【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被覆鉄基粉末に関し、詳しくは電源回路部品としてのチョークコイルやノイズフィルタなどに用いられる圧粉磁心の原料となる被覆鉄基粉末に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、化石燃料の消費量削減によるＣＯ２ 排出量削減を目的とした省エネルギー化が強く求められており、電気機器も効率改善が求められるようになってきている。その中でも、電気機器の中でもとりわけエネルギーロスが大きい電力変換部は効率改善が強く望まれている。その流れを受けて、従来多用されていた簡易なドロップ型電源は現在ほとんど姿を消し、高効率のスイッチング電源が幅広く用いられるようになってきている。近年では、半導体技術の進展を背景として、スイッチング電源の一層の高効率化と大出力化が進展してきており、従来ではスイッチング電源が使用できなかったような大電流の出力を要求する機器においてもスイッチング電源が使用されるようになってきている。
【０００３】
ところで、スイッチング電源ではスイッチングノイズと呼ばれるノイズが発生するという問題がある。スイッチングノイズは、スイッチング電源の周波数程度の周波数を持ち、また出力電流が大きくなると増大していくノイズであるが、機器の誤動作や破壊の原因となるので、スイッチング電源ではノイズフィルタによるノイズ除去が必須である。従来、ノイズフィルタとしてはフェライトや電磁鋼板を磁心としたコイルが、例えば大出力が要求される電源では高い周波数では鉄損が大きいが高い飽和磁束密度を示す電磁鋼板磁心を、また比較的小さな電源では飽和磁束密度は低いが、鉄損が小さく高効率的なフェライト磁心を、というように要求特性と磁心の特徴を考慮しながら選択の上使用されていた。
【０００４】
しかし、近年のスイッチング電源を取り巻く高効率化と大電流出力化が、このようなノイズ対策を困難にしつつある。これは、スイッチング電源の高効率化がスイッチング周波数の向上によって行われることが多いためである。例えば、現在主流となっているスイッチング電源では、１００ｋＨｚ程度と２０年ほど前の電源に比べて１０００倍以上の周波数でスイッチングを行っている。そのため、現在ノイズフィルタやその磁心として用いられる材料には、１００ｋＨｚ程度の高周波域でも安定し、さらに大電流が流れている場合でも安定したフィルタ性能を示すことが求められるようになってきた。
【０００５】
その中で、現在鉄基粉末と該粉末同士の結着・絶縁のための材料、例えば樹脂などとを混ぜた粉末を加圧成形して作製される圧粉磁心が、金属を使うことによる飽和磁束密度の高さと、粉末を使うことによる高周波域での鉄損の低さなどの観点から、フェライトや電磁鋼板に代わる材料として注目を浴びている。しかし、従来の圧粉磁心では、例えばスイッチング電源で使用される周波数帯域である１００ｋＨｚ程度での鉄損が、電磁鋼板を用いた磁心よりは小さいが、フェライトコアに比べてはるかに大きいという問題があった。鉄損の大きい磁心は、コイルの発熱を招き、それによる機器の誤動作や破損を発生させる危険性がある。フェライトコアなどに代わる磁心材料として、圧粉磁心を用いるには鉄損の低減が必須であった。
【０００６】
ところで一般に、磁心において発生する鉄損は、交流磁界が作用することによって磁心内部で発生する渦電流によるジュール発熱として失われる渦電流損失と、磁心を磁化する際に熱として失われるヒステリシス損失に分別される。従来の圧粉磁心の鉄損は、鉄損のうち渦電流損失は小さいが、ヒステリシス損失は非常に大きいという特徴があり、例えば十分に絶縁がなされている金属粉末を用いた圧粉磁心においては、１０〜１００ｋＨｚ程度の周波数域での鉄損はその６０〜９０％がヒステリシス損失で占められる。このような圧粉磁心のヒステリシス損失の高さは、加圧成形の際に応力歪が入ることによると指摘されている。
【０００７】
従来から圧粉磁心の鉄損の低減については広く研究されており、例えばヒステリシス損失は、成形体を焼鈍して成形体内の応力歪を解放することで低減することが指摘されている（非特許文献１参照）。しかし、従来の圧粉磁心では焼鈍すると、絶縁材料として使用されている耐熱性の低い樹脂などの材料が分解してしまうので、ヒステリシス損失の低減以上に渦電流損失が増加してしまうという問題があった。圧粉磁心の鉄損低減には絶縁材料として耐熱性に優れた材料の利用が重要であることが指摘されている（非特許文献２参照）。
【０００８】
このような背景のもとで、従来から耐熱性に優れた絶縁物質で鉄基粉末を混合／被覆する方法がいくつか提案されている。
例えば特許文献１には、シリカゾルまたはアルミナゾルと金属粉末を接触させたのち、乾燥して原料鉄基粉末の表面に電気絶縁性に優れた被覆層を形成した鉄基粉末を作製し、その粉を加圧成形して鉄心とする鉄心の製造方法が記載されている。
【０００９】
一方、特許文献２には、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金からなる金属粉末に、バインダーとして耐熱性と絶縁性に優れるペルヒドロポリシラザンを添加し、その混合粉末を加圧成形し、さらに熱処理をして圧粉磁心を作製する方法が開示されている。
また、特許文献３には、リン酸、ホウ酸、酸化マグネシウムを溶解した水溶液と軟磁性粉末を接触させることによって軟磁性粉末表面にＰ、Ｍｇ、Ｂ、Ｆｅを必須元素とするガラス状絶縁物からなる耐熱性に優れた絶縁層を形成させる方法が開示されている。
【００１０】
また、特許文献４には、重クロム酸マグネシウム、リン酸を溶解した水溶液と軟磁性粉末を接触させることによって軟磁性粉末表面にＣｒ／Ｐを含むガラス状絶縁物からなる耐熱性に優れた絶縁層を形成し、さらにその粉末を加圧成形した後、水ガラスを含浸させることで成形体強度を向上させる方法が開示されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開昭６１−２２２２０７号公報
【特許文献２】
特開平１０−１４４５１２号公報
【特許文献３】
特開平６−２６０３１９号公報
【特許文献４】
特開平６−１３２１０９号公報
【非特許文献１】
西田ら：日本金属学会誌，４２（１９７８）５９３−５９９
【非特許文献２】
堀江ら：日本応用磁気学会誌，ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．２，４５−５１（１９９８）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１所載の方法で作製された鉄心は非常に強度が低く、さらに歪取り焼鈍をしたのちの強度も依然として低いため巻線などの作業の際に、成形体の破損が多発するという問題があった。また、被覆層と金属粉末の密着性が悪いため、加圧成形時の被覆層の割れやはがれが起き、その結果金属粉末間の絶縁が不十分となるので渦電流損失が十分に低減できないという問題もあった。
【００１３】
また、特許文献２所載の方法で用いられるペルヒドロポリシラザンは ４００℃以上の温度では熱分解してしまうため、成形体の焼鈍温度を ４００℃以上とすると、ペルヒドロポリシラザンの分解によって絶縁性が急速に低下してしまうため焼鈍温度の上昇が困難なので、ヒステリシス損失の低減が十分でないという問題があった。
【００１４】
また、特許文献３所載の方法で作製された粉末は６ｔｏｎｆ／ｃｍ２（＝５８８ＭＰａ）以上の成形圧で加圧すると、ガラス状絶縁物が破壊されてしまい絶縁性が大幅に低下するので、成形体の圧粉体密度向上による磁束密度の向上を行うと、絶縁破壊が起き、鉄損が上昇してしまうので、磁束密度を十分に向上させることが難しいという問題があった。さらに、ガラス状絶縁物質層しかもたない、粉末で作製された圧粉体は強度が低いという問題もあるので、成形体の強度を向上させるためには、さらに粉末を結着させるため、イミド樹脂などの樹脂を添加する必要があった。しかし、これらの樹脂は圧粉体密度を大幅に低下させる上、さらに耐熱性も低いので、焼鈍温度を低下させる必要があるためヒステリシス損失の低減も極めて不十分になるという問題があった。
【００１５】
また、特許文献４所載の方法で作製された粉末も６ｔｏｎｆ／ｃｍ２（＝５８８ＭＰａ）以上の成形圧で加圧すると、ガラス状絶縁物が破壊されてしまい絶縁性が大幅に低下するので、成形体の圧粉体密度を向上させて磁束密度を十分に向上させることができないという問題がある上、さらに成形体に含浸させた水ガラスがナトリウムイオンを多く含むためイオン伝導が発生し、絶縁性が極めて低くなるという問題があった。
【００１６】
本発明は、これら従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、ヒステリシス損失低減のための焼鈍を行っても絶縁破壊が起きない耐熱性に優れた絶縁被覆を有し、さらに成形体の強度も高くて圧粉磁心用原料として好適な、被覆鉄基粉末を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決するため、ヒステリシス損失低減を目的とした焼鈍を行った後も絶縁性が保持され、渦電流損失の増大が起きない絶縁被覆について鋭意検討した。その結果、ある種のガラスを被覆に含むと耐熱性と絶縁性に優れる絶縁被覆が得られることを見出し、さらに被覆するガラスの原料、形態について鋭意検討した結果、 ガラス粉末を鉄粉表面に被着させることによって、耐熱性と絶縁性、さらに成形体としたときの成形体強度の向上が実現可能であることことを見出した。その上で鉄基粉末表面にガラス粉末を被着させる手法について検討した結果、耐熱性と絶縁性に優れるガラスと耐熱性と絶縁性に優れるバインダーを含む物質で鉄基粉末表面を被覆してなる被覆鉄基粉末から作製される成形体において著しい耐熱性に優れた絶縁性および成形体強度の向上が得られることを見出した。なお、本発明において、耐熱性に優れた絶縁性とは、ある温度にて熱処理をした後、絶縁性が得られていることを意味する。
【００１８】
本発明は上記知見に基づき、さらに検討を加えて完成したものである。
すなわち、本発明は、鉄基粉末表面を被覆材で被覆してなる被覆鉄基粉末であって、該被覆鉄基粉末に対する前記被覆材の分量が質量％で０．０２〜１０％であり、前記被覆材が、質量％で、ガラス：２０〜９０％と、バインダー：１０〜７０％と、あるいはさらに前記ガラス及び前記バインダー以外の絶縁性及び耐熱性物質：７０％以下とからなることを特徴とする被覆鉄基粉末である。前記バインダーは、シリコーン樹脂、金属リン酸塩化合物、シリケート化合物のうちから選ばれた１種又は２種以上からなるものが好ましい。また、本発明では、前記被覆材がさらに質量％で金属石鹸、界面活性剤の何れか一方又は両方の固形分：２％以下を含有したものであってもよい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の被覆鉄基粉末は、まずガラスとバインダーを含む被覆を鉄基粉末表面に形成するように調整された被覆材を原料の鉄基粉末に添加・混合し、必要に応じて室温あるいは加熱にて乾燥することによって作製されるところの、鉄基粉末表面がガラスとバインダーを含む被覆材で被覆されてなる被覆鉄基粉末である。以下、被覆材およびそれを原料鉄基粉末へ被覆した被覆鉄基粉末について説明する。
【００２０】
鉄基粉末表面にガラスとバインダーを含む被膜（被覆材からなる膜）を形成する方法としては、水ガラスのような溶液状のガラスとバインダーを混合した被覆材を鉄基粉末と混合する方法、ガラス原料を溶解した溶液とバインダーを混合した被覆材を鉄基粉末表面に接触させてゾルゲル法によってバインダーを含むガラスを形成する方法、ガラス粉末とバインダーを混合した被覆材を鉄基粉末と混合する方法などが挙げられる。これらのうち、溶液状のガラスを用いる方法およびゾルゲル法による方法は、用いうるガラスが限定され、さらに得られるガラスも組成や膜厚が不均一となるため、絶縁性・耐熱性・強度などが不十分となる。したがって、本発明においては、粉末状のガラス（ガラス粉末）とバインダーを混合した被覆材を用いることが好ましい。
【００２１】
この被覆材に用いるガラス粉末を得る方法としては、例えば所望のガラス組成を持つ固体ガラスを作製したのち、それをボールミルやアトライターなどで粉砕する方法、ゾルゲル法、あるいは気相反応を利用した粉末の製造方法など化学反応を利用して原料物質から直接ガラス粉末を生成する方法、あるいはアトマイズ法など物理的な反応を利用して原料物質から直接ガラス粉末を生成する方法などが挙げられるが、本発明においてはそのいずれの方法で作製したものを用いても構わない。また、これら以外の方法で得たガラス粉末を利用しても構わない。
【００２２】
本発明で用いられるガラス粉末の材質は、絶縁性が高く、さらに吸湿性などの鉄基粉末の取扱いを著しく困難にするような性質を持たない物質であれば、何れのものを用いても構わない。このようなガラスとしては、ＳｉＯ２ガラス、Ｐ２Ｏ５ガラス、ＳｉＯ２−Ｐ２Ｏ５ ガラス、ＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３ガラス、ＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯガラス、Ｂｉ２Ｏ３−Ｂ２Ｏ３ガラス、Ｌｉ２Ｏ−ＺｎＯガラス、ＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２ ガラス、ＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３ ガラス、ＳｉＯ２−ＢａＯ−Ｂ２Ｏ３ ガラス、ＳｉＯ２−ＢａＯ−Ａｌ２Ｏ３ガラス、ＳｉＯ２−ＢａＯ−Ｌｉ２Ｏ ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３ ガラス、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３ガラス、ＳｉＯ２−ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３ガラス、ＢａＯ−Ｂ２Ｏ３ガラス、ＰｂＯ−ＳｉＯ２ガラス、などが挙げられる。また、上記のガラスに、例えばＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３ 、ＭｇＯ 、ＣａＯ 、ＳｒＯ 、ＢａＯ 、ＴｉＯ２、ＺｎＯ 、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、ＰｂＯ 、Ｌｉ２Ｏなどの酸化物や、 それ以外の物質を適宜配合して作製されるガラスを用いても構わない。また上述した性質を示すガラスであるならば、上記した以外のガラスを用いても構わない。なお、各成分の配合比率は、 成形体の焼鈍温度、 コスト、 ガラス作製の容易さなどを慮って適宜決定すればよい。また、２種以上の種類のガラスを組み合わせて用いても構わない。
【００２３】
なお、本発明においては、粒径の小さなガラス粉末を用いることが好ましい。粒径の大きなガラス粉末を用いると、鉄基粉末表面被膜の表面粗度が増大し、さらにガラスが剥落しやすくなることにより、鉄基粉末表面に被覆材を適用して作製される被膜が不均一となり絶縁性が著しく悪化する。本発明においては、篩の目開きが６２μｍの篩（篩のメッシュサイズ＃２５０）、より好ましくは篩の目開きが４２μｍの篩（篩のメッシュサイズ＃３２５）で分級して、それを通過したガラス粉末を用いるのが好ましい。
【００２４】
本発明では、被覆材成分のガラスとして、被覆鉄基粉末を加圧成形し圧粉磁心とした後、焼鈍する温度にて粘性が低くなるものを用いると、 圧粉磁心焼鈍時に被覆鉄基粉末の被膜中に含まれるガラスの軟化／流動が発生する。その結果、加圧成形時に被覆が破壊された部分がガラスによって補修され絶縁性が回復し、さらに溶融したガラスが隣接する粒子間を融着し、さらに空孔を充填するので圧粉磁心の機械的強度も著しく向上する。したがって、 本発明では、被覆材成分のガラスとして、圧粉磁心を焼鈍する温度において軟化、流動化するガラスを用いることが好ましい。好ましくは焼鈍する温度での粘度が１Ｐａ・ｓ以下、より好ましくは４００ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましい。なお、ガラスの粘度の温度依存性は、回転粘度測定法、試料引き下げ法、貫入法、ビームベンディング法などの方法で測定すればよい。
【００２５】
本発明で用いられる被覆材成分としてのバインダーは、シリコーン樹脂、金属リン酸塩化合物、シリケート化合物のうちの１種又は２種以上で構成されたものが好ましい。
ここで、本発明で用いられるシリコーン樹脂とは、分子内に３官能性（Ｔ単位）、あるいは４官能性（Ｑ単位）シロキサン単位を含有するポリオルガノシロキサンを指す。シリコーン樹脂は、シリコーンオイルやシリコーンゴムなどに比べ架橋密度が高く、硬化物は硬いという特徴があり、本発明に好適である。ところで、シリコーン樹脂は、シリコーン成分のみからなるストレートシリコーン樹脂と、シリコーン成分と有機樹脂の共重合体からなるシリコーン変成有機樹脂に大別されるが、本発明においては、それらのいずれを使用しても構わない。ストレートシリコーン樹脂は、ＭＱレジンとＤＴレジンに大別されるが、本発明においては、それらのいずれを用いても構わない。シリコーン変成有機樹脂としては、アルキド変成型、エポキシ変成型、ポリエステル変成型、アクリル変成型、フェノール変成型などが挙げられるが、本発明においては、それらのいずれを用いても構わない。
【００２６】
また、シリコーン樹脂には、加熱すると硬化するタイプのものと、室温においても硬化が進行するタイプのものがあるが、本発明においては、それらのいずれを用いても構わない。シリコーン樹脂の硬化反応にはいくつかのタイプがあり、 例えば加熱硬化型シリコーン樹脂の硬化の機構は大きく分けて、脱水縮合反応、 負荷反応、過酸化反応によるものに、室温硬化型シリコーン樹脂の硬化の機構は、脱オキシム反応、脱アルコール反応によるものに区別することができる。本発明において用いられるシリコーン樹脂は、上記の何れかの硬化反応によって硬化するものであればよい。
【００２７】
本発明で使用されるシリコーン樹脂としては、例えば東レダウコーニングシリコーン社製のＳＨ８０５ 、ＳＨ８０６Ａ、ＳＨ８４０ 、ＳＨ９９７ 、ＳＲ６２０ 、ＳＲ２３０６、ＳＲ２３０９、ＳＲ２３１６、ＤＣ１２５７７ 、ＳＲ２４００、ＳＲ２４０２、ＳＲ２４０４、ＳＲ２４０５、ＳＲ２４０６、ＳＲ２４１０、ＳＲ２４１１、ＳＲ２４１６、ＳＲ２４２０、ＳＲ２１０７、ＳＲ２１１５、ＳＲ２１４５、ＳＨ６０１８、ＤＣ６−２２３０、ＤＣ３０３７、ＤＣ３０７４、ＱＰ８−５３１４や、信越化学（株）製のＫＲ２５１ 、ＫＲ２５５ 、ＫＲ１１４Ａ、ＫＲ１１２ 、ＫＲ２６０１Ｂ 、ＫＲ２６２１−１、ＫＲ２３０Ｂ、ＫＲ２２０ 、ＫＲ２８５ 、Ｋ２９５、ＫＲ２０１９、ＫＲ２７０６、ＫＲ１６５ 、ＫＲ１６６ 、ＫＲ１６９ 、ＫＲ２０３８、ＫＲ２２１ 、ＫＲ１５５ 、ＫＲ２４０ 、ＫＲ１０１−１０、ＫＲ１２０ 、ＫＲ１０５ 、ＫＲ２８２ 、ＫＲ３１１ 、ＫＲ２１１ 、ＫＲ２１２ 、ＫＲ２１６ 、ＫＲ２１３ 、ＫＲ２１７ 、ＫＲ９２１８、ＳＡ−４、ＫＲ２０６ 、ＫＲ５２０６、ＥＳ１００１Ｎ 、ＥＳ１００２Ｔ 、ＥＳ１００４、ＫＲ９７０６、ＫＲ５２０３、ＫＲ５２２１などが挙げられる。勿論、ここに挙げた以外のシリコーン樹脂を使用しても構わない。また、これらの物質、 あるいはこれらの原料物質を変成したシリコーン樹脂を使用しても構わない。さらに、種類、 分子量、官能基が異なる２種以上のシリコーン樹脂を適当な割合で混合したシリコーン樹脂を使用しても構わない。
【００２８】
一般にシリコーン樹脂は、加熱すると熱分解による重量減少が発生する。重量減少は同時に体積の減少も招き、被膜の破壊およびそれによる絶縁性低下の一因となる。したがって、本発明においては加熱減量が少なく体積減少が小さいシリコーン樹脂を用いることが好ましい。そのようなシリコーン樹脂としては、 例えばストレート型のメチルシリコーン樹脂が挙げられる。
【００２９】
本発明でバインダーとして用いられる金属リン酸塩化合物とは、ある種の金属第１リン酸塩を主成分とし、 一般式ＭＯｘ Ｐ２Ｏ５・ｙＨ２Ｏ （ただし、Ｍ は金属、ｘ 、ｙは実数）で示される材料であり、例えばＭ にＡｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｍｎなどが入った物質が例示される。なお、この材料をバインダーとして使用するときは、これを溶媒に溶解し、溶液として用いる。溶媒としては水が好ましい。上記物質の中でもＭ にＡｌが代入された第一リン酸アルミニウムは鉄基粉末表面に良く被着し、さらに、できた被膜の強度も高くなるという特徴があり、バインダーとして好ましい。
【００３０】
本発明でバインダーとして用いられるシリケート化合物としては、エチルシリケート、メチルシリケート、Ｎ−プロピルシリケート、Ｎ−ブチルシリケートなどのアルキルシリケートが挙げられる。これらを加水分解するように調整したものを用いてもよい。また、被膜の物性を制御することを目的に、アルキルシリケートを２〜１０程度重合させたアルキルシリケートを用いても構わない。また、上記以外のシリケート化合物を用いてもよい。また、シリケート化合物は、そのまま使用してもよく、また溶剤で希釈して用いてもよい。
【００３１】
また、本発明で用いられる被覆材は、鉄基粉末表面の被覆の強靭さ、被覆表面の粗度および色相などを調整するために、ガラスおよびバインダー以外の物質を含有するものであってもよい。このような物質としては、高い絶縁性と耐熱性を持つ、例えば金属酸化物、 鉱物などから構成される物質が好ましい。かかる物質としては、例えば金属酸化物では、Ｌｉ２Ｏ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３ 、ＴｉＯ２、ＴｈＯ２、ＺｒＯ２、ＣｕＯ 、ＭｇＯ 、ＣａＯ 、Ｃｒ２Ｏ３ などが、鉱物では、ムライト、フォルステライト、珪酸マグネシウム、ベントナイト、カオリナイト、スメクタイト、タルク、天然雲母、人造雲母などが挙げられる。これらの物質は、ガラスとバインダーとの混合物に溶液あるいは粉末の形態で添加されることが好ましい。
【００３２】
粉末として添加される場合、これらの粉末は、篩の目開きが６２μｍの篩（篩のメッシュサイズ＃２５０）、より好ましくは篩の目開きが４２μｍの篩（篩のメッシュサイズ＃３２５）で分級して、それを通過したものを用いるのが好ましい。勿論、ここに記載しなかった絶縁性及び耐熱性物質を添加しても構わない。また、上記物質あるいは記載しなかった絶縁性及び耐熱性物質から選ばれる２種以上の材料を併せて使用しても構わない。
【００３３】
本発明では、被覆材成分としてのガラスは、被覆材固形分に対する質量％で２０〜９０％含有されるものとする。ガラスの含有量が２０％未満では、上記した焼鈍時におけるガラス溶融による絶縁性や成形体強度の向上が十分に得られない。一方、９０％超ではバインダーの含有量が過少となり、ガラスと鉄基粉末との間の付着力が弱くなってガラス粉末がほとんど鉄基粉末表面に被着できなくなるので、被膜中のガラス割合が極端に低下し、ガラス適用による絶縁性および成形体強度の上昇効果が得られなくなる。よって、本発明では、被覆材（固形分）のガラス含有量を２０〜９０％とする。
【００３４】
また、本発明では、被覆材成分としてのバインダーは、被覆材固形分に対する質量％で１０〜７０％含有されるものとする。バインダーの含有量が１０％未満では、それ自体では付着力に乏しいガラスやその他の物質が鉄基粉末表面に被着しなくなり、その結果、前記したガラスの溶融による絶縁性の向上や成形体強度の上昇などの効果が得られなくなる。一方、７０％超では、バインダーの含有量が過多となり、ガラス適用による絶縁性および成形体強度の上昇効果が得られなくなる。よって、本発明では、被覆材（固形分）のバインダー含有量を１０〜７０％とする。
【００３５】
また、前述のように、本発明で用いられる被覆材の成分は、ガラスとバインダーの２種だけでもよいが、これら以外に必要に応じて金属酸化物や鉱物等の物質のうち絶縁性及び耐熱性に優れたものを追加してもよい。ただし、かかる絶縁性及び耐熱性物質（以下、 第３物質とも称する）の含有量（被覆材固形分に対する質量％）は、ガラス及びバインダーの合計含有量の下限が３０％（ガラス≧２０％、バインダー≧１０％）であることから、７０％以下に制限される。
【００３６】
本発明で用いられる被覆材は、上記のガラス、バインダー、あるいはさらに第３物質を溶剤に分散して得られる。溶剤としては、バインダーが溶解するものであればいかなるものを用いてもよい。例えば、水あるいはエタノールやメタノールに代表されるアルコール系溶剤、アセトンやメチルエチルケトンに代表されるケトン系溶剤、ベンゼン、トルエン、キシレン、フェノール、安息香酸などに代表される芳香族系溶剤、リグロイン、ケロシンなどの石油系溶剤が挙げられる。
【００３７】
バインダーとしてシリコーン樹脂を用いる場合は、シリコーン樹脂が溶解しやすい有機溶剤を用いることが好ましく、特に芳香族系溶媒が好ましい。また、バインダーとしてシリケート化合物を用いる場合は、水あるいはエタノールなどのアルコールおよびこれらを混合して作製される混溶媒を用いることが好ましい。金属リン酸塩化合物を用いる場合は、溶媒として水を用いることが好ましい。また、バインダーとしてシリコーン樹脂を用いる場合であっても、シリコーン樹脂が可溶なら、水を用いても構わない。本発明で用いられる被覆材の濃度（溶剤に溶解してなる溶液中の濃度）は、施行のし易さや乾燥時間などを勘案して決めればよい。
【００３８】
なお、被覆材の粘度、チキソトロピー性、レベリング性、また、被覆材中でのガラスや第３物質の分散性や、 被膜が乾燥してベタつかなくなる時間であるタックタイム、 被膜の強度や色相などを制御するために、上記被覆材に若干の添加物を加えてもよい。かかる添加物としては、シリコーン樹脂の硬化を制御するステアリン酸金属塩などの金属石鹸や、鉄基粉末と被覆材の濡れ性を改善するパーフルオロアルキルなどの界面活性剤などが挙げられる。
【００３９】
これら添加物は、上述のガラスや第３物質による絶縁性及び成形体強度の上昇効果を損なわない範囲で添加する観点から、被覆材中の固形分合計含有量が、被覆材固形分に対する質量％で２％以下となるように、添加するのが好ましい。
本発明で用いる被覆材には、 ガラス粉末や第３物質の粉末が含まれており、それらの粉末の比重が溶媒よりも大きい場合、 それら粉末が重力により沈殿してしまうことがある。本発明で用いられる被覆材において粉末成分、 特にガラス成分が沈殿してしまうと、 バインダーとガラス粉末の割合が局所的に有効範囲を逸脱してしまう原因となる。そのため、本発明で用いられる被覆材を鉄基粉末と混合する際には、 粉末成分の沈殿が起きないように被覆材をホモジナイザなどで十分に攪拌しておいた上で、 鉄基粉末へ混合することが好ましい。
【００４０】
本発明において用いられる原料鉄基粉末は、 強磁性を示しかつ高い飽和磁束密度を示す鉄基粉末であれば、如何なるものを用いてもよい。そのような鉄基粉末としては、例えば鉄粉、Ｆｅ−３％Ｓｉ 合金粉に代表されるＦｅ−Ｓｉ 合金粉、Ｆｅ−Ａｌ 合金粉、Ｆｅ−Ｎｉ 合金粉、センダスト粉、鉄系非晶質合金粉などが挙げられる。本発明では、これらから選ばれた１種又は２種以上の鉄基粉末が使用される。また、これらの鉄基粉末を、製法あるいは何らかの機械加工によって、扁平加工した扁平状鉄基粉末を用いてもよい。鉄基粉末の中でも、アトマイズ鉄粉、還元鉄粉、電解鉄粉などに代表される純鉄粉は、飽和磁束密度や透磁率といった磁気特性だけでなく、圧縮性にも優れ、その上安価であるので、本発明における鉄基粉末として好適である。純鉄粉としては例えば、川崎製鉄（株）製のＫＩＰ−ＭＧ２７０Ｈ、ＫＩＰ−３０４ＡＳ などが挙げられる。
【００４１】
本発明は、あらゆる粒度の鉄基粉末に対して適用可能である。鉄基粉末の粒度は圧粉磁心の用途や要求特性によって適宜決めることが望ましい。また、鉄基粉末には、圧縮性や圧粉磁心の磁気特性に悪影響を及ぼさない範囲で、含有元素の調整を行ったものを用いてもよい。
本発明では、上記条件で調整した被覆材を、上記の中から選定される鉄基粉末に添加した後、攪拌混合し、さらに乾燥させ溶媒を蒸発させることで被覆鉄基粉末を得る。
【００４２】
鉄基粉末に対する被覆材の添加量は、得ようとする被覆鉄基粉末の被覆材含有量が被覆鉄基粉末の固形分に対する質量％で０．０２〜１０％の範囲となるように、決定すべきである。被覆鉄基粉末（固形分）の被覆材含有量が０．０２％を下回ると、被覆材が少なすぎるために鉄基粉末の表面を均一に被覆することができなくなるので、絶縁性が著しく低下する。一方、同含有量が１０％を超えた場合には、圧粉磁心中の鉄基粉末の割合が著しく低下するので成形体強度も著しく低下し、さらに磁束密度や透磁率などの磁気特性も極端に悪化する。
【００４３】
鉄基粉末への被覆材の添加方法は、全量を一度に添加してもよいし、攪拌の途中で分割して添加してもよい。また、攪拌時にスプレーノズルを通して噴霧してもよい。スプレーノズルを通して噴霧・添加すると、被覆材が鉄基粉末に対して均一に添加され、被膜も均一になるので好適である。本発明における攪拌混合にあっては、一般的に使用されているアトライタ、ヘンシェルミキサ、ボールミル、流動造粒機、転動造粒機などを利用しうるが、流動造粒機や転動造粒機のような、流動槽で攪拌する方式のものを利用すると、粉体同士の凝集が抑制されるので好適である。また流動槽に対してスプレーノズルを通して被覆材を噴霧すると、スプレー噴霧による効果と流動槽を利用した効果が複合し、いっそう均一な被覆が得られるので、特に好ましい。なお、溶媒の乾燥促進やバインダーの硬化促進などを目的として、混合中あるいは混合後に加熱処理を行ってもよい。
【００４４】
以上の方法によって作製された本発明の被覆鉄基粉末は、必要に応じて潤滑剤などを添加された後、金型などを用いて加圧成形される。潤滑剤としては、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウムなどの金属石鹸、あるいは脂肪酸アミドなどのワックスが挙げられる。
成形圧は、用途に応じて適宜決定すればよい。成形圧を向上させると、成形体の圧粉体密度が向上するため磁束密度などの磁気特性が向上し、なおかつ機械的強度も向上するので好ましい。好ましい成形圧は４９０ＭＰａ以上、特に好ましい成形圧は９８０ＭＰａ以上である。
【００４５】
なお、本発明の被覆鉄基粉末から作製される圧粉磁心は、加圧時に加えられた鉄基粉末の歪を解放してヒステリシス損失を低減させるために、成形体を ６００℃以上の温度で保持する焼鈍を行うことが特に好ましい。焼鈍時間が長くなるほど歪の解放が進み、その上被膜中に含まれているガラス成分の溶融による絶縁性や機械強度の向上が図られるので、焼鈍時間は３０分以上とすることが好ましい。焼鈍雰囲気は、ＡｒやＮ２などの不活性雰囲気、あるいは真空のいずれでも構わない。雰囲気の露点は用途等に応じて適宜決定すればよい。焼鈍の際の昇温速度及び降温速度は、熱膨張率の違いによる絶縁被覆破壊を防止するため、２０℃／ 分以下にすることが好ましい。昇温あるいは降温の途中に、一定の温度に保持する段階を設けてもよい。
【００４６】
このようにして得られた成形体は、被覆材中のバインダーにより鉄基粉末表面が絶縁性の高い物質で被覆されることにより原料鉄基粉末同士の直接接触が防止されさらにバインダーにより粉末同士が結着されるので、高い絶縁性と成形体強度が得られる。さらに、本発明では予めあるガラス組成を持つガラス粉末を被覆材に用いるので、成形体焼鈍温度以下の温度で溶融しうるガラス粉末を用いることが可能である。このようなガラス粉末を用いた場合、本発明の被覆鉄基粉末から作製された成形体を加熱・焼鈍した際、被膜中に含まれているガラス成分が溶融を開始し、鉄基粉末間に浸透していくために成形体の比抵抗が著しく上昇し、また同時に成形体中で隣接する鉄基粉末同士がガラスによって融着されるため成形体の機械的強度も著しく向上することが可能となる。このようにして作製された成形体は、焼鈍によって成形歪が解放された上に高い絶縁性を示すので、鉄損が小さくかつ透磁率や磁束密度が高い磁気特性に優れた圧粉磁心として用いることが可能となる。
【００４７】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
鉄基粉末として、川崎製鉄（株）製の鉄粉“ＫＩＰ−３０４ＡＳ”を用いた。なお、本発明はあらゆる鉄基粉末に対して有効である。したがって、実施例に無い鉄基粉末に対しても本発明は有効である。
【００４８】
用いた被覆材の成分を表１に示す。表１において、バインダーに用いたシリコーン樹脂１、２はそれぞれ東レダウコーニングシリコーン社製のＳＲ２４００、ＳＨ８０５ である。また、ガラス１〜５はそれぞれ次のものを用いた。原料ガラスの形態はいずれも目開き４５μｍの篩で分級して得たガラス粉末である。
ガラス１：日本フェロー（株）製０１−４１０２ （軟化温度 ３７０℃）
ガラス２：日本フェロー（株）製０１−４３０４ （軟化温度 ４５０℃）
ガラス３：日本フリット（株）製ＰＮ５４０１ （軟化温度 ５９０℃）
ガラス４：日本フリット（株）製ＰＮ５４２５ （軟化温度 ５８０℃）
ガラス５：日本フリット（株）製ＳＭ−５ （軟化温度 ３５０℃）
ガラスおよびバインダーあるいはさらに第３物質は、表１に示す溶剤に溶かして、被覆材濃度が１０質量％になる溶液とし、これを鉄基粉末に添加した。
【００４９】
被覆鉄基粉末の作製にあたっては、まず、前記被覆材濃度１０質量％の溶液を全量鉄基粉末に添加し、次にこれをヘンシェルミキサで ４００秒間攪拌混合した。次に該混合成品を室温にて１０時間放置して乾燥させた。最後に該乾燥成品を ２５０℃で １２０分加熱して、最終的な被覆鉄基粉末を得た。
この被覆鉄基粉末に潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を０．２ 質量％（被覆鉄基粉末＋潤滑剤に対する割合）添加したものを袋内に閉じ込め、その袋ごと十分に振動させて袋内の粉末を攪拌し、潤滑剤と被覆鉄基粉末を十分に混合させた。該混合させて得られた粉末を金型に充填し、表１に示す成形圧で加圧成形することにより、外径φ３８ｍｍ、内径φ２５ｍｍ、高さ６．２ｍｍ のリング状成形体試料を得た。成形体試料は各製造条件毎に複数個作製し、うち一部に対しては、Ｎ２雰囲気中で表１に示す温度に６０分間保持する焼鈍を施した。
【００５０】
これらの試料について、圧粉体密度、比抵抗、圧環強度を測定した。圧粉体密度は、試料の寸法及び重量を測定し、その値を用いて算出した。比抵抗は四端子法にて測定した。通電電流は１Ａとした。圧環強度はＪＩＳ Ｚ ２５０７に「焼結含油軸受けの圧環強さ試験方法」として規定されている方法により測定した。これらの測定の結果を表１に示す。表１より、本発明の実施例では何れも、焼鈍前後で高い絶縁性を示しながらかつ比較例に比べて強度が高いものとなっていることが分かる。これより、本発明は有効であることが分かる。
【００５１】
【表１】
【００５２】
【表２】
【００５３】
【表３】
【００５４】
【表４】
【００５５】
また、実施例２，２１，２６および比較例１で作製した試料について、周波数１０ｋＨｚ 、磁束密度０．１Ｔでの鉄損および、１０ｋＡ／ｍの直流磁界を作用させたときの磁束密度Ｂ１０ｋ を評価した。その結果を表２に示す。なお、鉄損測定用コイルには、リング試料にφ０．６ｍｍ のホルマル被覆導線を１次側、２次側にそれぞれ４０巻したものを、磁束密度測定用コイルには、リング試料にφ０．６ｍｍ のホルマル被覆導線を１次側１００ 巻、２次側２０巻したものを用いた。鉄損測定はアジレントテクノロジー製Ｂ‐ＨアナライザーＥ５０６０Ａにより、磁束密度測定はメトロン技研製自動直流磁化特性装置ＳＫ‐１００ により、それぞれ実施した。本発明の実施例では、いずれも比較例に比べて低鉄損でありながら、電磁鋼板なみの磁束密度Ｂ１０ｋ ＞１．６Ｔとなっており、高い磁束密度と低鉄損を両立していることが分かる。以上より、本発明である被覆鉄基粉末は、高強度で高磁束密度かつ低鉄損な圧粉磁心を得るために有効であることが分かる。
【００５６】
【表５】
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、ヒステリシス損失低減のための焼鈍を行っても絶縁破壊が起きない耐熱性に優れた絶縁被覆を有し、さらに成形体の強度も高くなる圧粉磁心用原料粉末が得られるという優れた効果を奏する。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a coated iron-based powder, and more particularly, to a coated iron-based powder used as a raw material of a dust core used for a choke coil or a noise filter as a power supply circuit component.
[0002]
[Prior art]
In recent years, CO2 has been reduced by reducing fossil fuel consumption. 2 There is a strong demand for energy saving for the purpose of emission reduction, and the improvement of the efficiency of electric equipment is also required. Among them, the power conversion unit, which has a large energy loss among electric appliances, is strongly required to have improved efficiency. In response to this trend, simple drop-type power supplies that have been widely used in the past have almost disappeared, and high-efficiency switching power supplies have been widely used. In recent years, with the background of the advancement of semiconductor technology, switching power supplies have been further improved in efficiency and output, and even in devices that require large current output that switching power supplies could not use conventionally. Switching power supplies are being used.
[0003]
However, a switching power supply has a problem that noise called switching noise occurs. Switching noise has a frequency around the frequency of the switching power supply, and increases as the output current increases.However, this may cause malfunction or destruction of the equipment. It is. Conventionally, as a noise filter, a coil using ferrite or an electromagnetic steel sheet as a magnetic core, for example, a power supply that requires a large output uses an electromagnetic steel sheet magnetic core that shows high iron loss but high saturation magnetic flux density at high frequencies, and a relatively small power supply. Although the ferrite core has a low saturation magnetic flux density but a small core loss and a high efficiency, a ferrite core has been selected and used in consideration of required characteristics and characteristics of the core.
[0004]
However, high efficiency and large current output surrounding switching power supplies in recent years have made such noise measures difficult. This is because the efficiency of the switching power supply is often increased by increasing the switching frequency. For example, a switching power supply that is currently mainstream performs switching at a frequency of about 100 kHz, which is 1000 times or more the frequency of a power supply about 20 years ago. For this reason, materials used as noise filters and their magnetic cores at present are required to be stable even in a high frequency range of about 100 kHz and to exhibit stable filter performance even when a large current flows.
[0005]
Among them, the dust core, which is made by pressing and molding a powder of a mixture of iron-based powder and a material for binding and insulating the powder, for example, resin, is saturated by using metal. From the viewpoint of high magnetic flux density and low iron loss in the high frequency range due to the use of powder, it has attracted attention as a material replacing ferrite and magnetic steel sheets. However, in the conventional dust core, for example, iron loss in a frequency band of about 100 kHz used in a switching power supply is smaller than that of a magnetic core using an electromagnetic steel sheet, but is much larger than that of a ferrite core. there were. A magnetic core having a large iron loss may cause heat generation of the coil, which may cause malfunction or breakage of the device. To use a dust core as a magnetic core material in place of a ferrite core or the like, reduction of iron loss was essential.
[0006]
By the way, in general, iron loss generated in a magnetic core is classified into eddy current loss, which is lost as Joule heat due to eddy current generated inside the magnetic core due to the action of an AC magnetic field, and hysteresis loss, which is lost as heat when the magnetic core is magnetized. Is done. The iron loss of the conventional dust core is characterized in that the eddy current loss among the iron losses is small, but the hysteresis loss is very large.For example, in a dust core using a metal powder that is sufficiently insulated, , 10 to 100 kHz, the hysteresis loss accounts for 60 to 90% of the iron loss. It has been pointed out that such a high hysteresis loss of the dust core is due to the occurrence of stress strain during pressure molding.
[0007]
Conventionally, reduction of iron loss of a dust core has been widely studied. For example, it has been pointed out that hysteresis loss can be reduced by annealing a formed body to release stress strain in the formed body (Non-patented). Reference 1). However, in the case of conventional powder magnetic cores, when annealing is performed, materials such as a resin having low heat resistance used as an insulating material are decomposed, so that there is a problem that eddy current loss increases more than reduction of hysteresis loss. there were. It has been pointed out that the use of a material having excellent heat resistance as an insulating material is important for reducing iron loss of a dust core (see Non-Patent Document 2).
[0008]
Against this background, several methods of mixing / coating an iron-based powder with an insulating material having excellent heat resistance have been proposed.
For example, in Patent Document 1, an iron-based powder in which a silica sol or an alumina sol is brought into contact with a metal powder and then dried to form a coating layer having excellent electrical insulation on the surface of the raw iron-based powder is produced. A method for manufacturing an iron core formed by pressing and forming an iron core is described.
[0009]
On the other hand, in Patent Document 2, perhydropolysilazane having excellent heat resistance and insulating properties is added as a binder to a metal powder composed of an Fe-Si-Al-based alloy, and the mixed powder is subjected to pressure molding and further heat treatment. A method for producing a dust core is disclosed.
Patent Document 3 discloses a glassy insulator containing P, Mg, B, and Fe as essential elements on the surface of a soft magnetic powder by contacting the soft magnetic powder with an aqueous solution in which phosphoric acid, boric acid, and magnesium oxide are dissolved. A method for forming an insulating layer having excellent heat resistance is disclosed.
[0010]
In addition, Patent Document 4 discloses an insulating material having excellent heat resistance, comprising a glassy insulator containing Cr / P on the surface of a soft magnetic powder by contacting the soft magnetic powder with an aqueous solution in which magnesium dichromate and phosphoric acid are dissolved. A method is disclosed in which a layer is formed, the powder is molded under pressure, and then water glass is impregnated to improve the strength of the molded body.
[0011]
[Patent Document 1]
JP-A-61-222207
[Patent Document 2]
JP-A-10-144512
[Patent Document 3]
JP-A-6-260319
[Patent Document 4]
JP-A-6-132109
[Non-patent document 1]
Nishida et al .: Journal of the Japan Institute of Metals, 42 (1978) 593-599.
[Non-patent document 2]
Horie et al .: Journal of the Japan Society of Applied Magnetics, vol. 22, No. 2, 45-51 (1998)
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, the iron core manufactured by the method described in Patent Document 1 has extremely low strength, and the strength after strain relief annealing is still low. There was a problem. In addition, the adhesion between the coating layer and the metal powder is poor, so that the coating layer is cracked or peeled off at the time of press molding, and as a result, the insulation between the metal powders becomes insufficient, so that the eddy current loss cannot be sufficiently reduced. There were also problems.
[0013]
In addition, since perhydropolysilazane used in the method described in Patent Document 2 is thermally decomposed at a temperature of 400 ° C. or more, if the annealing temperature of the molded body is set to 400 ° C. or more, the insulating property due to decomposition of the perhydropolysilazane is reduced. Since the temperature decreases rapidly, it is difficult to raise the annealing temperature, and there is a problem that the reduction of the hysteresis loss is not sufficient.
[0014]
The powder produced by the method described in Patent Document 3 is 6 tonf / cm. 2 (= 588 MPa) or more, the glassy insulator is broken and the insulating property is greatly reduced. Therefore, if the magnetic flux density is improved by improving the green compact density of the green body, the dielectric breakdown occurs. Then, there is a problem that it is difficult to sufficiently improve the magnetic flux density because the iron loss increases. Furthermore, since there is a problem that a green compact made of a powder having only a glassy insulating material layer has a low strength, an imide resin is used to further bind the powder in order to improve the strength of the molded body. It was necessary to add a resin such as However, these resins significantly reduce the green compact density and also have low heat resistance, so that it is necessary to lower the annealing temperature, so that there has been a problem that the reduction of the hysteresis loss becomes extremely insufficient.
[0015]
The powder produced by the method described in Patent Document 4 is also 6 tonf / cm. 2 (= 588 MPa) When pressurized with a molding pressure of not less than 10, the glassy insulator is destroyed and the insulating property is greatly reduced. Therefore, it is necessary to improve the compact density of the compact and sufficiently improve the magnetic flux density. In addition, there is a problem that the water glass impregnated in the molded body contains a large amount of sodium ions, so that ionic conduction occurs and the insulating property becomes extremely low.
[0016]
The present invention has been made in view of these problems of the prior art, and has an insulating coating having excellent heat resistance so that dielectric breakdown does not occur even after annealing for reducing hysteresis loss. It is an object of the present invention to provide a coated iron-based powder which is high and suitable as a material for a dust core.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have diligently studied an insulating coating that maintains insulation even after annealing for the purpose of reducing hysteresis loss and does not cause an increase in eddy current loss. As a result, they found that if a certain type of glass was included in the coating, an insulating coating with excellent heat resistance and insulating properties could be obtained, and as a result of intensive studies on the raw material and form of the glass to be coated, the glass powder was coated on the iron powder surface. It has been found that the heat resistance and insulation properties, and the strength of the molded body when formed into a molded body, can be improved by the attachment. After examining the method of applying glass powder to the surface of the iron-based powder, the surface of the iron-based powder was coated with a substance containing glass with excellent heat resistance and insulation and a binder with excellent heat resistance and insulation. It has been found that a molded article made from the coated iron-based powder can have excellent insulation properties with excellent heat resistance and improved molded article strength. In the present invention, the insulating property having excellent heat resistance means that the insulating property is obtained after heat treatment at a certain temperature.
[0018]
The present invention has been completed based on the above findings and further studies.
That is, the present invention is a coated iron-based powder obtained by coating the surface of an iron-based powder with a coating material, wherein the amount of the coating material is 0.02 to 10% by mass relative to the coated iron-based powder, The coating material is characterized by comprising, by mass%, glass: 20 to 90%, binder: 10 to 70%, or further, insulating and heat-resistant substances other than the glass and the binder: 70% or less. Coated iron-based powder. The binder is preferably composed of one or more selected from a silicone resin, a metal phosphate compound, and a silicate compound. Further, in the present invention, the coating material may further contain 2% or less by mass% of solid content of one or both of metal soap and surfactant.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The coated iron-based powder of the present invention is prepared by first adding and mixing a coating material adjusted so as to form a coating containing glass and a binder on the surface of the iron-based powder, and optionally heating the mixture to room temperature or heating, if necessary. Is a coated iron-based powder obtained by drying the surface of the iron-based powder, the surface of which is coated with a coating material containing glass and a binder. Hereinafter, the coating material and the coated iron-based powder obtained by coating the coating material on the raw iron-based powder will be described.
[0020]
As a method of forming a film containing a glass and a binder (a film made of a coating material) on the surface of the iron-based powder, a method of mixing a coating material obtained by mixing a solution glass such as water glass and a binder with an iron-based powder, A method of forming a glass containing a binder by a sol-gel method by bringing a coating material obtained by mixing a solution in which a glass raw material is dissolved and a binder into contact with the surface of an iron-based powder, and mixing the coating material obtained by mixing a glass powder and a binder with an iron-based powder. And the like. Among these, the method using solution glass and the method using the sol-gel method are limited in the glass that can be used, and the resulting glass also has a non-uniform composition and film thickness. Will be insufficient. Therefore, in the present invention, it is preferable to use a coating material in which powdered glass (glass powder) and a binder are mixed.
[0021]
As a method of obtaining a glass powder used for the coating material, for example, a method of preparing a solid glass having a desired glass composition and then pulverizing it with a ball mill or an attritor, a sol-gel method, or a powder utilizing a gas phase reaction The method of producing glass powder directly from the raw material using a chemical reaction, such as the manufacturing method of the raw material, or the method of producing the glass powder directly from the raw material using a physical reaction, such as the atomization method, etc. In the present invention, those produced by any of these methods may be used. Further, a glass powder obtained by a method other than these may be used.
[0022]
As the material of the glass powder used in the present invention, any material may be used as long as it has a high insulating property and further does not have a property such as hygroscopicity which makes handling of the iron-based powder extremely difficult. Absent. Examples of such a glass include SiO 2 2 Glass, P 2 O 5 Glass, SiO 2 -P 2 O 5 Glass, PbO-B 2 O 3 Glass, PbO-B 2 O 3 -ZnO glass, Bi 2 O 3 -B 2 O 3 Glass, Li 2 O-ZnO glass, PbO-B 2 O 3 -SiO 2 Glass, PbO-B 2 O 3 -Al 2 O 3 Glass, SiO 2 -B 2 O 3 Glass, SiO 2 -BaO-B 2 O 3 Glass, SiO 2 -BaO-Al 2 O 3 Glass, SiO 2 -BaO-Li 2 O glass, SiO 2 -B 2 O 3 -Al 2 O 3 Glass, SiO 2 -Al 2 O 3 Glass, SiO 2 -MgO-Al 2 O 3 Glass, BaO-B 2 O 3 Glass, PbO-SiO 2 Glass, and the like. Further, for example, SiO 2 may be added to the above glass. 2 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , MgO, CaO, SrO, BaO, TiO 2 , ZnO, B 2 O 3 , P 2 O 5 , PbO 2, Li 2 Glass made by appropriately compounding an oxide such as O or other substances may be used. Glasses other than those described above may be used as long as the glass has the above-described properties. The mixing ratio of each component may be appropriately determined in consideration of the annealing temperature, cost, ease of glass production, and the like of the compact. Further, two or more types of glass may be used in combination.
[0023]
In the present invention, it is preferable to use glass powder having a small particle size. When a glass powder having a large particle size is used, the surface roughness of the surface coating of the iron-based powder increases, and the glass is easily peeled off. It becomes uniform and the insulating properties are significantly deteriorated. In the present invention, the sieve is screened with a sieve having a mesh size of 62 μm (mesh size of sieve # 250), more preferably a sieve with a mesh size of 42 μm (mesh size of sieve # 325), and passed therethrough. Preferably, glass powder is used.
[0024]
In the present invention, as the glass of the coating material component, when the coated iron-based powder is formed into a powder magnetic core by pressure molding and has a low viscosity at the annealing temperature, the coated iron-based powder is used during the annealing of the powder magnetic core. Softening / flowing of the glass contained in the coating film occurs. As a result, the part where the coating was destroyed during pressure molding is repaired by the glass, the insulation is restored, and the molten glass fuses between adjacent particles and further fills the pores, so that the dust core machine The target strength is also significantly improved. Therefore, in the present invention, it is preferable to use glass that softens and fluidizes at the temperature at which the dust core is annealed, as the glass of the coating material component. Preferably, the viscosity at the annealing temperature is 1 Pa · s or less, more preferably 400 mPa · s or less. The temperature dependency of the viscosity of the glass may be measured by a method such as a rotational viscosity measuring method, a sample pulling-down method, a penetration method, and a beam bending method.
[0025]
The binder as the coating material component used in the present invention is preferably composed of one or more of a silicone resin, a metal phosphate compound, and a silicate compound.
Here, the silicone resin used in the present invention refers to a polyorganosiloxane containing a trifunctional (T unit) or tetrafunctional (Q unit) siloxane unit in the molecule. Silicone resins are characterized by having a higher crosslink density than silicone oils and silicone rubbers, and cured products are hard, and are suitable for the present invention. By the way, silicone resins are roughly classified into straight silicone resins composed only of a silicone component and silicone-modified organic resins composed of a copolymer of a silicone component and an organic resin. In the present invention, any one of them is used. No problem. Straight silicone resins are broadly classified into MQ resins and DT resins. In the present invention, any of these resins may be used. Examples of the silicone modified organic resin include alkyd modified molding, epoxy modified molding, polyester modified molding, acrylic modified molding, phenol modified molding, and the like. In the present invention, any of them may be used.
[0026]
The silicone resin is of a type that cures when heated, and a type that cures even at room temperature. In the present invention, any of them may be used. There are several types of silicone resin curing reactions.For example, the curing mechanism of heat-curable silicone resins can be broadly divided into those based on dehydration-condensation reactions, load reactions, and peroxidation reactions, and curing of room-temperature-curable silicone resins. Can be distinguished into a mechanism based on a deoxime reaction or a dealcoholization reaction. The silicone resin used in the present invention may be any resin that can be cured by any of the above curing reactions.
[0027]
As the silicone resin used in the present invention, for example, SH805, SH806A, SH840, SH997, SR620, SR2306, SR2309, SR2316, DC12577, SR2400, SR2402, SR2404, SR2405, SR2406, SR2410, SR2411 manufactured by Toray Dow Corning Silicone Co., Ltd. , SR2416, SR2420, SR2107, SR2115, SR2145, SH6018, DC6-2230, DC3037, DC3074, QP8-5314, KR251, KR255, KR114A, KR112, KR2601B, KR2621-1, KR230BK, Shinetsu Chemical Co., Ltd. , KR285, K295, KR2019, KR2706, KR165, KR166, KR1 69, KR2038, KR221, KR155, KR240, KR101-10, KR120, KR105, KR282, KR311, KR211, KR212, KR216, KR213, KR217, KR9218, SA-4, KR206, KR206, KR206, KR206, KR206, KR206, KR206, KR206, KR206, KR206, KR206, KR206, KR206, KR206, KR206, KR206, KR206, KR206, KR206, KR206, KR206, KR206, KR206, KR206, KR206, KR206, KR206, KR206, KR206, KR206, KR206, KR206, KR206 KR5203, KR5221, and the like. Of course, silicone resins other than those listed here may be used. Further, these substances or silicone resins obtained by modifying these raw materials may be used. Furthermore, a silicone resin in which two or more silicone resins having different types, molecular weights, and functional groups are mixed at an appropriate ratio may be used.
[0028]
Generally, when a silicone resin is heated, a weight loss due to thermal decomposition occurs. The decrease in weight also results in a decrease in volume, which contributes to the destruction of the coating and the resulting decrease in insulation. Therefore, in the present invention, it is preferable to use a silicone resin having a small heat loss and a small volume loss. Examples of such a silicone resin include a straight type methyl silicone resin.
[0029]
The metal phosphate compound used as a binder in the present invention includes a certain metal primary phosphate as a main component, and has a general formula MO x P 2 O 5 ・ YH 2 O (where M is a metal, x , Y is a real number), for example, a substance in which M 2 contains Al, Mg, Ca, Fe, Cu, Ba, Ti, Mn, or the like. When this material is used as a binder, it is dissolved in a solvent and used as a solution. Water is preferred as the solvent. Among the above substances, aluminum phosphate monobasic in which Al is substituted for M 2 has a feature that it adheres well to the surface of the iron-based powder, and furthermore, the strength of the formed film is increased, and thus it is preferable as a binder.
[0030]
Examples of the silicate compound used as the binder in the present invention include alkyl silicates such as ethyl silicate, methyl silicate, N-propyl silicate and N-butyl silicate. What adjusted so that these may be hydrolyzed may be used. Further, for the purpose of controlling the physical properties of the film, an alkyl silicate obtained by polymerizing about 2 to 10 alkyl silicates may be used. Further, a silicate compound other than the above may be used. The silicate compound may be used as it is, or may be used after being diluted with a solvent.
[0031]
The coating material used in the present invention may contain a substance other than glass and a binder in order to adjust the toughness of the coating on the surface of the iron-based powder, the roughness and the hue of the coating surface, and the like. . As such a substance, a substance having a high insulating property and heat resistance, for example, composed of a metal oxide, a mineral or the like is preferable. As such a substance, for example, in the case of a metal oxide, Li 2 O, SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 , ThO 2 , ZrO 2 , CuO, MgO, CaO, Cr 2 O 3 Examples of minerals include mullite, forsterite, magnesium silicate, bentonite, kaolinite, smectite, talc, natural mica, artificial mica, and the like. These substances are preferably added in the form of a solution or a powder to a mixture of glass and a binder.
[0032]
When added as powders, these powders are classified on a sieve with a sieve opening of 62 μm (mesh size of sieve # 250), more preferably a sieve with a sieve opening of 42 μm (sieve mesh size # 325). Then, it is preferable to use one that has passed through it. Of course, an insulating and heat-resistant substance not described here may be added. Further, two or more kinds of materials selected from the above-mentioned substances or unshown insulating and heat-resistant substances may be used in combination.
[0033]
In the present invention, the glass as a coating material component is contained in an amount of 20 to 90% by mass% based on the solid content of the coating material. If the glass content is less than 20%, the insulation properties and the strength of the molded body due to the melting of the glass during the above-described annealing cannot be sufficiently improved. On the other hand, if it exceeds 90%, the content of the binder is too small, the adhesion between the glass and the iron-based powder is weakened, and the glass powder can hardly be adhered to the surface of the iron-based powder. It extremely decreases, and the effect of increasing the insulating property and the strength of the molded body by using glass cannot be obtained. Therefore, in the present invention, the glass content of the coating material (solid content) is set to 20 to 90%.
[0034]
In the present invention, the binder as the coating material component is contained in an amount of 10 to 70% by mass% based on the solid content of the coating material. When the content of the binder is less than 10%, glass and other substances having poor adhesion by themselves do not adhere to the surface of the iron-based powder, and as a result, the above-described improvement in insulation properties due to melting of the glass and strength of the molded body The effect such as the rise of the value cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 70%, the content of the binder becomes excessive, and the effect of increasing the insulating property and the strength of the molded body by using glass cannot be obtained. Therefore, in the present invention, the binder content of the coating material (solid content) is set to 10 to 70%.
[0035]
Further, as described above, the components of the coating material used in the present invention may be only two kinds of glass and a binder. However, if necessary, other materials such as metal oxides and minerals may have insulation and heat resistance. You may add what is excellent in property. However, the content of the insulating and heat-resistant substance (hereinafter, also referred to as a third substance) (% by mass based on the solid content of the coating material) is such that the lower limit of the total content of the glass and the binder is 30% (glass ≧ 20%, (Binder ≧ 10%), so it is limited to 70% or less.
[0036]
The coating material used in the present invention is obtained by dispersing the above-mentioned glass, binder, or third substance in a solvent. Any solvent may be used as long as the solvent dissolves the binder. For example, water or alcohol solvents such as ethanol and methanol, ketone solvents such as acetone and methyl ethyl ketone, aromatic solvents such as benzene, toluene, xylene, phenol and benzoic acid, ligroin, kerosene, etc. Petroleum-based solvents.
[0037]
When a silicone resin is used as the binder, it is preferable to use an organic solvent in which the silicone resin is easily dissolved, and an aromatic solvent is particularly preferable. When a silicate compound is used as the binder, it is preferable to use water or an alcohol such as ethanol and a mixed solvent prepared by mixing these. When using a metal phosphate compound, it is preferable to use water as a solvent. Even when a silicone resin is used as the binder, water may be used as long as the silicone resin is soluble. The concentration of the coating material used in the present invention (the concentration in a solution dissolved in a solvent) may be determined in consideration of ease of application, drying time, and the like.
[0038]
The viscosity, thixotropy, and leveling properties of the coating material, the dispersibility of the glass and the third substance in the coating material, the tack time, which is the time when the coating dries and becomes non-sticky, the strength and hue of the coating, etc. Some additives may be added to the coating for control. Examples of such additives include metal soaps such as metal stearate for controlling the curing of the silicone resin, and surfactants such as perfluoroalkyl for improving the wettability between the iron-based powder and the coating material.
[0039]
From the viewpoint of adding these additives within a range that does not impair the effect of increasing the insulating property and the strength of the molded body by the above-mentioned glass and the third substance, the total solid content in the coating material is expressed as mass% Is preferably added so as to be 2% or less.
The coating material used in the present invention contains glass powder and powder of the third substance. If the specific gravity of the powder is larger than that of the solvent, the powder may precipitate due to gravity. If the powder component, particularly the glass component, precipitates in the coating material used in the present invention, the ratio of the binder to the glass powder locally deviates from the effective range. Therefore, when the coating material used in the present invention is mixed with the iron-based powder, the coating material is sufficiently stirred with a homogenizer or the like so as to prevent precipitation of powder components, and then mixed with the iron-based powder. Is preferred.
[0040]
As the raw material iron-based powder used in the present invention, any iron-based powder that exhibits ferromagnetism and high saturation magnetic flux density may be used. Examples of such iron-based powders include iron powder, Fe-Si alloy powder represented by Fe-3% Si alloy powder, Fe-Al alloy powder, Fe-Ni alloy powder, sendust powder, and iron-based amorphous powder. Alloy powder and the like. In the present invention, one or more iron-based powders selected from these are used. Further, a flat iron-based powder obtained by flattening these iron-based powders by a manufacturing method or some kind of machining may be used. Among iron-based powders, pure iron powder represented by atomized iron powder, reduced iron powder, electrolytic iron powder, etc. is excellent not only in magnetic properties such as saturation magnetic flux density and magnetic permeability, but also in compressibility, and is inexpensive. Therefore, it is suitable as the iron-based powder in the present invention. Examples of the pure iron powder include KIP-MG270H and KIP-304AS manufactured by Kawasaki Steel Corporation.
[0041]
The present invention is applicable to iron-based powders of any particle size. It is desirable that the particle size of the iron-based powder is appropriately determined depending on the use and required characteristics of the dust core. Further, as the iron-based powder, a powder whose content elements are adjusted within a range that does not adversely affect the compressibility and the magnetic properties of the dust core may be used.
In the present invention, the coating material adjusted under the above conditions is added to the iron-based powder selected from the above, mixed with stirring, dried, and the solvent is evaporated to obtain the coated iron-based powder.
[0042]
The amount of the coating material to be added to the iron-based powder is determined so that the coating material content of the coated iron-based powder to be obtained is in the range of 0.02 to 10% by mass% based on the solid content of the coated iron-based powder. Should. If the coating material content of the coated iron-based powder (solid content) is less than 0.02%, the amount of the coating material is too small to uniformly coat the surface of the iron-based powder, so that the insulating property is significantly reduced. I do. On the other hand, when the content exceeds 10%, the ratio of the iron-based powder in the dust core is remarkably reduced, so that the strength of the compact is remarkably reduced, and the magnetic properties such as magnetic flux density and magnetic permeability are also extremely low. Worsen.
[0043]
Regarding the method of adding the coating material to the iron-based powder, the entire amount may be added at once, or may be added in portions during stirring. Moreover, you may spray through a spray nozzle at the time of stirring. Spraying / adding through a spray nozzle is preferable because the coating material is uniformly added to the iron-based powder and the coating becomes uniform. In the stirring and mixing in the present invention, generally used attritors, Henschel mixers, ball mills, fluidized granulators, tumbling granulators and the like can be used, but fluidized granulators and tumbling granulators can be used. It is preferable to use a device such as a mixer that stirs in a fluidized tank because the aggregation of powders is suppressed. Spraying the coating material on the fluidized tank through a spray nozzle is particularly preferable because the effect of spray spraying and the effect of using the fluidized tank are combined to obtain a more uniform coating. Note that a heat treatment may be performed during or after the mixing for the purpose of accelerating the drying of the solvent or the curing of the binder.
[0044]
The coated iron-based powder of the present invention produced by the above method is subjected to pressure molding using a mold or the like after adding a lubricant or the like as necessary. Examples of the lubricant include metal soaps such as lithium stearate, zinc stearate, and calcium stearate, and waxes such as fatty acid amide.
The molding pressure may be appropriately determined according to the application. When the molding pressure is increased, the green density of the molded body is improved, so that the magnetic properties such as the magnetic flux density are improved, and the mechanical strength is also improved. Preferred molding pressure is 490 MPa or more, and particularly preferred molding pressure is 980 MPa or more.
[0045]
In addition, in order to reduce the hysteresis loss by releasing the strain of the iron-based powder applied at the time of pressurization, the powder magnetic core manufactured from the coated iron-based powder of the present invention is formed by heating the compact at a temperature of 600 ° C. or more. It is particularly preferable to perform holding annealing. The longer the annealing time, the more the strain is released, and the more the glass component contained in the coating is melted, thereby improving the insulating property and mechanical strength. Therefore, the annealing time is preferably 30 minutes or more. The annealing atmosphere is Ar or N 2 Such as an inert atmosphere or a vacuum may be used. The dew point of the atmosphere may be appropriately determined according to the use and the like. The rate of temperature rise and fall during annealing is preferably 20 ° C./min or less in order to prevent insulation coating destruction due to a difference in coefficient of thermal expansion. A step of maintaining the temperature at a constant level may be provided during the heating or cooling.
[0046]
The molded body thus obtained is coated with a highly insulating substance on the surface of the iron-based powder with the binder in the coating material, thereby preventing direct contact between the raw iron-based powders and furthermore, the powder is bound with the binder. Since they are bound, high insulation properties and strength of the molded body can be obtained. Furthermore, in the present invention, since a glass powder having a predetermined glass composition is used for the coating material, it is possible to use a glass powder that can be melted at a temperature equal to or lower than the annealing temperature of the compact. When such a glass powder is used, when a molded body made of the coated iron-based powder of the present invention is heated and annealed, the glass component contained in the coating starts to melt, and between the iron-based powder. It is possible that the specific resistance of the molded body increases significantly due to penetration, and at the same time, the mechanical strength of the molded body can be significantly improved because the adjacent iron-based powders in the molded body are fused with glass. Become. Since the molded body produced in this way releases high molding strain by annealing, and exhibits high insulation properties, it is used as a dust core excellent in magnetic properties with small iron loss and high magnetic permeability and magnetic flux density. It becomes possible.
[0047]
【Example】
Hereinafter, examples of the present invention will be described.
Iron powder “KIP-304AS” manufactured by Kawasaki Steel Corporation was used as the iron-based powder. The present invention is effective for all iron-based powders. Therefore, the present invention is also effective for iron-based powders that are not described in Examples.
[0048]
Table 1 shows the components of the coating material used. In Table 1, the silicone resins 1 and 2 used for the binder are SR2400 and SH805 manufactured by Toray Dow Corning Silicone Co., Ltd., respectively. The following glasses 1 to 5 were used. The form of the raw material glass is a glass powder obtained by classification with a sieve having an opening of 45 μm.
Glass 1: Japan Fellow Co., Ltd. 01-4102 (softening temperature 370 ° C)
Glass 2: Japan Fellow Co., Ltd. 01-4304 (softening temperature 450 ° C)
Glass 3: Nippon Frit Co., Ltd. PN5401 (softening temperature 590 ° C)
Glass 4: Nippon Frit Co., Ltd. PN5425 (softening temperature 580 ° C)
Glass 5: SM-5 manufactured by Nippon Frit Co., Ltd. (softening temperature: 350 ° C)
The glass and the binder or the third substance were dissolved in a solvent shown in Table 1 to form a solution having a coating material concentration of 10% by mass, and this was added to the iron-based powder.
[0049]
In preparing the coated iron-based powder, first, the entire solution having a coating material concentration of 10% by mass was added to the iron-based powder, and then the mixture was stirred and mixed for 400 seconds with a Henschel mixer. Next, the mixed product was allowed to dry at room temperature for 10 hours. Finally, the dried product was heated at 250 ° C. for 120 minutes to obtain a final coated iron-based powder.
The coated iron-based powder to which 0.2% by mass of zinc stearate was added as a lubricant (the ratio of the coated iron-based powder to the lubricant) was confined in a bag, and the bag was vibrated sufficiently to remove the powder in the bag. Was stirred to sufficiently mix the lubricant and the coated iron-based powder. The powder obtained by the mixing was filled in a mold and pressed under the molding pressure shown in Table 1 to obtain a ring-shaped molded product sample having an outer diameter of 38 mm, an inner diameter of 25 mm, and a height of 6.2 mm. . A plurality of molded body samples were prepared for each manufacturing condition, and N 2 Annealing was performed in the atmosphere at a temperature shown in Table 1 for 60 minutes.
[0050]
The green compact density, specific resistance, and radial crushing strength of these samples were measured. The green compact density was calculated by measuring the dimensions and weight of the sample and using the measured values. The specific resistance was measured by a four-terminal method. The conduction current was 1 A. The radial crushing strength was measured by a method specified in JIS Z 2507 as "Testing method for radial crushing strength of sintered oil-impregnated bearing". Table 1 shows the results of these measurements. From Table 1, it can be seen that all of the examples of the present invention show high insulation properties before and after annealing and have higher strength than the comparative examples. This shows that the present invention is effective.
[0051]
[Table 1]
[0052]
[Table 2]
[0053]
[Table 3]
[0054]
[Table 4]
[0055]
The samples prepared in Examples 2, 21, 26 and Comparative Example 1 were evaluated for iron loss at a frequency of 10 kHz and a magnetic flux density of 0.1 T and a magnetic flux density B10k when a DC magnetic field of 10 kA / m was applied. did. Table 2 shows the results. The coil for iron loss measurement had a formal-coated lead wire of φ0.6 mm 2 wound on the primary and secondary sides of the ring sample, and the coil for magnetic flux density measurement had a diameter of φ0.6 mm on the ring sample. Of the formal-coated conductor of No. 1 was wound 100 times on the primary side and 20 times on the secondary side. The iron loss was measured by a BH analyzer E5060A manufactured by Agilent Technologies, and the magnetic flux density was measured by an automatic direct-current magnetization property device SK-100 manufactured by Metron Giken. In the examples of the present invention, the magnetic flux density is as low as that of the magnetic steel sheet, but B10k> 1.6T, and both high magnetic flux density and low iron loss are achieved. I understand. From the above, it is understood that the coated iron-based powder of the present invention is effective for obtaining a dust core having high strength, high magnetic flux density and low iron loss.
[0056]
[Table 5]
[0057]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it has the insulation coating excellent in heat resistance which does not cause insulation breakdown even if it performs annealing for reduction of hysteresis loss, and the raw material powder for dust cores which also becomes high in the strength of a compact is obtained. It has an excellent effect.
