JP2004214418A

JP2004214418A - 圧粉磁芯とその合金粉末並びに製造方法

Info

Publication number: JP2004214418A
Application number: JP2002382440A
Authority: JP
Inventors: Masaru Asada; 賢浅田
Original assignee: Neomax Co Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2004-07-29

Abstract

【課題】材料組成的に安価に得られる磁性合金粉末を用い、トランスコア、チョークコイルあるいは磁気ヘッド等の用途で、Ｎｉ−Ｍｏ−Ｆｅ系磁性合金と同等以上の飽和磁束密度、直流重畳特性が得られる圧粉磁芯の提供。
【解決手段】例えばＦｅ−６Ｓｉ‐４Ａｌなる組成の合金粉末に予め熱処理を施して結晶性を向上させて、公知の工程で圧粉磁芯を作製すると、従来の５０Ｎｉ−Ｆｅ系や８１Ｎｉ−２Ｍｏ−Ｆｅ系合金などのＮｉ基合金を上回る飽和磁束密度、直流重畳特性が得られ、トランスコア等を安価に提供できる。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、トランスコア、チョークコイルあるいは磁気ヘッド等に用いられる圧粉磁心の改良に関し、従来のＮｉ−Ｍｏ−Ｆｅ系磁性合金と同等以上の飽和磁束密度、直流重畳特性を有するＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系圧粉磁心に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電源回路などに多用されるトランスコアや各種チョークコイルには、所謂けい素鋼板を用いた積層型磁心が使用されていたが、磁性合金粉末を絶縁性バインダーとともに混練成形して所要形状にして焼き固めることから、複雑形状を容易に実現でき、種々組成の磁性合金粉末を用いることで、目的の磁気特性を得易いことから、今日では圧粉磁心が多用されている。
【０００３】
圧粉磁心は、所定の粒度範囲にある軟磁性合金粉末を用い、絶縁性バインダー樹脂などと混練することで、粉末粒子表面を樹脂で被覆し、この粉末を金型に充填して圧縮成形することで所定形状の成形体にし、この成形体に加熱処理を行い圧縮成形時の成形歪みを解放するとともに前記バインダ成分を硬化して製造する。
【０００４】
また、圧粉磁心は従来のフェライト磁心に比較してコアロスが大きいが、飽和磁束密度、直流重畳特性は高い特徴がある。さらに、圧粉磁芯の透磁率や直流重畳特性は、その嵩密度との間に相関関係があり、通常、圧粉磁芯を高密度化すると、前記特性は向上することが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＮｉ−Ｍｏ−Ｆｅ軟磁性合金は、該合金自体の飽和磁束密度は低いが、粉末の圧粉時の相対密度が高いことで、結果として飽和磁束密度並びに直流重畳特性がよい圧粉磁心を製造することができる。しかし、該Ｎｉ−Ｍｏ−Ｆｅ系合金は、Ｎｉを多量に含有して原料コストを要することが問題である。
【０００６】
一方、材料組成的に安価でかつ前記の飽和磁束密度並びに直流重畳特性にすぐれた材料として、Ｆｅ−Ｓｉ合金が知られているが、コア損失が極めて大きく、例えばトランスコアとした際の発熱等の問題があり、トランスコア、チョークコイル等の用途に用いる圧粉磁心用の磁性合金としては実用的とは言い難い。
【０００７】
この発明は、材料組成的に安価に得られる磁性合金粉末を用い、トランスコア、チョークコイルあるいは磁気ヘッド等の用途で、Ｎｉ−Ｍｏ−Ｆｅ系磁性合金と同等以上の飽和磁束密度、直流重畳特性が得られる圧粉磁芯とその合金粉末並びに製造方法の提供を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、組成的に安価に得られる従来のＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系磁性合金について、特に直流重畳特性との関係を種々検討した結果、Ｆｅ−６Ｓｉ‐４Ａｌなる組成の合金粉末に予め熱処理を施して結晶性を向上させて、圧粉磁芯を作製すると、得られる飽和磁束密度、直流重畳特性が従来の５０Ｎｉ−Ｆｅ系や８１Ｎｉ−２Ｍｏ−Ｆｅ系合金などのＮｉ基合金を上回ることを知見し、この発明を完成した。
【０００９】
すなわち、この発明は、Ａｌ３．０ｗｔ％〜５．０ｗｔ％、Ｓｉ４．０ｗｔ％〜７．０ｗｔ％、残部Ｆｅを主成分とする合金粉末と絶縁材との混練物より圧縮成形された成形体を熱処理して得たことを特徴とする圧粉磁芯である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この発明による圧粉磁芯用の軟磁性合金粉末は、Ａｌ３．０ｗｔ％〜５．０ｗｔ％、Ｓｉ４．０ｗｔ％〜７．０ｗｔ％、残部Ｆｅを主成分とする。Ａｌ３．０ｗｔ％未満、Ｓｉ４．０ｗｔ％未満ではコアロスが大きくなりまた目的の飽和磁束密度並びに直流重畳特性が得難くなり、Ａｌ５．０ｗｔ％を超え、Ｓｉ７．０ｗｔ％を超えると合金粉末の圧縮時の密度が低下により透磁率が低下し好ましくない。残部のＦｅ以外はできるだけ不純物の含有がないことが望ましいが、製造上不可避的な微量の成分の含有は認められる。
【００１１】
この発明のＡｌ３．０ｗｔ％〜５．０ｗｔ％、Ｓｉ４．０ｗｔ％〜７．０ｗｔ％、残部Ｆｅを主成分とする合金は、通常の溶融、鋳込み、合金の機械的粉砕にて得る方法、またガスアトマイズ法、水アトマイズ法などで製造することができる。また、通常得られた際の結晶構造は磁性合金として理想的な構造ではないが、そのまま合金粉末として圧粉磁芯を製造しても、成形体の焼鈍工程を経ることで改善される可能性がある。しかし、圧粉磁芯の特性の向上を目的に、予め合金粉末に熱処理を施して結晶化を促進して軟磁性合金粉末となすことが望ましい。
【００１２】
この発明の合金粉末に施す熱処理としては、雰囲気は非酸化性で、処理温度７００℃〜１２００℃の範囲に、３０分以上保持することが望ましい。しかし、保持時間が３時間を超えても得られる効果が飽和し、生産性が悪化するため好ましくなく、好ましい保持時間は１時間〜３時間である。
【００１３】
圧粉磁芯の製造方法の一例を説明すると、磁性合金粉末と絶縁材バインダーを混練し、乾燥、整粒後、必要に応じて潤滑剤を添加し、得られた粉末を金型に充填して所望形状に成形、得られた成形体は歪み取りのための熱処理を施され、さらに強度向上のために樹脂含浸を行う工程がある。なお、前記の各工程において、生産性の向上や熱処理の効率化のために省略、併合、順序変更などが適宜行われる。
【００１４】
この発明による磁性合金は、溶融法で得られた鋳片を機械粉砕される場合、あるいはアトマイズ法等で得られた所要の粒度の合金粉末は、それぞれ平均粒度１０μｍ〜１００μｍの合金粉末となすことが望ましい。
【００１５】
この発明において絶縁材としては、合金粉末の結合材と兼ねることが望ましく、公知の絶縁性結着剤のいずれも採用でき、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂、塩化ビニール樹脂、ブチラール樹脂、有機シリコーン樹脂、などがある。樹脂としては、後工程の熱処理時に磁性合金粉末へ拡散し難い性状のものが望ましい。
【００１６】
この発明において、磁性合金粉末と絶縁材と混練して圧縮成形するが、かかる成形歪みを解放して磁気特性を向上させるための熱処理としては、７００℃〜１２００℃の範囲に比較的短時間、保持することが好ましい。この熱処理時の雰囲気は、金属の酸化防止のために非酸化性雰囲気が望ましい。非酸化性雰囲気は、真空中や不活性ガス中のいずれでもよい。また、成形体の硬化、焼鈍処理条件は、絶縁材の種類やその量等に応じて適宜選定される。
【００１７】
熱処理後、絶縁性含浸剤で含浸することが好ましい。熱処理によって脆化した圧粉磁心の機械強度を向上させるためである。含浸剤としては、公知のエボキシ系樹脂、アクリル系樹脂などがある。
【００１８】
【実施例】
実施例１
ガスアトマイズ法により６Ｓｉ−４Ａｌ−ｂａｌＦｅ組成となるよう合金粉末（平均粒径３０μｍ）を作製した。この合金粉末に、非酸化性雰囲気で温度８００℃、１時間保持する熱処理を施した。比較のため、８．８Ｓｉ‐５．８Ａｌ−Ｆｅ組成のセンダスト合金粉末（平均粒径３０μｍ）をガスアトマイズ法により作製した。また、８１Ｎｉ−２Ｍｏ−Ｆｅ組成の磁性合金粉末をガスアトマイズ法にて作製した。
【００１９】
これら合金粉末におけるＶＳＭによるＢ−Ｈ曲線を図１に示す。この発明の合金粉末は、従来のセンダスト合金粉末、Ｎｉ−Ｍｏ−Ｆｅ系合金粉末に比べ飽和磁束密度が高いことが確認された。
【００２０】
これらの合金粉末と有機シリコーン樹脂を添加後混練し、乾燥整粒後に潤滑剤を添加し、外径１７ｍｍ、内径９ｍｍのリング成形体となるように金型に充填し、成型圧８〜１８Ｔ／ｃｍ^２にて圧縮成形した。次いで、窒索中で７００℃×ｌ時間の熱処理を行つた後、圧粉磁心のＢ−Ｈ評価を行った。各合金粉末より得られたコアのＢ−Ｈ曲線を図２に示す。
【００２１】
また、成型圧１３Ｔ／ｃｍ^２で得られた１００ｋＨｚでのμ’＝６０となる材料について、直流重畳特性の評価を行った。図３に直流重畳特性を示す。この発明では比較センダスト合金、Ｎｉ−Ｍｏ−Ｆｅ系合金に比べ特性の向上が認められ、飽和磁束密度との相関が確認できた。
【００２２】
実施例２
６．５Ｓｉ−３．５Ａｌ−ｂａｌＦｅ組成となるよう溶融合金を作製して鋳込み、得られた鋳片を機械的粉砕して平均粒度３０μｍの合金粉末を得た。この合金粉末に、非酸化性雰囲気で温度８００℃、１時間保持する熱処理を施した。
【００２３】
得られたこの発明の磁性合金粉末について、実施例１と同様にＶＳＭによるＢ−Ｈ曲線を評価し、さらに、実施例１と同様方法で圧粉磁心を作製してコアのＢ−Ｈ評価を行ったところ、実施例１のこの発明合金と同様の特性が得られることを確認した。
【００２４】
また、成型圧１３Ｔ／ｃｍ^２で得られた１００ｋＨｚでのμ’＝６０となる圧粉磁心について、直流重畳特性の評価を行ったところ、Ｎｉ−Ｍｏ−Ｆｅ系合金と同等の性能を有することを確認した。
【００２５】
【発明の効果】
この発明は、Ａｌ３．０ｗｔ％〜５．０ｗｔ％、Ｓｉ４．０ｗｔ％〜７．０ｗｔ％、残部Ｆｅを主成分とする合金粉末と絶縁材との混練物より圧縮成形された成形体を熱処理して得ることで、Ｎｉ−Ｍｏ−Ｆｅ系磁性合金から得る圧粉磁心と同等以上の飽和磁束密度、直流重畳特性を有し、特にトランスコア、チョークコイルあるいは磁気ヘッド等の用途で、これら従来のＮｉ基合金の代替として有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】合金粉末におけるＶＳＭによるＢ−Ｈ曲線を示すグラフである。
【図２】圧粉磁心におけるＢ−Ｈ曲線を示すグラフである。
【図３】直流重畳特性を示すグラフである。

Claims

Ａｌ３．０ｗｔ％〜５．０ｗｔ％、Ｓｉ４．０ｗｔ％〜７．０ｗｔ％、残部Ｆｅを主成分とする合金粉末と絶縁材との混練物より圧縮成形された成形体を熱処理してなる圧粉磁芯。
Ａｌ３．０ｗｔ％〜５．０ｗｔ％、Ｓｉ４．０ｗｔ％〜７．０ｗｔ％、残部Ｆｅを主成分とする合金粉末に熱処理を施して結晶化を促進して得た軟磁性合金粉末からなる圧粉磁芯用の軟磁性合金粉末。
熱処理が、７００℃〜１２００℃、３０分以上の処理である請求項２に記載の圧粉磁芯用の軟磁性合金粉末。
Ａｌ３．０ｗｔ％〜５．０ｗｔ％、Ｓｉ４．０ｗｔ％〜７．０ｗｔ％、残部Ｆｅを主成分とする合金粉末に熱処理を施して結晶化を促進した軟磁性合金粉末を用い、該軟磁性合金粉末と絶縁材とを混練して圧縮成形し、得られた成形体を焼鈍する圧粉磁芯の製造方法。
熱処理が、７００℃〜１２００℃、３０分以上の処理である請求項４に記載の圧粉磁芯の製造方法。
Ａｌ３．０ｗｔ％〜５．０ｗｔ％、Ｓｉ４．０ｗｔ％〜７．０ｗｔ％、残部Ｆｅを主成分とする合金粉末からある軟磁性合金粉末と絶縁材とを混練して圧縮成形された成形体を熱処理する圧粉磁芯の製造方法。