JPH10324960A

JPH10324960A - 軟磁性燒結金属とその製造方法およびこれを用いた磁性部品

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Publication number: JPH10324960A
Application number: JP9151559A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Okamoto; 重夫岡本; Taiji Miyauchi; 泰治宮内
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1997-05-26
Filing date: 1997-05-26
Publication date: 1998-12-08
Anticipated expiration: 2017-05-26
Also published as: JP3492884B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高寸法精度が得られ、特にモータ部材等、ア
クチュエータとして用いるのに最適で、相対密度が小さ
いためコアロスが少なく、磁性金属粒子同士が癒着する
ことによりネックグロース組織を形成し、高強度を得る
ことが可能な軟磁性燒結金属とその製造方法およびこれ
を用いた磁性部品を提供する。【解決手段】磁性粉末を加圧成形し、かつ焼成前と焼
成後の寸法変化が０．５％以下となるような温度で焼成
した軟磁性燒結金属により、高精度の磁性部品等が得ら
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軟質磁性金属材料
に関し、詳しくは、高寸法精度を可能とする軟磁性燒結
金属とその製造方法およびこれを用いた磁性部品に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】鉄系軟磁性焼結体の製造方法の一つとし
て、粉末冶金法が挙げられる。この粉末冶金法は、原料
粉末の混合、成形および焼成工程を経て行なわれる。こ
のような粉末冶金法による鉄系軟磁性焼結体部品の製造
は、従来の板材を切り出しての製造より、切削量が少な
く、複雑な形状のものを製造でき、コスト的にも有利で
あることから、現在、ＯＡ機器、モータ、自動車部品な
どに使用されている。

【０００３】この軟磁性焼結体は、従来、製造の安定性
のため高温で熱処理し、粉末が完全に収縮した焼結体と
して製造されていた。しかし、収縮がおきているため、
近年の小型化が要求するような寸法精度に焼結体の寸法
精度を上げられない。また、焼結体が使用される部品の
高周波化に対応するため、渦電流損失が小さい材料も求
められている。

【０００４】このような問題点を解消すべく、例えば、
特公昭５８−５４１８５号公報には、鉄−ニッケル系合
金、または、これにＣｒ，Ｍｏ，Ｃｕなどの磁性改善元
素の１種または２種以上を含有させた鉄―ニッケル合金
粉体を用いることにより粉体の圧縮性を良くし、縮率を
小さくし、合金の均一化を容易にして、磁気特性の向上
およびコストの低減を可能とした、高透磁率焼結鉄−ニ
ッケル系合金粉末が記載されている。

【０００５】しかしながら、同公報記載の焼結品を用い
た場合、従来のものより少ないとはいえ、焼結による縮
率が存在し、高い寸法精度が得られない。そのため、公
差が０．５％程度以下の高い寸法精度が必要なモーター
部材等に用いることは事実上不可能であった。また、緻
密に焼結しないために、磁気特性、特にコアロスについ
ては、周波数が高い側では未だ不十分な値であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高寸
法精度が得られ、特にモータ部材等、アクチュエータと
して用いるのに最適で、相対密度が小さいためコアロス
が少なく、磁性金属粒子同士が癒着することによりネッ
クグロース組織を形成し、高強度が得られ、塑性変形が
可能な軟磁性燒結金属とその製造方法およびこれを用い
た磁性部品を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち、上記目的は以
下の構成により達成される。（１）磁性粉末が加圧成形され、かつ焼成前と焼成後
の寸法変化が０．５％以下となるよう焼成された軟磁性
燒結金属。（２）ネックグロース組織を有する上記（１）の軟磁
性燒結金属。（３）同一組成のバルク材に対する相対密度が９５％
以下である上記（１）または（２）の軟磁性燒結金属。（４）前記磁性粉末が鉄ニッケル合金粉、鉄粉、鉄−
ケイ素合金粉、鉄−クロム合金粉、鉄−コバルト合金
粉、鉄−アルミニウム合金粉、鉄−ケイ素−アルミニウ
ム合金粉および炭素鋼粉のうちのいずれかである上記
（１）〜（３）のいずれかの軟磁性燒結金属。（５）上記（１）〜（４）のいずれかの軟磁性燒結金
属を有する磁性部品。（６）磁性粉末を加圧成形し、かつこの成形体を焼成
する際に、焼成前と焼成後の寸法変化が０．５％以下と
なる温度で焼成した軟磁性燒結金属の製造方法。（７）前記磁性粉末を６ton／cm² 以上の圧力で成形
した上記（６）の軟磁性燒結金属の製造方法。（８）前記磁性粉末が鉄ニッケル合金粉であって、焼
成温度が９００〜１１００℃である上記（６）または
（７）の軟磁性燒結金属の製造方法。（９）上記（１）〜（４）のいずれかの軟磁性燒結金
属を得る上記（６）〜（８）のいずれかの軟磁性燒結金
属の製造方法。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の軟磁性燒結金属は、磁性
粉末を加圧成形し、かつ焼成前と焼成後の寸法変化が
０．５％以下となる温度で焼成して得られたものであ
る。粉体を成型時に所定の圧力で加圧成形することによ
り高密度化し、焼成温度を適正に制御することで磁性粉
末粒子同士のネックグロースのみを形成し、焼結温度を
適当に制御して収縮させないことにより、成型時の寸法
精度が維持され、高寸法精度で良好な特性及び強度を有
する焼結体が得られる。なお、本発明の軟磁性燒結金属
は、完全に収縮しない温度で焼成したものであるが、こ
の場合でもネックグロースが形成された焼結体である。

【０００９】磁性粉末としては、焼成後に軟磁性材料と
して使用可能なものであれば特に限定されるものではな
く、その用途や目的により好適なものを使用すればよい
が、好ましくは、高透磁率、低損失の磁性材料で、例え
ば、鉄−ニッケル合金粉、鉄粉、鉄−ケイ素合金粉、炭
素鋼粉、鉄−リン粉、鉄−クロム合金粉、鉄−コバルト
合金粉、鉄−コバルト−バナジウム合金粉、鉄−ニッケ
ル−モリブデン合金粉、鉄−アルミニウム合金粉、鉄−
ケイ素−アルミニウム合金粉等が挙げられ、特に鉄−ニ
ッケル合金粉、鉄粉、鉄−ケイ素合金粉、炭素鋼粉が好
ましい。

【００１０】鉄−ニッケル合金はパーマロイとも称さ
れ、中でもニッケル含有量がＮｉ金属換算で、２５〜９
０wt％、特に３０〜６０wt％、さらには４０〜５５wt％
のものが好ましい。鉄−ニッケル−モリブデン系のもの
では、上記鉄−ニッケル系の鉄に置換してモリブデンを
添加し、これらの総量に対しモリブデンをＭｏ換算で１
〜３wt% 含有するものが好ましい。鉄−ケイ素合金で
は、ケイ素の含有量が、Ｓｉ換算で２〜８wt％、特に２
〜３wt％のものが好ましい。炭素鋼では、炭素の含有量
がＣ換算で、０．５〜６wt％、より好ましくは４〜５wt
％のものが好ましい。ＳＵＳ系では、クロムの含有量
が、１０〜２０wt％のものが好ましい。パーメンジュー
ル（コバルト合金）では、好ましくはコバルトが４０〜
６０wt％、バナジウムを０〜３wt％含有するものが好ま
しい。鉄−リン系のものでは、Ｐ換算でリンを０．１〜
１wt% 含有するものが好ましい。鉄−アルミ系のもので
はアルミニウムをＡｌ換算で１〜１５wt% 含有するもの
が好ましい。鉄−ケイ素−アルミニウム系ではケイ素を
Ｓｉ換算で５〜１０wt% 、アルミニウムを２〜１０wt%
含有するものが好ましい。

【００１１】また、これらの磁性粉末中には各主成分に
加えて、Ｏ₂：０．３wt％以下含有してもよい。特に
Ｏ₂：０．１wt％以下であることが好ましく、Ｏ₂は少な
いほど好ましい。また、Ｃ：０．０３wt％以下、Ｓｉ：
１．０wt％以下、Ｍｎ：０．３wt％以下、Ｐ：０．０３
wt％以下、Ｓ：０．０２wt％以下程度の副成分を含有し
ていてもよい。

【００１２】磁性粉末の形状は、特に限定されるもので
はなく、球状であってもフレーク状であってもよく、不
定形であってもよい。磁性粉末の平均粒径は、１０〜１
５０μｍ程度が好ましい。原料粉末の平均粒径を求める
には、例えば、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて粒
子を観察し、円換算して求めてもよいし、投影面積や篩
等を用いた方法等でも良い。

【００１３】前記磁性粉末は所定の形状に加圧成形され
る。粉体を加圧成形するので、所望の形状を極めて容易
に得ることができ、特に複雑な形状のコア材等を安価に
製造することができ有利である。成形体は通常一軸加圧
により得られ、その加圧圧力は、使用する磁性粉末や成
形体の形状等により、焼結後に所定の強度が得られる成
形圧に調整すればよいが、好ましくは８ton／cm² 以
上、特に９ton／cm² 以上が好ましく、その上限は特に
制限されるものではないが、通常１３ton／cm² 程度で
ある。

【００１４】成形前に成形助剤（バインダ）を原料に対
して、０．２〜２wt％、特に０．５〜１．０wt％添加す
ることが望ましい。成形助剤が上記範囲より少ないと、
成形体に密度ムラが生じやすく、金型からの抜き圧も上
昇してくる。また、多すぎると脱バインダ不良（ふくれ
等）が発生し易くなってくる。成形助剤としては、ステ
アリン酸およびその塩、その誘導体、あるいはワックス
等を用いることができる。ステアリン酸塩としては、例
えばステアリン酸亜鉛が挙げられる。ステアリン酸の誘
導体としては、ステアリン酸アミンあるいはアミド等が
挙げられる。ワックスとしては、例えば市販のＳＮワ
ックス（サンノプコ製商品名）等を用いることができ
る。

【００１５】成形体の焼成は収縮しない温度、つまり焼
結が完全に行われず、しかも粒子同士は癒着し、ネック
グロースが形成される温度で行われる。このような焼結
時に収縮しない温度としては、使用する磁性粉末や成形
圧力等により適宜最適な温度に調整すればよいが、例え
ば、鉄−ニッケル合金の場合は通常、好ましくは８７０
〜１１５０℃、さらに９００〜１１００℃、特に１００
０〜１０５０℃程度が好ましい。焼結温度保持時間は、
好ましくは、３０分〜６時間、特に１〜３時間程度が好
ましい。

【００１６】焼成時の雰囲気としては、還元性および／
または不活性雰囲気が好ましく、これらの中からその材
質により選択すればよいが、さらに焼成温度保持時間の
うち少なくとも一部における雰囲気を、還元性雰囲気と
し、その他の時間における雰囲気を不活性雰囲気として
もよい。

【００１７】還元性雰囲気としては、例えば１％以上の
Ｈ₂ガスを含む雰囲気、ＣＯ₂ガスを含む雰囲気、ある
いは１０％以上のＨ₂ガスを含むＮＨ₃分解ガスを用い
ることができる。Ｈ₂ガス１００％の雰囲気であっても
よい。Ｈ₂ガスの割合が高いほど、脱炭素の効果が顕著
になる。また、炭素鋼の場合は、脱炭を防止するために
不活性雰囲気とすることが好ましい。

【００１８】不活性雰囲気としては、例えばＮ₂ガス、
Ａｒガス、真空を用いることができ、これらのガスは純
度の高いものが好ましく、成形体の材質により異なる
が、酸素分圧は０．５％以下、より好ましくは０．０１
％以下が好ましい。

【００１９】焼成により得られた軟磁性燒結金属の、同
一組成のバルク体に対する相対密度は、好ましくは９５
％以下、特に８７％以下が好ましく、その下限値は特に
制限されるものではないが、通常８０％程度である。相
対密度を低く抑えることにより、形成された空孔がギャ
ップとして機能し、コアロスおよび実装時の電流値が低
下する。

【００２０】本発明の軟磁性燒結金属は、上記のように
焼結が完了しない状態に焼成したものであるが、その原
料粉末は焼成課程において癒着し、組織中にいわゆるネ
ックグロースを形成している。ネックグロースを有する
ことにより、機械的強度が得られる。

【００２１】焼成後の軟磁性燒結金属は、焼成による収
縮が殆ど生じることなく、高い寸法精度を有する。この
ような寸法精度、つまり焼成前と焼成後の寸法変化とし
ては、好ましくは±０．５％、特に±０．１％以内であ
ることが好ましい。高い寸法精度を有することにより、
磁性部品、特にモータ用部材等のアクチュエータとして
好ましく使用することができる。

【００２２】次に、本発明の軟磁性燒結金属の製造方法
について説明する。

【００２３】製造を行なうにあたっては、先ず原料粉末
である鉄−ニッケル合金粉、鉄粉、鉄−ケイ素合金粉、
炭素鋼粉、リン鉄粉、鉄−クロム合金粉、鉄−コバルト
合金粉、鉄−コバルト−バナジウム合金粉、鉄−ニッケ
ル−モリブデン合金粉、鉄−アルミニウム合金粉、鉄−
ケイ素−アルミニウム合金等を用意する。

【００２４】あるいは、鉄粉、およびこの鉄粉と合金化
させるべき金属あるいはそのフェロアロイの少なくとも
一種の粉体を所望の化学組成となるように配合し、メカ
ニカルアロイング法あるいはメカニカルグラインディン
グ法による処理を行ない、所望の合金粉末（一部のみが
合金になっている場合がある）としてもよい。メカニカ
ルアロイング法も、メカニカルグラインディング法も、
ともに原料粉末に物理的作用を与え、原料粉末に内部歪
を与え、表面を活性化させる方法であるが、メカニカル
アロイング法においては、２種あるいは３種以上の粉末
を合金化させる作用をも持っている。原料粉末の平均粒
径は、１０〜１５０μｍ程度のものを用いる。

【００２５】原料粉末にバインダを０．２〜３wt％添加
して混合し、これを所望の形状に成形する。成形圧は好
ましくは６ton／cm² 以上、特に８ton／cm² 以上に設定
される。

【００２６】成形体は以下のようにして焼成される。焼
成は、脱バインダ処理工程、および焼成工程からなる。
本発明においては、上記各工程の温度条件等は、次のよ
うに設定されることが望ましい。

【００２７】脱バインダ処理工程昇温速度：５０〜５００℃／時間、特に１００〜３００
℃／時間保持温度：２００〜６００℃、特に２５０〜３００℃ 保持時間：０．５〜３時間、特に１〜２時間

【００２８】焼成工程昇温速度：１００〜６００℃／時間、特に３００〜４０
０℃／時間保持温度：８７０〜１１５０℃、さらに９００〜１１０
０℃、特に１０００〜１０５０℃程度保持時間：好ましくは３０分〜６時間、特に１〜３時間冷却速度：２００〜２０００℃／時間、特に３００〜４
００℃／時間

【００２９】焼成後、必要に応じてさらに本発明の軟磁
性燒結金属を、特に高さ方向の寸法精度が必要な場合等
には加工研磨し、バレル加工を施し、さらに加工に伴う
ストレスを解放するための加熱処理を行う。加熱処理の
条件としては、好ましくはＮ₂ 雰囲気中、８００〜１０
００℃前後で、１０〜６０分程度保持する。このように
して得られた軟磁性燒結金属は、磁性部品、特にモータ
部材等、アクチュエータ、さらに高い寸法精度の必要な
モータ用コア材として好適に用いられる。

【００３０】

【実施例】次に、実施例を示し本発明をより具体的に説
明する。

【００３１】＜実施例１＞鉄−ニッケル系合金粉末（Ｎ
ｉ：４７wt％：平均粒径８０μm ）を、外径：２０mm内
径１７mm（寸法公差±１／１００mm以内）のトロイダル
形状金型を用い、圧力：９ton/cm² で加圧成形した。そ
の後、焼成温度：９００℃、保持時間：３時間、Ｎ₂ も
しくはＨ₂ 雰囲気中で焼成した。その後、外径および内
径の寸法公差と真円度、０．６ kHz−２ kOeでのコアロ
ス、２５Oeにおける磁束密度Hc、マスターモータに使用
した場合の電流減少率、相対密度、圧環強度について測
定した。マスターモータに使用した場合の電流減少率
は、以下のようにして測定した。

【００３２】得られたサンプルをモータ用吸引リング
（同圧軸受け）としてモータ（ビデオキャプスタン駆動
用）に組み込み、吸引リングとマグネット間のギャップ
を０．６mmに調整して、定電圧で駆動し、サンプルを組
み込んだモータの電流増加値を測定した。従来の板材
（比較例４）により得られたサンプルについても同様に
測定し、これを基準（減少率：０）としたときの減少率
を計算した。結果を表１に示す。

【００３３】＜実施例２＞実施例１において、成形圧
力：１０ton/cm² とし、焼成温度：１０００℃とした他
は実施例１と同様にして焼成し、得られたサンプルにつ
いて実施例１と同様にして評価した。その結果を表１に
示す。また、焼成前と後のサンプルを切断し、表面を研
磨し、金属顕微鏡でその表面を観察した。得られた顕微
鏡写真を図１〜４に示す。ここで、図１は焼成前、図２
はその拡大写真、図３は焼成後、図４はその拡大写真を
示す。図から明らかなように、焼成後には金属粉同士が
癒着したネックグロースが形成されていることがわか
る。

【００３４】＜実施例３＞実施例１において、成形圧
力：１１ton/cm² とし、焼成温度：１０００℃とした他
は実施例１と同様にして焼成し、得られたサンプルにつ
いて実施例１と同様にして評価した。その結果を表１に
示す。

【００３５】＜比較例１＞実施例１において、成形圧
力：５ton/cm² とし、焼成温度：１０００℃とした他は
実施例１と同様にして焼成し、得られたサンプルについ
て実施例１と同様にして評価した。その結果を表１に示
す。

【００３６】＜比較例２＞実施例１において、成形圧
力：１０ton/cm² とし、焼成温度：８５０℃とした他は
実施例１と同様にして焼成し、得られたサンプルについ
て実施例１と同様にして評価した。その結果を表１に示
す。

【００３７】＜比較例３＞実施例１において、成形圧
力：１０ton/cm² とし、焼成温度：１２００℃とした他
は実施例１と同様にして焼成し、得られたサンプルにつ
いて実施例１と同様にして評価した。その結果を表１に
示す。

【００３８】＜比較例４＞実施例１の鉄−ニッケル系合
金と同一組成の板材を金型寸法に打ち抜き、得られたサ
ンプルについて実施例１と同様にして評価した。その結
果を表１に示す。

【００３９】

【表１】

【００４０】＜実施例４＞実施例１において、磁性粉末
を市販の鉄粉、鉄−ケイ素合金粉（Ｓｉ：３wt％）、炭
素鋼粉（Ｃ：４．５wt％）、市販の鉄−クロム合金粉
（Ｃｒ：１７wt％）、鉄−コバルト合金粉（Ｃｏ：５０
wt％、Ｖ：２wt％）に代えた他は実施例１〜３、比較例
１〜４と同様にしてサンプルを作製し、評価したとこ
ろ、ほぼ同様の効果が得られた。

【００４１】以上のように本発明の軟磁性燒結金属は、
高寸法精度が得られ、モータ部材等アクチュエータとし
て用いるのに最適である。この寸法精度を得るためには
適当な成型圧で成型し、適当な焼成温度で焼結させるこ
とにより目的を達成することが出来る。また、相対密度
が９０％程度しか得られておらず、空孔がギャップとし
て機能するためコアロスは小さい。また、組織はネック
グロースを形成しているために強度が得られ、鉄−ニッ
ケル系合金では破壊せず塑性変形が起こる。

【００４２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、高寸法精
度が得られ、磁性部品、特にモータ部材等、アクチュエ
ータとして用いるのに最適で、相対密度が小さいためコ
アロスが少なく、磁性金属粒子同士が癒着することによ
りネックグロース組織を形成し、高強度が得られ、しか
も塑性変形が可能な軟磁性燒結金属が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例２の鉄−ニッケル合金粉の成形後、焼成
前の金属顕微鏡写真である。

【図２】図１の拡大写真である。

【図３】実施例２の鉄−ニッケル合金粉の焼成後の金属
顕微鏡写真である。

【図４】図３の拡大写真である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁性粉末が加圧成形され、かつ焼成前と
焼成後の寸法変化が０．５％以下となるよう焼成された
軟磁性燒結金属。
【請求項２】ネックグロース組織を有する請求項１の
軟磁性燒結金属。
【請求項３】同一組成のバルク材に対する相対密度が
９５％以下である請求項１または２の軟磁性燒結金属。
【請求項４】前記磁性粉末が鉄ニッケル合金粉、鉄
粉、鉄−ケイ素合金粉、鉄−クロム合金粉、鉄−コバル
ト合金粉、鉄−アルミニウム合金粉、鉄−ケイ素−アル
ミニウム合金粉および炭素鋼粉のうちのいずれかである
請求項１〜３のいずれかの軟磁性燒結金属。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかの軟磁性燒結金
属を有する磁性部品。
【請求項６】磁性粉末を加圧成形し、かつこの成形体
を焼成する際に、焼成前と焼成後の寸法変化が０．５％
以下となる温度で焼成した軟磁性燒結金属の製造方法。
【請求項７】前記磁性粉末を６ton／cm² 以上の圧力
で成形した請求項６の軟磁性燒結金属の製造方法。
【請求項８】前記磁性粉末が鉄ニッケル合金粉であっ
て、焼成温度が９００〜１１００℃である請求項６また
は７の軟磁性燒結金属の製造方法。
【請求項９】請求項１〜４のいずれかの軟磁性燒結金
属を得る請求項６〜８のいずれかの軟磁性燒結金属の製
造方法。