JP2014203847A

JP2014203847A - 高い表面抵抗を有する圧粉磁心

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Publication number: JP2014203847A
Application number: JP2013076120A
Authority: JP
Inventors: 加藤　健一; Kenichi Kato; 健一加藤; 宮原　正久; Masahisa Miyahara; 正久宮原; 小林　直樹; Naoki Kobayashi; 小林　　直樹
Original assignee: Diamet Corp
Current assignee: Diamet Corp
Priority date: 2013-04-01
Filing date: 2013-04-01
Publication date: 2014-10-27
Anticipated expiration: 2033-04-01
Also published as: JP6160181B2

Abstract

【課題】酸洗浄を必要とせずに製造でき、成形時に金型と摺動する成形体表面の電気抵抗の低下がない圧粉磁心を提供する。
【解決手段】膜厚４０ｎｍ以上のＭｇＯ被膜を有する磁性粉末に硬化後のマイクロビッカース硬さ（ＭＨｖ）０．１以上のシリコーンレジンを０．０５〜１質量％添加して保護被膜を形成した原料粉末を、金型を用いて圧縮成形した後、熱処理することにより圧粉磁心を得た。この圧粉磁心は、金型からの抜き方向に対して０．０３〜１°のテーパを側周面に有し、好ましくは、テーパを側周面の少なくとも一方の端部に至るまで有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高い表面抵抗を有する複合軟磁性材に関し、特に、成形時に金型と摺動する成形体表面の電気抵抗の低下が生じない圧粉磁心に関する。

従来、圧粉磁心は、金型を用いて原料粉末を圧縮成形することで製造されている。そして、高周波数で用いられる磁心を製造する場合には、渦電流損失を低減するため、原料粉末として、絶縁皮膜が形成された磁性粉末が用いられている。しかし、圧縮成形物を金型から抜き出す際に、金型との摺動により絶縁皮膜が損傷して磁性粉末同士が接触し、成形体表面において電気抵抗が低下してしまうという問題があった。

この問題を解決するために、特許文献１には、金型との摺動により成形体表面の電気抵抗が低下した場合に、酸洗浄により表面の低電気抵抗層を除去することが開示されている。しかし、この方法では、酸洗浄の工程を設けなければならないため、工程が複雑になり製造コストが余分にかかってしまうという問題があった。

また、特許文献２には、金型との摺動面に抜きテーパを付与することで、絶縁被膜の損傷を低減することが開示されている。

特開２００６−２２９２０３号公報特許第５０３２６９０号公報

しかし、特許文献２に開示された圧粉磁心は、テーパが付与された部分においても、電気抵抗の低下の抑制は不十分であり、後処理において酸洗浄を実施する必要があった。

そこで、本発明は、酸洗浄を必要とせずに製造でき、成形時に金型と摺動する成形体表面の電気抵抗の低下が生じない圧粉磁心を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために検討した結果、絶縁皮膜の種類および膜厚と、絶縁皮膜の上に被覆するシリコーンレジンの硬さ、金型のテーパ角度により、成形時の表面抵抗の低下度合いが異なることを見出した。

そして、以上の知見に基づき鋭意検討した結果、ＭｇＯ被膜と保護被膜としてのシリコーンレジン被膜を有する磁性粉末を圧縮成形してなる圧粉磁心に０．０３°以上のテーパを付与することで、金型との摺動部の電気抵抗の低下がなくなることを見出し、本発明に想到した。

すなわち、本発明の圧粉磁心は、膜厚４０ｎｍ以上のＭｇＯ被膜を有する磁性粉末に硬化後のマイクロビッカース硬さ（ＭＨｖ）０．１以上のシリコーンレジンを０．０５〜１質量％添加して保護被膜を形成した原料粉末を、金型を用いて圧縮成形した後、熱処理することにより得られるとともに、前記金型からの抜き方向に対して０．０３〜１°のテーパを側周面に有することを特徴とする。

また、前記テーパを前記側周面の少なくとも一方の端部に至るまで有することを特徴とする。

また、密度６．８ｇ／ｃｍ^３以上に圧縮成形することにより得られたことを特徴とする。

本発明によれば、酸洗浄を必要とせずに低コストで製造でき、成形時に金型と摺動する成形体表面の電気抵抗の低下がない圧粉磁心を提供することができる。

本実施例の圧粉磁心とその製造に用いられる金型の形状を示す側面から見た模式図である。シリコーンレジンの硬さと表面抵抗の関係を示すグラフである。シリコーンレジンの添加量と表面抵抗の関係を示すグラフである。ＭｇＯ被膜の膜厚と表面抵抗の関係を示すグラフである。金型の側周面のテーパ角度と表面抵抗の関係を示すグラフである。

本発明の圧粉磁心は、ＭｇＯ被膜を有する磁性粉末に硬化後のマイクロビッカース硬さ（ＭＨｖ）０．１以上のシリコーンレジンを０．０５〜１質量％添加して保護被膜を形成した原料粉末を、金型を用いて圧縮成形した後、熱処理することにより得られるとともに、前記金型からの抜き方向に対して０．０３〜１°のテーパを側周面に有するものである。

ここで、ＭｇＯ被膜を有する磁性粉末としては、特許文献４７６１８３５に記載の方法等により製作された磁性粉末を用いることができる。

また、原料粉末に保護皮膜を形成するために添加するシリコーンレジンの硬化後のマイクロビッカース硬さ（ＭＨｖ）が０．１未満であると、成形体表面の電気抵抗が低下するため好ましくない。このようなシリコーンレジンとしては、例えば、信越化学製シリコーンレジンＸ−４０−２３５６を用いることができる。なお、マイクロビッカース硬さ（ＭＨｖ）は、ＪＩＳＺ２２４４に準拠して測定した値をいう。

また、このシリコーンレジンの添加量は、ＭｇＯ被膜を有する磁性粉末に添加した後において、０．０５質量％未満の場合は成形体表面の電気抵抗が低下するため好ましくない。一方、１質量％を超えた場合は成形密度が低下して鉄損が増加し、十分な性能が得られない。磁性粉末へのシリコーンレジンの保護被膜の形成は、例えば、粉末混合機により攪拌しながら溶剤で希釈したシリコーンレジンを磁性粉末へスプレー噴霧する方法により行うことができる。

また、側周面のテーパの角度が金型からの抜き方向に対して０．０３°未満の場合は、金型から抜く際の金型との摺動により成形体表面の電気抵抗が低下するため好ましくない。一方、１°を超えると金型からの抜き方向における端部間の寸法差が大きくなり、リアクトル等としての組み立て精度に悪影響が出るため好ましくない。

また、圧粉磁心は、圧縮成形した後に熱処理することで得られるが、熱処理は、例えば、非酸化性ガス雰囲気中、５００〜７００℃の条件で行うことができる。

テーパは、好ましくは、圧粉磁心の側周面の少なくとも一方の端部に至るまで形成する。例えば、図１に示すように、抜き方向に拡径した金型１を用いて、図１中、圧粉磁心２の上端３に至るまでテーパ４を形成する。なお、θはテーパの角度である。このようにすることにより、金型からの抜き方向Ａと平行になる側周面５の面積を極力少なくすることができ、成形体表面の電気抵抗の低下を抑制することができる。そして、成形体表面の電気抵抗の低下の抑制により、渦電流損失を低減することができる。なお、図１に示した形態に限定されず、圧粉磁心の下端に至るまでテーパを形成してもよく、上下の両端に至るまでテーパを形成してもよい。

圧縮成形後の密度は、好ましくは、６．８ｇ／ｃｍ^３以上、より好ましくは７．０ｇ／ｃｍ^３以上とする。このようにすることにより、鉄損が少なく十分な性能を有する圧粉磁心となる。

本発明の圧粉磁心を製造する際は、まず、ＭｇＯ被膜を有する磁性粉末に硬化後のマイクロビッカース硬さ（ＭＨｖ）０．１以上のシリコーンレジンを、シリコーンレジン添加後の質量に対して０．０５〜１質量％添加して混合し、シリコーンレジンの保護被膜を形成した原料粉末を作成する。そして、この原料粉末に、潤滑剤を潤滑剤添加後の質量に対して例えば０．２〜１％添加し、抜き方向に対して０．０３〜１°のテーパ面を有する金型を用いて、好ましくは６．８ｇ／ｃｍ^３以上の密度になるように圧縮成形する。その後、歪取焼鈍のため、例えば、５００〜７００℃の熱処理を行う。なお、金型は、図１に示す形状のものを用いてもよいほか、圧粉磁心の下端に至るまでテーパを形成可能な金型や、圧粉磁心の上下の両端に至るまでテーパを形成可能な金型を用いてもよい。

以下、本発明の圧粉磁心の具体的な実施例について説明する。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。

［特性評価用試料の製造と評価］
ＭｇＯ絶縁被膜付き磁性粉末として、特許文献４７６１８３５に記載の方法等により製作された磁性粉末（平均粒径５０μｍ）を、リン酸絶縁皮膜付き磁性粉末として、ヘガネスＡＢ社製Ｓ１１０ｉ（平均粒径５０μｍ）を準備した。シリコーンレジンとして、信越化学社製Ｘ−４０−２３５６（硬化後のＭＨｖ０．１）、信越化学社製ＫＲ３１１（硬化後のＭＨｖ４）、又は旭化成社製ＳＩＬＥＲＳＭＫＰＯＷＤＥＲ（硬化後のＭＨｖ６）を準備した。また、比較用の為、より軟質なシリコーンレジンとして、レジン塗布後、乾燥のみとし未硬化の状態の試料を準備した。一例として旭化成社製ＳＩＬＥＲＳＭＫＰＯＷＤＥＲ（未硬化時のＭＨｖ０（測定限度以下））を用いた。また、内部潤滑に用いるために添加する潤滑剤として、アミド系ワックスを、型潤滑のために金型に塗布する潤滑剤として、ステアリン酸リチウムを準備した。

そして、シリコーンレジン添加後の質量％が表１〜３に示す値になるように磁性粉末に対してシリコーンレジンを添加して、粉末混合ミキサーにより混合し、磁性粉末にシリコーンレジンの保護被膜を形成した。さらに、内部潤滑のための潤滑剤を混合後における質量％で０．８質量％添加し、Ｖ型混合機により混合した後、抜き方向に対して表１〜３に示すテーパ面を有する金型を用いて８０℃、８ｔ／ｃｍ^２で圧縮成形し、φ３０×１０ｍｍの成形体を得た。

得られた成形体について表面抵抗値を端子間距離１０ｍｍとし２端子法により測定し、型潤滑を行った場合との比で表面抵抗を評価した。また、成形後の密度をアルキメデス法により測定した。

つぎに、ＭｇＯ絶縁被膜付き磁性粉末を用いて製造した成形体は６５０℃、０．５時間、窒素雰囲気中で熱処理して圧粉磁心を得た。リン酸絶縁皮膜付き磁性粉末を用いて製造した成形体は５３０℃、０．５時間、窒素雰囲気中で熱処理して圧粉磁心を得た。得られた圧粉磁心をトロイダル状（φ３０×φ２０×１０ｍｍ）に内径加工し、コイルを巻き、直流ＢＨトレーサーにより１０ｋＡ／ｍでの磁束密度（Ｂ１０ｋＡ／ｍ）を測定した。

評価結果を表１〜４、図２〜５に示す。なお、表１、図２は、シリコーンレジンの硬さ、表２、図３は、シリコーンレジンの添加量、表３、図４はＭｇＯ被膜の膜厚、表４、図５は、側周面のテーパ角度をそれぞれ変化させて測定した結果を示す。

本発明の圧粉磁心は、リアクトル、トランス、チョークコア、ノイズフィルター、スイッチング電源、ＤＣ/ＤＣコンバータ、磁気センサコア、アクチュエータ、モータコアの磁心として利用可能である。

Claims

膜厚４０ｎｍ以上のＭｇＯ被膜を有する磁性粉末に硬化後のマイクロビッカース硬さ（ＭＨｖ）０．１以上のシリコーンレジンを０．０５〜１質量％添加して保護被膜を形成した原料粉末を、金型を用いて圧縮成形した後、熱処理することにより得られるとともに、前記金型からの抜き方向に対して０．０３〜１°のテーパを側周面に有することを特徴とする圧粉磁心。
前記テーパを前記側周面の少なくとも一方の端部に至るまで有することを特徴とする請求項１記載の圧粉磁心。
密度６．８ｇ／ｃｍ^３以上に圧縮成形することにより得られたことを特徴とする請求項１又は２記載の圧粉磁心。