JP6560091B2 - 圧粉磁心材料、圧粉磁心、およびその製造方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、合金粉末は、圧粉磁心を製造する前段階である成形体としたときに欠けや割れ等の破損が生じやすく、圧縮成形時にわずかな荷重により崩壊してしまうという問題がある。
特に、上記軟磁性粉末が鉄系アモルファス合金粉末であることを特徴とする。また、上記ガラスフリットの配合量が上記軟磁性粉末の全体量に対して、0.3〜1.0質量%であることを特徴とする。また、上記造粒バインダーは、重合度1000以下およびけん化度50〜100モル%のポリビニルアルコール(以下、PVAという)であることを特徴とする。
鉄系アモルファスなどの軟磁性合金粉末は、硬度が高いため、圧縮成形時の塑性変形性に乏しい。よって、これらの合金粉の高密度化の機構は粒子の再配列が支配的となる。これは圧縮成形時に、各粒子が隙間を探しながら密充填されていくプロセスである。ここで、軟磁性合金粉末が均一な大きさの球状の粒子で構成されていると仮定すると、例え密充填されたとしても粒子間には隙間が生じてしまう。これは密度が低下し、磁束密度、透磁率がともに低下することを示す。通常、軟磁性合金粉末は、1〜100μmや30〜300 μmなどの幅を有する粒度分布を持つ。このため、大きな粒子同士の隙間を小さな粒子が埋めることで高密度化が可能となる。
軟磁性粉末の中でも球状の粒子径を有する粉末が好ましい。特に鉄系アモルファス合金粉末であることが高磁束密度、高透磁率、低鉄損の磁心を得られるので好ましい。
造粒バインダーとしては、PVA、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロースフタレート、ヒプロメロース酢酸エステルコハク酸エステル等が使用できる。また、造粒方法としては、転動流動方式、流動層方式、噴霧乾燥方式、撹拌方式、押し出し方式等が使用できる。これらの中でもエアとローターにより浮遊する粉にバインダー液をスプレーして造粒する転動流動方式が好ましい。
なお、造粒バインダーの配合割合は、軟磁性粉末の全体量に対して、0.3〜1.0質量%であることが好ましい。
ガラスフリットの配合量は、軟磁性粉末の全体量に対して、0.3〜1.0質量%であることが好ましい。この範囲とすることにより、50を超える高透磁率と15MPaを超える高圧環強さを両立させることができる。
粒径1〜200μmの絶縁被覆された鉄系アモルファス合金粉末と、重合度100〜1000、けん化度50〜100モル%PVAを準備して、5〜15質量%の水溶液を調製し造粒バインダー液とする。
Fe系アモルファス合金粉末とガラスフリットとを造粒バインダー液に均一に分散させる。造粒後の粉末にガラスフリットを混合することも可能であるが、造粒バインダー溶液に合金粉末を分散させ、造粒時にガラスフリットを配合した方が、均一に分散できる。
圧縮成形圧力は1000〜2000MPa、より好ましくは1500〜2000MPaである。圧縮成形温度はPVAの融点付近以下の温度である。ここで融点付近以下の温度とは融点+30℃未満の温度をいう。加温による温間処理は成形体内のPVAを流動させ、形状保持性を高めるために行なう。
実施例1〜5および比較例1〜2に用いる鉄系アモルファス合金粉として、1〜200μmの粒度分布を有するFe−Cr−Si−B−C系組成の粉末を用意した。この鉄系アモルファス合金粉末の絶縁被膜はケイ酸ナトリウムとし、転動流動装置を用いて、5〜50nm程度の厚さを有する絶縁被膜を形成した。
造粒バインダーとして、日本酢ビ・ポバール社製PVA(商品名JMR−8M、重合度190、けん化度65.4モル%、融点145℃)を用意し、10質量%PVA水溶液を調製した。このPVA水溶液に、TeO2・V2O5系ガラスフリット(粒径1μm)を鉄系アモルファス合金粉末全体量に対して0.5質量%配合することで、鉄系アモルファス合金粉末表面にガラスフリットを均一に分散させることができた。なおPVAの配合量(固形分として)は鉄系アモルファス合金粉末全体量に対して0.5質量%とした。また、潤滑剤として、鉄系アモルファス合金粉末全体量に対してステアリン酸亜鉛を0.5質量%配合して、混合物を得た。
その後、圧縮成形体を480℃×15分、大気雰囲気中で磁気焼鈍することで圧粉磁心を得た。
[密度]
圧粉磁心の寸法と重量から算出した。
[初透磁率]
日置電機(株)インピーダンスアナライザーIM3570を用い、周波数1kHzの条件で直列自己インダクタンス、巻線数および寸法から算出した。
[鉄損]
岩通計測(株)B−HアナライザSY−8219で測定した。
[圧環強さ]
(株)島津製作所製オートグラフ精密万能試験機AG−Xplusで測定した。
金型および粉末温度が高いほど高強度となった。これは、成形時の温度が高いほどPVAの流動性が向上し、鉄系アモルファス合金粉同士の結着性が向上したためである。
金型および粉末温度が150℃を超えると、抜出後に成形体は崩壊した。これは、PVAが圧粉体の外側に溶融したためである。結果として、鉄系アモルファス合金粉末同士を結着するPVAはほとんどなくなるため、もはや圧粉磁心として形状を保持できなくなった。
表2に示すガラスフリット(粒径1μm)を用いる以外は、実施例5と同一の組成、条件でリング状試験片の圧粉磁心を得た。実施例5と同一の方法で密度、初透磁率、鉄損を測定した。測定結果を実施例5と共に表2に示す。
実施例5を基準として、ガラスフリットの軟化点が高くなるほど、高渦電流損(高鉄損)となった。これは、軟化および流動したガラスフリットが圧粉体の絶縁性を高めるためである。
比較例3〜6のように、比較的高融点のガラスフリットを配合した場合、ガラスフリット無配合の場合(比較例7)と比較して高鉄損となった。これは、鉄系アモルファス合金粉が磁心を占める体積が低下するためである。
ガラスフリットの配合により、圧環強さの向上が認められる。特に磁気焼鈍温度より100℃以上低い軟化点のガラスフリットを配合すると、10MPaを超える高い圧環強さを得た。これは、低融点ガラスの流動性の違いによるものである。
ガラスフリットの配合量を表3に示す以外は、実施例5と同一の組成、条件でリング状試験片の圧粉磁心を得た。実施例5と同一の方法で密度、初透磁率、鉄損を測定した。測定結果を実施例5と共に表3に示す。
ガラスフリットの配合量が0.3〜1.0質量%の範囲では、50を超える高透磁率と15MPaを超える高圧環強さを両立した。
ガラスフリットの配合量が1.0質量%を超えると、50を下回る低透磁率になり、0.3質量%を下回ると、10MPaを下回る低圧環強さを示した。これは、ガラスフリットの配合量が多すぎると磁心を占める鉄系アモルファス合金粉の体積が小さくなり、低透磁率となったためであり、配合量が少なすぎると、ガラスフリットが粉末を接着する効果が低いためである。
(1)軟化点が磁気焼鈍温度より100℃以上低いガラスフリットの配合により、10MPaを超える高強度圧粉磁心が得られる。
(2)ガラスフリットの配合量を0.3〜1.0質量%から選択すると、鉄系アモルファス合金粉同士の結着と透磁率のバランスが取れた圧粉磁心が得られる。
(3)PVAの融点より50℃低い温度で圧縮成形することにより、バインダーの流動性が増し、鉄系アモルファス合金とバインダーの接点が増加するため、成形体の形状保形性が飛躍的に高まる。
(4)バインダー水溶液にガラスフリットを配合しているため、鉄系アモルファス合金粉に対してガラスフリットが均一分散する。
(5)磁気焼鈍工程で融解、固化したガラスフリットにより磁気焼鈍後の成形体が高強度化する。
(6)本発明により、欠けや割れが生じ難くハンドリング性が良好な圧粉磁心が得られる。
(7)以上により、圧縮成形後および磁気焼鈍後においても高強度な鉄系アモルファス合金基圧粉磁心が得られる。
2 造粒バインダー
3 ガラスフリット
Claims (5)
- 造粒バインダーと、粒子表面に絶縁被膜が形成された軟磁性粉末と、磁気焼鈍温度の100℃以下の軟化点を有するガラスフリットとを含み、
前記造粒バインダーは、重合度1000以下およびけん化度50〜100モル%のポリビニルアルコールであることを特徴とする圧粉磁心材料。 - 前記軟磁性粉末が鉄系アモルファス合金粉末であることを特徴とする請求項1記載の圧粉磁心材料。
- 前記ガラスフリットの配合量が前記軟磁性粉末の全体量に対して、0.3〜1.0質量%であることを特徴とする請求項1または請求項2記載の圧粉磁心材料。
- 請求項1から請求項3のいずれか1項記載の圧粉磁心材料からなり、圧環強さが10MPa以上であることを特徴とする圧粉磁心。
- 請求項1から請求項3のいずれか1項記載の圧粉磁心材料を用いて製造される圧粉磁心の製造方法であって、
前記圧粉磁心材料を前記造粒バインダーの融点付近以下の温度で圧縮成形する工程と、
前記圧縮成形された圧縮成形体を磁気焼鈍する工程とを備えることを特徴とする圧粉磁心の製造方法。
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