JP7099373B2 - 圧粉磁心の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、圧粉磁心の製造方法に関し、アモルファス構造又はナノ結晶構造を有する軟磁性粉末を用いた圧粉磁心の製造方法に関する。
近年、例えば電力変換用のリアクトル等に使用される圧粉磁心の原料として、アモルファス構造又はナノ結晶構造を有する軟磁性粉末が用いられるようになってきた。特許文献１に開示された圧粉磁心の製造方法では、アモルファス構造又はナノ結晶構造を有する軟磁性箔を粉砕することによって得られた軟磁性粉末が用いられている。
特開２００８－２９４４１１号公報
発明者は、アモルファス構造又はナノ結晶構造を有する軟磁性粉末を用いた圧粉磁心の製造方法に関し、以下の問題点を見出した。
アモルファス構造又はナノ結晶構造を有する軟磁性粉末は硬いため、軟磁性粉末を圧縮成形する際に、例えば２ＧＰａ程度の超高圧でプレス成形する必要がある。また、超高圧でのプレス成形によって、圧粉磁心に歪が残留するため、プレス成形後に歪取り焼鈍を行う必要があった。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであって、プレス成形及び歪取り焼鈍を用いずに優れた磁気特性を有する圧粉磁心を製造するものである。
本発明の一態様に係る圧粉磁心の製造方法は、
アモルファス構造又はナノ結晶構造を有する軟磁性箔を粉砕することによって得られた軟磁性粉末を、ケースに充填する工程と、
前記ケースに充填された前記軟磁性粉末に、振動及び磁場の少なくともいずれか一方を付与し、前記軟磁性粉末を配向させる工程と、
前記ケースに硬化性樹脂を注入し、配向された前記軟磁性粉末に前記硬化性樹脂を含浸させた後、減圧脱気しながら前記硬化性樹脂を硬化させる工程と、を備えたものである。
本発明の一態様に係る圧粉磁心の製造方法では、振動及び磁場の少なくともいずれか一方を付与し、軟磁性粉末を配向させた後、軟磁性粉末に硬化性樹脂液を含浸させ、減圧脱気しながら硬化性樹脂を硬化させる。そのため、プレス成形及び歪取り焼鈍を用いずに優れた磁気特性を有する圧粉磁心を製造することができる。
前記ケースに充填する工程において、準備された前記軟磁性粉末の保磁力が８００Ａ／ｍ以下が望ましい。このような構成により、製造される圧粉磁心のヒステリシス損失を低減させることができる。
前記ケースが絶縁体からなり、かつ、製造される当該圧粉磁心が前記ケースを含んでもよい。このような構成により、硬化後の硬化性樹脂からケースを除去する必要がなく、圧粉磁心の製造工程を簡略化することができる。
前記ケースに充填する工程よりも前に、前記軟磁性粉末は、粉砕された後に熱処理されることによって、表面に絶縁膜が形成されていてもよい。このような構成により、製造される圧粉磁心の渦電流損失を低減することができる。
前記硬化性樹脂を硬化させる工程において、前記硬化性樹脂を含浸させた前記軟磁性粉末上にカーボンナノファイバシートを載置してもよい。このような構成により、硬化性樹脂の飛散を抑制しつつ、硬化性樹脂から脱気することができる。
製造される当該圧粉磁心が、前記カーボンナノファイバシートを含んでもよい。このような構成により、硬化後の硬化性樹脂からシートを除去する必要がなく、圧粉磁心の製造工程を簡略化することができる。
本発明により、プレス成形及び歪取り焼鈍を用いずに優れた磁気特性を有する圧粉磁心を製造することができる。
第１の実施形態に係る圧粉磁心の製造方法を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る圧粉磁心の製造方法を示す模式的な断面図である。 第１の実施形態に係る圧粉磁心の製造方法によって製造された圧粉磁心の部分断面顕微鏡写真である。
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
（第１の実施形態）
＜第１の実施形態に係る圧粉磁心の製造方法＞
まず、図１、図２を参照して、第１の実施形態に係る圧粉磁心の製造方法について説明する。図１は、第１の実施形態に係る圧粉磁心の製造方法を示すフローチャートである。図２は、第１の実施形態に係る圧粉磁心の製造方法を示す模式的な断面図である。
まず、図１に示すように、アモルファス構造又はナノ結晶構造を有する軟磁性箔を粉砕することによって得られた軟磁性粉末を、ケースに充填する（ステップＳＴ１）。この軟磁性粉末は、箔を粉砕したものであるため、扁平な形状を有している。図２に示すように、ステップＳＴ１の段階では、軟磁性粉末の面がランダムな方向を向いている。
軟磁性粉末は、アモルファス構造又はナノ結晶構造を有する限り、特に限定されないが、例えばＦｅ基アモルファス材料やＦｅ基ナノ結晶材料などからなる。軟磁性粉末の厚さは、例えば５～５００μｍ程度である。また、軟磁性粉末の径は、例えば５０～５０００μｍ程度である。
粒径が大き過ぎると、比抵抗の低下又は渦電流損失の増加を招き、粒径が小さ過ぎると、保持力が大きくなりヒステリシス損失の増加等を招く。なお、この径は、所定のメッシュサイズの篩いを用いて分級する篩い分法で定まる粒度である。製造される圧粉磁心のヒステリシス損失を低減させる観点から、軟磁性粉末の保持力は、例えば８００Ａ／ｍ（１０Ｏｅ）以下であることが好ましい。
ここで、ステップＳＴ１において使用する軟磁性粉末の準備方法について説明する。まず、軟磁性箔に対し、例えば２００～４５０℃において熱処理（脆化処理）を行う。脆化処理を行った軟磁性箔を例えば粉砕機によって粉砕することによって、軟磁性粉末が得られる。脆化処理によって軟磁性箔を粉砕し易くなる。
さらに、ステップＳＴ１の前に、粉砕された軟磁性粉末に対し、２００～４５０℃において熱処理を行うことによって、軟磁性粉末の表面に絶縁膜を形成してもよい。例えば大気などの酸化雰囲気において熱処理を行い、絶縁膜として酸化膜を形成する。当該絶縁膜によって、製造される圧粉磁心の渦電流損失を低減することができる。
次に、図１に示すように、ケースに充填された軟磁性粉末に、振動及び磁場の少なくともいずれか一方を付与し、軟磁性粉末を配向させる（ステップＳＴ２）。図２に示すように、ステップＳＴ２では、軟磁性粉末に振動や磁場を付与することによって、ランダムな方向を向いていた各軟磁性粉末の面を水平面と平行に近付ける。軟磁性粉末を配向させることによって、製造される圧粉磁心のヒステリシス損失を低減させることができる。
なお、軟磁性粉末に振動及び磁場のいずれか一方を付与してもよいし、両方を付与してもよい。また、図２は、軟磁性粉末が理想的に配向した状態を模式的に示している。
次に、図１に示すように、ケースに硬化性樹脂を注入し、配向された軟磁性粉末に硬化性樹脂液を含浸させた後、減圧脱気しながら硬化性樹脂を硬化させる（ステップＳＴ３）。減圧脱気しながら硬化性樹脂を硬化させるため、図２に示すように、プレス成形を用いずに、配向された軟磁性粉末を圧縮しながら一体化することができる。減圧度は特に限定されず、大気圧よりも低い圧力であればよい。
特に限定されないが、硬化性樹脂として、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂などを挙げることができる。また、図２に示した例では、ステップＳＴ３において、硬化性樹脂液を含浸させた軟磁性粉末上にシートを載置している。シートは通気性を有するため、硬化性樹脂の飛散を抑制しつつ、硬化性樹脂から脱気することができる。シートは、例えばカーボンナノファイバからなる。
最後に、図２に示すように、ケースの上部を除去することによって、圧粉磁心が得られる。ケースは、例えば絶縁体からなる。図２に示したように、製造される圧粉磁心がケースやシートを含んでもよい。絶縁体ケースやカーボンナノファイバシートを用いることによって、図２に示したように、硬化後の硬化性樹脂からケースやシートを除去する必要がなくなる。その結果、圧粉磁心の製造工程を簡略化することができる。
第１の実施形態に係る圧粉磁心の製造方法では、振動及び磁場の少なくともいずれか一方を付与し、軟磁性粉末を配向させた後（ステップＳＴ２）、軟磁性粉末に硬化性樹脂液を含浸させ、減圧脱気しながら硬化性樹脂を硬化させる（ステップＳＴ３）。このように、第１の実施形態に係る圧粉磁心の製造方法では、プレス成形及び歪取り焼鈍を用いずに優れた磁気特性を有する圧粉磁心を製造することができる。
以下、第１の実施形態に係る圧粉磁心及びその製造方法を実施例、比較例を挙げて詳細に説明する。しかしながら、第１の実施形態に係る圧粉磁心及びその製造方法は、以下の実施例のみに限定されるものではない。
［実施例］
まず、アモルファス軟磁性箔（日立金属製ＭｅｔｇｌａｓＲ ２６０５ＨＢ１Ｍ）に対し、３６０℃において熱処理（脆化処理）を行った。脆化処理を行った軟磁性箔を粉砕機（ホソカワミクロン社製フェザミル（登録商標））を用いて粉砕し、平均粒径５００μｍの軟磁性粉末を得た。当該軟磁性粉末に対し、大気雰囲気下、３００℃において熱処理を行い、軟磁性粉末の表面に絶縁酸化膜を形成した。当該軟磁性粉末について、保磁力測定装置（東洋テクニカ社製ＶＳＭ）を用いて保磁力を測定したところ、２０Ａ／ｍ（０．２５Ｏｅ）であった。
この軟磁性粉末を絶縁体からなるケースに充填した。次に、ケースに充填された軟磁性粉末に、振動機を用いて振動を付与し、軟磁性粉末を配向させた。そして、ケースにエポキシ樹脂を注入し、配向された軟磁性粉末にエポキシ樹脂液を含浸させた後、減圧脱気しながら硬化性樹脂を硬化させ、圧粉磁心を作成した。
［比較例］
表面に絶縁酸化膜が形成された実施例で用いた軟磁性粉末の表面にシリコーン樹脂をコーティングした。この軟磁性粉末を１６００ＭＰａ（１．６ＧＰａ）においてプレス成形した後、４５０℃において歪取り焼鈍を行って、圧粉磁心を作成した。
次に、試験結果について説明する。表１に、第１の実施形態に係る実施例及び比較例の試験結果を示す。表１には、密度［ｇ／ｃｍ３］、損失［ｋＷ／ｍ３］、強度［ＭＰａ］を示した。また、図３は、第１の実施形態に係る圧粉磁心の製造方法によって製造された圧粉磁心（実施例）の部分断面顕微鏡写真である。
Figure 0007099373000001
表１に示すように、実施例に係る圧粉磁心では、プレス成形及び歪取り焼鈍を行わず、減圧脱気しながら硬化性樹脂を硬化させることによって比較例と同等の密度が得られた。
また、実施例に係る圧粉磁心では、振動を付与することによって軟磁性粉末を配向させたため、比較例よりも損失を低減させることができた。さらに、実施例に係る圧粉磁心では、熱硬化樹脂を使用することによって、比較例の１０倍の強度を得ることができた。
図３において、白色の部位は軟磁性粉末であり、黒色の部位は硬化性樹脂である。図３に示すように、実施例に係る圧粉磁心では、高密度の軟磁性粉末が配向された状態で、熱硬化樹脂によって接着されている。
このように、第１の実施形態に係る圧粉磁心の製造方法によって、プレス成形及び歪取り焼鈍を用いずに優れた磁気特性及び強度を有する圧粉磁心を製造することができた。
なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

Claims (5)

  1. アモルファス構造又はナノ結晶構造を有する軟磁性箔を粉砕することによって得られた軟磁性粉末を、ケースに充填する工程と、
    前記ケースに充填された前記軟磁性粉末に、振動及び磁場の少なくともいずれか一方を付与し、前記軟磁性粉末を配向させる工程と、
    前記ケースに硬化性樹脂を注入し、配向された前記軟磁性粉末に前記硬化性樹脂を含浸させた後、減圧脱気しながら前記硬化性樹脂を硬化させる工程と、を備え、
    前記硬化性樹脂を硬化させる工程において、前記硬化性樹脂を含浸させた前記軟磁性粉末上にカーボンナノファイバシートを載置する、
    圧粉磁心の製造方法。
  2. 前記ケースに充填する工程において、準備された前記軟磁性粉末の保磁力が８００Ａ／ｍ以下である、
    請求項１に記載の圧粉磁心の製造方法。
  3. 前記ケースが絶縁体からなり、かつ、製造される当該圧粉磁心が前記ケースを含む、
    請求項１又は２に記載の圧粉磁心の製造方法。
  4. 前記ケースに充填する工程よりも前に、前記軟磁性粉末は、粉砕された後に熱処理されることによって、表面に絶縁膜が形成されている、
    請求項１～３のいずれか一項に記載の圧粉磁心の製造方法。
  5. 製造される当該圧粉磁心が、前記カーボンナノファイバシートを含む、
    請求項１～４のいずれか一項に記載の圧粉磁心の製造方法。
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