JP2006135164A - Soft magnetic material and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、軟磁性材料およびその製造方法に関し、より特定的には、成形密度を向上することのできる軟磁性材料およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a soft magnetic material and a method for manufacturing the same, and more particularly to a soft magnetic material capable of improving a molding density and a method for manufacturing the same.
電磁弁、モータ、または電気回路などを有する電気機器には、軟磁性材料が使用されている。この軟磁性材料は、複数の複合磁性粒子よりなっており、複合磁性粒子は、たとえば純鉄からなる金属磁性粒子と、その表面を被覆するたとえばリン酸塩からなる絶縁被膜とを有している。軟磁性材料には、小さな磁場の印加で大きな磁束密度を得ることができる磁気特性と、外部からの磁界に対して敏感に反応できる磁気特性が求められる。 A soft magnetic material is used for an electric device having a solenoid valve, a motor, or an electric circuit. This soft magnetic material is composed of a plurality of composite magnetic particles, and the composite magnetic particles have, for example, metal magnetic particles made of pure iron and an insulating coating made of, for example, phosphate covering the surface thereof. . Soft magnetic materials are required to have a magnetic property that can provide a large magnetic flux density by applying a small magnetic field and a magnetic property that can react sensitively to an external magnetic field.
この軟磁性材料を用いて作製した圧粉磁心を交流磁場で使用した場合、鉄損と呼ばれるエネルギー損失が生じる。この鉄損は、ヒステリシス損失と渦電流損失との和で表される。ヒステリシス損失は、軟磁性材料の磁束密度を変化させるために必要なエネルギーによって生じるエネルギー損失であり、渦電流損失は、主として軟磁性材料を構成する金属磁性粒子間を流れる渦電流によって生じるエネルギー損失である。ヒステリシス損失は動作周波数に比例し、渦電流損失は動作周波数の2乗に比例する。そのため、ヒステリシス損失は主に低周波領域において支配的になり、渦電流損失は主に高周波領域において支配的になる。 When a dust core made of this soft magnetic material is used in an alternating magnetic field, an energy loss called iron loss occurs. This iron loss is represented by the sum of hysteresis loss and eddy current loss. Hysteresis loss is energy loss caused by energy required to change the magnetic flux density of soft magnetic material, and eddy current loss is energy loss caused mainly by eddy current flowing between the metal magnetic particles constituting the soft magnetic material. is there. Hysteresis loss is proportional to the operating frequency, and eddy current loss is proportional to the square of the operating frequency. For this reason, hysteresis loss is predominant in the low frequency region, and eddy current loss is predominant in the high frequency region.
圧粉磁心にはこの鉄損の発生を小さくする磁気的特性、すなわち高い交流磁気特性が求められる。これを実現するためには、軟磁性材料の透磁率μ、飽和磁束密度Bsおよび電気抵抗率ρを大きくし、軟磁性材料の保磁力Hcを小さくすることが求められる。従来の軟磁性材料の原料である純鉄は磁気異方性を有しているため、磁壁の移動や回転磁化が困難であり、透磁率μが小さい。そのため純鉄からなる軟磁性材料の交流磁気特性を向上させるには限界があった。 The dust core is required to have magnetic characteristics that reduce the occurrence of iron loss, that is, high AC magnetic characteristics. In order to realize this, it is required to increase the magnetic permeability μ, the saturation magnetic flux density B s, and the electrical resistivity ρ of the soft magnetic material and to reduce the coercive force H c of the soft magnetic material. Since pure iron, which is a raw material for conventional soft magnetic materials, has magnetic anisotropy, it is difficult to move and rotate the domain wall, and the permeability μ is small. For this reason, there is a limit to improving the AC magnetic properties of soft magnetic materials made of pure iron.
圧粉磁心の交流磁気特性を向上させる方法として、純鉄と比較して透磁率μおよび電気抵抗率ρが大きく、保磁力Hcが小さいFe−Si合金やFe−Al合金などの合金粒子を用いて軟磁性材料を製造する方法が考えられる。しかし、これらの合金粒子の硬度は純鉄のそれに比べて大きいため、合金粒子を用いて製造した軟磁性材料は成形性が悪く、その結果、得られる成形体の密度が低いという問題があった。そして、成形体の成形密度が低い結果、飽和磁束密度の低下を招いていた。 As a method for improving the AC magnetic characteristics of the dust core, alloy particles such as Fe—Si alloy and Fe—Al alloy having a larger magnetic permeability μ and electric resistivity ρ and a smaller coercive force H c than pure iron are used. A method for producing a soft magnetic material by using the same can be considered. However, since the hardness of these alloy particles is larger than that of pure iron, the soft magnetic material produced using the alloy particles has poor moldability, and as a result, there is a problem that the density of the obtained molded body is low. . As a result of the low molding density of the compact, the saturation magnetic flux density has been reduced.
ここで、合金粒子を用いた軟磁性材料に関する技術が、たとえば特開平6−236808号公報(特許文献1)および特公平6−82577号公報(特許文献2)に開示されている。特許文献1には、粒径200μm以下で、その表面に酸化皮膜を有するセンダストおよびFe−Si系合金のうちから選ばれた1種または2種の鉄合金粉と、粒径200μm以下の高圧縮性軟磁性金属粉とを所定の割合で混合した混合物、または、上記鉄合金粉と、上記高圧縮性軟磁性金属粉および平均粒径5μm以下のソフトフェライト粉とを所定の割合で混合した混合物を、バインダーを介して結合させてなることを特徴とする酸化物磁性材料が開示されている。
Here, technologies relating to soft magnetic materials using alloy particles are disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-236808 (Patent Document 1) and Japanese Patent Publication No. 6-82577 (Patent Document 2).
また、特許文献2には、水アトマイズ法で製造したFe−Si系合金圧粉磁心であって、平均粒径が10〜100μmで、Siおよび酸素を所定の割合で含有し、残部が実質的にFeよりなる合金粉末を用いることを特徴とする圧粉磁心が開示されている。
しかしながら、上記特許文献1および2で得られる酸化物磁性材料および圧粉磁心は、いずれも成形体の成形密度が低く、上記問題を解決することはできなかった。特に特許文献1には、得られた成形体の密度がいずれも6.0未満であったことが記載されている。
However, both of the oxide magnetic material and the dust core obtained in
したがって、本発明の目的は、成形体の成形密度を向上することで、高い飽和磁束密度Bsを有する軟磁性材料およびその製造方法を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a soft magnetic material having a high saturation magnetic flux density B s and a method for producing the same by improving the molding density of the compact.
本発明の軟磁性材料は、複数の第1複合磁性粒子と複数の第2複合磁性粒子とを備えている。複数の第1複合磁性粒子は、合金粒子と、合金粒子の表面を取り囲む絶縁被膜とを有しており、含有量が65質量%以上85質量%以下である。複数の第2複合磁性粒子は、高圧縮性軟磁性粒子と、高圧縮性軟磁性粒子を取り囲む絶縁被膜とを有しており、含有量が15質量%以上35質量%以下である。合金粒子の平均粒径は3μm以上300μm以下である。高圧縮性軟磁性粒子の平均粒径は3μm以上300μm以下であり、かつ合金粒子の平均粒径以下である。 The soft magnetic material of the present invention includes a plurality of first composite magnetic particles and a plurality of second composite magnetic particles. The plurality of first composite magnetic particles have alloy particles and an insulating coating surrounding the surface of the alloy particles, and the content is 65% by mass or more and 85% by mass or less. The plurality of second composite magnetic particles have high-compressibility soft magnetic particles and an insulating coating surrounding the high-compression soft magnetic particles, and the content is 15% by mass or more and 35% by mass or less. The average particle size of the alloy particles is 3 μm or more and 300 μm or less. The average particle size of the highly compressible soft magnetic particles is 3 μm or more and 300 μm or less, and less than the average particle size of the alloy particles.
本発明の軟磁性材料の製造方法は、合金粒子の表面に絶縁被膜が形成された形態を有する複数の第1複合磁性粒子を作製する工程と、高圧縮性軟磁性粒子の表面に絶縁被膜が形成された形態を有する複数の第2複合磁性粒子を作製する工程と、含有量が65質量%以上85質量%以下である第1複合磁性粒子と、含有量が15質量%以上35質量%以下である第2複合磁性粒子とを混合した混合粉末を作製する混合粉末作製工程とを備えている。合金粒子の平均粒径は3μm以上300μm以下であり、高圧縮性軟磁性粒子の平均粒径は3μm以上300μm以下であり、かつ合金粒子の平均粒径以下である。 The method for producing a soft magnetic material of the present invention includes a step of producing a plurality of first composite magnetic particles having a form in which an insulating coating is formed on the surface of an alloy particle, and an insulating coating on the surface of the highly compressible soft magnetic particle. A step of producing a plurality of second composite magnetic particles having a formed form, a first composite magnetic particle having a content of 65% by mass to 85% by mass, and a content of 15% by mass to 35% by mass And a mixed powder production step of producing a mixed powder obtained by mixing the second composite magnetic particles. The average particle size of the alloy particles is 3 μm or more and 300 μm or less, the average particle size of the highly compressible soft magnetic particles is 3 μm or more and 300 μm or less, and is less than the average particle size of the alloy particles.
本発明の軟磁性材料およびその製造方法によれば、純鉄に比べて磁気特性に優れている合金粒子を第1複合磁性粒子は有している。第1複合磁性粒子の含有量を65質量%以上とすることで、純鉄を絶縁被膜で被覆した複合磁性粒子のみによって構成される軟磁性材料では到達することのできない高い交流磁気特性を得ることができる。また、高圧縮性軟磁性粒子は合金粒子に比べて成形性に優れているため、第2複合磁性粒子の含有量を15質量%以上とすることで、複数の第1複合磁性粒子の隙間を第2複合磁性粒子で十分に埋めることができる。これにより、軟磁性材料の成形性を改善することができ、軟磁性材料の成形体の成形密度を向上することができる。その結果、高い飽和磁束密度Bsを有する軟磁性材料が得られる。 According to the soft magnetic material and the method for producing the same of the present invention, the first composite magnetic particles have alloy particles that are superior in magnetic properties as compared with pure iron. By setting the content of the first composite magnetic particles to 65% by mass or more, high AC magnetic characteristics that cannot be achieved by a soft magnetic material composed only of composite magnetic particles coated with pure iron with an insulating coating are obtained. Can do. In addition, since the highly compressible soft magnetic particles are excellent in moldability as compared with the alloy particles, by setting the content of the second composite magnetic particles to 15% by mass or more, gaps between the plurality of first composite magnetic particles are formed. The second composite magnetic particles can be sufficiently filled. Thereby, the moldability of the soft magnetic material can be improved, and the molding density of the molded body of the soft magnetic material can be improved. As a result, a soft magnetic material having a high saturation magnetic flux density B s can be obtained.
また、合金粒子および高圧縮性軟磁性粒子の平均粒径を3μm以上とすることで、粒子が酸化されにくくなるため、軟磁性材料の磁気的特性の低下を抑止できる。また、合金粒子および高圧縮性軟磁性粒子の平均粒径を300μm以下とすることで、成形時に混合粉末の圧縮性が低下することを抑止できる。これにより、成形工程によって得られた成形体の密度が低下せず、取り扱いが困難になることを防ぐことができる。 Moreover, since the particle | grains become difficult to oxidize by making the average particle diameter of an alloy particle and a highly compressible soft-magnetic particle into 3 micrometers or more, the fall of the magnetic characteristic of a soft-magnetic material can be suppressed. Moreover, it can suppress that the compressibility of mixed powder falls at the time of shaping | molding because the average particle diameter of an alloy particle and a highly compressible soft magnetic particle shall be 300 micrometers or less. Thereby, it can prevent that the density of the molded object obtained by the formation process does not fall, and handling becomes difficult.
さらに、高圧縮性軟磁性粒子の平均粒径を合金粒子の平均粒径以下とすることで、高圧縮性軟磁性粒子の表面積が増加し、15質量%以上35質量%以下の含有量であっても高圧縮性軟磁性粒子が合金粒子を囲んだ状態を実現することができる。 Furthermore, by making the average particle size of the highly compressible soft magnetic particles equal to or less than the average particle size of the alloy particles, the surface area of the highly compressible soft magnetic particles is increased, and the content is 15% by mass or more and 35% by mass or less. However, it is possible to realize a state in which the highly compressible soft magnetic particles surround the alloy particles.
なお、本明細書中において「合金粒子」とは、Fe−Si合金,Fe−Ni合金,Fe−Co合金,Fe−Al合金,およびFe−Al−Si合金であって、かつSiを含有する場合にはSi含有量が2.5質量%を超えるか、あるいはAlを含有する場合にはAl含有量が6質量%を超える合金の粒子を含む意味である。 In the present specification, “alloy particles” are Fe—Si alloys, Fe—Ni alloys, Fe—Co alloys, Fe—Al alloys, and Fe—Al—Si alloys, and contain Si. In some cases, the Si content exceeds 2.5% by mass, or when Al is included, it means that the alloy contains particles having an Al content exceeding 6% by mass.
また、本明細書中において「高圧縮性軟磁性粒子」とは、純鉄、Si含有量が2.5質量%以下のFe−Si合金、およびAl含有量が6%以下のFe−Al合金よりなる粒子を含む意味である。 In the present specification, “highly compressible soft magnetic particles” means pure iron, an Fe—Si alloy having an Si content of 2.5% by mass or less, and an Fe—Al alloy having an Al content of 6% or less. It is meant to include the particles.
本発明の軟磁性材料において好ましくは、含有量が0.01質量%以上0.3質量%以下の有機物および含有量が0.001質量%以上0.1質量%以下の無機物のうち少なくともいずれか一方をさらに備えている。 In the soft magnetic material of the present invention, preferably, the organic substance has a content of 0.01% by mass to 0.3% by mass and the inorganic substance has a content of 0.001% by mass to 0.1% by mass. One is further provided.
これにより、有機物または無機物が第1および第2複合磁性粒子の間に介在している状態になる。有機物の含有量を0.01質量%以上とすることにより、加圧成形時の応力を受けて有機物がたわみ、第1および第2複合磁性粒子の間で潤滑剤として機能する。また、成形後に熱処理を行なう場合には、熱によって有機物が軟化し、第1および第2複合磁性粒子の間の隙間に入り込むことで、合金粒子および高圧縮性軟磁性粒子の間の絶縁性を高めることができる。一方、有機物の含有量を0.3質量%以下とすることにより、軟磁性材料の磁性体部分の密度が高くなるので、交流磁気特性を高く保つことができる。 Thereby, an organic substance or an inorganic substance is interposed between the first and second composite magnetic particles. By setting the content of the organic substance to 0.01% by mass or more, the organic substance bends under stress during pressure molding, and functions as a lubricant between the first and second composite magnetic particles. Further, when heat treatment is performed after molding, the organic matter is softened by heat and enters the gap between the first and second composite magnetic particles, thereby providing insulation between the alloy particles and the highly compressible soft magnetic particles. Can be increased. On the other hand, when the content of the organic substance is 0.3% by mass or less, the density of the magnetic part of the soft magnetic material is increased, so that the AC magnetic characteristics can be kept high.
また、無機物の含有量を0.001質量%以上とすることにより、加圧成形時の応力を受けて無機物がへき開面に沿って破壊され、第1および第2複合磁性粒子の間で潤滑性を向上させる役割を果たす。これにより、成形体の成形密度を一層高めることができ、高い飽和磁束密度Bsを有する軟磁性材料を得ることができる。一方、無機物の含有量を0.1質量%以下とすることで、軟磁性材料に占める無機物の割合が大きくなりすぎて成形密度が低下することを防止できる。 In addition, when the content of the inorganic substance is 0.001% by mass or more, the inorganic substance is broken along the cleavage plane due to the stress during pressure molding, and lubricity between the first and second composite magnetic particles Play a role to improve. Thus, molding density of the molded body can be further enhanced, it is possible to obtain a soft magnetic material having a high saturation magnetic flux density B s. On the other hand, when the content of the inorganic substance is 0.1% by mass or less, it is possible to prevent the molding density from being lowered due to an excessively large proportion of the inorganic substance in the soft magnetic material.
本発明の軟磁性材料において好ましくは、合金粒子の平均粒径に対する高圧縮性軟磁性粒子の平均粒径の比が0.4以上1.0以下である。これにより、軟磁性材料の圧縮成形性が増し、成形密度を一層向上することができる。 In the soft magnetic material of the present invention, the ratio of the average particle size of the highly compressible soft magnetic particles to the average particle size of the alloy particles is preferably 0.4 or more and 1.0 or less. Thereby, the compression moldability of the soft magnetic material is increased, and the molding density can be further improved.
本発明の軟磁性材料において好ましくは、高圧縮性軟磁性粒子は、純鉄、Si含有量が2.5質量%以下のFe−Si合金、およびAl含有量が6%以下のFe−Al合金からなる群より選ばれる少なくも1種以上を含んでいる。これらの物質は高圧縮性軟磁性粒子として適している。 In the soft magnetic material of the present invention, preferably, the highly compressible soft magnetic particles are pure iron, an Fe—Si alloy having an Si content of 2.5% by mass or less, and an Fe—Al alloy having an Al content of 6% or less. At least one selected from the group consisting of: These materials are suitable as highly compressible soft magnetic particles.
本発明の軟磁性材料の製造方法において好ましくは、800℃以上1400℃以下で合金粒子を熱処理する合金粒子熱処理工程をさらに備えている。 Preferably, the method for producing a soft magnetic material of the present invention further includes an alloy particle heat treatment step of heat treating the alloy particles at 800 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower.
800℃以上の温度で合金粒子を熱処理することで、合金粒子の内部に存在する多数の歪み(転位、欠陥)を十分に解消することができ,軟磁性材料の磁気特性をさらに向上することができる。また、1400℃以下の温度で熱処理することで、合金粒子同士が焼結して固まることを防止することができる。 By heat-treating the alloy particles at a temperature of 800 ° C. or higher, many strains (dislocations and defects) existing inside the alloy particles can be sufficiently eliminated, and the magnetic properties of the soft magnetic material can be further improved. it can. Moreover, it can prevent that alloy particles sinter and solidify by heat-processing at the temperature of 1400 degrees C or less.
本発明の軟磁性材料の製造方法において好ましくは、980MPa以上の圧力で混合粉末を加圧成形して成形体を作製する工程と、成形体を熱処理する成形体熱処理工程とをさらに備えている。 Preferably, the method for producing a soft magnetic material of the present invention further includes a step of pressure-molding the mixed powder at a pressure of 980 MPa or more to produce a molded body, and a molded body heat treatment step of heat-treating the molded body.
980MPa以上の圧力で加圧成形することで、軟磁性材料を高密度化することができる。その結果、飽和磁束密度Bsを向上させることができ、交流磁気特性を向上させることができる。また、成形体を熱処理することで、加圧によって生じる合金粒子の歪みを解消することができる。 By press molding at a pressure of 980 MPa or more, the soft magnetic material can be densified. As a result, the saturation magnetic flux density B s can be improved, and the AC magnetic characteristics can be improved. Moreover, the distortion of the alloy particles caused by pressurization can be eliminated by heat-treating the compact.
本発明の軟磁性材料の製造方法において好ましくは、成形体熱処理工程において、第1複合磁性粒子の絶縁被膜の熱分解温度および第2複合磁性粒子の絶縁被膜の熱分解温度のうちいずれか低い方の温度未満の温度であって、300℃以上の温度で成形体を熱処理する。 Preferably, in the method for producing a soft magnetic material of the present invention, in the compact heat treatment step, the lower one of the thermal decomposition temperature of the insulating coating of the first composite magnetic particles and the thermal decomposition temperature of the insulating coating of the second composite magnetic particles. The molded body is heat-treated at a temperature lower than the temperature of 300 ° C. or higher.
これにより、絶縁被膜の熱分解によって渦電流損が増大することを抑止しつつ、圧縮成形によって生じる合金粒子の歪みを十分に解消することができる。 Thereby, distortion of the alloy particles caused by compression molding can be sufficiently eliminated while suppressing increase in eddy current loss due to thermal decomposition of the insulating coating.
本発明の軟磁性材料およびその製造方法によれば、成形体の成形密度を向上することができ、それによって高い飽和磁束密度Bsを有する軟磁性材料を得ることができる。 According to the soft magnetic material and the method for producing the same of the present invention, the molding density of the molded body can be improved, whereby a soft magnetic material having a high saturation magnetic flux density B s can be obtained.
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における軟磁性材料を用いて作製された成形体を拡大して示す模式図である。図1を参照して、本実施の形態の軟磁性材料は、2種類の複合磁性粒子30a,30bと、有機物40とを備えている。複数の複合磁性粒子30a,30bの各々の間に有機物40が介在している。第1複合磁性粒子としての複合磁性粒子30aは、合金粒子10aと、絶縁被膜20aとを有している。合金粒子10aの表面を取り囲むように絶縁被膜20aが形成されている。また、第2複合磁性粒子としての複合磁性粒子30bは、高圧縮性軟磁性粒子10bと、絶縁被膜20bとを有している。高圧縮性軟磁性粒子10bの表面を取り囲むように絶縁被膜20bが形成されている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an enlarged schematic diagram showing a molded body produced using the soft magnetic material in
軟磁性材料における複合磁性粒子30aの割合(含有量)は、65質量%以上85質量%以下である。また、軟磁性材料における複合磁性粒子30bの割合(含有量)は、15質量%以上35質量%以下である。また、有機物40の割合(含有量)は0.01質量%以上0.3質量%以下である。
The ratio (content) of the composite
合金粒子10aの平均粒径は3μm以上300μm以下である。また、高圧縮性軟磁性粒子10bの平均粒径は3μm以上300μm以下であり、合金粒子10aの平均粒径以下となっている。また、合金粒子10aの平均粒径に対する高圧縮性軟磁性粒子10bの平均粒径の比は0.4以上1.0以下であることが好ましい。
The average particle diameter of the
なお、平均粒径とは、ふるい法によって測定した粒径のヒストグラム中、粒径の小さい方からの質量の和が総質量の50%に達する粒子の粒径、つまり50%粒径Dをいう。 The average particle diameter means the particle diameter of particles in which the sum of masses from the smaller particle diameter reaches 50% of the total mass in the histogram of particle diameters measured by the sieving method, that is, 50% particle diameter D. .
合金粒子10aは、たとえばFe−Si合金,Fe−Ni合金,Fe−Co合金,Fe−Al合金,またはFe−Al−Si合金であって、かつSiを含有する場合にはこれら合金におけるSiの割合(Si含有量)が2.5質量%を超えるか、あるいはAlを含有する場合にはAl含有量が6質量%を超える合金よりなっている。また、高圧縮性軟磁性粒子10bは、たとえば純鉄や、合金におけるSiの占める割合(Si含有量)が2.5質量%以下のFe−Si合金や、合金におけるAlの占める割合(Al含有量)が6%以下のFe−Al合金などよりなっている。
The
なお、合金粒子は、上記の材料からなっているものに限定されるものではなく、上記の材料とほぼ同等の磁気的性質を有している材料であればよい。また、高圧縮性軟磁性粒子は、上記の材料からなっているものに限定されるものではなく、上記の材料とほぼ同等の磁気的性質および成形性を有している材料であればよい。 The alloy particles are not limited to those made of the above materials, and may be any material having magnetic properties substantially equivalent to those of the above materials. Further, the highly compressible soft magnetic particles are not limited to those made of the above-described materials, and may be any materials having substantially the same magnetic properties and moldability as the above-mentioned materials.
絶縁被膜20aおよび絶縁被膜20bは、合金粒子10aおよび高圧縮性軟磁性粒子10b間の絶縁層として機能する。合金粒子10aを絶縁被膜20aで覆い、高圧縮性軟磁性粒子10bを絶縁被膜20bで覆うことによって、軟磁性材料の電気抵抗率ρを大きくすることができる。これにより、合金粒子10aおよび高圧縮性軟磁性粒子10b間に渦電流が流れるのを抑制して、渦電流損に起因する軟磁性材料の成形体の鉄損を低減させることができる。
The insulating
絶縁被膜20aおよび20bの厚みは、0.005μm以上20μm以下であることが好ましい。絶縁被膜20aおよび20bの厚みを0.005μm以上とすることによって、渦電流によるエネルギー損失を効果的に抑制することができる。また、絶縁被膜20aおよび20bの厚みを20μm以下とすることによって、軟磁性材料に占める絶縁被膜20aおよび20bの割合が大きくなりすぎない。このため、軟磁性材料の磁束密度が著しく低下することを防止できる。
The thickness of the insulating
絶縁被膜20aおよび20bは、たとえばリン酸鉄、リン酸アルミニウム、リン酸マンガン、リン酸亜鉛、リン酸カルシウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化アルミニウム、または酸化ジルコニウムなどの酸化物絶縁体よりなっている。なお、絶縁被膜20aと絶縁被膜20bとは共に同一の材質よりなっていてもよいし、互いに異なる材質よりなっていてもよい。
The insulating
有機物40は、たとえば熱可塑性ポリアミド、熱可塑性ポリイミド、熱可塑性ポリアミドイミド、ポリエチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミドイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、またはポリエーテルケトンなどの熱可塑性樹脂よりなっている。複数の複合磁性粒子30a,30bの各々は、有機物40によって接合されていたり、複合磁性粒子30a,30bが有する凹凸の噛み合わせによって接合されていたりする。なお、本発明においては、複数の複合磁性粒子30a,30bの各々の間に有機物40が介在していなくてもよい。
The
次に、本実施の形態における軟磁性材料の製造方法について説明する。 Next, the manufacturing method of the soft magnetic material in this Embodiment is demonstrated.
図2は、本発明の実施の形態1における軟磁性材料の製造方法を示す工程図である。図2を参照して、始めに、たとえばFe−Si合金,Fe−Ni合金,Fe−Co合金,Fe−Al合金,またはFe−Al−Si合金であって、かつSiを含有する場合にはSi含有量が2.5質量%を超える合金よりなる合金粒子10aを準備する。合金粒子10aの平均粒径を3μm以上300μm以下とする。
FIG. 2 is a process diagram showing the method for manufacturing the soft magnetic material in
そして、800℃以上1400℃以下の温度で合金粒子10aを熱処理する(ステップS1a)。熱処理前の合金粒子10aの内部には、多数の歪み(転位、欠陥)が存在している。合金粒子10aに熱処理を実施することによって、この歪みを低減させることができる。
And the
次に、たとえば、絶縁被膜20aの成分が溶解した水溶液中に合金粒子10aを浸漬し、その後乾燥することにより、合金粒子10aの表面に絶縁被膜20aを形成する(ステップS2a)。これにより、複合磁性粒子30aが得られる。
Next, for example, the
一方、たとえば純鉄や、Si含有量が2.5質量%以下のFe−Si合金や、Al含有量が6%以下のFe−Al合金などよりなる高圧縮性軟磁性粒子10bを準備する。高圧縮性軟磁性粒子10bの平均粒径を3μm以上300μm以下とし、かつ合金粒子10aの平均粒径以下となるようにする。
On the other hand, for example, highly compressible soft magnetic particles 10b made of pure iron, an Fe—Si alloy having an Si content of 2.5% by mass or less, or an Fe—Al alloy having an Al content of 6% or less are prepared. The average particle size of the highly compressible soft magnetic particles 10b is set to 3 μm or more and 300 μm or less, and is equal to or less than the average particle size of the
そして、合金粒子10aと同様の方法により高圧縮性軟磁性粒子10bを熱処理する(ステップS1b)。次に、合金粒子10aと同様の方法により、高圧縮性軟磁性粒子10bの表面に絶縁被膜20bを形成する(ステップS2b)。これにより、複合磁性粒子30bが得られる。
Then, the highly compressible soft magnetic particles 10b are heat-treated by the same method as the
なお、本実施の形態では、絶縁被膜20aを形成する前に合金粒子10aを熱処理する場合について示した。しかし、本発明はこのような場合に限定されるものではなく、絶縁被膜20aを形成した後で合金粒子10aを熱処理してもよい。また、絶縁被膜20aを形成する前後両方において合金粒子10aを熱処理してもよい。高圧縮性軟磁性粒子10bの熱処理についても同様である。
In the present embodiment, the case where the
次に、複合磁性粒子30aと、複合磁性粒子30bと、有機物40とを混合し、混合粉末を作製する(ステップS3)。混合粉末に占める複合磁性粒子30aの割合(含有量)は65質量%以上85質量%以下であり、混合粉末に占める複合磁性粒子30bの割合(含有量)は15質量%以上35質量%以下であり、混合粉末に占める有機物40の割合(含有量)は0.01質量%以上0.3質量%以下である。有機物40は、たとえば熱可塑性ポリアミド、熱可塑性ポリイミド、熱可塑性ポリアミドイミド、ポリエチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミドイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、またはポリエーテルケトンなどの熱可塑性樹脂よりなっている。
Next, the composite
なお、混合方法に特に制限はなく、たとえばメカニカルアロイング法、振動ボールミル、遊星ボールミル、メカノフュージョン、共沈法、化学気相蒸着法(CVD法)、物理気相蒸着法(PVD法)、めっき法、スパッタリング法、蒸着法またはゾル−ゲル法などのいずれを使用することも可能である。 The mixing method is not particularly limited. For example, mechanical alloying method, vibration ball mill, planetary ball mill, mechanofusion, coprecipitation method, chemical vapor deposition method (CVD method), physical vapor deposition method (PVD method), plating Any of the method, sputtering method, vapor deposition method or sol-gel method can be used.
また、本実施の形態では、合金粒子10aの表面に絶縁被膜20aを形成する工程(ステップS2a)と、高圧縮性軟磁性粒子10bの表面に絶縁被膜20bを形成する工程(ステップS2b)とを別々に行なう場合について示した。これによって、合金粒子10aの平均粒径と高圧縮性軟磁性粒子10bの平均粒径とが大きく異なる場合にも、均一な絶縁被膜をそれぞれの粒子に形成することができる。しかし、本発明はこのような場合の他、たとえば合金粒子10aと高圧縮性軟磁性粒子10bとを混合した後で、絶縁被膜20a,20bをそれぞれの粒子の表面に同時に形成してもよい。この場合には製造工程を簡略化することができる。
In the present embodiment, the step of forming the insulating
次に、得られた混合粉末を金型に入れ、たとえば980MPa以上の圧力で加圧成形する(ステップS4)。これにより、混合粉末が圧縮されて成形体が得られる。加圧成形する雰囲気は、不活性ガス雰囲気または減圧雰囲気とすることが好ましい。この場合、大気中の酸素によって混合粉末が酸化されるのを抑制できる。 Next, the obtained mixed powder is put into a mold, and pressure-molded at a pressure of, for example, 980 MPa or more (step S4). Thereby, a mixed powder is compressed and a molded object is obtained. The atmosphere for pressure molding is preferably an inert gas atmosphere or a reduced pressure atmosphere. In this case, the mixed powder can be prevented from being oxidized by oxygen in the atmosphere.
加圧成形の際、有機物40は、複合磁性粒子30a,30bの間で緩衝材として機能する。これにより、複合磁性粒子30a,30b同士の接触によって絶縁被膜20aおよび20bが破壊されることを防ぐ。
During the pressure molding, the
次に、加圧成形によって得られた成形体を、絶縁被膜20aの熱分解温度および絶縁被膜20bの熱分解温度のうちいずれか低い方の温度未満の温度であって、300℃以上の温度で熱処理する(ステップS5)。絶縁被膜20a,20bの熱分解温度は、たとえばリン酸系絶縁被膜の場合、約500℃である。
Next, the molded body obtained by pressure molding is at a temperature lower than the lower one of the thermal decomposition temperature of the insulating
この熱処理は、主に加圧成形時に成形体の内部に発生した歪みを解消することを目的として実施される。ここで、合金粒子10aおよび高圧縮性軟磁性粒子10bの内部に元々存在していた歪みは、絶縁被膜20a,20bの形成前の熱処理(ステップS1a,ステップS1b)によってすでに取り除かれているため、加圧成形後に成形体の内部に存在する歪みの量は比較的少ない。また、これによって、加圧成形時に発生する成形残留応力歪みと、合金粒子10aおよび高圧縮性軟磁性粒子10bの内部に元々存在する熱残留応力歪みとが混在することがないので、歪み回復のエネルギーが増大してしまうことがなくなる。さらに、加圧成形時に発生した歪みは、金型に収容された混合粉末に対して圧力が一方向から加わることによって発生する。これらの理由から、絶縁被膜20a,20bの熱分解温度未満という比較的低い温度で熱処理しているにもかかわらず、成形体の内部に存在する歪みを容易に解消することができる。
This heat treatment is carried out mainly for the purpose of eliminating the distortion generated in the molded body during pressure molding. Here, the strain that originally existed inside the
また、加圧成形時に合金粒子10aおよび高圧縮性軟磁性粒子10bの内部には歪みがほとんど存在しないため、複合磁性粒子30a,30bは加圧成形によって変形しやすい。このため、複数の複合磁性粒子30a,30bが互いにかみ合った隙間のない状態で、成形体を形成することができる。これにより、成形体の密度を大きくし、高い磁束密度を得ることができる。以上に説明した工程によって、本実施の形態の軟磁性材料(成形体)が完成する。
In addition, since there is almost no distortion inside the
本実施の形態の軟磁性材料およびその製造方法によれば、純鉄に比べて磁気特性に優れている合金粒子10aを複合磁性粒子30aは有している。複合磁性粒子30aの含有量を65質量%以上とすることで、純鉄を絶縁被膜で被覆した複合磁性粒子のみによって構成される軟磁性材料では到達することのできない高い交流磁気特性を得ることができる。また、高圧縮性軟磁性粒子10bは合金粒子10aに比べて成形性に優れているため、複合磁性粒子30bの含有量を15質量%以上とすることで、複数の複合磁性粒子30aの隙間を複合磁性粒子30bで十分に埋めることができる。これにより、軟磁性材料の成形性を改善することができ、軟磁性材料の成形体の成形密度を向上することができる。その結果、高い飽和磁束密度Bsを有する軟磁性材料が得られる。
According to the soft magnetic material and the manufacturing method thereof of the present embodiment, the composite
また、合金粒子10aおよび高圧縮性軟磁性粒子10bの平均粒径を3μm以上とすることで、粒子が酸化されにくくなるため、軟磁性材料の磁気的特性の低下を抑止できる。また、合金粒子10aおよび高圧縮性軟磁性粒子10bの平均粒径を300μm以下とすることで、成形時に混合粉末の圧縮性が低下することを抑止できる。これにより、成形工程によって得られた成形体の密度が低下せず、取り扱いが困難になることを防ぐことができる。
Moreover, since it becomes difficult to oxidize particle | grains by making the average particle diameter of the
さらに、高圧縮性軟磁性粒子10bの平均粒径を合金粒子10aの平均粒径以下とすることで、高圧縮性軟磁性粒子10bの表面積が増加し、15質量%以上35質量%以下の含有量であっても高圧縮性軟磁性粒子が合金粒子10aを囲んだ状態を実現することができる。
Furthermore, the surface area of the highly compressible soft magnetic particles 10b is increased by setting the average particle size of the highly compressible soft magnetic particles 10b to be equal to or less than the average particle size of the
本実施の形態の軟磁性材料およびその製造方法によれば、比密度(成形密度の真密度に対する比)が0.80以上、好ましくは0.85以上を達成することができる。 According to the soft magnetic material of the present embodiment and the manufacturing method thereof, the specific density (ratio of the molding density to the true density) can be 0.80 or more, preferably 0.85 or more.
本実施の形態の軟磁性材料は、含有量が0.01質量%以上0.3質量%以下の有機物40をさらに備えている。
The soft magnetic material of the present embodiment further includes an
これにより、有機物40が高圧縮性軟磁性粒子10bおよび合金粒子10aの間に介在している状態になる。有機物40の含有量を0.01質量%以上とすることにより、加圧成形時の応力を受けて有機物40がたわみ、高圧縮性軟磁性粒子10bおよび合金粒子10aの間で潤滑剤として機能する。また、成形後に熱処理を行なう場合には、熱によって有機物40が軟化し、合金粒子10aおよび高圧縮性軟磁性粒子10bの間の隙間に入り込むことで、合金粒子10aおよび高圧縮性軟磁性粒子10bの間の絶縁性を高めることができる。一方、有機物40の含有量を0.3質量%以下とすることにより、軟磁性材料の磁性体部分の密度が高くなるので、交流磁気特性を高く保つことができる。
Thereby, the
本実施の形態の軟磁性材料において好ましくは、合金粒子10aの平均粒径に対する高圧縮性軟磁性粒子10bの平均粒径の比が0.4以上1.0以下である。これにより、軟磁性材料の圧縮成形性が増し、成形密度を一層向上することができる。
In the soft magnetic material of the present embodiment, the ratio of the average particle size of the highly compressible soft magnetic particles 10b to the average particle size of the
本実施の形態の軟磁性材料において、高圧縮性軟磁性粒子10bは、純鉄、Si含有量が2.5質量%以下のFe−Si合金、およびAl含有量が6%以下のFe−Al合金からなる群より選ばれる少なくも1種以上を含んでいる。これらの物質は高圧縮性軟磁性粒子として適している。 In the soft magnetic material of the present embodiment, the highly compressible soft magnetic particles 10b include pure iron, an Fe—Si alloy having an Si content of 2.5% by mass or less, and Fe—Al having an Al content of 6% or less. It contains at least one selected from the group consisting of alloys. These materials are suitable as highly compressible soft magnetic particles.
本実施の形態の軟磁性材料の製造方法においては、800℃以上1400℃以下で合金粒子10aを熱処理する(ステップS1a)。
In the method of manufacturing the soft magnetic material of the present embodiment, the
800℃以上の温度で合金粒子10aを熱処理することで、合金粒子10aの内部に存在する多数の歪み(転位、欠陥)を十分に解消することができ、軟磁性材料の磁気特性をさらに向上することができる。また、1400℃以下の温度で熱処理することで、合金粒子10a同士が焼結して固まることを防止することができる。なお、本発明の軟磁性材料の製造方法において、800℃以上の温度で合金粒子10aを熱処理することで、実際に焼結密度が飛躍的に向上した。
By heat-treating the
本実施の形態の軟磁性材料の製造方法においては、980MPa以上の圧力で混合粉末を加圧成形して成形体を作製し(ステップS4)、成形体を熱処理する(ステップS5)。 In the method for producing a soft magnetic material of the present embodiment, the mixed powder is pressure-molded at a pressure of 980 MPa or more to produce a molded body (step S4), and the molded body is heat-treated (step S5).
980MPa以上の圧力で加圧成形することで、軟磁性材料を高密度化することができる。その結果、飽和磁束密度Bsを向上させることができ、交流磁気特性を向上させることができる。また、成形体を熱処理することで、加圧によって生じる合金粒子10aの歪みを解消することができる。
By press molding at a pressure of 980 MPa or more, the soft magnetic material can be densified. As a result, the saturation magnetic flux density B s can be improved, and the AC magnetic characteristics can be improved. Moreover, the distortion of the
本実施の形態の軟磁性材料の製造方法においては、絶縁被膜20aの熱分解温度および絶縁被膜20bの熱分解温度のうちいずれか低い方の温度未満の温度であって、300℃以上の温度で成形体を熱処理する(ステップS5)。
In the method of manufacturing the soft magnetic material of the present embodiment, the temperature is lower than the lower one of the thermal decomposition temperature of the insulating
これにより、絶縁被膜20a,20bの熱分解によって渦電流損が増大することを抑止しつつ、圧縮成形によって生じる合金粒子10aの歪みを十分に解消することができる。
Thereby, the distortion of the
(実施の形態2)
図1を参照して、実施の形態1では、軟磁性材料が有機物40を備えている場合について示した。しかしながら、本発明はこのような場合の他、軟磁性材料が有機物40の代わりに無機物を備えていてもよい。軟磁性材料における無機物の割合(含有量)は0.001質量%以上0.1質量%以下である。無機物は、たとえば六方晶窒化ホウ素(h−BN)や、二硫化ジルコニウム(ZrS2)、二硫化バナジウム(VS2)、二硫化ニオブ(NbS2)、二硫化モリブデン(MoS2)、二硫化タングステン(WS2)、および二硫化レニウム(ReS2)などの硫化物や、セレン化タングステン(WSe)、セレン化モリブデン(MoSe)、およびセレン化ニオブ(NbSe)などのセレン化物や、塩化カドミウム(CdCl2)およびヨウ化カドミウム(CdI2)などのハロゲン化物などよりなっている。このような軟磁性材料は、複合磁性粒子30aと複合磁性粒子30bとを混合する際(ステップS3)に、有機物40の代わりに無機物を混合することによって作製することができる。
(Embodiment 2)
With reference to FIG. 1, in the first embodiment, the case where the soft magnetic material includes the
なお、これ以外の軟磁性材料およびその製造方法については、実施の形態1に示す軟磁性材料およびその製造方法とほぼ同様であるので、その説明を省略する。
Since the other soft magnetic materials and the manufacturing method thereof are substantially the same as the soft magnetic materials and the manufacturing method thereof shown in
本実施の形態の軟磁性材料は、含有量が0.001質量%以上0.1質量%以下の無機物をさらに備えている。 The soft magnetic material of the present embodiment further includes an inorganic substance having a content of 0.001% by mass to 0.1% by mass.
これにより、無機物が合金粒子10aおよび高圧縮性軟磁性粒子10bの間に介在している状態になる。無機物の含有量を0.001質量%以上とすることにより、加圧成形時の応力を受けて無機物がへき開面に沿って破壊され、合金粒子10aおよび高圧縮性軟磁性粒子10bの間で潤滑性を向上させる役割を果たす。これにより、成形体の成形密度を一層高めることができ、高い飽和磁束密度Bsを有する軟磁性材料を得ることができる。一方、無機物の含有量を0.1質量%以下とすることで、軟磁性材料に占める無機物の割合が大きくなりすぎて成形密度が低下することを防止できる。
As a result, the inorganic substance is interposed between the
以下、本発明の実施例について説明する、
(実施例1)
本実施例では、複合磁性粒子30b(高圧縮性軟磁性粒子10bの表面を絶縁被膜20bで取り囲んだ形態の複合磁性粒子)の含有量を15質量%以上35質量%以下にすることの効果について調べた。具体的には、ガスアトマイズ法により作製された平均粒径150μmのFe−3%Si合金を合金粒子10aとして準備した。この合金粒子10aを水素雰囲気において900℃の温度で1時間熱処理し、その後リン酸化成処理により絶縁被膜20aを形成し、複合磁性粒子30aを得た。また、ガスアトマイズ法により作製された平均粒径100μmの純鉄を高圧縮性軟磁性粒子10bとして準備し、この高圧縮性軟磁性粒子10bを水素雰囲気において900℃の温度で1時間熱処理し、その後リン酸化成処理により絶縁被膜20bを形成し、複合磁性粒子30bを得た。高圧縮性軟磁性粒子10bの熱処理温度は、合金粒子10aと同様の理由で、800℃以上1400℃以下であることが好ましい。次に、複合磁性粒子30bの含有量を変化させて、これら2種類の複合磁性粒子30a,30bと、0.1質量%のポリエチレンよりなる有機物40とを混合し、混合粉末を得た。次に、1270MPaの圧力でこの混合粉末を加圧成形し、外径34mm,内径20mm,厚さ5mmのリング形状の圧粉磁心(成形体)を作製した。得られた圧粉磁心について、成形密度と保磁力Hcとを測定した。保磁力の測定にはBHカーブトレーサを用いた。この結果を表1および図3に示す。
Examples of the present invention will be described below.
Example 1
In this example, the effect of setting the content of the composite
表1および図3に示すように、複合磁性粒子30bの含有量が増えるにつれて成形密度も高くなり、複合磁性粒子30bの含有量が15質量%以上の場合に成形密度が7.2g/cm3を超える値となっている。一方、複合磁性粒子30bの含有量が増えるにつれて保磁力Hcが大きくなっている。特に複合磁性粒子30bの含有量が40質量%以上の場合に保磁力Hcが239A/m以上となっており、磁気特性が悪化している。以上の結果から、軟磁性材料に含まれる複合磁性粒子30bの割合を15%以上35%以下とすることで、成形密度を高めることができ、かつ保磁力Hcを低減できることが分かる。
As shown in Table 1 and FIG. 3, the molding density increases as the content of the composite
ここで、特許文献1には、得られた成形体の成形密度がいずれも6.0未満であったことが記載されている。この記載と本実施例とを対比して、本発明の製造方法によれば、非常に高い成形密度の軟磁性材料が得られることが分かる。なお、本実施例において、いずれの試料においても7.0を超える高い成形密度となっていることについて、本願発明者らは、900℃の温度での熱処理によって合金粒子に発生した歪みを予め除去したためであると推測している。
Here,
(実施例2)
本実施例では、有機物40の含有量を0.01質量%以上0.3質量%以下にすることの効果について調べた。具体的には、実施例1と同様の方法により複合磁性粒子30a,30bを準備した。また、有機物40としてポリエチレン(PE)を準備した。次に、複合磁性粒子30aの含有量を約80質量%とし、複合磁性粒子30bの含有量を約20質量%とし、PEの含有量を0〜1.00質量%の間で変化させて、これら2種類の複合磁性粒子30a,30bと、PEとを混合し、混合粉末を得た。その後、実施例1と同様の方法で圧粉磁心を作製し、得られた圧粉磁心について、成形密度と磁束密度B100とを測定した。磁束密度B100とは、8.0×103A/m(=100Oe)の磁界を印加した場合の圧粉磁心の磁束密度である。磁束密度B100の測定にはBHカーブトレーサを用いた。この結果を表2および図4に示す。
(Example 2)
In this example, the effect of making the content of the
表2および図4に示すように、PEの含有量を0.01質量%以上0.30質量%以下にした場合には、成形密度が7.2(g/cm3)を超える値となっている。0.40質量%以上にするとPEの割合が多くなりすぎて、成形密度は低下している。また、PEの含有量を0.01質量%以上0.30質量%以下にした場合には、磁束密度B100が1.10T以上の高い値となっている。以上の結果より、有機物40の含有量を0.01質量%以上0.30質量%以下にすることで、成形密度および磁束密度B100を高めることができることが分かる。
As shown in Table 2 and FIG. 4, when the PE content is 0.01% by mass or more and 0.30% by mass or less, the molding density is a value exceeding 7.2 (g / cm 3 ). ing. If the content is 0.40% by mass or more, the proportion of PE becomes too large, and the molding density is lowered. When the PE content is 0.01% by mass or more and 0.30% by mass or less, the magnetic flux density B 100 is a high value of 1.10T or more. From the above results, it can be seen that the molding density and the magnetic flux density B 100 can be increased by setting the content of the
(実施例3)
本実施例では、無機物の含有量を0.001質量%以上0.1質量%以下にすることの効果について調べた。具体的には、実施例1と同様の方法により複合磁性粒子30a,30bを作製した。また、無機物として六方晶窒化ホウ素(h−BN)を準備した。次に、複合磁性粒子30aの含有量を約80質量%とし、複合磁性粒子30bの含有量を約20質量%とし、h−BNの含有量を0〜0.2質量%の間で変化させて、これら2種類の複合磁性粒子30a,30bと、h−BNとを混合し、混合粉末を得た。その後、実施例1と同様の方法で圧粉磁心を作製し、得られた圧粉磁心について、成形密度と磁束密度B100とを測定した。この結果を表3および図5に示す。
(Example 3)
In this example, the effect of making the content of the inorganic substance 0.001% by mass or more and 0.1% by mass or less was examined. Specifically, composite
表3および図5に示すように、h−BNの含有量を0.001質量%以上0.1質量%以下にした場合には、成形密度が7.28(g/cm3)以上の値となっており、磁束密度B100が1.20(T)以上の値となっている。以上の結果より、無機物の含有量を0.001質量%以上0.1質量%以下にすることで、成形密度および磁束密度B100を高めることができることが分かる。 As shown in Table 3 and FIG. 5, when the h-BN content is 0.001% by mass or more and 0.1% by mass or less, the molding density is 7.28 (g / cm 3 ) or more. The magnetic flux density B 100 is a value of 1.20 (T) or more. From the above results, the content of inorganic matter by below 0.001 mass% 0.1 mass% or more, it can be seen that it is possible to enhance the molding density and the magnetic flux density B 100.
(実施例4)
本実施例では、合金粒子10aの平均粒径に対する高圧縮性軟磁性粒子10bの平均粒径の比を0.4以上1.0以下にすることの効果について調べた。具体的には、純鉄よりなる金属磁性粒子10bを38,50,75,106,150,および180μmのふるいを用いて、平均粒径が19,46,62.5,87.5,128,143,および165μmとなるように分級した。また、Fe−3%Si合金よりなる合金粒子10aを平均粒径が143μmとなるように分級した。次に、実施例1と同様の方法により、このFe−3%Si合金よりなる合金粒子10aおよび純鉄よりなる金属磁性粒子10bを用いて複合磁性粒子30aおよび30bを準備した。次に、合金粒子10aの平均粒径に対する高圧縮性軟磁性粒子10bの平均粒径の比を0.13〜1.15の範囲で変化させて、約80質量%の複合磁性粒子30aと、約20質量%の複合磁性粒子30bと、0.1質量%のポリエチレンよりなる有機物40とを混合し、混合粉末を得た。その後、実施例1と同様の方法で圧粉磁心を作製し、得られた圧粉磁心について、成形密度と磁束密度B100とを測定した。この結果を表4および図6に示す。
Example 4
In this example, the effect of setting the ratio of the average particle size of the highly compressible soft magnetic particles 10b to the average particle size of the
表4および図6に示すように、上記比を0.44以上にすることで成形密度が7.20以上と大きくなり、磁束密度B100の値も1.11以上となり改善されている。一方、上記比が1.0を越えると特に磁束密度B100が1.10以下となり、小さくなっていることがわかる。以上の結果から、上記比を0.4以上1.0以下にすることで、成形密度および磁束密度B100を高めることができることが分かる。 As shown in Table 4 and Figure 6, the molding density by the ratio 0.44 or larger and 7.20 or more, and is improved becomes also 1.11 or higher value of the magnetic flux density B 100. On the other hand, it can be seen that when the ratio exceeds 1.0, the magnetic flux density B 100 is particularly 1.10 or less, which is small. From the above results, the ratio by 0.4 to 1.0, it can be seen that it is possible to enhance the molding density and the magnetic flux density B 100.
(実施例5)
本実施例では、Si含有量2.5質量%以下の合金を高圧縮性軟磁性粒子10bとして用いることの効果について調べた。具体的には、合金粒子10aとしてガスアトマイズ法により作製したFe−5.5%Si合金を準備し、実施例1と同様の方法により複合磁性粒子30aを作製した(A粉末)。また、高圧縮性軟磁性粒子10bとして純鉄,Fe−1%Si,Fe−2%Si,Fe−2.5%Si,およびFe−3%Siを準備し、実施例1と同様の方法により複合磁性粒子30bを作製した(B粉末)。次に、A粉末とB粉末との割合を変化させて混合し、実施例1とほぼ同様の方法で圧粉磁心を作製した。得られた圧粉磁心について、成形密度を測定した。この結果を表5および図7に示す。なお、表5および図7における成形密度は、Fe−5.5%Si合金の粉末のみで作製した圧粉磁心の成形密度を1としたときの相対密度で示している。
(Example 5)
In this example, the effect of using an alloy having a Si content of 2.5% by mass or less as the highly compressible soft magnetic particles 10b was examined. Specifically, an Fe-5.5% Si alloy prepared by a gas atomization method was prepared as the
表5および図7に示すように、B粉末として純鉄、Fe−1%Si,Fe−2%Si,およびFe−2.5%Siを用いた場合には、B粉末の混合割合(複合磁性粒子30bの含有量)が15質量%以上35質量%以下のときの相対密度が大きく向上している。たとえばB粉末として純鉄を用いた場合には、B粉末の混合割合が10質量%のときの相対密度が1.20であるのに対して15質量%のときの相対密度は1.28となっている。これに対して、B粉末としてFe−3%Siを用いた場合には、B粉末の混合割合に関わらず、相対密度がほとんど向上していない(最大で1.11)。以上の結果から、Si含有量2.5質量%以下の合金を高圧縮性軟磁性粒子10bとして用いることで、成形密度を高めることができることが分かる。
As shown in Table 5 and FIG. 7, when pure iron, Fe-1% Si, Fe-2% Si, and Fe-2.5% Si are used as the B powder, the mixing ratio of B powder (composite) The relative density is greatly improved when the content of the
また、本実施例では、Al含有量6質量%以下の合金を高圧縮性軟磁性粒子10bとして用いることの効果について調べた。具体的には、合金粒子10aとしてガスアトマイズ法により作製したFe−5.5%Si合金を準備し、実施例1と同様の方法により複合磁性粒子30aを作製した(A粉末)。また、高圧縮性軟磁性粒子10bとしてFe−1%Al,Fe−3%Al,Fe−5%Al,Fe−6%Al,およびFe−7%Alを準備し、実施例1と同様の方法により複合磁性粒子30bを作製した(B粉末)。次に、A粉末とB粉末との割合を変化させて混合し、実施例1とほぼ同様の方法で圧粉磁心を作製した。得られた圧粉磁心について、成形密度を測定した。この結果を表5および図8に示す。なお、表5および図8における成形密度は、Fe−5.5%Si合金の粉末のみで作製した圧粉磁心の成形密度を1としたときの相対密度で示している。
In this example, the effect of using an alloy having an Al content of 6% by mass or less as the highly compressible soft magnetic particles 10b was examined. Specifically, an Fe-5.5% Si alloy prepared by a gas atomization method was prepared as the
表5および図8に示すように、B粉末として純鉄、Fe−1%Al,Fe−3%Al,Fe−5%Al,およびFe−6%Alを用いた場合には、B粉末の混合割合が15質量%以上35質量%以下のときの相対密度が大きく向上している。たとえばB粉末としてFe−1%Alを用いた場合には、B粉末の混合割合が10質量%のときの相対密度が1.18であるのに対して15質量%のときの相対密度は1.24となっている。これに対して、B粉末としてFe−7%Alを用いた場合には、B粉末の混合割合に関わらず、相対密度がほとんど向上していない(最大で1.03)。以上の結果から、Al含有量6質量%以下の合金を高圧縮性軟磁性粒子10bとして用いることで、成形密度を高めることができることが分かる。 As shown in Table 5 and FIG. 8, when pure iron, Fe-1% Al, Fe-3% Al, Fe-5% Al, and Fe-6% Al were used as the B powder, The relative density is greatly improved when the mixing ratio is 15 mass% or more and 35 mass% or less. For example, when Fe-1% Al is used as the B powder, the relative density when the mixing ratio of the B powder is 10% by mass is 1.18, whereas the relative density at 15% by mass is 1. .24. On the other hand, when Fe-7% Al is used as the B powder, the relative density is hardly improved regardless of the mixing ratio of the B powder (1.03 at the maximum). From the above results, it can be seen that the molding density can be increased by using an alloy having an Al content of 6% by mass or less as the highly compressible soft magnetic particles 10b.
(実施例6)
本実施例では、800℃以上1400℃以下で合金粒子を熱処理することの効果について調べた。具体的には、合金粒子10aとしてガスアトマイズ法により作製したFe−5.5%Si合金を準備し、水素雰囲気で600℃〜1400℃の温度で1時間熱処理した、または熱処理を施さなかった。その後、実施例1と同様の方法で圧粉磁心を作製した。なお、混合粉末は、約80質量%の複合磁性粒子30aと、約20質量%の複合磁性粒子30bと、0.1質量%のポリエチレンよりなる有機物40とを混合することにより作製した。得られた圧粉磁心について、保磁力Hcを測定した。この結果を表6および図9に示す。
(Example 6)
In this example, the effect of heat-treating the alloy particles at 800 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower was examined. Specifically, an Fe-5.5% Si alloy prepared by a gas atomization method was prepared as the
表6および図9に示すように、600℃および700℃の温度で熱処理を行なった場合には、熱処理をしなかった場合と比較してほとんど保磁力Hcが変化していないが、800℃以上1400℃以下の温度で熱処理を行なった場合には、いずれも保磁力Hcが300A/m以下となっており、大きく低下している。なお、1400℃を超える温度で熱処理した場合には、合金粒子10a同士が固まってしまうため、圧粉磁心を作製することはできなかった。以上の結果より、800℃以上1400℃以下で合金粒子10aを熱処理することで、保磁力Hcを下げることができることが分かる。
As shown in Table 6 and FIG. 9, when the heat treatment was performed at temperatures of 600 ° C. and 700 ° C., the coercive force H c was hardly changed as compared with the case where the heat treatment was not performed. When heat treatment is performed at a temperature of 1400 ° C. or lower, the coercive force H c is 300 A / m or lower, which is greatly reduced. In addition, when it heat-processed at the temperature exceeding 1400 degreeC, since the
(実施例7)
本実施例では、300℃以上の温度で成形体を熱処理することの効果を調べた。具体的には、約80質量%の複合磁性粒子30aと、約20質量%の複合磁性粒子30bと、0.1質量%のポリエチレンよりなる有機物40とを混合することにより混合粉末を作製し、実施例1と同様の方法で圧粉磁心を作製した。成形体の熱処理は300℃〜500℃の範囲で変化させて行なった。なお、複合磁性粒子30a,30bの絶縁被膜の熱分解温度は500℃を超える温度であった。得られた圧粉磁心について、実施例1と同様の方法で保磁力Hcを測定した。この結果を表7および図10に示す。
(Example 7)
In this example, the effect of heat-treating the molded body at a temperature of 300 ° C. or higher was examined. Specifically, a mixed powder is prepared by mixing about 80% by mass of the composite
表7および図10に示すように、200℃の温度で熱処理を行なった場合には、熱処理をしなかった場合と比較してほとんど保磁力Hcが変化していないが、300℃以上500℃以下の温度で熱処理を行なった場合には、いずれも保磁力Hcが300A/m以下となっており、大きく低下している。以上の結果より、300℃以上の温度で成形体を熱処理することで、保磁力Hcを下げることができることが分かる。 As shown in Table 7 and FIG. 10, when the heat treatment is performed at a temperature of 200 ° C., the coercive force H c is hardly changed as compared with the case where the heat treatment is not performed. When heat treatment is performed at the following temperatures, the coercive force H c is 300 A / m or less, which is greatly reduced. From the above results, by heat treating the compact at 300 ° C. or higher, it is understood that it is possible to lower the coercive force H c.
以上に開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態および実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものと意図される。 The embodiments and examples disclosed above are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above embodiments and examples but by the scope of claims, and is intended to include all modifications and variations within the meaning and scope equivalent to the scope of claims. .
なお、本発明の軟磁性材料およびその製造方法は、たとえばチョークコイル、磁気ヘッド、各種モータ部品、自動車用ソレノイド、各種磁気センサおよび各種電磁弁などに利用することができる。 The soft magnetic material and the manufacturing method thereof according to the present invention can be used for, for example, a choke coil, a magnetic head, various motor parts, an automobile solenoid, various magnetic sensors, and various electromagnetic valves.
10a 合金粒子、10b 高圧縮性軟磁性粒子、20a,20b 絶縁被膜、30a,30b 複合磁性粒子、40 有機物。 10a alloy particles, 10b highly compressible soft magnetic particles, 20a, 20b insulating coating, 30a, 30b composite magnetic particles, 40 organic matter.
Claims (8)
高圧縮性軟磁性粒子と、前記高圧縮性軟磁性粒子を取り囲む絶縁被膜とを有し、含有量が15質量%以上35質量%以下である複数の第2複合磁性粒子とを備え、
前記合金粒子の平均粒径は3μm以上300μm以下であり、
前記高圧縮性軟磁性粒子の平均粒径は3μm以上300μm以下であり、かつ前記合金粒子の平均粒径以下である、軟磁性材料。 A plurality of first composite magnetic particles having alloy particles and an insulating coating surrounding the surface of the alloy particles, the content of which is 65% by mass or more and 85% by mass or less;
A plurality of second composite magnetic particles having high compressibility soft magnetic particles and an insulating coating surrounding the high compressibility soft magnetic particles, the content of which is 15% by mass or more and 35% by mass or less;
The average particle size of the alloy particles is 3 μm or more and 300 μm or less,
The soft magnetic material having an average particle diameter of 3 μm or more and 300 μm or less and an average particle diameter of the alloy particles or less.
高圧縮性軟磁性粒子の表面に絶縁被膜が形成された形態を有する複数の第2複合磁性粒子を作製する工程と、
含有量が65質量%以上85質量%以下である前記第1複合磁性粒子と、含有量が15質量%以上35質量%以下である前記第2複合磁性粒子とを混合した混合粉末を作製する混合粉末作製工程とを備え、
前記合金粒子の平均粒径は3μm以上300μm以下であり、
前記高圧縮性軟磁性粒子の平均粒径は3μm以上300μm以下であり、かつ前記合金粒子の平均粒径以下である、軟磁性材料の製造方法。 Producing a plurality of first composite magnetic particles having a form in which an insulating coating is formed on the surface of the alloy particles;
Producing a plurality of second composite magnetic particles having a form in which an insulating coating is formed on the surface of the highly compressible soft magnetic particles;
Mixing for producing a mixed powder in which the first composite magnetic particles having a content of 65% by mass to 85% by mass and the second composite magnetic particles having a content of 15% by mass to 35% by mass are mixed. A powder preparation process,
The average particle size of the alloy particles is 3 μm or more and 300 μm or less,
The method for producing a soft magnetic material, wherein the highly compressible soft magnetic particles have an average particle size of 3 μm or more and 300 μm or less and an average particle size of the alloy particles or less.
前記成形体を熱処理する成形体熱処理工程とをさらに備える、請求項5または6に記載の軟磁性材料の製造方法。 A step of pressure-molding the mixed powder at a pressure of 980 MPa or more to produce a molded body;
The method for producing a soft magnetic material according to claim 5, further comprising a molded body heat treatment step of heat-treating the molded body.
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