(57)【要約】【課題】錆の発生を抑制しつつ圧粉磁心の成形性及び直流重畳特性が得られる圧粉磁心用軟磁性粉末を提供する。【解決手段】Ｃｒを１．０質量％〜５．０質量％含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることから、錆の発生が抑制される。また、従来の軟磁性合金粉末に比較してＣｒの含有量が少なく最適化されることで、圧粉磁心の成形性が高められ、直流重畳特性が向上する。さらに、アトマイズ法により製造することで合金成分を制御しやすく、製造性が向上する利点がある。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧粉磁心に用いられるＦｅ−Ｃｒ系軟磁性合金粉末であって、
Ｃｒを１．０〜５．０質量％含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とするＦｅ−Ｃｒ系軟磁性合金粉末。
【請求項２】
アトマイズ法により製造されたものである請求項１に記載のＦｅ−Ｃｒ系軟磁性合金粉末。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧粉磁心に用いられるＦｅ−Ｃｒ系軟磁性合金粉末に関し、特に、耐食性、成形性、直流重畳特性の効果が同時に得られる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
圧粉磁心に用いられる軟磁性金属粉末として、カルボニル鉄粉が広く用いられている。このカルボニル鉄粉は、高い直流重畳特性を有するが、酸化鉄から気相還元法を用いて製造するための特殊な専用設備を必要とし、生産コストが高くなるという欠点があった。また、このカルボニル鉄粉は、微細な純鉄の粉末であるため、大気中で酸化が進行して発錆することが避けられない（耐食性の低下）という問題もあった。
【０００３】
このカルボニル鉄粉に替わるものとして、Ｆｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末が提案されている。特許文献１に記載されたものがそれである。このＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金によれば、カルボニル鉄粉と比較して錆の発生が少なくすることができる。
【０００４】
一方、錆の発生を防止する軟磁性合金粉末として、特許文献２には、Ｆｅ−Ｃｒ系軟磁性合金粉末が記載されている。この軟磁性粉末によれば、錆びにくく、圧粉磁心の密度を向上しやすくし、実効透磁率が向上しやすくなる。
【特許文献１】特開２００５−３４７６４１号公報
【特許文献２】特開２００７−１３４３８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１のＦｅ−Ｓｉ系軟磁性合金粉末では、Ｓｉの添加量が多くなるほど金属粒子の硬度が高くなってプレス成形時の成形性が低下して圧縮密度を十分に高くできないという欠点があった。また、カルボニル鉄粉と比較して錆の発生を少なくすることができるがその効果は必ずしも十分ではなかった。
【０００６】
一方、上記特許文献２のＦｅ−Ｃｒ系軟磁性合金粉末では、耐食性の効果は得られているが、圧粉磁心の成形性に関しては、必ずしも十分な効果が得られていなかった。また、外部磁場をかけても透磁率が落ちないという直流重畳特性に関しては、その効果は認められていなかった。
【０００７】
本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、本発明が解決しようとする課題は、錆の発生を抑制しつつ、圧粉磁心の成形性及び直流重畳特性の向上を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者等は、以上の事情を背景として種々検討を重ねた結果、Ｆｅに対してＣｒを所定の範囲で添加すると、錆の発生を抑制しつつ、高い成形密度が得られるとともに、成形された圧粉磁心の直流重畳特性も十分な値となることを見いだした。本発明はかかる知見に基づいて為されたものである。
【０００９】
まず、第１の発明は、圧粉磁心に用いられるＦｅ−Ｃｒ系軟磁性合金粉末であって、Ｃｒを１．０〜５．０質量％含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする。
【００１０】
次に、第２の発明は、上記した第１の発明に係るＦｅ−Ｃｒ系軟磁性合金粉末において、アトマイズ法により製造されたものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、軟磁性粉末として、１．０〜５．０質量％のＣｒを含有している。これにより、錆の発生を抑制している。また、従来の軟磁性合金粉末に比べＣｒの含有量は少なくし、かつ最適化することで、圧粉磁心の成形性を高め、直流重畳特性の向上が図られる。さらに、本発明に係る軟磁性合金粉末をアトマイズ法により製造することで、合金成分を制御しやすく、製造性が向上するというメリットがある。
【００１２】
ここで、好適には、前記Ｆｅ−Ｃｒ系軟磁性合金粉末は、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、機械的粉砕法などによって細かな粒子状に調整され得るが、成形性向上の観点から水アトマイズ法によるものが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る軟磁性合金粉末により形成される圧粉磁心は、円環状体のみならず、矩形枠状体、多角形枠状や複雑な形状の環状体であってもよい。また、複数の部品が組み合わせられることによって環状に構成されるものであってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明する。
【実施例】
【００１５】
図１は、本発明の一実施例の圧粉磁心１０を示す斜視図である。この圧粉磁心１０は、円環状を成し、ノイズフィルター、チョークコイルなどに用いられるために、巻線が施される。この圧粉磁心１０は、円環状体であり、たとえば外径２８ｍｍΦ×内径２０ｍｍΦ×厚み５ｍｍｔ程度の外形寸法を備えている。この磁心１０は、例えば、図２に示されるように、導線１２が所定回数だけ巻き付けられることによってチョークコイル１４として用いられる。なお、理解を容易とするために図２においては導線１２が極めて粗く巻き付けられているが、巻き付け密度は必要なコイル特性に応じて適宜変更される。
【００１６】
上記圧粉磁心１０は、たとえば図３に示す工程にしたがって製造される。図２において、溶解工程Ｐ１では、Ｆｅ（鉄）およびＣｒ（クロム）が、たとえば電気溶解炉を用いて溶解される。元素Ｃｒの組成比率を質量％が１．０〜５．０未満の範囲となるように、Ｆｅ（鉄）およびＣｒ（クロム）が調合され且つ溶解され、溶湯が生成される。次の合金粉末生成工程Ｐ２における軟磁性合金粉末の製造方法は問わない。例えば、合金インゴットをボールミル等で粉砕して粉末を得てもよいし、溶湯流にガスを吹付けてアトマイズ化するガス噴霧アトマイズ法、その溶湯流に水を吹付けてアトマイズ化する水噴霧アトマイズ法等によって、軟磁性合金粉末を製造することができる。なお、成形性向上という観点から、水噴霧アトマイズ法を用いることが望ましい。その後、篩等によってたとえば粒径４５μｍ以下の所定の粒度に分級される。これにより、圧粉磁心用のＦｅ−Ｃｒ系軟磁性合金粉末が得られる。この合金粉末化の後には、必要に応じて、リン酸等の絶縁皮膜を形成させても良い。これにより、圧粉磁心の比抵抗が大きくなり、渦電流損の低減が図れる点では好ましい。
【００１７】
次いで、造粒工程Ｐ３では、結合剤として機能するエポキシ樹脂などの樹脂結合剤を上記Ｆｅ−Ｃｒ系軟磁性合金粉末に対してたとえば０．５〜３ｗｔ％程度好適には２．５ｗｔ％の混合率となるように定量し、混合されることにより、Ｆｅ−Ｃｒ系軟磁性合金粉末の表面に樹脂結合剤が層状にコーティングされる。上記樹脂結合剤としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等を用いることができる。この造粒後には、成形性を高めるために必要に応じて、ステアリン酸亜鉛等の潤滑剤が上記Ｆｅ−Ｃｒ系軟磁性合金粉末に対して所定の割合たとえば０．１〜０．５ｗｔ％程度となるように混合される。
【００１８】
続くプレス成形工程Ｐ４では、上記造粒工程Ｐ３において樹脂結合剤が被覆されたＦｅ−Ｃｒ系軟磁性合金粉末がたとえば図１に示す圧粉磁心１０と同様の成形空間を有する所定の成形金型内に充填され、且つ油圧プレスによってたとえば６ｔｏｎ／ｃｍ２程度の成形圧力で加圧されることによりＦｅ−Ｃｒ系軟磁性合金粉末の圧粉体が成形される。次いで、熱処理（脱脂）工程Ｐ５は、上記樹脂結合剤を硬化させるために、たとえば脱脂炉を用いて、上記成形体を不活性雰囲気たとえばアルゴンガス雰囲気内において１８０度程度の温度で１時間程度保持する熱処理が施されることにより、たとえば図１の圧粉磁心１０が得られる。
【００１９】
以下、Ｆｅ−Ｃｒ系軟磁性合金粉末を評価するために本発明者等が行った実験例を以下に説明する。図４は本実験例に用いられた試料１乃至７の内容を示す表である。試料１乃至７は、いずれも、Ｆｅ（不可避的不純物を含む）に対して、０．０７質量％、１．００質量％、２．５０質量％、４．００質量％、５．００質量％、６．００質量％、７．００質量％のＣｒをそれぞれ添加したＦｅ−Ｃｒ系軟磁性合金の溶湯を調整し、前述の溶解工程Ｐ１、水噴霧アトマイズ法による合金粉末生成工程Ｐ２、造粒工程Ｐ３、プレス成形工程Ｐ４、熱処理工程Ｐ５を経て、所定の試料形状たとえば図１の圧粉磁心１０と同様の形状や、測定に便利な棒状片或いは各柱状片とされたものである。図４のＦｅにおける表記「ｂａｌ」は残部が不可避的不純物を含むＦｅであることを示している。
【００２０】
上記図４には、各試料１乃至７について測定された、プレス成形工程Ｐ４におけるＦｅ−Ｃｒ系軟磁性合金の成形性評価のために圧粉密度（ｇ／ｃｍ３）、Ｆｅ−Ｃｒ系軟磁性合金の錆評価のための酸素量（重量％）、磁気特性評価のための圧粉磁心１０の透磁率（μＨ）および直流重畳特性（％）の値を示している。上記圧粉密度（ｇ／ｃｍ３）は、たとえばＪＩＳＺ９２１１に規定された定義に従って規定されたよく知られた嵩密度であり、測定された体積および重量から算出される。錆評価のための酸素量(％)は、上記の合金粉末成形工程Ｐ２の直後の合金粉末について、電極間の放電により励起された試料片から発生する発光スペクトルの波長から測定される。透磁率（μＨ）は、ＬＣＲメータを用いて直流または２０ｋＨｚ程度の交流で測定される。また、上記直流重畳特性(％)は、直流外部磁界が０（Ｏｅ）であるときの透磁率に対する外部磁界が９０（Ｏｅ）であるときの透磁率の割合（％）として測定される。
【００２１】
図５は、成形性および防錆効果を評価するために、上記図４の圧粉密度および酸素量を抜き出してグラフ化したものである。図５の実線は圧粉密度を示し、破線は酸素量を示している。図６は、磁気特性（直流重畳特性）および防錆効果を評価するために、上記図４の直流重畳特性および酸素量を抜き出してグラフ化したものである。図６の実線は直流重畳特性を示し、破線は酸素量を示している。
【００２２】
図５および図６において、Ｃｒの含有量が０．０７質量％であるＦｅ−Ｃｒ系軟磁性合金粉末（試料１）は酸素量が０．５ｗｔ％を越えており、錆の発生が多くて褐色を呈するために圧粉磁心材料として適切に用いることができない。また、Ｃｒの含有量が６．００質量％および７．００質量％であるＦｅ−Ｃｒ系軟磁性合金粉末（試料６および７）は、比較的硬度が高く圧粉密度が６ｇ／ｃｍ３を下回り成形性が悪くなっている。さらに、試料６及び７は、直流重畳特性が９０％以下となり、その特性が十分でない。したがって、上記試料１、６、７は比較例として表記されている。
【００２３】
これに対して、試料２は、酸素量が０．５ｗｔ％を少し下回り且つ６ｇ／ｃｍ３を十分に上まわる圧粉密度である。また、試料５は、６ｇ／ｃｍ３を僅かに上まわる圧粉密度且つ０．５ｗｔ％を十分に下回る酸素量であることから、Ｃｒの含有量が１．００〜５．００質量％の範囲内であるＦｅ−Ｃｒ系軟磁性合金粉末を用いると良いことがわかる。したがって、試料２乃至５は実施例と表示されている。また、図５および図６から、Ｃｒの好ましい範囲は、１．５〜４．０質量％である。１．５質量％以上であれば酸素量が０．３重量％以下となり防錆の効果が得られ、４．０質量％以下であれば圧粉密度を６ｇ／ｃｍ３以上としつつ、適切な直流重畳特性の効果を得ることができるからである。また、Ｃｒの範囲を２．５〜４．０質量％とすると、十分な直流重畳特性の効果を得つつ、酸素量が０．２５重量％以下となりさらなる防錆の効果が得られる。
【００２４】
上述のように、本実施例のＦｅ−Ｃｒ系軟磁性合金粉末によれば、錆の発生を抑制しつつ、圧粉磁心の成形性及び直流重畳特性の向上を図ることができる。また、アトマイズ法により軟磁性合金粉末を製造することで、合金成分を制御しやすく、製造性の向上が図られる。
【００２５】
その他、一々例示はしないが、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で種々変更を加えた態様で実施し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施例の製造方法により製造された磁心を示す図である。
【図２】図１の磁心を用いたチョークコイルを説明する図である。
【図３】図１の磁心の製造工程を説明する工程図である。
【図４】図１の磁心を構成するためのＦｅ−Ｃｒ系軟磁性合金粉末のうちのＣｒの割合を変化させたものの評価実験に用いた試料の組成および測定結果をそれぞれ示す図表である。
【図５】成形性および防錆効果を評価するために、図４の圧粉密度および酸素量を抜き出して示すグラフである。
【図６】直流重畳特性および防錆効果を評価するために、図４の直流重畳特性および酸素量を抜き出して示すグラフである。
【符号の説明】
【００２７】
１０：磁心
１４：チョークコイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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