JP6111524B2 - 圧粉磁心の製造方法 - Google Patents
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Description
従来、モーターなどの磁心には、電磁鋼板を積層したものが用いられてきた。しかしながら、近年、モーター用磁心材料として、圧粉磁心が注目されている。
しかし、圧粉磁心は電磁鋼板に比べて鉄損が大きく、磁束密度が低い為、未だ実用に至った例は殆ど無いというのが現状である。
すなわち、圧粉磁心の実用化の為には、成形後も粒子間の絶縁を保つこと、と同時に、中高周波における圧粉磁心の低鉄損化のために、成形体に対して高温で歪取焼鈍を施すことが特に重要であるといえる。また、圧粉磁心の実用化の為には、磁束密度を向上させることも重要であり、その為には、圧粉磁心の密度を高めることが必要になってくる。
この技術では、絶縁被覆をシリコーン樹脂とすることにより、800℃という高温で焼鈍した後も、粒子間で高い絶縁性を保持しており、鉄損の低い圧粉磁心が得られている。
この技術では、軟磁性粉末を純鉄とすることで、成形体の密度を高めると共に、絶縁被覆をリン酸化成被膜とシリコーン樹脂の2層とすることで、成形中の絶縁被覆の破壊が抑えられるので、圧粉磁心の密度が高いと同時に、焼鈍後も粒子間の絶縁性が保たれた圧粉磁心が得られている。
また、密度が低いと、磁心の磁束密度が低くなり、十分なモータトルクが得られないといった問題が生じる。
一方、特許文献2に記載の技術では、リン酸系化成被膜の耐熱性の問題から、その焼鈍温度は高くても600℃程度であって、成形による歪を十分に開放できない、すなわち、特に、中高周波における鉄損の低減効果が未だ不十分であるという問題を残していた。
1.見掛け密度が4.0g/cm3以上で、平均粒径が63〜150μmの純鉄粉に、シリコーン樹脂を混合し、ついで100〜200℃に加熱した後、加圧成形し、さらに650℃以上で加熱する圧粉磁心の製造方法であって、純鉄粉の見掛け密度が4.0g/cm3以上4.2 g/cm3未満の場合はシリコーン樹脂を0.1〜0.2mass%混合し、また純鉄粉の見掛け密度が4.2 g/cm3以上の場合はシリコーン樹脂を0.05〜0.2mass%混合することを特徴とする圧粉磁心の製造方法。
本発明において、ベースとなる純鉄粉は、見掛け密度が4.0g/cm3以上が必要である。4.0g/cm3未満では、成形時の塑性変形による絶縁層破壊を抑えることができないからである。好ましくは4.2g/cm3以上である。なお、本発明で用いる純鉄粉は、上記の見掛け密度以外に、特に制限はなく、従来公知のものを問題なく使うことができる。
本発明において、平均粒径はD50とする。ここで、D50とは、粉体をある粒子径から2つに分けたとき、大きい側と小さい側が等質量となる径のことである。
また、本発明に用いる純鉄粉は、上記特性を満足するものであれば、特にその製法に限定はないが、ガスアトマイズ法や水アトマイズ法など従来公知の純鉄粉の製造方法によって得ることができる。
本発明に従う絶縁層に関しては、650℃以上の加熱処理を施しても完全には消失せず、絶縁性を確保できるシリコーン樹脂を用いる。シリコーン樹脂を用いることで、添加量の制御や被覆が簡単で、650℃以上の高温での加熱処理(歪取焼鈍)を施した後も、Si02として鉄粉粒子間に残存して絶縁アモルファス層を形成し絶縁性を確保することが可能となる。
見掛け密度が4.0g/cm3以上4.2g/cm3未満の場合、シリコーン樹脂の添加量は0.l〜0.2%であり、4.2g/cm3以上の場合は0.05〜0.2%である。見掛け密度に応じて、シリコーン樹脂の添加量がそれぞれ0.1%未満、0.05%未満では、絶縁層が薄くなり過ぎて鉄粉粒子間の絶縁性を保持できずに、鉄損が増加するからである。
一方、高い圧粉密度を得るためには、シリコーン樹脂の添加量の上限を、0.2%以下とする必要がある。
ここで、加圧成形方法は、常温成形法や金型潤滑成形法など、通常の成形方法を、いずれも適用することができる。なお、成形圧力は用途に応じて適宜決定されるが、成形圧力を増加すれば、圧粉密度が高くなるため、好ましい成形圧力は981MPa(10t/cm2)以上、より好ましくは1471MPa(15t/cm2)以上である。
ベース純鉄粉として、表1に記載の、見掛け密度、平均粒径および円形度の異なる6種類のアトマイズ純鉄粉を準備した。
また、絶縁被膜としてシリコーン樹脂(SR2400:東レダウコーニング社製、樹脂含有量50%)を用いた。ベース純鉄粉は全て、1000℃、90分(雰囲気:H2wet D.P.=60℃)の条件で仕上げ還元焼鈍を施されている。
ついで、巻き線を行い(一次巻300ターン、二次巻40ターン)、磁束密度(直流:10000A/m、メトロン技研社製、直流磁化測定器)および鉄損(1.0T、1kHz アジレント・テクノロジー社製5060A型)を測定した。
以上の測定により得られた、各試料の成形体密度、磁束密度、鉄損に係る結果を表2に示す。
また、同表から分かるように、上記実施例の中でも圧粉密度:7.60g/cm3を超えたものは、磁束密度が1.65Tを超えており、実施例の中でも特に優れた磁気特性を有していることがわかる。
Claims (2)
- 見掛け密度が4.0g/cm3以上で、平均粒径が63〜150μmの純鉄粉に、シリコーン樹脂を混合し、ついで100〜200℃に加熱した後、加圧成形し、さらに650℃以上で加熱する圧粉磁心の製造方法であって、純鉄粉の見掛け密度が4.0g/cm3以上、4.2 g/cm3未満の場合はシリコーン樹脂を0.1〜0.2mass%混合し、また純鉄粉の見掛け密度が4.2 g/cm3以上の場合はシリコーン樹脂を0.05〜0.2mass%混合することを特徴とする圧粉磁心の製造方法。
- 前記圧粉磁芯の圧粉密度を7.6g/cm 3 以上とする、請求項1に記載の圧粉磁心の製造方法。
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