JPS63158810A - 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】 Ｃ発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、高周波磁心、特にメイントランス。

テ１−り、ノイズフィルタなどに適した圧粉磁心に関す
る。

（従来の技術） 従来から交流で使用する変圧器、電動機、チ。

−り、ノイズフィルタなどに用いる磁心には、Ｆｅ−８
１合金、パーマロイ、フ、ライトなどの結晶質材料がそ
れぞｎ用途に廿わせて使用さｎている。

しかしながら、Ｆｅ−８ｉ＠−金は比抵抗が小さく。

かつ結晶磁気異方性が零でないため周波数の比較的高い
領域では鉄損が大きくなるという問題点を有している。

パーマロイは、比抵抗が小さいので高周波での鉄損が大
きくなるという問題点を有している０又、フェライトは
高周波での損失は小さいが、磁束密度もせいぜい５００
０Ｇと小さく、そのため大きな動作磁束密度での使用時
にあっては、飽和に近くな〕、その結果鉄損が増大する
という問題点を有している＠近年、スイッテングレギ。

レータに使用される電源トランス等の高周波が使用され
るトランスにおいては、形状の小形化が望まれているが
、その場合は、動作磁束密度の増大が必要となる九め、
フｔライトの鉄損増大は実用上大きな問題となる・ 高周波における鉄損を小さくしたり、透磁率の周波数特
性を向上させる目的で、上記磁性合金の圧粉体が使用さ
れることもある＠これは上記曾金の粉末全作製し、それ
を絶縁層を介して固め友ものであｐ、絶縁層としては有
機物が使用されているＯこれらの磁心は、主としてテ諦
−りやノイズフィルタとして使用されているＯ しかしながら、上記磁性粉末から成る圧粉体は。

透磁率が小さく、その念め充分なインダクタンスを得る
ためには１巻線の数を増やさなければなら高透磁率、低
保磁力等の優れた軟質磁気特性を示すので、最近注目を
集めている０こｎらの非晶質磁性合金は鉄（Ｆｅ）、コ
バル）　（Ｃｏ）、ニッケル（ｖｉ）等を基本とし、こ
れに非晶質化元素（メタロイド）として、リン（Ｐ）、
炭素（Ｃ）、ホウ素（Ｂ）、ケイ素（Ｓｉｎ、アルミニ
ウム（Ａｆｉ）。

ゲルマニウム（Ｇｅ　）等を含有せしめ友ものである。

また、　Ｆｅ、　Ｃｏ、　Ｎｉ、とＴｉ、　Ｚｒ、　Ｈ
ｆ、　Ｗｂ等の合金からなる非晶質合金も知られている
。

これらの非晶質合金は１通常薄帯の形で得られ、それら
の磁心として用いるときには薄帯をトロイダル状やＵ形
、に形に成形した巻鉄心、あるいは薄帯金一定の形状に
打抜いて積層した積層鉄心として使用さｎている０しか
しながら、これらの磁心は特にＵ形、Ｅ形においてその
作製法が困難であるという点を有していｔ。

上記欠点を解消するため、非晶質磁性合金の粉末を作製
し１例えばエポキシ系樹脂を用いて圧粉成形する方法も
試みられている０通常非晶質磁性廿金は熱処理を施すこ
とにより、磁気特性を改善して用いるｏしかしながら、
樹脂を結着剤とじた場合、熱処理を施すことができず、
十分に非晶質合金の特性を引き出すことができない。ま
友、樹脂は硬化時に大きな圧縮応力を試料に対し、加え
るため磁気特性全劣化させるため、実用化には問題があ
り九。

一方、無機物１例えばアルミナ、マグネシアのような酸
化物を絶縁層として用いた場合、非晶質合金は硬くて圧
縮性に乏しいため、成形するためには多量の酸化物を必
要とし、このため透磁率が極めて小さく、　＊用に耐え
ないという問題があったＯ （発明が解決しようとする問題点） 上記のように、非晶質合金粉末を用い７ｔａｌ心は。

種々の要因により困難であり、非晶質合金の優れた磁気
特性を生かすことができなかったＯ本発明の目的は、非
晶質磁性粉末から製造され優れた磁気特性を有する圧粉
磁心を提供することにある◎ 〔発明の構成〕 （問題点を解決するための手段及び作用）本発明者らは
、上記の問題点を解決するために鋭意研究を重ねた結果
、磁性粉末の成形に用いるバインダーとして絶縁性の高
い低融点ガラスを用いることにより、容易に成形でき、
しかも優れ次磁気特性を有する圧粉磁心を製造できるこ
とを見出した。

すなわち、磁性粉末を低融点ガラスと混合して圧縮成形
することによシ得られた圧縮成形体を磁心として用いる
のである＠ ここに用いられる非晶質合金としては、一般に次の組成
を有するものが挙げられる＠ （式中、ＭはＴｉ、　Ｖ、　Ｏｒ、Ｍｎ、　Ｃｕ、　　
Ｚｒ、　　Ｎｂ。

Ｍｏ、　Ｒｕ、　Ｒｈ％Ｐ（Ｌ、　Ａｇ、　　Ｈｆ、　
Ｔａ、　Ｗ、　Ｒｅ。

Ｐｔ、Ａｕ、Ｙ及び希土類元素からなる群から選ばれる
少なくとも１種の元素を表わし：ＧはＢ、Ｃ！。

Ｓｉ、Ｐ及びＧｅからなる群から選ばれる少なくとも１
種の元素を表わし：ＴはＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ。

Ｎｂ％Ｔａ、Ｗ、ＭＯ，Ｙ及び希土類元素からなる群か
ら選ばｎる少なくとも１種の元素を表わし；Ｘｓ　Ｔｈ
　ｐｈ　ｚ及びＵはそれぞれ、０≦Ｘ≦１゜０≦ｙ≦０
．２．○≦Ｐ≦０．８．６５≦２≦９０及び８５≦Ｕ≦
９５の関係を満足する数を表わす。】で示される非晶質
合金が用いらｎる０ このような組成を有する非晶質合金粉は、粉末状、フレ
ーク状等の形状をとる０製造方法としては１通常の急冷
却で得らｎ７２非晶質合金薄帯を粉砕する方法、あるい
はアトマイズ法等溶融合金から一気に粉末を得る方法な
どかあ；ｂｏ特に、この製法に限定されることはない０
このようにして得らｎｆｒ−非晶質合金粉はオートクレ
ーブ処理等の前処理により酸化被膜を形成してもよいＯ
磁性粉の粒径は、３００μｍ以下程度が好ましく。

１００ＫＨｚ以上穆変の高周波での応用を考えると１０
０μｍ以下程ＦＬ、例えば３０μｍ以下が好ましい０１
０〜３００μｍ８ｉが好ましい０ 本発明に用りる低融点ガラスはＰｔ）Ｏｉ基とする組成
が好ましい・具体的には１重量％でＰｂＯ７０〜８５％
ｈ　　Ｂ２Ｏ３８〜２５％、　５ｉ０３０．３〜１０　
％。

ＡＩ！２０３〜１０　’ｈ　、ＢａＯＯ〜８％、Ｚｎ０
Ｏ〜８％、Ｃｏｏ　０〜５％、　Ｂｉ２Ｏ３０〜５％、
０ｏＯＯ〜５％、ｐ’ｅｇｏ３０〜５綱係含まれる低融
点ガラスである。

この範囲に入る組成系では１作業温度が３５０〜５００
℃の範囲にｓ、ｂ、ｔ＊熱膨張係数も５０〜１２０Ｘ１
０”’となる。これらの値は、非晶質合金粉末と低融点
ガラスを混合、圧縮成形後、焼結する際に重要である０
すなわち、非晶質合金の磁気特性改善のために結晶化温
度以下で熱処理を行なうが、その最適温度にほぼ一致す
る作業温度をもつ低融点ガラスを選択できる＠ま友、冷
却時に非晶質合金と低融点ガラスの間に熱膨張係数の差
があると、こｎによる歪が生じ、磁気特性が劣化するた
め、この値を合わせる必要があるが、上記組成でこれが
達成さｎる〇 さらに具体的に言うと、ＰｂＯはガラスの低融点化に必
須成分であるがｈ　７０ｗｔ％未満では融点が高くな９
すぎ、結晶化温度以上となってしまうため、本発明には
適さない。またＢ　５ｗｔ％以上では、ガラスが脆くな
る几め、磁心の成形性が悪くなるＢ２０３はガラス化を
促進させる九めの成分であるが。

３ｗｔ％以下では熱膨張係数が大きくなりすぎ、非晶質
合金の値に合わなくなり、接着強度も弱くなる０ま几、
　２５ｗｔ％以上では作業温度が高くなりすぎ適さない
。Ｊ、、０ｈ８１０２は熱膨張係数を下げるのに有効な
成分であるが、いずｎも（１３Ｗｔ係以下では、その効
果は小さく　ｆ３　ｗｔ％以上では上では作業温度が高
くなりすぎ好ましくない０ＺｎＯ、ＣｏＯ、Ｂｉ２Ｏ３
、Ｃ！ｕｏ　、　　Ｆｅ２Ｏ３は、いずれも接着強度を
高めるのに有効な成分であるが、　ＺｎＯではｇ　ｗｔ
％以上、　　　　　　　　　　゛　　他の成分は５　ｗ
ｔ％以上になると作業温度が高くなシすぎるｔめ好まし
くないＯ 本発明において、成形体中に含まれる低融点ガラスの割
合は１〜７　ＯｖｏＡ係で好ましくは５〜３０ｖｏＩＬ
％である。ｌ　ｖｏｎ％以下でＦｉ、低融点ガラスによ
る結着能力が小さく成形が困難であるとともに絶縁性も
問題となるｏ　’Ｅｆｔ−，７０ｖｏ！係以上では。

単位体積あたりに含まれる磁性粉末の割合が少なくなり
、結果として動作磁束密度が高くとれず。

磁心の小形化が出来ない。

熱処理による成形は、非晶質合金の結晶化温度以下で行
なうこと以外は、従来の方法でよく、また、成形に関し
ては、爆発圧着、＠間圧網など。

従来粉末成形に用いられている方法で行なうことができ
る◎ また１本発明者らは、上記の問題点を解決する友めに鋭
意研究を重ねた結果、非晶質磁性粉末として粉末表面に
金属の被覆層を設けることにより。

優ｎｆＣ磁気特性を有する圧粉磁心を製造できることを
見出した０ すなわち、金属被覆層全表面にもつ非晶質磁性粉末を衝
撃加圧成形、温間圧縮などの方法を用いてなる成形体全
磁心とするものである。

本発明に用いらｎる非晶質合金粉末の表面被覆金Ｊ１１
１１には、　　ｃｕ、　Ａｇ、　Ａｕ、　Ｎｉ、　　Ｚ
ｒ、　Ａｌ１など非晶質合金よシ軟かい金属がおばら１
する◎この被覆方法としては、メッキ法Ｃ例えば、無電
解メッキ法）あるいはスパッタリングなどの気相成長法
があげらｎる０被覆に際しては、金属被覆層の厚みが０
．１μｍ〜１０μｍになるようにするのが好ましい・０
．１４ｍ以下では被覆層による応力緩和効果が小さく、
優れ友磁気特性が得らｎない０ま友ｌＯμｍ以上では、
成形体に占める磁性粉末の割合が少なくなｐ、結果とし
て磁心の大形化につながり好ましくない。好ましくは金
属被覆層の厚みは０、５〜５μｍでめる〇 ま九、金属被覆ＮＩＪ１に：ｆ＆け友非晶質せ金粉末を
成形する際に、酸化物（たとえばマグネシア、アルミン
症融点ガラス）′や、窒化物（たとえば窒化ケイ素）の
ような無機物、あるいはエポキシ系樹脂など、有機系バ
インダーを絶縁層として用いることが有効である。成形
の際に、その成形性あるいは応力緩和に対し有効である
〇 なお、成形体中に含まれるこれら絶縁物の割合は１体積
係で１〜５０％である。

成形に関しては、低融点ガラスを用いる以外に。

たとえば、衝撃加圧成形法の場合、金属被覆された磁性
合金粉末をカプセルに挿入し、衝撃加圧成形することに
よシ、高密変成形体を得る方法である。たとえば、レー
ルガンによる１００．万〜１０００万気圧の衝撃加圧、
ライフルガンによる衝撃加圧、火薬を用い友爆発成形等
が有効である。また、ｌＯ万気圧の超高圧プレスによる
高圧成形も有効である。成形後の熱処理も有効である。

又、樹脂を用いても良い０ 台金を作製した後粉砕し、試料とした０得られた粉末の
粒度は約１０４ｍ〜３０μｍであった０低融点ガラスと
ＬテＰｂＯ７ａ　４　ｗｔ％、Ｂ２０３ａ１ｗｔ％、　
ＢａＯ１９ｗｔ％。

ＺｎＯ１，Ｏ”％５Ｓｉ０２２．３ｗｔ％、ＡＸ２０３
３，５　ｗｔ％ｔＣｏｏ　２．７　ＶＮ；％からなるも
のを用い、非晶質会合粉末と低融点ガラスの比を体積係
で９０　：　１０とした。これを外径２６ｍｍ内径１４
韻高さ５顛のり磁心は４００℃で１．５時間保持され友
後、５℃／ｍｉ　ｎで冷却し九〇 該磁心の鉄損および透磁率の周波数特性を測定し九０鉄
損は動作磁束密度３ＫＧ、周波数５０区の測定条件で３
５０　ｍＷ／ｃａであった。透磁率の周波数特性を測定
したところ、第１図（ａ）に示すようにＩＫＨｚで７０
０と高く、かつ、優ｎた周波数特性を持っていた。

なお、コアの強度も実用上問題なく１ｍの落下試験を行
なっても何ら変化はなかったＯ比較として同一組成の非
晶質廿金粉末をあらかじめ４２０℃で６０分間熱処理し
、エポキシ系樹脂で実施例と同一形状に成形し、１５０
℃で２時間硬化させた後、鉄損と透磁率の周波数特性を
測定し九〇鉄損は、実施例と同一条件で２３００（ｍＷ
／ｃｃ）と犬きぐ透磁率はＩＫＨｚで２０と極めて小さ
かつ九〇 一→実→１例４ト辻− 実施例−Ｙ 単ロール法ヲ用いてＦｅ７８５ｉｌｌ　Ｂｌｌアモルフ
ァス廿金を作製した後粉砕し、試料とした。得られた粉
末の粒度は、約１０μｍ〜３０μｍであつ之。該粉末に
２μｍ厚のＣｕ被覆層をメッキ法により設けたＯ得られ
友粉末とマグネシアを体積係で９０　＝１０として衝撃
加圧成形法を用いて、外径２０ｒｎｘ、内径１４顛、高
さ１ＱｉｌｌＢのリング状磁心を作製した。

該磁心の鉄損および透磁率の周波数特性を測定した。鉄
損は動作磁束密度３ＫＧ、周波数５０　ＫＨｚの測定条
件で３２０　ｍＷ／ｃｃであり之０透磁率の周波数特性
を測定したところ、ｌＫＨ２で７００　と高く、かつ優
ｆｐ九周波数特性を持つていたＯなお、コアの強度も実
用上問題なく、１ｍの落実施例１と同様の方法にて（Ｆ
ｅ　Ｏ，９８Ｃ！ｒ　０．０２　）７７日１１０Ｂ１３
アモルファス会金粉末を作製したＯ該粉末に１．５μｍ
のＺｎ被覆層をメッキ法により設けた。得らルた粉末を
４００℃で２５時間非酸化性雰囲気中で熱処理した後、
エポキシ樹脂と体積係で９０：１０として、外径２０間
、内径１４稍、高さ５韻のリング磁心に成形した。こ１
″Ｌをｉ５０℃で２時間の硬化条件で樹脂を硬化させ念
後、該リングコアの鉄損および透ａｍ率の周波数特性を
測定した０鉄損は動作ａ束密度３ＫＧ、周波数５０ＫＨ
２の測定条件で３２０　ｍＷ／ｃｃであった０　透磁率
の周波数特性全測定し穴ところｂｌＫＨｚで６５０と高
く、かつｄＸ１図と同様の優ｆ′した周波数特性を持つ
ていた。

なお、コアの強度も実用上問題な（１ｍの落下試ＡＬａ
−行なっても何ら変化はなかった。

比較として、同一組成の非晶質せ金粉末をあらかじめ４
２０℃で６０分間熱処理し、エポキシ系樹脂で実施例と
同一形状に成形し、１５０℃で２時間硬化させた後、鉄
損と透磁率の周波数特性を測定した０鉄損は、実施例と
同一条件で２３００（ｍＷ／ｃｃ　ｌと大きく透磁率は
ＩＫＨｚで２０と極めて小さかった。

’ｊ！　ｍ　９’ｌＪ−シ Ｆｅ　７５５ｅｌｌ　Ｂ　１４なる組成のアモルファス
合金粉末をアトマイズ法により作製した０得らｊ、た粉
末の粒径は、約５〜４０μｍであった。該粉末に２μｍ
の厚さのＣｕ被覆層をメッキ法によ、り設け、実施例１
と同様の低融点ガラスとの比を重斂比で９０：１０とし
て、ホヤドブレスにより外径２０”ＩＴｈ内径１４１１
．高さ５韻のリング状磁心を成形した。

なお、プレス時には４２０℃で３０分保持しているＯ 該磁心の鉄損および透磁率の周波数特性を測定した０鉄
損は、実施例１と同一条件で、３００罰／ａｃでめｐ、
また透磁率はＩ　ＫＨｚで７５０と高く、かつ優れた周
波数特性をもっていた。

このようにメッキによりＣｕなどの被覆層ヲ施すと、さ
らに磁気特性が改善さｎることかわかる０〔発明の効果
〕 本発明によ、り得られた圧粉磁心は、優１．た成形性を
有し、特に熱処［’に加えることができるので。

高透磁率低鉄損、と十分に磁性粉の磁気特性を引き出す
ことができる＠

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明および比較例の非晶質台金圧粉磁心の
透磁率を示す曲線図。 代理人弁理士則近憲佑（ほか１名） 以下　余白

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）低融点ガラスを結着剤とした非晶質合金磁性粉の
   圧縮成形体からなることを特徴とする圧粉磁心。
2. （２）磁性粉の表面に金属被覆層が設けられていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の圧粉磁心。
3. （３）該低融点ガラスは、重量％でＰｂＯを７０〜８５
   ％、Ｂ＿２Ｏ＿３を８〜２５％、ＳｉＯ＿２を０．３〜
   １０％、Ａｌ＿２Ｏ＿３を０．３〜１０％、ＢａＯを０
   〜８％、ＣｏＯを０〜５％Ｂｉ＿２Ｏ＿３を０〜５％、
   Ｃｕ０〜５％およびＦｅ＿２Ｏ＿３を０〜５％からなる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の非晶質圧
   粉磁心。
4. （４）低融点ガラスは、成形体中に体積％で１〜７０％
   含まれることを特徴とする特許請求範囲第１項記載の非
   晶質圧粉磁心。
5. （５）非晶質合金磁性粉の表面に金属被覆層が設けられ
   ていることを特徴とする圧粉磁心。