JPH05217777A

JPH05217777A - 圧粉磁心の製造方法

Info

Publication number: JPH05217777A
Application number: JP4016541A
Authority: JP
Inventors: Etsushiyuu I; 悦周韋; Sadami Tomita; 貞美冨田
Original assignee: Hitachi Powdered Metals Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1992-01-31
Filing date: 1992-01-31
Publication date: 1993-08-27

Abstract

(57)【要約】【目的】高周波帯域において高い透磁率と低い鉄損と
を兼ね備え、しかも簡便な手法によって製造できる圧粉
磁心の製造方法を提供する。【構成】金属磁性粉末又は合金磁性粉末を、絶縁物で
被覆処理した後、成形治具に充填しかつ加圧してリング
状成形体１とする。その後、成形体１については全表面
層を全て除去するか（（ｃ）参照）、あるいは全表面層
のうち一部を除去する。一部を除去する場合は、成形治
具を構成するコア又は金型に接した摩擦面１ａ，１ｂの
部分を全て除去する（（ｄ）参照）、若しくは上記金型
と接した摩擦面１ａの部分のみに環状溝２を設ける
（（ｅ）参照））。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、スイッチング電源用
のチョークコイルや、電力変換用の可飽和リアクトル等
として用いられる圧粉磁心の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種電子機器に使用される電力変
換装置については小型化及び高効率化を図るための一手
段として高周波化が刻々と進んでおり、これに対応し
て、チョークコイルやノイズフィルター又は可飽和リア
クトル等の磁心には低損失かつ高透磁率を有することが
要求されている。

【０００３】ところで、従来より、この種の磁心として
は主にフェライトコアが用いられているが、フェライト
コアは飽和磁束密度が低いという欠点を有する。これに
比し、金属粉末等を基に形成した圧粉磁心は磁心として
高い磁束密度を有するという利点がある。このため、圧
粉磁心については最近の電子機器におけるノイズ規制の
強化並びに大容量化に伴って需要が拡大する傾向にあ
る。

【０００４】また、従来、上記のような圧粉磁心の製造
方法は、鉄，センダスト（Fe-Si-Al合金），パーマロイ
（Fe-Ni 系合金）等の強磁性金属粉末を、樹脂類の有機
バインダや水ガラス，アルミナ等の無機絶縁物と混練し
てから、金型等の成形治具で加圧成形して成形体とした
後、その成形体を加熱等の手法により固化させることに
より圧粉磁心を得ている。

【０００５】さらに、上記の如く圧粉磁心を製造する際
は、圧粉磁心の高周波特性を向上させることを目的と
し、絶縁物を添加することにより、その絶縁物で金属粉
末の表面を被覆処理する。なお、このように金属粉末の
表面を絶縁物で被覆処理するのは、渦電流による圧粉磁
心の電力損失が周波数の二乗に比例して増加するので、
絶縁物で金属粉末どうしの直接接触を防止することによ
り、特に、金属粉末間に発生する渦電流を抑制するため
である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような圧粉磁心にあっては、透磁率が金属粉末の充填密
度に依存するので、高い透磁率を得るには金属粉末間の
磁気的空隙を可能な限り減少させて高密度化する必要が
ある。

【０００７】また、上記の如く高密度化を図る場合は、
成形金型で金属粉末を加圧成形する際、金属粉末の圧縮
性等にもよるが、一般に約５〜２０t/cm²程度の成形圧
力を要するので、金属粉末どうし及び金属粉末と成形金
型との間で大きな摩擦力が生じるのみならず、このよう
な摩擦力や金属粉末の塑性変形により、金属粉末の表面
との密着性に欠ける樹脂や水ガラス等の絶縁物が破壊さ
れることは避けられない。

【０００８】特に、絶縁物の破壊は成形金型の壁面に接
する金属粉末、即ち製品として得られる圧粉磁心の表面
層に著しく生じ易く、このため、圧粉磁心の表面層で
は、金属粉末どうしが直接接触し、絶縁物による金属粉
末間の絶縁効果が実質的に失われた状態となる。

【０００９】ところが、従来の圧粉磁心の製造方法にあ
っては、単に加圧成形後の金属粉末を加熱等の手法によ
り固化させて圧粉磁心を得るのみであるため、圧粉磁心
の表面層には上記の如き状態がそのまま残る、即ち、絶
縁物による金属粉末間の絶縁効果が実質的に失われた状
態が維持されるので、圧粉磁心の磁気特性が周波数の増
加とともに著しく低下するという問題点がある。

【００１０】この発明は、上述の事情に鑑み、高周波磁
気特性劣化の要因となる圧粉磁心表面層の問題を鋭意検
討してなされたもので、その目的とするところは、高周
波帯域において高い透磁率と低い鉄損とを兼ね備え、し
かも簡便な手法によって製造できる圧粉磁心の製造方法
を提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、絶縁物で被覆処理された
金属磁性粉末又は合金磁性粉末を成形治具に充填しかつ
加圧して成形体とした後、その成形体の表面層を少なく
とも一部除去することを特徴とする圧粉磁心の製造方
法。

【００１２】請求項２に記載の発明は、成形体の表面層
の除去は、切削や研削等の機械加工法によることを特徴
とする。

【００１３】請求項３に記載の発明は、成形体の表面層
の除去は、試薬溶液を用いて溶解する化学エッチング法
によることを特徴とする。

【００１４】

【作用】金属磁性粉末等から形成した圧粉磁心について
は高周波帯域においても低い鉄損と高い実効透磁率を有
することが最も重要であり、このような高周波磁気特性
の劣化要因は高い電気伝導率を有する圧粉磁心の表面層
に渦電流が流れることに基づく。また、上記のような圧
粉磁心には金属磁性粉末間及び粉末内を流れる渦電流が
存在する。

【００１５】そこで、この発明によれば、特に、金属磁
性粉末間を流れる渦電流を低減することを目的とし、絶
縁物で被覆処理した金属磁性粉末を成形治具に充填しか
つ加圧して成形体とする。この際、高い透磁率を得るた
めに、約５〜２０t/cm²程度の成形圧力で圧縮し、粉末
間の磁気的空隙を少なくして、充填率を８０％以上とす
る。

【００１６】この時点で、上記成形体の表面層において
は、成形治具との激しい摩擦等により絶縁物が破壊さ
れ、金属磁性粉末どうしが直接接触し、絶縁効果が実質
的に失われる。そのため、交番磁界の周波数が高くなる
と、表面層に沿って渦電流が極めて流れ易い状態とな
る。また、渦電流による電力力損失は周波数の２乗に比
例して増加し、また、このようにして発生する渦電流に
よって圧粉磁心の内部に磁化力が浸透することが難しく
なるという性質を有する。したがって、上記のような表
面層における金属粒子同士の直接接触は圧粉磁心の渦電
流損失に大きな影響を及ぼす要因となる。

【００１７】このような観点から、上記の如く成形体を
作成した後、成形体の表面層を少なくとも一部除去する
ことにより、成形体の表面層において金属磁性粉末どう
しが直接接触した部分を取り除く。このようにして得ら
れた圧粉磁心は、表面層を除去した分、渦電流が抑制さ
れ、高周波磁気特性が向上する。

【００１８】

【実施例】以下、この発明に係る製造方法の一実施例に
ついて図１ないし図５を用いて詳細に説明する。

【００１９】この製造方法によれば、金属磁性粉末を必
要量の絶縁バインダと混練し、その絶縁バインダで金属
磁性粉末の表面を被覆処理する。そして、被覆処理後の
金属磁性粉末を成形治具で加圧して図１（ａ）に示すよ
うなリング状成形体１とする。その後、成形体１を加熱
等の手法により固化させる。

【００２０】次に、切削又は研削等の機械加工法によ
り、上記成形体１の表面層を少なくとも一部除去する、
即ち、図１（ｃ）に示す如く成形体１の全表面層を全て
除去するか、又は図１（ｄ）及び（ｅ）に示す如く成形
体１の全表面層のうち一部を除去することにより圧粉磁
心を得る。

【００２１】ところで、図１（ｄ）は成形体１の全表面
層のうち、成形治具を構成するコア又は金型と接した摩
擦面１ａ，１ｂの部分を全て除去したもので、図１
（ｅ）は特に上記金型と接した摩擦面１ａの部分のみに
環状溝２を設けたものである。

【００２２】また、この発明者らの検討結果によると、
上記の如く除去する表面層の量は特に限定されることは
ないが、成形体１の表面より深さ０．２mm以上の表面層
を取り除いたとき、圧粉磁心の高周波磁気特性が顕著に
向上することが判り、また、上記の如く成形体１の全表
面層を全て除去することが最も好ましいが（図１（ｃ）
参照）、その全表面層のうち一部を除去しても（図１
（ｄ）及び（ｅ）参照）、圧粉磁心の高周波磁気特性が
向上することが認められている。

【００２３】なお、上記金属磁性粉末は合金磁性粉末で
あっても良く、絶縁バインダの量は金属磁性粉末に対す
る体積比１〜２０％程度とするのが一般的である。ま
た、絶縁バインダとして樹脂類の有機バインダを用いる
場合は１５０〜２５０゜Ｃの温度で加熱して樹脂を硬化
させる。一方、水ガラス等の無機バインダを上記絶縁バ
インダとして用いる場合は、無機物の耐熱性を生かして
５００〜８００゜Ｃの高い温度で熱処理を行い、歪みを
除去することによって、より一層高い透磁率が得られ
る。

【００２４】また、上記のような表面層の除去は、切削
又は研削等の機械加工法によるのみならず、試薬溶液を
用いて溶解する化学エッチング法でも可能である。この
ような化学エッチング法による場合は成形体１を構成す
る金属磁性粉末又は合金磁性粉末に対して優れた溶解性
を呈する試薬溶液を使用する。

【００２５】つまり、通常、圧粉磁心には主として鉄基
強磁性合金が用いられ、特に純鉄，Fe-Al-Si合金，Fe-N
i 系合金が広く使用されているが、これらの金属や合金
をエッチングする際は塩酸，硝酸，硫酸等の酸性溶液，
又は王水が有効であり、場合によっては過酸化水素や強
電解の金属塩類等を酸化剤あるいは還元剤，錯化剤とし
て用いることによりエッチング速度を促進させても良
い。

【００２６】図２（ａ）（ｂ）は上記のような製造方法
を適用して製造した圧粉磁心についての第１の実験結果
を示したものである。

【００２７】この第１の実験では、平均粒径７９μｍの
水アトマイズ鉄粉（以下、鉄粉という）にエポキシ樹脂
及び溶剤としてアセトンを添加し、鉄粉の表面を絶縁被
覆処理する。なお、鉄粉，樹脂，溶剤の比率は重量比で
１００：１：２０とする。次に、被覆処理後の鉄粉を、
６０゜Ｃの温度で加熱して溶剤を除去した後、成形治具
に充填しかつ６t/cm²の圧力で加圧し、外径４０mm，内
径２０mm，高さ６mmのリング状成形体とする。次いで、
成形体を窒素中において１８０゜Ｃの温度で加熱硬化さ
せてから、成形体の外径面及び内径面の表面層を深さ１
mmまで切削除去して圧粉磁心（以下、試料１という）を
得た。その後、上記試料１について鉄損及び透磁率の周
波数特性を測定した。

【００２８】また、図２には上記測定結果の他、切削前
の圧粉磁心、即ち上記成形体について測定した結果を比
較試料１として示した。

【００２９】この試料１によれば、図から明らかなよう
に、比較試料１に比し鉄損が１／３程度減少し、透磁率
の周波数特性が優れていることが判る。

【００３０】図３（ａ）（ｂ）は第２の実験結果を示し
たもので、この第２の実験では、第１の実験で用いた鉄
粉（平均粒径７９μｍの水アトマイズ鉄粉）に１wt％の
エポキシ樹脂を添加しかつ混合してから、その鉄粉を第
１の実験と同様な工程で加圧し、外径４０mm，内径２０
mm，高さ６mmのリング状成形体とした後、この成形体を
濃度２０wt％の塩酸水溶液中に浸漬し、成形体の全表面
層を深さ約０．３mmまでエッチング除去して圧粉磁心
（以下、試料２という）を得た。その後、試料２を直ち
に洗浄，乾燥してから、試料２について鉄損及び透磁率
の周波数特性を測定した。

【００３１】また、図３には上記測定結果の他、エッチ
ング前の圧粉磁心、即ち成形体について測定した結果を
比較試料２として示した。

【００３２】この試料２によれば、表面層をエッチング
除去したことにより、比較試料２に比し、鉄損が減少
し、透磁率の周波数特性が向上することが認められる。

【００３３】図４（ａ）（ｂ）は第３の実験結果を示し
たもので、この第３の実験では、磁性粉末として水アト
マイズ法で製造された平均粒径７１μｍのＭｏパーマロ
イ粉末（以下、磁性粉末という）に、水ガラス及び０．
５wt％のステアリン酸亜鉛を添加し、磁性粉末の表面を
絶縁被覆処理する。なお、この磁性粉末の組成成分は、
Ｍｏ４．５％及びＮｉ７８．５％と、残部がＦｅ及び合
計０．４％以下のＳｉ，Ｏ，Ｃ，Ｍｎ，Ｃｒ等の不純物
である。次に、絶縁被覆処理後の磁性粉末を、成形治具
に充填しかつ８t/cm²の圧力で加圧し、外径４０mm，内
径２０mm，高さ６mmのリング状成形体とする。次いで、
その成形体を窒素ガス中において６００゜Ｃの温度で９
０分間だけ熱処理を行ってから、成形体の外径面及び内
径面の表面層を深さ１mmまで切削除去して圧粉磁心（以
下、試料３という）を得た。その後、第１の実験と同様
に、試料３について磁気特性を測定した。

【００３４】また、図４には上記測定結果の他、第１の
実験と同様に、切削前の圧粉磁心、即ち上記成形体につ
いて測定した結果を比較試料３として示した。

【００３５】この試料３によれば、比較試料３に比し、
鉄損は半分以下に低減され、透磁率の周波数特性は大幅
に改善されたことが判る。

【００３６】図５（ａ）（ｂ）は第４の実験結果を示し
たもので、この第４の実験では、第３の実験と同様な工
程で作製した成形体（Ｍｏパーマロイ成形体）の外周面
に、断面三角形の環状溝（深さ１mm，幅１mm）を穿設し
て圧粉磁心（以下、試料４）を得た（図１（ｅ）参
照）。その後、第１の実験と同様に、試料４について磁
気特性を測定した。

【００３７】また、図５には上記測定結果の他、溝を穿
設する前の圧粉磁心、即ち、上記成形体について測定し
た結果を比較試料４として示した。

【００３８】この試料４によれば、表面層に溝を穿設し
たことにより、比較磁心４に比し、鉄損が減少し、透磁
率の周波数特性が向上することが認められる。

【００３９】図６（ａ）（ｂ）は第５の実験結果を示し
たもので、この第５の実験では、第３の実験と同様な工
程で作製した成形体（Ｍｏパーマロイ成形体）を、過酸
化水素と硝酸の混合水溶液（重量比Ｈ₂Ｏ₂：ＨＮ
Ｏ₃：Ｈ₂Ｏ＝１：１：５）中に浸漬し、成形体の全表
面層を深さ０．４mm程度までエッチング除去して、圧粉
磁心（以下、試料５という）を得た。その後、試料５を
洗浄，乾燥した後、第１の実験と同様に、その試料５に
ついて磁気特性を測定した。

【００４０】また、図６にはエッチング前の圧粉磁心、
即ち成形体について測定した結果を比較試料５として示
した。

【００４１】この試料５によれば、表面層をエッチング
除去したことにより、比較試料５に比し、鉄損が低く、
良好な周波数特性を有することが認められる。

【００４２】したがって、この実施例の製造方法によれ
ば、圧粉磁心は成形体の表面層を少なくとも一部除去し
て得られるため、このようにして除去された分だけ、成
形体の表面層において金属粉末どうしが直接接触した部
分は取り除かれ、渦電流が抑制され、圧粉磁心の高周波
磁気特性が向上するので、高周波帯域において高い透磁
率と低い鉄損を兼ね備えた圧粉磁心を簡便な手法で製造
することができる。

【００４３】特に、このようにして製造された圧粉磁心
は電子機器の高周波化，小型化を図るのに好適である。

【００４４】なお、この実施例における化学エッチング
法は、上記の如き試薬の種類，濃度，エッチング液の温
度等の条件に限定されることはなく、成形体の表面層を
エッチング除去できる条件であれば、表面層をエッチン
グ除去するのに適用できることは勿論である。

【００４５】

【発明の効果】この発明に係る圧粉磁心の製造方法にあ
っては、上記の如く圧粉磁心は成形体の表面層を少なく
とも一部除去して得られるため、このようにして除去さ
れた分だけ、成形体の表面層において金属粉末どうしが
直接接触した部分は取り除かれ、渦電流が抑制され、圧
粉磁心の高周波磁気特性が向上するので、高周波帯域に
おいて高い透磁率と低い鉄損を兼ね備えた圧粉磁心を簡
便な手法で製造することができる。

【００４６】また、請求項１又は請求項２に記載の発明
にあっても上記と同様な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る製造方法の説明図。

【図２】第１の実験結果の説明図。

【図３】第２の実験結果の説明図。

【図４】第３の実験結果の説明図。

【図５】第４の実験結果の説明図。

【図６】第５の実験結果の説明図。

【符号の説明】１成形体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｆ 1/22 7371−5Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁物で被覆処理された金属磁性粉末又
は合金磁性粉末を成形治具に充填しかつ加圧して成形体
とした後、その成形体の表面層を少なくとも一部除去す
ることを特徴とする圧粉磁心の製造方法。
【請求項２】成形体の表面層の除去は、切削や研削等
の機械加工法によることを特徴とする請求項１に記載の
圧粉磁心の製造方法。
【請求項３】成形体の表面層の除去は、試薬溶液を用
いて溶解する化学エッチング法によることを特徴とする
請求項１に記載の圧粉磁心の製造方法。