JPH09125108A - 損失の少ないセンダストコア用粉末の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製品にした際コア損失の少ないコアを得るこ
とのできる、センダストコア用粉末を製造する方法を提
供する。 【解決手段】 ４〜１３％Ｓｉ、４〜７％Ａｌ、残Ｆｅ
の組成のセンダスト合金溶融を不活性雰囲気下にて準備
する段階と、センダスト合金溶融の流れに、直径が１０
〜２０ｍｍである４個以上のノズルを介して、１５００
〜３５００ｐｓｉの圧力で水を噴射して、概ね規則的な
多角形模様を持つ粉末を形成する段階と、前記粉末にカ
オリン粉末を０．１〜１．０％添加した後、還元性雰囲
気にて７００〜８５０℃の温度範囲で３０分以上熱処理
する段階と、マグネシア、カオリン及び水ガラスを含有
する複合セラミックを、粉末重量に対して０．５％〜５
％ほど湿式コーティング方法で、熱処理した粉末にコー
ティングする段階とから構成される方法によって、セン
ダストコア用粉末を製造した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電源供給装置(power
supply)、各種のコンバーター(converter) 、インバー
ター(inverter)等に用いられる電子部品のセンダストコ
ア用粉末の製造方法に関するものであって、より詳細に
は、損失の少ないセンダストコア用粉末の製造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、センダストコアは、８５Ｆｅ−
９Ｓｉ−６Ａｌの組成を有する合金粉末を用いて製造さ
れたトロイダル形(toroidal type) のコアであって、イ
ンダクタンスまたはトランスとして用いられる鉄粉末コ
ア、パーマロイパウダー(MPP)コアおよびフェライトコ
ア等のように圧粉鉄心の一種であり、電源供給装置等に
用いられる電子部品である。センダスト合金は、通常、
４〜１３％のＳｉと、４〜７％のＡｌと、残Ｆｅとから
なる。上記のようなコアのうちで、センダストコアは最
も高い磁束密度の特性を有して、高電流用に適合して最
も多く用いられるコアであり、コアの特性はその粉末の
状態から最も大きな影響を受ける。

【０００３】センダストコア用粉末を製造する方法とし
ては、図２のように、センダスト合金をインゴット化
し、それをゾークラッシャー(Jaw Crusher) 、ハンマー
ミル(Hammer Mill)、あるいはアトリションミル(Attrit
ion Mill)等を用いて粉砕し熱処理後、絶縁剤の珪酸ナ
トリウム(Sodim Silicate)をコーティングして粉末を製
造する方法を挙げることができる。

【０００４】上記のように製造したセンダストコア用粉
末は、潤滑剤添加、成型、焼成、特性評価および外部塗
装（有機高分子コーティング）を施され、センダストコ
アとして製品化される。

【０００５】しかし、上記のようなセンダストコア用粉
末の製造方法においては、インゴットを粉砕して適正粒
度のセンダストコア用粉末を製造するため、工程の工数
と費用の両面において経済的でない。また、殊に粉末が
不規則的な鋭角を有するために、後工程の絶縁剤コーテ
ィング時コーティング効率が低く、高圧成型時コーティ
ング層が破損して、製品製造に適用の際、製品のコア損
失が増加するようになる。

【０００６】上記のインゴット破砕法に比して製造工程
を単純化させるため、ガスアトマイズ(Gas atomize) 法
によって粉末を製造する方法が提案されているが、その
例として特開昭６２−２５０６０７号を挙げることがで
きる。

【０００７】特開昭６２−２５０６０７号公報に開示さ
れている方法は、溶解した合金をガスアトマイズ( Gas
atomize)して球形の粗粉末を製造後、１または２段階の
粉砕工程を経て粒度４０〜１１０μｍの球形の粉末にし
た後、粉末の表面を無機絶縁物（珪酸ナトリウム：水ガ
ラス）で被覆して粉末を製造する方法である。

【０００８】この方法は、インゴット破砕法に比して工
程短縮および各成分の偏析現象を防ぎ得る効果をもたら
すことができる。

【０００９】しかし、この方法の場合には、球形度が非
常に高いため圧縮成型も難しいのみならず、成形したと
しても成形体の強度が低いため取扱いが難しく、製品製
造が不可能となり、このため粉砕工程が必ず要求される
のである。

【００１０】したがって、この方法の場合でも粉末を破
砕して造るため、鋭い粉末の角は圧縮成型の際粉末表面
の絶縁を破壊するようになるから、大きな損失値を引き
起こすようになる。

【００１１】更に、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金の粉末を製
造する方法の他の例として、特開平３−４８２４１号を
挙げることができる。この方法は、溶融した合金を５ｍ
ｍ程度のノズルを介して自由落下させて急冷し、２０ｍ
ｍ位の大きさの偏平状の粗粒粉末を製造後、１〜２段階
の粉砕工程を経て所望の粒度粉末を得る方法である。

【００１２】しかし、この方法の場合も、偏平状の粗粒
粉末を破砕して最終の粉末を造るため、鋭い粉末の角は
圧縮成形の際粉末表面の絶縁を破壊するようになって、
大きな損失値を引き起こすことになる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明はアトマイズ法
を利用するものであって、以下においてはアトマイズ法
について説明する。

【００１４】一般的に、アトマイズ法は溶融物の流れに
ガス又は水を噴射して粉末を製造する方法であって、既
に構造材料の製造方法として商用化されている技術であ
る。しかし、エムピーピーコア(MPP Core)やセンダスト
コア(Sendust Core)のような機能材料においてアトマイ
ズ法によってその最終の粉末を製造する技術は未だに開
示されていないが、その理由は次のとおりである。

【００１５】第一に、センダスト合金の場合には酸化傾
向の強い元素からなり、空気中において溶融状態を長時
間保つ場合には成分調節が容易でないという点である。

【００１６】第二に、特開昭６２−２５０６０７号でも
提示されているように、ガスアトマイズする場合には、
その粉末の形状が完全な球形に近く、更に所望の粒度粉
末を得るのが容易ではなく、後工程の成形工程後にも強
度が保たれず、アトマイズ後望む粒度に更に粉砕しなけ
ればならないため、鋭利な角を有する粉末を得るしかな
い、といった点である。

【００１７】更に、水を用いるアトマイズ法の場合に
は、噴射後の粉末は、板状や不規則な形状のものとして
形成される。したがって構造材料においては、不規則形
状の粉末は大きな表面積を有するために焼結反応の大き
な推進力が得られ、最終的な密度の増加を期待すること
ができる。しかし、センダストコア製造におけるように
成形に先んじて粉末を絶縁剤でコーティングしなければ
ならない場合には、成形時の絶縁コーティングの破壊を
考慮しなければならないから、規則的形状の粉末の使用
が要求され、不規則な形状の粉末の使用は難かしい。し
たがって、水を用いるアトマイズ法による粉末製造技術
は未だに機能材料分野には適用されたことはない。

【００１８】第三に、ガスアトマイズ法の場合には、所
望の粒度を得るために噴出ガス圧力を高くしなければな
らないが、この高圧で噴出するガスに起因して粉末内部
に気孔が捕獲、形成され、結果として粉末の特性を低下
させ、且つ内包されたガスによって合金特性の低下を招
くようになる。

【００１９】すなわち、本発明のような機能材料では、
粉末表面に絶縁剤を塗布する工程を必ず行なわなければ
ならず、更に絶縁剤を塗布した粉末を一定の圧力で成形
しなければならないが、成形後においても絶縁層は破損
されてはならない。

【００２０】殊に、センダストコアやエムピーピーコア
では、その成形圧力が１８〜２４ｔｏｎ／ｃｍ² 位であ
るから、粉末の形状が不規則的または粉末の内部に気孔
が形成されている場合には、コア損失に致命的な影響を
及ぼすことになる。

【００２１】したがって、アトマイズ法は機能材料分野
には未だに適用されていない実情である。

【００２２】一方、金属粉末を利用して圧粉鉄心等を製
造する場合、圧粉鉄心等の渦電流損失(Eddy Current Lo
ss) を減らすために通常金属粉末間を絶縁するが、従来
から珪酸ナトリウム（水ガラス）または高分子樹脂(Pol
ymer) のような絶縁材を用いて絶縁したり、あるいは、
金属粉末の表面を僅かに酸化させて絶縁する方法がとら
れている。

【００２３】しかし、上記のように金属粉末を絶縁する
場合には、絶縁抵抗が低いために、センダストコア損失
は１００ガウス(Gauss) で２５乃至３０ｍＷ／ｃｍ² に
至る程になるという問題点がある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】ここにおいて本発明者
は、上記の問題点を解決するため研究と実験を重ね、そ
の結果に基づいて本発明を提案するに至った。

【００２５】本発明は、アトマイズ(Atomization) 法に
よってセンダスト粉末を製造して、その粉末を特殊なセ
ラミック混合体の絶縁材で絶縁することにより、製品に
適用した際、コア損失の少ないセンダストコア用粉末を
製造する方法を提供することを目的としている。

【００２６】本発明によるセンダストコア用粉末を製造
する方法は、質量で、４〜１３％Ｓｉ、４〜７％Ａｌ、
残Ｆｅの各量で、センダスト合金溶融を不活性雰囲気の
下で準備する段階と、前記センダスト合金溶融に、直径
１０〜２０ｍｍの４個以上のノズルを介して１５００〜
３５００ｐｓｉの圧力で水を噴射して、概ね規則的な多
角形形状の粉末を形成する段階と、前記粉末に、カオリ
ン(Kaoline) を粉末の重量に対して０．１〜１．０％の
量で添加した後、還元性雰囲気の下で、７００〜８５０
℃の温度範囲で３０分以上熱処理する段階と、マグネシ
ア(Milk of magnesia)、カオリン、及び水ガラスを含有
する複合セラミックを、粉末重量に対して０．５〜５％
程度の量で湿式コーティング方法を用いて、熱処理した
粉末にコーティングする段階とからなる。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明によるセンダストコア用粉
末を製造するためには、図１に示した通り、先ず、窒素
またはアルゴンのような不活性雰囲気の下で、４〜１３
％Ｓｉ、４〜７％Ａｌ、残Ｆｅの組成で、センダスト合
金溶融を準備することが必要である。

【００２８】本発明においては、センダスト合金溶融を
準備するとき、その原料として通常用いられる金属Ａｌ
および合金Ｓｉのみを用いるよりもむしろ、フェロシリ
コン（Ｆｅ−Ｓｉ）、フェロアルミニウム（Ｆｅ−Ａ
ｌ）、ＳｉおよびＡｌを用い、溶融の成分を調節するよ
うにする。

【００２９】不活性ガス雰囲気の下で溶融を準備するの
は以下の理由による。すなわち、溶融準備の際、酸化傾
向の強いＡｌおよびＳｉ成分が容易に酸化されスラグと
して消耗されることによって合金の成分調節が難しくな
るため、それを防ぐためであり、更に、溶融の酸化に伴
う溶融の流動度低下を抑制するためである。

【００３０】次に、上記のように準備したセンダスト合
金溶融の流れに、直径が１０〜２０ｍｍである４個以上
のノズルを介して１５００〜３５００ｐｓｉの圧力で水
を噴射して、概ね規則的な多角形形状の粉末を形成す
る。

【００３１】このとき、ノズルの直径が１０ｍｍ以下の
場合には、アトマイズ時間が長くなり、溶融の酸化によ
るノズルの塞がりが起こったり、極端な微粉末が形成さ
れたりし、結果として、非常に低い透磁率を有する粉末
が形成される。ノズルの直径が２０ｍｍ以上の場合に
は、粗大且つ球形に近い粉末が得られて成形が難しくな
り、損失が大きくなる。従ってノズルの直径は１０〜２
０ｍｍ程度が好ましい。

【００３２】前記ノズルの個数は４個以上であるべきで
ある。４個以下の場合は片状の粉末となりやすく、コア
製造時コア損失が大きい粉末が形成されるからである。

【００３３】前記ノズルは、水平方向には等間隔に配置
するのが望ましい。等間隔でない場合は、不規則な楕円
形形状の粉末となることがあるからである。更に、前記
ノズルは垂直方向には、最も高い位置のノズルと最も低
い位置のノズルとの高さの差が５〜２０ｍｍとなるよう
に配置するのが望ましい。

【００３４】前記高さの差が５ｍｍ以下の場合には、通
常の片状粉末が形成される虞れがあり、２０ｍｍ以上の
場合には、粉末に付加的に瘤が付いて不規則な形状の粉
末になる虞れがあるからである。

【００３５】前記ノズルの個数が偶数個の場合には、対
向する距離が最も長いノズルは同一の高さとなるように
配置するのが好ましい。前記ノズルの個数が奇数個の場
合には、対向する距離が最も長いノズル同志が対を成す
が、一つのノズルは１対のみを構成する。この対を成す
ノズルは、垂直方向に同一の高さとなるように配置する
のが好ましい。

【００３６】なお、対を成さない１つのノズルは、垂直
方向に見て対を成すノズルの間に配置するのが好ましい
が、その理由は、対を成さないノズルを最も高い位置若
しくは低い位置に配置すると、不規則形状の粉末になる
からである。

【００３７】一方、前記の噴射圧力が１５００ｐｓｉ以
下の場合には、粗大且つ球形に近い粉末が得られ損失が
多く、更に成形強度が弱くなる。３５００ｐｓｉ以上の
場合には、粉末の酸化が甚だしく、粉末の形状が非常に
不規則なものになり、極端な微粉が形成されてコアへの
成形が非常に難しい。さらに、透磁率が低いために適正
な性能が得られない。

【００３８】次に、上記のように形成された粉末に、カ
オリンを粉末の重量に対して０．１〜１％の量で添加し
た後、７００〜８５０℃の温度範囲、かつ、含水素雰囲
気のような還元性雰囲気の下で、３０分以上熱処理す
る。含水素雰囲気は、水素＋窒素混合ガス雰囲気が望ま
しい。前記熱処理の目的は、アトマイズの際形成された
酸化物および不純物を適切に取除くことであり、熱処理
の際カオリンを添加するのは、粉末の凝集を防止するた
めである。

【００３９】前記の熱処理温度および時間は、アトマイ
ズの際形成された酸化物および不純物の適切な除去とい
う側面から制限される。

【００４０】上記の通り熱処理した粉末は、用途に適し
た粒度分布を持つようにその粒度分布が調節される。そ
の一例として、１２５μの透磁率を持つ製品を製造する
ためには、１２０ｍｅｓｈ（１２５μｍ）あるいはそれ
以下の粒度をもつ粉末が２５％、２００ｍｅｓｈ（７５
μｍ）あるいはそれ以下の粒度をもつ粉末が２０％、３
２５ｍｅｓｈ（４５μｍ）あるいはそれ以下の粒度をも
つ粉末が５５％、といった粒度分布を持たせるのが望ま
しい。各ｍｅｓｈ範囲の許容誤差は±５％である。ま
た、６０μの透磁率を持つ製品を製造するためには、粉
末が全て３２５ｍｅｓｈ（４５μｍ）以下の粒度を持つ
ことが望ましい。

【００４１】次に、上記のように熱処理した粉末に粉末
重量に対して０．５〜５％の複合セラミックを湿式コー
ティング方法でコーティングする。前記複合セラミック
は、その組成として、マグネシア、カオリンおよび水ガ
ラスを含有している。前記の複合セラミックには、滑石
および水酸化カリウム(potassium Hydroxide) を追加添
加することが望ましい。

【００４２】前記複合セラミックにおいて、マグネシア
は絶縁性の改善のために、カオリンは絶縁層の強度付与
のために、水ガラスはバインダーとして添加している。
前記滑石は絶縁および絶縁層に対し潤滑作用を有してお
り、水酸化カリウムは絶縁助材の役割を果たす。

【００４３】７００℃にて１時間の焼成を終えると、前
記の複合セラミックは、２００×１０⁶ ＭΩ・ｃｍかそ
れ以上の比抵抗値、および２．３〜３．０ｇ／ｃｍ³ の
密度を有する。前記セラミックの比抵抗値は、水ガラス
による絶縁や酸化法による絶縁による場合よりも高い値
である。

【００４４】以上のような方法でセンダストコア用粉末
を製造後、この粉末を利用してセンダストコアを製造す
れば、損失の少ない優れた特性を有するセンダストコア
の製造が可能である。

【００４５】

【実施例】以下、実施例を通じて本発明をより具体的に
説明する。

【００４６】実施例１ フェロシリコン、フェロアルミニウム、シリコンおよび
アルミニウムを用いて窒素雰囲気の下で、Ｆｅ−９．６
％Ｓｉ−５．５％Ａｌの組成の溶融を準備後、この溶融
の流れに、直径が１３ｍｍである４個のノズルを介して
１６００ｐｓｉの圧力で水を噴射して、粉末を形成し
た。このときのノズルの高さの差は１０ｍｍであった。

【００４７】次に、前記の粉末にカオリン粉末を０．５
％添加混合後、２５％Ｎ₂ ＋７５％Ｈ₂ の含水素雰囲気
の下で、７００℃で１時間、還元処理を行った。

【００４８】次に、１２５μの透磁率を有するコアを造
るため、１２０ｍｅｓｈかそれ以下が２４％、２００ｍ
ｅｓｈかそれ以下が２１％、３２５ｍｅｓｈかそれ以下
が５５％となるように、粉末の粒度分布を調節した。

【００４９】次に、上記のように熱処理した粉末に、絶
縁剤として水ガラスおよび本発明の複合セラミックを、
それぞれ１．２％コーティングして粉末を製造した。

【００５０】ここで用いた複合セラミックは、滑石、マ
グネシア、カオリン、水ガラスおよび水酸化カリウムを
含有したものである。さらに、この複合セラミックは、
３００×１０⁸ ＭΩ・ｃｍの比抵抗、及び２．７／ｃｍ
³ の密度をもつ。

【００５１】上記のように製造した粉末を使ってコアを
造った後、コアの損失を測定した。その結果を表１に示
した。

【００５２】このとき、コアの外径は２０ｍｍであり、
コアの損失は１００ＫＨｚ、および１００Ｇａｕｓｓに
て測定したものである。

【００５３】

【表１】 表１に示した通り、本発明による粉末を製造し、本発明
の複合セラミックをコーティングして得た粉末を使って
製造した発明材が、従来材１、２及び比較材に比してよ
り低いコア損失を有することが分かる。

【００５４】実施例２ 実施例１に示した通りの方法によって製造した粉末に、
酸化法による絶縁、水ガラス絶縁、及び本発明の複合セ
ラミック絶縁を行って最終粉末を製造した後、この粉末
を用いて外径２０ｍｍのコアを製造し、実施例１のよう
な方法でコアの損失を測定した。その結果を表２に示
す。ここで用いた複合セラミックは、滑石、マグネシ
ア、カオリン、水ガラス及び水酸化カリウムを含有し、
３００×１０⁸ ＭΩ・ｃｍの比抵抗、及び２．７ｇ／ｃ
ｍ³ の密度を有している。

【００５５】

【表２】 実施例３ フェロシリコン、フェロアルミニウム、シリコン及びア
ルミニウムを用いて、窒素雰囲気にて、Ｆｅ−９．６％
Ｓｉ−５．５％Ａｌからなる溶融を準備した後、この溶
融の流れに下記表３のような条件で水を噴射して粉末を
形成した。

【００５６】このようにして形成した粉末に対し、上記
の実施例１で行ったと同様に還元処理、及び粒度分布調
節を行なった後、さらに、表３に示したような量で本発
明の複合セラミックをコーティングして粉末を製造し
た。この粉末を使って外径が２０ｍｍのコアを製造し
て、実施例１で行ったと同様にコア損失を測定した。そ
の結果を表３に示す。

【００５７】ここで用いた複合セラミックは、滑石、マ
グネシア、カリオン、水ガラス及び水酸化カリウムを含
有し、３００×１０⁸ ＭΩ・ｃｍの比抵抗、及び２．７
ｇ／ｃｍ³ の密度を持つのである。

【００５８】

【表３】

【００５９】

【発明の効果】上述の通り本発明においては、溶融をア
トマイズ法によって処理し、迅速に冷却させて、センダ
ストコア用粉末を製造する。更に、絶縁処理では絶縁剤
として複合セラミックを用いて絶縁抵抗を高めることが
できる。結果として、このようにして製造した粉末を使
ってセンダストコアを製造し、製品化した場合、損失特
性が優れたセンダストコアを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法によるセンダストコア用粉末の製
造工程を示した工程図である。

【図２】従来の方法によるセンダストコア用粉末の製造
工程を示した工程図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 質量で、４〜１３％Ｓｉ、４〜７％Ａ
   ｌ、残Ｆｅの組成を有するセンダスト合金溶融を不活性
   雰囲気の下で準備する段階と、 前記センダスト合金溶融の流れに、直径が１０〜２０ｍ
   ｍの４個以上のノズルを介して、１５００〜３５００ｐ
   ｓｉの圧力で水を噴射して、概ね規則的な多角形形状の
   粉末を形成する段階と、 前記粉末に、カオリン(Kaoline) を前記粉末の重量に対
   して０．１〜１．０％の量で添加、混合した後、還元性
   雰囲気の下で、７００〜８５０℃の温度範囲で３０分以
   上熱処理する段階と、 マグネシア(Milk of magnesia)、カオリン、及び水ガラ
   スを含有し、７００℃で１時間焼成した後の比抵抗及び
   密度が各々２００×１０⁶ ＭΩ・ｃｍ以上及び２．３〜
   ３．０ｇ／ｃｍ³ となる複合セラミックを、前記粉末の
   重量に対して０．５〜５％程度の量で湿式コーティング
   方法により、前記熱処理した粉末にコーティングする段
   階とを含んで構成される、損失の少ないセンダストコア
   用粉末の製造方法。
2. 【請求項２】 前記複合セラミックに、滑石および水酸
   化カリウムを追加して添加したことを特徴とする、請求
   項１に記載の製造方法。
3. 【請求項３】 前記水を噴射するノズルは水平方向には
   等間隔に配置し、かつ、垂直方向には最も高い位置のノ
   ズルと低い位置のノズルの高さの差が５〜２０ｍｍとな
   るように配置し、さらに、ノズルの個数が偶数の場合に
   は相互に向い見る距離が最も長いノズル同志は同じ高さ
   となるように配置したことを特徴とする、請求項１また
   は２に記載の製造方法。
4. 【請求項４】 前記水を噴射するノズルは水平方向には
   等間隔に配置し、かつ、垂直方向には最も高い位置のノ
   ズルと低い位置のノズルの高さの差が５〜２０ｍｍとな
   るように配置し、さらに、ノズルの個数が奇数の場合に
   は、相互に向かい見る距離が最も長いノズル同志は対を
   成し、任意の一つのノズルは１対のみを構成するが、こ
   の対を成すノズルは垂直方向に同じ高さに配置し、か
   つ、対を成さない残りの１つのノズルは垂直方向に見て
   対を成すノズルの間に配置したことを特徴とする、請求
   項１または２に記載の製造方法。