CN110942882A - 复合磁性材料、电抗器、以及金属复合芯及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种成为磁特性优异的金属复合芯的材料的复合磁性材料、金属复合芯、电抗器、以及金属复合芯的制造方法。一种将磁性粉末与树脂混合而获得的复合磁性材料，并且磁性粉末包含第1磁性粉末、以及平均粒径比第1磁性粉末小的第2磁性粉末，并将第1磁性粉末的保磁力设为Hc＝0.70A/cm以下且将圆形度设为0.9以上。

Description

复合磁性材料、电抗器、以及金属复合芯及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种包含磁性粉末与树脂的复合磁性材料、金属复合芯(metalcomposite core)、电抗器、以及金属复合芯的制造方法。
背景技术
在办公自动化(office automatic，OA)设备、太阳光发电系统、汽车、不间断电源等各种用途中使用电抗器(reactor)。电抗器例如在防止高次谐波电流向输出系统流出的滤波器(filter)、或使电压升降的电压升降用变流器(converter)等中使用。
根据用途而对电抗器要求透磁率、电感值、铁损等磁特性。例如，电压升降用的变流器中使用的电抗器因要求能量转换效率的提高，而要求作为能量损耗的铁损小。
另外，为了应对各种用途，还要求将电抗器中使用的芯成型为任意的形状。作为响应此种要求的电抗器，有包括被称为金属复合芯的类型的芯的电抗器。金属复合芯(以下，也简称为MC芯。)为将混合有金属磁性粉末与树脂的材料成型为规定形状并使其固化而成的芯。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2012-33727号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
关于以前的MC芯，其材料为浆料状，且通过将所述材料流入容器中而成型，因此有可容易地成型为所希望的形状且形状的制约少的成型性优点。另一方面，为了使容器内的流动性良好，需要添加一定量以上的树脂，从而所述材料中的磁性粉末所占的比例变少，导致芯密度降低，结果磁特性降低。另外，在MC芯中，除了芯密度降低以外还有使磁特性降低的主要原因，期望抑制这些的影响而提高磁特性。
本发明的目的在于提供一种成为磁特性优异的金属复合芯的材料的复合磁性材料、金属复合芯、电抗器、以及金属复合芯的制造方法。
[解决问题的技术手段]
发明人等人进行了努力研究，结果获得了如下见解：在使用大小两种磁性粉末作为软磁性粉末的金属复合芯中，通过提高平均粒径大的第1磁性粉末的圆形度并提高芯密度，而实现低透磁率，且通过将第1磁性粉末的保磁力抑制得低而实现低铁损，并且利用这些的协同效果而可提高金属复合芯的磁特性。
为了达成所述目的，本发明为一种将磁性粉末与树脂混合而获得的复合磁性材料，其中，所述磁性粉末包含第1磁性粉末、以及平均粒径比所述第1磁性粉末小的第2磁性粉末，并且所述第1磁性粉末的保磁力Hc＝0.70A/cm以下且圆形度为0.9以上。
所述第1磁性粉末的粉末硬度可为278Mpa以上。
所述第1磁性粉末的保磁力可为Hc＝0.48A/cm以下且圆形度可为0.92以上。
所述第1磁性粉末的粉末硬度可为403Mpa以上。
所述第2磁性粉末的保磁力可为Hc＝0.93A/cm以下且圆形度可为0.98以上。
所述第2磁性粉末的粉末硬度可为239Mpa以上。
相对于所述磁性粉末的所述第1磁性粉末的添加量可为60wt％～80wt％，且相对于所述磁性粉末的所述第2磁性粉末的添加量可为40wt％～20wt％。
所述树脂的混合量可为所述磁性粉末的3wt％～5wt％。
将所述复合磁性材料成形而成的金属复合芯也为本发明的一实施方式。
本发明的金属复合芯的芯的整个表面可为非滑动面。
包括所述金属复合芯、以及线圈的电抗器也为本发明的一实施方式。
另外，本发明的芯的制造方法为包含磁性粉末以及树脂的芯的制造方法，其中，所述磁性粉末包含保磁力Hc＝0.70A/cm以下且圆形度为0.9以上的第1磁性粉末、以及平均粒子径比所述第1磁性粉末小的第2磁性粉末，并且所述制造方法包括：混合工序，对所述磁性粉末混合树脂；成型工序，将所述混合工序中获得的混合物放入规定的容器中并进行成型；以及硬化工序，使所述成型工序中获得的成型体中的所述树脂硬化。
[发明的效果]
根据本发明，可提供一种成为磁特性优异的金属复合芯的材料的复合磁性材料、金属复合芯、电抗器、以及金属复合芯的制造方法。
附图说明
图1是用于说明实施方式的电抗器的制造方法的流程图。
图2是用于说明成型工序及加压工序的图。
图3是实施例1～实施例5及比较例1的相对于铁损Pcv的透磁率μ12k的图表。
图4是表示实施例4、实施例5及比较例1的相对于第1磁性粉末的粉末硬度而言的、MC芯的表观密度相对于压粉芯(dust core)的表观密度的比例的图表。
符号的说明
10：容器
20：复合磁性材料
30、32：挤压构件
40：线圈
具体实施方式
[1.实施方式]
[1-1.构成]
本实施方式的电抗器包括芯、以及线圈。芯为包含磁性粉末与树脂而构成的金属复合芯(以下，也称为MC芯)。将混合有磁性粉末与树脂的粘土状的混合物填充至规定的容器中，进行加压，由此可将芯设为规定的形状。芯的形状例如可设为环(toroidal)状芯、I型芯、U型芯、θ型芯、E型芯、EER型芯等各种形状。
作为磁性粉末，可使用软磁性粉末，尤其是可使用Fe粉末、Fe-Si合金粉末、Fe-Al合金粉末、Fe-Si-Al合金粉末(铁硅铝磁合金(sendust))、或者这些两种以上的粉末的混合粉等。作为Fe-Si合金粉末，例如可使用Fe-6.5％Si合金粉末、Fe-3.5％Si合金粉末。软磁性粉末的平均粒子径(D50)优选为20μm～150μm。再者，在本说明书中，所谓“平均粒子径”，只要并无特别说明，则是指D50、即中值径。
磁性粉末由平均粒子径不同的磁性粉末构成。即，磁性粉末包含第1磁性粉末、以及平均粒子径比第1磁性粉末小的第2磁性粉末。第1磁性粉末及第2磁性粉末理想的是低保磁力。第1磁性粉末的保磁力优选为0.70A/cm以下、理想的是0.48A/cm以下。在使用保磁力大的磁性粉末的MC芯中，MC芯中的磁滞回线(hysteresis loop)也变大。因此，MC芯的磁滞损耗变大。因此，通过将第1磁性粉末的保磁力抑制得低，而可实现低铁损的MC芯。另外，第2磁性粉末的保磁力理想的是0.93A/cm以下。其原因在于：第2磁性粉末的保磁力与第1磁性粉末的保磁力相比较，对于MC芯的磁滞回线的影响小。但是，若第2磁性粉末的保磁力超过0.93A/cm，则MC芯的磁滞回线也变大，从而MC芯的磁滞损耗变大。
第1磁性粉末及第2磁性粉末优选为球形。第1磁性粉末的圆形度优选为0.90以上，第2磁性粉末的圆形度优选为0.98以上。其原因在于：第1磁性粉末彼此的间隙变小，且更多的第2磁性粉末容易进入所述间隙，可实现密度及透磁率的提高。在对MC芯加压的情况下，加压工序中施加的压力为数kg/cm2～数十kg/cm2，与需要数t/cm2～数十t/cm2的压粉磁芯(以下，也称为压粉芯)相比，为千分之一左右而非常小，因此可维持磁性粉末的圆形度。即，在为需要以高的压力进行加压的压粉芯的情况下，无法获得此种磁性粉末的圆形度。
另外，相对于磁性粉末的第1磁性粉末的添加量优选为60wt％～80wt％。即，在由第1磁性粉末与第2磁性粉末构成磁性粉末的情况下，其重量比率优选为设为第1磁性粉末：第2磁性粉末＝80：20～60：40。通过设为所述范围，可提高芯的密度而减小铁损Pcv。
第1磁性粉末的平均粒子径优选为设为50μm～200μm。另外，第2磁性粉末优选为设为3μm～25μm。其原因在于：平均粒子径小的第2磁性粉末进入第1磁性粉末彼此的间隙中，可实现芯的密度的提高与低铁损化。
第1磁性粉末的粉末硬度理想的是278Mpa以上，更理想的是粉末硬度为403Mpa以上。MC芯与压粉芯不同，是利用树脂将磁性粉末彼此粘接。与此相对，压粉芯是施加加压工序中施加的高的压力使磁性粉末变形而成型性变良好。在压粉芯中，粉末硬度理想的是一定值以下，但在MC芯中并无所述制约。另外，在为MC芯的情况下，与压粉芯不同，不会产生加压所致的磁性粉末的变形，因此不会对磁滞损耗产生不良影响。另外，若将第1磁性粉末设为球形，则存在粉末硬度变高的倾向。通过将第1磁性粉末设为球形，可将MC芯的透磁率抑制得低，并且可提高密度。另外，第2磁性粉末的粉末硬度理想的是239Mpa以上。与第1磁性粉末同样地，通过为高的粉末硬度，可实现MC芯的密度及透磁率的提高。
另外，相对于平均粒子径最大的第1磁性粉末，只要包含平均粒子径比其小的第2磁性粉末即可，因此，第2磁性粉末也可包含平均粒子径不同的磁性粉末。即，第2磁性粉末可为可将平均粒子径规定为一种的磁性粉末，也可为以两种以上规定平均粒子径的磁性粉末。另外，第1磁性粉末与第2磁性粉末的材质、即种类可相同，也可不同。在不同的情况下，材质也可为三种以上。在由三种以上的粉末构成磁性粉末的情况下，也可在各种粉末中使平均粒子径不同。
作为第1磁性粉末，可使用Fe基非晶的粉碎粉、利用水雾化法、气体雾化法、水·气体雾化法制造的粉末。特别优选为利用水雾化法制造的粉末。其理由在于：水雾化法在雾化时骤冷，因此粉末难以结晶化。第2磁性粉末可使用利用水雾化法、气体雾化法、水·气体雾化法制造的粉末。
树脂与磁性粉末混合并保持磁性粉末。在磁性粉末由平均粒子径不同的粉末构成的情况下，将各粉末以均质混合的状态保持。作为树脂，可使用热硬化性树脂、紫外线硬化性树脂、或热塑性树脂。作为热硬化性树脂，可使用酚树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、聚氨酯、二烯丙基邻苯二甲酸酯树脂、硅酮树脂等。作为紫外线硬化性树脂，可使用氨基甲酸酯丙烯酸酯系、环氧丙烯酸酯系、丙烯酸酯系、环氧系的树脂。作为热塑性树脂，优选使用聚酰亚胺或氟树脂等耐热性优异的树脂。通过添加硬化剂而进行硬化的环氧树脂，可通过硬化剂的添加量等来调整其粘度，因此适合于本发明。也可使用热塑性丙烯酸树脂或硅酮树脂。
树脂优选为相对于磁性粉末而含有3wt％～5wt％。若树脂的含量少于3wt％，则磁性粉末的接合力不足，芯的机械强度降低。另外，若树脂的含量多于5wt％，则所形成的树脂进入第1磁性粉末间，第2磁性粉末无法填埋所述间隙等，因所述理由而芯的密度降低并且透磁率降低。
树脂的粘度在与磁性粉末混合时优选为50mPa·s～5000mPa·s。若粘度小于50mPa·s，则在混合时树脂不会缠绕于磁性粉末，在容器内磁性粉末与树脂容易分离，从而芯的密度或强度产生偏差。若粘度超过5000mPa·s，则粘度过于变高，例如所形成的树脂进入第1磁性粉末间，第2磁性粉末无法填埋所述间隙等，从而芯的密度降低并且透磁率降低。
树脂中可使用SiO2、Al2O3、Fe2O3、BN、AlN、ZnO、TiO2等作为粘度调整材料。作为粘度调整材料的填料的平均粒子径可为第2磁性粉末的平均粒子径以下，优选为第2磁性粉末的平均粒子径的1/3以下。其原因在于：若填料的平均粒子径大，则所获得的芯的密度降低。另外，在树脂中可添加Al2O3、BN、AlN等高导热率材料。
芯的表观密度相对于磁性粉末的真密度的比例优选为76.6％以上且小于82％。更优选为77％以上。若所述比例为76.6％以上，则即便于高磁场下也可将透磁率维持得高。相反，若所述比例小于76.6％，则存在因低密度而高磁场中的透磁率容易降低的倾向。另外，若欲利用压粉芯制作相同的透磁率特性，则芯的表观密度相对于磁性粉末的真密度的比例会达到82％～88％左右。其原因在于：压粉芯以粉末单体覆盖(coating)树脂，并如所述般在以非常高的压力压实的时间点形成外形。MC芯中，磁性粉末分散混入树脂中，且只不过是如所述般以低的压力加压至排出内部空气的程度，因此树脂不会被压实而硬化。因此，本实施方式的MC芯的表观密度相对于磁性粉末的真密度的比例小于82％。
再者，本实施方式的MC芯的表面与压粉芯的表面存在以下那样的不同。首先，如上所述，压粉芯是通过如下方式制造：将由绝缘树脂被覆的软磁性粉末放入金属模具中，以非常高的压力进行加压成型，并对形成的成型体进行退火等热处理。因此，压粉芯的表面比较圆滑。另一方面，如上所述，MC芯是将混合有绝缘树脂的复合磁性粉末放入规定形状的容器中，并施加比较低的压力而成型为规定的形状。因此，MC芯的表面比压粉芯粗糙。例如，存在如下不同：在MC芯中存在压粉芯中没有的微小的孔或凹凸，表面粗糙度比压粉芯粗糙等。
另外，压粉芯是通过如下方式成型：将由绝缘树脂被覆的软磁性粉末投入到由外模的成型孔的内周面与下模的上表面形成的区域中，利用上模进行压缩后，拔出上模。此时，因由绝缘树脂被覆的软磁性粉末在模具内以高压被加压，因此在取出所形成的压粉芯时，对模具施加按压那样的力。因此，在压粉芯的表面，在取出时相对于金属模具的内周面滑动的部分中形成滑动痕迹。所谓滑动痕迹，是指因一边摩擦金属模具的表面一边移动而形成的多个线状的痕迹。本实施方式的MC芯因在模具内通过树脂的硬化而成为芯，因此芯不会被模具按压，其表面不具有滑动痕迹。不具有滑动痕迹的面为非滑动面。本实施方式的MC芯的所有表面均为非滑动面。
线圈为实施有绝缘被覆的导线，作为线材可使用铜线或铝线。线圈是在芯的至少一部分卷绕导线而形成或者装设并配置于芯的至少一部分的周围。线圈的卷绕方法或线材的形状并无特别限定。
[1-2.电抗器的制造方法]
一边参照附图一边说明本实施方式的电抗器的制造方法。如图1所示，本电抗器的制造方法包括：(1)混合工序、(2)成型工序、(3)加压工序、以及(4)硬化工序。
(1)混合工序
混合工序为将磁性粉末与树脂混合的工序。混合工序包括：磁性粉末混合工序，将第1磁性粉末、与平均粒子径比第1磁性粉末小的第2磁性粉末混合而构成磁性粉末；树脂混合工序，相对于磁性粉末而添加3wt％～5wt％的树脂并将磁性粉末与树脂混合。
各混合工序的混合可使用规定的混合器自动地或手动地进行。各混合工序的混合时间可适宜设定，并无特别限定，例如设为2分钟。
通过此种混合工序，可获得磁性粉末与树脂的混合物(以下，也称为复合磁性材料)。再者，混合工序也可在成型工序中在用于将复合磁性材料成型的容器中填充磁性粉末与树脂并进行混合。由此，无需将复合磁性材料转换到容器中，可削减制造工时。
(2)成型工序
成型工序为将复合磁性粉末放入规定形状的容器中并成型为规定形状的工序。在成型工序中，也可与复合磁性粉末一起放入线圈并进行成型。
作为容器，根据制造的芯的形状而使用各种形状的容器。在放入线圈的情况下，容器使用上表面开口型的箱型或皿形的容器，以便可自上方插入线圈。成型工序中使用的容器也可直接作为收容芯与线圈的电抗器的外装壳体来使用。若使用所述容器作为外装壳体，则有在复合磁性粉末硬化后无需取出容器的优点。在不使用容器作为外装壳体的情况下，也可用一个容器来制造多个电抗器。即，可在容器的底部形成多个凹部，并在所述凹部放入复合磁性材料及线圈，由此制造多个电抗器。由此，对于多个电抗器，只要一次成型工序即可，因此可提高制造效率。
作为成型工序中使用的容器，其全部或一部分可由树脂成型品构成。通过将容器设为树脂制，可削减制造成本，且可有效利用可实现MC芯的任意形状的优点。即，因树脂为比较廉价的材料，因此可抑制制造容器的成本，并且可通过射出成型等形成任意形状的芯。作为树脂成型品的材料，例如可使用不饱和聚酯系树脂、氨基甲酸酯树脂、环氧树脂、BMC(整体成型化合物(bulk molding compound))、PPS(聚苯硫醚(polyphenylene sulfide))、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯(polybutylene terephthalate))等。
另外，容器的全部或一部分也可由铝、镁等导热性高的金属构成。其原因在于：如后所述，在加压工序中容易对复合磁性材料进行加温。
(3)加压工序
加压工序为在成型工序时利用按压构件按压复合磁性材料的工序。通过利用按压构件按压放入到容器中的粘土状的复合磁性材料，而将复合磁性材料展开为容器的形状，并且减少复合磁性材料中所含的空隙，从而提高表观密度。
于在容器中未放入线圈的情况下，通过所述工序，复合磁性材料成为容器内部的形状。即，可获得由复合磁性材料构成的规定形状的成型体。
于在容器中放入线圈的情况下，如图2所示，在容器10内放入复合磁性材料20，并利用按压构件30将复合磁性材料20展开为容器10的形状。其后，在通过按压复合磁性材料20而形成的空间(space)中插入线圈40，进而填充复合磁性材料20，并利用按压构件32自上方对线圈40与复合磁性材料20一同进行按压。或者，也可在容器10内放入复合磁性材料20，其后，将线圈40(包含其内外周在内)埋设于所述复合磁性材料20中，并自上对线圈40与复合磁性材料20一同进行按压。如此，通过对线圈40与复合磁性材料20一同进行按压，而可减少复合磁性材料20中所含的空隙，从而提高表观密度及透磁率。再者，也可避开存在线圈40的部分，仅按压复合磁性材料20。如此，通过所述工序，可获得包含线圈的规定形状的复合磁性材料的成型体。
另外，加压工序也可利用按压构件按压复合磁性材料并将所述材料制成容器的形状，所述情况下，可将加压工序理解为加压工序及成型工序。
按压复合磁性材料的压力可为1.6kg/cm2以上。利用所述压力，可提高表观密度。其中更优选为6.3kg/cm2以上。其原因在于：若小于6.3kg/cm2，则按压的压力小，提高表观密度的效果小。另外，即便为所述值以上，也优选为15.7kg/cm2以下。其原因在于：即便超过所述值进行按压，提高表观密度的效果也小。另外，若超过所述值进行按压，则仅树脂被按压，磁性粉末间的绝缘性恶化。
按压复合磁性材料的时间可根据树脂的含量或粘性而适宜变更。例如，可设为10秒。
加压工序也可将容器或按压复合磁性材料的按压构件设为比常温(例如，25℃)高的温度来进行。通过提高容器或按压构件的温度，树脂被加温，变得柔软。因此，复合磁性材料容易流入容器内的间隙，可提高成型性，并且所述材料容易流入复合磁性材料中的空隙，可提高密度。容器或按压复合磁性材料的按压构件的温度可比复合磁性材料中所含的树脂的软化点高。其原因在于：可有效地使树脂柔软。加压工序也可在保持容器或按压复合磁性材料的按压构件的温度的状态下进行。
另外，加压工序除了预先提高容器或按压构件的温度以外，也可预先对复合磁性材料自身进行加温而按压所述复合磁性材料。也可保持容器或按压复合磁性材料的按压构件的温度且预先对复合磁性材料自身进行加温而进行按压。
(4)硬化工序
硬化工序为使成型工序中获得的成型体中的树脂硬化的工序。在成型体中的树脂通过干燥而硬化的情况下，干燥环境可设为大气环境。干燥时间可根据树脂的种类、含量、干燥温度等适宜变更，例如可设为1小时～4小时，但并不限定于此。干燥温度可根据树脂的种类、含量、干燥时间等适宜变更，例如可设为85℃～150℃，但并不限定于此。再者，干燥温度为干燥环境的温度。
另外，树脂的硬化并不限于干燥，硬化方法根据树脂的种类而不同。例如，若树脂为热硬化性树脂，则通过施加热而使树脂硬化，若树脂为紫外线硬化性树脂，则通过对成型体照射紫外线而使树脂硬化。
硬化工序可反复进行多次在规定的温度下使成型体硬化规定时间的工序。另外，例如，在树脂通过干燥而硬化的情况下，针对重复多次的每一次而可使干燥温度或干燥时间不同。
[1-3.作用·效果]
(1)本实施方式的MC芯为包含磁性粉末与树脂的芯，磁性粉末包含第1磁性粉末、以及平均粒径比第1磁性粉末小的第2磁性粉末，并且第1磁性粉末的保磁力Hc＝0.70A/cm以下且圆形度为0.9以上。
因此，通过对MC芯使用圆形度高且保磁力高的软磁性粉末，可实现高的芯密度，因此可使MC芯的磁特性优异。另外，通过将第1磁性粉末的保磁力设为保磁力Hc＝0.70A/cm以下，可减小MC芯中的磁滞回线，可抑制磁滞损耗的增加，且可抑制磁特性的降低。
还存在一种被称为压粉芯的类型的芯，其是通过如下方式而制造：将由绝缘树脂被覆的软磁性粉末放入金属模具中，在10t/cm2～20t/cm2的高压下进行加压成型。压粉芯与MC芯相比较，因以1000倍的高压进行加压成形，因此通常表观密度高。在采用了表观密度高的芯的电抗器中，为了维持高磁场中的透磁率，有在芯与芯之间设置缝隙(gap)的情况。虽然磁性粉末彼此的间隔也发挥缝隙的作用，但压粉芯因磁性粉末彼此的间隔密且作为缝隙的功能弱，因此设为分离构成而生成缝隙。另一方面，MC芯因磁性粉末彼此的间隔比压粉芯稀疏，因此所述间隔发挥缝隙的作用，由此不设为分离构成也可在高磁场下获得高的透磁率。
另外，作为第1磁性粉末，也可使用圆形度为0.9以上且粉末硬度为278Mpa以上的磁性粉末。作为此种第1磁性粉末，可列举Fe-Si-Al合金粉末(铁硅铝磁合金)的粉碎粉等。使用圆形度为0.9以上、且粉末硬度为278Mpa以上的软磁性粉末制作MC芯，由此可将表观密度设为89.34以上。由此，可制作具有即便与压粉芯相比较也不逊色的、基于表观密度的密度及透磁率的MC芯。
(2)进而，第1磁性粉末可设为保磁力Hc＝0.48A/cm以下且圆形度0.92以上。通过将圆形度设为0.92以上，可实现更高的芯密度，因此可使MC芯的密度及透磁率优异。另外，通过将保磁力设为Hc＝0.48A/cm以下，可抑制磁滞损耗的增加，且可抑制磁特性的降低。
另外，作为第1磁性粉末，也可使用圆形度为0.92以上且粉末硬度为278Mpa以上的磁性粉末。作为此种第1磁性粉末，可列举Fe-Si-Al合金粉末(铁硅铝磁合金)的气体雾化粉等。通过使用圆形度为0.9以上、且粉末硬度为403Mpa以上的软磁性粉末制作MC芯，可将表观密度设为91.67以上。由此，可制作具有即便与压粉芯相比较也不逊色的、基于表观密度的密度及透磁率的MC芯。
另外，本实施方式的芯为MC芯，因此与压粉芯相比，形状的自由度高，即便不设为分离构成，也可容易地制作所希望的形状的芯。通过不设为分离构成，可消除缝隙，因此在将本实施方式的芯制成电抗器而构成的情况下，可减低向线圈的漏磁通，并降低铜损，由此可抑制线圈的发热。
(3)磁性粉末包含第1磁性粉末、以及平均粒径比第1磁性粉末小的第2磁性粉末，并且相对于磁性粉末的第1磁性粉末的添加量为60wt％～80wt％，相对于磁性粉末的第2磁性粉末的添加量为40wt％～20wt％。通过以所述比例包含第1磁性粉末与第2磁性粉末，平均粒子径小的第2磁性粉末进入第1磁性粉末彼此的间隙中，可实现芯的密度的提高与低铁损化。
(4)本实施方式的芯中，相对于磁性粉末而树脂为3wt％～5wt％。由此，可获得成型性优点，并且也可获得提高了生产性及密度的芯。即，因将树脂量设为3wt％～5wt％，因此复合磁性材料成为粘土状而容易处理，可提高生产性。
(5)本实施方式的芯的整个表面为非滑动面。因此，尽管不是压粉芯，也可获得如所述那样优异的磁特性。即，关于压粉芯，因滑动痕迹而覆盖磁性粉末的绝缘被膜会剥落，因此涡流损耗恶化。另一方面，本实施方式的芯并未产生滑动痕，因此与压粉芯相比而为低损耗。
(6)本实施方式的芯的制造方法为包含磁性粉末以及树脂的芯的制造方法，并且所述磁性粉末包含保磁力Hc＝0.70A/cm以下且粉末硬度为278Mpa以上的第1磁性粉末、以及平均粒子径比所述第1磁性粉末小的第2磁性粉末，并且所述制造方法包括：混合工序，对所述磁性粉末混合树脂；成型工序，将所述混合工序中获得的混合物放入规定的容器中并进行成型；以及硬化工序，使所述成型工序中获得的成型体中的所述树脂硬化。
由此，可获得提高了密度及透磁率的芯。进而，通过具有加压工序，可确保可将复合磁性材料的形状成型为规定形状的MC芯的优点即成型性优点，并且通过按压复合磁性材料，所述材料容易进入复合磁性材料所包含的空隙中，可提高芯的表观密度及磁特性。
[1-4.实施例]
以下参照表1～表4及图3对本发明的实施例进行说明。
(测定项目)
测定项目为密度、透磁率及铁损Pcv。对于所制作的各芯的样品，利用φ2.6mm的铜线实施40匝(turn)的绕线，制作电抗器。各芯的样品的形状是设为外径35mm、内径20mm、高度11mm的环形形状。另外，以下述条件算出制作的电抗器的透磁率及铁损Pcv。
＜密度＞
芯的密度为表观密度。即，测量各芯的样品的外径、内径、及高度，根据这些值并基于π×(外径2-内径2)×高度算出样品的体积(cm3)。而且，测定样品的质量，且用测定的质量除以算出的体积，算出芯的密度。
＜透磁率及铁损＞
透磁率及铁损Pcv的测定条件是设为频率20kHz、最大磁通密度Bm＝30mT。透磁率是设为在铁损Pcv测定时设定了最大磁通密度Bm时的振幅透磁率。关于铁损Pcv，使用作为磁测量设备的BH分析仪(岩通测量股份有限公司：SY-8219)来算出。所述算出是通过利用以下(1)式～(3)式并利用最小二乘法对铁损Pcv的频率曲线算出磁滞损耗系数、涡流损耗系数而进行。
Pcv＝Kh×f+Ke×f2…(1)
Phv＝Kh×f…(2)
Pev＝Ke×f2…(3)
Pcv：铁损
Kh：磁滞损耗系数
Ke：涡流损耗系数
f：频率
Phv：磁滞损耗
Pev：涡流损耗
本实施例中，各粉末的平均粒子径与圆形度是使用下述装置并取3000个的平均值而得者，在玻璃基板上分散粉末，利用显微镜拍摄粉末照片，并根据图像自动地对每一个进行测定。
公司名：马尔文(Malvern)
装置名：莫露菲(morphologi)G3S
比表面积是利用布厄特(Brunauer EmmittTeller，BET)法而测定。
[1.第1特性比较(基于软磁性粉末的种类的比较)]
在第1特性比较中，使软磁性粉末中所含的第1磁性粉末与第2磁性粉末的种类变化来进行特性比较。
(样品的制作方法)
在本特性比较中，改变第1磁性粉末与第2磁性粉末的种类，制作实施例1～实施例5、以及比较例1的芯。在芯的制作中，使用表1中记载的粉末作为第1磁性粉末，使用表2中记载的粉末作为第2磁性粉末。
[表1]
Figure BDA0002179006290000131
[表2]
Figure BDA0002179006290000141
以下，按照下述顺序示出芯的样品的制作方法。
实施例1～实施例5、及比较例1的芯的样品是根据表3所示的第1磁性粉末与第2磁性粉末的组合、磁性粉末的添加比例、环氧树脂的添加量、压制压力来制作。
[表3]
Figure BDA0002179006290000142
(制作顺序)
作为混合工序，将与实施例1～实施例5、及比较例1对应的种类的第1磁性粉末与第2磁性粉末以重量比率70：30在V型混合机中混合30分钟，从而构成磁性粉末。而且，在铝杯中放入所述磁性粉末，相对于所述磁性粉末添加4.0wt％的环氧树脂，且使用刮刀手动混合2分钟。由此，获得作为磁性粉末与树脂的混合物的复合磁性材料。
其次，将混合工序中获得的复合磁性材料填充到具有环形形状的空间的树脂制的容器中，使用油压压制机以6.3kg/cm3的压制压力将容器内的复合磁性材料按压10秒，制作环形形状的成型体。在所述按压期间内，容器的温度保持为25℃。
将如此在加压工序及成型工序中获得的成型体在大气中、85℃下干燥2小时，其后在120℃下干燥1小时，进而在150℃下干燥4小时，制作成为样品的环形芯。
[表4]
Figure BDA0002179006290000151
表4是表示所制作的实施例1～实施例5、及比较例1的MC芯的表观密度、起始透磁率μ0、透磁率μ12k、铁损Pcv(铁损Pcv、磁滞损耗Phv、涡流损耗Pev)的表。表4中的透磁率为振幅透磁率，通过使用所述阻抗分析仪，并根据20kHz、1.0V时的各磁场的强度的电感值而算出。表4中的“μ0”表示未重叠直流的状态、即磁场的强度为0H(A/m)时的起始透磁率。表4中的“μ12k”表示磁场的强度为12kH(kA/m)时的透磁率。
基于表4来制作图3的图表。图3是表示相对于铁损Pcv的透磁率μ12k的图表。
(第1磁性粉末的保磁力及粉末硬度、与MC芯的磁特性的相关性)
如表4及图3所示，使用保磁力为1.83A/cm的第1磁性粉末的比较例1中，MC芯的铁损Pcv为22.9。相对于此，使用保磁力Hc＝0.70A/cm以下的第1磁性粉末的实施例1～实施例5的MC芯中，铁损Pcv为16.7以下。其原因在于：若第1磁性粉末的保磁力为1.83A/cm以上，则因保磁力的影响而磁滞损耗Phv增加。另外，根据表4得知：在比较例1中，不仅磁滞损耗Phv增大，而且涡流损耗Pev也增大，磁滞损耗与电流损耗Pev均增加，由此铁损Pcv增加。
如上所述，第1磁性粉末的圆形度对重叠时的透磁率(μ12k)造成大的影响。如表4所示，在使用圆形度为0.90的第1磁性粉末的实施例2中，透磁率(μ12k)也为15.2。所述值为充分高的透磁率。进而，在将圆形度设为0.92以上的实施例1、实施例3～实施例5中，透磁率(μ12k)为20.3以上。因圆形度相差0.02，因此透磁率(μ12k)相差5以上。另一方面，在圆形度相差0.02的实施例1(圆形度0.92)与实施例3(圆形度0.94)中，透磁率(μ12k)的差异为0.02。即，为了提高重叠时的透磁率(μ12k)，可将第1磁性粉末的圆形度设为0.90以上，通过将圆形度设为0.92以上，可进一步提高重叠时的透磁率(μ12k)。
根据以上，如实施例2所示，通过使用保磁力为0.70A/cm以下且圆形度为0.90以上的第1磁性粉末，可实现兼顾优异的重叠时的透磁率(μ12k)与低铁损的MC芯。进而，如实施例1、实施例3～实施例5所示，通过将第1磁性粉末的保磁力设为0.48A/cm以下且将圆形度设为0.92以上，可兼顾优异的重叠时的透磁率(μ12k)与低铁损并且也可实现实现了更优异的重叠时的透磁率(μ12k)的MC芯。
(第2磁性粉末的保磁力及粉末硬度、与MC芯的磁特性的相关性)
如表3所示，在实施例1与实施例5的组合、以及实施例3与实施例4的组合中，在各组中第1磁性粉末的种类相同，但第2磁性粉末的种类不同。实施例4与实施例5中使用的第2磁性粉末的保磁力为Hc＝0.61A/cm以下，实施例1与实施例3中使用的第2磁性粉末的保磁力为Hc＝0.93A/cm以下。得知：即便在使用保磁力Hc＝0.93A/cm以下的磁性粉末作为第2磁性粉末的情况下，也可将铁损Pcv设为16.7以下。
即，如实施例1与实施例3所示，通过将MC芯中使用的第2磁性粉末的保磁力设为Hc＝0.93A/cm以下且将圆形度设为0.98以上，可实现兼顾优异的重叠时的透磁率(μ12k)与低铁损的MC芯。进而，如实施例4与实施例5所示，通过将第2磁性粉末的保磁力设为0.61A/cm以下，可进一步减低磁滞损耗，且可实现优异的重叠时的透磁率(μ12k)，并且可实现铁损更低的MC芯。
[2.第2特性比较(MC芯的表观密度与压粉芯的表观密度的密度比)]
本特性比较是使用与实施例4、实施例5、比较例1中使用的第1磁性粉末相同的种类的磁性粉末，并基于表观密度变高那样的条件制作压粉芯，且将所制作的压粉芯与比较例1、实施例4、实施例5的MC芯的表观密度进行比较。
在对MC芯的表观密度与压粉芯的表观密度进行比较时，将与MC芯进行比较的压粉芯的磁性粉末的条件自实施例4、实施例5、比较例1中使用的第1磁性粉末变更一部分。即，不是单纯地使用具有与实施例4、实施例5、比较例1中使用的第1磁性粉末相同的平均粒子径的第1磁性粉末，而是设为可获得具有最优的表观密度的压粉芯的第1磁性粉末的平均粒子径。另外，在具有最优表观密度的压粉芯的制作条件中，有无第2磁性粉末的添加也为重要的要素，因此就制作具有最优的表观密度的压粉芯的观点而言，适宜判断有无第2磁性粉末的添加。
成为比较例1、实施例4、实施例5的比较对象的压粉芯是利用以下条件制作。
·成为比较例1的对比对象的压粉芯的制造方法
(1)对于利用气体雾化法制成的平均粒子径(D50)为35μm的Fe-6.5Si合金粉末混合0.5wt％的氧化铝粉末。
(2)对于混合有氧化铝粉末的Fe-6.5Si合金粉末，添加0.5wt％的硅酮寡聚物并进行混合，在200℃下进行2小时的加热干燥。
(3)对于经干燥的粉末混合1.5wt％的硅酮树脂，并在150℃下进行2小时加热干燥。
(4)出于将加热干燥后生成的块破碎的目的而进行网眼250μm的筛选。其后，混合0.5wt％的乙烯双硬脂酰胺作为润滑剂。
(5)以成形压力15ton/cm2将通过所述工序而形成有绝缘被膜的Fe-6.5Si合金粉末制作为成形体。
(6)最后，在850℃的热处理温度下、氮气环境中对成形体进行2小时热处理，制作压粉磁芯。
·成为实施例4的对比对象的压粉芯的制造方法
(1)将利用水气体雾化法制成的平均粒子径(D50)为35μm的第1非晶质粉末、与利用水雾化制成的平均粒子径(D50)为5.0μm的第2非晶质粉末以70：30的比例混合。对于经混合的粉末混合1.3wt％的低熔点玻璃、0.3wt％的作为润滑剂的硬脂酸锂。混合是使用V型混合机混合1小时。
(2)对于经混合的粉末混合0.1wt％的硅烷偶合剂、1.5wt％的硅酮树脂，并在150℃下进行2小时加热干燥。
(3)出于将加热干燥后生成的块破碎的目的而进行网眼250μm的筛选。其后，混合0.3wt％的硬脂酸锂作为润滑剂。
(4)以成形压力15ton/cm2将通过所述工序而形成有绝缘被膜的混合粉末制作为成形体。
(5)最后，在420℃的热处理温度下、大气中对成形体进行2小时热处理，而制作压粉磁芯。
·成为实施例5的对比对象的压粉芯的制造方法
(1)对于利用气体雾化法制成的平均粒子径(D50)为35μm的Fe-Si-Al合金粉末添加0.3wt％的硅烷偶合剂、1.0wt％的硅酮寡聚物并进行混合，在200℃下进行2小时加热干燥。
(2)对于经干燥的粉末混合1.5wt％的硅酮树脂，进而在150℃下进行2小时加热干燥。
(3)出于将加热干燥后生成的块破碎的目的而进行网眼250μm的筛选。其后，混合0.5wt％的乙烯双硬脂酰胺作为润滑剂。
(4)以成形压力15ton/cm2将通过所述工序而形成有绝缘被膜的Fe-Si-Al合金粉末制作为成形体。
(5)最后，在700℃的热处理温度下、大气中对成形体进行2小时热处理，而制作压粉磁芯。
[表5]
Figure BDA0002179006290000181
表5表示比较例1、实施例4、实施例5的MC芯的表观密度、密度比(表观密度/理论密度)、MC芯的表观密度相对于成为比较例1、实施例4、实施例5的比较对象的压粉芯的表观密度的比例。另外，基于表5来制作图4的图表。图4是表示相对于第1粉末硬度而言的、MC芯的表观密度相对于压粉芯的表观密度的比例的图表。
如表5所示，粉末硬度为255Mpa的比较例1的MC芯的表观密度为5.91g/cm3。另外，成为比较例1的比较对象的压粉芯的表观密度为6.65g/cm3。根据这些值，在比较例1中，若算出MC芯的表观密度相对于压粉芯的表观密度的比例，则为88.87％(5.91÷6.65×100)。同样地，在粉末硬度为700Mpa的实施例4中，MC芯的表观密度相对于压粉芯的表观密度的比例为91.67％，在粉末硬度为403Mpa的实施例5中，MC芯的表观密度相对于压粉芯的表观密度的比例为89.34％。
如图4所示，第1磁性粉末的粉末硬度与MC芯的表观密度相对于压粉芯的表观密度的比例存在相关关系，若使第1磁性粉末的粉末硬度上升，则MC芯的表观密度相对于压粉芯的表观密度的比例上升。即，若提高粉末硬度，则MC芯的表观密度接近于基于表观密度变高那样的条件制作的压粉芯的表观密度。尤其是在粉末硬度为403Mpa以上时显著。根据以上，通过使用粉末硬度为403Mpa以上的第1磁性粉末，可使MC芯的表观密度接近于压粉芯的表观密度。
[3.其他实施方式]
本发明并非直接限定于所述实施方式，可在实施阶段中在不脱离其主旨的范围内对构成要素进行变形而加以具体化。另外，利用所述实施方式中揭示的多个构成要素的适宜的组合，可形成各种发明。例如，也可自实施方式中所示的所有构成要素中删除若干构成要素。进而，也可将不同的实施方式中的构成要素适宜组合。
在本发明中，作为MC芯的制作工序，包括加压工序，但也可省略。根据MC芯意图达到的密度或透磁率或铁损Pcv，也可通过混合工序、成型工序、硬化工序来制作MC芯。

Claims (12)

1.一种复合磁性材料，其为将磁性粉末与树脂混合而获得的复合磁性材料，其特征在于：
所述磁性粉末包含第1磁性粉末、以及平均粒径比所述第1磁性粉末小的第2磁性粉末，
所述第1磁性粉末的保磁力Hc＝0.70A/cm以下且圆形度为0.9以上。
2.根据权利要求1所述的复合磁性材料，其特征在于：所述第1磁性粉末的粉末硬度为278Mpa以上。
3.根据权利要求1所述的复合磁性材料，其特征在于：所述第1磁性粉末的保磁力Hc＝0.48A/cm以下且圆形度为0.92以上。
4.根据权利要求3所述的复合磁性材料，其特征在于：所述第1磁性粉末的粉末硬度为403Mpa以上。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的复合磁性材料，其特征在于：所述第2磁性粉末的保磁力Hc＝0.93A/cm以下且圆形度为0.98以上。
6.根据权利要求5所述的复合磁性材料，其特征在于：所述第2磁性粉末的粉末硬度为239Mpa以上。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的复合磁性材料，其特征在于：
相对于所述磁性粉末的所述第1磁性粉末的添加量为60wt％～80wt％，且
相对于所述磁性粉末的所述第2磁性粉末的添加量为40wt％～20wt％。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的复合磁性材料，其特征在于：所述树脂的混合量为所述磁性粉末的3wt％～5wt％。
9.一种金属复合芯，其是将如权利要求1至8中任一项所述的复合磁性材料成形而成。
10.根据权利要求9所述的金属复合芯，其特征在于：所述金属复合芯的整个表面为非滑动面。
11.一种电抗器，其特征在于，包括：如权利要求9或10所述的金属复合芯、以及线圈。
12.一种金属复合芯的制造方法，其为包含磁性粉末及树脂的芯的制造方法，其特征在于：
所述磁性粉末包含保磁力Hc＝0.70A/cm以下且圆形度为0.9以上的第1磁性粉末、以及平均粒子径比所述第1磁性粉末小的第2磁性粉末，并且所述制造方法包括：
混合工序，对所述磁性粉末混合树脂；
成型工序，将所述混合工序中获得的混合物放入规定的容器中并进行成型；以及
硬化工序，使所述成型工序中获得的成型体中的所述树脂硬化。
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