JPH1197228A - 圧粉磁芯及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 容易に製造でき、しかも高い透磁率で、高周
波特性に優れた圧粉磁芯及びその製造方法を提供するこ
と。 【解決手段】 本発明の圧粉磁芯は、アスペクト比が５
以上、短軸径が５０μｍ以下であるＦｅ−Ｓｉ−Ａｌを
主成分とする合金粉末とバインダーとを混合した粉末を
圧縮成形して得られる。前記粉末を圧縮成形する際、室
温以上で、かつバインダーの硬化温度以下の温度範囲で
行う。また、前記バインダーを硬化する際、成形体の寸
法を維持したまま行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、チョークコイル等
に用いられる高性能な圧粉磁芯及びその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】高周波で用いられるチョークコイルとし
て、軟磁性フェライト磁芯や圧粉磁芯が使用されてい
る。これらのうち、フェライト磁芯は飽和磁束密度が小
さいという欠点を有している。これに対して、軟磁性金
属粉末を成形して作製される圧粉磁芯は、フェライト磁
芯に比べて高い飽和磁束密度を有するため、直流重畳特
性に優れているという長所を有している。しかし、圧粉
磁芯は金属粉末を有機バインダー等と混合して圧縮成形
して作製するため、透磁率が低く、また透磁率の高周波
特性が悪いという欠点を有している。

【０００３】また、近年の電子機器における小型化要請
に伴う電子部品の小型化の要求に対し、圧粉磁芯の磁気
特性に対しても高特性化が強く望まれている。これは、
圧粉磁芯の小型化を達成しつつ、コイルのインダクタン
スは同等であることが要求されているためであり、その
ためには、圧粉磁芯の透磁率の向上及び周波数特性の改
善が必須である。

【０００４】一般に、圧粉磁芯の透磁率を向上させる方
法は、大別して以下の二点が考えられる。 原料である素材自体の透磁率を上げる。 粉末の充填率を上げる。

【０００５】従来、透磁率を向上させる方法は、主とし
て充填率の向上に主点が置かれており、その手段とし
て、例えば、成形圧力を上げる、バインダーの条件を種
々変化させる、二つ以上の異種形状、粒度、組成等の異
なる粉末の配合等が検討されている。

【０００６】しかし、それらの方法による圧粉磁芯の透
磁率の改善は、既に検討がし尽くされている。例えば、
成形圧力を上げる方法にしても、金型寿命の低下等、製
造コストの面からも無視できない状況にある。そのた
め、現状の特性レベルからの大幅な改善は、困難な状況
にあり、近年の機器の小型化に対応できるものではなか
った。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、容易に製造でき、しかも、高い透磁率で、高周波特
性に優れた圧粉磁芯及びその製造方法を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題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し、しか
も、高周波特性が非常に優れていることを見出した。

【０００９】即ち、本発明は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌを主成
分とする合金粉末とバインダーとを混合した粉末を圧縮
成形して得られる圧粉磁芯において、前記合金粉末のア
スペクト比が５以上、短軸径が５０μｍ以下である圧粉
磁芯である。

【００１０】また、本発明は、前記粉末を圧縮成形する
工程を室温以上でかつバインダーの硬化温度以下の温度
範囲で行う上記の圧粉磁芯の製造方法である。

【００１１】また、本発明は、前記バインダーの硬化の
工程を成形体の寸法を維持したまま行う上記の圧粉磁芯
の製造方法である。

【００１２】これは、粉末形状を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。また、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
ると思われる。

【００１３】また、成形を加温した状態で行うことによ
り、さらに高透磁率の磁芯が得られ、さらに成形体のバ
インダー硬化を寸法を拘束保持したままで行うことによ
り、さらに高透磁率の磁芯が得られる。

【００１４】出発原料は、溶解法によるインゴットから
の粉砕粉末、アトマイズ粉末等、種々考えられるが、組
成の濃度分布が均一ならば製法に制限はなく、これら粉
末をボールミル、アトライター等で粉砕することにより
粉末のアスペクト比を変えることができる。粉砕時間に
よりアスペクト比は任意に変化させることができるが、
アスペクト比を５以上にし、厚み(短軸径)を５０μｍ以
下にした粉末を使用することにより、高透磁率で、しか
も透磁率の周波数特性に優れた磁芯特性を有する圧粉磁
芯が得られる。なお、アスペクト比は、実用的に５〜４
０が好ましい。

【００１５】また、粉末成形時の温度を室温以上、バイ
ンダーの硬化温度以下で行うことにより、さらに高透磁
率の磁芯が得られる。これは、温度の上昇とともに、バ
インダーの流動性が向上するため、成形時の合金粉末間
の摩擦が低減し、粉末の充填及び粉末の配向に好影響を
及ぼしたためと思われる。ここで、温度を規定した理由
を述べると、室温以上でバインダーの流動性が向上し、
硬化温度を越えると、バインダーの硬化が始まり、流動
性が低下するためである。

【００１６】また、成形体のバインダー硬化を成形体の
寸法を拘束保持（維持）したままで行うことによって
も、透磁率の向上が可能である。これは、高アスペクト
比の粉末で製造された成形体は、スプリングバックが大
きいため、成形後のバインダー硬化を成形時の寸法を拘
束保持したまま行うことが、充填率の向上に非常に有効
なためである。

【００１７】

【発明の実施の形態】アスペクト比の高いＦｅ−Ｓｉ−
Ａｌ合金粉末を原料とし、その粉末で圧粉磁芯を作製す
ることにより、高透磁率の磁芯を作製することが可能と
なる。また、成形を室温以上、かつ、バインダーの硬化
温度以下の温度で成形することにより、更に高透磁率の
磁芯が得られ、またバインダーの硬化を磁芯の寸法を拘
束したまま行うことにより、さらに高透磁率の磁芯が製
造可能となる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明を実施例によって説明する。

【００１９】（実施例１）アトマイズ法にて作製された
ｂａｌＦｅ−１０ｗｔ％Ｓｉ−５ｗｔ％Ａｌ合金粉末を
原料とし、ボールミルを使用して粉末の扁平化処理を行
った。アスペクト比は、ボールミルの粉砕時間で変化さ
せ、アスペクト比が２.５、５、１０、２０、３０、４
０になるように扁平化処理を行った。

【００２０】次に、これら粉末に、粉末状のシリコ−ン
樹脂を３ｗｔ％混合し、外径２０ｍｍ、内径１０ｍｍの
金型を用い、室温で５ｔｏｎ／ｃｍ²で成形し、トロイ
ダル形状の圧粉磁芯を得た。

【００２１】次に、これら圧粉磁芯を１７０℃で２時間
大気中で熱処理を行い、バインダー硬化を行った。次い
で、酸化性雰囲気である大気中で、７００℃、２時間熱
処理を行った。次に、これら磁芯に対して巻線をし、Ｙ
ＨＰ製インピーダンスアナライザー４１９４Ａを用い
て、周波数１００ｋＨｚでのインダクタンスを測定後、
透磁率を計算で求めた。これらの結果を図１に示す。

【００２２】比較例として出発原料をアスペクト比１と
して、本発明と全く同じ方法で磁芯を作製して透磁率を
測定した結果も図１に示す。

【００２３】図１から明らかなように、粉末のアスペク
ト比が５以上になると圧粉磁芯の透磁率が向上すること
がわかる。

【００２４】（実施例２）出発原料として、平均粒子径
が１００μｍ（アスペクト比１）のアトマイズ粉末を使
用し、実施例１と全く同様にボールミルを使用して粉末
の短軸径が各々７５、５０、５μｍになるように扁平化処
理を行った。この時の粉末のアスペクト比は、各々２.
５、５、１０であった。次に、これら粉末を使用し、実
施例１と全く同じ方法で圧粉磁芯を作製し、バインダー
硬化及び熱処理を行った。ここで、各粉末の短軸径とア
スペクト比が異なるが、成形時、成形圧力を調整するこ
とにより、各磁芯の透磁率を１００ｋＨｚで約１２５に
合わせた。次に、透磁率の測定を１ｋＨｚ〜１５ＭＨｚ
の周波数範囲で行った。図２に、その結果を示す。

【００２５】比較例として、出発原料を使用し、本発明
と全く同じ工程で、透磁率を約１２５に合わせた磁芯を
作製し、バインダー硬化及び熱処理後、透磁率を測定し
た結果も図２に示した。なお、粉末の短軸径が７５μｍ
の場合も測定しているが、測定結果が出発原料による圧
粉磁芯の周波数特性とほぼ同じ程度であったので、図２
では省略している。

【００２６】図２より、１００ｋＨｚでの透磁率の値の
９０％に相当する透磁率の値を示す周波数を読み取る
と、アスペクト比が１、２.５、５、１０の順に、１.
５、２.１、４.１、＞１５ＭＨｚであった。

【００２７】（実施例３）次に、実施例２の条件を含
め、アスペクト比が１、２.５、５、１０と短軸径が
５、５０、７５、１００μｍの粉末を出発原料の粒径等
を変えることにより作製した。これら作製した粉末を使
用して圧粉磁芯を作製し、バインダー硬化及び熱処理
後、実施例２と同様に、透磁率の周波数特性を測定し
た。次に、実施例２と同様に１００ｋＨｚの透磁率の９
０％の値を示す周波数を求め表１に示す。

【００２８】

【００２９】表１より、透磁率の周波数特性が顕著に改
善される条件は、アスペクト比が５以上、粉末の短軸径
が５０μｍ以下であることがわかる。

【００３０】（実施例４）実施例１で作製した粉末のう
ち、アスペクト比３０の粉末を使用し、粉末状のシリコ
ーン樹脂を３ｗｔ％混合し、成形用の粉末を作製した。
次に、この粉末を外径２０ｍｍ、内径１０ｍｍの金型を
使用して、成形圧５ｔｏｎ／ｃｍ²で、高さ５ｍｍに成
形を行った。成形時の温度は、８０℃であり、これは使
用したバインダーの軟化温度に対応している。次いで、
バインダーの硬化後、この成形体を７００℃、２時間大
気中熱処理を行った。さらに、この成形体の粉末充填率
を測定した後、実施例１と全く同じ方法でμ’を測定し
た。比較例として、同じアスペクト比の粉末を使用して
室温で成形した。それらの結果を表２に示す。

【００３１】

【００３２】表２より、室温で成形した磁芯に比較して
本発明による８０℃で成形した磁芯の方が充填率、透磁
率ともに向上していることがわかる。

【００３３】（実施例５）実施例４で作製したバインダ
ー混合粉末を用いて、外径２０ｍｍ、内径１０ｍｍの金
型を使用して、高さ５ｍｍに成形を行った。成形後、成
形体をステンレス製の外径２０ｍｍ，内径１０ｍｍ，高
さ５０ｍｍの治具に移し、その治具中でバインダーの硬
化処理を行った。次に、磁芯を治具から取り出し、７０
０℃で２時間大気中で熱処理を行った。次に、実施例１
と同様に、透磁率を測定した。比較例として、バインダ
ーの硬化処理を通常通り成形型から取り出した状態でバ
インダー硬化を行い、その後の工程を本発明と全く同じ
方法で行った。その結果を表３に示す。

【００３４】

【００３５】表３に示すとおり、バインダー硬化を磁芯
の寸法を拘束保持して行うことにより、磁芯の透磁率が
著しく向上することがわかる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
容易に製造でき、しかも高い透磁率で、高周波特性に優
れた圧粉磁芯及びその製造方法を提供することができ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】圧粉磁芯の原料粉末のアスペクト比と透磁率の
関係を示す図。

【図２】短軸径の異なる原料粉末を使用した時の透磁率
の周波数特性を示す図。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌを主成分とする合金粉
   末とバインダーとを混合した粉末を圧縮成形して得られ
   る圧粉磁芯において、前記合金粉末のアスペクト比が５
   以上、短軸径が５０μｍ以下であることを特徴とする圧
   粉磁芯。
2. 【請求項２】 前記粉末を圧縮成形する工程を室温以上
   でかつバインダーの硬化温度以下の温度範囲で行うこと
   を特徴とする請求項１記載の圧粉磁芯の製造方法。
3. 【請求項３】 前記バインダーの硬化の工程を成形体の
   寸法を維持したまま行うことを特徴とする請求項１また
   は２記載の圧粉磁芯の製造方法。