JP2005133148A

JP2005133148A - 高強度および高比抵抗を有する複合軟磁性材の製造方法

Info

Publication number: JP2005133148A
Application number: JP2003370335A
Authority: JP
Inventors: Masahisa Miyahara; 正久宮原; Koichiro Morimoto; 耕一郎森本
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2003-10-30
Filing date: 2003-10-30
Publication date: 2005-05-26
Also published as: EP1679725A1; US20070269332A1; EP1679725A4; WO2005043559A1; CN1875439A

Abstract

【課題】高強度および高比抵抗を有する複合軟磁性材の製造方法を提供する。
【解決手段】平均粒径：１〜１００μｍのポリイミド樹脂粉末：０．０５〜１質量％、平均粒径：１〜２０μｍの微細アミド系ワックス粉末：０．００２〜０．１質量％を含有し、残部が軟磁性粉末の表面に絶縁性皮膜を形成してなる絶縁皮膜被覆軟磁性粉末からなる配合組成を有する原料混合粉末を温度：６０〜１１０℃に加熱し、この加熱された原料混合粉末を温度：１００〜１５０℃に加熱された金型に充填し、成形圧力：７００〜１２００ＭＰａで圧粉成形し、得られた成形体を温度：２２５〜３００℃で焼成する高強度および高比抵抗を有する複合軟磁性材の製造方法。
【選択図】なし

Description

この発明は、高強度および高比抵抗を有する複合軟磁性材の製造方法およびその製造方法により作製した高強度および高比抵抗を有する複合軟磁性材に関するものであり、この複合軟磁性材の製造方法はインジェクター部品、イグニッション部品、電磁弁用コア、モーター用コアなどの製造に使用されるものである。

一般に、軟磁性粉末は、鉄粉末、Ｆｅ−Ｓｉ系鉄基軟磁性合金粉末、Ｆｅ−Ａｌ系鉄基軟磁性合金粉末、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系鉄基軟磁性合金粉末、Ｆｅ−Ｃｒ系鉄基軟磁性合金粉末、Ｎｉ基軟磁性合金粉末またはＦｅ−Ｃｏ系軟磁性合金粉末などが知られており、
前記鉄粉末としては純鉄粉末を使用することが知られており、
Ｆｅ−Ｓｉ系鉄基軟磁性合金粉末としてはＳｉ：０．１〜１０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるＦｅ−Ｓｉ系鉄基軟磁性合金粉末（例えばＳｉ：１〜１２質量％を含有し残部がＦｅおよび不可避不純物からなる珪素鋼粉末、一層具体的にはＦｅ−３％Ｓｉ粉末）を使用することが知られており、
Ｆｅ−Ａｌ系鉄基軟磁性合金粉末としてはＡｌ：０．０５〜１０を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるＦｅ−Ａｌ系鉄基軟磁性合金粉末（例えば、Ｆｅ−１５％Ａｌからなる組成を有するアルパーム粉末）を使用することが知られており、
Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系鉄基軟磁性合金粉末としてはＳｉ：０．１〜１０質量％、Ａｌ：０．０５〜１０を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系鉄基軟磁性合金粉末（例えば、Ｆｅ−９％Ｓｉ−５％Ａｌからなる組成を有するセンダスト粉末）を使用することが知られており、
Ｆｅ−Ｃｒ系鉄基軟磁性合金粉末としてはＣｒ：１〜２０％を含有し、必要に応じてＡｌ：５％以下、Ｓｉ：５％以下の内の１種または２種を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるＦｅ−Ｃｒ系鉄基軟磁性合金粉末を使用することが知られており、
さらに、Ｎｉ基軟磁性合金粉末としてはＮｉ：３５〜８５％を含有し、必要に応じてＭｏ：５％以下、Ｃｕ：５％以下、Ｃｒ：２％以下、Ｍｎ：０．５％以下の内の１種または２種以上を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるニッケル基軟磁性合金粉末（例えば、Ｆｅ−７９％Ｎｉ粉末）を使用することが知られており、さらに、
Ｆｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末としてはＣｏ：１０〜６０％を含有し、必要に応じてＶ：０．１〜３％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるＦｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末（以上、％は質量％を示す。）を使用することが知られている。

これら軟磁性粉末は、その表面に絶縁性皮膜を形成して絶縁皮膜被覆軟磁性粉末を作製し、この絶縁皮膜被覆軟磁性粉末を樹脂で固めて複合軟磁性材を作製し使用されることが多い。この絶縁皮膜被覆軟磁性粉末としては、前記軟磁性粉末を高温酸化処理することにより表面に酸化膜を形成した酸化膜被覆軟磁性粉末、軟磁性粉末にリン酸処理を施すことにより表面にリン酸皮膜を形成したリン酸皮膜被覆軟磁性粉末、軟磁性粉末にスチーム処理を施すことにより表面に絶縁性の水酸化膜を形成した水酸化膜被覆軟磁性粉末が知られており、これらの絶縁皮膜被覆軟磁性粉末の中でも純鉄粉末の表面にリン酸皮膜を形成したリン酸被覆軟磁性粉末を使用する場合が多い。

この絶縁皮膜被覆軟磁性粉末を樹脂で固めて複合軟磁性材を作製する方法として、絶縁皮膜被覆軟磁性粉末に粒度：１〜１００μｍの熱可塑性化合物であるポリフェニレンスルフィド樹脂粉末：０．２〜１０質量％および粒度：１〜１００μｍのステアリン酸粉末：０．０５〜１質量％を添加混合して得られた混合樹脂粉末を温度：５０〜９０℃に加熱された金型に充填し、圧縮成形することにより成形体を作製し、得られた成形体を窒素雰囲気中、温度：２００〜２７０℃で焙焼することによりステアリン酸を除去し、さらに窒素雰囲気中、温度：２８５〜３１０℃に加熱することにより作製する方法が知られている（特許文献１参照）。

前記絶縁皮膜被覆軟磁性粉末をポリフェニレンスルフィド樹脂で固めて複合軟磁性材を作製する方法は、ポリフェニレンスルフィド樹脂は融点が高く、耐熱性に優れ、高温領域下でも良好な耐熱性および絶縁性を有するところから、優れた複合軟磁性材を提供することができるが、ポリフェニレンスルフィド樹脂は２００℃以上の融点を有して成形性が悪い。そのために、ポリフェニレンスルフィド樹脂粉末にポリアミド樹脂粉末：１〜９９％を添加して混合樹脂粉末を作製し、この混合樹脂粉末：０．１〜３質量％を絶縁皮膜被覆軟磁性粉末に添加して混合した混合粉末を圧縮成形することにより成形体を作製し、得られた成形体を窒素雰囲気中、温度：２５０〜４５０℃で焼成することにより複合軟磁性材料を作製する方法が提案されている（特許文献２参照）。
特表２００１‐５０４２８３号公報特開２００３‐１８３７０２号公報

しかし、前記ポリフェニレンスルフィド樹脂粉末＋ステアリン酸粉末からなる混合樹脂粉末またはポリフェニレンスルフィド樹脂粉末＋ポリアミド樹脂粉末からなる混合樹脂粉末に絶縁皮膜被覆軟磁性粉末に添加して混合した原料混合粉末を用いて作製した複合軟磁性材は、低温で焼成すると十分な抗折強度が得られないところから可能な限り高温で焼成する必要があるが、高温で焼成して抗折強度を向上させようとすると、得られた複合磁性材の比抵抗が低下するという欠点があった。

そこで、本発明者等は、一層の高強度でかつ高比抵抗を有する複合軟磁性材を製造すべく研究を行った結果、
平均粒径：１〜１００μｍのポリイミド樹脂粉末：０．０５〜１質量％、平均粒径：１〜２０μｍの微細アミド系ワックス粉末：０．００２〜０．１質量％を含有し、残部が軟磁性粉末の表面に絶縁性皮膜を形成してなる絶縁皮膜被覆軟磁性粉末からなる配合組成を有する原料混合粉末は成形性がよく、この原料混合粉末を温度：６０〜１１０℃に加熱し、この加熱された原料混合粉末を温度：１００〜１５０℃に加熱された金型に充填し、成形圧力：７００〜１２００ＭＰａで圧粉成形し、得られた成形体を温度：２２５〜３００℃で焼成して得られた複合軟磁性材は、前記従来の複合軟磁性材に比べて強度および比抵抗が格段に向上する、という研究結果が得られたのである。

この発明は、かかる研究結果に基づいてなされたものであって、
（１）平均粒径：１〜１００μｍのポリイミド樹脂粉末：０．０５〜１質量％、平均粒径：１〜２０μｍの微細アミド系ワックス粉末：０．００２〜０．１質量％を含有し、残部が軟磁性粉末の表面に絶縁性皮膜を形成してなる絶縁皮膜被覆軟磁性粉末からなる配合組成を有する原料混合粉末を温度：６０〜１１０℃に加熱し、この加熱された原料混合粉末を温度：１００〜１５０℃に加熱された金型に充填し、成形圧力：７００〜１２００ＭＰａで圧粉成形し、得られた成形体を温度：２２５〜３００℃で焼成する高強度および高比抵抗を有する複合軟磁性材の製造方法、に特徴を有するものである。

前記軟磁性粉末の表面に絶縁性皮膜を形成してなる絶縁皮膜被覆軟磁性粉末は、純鉄粉末の表面にリン酸皮膜を形成した純鉄粉末が一般に最も多く使用されている。したがって、この発明は、
（２）平均粒径：１〜１００μｍのポリイミド樹脂粉末：０．０５〜１質量％、平均粒径：１〜２０μｍの微細アミド系ワックス粉末：０．００２〜０．１質量％を含有し、残部が純鉄粉末の表面にリン酸皮膜を形成してなるリン酸皮膜被覆鉄粉末からなる配合組成を有する原料混合粉末を温度：６０〜１１０℃に加熱し、この加熱された原料混合粉末を温度：１００〜１５０℃に加熱された金型に充填し、成形圧力：７００〜１２００ＭＰａで圧粉成形し、得られた成形体を温度：２２５〜３００℃で焼成する高強度および高比抵抗を有する複合軟磁性材の製造方法、に特徴を有するものである。

従来の複合軟磁性材に比べて強度および比抵抗の高い複合軟磁性材を製造することができる。

この発明の複合軟磁性材の製造方法で使用する原料混合粉末に含まれるポリイミド樹脂粉末としては、全芳香族ポリイミド樹脂粉末、ビスマレイド系ポリイミド樹脂粉末、付加型ポリイミド樹脂粉末などを使用することができ、その粉末の平均粒径は１〜１００μｍ（好ましくは、１０〜８０μｍ、さらに一層好ましくは１０〜５０μｍ）の範囲内にあることが好ましい。その理由は、平均粒径が１μｍ未満のポリイミド樹脂粉末を作ることは難しいからであり、一方、平均粒径が１００μｍを越えるポリイミド樹脂粉末を使用すると十分な強度および比抵抗が得られないからである。そして、原料混合粉末に含まれるポリイミド樹脂粉末の含有量は０．０５〜１質量％（一層好ましくは、０．１〜０．５質量％）の範囲内にあることが好ましい。その理由は、原料混合粉末に含まれるポリイミド樹脂粉末の含有量が０．０５質量％未満では十分な比抵抗を確保することができないからであり、一方、１質量％を越えて含有すると、密度が低下し、磁束密度および透磁率の低下を招くので好ましくないからである。
原料混合粉末には、ポリイミド樹脂粉末のほかに滑剤として平均粒径：１〜２０μｍ（好ましくは、１〜１０μｍ）の微細なアミド系ワックス粉末を０．００２〜０．１質量％（好ましくは、０．００４〜０．０５質量％）添加する必要がある。このアミド系ワックスとしてエチレンビスステアロイドアミド、エチレンビスラウルアミド、メチレンビスステアロイドなどの単体またはこれらの混合体を使用することができる。
アミド系ワックス粉末は、ポリイミド樹脂粉末とともに添加することにより、ポリイミド樹脂の充填性を改善して大きな三重点の生成を減少させ、成形時に樹脂が三重点に押し出されることによる粉末粒界での膜切れを防止し、もって成形体の密度を向上させる作用を有するが、原料混合粉末に含まれるアミド系ワックス粉末の含有量が０．００２質量％未満では十分な流動性を確保することができず、一方、０．１質量％を越えて含有すると、複合軟磁性材の強度が低下するので好ましくない。したがって、原料混合粉末に含まれるアミド系ワックス粉末の量は０．００２〜０．１質量％に定めた。原料混合粉末に添加するアミド系ワックス粉末の平均粒径は１〜２０μｍの範囲内にあることが好ましい。その理由は、平均粒径が１μｍ未満のアミド系ワックス粉末を作ることは難しいからであり、一方、平均粒径が２０μｍを越えると流動性を確保するのに必要な添加量が多くなりすぎて十分な強度が得られなくなるからである。
かかる配合組成を有する原料混合粉末は、温度：６０〜１１０℃に加熱したのち、温度：１００〜１５０℃に加熱された金型に充填され、圧縮成形される。金型を１００〜１５０℃に加熱する理由は、コロイド状の潤滑剤を金型の壁面に塗布した場合、潤滑剤に含まれる水分が蒸発して固体状の潤滑剤が金型の壁面に付着させるためである。したがって、金型の加熱温度は１００℃以上であることが必要であるが、１５０℃を越える必要は無い。この加熱された金型に充填する原料混合粉末が６０℃未満であると、成形体密度が上がらないので好ましくなく、一方、原料混合粉末の温度が１１０℃を越えると流動性の低下が生じるので好ましくない。したがって金型に充填する原料混合粉末の温度は６０〜１１０℃に加熱したのである。

かかる金型に充填された原料混合粉末を７００〜１２００ＭＰａで圧縮成形するのは、圧縮成形圧力が７００ＭＰａ未満では十分な密度が得られないからであり、一方、１２００ＭＰａを越えると比抵抗の低下が生じるので好ましくないからである。
圧縮成形して得られた成形体は、大気中、温度：２２５〜３００℃に３０〜６０分間保持することにより焼成する。この温度で焼成することにより高強度および高比抵抗を有する複合軟磁性材が得られる。またこの温度で焼成することにより軟磁性粉末の歪みが除去され、軟磁性磁気特性が回復する。前記焼成温度を２２５〜３００℃に限定したのは、２２５℃未満では樹脂の硬化が不十分であるために十分な強度が得られないので好ましくなく、一方、３００℃を越えると樹脂の分解による強度の低下および比抵抗の低下が生じるので好ましくない理由によるものである。
この発明のポリイミド樹脂粉末を使用した複合軟磁性材の製造方法によると、従来のポリフェニレンスルフィド樹脂粉末を使用した製造方法に比べて高強度および高比抵抗を有する複合軟磁性材が得られる。その理由として、ポリフェニレンスルフィド樹脂は変形性に劣る樹脂であるから、７００〜１２００ＭＰａで圧縮成形する時に絶縁皮膜被覆軟磁性粉末の絶縁皮膜を損傷し、そのために比抵抗が低下するものと考えられる。一方、ポリアミド樹脂の割合が多いと、ポリアミド樹脂は柔らかすぎて絶縁皮膜被覆軟磁性粉末と絶縁皮膜被覆軟磁性粉末の間に形成される絶縁皮膜の膜切れが起こり、そのために比抵抗が低下するものと考えられる。

実施例
原料として、純鉄粉末にリン酸処理を施すことによりリン酸皮膜を形成してなる平均粒径：８０μｍを有する市販のリン酸皮膜被覆鉄粉末を用意し、さらに表１に示される平均粒径を有する付加型ポリイミド樹脂粉末およびエチレンビスステアロイドアミド粉末を用意した。このリン酸皮膜被覆鉄粉末に付加型ポリイミド樹脂粉末およびエチレンビスステアロイドアミド粉末を表１に示される割合で添加し、大気中で混合することにより表１に示される配合組成の原料混合粉末Ａ〜Ｒを作製した。

この原料混合粉末Ａ〜Ｒを表２〜３に示される温度に加熱した。さらに、安息香酸ナトリウム：１％、リン酸水素２カリウム：１％を含む水溶液を表２〜３に示される温度に加熱された金型の壁面にスプレーで塗布し乾燥させた後、前記加熱された原料混合粉末Ａ〜Ｒを表２〜３に示される温度に加熱された金型に充填し、表２〜３に示される圧力で圧縮成形することにより成形体を作製し、ついでこの成形体を大気中、表２〜３に示される温度に表２〜３に示される時間保持の加熱を行って本発明法１〜１２および比較法１〜１３を実施することにより縦：５mm、横：１０mm、長さ：６０mmの寸法を有する複合軟磁性試験片を作製した。
この複合軟磁性試験片を用い、室温における抗折強度、密度、比抵抗および磁束密度を測定し、その測定結果を表２〜３に示した。

従来例
実施例で用意したリン酸皮膜被覆鉄粉末に平均粒径：３０μｍのポリフェニレンスルフィド樹脂粉末：１質量％および平均粒径：３０μｍのステアリン酸粉末：０．２質量％を添加混合して得られた原料混合粉末を温度：７０℃に加熱された金型に充填し、圧縮成形することにより成形体を作製し、得られた成形体を窒素雰囲気中、温度：２３０℃で焙焼することによりステアリン酸を除去し、さらに窒素雰囲気中、温度：３００℃に加熱し、複合軟磁性試験片を作製することにより従来法１を実施した。

さらに、実施例で用意したリン酸皮膜被覆鉄粉末に平均粒径：１８μｍのポリフェニレンスルフィド樹脂粉末：５０質量％、ポリアミド樹脂粉末：５０質量％を添加して混合樹脂粉末を作製し、この混合樹脂粉末：１．５質量％をリン酸皮膜形成鉄粉末に添加して混合して原料混合粉末を作製し、得られた原料混合粉末を圧縮成形することにより成形体を作製し、得られた成形体を窒素雰囲気中、温度：３００℃で焼成して複合軟磁性試験片を作製することにより従来法２を実施した。従来法１〜２で得られたこれら複合軟磁性試験片を用い、室温における抗折強度、密度、比抵抗および磁束密度を測定し、その測定結果を表２〜３に示した。

表２〜３に示される結果から、本発明法１〜１２で作製した軟磁性試験片は、従来法１〜２で作製した軟磁性試験片に比べて優れた軟磁性磁気特性を有することが分かる。また、この発明の条件から外れた比較法１〜１４で作製した軟磁性試験片は一部好ましくない特性が現れることがわかる。

Claims

平均粒径：１〜１００μｍのポリイミド樹脂粉末：０．０５〜１質量％、平均粒径：１〜２０μｍの微細アミド系ワックス粉末：０．００２〜０．１質量％を含有し、残部が軟磁性粉末の表面に絶縁性皮膜を形成してなる絶縁皮膜被覆軟磁性粉末からなる配合組成を有する原料混合粉末を温度：６０〜１１０℃に加熱し、この加熱された原料混合粉末を温度：１００〜１５０℃に加熱された金型に充填し、成形圧力：７００〜１２００ＭＰａで圧縮成形し、得られた成形体を温度：２２５〜３００℃で焼成することを特徴とする高強度および高比抵抗を有する複合軟磁性材の製造方法。
前記絶縁皮膜被覆軟磁性粉末は、純鉄粉末の表面にリン酸皮膜を形成したリン酸皮膜被覆鉄粉末であることを特徴とする複合軟磁性材。
請求項１または２記載の方法で製造したことを特徴とする高強度および高比抵抗を有する複合軟磁性材。