Die vorliegende Erfindung betrifft einen Pulverkern welcher als Magnetkerne für Transformatoren, Induktoren usw., und als Kerne für Motoren verwendet wird, und der für andere elektromagnetische Teile verwendet wird, ein Pulver, welches zur Herstellung des Pulverkerns verwendet wird, und ein Verfahren zur Herstellung des Pulverkerns.

Neueste Größenreduzierungen von elektrischen- und elektronischen Anlagen führten zu einem Bedarf an kleinen, jedoch hocheffizienten Pulverkernen. Für einen Pulverkern werden Ferritpulver und ferromagnetische Metallpulver verwendet. Die ferromagnetischen Metallpulver weisen eine höhere Sättigung der magnetischen Flussdichte auf als die Ferritpulver und ermöglichen es, dass die Kerngrößen kleiner werden. Jedoch, führt niedriger elektrischer Widerstand zu einer Zunahme des Wirbelstromverlusts des erhaltenen Kerns. Aus diesem Grund sind gewöhnlich Isolier-Abdeckschichten auf den Oberflächen von ferromagnetischen Metallteilchen im Pulverkern vorgesehen.

In einem gewöhnlichen Herstellungsverfahren von Pulverkernen wird im Allgemeinen nach dem Gießen ausgeglüht, da die Koerzitivkraft durch Spannungen, welche während des Gießens entstehen, erhöht wird, was zu einem Fehler im Erhalt hoher Durchlässigkeit und einem erhöhten Hystereseverlust führt. Um eine ausreichende Freisetzung von Spannungen aus den ferromagnetischen Metallteilchen zu bewirken, müssen sie bei hohen Temperaturen (von z.B. 550°C oder höher) ausgeglüht werden. Bisher wurden häufig Phenol- oder Siliconharz, welche eine relativ hohe Hitzebeständigkeit aufweisen, als Isoliermaterial verwendet. Jedoch wird, sogar dann, wenn diese Harze verwendet werden, die Isolierung zwischen den ferromagnetischen Metallteilchen wegen erhöhter Harzverluste bei einer Wärmebehandlung bei 550°C oder höher schwach. Die schwache Isolierung führt wiederum zu einigen bemerkenswerten Wirbelstromverlusten in einem Hochfrequenzbereich, was zu erhöhten Kernverlusten führt und wodurch eine Verschlechterung der Abhängigkeit der Durchlässigkeit von der Frequenz bewirkt wird.

DE-A-2827490 offenbart ein ferromagnetisches Pulver für Pulverkerne, umfassend Eisen, ein Phenolharz als Bindemittel und Calciumstearat oder ein anderes Stearinsäuresalz als Schmiermittel.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Pulverkern zu erzielen, der eine hohe Sättigung der magnetischen Flussdichte, geringe Verluste und eine zufriedenstellende Durchlässigkeit bei verbesserter Frequenzabhängigkeit aufweist.

Eine solche Aufgabe wird durch die nachstehend definierten Erfindungen (1) bis (3) erzielt.

• (1) Ein ferromagnetisches Pulver für Pulverkerne, umfassend ein ferromagnetisches Metallpulver, ein Isoliermaterial, ein Sol und ein Schmiermittel, wobei:
  
  das Isoliermaterial ein Phenolharz und/oder ein Siliconharz umfasst,
  
  das Schmiermittel mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Magnesiumstearat, Calciumstearat, Strontiumstearat und Bariumstearat, umfasst,
  
  und das Sol ein Titanoxidsol und/oder ein Zirkoniumoxidsol umfasst.
• (2) Ein Pulverkern, welcher durch Druckformen des wie in (1) genannten ferromagnetischen Pulvers für Pulverkerne erhalten wird.
• (3) Ein Herstellungsverfahren für Pulverkerne, umfassend die Schritte: Druckformen eines wie in (1) genannten ferromagnetischen Pulvers für Pulverkerne und dann Wärmebehandeln des so gebildeten ferromagnetischen Kernpresslings bei 550 bis 850°C.

Das ferromagnetische Pulver für Pulverkerne der Erfindung umfasst ein ferromagnetischen Metallpulver mit einer höheren Sättigung der magnetischen Flussdichte als Ferrit und ferner ein Isoliermaterial und ein Schmiermittel. In der Erfindung werden mindestens das Phenolharz und/oder das Siliconharz als Isoliermaterial und mindestens die vorstehende spezifische Verbindung, ausgewählt aus zweiwertigen Metallsalzen der Stearinsäure als Schmiermittel verwendet.

Selbst wenn der durch Druckformen des ferromagnetischen Pulvers für Pulverkerne erhaltene Pulverkern der Erfindung, zum Zweck der Verbesserung seiner magnetischen Eigenschaften bei 550 bis 850°C ausgeglüht wird, ist er weniger anfällig für einen Isolierungsqualitätsverlust. Wenn das Isoliermaterial oder das Phenolharz oder das Siliconharz einzeln, d.h. nicht in Verbindung mit dem vorstehend erwähnten spezifischen zweiwertigen Metallsalz der Stearinsäure verwendet werden, erfolgt der Isolierungsqualitätsverlust beim Ausglühen bei hohen Temperaturen. Dieses Ergebnis scheint zu lehren, dass das spezifische zweiwertige Metallsalz der Stearinsäure eine Wirkung auf die Reduzierung von Harzverlusten beim Hochtemperaturausglühen aufweist. Diese Erfindung ist die erste, die diese Gegebenheit herausfindet.

Die Erfindung erzielt somit sowohl die Wirkungen beim Hochtemperaturausglühen, d.h. die Wirkungen der Reduzierung von Hystereseverlusten und Durchlässigkeitsqualitätsverlust aufgrund des Abbaus von während der Pulverisierung und Ausformung aus dem ferromagnetischen Metallpulver hervorgerufenen Spannungen, als auch die Wirkungen bei der Beibehaltung der Isolierung, d.h. die Wirkungen auf die Verringerung von Wirbelstromverlust und Verbesserung der Abhängigkeit der Durchlässigkeit von der Frequenz. Demgemäß weist der Pulverkern der Erfindung einen begrenzten Gesamtverlust (Kernverluste) auf, und ist im Hinblick auf die Durchlässigkeit und die Abhängigkeit der Durchlässigkeit von der Frequenz zufrieden stellend.

Einige Beispiele für den Pulverkern unter Verwendung von Phenolharz oder Siliconharz als Isoliermaterial sind in den folgenden Veröffentlichungen dargestellt.

JP-A 56-155510 offenbart einen Metallpulverkern, der durch Formen von Metallmagnetpulvern unter Druck mit mindestens einem der Isolatoren aus Wasserglas und organischem Harz und mit 0,2 bis 2,0% zugesetztem Zinkstearat und Erwärmen des geformten Presslings erhalten wird. Im Hinblick auf die Wirkung von Zinkstearat bezieht sich die Veröffentlichung nur auf eine Verringerung der intergranularen Reibung. In Beispiel 2 dieser Veröffentlichung werden Wasserglas und Phenolharz reinen Eisenpulvern zugesetzt. Die Pulver werden dann mit zugesetztem Zinkstearat unter einem Druck von 7 t/cm² geformt, und dann bei 150°C für eine Dauer von 30 Minuten wärmebehandelt, um einen Metallpulverkern zu erhalten. Gemäß der in der Veröffentlichung dargelegten Erfindung, erfolgt eine Isolierungsgüteverringerung beim Hochtemperaturausglühen bei 550°C oder höher, da im Gegensatz zu der vorliegenden Erfindung Zinkstearat als Schmiermittel verwendet wird. In dem Beispiel der Veröffentlichung, in welchem die Wärmebehandlung bei einer Temperatur so niedrig wie 150°C durchgeführt wird, wird die Abhängigkeit der Durchlässigkeit von der Frequenz verbessert ohne Isolierungsqualitätsverlust. Mit einer solchen Behandlung bei niedriger Temperatur wird jedoch keine ausreichend verbesserte Durchlässigkeit erhalten, da die Freisetzung von Spannungen aus den Metallmagnetpulvern unzureichend ist.

JP-A 61-288403 offenbart einen Pulverkern, der durch Druckformen und Aushärten von reinen Eisenpulvern, die herab bis 60 Maschen (je inch²) oder weniger pulverisiert wurden, mit 1 bis 5 Vol.-% zugesetztem Phenolharz erhaltenen wird. In dem Beispiel der Veröffentlichung werden reine Eisenpulver mit zugesetztem Phenolharz und Zinkstearatschmiermittel unter einem Druck von 5 t/cm² druckgeformt, und dann bei 80°C für eine Dauer von 2 Stunden und bei 180°C für eine Dauer von 2 Stunden ausgehärtet, um einen Pulverkern zu erhalten. In dieser Veröffentlichung sind die Vorteile der vorliegenden Erfindung auch nicht erzielbar, da wie in JP-A 56-155510, Zinkstearat als Schmiermittel verwendet wird. Außerdem wird keine ausreichende Durchlässigkeit erreicht, da die Aushärtungstemperatur niedrig ist.

Die Patentschriften JP-A 7-211531 und 7-211532 offenbaren einen Pulverkern, enthaltend hauptsächlich aus Fe, Si und Al zusammengesetzte Legierungspulver, Siliconharz und Stearinsäure. Im Beispiel jeder Veröffentlichung wird die Formung unter einem Druck von 10 t/cm², gefolgt von einer zweistündigen Wärmebehandlung bei 700°C in Luft oder einer Argon-Atmosphäre durchgeführt. Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung wird Stearinsäure als Schmiermittel in jeder Veröffentlichung verwendet. Wenn Stearinsäure verwendet wird, findet ein Isolierungsqualitätsverlust bei einer Wärmebehandlung bei hohen Temperaturen statt.

Das ferromagnetische Pulver für Pulverkerne, gemäß der Erfindung umfasst ein ferromagnetisches Metallpulver, ein Isoliermaterial, ein Sol und ein Schmiermittel.

Das Schmiermittel wird den ferromagnetischen Pulvern zum Zwecke der Verbesserung der Schmierung zwischen den Körnern und zur Verbesserung von Entformungseigenschaften zugesetzt In der Erfindung wird mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Magnesiumstearat, Calciumstearat, Strontiumstearat und Bariumstearat verwendet, unter welchen Strontiumstearat besonders bevorzugt ist.

Der Gehalt dieser zweiwertigen Metallsalze der Stearinsäure in den ferromagnetischen Pulvern sollte vorzugsweise 0,2 bis 1,5 Gew.-% und stärker bevorzugt 0,2 bis 1,0 Gew.-% betragen. Bei einem zu niedrigen Gehalt, verschlechtert sich die Isolierung zwischen den ferromagnetischen Metallteilchen im Pulverkern. Zudem gibt es einige Unannehmlichkeiten, wie eine ungünstige Entformung des Kerns aus der Gussform beim Gießen. Andererseits verringern sich bei einem zu hohen Gehalt sowohl die Durchlässigkeit als auch die magnetische Flussdichte aufgrund der Zunahme des Anteils an nichtmagnetischen Bestandteilen in dem Pulverkern. Außerdem wird die Festigkeit des Kerns unzureichend.

Es wird hier angemerkt, dass die ferromagnetischen Pulver für Pulverkerne der Erfindung zusätzlich zu den vorstehend erwähnten zweiwertigen Metallsalzen der Stearinsäure zweiwertige Metallsalze von anderen höheren Fettsäuren, insbesondere ein zweiwertiges Metallsalz der Laurinsäure enthalten können. Jedoch sollte der Gehalt dieses zweiwertigen Metallsalzes weniger als 30 Gew.-% des Gehalts des vorstehend erwähnten zweiwertigen Metallsalzes der Stearinsäure betragen.

In der Erfindung werden zumindest das Phenolharz und/oder das Siliconharz als Isoliermaterial verwendet.

Das Phenolharz wird durch die Reaktion von Phenolen mit Aldehyden synthetisiert. Wenn ein basischer Katalysator für die Synthese verwendet wird, wird ein Harz vom Resoltyp erhalten, und wenn ein saurer Katalysator verwendet wird, wird ein Harz vom Novolaktyp erhalten. Das Harz vom Resoltyp wird durch Erwärmen oder durch einen sauren Katalysator in einen unlöslichen und unschmelzbaren Zustand ausgehärtet. Das Harz vom Novolaktyp ist ein lösliches und schmelzbares Harz, welches in sich selbst nicht thermisch ausgehärtet ist, jedoch durch Erwärmen mit einem zugegebenen Vernetzungsmittel ausgehärtet wird.

In der Erfindung ist es bevorzugt, das Harz vom Resoltyp als das Phenolharz zu verwenden. Unter den hier verwendbaren Harzen vom Resoltyp sind jene, welche N in einer tertiären Aminform enthalten, besonders bevorzugt, da sie eine gute Wärmebeständigkeit aufweisen. Anderseits wird durch das Harz vom Novolaktyp ein geformter Pressling erhalten, welcher eine geringe Festigkeit aufweist und so bei den dem Formen nachfolgenden Schritten schwierig zu handhaben ist. Wenn das Harz vom Novolaktyp verwendet wird, sollte es deshalb vorzugsweise mit Temperatureinwirkung geformt (oder heissgepresst, etc.) werden. Die in diesem Fall verwendete Formungstemperatur liegt im Allgemeinen im Bereich von 150 bis 400°C. Es wird hier angemerkt, dass das Harz vom Novolaktyp vorzugsweise ein Vernetzungsmittel enthalten sollte.

Bezüglich der für die Synthese des Phenolharzes verwendeten Rohmaterialien, sollte z.B. mindestens ein aus Phenol, Kresolen, Xylolen, Bisphenol A, und Resorcinen ausgewähltes Phenol vorzugsweise in Kombination mit mindestens einem aus Formaldehyd, p-Formaldehyd, Acetaldehyd und Benzaldehyd ausgewählten Aldehyd verwendet werden.

Das Phenolharz sollte ein mittleres Molekulargewicht von vorzugsweise 300 bis 7000, stärker bevorzugt 500 bis 7000, und sogar noch stärker bevorzugt 500 bis 6000 aufweisen. Je kleiner das mittlere Molekulargewicht ist, desto höher ist die Festigkeit des geformten Presslings und desto weniger empfindlich ist der Kantenteil des geformten Presslings für eine Pulverisierung. Bei einem mittleren Molekulargewicht von weniger als 300 nehmen jedoch die Harzverluste durch Ausglühen bei hohen Temperaturen zu, was zu einen Versagen bei der Aufrechterhaltung der Isolierung zwischen den ferromagnetischen Metallteilchen im Pulverkern führt.

Für das Phenolharz können im Handel erhältliche Phenolharze wie BRS-3801, ELS-572, ELS-577, ELS-579, ELS-580, ELS-582 und ELS-583, alle von Showa Kobunshi Co., Ltd. hergestellt und vom Resoltyp, und BRP-5417 (vom Novolaktyp) von derselben Firma hergestellt, verwendet werden.

Das hierin verwendete Siliconharz sollte vorzugsweise ein Gewichtsmittel des Molekulargewichts von etwa 700 bis 3300 aufweisen.

Der Gesamtgehalt des Phenolharzes und Siliconharzes sollte vorzugsweise 1 bis 30 Vol.-%, und insbesondere 2 bis 20 Vol.-% in Bezug auf die ferromagnetischen Metallpulver aufweisen. Zu wenig Harz verursacht einen mechanischen Festigkeitsrückgang des Kerns und schwache Isolierung. Zu viel Harz erhöht anderseits den Anteil von nichtmagnetischen Bestandteilen im Pulverkern und verringert so die Durchlässigkeit und magnetische Flussdichte des Kerns.

In der Erfindung ist es im Allgemeinen bevorzugt, dass das Phenolharz und das Siliconharz einzeln verwendet werden. Falls erforderlich, ist es jedoch akzeptabel, sie zusammen in einem gewünschten quantitativen Verhältnis zu verwenden.

Wenn das Isolierharz mit den ferromagnetischen Metallpulvern gemischt wird, kann das entweder feste oder flüssige Harz zum Mischen in einen Lösungszustand versetzt werden. Alternativ kann das flüssige Harz direkt mit den ferromagnetischen Metallpulvern gemischt werden. Das flüssige Harz sollte eine Viskosität bei 25°C von vorzugsweise 0,01 bis 10 Pa·s (10 bis 10000 CPS), und stärker bevorzugt 0,05 bis 9 Pa·s (50 bis 9000 CPS) aufweisen. Eine zu niedrige oder zu hohe Viskosität erschwert die Bildung von gleichmäßigen Schichten auf den Oberflächen der ferromagnetischen Metallpulver.

Es wird hier angemerkt, dass das vorstehende Isolierharz ebenso als eine Art Bindemittel dienen kann, wodurch eine Zunahme der mechanischen Festigkeit des Kerns erhalten wird.

In der Erfindung, wird das das vorstehende Harz umfassende organische Isoliermaterial in Verbindung mit einem ein Titanoxidsol und/oder Zirkoniumoxidsol umfassenden Sol verwendet. Das Titanoxidsol ist eine kolloidale Dispersion in welcher negativ geladene amorphe Titanoxidteilchen in Wasser oder einem organischen Dispersionsmedium dispergiert sind, und das Zirkoniumoxidsol ist eine kolloidale Dispersion, in welcher negativ geladene amorphe Zirkonoxidtreilchen in Wasser oder einem organischen Dispersionsmedium dispergiert sind. In der ersteren Dispersion ist eine -TiOH-Gruppe auf der Oberfläche jedes Teilchens vorhanden, und in der letzteren Dispersion ist eine -ZrOH-Gruppe auf der Oberfläche jedes Teilchen vorhanden. Durch Zugabe eines Sols, in welchem winzige Teilchen gleichmäßig in einer Lösung wie im Fall des Titanoxidsols oder des Zirkoniumoxidsols verteilt sind, zu den ferromagnetischen Metallpulvern, ist es möglich, gleichmäßige Isolierschichten in kleinen Mengen zu bilden und somit eine hohe magnetische Flussdichte und hohe Isolation zu erzielen.

Die in dem Sol enthaltenen Titanoxidteilchen und Zirkoniumoxidteilchen sollten eine mittlere Teilchengröße von vorzugsweise 10 bis 100 nm, stärker bevorzugt 10 bis 80 nm, und noch stärker bevorzugt 20 bis 70 nm aufweisen. Der Gehalt der Teilchen in dem Sol sollte vorzugsweise im Bereich von 15 bis 40 Gew.-% liegen.

Die auf Feststoffbasis berechnete Menge des dem ferromagnetischen Metallpulvern zugegebenen Titanoxidsols und Zirkoniumoxidsols, d.h. die Gesamtmenge der Titanoxid- und Zirkoniumoxidteilchen, sollte vorzugsweise bis zu 15 Vol.-% und stärker bevorzugt bis zu 5,0 Vol.-% betragen. Wenn die Gesamtmenge zu groß ist, erhöht sich das Verhältnis von nichtmagnetischen Bestandteilen im Pulverkern, was zu einer Verringerung der Durchlässigkeit und der magnetischen Flussdichte führt. Um alle Vorteile der durch die Zugabe dieser Sole hervorgerufenen Wirkung zu nutzen, sollte der vorstehende Gesamtgehalt mindestens 0,1 Vol.-%, stärker bevorzugt 0,2 Vol.-% und noch stärker bevorzugt mindestens 0,5 Vol.-% betragen.

Das Titanoxidsol und das Zirkoniumoxidsol können entweder einzeln, oder in Kombination in jedem gewünschten quantitativen Verhältnis verwendet werden.

Für diese Sole können im Handel erhältliche Solprodukte, z.B. NZS-20A, NZS-30A und NZS-30B, alle von Nissan Chemical Industries, Ltd. hergestellt, verwendet werden. Falls die pH-Werte von erhältlichen Solen gering sind, sollten sie vorzugsweise auf etwa 7 eingestellt werden. Bei einem niedrigen pH-Wert erhöht sich der Anteil an nichtmagnetischen Oxiden aufgrund der Oxidation der ferromagnetischen Metallpulver, was häufig zu einem Abfall an Durchlässigkeit und magnetischer Flussdichte und einer Schwächung der Koerzitivkraft führt.

Diese Sole werden in zwei Typen aufgeteilt, wobei einer ein wässriges Lösungsmittel und der andere ein nichtwässriges Lösungsmittel verwendet. In der Erfindung wird jedoch vorzugsweise auf ein Sol vertraut, das ein mit dem vorstehenden Harz verträgliches Lösungsmittel verwendet. Insbesondere wird bevorzugt, auf ein Sol zu vertrauen, das ein nichtwässriges Lösungsmittel wie Ethanol, Butanol, Toluol und Xylol verwendet. Falls ein erhältliches Sol ein wässriges Lösungsmittel verwendet, kann das Lösungsmittel, falls erforderlich, durch ein nichtwässriges Lösungsmittel ersetzt werden.

Zusätzlich kann das Sol Chlorionen, Ammoniak, etc. als Stabilisator enthalten.

Diese Sole liegen im Allgemeinen in einem milchigweißen kolloidalen Zustand vor.

Es ist den hier verwendeten ferromagnetischen Metallpulver keine besondere Beschränkung auferlegt; z.B. kann eine geeignete Auswahl abhängig vom Zweck unter bekannten magnetischen Metallmaterialien wie Eisen, Sendust (Fe-Al-Si), Ferrosilizium, Permalloy (Fe-Ni), Superlegierung (Fe-Ni-Mo), Eisennitrid, Eisen-Aluminium-Legierung, Eisen-Cobalt-Legierung und Phosphoreisen getroffen werden. Um z.B. einen Pulverkern zu erhalten, welcher eine Alternative zu einem Kern darstellt, der bisher unter Verwendung einer Lage von Siliciumstahlblech hergestellt und für Anwendungen mit relativ niedriger Frequenz verwendet wurde, ist es bevorzugt, ein Eisenpulver zu verwenden, welches eine Magnetisierung mit hoher Sättigung aufweist. Das Eisenpulver kann durch ein beliebiges Pulverisierungsverfahren, ein elektrolytisches Verfahren und ein Verfahren der mechanischen Pulverisierung von elektrolytischem Eisen hergestellt werden.

Wird ein Legierungssystem für die ferromagnetischen Metallpulver verwendet, muss es bei höheren Temperaturen ausgeglüht werden, da die Legierungsteilchen härter sind als die Eisenteilchen und folglich während des Formens beträchtliche Spannungen darauf angelegt werden. Demgemäß wird die Wirkung der Erfindung auf die Beibehaltung der Isolierung bei höheren Ausglühtemperaturen noch stärker.

Die ferromagnetischen Metallpulver sollten eine durchschnittliche Teilchengröße von vorzugsweise 50 bis 200 &mgr;m, und stärker bevorzugt 50 bis 150 &mgr;m aufweisen. Mit zu geringer durchschnittlicher Teilchengröße wird die Koerzitivkraft groß, und mit zu großer durchschnittlicher Teilchengröße wird der Wirbelstromverlust groß. Es wird hier angemerkt, dass die ferromagnetischen Metallpulver, welche eine durchschnittliche Teilchengröße innerhalb eines solchen Bereichs aufweisen, durch Klassifizierung unter Verwendung eines Siebs oder desgleichen erhalten werden können.

In der Erfindung können die ferromagnetischen Metallteilchen – falls erforderlich – abgeflacht werden. Eine Abflachung ist insbesondre für einen durch ein so genanntes Querformungsverfahren erhaltenen Kern wirksam, wobei die Formung durchgeführt wird, während Druck während der Verwendung in einer senkrechten Richtung zu einem magnetischem Weg durch den Kern, z.B. einen Toroidal- oder E-Kern angelegt wird, wobei alle Schenkel in rechteckiger Form vorliegen. Mit anderen Worten ist es mit dem Querformungsverfahren einfach, die Hauptoberflächen von flachen Teilchen im Pulverkern im Wesentlichen parallel zu dem magnetischen Weg zu stellen. Es ist folglich möglich die flachen Teilchen zu verwenden und dadurch einfach die Durchlässigkeit des Kerns zu steigern. Den Abflachungsmitteln ist keine besondere Beschränkung auferlegt; jedoch ist es bevorzugt, Mittel, welche Walz- oder Schereinwirkungen verwenden, wie eine Kugelmühle, eine Stabmühle, eine Vibrationsmühle und eine Reibungsmühle zu verwenden. Dem Abflachungsgrad ist keine besondere Beschränkung auferlegt; jedoch ist es im Allgemeinen bevorzugt, ein durchschnittliches Seitenverhältnis von etwa 5 bis 25 zu erreichen. Für das hier verwendete „Seitenverhältnis" ist ein Wert vorgesehen, der durch Teilen des durchschnittlichen Werts der Länge und Breite der Hauptoberfläche durch die Dicke gefunden wird.

Der Pulverkern der Erfindung wird durch Druckformen des vorstehend genannten ferromagnetischen Pulvers für Pulverkerne erhalten.

Für die Herstellung dieses Pulverkerns werden die ferromagnetischen Metallpulver zuerst mit dem Isoliermaterial gemischt.

Wenn Eisenpulver als ferromagnetische Metallpulver verwendet werden, sollten sie vorzugsweise vor dem Mischen zum Abbau von Spannungen wärmebehandelt (oder ausgeglüht) werden. Vor dem Mischen kann das Eisenpulver oxidiert worden sein. Wenn dünne oxidierte Beläge in der Größenordnung von wenigen Dutzend Nanometern bei dieser Oxidationsbehandlung in der Nähe der Oberflächen der Eisenteilchen gebildet werden, sind dann Verbesserungen der Isolierung zu erwarten. Die Oxidationsbehandlung kann bei etwa 150 bis 300°C für eine Dauer von etwa 0,1 bis 2 Stunden in Luft oder in einer anderen oxidierenden Atmosphäre durchgeführt werden. Wenn die Eisenteilchen oxidiert sind, können sie mit einem Dispergiermittel wie Ethylcellulose zum Zwecke der Verbesserung ihrer Benetzbarkeit gemischt werden.

Den Mischbedingungen ist keine besondere Beschränkung auferlegt; z.B. kann das Mischen bei etwa Raumtemperatur für eine Dauer von 20 bis 60 Minuten unter Verwendung eines Druckkneters, eines automatisierten Mörsers oder dergleichen durchgeführt werden. Nach dem Mischen wird vorzugsweise eine Trocknung bei etwa 100 bis 300°C für eine Dauer von 20 bis 60 Minuten durchgeführt.

Nach der Trocknung wird das Schmiermittel dem getrockneten Gemisch zugegeben um ein ferromagnetisches Pulver für Pulverkerne zu erhalten.

Bei dem Formungsschritt werden die ferromagnetischen Pulver in eine gewünschte Kernform geformt. Der Kernform ist keine besondere Beschränkung auferlegt; d.h. die Erfindung kann für die Herstellung von Kernen in verschiedenartigen Formen, z.B. so genannte Toroidalkernen, E-Kernen, I-Kernen, F-Kernen, C-Kernen, EE-Kernen, EI-Kernen, ER-Kernen, EPC-Kernen, Topfkernen, Trommelkernen und Becherkernen angewandt werden. Außerdem kann der Pulverkern der Erfindung in einen Kern von komplexer Form geformt werden.

Den Formungsbedingungen ist keine besondere Beschränkung auferlegt; sie können geeigneterweise abhängig vom Typ und von der Form der ferromagnetischen Metallteilchen, der gewünschten Kernform, Größe und Dichte usw. bestimmt werden. Gewöhnlich ist es jedoch bevorzugt, dass die ferromagnetischen Pulver bei einem Maximaldruck von 6 bis 20 t/cm² geformt werden, während sie bei dem Maximaldruck für eine Dauer von 0,1 Sekunden bis zu 1 Minute gehalten werden.

Nach der Verdichtung wird der Pulverkernpressling wärmebehandelt (oder ausgeglüht), um die magnetischen Eigenschaften des Pulverkerns zu verbessern. Diese Wärmebehandlung wird bereitgestellt, um die während der Pulverisierung und Formung induzierten Spannungen aus den ferromagnetischen Metallteilchen freizusetzen. Wenn die Teilchen mechanisch abgeflacht werden, können die dadurch entstandenen Spannungen ebenfalls aus ihnen freigesetzt werden. Zusätzlich ermöglicht es die Wärmebehandlung, dass das Isolierharz so ausgehärtet wird, dass die mechanische Festigkeit des Kernpresslings verbessert werden kann.

Die Bedingungen für die Wärmebehandlung können geeigneterweise abhängig vom Typ der ferromagnetischen Metallpulver, den Formbedingungen, den Abflachungsbedingungen usw. bestimmt werden. Jedoch sollte die Wärmebehandlung bei 550 bis 850°C, vorzugsweise bei 600 bis 800°C durchgeführt werden. Bei einer zu niedrigen Behandlungstemperatur ist die Freisetzung der Spannungen unzureichend, und somit wird die Rückkehr der Koerzitivkraft zu ihrem eigenen Zustand unzureichend, was zu einer verminderten Durchlässigkeit und erhöhten Hystereseverlusten führt. Bei einer zu hohen Behandlungstemperatur zerbrechen andererseits die Isolierschichten thermisch, was zu einer schwachen Isolierung und damit zu einem erhöhten Wirbelstromverlust führt. Die Behandlungszeit, d.h. die Zeitdauer, während welcher der Pulverkernpressling dem vorstehenden Behandlungstemperaturbereich ausgesetzt ist, oder die Zeitdauer, während welcher der Pulverkernpressling bei einer bestimmten Temperatur innerhalb des vorstehenden Temperaturbereichs gehalten wird, sollte vorzugsweise 10 Minuten bis zu 2 Stunden betragen. Eine zu kurze Behandlungszeit bewirkt, dass die Ausglühwirkung zur Unzulänglichkeit neigt, und ein zu lange Behandlungszeit macht es wahrscheinlich, dass ein Zerfall der Isolierschichten auftritt.

Um den Abfall an Durchlässigkeit und magnetischer Flussdichte aufgrund der Oxidation der ferromagnetischen Metallpulver zu vermeiden, sollte die Wärmebehandlung vorzugsweise in Stickstoff-, Argon-, Wasserstoff- oder anderer nichtoxidierender Atmosphäre durchgeführt werden.

Nach der Wärmebehandlung kann der Kern, falls erforderlich, mit Harz oder dergleichen imprägniert werden. Diese Harzimprägnierung ist für weitere Festigkeitsverbesserungen wirksam. Das zur Imprägnierung verwendete Harz schließt z.B. Phenolharz, Epoxyharz, Siliconharz und Acrylharz ein, unter welchen das Phenolharz am meisten bevorzugt wird. Zur Verwendung können diese Harze in einem Lösungsmittel, wie Ethanol, Aceton, Toluol und Pyrrolidon gelöst werden.

Um den Kern mit dem Harz zu imprägnieren, wird z.B. der Kern auf ein Gefäß wie ein Fass gesetzt. Danach wird eine gemischte Harz- und Lösungsmittellösung (z.B. eine Lösung aus 10% Phenolharz in Ethanol) in das Gefäß eingegossen, um eine perfekte Umhüllung des Kerns bereitzustellen. Nachdem der Kern für eine Dauer von etwa 1 bis 30 Minuten in diesem Zustand gehalten wurde, wird der Kern aus dem Gefäß entnommen, um die Harzlösung, welche um den Kern angelagert ist, bis auf einige Grade, zu entfernen.

Danach wird der Kern erwärmt. Für diese Wärmebehandlung wird der Kern zuerst in einem Ofen oder dergleichen auf etwa 80 bis 120°C in Luft erwärmt, wobei der Kern dort für eine Dauer von etwa 1 bis 2 Stunden gehalten wird. Danach wird der Kern auf etwa 130 bis 170°C erwärmt, wo er für eine Dauer von etwa 1,5 bis 3 Stunden gehalten wird. Danach wird der Kern auf etwa 100 bis 60°C abgekühlt, wo er für eine Dauer von etwa 0,5 bis 2 Stunden gehalten wird.

Nach der Wärmebehandlung ist eine Isolierschicht auf der Oberfläche des Kerns gebildet, um, falls erforderlich, eine Isolierung zwischen Windungen sicherzustellen. Danach werden Drähte um die Kernhälften gewickelt, und die Kernhälften werden zum Einbau zusammengefügt.

Der Pulverkern der Erfindung ist für Magnetkerne von Transformatoren, Induktoren usw., Kerne für Motoren und für andere elektromagnetische Teile geeignet. Der Pulverkern kann auch für Drosselspulen von Elektroautos, Sensoren für Airbags usw. verwendet werden. Der Pulverkern der Erfindung kann bei einer Frequenz von vorzugsweise 10 Hz bis 500 kHz und stärker bevorzugt 500 Hz bis 200 kHz verwendet werden.

Pulverkernproben wurden gemäß dem nachstehenden Verfahren hergestellt.

Für die ferromagnetischen Metallpulver wurden Permalloy-Pulver (hergestellt von Daido Steel Co., Ltd. mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 50 &mgr;m) verwendet. Für das Isoliermaterial wurden ein Zirkoniumoxidsol (eine Dispersion, erhalten durch Einstellung eines ZrO₂-Sols (NZS-30A, hergestellt von Nissan Chemical Industries, Ltd. mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 62 nm) auf einen pH-Wert von 7 und durch Ersetzen einer wässrigen Lösung durch eine Ethanollösung) und ein Phenolharz verwendet. Es wird hier angemerkt, dass das Phenolharz ein Harz vom Resoltyp (ELS-582, hergestellt von Showa Kobunshi Co., Ltd. mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 1500) war. Für das Schmiermittel wurden Magnesium-, Barium-, Calcium- und Strontiumsalze der Stearinsäure (alle von Sakai Chemical Industries, Ltd. hergestellt), Zinkstearat (hergestellt von Nitto Kako Co., Ltd.) und Stearinsäure (Reagenz erster Klasse, hergestellt von Junsei Kagaku Co., Ltd.) verwendet. Die auf Feststoffbasis berechnete Menge des zugegebenen Zirkoniumoxidsols betrug 2,0 Vol.-% in Bezug auf die ferromagnetischen Metallpulver. Die Mengen der zu dem ferromagnetischen Metallpulver zugegebenen Harze und Schmiermittel sind in Tabelle 1 gezeigt.

Zuerst wurden die ferromagnetischen Metallpulver und das Isoliermaterial bei Raumtemperatur für eine Dauer von 30 Minuten unter Verwendung eines Druckkneters zusammengemischt, und bei 250°C für eine Dauer von 30 Minuten in Luft getrocknet. Dann wurde das Schmiermittel für eine 15-minütige Vermischung in einen V-Mischer gegeben. Das Gemisch wurde bei einem Druck von 12 t/cm² in eine ringförmige Form mit einem Außendurchmesser von 17,5 mm, einem Innendurchmesser von 10,2 mm und einer Höhe von etwa 6 mm geformt.

Nach dem Formen wurden die daraus erhaltenen Pulverkernpresslinge in einer N₂-Atmosphäre bei den in Tabelle 1 gezeigten Temperaturen für eine Dauer von 30 Minuten wärmebehandelt, um Pulverkernproben zu erhalten.

Jede Probe wurde auf Durchlässigkeit (&mgr;) bei 100kHz, und Kernverluste bei 100 kHz und 100 mT (Hystereseverlust (Ph), Wirbelstromverlust (Pe) und Gesamtverlust (Pc)) gemessen. Es wird hier angemerkt, dass die Durchlässigkeit unter Verwendung eines LCR-Meters (HP4284A, hergestellt von Yokokawa Hewlett-Packard Co., Ltd.) gemessen wurde und die Kernverluste unter Verwendung eines B-H-Analysators (SY-8232 hergestellt von Iwasaki Tsushinki Co., Ltd.) gemessen wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargelegt.

Die Vorteile der erfinderischen Proben gegenüber der Vergleichsprobe sind aus Tabelle 1 eindeutig klar. Das heißt, die erfinderischen Proben, welche die vorstehend genannten spezifischen zweiwertigen Metallsalze der Stearinsäure als Schmiermittel enthalten, weisen alle eine hohe Durchlässigkeit bei 100 kHz und einen geringen Hystereseverlust und Wirbelstromverlust auf. Jedoch weisen sowohl Probe Nr. 105, welche Zinkstearat als Schmiermittel verwendet, als auch Probe Nr. 106, welche Stearinsäure als Schmiermittel verwendet, eine geringe Durchlässigkeit auf. Außerdem zeigt Probe Nr. 105 erhöhte Verluste.

Probe Nr. 107, bei 500°C wärmebehandelt, zeigt eine verringerte Durchlässigkeit und einen erhöhten Hystereseverlust aufgrund einer unzureichenden Freisetzung von Spannungen. Andererseits zeigt Probe Nr. 108, bei 900°C wärmebehandelt, erhöhten Wirbelstromverlust und verringerte Durchlässigkeit aufgrund geringer Isolierung.

Bei der Untersuchung von Harzverlusten bei Wärmebehandlungstemperaturen von 550°C oder höher wird gefunden, dass die erfinderischen Proben um mindestens 10 Prozentpunkte stärker reduziert sind als die Vergleichsproben mit zugesetztem Zinkstearat.

Pulverkernproben wurden wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass elektrolytische Eisenpulver (hergestellt von Furukawa Kikai Kinzoku Co., Ltd., welche eine durchschnittliche Teilchengröße von 110 &mgr;m aufweisen) als ferromagnetisches Metallpulver verwendet wurden, ein Siliconharz (KR153 hergestellt von The Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., welches ein mittleres Molekulargewicht von 2600 und einen Harzverlust von etwa 30% bei etwa 600°C aufweist) anstelle des Phenolharz verwendet; und die Wärmebehandlung für eine Dauer von 60 Minuten durchgeführt wurde. In Tabelle 2 sind die für die Proben verwendeten Schmiermittel und ihre Mengen, das für die Proben verwendete Harz und seine Menge und die Temperatur der Wärmebehandlung gezeigt.

Diese Proben wurden auf ihre Eigenschaften wie in Beispiel 1 gemessen. Jedoch wurde die Durchlässigkeit (&mgr;) bei 1 kHz und die Kernverluste wurden bei 1 kHz und 1000 mT gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargelegt.

Aus Tabelle 2 wird gefunden, dass die Vorteile der Erfindung auch bei einer Frequenz von 1 kHz erzielbar sind.

Erfindungsgemäß ist es möglich, einen Pulverkern zu erzielen, welcher eine hohe Sättigung der magnetischen Flussdichte, geringe Verluste und zufrieden stellende Durchlässigkeit aufweist, wobei seine Frequenzabhängigkeit verbessert ist.

Obwohl einige bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurden, können viele Modifikationen und Variationen im Lichte der vorstehenden Lehren durchgeführt werden. Es ist deshalb klar, dass die Erfindung im Umfang der anhängigen Ansprüche auf andere Weise durchgeführt werden kann.