JP2004319749A

JP2004319749A - Metal powder for pressed powder magnetic core, method for manufacturing the same and method for manufacturing the same

Info

Publication number: JP2004319749A
Application number: JP2003111512A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Mitani; 宏幸三谷; Takafumi Hojo; 啓文北条
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2003-04-16
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2004-11-11

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide metal powder from whose compression molded body, before resin curing, a pressed powder magnetic core of high density having good properties can be obtained by suppressing density variation as a pressed powder magnetic core, while reducing an amount of resin used, to provide a method for manufacturing the metal powder, and to provide a method for manufacturing the pressed powder magnetic core employing the metal powder. <P>SOLUTION: The metal powder for the pressed powder magnetic core is provided with coating on its surface of phenol resin comprising a methylol radical in a molecule thereof, with the contents of the 0.05-0.4 percent phenol resin by mass. The pressed powder magnetic core can be manufactured by curing the phenol resin contained in the compression molded body of the metal powder for the pressed powder magnetic core. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄粉や鉄基合金粉末などの金属粉末とフェノール樹脂から構成される圧粉磁心用材料、および該材料から得られる圧粉磁心に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
交流磁場内で使用される磁心では、鉄損、特に渦電流損が小さいことや磁束密度が高いことが必要であると共に、製造工程におけるハンドリングおよびコイルにするための巻き線の際に破損のないことが必要である。また、例えば、自動車用のモーターなどに適用される磁心では、遠心力がかかるため、これに耐え得る強度、特にエンジンルームで使用される場合を想定して、高温での機械的強度に優れていることが要求される。
【０００３】
所謂圧粉磁心の場合は、金属粉粒子間に絶縁性を有する樹脂を介在させることで渦電流損を抑制できると共に、該樹脂が金属粉粒子間で接着剤の役割を果たすため、良好な機械的強度を確保して破損を防止することが可能である。
【０００４】
しかし、絶縁性や機械的強度の向上の面では樹脂の使用量を多くすればよいものの、かかる場合には圧粉磁心の密度は低下し、その結果、磁気的特性（透磁率や飽和磁束密度など）の低下が引き起こされる。よって、上記の如き自動車用のモーターなどの分野では、小型化の要請から、圧粉磁心に使用する樹脂量を低減して圧粉磁心を高密度化することにより高い磁気的特性を確保しつつ、良好な電気抵抗と強度をも保持し得る技術が求められている。
【０００５】
圧粉磁心に使用する樹脂量を低減する技術としては、例えば、特許文献１〜３に、鉄粉などの金属粉末の最表面を樹脂で被覆する手法が提案されている。これらの技術のように、金属粉末表面に樹脂が存在する場合には、該樹脂が効率的に接着剤としての役割を果たすことができるため、樹脂量を低減しつつ、圧粉磁心を得ることができる。
【０００６】
他方、本発明者等も、特定のフェノール樹脂を用いて、極めて良好な機械的強度（特に高温強度）と、優れた電気抵抗を有する圧粉磁心と、該圧粉磁心を得るための粉末を開発し、特許出願をしている（特許文献４）。しかし、この特許文献４に開示の圧粉磁心用粉末は、金属粉末（軟磁性粉末）とフェノール樹脂微粉末とを混合したものであり、例えば上記の自動車用モーターなどの分野における小型化の要請に対応し得るような高密度で高い磁気的特性を有する圧粉磁心を製造しようとすると、機械的強度や電気抵抗の確保の点から、フェノール樹脂量の低減には限界があるため、かかる点において未だ改善の余地がある。
【０００７】
【特許文献１】
特表平１０−５０３８０７号公報（第８頁例１）
【特許文献２】
特開２００２−２１７０１５号公報
【特許文献３】
特開２００２−２４６２１９号公報
【特許文献４】
特開２００２−２８０２０９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等は、上記特許文献４に開示の圧粉磁心用粉末および圧粉磁心について、さらなる改良を施し、使用する樹脂量を低減してより高密度の圧粉磁心を得るべく、上記特許文献１〜３に開示の技術のように、金属粉末表面を特定のフェノール樹脂で被覆する方法を試みた。
【０００９】
上記フェノール樹脂の如き熱硬化性樹脂を用いて高密度の圧粉磁心を製造するに当たっては、通常、該樹脂を含有する圧粉磁心用粉末を一旦圧縮成形して高密度の圧縮成形体とし、該圧縮成形体中の樹脂を熱硬化させる方法が採用される。ところが、上記の如き被覆法による圧粉磁心用粉末から得られる圧粉磁心では、最終的に得られる圧粉磁心の密度が、樹脂硬化前の圧縮成形体の密度よりも小さくなる場合があり、このように圧縮成形体よりも密度が減少した圧粉磁心では、次のような問題が生じることが判明した。
【００１０】
（ｉ）圧粉磁心の形状・寸法精度の問題
圧粉磁心の形状・寸法は、樹脂硬化前の圧縮成形体を製造するための成形型によって決定される。ところが、圧粉磁心の密度が圧縮成形体よりも小さくなるということは、すなわち圧粉磁心の寸法が圧縮成形体よりも大きくなっていることを意味しており、この場合、厳格に設計された成形型を用いるなどして圧縮成形体を製造したとしても、圧粉磁心とした場合には寸法変化が生じることになるため、設計通りの寸法・形状の圧粉磁心を製造することが実質的に不可能となる。特にモーター用途などの場合、圧粉磁心の寸法・形状の精度が厳格に要求されるため、上記の如き密度変化が生じる圧粉磁心では、かかる用途への適用が極めて困難となる。
【００１１】
（ｉｉ）圧粉磁心の機械的強度の問題
詳しくは後述するが、例えば使用するフェノール樹脂量を同じにして圧粉磁心の密度を高めていくと、それに従って圧粉磁心の機械的強度も増大することが一般的であるが、上記の如き密度変化が生じた圧粉磁心では、その機械的強度（特に高温強度）が低下するといった、機械的強度面での信頼性が損なわれる問題がある。
【００１２】
本発明は上記事情の下でなされたものであり、その目的は、使用する樹脂量を低減しつつ、該樹脂硬化前の圧縮成形体から圧粉磁心とした場合の密度変化を抑制して、良好な特性を有する高密度の圧粉磁心を得ることができる金属粉末と、該金属粉末の製造方法、および該金属粉末を用いた圧粉磁心の製造方法を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成し得た本発明の圧粉磁心用金属粉末は、金属粉末の表面が、分子内にメチロール基を有するフェノール樹脂で被覆されてなり、且つ該フェノール樹脂の含有量が０．０５〜０．４質量％であるところに要旨を有するものである。上記フェノール樹脂は、具体的には、該フェノール樹脂１ｇを１００ｍｌの煮沸メタノールに溶解させた場合の未溶解部分が、該フェノール樹脂総量に対し、５質量％以下のものである。また、上記金属粉末の具体例としては、軟磁性粉末が挙げられる。
【００１４】
また、本発明の圧粉磁心用金属粉末の製造方法は、上記の圧粉磁心用金属粉末を製造するに当たり、有機溶媒を用いて上記フェノール樹脂を上記金属粉末表面に被覆させるところに要旨が存在する。
【００１５】
上記有機溶媒としては、アルコールが好適であり、この場合、上記フェノール樹脂の粉末と上記金属粉末との混合粉末に上記アルコールを添加、混合し、その後該アルコールを蒸発除去することが、好ましい実施態様である。さらにこの場合、上記アルコールの添加量は、原料金属粉末１００質量部に対し、１〜１０質量部であることが推奨される。
【００１６】
また、上記の圧粉磁心用金属粉末の圧縮成形体中に存在するフェノール樹脂を熱硬化する圧粉磁心の製造方法も、本発明に包含される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明者等は、上記特許文献４に開示の技術をベースに、使用するフェノール樹脂量を低減してより高密度の圧粉磁心を得るべく、金属粉末（以下、圧粉磁心用金属粉末と区別する目的で、「原料金属粉末」と称する場合がある）にフェノール樹脂を被覆してなる圧粉磁心用金属粉末の開発を進めた。そしてその過程で、上述の通り、上記圧粉磁心用金属粉末から得られる圧粉磁心では、樹脂硬化前の圧縮成形体よりも密度が減少するといった現象（以下、単に「密度変化」と称する場合がある）が起こる場合があり、この場合に、上記の如き問題が生じることを見出すと共に、かかる現象を回避可能な圧粉磁心用金属粉末の構成を見出し、本発明の完成に至ったのである。
【００１８】
なお、本発明でいう「圧粉磁心」とは、金属粉末に、電気的絶縁と機械的強度付与のためのバインダー樹脂、および場合によっては圧縮成形時の摩擦を低減するための潤滑剤を混合し、圧縮成形して所定の形状とした後、バインダー樹脂を熱硬化したものであり、主に交流磁場内で使用される磁心（コア）と呼ばれる電磁気部品である。以下、本発明を詳細に説明する。
【００１９】
本発明で使用される金属粉末としては、例えば、軟磁性粉末が挙げられる。軟磁性粉末とは、強磁性体の金属粉末であり、例えば、純鉄粉、鉄基合金粉末（Ｆｅ−Ａｌ合金、Ｆｅ−Ｓｉ合金、センダスト、パーマロイなど）およびアモルファス粉末、表面にりん酸系化成皮膜や酸化皮膜などの電気絶縁皮膜を有する鉄粉などが例示できる。
【００２０】
こうした軟磁性粉末は、例えば、アトマイズ法によって微粒子とした後還元し、その後粉砕することなどによって製造できる。このような製法により、ふるい分け法で評価される粒度分布で、累積粒度分布が５０％になる平均粒径が２０〜２５０μｍ程度の軟磁性粉末が得られるが、本発明においては、中でも５０〜１５０μｍ程度のものが好ましく用いられる。
【００２１】
本発明の圧粉磁心用金属粉末は、上記軟磁性粉末の如き金属粉末とフェノール樹脂を必須構成要素とするものであり、該フェノール樹脂がバインダー樹脂としての役割を果たす。フェノール樹脂は熱硬化性樹脂であり、圧縮成形後、熱処理して架橋反応を進行させること、すなわち熱硬化させることで、良好な機械的強度を有する圧粉磁心が得られる。
【００２２】
上記圧粉磁心用金属粉末で使用するフェノール樹脂は分子内にメチロール基を有するものであり、自己架橋型のものである。フェノール樹脂としては、ノボラック型フェノール樹脂とレゾール型フェノール樹脂が知られているが、通常のレゾール型フェノール樹脂は自己架橋能を有するものの、液状であり、原料金属粉末表面に被覆した場合に、べたつきが生じるなど、取り扱い性に問題が生じる。他方、ノボラック型フェノール樹脂は、自己架橋能を有しておらず、硬化剤（ヘキサメチレンテトラミンなど）を併用する必要があるが、こうした硬化剤は毒性を有するものが一般的である。
【００２３】
これに対し、本発明で使用する上記フェノール樹脂は、常温で固体であり、且つ分子内に存在するメチロール基の作用によって自己架橋し得るため、有害な硬化剤を併用する必要もなく、安全性が高いものである。また、本発明で使用するフェノール樹脂は、微粉末とすることが可能なものであり、その平均粒径を、例えば３０μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以下、さらに好ましくは１０μｍ以下とすることができる。ここでいう「平均粒径」は、走査型電子顕微鏡を用いて撮影したフェノール樹脂微粉末の写真（倍率：４００倍）から無作為に選択したフェノール樹脂単粒子（複数の粒子が凝集したものではなく、単独で存在する粒子）１００個について、該写真から直接測定した粒径を平均して得られる値である。
【００２４】
なお、本発明に係る上記フェノール樹脂では、有機溶媒（アルコールなど）に溶解させて金属粉末（軟磁性粉末など）表面を被覆させるため、架橋が進行しておらず、有機溶媒に良好に溶解することが好ましい。フェノール樹脂は、熱硬化して架橋構造が発達すると、機械的強度が大きくなると共に、軟化が生じなくなり、さらにガラス転移の影響も小さくなることから、高温における機械的強度の低下が見られなくなる。圧粉磁心の機械的強度は、バインダー樹脂の機械的強度に依存するため、架橋構造が比較的発達していないフェノール樹脂を用いた圧縮成形体を熱硬化させることで、フェノール樹脂の架橋を進行させ、常温および高温での機械的強度の向上を図ることができる。
【００２５】
このように、良好に有機溶媒に溶解するフェノール樹脂としては、該フェノール樹脂１ｇを１００ｍｌの煮沸メタノールに溶解させた場合の未溶解部分が、フェノール樹脂総量に対し、５質量％以下であるものが推奨される。フェノール樹脂の煮沸メタノールに対する溶解性は、該フェノール樹脂分子に存在するメチロール基の量に依存し、その数が多いほど溶解し易いと考えられるが、架橋反応の進行に伴い、メチロール基が消費されてその数が減少するため、煮沸メタノールに溶解しない部分（未溶解部分）が生じるようになると推測される。以下、「未溶解部分」の量は、上記フェノール樹脂における未溶解部分の、フェノール樹脂総量に対する量を意味することとする。
【００２６】
すなわち、未溶解部分が上記上限値を超えるフェノール樹脂は、架橋が進行しているため、これを使用した圧粉磁心では、十分な電気抵抗を確保できない場合がある。
【００２７】
フェノール樹脂の上記未溶解部分の量は、以下の方法によって求められる。精秤した質量Ｗ_１のフェノール樹脂を、フェノール樹脂１ｇに対して１００ｍｌの割合のメタノール中に投入し、８０℃で２０時間ソックスレー抽出し、７μｍ以上のフェノール樹脂粒子が保留されるガラスフィルターで濾過する。この濾液を乾燥固化させ、残留乾固物の質量Ｗ_２を測定し、下式（１）を用いて未溶解部分量Ｘを算出する。
Ｘ＝１００ ×｛１−（Ｗ_２／Ｗ_１）｝・・・（１）。
【００２８】
なお、本発明の圧粉磁心用金属粉末中のフェノール樹脂における上記未溶解部分量は、該フェノール樹脂を溶媒に溶解させて溶液とし、該溶液を金属粉末から濾過などによって分離した後、該溶媒を除去し、例えば後述する潤滑剤が含有されている場合には、該潤滑剤のみ溶解する溶媒を用いてさらに濾過分離を行い、フェノール樹脂のみを取り出した上で、上記の方法によって求めることができる。
【００２９】
ちなみに、圧粉磁心用樹脂として公知のエポキシ樹脂では、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂などが代表的であるが、これらの樹脂はエピクロルヒドリンを原料とすることが一般的であり、該エピクロルヒドリン中に含有される塩素が樹脂中に残留するため、安全性の面で劣る。また、圧粉磁心用樹脂としてエンジニアリングプラスチック（ポリアミドなど）や特殊エンジニアリングプラスチック（ポリフェニレンスルフィドなど）を使用する例もあるが、これらの樹脂（特に特殊エンジニアリングプラスチック）は高価であり、また熱可塑性樹脂であるため、圧粉磁心とした場合に高温強度が不十分となる場合が多い。これに対し、本発明で使用する上記フェノール樹脂は安全性が高く、また、熱硬化性樹脂であることから圧粉磁心の高温強度も優れたものとなる。
【００３０】
上記圧粉磁心用金属粉末では、該粉末全量中、上記フェノール樹脂の含有量が０．０５質量％以上０．４質量％以下である。上記フェノール樹脂の含有量がかかる範囲内であれば、圧粉磁心において、上述の密度変化を抑制し得るため、高密度の圧粉磁心（例えば、７．２ｇ／ｃｍ^３以上）であっても、寸法精度よく製造できると共に、強度（特に高温強度）面での信頼性を高めることができる。
【００３１】
上記フェノール樹脂の含有量と圧粉磁心の強度との関係を、図４に示すグラフで説明する。図４のグラフは、圧粉磁心の密度（横軸）と２００℃の抗折強度（縦軸）との関係を表したものである（圧粉磁心の製造方法・条件、密度および２００℃の抗折強度の測定方法の詳細は、後述の実施例参照）。ここで、「０．１％被覆」、「０．２％被覆」、「０．３％被覆」、「０．５％被覆」が、原料金属粉末表面を上記フェノール樹脂で被覆した圧粉磁心用金属粉末から得られた圧粉磁心のデータであり、これらの名称の数値は、上記フェノール樹脂の含有量を意味している。
【００３２】
このグラフを見ると、上記フェノール樹脂含有量が０．１％および０．２％の場合には、圧粉磁心の抗折強度は密度の増加に従って増大している。しかしながら、上記フェノール樹脂含有量が０．５％の圧粉磁心では、密度が増加すると、却って抗折強度が低下するという現象が顕著に現れている。
【００３３】
詳細は後述の実施例において説明するが、フェノール樹脂含有量が０．５％の圧粉磁心において、上記の抗折強度低下現象が生じているものでは、上述の密度変化（圧縮成形体よりも圧粉磁心の密度が減少する現象）が生じており、この密度変化現象が抗折強度低下現象を引き起こしているものと考えられる。
【００３４】
すなわち、圧粉磁心用金属粉末を高密度に圧縮成形し、これを熱硬化させた場合には、熱硬化反応が生じる直前に上記フェノール樹脂が溶融して体積膨張するが、含有するフェノール樹脂量が多いと、圧縮成形体自体が高密度であることから、溶融し体積膨張した樹脂の逃げ場が無いため、圧縮成形体の体積が増大する。そして、このまま樹脂が硬化されて圧粉磁心となり、その後冷却されるが、その際、圧粉磁心自体の体積は収縮しようとするものの、樹脂は架橋の形成によって動きが拘束されているため、圧粉磁心の体積は殆ど変化せず、樹脂の一部に破壊が生じるものと考えられる。よって、最終的な圧粉磁心の密度は、樹脂硬化前の圧縮成形体の密度よりも小さくなり、且つこのような密度変化が生じた圧粉磁心では、クラックなどの欠陥が形成されていると考えられ、これが圧粉磁心の強度低下の原因となっていると推測される。
【００３５】
よって、こうした密度変化現象を抑制するために、圧粉磁心用金属粉末中の上記フェノール樹脂含有量を、特定範囲とする必要があるのである。すなわち、上記フェノール樹脂の含有量が０．４質量％を下回る場合には、圧粉磁心の密度をかなり高めても、上記の密度変化現象を抑制し得るため、強度（特に高温強度）面での信頼性を損なうことなく、高密度の圧粉磁心を得ることができる。また、圧粉磁心製造時の寸法精度も良好となる。より好ましくは０．３質量％以下、さらに好ましくは０．２質量％以下である。
【００３６】
他方、上記フェノール樹脂含有量が０．０５質量％以上であれば、圧粉磁心の密度を高度に高めつつ、用途によっては十分な強度や電気抵抗を確保できる。より好ましくは０．０７質量％以上、さらに好ましくは０．１質量％以上である。
【００３７】
上記圧粉磁心用金属粉末では、さらに潤滑剤を構成要素に含むことも好ましい。この潤滑剤の作用により、圧粉磁心用金属粉末を圧縮成形する際の金属粉末間、あるいは金属粉末−成形型内壁間の摩擦抵抗を低減でき、成形体の型かじりや成形時の発熱を防止することができる。このような効果を有効に発揮させるためには、潤滑剤が圧粉磁心用金属粉末全量中、少なくとも０．２質量％、好ましくは０．５質量％以上含有されていることが推奨される。他方、潤滑剤を多量に添加してもその効果は飽和し、むしろ金属粉末を被覆するフェノール樹脂間の結合を阻害して成形体（圧粉磁心）の機械的強度を低下させたり、該成形体中の原料金属粉末の体積率が減少して磁気的特性の低下を引き起こす傾向があるため、その上限を粉末全量中１質量％とすることが好ましい。より好ましくは０．８質量％以下である。
【００３８】
上記の潤滑剤としては、従来から圧粉磁心の成形に用いられているものを使用すればよく、具体的には、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸カルシウムなどのステアリン酸の金属塩粉末、およびパラフィン、ワックス、天然または合成樹脂誘導体などが挙げられる。
【００３９】
また、本発明では、上記圧粉磁心用金属粉末を圧縮成形する際に、内壁面に潤滑剤を塗布した成形型を用いることも好ましく、これにより金属粉末−成形型内壁間の摩擦抵抗の低減を図ることで、圧粉磁心用原料粉末中の潤滑剤量をさらに少なくすることができる。この場合、潤滑剤量は、粉末全量中０．２質量％以下、好ましくは０．１質量％以下とすることが推奨され、これによって、より優れた機械的強度と磁気的特性を有する圧粉磁心の製造が可能となる。なお、上記の成形型を使用する場合は、圧粉磁心用金属粉末が潤滑剤を含有していなくても、型かじりのない成形体を得ることが可能である。
【００４０】
次に、本発明の圧粉磁心用金属粉末を製造する方法について説明する。圧粉磁心用金属粉末を製造するに当たっては、上記金属粉末の表面に上記フェノール樹脂を被覆させればよく、その手法については特に限定されない。例えば、（Ｉ）上記フェノール樹脂を有機溶媒に分散・溶解させて分散液・溶液（以下、まとめて「溶液」という場合がある）とし、該溶液と金属粉末とを混合したり該溶液を金属粉末に噴霧した後、該溶媒を乾燥などにより除去する方法が挙げられる。また、（ＩＩ）金属粉末と上記フェノール樹脂とを混合し、ここに有機溶媒をさらに添加、混合した後、該溶媒を乾燥などにより除去する方法、を採用することも可能である。
【００４１】
上記有機溶媒としては、上記フェノール樹脂が分散または溶解可能なものであれば特に限定されないが、例えばアルコールが安全性やコストの面で好適であり、特に安全性の面を重視すればエタノールやイソプロパノール（ＩＰＡ）が推奨される。
【００４２】
本発明の圧粉磁心用金属粉末を上記（ＩＩ）の方法で製造する場合であって、有機溶媒にアルコールを使用するときには、該アルコール量を原料金属粉末１００質量部に対し、１質量部以上であって、１０質量部以下、より好ましくは５質量部以下とすることが望ましい。アルコール量が上記範囲を下回ると、上記フェノール樹脂の被覆が良好に達成できない場合がある。他方、アルコール量が上記範囲を超えると、除去すべきアルコール量が多くなるため、非効率であり、コストアップの原因にもなる。
【００４３】
圧粉磁心用金属粉末の製造に用いる混合機は特に限定されず、公知の混合機を使用すればよい。混合の際の条件（回転数や時間など）も特に制限はなく、原料金属粉末表面をフェノール樹脂で良好に被覆できる条件を選択すればよい。被覆に使用する有機溶媒の除去方法も特に限定されず、例えば真空容器による揮発除去や、乾燥機による揮発除去など、公知の除去方法（乾燥方法）が採用可能である。有機溶媒除去の際の温度は、常温でもよいが、該有機溶媒の沸点以上、上記フェノール樹脂の硬化温度以下とすることも、除去に要する時間を短縮化できる点で好ましい。また、上記混合機と真空容器などが一体化した装置を採用することもできる。
【００４４】
上述の潤滑剤を含有する圧粉磁心用金属粉末とする場合には、例えば、原料金属粉末をフェノール樹脂で被覆した後、潤滑剤と混合すればよい。
【００４５】
次に、本発明の圧粉磁心用金属粉末を用いて圧粉磁心を製造する方法について説明する。その製造方法は、上記圧粉磁心用金属粉末の圧縮成形体中に存在するフェノール樹脂を熱硬化する、というものである。すなわち、上記圧粉磁心の製造に当たっては、［１］本発明の圧粉磁心用金属粉末を圧縮成形して圧縮成形体を得る工程と、［２］該圧縮成形体中のフェノール樹脂を熱硬化する工程、を設ける。
【００４６】
上記工程［１］において、圧縮成形法は特に限定されず、従来公知の方法が採用可能であるが、上述の通り、内壁面に潤滑剤を塗布した成形型を用いる場合は、圧粉磁心用金属粉末中の潤滑剤量を低減できる点で好ましい。
【００４７】
成形型内壁面に塗布される潤滑剤としては、特に限定されるものではないが、代表的なものとしては、ステアリン酸の金属塩（例えば、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸カルシウムなど）が挙げられ、これを粉末状のままで塗布したり、有機溶媒に溶解させて塗布してもよい。また、上記以外の潤滑剤としては、グラファイトや二硫化モリブデンなど、潤滑性を有するものであれば適用できる。
【００４８】
圧縮成形時の好ましい条件としては、圧力２９０ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下、より好ましくは３９０ＭＰａ以上１０００ＭＰａ以下、最大荷重での加圧時間０．０５秒以上５秒以下、より好ましくは０．１秒以上３秒以下である。なお、成形温度が高過ぎると、成形体形状が形成される前にフェノール樹脂が熱硬化してしまう恐れがあるため、圧縮成形は、常温〜１５０℃未満で行わなければならない。ちなみに、本発明の圧粉磁心用金属粉末は、高密度圧粉磁心の製造に好適であるが、かかる圧粉磁心の密度は、この圧縮成形時の成形圧を調節することで制御可能であり、通常は、成形圧を上げると圧粉磁心の密度が増大する。
【００４９】
上記工程［２］において、圧縮成形体中のフェノール樹脂を熱硬化する。熱硬化の方法は特に限定されず、従来公知の方法が採用可能である。熱硬化は、フェノール樹脂の架橋反応が進行し得る１５０℃以上、好ましくは１８０℃以上であって、フェノール樹脂の熱劣化防止の点で３８０℃以下、好ましくは３５０℃以下で行うことが推奨される。また、熱硬化時間は、採用する硬化温度によって多少変化するが、１分以上２時間以下、好ましくは３分以上１時間以下とすることが推奨される。このような熱硬化条件を採用することで、フェノール樹脂の架橋を十分に進行させることができると共に、フェノール樹脂の劣化も防止できる。
【００５０】
このようにして本発明の圧粉磁心用金属粉末から得られる圧粉磁心は、常温、さらには高温における機械的強度および電気抵抗に優れると共に、高密度とすることができ、磁気的特性も高めることができる。
【００５１】
【実施例】
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は本発明を制限するものではなく、前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施をすることは、全て本発明の技術的範囲に包含される。なお、本実施例において、「部」および「％」は質量基準である。
【００５２】
実験１
金属粉末として純鉄粉（株式会社神戸製鋼所製「アトメル３００ＮＨ」）を用い、この表面にフェノール樹脂（分子内にメチロール基を有し、且つ未溶解部分が５％のもの）を用いて圧粉磁心用金属粉末を製造した。純鉄粉とフェノール樹脂とを、純鉄粉とフェノール樹脂の合計量１００部に対して上記フェノール樹脂量が０．１部となる組成で、ハイスピードミキサを用いて１０分間混合し、さらに純鉄粉１００部に対して２部のＩＰＡを投入し混合した。その後、得られた混合物を真空容器に入れてＩＰＡを揮発させ、純鉄粉にフェノール樹脂が被覆されてなる圧粉磁心用金属粉末（被覆型圧粉磁心用金属粉末）を得た。
【００５３】
得られた圧粉磁心用金属粉末を金型に充填し、温度２０℃、圧力４９０．５ＭＰａ、最大荷重での加圧時間２秒で圧縮成形した。その後圧縮成形体中のフェノール樹脂を、空気中２３０℃×１０分の条件で熱硬化させて、長さ３１．４ｍｍ×幅１２．７ｍｍ×厚さ５ｍｍの直方体形状の圧粉磁心を得た。なお、圧縮成形は、潤滑剤（ステアリン酸亜鉛）をエタノール中に分散させ、これを内壁面に刷毛で塗布した金型を用いて行った。
【００５４】
フェノール樹脂硬化前の圧縮成形体、およびフェノール樹脂硬化後の圧粉磁心について、下記の測定を行った。結果を表１および２に示す。
【００５５】
［密度］
圧縮成形体および圧粉磁心について、寸法をマイクロメータで測定して体積を算出し、別途測定した圧縮成形体および圧粉磁心の質量を該体積で除して算出した。
【００５６】
［抗折強度］
抗折強度試験は、ＩＳＯ３３２５（焼結金属材料抗折力）に規定の試験方法に従い、常温（室温）および２００℃の温度で実施した。試験装置には島津製作所製「ＡＵＴＯＧＲＡＰＨＡＧ−５０００Ｅ」を使用し、支点間距離を２５ｍｍとした。なお、２００℃での測定では、オーブン炉を使用して空気中２００℃の環境下で測定試料を３０分保持した後、該オーブン炉から取り出して３分以内に試験を完了する方法で行った。
【００５７】
［電気抵抗］
４端子法で測定した。プローブには理化電子社製「ＲＭ−１４Ｌ」を用い、測定器には岩崎通信社製デジタルマルチメータ「ＶＯＡＣ−７５１０」を使用し、４端子抵抗測定モードで測定を行った。測定は、端子間距離を７ｍｍとし、プローブを、ストロークが５．９ｍｍ、スプリング荷重が１０−Ｓのタイプで測定試料に押し当てて実施した。なお、１０−Ｓの仕様は、フルストローク５．９ｍｍで、２／３ストロークの際の荷重が１５５ｇである。
【００５８】
実験２〜２４
表１に示す条件に変更した他は、実験１と同様にして被覆型圧粉磁心用金属粉末、圧縮成形体および圧粉磁心を製造し、実験１と同じ測定を実施した。結果を表１および２に示す。
【００５９】
実験２５〜２８
実験１で用いたものと同じ純鉄粉およびフェノール樹脂を、純鉄粉とフェノール樹脂の合計量１００部に対してフェノール樹脂量が０．３部となる組成で、ハイスピードミキサを用いて３０分以上混合して、これらが均一に混合した圧粉磁心用金属粉末（混合型圧粉磁心用金属粉末）を得た。得られた圧粉磁心用金属粉末について、成形圧を表１に示す値とした他は、実験１と同様にして圧縮成形体および圧粉磁心を製造し、実験１と同じ測定を実施した。結果を表１および２に示す。
【００６０】
実験２９〜３２
実験１で用いたものと同じ純鉄粉およびフェノール樹脂を、純鉄粉とフェノール樹脂の合計量１００部に対してフェノール樹脂量が０．５部となる組成で、ハイスピードミキサを用いて３０分以上混合して、これらが均一に混合した混合型圧粉磁心用金属粉末を得た。得られた圧粉磁心用金属粉末について、成形圧を表１に示す値とした他は、実験１と同様にして圧縮成形体および圧粉磁心を製造し、実験１と同じ測定を実施した。結果を表１および２に示す。
【００６１】
実験３３〜３６
金属粉末として、実験１と同じ純鉄粉を用い、これに添加剤を混合することなく、そのまま金型に充填し、温度温度２０℃、圧力４９０．５ＭＰａ、最大荷重での加圧時間２秒で圧縮成形した。その後、空気中２３０℃×１０分の条件で熱処理して、長さ３１．４ｍｍ×幅１２．７ｍｍ×厚さ５ｍｍの直方体形状の圧粉磁心を得た。なお、圧縮成形は、潤滑剤（ステアリン酸亜鉛）をエタノール中に分散させ、これを内壁面に刷毛で塗布した金型を用いて行った。
【００６２】
【表１】

【００６３】
【表２】

【００６４】
表１および２において、「フェノール樹脂含有量」は、純鉄粉とフェノール樹脂の合計量（すなわち、圧粉磁心用金属粉末総量）を１００部としたときの量であり、「ＩＰＡ使用量」は、純鉄粉１００部に対する量である。また、「成形圧」は、圧縮成形体を作製した際の成形圧を意味している。
【００６５】
また、図１には、樹脂硬化前の圧縮成形体の密度（縦軸）と成形圧（横軸）との関係を表したグラフを、図２には、樹脂硬化後の圧粉磁心の密度（縦軸）と圧縮成形体の成形圧（横軸）との関係を表したグラフを、夫々示す。さらに、図３には、圧粉磁心の室温での抗折強度（縦軸）と密度（横軸）との関係を表したグラフを、図４には、２００℃での抗折強度（縦軸）と密度（横軸）との関係を表したグラフを、夫々示す。この他、図５には、圧粉磁心の電気抵抗（縦軸）と密度（横軸）との関係を表したグラフを示す。なお、図１〜５のグラフにおいて、「０．１％被覆」は実験Ｎｏ．１〜４の圧縮成形体および圧粉磁心を、「０．２％被覆」は実験Ｎｏ．５〜８の圧縮成形体および圧粉磁心を、「０．３％被覆」は実験Ｎｏ．９〜１２の圧縮成形体および圧粉磁心を、「０．５％被覆」は実験Ｎｏ．１７〜２０の圧縮成形体および圧粉磁心を、「０．３％混合」は実験Ｎｏ．２５〜２８の圧縮成形体および圧粉磁心を、「０．５％混合」は実験Ｎｏ．２９〜３２の圧縮成形体および圧粉磁心を、「純鉄粉」は実験Ｎｏ．３３〜３６の圧縮成形体および圧粉磁心を、夫々意味している。
【００６６】
表１、２および図１〜５から、以下のことが分かる。フェノール樹脂含有量が０．１％および０．２％の被覆型圧粉磁心用金属粉末から得られる圧粉磁心（実験Ｎｏ．１〜８）では、圧粉磁心の密度を高めても上記密度変化現象は起こっておらず、抗折強度低下現象も生じない（図３、４）。また、電気抵抗についても、純鉄粉のみの圧粉磁心（実験Ｎｏ．３３〜３６）や、フェノール樹脂量が０．３％の混合型圧粉磁心用金属粉末から得られた圧粉磁心（実験Ｎｏ．２５〜２８）に比べて格段に優れており、フェノール樹脂量が０．５％の混合型圧粉磁心用金属粉末から得られた圧粉磁心（実験Ｎｏ．２９〜３２）とほぼ同等で、フェノール樹脂量が非常に少ないにも関わらず、非常に良好である（図５）。なお、これら実験Ｎｏ．１〜８の圧粉磁心では、室温、２００℃とも、抗折強度の絶対値は他の圧粉磁心に比べて高くはないが、用途によっては十分な強度を有しているといえる。
【００６７】
また、フェノール樹脂量が０．３％の被覆型圧粉磁心用金属粉末から得られる圧粉磁心（実験Ｎｏ．９〜１６）では、かなり高密度にしても高温での抗折強度低下現象は見られず、非常に優れた強度と電気抵抗を有している（表２、図３〜５）。なお、圧粉磁心用金属粉末製造時に使用するＩＰＡ量を２部から４部に変更しても、圧粉磁心の特性への影響は殆ど見られない（表１、２）。
【００６８】
これに対し、フェノール樹脂量が０．５％の被覆型圧粉磁心用金属粉末から得られる圧粉磁心（実験Ｎｏ．１７〜２４）では、比較的低密度側から上述の密度変化現象が生じ（表１、図１、２）、室温、２００℃のいずれの抗折強度においても、上述の低下現象が起こっており（図３、４）、信頼性の高い高密度圧粉磁心を得ることができない。
【００６９】
また、上述したように、フェノール樹脂量が０．３％の混合型圧粉磁心用金属粉末から得られる圧粉磁心（実験Ｎｏ．２５〜２８）では、電気抵抗が劣っている。さらに、フェノール樹脂量が０．５％の混合型圧粉磁心用金属粉末から得られる圧粉磁心（実験Ｎｏ．２９〜３２）では、比較的低密度側から上述の密度変化現象が生じており（表１、図１、２）、２００℃の抗折強度において、上述の低下現象が見られ（図４）、信頼性の高い高密度圧粉磁心を得ることができない。
【００７０】
この他、表１、図１および２から、圧粉磁心の密度は、圧縮成形体製造時の成形圧を調節することで制御できることが分かる。
【００７１】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されており、圧縮成形体から圧粉磁心とした場合の密度変化を抑制して、高密度圧粉磁心を寸法精度よく製造し得る圧粉磁心用金属粉末を提供できた。本発明の圧粉磁心用金属粉末では、原料金属粉末表面がバインダーであるフェノール樹脂で被覆されている態様であるため、例えば圧縮成形を行う前に長期間保存しても、金属粉末とフェノール樹脂との偏析が生じるおそれがない。また、本発明の圧粉磁心用金属粉末の製造方法によれば、安全且つ効率的に本発明の圧粉磁心用金属粉末を得ることができる。
【００７２】
さらに、本発明の圧粉磁心用金属粉末を用いて得られる圧粉磁心は、高密度で優れた磁気的特性を有し、且つ良好な強度（特に高温強度）および電気抵抗をも備えており、例えば、自動車用モーターの磁心に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例で作製した圧粉磁心用金属粉末の圧縮成形体の密度と、成形圧との関係を示すグラフである。
【図２】実施例で作製した圧粉磁心の密度と、該圧粉磁心を得るための圧縮成形体の成形体との関係を示すグラフである。
【図３】実施例で作製した圧粉磁心の室温での抗折強度と、密度との関係を示すグラフである。
【図４】実施例で作製した圧粉磁心の２００℃での抗折強度と、密度との関係を示すグラフである。
【図５】実施例で作製した圧粉磁心の電気抵抗と、密度との関係を示すグラフである。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a dust core material composed of a metal powder such as an iron powder or an iron-based alloy powder and a phenol resin, and a dust core obtained from the material.
[0002]
[Prior art]
A core used in an alternating magnetic field needs to have low iron loss, especially eddy current loss, and high magnetic flux density, and has no damage during winding in handling and coiling in the manufacturing process. It is necessary. In addition, for example, a magnetic core applied to an automobile motor or the like is subjected to a centrifugal force, and therefore has a strength that can withstand the centrifugal force, particularly excellent mechanical strength at a high temperature assuming that the magnetic core is used in an engine room. Is required.
[0003]
In the case of a so-called dust core, an eddy current loss can be suppressed by interposing an insulating resin between the metal powder particles, and the resin serves as an adhesive between the metal powder particles. It is possible to secure the target strength and prevent breakage.
[0004]
However, in order to improve insulation and mechanical strength, it is sufficient to use a large amount of resin, but in such a case, the density of the dust core is reduced, and as a result, the magnetic properties (permeability and saturation magnetic flux density) are reduced. Etc.). Therefore, in the field of motors for automobiles and the like as described above, due to the demand for miniaturization, while reducing the amount of resin used in the dust core and increasing the density of the dust core, high magnetic properties are secured. There is a need for a technique that can maintain good electrical resistance and strength.
[0005]
As a technique for reducing the amount of resin used for a dust core, for example, Patent Literatures 1 to 3 propose a method of coating the outermost surface of a metal powder such as an iron powder with a resin. When a resin is present on the surface of a metal powder as in these techniques, the resin can efficiently serve as an adhesive, so that a dust core can be obtained while reducing the amount of resin. Can be.
[0006]
On the other hand, the present inventors have developed a powder magnetic core having extremely good mechanical strength (particularly high-temperature strength), excellent electric resistance, and a powder for obtaining the powder magnetic core by using a specific phenol resin. We have developed and filed a patent application (Patent Document 4). However, the powder for a dust core disclosed in Patent Document 4 is a mixture of a metal powder (soft magnetic powder) and a phenol resin fine powder. When trying to manufacture a dust core with high density and high magnetic properties that can cope with the above, there is a limit to the reduction of the amount of phenolic resin in terms of securing mechanical strength and electrical resistance. There is still room for improvement.
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 10-503807 (Example 1 on page 8)
[Patent Document 2]
JP 2002-217015 A
[Patent Document 3]
JP-A-2002-246219
[Patent Document 4]
JP 2002-280209 A
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
The present inventors have made further improvements to the powder for a dust core and the dust core disclosed in Patent Document 4 in order to obtain a more dense dust core by reducing the amount of resin used. A method of coating the surface of a metal powder with a specific phenol resin as in the techniques disclosed in Literatures 1 to 3 was attempted.
[0009]
In producing a high-density dust core using a thermosetting resin such as the phenolic resin, usually, a dust core powder containing the resin is once compression-molded into a high-density compression-molded body, A method of thermally curing the resin in the compression molded body is employed. However, in the dust core obtained from the dust core powder by the coating method as described above, the density of the finally obtained dust core may be lower than the density of the compression-molded body before the resin is cured, It has been found that the following problems occur in the dust core having a density lower than that of the compression molded body.
[0010]
(I) Problem of shape and dimensional accuracy of dust core
The shape and dimensions of the dust core are determined by a mold for manufacturing a compression-molded body before resin curing. However, the fact that the density of the dust core is smaller than that of the compression-molded body means that the size of the dust core is larger than that of the compression-molded body, and in this case, it was strictly designed. Even if a compression-molded body is manufactured using a molding die or the like, dimensional changes will occur in the case of a dust core, so it is practical to manufacture a dust core having the dimensions and shape as designed. Becomes impossible. In particular, in the case of motor applications and the like, since the accuracy of the size and shape of the dust core is strictly required, it is extremely difficult to apply such a dust core to the dust core in which the density change occurs.
[0011]
(Ii) Problems of mechanical strength of dust core
As will be described in detail later, for example, when the density of the dust core is increased by using the same amount of phenol resin, it is general that the mechanical strength of the dust core also increases accordingly. In a dust core in which a density change has occurred, there is a problem that reliability in mechanical strength is impaired, such as a decrease in mechanical strength (particularly, high-temperature strength).
[0012]
The present invention has been made under the above circumstances, the purpose is to reduce the amount of resin used, while suppressing the change in density when the powder molded core from the compression molded body before curing the resin, An object of the present invention is to provide a metal powder capable of obtaining a high-density dust core having good characteristics, a method for producing the metal powder, and a method for producing a dust core using the metal powder.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The metal powder for a dust core of the present invention, which has achieved the above object, has a metal powder whose surface is coated with a phenol resin having a methylol group in a molecule, and the content of the phenol resin is 0.05%. It has a gist in a range of about 0.4% by mass. In the phenol resin, specifically, the undissolved portion when 1 g of the phenol resin is dissolved in 100 ml of boiling methanol is 5% by mass or less based on the total amount of the phenol resin. Further, specific examples of the metal powder include a soft magnetic powder.
[0014]
In addition, the method for producing a metal powder for a dust core of the present invention has a gist in that the phenol resin is coated on the surface of the metal powder with an organic solvent in producing the metal powder for a dust core. I do.
[0015]
As the organic solvent, alcohol is preferable. In this case, it is preferable that the alcohol is added to a mixed powder of the phenol resin powder and the metal powder, mixed, and then the alcohol is removed by evaporation. It is. In this case, it is recommended that the amount of the alcohol be 1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the raw metal powder.
[0016]
The present invention also encompasses a method for producing a dust core in which a phenol resin present in a compression-molded product of the metal powder for a dust core is thermoset.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Based on the technology disclosed in the above-mentioned Patent Document 4, the present inventors have proposed a method of reducing the amount of a phenol resin to be used and obtaining a higher-density dust core by using a metal powder (hereinafter referred to as a dust core metal powder). For the purpose of distinction, the development of metal powders for dust cores in which phenolic resin is coated on a “raw metal powder” (sometimes referred to as “raw metal powder”) has been advanced. In the process, as described above, in the dust core obtained from the dust core metal powder, a phenomenon that the density is lower than that of the compression molded body before the resin is cured (hereinafter, simply referred to as “density change” In this case, the inventors have found that the above-described problems occur, and found a configuration of a metal powder for a dust core capable of avoiding such a phenomenon, and have completed the present invention. .
[0018]
In the present invention, the term "dust core" refers to a mixture of a metal powder with a binder resin for providing electrical insulation and mechanical strength and, in some cases, a lubricant for reducing friction during compression molding. After being compression-molded into a predetermined shape, the binder resin is thermoset, and is an electromagnetic component called a magnetic core (core) mainly used in an alternating magnetic field. Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[0019]
Examples of the metal powder used in the present invention include soft magnetic powder. The soft magnetic powder is a ferromagnetic metal powder such as pure iron powder, iron-based alloy powder (Fe-Al alloy, Fe-Si alloy, Sendust, Permalloy, etc.) and amorphous powder, and phosphoric acid-based powder on the surface. Examples include iron powder having an electrical insulating film such as a chemical conversion film or an oxide film.
[0020]
Such a soft magnetic powder can be produced, for example, by forming fine particles by an atomizing method, reducing the fine particles, and then pulverizing the particles. According to such a manufacturing method, a soft magnetic powder having an average particle size of about 20 to 250 μm at which the cumulative particle size distribution is 50% in the particle size distribution evaluated by the sieving method can be obtained. Of these are preferably used.
[0021]
The metal powder for a dust core of the present invention comprises a metal powder such as the soft magnetic powder and a phenol resin as essential components, and the phenol resin plays a role as a binder resin. The phenolic resin is a thermosetting resin, and a powder magnetic core having good mechanical strength can be obtained by compressing and heat-treating to promote a crosslinking reaction, that is, by thermosetting.
[0022]
The phenolic resin used in the metal powder for a dust core has a methylol group in the molecule and is a self-crosslinking type. As phenolic resins, novolak-type phenolic resins and resol-type phenolic resins are known, but ordinary resol-type phenolic resins have a self-crosslinking ability, but are liquid and sticky when coated on the surface of the raw metal powder. This causes a problem in handling, such as generation of odor. On the other hand, novolak-type phenol resins do not have self-crosslinking ability and require the use of a curing agent (such as hexamethylenetetramine) in combination, and such curing agents are generally toxic.
[0023]
On the other hand, the phenolic resin used in the present invention is solid at normal temperature and can self-crosslink by the action of a methylol group present in the molecule, so that it is not necessary to use a harmful curing agent together and the safety is high. Is high. The phenolic resin used in the present invention can be made into a fine powder, and the average particle size can be, for example, 30 μm or less, more preferably 20 μm or less, and further preferably 10 μm or less. The “average particle size” as used herein refers to a phenol resin single particle randomly selected from a photograph (magnification: 400 times) of a phenol resin fine powder taken with a scanning electron microscope (in the case where a plurality of particles are aggregated). No., particles that exist alone) are the values obtained by averaging the particle diameters directly measured from the photograph for 100 particles.
[0024]
The phenolic resin according to the present invention is dissolved in an organic solvent (eg, alcohol) to coat the surface of the metal powder (eg, soft magnetic powder). Is preferred. When a phenol resin is heat-cured to develop a crosslinked structure, the mechanical strength increases, the softening does not occur, and the effect of the glass transition decreases. Therefore, the decrease in the mechanical strength at a high temperature is not observed. Since the mechanical strength of the dust core depends on the mechanical strength of the binder resin, crosslinking of the phenol resin progresses by thermosetting a compression molded body using a phenol resin whose cross-linking structure is relatively undeveloped. As a result, the mechanical strength at normal temperature and high temperature can be improved.
[0025]
As described above, as the phenol resin that is well dissolved in the organic solvent, one in which 1 g of the phenol resin is dissolved in 100 ml of boiling methanol and the undissolved portion is 5% by mass or less based on the total amount of the phenol resin. Recommended. The solubility of phenolic resin in boiling methanol depends on the amount of methylol groups present in the phenolic resin molecule, and it is considered that the larger the number, the easier it is to dissolve, but as the crosslinking reaction proceeds, the methylol groups are consumed. It is presumed that, because the number thereof is reduced, a portion that does not dissolve in boiling methanol (an undissolved portion) occurs. Hereinafter, the amount of the “undissolved portion” means the amount of the undissolved portion in the phenol resin relative to the total amount of the phenol resin.
[0026]
That is, since the phenol resin in which the undissolved portion exceeds the upper limit value is crosslinked, a dust core using the phenol resin may not be able to secure a sufficient electric resistance in some cases.
[0027]
The amount of the undissolved portion of the phenol resin is determined by the following method. Exactly weighed mass W ₁ Is poured into methanol at a ratio of 100 ml to 1 g of the phenol resin, and subjected to Soxhlet extraction at 80 ° C. for 20 hours, followed by filtration through a glass filter retaining phenol resin particles of 7 μm or more. The filtrate is dried and solidified, and the mass W of the remaining dried matter is obtained. ₂ Is measured, and the undissolved partial amount X is calculated using the following equation (1).
X = 100 × ｛1- (W ₂ / W ₁ )｝ (1).
[0028]
The undissolved portion of the phenolic resin in the metal powder for a dust core of the present invention is obtained by dissolving the phenolic resin in a solvent to form a solution, separating the solution from the metal powder by filtration or the like, and then removing the solvent. If, for example, the lubricant described below is contained, it is further filtered and separated using a solvent that dissolves only the lubricant, and after extracting only the phenol resin, it can be determined by the above method. it can.
[0029]
Incidentally, among epoxy resins known as resins for dust cores, bisphenol A type epoxy resin, phenol novolak type epoxy resin, cresol novolak type epoxy resin and the like are typical, and these resins may be made from epichlorohydrin. It is common and is inferior in safety because chlorine contained in the epichlorohydrin remains in the resin. In some cases, engineering plastics (polyamide, etc.) or special engineering plastics (polyphenylene sulfide, etc.) are used as the resin for the dust core. However, these resins (especially special engineering plastics) are expensive and thermoplastic resins. Therefore, in the case of a dust core, the high-temperature strength is often insufficient. On the other hand, the phenol resin used in the present invention has high safety, and since it is a thermosetting resin, the dust core also has excellent high-temperature strength.
[0030]
In the metal powder for a dust core, the content of the phenolic resin is 0.05% by mass or more and 0.4% by mass or less in the whole amount of the powder. If the content of the phenolic resin is within the above range, the above-mentioned change in density can be suppressed in the dust core, so that a high-density dust core (for example, 7.2 g / cm ³ Above), it is possible to manufacture with high dimensional accuracy and to enhance the reliability in strength (particularly high-temperature strength).
[0031]
The relationship between the content of the phenol resin and the strength of the dust core will be described with reference to a graph shown in FIG. The graph of FIG. 4 shows the relationship between the density of the dust core (horizontal axis) and the bending strength at 200 ° C. (vertical axis). For details of the method of measuring the transverse rupture strength, refer to Examples described later). Here, “0.1% coating”, “0.2% coating”, “0.3% coating”, and “0.5% coating” are dust cores in which the surface of the raw metal powder is coated with the phenol resin. It is data of the dust core obtained from the metal powder for use, and the numerical value of these names means the content of the phenol resin.
[0032]
Referring to this graph, when the phenol resin content is 0.1% and 0.2%, the bending strength of the dust core increases with an increase in density. However, in the dust core having a phenolic resin content of 0.5%, a phenomenon in which the bending strength decreases rather as the density increases is remarkably exhibited.
[0033]
Although the details will be described in the examples below, in the case of a dust core having a phenolic resin content of 0.5%, the above-mentioned density change (in comparison with a compression-molded body, A phenomenon that the density of the dust core decreases) is considered to be caused by the density change phenomenon causing a reduction in bending strength.
[0034]
That is, when the metal powder for a dust core is compression-molded at a high density and thermally cured, the phenol resin melts and expands in volume immediately before the thermosetting reaction occurs. If the amount is too large, the volume of the compression-molded body increases because the compression-molded body itself has a high density and there is no escape for the resin that has melted and expanded in volume. Then, the resin is cured as it is to become a dust core, and then cooled.At this time, although the volume of the dust core itself tends to shrink, the movement of the resin is constrained by the formation of crosslinks. It is considered that the volume of the powder core hardly changed, and a part of the resin was broken. Therefore, the density of the final dust core is smaller than the density of the compression-molded product before the resin is cured, and in the dust core having such a density change, defects such as cracks are formed. It is considered that this is the cause of the decrease in the strength of the dust core.
[0035]
Therefore, in order to suppress such a density change phenomenon, the phenol resin content in the metal powder for a dust core needs to be within a specific range. That is, when the content of the phenol resin is less than 0.4% by mass, the above-mentioned density change phenomenon can be suppressed even if the density of the dust core is considerably increased. A high-density dust core can be obtained without deteriorating the reliability of the core. Also, the dimensional accuracy during the production of the dust core is improved. It is more preferably at most 0.3% by mass, further preferably at most 0.2% by mass.
[0036]
On the other hand, if the phenolic resin content is 0.05% by mass or more, sufficient strength and electrical resistance can be ensured depending on the application while the density of the dust core is highly enhanced. It is more preferably at least 0.07% by mass, further preferably at least 0.1% by mass.
[0037]
In the metal powder for a dust core, it is preferable that a lubricant is further included in a constituent element. By the action of this lubricant, the frictional resistance between the metal powders during compression molding of the metal powder for the dust core or between the metal powder and the inner wall of the molding die can be reduced, thereby preventing the molded product from galling and heat generation during molding. can do. In order to effectively exert such effects, it is recommended that the lubricant be contained in at least 0.2% by mass, preferably 0.5% by mass or more of the total amount of the metal powder for the dust core. On the other hand, even if a large amount of lubricant is added, the effect is saturated, but rather, the bond between the phenolic resins covering the metal powder is hindered to lower the mechanical strength of the compact (dust core), Since the volume ratio of the raw metal powder in the body tends to decrease to cause a decrease in the magnetic properties, the upper limit is preferably set to 1% by mass in the total amount of the powder. It is more preferably at most 0.8% by mass.
[0038]
As the above-mentioned lubricant, those conventionally used for molding of a dust core may be used.Specifically, zinc stearate, lithium stearate, metal salt powder of stearic acid such as calcium stearate, And paraffin, wax, natural or synthetic resin derivatives and the like.
[0039]
Further, in the present invention, when the metal powder for a dust core is compression-molded, it is also preferable to use a mold in which a lubricant is applied to the inner wall surface, thereby reducing the frictional resistance between the metal powder and the inner wall of the mold. By doing so, the amount of lubricant in the raw material powder for the dust core can be further reduced. In this case, it is recommended that the amount of the lubricant be 0.2% by mass or less, preferably 0.1% by mass or less based on the total amount of the powder, whereby the compact having more excellent mechanical strength and magnetic properties can be obtained. Manufacturing of a magnetic core becomes possible. In the case where the above-described molding die is used, it is possible to obtain a molded product without galling even if the metal powder for a dust core does not contain a lubricant.
[0040]
Next, a method for producing the metal powder for a dust core of the present invention will be described. In producing the metal powder for a dust core, the surface of the metal powder may be coated with the phenol resin, and the method is not particularly limited. For example, (I) the above phenol resin is dispersed and dissolved in an organic solvent to form a dispersion liquid / solution (hereinafter sometimes collectively referred to as “solution”), and the solution is mixed with metal powder or the solution is mixed with metal. After spraying the powder, a method of removing the solvent by drying or the like can be used. Alternatively, (II) a method in which a metal powder and the above-mentioned phenol resin are mixed, an organic solvent is further added thereto, mixed, and then the solvent is removed by drying or the like can be adopted.
[0041]
The organic solvent is not particularly limited as long as the phenol resin is dispersible or dissolvable.For example, alcohol is preferable in terms of safety and cost, and ethanol and isopropanol are particularly important in terms of safety. (IPA) is recommended.
[0042]
When the metal powder for a dust core of the present invention is produced by the method (II) above, when alcohol is used as the organic solvent, the amount of the alcohol is 1 part by mass or more based on 100 parts by mass of the raw metal powder. However, the content is desirably 10 parts by mass or less, more preferably 5 parts by mass or less. When the amount of alcohol is below the above range, the coating of the phenolic resin may not be satisfactorily achieved. On the other hand, if the amount of alcohol exceeds the above range, the amount of alcohol to be removed increases, which is inefficient and causes an increase in cost.
[0043]
The mixer used for producing the metal powder for the dust core is not particularly limited, and a known mixer may be used. There are no particular restrictions on the mixing conditions (such as the number of revolutions or the time), and conditions may be selected so that the surface of the raw metal powder can be satisfactorily coated with the phenol resin. The method for removing the organic solvent used for coating is not particularly limited, and a known removal method (drying method) such as, for example, volatilization and removal using a vacuum vessel and volatilization and removal using a dryer can be employed. The temperature at the time of removing the organic solvent may be room temperature, but it is preferable that the temperature is not less than the boiling point of the organic solvent and not more than the curing temperature of the phenol resin, since the time required for the removal can be shortened. In addition, an apparatus in which the above-described mixer and a vacuum vessel or the like are integrated can be adopted.
[0044]
When the metal powder for a dust core containing the above-mentioned lubricant is used, for example, the raw metal powder may be coated with a phenol resin and then mixed with the lubricant.
[0045]
Next, a method for producing a dust core using the metal powder for a dust core of the present invention will be described. The production method is to thermally cure a phenol resin present in a compression molded body of the metal powder for a dust core. That is, in the production of the above-mentioned dust core, [1] a step of compression-molding the metal powder for a dust core of the present invention to obtain a compression-molded body, and [2] thermosetting of the phenol resin in the compression-molded body. A step of performing
[0046]
In the above step [1], the compression molding method is not particularly limited, and a conventionally known method can be adopted. However, as described above, when a molding die having an inner wall surface coated with a lubricant is used, This is preferable in that the amount of the lubricant in the metal powder can be reduced.
[0047]
The lubricant applied to the inner wall of the mold is not particularly limited, but typical examples thereof include metal salts of stearic acid (eg, zinc stearate, lithium stearate, calcium stearate, etc.). It may be applied in powder form as it is, or may be applied by dissolving it in an organic solvent. As a lubricant other than the above, any lubricant having lubricity, such as graphite or molybdenum disulfide, can be used.
[0048]
As preferable conditions at the time of compression molding, the pressure is 290 MPa or more and 1200 MPa or less, more preferably 390 MPa or more and 1000 MPa or less, and the pressurization time at the maximum load is 0.05 second or more and 5 seconds or less, more preferably 0.1 second or more and 3 seconds or less. It is. If the molding temperature is too high, the phenol resin may be thermally cured before the molded body is formed. Therefore, the compression molding must be performed at room temperature to less than 150 ° C. Incidentally, the metal powder for a dust core of the present invention is suitable for the production of a high-density dust core, but the density of the dust core can be controlled by adjusting the molding pressure at the time of this compression molding. Usually, when the molding pressure is increased, the density of the dust core increases.
[0049]
In the above step [2], the phenol resin in the compression molded body is thermally cured. The method of thermosetting is not particularly limited, and a conventionally known method can be employed. It is recommended that the thermosetting is performed at 150 ° C. or higher, preferably 180 ° C. or higher, at which the crosslinking reaction of the phenol resin can proceed, and at 380 ° C. or lower, preferably 350 ° C. or lower from the viewpoint of preventing thermal deterioration of the phenol resin. You. The heat curing time varies somewhat depending on the curing temperature employed, but it is recommended that the heat curing time be 1 minute to 2 hours, preferably 3 minutes to 1 hour. By adopting such thermosetting conditions, the crosslinking of the phenol resin can be sufficiently advanced, and the deterioration of the phenol resin can be prevented.
[0050]
The dust core obtained from the metal powder for a dust core of the present invention in this way has excellent mechanical strength and electrical resistance at room temperature, and furthermore, at high temperature, can have a high density, and has improved magnetic properties. be able to.
[0051]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following embodiments do not limit the present invention, and all modifications and alterations without departing from the spirit of the preceding and following embodiments are included in the technical scope of the present invention. In this example, “parts” and “%” are based on mass.
[0052]
Experiment 1
Pure metal powder ("Atmel 300NH" manufactured by Kobe Steel Co., Ltd.) was used as the metal powder, and a phenol resin (having a methylol group in the molecule and having an undissolved portion of 5%) was used on the surface. A metal powder for a powder core was manufactured. Pure iron powder and phenol resin are mixed for 10 minutes using a high-speed mixer with a composition in which the phenol resin amount is 0.1 part based on 100 parts of the total amount of pure iron powder and phenol resin. 2 parts of IPA was added to 100 parts of iron powder and mixed. Then, the obtained mixture was put into a vacuum vessel to volatilize IPA, and a metal powder for a dust core in which pure iron powder was coated with a phenol resin (metal powder for a coated dust core) was obtained.
[0053]
The obtained metal powder for a dust core was filled in a mold, and compression-molded at a temperature of 20 ° C., a pressure of 490.5 MPa, and a pressing time of 2 seconds at the maximum load. Thereafter, the phenol resin in the compression molded body was thermally cured in air at 230 ° C. for 10 minutes to obtain a dust core having a rectangular parallelepiped shape having a length of 31.4 mm × a width of 12.7 mm × a thickness of 5 mm. The compression molding was performed using a mold in which a lubricant (zinc stearate) was dispersed in ethanol, and this was applied to the inner wall surface with a brush.
[0054]
The following measurements were performed on the compression molded body before the phenol resin was cured and on the dust core after the phenol resin was cured. The results are shown in Tables 1 and 2.
[0055]
[density]
The dimensions of the compression molded body and the dust core were measured with a micrometer to calculate the volume, and the masses of the separately measured compression molded body and the dust core were divided by the volume.
[0056]
[Bending strength]
The bending strength test was carried out at room temperature (room temperature) and at a temperature of 200 ° C. in accordance with the test method specified in ISO3325 (sintering metal material bending strength). The test apparatus used was "AUTOGRAPH AG-5000E" manufactured by Shimadzu Corporation, and the distance between the fulcrums was 25 mm. In the measurement at 200 ° C., the test sample was held in an atmosphere of 200 ° C. in air using an oven furnace for 30 minutes, and then removed from the oven furnace to complete the test within 3 minutes. .
[0057]
[Electric resistance]
It was measured by a four-terminal method. The measurement was performed in a four-terminal resistance measurement mode using a probe "RM-14L" manufactured by Rika Denshi Co., Ltd., and a measuring device using a digital multimeter "VOAC-7510" manufactured by Iwasaki Communication Co., Ltd. The measurement was performed by setting the distance between terminals to 7 mm and pressing the probe against a measurement sample in a type having a stroke of 5.9 mm and a spring load of 10-S. The specification of 10-S is that the full stroke is 5.9 mm and the load at the time of 2/3 stroke is 155 g.
[0058]
Experiments 2-24
Except that the conditions were changed to those shown in Table 1, a metal powder for a cover-type dust core, a compression molded body, and a dust core were manufactured in the same manner as in Experiment 1, and the same measurements as in Experiment 1 were performed. The results are shown in Tables 1 and 2.
[0059]
Experiments 25-28
The same pure iron powder and phenolic resin as those used in Experiment 1 were used in a composition in which the amount of phenolic resin was 0.3 part with respect to 100 parts of the total amount of pure iron powder and phenolic resin. For more than one minute, a metal powder for a dust core in which these were uniformly mixed (a metal powder for a mixed dust core) was obtained. About the obtained metal powder for dust cores, a compression molded body and a dust core were manufactured in the same manner as in Experiment 1, except that the molding pressure was set to the value shown in Table 1, and the same measurement as in Experiment 1 was performed. The results are shown in Tables 1 and 2.
[0060]
Experiments 29-32
The same pure iron powder and phenol resin as those used in Experiment 1 were used in a composition in which the total amount of pure iron powder and phenol resin was 100 parts and the amount of phenol resin was 0.5 part. The mixture was uniformly mixed for at least one minute to obtain a mixed-type metal powder for dust core in which these were uniformly mixed. About the obtained metal powder for dust cores, a compression molded body and a dust core were manufactured in the same manner as in Experiment 1, except that the molding pressure was set to the value shown in Table 1, and the same measurement as in Experiment 1 was performed. The results are shown in Tables 1 and 2.
[0061]
Experiments 33-36
The same pure iron powder as in Experiment 1 was used as the metal powder, and the mixture was directly charged into a mold without mixing any additives, and the temperature was 20 ° C., the pressure was 490.5 MPa, and the pressing time at the maximum load was 2 seconds. And compression molded. Thereafter, heat treatment was performed in air at 230 ° C. for 10 minutes to obtain a dust core having a rectangular parallelepiped shape having a length of 31.4 mm × a width of 12.7 mm × a thickness of 5 mm. The compression molding was performed using a mold in which a lubricant (zinc stearate) was dispersed in ethanol, and this was applied to the inner wall surface with a brush.
[0062]
[Table 1]

[0063]
[Table 2]

[0064]
In Tables 1 and 2, the “phenol resin content” is the amount when the total amount of the pure iron powder and the phenol resin (that is, the total amount of the metal powder for the dust core) is 100 parts, and the “IPA usage amount”. Is an amount based on 100 parts of pure iron powder. “Molding pressure” means the molding pressure at the time of producing a compression molded body.
[0065]
FIG. 1 is a graph showing the relationship between the density (vertical axis) and the molding pressure (horizontal axis) of the compression molded body before curing of the resin, and FIG. 2 shows the density of the dust core after curing of the resin. Graphs showing the relationship between (vertical axis) and the molding pressure (horizontal axis) of the compression molded body are shown respectively. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the bending strength (vertical axis) and the density (horizontal axis) of the dust core at room temperature, and FIG. 4 is a graph showing the bending strength at 200 ° C. (vertical axis). Each graph shows the relationship between the density (axis) and the density (horizontal axis). FIG. 5 is a graph showing the relationship between the electrical resistance (vertical axis) and the density (horizontal axis) of the dust core. In addition, in the graphs of FIGS. The “0.2% coating” of the compression molded articles and the dust cores of Experiment Nos. 5% to 8% of the compression molded product and the dust core, “0.3% coating” was used in Experiment No. The test pieces No. 9 to 12 were coated with the “0.5% coating” of Experiment Nos. Experiment No. 17 to 20 of the compression-molded product and the dust core were "0.3% mixed". Experiment Nos. 25 to 28 of the compression-molded product and the dust core were “0.5% mixed”. The compression molded bodies and the dust cores of Nos. 29 to 32 were the same as those of Experiment No. 33 to 36 mean a compact and a dust core, respectively.
[0066]
The following can be seen from Tables 1 and 2 and FIGS. In the dust cores obtained from the metal powders for coated dust cores having a phenol resin content of 0.1% and 0.2% (Experiment Nos. 1 to 8), the above-mentioned density was obtained even when the density of the dust core was increased. No change phenomenon occurs, and no reduction in bending strength occurs (FIGS. 3 and 4). Regarding electric resistance, a dust core made of pure iron powder alone (Experiment Nos. 33 to 36) and a dust core obtained from a mixed-type dust core metal powder having a phenol resin content of 0.3% ( Compared with Experiments Nos. 25 to 28), the powder magnetic core was much better than a dust core obtained from a mixed-type dust core metal powder having a phenol resin content of 0.5% (Experiments Nos. 29 to 32). Equivalent, very good despite very low phenolic resin content (FIG. 5). In addition, in these experiment Nos. Although the absolute value of the bending strength is not higher than that of the other dust cores at room temperature and 200 ° C., the dust cores 1 to 8 can be said to have sufficient strength depending on the application.
[0067]
Further, in the dust core obtained from the metal powder for the coated dust core having the phenol resin content of 0.3% (Experiment Nos. 9 to 16), even when the density was considerably high, the bending strength at high temperature was not reduced. It is not seen and has very excellent strength and electrical resistance (Table 2, FIGS. 3 to 5). Even if the amount of IPA used in the production of the metal powder for the dust core is changed from 2 parts to 4 parts, there is almost no effect on the properties of the dust core (Tables 1 and 2).
[0068]
On the other hand, in the dust core obtained from the coated dust core metal powder having a phenol resin content of 0.5% (Experiment Nos. 17 to 24), the above-described density change phenomenon occurs from a relatively low density side. (Table 1, FIGS. 1 and 2), the above-mentioned reduction phenomenon has occurred in any of the transverse rupture strengths at room temperature and 200 ° C. (FIGS. 3 and 4), and a highly reliable high-density dust core is obtained. Can not.
[0069]
Further, as described above, the dust core obtained from the mixed-type dust core metal powder having a phenol resin content of 0.3% (Experiment Nos. 25 to 28) has poor electrical resistance. Furthermore, in the dust core obtained from the mixed type dust core metal powder having a phenol resin content of 0.5% (Experiment Nos. 29 to 32), the above-described density change phenomenon occurs from a relatively low density side. (Table 1, FIGS. 1 and 2) At the bending strength at 200 ° C., the above-mentioned reduction phenomenon is observed (FIG. 4), and a highly reliable high-density dust core cannot be obtained.
[0070]
In addition, Table 1 and FIGS. 1 and 2 show that the density of the dust core can be controlled by adjusting the molding pressure during the production of the compact.
[0071]
【The invention's effect】
The present invention is configured as described above, and provides a metal powder for a dust core capable of producing a high-density dust core with high dimensional accuracy by suppressing a change in density when a compact is formed into a dust core. did it. In the metal powder for a dust core of the present invention, since the surface of the raw metal powder is coated with a phenol resin as a binder, for example, the metal powder and the phenol resin can be stored for a long time before compression molding. Does not occur. Further, according to the method for producing a metal powder for a dust core of the present invention, the metal powder for a dust core of the present invention can be obtained safely and efficiently.
[0072]
Further, the dust core obtained by using the metal powder for a dust core of the present invention has high density and excellent magnetic properties, and also has good strength (particularly high-temperature strength) and electric resistance. For example, it is suitable for a magnetic core of an automobile motor.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing a relationship between a density of a compression-molded body of a metal powder for a dust core manufactured in an example and a molding pressure.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the density of a dust core manufactured in an example and a compact of a compression molded body for obtaining the dust core.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the flexural strength at room temperature and the density of the dust core manufactured in the example.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the flexural strength at 200 ° C. and the density of the dust core manufactured in the example.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the electrical resistance and the density of the dust core manufactured in the example.

Claims

A metal for a dust core, wherein a surface of a metal powder is coated with a phenol resin having a methylol group in a molecule, and a content of the phenol resin is 0.05 to 0.4% by mass. Powder.

2. The metal powder for a dust core according to claim 1, wherein the undissolved portion of the phenolic resin when 1 g of the phenolic resin is dissolved in 100 ml of boiling methanol is 5% by mass or less based on the total amount of the phenolic resin. .

The metal powder for a dust core according to claim 1, wherein the metal powder is a soft magnetic powder.

A method for producing a metal powder for a dust core according to any one of claims 1 to 3,
A method for producing a metal powder for a dust core, wherein the surface of the metal powder is coated with the phenol resin using an organic solvent.

The method according to claim 4, wherein the organic solvent is an alcohol.

The production method according to claim 5, wherein the alcohol is added to and mixed with a mixed powder of the phenol resin powder and the metal powder, and then the alcohol is removed by evaporation.

The production method according to claim 6, wherein the addition amount of the alcohol is 1 to 10 parts by mass based on 100 parts by mass of the raw metal powder.

A method for producing a dust core, comprising thermally curing a phenol resin present in a compression-molded product of the metal powder for a dust core according to claim 1.