(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉが８ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下、Ａｌが４ｗｔ％以上６ｗｔ％以下であり、残りがＦｅ及び不可避な不純物からなる軟磁性合金粉末に、シリコーン樹脂、シラン系カップリング剤、チタン系カップリング剤、クロム系カップリング剤、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3のいずれか、からなる絶縁性結着材を添加し、加圧して成形体とした後、熱処理を施した複合磁性体の製造方法であり、前記熱処理は、前記軟磁性合金の相変態点より高温の温度帯である９００℃以上１１００℃以下で熱処理した後、前記相変態点より低温の温度帯である６５０℃以上８５０℃以下で熱処理を行う複合磁性体の製造方法。
【請求項２】
前記相変態点より低温での熱処理の、温度帯を８５０℃から６５０℃へ冷却する工程とし、且つ冷却速度を５℃／ｍｉｎ以下とする請求項１に記載の複合磁性体の製造方法。
【請求項３】
Ｆｅ、Ｓｉ及びＡｌを含む軟磁性合金粉末の平均粒径が１μｍ以上１００μｍ以下である請求項１または２に記載の複合磁性体の製造方法。
【請求項４】
前記熱処理は窒素雰囲気中で行う、請求項１に記載の複合磁性体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はチョークコイルの圧粉磁芯などとして用いられる複合磁性体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の複合磁性体の製造方法としては、Ｆｅを主成分としたＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ型の軟磁性合金粉末表面にチタン系酸化被膜を絶縁膜として形成させ、粘性のある水ガラスを結着材として添加し、加圧して成形体とした後、５００℃から１１００℃で熱処理することがあげられる。
【０００３】
前記熱処理は、加圧成形時に生じる結晶歪を取り除くためのものであり、この結晶歪除去の効果は処理温度が高いほど有効である。ここで、従来の圧粉磁芯の製造方法で温度の上限が１１００℃となっているのは、あまりに高温になると絶縁膜であるチタン系酸化被膜が劣化し粒子間の絶縁が低下するため、絶縁膜の耐熱温度を処理温度の上限としたためである。また、温度の下限が５００℃となっているのは、一般的に金属材料の結晶歪の回復は融点の１／２以上の温度であることを考慮したためである。
【０００４】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献としては、例えば特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開平７−２９７０１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の製造方法では、高透磁率を実現するには不十分であった。それは、前記熱処理工程において、結晶歪を取り除くために温度を上げていくと、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金の相変態点より高温となってしまい、その結晶が規則相から不規則相へと相変態を起こし、そのまま冷却すれば残存した不規則相によって透磁率が低下するためである。また、このような不規則相への相変態を避けるため低温で熱処理を行うと、結晶歪を十分に取り除くことができず、この場合も結局透磁率が低下することとなる。すなわち、従来のように熱処理工程を一回で行う限り、高温にすれば不規則相によって透磁率は低下し、低温にすれば結晶歪によって透磁率は低下し、結局高い透磁率を得ることができないのであった。
【０００６】
そこで本発明は、高透磁率の複合磁性体を製造することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そしてこの目的を達成するために、本発明は、Ｓｉが８ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下、Ａｌが４ｗｔ％以上６ｗｔ％以下であり、残りがＦｅ及び不可避な不純物からなる軟磁性合金粉末に、シリコーン樹脂、シラン系カップリング剤、チタン系カップリング剤、クロム系カップリング剤、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3のいずれか、からなる絶縁性結着材を添加し、加圧して成形体とした後、熱処理を施した複合磁性体の製造方法であり、前記熱処理は、前記軟磁性合金の相変態点より高温の温度帯である９００℃以上１１００℃以下で熱処理した後、前記相変態点より低温の温度帯である６５０℃以上８５０℃以下で熱処理を行うことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成によれば、最初の熱処理では、相変態点より高温にするため、結晶歪が取り除かれる一方で規則相が不規則相へと相変態を起こすが、その後の相変態点より低温での第二熱処理を行えば、不規則相が再び規則相へと相変態を起こし、各構成元素が秩序立って配列された結晶構造とすることができる。したがって、高い透磁率を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００１０】
（実施の形態１）
本発明における複合磁性体として外径１５ｍｍ、内径１０ｍｍ、高さ３ｍｍ程度のトロイダルコアを例にあげ、請求項１乃至４に記載の実施例を以下に説明する。
【００１１】
まず、組成が重量％で９．３ｗｔ％Ｓｉ−５．５ｗｔ％Ａｌ−ｂａｌ．Ｆｅであり、平均粒径が２２μｍの軟磁性合金粉末に、シリコーン樹脂を添加し混練・分散し乾燥させて、平均粒径１００μｍから２００μｍ程度の二次粒子を作製した。次にこの二次粒子を１２ｔｏｎ／ｃｍ2にて加圧成形を行い、その後アルゴン雰囲気において（表１）記載の温度条件にて２段階の熱処理を行った。前記シリコーン樹脂と軟磁性合金粉末の重量比は１．２：１００とした。
【００１２】
なお、本発明に用いられる軟磁性合金粉末の組成は、前記の比率に限定されるのではないが、Ｓｉが８ｗｔ％以上１２ｗｔ％以下、Ａｌの含有量が４ｗｔ％以上６ｗｔ％以下であり、残りがＦｅ及び不可避な不純物からなることが好ましい。これは、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金の場合、各構成元素の含有量をこの組成範囲とすることで高い透磁率と低い保磁力が得られるからである。
【００１３】
本実施形態における熱処理雰囲気としてはアルゴンを用いたが、その他窒素、水素ガス雰囲気等の非酸化性雰囲気でもよい。しかし、酸化性雰囲気では軟磁性合金粉末の表面に分厚い酸化被膜が形成され、透磁率が低下するため好ましくない。
【００１４】
本実施形態における絶縁性結着材としてはシリコーン樹脂を用いたが、例えばシラン系、チタン系、クロム系等カップリング剤、又ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3等酸化物粉末などでもよく、より好ましくは安価で分散性の良い、シラン系、チタン系、クロム系等カップリング剤、シリコーン樹脂が良い。また、熱処理は非常に高温で行われるため、これらの絶縁性結着材は熱分解すると考えられるが、シリコーン樹脂のように熱分解しても酸化物として軟磁性合金粉末表面に残存するものが好ましい。軟磁性合金粉末間の絶縁性と成形体強度とを確保するためである。
【００１５】
また、絶縁性結着材の粘性を上げ成形しやすくしたり、圧縮時における成形体強度をさらに増強したりするため、軟磁性合金粉末と絶縁性結着材とを混合した後、副成分として、例えばエポキシ樹脂やアクリル樹脂、またはブチラール樹脂などをして添加し混練することも可能である。
【００１６】
本発明における加圧成形方法は特に限定されるものではなく、通常の加圧成形法が用いられる。成形圧力としては５〜２０ｔｏｎ／ｃｍ2の範囲が好ましい。５ｔｏｎ／ｃｍ2より低いと金属磁性粉末の充填率が低くなり、高い透磁率が得られないためである。一方、２０ｔｏｎ／ｃｍ2より高いと加圧成形時の金型強度を確保するため金型が大型化し、また、成形圧力を確保するためプレス機も大型化してしまう。したがって、金型およびプレス機の大型化により生産性が低くなり、コストアップにつながる。
【００１７】
また、得られたサンプルについて直流を重畳して流したときの透磁率（以下直流重畳特性という。）を測定した。さらに、圧粉磁芯の磁気特性の一つであるコア損失についても評価を行った。直流重畳特性については、印加磁場４５Ｏｅ、周波数１２０ｋＨｚにおける透磁率をＬＣＲメータにて測定し評価した。コア損失は交流Ｂ−Ｈカーブ測定機を用いて測定周波数１２０ｋＨｚ、測定磁束密度０．１Ｔで測定を行った。得られた結果を（表１）に示す。
【００１８】
【表１】
0004640097.tif 000002
【００１９】
（表１）より請求項１乃至４記載の発明において第一熱処理の温度範囲が９００〜１１００℃であり、かつ第二熱処理の温度範囲が６５０〜８５０℃の場合に、高い透磁率を達成できることがわかる。
【００２０】
この理由は、以下のように考えられる。
【００２１】
本発明における軟磁性合金粉末における規則−不規則変態点は８５０〜９００℃の範囲に存在していると考えられる。９００℃以上で行う第一の熱処理では、十分高温のため、結晶歪を取り除くことができる一方で、相変態点を超える温度域のため、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金の規則相が不規則相へと相変態する。
【００２２】
しかし、その後の８５０℃以下で行う第二の熱処理は変態点より低い温度域であるから、残留した不規則相を再び相変態させ、規則化の度合いを高めることができる。よって本発明における２段階熱処理では結晶歪が少なく且つ規則化度合いの高い状態とすることが可能であり、高い透磁率を実現し得る。また、結晶歪が少ないと保磁力が低下し、ヒステリシス損失を減少させることができる。
【００２３】
なお、結晶歪とは本来原子があるべき位置の原子が抜けている場合（空孔）や、本来は原子が存在しないところに原子がある場合（格子間原子）、または転位があることをいい、不規則相とは、結晶構造における元素の位置は正しいが、合金の各構成元素の原子配置が不規則であることをいう。
【００２４】
（実施の形態２）
本発明における複合磁性体として外径１５ｍｍ、内径１０ｍｍ、高さ３ｍｍ程度のトロイダルコアを例にあげ、請求項５に記載の実施例を以下に説明する。
【００２５】
まず、組成が重量％で８．６ｗｔ％Ｓｉ−５．９ｗｔ％Ａｌ−ｂａｌ．Ｆｅであり、平均粒径が２４μｍの軟磁性合金粉末に、シランカップリング剤とブチラール樹脂を添加し混練・分散し、乾燥させて、平均粒径１００μｍから２００μｍ程度の粒子を作製した。次にこの粒子を１５ｔｏｎ／ｃｍ2にて加圧成形を行い、その後窒素雰囲気において（表２）記載の温度条件にて２段階の熱処理を行った。前記シランカップリング剤と軟磁性合金粉末の重量比は０．８：１００であり、前記シリコーン樹脂と軟磁性合金粉末の重量比は１．２：１００とした。
【００２６】
得られたサンプルについて直流重畳特性、コア損失について評価を行った。直流重畳特性については、印加磁場５０Ｏｅ、周波数１２０ｋＨｚにおける透磁率をＬＣＲメータにて測定し評価した。コア損失は交流Ｂ−Ｈカーブ測定機を用いて測定周波数１２０ｋＨｚ、測定磁束密度０．１Ｔで測定を行った。得られた結果を（表２）に示す。
【００２７】
【表２】
0004640097.tif 000003
【００２８】
（表２）より本発明の請求項５に記載の発明において第一熱処理の温度範囲が９００℃〜１１００℃であり、かつ第二熱処理では８５０℃から６５０℃へと、５℃／ｍｉｎの冷却速度で冷却しながら処理をする場合に、高い透磁率を達成できることがわかる。また、結晶歪が少ないと保磁力が低下し、ヒステリシス損失を減少させることができる。
【００２９】
実施の形態１で示したような２段階の熱処理では、第一熱処理の後温度を下げる必要があり、この時の冷却速度は透磁率に大きく影響する。すなわち、６５０〜８５０℃の範囲では、不規則相の規則化が進むため、冷却速度を５℃／ｍｉｎ以下に制御すれば金属磁性粉末を規則化度合いの高い状態とすることが可能である。また冷却過程において上記温度範囲外の冷却速度を５℃／ｍｉｎ以下に制御する必要はなく、熱処理時間の短縮によるコストダウンにつながる。
【００３０】
（実施の形態３）
本発明における複合磁性体として外径１５ｍｍ、内径１０ｍｍ、高さ３ｍｍ程度のトロイダルコアを例にあげ、請求項６に記載の実施例を以下に説明する。まず、組成が重量％で９．９ｗｔ％Ｓｉ−４．９ｗｔ％Ａｌ−ｂａｌ．Ｆｅであり、平均粒径が（表３）記載の軟磁性合金粉末に、チタンカップリング剤とアクリル樹脂を添加し混練・分散し乾燥させて、平均粒径１００μｍから２００μｍ程度の粒子を作製した。次にこの粒子を１４ｔｏｎ／ｃｍ2にて加圧成形を行い、その後アルゴン雰囲気において９７０℃で一時間第一熱処理をし、その後８００℃で第二熱処理を行った。前記チタンカップリング剤と軟磁性合金粉末の重量比は０．９：１００であり、前記アクリル樹脂と軟磁性合金粉末の重量比は０．９：１００とした。
【００３１】
得られたサンプルについて直流重畳特性、コア損失について評価を行った。直流重畳特性については、印加磁場４０Ｏｅ、周波数１２０ｋＨｚにおける透磁率をＬＣＲメータにて測定し評価した。コア損失は交流Ｂ−Ｈカーブ測定機を用いて測定周波数１１０ｋＨｚ、測定磁束密度０．１Ｔで測定を行った。得られた結果を（表３）に示す。
【００３２】
【表３】
0004640097.tif 000004
【００３３】
（表３）より本発明の請求項６記載の発明において、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金粉末は、平均粒径が１μｍから１００μｍのものが好ましいことがわかる。これは粒径が１μｍより小さいと成形密度が低くなり、透磁率が低下してしまうからである。また、１００μｍより大きいと透磁率は高くなるが、高周波での過電流損失が大きくなってしまうため好ましくない。実際には、透磁率と損失との兼ね合いを考慮し、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金粉末としては３〜６０μｍのものがより好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明にかかる複合磁性体の製造方法は、高い透磁率を達成できるため、特にトランスコア、チョークコイル、あるいは磁気ヘッド等に用いられる磁性材料として有用である。