CN100390908C - 粘结磁铁的制造方法及具备粘结磁铁的磁器件的制造方法 - Google Patents

粘结磁铁的制造方法及具备粘结磁铁的磁器件的制造方法 Download PDF

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Abstract

混合预先磁化的合金磁铁粉末和树脂，得到粘性体(4)。将得到的粘性体(4)涂布在E型磁心(2)的中央磁脚的上面。在E型磁心(2)上组装线圈(3)及I型磁心，利用永久磁铁(5)外加取向磁场，同时使树脂硬化。由此得到在E型磁心(2)和I型磁心的形成磁隙的一对面的双方密接形成的粘结磁铁。由此，本发明能够提供一种可得到磁铁特性高、且容易工业化生产、并且廉价的粘结磁铁的粘结磁铁制造方法。

Description

粘结磁铁的制造方法及具备粘结磁铁的磁器件的制造方法
技术领域
本发明涉及非常适合广泛用于各种电器制品及小型精密设备、汽车等使用的驱动器、传感器、电子部件等器件的粘结磁铁，特别涉及其制造方法及利用其的磁器件的制造方法。
背景技术
永久磁铁用于从各种电器制品到小型精密设备、汽车等广泛的领域，是重要的电器、电子材料之一。根据近年的设备的小型化、高效率化的要求，要求高特性的永久磁铁。与这些要求对应，具有高特性的永久磁铁的需求近几年剧增。
此处，如果大致分类永久磁铁，可分为烧结磁铁和粘结磁铁，粘结磁铁，具有以下列举的用烧结磁铁得不到的优点，且最近在各种驱动器、传感器、电子部件等方面的需求急速增长。所谓其优点，如下：
(1)容易得到复杂、薄壁形状的制品。
(2)与烧结磁铁相比较，不易残缺。
(3)批量生产性优良。
此外，如果用成型方法区分具有如此优点的粘结磁铁，可分成压缩成型法、注塑成型法及挤压成型法。其中，压缩成型法的制造方法，是作为磁铁合金粉末使用铁氧体(ferrite)系、SmCo系、NdFeB系磁铁合金粉末等，在将作为粘合剂的热硬化性树脂等混合在该磁铁合金粉末中后，将该混合粉末充填在金属模中，然后进行压缩成型的方法。此处，如果在磁场中进行压缩成型，能够制造具有各向异性的粘结磁铁。
此外，注塑成型法及挤压成型法，是在金属模中注塑成型或挤压成型加热混合所述磁铁合金粉末和热硬化性树脂的混合物的方法，如果在磁场中进行如此的成型，能够制造具有各向异性的粘结磁铁。
近年来，随着各种电器制品及小型精密设备等的小型化，也要求驱动器、传感器、电子部件等小型化。因此，强烈要求用于其中的磁心在更大的叠加磁场下，具有更高的磁导率。此外，对于在组装在它们中使用的磁铁，要求形状、特性的设计多样化，即使在薄型等作为磁铁的特性不利的工作点施加大的抗磁场的状况下，也要求长期去磁等的劣化小，即诸如此类，要求高的可靠性。
同时，这些制品、设备要以节省空间的方式设计，从而使得不利于散热，磁铁的使用环境温度变得更高。即，对于磁铁，在使用环境温度高的环境中，即使作为磁铁在不利的工作点，施加大的抗磁场的状况下，也要求长期去磁等的劣化小，即诸如此类，要求高可靠性。
此外，近年来，要求设置表面组装式的线圈，而对于用于如此的线圈的磁心，必须是具有在回流(reflow)条件下不劣化的特性的耐氧化性的稀土磁铁。
此外，以地球环境问题为背景，积极推进汽车的混合(hybrid)化，车载使用的驱动器、传感器、电子部件等的数量增长。随之，关于用于其中的磁铁，也要求形状、特性的设计多样化，以及在更恶劣的使用环境下的高可靠性，同时也强烈要求低成本化。
作为使用永久磁铁的电子部件，有构成磁路的磁器件，即含有磁心、磁轭，其它永久磁铁及线圈中的至少1个的器件。永久磁铁插在构成磁器件的磁路中的至少1处，向该磁路外加磁偏。作为此种的器件，例如有在特开2002-231540号公报中记载的电感部件。
以往的磁器件的制造是例如按以下方式进行。
首先，如图32(a)所示，利用公知的方法制造具有规定的形状·尺寸的薄片磁铁321。或者，采用上述的压缩成型法、注塑成型法或挤压成型法等，制造粘结磁铁。
然后，如图32(b)所示，以位于磁路的磁隙中的方式，将得到的薄片磁铁321组装在一对磁心(E型磁心322及I型磁心323)上。此时，在各磁心322、323和薄片磁铁321的之间，例如，配置热硬化性的粘合剂(未图示)。
最后，使粘合剂硬化，完成图32(c)所示的磁器件。
但是，在利用上述的压缩成型的粘结磁铁的制造方法中，在通过成型时外加磁场而制造的各向异性磁铁中，存在其合金磁铁粉末的磁场取向性差的问题。
另外，为了得到难去磁的固有矫顽力高的磁铁，进行磁化时需要强的磁场，但在所述的以往的粘结磁铁的制造方法中，由于需要与在金属模中的成型同时使磁铁合金粉末磁化、取向，因此需要对得到的磁铁外加过大的磁场，而这样就会导致产生该磁场的线圈的大型化，使得成型机也需要大型化并且构成复杂。
此外，相对于所述的形状的多样化的要求，在所述的以往的成型方法中，例如，存在不能制造厚度0.5mm左右的薄型粘结磁铁的问题。
此外，关于所述多样化的设计之一的磁的磁化图案，例如在圆盘形状(或环形形状)中，从圆的中心朝外周，产生放射状磁通的径向方向的磁化，很难向所述的径向方向外加高的磁化磁场，即使采用饱和磁通密度高的铁的磁轭，也只限在2T左右。因此，不能工业化得到圆盘形状的采用固有矫顽力高的磁铁粉末的粘结磁铁。
此外，上述特开2002-231540号公报，公开了通过向磁心的磁路方向磁化插在磁心磁路的至少1处间隙部中的永久磁铁，得到外加磁偏的电感部件。但是，在该方法中，为了磁化插在该电感部件中的所述永久磁铁，需要具有比该电感部件大的磁化线圈的磁化机，此外需要逐个磁化插在该电感部件中的所述永久磁铁，因此存在不利于设备投资及生产性的问题。
此外，在特开2002-231540号公报公开的以往的电感部件中，在由铁氧体磁心、永久磁铁和磁轭构成的磁路中，存在所述永久磁铁和铁氧体磁心间的间隙间隔小，难减小磁损耗的问题。为解决磁问题，由于需要提高机械加工的精加工精度，因此存在增加成本的问题。
如上所述，在以往的粘结磁铁制造方法中，为了得到固有矫顽力高的合金磁铁粉末，需要用于取向、磁化所述磁铁合金粉末的大型且复杂的磁化线圈及成型机，存在成本高的问题，此外，存在采用所述磁铁合金粉末的厚度0.5mm左右的薄型粘结磁铁的制造困难，以及采用所述磁铁合金粉末的圆盘形状磁铁中的径向方向等复杂形状的磁化困难的缺陷。
发明内容
为此，本发明的第一技术课题是，提供一种粘结磁铁的制造方法，在制造固有矫顽力高的磁铁时，不需要大型且复杂的成型机和大型的磁化用线圈，例如，能够任意形成0.5mm以下的薄型的形状等，并且能够按圆盘形状磁铁等中的径向方向等复杂图案磁化。
此外，本发明的第2技术课题，涉及一种器件，是具有磁心、磁轭、永久磁铁及线圈中的至少1个的磁器件的器件，其特征在于，在由该器件构成的磁路中或磁路外的至少1处上，具有粘结磁铁。而且，提供一种进行粘结磁铁的磁化时，不需要具有比该器件大的磁化线圈的磁化机，此外不需要逐个磁化该器件所持状态的粘结磁铁，有利于设备投资及生产性的粘结磁铁制造方法及器件制造方法。
因此，本发明的课题是，提供一种能够容易、廉价制造具有优良的磁铁特性的粘结磁铁的制造方法及采用它的磁器件的制造方法，另外提供一种廉价的粘结磁铁及器件。
根据本发明，能够得到一种粘结磁铁的制造方法，其特征是：混合预先磁化的合金磁铁粉末和树脂，形成粘性体；对该粘性体外加磁场，使含在该粘性体中的所述合金磁铁粉末磁性被取向，同时使所述树脂硬化。
在该粘结磁铁的制造方法中，更优选的方式是，在磁器件的规定位置接触配置所述粘性体；对接触配置在磁器件上的所述粘性体外加所述磁场，使含在该粘性体中的所述合金磁铁粉末的磁性被取向，同时使所述树脂硬化。
此外，在该粘结磁铁的制造方法中，更优选的方式是，在与所述树脂混合所述合金磁铁粉末之前，与从Zn、Al、Bi、Ga、In、Mg、Pb、Sb及Sn中选择的一种或二种以上的金属粉或其合金的金属粉混合，得到混合物；对该混合物实施热处理，用金属膜包覆所述合金磁铁粉末的表面。
此外，根据本发明，能够得到一种具有粘结磁铁的器件的制造方法，其特征是：所述粘结磁铁的形成，包括以下步骤，即：混合合金磁铁粉末和树脂，作为粘性体；将该粘性体接触配置在磁器件的规定部位；对所述粘性体外加磁场，使含在该粘性体中的所述合金磁铁粉末的磁性被取向，同时使所述树脂硬化，而且，由此在所述规定位置以不使用粘合剂的方式密接形成所述粘结磁铁。
在该粘结磁铁的制造方法中，在所述规定部位是对磁隙进行规定的相互对向的一对面时，优选通过在所述磁隙中配置所述粘性体，使所述粘性体与所述一对面的双方接触。
或者，在所述规定部位是滚筒型磁心的端面或凸缘外周面时，优选将所述粘性体以环状涂布在所述端面或所述凸缘外周面上。
附图说明
图1(a)～(f)是本发明的实施例2的粘结磁铁的制造方法的说明图。
图2是利用图1的制造方法制造的电感元件的说明图。
图3是搭载片状磁铁前的含有E型磁心和I型磁心的电感元件的说明图。
图4是以往例的含有E型磁心和I型磁心的电感元件的说明图。
图5是用于比较本发明的实施例2的电感元件和以往例的电感元件的直流叠加特性的特性图。
图6是本发明的实施例3的电感元件(粘结磁铁)的制造方法的说明图。
图7是表示含有利用图6的制造方法制造的一对E型磁心的电感元件的说明图。
图8是搭载片状磁铁前的含有一对E型磁心的电感元件的说明图。
图9是以往例的含有一对E型磁心的电感元件的说明图。
图10是用于比较本发明的实施例3的电感元件和以往例的电感元件的直流叠加特性的特性图。
图11是在滚筒型磁心上涂布粘性体，制造粘结磁铁的方法的说明图。
图12(a)是表示具有用图6的方法形成的粘结磁铁的滚筒型磁心即开磁路方式的一例的图。
图12(b)是表示具有用图6的方法形成的粘结磁铁的滚筒型磁心即开磁路方式另一例的图。
图12(c)是表示具有用图6的方法形成的粘结磁铁的滚筒型磁心即闭磁路方式的一例的图。
图12(d)是表示具有用图6的方法形成的粘结磁铁的滚筒型磁心即开磁路方式的另一例的图。
图13(a)是采用圆盘磁铁，对涂布在滚筒型磁心上的粘性体外加取向磁场的方法的说明图。
图13(b)是采用环形磁铁，对涂布在滚筒型磁心上的粘性体外加取向磁场的方法的说明图。
图13(c)是通过在线圈自己通电，对涂布在滚筒型磁心上的粘性体外加取向磁场的方法的说明图。
图14是表示实施例5中使用的磁心的直流叠加特性(磁场的强度Hm-频率100kHz时的磁导率)的曲线图。
图15是表示在间隙中插入Ba铁氧体烧结磁铁的磁心的直流叠加特性(磁场的强度Hm-频率100kHz时的磁导率)的曲线图。
图16是表示在间隙中插入Sm2Fe17N粘结磁铁的磁心的直流叠加特性(磁场的强度Hm-频率100kHz时的磁导率)的曲线图。
图17是表示在间隙中插入Sm2Co17粘结磁铁的磁心的直流叠加特性(磁场的强度Hm-频率100kHz时的磁导率)的曲线图。
图18是表示由插入间隙中的磁铁的固有矫顽力不同而产生的，回流前后的磁心的直流叠加特性(磁场的强度Hm-频率100kHz时的磁导率)的不同状况的曲线图。
图19是表示由插入间隙中的磁铁的不同的居里温度而形成的回流前后的磁心的不同的直流叠加特性(磁场的强度Hm-频率100kHz时的磁导率)的曲线图。
图20是表示由插入间隙中的磁铁的不同的平均粒径而形成的回流前后的磁心的不同的直流叠加特性(磁场的强度Hm-频率100kHz时的磁导率)的曲线图。
图21是表示由插入间隙中的磁铁的不同的组成引起的回流前后的磁心的不同的直流叠加特性(磁场的强度Hm-频率100kHz时的磁导率)的曲线图。
图22是表示对于采用其表面未被金属包覆的磁铁合金粉末制作的磁铁，将该磁铁插入到间隙，对形成的磁心进行热处理时的直流叠加特性(磁场的强度Hm-频率100kHz时的磁导率)的变化的曲线图。
图23是表示对于采用表面被Zn包覆的磁铁合金粉末制作的磁铁，将该磁铁插入间隙，对形成的磁心进行热处理时的直流叠加特性(磁场的强度Hm-频率100kHz时的磁导率)的变化的曲线图。
图24是表示对于采用表面被Al包覆的磁铁合金粉末制作的磁铁，将该磁铁插入间隙，对形成的磁心进行热处理时的直流叠加特性(磁场的强度Hm-频率100kHz时的磁导率)的变化的曲线图。
图25是表示对于采用表面被Bi包覆的磁铁合金粉末制作的磁铁，将该磁铁插入间隙，对形成的磁心进行热处理时的直流叠加特性(磁场的强度Hm-频率100kHz时的磁导率)的变化的曲线图。
图26是表示对于采用表面被Ga包覆的磁铁合金粉末制作的磁铁，将该磁铁插入间隙，对形成的磁心进行热处理时的直流叠加特性(磁场的强度Hm-频率100kHz时的磁导率)的变化的曲线图。
图27是表示对于采用表面被In包覆的磁铁合金粉末制作的磁铁，将该磁铁插入间隙，对形成的磁心进行热处理时的直流叠加特性(磁场的强度Hm-频率100kHz时的磁导率)的变化的曲线图。
图28是表示对于采用表面被Mg包覆的磁铁合金粉末制作的磁铁，将该磁铁插入间隙，对形成的磁心进行热处理时的直流叠加特性(磁场的强度Hm-频率100kHz时的磁导率)的变化的曲线图。
图29是表示对于采用表面被Pd包覆的磁铁合金粉末制作的磁铁，将该磁铁插入间隙，对形成的磁心进行热处理时的直流叠加特性(磁场的强度Hm-频率100kHz时的磁导率)的变化的曲线图。
图30是表示对于采用表面被Sb包覆的磁铁合金粉末制作的磁铁，将该磁铁插入间隙，对形成的磁心进行热处理时的直流叠加特性(磁场的强度Hm-频率100kHz时的磁导率)的变化的曲线图。
图31是表示对于采用表面被Sn包覆的磁铁合金粉末制作的磁铁，将该磁铁插入间隙，对形成的磁心进行热处理时的直流叠加特性(磁场的强度Hm-频率100kHz时的磁导率)的变化的曲线图。
图32(a)～(c)是以往的磁器件的制造方法的说明图。
具体实施方式
以下，说明本发明的实施方式的粘结磁铁及其制造方法，以及采用该粘结磁铁的器件及其制造方法。
本发明的粘结磁铁，作为磁铁合金粉末(指未磁化的状态)，使用钕(Nd)-铁(Fe)-硼(B)系或钐(Sm)-钴系(Co)的稀土磁铁粉末，或铁氧体系等的磁铁粉末。首先，将预先准备的磁铁合金粉末充填在树脂等非磁性的圆筒容器中，置于磁化用线圈中，例如在是稀土磁铁粉末时，外加5T～10T范围的磁场，使其磁化。
接着，将磁化的合金磁铁粉末(指被磁化的状态，区别于上述磁铁合金粉末。)，与树脂混合、搅拌，形成糊状化。
此时采用的树脂，使用单独或用溶剂稀释使用环氧树脂、硅树脂、酚醛树脂、密胺树脂等热硬化性树脂，或单独加热混合搅拌或用溶剂稀释使用聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、聚乙烯树脂、聚酯树脂、聚烯烃树脂、聚苯硫醚树脂、芳香族系尼龙、及液晶聚合物等热塑性树脂。
混合搅拌所述磁化的合金磁铁粉末和所述树脂的混合物，制作的粘性体的粘度优选调整到10泊(＝1[Pa·])以上，如果是10泊以下的粘度，合金磁铁粉末容易与树脂分离、沉淀，在需要均匀充填或涂布该粘性体时，需要注意搅拌等。
然后，采用分配器(或量筒)等，将上述粘性体涂布到磁器件的规定位置上，或充填在金属模内。在制造磁器件的情况下，此时进行在磁心上组装线圈等的磁器件组装工序。此时，粘性体也可以用作粘合剂。
然后，将涂布在磁器件的所要求位置上的粘性体，以原状态，放到30～500mT范围的弱磁场中，使粘性体中的合金磁铁粉末磁性取向。此外，与此同时，如果粘性体中的树脂是热硬化性树脂，加热使其硬化。或者，在粘性体中的树脂是用溶剂稀释的树脂的情况下，利用加热进行溶剂的干燥，同时进行树脂的硬化。另外，在使用金属模等时，优选预先在金属模的内部涂敷硅润滑油等脱模剂。
此时，由于用于取向的外加的磁场(以下，称为取向磁场。)为30～500mT的弱磁场，因此可用永久磁铁外加，但是也可以根据需要用电磁铁外加。在利用永久磁铁外加取向磁场的情况下，该永久磁铁由于置于热硬化性树脂的硬化温度或热塑性树脂的软化温度等即120℃以上的环境下，因此最好采用居里温度Tc高的SmCo系磁铁等。
此外，将用上述方法制作的粘性体配置在驱动器、传感器等采用永久磁铁的磁器件的磁路中或用作粘合剂，可增加磁通量，或者能够减轻磁隙造成的磁性损耗，但在此种情况下，不需要从外部外加使粘性体硬化时的取向磁场。即，在此种情况下，由于利用构成磁路的永久磁铁施加取向磁场，因此只要保持在硬化粘性体的树脂的温度，就能够形成各向异性的粘结磁铁。
此外，在具有磁心、磁轭、其它永久磁铁及线圈中的至少1个的磁器件的规定位置上接触配置上粘性体的情况下，也是同样的。例如，作为特征是，作为在由磁心和至少1个以上的线圈构成的器件的磁路中的至少1处以上具有永久磁铁的器件，有磁偏方式的感应器等电子部件。在此种器件中，在通过涂布等在磁心的规定位置上接触配置粘性体后，由于如果向该线圈通电就在磁路中产生磁通(取向磁场)，因此在此状态下，只要保持在硬化粘性体的树脂的温度，就能够使粘性体中的合金磁铁粉末向磁路方向磁性取向，同时使其硬化，由此能够得到具备各向异性的粘结磁铁的器件。
以下，作为本发明的实施例，参照附图等，说明具体的粘结磁铁及其制造方法，以及采用该粘结磁铁的磁器件及其制造方法。
(实施例1)
用10T的脉冲磁场磁化平均粒径20μm的SmCo磁铁合金粉末，作为SmCo合金磁铁粉末，按重量比，以达到70∶30、80∶20、90∶10、97∶3的方式，配合该SmCo合金磁铁粉末和2液性的环氧树脂，进行混合，制成4种粘性体。
将该4种粘性体分别充填在直径10mm、高1mm的非磁性的不锈钢模中，在不加压的状态下，直接在与高度方向平行地外加0.5T的磁场的状态下，加热到150℃，保持该状态2小时。由此，以在金属模内只使预先磁化的SmCo合金磁铁粉末磁性取向的状态，使树脂硬化，形成粘结磁铁。从各金属模中取出粘结磁铁，作为发明品1～发明品4。另外，在所述的不锈钢模内面，作为脱模剂，预先涂布好硅润滑油。
此外，为了比较，除不预先磁化所述SmCo磁铁合金粉末外，与上述同样地制造粘性体，然后，除不对该粘性体外加磁场外，与上述同样使其硬化，取出后，通过与高度方向平行地外加10T的脉冲磁场，进行树脂内部的SmCo磁铁合金粉末的磁化，得到粘结磁铁，将其作为以往品1～以往品4。
利用振动型磁力计，在取向(或磁化)方向及与取向(或磁化)方向垂直的方向，测定它们的剩余磁通密度(Br)，结果见表1。
表1
Figure C0382223900131
由表1看出，发明品1～4只通过在成型时外加0.5T的弱磁场，就得到各向异性高的粘结磁铁。另外，如果重量比低于70∶30，则合金磁铁粉末的量小，存在磁通密度降低的问题，此外，如果重量比超过97∶3，则合金磁铁粉末的量就会过大，在机械性上出现变脆的问题。
此处，在发明品1和发明品2的合金磁铁粉末和环氧树脂的重量比为70∶30和80∶20时，能够用作扼流圈用的偏压用的粘结磁铁。此外，在发明品3和发明品4的合金磁铁粉末和环氧树脂的重量比为90∶10和97∶3时，能够用作要求强磁通密度的、电机用或驱动器用或传感器用的粘结磁铁。
(实施例2)
图1(a)～(f)是本发明的粘结磁铁(及磁器件)的制造方法的说明图。此处，作为磁器件，说明包含由E型磁心和I型磁心构成的Ni-Zn铁氧体磁心的、电感元件的制造方法。图2是利用图1的制造方法制造的本发明的实施例的电感元件的说明图。
首先，与实施例1同样，用10T的脉冲磁场磁化平均粒径20μm的SmCo磁铁合金粉末，得到SmCo合金磁铁粉末(图1(a))。
接着，按重量比，以达到70∶30～97∶3间的规定值，例如70∶30的方式，配合得到得SmCo合金磁铁粉末和2液性的环氧树脂，进行混合，形成糊状化，得到粘性体(图1(b))。
然后，如图1(c)所示，将得到的粘性体4充填到分配器(或量筒)101等中。
然后，如图1(d)所示，采用分配器101，在E型磁心2的中央磁脚的上面涂布粘性体4。具体是，在磁心外径18mm、磁路长15mm、有效截面积0.3cm2的E型磁心2上，涂布10mg粘性体4。
接着，如图1(e)所示，在E型磁心2上组装线圈3和I型磁心1。由此，涂布在E型磁心2的中央磁脚的上面的粘性体4，被I型磁心挤压变形，密接在形成E型磁心2和I型磁心的磁隙的一对面(相互对向的面)的双方中。
然后，如图1(f)所示，将SmCo系的永久磁铁5配置在所述Ni-Zn铁氧体磁心1、2的下部，在此状态下，在150℃的保护气氛中放置1小时，使含在粘性体4中的树脂硬化。在此期间，通过所述永久磁铁5，对粘性体4外加磁场，一直外加到其硬化。
此处，图2是从图1(f)的状态，除去SmCo系的永久磁铁5的电感元件，即利用图1的工序制造的电感元件。图1的粘性体4，在图2中为硬化的粘结磁铁4a。另外，粘结磁铁4a，密接形成在形成E型磁心2和I型磁心1的磁隙的对向面，无采用以往的片状磁铁时的接合层。此外，粘结磁铁4a的侧面的形状，由于受粘性体的粘度、表面张力的影响，因此明显与用以往的冲裁法等制作的片状磁铁或冲压磁铁等的形状不同。即，本发明的粘结磁铁4a，相对于磁心，无间隙地密接形成，另外，不与所述的粘结磁铁的磁心对向的侧面，为粘性体的自由表面原状硬化的光滑的凹凸形状，由多个曲率面构成。
此外，为了比较，在与上述同样的Ni-Zn铁氧体磁心上，粘接用压缩成型法制作的片状的磁铁，制作电感元件，作为以往例。图3是搭载片状磁铁前的电感元件的说明图。图4是以往例的电感元件的说明图。从图3及图4看出，以往例的电感元件，在Ni-Zn铁氧体磁心的磁隙6中插入粘接片状磁铁7。
图5是用于比较本发明的电感元件和以往例的电感元件的直流叠加特性的特性图。如图5所示，通过形成各向异性粘结磁铁，本发明的电感元件，在直流叠加特性方面，与以往的电感元件相比，饱和电流值增高。
(实施例3)
图6是本发明的实施例3的粘结磁铁(及电感元件)的制造方法的说明图。此外，图7是利用图6的制造方法制造的电感元件的说明图。
本实施例的电感元件，具有一对E型磁心，此点与实施例2的电感元件不同。
如图6所示，在由E型磁心1和E型磁心2构成的、磁心外径7mm、磁路长13.6mm、有效截面积0.08cm2的Mn-Zn铁氧体磁心的中央磁脚的间隙部上，涂布8mg的按与实施例2相同的方法制作的粘性体4。另外，在Mn-Zn铁氧体磁心的下部，配置SmCo系的永久磁铁5，以此状态，在150℃的保护气氛中放置1小时。由此，硬化粘性体4，但在此期间，经常对粘性体4外加来自永久磁铁5的磁场。
图7表示从图6的状态除去SmCo系的永久磁铁的状态，即表示利用图6的制造方法制造的电感元件。图1的粘性体4，通过硬化成为粘结磁铁4a。另外，粘结磁铁4a，密接形成在形成E型磁心1和E型磁心2的磁隙的对向面，无采用以往的片状磁铁时的接合层。此外，粘结磁铁4a的侧面的形状，由于受粘性体的粘度、表面张力的影响，因此明显与用以往的冲裁法等制作的片状磁铁或冲压磁铁等的形状不同。即，本发明的粘结磁铁4a，相对于磁心，无间隙地密接形成，另外，不与所述的粘结磁铁的磁心对向的侧面，为粘性体的自由表面原状硬化的光滑的凹凸形状，其由多个曲率面构成。
此外，为了比较，在与上述同样的Mn-Zn铁氧体磁心上，粘接用压缩成型法制作的片状的磁铁，制作电感元件，作为以往例。图8是搭载片状的磁铁前的电感元件的说明图。图9是以往例的电感元件的说明图。从图8及图9看出，以往例的电感元件，在Mn-Zn铁氧体磁心的磁隙6中插接片状磁铁7。
图10是用于比较本发明的电感元件和以往例的电感元件的直流叠加特性的特性图。如图10所示，通过形成各向异性粘结磁铁，本发明的电感元件，在直流叠加特性方面，与以往的电感元件相比，饱和电流值增高了。
(实施例4)
图11是根据本发明的实施例4，在滚筒型磁心上涂布实施例1～3所述的粘性体，制造粘结磁铁的方法的说明图。在图11中，使滚筒型磁心11旋转，从分配器10，在端面上朝圆周方向涂布粘性体51，此外从分配器20，在凸缘外周面上，朝圆周方向涂布粘性体。利用这些方法，能够在滚筒型磁心的端面或外周面上，环形状(或圆形状)地涂布粘性体51。
图12(a)～(d)，是用图11的方法制作的、形成粘结磁铁的滚筒型磁心的说明图。图12(a)是表示开磁路方式的图，粘性体51a在周方向形成在凸缘12的外周面上。图12(b)是表示另一例开磁路方式的图，粘性体51b在圆周方向形成在凸缘12的端面上。图12(c)是表示一例闭磁路方式的图，粘性体51c设在凸缘12的外周面和滚筒型磁心的14a的内周面之间。图12(d)是表示另一其它例开磁路方式的图，以埋入线圈14的方式设置粘性体51d。
图13是向涂布在本发明的图滚筒型磁心13上的粘性体51d外加磁场的方法的说明图。图13(a)是表示采用圆盘磁铁16时的图，图13(b)是表示采用环形磁铁17时的图，图13(c)是表示在线圈15自己通电时的图。在任一方法中，都能对涂布在线圈15上的环状(或圆形)的粘性体51d，外加径向方向的取向磁场。由此，能够得到在径向方向取向(磁化)的高特性的粘结磁铁。
(实施例5)
制造在与实施例2使用的磁心同形状的磁心的间隙中插入配置磁铁的试样。关于磁铁，采用Ba铁氧体烧结磁铁、Sm2Fe17N粘结磁铁、Sm2Co17粘结磁铁。固有矫顽力Hc分别为4.0、5.0及10.0kOe。此外，Sm2Fe17N合金磁铁粉末及Sm2Co17合金磁铁粉末的平均粒径都设定为3.0μm。Sm2Fe17N粘结磁铁及Sm2Co17粘结磁铁，通过在Sm2Fe17N合金磁铁粉末及Sm2Co17合金磁铁粉末中，作为粘合剂分别添加50vol％的热塑性树脂即软化点约80℃的聚丙烯树脂，并在用实验室塑料磨碎机热混合后，按与实施例1完全相同的方法制作。另外，将制作的粘结磁铁，插入与实施例2使用的磁心同形状的、材质为Mn-Zn铁氧体的中芯的间隙部，作为试样。另外，在下记测定后，测定了得到的粘结磁铁的比电阻，结果大约为10～30Ω·cm。
关于Ba铁氧体烧结磁铁，加工成磁心的中芯间隙形状，插入磁心的间隙中，用脉冲磁化机向磁路方向磁化。
接着，对各磁心实施缠线，用HP制-4284LCR仪表，在交流磁场频率100kHz、叠加磁场0～200Oe的条件下，重复5次测定各试样的直流叠加特性。此时，以直流偏压磁场的朝向与取向方向或磁化了的磁铁的磁化的朝向相反的方式，外加叠加电流。此外，从磁心常数和缠线数计算磁导率。图14～图17表示各磁心的到第5次的测定结果。另外，图14是为了比较而在间隙中未插入磁铁的磁心的测定结果。
从图15看出，在插入矫顽力只有4kOe的铁氧体磁铁的磁心中，随着测定次数增加，直流叠加特性严重劣化。另外，从图16及图17看出，插入矫顽力大的粘结磁铁的磁心，即使在重复的测定中也无大的变化，显示出非常稳定的特性。
从上述结果能够推测出，由于铁氧体磁铁的矫顽力小，因此由外加给磁铁的逆向的磁场而产生去磁，或引起磁化的反转，因此直流叠加特性劣化。此外得知，在插入(或形成)磁心的磁铁的矫顽力在5kOe以上的稀土系粘结磁铁中，显示出优良的直流叠加特性。
(实施例6)
在平均粒径大约1.0μm、2.0μm、25μm、50μm、75μm、的Sm2Co17合金磁铁粉末中，分别添加40vol％的作为粘合剂的聚乙烯，在用实验室塑料磨碎机热混合后，按与实施例5相同的方法制作粘结磁铁。用VSM测定粘结磁铁的特性，用粉末的抗磁场系数修正。结果表明，全部的磁铁的固有矫顽力都在5kOe以上。此外，与实施例5同样，在磁心的间隙中插入制作的粘结磁铁，用岩崎通信机公司制的SY-8232交流BH描绘仪(tracer)，在室温下测定300kHz 0.1T时的磁心损耗特性。此处测定用的铁氧体磁心，其特性大致相同。表2示出磁心损耗的测定结果。作为比较，表2也列出在间隙中不夹持磁铁的磁心的测定结果。此外，在磁心损耗测定后，取出插入的磁铁，用TOEI：TDF-5测定磁铁的表面磁通。表2示出该测定值和利用磁铁的尺寸求出的表面磁通。
表2中，平均粒径1.0μm的磁心损耗大，是由于因合金磁铁粉末的表面积大而促进了该合金磁铁粉末的氧化之故。平均粒径75μm的磁心损耗大，是由于因合金磁铁粉末的平均粒径增大而增加涡电流损耗之故。此外，粉末粒径1.0μm的表面磁通大，是由于因矫顽力大而难磁化之故。
表2
  粉末粒径(μm)   无磁铁(间隙)   1.0   2.0   25   50   75
  磁心损耗(kW/m<sup>3</sup>)   520   650   530   535   555   870
  磁铁的表面磁通(Gauss)   -   130   200   203   205   209
(实施例7)
制造在与实施例2使用的磁心同形状的磁心的间隙中插入配置磁铁的试样。关于磁铁，采用Ba铁氧体烧结磁铁、Sm2Fe17N粘结磁铁、Sm2Co17粘结磁铁。固有矫顽力Hc分别为5.0、8.0及17.0kOe。此外，Sm2Fe17N合金磁铁粉末及Sm2Co17合金磁铁粉末的平均粒径都设定为3～3.5μm。Sm2Fe17N粘结磁铁及Sm2Co17粘结磁铁，通过在Sm2Fe17N合金磁铁粉末及Sm2Co17合金磁铁粉末中，作为粘合剂，分别添加50vol％的热塑性树脂即软化点约300℃的聚酰亚胺树脂。然后，按与实施例2完全相同的方法，插入在与实施例5中使用的磁心相同的Mn-Zn铁氧体的中芯的间隙部，作为试样。另外，在下记测定后，测定了得到的粘结磁铁的比电阻，结果大约为10～30Ω·cm。
关于Ba铁氧体烧结磁铁，加工成磁心的中芯间隙形状，插入磁心的间隙中，用脉冲磁化机向磁路方向磁化。
接着，对各磁心实施缠线，用LCR仪表，测定各试样的直流叠加特性，从磁心常数和缠线数计算磁导率。图18示出测定结果。将结束测定的试样在作为回流炉条件的270℃的恒温槽中保持1小时后，冷却到常温，放置2小时。然后，与上述同样，用LCR仪表，测定各试样的直流叠加特性。图18也示出其结果。
另外，作为比较例，也与上述同样，制作在GAP部中什么都不插入的试样。
从图18看出，回流前，在间隙中插入或形成磁铁的所有试样，与什么都不插入的试样相比，直流叠加特性延长。但另一方面，在回流后，在间隙中插入固有矫顽力Hc低的Ba铁氧体磁铁和Sm2Fe17N粘结磁铁的试样中，直流叠加特性劣化。这是由于因固有矫顽力Hc低而容易热去磁之故。此外，在固有矫顽力Hc高的Sm2Co17粘结磁铁中，回流后仍保持优势性。
(实施例8)
关于粘结磁铁的合金磁铁粉末，在居里温度Tc＝310℃的Nd2Fe14B合金磁铁粉末、Tc＝400℃的Sm2Fe17N合金磁铁粉末和Tc＝770℃的Sm2Co17合金磁铁粉末中，采用各平均粒径3～3.5μm的合金磁铁粉末。在该各合金磁铁粉末中，作为粘合剂添加50vol％的热塑性树脂即软化点300℃的聚酰亚胺树脂，在混合后，与实施例5相同地，将粘结磁铁配置在铁氧体磁心的中芯上。另外，在下记测定后测定了粘结磁铁的比电阻，结果大约为10～30Ω·cm。
接着，对各磁心实施缠线，用LCR仪表，测定各试样的直流叠加特性，从磁心常数和缠线数计算磁导率。图19示出结果。将结束测定的试样在作为回流炉条件的270℃的恒温槽中保持1小时后，冷却到常温，放置2小时。然后，与上述同样，用LCR仪表，测定各试样的直流叠加特性。图19也示出其结果。另外，作为比较例，也与上述同样，制作在间隙部中什么都不插入的试样。
从图19看出，回流前，在间隙中插入(或形成)磁铁的所有试样，与在间隙部中什么都不插入的试样相比，直流叠加特性延长。但另一方面，在回流后，在插入居里温度Tc低的Nd2Fe14B粘结磁铁和Sm2Fe17N粘结磁铁的试样中，直流叠加特性劣化，且与什么都不插入的试样相比无优势性。此外，在居里温度Tc高的Sm2Co17粘结磁铁中，回流后仍保持优势性。
(实施例9)
对Sm2Co17系下磁能积大约为28MGOe的烧结磁铁进行粗粉碎后，在有机溶剂中，利用球磨机进行微细粉碎。通过变化其微细粉碎时间，制作平均粒径大约150μm、100μm、50μm、10μm、5.6μm、3.3μm、2.4μm、1.8μm的合金磁铁粉末。然后对这些制作的磁铁粉末进行磁化，在形成磁铁合金粉末后，分别地作为粘合剂混合环氧树脂10vol％，与实施例1同样地制作粘结磁铁。用VSM测定粘结磁铁的特性，表3表示用各磁铁合金粉末的抗磁场系数修正的值。此外特定比电阻的结果表明，所有磁铁都在1Ω·cm以上。然后，与实施例5同样，插在Mn-Zn系铁氧体的间隙中，在300kHz-1000G、常温的条件下测定各试样的磁心损耗。其结果见表4。
表3在各粒径情况下的磁特性
  平均粒径   150μm   100μm   50μm   10μm   5.6μm   3.3μm   2.5μm   1.8μm
  Br(kg)   3.5   3.4   3.3   3.1   3.0   2.8   2.6   2.2
  Hc(kOe)   25.6   24.5   23.2   21.5   19.3   16.4   12.5   9.5
表4磁心的磁心损耗特性
  平均粒径   无磁铁   150μm   100μm   50μm   10μm   5.6μm   3.3μm   2.4μm   1.8μm
  磁心损耗(kW/m3)   520   1280   760   570   560   555   550   520   520
接着，将试样在作为回流炉条件的270℃的恒温槽中保持1小时后，冷却到常温。然后，用LCR仪表，测定各试样的直流叠加特性。图20示出其结果。另外，作为比较例，也与上述同样，制作在间隙部中什么都不插入的试样。
如表4所示，如果磁铁合金粉末的最大粒径超过50μm，磁心损耗急剧增大。此外，从图20看出，回流后，粒度2.5μm以下的情况下，直流叠加特性劣化。因此，采用平均粒径2.5～50μm，则回流后仍能得到优良的直流叠加特性，而且能得到不产生磁心损耗的劣化的磁心。
(实施例10)
在Sm2Co17系中，采用Zr量0.01at％、组成Sm(Co0.78Fe0.11Cu0.10Zr0.01)7.4的称为第2代Sm2Co17的烧结磁铁，和Zr量0.03at％、组成Sm(Co0.742Fe0.20Cu0.07Zr0.03)7.5的称为第3代Sm2Co17的烧结磁铁。上述第2代Sm2Co17磁铁在800℃实施1.5小时的时效，上述第3代Sm2Co17磁铁在800℃实施10小时的时效。在烧结磁铁的矫顽力方面，第2代为8kOe，第3代为20kOe。在粗粉碎这些烧结体后，在有机溶剂中，利用球磨机进行微细粉碎，得到磁铁合金粉末。接着，对制作的磁铁合金粉末进行磁化，作为合金磁铁粉末，且分别地作为粘合剂混合环氧树脂50vol％，与实施例1同样地制作磁铁。
接着，与实施例5同样，在Mn-Zn铁氧体的间隙中插入上述各粘结磁铁，实施缠线，用LCR仪表测定各试样的直流叠加特性，从磁心常数和缠线数计算磁导率。图21示出其结果。
此外，将结束测定的试样在作为回流炉条件的270℃的恒温槽中保持1小时后，冷却到常温。然后，与上述同样，用LCR仪表，测定各试样的直流叠加特性。图21示出其结果。
由图21看出，在采用矫顽力高的第3代Sm2Co17磁铁粉末的情况下，回流后仍能得到良好的直流叠加特性。由此得知，组成采用第3代的Sm(Cobal.Fe0.15-0.20Cu0.06-0.08Zr0.02-0.03)7.5-8.5，直流叠加特性良好。
(实施例11)
在Sm-Co合金磁铁粉末(粉末平均粒径3μm)中，将Zn、Al、Bi、Ga、In、Mg、Pb、Sb及Sn金属分别混合5wt％，在Ar保护气氛下对每个进行热处理2小时。结果，合金磁铁粉末的表面被各金属包覆。表5示出各热处理温度。
表5
  元素   Zn   Al   Bi   Ga   In   Mg   Pb   Sb   Sn
  热处理温度(℃)   475   725   325   100   225   700   375   700   300
然后，对各混合粉末，添加相当于总体积的40vol％的份量的粘合剂(环氧树脂)，在混合后，按与实施例1完全相同的方法，制作粘结磁铁。将得到的粘结磁铁插入与实施例5相同的磁心的间隙中，作为试样。接着，在270℃·大气中，进行各试样的热处理，每隔30分钟出炉，测定直流叠加特性、磁心损耗特性。
直流叠加特性，用派克量管(ヒユレツトパツカ一ド)公司制4284ALCR仪表，在交流磁场频率100kHz、叠加磁场0～200Oe的条件下测定。以此时的直流偏压磁场的朝向与磁铁形成时的朝向相反的方式外加叠加电流。图22～图31示出其测定结果。
从图22～图31可以看出，与没有进行金属包覆的试样(图22)相比，对于采用上述包覆金属的磁铁合金粉末而制造的磁铁形成在间隙中的磁心(图23～图31)，即使延长热处理时间，叠加特性的劣化也小，显示出稳定的特性。这认为是，通过用金属包覆磁铁的表面，能够抑制氧化，从而抑制偏压磁场的减少。
接着，对各磁心，用岩崎通信机公司制的SY-8232交流BH描绘仪，在室温下测定50kHz、0.1T时的磁心损耗特性。表6示出其结果。
表6磁心损耗测定数据
  热处理时间   0min   30min   60min   90min   120min
  无   180   250   360   450   600
  Zn   220   200   215   215   220
  Al   180   180   190   200   220
  Bi   225   230   230   230   240
  Ga   170   180   230   230   260
  In   175   200   220   230   280
  Mg   170   170   180   200   220
  Pb   230   220   230   240   260
  Sb   200   230   280   350   420
  Sn   205   210   230   230   235
未包覆金属的试样，在120分钟的热处理中，磁心损耗达到3倍以上的值，而包覆金属的试样，磁心损耗平均增加20％～30％，显示出非常优良的特性。
(实施例12)
在Sm-Co合金磁铁粉末(粉末平均粒径3μm)中，分别混合Zn3wt％+Mg2wt％，和Mg3wt％+Al2wt％，在600℃·Ar保护气氛下对两种混合物实施热处理2小时，对各磁铁合金粉末进行金属包覆。然后，在各混合粉末中，混合相当于总体积的10vol％的份量的粘合剂(环氧树脂)，然后，按与实施例1相同的方法，制作粘结磁铁。然后，将各粘结磁铁插入与实施例5相同的磁心的间隙中，作为试样。接着，在270℃·大气中，进行各试样的热处理，热处理时间合计到4小时后为止每隔1小时，以后每隔2小时出炉，进行磁通量(flux)测定。
关于磁通量特性，采用TOEI制TDF-5数字磁通量仪表测定各磁铁。表7示出将热处理前的磁通量设定为100％时的测定结果。
表7伴随热处理的磁通量变化(％)
  热处理时间(hour)   0   1   2   3   4   6   8   10
  无包覆   100   72   61   53   45   36   30   26
  Zn<sub>3</sub>wt％+Mg<sub>2</sub>wt％   100   98   97   97   96   95   94   94
  Mg<sub>3</sub>wt％+Al<sub>2</sub>wt％   100   98   98   97   96   96   95   94
未进行金属包覆的磁铁10小时去磁70％以上，与此相比，包覆金属的磁铁，经10小时的热处理，去磁6％左右，劣化非常小，显示出稳定的特性。这认为是，通过用金属包覆磁铁的表面，能够抑制氧化，从而抑制磁通量的减少。
以上，通过几个实施例说明了本发明，但本发明并不限定于这些实施例。例如，在上述实施例5～12中，说明了采用与实施例1相同的方法，即采用通过向金属模中充填制造粘结磁铁的方法的情况，但也可以与实施例2同样，直接在磁心的一部分上涂布粘性体，使其硬化。在此种情况下，由于粘结磁铁密接形成在磁心上，因此能够消除粘结磁铁和磁心的间隙，能够期待进一步改进特性。
如上所述，根据本发明，能够提供一种能够得到磁铁特性高、且容易工业化生产、并且廉价的粘结磁铁的粘结磁铁制造方法及采用它的器件的制造方法。
能够在所有采用永久磁铁的器件中应用。

Claims (12)

1.一种粘结磁铁的制造方法，其特征是：
混合通过外加5T～10T的磁场而预先磁化的合金磁铁粉末和树脂，形成粘性体，其中，所述预先磁化的合金磁铁粉末和树脂的重量比为70∶30～97∶3的范围，所述粘性体的粘度为10泊以上；
在磁器件的规定位置接触配置所述粘性体，
对在所述磁器件上接触配置的所述粘性体外加30～500mT的磁场，使含在该粘性体中的所述合金磁铁粉末磁性被取向，同时使所述树脂硬化，
由此在所述磁器件的规定位置密接形成。
2.如权利要求1所述的粘结磁铁的制造方法，其特征是：
在与所述树脂混合所述合金磁铁粉末之前，与从Zn、Al、Bi、Ga、In、Mg、Pb、Sb及Sn中选择的一种或二种以上的金属粉或其合金的金属粉混合，得到混合物；
对该混合物实施热处理，用金属膜包覆所述合金磁铁粉末的表面。
3.如权利要求1所述的粘结磁铁的制造方法，其特征是：
作为所述合金磁铁粉末，采用固有矫顽力在5kOe以上、居里温度在300℃以上、及粉末平均粒径为2.0～50μm的稀土磁铁粉末。
4.如权利要求1所述的粘结磁铁的制造方法，其特征是：
作为所述合金磁铁粉末，采用固有矫顽力在10kOe以上、居里温度在500℃以上、及粉末平均粒径为2.0～50μm的稀土磁铁粉末。
5.如权利要求4所述的粘结磁铁的制造方法，其特征是：
作为所述合金磁铁粉末，采用组成为Sm(Cobal.Fe0.15-0.25Cu0.06-0.08Zr0.02-0.03)7.0-8.5的稀土磁铁粉末。
6.如权利要求1所述的粘结磁铁的制造方法，其特征是：
作为所述树脂，采用聚酰亚胺树脂、环氧树脂、聚苯硫醚树脂、硅树脂、聚酯树脂、芳香族系尼龙、及液晶聚合物中的任何一种。
7.一种粘结磁铁，其特征是：
采用如权利要求1所述的粘结磁铁的制造方法制造。
8.一种磁器件，其特征是：
具有权利要求7所述的粘结磁铁。
9.一种具有粘结磁铁的磁器件的制造方法，其特征是：
所述粘结磁铁的形成，包括以下步骤，即：
混合通过外加5T～10T的磁场而预先磁化的合金磁铁粉末和树脂，作为粘性体，其中，所述预先磁化的合金磁铁粉末和树脂的重量比为70∶30～97∶3的范围，所述粘性体的粘度为10泊以上；
将该粘性体接触配置在磁器件的规定部位；
对在所述磁器件上接触配置的所述粘性体外加30～500mT的磁场，使含在该粘性体中的所述合金磁铁粉末的磁性被取向，同时使所述树脂硬化，
而且，
由此在所述规定位置密接形成所述粘结磁铁。
10.如权利要求9所述的具有粘结磁铁的磁器件的制造方法，其特征是：
所述规定部位是对磁隙进行规定的相互对向的一对面；
通过在所述磁隙中配置所述粘性体，使所述粘性体与所述一对面的双方接触。
11.如权利要求9所述的具有粘结磁铁的磁器件的制造方法，其特征是：
所述规定部位是滚筒型磁心的端面或凸缘外周面；
将所述粘性体环状涂布在所述端面或所述凸缘外周面上。
12.一种磁器件，其特征是：
采用如权利要求9所述的制造具有粘结磁铁的磁器件的方法，进行制造，
且将所述粘结磁铁以不用粘合剂的方式密接固定在所述规定部位。
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