JPS63117406A - アモルフアス合金圧粉磁心 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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ものである。

〔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、Ｍ。

パーマロイ圧粉磁心、Ｆｅ−５Ｌ−Ａ１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
加の傾向が強まっており、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磁束
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
、量産性に優れろ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１．バイン
ダー兼＃！Ｉ縁物質を加えずども成形は可能であるが。

Ｆｅ、。Ｐｉ４Ｃ６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、 Ｆ　ｅ１００−ａ−ｂ−ｃ　＠　Ｃｒａ−Ｐ　ｂ　（Ｃ
ｅ　Ｂ　）ｃ（１≦ａ≦８，５≦ｂ、１５≦ｂ＋ｃ≦３
０）で示される組成を有す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、Ｆｅ、、Ｐ、、ＣＧアモルファス合金
の見掛密度３．０ｇ／ａｎ？の粉末を２０ｔｏｎ／ａｌ
でリング状にプレス成形し、Ａｒ雰囲気下４００”Ｃに
て２Ｈｒ保持した場合の１０ＫＩＩＺ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０．３ＭＨ２であり、Ｆｅ−３ｉ−
Ａ１合金圧粉磁心やＭｏパーマロイ圧粉磁心のＩＯＭＩ
（Ｚ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Ｆｅ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＜＜、良好な周波数特性を有することを見い
出した。

すなわち、Ｆａ、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、Ｆ　ｅｌｏｔ
ｌ−ａ−ｂ−Ｃ＠　Ｃｒａ−Ｐ　ｂ（Ｃｇ　Ｂ　）ｃ（
１≦ａ≦８，５≦ｂ、１５≦ｂ十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１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％。

２５％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Ｂｓは、添態量が多い
ほど低下する。８％以上添加すると素材粉末のＢｓが１
００ＯＯＧ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Ｆａ−Ｃｒ−Ｐ−（Ｃ，Ｂ）合金に添加元素
として、Ｔｉ、　Ｚｒ、　Ｈｆｅ　Ｖ、　Ｎｂ、　Ｔａ
、　Ｍｏ。

Ｗ、Ｍｎ、Ｇｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、ＳＬ、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６また、Ｔｉ、Ｚｒ、
Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｉ。

Ｓｉ、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１０
０ＯＯＧ以上とするには、添加量の上限があり、８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
で熱処理温度に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製
造時および成形時に生じた応力を除去し。

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１本発明アモルファス合金圧粉磁心を製造するにあ
たっては１以上の組成を有する合金粉末であって見掛密
度３．５　ｇ　／ａｄ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、　　
はビッカース硬ざ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度が高くなるにつれて、成形
体の強度が高くなり、成形性は向上する。

第１図にＦｅ７．Ｃｒ、Ｐ１４ＣＧ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
／　ｃｘｌの高圧力でプレス成形して長さ３０ｍｎ＋。

幅５Ｉｍ、高さ５ｍ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／ｃｉ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　、５
　ｋｇ　ｆ　／　ｍｍ　”以上となることが明らかであ
る。したがって、見掛密度は３．５　ｇ　／（！！？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一５０ｍ
ｅｓｈでアモルファス化が可能であり、上記の３．５　
ｇ　／ａｄもこの範囲での値で考える。見掛密度が３．
５　ｇ　／ａ１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（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＜
＜、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、原料として高価なりの添加を抑制するビと
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れ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１．５〜３．０　ｇ　／ｄ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２０ｍφ、内径１０ｎｍφ、高さ５ｍのリング状にプ
レス成形した。成形圧力は２０ｔｏｎ／　ａｌで行なっ
た。

成形密度は真密度の約８０％であった。

この成形体をキュリー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、ｌ０ＫＨ２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、Ｎ００８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１．５〜１．９　ｇ　／ａｄ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２０ｎａφ、内径１０１ｍφ、高さ５ｎｗ
＋のリング状にプレス成形した。成形圧力は、２０ｔｏ
ｎ／ｃｉで行なった。成形密度は真密度の約７７〜７９
％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ｌ０ＫＨ２でのμｅ
は２００、限界周波数は２８ＭＨ２であり、Ｎ　ｏ　、
　８合金の圧粉磁心の１ＯＫＨ２でのμｅは２４０、限
界周波数は２０ＭＨ２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Ｎ００１合金を■水アトマイズ法、■ガスア
トマイズ直後水冷する方法（Ｓ、Ａ、Ｍｉｌｌｅｒ。

Ｒ，Ｊ、Ｍｕｒｐｈｙ：５ｃｒｉｐｔａ　Ｍｅｔａｌｌ
ｕｒｇｉｃａ、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■１．９　ｇ　／ａｄ−不規則形状
、■５．０　ｇ　／ｃｄ−球状、■２．０　ｇ　／ｃｘ
ｌ−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
１０ＫＨ２でのｐｅは１７０．限界周波数は３３ＭＨ２
であり、■の粉末のｌ０ＫＨ２でのｐｅは１００で、限
界周波数は４２Ｍ１ｌＺ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ｐｅが低く、高いｐｅ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 (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、 Ｆｅ＿１＿０＿０＿−＿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ことを特徴とするアモ
   ルファス合金圧粉磁心。 ２　原料粉末が見掛密度３．５ｇ／ｃｍ＾３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。