JP7009425B2 - Manufacturing method of dust core - Google Patents

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本発明は、軟磁性粉末、この軟磁性粉末によって構成された圧粉磁心、軟磁性粉末の製造方法及び圧粉磁心の製造方法に関する。 The present invention relates to a soft magnetic powder, a powder magnetic core composed of the soft magnetic powder, a method for producing a soft magnetic powder, and a method for producing a powder magnetic core.

リアクトルは、ハイブリッド自動車、電気自動車や燃料電池車の駆動システム等をはじめ、種々の用途で使用されている。このリアクトルのコアとして、例えば、圧粉磁心が使用される。圧粉磁心は、軟磁性粉末とこの軟磁性粉末を覆う絶縁被膜とを加圧成形することにより形成される。 The reactor is used in various applications such as a drive system for a hybrid vehicle, an electric vehicle, a fuel cell vehicle, and the like. As the core of this reactor, for example, a dust core is used. The dust core is formed by pressure molding the soft magnetic powder and the insulating film covering the soft magnetic powder.

圧粉磁心は、エネルギー交換効率の向上や低発熱などの要求から、エネルギー損失が小さいという磁気特性が求められる。エネルギー損失に関する磁気特性とは、具体的には鉄損(Pcv)である。鉄損(Pcv)は、ヒステリシス損失(Ph)と、渦電流損失(Pe)の和で表される。 The dust core is required to have a magnetic characteristic of low energy loss due to the demands for improved energy exchange efficiency and low heat generation. The magnetic property related to energy loss is specifically iron loss (Pcv). The iron loss (Pcv) is represented by the sum of the hysteresis loss (Ph) and the eddy current loss (Pe).

特開2009-147252号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-147252

一般的に、軟磁性粉末の結晶構造に占める不規則構造を減らし、規則的な構造であるDO構造を増やすことで、ヒステリシス損失、ひいては鉄損を低減できるといわれている。そして、粉末を熱処理する温度を高温にすると、粉末の結晶構造に占める不規則構造の割合が減少し、DO構造が増加することが知られている。そのため、例えば900℃といった高温で粉末の熱処理を行い、ヒステリシス損失の低減を図っていた。 Generally, it is said that hysteresis loss and thus iron loss can be reduced by reducing the irregular structure occupying the crystal structure of the soft magnetic powder and increasing the DO 3 structure which is a regular structure. It is known that when the temperature at which the powder is heat-treated is increased to a high temperature, the ratio of the irregular structure to the crystal structure of the powder decreases and the DO 3 structure increases. Therefore, the powder is heat-treated at a high temperature of, for example, 900 ° C. to reduce the hysteresis loss.

しかし、本発明者は、鋭意研究の結果、上記技術常識とは異なり、粉末熱処理によって一定程度不規則構造を残すことで、不規則構造を残す割合が少ない場合よりも、ヒステリシス損失、ひいては鉄損の低減を図ることができるという知見を得た。 However, as a result of diligent research, the present inventor, unlike the above-mentioned common general knowledge, leaves a certain degree of irregular structure by powder heat treatment, and as a result, hysteresis loss and thus iron loss are higher than in the case where the ratio of leaving irregular structure is small. We obtained the finding that it is possible to reduce the number of

発明の圧粉磁心の製造方法は、ガスアトマイズ粉末であるFeSiAl合金粉末から成る軟磁性粉末を500℃以上700℃以下で熱処理する粉末熱処理工程と、前記粉末熱処理工程を経た前記軟磁性粉末を加圧成形して成形体を作製する成形工程と、前記成形体を大気中において600℃以上800℃以下で焼鈍する焼鈍工程と、を含み、前記粉末熱処理工程を経たFeSiAl合金粉末の結晶構造において、前記結晶構造が不規則な構造となる不規則構造が含まれ、前記結晶構造に占める前記不規則構造の割合は、5.70wt%以上31.74wt%以下であること、を特徴とする。
In the method for producing a dust core of the present invention, a powder heat treatment step of heat-treating a soft magnetic powder made of FeSiAl alloy powder , which is a gas atomizing powder, at 500 ° C. or higher and 700 ° C. or lower, and the soft magnetic powder that has undergone the powder heat treatment step are added. In the crystal structure of the FeSiAl alloy powder that has undergone the powder heat treatment step, the steps include a molding step of forming a molded body by pressure molding and a annealing step of baking the molded body in the air at 600 ° C. or higher and 800 ° C. or lower . The crystal structure includes an irregular structure having an irregular structure, and the ratio of the irregular structure to the crystal structure is 5.70 wt% or more and 31.74 wt% or less.

本発明によれば、ヒステリシス損失、ひいては鉄損の低減を図ることができる軟磁性粉末、この軟磁性粉末によって構成された圧粉磁心、軟磁性粉末の製造方法及び圧粉磁心の製造方法を提供することにある。 According to the present invention, there is provided a soft magnetic powder capable of reducing hysteresis loss and thus iron loss, a powder magnetic core composed of the soft magnetic powder, a method for producing the soft magnetic powder, and a method for producing the powder magnetic core. To do.

本実施形態の圧粉磁心の製造工程を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the manufacturing process of the dust core of this embodiment. 粉末熱処理温度とDO構造、B2構造及び不規則構造の割合を示すグラフである。It is a graph which shows the ratio of a powder heat treatment temperature and a DO3 structure , a B2 structure and an irregular structure. 不規則構造の割合と鉄損Pcvの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the ratio of an irregular structure, and iron loss Pcv. 不規則構造の割合とヒステリシス損失Phの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the ratio of an irregular structure and the hysteresis loss Ph. 保磁力Hcと鉄損Pcvの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the coercive force Hc and iron loss Pcv.

(実施形態)
本実施形態の圧粉磁心は、所定の温度で熱処理をした軟磁性粉末を加圧成形することで所定の形状のコアとして形成される。圧粉磁心は、リアクトルの磁性体として使用される。この圧粉磁心の製造方法について図面を参照しつつ説明する。図1は、本実施形態の圧粉磁心の製造工程を示すフローチャートである。図1に示すように、本実施形態の圧粉磁心の製造方法は、(1)粉末熱処理工程、(2)絶縁処理工程、(3)潤滑剤混合工程、(4)成形工程、(5)焼鈍工程を有する。
(Embodiment)
The dust core of the present embodiment is formed as a core having a predetermined shape by pressure molding a soft magnetic powder heat-treated at a predetermined temperature. The dust core is used as the magnetic material of the reactor. The method for manufacturing the dust core will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a flowchart showing a manufacturing process of a dust core according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the powder magnetic core manufacturing method of the present embodiment includes (1) powder heat treatment step, (2) insulation treatment step, (3) lubricant mixing step, (4) molding step, and (5). It has an annealing process.

(1)粉末熱処理工程(ステップS01)
粉末熱処理工程は、軟磁性粉末を熱処理する工程である。軟磁性粉末は、FeSiAl合金から成る。このFeSiAl合金粉末を熱処理することで、FeSiAl合金粉末の結晶構造を変化させる。
(1) Powder heat treatment step (step S01)
The powder heat treatment step is a step of heat-treating the soft magnetic powder. The soft magnetic powder is made of FeSiAl alloy. By heat-treating the FeSiAl alloy powder, the crystal structure of the FeSiAl alloy powder is changed.

具体的には、粉末熱処理を行う前のFeSiAl合金粉末の結晶構造は、規則的な構造であるDO構造及びB2構造と、不規則的な構造である不規則構造とを有する。そして、FeSiAl合金粉末を熱処理することで、FeSiAl合金粉末の結晶構造に占める不規則構造の割合は、5.70wt%以上31.74wt%以下にする。この不規則構造の割合は、リートベルト解析法によるX線回折によって算出する。具体的には、X線回折により算出された格子定数によって判断する。格子定数が2.8~2.9程度の場合には不規則構造と、5.7程度である場合にはB2構造及びDO構造と判断する。このように、格子定数の違いから不規則構造を検出し、FeSiAl合金粉末の結晶構造全体に占める不規則構造の割合を算出することができる。 Specifically, the crystal structure of the FeSiAl alloy powder before the powder heat treatment has a DO 3 structure and a B2 structure, which are regular structures, and an irregular structure, which is an irregular structure. Then, by heat-treating the FeSiAl alloy powder, the ratio of the irregular structure to the crystal structure of the FeSiAl alloy powder is reduced to 5.70 wt% or more and 31.74 wt% or less. The ratio of this irregular structure is calculated by X-ray diffraction by the Rietveld analysis method. Specifically, the determination is made based on the lattice constant calculated by X-ray diffraction. When the lattice constant is about 2.8 to 2.9, it is judged as an irregular structure, and when it is about 5.7, it is judged as a B2 structure and a DO3 structure. In this way, the irregular structure can be detected from the difference in the lattice constant, and the ratio of the irregular structure to the entire crystal structure of the FeSiAl alloy powder can be calculated.

また、不規則構造の割合は、X線回折によって検出される結晶構造の配置位置から算出することも可能である。即ち、不規則構造は、体心立方格子構造(「bcc構造」ともいう)において、Fe原子、Si原子及びAl原子が不規則に配置されている。一方、DO構造は、bcc構造において立方体形の単位格子の頂点及び体心の位置には、Fe原子のみが配置され、その他の位置にSi原子及びAl原子が不規則に配置されるのに対し、B2構造は、単位格子の頂点にはFe原子のみが配置され、体心位置及びその他の位置に、Fe原子、Si原子及びAl原子が不規則に配置される。このように結晶構造の違いから、不規則構造、B2構造及びDO構造の各構造を検出することができ、FeSiAl合金粉末の結晶構造全体に占める不規則構造の割合を算出することができる。 Further, the ratio of the irregular structure can be calculated from the arrangement position of the crystal structure detected by X-ray diffraction. That is, in the irregular structure, Fe atoms, Si atoms, and Al atoms are irregularly arranged in the body-centered cubic lattice structure (also referred to as “bcc structure”). On the other hand, in the DO 3 structure, only Fe atoms are arranged at the positions of the apex and the center of the cubic unit cell in the bcc structure, and Si atoms and Al atoms are irregularly arranged at other positions. On the other hand, in the B2 structure, only Fe atoms are arranged at the apex of the unit cell, and Fe atoms, Si atoms and Al atoms are irregularly arranged at the body center position and other positions. As described above, from the difference in the crystal structure, each structure of the irregular structure, the B2 structure and the DO3 structure can be detected, and the ratio of the irregular structure to the entire crystal structure of the FeSiAl alloy powder can be calculated.

粉末熱処理工程では、例えば、真空雰囲気や不活性ガス雰囲気である非酸化雰囲気又は大気雰囲気中で1~6時間加熱する。不活性ガスとしては、HやNが挙げられる。熱処理温度としては、500℃以上700℃以下が好ましい。熱処理温度をこの範囲にすることで、FeSiAl合金粉末の結晶構造に占める不規則構造の割合を、5.70wt%以上31.74wt%以下にすることができ、鉄損の低減を図ることができる。 In the powder heat treatment step, for example, heating is performed in a vacuum atmosphere, an inert gas atmosphere, a non-oxidizing atmosphere, or an atmospheric atmosphere for 1 to 6 hours. Examples of the inert gas include H 2 and N 2 . The heat treatment temperature is preferably 500 ° C. or higher and 700 ° C. or lower. By setting the heat treatment temperature in this range, the ratio of the irregular structure to the crystal structure of the FeSiAl alloy powder can be reduced to 5.70 wt% or more and 31.74 wt% or less, and iron loss can be reduced. ..

FeSiAl合金粉末は、ガスアトマイズ粉末であることが好ましい。ガスアトマイズ粉末を用いることで、ヒステリシス損失を効果的に低減できる。また、FeSiAl合金粉末の保磁力Hcは、0.43A/cm以上1.81A/cm以下であることが好ましい。保磁力をこの範囲にすると、ヒステリシス損失の低減を図ることができる。 The FeSiAl alloy powder is preferably a gas atomized powder. By using the gas atomized powder, the hysteresis loss can be effectively reduced. Further, the coercive force Hc of the FeSiAl alloy powder is preferably 0.43 A / cm or more and 1.81 A / cm or less. When the coercive force is set in this range, the hysteresis loss can be reduced.

(2)絶縁処理工程(ステップS02)
絶縁処理工程は、FeSiAl合金粉末の表面に絶縁被膜を形成する工程である。絶縁被膜としては、シランカップリング剤、シリコーンオリゴマー、シリコーンレジンなどを用いることができる。本実施形態の絶縁処理工程では、(a)シランカップリング剤混合工程、(b)シリコーンレジン混合工程の2つの工程を有する。
(2) Insulation treatment step (step S02)
The insulation treatment step is a step of forming an insulating film on the surface of the FeSiAl alloy powder. As the insulating film, a silane coupling agent, a silicone oligomer, a silicone resin, or the like can be used. The insulation treatment step of the present embodiment includes two steps: (a) a silane coupling agent mixing step and (b) a silicone resin mixing step.

(a)シランカップリング剤混合工程
シランカップリング剤混合工程では、シランカップリング剤を混合して、熱処理を行ったFeSiAl合金粉末の表面を被覆する工程である。シランカップリング剤の種類としては、アミノシラン系、エポキシシラン系、イソシアヌレート系のシランカップリング剤を使用することができ、特に、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、トリス-(3-トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレートが良い。
(A) Silane Coupling Agent Mixing Step The silane coupling agent mixing step is a step of mixing the silane coupling agent and coating the surface of the heat-treated FeSiAl alloy powder. As the type of silane coupling agent, aminosilane-based, epoxysilane-based, and isocyanate-based silane coupling agents can be used, and in particular, 3-aminopropyltriethoxysilane and 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane. , Tris- (3-trimethoxysilylpropyl) isocyanurate is good.

シランカップリング剤の添加量としては、軟磁性粉末に対して、0.25wt%~1.0wt%が好ましい。シランカップリング剤の添加量をこの範囲にすることで、成形された圧粉磁心の密度の標準偏差、磁気特性、強度特性を向上させることができる。 The amount of the silane coupling agent added is preferably 0.25 wt% to 1.0 wt% with respect to the soft magnetic powder. By setting the addition amount of the silane coupling agent within this range, the standard deviation, magnetic characteristics, and strength characteristics of the density of the molded dust core can be improved.

シランカップリング剤の乾燥温度は、25℃~200℃である。乾燥温度が25℃より低いと、溶剤が残留し被膜が不完全となる場合があるためである。一方、乾燥温度が200℃より高いと、分解が進み被膜として形成されなくなる場合があるためである。乾燥時間は、2時間程度である。 The drying temperature of the silane coupling agent is 25 ° C to 200 ° C. This is because if the drying temperature is lower than 25 ° C., the solvent may remain and the film may be incomplete. On the other hand, if the drying temperature is higher than 200 ° C., decomposition may proceed and the film may not be formed. The drying time is about 2 hours.

(b)シリコーンレジン混合工程
シリコーンレジン混合工程では、シランカップリング剤によって被覆されたFeSiAl合金粉末に対して、シリコーンレジンを所定量添加し、大気雰囲気中、所定の温度で乾燥させる工程である。シリコーンレジン混合工程により、シランカップリング剤による被膜の外側にシリコーンレジン層が形成される。
(B) Silicone Resin Mixing Step The silicone resin mixing step is a step of adding a predetermined amount of silicone resin to the FeSiAl alloy powder coated with a silane coupling agent and drying it at a predetermined temperature in an air atmosphere. By the silicone resin mixing step, a silicone resin layer is formed on the outside of the coating film made of the silane coupling agent.

シリコーンレジンはシロキサン結合(Si-O-Si)を主骨格に持つ樹脂である。シリコーンレジンを用いることで可撓性に優れた被膜を形成することができる。シリコーンレジンは、メチル系、メチルフェニル系、プロピルフェニル系、エポキシ樹脂変性系、アルキッド樹脂変性系、ポリエステル樹脂変性系、ゴム系等を用いることができる。この中でも特に、メチルフェニル系のシリコーンレジンを用いた場合、加熱減量が少なく、耐熱性に優れたシリコーンレジン層を形成することができる。 Silicone resin is a resin having a siloxane bond (Si—O—Si) as its main skeleton. By using a silicone resin, a film having excellent flexibility can be formed. As the silicone resin, methyl type, methylphenyl type, propylphenyl type, epoxy resin modified type, alkyd resin modified type, polyester resin modified type, rubber type and the like can be used. Among these, particularly when a methylphenyl-based silicone resin is used, it is possible to form a silicone resin layer having less heat loss and excellent heat resistance.

シリコーンレジンの添加量は、軟磁性粉末に対して、1.0~3.0wt%であることが好ましい。添加量が1.0wt%より少ないと絶縁被膜として機能せず、渦電流損失が増加することにより磁気特性が低下する場合があるためである。添加量が3.0wt%より多いとコアが膨張することにより成形体の密度が低下し、透磁率が低下する場合があるためである。 The amount of the silicone resin added is preferably 1.0 to 3.0 wt% with respect to the soft magnetic powder. This is because if the amount added is less than 1.0 wt%, it does not function as an insulating film, and the magnetic characteristics may deteriorate due to an increase in eddy current loss. This is because if the addition amount is more than 3.0 wt%, the core expands and the density of the molded product decreases, and the magnetic permeability may decrease.

シリコーンレジンの乾燥温度は、100℃~200℃が好ましい。乾燥温度が100℃より小さいと膜の形成が不完全となり、渦電流損失が高くなる場合があるためである。一方、乾燥温度200℃より大きいと粉末が無機物となりバインダとしての役割を果たさず、保形成が悪くなり、成形体の密度及び透磁率が低下する場合があるためである。乾燥時間は、2時間程度である。 The drying temperature of the silicone resin is preferably 100 ° C to 200 ° C. This is because if the drying temperature is less than 100 ° C., the formation of the film becomes incomplete and the eddy current loss may increase. On the other hand, if the drying temperature is higher than 200 ° C., the powder becomes an inorganic substance and does not play a role as a binder, the shape retention is deteriorated, and the density and magnetic permeability of the molded product may decrease. The drying time is about 2 hours.

(3)潤滑剤混合工程(ステップS03)
潤滑剤混合工程は、絶縁処理されたFeSiAl合金粉末に対して、潤滑剤を添加し、混合する工程である。本工程を経ることで、シリコーンレジン層の表面に潤滑剤が被覆される。潤滑剤としては、ステアリン酸及びその金属塩並びにエチレンビスステアルアミド、エチレンビスステアラマイド、エチレンビスステアレートアミドなどのワックスが使用できる。潤滑剤を混合することにより、粉末同士の滑りをよくすることができるので、成形密度を高くすることができる。さらに、成形時の上パンチの抜き圧低減、金型と粉末の接触によるコア壁面の縦筋の発生を防止することが可能である。潤滑剤の添加量は、軟磁性粉末に対して、0.1wt%~0.6wt%程度であることが好ましい。
(3) Lubricant mixing step (step S03)
The lubricant mixing step is a step of adding a lubricant to the insulated FeSiAl alloy powder and mixing the mixture. By going through this step, the surface of the silicone resin layer is coated with the lubricant. As the lubricant, stearic acid and a metal salt thereof, and waxes such as ethylene bisstealamide, ethylene bisstealamide, and ethylene bisstearateamide can be used. By mixing the lubricant, the sliding between the powders can be improved, so that the molding density can be increased. Further, it is possible to reduce the pulling pressure of the upper punch during molding and prevent the generation of vertical streaks on the core wall surface due to the contact between the mold and the powder. The amount of the lubricant added is preferably about 0.1 wt% to 0.6 wt% with respect to the soft magnetic powder.

(4)成形工程(ステップS04)
成形工程では、表面に絶縁被膜が形成された軟磁性粉末を加圧成形することにより、成形体を形成する。成形時の圧力は10~20ton/cmであり、平均で15ton/cm程度が好ましい。
(4) Molding step (step S04)
In the molding step, a molded body is formed by pressure molding a soft magnetic powder having an insulating film formed on its surface. The pressure at the time of molding is 10 to 20 ton / cm 2 , and it is preferably about 15 ton / cm 2 on average.

(5)焼鈍工程(ステップS05)
焼鈍工程では、成形工程を経た成形体に対して、Nガス中又はN+Hガス非酸化性雰囲気中、大気中にて、600℃以上且つ軟磁性粉末に被覆した絶縁被膜が破壊される温度(例えば、800℃とする)以下で、熱処理を行う。この焼鈍工程を経ることで圧粉磁心が作製される。
(5) Annealing step (step S05)
In the annealing step, the insulating film coated with the soft magnetic powder at 600 ° C. or higher is destroyed in the N 2 gas or N 2 + H 2 gas non-oxidizing atmosphere or in the air with respect to the molded product that has undergone the molding step. The heat treatment is performed at a temperature (for example, 800 ° C.) or lower. A dust core is produced by going through this annealing step.

(実施例)
本発明の実施例を表1及び図2~図5を参照しつつ説明する。実施例1-5及び比較例1-4は、下記(1)の粉末熱処理温度のみを変えて、その他は同一の条件で作製した。
(1)平均粒子径19.8μm(メジアン径(D50))のFeSiAl合金粉末を用いた。このFeSiAl合金粉末を熱処理なし及び400℃~1000℃の異なる熱処理温度で熱処理を行った。熱処理の条件としては、窒素雰囲気中で2時間熱処理を行った。
(2)熱処理したFeSiAl合金粉末に対して、シランカップリング剤を1.0wt%添加し、200℃で2時間乾燥した。その後、塊を解砕するため目開き250μmで篩通しを行った。
(3)シランカップリング剤を添加したFeSiAl合金粉末に対して、シリコーンレジン(メチルフェニル系)を1.5wt%添加し、150℃で2時間乾燥した。その後、塊を解砕するため目開き250μmで篩通しを行った。
(4)上記のように作製されたFeSiAl合金粉末に、潤滑剤としてエチレンビスステアルアミド(Acrawax(登録商標))を0.5wt%添加した。そして、これらを外径16.5mm、内径11.0mm、高さ5.0mmのトロイダル形状の容器に充填し、成形圧力15ton/cmで成形体を作製した。
(5)最後に、上記のように作製した成形体を750℃の温度で2時間、大気雰囲気で焼鈍処理を行い、圧粉磁心を作製した。
(Example)
Examples of the present invention will be described with reference to Table 1 and FIGS. 2 to 5. Examples 1-5 and Comparative Example 1-4 were produced under the same conditions except for changing only the powder heat treatment temperature of (1) below.
(1) FeSiAl alloy powder having an average particle diameter of 19.8 μm (median diameter (D50)) was used. This FeSiAl alloy powder was heat-treated without heat treatment and at different heat treatment temperatures of 400 ° C. to 1000 ° C. As the conditions of the heat treatment, the heat treatment was performed for 2 hours in a nitrogen atmosphere.
(2) 1.0 wt% of a silane coupling agent was added to the heat-treated FeSiAl alloy powder, and the mixture was dried at 200 ° C. for 2 hours. Then, in order to crush the mass, sieving was performed with an opening of 250 μm.
(3) To the FeSiAl alloy powder to which the silane coupling agent was added, 1.5 wt% of silicone resin (methylphenyl type) was added, and the mixture was dried at 150 ° C. for 2 hours. Then, in order to crush the mass, sieving was performed with an opening of 250 μm.
(4) Ethylene bisstealamide (Acrawax (registered trademark)) was added in an amount of 0.5 wt% as a lubricant to the FeSiAl alloy powder prepared as described above. Then, these were filled in a toroidal-shaped container having an outer diameter of 16.5 mm, an inner diameter of 11.0 mm, and a height of 5.0 mm to prepare a molded product at a molding pressure of 15 ton / cm 2 .
(5) Finally, the molded product prepared as described above was annealed in an atmospheric atmosphere at a temperature of 750 ° C. for 2 hours to prepare a dust core.

(測定項目)
以上のように作製した実施例1-5及び比較例1-4について、結晶構造に占めるDO構造、B2構造及び不規則構造の割合、格子定数、保磁力Hc及び鉄損Pcv(ヒステリシス損失Ph及び渦電流損失Pe)を測定した。結晶構造に占めるDO構造、B2構造及び不規則構造の各割合、格子定数、保磁力は、上記(1)の各温度で粉末熱処理を経たFeSiAl合金粉末を測定して算出した。
(Measurement item)
For Examples 1-5 and Comparative Examples 1-4 prepared as described above, the ratio of DO3 structure , B2 structure and irregular structure to the crystal structure, lattice constant, coercive force Hc and iron loss Pcv (hysteresis loss Ph). And the eddy current loss Pe) was measured. The ratios of DO3 structure, B2 structure and irregular structure to the crystal structure, lattice constant and coercive force were calculated by measuring FeSiAl alloy powder subjected to powder heat treatment at each temperature of (1) above.

結晶構造に占めるDO構造、B2構造及び不規則構造の各割合及び格子定数は、X線回折によって、FeSiAl合金粉末の結晶構造評価を行って、格子定数、DO構造、B2構造及び不規則構造の割合を算出した。X線回折装置は、ブルカー社製の装置(BRUKER D2 PHASER 2nd Gen、X線:Cu-Kα線)を使用した。また、保磁力は、HCメーター(東北特殊鋼株式会社製、K-HC1000)により測定した。 The ratio and lattice constant of DO 3 structure, B2 structure and irregular structure in the crystal structure are evaluated by X-ray diffraction to evaluate the crystal structure of FeSiAl alloy powder, and the lattice constant, DO 3 structure, B2 structure and irregular structure are evaluated. The ratio of the structure was calculated. As the X-ray diffractometer, an apparatus manufactured by Bruker (BRUKER D2 PHASER 2nd Gen, X-ray: Cu-Kα ray) was used. The coercive force was measured with an HC meter (K-HC1000 manufactured by Tohoku Steel Co., Ltd.).

一方、鉄損Pcvは、上記(1)~(5)の工程を経た後、作製した圧粉磁心にφ0.5mmの銅線で1次巻線16ターン、2次巻線8ターンの巻線を巻回し、磁気計測機器であるBHアナライザ(岩通計測株式会社:SY-8219)を用いて測定した。測定条件は、周波数100kHz、最大磁束密度Bm=100mTの条件下で行い、ヒステリシス損失(Ph)と渦電流損失(Pe)を算出した。この算出は、損失の周波数曲線を次の(1)~(3)式で最小2乗法により、ヒステリシス損係数(Kh)、渦電流損係数(Ke)を算出することで行った。 On the other hand, the iron loss Pcv is obtained by winding 16 turns of the primary winding and 8 turns of the secondary winding with a copper wire having a diameter of 0.5 mm on the prepared dust core after passing through the steps (1) to (5) above. Was wound and measured using a BH analyzer (Iwadori Measurement Co., Ltd .: SY-8219), which is a magnetic measuring instrument. The measurement conditions were a frequency of 100 kHz and a maximum magnetic flux density of Bm = 100 mT, and the hysteresis loss (Ph) and the eddy current loss (Pe) were calculated. This calculation was performed by calculating the hysteresis loss coefficient (Kh) and the eddy current loss coefficient (Ke) by the least squares method using the following equations (1) to (3) for the frequency curve of the loss.

Pcv =Kh×f+Ke×f・・(1)
Ph =Kh×f・・(2)
Pe =Ke×f・・(3)
Pcv:鉄損
Kh :ヒステリシス損失係数
Ke :渦電流損失係数
f :周波数
Ph :ヒステリシス損失
Pe :渦電流損失
Pcv = Kh × f + Ke × f 2 ... (1)
Ph = Kh × f ... (2)
Pe = Ke × f 2 ... (3)
Pcv: Iron loss Kh: Hysteresis loss coefficient Ke: Eddy current loss coefficient f: Frequency Ph: Hysteresis loss Pe: Eddy current loss

以上の測定結果を表1及び図2-図5に示す。図2は、粉末熱処理温度とDO構造、B2構造と不規則構造の割合を示すグラフである。図3は、不規則構造の割合と鉄損Pcvの関係を示すグラフである。図4は、不規則構造の割合とヒステリシス損失Phの関係を示すグラフである。図5は、保磁力Hcと鉄損Pcvの関係を示すグラフである。 The above measurement results are shown in Table 1 and FIGS. 2 to 5. FIG. 2 is a graph showing the powder heat treatment temperature and the ratio of the DO 3 structure, the B2 structure and the irregular structure. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the ratio of irregular structures and iron loss Pcv. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the ratio of irregular structures and the hysteresis loss Ph. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the coercive force Hc and the iron loss Pcv.

Figure 0007009425000001
Figure 0007009425000001

(不規則構造と鉄損の関係)
表1及び図2に示すように、400℃で粉末熱処理を行った比較例2の粉末の結晶構造に占める不規則構造の割合は、40.13wt%で最大となり、ここから熱処理温度を高温にするにつれて、不規則構造の割合は減少している。そして、1000℃で粉末熱処理を行うと、比較例4に示すように、不規則構造の割合は、2.03wt%となり、粉末に占める不規則構造はほとんどなくなることが分かる。
(Relationship between irregular structure and iron loss)
As shown in Table 1 and FIG. 2, the ratio of the irregular structure to the crystal structure of the powder of Comparative Example 2 subjected to the powder heat treatment at 400 ° C. was the maximum at 40.13 wt%, and the heat treatment temperature was raised from this point to a high temperature. As a result, the proportion of irregular structures is decreasing. Then, when the powder heat treatment is performed at 1000 ° C., as shown in Comparative Example 4, the ratio of the irregular structure becomes 2.03 wt%, and it can be seen that the irregular structure occupies almost no powder.

従来においては、粉末の結晶構造に占める不規則構造をなくし、規則的な構造であるDO構造を増やすことで鉄損Pcvを低減できると考えられていた。そのため、粉末熱処理温度は、例えば、900℃以上といった高温で行い、粉末の結晶構造に占める不規則構造を除去していた。 Conventionally, it has been considered that iron loss Pcv can be reduced by eliminating the irregular structure occupying the crystal structure of the powder and increasing the DO 3 structure which is a regular structure. Therefore, the powder heat treatment temperature was set to a high temperature of, for example, 900 ° C. or higher to remove the irregular structure occupying the crystal structure of the powder.

しかし、表1及び図3、4に示すように、鉄損Pcvは、粉末熱処理を行っていない比較例1の330(kW/m)と比べると、熱処理温度を上げるにつれて減少する傾向にあるが、850℃以上(比較例3及び4)で粉末熱処理を行うと343(kW/m)以上となり、比較例1より鉄損が増加する。一方、500℃~700℃の範囲で粉末熱処理を行った実施例1-5の鉄損は、比較例1-4の鉄損よりも低減している。即ち、不規則構造の割合を5.70wt%以上31.74wt%以下にした場合に、鉄損Pcvが低減する。これは、表1及び図4に示すように、実施例1-5は、渦電流損失Peは良好な数値を維持しつつ、比較例1-4と比較してヒステリシス損失Phが低減していることに起因する。 However, as shown in Table 1 and FIGS. 3 and 4, the iron loss Pcv tends to decrease as the heat treatment temperature is increased, as compared with 330 (kW / m 3 ) of Comparative Example 1 in which the powder heat treatment is not performed. However, when the powder heat treatment is performed at 850 ° C. or higher (Comparative Examples 3 and 4), the temperature becomes 343 (kW / m 3 ) or higher, and the iron loss increases as compared with Comparative Example 1. On the other hand, the iron loss of Example 1-5 subjected to the powder heat treatment in the range of 500 ° C. to 700 ° C. is smaller than that of Comparative Example 1-4. That is, when the ratio of the irregular structure is 5.70 wt% or more and 31.74 wt% or less, the iron loss Pcv is reduced. This is because, as shown in Table 1 and FIG. 4, in Example 1-5, the hysteresis loss Ph is reduced as compared with Comparative Example 1-4 while the eddy current loss Pe maintains a good value. Due to that.

このように、本発明者らは、鋭意研究の結果、粉末の熱処理工程において、敢えて粉末の結晶構造に不規則構造を残すことで、鉄損Pcvを低減できるという従来の考えとは真逆の知見を得た。そして、上記のとおり、不規則構造の割合を5.70wt%以上31.74wt%以下すると、不規則構造の割合を5.70wt%よりも少なくした場合に比べて、鉄損Pcvが低減する。 As described above, as a result of diligent research, the present inventors contradict the conventional idea that iron loss Pcv can be reduced by intentionally leaving an irregular structure in the crystal structure of the powder in the heat treatment process of the powder. I got the knowledge. Then, as described above, when the ratio of the irregular structure is 5.70 wt% or more and 31.74 wt% or less, the iron loss Pcv is reduced as compared with the case where the ratio of the irregular structure is smaller than 5.70 wt%.

これは、敢えて粉末の結晶構造に不規則構造を残すことで、圧粉磁心を作製する焼鈍工程時に、原子が結晶内を動きやすくなり、焼鈍することで、結晶構造が規則的な構造であるDO構造になりやすいためと推察する。一般的に、圧粉磁心を作製する場合、加圧して成形体を得るため、その加圧によって粉末の結晶構造に歪が生じ、不規則な構造となる。その後、成形体を焼鈍することで、この歪を除去して、粉末の結晶構造を規則的な構造であるDO構造に戻すことで、鉄損Pcvの低減を図っている。 This is because the crystal structure of the powder is intentionally left with an irregular structure, which makes it easier for the atoms to move in the crystal during the annealing process for producing the dust core, and the crystal structure is regular. It is presumed that this is because it tends to have a DO 3 structure. Generally, in the case of producing a dust core, pressure is applied to obtain a molded body, so that the pressure causes distortion in the crystal structure of the powder, resulting in an irregular structure. After that, by annealing the molded body, this strain is removed, and the crystal structure of the powder is returned to the DO 3 structure, which is a regular structure, in order to reduce the iron loss Pcv.

従来のように、粉末熱処理工程の段階で、規則的な構造であるDO構造の割合を多くすると、加圧する方向は一方向なので、歪も加圧方向に沿って一方向に生じやすい。そのため、成形体を焼鈍する際に、原子は一方向にしか移動できず、多方向に移動できず、規則的な構造に配列しづらくなる。よって、焼鈍後の圧粉磁心の結晶構造においては、完全なDO構造にはなりにくく、鉄損の低減には限界がある。 As in the conventional case, if the ratio of the DO 3 structure having a regular structure is increased at the stage of the powder heat treatment step, the pressurizing direction is unidirectional, so that strain is likely to occur in one direction along the pressurizing direction. Therefore, when the compact is annealed, the atoms can move only in one direction, cannot move in multiple directions, and it is difficult to arrange them in a regular structure. Therefore, in the crystal structure of the dust core after annealing, it is difficult to obtain a complete DO 3 structure, and there is a limit to the reduction of iron loss.

一方、本発明のように、粉末熱処理後の時点において、敢えて不規則構造を上記の数値範囲を残すことで、成形体には加圧の際に生じる歪も多方向に生じやすい。それに加えて、不規則構造も残しているので、原子は多方向に移動することができる。そのため、焼鈍工程において成形体を焼鈍すると、原子は多方向に移動し、規則的な構造に配列しやすい。即ち、焼鈍工程を経て作製された圧粉磁心は、規則的な構造であるDO構造になりやすい。よって、ヒステリシス損失、ひいては鉄損の低減を図ることができると推察する。 On the other hand, as in the present invention, by intentionally leaving the irregular structure in the above numerical range at the time point after the powder heat treatment, strain generated during pressurization is likely to occur in the molded product in multiple directions. In addition, it also retains an irregular structure, allowing atoms to move in multiple directions. Therefore, when the compact is annealed in the annealing step, the atoms move in multiple directions and tend to be arranged in a regular structure. That is, the dust core produced through the annealing step tends to have a DO 3 structure, which is a regular structure. Therefore, it is presumed that the hysteresis loss and eventually the iron loss can be reduced.

(不規則構造と保磁力の関係)
表1及び図5に示すように、粉末の熱処理温度を上げると、保磁力Hcは低減する。従来は、粉末内の不規則構造の割合を減らし、保磁力Hcを減少させることで、ヒステリシス損失Phは低減すると考えられてきた。
(Relationship between irregular structure and coercive force)
As shown in Table 1 and FIG. 5, the coercive force Hc decreases when the heat treatment temperature of the powder is increased. Conventionally, it has been considered that the hysteresis loss Ph is reduced by reducing the proportion of irregular structures in the powder and reducing the coercive force Hc.

たしかに、保磁力Hcの数値が一番高い比較例1の3.89から実施例4の0.53(A/cm)までは、鉄損は減少傾向にある。しかし、保磁力Hcが0.43(A/cm)に至ると、鉄損Pcvは増加傾向が見られ、寧ろ、保磁力Hcが低い比較例3及び4の保磁力Hcは、保磁力が最も高い比較例1よりも鉄損が増加している。 Certainly, the iron loss tends to decrease from 3.89 in Comparative Example 1 to 0.53 (A / cm) in Example 4, which has the highest value of coercive force Hc. However, when the coercive force Hc reaches 0.43 (A / cm), the iron loss Pcv tends to increase, and rather, the coercive force Hc of Comparative Examples 3 and 4 having a low coercive force Hc has the highest coercive force. The iron loss is increased as compared with the high comparative example 1.

このことから、保磁力Hcを減少させるだけでは、鉄損Pcvの低減を図ることに限界があることが分かる。そして、本実施例では、保磁力Hcを0.43(A/cm)以上1.81(A/cm)以下とすることで、特に、鉄損Pcvの低減を図ることできることが示されている。 From this, it can be seen that there is a limit to reducing the iron loss Pcv only by reducing the coercive force Hc. In this embodiment, it is shown that the iron loss Pcv can be particularly reduced by setting the coercive force Hc to 0.43 (A / cm) or more and 1.81 (A / cm) or less. ..

(他の実施形態)
本明細書においては、本発明に係る実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。上記のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
(Other embodiments)
Although embodiments of the present invention have been described herein, this embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention. The above-described embodiment can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. The embodiments and variations thereof are included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof, as are included in the scope and gist of the invention.

本実施形態では、絶縁処理工程は、(a)シランカップリング剤混合工程を有し、(a)シランカップリング剤混合工程においてシランカップリング剤を混合させたが、これに限定されない。例えば、シランカップリング剤に代えてシリコーンオリゴマーを混合させてもよい。シリコーンオリゴマーとしては、アルコキシシリル基を有し、反応性官能基を有さないメチル系、メチルフェニル系のものや、アルコキシシリル基及び反応性官能基を有するエポキシ系、エポキシメチル系、メルカプト系、メルカプトメチル系、アクリルメチル系、メタクリルメチル系、ビニルフェニル系のもの、アルコキシシリル基を有さずに、反応性官能基を有する脂環式エポキシ系のもの等を用いることができる。
In the present embodiment, the insulation treatment step includes (a) a silane coupling agent mixing step, and (a) the silane coupling agent is mixed in the silane coupling agent mixing step, but the present invention is not limited thereto. For example, a silicone oligomer may be mixed instead of the silane coupling agent. Examples of the silicone oligomer include methyl and methylphenyl groups having an alkoxysilyl group and no reactive functional group, and epoxy-based, epoxymethyl-based and mercapto-based silicone oligomers having an alkoxysilyl group and a reactive functional group. Mercaptomethyl-based, acrylic-methyl-based, methacrylic-methyl-based, vinylphenyl-based, and alicyclic epoxy-based ones having a reactive functional group without having an alkoxysilyl group can be used.

Claims (1)

ガスアトマイズ粉末であるFeSiAl合金粉末から成る軟磁性粉末を500℃以上700℃以下で熱処理する粉末熱処理工程と、
前記粉末熱処理工程を経た前記軟磁性粉末を加圧成形して成形体を作製する成形工程と、
前記成形体を大気中において600℃以上800℃以下で焼鈍する焼鈍工程と、
を含み、
前記粉末熱処理工程を経たFeSiAl合金粉末の結晶構造において、前記結晶構造が不規則な構造となる不規則構造が含まれ、
前記結晶構造に占める前記不規則構造の割合は、5.70wt%以上31.74wt%以下であること、
を特徴とする圧粉磁心の製造方法。
A powder heat treatment process in which a soft magnetic powder composed of FeSiAl alloy powder , which is a gas atomized powder, is heat-treated at 500 ° C. or higher and 700 ° C. or lower, and a powder heat treatment step .
A molding step of forming a molded product by pressure molding the soft magnetic powder that has undergone the powder heat treatment step,
An annealing step of annealing the molded product in the atmosphere at 600 ° C. or higher and 800 ° C. or lower.
Including
The crystal structure of the FeSiAl alloy powder that has undergone the powder heat treatment step includes an irregular structure in which the crystal structure becomes an irregular structure.
The ratio of the irregular structure to the crystal structure is 5.70 wt% or more and 31.74 wt% or less.
A method for manufacturing a dust core .
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