CN102341869A - 压粉磁芯及使用该压粉磁芯的磁性元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可应对大电流、实现高频化以及小型化、且还可实现耐电压的提高的压粉磁芯及使用该磁芯的磁性元件。本发明的压粉磁芯为含有金属磁性粉末、无机绝缘材料及热固化性树脂的压粉磁芯，其构成中，金属磁性粉末的维氏硬度(Hv)在230≤Hv≤1000的范围，无机绝缘材料的压缩强度设定在10000kg/cm2，且处于机械性破碎状态，在金属磁性粉末间介在有处于机械性破碎状态的无机绝缘材料和热固化性树脂。

Description

压粉磁芯及使用该压粉磁芯的磁性元件
技术领域
本发明涉及一种用于车载用ECU或笔记本电脑用的电子设备的扼流线圈等的压粉磁芯以及使用该压粉磁芯的磁性元件。。
背景技术
近年来，伴随着电子设备的小型化、薄型化，对他们使用的电子零件及器件也强烈要求小型化、薄型化。另一方面，CPU等LSI正在高速·高集成化，在向其供给的电源电路中，有时供给数A～数10A的电流。由此，即使在线圈零件中，在小型化、薄型化的同时，也要求抑制直流叠加引起的电感降低。进而，还要求通过使用频率的高频化降低在高频区域的损失。另外，从成本降低的观点出发，期望经简便工序便可组装简单的形状的元件。即，要求更廉价地提供在高频区域应对大电流的、小型化、薄型化的线圈零件。
关于这种线圈零件中使用的磁芯，饱和磁通密度越高，越能改善直流叠加特性。另外，导磁率越高越可取得高的电感值，但因为容易磁饱和，所以直流叠加特性变差。因此，根据用途选择期望的导磁率的范围。另外，期望磁芯的磁损低。
实际中使用的普通线圈零件为称为EE型或EI型的具有铁氧体磁芯和线圈的元件，但在该元件中因为铁氧体材料自身的导磁率高，饱和磁通密度低，所以磁饱和造成的电感值的下降很大，直流叠加特性变差。为了改善直流叠加特性，也可以相对于磁芯的磁路方向设置空隙，使表观的导磁率降低而使用，但在交流下驱动时，在该空隙部分会发生磁芯的振动，产生噪声。另外，即便使导磁率降低，因为铁氧体材料自身的饱和磁通密度仍然较低，所以很难实现根本上的改善。
于是，作为磁芯材料使用饱和磁通密度比铁氧体大的Fe-Si系、Fe-Si-Al系、Fe-Ni系合金等Fe系金属磁性材料。但是，这些金属磁性材料由于电阻率低，因此近年来使用频率区域高频化达到数百kHz～数MHz时，涡电流损失增加，在成块状态不能使用。于是，正在开发将金属磁性材料粉末化且在金属磁性粉末间介在有树脂，实现了金属磁性粉末间的绝缘的压粉磁芯。这样的压粉磁芯通常是对由金属磁性粉末和树脂构成的颗粒状的混合物加压成型而制成。可通过混合物与线圈一体成型，将线圈埋设在压粉磁芯内，可制成线圈埋设型磁性元件。线圈埋设型磁性元件由于是通过线圈和混合物的一体成型而制成，所以其制作工序简便，成本降低。
另外，线圈埋设型磁性元件与将线圈和压粉磁芯组装而制成的组装型磁性元件相比，在组装型磁性元件中，因为能够在线圈-压粉磁芯间产生的组装尺寸公差等无效腔中填充压粉磁芯，因此可实现磁路长度的缩短及磁路截面积的扩大，有利于元件的小型、薄型化。
另一方面，线圈埋设型磁性元件由于线圈与压粉磁芯接触，因此在线圈端子间施加电压时，如果发生压粉磁芯的绝缘崩溃，则会在压粉磁芯内的线圈-线圈间诱发短路。另外，将使用了电阻率低的压粉磁芯的线圈埋设型磁性元件用于电源电路的情况下，有可能诱发漏电流引起的电路效率的下降。因而，压粉磁芯要求能应对线圈埋设型磁性元件用途的电阻率和耐电压。
另外，作为有关该申请的发明的现有技术文献，已知有例如，专利文献1及专利文献2。在专利文献1中对于由金属磁性粉末、电绝缘材料、热固化性树脂构成，具有良好的磁特性和耐电压的压粉磁芯及使用该压粉磁芯的线圈埋设型磁性元件的制造方法进行了公开。但是，专利文献1的压粉磁芯在高温耐热试验后的电阻率(DC50V)急剧降低，可靠性方面存在技术问题。作为其技术问题的原因，可以列举：专利文献1的压粉磁芯由于高温耐热试验中的历时变化而引起热固化处理后的树脂逐渐反应收缩，压粉磁芯内的金属磁性粉末间的距离缩小、或发生金属磁性粉末彼此的接触。专利文献2中对通过在金属磁性粉末表面的绝缘被膜中使用分子量为200～8000的有机系结合材料，防止高温耐热试验后的电阻率(DC50V)的下降的压粉磁芯。
然而，在一部分用于车载用的ECU驱动电路的线圈中，要求在高温耐热试验后100V左右的耐电压。使用现有的压粉磁芯的线圈埋设型磁性元件，由于不具有高温耐热试验后100V的耐电压，所以在压粉磁芯的进一步高耐压化方面存在技术问题。
专利文献
专利文献1：日本特开2002-305108号公报
专利文献2：日本特开2005-136164号公报
发明内容
本发明的压粉磁芯为含有金属磁性粉末、无机绝缘材料和热固化性树脂的压粉磁芯，其构成的特征在于：金属磁性粉末的维氏硬度(Hv)在230≤Hv≤1000的范围，无机绝缘材料的压缩强度在10000kg/cm2以下且处于机械性破碎状态，在金属磁性粉末间介在有处于机械性破碎状态的无机绝缘材料和热固化性树脂。
进而，本发明的磁性元件为在上述的压粉磁芯内埋设了线圈的构成。
根据上述构成，可应对大电流，实现高频化及小型化，并且，也可实现耐电压的提高。
附图说明
图1是本发明实施方式1的压粉磁芯的放大图；
图2是本发明实施方式1的磁性元件的整体示意图；
图3是图2中的磁性元件的A-A线剖视图。
具体实施方式
(实施方式1)
下面，对于本发明实施方式1中的压粉磁芯及使用该压粉磁芯的磁性元件进行说明。
本发明的实施方式1中的压粉磁芯为含有金属磁性粉末、无机绝缘材料和热固化性树脂的压粉磁芯。其构成为，金属磁性粉末的维氏硬度(Hv)在230≤Hv≤1000的范围。无机绝缘材料的压缩强度在10000kg/cm2以下。本实施方式的压粉磁芯中，无机绝缘材料和热固化性树脂介于金属磁性粉末之间。
根据该构成，压粉磁芯的磁特性、电阻率及耐电压变得良好。
磁特性良好的理由是，通过将金属磁性粉末的维氏硬度和无机绝缘材料的压缩强度设定在上述范围，在压粉磁芯加压成型时，可促进无机绝缘材料的机械性破碎，提高压粉磁芯的填充率。
电阻率以及耐电压良好的理由是，在金属磁性粉末间介在有无机绝缘材料，防止金属磁性粉末彼此的接触。另外，即使热固化处理后的树脂逐渐反应收缩，利用上述构成也可防止金属磁性粉末彼此间的接触，在高温耐热试验后，电阻率以及耐电压也良好。
具体地说，理想的是，本实施方式中使用的金属磁性粉末为大致球形。因为使用扁平形状的金属磁性粉末时，赋予压粉磁芯磁各向异性，因此会受磁回路限制。
理想的是，本实施方式1中使用的金属磁性粉末，将其维氏硬度(Hv)设定在230≤Hv≤1000的范围。在维氏硬度小于230Hv的情况下，因为在压粉磁芯加压成型时，无机绝缘材料不能充分地发生机械性破碎，得不到高填充率，所以得不到良好的直流叠加特性及低磁损。另一方面，维氏硬度大于1000Hv时，因为金属磁性粉末的塑性变形能力显著降低而得不到高填充率，所以不优选。在此所说的机械性破碎表示在对压粉磁芯进行成型压缩时，绝缘材料被金属磁性粉末压缩，由此变得碎而细，成为绝缘材料介于金属磁性粉末间之间存在的状态。
图1表示本实施方式的压粉磁芯的放大图。在金属磁性粉末1之间，无机绝缘材料2以机械性破碎的状态存在。另外，热固化性树脂3以将这些空隙填埋的形式存在。
另外，理想的是，本实施方式1中使用的金属磁性粉末含有Fe-Ni系、Fe-Si-Al系、Fe-Si系、Fe-Si-Cr系、Fe系的金属磁性粉末中的至少一种以上。以Fe为主要成分的上述金属磁性粉末由于饱和磁通密度高，在大电流下的使用中有用。
使用Fe-Ni系金属磁性粉末的情况，理想的是，其比率为：Ni的含量为40重量％以上90重量％以下，其余由Fe及不可避免的杂质构成。在此，所谓不可避免的杂质可以列举例如Mn、Cr、Ni、P、S、C等。Ni的含量少于40重量％时，软磁特性的改善效果不足，多于90重量％时，饱和磁化的下降很大，直流叠加特性降低。为了进一步改善直流叠加特性，也可以含有1～6重量％的Mo。
使用Fe-Si-Al系金属磁性粉末的情况，理想的是，其比率为：Si为8重量％以上12重量％以下，Al的含量为4重量％以上6重量％以下，其余由Fe及不可避免的杂质构成。在此，所谓不可避免的杂质可以列举例如Mn、Cr、Ni、P、S、C等。通过将各构成元素的含量设定在上述组成范围内，可得到高直流叠加特性和低顽磁力。
使用Fe-Si系金属磁性粉末的情况，理想的是，其比率为：Si的含量为1重量％以上8重量％以下，其余由Fe及不可避免的杂质构成。在此，所谓不可避免的杂质可列举出例如Mn、Cr、Ni、P、S、C等。通过含有Si，具有减小磁各向异性、磁变形常数(日文原文：磁歪定数)，并且提高电阻，减少涡电流损失的效果。Si的含量少于1重量％时，软磁特性的改善效果不足，多于8重量％时，饱和磁化的下降很大，直流叠加特性降低。
使用Fe-Si-Cr系金属磁性粉末的情况，理想的是，其比率为：Si为1重量％以上8重量％以下，Cr的含量为2重量％以上8重量％以下，其余由Fe及不可避免的杂质构成。在此，所谓不可避免的杂质可列举例如Mn、Cr、Ni、P、S、C等。
通过含有Si，具有减小磁各向异性、磁变形常数、并且提高电阻、减少涡电流损失的效果。Si的含量少于1重量％时，软磁特性的改善效果不足，多于8重量％时，饱和磁化的下降很大，直流叠加特性降低。另外，通过含有Cr，具有提高耐候性的效果。Cr的含量小于2重量％时，耐候性的改善效果不足，多于8重量％时，造成软磁特性的变差，不优选。
使用Fe系金属磁性粉末的情况，理想的是由作为主要成分元素的Fe和不可避免的杂质构成。在此，所谓不可避免的杂质可以列举例如Mn、Cr、Ni、P、S、C等。通过提高Fe的纯度，可得到高的饱和磁通密度。
另外，除上述结晶性金属磁性粉末以外，即使使用非晶合金或纳米结晶软磁性合金，也可以得到与上述构成同样的效果。
上述的将Fe作为主要成分的金属磁性粉末，即使在含有至少2种以上的情况下，也具有同样的效果。
另外，对于Fe-Si-Al系之类的塑性变形能力低的金属磁性粉末，通过少量添加塑性变形能力高的Fe-Ni系金属磁性粉末，可进一步提高填充率。
另外，理想的是，本实施方式1中使用的金属磁性粉末的平均粒径为1～100μm。因为平均粒径小于1.0μm时，得不到高的填充率，所以导致导磁率降低，不优选。另外，由于平均粒径大于100μm时，在高频区域中涡电流损失会变大，所以不优选。更优选1～50μm的范围。
另外，理想的是，作为本实施方式1中使用的无机绝缘材料，将其压缩强度设定在10000kg/cm2以下。压缩强度大于10000kg/cm2的情况，在压粉磁芯成型时，无机绝缘材料的机械性破碎不充分，金属磁性粉末的填充率降低，得不到优异的直流叠加特性及低磁损。
另外，作为压缩强度为10000kg/cm2以下的无机绝缘材料，可以举出例如：h-BN、MgO、多铝红柱石(3Al2O3·2SiO2)、块滑石(MgO·SiO2)、镁橄榄石(2MgO·SiO2)、堇青石(2MgO·2Al2O3·5SiO2)、锆石(ZrO2·SiO2)等材料。但是，除所述中提到的无机绝缘材料以外，只要是无机绝缘材料的压缩强度为10000kg/cm2以下的无机绝缘材料，就没有特别的问题。
另外，作为实施方式1中的无机绝缘材料的配合量，理想的是，当将金属磁性粉末的体积设定为100体积％时，将无机绝缘材料的配合量设定为1～15体积％。因为无机绝缘材料的配合量少于1％时，压粉磁芯的电阻率及耐电压降低，所以不优选。另外，无机绝缘材料的配合量大于15％时，非磁性部在压粉磁芯中所占的比例增加，造成导磁率的下降，所以不优选。
另外，作为实施方式1中的热固化性树脂，可以举出：环氧树脂、酚醛树脂、缩醛树脂、氯乙烯树脂、聚酰亚胺树脂、硅酮树脂等。制作线圈埋设型磁性元件时，通过使用添加了热固化性树脂的压粉磁芯，防止与线圈一体成型时所述压粉磁芯的开裂，可取得良好的成型性能。另外，通过对一体成型后的线圈埋设型磁性元件进行热固化处理，产品强度提高，可提供批量生产优异的磁性元件。在热固化性树脂中，为了改善和金属磁性粉末的分散性，也可以向金属磁性粉末中少量添加分散剂。
另外，理想的是，实施方式1中的压粉磁芯，将其金属磁性粉末的填充率以体积换算计设定在65％以上82％以下。根据该构成能够获得磁特性、电阻率、耐电压及成形体强度良好的压粉磁芯。金属磁性粉末的填充率小于65％时，因为磁特性变差，所以不优选。另外，金属磁性粉末的填充率大于82％时，因为成形体强度降，所以不优选。
另外，理想的是，实施方式1中的压粉磁芯，将其电阻率设定为105Ω·cm以上。根据该构成，可抑制漏电流，防止电路效率的下降。电阻率不足105Ω·cm时，在DC/DC换流器电路中安装使用了上述压粉磁芯的线圈埋设型磁性元件(竖6mm×横6mm)时，漏电流增加，有可能诱发电路效率的下降。
另外，实施方式1中的磁性元件为在上述压粉磁芯内埋设有线圈的构成。图2中表示本实施方式的磁性元件的整体示意图。图3中表示本实施方式的磁性元件的A-A线剖面图。本实施方式的磁性元件为图2、图3所示那样的线圈埋设型磁性元件，由压粉磁芯4和线圈部5构成。
根据上述的构成，可制造线圈埋设型磁性元件。
根据如上的构成，能够得到即使在大电流·高频区域中磁特性及电阻率·耐电压也良好的压粉磁芯。另外，通过在该压粉磁芯内埋设线圈，可提供维持线圈埋设型磁性元件的小型、薄型化，同时兼具在高温耐热试验后的高耐电压的磁性元件。
以下，对本发明实施方式1中的压粉磁芯的制造方法进行说明。
本发明实施方式1中的压粉磁芯的制造方法包含：将金属磁性粉末的维氏硬度(Hv)调高至230≤Hv≤1000的范围的步骤；在该金属磁性粉末间分散压缩强度为10000kg/cm2以下的无机绝缘材料，制造复合磁性材料的步骤；将该复合磁性材料和热固化性树脂混合、分散，制造混合物的步骤；以及将该混合物加压而形成成形体的步骤。
通过将金属磁性粉末的硬度调高的步骤，在混合物加压成型时可促进无机绝缘材料的机械性破碎，实现压粉磁芯的高填充化。
另外，通过在调高硬度后的金属磁性粉末间分散无机绝缘材料的步骤，能够制造出在金属磁性粉末和金属磁性粉末间介在有无机绝缘材料、抑制了金属磁性粉末彼此间的接触的复合磁性材料。因此，可提高压粉磁芯的电阻率及耐电压。
另外，通过将复合磁性材料和热固化性树脂混合、分散，制造混合物的步骤，能够制造出在金属磁性粉末间介在有无机绝缘材料和热固化性树脂的混合物。因此，可提高压粉磁芯的填充率、电阻率、耐电压及成形体强度。
另外，通过将混合物加压而形成成形体的步骤，能够获得压粉磁芯。另外，通过将混合物和线圈一体成型，能够制作线圈埋设型磁性元件。
另外，在形成成形体的步骤后，通过进行对所制作的压粉磁芯的热固化处理步骤，可进一步提高其强度。另外，通过对将混合物与线圈一体成型而制作的线圈埋设型磁性元件进行同样的热固化处理步骤，可提高磁性元件的强度。
根据这种制造方法，提高压粉磁芯的金属填充率，并且，提高电阻率及耐电压，可确保压粉磁芯的强度。其结果为，使用该压粉磁芯的线圈埋设型磁性元件可应对大电流、实现高频化及小型化，且能够在保持电阻率的同时实现高耐电压化。
作为在实施方式1中的金属磁性粉末的硬度调高的步骤中使用的装置，可举出例如球磨机。另外，除球磨机以外，只要是例如Hosokawamicron公司制造的混合系统等对金属磁性粉末给予强压缩剪切力而导入加工变形的机械混合的装置，就不特别指定装置。
作为在实施方式1中提高硬度后的金属磁性粉末间分散无机绝缘材料而制作复合磁性材料的步骤中使用的装置，可举出例如球磨机。另外，除了这种球磨机以外，使用例如V型混合机及十字旋转混合机等也可达到同样的效果。
另外，实施方式1中的复合磁性材料和热固化性树脂的混合、分散方法没有特别限定。
另外，实施方式1中的加压成型方法没有特别限定，可举出使用单轴成型机等的通常的加压成型方法。
另外，在形成实施方式1中的成形体的步骤后，进行压粉磁芯的热固化处理步骤时，其热固化处理方法没有特别限定，但通常使用干燥炉进行。热固化处理在热固化性树脂的实际固化温度下进行。
下面，具体地说明使用各种金属磁性粉末制造压粉磁芯的情况。
准备平均粒径为8μm的表1所示的金属磁性粉末。通过在旋转式球磨机中对该金属磁性粉末进行处理，增高金属磁性粉末的硬度(下面，将该步骤表示为硬度提高步骤)。金属磁性粉末的硬度使用微小表面材料特性评价系统(株式会社Mitutoyo公司制)进行测定。而且，相对于该硬度提高后的100体积％的金属磁性粉末，配合表1表示的平均粒径1.5μm的无机绝缘材料5.5体积％，经行星式球磨机将该金属磁性粉末和无机绝缘材料分散，制作复合磁性材料。另外，表1所述的无机绝缘材料的压缩强度为使用微小压缩试验机测定的结果。然后，制作相对于100体积％的该复合磁性材料，将10体积％的环氧树脂作为热固化性树脂混合而成的混合物。使用所得的混合物在室温下，以表1中记载的成型压力进行加压成型，制作成形体。随后在150℃进行2小时的热固化处理，制作磁性特性评价用的压粉磁芯及耐电压评价用的试验片。另外，制作的压粉磁芯的形状为外径：15mm、内径：10mm、高度：3mm左右的圆环形状。另外，制作的试验片的形状为直径：10mm、高度：1mm左右的圆盘状。
另外，作为比较例制造不添加无机绝缘材料的混合物，用同样的方法制作压粉磁芯以及试验片。
对于热固化处理后的试验片，进行作为线圈零件需要的耐热可靠性试验即相当于150℃-2000小时的热处理后，在上下面涂布形成In-Ga电极，在其上推入电极，在100V的电压下测定试验片的上下面间的电阻率。
对于所得的压粉磁芯，进行使直流叠加地流动时的导磁率(以下称为直流叠加特性)及作为压粉磁芯的磁特性之一的磁损进行评价。关于直流叠加特性，用LCR测量器(HP公司制；4294A)测定外加磁场：55Oe，频率：1MkHz，匝数：20的电感值，根据所得到的电感值和压粉磁芯的试样形状计算导磁率。关于磁损，用交流B-H曲线测试仪(岩通计测株式会社制；SY-8258)，以测定频率：1MHz、测定磁通密度：25mT的条件实施测定。直流叠加特性、磁损及耐电压特性良好的情况符合本实施方式。表1表示所得的评价结果。
[表1]
Figure BDA0000089510840000101
No.1～11中表示使用Fe-Si系金属磁性粉末时的评价结果。另外，未实施硬度提高工序的Fe-1.5Si和Fe-5.9Si粉末的维氏硬度分别为150Hv、415Hv。
No.1～6中表示Fe-1.5Si的结果。根据No.1可知，未实施硬度提高工序的情况，填充率低，得不到良好的直流叠加特性及磁损。作为低填充率的主要原因，可以认为是因为金属磁性粉末的硬度低，加压成型时无机绝缘材料的机械性破碎不充分。
No.2～6中，实施硬度提高工序，提高了金属磁性粉末的硬度。根据No.3～5可知，使用金属磁性粉末的维氏硬度(Hv)为235≤Hv≤520，无机绝缘材料的压缩强度为540kg/cm2的h-BN的情况，在进行加压成型时，由于无机绝缘材料的机械性破碎，填充率提高，且，无机绝缘材料介于金属磁性粉末之间存在。因此，可取得直流叠加特性、磁损、电阻率良好的高耐电压的压粉磁芯。
另一方面，根据No.2、6可知，金属磁性粉末的维氏硬度不足230Hv的情况或无机绝缘材料的压缩强度大于10000kg/cm2的情况，进行加压成型时不能充分引起无机绝缘材料的机械性破碎，得不到良好的直流叠加特性及磁损。
No.7～11中表示Fe-5.9Si的结果。由No.7可知，金属磁性粉末的维氏硬度即使在未通过硬度提高工序提高其硬度的情况下，也具有415Hv。由此，使用无机绝缘材料的压缩强度为8400kg/cm2的MgO的情况，通过加压成型时无机绝缘材料的机械性破碎，填充率提高，且，无机绝缘材料介于金属磁性粉末之间存在。因此，可得到直流叠加特性、磁损及电阻率良好的高耐电压的压粉磁芯。
根据No.8、9可知，对金属磁性粉末实施硬度提高工序，其硬度为740～1000Hv，使用无机绝缘材料的压缩强度为8400kg/cm2的MgO的情况，通过加压成型时无机绝缘材料的机械性破碎，填充率提高，且，无机绝缘材料介于金属磁性粉末间存在。因此，可取得直流叠加特性、磁损及电阻率良好的高耐电压的压粉磁芯。另外，根据No.8可知，特别是通过将其维氏硬度增高到740Hv，可得到更高的直流叠加特性、低磁损。
另一方面，根据No.10可知，无机绝缘材料的压缩强度大于10000kg/cm2的情况，进行压粉磁芯的加压成型时不能充分引起无机绝缘材料的机械性破碎，得不到良好的直流叠加特性及磁损。
另外，根据No.11可知，金属磁性粉末的维氏硬度大于1000Hv的情况，由于金属磁性粉末的塑性变形能显著降低，得不到高的填充率，所以软磁特性变差，不优选。
No.12～15中表示Fe-Si-Cr系金属磁性粉末的评价结果，No.16～25中表示Fe-Ni系金属磁性粉末的评价结果，No.26～30中表示Fe-Si-Al系金属磁性粉末的评价结果，No.31～35中表示Fe系金属磁性粉末的评价结果。和Fe-Si系的评价结果相同，在各种金属磁性粉末的维氏硬度(Hv)为230≤Hv≤1000，无机绝缘材料的压缩强度为10000kg/cm2以下的情况下，通过加压成型时无机绝缘材料的机械性破碎，填充率提高，且，无机绝缘材料介于金属磁性粉末之间存在。因而，可取得直流叠加特性、磁损及电阻率良好的高耐电压的压粉磁芯。
另外，在Fe-Si-Cr系以及Fe-Si-Al系的金属磁性粉末中，通过增高其维氏硬度至750Hv附近，可得到更高的直流叠加特性、低磁损。
从表1可知，理想的是，金属磁性粉末的维氏硬度(Hv)为230Hv以上且1000Hv以下，即使经过硬度提高工序使其硬度提高并达到规定值的情况，也可得到同样的效果。在金属磁性粉末的维氏硬度(Hv)小于230Hv的情况下，不能充分发生无机绝缘材料的机械性破碎，得不到直流叠加特性、磁损及电阻率良好的压粉磁芯。另一方面，金属磁性粉末的维氏硬度(Hv)大于1000Hv的情况，由于金属磁性粉末塑性变形能明显降低，得不到高的填充率，所以软磁特性会变差，不优选。
另外，理想的是，压粉磁芯中的金属磁性粉末的填充率以体积换算计为65％以上。通过将该填充率设定为65％以上，显示优异的直流叠加特性、低磁损。
理想的是，无机绝缘材料的压缩强度为10000kg/cm2以下。压缩强度大于10000kg/cm2的情况，在加压成型中，因为无机绝缘材料的机械性破碎不能充分发生，所以，金属磁性粉末的填充率降低，得不到直流叠加特性及磁损良好的压粉磁芯。
另外，作为压缩强度为10000kg/cm2以下的无机绝缘材料，理想的是，包含例如：h-BN、MgO、多铝红柱石(3Al2O3·2SiO2)、块滑石(MgO·SiO2)、镁橄榄石(2MgO·SiO2)、堇青石(2MgO·2Al2O3·5SiO2)、锆石(ZrO2·SiO2)这些无机物中的至少一种以上。
另外，除表中记载的无机绝缘材料以外，只要其压缩强度为10000kg/cm2以下，无论使用什么样的无机绝缘材料都没有问题。
(实施方式2)
下面，在本发明的实施方式2中，对于无机绝缘材料的配合量进行说明。
另外，对于具有与实施方式1同样的构成的物质，省略其说明，对不同点进行详细说明。
Fe-Si系金属磁性粉末的组成以重量％计为Fe-3.5Si，使用其平均粒径具有10μm的Fe-Si系金属磁性粉末。利用行星式球磨机对上述Fe-3.5Si金属磁性粉末进行处理，由此增高金属磁性粉末的硬度，制作具有355Hv的维氏硬度的金属磁性粉末。作为无机绝缘材料，在增高了硬度的100体积％的金属磁性粉末中，依照表2的记载，配合平均粒径3.5μm、压缩强度为7100kg/cm2的多铝红柱石(3Al2O3·2SiO2)，利用滚动式球磨机将无机绝缘材料在所述金属磁性粉末的表面分散，制作复合磁性粉末。然后，对于100体积％的该复合磁性粉末，混合8体积％的缩丁醛树脂作为热固化性树脂，制作混合物。将得到的混合物以5ton/cm2的成型压力进行加压成型，制作成形体。随后，对于成形体，在150℃下进行2小时的热固化处理，制作磁特性评价用的压粉磁芯及耐电压评价用的试验片。
另外，金属磁性粉末的硬度、无机绝缘材料的压缩强度及得到的压粉磁芯的形状、试验片的形状、直流叠加特性、磁损、电阻率的评价方法，在与上述同等的条件下进行。表2中表示所得的评价结果。
[表2]
Figure BDA0000089510840000141
根据No.36～42可知，无机绝缘材料配合量为1～15体积％时，能够实现具有良好的直流叠加特性、磁损、电阻率的压粉磁芯。
无机绝缘材料配合量小于1.0体积％时，因为造成电阻率及磁损的下降，所以不优选。另外，无机绝缘材料配合量大于15体积％时，成形体中的Fe-Si系金属磁性粉末的填充率降低，直流叠加特性降低，因而不优选。
(实施方式3)
下面，在本发明的实施方式3中，对金属磁性粉末在压粉磁芯中所占的填充率进行说明。
另外，关于具有和实施方式1同样的构成的物质，省略其说明，对不同点进行详细说明。
使用平均粒径为25μm、合金组成以重量％计为Fe-4.7Si-3.8Cr的Fe-Si-Cr系金属磁性粉末。通过利用滚动式球磨机对Fe-4.7Si-3.8Cr金属磁性粉末进行处理，使金属磁性粉末的硬度提高，制作具有400Hv的维氏硬度的金属磁性粉末。相对于100体积％的金属磁性粉末，称量3.5体积％的平均粒径为2μm、压缩强度为8400kg/cm2的MgO作为无机绝缘材料，使其与金属磁性粉末进行配合。随后，利用V型混合机将无机绝缘材料在金属磁性粉末的表面分散，制作复合磁性粉末。对于该复合磁性粉末，以表3表示的比例将硅酮树脂作为热固化性树脂进行混合，制作混合物。将该混合物以4.5ton/cm2的成型压力进行加压成型，制作成形体。其后，对于成形体在150℃下进行两小时的热固化处理，制作磁特性评价用的压粉磁芯及耐电压评价用的试验片。
另外，金属磁性粉末的硬度、无机绝缘材料的压缩强度及得到的压粉磁芯的形状、试验片的形状、直流叠加特性、磁损、电阻率的评价方法，在与上述同等的条件下进行。另外，根据有无发生开裂对各样品中的成型能进行评价。表3中表示所得的评价结果。
[表3]
Figure BDA0000089510840000151
根据表3可知，在无机绝缘材料使用压缩强度为8400kg/cm2的MgO的情况，在金属磁性粉末的填充率以体积换算计为65～82％的No.45～49中，可得到直流叠加特性、磁损、电阻率都良好的高耐电压的压粉磁芯。另一方面，金属磁性粉末的填充率不足65％的No.43、44的情况，无论树脂量多少，直流叠加特性都会非常低，磁损也会增加，因而不优选。另外，在填充率为85％的No.50中，直流叠加特性、磁特性及电阻率良好，但会发生微小的开裂，因为成形体强度降低，所以在批量生产时，实际上难以使用。
(实施方式4)
下面，在本发明的实施方式4中，对金属磁性粉末的平均粒径进行说明。
另外，关于具有和实施方式1同样的构成的物质，省略其说明，对不同点进行详细说明。
使用表4中表示的平均粒径的Fe金属磁性粉末，利用行星式球磨机进行处理，由此使金属磁性粉末的硬度提高，制作具有350Hv的维氏硬度的Fe金属磁性粉末。对于提高了硬度的100体积％的金属磁性粉末，称量7体积％的平均粒径4μm、压缩强度5900kg/cm2的镁橄榄石作为无机绝缘材料，使其与金属磁性粉末配合。随后，通过机械融合使无机绝缘材料在金属磁性粉末的表面分散，制作复合磁性粉末。相对于100体积％的该复合磁性粉末，将12体积％的缩醛树脂作为热固化性树脂进行混合，制作混合物。将所得的混合物以4ton/cm2的成型压力进行加压成型，制作成形体。随后对成形体在150℃进行两小时的热固化处理，制作磁特性评价用的压粉磁芯及耐电压评价用的试验片。
另外，金属磁性粉末的硬度、无机绝缘材料的压缩强度及所得的压粉磁芯的形状、试验片的形状、电阻率的评价方法，在和上述同等的条件下进行。关于直流叠加特性，利用LCR测量仪(HP公司制；4294A)，测定外加磁场：55Oe、频率：300kHz、匝数：20的电感值，根据所得的电感值和压粉磁芯的样品形状计算导磁率。关于磁损，用交流B-H曲线测定仪(岩通计测株式会社制；SY-8258)，以测定频率：300kHz、测定磁通密度：25mT的条件实施测定。表4中表示所得的评价结果。
[表4]
由No.51～57可知，金属磁性粉末的平均粒径为1～100μm时，显示良好的直流叠加特性、低磁损。因此，作为使用的金属磁性粉末的平均粒径，优选1.0μm以上100μm以下。
金属磁性粉末的平均粒径小于1.0μm时，由于得不到高的填充率，直流叠加特性降低，因此不优选。另外，金属磁性粉末的平均粒径大于100μm时，在高频区域中涡电流损失变大，因而不优选。更优选1～50μm的范围。
如以上说明，本发明的压粉磁芯为含有磁性粉末、无机绝缘材料、热固化性树脂的压粉磁芯，对于金属磁性粉末，将其维氏硬度(Hv)设为230≤Hv≤1000的范围，对于无机绝缘材料，将其压缩强度设为10000kg/cm2以下且处于机械性破碎状态，使所述机械性破碎状态的无机绝缘材料和所述热固化性树脂介于金属粉磁性粉末之间存在。
另外，本发明中的压粉磁芯的金属磁性材料，含有Fe-Ni系、Fe-Si-Al系、Fe-Si系、Fe-Si-Cr系、Fe系的金属磁性粉末中的至少一种以上。
另外，本发明中的压粉磁芯的金属磁性粉末，将其平均粒径设为1～100μm。
另外，本发明中的压粉磁芯，相对于100体积％的金属磁性粉末，配料1～15体积％的无机绝缘材料。
另外，本发明中的压粉磁芯，将金属磁性粉末的填充率以体积换算计设为65％以上82％以下。
另外，本发明中的压粉磁芯，将其电阻率设为105Ω·cm以上。
由此，根据本发明，能够提供具有优异的磁特性，且即使在高温耐热试验后也具有高的耐电压的压粉磁芯。
另外，这种压粉磁芯能够实现线圈埋设型扼流线圈等在小型化、大电流、高耐电压化、高频区域使用这些方面可充分适应的磁性元件。
产业上的可利用性
根据本发明的压粉磁芯及使用该压粉磁芯的磁性元件，可应对大电流、实现高频化及小型化，且，也可实现耐电压的提高，所以可用于各种电子设备。
附图标记说明
1  金属磁性粉末
2  无机绝缘材料
3  热固化性树脂
4  压粉磁芯
5  线圈部

Claims (7)

1.一种压粉磁芯，其包含金属磁性粉末、无机绝缘材料以及热固化性树脂，其中，
所述金属磁性粉末的维氏硬度Hv在230≤Hv≤1000的范围，
所述无机绝缘材料的压缩强度在10000kg/cm2以下且处于机械性破碎状态，
所述处于机械性破碎状态的无机绝缘材料和所述热固化性树脂介于所述金属磁性粉末之间。
2.如权利要求1所述的压粉磁芯，其中，所述金属磁性粉末含有Fe-Ni系、Fe-Si-Al系、Fe-Si系、Fe-Si-Cr系、Fe系的金属磁性粉末中的至少一种以上。
3.如权利要求1所述的压粉磁芯，其中，将所述金属磁性粉末的平均粒径设定在1～100μm。
4.如权利要求1所述的压粉磁芯，其中，相对于100体积％的所述金属磁性粉末，配合1～15体积％的所述无机绝缘材料。
5.如权利要求1所述的压粉磁芯，其中，将所述金属磁性粉末的填充率以体积换算计，为65％以上82％以下。
6.如权利要求1所述的压粉磁芯，其中，电阻率为105Ω·cm以上。
7.一种磁性元件，其中，将线圈埋设在权利要求1所述的压粉磁芯内。
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