JP2009032917A - 圧粉磁心の製造方法およびリアクトルコアの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リアクトルコア等を構成するコア材のギャップ板に対向する接着面を該コア材を損傷させることなく効果的に処理することができ、もってコア材のギャップ板に対する剥離強度（せん断強度）を高めることのできる圧粉磁心の製造方法とリアクトルコアの製造方法を提供する。
【解決手段】軟磁性金属粉末と樹脂粉末を混合攪拌してなる粉末混合体を成形型内で加圧成形することにより、加圧成形体である第１の中間体を製造する第１の工程と、第１の中間体の表面の一部または全部をリン酸水溶液等の酸性水溶液にてエッチング処理して第２の中間体を製造する第２の工程と、第２の中間体を焼鈍処理して圧粉磁心を製造する第３の工程と、からなる圧粉磁心の製造方法である。
【選択図】図３

Description

本発明は、圧粉磁心の製造方法と、該製造方法によって製造された圧粉磁心をコア材としたリアクトルコアの製造方法に関するものである。

リアクトルコアが複数のコア材から形成される場合には、隣接するコア材間にスペーサとなる樹脂製のギャップ板が介在し、ギャップ板とコア材とは接着剤にて接着固定されるのが一般的である。

ところで、上記リアクトルコアを具備するリアクトルがハイブリッド自動車等のエンジンルームに搭載される場合、かかる用途においては、その使用環境の変化によって−４０℃〜１５０℃程度の範囲内での環境下に置かれる可能性があるために、ギャップ板が介装されるリアクトルコアにおいては、コア材とギャップ板との接着部にて剥離が生じ易いという問題がある。

また、コア材を形成する圧粉磁心を成形型（金型）内にて加圧成形するに際し、金属粉末の高密度成形を実現するために、成形型のキャビティ面にたとえばステアリン酸等の潤滑剤を塗布しておき、次いで軟磁性金属粉末および樹脂粉末の混合体が成形型内に充填され、加圧成形される。次いで、加圧成形体を７００℃程度の高温雰囲気下に置くことにより、加圧成形時に生じる加工歪が除去されている（焼鈍処理）。

圧粉磁心からなるコア材のうち、セラミック等のギャップ板と接着剤にて接続される端面（接着面）に付着した上記ステアリン酸等の潤滑剤は、この焼鈍処理によって大半が除去されるものの、一部は反応物となってコア材に残存する。この潤滑剤の反応物がコア材端面に残存することでコア材―ギャップ板間の接着強度が低下し、上記する剥離を助長することになる。

ここで、特許文献１に開示のコイル部品にかかる技術においては、高周波トランスを形成するフェライトコアの下鍔部底面と台座の双方の当接面に多数の凹凸形状を形成させ、これらの面同士を接着剤にて接着することで接着強度が高められたコイル部品が開示されている。この凹凸形状の加工方法は、１）金型自体の接着面箇所に凹凸加工を施しておく方法、２）接着面にサンドブラスト加工を施す方法、３）接着面を研摩する方法、からなる物理的な処理方法のいずれかを適用することとしている。

特開平７−１９２９３１号公報

特許文献１に開示の物理的な加工方法を適用してリアクトルコア等を構成するコア材のギャップ板に対向する接着面に凹凸加工を施すことにより、潤滑剤を効果的に除去して該接着面におけるギャップ板との密着強度を高める方策もある。しかし、かかる物理的な端面加工方法ではコア自体を損傷させる可能性が高く、その磁気特性が損なわれることは必至である。

本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、リアクトルコア等を構成するコア材のギャップ板に対向する接着面を該コア材を損傷させることなく効果的に処理することができ、もってコア材のギャップ板に対する剥離強度（せん断強度）を高めることのできる圧粉磁心の製造方法とリアクトルコアの製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成すべく、本発明による圧粉磁心の製造方法は、軟磁性金属粉末と樹脂粉末を混合攪拌してなる粉末混合体を成形型内で加圧成形することにより、加圧成形体である第１の中間体を製造する第１の工程と、前記第１の中間体の表面の一部または全部を酸性水溶液にてエッチング処理して第２の中間体を製造する第２の工程と、前記第２の中間体を焼鈍処理して圧粉磁心を製造する第３の工程と、からなることを特徴とするものである。

ここで、軟磁性金属粉末としては、例えば、鉄、鉄−シリコン系合金、鉄−窒素系合金、鉄−ニッケル系合金、鉄−炭素系合金、鉄−ホウ素系合金、鉄−コバルト系合金、鉄−リン系合金、鉄−ニッケル−コバルト系合金および鉄−アルミニウム−シリコン系合金を使用でき、かかる合金表面に樹脂粉末である、たとえば、シリコン樹脂やエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等からなる絶縁被膜が形成されて軟磁性粉末が生成される。

具体的には、上記する軟磁性金属粉末と樹脂粉末とを混合攪拌して生成された粉末混合体を成形型（金型）内に充填し、加圧成形することによって中間体（第１の中間体）を製造する。この加圧成形により、純鉄等の軟磁性金属粉末の表面にシリコーン樹脂被膜等の絶縁被膜が形成された粉体が所定形状に一体に成形されることになる。この加圧成形に際し、成形型のキャビティ内周面には、既述のごとく高密度成形を実現するためにステアリン酸等の潤滑剤を塗布しておく。

本発明の製造方法では、加圧成形された中間体を成形型から取り出した後にこれを酸性水溶液にてエッチング処理し、次の中間体（第２の中間体）を製造するものである。より具体的には、第１の中間体のうち、これが最終成形品の磁性コアとなってリアクトルコアを構成する場合にギャップ板と接着される面（以下、この面を接着面という）を酸性水溶液に浸し、これを１〜４時間程度残置するものである。

このエッチング処理により、まず、上記接着面に付着している潤滑剤を完全に除去することができ、これが残っていることで招来される強度低下等の問題を解消することができる。また、この方法は、上記従来技術のような物理的な除去方法とは異なるため、当該接着面の磁気特性を損なう虞もない。

また、このエッチング処理により、接着面に露出する磁性粉末粒子表面のシリコーン樹脂被膜が除去される。さらに、この磁性粉体粒子は酸化され、粒子表面に酸化被膜を形成する。この酸化被膜は隣接する粉体の酸化被膜との結合性もよく、したがって、接着面にて露出粉体が欠落するといった問題も生じ得ない。さらには、酸化被膜が軟磁性金属粉末表面に形成されることで、この軟磁性金属粉末、ひいては圧粉磁心内部の錆びによる腐食の進行を防ぐことにも繋がる。

次いで、接着面がエッチング処理された第２の中間体を７００℃程度の高温雰囲気下に置くことにより、加圧成形時に生じる加工歪が取り除かれて（焼鈍処理）、圧粉磁心が製造される。

上記するエッチング処理にて使用される酸性水溶液としては、塩酸、硝酸等の強酸水溶液を挙げることができるが、圧粉磁心を構成する軟磁性金属粉末の酸化反応を過度に進行させるため、最終製品の磁気特性が損なわれる。また、トルエンやキシレン等の有機溶剤はステアリン酸等の潤滑剤やシリコーン樹脂被膜を除去するには有効ではあるが軟磁性金属粉末を酸化させて酸化被膜を形成することができない。よって、かかる問題もなく、高いエッチング処理効果が期待できるリン酸水溶液を使用するのが好ましい。

さらに、本発明によるリアクトルコアの製造方法は、前記する圧粉磁心の製造方法によって製造された圧粉磁心をコア材として用意するとともに非磁性を有するギャップ板を加圧成形することによって用意し、前記コア材と前記ギャップ板とを交互に接着させることによって平面視が略円環状のリアクトルコアが製造されることを特徴とするものである。

コア材は、２つのＵ型コアを間隔を置いて対向配置させ、その間に複数の矩形コア（またはＩ型コア）を配設し、Ｕ型コアと矩形コアの間、および矩形コア同士の間には、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）やジルコニア（ＺｒＯ_２）などのセラミックで成形されたギャップ板が介装され、コア材とギャップ板とは耐熱性の高いエポキシ樹脂系接着剤等にて接着固定されることでリアクトルコアが形成される。

上記する圧粉磁心がリアクトルコアを構成する磁性コアに適用される場合において、上記エッチング処理によってこのコア材におけるギャップ板との接着面からステアリン酸等の潤滑剤が完全に取り除かれ、しかも当該接着面に露出する粉体表面に酸化被膜が形成されて隣接粉体同士の接着強度が高められている。

したがって、このコア材の接着面とギャップ板とが接着固定された接着部では、その耐剥離性が大きく向上している。

この接着部の強度に関してさらに言及すれば、ステアリン酸等の潤滑剤がコア材の接着面から除去されることにより、当該接着面は（金属酸化被膜で被覆された）金属粉体が露出した状態となっており（微視的には表面に凹凸が形成されている）、したがって、ギャップ板との間に介在する接着剤との接着面積が大きくなることで、やはり接着部の耐剥離性が向上する。

本発明者等の実験によれば、本発明の製造方法によって製造された圧粉磁心をコア材とした場合に、これとギャップ板とを接着してなる接着部のせん断強度は、従来のエッチング処理を実行せずに製造されたコア材の場合に比して５割程度も上昇する結果が得られている。

上記する本発明のリアクトルコアの製造方法によって製造されたリアクトルコアは、その構成部材である磁性コア材とギャップ板との接着固定部においてその剥離強度が大きく高められ、冷熱耐久性も高くなることから、リアクトルコアに高い冷熱耐久性が要求されるハイブリッド車に搭載されるリアクトルに特に好適である。

以上の説明から理解できるように、本発明の圧粉磁心の製造方法およびリアクトルコアの製造方法によれば、圧粉磁心の加圧成形時に付着する潤滑剤をその電磁気特性を損なうことなく効果的に取り除くことができるため、これと他の部材（ギャップ板等）との接着面の剥離強度特性（またはせん断強度特性）を大きく高めることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１ａは加圧成形された直後の磁性コア（第１の中間体）を示した斜視図であり、図１ｂは図１ａのｂ−ｂ矢視図であって断面を拡大した図である。図２は図１の磁性コアをエッチング処理した直後の磁性コア（第２の中間体）の断面を拡大した図であり、図３は図２の磁性コアの接着面に接着剤層を介してギャップ板を取り付けた際の断面を拡大した図である。図４は本発明のリアクトルコアを示した斜視図であり、図５は図４のリアクトルコアにコイルを形成してなるリアクトルの斜視図である。図６は従来のリアクトルコア（比較例）の接着面、および本発明のリアクトルコア（実施例）の接着面双方のせん断強度に関する実験結果を示したグラフである。

本発明の圧粉磁心の製造方法を図１，２に基づいて説明し、次いで、図３〜５に基づいてリアクトルコアおよびリアクトルの製造方法を順に説明する。

まず、図１ａで示す磁性コア２を成形するために、当該磁性コア２と同形状のキャビティ空間を有する不図示の成形型（金型）を用意し、このキャビティ内周面に潤滑剤としてステアリン酸を塗布しておく。

たとえば、鉄、鉄−シリコン系合金、鉄−窒素系合金、鉄−ニッケル系合金、鉄−炭素系合金、鉄−ホウ素系合金、鉄−コバルト系合金、鉄−リン系合金、鉄−ニッケル−コバルト系合金および鉄−アルミニウム−シリコン系合金からなるいずれか一種の軟磁性金属粉末と、たとえば、シリコン樹脂やエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂等からなるいずれか一種の樹脂粉末を混合して粉末混合体を製作し、これを成形型内に充填する。

次いで、成形型内にて上記粉末混合体を加圧成形して磁性コアの中間体を製造し、これを成形型から取り出す。図１ａには、取り出された磁性コア２を示している。

この磁性コア２のうち、特にギャップ板（不図示）との接着面２ａを中心としたｂ−ｂ矢視図を拡大した図が図１ｂである。

図１ｂにおいて、磁性コア２は鉄粉２１の周面にシリコーン樹脂被膜２２が形成されてなる磁心粉体２３が密着固定された構造を呈しており、少なくともその接着面２ａにはステアリン酸が付着した状態で残っている。

次に、上記残存するステアリン酸を接着面から取り除くべく、この接着面２ａをリン酸水溶液が入った容器内に浸漬させ、１〜４時間残置する（エッチング処理）。図２は、残置後に容器から取り出した磁性コア２を図１ｂと同態様で図示したものである。

同図において、接着面２ａからステアリン酸が取り除かれ、さらには、外部に露出した磁心粉体２３’は鉄粉２１の外部面のシリコーン樹脂被膜２２が除去され、金属酸化被膜２２’が形成されている。

図２の状態において、磁性コア２の接着面には、各磁心粉体２３’、…同士が自らの酸化被膜２２’、…によってより強固に接続されることとなる。さらに、この接着面には磁心粉体２３’、…が凹凸状に露出した状態となっている。

接着面に上記エッチング処理を施した後に、この磁性コア２を７００℃程度の高温雰囲気下に置くことによって焼鈍処理が実行される。なお、リアクトルコアを形成する複数の同一形状の磁性コア等が一度に焼鈍処理されてもよい。

図１ａで示す磁性コア２はリアクトルコアを形成するＩ型コアとして使用されるものであり、別途、リアクトルコアを形成するＵ型コアも上記と異なるキャビティ空間を有する成形型を使用して成形する以外は、上記と同様の工程を経て製造される。

上記するＩ型コアとＵ型コアを用意してリアクトルコアの製造をおこなう。製造されるリアクトルコアの一実施の形態を図４に示している。このリアクトルコア１０は、平面視がＵ型のＵ型コア１，１と、その間に間隔を置いて配設される平面視が矩形のＩ型コア２と、Ｕ型コア１とＩ型コア２との間およびＩ型コア２，２間に介装されるギャップ板３と、ギャップ板とコア１，２とを接着する接着剤層４とから構成され、全体として平面視が横長円環状に形成されるものである。この円環方向に磁気回路が形成される。なお、ギャップ板３はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などの非磁性素材のセラミックで成形される。さらに接着剤層はエポキシ樹脂系接着剤等からなる。

接着剤層４を介して接着固定されるＩ型コア２とギャップ板３との接合部の断面拡大図を図３に示している。

同図より、接着剤層４は外部に露出する磁心粉体２３’、…で形成される凹凸内に入り込むこととなり、さらには接着剤層４との付着面積がこの凹凸によって拡大することにより、この接着箇所における剥離強度（せん断強度）は図１ｂで示すステアリン酸等の潤滑剤の反応物が接着面に残存する従来の場合に比して格段に向上することとなる。

また、接着面上の磁心粉体は酸化被膜を形成していることによって外部から保護されており、接着面から鉄粉２１が錆びて磁性コア内に腐食が進行するといった問題も生じ得ない。

このリアクトルコア１０の長手方向の直線区間に導線が巻装されてなるコイル２０，２０が形成されて図５で示すようなリアクトル３０が構成される。このリアクトルは、例えばハイブリッド車等の車両に搭載される電力変換装置を構成する。

[従来のリアクトルコア（比較例）の接着面、および本発明のリアクトルコア（実施例）の接着面双方のせん断強度に関する実験とその結果]
本発明者等は、従来のリアクトルコアを構成するＩ型コア（比較例）の接着面におけるせん断強度と本発明のリアクトルコアを構成するＩ型コア（実施例）の接着面におけるせん断強度を検証すべく、双方のモデルを試作してせん断試験を実施した。その結果を図６に示している。

同図より、比較例でのせん断強度が１０ＭＰａ前後であるのに対して実施例のそれは１５ＭＰａ前後となり、実施例は比較例に比して５〜６割程度もせん断強度が増加する結果となった。

これは、加圧成形後の磁性コアの接着面に上記エッチング処理を実行することによって奏される効果であると特定できる。

磁性コアのせん断強度の増加はリアクトルコアの冷熱耐久性能の増加にも直結するものであることから、かかる高性能なリアクトルコアからなるリアクトルは、既述のごとく変化の激しい冷熱環境下に置かれるハイブリッド車への搭載に好適である。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。たとえば、上記する本発明の圧粉磁心は、トランスを形成するコアに使用することもできる。

（ａ）は加圧成形された直後の磁性コア（第１の中間体）を示した斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ矢視図であって断面を拡大した図である。 図１の磁性コアをエッチング処理した直後の磁性コア（第２の中間体）の断面を拡大した図である。 図２の磁性コアの接着面に接着剤層を介してギャップ板を取り付けた際の断面を拡大した図である。 本発明のリアクトルコアを示した斜視図である。 図４のリアクトルコアにコイルを形成してなるリアクトルの斜視図である。 従来のリアクトルコア（比較例）の接着面、および本発明のリアクトルコア（実施例）の接着面双方のせん断強度に関する実験結果を示したグラフである。

符号の説明

１…Ｕ型コア（磁性コア）、２…Ｉ型コア（磁性コア）、２１…鉄粉（軟磁性金属粉末）、２２…シリコーン樹脂被膜、２３，２３’…磁心粉体、３…ギャップ板、４…接着剤層、１０…リアクトルコア、２０…コイル、３０…リアクトル、ａ…ステアリン酸（潤滑剤）

Claims (4)

1. 圧粉磁心の製造方法であって、
   軟磁性金属粉末と樹脂粉末を混合攪拌してなる粉末混合体を成形型内で加圧成形することにより、加圧成形体である第１の中間体を製造する第１の工程と、
   前記第１の中間体の表面の一部または全部を酸性水溶液にてエッチング処理して第２の中間体を製造する第２の工程と、
   前記第２の中間体を焼鈍処理して圧粉磁心を製造する第３の工程と、
   からなる圧粉磁心の製造方法。
2. 前記エッチング処理される中間体の面は、前記圧粉磁心とギャップ板とを接着固定してリアクトルコアを形成する際の該ギャップ板に対向する面である、請求項１に記載の圧粉磁心の製造方法。
3. 前記酸性水溶液がリン酸水溶液であることを特徴とする請求項１または２に記載の圧粉磁心の製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の圧粉磁心の製造方法によって製造された圧粉磁心をコア材として用意するとともに非磁性を有するギャップ板を加圧成形することによって用意し、
   前記コア材と前記ギャップ板とを交互に接着させることによって平面視が略円環状のリアクトルコアが製造されることを特徴とする、リアクトルコアの製造方法。

Images