JP2014103267A - 圧粉磁芯用粉末の製造方法および圧粉磁芯用粉末 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アトマイズ法によって鉄系軟磁性粉末を得る工程と、該鉄系軟磁性粉末に、950℃以上の水素雰囲気で熱処理を施す還元熱処理工程と、該還元熱処理工程後に粉砕を行う粉砕工程と、該粉砕工程を経た粉末に回転体によるせん断力を与えて解砕を行う解砕工程と、該解砕工程後に500℃以上900℃未満の温度での歪取熱処理を行う歪取熱処理工程と、該歪取熱処理工程後に前記粉末の表面に粉末質量に対して0.05mass%以上0.3mass%未満の絶縁被覆を施す工程とを含み、前記解砕工程は、前記回転体の周速(m/s)と解砕処理時間(s)との積が1000m以上22000m以下となる条件下に行う。
【選択図】なし
Description
この圧粉磁芯の最大の特徴は、三次元的な磁気回路が形成可能な点にある。すなわち、電磁鋼板は、積み重ねによって磁芯を成形することから形状の自由度に限界があるが、圧粉磁芯は絶縁被覆された軟磁性粒子をプレスして成形するため、金型さえあれば形状に制約がなく、電磁鋼板を上回る形状の自由度を得ることが出来る。
また、電磁鋼板の場合は、鋼板表面が絶縁されたものを積層するため、鋼板面方向と面垂直方向とで磁気特性が異なり、面垂直方向の磁気特性に劣ることが、欠点になっている。一方、圧粉磁芯は粒子一つ一つが絶縁被覆に覆われており、あらゆる方向に対して磁気特性が均一であるため、3次元的な磁気回路に用いるのに適している。このような特性面での優位性に加えて、圧粉磁芯とするプレス成形は、鋼板の積み重ね処理に比べて工程が短く歩留まりが高いため、原料粉末が安価であることと相まったコスト面での優位性も活かすことが期待されている。
本発明の目的は、高磁束密度かつ低鉄損の特性を成形後の圧粉磁芯に与えられる圧粉磁芯用粉末およびその製造方法を提供することにある。
1.圧粉磁芯用鉄系軟磁性粉末の製造方法であって、
アトマイズ法によって鉄系軟磁性粉末を得る工程と、
該鉄系軟磁性粉末に、950℃以上の水素雰囲気で熱処理を施す還元熱処理工程と、
該還元熱処理工程後に粉砕を行う粉砕工程と、
該粉砕工程を経た粉末に回転体によるせん断力を与えて解砕を行う解砕工程と、
該解砕工程後に500℃以上900℃未満の温度での歪取熱処理を行う歪取熱処理工程と、
該歪取熱処理工程後に前記粉末の表面に粉末質量に対して0.05mass%以上0.3mass%未満の絶縁被覆を施す工程と
を含み、
前記解砕工程は、前記回転体の周速(m/s)と解砕処理時間(s)との積が1000m以上22000m以下となる条件下に行うことを特徴とする圧粉磁芯用粉末の製造方法。
本発明の圧粉磁芯用粉末の原料となる、鉄系軟磁性粉末は、アトマイズ法によって得られるものを用いる。ここで、アトマイズ法に限定した理由は、酸化物還元法や電解析出法によって得られる粉末は、見掛密度が低い為、解砕を行ったとしても十分な見掛密度の向上効果が得られないためである。アトマイズ法であれば、ガス、水、ガス+水、遠心など種類は問わない。しかし、実用面を考えると一度に大量の粉末を製造でき、かつコスト面で最も優れる水アトマイズ法を用いるのが好ましい。
なお、粒度分布調整の方法としては、JIS Z8801−1に規定される篩を用いた篩い分けがある。
すなわち、Cは、粉末の硬度や保磁力を増加させ成形時の圧縮性の低下と圧粉磁芯の鉄損の増加を招くため、0.003mass%以下、さらには0.002mass%以下とするのが好ましい。Oは、粉末表面に酸化物の状態で存在し、この酸化物が圧粉磁芯の鉄損の増加を招く。従って、0.1mass%以下、さらには0.08mass%以下とするのが好ましい。
まず、被測定物である鉄粉末を、熱可塑性樹脂粉に混合し混合粉としたのち、該混合粉を適当な型に装入後、加熱し樹脂を溶融させたのち冷却固化させ、鉄粉含有樹脂固形物とする。ついで、該鉄粉含有樹脂固形物を適当な断面で切断し、該切断した面を研磨し腐蝕したのち、光学顕微鏡または走査型電子顕微鏡(100倍)を用いて鉄粉粒子の断面組織を観察及び/又は撮像する。撮像した視野内の任意の粒に対して、粒を横切るように線を5本引く。このとき、線はそれぞれ非平行となるようにし、かつ粒子の中心近傍を横切るように引く。粒子内に含まれる線の全長を、それぞれの線が横切った粒の個数で割ることにより結晶粒径とする。上記の様な結晶粒測定を、1視野当り10個以上の粉末、4視野以上で行うことで少なくとも40個の粉末の結晶粒を測定する。
しかし、過度にせん断力を与えると、粉末に大量の歪が導入され、後工程の歪取り焼鈍で再結晶が起こり、結晶粒が微細化する不利をまねく。そこで、解砕工程は、上記回転体の周速と処理時間との積算(周速(m/s)×処理時間(s))が1000m以上22000m以下となる条件で実施することが好ましい。すなわち、上記積算量が1000m未満では、上記した4.0g/cm3以上の見掛密度を得ることが困難であり、一方22000mを超えると、粉末に多量の歪が導入され、鉄損が増加するからである。ここで、回転体の周速とは、回転体最外周縁での周速のことを指す。なお、回転体の数は特に限定する必要はなく、例えば回転羽の枚数は任意でよい。
なお、絶縁被覆の被覆量は、粉末全体で、0.05〜0.3mass%の範囲とすることが好ましい。被覆量が0.05mass%未満では被覆が不均一となり、絶縁性の低下を招くからであり、一方0.3mass%を超えて多くなると、圧粉磁芯中の圧粉磁芯用粉末の占める割合が少なくなり、成形体の密度が著しく低下するからである。
(還元熱処理工程)
試料として、篩い分けによる粒度分布が45〜250μm、平均粒径D50が120μm、見掛密度が3.8g/cm3である、水アトマイズ鉄粉を用いた。ここで、篩い分けとD50を決定する為の粒度分布測定には、JIS Z8801−1に規定される篩を用いた。また、見掛密度は、JIS Z2504に規定される試験方法によって決定した。熱処理前の粉末のC量およびO量は、C:0.163mass%およびO:0.298mass%であった。得られた粉末に対して、5つの条件で熱処理を施した結果を表1に示す。なお、熱処理は全て水素雰囲気で、昇温から保持時間10分までを露点60℃の湿水素、そして残りの時間を乾水素で行った。また、CおよびO以外の不可避不純物については、全ての試料で上述した規定量以下となっていた。
作製した試験片は窒素中で700℃×45minの熱処理を行った。その後、巻き線を行い(1次巻100ターン、二次巻100ターン)、磁束密度(10000A/m、メトロン技研製直流磁化測定装置にて測定)と鉄損(1.0T、 400Hz、メトロン技研製高周波鉄損測定装置にて測定)を測定した。その測定結果を表3に示す。
実施例1の試料5−Dについて、絶縁被覆量を種々に変更した試料を作製した。成形条件、成形後の熱処理条件、磁気測定条件は、実施例1と同じである。その結果を、表4に示す。
作製した試験片は窒素中で700℃×45minの熱処理を行った。その後、巻き線を行い(1次巻100ターン、二次巻100ターン)、磁束密度(10000A/m、メトロン技研製直流磁化測定装置にて測定)と鉄損(1.0T、400Hz、メトロン技研製高周波鉄損測定装置にて測定)を測定した。その測定結果を表6に示す。
Claims (4)
- 圧粉磁芯用鉄系軟磁性粉末の製造方法であって、
アトマイズ法によって鉄系軟磁性粉末を得る工程と、
該鉄系軟磁性粉末に、950℃以上の水素雰囲気で熱処理を施す還元熱処理工程と、
該還元熱処理工程後に粉砕を行う粉砕工程と、
該粉砕工程を経た粉末に回転体によるせん断力を与えて解砕を行う解砕工程と、
該解砕工程後に500℃以上900℃未満の温度での歪取熱処理を行う歪取熱処理工程と、
該歪取熱処理工程後に前記粉末の表面に粉末質量に対して0.05mass%以上0.3mass%未満の絶縁被覆を施す工程と
を含み、
前記解砕工程は、前記回転体の周速(m/s)と解砕処理時間(s)との積が1000m以上22000m以下となる条件下に行うことを特徴とする圧粉磁芯用粉末の製造方法。 - 請求項1に記載の製造方法によって得られる圧粉磁芯用粉末。
- C量0.003mass%以下およびO量0.1mass%以下であることを特徴とする請求項2に記載の圧粉磁芯用粉末。
- 見掛密度4.0g/cm3以上であることを特徴とする請求項2または3に記載の圧粉磁芯用粉末。
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