JPH03278501A

JPH03278501A - 軟質磁心材料およびその製造方法

Info

Publication number: JPH03278501A
Application number: JP2079841A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Baba; 健一馬場; Takahide Ono; 恭秀大野; Makoto Koike; 允小池
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-03-28
Filing date: 1990-03-28
Publication date: 1991-12-10

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、トランス、インダクタ、電磁ソレノイド、モ
ータなどに用いられる高周波用の軟質磁心材料およびそ
の製造方法に関するものである。

（従来の技術）従来、交流もしくは直流パルスで動作するトランス、イ
ンダクタ、電磁ソレノイド、モータなどの磁心材料とし
ては、フェライト磁心、絶縁処理したＦｅ−Ｓｉ合金や
Ｆｅ−Ｎｉ合金等の金属薄板を使った積層磁心、金属系
磁性粉を絶縁処理だのち加圧成形した圧粉磁心などが主
に使用されている。

しかし、フェライ＋−ｍ心は、透磁率が高く磁心損失も
小さいという長所はあるものの、磁束密度が低り０．５
テスラ程度しか得られない、又、金属薄板を使った積層
磁心は磁束密度および透磁率は高いが、高周波域では渦
電流の増大により磁心損失が大きくなるため、一般には
数ＫＨｚ〜数十ＫＨ２が使用出来る周波数の限界である
。

一方、圧粉磁心は磁束密度が比較的高く磁心損失も小さ
いが、透磁率が低いという問題点がある。

圧粉磁心の透磁率がフェライトコアや金属薄板の積層コ
アに対して低い土な理由は、圧粉成形では相対密度が特
開昭６３−１３７１４２号公報に開示されているように
９０％前後と小さいため、高透磁率の磁性粉を使用して
も粒子間空隙の影響でバルクとしての透磁率が低下する
ためである。又、相対密度を増加するため、絶縁用バイ
ンダー量の減少や成形圧力の増加などを図っても９０％
を大きく上回る相対密度を得ることは極めて難しく、却
って粒間の絶縁不良による粒子間渦電流の増加に伴う磁
心損失増加を招くという結果になっていた。

以上の様に、従来の磁心材料には磁束密度が高く、透磁
率が高く磁心損失が小さいという特性を併せ持つものが
なかった。

（発明が解決しようとする課題）ところが、近年、電子機器の小型化高密度化に伴い、こ
れらに使用されるトランス、インダクタ等の小型化、高
周波化要求が急速に高まってきている。このため、高磁
束密度で透磁率が高く磁心損失が小さいという特性を併
せもつ磁心材料が求められている。

本発明は、上記の事情に鑑み、高磁束密度で透磁率が高
く磁心損失が小さいという特性を併せもつ軟質磁心材料
とその製造方法の提供を目的とするものである。

（課題を解決するための手段および作用）本発明の軟質
磁心材料は以下の特徴を有する。

Ｓｉ、　Ａｌを１種あるいは２種合計で０．２〜１７御
ｔ％含有し、残部が実質的にＦｅよりなる組成の材料を
堆積凝固させた形成物であって、粒界に酸化物絶縁層が
形成されており、相対密度が９５％以上である。

また、この様な軟質磁心材料は、以下のような方法によ
って製造できる。

（１）Ｓｉ、　Ａｌの少なくとも１種以上を含むＰｅ基
合金を溶融後、酸素を含む雰囲気中で液滴状として堆積
凝固させる。

（２）Ｓ　ｉ　、　Ａｌの少なくとも１種以上を含むＦ
ｅ基合金を溶融後、酸素を含む雰囲気中で液滴状として
堆積凝固させた後、成形加工を行い、その後に熱処理を
行う。

以下、本発明の限定理由およびその作用をまず軟質磁心
材料について述べる。

本発明においては、素材として、ＦｅをベースにＳｉ、
　Ａｌを１種あるいは２種合計でＯ，：ｌ’−１７ｗｔ
％含有したものを使用する。

これは素材の磁束密度低下を少なくし、且つ素材の電気
抵抗率を高くするためである。

即ち、Ｓｔ、　Ａｔは０．２ｗｔ％より少ないと電気抵
抗率の増加という点で効果がなく、１７−ｔ％を超える
と磁束密度の低下が大きいことから前記範囲が選択され
る。又、Ｓｉ、Ａｊの添加は、後で述べる製造法を採る
ことによって電気絶縁効果をもつ酸化物絶縁層を形成さ
せるためであり、０．２ｗｔ％未満では酸化物絶縁層の
形成効果が小さい。

また、粒界の酸化物絶縁層は高周波域における渦電流損
を低減させるためのものである。これにより従来の圧粉
磁心のような絶縁用バインダーを使用せずに粒間渦電流
を効果的に防止することが出来る。

相対密度については、圧粉磁心より大きな透磁率を得る
という目的から９５％以上に限定される。

即ち、従来技術の項で述べたように、圧粉磁心では、相
対密度が９０％前後と低く、これが透磁率低下の主因と
なっている。本発明においては、これを９５％以上とす
ることによって従来の圧粉磁心より大幅に透磁率を向上
させるとともに磁束密度も向上することができる。

次に、製造方法について述べる。

まず、上記組成の材料を溶融して、ガスアトマイズ法ま
たは遠心法あるいは溶射法等により微細な液滴として分
散させ、これを基板上に堆積させる。このとき、液滴を
液相または固液共存状態で堆積させることによりポロシ
ティの非常に少ないバルクを得ることが出来る。ここで
、固液共存状態とは液滴が半凝固の状態で液相を残して
おり完全に固相になっていないことを指す。また、分散
粒子は出来るだけ細かくし、酸素を含む雰囲気中で分散
および堆積を行うことにより、液滴陳下中または堆積中
に液滴表面がＳｔまたはＡｌを主体とした酸化物で覆わ
れるようにする。この酸化物被覆は粒界に絶縁層を形成
させるためのものであり、これによって高周波域におけ
る渦電流損を低減させることが出来る。

一方、従来の圧粉磁心の製造においては、磁性粉を固相
状態で圧縮成形するため磁性粉の変形量が小さいことに
加え、成形体の強度確保と粒間絶縁のためのバインダー
添加を行うため、相対密度を９５％以上にすることは困
難であった。

以上の方法により、高磁束密度で透磁率が高く磁心損失
が小さいという特性を併せもつ磁性材料が得られるが、
堆積したままの状態では、寸法や表面状態が均一でなく
そのまま磁心として用いるには、適さない場合が多い。

その場合、堆積後の高温状態または再加熱後に圧延また
は鍛造等により所望の形状寸法に加工し、その後に熱処
理を行うことが有効となる。これにより、バルク中に僅
かに残ったポロシティの圧着効果で透磁率や磁束密度の
一層の向上が図れ、且つ、熱処理によって粒界部分の酸
素が粒内のＳＬ又はＡｌと優先的に結合し、粒界の酸化
物層の強化を図ることが出来る。熱処理の温度範囲とし
ては、Ｓｉ、　Ａｌと粒界酸素との反応を図るため６０
０〜１２００℃の範囲で行うことが望ましい。

（実施例）以下実施例により本発明の内容を詳細に説明する。

〔実施例１〕Ｓｉを０．５ｅｖｔ％および８．０ｅｖｔ％含むＦｅ−
Ｓｉ合金を、溶融後、ガスアトマイズ法により分散し金
属板上に堆積させた。このとき、ガスは酸素を１０ｖｏ
Ｉ１％含むＡｒを使用した。又、平均粒子径は３４ｍで
形成物の相対密度は約９７％であった。この材料から、
機械加工により外径２５腸、内径１８■、高さが５閣の
リングを作製し、磁気特性を測定した結果が第１表のＡ
とＢである。また、比較材として、Ｓｔを０．５ｗｔ％
含むＦｅ−Ｓｉ合金をガスアトマイズ法で分散し、粒子
を堆積させず冷却回収して２ｓｔ％のエポキシ樹脂と混
合した後、成形圧８ｔ／ｄにてプレス成形した同サイズ
のリングの測定結果を第１表のＣに示す、この結果、本
発明にょる軟質磁心は透磁率、磁束密度ともに比較材の
圧粉磁心に対し大幅な向上が見られた。

尚、透磁率の測定についてはＬＣＲメータ、磁束密度の
測定には直流Ｂ−Ｈ測定器、磁心損失の測定については
Ｕ関数針を使用し、以下同じ方法によった。

〔実施例２〕Ｓｉを０．５ｗｔ％および８．０ｗｔ％含むＦｅ　−Ｓ
ｉ合金を、実施例１と同じ条件で堆積させた後、約１５
園の厚みから高温状態のまま厚み７腫に圧延加工し、不
活性ガス中で９００℃×３０分の熱処理を行った。得ら
れたＦｅ−Ｓｉ合合板から、放電加工により外径２５■
、内径１８ｍ、高さが７■のリングを作製し、磁気特性
を測定した。その結果が第１表のＤとＥである。この結
果、本発明による軟質磁心は透磁率、磁束密度ともに比
較材Ｃの圧粉磁心より大幅に向上するとともに、堆積ま
まの材料Ａ、Ｂよりも更に特性の向上が見られた。この
とき、本材料の相対密度は約９８〜９９％に向上してい
た。

また、粒界部分の酸化物絶縁層の確認のため材料Ｅの粒
界近傍の原子分布をオージェ電子分光分析によって調査
した結果を第１図に示す、この図から判るように粒界部
分には粒界表面から５０〜１５０人の厚さで酸素とＳｉ
のピークがみられ、その原子濃度の比は約２対１である
。このことは、粒界表面にＳｉＯ□を主体とするごく薄
い電気絶縁層が形成されていることを示している。

〔実施例３〕Ｓｉ：９．５ｗｔ％と４２２４．５ｗｔ％を含むＦｅ−
５ｉ−Ａ１合金を、溶融後ガスアトマイズ法により分散
し金属板上に堆積させた。このときの雰囲気は酸素を５
ν０！％含むＡｒを使用した。また、平均粒子径は５３
ｎであった０次にこの堆積物を再加熱し厚み約１０閣か
ら５鵬に鍛造加工し、不活性ガス中で８５０℃×６０分
の熱処理を行った。得られたＦｅ−５ｉ−Ａ７合金板か
ら、放電加工により外径２５■、内径１８Ｍ、高さが５
−のリングを作製し、磁気特性を測定した結果が第１表
のＦである。この材料の相対密度は９８％であった。ま
た、比較材として該合金をガスアトマイズ法で分散し、
才子を堆積させず冷却回収して水ガラスを主体くする無
機バインダーと混合した後、成形圧工ｚｔ／ｄにてプレ
ス成形し、その後不活性ガス中１７５０℃×３０分の熱
処理を施した同サイズの１゜ングの測定結果を第１表の
Ｇに示す。この結果、本発明による軟質磁心は透磁率、
磁束密度とも侃比較材の圧粉磁心に対し大幅な向上が見
られた。

〔実施例４〕Ａｌを３．０ｗｔ％含むＰｅ−Ａｌ合金を、溶融後ガス
７トマイズ法により分散し金属板上に堆積させた。

このとき、ガスは酸素を２ｖｏｊ２％含むＡｒを使用し
た。又、平均粒子径は３８ｎで形成物の相対密度は約９
６％であった。この材料から、機械加工により外径２５
■、内径１８醜、高さが５閣のリングを作製し、磁気特
性を測定した結果が第１表のＨである。また、比較材と
して該合金をガスアトマイズ法で分散し、粒子を堆積さ
せず冷却回収して２ｗｔ％のエポキシ樹脂と混合した後
、成形圧８ｔ／ｄにてプレス成形した同サイズのリング
の測定結果を第１表の■に示す、この結果、本発明によ
る軟質磁心は透磁率、磁束密度ともに比較材の圧粉磁心
に対し大幅な向上が見られた。

第１表実施例の磁気特性〔測定条件〕１．：ｆ＝１００Ｋ）ｌｘ、　　８＃　：　Ｈａ−８０００Ａ
ノ層鉄損：　Ｂｍ−１００ｍｒ、　ｆ−１（ＩＯＫＩ（
ｚ（発明の効果）前記の樺に、本発明の製造方法によれば、従来の圧粉磁
心に比較して相対密度が高く、且つ、酸化物絶縁層を粒
界に形成した高周波用軟質磁心材料を容易に製造できる
。

また、この磁心材料が高磁束密度で透磁率が高く磁心損
失が小さいという特性を併せもつことから、この材料を
使用することにより、従来の圧粉磁心やフェライト磁心
等に比較してより小型のトランスやインダクタの製造が
可能となり、その１第１図は材料已について、オージェ
電子分光分析法で主要元素の原子濃度変化を粒界表面か
ら粒内深さ方向に測定した結果を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｓｉ、Ａｌを１種あるいは２種合計で０．２〜１
７ｗｔ％含有し残部が実質的にＦｅよりなる組成の材料
を堆積凝固させた形成物であって、粒界に酸化物絶縁層
が形成されており、相対密度が９５％以上であることを
特徴とする軟質磁心材料。
（２）Ｓｉ、Ａｌの少なくとも１種以上を含むＦｅ基合
金を溶融後、酸素を含む雰囲気中で液滴状として堆積凝
固させることを特徴とする請求項１記載の軟質磁心材料
の製造方法。
（３）Ｓｉ、Ａｌの少なくとも１種以上を含むＦｅ基合
金を溶融後、酸素を含む雰囲気中で液滴状として堆積凝
固させた後、成形加工を行い、その後に熱処理を行うこ
とを特徴とする請求項１記載の軟質磁心材料の製造方法
。