JP2003092211A - 圧粉磁心 - Google Patents
圧粉磁心Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ヒステリシス損が２００kW／ｍ3以下である
圧粉磁心を提供する。 【解決手段】 Ｓｉ：８〜１１質量％，Ａｌ：４〜８質
量％，残部がＦｅと不可避的不純物から成り、かつ、非
固溶のＡｌ量が０.３質量％以下である軟磁性合金の粉
末を主成分とする圧粉磁心。
圧粉磁心を提供する。 【解決手段】 Ｓｉ：８〜１１質量％，Ａｌ：４〜８質
量％，残部がＦｅと不可避的不純物から成り、かつ、非
固溶のＡｌ量が０.３質量％以下である軟磁性合金の粉
末を主成分とする圧粉磁心。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は圧粉磁心に関し、更
に詳しくは、ヒステリシス損が小さい圧粉磁心に関す
る。
に詳しくは、ヒステリシス損が小さい圧粉磁心に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】軟磁性粉末を主成分とする成形体である
圧粉磁心は、例えばスイッチング電源やＤＣ−ＤＣコン
バータのチョークコイル，ノイズフィルタ，バッテリー
充電用のトランスなどのコア材として使用されている。
この圧粉磁心は概ね次のようにして製造されている。ま
ず、所定成分から成る軟磁性粉末を原料粉として用意す
る。ついで、この軟磁性粉末と水ガラスのような絶縁剤
とを所定の量比で混合して当該軟磁性粉末の表面を絶縁
剤で被覆する。得られた混合物を所定形状の金型内に充
填したのちプレス成形し、更に、成形体に所定温度の熱
処理を施して成形時の歪みを除去する。
圧粉磁心は、例えばスイッチング電源やＤＣ−ＤＣコン
バータのチョークコイル，ノイズフィルタ，バッテリー
充電用のトランスなどのコア材として使用されている。
この圧粉磁心は概ね次のようにして製造されている。ま
ず、所定成分から成る軟磁性粉末を原料粉として用意す
る。ついで、この軟磁性粉末と水ガラスのような絶縁剤
とを所定の量比で混合して当該軟磁性粉末の表面を絶縁
剤で被覆する。得られた混合物を所定形状の金型内に充
填したのちプレス成形し、更に、成形体に所定温度の熱
処理を施して成形時の歪みを除去する。
【０００３】ところで、原料粉として用いる軟磁性粉末
の製造に関しては、大別して次のような方法がある。第
１の方法は、まず所定組成の合金を溶製し、その溶湯を
冷却してインゴットとしたのち、そのインゴットを機械
粉砕して所定粒度の粉末にする方法である。他の方法
は、所定組成の合金溶湯を高圧の液体や気体で粉砕して
冷却するアトマイズ法である。このとき、周囲の雰囲気
としては水や窒素，空気，不活性ガスなどが適宜に選定
される。この方法で製造された軟磁性粉末は、概ね、球
形形状で、しかも粒度がそろっているので、プレス成形
時に成形体を高密度化して、その透磁率を高くすること
ができる。このようなことから、圧粉磁心の原料粉とし
ては、アトマイズ法で製造された粉末（以後、アトマイ
ズ粉という）も用いられている。
の製造に関しては、大別して次のような方法がある。第
１の方法は、まず所定組成の合金を溶製し、その溶湯を
冷却してインゴットとしたのち、そのインゴットを機械
粉砕して所定粒度の粉末にする方法である。他の方法
は、所定組成の合金溶湯を高圧の液体や気体で粉砕して
冷却するアトマイズ法である。このとき、周囲の雰囲気
としては水や窒素，空気，不活性ガスなどが適宜に選定
される。この方法で製造された軟磁性粉末は、概ね、球
形形状で、しかも粒度がそろっているので、プレス成形
時に成形体を高密度化して、その透磁率を高くすること
ができる。このようなことから、圧粉磁心の原料粉とし
ては、アトマイズ法で製造された粉末（以後、アトマイ
ズ粉という）も用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、省エネルギ
化の要請が強まる中で、圧粉磁心が組み込まれている各
種の電気・電子機器に対しては、少ない電力入力からで
も高出力を取得するという高効率化の要求が強まってい
る。この要求を充足するためには、組み込まれている圧
粉磁心のコアロスを低減することが重要な課題となる。
化の要請が強まる中で、圧粉磁心が組み込まれている各
種の電気・電子機器に対しては、少ない電力入力からで
も高出力を取得するという高効率化の要求が強まってい
る。この要求を充足するためには、組み込まれている圧
粉磁心のコアロスを低減することが重要な課題となる。
【０００５】ところで、コアロスは渦電流損とヒステリ
シス損の和として表示されるが、これらのうち、渦電流
損は印加される周波数の２次関数として変化し、ヒステ
リシス損は周波数の１次関数として変化することが知ら
れている。したがって、コアロスは高周波数域（例えば
１００kHz以上）では主として渦電流損の大小で左右さ
れ、低周波数域ではヒステリシス損の大小で律速され
る。
シス損の和として表示されるが、これらのうち、渦電流
損は印加される周波数の２次関数として変化し、ヒステ
リシス損は周波数の１次関数として変化することが知ら
れている。したがって、コアロスは高周波数域（例えば
１００kHz以上）では主として渦電流損の大小で左右さ
れ、低周波数域ではヒステリシス損の大小で律速され
る。
【０００６】そのため、エアコンや電子レンジのように
比較的低周波数域（１００kHz以下）で動作する家電製
品の高効率化を目的とした場合、圧粉磁心としてはヒス
テリシス損の小さいものを組み込むことが必要になる。
しかしながら、従来の圧粉磁心、とりわけアトマイズ粉
を用いて製造した圧粉磁心の場合、ヒステリシス損が大
きいので、結局、コアロスも大きくなるという問題があ
る。
比較的低周波数域（１００kHz以下）で動作する家電製
品の高効率化を目的とした場合、圧粉磁心としてはヒス
テリシス損の小さいものを組み込むことが必要になる。
しかしながら、従来の圧粉磁心、とりわけアトマイズ粉
を用いて製造した圧粉磁心の場合、ヒステリシス損が大
きいので、結局、コアロスも大きくなるという問題があ
る。
【０００７】例えば、低ヒステリシス損の磁性材料とし
て知られているＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金を用いて製造し
た圧粉磁心であっても、そのヒステリシス損は３００〜
４００kW／ｍ3（磁束密度０.１Ｔ，周波数５０kHzの場
合）という値を示している。本発明は上記した問題を解
決し、磁性材料としてはＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金であっ
て、磁束密度０.１Ｔ，周波数５０kHzにおいてそのヒス
テリシス損が２００kW／ｍ3以下という極めて低い値を
示すので、低周波数域で使用する電気・電子機器の高効
率化にとって有用な圧粉磁心の提供を目的とする。
て知られているＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金を用いて製造し
た圧粉磁心であっても、そのヒステリシス損は３００〜
４００kW／ｍ3（磁束密度０.１Ｔ，周波数５０kHzの場
合）という値を示している。本発明は上記した問題を解
決し、磁性材料としてはＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金であっ
て、磁束密度０.１Ｔ，周波数５０kHzにおいてそのヒス
テリシス損が２００kW／ｍ3以下という極めて低い値を
示すので、低周波数域で使用する電気・電子機器の高効
率化にとって有用な圧粉磁心の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記した目
的を達成するために鋭意研究を重ねる過程で、ヒステリ
シス損は、渦電流損の場合と異なり、用いる軟磁性粉末
の成分，製造方法、または組織構造などが作用因子とし
て働くという公知の事実に着目し、低ヒステリシス損と
して知られるＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金の材料、とりわけ
そのアトマイズ粉について詳細な検討を行った。
的を達成するために鋭意研究を重ねる過程で、ヒステリ
シス損は、渦電流損の場合と異なり、用いる軟磁性粉末
の成分，製造方法、または組織構造などが作用因子とし
て働くという公知の事実に着目し、低ヒステリシス損と
して知られるＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金の材料、とりわけ
そのアトマイズ粉について詳細な検討を行った。
【０００９】その結果、後述するＡｌ量とヒステリシス
損との間には相関があり、そしてそのＡｌ量を規制する
ことによりヒステリシス損の低減が可能であるとの事実
を見出し、本発明の圧粉磁心を開発するに至った。すな
わち、本発明の圧粉磁心は、Ｓｉ：８〜１１質量％，Ａ
ｌ：４〜８質量％，残部がＦｅと不可避的不純物から成
り、かつ、非固溶のＡｌ量が０.３質量％以下である軟
磁性合金の粉末を主成分とすることを特徴とする。好ま
しくは、前記軟磁性合金の粉末における結晶粒径が１５
μｍ以上であり、磁束密度０.１Ｔ，周波数５０kHzにお
けるヒステリシス損が２００kW／ｍ3以下である圧粉磁
心が提供される。
損との間には相関があり、そしてそのＡｌ量を規制する
ことによりヒステリシス損の低減が可能であるとの事実
を見出し、本発明の圧粉磁心を開発するに至った。すな
わち、本発明の圧粉磁心は、Ｓｉ：８〜１１質量％，Ａ
ｌ：４〜８質量％，残部がＦｅと不可避的不純物から成
り、かつ、非固溶のＡｌ量が０.３質量％以下である軟
磁性合金の粉末を主成分とすることを特徴とする。好ま
しくは、前記軟磁性合金の粉末における結晶粒径が１５
μｍ以上であり、磁束密度０.１Ｔ，周波数５０kHzにお
けるヒステリシス損が２００kW／ｍ3以下である圧粉磁
心が提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の圧粉磁心は、その主成分
がＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金の軟磁性粉末である。具体的
には、Ｓｉ：８〜１１質量％，Ａｌ：４〜８質量％，残
部がＦｅと不可避的不純物から成る合金組成の軟磁性粉
末である。Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金としては、Ｓｉ含有
量が９.５質量％の付近，Ａｌ含有量が５.５質量％付近
にある組成、すなわちＦｅ−９.５％Ｓｉ−５.５％Ａｌ
付近のものが最もよく知られており、この付近にある組
成のものは、結晶磁気異方性定数（Ｋ1）と磁歪（λs）
がほぼゼロであるため、ヒステリシス損が小さい。そし
て、上記した組成から大幅にはずれると、Ｋ1やλsが大
きくなってヒステリシス損も大きくなる。このようなこ
とから、本発明で用いる軟磁性粉末におけるＳｉ含有量
は８〜１１質量％，Ａｌ含有量は４〜８質量％に設定し
た。
がＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金の軟磁性粉末である。具体的
には、Ｓｉ：８〜１１質量％，Ａｌ：４〜８質量％，残
部がＦｅと不可避的不純物から成る合金組成の軟磁性粉
末である。Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金としては、Ｓｉ含有
量が９.５質量％の付近，Ａｌ含有量が５.５質量％付近
にある組成、すなわちＦｅ−９.５％Ｓｉ−５.５％Ａｌ
付近のものが最もよく知られており、この付近にある組
成のものは、結晶磁気異方性定数（Ｋ1）と磁歪（λs）
がほぼゼロであるため、ヒステリシス損が小さい。そし
て、上記した組成から大幅にはずれると、Ｋ1やλsが大
きくなってヒステリシス損も大きくなる。このようなこ
とから、本発明で用いる軟磁性粉末におけるＳｉ含有量
は８〜１１質量％，Ａｌ含有量は４〜８質量％に設定し
た。
【００１１】この軟磁性粉末は、Ｓｉ成分，Ａｌ成分、
そしてＦｅ成分を目的組成となる量比で混合し、その混
合物を例えば誘導加熱して溶解して所定組成の溶湯とし
たのち、その溶湯に対し、前記した粉砕法やアトマイズ
法を適用して製造される。この過程で、溶湯は上記した
各成分が溶解した均一組成の液相になっているが、例え
ばアトマイズ法の場合、この溶湯の噴霧，急冷時の条件
によっては、得られた粉末において合金成分が部分的に
濃化し、不均一になっている場合がある。
そしてＦｅ成分を目的組成となる量比で混合し、その混
合物を例えば誘導加熱して溶解して所定組成の溶湯とし
たのち、その溶湯に対し、前記した粉砕法やアトマイズ
法を適用して製造される。この過程で、溶湯は上記した
各成分が溶解した均一組成の液相になっているが、例え
ばアトマイズ法の場合、この溶湯の噴霧，急冷時の条件
によっては、得られた粉末において合金成分が部分的に
濃化し、不均一になっている場合がある。
【００１２】本発明者らの観察によれば、得られた合金
粉末において、溶湯の製造時に添加したＡｌ成分の全て
が合金母材のマトリックス中に固溶するわけではなく、
その一部は例えば酸化物形態で析出していることがあ
る。このような状態にあるＡｌ成分のことを本発明では
非固溶Ａｌと呼ぶ。したがって、得られた合金粉末にお
ける上記した非固溶Ａｌの量は、溶湯製造時に添加した
Ａｌ成分の量から合金母材に固溶している固溶Ａｌの量
を減算した値となる。なお、固溶Ａｌの量は、合金を分
析することにより容易に測定することができる。
粉末において、溶湯の製造時に添加したＡｌ成分の全て
が合金母材のマトリックス中に固溶するわけではなく、
その一部は例えば酸化物形態で析出していることがあ
る。このような状態にあるＡｌ成分のことを本発明では
非固溶Ａｌと呼ぶ。したがって、得られた合金粉末にお
ける上記した非固溶Ａｌの量は、溶湯製造時に添加した
Ａｌ成分の量から合金母材に固溶している固溶Ａｌの量
を減算した値となる。なお、固溶Ａｌの量は、合金を分
析することにより容易に測定することができる。
【００１３】本発明の軟磁性粉末においては、この非固
溶Ａｌの量が０.３質量％以下に規制されていることを
特徴とする。非固溶Ａｌ量が０.３質量％より多い場合
は、その軟磁性粉末を用いて製造した圧粉磁心のヒステ
リシス損を２００kW／ｍ3以下にすることが困難であ
る。なお、上記した非固溶Ａｌの量は、例えばアトマイ
ズ粉の場合、溶湯の噴霧条件，急冷条件などを適宜選定
することにより調整することができる。
溶Ａｌの量が０.３質量％以下に規制されていることを
特徴とする。非固溶Ａｌ量が０.３質量％より多い場合
は、その軟磁性粉末を用いて製造した圧粉磁心のヒステ
リシス損を２００kW／ｍ3以下にすることが困難であ
る。なお、上記した非固溶Ａｌの量は、例えばアトマイ
ズ粉の場合、溶湯の噴霧条件，急冷条件などを適宜選定
することにより調整することができる。
【００１４】また、用いる軟磁性粉末において、非固溶
のＡｌ量、すなわち析出物の量が増加すると結晶粒径は
小さくなるという傾向を示す。そして、結晶粒径が小さ
くなると、ヒステリシス損が大きくなる。このようなこ
とから、ヒステリシス損を小さくするために、用いる軟
磁性粉末としては、その粉末における結晶粒径が１５μ
ｍ以上であるものが好適である。製造した圧粉磁心のヒ
ステリシス損を１００kW／ｍ3（磁束密度０.１Ｔ，周波
数５０kHz）以下にすることができるからである。
のＡｌ量、すなわち析出物の量が増加すると結晶粒径は
小さくなるという傾向を示す。そして、結晶粒径が小さ
くなると、ヒステリシス損が大きくなる。このようなこ
とから、ヒステリシス損を小さくするために、用いる軟
磁性粉末としては、その粉末における結晶粒径が１５μ
ｍ以上であるものが好適である。製造した圧粉磁心のヒ
ステリシス損を１００kW／ｍ3（磁束密度０.１Ｔ，周波
数５０kHz）以下にすることができるからである。
【００１５】
【実施例】実施例１〜９，比較例１〜４
Ｓｉ：９.５質量％，Ａｌ：５.５質量％，残部Ｆｅの量
比で合金の溶湯を溶製し、その溶湯に対して水アトマイ
ズ法を適用して、粒径１５０μｍ以下で、平均粒径が５
０μｍであり、Ｆｅ−９.５％Ｓｉ−５.５％Ａｌのアト
マイズ粉を製造した。このとき、急冷条件を変化させて
製造条件が異なる各種のアトマイズ粉にした。
比で合金の溶湯を溶製し、その溶湯に対して水アトマイ
ズ法を適用して、粒径１５０μｍ以下で、平均粒径が５
０μｍであり、Ｆｅ−９.５％Ｓｉ−５.５％Ａｌのアト
マイズ粉を製造した。このとき、急冷条件を変化させて
製造条件が異なる各種のアトマイズ粉にした。
【００１６】得られた各アトマイズ粉につき、下記の仕
様で非固溶Ａｌ量を測定した。 非固溶Ａｌ量：各粉末における固溶Ａｌ量を蛍光Ｘ線分
析法で定量し、その値を、溶湯製造時の添加Ａｌ量から
減算。次に、各アトマイズ粉１００質量部に対し、水ガ
ラス１質量部を配合して全体を混練し、乾燥後、面圧１
５００MPaでプレス成形した。この成形体に、Ａｒ雰囲
気中において温度７００℃で１時間の磁気焼鈍を行い、
外径２０mm，内径１０mm，厚み５mmのリング状圧粉磁心
を製造した。
様で非固溶Ａｌ量を測定した。 非固溶Ａｌ量：各粉末における固溶Ａｌ量を蛍光Ｘ線分
析法で定量し、その値を、溶湯製造時の添加Ａｌ量から
減算。次に、各アトマイズ粉１００質量部に対し、水ガ
ラス１質量部を配合して全体を混練し、乾燥後、面圧１
５００MPaでプレス成形した。この成形体に、Ａｒ雰囲
気中において温度７００℃で１時間の磁気焼鈍を行い、
外径２０mm，内径１０mm，厚み５mmのリング状圧粉磁心
を製造した。
【００１７】得られた圧粉磁心につき、下記の仕様でヒ
ステリシス損と軟磁性粉末における結晶粒径を測定し
た。 ヒステリシス損：各圧粉磁心に対し、交流Ｂ−Ｈアナラ
イザを用い、磁束密度０.１Ｔ下において、周波数を１
〜３００kHzまで変化させ、各周波数印加時のコアロス
を測定した。ついで、各周波数印加時に得られたコアロ
スを当該周波数で除算し、得られた値を周波数０kHz
（直流）にまで外挿して１周期当たりのヒステリシス損
失係数を求め、その値に５０を乗算して５０kHzにおけ
るヒステリシス損とした。
ステリシス損と軟磁性粉末における結晶粒径を測定し
た。 ヒステリシス損：各圧粉磁心に対し、交流Ｂ−Ｈアナラ
イザを用い、磁束密度０.１Ｔ下において、周波数を１
〜３００kHzまで変化させ、各周波数印加時のコアロス
を測定した。ついで、各周波数印加時に得られたコアロ
スを当該周波数で除算し、得られた値を周波数０kHz
（直流）にまで外挿して１周期当たりのヒステリシス損
失係数を求め、その値に５０を乗算して５０kHzにおけ
るヒステリシス損とした。
【００１８】結晶粒径：各圧粉磁心を切断し、その切断
面を研磨したのち光学顕微鏡で組織写真を撮影し、それ
を用いて切断法で計測。 以下の結果を一括して表１に示した。
面を研磨したのち光学顕微鏡で組織写真を撮影し、それ
を用いて切断法で計測。 以下の結果を一括して表１に示した。
【００１９】
【表１】
【００２０】表１から次のことが明らかである。
（１）非固溶Ａｌ量が０.３質量％以下に規定されてい
る実施例の圧粉磁心は、いずれも、そのヒステリシス損
が２００kW／ｍ3以下と非常に小さい。 （２）また、軟磁性粉末における結晶粒径を大きくする
につれて圧粉磁心のヒステリシス損は低減している。
る実施例の圧粉磁心は、いずれも、そのヒステリシス損
が２００kW／ｍ3以下と非常に小さい。 （２）また、軟磁性粉末における結晶粒径を大きくする
につれて圧粉磁心のヒステリシス損は低減している。
【００２１】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
圧粉磁心は、そのヒステリシス損が２００kW／ｍ3以下
と非常に小さいので、低周波数域で用いたときのコアロ
スが小さくなる。したがって、高効率化の要求に応え得
るコア材としてその工業的価値は極めて大である。
圧粉磁心は、そのヒステリシス損が２００kW／ｍ3以下
と非常に小さいので、低周波数域で用いたときのコアロ
スが小さくなる。したがって、高効率化の要求に応え得
るコア材としてその工業的価値は極めて大である。
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フロントページの続き
Ｆターム(参考） 4K018 AA26 BA16 BB06 BC06 BD01
GA02 KA44
5E041 AA04 CA03 NN01 NN13
Claims (4)
- 【請求項１】 Ｓｉ：８〜１１質量％，Ａｌ：４〜８質
量％，残部がＦｅと不可避的不純物から成り、かつ、非
固溶のＡｌ量が０.３質量％以下である軟磁性合金の粉
末を主成分とすることを特徴とする圧粉磁心。 - 【請求項２】 前記軟磁性合金の粉末がアトマイズ粉で
ある請求項１の圧粉磁心。 - 【請求項３】 前記軟磁性合金の粉末における結晶粒径
が１５μｍ以上である請求項１または２の圧粉磁心。 - 【請求項４】 磁束密度０.１Ｔ，周波数５０kHzにおけ
るヒステリシス損が２００kW／ｍ3以下である請求項１
〜３のいずれかの圧粉磁心。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001285313A JP2003092211A (ja) | 2001-09-19 | 2001-09-19 | 圧粉磁心 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001285313A JP2003092211A (ja) | 2001-09-19 | 2001-09-19 | 圧粉磁心 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003092211A true JP2003092211A (ja) | 2003-03-28 |
Family
ID=19108481
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001285313A Pending JP2003092211A (ja) | 2001-09-19 | 2001-09-19 | 圧粉磁心 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003092211A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005020991A (ja) * | 2003-06-04 | 2005-01-20 | Hitachi Metals Ltd | 回転子およびその製造方法 |
| JP2005142547A (ja) * | 2003-10-15 | 2005-06-02 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 軟磁性材料および圧粉磁心 |
| WO2005101614A1 (ja) * | 2004-04-06 | 2005-10-27 | Hitachi Metals, Ltd. | 回転子及びその製造方法 |
| WO2008032707A1 (fr) * | 2006-09-11 | 2008-03-20 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | Noyau magnétique à poudre et poudre à base de fer pour noyau magnétique à poudre |
| JP2009290024A (ja) * | 2008-05-29 | 2009-12-10 | Denso Corp | 圧粉磁心の製造方法 |
| WO2020224201A1 (zh) * | 2019-05-07 | 2020-11-12 | 深圳顺络电子股份有限公司 | 一种金属软磁复合材料电感及其制作方法 |
-
2001
- 2001-09-19 JP JP2001285313A patent/JP2003092211A/ja active Pending
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