軟磁性粉末、圧粉磁心および磁性素子
【課題】高透磁率の圧粉磁心を製造可能な軟磁性粉末、この軟磁性粉末を用いて製造された高透磁率の圧粉磁心、およびこの圧粉磁心を備えた高性能の磁性素子を提供すること。
【解決手段】チョークコイル１０は、トロイダル形状の圧粉磁心１１と、この圧粉磁心１１に巻き回された導線１２とを有する。圧粉磁心１１は、軟磁性粉末と結合材（バインダ）とを混合し、加圧・成形して得られたものである。圧粉磁心１１に用いられた軟磁性粉末は、Ｆｅ、ＳｉおよびＭｎを含み、（ａ）Ｆｅを主成分とするものである、（ｂ）Ｓｉの含有率が１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下である、（ｃ）Ｍｎの含有率が０．２ｗｔ％超１ｗｔ％以下である、という各条件を全て満たすものである。また、この軟磁性粉末が、ＡｌおよびＣｒを含むことにより、圧粉磁心１１の耐食性を高めることができる。
【解決手段】チョークコイル１０は、トロイダル形状の圧粉磁心１１と、この圧粉磁心１１に巻き回された導線１２とを有する。圧粉磁心１１は、軟磁性粉末と結合材（バインダ）とを混合し、加圧・成形して得られたものである。圧粉磁心１１に用いられた軟磁性粉末は、Ｆｅ、ＳｉおよびＭｎを含み、（ａ）Ｆｅを主成分とするものである、（ｂ）Ｓｉの含有率が１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下である、（ｃ）Ｍｎの含有率が０．２ｗｔ％超１ｗｔ％以下である、という各条件を全て満たすものである。また、この軟磁性粉末が、ＡｌおよびＣｒを含むことにより、圧粉磁心１１の耐食性を高めることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟磁性粉末、圧粉磁心および磁性素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノート型パソコンのようなモバイル機器の小型化・軽量化が顕著である。また、ノート型パソコンの性能は、デスクトップ型パソコンの性能と遜色ない程度まで向上が図られつつある。
このように、モバイル機器の小型化および高性能化を図るためには、スイッチング電源の高周波数化が必要となる。このため、スイッチング電源の駆動周波数は、数１００ｋＨｚ程度まで高周波数化が進んでいる。また、それに伴い、モバイル機器に内蔵されたチョークコイルやインダクタ等の磁性素子の駆動周波数も高周波数化への対応が必要となる。
【０００３】
しかしながら、これらの磁性素子の駆動周波数が高周波数化した場合、各磁性素子が備える磁心において、渦電流によるジュール損失（渦電流損失）が著しく増大するという問題が発生する。
かかる問題を解決するため、前述のような磁性素子が備える磁心として、軟磁性粉末と結合材（バインダ）との混合物を加圧・成形した圧粉磁心が使用されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、Ｆｅ、Ａｌ、Ｓｉを主成分とする合金粉末と結着剤（結合材）とからなる混合物を圧縮成形した後、酸化性雰囲気中で熱処理をしてなる圧粉磁心が提案されている。磁性素子の磁心として、特許文献１に記載されているような圧粉磁心を用いることにより、磁心に発生する渦電流が粒子間で分断されることとなり、たとえ高い周波数で使用されたとしても、渦電流によるジュール損失、すなわち渦電流損失を減少させることができる。
【０００５】
ところが、特許文献１に記載された圧粉磁心では、合金粉末と結着剤（結合材）とからなる混合物を圧縮成形する際に、その圧縮性が低いという問題が起こる。この問題の原因の１つとして、合金粉末の各粒子の形状が不定形状であることが挙げられる。すなわち、粒子の形状が不規則であると、圧縮成形された際に、粒子間に隙間が生じ易くなるため、得られる成形体の密度が低下するという問題が生じる。
成形体の密度が低い場合、圧粉磁心における透磁率の低下を招く。そして、圧粉磁心の磁気特性の低下を招き、かかる圧粉磁心を備えた磁性素子の特性低下を招くことが懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１１５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、高透磁率の圧粉磁心を製造可能な軟磁性粉末、この軟磁性粉末を用いて製造された高透磁率の圧粉磁心、およびこの圧粉磁心を備えた高性能の磁性素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の軟磁性粉末は、Ｆｅ、ＳｉおよびＭｎを含んでおり、以下の（ａ）〜（ｃ）の条件を全て満たすことを特徴とする。
（ａ）Ｆｅを主成分とするものである
（ｂ）Ｓｉの含有率が１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下である
（ｃ）Ｍｎの含有率が０．２ｗｔ％超１ｗｔ％以下である
これにより、高透磁率の圧粉磁心を製造可能な軟磁性粉末が得られる。
【０００９】
本発明の軟磁性粉末では、さらに、Ａｌを含むことが好ましい。
Ａｌは、大気中の酸素と結合して、化学的に安定な酸化物を容易に生成するので、Ａｌを含む軟磁性粉末は、耐食性により優れたものとなる。また、Ａｌの酸化物は、特に強固で安定性が高いため、軟磁性粉末の各粒子の表面付近にＡｌの酸化物層が形成されることにより、粒子間をより確実に絶縁することができる。その結果、圧粉磁心における渦電流損失のさらなる低減を図ることができる。
【００１０】
本発明の軟磁性粉末では、Ａｌの含有率は、１〜８ｗｔ％であることが好ましい。
これにより、軟磁性粉末の磁気特性（例えば、磁束密度、透磁率、保磁力等）の著しい悪化を防止しつつ、粒子間をより確実に絶縁し、圧粉磁心における渦電流損失をより確実に低減することができる。
本発明の軟磁性粉末では、アトマイズ法により製造されたものであることが好ましい。
これにより、得られた軟磁性粉末の各粒子の形状が球形状に近くなるため、圧粉磁心を製造した際に、軟磁性粉末の充填率を高くすることができる。その結果、より密度の高い圧粉磁心を製造することができ、高透磁率・高磁束密度の圧粉磁心を得ることができる。
【００１１】
本発明の軟磁性粉末では、平均粒径が５〜３０μｍであることが好ましい。
これにより、渦電流が流れる経路が特に短くなるため、圧粉磁心の渦電流損失のさらなる低減を図ることができる。
本発明の軟磁性粉末では、タップ密度が３．５ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましい。
これにより、各粒子の充填率が高くなるため、特に高密度の圧粉磁心が得られる。したがって、透磁率および磁束密度の特に高い圧粉磁心が得られる。
【００１２】
本発明の圧粉磁心は、本発明の軟磁性粉末と結合材との混合物を、加圧・成形してなることを特徴とする。
これにより、高透磁率の圧粉磁心が得られる。
本発明の圧粉磁心では、前記軟磁性粉末に対する前記結合材の割合は、０．５〜５ｗｔ％であることが好ましい。
これにより、軟磁性粉末の各粒子同士を確実に絶縁しつつ、圧粉磁心の密度をある程度確保して、圧粉磁心の透磁率が著しく低下するのを防止することができる。その結果、より透磁率が高く、かつ、より低損失の圧粉磁心が得られる。
本発明の磁性素子は、本発明の圧粉磁心を備えたことを特徴とする。
これにより、高性能の磁性素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】アトマイズ法の原理を示す模式図である。
【図２】チョークコイルの第１実施形態を示す模式図（平面図）である。
【図３】チョークコイルの第２実施形態を示す模式図（斜視図）である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の軟磁性粉末、圧粉磁心および磁性素子について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
［軟磁性粉末］
まず、本発明の軟磁性粉末について説明する。
圧粉磁心を構成する粉末材料として、種々の軟磁性粉末が以前より用いられてきた。圧粉磁心は、一般に、軟磁性粉末と結合材（バインダ）とを混合し、得られた混合物を加圧・成形することにより作製される。このようにして得られた圧粉磁心では、軟磁性粉末の各粒子同士の間に結合材が介在するために、各粒子間の絶縁が確保される。その結果、圧粉磁心に発生する渦電流が各粒子間で分断されることとなり、圧粉磁心をたとえ高い周波数で使用したとしても、渦電流によるジュール損失、すなわち渦電流損失を減少させることができる。
【００１５】
しかしながら、従来、このような圧粉磁心の透磁率が低いという問題があった。その原因の１つとして、軟磁性粉末の各粒子の形状が不定形状であることが挙げられる。すなわち、粒子の形状が不規則であると、圧縮成形された際に、粒子間に隙間が生じ易くなるため、得られる成形体、すなわち圧粉磁心の密度が低下するという問題が生じる。そして、かかる問題は、圧粉磁心の透磁率の低下を招くこととなる。
【００１６】
このような問題を解決するため、本発明者は、高透磁率の圧粉磁心を製造可能な軟磁性粉末を提供するための条件について鋭意検討した。その結果、Ｆｅ（鉄）、Ｓｉ（シリコン）およびＭｎ（マンガン）を含み、以下の（ａ）〜（ｃ）の条件を全て満たすことが有効であることを見出した。
（ａ）Ｆｅを主成分とするものである。
（ｂ）Ｓｉの含有率が１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下である。
（ｃ）Ｍｎの含有率が０．２ｗｔ％超１ｗｔ％以下である。
すなわち、このような各条件を全て満たしたＦｅ基合金粉末は、高透磁率の圧粉磁心を製造し得るものとなる。
【００１７】
以下、各条件について、順次詳述する。
（ａ） Ｆｅは、本発明の軟磁性粉末を構成する主要な元素となっており、軟磁性粉末の基本的な磁気的特性や機械的特性に大きな影響を与える元素である。そして、Ｆｅを主成分とする金属粉末は、高磁束密度かつ高強度の圧粉磁心を製造可能なものとなる。なお、本発明において、「主成分」とは、軟磁性粉末を構成する各成分の中で、最も含有率の高いもののことを言う。
軟磁性粉末中のＦｅの含有率は、６０〜９８ｗｔ％程度であるのが好ましく、７０〜９７ｗｔ％程度であるのがより好ましい。これにより、より高磁束密度で、かつ、より高強度の圧粉磁心を確実に製造可能な軟磁性粉末が得られる。このため、圧粉磁心の各種特性を維持しつつ、その小型化を図ることができる。
（ｂ） Ｓｉ（ケイ素）は、軟磁性粉末の透磁率を高め得る成分である。また、Ｓｉを添加することにより、軟磁性粉末の比抵抗が高くなるため、圧粉磁心に発生する誘導電流を低減し、渦電流損失を低減し得る成分でもある。
【００１８】
さらに、Ｓｉは、大気中の酸素と結合して、化学的に安定な酸化物（例えば、ＳｉＯ２等）を容易に生成する。このため、Ｓｉを含む軟磁性粉末は、耐食性に優れたものとなる。
このようなＳｉの含有率は、１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下とされるが、２ｗｔ％以上６ｗｔ％以下であるのが好ましい。Ｓｉの含有率を前記範囲内に設定すれば、磁気特性の著しい悪化を防止しつつ、透磁率がより高く、かつ、渦電流損失のより小さい圧粉磁心を製造可能な軟磁性粉末を得ることができる。
【００１９】
（ｃ） Ｍｎ（マンガン）は、微粉化された溶湯の表面に酸化物を析出させる。この酸化物は、微粉化された溶湯の表面に点在するように析出するので、ＳｉＯ２等の安定な酸化物の不導体皮膜層が不連続に分断されることとなる。すなわち、微粉化された溶湯では、その表面張力の作用が確実に発揮されるため、球形状に近付くように変形することができる。その結果、より球形に近い軟磁性粉末が得られる。
このような球形に近い軟磁性粉末は、結合材とともに加圧・成形される際、その形状作用により、粒子間に隙間が生じ難くなって、充填率が高くなる。このため、より密度が高く、磁束密度および透磁率の高い圧粉磁心が得られる。
【００２０】
このようなＭｎの含有率は、０．２ｗｔ％超１ｗｔ％以下とされるが、０．３〜１ｗｔ％程度であるのが好ましく、０．３〜０．８ｗｔ％程度であるのがより好ましい。Ｍｎの含有率を前記範囲内に設定することにより、軟磁性粉末の磁気特性（例えば、磁束密度、透磁率、保磁力等）の低下を防止しつつ、軟磁性粉末の各粒子を十分に球形化することができる。
【００２１】
なお、Ｍｎの含有率が前記下限値を下回った場合、軟磁性粉末の各粒子が十分に球形化されないおそれがある。一方、Ｍｎの含有率が前記上限値を上回った場合、軟磁性粉末の磁束密度や透磁率が著しく低下したり、保磁力が著しく増大したりして、磁気特性が大幅に悪化するおそれがある。
以上のような各条件を全て満たす軟磁性粉末は、高透磁率の圧粉磁心を製造可能なものとなる。すなわち、これにより、高透磁率の圧粉磁心が得られ、後述する磁性素子の小型化および高性能化を図ることができる。
【００２２】
ここで、本発明の軟磁性粉末は、さらに、Ｃｒ（クロム）を含んでいるのが好ましい。Ｃｒは、大気中の酸素と結合して、化学的に安定な酸化物（例えば、Ｃｒ２Ｏ３等）を容易に生成する。このため、Ｃｒを含む軟磁性粉末は、耐食性に優れたものとなる。また、Ｃｒを添加することにより、軟磁性粉末の比抵抗が大きくなるため、Ｃｒは、圧粉磁心の渦電流損失を低減し得る成分でもある。
【００２３】
このようなＣｒの含有率は、１〜１３ｗｔ％程度であるのが好ましく、２〜１１ｗｔ％程度であるのがより好ましく、３〜８ｗｔ％程度であるのがさらに好ましい。Ｃｒの含有率を前記範囲内に設定すれば、磁気特性（例えば、磁束密度、透磁率、保磁力等）の著しい悪化を防止しつつ、耐食性により優れ、かつ、渦電流損失のより小さい圧粉磁心を製造可能な軟磁性粉末を得ることができる。
【００２４】
また、本発明の軟磁性粉末は、さらに、Ａｌ（アルミニウム）を含んでいるのが好ましい。Ａｌは、大気中の酸素と結合して、化学的に安定な酸化物（例えば、Ａｌ２Ｏ３等）を容易に生成する。このため、Ａｌを含む軟磁性粉末は、耐食性に優れたものとなる。
さらに、このＡｌの酸化物は、特に強固で安定性が高いため、軟磁性粉末の各粒子の表面付近にＡｌの酸化物層が形成されることにより、粒子間をより確実に絶縁することができる。その結果、圧粉磁心における渦電流損失のさらなる低減を図ることができる。
【００２５】
このようなＡｌの含有率は、１〜８ｗｔ％程度であるのが好ましく、１〜６ｗｔ％程度であるのがより好ましい。Ａｌの含有率を前記範囲内に設定することにより、軟磁性粉末の磁気特性（例えば、磁束密度、透磁率、保磁力等）の著しい悪化を防止しつつ、粒子間をより確実に絶縁し、圧粉磁心における渦電流損失をより確実に低減することができる。
また、このような軟磁性粉末は、その他の成分、例えば、製造過程で不可避的に混入するＣ（炭素）、Ｐ（リン）、Ｓ（硫黄）等の成分を含んでいてもよい。その場合、その他の成分の含有率の総和は、１ｗｔ％以下とするのが好ましい。
【００２６】
ここで、本発明の軟磁性粉末の平均粒径は、５〜３０μｍ程度であるのが好ましく、７〜２５μｍ程度であるのがより好ましく、８〜２０μｍ程度であるのがさらに好ましい。このように平均粒径が小さい軟磁性粉末を用いて圧粉磁心を製造した場合、渦電流が流れる経路が特に短くなるため、圧粉磁心の渦電流損失のさらなる低減を図ることができる。
【００２７】
なお、軟磁性粉末の平均粒径が前記下限値を下回った場合、軟磁性粉末と結合材とを混合し、加圧・成形する際に、混合物の成形性が低下するため、得られる圧粉磁心の透磁率が低下するおそれがある。一方、軟磁性粉末の平均粒径が前記上限値を上回った場合、圧粉磁心中で渦電流が流れる経路が著しく長くなるため、渦電流損失が急激に増大するおそれがある。
【００２８】
また、本発明の軟磁性粉末のタップ密度は、３．５ｇ／ｃｍ３以上であるのが好ましく、４ｇ／ｃｍ３以上であるのがより好ましい。このようにタップ密度が大きい軟磁性粉末を用いて圧粉磁心を製造した場合、各粒子の充填率が高くなるため、特に高密度の圧粉磁心が得られる。これにより、透磁率および磁束密度の特に高い圧粉磁心が得られる。
なお、本発明におけるタップ密度は、ＪＩＳ Ｚ ２５１２に規定の方法で測定されたものとする。
【００２９】
以上のような軟磁性粉末は、例えば、アトマイズ法（例えば、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、高速回転水流アトマイズ法等）、還元法、カルボニル法、粉砕法等の各種粉末化法により製造される。
このうち、本発明の軟磁性粉末は、アトマイズ法により製造されたものであるのが好ましい。アトマイズ法は、図１に示すように、溶融金属（溶湯）２を、高速で噴射された流体（液体または気体）３に衝突させることにより、溶湯２を微粉化するとともに冷却して、金属粉末（軟磁性粉末）１を製造する方法である。軟磁性粉末をこのようなアトマイズ法によって製造することにより、極めて微小な粉末を効率よく製造することができる。また、得られる粉末の各粒子の形状が球形状に近くなるため、圧粉磁心を製造した際に、軟磁性粉末の充填率を高くすることができる。これにより、より高密度・高磁束密度の圧粉磁心を製造可能な軟磁性粉末を得ることができる。
【００３０】
なお、アトマイズ法として、水アトマイズ法を用いた場合、噴射するアトマイズ水（流体３）の圧力は、特に限定されないが、好ましくは７５〜１２０ＭＰａ（７５０〜１２００ｋｇｆ／ｃｍ２）程度とされ、より好ましくは、９０〜１２０ＭＰａ（９００〜１２００ｋｇｆ／ｃｍ２）程度とされる。
また、アトマイズ水の水温も、特に限定されないが、好ましくは１〜２０℃程度とされる。
【００３１】
さらに、図１に示すアトマイズ水（流体３）は、溶湯２の落下経路上に頂点を有し、外径が下方に向かって漸減するような円錐状に噴射されている。この場合、アトマイズ水が形成する円錐の頂角θ（図１参照）は、１０〜４０°程度であるのが好ましく、１５〜３５°程度であるのがより好ましい。これにより、前述したような組成の軟磁性粉末を、確実に製造することができる。
なお、このようにして得られた軟磁性粉末に対し、必要に応じて、分級を行ってもよい。分級の方法としては、例えば、ふるい分け分級、慣性分級、遠心分級のような乾式分級、沈降分級のような湿式分級等が挙げられる。
また、必要に応じて、得られた軟磁性粉末を造粒してもよい。
【００３２】
［圧粉磁心および磁性素子］
本発明の磁性素子は、チョークコイル、インダクタ、ノイズフィルタ、リアクトル、モータ、発電機のように、磁心を備えた各種磁性素子（電磁気部品）に適用可能である。すなわち、本発明の圧粉磁心は、これらの磁性素子が備える圧粉磁心に適用可能である。
【００３３】
以下、磁性素子の一例として、２種類のチョークコイルを代表に説明する。
＜第１実施形態＞
まず、チョークコイル（本発明の磁性素子）の第１実施形態について説明する。
図２は、チョークコイルの第１実施形態を示す模式図（平面図）である。
図２に示すチョークコイル１０は、リング状（トロイダル形状）の圧粉磁心１１と、この圧粉磁心１１に巻き回された導線１２とを有する。このようなチョークコイル１０は、一般に、トロイダルコイルと称される。
【００３４】
圧粉磁心１１は、本発明の軟磁性粉末と結合材（バインダ）と有機溶媒とを混合し、得られた混合物を成形型に供給するとともに、加圧・成形して得られたものである。
圧粉磁心１１の作製に用いられる結合材の構成材料としては、例えば、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂等の有機バインダ、リン酸マグネシウム、リン酸カルシウム、リン酸亜鉛、リン酸マンガン、リン酸カドミウムのようなリン酸塩、ケイ酸ナトリウムのようなケイ酸塩（水ガラス）等の無機バインダ等が挙げられるが、特に、熱硬化性ポリイミドまたはエポキシ系樹脂が好ましい。これらの樹脂材料は、加熱されることによって容易に硬化するとともに、耐熱性に優れたものである。したがって、圧粉磁心１１の製造容易性および耐熱性を高めることができる。
【００３５】
また、軟磁性粉末に対する結合材の割合は、作製する圧粉磁心１１の目的とする磁束密度や、許容される渦電流損失等に応じて若干異なるが、０．５〜５ｗｔ％程度であるのが好ましく、１〜３ｗｔ％程度であるのがより好ましい。これにより、軟磁性粉末の各粒子同士を確実に絶縁しつつ、圧粉磁心１１の密度をある程度確保して、圧粉磁心１１の透磁率が著しく低下するのを防止することができる。その結果、より透磁率が高く、かつ、より低損失の圧粉磁心１１が得られる。
【００３６】
また、有機溶媒としては、結合材を溶解し得るものであれば特に限定されないが、例えば、トルエン、イソプロピルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、クロロホルム、酢酸エチル等の各種溶媒が挙げられる。
なお、前記混合物中には、必要に応じて、任意の目的で各種添加剤を添加するようにしてもよい。
【００３７】
以上のような結合材により、軟磁性粉末の表面が被覆されている。これにより、軟磁性粉末の各粒子は、それぞれ絶縁性の結合材によって絶縁されているため、圧粉磁心１１に高周波数で変化する磁場を付与しても、この磁場変化に対する電磁誘導で発生する起電力に伴う誘導電流は、各粒子の比較的狭い領域にしか及ばない。このため、この誘導電流によるジュール損失を小さく抑えることができる。
また、このジュール損失は、圧粉磁心１１の発熱を招くこととなるため、ジュール損失を抑えることにより、チョークコイル１０の発熱量を減らすこともできる。
【００３８】
一方、導線１２の構成材料としては、導電性の高い材料が挙げられ、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ等の金属材料、またはかかる金属材料を含む合金等が挙げられる。
なお、導線１２の表面に、絶縁性を有する表面層を備えているのが好ましい。これにより、圧粉磁心１１と導線１２との短絡を確実に防止することができる。
かかる表面層の構成材料としては、例えば、各種樹脂材料等が挙げられる。
【００３９】
次に、チョークコイル１０の製造方法について説明する。
まず、本発明の軟磁性粉末と、結合材と、各種添加剤と、有機溶媒とを混合し、混合物を得る。
次いで、混合物を乾燥させて塊状の乾燥体を得た後、この乾燥体を粉砕することにより、造粒粉を形成する。
【００４０】
次に、この混合物または造粒粉を、作製すべき圧粉磁心の形状に成形し、成形体を得る。
この場合の成形方法としては、特に限定されないが、例えば、プレス成形、押出成形、射出成形等の方法が挙げられる。
なお、この成形体の形状寸法は、以後の成形体を加熱した際の収縮分を見込んで決定される。
【００４１】
次に、得られた成形体を加熱することにより、結合材を硬化させ、圧粉磁心１１を得る。
このとき、加熱温度は、結合材の組成等に応じて若干異なるものの、結合材が有機バインダで構成されている場合、好ましくは１００〜２５０℃程度とされ、より好ましくは１２０〜２００℃程度とされる。
【００４２】
また、加熱時間は、加熱温度に応じて異なるものの、０．５〜５時間程度とされる。
以上により、本発明の軟磁性粉末を加圧・成形してなる圧粉磁心（本発明の圧粉磁心）１１は、より高透磁率のものとなる。このため、かかる圧粉磁心１１の外周面に沿って導線１２を巻き回してなるチョークコイル（本発明の磁性素子）１０は、小型化や定格電流の増大を図ることができ、さらに、発熱量の低減を容易に実現することができる。
【００４３】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の圧粉磁心および磁性素子の第２実施形態について説明する。
図３は、チョークコイルの第２実施形態を示す模式図（斜視図）である。
以下、第２実施形態にかかるチョークコイルについて説明するが、それぞれ、前記第１実施形態にかかるチョークコイルとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００４４】
本実施形態にかかるチョークコイル２０は、図３に示すように、コイル状に成形された導線２２を、圧粉磁心２１の内部に埋設してなるものである。すなわち、チョークコイル２０は、導線２２を圧粉磁心２１でモールドしてなる。
このような形態のチョークコイル２０は、比較的小型のものが容易に得られる。そして、このような小型のチョークコイル２０を製造する場合、透磁率および磁束密度が大きく、かつ、損失の小さい圧粉磁心２１が、その作用・効果をより有効に発揮する。すなわち、より小型であるにもかかわらず、大電流に対応可能な低損失・低発熱のチョークコイル２０が得られる。
【００４５】
また、導線２２が圧粉磁心２１の内部に埋設されているため、導線２２と圧粉磁心２１との間に隙間が生じ難い。このため、圧粉磁心２１の磁歪による振動を抑制し、この振動に伴う騒音の発生を抑制することもできる。
以上のような本実施形態にかかるチョークコイル２０を製造する場合、まず、成形型のキャビティ内に導線２２を配置するとともに、キャビティ内を本発明の軟磁性粉末で充填する。すなわち、導線２２を包含するように、軟磁性粉末を充填する。
【００４６】
次に、導線２２とともに、軟磁性粉末を加圧して成形体を得る。
次いで、前記第１実施形態と同様に、この成形体に熱処理を施す。これにより、チョークコイル２０が得られる。
以上、本発明の軟磁性粉末、圧粉磁心および磁性素子について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、前記実施形態では、本発明の磁性素子としてチョークコイルを例に説明したが、圧粉磁心を備える他の磁性素子においても、上記と同様の作用・効果が得られる。
【実施例】
【００４７】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１．圧粉磁心および磁性素子の製造
（実施例１）
［１］まず、表１に示す組成で原材料を調製した。そして、得られた原材料を高周波誘導炉で溶融するとともに、水アトマイズ法により粉末化して、軟磁性粉末を得た。なお、水アトマイズ法の条件は、以下の通りである。
＜水アトマイズ法の条件＞
・アトマイズ水の圧力：１００ＭＰａ（１０００ｋｇｆ／ｃｍ２）
・アトマイズ水の温度：１５℃
・アトマイズ水の頂角：３０°
【００４８】
［２］次に、得られた軟磁性粉末について、粒度分布測定を行った。なお、この測定は、レーザー回折方式の粒度分布測定装置（マイクロトラック、ＨＲＡ９３２０−Ｘ１００ 日機装株式会社製）により行った。そして、粒度分布から軟磁性粉末の平均粒径を求めた。
また、ＪＩＳ Ｚ ２５１２に規定の方法により、得られた軟磁性粉末のタップ密度を測定した。なお、求めた平均粒径およびタップ密度を、表１に示す。
【００４９】
［３］次に、得られた軟磁性粉末と、エポキシ樹脂（結合材）、トルエン（有機溶媒）とを混合して、混合物を得た。なお、エポキシ樹脂の添加量は、軟磁性粉末に対して２ｗｔ％とした。
［４］次に、得られた混合物を撹拌したのち、温度６０℃で１時間加熱して乾燥させ、塊状の乾燥体を得た。次いで、この乾燥体を、目開き５００μｍのふるいにかけ、乾燥体を粉砕して、造粒粉末を得た。
［５］次に、得られた造粒粉末を、成形型に充填し、下記の成形条件に基づいて成形体を得た。
【００５０】
＜成形条件＞
・成形方法 ：プレス成形
・成形体の形状：リング状
・成形体の寸法：外径２８ｍｍ、内径１４ｍｍ、厚さ５ｍｍ
・成形圧力 ：５ｔ／ｃｍ２（４９０ＭＰａ）
【００５１】
［６］次に、成形体を、大気雰囲気中において、温度１５０℃で１時間加熱して、結合材を硬化させた。これにより、圧粉磁心を得た。
［７］次に、得られた圧粉磁心を用い、以下の作製条件に基づいて、図２に示すチョークコイル（磁性素子）を作製した。
＜コイル作製条件＞
・導線の構成材料：Ｃｕ
・導線の線径 ：０．８ｍｍ
・巻き数 ：１次側３０ターン、２次側３０ターン
【００５２】
（実施例２〜１１）
軟磁性粉末として、表１に示す製造条件で製造された粉末をそれぞれ用いた以外は、前記実施例１と同様にして圧粉磁心を得、この圧粉磁心を用いてチョークコイルを得た。
（比較例１〜５）
軟磁性粉末として、表１に示す製造条件で製造された粉末をそれぞれ用いた以外は、前記実施例１と同様にして圧粉磁心を得、この圧粉磁心を用いてチョークコイルを得た。
【００５３】
２．評価
２．１ 透磁率の測定・評価
各実施例および各比較例で得られたチョークコイルについて、それぞれの透磁率を以下の測定条件に基づいて測定した。
＜測定条件＞
・測定周波数 ：３００ｋＨｚ
・最大磁束密度：５０ｍＴ
・測定装置 ：交流磁気特性測定装置（岩通計株式会社製、Ｂ−ＨアナライザＳＹ８２３２）
【００５４】
そして、得られた透磁率を、以下の評価基準にしたがって評価した。
＜評価基準＞
◎：透磁率が特に高い
○：透磁率がやや高い
△：透磁率がやや低い
×：透磁率が特に低い
【００５５】
２．２ 耐食性の測定・評価
各実施例および各比較例で得られた圧粉磁心について、高温高湿環境下での比抵抗値の変化を測定することにより、圧粉磁心の耐食性・安定性を評価した。
なお、加速試験は恒温恒湿機（大研理化学器械株式会社製）で行ない、試験環境は温度８５℃、湿度９０％とした。比抵抗の測定は、絶縁耐圧測定機（ＫＩＫＵＳＵＩ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ製、ＴＯＳ９０００）を使用し、１００Ｖ印加時の抵抗値を測定した。そして、加速試験前の初期の比抵抗Ｒ０と、１０日（２４０時間）経過後の比抵抗Ｒ１０とをそれぞれ測定した。
次いで、それぞれのチョークコイルにおいて、初期の比抵抗Ｒ０を１００としたとき、１０日経過後の比抵抗Ｒ１０の相対値を求めた。そして、この相対値を、以下の評価基準にしたがって評価した。
【００５６】
＜評価基準＞
◎：Ｒ１０が９０以上１００以下である
○：Ｒ１０が７０以上９０未満である
△：Ｒ１０が５０以上７０未満である
×：Ｒ１０が５０未満である
以上、２．１〜２．２の測定結果を表１に示す。
【００５７】
【表１】
【００５８】
まず、表１から明らかなように、各実施例では、いずれも、透磁率に優れるとともに、長期にわたる耐食性に優れた圧粉磁心およびチョークコイルを得ることができた。
また、実施例７、９〜１１では、透磁率および耐食性の双方が特に良好であった。
一方、各比較例で得られた圧粉磁心およびチョークコイルは、それぞれ、透磁率に問題が認められた。
【符号の説明】
【００５９】
１……金属粉末（軟磁性粉末） ２……溶融金属（溶湯） ３……流体 １０、２０……チョークコイル １１、２１……圧粉磁心 １２、２２……導線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟磁性粉末、圧粉磁心および磁性素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノート型パソコンのようなモバイル機器の小型化・軽量化が顕著である。また、ノート型パソコンの性能は、デスクトップ型パソコンの性能と遜色ない程度まで向上が図られつつある。
このように、モバイル機器の小型化および高性能化を図るためには、スイッチング電源の高周波数化が必要となる。このため、スイッチング電源の駆動周波数は、数１００ｋＨｚ程度まで高周波数化が進んでいる。また、それに伴い、モバイル機器に内蔵されたチョークコイルやインダクタ等の磁性素子の駆動周波数も高周波数化への対応が必要となる。
【０００３】
しかしながら、これらの磁性素子の駆動周波数が高周波数化した場合、各磁性素子が備える磁心において、渦電流によるジュール損失（渦電流損失）が著しく増大するという問題が発生する。
かかる問題を解決するため、前述のような磁性素子が備える磁心として、軟磁性粉末と結合材（バインダ）との混合物を加圧・成形した圧粉磁心が使用されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、Ｆｅ、Ａｌ、Ｓｉを主成分とする合金粉末と結着剤（結合材）とからなる混合物を圧縮成形した後、酸化性雰囲気中で熱処理をしてなる圧粉磁心が提案されている。磁性素子の磁心として、特許文献１に記載されているような圧粉磁心を用いることにより、磁心に発生する渦電流が粒子間で分断されることとなり、たとえ高い周波数で使用されたとしても、渦電流によるジュール損失、すなわち渦電流損失を減少させることができる。
【０００５】
ところが、特許文献１に記載された圧粉磁心では、合金粉末と結着剤（結合材）とからなる混合物を圧縮成形する際に、その圧縮性が低いという問題が起こる。この問題の原因の１つとして、合金粉末の各粒子の形状が不定形状であることが挙げられる。すなわち、粒子の形状が不規則であると、圧縮成形された際に、粒子間に隙間が生じ易くなるため、得られる成形体の密度が低下するという問題が生じる。
成形体の密度が低い場合、圧粉磁心における透磁率の低下を招く。そして、圧粉磁心の磁気特性の低下を招き、かかる圧粉磁心を備えた磁性素子の特性低下を招くことが懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１１５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、高透磁率の圧粉磁心を製造可能な軟磁性粉末、この軟磁性粉末を用いて製造された高透磁率の圧粉磁心、およびこの圧粉磁心を備えた高性能の磁性素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の軟磁性粉末は、Ｆｅ、ＳｉおよびＭｎを含んでおり、以下の（ａ）〜（ｃ）の条件を全て満たすことを特徴とする。
（ａ）Ｆｅを主成分とするものである
（ｂ）Ｓｉの含有率が１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下である
（ｃ）Ｍｎの含有率が０．２ｗｔ％超１ｗｔ％以下である
これにより、高透磁率の圧粉磁心を製造可能な軟磁性粉末が得られる。
【０００９】
本発明の軟磁性粉末では、さらに、Ａｌを含むことが好ましい。
Ａｌは、大気中の酸素と結合して、化学的に安定な酸化物を容易に生成するので、Ａｌを含む軟磁性粉末は、耐食性により優れたものとなる。また、Ａｌの酸化物は、特に強固で安定性が高いため、軟磁性粉末の各粒子の表面付近にＡｌの酸化物層が形成されることにより、粒子間をより確実に絶縁することができる。その結果、圧粉磁心における渦電流損失のさらなる低減を図ることができる。
【００１０】
本発明の軟磁性粉末では、Ａｌの含有率は、１〜８ｗｔ％であることが好ましい。
これにより、軟磁性粉末の磁気特性（例えば、磁束密度、透磁率、保磁力等）の著しい悪化を防止しつつ、粒子間をより確実に絶縁し、圧粉磁心における渦電流損失をより確実に低減することができる。
本発明の軟磁性粉末では、アトマイズ法により製造されたものであることが好ましい。
これにより、得られた軟磁性粉末の各粒子の形状が球形状に近くなるため、圧粉磁心を製造した際に、軟磁性粉末の充填率を高くすることができる。その結果、より密度の高い圧粉磁心を製造することができ、高透磁率・高磁束密度の圧粉磁心を得ることができる。
【００１１】
本発明の軟磁性粉末では、平均粒径が５〜３０μｍであることが好ましい。
これにより、渦電流が流れる経路が特に短くなるため、圧粉磁心の渦電流損失のさらなる低減を図ることができる。
本発明の軟磁性粉末では、タップ密度が３．５ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましい。
これにより、各粒子の充填率が高くなるため、特に高密度の圧粉磁心が得られる。したがって、透磁率および磁束密度の特に高い圧粉磁心が得られる。
【００１２】
本発明の圧粉磁心は、本発明の軟磁性粉末と結合材との混合物を、加圧・成形してなることを特徴とする。
これにより、高透磁率の圧粉磁心が得られる。
本発明の圧粉磁心では、前記軟磁性粉末に対する前記結合材の割合は、０．５〜５ｗｔ％であることが好ましい。
これにより、軟磁性粉末の各粒子同士を確実に絶縁しつつ、圧粉磁心の密度をある程度確保して、圧粉磁心の透磁率が著しく低下するのを防止することができる。その結果、より透磁率が高く、かつ、より低損失の圧粉磁心が得られる。
本発明の磁性素子は、本発明の圧粉磁心を備えたことを特徴とする。
これにより、高性能の磁性素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】アトマイズ法の原理を示す模式図である。
【図２】チョークコイルの第１実施形態を示す模式図（平面図）である。
【図３】チョークコイルの第２実施形態を示す模式図（斜視図）である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の軟磁性粉末、圧粉磁心および磁性素子について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
［軟磁性粉末］
まず、本発明の軟磁性粉末について説明する。
圧粉磁心を構成する粉末材料として、種々の軟磁性粉末が以前より用いられてきた。圧粉磁心は、一般に、軟磁性粉末と結合材（バインダ）とを混合し、得られた混合物を加圧・成形することにより作製される。このようにして得られた圧粉磁心では、軟磁性粉末の各粒子同士の間に結合材が介在するために、各粒子間の絶縁が確保される。その結果、圧粉磁心に発生する渦電流が各粒子間で分断されることとなり、圧粉磁心をたとえ高い周波数で使用したとしても、渦電流によるジュール損失、すなわち渦電流損失を減少させることができる。
【００１５】
しかしながら、従来、このような圧粉磁心の透磁率が低いという問題があった。その原因の１つとして、軟磁性粉末の各粒子の形状が不定形状であることが挙げられる。すなわち、粒子の形状が不規則であると、圧縮成形された際に、粒子間に隙間が生じ易くなるため、得られる成形体、すなわち圧粉磁心の密度が低下するという問題が生じる。そして、かかる問題は、圧粉磁心の透磁率の低下を招くこととなる。
【００１６】
このような問題を解決するため、本発明者は、高透磁率の圧粉磁心を製造可能な軟磁性粉末を提供するための条件について鋭意検討した。その結果、Ｆｅ（鉄）、Ｓｉ（シリコン）およびＭｎ（マンガン）を含み、以下の（ａ）〜（ｃ）の条件を全て満たすことが有効であることを見出した。
（ａ）Ｆｅを主成分とするものである。
（ｂ）Ｓｉの含有率が１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下である。
（ｃ）Ｍｎの含有率が０．２ｗｔ％超１ｗｔ％以下である。
すなわち、このような各条件を全て満たしたＦｅ基合金粉末は、高透磁率の圧粉磁心を製造し得るものとなる。
【００１７】
以下、各条件について、順次詳述する。
（ａ） Ｆｅは、本発明の軟磁性粉末を構成する主要な元素となっており、軟磁性粉末の基本的な磁気的特性や機械的特性に大きな影響を与える元素である。そして、Ｆｅを主成分とする金属粉末は、高磁束密度かつ高強度の圧粉磁心を製造可能なものとなる。なお、本発明において、「主成分」とは、軟磁性粉末を構成する各成分の中で、最も含有率の高いもののことを言う。
軟磁性粉末中のＦｅの含有率は、６０〜９８ｗｔ％程度であるのが好ましく、７０〜９７ｗｔ％程度であるのがより好ましい。これにより、より高磁束密度で、かつ、より高強度の圧粉磁心を確実に製造可能な軟磁性粉末が得られる。このため、圧粉磁心の各種特性を維持しつつ、その小型化を図ることができる。
（ｂ） Ｓｉ（ケイ素）は、軟磁性粉末の透磁率を高め得る成分である。また、Ｓｉを添加することにより、軟磁性粉末の比抵抗が高くなるため、圧粉磁心に発生する誘導電流を低減し、渦電流損失を低減し得る成分でもある。
【００１８】
さらに、Ｓｉは、大気中の酸素と結合して、化学的に安定な酸化物（例えば、ＳｉＯ２等）を容易に生成する。このため、Ｓｉを含む軟磁性粉末は、耐食性に優れたものとなる。
このようなＳｉの含有率は、１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下とされるが、２ｗｔ％以上６ｗｔ％以下であるのが好ましい。Ｓｉの含有率を前記範囲内に設定すれば、磁気特性の著しい悪化を防止しつつ、透磁率がより高く、かつ、渦電流損失のより小さい圧粉磁心を製造可能な軟磁性粉末を得ることができる。
【００１９】
（ｃ） Ｍｎ（マンガン）は、微粉化された溶湯の表面に酸化物を析出させる。この酸化物は、微粉化された溶湯の表面に点在するように析出するので、ＳｉＯ２等の安定な酸化物の不導体皮膜層が不連続に分断されることとなる。すなわち、微粉化された溶湯では、その表面張力の作用が確実に発揮されるため、球形状に近付くように変形することができる。その結果、より球形に近い軟磁性粉末が得られる。
このような球形に近い軟磁性粉末は、結合材とともに加圧・成形される際、その形状作用により、粒子間に隙間が生じ難くなって、充填率が高くなる。このため、より密度が高く、磁束密度および透磁率の高い圧粉磁心が得られる。
【００２０】
このようなＭｎの含有率は、０．２ｗｔ％超１ｗｔ％以下とされるが、０．３〜１ｗｔ％程度であるのが好ましく、０．３〜０．８ｗｔ％程度であるのがより好ましい。Ｍｎの含有率を前記範囲内に設定することにより、軟磁性粉末の磁気特性（例えば、磁束密度、透磁率、保磁力等）の低下を防止しつつ、軟磁性粉末の各粒子を十分に球形化することができる。
【００２１】
なお、Ｍｎの含有率が前記下限値を下回った場合、軟磁性粉末の各粒子が十分に球形化されないおそれがある。一方、Ｍｎの含有率が前記上限値を上回った場合、軟磁性粉末の磁束密度や透磁率が著しく低下したり、保磁力が著しく増大したりして、磁気特性が大幅に悪化するおそれがある。
以上のような各条件を全て満たす軟磁性粉末は、高透磁率の圧粉磁心を製造可能なものとなる。すなわち、これにより、高透磁率の圧粉磁心が得られ、後述する磁性素子の小型化および高性能化を図ることができる。
【００２２】
ここで、本発明の軟磁性粉末は、さらに、Ｃｒ（クロム）を含んでいるのが好ましい。Ｃｒは、大気中の酸素と結合して、化学的に安定な酸化物（例えば、Ｃｒ２Ｏ３等）を容易に生成する。このため、Ｃｒを含む軟磁性粉末は、耐食性に優れたものとなる。また、Ｃｒを添加することにより、軟磁性粉末の比抵抗が大きくなるため、Ｃｒは、圧粉磁心の渦電流損失を低減し得る成分でもある。
【００２３】
このようなＣｒの含有率は、１〜１３ｗｔ％程度であるのが好ましく、２〜１１ｗｔ％程度であるのがより好ましく、３〜８ｗｔ％程度であるのがさらに好ましい。Ｃｒの含有率を前記範囲内に設定すれば、磁気特性（例えば、磁束密度、透磁率、保磁力等）の著しい悪化を防止しつつ、耐食性により優れ、かつ、渦電流損失のより小さい圧粉磁心を製造可能な軟磁性粉末を得ることができる。
【００２４】
また、本発明の軟磁性粉末は、さらに、Ａｌ（アルミニウム）を含んでいるのが好ましい。Ａｌは、大気中の酸素と結合して、化学的に安定な酸化物（例えば、Ａｌ２Ｏ３等）を容易に生成する。このため、Ａｌを含む軟磁性粉末は、耐食性に優れたものとなる。
さらに、このＡｌの酸化物は、特に強固で安定性が高いため、軟磁性粉末の各粒子の表面付近にＡｌの酸化物層が形成されることにより、粒子間をより確実に絶縁することができる。その結果、圧粉磁心における渦電流損失のさらなる低減を図ることができる。
【００２５】
このようなＡｌの含有率は、１〜８ｗｔ％程度であるのが好ましく、１〜６ｗｔ％程度であるのがより好ましい。Ａｌの含有率を前記範囲内に設定することにより、軟磁性粉末の磁気特性（例えば、磁束密度、透磁率、保磁力等）の著しい悪化を防止しつつ、粒子間をより確実に絶縁し、圧粉磁心における渦電流損失をより確実に低減することができる。
また、このような軟磁性粉末は、その他の成分、例えば、製造過程で不可避的に混入するＣ（炭素）、Ｐ（リン）、Ｓ（硫黄）等の成分を含んでいてもよい。その場合、その他の成分の含有率の総和は、１ｗｔ％以下とするのが好ましい。
【００２６】
ここで、本発明の軟磁性粉末の平均粒径は、５〜３０μｍ程度であるのが好ましく、７〜２５μｍ程度であるのがより好ましく、８〜２０μｍ程度であるのがさらに好ましい。このように平均粒径が小さい軟磁性粉末を用いて圧粉磁心を製造した場合、渦電流が流れる経路が特に短くなるため、圧粉磁心の渦電流損失のさらなる低減を図ることができる。
【００２７】
なお、軟磁性粉末の平均粒径が前記下限値を下回った場合、軟磁性粉末と結合材とを混合し、加圧・成形する際に、混合物の成形性が低下するため、得られる圧粉磁心の透磁率が低下するおそれがある。一方、軟磁性粉末の平均粒径が前記上限値を上回った場合、圧粉磁心中で渦電流が流れる経路が著しく長くなるため、渦電流損失が急激に増大するおそれがある。
【００２８】
また、本発明の軟磁性粉末のタップ密度は、３．５ｇ／ｃｍ３以上であるのが好ましく、４ｇ／ｃｍ３以上であるのがより好ましい。このようにタップ密度が大きい軟磁性粉末を用いて圧粉磁心を製造した場合、各粒子の充填率が高くなるため、特に高密度の圧粉磁心が得られる。これにより、透磁率および磁束密度の特に高い圧粉磁心が得られる。
なお、本発明におけるタップ密度は、ＪＩＳ Ｚ ２５１２に規定の方法で測定されたものとする。
【００２９】
以上のような軟磁性粉末は、例えば、アトマイズ法（例えば、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、高速回転水流アトマイズ法等）、還元法、カルボニル法、粉砕法等の各種粉末化法により製造される。
このうち、本発明の軟磁性粉末は、アトマイズ法により製造されたものであるのが好ましい。アトマイズ法は、図１に示すように、溶融金属（溶湯）２を、高速で噴射された流体（液体または気体）３に衝突させることにより、溶湯２を微粉化するとともに冷却して、金属粉末（軟磁性粉末）１を製造する方法である。軟磁性粉末をこのようなアトマイズ法によって製造することにより、極めて微小な粉末を効率よく製造することができる。また、得られる粉末の各粒子の形状が球形状に近くなるため、圧粉磁心を製造した際に、軟磁性粉末の充填率を高くすることができる。これにより、より高密度・高磁束密度の圧粉磁心を製造可能な軟磁性粉末を得ることができる。
【００３０】
なお、アトマイズ法として、水アトマイズ法を用いた場合、噴射するアトマイズ水（流体３）の圧力は、特に限定されないが、好ましくは７５〜１２０ＭＰａ（７５０〜１２００ｋｇｆ／ｃｍ２）程度とされ、より好ましくは、９０〜１２０ＭＰａ（９００〜１２００ｋｇｆ／ｃｍ２）程度とされる。
また、アトマイズ水の水温も、特に限定されないが、好ましくは１〜２０℃程度とされる。
【００３１】
さらに、図１に示すアトマイズ水（流体３）は、溶湯２の落下経路上に頂点を有し、外径が下方に向かって漸減するような円錐状に噴射されている。この場合、アトマイズ水が形成する円錐の頂角θ（図１参照）は、１０〜４０°程度であるのが好ましく、１５〜３５°程度であるのがより好ましい。これにより、前述したような組成の軟磁性粉末を、確実に製造することができる。
なお、このようにして得られた軟磁性粉末に対し、必要に応じて、分級を行ってもよい。分級の方法としては、例えば、ふるい分け分級、慣性分級、遠心分級のような乾式分級、沈降分級のような湿式分級等が挙げられる。
また、必要に応じて、得られた軟磁性粉末を造粒してもよい。
【００３２】
［圧粉磁心および磁性素子］
本発明の磁性素子は、チョークコイル、インダクタ、ノイズフィルタ、リアクトル、モータ、発電機のように、磁心を備えた各種磁性素子（電磁気部品）に適用可能である。すなわち、本発明の圧粉磁心は、これらの磁性素子が備える圧粉磁心に適用可能である。
【００３３】
以下、磁性素子の一例として、２種類のチョークコイルを代表に説明する。
＜第１実施形態＞
まず、チョークコイル（本発明の磁性素子）の第１実施形態について説明する。
図２は、チョークコイルの第１実施形態を示す模式図（平面図）である。
図２に示すチョークコイル１０は、リング状（トロイダル形状）の圧粉磁心１１と、この圧粉磁心１１に巻き回された導線１２とを有する。このようなチョークコイル１０は、一般に、トロイダルコイルと称される。
【００３４】
圧粉磁心１１は、本発明の軟磁性粉末と結合材（バインダ）と有機溶媒とを混合し、得られた混合物を成形型に供給するとともに、加圧・成形して得られたものである。
圧粉磁心１１の作製に用いられる結合材の構成材料としては、例えば、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂等の有機バインダ、リン酸マグネシウム、リン酸カルシウム、リン酸亜鉛、リン酸マンガン、リン酸カドミウムのようなリン酸塩、ケイ酸ナトリウムのようなケイ酸塩（水ガラス）等の無機バインダ等が挙げられるが、特に、熱硬化性ポリイミドまたはエポキシ系樹脂が好ましい。これらの樹脂材料は、加熱されることによって容易に硬化するとともに、耐熱性に優れたものである。したがって、圧粉磁心１１の製造容易性および耐熱性を高めることができる。
【００３５】
また、軟磁性粉末に対する結合材の割合は、作製する圧粉磁心１１の目的とする磁束密度や、許容される渦電流損失等に応じて若干異なるが、０．５〜５ｗｔ％程度であるのが好ましく、１〜３ｗｔ％程度であるのがより好ましい。これにより、軟磁性粉末の各粒子同士を確実に絶縁しつつ、圧粉磁心１１の密度をある程度確保して、圧粉磁心１１の透磁率が著しく低下するのを防止することができる。その結果、より透磁率が高く、かつ、より低損失の圧粉磁心１１が得られる。
【００３６】
また、有機溶媒としては、結合材を溶解し得るものであれば特に限定されないが、例えば、トルエン、イソプロピルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、クロロホルム、酢酸エチル等の各種溶媒が挙げられる。
なお、前記混合物中には、必要に応じて、任意の目的で各種添加剤を添加するようにしてもよい。
【００３７】
以上のような結合材により、軟磁性粉末の表面が被覆されている。これにより、軟磁性粉末の各粒子は、それぞれ絶縁性の結合材によって絶縁されているため、圧粉磁心１１に高周波数で変化する磁場を付与しても、この磁場変化に対する電磁誘導で発生する起電力に伴う誘導電流は、各粒子の比較的狭い領域にしか及ばない。このため、この誘導電流によるジュール損失を小さく抑えることができる。
また、このジュール損失は、圧粉磁心１１の発熱を招くこととなるため、ジュール損失を抑えることにより、チョークコイル１０の発熱量を減らすこともできる。
【００３８】
一方、導線１２の構成材料としては、導電性の高い材料が挙げられ、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ等の金属材料、またはかかる金属材料を含む合金等が挙げられる。
なお、導線１２の表面に、絶縁性を有する表面層を備えているのが好ましい。これにより、圧粉磁心１１と導線１２との短絡を確実に防止することができる。
かかる表面層の構成材料としては、例えば、各種樹脂材料等が挙げられる。
【００３９】
次に、チョークコイル１０の製造方法について説明する。
まず、本発明の軟磁性粉末と、結合材と、各種添加剤と、有機溶媒とを混合し、混合物を得る。
次いで、混合物を乾燥させて塊状の乾燥体を得た後、この乾燥体を粉砕することにより、造粒粉を形成する。
【００４０】
次に、この混合物または造粒粉を、作製すべき圧粉磁心の形状に成形し、成形体を得る。
この場合の成形方法としては、特に限定されないが、例えば、プレス成形、押出成形、射出成形等の方法が挙げられる。
なお、この成形体の形状寸法は、以後の成形体を加熱した際の収縮分を見込んで決定される。
【００４１】
次に、得られた成形体を加熱することにより、結合材を硬化させ、圧粉磁心１１を得る。
このとき、加熱温度は、結合材の組成等に応じて若干異なるものの、結合材が有機バインダで構成されている場合、好ましくは１００〜２５０℃程度とされ、より好ましくは１２０〜２００℃程度とされる。
【００４２】
また、加熱時間は、加熱温度に応じて異なるものの、０．５〜５時間程度とされる。
以上により、本発明の軟磁性粉末を加圧・成形してなる圧粉磁心（本発明の圧粉磁心）１１は、より高透磁率のものとなる。このため、かかる圧粉磁心１１の外周面に沿って導線１２を巻き回してなるチョークコイル（本発明の磁性素子）１０は、小型化や定格電流の増大を図ることができ、さらに、発熱量の低減を容易に実現することができる。
【００４３】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の圧粉磁心および磁性素子の第２実施形態について説明する。
図３は、チョークコイルの第２実施形態を示す模式図（斜視図）である。
以下、第２実施形態にかかるチョークコイルについて説明するが、それぞれ、前記第１実施形態にかかるチョークコイルとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００４４】
本実施形態にかかるチョークコイル２０は、図３に示すように、コイル状に成形された導線２２を、圧粉磁心２１の内部に埋設してなるものである。すなわち、チョークコイル２０は、導線２２を圧粉磁心２１でモールドしてなる。
このような形態のチョークコイル２０は、比較的小型のものが容易に得られる。そして、このような小型のチョークコイル２０を製造する場合、透磁率および磁束密度が大きく、かつ、損失の小さい圧粉磁心２１が、その作用・効果をより有効に発揮する。すなわち、より小型であるにもかかわらず、大電流に対応可能な低損失・低発熱のチョークコイル２０が得られる。
【００４５】
また、導線２２が圧粉磁心２１の内部に埋設されているため、導線２２と圧粉磁心２１との間に隙間が生じ難い。このため、圧粉磁心２１の磁歪による振動を抑制し、この振動に伴う騒音の発生を抑制することもできる。
以上のような本実施形態にかかるチョークコイル２０を製造する場合、まず、成形型のキャビティ内に導線２２を配置するとともに、キャビティ内を本発明の軟磁性粉末で充填する。すなわち、導線２２を包含するように、軟磁性粉末を充填する。
【００４６】
次に、導線２２とともに、軟磁性粉末を加圧して成形体を得る。
次いで、前記第１実施形態と同様に、この成形体に熱処理を施す。これにより、チョークコイル２０が得られる。
以上、本発明の軟磁性粉末、圧粉磁心および磁性素子について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、前記実施形態では、本発明の磁性素子としてチョークコイルを例に説明したが、圧粉磁心を備える他の磁性素子においても、上記と同様の作用・効果が得られる。
【実施例】
【００４７】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１．圧粉磁心および磁性素子の製造
（実施例１）
［１］まず、表１に示す組成で原材料を調製した。そして、得られた原材料を高周波誘導炉で溶融するとともに、水アトマイズ法により粉末化して、軟磁性粉末を得た。なお、水アトマイズ法の条件は、以下の通りである。
＜水アトマイズ法の条件＞
・アトマイズ水の圧力：１００ＭＰａ（１０００ｋｇｆ／ｃｍ２）
・アトマイズ水の温度：１５℃
・アトマイズ水の頂角：３０°
【００４８】
［２］次に、得られた軟磁性粉末について、粒度分布測定を行った。なお、この測定は、レーザー回折方式の粒度分布測定装置（マイクロトラック、ＨＲＡ９３２０−Ｘ１００ 日機装株式会社製）により行った。そして、粒度分布から軟磁性粉末の平均粒径を求めた。
また、ＪＩＳ Ｚ ２５１２に規定の方法により、得られた軟磁性粉末のタップ密度を測定した。なお、求めた平均粒径およびタップ密度を、表１に示す。
【００４９】
［３］次に、得られた軟磁性粉末と、エポキシ樹脂（結合材）、トルエン（有機溶媒）とを混合して、混合物を得た。なお、エポキシ樹脂の添加量は、軟磁性粉末に対して２ｗｔ％とした。
［４］次に、得られた混合物を撹拌したのち、温度６０℃で１時間加熱して乾燥させ、塊状の乾燥体を得た。次いで、この乾燥体を、目開き５００μｍのふるいにかけ、乾燥体を粉砕して、造粒粉末を得た。
［５］次に、得られた造粒粉末を、成形型に充填し、下記の成形条件に基づいて成形体を得た。
【００５０】
＜成形条件＞
・成形方法 ：プレス成形
・成形体の形状：リング状
・成形体の寸法：外径２８ｍｍ、内径１４ｍｍ、厚さ５ｍｍ
・成形圧力 ：５ｔ／ｃｍ２（４９０ＭＰａ）
【００５１】
［６］次に、成形体を、大気雰囲気中において、温度１５０℃で１時間加熱して、結合材を硬化させた。これにより、圧粉磁心を得た。
［７］次に、得られた圧粉磁心を用い、以下の作製条件に基づいて、図２に示すチョークコイル（磁性素子）を作製した。
＜コイル作製条件＞
・導線の構成材料：Ｃｕ
・導線の線径 ：０．８ｍｍ
・巻き数 ：１次側３０ターン、２次側３０ターン
【００５２】
（実施例２〜１１）
軟磁性粉末として、表１に示す製造条件で製造された粉末をそれぞれ用いた以外は、前記実施例１と同様にして圧粉磁心を得、この圧粉磁心を用いてチョークコイルを得た。
（比較例１〜５）
軟磁性粉末として、表１に示す製造条件で製造された粉末をそれぞれ用いた以外は、前記実施例１と同様にして圧粉磁心を得、この圧粉磁心を用いてチョークコイルを得た。
【００５３】
２．評価
２．１ 透磁率の測定・評価
各実施例および各比較例で得られたチョークコイルについて、それぞれの透磁率を以下の測定条件に基づいて測定した。
＜測定条件＞
・測定周波数 ：３００ｋＨｚ
・最大磁束密度：５０ｍＴ
・測定装置 ：交流磁気特性測定装置（岩通計株式会社製、Ｂ−ＨアナライザＳＹ８２３２）
【００５４】
そして、得られた透磁率を、以下の評価基準にしたがって評価した。
＜評価基準＞
◎：透磁率が特に高い
○：透磁率がやや高い
△：透磁率がやや低い
×：透磁率が特に低い
【００５５】
２．２ 耐食性の測定・評価
各実施例および各比較例で得られた圧粉磁心について、高温高湿環境下での比抵抗値の変化を測定することにより、圧粉磁心の耐食性・安定性を評価した。
なお、加速試験は恒温恒湿機（大研理化学器械株式会社製）で行ない、試験環境は温度８５℃、湿度９０％とした。比抵抗の測定は、絶縁耐圧測定機（ＫＩＫＵＳＵＩ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ製、ＴＯＳ９０００）を使用し、１００Ｖ印加時の抵抗値を測定した。そして、加速試験前の初期の比抵抗Ｒ０と、１０日（２４０時間）経過後の比抵抗Ｒ１０とをそれぞれ測定した。
次いで、それぞれのチョークコイルにおいて、初期の比抵抗Ｒ０を１００としたとき、１０日経過後の比抵抗Ｒ１０の相対値を求めた。そして、この相対値を、以下の評価基準にしたがって評価した。
【００５６】
＜評価基準＞
◎：Ｒ１０が９０以上１００以下である
○：Ｒ１０が７０以上９０未満である
△：Ｒ１０が５０以上７０未満である
×：Ｒ１０が５０未満である
以上、２．１〜２．２の測定結果を表１に示す。
【００５７】
【表１】
【００５８】
まず、表１から明らかなように、各実施例では、いずれも、透磁率に優れるとともに、長期にわたる耐食性に優れた圧粉磁心およびチョークコイルを得ることができた。
また、実施例７、９〜１１では、透磁率および耐食性の双方が特に良好であった。
一方、各比較例で得られた圧粉磁心およびチョークコイルは、それぞれ、透磁率に問題が認められた。
【符号の説明】
【００５９】
１……金属粉末（軟磁性粉末） ２……溶融金属（溶湯） ３……流体 １０、２０……チョークコイル １１、２１……圧粉磁心 １２、２２……導線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ、ＳｉおよびＭｎを含んでおり、以下の（ａ）〜（ｃ）の条件を全て満たすことを特徴とする軟磁性粉末。
（ａ）Ｆｅを主成分とするものである
（ｂ）Ｓｉの含有率が１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下である
（ｃ）Ｍｎの含有率が０．２ｗｔ％超１ｗｔ％以下である
【請求項２】
さらに、Ａｌを含む請求項１に記載の軟磁性粉末。
【請求項３】
Ａｌの含有率は、１〜８ｗｔ％である請求項２に記載の軟磁性粉末。
【請求項４】
アトマイズ法により製造されたものである請求項１ないし３のいずれかに記載の軟磁性粉末。
【請求項５】
平均粒径が５〜３０μｍである請求項１ないし４のいずれかに記載の軟磁性粉末。
【請求項６】
タップ密度が３．５ｇ／ｃｍ３以上である請求項１ないし５のいずれかに記載の軟磁性粉末。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の軟磁性粉末と結合材との混合物を、加圧・成形してなることを特徴とする圧粉磁心。
【請求項８】
前記軟磁性粉末に対する前記結合材の割合は、０．５〜５ｗｔ％である請求項７に記載の圧粉磁心。
【請求項９】
請求項７または８に記載の圧粉磁心を備えたことを特徴とする磁性素子。
【請求項１】
Ｆｅ、ＳｉおよびＭｎを含んでおり、以下の（ａ）〜（ｃ）の条件を全て満たすことを特徴とする軟磁性粉末。
（ａ）Ｆｅを主成分とするものである
（ｂ）Ｓｉの含有率が１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下である
（ｃ）Ｍｎの含有率が０．２ｗｔ％超１ｗｔ％以下である
【請求項２】
さらに、Ａｌを含む請求項１に記載の軟磁性粉末。
【請求項３】
Ａｌの含有率は、１〜８ｗｔ％である請求項２に記載の軟磁性粉末。
【請求項４】
アトマイズ法により製造されたものである請求項１ないし３のいずれかに記載の軟磁性粉末。
【請求項５】
平均粒径が５〜３０μｍである請求項１ないし４のいずれかに記載の軟磁性粉末。
【請求項６】
タップ密度が３．５ｇ／ｃｍ３以上である請求項１ないし５のいずれかに記載の軟磁性粉末。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の軟磁性粉末と結合材との混合物を、加圧・成形してなることを特徴とする圧粉磁心。
【請求項８】
前記軟磁性粉末に対する前記結合材の割合は、０．５〜５ｗｔ％である請求項７に記載の圧粉磁心。
【請求項９】
請求項７または８に記載の圧粉磁心を備えたことを特徴とする磁性素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１４４８１０（Ｐ２０１２−１４４８１０Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−８７２６８（Ｐ２０１２−８７２６８）
【出願日】平成２４年４月６日（２０１２．４．６）
【分割の表示】特願２００７−９５９６２（Ｐ２００７−９５９６２）の分割
【原出願日】平成１９年４月２日（２００７．４．２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年４月６日（２０１２．４．６）
【分割の表示】特願２００７−９５９６２（Ｐ２００７−９５９６２）の分割
【原出願日】平成１９年４月２日（２００７．４．２）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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