JP2010251696A - 軟磁性圧粉磁芯および軟磁性圧粉磁芯の製造方法 - Google Patents

軟磁性圧粉磁芯および軟磁性圧粉磁芯の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】高密度化および絶縁性の向上の両立を図った軟磁性圧粉磁芯、および高密度化および絶縁性の向上の両立を図ることができる軟磁性圧粉磁芯の製造方法を提供すること。
【解決手段】絶縁処理された軟磁性材料に低融点潤滑剤を添加し、低融点潤滑剤が添加された軟磁性材料を温間成形し、成形された軟磁性材料を熱処理することで、軟磁性材料および低融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯を製造する。低融点潤滑剤としては、融点が50℃以上170℃以下であり、オレイン酸亜鉛、ステアリン酸銅、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸アミド、エルカ酸アミド、あるいはオレイン酸アミドの少なくともいずれか1以上である。
【選択図】図3

Description

本発明は、軟磁性圧粉磁芯および軟磁性圧粉磁芯の製造方法に関するものである。
従来からインダクタンス素子等に備えられる磁芯として、圧粉磁芯が用いられている。圧粉磁芯は、軟磁性材料から製造された軟磁性圧粉磁芯である。軟磁性圧粉磁芯の性能を評価する項目としては、主に、密度〔g/cm〕と、コアロス(圧粉磁芯の場合は、磁芯の損失)と、1T磁界(ここでは、磁束密度が1T(B=1〔T〕)となる際の磁界H〔A/m〕)とがあり、密度が高く、コアロスおよび1T磁界が低い軟磁性圧粉磁芯ほど性能が良いこととなる。一般に、軟磁性圧粉磁芯は、高密度化を図り、1T磁界の低減のために温間成形により製造される。また、軟磁性圧粉磁芯は、コアロスを低減するために、絶縁性の向上を目的として、例えばリン酸処理などの絶縁処理された鉄を主成分とする粒子(粉末)の集合体である粉体から製造される。さらに、軟磁性圧粉磁芯は、さらなる高密度化のために、温間成形時における軟磁性材料の変形を促進させることを目的として、潤滑剤を添加した軟磁性材料から製造される。軟磁性圧粉磁芯の製造において用いられる潤滑剤としては、金属石鹸が用いられる。金属石鹸には、複数の種類があるが軟磁性圧粉磁芯の製造において用いられる金属石鹸としては、例えば特許文献1に示すようにステアリン酸リチウムが一般的である。
また、潤滑剤は、軟磁性材料に添加する場合のみならず、軟磁性圧粉磁芯の金型からの離型性を向上するために用いられる場合がある。例えば、特許文献2に示すように、金型にステアリン酸亜鉛やステアリン酸リチウムを予め塗布することで、軟磁性圧粉磁芯の離型性を向上させるものもある。
特開2006−183121号公報 特開2005−072112号公報
ところで、軟磁性圧粉磁芯では、さらなる高密度化、コアロスの低減、1T磁界の低減への要望があり、従来の軟磁性圧粉磁芯の性能を越える軟磁性圧粉磁芯が要望されている。そこで、本発明者らは、軟磁性圧粉磁芯の製造において用いられる潤滑剤について詳細に検討を行った。その結果、従来、一般的に潤滑剤として用いられている金属石鹸であるステアリン酸リチウム、その他にステアリン酸ベリリウムでは、融点が高く、温間成形時に温度が融点に達せず、または温度が融点に達すまでに時間を要し、温間成形時において軟磁性材料間に十分に入り込まないことを見出した。従って、上記のような融点の高い潤滑剤では、温間成形時における軟磁性材料の流動性が不十分であるため、圧力による軟磁性材料の変形の促進が不十分となり、高密度化を十分に図ることができない。
また、軟磁性材料に添加される潤滑剤が絶縁性を有していると、軟磁性材料間に入り込めば、軟磁性材料間に介在する絶縁層として潤滑剤が機能し、軟磁性材料間の絶縁性が向上することも見出した。従って、上記のような融点の高い潤滑剤では、温間成形時において軟磁性材料間に十分に入り込めないために、潤滑剤が絶縁性を有していても軟磁性材料間に潤滑剤が絶縁層として十分に介在することができないために電気抵抗が高くならず、渦電流損失の低下を図ることができず、コアロスの低下を図ることができない。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高密度化および絶縁性の向上の両立を図った軟磁性圧粉磁芯、および高密度化および絶縁性の向上の両立を図ることができる軟磁性圧粉磁芯の製造方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる軟磁性圧粉磁芯は、軟磁性材料および低融点潤滑剤を含み、前記軟磁性材料に対する相対密度が97.2%以上であることを特徴とする。
また、上記軟磁性圧粉磁芯において、前記低融点潤滑剤は、融点が50℃以上170℃以下であることが好ましい。
また、上記軟磁性圧粉磁芯において、前記低融点潤滑剤は、オレイン酸亜鉛、ステアリン酸銅、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸アミド、エルカ酸アミド、あるいはオレイン酸アミドの少なくともいずれか1以上であることが好ましい。
また、本発明にかかる軟磁性圧粉磁芯の製造方法は、軟磁性材料に低融点潤滑剤を添加する工程と、前記添加された軟磁性材料を温間成形する工程と、を含むことを特徴とする。
また、上記軟磁性圧粉磁芯の製造方法において、前記軟磁性材料は、絶縁処理されたものであることが好ましい。
また、上記軟磁性圧粉磁芯の製造方法において、前記低融点潤滑剤は、融点が50℃以上170℃以下の金属石鹸あるいは脂肪酸アミドの少なくともいずれか一方からなる潤滑剤であることが好ましい。
また、上記軟磁性圧粉磁芯の製造方法において、前記温間成形時における温度が80℃以上200℃以下であり、前記低融点潤滑剤は、融点が前記成形温度以下であることが好ましい。
また、上記軟磁性圧粉磁芯の製造方法において、前記低融点潤滑剤は、オレイン酸亜鉛、ステアリン酸銅、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸アミド、エルカ酸アミド、あるいはオレイン酸アミドの少なくともいずれか1以上であることが好ましい。
本発明にかかる軟磁性圧粉磁芯は、軟磁性材料に低融点潤滑剤を添加することで製造されるので、低融点潤滑剤が温間成形時に軟磁性材料間に十分に入り込むことができる。従って、温間成形時における軟磁性材料の流動性を向上させることができるとともに、軟磁性材料間に潤滑剤が絶縁層として十分に介在することができるので、軟磁性圧粉磁芯の密度を鉄の密度に近づけることができ、高密度化および絶縁性の向上の両立を図ることができるという効果を奏する。
また、本発明にかかる軟磁性圧粉磁芯の製造方法は、軟磁性圧粉磁芯を低融点潤滑剤が添加された軟磁性材料から製造するので、低融点潤滑剤が温間成形時に軟磁性材料間に十分に入り込むことができる。従って、温間成形時における軟磁性材料の流動性を向上させることができるとともに、軟磁性材料間に潤滑剤が絶縁層として十分に介在することができるので、高密度化および絶縁性の向上の両立を図ることができるという効果を奏する。
図1は、本発明の温間成形時における軟磁性材料と低融点潤滑剤との関係を示す模式図である。 図2は、従来例の温間成形時における軟磁性材料と高融点潤滑剤との関係を示す模式図である。 図3は、軟磁性圧粉磁芯の製造方法を示すフロー図である。 図4は、実施例1における軟磁性圧粉磁芯の相対密度と成形温度との関係を示す図である。 図5は、実施例2における軟磁性圧粉磁芯の相対密度と成形温度との関係を示す図である。
以下に、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。
〔実施の形態〕
本発明にかかる軟磁性圧粉磁芯は、少なくとも軟磁性材料に低融点潤滑剤を添加し、低融点潤滑剤が添加された軟磁性材料を常温よりも高く加温するとともに加圧して任意の形状に成形する温間成形を行うことにより製造されるものである。つまり、本発明にかかる軟磁性圧粉磁芯は、軟磁性材料および低融点潤滑剤を含むものである。図1は、本発明の温間成形時における軟磁性材料と低融点潤滑剤との関係を示す模式図である。図2は、従来例の温間成形時における軟磁性材料と高融点潤滑剤との関係を示す模式図である。図1および図2において、1は軟磁性材料であり、2は低融点潤滑剤であり、3は高融点潤滑剤である。ここで、高融点潤滑剤3は、例えば、融点が180℃のステアリン酸ベリリウム(以下、単に「St−Be」と称する場合がある。)や、融点が220℃のステアリン酸リチウム(以下、単に「St−Li」と称する場合がある。)など、一般的に軟磁性圧粉磁芯に含まれる融点が170℃を超える潤滑剤をいう。
軟磁性材料1は、軟磁性圧粉磁芯の主成分となるものである。軟磁性材料1は、鉄(純鉄および不可避的不純物を含む鉄が含まれる)を主成分とするものである。軟磁性材料1は、鉄のみ、鉄に元素(例えば、Si、P、Co、Ni、Cr、Al、Mo、Mn、Cu、Sn、Zr、B、V、Znなど)を積極的に少量添加した組成物、パーマロイあるいはセンダストなどがあり、これらのいずれか1つのみ、あるいは2以上の組み合わせから構成されている。軟磁性材料1は、粒子や粉末であり、これらが複数集合して軟磁性材料1の粉体を形成している。つまり、軟磁性材料1は、鉄を主成分とする粒子(粉末)である鉄基粉により構成されている。また、鉄基粉の粒径は、後述する軟磁性材料1に対する相対密度(以下、単に「相対密度」と称する場合がある。)および1T磁界に影響を与え、粒径が小さいと温間成形時の圧力により軟磁性材料1が変形しにくくなるので、小さいことは好ましくなく、例えば平均粒径200μm程度が好ましい。なお、軟磁性材料1は、例えば、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法、回転アトマイズ法、鋳造粉砕法などの既に公知の調整方法で得ることができる。
低融点潤滑剤2は、温間成形時における軟磁性材料1の流動性を確保するとともに、軟磁性材料1間に介在する絶縁層として機能するものである。低融点潤滑剤2は、軟磁性圧粉磁芯を製造する際に用いられる潤滑剤のうち融点の低く、絶縁性を有する潤滑剤である。ここで、融点が低いとは、融点が50℃以上170℃以下であることをいう。つまり、低融点潤滑剤2は、融点が50℃以上170℃以下の潤滑剤である。融点が50℃以上170℃以下の潤滑剤は、例えば、融点が78℃のオレイン酸亜鉛(以下、単に「Ore-Zn」と称する場合がある。)、融点が125℃のステアリン酸銅(以下、単に「St−Cu」と称する場合がある。)、融点が127℃のステアリン酸亜鉛(以下、単に「St−Zn」と称する場合がある。)、融点が150℃のステアリン酸カルシウム(以下、単に「St−Ca」と称する場合がある。)、融点が160℃のステアリン酸アルミニウム(以下、単に「St−Al」と称する場合がある。)、融点が100℃のステアリン酸アミド(以下、単に「St−アミド」と称する場合がある。)、融点が80℃のエルカ酸アミド(以下、単に「EL−アミド」と称する場合がある。)、あるいは融点が74℃のオレイン酸アミド(以下、単に「Ore−アミド」と称する場合がある。)などであり、これらのいずれか1つのみ、あるいは2以上の組み合わせから低融点潤滑剤2が構成されている。また、低融点潤滑剤2の融点を50℃以上とするのは、融点が50℃未満の潤滑剤では、常温時に後述の固相状態から中間状態に変化する虞があり、軟磁性材料1に添加する際に、潤滑剤が軟磁性材料1に均一に行き渡らない虞があり、また潤滑剤が温間成形時に成形金型に付着しやすくなり、抜き圧(成形金型から温間成形後の軟磁性材料1(軟磁性圧粉磁芯)を離間させるための圧力)が増加し成形しにくくなる虞があるためである。また、低融点潤滑剤2の融点を170℃以下とするのは、融点が170℃を超える潤滑剤は、後述のように、温間成形時に固相状態から中間状態に十分に変化することができず、軟磁性材料1間に十分に入り込まない虞があるからである。なお、低融点潤滑剤2としては、融点の低い潤滑剤が良く、上記融点が50℃以上170℃以下の潤滑剤のうち、オレイン酸亜鉛やオレイン酸アミドが好適である。
ここで、温間成形時における軟磁性材料1と潤滑剤との関係について説明する。上述のように、温間成形時には、潤滑剤が添加された軟磁性材料1が常温よりも高く加温されつつ加圧される。従って、軟磁性材料1に添加された潤滑剤は、温間成形時に温度が融点に近づくため形態が変化する。具体的には、融点よりも−50℃以下では層状の規則正しい結晶構造を保持しているが融点よりも−30℃以上となると層状の規則正しい結晶構造にゆるみが生じ限られた大きさの円盤状に変化すると考えられている。つまり、潤滑剤は、温度が融点に向かって上昇することで固相状態から固相と液相との間の中間状態となり、温度が融点以上となることで最終的に液相状態に変化すると考えられている。これから、潤滑剤は、温度が融点に近づくに伴い流動性が向上し、軟磁性材料1間に入り込みやすくなると考えられる。
低融点潤滑剤2よりも融点が高い高融点潤滑剤3では、温間成形時の成形温度(潤滑剤が添加された軟磁性材料1が充填される図示しない成形金型の温度)と融点との温度差が大きいため、高融点潤滑剤3が温間成形時に固相状態から中間状態に十分に変化することができないと考えられる。従って、図2に示すように、高融点潤滑剤3が添加された軟磁性材料1の温間成形時に、高融点潤滑剤3の流動性が向上せず、高融点潤滑剤3が軟磁性材料1間に十分に入り込むことができず、鉄基粉の周囲を十分に囲める状態にならないと考えられる。これにより、高融点潤滑剤3が添加された軟磁性材料1の温間成形時においては、鉄基粉どうしの滑りを向上することができないことで、軟磁性材料1の十分な流動性を確保することができないと考えられる。従って、軟磁性材料1および高融点潤滑剤3を含む軟磁性圧粉磁芯では、温間成形時の圧力による軟磁性材料1の変形を促進することができず、高密度化を十分に図ることができない。また、高融点潤滑剤3が添加された軟磁性材料1の温間成形時においては、上述のように、絶縁性を有する高融点潤滑剤3が鉄基粉の周囲を十分に囲める状態にならないと考えられるので、高融点潤滑剤3が絶縁性を有していても、高融点潤滑剤3が軟磁性材料1間に絶縁層として十分に介在することができないと考えられる。従って、軟磁性材料1および高融点潤滑剤3を含む軟磁性圧粉磁芯では、絶縁性を向上することができない。
一方、高融点潤滑剤3よりも融点が低い低融点潤滑剤2では、温間成形時の成形温度と融点との温度差が小さいため、低融点潤滑剤2が温間成形時に固相状態から中間状態に十分に変化することができると考えられる。特に、低融点潤滑剤2は、高融点潤滑剤3と比較して、温間成形時の初期段階、すなわち温間成形時の圧力により鉄基粉どうしが滑ることで鉄基粉の隙間が小さくなり、さらに圧力により鉄基粉が変形して、低融点潤滑剤2が添加された軟磁性材料1が軟磁性圧粉磁芯としての任意の形状に成形される前に、固相状態から中間状態に変化することができると考えられる。従って、図1に示すように、低融点潤滑剤2が添加された軟磁性材料1の温間成形時、特に初期段階で、低融点潤滑剤2の流動性が向上し、低融点潤滑剤2が軟磁性材料1間に十分に入り込むことができ、鉄基粉の周囲を十分に囲める状態になると考えられる。これにより、低融点潤滑剤2が添加された軟磁性材料1の温間成形時においては、鉄基粉どうしの滑りを向上することができるので、軟磁性材料1の十分な流動性を確保することができると考えられる。従って、軟磁性材料1および低融点潤滑剤2を含む軟磁性圧粉磁芯では、温間成形時の圧力による軟磁性材料1の変形を促進することができ、軟磁性圧粉磁芯の密度を軟磁性材料の理論密度に近づける、すなわち真密度に近づけることができ、高密度化を十分に図ることができる。また、高密度化を十分に図ることができるので、1T磁界(ここでは、磁束密度が1T(B=1〔T〕)となる際の磁界H〔A/m〕)を十分に低減することができる。また、低融点潤滑剤2が添加された軟磁性材料1の温間成形時においては、上述のように、絶縁性を有する低融点潤滑剤2が鉄基粉を十分に囲める状態となると考えられるので、低融点潤滑剤2が軟磁性材料1間に絶縁層として十分に介在することができると考えられる。従って、軟磁性材料1および低融点潤滑剤2を含む軟磁性圧粉磁芯では、絶縁性を向上することができ、コアロス(圧粉磁芯の場合は、磁芯の損失)の低減を図ることができる。
また、軟磁性材料1に低融点潤滑剤2を添加するまでに、軟磁性材料1に絶縁処理がされる。軟磁性材料1は、絶縁処理されると、鉄基粉の周囲を囲む絶縁膜が形成され、絶縁性が向上する。しかし、鉄基粉の周囲を囲む絶縁膜は、温間成形する際の加圧により絶縁処理がされた軟磁性材料1が変形することで、割れが発生し、鉄基粉自体の表面が露出する虞があると考えられる。しかしながら、上述のように、低融点潤滑剤2は、軟磁性材料1間に十分に入り込むことができ、鉄基粉の周囲を十分に囲める状態になると考えられるので、鉄基粉の周囲を囲む絶縁膜が劣化しても、軟磁性材料1間に絶縁層として十分に介在するので、絶縁処理された軟磁性材料1の絶縁性の低下を抑制することができる。
次に、本発明にかかる軟磁性圧粉磁芯の製造方法について説明する。本発明にかかる軟磁性圧粉磁芯の製造方法は、上述のように、少なくとも軟磁性材料1に低融点潤滑剤2を添加し、低融点潤滑剤2が添加された軟磁性材料1を温間成形することにより製造されるものである。図3は、軟磁性圧粉磁芯の製造方法を示すフロー図である。実施の形態では、同図に示すように、絶縁処理されていない軟磁性材料1(ステップST1)から本発明にかかる軟磁性圧粉磁芯(ステップST7)を製造する場合は、絶縁処理されていない軟磁性材料1を絶縁処理する工程(ステップST2)と、絶縁処理された軟磁性材料1に低融点潤滑剤2を添加する工程(ステップST3)と、低融点潤滑剤2が添加された軟磁性材料1を混錬する工程(ステップST4)と、混錬された軟磁性材料1を温間成形する工程(ステップST5)と、温間成形された軟磁性材料1を熱処理する工程(ステップST6)とからなる。また、既に絶縁処理された軟磁性材料1(ステップST8)から本発明にかかる軟磁性圧粉磁芯(ステップST7)を製造する場合は、絶縁処理されている軟磁性材料1に低融点潤滑剤2を添加する工程(ステップST3)と、低融点潤滑剤2が添加された軟磁性材料1を混錬する工程(ステップST4)と、混錬された軟磁性材料1を温間成形する工程(ステップST5)と、温間成形された軟磁性材料1を熱処理する工程(ステップST6)とからなる。
次に、各工程について説明する。
絶縁処理されていない軟磁性材料1を絶縁処理する工程(ステップST2)では、低融点潤滑剤2を添加する前に予め軟磁性材料1を絶縁処理し、鉄基粉の周囲を囲む絶縁膜を形成するものである。絶縁処理としては、例えばリン酸処理がある。リン酸処理は、リン酸およびリン酸塩を主体とする水溶液で、軟磁性材料1を処理し、鉄基粉の周囲にリン酸塩化被膜を形成するものである。なお、上記リン酸処理などの水溶液による絶縁処理後は、低融点潤滑剤2を添加する前に軟磁性材料1を乾燥する。乾燥方法としては、リン酸処理後の軟磁性材料1をホットプレートにより70℃の環境下で乾燥させる。従って、軟磁性材料1は、絶縁処理されることで、鉄基粉の周囲を囲む絶縁膜が形成されることとなり、鉄基粉間に絶縁膜が介在することとなるため、軟磁性圧粉磁芯の絶縁性を向上することができる。
絶縁処理された軟磁性材料1、あるいは絶縁処理されている軟磁性材料1に低融点潤滑剤2を添加する工程(ステップST3)では、軟磁性材料1に対して所定の添加量の低融点潤滑剤2を添加する。ここでは、軟磁性材料1に添加する低融点潤滑剤2としては、融点が50℃以上170℃以下の金属石鹸あるいは脂肪酸アミドの少なくともいずれか一方からなる潤滑剤を用いる。融点が50℃以上170℃以下の金属石鹸は、例えば、上記オレイン酸亜鉛、ステアリン酸銅、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アルミニウムなどであり、融点が50℃以上170℃以下の脂肪酸アミドは、例えば、ステアリン酸アミド、エルカ酸アミド、オレイン酸アミドなどであり、これらの金属石鹸および脂肪酸アミドのうちいずれか1つのみ、あるいは2以上の組み合わせから金属石鹸あるいは脂肪酸アミドの少なくともいずれか一方からなる潤滑剤、すなわち、低融点潤滑剤2が構成されている。なお、所定の添加量は、0.02wt%以上0.2wt%以下とし、好ましくは0.1wt%である。ここで、所定の添加量を0.02wt%以上とするのは、所定の添加量が0.02wt%未満であると、軟磁性材料1に対する低融点潤滑剤2が少なすぎ、軟磁性材料1に低融点潤滑剤2を添加しても、低融点潤滑剤2が軟磁性材料1に均一に行き渡らない虞があるためである。また、所定の添加量を0.2wt%以下とするのは、所定の添加量が0.2wt%を超えると、効果が飽和するだけでなく、軟磁性圧粉磁芯における軟磁性材料1の含有率の低下により高密度化および1T磁界の低減を図ることができなくなる虞があるためである。
低融点潤滑剤2が添加された軟磁性材料1を混錬する工程(ステップST4)では、添加された低融点潤滑剤2を軟磁性材料1に均一に行き渡らせるために混ぜ合わせる。混錬方法としては、混合機(例えばアトライタ、振動ミル、ボールミル、Vミキサーなど)あるいは造粒機(例えば、流動造粒機、転動造粒機など)を用いて行われる。
混錬された軟磁性材料1を温間成形する工程(ステップST5)では、低融点潤滑剤2が添加された軟磁性材料1を常温よりも高い温度に加温するとともに、加圧することで、任意の形状に成形する。温間成形は、任意の形状のキャビティーを有する成形金型に低融点潤滑剤2が添加された軟磁性材料1を充填し、成形金型を成形温度まで加熱し、充填された軟磁性材料1を圧縮する際の圧力である成形圧力により低融点潤滑剤2が添加された軟磁性材料1を圧縮成形する。なお、成形温度は、80℃以上200℃以下とし、好ましくは130℃である。ここで、成形温度を80℃以上とするのは、成形温度が80℃未満であると、低融点潤滑剤2の融点に対する成形温度が低すぎ、低融点潤滑剤2が温間成形時に固相状態から中間状態、中間状態から液相状態に十分に変化することができず、軟磁性材料1間に十分に入り込むことができない虞があり、また、温間成形による高密度化および1T磁界の低減を図ることができないためである。また、成形温度を200℃以下とするのは、成形温度が200℃を超えると、温間成形時において軟磁性材料1の酸化が促進され、軟磁性材料1の特性が低下する虞があり、また、成形金型の加温に必要なエネルギーが増加することで製造コストが増加する虞があるためである。また、成形圧力は、6ton/cm以上12ton/cm以下とし、好ましくは10ton/cmである。ここで、成形圧力を6ton/cm以上とするのは、成形圧力が6ton/cm未満であると、温間成形による高密度化および1T磁界の低減を図ることができないためである。また、成形圧力を12ton/cm以下とするのは、成形圧力が12ton/cmを超えると、効果が飽和するだけでなく、低融点潤滑剤2が添加された軟磁性材料1の加圧に必要なエネルギーが増加することで製造コストが増加する虞があり、また、成形金型の劣化が進み、耐久性が低下する虞があるためである。
温間成形された軟磁性材料1を熱処理する工程(ステップST6)では、温間成形時に加圧されることで鉄基粉に発生した歪みを解放し、コアロス(特に、ヒステリシス損失)を低減する。熱処理としては、例えばアニール処理がある。アニール処理は、温間成形により任意の形状に成形された軟磁性材料1をアニール炉において加熱するものである。なお、アニール処理時の炉の雰囲気は、大気雰囲気、アルゴンや窒素などによる低酸素雰囲気、水素雰囲気、炭酸ガス雰囲気、あるいは真空のいずれであっても良い。
以下、本発明を下記の各実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
実施例1では、低融点潤滑剤2として金属石鹸を使用し、軟磁性圧粉磁芯を製造する例について説明する。
既に絶縁処理がされている軟磁性材料(ヘガネス社製 商品名Somaloy700)に、オレイン酸亜鉛、ステアリン酸銅、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸ベリリウム、ステアリン酸リチウムのいずれかの潤滑剤を0.1wt%添加し、潤滑剤が添加された軟磁性材料を混合機(筒井理化学器械製 商品名Vミキサー)に入れ、回転数12rpmで10分間混錬する。次に、混錬された軟磁性材料を成形温度130℃、成形圧力約980MPa(10ton/cm)の条件で温間成形する。温間成形された軟磁性材料をアニール炉に入れ、5℃/minで550℃まで昇温(160℃まで窒素による低酸素雰囲気、それ以後大気雰囲気)し、550℃で1時間保持し、軟磁性材料および低融点潤滑剤(Ore-Zn、St−Cu、St−Zn、St−Ca、St−Alのいずれか)を含む軟磁性圧粉磁芯と、軟磁性材料および高融点潤滑剤(St−Be、あるいSt−Li)を含む軟磁性圧粉磁芯とを製造する。
上記製造された軟磁性圧粉磁芯の軟磁性材料(実施例1では、鉄(密度7.87〔g/cm〕))に対する相対密度〔%〕測定、コアロス(1KHzコアロス(W/g))測定(ヒューレットパッカード社製 商品名E5060A)、1T磁界(A/m)測定を行い、得られた結果を表1に示す。
Figure 2010251696
表1から、軟磁性材料および低融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯は、相対密度が97.2以上(Ore-Zn=97.97、St−Cu=97.84、St−Zn=98.22、St−Ca=97.97、St−Al=97.71)となり、相対密度が97.2未満(St−Be=96.70、St−Li=97.08)の軟磁性材料および高融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯と比較して、高密度化を図ることが確認された。また、軟磁性材料および低融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯は、コアロスが160以下(Ore-Zn=101、St−Cu=129、St−Zn=113、St−Ca=155、St−Al=135)となり、コアロスが160を超える(St−Be=180、St−Li=200)の軟磁性材料および高融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯と比較して、コアロスの低減が確認され、絶縁性の向上が確認された。また、軟磁性材料および低融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯は、1T磁界が1250以下(Ore-Zn=1163、St−Cu=1215、St−Zn=1132、St−Ca=1145、St−Al=1230)となり、1T磁界が1250を超える(St−Be=1310、St−Li=1276)の軟磁性材料および高融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯と比較して、1T磁界の低減が確認された。以上のことから、軟磁性材料および低融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯は、軟磁性材料および高融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯と比較して、高密度化および絶縁性の向上の両立を図ることができ、高密度化、コアロスの低減、1T磁界の低減を図ることができることが確認された。
次に、上記軟磁性圧粉磁芯の製造方法において、成形温度を25℃、80℃、130℃、150℃、200℃として軟磁性材料および低融点潤滑剤(Ore-Zn、St−Cu、St−Zn、St−Ca、St−Alのいずれか)を含む軟磁性圧粉磁芯と、軟磁性材料および高融点潤滑剤(St−Be、あるいはSt−Li)を含む軟磁性圧粉磁芯とを製造する。
上記製造された軟磁性圧粉磁芯の軟磁性材料(実施例1では、鉄(密度7.87〔g/cm〕))に対する相対密度〔%〕測定を行い、得られた結果を図4に示す。同図に示すように、潤滑剤が高融点潤滑剤であるSt−Be、St−Liである場合は、成形温度が常温から200℃の間で、軟磁性圧粉磁芯の相対密度を97.2以上にすることができない。また、潤滑剤が低融点潤滑剤のOre-Zn、St−Cu、St−Zn、St−Ca、St−Alである場合でも、成形温度が常温では、軟磁性圧粉磁芯の相対密度を97.2以上にすることができない。つまり、軟磁性材料および高融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯は、成形温度を変化させても、高密度化を十分に図ることができず、高密度化、1T磁界の低減を十分に図ることができないことが確認された。また、軟磁性材料および低融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯であっても、成形温度が常温では、高密度化を十分に図ることができず、高密度化、1T磁界の低減を十分に図ることができないことが確認された。
一方、潤滑剤が低融点潤滑剤であるOre-Zn、St−Cu、St−Zn、St−Ca、St−Alである場合は、上述のように、成形温度が130℃で、軟磁性圧粉磁芯の相対密度を97.2以上にすることができる。また、潤滑剤が低融点潤滑剤であるOre-Zn、St−Cu、St−Zn、St−Caである場合は、上述のように、成形温度が130℃〜200℃の間で、軟磁性圧粉磁芯の相対密度を97.2以上にすることができる。さらに、低融点潤滑剤がOre-Znである場合は、成形温度が80℃から200℃の間で、軟磁性圧粉磁芯の相対密度を97.2以上にすることができる。つまり、軟磁性材料および低融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯は、低融点潤滑剤の種類によって、軟磁性材料および高融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯と比較して、成形温度の広い範囲で、高密度化を十分に図ることができ、高密度化、1T磁界の低減を十分に図ることができることが確認された。特に、Ore−Znを低融点潤滑剤とすることで、80℃という成形温度として低い温度による温間成形であっても、高密度化を十分に図ることができ、高密度化、1T磁界の低減を十分に図ることができることが確認された。
次に、上記軟磁性圧粉磁芯の製造方法において、成形温度を25℃、130℃、150℃、200℃として、軟磁性材料および低融点潤滑剤(Ore-Zn、St−Cu、St−Zn、St−Ca、St−Alのいずれか)を含む軟磁性圧粉磁芯と、軟磁性材料および高融点潤滑剤(St−Li、St−Be)を含む軟磁性圧粉磁芯とを製造する。
上記製造された軟磁性圧粉磁芯の軟磁性材料(実施例1では、鉄(密度7.87〔g/cm〕))に対する相対密度〔%〕測定、コアロス測定、1T磁界の測定を上記方法で行い、得られた結果を表2に示す。ここで、相対密度は、97.2以上の場合に「○」とし、97.2未満の場合に「×」とした。また、コアロスは、120以下の場合に「○」とし、120を超え160以下の場合に「△」とし、160を超える場合に「×」とした。また、1T磁界は、1200以下の場合に「○」とし、1200を超え1250以下の場合に「△」とし、1250を超える場合に「×」とした。相対密度、コアロス、1T磁界のいずれもが「×」でなければ、高密度化および絶縁性の向上の両立を図ることができ、高密度化、コアロスの低減、1T磁界の低減を図ることができると考えられる。
Figure 2010251696
表2から、軟磁性材料および低融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯は、常温での圧縮成形では、低融点潤滑剤の種類によっては、コアロスを160以下とすることができるが、相対密度を97.2以上にすることができず、1T磁界を1250以下に低減することができないことが確認された。つまり、軟磁性材料および低融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯は、常温による圧縮成形では、高密度化および絶縁性の向上の両立を十分に図ることができず、高密度化、コアロスの低減、1T磁界の低減を十分に図ることができないことが確認された。また、軟磁性材料および高融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯は、成形温度を変化させても、相対密度を97.2以上にすることができず、コアロスを160以下にすることができず、1T磁界を1250以下に低減することができないことが確認された。つまり、軟磁性材料および高融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯は、成形温度を変化させても、高密度化および絶縁性の向上の両立を十分に図ることができず、高密度化、コアロスの低減、1T磁界の低減を十分に図ることができないことが確認された。
一方、表2から軟磁性材料および低融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯は、低融点潤滑剤の種類によって、成形温度を変化させても、相対密度を97.2以上にすることができ、コアロスを160以下にすることができ、1T磁界を1250以下に低減することができる場合があることが確認された。例えば、低融点潤滑剤がSt−Caである場合は、成形温度が130℃で相対密度を97.2以上にすることができ、コアロスを160以下にすることができ、1T磁界を1200以下に低減することができ、200℃で相対密度を97.2以上にすることができ、コアロスを160以下にすることができ、1T磁界を1250以下に低減することができることが確認された。また、低融点潤滑剤がSt−Cuである場合は、成形温度が130℃で相対密度を97.2以上にすることができ、コアロスを160以下にすることができ、1T磁界を1250以下に低減することができ、150℃で相対密度を97.2以上にすることができ、コアロスを160以下にすることができ、1T磁界を1200以下に低減することができることが確認された。特に、低融点潤滑剤がOre−Znである場合は、成形温度が130℃、150℃、200℃のいずれにおいても、相対密度を97.2以上にすることができ、コアロスを120以下にすることができ、1T磁界を1200以下に低減することができ、優れた性能を有することが確認された。以上のことから、軟磁性材料および低融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯は、低融点潤滑剤の種類によって、軟磁性材料および高融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯と比較して、成形温度に拘わらず、高密度化および絶縁性の向上の両立を図ることができ、高密度化、コアロスの低減、1T磁界の低減を図ることができることが確認された。
実施例2では、低融点潤滑剤2として脂肪酸アミドを使用し、軟磁性圧粉磁芯を製造する例について説明する。実施例2の軟磁性圧粉磁芯の製造方法は、実施例1の軟磁性圧粉磁芯の製造方法において、低融点潤滑剤2として脂肪酸アミド(ステアリン酸アミド、エルカ酸アミド、オレイン酸アミドのいずれか)を金属石鹸に換えて使用するものであり、他の点は、実施例1の軟磁性圧粉磁芯の製造方法と同一である。このため、実施例2の軟磁性圧粉磁芯の製造方法の手順については、説明を省略する。
実施例2の軟磁性圧粉磁芯の製造方法により成形温度を130℃として製造された軟磁性圧粉磁芯の軟磁性材料(実施例2では、鉄(密度7.87〔g/cm〕))に対する相対密度〔%〕測定、コアロス(1KHzコアロス(W/g))測定、1T磁界(A/m)測定を行い、得られた結果を表3に示す。表3は、実施例1における表1に対応するものであり、脂肪酸アミド(St−アミド、EL−アミド、Ore−アミド)と高融点潤滑剤(St−Li、St−Be)とを比較するために、実施例1の表1におけるSt−LiおよびSt−Beの測定結果も併せて示している。
Figure 2010251696
表3から、軟磁性材料および低融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯は、相対密度が97.2以上(St−アミド=98.24、EL−アミド=98.04、Ore−アミド=97.88)となり、相対密度が97.2未満(St−Be=96.70、St−Li=97.08)の軟磁性材料および高融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯と比較して、高密度化を図ることが確認された。また、軟磁性材料および低融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯は、コアロスが160以下(St−アミド=116、EL−アミド=107、Ore−アミド=107)となり、コアロスが160を超える(St−Be=180、St−Li=200)の軟磁性材料および高融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯と比較して、コアロスの低減が確認され、絶縁性の向上が確認された。また、軟磁性材料および低融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯は、1T磁界が1250以下(St−アミド=993、EL−アミド=1059、Ore−アミド=1101)となり、1T磁界が1250を超える(St−Be=1310、St−Li=1276)の軟磁性材料および高融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯と比較して、1T磁界の低減が確認された。以上のことから、軟磁性材料および低融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯は、軟磁性材料および高融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯と比較して、高密度化および絶縁性の向上の両立を図ることができ、高密度化、コアロスの低減、1T磁界の低減を図ることができることが確認された。
次に、上記軟磁性圧粉磁芯の製造方法において、成形温度を25℃、80℃、130℃として軟磁性材料および低融点潤滑剤(St−アミド、EL−アミド、Ore−アミドのいずれか)を含む軟磁性圧粉磁芯を製造する。
上記製造された軟磁性圧粉磁芯の軟磁性材料(実施例2では、鉄(密度7.87〔g/cm〕))に対する相対密度〔%〕測定を行い、得られた結果を図5に示す。なお、図5は、脂肪酸アミド(St−アミド、EL−アミド、Ore−アミド)と高融点潤滑剤(St−Li、St−Be)とを比較するために、実施例1の図4におけるSt−LiおよびSt−Beの測定結果も併せて示している。図5に示すように、潤滑剤が高融点潤滑剤であるSt−Be、St−Liである場合は、成形温度が常温から130℃の間で、軟磁性圧粉磁芯の相対密度を97.2以上にすることができない。また、潤滑剤が低融点潤滑剤のSt−アミド、EL−アミド、Ore−アミドである場合でも、成形温度が常温では、軟磁性圧粉磁芯の相対密度を97.2以上にすることができない。つまり、軟磁性材料および高融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯は、成形温度を変化させても、高密度化を十分に図ることができず、高密度化、1T磁界の低減を十分に図ることができないことが確認された。また、軟磁性材料および低融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯であっても、成形温度が常温では、高密度化を十分に図ることができず、高密度化、1T磁界の低減を十分に図ることができないことが確認された。
一方、潤滑剤が低融点潤滑剤であるSt−アミド、EL−アミド、Ore−アミドである場合は、上述のように、成形温度が130℃で、軟磁性圧粉磁芯の相対密度を97.2以上にすることができる。また、図5に示すように、潤滑剤が低融点潤滑剤であるSt−アミド、EL−アミド、Ore−アミドである場合は、成形温度が80℃〜130℃の間で、軟磁性圧粉磁芯の相対密度を97.2以上にすることができる。つまり、軟磁性材料および低融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯は、軟磁性材料および高融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯と比較して、成形温度の広い範囲で、高密度化を十分に図ることができ、高密度化、1T磁界の低減を十分に図ることができることが確認された。これにより、脂肪酸アミド、すなわち、St−アミド、EL−アミド、Ore−アミドを低融点潤滑剤とすることで、80℃という成形温度として低い温度による温間成形であっても、高密度化を十分に図ることができ、高密度化、1T磁界の低減を十分に図ることができることが確認された。また、脂肪酸アミド、すなわち、St−アミド、EL−アミド、Ore−アミドは、80℃という成形温度として低い温度による温間成形であっても、軟磁性圧粉磁芯の高密度化を図ることができることが確認された。
次に、上記軟磁性圧粉磁芯の製造方法において、成形温度を25℃、130℃として、軟磁性材料および低融点潤滑剤(St−アミド、EL−アミド、Ore−アミドのいずれか)を含む軟磁性圧粉磁芯を製造する。
上記製造された軟磁性圧粉磁芯の軟磁性材料(実施例2では、鉄(密度7.87〔g/cm〕))に対する相対密度〔%〕測定、コアロス測定、1T磁界の測定を上記方法で行い、得られた結果を表4に示す。表4は、実施例1における表2に対応するものであり、脂肪酸アミド(St−アミド、EL−アミド、Ore−アミド)と高融点潤滑剤(St−Li、St−Be)とを比較するために、実施例1の表2におけるSt−LiおよびSt−Beの測定結果も併せて示している。なお、表4における記号「○」、「△」、および「×」の意味は、実施例1の表2における記号「○」、「△」、および「×」の意味と同一である。相対密度、コアロス、1T磁界のいずれもが「×」でなければ、高密度化および絶縁性の向上の両立を図ることができ、高密度化、コアロスの低減、1T磁界の低減を図ることができると考えられる。
Figure 2010251696
表4から、軟磁性材料および低融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯は、常温での圧縮成形では、コアロスを160以下とすることができるが、相対密度を97.2以上にすることができず、また、低融点潤滑剤の種類によって、1T磁界を1250以下に低減することができないことが確認された。つまり、軟磁性材料および低融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯は、常温による圧縮成形では、高密度化および絶縁性の向上の両立を十分に図ることができず、高密度化、コアロスの低減、1T磁界の低減を十分に図ることができないことが確認された。また、軟磁性材料および高融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯は、成形温度を変化させても、相対密度を97.2以上にすることができず、コアロスを160以下にすることができず、1T磁界を1250以下に低減することができないことが確認された。つまり、軟磁性材料および高融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯は、成形温度を変化させても、高密度化および絶縁性の向上の両立を十分に図ることができず、高密度化、コアロスの低減、1T磁界の低減を十分に図ることができないことが確認された。
一方、表4から軟磁性材料および低融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯は、成形温度を変化させると、相対密度を97.2以上にすることができ、コアロスを160以下にすることができ、1T磁界を1250以下に低減することができる場合があることが確認された。具体的には、低融点潤滑剤がSt−アミド、EL−アミド、Ore−アミドである場合は、成形温度が130℃で相対密度を97.2以上にすることができ、コアロスを120以下にすることができ、1T磁界を1200以下に低減することができ、優れた性能を有することが確認された。以上のことから、軟磁性材料および低融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯は、軟磁性材料および高融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯と比較して、成形温度に拘わらず、高密度化および絶縁性の向上の両立を図ることができ、高密度化、コアロスの低減、1T磁界の低減を図ることができることが確認された。
以上のように、実施例1では、低融点潤滑剤2として金属石鹸を使用し、軟磁性圧粉磁芯を製造する例を挙げ、実施例2では、低融点潤滑剤2として脂肪酸アミドを使用し、軟磁性圧粉磁芯を製造する例を挙げて説明したが、本発明はこれに限らない。本発明は、低融点潤滑剤2として金属石鹸および脂肪酸アミドからなる潤滑剤を使用し、軟磁性圧粉磁芯を製造してもよい。この場合にも、実施例1および実施例2と同様に、軟磁性材料および低融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯は、軟磁性材料および高融点潤滑剤を含む軟磁性圧粉磁芯と比較して、成形温度に拘わらず、高密度化および絶縁性の向上の両立を図ることができ、高密度化、コアロスの低減、1T磁界の低減を図ることができる。
以上のように、本発明にかかる軟磁性圧粉磁芯および軟磁性圧粉磁芯の製造方法は、潤滑剤が添加された軟磁性材料からなる軟磁性圧粉磁芯および潤滑剤が添加された軟磁性材料から軟磁性圧粉磁芯を製造する軟磁性圧粉磁芯の製造方法に有用であり、特に、高密度化および絶縁性の向上の両立を図るのに適している。
1 軟磁性材料
2 低融点潤滑剤
3 高融点潤滑剤

Claims (8)

  1. 軟磁性材料および低融点潤滑剤を含み、前記軟磁性材料に対する相対密度が97.2%以上であることを特徴とする軟磁性圧粉磁芯。
  2. 前記低融点潤滑剤は、融点が50℃以上170℃以下である請求項1に記載の軟磁性圧粉磁芯。
  3. 前記低融点潤滑剤は、オレイン酸亜鉛、ステアリン酸銅、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸アミド、エルカ酸アミド、あるいはオレイン酸アミドの少なくともいずれか1以上である請求項1または2に記載の軟磁性圧粉磁芯。
  4. 軟磁性材料に低融点潤滑剤を添加する工程と、
    前記添加された軟磁性材料を温間成形する工程と、
    を含むことを特徴とする軟磁性圧粉磁芯の製造方法。
  5. 前記軟磁性材料は、絶縁処理されたものである請求項4に記載の軟磁性圧粉磁芯の製造方法。
  6. 前記低融点潤滑剤は、融点が50℃以上170℃以下の金属石鹸あるいは脂肪酸アミドの少なくともいずれか一方からなる潤滑剤である請求項4または5に記載の軟磁性圧粉磁芯の製造方法。
  7. 前記温間成形時における温度が80℃以上200℃以下であり、
    前記低融点潤滑剤は、融点が前記成形温度以下である請求項6に記載の軟磁性圧粉磁芯の製造方法。
  8. 前記低融点潤滑剤は、オレイン酸亜鉛、ステアリン酸銅、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸アミド、エルカ酸アミド、あるいはオレイン酸アミドの少なくともいずれか1以上である請求項4〜6のいずれか1つに記載の軟磁性圧粉磁芯の製造方法。
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