JP2007012745A - 圧粉磁心およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 印加される磁場の周波数に関係なく磁気特性を向上することができ、かつ機械的強度を向上することのできる圧粉磁心及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 圧粉磁心は、Ｆｅを主成分とする金属磁性粒子１０ａと、金属磁性粒子１０ａを被覆する絶縁被膜２０ａとを有し、粒径が５０μｍ以上１５０μｍ以下である複合磁性粒子３０ａと、Ｆｅを主成分とする金属磁性粒子１０ｂと、金属磁性粒子を被覆する絶縁被膜２０ｂとを有し、粒径が２５０μｍ以上３５０μｍ以下である複合磁性粒子３０ｂとを備えている。複合磁性粒子の総数に対する複合磁性粒子３０ａおよび複合磁性粒子３０ｂを合わせた数の割合は８０％以上である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧粉磁心およびその製造方法に関し、より特定的には、印加される磁場の周波数に関係なく磁気特性を向上することができ、かつ機械的強度を向上することのできる圧粉磁心およびその製造方法に関する。

近年、電磁弁、モーターまたは電源回路などを備える電気機器には、小型化、高効率化および高出力化が強く求められている。このような要求に応える手段として、これら電気機器の作動周波数の高周波化が有効であり、電磁弁やモーターなどでは数百Ｈｚから数ｋＨｚ、電源回路では数十ｋＨｚから数百ｋＨｚという水準で高周波化が進んでいる。

圧粉磁心は、比較的高い磁束密度を有し、かつ鉄損が低いことが知られている。このため、電磁弁やモーターなどの電気機器の鉄心材料として広く用いられている。圧粉磁心は、金属磁性粒子に絶縁被膜を形成した形態の複数の複合磁性粒子により構成されている。

圧粉磁心を交流磁場で使用した場合、鉄損と呼ばれるエネルギー損失が生じる。この鉄損は、ヒステリシス損失と渦電流損失との和で表される。ヒステリシス損失は、軟磁性材料の磁束密度を変化させるために必要なエネルギーによって生じるエネルギー損失であり、渦電流損失は、主として軟磁性材料を構成する金属磁性粒子間を流れる渦電流によって生じるエネルギー損失である。ヒステリシス損失は動作周波数に比例し、渦電流損失は動作周波数の２乗に比例する。そのため、ヒステリシス損失は主に低周波領域において支配的になり、渦電流損失は主に高周波領域において支配的になる。圧粉磁心にはこの鉄損の発生を小さくする磁気的特性、すなわち高い交流磁気特性が求められる。

圧粉磁心の鉄損は、印加される磁場の周波数および圧粉磁心を構成する複合磁性粒子の粒径の組合せによって変化することが知られている。高周波数（たとえば８００Ｈｚ〜１０ｋＨｚ）の磁場の下で圧粉磁心を使用する場合には、複合磁性粒子の粒径が小さい（たとえば５０〜１５０μｍ）方が低鉄損となる。また、低周波数（たとえば５０Ｈｚ〜８００Ｈｚ）の磁場の下で圧粉磁心を使用する場合には、複合磁性粒子の粒径が大きい（たとえば１００〜３００μｍ）方が低鉄損となる。このため、低周波数の磁場の下で圧粉磁心を使用する場合には、粒径の大きい複合磁性粒子の圧粉磁心が選択される。

なお、圧粉磁心に関する技術は、たとえば特開２００４−２７３５６４号公報（特許文献１）などに開示されている。特許文献１では、粒径５０μｍ〜２００μｍの大粒径、粒径２０〜５０μｍの中粒径、および粒径２０μｍ以下の小粒径と少なくとも３水準の粒径を有する軟磁性粉末の混合粉末を用いてなり、相対密度が８３％以上である圧粉磁心が開示されている。また、その圧粉磁心の軟磁性粉末は、Ｓｉ：７〜１１質量％、Ａｌ：４〜８質量％、残部がＦｅと不可避的不純物からなっており、かつ圧粉磁心のアスペクト比は１．１〜２．０となっている。
特開２００４−２７３５６４号公報

上述のように、従来において圧粉磁心の鉄損を低減するためには、印加される磁場の周波数に適した粒径の複合磁性粒子を選ぶ必要があった。このため、印加される磁場の周波数に関係なく圧粉磁心の磁気特性を向上することはできないという問題があった。

また、圧粉磁心は、軟磁性材料の加圧成形の際に複合磁性粒子が塑性変形し、複合磁性粒子同士が絡み合うことにより、機械的強度を発生する。しかし、複合磁性粒子の粒径が大きい場合には粒子同士の間に隙間が生じやすいので、圧粉磁心の密度が低く、複合磁性粒子同士が絡み合いにくかった。その結果、複合磁性粒子の粒径が大きいと圧粉磁心の機械的強度が低下するという問題があった。圧粉磁心の機械的強度が低いと、圧粉磁心を切削加工やドリル穴開けする際や、圧粉磁心にコイルを巻きつける際などに、破損や欠落が起こりやすい。

したがって、本発明の目的は、印加される磁場の周波数に関係なく磁気特性を向上することができ、かつ機械的強度を向上することのできる圧粉磁心およびその製造方法を提供することである。

本発明の圧粉磁心は、Ｆｅ（鉄）を主成分とする第１金属磁性粒子と、第１金属磁性粒子を被覆する第１絶縁被膜とを有し、粒径が５０μｍ以上１５０μｍ以下である第１複合磁性粒子と、Ｆｅを主成分とする第２金属磁性粒子と、第２金属磁性粒子を被覆する第２絶縁被膜とを有し、粒径が２５０μｍ以上３５０μｍ以下である第２複合磁性粒子とを備えている。複合磁性粒子の総数に対する第１および前記第２複合磁性粒子を合わせた数の割合は８０％以上である。

本発明の圧粉磁心の製造方法は、粒径が５０μｍ以上１５０μｍ以下であり、かつＦｅを主成分とする第１金属磁性粒子に第１絶縁被膜を形成する第１形成工程と、粒径が２５０μｍ以上３５０μｍ以下であり、かつＦｅを主成分とする第２金属磁性粒子に第２絶縁被膜を形成する第２形成工程と、金属磁性粒子の総数に対する第１および第２金属磁性粒子を合わせた数の割合が８０％以上となるように混合する混合工程とを備えている。

本発明の圧粉磁心およびその製造方法によれば、小さい粒径の第１複合磁性粒子を圧粉磁心が備えているので、大きい粒径の複合磁性粒子のみを用いた圧粉磁心に比べて高周波数（たとえば８００Ｈｚ〜１０ｋＨｚ）の磁場の下での鉄損を低減することができる。また、大きい粒径の第１複合磁性粒子を圧粉磁心が備えているので、小さい粒径の複合磁性粒子のみを用いた圧粉磁心に比べて低周波数（たとえば５０Ｈｚ〜８００Ｈｚ）の磁場の下での鉄損を低減することができる。したがって、印加される磁場の周波数に関係なく磁気特性を向上することができる。

また、大きい粒径の第１複合磁性粒子と、小さい粒径の第２複合磁性粒子とによって圧粉磁心が構成されるので、大きい粒径の第２複合磁性粒子同士の隙間に小さい粒径の第１複合磁性粒子が入り込み、圧粉磁心の密度を向上することができる。したがって、複合磁性粒子同士が絡み合い易くなり、大きい粒径の複合磁性粒子のみを用いた圧粉磁心に比べて機械的強度を向上することができる。

また、複合磁性粒子（金属磁性粒子）の総数に対する第１および前記第２複合磁性粒子（第１および第２金属磁性粒子）を合わせた数の割合を８０％以上とすることにより、第１および前記第２複合磁性粒子（第１および第２金属磁性粒子）の割合を高めることができ、第１および前記第２複合磁性粒子（第１および第２金属磁性粒子）による上記効果を得ることができる。

本発明の圧粉磁心において好ましくは、第１金属磁性粒子および第２金属磁性粒子は、いずれも純鉄、Ｆｅ（鉄）−Ｓｉ（シリコン）系合金、Ｆｅ−Ｎ（窒素）系合金、Ｆｅ−Ｎｉ（ニッケル）系合金、Ｆｅ−Ｃ（炭素）系合金、Ｆｅ−Ｂ（ホウ素）系合金、Ｆｅ−Ｃｏ（コバルト）系合金、Ｆｅ−Ｐ（リン）系合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金、Ｆｅ−Ｃｒ（クロム）系合金、およびＦｅ−Ａｌ（アルミニウム）−Ｓｉ系合金よりなる群から選ばれる少なくとも１種以上よりなっている。これにより、圧粉磁心における飽和磁束密度などの磁気的特性を向上することができる。

本発明の圧粉磁心において好ましくは、樹脂は、ポリエチレン樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、およびフッ素樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種以上よりなっている。

これらの有機物は、複合磁性粒子同士を強固に接合するとともに、軟磁性材料の加圧成形時に潤滑剤として機能し、複合磁性粒子同士が擦れ合って絶縁被膜が破壊されることを防止する。このため、圧粉磁心の強度を向上させ、さらに、渦電流損を低減させることができる。また、金属磁性粒子は絶縁被膜によって覆われているため、これらの樹脂に含まれる酸素または炭素が金属磁性粒子内に拡散することも防止できる。

本発明の圧粉磁心の製造方法において好ましくは、上記第１形成工程および上記第２形成工程の後で、上記混合工程を行なう。

これにより、上記第１形成工程および上記第２形成工程が別工程で行なわれるので、第１および第２金属磁性粒子の各々に対して最適な条件で第１および第２絶縁被膜の各々を形成することができる。

なお、本明細書において「Ｆｅを主成分とする」とは、Ｆｅ（鉄）の割合が５０質量％以上であることを意味している。また、「純鉄」とは、Ｆｅの割合が９９．９質量％以上であることを意味している。

本発明の圧粉磁心およびその製造方法に拠れば、印加される磁場の周波数に関係なく磁気特性を向上することができ、かつ機械的強度を向上することができる。

以下、本発明の一実施の形態について図を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態における圧粉磁心の拡大断面図である。図１に示すように、本実施の形態における圧粉磁心は、粒径が５０μｍ以上１５０μｍ以下の範囲にある複合磁性粒子３０ａと、粒径が２５０μｍ以上３５０μｍ以下の範囲にある複合磁性粒子３０ｂとを含んでいる。複合磁性粒子３０ａ同士の隙間に複合磁性粒子３０ｂが入り込んでいる。複合磁性粒子３０ａはＦｅを主成分とする金属磁性粒子１０ａと、金属磁性粒子１０ａを被覆する絶縁被膜２０ａとを有している。また、複合磁性粒子３０ｂはＦｅを主成分とする金属磁性粒子１０ｂと、金属磁性粒子１０ｂを被覆する絶縁被膜２０ｂとを有している。

なお、複合磁性粒子３０の各々の間には有機物４０が介在していてもよい。複数の複合磁性粒子３０の各々は、有機物４０や、複合磁性粒子３０ａおよび３０ｂが有する凹凸の噛み合わせなどによって接合されている。なお、複合磁性粒子３０ａおよび３０ｂの他に、複合磁性粒子３０ａおよび３０ｂの粒径範囲外の粒径を有する複合磁性粒子が圧粉磁心に含まれていてもよい。

図２は、本発明の一実施の形態における圧粉磁心を構成する複合磁性粒子の粒径分布を示す図である。図２を参照して、本実施の形態の圧粉磁心において、複合磁性粒子の粒径分布は２つのピークを有している。１つのピークは５０μｍ以上１５０μｍ以下の範囲にあり、もう１つのピークは２５０μｍ以上３５０μｍ以下の範囲にある。そして、圧粉磁心を構成する複合磁性粒子の総数を総数Ｎとする。粒径が５０μｍ以上１５０μｍ以下である複合磁性粒子、つまり複合磁性粒子３０ａの数をＮ１とする。粒径が２５０μｍ以上３５０μｍ以下である複合磁性粒子、つまり複合磁性粒子３０ｂの数をＮ２する。本実施の形態の圧粉磁心においては、複合磁性粒子の総数Ｎに対する複合磁性粒子３０ａおよび複合磁性粒子３０ｂを合わせた数（Ｎ１＋Ｎ２）の割合は８０％以上となっている。複合磁性粒子の平均粒径はたとえば２５０μｍである。

ここで、複合磁性粒子の粒径は以下の方法により規定される。図１に相当する圧粉磁心の断面を光学的手法（たとえば光学顕微鏡による観察）によって観察する。そして、一定の領域に存在する複合磁性粒子の各々の形状を特定し、平面的に見た場合の複合磁性粒子の表面積Ｓを測定する。そして表面積Ｓから以下の式（１）を用いて算出される。

複合磁性粒子の粒径＝２×｛表面積Ｓ／π｝^1/2 ・・・（１）
図１を参照して、金属磁性粒子１０ａおよび１０ｂは、たとえばＦｅ、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ｎ（窒素）系合金、Ｆｅ−Ｎｉ（ニッケル）系合金、Ｆｅ−Ｃ（炭素）系合金、Ｆｅ−Ｂ（ホウ素）系合金、Ｆｅ−Ｃｏ（コバルト）系合金、Ｆｅ−Ｐ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金、Ｆｅ−Ｃｒ（クロム）系合金あるいはＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金などから形成されている。金属磁性粒子１０はＦｅを主成分としていればよく、純鉄であることが好ましい。

絶縁被膜２０ａおよび２０ｂの各々は、金属磁性粒子１０ａおよび１０ｂの各々の間の絶縁層として機能する。金属磁性粒子１０ａおよび１０ｂの各々を絶縁被膜２０ａおよび２０ｂの各々で覆うことによって、圧粉磁心の電気抵抗率ρを大きくすることができる。これにより、金属磁性粒子１０ａおよび１０ｂの各々の間に渦電流が流れるのを抑制して、圧粉磁心の渦電流損を低減させることができる。絶縁被膜２０ａおよび２０ｂは、たとえばリン酸アルミニウム化合物、リン酸マンガン化合物、またはリン酸亜鉛化合物などよりなっている。なお、絶縁被膜２０ａと絶縁被膜２０ｂとは同一の材料よりなっていてもよいし、互いに異なる材料よりなっていてもよい。

絶縁被膜２０ａおよび２０ｂの各々の厚みは、０．００５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。絶縁被膜２０ａおよび２０ｂの各々の厚みを０．００５μｍ以上とすることによって、渦電流によるエネルギー損失を効果的に抑制することができる。また、絶縁被膜２０ａおよび２０ｂの各々の厚みを２０μｍ以下とすることによって、圧粉磁心に占める絶縁被膜の割合が大きくなりすぎない。このため、圧粉磁心の磁束密度が著しく低下することを防止できる。なお、絶縁被膜２０ａと絶縁被膜２０ｂとは、同一の膜厚であってもよいし、互いに異なる膜厚であってもよい。

有機物４０は、複合磁性粒子３０ａおよび３０ｂの各々の結合を強化し、圧粉磁心の機械的強度を向上する役割を果たしている。有機物４０は少なくとも炭素を含んでおり、たとえばポリエチレン樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、またはフッ素樹脂などよりなっている。

続いて、図１に示す圧粉磁心を製造する方法について説明する。図３は、本発明の一実施の形態における圧粉磁心の製造方法を工程順に示す図である。

図３を参照して、まず、微粒の金属磁性粒子により構成される微粒粉末と、粗粒の金属磁性粒子により構成される粗粒粉末とをそれぞれ準備する（ステップ１）。微粒粉末としては、粒径が５０μｍ以上１５０μｍ以下である金属磁性粒子１０ａが８０％以上含まれている粉末が準備される。また粗粒粉末としては、粒径が２５０μｍ以上３５０μｍ以下である金属磁性粒子１０ｂが８０％以上含まれている粉末が準備される。

ここで、粒径が５０μｍ以上１５０μｍ以下の金属磁性粒子１０ａを用いることにより、圧粉磁心における複合磁性材料３０ａの各々の粒径を５０μｍ以上１５０μｍ以下とすることができる。これは、絶縁被膜２０ａの膜厚が金属磁性粒子１０ａの粒径に比べて無視できる程度に薄く、圧粉磁心における複合磁性粒子３０ａの粒径と金属磁性粒子１０ａの粒径とはほぼ同一になるためであり、かつ加圧成形の際に複合磁性粒子３０ａの粒径はほとんど変化しないためである。同様の理由により、粒径が２５０μｍ以上３５０μｍ以下の金属磁性粒子１０ｂを用いることにより、圧粉磁心における複合磁性材料３０ｂの各々の粒径を２５０μｍ以上３５０μｍ以下とすることができる。

次に、微粒粉末および粗粒粉末の各々を４００℃以上９００℃未満の温度で熱処理する（ステップＳ２）。熱処理の温度は、７００℃以上９００℃未満であることがさらに好ましい。熱処理前の金属磁性粒子の内部には、多数の歪み（転位、欠陥）が存在している。そこで、金属磁性粒子に熱処理を実施することによって、この歪みを低減させることができる。なお、この熱処理は省略されてもよい。

次に、微粒粉末を構成する金属磁性粒子（金属磁性粒子１０ａ）の各々の表面に絶縁被膜２０ａを形成し、粗粒粉末を構成する金属磁性粒子（金属磁性粒子１０ｂ）の各々の表面に絶縁被膜２０ｂを形成する（ステップＳ３）。その結果、複合磁性粒子３０ａおよび複合磁性粒子３０ｂの各々が得られる。絶縁被膜は、金属磁性粒子をリン酸塩化成処理することによって形成することができる。リン酸塩化成処理によって、たとえばリンと鉄とを含むリン酸鉄の他、リン酸マンガン、リン酸亜鉛、リン酸カルシウム、またはリン酸アルミニウムなどよりなる絶縁被膜が形成される。

また、絶縁被膜２０ａまたは２０ｂとして、酸化物を含有する絶縁被膜を形成してもよい。この酸化物を含有する絶縁被膜としては、酸化シリコン、酸化チタン、酸化アルミニウムまたは酸化ジルコニウムなどの酸化物絶縁体を使用することができる。

次に、微粒粉末と粗粒粉末とを混合する（ステップＳ４）。その結果、複合磁性粒子３０ａと複合磁性粒子３０ｂとにより構成される軟磁性材料が得られる。ここで、微粒粉末には金属磁性粒子１０ａが８０％以上含まれており、粗粒粉末には金属磁性粒子１０ｂが８０％以上含まれているので、得られる軟磁性材料においては、金属磁性粒子の総数に対する金属磁性粒子１０ａと金属磁性粒子１０ｂとを合わせた数の割合が８０％以上となる。

なお、混合方法には特に制限はなく、たとえばメカニカルアロイング法、振動ボールミル、遊星ボールミル、メカノフュージョン、共沈法、化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）、物理気相蒸着法（ＰＶＤ法）、めっき法、スパッタリング法、蒸着法またはゾル−ゲル法などのいずれを使用することも可能である。なお、上記の混合の際に有機物４０をさらに加えてもよい。

次に、得られた軟磁性材料の粉末を金型に入れ、たとえば３９０（ＭＰａ）から１５００（ＭＰａ）までの圧力で加圧成形する（ステップＳ５）。これにより、軟磁性材料が圧粉成形された成形体が得られる。なお、加圧成形する雰囲気は、不活性ガス雰囲気または減圧雰囲気とすることが好ましい。この場合、大気中の酸素によって混合粉末が酸化されるのを抑制することができる。

次に、窒素ガス雰囲気で、加圧成形によって得られた成形体を３００℃以上９００℃以下の温度で熱処理する（ステップＳ６）。加圧成形を経た圧粉成形体の内部には歪や転位が多数発生しているので、熱処理によりこのような歪や転位を取り除くことができる。以上に説明した工程により、図１に示す圧粉磁心が完成する。

なお、本実施の形態では、絶縁被膜２０ａおよび２０ｂを形成し（ステップＳ３）た後で、微粒粉末と粗粒粉末とを混合する（ステップＳ４）場合について示した。しかし、本発明はこのような場合の他、微粒粉末と粗粒粉末とを混合した後で絶縁被膜２０ａおよび２０ｂを同時に形成してもよい。

本実施の形態の圧粉磁心およびその製造方法によれば、小さい粒径の複合磁性粒子３０ａを圧粉磁心が備えているので、大きい粒径の複合磁性粒子のみを用いた圧粉磁心に比べて高周波数（たとえば８００Ｈｚ〜１０ｋＨｚ）の磁場の下での鉄損を低減することができる。また、大きい粒径の複合磁性粒子３０ｂを圧粉磁心が備えているので、小さい粒径の複合磁性粒子のみを用いた圧粉磁心に比べて低周波数（たとえば５０Ｈｚ〜８００Ｈｚ）の磁場の下での鉄損を低減することができる。したがって、印加される磁場の周波数に関係なく磁気特性を向上することができる。

また、互いに粒径の異なる複合磁性粒子３０ａおよび３０ｂによって圧粉磁心が構成されるので、大きい粒径の複合磁性粒子３０ａ同士の隙間に小さい粒径の複合磁性粒子３０ａが入り込み、圧粉磁心の密度を向上することができる。したがって、複合磁性粒子同士が絡み合い易くなり、大きい粒径の複合磁性粒子のみを用いた圧粉磁心に比べて機械的強度を向上することができる。

また、複合磁性粒子（金属磁性粒子）の総数Ｎに対する複合磁性粒子３０ａおよび３０ｂ（金属磁性粒子１０ａおよび１０ｂ）を合わせた数の割合を８０％以上とすることにより、複合磁性粒子３０ａおよび３０ｂ（金属磁性粒子１０ａおよび１０ｂ）の割合を高めることができ、複合磁性粒子３０ａおよび３０ｂ（金属磁性粒子１０ａおよび１０ｂ）による上記効果を得ることができる。

さらに、用途に合わせて複合磁性粒子３０ａと複合磁性粒子３０ｂとの混合割合をコントロールすることで、適切な磁気特性および機械的強度を有する圧粉磁心を得ることができる。

本実施の形態の圧粉磁心において、金属磁性粒子１０ａおよび１０ｂはいずれも純鉄よりなっていることが好ましい。これにより、圧粉磁心における飽和磁束密度などの磁気的特性を向上することができる。

上記製造方法においては、絶縁被膜２０ａおよび２０ｂを形成した後で、金属磁性粒子１０ａおよび１０ｂを混合することが好ましい。これにより、上記第１形成工程および上記第２形成工程が別工程で行なわれるので、第１および第２金属磁性粒子の各々に対して最適な条件で第１および第２絶縁被膜の各々を形成することができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

本実施例では、試料Ａ１〜Ａ５の圧粉磁心の各々を製造し、機械的強度および磁気特性を調べた。試料Ａ１〜Ａ５の圧粉磁心の各々は以下の方法により作製された。

始めに、純度が９９．９８％以上の純鉄よりなる金属磁性粒子を分級して、粒径が５０μｍ以上１５０μｍ以下である金属磁性粒子が８０％以上含まれており、かつ平均粒径が約１００μｍの微粒粉末を準備した。同様に、粒径が２５０μｍ以上３５０μｍ以下である金属磁性粒子が８０％以上含まれており、かつ平均粒径が約３００μｍの粗粒粉末を準備した。次に、微粒粉末および粗粒粉末の各々を水素気流中において６００℃の温度で熱処理した。続いて、微粒粉末および粗粒粉末の各々をリン酸塩水溶液中に浸漬し、絶縁被膜を形成した。これにより複合磁性粒子を得た。次に、粗粒粉末に対する微粒粉末の配合割合をそれぞれ０質量％（粗粒粉末のみ）、２０質量％、５０質量％、８０質量％、および１００質量％（微粒粉末のみ）と変化させて、粗粒粉末と微粒粉末とを混合した。これにより、軟磁性材料を得た。

次に、得られた軟磁性材料を加圧成形し、図４に示す成形体５０を作製した。成形体５０は、高さｄ₁＝１０ｍｍ、奥行きｄ₂＝１０ｍｍ、幅ｄ₃＝５５ｍｍの直方体とした。加圧成形は１０ｔｏｎ／ｃｍ²（１０００ＭＰａ）のプレス面圧で行なわれた。続いて、成形体５０を熱処理した。以上により、試料Ａ１〜Ａ５の圧粉磁心の各々を製造した。試料２〜４が本発明品であり、試料１および試料５が比較品である。

続いて、図５に示す方法により３点曲げ試験を行ない、試料Ａ１〜Ａ５の圧粉磁心の３点曲げ強度を測定した。具体的には、始めに２つの支持部４５で下方から圧粉磁心５０を支持した。支持部４５のスパンｄ₄を４０ｍｍとした。そして、２つの支持部４５の中間部に上部より荷重を加え、圧粉磁心５０が折れたときの圧力を測定した。

続いて、ＢＨカーブトレーサを用いて試料Ａ１〜Ａ５の圧粉磁心の鉄損を測定した。こ鉄損の測定は、１０ｋＧ（＝１Ｔ（テスラ））の励起磁束密度で行なわれ、８００Ｈｚ（高周波数）および５０Ｈｚ（低周波数）の２つの測定周波数で行なわれた。

試料Ａ１〜Ａ５の圧粉磁心の各々の３点曲げ強度および鉄損を表１に示す。また、微粒粉末の配合割合と３点曲げ強度との関係を図６に示し、微粒粉末の配合割合と高周波数の磁場の下での鉄損との関係を図７に示し、微粒粉末の配合割合と低周波数の磁場の下での鉄損との関係を図８に示す。

表１および図６を参照して、粗粒粉末のみから製造された試料Ａ１の３点曲げ強度は１１７．３ＭＰａであったのに対して、粗粒粉末と微粒粉末とから製造された試料Ａ２〜Ａ４の各々の３点曲げ強度は１２２．４ＭＰａ〜１２８．１ＭＰａであった。言い換えれば、微粒粉末の配合割合が増加するに従って、圧粉磁心の３点曲げ強度が向上した。特に微粒粉末を５０質量％配合した試料３では、試料１に比べて３点曲げ強度が約６％向上した。この結果から、本発明の圧粉磁心によれば、粒径の大きい複合磁性粒子のみを用いた圧粉磁心に比べて機械的強度を向上できることが分かる。

また、表１および図７を参照して、粗粒粉末のみから製造された試料Ａ１の高周波数での鉄損Ｗ_10/800は９１１．６Ｗ／ｋｇであったのに対して、粗粒粉末と微粒粉末とから製造された試料Ａ２〜Ａ４の各々の高周波数での鉄損Ｗ_10/800は８７０Ｗ／ｋｇ〜８４０Ｗ／ｋｇであった。言い換えれば、微粒粉末の配合割合が増加するに従って、圧粉磁心の高周波数での鉄損Ｗ_10/800が低減された。特に微粒粉末を５０質量％配合した試料３では、試料１に比べて鉄損が約６％低減された。この結果から、本発明の圧粉磁心によれば、大きい粒径の複合磁性粒子のみを用いた圧粉磁心に比べて高周波数での鉄損を低減できることが分かる。

さらに、表１および図８を参照して、微粒粉末のみから製造された試料Ａ５の低周波数での鉄損Ｗ_10/50は１６．０１Ｗ／ｋｇであったのに対して、粗粒粉末と微粒粉末とから製造された試料Ａ２〜Ａ４の各々の低周波数での鉄損Ｗ_10/50は１４．７２Ｗ／ｋｇ〜１５．１Ｗ／ｋｇであった。言い換えれば、微粒粉末の配合割合が減少するに従って、圧粉磁心の低周波数での鉄損Ｗ_10/50が低減された。この結果から、本発明の圧粉磁心によれば、小さい粒径の複合磁性粒子のみを用いた圧粉磁心に比べて低周波数での鉄損を低減できることが分かる。

以上に開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態および実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものと意図される。

本発明の圧粉磁心は、たとえば、モーターコア、電磁弁、リアクトルもしくは電磁部品一般に利用される。

本発明の一実施の形態における圧粉磁心の拡大断面図である。 本発明の一実施の形態における圧粉磁心を構成する複合磁性粒子の粒径分布を示す図である。 本発明の一実施の形態における圧粉磁心の製造方法を工程順に示す図である。 成形体の構成を示す斜視図である。 ３点曲げ試験を説明するための図である。 微粒粉末の配合割合と３点曲げ強度との関係を示す図である。 微粒粉末の配合割合と高周波数の磁場の下での鉄損との関係を示す図である。 微粒粉末の配合割合と低周波数の磁場の下での鉄損との関係を示す図である。

符号の説明

１０ａ，１０ｂ 金属磁性粒子、２０ａ，２０ｂ 絶縁被膜、３０ａ，３０ｂ 複合磁性粒子、４０ 有機物、４５ 支持部、５０ 成形体。

Claims (5)

1. Ｆｅを主成分とする第１金属磁性粒子と、前記第１金属磁性粒子を被覆する第１絶縁被膜とを有し、粒径が５０μｍ以上１５０μｍ以下である第１複合磁性粒子と、
   Ｆｅを主成分とする第２金属磁性粒子と、前記第２金属磁性粒子を被覆する第２絶縁被膜とを有し、粒径が２５０μｍ以上３５０μｍ以下である第２複合磁性粒子とを備え、
   複合磁性粒子の総数に対する前記第１および前記第２複合磁性粒子を合わせた数の割合は８０％以上である、圧粉磁心。
2. 前記第１金属磁性粒子および前記第２金属磁性粒子は、いずれも純鉄、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ｎ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金、Ｆｅ−Ｃ系合金、Ｆｅ−Ｂ系合金、Ｆｅ−Ｃｏ系合金、Ｆｅ−Ｐ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金、Ｆｅ−Ｃｒ系合金、およびＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金よりなる群から選ばれる少なくとも１種以上よりなる、請求項１に記載の圧粉磁心。
3. 前記樹脂は、ポリエチレン樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、およびフッ素樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１種以上よりなる、請求項１または２に記載の圧粉磁心。
4. 粒径が５０μｍ以上１５０μｍ以下であり、かつＦｅを主成分とする第１金属磁性粒子に第１絶縁被膜を形成する第１形成工程と、
   粒径が２５０μｍ以上３５０μｍ以下であり、かつＦｅを主成分とする第２金属磁性粒子に第２絶縁被膜を形成する第２形成工程と、
   金属磁性粒子の総数に対する前記第１および前記第２金属磁性粒子を合わせた数の割合が８０％以上となるように混合する混合工程とを備える、圧粉磁心の製造方法。
5. 前記第１形成工程および前記第２形成工程の後で、前記混合工程を行なう、請求項４に記載の圧粉磁心の製造方法。

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