磁芯制造技术

一种磁芯，其具备：具有平均晶体粒径为100nm以下的晶体结构的多个铁基软磁性合金板和设置于多个铁基软磁性合金板的一个与另一个之间的绝缘层。磁芯中的多个铁基磁性合金板的占空系数为65％以上，100kHz频率时的初始导磁率为25000以上。

Magnetic core

A magnetic core is provided with a plurality of iron-based soft magnetic alloy plates with a crystal structure with an average crystal size of less than 100 nm and an insulating layer between one and the other of a plurality of iron-based soft magnetic alloy plates. The duty factor of several ferrous alloy plates in the core is more than 65%, and the initial permeability is more than 25 000 at 100 kHz frequency.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】磁芯
实施方式涉及磁芯。
技术介绍
在高频区域中使用的以往的开关调节器等磁芯包含坡莫合金、铁素体等晶质材料。但是，坡莫合金由于比电阻小，因此在高频区域中的铁损大。铁素体虽然在高频区域中的铁损小，但磁通密度低，为500高斯(G)左右。因此，在以大工作磁通密度使用时会接近饱和而铁损增大。对此，开发了具有平均晶体粒径为50nm以下的微细晶体结构的铁基软磁性合金。上述铁基软磁性合金在1kHz频率时的导磁率μ为约100000。开关调节器中使用的电源变压器、平滑扼流圈、共模扼流圈等部件需要磁芯的小型化。同样地，噪声滤波器、天线等部件也需要磁芯的小型化。开关调节器是开关电源的一种。开关电源作为商用电源的电力转换装置等被广泛利用。开关电源是通过利用反馈电路来控制半导体开关元件的通/断时间比率(占空比)而使输出功率稳定的电源装置。开关电源被用于医疗设备、产业设备、铁道、通信设备等各种设备。伴随着半导体开关元件的高性能化，工作频率高达50kHz以上。在1kHz频率时的导磁率μ为100000的磁芯中，100kHz频率时的导磁率μ仅为20000左右。因此，50kHz的频率以上的高频区域中的磁芯的小型化是困难的。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开平10-008224号公报
技术实现思路
本专利技术所要解决的课题是提高磁芯的导磁率。实施方式的磁芯具备：具有平均晶体粒径为100nm以下的晶体结构的多个铁基软磁性合金板；和设置于多个铁基软磁性合金板的一个与另一个之间的绝缘层。磁芯中的多个铁基磁性合金板的占空系数为65％以上，100kHz频率时的初始导磁率为25000以上。附图说明图1是表示卷绕型磁芯的结构例的截面示意图。图2是表示层叠型磁芯的结构例的截面示意图。图3是表示铁基软磁性合金板与绝缘层的边界的一个例子的截面图。具体实施方式以下，参照附图对实施方式进行说明。附图是示意性的，例如各构成要素的厚度、宽度等尺寸有可能与实际的构成要素的尺寸不同。另外，实施方式中，有时会对实质上同一构成要素标注同一符号并省略说明。图1是表示卷绕型磁芯的结构例的截面示意图。图2是表示层叠型磁芯的结构例的截面图示意图。图1及图2中所示的磁芯1具备铁基软磁性合金板2和绝缘层3。图1中所示的磁芯1为卷绕型磁芯，是通过夹持绝缘层3而将多个铁基软磁性合金板2的一个与另一个层叠并将该层叠体卷绕而形成的卷绕体。卷绕型磁芯也被称为环形磁芯。图1中所示的磁芯1在磁芯1的中心具有中空部4。图2中所示的磁芯为层叠型磁芯，是通过在多个铁基软磁性合金板2的一个与另一个之间夹持绝缘层3并层叠而形成的层叠体。也可以在图1及图2中所示的磁芯1上卷绕有线圈。磁芯1根据需要也可以收纳于壳体中。也可以在将磁芯1收纳到壳体中后卷绕线圈。铁基软磁性合金板2例如由包含50原子％以上的铁(Fe)的软磁性合金薄板构成。铁基软磁性合金板2具有平均晶体粒径为100nm以下的微细晶体结构。如果平均晶体粒径超过100nm，则软磁特性降低。因此，平均晶体粒径优选为100nm以下，进一步优选为50nm以下。另外，平均晶体粒径更优选为10nm～30nm，更进一步优选为10nm以上且低于30nm。平均晶体粒径由通过X射线衍射(X-rayDiffraction：XRD)分析求出的衍射峰的半值宽度通过谢乐(Scherrer)公式求出。谢乐公式以D＝(K·λ)/(βcosθ)表示。其中，D为平均晶体粒径，K为形状因子，λ为X射线的波长，β为峰半值全宽(FWHM)，θ为布拉格角。形状因子K设定为0.9。布拉格角为衍射角2θ的一半。XRD分析在Cu靶、管电压为40mV、管电流为40mA、狭缝宽度(RS)为0.20mm的条件下进行。铁基软磁性合金板2的组成例如由下述通式(组成式)表示。通式：FeaCubMcM’dM”eSifBg(式中，M为选自周期表的4族元素、5族元素、6族元素及稀土类元素中的至少一个元素，M’为选自Mn、Al及铂族元素中的至少一个元素，M”为选自Co及Ni中的至少一个元素，a为满足a+b+c+d+e+f+g＝100原子％的数，b为满足0.01≤b≤8原子％的数，c为满足0.01≤c≤10原子％的数，d为满足0≤d≤10的数，e为满足0≤e≤20原子％的数，f为满足10≤f≤25原子％的数，g为满足3≤g≤12原子％的数。)Cu会提高耐蚀性、防止晶粒的粗大化，对于改善铁损、导磁率等软磁特性是有效的。优选Cu的含量为0.01原子％～8原子％(0.01≤b≤8)。Cu含量低于0.01原子％时，添加的效果小，如果Cu超过8原子％，则磁特性降低。M为选自周期表的4族元素、5族元素、6族元素及稀土类元素中的至少一个元素。4族元素的例子包含Ti(钛)、Zr(锆)、Hf(铪)等。5族元素的例子包含V(钒)、Nb(铌)、Ta(钽)等。6族元素的例子包含Cr(铬)、Mo(钼)、W(钨)等。稀土类元素的例子包含Y(钇)、镧系元素、锕系元素等。M元素对于晶体粒径的均匀化和相对于温度变化的磁特性的稳定化是有效的。优选M元素的含量为0.01原子％～10原子％(0.01≤c≤10)。M’为选自Mn(锰)、Al(铝)及铂族元素中的至少一个元素。铂族元素的例子包含Ru(钌)、Rh(铑)、Pd(钯)、Os(锇)、Ir(铱)、Pt(铂)等。M’元素对于提高饱和磁通密度等软磁特性是有效的。优选M’元素的含量为0原子％～10原子％(0≤d≤10)。M”元素为选自Co(钴)及Ni(镍)中的至少一个元素。M”元素对于提高饱和磁通密度等软磁特性是有效的。优选M”元素的含量为0原子％～20原子％(0≤e≤20)。Si(硅)及B(硼)有助于制造时的合金的非晶质化或微结晶的析出。Si及B对于改善结晶化温度、用于提高磁特性的热处理是有效的。特别是Si会固溶于微细晶粒的主要成分即Fe中，对于降低磁致伸缩和磁各向异性是有效的。优选Si的含量为10原子％～25原子％(10≤f≤25)。优选B的含量为3原子％～12原子％(3≤g≤12)。在满足上述通式的情况下，会形成Fe3Si相。平均晶体粒径为100nm以下的微细晶体主要具有选自α-Fe相、Fe3Si相及Fe2B相中的至少一个相。各晶体也可以包含满足通式的构成元素。优选与Fe3Si晶相平行方向地产生拉伸应力、与Fe3Si晶相垂直方向地产生压缩应力。解析拉伸应力及压缩应力的有无是使用XRD的残留应力解析方法来进行。平行方向为铁基软磁性合金板2的长度方向。即，平行方向为通过骤冷辊挤塑法制作的薄带的长度方向。垂直方向是指薄带的宽度方向。利用XRD分析进行的残留应力解析通过以下的方法来进行。XRD分析是在Cu靶、管电压为40mV、管电流为40mA、狭缝宽度(RS)为0.20mm的条件下进行。以在衍射角(2θ)为140度～180度的范围内出现的最大的峰作为基准。一边使X射线的照射角度以15度单位移动至45度一边进行测定。如果该峰的位置朝着偏向右侧则成为拉伸应力，如果偏向左侧则成为压缩应力。对Fe3Si晶相的拉伸应力及压缩应力的产生表示铁基软磁性合金板具有磁各向异性。如上所述，含有Fe(铁)、Si(硅)、B(硼)作为构成元素的铁基软磁性合金板2具有选自α-Fe、Fe3Si及Fe2B中的至少一个晶相。具有以往的微细晶体的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁芯，其具备：具有平均晶体粒径为100nm以下的晶体结构的多个铁基软磁性合金板；和设置于所述多个铁基软磁性合金板的一个与另一个之间的绝缘层，其中，所述磁芯中的所述多个铁基磁性合金板的占空系数为65％以上，100kHz频率时的初始导磁率为25000以上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.29 JP 2016-1913681.一种磁芯，其具备：具有平均晶体粒径为100nm以下的晶体结构的多个铁基软磁性合金板；和设置于所述多个铁基软磁性合金板的一个与另一个之间的绝缘层，其中，所述磁芯中的所述多个铁基磁性合金板的占空系数为65％以上，100kHz频率时的初始导磁率为25000以上。2.根据权利要求1所述的磁芯，其中，所述平均晶体粒径为50nm以下。3.根据权利要求1所述的磁芯，其中，所述绝缘层的厚度为0.1μm以上。4.根据权利要求1所述的磁芯，其中，所述多个铁基软磁性合金板各自的平均厚度为30μm以下。5.根据权利要求1所述的磁芯，其中，所述多个铁基软磁性合金板各自的组成由下式表示，式：FeaCubMcM’dM”eSifBg式中，M表示选自周期表的4族元素、5族元素、6族元素及稀土类元素中的至少一个元素，M’表示选自Mn、Al及铂族元素中的至少一个元素，M”表示选自Co及Ni中的至少一个元素，a为满足a+b+c+d+e+f+g＝100原子％的数，b为满足0.01≤b≤8原子％的数，c为满足0.01≤c...

【专利技术属性】
技术研发人员：前田贵大，齐藤忠雄，土生悟，山田胜彦，日下隆夫，井上哲夫，
申请(专利权)人：株式会社东芝，东芝高新材料公司，
类型：发明
国别省市：日本,JP