JP4675657B2

JP4675657B2 - 圧粉磁心の製造方法

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Publication number: JP4675657B2
Application number: JP2005085744A
Authority: JP
Inventors: 賢治浅見; 千生石原; 一夫浅香
Original assignee: Kyocera Chemical Corp; Hitachi Powdered Metals Co Ltd
Current assignee: Kyocera Chemical Corp; Resonac Corp
Priority date: 2004-03-31
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2025-03-24
Also published as: JP2005317937A

Description

本発明は、イグニッションコイル、インジェクタコア等の電装部品や、一般産業用あるいは自動車用のモータコア等の商用周波数〜中周波数領域での使用に好適な圧粉磁心の製造方法に関する。

上記のような用途に用いられる圧粉磁心は、高磁束密度であることは勿論のこと、商用周波数（５０〜６０Ｈｚ程度）〜中周波数領域（数百Ｈｚ〜数ｋＨｚ程度）の周波数領域において低鉄損であることに加え、これらの磁気部品は応答性が重要であることから高透磁率を有することが求められている。

鉄損Ｗは、下記数式（１）に示す磁心の比抵抗（固有抵抗）と関係の大きい渦電流損Ｗeと、下記数式（２）に示す軟磁性粉末の製造の過程およびその後のプロセス履歴から生じる軟磁性粉末内の歪みに影響を受けるヒステリシス損Ｗhとからなり、鉄損Ｗは下記数式（３）のように渦電流損Ｗeとヒステリシス損Ｗhの和で示すことができる。数式（１）〜（３）中、ｆは周波数、Ｂmは励磁磁束密度、ρは固有抵抗値、ｔは材料の厚み、ｋ_１，ｋ_２は係数である。

Ｗe＝(ｋ_１Ｂm^２ｔ^２／ρ)ｆ^２ ……（１）
Ｗh＝ｋ_２Ｂm^１.６ｆ ……（２）
Ｗ＝Ｗe＋Ｗh＝(ｋ_１Ｂm^２ｔ^２／ρ)ｆ^２＋ｋ_２Ｂm^１.６ｆ ……（３）

数式（１）〜（３）から、渦電流損Ｗeは周波数ｆの二乗に比例して大きくなり、特に、高周波領域での特性を向上、すなわち鉄損Ｗを低下させるためには、渦電流損Ｗeの抑制が不可欠である。渦電流損Ｗeを下げるには渦電流を小領域に閉じこめて比抵抗値ρを高くする必要がある。そのために、磁性粉末を圧縮により成形し、かつ、個々の磁性粉末粒子が絶縁された構成の圧粉磁心とすると比抵抗値ρが高く効果が高い。

このような圧粉磁心において、絶縁が不十分であると比抵抗値ρが低下して渦電流損Ｗeが大きくなる。このため、従来の圧粉磁心は、特に高周波数領域での渦電流損Ｗeの抑制の観点から、軟磁性粉末を絶縁処理して軟磁性粉末の表面に電気絶縁層を形成した粉末を用い、その電気絶縁層が形成された軟磁性粉末に結合材および絶縁材として樹脂を混合した後、圧縮成形して製造されている。（特許文献１等）

一方、絶縁性を高めるために絶縁被膜を厚くすると、磁心中の磁性粉末粒子の占める容積の割合が低下し、磁束密度が低下することとなる。また、磁束密度を高めるために磁性粉末の圧縮成形を高圧で行って圧粉磁心の密度を大きくすると、圧縮成形時に磁性粉末に残留する圧縮応力が増大し、ヒステリシス損Ｗhが大きくなって鉄損Ｗの増大を招くこととなる。

高周波数領域では渦電流損Ｗeが増大することにより、鉄損Ｗに占めるヒステリシス損Ｗhの割合が相対的に小さくて済むため、従来はこの渦電流損Ｗeの低減にのみ着目して改良がなされてきた。しかし、低〜中周波数領域においては渦電流損Ｗeがそもそも小さいこと、およびそのため絶縁が完全に行えることからさらに渦電流損Ｗeが低減できることにより、鉄損Ｗに対するヒステリシス損Ｗhの影響が大きく、低〜中周波数領域において鉄損Ｗを低減するためにはヒステリシス損Ｗhを減少させることが重要となる。このヒステリシス損Ｗhの低減については、従来、圧粉磁心では、ほとんど考慮されていなかったのが実情である。

このヒステリシス損Ｗhの増加は、圧縮成形時の軟磁性粉末に蓄積される残留圧縮応力により透磁率μmが低下することが原因であり、上記の残留圧縮応力により、透磁率μmの低下、すなわち磁性部品の高速応答性の低下といった問題も発生する。このため、従来の圧粉磁心では透磁率μmが２００〜５００程度と低いものしか得られず、磁性部品としての高速応答性が低いことから、その適用が限定されたものとなっている。

このような状況の下、平均粒径が１０〜１５０μｍの軟磁性粉末に、耐熱性を有する平均粒径が０．１〜１０μｍの酸化物粉末を体積比で１〜１０％混合して軟磁性粉末の表面に酸化物粉末をまぶした粉末を、所定形状に圧縮成形後加熱することにより、軟磁性粉末の表面に前記酸化物粉末の絶縁層を形成した圧粉磁心が提案されている（特許文献２）。これは樹脂の添加を廃し、絶縁性の確保を耐熱性を有する酸化物粉末のみとすることで、圧縮成形後の加熱温度を高くして、圧縮成形時に軟磁性粉末に蓄積された残留圧縮応力を開放して透磁率μmを高め、ヒステリシス損Ｗhを低減することを骨子とする。
特開平１１−２５１１３１号公報特開２００３−３３２１１６号公報

上記の特許文献２の圧粉磁心は、絶縁性の確保を酸化物粉末のみに頼るため、その絶縁性は酸化物粉末を均一かつ完全に被覆することが必要であるが、軟磁性粉末表面に酸化物粉末を均一かつ完全に被覆することは難しく、またその被覆にもバラツキが生じやすいため、絶縁性を完全に確保することができないで渦電流損Ｗeが思ったほど低減しないという問題、および得られる絶縁性のバラツキが大きく、製品毎の渦電流損Ｗeの値が一定しないという問題がある。また、樹脂を用いないことから軟磁性粉末の結合も弱く、強度的にかなり低いものしか得られず、その適用が極端に限定されるという問題もある。

その一方で、従来の特許文献１の圧粉磁心では、樹脂の耐熱性が低く、圧縮成形時に軟磁性粉末に蓄積された残留圧縮応力を開放できるような高温で加熱処理すると、樹脂が劣化してしまい、絶縁性が損なわれて渦電流損Ｗeが却って高くなるという問題がある。また樹脂の劣化により、圧粉磁心の強度は極端に低下することとなり、通常の圧粉磁心の１／２〜１／３程度まで強度が低下することとなる。

上記のような低い強度、もしくは強度の低下した圧粉磁心では、イグニッションコイル、インジェクタコア等の電装部品や、一般産業用あるいは自動車用のモータコア等に適用した際に、搬送あるいは組み付け時に破壊したり、運転中の回転力（遠心力）により破壊したりするため、工業製品として使用できない。

本発明は、鉄粉等の軟磁性粉末粒子の占積率を高めて磁束密度を向上させるのは無論のこと、軟磁性粉末表面に電気絶縁層を完全に形成して渦電流損Ｗeを小さく抑えつつ、かつヒステリシス損Ｗhを減少させて、特に低〜中周波数領域において鉄損Ｗを低下させるとともに、高速応答を実現するための高い透磁率μm と、実製品として問題のない高い機械的強度を兼ね備えた、全周波数領域、特に低〜中周波数領域での使用に好適な圧粉磁心の製造方法を提供することを目的としている。

本発明の圧粉磁心の製造方法は、リン酸塩化合物被膜を表面に施した軟磁性粉末に、０．０１〜２質量％の５％質量減少開始温度が５００℃以上の樹脂組成物粉末を混合した粉末混合物を、金型で圧縮成形した後、得られた成形体を４００〜５８０℃で加熱処理するとともに、前記樹脂組成物粉末が、下記一般式（１）で表されるポリイミド粉末、または下記一般式（１）で表されるポリイミド粉末と５質量％以下の下記一般式（２）で示されるポリマレイミド粉末との粉末混合物であることを特徴とする。

ここで、下記一般式（１）において、Ｒ^１は４価の芳香族基、脂肪族基、または複数の芳香族基、脂肪族基が単結合、−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＳＯ_２−、−ＣＨ_２−、−Ｃ（ＣＦ_３）_２−で結合された４価の有機基であり、Ｒ^２は２価の芳香族基、脂肪族基、または複数の芳香族基、脂肪族基が単結合、−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＳＯ_２−、−ＣＨ_２−、−Ｃ（ＣＦ_３）_２−で結合された２価の有機基であり、そしてｎは１以上の整数、である。また、下記一般式（２）において、ｎは、２以上の整数であり、Ｒは炭素数２以上のｎ価の基、または、脂肪族、芳香族、脂環式および複素環式残基の何れかである。

本発明の圧粉磁心で用いる樹脂組成物は、５％質量減少開始温度が５００℃以上の樹脂組成物で、熱分解温度が５００℃を超えるものであるから、この樹脂組成物とリン酸塩化合物被膜を表面に施した軟磁性粉末との粉末混合物を圧縮成形した際に、軟磁性粉末に蓄積される残留圧縮応力が、圧縮成形後の加熱を４００〜５８０℃で行うことにより除去され、透磁率μmを高くするとともに、ヒステリシス損Ｗhを減少させることが可能となる。また、軟磁性粉末間にこのような樹脂組成物が、０．０１〜２質量％介在することにより絶縁も完全に行われ渦電流損Ｗeを小さく抑えることができる。これらのため鉄損Ｗも小さく抑制することができる。

さらに、上記のように軟磁性粉末間に樹脂組成物が介在することにより強度も確保されると共に、樹脂組成物の量も０．０１〜２質量％であることから、軟磁性粉末の占積率も十分高めることができて高い磁束密度を得ることができる。

したがって本発明の圧粉磁心は、イグニッションコイル、インジェクタコア等の電装部品や、一般産業用あるいは自動車用のモータコア等の商用周波数〜中周波数領域で使用される磁気部品に特に好適なものである。

本発明において用いる樹脂組成物は、ＴＧ−ＤＴＡ等で測定される５％質量減少開始温度が５００℃以上のものである。ＴＧ−ＤＴＡは、まずＤＴＡ（Ｄifferential ＴhermalＡnalysis：示差熱分析）で、試料および基準物質を熱的に均一な電気炉中に載置して一定速度で加熱・冷却し、各試料の温度差を熱電対で検出、増幅して示差熱曲線を測定すると同時に、ＴＧ（ＴhermoＧravimetry：熱重量測定）すなわち温度変化に伴う試料の重量変化を測定する方法である。この測定方法による５％質量減少開始温度は、樹脂組成物を昇温しながら重量減少を測定し、重量減が５質量％に達したときの温度を示し、樹脂が分解を開始し、本来の樹脂が有している強度、絶縁性等が維持できなくなる温度を示す指標である。

したがって、ＴＧ−ＤＴＡ等で測定される５％質量減少開始温度が５００℃以上の樹脂組成物であれば、樹脂組成物の耐熱性が５００℃を超えるものとなり、これを用いた圧粉磁心を５００℃まで加熱しても樹脂が劣化することなく、良好な電気絶縁性と機械的特性を維持する圧粉磁心を得ることが可能となる。

このような樹脂組成物としては、次の一般式（１）で示されるポリイミドがある。ここで、Ｒ^１は４価の芳香族基、脂肪族基、または複数の芳香族基、脂肪族基が単結合、−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＳＯ_２−、−ＣＨ_２−、−Ｃ（ＣＦ_３）_２−等で結合された４価の有機基であり、Ｒ^２は２価の芳香族基、脂肪族基、または複数の芳香族基、脂肪族基が単結合、−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＳＯ_２−、−ＣＨ_２−、−Ｃ（ＣＦ_３）_２−等で結合された２価の有機基であり、そしてｎは１以上の整数である。

Ｒ^１骨格となる酸成分は、例えば、ピロメリット酸、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸、２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、４，４’−オキシジフタル酸、３，３’，４，４’−ジフェニルスルフォンテトラカルボン酸、２，２’−ビス（３，４−ジカルボキシルフェニル）ヘキサフルオロプロパン、２，３，６，７−ナフタレンテトラカルボン酸、１，２，５，６−ナフタレンテトラカルボン酸、１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸、１，２，３，４−シクロブタンテトラカルボン酸、１，２，３，４−ブタンテトラカルボン酸、１，２，４，５−シクロペンタンテトラカルボン酸、１，２，４，５−シクロヘキサンテトラカルボン酸、３，３’，４，４’−ビシクロヘキシルテトラカルボン酸、２，３，５−トリカルボキシシクロペンチル酢酸、３，４−ジカルボキシ−１，２，３，４−テトラヒドロナフタレン−１−コハク酸の無水物が挙げられ、これらは単独で、または２種類以上混合して使用することができる。

Ｒ^２骨格となるジアミン成分としては、例えば、メタフェニレンジアミン、パラフェニレンジアミン、２，４−ジアミノトルエン、２，５−ジアミノトルエン、２，６−ジアミノトルエン、３，５−ジアミノトルエン、１−メトキシ−２，４−ジアミノベンゼン、１，４−ジアミノ−２−メトキシ−５−メチルベンゼン、１，３−ジアミノ−４，６−ジメチルベンゼン、３，５−ジアミノ安息香酸、２，５−ジアミノ安息香酸、１，２−ジアミノナフタレン、１，４−ジアミノナフタレン、１，５−ジアミノナフタレン、１，６−ジアミノナフタレン、１，７−ジアミノナフタレン、１，８−ジアミノナフタレン、２，３−ジアミノナフタレン、２，６−ジアミノナフタレン、１，４−ジアミノ−２−メチルナフタレン、１，５−ジアミノ−２−メチルナフタレン、１，３−ジアミノ−２−フェニルナフタレン、２，２−ビス（４−アミノフェニル）プロパン、１，１−ビス（４−アミノフェニル）エタン、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、３，３’−ジメチル−４，４’−ジアミノジフェニルメタン、３，３’，５，５’−テトラメチル−４，４’−ジアミノジフェニルメタン、３，３’−ジメチル−５，５’−ジエチル−４，４’−ジアミノジフェニルメタン、３，３’，５，５’−テトラエチル−４，４’−ジアミノジフェニルメタン、４，４’−メチレンビス（シクロヘキシルアミン）、４，４’−メチレンビス（３，３’−ジメチル−シクロヘキシルアミン）、２，４’−ジアミノジフェニルスルフィド、４，４’−ジアミノジフェニルスルフィド、３，３’−ジアミノジフェニルスルフォン、４，４’−ジアミノジフェニルスルフォン、４，４’−ジアミノベンズアニリド、３，３’−ジアミノジフェニルエ−テル、３，４’−ジアミノジフェニルエ−テル、４，４’−ジアミノジフェニルエ−テル、ビス（４−アミノフェニル）ジエチルシラン、ビス（４−アミノフェニル）ジフェニルシラン、ビス（４−アミノフェニル）−Ｎ−メチルアミン、ビス（４−アミノフェニル）−Ｎ−フェニルアミン、３，３’−ジアミノベンゾフェノン、４，４’−ジアミノベンゾフェノン、４，４’−ジアミノビフェニル、３，３’−ジアミノビフェニル、３，３’−ジメチル−４，４’−ジアミノビフェニル、３，３’−ジメトキシ−４，４’−ジアミノビフェニル、３，３’−ジヒドロキシ−４，４’−ジアミノビフェニル、ｏ−トルイジンスルフォン、４，４’−ビス（４−アミノフェノキシ）ビフェニル、２，２−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］プロパン、ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］エ−テル、ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］スルフォン、ビス［４−（３−アミノフェノキシ）フェニル］スルフォン、１，４−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、１，３−ビス（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、９，１０−ビス（４−アミノフェニル）アントラセン、９，９−ビス（４−アミノフェニル）フルオレン、２，２−ビス（４−アミノフェニル）ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス（３−アミノフェニル）ヘキサフルオロプロパン、１，１−ビス（４−アミノフェニル）−１−フェニル−２，２，２−トリフルオロエタン、２，２−ビス（３−アミノ−４−ヒドロキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス（３−アミノ−４−メチルフェニル）ヘキサフルオロプロパン、２，２−ビス［４−（４−アミノフェノキシ）フェニル］ヘキサフルオロプロパン等が挙げられ、これらは単独、または２種類以上混合して使用することができる。

一般式（１）で示されるポリイミドは、例えばその前駆体であるポリアミド酸の閉環反応により得られる。ポリイミド前駆体は、Ｒ^１骨格を持つ酸性分とＲ^２骨格を持つ化合物の重縮合反応により得られる。例えば、Ｒ^１骨格を持つ酸二無水物とＲ^２骨格を持つジアミンをＮ−メチルピロリドン、γ−ブチロラクトン等の反応溶媒を用いて常温で行うのが好ましい。これらの反応溶媒は単独、もしくは複数を組み合わせて使用することができる。

得られたポリイミド前駆体は、脱水環化させてイミド化する。脱水環化法としては、（イ）ポリイミド前駆体の溶液を加熱し、副生する水を共沸留去する方法、（ロ）ポリイミド前駆体の溶液に脱水剤および脱水環化触媒を添加し、必要に応じて加熱して、反応させる方法等が挙げられる。前記（イ）においては、副生する水の除去を容易とするため、水と共沸し、特に反応系外で水と容易に分離し得る成分、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素系溶媒を脱水剤として存在させることができる。また、反応温度は通常５０℃〜４００℃、好ましくは１００℃〜２５０℃である。この場合、反応温度が５０℃未満では、脱水環化反応が十分に進行せず、一方４００℃を超えると、得られるイミド化物の分子量が低下するおそれがある。

次に、（ロ）において、脱水剤として、例えば、無水酢酸、無水プロピオン酸、無水トリフルオロ酢酸等の酸無水物を用いることができる。これらは、イミド前駆体の繰り返し単位１モルに対して０．０１〜２０モルが好ましい。また、脱水環化触媒として、例えば、ピリジン、コリジン、ルチジン、トリエチルアミン等の第三級アミン類を用いることができるが、こられは限定されるものではない。これらの使用量は、使用する脱水剤１モルに対して０．０１〜１０モルが好ましい。また、反応温度は、通常０℃〜１８０℃、好ましくは１０〜１５０℃である。

上記の一般式（１）で示されるポリイミドは、単体で用いてもよいが、ＴＧ−ＤＴＡ等で測定される５％質量減少開始温度が５００℃以上となる範囲で、上記の一般式（１）で示されるポリイミドに、他の樹脂を混合させ使用することができる。例えば、次の一般式（２）で示されるポリマレイミド等と併用すると樹脂粘度の調整や接着性の調整等の点で効果がある。ここで、ｎは、２以上の整数であり、Ｒは炭素数２以上のｎ価の基である。また、Ｒは、脂肪族、芳香族、脂環式および複素環式残基の何れであっても良い。

具体的なポリマレイミド化合物としては、ビス（４−マレイミドフェニル）メタン、ビス（３−マレイミドフェニル）メタン、ビス（４−マレイミドシクロヘキシル）メタン、ビス（３−メチル−４−マレイミドフェニル）メタン、ビス（３，５−ジメチル−４−マレイミドフェニル）メタン、ビス（３−ブチル−４−マレイミドフェニル）メタン、ビス（３，５−ジブチル−４−マレイミドフェニル）メタン、ビス（３−エチル−４−マレイミド−５−メチルフェニル）メタン、１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロ−２，２−ビス［４−（４−マレイミドフェニルオキシ）フェニル］プロパン、１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロ−２，２−ビス（４−マレイミドフェニル）プロパン、２，２−ビス（４−マレイミドフェニル）プロパン、２，２−ビス［４−（４−マレイミドフェニルオキシ）フェニル］プロパン、ビス（４−マレイミドフェニル）エーテル、ビス（３−マレイミドフェニル）エーテル、ビス（４−マレイミドフェニル）ケトン、ビス（４−マレイミドフェニル）スルホン、ビス［４−（４−マレイミドフェニルオキシ）フェニル］スルホン、ビス（３−マレイミドフェニル）スルフィド、ビス（４−マレイミドフェニル）スルホキシド、ビス（４−マレイミドフェニル）ジフェニルシラン、１，４−ビス（４−マレイミドフェニル）シクロヘキサン、１，４−ジマレイミドナフタレン、１，８−ジマレイミドナフタレン、４，４' −ジマレイミドビフェニル、２，５−ジマレイミド−１，３−キシレン、１，５−ジマレイミドアントラキノン、２，７−ジマレイミドフルオレン、９，９−ビス（４−マレイミドフェニル）フルオレン、９，９−ビス（４−マレイミド−３−メチルフェニル）フルオレン、３，７−ジマレイミド−２−メトキシフルオレン、９，１０−ジマレイミドフェナントレン、３，６−ジマレイミドアクリジン、１，２−ジマレイミドアントラキノン、３，８−ジマレイミド−６−フェニルフェナントリジン、１，２−ジマレイミドベンゼン、１，４−ビス（４−マレイミドフェニル）ベンゼン、２−メチル−１，４−ジマレイミドベンゼン、２，５−ジメチル−１，４−ジマレイミドベンゼン、４−エチル−１，３−ジマレイミドベンゼン、４，６−ジメチル−１，３−ジマレイミドベンゼン、２，４，６−トリメチル−１，３−ジマレイミドベンゼン、２，３，５，６−テトラメチル−１，４−ジマレイミドベンゼン、等のビスマレイミド；トリス（４−マレイミドフェニル）メタン等のトリスマレイミド；ビス（３，４−ジマレイミドフェニル）メタン等のテトラキスマレイミド；ポリ（４−マレイミドスチレン）およびポリ（３−マレイミドスチレン）並びにアニリンとホルムアルデヒドの反応により得られるアニリン樹脂等の芳香族ポリアミンをマレイミド化したポリマレイミド等が挙げられる。

上記の一般式（２）成分のポリマレイミド樹脂は、一般式（１）成分のポリイミド樹脂と、加熱せずに単に混合してもよく、または一般式（１）成分のポリイミド樹脂、一般式（２）成分のポリマレイミド樹脂とを完全に架橋されない程度の温度で予め加熱、または加熱混連しておいてもよい。

また、上記の一般式（１）成分のポリイミド樹脂と一般式（２）成分のポリマレイミド樹脂において、その割合が一般式（１）成分のポリイミド樹脂：一般式（２）成分のポリマレイミド樹脂が、質量比で、９５：５〜１００：０の範囲であるとＴＧ−ＤＴＡ等で測定される５％質量減少開始温度が５００℃以上となるので強度、絶縁性の点から好適となる。

本発明の樹脂組成物は前述したポリイミド樹脂、あるいはポリイミド樹脂およびポリマレイミド樹脂を必須成分とするが、ＴＧ−ＤＴＡ等で測定される５％質量減少開始温度が５００℃以上の範囲で、必要に応じてエポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂等、ポリエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド等の熱可塑性樹脂等、硬化剤、硬化促進剤、離型剤、難燃剤、滑剤、カップリング剤を適宜配合する事ができる。

上記の耐熱性樹脂組成物粉末の大きさとしては、平均粒子径が３０μｍ以下である事が望ましい。３０μｍを超えると磁性体粉末との均一分散が難しくなり、偏りを生じる可能性がある。

上記のような耐熱性樹脂組成物とリン酸塩化合物被膜を表面に施した軟磁性粉末とから圧粉磁心を構成することにより、原料粉末混合物を金型内で圧縮成形した成形体を、樹脂の劣化を生じることなく、４００〜５８０℃で加熱処理することができる。このような高温での加熱処理により、圧縮成形の際に軟磁性粉末に蓄積される残留圧縮応力が開放され、透磁率μmを高くするとともに、ヒステリシス損Ｗhを低く抑制することが可能となる。

加熱温度が４００℃に満たないと、軟磁性粉末に蓄積された残留圧縮応力の除去が不十分となり、透磁率μmの向上効果およびヒステリシス損Ｗhの抑制効果が不十分となる。一方、５８０℃を超える加熱は、樹脂より先に軟磁性粉末の電気的絶縁のために軟磁性粉末表面に形成されたリン酸塩化合物被膜が劣化して、軟磁性粉末間の電気的絶縁性が低下して渦電流損Ｗeが増大するとともに、圧粉磁心の強度低下が生じることとなる。

また、上記の耐熱性樹脂組成物の添加量について、５０〜６０Ｈｚの商用周波数領域（低周波数領域）では、渦電流損Ｗeを抑制するために固有抵抗値ρは１０００μΩｃｍ以上が必要であり、これを確保するためには上記の耐熱性樹脂組成物を０．０１〜０．０５質量％添加する必要がある。また、数百Ｈｚの周波数領域（中周波数領域）では、同様に、固有抵抗値ρは５０００μΩｃｍ以上が必要であり、上記耐熱性樹脂組成物を０．０５〜０．３質量％、数ｋＨｚの周波数領域（中周波数領域）では、固有抵抗値ρは１００００μΩｃｍ以上が必要であり、上記耐熱性樹脂組成物を０．３質量％以上添加する必要がある。

上記の樹脂組成物は、成形性に優れるものであり、高密度の成形が可能で、圧粉磁心中の軟磁性粉末の占める割合、すなわち占積率を向上させて磁束密度の向上に寄与するが、樹脂組成物の添加量が、２質量％を超えると、樹脂の量が多くなって圧粉磁心中の軟磁性粉末の占める割合、すなわち占積率が低下して、磁束密度の低下が顕著となるため、添加の上限を２質量％とする。

さらに、上記の樹脂組成物は、リン酸塩化合物被膜を表面に施した軟磁性粉末と優れた密着性を示すこと、かつ硬化性が良好であること、さらに、耐熱性が高く高温で加熱しても劣化しないことから、上記温度での加熱処理後でも高い機械的性質を示し、磁気部品としての組み付けや、運転時に必要な強度を十分に確保することができる。

本発明におけるリン酸塩化合物被膜を表面に施した軟磁性粉末は、特許文献１等に記載の従来のものが使用できる。また、軟磁性粉末としては純鉄粉末、Ｆｅ−Ｓｉ合金粉末、Ｆｅ−Ｃｏ系合金粉末等の従来から用いられている軟磁性粉末が使用できるが、圧縮性が高く高密度化しやすいことから純鉄粉末の使用が好ましい。

［第１実施例]
本発明の樹脂組成物Ａとして、ＵＩＰ（宇部興産株式会社製商品名、比重１．３９、見かけ密度０．４ｇ／ｍｌ、熱分解温度５４８℃、吸水率０．４％、平均粒径８μｍの樹脂粉末）を用意した。また、本発明の樹脂組成物Ｂとして、ＫＩＲ−８０（京セラケミカル株式会社製商品名、比重１．３９、見かけ密度０．４ｇ／ｍｌ、熱分解温度５２０℃、吸水率０．４％、平均粒径１２μｍの樹脂粉末）を用意した。さらに、従来の樹脂組成物Ｃとして、ＫＩＲ−３０（京セラケミカル株式会社製商品名、比重１．３５、見かけ密度０．３８ｇ／ｍｌ、熱分解温度３４５℃、吸水率０．４％、平均粒径２５μｍの樹脂粉末）を用意した。

これらの樹脂組成物をリン酸塩化合物被膜を表面に施した純鉄粉末に１．０質量％を添加混合して原料粉末となし、これらの原料粉末を内径：２０ｍｍ、外径：３０ｍｍ、厚さ：５ｍｍの試験片形状で密度比：９５％になるよう圧粉成形した後、種々の温度で加熱して試料番号０１〜１９の試料を得た。得られた試料ついて、直流磁気特性は１００００Ａ／ｍの下で磁束密度Ｂ_{１００００Ａ／ｍ}（Ｔ）と最大透磁率μmを、交流磁気特性は４００Ｈｚ、１Ｔの条件下でヒステリシス損Ｗh、渦電流損Ｗeおよび鉄損Ｗの各種磁気特性を測定した。なお、試料の外周面は、成形時において金型と接触し、加圧による歪を受けて最も残留応力が高い部分であるが、このような試料の外周面について、Ｘ線回折により残留応力を測定した。以上のようにして得られた各試料の各加熱温度における磁気特性および残留応力の測定結果を表１に示す。

表１の本発明例の樹脂組成物Ａを用いた試料（試料番号０１〜０９）と従来例の樹脂組成物Ｃを用いた試料（試料番号１１〜１９）により加熱処理温度の影響を調べることができる。この結果より、樹脂組成物Ａ、Ｃともに加熱処理温度が上昇するにつれて圧縮残留応力が減少してヒステリシス損が低下するとともに透磁率が向上していることがわかる。しかし耐熱性の高い樹脂組成物Ａでは加熱処理温度が上昇しても固有抵抗値が高くかつ渦電流損が低く安定した値を示しているが、従来の樹脂組成物Ｃでは加熱処理温度が上昇すると樹脂が劣化して絶縁性が保てなくなり、その結果固有抵抗値が低下するとともに渦電流損が増大している。このため、鉄損は樹脂組成物Ａでは加熱処理温度が上昇しても低く安定しているが、樹脂組成物Ｃでは加熱処理温度が上昇すると増大する結果となっている。

また本発明例の樹脂組成物Ｂを用いた試料番号１０の試料は、従来の樹脂組成物Ｃでは劣化して固有抵抗値が低下し渦電流損が増大した５５０℃の加熱処理温度でも樹脂組成物Ａの場合と同様に高い固有抵抗と低い渦電流損を示しており、樹脂組成物の種類を替えても同様の効果を示すことが確認された。

［第２実施例］
第１実施例で用いた本発明例の樹脂組成物Ａを用い、リン酸塩化合物被膜を表面に施した純鉄粉末に表２に示す配合割合で添加混合して原料粉末となし、これらの原料粉末を、第１実施例と同様に、縦：２０ｍｍ、横：３０ｍｍ、厚さ：５ｍｍの試験片形状で密度比：９５％になるよう圧粉成形した後、５５０℃で加熱処理して試料番号２０〜２８の試料を得た。得られた試料について、第１実施例と同様の条件で各試料の残留応力および磁気特性を測定し、その結果を表２に併せて示した。なお、表２中、試料番号０７の試料は第１実施例の試料番号０７の値を記載をした。

表２より、樹脂組成物Ａの添加量が０．００５質量％の試料２０では添加量が乏しく十分な絶縁性が確保できなくなって、固有抵抗値が低くなって渦電流損が大きくなっているが、樹脂組成物Ａの添加量が０．０１質量％の試料では、十分な絶縁性が確保できて固有抵抗値が１０００μΩｃｍ以上となり渦電流損が低下している。また樹脂組成物Ａの添加量が増加するにつれて固有抵抗値が増加し渦電流損が低下するが、磁束密度は低下しており、添加量が２質量％を超えると固有抵抗値の増加および渦電流損の低下の効果の割に磁束密度低下の影響が大きくなることがわかる。これらのことから樹脂組成物Ａの添加量は０．０１〜２質量％とする必要があることがわかる。

［第３実施例］
ポリイミド樹脂として第１実施例で用いた本発明例の樹脂組成物ＡおよびＢを用意した。また、一般式（２）で示されるポリマレイミド樹脂の樹脂組成物Ｄとしてビスマレイミド−Ｓ（三井化学製商品名）を用意した。これらの樹脂組成物を表３に示す配合割合で混合した樹脂組成物を用い、これらの樹脂組成物をリン酸塩化合物被膜を表面に施した純鉄粉末に１．０質量％を添加混合して原料粉末となし、これらの原料粉末を第１実施例と同様に圧粉成形した後、５５０℃で加熱処理して試料番号３０〜３８の試料を得た。得られた試料について、第１実施例と同様の条件で各試料の残留応力および磁気特性を測定し、その結果を表３に併せて示した。また、用意した樹脂組成物についてＴＧ−ＤＴＡで５％質量減少開始温度を測定した結果を耐熱温度として併せて表３に示した。なお、表３中、ポリマレイミド樹脂を添加しない場合のものは第１実施例の試料番号０７の値を記載をした。

表３より、樹脂組成物中にポリマレイミド樹脂を５質量％以下添加しても樹脂組成物の耐熱温度は５００℃以上であり、良好な磁気特性を示すことがわかる。しかしポリマレイミド樹脂の添加量が５質量％を超えると樹脂組成物の耐熱温度が５００℃を下回るようになり、５５０℃で加熱処理した結果、樹脂成分の劣化が生じて固有抵抗値の低下が生じ、渦電流損の増加する結果、鉄損が増加することがわかる。

Claims

リン酸塩化合物被膜を表面に施した軟磁性粉末に、０．０１〜２質量％の５％質量減少開始温度が５００℃以上の樹脂組成物粉末を混合した粉末混合物を、金型で圧縮成形した後、得られた成形体を４００〜５８０℃で加熱処理するとともに、
前記樹脂組成物粉末が、下記一般式（１）で表されるポリイミド粉末であり、下記一般式（１）において、Ｒ^１は４価の芳香族基、脂肪族基、または複数の芳香族基、脂肪族基が単結合、−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＳＯ_２−、−ＣＨ_２−、−Ｃ（ＣＦ_３）_２−で結合された４価の有機基であり、Ｒ^２は２価の芳香族基、脂肪族基、または複数の芳香族基、脂肪族基が単結合、−Ｏ−、−ＣＯ−、−ＳＯ_２−、−ＣＨ_２−、−Ｃ（ＣＦ_３）_２−で結合された２価の有機基であり、そしてｎは１以上の整数、であることを特徴とする圧粉磁心の製造方法。
前記樹脂組成物粉末が、前記一般式（１）で表されるポリイミド粉末と、５質量％以下の、下記一般式（２）で示されるポリマレイミド粉末との粉末混合物であり、下記一般式（２）において、ｎは、２以上の整数であり、Ｒは炭素数２以上のｎ価の基、または、脂肪族、芳香族、脂環式および複素環式残基の何れかであることを特徴とする請求項１に記載の圧粉磁心の製造方法。