JPH06306405A

JPH06306405A - 複合圧粉磁芯の製造方法

Info

Publication number: JPH06306405A
Application number: JP5120771A
Authority: JP
Inventors: Michihiro Torii; 道寛鳥居; Masanao Okuda; 正直奥田; Kiwa Ikeda; 喜和池田
Original assignee: II R D KK
Current assignee: II R D KK
Priority date: 1993-04-24
Filing date: 1993-04-24
Publication date: 1994-11-01

Abstract

(57)【要約】【目的】金属磁性粉末の持つ磁気特性を損なうことな
く、広い周波数帯で低損失の特性を呈する圧粉磁芯を製
造する。【構成】鉄、鉄合金、又はアモルファス磁性合金の粉
末の表面に磁性酸化物からなる高抵抗層を形成し、それ
ら表面処理した粒子、もしくはそれら表面処理した粒子
の混合物に、無機結合剤又は有機結合剤を加えて圧縮成
形する。特に、アスペクトレシオが１：３以上で、且つ
短軸方向厚さが７５μｍ以下の鱗片状粒子が好ましい。
鱗片化にはロールミル法やスタンピング法等を用いる。
粒子の形状異方性を利用して成形時に磁場配向させた
り、圧延により配向させることもできる。圧延シートは
打ち抜き成形できるし、その打ち抜き品の積層成形も可
能である。マンドレールに巻き付けることにより円筒状
又はリング状に成形できる。更に湿式法で粒子を配向さ
せることも可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧粉磁芯の製造方法に
関するものである。更に詳しく説明すると、本発明は、
表面に磁性酸化物の高抵抗層を形成した鉄、鉄合金、ア
モルファス磁性合金の粒子に結合剤を加えて成形する複
合圧粉磁芯の製造方法に関するものである。この技術に
よれば、高飽和磁束密度、高透磁率、低損失で、且つ広
い周波数帯域で使用しうる磁芯を製造できる。

【０００２】

【従来の技術】一般に圧粉磁芯は、粉末磁性材料を結合
剤を用いて固体化することによって製造する。特に高周
波用ノイズサプレッサやスイッチング電源の平滑用チョ
ークコイルとして用いられる圧粉磁芯では、高透磁率を
持つ金属磁性粉末の各粒子表面に樹脂による絶縁被膜を
形成することもある。これは、磁性材料の渦電流損が周
波数の２乗に比例して増大するので、各粉末粒子の表面
に絶縁被膜を形成することで、渦電流の発生を抑制する
ためである。また、このような絶縁被膜を有する磁性粒
子を用いると、絶縁被膜を形成していない場合に比べて
結合剤の充填量を減少させることができるため、その
分、磁気特性の向上を図ることができる利点もある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような金属磁性
粉末を樹脂絶縁物で被覆する方法でも、渦電流損を極力
低減するためには、粒子表面をムラなく覆う必要があ
り、そのためには、ある程度の厚みの樹脂層が必要とな
る。しかし、その樹脂層は非磁性体であるので、その
分、磁気特性の低下は避けられない。つまり粒子間に非
磁性樹脂絶縁層が介在するために、圧粉磁芯全体として
は金属磁性粉末のもつ本来の優れた磁気特性よりもかな
り劣った特性となる。更に、樹脂絶縁層を設けると、よ
り特性を向上させるための、高温での歪み取り焼鈍や高
密度化のための焼結が行えない。また、磁気特性の向上
のため粒子を鱗片状にすると、均一な樹脂被覆が難しく
なる。

【０００４】本発明の目的は、金属磁性粉末の持つ磁気
特性を損なうことなく、広い周波数帯で低損失の特性を
呈する圧粉磁芯を製造する方法を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、鉄、鉄合金、
又はアモルファス磁性合金の粉末の表面に磁性酸化物か
らなる高抵抗層を形成し、それら表面処理した粒子、も
しくはそれら表面処理した粒子の混合物に、無機結合剤
又は有機結合剤を加えて圧縮成形する複合圧粉磁芯の製
造方法である。これら鉄、鉄合金、又はアモルファス磁
性合金の粉末としては、アスペクトレシオが１：３以上
で、且つ短軸方向厚さが７５μｍ以下の鱗片状が好まし
い。ここで「アスペクトレシオ」とは、偏平状粒子の短
軸方向長さ（厚さ）と長軸方向長さの比をいう。粒子形
状を鱗片化（偏平化）するには、ロールミルを用いる方
法の他、スタンピング法などを用いる。このような鱗片
状粒子は、成形時に磁場を印加することにより、磁路方
向に粒子長軸面を配向させることができる。

【０００６】また、このような鱗片状粒子に有機結合剤
を混合したコンパウンドをロールにより圧延してシート
状に成形することにより、粒子の形状異方性を利用して
シート面方向に粒子面を配向させることもできる。この
シートは、プレスを用いて打ち抜き成形することができ
るし、その打ち抜いたものを複数枚積層して二次成形す
ることもできる。またシートを、マンドレールに巻き付
けることにより円筒状又はリング状に成形できる。更に
前記鱗片状の粒子に、結合剤と水を加え、その混合流体
を金型内で沈降させて粒子面を揃え、脱水後、圧縮成形
することも可能であるし、沈降脱水時及び／又は圧縮成
形時に磁場を印加してもよい。

【０００７】上記のようにして得た成形品を、金属磁性
粉末を形成する磁性金属の特性に応じて、２００℃〜８
５０℃で熱処理（歪み取りのための焼鈍）、又は熱間圧
縮処理することで磁気特性の向上を図ることができる。
粉末表面に形成する磁性酸化物層がニッケル亜鉛系フェ
ライトの場合には、化学量論的な酸素分圧は空気中で安
全であるが、マンガン亜鉛系フェライト及び鉄亜鉛系フ
ェライトの場合には、温度により酸素分圧の調整が必要
となる。更に高密度化し磁気特性の改善を行うために
は、ホットアイソスタティック・プレスによる高密度化
並びに熱間プレスによる高密度化を図る。

【０００８】金属磁性粉末材料としては、電解鉄、アト
マイズ鉄粉、還元鉄粉、パーマロイ系合金、アルミニウ
ム・ケイ素を含むセンダスト系合金、アモルファス合金
等、応用面の所望特性に応じて適宜選択する。例えば、
鉄、鉄・ニッケル、鉄・コバルトを基本成分とし、半金
属としてリン、炭素、ホウ素、ケイ素の少なくとも１種
を用い、更に必要に応じてアルミニウム、チタン、クロ
ム、マンガン、モリブデン、タンタル、バナジウム、ジ
ルコニウム、銅、ニオブ、タングステン、タリウム、レ
ニウム、希土類元素の少なくとも１種を用いる。金属磁
性粉末の表面に磁性酸化物（フェライト）層を形成する
手段としては、例えば無電解法により金属亜鉛及び金属
マンガンの層を形成し、オートクレーブ法及び／又は化
学量論的酸素含有物を持つ不活性ガス雰囲気にて、熱拡
散と同時に酸化物化処理を行うことで、金属と密着した
薄い磁性フェライト層を形成することができる。また膜
厚は、適用する周波数帯と必要とする磁気飽和量によっ
て調整する。

【０００９】

【作用】金属磁性粉末の表面に形成した磁性フェライト
層の表面抵抗値は、マンガン亜鉛系の場合は１０^-1〜１
０²Ω・cm、ニッケル亜鉛系の場合は１０²〜１０⁴Ω
・cmとなる。この層は、樹脂をコーティングするのと異
なり、薄く均一に形成でき、そのため金属粒子間の電気
抵抗が増大して高周波領域における渦電流損を抑制し、
同時に磁性を有するため磁芯の磁気特性の低下を最小限
に防ぐ。特に粒子形状を鱗片状とし、該粒子の長軸方向
を磁気回路方向に平行にして配列すると、高周波磁界印
加時、磁芯に発生する渦電流は短軸面方向であるので、
低減する。また粒子配向によって、鱗片状長軸面がチェ
ーン状に連続した積層状構造体を作ることができ、その
場合は、磁界は粒子の面接触によって連続するので、実
効透磁率が著しく向上する。更に粒子の充填率も向上す
るので、飽和磁束密度も向上する。

【００１０】例えば、金型に粒子を充填した後、内部ロ
ッド金型に大電流パルスを供給すると、トロイダル方向
に磁界が発生し、粒子は、その形状磁気異方性によって
容易磁化方向に配列する。このように磁界により配列し
た状態で加圧成形することにより、粒子は配向する。あ
るいはポリビニールブチラール等の有機結合剤と金属磁
性粒子とを混練してカレンダーロール等により繰り返し
圧延すると、粒子は次第に圧延面に対し平行方向に機械
的圧力によって整列し配向する。その場合、シートの平
面方向が磁化容易面となるので、方向性ケイ素鋼板と同
様に、モーターのヨークやトランスコアのようにプレス
により打ち抜き加工を行うことで特性の良好な磁芯が得
られるし、マンドレールにシートを巻き付けることでカ
ットレス巻き磁芯が得られる。

【００１１】結合剤と水との混合流体を金型に充填し、
金属磁性粒子の重力により自然に落下沈降させ粒子面を
揃える方法と、金型中のロッドに大電流パルスを供給し
て磁路構成方向に粒子を配向させる方法のいずれか、ま
たはその組み合わせを採用すると、粒子の形状異方性を
利用して配向度を最も上げることができ、完全に近い状
態で粒子を容易磁化軸に沿って配列できる。そして粒子
面が揃った状態でフィルターを用いて真空脱水し圧縮成
形することで、各粒子を容易磁化軸方向に揃えた成形体
を作ることができる。

【００１２】本発明では、有機・無機の結合剤は、必ず
しも電気絶縁性を付与するものである必要はなく（勿
論、幾分かは電気絶縁性に寄与する）、単に粒子間の機
械的結合強度を確保できればよく、従って少量で足り、
高い充填度の磁芯が得られる。このため磁芯は高磁束密
度を有し、しかも各粒子は高抵抗絶縁処理がなされ、且
つ鱗片状（偏平状）粒子が面接触状態でチェーン状組織
体となるので、磁気抵抗が低くなり、高透磁率が高い周
波数帯まで保持される。なお低周波帯で使用する場合、
変換エネルギーはωβとなるので、磁束密度の高い材料
が望ましく、そのため磁性フェライト層を薄くし粒子径
を大きくする。他方、高周波帯で使用する場合は、電力
損を低減させるために金属箔状の薄い鱗片状粒子とし、
高抵抗のニッケル亜鉛系フェライトで絶縁層を形成す
る。このようにして所望の特性との整合が可能となる。

【００１３】圧粉磁芯を製造するに際しては、加圧成形
により金属磁性粉末に加工歪みが発生するので、前記の
ように、加圧成形後に成形体を熱処理（歪み取り焼鈍）
すると、この金属磁性粒子成形体の内部残留歪みを取り
除き、磁気的、電気的特性が向上する。

【００１４】

【実施例】金属磁性粉末として電解鉄粉末をロール法に
て圧延して鱗片状粉末とする。この鱗片状粉末は、厚さ
５〜１２μｍ、面の長さが５０〜１５０μｍ程度となる
ように整粒する。この粉末を硫酸亜鉛水溶液に浸漬し、
粉末表面に０．０５μｍの金属亜鉛層を形成する。これ
を水洗後、硫酸ニッケル水溶液に浸漬し、亜鉛層の上に
金属ニッケル層を０．０７μｍ形成する。そして水洗乾
燥後、６００℃で熱処理することにより、熱拡散と同時
にフェライト化反応を行い、磁性体であると同時に高抵
抗層を形成した。

【００１５】この粒子に対して、ケイ酸ソーダを６．５
重量％、成形潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を０．５重
量％添加し、外径２０mmφ、内径１０mmφ、高さ５mmの
リング状にプレス成形した。この成形時に、中央のロッ
ド金型に３０００アンペアのパルス電流を供給して、該
ロッドを中心とする同心円状に高磁場を発生させた。前
記鱗片状粒子は形状磁気異方性をもっているので、磁路
に従って容易磁化軸、即ち鱗片状の長軸がチェーン状に
連結した配向がなされた。この配向状態のまま上下のパ
ンチで圧縮成形することにより、機械加圧力も加わっ
て、磁路形成方向に面配向した成形体が得られた。なお
成形は、５ton/cm²の圧力で行った。

【００１６】この成形体を６００℃で１２０分間熱処理
した後測定した結果、１０ｋHzでの実効透磁率μe は２
８０、限界周波数は３２ＭHz、飽和磁束密度は９０００
ガウスであった。

【００１７】

【発明の効果】本発明は上記のように、金属磁性粉末の
表面に磁性酸化物層を形成し、成形する方法であるか
ら、該磁性酸化物層は均一に薄くでき且つ磁性体である
ため、金属磁性材料本来の磁気特性が損なわれず、また
磁性酸化物層が高抵抗層として作用するため、高周波領
域における渦電流損を低減でき、全体として特性の優れ
た複合（粉末に表面被覆を施した）圧粉磁芯を製造でき
る。

【００１８】特に鱗片状の金属磁性粉末を用いると、そ
の容易磁化軸と形状異方性を利用して整列配向させるこ
とができるので、磁気特性のより優れた圧粉磁芯を製造
することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉄、鉄合金、又はアモルファス磁性合金
の粉末の表面に磁性酸化物からなる高抵抗層を形成し、
それら表面処理した粒子、もしくはそれら表面処理した
粒子の混合物に、無機結合剤又は有機結合剤を加えて圧
縮成形することを特徴とする複合圧粉磁芯の製造方法。
【請求項２】鉄、鉄合金、又はアモルファス磁性合金
の粉末は、アスペクトレシオが１：３以上で、且つ短軸
方向厚さが７５μｍ以下の鱗片状であり、成形時に磁場
を印加して、磁路方向に粒子長軸面を配向させる請求項
２記載の複合圧粉磁芯の製造方法。
【請求項３】鉄、鉄合金、又はアモルファス磁性合金
からなり、アスペクトレシオが１：３以上で、且つ短軸
方向厚さが７５μｍ以下の鱗片状粉末の表面に、磁性酸
化物からなる高抵抗層を形成し、それら表面処理した粒
子、もしくはそれら表面処理した粒子の混合物に、有機
結合剤を混合したコンパウンドをロールにより圧延し、
シート状に成形して、粒子の形状異方性によってシート
面方向に粒子面を配向させることを特徴とする複合圧粉
磁芯の製造方法。
【請求項４】請求項３で作製したシートを、プレスを
用いて打ち抜き成形する複合圧粉磁芯の製造方法。
【請求項５】請求項４で打ち抜き成形した成形品を、
複数枚積層一体化して二次成形する複合圧粉磁芯の製造
方法。
【請求項６】請求項３で作製したシートを、マンドレ
ールに巻き付けて円筒状又はリング状に成形する複合圧
粉磁芯の製造方法。
【請求項７】鉄、鉄合金、又はアモルファス磁性合金
からなり、アスペクトレシオが１：３以上で、且つ短軸
方向厚さが７５μｍ以下の鱗片状粉末の表面に、磁性酸
化物からなる高抵抗層を形成し、それら表面処理した粒
子、もしくはそれら表面処理した粒子の混合物に、結合
剤と水を加え、その混合流体を金型内で沈降させて粒子
面を揃え、脱水後、圧縮成形することを特徴とする複合
圧粉磁芯の製造方法。
【請求項８】沈降脱水時及び／又は圧縮成形時に磁場
を印加して配向させる請求項７記載の複合圧粉磁芯の製
造方法。
【請求項９】請求項１乃至８で得た成形品を、２００
℃〜８５０℃で熱処理、又は熱間圧縮処理する複合圧粉
磁芯の製造方法。