、直径０．５ｍｍφの銅ワイヤ（一次巻線）を巻き付けて試験体を構成した。一次巻線の巻き数は１０とした。

ＬＣＲメータ（４２８７Ａ：Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．）および試験フィクスチャ（１６０９３Ａ：Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．）を用いて、この試験体のインダクタンスを測定した。周波数範囲は、１ＭＨｚ～１０ＭＨｚとした。

また、得られた結果から、以下の（７）式を用いて、圧粉磁心の比透磁率μ_ｒを評価した。

ここで、Ｌ_ｅｆｆは、圧粉磁心の有効インダクタンスであり、Ｌ_ｗは、コイルのインダクタンスであり、ｌ_ｍは、磁路長であり、μ_０は、真空中の透磁率であり、ｎは、一次巻線の巻き数であり、Ａは、圧粉磁心の断面積である。

図１３には、例１～例５に係る圧粉磁心において得られた比透磁率μ_ｒの周波数依存性をまとめて示す。

また、図１４には、各圧粉磁心において得られた、周波数ｆ＝５ＭＨｚにおける比透磁率μ_ｒを示す。

図１３から、例１および例２に係る圧粉磁心では、比透磁率μ_ｒの周波数変化が小さく、安定的に高い比透磁率μ_ｒが得られることがわかる。また、図１４から、例１および例２に係る圧粉磁心では、５ＭＨｚの周波数において、４０以上の高い比透磁率が得られることがわかった。特に、例２に係る圧粉磁心では、５０を超える高い比透磁率が得られることがわかった。

このように、例１および例２に係る圧粉磁心では、周波数ｆに関わらず、例３～例５に係る圧粉磁心に比べて、有意に高い比透磁率が得られることがわかった。

（コアロスの評価）
例１～例５に係る圧粉磁心に、直径０．５ｍｍφの銅ワイヤ（一次巻線）および直径０．３ｍｍφの銅ワイヤ（二次巻線）を巻き付けて、試験体を構成した。

一次および二次巻線の巻き数は、測定する磁束密度によって変化させた。一次巻線の巻き数は、磁束密度が１０ｍＴおよび２０ｍＴの場合、２０とした。磁束密度が５０ｍＴおよび１００ｍＴの場合、４０とした。また、二次巻線の巻き数は、磁束密度が１０ｍＴおよび２０ｍＴの場合、１０とした。磁束密度が５０ｍＴおよび１００ｍＴの場合、二次巻線の巻き数は、２０とした。

この試験体を用いて、各周波数におけるコアロスＰ_ｃを評価した。コアロスＰ_ｃの評価には、ＢＨアナライザー（ＳＹ－８２１８：岩通計測株式会社製）を使用した。周波数範囲は、０．１ＭＨｚ～３ＭＨｚとした。

図１５には、各圧粉磁心において得られたコアロスＰ_ｃの周波数依存性をまとめて示す。

また得られたコアロスＰ_ｃの周波数依存性から、カーブフィッチングによる最小二乗法により、各周波数におけるヒステリシス損失Ｐ_ｈおよび渦電流損失Ｐ_ｅのそれぞれの影響を算出した。

図１６～図１９には、それぞれ、周波数３ＭＨｚ（磁束密度Ｂ_ｍ＝１０ｍＴ）、１ＭＨｚ（磁束密度Ｂ_ｍ＝２０ｍＴ）、３００ｋＨｚ（磁束密度Ｂ_ｍ＝５０ｍＴ）、および１００ｋＨｚ（磁束密度Ｂ_ｍ＝１００ｍＴ）において算定された、ヒステリシス損失Ｐ_ｈおよび渦電流損失Ｐ_ｅを示す。なお、これらの図において、横軸は、平均アスペクト比Ａである。

また、図２０には、各例における圧粉磁心において得られた、周波数３ＭＨｚ（磁束密度Ｂ_ｍ＝１０ｍＴ）でのコアロスの２成分の内訳を、まとめて示す。

図１５および図２０から、例１および例２に係る圧粉磁心では、周波数ｆにかかわらず、例３～例５に係る圧粉磁心に比べて、コアロスＰ_ｃが有意に抑制されていることがわかる。例えば、例１に係る圧粉磁心では、周波数ｆ＝３ＭＨｚにおいて、コアロスＰ_ｃは、１４００ｋＷ／ｍ^３以下となり、例２に係る圧粉磁心では、８００ｋＷ／ｍ^３以下となった。

また、図１６～図２０から、例１および例２に係る圧粉磁心では、コアロスＰ_ｃの成分のうち、特に渦電流損失Ｐ_ｅが大きく抑制されることがわかった。例えば、例１に係る圧粉磁心では、３ＭＨｚにおける渦電流損失Ｐ_ｅは、１０００ｋＷ／ｍ^３まで低減されることがわかった。また、例２に係る圧粉磁心では、３ＭＨｚにおける渦電流損失Ｐ_ｅは、約５００ｋＷ／ｍ^３まで低減されることがわかった。

一方、図１６～図２０から、例１および例２に係る圧粉磁心では、渦電流損失Ｐ_ｅに比べて抑制効果は小さいものの、ヒステリシス損失Ｐ_ｈも有意に抑制されていることがわかる。例えば、例１および例２に係る圧粉磁心では、３ＭＨｚにおけるヒステリシス損失Ｐ_ｈは、いずれも３００ｋＷ／ｍ^３以下であった。

このように、本発明の一実施形態による圧粉磁心では、磁気的特性が有意に向上することが確認された。

１０ 扁平粒子
１２ 上面
１３ 下面
１５ 端面
１００ 第１の圧粉磁心
２００ インダクタ
２１０ 圧粉磁心
２２０ 巻線

Claims (11)

1. 複数の軟磁性粒子を含む圧粉磁心用の軟磁性材料であって、
   各軟磁性粒子は、該軟磁性粒子全体に対して４５～５０質量％の範囲のニッケルと、鉄とを含み、
   前記軟磁性粒子の厚さは０．１μｍ以上３０μｍ以下であり、
   前記軟磁性粒子の平均アスペクト比Ａは、５以上であり、
   前記軟磁性粒子の表面の少なくとも一部は、リン酸鉄で絶縁処理されている、軟磁性材料。
2. 各軟磁性粒子は、略円形の扁平形状を有する、請求項１に記載の軟磁性材料。
3. 実質的に前記軟磁性粒子の表面全体が絶縁処理されている、請求項１または２に記載の軟磁性材料。
4. 圧粉磁心であって、
   軟磁性粒子とバインダとを含み、
   各軟磁性粒子は、該軟磁性粒子全体に対して４５～５０質量％の範囲のニッケルと、鉄とを含み、
   前記軟磁性粒子の厚さは０．１μｍ以上３０μｍ以下であり、
   前記軟磁性粒子の平均アスペクト比Ａは、５以上であり、
   前記軟磁性粒子の表面の少なくとも一部は、リン酸鉄で絶縁処理されている、圧粉磁心。
5. 前記軟磁性粒子は、全体に対して最大８５体積％を占める、請求項４に記載の圧粉磁心。
6. 前記軟磁性粒子は、全体に対して少なくとも７０体積％を占める、請求項４または５に記載の圧粉磁心。
7. 前記バインダは、樹脂で構成される、請求項４乃至６のいずれか一つに記載の圧粉磁心。
8. 各軟磁性粒子は、略円形の扁平形状を有する、請求項４乃至７のいずれか一つに記載の圧粉磁心。
9. Ｂ_ｍ＝１０ｍＴおよび周波数３ＭＨｚにおいて、コアロスが、１５００ｋＷ／ｍ^３以下である、請求項４乃至８のいずれか一つに記載の圧粉磁心。
10. 周波数５ＭＨｚにおいて、比透磁率が４０以上である、請求項４乃至９のいずれか一つに記載の圧粉磁心。
11. 請求項４乃至１０のいずれか一つに記載の圧粉磁心を有するインダクタ。

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