JP2001358005A - 軟磁性アトマイズ粉末およびこれを用いた圧粉磁芯 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】成形性に優れた軟磁性アトマイズ粉末と、この
粉末を用いて容易に製造でき低コアロスで且つ高透磁率
の磁気特性を有する圧粉磁芯とを提供する。 【解決手段】アトマイズ法により製造された軟磁性アト
マイズ粉末であって、この粉末の長軸Ｌ_１と短軸Ｌ_２の
比Ｌ_１／Ｌ_２が１．３〜２．５の範囲内にあり、平均粒
径が３０μｍ以下の粉末が４０wt％以上で且つ平均粒径
が５μｍ以下の粉末が１０wt％以下であると共に、上記
粉末を小径のものから積算して粉末全体の５０wt％に至
った際における粒径Ｄ_５０が５０μｍ以下である、軟磁
性アトマイズ粉末１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軟磁性アトマイズ
粉末およびこれを用いた圧粉磁芯に関する。

【０００２】

【従来の技術】軟磁性の金属粉末をプレス成形すること
により得られる圧粉磁芯は、例えば、スイッチング電源
における直流出力側の平滑用チョークコイル、交流入力
用ノーマルモードノイズフィルタ、或いは、力率改善用
のアクティブフィルタ等の種々の電気部品に使用されて
いる。上記圧粉磁芯を得るための軟磁性金属粉末の製造
方法には、粉砕法およびアトマイズ法が知られている。
上記粉砕法は、電解鉄、珪素鋼、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合
金、またはＦｅ−Ｎｉ系合金(パーマロイ)のインゴット
を製造し、係るインゴットに機械的な衝撃を与えて当該
インゴットを粉砕することにより、上記合金などの粉末
を得る方法である。また、上記アトマイズ法は、水やガ
ス等の流体を逆円錐形状に噴射した焦点位置に溶融金属
を注下し、この溶融金属を微細な粉末にする水アトマイ
ズ法またはガスアトマイズ法が知られている。

【０００３】以上の各製造方法により得られた軟磁性金
属粉末と、水ガラス等の無機系バインダまたはエポキシ
系樹脂等の有機系バインダとを混合した後、係る混合物
をプレス成形によって例えばリング(トロイダル)形状に
成形することにより、前記圧粉磁芯が製造されている。
ところで、軟磁性金属粉末の製造法のうち、前記粉砕法
では、大気中で粉末を製造することに起因して、粉砕中
に粉末の酸化が進行するため、係る粉末を用いて製造さ
れた圧粉磁芯の透磁率が低下し且つコアロス(鉄損)が増
大する、という問題があった。また、前記アトマイズ法
のうち水アトマイズ法では、得られる粉末粒子の形状が
著しく異形となるため、プレス成形して得られる圧粉磁
芯中において、粉末同士が接触し易くなり絶縁性が低下
する。このため、上記圧粉磁芯内における渦電流が増え
るので、コアロスが増加する、という問題があった。

【０００４】一方、前記ガスアトマイズ法では、非酸化
性雰囲気中で粉末が製造されるため、粉末の酸化に伴う
上記コアロスの増大を抑制できる。また、得られる粉末
が略球形状となるため、圧粉磁芯にした際に粉末同士間
の絶縁が確保し易く、渦電流が発生しにくくなるので、
コアロスを低減することもできる。しかしながら、ガス
アトマイズ法で得られた粉末粒子は略球形状となるた
め、プレス成形して得られる圧粉磁芯の製品密度を高め
られる反面、係る磁芯を成形した際における成形性(保
形性)が低いため、圧粉磁芯の生産性および品質が低く
なる問題があった。

【０００５】

【発明が解決すべき課題】近年、圧粉磁芯の低損失化お
よび小型化の要求が高まりつつある。このうち、低損失
化に対しては、圧粉磁芯のコアロスを低減することが必
要である。また、小型化の要求に対しては、圧粉磁芯の
透磁率を増加させることが必要である。しかしながら、
前述した軟磁性アトマイズ粉末の何れも、上記の各要求
に十分応えられず、特に成形性(保形性)の低い粉末で
は、圧粉磁芯の生産性および品質の向上が図れない、と
いう問題があった。本発明は、以上に説明した従来の技
術における問題点を解決し、成形性に優れた軟磁性アト
マイズ粉末と、この粉末を用いて容易に製造でき低コア
ロスで且つ高透磁率の磁気特性を有する圧粉磁芯と、を
提供することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、軟磁性粉末の粒子形状およびサイズを特定
すること、に着目して成されたものである。即ち、本発
明の軟磁性アトマイズ粉末は、アトマイズ法により製造
された軟磁性アトマイズ粉末であって、この粉末の長軸
Ｌ_１と短軸Ｌ_２の比Ｌ_１／Ｌ_２が１．３〜２．５の範囲
内にあり、平均粒径が３０μｍ以下の粉末が４０wt％以
上で且つ平均粒径が５μｍ以下の粉末が１０wt％以下で
ある、ことを特徴とする。

【０００７】これによれば、粉末の長軸Ｌ_１と短軸Ｌ_２
の比(アスペクト比)Ｌ_１／Ｌ_２を規定してその形状を特
定すると共に、係る粉末の粒径も大部分を小径とし且つ
極めて微細な粒径のものを除いたため、程良い異形形状
で且つ比較的小径の軟磁性アトマイズ粉末となる。この
ため、上記粉末を成形して得られる圧粉磁芯では、一定
高さの透磁率が安定して得られると共に、各粉末間に絶
縁性がかなり確保され且つ係る磁芯の密度をかなり高め
られる。従って、上記粉末により得られる圧粉磁芯にお
いて、渦電流を減らしコアロスを低減できると共に、磁
芯の成形性(保形性)も向上するため、その生産性を高め
且つ品質を安定させることができる。

【０００８】尚、上記比Ｌ_１／Ｌ_２が１．３未満では、
粉末の形状が球形に近付くため、圧粉磁芯を成形した際
に成形性が低くなり、一方、上記比Ｌ_１／Ｌ_２が２．５
を越えると上記コアロスが増え過ぎるため、係る範囲を
除いたものである。また、上記アトマイズ法には、水ア
トマイズ法やガスアトマイズ法の他、両者を併用する特
殊水アトマイズ法も含まれる。特に、上記範囲の比Ｌ_１
／Ｌ_２を有する粉末を得るためには、特殊水アトマイズ
法が好適である。この特殊水アトマイズ法には、水とガ
スの混合物を噴霧する方法、ガス噴霧した後に水噴霧す
る方法、および、ガス噴霧の直後に水で冷却する方法が
含まれる。更に、上記粉末の粒径範囲を得るためには、
例えばアトマイズ法により得られた粉末を分級する方法
が用いられる。

【０００９】また、前記粉末を小径のものから積算し
て、粉末全体の５０wt％に至った際における粒径Ｄ_５０
が５０μｍ以下である、軟磁性アトマイズ粉末も含まれ
る。これによれば、粉末の前記異形形状および粒径の小
径レベルを保ちつつ、粉末全体の小径程度も一層確実に
得ることができる。このため、係る軟磁性アトマイズ粉
末を用いて成形される圧粉磁芯において、渦電流を更に
減らし且つコアロスを一層低減できると共に、成形性
(保形性)も高めることが可能となる。

【００１０】一方、本発明の圧粉磁芯は、以上の軟磁性
アトマイズ粉末とバンイダとを混合してプレス成形され
たものであって、１００ｋＨｚにおける透磁率(μ′)が
５０以上であり、且つ１００ｋＨｚで１ｋＧの磁界を印
加した際のコアロス(Ｐｃ)が４００ｋＷ／ｍ^３以下であ
る、ことを特徴とする。これによれば、程良い異形の形
状で且つ比較的小径の軟磁性アトマイズ粉末を用いてプ
レス成形されているため、上記の透磁率を安定して保有
し、且つ上記のような低いコアロスの圧粉磁芯を提供す
ることができる。尚、上記バインダには、絶縁材で且つ
高温の熱処理に耐え得る無機系または樹脂等の有機系バ
インダが含まれる。また、プレス成形後の成形品は、焼
鈍されることにより磁気特性を高められる。更に、圧粉
磁芯として成形される形状には、トロイダル(リング)
形、ドラム形、ポット形、カップ形、ＥＥ形、ＥＩ形、
ＥＲ形、ＥＰＣ形などの形状が含まれる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下において、本発明の実施に好
適な形態を図面と共に説明する。図１(Ａ)は、本発明に
よる軟磁性アトマイズ粉末１を模式的に示す。この粉末
１は、図１(Ａ)に示すように、全体がやや細長い紡錘形
を呈し、互いに直交する長軸Ｌ_１と短軸Ｌ_２とを有す
る。粉末１は、例えばＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金(センダ
スト：軟磁性金属)の溶湯を、水とガス(窒素またはＡ
ｒ)との混合物で噴霧する特殊水アトマイズ法により噴
化することにより、粉末１における長軸Ｌ_１と短軸Ｌ_２
との比Ｌ_１／Ｌ_２を１．３〜２．５の範囲内に納めるこ
とができる。図１(Ａ)に示すような軟磁性アトマイズ粉
末１を所要量用意し、１００メッシュ以下のものに篩い
分けた後、残った粉末１を３０メッシュの篩いにより篩
い分けた際に、平均粒径が３０μｍの粉末１が４０wt％
以上になるようにする。また、５メッシュ以下のもの
を、ある程度篩い分けして取り除く。更に、レーザ散乱
法により粉末１の粒径を順次測定して粒径Ｄ_５０を求め
ると共に、その際において粒径Ｄ_５０が５０μｍ以下に
なるように、上記篩い等による分級を行う。

【００１２】これによって、長軸Ｌ_１と短軸Ｌ_２の比Ｌ
_１／Ｌ_２が１．３〜２．５の範囲内にあり、平均粒径が
３０μｍ以下の粉末が４０wt％以上で且つ平均粒径が５
μｍ以下の粉末が１０wt％以下であると共に、粉末(１)
を小径のものから積算して、粉末全体の５０wt％に至っ
た際における粒径Ｄ_５０が５０μｍ以下である、軟磁性
アトマイズ粉末１を得ることができる。次に、上記粉末
１に対し、水ガラス等のバインダを、約１〜３wt％混合
して攪拌する。場合により、得られた混合物を約１００
℃に加熱して乾燥しても良い。

【００１３】更に、粉末１を含む上記混合物に対し、１
wt％未満のステアリン酸亜鉛などの潤滑剤を添加して混
合した後、図示しない成形型中に係る混合物を充填し
て、所定の形状にプレス成形する。この結果、図１(Ｂ)
に示すように、例えばトロイダル(リング)形に成形され
た圧粉磁芯２が得られる。この磁芯２は、円筒形の本体
４とその軸心に沿って貫通する中空部６とを有する。
尚、上記潤滑剤は、プレス後における離型剤も兼ねてい
る。次いで、上記磁芯２を約８００℃に１時間程度加熱
する焼鈍を施す。これによって、１００ｋＨｚにおける
透磁率(μ′)が５０以上であり、且つ１００ｋＨｚで１
ｋＧの磁界を印加した際のコアロス(Ｐｃ)が４００ｋＷ
／ｍ^３以下となる磁気特性を有する圧粉磁芯２を得るこ
とができる。

【００１４】

【実施例】ここで、本発明の具体的な実施例を、比較例
と共に説明する。Ｆｅ−９.６wt％Ｓｉ−５.６wt％Ａｌ
の軟磁性合金(センダスト)を、前記特殊水アトマイズ法
によって粉末とした後、前記篩い分けによる分級を行っ
た。これにより、表１に示すように、長軸Ｌ_１と短軸Ｌ
_２との比Ｌ_１／Ｌ_２が１．３〜２．５の範囲内にあり、
平均粒径が３０μｍ以下の粉末が４０wt％以上で且つ平
均粒径が５μｍ以下の粉末が１０wt％以下であると共
に、粉末１を小径のものから積算して、粉末全体の５０
wt％に至った際における粒径Ｄ_５０が５０μｍ以下であ
る、実施例１〜７の軟磁性アトマイズ粉末１を得た。ま
た、粒径Ｄ_５０以外は上記の範囲にある実施例８の粉末
１を別途用意した。尚、上記比Ｌ_１／Ｌ_２は、走査電子
顕微鏡で粉末１を２次元的に観察し、その画像データを
画像解析することにより測定した。また、上記粒径Ｄ
_５０はレーザ散乱法により測定した。

【００１５】一方、上記と同じ軟磁性合金を、水アトマ
イズ法、ガスアトマイズ法、または特殊水アトマイズ法
によって粉末とした後、適宜に分級を行い且つレーザ散
乱法等を用いて、表１に示すような比較例１〜４の軟磁
性アトマイズ粉末を得た。次に、各例の粉末(１)に、バ
インダとして水ガラスをそれぞれ３wt％混合して攪拌し
た後、更に各例の混合物に対し、潤滑剤として０．５wt
％のステアリン酸亜鉛をそれぞれ添加して混合した。更
に、係る各例の混合物を図示しない成形型内に充填し、
１５トン／ｃｍ^２の圧力で個別にプレス成形した。この
結果、前記図１(Ｂ)に示すように、中空部６を有し外径
２８ｍｍ、内径２０ｍｍ、および軸心に沿った高さが５
ｍｍの円筒形の本体４からなるリング形の圧粉磁芯２を
得た。これらの磁芯２も、元の粉末と同じ実施例１〜８
または比較例１〜４とする。

【００１６】各例の磁芯(２)を、真空中で８００℃に１
時間加熱する磁気焼鈍を施した。そして、各例の圧粉磁
芯(２)に付き、周波数(ｆ)が１００ｋＨｚの場合におけ
る実効透磁率(μ′)と、周波数(ｆ)が１００ｋＨｚで且
つ磁束密度(Ｂｍ)が１ｋＧのときにおけるコアロス(Ｐ
ｃ)を常法により測定した。また、各例の圧粉磁芯(２)
の成形性を判定するため、図１(Ｃ)に示すように、直径
方向に圧力Ｐを加えて、破壊した際の荷重を測定して、
圧環強度とした。これらの結果も表１に示した。

【００１７】

【表１】

【００１８】表１の結果によれば、実施例１〜７の圧粉
磁芯２は、何れもコアロスが３００ｋＷ／ｍ^３レベルと
低く、透磁率は６２〜７５とやや高めの範囲にあると共
に、圧環強度(成形性)も成形時の形状を保ち得る約８０
〜１２０Ｎの範囲にあった。一方、比較例１の圧粉磁芯
は、コアロスが最も少ない反面、前記比Ｌ_１／Ｌ_２が
１．１であることにより粉末が略球形状となるため、透
磁率と圧環強度の双方が低くなった。また、比較例２の
圧粉磁芯は、透磁率および圧環強度が高い反面、前記比
Ｌ_１／Ｌ_２が２．６であることにより、粉末が著しく異
形の形状となるため、コアロスが全例中において最も多
くなった。

【００１９】更に、比較例３の圧粉磁芯は、５μｍ以下
の粉末が１５wt％と多いため、コアロスが約５００ｋＷ
／ｍ^３と高くなり、且つ透磁率はやや低くなった。加え
て、比較例４の圧粉磁芯は、透磁率と圧環強度の双方が
高い反面、３０μｍ以下の粉末が３０wt％と少ないた
め、コアロスが約５６０ｋＷ／ｍ^３と高くなった。尚、
実施例８の圧粉磁芯２は、透磁率および圧環強度が高
く、粒径Ｄ_５０が６０μｍであるため、コアロスも約５
６０ｋＷ／ｍ^３と高くなった。これにより、粒径Ｄ_５０
を５０μｍ以下とする実施例１〜７の優位性が理解され
る。

【００２０】以上のような各例の結果によれば、長軸Ｌ
_１と短軸Ｌ_２の比Ｌ_１／Ｌ_２を前記の特定範囲とし、粒
径の範囲を階層的に規定すると共に、粒径Ｄ_５０を小径
にする本発明の軟磁性アトマイズ粉末と、これを用いた
圧粉磁芯によれば、低コアロスで、高くて安定した透磁
率と優れた成形性(保形性)を発揮する、という効果が裏
付けられたことが容易に理解される。尚、実施例８は、
前記請求項１の発明においてはその実施例となるが、前
記請求項２の発明に対しては比較例となる。

【００２１】本発明は、以上にて説明した実施の形態や
実施例に限定されるものではない。例えば、軟磁性アト
マイズ粉末に用いる金属は、前記Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合
金に限らず、電解鉄、珪素鋼、または、Ｆｅ−Ｎｉ系合
金などを用いても良い。尚、Ｆｅ−Ｎｉ系合金のパーマ
ロイには、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｍｏ系合金のモリブデン
パーマロイが含まれる。また、上記軟磁性金属を粉末に
するアトマイズ法には、溶湯をガスで噴化した後、直ち
に水で冷却する方法や、ガス噴霧した後で水噴霧する方
法も含まれる。更に、上記粉末と混合するバインダに
は、前記水ガラスのような無機系のものに限らず、シリ
コン樹脂やエポキシ系樹脂などの有機系バインダを用い
ることもできる。尚、シリコン樹脂を用いる場合には、
架橋剤として有機チタンを更に混合することが望まし
い。尚、プレス成形の直前に添加される潤滑剤には、前
記ステアリン酸亜鉛の他に、ステアリン酸やステアリン
酸アルミニウム等の高級脂肪酸、ワックス等の有機系の
もの、二硫化モリブデン等の無機系のものも適用可能で
ある。

【００２２】

【発明の効果】以上において説明した本発明の軟磁性ア
トマイズ粉末によれば、程良い異形形状で且つ比較的小
径の軟磁性アトマイズ粉末となるため、上記粉末を成形
して得られる圧粉磁芯では、一定の透磁率が安定して得
られると共に、各粉末間で絶縁性がかなり確保され且つ
係る磁芯の密度をかなり高められる。従って、上記粉末
を用いて得られる圧粉磁芯では、渦電流を減らしコアロ
スを低減でき、磁芯の成形性も向上するため、その生産
性を高め且つ品質を安定させることができる。また、本
発明の圧粉磁芯によれば、一定レベルの透磁率を安定し
て保有し、且つ上記のような低いコアロスの圧粉磁芯を
提供することができる。従って、磁気特性に優れ且つ成
形精度の高い磁芯となるため、前述したチョークコイ
ル、ノイズフィルタ、アクティブフィルタ等の性能を向
上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(Ａ)は本発明の軟磁性アトマイズ粉末を２次元
的に示す模式図、(Ｂ)はこの粉末を基にして得られる本
発明の圧粉磁芯を示す斜視図、(Ｃ)は係る磁芯の圧環強
度を測定する状態を示す概略図。

【符号の説明】

１…軟磁性アトマイズ粉末， ２…圧粉磁芯， Ｌ_１…
長軸， Ｌ_２…短軸

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アトマイズ法により製造された軟磁性アト
   マイズ粉末であって、 上記粉末の長軸Ｌ_１と短軸Ｌ_２の比Ｌ_１／Ｌ_２が１．３
   〜２．５の範囲内にあり、 平均粒径が３０μｍ以下の粉末が４０wt％以上で且つ平
   均粒径が５μｍ以下の粉末が１０wt％以下である、こと
   を特徴とする軟磁性アトマイズ粉末。
2. 【請求項２】前記粉末を小径のものから積算して、粉末
   全体の５０wt％に至った際における粒径Ｄ_５０が５０μ
   ｍ以下である、 ことを特徴とする請求項１に記載の軟磁性アトマイズ粉
   末。
3. 【請求項３】請求項１または２に記載の軟磁性アトマイ
   ズ粉末とバンイダとを混合してプレス成形されたもので
   あって、 １００ｋＨｚにおける透磁率(μ′)が５０以上であり、
   且つ１００ｋＨｚで１ｋＧの磁界を印加した際のコアロ
   ス(Ｐｃ)が４００ｋＷ／ｍ^３以下である、 ことを特徴とする圧粉磁芯。