圧粉成形体、圧粉成形体の製造方法、リアクトル、コンバータ、及び電力変換装置
【課題】低損失な圧粉成形体、及びその圧粉成形体を製造することができる圧粉成形体の製造方法、圧粉成形体を具えるリアクトル、コンバータ、電力変換装置を提供する。
【解決手段】軟磁性粒子の外周に絶縁被膜が被覆された被覆軟磁性粒子を複数具えてなる被覆軟磁性粉末を用いて圧粉成形体を製造する方法で、素材準備工程と、照射工程とを具える。素材準備工程では、被覆軟磁性粉末を加圧成形した素材成形体を用意する。照射工程では、素材成形体の表面の一部にレーザを照射する。素材成形体の表面の一部にレーザを照射することにより、素材成形体の表面で複数の軟磁性粒子の構成材料同士が導通した導通部の分断箇所を増加することができ、圧粉成形体の損失を低減できる。
【解決手段】軟磁性粒子の外周に絶縁被膜が被覆された被覆軟磁性粒子を複数具えてなる被覆軟磁性粉末を用いて圧粉成形体を製造する方法で、素材準備工程と、照射工程とを具える。素材準備工程では、被覆軟磁性粉末を加圧成形した素材成形体を用意する。照射工程では、素材成形体の表面の一部にレーザを照射する。素材成形体の表面の一部にレーザを照射することにより、素材成形体の表面で複数の軟磁性粒子の構成材料同士が導通した導通部の分断箇所を増加することができ、圧粉成形体の損失を低減できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被覆軟磁性粉末を加圧成形してなる圧粉成形体、その製造方法、その圧粉成形体を具えるリアクトル、そのリアクトルを具えるコンバータ、及びそのコンバータを具える電力変換装置に関するものである。特に、低損失な圧粉成形体、及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車などは、モータへの電力供給系統に昇圧回路を備えている。この昇圧回路の一部品として、リアクトルが利用されている。リアクトルは、コアにコイルを巻回した構成である。コアを交流磁場で使用した場合、コアに鉄損と呼ばれる損失が生じる。鉄損は、概ね、ヒステリシス損と渦電流損との和で表され、特に、高周波での使用において顕著に増加する。
【０００３】
リアクトルのコアにおける鉄損を低減するために、圧粉成形体でできたコアを用いることがある。圧粉成形体は、軟磁性粒子の表面に絶縁被膜を形成した被覆軟磁性粒子からなる被覆軟磁性粉末を加圧して成形され、軟磁性粒子同士が絶縁被膜により絶縁されているので、特に、渦電流損を低減する効果が高い。
【０００４】
しかし、圧粉成形体は、相対的に移動可能な柱状の第一パンチと筒状のダイとでつくられるキャビティに被覆軟磁性粉末を充填し、第一パンチと柱状の第二パンチとによりキャビティ内の被覆軟磁性粉末を加圧成形して作製されるため、この加圧成形時の圧力や、成形体の脱型時における金型との摺接により被覆軟磁性粒子の絶縁被膜が損傷する虞がある。絶縁被膜が損傷すると、軟磁性粒子が露出し展延することがあり、その結果、圧粉成形体における軟磁性粒子同士が導通して、略膜状の導通部を形成してしまい、渦電流損が増大する虞がある。
【０００５】
そこで、上記渦電流損を低減するために、例えば、特許文献１には、被覆軟磁性粉末（軟磁性粉末）を加圧して成形した素材成形体の表面を、濃塩酸で表面処理することが記載されている。具体的には、素材成形体を濃塩酸に浸漬して、素材成形体の表面全面における上記導通部を除去して圧粉成形体としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２２９２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように素材成形体の表面全体を表面処理することで、一定の低損失化を図ることができる。このように、素材成形体の表面全体を表面処理してしまうと、上記導通部を除去することができるが、一方で、絶縁被膜が損傷していない被覆軟磁性粒子の絶縁被膜をも損傷させる可能性もある。その結果、損失低減効果が小さくなる虞がある。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、低損失な圧粉成形体を提供することにある。
【０００９】
本発明のもう一つの目的は、低損失な圧粉成形体を効率的に製造することができる圧粉成形体の製造方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、上記本発明の製造方法により製造された圧粉成形体を提供することにある。
【００１１】
本発明の別の目的は、上記圧粉成形体を具えるリアクトルを提供することにある。
【００１２】
本発明の更に異なる目的は、上記リアクトルを具えるコンバータ、このコンバータを具える電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、上記目的を達成するために、圧粉成形体の製造方法について鋭意検討した。具体的には、表面処理を施す領域を種々選択した圧粉成形体を製造して損失低減効果が小さくなる原因を調べた。その結果、次の知見を得た。
【００１４】
素材成形体の表面全面に表面処理すると、素材成形体の脱型時における上記ダイと摺接する箇所（摺接面）に生じた上記導通部は除去される。一方で、素材成形体の上記各パンチと接触する箇所（圧接面）にはそもそも上記導通部が形成され難く、そこに表面処理を行うと、絶縁被膜が破壊されることがある。そのため、圧接面では軟磁性粒子が露出した状態になり、鉄損の低減効果が小さくなることがある。従って、表面処理は、素材成形体の一部、さらには上記摺接面の一部、特に摺接面において磁束方向全長に亘る領域に施すとよいことが判明した。
【００１５】
上記知見から、低損失な圧粉成形体を効率的に製造するには、素材成形体の特定の領域に表面処理を施す以下の方法が挙げられる。
【００１６】
その圧粉成形体の製造方法とは、軟磁性粒子の外周に絶縁被膜が被覆された被覆軟磁性粒子を複数具えてなる被覆軟磁性粉末を用いて圧粉成形体を製造する方法で、素材準備工程と、表面処理工程とを具える。素材準備工程では、被覆軟磁性粉末を加圧成形した素材成形体を用意する。表面処理工程では、素材成形体の表面で複数の軟磁性粒子の構成材料同士が導通した導通部の分断箇所を増加させる。この導通部の分断箇所の増加は、電気的に遮断された箇所が増加することであり、導通部の途中が変形されて不連続箇所を形成する場合の他、導通部の少なくとも一部が除去される場合を含む。上記表面処理工程は、上記成形体の表面の一部に施される。ここでの表面処理工程には、化学的、機械的、電気的、光学的、熱的、あるいは、これらの複合的な処理により、上記導通部の分断箇所の増加が可能なあらゆる表面処理が含まれる。具体的には、機械的な処理方法として切削や研削が、熱・光学的な方法としてレーザ処理がそれぞれ挙げられる。いずれの処理方法も導通部の除去が可能と考えられる。特に、切削や研削では、導通部を機械的に分離して除去がなされると考えられる。一方、レーザ処理では、導通部の溶融・流動により、不連続箇所が増加されると考えられる。
【００１７】
より具体的な方法として、以下の本発明の圧粉成形体の製造方法が挙げられる。
【００１８】
この製造方法は、軟磁性粒子の外周に絶縁被膜が被覆された被覆軟磁性粒子を複数具えてなる被覆軟磁性粉末を用いて圧粉成形体を製造する方法で、素材準備工程と、照射工程とを具える。素材準備工程では、被覆軟磁性粉末を加圧成形した素材成形体を用意する。照射工程では、上記素材成形体の表面の少なくとも一部にレーザを照射する。
【００１９】
本発明の製造方法によれば、素材成形体の表面の少なくとも一部にレーザを照射することで、薄膜状体の導通部に対して高いエネルギーの付与、または急激な加熱と冷却を生じさせるので、上記導通部の分断箇所が増加すると考えられる。この導通部の分断箇所の増加により、導通部の電気抵抗を増大させる、或いは導通部における導通を遮断できる。その結果、渦電流を流れ難く、或いは渦電流を遮断できるため、圧粉成形体の損失を低減できる。
【００２０】
加えて、素材成形体の表面の少なくとも一部にレーザを照射することで、絶縁被膜が損傷していない被覆軟磁性粒子の絶縁被膜を損傷させる可能性が低くなり、損失低減効果が小さくなることがない。その結果、素材成形体の表面全面を表面処理した場合と同程度の低損失な圧粉成形体を製造することができる。さらに、損失低減効果が小さくなった場合の圧粉成形体よりも、低損失な圧粉成形体とすることができ、効率的に低損失な圧粉成形体を製造することができる。
【００２１】
さらに、種々の製造方法により製造した圧粉成形体を調べたところ、上記本発明の製造方法により得られた圧粉成形体の表面の少なくとも一部に酸化膜が存在し、この酸化膜を具える箇所の表面部分における酸素含有量が特定の範囲である圧粉成形体は、低損失であるとの知見を得た。そこで本発明は、酸素の含有量が特定の範囲である上記表面部分を具える圧粉成形体を規定する。
【００２２】
具体的には、本発明の圧粉成形体及び本発明圧粉成形体の製造方法により製造された圧粉成形体は、軟磁性粒子の外周に絶縁被膜が被覆された被覆軟磁性粒子を複数具える被覆軟磁性粉末を加圧成形してなる。圧粉成形体の表面の少なくとも一部に鉄を含有する酸化膜を具える。上記酸化膜を具える箇所の表面部分における鉄と酸素の合計含有量を１００質量％とするとき、酸素の含有量が９質量％以上２０質量％以下である。
【００２３】
本発明の圧粉成形体は、酸素の含有量が所定範囲にある上記表面部分を具えることで、渦電流損の少ない低損失な圧粉成形体とすることができる。例えば、リアクトルに具わる磁性コアの一部として利用した場合、低損失なリアクトルとすることができる。従って、本発明圧粉成形体は、リアクトルの構成部材に好適に利用でき、コイルが高周波の交流で励磁される場合でも鉄損特性を改善できる。
【００２４】
本発明の製造方法の一形態として、上記照射工程は、上記素材成形体における金型との摺接面の少なくとも一部に施されることが挙げられる。
【００２５】
上記の構成によれば、金型との摺接面に導通部が形成され易いので、摺接面の少なくとも一部にレーザを照射することで、効果的に渦電流を遮断できる。
【００２６】
本発明の製造方法の一形態として、上記照射工程は、上記圧粉成形体を磁心として励磁した際、磁束方向との平行面の少なくとも一部となる素材成形体の表面に施されることが挙げられる。
【００２７】
上記の構成によれば、レーザを照射する箇所が、磁束方向との平行面のうち少なくとも一部であることで、磁束方向を軸とする円周方向に流れる渦電流を、上記レーザが照射された箇所で遮断することができると考えられる。そのため、渦電流損を低減することができ、低損失な圧粉成形体を製造することができる。
【００２８】
本発明の製造方法の一形態として、上記照射工程は、上記圧粉成形体を磁心として励磁した際、磁束方向との平行面の少なくとも一部で、上記平行面において、上記圧粉成形体の磁束方向全長に亘る領域となる素材成形体の表面に施されることが挙げられる。
【００２９】
上記の構成によれば、レーザを照射する領域を、素材成形体の表面のうち、上記平行面の少なくとも一部で、その平行面において、圧粉成形体の磁束方向全長に亘る領域となる面とすることで、磁束方向を軸とする円周方向に流れる渦電流を上記全長に亘って遮断することができると考えられる。従って、渦電流損をより低減することができ、より低損失な圧粉成形体を製造することができる。
【００３０】
本発明の製造方法の一形態として、上記レーザが、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、及びファイバーレーザの中から選択される１種のレーザであることが挙げられる。
【００３１】
上記の構成によれば、上記レーザが上記の中から選択されるレーザであることで、上記導通部の分断箇所を増加し易くなる。
【００３２】
本発明の製造方法の一形態として、上記レーザの波長が、上記軟磁性粒子の波長吸収領域であることが挙げられる。
【００３３】
上記の構成によれば、上記導通部の分断箇所を増加し易いうえに、導通部以外の箇所の被覆軟磁性粒子の絶縁被膜が損傷し難い。
【００３４】
本発明の製造方法の一形態として、上記レーザの平均出力をＰ（Ｗ）、当該レーザの照射面積をＳ（ｍｍ２）とするとき、当該レーザのエネルギー密度Ｕ（Ｗ／ｍｍ２）＝Ｐ／Ｓが、３７．０≦Ｕ≦４５０．０を満たすことが挙げられる。
【００３５】
上記の構成によれば、レーザのエネルギー密度Ｕを３７．０Ｗ／ｍｍ２以上とすることで、上記導通部の分断箇所を確実に増加させることができる。レーザのエネルギー密度Ｕを４５０．０Ｗ／ｍｍ２以下とすることで、過剰溶融による軟磁性粒子同士の接触を抑制でき、損失低減効果が小さくなることを抑制できる。
【００３６】
本発明の製造方法の一形態として、上記レーザのビーム径に対する照射間隔の比率が、０．３５以下であることが挙げられる。
【００３７】
上記の構成によれば、上記比率を０．３５以下とすることで、レーザが照射されない未処理領域を低減できるため、導通部を分断し易くなる。
【００３８】
本発明の製造方法の一形態として、上記レーザの重ね回数が、５回以上であることが挙げられる。
【００３９】
上記の構成によれば、レーザを複数回同じ領域に照射することで、上記導通部を確実に分断できる。
【００４０】
本発明圧粉成形体の一形態として、さらに、圧粉成形体の表面に、上記酸素の含有量が６質量％未満の箇所を具えることが挙げられる。
【００４１】
上記の構成によれば、圧粉成形体の表面に、酸素の含有量が６質量％未満の低酸素領域と、９質量％以上２０質量％以下の高酸素領域とが混在した圧粉成形体とすることができる。このように、部分的に低酸素領域を具えていても、高酸素領域において渦電流を遮断できるので、低損失な圧粉成形体とすることができる。
【００４２】
本発明圧粉成形体の一形態として、上記酸化膜は、厚さが０．１μｍ以上の箇所を具えることが挙げられる。
【００４３】
上記の構成によれば、酸化膜が、厚さが０．１μｍ以上である厚さの厚い箇所を具えることで、例えば、リアクトルに具わる磁性コアの一部として利用した場合、その箇所で渦電流を流れ難くすることができる。
【００４４】
本発明圧粉成形体の一形態として、分断領域と、集結部とを具えることが挙げられる。分断領域は、圧粉成形体の表面の少なくとも一部において、隣接する軟磁性粒子同士を電気的に分断する箇所である。集結部は、分断領域に隣接する軟磁性粒子の表面において、隣接する粒子間に跨らず、中央側がその外周縁側よりも厚みの大きい酸化膜で構成される。
【００４５】
上記の構成によれば、例えば、圧粉成形体をリアクトルに具わる磁性コアの一部として利用した場合、上記分断領域及び集結部により渦電流を分断できる。この分断領域によって隣接する軟磁性粒子同士が電気的に分断され、その分断領域に隣接する粒子に上記集結部を具えることで、上記粒子間の絶縁に加えて、圧粉成形体の表面をより確実に絶縁できる。
【００４６】
本発明圧粉成形体の一形態として、分断領域と、凝集部とを具えることが挙げられる。分断領域は、圧粉成形体の表面の少なくとも一部において、隣接する軟磁性粒子同士を電気的に分断する。凝集部は、分断領域に隣接する軟磁性粒子の表面において、当該軟磁性粒子の外周縁側に突出し、局所的に厚みが大きい。そして、その凝集部の表面の少なくとも一部に酸化膜を有する。
【００４７】
上記の構成によれば、例えば、圧粉成形体をリアクトルに具わる磁性コアの一部として利用した場合、上記分断領域及び凝集部で渦電流を分断できる。この分断領域により隣接する軟磁性粒子同士が電気的に分断され、さらに分断箇所の各端部が絶縁性の酸化膜で覆われていることで、上記粒子間をより確実に絶縁できる。
【００４８】
本発明圧粉成形体の一形態として、上記凝集部を具える場合、凝集部における酸化膜は、厚さが０．５μｍ以上の箇所を具えることが挙げられる。
【００４９】
上記の構成によれば、凝集部において、厚さが０．５μｍ以上である厚さの厚い箇所を具えることで、例えば、圧粉成形体をリアクトルに具わる磁性コアの一部として利用した場合、その箇所で渦電流を流れ難くできる。
【００５０】
本発明圧粉成形体の一形態として、上記酸化膜が、ＦｅＯ、α‐Ｆｅ２Ｏ３、γ‐Ｆｅ２Ｏ３、及びＦｅ３Ｏ４の少なくとも一種を含むことが挙げられる。
【００５１】
上記の化合物を含む圧粉成形体を利用することで、後述する試験例に示すように、低損失なリアクトルが得られる。
【００５２】
本発明圧粉成形体の一形態として、圧粉成形体の密度ｄが、７．０ｇ／ｃｍ３以上であることが挙げられる。
【００５３】
上記の構成によれば、磁束密度の高い圧粉成形体とすることができる。
【００５４】
本発明圧粉成形体の一形態として、上記軟磁性粒子は、純度が９９質量％以上の鉄からなることが挙げられる。
【００５５】
上記の構成によれば、透磁率及び磁束密度の高い圧粉成形体とすることができる。
【００５６】
本発明のリアクトルは、巻線を巻回してなるコイルと、このコイルの内外に配置されて閉磁路を形成する磁性コアとを具える。磁性コアのうち少なくとも一部が圧粉成形体からなり、この圧粉成形体が上記本発明圧粉成形体である。
【００５７】
本発明のリアクトルによれば、損失低減効果に優れる圧粉成形体を具えることで、低損失なリアクトルとすることができる。
【００５８】
本発明リアクトルは、コンバータの構成部品に好適に利用することができる。本発明のコンバータは、スイッチング素子と、上記スイッチング素子の動作を制御する駆動回路と、スイッチング動作を平滑にするリアクトルとを具え、上記スイッチング素子の動作により、入力電圧を変換するものであり、上記リアクトルが本発明リアクトルである。この本発明コンバータは、電力変換装置の構成部品に好適に利用することができる。本発明の電力変換装置は、入力電圧を変換するコンバータと、上記コンバータに接続されて、直流と交流とを相互に変換するインバータとを具え、このインバータで変換された電力により負荷を駆動するための電力変換装置であって、上記コンバータが本発明コンバータである。
【００５９】
上記の構成によれば、磁性コアが低損失な圧粉成形体からなる本発明リアクトルを具えることで、低損失であり、車載部品などに好適に利用することができる。
【発明の効果】
【００６０】
本発明の圧粉成形体の製造方法は、渦電流損を低減することができ、効率的に低損失な圧粉成形体を製造することができる。
【００６１】
本発明の圧粉成形体は、渦電流損の少ない低損失な圧粉成形体とすることができる。
【００６２】
本発明のリアクトルは、低損失である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】実施形態１に係る圧粉成形体を示す図であって、その圧粉成形体を具えるリアクトル用コアを示す分解斜視図である。
【図２】実施形態２に係るリアクトルを示す概略斜視図である。
【図３】ハイブリッド自動車の電源系統を模式的に示す概略構成図である。
【図４】本発明コンバータを具える本発明電力変換装置の一例を示す概略回路図である。
【図５】試験例３において、各試料におけるレーザのエネルギー密度と圧粉成形体の損失との関係を示すグラフである。
【図６】試料Ｎｏ．１−１におけるＸ線回折の結果を示すグラフである。
【図７】試料Ｎｏ．３−６におけるＸ線回折の結果を示すグラフである。
【図８】試料Ｎｏ．１−３におけるＸ線回折の結果を示すグラフである。
【図９】試料Ｎｏ．１−１の圧粉成形体の製造過程において、レーザ照射前の試料の表面状態を示すＳＥＭ写真であって、（Ａ）は表面近傍における断面を示し、（Ｂ）は表面を示す。
【図１０】試料Ｎｏ．１−１の圧粉成形体の製造過程において、レーザ照射後の試料の表面状態を示すＳＥＭ写真であって、（Ａ）は表面近傍における断面を示し、（Ｂ）は表面を示す。
【図１１】試料Ｎｏ．３−５の圧粉成形体の製造過程において、レーザ照射後の試料の表面状態を示すＳＥＭ写真であって、（Ａ）は表面近傍における断面を示し、（Ｂ）は表面を示す。
【図１２】試料Ｎｏ．３−６の圧粉成形体の製造過程において、レーザ照射後の試料の表面状態を示すＳＥＭ写真であって、（Ａ）は表面近傍における断面を示し、（Ｂ）は表面を示す。
【図１３】試料Ｎｏ．３−８の圧粉成形体の製造過程において、レーザ照射後の試料の表面状態を示すＳＥＭ写真であって、（Ａ）は表面近傍における断面を示し、（Ｂ）は表面を示す。
【図１４】試料Ｎｏ．３−９の圧粉成形体の製造過程において、レーザ照射後の試料の表面状態を示すＳＥＭ写真であって、表面近傍における断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
以下、本発明の実施形態を説明する。まず、圧粉成形体、及びその製造方法を説明し、その後、その圧粉成形体を具えるリアクトル、そのリアクトルを具えるコンバータ及び電力変換装置の順に説明する。
【００６５】
＜実施形態１＞
《圧粉成形体》
本発明の圧粉成形体は、軟磁性粒子の外周に絶縁被膜が被覆された被覆軟磁性粒子を複数具える被覆軟磁性粉末を加圧成形してなり、その表面の少なくとも一部に鉄を含有する酸化膜を具える。圧粉成形体の特徴とするところは、上記酸化膜を具える箇所の表面部分に酸素が特定量含まれている点にある。以下、詳細に説明するにあたり、上記特徴を中心に説明し、軟磁性粉末の構成自体は後述する製造方法で説明する。圧粉成形体の構成要素が原料の特性・性状を実質的に維持している。
【００６６】
圧粉成形体の表面は、その少なくとも一部に鉄を含有する酸化膜を具える。圧粉成形体のうち、上記酸化膜を具える箇所の表面部分における鉄と酸素の合計含有量を１００質量％とするとき、酸素の含有量が９質量％以上であることが挙げられる。そうすれば、例えば、圧粉成形体をリアクトル用コアとして用いた場合、この酸化膜の形成箇所で、渦電流を分断若しくは流れ難くできるため、渦電流損を低減でき、低損失なリアクトルを構築できる。上記表面部分とは、圧粉成形体表面から内部へ深さ１μｍ程度までの領域を言う。酸素の含有量は、その領域における測定値を言う。酸素の含有量の測定は、例えば、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）で行うことができる。酸素の含有量の上限は、２０質量％以下とする。そうすれば、十分に低損失化を図ることができる。
【００６７】
圧粉成形体の表面は、さらに、酸素の含有量が６質量％未満の箇所を具える場合がある。即ち、圧粉成形体の表面は、酸素の含有量が６質量％未満の低酸素領域と、９質量％以上２０質量％以下の高酸素領域とが存在している。レーザを照射する領域を圧粉成形体の表面の一部とすることで、両領域を形成できる。圧粉成形体の表面のうちレーザを照射していない領域が、上記低酸素領域となる。
【００６８】
酸化膜の形成メカニズムは、次のように考えられる。圧粉成形体の表面には、後述する成形工程において金型との擦れによって被覆軟磁性粒子間に跨る導通部が形成されている。導通部は、ある軟磁性粒子αの金属部分が金型との摺接により、ダイからの成形体の抜き出し方向と反対側に流れて薄膜状に延伸され、軟磁性粒子αに隣接する軟磁性粒子β上に被さるように形成される。この圧粉成形体の表面にレーザを照射することでその導通部が溶融する。溶けた導通部は、両粒子間に分断領域を形成するように各粒子側へ流動し、その結果、隣接する軟磁性粒子α、β同士の導通部による連結が分断された箇所が分断領域になる。
【００６９】
レーザのエネルギー密度Ｕが低い場合、局所的に厚みの厚い凝集部を形成する。この凝集部は、溶融金属が、薄膜状の導通部と一体に繋がる軟磁性粒子αの表面に集結される前に、隣接する軟磁性粒子β側に偏って凝固したもので、軟磁性粒子αの表面において同粒子αの外周縁側に突出しており、隣接する軟磁性粒子の表面上部に被さる場合がある。凝集部は、帯状に形成されていることが多い。上記導通部の溶融により、導電性の導通部が電気的に分断され、さらに凝集部の少なくとも一部に絶縁性の酸化膜が形成される。そのため、粒子間をより確実に絶縁できる。このとき凝集部を具える軟磁性粒子の凝集部を除く表面にも酸化膜が形成される。凝集部の方が、この凝集部を具える軟磁性粒子の凝集部を除く表面よりも厚い酸化膜を具えることがある。
【００７０】
レーザのエネルギー密度Ｕが高い場合、溶融した導通部がさらに流動し、溶融金属が表面張力により表面積が小さくなろうとしてさらに各粒子の中央側へ移動する。それにより、各粒子の表面に、隣接する粒子間に跨らず、中央側がその外周縁側よりも厚みの大きい酸化膜で構成される集結部が形成される。この集結部は、溶融金属が、軟磁性粒子αの表面に集結されてから凝固したものである。集結部は、平板状で、円盤に近い形状であることが多い。即ち、導通部であった箇所は酸化膜に変化する。一方、レーザの照射により、導通部が溶融・流動しない場合、そのまま膜状の導通部の表面に酸化膜が生成される。さらに酸化が進めば、導通部全体が酸化膜となる。
【００７１】
酸化膜は、単一の粒子表面にのみ形成される場合と、隣接する粒子間を跨ぐ場合とを含む。圧粉成形体の表面には、前者と後者の両方が形成されている場合もあり、前者か後者のいずれかしか形成されていない場合もある。前者の場合、圧粉成形体の表面において、酸化膜が点在している。レーザのエネルギー密度Ｕが高いほど、前者の状態になり易い。
【００７２】
酸化膜は、厚さが０．１μｍ以上の箇所を具えることが好ましい。そうすれば、その厚さの厚い箇所で、上記渦電流を分断若しくは流れ難くできる。酸化膜は、厚さが０．５μｍ以上、１μｍ以上、３μｍ以上、更に５μｍ以上、７μｍ以上、特に１０μｍ以上の厚い箇所を具えることが好ましい。酸化膜の厚さは、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）による圧粉成形体の断面観察で測定することができる。
【００７３】
酸化膜の組成は、ＦｅＯ、α‐Ｆｅ２Ｏ３、γ‐Ｆｅ２Ｏ３、及びＦｅ３Ｏ４の少なくとも一種を含むことが好ましい。中でも、ＦｅＯ、及びＦｅ３Ｏ４を多く含むことが好ましい。上記の酸化膜を含む圧粉成形体をリアクトルの構成部品に利用することで、低損失なリアクトルとすることができる。酸化膜の組成は、例えば、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）により検出できる。
【００７４】
圧粉成形体の表面の少なくとも一部に、隣接する軟磁性粒子同士を電気的に分断する分断領域を具える。そうすれば、圧粉成形体をリアクトル用コアとして励磁した際に、圧粉成形体の表面の周方向に亘って流れる渦電流を分断領域で分断できる。分断領域に隣接する軟磁性粒子の表面の少なくとも一方に、上記集結部を具える。即ち、上記集結部は、単一の粒子表面に形成される。また、分断領域に隣接する軟磁性粒子の表面において、上記凝集部を具える場合もある。凝集部は、複数の軟磁性粒子から延伸された導通部が溶融されて一体に凝集する際に生成される場合もある。そのため、凝集部を具える粒子は複数存在することがある。凝集部は、例えば、上記酸化膜の厚さが０．５μｍ以上の箇所を具えることが挙げられる。圧粉成形体の表面には、上記集結部及び凝集部が点在する場合がある。
【００７５】
[密度]
圧粉成形体の密度ｄ（ｇ／ｃｍ３）は、高い方が好ましい。そうすれば、磁束密度の高い圧粉成形体とすることができる。具体的には、密度ｄが７．０ｇ／ｃｍ３以上であることが挙げられる。この密度ｄの上限は、７．５５ｇ／ｃｍ３が挙げられる。密度ｄが高すぎると、軟磁性粒子同士の絶縁性が低下する虞があるためである。
【００７６】
《圧粉成形体の製造方法》
上述した本発明圧粉成形体は、例えば、以下の本発明の製造方法で製造することができる。本発明の圧粉成形体の製造は、被覆軟磁性粉末を用いて圧粉成形体を製造する方法で、素材準備工程と、照射工程とを具える。まず、圧粉成形体の構成材料である被覆軟磁性粉末を準備する工程から説明し、順に上記各工程について説明する。
【００７７】
〔素材準備工程〕
素材準備工程では、圧粉成形体を構成する被覆軟磁性粉末を用意して、その粉末を加圧成形して素材成形体を作製するか、予め同様に成形された素材成形体を購入するなどして用意する。前者の場合、原料準備工程と、その原料から素材成形体を成形する素材成形工程とを具える。原料準備工程として、圧粉成形体を構成する被覆軟磁性粉末を用意する。被覆軟磁性粉末は、軟磁性粒子の外周に絶縁被膜が被覆された被覆軟磁性粒子を複数具える。
【００７８】
［原料準備工程］
原料準備工程では、被覆軟磁性粉末を用意する。この工程では、後述する組成からなる軟磁性粒子を製造又は購入するなどして用意し、その軟磁性粒子の外周に後述する組成からなる絶縁被膜を被覆して被覆軟磁性粉末を製造してもよいし、予め製造された被覆軟磁性粉末を購入するなどしてもよい。前者のうち軟磁性粒子を製造する場合、以下に述べる軟磁性粒子の製法、及び絶縁被膜の被覆方法を経て被覆軟磁性粉末を製造することができる。
【００７９】
（軟磁性粒子）
〈組成〉
軟磁性粒子は、鉄を５０質量％以上含有するものが好ましく、例えば、純鉄（Ｆｅ）が挙げられる。その他、鉄合金、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ａｌ系合金、Ｆｅ−Ｎ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金、Ｆｅ−Ｃ系合金、Ｆｅ−Ｂ系合金、Ｆｅ−Ｃｏ系合金、Ｆｅ−Ｐ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金、及びＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金から選択される少なくとも１種からなるものが利用できる。特に、透磁率及び磁束密度の点から、９９質量％以上、更には９９．５質量％以上がＦｅである純鉄が好ましい。
【００８０】
〈粒径〉
軟磁性粒子の平均粒径は、圧粉成形体として低損失に寄与するサイズであればよい。つまり、特に限定することなく適宜選択することができるが、例えば、１μｍ以上１５０μｍ以下であれば好ましい。軟磁性粒子の平均粒径を１μｍ以上とすることによって、軟磁性粉末の流動性を落とすことがなく、軟磁性粉末を用いて製作された圧粉成形体の保磁力及びヒステリシス損の増加を抑制できる。逆に、軟磁性粒子の平均粒径を１５０μｍ以下とすることによって、１ｋＨｚ以上の高周波域において発生する渦電流損を効果的に低減できる。より好ましい軟磁性粒子の平均粒径は、４０μｍ以上１００μｍ以下である。この平均粒径の下限が４０μｍ以上であれば、渦電流損の低減効果が得られると共に、被覆軟磁性粉末の取り扱いが容易になり、より高い密度の成形体とすることができる。なお、この平均粒径とは、粒径のヒストグラム中、粒径の小さい粒子からの質量の和が総質量の５０％に達する粒子の粒径、つまり５０％粒径をいう。
【００８１】
〈形状〉
軟磁性粒子の形状は、アスペクト比が１．２〜１．８となるようにすると好ましい。このアスペクト比とは、粒子の最大径と最小径との比とする。上記範囲のアスペクト比を有する軟磁性粒子は、アスペクト比が小さな（１．０に近い）ものに比べて、圧粉成形体にしたときに反磁界係数を大きくでき、磁気特性に優れた圧粉成形体とすることができる。その上、圧粉成形体の強度を向上させることができる。
【００８２】
〈製法〉
軟磁性粒子は、水アトマイズ法やガスアトマイズ法などのアトマイズ法で製造されたものが好ましい。水アトマイズ法で製造された軟磁性粒子は、粒子表面に凹凸が多いため、その凹凸の噛合により高強度の成形体を得やすい。一方、ガスアトマイズ法で製造された軟磁性粒子は、その粒子形状がほぼ球形のため、絶縁被膜を突き破るような凹凸が少なくて好ましい。
【００８３】
（絶縁被膜）
絶縁被膜は、隣接する軟磁性粒子同士を絶縁するために、軟磁性粒子の外周に被覆される。軟磁性粒子を絶縁被膜で覆うことによって、軟磁性粒子同士の接触を抑制し、成形体の比透磁率を低く抑えることができる。その上、絶縁被膜の存在により、軟磁性粒子間に渦電流が流れるのを抑制して、圧粉成形体の渦電流損を低減させることができる。
【００８４】
〈組成〉
絶縁被膜は、軟磁性粒子同士の絶縁を確保できる程度の絶縁性に優れるものであれば特に限定されない。例えば、絶縁被膜の材料は、リン酸塩、チタン酸塩、シリコーン樹脂、リン酸塩とシリコーン樹脂の２層からなるものなどが挙げられる。
【００８５】
特に、リン酸塩からなる絶縁被膜は変形性に優れるので、軟磁性材料を加圧して圧粉成形体を作製する際に軟磁性粒子が変形しても、この変形に追従して変形することができる。リン酸塩被膜は鉄系の軟磁性粒子に対する密着性が高く、軟磁性粒子表面から脱落し難い。リン酸塩としては、リン酸鉄やリン酸マンガン、リン酸亜鉛、リン酸カルシウム、リン酸アルミニウムなどのリン酸金属塩化合物を利用することができる。
【００８６】
シリコーン樹脂からなる絶縁被膜の場合は、耐熱性に優れるので、後述する熱処理工程で分解し難く、圧粉成形体の完成までの間、軟磁性粒子同士の絶縁を良好に維持することができる。
【００８７】
絶縁被膜が上記リン酸塩とシリコーン樹脂の２層構造からなる場合、リン酸塩を上記軟磁性粒子側に、シリコーン樹脂をリン酸塩の直上に被覆することが好ましい。リン酸塩の直上にシリコーン樹脂を被膜しているので、上述したリン酸塩及びシリコーン樹脂の両方の特性を具えることができる。
【００８８】
〈膜厚〉
絶縁被膜の平均厚さは、隣接する軟磁性粒子同士を絶縁することができる程度の厚みであればよい。例えば、１０ｎｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。絶縁被膜の厚みを１０ｎｍ以上とすることによって、軟磁性粒子同士の接触の抑制や渦電流によるエネルギー損失を効果的に抑制することができる。一方、絶縁被膜の厚みを１μｍ以下とすることによって、被覆軟磁性粒子に占める絶縁被膜の割合が大きくなりすぎず、被覆軟磁性粒子の磁束密度が著しく低下することを防止できる。
【００８９】
上記絶縁被膜の厚さは、以下のようにして調べることができる。まず、組成分析(ＴＥＭ−ＥＤＸ：ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ)によって得られる膜組成と、誘導結合プラズマ質量分析(ＩＣＰ−ＭＳ：ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ−ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ)によって得られる元素量とを鑑みて相当厚さを導出する。そして、ＴＥＭ写真により直接、被膜を観察し、先に導出された相当厚さのオーダーが適正な値であることを確認して決定される平均的な厚さとする。
【００９０】
〈被覆方法〉
軟磁性粒子に絶縁被膜を被覆する方法は、適宜選択するとよい。例えば、加水分解・縮重合反応などにより被膜することが挙げられる。軟磁性粒子と絶縁被膜を構成する原料とを配合して、その配合体を、加熱した状態で混合する。そうすることで、軟磁性粒子を被膜原料に十分に分散でき、個々の軟磁性粒子の外側に絶縁被膜を被覆することができる。
【００９１】
上記加熱温度及び混合時間は適宜選択するとよい。加熱温度及び混合時間を選択することで、軟磁性粒子をより十分に分散させることができ、個々の粒子に絶縁被膜を被覆することが容易となる。
【００９２】
［素材成形工程］
素材成形工程では、上記原料準備工程により用意された複数の被覆軟磁性粒子からなる被覆軟磁性粉末を加圧成形して素材成形体を作製する。
【００９３】
素材成形工程では、代表的には、所定の形状のパンチとダイからなる成形金型内に被覆軟磁性粉末を注入し、加圧して押し固める。パンチとダイを使用する際、加圧により金型に成形体が焼き付くことや、被覆軟磁性粉末の絶縁被膜が破壊されることがないように被覆軟磁性粉末を加圧成形する。その手段として、パンチとダイの少なくとも一方の被覆軟磁性粉末と接触する箇所（内壁）に潤滑剤を塗布して被覆軟磁性粉末を加圧する外部潤滑成形方法でもよいし、被覆軟磁性粉末に予め潤滑剤を混合させて混合物を作製しておき、その混合物を金型で加圧する内部潤滑成形方法でもよい。前者の場合、潤滑剤を上記内壁に塗布するので、被覆軟磁性粉末との摩擦を低減すると共に、高密度な圧粉成形体を成形することができる。後者の場合、被覆軟磁性粉末の表面に付着した潤滑剤が被覆軟磁性粉末における粒子同士の摩擦を低減するため、被覆軟磁性粒子の絶縁被膜が破れることを抑制することができる。
【００９４】
潤滑剤は、ステアリン酸、ステアリン酸リチウムなどの金属石鹸、ステアリン酸アミドなどの脂肪酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミドなどの高級脂肪酸アミドなどの固体潤滑剤、固体潤滑剤を水などの液媒に分散させた分散液、液状潤滑剤、六方晶系の結晶構造を有する無機潤滑剤などが挙げられる。
【００９５】
加圧する際には、上記成形金型を加熱してから加圧成形してもよい。その場合、例えば、成形金型温度を５０〜２００℃にすることが挙げられる。金型を加熱することで高密度な成形体を得ることができる。
【００９６】
加圧する圧力は、適宜選択することができる。例えば、リアクトル用コアとなる圧粉成形体を製造するのであれば、その密度ｄが７．０ｇ／ｃｍ３以上となる程度とすることが好ましく、具体的には、約４９０〜１４７０ＭＰａ、特に、約５９０〜１０７９ＭＰａ程度とすることが好ましい。
【００９７】
この加圧により、例えば、図１（右下）に示す直方体状の素材成形体１０を形成できる。この素材成形体１０の形状は、加圧成形する際の金型の形状により適宜変更することができるため、直方体状の他に、台形状面を有する柱状体、またはＵ字状面を有するＵ字状体など種々の形状が挙げられる。このように素材成形体１０が直方体状の場合、素材成形体１０の両端面がパンチでの加圧面３１ｐで、それ以外の４つの側面がダイとの摺接面３１ｓである。
【００９８】
〔照射工程〕
照射工程では、素材成形体の表面の一部にレーザを照射する。レーザの照射により、素材成形体の表面で複数の軟磁性粒子の構成材料同士が導通した導通部の分断箇所を増加させる。つまり、この照射工程では、主として導通部の溶融・流動により、導通部の分断がなされる。
【００９９】
レーザを照射する素材成形体の面は、導通部が形成され易いダイとの摺接面の少なくとも一部とすることが挙げられる。製造された素材成形体１０を磁心、例えば、図１（上側）に示すようなリアクトル用コア３として励磁する際、磁束方向に平行となる面（平行面）の少なくとも一部とすることが好ましい。図１は、リアクトル（図２）に具わるリアクトル用コア３の一例であり、コイル（図２）に覆われる内側コア部３１と、コイルから露出される露出コア部３２とを分解した状態で示している。内側コア部３１は、コア片３１ｍとギャップ材３１ｇとを積層して構成される。コア片３１ｍは、素材成形体１０にレーザ照射した圧粉成形体１、またはレーザ照射と後述する熱処理とを施した圧粉成形体１で構成することが挙げられる。このように、圧粉成形体１とコイルとを組み合わせて、そのコイルを励磁すれば、コイルの軸方向に沿った磁束が成形体内に形成される。そこで、例えば、図１（右下）に示すように、矢印（Ｉ）の方向を磁束方向、即ち、パンチでの加圧面３１ｐが、磁束方向と直交する面（直交面）で、それ以外の４つの摺接面３１ｓが、磁束方向の平行面となるように、圧粉成形体１をコイルと組み合わせる場合、レーザを照射する領域は、その平行面（摺接面３１ｓ）となる素材成形体１０の表面の少なくとも一部でよい。このように、磁束方向との平行面となる素材成形体１０の表面の一部にレーザを照射することで、磁束方向を軸とする円周方向に流れる渦電流を、上記レーザが照射された箇所で遮断することができると考えられる。そのため、渦電流損を低減でき、低損失な圧粉成形体を製造できる。つまり、レーザが照射される領域が、ダイとの摺接面３１ｓでかつ上記平行面となる面の少なくとも一部であれば、効果的に低損失な圧粉成形体を製造できる。
【０１００】
一方、矢印（ＩＩ）の方向を磁束方向、即ち、パンチでの加圧面３１ｐが、磁束方向との平行面である場合、レーザを照射する領域は、磁束方向と直交する摺接面３１ｓｏの少なくとも一部でよい。そうすれば、摺接面３１ｓｏの表面に流れる渦電流を遮断できるので、渦電流損をより低減できると考えられる。加えて、磁束方向と平行となる摺接面３１ｓｐの少なくとも一部にレーザを照射することが好ましい。そうすれば、摺接面３１ｓｐのレーザを照射した箇所で、磁束方向を軸とする円周方向の渦電流を遮断できる。
【０１０１】
素材成形体が円柱である場合、磁束方向と直交する面がパンチでの加圧面であれば、磁束方向との平行面は円柱の円筒面となるので、レーザを照射する領域は、円筒面となる素材成形体の表面の少なくとも一部でよい。
【０１０２】
レーザが照射される領域は、上記摺接面３１ｓにおいて、パンチの加圧方向全長に亘る領域であることが好ましい。特に、上記平行面において、磁束方向全長に亘る領域となる素材成形体の表面であることがより好ましい。例えば、矢印（Ｉ）の方向を磁束方向となるように、圧粉成形体１をコイルと組み合わせる場合、レーザを照射する領域は、平行面において、一方の端面側から他方の端面側に亘る領域となる素材成形体１０の表面とすることが好ましい。即ち、パンチでの加圧面３１ｐが、磁束方向と直交する面（直交面）で、それ以外の４つの摺接面３１ｓが、磁束方向の平行面となる場合、レーザを照射する領域は、平行面において、加圧方向全長（磁束方向全長）に亘る素材成形体１０の表面とすることが好ましい。そうすれば、磁束方向を軸とする円周方向に流れる渦電流を上記全長に亘って遮断できると考えられる。つまり、表面処理される領域が、ダイとの摺接面３１ｓでかつ上記平行面となる面で、磁束方向全長に亘る領域であれば、より一層効果的に低損失な圧粉成形体を製造できる。
【０１０３】
一方、矢印（ＩＩ）の方向を磁束方向、即ち、パンチでの加圧面３１ｐが、磁束方向との平行面である場合、レーザを照射する領域は、磁束方向と直交する摺接面３１ｓｏの一方の端面側から他方の端面側に亘る領域、即ち、摺接面３１ｓｏの長辺間や短辺間でよい。そうすれば、摺接面３１ｓｏの表面に流れる渦電流を遮断できると考えられる。加えて、磁束方向と平行となる摺接面３１ｓｐの磁束方向全長に亘る領域にレーザを照射することが好ましい。そうすれば、磁束方向を軸とする円周方向に流れる渦電流を上記全長に亘って遮断できる。
【０１０４】
素材成形体が円柱である場合、磁束方向と直交する面がパンチでの加圧面であれば、磁束方向との平行面は円柱の円筒面となるので、レーザを照射する領域は、円筒面となる素材成形体の表面の加圧方向全長（磁束方向全長）に亘る領域であることが好ましい。
【０１０５】
上記平行面において一方の端面側から他方の端面側に亘る領域にレーザを照射する場合、上記平行面において磁束方向と平行な方向の長さを縦ｔ、磁束方向を軸とした圧粉成形体の周方向の全長をｌとするとき、平行面の全面積はｔ×ｌで、当該平行面において実際に表面処理が施された領域の幅（磁束方向と直交する方向）を処理幅ｗとするとき、この領域はｔ×ｗと表される。この処理幅ｗは、被覆軟磁性粉末の平均粒径をｄとするとき、ｄ＜ｗ≦ｌを満たすことが好ましい。上記処理幅ｗを上記範囲とすることで、渦電流損の低減効果を効果的に得ることができる。より好ましくは、上記全長ｌに対する上記処理幅ｗの比率ｗ／ｌは、３０％以下、さらには２０％以下、１０％以下、特に５％以下とすることが挙げられる。
【０１０６】
レーザの種類は、素材成形体表面の導通部を分断できるレーザであればよい。具体的には、レーザの媒体が固体である固体レーザが挙げられ、例えばＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、及びファイバーレーザの中から選択される１種のレーザであることが好ましい。そうすることで、上記導通部を分断することができる。これらレーザの各々には、各レーザの媒体に種々の材料がドープされた公知のレーザも含む。つまり、上記ＹＡＧレーザは、その媒体にＮｄ、Ｅｒなどをドープしてもよいし、上記ＹＶＯ４レーザは、その媒体にＮｄなどをドープしてもよいし、上記ファイバーレーザは、その媒体であるファイバーのコアに希土類元素などがドープされており、例えば、Ｙｂなどをドープすることが挙げられる。
【０１０７】
レーザの波長は、上記軟磁性粒子（導通部）の波長吸収領域内であることがより好ましい。そうすることで、上記導通部を分断し易くなる上に、当該導通部以外を除去することを抑制することができる。この波長としては、具体的には、５３２ｎｍ〜１０６４ｎｍ程度であることが好ましい。
【０１０８】
レーザのエネルギー密度Ｕ（Ｗ／ｍｍ２）は、レーザの平均出力をＰ（Ｗ）、レーザの照射面積をＳ（ｍｍ２）とするとき、Ｕ＝Ｐ／Ｓで表され、このエネルギー密度Ｕは、３７．０Ｗ／ｍｍ２≦Ｕ≦４５０．０Ｗ／ｍｍ２を満たすことが好ましい。エネルギー密度Ｕを３７．０Ｗ／ｍｍ２以上とすることで、導通部の分断箇所を確実に増加できる。一方、エネルギー密度Ｕを４５０．０Ｗ／ｍｍ２以下とすることで、過剰溶融による軟磁性粒子同士の接触を十分に抑制できる。このエネルギー密度Ｕは、５０．０Ｗ／ｍｍ２以上３００．０Ｗ／ｍｍ２以下とすることがより好ましい。
【０１０９】
この範囲内において、エネルギー密度Ｕを高くするほど、（１）形成される酸化膜としてＦｅＯ、或いはＦｅ３Ｏ４を多く含む酸化膜とすることができ、上記表面部分における酸素の含有量を多くできる、（２）酸化膜の厚い箇所を形成できる。具体的には、上記（１）では、ＦｅＯやＦｅ３Ｏ４が増加し、さらにエネルギー密度Ｕが高くなるとＦｅＯよりもＦｅ３Ｏ４を多くできる。上記酸化膜を具える箇所の表面部分に含まれる鉄と酸素の合計含有量を１００質量％とするとき、エネルギー密度Ｕを高くすれば、酸素の含有量を９質量％以上とすることができる。上記のエネルギー密度Ｕの範囲では、酸素の含有量を２０質量％程度とすることができる。上記（２）では、酸化膜の厚さが０．１μｍ以上の箇所を具えることができ、エネルギー密度Ｕが高くなるにつれて、０．５μｍ以上、１．０μｍ以上、３μｍ以上、更に５μｍ以上、７μｍ以上、特に１０μｍ以上と厚さの厚い箇所を形成することができる。上記のエネルギー密度Ｕの範囲では、酸化膜の厚さが１５μｍ程度の箇所を具えることができる。
【０１１０】
上述のメカニズムに示すように、レーザの照射により、レーザが照射された圧粉成形体の表面の少なくとも一部に、隣接する軟磁性粒子同士を電気的に分断する分断領域を形成できる。分断領域が形成されると共に、上記分断領域に隣接する軟磁性粒子の表面のうち圧粉成形体の表面に位置する表面領域は、上記酸化膜が形成される。エネルギー密度Ｕが小さいレーザを照射すれば、分断領域が形成されると共に、分断領域に隣接する軟磁性粒子の表面において、上記凝集部が形成される。凝集部における上記酸化膜の厚さは、レーザのエネルギー密度Ｕが高くなるほど厚くなる。一方、高いエネルギー密度Ｕでレーザを照射すれば、分断領域が形成されると共に、分断領域に隣接する軟磁性粒子の表面に、上記集結部が形成される。集結部は、レーザのエネルギー密度Ｕが高くなるほど、上記酸化膜全体の厚さが厚く、かつその中央側の厚さをその外周縁側よりも厚くできる。レーザのエネルギー密度Ｕの大きさにより、溶融量或いは溶融金属の流動性に差ができ、軟磁性粒子の構成材料が表面張力で表面積が小さくなろうと凝集具合に差が生じるためである。
【０１１１】
レーザのビーム径に対する照射間隔の比率は、小さい方が好ましい。ビーム径は、圧粉成形体の表面上でのレーザの径を言う。照射間隔は、１パルスのレーザの照射時間にレーザビームが走査方向に移動する距離を言う。レーザのビーム径に対する照射間隔の比率が小さければ、圧粉成形体の表面上にレーザを走査させた際、レーザが照射されない未処理領域を減少することができ、上記導通部を分断し易くなる。具体的には、上記比率は、０．３５以下であることが好ましく、特に、０．３０以下であることが好ましい。
【０１１２】
レーザのビーム径に対する走査間隔の比率も、小さい方が好ましい。走査間隔は、レーザが走査するラインを隣接するラインに移動させる際の距離を言う。即ち、レーザのビーム径に対する走査間隔の比率が小さければ、上述と同様、レーザが照射されない領域を低減でき、上記導通部を分断し易くなる。
【０１１３】
レーザの重ね回数は、複数回であることが好ましい。重ね回数は、同一領域をレーザで処理（走査）する回数を言う。レーザの重ね回数は、多いほど好ましい。そうすれば、上記導通部の分断を確実に行うことができる。具体的には、重ね回数を５回以上とすることが挙げられ、特に１０回以上とすることが好ましい。
【０１１４】
素材成形体の表面にレーザを照射する方法は、その表面の所望の箇所にレーザを照射できる方法であれば、特に問わない。
【０１１５】
［その他の工程］
（熱処理工程）
上記素材成形体には、素材成形工程で軟磁性粒子に導入された歪や転位などを除去するために加熱する熱処理を施してもよい。
【０１１６】
熱処理の温度が高いほど、歪の除去を十分に行うことができることから、熱処理温度は、３００℃以上、特に４００℃以上が好ましく、上限は約８００℃程度が好ましい。このような熱処理温度であれば、歪の除去と共に、加圧時に軟磁性粒子に導入される転位などの格子欠陥も除去できる。それにより、圧粉成形体のヒステリシス損を効果的に低減することができる。
【０１１７】
熱処理を施す時間は、素材成形工程で軟磁性粒子に導入された歪や転位などを十分に除去するように、上記熱処理温度及び素材成形体の体積に合わせて適宜選択すればよい。例えば、上記の温度範囲の場合、１０分〜１時間であることが好ましい。
【０１１８】
この熱処理を施す際の雰囲気は、大気中でも良いが、不活性ガス雰囲気内で施すと特に好ましい。それにより、潤滑剤の燃焼による煤などの素材成形体への付着を抑制することができる。
【０１１９】
この熱処理工程は、照射工程前における素材成形体に施してもよいし、照射工程後における素材成形体に施してもよい。
【０１２０】
《作用効果》
上述した実施形態によれば、以下の効果を奏する。
【０１２１】
（１）表面の少なくとも一部に酸化膜を具え、その箇所の表面部分における酸素の含有量が９質量％以上である圧粉成形体を利用することで、低損失なリアクトルが得られる。上記分断領域を具える圧粉成形体をリアクトル用コアとして励磁した際、圧粉成形体の表面の周方向に亘って流れる渦電流を分断若しくは流れ難くできる。そのため渦電流損を低減でき、低損失なリアクトルとすることができる。従って、本発明の圧粉成形体は、リアクトルの構成部材に好適に利用できる。
【０１２２】
（２）上述した製造方法によれば、導通部にレーザを照射することで、薄膜状体の導通部に対して高いエネルギーの付与、または急激な加熱と冷却（温度変化）を生じさせることができる。このとき、薄膜状体が溶融され、その溶融金属が流動したり、表面張力で凝集したりして、後述する試験例に示すように塊（凝集部）や集結部を形成する。それにより、導通部の途中が分離され、同様の分断が多数の導通部の各所で生じることにより、導通部の分断される箇所が増加すると考えられる。この導通部の分断箇所の増加により、導通部の電気抵抗を増大させる、或いは導通部における導通を遮断できる。その結果、渦電流が流れ難くなる、或いは渦電流を遮断できる。従って、渦電流損の少ない低損失な圧粉成形体を製造することができる。
【０１２３】
（３）上述の圧粉成形体、または上述の製造方法により製造された圧粉成形体はリアクトル用コアに好適に利用することができる。詳しくは後述するが、その場合、例えば、一対のコイル素子を有して各コイル素子の軸が平行するように横並びされたコイルと、各コイル素子がそれぞれ配置される一対の柱状の内側コア部（ミドルコア部）、及びコイル素子が配置されず、内側コア部に連結されて閉磁路を構成する外側コア部（サイドコア部）を有する磁性コアとを具えるリアクトルにおいて、当該内側コア部に好適に利用することができる。内側コア部を複数の分割コア片を組み合わせた構成とする場合、分割コア片の少なくとも一つ、好ましくは全てを本発明の圧粉成形体により構成することができる。このとき、内側コア部、或いは分割コア片において、上記レーザを照射する領域は、上記コイルを励磁した際、磁束方向と平行となる面の少なくとも一部である。ここでは、平行となる面はダイとの摺接面である。この分割コア片でリアクトルを組み立てた際、上記分割コア片のレーザが照射された面はコイルの内周面に対向される。それにより、コイルを励磁したとき、上記レーザが照射された領域で、内側コア部の周方向に生じる渦電流を遮断して、渦電流損を低減できる。このレーザを、例えば、上記平行面において、内側コア部、或いは各分割コア片の一方の端面側から他方の端面側に亘る領域に照射すれば、リアクトルを組み立てた際、その領域が内側コア部の磁束方向全長に及ぶ。そのため、内側コアの磁束方向全長に亘って上記渦電流を遮断できるため、渦電流損をより一層低減できる。外側コア部は、端面がＵ字状、あるいは台形状が代表的である。この外側コア部においても本発明の圧粉成形体、または本発明の製造方法により得られた圧粉成形体を用いてもよい。
【０１２４】
（４）レーザを照射して表面処理する箇所は、素材成形体の表面の一部なので、処理工程及び処理時間を短縮することができ、圧粉成形体の製造工程を簡略化することができる。そのため、圧粉成形体の製造コストを低減することもできる。
【０１２５】
＜実施形態２＞
《リアクトル》
上述の圧粉成形体、及び上述の圧粉成形体の製造方法により製造された圧粉成形体は、リアクトルの構成部材として好適に利用できる。例えば、リアクトルは、巻線を巻回してなるコイルと、そのコイルの内外に配置されて閉磁路を形成する磁性コアとを具え、磁性コアの少なくとも一部が圧粉成形体で構成される。その圧粉成形体に本発明圧粉成形体を利用できる。つまり、本発明のリアクトルの特徴とするところは、リアクトルに具わる磁性コアの少なくとも一部に、上述の圧粉成形体を具える点にある。以下、そのリアクトルの一例を、図１、２を参照して説明する。ここでは、リアクトル１００に具わる磁性コア３のうち、コイル２の内側に配置される内側コア部３１が本発明の圧粉成形体で構成されている場合を例に説明する。内側コア部３１を構成するコア片３１ｍ以外の構成は、公知のリアクトルの構成を利用することができる。もちろん、磁性コア３のうち、露出コア３２を本発明圧粉成形体で構成してもよい。
【０１２６】
（コイル）
コイル２は、図２に示すように、接合部の無い１本の連続する巻線２ｗを螺旋状に巻回してなる一対のコイル素子２ａ，２ｂと、両コイル素子２ａ，２ｂを連結する連結部２ｒとを具える。各コイル素子２ａ，２ｂは、互いに同一の巻数の中空の筒状体であり、各軸方向が平行するように並列（横並び）され、コイル２の他端側（図２では右側）において巻線２ｗの一部がＵ字状に屈曲されて連結部２ｒが形成されている。この構成により、両コイル素子２ａ，２ｂの巻回方向は同一となっている。
【０１２７】
巻線２ｗは、銅やアルミニウム、その合金といった導電性材料からなる導体の外周に、絶縁材料からなる絶縁層（代表的には、ポリアミドイミドなどからなるエナメル層）を具える被覆線を好適に利用できる。巻線２ｗの導体は、断面円形状の丸線の他、断面矩形状の平角線を好適に利用できる。コイル素子２ａ，２ｂは、絶縁層を有する被覆平角線をエッジワイズ巻きして形成されたエッジワイズコイルである。
【０１２８】
（磁性コア）
磁性コアの説明は、図１を参照して行う。磁性コア３は、各コイル素子２ａ、２ｂ（図２）に覆われる一対の柱状の内側コア部３１と、コイル２（図２）が配置されず、コイル２から露出される一対の露出コア部３２とを有する。各内側コア部３１はそれぞれ、各コイル素子２ａ，２ｂの内周形状に沿った外形を有する柱状体（ここでは、実質的に直方体）であり、各露出コア部３２はそれぞれ、一対の台形状面を有する柱状体である。リアクトル用コア３は、平行に配置される内側コア部３１を挟むように露出コア部３２が配置され、各内側コア部３１の端面と露出コア部３２の内端面とを接触させて環状に形成される。
【０１２９】
内側コア部３１は、磁性材料からなるコア片３１ｍと、インダクタンスの調整のため、コア片よりも透磁率が低い材料（例えばアルミナなどの非磁性材料）から構成されるギャップ材３１ｇとを交互に積層して構成された積層体である。露出コア部３２も磁性材料からなるコア片である。上記コア片同士の一体化やコア片３１ｍとギャップ材３１ｇとの一体化には、例えば、接着剤や粘着テープなどを利用できる。
【０１３０】
内側コア部３１の各コア片３１ｍはいずれも、上述した本発明圧粉成形体により構成されている。コア片３１ｍ（内側コア部３１）において上記レーザが照射された領域を、コイル２を励磁した際、磁束方向と平行となるように配置することが好ましい。即ち、このコア片３１ｍでリアクトル１００を組み立てた際、上記コア片３１ｍのレーザが照射された面はコイル２の内周面に対向される。それにより、コイル２を励磁したとき、上記レーザが照射された領域で、磁束方向を軸として内側コア部３１の周方向に生じる渦電流を遮断して、渦電流損を低減できる。本例のように、内側コア部３１を構成する全てのコア片３１ｍをレーザが照射されたコア片３１ｍ（本発明の圧粉成形体）で構成する場合、内側コア部３１の一方の端面側から他方の端面側に亘る領域に、レーザが照射された領域が並ぶように各コア片３１ｍを配置することが好ましい。そうすれば、リアクトルを組み立てた際、レーザが照射された領域が内側コア部３１の磁束方向全長に及ぶ。そのため、内側コア部３１の磁束方向全長に亘って上記渦電流を遮断できるため、渦電流損をより一層低減できる。
【０１３１】
（その他の構成部材）
その他、コイル２とリアクトル用コア３との間の絶縁性を高めるために、絶縁性樹脂から構成されるインシュレータ（図示略）を具えたり、コイル２とリアクトル用コア３との組合体の外周を絶縁性樹脂で覆った一体化物としたり、組合体を金属材料などからなるケースに収納したり、ケースに収納した組合体を封止樹脂により覆ったりすることができる。
【０１３２】
上記の構成によれば、内側コア部３１を上述の圧粉成形体で構成し、コイル２を励磁した際、磁束方向と平行となるように配置すると、磁束方向を軸として内側コア部３１の周方向に生じる渦電流を遮断して、渦電流損を低減できる。そのため、低損失なリアクトル１００とすることができる。
【０１３３】
＜実施形態３＞
《コンバータと電力変換装置》
上述のリアクトルは、例えば、車両などに載置されるコンバータの構成部品や、このコンバータを具える電力変換装置の構成部品に利用することができる。
【０１３４】
例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車といった車両１２００は、図３に示すようにメインバッテリ１２１０と、メインバッテリ１２１０に接続される電力変換装置１１００と、メインバッテリ１２１０からの供給電力により駆動して走行に利用されるモータ（負荷）１２２０とを具える。モータ１２２０は、代表的には、３相交流モータであり、走行時、車輪１２５０を駆動し、回生時、発電機として機能する。ハイブリッド自動車の場合、車両１２００は、モータ１２２０に加えてエンジンを具える。なお、図３では、車両１２００の充電箇所としてインレットを示すが、プラグを具える形態とすることもできる。
【０１３５】
電力変換装置１１００は、メインバッテリ１２１０に接続されるコンバータ１１１０と、コンバータ１１１０に接続されて、直流と交流との相互変換を行うインバータ１１２０とを有する。この例に示すコンバータ１１１０は、車両１２００の走行時、２００Ｖ〜３００Ｖ程度のメインバッテリ１２１０の直流電圧（入力電圧）を４００Ｖ〜７００Ｖ程度にまで昇圧して、インバータ１１２０に給電する。また、コンバータ１１１０は、回生時、モータ１２２０からインバータ１１２０を介して出力される直流電圧（入力電圧）をメインバッテリ１２１０に適合した直流電圧に降圧して、メインバッテリ１２１０に充電させている。インバータ１１２０は、車両１２００の走行時、コンバータ１１１０で昇圧された直流を所定の交流に変換してモータ１２２０に給電し、回生時、モータ１２２０からの交流出力を直流に変換してコンバータ１１１０に出力している。
【０１３６】
コンバータ１１１０は、図４に示すように複数のスイッチング素子１１１１と、スイッチング素子１１１１の動作を制御する駆動回路１１１２と、リアクトルＬとを具え、ＯＮ／ＯＦＦの繰り返し（スイッチング動作）により入力電圧の変換（ここでは昇降圧）を行う。スイッチング素子１１１１には、ＦＥＴ，ＩＧＢＴなどのパワーデバイスが利用される。リアクトルＬは、回路に流れようとする電流の変化を妨げようとするコイルの性質を利用し、スイッチング動作によって電流が増減しようとしたとき、その変化を滑らかにする機能を有する。このリアクトルＬとして、上述のリアクトルを具える。低損失なリアクトル１００を具えることで、電力変換装置１１００やコンバータ１１１０も全体として低損失化を図ることができる。
【０１３７】
なお、車両１２００は、コンバータ１１１０の他、メインバッテリ１２１０に接続された給電装置用コンバータ１１５０や、補機類１２４０の電力源となるサブバッテリ１２３０とメインバッテリ１２１０とに接続され、メインバッテリ１２１０の高圧を低圧に変換する補機電源用コンバータ１１６０を具える。コンバータ１１１０は、代表的には、ＤＣ−ＤＣ変換を行うが、給電装置用コンバータ１１５０や補機電源用コンバータ１１６０は、ＡＣ−ＤＣ変換を行う。給電装置用コンバータ１１５０の中には、ＤＣ−ＤＣ変換を行うものもある。給電装置用コンバータ１１５０や補機電源用コンバータ１１６０のリアクトルに、上述のリアクトルなどと同様の構成を具え、適宜、大きさや形状などを変更したリアクトルを利用することができる。また、入力電力の変換を行うコンバータであって、昇圧のみを行うコンバータや降圧のみを行うコンバータに、上述のリアクトルなどを利用することもできる。
【０１３８】
《試験例１》
試験例１として、以下の試料１−１〜１−３の圧粉成形体を作製し、その各試料の磁気特性について後述する試験を行った。
【０１３９】
［試料１−１］
試料１−１の圧粉成形体は、以下に示す工程ａ→工程ｂ→工程ｃ→工程ｄの順に各工程を経て作製される。
工程ａ：被覆軟磁性粉末を用意する原料準備工程。
工程ｂ：被覆軟磁性粉末を加圧成形して素材成形体を作製する素材成形工程。
工程ｃ：素材成形体を加熱して熱処理成形体を作製する熱処理工程。
工程ｄ：熱処理成形体の表面にレーザを照射する照射工程。
【０１４０】
（工程ａ）
圧粉成形体の構成材料として、鉄粉からなる軟磁性粒子の表面にリン酸鉄からなる絶縁被膜を被覆した被覆軟磁性粉末に、ステアリン酸亜鉛からなる潤滑剤を０．６質量％含有した混合材料を用意した。上記鉄粉は、水アトマイズ法により作製され、純度が９９．８％以上であった。この軟磁性粒子の平均粒径が５０μｍで、そのアスペクト比は１．２であった。この平均粒径は、粒径のヒストグラム中、粒径の小さい粒子からの質量の和が総質量の５０％に達する粒子の粒径、つまり５０％粒径により求めた。絶縁被膜は、軟磁性粒子の表面全体を実質的に覆い、その平均厚さは、２０ｎｍであった。
【０１４１】
（工程ｂ）
工程ａで準備した混合材料を所定の形状の金型内に注入し、金型を加熱せず７３０ＭＰａの圧力をかけて加圧成形して素材成形体を作製した。ここでは、直方体状の素材成形体を複数作製した。
【０１４２】
（工程ｃ）
工程ｂで作製した素材成形体を窒素雰囲気下で４００℃×３０分、熱処理し、複数の熱処理成形体を得た。
【０１４３】
（工程ｄ）
工程ｄでは、工程ｃで得られた複数の直方体状の熱処理成形体を環状に組み合わせて、鉄損の評価用の試験片を作製するにあたり、熱処理成形体の少なくとも一体にレーザを照射する。ここでは、熱処理成形体の表面のうち、後述する磁気特性の測定試験でコイルが配置される熱処理成形体の表面の一部に対してレーザを照射した。その際、試料に生じる磁束の方向と平行となる面（平行面）の磁束方向全長に亘る領域に以下に示す条件で照射した。その結果、磁束方向を軸とした熱処理成形体の周方向の全長ｌに対するレーザが照射された処理幅ｗの比率ｗ／ｌが７％であった。コイルが配置されない熱処理成形体にも、レーザを照射してもよい。このレーザを照射した熱処理成形体が圧粉成形体であり、この圧粉成形体を試料１−１とする。
【０１４４】
〈レーザの照射条件〉
種類：ファイバーレーザ
波長：１０６４ｎｍ
ビーム径に対する照射間隔の比率：０．１５
パルス幅：２００ｎｓ
ビーム径に対する走査間隔の比率：０．０８
重ね回数：１０回
エネルギー密度Ｕ：６１．１Ｗ／ｍｍ２
【０１４５】
［試料１−２］
試料１−２の圧粉成形体は、試料１−１とは各工程を施す順番が異なり、上記工程ａ→工程ｂ→工程ｄ→工程ｃの順に各工程を経て作製される。工程ｄにおいてレーザが照射される領域は試料１−１と同様とした。
【０１４６】
［試料１−３］
試料１−３の圧粉成形体は、試料１−１とは、成形体の表面にレーザを照射しない点が相違する。つまり、試料１−３の圧粉成形体は、上記工程ａ→工程ｂ→工程ｃの順に各工程を経て作製される。
【０１４７】
〔評価１〕
各試料１−１〜１−３の複数の圧粉成形体をそれぞれ環状に組み合わせて試験用磁心を作製した。各試験用磁心にそれぞれ巻線で構成したコイルを配して磁気特性を測定するための測定部材を作製し、以下の磁気特性を評価した。
【０１４８】
［磁気特性試験］
各測定部材について、ＡＣ−ＢＨカーブトレーサを用いて、励起磁束密度Ｂｍ：１ｋＧ（＝０．１Ｔ）、測定周波数：５ｋＨｚにおける試料のヒステリシス損Ｗｈ（Ｗ）及び渦電流損Ｗｅ（Ｗ）を求め、各試料全体の損失Ｗ（Ｗ）を算出した。
【０１４９】
以上の試験から得られた特性値は、表１に記載する。
【０１５０】
【表１】
【０１５１】
《結果》
試料１−１のように、熱処理後、熱処理成形体の表面の一部にレーザを照射することで、レーザ照射を施していない試料１−３に比べて渦電流損を大きく低減することができた。また、レーザ照射後に熱処理を施した試料１−２も同様に渦電流損を低減できた。
【０１５２】
以上の試験結果より、レーザの照射は熱処理成形体の表面の一部、特に、リアクトル用コアとして励磁した際、磁束方向との平行面の一部に施すと渦電流損、並びに損失の低減に効果的であることが判明した。
【０１５３】
レーザ照射前または後のいずれにも熱処理を施さない試料を用意して、その試料に対して上記と同様の試験を施したところ、レーザ照射前または後のいずれかに熱処理を施した上記試料１−１、１−２と同様に渦電流損の低減に効果的であった。
【０１５４】
《試験例２》
試験例２として、試験例１で作製した試料１−１、１−２のそれぞれと同じ工程順で試料を作製するにあたり、工程ｄで照射するレーザの照射条件を異ならせて試料２−１、２−２を作製した。これら試料に対して、上記評価１と同様にして磁気特性を評価した。レーザの照射条件を以下に示し、得られた特性値を表２に示す。ここでは試験例１で作製した試料１−３も合わせて示している。
【０１５５】
〈レーザの照射条件〉
種類：ファイバーレーザ
波長：１０６４ｎｍ
ビーム径に対する照射間隔の比率：０．０７
パルス幅：１２０ｎｓ
ビーム径に対する走査間隔の比率：０．０５
重ね回数：４０回
エネルギー密度Ｕ：１２３．６Ｗ／ｍｍ２
【０１５６】
【表２】
【０１５７】
《結果》
試験例１と同様に、レーザを表面の一部に照射した試料２−１、２−２は、レーザを照射していない試料１−３に比べて渦電流損を低減することができた。
【０１５８】
《試験例３》
試験例３として、試験例２で作製した試料２−１と同様の試料を作製するにあたり、上記工程ｄで照射するレーザの照射条件のうちエネルギー密度Ｕを種々変更し、エネルギー密度Ｕ以外の条件は試料２−１と同様にして試料３−１〜３−１０を作製した。各試料に対して上記評価１と同様にして磁気特性を評価した。各試料に照射したエネルギー密度Ｕ、及び得られた特性値を表３と図５に示す。
【０１５９】
【表３】
【０１６０】
《結果》
試料３−１〜３−１０は、上記試料１−３（試験例１）に比べて、いずれも渦電流損を低減できた。また、試料３−３〜３−９は、試料３−１、３−２、及び３−１０よりも渦電流損を低減でき、中でも、試料３−４〜３−８は、渦電流損を特に低減できた。
【０１６１】
以上の試験結果より、照射するレーザのエネルギー密度Ｕを３７．０Ｗ／ｍｍ２以上４５０．０Ｗ／ｍｍ２以下とすれば、渦電流損の低減に一層効果的であることが判明した。
【０１６２】
《試験例４》
試験例４として、試験例２で作製した試料２−１と同様の試料を作製するにあたり、上記工程ｄで照射するレーザの照射条件のうち、ビーム径に対する照射間隔の比率を種々変更し、それ以外の条件は試料２−１と同様にして試料４−１〜４−１０を作製した。各試料に対して、上記評価１と同様にして磁気特性を評価した。各試料に照射したレーザのビーム径に対する照射間隔の比率、及び得られた特性値を表４に示す。
【０１６３】
【表４】
【０１６４】
《結果》
試料４−１〜４−１０は、上記試料１−３（試験例１）に比べていずれも渦電流損を低減できた。また、試料４−１〜４−７は試料４−８〜４−１０よりも渦電流損を低減でき、中でも試料４−１〜４−６は、渦電流損を特に低減できた。
【０１６５】
以上の結果より、照射するレーザのビーム径に対する照射間隔の比率を小さくすると、渦電流損を低減でき、特に、その比率を０．３５以下、更には０．３０以下とすることで、渦電流損の低減に一層効果的であることが判明した。
【０１６６】
《試験例５》
試験例５として、試験例２で作製した試料２−１と同様の試料を作製するにあたり、上記工程ｄで照射するレーザの照射条件のうち、重ね回数を種々変更し、重ね回数以外の条件は試料２−１と同様にして試料５−１〜５−９を作製した。各試料に対して上記評価１と同様にして磁気特性を評価した。各試料に照射したレーザの重ね回数、及び得られた特性値を表５に示す。
【０１６７】
【表５】
【０１６８】
《結果》
試料５−１〜５−８は、試料５−９に比べて渦電流損を低減でき、中でも試料５−１〜５−６は試料５−７、５−８よりも渦電流損を低減できた。特に、試料５−１〜５−５はより一層渦電流損を低減できた。
【０１６９】
以上の結果より、レーザの重ね回数を多くすると、渦電流損を低減でき、特に５回以上、さらには１０回以上とすることで、渦電流損の低減に一層効果的であることが判明した。
【０１７０】
《試験例６》
試験例６として、試料１−１、３−６に対して、多層膜ミラーを使用する平行光学系のＸ線回折装置で表面の成分を測定した。この成分測定は、試料１−１と試料３−６のレーザの照射領域における成分を測定した。試料１−３の摺接面における成分もあわせて測定した。測定条件を以下に示し、試料１−１、３−６、１−３の各結果を図６〜８に示す。図中の○はＦｅ３Ｏ４、△はＦｅＯ、×はα‐Ｆｅを示す。
【０１７１】
〈測定条件〉
使用装置：Ｘ線回折装置（ＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ社製 Ｘ´ｐｅｒｔ）
使用Ｘ線：Ｃｕ−Ｋα
励起条件：４５ｋＶ ４０ｍＡ
測定法：θ−２θ測定
【０１７２】
《結果》
試料１−１（図６）と試料３−６（図７）は、試料１−３（図８）に比べて、α‐Ｆｅが少なく、ＦｅＯ、及びＦｅ３Ｏ４が多い。試料１−１と試料３−６とを比較すると、照射したレーザのエネルギー密度Ｕが高い試料３−６の方が、試料１−１よりも、α‐Ｆｅが少ない。試料１−１は、Ｆｅ３Ｏ４よりもＦｅＯが多く検出されたのに対して、試料３−６はＦｅＯよりもＦｅ３Ｏ４の方が多く検出された。
【０１７３】
以上の結果より、レーザを照射することで、α‐Ｆｅが減少すると共に、ＦｅＯ、及びＦｅ３Ｏ４が増加する。レーザのエネルギー密度Ｕを高くすることで、ＦｅＯよりもＦｅ３Ｏ４が増加することが判明した。加えて、試験例１と３とに示すように、試料１−１及び３−６は試料１−３よりも損失が少ないことから、圧粉成形体の表面にＦｅＯ及びＦｅ３Ｏ４の少なくとも一方を含む酸化膜を具えることで、損失を低減でき、特に、ＦｅＯよりもＦｅ３Ｏ４を多く含む方が損失を一層低減できることが判明した。
【０１７４】
《試験例７》
試験例７として、試験例２で作製した試料２−１と同様の試料を作製するにあたり、上記工程ｄで照射するレーザの照射条件のうちエネルギー密度Ｕを種々変更し、エネルギー密度Ｕ以外の条件は試料２−１と同様にして試料７−１〜７−４を作製した。また、試験例１で作製した試料１−３と同様の試料７−５を作製した。そして、以下の装置を用いてエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）により各試料の表面における酸素の含有量を測定した。具体的には、試料７−１〜７−４ではレーザを照射した箇所を、試料７−５ではダイとの摺接面の一部及びパンチと接触する圧接面の一部を、それぞれ測定した。酸素の含有量は、各試料の表面から試料内部へ深さ１μｍ程度までの領域における鉄と酸素の合計含有量を１００質量％としたときの割合を示す。施した表面処理、測定箇所、及びその結果をまとめて表６に示す。
【０１７５】
〈測定条件〉
使用装置：走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ） （ＺＥＩＳＳ社製 ＳＵＰＲＡ３５ＶＰ）
エネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ装置） （ＥＤＡＸ社製 ＧＥＮＥＳＩＳ４０００）
加速電圧：１５ｋＶ
測定領域：１．８０×０．８３５ｍｍ２
【０１７６】
【表６】
【０１７７】
《結果》
試料７−１〜７−４は、試料７−５に比べて損失が小さく、中でも酸素の含有量が９質量％以上の試料７−１〜７−３は損失が特に小さかった。一方、試料７−５の摺接面及び圧接面はいずれも酸素の含有量が６質量％未満であった。
【０１７８】
試料７−１〜７−４は、レーザの照射により圧粉成形体の表面が酸化されて酸化膜が形成されたため、試料７−５よりも酸素の含有量が多くなった。特に、レーザのエネルギー密度Ｕが高い方がより酸化されたため、試料７−１〜７−３は、酸素の含有量が多くなったと考えられる。導通部の分断に加えて、酸化膜を形成できた結果、十分に渦電流を遮断でき、損失が小さくなったと考えられる。以上から、表面の酸素の含有量が９質量％以上とすることで、損失をより低減できることが判明した。
【０１７９】
以下、参考例として、以下の試料７−１１〜７−１３の圧粉成形体を作製し、試験例７と同様に各試料の表面における酸素の含有量を測定した。
【０１８０】
［試料７−１１］
試料７−１１の圧粉成形体は、工程ａ→工程ｂ→工程ｃの順に各工程を経た後、工程ｄにおいてレーザを照射する代わりに、熱処理成形体の表面に以下に示す電解処理を施して作製した。
【０１８１】
（電解処理）
電解処理は、濃度が２０質量％の硝酸ナトリウムが入った液槽に熱処理成形体を浸漬させて、電解処理させる箇所に陽極のＰｔ電極を接触させ、陰極のＰｔ電極を電解液中に浸漬させて、熱処理成形体のその他の箇所に接触させる。その状態で、６５Ｖの電圧を印加して４０Ａの電流を３５ｓｅｃ間流した。電解処理における上記比率ｗ／ｌは、７％であった。電解処理後に圧粉成形体を水で洗浄した。
【０１８２】
［試料７−１２］
試料７−１２の圧粉成形体は、試料７−１１と同様、工程ａ→工程ｂ→工程ｃの順に各工程を経た後、工程ｄにおいてレーザを照射する代わりに、熱処理成形体の表面に以下に示す酸処理を施して作製した。
【０１８３】
（酸処理）
酸処理は、ｐＨ１で温度が２６℃の濃塩酸が入った液槽に、濃塩酸を攪拌しながら熱処理成形体の表面の一部を２０分間浸けた。酸処理における上記比率ｗ／ｌは、７％であった。酸処理後に圧粉成形体を水で洗浄した。
【０１８４】
［試料７−１３］
試料７−１３の圧粉成形体は、工程ａ→工程ｂ→工程ｃの順に各工程を経て作製する。ここでは、試験例１の工程ａとは用意する被覆軟磁性粉末の種類が異なり、かつ、工程ｂとは金型に潤滑剤を塗布する外部潤滑成形方法を採用した点が異なる。つまり、上述の外部潤滑成形方法により、十分に潤滑の効果が得られるようにして、金型との摺接面に上記導通部が生成され難いようにした。
【０１８５】
具体的には、工程ａの軟磁性粒子の表面に被覆した絶縁被膜を多層構造とした。まず、軟磁性粒子に化成処理を施し、水和水を含有するリン酸金属塩化合物からなる内側膜（厚さ：２０ｎｍ以下程度）を形成し、この内側膜を具える粒子と市販の樹脂材料（モメンティブ製シリコーンＸＣ９６−Ｂ０４４６（加水分解・縮重合反応によりシリコーン樹脂となるもの））を加熱雰囲気で混合し（８０℃〜１５０℃）、リン酸金属塩化合物からなる内側膜と、シリコーン樹脂からなる外側層との多層構造の絶縁層（合計平均厚さ：５００ｎｍ）を形成した。この被覆軟磁性粉末を金型内に注入する際、被覆軟磁性粉末と接触する金型の内壁にエチレンビスステアリン酸アミドからなる潤滑剤を塗布し、９５０ＭＰａの圧力をかけて加圧成形して圧粉成形体を作製した。作製された圧粉成形体における金型との摺接面を表面観察したところ、上記導通部の生成は見られなかった。
【０１８６】
作製した試料７−１１、７−１２では各処理を施した箇所に対して、試料７−１３では圧接面に対して、それぞれ上述と同様にして酸素量を測定した。施した表面処理、測定箇所、及び酸素量をまとめて表７に示す。
【０１８７】
【表７】
【０１８８】
《結果》
上記レーザの代わりに電解処理、酸処理を施した試料７−１１、７−１２とも表面の酸素量は４質量％程度であった。即ち、電解処理及び酸処理を施しても、圧粉成形体の表面に所定の酸素量を含有する表面部分が形成されないことが判明した。一方、圧粉成形体の原料の軟磁性粒子に被覆する絶縁被膜が分厚く、試料７−１〜７−３に比べて、原料の段階で酸素量の多い粉末から構成される試料７−１３における表面の酸素量は８質量％程度であり、９質量％以上にならなかった。つまり、原料の段階で酸素量が多い被覆軟磁性粉末を用いて圧粉成形体を作製しても、表面の酸素量が９質量％以上とならないことが判明した。
【０１８９】
《試験例８》
試験例８として、試料１−１のレーザ照射前後、及び試料３−５、３−６、３−８、３−９の表面を顕微鏡により観察した。この表面観察は、各試料の表面を拡大した写真をＳＥＭで撮影して行った。その拡大写真を図９〜１４に示す。図９〜１３の（Ａ）は試料１−１のレーザ照射前後、試料３−５、３−６、３−８の断面を示し、（Ｂ）は同試料の表面を示す。図１４は、試料３−９の断面を示す。
【０１９０】
《結果》
［試料Ｎｏ．１−１］
試料１−１は、図９（Ａ）において、同図の右側に向かって成形体を抜き出したものであり、各破線円における右側の粒子を軟磁性粒子α、その左隣の粒子が軟磁性粒子βとする。図１０（Ａ）でも同様とする。レーザ照射前の表面は、各破線円に示すように、各粒子αに形成された薄膜状体が隣接する左側の粒子βにまで到達して導通した状態になっている。特に右側の破線円で囲まれた箇所において、右端の粒子αが薄膜状に延伸されてその左隣の粒子βの表面に被さるように薄膜状体（導通部）が形成されていることが明確に示されている。この隣接する粒子同士の部分的重複により、この薄膜状体には、分断箇所がほとんど見られない（同図（Ｂ））。レーザ照射後の表面は、図１０（Ａ）において、各破線円に示すように、各粒子に形成された薄膜状体が溶融・流動されて、分断領域を形成している。例えば、右側の破線円における左側の粒子βの表面が分断領域である。分断領域が形成されると共に、粒子αから隣接する粒子βの表面上部に部分的に被さるように突出した塊（凝集部）が形成されている。この凝集部に厚さの厚い酸化膜（濃いグレー部分）が形成されており、この凝集部を具える粒子αの凝集部を除く表面には凝集部よりも薄い酸化膜が形成されている。左側の破線円に示す凝集部の芯は、酸化されずに軟磁性粒子を構成する金属の状態で残っている。そして、同図（Ｂ）に示すように、レーザ照射前（図９（Ｂ））に比べて薄膜状体の領域が少なく、分断箇所が増加しており、各粒子間が確認できる。
【０１９１】
［試料Ｎｏ．３−５］
試料３−５は、図１１（Ａ）に示すように、試料の表面において、隣接する粒子間に亘って形成されていた薄膜状体（例えば、図９（Ａ）破線円）が、レーザが照射されることで溶融・流動されて各粒子の表面を覆う酸化膜となった。そして、隣接する粒子間の表面側は、互いに非接触状態となっており、隣接する粒子の表面側の間に、クレバス状に分断領域が形成されている。また、図１１（Ｂ）に示すように、試料１−１よりも薄膜状体の領域が少なく、分断箇所が増加しており、各粒子間が確認できる。
【０１９２】
［試料Ｎｏ．３−６］
試料３−６は、図１２（Ａ）に示すように、試料表面において隣接する粒子の表面側の間に、クレバス状に分断領域が形成されており、各粒子の表面を覆う酸化膜が形成されている。図１２（Ａ）において、粒子の表面の濃いグレーが酸化膜である。以下、図１３、１４も同様である。隣接する粒子間に亘って形成されていた薄膜状体（例えば、図９（Ａ）破線円）が、レーザが照射されることで、図の中央の粒子に示すように、溶融・流動されて中央側が両側に比べて厚い酸化膜で構成される集結部を形成している。特に図の左側の粒子表面に形成された酸化膜の厚さは０．７５μｍ程度と厚くなっている。また、図１２（Ｂ）に示すように、試料３−５よりも薄膜状体の領域が少なく、分断箇所が増加している。
【０１９３】
［試料Ｎｏ．３−８］
試料３−８は、隣接する粒子間に亘って形成されていた薄膜状体（例えば、図９（Ａ）破線円）が、レーザが照射されることで溶融・流動されて、図１３（Ａ）に示すように、試料表面において、隣接する粒子の表面側の間にクレバス状に分断領域が形成されており、粒子の中央側にその両側よりも厚さの厚い酸化膜で構成される集結部を形成している。特に図の中央右側の粒子表面に形成された酸化膜の厚さは３．０μｍ程度と厚くなっている。また、図１３（Ｂ）に示すように、試料３−６よりも薄膜状体の領域が少なく、分断箇所が増加している。
【０１９４】
［試料Ｎｏ．３−９］
試料３−９は、図１４の中央に、山形状の酸化膜（集結部）が形成されており、その厚さが１０μｍ程度である。
【０１９５】
試料１−１のレーザ照射前は、成形工程の金型との擦れによって、成形体表面の絶縁被膜が損傷すると共に、軟磁性粒子が展延したことにより表面に軟磁性粒子同士が導通した導通部が形成されていると考えられ、試料１−１は、レーザを照射することによって生じる熱が、導通部では拡散し難く高温の状態が維持され易い。その結果、上記導通部が溶融して分断されたと考えられる。試料１−１は、その他の試料に比べて照射したレーザのエネルギー密度Ｕが小さいため、上記塊同士の間に上記薄膜状体が残存し、その上、塊の外周を覆う酸化膜が形成されたと考えられる。一方、試料３−５は、照射したレーザのエネルギー密度Ｕを８８．１Ｗ／ｍｍ２と試料１−１よりも高くしたことで、試料３−６は、照射したレーザのエネルギー密度Ｕを１２３．６Ｗ／ｍｍ２と試料３−５よりも高くしたことで、そして、試料３−８は、照射したレーザのエネルギー密度Ｕを２９０．８Ｗ／ｍｍ２と試料３−６よりも高くしたことで、試料１−１で形成された上記塊や、試料１−１で塊同士の間に残存している上記薄膜状体も酸化された。その結果、表面を覆う酸化膜が形成されたと考えられる。特に、高いエネルギー密度が付与されるほど、上記薄膜状体の高温状態が維持され易くなり、上記薄膜状体がさらに溶融される。溶融した薄膜状体の構成材料が表面張力により凝集し、表面積が小さくなろうとする。その結果、中央部の酸化膜の厚さが厚くなったと考えられる。
【０１９６】
［まとめ］
レーザのエネルギー密度Ｕが高いほど、導通部が分断され易い。その上、各粒子の表面を覆う酸化膜の領域が大きくなり、かつ酸化膜の厚さが厚い箇所を具えることができることが判明した。
【０１９７】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１９８】
本発明圧粉成形体の製造方法は、各種磁心の作製に好適に利用することができる。また、本発明圧粉成形体は、ハイブリッド自動車などの昇圧回路や、発電・変電設備に用いられるリアクトルの他、トランスやチョークコイルのコアの材料に好適に利用することができる。本発明リアクトルは、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車といった車両に搭載されるDC-DCコンバータや空調機のコンバータといった電力変換装置の構成部品に利用することができる。
【符号の説明】
【０１９９】
１００ リアクトル
１ 圧粉成形体 １０ 素材成形体
２ コイル ２ａ、２ｂ コイル素子 ２ｒ 連結部 ２ｗ 巻線
３ 磁性コア（リアクトル用コア）
３１ 内側コア部 ３１ｍ コア片 ３１ｇ ギャップ材 ３２ 露出コア部
３１ｐ 加圧面 ３１ｓ、３１ｓｏ、３１ｓｐ 摺接面
１１００ 電力変換装置
１１１０ コンバータ １１１１ スイッチング素子
１１１２ 駆動回路 Ｌ リアクトル １１２０ インバータ
１１５０ 給電装置用コンバータ １１６０ 補機電源用コンバータ
１２００ 車両
１２１０ メインバッテリ １２２０ モータ １２３０ サブバッテリ
１２４０ 補機類 １２５０ 車輪
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被覆軟磁性粉末を加圧成形してなる圧粉成形体、その製造方法、その圧粉成形体を具えるリアクトル、そのリアクトルを具えるコンバータ、及びそのコンバータを具える電力変換装置に関するものである。特に、低損失な圧粉成形体、及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車などは、モータへの電力供給系統に昇圧回路を備えている。この昇圧回路の一部品として、リアクトルが利用されている。リアクトルは、コアにコイルを巻回した構成である。コアを交流磁場で使用した場合、コアに鉄損と呼ばれる損失が生じる。鉄損は、概ね、ヒステリシス損と渦電流損との和で表され、特に、高周波での使用において顕著に増加する。
【０００３】
リアクトルのコアにおける鉄損を低減するために、圧粉成形体でできたコアを用いることがある。圧粉成形体は、軟磁性粒子の表面に絶縁被膜を形成した被覆軟磁性粒子からなる被覆軟磁性粉末を加圧して成形され、軟磁性粒子同士が絶縁被膜により絶縁されているので、特に、渦電流損を低減する効果が高い。
【０００４】
しかし、圧粉成形体は、相対的に移動可能な柱状の第一パンチと筒状のダイとでつくられるキャビティに被覆軟磁性粉末を充填し、第一パンチと柱状の第二パンチとによりキャビティ内の被覆軟磁性粉末を加圧成形して作製されるため、この加圧成形時の圧力や、成形体の脱型時における金型との摺接により被覆軟磁性粒子の絶縁被膜が損傷する虞がある。絶縁被膜が損傷すると、軟磁性粒子が露出し展延することがあり、その結果、圧粉成形体における軟磁性粒子同士が導通して、略膜状の導通部を形成してしまい、渦電流損が増大する虞がある。
【０００５】
そこで、上記渦電流損を低減するために、例えば、特許文献１には、被覆軟磁性粉末（軟磁性粉末）を加圧して成形した素材成形体の表面を、濃塩酸で表面処理することが記載されている。具体的には、素材成形体を濃塩酸に浸漬して、素材成形体の表面全面における上記導通部を除去して圧粉成形体としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２２９２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のように素材成形体の表面全体を表面処理することで、一定の低損失化を図ることができる。このように、素材成形体の表面全体を表面処理してしまうと、上記導通部を除去することができるが、一方で、絶縁被膜が損傷していない被覆軟磁性粒子の絶縁被膜をも損傷させる可能性もある。その結果、損失低減効果が小さくなる虞がある。
【０００８】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、低損失な圧粉成形体を提供することにある。
【０００９】
本発明のもう一つの目的は、低損失な圧粉成形体を効率的に製造することができる圧粉成形体の製造方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、上記本発明の製造方法により製造された圧粉成形体を提供することにある。
【００１１】
本発明の別の目的は、上記圧粉成形体を具えるリアクトルを提供することにある。
【００１２】
本発明の更に異なる目的は、上記リアクトルを具えるコンバータ、このコンバータを具える電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、上記目的を達成するために、圧粉成形体の製造方法について鋭意検討した。具体的には、表面処理を施す領域を種々選択した圧粉成形体を製造して損失低減効果が小さくなる原因を調べた。その結果、次の知見を得た。
【００１４】
素材成形体の表面全面に表面処理すると、素材成形体の脱型時における上記ダイと摺接する箇所（摺接面）に生じた上記導通部は除去される。一方で、素材成形体の上記各パンチと接触する箇所（圧接面）にはそもそも上記導通部が形成され難く、そこに表面処理を行うと、絶縁被膜が破壊されることがある。そのため、圧接面では軟磁性粒子が露出した状態になり、鉄損の低減効果が小さくなることがある。従って、表面処理は、素材成形体の一部、さらには上記摺接面の一部、特に摺接面において磁束方向全長に亘る領域に施すとよいことが判明した。
【００１５】
上記知見から、低損失な圧粉成形体を効率的に製造するには、素材成形体の特定の領域に表面処理を施す以下の方法が挙げられる。
【００１６】
その圧粉成形体の製造方法とは、軟磁性粒子の外周に絶縁被膜が被覆された被覆軟磁性粒子を複数具えてなる被覆軟磁性粉末を用いて圧粉成形体を製造する方法で、素材準備工程と、表面処理工程とを具える。素材準備工程では、被覆軟磁性粉末を加圧成形した素材成形体を用意する。表面処理工程では、素材成形体の表面で複数の軟磁性粒子の構成材料同士が導通した導通部の分断箇所を増加させる。この導通部の分断箇所の増加は、電気的に遮断された箇所が増加することであり、導通部の途中が変形されて不連続箇所を形成する場合の他、導通部の少なくとも一部が除去される場合を含む。上記表面処理工程は、上記成形体の表面の一部に施される。ここでの表面処理工程には、化学的、機械的、電気的、光学的、熱的、あるいは、これらの複合的な処理により、上記導通部の分断箇所の増加が可能なあらゆる表面処理が含まれる。具体的には、機械的な処理方法として切削や研削が、熱・光学的な方法としてレーザ処理がそれぞれ挙げられる。いずれの処理方法も導通部の除去が可能と考えられる。特に、切削や研削では、導通部を機械的に分離して除去がなされると考えられる。一方、レーザ処理では、導通部の溶融・流動により、不連続箇所が増加されると考えられる。
【００１７】
より具体的な方法として、以下の本発明の圧粉成形体の製造方法が挙げられる。
【００１８】
この製造方法は、軟磁性粒子の外周に絶縁被膜が被覆された被覆軟磁性粒子を複数具えてなる被覆軟磁性粉末を用いて圧粉成形体を製造する方法で、素材準備工程と、照射工程とを具える。素材準備工程では、被覆軟磁性粉末を加圧成形した素材成形体を用意する。照射工程では、上記素材成形体の表面の少なくとも一部にレーザを照射する。
【００１９】
本発明の製造方法によれば、素材成形体の表面の少なくとも一部にレーザを照射することで、薄膜状体の導通部に対して高いエネルギーの付与、または急激な加熱と冷却を生じさせるので、上記導通部の分断箇所が増加すると考えられる。この導通部の分断箇所の増加により、導通部の電気抵抗を増大させる、或いは導通部における導通を遮断できる。その結果、渦電流を流れ難く、或いは渦電流を遮断できるため、圧粉成形体の損失を低減できる。
【００２０】
加えて、素材成形体の表面の少なくとも一部にレーザを照射することで、絶縁被膜が損傷していない被覆軟磁性粒子の絶縁被膜を損傷させる可能性が低くなり、損失低減効果が小さくなることがない。その結果、素材成形体の表面全面を表面処理した場合と同程度の低損失な圧粉成形体を製造することができる。さらに、損失低減効果が小さくなった場合の圧粉成形体よりも、低損失な圧粉成形体とすることができ、効率的に低損失な圧粉成形体を製造することができる。
【００２１】
さらに、種々の製造方法により製造した圧粉成形体を調べたところ、上記本発明の製造方法により得られた圧粉成形体の表面の少なくとも一部に酸化膜が存在し、この酸化膜を具える箇所の表面部分における酸素含有量が特定の範囲である圧粉成形体は、低損失であるとの知見を得た。そこで本発明は、酸素の含有量が特定の範囲である上記表面部分を具える圧粉成形体を規定する。
【００２２】
具体的には、本発明の圧粉成形体及び本発明圧粉成形体の製造方法により製造された圧粉成形体は、軟磁性粒子の外周に絶縁被膜が被覆された被覆軟磁性粒子を複数具える被覆軟磁性粉末を加圧成形してなる。圧粉成形体の表面の少なくとも一部に鉄を含有する酸化膜を具える。上記酸化膜を具える箇所の表面部分における鉄と酸素の合計含有量を１００質量％とするとき、酸素の含有量が９質量％以上２０質量％以下である。
【００２３】
本発明の圧粉成形体は、酸素の含有量が所定範囲にある上記表面部分を具えることで、渦電流損の少ない低損失な圧粉成形体とすることができる。例えば、リアクトルに具わる磁性コアの一部として利用した場合、低損失なリアクトルとすることができる。従って、本発明圧粉成形体は、リアクトルの構成部材に好適に利用でき、コイルが高周波の交流で励磁される場合でも鉄損特性を改善できる。
【００２４】
本発明の製造方法の一形態として、上記照射工程は、上記素材成形体における金型との摺接面の少なくとも一部に施されることが挙げられる。
【００２５】
上記の構成によれば、金型との摺接面に導通部が形成され易いので、摺接面の少なくとも一部にレーザを照射することで、効果的に渦電流を遮断できる。
【００２６】
本発明の製造方法の一形態として、上記照射工程は、上記圧粉成形体を磁心として励磁した際、磁束方向との平行面の少なくとも一部となる素材成形体の表面に施されることが挙げられる。
【００２７】
上記の構成によれば、レーザを照射する箇所が、磁束方向との平行面のうち少なくとも一部であることで、磁束方向を軸とする円周方向に流れる渦電流を、上記レーザが照射された箇所で遮断することができると考えられる。そのため、渦電流損を低減することができ、低損失な圧粉成形体を製造することができる。
【００２８】
本発明の製造方法の一形態として、上記照射工程は、上記圧粉成形体を磁心として励磁した際、磁束方向との平行面の少なくとも一部で、上記平行面において、上記圧粉成形体の磁束方向全長に亘る領域となる素材成形体の表面に施されることが挙げられる。
【００２９】
上記の構成によれば、レーザを照射する領域を、素材成形体の表面のうち、上記平行面の少なくとも一部で、その平行面において、圧粉成形体の磁束方向全長に亘る領域となる面とすることで、磁束方向を軸とする円周方向に流れる渦電流を上記全長に亘って遮断することができると考えられる。従って、渦電流損をより低減することができ、より低損失な圧粉成形体を製造することができる。
【００３０】
本発明の製造方法の一形態として、上記レーザが、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、及びファイバーレーザの中から選択される１種のレーザであることが挙げられる。
【００３１】
上記の構成によれば、上記レーザが上記の中から選択されるレーザであることで、上記導通部の分断箇所を増加し易くなる。
【００３２】
本発明の製造方法の一形態として、上記レーザの波長が、上記軟磁性粒子の波長吸収領域であることが挙げられる。
【００３３】
上記の構成によれば、上記導通部の分断箇所を増加し易いうえに、導通部以外の箇所の被覆軟磁性粒子の絶縁被膜が損傷し難い。
【００３４】
本発明の製造方法の一形態として、上記レーザの平均出力をＰ（Ｗ）、当該レーザの照射面積をＳ（ｍｍ２）とするとき、当該レーザのエネルギー密度Ｕ（Ｗ／ｍｍ２）＝Ｐ／Ｓが、３７．０≦Ｕ≦４５０．０を満たすことが挙げられる。
【００３５】
上記の構成によれば、レーザのエネルギー密度Ｕを３７．０Ｗ／ｍｍ２以上とすることで、上記導通部の分断箇所を確実に増加させることができる。レーザのエネルギー密度Ｕを４５０．０Ｗ／ｍｍ２以下とすることで、過剰溶融による軟磁性粒子同士の接触を抑制でき、損失低減効果が小さくなることを抑制できる。
【００３６】
本発明の製造方法の一形態として、上記レーザのビーム径に対する照射間隔の比率が、０．３５以下であることが挙げられる。
【００３７】
上記の構成によれば、上記比率を０．３５以下とすることで、レーザが照射されない未処理領域を低減できるため、導通部を分断し易くなる。
【００３８】
本発明の製造方法の一形態として、上記レーザの重ね回数が、５回以上であることが挙げられる。
【００３９】
上記の構成によれば、レーザを複数回同じ領域に照射することで、上記導通部を確実に分断できる。
【００４０】
本発明圧粉成形体の一形態として、さらに、圧粉成形体の表面に、上記酸素の含有量が６質量％未満の箇所を具えることが挙げられる。
【００４１】
上記の構成によれば、圧粉成形体の表面に、酸素の含有量が６質量％未満の低酸素領域と、９質量％以上２０質量％以下の高酸素領域とが混在した圧粉成形体とすることができる。このように、部分的に低酸素領域を具えていても、高酸素領域において渦電流を遮断できるので、低損失な圧粉成形体とすることができる。
【００４２】
本発明圧粉成形体の一形態として、上記酸化膜は、厚さが０．１μｍ以上の箇所を具えることが挙げられる。
【００４３】
上記の構成によれば、酸化膜が、厚さが０．１μｍ以上である厚さの厚い箇所を具えることで、例えば、リアクトルに具わる磁性コアの一部として利用した場合、その箇所で渦電流を流れ難くすることができる。
【００４４】
本発明圧粉成形体の一形態として、分断領域と、集結部とを具えることが挙げられる。分断領域は、圧粉成形体の表面の少なくとも一部において、隣接する軟磁性粒子同士を電気的に分断する箇所である。集結部は、分断領域に隣接する軟磁性粒子の表面において、隣接する粒子間に跨らず、中央側がその外周縁側よりも厚みの大きい酸化膜で構成される。
【００４５】
上記の構成によれば、例えば、圧粉成形体をリアクトルに具わる磁性コアの一部として利用した場合、上記分断領域及び集結部により渦電流を分断できる。この分断領域によって隣接する軟磁性粒子同士が電気的に分断され、その分断領域に隣接する粒子に上記集結部を具えることで、上記粒子間の絶縁に加えて、圧粉成形体の表面をより確実に絶縁できる。
【００４６】
本発明圧粉成形体の一形態として、分断領域と、凝集部とを具えることが挙げられる。分断領域は、圧粉成形体の表面の少なくとも一部において、隣接する軟磁性粒子同士を電気的に分断する。凝集部は、分断領域に隣接する軟磁性粒子の表面において、当該軟磁性粒子の外周縁側に突出し、局所的に厚みが大きい。そして、その凝集部の表面の少なくとも一部に酸化膜を有する。
【００４７】
上記の構成によれば、例えば、圧粉成形体をリアクトルに具わる磁性コアの一部として利用した場合、上記分断領域及び凝集部で渦電流を分断できる。この分断領域により隣接する軟磁性粒子同士が電気的に分断され、さらに分断箇所の各端部が絶縁性の酸化膜で覆われていることで、上記粒子間をより確実に絶縁できる。
【００４８】
本発明圧粉成形体の一形態として、上記凝集部を具える場合、凝集部における酸化膜は、厚さが０．５μｍ以上の箇所を具えることが挙げられる。
【００４９】
上記の構成によれば、凝集部において、厚さが０．５μｍ以上である厚さの厚い箇所を具えることで、例えば、圧粉成形体をリアクトルに具わる磁性コアの一部として利用した場合、その箇所で渦電流を流れ難くできる。
【００５０】
本発明圧粉成形体の一形態として、上記酸化膜が、ＦｅＯ、α‐Ｆｅ２Ｏ３、γ‐Ｆｅ２Ｏ３、及びＦｅ３Ｏ４の少なくとも一種を含むことが挙げられる。
【００５１】
上記の化合物を含む圧粉成形体を利用することで、後述する試験例に示すように、低損失なリアクトルが得られる。
【００５２】
本発明圧粉成形体の一形態として、圧粉成形体の密度ｄが、７．０ｇ／ｃｍ３以上であることが挙げられる。
【００５３】
上記の構成によれば、磁束密度の高い圧粉成形体とすることができる。
【００５４】
本発明圧粉成形体の一形態として、上記軟磁性粒子は、純度が９９質量％以上の鉄からなることが挙げられる。
【００５５】
上記の構成によれば、透磁率及び磁束密度の高い圧粉成形体とすることができる。
【００５６】
本発明のリアクトルは、巻線を巻回してなるコイルと、このコイルの内外に配置されて閉磁路を形成する磁性コアとを具える。磁性コアのうち少なくとも一部が圧粉成形体からなり、この圧粉成形体が上記本発明圧粉成形体である。
【００５７】
本発明のリアクトルによれば、損失低減効果に優れる圧粉成形体を具えることで、低損失なリアクトルとすることができる。
【００５８】
本発明リアクトルは、コンバータの構成部品に好適に利用することができる。本発明のコンバータは、スイッチング素子と、上記スイッチング素子の動作を制御する駆動回路と、スイッチング動作を平滑にするリアクトルとを具え、上記スイッチング素子の動作により、入力電圧を変換するものであり、上記リアクトルが本発明リアクトルである。この本発明コンバータは、電力変換装置の構成部品に好適に利用することができる。本発明の電力変換装置は、入力電圧を変換するコンバータと、上記コンバータに接続されて、直流と交流とを相互に変換するインバータとを具え、このインバータで変換された電力により負荷を駆動するための電力変換装置であって、上記コンバータが本発明コンバータである。
【００５９】
上記の構成によれば、磁性コアが低損失な圧粉成形体からなる本発明リアクトルを具えることで、低損失であり、車載部品などに好適に利用することができる。
【発明の効果】
【００６０】
本発明の圧粉成形体の製造方法は、渦電流損を低減することができ、効率的に低損失な圧粉成形体を製造することができる。
【００６１】
本発明の圧粉成形体は、渦電流損の少ない低損失な圧粉成形体とすることができる。
【００６２】
本発明のリアクトルは、低損失である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】実施形態１に係る圧粉成形体を示す図であって、その圧粉成形体を具えるリアクトル用コアを示す分解斜視図である。
【図２】実施形態２に係るリアクトルを示す概略斜視図である。
【図３】ハイブリッド自動車の電源系統を模式的に示す概略構成図である。
【図４】本発明コンバータを具える本発明電力変換装置の一例を示す概略回路図である。
【図５】試験例３において、各試料におけるレーザのエネルギー密度と圧粉成形体の損失との関係を示すグラフである。
【図６】試料Ｎｏ．１−１におけるＸ線回折の結果を示すグラフである。
【図７】試料Ｎｏ．３−６におけるＸ線回折の結果を示すグラフである。
【図８】試料Ｎｏ．１−３におけるＸ線回折の結果を示すグラフである。
【図９】試料Ｎｏ．１−１の圧粉成形体の製造過程において、レーザ照射前の試料の表面状態を示すＳＥＭ写真であって、（Ａ）は表面近傍における断面を示し、（Ｂ）は表面を示す。
【図１０】試料Ｎｏ．１−１の圧粉成形体の製造過程において、レーザ照射後の試料の表面状態を示すＳＥＭ写真であって、（Ａ）は表面近傍における断面を示し、（Ｂ）は表面を示す。
【図１１】試料Ｎｏ．３−５の圧粉成形体の製造過程において、レーザ照射後の試料の表面状態を示すＳＥＭ写真であって、（Ａ）は表面近傍における断面を示し、（Ｂ）は表面を示す。
【図１２】試料Ｎｏ．３−６の圧粉成形体の製造過程において、レーザ照射後の試料の表面状態を示すＳＥＭ写真であって、（Ａ）は表面近傍における断面を示し、（Ｂ）は表面を示す。
【図１３】試料Ｎｏ．３−８の圧粉成形体の製造過程において、レーザ照射後の試料の表面状態を示すＳＥＭ写真であって、（Ａ）は表面近傍における断面を示し、（Ｂ）は表面を示す。
【図１４】試料Ｎｏ．３−９の圧粉成形体の製造過程において、レーザ照射後の試料の表面状態を示すＳＥＭ写真であって、表面近傍における断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
以下、本発明の実施形態を説明する。まず、圧粉成形体、及びその製造方法を説明し、その後、その圧粉成形体を具えるリアクトル、そのリアクトルを具えるコンバータ及び電力変換装置の順に説明する。
【００６５】
＜実施形態１＞
《圧粉成形体》
本発明の圧粉成形体は、軟磁性粒子の外周に絶縁被膜が被覆された被覆軟磁性粒子を複数具える被覆軟磁性粉末を加圧成形してなり、その表面の少なくとも一部に鉄を含有する酸化膜を具える。圧粉成形体の特徴とするところは、上記酸化膜を具える箇所の表面部分に酸素が特定量含まれている点にある。以下、詳細に説明するにあたり、上記特徴を中心に説明し、軟磁性粉末の構成自体は後述する製造方法で説明する。圧粉成形体の構成要素が原料の特性・性状を実質的に維持している。
【００６６】
圧粉成形体の表面は、その少なくとも一部に鉄を含有する酸化膜を具える。圧粉成形体のうち、上記酸化膜を具える箇所の表面部分における鉄と酸素の合計含有量を１００質量％とするとき、酸素の含有量が９質量％以上であることが挙げられる。そうすれば、例えば、圧粉成形体をリアクトル用コアとして用いた場合、この酸化膜の形成箇所で、渦電流を分断若しくは流れ難くできるため、渦電流損を低減でき、低損失なリアクトルを構築できる。上記表面部分とは、圧粉成形体表面から内部へ深さ１μｍ程度までの領域を言う。酸素の含有量は、その領域における測定値を言う。酸素の含有量の測定は、例えば、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ：Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）で行うことができる。酸素の含有量の上限は、２０質量％以下とする。そうすれば、十分に低損失化を図ることができる。
【００６７】
圧粉成形体の表面は、さらに、酸素の含有量が６質量％未満の箇所を具える場合がある。即ち、圧粉成形体の表面は、酸素の含有量が６質量％未満の低酸素領域と、９質量％以上２０質量％以下の高酸素領域とが存在している。レーザを照射する領域を圧粉成形体の表面の一部とすることで、両領域を形成できる。圧粉成形体の表面のうちレーザを照射していない領域が、上記低酸素領域となる。
【００６８】
酸化膜の形成メカニズムは、次のように考えられる。圧粉成形体の表面には、後述する成形工程において金型との擦れによって被覆軟磁性粒子間に跨る導通部が形成されている。導通部は、ある軟磁性粒子αの金属部分が金型との摺接により、ダイからの成形体の抜き出し方向と反対側に流れて薄膜状に延伸され、軟磁性粒子αに隣接する軟磁性粒子β上に被さるように形成される。この圧粉成形体の表面にレーザを照射することでその導通部が溶融する。溶けた導通部は、両粒子間に分断領域を形成するように各粒子側へ流動し、その結果、隣接する軟磁性粒子α、β同士の導通部による連結が分断された箇所が分断領域になる。
【００６９】
レーザのエネルギー密度Ｕが低い場合、局所的に厚みの厚い凝集部を形成する。この凝集部は、溶融金属が、薄膜状の導通部と一体に繋がる軟磁性粒子αの表面に集結される前に、隣接する軟磁性粒子β側に偏って凝固したもので、軟磁性粒子αの表面において同粒子αの外周縁側に突出しており、隣接する軟磁性粒子の表面上部に被さる場合がある。凝集部は、帯状に形成されていることが多い。上記導通部の溶融により、導電性の導通部が電気的に分断され、さらに凝集部の少なくとも一部に絶縁性の酸化膜が形成される。そのため、粒子間をより確実に絶縁できる。このとき凝集部を具える軟磁性粒子の凝集部を除く表面にも酸化膜が形成される。凝集部の方が、この凝集部を具える軟磁性粒子の凝集部を除く表面よりも厚い酸化膜を具えることがある。
【００７０】
レーザのエネルギー密度Ｕが高い場合、溶融した導通部がさらに流動し、溶融金属が表面張力により表面積が小さくなろうとしてさらに各粒子の中央側へ移動する。それにより、各粒子の表面に、隣接する粒子間に跨らず、中央側がその外周縁側よりも厚みの大きい酸化膜で構成される集結部が形成される。この集結部は、溶融金属が、軟磁性粒子αの表面に集結されてから凝固したものである。集結部は、平板状で、円盤に近い形状であることが多い。即ち、導通部であった箇所は酸化膜に変化する。一方、レーザの照射により、導通部が溶融・流動しない場合、そのまま膜状の導通部の表面に酸化膜が生成される。さらに酸化が進めば、導通部全体が酸化膜となる。
【００７１】
酸化膜は、単一の粒子表面にのみ形成される場合と、隣接する粒子間を跨ぐ場合とを含む。圧粉成形体の表面には、前者と後者の両方が形成されている場合もあり、前者か後者のいずれかしか形成されていない場合もある。前者の場合、圧粉成形体の表面において、酸化膜が点在している。レーザのエネルギー密度Ｕが高いほど、前者の状態になり易い。
【００７２】
酸化膜は、厚さが０．１μｍ以上の箇所を具えることが好ましい。そうすれば、その厚さの厚い箇所で、上記渦電流を分断若しくは流れ難くできる。酸化膜は、厚さが０．５μｍ以上、１μｍ以上、３μｍ以上、更に５μｍ以上、７μｍ以上、特に１０μｍ以上の厚い箇所を具えることが好ましい。酸化膜の厚さは、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）による圧粉成形体の断面観察で測定することができる。
【００７３】
酸化膜の組成は、ＦｅＯ、α‐Ｆｅ２Ｏ３、γ‐Ｆｅ２Ｏ３、及びＦｅ３Ｏ４の少なくとも一種を含むことが好ましい。中でも、ＦｅＯ、及びＦｅ３Ｏ４を多く含むことが好ましい。上記の酸化膜を含む圧粉成形体をリアクトルの構成部品に利用することで、低損失なリアクトルとすることができる。酸化膜の組成は、例えば、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）により検出できる。
【００７４】
圧粉成形体の表面の少なくとも一部に、隣接する軟磁性粒子同士を電気的に分断する分断領域を具える。そうすれば、圧粉成形体をリアクトル用コアとして励磁した際に、圧粉成形体の表面の周方向に亘って流れる渦電流を分断領域で分断できる。分断領域に隣接する軟磁性粒子の表面の少なくとも一方に、上記集結部を具える。即ち、上記集結部は、単一の粒子表面に形成される。また、分断領域に隣接する軟磁性粒子の表面において、上記凝集部を具える場合もある。凝集部は、複数の軟磁性粒子から延伸された導通部が溶融されて一体に凝集する際に生成される場合もある。そのため、凝集部を具える粒子は複数存在することがある。凝集部は、例えば、上記酸化膜の厚さが０．５μｍ以上の箇所を具えることが挙げられる。圧粉成形体の表面には、上記集結部及び凝集部が点在する場合がある。
【００７５】
[密度]
圧粉成形体の密度ｄ（ｇ／ｃｍ３）は、高い方が好ましい。そうすれば、磁束密度の高い圧粉成形体とすることができる。具体的には、密度ｄが７．０ｇ／ｃｍ３以上であることが挙げられる。この密度ｄの上限は、７．５５ｇ／ｃｍ３が挙げられる。密度ｄが高すぎると、軟磁性粒子同士の絶縁性が低下する虞があるためである。
【００７６】
《圧粉成形体の製造方法》
上述した本発明圧粉成形体は、例えば、以下の本発明の製造方法で製造することができる。本発明の圧粉成形体の製造は、被覆軟磁性粉末を用いて圧粉成形体を製造する方法で、素材準備工程と、照射工程とを具える。まず、圧粉成形体の構成材料である被覆軟磁性粉末を準備する工程から説明し、順に上記各工程について説明する。
【００７７】
〔素材準備工程〕
素材準備工程では、圧粉成形体を構成する被覆軟磁性粉末を用意して、その粉末を加圧成形して素材成形体を作製するか、予め同様に成形された素材成形体を購入するなどして用意する。前者の場合、原料準備工程と、その原料から素材成形体を成形する素材成形工程とを具える。原料準備工程として、圧粉成形体を構成する被覆軟磁性粉末を用意する。被覆軟磁性粉末は、軟磁性粒子の外周に絶縁被膜が被覆された被覆軟磁性粒子を複数具える。
【００７８】
［原料準備工程］
原料準備工程では、被覆軟磁性粉末を用意する。この工程では、後述する組成からなる軟磁性粒子を製造又は購入するなどして用意し、その軟磁性粒子の外周に後述する組成からなる絶縁被膜を被覆して被覆軟磁性粉末を製造してもよいし、予め製造された被覆軟磁性粉末を購入するなどしてもよい。前者のうち軟磁性粒子を製造する場合、以下に述べる軟磁性粒子の製法、及び絶縁被膜の被覆方法を経て被覆軟磁性粉末を製造することができる。
【００７９】
（軟磁性粒子）
〈組成〉
軟磁性粒子は、鉄を５０質量％以上含有するものが好ましく、例えば、純鉄（Ｆｅ）が挙げられる。その他、鉄合金、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ａｌ系合金、Ｆｅ−Ｎ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金、Ｆｅ−Ｃ系合金、Ｆｅ−Ｂ系合金、Ｆｅ−Ｃｏ系合金、Ｆｅ−Ｐ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金、及びＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金から選択される少なくとも１種からなるものが利用できる。特に、透磁率及び磁束密度の点から、９９質量％以上、更には９９．５質量％以上がＦｅである純鉄が好ましい。
【００８０】
〈粒径〉
軟磁性粒子の平均粒径は、圧粉成形体として低損失に寄与するサイズであればよい。つまり、特に限定することなく適宜選択することができるが、例えば、１μｍ以上１５０μｍ以下であれば好ましい。軟磁性粒子の平均粒径を１μｍ以上とすることによって、軟磁性粉末の流動性を落とすことがなく、軟磁性粉末を用いて製作された圧粉成形体の保磁力及びヒステリシス損の増加を抑制できる。逆に、軟磁性粒子の平均粒径を１５０μｍ以下とすることによって、１ｋＨｚ以上の高周波域において発生する渦電流損を効果的に低減できる。より好ましい軟磁性粒子の平均粒径は、４０μｍ以上１００μｍ以下である。この平均粒径の下限が４０μｍ以上であれば、渦電流損の低減効果が得られると共に、被覆軟磁性粉末の取り扱いが容易になり、より高い密度の成形体とすることができる。なお、この平均粒径とは、粒径のヒストグラム中、粒径の小さい粒子からの質量の和が総質量の５０％に達する粒子の粒径、つまり５０％粒径をいう。
【００８１】
〈形状〉
軟磁性粒子の形状は、アスペクト比が１．２〜１．８となるようにすると好ましい。このアスペクト比とは、粒子の最大径と最小径との比とする。上記範囲のアスペクト比を有する軟磁性粒子は、アスペクト比が小さな（１．０に近い）ものに比べて、圧粉成形体にしたときに反磁界係数を大きくでき、磁気特性に優れた圧粉成形体とすることができる。その上、圧粉成形体の強度を向上させることができる。
【００８２】
〈製法〉
軟磁性粒子は、水アトマイズ法やガスアトマイズ法などのアトマイズ法で製造されたものが好ましい。水アトマイズ法で製造された軟磁性粒子は、粒子表面に凹凸が多いため、その凹凸の噛合により高強度の成形体を得やすい。一方、ガスアトマイズ法で製造された軟磁性粒子は、その粒子形状がほぼ球形のため、絶縁被膜を突き破るような凹凸が少なくて好ましい。
【００８３】
（絶縁被膜）
絶縁被膜は、隣接する軟磁性粒子同士を絶縁するために、軟磁性粒子の外周に被覆される。軟磁性粒子を絶縁被膜で覆うことによって、軟磁性粒子同士の接触を抑制し、成形体の比透磁率を低く抑えることができる。その上、絶縁被膜の存在により、軟磁性粒子間に渦電流が流れるのを抑制して、圧粉成形体の渦電流損を低減させることができる。
【００８４】
〈組成〉
絶縁被膜は、軟磁性粒子同士の絶縁を確保できる程度の絶縁性に優れるものであれば特に限定されない。例えば、絶縁被膜の材料は、リン酸塩、チタン酸塩、シリコーン樹脂、リン酸塩とシリコーン樹脂の２層からなるものなどが挙げられる。
【００８５】
特に、リン酸塩からなる絶縁被膜は変形性に優れるので、軟磁性材料を加圧して圧粉成形体を作製する際に軟磁性粒子が変形しても、この変形に追従して変形することができる。リン酸塩被膜は鉄系の軟磁性粒子に対する密着性が高く、軟磁性粒子表面から脱落し難い。リン酸塩としては、リン酸鉄やリン酸マンガン、リン酸亜鉛、リン酸カルシウム、リン酸アルミニウムなどのリン酸金属塩化合物を利用することができる。
【００８６】
シリコーン樹脂からなる絶縁被膜の場合は、耐熱性に優れるので、後述する熱処理工程で分解し難く、圧粉成形体の完成までの間、軟磁性粒子同士の絶縁を良好に維持することができる。
【００８７】
絶縁被膜が上記リン酸塩とシリコーン樹脂の２層構造からなる場合、リン酸塩を上記軟磁性粒子側に、シリコーン樹脂をリン酸塩の直上に被覆することが好ましい。リン酸塩の直上にシリコーン樹脂を被膜しているので、上述したリン酸塩及びシリコーン樹脂の両方の特性を具えることができる。
【００８８】
〈膜厚〉
絶縁被膜の平均厚さは、隣接する軟磁性粒子同士を絶縁することができる程度の厚みであればよい。例えば、１０ｎｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。絶縁被膜の厚みを１０ｎｍ以上とすることによって、軟磁性粒子同士の接触の抑制や渦電流によるエネルギー損失を効果的に抑制することができる。一方、絶縁被膜の厚みを１μｍ以下とすることによって、被覆軟磁性粒子に占める絶縁被膜の割合が大きくなりすぎず、被覆軟磁性粒子の磁束密度が著しく低下することを防止できる。
【００８９】
上記絶縁被膜の厚さは、以下のようにして調べることができる。まず、組成分析(ＴＥＭ−ＥＤＸ：ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ｅｎｅｒｇｙ ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ)によって得られる膜組成と、誘導結合プラズマ質量分析(ＩＣＰ−ＭＳ：ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ−ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ)によって得られる元素量とを鑑みて相当厚さを導出する。そして、ＴＥＭ写真により直接、被膜を観察し、先に導出された相当厚さのオーダーが適正な値であることを確認して決定される平均的な厚さとする。
【００９０】
〈被覆方法〉
軟磁性粒子に絶縁被膜を被覆する方法は、適宜選択するとよい。例えば、加水分解・縮重合反応などにより被膜することが挙げられる。軟磁性粒子と絶縁被膜を構成する原料とを配合して、その配合体を、加熱した状態で混合する。そうすることで、軟磁性粒子を被膜原料に十分に分散でき、個々の軟磁性粒子の外側に絶縁被膜を被覆することができる。
【００９１】
上記加熱温度及び混合時間は適宜選択するとよい。加熱温度及び混合時間を選択することで、軟磁性粒子をより十分に分散させることができ、個々の粒子に絶縁被膜を被覆することが容易となる。
【００９２】
［素材成形工程］
素材成形工程では、上記原料準備工程により用意された複数の被覆軟磁性粒子からなる被覆軟磁性粉末を加圧成形して素材成形体を作製する。
【００９３】
素材成形工程では、代表的には、所定の形状のパンチとダイからなる成形金型内に被覆軟磁性粉末を注入し、加圧して押し固める。パンチとダイを使用する際、加圧により金型に成形体が焼き付くことや、被覆軟磁性粉末の絶縁被膜が破壊されることがないように被覆軟磁性粉末を加圧成形する。その手段として、パンチとダイの少なくとも一方の被覆軟磁性粉末と接触する箇所（内壁）に潤滑剤を塗布して被覆軟磁性粉末を加圧する外部潤滑成形方法でもよいし、被覆軟磁性粉末に予め潤滑剤を混合させて混合物を作製しておき、その混合物を金型で加圧する内部潤滑成形方法でもよい。前者の場合、潤滑剤を上記内壁に塗布するので、被覆軟磁性粉末との摩擦を低減すると共に、高密度な圧粉成形体を成形することができる。後者の場合、被覆軟磁性粉末の表面に付着した潤滑剤が被覆軟磁性粉末における粒子同士の摩擦を低減するため、被覆軟磁性粒子の絶縁被膜が破れることを抑制することができる。
【００９４】
潤滑剤は、ステアリン酸、ステアリン酸リチウムなどの金属石鹸、ステアリン酸アミドなどの脂肪酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミドなどの高級脂肪酸アミドなどの固体潤滑剤、固体潤滑剤を水などの液媒に分散させた分散液、液状潤滑剤、六方晶系の結晶構造を有する無機潤滑剤などが挙げられる。
【００９５】
加圧する際には、上記成形金型を加熱してから加圧成形してもよい。その場合、例えば、成形金型温度を５０〜２００℃にすることが挙げられる。金型を加熱することで高密度な成形体を得ることができる。
【００９６】
加圧する圧力は、適宜選択することができる。例えば、リアクトル用コアとなる圧粉成形体を製造するのであれば、その密度ｄが７．０ｇ／ｃｍ３以上となる程度とすることが好ましく、具体的には、約４９０〜１４７０ＭＰａ、特に、約５９０〜１０７９ＭＰａ程度とすることが好ましい。
【００９７】
この加圧により、例えば、図１（右下）に示す直方体状の素材成形体１０を形成できる。この素材成形体１０の形状は、加圧成形する際の金型の形状により適宜変更することができるため、直方体状の他に、台形状面を有する柱状体、またはＵ字状面を有するＵ字状体など種々の形状が挙げられる。このように素材成形体１０が直方体状の場合、素材成形体１０の両端面がパンチでの加圧面３１ｐで、それ以外の４つの側面がダイとの摺接面３１ｓである。
【００９８】
〔照射工程〕
照射工程では、素材成形体の表面の一部にレーザを照射する。レーザの照射により、素材成形体の表面で複数の軟磁性粒子の構成材料同士が導通した導通部の分断箇所を増加させる。つまり、この照射工程では、主として導通部の溶融・流動により、導通部の分断がなされる。
【００９９】
レーザを照射する素材成形体の面は、導通部が形成され易いダイとの摺接面の少なくとも一部とすることが挙げられる。製造された素材成形体１０を磁心、例えば、図１（上側）に示すようなリアクトル用コア３として励磁する際、磁束方向に平行となる面（平行面）の少なくとも一部とすることが好ましい。図１は、リアクトル（図２）に具わるリアクトル用コア３の一例であり、コイル（図２）に覆われる内側コア部３１と、コイルから露出される露出コア部３２とを分解した状態で示している。内側コア部３１は、コア片３１ｍとギャップ材３１ｇとを積層して構成される。コア片３１ｍは、素材成形体１０にレーザ照射した圧粉成形体１、またはレーザ照射と後述する熱処理とを施した圧粉成形体１で構成することが挙げられる。このように、圧粉成形体１とコイルとを組み合わせて、そのコイルを励磁すれば、コイルの軸方向に沿った磁束が成形体内に形成される。そこで、例えば、図１（右下）に示すように、矢印（Ｉ）の方向を磁束方向、即ち、パンチでの加圧面３１ｐが、磁束方向と直交する面（直交面）で、それ以外の４つの摺接面３１ｓが、磁束方向の平行面となるように、圧粉成形体１をコイルと組み合わせる場合、レーザを照射する領域は、その平行面（摺接面３１ｓ）となる素材成形体１０の表面の少なくとも一部でよい。このように、磁束方向との平行面となる素材成形体１０の表面の一部にレーザを照射することで、磁束方向を軸とする円周方向に流れる渦電流を、上記レーザが照射された箇所で遮断することができると考えられる。そのため、渦電流損を低減でき、低損失な圧粉成形体を製造できる。つまり、レーザが照射される領域が、ダイとの摺接面３１ｓでかつ上記平行面となる面の少なくとも一部であれば、効果的に低損失な圧粉成形体を製造できる。
【０１００】
一方、矢印（ＩＩ）の方向を磁束方向、即ち、パンチでの加圧面３１ｐが、磁束方向との平行面である場合、レーザを照射する領域は、磁束方向と直交する摺接面３１ｓｏの少なくとも一部でよい。そうすれば、摺接面３１ｓｏの表面に流れる渦電流を遮断できるので、渦電流損をより低減できると考えられる。加えて、磁束方向と平行となる摺接面３１ｓｐの少なくとも一部にレーザを照射することが好ましい。そうすれば、摺接面３１ｓｐのレーザを照射した箇所で、磁束方向を軸とする円周方向の渦電流を遮断できる。
【０１０１】
素材成形体が円柱である場合、磁束方向と直交する面がパンチでの加圧面であれば、磁束方向との平行面は円柱の円筒面となるので、レーザを照射する領域は、円筒面となる素材成形体の表面の少なくとも一部でよい。
【０１０２】
レーザが照射される領域は、上記摺接面３１ｓにおいて、パンチの加圧方向全長に亘る領域であることが好ましい。特に、上記平行面において、磁束方向全長に亘る領域となる素材成形体の表面であることがより好ましい。例えば、矢印（Ｉ）の方向を磁束方向となるように、圧粉成形体１をコイルと組み合わせる場合、レーザを照射する領域は、平行面において、一方の端面側から他方の端面側に亘る領域となる素材成形体１０の表面とすることが好ましい。即ち、パンチでの加圧面３１ｐが、磁束方向と直交する面（直交面）で、それ以外の４つの摺接面３１ｓが、磁束方向の平行面となる場合、レーザを照射する領域は、平行面において、加圧方向全長（磁束方向全長）に亘る素材成形体１０の表面とすることが好ましい。そうすれば、磁束方向を軸とする円周方向に流れる渦電流を上記全長に亘って遮断できると考えられる。つまり、表面処理される領域が、ダイとの摺接面３１ｓでかつ上記平行面となる面で、磁束方向全長に亘る領域であれば、より一層効果的に低損失な圧粉成形体を製造できる。
【０１０３】
一方、矢印（ＩＩ）の方向を磁束方向、即ち、パンチでの加圧面３１ｐが、磁束方向との平行面である場合、レーザを照射する領域は、磁束方向と直交する摺接面３１ｓｏの一方の端面側から他方の端面側に亘る領域、即ち、摺接面３１ｓｏの長辺間や短辺間でよい。そうすれば、摺接面３１ｓｏの表面に流れる渦電流を遮断できると考えられる。加えて、磁束方向と平行となる摺接面３１ｓｐの磁束方向全長に亘る領域にレーザを照射することが好ましい。そうすれば、磁束方向を軸とする円周方向に流れる渦電流を上記全長に亘って遮断できる。
【０１０４】
素材成形体が円柱である場合、磁束方向と直交する面がパンチでの加圧面であれば、磁束方向との平行面は円柱の円筒面となるので、レーザを照射する領域は、円筒面となる素材成形体の表面の加圧方向全長（磁束方向全長）に亘る領域であることが好ましい。
【０１０５】
上記平行面において一方の端面側から他方の端面側に亘る領域にレーザを照射する場合、上記平行面において磁束方向と平行な方向の長さを縦ｔ、磁束方向を軸とした圧粉成形体の周方向の全長をｌとするとき、平行面の全面積はｔ×ｌで、当該平行面において実際に表面処理が施された領域の幅（磁束方向と直交する方向）を処理幅ｗとするとき、この領域はｔ×ｗと表される。この処理幅ｗは、被覆軟磁性粉末の平均粒径をｄとするとき、ｄ＜ｗ≦ｌを満たすことが好ましい。上記処理幅ｗを上記範囲とすることで、渦電流損の低減効果を効果的に得ることができる。より好ましくは、上記全長ｌに対する上記処理幅ｗの比率ｗ／ｌは、３０％以下、さらには２０％以下、１０％以下、特に５％以下とすることが挙げられる。
【０１０６】
レーザの種類は、素材成形体表面の導通部を分断できるレーザであればよい。具体的には、レーザの媒体が固体である固体レーザが挙げられ、例えばＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、及びファイバーレーザの中から選択される１種のレーザであることが好ましい。そうすることで、上記導通部を分断することができる。これらレーザの各々には、各レーザの媒体に種々の材料がドープされた公知のレーザも含む。つまり、上記ＹＡＧレーザは、その媒体にＮｄ、Ｅｒなどをドープしてもよいし、上記ＹＶＯ４レーザは、その媒体にＮｄなどをドープしてもよいし、上記ファイバーレーザは、その媒体であるファイバーのコアに希土類元素などがドープされており、例えば、Ｙｂなどをドープすることが挙げられる。
【０１０７】
レーザの波長は、上記軟磁性粒子（導通部）の波長吸収領域内であることがより好ましい。そうすることで、上記導通部を分断し易くなる上に、当該導通部以外を除去することを抑制することができる。この波長としては、具体的には、５３２ｎｍ〜１０６４ｎｍ程度であることが好ましい。
【０１０８】
レーザのエネルギー密度Ｕ（Ｗ／ｍｍ２）は、レーザの平均出力をＰ（Ｗ）、レーザの照射面積をＳ（ｍｍ２）とするとき、Ｕ＝Ｐ／Ｓで表され、このエネルギー密度Ｕは、３７．０Ｗ／ｍｍ２≦Ｕ≦４５０．０Ｗ／ｍｍ２を満たすことが好ましい。エネルギー密度Ｕを３７．０Ｗ／ｍｍ２以上とすることで、導通部の分断箇所を確実に増加できる。一方、エネルギー密度Ｕを４５０．０Ｗ／ｍｍ２以下とすることで、過剰溶融による軟磁性粒子同士の接触を十分に抑制できる。このエネルギー密度Ｕは、５０．０Ｗ／ｍｍ２以上３００．０Ｗ／ｍｍ２以下とすることがより好ましい。
【０１０９】
この範囲内において、エネルギー密度Ｕを高くするほど、（１）形成される酸化膜としてＦｅＯ、或いはＦｅ３Ｏ４を多く含む酸化膜とすることができ、上記表面部分における酸素の含有量を多くできる、（２）酸化膜の厚い箇所を形成できる。具体的には、上記（１）では、ＦｅＯやＦｅ３Ｏ４が増加し、さらにエネルギー密度Ｕが高くなるとＦｅＯよりもＦｅ３Ｏ４を多くできる。上記酸化膜を具える箇所の表面部分に含まれる鉄と酸素の合計含有量を１００質量％とするとき、エネルギー密度Ｕを高くすれば、酸素の含有量を９質量％以上とすることができる。上記のエネルギー密度Ｕの範囲では、酸素の含有量を２０質量％程度とすることができる。上記（２）では、酸化膜の厚さが０．１μｍ以上の箇所を具えることができ、エネルギー密度Ｕが高くなるにつれて、０．５μｍ以上、１．０μｍ以上、３μｍ以上、更に５μｍ以上、７μｍ以上、特に１０μｍ以上と厚さの厚い箇所を形成することができる。上記のエネルギー密度Ｕの範囲では、酸化膜の厚さが１５μｍ程度の箇所を具えることができる。
【０１１０】
上述のメカニズムに示すように、レーザの照射により、レーザが照射された圧粉成形体の表面の少なくとも一部に、隣接する軟磁性粒子同士を電気的に分断する分断領域を形成できる。分断領域が形成されると共に、上記分断領域に隣接する軟磁性粒子の表面のうち圧粉成形体の表面に位置する表面領域は、上記酸化膜が形成される。エネルギー密度Ｕが小さいレーザを照射すれば、分断領域が形成されると共に、分断領域に隣接する軟磁性粒子の表面において、上記凝集部が形成される。凝集部における上記酸化膜の厚さは、レーザのエネルギー密度Ｕが高くなるほど厚くなる。一方、高いエネルギー密度Ｕでレーザを照射すれば、分断領域が形成されると共に、分断領域に隣接する軟磁性粒子の表面に、上記集結部が形成される。集結部は、レーザのエネルギー密度Ｕが高くなるほど、上記酸化膜全体の厚さが厚く、かつその中央側の厚さをその外周縁側よりも厚くできる。レーザのエネルギー密度Ｕの大きさにより、溶融量或いは溶融金属の流動性に差ができ、軟磁性粒子の構成材料が表面張力で表面積が小さくなろうと凝集具合に差が生じるためである。
【０１１１】
レーザのビーム径に対する照射間隔の比率は、小さい方が好ましい。ビーム径は、圧粉成形体の表面上でのレーザの径を言う。照射間隔は、１パルスのレーザの照射時間にレーザビームが走査方向に移動する距離を言う。レーザのビーム径に対する照射間隔の比率が小さければ、圧粉成形体の表面上にレーザを走査させた際、レーザが照射されない未処理領域を減少することができ、上記導通部を分断し易くなる。具体的には、上記比率は、０．３５以下であることが好ましく、特に、０．３０以下であることが好ましい。
【０１１２】
レーザのビーム径に対する走査間隔の比率も、小さい方が好ましい。走査間隔は、レーザが走査するラインを隣接するラインに移動させる際の距離を言う。即ち、レーザのビーム径に対する走査間隔の比率が小さければ、上述と同様、レーザが照射されない領域を低減でき、上記導通部を分断し易くなる。
【０１１３】
レーザの重ね回数は、複数回であることが好ましい。重ね回数は、同一領域をレーザで処理（走査）する回数を言う。レーザの重ね回数は、多いほど好ましい。そうすれば、上記導通部の分断を確実に行うことができる。具体的には、重ね回数を５回以上とすることが挙げられ、特に１０回以上とすることが好ましい。
【０１１４】
素材成形体の表面にレーザを照射する方法は、その表面の所望の箇所にレーザを照射できる方法であれば、特に問わない。
【０１１５】
［その他の工程］
（熱処理工程）
上記素材成形体には、素材成形工程で軟磁性粒子に導入された歪や転位などを除去するために加熱する熱処理を施してもよい。
【０１１６】
熱処理の温度が高いほど、歪の除去を十分に行うことができることから、熱処理温度は、３００℃以上、特に４００℃以上が好ましく、上限は約８００℃程度が好ましい。このような熱処理温度であれば、歪の除去と共に、加圧時に軟磁性粒子に導入される転位などの格子欠陥も除去できる。それにより、圧粉成形体のヒステリシス損を効果的に低減することができる。
【０１１７】
熱処理を施す時間は、素材成形工程で軟磁性粒子に導入された歪や転位などを十分に除去するように、上記熱処理温度及び素材成形体の体積に合わせて適宜選択すればよい。例えば、上記の温度範囲の場合、１０分〜１時間であることが好ましい。
【０１１８】
この熱処理を施す際の雰囲気は、大気中でも良いが、不活性ガス雰囲気内で施すと特に好ましい。それにより、潤滑剤の燃焼による煤などの素材成形体への付着を抑制することができる。
【０１１９】
この熱処理工程は、照射工程前における素材成形体に施してもよいし、照射工程後における素材成形体に施してもよい。
【０１２０】
《作用効果》
上述した実施形態によれば、以下の効果を奏する。
【０１２１】
（１）表面の少なくとも一部に酸化膜を具え、その箇所の表面部分における酸素の含有量が９質量％以上である圧粉成形体を利用することで、低損失なリアクトルが得られる。上記分断領域を具える圧粉成形体をリアクトル用コアとして励磁した際、圧粉成形体の表面の周方向に亘って流れる渦電流を分断若しくは流れ難くできる。そのため渦電流損を低減でき、低損失なリアクトルとすることができる。従って、本発明の圧粉成形体は、リアクトルの構成部材に好適に利用できる。
【０１２２】
（２）上述した製造方法によれば、導通部にレーザを照射することで、薄膜状体の導通部に対して高いエネルギーの付与、または急激な加熱と冷却（温度変化）を生じさせることができる。このとき、薄膜状体が溶融され、その溶融金属が流動したり、表面張力で凝集したりして、後述する試験例に示すように塊（凝集部）や集結部を形成する。それにより、導通部の途中が分離され、同様の分断が多数の導通部の各所で生じることにより、導通部の分断される箇所が増加すると考えられる。この導通部の分断箇所の増加により、導通部の電気抵抗を増大させる、或いは導通部における導通を遮断できる。その結果、渦電流が流れ難くなる、或いは渦電流を遮断できる。従って、渦電流損の少ない低損失な圧粉成形体を製造することができる。
【０１２３】
（３）上述の圧粉成形体、または上述の製造方法により製造された圧粉成形体はリアクトル用コアに好適に利用することができる。詳しくは後述するが、その場合、例えば、一対のコイル素子を有して各コイル素子の軸が平行するように横並びされたコイルと、各コイル素子がそれぞれ配置される一対の柱状の内側コア部（ミドルコア部）、及びコイル素子が配置されず、内側コア部に連結されて閉磁路を構成する外側コア部（サイドコア部）を有する磁性コアとを具えるリアクトルにおいて、当該内側コア部に好適に利用することができる。内側コア部を複数の分割コア片を組み合わせた構成とする場合、分割コア片の少なくとも一つ、好ましくは全てを本発明の圧粉成形体により構成することができる。このとき、内側コア部、或いは分割コア片において、上記レーザを照射する領域は、上記コイルを励磁した際、磁束方向と平行となる面の少なくとも一部である。ここでは、平行となる面はダイとの摺接面である。この分割コア片でリアクトルを組み立てた際、上記分割コア片のレーザが照射された面はコイルの内周面に対向される。それにより、コイルを励磁したとき、上記レーザが照射された領域で、内側コア部の周方向に生じる渦電流を遮断して、渦電流損を低減できる。このレーザを、例えば、上記平行面において、内側コア部、或いは各分割コア片の一方の端面側から他方の端面側に亘る領域に照射すれば、リアクトルを組み立てた際、その領域が内側コア部の磁束方向全長に及ぶ。そのため、内側コアの磁束方向全長に亘って上記渦電流を遮断できるため、渦電流損をより一層低減できる。外側コア部は、端面がＵ字状、あるいは台形状が代表的である。この外側コア部においても本発明の圧粉成形体、または本発明の製造方法により得られた圧粉成形体を用いてもよい。
【０１２４】
（４）レーザを照射して表面処理する箇所は、素材成形体の表面の一部なので、処理工程及び処理時間を短縮することができ、圧粉成形体の製造工程を簡略化することができる。そのため、圧粉成形体の製造コストを低減することもできる。
【０１２５】
＜実施形態２＞
《リアクトル》
上述の圧粉成形体、及び上述の圧粉成形体の製造方法により製造された圧粉成形体は、リアクトルの構成部材として好適に利用できる。例えば、リアクトルは、巻線を巻回してなるコイルと、そのコイルの内外に配置されて閉磁路を形成する磁性コアとを具え、磁性コアの少なくとも一部が圧粉成形体で構成される。その圧粉成形体に本発明圧粉成形体を利用できる。つまり、本発明のリアクトルの特徴とするところは、リアクトルに具わる磁性コアの少なくとも一部に、上述の圧粉成形体を具える点にある。以下、そのリアクトルの一例を、図１、２を参照して説明する。ここでは、リアクトル１００に具わる磁性コア３のうち、コイル２の内側に配置される内側コア部３１が本発明の圧粉成形体で構成されている場合を例に説明する。内側コア部３１を構成するコア片３１ｍ以外の構成は、公知のリアクトルの構成を利用することができる。もちろん、磁性コア３のうち、露出コア３２を本発明圧粉成形体で構成してもよい。
【０１２６】
（コイル）
コイル２は、図２に示すように、接合部の無い１本の連続する巻線２ｗを螺旋状に巻回してなる一対のコイル素子２ａ，２ｂと、両コイル素子２ａ，２ｂを連結する連結部２ｒとを具える。各コイル素子２ａ，２ｂは、互いに同一の巻数の中空の筒状体であり、各軸方向が平行するように並列（横並び）され、コイル２の他端側（図２では右側）において巻線２ｗの一部がＵ字状に屈曲されて連結部２ｒが形成されている。この構成により、両コイル素子２ａ，２ｂの巻回方向は同一となっている。
【０１２７】
巻線２ｗは、銅やアルミニウム、その合金といった導電性材料からなる導体の外周に、絶縁材料からなる絶縁層（代表的には、ポリアミドイミドなどからなるエナメル層）を具える被覆線を好適に利用できる。巻線２ｗの導体は、断面円形状の丸線の他、断面矩形状の平角線を好適に利用できる。コイル素子２ａ，２ｂは、絶縁層を有する被覆平角線をエッジワイズ巻きして形成されたエッジワイズコイルである。
【０１２８】
（磁性コア）
磁性コアの説明は、図１を参照して行う。磁性コア３は、各コイル素子２ａ、２ｂ（図２）に覆われる一対の柱状の内側コア部３１と、コイル２（図２）が配置されず、コイル２から露出される一対の露出コア部３２とを有する。各内側コア部３１はそれぞれ、各コイル素子２ａ，２ｂの内周形状に沿った外形を有する柱状体（ここでは、実質的に直方体）であり、各露出コア部３２はそれぞれ、一対の台形状面を有する柱状体である。リアクトル用コア３は、平行に配置される内側コア部３１を挟むように露出コア部３２が配置され、各内側コア部３１の端面と露出コア部３２の内端面とを接触させて環状に形成される。
【０１２９】
内側コア部３１は、磁性材料からなるコア片３１ｍと、インダクタンスの調整のため、コア片よりも透磁率が低い材料（例えばアルミナなどの非磁性材料）から構成されるギャップ材３１ｇとを交互に積層して構成された積層体である。露出コア部３２も磁性材料からなるコア片である。上記コア片同士の一体化やコア片３１ｍとギャップ材３１ｇとの一体化には、例えば、接着剤や粘着テープなどを利用できる。
【０１３０】
内側コア部３１の各コア片３１ｍはいずれも、上述した本発明圧粉成形体により構成されている。コア片３１ｍ（内側コア部３１）において上記レーザが照射された領域を、コイル２を励磁した際、磁束方向と平行となるように配置することが好ましい。即ち、このコア片３１ｍでリアクトル１００を組み立てた際、上記コア片３１ｍのレーザが照射された面はコイル２の内周面に対向される。それにより、コイル２を励磁したとき、上記レーザが照射された領域で、磁束方向を軸として内側コア部３１の周方向に生じる渦電流を遮断して、渦電流損を低減できる。本例のように、内側コア部３１を構成する全てのコア片３１ｍをレーザが照射されたコア片３１ｍ（本発明の圧粉成形体）で構成する場合、内側コア部３１の一方の端面側から他方の端面側に亘る領域に、レーザが照射された領域が並ぶように各コア片３１ｍを配置することが好ましい。そうすれば、リアクトルを組み立てた際、レーザが照射された領域が内側コア部３１の磁束方向全長に及ぶ。そのため、内側コア部３１の磁束方向全長に亘って上記渦電流を遮断できるため、渦電流損をより一層低減できる。
【０１３１】
（その他の構成部材）
その他、コイル２とリアクトル用コア３との間の絶縁性を高めるために、絶縁性樹脂から構成されるインシュレータ（図示略）を具えたり、コイル２とリアクトル用コア３との組合体の外周を絶縁性樹脂で覆った一体化物としたり、組合体を金属材料などからなるケースに収納したり、ケースに収納した組合体を封止樹脂により覆ったりすることができる。
【０１３２】
上記の構成によれば、内側コア部３１を上述の圧粉成形体で構成し、コイル２を励磁した際、磁束方向と平行となるように配置すると、磁束方向を軸として内側コア部３１の周方向に生じる渦電流を遮断して、渦電流損を低減できる。そのため、低損失なリアクトル１００とすることができる。
【０１３３】
＜実施形態３＞
《コンバータと電力変換装置》
上述のリアクトルは、例えば、車両などに載置されるコンバータの構成部品や、このコンバータを具える電力変換装置の構成部品に利用することができる。
【０１３４】
例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車といった車両１２００は、図３に示すようにメインバッテリ１２１０と、メインバッテリ１２１０に接続される電力変換装置１１００と、メインバッテリ１２１０からの供給電力により駆動して走行に利用されるモータ（負荷）１２２０とを具える。モータ１２２０は、代表的には、３相交流モータであり、走行時、車輪１２５０を駆動し、回生時、発電機として機能する。ハイブリッド自動車の場合、車両１２００は、モータ１２２０に加えてエンジンを具える。なお、図３では、車両１２００の充電箇所としてインレットを示すが、プラグを具える形態とすることもできる。
【０１３５】
電力変換装置１１００は、メインバッテリ１２１０に接続されるコンバータ１１１０と、コンバータ１１１０に接続されて、直流と交流との相互変換を行うインバータ１１２０とを有する。この例に示すコンバータ１１１０は、車両１２００の走行時、２００Ｖ〜３００Ｖ程度のメインバッテリ１２１０の直流電圧（入力電圧）を４００Ｖ〜７００Ｖ程度にまで昇圧して、インバータ１１２０に給電する。また、コンバータ１１１０は、回生時、モータ１２２０からインバータ１１２０を介して出力される直流電圧（入力電圧）をメインバッテリ１２１０に適合した直流電圧に降圧して、メインバッテリ１２１０に充電させている。インバータ１１２０は、車両１２００の走行時、コンバータ１１１０で昇圧された直流を所定の交流に変換してモータ１２２０に給電し、回生時、モータ１２２０からの交流出力を直流に変換してコンバータ１１１０に出力している。
【０１３６】
コンバータ１１１０は、図４に示すように複数のスイッチング素子１１１１と、スイッチング素子１１１１の動作を制御する駆動回路１１１２と、リアクトルＬとを具え、ＯＮ／ＯＦＦの繰り返し（スイッチング動作）により入力電圧の変換（ここでは昇降圧）を行う。スイッチング素子１１１１には、ＦＥＴ，ＩＧＢＴなどのパワーデバイスが利用される。リアクトルＬは、回路に流れようとする電流の変化を妨げようとするコイルの性質を利用し、スイッチング動作によって電流が増減しようとしたとき、その変化を滑らかにする機能を有する。このリアクトルＬとして、上述のリアクトルを具える。低損失なリアクトル１００を具えることで、電力変換装置１１００やコンバータ１１１０も全体として低損失化を図ることができる。
【０１３７】
なお、車両１２００は、コンバータ１１１０の他、メインバッテリ１２１０に接続された給電装置用コンバータ１１５０や、補機類１２４０の電力源となるサブバッテリ１２３０とメインバッテリ１２１０とに接続され、メインバッテリ１２１０の高圧を低圧に変換する補機電源用コンバータ１１６０を具える。コンバータ１１１０は、代表的には、ＤＣ−ＤＣ変換を行うが、給電装置用コンバータ１１５０や補機電源用コンバータ１１６０は、ＡＣ−ＤＣ変換を行う。給電装置用コンバータ１１５０の中には、ＤＣ−ＤＣ変換を行うものもある。給電装置用コンバータ１１５０や補機電源用コンバータ１１６０のリアクトルに、上述のリアクトルなどと同様の構成を具え、適宜、大きさや形状などを変更したリアクトルを利用することができる。また、入力電力の変換を行うコンバータであって、昇圧のみを行うコンバータや降圧のみを行うコンバータに、上述のリアクトルなどを利用することもできる。
【０１３８】
《試験例１》
試験例１として、以下の試料１−１〜１−３の圧粉成形体を作製し、その各試料の磁気特性について後述する試験を行った。
【０１３９】
［試料１−１］
試料１−１の圧粉成形体は、以下に示す工程ａ→工程ｂ→工程ｃ→工程ｄの順に各工程を経て作製される。
工程ａ：被覆軟磁性粉末を用意する原料準備工程。
工程ｂ：被覆軟磁性粉末を加圧成形して素材成形体を作製する素材成形工程。
工程ｃ：素材成形体を加熱して熱処理成形体を作製する熱処理工程。
工程ｄ：熱処理成形体の表面にレーザを照射する照射工程。
【０１４０】
（工程ａ）
圧粉成形体の構成材料として、鉄粉からなる軟磁性粒子の表面にリン酸鉄からなる絶縁被膜を被覆した被覆軟磁性粉末に、ステアリン酸亜鉛からなる潤滑剤を０．６質量％含有した混合材料を用意した。上記鉄粉は、水アトマイズ法により作製され、純度が９９．８％以上であった。この軟磁性粒子の平均粒径が５０μｍで、そのアスペクト比は１．２であった。この平均粒径は、粒径のヒストグラム中、粒径の小さい粒子からの質量の和が総質量の５０％に達する粒子の粒径、つまり５０％粒径により求めた。絶縁被膜は、軟磁性粒子の表面全体を実質的に覆い、その平均厚さは、２０ｎｍであった。
【０１４１】
（工程ｂ）
工程ａで準備した混合材料を所定の形状の金型内に注入し、金型を加熱せず７３０ＭＰａの圧力をかけて加圧成形して素材成形体を作製した。ここでは、直方体状の素材成形体を複数作製した。
【０１４２】
（工程ｃ）
工程ｂで作製した素材成形体を窒素雰囲気下で４００℃×３０分、熱処理し、複数の熱処理成形体を得た。
【０１４３】
（工程ｄ）
工程ｄでは、工程ｃで得られた複数の直方体状の熱処理成形体を環状に組み合わせて、鉄損の評価用の試験片を作製するにあたり、熱処理成形体の少なくとも一体にレーザを照射する。ここでは、熱処理成形体の表面のうち、後述する磁気特性の測定試験でコイルが配置される熱処理成形体の表面の一部に対してレーザを照射した。その際、試料に生じる磁束の方向と平行となる面（平行面）の磁束方向全長に亘る領域に以下に示す条件で照射した。その結果、磁束方向を軸とした熱処理成形体の周方向の全長ｌに対するレーザが照射された処理幅ｗの比率ｗ／ｌが７％であった。コイルが配置されない熱処理成形体にも、レーザを照射してもよい。このレーザを照射した熱処理成形体が圧粉成形体であり、この圧粉成形体を試料１−１とする。
【０１４４】
〈レーザの照射条件〉
種類：ファイバーレーザ
波長：１０６４ｎｍ
ビーム径に対する照射間隔の比率：０．１５
パルス幅：２００ｎｓ
ビーム径に対する走査間隔の比率：０．０８
重ね回数：１０回
エネルギー密度Ｕ：６１．１Ｗ／ｍｍ２
【０１４５】
［試料１−２］
試料１−２の圧粉成形体は、試料１−１とは各工程を施す順番が異なり、上記工程ａ→工程ｂ→工程ｄ→工程ｃの順に各工程を経て作製される。工程ｄにおいてレーザが照射される領域は試料１−１と同様とした。
【０１４６】
［試料１−３］
試料１−３の圧粉成形体は、試料１−１とは、成形体の表面にレーザを照射しない点が相違する。つまり、試料１−３の圧粉成形体は、上記工程ａ→工程ｂ→工程ｃの順に各工程を経て作製される。
【０１４７】
〔評価１〕
各試料１−１〜１−３の複数の圧粉成形体をそれぞれ環状に組み合わせて試験用磁心を作製した。各試験用磁心にそれぞれ巻線で構成したコイルを配して磁気特性を測定するための測定部材を作製し、以下の磁気特性を評価した。
【０１４８】
［磁気特性試験］
各測定部材について、ＡＣ−ＢＨカーブトレーサを用いて、励起磁束密度Ｂｍ：１ｋＧ（＝０．１Ｔ）、測定周波数：５ｋＨｚにおける試料のヒステリシス損Ｗｈ（Ｗ）及び渦電流損Ｗｅ（Ｗ）を求め、各試料全体の損失Ｗ（Ｗ）を算出した。
【０１４９】
以上の試験から得られた特性値は、表１に記載する。
【０１５０】
【表１】
【０１５１】
《結果》
試料１−１のように、熱処理後、熱処理成形体の表面の一部にレーザを照射することで、レーザ照射を施していない試料１−３に比べて渦電流損を大きく低減することができた。また、レーザ照射後に熱処理を施した試料１−２も同様に渦電流損を低減できた。
【０１５２】
以上の試験結果より、レーザの照射は熱処理成形体の表面の一部、特に、リアクトル用コアとして励磁した際、磁束方向との平行面の一部に施すと渦電流損、並びに損失の低減に効果的であることが判明した。
【０１５３】
レーザ照射前または後のいずれにも熱処理を施さない試料を用意して、その試料に対して上記と同様の試験を施したところ、レーザ照射前または後のいずれかに熱処理を施した上記試料１−１、１−２と同様に渦電流損の低減に効果的であった。
【０１５４】
《試験例２》
試験例２として、試験例１で作製した試料１−１、１−２のそれぞれと同じ工程順で試料を作製するにあたり、工程ｄで照射するレーザの照射条件を異ならせて試料２−１、２−２を作製した。これら試料に対して、上記評価１と同様にして磁気特性を評価した。レーザの照射条件を以下に示し、得られた特性値を表２に示す。ここでは試験例１で作製した試料１−３も合わせて示している。
【０１５５】
〈レーザの照射条件〉
種類：ファイバーレーザ
波長：１０６４ｎｍ
ビーム径に対する照射間隔の比率：０．０７
パルス幅：１２０ｎｓ
ビーム径に対する走査間隔の比率：０．０５
重ね回数：４０回
エネルギー密度Ｕ：１２３．６Ｗ／ｍｍ２
【０１５６】
【表２】
【０１５７】
《結果》
試験例１と同様に、レーザを表面の一部に照射した試料２−１、２−２は、レーザを照射していない試料１−３に比べて渦電流損を低減することができた。
【０１５８】
《試験例３》
試験例３として、試験例２で作製した試料２−１と同様の試料を作製するにあたり、上記工程ｄで照射するレーザの照射条件のうちエネルギー密度Ｕを種々変更し、エネルギー密度Ｕ以外の条件は試料２−１と同様にして試料３−１〜３−１０を作製した。各試料に対して上記評価１と同様にして磁気特性を評価した。各試料に照射したエネルギー密度Ｕ、及び得られた特性値を表３と図５に示す。
【０１５９】
【表３】
【０１６０】
《結果》
試料３−１〜３−１０は、上記試料１−３（試験例１）に比べて、いずれも渦電流損を低減できた。また、試料３−３〜３−９は、試料３−１、３−２、及び３−１０よりも渦電流損を低減でき、中でも、試料３−４〜３−８は、渦電流損を特に低減できた。
【０１６１】
以上の試験結果より、照射するレーザのエネルギー密度Ｕを３７．０Ｗ／ｍｍ２以上４５０．０Ｗ／ｍｍ２以下とすれば、渦電流損の低減に一層効果的であることが判明した。
【０１６２】
《試験例４》
試験例４として、試験例２で作製した試料２−１と同様の試料を作製するにあたり、上記工程ｄで照射するレーザの照射条件のうち、ビーム径に対する照射間隔の比率を種々変更し、それ以外の条件は試料２−１と同様にして試料４−１〜４−１０を作製した。各試料に対して、上記評価１と同様にして磁気特性を評価した。各試料に照射したレーザのビーム径に対する照射間隔の比率、及び得られた特性値を表４に示す。
【０１６３】
【表４】
【０１６４】
《結果》
試料４−１〜４−１０は、上記試料１−３（試験例１）に比べていずれも渦電流損を低減できた。また、試料４−１〜４−７は試料４−８〜４−１０よりも渦電流損を低減でき、中でも試料４−１〜４−６は、渦電流損を特に低減できた。
【０１６５】
以上の結果より、照射するレーザのビーム径に対する照射間隔の比率を小さくすると、渦電流損を低減でき、特に、その比率を０．３５以下、更には０．３０以下とすることで、渦電流損の低減に一層効果的であることが判明した。
【０１６６】
《試験例５》
試験例５として、試験例２で作製した試料２−１と同様の試料を作製するにあたり、上記工程ｄで照射するレーザの照射条件のうち、重ね回数を種々変更し、重ね回数以外の条件は試料２−１と同様にして試料５−１〜５−９を作製した。各試料に対して上記評価１と同様にして磁気特性を評価した。各試料に照射したレーザの重ね回数、及び得られた特性値を表５に示す。
【０１６７】
【表５】
【０１６８】
《結果》
試料５−１〜５−８は、試料５−９に比べて渦電流損を低減でき、中でも試料５−１〜５−６は試料５−７、５−８よりも渦電流損を低減できた。特に、試料５−１〜５−５はより一層渦電流損を低減できた。
【０１６９】
以上の結果より、レーザの重ね回数を多くすると、渦電流損を低減でき、特に５回以上、さらには１０回以上とすることで、渦電流損の低減に一層効果的であることが判明した。
【０１７０】
《試験例６》
試験例６として、試料１−１、３−６に対して、多層膜ミラーを使用する平行光学系のＸ線回折装置で表面の成分を測定した。この成分測定は、試料１−１と試料３−６のレーザの照射領域における成分を測定した。試料１−３の摺接面における成分もあわせて測定した。測定条件を以下に示し、試料１−１、３−６、１−３の各結果を図６〜８に示す。図中の○はＦｅ３Ｏ４、△はＦｅＯ、×はα‐Ｆｅを示す。
【０１７１】
〈測定条件〉
使用装置：Ｘ線回折装置（ＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ社製 Ｘ´ｐｅｒｔ）
使用Ｘ線：Ｃｕ−Ｋα
励起条件：４５ｋＶ ４０ｍＡ
測定法：θ−２θ測定
【０１７２】
《結果》
試料１−１（図６）と試料３−６（図７）は、試料１−３（図８）に比べて、α‐Ｆｅが少なく、ＦｅＯ、及びＦｅ３Ｏ４が多い。試料１−１と試料３−６とを比較すると、照射したレーザのエネルギー密度Ｕが高い試料３−６の方が、試料１−１よりも、α‐Ｆｅが少ない。試料１−１は、Ｆｅ３Ｏ４よりもＦｅＯが多く検出されたのに対して、試料３−６はＦｅＯよりもＦｅ３Ｏ４の方が多く検出された。
【０１７３】
以上の結果より、レーザを照射することで、α‐Ｆｅが減少すると共に、ＦｅＯ、及びＦｅ３Ｏ４が増加する。レーザのエネルギー密度Ｕを高くすることで、ＦｅＯよりもＦｅ３Ｏ４が増加することが判明した。加えて、試験例１と３とに示すように、試料１−１及び３−６は試料１−３よりも損失が少ないことから、圧粉成形体の表面にＦｅＯ及びＦｅ３Ｏ４の少なくとも一方を含む酸化膜を具えることで、損失を低減でき、特に、ＦｅＯよりもＦｅ３Ｏ４を多く含む方が損失を一層低減できることが判明した。
【０１７４】
《試験例７》
試験例７として、試験例２で作製した試料２−１と同様の試料を作製するにあたり、上記工程ｄで照射するレーザの照射条件のうちエネルギー密度Ｕを種々変更し、エネルギー密度Ｕ以外の条件は試料２−１と同様にして試料７−１〜７−４を作製した。また、試験例１で作製した試料１−３と同様の試料７−５を作製した。そして、以下の装置を用いてエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）により各試料の表面における酸素の含有量を測定した。具体的には、試料７−１〜７−４ではレーザを照射した箇所を、試料７−５ではダイとの摺接面の一部及びパンチと接触する圧接面の一部を、それぞれ測定した。酸素の含有量は、各試料の表面から試料内部へ深さ１μｍ程度までの領域における鉄と酸素の合計含有量を１００質量％としたときの割合を示す。施した表面処理、測定箇所、及びその結果をまとめて表６に示す。
【０１７５】
〈測定条件〉
使用装置：走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ） （ＺＥＩＳＳ社製 ＳＵＰＲＡ３５ＶＰ）
エネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＸ装置） （ＥＤＡＸ社製 ＧＥＮＥＳＩＳ４０００）
加速電圧：１５ｋＶ
測定領域：１．８０×０．８３５ｍｍ２
【０１７６】
【表６】
【０１７７】
《結果》
試料７−１〜７−４は、試料７−５に比べて損失が小さく、中でも酸素の含有量が９質量％以上の試料７−１〜７−３は損失が特に小さかった。一方、試料７−５の摺接面及び圧接面はいずれも酸素の含有量が６質量％未満であった。
【０１７８】
試料７−１〜７−４は、レーザの照射により圧粉成形体の表面が酸化されて酸化膜が形成されたため、試料７−５よりも酸素の含有量が多くなった。特に、レーザのエネルギー密度Ｕが高い方がより酸化されたため、試料７−１〜７−３は、酸素の含有量が多くなったと考えられる。導通部の分断に加えて、酸化膜を形成できた結果、十分に渦電流を遮断でき、損失が小さくなったと考えられる。以上から、表面の酸素の含有量が９質量％以上とすることで、損失をより低減できることが判明した。
【０１７９】
以下、参考例として、以下の試料７−１１〜７−１３の圧粉成形体を作製し、試験例７と同様に各試料の表面における酸素の含有量を測定した。
【０１８０】
［試料７−１１］
試料７−１１の圧粉成形体は、工程ａ→工程ｂ→工程ｃの順に各工程を経た後、工程ｄにおいてレーザを照射する代わりに、熱処理成形体の表面に以下に示す電解処理を施して作製した。
【０１８１】
（電解処理）
電解処理は、濃度が２０質量％の硝酸ナトリウムが入った液槽に熱処理成形体を浸漬させて、電解処理させる箇所に陽極のＰｔ電極を接触させ、陰極のＰｔ電極を電解液中に浸漬させて、熱処理成形体のその他の箇所に接触させる。その状態で、６５Ｖの電圧を印加して４０Ａの電流を３５ｓｅｃ間流した。電解処理における上記比率ｗ／ｌは、７％であった。電解処理後に圧粉成形体を水で洗浄した。
【０１８２】
［試料７−１２］
試料７−１２の圧粉成形体は、試料７−１１と同様、工程ａ→工程ｂ→工程ｃの順に各工程を経た後、工程ｄにおいてレーザを照射する代わりに、熱処理成形体の表面に以下に示す酸処理を施して作製した。
【０１８３】
（酸処理）
酸処理は、ｐＨ１で温度が２６℃の濃塩酸が入った液槽に、濃塩酸を攪拌しながら熱処理成形体の表面の一部を２０分間浸けた。酸処理における上記比率ｗ／ｌは、７％であった。酸処理後に圧粉成形体を水で洗浄した。
【０１８４】
［試料７−１３］
試料７−１３の圧粉成形体は、工程ａ→工程ｂ→工程ｃの順に各工程を経て作製する。ここでは、試験例１の工程ａとは用意する被覆軟磁性粉末の種類が異なり、かつ、工程ｂとは金型に潤滑剤を塗布する外部潤滑成形方法を採用した点が異なる。つまり、上述の外部潤滑成形方法により、十分に潤滑の効果が得られるようにして、金型との摺接面に上記導通部が生成され難いようにした。
【０１８５】
具体的には、工程ａの軟磁性粒子の表面に被覆した絶縁被膜を多層構造とした。まず、軟磁性粒子に化成処理を施し、水和水を含有するリン酸金属塩化合物からなる内側膜（厚さ：２０ｎｍ以下程度）を形成し、この内側膜を具える粒子と市販の樹脂材料（モメンティブ製シリコーンＸＣ９６−Ｂ０４４６（加水分解・縮重合反応によりシリコーン樹脂となるもの））を加熱雰囲気で混合し（８０℃〜１５０℃）、リン酸金属塩化合物からなる内側膜と、シリコーン樹脂からなる外側層との多層構造の絶縁層（合計平均厚さ：５００ｎｍ）を形成した。この被覆軟磁性粉末を金型内に注入する際、被覆軟磁性粉末と接触する金型の内壁にエチレンビスステアリン酸アミドからなる潤滑剤を塗布し、９５０ＭＰａの圧力をかけて加圧成形して圧粉成形体を作製した。作製された圧粉成形体における金型との摺接面を表面観察したところ、上記導通部の生成は見られなかった。
【０１８６】
作製した試料７−１１、７−１２では各処理を施した箇所に対して、試料７−１３では圧接面に対して、それぞれ上述と同様にして酸素量を測定した。施した表面処理、測定箇所、及び酸素量をまとめて表７に示す。
【０１８７】
【表７】
【０１８８】
《結果》
上記レーザの代わりに電解処理、酸処理を施した試料７−１１、７−１２とも表面の酸素量は４質量％程度であった。即ち、電解処理及び酸処理を施しても、圧粉成形体の表面に所定の酸素量を含有する表面部分が形成されないことが判明した。一方、圧粉成形体の原料の軟磁性粒子に被覆する絶縁被膜が分厚く、試料７−１〜７−３に比べて、原料の段階で酸素量の多い粉末から構成される試料７−１３における表面の酸素量は８質量％程度であり、９質量％以上にならなかった。つまり、原料の段階で酸素量が多い被覆軟磁性粉末を用いて圧粉成形体を作製しても、表面の酸素量が９質量％以上とならないことが判明した。
【０１８９】
《試験例８》
試験例８として、試料１−１のレーザ照射前後、及び試料３−５、３−６、３−８、３−９の表面を顕微鏡により観察した。この表面観察は、各試料の表面を拡大した写真をＳＥＭで撮影して行った。その拡大写真を図９〜１４に示す。図９〜１３の（Ａ）は試料１−１のレーザ照射前後、試料３−５、３−６、３−８の断面を示し、（Ｂ）は同試料の表面を示す。図１４は、試料３−９の断面を示す。
【０１９０】
《結果》
［試料Ｎｏ．１−１］
試料１−１は、図９（Ａ）において、同図の右側に向かって成形体を抜き出したものであり、各破線円における右側の粒子を軟磁性粒子α、その左隣の粒子が軟磁性粒子βとする。図１０（Ａ）でも同様とする。レーザ照射前の表面は、各破線円に示すように、各粒子αに形成された薄膜状体が隣接する左側の粒子βにまで到達して導通した状態になっている。特に右側の破線円で囲まれた箇所において、右端の粒子αが薄膜状に延伸されてその左隣の粒子βの表面に被さるように薄膜状体（導通部）が形成されていることが明確に示されている。この隣接する粒子同士の部分的重複により、この薄膜状体には、分断箇所がほとんど見られない（同図（Ｂ））。レーザ照射後の表面は、図１０（Ａ）において、各破線円に示すように、各粒子に形成された薄膜状体が溶融・流動されて、分断領域を形成している。例えば、右側の破線円における左側の粒子βの表面が分断領域である。分断領域が形成されると共に、粒子αから隣接する粒子βの表面上部に部分的に被さるように突出した塊（凝集部）が形成されている。この凝集部に厚さの厚い酸化膜（濃いグレー部分）が形成されており、この凝集部を具える粒子αの凝集部を除く表面には凝集部よりも薄い酸化膜が形成されている。左側の破線円に示す凝集部の芯は、酸化されずに軟磁性粒子を構成する金属の状態で残っている。そして、同図（Ｂ）に示すように、レーザ照射前（図９（Ｂ））に比べて薄膜状体の領域が少なく、分断箇所が増加しており、各粒子間が確認できる。
【０１９１】
［試料Ｎｏ．３−５］
試料３−５は、図１１（Ａ）に示すように、試料の表面において、隣接する粒子間に亘って形成されていた薄膜状体（例えば、図９（Ａ）破線円）が、レーザが照射されることで溶融・流動されて各粒子の表面を覆う酸化膜となった。そして、隣接する粒子間の表面側は、互いに非接触状態となっており、隣接する粒子の表面側の間に、クレバス状に分断領域が形成されている。また、図１１（Ｂ）に示すように、試料１−１よりも薄膜状体の領域が少なく、分断箇所が増加しており、各粒子間が確認できる。
【０１９２】
［試料Ｎｏ．３−６］
試料３−６は、図１２（Ａ）に示すように、試料表面において隣接する粒子の表面側の間に、クレバス状に分断領域が形成されており、各粒子の表面を覆う酸化膜が形成されている。図１２（Ａ）において、粒子の表面の濃いグレーが酸化膜である。以下、図１３、１４も同様である。隣接する粒子間に亘って形成されていた薄膜状体（例えば、図９（Ａ）破線円）が、レーザが照射されることで、図の中央の粒子に示すように、溶融・流動されて中央側が両側に比べて厚い酸化膜で構成される集結部を形成している。特に図の左側の粒子表面に形成された酸化膜の厚さは０．７５μｍ程度と厚くなっている。また、図１２（Ｂ）に示すように、試料３−５よりも薄膜状体の領域が少なく、分断箇所が増加している。
【０１９３】
［試料Ｎｏ．３−８］
試料３−８は、隣接する粒子間に亘って形成されていた薄膜状体（例えば、図９（Ａ）破線円）が、レーザが照射されることで溶融・流動されて、図１３（Ａ）に示すように、試料表面において、隣接する粒子の表面側の間にクレバス状に分断領域が形成されており、粒子の中央側にその両側よりも厚さの厚い酸化膜で構成される集結部を形成している。特に図の中央右側の粒子表面に形成された酸化膜の厚さは３．０μｍ程度と厚くなっている。また、図１３（Ｂ）に示すように、試料３−６よりも薄膜状体の領域が少なく、分断箇所が増加している。
【０１９４】
［試料Ｎｏ．３−９］
試料３−９は、図１４の中央に、山形状の酸化膜（集結部）が形成されており、その厚さが１０μｍ程度である。
【０１９５】
試料１−１のレーザ照射前は、成形工程の金型との擦れによって、成形体表面の絶縁被膜が損傷すると共に、軟磁性粒子が展延したことにより表面に軟磁性粒子同士が導通した導通部が形成されていると考えられ、試料１−１は、レーザを照射することによって生じる熱が、導通部では拡散し難く高温の状態が維持され易い。その結果、上記導通部が溶融して分断されたと考えられる。試料１−１は、その他の試料に比べて照射したレーザのエネルギー密度Ｕが小さいため、上記塊同士の間に上記薄膜状体が残存し、その上、塊の外周を覆う酸化膜が形成されたと考えられる。一方、試料３−５は、照射したレーザのエネルギー密度Ｕを８８．１Ｗ／ｍｍ２と試料１−１よりも高くしたことで、試料３−６は、照射したレーザのエネルギー密度Ｕを１２３．６Ｗ／ｍｍ２と試料３−５よりも高くしたことで、そして、試料３−８は、照射したレーザのエネルギー密度Ｕを２９０．８Ｗ／ｍｍ２と試料３−６よりも高くしたことで、試料１−１で形成された上記塊や、試料１−１で塊同士の間に残存している上記薄膜状体も酸化された。その結果、表面を覆う酸化膜が形成されたと考えられる。特に、高いエネルギー密度が付与されるほど、上記薄膜状体の高温状態が維持され易くなり、上記薄膜状体がさらに溶融される。溶融した薄膜状体の構成材料が表面張力により凝集し、表面積が小さくなろうとする。その結果、中央部の酸化膜の厚さが厚くなったと考えられる。
【０１９６】
［まとめ］
レーザのエネルギー密度Ｕが高いほど、導通部が分断され易い。その上、各粒子の表面を覆う酸化膜の領域が大きくなり、かつ酸化膜の厚さが厚い箇所を具えることができることが判明した。
【０１９７】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１９８】
本発明圧粉成形体の製造方法は、各種磁心の作製に好適に利用することができる。また、本発明圧粉成形体は、ハイブリッド自動車などの昇圧回路や、発電・変電設備に用いられるリアクトルの他、トランスやチョークコイルのコアの材料に好適に利用することができる。本発明リアクトルは、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車といった車両に搭載されるDC-DCコンバータや空調機のコンバータといった電力変換装置の構成部品に利用することができる。
【符号の説明】
【０１９９】
１００ リアクトル
１ 圧粉成形体 １０ 素材成形体
２ コイル ２ａ、２ｂ コイル素子 ２ｒ 連結部 ２ｗ 巻線
３ 磁性コア（リアクトル用コア）
３１ 内側コア部 ３１ｍ コア片 ３１ｇ ギャップ材 ３２ 露出コア部
３１ｐ 加圧面 ３１ｓ、３１ｓｏ、３１ｓｐ 摺接面
１１００ 電力変換装置
１１１０ コンバータ １１１１ スイッチング素子
１１１２ 駆動回路 Ｌ リアクトル １１２０ インバータ
１１５０ 給電装置用コンバータ １１６０ 補機電源用コンバータ
１２００ 車両
１２１０ メインバッテリ １２２０ モータ １２３０ サブバッテリ
１２４０ 補機類 １２５０ 車輪
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟磁性粒子の外周に絶縁被膜が被覆された被覆軟磁性粒子を複数具える被覆軟磁性粉末を加圧成形してなる圧粉成形体であって、
前記圧粉成形体の表面の少なくとも一部に鉄を含有する酸化膜を具え、
前記酸化膜を具える箇所の表面部分における鉄と酸素の合計含有量を１００質量％とするとき、前記酸素の含有量が９質量％以上２０質量％以下であることを特徴とする圧粉成形体。
【請求項２】
さらに、前記圧粉成形体の表面に、酸素の含有量が６質量％未満の箇所を具えることを特徴とする請求項１に記載の圧粉成形体。
【請求項３】
前記酸化膜は、厚さが０．１μｍ以上の箇所を具えることを特徴とする請求項１または２に記載の圧粉成形体。
【請求項４】
前記圧粉成形体の表面の少なくとも一部に、隣接する軟磁性粒子同士を電気的に分断する分断領域と、
前記分断領域に隣接する前記軟磁性粒子の表面において、隣接する粒子間に跨らず、中央側がその外周縁側よりも厚みの大きい酸化膜で構成される集結部とを具えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧粉成形体。
【請求項５】
前記圧粉成形体の表面の少なくとも一部に、隣接する軟磁性粒子同士を電気的に分断する分断領域と、
前記分断領域に隣接する前記軟磁性粒子の表面において、当該軟磁性粒子の外周縁側に突出し、局所的に厚みの大きい凝集部とを具え、
前記凝集部の少なくとも一部に前記酸化膜を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧粉成形体。
【請求項６】
前記凝集部における前記酸化膜は、厚さが０．５μｍ以上の箇所を具えることを特徴とする請求項５に記載の圧粉成形体。
【請求項７】
前記酸化膜が、ＦｅＯ、α‐Ｆｅ２Ｏ３、γ‐Ｆｅ２Ｏ３、及びＦｅ３Ｏ４の少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧粉成形体。
【請求項８】
前記圧粉成形体の密度ｄが、７．０ｇ／ｃｍ３以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の圧粉成形体。
【請求項９】
前記軟磁性粒子は、純度が９９質量％以上の鉄からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の圧粉成形体。
【請求項１０】
軟磁性粒子の外周に絶縁被膜が被覆された被覆軟磁性粒子を複数具える被覆軟磁性粉末を用いて圧粉成形体を製造する圧粉成形体の製造方法であって、
前記被覆軟磁性粉末を加圧成形した素材成形体を用意する素材準備工程と、
前記素材成形体の表面の少なくとも一部にレーザを照射する照射工程とを具えることを特徴とする圧粉成形体の製造方法。
【請求項１１】
前記照射工程は、前記素材成形体における金型との摺接面の少なくとも一部にレーザを照射することを特徴とする請求項１０に記載の圧粉成形体の製造方法。
【請求項１２】
前記照射工程は、前記圧粉成形体を磁心として励磁した際、磁束方向との平行面の少なくとも一部となる素材成形体の表面にレーザを照射することを特徴とする請求項１０または１１に記載の圧粉成形体の製造方法。
【請求項１３】
前記照射工程は、前記平行面において、前記圧粉成形体の磁束方向全長に亘る領域となる素材成形体の表面にレーザを照射することを特徴とする請求項１２に記載の圧粉成形体の製造方法。
【請求項１４】
前記レーザが、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、及びファイバーレーザの中から選択される１種のレーザであることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の圧粉成形体の製造方法。
【請求項１５】
前記レーザの波長が、前記軟磁性粒子の波長吸収領域であることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の圧粉成形体の製造方法。
【請求項１６】
前記レーザの平均出力をＰ（Ｗ）、当該レーザの照射面積をＳ（ｍｍ２）とするとき、当該レーザのエネルギー密度Ｕ（Ｗ／ｍｍ２）＝Ｐ／Ｓが、３７．０≦Ｕ≦４５０．０を満たすことを特徴とする請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の圧粉成形体の製造方法。
【請求項１７】
前記レーザのビーム径に対する照射間隔の比率が、０．３５以下であることを特徴とする請求項１０〜１６のいずれか１項に記載の圧粉成形体の製造方法。
【請求項１８】
前記レーザの重ね回数が、５回以上であることを特徴とする請求項１０〜１７のいずれか１項に記載の圧粉成形体の製造方法。
【請求項１９】
請求項１０〜１８のいずれか１項に記載の圧粉成形体の製造方法により製造されたことを特徴とする圧粉成形体。
【請求項２０】
巻線を巻回してなるコイルと、このコイルの内外に配置されて閉磁路を形成する磁性コアとを具えるリアクトルであって、
前記磁性コアのうち少なくとも一部が圧粉成形体からなり、
前記圧粉成形体は、請求項１〜９及び請求項１９のいずれか１項に記載の圧粉成形体であることを特徴とするリアクトル。
【請求項２１】
スイッチング素子と、前記スイッチング素子の動作を制御する駆動回路と、スイッチング動作を平滑にするリアクトルとを具え、前記スイッチング素子の動作により、入力電圧を変換するコンバータであって、
前記リアクトルは、請求項２０に記載のリアクトルであることを特徴とするコンバータ。
【請求項２２】
入力電圧を変換するコンバータと、前記コンバータに接続されて、直流と交流とを相互に変換するインバータとを具え、このインバータで変換された電力により負荷を駆動するための電力変換装置であって、
前記コンバータは、請求項２１に記載のコンバータであることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１】
軟磁性粒子の外周に絶縁被膜が被覆された被覆軟磁性粒子を複数具える被覆軟磁性粉末を加圧成形してなる圧粉成形体であって、
前記圧粉成形体の表面の少なくとも一部に鉄を含有する酸化膜を具え、
前記酸化膜を具える箇所の表面部分における鉄と酸素の合計含有量を１００質量％とするとき、前記酸素の含有量が９質量％以上２０質量％以下であることを特徴とする圧粉成形体。
【請求項２】
さらに、前記圧粉成形体の表面に、酸素の含有量が６質量％未満の箇所を具えることを特徴とする請求項１に記載の圧粉成形体。
【請求項３】
前記酸化膜は、厚さが０．１μｍ以上の箇所を具えることを特徴とする請求項１または２に記載の圧粉成形体。
【請求項４】
前記圧粉成形体の表面の少なくとも一部に、隣接する軟磁性粒子同士を電気的に分断する分断領域と、
前記分断領域に隣接する前記軟磁性粒子の表面において、隣接する粒子間に跨らず、中央側がその外周縁側よりも厚みの大きい酸化膜で構成される集結部とを具えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧粉成形体。
【請求項５】
前記圧粉成形体の表面の少なくとも一部に、隣接する軟磁性粒子同士を電気的に分断する分断領域と、
前記分断領域に隣接する前記軟磁性粒子の表面において、当該軟磁性粒子の外周縁側に突出し、局所的に厚みの大きい凝集部とを具え、
前記凝集部の少なくとも一部に前記酸化膜を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧粉成形体。
【請求項６】
前記凝集部における前記酸化膜は、厚さが０．５μｍ以上の箇所を具えることを特徴とする請求項５に記載の圧粉成形体。
【請求項７】
前記酸化膜が、ＦｅＯ、α‐Ｆｅ２Ｏ３、γ‐Ｆｅ２Ｏ３、及びＦｅ３Ｏ４の少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧粉成形体。
【請求項８】
前記圧粉成形体の密度ｄが、７．０ｇ／ｃｍ３以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の圧粉成形体。
【請求項９】
前記軟磁性粒子は、純度が９９質量％以上の鉄からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の圧粉成形体。
【請求項１０】
軟磁性粒子の外周に絶縁被膜が被覆された被覆軟磁性粒子を複数具える被覆軟磁性粉末を用いて圧粉成形体を製造する圧粉成形体の製造方法であって、
前記被覆軟磁性粉末を加圧成形した素材成形体を用意する素材準備工程と、
前記素材成形体の表面の少なくとも一部にレーザを照射する照射工程とを具えることを特徴とする圧粉成形体の製造方法。
【請求項１１】
前記照射工程は、前記素材成形体における金型との摺接面の少なくとも一部にレーザを照射することを特徴とする請求項１０に記載の圧粉成形体の製造方法。
【請求項１２】
前記照射工程は、前記圧粉成形体を磁心として励磁した際、磁束方向との平行面の少なくとも一部となる素材成形体の表面にレーザを照射することを特徴とする請求項１０または１１に記載の圧粉成形体の製造方法。
【請求項１３】
前記照射工程は、前記平行面において、前記圧粉成形体の磁束方向全長に亘る領域となる素材成形体の表面にレーザを照射することを特徴とする請求項１２に記載の圧粉成形体の製造方法。
【請求項１４】
前記レーザが、ＹＡＧレーザ、ＹＶＯ４レーザ、及びファイバーレーザの中から選択される１種のレーザであることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の圧粉成形体の製造方法。
【請求項１５】
前記レーザの波長が、前記軟磁性粒子の波長吸収領域であることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の圧粉成形体の製造方法。
【請求項１６】
前記レーザの平均出力をＰ（Ｗ）、当該レーザの照射面積をＳ（ｍｍ２）とするとき、当該レーザのエネルギー密度Ｕ（Ｗ／ｍｍ２）＝Ｐ／Ｓが、３７．０≦Ｕ≦４５０．０を満たすことを特徴とする請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の圧粉成形体の製造方法。
【請求項１７】
前記レーザのビーム径に対する照射間隔の比率が、０．３５以下であることを特徴とする請求項１０〜１６のいずれか１項に記載の圧粉成形体の製造方法。
【請求項１８】
前記レーザの重ね回数が、５回以上であることを特徴とする請求項１０〜１７のいずれか１項に記載の圧粉成形体の製造方法。
【請求項１９】
請求項１０〜１８のいずれか１項に記載の圧粉成形体の製造方法により製造されたことを特徴とする圧粉成形体。
【請求項２０】
巻線を巻回してなるコイルと、このコイルの内外に配置されて閉磁路を形成する磁性コアとを具えるリアクトルであって、
前記磁性コアのうち少なくとも一部が圧粉成形体からなり、
前記圧粉成形体は、請求項１〜９及び請求項１９のいずれか１項に記載の圧粉成形体であることを特徴とするリアクトル。
【請求項２１】
スイッチング素子と、前記スイッチング素子の動作を制御する駆動回路と、スイッチング動作を平滑にするリアクトルとを具え、前記スイッチング素子の動作により、入力電圧を変換するコンバータであって、
前記リアクトルは、請求項２０に記載のリアクトルであることを特徴とするコンバータ。
【請求項２２】
入力電圧を変換するコンバータと、前記コンバータに接続されて、直流と交流とを相互に変換するインバータとを具え、このインバータで変換された電力により負荷を駆動するための電力変換装置であって、
前記コンバータは、請求項２１に記載のコンバータであることを特徴とする電力変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１９９５６８（Ｐ２０１２−１９９５６８Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１１８４５４（Ｐ２０１２−１１８４５４）
【出願日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【分割の表示】特願２０１１−２８１１８０（Ｐ２０１１−２８１１８０）の分割
【原出願日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【出願人】（５９３０１６４１１）住友電工焼結合金株式会社 (214)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１８日（２０１２．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【分割の表示】特願２０１１−２８１１８０（Ｐ２０１１−２８１１８０）の分割
【原出願日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【出願人】（５９３０１６４１１）住友電工焼結合金株式会社 (214)
【Ｆターム（参考）】
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