JP4569066B2 - Soft magnetic material - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高い交流磁気特性が要求される用途に適用可能な、高い電気抵抗値を有する軟磁性体材料に関するものであり、特にモータコア(ロータコア、ステータコア等)に代表される磁路形成部材の材料として用いられる軟磁性体材料に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の、このような高抵抗軟磁性体材料としては、重量比でクロム3〜7%、ケイ素2.5〜3.5%、残部鉄からなる焼結軟磁性体材料がある(例えば、特許文献1参照。)。しかして、この焼結軟磁性体材料は、クロムと鉄の合金粉末を鉄粉末と混合して原料粉末となし、この原料粉末を成形・焼結することにより、作製される。
【0003】
【特許文献1】
特開平7−179983号公報 (第2〜3頁、表1)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、焼結性を向上させるためには合金粉末・鉄粉末の粒径を出来る限り小さくすることが要請されるが、この要請に応じると、成形性が悪くなり、焼結軟磁性体材料の強度が十分でなくなるという不具合が予見される。因みに、上記した特許文献1には、この焼結軟磁性体材料の電気抵抗値、磁束密度及び保磁力が優れている点は明記されているも、強度の点については沈黙している。
【0005】
それ故に、本発明は、十分な強度を備えた高抵抗軟磁性体材料を提供することを、その技術的課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために講じた手段は、請求項1記載のように、「重量比で、Cを2.0〜3.5%、Siを3.0〜5.5%、Bを0.03〜0.10%含み残部Feからなり、マトリックスはSiを含むフェライト系のFe基マトリックスにより構成され、該Fe基マトリックス中には、Mg及びCaを含む球状化処理剤を用いて球状化処理した球状黒鉛、コンパクト・バーミキュラ黒鉛(CV)、及びボロン若しくはボロン化合物が分散された軟磁性材料であって、該軟磁性材料中のCの重量%とSiの重量%の3分の1との和(CE値)は2以上であり、前記ボロン若しくはボロン化合物は、マトリックス組織中及びマトリックス組織の粒界部に存在している、軟磁性体材料」を構成したことである。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明をさらに詳しく説明するため以下に実施例を、比較例と共に挙げるが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【0008】
作製方法:
高純度の銑鉄(C含有4.0wt%)6Kgと、S25C19Kgと、加炭剤(C含有70wt%)680gと、フェロシリコン(Si含有70wt%)1150gとボロン源とを高周波炉に入れて溶解し、この溶解を元湯とする。
【0009】
球状化処理用のルツボには、球状化処理剤(東洋電化製TDCR-5/ Mg:4.8wt%、Si:46wt%、Ca:2.4wt%、残部:Fe/粒径:20mm)330gと、フェロシリコン(Si含有70wt%、残部:Fe)70gを入れ、その上に、110gの鉄粉を用いカバーする。
【0010】
球状化ルツボ内に、1600℃まで溶解した元湯を注ぎ、球状化反応をさせる。その後、自硬性の砂型(アルカリフェノールをバインダとして使用)に球状化処理後の溶解材料を、注湯する。注湯温度は、1450℃で、注湯時は、大阪特殊合金製のカルバロイ(FeーSi系)を用い、注湯流接種を行う。
【0011】
注湯後1時間してから、砂型をバラシ鋳物を取り出す。
【0012】
尚、砂型(鋳込み型)は、材料磁気特性、電気抵抗測定用のテストピース及び、モータ特性用の鉄心が取れるような型形状であるものを使用した。
【0013】
組成:
上記方法により、重量比で、Cを2.0%、Siを3.0%及びBを0.07%包含し、残部がFeからなり、基地中に球状黒鉛及びコンパクト・バーミキュラ黒鉛(CV黒鉛)を有している、軟磁性体材料が得られた。
【0014】
組織:
図2に、このような組成を持つ軟磁性体材料の顕微鏡写真を示す。この写真に示すように、実施例1の軟磁性体材料の組織においては、CV状黒鉛、球状黒鉛がマトリクス組織中に分散しており、ボロン化合物が粒界及びマトリクス組織中に析出している。マトリクスは、シリコンを含むフェライト系の鉄基マトリクスであるため、マトリクス部の軟磁気特性は優れたものになる。電気抵抗は、マトリクス中に分散したCV状黒鉛、球状黒鉛、ボロン化合物により高くなっている。強度は、球状化処理を行なうことで、引っ張り強度を確保することができる。
【0015】
特性:
上記した組成及び組織を持つ軟磁性体材料の磁気特性(磁束密度・実効透磁率)、体積抵抗率並びに引っ張り強度を測定した。しかして、磁気特性は、岩崎通信機(株)B−HアナライザーSY−8232を用いて、交流周波数400Hz、磁界が2000A/mという条件下で測定し、電気抵抗は4端子法にて測定を行った。また、引っ張り強度は、JIS Z2201 4号試験片を使用して、JIS Z2241の条件により、行った。その結果を図1に示すが、いずれも、優れた特性を示すものである。
【0016】
<実施例2>
重量比で、Cを2.3%、Siを3.4%及びBを0.03%包含し、残部がFeからなり、基地中に球状黒鉛及びコンパクト・バーミキュラ黒鉛を有している、軟磁性体材料を、実施例1と同様な方法で作製した。この実施例2にかかる軟磁性体材料は、図1に示すような特性がえられた。特性の測定は、実施例1での測定要領と同じである。
【0017】
<実施例3>
重量比で、Cを3.5%、Siを5.0%及びBを0.05%包含し、残部がFeからなり、基地中に球状黒鉛及びコンパクト・バーミキュラ黒鉛を有している、軟磁性体材料を、実施例1と同様な方法で作製した。この実施例3にかかる軟磁性体材料は、図1に示すような特性がえられた。特性の測定は、実施例1での測定要領と同じである。
【0018】
<実施例4>
重量比で、Cを3.5%、Siを5.0%及びBを0.10%包含し、残部がFeからなり、基地中に球状黒鉛及びコンパクト・バーミキュラ黒鉛を有している、軟磁性体材料を、実施例1と同様な方法で作製した。この実施例4にかかる軟磁性体材料は、図1に示すような特性がえられた。特性の測定は、実施例1での測定要領と同じである。
【0019】
<実施例5>
重量比で、Cを3.5%、Siを5.5%及びBを0.10%包含し、残部がFeからなり、基地中に球状黒鉛及びコンパクト・バーミキュラ黒鉛を有している、軟磁性体材料を、実施例1と同様な方法で作製した。この実施例5にかかる軟磁性体材料は、図1に示すような特性がえられた。特性の測定は、実施例1での測定要領と同じである。
【0020】
<比較例1>
樹脂分を重量比で0.6%包含する鉄粉成形体から軟磁性体材料を作製した。比較例1にかかる軟磁性体材料は、図1に示すような特性がえられた。特性の測定は、実施例1での測定要領と同じである。
【0021】
<比較例2>
厚さ3mmの3%ケイ素鋼板から軟磁性体材料を作製した。比較例2にかかる軟磁性体材料は、図1に示すような特性がえられた。特性の測定は、実施例1での測定要領と同じである。
【0022】
<比較例3>
重量比で、Cを2.0%及びSiを4.0包含し、残部がFeからなり、基地中に球状黒鉛を有している、軟磁性体材料を、実施例1と同様な方法で作製した。
この比較例3にかかる軟磁性体材料は、図1に示すような特性がえられた。特性の測定は、実施例1での測定要領と同じである。
【0023】
<比較例4>
重量比で、Cを2.3%及びSiを3.4包含し、残部がFeからなり、基地中に球状黒鉛を有している、軟磁性体材料を、実施例1と同様な方法で作製した。この比較例4にかかる軟磁性体材料は、図1に示すような特性がえられた。特性の測定は、実施例1での測定要領と同じである。
【0024】
<実施例・比較例の総括>
各実施例の軟磁性体は、図1の表の評価結果からも明らかな様に、CV状黒鉛、球状黒鉛がマトリクス組織中に分散しており、ボロン化合物が粒界及びマトリクス組織中(シリコンを含むフェライト系の鉄基マトリクス)に析出している。このことにより、モータコアとして必要な、体積抵抗率、磁気特性、強度の材料特性をバランスよく確保できている。各実施例の軟磁性体は、鋳造できる材料でこの材料特性を持っているため、ケイ素鋼鈑では、できないような3次元形状のコアの作製が可能となる。また、各実施例の軟磁性体は、強度が高い軟磁性材であるため、鉄粉成形体ではできないシャフトの圧入や、高温環境で高トルクを発生させるモータ作動条件での使用が可能となる。
【0025】
各実施例の軟磁性体料は、モータ、電磁バルブなどの電磁アクチュエータの磁路形成材料に用いることができる。モータ用としては、ロータコア、ステータコアなどに使用が可能である。モータとしては、ABSシステム用モータ、パワーステアリング用モータ、ワイパーモータ、ウインドレギュレータ用モータ、ドアロック用モータ、サンルーフ用モータなどの各種モータで使用が可能である。本発明に係る軟磁性材料は、溶解により材料が作られているため、高温環境や温度変化がある環境においても、強度、磁気特性の変化が少ないため、自動車での使用環境以上の温度環境下で使用することが可能である。
【0026】
【発明の効果】
本発明によれば、高抵抗で高強度の軟磁性体材料が得られるという、という実用上多大な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例及びその比較例の特性を示す図。
【図2】本発明の実施例2にかかる軟磁性体材料の組織を示す顕微鏡写真。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a soft magnetic material having a high electric resistance value that can be applied to applications requiring high AC magnetic characteristics, and in particular, a magnetic path forming member represented by a motor core (rotor core, stator core, etc.). The present invention relates to a soft magnetic material used as a material.
[0002]
[Prior art]
As such a conventional high-resistance soft magnetic material, there is a sintered soft magnetic material composed of 3 to 7% chromium, 2.5 to 3.5% silicon, and the balance iron (for example, patent) Reference 1). The sintered soft magnetic material is produced by mixing chromium and iron alloy powder with iron powder to form a raw material powder, and molding and sintering the raw material powder.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-179983 (Pages 2 and 3, Table 1)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to improve the sinterability, it is required to make the particle size of the alloy powder / iron powder as small as possible. However, if this requirement is met, the formability deteriorates and the sintered soft magnetic material The problem that the strength is insufficient is foreseen. Incidentally, in the above-mentioned Patent Document 1, it is clearly stated that the sintered soft magnetic material is excellent in electric resistance value, magnetic flux density and coercive force, but the strength is silent.
[0005]
Therefore, an object of the present invention is to provide a high-resistance soft magnetic material having sufficient strength.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The means taken to solve the problem described above, as in claim 1, wherein, in the "weight ratio, C and 2.0 to 3.5%, the Si 3 .0 to 5.5% and B The remaining Fe is contained in an amount of 0.03 to 0.10%, and the matrix is composed of a ferrite-based Fe-based matrix containing Si , and the Fe-based matrix is spherical using a spheroidizing agent containing Mg and Ca. -Modified spherical graphite, compact vermicula graphite (CV), and a soft magnetic material in which boron or a boron compound is dispersed, wherein one third of the weight percent of C and the weight percent of Si in the soft magnetic material (CE value) is 2 or more, and the boron or boron compound constitutes a “soft magnetic material that exists in the matrix structure and at the grain boundaries of the matrix structure”.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In order to describe the present invention in more detail, examples are given below together with comparative examples, but the present invention is not limited to these examples.
[0008]
Production method:
High purity pig iron (C content 4.0 wt%) 6Kg, S25C19Kg, carburizing agent (C content 70wt%) 680g, ferrosilicon (Si content 70wt%) 1150g and boron source are put in a high frequency furnace and melted And this dissolution is used as a hot spring.
[0009]
In the crucible for spheroidizing treatment, spheroidizing agent (TDCR-5 / Mg: 4.8 wt%, Si: 46 wt%, Ca: 2.4 wt%, balance: Fe / particle size: 20 mm) manufactured by Toyo Denka, 70 g of ferrosilicon (Si-containing 70 wt%, balance: Fe) is added, and 110 g of iron powder is covered thereon.
[0010]
Into the spheroidizing crucible, the hot water dissolved up to 1600 ° C. is poured to cause the spheroidizing reaction. Thereafter, the melted material after the spheroidizing treatment is poured into a self-hardening sand mold (using alkali phenol as a binder). The pouring temperature is 1450 ° C., and at the time of pouring, carballoy (Fe-Si system) made by Osaka Special Alloy is used, and pouring is inoculated.
[0011]
After 1 hour from pouring, the sand casting is taken out of the sand mold.
[0012]
In addition, the sand mold (casting mold) used was a mold shape that could take a test piece for measuring material magnetic properties and electrical resistance and an iron core for motor properties.
[0013]
composition:
According to the above method, 2.0% C, 3.0% Si and 0.07% B are included by weight, and the balance is Fe, and spherical graphite and compact vermicular graphite (CV graphite) are contained in the matrix. A soft magnetic material having) was obtained.
[0014]
Organization:
FIG. 2 shows a photomicrograph of a soft magnetic material having such a composition. As shown in this photograph, in the structure of the soft magnetic material of Example 1, CV-like graphite and spherical graphite are dispersed in the matrix structure, and boron compounds are precipitated in the grain boundaries and the matrix structure. . Since the matrix is a ferritic iron-based matrix containing silicon, the soft magnetic characteristics of the matrix portion are excellent. The electrical resistance is higher due to CV-like graphite, spheroidal graphite, and boron compound dispersed in the matrix. The strength can ensure the tensile strength by carrying out the spheroidization treatment.
[0015]
Characteristic:
The magnetic properties (magnetic flux density / effective permeability), volume resistivity, and tensile strength of the soft magnetic material having the composition and structure described above were measured. The magnetic properties were measured using a BH analyzer SY-8232 with Iwasaki Tsushinki Co., Ltd. under the conditions of an AC frequency of 400 Hz and a magnetic field of 2000 A / m, and the electrical resistance was measured by the 4-terminal method. went. Moreover, the tensile strength was performed using the JIS Z2201 No. 4 test piece according to the conditions of JIS Z2241. The results are shown in FIG. 1 and all show excellent characteristics.
[0016]
<Example 2>
In a weight ratio, C is 2.3%, Si is 3.4%, and B is 0.03%, the balance is Fe, and the base has spherical graphite and compact vermicula graphite. A magnetic material was produced in the same manner as in Example 1. The soft magnetic material according to Example 2 had the characteristics shown in FIG. The measurement of characteristics is the same as the measurement procedure in the first embodiment.
[0017]
<Example 3>
In a weight ratio, C is 3.5%, Si is 5.0% and B is 0.05%, the balance is Fe, and the base has spheroidal graphite and compact vermicular graphite. A magnetic material was produced in the same manner as in Example 1. The soft magnetic material according to Example 3 had the characteristics shown in FIG. The measurement of characteristics is the same as the measurement procedure in the first embodiment.
[0018]
<Example 4>
In a weight ratio, C is 3.5%, Si is 5.0% and B is 0.10%, the balance is Fe, and the base has spherical graphite and compact vermicular graphite. A magnetic material was produced in the same manner as in Example 1. The soft magnetic material according to Example 4 had the characteristics shown in FIG. The measurement of characteristics is the same as the measurement procedure in the first embodiment.
[0019]
<Example 5>
The weight ratio includes 3.5% C, 5.5% Si, and 0.10% B, the balance is Fe, and the base has spherical graphite and compact vermicula graphite. A magnetic material was produced in the same manner as in Example 1. The soft magnetic material according to Example 5 had the characteristics shown in FIG. The measurement of characteristics is the same as the measurement procedure in the first embodiment.
[0020]
<Comparative Example 1>
A soft magnetic material was prepared from an iron powder molded body containing a resin content of 0.6% by weight. The soft magnetic material according to Comparative Example 1 has the characteristics shown in FIG. The measurement of characteristics is the same as the measurement procedure in the first embodiment.
[0021]
<Comparative Example 2>
A soft magnetic material was produced from a 3% silicon steel plate having a thickness of 3 mm. The soft magnetic material according to Comparative Example 2 has the characteristics shown in FIG. The measurement of characteristics is the same as the measurement procedure in the first embodiment.
[0022]
<Comparative Example 3>
A soft magnetic material containing 2.0% C and 4.0% Si, the balance being Fe, and having spherical graphite in the matrix in the same manner as in Example 1 in a weight ratio. Produced.
The soft magnetic material according to Comparative Example 3 has the characteristics shown in FIG. The measurement of characteristics is the same as the measurement procedure in the first embodiment.
[0023]
<Comparative example 4>
In a weight ratio, a soft magnetic material containing 2.3% of C and 3.4 of Si, the balance being Fe, and having spherical graphite in the matrix was obtained in the same manner as in Example 1. Produced. The soft magnetic material according to Comparative Example 4 has the characteristics shown in FIG. The measurement of characteristics is the same as the measurement procedure in the first embodiment.
[0024]
<Overview of Examples and Comparative Examples>
In the soft magnetic material of each example, CV-like graphite and spherical graphite are dispersed in the matrix structure, as is apparent from the evaluation results in the table of FIG. In a ferritic iron-based matrix containing). As a result, the material properties of volume resistivity, magnetic properties, and strength necessary for the motor core can be secured in a well-balanced manner. Since the soft magnetic material of each example is a material that can be cast and has this material property, it is possible to produce a core having a three-dimensional shape that is not possible with a silicon steel plate. Moreover, since the soft magnetic material of each Example is a soft magnetic material with high intensity | strength, it becomes possible to use in the motor operation | movement conditions which generate | occur | produce the high-torque in the press injection of the shaft which cannot be performed with an iron powder molded body, and a high temperature environment. .
[0025]
The soft magnetic material of each embodiment can be used as a magnetic path forming material for electromagnetic actuators such as motors and electromagnetic valves. For motors, it can be used for rotor cores, stator cores, and the like. As the motor, various motors such as an ABS system motor, a power steering motor, a wiper motor, a window regulator motor, a door lock motor, and a sunroof motor can be used. Since the soft magnetic material according to the present invention is made by melting, there is little change in strength and magnetic characteristics even in a high temperature environment or an environment with temperature change. Can be used.
[0026]
【The invention's effect】
According to the present invention, there is a great practical effect that a soft magnetic material having high resistance and high strength can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing characteristics of an embodiment of the present invention and a comparative example thereof.
FIG. 2 is a photomicrograph showing the structure of a soft magnetic material according to Example 2 of the present invention.
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