JPH0793204B2 - アモルフアス合金圧粉磁心 - Google Patents

アモルフアス合金圧粉磁心

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JPH0793204B2
JPH0793204B2 JP61264268A JP26426886A JPH0793204B2 JP H0793204 B2 JPH0793204 B2 JP H0793204B2 JP 61264268 A JP61264268 A JP 61264268A JP 26426886 A JP26426886 A JP 26426886A JP H0793204 B2 JPH0793204 B2 JP H0793204B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、アモルファス合金圧粉磁心、特に電子機器内
のノイズフィルター、チョークコイル等の磁心に使用さ
れるアモルファス合金圧粉磁心に関する。
〔従来の技術〕
従来より電子機器の電源内のノイズフィルター、チョー
クコイル等の磁心には、フェライト、Noパーマロイ圧粉
磁心、Fe-Si-Al合金圧粉磁心などが使用されている。特
に、近年電源がスイッチング電源化され、さらにその駆
動周波数の上昇と電流容量の増加の螢光が強まってお
り、良好な周波数特性を有するとともに、大電流によっ
て飽和しにくい高磁束密度の合金圧粉磁心が注目を浴び
つつある。
一方、結晶磁気異方性をもたないアモルファス合金は、
高透磁率、低保磁力等の優れた軟磁性をもちながら、通
常の結晶質磁性合金の2〜3倍も高い固有抵抗の故に高
周波損失が少なく、特にFe基アモルファス合金は時速密
度が高いのでノイズフィルター、チョークコイル等の磁
心には最適の素材ということができる。
アモルファス合金をノイズフィルター、チョークコイル
等の磁心に用いた例は、たとえば東芝レビュー39巻8
号,1984 P735などに見られる。これらは単ロール法と呼
ばれる溶湯急冷法によって製造された厚さ数10μmのア
モルファス合金薄帯を素材として、これをトロイダル状
に巻き回した巻鉄心として用いられている。
しかしながら、巻磁心は巻き回し、含浸硬化、ギャップ
の加工等加工工数が大きく、勢い高価格となるという問
題があった。また、巻線工数を低減する意味では、E
形、U形等の異形コアの採用が有利であるが、アモルフ
ァス合金薄帯から製造するには、アモルファス合金が高
硬度なため打抜きに使用する金型の寿命が短いという困
難があるため実用には至っていない。
上記のアモルファス合金薄帯よりなる磁心の欠点を解消
するため、アモルファス合金の粉末を製造し、これを圧
粉成形する方法も試行されている。しかしながら、有機
物あるいは無機物を絶縁層かつバインダーとして用いた
場合、アモルファス合金は硬くて圧縮性に乏しいため、
これら絶縁物質の量を大量に加えないと成形できず、成
形できても絶縁物の量が多いために透磁率が小さくなっ
てしまうという問題があった。一方、量産性に優れる水
アトマイズ法による不規則形状のアモルファス合金粉末
は、比較的圧縮性に富み、バインダー兼絶縁物質を加え
ずとも成形は可能であるが、Fe80P14C6等多くのアモル
ファス合金においては、圧粉の際に粉末粒子相互が接触
する頻度が高く、絶縁が破壊される傾向が強いため、透
磁率の周波数特性が劣化するという問題があった。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明の目的は、圧粉、成形が容易で、圧粉の際に絶縁
破壊しにくく、かつ安価なアモルファス合金粉末から製
造されるアモルファス合金粉末圧粉磁心を提供すること
にある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者は、上記のアモルファス合金に関する問題点を
解決するために検討を重ねた結果、Fe、Cr、PおよびC
またはBの1種または2種よりなり、原子百分率で表わ
した式、 Fe100−a−b−c・Cra・Pb(C,B)c (1≦a≦8,5≦b,15≦b+c≦30) で示される組成を有し、10KHzにおける透磁率が半減す
る周波数が60MHz以上であるアモルファス合金粉末を原
料粉末として用い、これを圧粉成形し、然る後結晶化温
度以下で熱処理することで圧粉成形が容易で優れた磁気
特性を有する圧粉磁心が製造できることを見い出し、本
発明をなすに至った。
以下、本発明について詳述する。
本発明者は、上記アモルファス合金に関する問題点を解
決すべく、組成面から種々検討を行なった。
成形性、圧縮性が最も良好な粒子形態である不規則形状
のアモルファス合金粉末の成形体は、後述するようにバ
インダーを用いなくとも成形可能であるが、多くのアモ
ルファス合金では、圧粉の際、粉末粒子相互が接触する
頻度が高く、透磁率の周波数特性が乏しく、実用には耐
えない。例えば、Fe80P14C6アモルファス合金の見掛密
度3.0g/cm3の粉末を20ton/cm2でリング状にプレス成形
し、Ar雰囲気下400℃にて2Hr保持した場合の10KHZにお
ける透磁率は230であるが、透磁率が半減する周波数
(以下限界周波数と呼称する)は0.3MHZであり、Fe-Si-
Al合金圧粉磁心やMoパーマロイ圧粉磁心の10MHZ以上よ
り大幅に劣る。
本発明者らは、種々検討の結果、アモルファス形成元素
としてP、および(C,B)を含むFr基アモルファス合金
にCrを含む合金(特開昭50-101215号)が、それ自体強
固な絶縁性皮膜を有し、圧粉成形時に絶縁破壊しにく
く、良好な周波数特性を有することを見い出した。
すなわち、Fe,C,PおよびCまたはBの1種または2種よ
りなり、原子百分率で表わした式、 Fe100−a−b−c・Cra・Pb(C,B)c (1≦a≦8,5≦b,15≦b+c≦30) で示される組成を有する合金が強固な絶縁性皮膜を有
し、圧粉成形時に絶縁破壊しにくいことを見い出した。
以下、組成限定の理由を述べる。
CrとPは共存することによって強固な絶縁性皮膜を生成
する効果を有する。この効果を発現させるための必要最
小限のCrとPの量は、Cr1%、P5%である。一方、Crの
添加はFe−P−(C,B)アモルファス合金の磁歪を低減
し、透磁率を高める効果をもつ。ただし、飽和磁束密度
Ssは、添加量が多いほど低下する。8%以上添加すると
素材粉末のBsが10000Gを下回るので好ましくない。Pお
よび(C,B)はアモルファス形成に必要な元素であって
合計15%以上30%以下であり、これより低いか高くても
アモルファス形成能が困難となる。BはPとの組み合わ
せ上、Cと同等以上にアモルファス化を促進させるが、
比較的高価な元素であるので添加量を少なくするか、全
く無添加であっても圧粉磁心としての特性を引き出す上
での支障はない。
このようなFe-Cr−P−(C,B)合金に添加元素として、
Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Mo,W,Mn,Co,Ni,Cu,Si,Ge,Bi,Be,Mg,
Y,Laのうち1種類以上を加えることも有効である。この
うちTiよりMgまでの元素は磁歪を低減し、透磁率を高め
るのに効果がある。また、Ti,Zr,Hf,V,Nb,Ta,Mo,W,Ni,S
i,Ge,Bi,Y,Laは、アモルファス形成能を高める。しかし
ながら、これらの元素は、添加量の増加とともに磁束密
度を下げるので、素材粉末のBsを10000G以上とするに
は、添加量の上限があり、5%以下とする必要がある。
このような組成範囲のアモルファス合金粉末は、それ自
体が強固な絶縁性皮膜を有するために、そのまま成形し
ても周波数特性が高いが、少量の絶縁性物質を混合した
後、成形するかもしくは粉末表面に絶縁性皮膜を被覆す
ることによってさらに周波数特性が改良され、限界周波
数が高まる。絶縁物質は、成形後の熱処理が不可避なの
で熱処理温度を耐える耐熱性を持つことが望ましい。
熱処理は、アモルファス合金の結晶化温度以下で粉末構
造時および成形時に生じた応力が除去し、軟磁性を向上
させるために施される。通常キュリー点以上の無磁場処
理がなされるが、磁場中熱処理を行なうとさらに特性の
向上が図られる場合がある。
なお、本発明アモルファス合金圧粉磁心を製造するにあ
っては、以上の組成を有する合金粉末であって見掛密度
3.5g/cm3以下の不規則形状の粉末を用いるのが良い。以
下その理由を説明する。
アモルファス合金は、たとえばFe−P−C系ではビッカ
ース硬さ700以上と高い硬さを有し、かつ塑性変形しに
くいのでガスアトマイズ粉末のような球状粉末では成形
が困難であり、またフレーク状では粉末粒子相互の絡み
合いが少なく、密度を高めるのが困難である。成形性、
圧縮性が最も良好な粒子形態は特公昭54-76469号で開示
された水アトマイズ法による不規則形状の粉末である。
本発明者の検討では不規則が高くなるにつれて、成形体
の強度が高くなり、成形性に向上する。
第1図にFe73Cr7P14C6アモルファス合金の平均粒度が約
60μmでほぼ等しく見掛密度の異なる不規則形状粉末に
成形潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を0.5重量%添加し
て超硬合金製金型を用い、20ton/cm2の高圧力でプレス
成形して長さ30mm、幅5mm、高さ5mmの成形体を作成し、
その抗折力を測定した結果を示す。見掛密度が3.5g/cm3
以下であれば、成形体として通常必要とされる抗折力が
0.5kgf/mm2以上となることが明らかである。したがっ
て、見掛密度は3.5g/cm3以下が望ましい。なお、見掛密
度は平均粒度によっても変動するが、適正な水アトマイ
ズ法によってほぼ−50meshでアモルファス化が可能であ
り、上記の3.5g/cm3もこの範囲での値で考える。見掛密
度が3。5g/cm3以下のアモルファス合金粉末は、上記の
ように水アトマイズ法により製造するのが最も好ましい
が、水アトマイズままで見掛密度が低く、したがって流
動性が低い場合は、振動ミル、アトリッター等による機
械的粉砕によって不規則度を低減し、見掛密度を増加さ
せることも可能である。
以上のように特定された組成と見掛密度を有するアモル
ファス合金粉末は、圧縮性、成形性に優れているととも
に高い透磁率を有し、かつ圧粉の際に絶縁破壊しにく
く、これを用いて製造された圧粉磁心は優れた性質を有
する。また、原料として高価なBの添加を抑制すること
が可能であること、最も量産的な粉末製造手法である水
アトマイズ法の利用にふさわしい粉末であることから極
めて安価に製造することができる。
なお、本発明に用いられる組成のアモルファス合金粉末
は、水アトマイズ後の乾燥工程中の酸化が少なく、取扱
い性に優れており、この面からも生産的なものである。
〔実施例〕
以下、本発明の具体的内容を実施例により詳述する。
実施例1 水アトマイズ法により、各種のアモルファス合金粉末を
製造し、−50meshで篩下した。見掛密度はいずれも1.5
〜3.0g/cm3であった。粉末に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10mm
φ、高さ5mmのリング状にプレス成形した。成形圧力は2
0ton/cm3で行なった。成形密度は真密度の約80%であっ
た。
この成形体をキューリ点以上結晶化温度以下の各組成の
最適条件で加熱後水中へ急冷し測定に供した。結果を第
1表に示す。
本発明合金は、10KHZにおける実効透磁率μeが概略200
以上と高く、しかも限界周波数が高くなっており、周波
数特性が優れているばかりでなく、従来のセンダスト圧
粉磁心やMoパーマロイ圧粉磁心を上回るBsを有してい
る。比較例として示した類似組成の粉末よりなる圧粉磁
心は、μeが高いと限界周波数が低く、一部の合金は結
晶質が混在しているためにμeが極めて低く、実用でき
ないレベルである。
実施例2 実施例1のNo.1合金、No.8合金を水アトマイズ法により
製造し、−50meshで篩下した。見掛密度は1.5〜1.9g/cm
3であった。この粉末にケイ酸ソーダを0.6重量%添加
し、粉末表面を被覆した後、成形潤滑剤としてステアリ
ン酸亜鉛0.5重量%を添加し、外径20mmφ、内径10mm
φ、高さ5mmのリング状にプレス成形した。成形圧力
は、20ton/cm2で行なった。成形密度は真密度の約77〜7
9%であった。この成形体を400℃で120分熱処理した結
果、No.1合金の圧粉磁心の10KHZでのμeは200、限界周
波数は28MHZであり、No.8合金の圧粉磁心の10KHZでのμ
eは240、限界周波数は20MHZとなり、実施例1の場合よ
り周波数特性が向上した。
実施例3 実施例1のNo.1合金を水アトマイズ法、ガストマイ
ズ直後水冷する方法(S.A.Miller,R.J.Murphy:Scripta
Metallurgica,Vol.13.P.673,1979)、単ロール法でリ
ボンを作製後粉砕する方法(特開昭58-197205号)の3
通りの方法で製造した。いずれも−200meshに篩下し
た。見掛密度および粉末形状は、それぞれ1.9g/cm3
不規則形状、5.0g/cm3−球状、2.0/cm3−フレーク
状であった。いずれの粉末もステアリン酸亜鉛0.5重量
%を添加し、実施例1と同様にリング形状にプレス成形
を試みたが、の球状粉末は成形体が取扱い不能なほど
強度がなく評価不能であった。、の粉末の成形密度
はそれぞれ78%、74%であった。400℃で120分熱処理し
た結果、の粉末の10KHZでのμeは170、限界周波数は
33MHZであり、の粉末の10KHZでのμeは100で、限界
周波数は42MHZであった。このように見掛密度が同様の
レベルであってもフレーク状粉末の成形体は密度が低い
ためにμeが低く、高いμeを得るには不規則形状粉末
が適していることが明白である。
〔発明の効果〕
以上、述べたごとく本発明による、アモルファス合金圧
粉磁心は、成形性、圧縮性に優れ、圧粉の際に絶縁破壊
しにくく、かつ安価な製造法を採用し得る粉末を原料と
して得られ、高い透磁率と優れた周波数特性を有し、電
子機器内のノイズフィルター、チョークコイル等の磁心
に最適のものであり、その工業的価値が大である。
【図面の簡単な説明】
第1図は不規則形状のアモルファス合金粉末の見掛密度
とそれを用いて製造した圧粉成形体の抗折力との関係を
示す相関図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Fe、Cr、PおよびCまたはBの1種または
    2種よりなり、原子百分率で表わした式、 Fe100−a−b−c・Cra・Pb(C,B)c (1≦a≦8,5≦b,15≦b+c≦30) で示される組成を有し、10KHzにおける透磁率が半減す
    る周波数が60MHz以上であることを特徴とするアモルフ
    ァス合金圧粉磁心。
  2. 【請求項2】原料粉末が見掛密度3.5g/cm3以下の不規則
    形状である特許請求の範囲第1項記載のアモルファス合
    金圧粉磁心。
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