JPH11204359A - 圧粉磁芯の製造方法と製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鉄、珪素、アルミニウム系の圧粉磁芯の透磁
率とその周波数特性を向上でき、安価で、容易に、か
つ、連続的に製造できる圧粉磁芯の製造方法と装置を供
する。 【解決手段】 鉄、珪素、アルミニウムを主成分とする
圧粉成形体をバインダ硬化処理して圧粉磁芯を得る圧粉
磁芯の製造に際して、圧粉成形部１の金型（ダイ９や中
芯１０等）の成形部分の形状と同一形状、同一寸法の空
間を有し、外周部品に加熱用のヒータ５を備え、一方の
開口部から圧粉成形部１の圧粉成形体排出部と係合して
圧粉成形体２を受け入れ、他方の開口部から収納部６に
処理が完了した圧粉成形体を排出する拘束装置３と、圧
粉成形後、下パンチを取り除いて、拘束装置３の一方に
移動でき、前記拘束装置３に圧粉成形体２を移送できる
圧粉成形部１と、処理の完了した圧粉成形体８を収納す
る収納部を備えた圧粉磁芯の製造装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子機器に用いら
れるコイル等の主要部品である圧粉磁芯の製造方法と、
その製造装置に関係し、特に、その圧粉成形体のバイン
ダ硬化処理に関する。

【０００２】

【従来の技術】高周波で用いられるコイル等にフェライ
ト磁芯や圧粉磁芯が多く使用されている。純鉄や磁性合
金からなる軟磁性金属粉末を圧縮成形して作製される圧
粉磁芯は、軟磁性フェライトの焼結磁芯等に比べて、高
い飽和磁束密度を持つため、直流重畳性に優れ、又、高
いノイズ遮断特性を持つという長所を有している。

【０００３】しかし、圧粉磁芯は、主として、金属系の
粉末と有機バインダ等とを混合し、圧縮成形して作製さ
れるため、透磁率は、あまり高くとれず、又、透磁率の
周波数特性も、高い周波数帯まで伸びないという問題が
ある。

【０００４】一方、近年の電子機器の小型化の要求に伴
い、電子部品の小型化の要求が強くなっている。この要
求は、コイル等のインダクタンス素子の多くに用いられ
る圧粉磁芯の磁気特性に対しても、高特性が強く望まれ
ている。

【０００５】例えば、圧粉磁芯の小型化を達成しつつ、
コイルのインダクタンスは、同等、又はそれ以上である
ことが要求され、その解決手段として、圧粉磁芯の透磁
率の向上、及び周波数特性の改善が、強く望まれてい
る。

【０００６】一般に、圧粉磁芯の透磁率を向上させる方
法は、大別して、２点考えられ、 原料である素材自体の磁気特性、特に、透磁率を改善
する方法、 充填率を上げて改善する方法、 である。

【０００７】原料粉末の組成としては、高周波特性に優
れた鉄（Ｆｅ）、珪素（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）
系の合金が多く使われる。磁芯中の磁性合金粉末の密度
を改善して透磁率を向上させる方法は、主として、圧粉
成形体の粉末充填率を向上させる方法に、主点が置かれ
ていた。その手段として、例えば、成形圧力を上げる方
法、バインダ条件を種々変化させる方法、形状、粒度、
組成等の異なる二つ以上の種類の粉末を配合する方法等
が検討されてきた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した方法
による圧粉磁芯の透磁率の改善は、既に多くの検討がな
され、この方向での改善は、あまり期待できない状況に
ある。例えば、成形圧力を上げる方法にしても、金型寿
命の低下や、設備の大型化等、製造コストや安全面から
も難しい状況にある。

【０００９】従って、本発明の課題は、鉄、珪素、アル
ミニウム系の合金粉末よりなる圧粉磁芯の透磁率と透磁
率の周波数特性を向上でき、安価で、容易に、かつ、連
続的に製造できる圧粉磁芯の製造方法と製造装置を提供
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そこで、上記課題を解決
するために、高い透磁率で、しかも、高周波特性に優れ
た圧粉磁芯を容易に製造できる方法を達成するべく、粉
末形状と圧粉磁芯の透磁率の関係の検討を重ねた結果、
原料粉末のアスペクト比を高くすることにより、圧粉磁
芯の透磁率が格段に向上することがわかった。しかも、
高アスペクト比の粉末で作製された圧粉磁芯の高周波特
性が、非常に優れていることに着目した。

【００１１】これは、粉末形状の高アスペクト比にする
ことにより、粉末の反磁界係数が低下するためであり、
しかも、高アスペクト比の粉末は、成形時に、その存在
位置が最も安定となる加圧方向に対して、直角に配向す
る性質があるためと思われる。又、透磁率の周波数特性
がよいのは、磁路方向の粉末の断面積が小さいことに起
因すると考えられる。

【００１２】しかし、高アスペクト比の粉末で製造され
た成形体は、成形後のバインダ硬化の工程で、温度の上
昇と共に、バインダの流動性が増大するため、成形時の
合金粉末間の摩擦力が低減し、成形時に維持されていた
体積が膨張して、充填率が低下してしまうので、成形体
に軸方向と径方向に圧力をかけたまま成形体の形状を保
持しつつバインダ硬化を行うことで、特性が改善される
ことがわかった。その方法として、従来の熱間成形法等
があるが、連続生産性に乏しいという問題点があった。

【００１３】そこで、バインダ硬化処理して得られる圧
粉成形体の製造において、圧粉成形体のバインダ硬化処
理を、バインダ硬化温度に保持し、圧粉成形体の外形を
拘束し、圧粉成形部が連動して新規圧粉成形体を一方か
ら挿入することにより、バインダ硬化した圧粉成形体
が、反対側から排出される装置を使用し、必要により、
複数個使用することにより、圧粉成形体に圧力をかけた
まま連続的にバインダ硬化処理を行えば、求める特性の
圧粉磁芯を連続的に生産することが可能になる。

【００１４】バインダ硬化温度に保持され、圧粉成形体
の外形を拘束し、かつ、新規圧粉成形体を一方から挿入
することにより、バインダ硬化した圧粉成形体が、反対
側から排出される拘束バインダ硬化処理部（以下、拘束
装置し記す）を複数個、用意する。そして、圧粉成形体
を成形する度に、圧粉成形部が連動し、順々に異なる拘
束装置の中に成形体を挿入すれば、大量の圧粉成形体を
拘束装置の中に格納することができるので、該圧粉成形
体の外形を拘束できると同時に、軸方向の圧力も多量の
成形体と拘束装置の摩擦によって発生し、成形体の形状
を保持したままバインダ硬化処理を行うことができる。

【００１５】即ち、本発明は、鉄（Ｆｅ）、珪素（Ｓ
ｉ）、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする合金粉末を
バインダと共に圧縮成形し、この圧粉成形体をバインダ
硬化処理して圧粉磁芯を得る圧粉磁芯の製造装置であっ
て、内部に圧粉成形部の金型の成形部分の形状と同一形
状、同一寸法の空間を有し、この空間は、両端に開口
し、その外周部に加熱用ヒータを備え、一方の開口部
は、圧粉成形部の圧粉成形体排出部に当接して圧粉成形
体を受け入れ、他方の開口部は、収納部に当接し、バイ
ンダ硬化処理が完了した圧粉成形体を収納部に排出する
拘束装置と、金型と圧粉成形機構とからなる圧粉成形部
で圧粉成形後、圧粉成形部の金型の排出方向の金型部品
を取り去って、拘束装置の一方の開口部に移動し、成形
状態に拘束したままの圧粉成形体を拘束装置に移送でき
る圧粉成形部と、拘束装置の他端の開口部に接続し、拘
束装置から連続的に排出されるバインダ硬化処理が完了
した圧粉成形体を収納する収納部の三つの主な構成要素
を備えた圧粉磁芯の製造装置である。

【００１６】又、本発明は、鉄（Ｆｅ）、珪素（Ｓ
ｉ）、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする合金粉末を
バインダと共に圧縮成形し、この圧粉成形体をバインダ
硬化処理して圧粉磁芯を得る圧粉磁芯の製造方法におい
て、圧粉成形体のバインダ硬化処理を、バインダ硬化温
度に保持しながら、かつ、圧粉成形体の外形を拘束した
状態でバインダ硬化処理して圧粉磁芯を得る圧粉磁芯の
製造方法である。

【００１７】又、本発明は、鉄（Ｆｅ）、珪素（Ｓ
ｉ）、アルミニウム（Ａｌ）を主成分とする合金粉末を
バインダと共に圧粉成形部で成形し、圧粉成形後、圧粉
成形体の外形を拘束した状態で拘束装置に移送し、圧粉
成形体のバインダ硬化処理を圧粉成形体の外形を拘束し
た状態で行い、バインダ硬化処理の完了した圧粉成形体
を収納部に連続的に収納する圧粉磁芯の製造方法であ
る。

【００１８】又、本発明は、平均のアスペクト比を５以
上、平均の短軸径が５０μｍ以下の原料合金粉末を使用
する圧粉磁芯の製造方法である。

【００１９】又、本発明は、合金粉末を圧縮成形する工
程が、室温（２０℃）以上、バインダ硬化温度以下の温
度範囲で行われる圧粉磁芯の製造方法である。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００２１】図１は、本発明の圧粉体の製造装置の概略
の構成を示す正面断面図である。図２は、図１の圧粉磁
芯製造装置の圧粉成形部を示す正面断面図である。

【００２２】イ．図１及び図２に示すように、鉄（Ｆ
ｅ）、珪素（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）を主成分と
する合金粉末をバインダと共に圧縮成形し、この圧粉成
形体をバインダ硬化処理して圧粉磁芯を得る圧粉磁芯の
製造に際して、内部が圧粉成形部１の金型（ダイ９や中
芯１０等）の成形部の形状と同一形状、同一寸法の空間
を有し、外周部に加熱用の内蔵ヒータ５を備え、一方の
開口部から、圧粉成形部１の圧粉成形体排出部と係合し
て圧粉成形体２を受け入れ、他方の開口部から収納部６
にバインダ硬化処理が完了した圧粉成形体８を排出する
拘束装置３と、圧粉成形後、排出部分の金型（下パンチ
１２）を取り除いて、拘束装置３の一方の開口部に移動
でき、成形状態に拘束したまま、前記拘束装置３に圧粉
成形体２を移送できる圧粉成形部１と、拘束装置３の他
端の開口部に、バインダ硬化処理の完了した圧粉成形体
８を収納する収納部を備えた圧粉磁芯の製造装置であ
る。

【００２３】ロ．鉄（Ｆｅ）、珪素（Ｓｉ）、アルミニ
ウム（Ａｌ）を主成分とする合金粉末をバインダと共に
圧縮成形し、この圧粉成形体をバインダ硬化処理して圧
粉磁芯を得る圧粉磁芯の製造方法で、圧粉成形体のバイ
ンダ硬化処理を、バインダ硬化温度に保持しながら、か
つ、圧粉成形体の外形を拘束した状態で圧粉成形体のバ
インダ硬化処理して、圧粉磁芯を得る圧粉磁芯の製造方
法である。

【００２４】ハ．上記の圧粉磁芯の製造装置を用いて、
鉄（Ｆｅ）、珪素（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）を主
成分とする合金粉末をバインダと共に圧粉成形部で成形
し、圧粉成形後、圧粉成形体の外形を拘束した状態でバ
インダ硬化用拘束装置に移送し、圧粉成形体のバインダ
硬化処理を圧粉成形体の外形を拘束した状態で行い、バ
インダ硬化処理の完了した圧粉成形体を収納部に収納す
る圧粉磁芯の製造方法である。

【００２５】ニ．上記のいずれかの圧粉磁芯の製造方法
において、平均のアスペクト比を５以上、平均の短軸径
が５０μｍ以下の原料合金粉末を使用する粉末成形体の
製造方法である。

【００２６】ホ．上記のいずれかに記載の圧粉磁芯の製
造方法において、合金粉末を圧縮成形する工程を、室温
（２０℃）以上、バインダ硬化温度以下の温度範囲で行
う圧粉磁芯の製造方法である。

【００２７】

【実施例】以下、本発明を実施例によって説明する。

【００２８】アトマイズ法によって作製された残部鉄
（Ｆｅ）−１０ｗｔ％珪素（Ｓｉ）−５ｗｔ％アルミニ
ウム（Ａｌ）合金粉末にシリコーン樹脂を３ｗｔ％混合
し、図２に示す、外径φ２０ｍｍ、内径φ１０ｍｍの圧
粉成形部１の金型（ダイ９、中芯１０、上パンチ１１、
及び下パンチ１２）を用い、８０℃、５ｔｏｎ／ｃｍ²
で成形し、外径φ２０ｍｍ、内径φ１０ｍｍ、高さ５ｍ
ｍのトロイダル形状の圧粉成形体２を得る。

【００２９】図１に示すように、拘束装置３は、ステン
レス製の外径２０ｍｍ、高さ１００ｍｍの内部形状をな
し、外径１０ｍｍ、高さ１００ｍｍの拘束装置の中芯４
と、内蔵ヒータ５から構成されていて、圧粉成形体が２
０個格納できる構造である。なお、拘束装置３と拘束装
置の中芯４は、回転台（図示せず）上に６個、同心円状
に配置されている。

【００３０】そして、圧粉成形体が形成される度に、圧
粉成形体２が入ったままの圧粉成形部１が、内蔵ヒータ
５によって、予めバインダ硬化温度の１７０℃に昇温さ
れた拘束装置３の上にくるように移動して密着したとこ
ろに、圧粉成形体２の上方から力を加え、拘束装置３内
に挿入する。

【００３１】この時、拘束装置３の中芯４が押し出され
ないように、拘束装置３の下に当接する収納部６が置か
れる。そして、回転台を６０度ずつ回転させ、同心円状
に並んでいる拘束装置の次の拘束装置に成形体を挿入す
る。この工程を１２０回、繰り返すと、６個の拘束装置
３の内部が、１２０個の圧粉成形体７で充填される。

【００３２】拘束装置３中で、１７０℃×２時間、大気
中で熱処理を行って、バインダ硬化が終了した圧粉成形
体８は、新たに拘束装置３に挿入される圧粉成形体２に
押されて、バインダ硬化中の圧粉成形体７が押し出さ
れ、収納部６に落下する。

【００３３】なお、本発明によって得られた圧粉成形体
の寸法は、バインダ硬化前と比較して、誤差５／１００
ｍｍの範囲に収まり、膨張することなくバインダ硬化処
理が完了し、特性の高い圧粉磁芯が、連続的に製造でき
た。

【００３４】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、拘束装置を用いて成形体のバインダ硬化処理を連続
的に行え、圧粉磁芯の連続生産が可能になる。又、高ア
スペクト比の合金粉末からなる圧粉成形体のバインダ硬
化処理が、変形なくでき、高特性の圧粉磁芯の連続生産
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】圧粉磁芯の製造装置の概略の構成を示す正面断
面図。

【図２】図１に示す圧粉磁芯の製造装置の圧粉成形部を
示す正面断面図。

【符号の説明】

１ 圧粉成形部 ２ 圧粉成形体 ３ 拘束装置 ４ 拘束装置の中芯 ５ （内蔵）ヒータ ６ 収納部 ７ （バインダ硬化中の）圧粉成形体 ８ （バインダ硬化後の）圧粉成形体 ９ ダイ １０ 中芯 １１ 上パンチ １２ 下パンチ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄（Ｆｅ）、珪素（Ｓｉ）、アルミニウ
   ム（Ａｌ）を主成分とする合金粉末をバインダと共に圧
   縮成形し、この圧粉成形体をバインダ硬化処理して圧粉
   磁芯を得る圧粉磁芯の製造装置であって、内部に圧粉成
   形部の金型の成形部分の形状と同一形状、同一寸法の空
   間を有し、この空間は、両端に開口し、その外周部に加
   熱用ヒータを備え、一方の開口部は、圧粉成形部の圧粉
   成形体排出部に当接して圧粉成形体を受け入れ、他方の
   開口部は、収納部に当接し、バインダ硬化処理が完了し
   た圧粉成形体を収納部に排出する拘束バインダ硬化処理
   部と、金型と圧粉成形機構とからなる圧粉成形部で圧粉
   成形後、圧粉成形部の金型の排出方向の金型部品を取り
   去って、拘束バインダ硬化処理部の一方の開口部に移動
   し、成形状態に拘束したままの圧粉成形体を拘束バイン
   ダ硬化処理部に移送できる圧粉成形部と、拘束バインダ
   硬化処理部の他端の開口部に接続し、拘束バインダ硬化
   処理部から連続的に排出されるバインダ硬化処理が完了
   した圧粉成形体を収納する収納部の三つの主な構成要素
   を備えたことを特徴とする圧粉磁芯の製造装置。
2. 【請求項２】 鉄（Ｆｅ）、珪素（Ｓｉ）、アルミニウ
   ム（Ａｌ）を主成分とする合金粉末をバインダと共に圧
   縮成形し、この圧粉成形体をバインダ硬化処理して圧粉
   磁芯を得る圧粉磁芯の製造方法において、圧粉成形体の
   バインダ硬化処理を、バインダ硬化温度に保持しなが
   ら、かつ、圧粉成形体の外形を拘束した状態でバインダ
   硬化処理して圧粉磁芯を得ることを特徴とする圧粉磁芯
   の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の圧粉磁芯の製造装置を用
   いて、鉄（Ｆｅ）、珪素（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａ
   ｌ）を主成分とする合金粉末をバインダと共に圧粉成形
   部で成形し、圧粉成形後、圧粉成形体の外形を拘束した
   状態でバインダ硬化処理部に移送し、圧粉成形体のバイ
   ンダ硬化処理を圧粉成形体の外形を拘束した状態で行
   い、バインダ硬化処理の完了した圧粉成形体を収納部に
   連続的に収納することを特徴とする圧粉磁芯の製造方
   法。
4. 【請求項４】 請求項２または請求項３のいずれかに記
   載の圧粉磁芯の製造方法において、平均のアスペクト比
   を５以上、平均の短軸径が５０μｍ以下の原料合金粉末
   を使用することを特徴とする圧粉磁芯体の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項２ないし請求項４のいずれかに記
   載の圧粉磁芯の製造方法において、合金粉末を圧縮成形
   する工程が、室温（２０℃）以上、バインダ硬化温度以
   下の温度範囲で行われることを特徴とする圧粉磁芯の製
   造方法。