JPH01319910A - 磁性体およびその製造方法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、磁性粉末をガラス材で結着固化してなる磁性
体とその製造方法に関するものである。

この種の磁性体は有用な電子部品として用いられる。

従来の技術 磁性材料は磁気的性質からみて軟質、硬質に分けられ、
さらに材質の点から酸化物磁性体と金属磁性体に分ける
ことができる。

これら材料の製造方法は、主として粉末冶金法、即ち粉
末成形と高温焼成の工程を特徴とする特許法がほとんど
である。

酸化物磁性体を作る場合は、出発原料を所定の割合で配
合し、適当な条件で仮焼成して脱ガスおよびある程度の
固相反応を進めた後、粉砕、造粒。

成形という工程を経て、その成形体を適切な雰囲気中で
高温本焼成することによって所望の磁気特性１機械的強
度を有し、多結晶からなる焼結体を得る。この微細構造
の模式図を第６図に示す。第６図において４は磁性体結
晶粒、５は粒界、６はボアを示す。また、金属磁性体を
得る場合は、出発原料を一担溶融して噴霧するかまたは
鋳造後粉砕して金属磁性粉末を作シ、以下前者と同様に
造粒、成形、焼成という工程をたどる。

上記工程中の本焼成温度は原料粉末の材料２組成さらに
はそのサイズ、形状によって異なるが通常は１０００〜
１４００℃という高温である。焼成雰囲気は求められる
材料１組成によって酸化性雰囲気か非酸化性雰囲気が選
ばれる。

この焼結法の欠点は、上述のように高温で処理しなけれ
ばならないということに加えて焼結による寸法変化が生
ずることである。焼結が終ると通常１０〜２０％大きい
時はそれ以上も収縮しており、焼結品の寸法にばらつき
を生み、歩留を悪くする。従って、研磨などの機械加工
等の後処理が必要となる。

焼結過程での収縮は次のような原因で起る。すなわち、
磁性粉末を単に加圧した成形体は、粉末どうしが接触し
ているもののまだ空隙は多く、７００〜１０００℃以上
の温度で加熱することによって粒子間の接触部分で粒子
を構成する原子の相互拡散が生じて焼結現象が始まる。

その結果、焼結の進行度合とともに粒子間の空隙が減少
して行き、大きい時には２０％を越える収縮を生むので
ある。

上述した焼結法の欠点を改良する研究がこれまでに数多
くなされてきた。たとえば、省エネルギー、設備装置あ
るいは生産性の点から、従来の焼成温度よりさらに下げ
る方法が検討されているが、それには各種の添加物（焼
結助剤）を使用する方法や加圧焼成法（ホットプレス法
）等が知られＮている。なかでも加圧焼成法は効果が大
きいが、まだまだ高い温度での加圧であるために特殊な
装置が必要となり生産性も悪いために製品の形状や用途
が大きく制限を受ける。

また、焼結体の収縮に関しては、収縮率を極力下げるあ
るいは収縮率を常に一定にコントロールする方法が種々
検討されてきたが、いずれも焼結が一部進んでいる状態
にあることから、ある程度の収縮は避けられないのが現
状である。たとえば、特開昭５８−１３５８０６号公報
に記述されているように、フェライト粉末とガラス粉末
とを混合した後に、フェライトの緻密化（焼結化）の進
行する温度で焼成すると、この時添加したガラス粉末が
フェライト粒子の周囲を覆うことでフェライトの緻密化
を押えて低収縮率の焼結体を得るものである。この場合
でもフェライトの焼結化をある程度進めているために数
％の収縮が起っている。

次に、焼結体ではなかなか得難い異形品、シート状のも
のが容易に作れ、しかも高寸法精度のものが得られると
いうことで、磁性粉末を樹脂で混練、固化した樹脂磁性
成形品が最近非常に注目されている。たとえば、永久磁
石として応用される樹脂マグネット製品や高透磁率磁性
材としての圧粉磁芯体（ダストコア）等がある。これら
の微細構造の模式図を第６図に示す。第６図において、
７は磁性粉末、８は樹脂、９はボアである。しかし、フ
ェライトボンド磁石、Ｓｍ−Ｇｏ系ボンド磁石、Ｆｅ−
Ｎｄ系ボンド磁石として知られる上記の樹脂マグネット
製品は、金型寸法通シの高精度成形体が実現できるもの
の耐熱性９機械的強度および磁気特性において焼結型マ
グネットよシかなシ劣るという欠点を有しその応用は限
定されている。

また、カーボニル鉄、パーマロイ、センダスト等の高透
磁率金属磁性体の渦電流による損失を少くするために、
それらの金属を粉末化し樹脂で絶縁し加圧成形した圧粉
磁芯体は、高透磁率であるが電気抵抗がまだ低く高周波
特性が不十分であるために高さ１０ＯＫ■２以下の低周
波用磁芯としてしか使えないし、耐熱性１機械的強度に
ついても上記樹脂マグネットと同様に焼結品には劣る。

これらの欠点に加えて前述の樹脂磁性成形品は樹脂を含
んでいるために耐湿性、耐薬品性の点でも不利である。

発明が解決しようとする課題 以上述べてきたように、焼結型磁性体では一層の低温度
焼成と低収縮が望まれ、樹脂磁性成形体では耐熱性、耐
湿性、耐薬品性ならびに磁気特性の向上が特に望まれて
いる。従って、これらの特性を全てカバーできる高性能
な磁性体が所望されている。

本発明の目的は上述した従来技術の欠点を解消し、耐熱
性、耐湿性、耐薬品性が良くて、機械的強度も高くかつ
磁気特性に優れたガラス結着型高密度磁性体とそれを低
温で安価に製造できる方法を提供するものである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するための本発明の磁性体は、磁性粉末
を加圧成形しながらこの磁性粉末の焼結化が始まる温度
以下で軟化溶融する低融点ガラスで結着した構成とする
ものである。

作用 従来から焼結体を作るのに使われる加圧焼成法は、通常
空孔率の低減（高密度化）や焼成温度を下げるために焼
結を促進する効果を期待するのに対し、本発明の作用効
果は磁性粉末が全熱焼結を起さない低温で、しかも磁性
粉末に介在する低融点ガラス粉末が溶融している状態の
もとで加圧するので磁性粒子間の空隙が大幅に減少し、
これまでにない高密度な粉末結着型磁性体を得ることが
できるというものである。

従来のホットプレス装置では、７００℃以上の高温焼結
であるために型材には通常金属が使えず、炭素、アルミ
ナ、　ＳｉＣ等の型材を使用しなければならないが、本
発明の装置では作業温度が７００℃以下であるので従来
通シの金属の型材が使用でき、通常の加圧プレス機と変
らない簡便な装置となる。さらに加圧時間は圧縮効果を
期待するだけであるから基本的には非常に短時間でよい
。この結果、設備費や電気代が安くつき、製造方法も非
常に簡便であるために安価に製造できると同時に金型成
形寸法通シにできる高寸法精度でばらつきの少い新規な
高密度磁性体が得られる。

また、軟磁性体ではそれ自身の渦電流損失を極力低減さ
せるために高抵抗化が望まれるが、本発明によれば電気
抵抗の低い軟質磁性粉末であっても溶融固化したガラス
成分が個々の粒子を電気的に絶縁するために高抵抗で高
周波特性の良い軟質磁性体が得られる。

さらに結着材となるガラスの軟化温度を少くとも３００
℃以上とするために、従来の樹脂磁性成形体に比べて耐
熱性が良く、しかも耐湿性、耐薬品性等にも優れた性質
を有している。

実施例 以下本発明の実施例について説明する。

すなわち、本発明は第１図に示すように磁性粉末１を加
圧下のもとてこの磁性粉末１の焼結化が始まる温度以下
で軟化溶融する低融点ガラス２で結着した構成とするも
のである。

具体的には、磁性粉末１と低融点ガラス粉末とをよく混
合し、造粒した混合造粒物を加圧成型しながら、磁性粉
末１間に介在する上記低融点ガラス粉末を磁性粉末１ど
うしの焼結化が始まる温度以下で軟化溶融させることに
よって、磁性粉末１を低融点ガラス２で単に結着し固化
した高密度磁性体をいう。

ここで使用する磁性粉末１は、軟磁性、硬磁性を問わず
酸化物磁性粉末、金属磁性粉末あるいはそれらの混合磁
性粉末のいずれでもよい。

上記磁性体の高密度化を示すものとして、第２図に示す
電子顕微鏡写真がある。この写真で明らかなようにきわ
めて高密度化された粒子構成となっている。

軟質磁性体を得たい場合は、磁性粉末の抗磁力Ｈｃが小
さい程良いので、磁性粒子のサイズは大きい程好ましい
が、一方磁性粉末の充填密度が下がるので実際には１０
０〜２００μｍ径までが適している。硬質磁性体を得る
場合は、磁性粉末の抗磁力Ｈｃを上げてエネルギー積を
増大させるために単磁区粒子になる程の磁性微粒子が好
ましい。

次に、磁性粉末１をガラス粉末で結着する作業温度は、
磁性粒子どうしの焼結化が始まらない温度でかつ低融点
ガラス粉末が十分に溶融し、磁性粉末間の空隙に素早く
浸透する温度が最適である。

このガラスの溶融状態の時に加圧するので磁性粉末が一
層詰まって高充填状態を実現する。通常、粉末冶金法に
よって作製される焼結型磁性体の焼結開始温度は約７０
０℃ぐらいからまた金属金型の実用強度はアＯｏ℃ぐら
いまでが限界と言われるので、本発明による磁性体作製
時のガラス結着作業温度はこの温度以下でなければなら
ず、ここで使用される低融点ガラス粉末は６５０℃以下
で軟化し液相となるものが好ましい。さらに本発明によ
る磁性体の応用を考えると、樹脂マグネットや圧粉磁芯
等の耐熱性（約２５０℃）では不十分であるので、低融
点ガラス粉末の融点が３００℃以上であることが望まし
い。

磁性粉末１に加える低融点ガラス粉末の量は３〜３０Ｍ
量％が良く、３％よシ少いと磁性粉末の結着効果が小さ
く機械的強度が確保できない。−方、３０％より多いガ
ラス量では、結着力は十分強くなるが非磁性量が増える
ために磁性体としての磁気特性が著しく悪化して好まし
くない。

また、本発明の磁性体を作製する時の雰囲気としては、
磁性粉末がフェライトのような磁性酸化物である場合は
酸化性、非酸化性雰囲気のいずれかで、金属磁性粉末の
場合にはその材料の酸化を防ぐ必要性から非酸化性雰囲
気でなければならない。

以下、具体的な実施例について説明する。

（実施例１〜６） Ｆｅ２Ｏ２５０、ＮｉＯ２８、ＺｎＯ２２ｍ０７１％よ
シなる混合造粒粉を１３００℃、２時間焼成したものを
粉砕し、平均粒径１ｏＯμｍのＮｉ−Ｚｎフェライト軟
質磁性粉を準備した。

上記フェライト粉末に対して軟化点（Ｔｄ）３０５℃、
平均粒径５μｍの無アルカリ鉛系ガラス粉末をそれぞれ
’　＋　３＋　’　ＯＴ　３０　ｔ　４　Ｑ　ｗｔ％ず
っ加えて混合、造粒した後、この混合造粒粉をステライ
ト製金型に所定量充填し、温度４２０℃、加圧３ｔｏｎ
／ｃａ＋２分間の空気中ホットプレスを行って内径７＋
ｎｏ＋φ、外径１２［ＩＩｍφ、厚さ３ｍｍのガラス含
有量が各々異なるガラス結着型リング状コアを作製した
。

上記実施例１〜５の試料の材料特性を第１表に示した。

（比較例１） 実施例１で用いたＮｉ　−Ｚｎフェライト粉末をガラス
粉末なしで造粒、成型し実施例１と同様に内径７ｆｆ１
ｍφ、外径１２ｆｆ１ｍφ、厚さ３ｍｍのリング状成形
品を作製した。

この成形品を高温用電気炉内に設置し−１３５０℃、２
時間空気中で焼成した後、炉冷してＮｉ　−Ｚｎ　　フ
ェライト焼結型リング状コアを得た。この時コア寸法は
もとの成形品寸法から約１０％も収縮した。

（比較例２） 実施例１で用いたのと同一のＮｉ−Ｚｎフェライト粉末
に対してエポキシ樹脂を１０ｗｔ％加えて１８０℃の温
度で混練し、圧縮成型によって内径７ａ＋＋ｎφ、外径
１２ｍｍφ、厚さ３ｍｍのリング状樹脂フェライト成形
品を作製した。

（比較例３） 実施例１で用いたのと同一のＮｉ　−Ｚｎフェライト粉
末に同一の無アルカリ鉛系ガラス粉末を１゜ｗｔ％加え
て混合、造粒した後、３　ｔｏｎ　／　ｃＩＬの圧力−
で内径７ｍ１１１φ、外径１２ｍ１ｌｌφ、厚さ３ｍｍ
のリング状成形品を作製した。

この成形品を電気炉内に設置し、空気中４２０℃、１０
分間保持した後、炉冷しガラス結着型リング状コアを得
ｆｃ。　この方法によって得た磁性体の模式図を第３図
に示し、その電子顕微鏡写真を第４図に示す。

比較例’　！　２１３それぞれの材料特性を第１表に示
した。

（実施例６〜７） 実施例１で用いたのと同一の磁性粉末に対して軟化温度
６６０℃、平均粒径５μｍの無アルカリ鉛系ガラス粉末
を１０ｗｔ％加えてよく混合、造粒した後、この混合造
粒粉をステライト製金型に所定量充填し、温度７００℃
、加圧３ｔｏｎ／４＋２分間の空気中ホットプレスを行
って内径７ｆｆｌＩＩｌφ、外径１２ｆｆ１ｍφ、厚さ
３ｎ＋ｎ＋のガラス結着型リング状コアを作製し実施例
６とした。この試料の特性を第１表に示した。

上記ホットプレス温度を８００℃にした場合（実施例７
）、ステライト製金型が変形し試料がとり出せなかった
。

（実施例８） 実施例１で用いたＮｉ−Ｚｎフェライト粉末の代わシに
、平均粒径６０μｍのセンダスト合金磁性粉末に同一ガ
ラスをＩＱｗｔ％を加えてよく混合。

造粒した後、この混合造粒粉をステライト製金型に所定
量充填し、アルゴンガス雰囲気で温度４２０℃Ｉ加圧３
　ｔｏｎ／、、Ｊ　、　２分間のホットプレ。

スを行って内径７ｍ１Ｉｌφ、外径１２ｍｍφ、厚さ３
ｍｍのガラス結着型リング状コアを作製した。

（比較例４） 実施例８で用いた同一のセンダスト合金磁性粉末に対し
てエポキシ樹脂を１ｏｗｔ％加えて１８０℃の温度で混
練し、圧縮成型（成型圧；　３　ｔｏｎ　／、４）によ
シ同−形状のリング状コア成形体を作製した。

上記実施例８．比較例４の材料特性を第１表に示した。

（以下余白） （実施例９〜１０） 平均粒径１μｍのバリウムフェライト硬質磁性粉末に対
して軟化点３０５℃、平均粒径１μｍの無アルカリ鉛系
ガラス粉末を１５ｗｔ％加えて混合、造粒した後、この
混合造粒粉をステライト製金型に所定量充填し、温度４
２０℃、加圧３ｔｏｎ　／　ｃＩｔ＋２分間の空気中ホ
ットプレスを行って１ｏｍｍφ×７ｍｍのガラス結着型
バリウムフェライト磁石を作製し実施例９とした。

また、上記バリウムフェライト粉末の代りに平均粒径３
μｍのサマリウムコバルト合金（ＳｍＣｏ５）粉末を使
い、空気中をアルゴンガス雰囲気にする以外は上記方法
と全く同一にしてガラス結着型サマリウムコバルト磁石
を作製し実施例１０とした。

各々の材料特性を第２表に示した。

（比較例６〜６） 実施例９〜１ｏで用いたバリウムフェライト粉末、サマ
リウムコバルト粉末にそれぞれ’１ｏｆｔ％のエポキシ
樹脂を加えて１８０℃の温度で混練。

圧縮成型（成型圧：　３　ｔｏｎ／、Ｊ　）　してＩＱ
ｌｎｍφ。

７ｍｍの円柱状樹脂磁石を作製し各々比較例５，６とし
てそれらの材料特性を第２表に示した。

（比較例ア） 実施例９で用いたバリウムフェライト粉末に同一の無ア
ルカリ鉛系ガラス粉末を１５ｗｔ％加えて混合、造粒し
た後、３ｔｏｎ／ｃＡの圧力でＩＱｆｆｌｆｌｌφ×７
ｎ＋ｍの円柱状成形品を作製した。

この成形品を炉内に設置し、空気中４２０℃。

５分間保持した後、炉冷しガラス結着型バリウムフェラ
イト磁石を得た。この材料特性を第２表に示した。

（以　下金　白） 発明の効果 以上のように本発明によれば、ガラス結着型高密度磁性
体は、寸法精度の良い、耐熱性、耐湿性の高い、かつ磁
気特性に優れた軟質および硬質磁性材となるので、各種
磁気応用製品に使われる有用な電子部品、材料として優
れた効果を奏しうるものである。

【図面の簡単な説明】

顕微鏡写真（倍率３００倍）、第５図は従来の代　　　
′表的な樹脂成形体の微細構造の模式図、第６図は従来
の代表的な焼結型磁性体の微細構造の模式図である。 １・・・・・・磁性粉末、２・・・・・・低融点ガラス
、３・・・・・・ボア。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名嘉　
３　図　　　　　　　　　　　第　４　図第５図 第６図 手続補正書働式） ％式％ ｌ事件の表示 昭和６３年特許願第１５３９２２号 ２発明の名称 磁性体およびその製造方法 ３補正をする者 事件との関係　　　　　　特　　　許　　　出　　　願
　　人住　所　　大阪府門真市大字門真１００６番地名
　称　（５８２）松下電器産業株式会社代表者　　　　
谷　　井　　昭　　雄 ４代理人　〒５７１ 住　所　　大阪府門真市大字門真１００６番地松下電器
産業株式会社内 ５補正命令の日付 ７、補正の内容 （１）明細書第２１ページ第１０行目の「第２図は〜電
子顕微鏡写真」を「第２図は同磁性体の粒子構造を示す
電子顕微鏡写真」に補正します。 ！２）同第２１ページ第１２行目〜第１３行目の「第４
図は〜写真」を「第４図は同磁性体の粒子構造を示す電
子顕微鏡写真」に補正します。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）磁性粉末と低融点ガラス粉末の混合物を加圧下の
   もとに上記磁性粉末の焼結化が始まる温度以下で軟化溶
   融する上記ガラスで結着した磁性体。
2. （２）磁性粉末として軟質磁性粉末を用いた請求項１記
   載の磁性体。
3. （３）磁性粉末として硬質磁性粉末を用いた請求項１記
   載の磁性体。
4. （４）磁性粉末として酸化物磁性粉末を用いた請求項１
   記載の磁性体。
5. （５）磁性粉末として金属磁性粉末を用いた請求項１記
   載の磁性体。
6. （６）磁性粉末として酸化物磁性粉末と金属磁性粉末の
   混合粉を用いた請求項１記載の磁性体。
7. （７）磁性粉末に対する低融点ガラスの材料比率が３〜
   ３０ｗｔ％である請求項１記載の磁性体。
8. （８）低融点ガラスとしてその軟化温度が６５０℃以下
   であるガラス粉末を用いた請求項１記載の磁性体。
9. （９）磁性粉末と低融点ガラス粉末とを混合，造粒した
   混合物を加圧成型しながら、磁性粉末間に介在する低融
   点ガラス粉末を磁性粉末どうしの焼結化が始まる温度以
   下で軟化溶融させて磁性粉末をガラスで結着する磁性体
   の製造方法。