JP6446863B2 - 非晶質合金粉末、圧粉磁心、磁性素子および電子機器 - Google Patents
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Description
本発明の非晶質合金粉末はFeを主成分とし、Siを2質量%以上9質量%以下の割合で含み、Bを1質量%以上5質量%以下の割合で含み、Crを1質量%以上3質量%以下の割合で含む非晶質合金で構成され、
体積基準の粒度分布において小径側から累積10%となるときの粒径をD10とし、累積50%となるときの粒径をD50とし、累積90%となるときの粒径をD90としたとき、D90/D10が3.3以上6.5以下であり、かつ、D50が5μm以上20μm以下であり、
単位質量当たりの磁気モーメントが120[emu/g]以上210[emu/g]以下であり、
保磁力が0.1[Oe]以上2[Oe]以下であり、
酸素含有率が質量比で100ppm以上3000ppm以下であることを特徴とする。
目開き38μmのJIS標準ふるいを通過し、目開き25μmのJIS標準ふるいを通過しない粒子を第2粒子とし、
目開き25μmのJIS標準ふるいを通過する粒子を第3粒子とし、
前記第1粒子の保磁力をHc1とし、前記第2粒子の保磁力をHc2とし、前記第3粒子の保磁力をHc3としたとき、
Hc2/Hc1が0.6以上1.4以下であり、かつ、Hc3/Hc1が0.5以上1.5以下であることが好ましい。
前記非晶質合金粉末の粒子表面に設けられ、絶縁性を有する絶縁膜と、
を有することを特徴とする。
これにより、高性能の磁性素子が得られる。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。
本発明の非晶質合金粉末は、必要に応じて粒子表面に絶縁膜が形成され、絶縁性の結着剤を介して粒子同士を結着させるとともに所定の形状に成形されることで、圧粉磁心を製造するのに用いられる。このような圧粉磁心は、高周波数下での磁気特性に優れることから、各種の磁性素子に用いられる。
本発明の非晶質合金粉末の粒度分布D90/D10は、前述したように3.3以上6.5以下とされるが、好ましくは3.6以上5.8以下とされ、より好ましくは4.2以上5.4以下とされる。このような粒度分布D90/D10の非晶質合金粉末は、圧粉成形時の充填性をより高めることができる。このため、本発明の非晶質合金粉末を用いて製造された圧粉磁心は、成形密度が高いものとなり、機械的強度に優れたものとなる。また、飽和磁束密度や透磁率が高い圧粉磁心が得られる。また、粒度分布D90/D10が前記範囲内であることにより、粒度分布が比較的シャープになり、粒径ごとの保磁力や磁気モーメントのバラつきを比較的小さく抑え易くなる。その結果、圧粉磁心中において粒度ごとの空間分布に偏りが生じたとしても、圧粉磁心全体で良好な磁気特性を示し、例えば鉄損の意図しない増大等を抑制することができる。
本発明の非晶質合金粉末は、いかなる製造方法で製造されたものであってもよく、例えば、アトマイズ法(例えば、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、高速回転水流アトマイズ法等)、粉砕法等の各種粉末化法により製造される。
高速回転水流アトマイズ法では、冷却用筒体の内周面に沿って冷却液を噴出供給し、冷却用筒体の内周面に沿って旋回させることにより、内周面に冷却液層を形成する。一方、非晶質合金の原材料を溶融し、得られた溶融金属を自然落下させつつ、これに液体または気体のジェットを吹き付ける。これにより溶融金属が飛散させ、飛散した溶融金属は冷却液層に取り込まれる。その結果、飛散して微粉化した溶融金属が急速冷却されて固化し、非晶質合金粉末が得られる。
なお、ガスジェット26は、必要に応じて液体ジェットで代替することもできる。
さらには、必要に応じて、得られた非晶質合金粉末の各粒子表面に絶縁膜を成膜するようにしてもよい。この絶縁膜の構成材料としては、例えば、リン酸マグネシウム、リン酸カルシウム、リン酸亜鉛、リン酸マンガン、リン酸カドミウムのようなリン酸塩、ケイ酸ナトリウムのようなケイ酸塩(水ガラス)等の無機材料等が挙げられる。また、後述する結合材の構成材料として列挙した有機材料から適宜選択されたものであってもよい。
本発明の磁性素子は、チョークコイル、インダクター、ノイズフィルター、リアクトル、トランス、モーター、アクチュエーター、電磁弁、発電機のように、磁心を備えた各種磁性素子に適用可能である。また、本発明の圧粉磁心は、これらの磁性素子が備える磁心に適用可能である。
<第1実施形態>
まず、本発明の磁性素子の第1実施形態を適用したチョークコイルについて説明する。
まず、本発明の非晶質合金粉末と、結合材と、各種添加剤と、有機溶媒とを混合し、混合物を得る。
この場合の成形方法としては、特に限定されないが、例えば、プレス成形、押出成形、射出成形等の方法が挙げられる。なお、この成形体の形状寸法は、以後の成形体を加熱した際の収縮分を見込んで決定される。また、プレス成形の場合の成形圧力は、1t/cm2(98MPa)以上10t/cm2(981MPa)以下程度とされる。
次に、本発明の磁性素子の第2実施形態を適用したチョークコイルについて説明する。
次いで、前記第1実施形態と同様に、この成形体に熱処理を施す。これにより、チョークコイル20が得られる。
次いで、本発明の磁性素子を備える電子機器(本発明の電子機器)について、図4〜図6に基づき、詳細に説明する。
1.圧粉磁心およびチョークコイルの製造
(サンプルNo.1)
[1]まず、原材料を高周波誘導炉で溶融するとともに、高速回転水流アトマイズ法により粉末化して非晶質合金粉末を得た。次いで、風力分級機により分級を行った。得られた非晶質合金粉末の合金組成を表1に示す。なお、合金組成の特定には、SPECTRO社製固体発光分光分析装置(スパーク発光分析装置)、モデル:SPECTROLAB、タイプ:LAVMB08Aを用いた。また、C(炭素)の定量分析には、LECO社製炭素・硫黄分析装置、CS−200を用いた。また、O(酸素)の定量分析には、LECO社製酸素・窒素分析装置、TC−300/EF−300を用いた。
・成形方法 :プレス成形
・成形体の形状:リング状
・成形体の寸法:外径28mm、内径14mm、厚さ5mm
・成形圧力 :4t/cm2(392MPa)
・導線の構成材料:Cu
・導線の線径 :0.5mm
・巻き数 :励磁コイル側30ターン、検出コイル側30ターン
非晶質合金粉末として表1に示すものをそれぞれ用いるようにした以外は、サンプルNo.1と同様にして圧粉磁心を得るとともに、この圧粉磁心を用いてチョークコイルを得た。
2.1 非晶質合金粉末の粒子のアスペクト比の測定
各実施例および各比較例で得られた非晶質合金粉末について、走査型電子顕微鏡により観察し、観察像を得た。次いで、得られた観察像から、100個の粒子の像の長径と短径とを測定するとともに、長径/短径で定義されるアスペクト比を求めた。そして、100個のデータの平均値を求めた。
各実施例および各比較例で得られた非晶質合金粉末について、それぞれの保磁力および単位質量当たりの最大磁気モーメントを以下の測定条件に基づいて測定した。
・測定装置 :磁化測定装置(株式会社玉川製作所製VSMシステム、TM−VSM1230−MHHL)
各実施例および各比較例で得られた非晶質合金粉末について、それぞれ、目開き45μmのJIS標準ふるい、目開き38μmのJIS標準ふるい、および目開き25μmのJIS標準ふるいを順次通過させるふるい分け作業を行った。そして、目開き38μmのJIS標準ふるい上に残った粒子(第1粒子)の保磁力Hc1と、目開き25μmのJIS標準ふるい上に残った粒子(第2粒子)の保磁力Hc2と、目開き25μmのJIS標準ふるいを通過した粒子(第3粒子)の保磁力Hc3と、を測定した。
そして、各非晶質合金粉末について、Hc2/Hc1およびHc3/Hc1を求めた。
各実施例および各比較例で得られた圧粉磁心について、アルキメデス法(JIS Z 2501に規定)に準じた方法により成形密度を測定した。そして、測定された成形密度から、非晶質合金の真密度に対する相対密度を算出し、以下の評価基準にしたがって評価した。
A:成形密度が96%以上である
B:成形密度が94%以上96%未満である
C:成形密度が92%以上94%未満である
D:成形密度が90%以上92%未満である
E:成形密度が88%以上90%未満である
F:成形密度が88%未満である
各実施例および各比較例で得られたチョークコイルについて、それぞれの透磁率μ’、鉄損(コアロスPcv)および最大磁束密度を以下の測定条件に基づいて測定した。
・測定周波数 :500kHz、1MHz
・最大磁束密度:30mT
・透磁率μ’ :21
・測定装置 :交流磁気測定装置(B−Hアナライザー IWATSU ELECTRIC SY−8232)
・測定装置 :インピーダンスアナライザー(HEWLETT PACKARD 4194A)
・測定装置 :交流磁気測定装置(B−Hアナライザー IWATSU ELECTRIC SY−8232)
A:相対値が1.10以上である
B:相対値が1.06以上1.10未満である
C:相対値が1.02以上1.06未満である
D:相対値が0.98以上1.02未満である
E:相対値が0.94以上0.98未満である
F:相対値が0.94未満である
各実施例および各比較例で得られた圧粉磁心を、それぞれの高温高湿環境下に放置した。そして、放置後の圧粉磁心の外観を観察することにより、圧粉磁心の耐食性を評価した。
A:さびが発生した面積が表面積の1%未満である
B:表面積の1%以上10%未満にさびの発生が認められる
C:表面積の10%以上25%未満にさびの発生が認められる
D:表面積の25%以上50%未満にさびの発生が認められる
E:表面積の50%以上にさびの発生が認められる
各実施例および各比較例で得られた非晶質合金粉末を用い、前述した圧粉磁心の製造方法と同様の方法で、抗折試験用テストピースを作製した。抗折試験用テストピースの寸法は、幅12.7mm、長さ31、75mm、厚さ5mmの直方体形状とした。
A:3点曲げ強さが80MPa以上
B:3点曲げ強さが65MPa以上80MPa未満
C:3点曲げ強さが50MPa以上65MPa未満
D:3点曲げ強さが35MPa以上50MPa未満
E:3点曲げ強さが35MPa未満
2……蓋体
3……開口部
4……冷却液噴出管
5……吐出口
7……ポンプ
8……タンク
9……冷却液層
13……冷却液回収カバー
14……排液口
15……坩堝
16……層厚調整用リング
17……液切り用網体
18……粉末回収容器
23……空間部
24……ジェットノズル
25……溶融金属
26……ガスジェット
27……ガス供給管
30……粉末製造装置
10、20……チョークコイル
11、21……圧粉磁心
12、22……導線
100……表示部
1000……磁性素子
1100……パーソナルコンピューター
1102……キーボード
1104……本体部
1106……表示ユニット
1200……携帯電話機
1202……操作ボタン
1204……受話口
1206……送話口
1300……ディジタルスチルカメラ
1302……ケース
1304……受光ユニット
1306……シャッターボタン
1308……メモリー
1312……ビデオ信号出力端子
1314……入出力端子
1430……テレビモニター
1440……パーソナルコンピューター
Claims (8)
- Feを主成分とし、Siを2質量%以上9質量%以下の割合で含み、Bを1質量%以上5質量%以下の割合で含み、Crを1質量%以上3質量%以下の割合で含む非晶質合金で構成され、
体積基準の粒度分布において小径側から累積10%となるときの粒径をD10とし、累積50%となるときの粒径をD50とし、累積90%となるときの粒径をD90としたとき、D90/D10が3.3以上6.5以下であり、かつ、D50が5μm以上20μm以下であり、
単位質量当たりの磁気モーメントが120[emu/g]以上210[emu/g]以下であり、
保磁力が0.1[Oe]以上2[Oe]以下であり、
酸素含有率が質量比で100ppm以上3000ppm以下であることを特徴とする非晶質合金粉末。 - 粒子のアスペクト比の平均値が1以上3以下である請求項1に記載の非晶質合金粉末。
- タップ密度が4.1g/cm3以上4.7g/cm3以下である請求項1または2に記載の非晶質合金粉末。
- 目開き45μmのJIS標準ふるいを通過し、目開き38μmのJIS標準ふるいを通過しない粒子を第1粒子とし、
目開き38μmのJIS標準ふるいを通過し、目開き25μmのJIS標準ふるいを通過しない粒子を第2粒子とし、
目開き25μmのJIS標準ふるいを通過する粒子を第3粒子とし、
前記第1粒子の保磁力をHc1とし、前記第2粒子の保磁力をHc2とし、前記第3粒子の保磁力をHc3としたとき、
Hc2/Hc1が0.6以上1.4以下であり、かつ、Hc3/Hc1が0.5以上1.5以下である請求項1ないし3のいずれか1項に記載の非晶質合金粉末。 - 前記非晶質合金は、さらに、Cを0.1質量%以上1質量%以下の割合で含む請求項1ないし4のいずれか1項に記載の非晶質合金粉末。
- Feを主成分とし、Siを2質量%以上9質量%以下の割合で含み、Bを1質量%以上5質量%以下の割合で含み、Crを1質量%以上3質量%以下の割合で含む非晶質合金で構成され、体積基準の粒度分布において小径側から累積10%となるときの粒径をD10とし、累積90%となるときの粒径をD90としたとき、粒度分布D90/D10が3.3以上6.5以下であり、単位質量当たりの磁気モーメントが120[emu/g]以上210[emu/g]以下であり、保磁力が0.1[Oe]以上2[Oe]以下であり、酸素含有率が質量比で100ppm以上2000ppm以下である非晶質合金粉末と、
前記非晶質合金粉末の粒子表面に設けられ、絶縁性を有する絶縁膜と、
を有することを特徴とする圧粉磁心。 - 請求項6に記載の圧粉磁心を備えることを特徴とする磁性素子。
- 請求項7に記載の磁性素子を備えることを特徴とする電子機器。
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