JP3771224B2 - Amorphous soft magnetic alloy powder and powder core and radio wave absorber using the same - Google Patents

Amorphous soft magnetic alloy powder and powder core and radio wave absorber using the same Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非晶質軟磁性合金粉末及びそれを用いた圧粉コア及び電波吸収体に関するものであり、特に、水アトマイズ法により製造可能な球状に近い非晶質軟磁性合金粉末及びそれを用いた圧粉コア及び電波吸収体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、TM-Al-Ga-P-C-B-Si系等(TMはFe、Co、Ni等の遷移金属元素)の組成からなる合金は、合金溶湯を急冷することにより非晶質相を形成し、これらは非晶質軟磁性合金を形成するものとして知られている(例えば、特許文献1、3参照。)。特に、この非晶質軟磁性合金のうち特定の組成のものは、結晶化の前の温度領域において広い過冷却液体の状態を有し、いわゆる金属ガラス合金(glassy alloy)を構成するものとして知られている。
この金属ガラス合金は優れた軟磁気特性を示すとともに、液体急冷法で製造した非晶質軟磁性合金の薄帯に比べてはるかに厚いバルク状の板厚材を形成することが可能である。
【0003】
ところで、従来から金属ガラスは、単ロール法に例示される液体急冷法等の手段によって製造するために、合金自体の非晶質形成能がある程度高いことが必要とされている。
従って、金属ガラスの開発は、合金の非晶質形成能の向上を主目的とし、この目的を達成し得る合金組成の探索という視点で進められている。
しかし、合金の非晶質形成能を高くさせ得る組成は、必ずしも軟磁気特性を高くさせ得る合金組成に一致するものではないので、高飽和磁化及び軟磁気特性の向上のために更なる改良の余地が残されている。
また、従来の金属ガラスは、高価なGaを用いているために量産向きでないので、コストダウンを達成し得る組成のものが要望されている。
【0004】
また、単ロール法等によって製造された金属ガラスは、厚さが2百μm程度の薄帯の形態のものが得られている。この薄帯状の金属ガラスをトランスやチョークコイル等の磁気コアに適用する場合には、一例として、薄帯を粉砕して粉体とし、この粉体に樹脂等の結着材を混合し、所定の形状に固化成形することにより圧粉コアを製造している。
ここで得られる粉体は薄帯を粉砕して得られたものであるため、薄片状のいびつな形状の粉末が多量に含まれており、そのため磁気コアの成形密度が低く、粉末同士の絶縁を確保しにくいため、磁気コア自体の磁気特性が劣化する場合があった。
なお、この出願の発明に関連する他の先行技術文献としては、特許文献5〜8のものもある。
【0005】
【特許文献1】
特開平08−333660号公報
【特許文献2】
特開平08−037107号公報
【特許文献3】
特開平09−256122号公報
【特許文献4】
特許2574174号公報
【特許文献5】
特開昭63−117406号公報
【特許文献6】
特開昭57−185957号公報
【特許文献7】
特開平06−158239号公報
【特許文献8】
特開平01−156452号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような問題に対してFe−Al−Si系合金やMoパーマロイなどの合金粉末が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。このような軟磁性合金粉末の製造方法は、合金溶湯を不活性ガスにより噴霧して急冷するガスアトマイズ法や水アトマイズ法が採用されていた。
上記Fe−Al−Si系合金粉末や、Moパーマロイ粉末によれば、Fe−Al−Si系合金粉末の場合は、比較的低いコアロスが得られているものの、飽和磁化が低く、直流重畳特性が悪化する。また、Moパーマロイはコアロスが高く、実用上改善の余地がある。そこで、このような課題を解決するために、Fe基非晶質合金を粉末にすることで、高飽和磁化と低コアロスを兼ね備える圧粉コアが得られることが期待されたが、上述のように、粉体の形状最適化がなされておらず、非晶質合金粉末を使用した圧粉コアにおいて、良好な磁気特性を有するものは未だ得られていない。
【0007】
上記ガスアトマイズ法によれば、球状で、不純物の少ない(酸素の含有量の少ない)非晶質軟磁性合金粉末が得られるが、合金溶湯を粉砕、冷却のために高価な不活性ガスを大量に使用するため製造コストが高くなってしまう。また、合金溶湯を不活性ガスで粉砕するため、製造装置を大がかりにすることが難しく、また、上記不活性ガスはガスボンベからの供給のため粉砕圧力は20MPa程度までしか上げられず、製造効率を上げるのが困難であった。従って、ガスアトマイズ法により製造される球状の非晶質軟磁性合金粉末は、製造コストがかかるうえ、量産性に不向きであるという問題があった。
【0008】
上記のようなアトマイズ法に代えて大気雰囲気中で行う水アトマイズ法を採用することが検討されている。水アトマイズ法を採用すれば、製造装置の大型化が可能で、合金溶湯を高圧で粉砕可能であるので量産性を向上でき、また、一般的に水アトマイズ法においては、不活性ガスを用いる場合と比べて冷却速度が高いので、アモルファス化し易いが、水アトマイズ法を用いて得られた非晶質合金粉末は不定形であり、球状のものが得れない。
また、ガスアトマイズ法ではFe−Si−B系の球状非晶質合金粉末やCo系の球状非晶質合金粉末を製造できるが、冷却速度が速い一般的な水アトマイズ法では上記のような組成の球状非晶質合金粉末を作製するのが困難であった。
このような不定形の非晶質合金粉末は、表面の凹凸が多いために、成形密度が低く、上記結着材と混合して固化成形した場合、粉末間の絶縁を取ることが非常に困難で、特性の良い圧粉コアが得られない。また、非晶質合金粉末が不定形であると、この非晶質合金粉末をアトライタにより加工したものを上記結着材とともにシート状に固化成形して電波吸収体を作製する場合、アトライタにより加工する際に、非晶質合金粉末が細かく割れてしまうため、粒径の制御が難しく、特性の良い電波吸収体が得られない。
なお、水アトマイズ法により球状に近い軟磁性合金粉末を製造することは、例えば、特許文献4に提案されているが、この水アトマイズ法により得られた合金粉末は、Fe−Ni−Cr−Si−B系のもので、また、結晶相の混在率が高いものであるので、さらにアモルファス化するための工程が必要であり、この特許文献4ではこの合金粉末を媒体攪拌ミルで粉砕して扁平化するときにアモルファス化がなされるようにしており、上記ミルからの異物が混入し易く、特性が劣化し、また、工程数が多くなってしまう。
【0009】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、高い飽和磁化と低いコアロスを兼ね備え、水アトマイズ法により製造可能な球状に近い非晶質軟磁性合金粉末及びそれを用いた圧粉コア及び電波吸収体を提供することを目的とする。
また、本発明は、高価なGa等を添加することなく、高い飽和磁化と低いコアロスを兼ね備え、水アトマイズ法により製造可能で、低コストの球状に近い非晶質軟磁性合金粉末及びそれを用いた圧粉コア及び電波吸収体を提供することを他の目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
本発明の非晶質軟磁性合金粉末は、水アトマイズ法により形成された略球状粉末であり、該粉末は、Feを主成分とし、P、C、B、Siを少なくとも含み、Cr、Mo、W、V、Nb、Ta、Ti、Zr、Hf、Pt、Pd、Auのうちの1種又は2種以上の元素をM元素として含み、下記の組成式で表され、ΔTx=Tx−Tg(ただしTxは結晶化開始温度、Tgはガラス遷移温度を示す。)の式で表される過冷却液体の温度間隔ΔTxが20K以上の非晶質相のみからなり、
前記略球状粉末の平均粒径(D 50 )が44 . 32μm以下、前記略球状粉末のタップ密度が3 . 78Mg/m 以上、前記略球状粉末は酸素濃度が2900ppm以下、前記略球状粉末は比表面積が0 . 28m /g以下であることを特徴とする。
Fe100−x−y−z−w−tSi
ただし、組成比を示すx、y、z、w、tは、0.5原子%≦x≦8原子%、2原子%≦y≦15原子%、0原子%<z≦8原子%、1原子%≦w≦12原子%、4.37原子%≦t≦8原子%、70原子%≦(100−x−y−z−w−t)≦79原子%である。
【0011】
上記構成の非晶質軟磁性合金粉末は、磁性を示すFeと、非晶質形成能を有するP、C、Bといった半金属元素とを具備しているので、非晶質相を主相とするとともに優れた軟磁気特性を示す非晶質軟磁性合金粉末を構成することが可能となり、また、大気雰囲気で行う水アトマイズ法により製造できるので、不活性ガスを用いるガスアトマイズ法に比べて合金溶湯の冷却速度を高くでき、アモルファス化し易く、組織全体が完全に非晶質相である非晶質軟磁性合金粉末を構成することが可能になる。また、本発明の非晶質軟磁性合金粉末は、高価なGa等の元素が添加されていなくても非晶質化できるため、低コストとすることができ、さらには高い飽和磁化と低いコアロスを兼ね備えることも可能である。
水アトマイズ法により略球状の非晶質軟磁性合金粉末を製造できるのは、本発明の非晶質軟磁性合金粉末の製造に用いる非晶質軟磁性合金溶湯(溶融状態の合金)は、本発明の非晶質軟磁性合金粉末と同組成あるいは略同じ組成のものを用いるので上記のように非晶質形成能を有する元素が含まれており、しかも過冷却液体の温度間隔ΔTxが20K以上と大きいために、大気雰囲気中で上記合金溶湯(溶融状態の合金)に水噴射ノズルから高圧水を噴射して粉砕、冷却する際に、冷却速度を多少遅くしても広い過冷却液体領域を有し、結晶化することなく温度の低下に伴って、ガラス遷移温度Tgに至って非晶質相を容易に形成でき、また、合金溶湯を冷却する際の冷却速度は合金溶湯に十分に表面張力が作用する程度にすることにより、略球状の非晶質軟磁性合金粉末を得ることができる。上記合金溶湯の冷却速度は、水の噴射圧力、噴射流量(溶湯ノズルの内径)、合金溶湯流量等をコントロールすることにより変更できる。また、本発明の略球状の非晶質軟磁性合金粉末を製造する際には、合金溶湯の冷却速度以外に水噴射ノズルスリット幅、水噴射ノズル傾斜角度、水噴射角、合金溶湯の温度や粘度、アトマイジングポイント(粉化点距離)等が制御される。
【0012】
また、上記構成の非晶質軟磁性合金粉末は、水アトマイズ法により製造できるので、製造装置の大型化が可能であり、しかも合金溶湯を高圧水で粉砕可能であるので量産性を向上でき、また、高価な不活性ガスを使用しなくても済むので製造コストを低減できる。
さらに、上記構成の非晶質軟磁性合金粉末は、水アトマイズ法により球形状に近い形状に形成されたものであるので、嵩密度が高く、表面の凹凸が少ないことから、成形密度を高くでき、圧粉コア等を作製するために樹脂等の絶縁材と混合して固化成形した場合、粉末間の絶縁を保つことができるため、圧粉コア作製用の軟磁性合金粉末として有用である。
また、上記構成の非晶質軟磁性合金粉末は、球形状に近い形状のものであるので、電波吸収体を作製するために、この非晶質軟磁性合金粉末をアトライタなどにより加工する際、形状の揃った扁平化粒子が得られ、また、粒径を制御し易くいため、電波吸収体作製用の軟磁性合金粉末として有用である。
【0013】
また、本発明の非晶質軟磁性合金粉末において、前記略球状粉末は、Cr、Mo、W、V、Nb、Ta、Ti、Zr、Hf、Pt、Pd、Auのうちの1種又は2種以上の元素を含むことが好ましい。
Cr、Mo、W、V、Nb、Ta、Ti、Zr、Hfのうちの1種又は2種以上の元素を添加することにより、非晶質軟磁性合金粉末表面に不動態化酸化皮膜を形成し、耐食性を向上させる作用がある。
Pt、Pd、Auは貴金属元素であるため、Pt又はPd又はAuを添加することにより、これらの貴金属元素が非晶質軟磁性合金粉末表面に分散することにより、耐食性を向上させる作用がある。
【0014】
また、本発明の非晶質軟磁性合金粉末において、前記略球状粉末はアスペクト比の平均が1以上3以下であることが好ましい。
上記略球状粉末のアスペクト比の平均が3を越えると、不定形の非晶質軟磁性合金粉末が多くなり、成形密度が上がりにくくなり、また、非晶質軟磁性合金粉末を用いて圧粉コア等の成形体を作製したときに粉末の絶縁が取れ難くなる。
【0015】
また、本発明の非晶質軟磁性合金粉末において、前記略球状粉末は平均粒径(D50)が45μm以下であることが好ましい。ここでの平均粒径(D50)とは、累積50%粒径(メジアン径)である。
上記略球状粉末のD50が45μmを越えると、粉末粒内の渦電流が発生し、コア損失が増加し、また、45μmより粒径が大きくなると粉末形状が徐々に異形状化し、球状に近い粉末が得られにくくなる。
上記略球状粉末のD50は、水アトマイズ法で本発明の非晶質軟磁性合金粉末を製造する際の水噴射圧力等の製造条件をコントロールすることにより制御できる。
【0016】
また、本発明の非晶質軟磁性合金粉末において、前記略球状粉末はタップ密度が3.7Mg/m以上であるとこの非晶質軟磁性合金粉末を用いて作製した圧粉コア(磁心)の透磁率、直流重畳特性が向上し、成形体の強度も高まる点で好ましい。ここでのタップ密度は、日本粉末冶金工業会 団体規格JPMAP08−1992金属粉のタップ密度試験方法(平成4年3月発行)により測定したものであり、タップ密度が大きいほど、球状に近いことがわかるものである。
前記略球状粉末のタップ密度が3.7Mg/m未満であると、非晶質軟磁性合金粉末を用いて作製した成形体の密度が低くなる。
上記略球状粉末のタップ密度は、水アトマイズ法で本発明の非晶質軟磁性合金粉末を製造する際の水噴射角等の製造条件をコントロールすることにより制御できる。特に非晶質軟磁性合金粉末のタップ密度は、水噴射角θの影響を受けやすく、水噴射角が小さい程、タップ密度が大きくなる。ただし、水噴射角が小さくなり過ぎると、溶湯の粉砕能力が低下し、得られる非晶質合金粉末の粒径が大きくなり、さらに冷却能力が低回し収率が低下する。
【0017】
また、本発明の非晶質軟磁性合金粉末において、前記略球状粉末は酸素濃度が3000ppm以下であることが好ましい。水アトマイズ法により非晶質軟磁性合金粉末を製造する際は作製する非晶質軟磁性合金粉末と同組成あるいは略同じ組成の非晶質軟磁性合金溶湯に高圧水を噴射して粉砕、冷却して略球状粉末を形成後、これを乾燥させるが、これらの工程は大気雰囲気中で行うので、ガスアトマイズ法で製造する場合と比べて非晶質軟磁性合金粉末に酸素が混入し易く、特に、乾燥工程で酸素が混入し易い。
前記略球状粉末の酸素濃度が3000ppmを越えると、酸素濃度が高くなり過ぎて粉末表面に錆が発生し易くなり、非晶質軟磁性合金粉末の磁気特性が低下し、また、この非晶質軟磁性合金粉末を用いて作製した磁心の損失が増大し、透磁率が低下する。
【0018】
また、本発明の非晶質軟磁性合金粉末において、前記略球状粉末は比表面積が0.30m/g以下であることが好ましい。ここでの比表面積は、BET法により測定されたものである。BET法は、粉体粒子表面に吸着占有面積の判った分子を液体窒素の温度で吸着させ,その量から試料の比表面積を求める方法であり、最も良く利用されるのが不活性気体の低温低湿物理吸着によるBET法が採用される。
前記略球状粉末の比表面積が高くなるにしたがって粉末形状に凹凸が多くなり、しかも酸素濃度が高くなるため、比表面積の上限を0.30m/gとすることで、錆が発生しにくい略球状の非晶質軟磁性合金粉末が得られる。また、前記略球状粉末の比表面積が高いと、粉末間の絶縁がとりにくくなり、また、この非晶質軟磁性合金粉末を用いて作製した磁心の成形密度が低下してしまう。また、前記非晶質軟磁性合金粉末の比表面積が0.30m/g以下であることが、軟磁性合金粉末を用いて作製した磁心の透磁率、直流重畳特性を向上できる。
【0019】
また、本発明の非晶質軟磁性合金粉末において、前記略球状粉末は、平均粒径(D50)が . 63μm以上、かつ4 . 32μm以下であるものであってもよい。
かかる構成の非晶質軟磁性合金粉末によれば、周波数100kHz、磁束密度0.1Tの条件で測定したときのコアロス(W)を213kW/m以下とすることができ、また、周波数1MHzまでの複素透磁率の実数部μ’を6070とほぼ一定にでき、直流バイアス磁界5500Am−1のときの直流重畳特性(μ’DC5500)を30〜34.5とほぼ一定にできるため、磁心に用いる場合に使い易い。
【0020】
また、本発明の非晶質軟磁性合金粉末において、前記略球状粉末は、平均粒径(D50)が4μmより大きく、かつ16μm以下であり、タップ密度が4.0Mg/m以上、比表面積が0.23m/g以下、酸素濃度が2000ppm以下であることが好ましい。
かかる構成の非晶質軟磁性合金粉末によれば、周波数100kHz、磁束密度0.1Tの条件で測定したときのコアロス(W)を250kW/m以下とすることができ、また、周波数1MHzまでの複素透磁率の実数部μ’を57〜75とほぼ一定にでき、直流バイアス磁界5500Am−1のときの直流重畳特性(μ’DC5500)を30〜36とほぼ一定にできるため、磁心に用いる場合に好ましい特性を備えることができる。
【0022】
また、本発明の非晶質軟磁性合金粉末においては、前記組成式中の組成比を示すy、z、w、tは、17原子%≦(y+z+w+t)≦29.5原子%なる関係を満たすことが好ましい。
【0023】
また、本発明の非晶質軟磁性合金粉末においては、上記組成式中の組成比を示すx、y、z、w、tは、1原子%≦x≦4原子%、4原子%≦y≦14原子%、0原子%<z≦6原子%、2原子%≦w≦10原子%、 . 37原子%≦t≦8原子%、72原子%≦(100−x−y−z−w−t)≦79原子%なる関係を満たすことが好ましい。
【0024】
また、本発明の非晶質軟磁性合金粉末においては、上記組成式中の組成比を示すx、y、z、w、tは、1原子%≦x≦3原子%、6原子%≦y≦11原子%、1原子%≦z≦4原子%、4原子%≦w≦9原子%、 . 37原子%≦t≦7原子%、73原子%≦(100−x−y−z−w−t)≦78原子%なる関係を満たすことが好ましい。
【0025】
上記のいずれかの組成式で表される非晶質軟磁性合金粉末は、磁性を示すFe及び/または元素Tと、非晶質形成能を有するP、C、B、さらにはSiといった半金属元素とを具備しているので、非晶質相を主相とするとともに優れた軟磁気特性を示す非晶質軟磁性合金を構成することが可能となり、また、水アトマイズ法により製造できるので、不活性ガスを用いるガスアトマイズ法に比べて合金溶湯の冷却速度を高くでき、アモルファス化し易く、組織全体が完全に非晶質相である非晶質軟磁性合金粉末を構成することが可能になる。また、高価なGa等を添加されていなくても、非晶質相を主相とするとともに優れた軟磁気特性を示すことができるので、コストダウンが可能である。
【0026】
また、本発明の扁平型非晶質軟磁性合金粉末は、上記のいずれかの構成の本発明の非晶質軟磁性合金粉末が扁平化されてなることを特徴とする。
かかる扁平型非晶質軟磁性合金粉末は、表面の凹凸が少ない略球状の本発明の非晶質軟磁性合金粉末を用いているので、アトライタなどにより加工する際に非晶質合金粉末が細かく砕けることがなくなり、均一形状に扁平加工でき、形状の揃った扁平化粒子が得られる。このような扁平型非晶質軟磁性合金粉末は、電波吸収体等を作製するために、樹脂等の絶縁材に混合すると、これら粉末は層状に並ぶので、密に充填でき、扁平化粒子同士の間の隙間を小さくできる。
【0027】
また、本発明の圧粉コアは、上記のいずれかの構成の本発明の非晶質軟磁性合金粉末の複数又は単数と絶縁材と潤滑剤とが混合され、造粒してなる造粒粉末からなり、前記絶縁材が結着剤となって固化成形されてなることを特徴とする。
かかる圧粉コアによれば、優れた軟磁気特性を示し、しかも嵩密度が高く、表面の凹凸が少なく、略球状に形成された本発明の非晶質軟磁性合金粉末を用いて作製した造粒粉末を固化成形することにより、圧粉コアの成形密度を高くでき、しかも粉末間の絶縁を保つことができ、磁気特性を向上することが可能である。
また、水アトマイズ法により製造された本発明の非晶質軟磁性合金粉末を用いているので、量産性を向上できる。
また、造粒粉末作製後に潤滑剤を添加するのでなく、造粒粉末作製段階で潤滑剤を添加したことにより、造粒粉末を作製する際の非晶質軟磁性合金粉末間の滑りがよく、造粒粉末の製造効率を向上でき、また、造粒粉末内に非晶質軟磁性合金粉末を密に添加できるので、造粒粉末の密度が向上する。
従って、本発明の圧粉コアによれば、量産性が優れ、しかも高強度で、高周波領域において低損失の圧粉コアの提供が可能である。
本発明の圧粉コアは、スイッチング電源のチョークコイルや、アクティブフィルタのリアクトル、トランスの磁心として好適に用いることができる。
【0028】
また、本発明の圧粉コアにおいて、粒径45μm以上500μm以下の造粒粉末の含有量は全造粒粉末の83重量%より大きいことが好ましい。
上記造粒粉末の粒径が45μm未満になると、造粒粉末を圧粉コア作製用金型に流し込む際の流動性が悪く、量産性が低下し、500μmを越えるとコアロスが大きくなってしまう。
また、本発明の圧粉コアにおいて、粒径45μm未満の造粒粉末及び粒径500μmよりも大きい造粒粉末の含有量は、全造粒粉末の17重量%以下であることが好ましい。
粒径45μm未満の造粒粉末及び粒径500μmよりも大きい造粒粉末の含有量が全造粒粉末の17重量%より大きくなると、造粒粉末を圧粉コア作製用金型に流し込む際の流動性が悪くなってしまう。
従って、粒径が45μm以上500μm以下の造粒粉末の含有量が全造粒粉末の83重量%より大きければ、圧粉コア作製用金型に造粒粉末を流し込む際の流動性が良好で、製造効率を向上でき、コアロスが十分に小さく、成形密度が高い圧粉コアが得られる。
【0029】
また、本発明の電波吸収体は、上記のいずれかの構成の本発明の非晶質軟磁性合金粉末又は扁平型非晶質軟磁性合金粉末と、絶縁材とを混合してなることを特徴とする。
かかる電波吸収体によれば、優れた軟磁気特性を示し、しかも嵩密度が高く、表面の凹凸が少なく、略球状に形成された本発明の非晶質軟磁性合金粉末が用いられたことにより、絶縁材に密に充填できるので、数百MHz〜数GHzの周波数帯域での電磁波抑制効果を向上させることが可能になる。また、水アトマイズ法により製造された本発明の非晶質軟磁性合金粉末を用いているので、量産性を向上できる。
特に、本発明の扁平型非晶質軟磁性合金粉末(扁平化粒子)が用いられたものにあっては、これらの粒子は絶縁材中で層状に並んでおり、さらに密に充填でき、扁平化粒子同士の間の隙間を小さくでき、また、上記扁平化粒子は略球状のままの非晶質軟磁性合金粉末に比較してアスペクト比が大きくなり、電波吸収体自体のインピーダンスが高くなり、渦電流の発生が抑制される。
従って、本発明の電波吸収体によれば、量産性が優れ、しかも数百MHz〜数GHzの周波数帯域における複素透磁率の虚数部μ”が高くなり、電磁波抑制効果を向上させた電波吸収体の提供が可能になる。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
(非晶質軟磁性合金粉末の実施形態)
本発明の実施形態の非晶質軟磁性合金粉末は、水アトマイズ法により形成された略球状粉末である。また、この略球状粉末は、Feを主成分とし、P、C、Bを少なくとも含む非晶質相からなるものである。さらにこの略球状粉末は、ΔT=T−T(ただしTは結晶化開始温度、Tはガラス遷移温度を示す。)の式で表される過冷却液体の温度間隔ΔTxが20K以上を示すものである。
【0031】
本発明の非晶質軟磁性合金粉末は、非晶質の粉末を作る上で必要な非晶質形成能を十分に維持しつつ、しかも従来のFe-Al-Ga-C-P-Si-B系合金よりも磁気特性を向上させることができ、なおかつ、水アトマイズ法により球状に近い形状に形成できるものである。さらに、水アトマイズ法に耐え得る耐食性を得ることができるものである。また、Gaが添加されていなくても非晶質化できるため、低コストとすることができ、さらには高い飽和磁化と低いコアロスを兼ね備えることができる。
本発明の非晶質軟磁性合金粉末は、磁性を示すFeと、非晶質形成能を有するP、C、Bといった半金属元素とを具備しているので、非晶質相を主相とするとともに優れた軟磁気特性を示す。また、P、C、Bに加えてSiを添加しても良い。
また、M(Cr、Mo、W、V、Nb、Ta、Ti、Zr、Hf、Pt、Pd、Auのうちの1種又は2種以上の元素素)を添加して耐食性を向上させても良い。
【0032】
この非晶質軟磁性合金粉末は、20K以上の過冷却液体の温度間隔ΔTxを示す略球状の金属ガラス合金粉末であり、組成によってはΔTxが30K以上、さらには50K以上という顕著な温度間隔を有し、また、軟磁性についても室温で優れた特性を有している。
本発明の非晶質軟磁性合金粉末は、従来のFe-Al-Ga-C-P-Si-B系合金よりも強磁性元素であるFeを多く含むために高い飽和磁化を示す。
また、本発明の略球状の非晶質軟磁性合金粉末は、組織全体が完全な非晶質相であることから、適度な条件で熱処理した場合に結晶質相が析出することなく内部応力を緩和でき、軟磁気特性をより向上させることができる。
また、水アトマイズ法により作製した本発明の略球状の非晶質軟磁性合金粉末は、ガスアトマイズ法により作製した従来の球状の非晶質軟磁性合金粉末と同等あるいはそれ以上の飽和磁化を示すことができる。
【0033】
水アトマイズ法により略球状の非晶質軟磁性合金粉末を製造できるのは、本発明の非晶質軟磁性合金粉末の製造に用いる合金溶湯(溶融状態の合金)は、本発明の非晶質軟磁性合金粉末と同組成あるいは略同じ組成のものを用いるので上記のように非晶質形成能を有する元素が含まれており、しかも過冷却液体の温度間隔ΔTxが20K以上と大きいために、水アトマイズ法により合金溶湯(溶融状態の合金)を粉砕、冷却する際に、一般的な水アトマイズ法の冷却速度をガスアトマイズ法と同程度に遅くしても広い過冷却液体領域を有し、結晶化することなく温度の低下に伴って、ガラス遷移温度Tgに至って非晶質相を容易に形成できる。また、合金溶湯を冷却する際の冷却速度は合金溶湯に十分に表面張力が作用する程度に冷却速度を制御することにより、略球状、すなわち、比表面積の小さな非晶質軟磁性合金粉末を得ることができる。このためには、酸化されにくく、遅い冷却速度でも非晶質化できる前述した合金組成が必要となる。
【0034】
本発明の非晶質軟磁性合金粉末は、アスペクト比の平均が1以上3以下であることが先に述べた理由から好ましく、アスペクト比の平均が1以上2以下であることがより好ましく、1以上1.5以下であることがさらに好ましい。
また、本発明の非晶質軟磁性合金粉末は、平均粒径(D50)が45μm以下であることが先に述べた理由から好ましく、D50 が4μmより大きく、30μm以下であることがより好ましく、4μm以上16μm以下であることがさらに好ましい。非晶質軟磁性合金粉末のD50が4μm以下なると、粉末収量が減り、また、見かけの酸素濃度が高くなる。
【0035】
また、本発明の非晶質軟磁性合金粉末は、タップ密度が3.7Mg/m以上であることが先に述べた理由から好ましく、3.9Mg/m以上であることがより好ましく、4.0Mg/m以上であることがさらに好ましい。
また、本発明の非晶質軟磁性合金粉末は、酸素濃度が3000ppm以下であることが先に述べた理由から好ましく、2500ppm以下であることがより好ましく、2000ppmであることがさらに好ましい。
また、本発明の非晶質軟磁性合金粉末は先に述べた理由により比表面積が0.30m/g以下であることが好ましく、0.26m/g以下であることがより好ましく、0.23m/g以下であることがさらに好ましい。
【0036】
また、本発明の非晶質軟磁性合金粉末は、平均粒径(D50)が4μmより大きく、かつ45μm以下であり、タップ密度が3.7Mg/m以上、比表面積が0.3m/g以下、酸素濃度が3000ppm以下の場合に、周波数100kHz、磁束密度0.1Tの条件で測定したときのコアロス(W)を450kW/m以下にでき、また、周波数1MHzまでの複素透磁率の実数部μ’を57〜80とほぼ一定にでき、直流バイアス磁界5500Am−1のときの直流重畳特性(μ’DC5500)30〜34.5とほぼ一定にできるため、磁心に用いる場合に使い易い。
【0037】
また、本発明の非晶質軟磁性合金粉末は、平均粒径(D50)が4μmより大きく、かつ16μm以下であり、タップ密度が4.0Mg/m以上、比表面積が0.23m/g以下、酸素濃度が2000ppm以下の場合に、周波数100kHz、磁束密度0.1Tの条件で測定したときのコアロス(W)を250kW/m以下にでき、また、周波数1MHzまでの複素透磁率の実数部μ’を57〜75とほぼ一定にでき、直流バイアス磁界5500Am−1のときの直流重畳特性(μ’DC5500)を30〜36とほぼ一定にできるため、磁心に用いる場合に好ましい特性を備えることができる。
【0038】
本発明の略球状の非晶質軟磁性合金粉末の一例として、下記組成式で表すものを挙げることができる。Fe100−x−y−z−w−tSi
ただし、MはCr、Mo、W、V、Nb、Ta、Ti、Zr、Hf、Pt、Pd、Auより選ばれる1種または2種以上の元素であり、組成比を示すx、y、z、w、tは、0.5原子%≦x≦8原子%、2原子%≦y≦15原子%、0原子%<z≦8原子%、1原子%≦w≦12原子%、0原子%≦t≦8原子%、70原子%≦(100−x−y−z−w−t)≦79原子%である。
【0039】
また、上記の組成式で表される非晶質軟磁性合金粉末の前記組成式中の組成比を示すy、z、w、tは、17原子%≦(y+z+w+t)≦29.5原子%なる関係を満たすことが好ましい。
【0040】
以下に、本発明の略球状の非晶質軟磁性合金粉末の組成限定理由について説明する。
Feは磁性を担う元素であって、本発明の非晶質軟磁性合金粉末に必須の元素である。
Feの組成比を高くすると、非晶質軟磁性合金粉末の飽和磁化σsを向上できる。
【0041】
Feの添加量は、70原子%以上79原子%以下であることが好ましく、72原子%以上79原子%以下であることがより好ましく、73原子%以上78原子%以下であることが更に好ましい。
Feの添加量が70原子%未満では、飽和磁化σsが150×10−6Wb・m/kg未満に低下してしまうので好ましくない。また、Feの添加量が79原子%を越えると、合金の非晶質形成能の程度を示すTg/Tmが0.57未満になり、非晶質形成能が低下するので好ましくない。上記Tmは、合金の融点である。
【0042】
尚、Feの添加量が76原子%以上であれば合金粉末の飽和磁化σsを170×10−6Wb・m/kg以上にでき、77原子%以上であれば合金の飽和磁化σsを180×10−6Wb・m/kg以上にできる。
【0043】
また、Cr、Mo、W、V、Nb、Ta、Ti、Zr、Hfは、合金粉末表面に不動態化酸化皮膜を形成でき、合金粉末の耐食性を向上できる。
これらの元素のうち耐食性の向上に最も効果があるものはCrである。水アトマイズ法において、合金溶湯が直接水に触れたとき、更には合金粉末の乾燥工程において生じる錆の発生を防ぐことができる(目視レベル)。また、これらの元素は単独添加するか、あるいは2種以上の組み合わせで複合添加しても良く、例えば、Mo、VとMo、CrとV、Cr及びCr、Mo、V等の組合せで複合添加しても良い。これらの元素のうち、Mo,Vは耐食性がCrより若干劣るものの非晶質形成能が向上するため、必要に応じてこれらの元素を選択する。また、Cr、Mo、W、V、Nb、Taのうちから選択される元素の添加量が8原子%を超えると、磁気特性(飽和磁化)が低下してしまう。
【0044】
また、上記組成式中の元素Mとして採用される元素のうちガラス形成能はZr、Hfが最も高い。Ti、Zr、Hfは酸化性が強いため、これらの元素が8原子%を超えて添加されていると、大気中で合金粉末原料を溶解すると原料溶解中に溶湯が酸化し、また、磁気特性(飽和磁化)が低下してしまう。
【0045】
また、合金粉末の耐食性向上効果は、Pt、Pd、Auのうちから選択される1種又は2種以上の貴金属元素の添加によっても得られ、これら貴金属元素を粉末表面に分散することにより、耐食性が向上する。また、これらの貴金属元素は単独添加あるいは上記のCr等の耐食性向上効果のある元素との組み合わせてで複合添加しても良い。上記の貴金属元素はFeと混じり合わないため、8原子%超えて添加されているとガラス形成能が低下し、また、磁気特性(飽和磁化)も低下する。
非晶質軟磁性合金粉末に耐食性を持たせるためには、上記Mの添加量は0.5原子%以上とする必要がある。
【0046】
従って、組成式中のMは、Cr、Mo、W、V、Nb、Ta、Ti、Zr、Hf、Pt、Pd、Auより選ばれる1種または2種以上の元素であり、特に、Cr、Mo、W、V、Nb、Taのうちの1種または2種以上を用いるのが好ましい。上記Mの組成比xは、0.5原子%以上8原子%以下であることが好ましく、1原子%以上4原子%以下であることが好ましく、1原子%以上3原子%以下でであることがさらに好ましい。
【0047】
C、P、B及びSiは、非晶質形成能を高める元素であり、Feと上記Mにこれらの元素を添加して多元系とすることにより、Feと上記Mのみの2元系の場合よりも安定して非晶質相が形成される。
特にPはFeと低温(約1050℃)で共晶組成を持つため、組織の全体が非晶質相になるとともに過冷却液体の温度間隔ΔTxが発現しやすくなる。
またPとSiを同時に添加すると、過冷却液体の温度間隔ΔTxがより大きくなって非晶質形成能が向上し、非晶質単相の組織を得る際の製造条件を比較的簡易な方向に緩和できる。
【0048】
Siを無添加とした場合におけるPの組成比yは、2原子%以上15原子%以下であることが好ましく、4原子%以上14原子%以下であることがより好ましく、6原子%以上11原子%以下であることが最も好ましい。Pの添加量が2原子%未満では、非晶質軟磁性合金粉末が得られず、15原子%を超えると、飽和磁化が低下してしまう。
Pの組成比yが上記の範囲であれば、過冷却液体の温度間隔ΔTxが発現して合金粉末の非晶質形成能が向上する。
【0049】
また、Siを添加すると熱的安定性が向上するため、2原子%以上添加されていることが好ましい。また、Siの添加量が8原子%を超えると、融点が上昇してしまう。従ってSiの組成比tは、0原子%以上8原子%以上であることが好ましく、2原子%以上8原子%以下であることがより好ましく、2原子%以上7原子%以下であることがさらに好ましい。
【0050】
また、Bの添加量が2原子%未満では非晶質軟磁性合金粉末が得られ難く、12原子%を超えると融点が上昇してしまい。従って、Bの組成比wは、1原子%以上12原子%以下であることが好ましく、2原子%以上10原子%であることが好ましく、4原子%以上9原子%以下であることがさらに好ましい。
【0051】
また、Cを添加すると熱的安定性が向上するため、1原子%以上添加されていることが好ましい。また、Cの添加量が8原子%を超えると、融点が上昇してしまう。従って、Cの組成比zは、0原子%を超えて8原子%以下であることが好ましく、0原子%を超えて6原子%以下であることがより好ましく、1原子%以上4原子%以下であることがさらに好ましい。
【0052】
そして、これらの半金属元素C、P、B及びSiの合計の組成比(y+z+w+t)は、17原子%以上29.5原子%以下であることが好ましく、18原子%以上26原子%以下とすることがより好ましく、18原子%以上25原子%以下とすることが更に好ましい。
半金属元素の合計の組成比が29.5原子%を越えると、特にFeの組成比が相対的に低下し、飽和磁化σsが低下するので好ましくない。半金属元素の合計の組成比が17原子%未満では、非晶質形成能が低下し非晶質相単相組織が得られにくい。
【0053】
また、Feの組成比が76原子%以上のときに、半金属元素C、P、B及びSiの合計の組成比(y+z+w+t)を18原子%以上24原子%以下とすることにより、合金粉末の飽和磁化σsを170×10−6Wb・m/kg以上にできる。
更に、Feの組成比が77原子%以上のときに、半金属元素C、P、B及びSiの合計の組成比(y+z+w+t)を18原子%以上23原子%以下とすることにより、合金粉末の飽和磁化σsを180×10−6Wb・m/kg以上にできる。
【0054】
また、本発明の非晶質軟磁性合金粉末においては、上記の組成に、Geが4原子%以下含有されていてもよい。
上記のいずれの場合の組成においても、本発明においては、過冷却液体の温度間隔ΔTxは20K以上、組成によっては35K以上が得られる。
また上記の組成で示される元素の他に不可避的不純物が含まれていても良い。
【0055】
水アトマイズ法により得られた前記組成の本発明の非晶質軟磁性合金粉末は、室温において磁性を有し、また熱処理によってより良好な磁性を示す。このため優れた軟磁気特性を有する材料として各種の応用に有用なものとなる。
【0056】
本発明の略球状の非晶質軟磁性合金粉末を水アトマイズ法により製造する一例について説明する。
本発明に用いられる水アトマイズ法は、大気雰囲気中で上述の非晶質軟磁性合金粉末と同じ組成あるいは略同様の組成からなる非晶質軟磁性合金溶湯を高圧水とともにチャンバ内部に霧状に噴霧し、上記合金溶湯を粉砕、急冷して略球状の非晶質軟磁性合金粉末を製造するというものである。
【0057】
図1は、水アトマイズ法による合金粉末の製造に好適に用いられる高圧水噴霧装置の一例を示す断面模式図である。
この高圧水噴霧装置1は、溶湯るつぼ2と、水噴霧器3と、チャンバ4とを主体として構成されている。この高圧水噴霧装置1は、大気雰囲気中に配置されている。
溶湯るつぼ2の内部には合金溶湯5が充填されている。また溶湯るつぼ2には加熱手段たるコイル2aが備えられており、合金溶湯5を加熱して溶融状態に保つように構成されている。そして、溶湯るつぼ2の底部には溶湯ノズル6が設けられており、合金溶湯5は溶湯ノズル6からチャンバ4の内部に向けて滴下される。
【0058】
水噴霧器3は溶湯るつぼ2の下側に配設されている。この水噴霧器3には水導入流路7と、この導入流路7の先端部である水噴射ノズル8とが設けられている。
図示しない液体加圧ポンプ(加圧手段)によって加圧された高圧水10は導入流路7を通って水噴射ノズル8まで導かれ、このノズル8からチャンバ4内部へ高圧水流gとなって噴霧される。
チャンバ4の内部には、高圧水噴霧装置1の周囲の雰囲気と同じ大気雰囲気とされている。チャンバ4内部の圧力は100kPa程度に保たれており、また温度は室温程度に保たれている。
【0059】
略球状の非晶質軟磁性合金粉末を製造するには、まず、溶湯るつぼ2に充填された合金溶湯5を溶湯ノズル6からチャンバ4内に滴下する。同時に、水噴霧器3の水噴射ノズル8から高圧水10を噴射する。噴射された高圧水10は、高圧水流gとなって上記の滴下された溶湯まで達し、噴霧点pにおいて溶湯に衝突して溶湯を霧化するとともに急冷凝固し、先に述べた組成の非晶質相からなる略球状粒末が形成される。これら略球状粉末は水とともにチャンバ4の底部に貯まる。
【0060】
ここで合金溶湯の冷却速度は合金溶湯に十分に表面張力が作用する程度にする。合金溶湯の冷却速度は、合金の組成、目的とする合金粉末の粒径等によって、好適な冷却速度が決まるが、10〜10K/s程度の範囲を目安とすることができる。そして実際には、略球形状に近いものが得られているかどうかと、ガラス相(glassy phase)に結晶相としてのFeB、FeB、FeP等の相が析出するかどうかを確認することで決めることができる。
ついで、これらの略球状粉末を大気雰囲気中で乾燥した後、これらの粉末を分級して、所定の平均粒径を有する球状あるいは球状に近い非晶質軟磁性合金粉末を得る。
【0061】
水アトマイズ法により略球状の非晶質軟磁性合金粉末を製造する際には、水の噴射圧力、噴射流量、合金溶湯流量等をコントロールすることにより合金溶湯の冷却速度を制御し、また、水噴射ノズルスリット幅、水噴射ノズル傾斜角度、水噴射角、合金溶湯の温度や粘度、アトマイジングポイント(粉化点距離)等をコントロールすることにより製造条件を制御することにより、目的とする特性、具体的には、アスペクト比、タップ密度、D50、酸素濃度等が先に述べた範囲になる非晶質軟磁性合金粉末が得られるようにする。
【0062】
得られた非晶質軟磁性合金粉末は必要に応じて熱処理しても良い。熱処理をすることで合金粉末の内部応力が緩和され、非晶質軟磁性合金粉末の軟磁気特性をより向上できる。熱処理温度Taは、合金のキュリー温度Tc以上ガラス遷移温度Tg以下の範囲が好ましい。熱処理温度Taがキュリー温度Tc未満であると、熱処理による軟磁気特性向上の効果が得られないので好ましくない。また熱処理温度Taがガラス遷移温度Tgを越えると、合金粉末組織中に結晶質相が析出しやすくなり、軟磁気特性が低下するおそれがあるので好ましくない。
また熱処理時間は、合金粉末の内部応力を充分に緩和させるとともに結晶質相の析出のおそれのない範囲が好ましく、例えば30〜300分の範囲が好ましい。
【0063】
本実施形態の非晶質軟磁性合金粉末は、水アトマイズ法により製造できるので、製造装置の大型化が可能であり、しかも合金溶湯を高圧で粉砕可能であるので量産性を向上でき、また、高価な不活性ガスを使用しなくても済むので製造コストを低減できる。
さらに本実施形態の非晶質軟磁性合金粉末は、水アトマイズ法により球形状に近い形状に形成されているので、嵩密度が高く、表面の凹凸が少ないことから、成形密度を高くでき、圧粉コア等を作製するために樹脂等の絶縁材と混合して固化成形した場合、粉末間の絶縁を保つことができるため、圧粉コア作製用の軟磁性合金粉末として有用である。
また、本実施形態の非晶質軟磁性合金粉末は、球形状に近い形状のものであるので、電波吸収体を作製するために、この非晶質軟磁性合金粉末をアトライタなどにより加工する際、形状の揃った扁平化粒子が得られ、また、粒径を制御し易くいため、電波吸収体作製用の軟磁性合金粉末として有用である。
【0064】
(扁平型非晶質軟磁性合金粉末の実施形態)
本発明の実施形態の扁平型非晶質軟磁性合金粉末は、上記のいずれかの構成の実施形態の略球状の非晶質軟磁性合金粉末が扁平化されてなるものである。
ここで非晶質軟磁性合金粉末を扁平化する方法としては、例えば、実施形態の略球状の非晶質軟磁性合金粉末をアトライタに投入し、10分〜16時間の範囲で粉砕混合することにより、扁平化された非晶質軟磁性合金粉末を主として含む非晶質軟磁性合金粉末が得られる。ここで扁平化する前の非晶質軟磁性合金粉末には、熱処理が施されていないことが好ましい。
【0065】
アトライタによる粉砕混合は10分〜16時間の範囲で行うことが好ましく、4〜8時間の範囲がより好ましい。
粉砕混合の時間が10分未満だと、扁平化が不十分なために扁平型非晶質軟磁性合金粉末子のアスペクト比を1以上、例えば10以上にできない傾向があり、粉剤混合の時間が16時間を超えると、扁平型非晶質軟磁性合金粉末のアスペクト比が80以上を越えるようになる。扁平型非晶質軟磁性合金粉末の厚さが0.1〜5μmの範囲(好ましくは1〜2μm)であるとともに長径が1〜80μm(好ましくは2〜80μm)の範囲のものが好ましい。
得られた扁平型非晶質軟磁性合金粉末には必要に応じて先に述べた実施形態と同様にして熱処理しても良い。
【0066】
本実施形態の扁平型非晶質軟磁性合金粉末は、表面の凹凸が少ない略球状の本実施形態の非晶質軟磁性合金粉末を用いているので、アトライタなどにより加工する際に非晶質合金粉末が細かく砕けることがなくなり、均一形状に扁平加工でき、形状の揃った扁平化粒子が得られる。このような扁平型非晶質軟磁性合金粉末は、電波吸収体等を作製するために、樹脂等の絶縁材に混合すると、これら粉末は層状に並ぶので、密に充填でき、扁平化粒子同士の間の隙間を小さくできる。
【0067】
(圧粉コアの実施形態)
本発明の実施形態の圧粉コア(圧粉磁心)は、上記の本実施形態の略球状の非晶質軟磁性合金粉末の複数又は単数と、絶縁材と、潤滑剤が混合され、造粒してなる造粒粉末からなり、前記絶縁材が結着剤となって固化成形されてなるものである。上記略球状の非晶質軟磁性合金粉末としては、比抵抗が1.5μΩ・m以上のものが好ましい。
この圧粉コアの形状は、例えば図2に示すように、円環状のコア21を例示できるが、形状はこれに限られず、長円環状や楕円環状であっても良い。また平面視略E字状、平面視略コ字状、平面視略I字状等であっても良い。
【0068】
この圧粉コアは、上記造粒粉末が上記絶縁材によって結着されてなるもので、組織中に複数又は単数の非晶質軟磁性合金粉末が存在した状態となっており、非晶質軟磁性合金粉末が溶解して均一な組織を構成しているものではない。また、造粒粉末中の個々の非晶質軟磁性合金粉末は、絶縁材によって絶縁されていることが好ましい。
このように、圧粉コア21には、非晶質軟磁性合金粉末と絶縁材とが混合されて存在するので、絶縁材によって圧粉コア自体の比抵抗が大きくなり、渦電流損失が低減されて高周波領域における透磁率の低下が小さくなる。
【0069】
また、非晶質軟磁性合金粉末の過冷却液体の温度間隔ΔTが20K未満であると、非晶質軟磁性合金粉末と絶縁材と潤滑剤とを混合して作製した造粒粉末を圧縮成形した後に行う熱処理時に、結晶化させずに十分に内部応力を緩和させることが困難になる。
【0070】
特に本実施形態の圧粉コア21は、印加磁界±2.4kA/mにおける保磁力が80A/m以下であることが好ましく、40A/m以下であることがより好ましい。
【0071】
本実施形態の圧粉コアを構成する絶縁材は、圧粉コアの比抵抗を高めるとともに、非晶質軟磁性合金粉末が含まれる造粒粉末を形成できるとともに形成した造粒粉末を結着して圧粉コアの形状を保持するもので、磁気特性に大きな損失とならない材料からなることが好ましく、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、シリコーンゴム、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、PVA(ポリビニルアルコール)等の液状又は粉末状の樹脂あるいはゴムや、水ガラス(NaO-SiO)、酸化物ガラス粉末(NaO-B-SiO、PbO-B-SiO、PbO-BaO-SiO、NaO-B-ZnO、CaO-BaO-SiO、Al-B-SiO、B-SiO)、ゾルゲル法により生成するガラス状物質(SiO、Al、ZrO、TiO等を主成分とするもの)等を挙げることができる。
また、絶縁材として各種のエラストマー(ゴム)を用いてもよい。
また、絶縁材とともにステアリン酸塩(ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸アルミニウム等)のうちから選択される潤滑剤が同時に用いられる。
【0072】
特に上記の絶縁材のなかでもシリコーン樹脂またはシリコーンゴムが好ましい。
シリコーンゴムは一般に、高重合度の直鎖状オルガノポリシロキサンの架橋体からなるゴム状の弾性を示すものをいう。架橋方法により、高温型と室温型に大別されるが、本発明では室温型が好ましい。室温型のシリコーンゴムは、直鎖状のポリオルガノシロキサンに、アセトキシル基、アルコキシル基、オキシム基、イソプロペノキシル基等を有するシラン化合物等の架橋剤を反応させて得られるもので、特にアルコキシル基またはオキシム基を有する架橋剤を用いたものが好ましい。
また、シリコーン樹脂は一般に、高度な三次元的網目構造を有するオルガノポリシロキサンの重合体をいう。オルガノクロロシランまたはオルガノアルコキシシランの加水分解重縮合や環状シロキサンの開環重合により製造される。
【0073】
上記のシリコーンゴムのうち、アルコキシル基を有する架橋剤により架橋して得られたシリコーンゴムは、腐食性が少なく、耐腐食性に優れた圧粉磁心を構成できる。また、分子内にノルマルブチル基を有するシラン化合物を含む架橋剤を用いて得られたシリコーンゴムは、特に弾性に優れる性質を有する。
従って本実施形態の圧粉コアに対し、ノルマルブチル基を有するシラン化合物を含む架橋剤により得られたシリコーンゴムを用いると、硬化応力が小さいため、非晶質軟磁性合金粉末に残留する内部応力が小さくなり、非晶質軟磁性合金粉末の軟磁気特性が向上する。これにより、圧粉コアの保磁力及びコアロスを大幅に低減させることができる。
【0074】
本実施形態の圧粉コア1に用いられる造粒粉末の粒径は、先に述べた理由により粒径45μm以上500μm以下が好ましく、45μm以上300μm以下がより好ましく、45μm以上150μm以下がさらに好ましい。
また、粒径45μm以上500μm以下の造粒粉末の含有量は圧粉コア1を構成する全造粒粉末の83重量%より大きいこと、あるいは、粒径45μm未満の造粒粉末及び粒径500μmよりも大きい造粒粉末の含有量(混入量)は、全造粒粉末の17重量%以下であることが造粒粉末を圧粉コア作製用金型に流し込む際の流動性を良好にでき、量産性を向上できる点で好ましく、15重量%以下であることがより好ましい。
【0075】
次に、本実施形態の圧粉コアの製造方法の例を図面を参照して説明する。
本発明の圧粉コアの製造方法は、水アトマイズ法により得られた実施形態の略球状の非晶質軟磁性合金粉末と上記絶縁材と上記潤滑剤を加えて混合、造粒して造粒粉末を形成する工程と、形成した造粒粉末を圧縮成形してコア前駆体を形成する成形工程と、上記コア前駆体を、(T−170)K以上(T)K以下の温度で熱処理して上記コア前駆体の内部応力を除去する熱処理工程とからなる。
【0076】
造粒粉末を形成する工程において、上記非晶質軟磁性合金粉末と絶縁材と潤滑剤を混合した混合物中の絶縁材の混合率は、0.3重量%以上5重量%以下であることが好ましく、1重量%以上3重量%以下であることがより好ましい。
絶縁材の混合率が0.3重量%未満では、非晶質軟磁性合金粉末と潤滑剤をこの絶縁材とともに所定の形状に成形できなくなるので好ましくない。また、混合率が5重量%を越えると、造粒粉末における非晶質軟磁性合金粉末の添加密度が低下し、造粒粉末を用いて作製した圧粉コア中の非晶質軟磁性合金粉末の含有率が低下し、圧粉コアの軟磁気特性が低下するので好ましくない。
【0077】
また、上記混合物中の潤滑剤の混合率は、0.1重量%以上2重量%以下であることが好ましく、0.1重量%以上1重量%以下であることがより好ましい。
潤滑剤の混合率が0.1重量%未満では、非晶質軟磁性合金粉末の流動性をあまり向上できないため、造粒粉末の製造効率の向上をあまり期待できず、また、造粒粉末における非晶質軟磁性合金粉末の添加密度が低下し、その結果、圧粉コアの軟磁気特性が低下するので好ましくない。また、潤滑剤が2重量%を越えると、造粒粉末における非晶質軟磁性合金粉末の添加密度が低下し、また、圧粉コアの機械的強度が低下するので好ましくない。
上記造粒粉末形成したならば、形成した造粒粉末を分級して、粒径45μm以上500μm以下の範囲のもの、より好ましくは45μm以上300μm以下の範囲のもの、さらに好ましくは45μm以上150μm以下の範囲のものを選択し、後工程で用いる。分級には、ふるい、振動ふるい、音波ふるい、気流式分級機等を用いることができる。
【0078】
次に上記造粒粉末を圧縮成形して磁心前駆体を形成する成形工程を行う。
また、圧縮成形する前に造粒粉末中に含まれる溶剤、水分等を蒸発させ、非晶質軟磁性合金粉末の表面に絶縁材層を形成させることが望ましい。
【0079】
次に造粒粉末を圧縮成形して磁心前駆体を製造する。コア前駆体の製造には、図3に示すような金型110を用いる。この金型110は、中空円筒型のダイ111と、このダイ111の中空部111aに挿入される上パンチ112および下パンチ113からなる。
上パンチ112の下面には円柱状の突起112aが設けられており、これら上パンチ112、下パンチ113及びダイ111が一体化して、金型110の内部に円環状の型が形成される。そしてこの金型110に上述の造粒粉末を充填する。
【0080】
次に、金型110に充填された造粒粉末を、一軸圧力を印加しつつ室温または所定の温度まで加熱して圧縮成形する。
図4には、圧縮成形する際に用いて好適な放電プラマ焼結装置の一例の要部を示す。この例の放電プラズマ焼結装置は、混合物を充填した金型110と、金型110の下パンチ113を支え、後述するパルス電流を流す際の一方の電極ともなるパンチ電極114と、金型110の上パンチ112を下側に押圧し、パルス電流を流す他方の電極となるパンチ電極115と、金型110内の造粒粉末の温度を測定する熱電対17を主体として構成されている。
そして、この放電プラズマ焼結装置は、チャンバ118内に収納されており、このチャンバ118は図示略の真空排気装置および雰囲気ガスの供給装置に接続されていて、金型110に充填される造粒粉末を不活性ガス雰囲気などの所望の雰囲気下に保持できるように構成されている。
なお、図4では通電装置が省略されているが、上下のパンチ112、113およびパンチ電極114、115には別途設けた通電装置が接続されていてこの通電装置からパルス電流をパンチ112、113およびパンチ電極114、115を介して通電できるように構成されている。
【0081】
そして、上記の造粒粉末が充填された金型110を放電プラズマ焼結装置に設置し、チャンバ118の内部を真空引きするとともに、パンチ112、113で上下から一軸圧力Pを混合物に印加すると同時に、パルス電流を印加して造粒粉末を加熱しつつ圧縮成形する。
この放電プラズマ焼結処理においては、通電電流により造粒粉末を所定の速度で素早く昇温することができ、圧縮成形の時間を短くすることができるので、非晶質軟磁性合金粉末の非晶質相を維持したまま圧縮成形するのに適している。
【0082】
本発明において、上記の造粒粉末を圧縮成形する際の温度は、絶縁材の種類と非晶質軟磁性合金粉末の組成によって異なるが、絶縁材として水ガラス、非晶質軟磁性合金粉末としてFe74.43Cr1.969.042.167.54Si4.87なる組成のものを用いた場合には、絶縁材によって造粒粉末同士を結着させるために373K(100℃)以上とすることが必要であり、また絶縁材が溶融して金型110からしみ出さないようにするには673K(400℃)以下とすることが必要である。絶縁材がしみ出ると、圧粉コア中の絶縁材の含有量が低下して圧粉コアの比抵抗が低下し、高周波帯域における透磁率が低下してしまう。
373K(100℃)以上673K(400℃)以下の温度範囲で造粒粉末を圧縮成形すれば、絶縁材が適度に硬化するので、造粒粉末を結着させて所定の形状に成形することができる。
【0083】
また圧縮成形の際に造粒粉末に印加する一軸圧力Pについては、圧力が低すぎると圧粉コアの密度を高くすることができず、緻密な圧粉コアを形成できなくなる。また圧力が高すぎると絶縁材がしみ出し、圧粉コア中の絶縁材の含有量が低下して圧粉コアの比抵抗が低下し、高周波帯域における透磁率が低下してしまう。従って一軸圧力Pは、絶縁材の種類と非晶質軟磁性合金粉末の組成によって異なるが、絶縁材として水ガラス、非晶質軟磁性合金粉末としてFe74.43Cr1.969.042.167.54Si4.87なる組成のものを用いた場合には、600MPa以上1500MPa以下とするのが好ましく、600MPa以上900MPa以下とするのがより好ましい。
このようにして円環状の磁心前駆体が得られる。
なお、金型110に充填された造粒粉末を、一軸圧力を印加しつつ室温で圧縮成形する場合は、通電装置が接続されていない以外は図4に示すような装置と同様の構成のプレス装置を用いて円環状の磁心前駆体を作製することもできる。
【0084】
また、絶縁材としてシリコーンゴムを用いる場合には、上記の成型工程において、造粒粒子を常温で圧縮成形することにより、所定の形状の磁心前駆体を得ることができる。
【0085】
また、シリコーンゴムは弾性を有するため、硬化応力が小さく、非晶質軟磁性合金粉末に残留する内部応力が小さい。このため、磁歪の影響が取り除かれて非晶質軟磁性合金粉末の軟磁気特性が向上する。これにより、圧粉コアの保磁力及びコアロスを大幅に低減させることができる。
特に、前述したように、分子内にノルマルブチル基を有するシラン化合物を含む架橋剤を用いて得られたシリコーンゴムは特に弾性に優れるため、特に硬化応力が小さく、非晶質軟磁性合金粉末に残留する内部応力が極めて小さくなって非晶質軟磁性合金粉末の軟磁気特性が更に向上し、圧粉コアの保磁力及びコアロスを更に大幅に低減させることができる。
【0086】
シリコーンゴムを用いた場合において、圧縮成形の際に造粒粉末に印加する圧力については、圧力が低すぎると圧粉コアの密度を高くすることができず、緻密な圧粉コアを形成できなくなる。また、圧力が高すぎると、ダイ、パンチの消耗が激しく、成形時に生じる応力を除去するために、長時間の熱処理が必要となる。従って圧力は、非晶質軟磁性合金粉末の組成によって異なるが、非晶質軟磁性合金粉末としてFe74.43Cr1.969.042.167.54Si4.87なる組成のものを用いた場合には、500MPa以上2500MPa以下とするのが好ましく、1000MPa以上2000MPa以下とするのがより好ましい。
【0087】
また、特に圧粉コアを構成する造粒粉末に含まれる非晶質軟磁性合金粉末として、平均粒径(D50)が4μmより大きく、かつ45μm以下であり、タップ密度が3.7Mg/m以上、比表面積が0.3m/g以下、酸素濃度が3000ppm以下のものを用いた場合には、周波数100kHz、磁束密度0.1Tの条件で測定したときのコアロス(W)を450kW/m以下にでき、従来の圧粉コアのコアロスよりも大幅に低減できる。また、周波数1MHzまでの複素透磁率の実数部μ’を57〜80とほぼ一定にでき、直流バイアス磁界5500Am−1のときの直流重畳特性(μ’DC5500)を30〜34.5とほぼ一定にできるため、磁心に用いる場合に使い易い。
また、上記非晶質軟磁性合金粉末として、平均粒径(D50)が4μmより大きく、かつ16μm以下であり、タップ密度が4.0Mg/m以上、比表面積が0.23m/g以下、酸素濃度が2000ppm以下のものを用いた場合には、周波数100kHz、磁束密度0.1Tの条件で測定したときのコアロス(W)を250kW/m以下にできる。また、周波数1MHzまでの複素透磁率の実数部μ’を57〜75とほぼ一定にでき、直流バイアス磁界5500Am−1のときの直流重畳特性(μ’DC5500)を30〜36とほぼ一定にできるため、磁心に用いる場合に好ましい特性を備えることができる。
【0088】
次に上記のコア前駆体を熱処理してコア前駆体の内部応力を除去する熱処理工程を行う。コア前駆体を所定の温度範囲で熱処理すると、粉末製造工程や成形工程にて生じたコア前駆体自体の内部応力や、コア前駆体に含まれる非晶質軟磁性合金粉末の内部応力を除去することができ、保磁力が低い圧粉コアを製造することができる。
熱処理の温度は、(T−170)K以上(T)K以下の範囲が好ましく、(T−160)K以上(T−5)K以下の範囲がより好ましく、(T−140)K以上(T−10)K以下の範囲がさらに好ましく、(T−110)K以上(T−10)K以下の範囲が最も好ましい。
【0089】
コア前駆体を(T−160)K以上(T−5)K以下の温度範囲で熱処理すると、例えば印加磁界±2.4kA/mにおける保磁力が100A/m以下の圧粉コアを製造することができ、(T−140)K以上(T−10)K以下の温度で熱処理すると、例えば印加磁界±2.4kA/mにおける保磁力が80A/m以下の圧粉コアを得ることができ、更に上記コア前駆体を(T−110)K以上(T−10)K以下の温度で熱処理すると、例えば印加磁界±2.4kA/mにおける保磁力が40A/m以下の圧粉コアを得ることができる。
【0090】
熱処理温度が(T−170)K未満では、コア前駆体の内部応力を十分に除去することができないので好ましくなく、(T)Kを越えると、非晶質軟磁性合金粉末が結晶化し、保磁力が大きくなってしまうので好ましくない。
【0091】
例えば、Fe74.43Cr1.969.042.167.54Si4.87なる組成の非晶質軟磁性合金粉末の場合には、Tは780Kであり、熱処理温度を610K(337℃)〜780K(507℃)の範囲とすることが好ましく、620K(347℃)〜775K(502℃)の範囲とすることがより好ましく、640K(367℃)〜770K(497℃)の範囲とすることがさらに好ましく、670K(397℃)〜770K(497℃)の範囲とすることが最も好ましい。
【0092】
特に絶縁材としてシリコーンゴムを用いた場合には、熱処理温度を670K(397℃)〜770K(497℃)の範囲とすることが好ましい。シリコーンゴムを用いた場合に熱処理温度が670K未満であると、コア前駆体の内部応力を十分に除去することができないので好ましくなく、熱処理温度が773Kを越えると、シリコーンゴムが過度に分解し、圧粉コアの強度が低下するので好ましくない。
また、絶縁材としてシリコーンゴムを用いた場合には、熱処理の雰囲気を、真空雰囲気あるいは窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気とすることが好ましく、特に窒素ガス雰囲気とすることがより好ましい。
このように熱処理することにより、本実施形態の円環状の圧粉コア21が得られる。
【0093】
このようにして得られた圧粉コア21は、本実施形態の非晶質軟磁性合金粉末を含むものであるから、室温で優れた軟磁性特性を有し、また熱処理によってより良好な軟磁気特性を示す。
このため、優れた軟磁気特性を有する材料として、この圧粉コアを種々の磁気素子の磁心として適用することができ、従来材に比べて優れた軟磁気特性を有する磁心を得ることができる。
【0094】
尚、上記説明では、造粒粉末を放電プラズマ焼結装置により圧縮成形する方法を用いたが、これに限らず、通常の粉末成形法、ホットプレス法、押し出し法などの方法により圧縮成形することによっても本発明の圧粉コアを得ることができる。
【0095】
また、上記説明では、金型を用いて円環状の圧粉コアを製造する方法を説明したが、これに限られず、バルク状の成形体を製造し、これを切削加工して、円環状、棒状、平面視略E字状、平面視略コ字状等の形状に切り出すことにより種々の形状の圧粉コアを製造しても良い。
【0096】
実施形態の圧粉コアによれば、優れた軟磁気特性を示し、しかも嵩密度が高く、表面の凹凸が少なく、略球状に形成された本実施形態の非晶質軟磁性合金粉末を用いて作製した造粒粉末を固化成形したものであるので、圧粉コアの成形密度を高くでき、しかも粉末間の絶縁を保つことができ、磁気特性を向上することが可能である。 また、水アトマイズ法により製造された本実施形態の非晶質軟磁性合金粉末を用いているので、量産性を向上できる。
また、造粒粉末作製後に潤滑剤を添加するのでなく、造粒粉末作製段階で潤滑剤を添加したことにより、造粒粉末を作製する際の非晶質軟磁性合金粉末間の滑りがよく、造粒粉末の製造効率を向上でき、また、造粒粉末内に非晶質軟磁性合金粉末を密に含有できるので、造粒粉末の密度が向上し、その結果、軟磁気特性が優れた圧粉コアが得られる。
【0097】
また、水アトマイズ法により得られた非晶質軟磁性合金粉末は、平均粒径が小さく、かつ略球状粒子からなるので、この非晶質軟磁性合金粉末を圧粉コアに用いると、飽和磁化が高く、コアロスが低く、印加磁界の変化に対する透磁率の変化率(振幅透磁率)及び印加磁界の変化に対するインダクタンスの変化率(直流重畳特性)に優れた圧粉コアを得ることができる。
なお、本実施形態の造粒粉末を用いた圧粉コアとしては、先に述べた形状に限らず、図6に示すようなJ字型の圧粉コア41や、図7に示すような円環の一部に切り欠け部を形成した形状の溝を有する圧粉コア51も本発明の圧粉コアである。これらの圧粉コア41や51の製造方法は、金型形状が異なる以外は先に述べた実施形態の圧粉コア21の製造方法と同様にして圧縮成形により製造でき、あるいは、バルク状の成形体を形成し、これを切削加工して製造することもできる。これら圧粉コア41や51においても先に述べた実施形態の圧粉コア21と同様の作用効果が得られる。
特に、J字型の圧粉コア41は、電磁誘導型加熱器(IH型加熱器)に備えるコイル用磁心として好適に用いることができる。このようなIH型加熱器の概略構成としては、例えば、お釜(被加熱物)の下にコイルが配置され、このコイルの下部にJ字型の圧粉コア41が配置されたものである。IH型加熱器では、コイルによりお釜を加熱するが、コイル用磁心としてコアロスが少ない本実施形態のJ字型の圧粉コア41が備えられることで、発熱の効率が向上したIH型加熱器を実現できる。
【0098】
(電波吸収体の実施形態)
本発明の実施形態の電波吸収体は、上記本実施形態の扁平型非晶質軟磁性合金粉末と、絶縁材とを混合してなるものである。電波吸収体に添加された複数の扁平型非晶質軟磁性合金粉末は、上記絶縁材中で層状に並んでいる。
ここで用いる絶縁材としては、絶縁性と結着剤を兼ねる材料が用いられ、塩化ビニル、ポリプロピレン、ABS樹脂、フェノール樹脂、塩素化ポリエチレン、シリコン樹脂、シリコンゴム等の熱可塑性樹脂を選択することができ、これら熱可塑性樹脂の中でも、塩素化ポリエチレンが加工性の点で特に好ましい。
この種の塩素化ポリエチレンにおいては、ポリエチレンとポリ塩化ビニルの中間と考えらえる特性を発揮し、塩素含有量としては、例えば、30〜45%、伸び率として例えば420〜800%、ムーニー粘度35〜75(Ms1+4:100℃)などの特性のものを使用することができる。
また、本発明の電波吸収体の他の1つの形態は、上記本実施形態の扁平型非晶質軟磁性合金粉末と、シリコーンエラストマーからなる結着剤とが少なくとも混合され、シート状に固化成形されてなるものである。
また先の電波吸収体には、上記本実施形態の扁平型非晶質軟磁性合金粉末と、結着剤としての樹脂の他に、ステアリン酸アルミニウムからなる潤滑剤が添加されていてもよく、更にシランカップリング剤が添加されていても良い。
【0099】
先の電波吸収体は、上記本実施形態の扁平型非晶質軟磁性合金粉末が結着剤としての樹脂とともに固化成形されているので、本実施形態の扁平型非晶質軟磁性合金粉末が樹脂の内部で分散され、しかも樹脂中で層状に並んだ構造とされている。
また、先の他の電波吸収体は、上記本実施形態の扁平型非晶質軟磁性合金粉末がシリコーンエラストマーからなる結着剤とともに固化成形されてなるもので、本実施形態の扁平型非晶質軟磁性合金粉末が分散し、しかも結着剤中で層状に並んだ状態となっており、特に個々の扁平型非晶質軟磁性合金粉末がシリコーンエラストマーによって絶縁されていることが好ましい。
これらのように本実施形態の扁平型非晶質軟磁性合金粉末が樹脂の結着剤により絶縁されているので、電波吸収体自体のインピーダンスが高められ、これにより渦電流の発生が抑制されて数百MHz〜数GHzの周波数帯域における複素透磁率の虚数部μ”(以下、虚数透磁率μ”と表記)を幅広い範囲で高くすることができ、高周波帯域での電磁波抑制効果を向上させることができる。
【0100】
先の電波吸収体において、熱可塑性樹脂を結着剤として用いてなるものは、1GHzにおける虚数透磁率μ”が6以上のものである。虚数透磁率μ”が6以上であると、GHz帯域での電磁波抑制効果が向上して、高周波の電波を効果的に遮蔽することができるので好ましい。また、結着剤が軟質のものを選択することにより、電波吸収体として軟質のものを得ることができ、例えば板ガムのように自由に指先の力で変形できる形態のものを得ることができる。例えば前述のシリコーンエラストマーを結着剤としたものよりも遥かに柔軟で変形自在な特徴を有する。
また、先の電波吸収体において、シリコーンエラストマーを結着剤として用いてなるものは、1GHzにおける虚数透磁率μ”が10以上のものを得ることが可能である。虚数透磁率μ”が10以上であると、GHz帯域での電磁波抑制効果が向上して、高周波の電波を効果的に遮蔽することができるので好ましい。
【0101】
またシリコーンエラストマーと塩素化ポリエチレンは、電波吸収体のインピーダンスを高める他に、本実施形態の扁平型非晶質軟磁性合金粉末を結着して電波吸収体の形状を保持する。またシリコーンエラストマーは圧縮成形性に優れるので、常温で固化成形しても高強度の電波吸収体を構成できる。更にシリコーンエラストマーと塩素化ポリエチレンは電波吸収体内部でも十分な弾性を示し、例えば1×10−6〜50×10−6の磁歪定数を示す非晶質軟磁性合金粉末用いた場合でも、歪みを緩和させることができ、電波吸収体の内部応力を緩和して虚数透磁率μ”を高めることができる。
【0102】
尚、前述の樹脂にステアリン酸アルミニウムからなる潤滑剤を添加すると、本実施形態の扁平型非晶質軟磁性合金粉末が密に充填されて電波吸収体の密度が向上する。これにより虚数透磁率μ”が高くなる。
また、前述の樹脂にシランカップリング剤を添加すると、本実施形態の扁平型非晶質軟磁性合金粉末とシリコーンエラストマーとがシランカップリング剤によって強く結合され、扁平型非晶質軟磁性合金粉末の表面にシリコーンエラストマーが均一に被覆される。これにより扁平型非晶質軟磁性合金粉末同士の絶縁性が高められて虚数透磁率μ”が向上する。
【0103】
本実施形態の電波吸収体では、本実施形態の扁平型非晶質軟磁性合金粉末は絶縁材中で層状に並んでいるので、電波吸収体中に密に充填でき、扁平化粉末同士の間の隙間を小さくでき、また、上記扁平化粉末は略球状のままの非晶質軟磁性合金粉末に比較してアスペクト比が大きくなり、電波吸収体自体のインピーダンスが高くなり、渦電流の発生が抑制される。具体的には、扁平型非晶質軟磁性合金粉末のアスペクト比が1以上であれば、粒子同士の接触が少なくなって電波吸収体自体のインピーダンスが増大し、渦電流の発生が抑制されてGHz帯域における虚数透磁率μ”が6以上になり易く、これにより電波吸収体の電磁波抑制効果が向上する。
扁平型非晶質軟磁性合金粉末のアスペクト比が10以上であれば、粒子同士の接触が更に少なくなって電波吸収体自体のインピーダンスが増大する割合が増加し、渦電流の発生が抑制されてGHz帯域における虚数透磁率μ”が10以上になり易く、これにより電波吸収体の電磁波抑制効果が向上する。
アスペクト比の上限は800以下とするのが好ましい。アスペクト比が800以下であれば、扁平型非晶質軟磁性合金粉末自体の反磁界が過小にならず、低周波数帯域における複素透磁率の実数部μ’(以下、実効透磁率μ’と表記)が低く抑制され、これと対照的に虚数透磁率μ”が6以上になり易く、電磁波抑制効果が向上する。
アスペクト比の上限は300以下とするのがより好ましい。アスペクト比が300以下であれば、扁平化粒子自体の反磁界が過小にならず、低周波数帯域における複素透磁率の実数部μ’(以下、実効透磁率μ’と表記)がより低く抑制され、これと対照的に虚数透磁率μ”が10以上になり易く、電磁波抑制効果がより向上する。
【0104】
本実施形態の電波吸収体の密度は3.0g/cm以上であることが好ましい。密度が3.0g/cm以上であると、扁平型非晶質軟磁性合金粉末が密に充填されて扁平粒子同士の隙間が少なくなり、これによってGHz帯域における虚数透磁率μ”が10以上になり易く、電磁波抑制効果が向上する。
電波吸収体の密度は高いほど好ましいが、あまりに高くなると扁平型粒子が密に充填され過ぎて電波吸収体のインピーダンスが低減し、渦電流が発生して虚数透磁率μ”が低くなる。従って電波吸収体の密度の上限を6.5g/cm以下に設定することが好ましい。
【0105】
本実施形態の電波吸収体における扁平型非晶質軟磁性合金粉末の含有率は、30体積%以上80体積%以下であることが好ましい。扁平型非晶質軟磁性合金粉末の含有率が30体積%以上であれば、磁性体の量が十分となり、電磁波抑制効果を有効に発揮させることができる。また含有率が80体積%以下であれば、合金粉末同士が接触してインピーダンスが低下することがなく、虚数透磁率μ”を確実に高く維持して電磁波抑制効果を有効に発揮させることができる。
シリコーンエラストマーあるいは塩素化ポリエチレンの含有率は、扁平型非晶質軟磁性合金粉末を除いた残部である。
【0106】
潤滑剤を添加する場合には、電波吸収体に対して0.1重量%以上、5重量%以下の範囲で添加することが好ましい。またシランカップリング剤を添加する場合には、電波吸収体に対して0.1重量%以上、2重量%以下の範囲で添加するのが好ましい。
【0107】
本実施形態の電波吸収体によれば、優れた軟磁気特性を示す略球状の非晶質軟磁性合金粉末を扁平化して得られた扁平化非晶質軟磁性合金粉末が用いられたことにより、絶縁材に密に充填できるので、数百MHz〜数GHzの周波数帯域での電磁波抑制効果を向上させることが可能になる。
また、本実施形態の電波吸収体は、水アトマイズ法により製造された本実施形態の略球状の非晶質軟磁性合金粉末を扁平化して作製した扁平化非晶質軟磁性合金粉末と、絶縁材とを混合して得られるので、量産性が優れる。
なお、前述の扁平型非晶質軟磁性合金粉末は水ガラスで被覆されていても良い。扁平化粒子を水ガラスで被覆すると、粒子同士の絶縁性が更に高められて電波吸収体のインピーダンスが更に向上し、高周波数帯域における虚数透磁率μ”をより高くすることができ、電磁波抑制効果を向上できる。
【0108】
なお、本実施形態の電波吸収体に用いる非晶質軟磁性合金粉末としては、本実施形態の扁平型非晶質軟磁性合金粉末を主として含むものであってもよく、また、本実施形態の扁平型非晶質軟磁性合金粉末に代えて本実施形態の球状の非晶質軟磁性合金粉末を用いてもよく、また、本実施形態の扁平型非晶質軟磁性合金粉末と球状の非晶質軟磁性合金粉末の混合物であってもよい。
【0109】
【実施例】
[実験例1:FeCrPCB系合金]
Fe、Fe-C合金、Fe-P合金、B及びCrを原料としてそれぞれ所定量秤量し、大気雰囲気下においてこれらの原料を図1に示す高圧水噴霧装置の溶湯るつぼ内に入れて溶解し、溶湯るつぼの溶湯ノズルから合金溶湯を滴下するとともに、図1に示す水噴霧器の水噴射ノズルから高圧水を噴射して合金溶湯を霧状にし、チャンバ内で霧状の合金溶湯を急冷させて軟磁性合金粉末を作製する際、製造条件を変更して各種の軟磁性合金粉末(No.1〜3の軟磁性合金粉末)を作製した。
【0110】
得られた各種の軟磁性合金粉末の組成は、いずれもFe75Cr13なる組成であった。
また、上記のFe75Cr13なる組成の各種の軟磁性合金粉末についてX線回折法により組織構造の解析を行ったところ、いずれの合金粉末もX線回折パターンはブロードなパターンを示しており、非晶質相からなる組織から構成されていることが分かった。従って、Fe、Cr、P、C、Bからなる合金であっても、非晶質相からなる非晶質軟磁性合金粉末を形成できることがわかる。
また、上記のFe75Cr13なる組成の各種の軟磁性合金粉末を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察し、形状を調べた。その結果を表1に示す。
得られた軟磁性合金粉末の平均粒径(D50)、タップ密度、比表面積、酸素濃度、アスペクト比の最小値と最大値と平均値を調べた結果を表1に示す。
【0111】
更に、得られた各種の軟磁性合金粉末のDSC測定(Differential scanning caloriemetry:示差走査熱量測定)を行い、ガラス遷移温度Tg、結晶化開始温度Tx、キュリー温度Tc及び融点Tmを測定するとともに、過冷却液体の温度間隔ΔTx及びTg/Tmを求めたを測定した。これらの結果を表2に示す。尚、DSC測定の際の昇温速度は0.67K/秒であった。なお、表2中のTm*は合金の融解温度を示す。
また、得られた各種の軟磁性合金粉末について、振動試料型磁力計(VSM)により飽和磁化σsを測定した。これらの結果を表2に合わせて示す。
【0112】
次に、得られた軟磁性合金粉末98.3重量%に対し、絶縁材としてシリコーン樹脂を1.4重量%と潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を0.3重量%とを混合、造粒して造粒粉末とした。これら造粒粉末を大気中室温で12時間乾燥した。ついで、乾燥させた造粒粉末を分級して、粒径45μm以上500μm以下の範囲のものを選択し、後工程で用いた。
粒径45μm以上500μm以下の造粒粉末を図3に示すWC製の金型に充填した後、図4に示すようなプレス装置を用い、大気圧、室温のもと上下のパンチ112、113で造粒粉末を成形圧力(Ps)2000MPaまで加圧した。
そして、熱処理温度Tが573K(300℃)〜723K(450℃)で3600秒間熱処理して、各種の圧粉コアを製造した。この圧粉コアの形状は、外径20mm、内径12mm、厚さ7mmの円環状であった。
得られた各種の圧粉コアのコアロス(W)を測定した。ここでのコアロスは、周波数100kHz、磁束密度0.1Tの条件で測定したときのものである。その結果を表2に合わせて示す。
また、得られた各種の圧粉コアの複素透磁率の実数部(実効透磁率ということもある。)μ’と直流重畳特性(μ’DC5500 )を測定した。ここでのμ’は周波数1kHzの条件で測定したときのものであり、μ’DC5500は直流バイアス磁界5500Am−1のときの実効透磁率を測定したものである。その結果を表2に合わせて示す。
【0113】
【表1】

Figure 0003771224
【0114】
【表2】
Figure 0003771224
【0115】
表1、表2に示す結果からNo.1〜2の軟磁性合金粉末は不定形のものが得られており、アスペクト比の平均、D50、比表面積、酸素濃度が大きく、また、タップ密度が小さいことがわかる。このようなNo.1〜2の軟磁性合金粉末を用いて作製した圧粉コアはコアロスが大きく、直流重畳特性が低いことがわかる。No.1〜2の軟磁性合金粉末は酸素濃度が大きいので、熱的安定性が変化すると考えられる。
これに対してNo.3の軟磁性合金粉末は、略球形のものが得られており、比表面積、酸素濃度が小さく、また、タップ密度が大きく、また、No.1〜2のものに比べて飽和磁化σsも高いことがわかる。このNo.3の軟磁性合金粉末を用いて作製した圧粉コアは、No.1〜2の軟磁性合金粉末を用いて作製した圧粉コアに比べて大幅にコアロスを低くでき、また、直流重畳特性については向上していることがわかる。
なお、実験例1においてFe75Cr13なる組成の軟磁性合金粉末の平均粒径(D50)が9.0μm以上になるようにした場合には、組織が結晶化することが分かった。
【0116】
(実験例2)
Fe、Fe-C合金、Fe-P合金、Cr、B又はBとSiを原料としてそれぞれ所定量秤量し、大気雰囲気下においてこれらの原料を図1に示す高圧水噴霧装置の溶湯るつぼ内に入れて溶解し、溶湯るつぼの溶湯ノズルから合金溶湯を滴下するとともに、図1に示す水噴霧器の水噴射ノズルから高圧水を噴射して合金溶湯を霧状にし、チャンバ内で霧状の合金溶湯を急冷させて軟磁性合金粉末を作製する際、製造条件を変更して各種の軟磁性合金粉末(No.4〜14の軟磁性合金粉末)を作製した。
【0117】
得られた軟磁性合金粉末の組成は、Fe100−t−y−z−w−xSiCrなる組成(但し、zは1.2〜7原子%、wは5.6〜8.7原子%、xは1.96原子%〜2原子%、yは8.44〜12.74原子%、tは0〜4.87原子%)であった。なお、前記組成式中のvは、Pの組成比、又はPとSiの合計の組成比を示すものである。
また、上記のFe100−t−y−z−w−xSiCrなる組成の各種の軟磁性合金粉末についてX線回折法により組織構造の解析を行ったところ、いずれの合金粉末もX線回折パターンはブロードなパターンを示しており、非晶質相からなる組織から構成されていることが分かった。従って、Fe、Cr、P、C、B又はB及びSiからなる合金であっても、非晶質相からなる非晶質軟磁性合金粉末を形成できることがわかる。
また、上記のFe100−y(−t)−z−w−x(P又はPSi)CCrなる組成の各種の軟磁性合金粉末を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察し、形状を調べた。その結果を表3に示す。
得られた軟磁性合金粉末の平均粒径(D50)、タップ密度、比表面積、酸素濃度、アスペクト比の最小値と最大値と平均値を調べた結果を表3に示す。
【0118】
更に、得られた各種の軟磁性合金粉末のDSC測定(Differential scanning caloriemetry:示差走査熱量測定)を行い、ガラス遷移温度Tg、結晶化開始温度Tx、キュリー温度Tc及び融点Tmを測定するとともに、過冷却液体の温度間隔ΔTx及びTg/Tmを求めたを測定した。これらの結果を表4に示す。尚、DSC測定の際の昇温速度は0.67K/秒であった。なお、表4中のTm*は合金の融解温度を示す。
また、得られた各種の軟磁性合金粉末について、実験例1と同様にして飽和磁化σsを測定した。これらの結果を表4に合わせて示す。
【0119】
次に、この実験例2で得られた軟磁性合金粉末を用いる以外は上記実験例1と同様にして造粒粉末を作製し、さらにこれら造粒粉末を用いて上記実験例1と同様にして各種の圧粉コアを製造した。
得られた各種の圧粉コアのコアロス(W)を実験例1と同様にして測定した。その結果を表4に合わせて示す。
また、得られた各種の圧粉コアの実効透磁率(μ’)と直流重畳特性(μ’DC5500 )を実験例1と同様にして測定した。その結果を表4に合わせて示す。
【0120】
【表3】
Figure 0003771224
【0121】
【表4】
Figure 0003771224
【0122】
表3、表4に示す結果からNo.4〜12の軟磁性合金粉末は、略球状のものが得られていることがわかる。
No.4と9の軟磁性合金粉末はPとSiの合計の組成比vが15原子%を越えており、ΔTxが46K以下であることがわかる。
これに対してPの組成比又はPとSiの合計の組成比vが15原子%以下のNo.5〜8の軟磁性合金粉末においては、PとSiの両方が添加されている場合の方がPの単独添加に比べてΔTxを大きくでき、PとSiの両方を添加する場合は、組成比vが大きいほどΔTxを大きくでき、非晶質相形成能を向上できることがわかる。なお、実験例2においてFe70.85Cr12.294.65Si3.32なる組成の軟磁性合金粉末の平均粒径(D50)が9.0μm以上になるようにした場合には、組織が結晶化することが分かった。
【0123】
また、No.10〜12の軟磁性合金粉末においては、Siの添加量の増加に従ってΔTxを大きくでき、非晶質相形成能を向上できることがわかる。
次に、No.13の軟磁性合金粉末は不定形のものが得られており、アスペクト比の平均、D50、比表面積、酸素濃度が大きく、また、タップ密度が小さいことがわかる。このようなNo.13の軟磁性合金粉末を用いて作製した圧粉コアはコアロスが大きく、直流重畳特性が悪いことがわかる。No.13の軟磁性合金粉末は酸素濃度が大きいので、熱的安定性が変化すると考えられる。
これに対してNo.14の軟磁性合金粉末は、略球形のものが得られており、比表面積、酸素濃度が小さく、また、タップ密度が大きく、また、No.13のものに比べて飽和磁化σsも高いことがわかる。このNo.14の軟磁性合金粉末を用いて作製した圧粉コアは、No.13の軟磁性合金粉末を用いて作製した圧粉コアに比べて大幅にコアロスを低くでき、直流重畳特性が優れることがわかる。
【0124】
(実験例3)
Fe、Fe-C合金、Fe-P合金、B、Si、Crを原料としてそれぞれ所定量秤量し、大気雰囲気下においてこれらの原料を図1に示す高圧水噴霧装置の溶湯るつぼ内に入れて溶解し、溶湯るつぼの溶湯ノズルから合金溶湯を滴下するとともに、図1に示す水噴霧器の水噴射ノズルから高圧水を噴射して合金溶湯を霧状にし、チャンバ内で霧状の合金溶湯を急冷させて軟磁性合金粉末を作製する際、製造条件を変更して各種の軟磁性合金粉末(No.15〜21の軟磁性合金粉末)を作製した。なお、No.17の軟磁性合金粉末については、粉末形成後室温で長時間放置した。
【0125】
得られた軟磁性合金粉末の組成は、Fe789.232.27.7Si2.87又はFe100−t−y−z−w−xSiCrなる組成(但し、zは2.16〜2.2原子%、wは7.54〜7.7原子%、xは1原子%〜8原子%、yは9.04〜9.23原子%、tは2.87〜4.87原子%、vは12.1〜13.91原子%)であった。なお、前記組成式中のvはPとSiの合計の組成比を示すものである。
また、上記のFe789.232.27.7Si2.87又はFe100−t−y−z−w−xSiCrなる組成の各種の軟磁性合金粉末についてX線回折法により組織構造の解析を行ったところ、いずれの合金粉末もX線回折パターンはブロードなパターンを示しており、非晶質相からなる組織から構成されていることが分かった。従って、Fe、Cr又はAl、P、C、B、Siからなる合金であっても、非晶質相からなる非晶質軟磁性合金粉末を形成できることがわかる。
また、Fe789.232.27.7Si2.87又はFe100−t−y−z−w−xSiCrなる組成の各種の軟磁性合金粉末を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察し、形状を調べた。その結果を表5に示す。
得られた軟磁性合金粉末の平均粒径(D50)、タップ密度、比表面積、酸素濃度、アスペクト比の最小値と最大値と平均値を調べた結果を表5に示す。
【0126】
更に、得られた各種の軟磁性合金粉末のDSC測定(Differential scanning caloriemetry:示差走査熱量測定)を行い、ガラス遷移温度Tg、結晶化開始温度Tx、キュリー温度Tc及び融点Tmを測定するとともに、過冷却液体の温度間隔ΔTx及びTg/Tmを求めたを測定した。これらの結果を表6に示す。尚、DSC測定の際の昇温速度は0.67K/秒であった。なお、表6中のTm*は合金の融解温度を示す。
また、得られた各種の軟磁性合金粉末について、実験例1と同様にして飽和磁化σsを測定した。これらの結果を表6に合わせて示す。
【0127】
次に、この実験例3で得られた軟磁性合金粉末を用いる以外は上記実験例1と同様にして造粒粉末を作製し、さらにこれら造粒粉末を用いて上記実験例1と同様にして各種の圧粉コアを製造した。
得られた各種の圧粉コアのコアロス(W)を実験例1と同様にして測定した。その結果を表6に合わせて示す。
また、得られた各種の圧粉コアの実効透磁率(μ’)と直流重畳特性(μ’DC5500 )を実験例1と同様にして測定した。その結果を表6に合わせて示す。
【0128】
【表5】
Figure 0003771224
【0129】
【表6】
Figure 0003771224
【0130】
表5と表6に示した結果からNo.15〜21の軟磁性合金粉末は、略球状のものが得られていることがわかる。
しかしながらNo.15の軟磁性合金粉末は酸素濃度が大きく、錆が発生しており、耐腐食性が悪いことがわかる。No.17の軟磁性合金粉末は酸素濃度が大きく、平均粒径(D50)が小さく、この合金粉末を用いて作製した圧粉コアはコアロスが大きいことがわかる。
また、Crの添加量が1〜4原子%のNo.16、18〜20の軟磁性合金粉末は、Crの添加量が8原子%のNo.21の軟磁性合金粉末に比べて飽和磁化が大きいことがわかる。No.21の軟磁性合金粉末の飽和磁化が低下したのは、Crの添加量の増加に伴ってFe濃度が相対的に低下したからである。
また、Crの添加量が1〜4原子%のNo.16、18〜20の軟磁性合金粉末においては、Crの添加量の増加に伴ってΔTxが大きくなり、非晶質形成能が向上していることがわかる。
【0131】
(実験例4)
Fe、Fe-C合金、Fe-P合金、B、Si及びCrを原料としてそれぞれ所定量秤量し、大気雰囲気下においてこれらの原料を図1に示す高圧水噴霧装置の溶湯るつぼ内に入れて溶解し、溶湯るつぼの溶湯ノズルから合金溶湯を滴下するとともに、図1に示す水噴霧器の水噴射ノズルから高圧水を噴射して合金溶湯を霧状にし、チャンバ内で霧状の合金溶湯を急冷させて軟磁性合金粉末を作製する際、製造条件を変更して各種の軟磁性合金粉末(No.22〜48の軟磁性合金粉末)を作製した。
【0132】
得られた軟磁性合金粉末の組成は、Fe74.43Cr1.969.04,C2.167.54Si4.87なる組成であった。
また、上記のFe74.43Cr1.969.042.167.54Si4.87なる組成の各種の軟磁性合金粉末についてX線回折法により組織構造の解析を行ったところ、いずれの合金粉末もX線回折パターンはブロードなパターンを示しており、非晶質相からなる組織から構成されていることが分かった。従って、Fe、Cr、P、C、B、Siからなる合金であっても、非晶質相からなる非晶質軟磁性合金粉末を形成できることがわかる。図8に、No.23の軟磁性合金粉末の状態を制限視野電子線回折により分析した結果を示す。
また、Fe74.43Cr1.969.042.167.54Si4.87なる組成の各種の軟磁性合金粉末を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察し、形状を調べた。その結果を表7、表8に示す。また、図10に、No.23の軟磁性合金粉末をSEMにより観察した結果を示す。また、図12に、No.23の軟磁性合金粉末の組織の状態を透過型電子顕微鏡(TEM)により観察した結果を示す。
得られた軟磁性合金粉末の平均粒径(D50)、タップ密度、比表面積、酸素濃度、アスペクト比の最小値と最大値と平均値を調べた結果を表7、表8に示す。
【0133】
更に、得られた各種の軟磁性合金粉末のDSC測定(Differential scanning caloriemetry:示差走査熱量測定)を行い、ガラス遷移温度Tg、結晶化開始温度Tx、キュリー温度Tc及び融点Tmを測定するとともに、過冷却液体の温度間隔ΔTx及びTg/Tmを求めたを測定した。これらの結果を表9、表10に示す。尚、DSC測定の際の昇温速度は0.67K/秒であった。なお、表9、表10中のTm*は合金の融解温度を示す。
また、得られた各種の軟磁性合金粉末について、実験例1と同様にして飽和磁化σsを測定した。これらの結果を表9、表10に合わせて示す。
【0134】
次に、この実験例4で得られた軟磁性合金粉末を用いる以外は上記実験例1と同様にして造粒粉末を作製し、さらにこれら造粒粉末を用いて上記実験例1と同様にして各種の圧粉コアを製造した。
得られた各種の圧粉コアのコアロス(W)を実験例1と同様にして測定した。その結果を表9、表10に合わせて示す。また、得られた各種の圧粉コアの実効透磁率(μ’)と直流重畳特性(μ’DC5500 )を実験例1と同様にして測定した。その結果を表9、表10に合わせて示す。
【0135】
【表7】
Figure 0003771224
【0136】
【表8】
Figure 0003771224
【0137】
【表9】
Figure 0003771224
【0138】
【表10】
Figure 0003771224
【0139】
表7〜表10に示す結果からNo.22〜48の軟磁性合金粉末は、略球状のものが得られていることがわかる。
しかしながらNo.22の軟磁性合金粉末は比表面積が0.32m/gと大きく、また、この軟磁性合金粉末を用いて作製した圧粉コアはコアロスが大きいことがわかる。また、No.24の軟磁性合金粉末はタップ密度が3.68Mg/mと小さく、また、この軟磁性合金粉末を用いて作製した圧粉コアはコアロスが大きいことがわかる。
【0140】
これに対してD50が4μmより大きく、かつ45μm以下であり、タップ密度が3.7Mg/m以上、比表面積が0.3m/g以下、酸素濃度が3000ppm以下とした軟磁性合金粉末(No.25、26、27、32、35、39、40、42、44、45、46)を用いて作製した圧粉コアはコアロス(W)を450kW/m以下にでき、また、実効透磁率μ’が58〜71であり、直流バ直流重畳特性μ’DC5500が31.5〜34.5とすることができる。
また、D50が4μmより大きく、かつ16μm以下であり、タップ密度が4.0Mg/m以上、比表面積が0.23m/g以下、酸素濃度が2000ppm以下とした軟磁性合金粉末(No.23、28、29、30、31、33、34、36、37、38、41)を用いて作製した圧粉コアはコアロス(W)を250kW/m以下にでき、また、実効透磁率μ’が61〜70であり、直流重畳特性μ’DC5500が32〜34とすることができる。
また、図10のSEM写真からNo.23の軟磁性合金粉末は略球状であることがわかる。また、このNo.23の軟磁性合金粉末は、図8の回折スポットの分布形態から明らかなようにアモルファス特有のハローなパターンが見られ、非晶質相から構成されていることがわかる。また、図12のTEMの写真からNo.23の軟磁性合金粉末は、組織状態が均一であり、結晶相が混在していないことがわかる。
【0141】
(実験例5)
Fe、Fe-C合金、Fe-P合金、B、Si、Cr及びAl又はMo又はVを原料としてそれぞれ所定量秤量し、大気雰囲気下においてこれらの原料を図1に示す高圧水噴霧装置の溶湯るつぼ内に入れて溶解し、溶湯るつぼの溶湯ノズルから合金溶湯を滴下するとともに、図1に示す水噴霧器の水噴射ノズルから高圧水を噴射して合金溶湯を霧状にし、チャンバ内で霧状の合金溶湯を急冷させて軟磁性合金粉末を作製する際、製造条件を変更して各種の軟磁性合金粉末(No.50〜57の軟磁性合金粉末)を作製した。
【0142】
得られた軟磁性合金粉末の組成は、Fe100−t−y−z−w−xSiなる組成(但し、zは2.16〜2.18原子%、wは7.54〜7.62原子%、xは1原子%〜1.96原子%、yは7〜9.14原子%、tは3.87〜10原子%)であった。なお、前記組成式中のMはCr又はMo又はVを示す。
なお、No.56の軟磁性合金粉末はNo.23のものと組成が同じであるが、平均粒径(D50)、タップ密度、比表面積、酸素濃度、アスペクト比の平均値が本発明の範囲外であり、No.57の軟磁性合金粉末は、No.23のものと組成が同じであるが、水アトマイズ法で製造する際の製造条件が異なるものであり、より具体的にはアトマイズ時の水圧を低下させることにより、溶湯の冷却速度も低下し、アモルファスと結晶の混相状態の粉末となるものである。
また、上記のFe100−t−y−z−w−xSiなる組成の各種の軟磁性合金粉末についてX線回折法により組織構造の解析を行ったところ、No.51、No.53〜No.56の合金粉末もX線回折パターンはブロードなパターンを示しており、非晶質相からなる組織から構成されており、No.57の合金粉末のX線回折パターンは非ブロードなパターンを示していることが分かった。図9に、No.57の軟磁性合金粉末の状態を制限視野電子線回折により分析した結果を示す。
従って、Fe、Cr、P、C、B、Si、Mo又はVからなる合金において、平均粒径(D50)、タップ密度、比表面積、酸素濃度、アスペクト比の平均値が本発明の範囲内とし、しかも水アトマイズ法で製造する際の製造条件をコントロールすることにより非晶質相からなる非晶質軟磁性合金粉末(No.51、No.53〜No.56)を形成できることがわかる。
また、Fe100−t−y−z−w−xSiなる組成の各種の軟磁性合金粉末を走査型電子顕微鏡(SEM)により観察し、形状を調べた。その結果を表11に示す。図11に、No.56の軟磁性合金粉末をSEMにより観察した結果を示す。図13に、No.57の軟磁性合金粉末をTEMにより観察した結果を示す。 得られた軟磁性合金粉末の平均粒径(D50)、タップ密度、比表面積、酸素濃度、アスペクト比の最小値と最大値と平均値を調べた結果を表12に示す。
【0143】
更に、得られた各種の軟磁性合金粉末のDSC測定(Differential scanning caloriemetry:示差走査熱量測定)を行い、ガラス遷移温度Tg、結晶化開始温度Tx、キュリー温度Tc及び融点Tmを測定するとともに、過冷却液体の温度間隔ΔTx及びTg/Tmを求めたを測定した。これらの結果を表12に示す。尚、DSC測定の際の昇温速度は0.67K/秒であった。なお、表12中のTm*は合金の融解温度を示す。
また、得られた各種の軟磁性合金粉末について、実験例1と同様にして飽和磁化σsを測定した。これらの結果を表12に合わせて示す。
【0144】
次に、この実験例5で得られた軟磁性合金粉末を用いる以外は上記実験例1と同様にして造粒粉末を作製し、さらにこれら造粒粉末を用いて上記実験例1と同様にして各種の圧粉コアを製造した。
得られた各種の圧粉コアのコアロス(W)を実験例1と同様にして測定した。その結果を表12に合わせて示す。
また、得られた各種の圧粉コアの実効透磁率(μ’)と直流重畳特性(μ’DC5500 )を実験例1と同様にして測定した。その結果を表12に合わせて示す。
【0145】
比較のために一般的に知られている従来の合金粉末としてFe−Cr−Si−Bなる組成(Fe73Cr15Si10なる組成)の合金粉末(No.52)の組織構造、形状、平均粒径(D50)、タップ密度、比表面積、酸素濃度、アスペクト比の最小値と最大値と平均値についても実験例1と同様にして測定した。これらの結果を表11に合わせて示す。このNo.52の合金粉末は、水アトマイズ法により作製したものである。このNo.52の合金粉末の組織構造は、アモルファス相と結晶相を有していることがわかった。
また、No.52の合金粉末についても実験例1と同様にして飽和磁化σsを測定した。その結果を表12に合わせて示す。また、No.52の合金粉末を用いる以外は上記実験例1と同様にして造粒粉末を作製し、さらにこれら造粒粉末を用いて上記実験例1と同様にして圧粉コアを製造し、この圧粉コアのコアロス(W)と実効透磁率(μ’)と直流重畳特性(μ’DC5500 )を実験例1と同様にして測定した。その結果を表12に合わせて示す。
【0146】
【表11】
Figure 0003771224
【0147】
【表12】
Figure 0003771224
【0148】
表11、表12に示す結果からNo.52の合金粉末は略球状であるが、その組織構造は非晶質相(アモルファス相)と結晶相からなり、また、このNo.52の合金粉末を用いて作製した圧粉コアのコアロスは1000kW/cm以上と大きいものであった。
また、図11のSEM写真からNo.56の軟磁性合金粉末は不定形であり、また、表11〜表12の結果からこのNo.56の軟磁性合金粉末を用いた圧粉コアはコアロスが大きく、直流重畳特性が悪いことわかる。
また、このNo.57の軟磁性合金粉末は、図9の回折スポットの分布形態から明らかなように結晶の組織に対応するような形で複数のスポットが見られ、非晶質相と結晶相から構成されていることがわかる。また、図13のTEMの写真からNo.57の軟磁性合金粉末は、組織状態が不均一であり、結晶相と非晶質相が混在していることがわかる。また、表11〜表12の結果からこのNo.57の軟磁性合金粉末を用いた圧粉コアはコアロスが大きいことわかる。
これに対してNo.51、53、54、55の軟磁性合金粉末は、略球状であり、その組織構造は非晶質相(アモルファス相)からなるなることがわかる。
【0149】
(実験例6)
造粒粉末の粒径と流動性について調べた。
ここでの流動性は、直径2.5mmの孔内に造粒粉末50gを流し込む際、造粒粉末の粒径を変更し、孔内を通過する時間(秒)を測定した。ここで用いた造粒粉末は、実施形態の非晶質軟磁性合金粉末98.3重量%に対し、絶縁材としてシリコーン樹脂を1.4重量%と、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を0.3重量%とを混合、造粒したものである。このようにして作製した造粒粉末を粒径45μm未満のものと、45μm以上150μm以下、150μm以上〜300μm以下、300μm以上〜500μm以下、500μmを超えるもの、45μm以上〜300μm以下のもの、45μm以上〜500μm以下のものとに分級し、流動性試験(JIS 2502−1958)に用いた。
【0150】
その結果、造粒粉末の粒径が45μm未満の場合は流れない、45μm以上150μm以下の場合は44.5秒、150μm以上〜300μm以下の場合は50.4秒、300μm以上〜500μm以下の場合は61.8秒、500μmを超える場合は流れない、45μm以上〜300以下の場合は45.9秒、45μm以上〜500μm以下の場合は50.0秒であった。
従って造粒粉末の粒径は、45μm以上500μm以下が好ましく、45μm以上300μm以下がより好ましく、45μm以上150μm以下がさらに好ましいことがわかる。
【0151】
(実験例7)
全造粒粉末に占める粒径45μm未満の造粒粉末の混入量(重量%)と、流動性について調べた。結果を図5に示す。ここでの流動性は、直径2.5mmの孔内に造粒粉末を流し込む際、全造粒粉末50gに占める粒径45μm未満の造粒粉末の混入量を変更し、孔内を通過する時間(秒)を測定した。ここで用いた造粒粉末は、実施形態の非晶質軟磁性合金粉末98.3重量%に対し、絶縁材としてシリコーン樹脂を1.4重量%と潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を0.3重量%とを混合、造粒したものである。このようにして作製した造粒粉末を粒径45μm未満のものと、粒径45μmを越より大きく、500μm以下のものとに分級し、流動性試験(JIS 2502−1958)に用いた。
図5に示す結果から粒径45μm未満の造粒粉末の混入量が、全造粒粉末の17重量%以下であれば流動性が60秒以下であり、15重量%以下であれば流動性が50秒以下にでき流動性が優れていることがわかる。
【0152】
(実験例8)
上記の実験例4で作製したNo.23の軟磁性合金粉末(組成はFe74.43Cr1.969.042.167.54Si4.87)を用いる以外は上記実験例1と同様にして造粒粉末を作製し、さらにこれら造粒粉末を用いて上記実験例1と同様にして実施例の圧粉コアを作製した。
また、比較のためにFeの粉末を用いる以外は上記実験例1と同様にして造粒粉末を作製し、さらにこれら造粒粉末を用いて上記実験例1と同様にして圧粉コア(比較例1)を作製した。
さらに、比較のために従来一般的に低損失のコアに使われているNi−Fe−Mo(Mo系パーマロイ)の粉末を用いる以外は上記実験例1と同様にして造粒粉末を作製し、さらにこれら造粒粉末を用いて上記実験例1と同様にして圧粉コア(比較例2)を作製した。また、Fe−Al−Si(センダスト)の粉末を用いる以外は上記実験例1と同様にして造粒粉末を作製し、さらにこれら造粒粉末を用いて上記実験例1と同様にして圧粉コア(比較例3)を作製した。
【0153】
得られた各種の圧粉コアのコアロス(W)、相対実効透磁率(μ’)、直流重畳特性(μ’)を測定した。
ここでのコアロスは、周波数(f)100kHzと一定とし、飽和磁束密度(Bm)10〜100mTの条件で測定したときのものである。
また、相対実効透磁率は、周波数(f)1〜1000kHzの範囲で変更したときの実効透磁率(μ’)の測定結果を相対値で表したしたものである。
また、直流重畳特性は、電流1mA、周波数(f)100kHzと一定とし、直流バイアス磁界(Hm)を0〜8000Am−1の範囲で変更したときの実効透磁率(μ’)を測定したものである。結果を図14〜図16に示す。
また、得られた各種の圧粉コアの比抵抗(ρ)を測定したところ、実施例の圧粉コアは307kΩ・cm、比較例2の圧粉コアは0.5Ω・cm、比較例3の圧粉コアは1.7kΩ・cmであった。
【0154】
図14の結果からNo.23の軟磁性合金粉末を用いた実施例の圧粉コアは、Feの粉末を用いた比較例1の圧粉コアや、Ni−Fe−Moの粉末やFe−Al−Siの粉末を用いた比較例2〜3に比べてコアロスが低いことがわかる。
また、コアは使用周波数の範囲で透磁率が一定であることが好ましいが、図15の結果から1kHz〜1000kHz(1MHz)の範囲ではFeの粉末やNi−Fe−Moの粉末を用いた比較例1〜2の圧粉コアは周波数が高くなると実効透磁率の低下割合がおおきい。これに対してNo.23の軟磁性合金粉末を用いた実施例の圧粉コアは、周波数が1kHz〜1000kHzでは実効透磁率がほぼ一定であり、また、上記周波数の範囲ではFe−Al−Siの粉末を用いた比較例3の圧粉コアよりも実効透磁率が高い。
また、コアを使用するときは、直流バイアス磁界がおおきくなっても透磁率はできるだけ一定を維持できるのが好ましいとされているが、図16の結果からNi−Fe−Moの粉末を用いた比較例2の圧粉コアは磁界が大きくなると急激に実効透磁率が低下してしまうため使い難いことがわかる。これに対して実施例の圧粉コアは、Feの粉末やFe−Al−Siの粉末を用いた比較例1や比較例3の圧粉コアと同様に磁界がおおきくなっても実効透磁率の低下割合が小さい。
これらのことより本発明の軟磁性合金粉末を用いた実施例の圧粉コアは、コアロスが低く、周波数が高いところまで一定の透磁率を示すことができ、コアとして用いる場合に特性が安定しており、使い易い。
【0155】
(実験例9)
上記実験例4で作製したNo.23の略球形軟磁性合金粉末を用いる以外は上記実験例1と同様にして造粒粉末を作製し、さらにこれら造粒粉末を用いて上記実験例1と同様にして実施例の圧粉コアを作製した。
また、比較として上記実験例5で作製したNo.56の不定形軟磁性合金粉末(組成はFe74.43Cr1.969.042.167.54Si4.87)を用いる以外は上記実験例1と同様にして造粒粉末を作製し、さらにこれら造粒粉末を用いて上記実験例1と同様にして圧粉コア(比較例4)を作製した。
作製した実施例と比較例4の圧粉コアについてコアロス(W)、初期実効透磁率(μ’)、直流重畳特性(μ’)を測定した。
ここでのコアロスは、飽和磁束密度(Bm)0.1Tと一定とし、周波数(f)10〜200kHzの範囲で変更したときのものである。
また、初期実効透磁率は、周波数(f)1〜1000kHzの範囲で変更したときの実効透磁率(μ’)を測定したものである。
また、直流重畳特性は、電流1mA、周波数(f)100kHzと一定とし、直流バイアス磁界(Hm)を0〜8000Am−1の範囲で変更したときの実効透磁率(μ’)を測定したものである。結果を図17〜図19に示す。
また、実施例と比較例4の圧粉コアの密度(D)の測定結果を図20に示す。
【0156】
図17の結果から形状が略球形のNo.23の軟磁性合金粉末を用いた実施例の圧粉コアは、周波数10〜200kHzの範囲では、形状が不定形のNo.56の軟磁性合金粉末を用いた実施例の圧粉コアに比べてコアロスが低いことがわかる。
また、先に述べたようにコアは使用周波数の範囲で透磁率が一定であることが好ましいが、図18の結果から1kHz〜1000kHzの範囲では比較例4の圧粉コアは、周波数が高くなるにつれて初期実効透磁率の低下割合がおおきくなっている。これに対して実施例の圧粉コアは、上記の周波数の範囲では略一定の初期実効透磁率を示しており、コアとして用いる場合に使い易い。
また、図19の結果から比較例4のものは印加する磁界が大きくなると急激に実効透磁率が低下している。これに対して実施例の圧粉コアは、印加する磁界が大きくなっても初期実効透磁率の低下割合が小さく、しかも2500Am−1 以上では比較例4に比べて初期実効透磁率が大きいことがわかる。
また、図20の結果から比較例4の圧粉コアは密度が約5.5g/cmであるが、実施例の圧粉コアの密度は約6g/cmであり、比較例4のものに比べて密度が大きいことがわかる。
これらのことより実施例と比較例4の圧粉コアとは、組成が同じ軟磁性合金粉末を用いているが、合金粉末の形状が異なることにより、上記のような特性に違い出ており、従って、略球状の軟磁性合金粉末を用いた方がコアロスが低く、周波数が1000kHzまで一定の透磁率を示すことができ、コアとして用いる場合に特性が安定しており、使い易いことがわかる。
【0157】
(実験例10)
上記実験例4で作製したNo.23の略球形軟磁性合金粉末をアトライタに投入し、アトライタダイアル4で12時間粉砕混合することにより、実施例の扁平型軟磁性合金粉末を作製した。ここで作製した実施例の扁平型非晶質軟磁性合金粉末は、厚さが約0.3〜1μmの範囲であり、長径が約10〜76μmの範囲であった。図21に、作製した実施例の扁平型軟磁性合金粉末をSEMにより観察した結果を示す。図21から形状が略球形のNo.23の軟磁性合金粉末を扁平化したものは、円盤に近い形状であり、しかも大きさが揃っていることがわかる。
ついで、実施例の扁平型軟磁性合金粉末45重量%に対し、絶縁性と結着剤をかねる材料としてをシリコーンエラストマーを55重量%混合し、シート状に固化成形して実施例の電波吸収体を作製した。
【0158】
また、比較のために上記実験例5で作製したNo.56の不定形軟磁性合金粉末をアトライタに投入し、アトライタダイアル10で16時間粉砕混合することにより、比較例の扁平型軟磁性合金粉末を作製した。作製した比較例の扁平型軟磁性合金粉のうち径63〜106μmのものを分級した。図22に、分級した比較例の扁平型軟磁性合金粉末をSEMにより観察した結果を示す。図22から形状が不定形のNo.56の軟磁性合金粉末を扁平化したものは、細かくちぎれてしまい、しかも大きさも不均一であることがわかる。
ついで、分級した比較例の扁平型軟磁性合金粉末45重量%に対し、絶縁性と結着剤をかねる材料としてシリコーンエラストマーを55重量%混合し、シート状に固化成形して比較例の電波吸収体を作製した。
【0159】
作製した実施例と比較例の電波吸収体について周波数を1MHz〜1000MHzの範囲で変更したときの実効透磁率(μ’)と虚数透磁率(μ”)を測定した。結果を図23に示す。
図23の結果からNo.23の略球形軟磁性合金粉末を扁平化した粉末を用いた実施例の電波吸収体は、2MHz〜1000MHzの範囲においてNo.56の不定形軟磁性合金粉末を扁平化した粉末を用いた比較例の電波吸収体に比べて実効透磁率が高くなっていることがわかる。また、実施例の電波吸収体は、7MHz〜1000MHzの範囲において比較例の電波吸収体に比べて虚数透磁率が高くなっており、電磁波抑制効果が優れていることがわかり、特に20MHz以上でμ”が15以上(最高18)の値を得ることが可能であることがわかる。
【0160】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明の非晶質軟磁性合金粉末は、水アトマイズ法により形成された略球状粉末であり、略球状粉末の平均粒径(D 50 )が44 . 32μm以下、前記略球状粉末のタップ密度が3 . 78Mg/m 以上、前記略球状粉末は酸素濃度が2900ppm以下、前記略球状粉末は比表面積が0 . 28m /g以下であり、
Fe100−x−y−z−w−tSiの組成式で示され(ただし、MはCr、Mo、W、V、Nb、Ta、Ti、Zr、Hf、Pt、Pd、Auより選ばれる1種または2種以上の元素であり)、組成比を示すx、y、z、w、tが、0.5原子%≦x≦8原子%、2原子%≦y≦15原子%、0原子%<z≦8原子%、1原子%≦w≦12原子%、4.37原子%≦t≦8原子%、70原子%≦(100−x−y−z−w−t)≦79原子%としたものであるので、高い飽和磁化と低いコアロスを兼ね備えており、しかも本発明の非晶質軟磁性合金粉末は水アトマイズ法により製造できるので、製造装置の大型化が可能であり、しかも合金溶湯を高圧水で粉砕可能であるので量産性を向上でき、また、高価な不活性ガスを使用しなくても済むので製造コストを低減できる。
この非晶質軟磁性合金粉末は、水アトマイズ法により球形状に近い形状に形成されたものであるので、嵩密度が高く、表面の凹凸が少ないという利点がある。
本発明において、前記略球状粉末の平均粒径(D50)が8.63μm以上、かつ44.32μm以下である場合が好ましい。
かかる構成の非晶質軟磁性合金粉末によれば、周波数100kHz、磁束密度0.1Tの条件で測定したときのコアロス(W)を213kW/m以下とすることが可能であり、また、周波数1MHzまでの複素透磁率の実数部μ’を6070とほぼ一定にでき、直流バイアス磁界5500Am−1のときの直流重畳特性(μ’DC5500)を30〜34.5とほぼ一定にできるため、磁心に用いる場合に使い易い非晶質軟磁性合金粉末を提供できる。
また、本発明において先の非晶質軟磁性合金粉末を用いてなる圧粉コアあるいは電波吸収体であるならば、上述した優れた特性を兼ね備えた圧粉コアあるいは電波吸収体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の非晶質軟磁性合金粉末の製造に用いる高圧水噴霧装置の一例を示す断面模式図である。
【図2】 本発明の圧粉コアの第1の実施形態例を示す斜視図である。
【図3】 本発明の圧粉コアの製造に用いる金型の一例を示す分解斜視図である。
【図4】 本発明の圧粉コアの製造する際に用いる放電プラズマ焼結装置の要部の模式図である。
【図5】 粒径45μm未満の造粒粉末の混入量と流動性の関係を示すグラフである。
【図6】 本発明の圧粉コアのその他の実施形態例を示す斜視図である。
【図7】 本発明の圧粉コアのその他の実施形態例を示す斜視図である。
【図8】 No.23の軟磁性合金粉末の電子線回折の結果を示す図である。
【図9】 No.57の軟磁性合金粉末の電子線回折の結果を示す図である。
【図10】 No.23の軟磁性合金粉末のSEM写真である。
【図11】 No.56の軟磁性合金粉末のSEM写真である。
【図12】 No.23の軟磁性合金粉末のTEM写真である。
【図13】 No.57の軟磁性合金粉末のTEM写真である。
【図14】 実施例と比較例1〜3の圧粉コアのコアロスの測定結果を示す図である。
【図15】 実施例と比較例1〜3の圧粉コアの相対実効透磁率の測定結果を示す図である。
【図16】 実施例と比較例1〜3の圧粉コアの直流重畳特性の測定結果を示す図である。
【図17】 実施例と比較例4の圧粉コアのコアロスの測定結果を示す図である。
【図18】 実施例と比較例4の圧粉コアの初期実効透磁率の測定結果を示す図である。
【図19】 実施例と比較例4の圧粉コアの直流重畳特性の測定結果を示す図である。
【図20】 実施例と比較例4の圧粉コアの密度の測定結果を示す図である。
【図21】 実施例の扁平型軟磁性合金粉末のSEM写真である
【図22】 比較例の扁平型軟磁性合金粉末のSEM写真である。
【図23】 実施例と比較例の電波吸収体の実効透磁率と虚数透磁率の周波数依存性を示す図である。
【符号の説明】
1…高圧水噴霧装置、2…溶湯るつぼ、3…水噴霧器、4…チャンバ、5…合金溶湯、6…溶湯ノズル、7…導入流路、8…水噴射ノズル、10…高圧水、21,31,41…圧粉コア、g…高圧水流、p…噴霧点、θ…水噴射角。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an amorphous soft magnetic alloy powder, a dust core and a radio wave absorber using the same, and in particular, a nearly spherical amorphous soft magnetic alloy powder that can be produced by a water atomization method and the same. The present invention relates to the dust core and the wave absorber used.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an alloy having a composition of TM-Al-Ga-P-C-B-Si system or the like (TM is a transition metal element such as Fe, Co, Ni, etc.) has been obtained by rapidly cooling the molten alloy. These are known to form amorphous soft magnetic alloys (see, for example, Patent Documents 1 and 3). In particular, this amorphous soft magnetic alloy having a specific composition has a wide supercooled liquid state in the temperature range before crystallization, and is known to constitute a so-called glassy alloy. It has been.
This metallic glass alloy exhibits excellent soft magnetic properties, and can form a bulk material having a much thicker bulk than an amorphous soft magnetic alloy ribbon manufactured by a liquid quenching method.
[0003]
By the way, conventionally, since the metal glass is manufactured by means such as a liquid quenching method exemplified by a single roll method, the alloy itself is required to have a certain degree of amorphous forming ability.
Therefore, the development of metallic glass is mainly aimed at improving the amorphous forming ability of the alloy, and is proceeding from the viewpoint of searching for an alloy composition that can achieve this purpose.
However, since the composition capable of increasing the amorphous forming ability of the alloy does not necessarily coincide with the alloy composition capable of increasing the soft magnetic characteristics, further improvement is required to improve the high saturation magnetization and the soft magnetic characteristics. There is room for it.
Moreover, since the conventional metallic glass is not suitable for mass production because it uses expensive Ga, a composition that can achieve cost reduction is desired.
[0004]
In addition, the metallic glass produced by a single roll method or the like has been obtained in the form of a ribbon having a thickness of about 2200 μm. When this thin ribbon metal glass is applied to a magnetic core such as a transformer or a choke coil, as an example, the ribbon is pulverized into a powder, and a binder such as a resin is mixed with the powder, The green compact core is manufactured by solidifying and molding into the shape.
Since the powder obtained here is obtained by pulverizing the ribbon, it contains a large amount of flake-like irregularly shaped powder, so the molding density of the magnetic core is low, and the insulation between the powders In some cases, the magnetic properties of the magnetic core itself deteriorate.
As other prior art documents related to the invention of this application, there are patent documents 5 to 8.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-333660
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 08-037107
[Patent Document 3]
JP 09-256122 A
[Patent Document 4]
Japanese Patent No. 2574174
[Patent Document 5]
JP 63-117406 A
[Patent Document 6]
JP-A-57-185957
[Patent Document 7]
Japanese Patent Laid-Open No. 06-158239
[Patent Document 8]
Japanese Laid-Open Patent Publication No. 01-156452
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In order to solve the above problems, alloy powders such as Fe-Al-Si alloys and Mo permalloy have been proposed (see, for example, Patent Document 2). As a method for producing such a soft magnetic alloy powder, a gas atomizing method or a water atomizing method in which molten alloy is sprayed with an inert gas and rapidly cooled is employed.
According to the Fe—Al—Si based alloy powder and the Mo permalloy powder, the Fe—Al—Si based alloy powder has a relatively low core loss, but has a low saturation magnetization and a direct current superposition characteristic. Getting worse. Mo permalloy has a high core loss, and there is room for improvement in practice. Therefore, in order to solve such problems, it was expected that a powder core having both high saturation magnetization and low core loss could be obtained by making Fe-based amorphous alloy into powder. The powder shape has not been optimized, and a powder core using an amorphous alloy powder has not yet been obtained with good magnetic properties.
[0007]
According to the above gas atomization method, an amorphous soft magnetic alloy powder having a spherical shape and a small amount of impurities (low oxygen content) can be obtained, but a large amount of expensive inert gas is pulverized and cooled for cooling. Since it is used, the manufacturing cost is increased. In addition, since the molten alloy is pulverized with an inert gas, it is difficult to make a large-scale manufacturing apparatus. Further, since the inert gas is supplied from a gas cylinder, the pulverization pressure can only be increased to about 20 MPa, thereby improving the production efficiency. It was difficult to raise. Therefore, the spherical amorphous soft magnetic alloy powder produced by the gas atomization method has a problem that it is expensive to produce and is not suitable for mass production.
[0008]
Adopting a water atomization method performed in an air atmosphere instead of the atomization method as described above has been studied. If the water atomization method is adopted, it is possible to increase the size of the manufacturing equipment and improve the mass productivity because the molten alloy can be pulverized at a high pressure. In general, the water atomization method uses an inert gas. Since the cooling rate is higher than that of the amorphous alloy powder, the amorphous alloy powder obtained by using the water atomization method is amorphous and cannot be spherical.
The gas atomization method can produce Fe-Si-B-based spherical amorphous alloy powder and Co-based spherical amorphous alloy powder, but a general water atomization method with a high cooling rate has the above composition. It was difficult to produce a spherical amorphous alloy powder.
Since such amorphous amorphous alloy powder has many irregularities on the surface, the molding density is low, and when solidified by mixing with the above binder, it is very difficult to obtain insulation between the powders. Thus, a compact core with good characteristics cannot be obtained. In addition, if the amorphous alloy powder is indefinite, the amorphous alloy powder processed by an attritor is solidified and formed into a sheet with the above binder, and then processed by an attritor. In this case, since the amorphous alloy powder is finely broken, it is difficult to control the particle size, and a radio wave absorber having good characteristics cannot be obtained.
In addition, manufacturing a soft magnetic alloy powder close to a spherical shape by the water atomization method is proposed in, for example, Patent Document 4, but the alloy powder obtained by this water atomization method is Fe-Ni-Cr-Si. Since it is a -B type and has a high mixing ratio of crystal phases, a process for further amorphization is necessary. In Patent Document 4, this alloy powder is pulverized by a medium stirring mill and flattened. Amorphization is performed at the time of conversion, and foreign substances from the mill tend to be mixed in, the characteristics are deteriorated, and the number of processes is increased.
[0009]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has both a high saturation magnetization and a low core loss, and has a nearly spherical amorphous soft magnetic alloy powder that can be manufactured by a water atomization method, and a dust core using the same And it aims at providing an electromagnetic wave absorber.
In addition, the present invention has a low-cost amorphous soft magnetic alloy powder that has both high saturation magnetization and low core loss without adding expensive Ga and the like, can be manufactured by a water atomization method, and uses the same. Another object is to provide a dust core and a radio wave absorber.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, the present invention employs the following configuration.
  The amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention is a substantially spherical powder formed by a water atomization method, and the powder contains Fe as a main component and contains at least P, C, B, and Si, and Cr, Mo, One or more elements of W, V, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf, Pt, Pd, and Au are included as an M element, represented by the following composition formula, and ΔTx = Tx−Tg ( However, Tx represents the crystallization start temperature, and Tg represents the glass transition temperature.) Only from the amorphous phase in which the temperature interval ΔTx of the supercooled liquid represented by the formula:Become
  Average particle diameter (D 50 44) . 32 μm or less, the tap density of the substantially spherical powder is 3 . 78Mg / m 3 As described above, the substantially spherical powder has an oxygen concentration of 2900 ppm or less, and the substantially spherical powder has a specific surface area of 0. . 28m 2 / G or lessIt is characterized by that.
  Fe100-xyz-wtMxPyCzBwSit
  However, x, y, z, w, and t indicating the composition ratio are 0.5 atomic% ≦ x ≦ 8 atomic%, 2 atomic% ≦ y ≦ 15 atomic%, 0 atomic% <z ≦ 8 atomic%, Atomic% ≦ w ≦ 12 atomic%, 4.37 atomic% ≦ t ≦ 8 atomic%, 70 atomic% ≦ (100−x−yz−w−t) ≦ 79 atomic%.
[0011]
Since the amorphous soft magnetic alloy powder having the above-described configuration includes Fe exhibiting magnetism and metalloid elements such as P, C, and B having an amorphous forming ability, the amorphous phase is the main phase. In addition, it is possible to construct amorphous soft magnetic alloy powder that exhibits excellent soft magnetic properties, and can be manufactured by a water atomization method performed in an air atmosphere, so that the molten alloy is compared with a gas atomization method using an inert gas. Thus, it becomes possible to form an amorphous soft magnetic alloy powder in which the entire structure is completely in an amorphous phase. In addition, the amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention can be made amorphous even if no expensive element such as Ga is added, so that the cost can be reduced, and furthermore, high saturation magnetization and low core loss. It is also possible to have both.
The substantially spherical amorphous soft magnetic alloy powder can be produced by the water atomization method because the amorphous soft magnetic alloy molten metal (molten alloy) used for producing the amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention is Since the amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention has the same or substantially the same composition, it contains an element having an amorphous forming ability as described above, and the temperature interval ΔTx of the supercooled liquid is 20K or more. Therefore, when high pressure water is sprayed from the water injection nozzle to the above molten alloy (molten alloy) in the air atmosphere and pulverized and cooled, a wide supercooled liquid region can be obtained even if the cooling rate is somewhat slow. As the temperature decreases without crystallization, the amorphous phase can be easily formed up to the glass transition temperature Tg, and the cooling rate when cooling the molten alloy is sufficient for the surface tension of the molten alloy. Sphere by making it act to the extent that -Like amorphous soft magnetic alloy powder can be obtained. The cooling rate of the molten alloy can be changed by controlling the injection pressure of water, the injection flow rate (inner diameter of the molten metal nozzle), the molten alloy flow rate, and the like. Further, when producing the substantially spherical amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention, in addition to the cooling rate of the molten alloy, the water injection nozzle slit width, the water injection nozzle tilt angle, the water injection angle, the temperature of the molten alloy, Viscosity, atomizing point (powdering point distance), etc. are controlled.
[0012]
In addition, since the amorphous soft magnetic alloy powder having the above structure can be produced by a water atomizing method, the production apparatus can be enlarged, and the molten alloy can be pulverized with high-pressure water, so that mass productivity can be improved. Further, it is not necessary to use an expensive inert gas, so that the manufacturing cost can be reduced.
Furthermore, since the amorphous soft magnetic alloy powder having the above structure is formed in a shape close to a spherical shape by the water atomization method, the bulk density is high and the surface irregularities are small, so that the molding density can be increased. When solidified by mixing with an insulating material such as a resin in order to produce a dust core or the like, insulation between the powders can be maintained, which is useful as a soft magnetic alloy powder for producing a dust core.
In addition, since the amorphous soft magnetic alloy powder having the above-mentioned configuration has a shape close to a spherical shape, in order to produce a radio wave absorber, when processing this amorphous soft magnetic alloy powder with an attritor or the like, Since flattened particles having a uniform shape are obtained and the particle size is easy to control, it is useful as a soft magnetic alloy powder for preparing a radio wave absorber.
[0013]
In the amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention, the substantially spherical powder is one or two of Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf, Pt, Pd, and Au. It is preferable to contain more than one element.
Passivation oxide film is formed on amorphous soft magnetic alloy powder surface by adding one or more elements of Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf And has the effect of improving the corrosion resistance.
Since Pt, Pd, and Au are noble metal elements, the addition of Pt, Pd, or Au has the effect of improving the corrosion resistance by dispersing these noble metal elements on the surface of the amorphous soft magnetic alloy powder.
[0014]
In the amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention, the substantially spherical powder preferably has an average aspect ratio of 1 or more and 3 or less.
When the average aspect ratio of the substantially spherical powder exceeds 3, the amorphous amorphous soft magnetic alloy powder increases and the molding density is difficult to increase. Further, the amorphous soft magnetic alloy powder is used for compacting. When forming a molded body such as a core, it becomes difficult to take insulation of the powder.
[0015]
In the amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention, the substantially spherical powder has an average particle diameter (D50) Is preferably 45 μm or less. Average particle diameter (D50) Is the cumulative 50% particle size (median diameter).
D of the above substantially spherical powder50If the particle diameter exceeds 45 μm, eddy currents in the powder grains are generated, the core loss increases, and if the particle diameter is larger than 45 μm, the powder shape gradually becomes irregular, making it difficult to obtain a nearly spherical powder.
D of the above substantially spherical powder50Can be controlled by controlling production conditions such as water injection pressure when producing the amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention by the water atomization method.
[0016]
In the amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention, the substantially spherical powder has a tap density of 3.7 Mg / m.3The above is preferable in that the magnetic permeability and direct current superposition characteristics of the dust core (magnetic core) produced using this amorphous soft magnetic alloy powder are improved and the strength of the molded body is increased. The tap density here is measured by the Japan Powder Metallurgy Industry Association Group Standard JPMAP08-1992 metal powder tap density test method (issued in March 1992). The larger the tap density, the closer to the spherical shape. I understand.
The tap density of the substantially spherical powder is 3.7 Mg / m3If it is less than the density, the density of the compact produced using the amorphous soft magnetic alloy powder will be low.
The tap density of the substantially spherical powder can be controlled by controlling the production conditions such as the water injection angle when producing the amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention by the water atomization method. In particular, the tap density of the amorphous soft magnetic alloy powder is easily affected by the water injection angle θ, and the tap density increases as the water injection angle decreases. However, if the water injection angle becomes too small, the molten metal crushing ability is lowered, the particle size of the resulting amorphous alloy powder is increased, the cooling ability is lowered, and the yield is lowered.
[0017]
In the amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention, the substantially spherical powder preferably has an oxygen concentration of 3000 ppm or less. When producing an amorphous soft magnetic alloy powder by the water atomization method, high pressure water is injected into the molten amorphous soft magnetic alloy having the same or substantially the same composition as the amorphous soft magnetic alloy powder to be produced, and then pulverized and cooled. Then, after forming a substantially spherical powder, it is dried, but since these steps are performed in the atmosphere, oxygen is likely to be mixed into the amorphous soft magnetic alloy powder as compared with the case where it is manufactured by the gas atomization method. , Oxygen is easily mixed in the drying process.
When the oxygen concentration of the substantially spherical powder exceeds 3000 ppm, the oxygen concentration becomes too high and rust is easily generated on the powder surface, and the magnetic properties of the amorphous soft magnetic alloy powder are deteriorated. Loss of the magnetic core produced using the soft magnetic alloy powder increases, and the magnetic permeability decreases.
[0018]
In the amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention, the substantially spherical powder has a specific surface area of 0.30 m.2/ G or less is preferable. The specific surface area here is measured by the BET method. The BET method is a method in which molecules with a known adsorption occupation area are adsorbed on the surface of powder particles at the temperature of liquid nitrogen, and the specific surface area of the sample is obtained from the amount, and the most frequently used is the low temperature of an inert gas. A BET method using low-humidity physical adsorption is adopted.
As the specific surface area of the substantially spherical powder increases, the powder shape has more irregularities and the oxygen concentration increases, so the upper limit of the specific surface area is 0.30 m.2/ G makes it possible to obtain a substantially spherical amorphous soft magnetic alloy powder in which rust does not easily occur. Moreover, if the specific surface area of the substantially spherical powder is high, it becomes difficult to insulate the powder, and the molding density of the magnetic core produced using this amorphous soft magnetic alloy powder will decrease. The specific surface area of the amorphous soft magnetic alloy powder is 0.30 m.2/ G or less can improve the magnetic permeability and DC superimposition characteristics of a magnetic core produced using soft magnetic alloy powder.
[0019]
  In the amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention, the substantially spherical powder has an average particle diameter (D50)But8 . 63μmmore thanAnd 44 . 32below μmRumoIt may be.
  According to the amorphous soft magnetic alloy powder having such a configuration, the core loss (W) when measured under the conditions of a frequency of 100 kHz and a magnetic flux density of 0.1 T is obtained.213kW / m3And the real part μ ′ of the complex permeability up to a frequency of 1 MHz is60~70DC bias magnetic field 5500 Am-1DC superposition characteristics (μ ′DC5500) Can be made substantially constant from 30 to 34.5, and is easy to use when used in a magnetic core.
[0020]
In the amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention, the substantially spherical powder has an average particle diameter (D50) Is larger than 4 μm and not larger than 16 μm, and the tap density is 4.0 Mg / m.3The specific surface area is 0.23m2/ G or less, and the oxygen concentration is preferably 2000 ppm or less.
According to the amorphous soft magnetic alloy powder having such a configuration, the core loss (W) when measured under conditions of a frequency of 100 kHz and a magnetic flux density of 0.1 T is 250 kW / m.3Further, the real part μ ′ of the complex permeability up to a frequency of 1 MHz can be made substantially constant as 57 to 75, and the DC bias magnetic field 5500 Am-1DC superposition characteristics (μ ′DC5500) Can be made substantially constant at 30 to 36, and therefore, preferable characteristics can be provided when used in a magnetic core.
[0022]
Further, in the amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention, y, z, w, and t indicating the composition ratio in the composition formula satisfy the relationship of 17 atomic% ≦ (y + z + w + t) ≦ 29.5 atomic%. It is preferable.
[0023]
  Further, in the amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention, x, y, z, w, and t indicating the composition ratio in the above composition formula are 1 atomic% ≦ x ≦ 4 atomic%, 4 atomic% ≦ y. ≦ 14 atomic%, 0 atomic% <z ≦ 6 atomic%, 2 atomic% ≦ w ≦ 10 atomic%,4 . 37It is preferable to satisfy the relationship of atomic% ≦ t ≦ 8 atomic% and 72 atomic% ≦ (100−x−y−z−w−t) ≦ 79 atomic%.
[0024]
  Further, in the amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention, x, y, z, w, and t indicating the composition ratio in the composition formula are 1 atomic% ≦ x ≦ 3 atomic%, 6 atomic% ≦ y. ≦ 11 atomic%, 1 atomic% ≦ z ≦ 4 atomic%, 4 atomic% ≦ w ≦ 9 atomic%,4 . 37It is preferable to satisfy the relationship of atomic% ≦ t ≦ 7 atomic% and 73 atomic% ≦ (100−x−y−z−w−t) ≦ 78 atomic%.
[0025]
The amorphous soft magnetic alloy powder represented by any one of the above composition formulas is composed of Fe and / or element T exhibiting magnetism, and a semimetal such as P, C, B, and Si having an amorphous forming ability. Since it is possible to construct an amorphous soft magnetic alloy having an amorphous phase as a main phase and exhibiting excellent soft magnetic properties, and can be produced by a water atomization method, Compared with the gas atomization method using an inert gas, the cooling rate of the molten alloy can be increased, and the amorphous soft magnetic alloy powder in which the entire structure is completely amorphous can be easily formed. Even if expensive Ga or the like is not added, the amorphous phase can be used as the main phase and excellent soft magnetic characteristics can be exhibited, so that the cost can be reduced.
[0026]
Further, the flat amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention is characterized in that the amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention having any one of the above structures is flattened.
Such flat amorphous soft magnetic alloy powder uses the substantially spherical amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention with less surface irregularities, so that the amorphous alloy powder is fine when processed by an attritor or the like. It can be flattened into a uniform shape without being crushed, and flattened particles with uniform shapes can be obtained. When these flat amorphous soft magnetic alloy powders are mixed with an insulating material such as a resin to produce a radio wave absorber or the like, these powders are arranged in layers, so that they can be packed densely, The gap between can be reduced.
[0027]
Further, the dust core of the present invention is a granulated powder obtained by mixing and granulating a plurality or one of the amorphous soft magnetic alloy powders of the present invention having any one of the above structures, an insulating material, and a lubricant. The insulating material is solidified and molded as a binder.
According to such a dust core, a structure produced using the amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention, which has excellent soft magnetic properties, has a high bulk density, has few surface irregularities, and is formed into a substantially spherical shape. By solidifying and molding the granular powder, it is possible to increase the molding density of the powder core and to maintain insulation between the powders, thereby improving the magnetic properties.
Moreover, since the amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention produced by the water atomization method is used, mass productivity can be improved.
Also, instead of adding a lubricant after granulated powder production, by adding a lubricant at the granulated powder production stage, the slip between amorphous soft magnetic alloy powders when producing granulated powder is good, The production efficiency of the granulated powder can be improved, and since the amorphous soft magnetic alloy powder can be densely added to the granulated powder, the density of the granulated powder is improved.
Therefore, according to the dust core of the present invention, it is possible to provide a dust core having excellent mass productivity, high strength, and low loss in a high frequency region.
The dust core of the present invention can be suitably used as a choke coil for a switching power supply, a reactor for an active filter, and a magnetic core for a transformer.
[0028]
In the powder core of the present invention, the content of granulated powder having a particle size of 45 μm or more and 500 μm or less is preferably greater than 83% by weight of the total granulated powder.
When the particle size of the granulated powder is less than 45 μm, the fluidity when pouring the granulated powder into a mold for producing a compacted core is poor, mass productivity is reduced, and when it exceeds 500 μm, the core loss is increased.
In the powder core of the present invention, the content of the granulated powder having a particle size of less than 45 μm and the granulated powder having a particle size of more than 500 μm is preferably 17% by weight or less of the total granulated powder.
When the content of the granulated powder having a particle size of less than 45 μm and the granulated powder having a particle size of more than 500 μm is larger than 17% by weight of the total granulated powder, the flow when the granulated powder is poured into the mold for forming the powder core It becomes worse.
Therefore, if the content of the granulated powder having a particle size of 45 μm or more and 500 μm or less is greater than 83% by weight of the total granulated powder, the fluidity when pouring the granulated powder into the mold for forming a powder core is good. Manufacturing efficiency can be improved, and a core with a sufficiently small core loss and a high molding density can be obtained.
[0029]
In addition, the radio wave absorber of the present invention is obtained by mixing the amorphous soft magnetic alloy powder or the flat amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention having any one of the above structures and an insulating material. And
According to such an electromagnetic wave absorber, the amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention, which has excellent soft magnetic properties, has a high bulk density, has few surface irregularities, and is formed in a substantially spherical shape, is used. Since the insulating material can be densely packed, it is possible to improve the electromagnetic wave suppression effect in the frequency band of several hundred MHz to several GHz. Moreover, since the amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention produced by the water atomization method is used, mass productivity can be improved.
In particular, in the case where the flat amorphous soft magnetic alloy powder (flattened particles) of the present invention is used, these particles are arranged in layers in the insulating material and can be packed more densely. The gap between the particles can be reduced, and the flattened particles have a larger aspect ratio than the amorphous spherical soft magnetic alloy powder, and the impedance of the wave absorber itself is increased. Generation of eddy current is suppressed.
Therefore, according to the radio wave absorber of the present invention, the radio wave absorber is excellent in mass productivity and has a high imaginary part μ ”of the complex permeability in the frequency band of several hundred MHz to several GHz, and the electromagnetic wave suppression effect is improved. Can be provided.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
(Embodiment of amorphous soft magnetic alloy powder)
The amorphous soft magnetic alloy powder of the embodiment of the present invention is a substantially spherical powder formed by a water atomization method. The substantially spherical powder is composed of an amorphous phase containing Fe as a main component and containing at least P, C, and B. In addition, this substantially spherical powder has a ΔTx= Tx-Tg(However, TxIs the crystallization start temperature, TgIndicates the glass transition temperature. The temperature interval ΔTx of the supercooled liquid represented by the equation
[0031]
The amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention maintains the amorphous forming ability necessary for producing an amorphous powder, while maintaining the conventional Fe—Al—Ga—C—P—Si— Magnetic properties can be improved as compared with B-based alloys, and it can be formed into a nearly spherical shape by the water atomization method. Furthermore, corrosion resistance that can withstand the water atomization method can be obtained. Further, since it can be made amorphous even if Ga is not added, the cost can be reduced, and furthermore, high saturation magnetization and low core loss can be combined.
Since the amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention comprises Fe exhibiting magnetism and metalloid elements such as P, C, and B having an amorphous forming ability, the amorphous phase is the main phase. In addition, it exhibits excellent soft magnetic properties. In addition to P, C, and B, Si may be added.
Further, even if M (Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf, Pt, Pd, or Au, one or more elemental elements) is added to improve the corrosion resistance. good.
[0032]
This amorphous soft magnetic alloy powder is a substantially spherical metallic glass alloy powder exhibiting a temperature interval ΔTx of a supercooled liquid of 20K or more. Depending on the composition, ΔTx is 30K or more, and further a remarkable temperature interval of 50K or more. In addition, soft magnetism has excellent characteristics at room temperature.
Since the amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention contains more Fe, which is a ferromagnetic element, than the conventional Fe—Al—Ga—C—P—Si—B alloy, it exhibits high saturation magnetization.
In addition, since the substantially spherical amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention is a complete amorphous phase, the internal stress does not precipitate without precipitation of the crystalline phase when heat-treated under appropriate conditions. The soft magnetic characteristics can be further improved.
In addition, the substantially spherical amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention produced by the water atomizing method exhibits a saturation magnetization equivalent to or higher than that of the conventional spherical amorphous soft magnetic alloy powder produced by the gas atomizing method. Can do.
[0033]
The substantially spherical amorphous soft magnetic alloy powder can be produced by the water atomization method because the molten alloy used in the production of the amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention (alloy in the molten state) is amorphous. Since the soft magnetic alloy powder having the same composition or substantially the same composition is used, it contains an element having an amorphous forming ability as described above, and the temperature interval ΔTx of the supercooled liquid is as large as 20 K or more. When pulverizing and cooling molten alloy (molten alloy) by the water atomization method, even if the cooling rate of the general water atomization method is reduced to the same level as the gas atomization method, it has a wide supercooled liquid region, As the temperature decreases, the glass transition temperature Tg is reached and the amorphous phase can be easily formed. In addition, the cooling rate when cooling the molten alloy is controlled so that the surface tension acts sufficiently on the molten alloy, thereby obtaining an amorphous soft magnetic alloy powder having a substantially spherical shape, that is, a small specific surface area. be able to. For this purpose, the above-described alloy composition which is not easily oxidized and can be made amorphous even at a low cooling rate is required.
[0034]
The amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention preferably has an average aspect ratio of 1 or more and 3 or less, more preferably an average aspect ratio of 1 or more and 2 or less. More preferably, it is 1.5 or less.
The amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention has an average particle size (D50) Is preferably 45 μm or less for the reason described above, and D50 Is more than 4 μm and preferably 30 μm or less, and more preferably 4 μm or more and 16 μm or less. D of amorphous soft magnetic alloy powder50When the particle size is 4 μm or less, the powder yield decreases and the apparent oxygen concentration increases.
[0035]
The amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention has a tap density of 3.7 Mg / m.3The above is preferable for the reason described above, and 3.9 Mg / m3More preferably, it is 4.0 Mg / m3More preferably, it is the above.
In addition, the amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention preferably has an oxygen concentration of 3000 ppm or less for the reason described above, more preferably 2500 ppm or less, and further preferably 2000 ppm.
The amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention has a specific surface area of 0.30 m for the reason described above.2/ G or less, preferably 0.26 m2/ G or less is more preferable, 0.23 m2/ G or less is more preferable.
[0036]
The amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention has an average particle size (D50) Is larger than 4 μm and not larger than 45 μm, and the tap density is 3.7 Mg / m.3The specific surface area is 0.3m2/ G or less and an oxygen concentration of 3000 ppm or less, the core loss (W) when measured under conditions of a frequency of 100 kHz and a magnetic flux density of 0.1 T is 450 kW / m.3In addition, the real part μ ′ of the complex permeability up to a frequency of 1 MHz can be made substantially constant from 57 to 80, and the DC bias magnetic field 5500 Am-1DC superposition characteristics (μ ′DC5500) Since it can be made substantially constant between 30 and 34.5, it is easy to use when used in a magnetic core.
[0037]
The amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention has an average particle size (D50) Is larger than 4 μm and not larger than 16 μm, and the tap density is 4.0 Mg / m.3The specific surface area is 0.23m2/ G or less, when the oxygen concentration is 2000 ppm or less, the core loss (W) when measured under the conditions of a frequency of 100 kHz and a magnetic flux density of 0.1 T is 250 kW / m.3In addition, the real part μ ′ of the complex permeability up to a frequency of 1 MHz can be made substantially constant from 57 to 75, and the DC bias magnetic field 5500 Am-1DC superposition characteristics (μ ′DC5500) Can be made substantially constant at 30 to 36, and therefore, preferable characteristics can be provided when used in a magnetic core.
[0038]
Examples of the substantially spherical amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention include those represented by the following composition formula. Fe100-xyz-wtMxPyCzBwSit
However, M is one or more elements selected from Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf, Pt, Pd, Au, and x, y, z indicating the composition ratio , W, t are 0.5 atom% ≦ x ≦ 8 atom%, 2 atom% ≦ y ≦ 15 atom%, 0 atom% <z ≦ 8 atom%, 1 atom% ≦ w ≦ 12 atom%, 0 atom % ≦ t ≦ 8 atomic%, 70 atomic% ≦ (100−x−y−z−w−t) ≦ 79 atomic%.
[0039]
Moreover, y, z, w, and t which show the composition ratio in the said compositional formula of the amorphous soft magnetic alloy powder represented by said compositional formula become 17 atomic% <= (y + z + w + t) <= 29.5 atomic%. It is preferable to satisfy the relationship.
[0040]
The reason for limiting the composition of the substantially spherical amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention will be described below.
Fe is an element responsible for magnetism, and is an essential element for the amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention.
When the composition ratio of Fe is increased, the saturation magnetization σs of the amorphous soft magnetic alloy powder can be improved.
[0041]
The addition amount of Fe is preferably 70 atom% or more and 79 atom% or less, more preferably 72 atom% or more and 79 atom% or less, and further preferably 73 atom% or more and 78 atom% or less.
When the added amount of Fe is less than 70 atomic%, the saturation magnetization σs is 150 × 10 6.-6Since it falls to less than Wb · m / kg, it is not preferable. On the other hand, if the added amount of Fe exceeds 79 atomic%, Tg / Tm indicating the degree of amorphous forming ability of the alloy is less than 0.57, which is not preferable because the amorphous forming ability is lowered. Tm is the melting point of the alloy.
[0042]
If the added amount of Fe is 76 atomic% or more, the saturation magnetization σs of the alloy powder is 170 × 10 6.-6Wb · m / kg or more can be achieved, and if it is 77 atomic% or more, the saturation magnetization σs of the alloy is 180 × 10-6Wb · m / kg or more.
[0043]
Further, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ti, Zr, and Hf can form a passivated oxide film on the surface of the alloy powder, and can improve the corrosion resistance of the alloy powder.
Among these elements, Cr is most effective for improving the corrosion resistance. In the water atomization method, when the molten alloy is in direct contact with water, it is possible to prevent the occurrence of rust generated in the drying process of the alloy powder (visual level). These elements may be added alone or in combination of two or more, for example, in combination of Mo, V and Mo, Cr and V, Cr and Cr, Mo, V, etc. You may do it. Among these elements, Mo and V are slightly inferior in corrosion resistance to Cr, but the amorphous forming ability is improved. Therefore, these elements are selected as necessary. On the other hand, when the addition amount of an element selected from Cr, Mo, W, V, Nb, and Ta exceeds 8 atomic%, the magnetic characteristics (saturation magnetization) deteriorate.
[0044]
Of the elements employed as the element M in the composition formula, Zr and Hf have the highest glass forming ability. Since Ti, Zr, and Hf have strong oxidizing properties, if these elements are added in excess of 8 atomic%, melting the alloy powder raw material in the atmosphere will cause the molten metal to oxidize during melting of the raw material. (Saturation magnetization) is reduced.
[0045]
The effect of improving the corrosion resistance of the alloy powder can also be obtained by adding one or more kinds of noble metal elements selected from Pt, Pd, and Au, and by dispersing these noble metal elements on the surface of the powder, Will improve. These noble metal elements may be added alone or in combination with a combination of the above elements having an effect of improving corrosion resistance such as Cr. Since the above precious metal element does not mix with Fe, if it is added in excess of 8 atomic%, the glass forming ability is lowered, and the magnetic properties (saturation magnetization) are also lowered.
In order to give the amorphous soft magnetic alloy powder corrosion resistance, the amount of M added needs to be 0.5 atomic% or more.
[0046]
Therefore, M in the composition formula is one or more elements selected from Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf, Pt, Pd, and Au. It is preferable to use one or more of Mo, W, V, Nb, and Ta. The composition ratio x of M is preferably from 0.5 atomic% to 8 atomic%, preferably from 1 atomic% to 4 atomic%, and preferably from 1 atomic% to 3 atomic%. Is more preferable.
[0047]
C, P, B, and Si are elements that enhance the ability to form an amorphous material. By adding these elements to Fe and M to form a multi-component system, a binary system consisting of only Fe and M is used. An amorphous phase is formed more stably.
In particular, since P has a eutectic composition with Fe at a low temperature (about 1050 ° C.), the entire structure becomes an amorphous phase and the temperature interval ΔTx of the supercooled liquid is likely to appear.
Further, when P and Si are added simultaneously, the temperature interval ΔTx of the supercooled liquid becomes larger and the amorphous forming ability is improved, and the production conditions for obtaining an amorphous single-phase structure are set in a relatively simple direction. Can be relaxed.
[0048]
In the case where Si is not added, the composition ratio y of P is preferably 2 atom% or more and 15 atom% or less, more preferably 4 atom% or more and 14 atom% or less, and 6 atom% or more and 11 atom% or less. % Is most preferred. If the addition amount of P is less than 2 atomic%, an amorphous soft magnetic alloy powder cannot be obtained, and if it exceeds 15 atomic%, the saturation magnetization decreases.
If the composition ratio y of P is in the above range, the temperature interval ΔTx of the supercooled liquid is developed, and the amorphous forming ability of the alloy powder is improved.
[0049]
Moreover, since addition of Si improves the thermal stability, it is preferable to add 2 atomic% or more. On the other hand, if the amount of Si added exceeds 8 atomic%, the melting point increases. Therefore, the composition ratio t of Si is preferably 0 atomic percent or more and 8 atomic percent or more, more preferably 2 atomic percent or more and 8 atomic percent or less, and further preferably 2 atomic percent or more and 7 atomic percent or less. preferable.
[0050]
Further, when the amount of B is less than 2 atomic%, it is difficult to obtain an amorphous soft magnetic alloy powder, and when it exceeds 12 atomic%, the melting point increases. Therefore, the composition ratio w of B is preferably 1 atom% or more and 12 atom% or less, preferably 2 atom% or more and 10 atom%, more preferably 4 atom% or more and 9 atom% or less. .
[0051]
Moreover, since thermal stability improves when C is added, it is preferable to add 1 atomic% or more. On the other hand, when the addition amount of C exceeds 8 atomic%, the melting point increases. Accordingly, the composition ratio z of C is preferably more than 0 atom% and not more than 8 atom%, more preferably more than 0 atom% and not more than 6 atom%, more preferably 1 atom% to 4 atom%. More preferably.
[0052]
The total composition ratio (y + z + w + t) of these metalloid elements C, P, B and Si is preferably 17 atomic% or more and 29.5 atomic% or less, and is 18 atomic% or more and 26 atomic% or less. More preferably, it is more preferably 18 atomic% or more and 25 atomic% or less.
If the total composition ratio of the metalloid elements exceeds 29.5 atomic%, the composition ratio of Fe in particular relatively decreases, and the saturation magnetization σs decreases, which is not preferable. When the total composition ratio of the metalloid elements is less than 17 atomic%, the amorphous forming ability is lowered and it is difficult to obtain an amorphous phase single phase structure.
[0053]
Further, when the composition ratio of Fe is 76 atomic% or more, the total composition ratio (y + z + w + t) of the metalloid elements C, P, B and Si is set to 18 atomic% or more and 24 atomic% or less. The saturation magnetization σs is 170 × 10-6Wb · m / kg or more.
Furthermore, when the composition ratio of Fe is 77 atomic% or more, the total composition ratio (y + z + w + t) of the metalloid elements C, P, B, and Si is set to 18 atomic% or more and 23 atomic% or less. The saturation magnetization σs is 180 × 10-6Wb · m / kg or more.
[0054]
In the amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention, Ge may be contained in the above composition in an amount of 4 atomic% or less.
In any of the above compositions, in the present invention, the temperature interval ΔTx of the supercooled liquid is 20 K or more, and depending on the composition, 35 K or more is obtained.
Further, inevitable impurities may be included in addition to the elements represented by the above composition.
[0055]
The amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention having the above composition obtained by the water atomization method has magnetism at room temperature and exhibits better magnetism by heat treatment. Therefore, it is useful for various applications as a material having excellent soft magnetic properties.
[0056]
An example of producing the substantially spherical amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention by the water atomization method will be described.
The water atomization method used in the present invention is a method in which an amorphous soft magnetic alloy melt having the same composition as or substantially the same composition as that of the above-mentioned amorphous soft magnetic alloy powder is atomized into the chamber together with high-pressure water in the atmosphere. It sprays, the said alloy molten metal is grind | pulverized, and it cools rapidly and manufactures a substantially spherical amorphous soft-magnetic alloy powder.
[0057]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a high-pressure water spraying apparatus suitably used for producing alloy powder by the water atomization method.
The high-pressure water spray device 1 is mainly composed of a molten crucible 2, a water sprayer 3, and a chamber 4. The high-pressure water spray device 1 is disposed in an air atmosphere.
The molten crucible 2 is filled with molten alloy 5. Further, the molten metal crucible 2 is provided with a coil 2a as a heating means, and is configured to heat the molten alloy 5 and keep it in a molten state. A molten metal nozzle 6 is provided at the bottom of the molten metal crucible 2, and the molten alloy 5 is dropped from the molten metal nozzle 6 toward the inside of the chamber 4.
[0058]
The water sprayer 3 is disposed below the molten crucible 2. The water sprayer 3 is provided with a water introduction channel 7 and a water injection nozzle 8 which is the tip of the introduction channel 7.
The high-pressure water 10 pressurized by a liquid pressurizing pump (pressurizing means) (not shown) is guided to the water injection nozzle 8 through the introduction flow path 7 and sprayed as a high-pressure water flow g from the nozzle 8 into the chamber 4. Is done.
Inside the chamber 4, the same atmospheric atmosphere as the atmosphere around the high-pressure water spray device 1 is set. The pressure inside the chamber 4 is maintained at about 100 kPa, and the temperature is maintained at about room temperature.
[0059]
In order to produce a substantially spherical amorphous soft magnetic alloy powder, first, the molten alloy 5 filled in the molten crucible 2 is dropped into the chamber 4 from the molten metal nozzle 6. At the same time, high-pressure water 10 is jetted from the water jet nozzle 8 of the water sprayer 3. The jetted high-pressure water 10 becomes a high-pressure water stream g and reaches the above-mentioned molten molten metal, collides with the molten metal at the spray point p, atomizes the molten metal, and rapidly solidifies. A substantially spherical particle powder composed of a mass phase is formed. These substantially spherical powders are stored at the bottom of the chamber 4 together with water.
[0060]
Here, the cooling rate of the molten alloy is set so that the surface tension acts sufficiently on the molten alloy. The cooling rate of the molten alloy is determined by a suitable cooling rate depending on the composition of the alloy, the particle size of the target alloy powder, etc.3-105A range of about K / s can be used as a guide. Actually, whether or not a nearly spherical shape is obtained, and Fe as a crystalline phase in the glassy phase3B, Fe2B, Fe3It can be determined by confirming whether a phase such as P is precipitated.
Next, after drying these substantially spherical powders in the air atmosphere, these powders are classified to obtain spherical or nearly spherical amorphous soft magnetic alloy powders having a predetermined average particle diameter.
[0061]
When producing a substantially spherical amorphous soft magnetic alloy powder by the water atomization method, the cooling rate of the molten alloy is controlled by controlling the water injection pressure, the injection flow rate, the molten alloy flow rate, etc. By controlling the manufacturing conditions by controlling the injection nozzle slit width, water injection nozzle tilt angle, water injection angle, temperature and viscosity of molten alloy, atomizing point (pulverization point distance), etc., the desired characteristics, Specifically, aspect ratio, tap density, D50An amorphous soft magnetic alloy powder having an oxygen concentration and the like in the above-described range is obtained.
[0062]
The obtained amorphous soft magnetic alloy powder may be heat-treated as necessary. By performing the heat treatment, the internal stress of the alloy powder is relaxed, and the soft magnetic properties of the amorphous soft magnetic alloy powder can be further improved. The heat treatment temperature Ta is preferably in the range of not less than the Curie temperature Tc of the alloy and not more than the glass transition temperature Tg. If the heat treatment temperature Ta is lower than the Curie temperature Tc, the effect of improving the soft magnetic properties by the heat treatment cannot be obtained, which is not preferable. On the other hand, if the heat treatment temperature Ta exceeds the glass transition temperature Tg, the crystalline phase tends to be precipitated in the alloy powder structure, and the soft magnetic properties may be deteriorated.
The heat treatment time is preferably within a range in which the internal stress of the alloy powder is sufficiently relaxed and there is no fear of precipitation of the crystalline phase, and for example, a range of 30 to 300 minutes is preferred.
[0063]
Since the amorphous soft magnetic alloy powder of this embodiment can be produced by the water atomization method, the production apparatus can be enlarged, and the molten alloy can be pulverized at high pressure, so that mass productivity can be improved. Since it is not necessary to use expensive inert gas, manufacturing cost can be reduced.
Furthermore, since the amorphous soft magnetic alloy powder of the present embodiment is formed in a shape close to a spherical shape by the water atomization method, the bulk density is high and the surface unevenness is small. When solidified by mixing with an insulating material such as a resin in order to produce a powder core or the like, insulation between the powders can be maintained, which is useful as a soft magnetic alloy powder for producing a dust core.
In addition, since the amorphous soft magnetic alloy powder of the present embodiment has a shape close to a spherical shape, when the amorphous soft magnetic alloy powder is processed by an attritor or the like to produce a radio wave absorber. Since flattened particles having a uniform shape can be obtained and the particle size can be easily controlled, it is useful as a soft magnetic alloy powder for preparing a radio wave absorber.
[0064]
(Embodiment of flat amorphous soft magnetic alloy powder)
The flat amorphous soft magnetic alloy powder of the embodiment of the present invention is obtained by flattening the substantially spherical amorphous soft magnetic alloy powder of the embodiment having any one of the above configurations.
Here, as a method of flattening the amorphous soft magnetic alloy powder, for example, the substantially spherical amorphous soft magnetic alloy powder of the embodiment is put into an attritor and pulverized and mixed in a range of 10 minutes to 16 hours. Thus, an amorphous soft magnetic alloy powder mainly including the flattened amorphous soft magnetic alloy powder is obtained. The amorphous soft magnetic alloy powder before flattening is preferably not subjected to heat treatment.
[0065]
The pulverization and mixing by the attritor is preferably performed in the range of 10 minutes to 16 hours, and more preferably in the range of 4 to 8 hours.
If the time for pulverization and mixing is less than 10 minutes, the flattening is insufficient and the aspect ratio of the flat amorphous soft magnetic alloy powder tends to be 1 or more, for example, 10 or more. When it exceeds 16 hours, the aspect ratio of the flat amorphous soft magnetic alloy powder exceeds 80 or more. The flat amorphous soft magnetic alloy powder preferably has a thickness in the range of 0.1 to 5 μm (preferably 1 to 2 μm) and a major axis in the range of 1 to 80 μm (preferably 2 to 80 μm).
The obtained flat amorphous soft magnetic alloy powder may be heat-treated as necessary in the same manner as the above-described embodiment.
[0066]
The flat amorphous soft magnetic alloy powder of the present embodiment uses the substantially spherical amorphous soft magnetic alloy powder of the present embodiment with less surface irregularities, so it is amorphous when processed by an attritor or the like. The alloy powder is not crushed finely, can be flattened into a uniform shape, and flattened particles having a uniform shape can be obtained. When these flat amorphous soft magnetic alloy powders are mixed with an insulating material such as a resin to produce a radio wave absorber or the like, these powders are arranged in layers, so that they can be packed densely, The gap between can be reduced.
[0067]
(Embodiment of the powder core)
A dust core (a dust core) according to an embodiment of the present invention is a granulated product obtained by mixing a plurality or one of the substantially spherical amorphous soft magnetic alloy powders of the present embodiment, an insulating material, and a lubricant. The insulating material is used as a binder and solidified and molded. The substantially spherical amorphous soft magnetic alloy powder preferably has a specific resistance of 1.5 μΩ · m or more.
The shape of the dust core can be exemplified by an annular core 21 as shown in FIG. 2, for example, but the shape is not limited to this, and may be an oval or elliptical ring. Further, it may be substantially E-shaped in plan view, substantially U-shaped in plan view, or substantially I-shaped in plan view.
[0068]
The dust core is formed by binding the granulated powder with the insulating material, and a plurality of or a single amorphous soft magnetic alloy powder is present in the structure. The magnetic alloy powder is not dissolved to form a uniform structure. Moreover, it is preferable that each amorphous soft magnetic alloy powder in the granulated powder is insulated by an insulating material.
Thus, since the amorphous soft magnetic alloy powder and the insulating material are mixed and exist in the dust core 21, the specific resistance of the dust core itself is increased by the insulating material, and eddy current loss is reduced. Thus, the decrease in magnetic permeability in the high frequency region is reduced.
[0069]
Also, the temperature interval ΔT of the supercooled liquid of the amorphous soft magnetic alloy powderxIs less than 20K, the internal stress is sufficiently relaxed without crystallizing during the heat treatment performed after compression molding the granulated powder prepared by mixing amorphous soft magnetic alloy powder, insulating material and lubricant. It becomes difficult to make.
[0070]
In particular, the dust core 21 of the present embodiment preferably has a coercive force of 80 A / m or less, more preferably 40 A / m or less, at an applied magnetic field of ± 2.4 kA / m.
[0071]
The insulating material constituting the dust core of the present embodiment increases the specific resistance of the dust core and can form a granulated powder containing amorphous soft magnetic alloy powder and binds the formed granulated powder. It is preferable to use a material that retains the shape of the dust core and does not cause a large loss in magnetic properties. For example, epoxy resin, silicone resin, silicone rubber, phenol resin, urea resin, melamine resin, PVA (polyvinyl alcohol) ) Liquid or powdered resin or rubber, water glass (Na2O-SiO2), Oxide glass powder (Na2OB2O3-SiO2, PbO-B2O3-SiO2, PbO-BaO-SiO2, Na2OB2O3-ZnO, CaO-BaO-SiO2, Al2O3-B2O3-SiO2, B2O3-SiO2), Glassy substance (SiO2) produced by the sol-gel method2, Al2O3, ZrO2TiO2Etc.) and the like.
Various elastomers (rubbers) may be used as the insulating material.
In addition, a lubricant selected from stearates (zinc stearate, calcium stearate, barium stearate, magnesium stearate, aluminum stearate, etc.) is used simultaneously with the insulating material.
[0072]
Of these insulating materials, silicone resin or silicone rubber is particularly preferable.
Silicone rubber generally refers to a rubber-like elastic material composed of a crosslinked product of a linear organopolysiloxane having a high degree of polymerization. The high temperature type and the room temperature type are roughly classified according to the crosslinking method, but the room temperature type is preferred in the present invention. A room temperature type silicone rubber is obtained by reacting a linear polyorganosiloxane with a crosslinking agent such as a silane compound having an acetoxyl group, an alkoxyl group, an oxime group, an isopropenoxyl group, etc. Or the thing using the crosslinking agent which has an oxime group is preferable.
Silicone resin generally refers to a polymer of organopolysiloxane having an advanced three-dimensional network structure. It is produced by hydrolysis polycondensation of organochlorosilane or organoalkoxysilane or ring-opening polymerization of cyclic siloxane.
[0073]
Among the silicone rubbers described above, the silicone rubber obtained by crosslinking with a crosslinking agent having an alkoxyl group is less corrosive and can constitute a dust core having excellent corrosion resistance. Moreover, the silicone rubber obtained using the crosslinking agent containing the silane compound which has a normal butyl group in a molecule | numerator has the property which is especially excellent in elasticity.
Therefore, when the silicone rubber obtained by using a crosslinking agent containing a silane compound having a normal butyl group is used for the dust core of the present embodiment, the internal stress remaining in the amorphous soft magnetic alloy powder is small because the curing stress is small. And the soft magnetic properties of the amorphous soft magnetic alloy powder are improved. Thereby, the coercive force and core loss of a dust core can be reduced significantly.
[0074]
The particle size of the granulated powder used for the powder core 1 of this embodiment is preferably 45 μm or more and 500 μm or less, more preferably 45 μm or more and 300 μm or less, and even more preferably 45 μm or more and 150 μm or less for the reasons described above.
Further, the content of the granulated powder having a particle size of 45 μm or more and 500 μm or less is greater than 83% by weight of the total granulated powder constituting the powder core 1, or from the granulated powder having a particle size of less than 45 μm and a particle size of 500 μm. The content (mixing amount) of the larger granulated powder is 17% by weight or less of the total granulated powder, which can improve the fluidity when pouring the granulated powder into the mold for producing a compacted core, and mass production It is preferable at the point which can improve property, and it is more preferable that it is 15 weight% or less.
[0075]
Next, an example of the manufacturing method of the dust core of this embodiment will be described with reference to the drawings.
The method for producing a dust core according to the present invention comprises adding the substantially spherical amorphous soft magnetic alloy powder of the embodiment obtained by the water atomizing method, the insulating material and the lubricant, mixing and granulating the mixture. A step of forming a powder, a forming step of compression-molding the formed granulated powder to form a core precursor, and the core precursor (Tg-170) K or more (TgAnd a heat treatment step of removing the internal stress of the core precursor by heat treatment at a temperature of K or lower.
[0076]
In the step of forming the granulated powder, the mixing ratio of the insulating material in the mixture of the amorphous soft magnetic alloy powder, the insulating material, and the lubricant may be 0.3 wt% or more and 5 wt% or less. It is preferably 1% by weight or more and 3% by weight or less.
If the mixing ratio of the insulating material is less than 0.3% by weight, the amorphous soft magnetic alloy powder and the lubricant cannot be formed into a predetermined shape together with the insulating material, which is not preferable. Moreover, when the mixing ratio exceeds 5% by weight, the addition density of the amorphous soft magnetic alloy powder in the granulated powder decreases, and the amorphous soft magnetic alloy powder in the powder core produced using the granulated powder This is not preferable because the content ratio of the powder core decreases and the soft magnetic properties of the dust core decrease.
[0077]
The mixing ratio of the lubricant in the mixture is preferably 0.1% by weight or more and 2% by weight or less, and more preferably 0.1% by weight or more and 1% by weight or less.
When the mixing ratio of the lubricant is less than 0.1% by weight, the flowability of the amorphous soft magnetic alloy powder cannot be improved so much, so that the improvement of the production efficiency of the granulated powder cannot be expected so much. The addition density of the amorphous soft magnetic alloy powder is lowered, and as a result, the soft magnetic properties of the dust core are lowered, which is not preferable. On the other hand, when the lubricant exceeds 2% by weight, the addition density of the amorphous soft magnetic alloy powder in the granulated powder is lowered, and the mechanical strength of the powder core is lowered, which is not preferable.
Once the granulated powder is formed, the formed granulated powder is classified, and the particle diameter is in the range of 45 μm to 500 μm, more preferably in the range of 45 μm to 300 μm, and still more preferably in the range of 45 μm to 150 μm. The range is selected and used in the subsequent process. For classification, a sieve, a vibrating sieve, a sonic sieve, an airflow classifier or the like can be used.
[0078]
Next, a molding step is performed in which the granulated powder is compression molded to form a magnetic core precursor.
Moreover, it is desirable to evaporate the solvent, moisture, etc. contained in the granulated powder before compression molding to form an insulating material layer on the surface of the amorphous soft magnetic alloy powder.
[0079]
Next, the granulated powder is compression-molded to produce a magnetic core precursor. For the production of the core precursor, a mold 110 as shown in FIG. 3 is used. The mold 110 includes a hollow cylindrical die 111, and an upper punch 112 and a lower punch 113 inserted into the hollow portion 111a of the die 111.
A cylindrical protrusion 112 a is provided on the lower surface of the upper punch 112, and the upper punch 112, the lower punch 113, and the die 111 are integrated to form an annular mold inside the mold 110. And this metal mold | die 110 is filled with the above-mentioned granulated powder.
[0080]
Next, the granulated powder filled in the mold 110 is compression-molded by heating to room temperature or a predetermined temperature while applying uniaxial pressure.
FIG. 4 shows a main part of an example of a discharge plasma sintering apparatus suitable for use in compression molding. The discharge plasma sintering apparatus of this example supports a mold 110 filled with a mixture, a punch electrode 114 that supports a lower punch 113 of the mold 110 and serves as one electrode when a pulse current described later is passed, and a mold 110. The upper punch 112 is pressed downward, and the punch electrode 115 serving as the other electrode for passing a pulse current and the thermocouple 17 for measuring the temperature of the granulated powder in the mold 110 are mainly constituted.
The discharge plasma sintering apparatus is housed in a chamber 118. The chamber 118 is connected to a vacuum exhaust apparatus and an atmospheric gas supply apparatus (not shown), and is granulated to fill the mold 110. The powder can be held in a desired atmosphere such as an inert gas atmosphere.
Although the energizing device is omitted in FIG. 4, a separately provided energizing device is connected to the upper and lower punches 112 and 113 and the punch electrodes 114 and 115, and a pulse current is supplied from this energizing device to the punches 112, 113 and It is comprised so that electricity can be supplied through the punch electrodes 114 and 115.
[0081]
Then, the mold 110 filled with the granulated powder is placed in a discharge plasma sintering apparatus, the inside of the chamber 118 is evacuated, and simultaneously, the uniaxial pressure P is applied to the mixture from above and below by the punches 112 and 113. Then, the granulated powder is compression-molded while applying a pulse current.
In this discharge plasma sintering process, the granulated powder can be quickly heated at a predetermined speed by an energizing current, and the compression molding time can be shortened. It is suitable for compression molding while maintaining the quality phase.
[0082]
In the present invention, the temperature at which the above granulated powder is compression-molded varies depending on the type of insulating material and the composition of the amorphous soft magnetic alloy powder. Fe74.43Cr1.96P9.04C2.16B7.54Si4.87In the case of using a composition having the composition, it is necessary to set the temperature to 373 K (100 ° C.) or more in order to bind the granulated powders with the insulating material. In order not to emit, it is necessary to set it as 673K (400 degreeC) or less. When the insulating material oozes out, the content of the insulating material in the dust core decreases, the specific resistance of the dust core decreases, and the magnetic permeability in the high frequency band decreases.
If the granulated powder is compression molded in a temperature range of 373 K (100 ° C.) or more and 673 K (400 ° C.) or less, the insulating material is appropriately cured. Therefore, the granulated powder can be bound and formed into a predetermined shape. it can.
[0083]
As for the uniaxial pressure P applied to the granulated powder during compression molding, if the pressure is too low, the density of the dust core cannot be increased, and a dense dust core cannot be formed. If the pressure is too high, the insulating material oozes out, the content of the insulating material in the dust core decreases, the specific resistance of the dust core decreases, and the magnetic permeability in the high frequency band decreases. Accordingly, the uniaxial pressure P varies depending on the type of insulating material and the composition of the amorphous soft magnetic alloy powder, but water glass as the insulating material and Fe as the amorphous soft magnetic alloy powder.74.43Cr1.96P9.04C2.16B7.54Si4.87In the case of using a composition having such a composition, it is preferably 600 MPa or more and 1500 MPa or less, and more preferably 600 MPa or more and 900 MPa or less.
In this way, an annular magnetic core precursor is obtained.
When the granulated powder filled in the mold 110 is compression-molded at room temperature while applying a uniaxial pressure, a press having the same configuration as the apparatus shown in FIG. 4 except that the energizing apparatus is not connected. An annular magnetic core precursor can also be produced using the apparatus.
[0084]
When silicone rubber is used as the insulating material, the core precursor having a predetermined shape can be obtained by compression-molding the granulated particles at room temperature in the molding step.
[0085]
Further, since silicone rubber has elasticity, the curing stress is small and the internal stress remaining in the amorphous soft magnetic alloy powder is small. For this reason, the influence of magnetostriction is removed and the soft magnetic properties of the amorphous soft magnetic alloy powder are improved. Thereby, the coercive force and core loss of a dust core can be reduced significantly.
In particular, as described above, a silicone rubber obtained by using a cross-linking agent containing a silane compound having a normal butyl group in the molecule is particularly excellent in elasticity. The residual internal stress becomes extremely small, the soft magnetic properties of the amorphous soft magnetic alloy powder are further improved, and the coercive force and core loss of the dust core can be further greatly reduced.
[0086]
When silicone rubber is used, the pressure applied to the granulated powder at the time of compression molding is too low to increase the density of the dust core, making it impossible to form a dense dust core. . On the other hand, if the pressure is too high, the die and punch are consumed very much, and a long-time heat treatment is required to remove the stress generated during molding. Therefore, although the pressure varies depending on the composition of the amorphous soft magnetic alloy powder,74.43Cr1.96P9.04C2.16B7.54Si4.87In the case of using the composition having the composition, it is preferably 500 MPa or more and 2500 MPa or less, and more preferably 1000 MPa or more and 2000 MPa or less.
[0087]
In particular, as the amorphous soft magnetic alloy powder contained in the granulated powder constituting the powder core, the average particle diameter (D50) Is larger than 4 μm and not larger than 45 μm, and the tap density is 3.7 Mg / m.3The specific surface area is 0.3m2/ G or less and an oxygen concentration of 3000 ppm or less, the core loss (W) when measured under conditions of a frequency of 100 kHz and a magnetic flux density of 0.1 T is 450 kW / m.3It can be reduced to the following, and can be significantly reduced from the core loss of the conventional dust core. Further, the real part μ ′ of the complex permeability up to the frequency of 1 MHz can be made almost constant as 57-80, and the DC bias magnetic field 5500 Am-1DC superposition characteristics (μ ′DC5500) Can be made substantially constant between 30 and 34.5, and is easy to use when used in a magnetic core.
Further, as the amorphous soft magnetic alloy powder, an average particle diameter (D50) Is larger than 4 μm and not larger than 16 μm, and the tap density is 4.0 Mg / m.3The specific surface area is 0.23m2/ G or less and an oxygen concentration of 2000 ppm or less, the core loss (W) when measured under conditions of a frequency of 100 kHz and a magnetic flux density of 0.1 T is 250 kW / m.3You can: In addition, the real part μ ′ of the complex permeability up to a frequency of 1 MHz can be made almost constant as 57 to 75, and the DC bias magnetic field 5500 Am.-1DC superposition characteristics (μ ′DC5500) Can be made substantially constant at 30 to 36, and therefore, preferable characteristics can be provided when used in a magnetic core.
[0088]
Next, a heat treatment step is performed in which the core precursor is heat treated to remove internal stress of the core precursor. When the core precursor is heat-treated within a predetermined temperature range, the internal stress of the core precursor itself generated in the powder manufacturing process and the molding process and the internal stress of the amorphous soft magnetic alloy powder contained in the core precursor are removed. And a dust core having a low coercive force can be produced.
The temperature of the heat treatment is (Tg-170) K or more (Tg) K or less is preferred, and (Tg-160) K or more (Tg-5) A range of K or less is more preferable, and (Tg-140) K or more (Tg−10) The range of K or less is more preferable, and (Tg-110) K or more (Tg-10) The range of K or less is most preferable.
[0089]
Core precursor (Tg-160) K or more (Tg-5) When heat treatment is performed in a temperature range of K or less, for example, a dust core having a coercive force of 100 A / m or less at an applied magnetic field of ± 2.4 kA / m can be produced (Tg-140) K or more (Tg-10) When heat treatment is performed at a temperature of K or less, for example, a dust core having a coercive force of 80 A / m or less at an applied magnetic field of ± 2.4 kA / m can be obtained.g-110) K or more (Tg-10) When the heat treatment is performed at a temperature of K or less, for example, a dust core having a coercive force of 40 A / m or less in an applied magnetic field ± 2.4 kA / m can be obtained.
[0090]
Heat treatment temperature is (TgIf it is less than -170) K, the internal stress of the core precursor cannot be sufficiently removed, which is not preferable.g) If K is exceeded, the amorphous soft magnetic alloy powder is crystallized and the coercive force is increased, which is not preferable.
[0091]
For example, Fe74.43Cr1.96P9.04C2.16B7.54Si4.87In the case of an amorphous soft magnetic alloy powder of the compositiongIs 780K, and the heat treatment temperature is preferably in the range of 610K (337 ° C) to 780K (507 ° C), more preferably in the range of 620K (347 ° C) to 775K (502 ° C), and 640K (367 ° C) to 770K (497 ° C), more preferably 670K (397 ° C) to 770K (497 ° C).
[0092]
In particular, when silicone rubber is used as the insulating material, the heat treatment temperature is preferably in the range of 670 K (397 ° C.) to 770 K (497 ° C.). When silicone rubber is used, if the heat treatment temperature is less than 670K, the internal stress of the core precursor cannot be sufficiently removed, which is not preferable. If the heat treatment temperature exceeds 773K, the silicone rubber is excessively decomposed, This is not preferable because the strength of the dust core decreases.
When silicone rubber is used as the insulating material, the heat treatment atmosphere is preferably a vacuum atmosphere or an inert gas atmosphere such as nitrogen gas or argon gas, and more preferably a nitrogen gas atmosphere.
By performing the heat treatment in this manner, the annular powder core 21 of the present embodiment is obtained.
[0093]
The powder core 21 thus obtained contains the amorphous soft magnetic alloy powder of the present embodiment, and thus has excellent soft magnetic properties at room temperature, and better soft magnetic properties by heat treatment. Show.
For this reason, this dust core can be applied as a magnetic core of various magnetic elements as a material having excellent soft magnetic properties, and a magnetic core having superior soft magnetic properties compared to conventional materials can be obtained.
[0094]
In the above description, the granulated powder is compression-molded by a discharge plasma sintering apparatus. However, the present invention is not limited to this, and compression molding is performed by a normal powder molding method, a hot press method, an extrusion method, or the like. The powder core of the present invention can also be obtained.
[0095]
In the above description, the method of manufacturing an annular powder core using a mold has been described. However, the present invention is not limited thereto, and a bulk-shaped formed body is manufactured and cut into an annular shape. You may manufacture the powder core of various shapes by cutting out in shapes, such as a rod shape, planar view substantially E shape, and planar view substantially U shape.
[0096]
According to the dust core of the embodiment, the amorphous soft magnetic alloy powder of the present embodiment, which has excellent soft magnetic properties, has a high bulk density, has few surface irregularities, and is formed in a substantially spherical shape, is used. Since the produced granulated powder is solidified and molded, the molding density of the powder core can be increased, insulation between the powders can be maintained, and magnetic characteristics can be improved. Moreover, since the amorphous soft magnetic alloy powder of this embodiment manufactured by the water atomization method is used, mass productivity can be improved.
Also, instead of adding a lubricant after granulated powder production, by adding a lubricant at the granulated powder production stage, the slip between amorphous soft magnetic alloy powders when producing granulated powder is good, The production efficiency of the granulated powder can be improved, and since the amorphous soft magnetic alloy powder can be densely contained in the granulated powder, the density of the granulated powder is improved. A powder core is obtained.
[0097]
In addition, since the amorphous soft magnetic alloy powder obtained by the water atomization method has a small average particle size and is composed of substantially spherical particles, when this amorphous soft magnetic alloy powder is used for a dust core, saturation magnetization is obtained. Thus, it is possible to obtain a dust core having a high core loss, a low core loss, and an excellent magnetic permeability change rate (amplitude magnetic permeability) with respect to the applied magnetic field change and an inductance change rate (DC superposition characteristic) with respect to the applied magnetic field change.
In addition, as a compacting core using the granulated powder of this embodiment, not only the shape mentioned above but the J-shaped compacting core 41 as shown in FIG. 6 or a circle as shown in FIG. The dust core 51 having a groove with a notch formed in a part of the ring is also a dust core of the present invention. The manufacturing method of these dust cores 41 and 51 can be manufactured by compression molding in the same manner as the manufacturing method of the dust core 21 of the above-described embodiment except that the mold shape is different, or bulk molding It can also be manufactured by forming a body and cutting it. In these dust cores 41 and 51, the same effect as the dust core 21 of the embodiment described above can be obtained.
In particular, the J-shaped dust core 41 can be suitably used as a coil magnetic core provided in an electromagnetic induction heater (IH heater). As a schematic configuration of such an IH type heater, for example, a coil is disposed under a pot (object to be heated), and a J-shaped dust core 41 is disposed under the coil. In the IH type heater, the kettle is heated by the coil, but the IH type heater with improved heat generation efficiency is provided by providing the J-shaped dust core 41 of the present embodiment with a small core loss as the coil core. realizable.
[0098]
(Embodiment of radio wave absorber)
The radio wave absorber of the embodiment of the present invention is obtained by mixing the flat amorphous soft magnetic alloy powder of the present embodiment and an insulating material. The plurality of flat amorphous soft magnetic alloy powders added to the radio wave absorber are arranged in layers in the insulating material.
As the insulating material used here, a material that doubles as an insulating property and a binder is used, and a thermoplastic resin such as vinyl chloride, polypropylene, ABS resin, phenol resin, chlorinated polyethylene, silicon resin, or silicon rubber is selected. Among these thermoplastic resins, chlorinated polyethylene is particularly preferable from the viewpoint of processability.
This type of chlorinated polyethylene exhibits characteristics that can be considered as intermediate between polyethylene and polyvinyl chloride, and the chlorine content is, for example, 30 to 45%, the elongation is, for example, 420 to 800%, and the Mooney viscosity is 35. Those having characteristics such as ˜75 (Ms1 + 4: 100 ° C.) can be used.
In another form of the radio wave absorber of the present invention, at least the flat amorphous soft magnetic alloy powder of the present embodiment and a binder composed of a silicone elastomer are mixed and solidified into a sheet shape. It has been made.
Further, in addition to the flat amorphous soft magnetic alloy powder of the present embodiment and the resin as the binder, a lubricant composed of aluminum stearate may be added to the previous wave absorber, Furthermore, a silane coupling agent may be added.
[0099]
In the previous wave absorber, the flat amorphous soft magnetic alloy powder of the present embodiment is solidified with a resin as a binder, so the flat amorphous soft magnetic alloy powder of the present embodiment is The structure is dispersed inside the resin and arranged in layers in the resin.
Further, the other wave absorber is formed by solidifying and molding the flat amorphous soft magnetic alloy powder of the present embodiment together with a binder made of a silicone elastomer, and the flat amorphous material of the present embodiment. The soft magnetic alloy powder is dispersed and arranged in a layered manner in the binder, and it is particularly preferable that each flat amorphous soft magnetic alloy powder is insulated by a silicone elastomer.
As described above, since the flat amorphous soft magnetic alloy powder of this embodiment is insulated by the resin binder, the impedance of the radio wave absorber itself is increased, thereby suppressing the generation of eddy currents. The imaginary part μ ″ of complex permeability in the frequency band of several hundred MHz to several GHz (hereinafter referred to as “imaginary permeability μ”) can be increased in a wide range, and the electromagnetic wave suppression effect in the high frequency band can be improved. Can do.
[0100]
In the above radio wave absorber, a material using a thermoplastic resin as a binder has an imaginary permeability μ ″ at 1 GHz of 6 or more. When the imaginary permeability μ ″ is 6 or more, the GHz band This is preferable because the electromagnetic wave suppression effect at the top is improved and high-frequency radio waves can be effectively shielded. In addition, by selecting a soft binder, it is possible to obtain a soft wave absorber, such as a plate gum, which can be deformed freely with fingertip force. . For example, it has characteristics that are far more flexible and deformable than those using the aforementioned silicone elastomer as a binder.
In addition, in the above-described radio wave absorber, those using a silicone elastomer as a binder can obtain a imaginary permeability μ ″ at 1 GHz of 10 or more. The imaginary permeability μ ″ is 10 or more. It is preferable because the electromagnetic wave suppression effect in the GHz band is improved and high-frequency radio waves can be effectively shielded.
[0101]
Silicone elastomer and chlorinated polyethylene not only increase the impedance of the wave absorber, but also hold the shape of the wave absorber by binding the flat amorphous soft magnetic alloy powder of this embodiment. Moreover, since the silicone elastomer is excellent in compression moldability, a high-strength radio wave absorber can be formed even when solidified at room temperature. Furthermore, silicone elastomer and chlorinated polyethylene exhibit sufficient elasticity even inside the radio wave absorber, for example 1 × 10-6~ 50x10-6Even when an amorphous soft magnetic alloy powder having a magnetostriction constant of 1 is used, the strain can be relaxed, the internal stress of the radio wave absorber can be relaxed, and the imaginary permeability μ ″ can be increased.
[0102]
Note that when a lubricant made of aluminum stearate is added to the above-described resin, the flat amorphous soft magnetic alloy powder of the present embodiment is densely filled and the density of the radio wave absorber is improved. This increases the imaginary permeability μ ″.
Further, when a silane coupling agent is added to the above-described resin, the flat amorphous soft magnetic alloy powder of this embodiment and the silicone elastomer are strongly bonded by the silane coupling agent, and the flat amorphous soft magnetic alloy powder The silicone elastomer is uniformly coated on the surface of the substrate. As a result, the insulation between the flat amorphous soft magnetic alloy powders is enhanced and the imaginary permeability μ ″ is improved.
[0103]
In the radio wave absorber of this embodiment, since the flat amorphous soft magnetic alloy powder of this embodiment is arranged in layers in the insulating material, it can be closely packed in the radio wave absorber and between the flattened powders. In addition, the flattened powder has a larger aspect ratio than the amorphous soft magnetic alloy powder that remains substantially spherical, the impedance of the radio wave absorber itself increases, and eddy currents are generated. It is suppressed. Specifically, if the aspect ratio of the flat amorphous soft magnetic alloy powder is 1 or more, the contact between particles is reduced, the impedance of the radio wave absorber itself is increased, and the generation of eddy current is suppressed. The imaginary permeability μ ″ in the GHz band tends to be 6 or more, thereby improving the electromagnetic wave suppressing effect of the radio wave absorber.
If the aspect ratio of the flat amorphous soft magnetic alloy powder is 10 or more, the contact between the particles is further reduced, the rate of increase in the impedance of the radio wave absorber itself is increased, and the generation of eddy current is suppressed. The imaginary permeability μ ″ in the GHz band tends to be 10 or more, thereby improving the electromagnetic wave suppressing effect of the radio wave absorber.
The upper limit of the aspect ratio is preferably 800 or less. When the aspect ratio is 800 or less, the demagnetizing field of the flat amorphous soft magnetic alloy powder itself does not become excessive, and the real part μ ′ of the complex permeability in the low frequency band (hereinafter referred to as effective permeability μ ′). ) Is suppressed to a low level, and in contrast, the imaginary permeability μ ″ is likely to be 6 or more, and the electromagnetic wave suppression effect is improved.
The upper limit of the aspect ratio is more preferably 300 or less. If the aspect ratio is 300 or less, the demagnetizing field of the flattened particle itself is not excessively small, and the real part μ ′ of the complex permeability in the low frequency band (hereinafter referred to as effective permeability μ ′) is suppressed to a lower level. In contrast, the imaginary permeability μ ″ is likely to be 10 or more, and the electromagnetic wave suppression effect is further improved.
[0104]
The density of the wave absorber of this embodiment is 3.0 g / cm3The above is preferable. Density is 3.0g / cm3When the above is satisfied, the flat amorphous soft magnetic alloy powder is densely packed and the gaps between the flat particles are reduced. As a result, the imaginary permeability μ ″ in the GHz band tends to be 10 or more, and the electromagnetic wave suppressing effect is obtained. improves.
The higher the density of the radio wave absorber, the better. However, if the density is too high, the flat particles are packed too densely, the impedance of the radio wave absorber is reduced, eddy currents are generated, and the imaginary permeability μ ″ is lowered. The upper limit of the density of the absorber is 6.5 g / cm3It is preferable to set the following.
[0105]
The content of the flat amorphous soft magnetic alloy powder in the radio wave absorber of the present embodiment is preferably 30% by volume to 80% by volume. When the content of the flat amorphous soft magnetic alloy powder is 30% by volume or more, the amount of the magnetic material is sufficient, and the electromagnetic wave suppressing effect can be effectively exhibited. Further, if the content is 80% by volume or less, the alloy powders do not come into contact with each other and the impedance does not decrease, and the imaginary permeability μ ″ can be reliably maintained high and the electromagnetic wave suppressing effect can be effectively exhibited. .
The content of the silicone elastomer or chlorinated polyethylene is the remainder excluding the flat amorphous soft magnetic alloy powder.
[0106]
When the lubricant is added, it is preferably added in the range of 0.1% by weight to 5% by weight with respect to the radio wave absorber. Moreover, when adding a silane coupling agent, it is preferable to add in 0.1 to 2 weight% with respect to an electromagnetic wave absorber.
[0107]
According to the radio wave absorber of the present embodiment, the flattened amorphous soft magnetic alloy powder obtained by flattening the substantially spherical amorphous soft magnetic alloy powder exhibiting excellent soft magnetic characteristics is used. Since the insulating material can be densely packed, it is possible to improve the electromagnetic wave suppression effect in the frequency band of several hundred MHz to several GHz.
The radio wave absorber of the present embodiment is insulated from the flattened amorphous soft magnetic alloy powder produced by flattening the substantially spherical amorphous soft magnetic alloy powder of the present embodiment manufactured by the water atomization method. Since it is obtained by mixing with the material, mass productivity is excellent.
The flat amorphous soft magnetic alloy powder described above may be coated with water glass. When the flattened particles are coated with water glass, the insulation between the particles is further improved, the impedance of the radio wave absorber is further improved, and the imaginary permeability μ ″ in the high frequency band can be further increased, thereby suppressing the electromagnetic wave. Can be improved.
[0108]
The amorphous soft magnetic alloy powder used in the radio wave absorber of the present embodiment may mainly contain the flat amorphous soft magnetic alloy powder of the present embodiment. The spherical amorphous soft magnetic alloy powder of this embodiment may be used in place of the flat amorphous soft magnetic alloy powder. Also, the flat amorphous soft magnetic alloy powder of this embodiment and the spherical non-crystalline soft magnetic alloy powder may be used. It may be a mixture of crystalline soft magnetic alloy powder.
[0109]
【Example】
[Experimental example 1: FeCrPCB alloy]
Fe, Fe-C alloy, Fe-P alloy, B and Cr are weighed in predetermined amounts as raw materials, and these raw materials are put in a molten crucible of the high-pressure water spray apparatus shown in FIG. The molten alloy is dropped from the molten metal nozzle of the molten crucible, high pressure water is sprayed from the water spray nozzle of the water sprayer shown in FIG. 1 to make the molten alloy mist, and the molten mist is quenched in the chamber and softened. When producing magnetic alloy powder, manufacturing conditions were changed and various soft magnetic alloy powders (No. 1 to 3 soft magnetic alloy powders) were produced.
[0110]
The composition of the various soft magnetic alloy powders obtained is Fe75Cr2P13C5B5It was the composition which becomes.
In addition, the above Fe75Cr2P13C5B5As a result of analysis of the structure of various soft magnetic alloy powders having the following composition by the X-ray diffraction method, the X-ray diffraction pattern of each alloy powder shows a broad pattern. It turns out that it is composed. Therefore, it can be seen that even an alloy composed of Fe, Cr, P, C, and B can form an amorphous soft magnetic alloy powder composed of an amorphous phase.
In addition, the above Fe75Cr2P13C5B5Various soft magnetic alloy powders having the composition described above were observed with a scanning electron microscope (SEM) to examine the shape. The results are shown in Table 1.
The average particle size of the obtained soft magnetic alloy powder (D50Table 1 shows the results of examining the minimum value, maximum value, and average value of the tap density, specific surface area, oxygen concentration, and aspect ratio.
[0111]
Furthermore, DSC measurement (Differential scanning caloriemetry) of various soft magnetic alloy powders obtained is performed to measure glass transition temperature Tg, crystallization start temperature Tx, Curie temperature Tc and melting point Tm. The temperature intervals ΔTx and Tg / Tm of the cooling liquid were determined. These results are shown in Table 2. In addition, the temperature increase rate at the time of DSC measurement was 0.67 K / sec. In Table 2, Tm * indicates the melting temperature of the alloy.
Further, the saturation magnetization σs of the obtained various soft magnetic alloy powders was measured with a vibrating sample magnetometer (VSM). These results are also shown in Table 2.
[0112]
Next, with respect to 98.3 wt% of the obtained soft magnetic alloy powder, 1.4 wt% of a silicone resin as an insulating material and 0.3 wt% of zinc stearate as a lubricant were mixed and granulated. A granulated powder was obtained. These granulated powders were dried in the atmosphere at room temperature for 12 hours. Next, the dried granulated powder was classified, and a powder having a particle size in the range of 45 μm to 500 μm was selected and used in the subsequent step.
After a granulated powder having a particle size of 45 μm or more and 500 μm or less is filled in a WC mold shown in FIG. 3, using a press apparatus as shown in FIG. 4 with upper and lower punches 112 and 113 at atmospheric pressure and room temperature. The granulated powder was pressurized to a molding pressure (Ps) of 2000 MPa.
And heat treatment temperature TaWere heat-treated at 573 K (300 ° C.) to 723 K (450 ° C.) for 3600 seconds to produce various powder cores. The shape of the dust core was an annular shape having an outer diameter of 20 mm, an inner diameter of 12 mm, and a thickness of 7 mm.
The core loss (W) of the various powder cores obtained was measured. The core loss here is measured when the frequency is 100 kHz and the magnetic flux density is 0.1 T. The results are also shown in Table 2.
Further, the real part of the complex permeability (also referred to as effective permeability) μ ′ and DC superimposition characteristics (μ ′) of the various powder cores obtained.DC5500 ) Was measured. Here, μ ′ is measured at a frequency of 1 kHz, and μ ′DC5500Is DC bias magnetic field 5500 Am-1The effective permeability at this time is measured. The results are also shown in Table 2.
[0113]
[Table 1]
Figure 0003771224
[0114]
[Table 2]
Figure 0003771224
[0115]
From the results shown in Tables 1 and 2, No. The soft magnetic alloy powders of 1 to 2 were obtained in an irregular shape, and the average aspect ratio, D50It can be seen that the specific surface area and oxygen concentration are large and the tap density is small. Such no. It can be seen that the dust core produced using 1-2 soft magnetic alloy powders has a large core loss and a low direct current superposition characteristic. No. Since the soft magnetic alloy powders 1 and 2 have a high oxygen concentration, the thermal stability is considered to change.
In contrast, no. The soft magnetic alloy powder No. 3 has a substantially spherical shape, has a small specific surface area and oxygen concentration, a large tap density, and a No. 3 soft magnetic alloy powder. It can be seen that the saturation magnetization .sigma.s is also higher than those of 1-2. This No. No. 3 soft magnetic alloy powder was used to produce a compact core. It can be seen that the core loss can be greatly reduced and the DC superposition characteristics are improved as compared with the dust core produced using the soft magnetic alloy powders 1 and 2.
In Experimental Example 1, Fe75Cr2P13C5B5The average particle size (D50) Was 9.0 μm or more, it was found that the structure crystallized.
[0116]
(Experimental example 2)
Fe, Fe-C alloy, Fe-P alloy, Cr, B or B and Si are weighed in predetermined amounts, respectively, and these raw materials are put in the molten crucible of the high-pressure water spray device shown in FIG. The molten alloy is dropped from the molten metal crucible melt nozzle and high pressure water is sprayed from the water spray nozzle of the water sprayer shown in FIG. 1 to make the molten alloy mist. When producing the soft magnetic alloy powder by quenching, various soft magnetic alloy powders (No. 4 to 14 soft magnetic alloy powders) were produced by changing the production conditions.
[0117]
The composition of the obtained soft magnetic alloy powder is Fe100-t-yz-w-xPySitCzBwCrx(Wherein z is 1.2 to 7 atomic%, w is 5.6 to 8.7 atomic%, x is 1.96 atomic% to 2 atomic%, and y is 8.44 to 12.74 atomic%. , T was 0 to 4.87 atomic%). Note that v in the composition formula represents a composition ratio of P or a total composition ratio of P and Si.
In addition, the above Fe100-t-yz-w-xPySitCzBwCrxAs a result of analysis of the structure of various soft magnetic alloy powders having the following composition by the X-ray diffraction method, the X-ray diffraction pattern of each alloy powder shows a broad pattern. It turns out that it is composed. Therefore, it can be seen that an amorphous soft magnetic alloy powder composed of an amorphous phase can be formed even with an alloy composed of Fe, Cr, P, C, B or B and Si.
In addition, the above Fe100-y (-t) -zw-x(PyOr PySit) CzBwCrxVarious soft magnetic alloy powders having the composition described above were observed with a scanning electron microscope (SEM) to examine the shape. The results are shown in Table 3.
The average particle size of the obtained soft magnetic alloy powder (D50Table 3 shows the results of examining the minimum value, maximum value, and average value of the tap density, specific surface area, oxygen concentration, and aspect ratio.
[0118]
Furthermore, DSC measurement (Differential scanning caloriemetry) of the obtained various soft magnetic alloy powders is performed to measure the glass transition temperature Tg, the crystallization start temperature Tx, the Curie temperature Tc, and the melting point Tm. The temperature intervals ΔTx and Tg / Tm of the cooling liquid were determined. These results are shown in Table 4. In addition, the temperature increase rate at the time of DSC measurement was 0.67 K / sec. In Table 4, Tm * indicates the melting temperature of the alloy.
Further, the saturation magnetization σs of the various soft magnetic alloy powders obtained was measured in the same manner as in Experimental Example 1. These results are shown together in Table 4.
[0119]
Next, a granulated powder was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 except that the soft magnetic alloy powder obtained in Experimental Example 2 was used, and further, in the same manner as in Experimental Example 1 using these granulated powders. Various powder cores were manufactured.
The core loss (W) of the various powder cores obtained was measured in the same manner as in Experimental Example 1. The results are also shown in Table 4.
Further, the effective permeability (μ ′) and DC superposition characteristics (μ ′) of the various powder cores obtained.DC5500 ) Was measured in the same manner as in Experimental Example 1. The results are also shown in Table 4.
[0120]
[Table 3]
Figure 0003771224
[0121]
[Table 4]
Figure 0003771224
[0122]
From the results shown in Tables 3 and 4, No. It can be seen that the 4-12 soft magnetic alloy powders are substantially spherical.
No. It can be seen that the soft magnetic alloy powders 4 and 9 have a total composition ratio v of P and Si exceeding 15 atomic% and ΔTx is 46K or less.
On the other hand, when the composition ratio of P or the total composition ratio v of P and Si is 15 atomic% or less, No. In soft magnetic alloy powders of 5 to 8, ΔTx can be made larger when both P and Si are added than when P is added alone, and when both P and Si are added, the composition ratio It can be seen that the larger v is, the larger ΔTx can be and the amorphous phase forming ability can be improved. In Experimental Example 2, Fe70.85Cr2P12.29C4.65B7Si3.32The average particle size (D50) Was 9.0 μm or more, it was found that the structure crystallized.
[0123]
No. In soft magnetic alloy powders of 10 to 12, it can be seen that ΔTx can be increased as the amount of Si added is increased, and the amorphous phase forming ability can be improved.
Next, no. The soft magnetic alloy powder of No. 13 was obtained in an irregular shape, and the average aspect ratio, D50It can be seen that the specific surface area and oxygen concentration are large and the tap density is small. Such no. It can be seen that the dust core produced using the No. 13 soft magnetic alloy powder has a large core loss and poor DC superposition characteristics. No. Since the soft magnetic alloy powder No. 13 has a high oxygen concentration, it is considered that the thermal stability changes.
In contrast, no. The soft magnetic alloy powder No. 14 has a substantially spherical shape, has a small specific surface area and oxygen concentration, a large tap density, and a No. 14 soft magnetic alloy powder. It can be seen that the saturation magnetization .sigma. This No. No. 14 soft magnetic alloy powder was used to produce a compact core. It can be seen that the core loss can be greatly reduced and the DC superposition characteristics are excellent as compared with the dust core produced using 13 soft magnetic alloy powders.
[0124]
(Experimental example 3)
Fe, Fe-C alloy, Fe-P alloy, B, Si, Cr are weighed in predetermined amounts as raw materials, and these raw materials are put in a molten crucible of the high-pressure water spray device shown in FIG. Then, the molten alloy is dropped from the molten metal nozzle of the molten crucible and high pressure water is sprayed from the water spray nozzle of the water sprayer shown in FIG. 1 to atomize the molten alloy, and the molten molten alloy is rapidly cooled in the chamber. When producing the soft magnetic alloy powder, the production conditions were changed to produce various soft magnetic alloy powders (No. 15 to 21 soft magnetic alloy powders). In addition, No. The soft magnetic alloy powder No. 17 was left at room temperature for a long time after the powder formation.
[0125]
The composition of the obtained soft magnetic alloy powder is Fe78P9.23C2.2B7.7Si2.87Or Fe100-t-yz-w-xPySitCzBwCrx(Wherein z is 2.16 to 2.2 atomic%, w is 7.54 to 7.7 atomic%, x is 1 atomic% to 8 atomic%, and y is 9.04 to 9.23 atomic%. , T was 2.87 to 4.87 atomic%, and v was 12.1 to 13.91 atomic%). Note that v in the composition formula represents the total composition ratio of P and Si.
In addition, the above Fe78P9.23C2.2B7.7Si2.87Or Fe100-t-yz-w-xPySitCzBwCrxAs a result of analysis of the structure of various soft magnetic alloy powders having the following composition by the X-ray diffraction method, the X-ray diffraction pattern of each alloy powder shows a broad pattern. It turns out that it is composed. Therefore, it can be seen that even an alloy made of Fe, Cr or Al, P, C, B, Si can form an amorphous soft magnetic alloy powder made of an amorphous phase.
Fe78P9.23C2.2B7.7Si2.87Or Fe100-t-yz-w-xPySitCzBwCrxVarious soft magnetic alloy powders having the composition described above were observed with a scanning electron microscope (SEM) to examine the shape. The results are shown in Table 5.
The average particle size of the obtained soft magnetic alloy powder (D50Table 5 shows the results of examining the minimum value, maximum value, and average value of the tap density, specific surface area, oxygen concentration, and aspect ratio.
[0126]
Furthermore, DSC measurement (Differential scanning caloriemetry) of various soft magnetic alloy powders obtained is performed to measure glass transition temperature Tg, crystallization start temperature Tx, Curie temperature Tc and melting point Tm. The temperature intervals ΔTx and Tg / Tm of the cooling liquid were determined. These results are shown in Table 6. In addition, the temperature increase rate at the time of DSC measurement was 0.67 K / sec. In Table 6, Tm * indicates the melting temperature of the alloy.
Further, the saturation magnetization σs of the various soft magnetic alloy powders obtained was measured in the same manner as in Experimental Example 1. These results are also shown in Table 6.
[0127]
Next, a granulated powder was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 except that the soft magnetic alloy powder obtained in Experimental Example 3 was used, and further, in the same manner as in Experimental Example 1 using these granulated powders. Various powder cores were manufactured.
The core loss (W) of the various powder cores obtained was measured in the same manner as in Experimental Example 1. The results are also shown in Table 6.
Further, the effective permeability (μ ′) and DC superposition characteristics (μ ′) of the various powder cores obtained.DC5500 ) Was measured in the same manner as in Experimental Example 1. The results are also shown in Table 6.
[0128]
[Table 5]
Figure 0003771224
[0129]
[Table 6]
Figure 0003771224
[0130]
From the results shown in Tables 5 and 6, No. It can be seen that the 15-21 soft magnetic alloy powders are substantially spherical.
However, no. It can be seen that the soft magnetic alloy powder No. 15 has a high oxygen concentration, rust is generated, and the corrosion resistance is poor. No. No. 17 soft magnetic alloy powder has a large oxygen concentration and an average particle size (D50) Is small, and it can be seen that the core loss produced using this alloy powder has a large core loss.
In addition, the addition amount of Cr is 1 to 4 atomic% No. No. 16, 18-20 soft magnetic alloy powders No. 8 with 8 atomic% of Cr added. It can be seen that the saturation magnetization is larger than that of the 21 soft magnetic alloy powder. No. The reason why the saturation magnetization of the soft magnetic alloy powder No. 21 was decreased was that the Fe concentration was relatively decreased as the amount of Cr added was increased.
In addition, the addition amount of Cr is 1 to 4 atomic% No. In the soft magnetic alloy powders of 16, 18 to 20, ΔTx increases as the amount of Cr added increases, and it can be seen that the amorphous forming ability is improved.
[0131]
(Experimental example 4)
Fe, Fe-C alloy, Fe-P alloy, B, Si and Cr are weighed in predetermined amounts, respectively, and these raw materials are put in a molten crucible of the high-pressure water spray device shown in FIG. Then, the molten alloy is dropped from the molten metal nozzle of the molten crucible and high pressure water is sprayed from the water spray nozzle of the water sprayer shown in FIG. 1 to atomize the molten alloy, and the molten molten alloy is rapidly cooled in the chamber. When producing the soft magnetic alloy powder, the production conditions were changed to produce various soft magnetic alloy powders (No. 22 to 48 soft magnetic alloy powders).
[0132]
The composition of the obtained soft magnetic alloy powder is Fe74.43Cr1.96P9.04, C2.16B7.54Si4.87It was the composition which becomes.
In addition, the above Fe74.43Cr1.96P9.04C2.16B7.54Si4.87As a result of analysis of the structure of various soft magnetic alloy powders having the following composition by the X-ray diffraction method, the X-ray diffraction pattern of each alloy powder shows a broad pattern. It turns out that it is composed. Therefore, it can be seen that even an alloy composed of Fe, Cr, P, C, B, and Si can form an amorphous soft magnetic alloy powder composed of an amorphous phase. In FIG. The result of having analyzed the state of 23 soft-magnetic-alloy powder by a limited-field electron diffraction is shown.
Fe74.43Cr1.96P9.04C2.16B7.54Si4.87Various soft magnetic alloy powders having the composition described above were observed with a scanning electron microscope (SEM) to examine the shape. The results are shown in Tables 7 and 8. In FIG. The result of having observed 23 soft magnetic alloy powder by SEM is shown. In FIG. The result of having observed the structure | tissue state of 23 soft-magnetic alloy powder with the transmission electron microscope (TEM) is shown.
The average particle size of the obtained soft magnetic alloy powder (D50Table 7 and Table 8 show the results of examining the minimum value, maximum value, and average value of the tap density, specific surface area, oxygen concentration, and aspect ratio.
[0133]
Furthermore, DSC measurement (Differential scanning caloriemetry) of various soft magnetic alloy powders obtained is performed to measure glass transition temperature Tg, crystallization start temperature Tx, Curie temperature Tc and melting point Tm. The temperature intervals ΔTx and Tg / Tm of the cooling liquid were determined. These results are shown in Tables 9 and 10. In addition, the temperature increase rate at the time of DSC measurement was 0.67 K / sec. In Tables 9 and 10, Tm * indicates the melting temperature of the alloy.
Further, the saturation magnetization σs of the various soft magnetic alloy powders obtained was measured in the same manner as in Experimental Example 1. These results are shown in Tables 9 and 10 together.
[0134]
Next, a granulated powder was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 except that the soft magnetic alloy powder obtained in Experimental Example 4 was used. Further, in the same manner as in Experimental Example 1 using these granulated powders. Various powder cores were manufactured.
The core loss (W) of the various powder cores obtained was measured in the same manner as in Experimental Example 1. The results are shown in Tables 9 and 10. Further, the effective permeability (μ ′) and DC superposition characteristics (μ ′) of the various powder cores obtained.DC5500 ) Was measured in the same manner as in Experimental Example 1. The results are shown in Tables 9 and 10.
[0135]
[Table 7]
Figure 0003771224
[0136]
[Table 8]
Figure 0003771224
[0137]
[Table 9]
Figure 0003771224
[0138]
[Table 10]
Figure 0003771224
[0139]
From the results shown in Tables 7 to 10, No. 4 was obtained. It can be seen that the 22-48 soft magnetic alloy powders are substantially spherical.
However, no. 22 soft magnetic alloy powder has a specific surface area of 0.32m2It can be seen that the powder core produced using this soft magnetic alloy powder has a large core loss. No. 24 soft magnetic alloy powder has a tap density of 3.68 Mg / m3It can also be seen that the powder core produced using this soft magnetic alloy powder has a large core loss.
[0140]
On the other hand, D50Is larger than 4 μm and not larger than 45 μm, and the tap density is 3.7 Mg / m.3The specific surface area is 0.3m2/ G or less and a powder core produced using a soft magnetic alloy powder (No. 25, 26, 27, 32, 35, 39, 40, 42, 44, 45, 46) with an oxygen concentration of 3000 ppm or less is a core loss. (W) 450 kW / m3In addition, the effective permeability μ ′ is 58 to 71, and the direct current bar direct current superimposition characteristic μ ′.DC5500Can be 31.5 to 34.5.
D50Is larger than 4 μm and not larger than 16 μm, and the tap density is 4.0 Mg / m.3The specific surface area is 0.23m2/ G or less, and a dust core produced using soft magnetic alloy powder (No. 23, 28, 29, 30, 31, 33, 34, 36, 37, 38, 41) having an oxygen concentration of 2000 ppm or less is core loss. (W) is 250 kW / m3The effective permeability μ ′ is 61 to 70, and the DC superimposition characteristic μ ′DC5500Can be 32 to 34.
Further, from the SEM photograph of FIG. It can be seen that the soft magnetic alloy powder No. 23 is substantially spherical. In addition, this No. As can be seen from the diffraction spot distribution form of FIG. 8, the soft magnetic alloy powder No. 23 has a halo pattern peculiar to the amorphous state, and is understood to be composed of an amorphous phase. Further, from the TEM photograph of FIG. It can be seen that the soft magnetic alloy powder No. 23 has a uniform structure and no mixed crystal phase.
[0141]
(Experimental example 5)
Fe, Fe-C alloy, Fe-P alloy, B, Si, Cr and Al, Mo, or V are respectively weighed in predetermined amounts, and these raw materials are melted in the high-pressure water spray apparatus shown in FIG. It melts in a crucible, and the molten alloy is dropped from the molten metal nozzle of the molten crucible, and high pressure water is sprayed from the water spray nozzle of the water sprayer shown in FIG. When a soft magnetic alloy powder was prepared by rapidly cooling the molten alloy, various soft magnetic alloy powders (No. 50 to 57 soft magnetic alloy powders) were prepared by changing the production conditions.
[0142]
The composition of the obtained soft magnetic alloy powder is Fe100-t-yz-w-xPySitCzBwMx(Wherein z is 2.16 to 2.18 atomic%, w is 7.54 to 7.62 atomic%, x is 1 atomic% to 1.96 atomic%, and y is 7 to 9.14 atomic%. , T was 3.87 to 10 atomic%). Note that M in the composition formula represents Cr, Mo, or V.
In addition, No. No. 56 soft magnetic alloy powder is No. The composition is the same as that of No. 23, but the average particle size (D50), Average values of tap density, specific surface area, oxygen concentration, and aspect ratio are outside the scope of the present invention. No. 57 soft magnetic alloy powder is No. The composition is the same as that of No. 23, but the production conditions when producing by the water atomization method are different. More specifically, by reducing the water pressure during atomization, the cooling rate of the molten metal is also reduced, It becomes a powder in a mixed phase of amorphous and crystal.
In addition, the above Fe100-t-yz-w-xPySitCzBwMxAs a result of analyzing the structure of various soft magnetic alloy powders having the composition shown in FIG. 51, no. 53-No. The alloy powder No. 56 also shows a broad X-ray diffraction pattern and is composed of a structure composed of an amorphous phase. It was found that the X-ray diffraction pattern of 57 alloy powder showed a non-broad pattern. In FIG. The result of having analyzed the state of 57 soft-magnetic alloy powder by the limited-field electron diffraction is shown.
Therefore, in an alloy composed of Fe, Cr, P, C, B, Si, Mo or V, the average particle diameter (D50), The average value of the tap density, specific surface area, oxygen concentration, and aspect ratio is within the range of the present invention, and the amorphous soft phase comprising the amorphous phase is controlled by controlling the production conditions when producing by the water atomization method. It can be seen that magnetic alloy powders (No. 51, No. 53 to No. 56) can be formed.
Fe100-t-yz-w-xPySitCzBwMxVarious soft magnetic alloy powders having the composition described above were observed with a scanning electron microscope (SEM) to examine the shape. The results are shown in Table 11. In FIG. The result of having observed 56 soft magnetic alloy powder by SEM is shown. In FIG. The result of having observed 57 soft magnetic alloy powder by TEM is shown. The average particle size of the obtained soft magnetic alloy powder (D50Table 12 shows the results of examining the minimum value, maximum value, and average value of the tap density, specific surface area, oxygen concentration, and aspect ratio.
[0143]
Furthermore, DSC measurement (Differential scanning caloriemetry) of various soft magnetic alloy powders obtained is performed to measure glass transition temperature Tg, crystallization start temperature Tx, Curie temperature Tc and melting point Tm. The temperature intervals ΔTx and Tg / Tm of the cooling liquid were determined. These results are shown in Table 12. In addition, the temperature increase rate at the time of DSC measurement was 0.67 K / sec. In Table 12, Tm * indicates the melting temperature of the alloy.
Further, the saturation magnetization σs of the various soft magnetic alloy powders obtained was measured in the same manner as in Experimental Example 1. These results are shown in Table 12 together.
[0144]
Next, a granulated powder was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 except that the soft magnetic alloy powder obtained in Experimental Example 5 was used. Further, in the same manner as in Experimental Example 1 using these granulated powders. Various powder cores were manufactured.
The core loss (W) of the various powder cores obtained was measured in the same manner as in Experimental Example 1. The results are also shown in Table 12.
Further, the effective permeability (μ ′) and DC superposition characteristics (μ ′) of the various powder cores obtained.DC5500 ) Was measured in the same manner as in Experimental Example 1. The results are also shown in Table 12.
[0145]
As a conventional alloy powder generally known for comparison, a composition of Fe—Cr—Si—B (Fe73Cr2B15Si10Structure, shape, average particle diameter (D50), Tap density, specific surface area, oxygen concentration, aspect ratio, minimum value, maximum value, and average value were also measured in the same manner as in Experimental Example 1. These results are shown in Table 11 together. This No. The alloy powder of 52 is produced by a water atomization method. This No. The structure of the 52 alloy powder was found to have an amorphous phase and a crystalline phase.
No. The saturation magnetization σs of the alloy powder 52 was measured in the same manner as in Experimental Example 1. The results are also shown in Table 12. No. A granulated powder was produced in the same manner as in Experimental Example 1 except that the alloy powder of No. 52 was used. Further, a dust core was produced in the same manner as in Experimental Example 1 using these granulated powders. Core loss (W), effective permeability (μ ') and DC superposition characteristics (μ'DC5500 ) Was measured in the same manner as in Experimental Example 1. The results are also shown in Table 12.
[0146]
[Table 11]
Figure 0003771224
[0147]
[Table 12]
Figure 0003771224
[0148]
From the results shown in Tables 11 and 12, No. The alloy powder No. 52 has a substantially spherical shape, but its structure is composed of an amorphous phase and an amorphous phase. The core loss of the powder core produced using the alloy powder of 52 is 1000 kW / cm.3It was more than that.
Further, from the SEM photograph of FIG. The soft magnetic alloy powder No. 56 has an indeterminate shape. It can be seen that the dust core using 56 soft magnetic alloy powder has large core loss and poor DC superposition characteristics.
In addition, this No. As is apparent from the diffraction spot distribution form of FIG. 9, the 57 soft magnetic alloy powder has a plurality of spots corresponding to the crystal structure, and is composed of an amorphous phase and a crystalline phase. I understand that. Further, from the TEM photograph of FIG. It can be seen that the soft magnetic alloy powder No. 57 has a non-uniform structure and a mixture of a crystalline phase and an amorphous phase. Further, from the results of Tables 11 to 12, this No. It can be seen that the core loss using the 57 soft magnetic alloy powder has a large core loss.
In contrast, no. It can be seen that the soft magnetic alloy powders 51, 53, 54, and 55 have a substantially spherical shape, and the structure is composed of an amorphous phase (amorphous phase).
[0149]
(Experimental example 6)
The particle size and fluidity of the granulated powder were examined.
Here, the flowability was measured by changing the particle size of the granulated powder when flowing 50 g of the granulated powder into a hole having a diameter of 2.5 mm and passing through the hole (seconds). The granulated powder used here was 1.4% by weight of silicone resin as an insulating material and 0.3% of zinc stearate as a lubricant with respect to 98.3% by weight of the amorphous soft magnetic alloy powder of the embodiment. It is a mixture and granulated with wt%. The granulated powder thus produced has a particle size of less than 45 μm, 45 μm to 150 μm, 150 μm to 300 μm, 300 μm to 500 μm, more than 500 μm, 45 μm to 300 μm, 45 μm or more It classify | categorized into the thing of -500 micrometers or less, and used for the fluidity | liquidity test (JIS 2502-1958).
[0150]
As a result, when the particle size of the granulated powder is less than 45 μm, it does not flow, when it is 45 μm or more and 150 μm or less, 44.5 seconds, when it is 150 μm or more and 300 μm or less, 50.4 seconds, when it is 300 μm or more and 500 μm or less Was 61.8 seconds, and when it exceeded 500 μm, it did not flow.
Therefore, it is understood that the particle size of the granulated powder is preferably 45 μm or more and 500 μm or less, more preferably 45 μm or more and 300 μm or less, and further preferably 45 μm or more and 150 μm or less.
[0151]
(Experimental example 7)
The mixing amount (% by weight) of the granulated powder having a particle size of less than 45 μm in the total granulated powder and the fluidity were examined. The results are shown in FIG. Here, the fluidity is the time when the granulated powder is poured into a hole having a diameter of 2.5 mm, the mixing amount of the granulated powder having a particle diameter of less than 45 μm in 50 g of the total granulated powder is changed, and the time for passing through the hole. (Seconds) was measured. The granulated powder used here was 1.4% by weight of silicone resin as an insulating material and 0.3% by weight of zinc stearate as a lubricant with respect to 98.3% by weight of the amorphous soft magnetic alloy powder of the embodiment. % And mixed and granulated. The granulated powders thus produced were classified into those having a particle size of less than 45 μm and those having a particle size of more than 45 μm and less than 500 μm, and used for the fluidity test (JIS 2502-1958).
From the results shown in FIG. 5, the fluidity is 60 seconds or less when the mixing amount of the granulated powder having a particle size of less than 45 μm is 17% by weight or less of the total granulated powder, and the fluidity is 15% by weight or less. It can be seen that the flowability is excellent in 50 seconds or less.
[0152]
(Experimental example 8)
No. 1 prepared in Experimental Example 4 above. 23 soft magnetic alloy powder (composition is Fe74.43Cr1.96P9.04C2.16B7.54Si4.87) Was used in the same manner as in Experimental Example 1 above, and granulated powders were produced in the same manner as in Experimental Example 1 using these granulated powders.
For comparison, a granulated powder was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 except that Fe powder was used, and a powdered core (Comparative Example) was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 using these granulated powders. 1) was produced.
Further, for comparison, a granulated powder was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 except that Ni-Fe-Mo (Mo-based permalloy) powder conventionally used for a low-loss core was used. Further, using these granulated powders, a dust core (Comparative Example 2) was produced in the same manner as in Experimental Example 1. Further, a granulated powder was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 except that Fe-Al-Si (Sendust) powder was used, and a powdered core was produced in the same manner as in Experimental Example 1 using these granulated powders. (Comparative Example 3) was produced.
[0153]
The core loss (W), relative effective magnetic permeability (μ ′), and direct current superposition characteristics (μ ′) of various powder cores obtained were measured.
The core loss here is measured when the frequency (f) is constant at 100 kHz and the saturation magnetic flux density (Bm) is 10 to 100 mT.
The relative effective magnetic permeability is a relative value of the measurement result of the effective magnetic permeability (μ ′) when the frequency (f) is changed in the range of 1 to 1000 kHz.
The DC superposition characteristics are constant at a current of 1 mA and a frequency (f) of 100 kHz, and a DC bias magnetic field (Hm) of 0 to 8000 Am.-1The effective magnetic permeability (μ ′) when changed in the range is measured. The results are shown in FIGS.
Moreover, when the specific resistance ((rho)) of the obtained various powder cores was measured, the powder core of an Example is 307 kohm * cm, the powder core of the comparative example 2 is 0.5 ohm * cm, and the comparative example 3 The dust core was 1.7 kΩ · cm.
[0154]
From the result of FIG. The dust core of the example using 23 soft magnetic alloy powder used the powder core of the comparative example 1 using the powder of Fe, the powder of Ni-Fe-Mo, and the powder of Fe-Al-Si. It turns out that a core loss is low compared with Comparative Examples 2-3.
Moreover, although it is preferable that the core has a constant magnetic permeability in the range of the operating frequency, it is a comparative example using Fe powder or Ni—Fe—Mo powder in the range of 1 kHz to 1000 kHz (1 MHz) from the result of FIG. As the frequency of the powder cores 1 to 2 increases, the reduction rate of the effective permeability increases. In contrast, no. In the dust core of the example using the soft magnetic alloy powder of 23, the effective magnetic permeability is substantially constant at a frequency of 1 kHz to 1000 kHz, and the comparison using the Fe—Al—Si powder is performed in the above frequency range. The effective permeability is higher than that of the dust core of Example 3.
Further, when using the core, it is preferable that the magnetic permeability can be kept as constant as possible even when the DC bias magnetic field becomes large. From the result of FIG. 16, a comparison using Ni—Fe—Mo powder was made. It can be seen that the dust core of Example 2 is difficult to use because the effective permeability suddenly decreases as the magnetic field increases. On the other hand, the dust core of the example has an effective magnetic permeability even when the magnetic field is increased as in the dust cores of Comparative Example 1 and Comparative Example 3 using Fe powder or Fe—Al—Si powder. The rate of decline is small.
From these facts, the dust core of the example using the soft magnetic alloy powder of the present invention has a low core loss and can exhibit a certain permeability up to a high frequency, and the characteristics are stable when used as a core. And easy to use.
[0155]
(Experimental example 9)
No. produced in Experimental Example 4 above. A granulated powder was produced in the same manner as in Experimental Example 1 except that the substantially spherical soft magnetic alloy powder of No. 23 was used. Produced.
For comparison, No. 1 prepared in Experimental Example 5 was used. 56 amorphous soft magnetic alloy powder (composition is Fe74.43Cr1.96P9.04C2.16B7.54Si4.87) Was used in the same manner as in Experimental Example 1 above, and a powdered core (Comparative Example 4) was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 using these granulated powders.
The core loss (W), the initial effective magnetic permeability (μ ′), and the DC superposition characteristics (μ ′) were measured for the produced dust cores of Example and Comparative Example 4.
The core loss here is constant when the saturation magnetic flux density (Bm) is 0.1 T and is changed in the frequency (f) range of 10 to 200 kHz.
The initial effective magnetic permeability is obtained by measuring the effective magnetic permeability (μ ′) when the frequency (f) is changed in the range of 1 to 1000 kHz.
The DC superposition characteristics are constant at a current of 1 mA and a frequency (f) of 100 kHz, and a DC bias magnetic field (Hm) of 0 to 8000 Am.-1The effective magnetic permeability (μ ′) when changed in the range is measured. The results are shown in FIGS.
Moreover, the measurement result of the density (D) of the dust core of an Example and the comparative example 4 is shown in FIG.
[0156]
From the result of FIG. No. 23 using the soft magnetic alloy powder of the example No. 23 in the frequency range of 10 to 200 kHz. It can be seen that the core loss is low compared to the dust core of the example using 56 soft magnetic alloy powders.
Further, as described above, it is preferable that the core has a constant magnetic permeability in the range of the operating frequency, but from the result of FIG. 18, the powder core of Comparative Example 4 has a higher frequency in the range of 1 kHz to 1000 kHz. As the initial effective permeability decreases, the rate of decrease increases. On the other hand, the dust core of the example shows a substantially constant initial effective permeability in the above frequency range, and is easy to use when used as a core.
Further, from the results of FIG. 19, the effective permeability of Comparative Example 4 rapidly decreases as the applied magnetic field increases. On the other hand, the dust core of the example has a small decrease rate of the initial effective magnetic permeability even when the applied magnetic field is large, and 2500 Am-1  From the above, it can be seen that the initial effective magnetic permeability is larger than that of Comparative Example 4.
Further, from the results of FIG. 20, the density of the dust core of Comparative Example 4 is about 5.5 g / cm.3However, the density of the dust core of the example is about 6 g / cm.3It can be seen that the density is larger than that of Comparative Example 4.
From these facts, the powder cores of the example and the comparative example 4 use soft magnetic alloy powders having the same composition, but due to the difference in the shape of the alloy powders, the above characteristics are different, Therefore, it can be seen that the use of the substantially spherical soft magnetic alloy powder has a lower core loss, can exhibit a constant magnetic permeability up to a frequency of 1000 kHz, has stable characteristics when used as a core, and is easy to use.
[0157]
(Experimental example 10)
No. produced in Experimental Example 4 above. The substantially spherical soft magnetic alloy powder of 23 was put into an attritor, and pulverized and mixed with an attritor dial 4 for 12 hours to produce the flat soft magnetic alloy powder of the example. The flat amorphous soft magnetic alloy powder of the example produced here had a thickness in the range of about 0.3 to 1 μm and a major axis in the range of about 10 to 76 μm. FIG. 21 shows the result of observation of the produced flat soft magnetic alloy powder of the example by SEM. As shown in FIG. It can be seen that the flattened soft magnetic alloy powder No. 23 has a shape close to a disk and is uniform in size.
Next, 55% by weight of a silicone elastomer is mixed as a material that serves as an insulating property and a binder with respect to 45% by weight of the flat soft magnetic alloy powder of the example. Was made.
[0158]
Further, for comparison, No. 1 prepared in Experimental Example 5 was used. 56 amorphous soft magnetic alloy powders were put in an attritor, and pulverized and mixed for 16 hours with an attritor dial 10 to produce a flat soft magnetic alloy powder of a comparative example. Among the produced flat soft magnetic alloy powders of Comparative Examples, those having a diameter of 63 to 106 μm were classified. In FIG. 22, the result of having observed the flat type soft magnetic alloy powder of the comparative example classified by SEM is shown. From FIG. It can be seen that the flattened one of 56 soft magnetic alloy powders is broken apart and the size is not uniform.
Next, 55% by weight of a silicone elastomer as a material for insulating and binder is mixed with 45% by weight of the classified flat soft magnetic alloy powder of the comparative example, and solidified and formed into a sheet shape to absorb the electromagnetic wave of the comparative example. The body was made.
[0159]
The effective permeability (μ ′) and imaginary permeability (μ ″) when the frequency was changed in the range of 1 MHz to 1000 MHz were measured for the fabricated wave absorbers of the example and the comparative example. The results are shown in FIG.
From the result of FIG. The wave absorber of the example using the flattened powder of the substantially spherical soft magnetic alloy powder of No. 23 is No. 2 in the range of 2 MHz to 1000 MHz. It can be seen that the effective magnetic permeability is higher than that of the radio wave absorber of the comparative example using the powder obtained by flattening the 56 amorphous soft magnetic alloy powder. In addition, it can be seen that the radio wave absorber of the example has a higher imaginary magnetic permeability than the radio wave absorber of the comparative example in the range of 7 MHz to 1000 MHz, and has an excellent electromagnetic wave suppression effect, particularly at 20 MHz or higher. It can be seen that a value of “15” or more (maximum 18) can be obtained.
[0160]
【The invention's effect】
  As described above in detail, the amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention is a substantially spherical powder formed by a water atomization method,Average particle diameter of substantially spherical powder (D 50 44) . 32 μm or less, the tap density of the substantially spherical powder is 3 . 78Mg / m 3 As described above, the substantially spherical powder has an oxygen concentration of 2900 ppm or less, and the substantially spherical powder has a specific surface area of 0. . 28m 2 / G or less,
  Fe100-xyz-wtMxPyCzBwSitWhere M is one or more elements selected from Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf, Pt, Pd, and Au. X, y, z, w, and t indicating the ratio are 0.5 atomic% ≦ x ≦ 8 atomic%, 2 atomic% ≦ y ≦ 15 atomic%, 0 atomic% <z ≦ 8 atomic%, 1 atomic% ≦ Since w ≦ 12 atomic%, 4.37 atomic% ≦ t ≦ 8 atomic%, 70 atomic% ≦ (100−x−yz−w−t) ≦ 79 atomic%, high saturation magnetization and Combined with low core loss, the amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention can be manufactured by the water atomization method, so the manufacturing equipment can be enlarged, and the molten alloy can be pulverized with high-pressure water for mass production. The manufacturing cost can be reduced because it is not necessary to use expensive inert gas.
  Since this amorphous soft magnetic alloy powder is formed in a shape close to a spherical shape by the water atomization method, there are advantages that the bulk density is high and the unevenness of the surface is small.
  In the present invention, the average particle diameter (D50) Is 8.63 μm or more and 44.32 μm or moreUnderSome cases are preferred.
  According to the amorphous soft magnetic alloy powder having such a configuration, the core loss (W) when measured under the conditions of a frequency of 100 kHz and a magnetic flux density of 0.1 T is obtained.213kW / m3Can bePossibleAnd the real part μ ′ of the complex permeability up to a frequency of 1 MHz.60~70DC bias magnetic field 5500 Am-1DC superposition characteristics (μ ′DC5500) Can be made substantially constant at 30 to 34.5, so that it is possible to provide an amorphous soft magnetic alloy powder that is easy to use when used in a magnetic core.
  Further, in the present invention, if it is a dust core or a radio wave absorber using the above-mentioned amorphous soft magnetic alloy powder, a dust core or a radio wave absorber having the above-described excellent characteristics can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a high-pressure water spray apparatus used for producing an amorphous soft magnetic alloy powder of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a first embodiment of a dust core according to the present invention.
FIG. 3 is an exploded perspective view showing an example of a mold used for manufacturing the dust core of the present invention.
FIG. 4 is a schematic view of a main part of a discharge plasma sintering apparatus used when manufacturing the dust core of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the mixing amount of granulated powder having a particle size of less than 45 μm and fluidity.
FIG. 6 is a perspective view showing another embodiment of the dust core of the present invention.
FIG. 7 is a perspective view showing another embodiment of the dust core of the present invention.
FIG. It is a figure which shows the result of the electron beam diffraction of 23 soft magnetic alloy powder.
FIG. It is a figure which shows the result of the electron beam diffraction of 57 soft magnetic alloy powder.
FIG. It is a SEM photograph of 23 soft magnetic alloy powder.
FIG. It is a SEM photograph of 56 soft magnetic alloy powders.
FIG. It is a TEM photograph of 23 soft magnetic alloy powder.
FIG. It is a TEM photograph of 57 soft magnetic alloy powder.
FIG. 14 is a diagram showing measurement results of core loss of the dust cores of Examples and Comparative Examples 1 to 3.
FIG. 15 is a diagram showing measurement results of relative effective magnetic permeability of the dust cores of Examples and Comparative Examples 1 to 3.
FIG. 16 is a diagram showing measurement results of direct current superposition characteristics of dust cores of Examples and Comparative Examples 1 to 3.
FIG. 17 is a diagram showing measurement results of core loss of the dust cores of Examples and Comparative Example 4;
FIG. 18 is a diagram showing the measurement results of the initial effective magnetic permeability of the dust cores of Examples and Comparative Example 4;
FIG. 19 is a diagram showing measurement results of direct current superposition characteristics of the dust cores of Examples and Comparative Example 4;
20 is a diagram showing the measurement results of the density of the dust cores of Examples and Comparative Example 4.
FIG. 21 is a SEM photograph of the flat soft magnetic alloy powder of the example.
FIG. 22 is an SEM photograph of a flat soft magnetic alloy powder of a comparative example.
FIG. 23 is a diagram showing the frequency dependence of the effective permeability and imaginary permeability of the radio wave absorbers of the example and the comparative example.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... High pressure water spray apparatus, 2 ... Molten crucible, 3 ... Water sprayer, 4 ... Chamber, 5 ... Alloy molten metal, 6 ... Molten metal nozzle, 7 ... Introduction flow path, 8 ... Water injection nozzle, 10 ... High pressure water, 21 31, 41 ... compacted core, g ... high-pressure water flow, p ... spray point, [theta] ... water injection angle.

Claims (13)

水アトマイズ法により形成された略球状粉末であり、該粉末は、Feを主成分とし、P、C、B、Siを少なくとも含み、Cr、Mo、W、V、Nb、Ta、Ti、Zr、Hf、Pt、Pd、Auのうちの1種又は2種以上の元素をM元素として含み、下記の組成式で表され、ΔTx=Tx−Tg(ただしTxは結晶化開始温度、Tgはガラス遷移温度を示す。)の式で表される過冷却液体の温度間隔ΔTxが20K以上の非晶質相のみからなり、
前記略球状粉末の平均粒径(D 50 )が44 . 32μm以下、前記略球状粉末のタップ密度が3 . 78Mg/m 以上、前記略球状粉末は酸素濃度が2900ppm以下、前記略球状粉末は比表面積が0 . 28m /g以下であることを特徴とする非晶質軟磁性合金粉末。
Fe100−x−y−z−w−tSi
ただし、組成比を示すx、y、z、w、tは、0.5原子%≦x≦8原子%、2原子%≦y≦15原子%、0原子%<z≦8原子%、1原子%≦w≦12原子%、4.37原子%≦t≦8原子%、70原子%≦(100−x−y−z−w−t)≦79原子%である。
It is a substantially spherical powder formed by a water atomization method, and the powder contains Fe as a main component and contains at least P, C, B, Si, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ti, Zr, One or more elements of Hf, Pt, Pd, and Au are included as M element and represented by the following composition formula: ΔTx = Tx−Tg (where Tx is the crystallization start temperature and Tg is the glass transition) The temperature interval ΔTx of the supercooled liquid represented by the equation of
Said substantially spherical average particle size of the powder (D 50) is 44. 32 [mu] m or less, the generally tap density of the spherical powder is 3. 78Mg / m 3 or more, the substantially spherical powder has an oxygen concentration of 2900ppm or less, the substantially spherical powder amorphous soft magnetic alloy powder, wherein the specific surface area of 0. 28 m 2 / g or less.
Fe 100-x-y-z-wt M x P y C z B w S t
However, x, y, z, w, and t indicating the composition ratio are 0.5 atomic% ≦ x ≦ 8 atomic%, 2 atomic% ≦ y ≦ 15 atomic%, 0 atomic% <z ≦ 8 atomic%, Atomic% ≦ w ≦ 12 atomic%, 4.37 atomic% ≦ t ≦ 8 atomic%, 70 atomic% ≦ (100−x−yz−w−t) ≦ 79 atomic%.
前記略球状粉末はアスペクト比の平均が1以上、2.1以下であることを特徴とする請求項1記載の非晶質軟磁性合金粉末。  The amorphous soft magnetic alloy powder according to claim 1, wherein the average spherical powder has an average aspect ratio of 1 or more and 2.1 or less. 前記略球状粉末平均粒径(D50)が8.63μm以上、かつ44.32μm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の非晶質軟磁性合金粉末。Amorphous soft magnetic alloy powder according to claim 1 or 2 average particle diameter of the substantially spherical powder (D 50) is equal to or more than 8.63Myuemu, and is under 44.32μm following. 周波数100kHz、磁束密度0.1Tの条件でのコアロス(W)が213kW/m以下、周波数1MHzでの複素透磁率の実数部(μ')が6070、直流バイアス磁界5500A/mでの直流重畳特性(μ'DC5500)が30〜34.5であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の非晶質軟磁性合金粉末。The core loss (W) under a condition of a frequency of 100 kHz and a magnetic flux density of 0.1 T is 213 kW / m 3 or less, a real part (μ ′) of complex permeability at a frequency of 1 MHz is 60 to 70 , and a DC bias magnetic field is 5500 A / m. amorphous soft magnetic alloy powder according to any one of claims 1 to 3 in which DC bias characteristics (μ 'DC5500) is characterized in that it is a 30 to 34.5 of. 前記組成式中の組成比を示すy、z、w、tは、17原子%≦(y+z+w+t)≦29.5原子%なる関係を満たすことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の非晶質軟磁性合金粉末。Wherein y indicating the composition ratio in the composition formula, z, w, t is 17 atomic% ≦ (y + z + w + t) any one of claims 1-4, characterized in that satisfy ≦ 29.5 atomic% the relationship Amorphous soft magnetic alloy powder described in 1. 前記組成式中の組成比を示すx、y、z、w、tは、1原子%≦x≦4原子%、4原子%≦y≦14原子%、0原子%<z≦6原子%、2原子%≦w≦10原子%、4.37原子%≦t≦8原子%、72原子%≦(100−x−y−z−w−t)≦79原子%なる関係を満たすことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の非晶質軟磁性合金粉末。X, y, z, w, and t indicating the composition ratio in the composition formula are 1 atomic% ≦ x ≦ 4 atomic%, 4 atomic% ≦ y ≦ 14 atomic%, 0 atomic% <z ≦ 6 atomic%, 2 atom% ≦ w ≦ 10 atom%, 4.37 atom% ≦ t ≦ 8 atom%, 72 atom% ≦ (100−x−y−z−w−t) ≦ 79 atom% The amorphous soft magnetic alloy powder according to any one of claims 1 to 5 . 前記組成式中の組成比を示すx、y、z、w、tは、1原子%≦x≦3原子%、6原子%≦y≦11原子%、1原子%≦z≦4原子%、4原子%≦w≦9原子%、4.37原子%≦t≦7原子%、73原子%≦(100−x−y−z−w−t)≦78原子%なる関係を満たすことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の非晶質軟磁性合金粉末。X, y, z, w, and t indicating the composition ratio in the composition formula are 1 atomic% ≦ x ≦ 3 atomic%, 6 atomic% ≦ y ≦ 11 atomic%, 1 atomic% ≦ z ≦ 4 atomic%, 4 atom% ≦ w ≦ 9 atom%, 4.37 atom% ≦ t ≦ 7 atom%, 73 atom% ≦ (100−x−yz−w−t) ≦ 78 atom% are satisfied The amorphous soft magnetic alloy powder according to any one of claims 1 to 6 . 前記組成式中の組成比を示すtが4.37原子%≦t≦4.87原子%であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の非晶質軟磁性合金粉末。The amorphous soft magnetic alloy according to any one of claims 1 to 7 , wherein t indicating a composition ratio in the composition formula is 4.37 atomic% ≤ t ≤ 4.87 atomic%. Powder. 請求項1〜8のいずれか一項に記載の非晶質軟磁性合金粉末が扁平化されてなることを特徴とする扁平型非晶質軟磁性合金粉末。A flat amorphous soft magnetic alloy powder, wherein the amorphous soft magnetic alloy powder according to any one of claims 1 to 8 is flattened. 請求項1〜9のいずれか一項に記載の非晶質軟磁性合金粉末の複数又は単数と絶縁材と潤滑剤とが混合され、造粒してなる造粒粉末からなり、前記絶縁材が結着剤となって固化成形されてなることを特徴とする圧粉コア。A plurality or one of the amorphous soft magnetic alloy powders according to any one of claims 1 to 9, an insulating material and a lubricant are mixed and granulated powder, and the insulating material comprises A powder core characterized in that it is solidified as a binder. 粒径45μm以上500μm以下の造粒粉末の含有量が全造粒粉末の83重量%より大きいことを特徴とする請求項1記載の圧粉コア。Dust core according to claim 1 0, wherein the content of the granulated powder having a particle size of 45μm or 500μm or less being greater than 83% by weight of the total granulated powder. 粒径45μm未満の造粒粉末及び粒径500μmよりも大きい造粒粉末の含有量は、全造粒粉末の17重量%以下であることを特徴とする請求項11記載の圧粉コア。  12. The dust core according to claim 11, wherein the content of the granulated powder having a particle size of less than 45 μm and a granulated powder having a particle size of greater than 500 μm is 17% by weight or less of the total granulated powder. 請求項1〜8のいずれか一項に記載の非晶質軟磁性合金粉末又は請求項に記載の扁平型非晶質軟磁性合金粉末と、絶縁材とを混合してなる電波吸収体。A radio wave absorber formed by mixing the amorphous soft magnetic alloy powder according to any one of claims 1 to 8 or the flat amorphous soft magnetic alloy powder according to claim 9 and an insulating material.
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