JP2003272909A - 圧粉磁心 - Google Patents

圧粉磁心

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JP2003272909A
JP2003272909A JP2002068929A JP2002068929A JP2003272909A JP 2003272909 A JP2003272909 A JP 2003272909A JP 2002068929 A JP2002068929 A JP 2002068929A JP 2002068929 A JP2002068929 A JP 2002068929A JP 2003272909 A JP2003272909 A JP 2003272909A
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Satoshi Takemoto
聡 武本
Takanobu Saitou
貴伸 斉藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 実使用時の透磁率が高く、直交重畳特性が良
好で形状の小型化にとって好適な圧粉磁心を提供する。 【解決手段】 アスペクト比が1.3〜2.5である軟磁
性粉末を主体とするプレス成形体であって、軟磁性粉末
は、その長軸方向が磁路方向に対して平均して20°以
上の角度で傾斜配向している圧粉磁心。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は圧粉磁心に関し、更
に詳しくは、高い直流重畳特性を備えていて、形状の小
型化を実現することができる圧粉磁心に関する。
【0002】
【従来の技術】圧粉磁心は、対象製品が小型・複雑な形
状であっても高い歩留まりで製造することができ、現
在、OA機器や自動車部品などの制御用スイッチング電
源やDC−DCコンバータのチョークコイルとして多用
されている。また、ノイズフィルタ,バッテリ充電用ト
ランスなどのコアとしても用いられている。
【0003】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、所定組成の軟磁性合金に対し、機
械粉砕法や、アトマイズ法などを適用して、所望する形
状と粒度の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材料とバインダ成分を均一に混合し
て軟磁性粉末の表面を被覆する絶縁皮膜を形成する。
【0004】ついで、得られた混合物を所定形状の金型
に充填したのち所定の圧力で例えばプレス成形して圧粉
磁心のグリーンを成形する。そして最後に、上記グリー
ンに所定温度の熱処理を施して、成形時に蓄積された成
形歪みを解放し、目的とする圧粉磁心にする。ところ
で、最近の圧粉磁心に対しては、省スペースのために、
形状小型化の要請が非常に強くなっている。この要請に
応えるためには、小形形状に製造された圧粉磁心であっ
ても、それが高い透磁率特性を示すことが必要不可欠で
ある。
【0005】その場合の上記した高透磁率特性とは、印
加電流がゼロ値のときのいわゆる初透磁率に関する特性
の高低ではなく、当該圧粉磁心が実際の回路に組み込ま
れ、所定値の電流(実使用時の電流)が通電されたとき
に発生する磁界下における透磁率が高いということ、換
言すれば、直流重畳特性が高いということである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来、高い直流重畳特
性を備えた圧粉磁心を製造する方法に関しては、次のよ
うな方法が知られている。まず、高い飽和磁束密度を有
する軟磁性粉末を用いる方法である。しかしながら、一
般的に飽和磁束密度の高い軟磁性材料は保磁力の大きい
ものが多く、そのため、実使用時におけるヒステリシス
損は大きくなり、コアロスが増大してしまうという問題
がある。
【0007】また、圧粉磁心の製造過程で、プレス成形
時における成形圧を非常に高めることにより、その相対
密度を高めるという方法もある。しかしながら、この方
法の場合、成形設備の大規模化などの問題が生じ、工業
的な意味で実用的であるとはいいがたい。本発明は、上
記した問題を解決し、従来と同様な方法で製造している
にもかかわらず、高い直流重畳特性を備え、したがって
形状の小型化を実現することができる圧粉磁心の提供を
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、あるアス
ペクト比を有する軟磁性粉末を用いた圧粉磁心の製造工
程と、当該圧粉磁心の磁気特性との関係について、次の
ような考察を加えた。まず、圧粉磁心は、一般に軟磁性
粉末を水ガラスのような絶縁バインダと混合し、その混
合物を金型を用いてプレス成形し、得られたグリーンを
磁気焼鈍して製造される。
【0009】上記した製造工程において、軟磁性粉末と
して、あるアスペクト比の粉末を用いた場合について考
える。なお、ここでいうアスペクト比とは、粉末を2次
元的に投影した投影像において、長軸方向の長さを
1,短軸方向の長さをL2としたとき、L1/L2で表さ
れる値のことをいう。この値が大きい粉末は、細長く扁
平な形状をしており、球体の場合はアスペクト比は1で
ある。
【0010】そして、あるアスペクト比の粉末の短軸方
向に外部磁界を印加した場合、その方向の反磁界係数は
大きいので磁化は起こりにくく、しかし、長軸方向に外
部磁界を印加すると、その方向は容易に磁化するという
ことが知られている。また、あるアスペクト比の粉末を
プレス成形した場合、成形圧や粉末表面の滑らかさの善
し悪しなどの条件により変化するとはいえ、粉末は、概
ね、プレス方向と直交する方向に長軸方向が配向した状
態で成形されるということが知られている。
【0011】したがって、あるアスペクト比の粉末を図
1の矢印方向からプレス成形して、例えば図1で示した
ようなリングコアAを製造した場合、得られたリングコ
アの内部(円環部)においては、粉末はその長軸方向を
リングコアの円周方向に沿わせた状態で配列されている
ことになる。勿論、粉末の長軸方向は完全に上記円周方
向と同一方向に向いているわけではなく、プレス成形時
の条件、絶縁バインダの影響などにより、リングコアの
厚み方向、径方向にランダムに傾斜した状態で配向して
いるものと考えられる。
【0012】そして、このリングコアにコイルが巻回さ
れ、通電されると、当該コイルによる誘導磁界は円周方
向に発生する。すなわち、リングコアを周回する方向に
磁路が形成される。したがって、粉末の長軸方向が完全
に上記磁路方向と一致している場合は、粉末は容易に磁
化する。しかしながら、容易に磁化される場合は、低い
磁界で飽和してしまうため、実使用時における磁界印加
時に高い透磁率が得られなくなり、直流重畳特性は劣化
するものと考えられる。
【0013】本発明は、上記した考察を踏まえて開発さ
れた圧粉磁心である。それは、アスペクト比が1.3〜
2.5である軟磁性粉末を主体とするプレス成形体であ
って、前記軟磁性粉末は、その長軸方向が磁路方向に対
して平均して20°以上の角度で傾斜配向していること
を特徴とする。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明の圧粉磁心では、アスペク
ト比が1.3〜2.5の軟磁性粉末が使用される。ここ
で、アスペクト比が1.3より小さい粉末の場合、当該
粉末は球形に近似してくるため、その反磁界係数は大き
く、プレス成形時のグリーンは相対的に高密度になると
はいえ、そもそも、初透磁率が低く、実使用上で難があ
る。また、アスペクト比が2.5より大きい粉末の場合
は、プレス成形時のグリーンが低密度化して保形性に難
が生ずるとともに、その長軸方向がプレス成形と直交す
る方向に揃いやすくなり、その結果、前記したようにコ
アロスの増大を招く。
【0015】本発明の圧粉磁心では、それを主として構
成する軟磁性粉末の長軸方向が磁路方向に対して平均し
て20°以上傾斜した状態で配向している。具体的に
は、図1で示したように、リングコア(圧粉磁心)のあ
る位置におけるある粉末1に着目し、それをX軸方向を
磁路方向とするX−Y−Z座標で示した場合、その長軸
方向(L1)の磁路方向(X軸方向)に対する傾斜角
(θ1)が、全ての粉末における平均値で20°以上に
なっている。
【0016】なお、長軸方向(L1)は3次元的であ
る。しかし、磁路方向(X軸方向)は磁化との関係で一
義的に決定される方向である。したがって、本発明でい
う、磁路方向に対する長軸方向の傾斜方向は、X−Z面
内における傾斜方向A(図の角度θ1に相当する方
向)、X−Y面内における長軸方向(L1)のX軸方向
に対する傾斜方向B(図示しない)、およびY−Z面内
における長軸方向(L1)のX軸方向に対する傾斜方向
C(図示しない)の3方向に分解して定量化することが
可能である。
【0017】軟磁性粉末1は、観察視野内における全て
の粉末の平均値として、上記したA方向、B方向、C方
向のいずれにおいてもX軸方向に対して20°以上の傾
斜角をなして配向している。この傾斜角が平均して20
°より小さい場合には、軟磁性粉末1の磁路方向(X軸
方向)に対する配向度合が大きくなりすぎて、重畳特性
が低下する。
【0018】また、傾斜角が平均して50°より大きい
場合には、軟磁性粉末の多くは磁化しにくい状態になっ
ているので圧粉磁心に高透磁率を期待することはできな
い。この傾斜角の好ましい値は25°〜40°である。
このような傾斜角の状態で軟磁性粉末を配向させるため
には、例えば次のような方法を採用することができる。
【0019】まず、軟磁性粉末としてアトマイズ粉末を
使用し、その粉末を絶縁バインダと混合して、一旦、両
者の団粒(いわゆるダマ)を製造し、そのダマを用いて
プレス成形する方法である。この方法によれば、絶縁バ
インダの種類,その添加量,ダマの乾燥方法などの条件
を調整することにより、プレス成形後におけるリングコ
ア中の粉末の傾斜角を上記した値に制御することができ
る。
【0020】また、別の方法としては、アトマイズ粉末
に対して更に粉砕処理を行う方法がある。アトマイズ粉
末は、通常、その表面が滑らかであるため、プレス成形
時に互いに滑りあって配向しやすい。しかしながら、一
旦、粉砕処理を行うと、当該アトマイズ粉末(粉砕粉)
の表面には複雑な凹凸が形成され、プレス成形時にこれ
ら凹凸が互いに干渉しあって円滑な配向は起こりにくく
なる。その結果、粉末は比較的大きな傾斜角で成形され
るようになる。
【0021】
【実施例】1.軟磁性粉末の製造 Fe−9.5%Si−5.5%Alから成る以下の粉末を
製造した。 粉末A:特開平11−152504号公報の実施例で開
示されているアトマイズ法でアトマイズ粉末を製造し、
それを更にジェットミルで粉砕。粒度100メッシュ
下。
【0022】粉末B:特開平11−152504号公報
の実施例で開示されているアトマイズ法でアトマイズ粉
末を製造し、ついで、このアトマイズ粉末と水ガラスと
同量の水を混合したのち乾燥して、ダマを製造。分級
し、32メッシュ下のダマを用意した。 粉末C:特開平11−152504号公報の実施例で開
示されているアトマイズ法でアトマイズ粉末を製造し、
それをそのまま使用。粒度100メッシュ下。
【0023】粉末D:Fe−9.5%Si−5.5%Al
のインゴットを機械粉砕し、それをそのまま使用。粒度
100メッシュ下。 2.リングコアの製造 上記した各粉末100質量部に対し、水ガラス1質量部
を均一に混合したのち、温度70℃で1時間乾燥した。
ついで、得られた混合物を金型に充填し、圧力1700
MPaでプレス成形して、外形28mm,内径20mm,厚み
5mmのリングコアにした。
【0024】ついで、Ar雰囲気中において、温度70
0℃で1時間の磁気焼鈍を行って圧粉磁心にした。 3.特性評価 各リングコアにエポキシ樹脂を含浸し、硬化処理を施し
たのちに次のようにして粉末と磁路方向の傾斜角を測定
した。
【0025】各リングコアにおける円環部をその厚み方
向に沿って垂直に切断し、その切断面(縦5mm,幅5m
m)を鏡面研磨処理し、更にナイタールでエッチング処
理を施したのち顕微鏡写真を撮影(倍率200倍)し
た。ついで、その切断面で視認される粉末1000個を
ランダムに選び出し、各粉末の長軸方向と切断面の水平
軸とがなす角度を測定し、その平均値を求めた。
【0026】次に、各リングコアに40ターンの巻線を
施した。LCRメータを用いて0〜6400A/mの直
流磁界を印加し、更に、0.4A/m,100kHzの直流
磁界を重畳し、そのときの微分比透磁率(μ)を測定し
た。直流磁界が0A/mのときの微分比透磁率を初透磁
率(μ0)とした。μをμ0で除算してその比(百分率)
を計算した。この比が大きいほど、そのリングコアは実
使用時に高い直流重畳を示すことを意味する。
【0027】以上の結果を一括して表1に示した。な
お、各リングコアの密度も測定し、それも表1に併記し
た。
【0028】
【表1】
【0029】表1から次のことが明らかである。 (1)アスペクト比が1.2である粉末Aを用いた比較
例4のコアは、その初透磁率が非常に低く、実使用に耐
えうるものではない。またアスペクト比が2.7である
粉末Aを用いた比較例5のコアは、その初透磁率は非常
に高いが、直流重畳特性は非常に悪くなり、コアロスが
増大してしまう。
【0030】このようなことから、粉末のアスペクト比
は1.3〜2.5の範囲に設定すべきである。 (2)実施例1,2と比較例1〜3を対比して明らかな
ように、アトマイズ粉末の粉砕粉である粉末Aを用いた
実施例1,2は、アトマイズ粉末そのものである粉末C
を用いた比較例1〜3の場合に比べて磁路方向に対する
配向は起こりづらくなっており、そのことにより、直流
重畳特性は向上している。
【0031】ここで、実施例1,2,比較例3,4の各
リングコアにつき、0A/m〜6400A/mの直流磁
界を印加して印加磁界を変化させ、それぞれの場合につ
き、更に、0.4A/m,100kHzの交流磁界を重畳し
たときの微分比透磁率を求め、初透磁率との比(百分
率)を計算した。その結果を図2に示した。図2から明
らかなように、実施例のリングコアは比較例に比べて印
加磁界が大きくなっても透磁率は高い。
【0032】
【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、従来の圧粉磁心に比べて実使用時における
透磁率は高く、その直流重畳特性が優れている。したが
って、本発明の圧粉磁心は、従来に比べて形状を小型化
することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】リングコアの外観例と、軟磁性粉末の配向状態
を示す概略図である。
【図2】印加磁界と透磁率比との関係を示すグラフであ
る。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アスペクト比が1.3〜2.5である軟磁
    性粉末を主体とするプレス成形体であって、前記軟磁性
    粉末は、その長軸方向が磁路方向に対して平均して20
    °以上の角度で傾斜配向していることを特徴とする圧粉
    磁心。
  2. 【請求項2】 前記軟磁性粉末が、アトマイズ粉末また
    はアトマイズ粉末の粉砕粉末である請求項1の圧粉磁
    心。
JP2002068929A 2002-03-13 2002-03-13 圧粉磁心 Withdrawn JP2003272909A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020077732A (ja) * 2018-11-07 2020-05-21 日本特殊陶業株式会社 圧粉磁心
JP2020077731A (ja) * 2018-11-07 2020-05-21 日本特殊陶業株式会社 圧粉磁心
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JP7227736B2 (ja) 2018-11-07 2023-02-22 日本特殊陶業株式会社 圧粉磁心
JP7227737B2 (ja) 2018-11-07 2023-02-22 日本特殊陶業株式会社 圧粉磁心

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