JP5916392B2 - 圧粉軟磁性体、圧粉磁性体の製造方法、及びモータ - Google Patents
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Description
本実施形態による圧粉軟磁性体は、リン酸を含む無機絶縁層、Siを含む有機相及び潤滑剤と複合化した鉄粉(複合鉄粉)を原料とする。この複合鉄粉を圧粉成形して軟磁性体とし、その後の歪低減熱処理を酸化雰囲気中にて適切な温度と時間の条件下で実施することで、圧粉軟磁性体の表面領域(表面と表面近傍を含む領域)に酸化影響層を形成する。
本実施形態では、上述した複合鉄粉を圧粉成形して軟磁性体とし、酸化雰囲気中にて歪低減の熱処理を実施する。その際に、熱処理を適切な温度と時間の条件下で実施することで、圧粉軟磁性体の表面領域に酸化影響層を形成する。
1)Feを主体とする酸化物(例えばFe3O4等)
2)FeがSiと結合した複合酸化物(Fe−Si複合酸化物、例えばFe2SiO4等)
3)FeがP、Si等の絶縁層を構成する元素と結合した複合酸化物(Fe−P−Si複合酸化物)
4)Feをほとんど含まずSiを主体とする酸化物(例えばSiO2)
が生成される。
本実施形態では、圧粉軟磁性体の原料となる鉄粉は、Mn、Cr、Si、P、S等のFe以外の元素の含有量ができる限り少ない鉄粉が好ましい。粉末製造プロセスには、水アトマイズ、またはガスアトマイズ処理を用いることが好ましい。アトマイズ処理後の鉄粉は、O、C、N等のガス不純物を多く含むことから、水素を含む還元雰囲気における熱処理を800〜1000℃で実施して、鉄粉を純化するプロセスが必要となる。鉄粉中のO含有量を500ppm以下に低減することが、鉄損の増加を防ぐ目的から好ましい。同様に、C含有量を30ppm以下、N含有量を10ppm以下にそれぞれ低減することが、鉄損の増加を防ぐ目的から好ましい。
上記の方法で得られた、圧粉軟磁性体の原料となる複合粉末を、金型成形により高圧下で過度の塑性変形をさせ、圧粉軟磁性体とする。成形圧力は通常800MPa以上とし、圧粉軟磁性体に占める金属Feの割合が体積比で94%以上までに、密度を高めることが好ましい。
圧粉軟磁性体における酸化影響層の最適な厚さについて、以下に説明する。
圧粉軟磁性体の歪低減熱処理は、プロセスコスト低減の観点から、主に大気雰囲気中での実施が好ましい。他の熱処理雰囲気としては、水蒸気雰囲気、または窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスに体積比で20%以下(好ましくは、0.5〜20%)の純酸素ガスを加えた酸化雰囲気でも、同様の効果が得られる。
Claims (11)
- 鉄粉が主成分である金属粉末で形成された圧粉軟磁性体であって、
表面を含む表面領域と前記表面領域よりも内部にある内部領域とから構成され、
前記表面領域には、前記鉄粉間の境界に、鉄の酸化物と層状のSiの酸化物とを含む層である酸化影響層が形成されており、
前記内部領域には、前記酸化影響層が形成されておらず、
前記圧粉軟磁性体の前記表面の任意の箇所であり、且つ前記表面に垂直な直線が前記内部領域とこの内部領域を挟む2つの前記表面領域とを通る箇所において、前記直線方向の前記酸化影響層の厚さの合計は、前記直線方向の前記圧粉軟磁性体の厚さの1/16以上1/2以下である、
ことを特徴とする圧粉軟磁性体。 - 請求項1に記載の圧粉軟磁性体であって、
前記酸化影響層は、前記鉄の酸化物としてFe2SiO4及びFe3O4を含み、前記層状のSiの酸化物として厚さ5〜100nmのSiO2の非晶質構造の層を含む圧粉軟磁性体。 - 請求項1または2に記載の圧粉軟磁性体であって、
前記内部領域では、前記鉄粉は表面にFeとPを含む絶縁被覆層を有し、前記鉄粉間の境界にはCとOを含む有機層が形成されている圧粉軟磁性体。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の圧粉軟磁性体であって、
密度が7.45g/cm3以上7.75g/cm3以下である圧粉軟磁性体。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載の圧粉軟磁性体であって、
前記圧粉軟磁性体に占める前記鉄粉の割合は、体積比で94.0%以上98.5%以下である圧粉軟磁性体。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の圧粉軟磁性体であって、
前記圧粉軟磁性体に占める、粒径が100μm以上400μm以下の前記鉄粉の割合は、重量比で70%以上であり、粒径が100μm未満の前記鉄粉の割合は、重量比で30%未満である圧粉軟磁性体。 - 請求項1から6のいずれか1項に記載の圧粉軟磁性体を、ロータコア及びステータコアの少なくとも一方に用いることを特徴とするモータ。
- 鉄粉を主成分とする金属粉末の表面に絶縁被覆処理を施し、この金属粉末を圧粉成形することで製造する圧粉軟磁性体の製造方法であって、
前記圧粉成形の後の酸化雰囲気中での熱処理によって、前記鉄粉間の境界に、鉄の酸化物と層状のSiの酸化物とを含む層である酸化影響層を形成することで、
表面を含む表面領域と前記表面領域よりも内部にある内部領域とから構成され、前記表面領域には前記酸化影響層が形成されており、前記内部領域には前記酸化影響層が形成されておらず、前記圧粉軟磁性体の前記表面の任意の箇所であり且つ前記表面に垂直な直線が前記内部領域とこの内部領域を挟む2つの前記表面領域とを通る箇所において、前記直線方向の前記酸化影響層の厚さの合計が前記直線方向の前記圧粉軟磁性体の厚さの1/16以上1/2以下である圧粉軟磁性体を製造することを特徴とする圧粉軟磁性体の製造方法。 - 請求項8に記載の圧粉軟磁性体の製造方法であって、
前記鉄粉の表面をリン酸を含む無機絶縁層で被覆し、更に前記無機絶縁層をSiを含む有機層で被覆することで前記絶縁被覆処理を施し、
潤滑剤を混合して前記金属粉末を前記圧粉成形する、圧粉軟磁性体の製造方法。 - 請求項8または9に記載の圧粉軟磁性体の製造方法であって、
前記酸化影響層が、前記鉄の酸化物としてFe 2 SiO 4 及びFe 3 O 4 を含み、前記層状のSiの酸化物として厚さ5〜100nmのSiO 2 の非晶質構造の層を含む圧粉軟磁性体の製造方法。 - 請求項8から10のいずれか1項に記載の圧粉軟磁性体の製造方法であって、
前記酸化影響層を、大気雰囲気、水蒸気雰囲気、または不活性ガスに体積比で20%以下の酸素を加えた酸化雰囲気において、温度が500℃以上550℃未満の場合は保持時間が5分以上120分以下、温度が550℃以上600℃未満の場合は保持時間が5分以上60分以下、及び温度が600℃以上650℃未満の場合は保持時間が5分以上30分以下という条件の前記熱処理によって形成する、圧粉軟磁性体の製造方法。
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