JP7377076B2

JP7377076B2 - 圧粉磁心の製造方法

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Publication number: JP7377076B2
Application number: JP2019208410A
Authority: JP
Inventors: 泰雄大島; 功太赤岩; 豊山本
Original assignee: Tamura Corp
Current assignee: Tamura Corp
Priority date: 2019-11-19
Filing date: 2019-11-19
Publication date: 2023-11-09
Anticipated expiration: 2039-11-19
Also published as: CN112908668A; JP2021082692A

Description

本発明は、圧粉磁心の製造方法に関する。

コイルは、電気エネルギーを磁気エネルギーに変換して蓄積及び放出する電磁気部品である。コイルは、ハイブリッド自動車や電気自動車、燃料電池車の駆動システム等をはじめとする電力用途ではリアクトルとも呼ばれ、車載用の昇圧回路等の種々の用途で使用されている。コイルのコアとしては、例えば圧粉磁心が使用される。圧粉磁心は、軟磁性粉末を加圧成形することにより形成される。

圧粉磁心は、エネルギー交換効率の向上や低発熱などの要求から、小さな印加磁界で大きな磁束密度を得ることが出来る磁気特性と、磁束密度変化におけるエネルギー損失が小さいという磁気特性が求められる。磁束密度に関する磁気特性としては例えば透磁率（μ）が挙げられる。エネルギー損失に関する磁気特性としてはコアロスとも呼ばれる鉄損（Ｐｃｖ）が挙げられる。鉄損（Ｐｃｖ）は、ヒステリシス損失（Ｐｈ）と、渦電流損失（Ｐｅ）の和で表される。

特許第５４３５３９８号公報

渦電流損失を小さくするために、軟磁性粉末の周囲を絶縁材料でコーティングする技術が知られている。しかしながら、渦電流損失を減少させるために絶縁材料が過剰になると、ヒステリシス損失が増加する虞があり、絶縁材料の増加に比して効果的な鉄損低下作用が得られない虞がある。従って、ヒステリシス損失に対する影響よりも大きな渦電流損失低下効果が得られ、総じて鉄損を低下させることができる製造方法が望まれる。

本発明は、上記のような課題を解決するために提案されたものであり、本発明の目的は、ヒステリシス損失に対する影響よりも大きな渦電流損失低下効果が得られる圧粉磁心の製造方法を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の実施形態に係る圧粉磁心の製造方法は、軟磁性粉末を所定形状の成形体に成形する加圧成形工程と、前記加圧成形工程を経た前記成形体を、酸素濃度が０．１％以上の雰囲気下で熱処理する成形体熱処理工程と、を含むこと、を特徴とする。

この圧粉磁心の製造方法により、絶縁材料を増やさなくとも渦電流損失を小さくできる。そのため、ヒステリシス損失を維持しつつ渦電流損失を小さくでき、又はヒステリシス損失の増加を上回るように渦電流損失を小さくでき、総じて、圧粉磁心の鉄損が小さくなる。推測であり、これに限られないが、酸素濃度が０．１％以上の雰囲気下で熱処理することで、軟磁性粉末の表面に酸化被膜が形成され、この酸化被膜によって絶縁層の比抵抗が高くなるとともに、この酸化被膜によって磁区が細分化し、渦電流損失が低減すると考えられる。

前記成形体熱処理工程では、酸素濃度が０．１％以上５％以下の雰囲気下で熱処理するようにしてもよい。酸素濃度が５％以下であると渦電流損失の低下効果を最大限に受けつつ、透磁率の減少に歯止めをかけることができ、圧粉磁心は低損失及び高透磁率を両立する。前記成形体熱処理工程では、酸素濃度が０．１％以上１％以下の雰囲気下で熱処理するようにしてもよい。酸素濃度が１％以下であると渦電流損失の低下効果を最大限に受けつつ、透磁率の減少を更に抑制でき、圧粉磁心は低損失及び高透磁率を高度に両立する。

前記加圧成形工程前に、前記軟磁性粉末を５００℃以上で熱処理する粉末熱処理工程を含むようにしてもよい。この粉末熱処理を併用することにより渦電流損失を更に低下させることができ、より低鉄損の圧粉磁心を実現することができる。

前記軟磁性粉末は、ＦｅＳｉＡｌ合金粉末であるようにしてもよい。また、前記軟磁性粉末を絶縁材料で被覆する絶縁処理工程と、前記絶縁処理工程を経た前記軟磁性粉末に潤滑剤を添加する潤滑剤添加工程と、を前記加圧成形工程前に含むようにしてもよい。

本発明によれば、ヒステリシス損失に対する影響よりも大きな渦電流損失低下効果を得ることができ、低鉄損の圧粉磁心を得ることができる。

成形体熱処理工程の酸素濃度とヒステリシス損失Ｐｈとの関係を示すグラフである。成形体熱処理工程の酸素濃度と渦電流損失Ｐｅとの関係を示すグラフである。成形体熱処理工程の酸素濃度と鉄損Ｐｃｖとの関係を示すグラフである。成形体熱処理工程の酸素濃度と透磁率μとの関係を示すグラフである。

以下、本実施形態に係る圧粉磁心の製造方法について詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものでない。

（圧粉磁心）
圧粉磁心は、インダクタ及びリアクトルとも呼ばれるコイルのコアに用いられる磁性体である。この圧粉磁心は、軟磁性粉末を加圧成形及び焼鈍して成る。軟磁性粉末としては、低酸化雰囲気下での焼鈍によって酸化され得る元素が含有していればよい。典型的には、この軟磁性粉末としては、鉄を主成分とするパーマロイ（Ｆｅ－Ｎｉ合金）、Ｓｉ含有鉄合金（Ｆｅ－Ｓｉ合金）、センダスト合金（Ｆｅ－Ｓｉ－Ａｌ合金）、アモルファス合金、純鉄粉等が挙げられる。

Ｓｉ含有鉄合金には、Ｃｏ、Ａｌ、Ｃｒ又はＭｎが含まれていてもよい。パーマロイ（Ｆｅ－Ｎｉ合金）を用いる場合、Ｆｅに対するＮｉの比率は５０：５０や２５：７５が好ましいが、他の比率であってもよい。例えば、Ｆｅ－８０Ｎｉ、Ｆｅ－３６Ｎｉでもよい。ＦｅとＮｉの他にＳｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｔａ等を含んでいても良い。Ｆｅ－Ｓｉ合金粉末は、例えば、Ｆｅ－３．５％Ｓｉ合金粉末、Ｆｅ－６．５％Ｓｉ合金粉末が挙げられるが、Ｆｅに対するＳｉの比率は、３．５％や６．５％以外であっても良い。純鉄粉は、Ｆｅを９９％以上含むものである。軟磁性粉末は１種類でなく、２種類以上の混合粉でも良い。

この軟磁性粉末は、粉砕法により作製されたものでも、アトマイズ法により作製されたものでも良い。アトマイズ法は、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、水ガスアトマイズ法のいずれでも良い。水アトマイズ法は、現状、もっとも入手性が良く低コストである。水アトマイズ法を使用した場合は、その粒子形状がいびつであるので、それを加圧成形した粉末成形体の機械的強度を向上させやすいため、好ましい。ガスアトマイズ法は、ヒステリシス損失を効果的に低減でき、好ましい。

また、軟磁性粉末は、外側に絶縁材料が付着することによって、絶縁層によってコーティングされていてもよい。即ち、軟磁性粉末とは、絶縁層が形成されていない軟磁性粉末又は絶縁層が形成された軟磁性粉末の何れをも含む意味である。絶縁材料は、軟磁性粉末の外側を全て覆うように付着していてもよく、一部を覆うように付着していてもよい。即ち、絶縁材料は、軟磁性粉末の各粒子表面への付着、軟磁性粉末の凝集体の表面への付着、又はこれらの両方の態様が混在するように、軟磁性粉末に付着する。また絶縁材料は、粒子表面又は凝集体表面の全周囲に付着していてもよいし、点状に分散して付着していてもよいし、更には塊状に分散して付着していてもよい。

絶縁材料としては、シランカップリング剤、シリコーンオリゴマー、シリコーンレジン、又はこれらの混合が挙げられる。例えば、絶縁材料として、シランカップリング剤とシリコーンレジンが軟磁性粉末の外側に付着していてもよいし、シリコーンオリゴマーとシリコーンレジンが軟磁性粉末の外側に付着していてもよい。また、複数種の絶縁材料が軟磁性粉末の外側に付着する場合、その複数種の絶縁材料により成る絶縁層は、種類ごとに各層に分かれていてもよいし、各種類が混合された単層であってもよい。

シランカップリング剤としては、アミノシラン系、エポキシシラン系、イソシアヌレート系のシランカップリング剤を使用することができ、特に、３－アミノプロピルトリエトキシシラン、３－グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、トリス－（３－トリメトキシシリルプロピル）イソシアヌレートが好ましい。

シリコーンオリゴマーとしては、アルコキシシリル基を有し、反応性官能基を有さないメチル系、メチルフェニル系のものや、アルコキシシリル基及び反応性官能基を有するエポキシ系、エポキシメチル系、メルカプト系、メルカプトメチル系、アクリルメチル系、メタクリルメチル系、ビニルフェニル系、又はアルコキシシリル基ではなく、反応性官能基を有する脂環式エポキシ系等を用いることができる。特に、メチル系またはメチルフェニル系のシリコーンオリゴマーを用いることで厚く硬い絶縁層を形成することができる。また、シリコーンオリゴマー層の形成のしやすさを考慮して、粘度の比較的低いメチル系、メチルフェニル系を用いてもよい。

シリコーンレジンは、シロキサン結合（Ｓｉ－Ｏ―Ｓｉ）を主骨格に持つ樹脂であり、可撓性に優れた絶縁層を形成することができる。シリコーンレジンとしては、典型的には、メチル系、メチルフェニル系、プロピルフェニル系、エポキシ樹脂変性系、アルキッド樹脂変性系、ポリエステル樹脂変性系、ゴム系等を用いることができる。この中でも特に、メチルフェニル系のシリコーンレジンを用いた場合、加熱減量が少なく、耐熱性に優れた絶縁層を形成することができる。

その他、軟磁性粉末には各種の添加物を付加するようにしてもよい。例えば、アルミナ粉末、マグネシア粉末、シリカ粉末、チタニア粉末及びジルコニア粉末等の無機絶縁粉末、縮合リン酸アルミニウム、縮合リン酸カルシウム及び縮合リン酸マグネシウム等の縮合リン酸金属塩を添加するようにしてもよい。

（圧粉磁心の製造方法）
この圧粉磁心は、少なくとも軟磁性粉末の加圧成形工程と焼鈍とも呼ばれる成形体熱処理工程を経て製造される。加圧成形工程の前に、軟磁性粉末を熱処理する粉末熱処理工程、絶縁材料で軟磁性粉末を被覆する絶縁処理工程、潤滑剤を添加する潤滑剤添加工程の少なくとも一つを実行してもよい。粉末熱処理工程と絶縁処理工程とを含む場合、粉末熱処理工程が先の工程である。潤滑剤添加工程を含む場合、潤滑剤添加工程は加圧成形工程の直前工程である。即ち、全ての工程を実行する場合、軟磁性粉末に対して粉末熱処理工程、絶縁処理工程、潤滑剤添加工程、加圧成形工程及び成形体熱処理工程が、この順番で実行される。

（粉末熱処理工程）
粉末熱処理工程では、非酸化雰囲気又は大気雰囲気下で軟磁性粉末を加熱する。非酸化雰囲気は、真空雰囲気又は不活性ガス雰囲気が好ましい。不活性ガスとしては、Ｈ_２やＮ_２が挙げられる。加熱時間は、例えば１～６時間程度である。この粉末熱処理工程では、５００℃以上７００℃以下の温度環境下で軟磁性粉末を加熱することが好ましい。この粉末熱処理工程において、５００℃以上７００℃以下の温度環境下で軟磁性粉末を加熱すると、ヒステリシス損失の低減効果を得ることができる。推測であり、このメカニズムに限定されないが、ヒステリシス損失が低減するのは次の理由の通りと考えられる。

即ち、５００℃以上７００℃以下の温度環境下で軟磁性粉末を加熱すると、軟磁性粉末の結晶構造に占める不規則構造が５．７０ｗｔ％以上３１．７４ｗｔ％以下の割合で残る。そうすると、加圧成形工程によって生じる歪が多方向に生じ易くなり、また成形体熱処理工程で原子が結晶内を多方向に動き易くなる。そのため、成形体熱処理工程では、軟磁性粉末の結晶構造が規則的な構造に戻り易くなり、ヒステリシス損失が低減すると考えられる。

一方、５００℃未満の温度環境下で軟磁性粉末を加熱すると、不規則構造の割合が大きくなり過ぎ、７００℃超の温度環境下で軟磁性粉末を加熱すると、不規則構造の割合が小さくなり過ぎる。不規則構造の割合が大きくなり過ぎると、規則的な構造に戻り切れず、また不規則構造の割合が小さくなり過ぎると、歪が加圧方向に沿って一方向に生じやすく、また原子は一方向にしか移動できず、多方向に移動できず、規則的な構造に配列しづらくなると考えられる。尚、規則的な構造は、例えばＤＯ_３構造及びＢ_２構造である。

（絶縁処理工程）
絶縁処理工程では、軟磁性粉末の外側に絶縁材料による絶縁層を形成する。単層の絶縁層を軟磁性粉末の外側に形成する絶縁処理工程では、絶縁層に含める全絶縁材料を軟磁性粉末と混合し、加熱乾燥させる。絶縁材料の種類ごとに層を分けた絶縁層を軟磁性粉末の外側に形成する絶縁処理工程では、軟磁性粉末と絶縁材料との混合と加熱乾燥を下層から最外表層へ順番に繰り返す。尚、軟磁性粉末と他の材料とを混合する際は、混合機（Ｗ型、Ｖ型）、ポットミル等を使用して行い、この時、軟磁性粉末に内部歪が入らないように混合することが好ましい。

シランカップリング剤は、軟磁性粉末に対して、０．２５ｗｔ％～１．０ｗｔ％が好ましい。シランカップリング剤の添加量をこの範囲にすることで、成形された圧粉磁心の密度の標準偏差、磁気特性、強度特性を向上させることができる。シランカップリング剤の乾燥温度は、２５℃～２００℃である。乾燥温度が２５℃より低いと、溶剤が残留し被膜が不完全となる場合があるためである。一方、乾燥温度が２００℃より高いと、分解が進み被膜として形成されなくなる場合があるためである。乾燥時間は、２時間程度である。

シリコーンオリゴマーは、軟磁性粉末に対して、０．２５ｗｔ％～２．０ｗｔ％であることが好ましい。添加量が０．２５ｗｔ％より少ないと、絶縁被膜として機能せず、渦電流損失が増加することにより損失が増大する。添加量が２．０ｗｔ％より多いと、圧粉磁心が膨張し、強度低下を招く。シリコーンオリゴマーの乾燥温度は、２５℃～３５０℃が好ましい。乾燥温度が２５℃未満であると膜の形成が不完全となり、渦電流損失が高くなり、損失が増大する。一方、乾燥温度３５０℃より大きいと粉末が酸化することによりヒステリシス損失が高くなり、損失が増大する。乾燥時間は、２時間程度である。

シリコーンレジンは、軟磁性粉末に対して、１．０～３．０ｗｔ％であることが好ましい。添加量が１．０ｗｔ％より少ないと絶縁被膜として機能せず、渦電流損失が増加することにより磁気特性が低下する場合があるためである。添加量が３．０ｗｔ％より多いとコアが膨張することにより成形体の密度が低下し、透磁率が低下する場合があるためである。シリコーンレジンの乾燥温度は、１００℃～２００℃が好ましい。乾燥温度が１００℃より小さいと膜の形成が不完全となり、渦電流損失が高くなる場合があるためである。一方、乾燥温度２００℃より大きいと粉末が無機物となりバインダとしての役割を果たさず、保形成が悪くなり、成形体の密度及び透磁率が低下する場合があるためである。乾燥時間は、２時間程度である。

（潤滑剤添加工程）
潤滑剤混合工程では、得られた軟磁性粉末に対し、潤滑剤を添加し、混合する工程である。この混合工程により、絶縁層の表面に潤滑剤が被覆される。潤滑剤として、ステアリン酸及びその金属塩ならびにエチレンビスステアラマイド、エチレンビスステアレートアミドなどのワックスが使用できる。潤滑剤を混合することにより、軟磁性粉末同士の滑りが良くなり、混合時の密度を向上させ成形密度が高くなる。また、潤滑剤を混合することにより、成形時の上パンチの抜き圧低減、金型と粉末の接触によるコア壁面の縦筋の発生が抑制される。

（加圧成形工程）
成形工程では、軟磁性粉末を加圧成形することにより、成形体を形成する。成形時の圧力は１０～２０ｔｏｎ／ｃｍ^２であり、平均で１２～１５ｔｏｎ／ｃｍ^２程度が好ましい。

（成形体熱処理行程）
成形体熱処理工程では、加圧成形工程を経た成形体を加熱して歪を除去する。加熱環境の温度帯としては、６５０℃以上８５０℃以下が好ましい。６５０℃未満であると、歪除去の効果が限定的となる。８５０℃超であると、絶縁材料により成る絶縁層が破壊され、絶縁材料により成る絶縁層に起因する渦電流損失の低減効果が減殺される。

また、この成形体熱処理工程では、酸素濃度が体積濃度で０．１％以上の酸化雰囲気中で成形体を加熱する。雰囲気中の酸素以外のガス組成は特に限定はなく、例えば窒素であってもよい。加熱環境の酸素濃度が０．１％以上であると、圧粉磁心のヒステリシス損失に比べて、圧粉磁心の渦電流損失が急減する。そのため、この成形体熱処理工程によってヒステリシス損失が増加した場合であっても、ヒステリシス損失の増加を上回って渦電流損失が低下し、総じて鉄損が低くなる。推測であり、これに限られないが、成形体熱処理工程で加熱環境の酸素濃度が０．１％以上であると、軟磁性粉末の表面に酸化被膜が形成され、この酸化被膜により絶縁層の比抵抗が高くなるとともに、この酸化被膜によって磁区が細分化し、渦電流損失が低減すると考えられる。

ここで、酸素濃度が０．１％以上の酸化雰囲気中での成形体熱処理と、５００℃以上の温度環境下での粉末熱処理工程とは併用されることが更に好ましい。この成形体熱処理工程と粉末熱処理工程とを併用して作製された圧粉磁心は、粉末熱処理工程が省かれた圧粉磁心と比べて渦電流損失が低くなる傾向がある。

この酸素濃度は、体積濃度で１％以下の範囲で決定することが好ましい。酸素濃度が１％以上になると、酸素濃度を高めても渦電流損失は横ばいになる傾向がある。一方、酸素濃度を高めると、酸素濃度に応じて軟磁性粉末の表面の酸化被膜の厚みが変わるため、酸素濃度の上昇に応じた透磁率の低下は継続してしまう。酸素濃度が１％以下であれば、渦電流損失の低減効果を最大限に獲得しつつ、透磁率の低下を抑制できるため、圧粉磁心の高い透磁率と低い鉄損とを両立する。但し、粉末熱処理の有無及び温度によっては酸素濃度が５％までは、渦電流損失が低下し、酸素濃度が５％以上になる酸素濃度を高めても渦電流損失は横ばいになる場合がある。そのため、酸素濃度の上限は、体積濃度で少なくとも５％以下の範囲であれば許容できる。

以下、実施例に基づいて本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。

軟磁性粉末として、ガスアトマイズ法により得られた平均粒子経（Ｄ５０）が１９μｍのＦｅＳｉＡｌ合金粉末を用いた。平均粒子径は、特に断りがない限り、Ｄ５０、すなわちメジアン径を指すものとする。このＦｅＳｉＡｌ合金粉末を粉末熱処理した。粉末熱処理では、ＦｅＳｉＡｌ合金粉末を窒素雰囲気中で、５００℃の温度で２時間加熱した。

粉末熱処理後のＦｅＳｉＡｌ合金粉末を絶縁処理した。絶縁処理工程では、まずＦｅＳｉＡｌ合金粉末に対してシランカップリング剤とシリコーンレジンを混合した。シランカップリング剤は、ＦｅＳｉＡｌ合金粉末全量に対して１．０ｗｔ％の割合で混合された。シリコーンレジンは、ＦｅＳｉＡｌ合金粉末全量に対して１．６ｗｔ％の割合で混合された。混合後、ＦｅＳｉＡｌ合金粉末とシランカップリング剤とシリコーンレジンの混合物を１５０℃の温度環境下で２時間加熱し、この加熱により混合物を乾燥させた。乾燥後の混合物を目開き２５０μｍの篩に通した。

絶縁処理を経たＦｅＳｉＡｌ合金粉末を潤滑剤添加処理した。この潤滑剤添加工程では、潤滑剤としてエチレンビスステアラマイド（Ａｃｒａｗａｘ（登録商標））を混合した。エチレンビスステアラマイドは、絶縁処理工程前のＦｅＳｉＡｌ合金粉末全量に対して０．５ｗｔ％の割合で混合された。混合後、絶縁処理を経たＦｅＳｉＡｌ合金粉末とエチレンビスステアラマイドの混合物を１５０℃の温度環境下で２時間加熱し、この加熱により混合物を乾燥させた。乾燥後の混合物を目開き２５０μｍの篩に通した。

粉末熱処理工程、絶縁処理工程及び潤滑剤添加工程を経た後、ＦｅＳｉＡｌ合金粉末に加圧成形処理を行った。加圧成形処理工程では、金型を用いて、室温状況下において１５ｔｏｎ／ｃｍ^２で加圧成形した。その結果、外径１６．５ｍｍ、内径１１．０ｍｍ及び高さ５ｍｍの圧粉磁心の成形体が得られた。

加圧成形工程を経た成形体は、酸素濃度を異ならせて成形体熱処理を行うために複数用意された。成形体熱処理工程では、各成形体は、酸素濃度が体積濃度で０．００１％、０．０１％、０．１％、１％、５％及び２１％の酸化雰囲気下で加熱された。この成形体熱処理工程では、これら酸化雰囲気下において７００℃で２時間、成形体を加熱した。

また、粉末熱処理を省いた圧粉磁心、６００℃で粉末熱処理した圧粉磁心、６８０℃で粉末熱処理した圧粉磁心を別途作製し、透磁率μ、鉄損Ｐｃｖ、ヒステリシス損失Ｐｈ及び渦電流損失Ｐｅを測定した。これら圧粉磁心は、粉末熱処理の有無及び温度以外は、酸素濃度が０．００１％、０．０１％、０．１％、１％、５％及び２１％の酸化雰囲気下で成形体熱処理工程を経た点を含め、５００℃の加熱環境下で粉末熱処理した圧粉磁心と同一製法及び同一条件で作製された。

これら圧粉磁心の透磁率μ、鉄損Ｐｃｖ、ヒステリシス損失Ｐｈ及び渦電流損失Ｐｅを測定した。測定に際し、圧粉磁心をコアとするリアクトルを作製した。透磁率μの測定に際しては、圧粉磁心にφ０．５ｍｍの銅線を３０ターン巻回した。損失の測定に際しては、圧粉磁心にφ０．５ｍｍの銅線を１次巻線として３０ターン巻回し、また２次巻線として３ターン巻回した。

そして、ＬＣＲメータ（アジレントテクノロジー：４２８４Ａ）を使用することで、１０ｋＨｚ、１．０Ｖにおけるインダクタンスから透磁率μを算出した。また、磁気計測機器であるＢＨアナライザ（岩通計測株式会社：ＳＹ－８２１９）を用いて、周波数が１００ｋＨｚ及び最大磁束密度Ｂｍが１００ｍＴの測定条件にて鉄損Ｐｃｖ（ｋｗ／ｍ^３）の測定を行った。

更に、鉄損Ｐｃｖの測定結果からヒステリシス損失Ｐｈ（ｋｗ／ｍ^３）と渦電流損失Ｐｅ（ｋｗ／ｍ^３）とを算出した。ヒステリシス損失Ｐｈ（ｋｗ／ｍ^３）と渦電流損失Ｐｅ（ｋｗ／ｍ^３）は、鉄損Ｐｃｖの周波数曲線を次の（１）～（３）式で最小２乗法により、ヒステリシス損失係数（Ｋｈ）、渦電流損失係数（Ｋｅ）を算出することで行った。
Ｐｃｖ＝Ｋｈ×ｆ＋Ｋｅ×ｆ^２・・（１）
Ｐｈ＝Ｋｈ×ｆ・・（２）
Ｐｅ＝Ｋｅ×ｆ^２・・（３）
Ｐｃｖ：鉄損
Ｋｈ：ヒステリシス損失係数
Ｋｅ：渦電流損失係数
ｆ：周波数
Ｐｈ：ヒステリシス損失
Ｐｅ：渦電流損失

作製された各圧粉磁心の透磁率μ、鉄損Ｐｃｖ、ヒステリシス損失Ｐｈ及び渦電流損失Ｐｅを下表１に示す。
（表１）

また、上表１に従って、図１乃至４のグラフを作成した。図１は、成形体熱処理工程の酸素濃度とヒステリシス損失Ｐｈとの関係を示すグラフであり、図２は、成形体熱処理工程の酸素濃度と渦電流損失Ｐｅとの関係を示すグラフであり、図３は、成形体熱処理工程の酸素濃度と鉄損Ｐｃｖとの関係を示すグラフであり、図４は、成形体熱処理工程の酸素濃度と透磁率μとの関係を示すグラフである。

また、図１乃至図４において、丸印でプロットされた系列は、粉末熱処理を省いた圧粉磁心であり、三角印でプロットされた系列は、５００℃の加熱環境下で粉末熱処理された圧粉磁心である。菱形印でプロットされた系列は、６００℃の加熱環境下で粉末熱処理された圧粉磁心であり、四角印でプロットされた系列は、６８０℃の加熱環境下で粉末熱処理された圧粉磁心である。

表１、図１に示すように、酸素濃度の増減とヒステリシス損失Ｐｈとの増減との間の相関性は低い。換言すれば、酸素濃度に依らず、ヒステリシス損失Ｐｈは所定範囲内を維持している。一方、表１及び図２に示すように、酸素濃度が０．０１％と０．１％とを比べると、酸素濃度が０．１％の場合の渦電流損失Ｐｅが急減している。そして、この渦電流損失Ｐｅの低下効果は、酸素濃度が０．１％以上で継続している。即ち、酸素濃度が０．１％以上になると、渦電流損失Ｐｅが急減することが確認された。これらより、表１及び図３に示すように、酸素濃度が０．１％以上になると、鉄損Ｐｃｖが低下し、低損失の圧粉磁心が得られることが確認された。

更に、表１及び図２に示すように、粉末熱処理を省いた場合、酸素濃度が０．１％以上のときの渦電流損失Ｐｅは、平均して１４２．５ｋｗ／ｍ^３であった。一方、５００℃以上の粉末熱処理を併用した場合、酸素濃度が０．１％以上のときの渦電流損失Ｐｅは、平均して８０．５ｋｗ／ｍ^３、９５ｋｗ／ｍ^３及び７３．２５ｋｗ／ｍ^３であった。これらより、５００℃以上の温度環境下での粉末熱処理工程と酸素濃度が０．１％以上の成形体熱処理とを併用することにより、渦電流損失Ｐｅが更に下がることが確認された。

また、表１及び図２に示すように、粉末熱処理の温度が６００℃であった圧粉磁心を除き、酸素濃度が１％になると渦電流損失Ｐｅが最小になり、酸素濃度が１％以上ではほとんど横ばいになることが確認された。また、表１及び図２に示すように、粉末熱処理の温度が６００℃であった圧粉磁心では、酸素濃度が５％までは渦電流損失Ｐｅが低下し、酸素濃度が５％以上ではほとんど横ばいになることが確認された。

一方、表１及び図４に示すように、渦電流損失Ｐｅが横ばいになる範囲が存在するのに対し、透磁率μは、酸素濃度に応じて一貫して低下していく。従って、少なくとも酸素濃度が５％以下であると、低渦電流損失Ｐｅと高透磁率μとを両立できることが確認された。また、酸素濃度が１％以下であれば、低渦電流損失Ｐｅと高透磁率μとをより確実に両立できることが確認された。

Claims

軟磁性粉末を所定形状の成形体に成形する加圧成形工程と、
前記加圧成形工程を経た前記成形体を、酸素濃度が０．１％以上５％以下の雰囲気下で、６５０℃以上８５０℃以下で熱処理する成形体熱処理工程と、
を含み、
前記成形体熱処理工程前は酸化被膜が未形成である前記軟磁性粉末に対し、前記成形体熱処理工程で酸化被膜を形成すること、
を特徴とする圧粉磁心の製造方法。
前記成形体熱処理工程では、酸素濃度が０．１％以上１％以下の雰囲気下で熱処理すること、
を特徴とする請求項１記載の圧粉磁心の製造方法。
前記加圧成形工程前に、前記軟磁性粉末を５００℃以上で熱処理する粉末熱処理工程を含むこと、
を特徴とする請求項１又は２記載の圧粉磁心の製造方法。
前記軟磁性粉末は、ＦｅＳｉＡｌ合金粉末であること、
を特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の圧粉磁心の製造方法。
前記軟磁性粉末を絶縁材料で被覆する絶縁処理工程と、
前記絶縁処理工程を経た前記軟磁性粉末に潤滑剤を添加する潤滑剤添加工程と、
を前記加圧成形工程前に含むこと、
を特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の圧粉磁心の製造方法。