JP2000228305A - 圧粉磁芯及びコイル - Google Patents

圧粉磁芯及びコイル

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JP2000228305A
JP2000228305A JP11030288A JP3028899A JP2000228305A JP 2000228305 A JP2000228305 A JP 2000228305A JP 11030288 A JP11030288 A JP 11030288A JP 3028899 A JP3028899 A JP 3028899A JP 2000228305 A JP2000228305 A JP 2000228305A
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core
dust core
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magnetic
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Masayoshi Ishii
政義 石井
Haruki Hoshi
晴輝 保志
Teruhiko Fujiwara
照彦 藤原
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Tokin Corp
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Tokin Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
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    • H01F41/0246Manufacturing of magnetic circuits by moulding or by pressing powder

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高飽和磁化で、かつ、低保磁力の低損失圧粉
磁芯の提供。 【解決手段】 FeSiMn系合金にVを0.05重量
%以上、5.0重量%未満添加した合金組成粉末で作製
した圧粉磁芯。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、チョークコイル等
に用いられる圧粉磁芯に関するものである。
【0002】
【従来の技術】高周波で用いられるチョークコイルとし
て、軟磁性フェライト磁芯や圧粉磁芯が使用されてい
る。これらの内、軟磁性フェライト磁芯は、飽和磁束密
度が小さいという欠点を有している。これに対して、強
磁性金属粉末を成形して作製される圧粉磁芯は、軟磁性
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】また、近年の電子機器の小型化要請に伴う
電子部品の小型化の要求に対し、増々動作電流の高電流
化が進んでいる。これに伴い、使用される圧粉磁芯に
は、高磁界での透磁率向上が強く求められている。
【0004】一般に、コイルの直流重畳特性を向上させ
るためには、飽和磁化の高い磁芯を選択すること、つま
り高磁界で磁気飽和しない磁芯の選択が必須である。
【0005】そこで、必然的に高い飽和磁化の材料が必
須となる。そのような高い飽和磁化材料として、純鉄が
良く知られている。また、この純鉄粉は、圧粉磁芯材料
として広く使用されている。
【0006】ところが、純鉄粉による圧粉磁芯は、材料
の飽和磁化が約2分の1のセンダスト系圧粉磁芯よりも
低い重畳特性しか示さない。この理由は、純鉄がセンダ
ストに比較し高い磁気異方性のため保磁力が大きいこと
と、材料の電気抵抗が低いため渦電流損が大きいためと
考えられる。
【0007】この欠点を改善するため、純鉄にSi、A
l等を添加元素として合金を製造することにより、磁気
異方性を低減させるとともに、電気抵抗を向上できるこ
とが広く知られている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、発明者らが検
討した結果によると、圧粉磁芯材料としてみた場合、何
れの添加元素の合金粉末で圧粉磁芯を製造しても、その
重畳特性の改善は顕著ではなかった。その原因は、前記
合金系では、磁気異方性を0にする組成が存在しないた
め保磁力が高く、材料自身の高い飽和磁化を有効に利用
できないこと、さらに、圧粉磁芯にしたときの比抵抗が
低いため損失(Pcv)が増大するためと考えられる。
【0009】従って、本発明の課題は、上記問題点に鑑
み、高飽和磁化で、かつ、低保磁力の強磁性粉末で作製
された低損失の圧粉磁芯を提供することにより、直流重
畳特性に優れたコイルを提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
上記問題点の調査を進めた結果、優れた直流重畳特性を
得られる圧粉磁芯合金組成を提案している。即ち、前記
提案は、1重量%〜10重量%SiFe合金組成に0.
1重量%〜5重量%のMnを添加することにより、合金
粉末の保磁力と磁気異方性が低減し、圧粉磁芯の直流重
畳特性が著しく向上した圧粉磁芯である。
【0011】さらに、調査を継続した結果、上記提案の
圧粉磁芯合金組成にVを0.05〜5.0重量%添加する
ことで、低損失で、かつ、より優れた直流重畳特性を有
する圧粉磁芯を見いだすに至った。
【0012】これは、電磁鋼板材料として知られるSi
FeにMnを添加することにより、合金粉末の保磁力が
低減したためであり、磁気異方性の低減が関与している
と推察される。
【0013】さらに、Vを添加することにより、圧粉磁
芯であるコアの比抵抗が向上し、渦電流損失(Pe)が
低減し、トータルのコア損失(Pcv)が低減するため
である。
【0014】また、圧粉磁芯のコアの損失(Pcv)
は、一般的にヒステリシス損失と渦電流損失に分類され
る。ヒステリシス損失を支配する因子には、合金組成、
歪みなどがあり、渦電流損失を支配する因子には、材料
の電気抵抗、粒径、粒子間の絶縁がある。
【0015】よって、Vの添加により材料の電気抵抗が
上がり、圧粉磁芯にした状態の、コアでの比抵抗が向上
し、コアの損失(Pcv)が低減したと推察される。
【0016】また、ここでSiFe合金系を選択した理
由は、SiはAlに比較し少量の添加でFeの磁気異方
性を著しく低減させることが可能なためである。
【0017】本発明者らは、Si−Fe−Mn合金にV
を添加することにより、SiFeMn合金粉末の損失
(Pcv)が低減することを見い出した。これは、上述
したV添加による、比抵抗の向上の効果と思われる。
【0018】これにより、Mn添加で磁芯の保磁力値も
低減し、さらにV添加でコアの損失(Pcv)が低減
し、結果として高い直流電流重畳特性が達成されたもの
と思われる。
【0019】即ち、本発明は、強磁性金属粉末とバイン
ダーとを混合した粉末を圧縮成型して得られる圧粉磁芯
において、前記強磁性金属粉末は、FeSiMn系合金
にVを0.05重量%以上、5.0重量%未満添加した合
金組成粉末の圧粉磁芯である。
【0020】また、本発明は、前記強磁性金属粉末の粉
末粒径が500μm以下(但し、0を含まず)の粉末の
圧粉磁芯である。
【0021】また、本発明は、前記圧粉磁芯のコア損失
(Pcv)が1500(100kHz−1000G)以
下で、かつ、印加磁界200Oeにおける磁束密度B2
00が10000G以上の圧粉磁芯である。
【0022】また、本発明は、前記圧粉磁芯に導線を巻
き回したコイルである。
【0023】
【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。
【0024】出発原料は、組成が1重量%〜10重量%
Si、0.1重量%〜5重量%Mn、0.05〜5.0重
量%V、残部Feであり、合金粉末の製造は、高周波溶
解で作製したインゴットを粉砕しても、アトマイズ法で
作製しても、組成が均一であれば、どちらでも良い。
【0025】また、この合金粉末は、必要に応じて熱処
理し、次に、バインダーを混合し、金型を使用し、所望
の形状にプレス成形する。次に、この成形体を必要に応
じ歪取熱処理することにより、本発明の実施の形態によ
る圧粉磁芯が製造される。
【0026】ここで、V量を規定したのは、0.05%
以下のV量では、無添加と同等で添加の効果が見られな
いためで、5.0%を超えると飽和磁化の低下が著し
く、重畳特性を劣化させるためである。
【0027】また、Si量、Mn量の規定において、S
i量を規定したのは、Si量が1%未満ではMn添加の
効果が無く、10%を超えると飽和磁化の低下が著し
く、Mn添加の効果が無くなるためである。また、Mn
量は、0.1%未満では添加の効果が無く、5%を超え
ると、やはり飽和磁化の低下が著しく、Mn添加の効果
が無くなるためである。
【0028】また、粒径を500μm以下に規定したの
は、500以上ではコアの損失が増大し、良好な特性が
得られないためである。さらに、充填率も低下する傾向
にあるためである。コアの損失を規定した理由も同様
に、1500以上では良好な直流重畳特性が得られない
ためである。
【0029】
【実施例】以下、本発明を実施例によって説明する。
【0030】(実施例1)6.5%Si、1.0%Mn、
0.5%V、残部Fe組成の合金インゴットを高周波溶
解で作製した。このインゴットをジョークラッシャー、
ロールミルを使用して−150μm以下に粉砕した。次
に、この粉末をFe製の容器に入れ、炉中1000℃×
2時間Ar雰囲気中保持後、そのまま炉冷した。次に、
この粉末を炉から取出し後、篩を使用し150〜20μ
mに分級した。この分級した粉末にシリコーン樹脂を
2.0wt%混合し、外径20mm、内径10mmの金
型を用い、室温で10(ton/cm)で成形し、ト
ロイダル形状の圧粉磁芯を得た。
【0031】この圧粉磁芯を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、この圧
粉磁芯に対し、粉末成形時の歪を除去するため、600
℃×2時間、水素中で熱処理した後、巻線を施し、HP
製4284Aプレシジョンメーターで直流重畳特性を測
定した。
【0032】測定したインダクタンス値より透磁率μを
計算した。また、重畳した直流電流値より、重畳した直
流磁界Hm(Oe)を計算した。これらの結果から、直
流磁界と透磁率の関係を図1に示す。
【0033】また、比較例として、出発原料の組成が
6.5%SiFe合金(Mn無添加、V無添加)であ
り、本発明の実施例1と全く同じくインゴットから粉末
を製造し、熱処理、バインダー混合、成形、熱処理を行
って作製した圧粉磁芯の直流重畳特性を測定した。その
結果を実施例1と同様に、図1に示す。
【0034】図1から明らかなように、本発明の実施例
1による圧粉磁芯は、比較例に比べ直流重畳特性が向上
していることが分かる。
【0035】(実施例2)実施例1と同様の組成のイン
ゴットを実施例1と同様な方法で粉末の熱処理を行っ
た。次に、その粉末を1000μm〜750μm、75
0μm〜500μm、500μm〜250μm、250
μm〜150μm、150μm以下の5種類に篩分け
後、実施例1と同様な方法でバインダーと混合、コア作
製、熱処理を行った。
【0036】このようにして作製されたコアを岩崎通信
社製SY−8232により、100kHz−1000G
の条件で圧粉磁芯の交流磁気特性を測定し、その結果の
内、粉末粒径に対するコアの損失を表1に示した。次
に、HP製4284Aプレシジョンメーターで直流重畳
特性を測定し、その測定結果の内、印加磁界40(O
e)における透磁率μを計算により求め、粉末粒径に対
するμ40として、その結果を表1に示した。
【0037】
【表1】
【0038】表1より、500μm以上の粉末粒径でコ
アの損失が大きく、透磁率μ40が低下しており、粉末
粒径500μm以下で良好な直流重畳特性が得られるこ
とがわかった。
【0039】(実施例3)Si量を6.5%、Mn量を
1.0%に一定として、V量を0、0.05、0.1、0.
5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.
0%の各組成としたインゴットを高周波溶解にて作製し
た。次に、実施例1と同様な方法で粉末の熱処理、篩分
け、バインダー混合、コア作製、熱処理を行った後、こ
れらコアに一次側55ターン、二次側30ターンの巻線
を施し、東英工業株式会社製TRF−5A直流自記磁束
計により、これら圧粉磁芯であるコアの直流磁気特性を
測定した。
【0040】次に、岩崎通信社製SY−8232によ
り、100kHz−1000Gの条件で圧粉磁芯の交流
磁気特性を測定した。さらに、巻線を解き、コアの比抵
抗(ρ)を測定した。
【0041】測定した結果の内、印加磁界200(O
e)の時のV添加量に対する磁束密度B200を図2
に、V添加量に対するコアの損失(Pcv)及び比抵抗
(ρ)を図3に示す。
【0042】図2、図3から、V添加量の増加に伴い比
抵抗(ρ)が向上し、損失が低減するのが分かる。しか
し、磁束密度Bは、V添加量の増加に伴い減少し、5%
以上で比較例である無添加合金の値よりも低くなり、V
添加の効果が実質的に失われることが分かる。
【0043】次に、この圧粉磁芯であるコアに巻線を施
し、HP製4284Aプレシジョンメーターで直流重畳
特性を測定した。その測定結果の内、印加磁界40(O
e)における透磁率μを計算により求めた結果を図4に
示す。
【0044】図4より、0.05〜5%以下のV量で、
無添加より透磁率μが向上していることが分かる。ま
た、V添加量が5%を越えると、無添加より透磁率μが
低下するのは、前述で述べた磁束密度Bの低下が関係し
ているものと考えられる。
【0045】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の圧粉磁芯
によれば、1重量%〜10重量%Si、0.1重量%〜
5重量%Mn、残FeにVを0.05重量%以上、5.0
重量%未満添加した合金粉末を使用して圧粉磁芯を作製
することにより、損失が1500kW/m以下と低損
失で、B200が10000G以上で良好な直流重畳特
性となるコイルを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1及び比較例における圧粉磁芯
の直流重畳磁界と透磁率μの関係を示す図。
【図2】本発明の実施例3における、V添加量と直流磁
気特性(B200)の関係を示す図。
【図3】本発明の実施例3における、V添加量とコアの
損失(Pcv)及び比抵抗(ρ)の関係を示す図。
【図4】本発明の実施例3における、V添加量と直流重
畳特性(μ40)の関係を示す図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4K018 AA26 BB04 CA08 KA44 5E041 AA02 AA11 AA19 BB03 CA02 NN02 NN06 NN13 NN15 5E070 AA01 AB10 BA14 BB03

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 強磁性金属粉末とバインダーとを混合し
    た粉末を圧縮成型して得られる圧粉磁芯において、前記
    強磁性金属粉末は、FeSiMn系合金にVを0.05
    重量%以上、5.0重量%未満添加した合金組成粉末で
    あることを特徴とする圧粉磁芯。
  2. 【請求項2】 前記強磁性金属粉末の粉末粒径が500
    μm以下(但し、0を含まず)の粉末であることを特徴
    とする請求項1記載の圧粉磁芯。
  3. 【請求項3】 前記圧粉磁芯のコア損失(Pcv)が1
    500(100kHz−1000G)以下で、且つ、印
    加磁界200Oeにおける磁束密度B200が1000
    0G以上であることを特徴とする請求項1または2記載
    の圧粉磁芯。
  4. 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれかに記載の圧粉
    磁芯に導線を巻き回してなることを特徴とするコイル。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107578911A (zh) * 2017-08-30 2018-01-12 山西中磁尚善科技有限公司 具有低损耗的软磁性金属粉末磁性磁芯的制造方法

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CN107578911A (zh) * 2017-08-30 2018-01-12 山西中磁尚善科技有限公司 具有低损耗的软磁性金属粉末磁性磁芯的制造方法

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