(57)【要約】【課題】絶縁性の結合樹脂を混合した鉄粉を圧縮成形し、加熱処理して作られる圧粉磁心において、より高い磁束密度を有し、鉄損はできるだけ低く、しかも切削加工やドリル孔開け加工を行う場合に、割れや欠損を生じない圧粉磁心を提供する。【解決手段】アトマイズ鉄粉及び還元鉄粉と熱可塑性ポリイミド粉末又は熱可塑性ポリイミド及びポリテトラフルオロエチレン粉末の混合物を圧縮成形する。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄粉と樹脂粉の混合物を圧縮成形した圧粉磁心において、前記鉄粉がアトマイズ鉄粉及び還元鉄粉で、前記樹脂粉が熱可塑性ポリイミド粉末又は熱可塑性ポリイミド及びポリテトラフルオロエチレン粉末であることを特徴とする圧粉磁心。
【請求項２】
鉄粉と樹脂粉の混合物を圧縮成形した圧粉磁心において、前記鉄粉がアトマイズ鉄粉と還元鉄粉とを含み、還元鉄粉が鉄粉質量の５〜５０質量％であり、前記樹脂粉が熱可塑性ポリイミドでその含有量が全質量の０．３質量％以下であることを特徴とする圧粉磁心。
【請求項３】
鉄粉と樹脂粉の混合物を圧縮成形した圧粉磁心において、前記鉄粉がアトマイズ鉄粉と還元鉄粉とを含み、還元鉄粉が鉄粉質量の５〜５０質量％であり、前記樹脂粉が熱可塑性ポリイミド及びポリテトラフルオロエチレン粉末で、これら樹脂粉の合計含有量が全質量の０．３質量％以下であることを特徴とする圧粉磁心。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、圧粉磁心に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
モータの鉄心やトランスコア用として、磁性粒子を高純度の鉄粉とした圧粉磁心は、比較的高い磁束密度で鉄損が低いことが知られている。
このような圧粉磁心は、絶縁性の結合樹脂を混合した鉄粉を圧縮成形し、加熱処理して作られ、孔開け加工やねじ加工を施すことがある。
磁束密度は圧粉磁心の密度に依存するので、用いられる鉄粉はより高い密度が得られるアトマイズ鉄粉が用いられ、この鉄粉の表面には、圧粉磁心の鉄損を低くするため、燐酸化合物被膜が施されている。このような鉄粉はヘガネス社製の商品名Ｓｏｍａｌｏｙ５００が挙げられる。
樹脂は、熱硬化性フェノール、熱可塑性ポリアミド、エポキシ、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド（以下、ＰＰＳという。）等、各種の提案がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような圧粉磁心は、用いられる周波数が比較的高いものとなっており、より高い磁束密度が得られ、かつ鉄損はできるだけ低いものの要求が高まっている。また、従来の圧粉磁心は、切削加工やドリル孔開け加工を行うと、割れや欠損を生じ易いことも解決すべき課題となっている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
これらの課題を解消すべく検討を重ねた結果、鉄粉及び結合樹脂の選定や添加量等を工夫することにより上記の課題を解消できるとの確証に至り、本発明を完成した。
【０００５】
請求項１の発明は、鉄粉と樹脂粉の混合物を圧縮成形した圧粉磁心において、前記鉄粉がアトマイズ鉄粉及び還元鉄粉で、前記樹脂粉が熱可塑性ポリイミド樹脂（以下、熱可塑性ＰＩという。）粉末、又は熱可塑性ＰＩ及びポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥという。）粉末であることを特徴とする。
【０００６】
請求項２の発明は、鉄粉と樹脂粉の混合物を圧縮成形した圧粉磁心において、前記鉄粉がアトマイズ鉄粉と還元鉄粉とを含み、還元鉄粉が鉄粉質量の５〜５０質量％であり、前記樹脂粉が熱可塑性ＰＩで全質量に占める含有量が０．３質量％以下であることを特徴とする。
【０００７】
請求項３の発明は、鉄粉と樹脂粉の混合物を圧縮成形した圧粉磁心において、前記鉄粉がアトマイズ鉄粉と還元鉄粉とを含み、還元鉄粉が鉄粉質量の５〜５０質量％であり、前記樹脂粉が熱可塑性ＰＩ及びＰＴＦＥ粉末で、これら樹脂粉の合計含有量が全質量の０．３質量％以下であることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以上の発明を実施の形態及び実施例により詳しく説明する。
まず、実験に使用した粉末、圧粉磁心試料の製作方法及び特性の測定方法は次の通りである。
１．鉄粉
（１）へガネス社製の表面に燐酸系の極薄い絶縁被膜が形成された粒度２００μｍ以下のアトマイズ鉄粉
（２）へガネス社製の表面に燐酸系の極薄い絶縁被膜が形成された粒度２００μｍ以下の還元鉄粉
２．樹脂粉末
（１）熱可塑性ＰＩ粉末：平均粒径２０μｍ
（２）ＰＴＦＥ粉末：平均粒径５μｍ
３．粉末成形
温度１００℃に加熱された成形金型の内面に成形潤滑剤粉末をアルコールに分散した液を塗布、乾燥し、加熱された混合粉を充填し、１５６０ＭＰａの圧力で圧縮成形した。
４．成形体の熱処理
熱可塑性ＰＩを含む成形体は、窒素ガス中の温度４００℃で１時間加熱した。
５．試料
熱処理体の内径及び端面を切削加工し、内径１０ｍｍ、外径２３ｍｍ、高さ１０ｍｍの円筒形状とした。
６．特性
（１）磁束密度（Ｔ）は、磁場８０００Ａ／ｍにおける測定値である。
（２）鉄損（ｋＷ／ｍ３）は、印加磁束密度０．２５Ｔ（テスラー）、周波数５ｋＨにおける測定値である。
（３）圧環強さ（ＭＰａ）は、ＪＩＳ　Ｚ２５０７−１９７９「焼結含油軸受の圧環強さ試験方法」による。
（４）密度（Ｍｇ／ｍ３）は、ＪＩＳ　Ｚ２５０５−１９７９「焼結金属材料の焼結密度試験方法」による。
【０００９】
この発明は、実験により得られた下記のような知見を応用している。
（１）アトマイズ鉄粉を用いた圧粉磁心が切削加工性に課題があるのは、アトマイズ鉄粉の粉末の比表面積が比較的小さいため、切削したとき鉄粉粒子の脱落が容易であるためと考えられる。
（２）還元鉄粉を用い、同様に製作した圧粉磁心を切削加工した加工面はきれいなものとなる。ただし、還元鉄粉を用いると、圧縮性が比較して悪いため、圧粉磁心の磁束密度が劣る。
（３）結合樹脂は、ＰＰＳや熱可塑性ＰＩを用いると密度が高く磁束密度の高い圧粉磁心となるが、より鉄粒子間の絶縁性が良く鉄損がより低いものは熱可塑性ＰＩである。
（４）結合樹脂の含有量が多いほど鉄損が低くなるが、全質量において０．３質量％を越えると高い密度が得られ難くなり、従って高い磁束密度が得られ難くなる。
【００１０】
このような知見をもとに、アトマイズ鉄粉と還元鉄粉の混合物とすると共に、結合樹脂の含有量との組合せにおいて、磁束密度、鉄損、切削加工性のそれぞれの好適な条件を実験結果をもとにして検討する。
以下、特性グラフにより説明する。図１から図４は、鉄粉としてアトマイズ鉄粉のみと、アトマイズ鉄粉と還元鉄粉の混合割合を変化させたもの、及び樹脂として熱可塑性ＰＩ粉末を用いて樹脂含有量を変化させた組合せで作られた圧粉磁心の各種特性を示したものである。
【００１１】
まず、図１は圧粉磁心の密度で、還元鉄粉の量が増加すると密度が低くなり、樹脂含有量が増加すると密度が低くなっている。
また、図２は圧粉磁心の磁束密度で、図１の密度と同様に、還元鉄粉の量が増加、及び樹脂含有量が増加すると磁束密度が低くなる。密度と磁束密度とは、樹脂量及び還元鉄粉の量にかかわらず、おおよそ相関関係にあり、密度７．５２Ｍｇ／ｍ３のとき磁束密度１．６０Ｔ、密度が７．５５Ｍｇ／ｍ３のとき磁束密度が１．７Ｔ、密度が７．６１Ｍｇ／ｍ３のとき磁束密度１．８Ｔとなっている。また、還元鉄粉が５０質量％以下において、樹脂含有量が０．１５質量％以下のとき磁束密度が１．８Ｔ以上、樹脂含有量が０．３質量％以下のとき磁束密度が１．６５Ｔ以上を示している。
これと比較する圧粉磁心として、鉄粉がアトマイズ鉄粉で、樹脂がＰＰＳで０．３質量％含有するものの場合、磁束密度が１．７Ｔ程度である。樹脂が熱可塑性ＰＩでは、図２の還元鉄粉の量が０質量％で樹脂量０．３質量％の磁束密度が１．７９Ｔであるから、樹脂が熱可塑性ＰＩの方が優れていることが分かる。
磁束密度の高い圧粉磁心を得るには、樹脂の含有量が少なく、還元鉄粉の含有量が少ないものとすればよいことが分かる。
【００１２】
次に、図３は圧粉磁心の鉄損で、還元鉄粉の含有量が増加すると鉄損が高くなる。一方、樹脂量が多いほど鉄損が低くなり好ましくなる。樹脂量は０．３質量％を越えて含有していても鉄損は僅かに低下するだけである。
また、より一層低い鉄損を目標にする場合は、図３から次の領域にすればよいことが分かる。例えば、鉄損が約３５００ｋＷ／ｍ３以下を得るには、還元鉄粉の量が１０質量％では樹脂含有量が約０．０８質量％以上、還元鉄粉の量が２０質量％では樹脂含有量が約０．１２５質量％以上、還元鉄粉の量が３０質量％では樹脂含有量が約０．１５質量％以上の領域にある含有量の組合せにすればよい。換言すると、鉄粉はアトマイズ鉄粉と還元鉄粉との混合物で還元鉄粉が鉄粉質量の３０質量％以下とし、そして、熱可塑性ＰＩは、全質量に占める含有量が０．３質量％以下で、且つ還元鉄粉量１０質量％のとき樹脂含有量０．０８質量％及び還元鉄粉量が３０質量％のとき樹脂含有量０．１５質量％である比例関係から求められる樹脂含有量より多い樹脂含有量にすることである。
【００１３】
図４は圧粉磁心の圧環強さである。還元鉄粉の含有量が増加すると圧環強さが向上する。
一方、樹脂含有量が多いと圧環強さが低くなる。
【００１４】
次に、旋盤により切削加工した圧粉磁心の外観を観察した結果は、還元鉄粉の含有量が５質量％以上で切削面が改善され、還元鉄粉が多くなるほど加工面がきれいになり欠け発生が無くなる。
【００１５】
以上の結果を取り纏めると次の通りである。
（１）アトマイズ鉄粉に還元鉄粉が混合されたものは、圧環強さが高く、切削加工による欠損がなくなり、還元鉄粉の量が５質量％以上で効果がある。
（２）樹脂粉は、熱可塑性ＰＩを用いると磁束密度が高いものとなる。
（３）磁束密度は、還元鉄粉量が５０質量％以下で、樹脂含有量が０．１５質量％以下のとき、磁束密度を１．８Ｔ以上、樹脂含有量が０．３質量％以下のとき、磁束密度を１．６５Ｔ以上が得られる。後者の磁束密度は、アトマイズ鉄粉とＰＰＳからなる圧粉磁心より約３％程度低いが、還元鉄粉の含有によって切削加工性がよい特長を兼ね備えている。
（４）鉄損は、還元鉄粉の含有量が少なく、樹脂の含有量が多いものが低い値を示す。樹脂の含有量を０．３質量％より多くしても効果が伴わない。
（５）これらのことから、鉄粉がアトマイズ鉄粉及び還元鉄粉、樹脂が熱可塑性ＰＩであって、還元鉄粉が鉄粉質量の５〜５０質量％、熱可塑性ＰＩが全質量の０．３質量％以下となっていることを発明の範囲とする。
【００１６】
次に、前記の圧粉磁心より高い密度が得られ、鉄損が低い圧粉磁心について説明する。
混合粉を圧縮成形するときの鉄粉粒子同士の潤滑を改善すると高い密度を得ることが容易になり、磁束密度をより高いものとすることができる訳であるが、このような粉末成形潤滑剤としては雲母、黒鉛、二硫化モリブデン、ＰＴＦＥが知られているが、樹脂系材料のＰＴＦＥを選択する。
【００１７】
実験方法は、前述したアトマイズ鉄粉と還元鉄粉の両方及び熱可塑性ＰＩを含む圧粉磁心の熱可塑性ＰＩの含有量の半分をＰＴＦＥに置き換えた圧粉磁心を同様な手順と方法で製作して特性を調べ、ＰＴＦＥを含まないものと比較する。還元鉄粉の含有量を１０質量％及び３０質量％とし、樹脂含有量は０．１５質量％とした場合の結果を表１に示す。
【００１８】
ＰＴＦＥを含むと、混合粉の圧縮性が良くなり、密度が０．０１Ｍｇ／ｍ３高くなる結果、磁束密度が０．０２Ｔ高くなっている。換言すると、圧縮成形の圧力を低くする選択肢が増えることにもなる。また、鉄損が僅かに低くなっており、このことはＰＴＦＥが熱可塑性ＰＩと比較して絶縁性がよいことを表している。
前記の説明では、熱硬化性ＰＩとＰＴＦＥの割合は質量で１：１としたが、密度を高くし鉄損を低くする効果があるので例えば３：１としたり、１：３にすることができる。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
【発明の効果】
この発明によれば、圧粉磁心の切削加工性が良好なものであるから、複雑な形状或いは寸法精度が必要な圧粉磁心部品を切削加工して仕上げるような場合に特に好適であり、しかも高い磁束密度で鉄損の低いものを提供することができるので、圧粉磁心を用いた電磁部品の小型化や消費電力が少ない電磁製品を製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】還元鉄粉及び樹脂の含有量と密度の関係を示すグラフである。
【図２】還元鉄粉及び樹脂の含有量と磁束密度の関係を示すグラフである。
【図３】還元鉄粉及び樹脂の含有量と鉄損の関係を示すグラフである。
【図４】還元鉄粉及び樹脂の含有量と圧環強さの関係を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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