JP2016021510A - 磁心およびそれを用いたコイル部品 - Google Patents
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Abstract
Description
前記二つの平面の前記a*(D65)の差の絶対値が0.5以下であることが好ましい。
これらの構成によって、以下に説明する効果を得ることができる。
磁心の形状は図1に示すトロイダル形状に限らず、U型、E型、ドラム型等、各種形状を適用することができる。高強度の特徴を活かす観点からは、本発明に係る構成は、図4に示すような、導線を巻回するための柱状部4、該柱状部の一端側または両端側に鍔部5を有するドラム型磁心に適用することが好ましい。ドラム型磁心の構成はこれを特に限定するものではない。例えば、鍔部の形状は円板状のものに限らず、角板状、多角形状、異形状のものを用いることができる。
かかる二つの平面のa*(D65)の差の絶対値が0.5以下であることが好ましい。前記二つの平面は、互いに離間しているうえ、磁心の製造工程において、一方の平面が載置面、他方の面が自由面となる場合が多く、a*(D65)等の差、すなわちばらつきが生じやすい。したがって、かかる二つの平面同士のa*(D65)の差を上記範囲内にすることで、磁心表面の耐食性のばらつき抑制が担保される。より好ましくは、前記二つの平面のb*(D65)の差の絶対値も0.5以下である。
本発明に係る磁心は、高比抵抗と高強度を両立する上で好適な構成である。したがって、かかる磁心の構成を適用して1.0×103Ω・m以上の比抵抗を得ることが好ましい。1.0×104Ω・m以上の比抵抗を得ることもできる。圧環強度も120MPa以上にすることが好ましく、150MPa以上の圧環強度を得ることもできる。
また、磁心を構成する合金粒が細かいことで、強度に加えて高周波特性が改善される。かかる観点から、磁心の断面観察像において、最大径が40μmを超える合金粒の個数比率が1.0%未満であることが好ましい。最大径が40μmを超える合金粒の個数比率は、少なくとも0.04mm2以上の視野範囲で評価する。
Fe基軟磁性合金粉としてFe−Al−Cr系の合金粉を用いる場合、第3の工程の熱処理によってFe基軟磁性合金粉の表面に絶縁性の酸化物層を形成することができる。したがって、成形前に絶縁性酸化物を形成する工程を省略することが可能であるうえ、絶縁性被覆の形成方法も簡易になるため、かかる点においても生産性が向上する。また、上記酸化物層の形成に伴い、Fe基軟磁性合金粉同士が該酸化物層を介して結合され、高強度の磁心が得られる。
CrおよびAlは耐食性等を高める元素である。CrおよびAlの含有量も磁心が構成できるのであれば、特に限定されるものではない。耐食性向上等の観点からは、Crの含有量は、好ましくは1.0質量%以上、より好ましくは2.5質量%以上である。一方、非磁性のCrが多くなると飽和磁束密度が低下する傾向を示すため、Crの含有量は、好ましくは9.0質量%以下、より好ましくは7.0質量%以下、さらに好ましくは4.5質量%以下である。
また、上述のようにAlも耐食性を高める元素であり、特にFe基軟磁性合金粉の表面酸化物の形成に寄与する。かかる観点から、Alの含有量は、好ましくは2.0質量%以上、より好ましくは3.0質量%以上、さらに好ましくは5.0質量%以上である。一方、非磁性のAlが多くなると飽和磁束密度が低下する傾向を示すため、Alの含有量は、好ましくは10.0質量%以下、より好ましくは8.0質量%以下、さらに好ましくは6.0質量%以下である。また、Alは占積率の向上にも寄与するため、CrよりもAlの含有量が高いFe基軟磁性合金粉を用いることがより好ましい。
また、Fe基軟磁性合金粉は、不可避不純物として、Si、Mn、C、P、S、O、N等を含み得る。即ち、Fe基軟磁性合金粉は、Al及びCrを含み、残部がFe及び不可避不純物よりなるものでもよい。かかる不可避不純物の含有量は、それぞれ、Si≦1.0質量%、Mn≦1.0質量%、C≦0.05質量%、O≦0.3質量%、N≦0.1質量%、P≦0.02質量%、S≦0.02質量%であることが好ましい。このうち、Siは比抵抗等に影響を与える場合があるので、Si<0.5質量%に規制することがより好ましい。Si量はさらに好ましくは0.4質量%以下である。
なお、かかる配置を採用した第三の工程における熱処理方法は、Fe基軟磁性合金粉としてFe−Al−Cr系軟磁性合金粉を用いる場合に限らず、Fe−Cr−Si系軟磁性合金粉等を用いた場合のように、Fe基軟磁性合金粒同士が、該粒の表面に形成された酸化物層を介して結合された磁心に広く適用できるものである。すなわち、Fe基軟磁性合金粒が分散した組織を有する磁心の製造方法として、Fe基軟磁性合金粉と、バインダとを混合する第1の工程と、前記第1の工程を経て得られた混合物を成形する第2の工程と、前記第2の工程を経て得られた成形体を点または線で支持して熱処理する第3の工程とを有し、前記熱処理によって前記Fe基軟磁性合金粉の表面に酸化物層を形成し、該酸化物層を介してFe基軟磁性合金粉同士を結合させる製造方法の適用が可能である。この場合も磁心表面のa*(D65)およびb*(D65)のばらつき低減が期待できる。
また、第3の工程の後に、表面の色彩色差測定を行い、L*a*b* 表色系のa*(D65)が−3.0〜1.0であること、b*(D65)が−7.0〜1.0であること、の少なくとも一方を満たすことを確認する工程を設けることで、耐食性に優れる磁心を選別することができる。
また、電極を形成するための平面を有する磁心の表面に、コイルの端部を接続するための電極を、メッキや焼き付け等の手法によって形成し、コイルの巻端を前記電極に接続してコイル部品を構成することもできる。
まず、Fe−Al−Cr系軟磁性合金粉を用いた磁心の磁気特性、強度上の優位性を確認するための検討を行った。
Fe基軟磁性合金粉として、Fe−Al−Cr系軟磁性合金粉を用い、以下のようにして圧粉磁心を作製した。かかる合金粉は粒状のアトマイズ粉であり、その組成は質量百分率でFe−4.9%Al−3.9%Crであり、主な不純物元素としてSiを0.2質量%含有し、その他の不純物元素はそれ未満であった。アトマイズ粉は、440メッシュ(目開き32μm)の篩で分級し、篩を通過したFe基軟磁性合金粉を混合に供した。篩を通過したFe基軟磁性合金粉の平均粒径(メジアン径d50)をレーザー回折散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所製LA−920)で測定した。該平均粒径は9.8μmであった。
なお、No2の圧粉磁心の作製の際、バインダはエマルジョンのアクリル樹脂系のバインダ(昭和高分子株式会社製ポリゾールAP−604 固形分40%)を用い、軟磁性合金粉100重量部に対して2.0重量部の割合で混合した。また、成形は0.91GPaの成形圧で行い、熱処理は800℃で行った。
σr=P(D−d)/(Id2)
(ここで、D:磁心の外径(mm)、d:磁心の径方向の肉厚(mm)、I:磁心の高さ(mm)である。)
さらに、一次側と二次側のそれぞれに巻線を15ターン巻回し、岩通計測株式会社製B−HアナライザーSY−8232により、最大磁束密度30mT、周波数300kHzの条件でコアロスPcvを測定した。また、初透磁率μiは、前記トロイダル形状の圧粉磁心に導線を30ターン巻回し、ヒューレット・パッカード社製4284Aにより、周波数100kHzで測定した。
また、磁心試料の対向する二平面に導電性接着剤を塗り、乾燥・固化の後、以下のようにして比抵抗(電気抵抗率)の評価を行った。電気抵抗測定装置(株式会社エーディーシー製8340A)を用いて、50Vの直流電圧を印加し、抵抗値R(Ω)を測定した。磁心試料の平面の面積A(m2)と厚みt(m)とを測定し、次式により比抵抗ρ(Ω・m)を算出した。
比抵抗ρ(Ω・m)=R×(A/t)
また、Fe−Al−Cr系軟磁性合金粉を用いて作製したNo1の圧粉磁心では、Fe−Cr−Si系軟磁性合金粉を用いて作製したNo2の圧粉磁心に比べて、比抵抗も高く、Fe−Al−Cr系軟磁性合金粉を用いた圧粉磁心が高強度と高比抵抗を両立する上で特に優れていることが分かった。
SEM観察およびTEM観察で確認された上述の酸化物層に係る構成が、高電気抵抗率、低コアロス、高強度に寄与していると考えられる。すなわち、Alの酸化物は絶縁性が高いため、かかるAlの酸化物が軟磁性合金粒の粒界に形成されることで、絶縁性確保やコアロスの低減に寄与していると推察される。また、図6および7に示すように粒界の酸化物層を介して軟磁性合金粒が結合しており、かかる構成が強度向上にも寄与していると考えられる。
次に、Fe−Al−Cr系軟磁性合金のアトマイズ粉を用い、上述の750℃の熱処理温度を含む温度範囲で熱処理条件を変えて圧粉磁心を作製し、その表面の色彩色差測定を行った。使用したFe−Al−Cr系軟磁性合金粉の組成は、質量百分率でFe−5.0%Al−4.0%Cr(組成A)とFe−5.0%Al−4.0%Cr−0.4%Zr(組成B)の二種類であり、No1の磁心に用いたFe−Al−Cr系軟磁性合金粉と同様の不可避不純物も含有していた。平均粒径(メジアン径d50)はそれぞれ、10.6μm、9.8μmであった。なお、造粒は、上記PVAの添加量を固形分で1.0重量部の割合とし、スプレードライヤ(熱風乾燥造粒機)による噴霧乾燥によって行った。造粒粉の平均粒径は、約65μmであった。
磁心表面の色彩色差測定は、コニカミノルタ社製の分光測色計 CM−3500dを用い、観察光源:D65光源、光学系:d/8、測定方法:反射測定(SCE)、観察視野:2°視野、測定径をΦ8mm(またはΦ3mm)の条件で、L*a*b* 表色系のL*(D65)、a*(D65)、b*(D65)を評価した。また、JIS Z2371(2000)に基づいて、5%NaCl水溶液を使用し、35℃、24時間の条件で磁心を晒して塩水噴霧試験を行った。かかる塩水噴霧試験後の錆の発生の有無で耐食性を評価した。これらの評価結果を、トロイダル形状の磁心で行った磁気特性等の評価結果とともに表3に示す。また、a*(D65)およびb*(D65)と、塩水噴霧試験結果(錆びの発生の有無)との関係を図8に示す。なお、ドラム型磁心であるNo3〜5のa*等については、ランダムに配置して熱処理した5つの磁心の各一対の鍔部(計10面)に対して色彩色差測定を行い、その平均を算出した。
また、熱処理温度が800℃以上に高くなると、圧環強度等は良好であるものの、塩水噴霧試験において錆が発生した。No3〜No14の磁心は、いずれも通常の使用条件・放置環境では十分な耐食性を示すが、No3〜No11のようにa*(D65)が−3.0〜1.0であること、b*(D65)が−7.0〜1.0であること、のうち少なくとも一方を満たされることで、特に耐食性に優れる磁心が得られることがわかった。このうち特にa*(D65)がマイナス(0.0未満)で、b*(D65)が−7.0〜6.0の範囲であるNo5、8〜11の磁心は、170MPa以上の、いっそう良好な圧環強度を示した。
なお、表3に示すNo3〜5の圧粉磁心のa*(D65)およびb*(D65)は、上述のように10面で測定した平均値であるが、No3〜5の全ての測定面でb*(D65):−7.0〜1.0を満足し、No4および5の全ての測定面でa*(D65):−3.0〜1.0を満たしていた。
次に、熱処理時の配置方法以外は、上述の実施例1のNo3の磁心と同様の条件でドラム型磁心を作製した。熱処理は、一方の平面(第1の平面)を平板状治具への載置面とする配置(No15)と、円板状の鍔部の外周面(曲面)を下にした配置、すなわち外周面が平板状の治具に線接触する配置(No16)とで行った。前記第1の平面と、他方の鍔部の外側の平面(第2の平面)に対して上述の実施例1と同様にして色彩色差測定を行った。結果を表4に示す。なお、No16の磁心は、ドラム形状の軸を平板治具の平面と平行になるように配置され、第1の平面と第2の平面は処理条件上区別はないため、その表記は便宜的なものである。
Claims (4)
- Fe基軟磁性合金粒が分散した組織を有する磁心であって、
前記Fe基軟磁性合金粒がAl及びCrを含み、
前記Fe基軟磁性合金粒同士が、該粒の表面に形成された酸化物層を介して結合されており、
表面の色彩色差測定において、L*a*b* 表色系のa*(D65)が−3.0〜1.0であること、b*(D65)が−7.0〜1.0であること、の少なくとも一方を満たすことを特徴とする磁心。 - 前記磁心の比抵抗が1.0×103Ω・m以上であることを特徴とする請求項1に記載の磁心。
- 前記磁心は、一方向の両端の表面に、互いに平行な二つの平面を有し、
前記二つの平面の前記a*(D65)の差の絶対値が0.5以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の磁心。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の磁心と、前記磁心に巻装されたコイルとを有することを特徴とするコイル部品。
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