圧粉軟磁性材料の開発徳岡輝和前田徹伊志嶺朝之住友電気工業㈱圧粉磁心は、軟磁性金属粒子表面に絶縁被覆を施した粉末を加圧成形して製造される材料であり、コイル鉄心等への適用が検討されている。本報では、純鉄系軟磁性材料の低損失化、および合金系軟磁性材料の高周波用途製品適用への事例を紹介する。 1．緒言環境問題への国際的な関心の高まり、原油価格のでも 1 kHz 以上の高周波帯域で良好な電磁変換特性上昇等の理由により、自動車分野では、電動ハイブを示す。また、粉末を加圧成形して作製する本材料リッド車に代表される省燃費車が爆発的に普及し、は磁気回路設計の自由度および形状自由度、生産歩エネルギー分野では、太陽光や風力を用いた発電機留まりが高いことから、低周波域を含めた多くの軟が各所に設置されている。これらの機器には、電動磁性部品への適用が検討されている。これらの部品機構や電源装置等が必要であり、そこには、電磁変に必要な磁気特性は部品の使用条件によって異なる換部品として、モータ、トランスやコイル等の部品ため、各用途に合わせた軟磁性材料が数多く開発さが搭載されている。これらの部品には、小型化や高れており、圧粉磁心においても、軟磁性材料の化学効率化、高速駆動化を実現するために、交流磁気特組成や材料組織等の検討事例が数多くある。本報で性に優れた軟磁性材料の適用が求められている。圧は、圧粉磁心の概要を述べたのち、当社における、粉磁心は、個々の粒子の表面に絶縁被覆を施した軟純鉄系軟磁性材料の低損失化の検討事例、および合磁性粉末を加圧成形して製造される材料であり、高金系軟磁性材料による高周波用途製品の検討事例をい電気抵抗を示すことから、交流用軟磁性材料の中紹介する。 2．圧粉磁心の概要一般的に、磁性材料は、軟磁性材料と、硬磁性材料られている。軟磁性材料としては、本報で取り上げるに分類される。軟磁性材料は外からの磁場を印加する圧粉磁心の他に、電磁鋼板やフェライトなどがあり、ことで磁力を発生し、印加される磁場の方向や大きさ電磁鋼板はモータやトランスなどで用いられており、に従って、発生する磁力の向きや方向を容易に変えるフェライトはチョークコイルなどに用いられている。ことができる。用途としては、モータやトランスなど軟磁性材料に求められる特性は、製品によって大きくの磁心が主なものである。また、硬磁性材料は一度外異なり、単一の尺度で材料の優劣を比較することは難部から磁場を印加すると、磁場の印加を止めてもそのしいので、使用条件に合わせて、B−H 曲線（印加磁磁力を保持しつづける材料であり一般的には永久磁場と発生磁束密度の相関曲線）やエネルギー的な損失石と呼ばれることが多く、モータや医療機器等で用い値を評価し、適用する材料を検討している。 Vol.52（2011）No.8 SOKEIZAI 11 2．1 軟磁性材料の用途図 2 に示す。基本構成は、表面に絶縁被膜をつけた交流用軟磁性材料は、用途により動作周波数と動平均粒径で 100 ∼ 300 m 程度の金属粉末を相対密度作磁束密度が変わるため、それぞれの用途に向けたで 80 % ∼ 95 % 程度にまで充填した材料である。なお、特性の最適化が必要である。図 1 は現在の主な軟磁絶縁皮膜をつける理由は、磁心に磁場を印加すると性材料の用途を動作周波数と動作磁束密度の関係で磁心内に電流が発生し、エネルギー的に損失が生じまとめたものである。動作磁束密度が 1 T を超えるるため、発生する電流量を抑えることにある。これような用途の代表例としては、モータなどのパワーらの技術的な詳細は後述する。デバイスがある。主な動作周波数は、商用周波数である数 100 Hz までであるが、近年、高速化、高効率絶縁皮膜絶縁皮膜バインダ化のニーズによって高周波化が求められている。現状では、Fe−Si 合金系薄板等を積層して製造される電磁鋼板材の利用が主流となっているが、高周波域で損失の主因となる渦電流の抑制が難しく、十分な性能は得られていない。一方、低磁束密度で動作させる用途の代表例は、磁気センサや電磁弁、コイルコア等が挙げられる。磁気センサや電磁弁用途では従来は低周波用途が多かったが、近年駆動速度、応答速度の増大による性 Fe、Fe-Si 等（板厚：0.05mm～ 1 . 0 m m ） Fe、Fe-Si等 (粒径：～300μ m ) 電磁鋼板圧粉磁心図 2 圧粉軟磁性材料の模式図能向上を狙い、高周波化が進んでいる。材料としては電磁鋼板に加えて、表面絶縁磁性粉末を加圧成形当社における圧粉磁心の製造工程を図 3 に示す。した圧粉磁心等の適用事例も多い。これらは、粉末金属磁性粉末に絶縁被覆を施した後、金型に充填し冶金法で製造されるため、ネットシェイプ化が比較て、500 ∼ 1,000 MPa の圧力で圧縮することで、相対的容易で歩留まりが良いことが特長となっている。密度で 85 ∼ 95 % の圧粉成形体を得る。センダスト粉また、コイルは動作磁束が低くても、変換効率を向末やパーマロイ粉末と樹脂の複合体であるダストコ上させることが重要な部品であり、100 kHz 以上のアに比べて、バインダ添加量が少ないため軟磁性粉帯域では、非常に鉄損が小さいフェライト（軟磁性末の充填比率が高く高磁束密度を実現できることが酸化鉄）コアやアモルファスコアが使用されている。大きな特長である 1）。圧粉成形体には圧縮成形による歪みが入っている 2．2 圧粉磁心の位置づけため、その歪みを取るために最高 800℃程度の温度で圧粉磁心は、文字通り「粉末を圧縮した磁心」で熱処理を行う。この熱処理の温度は、絶縁皮膜材料あり、金属粉末を出発原料としている。その概要をの耐熱性によって決まり、高い温度で処理できるほど材料の磁気特性は改善されるので、この皮膜材質についての検討事例の報告もなされている。汎用電磁鋼板圧粉磁心の実用化例として、モータコアやハイブリッド車のリアクトルコア 2）などが挙げられ、当社 2.0 純鉄系圧粉軟磁性材料モータでも、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置用の電磁弁部品 1）などを量産している。小型化・高出力化動作磁束密度 Bm (Tesla) 1.5 高Si電磁鋼板 1.0 大容量電源合金系圧粉軟磁性材料磁性粉末絶縁被覆処理 0.5 フェライト圧縮成形小型電源、ノイズフィルタ 0.0 1 10K 100 1M 熱処理機器の使用周波数域（Hz）高効率化・高速化・高応答速度化図 1 軟磁性材料の適用領域 12 SOKEIZAI Vol.52（2011）No.8 図 3 圧粉軟磁性材料の製造工程模式図特集粉体成形による磁性部品の製造 2．3 圧粉磁心の特性改善の方向性伴う誘導電流のジュール損失である（図 3（b）参照）。今後、電磁部品は小型化や高効率化の観点から、材料の電気抵抗 ρ が高いほど、また、渦電流発生領現在よりも高周波帯で動作すると予想される。軟磁域のサイズ d（圧粉磁心の場合は絶縁された軟磁性性材料の鉄損：W B /f は、材料内磁束変化が緩和現象粉末粒子の粒径に相当）が細分化されているほど、（磁気共鳴など）を伴わない領域であれば、図 4 に示低損失となる。また、起電力は磁場変化速度、つまり、すようにヒステリシス損失（Wh ）と渦電流損失（We ）周波数 f に比例して増大するため、単位時間当たりの和で表される。Wh は、図 3（a）に示すような、静では周波数の 2 乗に比例することになる。磁界での変換損失（ループ面積）に相当するもので（We ∝ d × f 2 /ρ ）3）, 4）・・・（式 2）あり、材料内の磁場方向を変えるのに必要な最低限交流用軟磁性材料の低鉄損化を実現するためにのエネルギーになる。つまり、磁場変化のしきい値は、軟磁性粉末について、である保磁力 Hc が小さな材料ほど低損失となる。 ①低保磁力化高周波では単位時間当たりの磁場変化回数（駆動周 ②渦電流発生領域細分化波数 f ）に比例して損失は大きくなる。 ③高電気抵抗化 Wh ∝ Hc × f ・・・（式 1）の 3 点の要求項目を実現することが必要である。こ一方、We は高周波駆動時に顕著となる損失であれを図 5 にまとめて示した。り、磁場変化に対する電磁誘導で発生する起電力に (a) 静磁界 (f →0) での変換損失 i(f→0) (b) 高周波での変換損失出力, Ｈ（磁力）出力, Ｈ（磁力）渦電流発生による保磁力増大入力,i （電力）鉄損→保磁力（ループ幅）で決まる鉄損 (W) 入力,i （電力）変換損失＝ループ面積鉄損→渦電流込みの保磁力で決まるヒステリシス損(Wh) ＝ [静磁界損失WDC]×[周波数(f)] Wh∝f ＤＣ保磁力に比例渦電流損 (We) We ＝ [渦電流寄与の損失増分WEDDY]×[周波数(f)] ∝f 2 発生渦電流 IEDDYに比例（＝周波数に比例） IEDDY∝ f (d / ρ ) d：粒径、板厚 ρ：電気抵抗図 4 軟磁性材料の磁気履歴曲線と変換損失鉄損＜支配因子＞［組成因子］ﾋｽﾃﾘｼｽ損（BH履歴曲線面積）ﾋｽﾃﾘｼｽ損(BH履歴曲線面積）Ｂ［組織因子］損失大ヒステリシス損低減＝渦電流損渦電流損 ①低保磁力化コア材磁気異方性、磁歪定数損失小Ｈｃ＜対策＞Ｈ粒子間粒界（絶縁層）保磁力Hc低減透磁率μ向上転位・結晶内粒界粒子間粒子間渦電流損 Fe 粒子間絶縁 Fe Fe 粒子内渦電流損不純物〇高純度化〇薄肉均一被覆〇高温焼鈍（耐熱絶縁被膜）〇歪ﾚｽ高密度成形 ②渦電流発生領域細分化〇絶縁被覆技術高抵抗絶縁膜 Fe 粒子内〇新合金探索 ③高電気抵抗化コア材電気抵抗〇電気抵抗上昇元素添加図 5 軟磁性材料の低鉄損化コンセプト Vol.52（2011）No.8 SOKEIZAI 13 3．純鉄系圧粉軟磁性材料における磁気特性改善の検討 5）当社では、塑性変形能が高く、高密度化が可能で、マイズ時の噴霧液滴の冷却媒として用いて製造したかつ比較的安価である純鉄粉系圧粉軟磁性材料の工粉末と、不純物の混入量を変えた市販の純鉄鉄粉を業的な汎用性の高さに着目し、この材料を用いた圧複数種準備し、これらの鉄粉を用いた圧粉磁心の磁粉磁心を検討しており、その軟磁気特性の改善を気特性を評価した。図っている。このなかでも、低鉄損化を検討するこ図 6 に、鉄粉末の ICP 分析により C、Si、Mn、P、ととし、低保磁力化および渦電流発生領域細分化を S、Cu、Ni、Cr、O、Al、Ca、Mg、Mo の各元素をキーテクノロジーとして、材料開発を進めてきたの定量し、求めた不純物純度に対して、成形体保磁力で、これを紹介する。 Hc がどのように変化するかを示す。成形体作製条まず、純鉄粉末において低保磁力化を実現するに件は、密度 7.50 Mgm−3、熱処理 693 K × 1 hr 窒素気は、軟磁性粉末内の結晶不連続因子を除去すること流中とした。市販粉末を用いた磁心中の総不純物量が重要である。例えば、不純物原子（C、N、O など）は 2,000 ppm 程度、Hc ＝ 0.5 kAm−1 程度であるのにや結晶粒界並びに結晶歪み（熱歪み、加工歪み）を取対し、不純物量の低減に従って、Hc が低下していり除くことが有効といえる。圧粉軟磁性材料では、くことが明らかとなった。不純物量 1,000 ppm で Hc 純鉄粉末のアトマイズ時の熱歪み、および加圧成形は約 25 % 低減し、同 120 ppm では約 75 % の低減と時の加工歪みの導入は不可避であり、後工程の熱処大きな効果があることがわかる。以下、不純物量が理によってこれら歪みを低減することが重要であ 120 ppm の粉末について、絶縁膜最適化を進めた（以る。この歪み除去の効果は処理温度が高いほど有効下、この粉末を高純度鉄粉と称する）。である。しかしながら、熱処理により絶縁膜が劣化 0.5 し粒子間の絶縁が低下するために、絶縁膜の耐熱温市販鉄粉度が処理温度の上限となる。従って、絶縁膜の耐熱一方、絶縁膜には、前述の渦電流発生領域細分化を実現するために、被膜均一性や加圧成形時の損傷による絶縁性劣化が生じないための耐性が求められる。当社では、上述の要求を実現するための具体的手法として、以下の 2 点について検討した。（1）鉄粉の高純度化による低保磁力化（2）粉末絶縁被覆上へのバインダ樹脂コーティン保磁力 Hc (kA/m) 性を向上することも重要な開発課題である。 0.4 0.3 高純度鉄粉 0.2 0.1 0.0 10 100 1000 10000 総不純物量 (ppm) グによる、加圧成形時の被膜保護図 6 鉄粉中の不純物量と成形体保磁力の関係 3．1 鉄粉高純度化による低保磁力化工業的に使用されている金属粉末の多くは、金属 3．2 ハインダ樹脂被覆による絶縁被覆保護の溶湯を噴霧（アトマイズ）し、その液滴が冷却さ写真 1 に作製したコーティング粉末の絶縁被膜のれて粉末化するアトマイズ法という方法で製造され、粉末冶金用途で使用される鉄粉の多くは、鉄溶Ｆｅ粉末外観湯の液滴を水で冷却する水アトマイズ法という製造法で製造されている。この方法では、鉄粉末がすぐに冷却されるため、高い生産能力を有するが、溶湯が水に触れることによる酸化物の生成や水に含有さバインダ樹脂層れるミネラル分が不純物として混入するデメリットもある。また、粉末メーカーの多くは鉄スクラップを原料としており、不純物量も実用上重要な管理因子となる。リン酸塩ガラス層 Fe粉末そこで、これらの影響について評価するために、高品位の地金を Ar 雰囲気で溶解し、Ar ガスをアト写真 1 開発材の絶縁被膜断面 TEM 像 14 SOKEIZAI Vol.52（2011）No.8 特集粉体成形による磁性部品の製造透過電顕（TEM）観察像を示す。観察結果より、厚周波数依存性を汎用電磁鋼板（JIS グレード 35A360）みが 20 ∼ 30 nm の第 1 層と同 100 ∼ 150 nm の第 2 層と比較して示す。開発材の 1 T、1 kHz における鉄損を有する 2 層被膜が確認できる。第 1 層が、リン酸（W 10 /1k ）は 68 Wkg−1 であり、従来材の 200 Wkg−1 に塩ガラス絶縁被膜であり、第 2 層がバインダ樹脂の対して鉄損値が 1/3 に低減されたことが分かる。層である。鉄粉表面に均一な 2 層被膜が得られてい式 2 に示したように、ヒステリシス損と渦電流損ることがわかる。図 7 に、熱処理温度に対する成形がそれぞれ周波数の 1 次比例、2 次比例であること体の電気抵抗の逆数（渦電流損失の挙動と正の相関）から、図 10 に示した鉄損値の周波数依存性から最小の変化を示す。リン酸塩、ガラス被膜の単層絶縁被 2 乗法によって、下記の（式 3）を用いて、ヒステリ膜を有する従来材の電気抵抗の低下が 673 K（400℃）シス損係数 Kh と渦電流損係数 Ke を算出した。付近から始まるのに対して、開発材では、823 K W B /f ＝ Kh × f ＋ Ke × f 2 ・・・（式 3）（550℃）付近まで電気抵抗の低下が起こらず、絶縁この方法で求めた Kh 、Ke を表 1 に示す。開発材被膜の耐熱性が向上したことが分かる。では、従来材と比較していずれの係数も低減してい図 8 に熱処理温度に対する各成形体の保磁力 Hc ることが分かり、ヒステリシス損と渦電流損の両面の変化を示す。700 K（427℃）付近までは熱処理にで改善されていることが分かる。すなわち、鉄粉高よる Hc 低減効果は小さいが、750（577℃）∼ 850 K 純度化と熱処理高温化によるヒステリシス損低減の（677 ℃）付近で大きく Hc が低減し、熱処理前のみならず、絶縁被膜の均一化および加圧成形時の絶 50 % 以下の値となった。これは 750 ∼ 850 K 付近縁被膜の破損防止による渦電流損低減も得られたとで、歪み回復が進行し、鉄粉内の転位が急減する言える。一方、電磁鋼板材に対して Ke は良好であためと考えられ、開発絶縁被膜により歪み回復温度るが、Kh は 30 % 以上大きな値をもち、低周波域で域での熱処理を可能としたことに意味がある。図 9 は電磁鋼板の鉄損がより低くなっているが、300 Hz に、850 K で熱処理した開発材の直流磁化曲線を従以上では開発材が低鉄損となっており、高周波パ来材と比較して示す。開発材では、Hc が大きく減ワーデバイスへの展開へ向けて、有効な材料の一つ少しており開発した軟磁性粉末のヒステリシス損特として期待できる。なお、表 1 には各材料の磁気特性が大きく改善されていることが分かる。図 10 に、性をまとめた。 850 K で熱処理した開発材および従来材の鉄損値の 2 従来材 10 1 磁束密度 B (T) 電気抵抗逆数 1/ρ (573Kの値=1) 12 8 6 4 -1 開発材 2 0 500 -2 -10 600 700 800 900 実線：開発材、点線：従来材 0 -5 10 5 磁界 H (kA/m) 1000 熱処理温度 T (K) 図 9 850K で熱処理した成形体の直流磁化曲線図 7 成形体電気抵抗の熱処理温度変化 200 0.5 160 鉄損 W10/f (W/kg) 保磁力 Hc (kA/m) 0 従来材 0.4 0.3 0.2 120 80 40 0.1 開発材 0 300 400 500 600 700 800 900 熱処理温度 T (K) 図 8 成形体保磁力の熱処理温度変化 1000 0 0 200 400 600 800 1000 周波数 f (Hz) 図 10 高純度開発材の鉄損―周波数曲線 Vol.52（2011）No.8 SOKEIZAI 15 表 1 純鉄系圧粉軟磁性材料の主要特性一覧特性項目（単位）密度（Mg・m 3） B50 （T） Kh Ke W10/200 （mWs・kg 1）（mWs2・kg 1）（W・kg 1）開発圧粉材 7.65 （97%） 1.39 44 0.024 9.8 68 従来圧粉材 7.40 （94%） 1.33 90 0.091 22 181 電磁鋼板（35A360） 7.65 1.61 30 0.070 8.8 100 4．合金系圧粉軟磁性材料の開発と高周波用途製品への展開 W10/1k （W・kg 1） 6）圧粉軟磁性材料を電源デバイスへ適用するために数と渦電流損失係数を算出した。汎用ダストコアとは、数 100 kHz と従来に比べて 2 桁高くなる動作周比較してみると、開発材はヒステリシス損失係数、波数の変化に対し、渦電流による損失の影響が極め渦電流損失係数ともに低く抑えられていることが分て大きいことが、コイルコアの発熱や電源効率上でかる。その結果、電源デバイスへの適用に向けた対問題となる。そこで、従来の圧粉磁心材料に対して、象周波数である 100 kHz 付近では、鉄損として汎用数 100 kHz の高周波域での使用動作に対して最適化ダストコアに対して半減以下の損失低減が可能であすることにより、汎用ダストコアやフェライトを超ることが分かる。また、飽和磁束密度に関しても、える新しい軟磁性材料の開発を目指した。汎用ダストコアに対して 10 % 以上高い値を示してい前章にて述べた絶縁皮膜処理技術に加えて、①軟る。一方、フェライトに対しては、飽和磁束密度は 1.7 磁気特性に優れる磁性合金粉末の採用、および組成倍の値を示しており、電源デバイスのコンパクト化最適化技術についても検討を進めた。ここでは、軟や大電力処理化へのメリットが期待できる。鉄損に磁性合金粉末として低保磁力である Fe−Si−Al 系合関しては、依然としてフェライトに比べて劣ってい金粉末を適用し、テストピースでの磁気特性の評価るが、電源コイルとしてどの程度の差が生じるかに結果、および実際にチョークコイルを製作、評価しついては後述する。た事例について紹介する。 4．2 開発材を用いた電源コイルの設計と試作 4．1 開発材の磁気特性開発材を用いて、電源コイルとしての性能を調べ表 2 に開発材の諸特性を、図 11 に開発材の鉄損のるために、ハイブリッド自動車などの次世代型環境周波数依存性を、従来材である汎用ダストコアおよ対応車に搭載されるチョークコイル想定し、大容量びフェライトとの比較で示す。汎用ダストコアとし 2 次電池（200 V 程度の電圧）から電動の補機（エアコて、開発材と同じく Fe−Si−Al 系合金粉末を用いたン、パワーステアリング等）を駆動する電圧（一般的市販のダストコアを、フェライトには Mn−Zn 系フェには 14 V）への降圧に用いる DC−DC コンバータをライトを比較材として選択した。鉄損の周波数依存性から、前述の式 3 を用いて、ヒステリシス損失係 10000 表 2 純鉄系圧粉軟磁性材料の主要特性一覧単位開発材 Tesla 0.89 0.80 0.51 kW・m − 3 365 910 57 ヒステリシス損失 *** 渦電流損失 *** kW・m − 3 291 755 7 kW・m − 3 75 155 50 透磁率 **** ― 56 52 2400 * 室温での測定結果 ** 磁束密度 0.1T、周波数 100kHz、温度 120℃での測定値 *** 10k ∼ 100kHz における鉄損の周波数依存性より算出 **** 鉄損測定時の透磁率 16 SOKEIZAI Vol.52（2011）No.8 フェライト鉄損 (kW/m3) 1000 汎用ダストコア飽和磁束密度 * 鉄損 ** 汎用ダストコア開発材フェライト Bm=0.1T 100 10 1 1 10 100 1000 周波数 (kHz) 図 11 合金系圧粉軟磁性材料損失の周波数依存性比較特集粉体成形による磁性部品の製造表 3 圧粉軟磁性材料適用チョークコイル設計例コア材質フェライト開発材開発材 ― ― Case1 Case2 実装面積 1120mm2 760mm2（▲ 35％） 1120mm2 部品高さ部品外観コアコイル 28mm 25mm（▲ 11％） 22mm（▲ 25％）重量 70g 59g（▲ 16％） 75g（△ 7％）体積 14cm 10cm （▲ 30％） 13cm3（▲ 7％）巻数 5 ターン 5 ターン 4 ターン重量全体重量 3 3 71g 66g（▲ 7％） 59g（▲ 17％） 141g 125g（▲ 12％） 134g（▲ 5％）適用対象に選定した。コイルの設計は、リングサンは、Case 1、Case 2 ともにほぼ同じ特性を示している。プルの直流磁化特性からインダクタンス Ls が目的また、既存のフェライトコアと比較すると、フェラの値となるようにコア形状や巻線数を決定し、用意イトコアは仕様条件である 100 A を超える高電流領したコンバータに予め搭載されていたフェライトコ域から急激にインダクタンスが低下しているのに対アも比較対象として、同条件にて評価した。巻線は、して、開発材は高電流領域においても比較的高いイフェライトコアと同じ形状の平角線とした。設計は、ンダクタンスを示す。このフェライトコアの高電流以下に述べる 2 ケースを行った。ひとつ目は、同じ巻線条件のもとで、より省スペース化、特に実装面積の低減を主体としたケース（以下、Case 1）を検討した。ふたつ目は、巻線数をフェライト材より低減することを主眼としたケース（以下、Case 2）を検討した。巻線は部品コストや製品重量に占める割合が大きいので、巻線数や使用量の低減のニーズは大きい。しかしながら、飽和磁束密度の低いフェライトコアでは巻線数を低減すると、直流重畳特性が低下し所定の電流を流すことができなくなるため、巻線数を低減することは難しい。表 3 に開発材を用いたチョークコイルの設計結果を示す。開発材は、上述の通りフェライト材に対して飽和磁束密度特性に優れるため、Case 1、Case 2 ともに形状的なメリットを見出せる。Case 1 では、同じ巻線数 5 ターンにて実装面積やコア体積、全体重量を大きく低減できる。また、Case 2 では、開発材を用いることで 4 ターンに巻線数を低減し、部品の低背化や軽量化を図った。上記の設計結果をもとに、実際に電源コイルの作製を行った。試作したコア材およびチョークコイル部品の外観を写真 2 に示す。開発材のコアは、30× 50×20 t の素材より所定の形状に切削加工する方法で作製した。図 12 に試作コイルのインダクタンスの直流重畳特性を示す。開発材を用いたコイルの特性写真 2 合金系圧粉軟磁性材料適用のチョークコイル試作品外観 Vol.52（2011）No.8 SOKEIZAI 17 120 開発材-CASE1 開発材-CASE2 フェライト 4 開発材 - case1 開発材 - case2 110 フェライト 3 コア温度（℃）インダクタンス (µH) 5 2 1 0 0 50 100 150 200 直流電流 (A) 250 100 90 80 300 図 12 試作チョークコイルの直流重畳特性比較域でのインダクタンスの低下は、磁気飽和により透磁率が低下することにより生じ、飽和磁束密度が低 70 60 20 30 40 50 60 70 80 90 雰囲気温度（℃）図 13 コア表面温度の動作雰囲気温度依存性いことが原因である。このことから、飽和磁束密度の高い開発材を適用することで、フェライトコアに上には電源コイルの温度上昇は重要な課題である。対して部品の小型化や巻線数の低減を図った上で、評価結果を図 13 に示す。なお、コンバータには予更に高電流領域での使用が可能となり、突発的な異め水冷ジャケットによる冷却機構が備わっている常電流が発生した際にコイル特性が失われ、周辺機ので、これを用いた（水冷温度は 60℃）。開発材は、器にトラブルを与える危険性を低減できる。 Case 1、Case 2 の間で部品形状の違いが主因と思わまた、製作した電源コイルは、降圧型 DC−DC コれる若干の差異はあるが、フェライトコアとほぼ同ンバータへ実装、動作させてコアの温度上昇を評価等の動作温度を示している。このことから材料特性した。電源デバイスでは、電源コイル部品の発熱にとしてフェライトに対して劣っている鉄損特性の差より、電源コイル自体だけでなくその周辺部品へのが、電源デバイスでの動作状態では温度上昇として影響も無視できないため、デバイス自体の信頼性向大きな差を生じないことが分かった。 5．まとめ本報では、粉末冶金技術を基盤とした圧粉軟磁性材料の開発において、工業的に汎用性の高い純鉄粉における磁気特性の改善の取り組みや、さらなる高性能化を追求した新合金開発の事例を紹介した。材料特性は製品の競争力に直結するため、継続した取り組みによる絶え間ない改善を求められ、その一方で、顧客からの要求項目はより多様化している。今回紹介した技術はこれらの開発課題に対する基盤技術となるものであり、さらなる深化を図っていく所 2 ）杉山ら：車載リアクトルコア用高密度・低損失圧粉磁心の開発，素形材，51，No. 12，p. 24 - 29（2010） 3 ）金子，本間：磁性材料"，p. 116（1991） 4 ）電気学会マグネティックス技術委員会編：磁気工学の基礎と応用，p. 46（1999） 5 ）前田ら：極低鉄損焼結軟磁性材料の開発，SEI テクニカルレビュー，166，p. 1- 6（2005） 6 ）伊志嶺ら：高周波対応低ロス圧粉磁心材料の開発， SEI テクニカルレビュー，178，p. 121-127（2011）存である。なお、本検討の一部は独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の「H 21 年度イノベーション実用化助成事業」の助成を受けて実施した。関係者に深く感謝する。参考文献 1 ）島田ら：高性能圧粉磁心材料の開発，粉体および粉末冶金，53，p. 686 - 695（2006） 18 SOKEIZAI Vol.52（2011）No.8 住友電気工業株式会社産業素材材料技術研究所〒 664-0016 兵庫県伊丹市昆陽北 1-1-1 TEL. 072-771-0606 FAX. 072-770-6727 http://www.sei.co.jp/