JPH0682577B2 - Ｆｅ―Ｓｉ系合金圧粉磁心およびその製造方法 - Google Patents

Ｆｅ―Ｓｉ系合金圧粉磁心およびその製造方法

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JPH0682577B2 JP1335899A JP33589989A JPH0682577B2 JP H0682577 B2 JPH0682577 B2 JP H0682577B2 JP 1335899 A JP1335899 A JP 1335899A JP 33589989 A JP33589989 A JP 33589989A JP H0682577 B2 JPH0682577 B2 JP H0682577B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はノイズフィルターやスイッチング電源のチョー
クコイルなどに用いられるFe-Si系合金圧粉磁心および
その製造方法に関するものである。
（従来の技術） 従来、電磁ノイズの抑制、あるいはチョークコイルに使
用される圧粉磁心材料は純鉄粉、カーボニル鉄粉、Fe-S
i系合（以下パーマロイと称する）、Fe-Si-Al合金（以
下センダストと称する）を含む磁性金属粉末に、絶縁兼
接着剤の水ガラス、エポキシ樹脂などを添加し、成形圧
力１〜15ton/cm2でプレス成形後、圧縮歪を除去するた
めの熱処理をする工程を経て製造されることが知られて
いる（粉体粉末冶金協会編，磁性材料，（1970），日刊
工業新聞社）。
純鉄の圧粉磁心は50kHz以下のスイッチング電源のチョ
ークコイル、リンキングチョークタイプ電源回路のトラ
ンス用磁心、あるいは低周波電流が重畳する回路のノイ
ズ抑制に使用される。
パーマロイの圧粉磁心は、100〜500kHz範囲のスイッチ
ング電源の二次側平滑チョークコイルの磁心およびノイ
ズ抑制磁心に使用され、またセンダスト圧粉磁心もパー
マロイ圧粉磁心と同等な周波数範囲で使用される。
しかるに最近は電子機器の高周波ノイズ規制の強化およ
び機器の小型、薄型化の要求にともない、従来にもまし
てより高透磁率で高周波特性の優れた圧粉磁心の要求が
強くなっている。
圧粉磁心は粉末粒子をエポキシ樹脂や水ガラスなどで絶
縁して、粉末粒子同志の直接接触をなくして高周波領域
での渦電流損を減少させ、さらに成形により高密度化し
て、高い透磁率と良好な周波数特性を得るものである。
高透磁率を得るには高圧成形により充填密度を上げれば
良いが、従来のセンダスト系圧粉磁心では粉末が極めて
硬く、塑性変形し難く高圧成形が困難であること、また
金型の寿命が著しく低下してしまうなどの問題を有して
いる。
パーマロイ圧粉磁心は、純鉄圧粉磁心より透磁率が高
く、高周波特性が優れているが、高価格であること、お
よび絶縁層との密着性が充分でなく、粒子間の層間絶縁
が破壊し、周波数特性が著しく低下してしまう欠点があ
った。
（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は、高透磁率で優れた周波数特性を有し、
かつ安価なFe-Si系合金圧粉磁心とその製造方法を提供
することである。
（課題を解決するための手段、作用） 本発明は以上の観点から周波数特性化の要因となる層間
絶縁性と粉末の圧縮性、粉末の組成などと磁気的性質と
の関係を研究したところ、水アトマイズ法で製造したFe
-Si系合金粉末は粉末表面に安定な酸化皮膜を形成し、
しかも圧縮性に優れ、高透磁率で周波数特性の優れた圧
粉磁心が得られることを見い出し、これに基づいて開発
されたものである。
すなわち、本発明は、水アトマイズ法で製造した平均粒
径が10〜100μｍの合金粉末で、組成がSiを重量％で２
〜12％、酸素を0.05〜0.95％含有し、残部が実質的にFe
よりなる合金粉末を用いることを特徴とするFe-Si系合
金圧粉磁心、および、合金粉末の組成が、Siを重量％で
２〜12％、酸素を0.05〜0.95％に、Al,Cr,Tiを単独ない
し複合して３％以下含有し、残部が実質的にFeである前
記のFe-Si系合金圧粉磁心である。
さらには、前記の合金粉末に絶縁兼接着剤を添加し、成
形後、硬化処理を施すことを特徴とするFe-Si系合金圧
粉磁心の製造方法、および、同様に成形した後、硬化処
理を施すか、もしくは施すことなく、不活性雰囲気中
で、500℃から950℃の温度範囲で熱処理することを特徴
とするFe-Si系合金圧粉磁心の製造方法である。
以下、本発明の限定理由を説明する。
本発明の合金粉末の組成におけるSiは本合金の基本成分
であり、Siが２％未満では電気抵抗が小さく高周波域で
の渦電流損が大きくなり、所望の透磁率が得られない。
またSiは12％を超えると金属間化合物が形成されるため
粉末が硬くなり圧縮性が損なわれる。その範囲内でも、
異方性定数、飽和磁歪が小さい3.0〜7.5％が好ましい。
酸素は絶縁皮膜を粉体の表面に形成させるのに不可欠で
あり、0.05％未満では安定な酸化皮膜が形成されず、ま
た0.95％を超えると皮膜が厚くなりすぎて透磁率が低下
し、圧粉体の密度も低下してしまうため0.05〜0.95％と
した。
また前記基本成分に選択成分として加えるAl,Cr,Tiは、
Siとともに安定な絶縁皮膜を形成するため一層の効果が
あるが、単独、複合添加のいずれの場合でも３％を超え
ると皮膜が厚くなりすぎて、粉末の圧縮性が損なわれる
ため３％以下とする。
粉末の粒径は透磁率と層間絶縁性に大きく影響をおよぼ
す。平均粒径が10μｍ未満では粉末自身の磁性が悪くな
り、また高い充填密度が得られないため目的とする透磁
率が得られない。一方、粒径が100μｍを超えると、粉
末粒子間の摩擦が大きくなりすぎて、絶縁層が破壊さ
れ、高周波特性が低下するため10〜100μｍの範囲とし
た。
水アトマイズ法は、素原料を溶解し、その溶融金属を直
径２〜20mmの溶融金属流としたノズルより流下させ、そ
れに50〜800kg/cm2の高圧水を噴霧ノズルより噴射させ
て金属流を粒滴化し、粉体として固化させるものであ
る。
この水アトマイズ法により得られる粉末は、組成の制御
が容易で希望する成分のものがつくれること、さらに水
によって急冷されるために、形状は不規則状であるため
圧縮性に優れ、かつ反磁場係数が小さいものができるこ
と、また水によって粉末は酸化されるが、噴霧時の雰囲
気の調整と水の溶存酸素量の調整によって、酸素皮膜の
厚さすなわち合金粉末の酸素量を制御することができる
ため、本発明の圧粉磁心に適した粉末を製造することが
できる。
水アトマイズ法では噴霧タンク内の上部にアトマイジン
グノズルを設置し、タンクの上部から溶融金属を細流と
して落下させ、それにノズルから高圧の水を衝突させて
粉化させるため、噴霧タンク内の雰囲気を大気のままに
してアトマイズを行なうと、鉄粉の場合、粉末の酸素量
は３〜５％になる。
タンク内を窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガスで
置換し、さらにタンク内に水をはって粉化された金属流
滴が急速に冷却するようにすると、鉄粉の酸素量を１％
前後に低減できる。
さらにアトマイジングに使用する水をあらかじめAr、N2
などのガスをバブリングさせるか、減圧処理により水中
の溶存酸素を減少させると、鉄粉の酸素量を0.1％以下
にすることができ、溶存酸素の量を屁か変化させること
により、粉末の酸素量を0.05〜0.95％の範囲で制御でき
る。
このようにして製造した水アトマイズFe-Si系合金粉末
を、篩分けして平均粒径を10〜100μｍとし、絶縁をか
けた接着剤として一般に用いられている水ガラス、エポ
キシ樹脂、あるいは熱処理を施す場合には耐熱性の樹
脂、例えばシリコン系樹脂などを、重量％で１〜10％程
度添加し混合した後、成形圧力１〜15ton/cm2程度でプ
レス成形などにより所望の形状に成形した後、硬化処理
さらには必要に応じて熱処理を施し、最後に表面に絶縁
コーティングを施して圧粉磁心とする。
Fe-Si系合金粉末に絶縁兼接着剤を添加し、成形後、用
いた絶縁兼接着剤の種類や圧粉磁心の用途に応じて、約
100℃〜300℃程度に加熱して、成形体を硬化させる硬化
処理を施すが、成形後に後述する熱処理を行なう場合に
は硬化処理を省略することも可能である。
尚、絶縁兼接着剤として用いる樹脂などとの密着性を改
善するために、原料となるFe-Si系合金粉末を公知のTi
系、Si系などの有機金属カップリングなどで表面処理を
施しておくことが望ましい。
このように水アトマイズFe-Si系合金粉末を用いて優れ
た電磁特性を有する圧粉磁心を製造することができる
が、さらにプレス成形した磁心を、熱処理することによ
り電磁特性を上げることができる。
熱処理は500℃から950℃の温度範囲で、窒素あるいはア
ルゴンなどの不活性雰囲気中で行なうのが効果的であ
る。雰囲気として大気中では合金粉末が酸化するため不
可であり、水素、分解アンモニアガスなどの還元雰囲気
中では酸素皮膜の特性が変化してしまう。そのため窒素
ないしアルゴン雰囲気が望ましい。
温度として500℃未満では成形による歪の解放が困難で
あり、また950℃を超えると絶縁皮膜が破壊されて、粉
末同志が焼結して高周波特性が劣化する。そのため500
℃から950℃の温度で熱処理により磁心の歪取りと組織
の調整（規則格子の形成）により電磁特性を向上するこ
とができる。
熱処理の時間としては、低温の場合は長く、高温では短
かくなるが、１〜20時間程度であり、好ましくは１〜５
時間である。
（実施例） 第１表に示すFe-Si系合金粉末を水アトマイズ法で製造
し、所定の平均粒径に篩分けした。合金粉末の酸素量
は、アトマイズの雰囲気をArガスにするとともに、冷却
水、アトマイズ用の水をArガスでバブリングして調整し
た。
これらの粉末にエポキシ系樹脂を1.5重量％添加し、外
径20mm、内径12mm、高さ8mmのリング状に成形圧8ton/cm
2でプレス成形後、150℃で２時間の硬化処理を行ない、
インピーダンスメーターにより透磁率の周波数特性を測
定した。
また熱処理を行なうために、Fe-Si系合金粉末に水ガラ
スを1.0重量％添加し、前記の大きさのリングを成形圧8
ton/cm2でプレス成形した。熱処理はアルゴン雰囲気中
で行なった。
特性評価を行なった結果を第１表に示す。
ここでμe10Kは10kHzでの透磁率を、またμe10M/μe10K
は10MHzでの透磁率と10kHzでの透磁率の比を示すもので
高周波特性の目安とした。
第１表から明らかなように、本発明磁心１〜９は粉末の
酸素量が0.05〜0.95％の範囲にあり、平均粒径が10〜10
0μｍの範囲内にあり、10kHzの透磁率は70以上の高い値
を示す。特に注目する点は、高周波特性で10MHzでの透
磁率は10kHzと同じか、逆に高くなることである。
とくに熱処理を行なった本発明磁心８〜13は高い透磁率
が高周波域まで保持される。
比較磁心の４のセンダスト圧粉磁心、純鉄粉圧粉磁心
５、パーマロイ圧粉磁心６は10kHzでの透磁率は本発明
磁心１〜５より高いが、10MHzでの透磁率は低く高周波
特性は劣化する。
また比較磁心１は粉末の粒径が小さく、粉末自身の磁性
が悪く、比較磁心２は粒径が大きくて高周波域での絶縁
性が劣化する。
またSi量が12％を超えると比較磁心３は粉末が硬くて充
填密度が上がらず10kHzでの透磁率も低い。
また比較磁心７はガスアトマイズ法で製造したもので、
粉末の形状が球形のため反磁場係数が大きくなり透磁率
が低い。さらに比較磁心８は酸化皮膜が厚いため透磁率
が低い。比較磁心９は焼鈍熱処理の温度が高いため、粉
末が焼結したため、低周波域での透磁率は高くなるが、
高周波特性が劣化する。比較磁心10はカーボニル法でつ
くられた粉末で、高周波特性はよいが、透磁率の絶対値
が低い。
第１図は上述と同様な工程で第１表の本発明磁心２と８
と比較磁心４と５および10の透磁率の周波数による変化
を示したもので、本発明磁心２が10MHz以上でも高い透
磁率を示しているのに対し、比較磁心は1MHz近傍から劣
化しはじめている。
本発明磁心は非常に良好な高周波特性を有していること
がわかる。
（発明の効果） 以上の如く、本発明は高透磁率で優れた周波数特性を有
し、ノイズフィルター、電源用チョークコイルとして電
子機器の高周波化、小型化に好適な特性を有し、工業上
の効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明圧粉磁心と比較圧粉磁心に関しての透磁
率の周波数特性を示す図表である。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】水アトマイズ法で製造した平均粒径が10〜
    100μｍで、組成がSiを２〜12％（重量）、酸素を0.05
    〜0.95％含有し、残部が実質的にFeよりなる合金粉末を
    用いることを特徴とするFe-Si系合金圧粉磁心。
  2. 【請求項２】合金粉末の組成が、Siを２〜12％（重
    量）、酸素を0.05〜0.95％に、さらにAl,Cr,Tiを単独な
    いし複合して３％以下含有し、残部が実質的にFeである
    請求項１記載のFe-Si系合金圧粉磁心。
  3. 【請求項３】水アトマイズ法で製造した平均粒径が10〜
    100μｍで、組成がSiを２〜12％（重量）、酸素を0.05
    〜0.95％含有し、残部が実質的にFeよりなる合金粉末
    に、絶縁兼接着剤を添加し、成形後、硬化処理を施すこ
    とを特徴とするFe-Si系合金圧粉磁心の製造方法。
  4. 【請求項４】水アトマイズ法で製造した平均粒径が10〜
    100μｍで、組成がSiを２〜12％（重量）、酸素を0.05
    〜0.95％含有し、残部が実質的にFeよりなる合金粉末
    に、絶縁兼接着剤を添加し、成形後、不活性雰囲気中
    で、500℃から950℃の温度範囲で熱処理することを特徴
    とするFe-Si系合金圧粉磁心の製造方法。
  5. 【請求項５】合金粉末の組成が、Siを２〜12％（重
    量）、酸素を0.05〜0.95％に、さらにAl,Cr,Tiを単独な
    いし複合して３％以下含有し、残部が実質的にFeである
    請求項４または５記載のFe-Si系合金圧粉磁心の製造方
    法。
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