JP2002329626A

JP2002329626A - 圧粉磁心およびその製造方法

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Publication number: JP2002329626A
Application number: JP2001132238A
Authority: JP
Inventors: Mikio Kondo; 幹夫近藤; Shin Tajima; 伸田島; Takeshi Hattori; 毅服部; Hiroshi Okajima; 博司岡島
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2001-04-27
Publication date: 2002-11-15
Anticipated expiration: 2021-04-27
Also published as: JP3656958B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電気的特性、磁気的特性に優れる、低コストの
圧粉磁心を提供する。【解決手段】酸化皮膜を表面に有する鉄系磁性粉末を加
圧成形して得られる圧粉磁心において、１．６ＭＡ／ｍ
の磁場中における飽和磁化Ｍｓ≧１．９Ｔ、比抵抗ρ≧
０．７μΩｍ、２ｋＡ／ｍの磁場中における磁束密度Ｂ
２ｋ≧０．９Ｔ、１０ｋＡ／ｍの磁場中における磁束密
度Ｂ１０ｋ≧１．６Ｔ、４点曲げ強度σ≧５０ＭＰａ、
であることを特徴とする圧粉磁心。酸化皮膜を鉄系磁性
粉末の表面に形成したことで、電気的特性や磁気的特性
に優れる低コストの圧粉磁心が得られた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、比抵抗等の電気的
特性および透磁率等の磁気的特性に優れる、比較的低コ
ストな圧粉磁心とその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】変圧器（トランス）、電動機（モー
タ）、発電機、スピーカ、誘導加熱器、各種アクチュエ
ータ等、我々の周囲には電磁気を利用した製品が多々あ
る。それらの高性能化、小型化を図る上で永久磁石（硬
磁性体）や軟質磁性体の性能向上が不可欠である。以下
では、これらの磁石の内、軟質磁性体の一種である磁心
（磁気コア）について説明する。磁心を磁界中に配設す
ると、磁力線を集中させて大きな磁束密度を得ることが
でき、電磁機器の小型化と性能向上を図れる。具体例を
挙げると、磁心は、電磁コイル（以降、単にコイルと称
する。）中に挿入されて局所的な磁束密度を増大させた
り、複数のコイル中に介在させて磁気回路を形成したり
する。

【０００３】このような磁心は、磁束密度の増大を図る
ため、透磁率が大きいことが要求される。加えて、交番
磁界中で使用されることが多いため、高周波損失（鉄
損）が少ないことも要求される。高周波損失には、ヒス
テリシス損失、渦電流損失および残留損失があるが、主
に問題となるのは、ヒステリシス損失と渦電流損失であ
る。さらに、ヒステリシス損失は交番磁界の周波数に比
例するのに対し、渦電流損失は周波数の２乗に比例する
ため、特に、渦電流損失の低減が求められる。渦電流損
失の低減を図るには、誘導起電力により磁心に流れる電
流を少なくする必要があり、言換えれば、磁心の比抵抗
を大きくすることが望まれる。

【０００４】従来の磁心は、絶縁層の介在した薄いケイ
素鋼板を積層することにより製作されていたが、小型の
磁心の製作は困難であった。そこで、鉄系磁性粉末を焼
結させて成形性の改善を図った磁心が使用される。しか
し、これは比抵抗が小さいため、主に直流用コイル中で
使用されるに過ぎず、交流コイル中で使用されることは
少ない。その比抵抗の増大を図るために、絶縁性被膜で
被覆した鉄系磁性粉末を高圧成形して磁心を製作するこ
とが、特表平１２−５０４７８５号公報等に開示されて
いる。以下では、鉄系磁性粉末を加圧成形した磁心を
「圧粉磁心」と呼ぶ。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】リン酸塩被膜等の絶縁
性被膜で被覆された鉄系磁性粉末を用いると、比抵抗の
大きな圧粉磁心が得られるが、そのような絶縁性被膜の
コーティングは、大きなコスト増加を伴う。また、圧粉
磁心の比抵抗は大きい程好ましいが、要求される比抵抗
のレベルは、圧粉磁心の使用される電磁機器により異な
る。従って、電磁機器によっては、さほど大きな比抵抗
が必要でない場合も多い。

【０００６】加えて、絶縁性被膜で被覆された鉄系磁性
粉末からなる従来の圧粉磁心は、透磁率等の磁気的特性
が必ずしも十分ではなかった。加圧成形時の成形圧力を
大きくすることができず、低密度の圧粉磁心しか製作で
きなかったからである。敢て成形圧力を大きくすると、
成形用金型の表面にかじり等を生じ、成形体の抜出しが
困難となったり、成形用金型の寿命低下を招いたりす
る。特に、成形用金型の寿命低下は、圧粉磁心の高コス
ト化に直結する。

【０００７】本発明は、このような事情に鑑みて為され
たものであり、ある程度大きな比抵抗を有すると共に透
磁率等の磁気的特性に優れる、比較的低コストな圧粉磁
心を提供することを目的とする。また、そのような圧粉
磁心の製造に適した圧粉磁心の製造方法を提供すること
を目的とする。

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者はこの
課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、
表面に酸化皮膜を有する鉄系磁性粉末を高圧成形するこ
とにより、比抵抗等の電気的特性と透磁率等の磁気的特
性に優れた圧粉磁心が得られることを発見し、本発明を
完成させるに至ったものである。

【０００８】（圧粉磁心）すなわち、本発明の圧粉磁心
は、酸化皮膜を表面に有する鉄系磁性粉末を加圧成形し
て得られる圧粉磁心において、１．６ＭＡ／ｍの磁場中における飽和磁化Ｍｓ≧１．９
Ｔ、比抵抗ρ≧０．７μΩｍ、２ｋＡ／ｍの磁場中における磁束密度Ｂ２ｋ≧０．９
Ｔ、１０ｋＡ／ｍの磁場中における磁束密度Ｂ１０ｋ≧１．
６Ｔ、４点曲げ強度σ≧５０ＭＰａ、であることを特徴とする。

【０００９】酸化皮膜を有する強磁性の鉄系磁性粉末を
加圧成形した本発明の圧粉磁心は、それを使用する電磁
機器等に応じて所望される比抵抗の電気的特性と磁束密
度等の磁気的特性とを発揮する。具体的には、鉄系磁性
粉末の表面に酸化皮膜が存在するため、０．７μΩｍ以
上の大きな比抵抗ρが確保され、渦電流損失の低減を図
ることができる。また、２ｋＡ／ｍという低磁場（また
は低磁界中）で磁束密度Ｂ２ｋが０．９Ｔ以上で、１０
ｋＡ／ｍという高磁場（または高磁界中）で１．６Ｔ以
上という大きな磁束密度を有する圧粉磁心が得られる。
すなわち、本発明の圧粉磁心は、広範囲の磁界中で高透
磁率である。しかも、飽和磁化Ｍｓが１．９Ｔ（１．６
ＭＡ／ｍの磁場中）と大きいため、高磁場中でも、大き
な磁束密度が安定して得られる。このように、本発明の
圧粉磁心によれば、十分な比抵抗と広範囲の磁界中にお
ける高磁束密度等を併せもつため、渦電流損失を低減し
つつ、電磁機器の高出力・高性能化または小型・軽量化
を図ることができる。さらに、本発明の圧粉磁心は、４
点曲げ強度σが５０ＭＰａ以上という高強度であるた
め、各種分野の各種製品に利用でき、用途が広く好都合
である。しかも、本発明の圧粉磁心は、低コストの酸化
皮膜を表面に有する鉄系磁性粉末からなるため、比較的
安価でもある。

【００１０】ところで、鉄系磁性粉末の成形体の高密度
化を図ることにより、磁束密度のより大きな圧粉磁心が
得られる。そこで、本発明の圧粉磁心の密度ｄが７．５
ｇ／ｃｍ³ 以上（密度ｄ≧７．５ｇ／ｃｍ³）であると
好適である。上述した「酸化皮膜を表面に有する鉄系磁
性粉末」は、その外表面全体が酸化皮膜で覆われていて
も、その外表面に酸化皮膜が点在している場合でも良
い。また、酸化皮膜の膜厚が不均一でも良い。さらに、
この酸化皮膜は、鉄系磁性粉末を積極的に酸化させて形
成したものに限らない。例えば、鉄系磁性粉末を酸化雰
囲気中（例えば、大気中）に保存等しておいて、自然に
形成されたものでも良い。これらの事柄は、圧粉磁心の
製造方法の場合も同様である。

【００１１】（圧粉磁心の製造方法）このような電気的
特性や磁気的特性に優れる圧粉磁心は、例えば、次の本
発明に係る製造方法を用いて得ることができる。すなわ
ち、本発明の圧粉磁心の製造方法は、成形用金型の内面
に高級脂肪酸系潤滑剤を塗布する塗布工程と、該高級脂
肪酸系潤滑剤の塗布された成形用金型内に酸化皮膜を表
面に有する鉄系磁性粉末を充填する充填工程と、該成形
用金型に充填された該鉄系磁性粉末を温間で加圧成形す
る成形工程と、からなることを特徴とする。

【００１２】高級脂肪酸系潤滑剤が内面に塗布された成
形用金型内に、酸化皮膜を表面に有する鉄系磁性粉末を
充填し、温間で加圧成形する。このとき、理由は定かで
はないが、成形用金型の内壁と鉄系磁性粉末との間の潤
滑性が向上し、成形用金型から加圧成形体の抜き圧力の
低減を図れる。しかも、成形用金型内壁と加圧成形体と
の間の固着やかじりを抑制、防止できる。この製造方法
を用いると、例えば、従来の成形圧力に比べて著しく高
い成形圧力で、鉄系磁性粉末の加圧成形が可能となる。
その結果、高密度の圧粉磁心が得られ、圧粉磁心の磁気
的特性の著しい向上を図ることができた。しかも、かじ
り等による成形用金型の損傷がないため、金型寿命が著
しく延び、高性能の圧粉磁心を低コストで製作できるよ
うになった。勿論、酸化皮膜を表面に有する鉄系磁性粉
末を原料粉末として用いているため、コスト高となる絶
縁性被膜のコーティング工程等がなく、低コスト化を図
ることもできる。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、実施形態を挙げ、本発明を
より詳細に説明する。（圧粉磁心）（１）比抵抗比抵抗は、形状に依存しない圧粉磁心ごとの固有値であ
り、同形状の圧粉磁心であれば比抵抗が大きいほど、渦
電流損失を小さくすることができる。比抵抗ρが０．７
μΩｍ未満では、渦電流損失の十分な低減が図れないか
ら、比抵抗ρを０．７μΩｍ以上であることが好まし
く、さらには、１．０、３．０、または５．０Ωｍ以上
であると一層好ましい。

【００１４】（２）磁束密度透磁率は、透磁率μ＝（磁束密度Ｂ）／（磁界の強さ
Ｈ）により求められるが、一般的なＢ−Ｈ曲線からも解
るようにμは一定ではない。各種電磁機器ごとに要求さ
れる磁界の強さＨや磁束密度Ｂも異なる。そこで、本発
明では、圧粉磁心の磁気的特性を透磁率で直接的に評価
せず、種々の強さの磁界中においたときにできる磁束密
度で評価することとした。一例として、低磁場（２ｋＡ
／ｍ）と高磁場（１０ｋＡ／ｍ）との磁界中に置いたと
きにできる磁束密度で評価することとした。それらの磁
界中に圧粉磁心を置いたときにできる磁束密度をそれぞ
れＢ２ｋ、Ｂ１０ｋとした。

【００１５】本発明の圧粉磁心によれば、２ｋＡ／ｍの
低磁場中でも十分大きな磁束密度Ｂ２ｋ≧０．９Ｔを得
ることができ、より大きな磁束密度Ｂ２ｋ≧１．０Ｔ、
１．２Ｔまたは１．３Ｔを得ることもできる。また、１
０ｋＡ／ｍの高磁場中でも十分大きな磁束密度Ｂ１０ｋ
≧１．６Ｔが得られ、より大きな磁束密度Ｂ１０ｋ≧
１．６５Ｔ、１．７Ｔまたは１．７５Ｔが得られる。な
お、飽和磁化Ｍｓが小さいと、高磁場中で大きな磁束密
度が得られないが、本発明の圧粉磁心によれば、例え
ば、１．６ＭＡ／ｍの磁場中における飽和磁化Ｍｓ≧
１．９Ｔ、さらには、１．９５Ｔ以上であるため、１０
ｋＡ／ｍを超える高磁界中でも、安定した大きな磁束密
度を得ることができる。

【００１６】（３）強度前述したように、圧粉磁心は、鋳造または焼結した磁心
とは異なり、鉄系磁性粉末の加圧成形体からなる。その
粉末の各粒子の結合は、主に塑性変形に伴う機械的結合
であって冶金的に結合したものではない。このため、従
来の圧粉磁心の場合、強度が不十分でその用途範囲が限
定的であった。しかし、本発明の圧粉磁心の場合、鉄系
磁性粉末の各粒子の結合が強固で、例えば、４点曲げ強
度σが５０ＭＰａ以上である。さらには、６０ＭＰａ、
７０ＭＰａ、８０ＭＰａ、９０ＭＰａ、１００ＭＰａま
たは１１０ＭＰａ以上という高強度の圧粉磁心を得るこ
ともできた。４点曲げ強度σは、ＪＩＳに規定されてい
ないが、圧粉体の抗折試験方法により求めることができ
る。この４点曲げ強度は、圧粉磁心の曲げ強度を特に指
標するが、曲げ強度に限らず、例えば、圧環強度等で本
発明の圧粉磁心の強度を指標しても良い。

【００１７】なお、上述した本発明に係る製造方法を用
いた場合、成形用金型と圧粉磁心との間でかじり等を生
じないため、鉄系磁性粉末の内部に潤滑剤を添加する必
要がない。内部潤滑剤を添加しない場合、内部潤滑剤が
鉄系磁性粉末の各粒子の変形を妨げず、強いアンカー効
果が生じて各粒子がより強固に機械的に結合し得る。そ
の場合、内部潤滑剤によって各粒子がすべることもない
ため、圧粉磁心の強度がより向上する。

【００１８】（４）酸化皮膜本発明でいう酸化皮膜は、例えば、酸化鉄を主成分とす
る酸化鉄皮膜である。酸化鉄の種類は問わないが、例え
ば、α−Ｆｅ₂Ｏ₃、γ−Ｆｅ₂Ｏ₃ 、Ｆｅ₃Ｏ₄、ＦｅＯ
等がある。酸化皮膜が鉄系磁性粉末の各粒子の全体を被
覆し、その膜厚が厚い程、比抵抗は大きくなる。しか
し、その酸化皮膜は鉄に比べて磁性が低いため、その量
が多すぎると、各磁場中で得られる磁束密度も小さくな
ってしまう。

【００１９】そこで、前記酸化皮膜を含めた鉄系磁性粉
末の全体を１００質量％としたときに、Ｏが０．３質量
％以下となるように調製すると良い。さらにこのとき、
Ｆｅが９９質量％以上であると、好適である。なお、酸
化皮膜は、耐熱性が高いため、成形時の歪取り用のアニ
ールを行う場合に有利である。

【００２０】（５）鉄系磁性粉末鉄系磁性粉末は、鉄を主成分とする強磁性の金属粉末で
ある。例えば、鉄系磁性粉末が、純鉄からなる鉄粉末で
あると好適である。高い磁束密度が得易く、保磁力低下
によるヒステリシス損失の低減を図れるからである。そ
の純鉄の純度は、純度９９％以上、さらには９９．５％
以上、９９．８％以上であると好適である。このような
鉄粉として、例えばヘガネス社製のＡＢＣ１００．３０
を用いることができる。この鉄粉は、Ｆｅ以外の成分が
Ｃ：０．００１、Ｍｎ：０．０２、Ｏ：０．０８（単
位：質量％）以下と、他の市販鉄粉に比べて不純物が極
めて少なく、圧縮性に優れた鉄粉である。

【００２１】鉄系磁性粉末は、磁心材料として適した複
数の粉末からなる混合粉末でも良いし、合金粉末でも良
い。鉄系磁性粉末は、造粒粉でも、粗粒粉でも良いが、
高密度の圧粉磁心を効率良く得るためには、その粒径が
２０〜３００μｍ、さらには５０〜２００μｍである
と、好適である。

【００２２】（圧粉磁心の製造方法）（１）酸化熱処理工程酸化熱処理工程は、鉄系磁性粉末の表面に酸化皮膜を形
成させる工程である。例えば、前記酸化皮膜を有する鉄
系磁性粉末は、鉄系磁性粉末を酸化雰囲気中で１５０〜
４００℃に加熱する酸化熱処理工程により得られる。酸
化皮膜は、特に熱処理を行わなくても形成され得るが、
酸化熱処理工程を行うことで所望の酸化皮膜が効率的に
形成される。酸化雰囲気中には、大気中が含まれる。大
気中で行うことで、酸化皮膜を低コストで形成できる。
処理温度を室温レベルとしても、酸化皮膜は形成され得
るが、１５０〜４００℃とすることにより、効率的に酸
化皮膜が形成される。もっとも、４００℃を超えると、
酸化鉄（α−Ｆｅ２Ｏ３：非磁性相）が多量に形成さ
れ、磁束密度の低下を招く。処理温度は、２００〜３５
０℃とすると、より好ましい。

【００２３】（２）塗布工程塗布工程は、成形用金型の内面に高級脂肪酸系潤滑剤を
塗布する工程である。高級脂肪酸系潤滑剤は、高級脂肪酸の他、高級脂肪酸
の金属塩であると、好適である。高級脂肪酸の金属塩に
は、リチウム塩、カルシウム塩又は亜鉛塩等があり、特
に、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸カルシウム、
ステアリン酸亜鉛が好ましいが、この他に、ステアリン
酸バリウム、パルミチン酸リチウム、オレイン酸リチウ
ム、パルミチン酸カルシウム、オレイン酸カルシウム等
を用いることもできる。

【００２４】この高級脂肪酸系潤滑剤は、水に分散し
たステアリン酸リチウム等であると好ましい。高級脂肪
酸系潤滑剤が水に分散していると、成形用金型の内面へ
高級脂肪酸系潤滑剤を均一に噴霧することが可能とな
る。従って、塗布工程を、成形用金型内へ水に分散した
高級脂肪酸系潤滑剤を噴霧する工程とすることができ
る。特に、加熱された成形用金型内にそれを噴霧する
と、水分が素早く蒸発して、成形用金型の内面へ高級脂
肪酸系潤滑剤を均一に付着させることができる。その場
合の成形用金型の加熱温度は、成形温度等も考慮して、
例えば、１００℃以上に加熱しておくと良い。高級脂肪
酸系潤滑剤の均一な膜を形成するために、その加熱温度
を高級脂肪酸系潤滑剤の融点未満とすることが好まし
い。例えば、ステアリン酸リチウムを用いた場合、その
加熱温度を２２０℃未満とすると良い。

【００２５】なお、高級脂肪酸系潤滑剤を水に分散させ
る際、その水溶液全体の重量を１００質量％としたとき
に、高級脂肪酸系潤滑剤が０．１〜５質量％、さらに
は、０．５〜２質量％の割合で含まれるようにすると、
均一な潤滑膜が成形用金型の内面に形成されて好まし
い。

【００２６】また、高級脂肪酸系潤滑剤を水へ分散させ
る際、界面活性剤をその水に添加しておくと、高級脂肪
酸系潤滑剤の均一な分散が図れる。そのような界面活性
剤として、例えば、アルキルフェノール系の界面活性
剤、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル（Ｅ
Ｏ）６、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル
（ＥＯ）１０、アニオン性非イオン型界面活性剤、ホウ
酸エステル系エマルボンドＴ−８０等を用いることがで
きる。これらを２種以上組合わせて使用しても良い。

【００２７】例えば、高級脂肪酸系潤滑剤としてステア
リン酸リチウムを用いた場合、ポリオキシエチレンノニ
ルフェニルエーテル（ＥＯ）６、ポリオキシエチレンノ
ニルフェニルエーテル（ＥＯ）１０及びホウ酸エステル
エマルボンＴ−８０の３種類の界面活性剤を同時に用い
ると好ましい。複合添加すると、１種のみを添加する場
合に較べ、ステアリン酸リチウムの水への分散性が一層
活性化される。

【００２８】噴霧に適した粘度の高級脂肪酸系潤滑剤の
水溶液を得るために、その水溶液全体を１００体積％と
した場合、界面活性剤の割合を１．５〜１５体積％とす
ると、好ましい。この他、少量の消泡剤（例えば、シリ
コン系の消泡剤等）を添加しても良い。水溶液の泡立ち
が激しいと、それを噴霧したときに、成形用金型の内面
に、均一な高級脂肪酸系潤滑剤の被膜が形成されにくい
からである。消泡剤の添加割合は、その水溶液の全体積
を１００体積％としたときに、０．１〜１体積％程度で
あればよい。

【００２９】水に分散した高級脂肪酸系潤滑剤の粒子
は、最大粒径が３０μｍ未満であると、好適である。最
大粒径が３０μｍ以上となると、水に分散した高級脂肪
酸系潤滑剤の粒子が沈殿し易く、成形用金型の内面に高
級脂肪酸系潤滑剤を均一に塗布することが困難となるか
らである。

【００３０】高級脂肪酸系潤滑剤の分散した水溶液の
塗布には、例えば、塗装用のスプレーガンや静電ガン等
を用いて行うことができる。なお、本発明者が高級脂肪
酸系潤滑剤の塗布量と加圧成形体の抜出圧力との関係を
実験により調べた結果、膜厚が０．５〜１．５μｍ程度
となるように成形用金型の内面に付着させると、好まし
いことが解っている。

【００３１】本発明の製造方法は、鉄系磁性粉末に高
級脂肪酸系潤滑剤を直接噴霧、塗布、添加等することを
除くものではない。但し、その量が多すぎると、鉄系磁
性粉末からなる加圧成形体の密度が低くなり、得られる
磁束密度の低下を招くため好ましくない。また、その量
が多すぎると、成形体の強度低下も招き得る。

【００３２】（３）充填工程充填工程は、高級脂肪酸系潤滑剤の塗布された成形用金
型内に酸化皮膜を表面に有する鉄系磁性粉末を充填する
工程である。この充填工程が、加熱された鉄系磁性粉末
を加熱された成形用金型内に充填する工程であると好適
である。鉄系磁性粉末と成形用金型との両方が加熱され
ていると、後続する成形工程において、鉄系磁性粉末と
高級脂肪酸系潤滑剤とが安定して反応し、両者の間に均
一な潤滑皮膜が形成され易い。そこで、例えば、両者を
１００℃以上に加熱しておくと、好ましい。

【００３３】（４）成形工程成形工程は、成形用金型に充填された鉄系磁性粉末を温
間で加圧成形する工程である。詳細は明らかではないが、この工程中に、成形用金型
の内面に塗布された高級脂肪酸系潤滑剤と少なくとも成
形用金型の内面に接する鉄系磁性粉末とがいわゆるメカ
ノケミカル反応を生じる。この反応によって鉄系磁性粉
末と高級脂肪酸系潤滑剤とが化学的に結合して、金属石
鹸の被膜が、鉄系磁性粉末の加圧成形体の表面に形成さ
れると考えられる。鉄系磁性粉末に強固に結合した金属
石鹸の被膜は、金型の内面表面に付着していた高級脂肪
酸系潤滑剤よりも優れた潤滑性能を発揮すると考えられ
る。その結果、成形用金型の内面と加圧成形体の外面と
の間の摩擦力が著しく減少して、相当の高圧で加圧成形
した場合でも、成形体の抜き圧力が低く、また、成形用
金型の内面にかじり等を生じることがないと考えられ
る。こうして、高密度の圧粉磁心つまり透磁率等の磁気
的特性に優れる圧粉磁心を効率的に得ることが可能とな
った。

【００３４】成形工程における「温間」とは、鉄系磁
性粉末、高級脂肪酸系潤滑剤、成形圧力等を考慮した適
切な加熱条件の下で成形工程を行うことを意味する。鉄
系磁性粉末と高級脂肪酸系潤滑剤との反応を促進するた
めに、成形温度を１００℃以上とし、高級脂肪酸系潤滑
剤の変質を防止するために、成形温度を２００℃以下と
すると好ましい。つまり、成形工程は、成形温度を１０
０〜２００℃とする工程である好ましい。さらに、成形
温度を１２０〜１８０℃とするとより好適である。

【００３５】成形工程における「加圧」の程度も、圧
粉磁心の要求特性、鉄系磁性粉末、酸化皮膜および高級
脂肪酸系潤滑剤の種類、成形用金型の材質や内面性状等
に応じて適宜決定される。但し、本発明の製造方法の場
合、従来の成形圧力を超越した成形圧力下で成形可能で
ある。例えば、その成形圧力を７００ＭＰａ以上とする
ことができる。さらに、成形圧力を７８０ＭＰａ以上、
８５０ＭＰａ以上、９８０ＭＰａ以上、１０００ＭＰａ
以上、１１００ＭＰａ以上または１１５０ＭＰａ以上と
することもできる。高圧である程、高密度の圧粉磁心が
得られる。但し、成形用金型の寿命や生産性を考慮し
て、１２００ＭＰａ以下とすると良い。

【００３６】なお、この成形温度と成形圧力とに関し
て、本発明者は次のことを実験により確認している。つ
まり、成形用金型の内面に高級脂肪酸系潤滑剤（ステア
リン酸リチウム）を塗布し、成形温度を１５０℃として
鉄系磁性粉末を加圧成形する際、成形圧力を６８６ＭＰ
ａとする方が成形圧力を５８８ＭＰａとするよりも、却
って、圧粉磁心の成形用金型からの抜出圧力が低かっ
た。これは、成形圧力が高いほど、高い抜出圧力を必要
とする従来の考えを覆す発見であった。さらに、成形圧
力を９８１ＭＰａとして加圧成形すると、その加圧成形
体の表面にステアリン酸鉄が付着していることも発見し
た。従って、成形圧力は、鉄系磁性粉末と高級脂肪酸系
潤滑剤とが化学的に結合して金属石鹸の被膜を生成する
圧力であることが好ましい。

【００３７】（５）その他本発明に係る製造方法の必須工程ではないが、成形工
程後に焼鈍工程を行っても良い。加圧成形体を加熱する
ことにより、その残留応力や歪みの除去を行うことがで
き、磁気的特性の向上を図れる。焼鈍工程を行う場合
は、加熱温度を３００〜６００℃とし加熱時間を１〜３
００分とすると好適である。さらに、加熱温度を３５０
〜５００℃、加熱時間を５〜６０分とすると好ましい。

【００３８】本発明の製造方法を用いて、本発明に係
る高性能な圧粉磁心を得ることができる。そこで、本発明の圧粉磁心の製造方法を、成形用金型の
内面に高級脂肪酸系潤滑剤を塗布する塗布工程と、該高
級脂肪酸系潤滑剤の塗布された成形用金型内に酸化皮膜
を有する鉄系磁性粉末を充填する充填工程と、該成形用
金型に充填された該鉄系磁性粉末を温間で加圧成形する
成形工程とからなり、１．６ＭＡ／ｍの磁場中における飽和磁化Ｍｓ≧１．９
Ｔ、比抵抗ρ≧０．７μΩｍ、２ｋＡ／ｍの磁場中における磁束密度Ｂ２ｋ≧０．９
Ｔ、１０ｋＡ／ｍの磁場中における磁束密度Ｂ１０ｋ≧１．
６Ｔ、４点曲げ強度σ≧５０ＭＰａ、である圧粉磁心が得られる製造方法と表現しても良い。

【００３９】（圧粉磁心の用途）本発明の圧粉磁心は、
各種の電磁機器、例えば、モータ、アクチュエータ、ト
ランス、誘導加熱器（ＩＨ）、スピーカ等に利用でき
る。そして、本発明の圧粉磁心は、比抵抗と透磁率とが
大きいから、エネルギー損失を抑制しつつ、各種機器の
高性能化、小型化、省エネルギー化等を図ることができ
る。例えば、自動車エンジン等の燃料噴射弁にこの圧粉
磁心を内蔵すると、小型化、高出力、高応答性が望め
る。

【００４０】

【実施例】次に、実施例を挙げて、本発明をより具体的
に説明する。（１）試験片Ｎｏ．１〜１０表１に示す１０種の試験片Ｎｏ．１〜１０を、本発明の
製造方法（以下、適宜、「金型潤滑温間高圧成形法」と
いう。）を用いて製作した。測定の都合上、形状の異な
る２種のものを同一条件の下で製造した。つまり、各試
験片として、リング状試験片（外径φ３９ｍｍ、内径φ
３０ｍｍ、厚さ５ｍｍ）と板状試験片（５ｍｍ×１０ｍ
ｍ×５５ｍｍ）とを用意し、リング状試験片は磁気的特
性評価用として、板状試験片は比抵抗および強度評価用
として使用した。これらの試験片は、ダイス鋼製の成形
用金型に、後述する酸化鉄皮膜を有するＦｅ粉末を充填
して（充填工程）、加圧成形することで製作した（成形
工程）。詳細は以下の通りである。

【００４１】原料粉末（鉄系磁性粉末）として、市販
のＦｅ粉末（ヘガネス社製ＡＢＣ１００．３０：純度９
９．８％Ｆｅ）を使用した。このＦｅ粉末に酸化皮膜を
形成した（酸化皮膜形成工程）。酸化皮膜の形成は、Ｆ
ｅ粉末を大気中に保存し、または、大気中で２００〜４
００℃の間で加熱することにより行った。各試験片ごと
の処理条件を表１に示した。

【００４２】次に、成形用金型を１５０℃に加熱し
た。成形用金型の加熱は、バンドヒータを用いて行っ
た。加熱した成形用金型の内壁面に、水に分散させたス
テアリン酸リチウムをスプレーガンにて、１ｃｍ³／秒
程度の割合で均一に塗布した（塗布工程）。ここで用い
たステアリン酸リチウムは、融点が約２２５℃であり、
平均粒径が２０μｍであった。また、ステアリン酸リチ
ウムを水に分散させる際に、界面活性剤と消泡剤とを水
溶液に添加した。界面活性剤として、ポリオキシエチレ
ンノニルフェニルエーテル（ＥＯ）６、（ＥＯ）１０及
びホウ酸エステルエマルボンＴ−８０を用いた。このと
き、水溶液の全体積を１００体積％として、それぞれ、
１体積％づつ加えた。分散させたステアリン酸リチウム
の粉末量は、前記水溶液１００ｃｍ³に対して２５ｇと
した。この原液を粉砕処理（テフロン（登録商標）コー
ト鋼球：１００時間）し、ボールミル式粉砕装置にて微
細化処理し、その後、２０倍に希釈して最終濃度１％の
溶液とした。

【００４３】この加熱した成形用金型内に、その成形
用金型と同温の１５０℃に加熱しておいた前述の酸化皮
膜で被覆されたＦｅ粉末を充填した（充填工程）。この
成形用金型の内面は、ＴｉＮコート処理が施されてお
り、表面粗さは０．４Ｚに仕上げられている。

【００４４】成形用金型を１５０℃に保持したまま、
７８４〜１１７６ＭＰａの範囲から適宜選択した成形圧
力の下で、そのＦｅ粉末を加圧成形した（成形工程）。
こうして、表１に示す１１種の試験片Ｎｏ．１〜１０を
得た。いずれの試験片の、リング状試験片も板状試験片
も、成形用金型の内面と加圧成形体（試験片）の外面と
の間でかじり等を生じることはなかった。また、本実施
例では、歪み取り用の熱処理（アニール）は行わなかっ
た。

【００４５】（２）試験片Ｎｏ．Ｃ１〜Ｃ９次に、表２に示す９種の試験片Ｎｏ．Ｃ１〜Ｃ９を製作
した。試験片Ｎｏ．Ｃ１〜Ｃ８は原料粉末を加圧成形し
たものであり、試験片Ｎｏ．Ｃ９は溶製材である。いず
れの試験片についても、前述したリング状試験片と板状
試験片とを製作した。

【００４６】試験片Ｎｏ．Ｃ１、Ｃ２は、原料粉末と
して市販の圧粉磁心用粉末である「ヘガネス社製Ｓｏｍ
ａｌｏｙ５５０＋０．６ＬＢ１」を、試験片Ｎｏ．Ｃ３
は、「Ｓｏｍａｌｏｙ５５０＋０．５Ｋｅｎｏｌｕｂ
ｅ」を使用し、それぞれを前述の成形用金型に充填して
加圧成形したものである。各試験片の成形条件等を表２
に示した。それ以外の工程は、実施例と同様である。

【００４７】試験片Ｎｏ．Ｃ４〜Ｃ８は、試験片Ｎ
ｏ．１〜１０と同様のＦｅ粉末（ヘガネス社製ＡＢＣ１
００．３０：純度９９．８％Ｆｅ）を原料粉末として使
用したものである。各試験片の成形条件等は表２に示し
た。それ以外の工程は、実施例と同様である。

【００４８】試験片Ｎｏ．Ｃ９は、アクチュエータ等
に多用される市販の電磁ステンレス（愛知製鋼製、ＡＵ
Ｍ−２５、Ｆｅ−１３Ｃｒ−Ａｌ−Ｓｉ系）からなる磁
心である。

【００４９】（３）試験片の測定各試験片について、磁気的特性、比抵抗、強度および密
度の測定を行い、その結果を表１および表２に併せて示
した。磁気的特性の内、静磁場特性は直流自記磁束計
（メーカ：東英工業、型番：ＭＯＤＥＬ−ＴＲＦ）によ
り測定し、交流磁場特性は交流Ｂ−Ｈカーブトレーサ
（メーカ：理研電子、型番：ＡＣＢＨ−１００Ｋ）によ
り測定した。

【００５０】表１および表２の交流磁場特性は、圧粉磁
心を８００Ｈｚ、１．０Ｔの磁場中に置いたときの鉄損
（高周波損失）を測定したものである。静磁場中の磁束
密度については、その磁界の強さを順次１、２、５、
８、１０ｋＡ／ｍと変化させて、そのときにできる磁束
密度をそれぞれＢ１ｋ、Ｂ２ｋ、Ｂ５ｋ、Ｂ８ｋ、Ｂ１
０ｋとして表１および表２に示した。比抵抗は、マイク
ロオームメータ（メーカ：ＨＰ（ヒューレットパカー
ド）社製、型番：３４４２０Ａ）を用いて４端子法によ
り測定した。強度は、４点曲げ強度を測定した。密度
は、アルキメデス法により測定した。

【００５１】（４）評価表１および表２から解るように、試験片Ｎｏ．１〜１０
は、高密度で、試験片Ｎｏ．Ｃ１〜Ｃ８よりも優れた静
磁場特性を発揮している。また、試験片Ｎｏ．１〜１０
の鉄損は、試験片Ｎｏ．Ｃ９と比較すると、十分小さ
い。試験片Ｎｏ．１〜１０は、試験片Ｎｏ．Ｃ１〜Ｃ３
と比較して、全体的に強度が向上している。

【００５２】試験片Ｎｏ．Ｃ４と試験片Ｎｏ．Ｃ６と
は、成形圧力が低く、密度も低い。そして、静磁場特性
Ｂ１０ｋが低下している。試験片Ｎｏ．Ｃ５は酸化皮膜
が薄いため、成形圧力が高いと比抵抗が小さくなり、鉄
損Ｐｃが増大している。試験片Ｎｏ．Ｃ７と試験片Ｎ
ｏ．Ｃ８とは、酸化温度が高くて酸化被膜が厚くなり過
ぎ、密度や静磁場特性Ｂ１０ｋが低下している。

【００５３】

【表１】

【００５４】

【表２】

【００５５】

【発明の効果】本発明の圧粉磁心は、比抵抗等の電気的
特性を必要な範囲で達成しつつ優れた磁気的特性を発揮
し、低コストでもある。本発明の圧粉磁心の製造方法に
よれば、そのような圧粉磁心を効率的に製作できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田島伸愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者服部毅愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番地の１株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者岡島博司愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 4K018 AA24 BA14 BB01 BC33 CA02 CA11 KA44 5E041 AB11 CA01 HB08 HB11 NN13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸化皮膜を表面に有する鉄系磁性粉末を加
圧成形して得られる圧粉磁心において、１．６ＭＡ／ｍの磁場中における飽和磁化Ｍｓ≧１．９
Ｔ、比抵抗ρ≧０．７μΩｍ、２ｋＡ／ｍの磁場中における磁束密度Ｂ２ｋ≧０．９
Ｔ、１０ｋＡ／ｍの磁場中における磁束密度Ｂ１０ｋ≧１．
６Ｔ、４点曲げ強度σ≧５０ＭＰａ、であることを特徴とする圧粉磁心。
【請求項２】密度ｄ≧７．５ｇ／ｃｍ³ である請求項１
に記載の圧粉磁心。
【請求項３】前記酸化皮膜を含めた鉄系磁性粉末の全体
を１００質量％としたときに、酸素（Ｏ）が０．３質量
％以下である請求項１に記載の圧粉磁心。
【請求項４】鉄（Ｆｅ）が９９質量％以上である請求項
３に記載の圧粉磁心。
【請求項５】成形用金型の内面に高級脂肪酸系潤滑剤を
塗布する塗布工程と、該高級脂肪酸系潤滑剤の塗布された成形用金型内に酸化
皮膜を表面に有する鉄系磁性粉末を充填する充填工程
と、該成形用金型に充填された該鉄系磁性粉末を温間で加圧
成形する成形工程と、からなることを特徴とする圧粉磁
心の製造方法。
【請求項６】前記酸化皮膜を有する鉄系磁性粉末は、該
鉄系磁性粉末を酸化雰囲気中で１５０〜４００℃に加熱
する酸化熱処理工程により得られるものである請求項５
に記載の圧粉磁心の製造方法。
【請求項７】前記成形工程は、成形圧力を７００ＭＰａ
以上とする工程である請求項５に記載の圧粉磁心の製造
方法
【請求項８】前記成形工程は、成形温度を１００〜２０
０℃とする工程である請求項５に記載の圧粉磁心の製造
方法。
【請求項９】前記高級脂肪酸系潤滑剤は、水に分散した
ステアリン酸リチウムである請求項５に記載の圧粉磁心
の製造方法。
【請求項１０】成形用金型の内面に高級脂肪酸系潤滑剤
を塗布する塗布工程と、該高級脂肪酸系潤滑剤の塗布された成形用金型内に酸化
皮膜を有する鉄系磁性粉末を充填する充填工程と、該成形用金型に充填された該鉄系磁性粉末を温間で加圧
成形する成形工程と、からなり、１．６ＭＡ／ｍの磁場中における飽和磁化Ｍｓ≧１．９
Ｔ、比抵抗ρ≧０．７μΩｍ、２ｋＡ／ｍの磁場中における磁束密度Ｂ２ｋ≧０．９
Ｔ、１０ｋＡ／ｍの磁場中における磁束密度Ｂ１０ｋ≧１．
６Ｔ、４点曲げ強度σ≧５０ＭＰａ、である圧粉磁心が得られること特徴とする圧粉磁心の製
造方法。