【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気回路用の高抵抗を有する軟磁性材料に関する。本発明は、例えば、電子機器、電気機器に装備される磁気回路部材に適用することができる。具体的には、例えば、モータや電磁アクチュエータ等に装備される鉄心等の磁気回路部材に適用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、磁気回路部材に使用される軟磁性材料では、渦電流損失等の鉄損を低減させるため、比抵抗の高いものが要求されている。鉄損を低減するため、鉄板や珪素鋼板等の板材を厚み方向に積層した積層体、あるいは、鉄粉を固めた圧粉体を焼結した焼結粉末成形体が主に使われている。また、鉄損を更に低減するために、上記積層体を構成する板材間に電気絶縁膜を介在させたもの、あるいは、上記焼結粉末成形体を形成するときに、鉄粉粒子の表面に電気絶縁性の高い膜を被覆したものが知られている。
【０００３】
しかし、鉄板や珪素鋼板等の板材を積層した積層体で形成された軟磁性材料では、３次元的な形状、あるいは、複雑な形状に形成するのが難しいという問題がある。また、鉄粉を圧粉成形する工程を経た軟磁性材料では、圧粉度を高くするためにプレス圧を高くしなければならない。プレス圧を高めると、金型寿命が短くなり、コストアップを招く。また、均一にプレスしないと、密度ムラが発生し、軟磁性材料の割れの原因にもなる。更にプレス圧時の面圧から大きさの制限も受け、自由度には乏しい。更にまた、積層体で形成した軟磁性材料では、使用温度が高くなると、反り、変形により板材間の剥離が無視できず、剥離に起因して強度、磁気特性が低下するおそれがある。そこで近年、上記問題を改善すべく、フェライト含有の鉄基マトリクスに黒鉛を分散させた球状黒鉛鋳鉄で形成された磁気回路用の軟磁性材料が開発されている（特許文献１）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２８０２１０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した特許文献１の軟磁性材料によれば、溶湯を成形型のキャビティに注湯して凝固させる鋳鉄で形成されているため、成形性が良好であり、３次元的な形状、あるいは、複雑な形状であっても、コストを抑えつつ容易に形成できるという利点が得られる。更に黒鉛は、電気抵抗が低い鉄基マトリクスに比較して電気抵抗が高いため、軟磁性材料の内部に発生する誘導電流を迂回させるのに寄与でき、軟磁性材料の比抵抗を高め、鉄損の低減を図るのに有利となる。
【０００６】
本発明は上記した軟磁性材料の性能を更に高めたものであり、磁束密度を確保しつつ、鉄損を低減でき、鉄損／磁束密度の値を小さくするのに有利な軟磁性材料を提供することを課題とするにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は上記した課題のもとに軟磁性材料について鋭意開発を進めている。
そして、ＣＥ値が２以上の炭素量、シリコン量を含有する軟磁性材料において、鉄基マトリクスにアルミニウムを含ませれば、鉄損／磁束密度の値を小さくすることができることを知見し、試験で確認し、本発明を完成させた。鉄損／磁束密度の値を小さくできることは、磁束密度を確保しつつ、鉄損を低減できることを意味する。
【０００８】
即ち、本発明に係る軟磁性材料は、ＣＥ値が２以上の炭素量、シリコン量を含有すると共に、アルミニウムが鉄基マトリクスに含まれていることを特徴とするものである。シリコン、アルミニウムが含まれているため、軟磁性材料の比抵抗が高まる。本発明に係る軟磁性材料によれば、鉄損を低減させつつ磁束密度を確保することができ、鉄損／磁束密度の値が低下する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明に係る軟磁性材料によれば、ＣＥ値が２以上の炭素量、シリコン量を含有する。これにより良好な鋳造性、磁気特性等が得られる。ＣＥ値は炭素当量であり、ＣＥ値は次の１式で求められる。
【００１０】
ＣＥ値＝炭素量（ｗｔ％）＋シリコン量（ｗｔ％）×１／３……（１式）
鉄基マトリクスとしてはフェライト系、フェライト−パーライト系、フェライト−オーステナイト系等を例示することができる。フェライトはα鉄系であり、固溶している炭素量が少なく、純鉄と同等の固溶量であるため、磁気特性が優れ、高い透磁率をもつ。鋳放し状態でチルが生じるとき等には、高温領域（一般的には７００℃以上）で熱処理することができる。熱処理によりフェライトの割合を増加させることができる。フェライトの割合は、軟磁性材料に要請される強度、熱処理の有無、フェライト粒径のサイズ等によっても相違する。鉄基マトリクス（黒鉛を含まない）を１００％としたとき、フェライトは面積比で６０％以上、８０％以上、９０％以上とすることができ、実質的に１００％とすることもできる。
【００１１】
本発明に係る軟磁性材料を熱処理して使用するときには、熱処理によりフェライト化が促進されるため、炭素量、シリコン量を低めにしてＣＥ値を低くすることができる。本発明に係る軟磁性材料を熱処理なしで使用するときには、鋳放し状態でフェライト面積率を確保するため、ＣＥ値を高くすることができる。ＣＥ値は熱処理の有無、軟磁性材料の用途、材質、他の合金元素量、要請される強度、コスト等によっても相違するが、ＣＥ値の下限側としては２．２以上、２．５以上、あるいは３以上を例示することができ、上限側としては７以下、６．５以下あるいは６以下を例示することができる。従って亜共晶領域、共晶領域、過共晶領域のいずれでも良い。
【００１２】
本発明に係る軟磁性材料によれば、ＣＥ値が２以上の炭素量、シリコン量を含有する。上記したＣＥ値が得られるように、炭素量については、上限側は３．５％以下，４％以下，４．５％以下を例示でき、下限側は１．８％以上、１．９％以上を例示できる。シリコンはフェライト化を促進させ、軟磁性材料の透磁率を高くできるが、過剰であれば、硬度が高くなり、切削加工等の後加工をする場合には後加工が困難となり、更に湯流れ性も低下し、鋳造性が低下する傾向が認められる。後加工性や鋳造性等が問題とならないときには、シリコン量を増加させることができる。これらを考慮し、シリコン量については、下限側は２％以上，２．４％以上を例示でき、上限側は４％以下，５％以下，６％以下，さらには１１％以下，１４％以下を例示できるが、これらに限定されるものではない。シリコンはフェライト化を促進させ、軟磁性材料の透磁率を高くするのに寄与できるため、重量比でシリコン量は炭素量と実質的に同量または炭素量よりも多くすることができる。従って、重量比でシリコン量／炭素量としては、０．９５以上、１以上、１．２以上、１．８以上、また２．０以下を例示することができる。重量比でシリコン量と炭素量との合計値としては、５．５以上、６以上、更には７以上、７．５以上を例示することができる。
【００１３】
なお珪素鋼板の積層体で軟磁性材料を形成する場合には、シリコン量が増加すると、珪素鋼板が硬くなり、珪素鋼板をプレス打ち抜きするとき、プレス打ち抜き性が低下する。
【００１４】
本発明に係る軟磁性材料によれば、一般的には、多数の黒鉛が分散して生成されている。黒鉛としては、球状黒鉛、ＣＶ黒鉛（コンパクト・バ−ミキュラ黒鉛）、塊状黒鉛、片状黒鉛のうちの少なくともいずれかの形態で存在することができる。ＣＶ黒鉛（コンパクト・バ−ミキュラ黒鉛）は芋虫状黒鉛とも呼ばれる。
黒鉛は鉄基マトリクスよりも比抵抗が高いため、鉄損の低減に貢献できる。
【００１５】
本発明に係る軟磁性材料によれば、軟磁性材料を１００％としたとき、重量比でアルミニウムが８％以下含まれている形態を採用することができる。アルミニウムは溶融時には蒸発するため、とけ込みにくい。アルミニウム含有量としては、軟磁性材料の用途、材質、他の合金元素量、コスト等によっても相違するが、重量比で、上限側は７％以下、６％以下、５％以下、４％以下を例示することができ、下限側は０．００１％以上あるいは０．００５％以上あるいは０．０１％以上を例示することができる。但しアルミニウム量はこれらに限定されるものではない。
【００１６】
また本発明に係る軟磁性材料によれば、ボロンが有効元素として含まれている形態を採用することができる。ボロン添加によりボロン化合物が生成されるときには、ボロン化合物は鉄基マトリクスの組織の粒界に存在し易い。ボロン化合物としては、鉄−ボロン系化合物、鉄−ボロン−炭素系化合物等が挙げられる。ボロン化合物が鉄基マトリクスの粒界に生成されることで、鉄損のさらなる低減を図ることができるものと推察される。ボロン量としては、軟磁性材料の用途、材質、他の合金元素量、コスト等によっても相違するが、軟磁性材料を１００％としたとき、重量比で、上限側は２％以下、１．５％以下、更に１．０％以下、０．５％以下を例示することができ、更に０．３％以下、０．１％以下とすることができ、下限側としては０．００１％以上、０．００５％以上を例示することができる。但しボロン量はこれらに限定されるものではない。
【００１７】
本発明の軟磁性材料は、磁路形成材料に用いることができる。殊に、モータ、電磁バルブなどの電磁アクチュエータの磁路形成材料に用いることができる。モータ用としては、ロータコア、ステータコアなどに使用が可能である。モータとしては、ＡＢＳシステム用モータ、パワーステアリング用モータ、ワイパーモータ、ウインドレギュレータ用モータ、ドアロック用モータ、サンルーフ用モータなどの各種モータで使用が可能であるが、これらに限定されるものではない。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について比較例と共に具体的に説明する。
【００１９】
（実施例１）高純度の銑鉄（炭素含有量：４．０ｗｔ％）を重量で６ｋｇ、鋼材（Ｓ１０Ｃ）を重量で１９ｋｇ、加炭剤（炭素含有量：７０ｗｔ％）を重量で１２１０ｇと、フェロシリコン（シリコン含有量：７０ｗｔ％）を重量で１８００ｇ、アルミニウムを重量で５２０ｇを秤量し、それぞれを高周波溶解炉にて１４５０〜１５７０℃にて溶解し、この溶解した湯を元湯とした。
【００２０】
そしてルツボに、球状化処理剤（東洋電化製ＴＤＣＲ−５／Ｍｇ：４．８ｗｔ％、シリコン：４６ｗｔ％、Ｃａ：２．４ｗｔ％、残部：Ｆｅ）を重量で３５０ｇ、フェロシリコン（シリコン含有量：７０ｗｔ％、残部Ｆｅ）を重量で７０ｇを入れ、その上に１００ｇの鉄粉にて球状化処理剤をカバーした。
【００２１】
このように球状化処理剤を収容したルツボ内に、１６００℃の元湯を注ぎ、球状化のための処理を行った。その後、成形型としての鋳型（自硬性の砂型，アルカリフェノールをバインダとして使用）のキャビティに球状化処理後の溶湯を注湯した。注湯温度は１４５０℃とした。注湯時には、接種剤（大阪特殊合金製のカルバロイ（鉄−シリコン系））を用い、注湯流接種を行った。鋳型への注湯後に所定時間（１時間）してから、鋳型を崩壊させ、凝固した鋳物を取り出した。尚、鋳型（砂型）のキャビティは、材料磁気特性、モータ用の鉄心、電気測定用のテストピースが取れるような円柱形状とした。円柱形状の直径は６０ｍｍ、長さは２００ｍｍとした。
【００２２】
上記方法により、重量比で、炭素：３．５％、シリコン：４．８４％、アルミニウム：２．０５％、残部が実質的に鉄からなる球状黒鉛鋳鉄により軟磁性材料を形成した。なお実施例及び比較例においてもマンガンは０．２〜０．４％程度、不可避のリン、イオウが含まれている。表１において、炭素、シリコン、アルミニウムの欄において含有量は分析値を示す。表１に示すように、シリコン量は炭素量よりも多くされている。即ちシリコン量は炭素量の１．２倍以上（１．３倍以上）とされている。
【００２３】
図１は実施例１の試料の顕微鏡写真を示す（×２００倍）。顕微鏡観察によれば、鉄基マトリクスはほとんどがフェライトであり、多数の球状の黒鉛が生成しており、更にＣＶ黒鉛（コンパクト・バ−ミキュラ黒鉛）、塊状ともいえる黒鉛も生成している。実施例１の試料について、ＥＰＭＡによる線分析、ＥＰＭＡによる面分析を行った。図１の写真に示す直線は線分析した部位を示す。図２は線分析の結果を示す。図２の横軸は前記直線に沿った測定部位を示し、図２の縦軸は含有量の相対表示を示す。図３は面分析の結果を示す。図１，図２，図３から理解できるように、炭素濃度が高い部位は黒鉛を形成している。球状の黒鉛が生成しているため、ノッチ効果が低減されて軟磁性材料の強度が高められると共に、軟磁性材料の内部に生じる誘導電流の迂回性を確保しつつ、軟磁性材料の磁束密度を高めるのに有利である。また図２，図３から理解できるように、黒鉛以外の部位は鉄基マトリクスとされており、鉄基マトリクス中にシリコン、アルミニウムがほぼ均一に存在していることがわかる。図３はＥＰＭＡのカラーマッピングデータを白黒化している。
【００２４】
更に、この試料から磁気特性測定用のリング状の試験片を切削加工により切りだし、この試験片について焼鈍し（１０００℃×５時間）、交流磁気特性測定を実施した。磁気特性測定には、岩崎通信機（株）Ｂ−Ｈアナライザー ＳＹ−８２３２を用い、交流周波数４００Ｈｚ、磁界１００００Ａ／ｍという条件下で測定を実施した。測定結果を表１に示す。
【００２５】
（実施例２）重量比で、炭素：３．４７％、シリコン：５．１％、アルミニウム：２．０７％、ボロン：０．０４６％、残部が実質的に鉄からなる軟磁性材料を、実施例１と同様な方法で作製した。アルミニウム及びボロンは溶解炉における溶解の段階で添加されている。図４は実施例２の試料の顕微鏡写真を示す（×２００倍）。顕微鏡観察によれば、鉄基マトリクスはほとんどがフェライトであり、多数の黒鉛が晶出している。図４によれば、鉄基マトリクスに球状の黒鉛、または塊状の黒鉛、またはＣＶ黒鉛（コンパクト・バ−ミキュラ黒鉛）が生成されていると共に、更には、棒状の黒鉛が放射状的または疑似放射状的に集団化した黒鉛形態も認められる。アルミニウムの他にボロンを添加したことにより、球状の黒鉛を生成させつつも、黒鉛の球状化率が低下したためと推察される。
【００２６】
棒状の黒鉛が集団化した黒鉛形態については、現段階では必ずしも明確ではないものの、アルミニウム及びボロンの双方を含む実施例２の磁気特性（体積鉄損／磁束密度の値）が、アルミニウムを含むもののボロンを含まない実施例１よりも良好であることを考えると、ボロン添加、上記した黒鉛形態は、磁性材料の磁束密度を高めに維持しつつ、軟磁性材料の内部に発生する誘導電流の迂回性を高め、鉄損を低減させるのに有効であると推察される。
【００２７】
実施例２の試料について、実施例１と同様に、ＥＰＭＡによる線分析、ＥＰＭＡによる面分析を行った。図４に示す直線（符号１の線）は線分析した部位を示す。図５は線分析の結果を示す。図６及び図７は面分析の結果を示す。図５，図６から理解できるように、炭素濃度が高い部位は黒鉛を形成している。また図５，図６，図７から理解できるように、黒鉛以外の部位は鉄基マトリクスとされており、鉄基マトリクス中にシリコン、アルミニウムがほぼ均一に存在していることがわかる。更に図７から理解できるように、鉄基マトリクスの粒界にボロンが存在している。更に、実施例１と同様に、この実施例２にかかる軟磁性材料についても磁気特性を測定した。測定結果を表１に示す。
【００２８】
（実施例３）重量比で、炭素：３．３２％、シリコン：４．９８％、アルミニウム：１．５４％、残部が実質的に鉄からなる軟磁性材料を、実施例１と同様な方法で作製した。この実施例３にかかる軟磁性材料は、表１に示すような磁気特性が得られた。
【００２９】
（実施例４〜実施例８）更に実施例４〜実施例８についても表１に示す条件で軟磁性材料を形成し、磁気特性について測定した。磁気特性の測定結果を表１に示す。
【００３０】
（比較例１）重量比で炭素：３．３４％、シリコン：４．８３％、残部が実質的に鉄からなる軟磁性材料を、実施例１と同様な方法で作製した。アルミニウムは添加されてない。比較例１の分析値を表１に示す。この比較例１にかかる軟磁性材料は、表１に示すような磁気特性が得られた。
【００３１】
（比較例２）重量比で炭素：３．３６％、シリコン：５．０１％、ボロン：０．０４１％、残部が実質的に鉄からなる軟磁性材料を実施例１と同様な方法で作製した。アルミニウムは添加されてない。比較例２の分析値を表１に示す。この比較例１にかかる軟磁性材料は、表１に示すような磁気特性が得られた。
【００３２】
（比較例３）重量比で炭素：３．４２％、シリコン：５．１％、残部が実質的に鉄からなる軟磁性材料を作製した。アルミニウムは添加されてない。この場合、実施例１と同様な方法で元湯を溶解した。そして実施例１のような球状化処理は行わず、溶解した湯を注湯流接種を行いながら、鋳型（砂型）のキャビティ内に注いで円柱形状の試験片を作製した。分析値を表１に示す。この比較例１にかかる軟磁性材料は、表１に示すような磁気特性が得られた。
【００３３】
（比較例４及び比較例５）
更に、アルミニウムが添加されてない比較例４及び比較例５についても、表１に示す条件で軟磁性材料を形成し、磁気特性について測定した。磁気特性の測定結果を表１に示す。
【００３４】
【表１】
【００３５】
（評価）
（１）表１に示されるように、実施例１〜実施例３、比較例１〜比較例３は、炭素量及びシリコン量の配合値を同様の値に設定してＣＥ値の目標値を同様の値に設定している。実施例１〜実施例３，比較例１〜比較例３について比較すると、実施例１〜実施例３の軟磁性材料については、磁束密度が１２００ｍＴ以上と高く維持されつつも、体積鉄損／磁束密度の値が２．１以下と低く抑えられており、体積鉄損／磁束密度の値は良好な結果とされている。
【００３６】
これに対して、アルミニウムが含有されていない比較例１，比較例２については、磁束密度が１３００ｍＴ以上と高く維持されつつも、体積鉄損／磁束密度の値は、ＣＥ値が高いわりには２．３１及び２．２３と高く、実施例１〜実施例３よりも良好ではない。比較例３については、黒鉛が片状であり、体積鉄損／磁束密度の値は１．０３と低めであるものの、磁束密度自体が９１２ｍＴとかなり低く良好ではない。
【００３７】
更に説明を加える。アルミニウム量が１．５４％である実施例３では体積鉄損／磁束密度の値は２．０２と低めであり良好である。アルミニウム量が２．０５％である実施例１では体積鉄損／磁束密度の値は１．８６とかなり低くなり良好である。更に、アルミニウム量が２．０７％であると共にボロンが含まれている実施例２では、体積鉄損／磁束密度の値は１．５９とかなり低くなって一層良好である。
【００３８】
上記実施例において良好な結果が得られる理由としては、軟磁性材料を構成する鉄基マトリクス中にシリコン、アルミニウムが均一に分散されていることにより、磁束密度の低下が低く抑えられ、比抵抗を高くすることができ、これにより鉄損が低減され、体積鉄損／磁束密度の値が低下するものと推察される。更にアルミニウムと共にボロンを添加すると、ボロン化合物を鉄基マトリクスの粒界に析出させると共に、図４に示す黒鉛形態により、軟磁性材料の比抵抗を高くすることができ、これにより鉄損の低い軟磁性材料を提供することができるものと推察される。
【００３９】
（２）表１に示すように、実施例４、実施例７、比較例５は、炭素量及びシリコン量の配合値を同様の値に設定してＣＥ値の目標値を同様の値に設定している。これらを比較すると、アルミニウム量の配合値が０％である比較例５では体積鉄損／磁束密度の値は２．８０と高めである。これに対してアルミニウム量が０．８４％である実施例４では体積鉄損／磁束密度の値は２．７１と低くなり、アルミニウム量が１．７１％である実施例７では、体積鉄損／磁束密度の値は２．１５とかなり低くなり良好である。
【００４０】
（３）表１に示すように、実施例５、比較例４は、炭素量及びシリコン量の配合値を同様の値に設定してＣＥ値の目標値を同様の値に設定している。これらを比較すると、アルミニウム量の配合値が０％である比較例４では体積鉄損／磁束密度の値はこれらのＣＥ値、シリコン量を考慮すると、２．１０と高めである。これに対してアルミニウム量が１．３６％である実施例５では体積鉄損／磁束密度の値は１．９９と比較例４よりも低くなり、良好である。
【００４１】
（４）表１に示すように、比較例１，比較例３では炭素量及びシリコン量の配合値を同様の値に設定してＣＥ値の目標値を同様の値に設定していると共に、アルミニウム量及びボロン量は０％である。比較例１では黒鉛は球状であり、比較例３では黒鉛は片状である。黒鉛が球状である比較例１では磁束密度は１４２９ｍＴと高く、体積鉄損／磁束密度の値は２．３１である。これに対して黒鉛が片状である比較例３では体積鉄損／磁束密度の値は１．０３と低くできるものの、磁束密度は９１２ｍＴと低くなる。これは黒鉛が片状であると、黒鉛が球状の場合に比較して磁束の迂回性も高くなるためと推察される。
【００４２】
（５）黒鉛が片状である実施例６では体積鉄損／磁束密度の値は１．３１と低くできるばかりか、黒鉛が片状であるにもかかわらず磁束密度を１１７５ｍＴと高めに維持できる。アルミニウムが影響しているものと推察される。
【００４３】
（６）以上の説明から理解できるように、シリコン、アルミニウムが含まれているため、軟磁性材料の比抵抗が高まり、従って、磁束密度を確保しつつ鉄損を低減させることができ、体積鉄損／磁束密度の値を低下させることができる。また本実施例にかかる軟磁性材料によれば、溶解した溶湯を鋳型などの成形型のキャビティに鋳込んで凝固させて形成されているため、成形性が良好であり、３次元的な形状、あるいは、複雑な形状であっても、コストを抑えつつ容易に形成できるという利点が得られる。更に、溶解した溶湯を鋳型などの成形型のキャビティに鋳込んで凝固させて形成されているため、一体性が高く、高温環境や温度変化がある環境においても、強度、磁気特性の変化が少ないため、車両等のように使用温度が高温となることがある環境においても良好に使用することが可能である。更に本実施例にかかる軟磁性材料によれば、多数の黒鉛が鉄基マトリクスに生成しているため、振動が作用する環境で使用されたとしても、振動減衰性も確保される。
【００４４】
（その他）
その他、本発明は上記した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。発明の実施の形態、実施例に記載の語句は一部であっても、請求項に記載できるものである。
【００４５】
【発明の効果】
本発明にかかる軟磁性材料によれば、シリコン、アルミニウムが含まれているため、軟磁性材料の比抵抗が高まり、従って、磁束密度を確保しつつ鉄損を低減させることができ、鉄損／磁束密度の値を低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の顕微鏡写真である。
【図２】実施例１のＥＰＭＡによる線分析の結果を示すグラフである。
【図３】実施例１のＥＰＭＡによる面分析の結果を示す図である。
【図４】実施例２の顕微鏡写真である。
【図５】実施例２のＥＰＭＡによる線分析の結果を示すグラフである。
【図６】実施例２のＥＰＭＡによる面分析の結果を示す図である。
【図７】実施例２のＥＰＭＡによる面分析の結果を示す図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a soft magnetic material having high resistance for a magnetic circuit. The present invention can be applied to, for example, a magnetic circuit member equipped in an electronic device or an electric device. Specifically, for example, it can be applied to a magnetic circuit member such as an iron core equipped in a motor, an electromagnetic actuator, or the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, soft magnetic materials used for magnetic circuit members are required to have high specific resistance in order to reduce iron loss such as eddy current loss. In order to reduce iron loss, a laminate in which plate materials such as an iron plate and a silicon steel plate are laminated in the thickness direction, or a sintered powder molded body in which a green compact in which iron powder is hardened is mainly used. Further, in order to further reduce the iron loss, when an electric insulating film is interposed between the plate members constituting the laminated body, or when the sintered powder molded body is formed, the surface of the iron powder particles is electrically charged. What coat | covered the film | membrane with high insulation is known.
[0003]
However, there is a problem that it is difficult to form a soft magnetic material formed of a laminate in which plate materials such as iron plates and silicon steel plates are laminated into a three-dimensional shape or a complicated shape. In addition, in a soft magnetic material that has undergone a step of compacting iron powder, the press pressure must be increased in order to increase the degree of compaction. Increasing the press pressure shortens the die life and increases costs. In addition, if the pressing is not performed uniformly, density unevenness occurs, which causes cracking of the soft magnetic material. Furthermore, the size is limited by the surface pressure at the time of pressing, and the degree of freedom is poor. Furthermore, in a soft magnetic material formed of a laminate, when the operating temperature is high, warping and peeling between the plate materials cannot be ignored due to deformation, and strength and magnetic properties may be reduced due to the peeling. Therefore, in recent years, a soft magnetic material for a magnetic circuit formed of spheroidal graphite cast iron in which graphite is dispersed in a ferrite-containing iron-based matrix has been developed (Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-280210
[Problems to be solved by the invention]
According to the above-described soft magnetic material of Patent Document 1, since the molten metal is formed of cast iron that is poured into a mold cavity and solidified, the moldability is good and the three-dimensional shape or complicated Even if it is a simple shape, the advantage that it can form easily, suppressing cost is acquired. Furthermore, graphite has a higher electrical resistance than an iron-based matrix with a lower electrical resistance, so it can contribute to diverting the induced current generated in the soft magnetic material, increasing the specific resistance of the soft magnetic material and increasing the iron loss. This is advantageous in reducing the amount of heat.
[0006]
The present invention further enhances the performance of the soft magnetic material described above, and provides a soft magnetic material that can reduce the iron loss while securing the magnetic flux density, and is advantageous for reducing the value of the iron loss / magnetic flux density. The challenge is to do.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present inventor has intensively developed a soft magnetic material based on the above-described problems.
Then, in a soft magnetic material containing a carbon amount and silicon amount having a CE value of 2 or more, it was found that if aluminum is included in the iron matrix, the iron loss / magnetic flux density value can be reduced. Confirmed and completed the present invention. The ability to reduce the value of iron loss / magnetic flux density means that iron loss can be reduced while ensuring the magnetic flux density.
[0008]
That is, the soft magnetic material according to the present invention is characterized in that the CE value contains a carbon amount of 2 or more and a silicon amount, and aluminum is contained in the iron-based matrix. Since silicon and aluminum are contained, the specific resistance of the soft magnetic material is increased. According to the soft magnetic material of the present invention, the magnetic flux density can be secured while reducing the iron loss, and the value of the iron loss / magnetic flux density is lowered.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
According to the soft magnetic material of the present invention, the CE value contains a carbon amount and silicon amount of 2 or more. Thereby, good castability, magnetic characteristics, etc. are obtained. The CE value is a carbon equivalent, and the CE value is determined by the following formula (1).
[0010]
CE value = carbon amount (wt%) + silicon amount (wt%) × 1/3 (1 formula)
Examples of the iron-based matrix include ferrite, ferrite-pearlite, and ferrite-austenite. Ferrite is based on α-iron, has a small amount of carbon in solid solution, and has a solid solution amount equivalent to that of pure iron, so it has excellent magnetic properties and high magnetic permeability. When chill is generated in an as-cast state, heat treatment can be performed in a high temperature region (generally 700 ° C. or higher). The proportion of ferrite can be increased by heat treatment. The proportion of ferrite also differs depending on the strength required for the soft magnetic material, the presence or absence of heat treatment, the size of the ferrite grain size, and the like. When the iron-based matrix (not including graphite) is 100%, the ferrite can be 60% or more, 80% or more, 90% or more by area ratio, and can be substantially 100%.
[0011]
When the soft magnetic material according to the present invention is used after heat treatment, since the ferritization is promoted by the heat treatment, the CE value can be lowered by lowering the amount of carbon and silicon. When the soft magnetic material according to the present invention is used without heat treatment, the CE value can be increased in order to ensure the ferrite area ratio in the as-cast state. The CE value varies depending on the presence or absence of heat treatment, the use of the soft magnetic material, the material, the amount of other alloying elements, the required strength, cost, etc., but the lower limit of the CE value is 2.2 or more, 2.5 or more 3 or more, and the upper limit side can be 7 or less, 6.5 or less, or 6 or less. Accordingly, any of a hypoeutectic region, a eutectic region, and a hypereutectic region may be used.
[0012]
According to the soft magnetic material of the present invention, the CE value contains a carbon amount and silicon amount of 2 or more. In order to obtain the above-mentioned CE value, the upper limit side can be exemplified by 3.5% or less, 4% or less, 4.5% or less, and the lower limit side is 1.8% or more and 1.9%. The above can be illustrated. Silicon promotes ferritization and can increase the magnetic permeability of soft magnetic materials, but if it is excessive, the hardness will be high, and post-processing such as cutting will become difficult, and hot water flow will be further improved. There is also a tendency for the castability to decrease. When post-workability and castability are not a problem, the amount of silicon can be increased. Taking these into consideration, the lower limit side can be exemplified as 2% or more and 2.4% or more, and the upper limit side is 4% or less, 5% or less, 6% or less, and further 11% or less, 14% or less However, it is not limited to these. Since silicon can promote ferritization and contribute to increase the magnetic permeability of the soft magnetic material, the silicon amount can be substantially the same as the carbon amount or larger than the carbon amount by weight ratio. Accordingly, the silicon amount / carbon amount by weight ratio may be 0.95 or more, 1 or more, 1.2 or more, 1.8 or more, or 2.0 or less. Examples of the total value of the silicon amount and the carbon amount by weight ratio include 5.5 or more, 6 or more, further 7 or more, 7.5 or more.
[0013]
When a soft magnetic material is formed of a laminated body of silicon steel plates, the silicon steel plate becomes harder as the amount of silicon increases, and the press punching property decreases when the silicon steel plate is press punched.
[0014]
According to the soft magnetic material of the present invention, generally, a large number of graphites are dispersed and generated. As the graphite, it can exist in at least one of spherical graphite, CV graphite (compact vermicular graphite), massive graphite, and flake graphite. CV graphite (compact vermicula graphite) is also called worm-like graphite.
Since graphite has a higher specific resistance than an iron-based matrix, it can contribute to the reduction of iron loss.
[0015]
According to the soft magnetic material of the present invention, when the soft magnetic material is 100%, a form in which aluminum is contained by 8% or less by weight can be employed. Since aluminum evaporates when melted, it is difficult to melt. The aluminum content varies depending on the use of the soft magnetic material, the material, the amount of other alloy elements, cost, etc., but the upper limit is 7% or less, 6% or less, 5% or less, 4% or less by weight. The lower limit side may be 0.001% or more, 0.005% or more, or 0.01% or more. However, the amount of aluminum is not limited to these.
[0016]
Moreover, according to the soft magnetic material which concerns on this invention, the form with which boron is contained as an effective element is employable. When a boron compound is produced by adding boron, the boron compound tends to exist at the grain boundary of the structure of the iron matrix. Examples of boron compounds include iron-boron compounds and iron-boron-carbon compounds. It is speculated that the iron loss can be further reduced by generating boron compounds at the grain boundaries of the iron matrix. The amount of boron differs depending on the use of the soft magnetic material, the material, the amount of other alloy elements, the cost, etc., but when the soft magnetic material is 100%, the upper limit side is 2% or less. 5% or less, 1.0% or less, and 0.5% or less can be exemplified, and further 0.3% or less and 0.1% or less can be exemplified, and the lower limit side is 0.001% or more. 0.005% or more can be exemplified. However, the amount of boron is not limited to these.
[0017]
The soft magnetic material of the present invention can be used as a magnetic path forming material. In particular, it can be used as a magnetic path forming material for electromagnetic actuators such as motors and electromagnetic valves. For motors, it can be used for rotor cores, stator cores, and the like. As the motor, various motors such as an ABS system motor, a power steering motor, a wiper motor, a window regulator motor, a door lock motor, and a sunroof motor can be used, but are not limited thereto. .
[0018]
【Example】
Examples of the present invention will be specifically described below together with comparative examples.
[0019]
(Example 1) High-purity pig iron (carbon content: 4.0 wt%) 6 kg in weight, steel (S10C) 19 kg in weight, carburizing agent (carbon content: 70 wt%) 1210 g in weight, 1800 g by weight of ferrosilicon (silicon content: 70 wt%) and 520 g by weight of aluminum were weighed, and each was melted at 1450 to 1570 ° C. in a high-frequency melting furnace.
[0020]
In the crucible, 350 g by weight of spheroidizing treatment agent (TDCR-5 / Mg: 4.8 wt%, silicon: 46 wt%, Ca: 2.4 wt%, balance: Fe) manufactured by Toyo Denka Co., Ltd., ferrosilicon (silicon content) 70 wt%, balance Fe) 70 g by weight was added, and the spheroidizing agent was covered with 100 g of iron powder.
[0021]
Thus, 1600 degreeC hot water was poured in the crucible which accommodated the spheroidizing agent, and the process for spheroidizing was performed. Thereafter, the molten metal after spheroidizing treatment was poured into a cavity of a mold as a mold (self-hardening sand mold, using alkali phenol as a binder). The pouring temperature was 1450 ° C. At the time of pouring, pouring was inoculated using an inoculum (Carbaloy (iron-silicon system) made by Osaka Special Alloy). After pouring into the mold for a predetermined time (1 hour), the mold was disintegrated and the solidified casting was taken out. Note that the cavity of the mold (sand mold) was formed in a cylindrical shape so that a test piece for measuring magnetic properties, an iron core for a motor, and an electrical measurement could be taken. The diameter of the columnar shape was 60 mm and the length was 200 mm.
[0022]
By the above method, a soft magnetic material was formed from spheroidal graphite cast iron composed of carbon: 3.5%, silicon: 4.84%, aluminum: 2.05%, and the balance substantially consisting of iron. In Examples and Comparative Examples, manganese is about 0.2 to 0.4%, and unavoidable phosphorus and sulfur are included. In Table 1, in the columns of carbon, silicon, and aluminum, the content indicates an analytical value. As shown in Table 1, the silicon amount is larger than the carbon amount. That is, the amount of silicon is 1.2 times or more (1.3 times or more) of the carbon amount.
[0023]
FIG. 1 shows a photomicrograph of the sample of Example 1 (× 200 times). According to microscopic observation, most of the iron-based matrix is ferrite, and a large number of spherical graphites are generated. Further, CV graphite (compact vermicular graphite) and graphite that can be regarded as massive are also generated. The sample of Example 1 was subjected to line analysis by EPMA and surface analysis by EPMA. The straight line shown in the photograph of FIG. FIG. 2 shows the results of line analysis. The horizontal axis of FIG. 2 shows the measurement site along the straight line, and the vertical axis of FIG. 2 shows the relative display of the content. FIG. 3 shows the results of the surface analysis. As can be understood from FIGS. 1, 2, and 3, the portion having a high carbon concentration forms graphite. Since spherical graphite is generated, the notch effect is reduced, the strength of the soft magnetic material is increased, and the magnetic flux density of the soft magnetic material is reduced while ensuring the bypass of the induced current generated inside the soft magnetic material. It is advantageous to increase. As can be understood from FIGS. 2 and 3, the portion other than graphite is an iron matrix, and it can be seen that silicon and aluminum are present almost uniformly in the iron matrix. FIG. 3 shows the EPMA color mapping data in black and white.
[0024]
Further, a ring-shaped test piece for measuring magnetic properties was cut out from this sample by cutting, and the test piece was annealed (1000 ° C. × 5 hours), and AC magnetic property measurement was performed. For the magnetic property measurement, Iwasaki Tsushinki Co., Ltd. BH Analyzer SY-8232 was used, and measurement was performed under the conditions of an AC frequency of 400 Hz and a magnetic field of 10,000 A / m. The measurement results are shown in Table 1.
[0025]
(Example 2) By weight ratio, carbon: 3.47%, silicon: 5.1%, aluminum: 2.07%, boron: 0.046%, the balance being a soft magnetic material substantially made of iron, It was produced by the same method as in Example 1. Aluminum and boron are added at the melting stage in the melting furnace. FIG. 4 shows a photomicrograph of the sample of Example 2 (× 200 times). According to microscopic observation, most of the iron-based matrix is ferrite and many graphites are crystallized. According to FIG. 4, spherical graphite, lump graphite, or CV graphite (compact vermicular graphite) is generated in the iron-based matrix, and furthermore, the rod-like graphite is radial or pseudo-radial. A clustered graphite form is also observed. It is presumed that the addition of boron in addition to aluminum resulted in a reduction in the spheroidization rate of graphite while producing spherical graphite.
[0026]
Although the graphite form in which rod-like graphite is collected is not necessarily clear at this stage, the magnetic properties (volume iron loss / magnetic flux density value) of Example 2 including both aluminum and boron include aluminum. Considering that it is better than Example 1 that does not contain boron, boron addition, the above-described graphite form, bypasses the induced current generated inside the soft magnetic material while maintaining the magnetic flux density of the magnetic material high. It is presumed that it is effective in increasing the property and reducing iron loss.
[0027]
The sample of Example 2 was subjected to EPMA line analysis and EPMA surface analysis in the same manner as Example 1. A straight line (line with reference numeral 1) shown in FIG. FIG. 5 shows the results of line analysis. 6 and 7 show the results of surface analysis. As can be understood from FIGS. 5 and 6, the portion having a high carbon concentration forms graphite. As can be understood from FIGS. 5, 6, and 7, the portion other than graphite is an iron matrix, and it can be seen that silicon and aluminum are present almost uniformly in the iron matrix. Further, as can be understood from FIG. 7, boron exists in the grain boundary of the iron-based matrix. Further, similarly to Example 1, the magnetic characteristics of the soft magnetic material according to Example 2 were also measured. The measurement results are shown in Table 1.
[0028]
(Example 3) By a weight ratio, carbon: 3.32%, silicon: 4.98%, aluminum: 1.54%, and a soft magnetic material substantially comprising iron as the balance, the same method as in Example 1 It was made with. The soft magnetic material according to Example 3 obtained magnetic characteristics as shown in Table 1.
[0029]
(Examples 4 to 8) In Examples 4 to 8, soft magnetic materials were formed under the conditions shown in Table 1, and the magnetic properties were measured. Table 1 shows the measurement results of the magnetic characteristics.
[0030]
(Comparative Example 1) A soft magnetic material consisting of carbon: 3.34% by weight, silicon: 4.83%, and the balance substantially made of iron was produced in the same manner as in Example 1. Aluminum is not added. The analysis values of Comparative Example 1 are shown in Table 1. The soft magnetic material according to Comparative Example 1 obtained magnetic characteristics as shown in Table 1.
[0031]
(Comparative Example 2) By a weight ratio, carbon: 3.36%, silicon: 5.01%, boron: 0.041%, and the remaining part substantially made of iron was produced by the same method as in Example 1. did. Aluminum is not added. The analysis values of Comparative Example 2 are shown in Table 1. The soft magnetic material according to Comparative Example 1 obtained magnetic characteristics as shown in Table 1.
[0032]
(Comparative Example 3) A soft magnetic material having a weight ratio of carbon: 3.42%, silicon: 5.1%, and the balance substantially made of iron was produced. Aluminum is not added. In this case, the hot water was dissolved in the same manner as in Example 1. Then, the spheroidizing treatment as in Example 1 was not performed, and the molten water was poured into the cavity of the mold (sand mold) while pouring the molten metal to produce a cylindrical test piece. The analytical values are shown in Table 1. The soft magnetic material according to Comparative Example 1 obtained magnetic characteristics as shown in Table 1.
[0033]
(Comparative Example 4 and Comparative Example 5)
Further, in Comparative Examples 4 and 5 to which no aluminum was added, a soft magnetic material was formed under the conditions shown in Table 1, and the magnetic characteristics were measured. Table 1 shows the measurement results of the magnetic characteristics.
[0034]
[Table 1]
[0035]
(Evaluation)
(1) As shown in Table 1, Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3 set the target values of the CE values by setting the blending values of the carbon amount and the silicon amount to the same values. Similar values are set. When comparing Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 3, the soft magnetic materials of Examples 1 to 3 have a high magnetic flux density of 1200 mT or more, while maintaining a high volume iron loss / magnetic flux. The value of the density is kept as low as 2.1 or less, and the value of volume iron loss / magnetic flux density is regarded as a good result.
[0036]
On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2 containing no aluminum, the magnetic flux density was maintained as high as 1300 mT or more, but the volume iron loss / magnetic flux density value was 2 instead of the high CE value. .31 and 2.23, which are not better than those of Examples 1 to 3. In Comparative Example 3, the graphite is flakes and the volume iron loss / magnetic flux density value is as low as 1.03, but the magnetic flux density itself is as low as 912 mT, which is not good.
[0037]
Further explanation will be added. In Example 3 in which the aluminum content is 1.54%, the value of volume iron loss / magnetic flux density is as low as 2.02, which is good. In Example 1 in which the aluminum content is 2.05%, the value of volume iron loss / magnetic flux density is as low as 1.86, which is good. Furthermore, in Example 2 in which the amount of aluminum is 2.07% and boron is included, the value of volume iron loss / magnetic flux density is considerably low at 1.59, which is even better.
[0038]
The reason why good results can be obtained in the above-described embodiment is that, since silicon and aluminum are uniformly dispersed in the iron-based matrix constituting the soft magnetic material, the decrease in magnetic flux density can be kept low, and the specific resistance can be reduced. It can be assumed that the iron loss is reduced and the volume iron loss / magnetic flux density value is lowered. Further, when boron is added together with aluminum, the boron compound is precipitated at the grain boundary of the iron matrix, and the specific resistance of the soft magnetic material can be increased by the graphite form shown in FIG. It is assumed that a magnetic material can be provided.
[0039]
(2) As shown in Table 1, in Example 4, Example 7, and Comparative Example 5, the blending values of the carbon amount and the silicon amount are set to the same value, and the target value of the CE value is set to the same value. is doing. When these are compared, in Comparative Example 5 in which the blending value of the aluminum amount is 0%, the value of volume iron loss / magnetic flux density is as high as 2.80. On the other hand, in Example 4 in which the aluminum content is 0.84%, the volume iron loss / magnetic flux density value is as low as 2.71, and in Example 7 in which the aluminum content is 1.71% / The value of magnetic flux density is very low at 2.15, which is good.
[0040]
(3) As shown in Table 1, in Example 5 and Comparative Example 4, the blending values of the carbon amount and the silicon amount are set to the same value, and the target value of the CE value is set to the same value. When these are compared, in Comparative Example 4 where the blending value of the aluminum amount is 0%, the volume iron loss / magnetic flux density value is as high as 2.10 considering these CE values and silicon amounts. On the other hand, in Example 5 in which the aluminum content is 1.36%, the value of volume iron loss / magnetic flux density is 1.99, which is lower than that of Comparative Example 4, which is favorable.
[0041]
(4) As shown in Table 1, in Comparative Example 1 and Comparative Example 3, the blending values of the carbon amount and the silicon amount were set to the same value, and the target value of the CE value was set to the same value. The amount of aluminum and the amount of boron are 0%. In Comparative Example 1, the graphite is spherical, and in Comparative Example 3, the graphite is flakes. In Comparative Example 1 in which graphite is spherical, the magnetic flux density is as high as 1429 mT, and the value of volume iron loss / magnetic flux density is 2.31. In contrast, in Comparative Example 3 in which the graphite is flakes, the value of volume iron loss / magnetic flux density can be lowered to 1.03, but the magnetic flux density is lowered to 912 mT. This is presumably because when the graphite is flakes, the bypassing property of the magnetic flux is higher than when the graphite is spherical.
[0042]
(5) In Example 6 where the graphite is flakes, the value of the volume iron loss / magnetic flux density can be lowered to 1.31, and the magnetic flux density can be maintained as high as 1175 mT even though the graphite is flakes. . It is presumed that aluminum is influencing.
[0043]
(6) As can be understood from the above description, since silicon and aluminum are contained, the specific resistance of the soft magnetic material is increased, so that the iron loss can be reduced while ensuring the magnetic flux density. The value of loss / magnetic flux density can be reduced. In addition, according to the soft magnetic material according to the present embodiment, the melted molten metal is cast and solidified in a mold cavity such as a mold, so that the moldability is good and the three-dimensional shape is obtained. Or even if it is a complicated shape, the advantage that it can form easily, suppressing cost is acquired. In addition, it is formed by casting the molten metal into a mold cavity such as a mold and solidifying it, so it has high integrity, and there are few changes in strength and magnetic properties even in high-temperature environments or environments with temperature changes. Therefore, it can be used satisfactorily even in an environment where the use temperature may be high, such as a vehicle. Furthermore, according to the soft magnetic material of the present example, a large number of graphite is generated in the iron-based matrix, so that even if it is used in an environment where vibration acts, vibration damping properties are also ensured.
[0044]
(Other)
In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented with appropriate modifications within a range not departing from the gist. The words and phrases described in the embodiments and examples of the invention can be described in the claims even if they are only a part.
[0045]
【The invention's effect】
According to the soft magnetic material according to the present invention, since silicon and aluminum are contained, the specific resistance of the soft magnetic material is increased, and thus iron loss can be reduced while ensuring magnetic flux density. The value of magnetic flux density can be reduced.
[Brief description of the drawings]
1 is a photomicrograph of Example 1. FIG.
2 is a graph showing the results of line analysis by EPMA in Example 1. FIG.
3 is a diagram showing the results of surface analysis by EPMA in Example 1. FIG.
4 is a photomicrograph of Example 2. FIG.
5 is a graph showing the results of line analysis by EPMA in Example 2. FIG.
6 is a diagram showing the results of surface analysis by EPMA in Example 2. FIG.
7 is a diagram showing the results of surface analysis by EPMA in Example 2. FIG.
