JP2003109812A

JP2003109812A - 圧粉磁心とその製造方法

Info

Publication number: JP2003109812A
Application number: JP2001303528A
Authority: JP
Inventors: Haruo Koyama; 治雄小山; Kiyoshi Suzuki; 喜代志鈴木; Shinichiro Yahagi; 慎一郎矢萩
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-11

Abstract

(57)【要約】【課題】高周波の下でも低コアロスであり、また大電
流の下でも透磁率の低下が抑制されている圧粉磁心とそ
の製造方法を提供する。【解決手段】見掛密度／真密度が０．４以上である軟
磁性粉末を主体とする圧粉磁心であって、周波数２５ｋ
Ｈｚ、磁束密度０．１Ｔの条件下で測定したときのコア
ロスが１００ｋＷ／ｍ³以下であることを特徴とする圧
粉磁心と、軟磁性粉末，絶縁バインダ，および固形潤滑
剤を混合して成る混合物をプレス成形し、このプレス成
形体に熱処理を施して圧粉磁心を製造する際に、見掛密
度／真密度が０．４以上である軟磁性粉末を使用し、か
つ前記混合物における水分量を０．４〜４．０質量％に
することを特徴とする圧粉磁心の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は圧粉磁心とその製造
方法に関し、更に詳しくは、高周波の下でも低コアロス
であり、また大電流の下でも透磁率の低下が抑制されて
いる圧粉磁心とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種電気機器の電源、例えばスイッチン
グ電源，ＤＣ−ＤＣコンバータ，あるいはＤＣ−ＡＣコ
ンバータ等は、平滑コイルやトランスをインダクタンス
素子として備えている。これらのインダクタンス素子、
とりわけ小型のインダクタンス素子には圧粉磁心が多用
されているが、その理由としては、圧粉磁心は、電気抵
抗率が高いために低コアロスであり、また軟磁性粉末を
主体として成るので高透磁率であるということがあげら
れる。

【０００３】そして、この圧粉磁心は、一般に次のよう
にして製造されている。まず、所定組成の軟磁性合金に
対して機械粉砕やアトマイズ法を適用して軟磁性粉末を
製造する。ついで、この軟磁性粉末に、所定量の絶縁バ
インダを配合して全体が均一になるよう混合して、製造
目的の圧粉磁心の電気抵抗率を高くするための処置が施
される。そして、この混合物を金型に充填した後、所定
の圧力で成形してプレス成形体とする。そして最後に、
このプレス成形体に熱処理を施して成形時に蓄積された
成形歪を開放し、目的とする圧粉磁心が製造される。

【０００４】そしてこの場合、絶縁バインダは、例えば
水ガラスなどの無機系の絶縁バインダと、プレス成形体
の保形性を確保するために必要に応じて配合される有機
系の絶縁バインダとからなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、電気
製品の多様化に伴って、高周波または大電流の下での使
用に適した圧粉磁心の開発が求められている。例えば、
高輝度ディスチャージランプ（ＨＩＤランプ）の場合、
ランプのちらつき防止のために電源は高周波を発生する
が、その電源に組み込まれる圧粉磁心には、省電力化の
ために高周波の下でも低コアロスであることが望まれて
いる。また、例えば大電流用の電源に組み込まれる圧粉
磁心には、大電流による強い磁界の下でも磁気飽和する
ことなく、高い透磁率を維持することが望まれている。

【０００６】しかしながら、現在知られている圧粉磁心
の中で、最もコアロスの低いものでも、周波数２５ｋＨ
ｚ、磁束密度０．１Ｔの条件下で測定したときに、その
値はたかだか１２０ｋＷ／ｍ³程度であり、上記した要
求を満足できるものではない。また、透磁率について
も、従来の圧粉磁心は、磁界がおおよそ０．５Ａ／ｍを
超えると減少傾向を示し、上記した要求を満足できるも
のではない。

【０００７】そのため本発明は、上記した要求に応える
べく、高周波の下でも低コアロスであり、また大電流の
下でも透磁率の低下が抑制されている圧粉磁心と、その
製造方法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、圧粉磁心
の磁気特性の向上を図るために種々検討を重ねたとこ
ろ、軟磁性粉末の粒形状が球形状に近くなるほど、圧粉
磁心においては、高周波の下でのコアロスが低くなると
同時に、大電流による強い磁界の下での透磁率の低下が
抑制されるとの知見を得た。

【０００９】しかしながら、軟磁性粉末の粒形状が球形
状に近くなるほど、プレス成形により得られるプレス成
形体の保形性が悪化し、所望の形状を有する圧粉磁心を
製造することが困難となる。この場合、絶縁バインダと
して、無機系バインダに有機系バインダを配合したもの
を使用すれば、プレス成形体の保形性を向上させること
も可能であるが、有機系の絶縁バインダは、成形後の熱
処理により分解して炭素質物になり、その炭素質物が圧
粉磁心の電気抵抗率を低下させてコアロスの増加を招く
という問題を引き起こしやすい。また同時に、熱処理炉
の内部を汚染し、ひいては熱処理炉の不具合を引き起こ
すこともある。したがって、プレス成形体の保形性を向
上するために有機系の絶縁バインダを用いることは好ま
しくない。

【００１０】そこで、本発明者らは軟磁性粉末の粒形状
が球形状に近い場合でも、所望形状の圧粉磁心が得られ
るように検討を重ねた結果、プレス成形される混合物に
含まれる水分量を適性値に制御すると、その混合物を所
望形状に成形することが可能であるとの知見を得て、本
発明の圧粉磁心とその製造方法を開発するに到った。す
なわち、本発明においては、見掛密度／真密度が０．４
以上である軟磁性粉末を主体とする圧粉磁心であって、
周波数２５ｋＨｚ、磁束密度０．１Ｔの条件下で測定し
たときのコアロスが１００ｋＷ／ｍ³以下であることを
特徴とする圧粉磁心が提供される。

【００１１】好ましくは、前記軟磁性粉末はＦｅ−Ｓｉ
−Ａｌ合金からなる。また、本発明においては、軟磁性
粉末，絶縁バインダ，および固形潤滑剤を混合して成る
混合物をプレス成形し、このプレス成形体に熱処理を施
して圧粉磁心を製造する際に、見掛密度／真密度が０．
４以上である軟磁性粉末を使用し、かつ前記混合物にお
ける水分量を０．４〜４．０質量％にすることを特徴と
する圧粉磁心の製造方法が提供される。

【００１２】好ましくは、前記絶縁バインダは水ガラス
であり、前記混合物におけるこの水ガラスの含有量を
２．０〜６．０質量％にする。また、好ましくは、前記
混合物における前記固形潤滑剤の含有量を０．４〜２．
０質量％とし、かつ前記混合物における前記水分量／前
記固形潤滑剤の含有量を２以下にする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の圧粉磁心を説明す
る。本発明の圧粉磁心は軟磁性粉末を主体としている。
そして、その残部は、軟磁性粉末を被覆しかつ軟磁性粉
末の相互間を結着している絶縁バインダと、後述する圧
粉磁心の製造の際に用いられる固形潤滑剤と、軟磁性粉
末，絶縁バインダ，および固形潤滑剤の間に存在する空
隙とから成る。

【００１４】本発明の圧粉磁心の主体をなす軟磁性粉末
は、その見掛密度／真密度が０．４以上のものである。
ここで、上記した因子：見掛密度／真密度について説明
する。まず、見掛け密度は、軟磁性粉末の粒形状を示す
指標であって、ＪＩＳ−Ｚ−２５０４に定められた金属
粉の見掛密度試験方法により求められる値とする（ただ
し、漏斗のオリフィスの孔径は２．５ｍｍ）。この見掛
密度は、その値が大きいときには粒形状が球形状に近
く、逆にその値が小さいときには粒形状が異形であると
いうことを示す。そして、用いる軟磁性粉末の材質因子
を消去して、成分組成の異なる軟磁性粉末相互間におい
ても見掛密度を比較することができるように、軟磁性粉
末と同一の成分組成からなる溶製材の密度を真密度とし
て、見掛密度／真密度の因子を作成した。

【００１５】本発明の圧粉磁心のコアロスは、周波数２
５ｋＨｚ、磁束密度０．１Ｔの条件下で測定したときに
１００ｋＷ／ｍ³以下と低い値になっている。上記した
見掛密度／真密度が０．４未満の場合、粒形状が異形と
なるために高周波の下でのコアロスの増加や、大電流の
下での透磁率の低下を招く。好ましい圧粉磁心の同一条
件下でのコアロスは、８０ｋＷ／ｍ³以下である。

【００１６】なお、上記した軟磁性粉末としては、セン
ダストに代表されるＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金、あるいはＦ
ｅ−Ｓｉ合金またはＦｅ−Ｎｉ合金から成る粉末をあげ
ることができるが、より低いコアロスを達成することが
できることから、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金から成る粉末が
好ましい。そして、軟磁性粉末の粒径は、微細であるほ
ど高周波の下での低コアロスと大電流の下での透磁率の
低下を抑制することができることから、最大粒径を１５
０μｍ以下、平均粒径を４０〜７０μｍに調整すること
が好ましい。

【００１７】また、本発明の圧粉磁心は、大電流による
強い磁界の下でも透磁率の低下が抑制されている。具体
的には、圧粉磁心に巻線をしてなるコイルについて、周
波数２５ｋＨｚでインダクタンスを測定する際に、バイ
アス電流量を１５ＡとしたときのインダクタンスＹを、
バイアス電流量を０ＡとしたときのインダクタンスＸで
除算した重畳比が０．５０以上であることが好ましい。

【００１８】本発明の圧粉磁心は次のようにして製造さ
れる。まず、軟磁性合金の溶湯を、例えばアトマイズ法
により粉末とする。ここでアトマイズ法としては、水ア
トマイズ法、ガス（ＡｒまたはＮ₂）アトマイズ法等の
いずれであっても良い。そして、アトマイズ法では運転
条件を調整することにより、得られる粉末の見掛密度／
真密度が０．４以上となるようにする。ついで、この粉
末に所定量の絶縁バインダを配合してから混合し、更に
そこに所定量の固形潤滑剤を配合したのち再び全体を混
合することにより、プレス成形用の混合物を得る。

【００１９】本発明においては、絶縁バインダとして
は、水ガラス，または，シリカ若しくはアルミナを含む
リン酸塩水溶液若しくは硼酸塩水溶液をあげることがで
きるが、水ガラスは結着力が強いことから好適である。
そして、上記した混合物における絶縁バインダの含有量
は、２．０〜６．０質量％であることが好ましい。この
含有量が２．０質量％未満の場合、混合物のプレス成形
時に型崩れなどが起こりやすくなる。また、この含有量
が６．０質量％を超えると、得られる圧粉磁心の成形密
度が上がらず、例えば大電流の下での透磁率の低下が顕
著となる等の磁気特性の劣化を招く。より好ましい混合
物における絶縁バインダの含有量は、３．０〜４．０質
量％である。

【００２０】また、本発明においては、固形潤滑剤とし
ては、ステアリン酸亜鉛，ステアリン酸リチウム，また
はワックス系潤滑剤などをあげることができるが、潤滑
作用が良好であることからステアリン酸亜鉛が好適であ
る。そして、混合物における固形潤滑剤の含有量Ｌは、
０．４〜２．０質量％であることが好ましい。この含有
量Ｌが０．４質量％未満の場合、プレス成形後のプレス
成形体を金型から離型するときの離型性が悪く、金型に
異常な圧力が加わって金型を破損させる虞がある。ま
た、この含有量Ｌが２．０質量％を超えた場合、得られ
る圧粉磁心において軟磁性粉末の含有量が相対的に減少
すると同時に、圧粉磁心の成形密度が上がらず、例えば
大電流の下での透磁率の低下が顕著となる等の磁気特性
の劣化を招く。より好ましい混合物における固形潤滑剤
の含有量は、０．５〜１．５質量％である。

【００２１】また、本発明においては、上記した混合物
に関し、その水分量Ｗが０．４〜４．０質量％となるよ
うに設定することが必要である。水分量Ｗが０．４質量
％未満であると、混合物を成形して得られるプレス成形
体の保形性が悪くなり、所望形状の圧粉磁心を得ること
が困難になる。水分量Ｗが４．０質量％を超えると、混
合物の流動性が乏しくなる。そのため、金型への充填が
困難となり、またプレス成形時に型内流動も起こりにく
くなって、成形性の悪化を招く。したがって、混合物に
おける水分量は０．４〜４．０質量％となるようにす
る。

【００２２】その場合、混合物における水分量の調節
は、例えば、絶縁バインダとして水ガラスを用いる場合
には、水ガラスに結合水として含まれる水分量を適宜調
節することにより行なうことができる。また、絶縁バイ
ンダとして硼酸塩水溶液またはリン酸塩水溶液を用いる
場合には、それらの水溶液の濃度を適宜調節することに
より行なうことができる。なお、いずれの絶縁バインダ
を使用する場合においても、必要ならば水を直接混合物
に添加してもよい。

【００２３】また更に、本発明においては、混合物にお
ける水分量Ｗと固形潤滑剤の含有量Ｌがそれぞれ上記し
た範囲内にある場合であっても、混合物における水分量
Ｗの固形潤滑剤の含有量Ｌに対する比率Ｗ／Ｌが２を超
えると、混合物の流動性が乏しくなり、金型への充填が
困難となる。このようなことから、混合物における水分
量Ｗ／固形潤滑剤の含有量Ｌは２以下に調整することが
好ましい。そして、同様の理由により、この混合物にお
ける、ＪＩＳ−Ｚ−２５０２に定められる金属粉−流動
性試験方法で求められる流動度（ただし、漏斗のオリフ
ィス径は２．６３ｍｍである）は４０ｓ／５０ｇ以下で
あることが好ましい。

【００２４】そして、上記したように、軟磁性粉末，絶
縁バインダ，固形潤滑剤，および水分をそれぞれ所定量
含む混合物を、金型に充填してからプレス成形し、得ら
れたプレス成形体に成形歪除去のための焼純処理を施
し、所望形状を有する圧粉磁心が製造される。

【００２５】

【実施例】実施例１〜１１，比較例１〜９１．圧粉磁心の製造まず、所定組成の合金の溶湯より、水アトマイズ法で、
表１に示した成分組成の軟磁性粉末を製造し、その粉末
を篩分けて、最大粒径が１５０μｍ以下で、平均粒径が
４０〜６０μｍである粉末を製造した。ついで、この粉
末の見掛密度を、ＪＩＳ−Ｚ−２５０４に定められた金
属粉の見掛密度試験方法（ただし、漏斗のオリフィスの
孔径は２．５ｍｍ）により求めた。そして、同一の成分
組成を有する合金の溶製材の密度（真密度）で除算して
見掛密度／真密度を求めた。なおこのとき、篩分けられ
た粉末の見掛密度は、水アトマイズ法における噴霧圧力
と水量をコントロールすることにより変化させた。

【００２６】ついで、この軟磁性粉末に、水ガラスを表
１で示した割合で配合した後に万能混合機で混合した。
更に、この万能混合機にステアリン酸亜鉛を表１で示し
た割合で配合して全体を再度混合して混合物を得た。こ
こで、混合物を１０５℃の温度で１５分間加熱した前後
におけるその質量の減少量を電子天秤型水分計で求め、
その値を混合物における水分量Ｗとした。このとき、混
合物における水分量Ｗは、絶縁バインダとして水ガラス
を用いた場合には、結合水の含有量が異なる水ガラスを
各軟磁性粉末に配合することにより変化させた。

【００２７】また、混合物の流動度をＪＩＳ−Ｚ−２５
０２に定められた金属粉−流動性試験方法（ただし、漏
斗のオリフィス径は２．６３ｍｍである）により求め
た。そして、この混合物を金型へ充填して所定圧力でプ
レス成形した。このとき、圧粉磁心の成形密度が磁気特
性に与える影響を取り除くために、得られる圧粉磁心の
成形密度が一定となるように、９８〜１４７ＭＰａの圧
力で各混合物をプレス成形した。ついで、このプレス成
形体に、真空炉内を用いて８００℃の温度の減圧下で１
時間の熱処理を施し、外径２０ｍｍ，内径１０ｍｍ，厚
み９ｍｍであるリング形状の圧粉磁心を作成した。

【００２８】なおこのとき、全ての実施例および比較例
について、それぞれ１００個の圧粉磁心を作成した。そ
して、１００個の圧粉磁心において、長さが１ｍｍ以上
のクラックが発生した圧粉磁心の数が５個未満の場合、
当該圧粉磁心の成形性は良好であるとし、５個以上の場
合、その成形性は不良であるとした。以上を一括して表
１に示した。

【００２９】２．磁気特性の評価１）インダクタンスおよび重畳比の測定得られた圧粉磁心に、直径１ｍｍの銅線を２３ターン巻
線して、周波数２５ｋＨｚのときの、バイアス電流量が
それぞれ０Ａと１５Ａの場合におけるインダクタンスＸ
とインダクタンスＹをそれぞれインピーダンス測定器
（ＬＲＣメータ）で測定した。そして、インダクタンス
ＹをインダクタンスＸで除算して重畳比Ｙ／Ｘを求め
た。

【００３０】２）コアロス測定得られた圧粉磁心に、直径１ｍｍの銅線を、内巻として
２０ターン、外巻として４０ターンそれぞれ巻線して、
周波数２５ｋＨｚで磁束密度０．１Ｔのときのコアロス
をディジタル型コアロス測定器（交流Ｂ−Ｈトレーサ
ー）で測定した。以上の結果を、軟磁性粉末の成分組成
および見掛密度／真密度，ならびに圧粉磁心の成形密度
とともに表２に示す。ただし、比較例２と４について
は、クラックが発生していない圧粉磁心を選んで測定し
た結果を示しており、常に同様の結果が得られるとは限
らず、そのため測定結果を括弧内に記した。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】表２から明らかなように、見掛密度／真密
度が０．４以上である軟磁性粉末を用いて製造した実施
例の圧粉磁心では、周波数２５ｋＨｚ、磁束密度０．１
Ｔで測定したときのコアロスが１００ｋＷ／ｍ³以下で
あり、比較例の圧粉磁心に比べ低くなっている。そして
更に、実施例の圧粉磁心は重畳比が０．５０以上と高
く、大電流の下でも透磁率の低下が抑制されている。

【００３４】なお、表２において、比較例２と４の圧粉
磁心も低いコアロスと高い重畳比を示しているが、表１
に示したように、比較例２の場合、混合物における絶縁
バインダの含有量が少なく、また比較例４の場合、混合
物における水分量が少なく、いずれの混合物も上記した
成形性が不良である。したがって、比較例２と４の圧粉
磁心においてはクラックが発生し易く、これらの圧粉磁
心を実用化することには難がある。

【００３５】また、混合物における、絶縁バインダの含
有量，水分量Ｗ，固形潤滑剤の含有量Ｌまたは比率Ｗ／
Ｌが好適な範囲から外れている比較例５〜９では、混合
物の流動性が極めて乏しいために圧粉磁心を製造するこ
とは不可能であった。なお、比較例３は混合物における
絶縁バインダの含有量が多いために、成形圧力を高くし
ても圧粉磁心の成形密度を実施例のそれに近づけること
ができなかった。

【００３６】

【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、その主体である軟磁性粉末の見掛密度／真
密度が０．４以上であるため、周波数２５ｋＨｚ、磁束
密度０．１Ｔで測定したときのコアロスが１００ｋＷ／
ｍ³以下であり、高周波の下でも低コアロスを実現して
いる。

【００３７】そして、本発明の圧粉磁心は、重畳比が
０．５０以上と高く、大電流の下でも透磁率の低下が抑
制されている。また、本発明の圧粉磁心の製造方法によ
れば、軟磁性粉末の見掛密度／真密度が０．４以上であ
っても、所望の形状に混合物を成形することができ、も
って所望形状の圧粉磁心を製造することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者矢萩慎一郎愛知県名古屋市港区竜宮町10番地大同特殊鋼株式会社築地工場内Ｆターム(参考） 4K018 AA26 BA13 BB10 BD01 CA07 GA03 KA44 5E041 AA04 BB01 HB15 NN01 NN11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】見掛密度／真密度が０．４以上である軟
磁性粉末を主体とする圧粉磁心であって、周波数２５ｋＨｚ、磁束密度０．１Ｔの条件下で測定し
たときのコアロスが１００ｋＷ／ｍ³以下であることを
特徴とする圧粉磁心。
【請求項２】前記軟磁性粉末がＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金か
らなる請求項１の圧粉磁心。
【請求項３】軟磁性粉末，絶縁バインダ，および固形
潤滑剤を混合して成る混合物をプレス成形し、このプレ
ス成形体に熱処理を施して圧粉磁心を製造する際に、見
掛密度／真密度が０．４以上である軟磁性粉末を使用
し、かつ前記混合物における水分量を０．４〜４．０質
量％にすることを特徴とする圧粉磁心の製造方法。
【請求項４】前記絶縁バインダは水ガラスであり、前
記混合物におけるこの水ガラスの含有量を２．０〜６．
０質量％にする請求項３の圧粉磁心の製造方法。
【請求項５】前記混合物における前記固形潤滑剤の含
有量を０．４〜２．０質量％とし、かつ前記混合物にお
ける前記水分量／前記固形潤滑剤の含有量を２以下にす
る請求項３または４の圧粉磁心の製造方法。
【請求項６】前記軟磁性粉末がＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金
からなる請求項３〜５の圧粉磁心の製造方法。