CN108573799A

CN108573799A - 压粉磁芯

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Publication number: CN108573799A
Application number: CN201810198223.1A
Authority: CN
Inventors: 神谷壮宏; 山下保英; 佐藤千绪美; 二俣阳介; 中泽辽马; 高桥毅; 小野裕之
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2017-03-09
Filing date: 2018-03-09
Publication date: 2018-09-25
Anticipated expiration: 2038-03-09
Also published as: CN108573799B

Abstract

本发明涉及一种压粉磁芯，其中：含有金属磁性材料及树脂；存在绝缘膜，其与金属磁性材料的表面相接并包覆金属磁性材料；绝缘膜具有第一膜及第二膜；在将与金属磁性材料的表面相接的膜设为第一膜，将与第一膜的表面相接的膜设为第二膜的情况下，第一膜的密度比第二膜的密度高。

Description

压粉磁芯

技术领域

本发明涉及压粉磁芯。

背景技术

近年来，因为寻求电感器、扼流线圈、变压器等之类的线圈部件或电动机等的小型化，所以广泛使用的是与铁氧体相比饱和磁通密度大并将直流叠加特性保持在高磁场的金属磁性材料。在此，为了将金属磁性材料的形状保持为所希望的形状，需要压力成形。但是，当进行压力成形时，在金属磁性材料间的距离上产生偏差，一部分的金属磁性材料彼此会过度接近。其结果，在施加磁场时容易引起磁饱和，会出现直流叠加特性相对降低的情况。

因此，探讨了用于防止一部分金属磁性材料彼此过度接近的各种方法。

专利文献1中记载有将金属磁性材料用无机物涂层(磷酸盐)包覆的例子。但是，磷酸盐的韧性低，在增加成形压力时涂层膜有时会破损。

专利文献2中记载有在金属磁性材料表面覆盖树脂的例子。但是，树脂具有软化性，因此，有时在成形后的热处理时树脂会发生流动，金属磁性材料彼此会过度接近。

专利文献3中记载有为了增大金属磁性材料彼此的距离而含有MgO颗粒作为间距材料的例子。但是，MgO颗粒非常细，且凝集性高。因此，难以将其均匀地分散在压粉磁芯中。在MgO颗粒没有均匀分散的情况下，有时在MgO颗粒少的部位，金属磁性材料彼此会过度接近。

专利文献1：日本特开2009-120915号公报

专利文献2：日本专利第5190331号公报

专利文献3：日本专利第3624681号公报

发明内容

本发明是鉴于上述实际情况而完成的，其目的在于提供一种直流叠加特性优异的压粉磁芯。

<用于解决技术问题的技术方案>

为了实现上述目的，本发明提供一种压粉磁芯，其特征在于，

含有金属磁性材料及树脂，

存在绝缘膜，其与所述金属磁性材料的表面相接并包覆所述金属磁性材料，

所述绝缘膜具有第一膜及第二膜，在将与所述金属磁性材料的表面相接的膜设为所述第一膜，将与所述第一膜的表面相接的膜设为所述第二膜的情况下，

所述第一膜的密度比所述第二膜的密度高。

本发明的压粉磁芯通过具有上述的特征，从而成为直流叠加特性优异的压粉磁芯。

优选所述第一膜及所述第二膜均由Si-O系的氧化物构成。

也可以是，通过TEM观察时所述第一膜和所述第二膜具有互不相同的对比度。

在对所述第一膜及所述第二膜进行TEM-EDS分析时，在将第一膜的Si检测强度设为I₁，将第二膜的Si检测强度设为I₂的情况下，满足1.25＜I₁/I₂＜10.0。

优选的是，在将所述第一膜的厚度设为D₁，将所述第二膜的厚度设为D₂的情况下，满足0.075＜D₁/D₂＜10.0。

也可以是，所述金属磁性材料含有Fe作为主要成分。

也可以是，所述金属磁性材料含有Fe及Si作为主要成分。

附图说明

图1是本发明的一实施方式的压粉磁芯的剖面的示意图。

图2是构成图1所示的压粉磁芯的金属磁性材料的表面附近的示意图。

图3是对金属磁性材料的表面附近进行TEM观察而得到的TEM图像。

符号说明

1 压粉磁芯

11 金属磁性材料

11a 金属磁性材料11的表面

12 树脂

13 绝缘膜

13a 第一膜

13b 第二膜

具体实施方式

以下，基于附图说明本发明的实施方式。

如图1所示，本实施方式的压粉磁芯1含有金属磁性材料11及树脂12。进一步，含有与金属磁性材料11的表面11a相接且包覆金属磁性材料11的绝缘膜13。

对于金属磁性材料11的成分没有特别限制，但是，为了提高饱和磁化，优选金属磁性材料11含有Fe作为主要成分。另外，为了提高磁导率，优选金属磁性材料11含有Fe及Si作为主要成分。此外，本实施方式中的“作为主要成分含有”是指，在将金属磁性材料的整体设为100重量％的情况下，其含量为合计80重量％以上。即，在含有Fe作为主要成分的情况下，Fe的含量为80重量％以上。另外，在含有Fe及Si作为主要成分的情况下，Fe及Si的含量为合计80重量％以上。另外，对于Fe和Si的比例没有特别限制，但为了提高饱和磁化，优选以重量比计为Si/Fe＝0/100～10/90。此外，对于本实施方式的金属磁性材料中的除了主要成分以外的成分的种类没有特别限制。作为除了主要成分以外的成分的种类，可以举出例如Ni、Co等。

对于树脂12的种类没有特别限制，可以使用环氧树脂和/或酰亚胺树脂。作为环氧树脂，可举出例如甲酚醛环氧树脂等。作为酰亚胺树脂，可举出例如双马来酰亚胺树脂等。

对于金属磁性材料11及树脂12的含量没有特别限制。在压粉磁芯1整体中，金属磁性材料11所占的含量优选为90重量％～98重量％，树脂12的含量优选为2重量％～10重量％。

如图1所示，绝缘膜13的特征在于与金属磁性材料11的表面11a相接并包覆金属磁性材料11。

绝缘膜13也可以不包覆金属磁性材料11的表面11a的整体，只要包覆金属磁性材料11的表面11a整体的90％以上即可。通过该结构，能够提高防锈效果。

图2是将图1的金属磁性材料11的表面附近放大的示意图。本实施方式的绝缘膜13由第一膜13a及第二膜13b构成。第一膜13a与金属磁性材料11的表面11a相接，第二膜13b与第一膜13a的表面相接。

本实施方式的金属磁性材料11中，第一膜13a的密度比第二膜13b的密度高。即，第一膜13a为“致密的膜”，第二膜13b为“稀疏的膜”。通常而言，“稀疏的膜”被认为缓冲性高，“致密的膜”被认为均匀性高。本发明人认为：本实施方式的绝缘膜13通过在与金属磁性材料11相接的一侧具有“致密的膜”，并在“致密的膜”的外侧具有“稀疏的膜”，从而能够兼得缓冲性和均匀性。由此，能够将各金属磁性材料11之间的距离以基本上等间隔的方式保持。其结果，在施加磁场时能够较均匀地引起磁饱和，直流叠加特性良好。

对于第一膜13a而言，其也可以不与金属磁性材料11的表面11a的整体相接，只要与金属磁性材料11的表面11a整体的90％以上相接即可。另外，对于第二膜13b而言，其也可以不与第一膜13a的表面的整体相接，只要与第一膜13a的表面整体的90％以上相接即可。

另外，第一膜13a及第二膜13b的材质是任意的。第一膜13a及第二膜13b优选均由Si-O系氧化物构成。以下，叙述第一膜13a及第二膜13b均由同一种类的Si-O系氧化物构成的情况。

此外，对于Si-O系氧化物的种类没有特别限制。例如，可以是SiO₂等Si的氧化物，也可以是含有Si及其它元素的复合氧化物等。

对于第一膜13a及第二膜13b而言，可以通过在通过TEM(Transmission ElectronMicroscopy)观察时具有不同的对比度而对它们进行区分。即使是在第一膜13a和第二膜13b的材质相同的情况下，如果密度不同，也具有不同的对比度。而且，在材质相同的情况下，密度越高则越为相对性的暗视野，密度越低则越为相对性的明视野。在本实施方式的压粉磁芯1中，第一膜13a为相对性的暗视野。

进一步，可以对第一膜13a及第二膜13b进行TEM-EDS(Energy Dispersive X-raySpectroscopy)分析而测定Si检测强度。Si检测强度反映Si的存在比。即，如果材质相同，则密度高时，Si检测强度高。在本实施方式的压粉磁芯1中，在将第一膜13a的Si检测强度设为I₁，将第二膜13b的Si检测强度设为I₂的情况下，优选1.25＜I₁/I₂＜10.0，因为由此能够兼得缓冲性和均匀性从而进一步提高直流叠加特性。在I₁/I₂过低的情况下，不易兼得缓冲性和均匀性，容易使直流叠加特性降低。另外，在I₁/I₂过高的情况下，致密的膜(第一膜13a)在模具成形时容易被破损，因此，容易使直流叠加特性降低。另外，I₁/I₂也可以为1.26≤I₁/I₂≤9.92。此外，I₁及I₂为在各膜上随机设定最低5个点以上、优选为10个点以上的测定点，并对它们测得的平均的Si检测强度。

另外，对于第一膜13a的厚度及第二膜13b的厚度没有特别限制，但在将第一膜13a的厚度设为D₁，将第二膜13b的厚度设为D₂的情况下，优选为0.075＜D₁/D₂＜10.0。通过使D₁/D₂位于上述的数值范围内，从而使得各金属磁性材料11之间的距离更容易实现均匀化，直流叠加特性变得更良好。此外，D₁及D₂为在各膜上随机设定最低5点以上、优选为10点以上的测定点，并对它们测得的平均厚度。

以下表示本实施方式的压粉磁芯1的制造方法，但是压粉磁芯1的制造方法不限于下述的方法。

首先，制作成为金属磁性材料11的金属颗粒。对于金属颗粒的制作方法没有特别限制，可举出例如气体雾化法，水雾化法等。对于金属颗粒的粒径及圆形度没有特别限制，但优选粒径的中位值(D50)为1μm～100μm，因为此时磁导率高。

接着，进行用于在金属磁性材料11上形成由Si-O系的氧化物构成的第一膜13a的涂覆。对于涂覆方法没有特别限制，可以示例例如在金属磁性材料11上涂布烷氧基硅烷溶液的方法。对于在金属磁性材料11上涂布烷氧基硅烷溶液的方法没有特别限制，可举出例如通过湿式喷雾进行的方法。对于烷氧基硅烷的种类没有特别限制，可以使用三甲氧基硅烷等。另外，对于烷氧基硅烷溶液的浓度及溶剂也没有特别限制。烷氧基硅烷溶液的浓度优选为50～95重量％。另外，对于烷氧基硅烷溶液的溶剂也没有特别限制。可举出例如水、乙醇等。

通过对湿式喷雾后的粉体以750～1000℃进行3～12小时的加热处理，形成由Si-O系的氧化物构成的第一膜13a。

接着，再次将用于第一膜13a的形成的烷氧基硅烷溶液湿式喷雾。而且，通过对湿式喷雾后的粉体再次以400～600℃进行0.5～2小时的加热处理，形成由Si-O系的氧化物构成的第二膜13b。

此时，通过控制加热处理的温度及时间，能够控制所得到的第一膜13a及第二膜13b的密度，进一步能够控制I₁/I₂。具体而言，加热处理的温度越高，密度越高。另外，加热处理的时间越长，密度越高。此外，在缩短形成第一膜13a时和/或形成第二膜13b时的加热处理的时间的情况下，第一膜13a和/或第二膜13b的密度降低，但是，第一膜13a和/或第二膜13b的膜厚不会发生大幅变化，第一膜13a和/或第二膜13b的体积也不会发生大幅变化。这表示：所涂布的烷氧基硅烷溶液中所含的Si-O系氧化物不会以其全量成为第一膜13a和/或第二膜13b。

接着，制作树脂溶液。在树脂溶液中，除了上述的环氧树脂和/或酰亚胺树脂之外，还可以添加固化剂。对于固化剂的种类没有特别限制，可举出例如环氧氯丙烷等。另外，对于树脂溶液的溶剂也没有特别限制，但优选为挥发性的溶剂。能够使用例如丙酮、乙醇等。另外，将树脂溶液的整体设为100重量％时，优选树脂及固化剂的合计浓度为0.01～0.1重量％。

接着，将形成有第一膜13a及第二膜13b的粉末及树脂溶液混合。然后，使树脂溶液中的溶剂挥发，得到颗粒。得到的颗粒可以直接填充到模型中，也可以在整粒之后填充到模型中。对于进行整粒时的整粒方法没有特别限制，例如可以使用网眼为45～500μm的网筛。

接着将得到的颗粒填充到规定的形状的模具中，进行加压而得到压粉体。对于加压时的压力没有特别限制，可以设为例如600MPa～1500MPa。

通过对所制作的压粉体进行热固化处理，得到压粉磁芯。对于热固化处理的条件没有特别限制，例如可以以150～220℃进行1～10小时的热处理。另外，对于进行热处理时的气氛也没有特别限制，可以在大气中进行热处理。

以上，说明了本实施方式的压粉磁芯及其制造方法，但本发明的压粉磁芯及其制造方法不限于上述的实施方式。此外，本发明的压粉磁芯也可以是软磁性压粉磁芯。

另外，对于本发明的压粉磁芯的用途也没有特别限制。可举出例如电感器、扼流线圈、变压器等线圈部件。

【实施例】

以下，基于更详细的实施例说明本发明，但本发明不限于这些实施例。

实验例1

作为金属磁性材料，通过气体雾化法制作了以重量比计为Si/Fe＝4.5/95.5且Fe和Si的合计量为99重量％的Fe-Si系合金颗粒。此外，该Fe-Si系合金颗粒的粒径的中位值(D50)为30μm。

接着，为了在上述金属磁性材料上形成第一膜，通过对上述金属磁性材料湿式喷雾烷氧基硅烷溶液，以进行湿式涂布。此外，作为上述烷氧基硅烷溶液，使用的是三甲氧基硅烷的50wt％水溶液。

在此，将湿式喷雾量设为5mL/min，根据需要调整涂布时间。

对湿式喷雾后的粉体在大气中以800℃进行1～12小时的加热处理，形成由Si-O系的氧化物构成的第一膜。

接着，通过在形成有第一膜的金属磁性材料上再次湿式喷雾用于第一膜的形成的烷氧基硅烷溶液来进行湿式涂布。将湿式喷雾量设为5mL/min，根据需要调整涂布时间。而且，对湿式喷雾后的粉体在大气中以500℃进行0.5～2小时的加热处理，形成由Si-O系的氧化物构成的第二膜。

在形成上述第一膜及第二膜时，以成为表1～表3中所示的各实施例的膜厚的方式，通过调整喷雾时間(涂布时间)来控制湿式喷雾时的烷氧基硅烷溶液的喷雾量(涂布量)。此外，在比较例A中，未进行第二次的烷氧基硅烷溶液的喷雾及第二次的加热处理。

接着，将环氧树脂、固化剂、酰亚胺树脂及丙酮混合，由此制作了树脂溶液。作为环氧树脂，使用了甲酚醛环氧树脂。作为固化剂，使用了环氧氯丙烷。作为酰亚胺树脂，使用了双马来酰亚胺。环氧树脂、固化剂及酰亚胺树脂的重量比为96∶3∶1，将树脂溶液整体设为100重量％时，以环氧树脂、固化剂及酰亚胺树脂的合计成为4重量％的方式混合各成分。

对于形成有上述第一膜及第二膜的金属磁性材料混合上述的树脂溶液。接着使丙酮挥发，得到颗粒。接着，使用网眼为355μm的网筛进行整粒。将得到的颗粒填充到外径17.5mm、内径11.0mm的环形形状的模具中，以成形压力980MPa进行加压，得到压粉体。以压粉体的重量成为5g的方式进行填充。接着，通过将所制作的压粉体在大气中以200℃加热5小时来进行热固化处理，得到压粉磁芯。在将最终得到的压粉磁芯整体设为100重量％时，金属磁性材料为97重量％程度。

<第一膜、第二膜的区分>

将得到的压粉磁芯切断，进行抛光，由此，使压粉磁芯的截面露出。利用聚焦离子束(FIB：Forcused Ion Beam)对露出的截面进行钻孔加工，切出面积1μm×1μm、厚度100nm的薄片。通过TEM观察得到的薄片，以500nm×500nm的视野进行图像分析。图3是对表2的实施例30实际进行了图像分析(TEM观察)的结果。

首先，通过TEM-EDS观察，确认了包覆金属磁性材料的含有Si及O的绝缘膜。进一步，通过TEM观察确认了该绝缘膜由对比度不同的两个膜构成。

在此，将上述两个膜中的与上述金属磁性材料的表面相接的膜设为第一膜，将与上述第一膜的表面相接的膜设为第二膜。

在实施例30等的本申请的所有实施例中，第一膜成为相对性的暗视野，第二膜成为相对性的明视野。此外，从图3可知，在通过TEM观察得到的图像中，金属磁性材料成为最暗视野，树脂成为最明视野。即，在通过TEM观察得到的图像中，从暗侧依次为金属磁性材料、第一膜、第二膜、树脂。与之相对，在比较例A中，不存在第二膜，仅观察到金属磁性材料、第一膜及树脂。

<Si检测强度比的测定>

通过TEM-EDS分析对第一膜及第二膜测定Si检测强度。第一膜的Si检测强度是从第一膜中随机地测定10处。将10处的Si检测强度的平均值设为I₁。按照与第一膜相同的方式，对于第二膜也随机地测定10处的Si检测强度。将10处Si检测强度的平均值设为I₂。之后，算出I₁/I₂。

<膜厚的测定>

通过TEM观察测量第一膜及第二膜的膜厚。在金属磁性材料的表面设定测定点。而且，从该测定点沿第一膜及第二膜的方向引垂线，将该垂线中位于第一膜的部分的长度设为该测定点的第一膜的厚度。同样地，将位于第二膜的部分的长度设为该测定点的第二膜的厚度。设定10处测定点，对各测定点测定第一膜的厚度及第二膜的厚度。而且，将第一膜的厚度的平均值设为D₁，将第二膜的厚度的平均值设为D₂。之后，算出D₁/D₂。

<直流叠加特性的测定>

对于各实施例中得到的环形形状的压粉磁芯，将卷绕数设为50匝，利用LCR计(HP公司制LCR428A)测定了初磁导率。使施加的直流磁场以0～20000A/m变化，观察初磁导率的变化。在将未施加直流磁场的状态下的初磁导率设为μ_i的情况下，评价初磁导率成为μ_i*0.8时的直流磁场的值(H_μi*0.8)。在H_μi*0.8≥4500A/m的情况下，将直流叠加特性判断为良好。在H_μi*0.8≥10000A/m的情况下，将直流叠加特性判断为更良好，在H_μi*0.8≥12000A/m的情况下，将直流叠加特性判断为特别良好。另外，“μ_i*0.8”表示μ_i的0.8倍的含义。

表1的实施例1～15是将总膜厚(D₁+D₂)固定于200nm左右使D₁/D₂变化的实施例。表2的实施例21～37是将D₁固定于12nm左右使D₂变化的实施例。表3的实施例41～45是将D₁/D₂固定于0.09左右使总膜厚变化的实施例。所有的实施例均是第一膜的密度比第二膜的密度高。由于第一膜的密度比第二膜的密度高，因此，与第二膜相比，第一膜成为暗视野。进一步，因为满足1.25＜I₁/I₂＜10.0，所以为直流叠加特性更良好的结果。与之相对，不存在第二膜的表1的比较例A为直流叠加特性劣化的结果。

进一步，满足0.075＜D₁/D₂＜10.0的实施例4～12、21～32及41～45为直流叠加特性特别良好的结果。

实验例2

本实验例中，通过使湿式喷雾烷氧基硅烷溶液之后的热处理条件变化，使I₁/I₂变化，制作了各实施例及比较例。结果表示于表4及表5中。表4中，将第一膜的湿式涂布时间固定在0.3小时，将第二膜的湿式涂布时间固定在6.1小时。表5中，将第一膜的湿式涂布时间固定在4.3小时，将第二膜的湿式涂布时间固定在5.2小时。

在表4及表5所记载的各实施例中，第一膜的密度比第二膜的密度高。由于第一膜的密度比第二膜的密度高，因此，与第二膜相比，第一膜成为暗视野。进一步，成为I₁/I₂＞1.00。而且，成为直流叠加特性良好的结果。满足1.25＜I₁/I₂＜10.0的实施例51～59及61～69为直流叠加特性更良好的结果。满足1.25＜I₁/I₂＜10.0及0.075＜D1/D2＜10.0的实施例61～69为直流叠加特性特别良好的结果。与之相对，第一膜的密度和第二膜的密度相同的比较例4及14为I₁/I₂＝1.00。第二膜的密度比第一膜的密度高的比较例6及16为I₁/I₂＜1.00。进一步，与第一膜相比，第二膜成为暗视野。而且，比较例4、6、14及16为直流叠加特性比实施例差的结果。

实验例3

在本实验例中，除了不进行向上述金属磁性材料湿式喷雾烷氧基硅烷溶液而形成绝缘膜的处理这一点以外，按照与实验例1同样的方式实施。其结果，在不存在绝缘膜的情况下，难以成形，不能制作压粉磁芯。

Claims

1.一种压粉磁芯，其特征在于，

含有金属磁性材料及树脂，

所述第一膜的密度比所述第二膜的密度高。

2.根据权利要求1所述的压粉磁芯，其中，

所述第一膜及所述第二膜均由Si－O系的氧化物构成。

3.根据权利要求2所述的压粉磁芯，其中，

在通过TEM观察时所述第一膜和所述第二膜具有互不相同的对比度。

4.根据权利要求2或3所述的压粉磁芯，其中，

在对所述第一膜及所述第二膜进行TEM－EDS分析时，在将第一膜的Si检测强度设为I₁，将第二膜的Si检测强度设为I₂的情况下，满足1.25＜I₁/I₂＜10.0。

5.根据权利要求1～3中的任一项所述的压粉磁芯，其中，

在将所述第一膜的厚度设为D₁，将所述第二膜的厚度设为D₂的情况下，

满足0.075＜D₁/D₂＜10.0。

6.根据权利要求4所述的压粉磁芯，其中，

满足0.075＜D₁/D₂＜10.0。

7.根据权利要求1～3中的任一项所述的压粉磁芯，其中，

所述金属磁性材料含有Fe作为主要成分。

8.根据权利要求4所述的压粉磁芯，其中，

所述金属磁性材料含有Fe作为主要成分。

9.根据权利要求1～3中的任一项所述的压粉磁芯，其中，

所述金属磁性材料含有Fe及Si作为主要成分。

10.根据权利要求4所述的压粉磁芯，其中，

所述金属磁性材料含有Fe及Si作为主要成分。