JP2000049009A

JP2000049009A - 圧粉磁芯及びその製造方法

Info

Publication number: JP2000049009A
Application number: JP10230040A
Authority: JP
Inventors: Teruhiko Fujiwara; 照彦藤原; Haruki Hoshi; 晴揮保志
Original assignee: Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 1998-07-30
Filing date: 1998-07-30
Publication date: 2000-02-18

Abstract

(57)【要約】【課題】高い直流重畳電流においても、高いインダク
タンス値が保持できる圧粉磁芯と、これを容易に供給で
きる製造方法を提供する。【解決手段】液体急冷法で作製した強磁性金属粉末
を、その金属の再結晶温度以上で熱処理し、この粉末を
用いて圧粉磁芯を作製することにより、直流重畳特性に
優れ、透磁率の高い圧粉磁芯を容易に得ることができ
る。また、さらに、これに併せて、圧粉成形を、室温以
上、かつバインダーの硬化温度以下の温度で行うこと
や、バインダーの硬化を、磁芯の寸法を拘束保持した状
態で行うことにより、さらに、粉末充填率が高く、高透
磁率で、直流重畳特性の良い圧粉磁芯が製造可能とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品のコイル
等の磁芯に用いられる圧粉磁芯とその製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】高周波で用いられるコイル等の磁芯とし
て、フェライト磁芯や圧粉磁芯が使用されている。フェ
ライト磁芯を構成する酸化物磁性材料は、比較的飽和磁
束密度が小さい磁芯材料である。これに対して、圧粉磁
芯に多く用いられる強磁性金属粉末は、軟磁性フェライ
トに比べて高い飽和磁束密度を持ち、この粉末を圧縮成
形した圧粉磁芯を用いたコイルでは、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、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増々強くなっている。こ
れに伴い、圧粉磁芯についても、高い直流重畳電流を印
加しても、高いインダクタンス値が得られることが要求
されるようになった。

【０００４】一般に、圧粉磁芯の直流重畳特性を向上さ
せる方法としては、大別して、強磁性金属粉末の素材
となる金属強磁性体自体の飽和磁束密度の高いものを使
用する、圧縮成形時の充填率を上げる、という二つの
方法が考えられる。従来の透磁率を向上させる方法とし
ては、充填率を向上させる方法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や、バイ
ンダー条件を種々変化させる方法や、形状や粒度、組成
等の異なる２種類以上の粉末を配合して用いる方法等に
より、改善が検討されてきた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記の方法に
よる圧粉磁芯の直流重畳特性の改善は、既に、検討し尽
くされた状態で、成形圧力を上げる方法にしても、金型
寿命の低下等、製造コストの面からも無視できない状況
で、大幅な改善は困難な状況にあり、更なる改善に対応
できるものではない。

【０００６】従って、本発明の課題は、高い直流重畳電
流においても、高いインダクタンス値が保持できる圧粉
磁芯と、これを容易に供給できる製造方法を提供するこ
とである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題を
達成するべく、強磁性金属粉末の製造方法、その熱処理
条件と、これを用いた圧粉磁芯の直流重畳特性との関係
について、検討を重ねた結果、液体急冷法を用いて作成
した粉末を、その金属の再結晶温度以上で熱処理し、こ
れを用いて圧粉磁芯を作製することにより、高い直流重
畳磁界のもとでのインダクタンス値が著しく向上するこ
とが分かった。

【０００８】また、これらの金属粉末を使用して、磁芯
形状に圧縮成形する際に、所定の温度で、加温した状態
で行うことにより、さらに、直流重畳特性が良く、しか
も、高透磁率の磁芯が得られることが分かった。

【０００９】さらに、圧縮成形体のバインダー硬化を行
う際に、成形体の外形形状、寸法を拘束したままで行う
ことにより、更に、高い透磁率と、良好な直流重畳特性
の磁芯が得られることを見出した。

【００１０】即ち、本発明は、強磁性金属粉末とバイン
ダーとの混合物を圧縮成形して圧粉磁芯を製造する方法
において、強磁性金属粉末として、強磁性金属を液体急
冷法により粉末状に加工し、この粉末をその金属の再結
晶温度以上で熱処理した強磁性金属粉末を使用すること
を特徴とする圧粉磁芯の製造方法である。

【００１１】また、本発明は、前記の圧粉磁芯の製造方
法において、圧縮成形する工程を、室温以上で、かつバ
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
する圧粉磁芯の製造方法である。

【００１２】また、本発明は、前記の圧粉磁芯の製造方
法において、バインダーの硬化工程を、圧縮成形体の外
形形状、寸法を維持したままの状態で行うことを特徴と
する圧粉磁芯の製造方法である。

【００１３】さらに、本発明は、前記の圧粉磁芯の製造
方法により作製された圧粉磁芯である。

【００１４】以上のように、本発明では、強磁性金属粉
末は、液体急冷法により粉末状に加工したものを出発原
料にしている。例えば、ガスアトマイズ粉、水アトマイ
ズ粉等は、その一例である。これら強磁性金属粉末を、
再結晶温度以上で熱処理することにより、直流重畳特性
に優れた圧粉磁芯が得られる。

【００１５】液体急冷法で作製された強磁性金属の粉末
は、微細結晶粒から構成されているが、その粉末を再結
晶温度以上で熱処理することにより、粉末の結晶粒が成
長する現象と関係していると思われる。つまり、微細結
晶粒の時の磁化過程は、主として回転磁化が支配的であ
るのに対し、結晶粒が成長して粗大化することにより、
磁化過程は、主として磁壁移動が支配的となり、印加磁
界に対する磁束変化が直線的に変化するためと思われ
る。

【００１６】圧粉磁芯用の強磁性金属粉末として、Ｆｅ
系や、Ｓｉ−Ｆｅ系等が多く用いられる。これらの金属
の再結晶温度は、およそ８００℃以上のため、バインダ
ー混合などの粉末調整作業の前に、金属粉末を熱処理す
る必要が有る。

【００１７】また、従来のインゴット法で作製された金
属粉末では、本熱処理の効果が得られない。これは、粉
末製造時、金属粉末に多大な機械的歪みが加わるため、
あるいは、不純物の混入が起こり、磁化過程での磁壁移
動が妨げられるためと推測される。

【００１８】次に、圧粉磁芯の圧縮成形工程を、室温以
上、バインダーの硬化温度以下で行う事により、さらに
直流重畳特性に優れた磁芯が得られる。これは、圧縮加
工時、金属粉末の温度の上昇と共に、バインダーの流動
性が向上するため、成形中の合金粉末間の摩擦が低減
し、粉末の充填率に好影響を及ぼしたためと思われる。
ここで、温度を規定したは、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。

【００１９】また、圧縮成形体のバインダー硬化を、成
形体の外形形状、寸法を拘束保持したままで行うことに
よっても、更に、直流重畳特性の向上するのは、バイン
ダー硬化中の成形体のスプリングバックを抑制すること
により、圧縮成形体の充填率向上に非常に有効なためで
あると考える。

【００２０】

【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。

【００２１】本発明は、強磁性金属粉末とバインダーと
の混合物を圧縮成形して圧粉磁芯を製作する際、強磁性
金属粉末として、液体急冷法により作製した強磁性金属
粉末を、その再結晶温度以上で熱処理したものを使用す
る製造方法である。

【００２２】また、前記強磁性金属粉末を圧縮成形する
際に、室温以上で、かつバインダーの硬化温度以下の温
度範囲で行う圧縮成形する製造方法である。更に、前記
製造方法で作製した圧縮成形体のバインダー硬化工程
を、圧縮成形体の外形形状、寸法を維持したままの状態
で行う製造方法である。また、これらの製造方法で作製
した圧粉磁芯である。

【００２３】本発明によれば、粉末充填率が高く、直流
重畳特性に優れ、透磁率の高い圧粉磁芯を容易に得るこ
とができる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明を、実施例によって説明する。

【００２５】図１は、本発明の実施例と比較例の圧粉磁
芯における、直流重畳磁界Ｈｍと透磁率μの関係を示し
た図である。図２は、本発明の実施例と比較例におけ
る、直流磁界Ｈｍと磁束密度Ｂｍの関係を示した図であ
る。

【００２６】（実施例１）本実施例では、出発原料とし
て、水アトマイズ法で作製された純鉄粉を用いた。この
純鉄粉を、ステンレス製の容器に入れ、炉中９００℃×
２時間水素雰囲気中で保持し、その後、そのまま炉冷し
た。次に、この粉末を、篩を使用して、１００〜２０μ
ｍに分級した。この分級した粉末に、シリコーン樹脂を
１.５ｗｔ％混合し、外径２０ｍｍ、内径１０ｍｍの金
型を用い、室温で１０ｔｏｎ／ｃｍ²の成形圧で成形し
て、トロイダル形状の圧粉磁芯を得た。

【００２７】続いて、これら圧粉磁芯を、１７０℃で２
時間、大気中で熱処理を行い、バインダー硬化を行っ
た。この第１の実施例の圧粉磁芯に、巻線を施し、実施
例のコイルを作製した。

【００２８】比較例として、同一の出発原料で、粉末の
熱処理は行わず、他はすべて上記実施例と同じ条件で圧
粉磁芯を作製し、これに巻線して、比較例のコイルを作
製した。

【００２９】これらのコイルについて、プレシジョンメ
ーター（ＹＨＰ製４２０４Ａ）を用いて、１００ｋＨｚ
の直流重畳特性を求めた。測定インダクタンス値より透
磁率μを算出し、重畳した直流電流値より直流重畳磁界
［Ｈｍ（０ｅ）］を算出した。これらの結果を表１に示
す。

【００３０】（表１）

【００３１】表１から明らかなように、本発明の実施例
の圧粉磁芯は、高い直流重畳磁界のもとで、インダクタ
ンス値が高いことが分かる

【００３２】（実施例２）次に、第２の実施例は、ガス
アトマイズ法で作製されたＢａｌＦｅ‐６.５ｗｔ％Ｓ
ｉ合金粉末を出発原料とした。この合金粉末を１００〜
１５０μｍの大きさに分級し、これを樹脂で固定後、研
磨、エッチングし、光学顕微鏡で結晶粒径を観察した。
平均結晶粒径は約１０μｍであった。

【００３３】この粉末をステンレス製の容器に入れ、炉
中９００℃×２時間水素雰囲気中で維持し、その後、そ
のまま炉冷した。この熱処理後の粉末の結晶粒径を、熱
処理前の粉末で観察したのと同様の方法で観察した所、
平均の結晶粒径で約５０μｍであった。

【００３４】次に、この熱処理後の粉末を、篩を使用し
て、１５０〜２０μｍに分級した。この分級した粉末
に、シリコーン樹脂を３ｗｔ％混合し、外径２０ｍｍ、
内径１０ｍｍの金型を用い、室温中で、１０ｔｏｎ／ｃ
ｍ²の圧力で成形し、厚み７.５ｍｍのトロイダル形状の
圧粉磁芯を得た。

【００３５】次に、これら圧粉磁芯を１７０℃で２時間
大気中で熱処理を行い、バインダー硬化を行った。次
に、水素雰囲気で、７００℃、２時間保持後炉冷し、第
２の実施例の圧粉磁芯を得た。次に、この圧粉磁芯に巻
線を行い、実施例のコイルを作製した。

【００３６】比較例として、出発原料は同一で、熱処理
が無い条件以外は上記第２の実施例と全く同じ条件で比
較例の圧粉磁芯を作製し、これに巻線して、比較例のコ
イルを得た。

【００３７】これらのコイルを、実施例１と同じプレシ
ジョンメーターで直流重畳特性を求めた。求めた直流重
畳磁界と透磁率の関係を図１に示す。図１から明らかな
ように、本発明の第２の実施例による圧粉磁芯は、高い
直流重畳磁界で、高い透磁率が得られていることが分か
る。

【００３８】次に、本実施例と比較例の圧粉磁芯の直流
磁気特性を測定した。一次巻線に８０ターン、二次巻線
に３０ターンの巻線をし、直流自記磁束計（東英工業製
ＴＲＦ−５Ａ）により、各磁界での磁束密度［Ｂｍ（Ｇ
ａｕｓｓ）］を測定した。その結果を図２に示す。

【００３９】図２から分かるように、再結晶温度を越え
て熱処理した合金粉末で作製した実施例の圧粉磁芯の直
流磁気特性は、印加磁界に対して磁束の増加の割合が直
線的である。これは高磁界での高い透磁率が期待でき、
高い直流重畳磁界においても、高いインダクタンス値が
得られる原因と推測される。

【００４０】（実施例３）実施例２で使用した熱処理済
み合金粉末に、シリコーン樹脂を３ｗｔ％混合し、成形
用の粉末を作製した。次に、この粉末を外径２０ｍｍ、
内径１０ｍｍの金型を使用して、成形圧１２.５ｔｏｎ
／ｃｍ²で、高さ７ｍｍに成形を行った。成形時の温度
は、８０℃とした。この温度は、使用したバインダーの
硬化温度より、やや低い温度である。この成形体を、バ
インダーの硬化後、７００℃、２時間水素雰囲気中で熱
処理を行い、第３の実施例の試料とした。

【００４１】比較例として、成形温度のみ室温のままと
し、他の製造条件は、上記の第３の実施例と全く同じ条
件で作製したものを準備した。

【００４２】これら実施例と比較例の圧粉磁芯の粉末充
填率を測定した。次に、実施例２と同じ方法で、直流磁
界が５０エルステッドの時の直流重畳特性を測定し、そ
のときの圧粉磁芯の透磁率（μ）を求めた。これらの結
果を表２に示す。

【００４３】

【００４４】表２より、本実施例のバインダー硬化温度
に近い８０℃で成形した圧粉磁芯の方が、充填率、直流
重畳磁界印加時の透磁率、共に高いことが分かる。

【００４５】（実施例４）実施例２で使用したバインダ
ー混合済みの合金粉末を用いて、外径２０ｍｍ、内径１
０ｍｍの金型を使用して、高さ５ｍｍの圧粉体の成形を
行った。成形後、成形体をステンレス製の外径２０ｍ
ｍ、内径１０ｍｍ、高さ５０ｍｍの治具に移し、その治
具中で、外形形状と寸法を拘束したままで、バインダー
の硬化処理を行った。この成形体を治具から取出し、７
００℃で２時間大気中で熱処理を行い、第４の実施例の
圧粉磁芯を得た。

【００４６】比較例として、バインダーの硬化処理を、
成形型から取出した状態で、そのまま、形状の拘束無し
で、バインダー硬化を行い、それ以外は、実施例と同じ
条件で作製した。

【００４７】次に、これらの第４の実施例と比較例の圧
粉磁芯について、実施例２と同様の方法で、直流重畳特
性を測定し、直流重畳磁界と透磁率を求めた。これらの
結果を表３に示す。

【００４８】

【００４９】表３に示すとおり、第４の実施例の、バイ
ンダー硬化を圧縮成形体の外形形状、寸法を拘束保持し
て行うことにより、圧粉磁芯の粉末充填率が向上し、直
流重畳磁界印加時の透磁率が著しく向上していることが
分かる。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
液体急冷法で作製した強磁性金属粉末をその再結晶温度
以上で熱処理し、この粉末を用いて圧粉磁芯を作製する
ことにより、直流重畳特性に優れた透磁率の高い圧粉磁
芯を容易に得ることができる。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圧縮成形するこ
とや、バインダーの硬化中、磁芯の寸法を拘束保持した
まま行うことにより、さらに、粉末充填率が高く、高透
磁率で、直流重畳特性の良い圧粉磁芯が製造可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例と比較例の圧粉磁芯における、
直流重畳磁界Ｈｍと透磁率μの関係を示す図。

【図２】本発明の実施例と比較例の圧粉磁芯における、
直流重畳磁界Ｈｍと磁束密度Ｂｍの関係を示す図。

【符号の説明】

１，３実施例２，４比較例

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】強磁性金属粉末とバインダーとの混合物
を圧縮成形して圧粉磁芯を製造する方法において、強磁
性金属粉末として、強磁性金属を液体急冷法により粉末
状に加工し、この粉末を、その金属の再結晶温度以上で
熱処理した強磁性金属粉末を使用することを特徴とする
圧粉磁芯の製造方法。
【請求項２】請求項１記載の圧粉磁芯の製造方法にお
いて、圧縮成形する工程を、室温以上で、かつバインダ
ーの硬化温度以下の温度範囲で行うことを特徴とする圧
粉磁芯の製造方法。
【請求項３】請求項１または請求項２の何れかに記載
の圧粉磁芯の製造方法において、バインダーの硬化工程
を、圧縮成形体の外形形状、寸法を維持したままの状態
で行うことを特徴とする圧粉磁芯の製造方法。
【請求項４】請求項１乃至請求項３の何れかに記載の
圧粉磁芯の製造方法により作製されたことを特徴とする
圧粉磁芯。