压粉磁芯及其制造方法

专利名称：压粉磁芯及其制造方法
技术领域：
本发明涉及在高频领域中，铁损耗、特别是涡电流损耗小，且具有高磁通量密度的压粉磁芯及其制造方法，特别涉及能够提高压粉密度同时避免用于除去成形变形的热处理的压粉磁芯的制造方法。
背景技术：
将铁等软磁性金属的粉末压缩成形而制作的压粉磁芯与使用电磁钢板等的层叠铁芯相比，制作时的材料成品率好，可以降低材料成本。另外，压粉磁芯由于形状的自由度高，因此通过铁芯形状的最佳设计，能够实现特性提高。进一步，在金属粉末中混合树脂粉末等绝缘物质并使其介于金属粉末间来提高绝缘性，从而能够大幅减少涡电流损耗，能够得到特别是在高频领域中表现出优异特性的铁
-I-H心。另一方面，由于压粉磁芯使树脂等绝缘物质介于软磁性粉末间，因此如果磁芯中所占的绝缘物质的量多，则具有每容积的软磁性粉末的量(填充系数(占積率))下降、磁通量密度下降这样的缺点。为了消除该缺点，下述专利文献1中公开了一种在软磁性粉末的表面上形成无机绝缘覆膜来提高软磁性粉末的绝缘性，从而降低树脂粉末的添加量的技术。近年来要求更进一步的磁特性的提高，下述专利文献2中提出了一种进一步降低树脂粉末的添加量的压粉磁芯。为了提高压粉磁芯的磁特性，需要提高磁芯中的软磁性粉末的填充系数，因此要求进行高密度化，进行了在IOOOMPa以上这样高的压力下将软磁性粉末压缩成形。但是，在高压力下进行压缩成形时，压粉磁芯中的残留压缩应力变大，导磁率、磁通量密度降低同时磁滞损耗增大。因此，为了提高压粉磁芯的磁特性，进行在小于烧结温度的温度下实施热处理来缓和压粉成形引起的变形、减小磁滞损耗，专利文献3中公开了将在被无机绝缘覆膜包覆的软磁性金属粉末中添加了少量的有机树脂粘合剂的混合粉末压缩成形，并对所得的压粉体进行热处理的压粉磁芯的制造方法。像这样的为了兼顾压粉磁芯的高磁通量密度和低铁损耗，提出了多种方法。专利文献1 日本特开平9-320830号公报专利文献2 日本特开2004-146804号公报专利文献3 日本特开2005-317937号公报

发明内容
如上所述，为了得到具有适宜磁特性的压粉磁芯，需要通过高密度压缩来提高软磁性粉末的填充系数，但提高成形压力时，为了除去因添加的树脂的固化、压缩成形所引起的变形，需要实施热处理。另外，容易产生金属模具的磨耗、破损等加工上的问题。进一步，对压粉磁芯实施用于除去残留应力的热处理时，根据上述专利文献3，为了适宜地除去应力并减少磁滞损耗，需要进行500°C前后的加热，但高温下的热处理有可能将有机树脂热分解，而且，通常耐热温度比有机树脂高的磷酸盐系无机绝缘覆膜等也有可能结晶化并凝聚，或者与软磁性金属反应。因此，如果为了降低磁滞损耗而在高温下实施热处理，则绝缘物质受损，比电阻显著降低，涡电流损耗增大，铁损耗反而升高。本发明的目的是通过简便的制造方法来提供一种在高磁场、高频领域中具有高磁通量密度和导磁率，同时铁损耗、特别是涡电流损耗小的压粉磁芯。另外，本发明的另一目的在于提供一种即使加上通常作为后工序的、在100 150°C左右实施的绕线后的树脂涂装或树脂制模等的热量，绝缘也不受损，能够维持高比电阻且不损害磁特性的压粉磁芯。为了解决上述课题，本发明人等进行了深入研究，结果发现了能够代替树脂粉末而形成软磁性粉末间的绝缘的、能够构成在高频领域中能够适宜地使用的压粉磁芯的绝缘原材料，从而完成本发明。根据本发明的一方式，主题是压粉磁芯的制造方法，具有准备含有软磁性粉末和相对于所述软磁性粉末为0. 1质量％以上的绝缘性粉末润滑剂的粉末混合物，在SOOMPa以下的成形压力下将所述粉末混合物成形为软磁性粉末的填充系数为93%以上的压粉体。另外，根据本发明的一方式，主题是压粉磁芯，具有含有软磁性粉末和相对于所述软磁性粉末为0. 1 0. 7质量％的绝缘性粉末润滑剂的粉末混合物的压粉体，所述压粉体中的软磁性粉末的填充系数为93%以上，比电阻为10000 μ Qcm以上。根据本发明，能够提供一种可抑制压粉磁芯的高密度成形中的应力变形的产生、 高频领域中的磁滞损耗小的压粉磁芯，由于无需缓和制造时加热处理所引起的应力变形， 因此可得到绝缘不受损、涡电流损耗和铁损耗小的压粉磁芯，即使在高频领域中也表现出适宜的磁特性。


图1是表示粉末润滑剂的添加量与压粉体的软磁性粉末的填充系数的关系的图。图2是表示粉末润滑剂的添加量与压粉体的比电阻的关系的图。图3是表示粉末润滑剂的平均粒径与压粉体的比电阻的关系的图。图4是表示关于(a)实施例4的试样1、(b)试样2的压粉体的B-H曲线的图。
具体实施例方式对由软磁性粉末和树脂粉末构成的压粉磁芯的磁特性与频率的关系进行研究，结果磁滞损耗随着频率升高而增大(例如参照前述专利文献2、表1和图幻。因此，为了得到在高频领域中表现出良好的磁特性的压粉磁芯，磁滞损耗的减少是重要的，在前述专利文献3中，为了减少高密度压缩时产生的应力变形所引起的磁滞损耗，通过实施热处理来缓和应力变形以应对。但是，如果热处理时产生加热引起的树脂的变质或分解，则会导致伴随着绝缘性下降的涡电流损耗和铁损耗的增加。为了防止这种状况，可以考虑利用绝缘性不会因为热处理而下降的耐热性的绝缘原材料粉末，但实际上，难以找到能够充分耐受对应力变形的缓和有效的500°C前后的加热的树脂原材料。因此，对可成为树脂粉末的代替物的绝缘性原材料进行了研究，结果判明，对于特定的原材料，可抑制高频领域中的磁滞损耗的增加，实质上可以不需要缓和热处理引起的应力变形，能够提供在高频领域表现出良好的磁特性的压粉磁芯。本发明中，利用作为树脂粉末的代替物的绝缘性粉末来构成压粉磁芯，用作代替物的绝缘性粉末是在粉末冶金中用作成形润滑剂的绝缘性的粉末润滑剂。也就是说，本发明的压粉磁芯由通过将软磁性粉末和绝缘性粉末润滑剂的粉末混合物压缩成形而得到的压粉体构成，不需要用于缓和应力变形的热处理。通常，在粉末冶金法的金属粉末的压粉成形中，作为用于提高粉末的压缩性、使从成形模的取出容易进行的成形润滑剂，可使用粉末润滑剂。粉末润滑剂有二硫化钼、云母等陶瓷，石墨等半金属，铜、镍等金属，作为有机酸的金属盐的金属皂(不溶于水的脂肪酸金属盐)，酰胺蜡等有机高分子等多种物质；石墨和金属类是导电性的，陶瓷、金属皂和有机高分子是绝缘性的。绝缘性的粉末润滑剂与以往的树脂粉末同样能够形成软磁性粉末的粒子间绝缘，能够使用其代替树脂粉末来制造压粉磁芯。为了适宜地形成绝缘，优选粉体的表面固有电阻为1. OX IO11 Ω左右以上的粉末润滑剂。另外，就粉末润滑剂而言，由于其润滑性而使加压成形时的应力产生下降，能够提高粉末的压缩性，因此为了高密度地进行成形所需要的成形压力减少，能够抑制应力变形的产生，因此可以不需要用于消除应力变形的热处理。粉末润滑剂根据种类不同，润滑性有所差别，在绝缘性的粉末润滑剂中，作为脂肪酸的金属盐的金属皂粉末在与软磁性粉末混合的状态下表现出特别高的润滑性，提高粉末的压缩性，因此容易进行高密度的成形。另外，由于即使进行高密度成形，应力变形的产生也减小，因此不需要用于消除应力变形的热处理。因此，使用金属皂粉末作为代替树脂粉末的绝缘性粉末时，可以适宜地构成高频领域中的磁滞损耗与使用树脂粉末的情况相比特别小的压粉磁芯。作为构成适宜的金属皂的脂肪酸，例如可举出硬脂酸、12-羟基硬脂酸、蓖麻油酸、山嵛酸、褐煤酸、月桂酸、棕榈酸等碳原子数12 观左右的饱和或不饱和脂肪酸类， 作为构成金属皂的金属，可举出锂、镁、钙、钡、锌、铝、钠、锶等。抑制应力变形的产生且可高密度成形的压粉体可以构成即使不实施热处理，磁滞损耗也小，在高磁场、高频领域中的磁特性良好的压粉磁芯。为了得到适于高频领域的压粉磁芯，优选适宜选择并使用在应力变形的抑制容易的SOOMPa以下、优选700MPa左右的成形压力下可达到软磁性粉末的填充系数为93%以上这样的高压缩性的绝缘性粉末润滑剂。另外，考虑对成形后的压粉磁芯实施树脂制模等之类的伴随加热的后处理时，为了在后处理后能够维持充分的磁特性，优选使用熔点或分解点比后处理温度高，具体约为 150°C以上的粉末润滑剂。因此，硬脂酸钡、硬脂酸锂、月桂酸钙、月桂酸钡等熔点为200°C以上的金属皂粉末在绝缘性和耐热性两点上特别优异，即使经过树脂制模等后处理也可得到保持了优异的磁特性的压粉磁芯。特别是硬脂酸钡和硬脂酸锂表现出优异的绝缘性，可以适宜地得到比电阻值为20000 μ Ω cm以上的压粉磁芯。绝缘性粉末润滑剂既可以是单独的物质也可以是混合物，还可以将1种或2种以上的金属皂粉末组合而使用。绝缘性粉末润滑剂可以含有不可避免的量的杂质，也可以根据需要配合抗氧化剂等添加剂。由于根据绝缘性粉末润滑剂的添加量不同，所得的压粉磁芯中的软磁性粉末的填充系数和比电阻值会变化，因此添加量可考虑软磁性粉末的填充系数和绝缘形成来适宜设定。优选以压粉磁芯的比电阻值为ΙΟΟΟΟμ Qcm以上、软磁性粉末的填充系数为93%以上的方式来构成，基于这一点，则绝缘性粉末润滑剂的添加量优选相对于软磁性粉末为 0. 1 0. 7质量％，更优选为0. 2 0. 5质量％。另外，所使用的绝缘性粉末润滑剂的粒径小时，容易在软磁性粉末间均勻地分散而发挥出良好的绝缘性，因此粉末润滑剂的平均粒径优选为45 μ m以下。使用这样的小粒径的金属皂粉末时，特别是高频领域中的压粉磁芯的涡电流损耗和铁损耗适宜减少。作为软磁性粉末，可使用纯铁，含有!^e-Si合金、Fe-Al合金、坡莫合金、森达斯特铁铝硅(sendust)等铁合金的铁系金属的粉末，纯铁粉在磁通量密度高、成形性等方面优异。为了得到适于高频用的高密度压粉磁芯，优选粒径为1 300 μ m左右的软磁性粉末。 如果使用通过化成处理在表面被磷酸盐等无机绝缘覆膜包覆的软磁性粉末，则由于对于压粉磁芯的涡电流损耗的减少有效，因此优选。关于被无机绝缘覆膜包覆的软磁性粉末，可以按照已知的方法在软磁性粉末的表面上形成绝缘性无机化合物的覆膜而使用，或者购入市售的被绝缘覆膜包覆的软磁性粉末制品而直接使用。例如，依据前述专利文献1，通过在铁粉末中混合含有磷酸、硼酸和镁的水溶液并进行干燥，可得到在Ikg铁粉末的表面上形成有0. 7 Ilg左右的无机绝缘覆膜的包覆软磁性粉末。如上所述，准备软磁性粉末和绝缘性粉末润滑剂并均勻地混合，将粉末混合物填充在金属模具内并进行加压压缩，从而将粉末混合物成形为压粉体，该压粉体可以直接用作压粉磁芯。为了在高频领域表现出优异的磁特性，压粉磁芯的软磁性粉末的填充系数优选为93%以上，为了这样高密度地进行压缩成形，通常需要IOOOMI^左右的高成形压力。 但是，本发明中，由于上述粉末润滑剂的高润滑性，因此粉末混合物的压缩性提高，能够在 600 SOOMPa左右的成形压力下进行上述那样的高密度成形。使用硬脂酸钡、硬脂酸锂作为粉末润滑剂时，700MPa以下的成形也容易，也可容易地得到软磁性粉末的填充系数为 94 96%的压粉体。在SOOMPa以下的成形压力下，能够将加压成形时所产生的应力变形控制在较低的水平，可得到残留的应力变形小的压粉体，因此，利用粉末润滑剂而提高压缩性的粉末混合物可以在较低的成形压力下高密度地压缩成形，且可以降低残留应力。因此， 所得的压粉体不需要用于应力缓和的热处理，即可作为压粉磁芯在高磁场、高频领域发挥出良好的磁特性。如上所述，压缩成形为软磁性粉末的填充系数为93%以上的压粉体会成为具有高磁通量密度、铁损耗低的压粉磁芯。由于所得的压粉磁芯即使不经过热处理，残留应力变形也小，因此最大导磁率高，即使在高磁场、高频领域的用途中，磁滞损耗也小。因此，可以适宜地用作电抗器(U 7々卜 > )、点火线圈(4 7 二 〃 * 3 > > )等的升压电路，扼流圈(f 3 一夕二 O )、噪声滤波器(7 〃 < 7 O夕)等高磁场、高频领域中所使用的电路的铁芯用。根据这样的用途来实施绕线、树脂涂装、树脂制模、部件装配等必要的加工处理，从而可作为各种制品提供。实施例1根据前述专利文献2，准备在平均粒径为75 μ m的纯铁粉末的表面上形成有磷酸盐化合物层的绝缘包覆粉末，作为粉末润滑剂，按照表1以相对于绝缘包覆粉末为0.1 0. 9质量％的比例添加混合平均粒径为10 μ m的硬脂酸钡粉末、硬脂酸锂粉末或硬脂酸锌中的任一种金属皂粉末。使用各混合粉末，在圆柱形状的成形金属模具中施加700MPa的成形压力而进行压缩成形，得到外径11. 3mm、高约IOmm的圆柱状压粉体。
对所得的各个压粉体测定压粉体中的软磁性粉末的填充系数和比电阻。将这些测定结果示于表1，将与粉末润滑剂的添加量的关系示于图1和图2的图。表1压粉体中的软磁性粉末的填充系数和比电阻
权利要求
1.一种压粉磁芯的制造方法，具有准备含有软磁性粉末和相对于所述软磁性粉末为0. 1质量％以上的绝缘性粉末润滑剂的粉末混合物，在SOOMPa以下的成形压力下将所述粉末混合物成形为软磁性粉末的填充系数为93% 以上的压粉体。
2.如权利要求1所述的压粉磁芯的制造方法，所述软磁性粉末包含铁粉末或铁合金粉末，所述绝缘性粉末润滑剂包含金属皂粉末。
3.如权利要求1或2所述的压粉磁芯的制造方法，所述金属皂粉末包含选自由硬脂酸钡和硬脂酸锂所组成的组中的至少一种。
4.如权利要求1 3中任一项所述的压粉磁芯的制造方法，所述软磁性粉末的表面被无机绝缘覆膜包覆。
5.如权利要求1 4中任一项所述的压粉磁芯的制造方法，进一步具有对所述压粉体实施伴随150°C以下的加热的后处理，所述绝缘性粉末润滑剂是熔点超过所述后处理的温度的金属皂粉末。
6.如权利要求1 5中任一项所述的压粉磁芯的制造方法，所述绝缘性粉末润滑剂的平均粒径为45 μ m以下，以相对于软磁性粉末为0. 7质量％以下的比例添加。
7.一种压粉磁芯，其具有含有软磁性粉末和相对于所述软磁性粉末为0. 1 0. 7质量％的绝缘性粉末润滑剂的粉末混合物的压粉体，所述压粉体中的软磁性粉末的填充系数为93%以上，比电阻为10000 μ Qcm以上。
8.如权利要求7所述的压粉磁芯，所述软磁性粉末为铁粉末或铁合金粉末，且表面被无机绝缘覆膜包覆，所述绝缘性粉末润滑剂的平均粒径为45 μ m以下，是选自由硬脂酸钡和硬脂酸锂所组成的组中的至少一种的金属皂粉末。
9.如权利要求7或8所述的压粉磁芯，其与选自由电抗器、点火线圈、扼流圈和噪声滤波器所组成的组中的电路组合。
全文摘要
在800MPa以下的成形压力下将含有软磁性粉末和相对于该软磁性粉末为0.1质量％以上的绝缘性粉末润滑剂的粉末混合物成形为软磁性粉末的填充系数为93％以上的压粉体，可将该压粉体用作压粉磁芯。压粉磁芯的比电阻为10000μΩcm以上。使用硬脂酸钡或硬脂酸锂等的金属皂粉末作为绝缘性粉末润滑剂。
文档编号B22F1/02GK102473517SQ201080033369
公开日2012年5月23日 申请日期2010年7月8日 优先权日2009年7月23日
发明者村松康平, 石原千生, 谷中雅树 申请人:日立粉末冶金株式会社