JPWO2011118774A1 - 圧粉磁心及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
We=(k1Bm 2t2/ρ)f2 (式1)
Wh=k2Bm 1.6f (式2)
W=We+Wh=(k1Bm 2t2/ρ)f2+k2Bm 1.6f (式3)
しかし、圧粉磁心は、鉄などの軟磁性金属粉末を圧縮成形して作製するので、圧縮成形の過程で軟磁性金属粉末に歪みが蓄積し、この歪みによりヒステリシス損Whが大きい。このような圧粉磁心においては、上記特許文献2のように、圧粉磁心に熱処理を施して、軟磁性金属粉末に蓄積した歪みを開放することにより、ヒステリシス損Whを低減して鉄損Wを低減することができる。しかし、樹脂を添加した圧粉磁心に熱処理を施す場合、熱処理温度を高くし過ぎると、樹脂が劣化・分解してしまい、電気絶縁性が損なわれて固有抵抗ρが激減し、このため、渦電流損Weが増大して鉄損Wの増大を招く。そのため、熱処理温度は、樹脂の耐熱温度(300℃程度)未満となり、歪みの除去が不完全で、ヒステリシス損Whを十分に低減することができず、鉄損Wが高くなってしまう。
本発明は、低鉄損であるとともに、優れた恒透磁率性を有する、車載用リアクトルのコアとして好適な圧粉磁心を提供することを目的とする。
圧粉磁心の利点である恒透磁率性を保持しつつ、圧粉磁心の鉄損を低減するためには、圧粉成形後の熱処理温度を高く設定することによって成形時の歪みを開放してヒステリシス損を十分に低減することが有効である。このためには、熱処理温度を500℃以上、好ましくは600℃程度以上とすることが望ましい。このように熱処理温度を高くするには、圧粉磁心を構成する電気絶縁被覆鉄基軟磁性粉末に添加される物質として、このような熱処理温度に耐久性を有する(つまり、融点又は分解点が熱処理温度より高い、好ましくは50℃以上高い)物質を選択することが重要である。そこで、本発明において使用する低透磁率物質は、樹脂のような有機物ではなく、耐熱温度が700℃以上の低透磁率物質が選択される。これにより、圧粉磁心の熱処理を高温(例えば500℃以上)で実施することを可能とし、ヒステリシス損の低減を図ることができる。ここで、耐熱温度とは、熱分解等に起因する組成変化、状態変化等によって透磁率の変化が生じない最高温度である。すなわち、熱処理温度によって低透磁率物質の透磁率が変化しないことが要件であり、耐熱温度<融点及び分解点、となるので、耐熱温度が700℃以上であることは、融点及び分解点が700℃を超えることを意味する。
軟磁性粉末の表面に形成される電気絶縁被膜は、上記熱処理温度で絶縁性が維持されるものであればよいが、リン酸塩を含む電気絶縁被膜は、熱処理した際に互いに結着するので、圧粉体の強度の観点から好ましい。無機絶縁被膜で被覆された軟磁性粉末は、市販の製品から適宜選択して用いることができ、或いは、既知の方法に従って軟磁性粉末の表面に無機化合物の被膜を形成して用いてもよい。例えば、前記特許文献1(特開平9−320830号公報)に従って、リン酸、ホウ酸及びマグネシウムを含有する水溶液を鉄粉末に混合して乾燥することによって、鉄粉末1kgの表面に0.7〜11g程度の無機絶縁被膜が形成された絶縁被覆軟磁性粉末が得られる。
上述の絶縁被覆鉄基軟磁性粉末と低透磁率物質粉末とを混合して混合粉末を調製し、形成する圧粉磁心の体積に基づいて、目的とする圧粉密度に対応する分量の混合粉末を秤量して、圧粉磁心用の金型内で圧縮成形することによって、図3のような軟磁性粉末間の空隙に低透磁率物質が集中して分布する圧粉体が得られる。成形の際に軽く揺動すると、混合粉末の圧縮性を高め易い。6.7Mg/m3以上の高密度に圧粉するには、通常、1000MPa程度の高い成形圧が加えられるので、歪みを十分に緩和するには、後続の熱処理における500℃以上の高温の適用が有意義である。
上述のようにして得られる圧粉体に500〜700℃程度の熱処理を10〜60分間程度施すことによって、圧粉時の歪みが十分に緩和され、得られる圧粉磁心のヒステリシス損が減少する。得られる圧粉磁心は、密度が6.7Mg/m3以上で、絶縁被覆鉄系軟磁性粉末間の空隙に耐熱性の低透磁率物質が集中して局在する構造を有することにより、軟磁性粉末の占積率が85〜95体積%程度以上に維持でき、気孔率は概して3.5〜14.95体積%程度以下となる。従って、鉄損を少なく維持しつつ、最大透磁率を低下させてμmaxに対するμ10000A/mの比率を高めることができる。尚、圧粉磁心における軟磁性粉末の占積率及び気孔率は、圧粉磁心にワニス等を含浸した後、切断して研磨した断面を光学顕微鏡で撮影した画像を画像分析ソフトウエア(例えば三谷商事株式会社製WinROOF等)を用いて、軟磁性粉末の部分または気孔の部分の面積を測定することにより特定することができる。この場合、光学顕微鏡画像をグレースケールで撮影し、得られたグレースケール画像をWinROOFで画像分析する際に、モード法に従って閾値を調整して、気孔部分と軟磁性粉末および低透磁率物質の部分を二値化して、計測粒子を分離解析することで気孔部分の気孔率を求めるとともに、閾値を再度調整して気孔および低透磁率物質の部分と軟磁性粉末の部分を二値化して解析することで軟磁性粉末の部分の占積率を求めることができ、これらの解析値から低透磁率物質の面積率を求めることができ、近似的に体積率の値として用いることができる。
又、前記特許文献1を参照して平均粒径が75μmの純鉄粉の表面をリン酸塩系絶縁被膜で被覆し、これを絶縁被覆軟磁性粉末として、以下の操作で使用した。
原料粉末は、圧粉体密度が6.9Mg/m3(試料1〜3,9〜34)又は表1に記載する値(試料4〜8)になる分量を秤量して、内径:20mm、外形:30mm、厚さ:5mmの環状の試験片に圧粉成形した。この後、試料番号1〜28の試験片については650℃で熱処理を施し、試料番号29の試験片については200℃で熱処理を施した。又、試料番号30〜34の試験片は、熱処理温度を表1に記載される200〜600℃の範囲の温度に変更したこと以外は、試料13と同様にして得た。
得られた試験片の鉄損を、周波数10kHz、励磁磁束密度0.1Tの条件下で測定した。また、各試験片の比抵抗を四探針法により測定した。さらに、0〜10000A/mまで励磁磁界を変化させて、10000A/mにおける磁束密度B10000A/m、最大微分透磁率μmaxおよび10000A/mにおける微分透磁率μ10000A/mを測定した。測定結果を表1に示す。
Claims (18)
- 電気絶縁被膜を表面に有する鉄基軟磁性粉末と、耐熱温度が700℃以上で、空気の比透磁率より低い比透磁率を有する低透磁率物質の粉末とを含む混合粉末の圧粉体を有する圧粉磁心であって、前記圧粉体中の軟磁性粉末間の空隙に前記低透磁率物質が存在し、前記圧粉体の密度が6.7Mg/m3以上である圧粉磁心。
- 周波数10kHz、励磁磁束密度0.1Tのもとで鉄損が150kW/m3以下である請求項1に記載の圧粉磁心。
- 前記圧粉磁心の透磁率が60〜140である請求項1又は2に記載の圧粉磁心。
- 前記低透磁率物質が、酸化物、炭化物、窒化物及び珪酸塩鉱物のうちの少なくとも1種である請求項1〜3のいずれかに記載の圧粉磁心。
- 前記低透磁率物質が、Al2O3、TiO2、MgO、SiO2、SiC、AlN、タルク、カオリナイト、マイカおよびエンスタタイトのうち少なくとも1種類である請求項4に記載の圧粉磁心。
- 前記低透磁率物質の粉末の平均粒径が10μm以下である請求項1〜5のいずれかに記載の圧粉磁心。
- 前記低透磁率物質の粉末の最大粒径が20μm以下である請求項1〜6のいずれかに記載の圧粉磁心。
- 前記混合粉末中の前記低透磁率物質の粉末の量が0.05〜1.5体積%である請求項1〜7のいずれかに記載の圧粉磁心。
- 電気絶縁被膜を表面に有する鉄基軟磁性粉末と、耐熱温度が700℃以上で、空気の比透磁率より低い比透磁率を有する低透磁率物質の粉末とを含む混合粉末の圧粉体を有する圧粉磁心であって、前記圧粉体は、倍率1000倍の下で観察をしたときの前記低透磁率物質の面積率が1.5〜30%となる断面もしくは表面を有する圧粉磁心。
- 0〜10000A/mまで励磁磁界を変化させた際の、圧粉磁心の最大微分透磁率をμmax、10000A/mにおける微分透磁率をμ10000A/mとした時、μmaxに対するμ10000A/mの比率が0.15以上である圧粉磁心。
- 車載用リアクトルの鉄心として用いられる請求項1〜10のいずれかに記載の圧粉磁心。
- 耐熱温度が700℃以上で、空気の透磁率より低い透磁率を有する低透磁率物質の粉末を用意し、電気絶縁被膜を表面に有する鉄基軟磁性粉末に前記低透磁率物質の粉末を混合し、前記混合粉末を圧縮成形して密度6.7Mg/m3以上の圧粉体を得て、前記圧粉体を500℃以上で熱処理する圧粉磁心の製造方法。
- 得られる圧粉磁心の透磁率が60〜140となる低透磁率物質の粉末を用いる請求項12に記載の圧粉磁心の製造方法。
- 前記低透磁率物質の粉末が、酸化物、炭化物、窒化物及び珪酸塩化合物のうちの少なくとも1種の粉末である請求項12または13に記載の圧粉磁心の製造方法。
- 前記低透磁率物質の粉末が、Al2O3、TiO2、MgO、SiO2、SiC、AlN、タルク、カオリナイト、マイカおよびエンスタタイトのうちの少なくとも1種類を含む請求項14に記載の圧粉磁心の製造方法。
- 前記低透磁率物質の粉末は、平均粒径が10μm以下である請求項12〜15のいずれかに記載の圧粉磁心の製造方法。
- 前記低透磁率物質の粉末は、最大粒径が20μm以下である請求項12〜16のいずれかに記載の圧粉磁心の製造方法。
- 前記低透磁率物質の粉末を0.05〜1.5体積%添加することを特徴とする請求項12〜17のいずれかに記載の圧粉磁心の製造方法。
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