JPH07135106A - 磁 心 - Google Patents

磁 心

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JPH07135106A
JPH07135106A JP6150208A JP15020894A JPH07135106A JP H07135106 A JPH07135106 A JP H07135106A JP 6150208 A JP6150208 A JP 6150208A JP 15020894 A JP15020894 A JP 15020894A JP H07135106 A JPH07135106 A JP H07135106A
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JP
Japan
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magnetic
amorphous
ferrite
magnetic core
metal
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JP6150208A
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English (en)
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Shigeto Shigematsu
茂人 重松
Mitsuru Sakai
充 酒井
Jun Saito
準 斉藤
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Mitsui Petrochemical Industries Ltd
Original Assignee
Mitsui Petrochemical Industries Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/147Alloys characterised by their composition
    • H01F1/153Amorphous metallic alloys, e.g. glassy metals
    • H01F1/15358Making agglomerates therefrom, e.g. by pressing

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 低温かつ高密度成形可能で、しかも磁気特性
の優れた磁性金属/絶縁膜複合粉末成形体による磁心を
提供する 【構成】 表面に酸化物材料からなる絶縁膜を形成した
非晶質の磁性金属原料粉末を加熱しながら圧縮成形して
これを磁心とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、トランス・ノイズフィ
ルタ・平滑チョ−ク等に用いる磁心に関し、特にスィッ
チング電源等のパワ−エレクトロニクス機器に用いる、
高周波において透磁率及び飽和磁束密度が大きく損失が
小さい磁心に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、スイッチング電源等に用いる高周
波用磁心材料としては、電気抵抗が大きいために渦電流
損失が小さく、高周波における透磁率の低下が小さいと
いう理由から、フェライトを用いたものが多く使われて
きた。
【0003】ところがフェライト材料は酸化物のフェリ
磁性体であるため、飽和磁束密度の面では満足できるも
のではなかった。
【0004】一方硅素鋼・センダスト等に代表される磁
性金属材料は、飽和磁束密度の点ではフェライト材料の
2倍以上の値をもつ。ところがこれらの材料は電気抵抗
がフェライト材料に比べる極端に小さく、高周波での使
用に耐え得るものではなかった。
【0005】磁性金属材料の高飽和磁束密度という特長
を生かし、電気抵抗を大きくしようとするものにたとえ
ば特開平4−21739公報,特開平5−36514公
報に示されているような金属/絶縁膜複合粉末成形体が
ある。これはセンダスト(FeSiAl合金)粉末の表
面を電気的絶縁の役割をもつ薄膜層で覆い、この絶縁膜
を破壊することなく圧縮成形することにより、フェライ
ト材料の高電気抵抗と磁性金属材料の高飽和磁束密度を
達成しようとするものである。
【0006】さらに前記従来技術では、絶縁膜としてフ
ェライトを用いることにより、成形体の実効透磁率も大
きくできることも述べられている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが一般に磁性金
属材料として用いられるセンダスト(FeSiAl合
金)粉末や硅素鋼(FeSi合金)粉末は硬くて脆い特
性を有しているため、圧縮成形を行う際には高温でのホ
ットプレスが必須であり、かつその場合においても高密
度成形が難しいという欠点を有していた。
【0008】さらに結晶の金属粉末を圧縮成形するた
め、格子歪が生じ、磁歪の影響で磁気特性が損なわれる
という問題もあった。本発明は前記課題に鑑みてなされ
たものであり、低温かつ高密度成形可能で、しかも磁気
特性の優れた磁性金属/絶縁膜複合粉末成形体による磁
心を提供することを技術的課題とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は下記のような構成とした。すなわち、表面
に酸化物材料からなる絶縁膜を形成した非晶質の磁性金
属原料粉末(以下、磁性金属/絶縁膜複合粉末と称する
ことがある)を圧縮成形してこれを磁心とした。
【0010】なお、前記圧縮成形は加熱下で行うことが
好ましい。
【0011】
【発明の具体的な説明】本発明の非晶質の磁性金属原料
粉末としては、最終製品(磁心)となった段階でも非晶
質状態を維持するものとしてFe−B−Si系,Fe−
B−Si−C系,Fe−B−Si−Cr系,Fe−Co
−B−Si系,Fe−Ni−Mo−B系等の非晶質磁性
金属粉末が挙げられる。また、最終的には結晶化温度以
上で熱処理することにより、微結晶が析出した状態にな
るものとしてFe−Al−Si−Nb−B系,Fe−C
u−Nb−Si−B系,Fe−Zr−B系,Fe−Ta
−C系,Fe−Ta−N系,Fe−Nb−B系等の非晶
質磁性金属粉末を例示できる。
【0012】本発明の非晶質金属粉末は通常以下の2つ
の方法によって製造することができる。第1の方法は、
前記成分の金属溶湯を超急冷することにより直接非晶質
金属粉末を得る方法である。具体的な製造方法として
は、水アトマイズ法,ガスアトマイズ法,スプレ−法,
キャビテ−ション法,スパ−クエロ−ジョン法,回転液
中射出法等を例示できる。
【0013】第2の方法は、前記成分の金属溶湯を超急
冷し非晶質金属薄帯あるいは非晶質金属フレ−クあるい
は非晶質金属線等の非晶質金属を得た後、これを粉砕す
る方法である。この場合の非晶質金属薄帯あるいは非晶
質金属フレ−クあるいは非晶質金属線等の製造方法とし
ては、単ロ−ル法,双ロ−ル法,遠心急冷法,回転液中
紡糸法等を例示できる。
【0014】またこれら非晶質金属の粉砕は、媒体撹拌
型ミル,振動ミル,ロ−ラ−ミル,ジェットミル等によ
り行うことができる。なお粉砕前に、この非晶質金属を
その結晶化温度より低い温度で熱処理してもよい。この
ように熱処理することにより非晶質金属が脆化し、粉砕
が行いやすくなる。
【0015】前記第1あるいは第2の方法で得られた非
晶質金属粉末には、その表面に渦電流損失を低下させる
目的で前記従来技術で説明したような電気的絶縁膜を形
成して複合粉末成形体とする。ところがこのような絶縁
膜は非磁性材料でありしかも非晶質金属粉末の全表面に
形成されているため、磁束方向にも非磁性の絶縁膜が存
在することになり磁束の流れが妨げられ、複合粉末成形
体の実効透磁率は急激に低下し、パワ−エレクトロニク
ス機器の用途には利用不可能となる。したがって、この
絶縁膜は、磁性体であることが望ましいことを本発明者
は見い出した。
【0016】ここで絶縁膜となる磁性をもつ電気的絶縁
体としては、MFe24(MはNi,Zn,Cu,M
n,Mg,Fe,Co,Liの中の少なくとも1種以
上)で表されるスピネル型フェライト、MFe12
19(MはBa,Pb,Sr,Ca,Ni,La,Agの
中の少なくとも1種以上)で表される六方晶フェライ
ト、またはγ−Fe23、CrO2等の酸化物を例示す
ることができるが、特に成形体の磁気特性を良好にする
という観点から、Ni−Znフェライト,Ni−Cu−
Znフェライト,Mn−Znフェライト,Mg−Cu−
Znフェライト,Mn−Mgフェライト等のスピネル型
ソフトフェライトであることが好ましい。
【0017】またこれら磁性絶縁膜の製造法としては、
絶縁膜構成金属元素を含んだ非晶質金属粉末を酸素ガス
雰囲気中で熱処理し直接目的の酸化膜を形成する方法、
絶縁膜構成金属(イオン)を含む溶液中に非晶質金属粉
末を浸漬することにより金属(イオン)を吸着し、これ
を酸素ガス雰囲気中で熱処理することにより目的の酸化
膜を形成する方法、絶縁膜構成金属の酸化物ゲルを調製
し、非晶質金属粉末をこのゲル中に浸漬することにより
金属酸化物ゲルを粉末表面に付着させ、これを酸素ガス
中で熱処理することにより目的の酸化膜を形成する方
法、絶縁膜構成金属イオンを含んだ溶液に非晶質金属粉
末を浸し、酸化することにより粉末表面に目的の酸化膜
を形成する方法等を挙げることができる。
【0018】なお磁性絶縁膜を形成する前に、非晶質金
属粉末の表面酸化膜を除去する目的で水素等の還元性ガ
ス中で結晶化温度以下の熱処理を行ってもよい。上記磁
性金属/絶縁膜複合粉末の圧縮成形を行う際、本発明で
は結晶化温度近傍における非晶質金属の粘性流動による
変形を利用する。したがって、急速加熱・急速冷却の成
形であることが望まれ、その方法としてはホットプレス
法,放電プラズマ法,HIP法等を例示することができ
る。
【0019】なお、ここで結晶化温度とは、過冷却等に
より非晶質状態にある物質を加熱した場合に、物質構成
原子の再配列が生じ、結晶化転移が起こる温度のことで
ある。
【0020】成形温度および成形圧力は、用いる磁性金
属/絶縁膜複合粉末によって変化するので一概に規定で
きないが、成形温度は、非晶質状態の粘性流動を利用す
るので非晶質磁性合金の結晶化温度以上に昇温してはな
らず、好ましくは100℃以上でかつ磁性合金の結晶化
温度以下の温度であり、特に好ましくは(結晶化温度−
100℃)〜(結晶化温度−5℃)の範囲である。
【0021】成形圧力は100〜20,000kg/c
2であることが望ましい。これ以上の圧力では金型の
耐久性に支障が生じ、これ以下の圧力では圧縮成形が困
難になるためである。
【0022】また磁気特性が劣化するため、圧縮成形の
際には結合材,潤滑材等の添加材は用いない方が望まし
いが、必要な場合には、無機系として水ガラス,金属ア
ルコキシド,セラミック超微粉末 等を、有機系として
フェノ−ル樹脂,エポキシ樹脂 等を少量用いることも
できる。
【0023】本発明の磁性金属粉末として微結晶材料を
用いた際の結晶化熱処理は、圧縮成形後に真空中あるい
はアルゴンガスもしくは窒素ガス等の不活性ガスあるい
は空気等の酸化性ガス中で行う。この熱処理条件として
は、熱処理温度として結晶化温度以上、熱処理時間とし
ては、0.1〜10時間程度、好ましくは0.5〜5時
間程度である。
【0024】一方磁性金属粉末として非晶質材料を用い
た際にも、歪み緩和による磁気特性の向上を目的として
熱処理を行ってもよい。この場合、熱処理温度は結晶化
温度以下で行う必要がある。熱処理雰囲気および時間は
微結晶材料の場合と同様である。
【0025】以下実施例をあげて本発明をさらに具体的
に説明する。
【0026】
【実施例】
(実験例1)微結晶材料として用いられるFe66Si14
Al8Nb39(数値は原子%)非晶質磁性金属の変形
能について実験を行った結果について以下に示す。
【0027】まず片ロ−ル法によって製造した上記合金
の非晶質薄帯(幅2.8mm,厚さ17μm)を熱機械
分析装置を用いて、加重50g,昇温速度10℃/mi
nの条件で歪測定を行った。この結果より熱膨張分を差
し引いた非晶質金属の変形による正味の歪速度を求め、
これより粘性係数ηを算出した。この温度依存性を図1
に示す。
【0028】温度の上昇とともにηは1013NS/m2
程度の値から1011NS/m2台の値まで大幅に減少し
最小値をとった後、さらに温度が増加するとηも増加す
る。ηが最小値を示す温度は、昇温速度10℃/min
で行った示差熱分析による結晶化発熱ピ−クと良い一致
を示し、これ以降のηの急激な上昇は、磁性金属の非晶
質からの結晶化の進行に対応する。
【0029】すなわちこの磁性金属合金は非晶質状態に
おいて温度の上昇とともに急激に変形しやすくなるが、
その高い変形能はさらに温度が上昇し結晶化が起こると
失われることがわかる。
【0030】この高い変形能を利用することにより、こ
の温度近辺で高密度焼結を実現できることがわかる。
【0031】ここで示差熱分析とは、測定試料と基準物
質(測定温度範囲内で熱的異常を示さない物質。本測定
ではアルミナ粉末を用いた)を一定の温度上昇率で加熱
し、両者の間に生じる温度差から試料の熱的性質を解析
する方法であり、本実施例の測定ではセイコー電子工業
株式会社製TG/DTA200を用いた。
【0032】(実験例2)非晶質材料として用いられる
Fe78Si913(数値は原子%)非晶質薄帯について
も同様な歪測定を行った。結果を図1にあわせて示す。
【0033】本実験例2によれば、実験例1の場合と同
様に結晶化温度近傍で粘性係数ηは極小値をもち、この
温度近傍での高い変形能を利用すれば、高密度焼結が可
能となることがわかる。
【0034】(磁心の製造工程)次に、実験例1に説明
した片ロ−ル法を用いて、Fe,Si,Al,Nb,B
を含有する溶湯からアルゴンガス1気圧雰囲気中でFe
66Si14Al8Nb39(数値は原子%)非晶質磁性金
属薄帯(幅2.8mm,厚さ17μm)を得た。
【0035】この非晶質磁性金属薄帯を結晶化温度以下
の350℃窒素ガスの存在下で、約1時間熱処理し脆化
を行った。そして脆化処理した非晶質薄帯を媒体撹拌型
ミルを用いて粉砕し粉末とした。得られた非晶質粉末を
400℃水素ガスの存在下で約1時間還元処理した後、
Ni−Zn−Fe酸化物ゲル(溶媒:エチレングリコ−
ル)に浸し、粉末表面にNi−Zn−Fe酸化物ゲルを
付着させた。この粉末を空気中450℃で約3時間熱処
理することにより非晶質粉末表面にNi−Znフェライ
ト磁性絶縁膜を形成した。
【0036】得られたNi−Znフェライト/非晶質金
属複合粉末を放電プラズマ法により、450℃,300
0kg/cm2の圧力で4分間圧縮成形を行い、外径φ
20mm×内径φ8mm×高さ5mmのリング状成形体
を得た。このリング状成形体を合成樹脂からなるケース
に収容して磁心とした。
【0037】以上の実施例からも明らかなように、磁性
絶縁材料で覆われた非晶質状態を含む磁性金属粉末を用
いることにより、低温で高密度焼結可能で、かつ高周波
において磁気特性のきわめて優れた磁心材料を提供する
ことが可能になる。
【0038】
【発明の効果】本発明によれば、低温で高密度焼結可能
で、かつ高周波において磁気特性のきわめて優れた磁心
材料を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例におけるFeSiAlNbB非晶質磁
性金属及びFeSiB非晶質磁性金属の粘性係数ηの温
度依存性を示す図
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C22C 33/02 J H01F 27/255 41/02 D 8019−5E C2

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面に酸化物材料からなる絶縁膜を形成
    した非晶質の磁性金属原料粉末を圧縮成形してなる磁
    心。
  2. 【請求項2】 前記圧縮成形を加熱下で行う請求項1記
    載の磁心。
  3. 【請求項3】 前記絶縁膜は、MFe24(MはNi,
    Zn,Cu,Mn,Mg,Fe,Co,Liの中の少な
    くとも1種以上)で表されるスピネル型フェライト、M
    Fe1219(MはBa,Pb,Sr,Ca,Ni,L
    a,Agの中の少なくとも1種以上)で表される六方晶
    フェライト、またはγ−Fe23、CrO2等の磁性酸
    化物であることを特徴とする請求項1または2記載の磁
    心。
  4. 【請求項4】 前記絶縁膜はNi−Znフェライト,N
    i−Cu−Znフェライト,Mn−Znフェライト,M
    g−Cu−ZnフェライトまたはMn−Mgフェライト
    等のスピネル型ソフトフェライトであることを特徴とす
    る請求項1または2記載の磁心。
  5. 【請求項5】 前記圧縮成形時の加熱温度は、100℃
    以上で前記非晶質金属の結晶化温度以下の温度であるこ
    とを特徴とする請求項1または2記載の磁心。
JP6150208A 1993-06-30 1994-06-30 磁 心 Pending JPH07135106A (ja)

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