JPH11176681A - 圧粉磁芯の製造方法 - Google Patents

圧粉磁芯の製造方法

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JPH11176681A
JPH11176681A JP9364097A JP36409797A JPH11176681A JP H11176681 A JPH11176681 A JP H11176681A JP 9364097 A JP9364097 A JP 9364097A JP 36409797 A JP36409797 A JP 36409797A JP H11176681 A JPH11176681 A JP H11176681A
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JP
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alloy powder
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powder
temperature
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JP9364097A
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Teruhiko Fujiwara
照彦 藤原
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Tokin Corp
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Tokin Corp
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    • 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
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    • H01F1/14791Fe-Si-Al based alloys, e.g. Sendust

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い透磁率で、しかも、高周波特性に優れた
圧粉磁芯を容易に製造できる圧粉磁芯の製造方法を提供
する。 【解決手段】 鉄(Fe)、珪素(Si)、アルミニウ
ム(Al)を主成分とし、平均のアスペクト比が5以上
で、平均の短軸径が50μm以下の合金粉末とバインダ
ーとを混合した圧粉磁芯成形用合金粉末を、300℃乃
至900℃の温度範囲で熱処理し、その後、この合金粉
末を圧縮成形する圧粉磁芯の製造方法。合金粉末の熱処
理を酸素が含まれる雰囲気中で行う圧粉磁心の製造方
法。合金粉末を圧縮成形する工程を、室温(20℃)か
らバインダーの硬化温度以下の温度範囲で行う圧粉磁芯
の製造方法。バインダーの樹脂硬化の工程を、成形体の
形状を維持したまま行う圧粉磁芯の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、コイル等に用いら
れる圧粉磁芯の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】高周波で用いられるコイルなどに、フェ
ライト磁芯や圧粉磁芯が多く使用されている。純鉄や磁
性合金からなる軟磁性金属粉末を圧粉成形して作製され
る圧粉磁芯は、軟磁性のフェライト磁芯に比べて、高い
飽和磁束密度を持つため、直流重畳性に優れているとい
う長所を有している。
【0003】しかし、圧粉磁芯は、軟磁性金属粉末と有
機バインダー等とを混合し、圧縮成型して作製されるた
め、透磁率は、あまり高くとれず、また、透磁率の周波
特性も、高い周波数帯域での減衰が大きいという問題が
ある。
【0004】一方、近年の電子機器の小型化要請に伴
い、電子部品の小型化の要求が強くなっている。この要
求は、コイルなどのインダクタンス素子の大部分を占め
る圧粉磁芯の磁気特性に対しても、高特性化が強く望ま
れている。例えば、圧粉磁芯の小型化を達成しつつ、コ
イルのインダクタンスは同等であることが要求されるこ
とも有り、その解決手段として、圧粉磁芯の透磁率の向
上及び周波数特性の改善が強く望まれている。
【0005】一般に、圧粉磁芯の透磁率を向上させる方
法は、大別して二点考えられ、原料である素材自体の
磁気特性、特に透磁率を改善する、充填率を上げる、
という方法である。
【0006】原材料の組成としては、高周波特性の点か
ら鉄(Fe)、珪素(Si)、アルミニウム(Al)系
の合金が多用されている。この材料を用いた磁芯の透磁
率を更に向上させる方法は、主として充填率の向上に主
点が置かれていた。その手段として、例えば、成形圧を
上げる方法、バインダー条件を種々変化させる方法、形
状、 粒度、組成等の異なる二つ以上の種類の粉末を配
合する方法等が検討されてきた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記した方法
による圧粉磁芯の透磁率の改善は、既に多くの検討がな
され、この方向での改善の効果は、あまり期待できない
状況にある。例えば、成形圧力を上げる方法にしても、
金型寿命の低下や、設備の大型化等、製造コストや安全
の面からも難しい状況に有る。
【0008】従って、本発明の課題は、高い透磁率で、
しかも、高周波特性に優れた圧粉磁芯を容易に製造でき
る製造方法を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を達
成するべく検討した結果、原料粉末として、比較的アス
ペクト比の高い所定の外形性状を有する合金粉末を用
い、しかも、その合金粉末を300℃乃至900℃の温
度範囲で保持する熱処理を行うことにより、圧粉磁芯の
透磁率が格段に向上することを見いだした。
【0010】即ち、原料粉末である軟磁性合金粉末の偏
平化加工は、原料合金粉末における透磁率の向上に効果
を与えるが、他方で、圧粉磁心の充填率は、扁平化加工
を行わない従来法による粉末に比較すると低下してい
る。これは、偏平化処理中に多大な変形歪が原料合金粉
末に加わるために、原料合金粉末が加工硬化し、その結
果、原料合金粉末の成形性に悪影響を及ぼしているもの
と思われる。また、粉砕中の溶媒との反応により、表面
性状が変化していることも考えられる。
【0011】従って、本発明では、偏平状の合金粉末の
加工歪の除去と表面性状改質のため、300℃乃至90
0℃の範囲の処理温度で熱処理することにより、圧粉磁
心の粉末充填率が向上することを見いだした。その結
果、透磁率の向上に対して著しい効果が得られた。
【0012】上記の透磁率向上の原因としては、原料合
金粉末の、扁平で高いアスペクト比を持つ外形性状と、
所定の温度による熱処理の相乗効果としての成形性の向
上による充填率の向上と、原料素材の透磁率が改善され
たためと思われる。
【0013】ここで、合金粉末の熱処理を酸素含有雰囲
気中で行うと、合金粉末の表面に絶縁層が形成され、透
磁率の周波数特性が改善される。また、成形時に加温し
た状態で行うことにより、さらに高透磁率の磁芯が得ら
れる。また、バインダー硬化を、成形体の寸法を拘束保
持したままで行うことにより、さらに透磁率の高い磁芯
が得られる。
【0014】即ち、本発明は、鉄(Fe)、珪素(S
i)、アルミニウム(Al)を主成分とし、平均のアス
ペクト比が5以上で、平均の短軸径が50μm以下の合
金粉末とバインダーとを混合した圧粉磁芯成形用合金粉
末を、300℃乃至900℃の温度範囲で熱処理し、そ
の後この合金粉末を圧縮成形する圧粉磁芯の製造方法で
ある。
【0015】また、本発明は、合金粉末の熱処理を酸
素が含まれる雰囲気中で行う上記記載の圧粉磁芯の製
造方法である。
【0016】また、本発明は、合金粉末を圧縮成形す
る工程を、室温(20℃)からバインダーの硬化温度以
下の温度範囲で行う上記の何れかに記載の圧粉磁芯
の製造方法である。
【0017】さらに、本発明は、バインダーの樹脂硬
化の工程を、成形体の形状、寸法を維持したまま行う上
記の何れかに記載の圧粉磁芯の製造方法である。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。コイルなどのインダクタンス部品を構成す
る圧粉磁芯の製造において、原料となる軟磁性合金粉末
として、組成が鉄(Fe)、珪素(Si)アルミニウム
(Al)を主成分として、その粉末粒子の外形が扁平状
に加工され、アスペクト比が5以上、平均の短軸径が5
0μm以下の粉末を用い、これを300℃乃至900℃
の範囲の温度で保持する熱処理を行い、その後、バイン
ダーと混合し、圧縮成形する圧粉磁芯の方法である。
【0019】また、この合金粉末の熱処理時の雰囲気
を、酸素を含む雰囲気中で熱処理した原料粉末、例え
ば、大気中で熱処理した原料合金粉末を用いた圧粉磁芯
の製造方法である。
【0020】また、上記の製造方法において、圧粉成形
時に、使用されているバインダー用樹脂の硬化温度以下
の範囲に昇温して圧縮成形する圧粉磁芯の製造方法であ
る。
【0021】出発原料は、溶解法によるインゴットから
の粉砕粉、アトマイズ粉等、種々考えられるが、組成の
濃度分布が均一ならば、その粉末の製造方法には制限さ
れない。これら原料合金粉末は、ボールミル、アトライ
ター等で粉砕することにより、粉末のアスペクト比を自
由に変えることができ、さらに、粉砕時間の調整によ
り、アスペクト比は任意に変化させることができる。ア
スペクト比を5以上にし、粉末粒子の厚み(短軸径)を
50μm以下にし、次に、その粉末を300℃乃至90
0℃の温度範囲で熱処理する。その粉末で圧粉磁芯を作
製することにより、高透磁率の圧粉磁心が製造できる。
【0022】しかも、原料合金粉末の熱処理を、酸素を
含む雰囲気中で行うことで、透磁率の周波数特性に優れ
た磁芯特性が得られる。
【0023】熱処理温度を300℃以上に規定したの
は、300℃以下では、加工歪の除去が充分でなく、ま
た、900℃以下と規定したのは、900℃以上になる
と、焼結による粒子間の結着により粉末の流動性が低下
し、成形体の粉末充填率が低下するためである。
【0024】さらに、粉末成形時の初期の合金粉末の温
度(成形温度)を、室温以上バインダーの硬化温度以下
で行うことにより、さらに高透磁率の磁芯が得られる。
これは、温度の上昇と共にバインダーの流動性が向上す
るため、成形時の合金粉末間の摩擦が低減し粉末の充填
及び粉末の配向に好影響を及ぼしたためと思われる。
【0025】ここで、成形温度を室温(20℃)以上で
使用されたバインダー樹脂の硬化温度以下の範囲に規定
したのは、バインダーの流動性は室温以上で向上し、硬
化温度以上では、バインダーの硬化が始まるため、流動
性が低下するためである。
【0026】また、成形体のバインダー硬化を成形体の
外形、寸法を拘束保持したままで行うことによっても、
透磁率の向上が可能である。これは、高アスペクト比の
粉末で製造された成形体は、スプリングバックが大きい
ため、成形後のバインダー硬化を成形時の寸法を拘束保
持したまま行うことが、最終状態の圧粉磁芯の圧粉密度
の向上に非常に有効なためである。
【0027】
【実施例】以下、本発明を実施例によって説明する。
【0028】(実施例1)アトマイズ法にて作製され、
組成比が残Fe-10wt%Si-5wt%Alの合金の
粗粉を素材とし、ボールミルを使用して合金粉末の偏平
化処理を行った。ボールミル粉砕後に得られた合金粉末
の平均のアスペクト比は約20であった。
【0029】次に、これら粉末を大気中、真空中、窒素
雰囲気中で各々500℃で30分間保持の熱処理を行っ
た。次に、シリコーン樹脂を3wt%混合し、外径20
mm、内径10mmの金型を用い、成形温度を70℃に
昇温して5ton/cm2で成形し、トロイダル形状の
圧粉磁芯を得た。
【0030】次に、これらの圧粉磁芯を、170℃、2
時間大気中で熱処理を行い、バインダー硬化を行ない、
引き続き大気中700℃、2時間熱処理を行った後、成
形体の粉末充填率を測定した。さらに、これらの磁芯に
対して巻線を施し、コイルを形成した。これを、インピ
ーダンスアナライザー(YHP製4194A)を用い
て、10,100kHzでのインダクタンスを測定し、
透磁率を求めた。これらの結果を、次に記す比較例の結
果と併せて、表1に示す。
【0031】比較例1は、実施例と全く同じ組成の合金
粉末を使用して、合金粉末の熱処理は行わず、本発明と
全く同じ方法で磁芯を作製した。比較例2は、実施例と
同じ組成で、アトマイズ加工上がりの原料粉末を、扁平
か処理も熱処理も行わず、本発明と全く同じ方法で圧縮
成形し、圧粉磁心を作製した。これらの比較例の試料の
圧粉磁芯についても、透磁率を測定し、その結果を表1
に示す。
【0032】
【0033】表1から明らかなように、粉末を熱処理す
ることにより、圧粉磁芯の充填率及び透磁率が向上する
ことが分かる。また、雰囲気については、全ての条件で
効果が認められるが、周波数特性を考慮すると、大気中
で熱処理するのが最も良いことがわかる。
【0034】(実施例2)実施例1で作製した原料合金
粉末から、平均のアスペクト比が3,5,7,10,2
0の合金粉末を用意して、熱処理温度は、200℃ない
し1000℃までを100℃刻みで大気中熱処理した。
【0035】次に、熱処理したこの合金粉末を使用し、
実施例1と全く同じ条件で圧粉磁芯を作製し、バインダ
ー硬化及び熱処理を行った。その結果をアスペクト比が
20の試料について、粉末の熱処理温度と透磁率(μ)
の関係を図1に示す。図1の結果より粉末の熱処理温度
が300℃乃至900℃の範囲で特性の向上が認められ
る。また、図示していないが、アスペクト比が5以上で
透磁率の改善があった。
【0036】以上、説明したように、アスペクト比の高
い、かつFe−Si−Al系合金粉末を予め300℃乃
至900℃の温度範囲で熱処理した粉末を原料とし、そ
の粉末で圧粉磁芯を作製することにより、高透磁率の磁
芯を作製することができた。この時、熱処理の雰囲気が
酸素を含む雰囲気で行うとき、周波数特性に優れた圧粉
磁心が得られた。また、成形を室温以上かつバインダー
の硬化温度以下の温度で成形することにより、更に高透
磁率の磁芯が得られ、またバインダーの硬化を磁芯の寸
法を拘束保持したまま行うことにより、さらに高透磁率
の磁芯が製造できた。
【0037】
【発明の効果】以上、本発明によれば、高い透磁率と、
透磁率の周波数特性に優れた圧粉磁芯が得られる圧粉磁
芯の製造方法が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の圧粉磁芯の原料合金粉末の熱
処理温度と、100kHzにおける磁芯の透磁率(μ)
との関係を示した図。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鉄(Fe)、珪素(Si)、アルミニウ
    ム(Al)を主成分とし、平均のアスペクト比が5以上
    で、平均の短軸径が50μm以下の合金粉末とバインダ
    ーとを混合した圧粉磁芯成形用合金粉末を、300℃乃
    至900℃の温度範囲で保持する熱処理を行い、その
    後、この合金粉末を圧縮成形することを特徴とする圧粉
    磁芯の製造方法。
  2. 【請求項2】 合金粉末の熱処理を酸素が含まれる雰囲
    気中で行うことを特徴とする請求項1記載の圧粉磁心の
    製造方法。
  3. 【請求項3】 合金粉末を圧縮成形する工程を、室温か
    らバインダーの硬化温度以下の温度範囲で行うことを特
    徴とする請求項1、または請求項2のいずれかに記載の
    圧粉磁芯の製造方法。
  4. 【請求項4】 バインダーの樹脂硬化の工程を、成形体
    の形状を維持したまま行うことを特徴とする請求項1か
    ら請求項3のいずれかに記載の圧粉磁芯の製造方法。
JP9364097A 1997-12-16 1997-12-16 圧粉磁芯の製造方法 Withdrawn JPH11176681A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109215923A (zh) * 2017-06-29 2019-01-15 Tdk株式会社 线圈部件及lc复合部件

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109215923A (zh) * 2017-06-29 2019-01-15 Tdk株式会社 线圈部件及lc复合部件

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