JP2008066665A - 圧粉磁心用粉末、圧粉磁心およびそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フエノール樹脂等を塗布した軟磁性粉末を原料に用いて圧粉磁心を温間で加圧成形する場合に、その成形温度近くまで原料粉末を予熱しても樹脂が溶融することなく、型の内部へ円滑に充填されて高品質の磁心を製造することのできる圧粉磁心用粉末を提供する。
【解決手段】軟磁性粉末の表面にフエノール樹脂および／またはシリコーン樹脂が、同粉末の重量に対し、０．０１〜０．５％の割合で被覆されるとともに、該被覆された樹脂には、同樹脂を含む軟磁性粉末の全重量に対し、Ｓ：０．００１〜０．０５％および／またはＰ：０.００５〜０．２％が含有されている圧粉磁心用粉末であって、１１０〜１５０℃の温度範囲で流動度試験を実施して、（ａ）無振動で流動が停止することなく粉末が流れる、または（ｂ）流動が停止しても、一度振動を与えることにより、その後は流動が停止することなく粉末が流れるような流動度を有する圧粉磁心用粉末。
【選択図】なし

Description

本発明は、交流磁場に広く使用される鉄または鉄基合金等の軟磁性粉末の圧粉磁心用の粉末であって、電気絶縁質のフエノールまたはシリコーン樹脂で被覆された材料および同粉末で製造された磁心ならびにこれらの製造法に関する。

軟磁性粉末をフエノール等の電気絶縁性樹脂でコーティングして圧粉磁心用の粉末を製造することはすでに実用化されているが、交流磁場で使用されるこの種の磁心には、少過電流損および高磁束密度が要求される。さらに、製造現場でのハンドリングやコイリング時の高温での機械的強度のすぐれていることも必要である。

フエノール樹脂による軟磁性粉末のコーティングは、圧粉成形時に粉末材料に効果的な結合または接着力を与えて上記の要求にこたえることができるが、樹脂を含有する磁性粉末は、その成形時に密度が変化して製品磁心の高温強度を低下する問題がある。下記特許文献１は、この難点の対策として、メチロール基のついたフエノール樹脂の使用を提案し、圧粉磁心を圧縮成形するときの密度変化を抑制できるとしている。

ところが、この種磁心を製造する場合、その磁気特性および機械的強度をより向上するために成形体を高密度化する目的で、樹脂加工した粉末原料を温間で圧縮成形すると、つぎのような問題に遭遇する。すなわち、このような温間成形は１３０〜１５０℃の温度で実施するが、この場合、速やかな連続成形のために粉末原料を上記成形温度近くの温度まで予熱しておく必要がある。一方、フエノール樹脂はこの予熱温度領域である１００℃程度に加熱されると、溶融するために粉末原料全体の流動性が低下し、型の内部への充填が阻害され、成形出来ないことになる。もっとも、原料の予熱温度を下げることは容易であるが、それでは十分な圧縮性が得られず期待した高密度成形が困難になる。
２００４―３１９７４９号公報

本発明は、フエノール樹脂等をコーティングした軟磁性粉末を原料に用いて圧粉磁心を温間で加圧成形する場合に、その成形温度近くまで原料粉末を予熱しても樹脂が溶融することなく、原料粉末が型の内部へ円滑に充填されて高品質の磁心を製造することのできる圧粉磁心用粉末を提供すること、そしてその原料粉末を用いて高品質の磁心を製造する方法を提供することが課題である。

本発明は、上記課題を解決するために、
(１) 軟磁性粉末の表面にフエノール樹脂および／またはシリコーン樹脂が、同粉末の重量に対し、０．０１〜０．５％の割合で被覆されまたは付着されてなるとともに、該被覆または付着された樹脂には、同樹脂を含む軟磁性粉末の全重量に対し、Ｓ：０．００１〜０．０５％および／またはＰ：０.００５〜０．２％が含有されていることを特徴とする圧粉磁心用粉末、
（２）「金属粉の流動度試験方法」（ＪＰＭＡ Ｐ ０７−１９９２．日本粉末冶金工業会 １９９２年３月１日制定）に従い、１１０〜１５０℃の温度範囲で流動度試験を実施して、（ａ）無振動で流動が停止することなく粉末が流れる、または（ｂ）流動が停止しても、一度振動を与えることにより、その後は流動が停止することなく粉末が流れるような流動度を有することを特徴とする上記（１）に記載の圧粉磁心用粉末、
（３）軟磁性粉末の表面に無機材料による電気絶縁皮膜が施され、その外側にフエノール樹脂および／またはシリコーン樹脂が被覆しまたは付着されてなることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の圧粉磁心用粉末、
（４）上記（１）（２）または（３）に記載の圧粉磁心用粉末を使用して製造されたことを特徴とする圧粉磁心、
（５）上記（１）（２）または（３）に記載の圧粉磁心用粉末を温間成形法により成形することを特徴とする圧粉磁心の製造方法、
（６）軟磁性粉末および粉末状のフエノール樹脂および／またはシリコーン樹脂を混合して同樹脂を軟磁性粉末の表面に付着させ、もしくは同樹脂を有機溶媒に溶解した溶液を軟磁性粉末と混合したのち、有機溶媒を揮発除去して同樹脂を軟磁性粉末の表面に被覆させ、つぎに、有機溶媒にて希釈した硫酸および／またはりん酸を上記樹脂を付着または被覆した軟磁性粉末と混合し、さらに同有機溶媒を揮発除去することを特徴とする圧粉磁心用粉末の製造方法、および
（７）フエノール樹脂および／またはシリコーン樹脂を有機溶媒に溶解した溶液中に、硫酸および／またはりん酸添加した後、当該溶液と軟磁性粉末とを混合し、その後有機溶媒を揮発除去することを特徴とする圧粉磁心用粉末の製造方法、である。

本発明は、軟磁性粉末にコーティングすべきフエノール樹脂あるいはシリコーン樹脂の配合量を、軟磁性粉末に対して適切な比率にし、さらに一定の量範囲に限定されたＳおよび／またはＰ成分を併添したので、樹脂の耐熱性が向上して１１０℃程度に予熱しても溶融することなく高度の流動性が維持できる。その結果、樹脂コーティングされた原料粉末は型内に円滑に充填され、１３０〜１５０℃の温間での成形が容易に実施でき、しかも配合された樹脂は所期の機能を十分に発揮して電気的にも機械的にも高品質の圧粉磁心が製造できる。また、この様にして製造された圧粉磁心では抗折強度がアップする効果も期待できる。

本発明は、目開き５００μｍのふるいを通過する最大粒子径５００μｍ以下で平均粒子径７５〜１５０μｍの鉄粉または鉄合金、たとえば鉄・シリコン合金、鉄・コバルト合金あるいはセンダスト等の軟磁性粉末を主原料に使用し、圧粉磁心の密度および強度を高め、さらに電気抵抗を向上させるために、フエノール樹脂および／またはシリコーン樹脂を配合する。

フエノール樹脂は、ノボラック型またはレゾール型フエノール樹脂が使用できるし、メチロール基を有する自己架橋型フエノール樹脂が実用的である。また、シリコーン樹脂は、官能性指数および官能基の種類ならびにその量により分類できるが、本発明では、常温で固体であればシリコーン樹脂の種類を限定しない。実用的なシリコーン樹脂としては、メチル基が５０モル％以上のメチルフエニルシリコーン樹脂、たとえば、信越化学工業社製のＫＲ２５５、ＫＲ３１１等、あるいは同じく７０モル％以上のメチルフエニルシリコーン樹脂(同社製のＫＲ３００等)の使用が好ましい。もっとも好ましいのは、耐熱性の点で、フエニル基を全く持たないメチルシリコーン樹脂として、同社製のＫＲ２５１、ＫＲ４００、ＫＲ２２０Ｌ、ＫＲ２４２Ａ、ＫＲ５００、ＫＣ８９等である。なお、上記フェノール樹脂とシリコーン樹脂を混合して用いても構わない。

本発明は、これらの樹脂を軟磁性粉末に対し、重量比で０．０１〜０．５％の量を配合し、ミキサー等を用いて粉末の表面に被覆または付着させる。これらの樹脂は圧粉磁心の密度を向上し、機械的強度を高めるもので、０．０１％以下では、その効果が期待できないし、０．５％以上になると熱硬化中の膨張により逆に強度を低下させる。

つぎに、本発明は、さらに上記した樹脂中Ｓおよび／またはＰを、軟磁性粉末および樹脂の混合物の全重量に対して、Ｓであれば０．００１〜０．０５％の範囲で、Ｐであれば０．００５〜０．２％の範囲で添加することを特徴とする。これらは硫酸およびりん酸のような無機化合物を配合すればよく、この添加によってＳおよびＰの架橋機能がはたらいて上記樹脂類の耐熱性を向上し、原料粉末全体を予熱して１００〜１１０℃程度に加熱しても樹脂成分が溶融することがなくなる。したがって、原料粉末全体はよい流動性を維持して軟磁性粉末は樹脂の共存下で温間成形できるようになる。

ところで、日本粉末冶金工業会は、１９９２年３月１日付で「金属粉の流動度試験方法」(ＪＰＭＡ Ｐ ０７−１９９２)を制定している。この基準は、本発明の上記樹脂配合原料粉末の加熱時における流動性を定量化するのに最適の指標である。
本試験方法を適用して予熱温度の１１０〜１５０℃における樹脂配合原料粉末の流動度を実際に測定した結果、つぎの二条件により、同粉末の加熱時における流動性が特定できることを見出した。

(ａ)無振動で流動が停止することなく粉末が流れる。

(ｂ)流動が停止しても、一度振動を与えることで、その後は流動が停止することなく粉末が流れる。

すなわち、本発明は、既述のように、Ｓおよび／またはＰ成分を樹脂とともに配合することにより、上記予熱温度領域においても原料粉末は全体として、上記(ａ)または(ｂ)の良き流動性が維持でき、その結果温間成形が円滑に実施できるようになる。

なお、上記(ａ)または(ｂ)の条件を確実に保持するためには、Ｓであれば０．００１％以上、Ｐであれば０．００５％以上の添加が必要であり、またＳであれば０．０５％を超える多量添加、Ｐであれば０．２％を超える多量添加では反応が進みすぎ成形体強度が低下するという問題が生じる。

その他、本発明では、必要に応じて、樹脂を配合する前にりん酸系水溶液による化成処理等の無機材料による電気絶縁皮膜処理をすることができる。また、樹脂類は粉末状で配合し、あるいは、アルコール類やトルエン、キシレン等の石油系有機溶剤のような有機溶媒に溶解したものを配合し、後工程で溶媒を蒸発除去してもよい。また、ＳおよびＰを硫酸やりん酸で添加する場合、これらを有機溶媒に溶かして添加し、後に溶媒を蒸発除去してもよいし、樹脂類を溶解した有機溶媒中に更に硫酸やりん酸を添加してから原料粉末を混合して、その後溶媒を蒸発除去してもよい。

本発明は、上述した原料粉末を型成形して得られる圧粉磁心をも特徴とする。この磁心は、樹脂類が軟磁性粉末をよく圧縮して強力に固めた緻密で電気的特性の優秀な材質により構成されている。実際、これは温間成形が十分におこなわれたことにもよる。なお、温間成形の方法や条件は、従来法によればよく、とくに限定されない。

なお、被覆または付着された樹脂中のＰ，Ｓ量（同樹脂を含む軟磁性粉末の全重量に対する）は、たとえば下記の手順により求めることができる。

１）樹脂を被覆または付着した軟磁性粉末の重量を求める。

２）無水アルコール中に上記１）で用いた樹脂を被覆または付着した軟磁性粉末を浸漬して樹脂を溶解抽出する。

３）該溶解液中のＰ，Ｓ量を、たとえばＩＣＰ発光分析法等により分析する。

４）上記３）で求められたＰ，Ｓ量と上記１）で求めた重量から、樹脂を含む軟磁性粉末の全重量に対する樹脂中のＰ，Ｓ量を計算する。
(実施例)
本発明の実施例として、分子内にメチロール基を持つ自己架橋型のフエノール樹脂およびメチルシリコーン樹脂をそれぞれ単独に使用する方法により、その配合量を変えて実施した。一方、S源として硫酸およびＰ源としてりん酸をそれぞれ単独に配合量を変えて添加した。そして、各実施例は、樹脂類および酸類を軟磁性鉄粉である純鉄粉アトメル３００ＮＨ（株式会社神戸製鋼所製）に対し、樹脂類をトルエンに溶解させた後鉄粉に添加混合し、加熱乾燥により樹脂コート鉄粉を作製し、この樹脂コート鉄粉に所定量の硫酸あるいはりん酸のアルコール溶液を添加し、再度加熱乾燥を行って圧粉磁心用粉末を製造した。加熱乾燥については、オーブン炉にに粉末を入れて大気中７５℃で３０分間加熱する方法で実施した。

つぎに、各製品粉末を前記「金属粉の流動度試験方法」に従って、本発明実施上の温間成形に必要な予熱温度をベースに、２５〜150℃の５段階の試験温度を設定し、これらの各温度のもとで対応する流動度を測定した。その結果を、型成形時の実用上の観点から、下記三段階に分けて評価し、各表に表示した。なお、酸類を添加しないで樹脂類のみを配合した場合の比較例も同条件下で実施したので、その結果を合わせて表示する。

○ ５０ｓｅｃ／５０ｇｒ以下で流れる。

△ ５０ｓｅｃ／５０ｇｒ以上で流れる。あるいは、一度流動が停止しても、 一度振動を与えると、５０ｓｅｃ／５０ｇｒ以下で流れる。

× 二度以上振動を与えても流れない。

表１はフエノール樹脂および／またはシリコーン樹脂と硫酸とを配合した本発明の実施例、また表２は樹脂とりん酸とを配合して本発明を実施した場合を示し、いずれも１５０℃に至る加熱（予熱）温度に加熱しても、全体として原料粉末は満足すべき流動性を示している。一方、表３は樹脂のみを配合し、本発明の特徴とする酸類を添加しない比較例であるが、加熱温度が１００℃以下の低温では、原料粉末はよく流動しているが、１００℃以上の実用的予熱温度では、二度以上振動させても流動していないことがわかる。これは樹脂類の溶融性が温存されているからである。

Claims (7)

1. 軟磁性粉末の表面にフエノール樹脂および／またはシリコーン樹脂が、同粉末の重量に対し、０．０１〜０．５％の割合で被覆されまたは付着されてなるとともに、該被覆または付着された樹脂には、同樹脂を含む軟磁性粉末の全重量に対し、Ｓ：０．００１〜０．０５％および／またはＰ：０.００５〜０．２％が含有されていることを特徴とする圧粉磁心用粉末。
2. 「金属粉の流動度試験方法」（ＪＰＭＡ Ｐ ０７−１９９２．日本粉末冶金工業会 １９９２年３月１日制定）に従い、１１０〜１５０℃の温度範囲で流動度試験を実施して、（ａ）無振動で流動が停止することなく粉末が流れる、または（ｂ）流動が停止しても、一度振動を与えることにより、その後は流動が停止することなく粉末が流れるような流動度を有することを特徴とする請求項１に記載の圧粉磁心用粉末。
3. 軟磁性粉末の表面に無機材料による電気絶縁皮膜が施され、その外側にフエノール樹脂および／またはシリコーン樹脂が被覆されまたは付着されてなることを特徴とする請求項１または２に記載の圧粉磁心用粉末。
4. 請求項１、２または３に記載の圧粉磁心用粉末を使用して製造されたことを特徴とする圧粉磁心。
5. 請求項１、２または３に記載の圧粉磁心用粉末を温間成形法により成形することを特徴とする圧粉磁心の製造方法。
6. 軟磁性粉末と粉末状のフエノール樹脂および／またはシリコーン樹脂を混合して同樹脂を軟磁性粉末の表面に付着させ、もしくは同樹脂を有機溶媒に溶解した溶液を軟磁性粉末と混合したのち、有機溶媒を揮発除去して同樹脂を軟磁性粉末の表面に被覆し、つぎに、有機溶媒にて希釈した硫酸および／またはりん酸を上記樹脂を付着または被覆した軟磁性粉末と混合し、さらに同有機溶媒を揮発除去することを特徴とする圧粉磁心用粉末の製造方法。
7. フエノール樹脂および／またはシリコーン樹脂を有機溶媒に溶解した溶液中に、硫酸および／またはりん酸添加した後、当該溶液と軟磁性粉末とを混合し、その後有機溶媒を揮発除去することを特徴とする圧粉磁心用粉末の製造方法。