CN113272086A - 磁性材料的制造方法、压粉磁芯的制造方法、线圈部件的制造方法、压粉磁芯、线圈部件以及造粒粉 - Google Patents

磁性材料的制造方法、压粉磁芯的制造方法、线圈部件的制造方法、压粉磁芯、线圈部件以及造粒粉 Download PDF

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Abstract

本申请的磁性材料的制造方法包括下述工序:生成包含有机溶剂、金属磁性粉、树脂材料及有机金属皂的混合物的混合物生成工序;以及通过对混合物进行加热并将混合物中的有机溶剂去除而得到金属磁性粉、树脂材料及有机金属皂一体化而成的磁性材料的第一热处理工序。

Description

磁性材料的制造方法、压粉磁芯的制造方法、线圈部件的制造 方法、压粉磁芯、线圈部件以及造粒粉
技术领域
本申请涉及磁性材料的制造方法、压粉磁芯的制造方法、线圈部件的制造方法、压粉磁芯、线圈部件以及造粒粉。
背景技术
以往,作为适于电感器及变压器的磁芯的磁性材料,使用以铁氧体为代表的氧化物磁性体材料及金属磁性材料。作为使用了这些磁性材料的磁芯,例如存在对金属粉进行压缩成型而得到的压粉磁芯。压粉磁芯具有高饱和磁通密度,是有利于将电感器及变压器等部件小型化的磁芯。另外,压粉磁芯可以进行模具用成型,因此磁芯形状的自由度高;另外,由于即使是复杂的形状也可以通过简便的工序以高精度进行制造,因此其有用性受到注目(例如参照专利文献1)。
专利文献1作为构成压粉磁芯的磁性材料,公开了以铁(Fe)及硅(Si)为主成分的磁性材料及使用了该磁性材料的压粉磁芯。就专利文献1来说,在以Fe及Si为主成分的金属磁性粉的表面形成了绝缘覆膜。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2005-146315号公报
发明内容
发明所要解决的问题
就压粉磁芯来说,为了得到金属磁性粉之间的绝缘性及密合性,通过向金属磁性粉添加具有绝缘性及粘合性的树脂材料,实施干燥处理,然后进行加压成型来制作。然而,上述树脂材料为高分子量,因此有时会发生分子彼此的缠绕而不能使压粉磁芯内的金属磁性粉高填充化。因此,存在不能提高压粉磁芯的磁特性的问题。
鉴于上述问题,本发明的目的在于:提供用于得到高磁特性的磁性材料的制造方法等。
用于解决问题的手段
本申请的一个方式的磁性材料的制造方法包括下述工序:生成包含有机溶剂、金属磁性粉、树脂材料及有机金属皂的混合物的混合物生成工序;以及通过对上述混合物进行加热并使上述混合物中的上述有机溶剂去除而得到上述金属磁性粉、上述树脂材料及上述有机金属皂一体化而成的磁性材料的第一热处理工序。
另外,本申请的一个方式的压粉磁芯的制造方法包括下述工序:对由上述磁性材料的制造方法得到的磁性材料进行高压压制而得到成型体的第一成型工序;以及对由上述第一成型工序中得到的上述成型体进行加热的第二热处理工序。
另外,本申请的一个方式的线圈部件的制造方法包括下述工序:通过粉体成型使由上述磁性材料的制造方法得到的磁性材料与线圈一体化而得到成型体的第二成型工序;以及对由上述第二成型工序得到的上述成型体进行加热的第三热处理工序。
另外,本申请的一个方式的压粉磁芯包含由Fe-Si-Al构成的金属磁性粉,上述金属磁性粉的填充率为82%以上,初始导磁率为125以上。
另外,本申请的一个方式的线圈部件具备上述压粉磁芯和线圈。
另外,本申请的一个方式的造粒粉包含金属磁性粉、树脂材料及有机金属皂,上述有机金属皂的至少一部分存在于上述造粒粉的内部。
发明效果
根据本申请,能够提供用于得到高磁特性的磁性材料的制造方法等。
附图说明
图1A是表示实施方式1的线圈部件的构成的立体示意图。
图1B是表示实施方式1的线圈部件的构成的分解立体图。
图2是表示实施方式1的磁性材料的构成的剖视图。
图3是表示实施方式1的磁性材料及线圈部件的制造工序的流程图。
图4是表示实施方式1的造粒粉制造工序的流程图。
图5是示意性地表示作为实施方式1的造粒粉的在造粒及干燥后进行了粉末化而得到的造粒粉的图。
图6是表示实施方式1的芯制造工序的流程图。
图7是示意性地表示作为实施方式1造粒粉的加压成型前的造粒粉的图。
图8是表示实施方式1的线圈组装工序的流程图。
图9A是表示实施方式1的实施例1的磁性材料所包含的添加材料、磁性芯所包含的金属磁性粉的填充率及磁性芯的初始导磁率的图。
图9B是表示实施方式1的实施例1的磁性材料所包含的添加材料、磁性芯中的金属磁性粉的密度及磁性芯的初始导磁率的图表。
图10是表示实施方式1的实施例2的磁性材料所包含的添加材料、磁性芯所包含的金属磁性粉的填充率及磁性芯的初始导磁率的图。
图11A是表示实施方式1的实施例3的磁性材料所包含的添加材料、磁性芯所包含的金属磁性粉的填充率及磁性芯的初始导磁率的图。
图11B是表示实施方式1的实施例3的磁性材料所包含的添加材料、磁性芯中的金属磁性粉的密度及磁性芯的初始导磁率的图表。
图12A是表示实施方式2的线圈部件的构成的立体示意图。
图12B是表示实施方式2的线圈部件的构成的剖视图。
图13是表示实施方式2的线圈部件的制造工序的流程图。
图14是表示实施方式2的芯制造工序及线圈组装工序的流程图。
具体实施方式
以下,参照附图对实施方式进行具体说明。
此外,以下说明的实施方式均表示本申请的一个具体例子。在以下的实施方式中表示的数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置、连接方式、步骤及步骤的顺序等是一个例子,不是意在限定本申请。另外,对于以下的实施方式中的构成要素之中没有记载于表示最上位概念的独立权利要求的构成要素,作为任选的构成要素进行说明。
(实施方式1)
[1-1.线圈部件及磁性芯的构成]
本实施方式的线圈部件1是由磁性芯(压粉铁芯)和配置于磁性芯的内部的线圈部构成的,该磁性芯由磁性材料形成。
图1A是表示本实施方式的线圈部件1的构成的立体示意图。图1B是表示本实施方式的线圈部件1的构成的分解立体图。图2是表示本实施方式的磁性材料的构成的剖视图。
如图1A及图1B所示,线圈部件1具备两个分割磁芯12、导体13及两个线圈支撑体14。通过两个分割磁芯12形成磁性芯,通过导体13及两个线圈支撑体14形成线圈部。
分割磁芯12具备基台12a和形成于基台12a的一面的圆筒状的芯部12b。另外,在构成基台12a的四个边中对置的两个边形成了从基台12a的边缘直立设置的壁部12c。芯部12b及壁部12c从基台12a的一面起的高度相同。两个分割磁芯12分别为磁性材料被加工成型为规定的形状的压粉磁芯。
两个分割磁芯12以各自的芯部12b及壁部12c相抵接的方式配置。此时,以包围芯部12b的周围的方式配置了导体13。导体13隔着线圈支撑体14被组入分割磁芯12。
如图1B所示,两个线圈支撑体14具备圆环状的基部14a和圆筒部14b。在圆筒部14b的内部配置了分割磁芯12的芯部12b,在圆筒部14b的外周配置了导体13。
构成分割磁芯12的磁性材料例如是作为以Fe及Si为主成分的合金的Fe-Si系的金属磁性材料。
详细来说,如图2所示,就分割磁芯12来说,多个金属磁性粉17被加压成型,并在各金属磁性粉17的表面形成了绝缘材料18。覆盖临近的各金属磁性粉17的表面的绝缘材料18相互粘结。即,在各金属磁性粉17之间配置了绝缘材料18,各金属磁性粉17相互绝缘。
Fe-Si系的金属磁性粉17是以Fe及Si为主成分的金属软磁性粉末,或者是以Fe、Si及Al为主成分的金属软磁性粉末。金属磁性粉17除了Fe、Si、Al以外还可以包含不可避免的杂质。就本实施方式中的金属磁性粉17来说,Si用于提高软磁特性。通过添加Si,能够减小金属磁性粉17的磁各向异性及磁致伸缩常数,而且能够降低提高电阻的涡流损耗。
本实施方式的金属磁性粉17的制作方法没有特别限定,可以使用各种粉化法、各种粉碎法。
本实施方式的金属磁性粉17的平均粒径优选为1μm~100μm。如果平均粒径小于1μm,则成型密度变低,导磁率降低。如果平均粒径大于100μm,则高频下的涡流损耗变低。可以进一步优选将金属磁性粉17的平均粒径设定为50μm以下。此外,金属磁性粉的平均粒径是指通过激光衍射式粒度分布测定法求出的粒径。例如,显示与直径为10μm的球相同的衍射及散射光的图案的待测定颗粒的粒径无论其形状为何而设定为10μm。并且,从小的颗粒开始对粒径进行计数,将累积成为整体的50%时的粒径作为平均粒径。
绝缘材料18例如包含Ti、Zr及Al中的至少任一种颗粒。绝缘材料18以覆盖金属磁性粉17的表面的方式形成,相邻的金属磁性粉17因绝缘材料18而绝缘。
[1-2.线圈部件的制造方法及磁性材料的制造方法]
以下,对本实施方式的磁性材料及线圈部件的制造方法进行说明。图3是表示本实施方式的磁性材料及线圈部件1的制造工序的流程图。
如图3所示,本实施方式的线圈部件1的制造工序包括造粒粉制造工序(步骤S10)、芯制造工序(步骤S20)以及线圈组装工序(步骤S30)。就造粒粉制造工序来说,生成构成上述磁性芯的磁性材料。就芯制造工序来说,通过使磁性材料成型而形成分割磁芯12。就线圈组装工序来说,对上述分割磁芯12、导体13及线圈支撑体14进行组装而完成线圈部件1。以下,对各工序进行详细说明。
图4是表示本实施方式的造粒粉制造工序的流程图。如图4所示,就造粒粉制造工序来说,首选准备生成磁性材料的原材料(步骤S11)。作为磁性材料的原材料,准备金属磁性粉17、具有绝缘性的第一树脂材料、具有粘合性的第二树脂材料、有机金属皂以及有机溶剂。此外,以下有时将第一树脂材料及第二树脂材料这两者并称为“树脂材料”。
金属磁性粉17使用以Fe为主成分的磁性体粉。例如,金属磁性粉17使用Fe与Si的合金、铝硅铁粉、坡莫合金等。在使用Fe与Si的合金的情况下,可以调整Fe与Si的含有率。金属磁性粉17的粒径例如为20μm。
第一树脂材料是对加压成型后的分割磁芯(压粉磁芯)12进行了热处理之后成为绝缘材料18的材料。第一树脂材料例如使用硅树脂、酚醛树脂或环氧树脂等材料。例如,硅树脂所包含的硅在对分割磁芯12进行了热处理之后也残留于相邻的金属磁性粉之间,因此适于确保金属磁性粉之间的绝缘性。
第二树脂材料是成为粘结材料(粘合剂)的材料。第二树脂材料例如使用丙烯酸树脂、硅树脂、丁醛树脂等材料。例如,丙烯酸树脂适于抑制加压成型后的回弹并确保加压成型后的分割磁芯12的保形性。此外,第二树脂材料是通过对加压成型后的分割磁芯12进行热处理而去除的材料。
用于本实施方式的第一树脂材料及第二树脂材料分别可以是热固性树脂,也可以是热塑性树脂。另外,在第一树脂材料及第二树脂材料分别为热固性树脂的情况下,在常温下为液体状。
有机金属皂是用于使上述树脂材料软化的材料。有机金属皂中例如包含含有硬脂酸锌、硬脂酸镁或硬脂酸钙等硬脂酸金属盐的材料。
硬脂酸锌的化学式是Zn(C17H35COO)2,硬脂酸镁的化学式是Mg(C17H35COO)2,硬脂酸钙的化学式是Ca(C17H35COO)2。硬脂酸锌、硬脂酸镁及硬脂酸钙分别具有长链的烃,因此与树脂材料的相容性良好。故而,通过在造粒粉制造工序中添加包含硬脂酸金属盐的有机金属皂,能够使造粒粉所包含的树脂材料软化而对造粒粉进行增塑(制成柔软并且容易变形的状态)。
就本实施方式来说,磁性材料所包含的有机金属皂的重量比率相对于金属磁性粉17为0.05重量%~0.5重量%。另外,磁性材料所包含的有机金属皂的重量比率相对于树脂材料为5重量%~40重量%。通过实施例对此进行详细叙述。
有机溶剂是用于容易对金属磁性粉17、树脂材料、有机金属皂进行混炼及分散的溶剂。有机溶剂例如使用甲苯、二甲苯、乙醇等。
接下来,对金属磁性粉17、树脂材料、有机金属皂及有机溶剂进行混炼及分散(步骤S12)。由此,生成包含有机溶剂、金属磁性粉、树脂材料及有机金属皂的混合物。混炼及分散通过将称量之后的金属磁性粉17、树脂材料、有机金属皂及有机溶剂放入容器,以旋转球磨机进行混合并使之分散来进行。此外,上述混炼及分散在常温下进行。混炼及分散不限于使用了旋转球磨机的混炼及分散,也可以是其它混炼及分散方法。
对金属磁性粉17、树脂材料、有机金属皂及有机溶剂进行了混炼及分散,然后进行造粒及干燥(步骤S13)。由此,生成包含有机金属皂的造粒粉。就基于该步骤S13的工序来说,以有机金属皂的熔点以下的温度对通过步骤S12生成的上述混合物进行热处理。
有机金属皂所包含的硬脂酸锌的熔点为116℃~125℃,硬脂酸镁的熔点为120℃~140℃,硬脂酸钙的熔点为145℃~160℃。例如上述混合物以115℃以下的温度进行热处理。更期望以90℃~110℃的温度进行热处理。此时的热处理的工序是第一热处理工序。
通过该热处理,将有机溶剂从混合物中去除,得到金属磁性粉17、树脂材料及有机金属皂一体化而成的造粒粉(磁性材料)。此外,造粒粉中不包含玻璃材料(例如硅酸系玻璃)。
接下来,对通过步骤S13进行造粒而得到的造粒粉(磁性材料)进一步进行粉碎(步骤S14)而减小粒径。该工序是粉末化工序。然后,按照各规定的粒径对粉末化之后的造粒粉进行分级(步骤S15)。由以上方法得到粉径为100μm~500μm的粉末化之后的造粒粉。
就该粉末化之后的造粒粉来说,在金属磁性粉17的表面形成了绝缘材料18。绝缘材料18的厚度例如为10[nm]左右。此外,绝缘材料18的厚度不限于此,也可以为1nm~200nm的厚度。
图5是示意性地表示作为本实施方式的造粒30的在造粒及干燥后进行了粉末化而得到的造粒粉30的图。如图5所示,在粉末化之后的造粒粉30的内部存在有机金属皂31。具体来说,在相邻的金属磁性粉17之间存在树脂材料32,在树脂材料32中存在有机金属皂31。由此,对造粒粉30所包含的树脂材料进行软化而对造粒粉30进行增塑。因此,当通过芯制造工序对作为造粒粉30的磁性材料进行加压成型时,能够提高磁性材料的流动性,能够提高分割磁芯(压粉磁芯)12所包含的金属磁性粉17的密度(填充率)。
图6是表示本实施方式的芯制造工序的流程图。就芯制造工序来说,使磁性材料成型而制作磁性芯。
首先,在将粉末化之后的造粒粉30放入成型用模具之前,在粉末化之后的造粒粉30中混合润滑剂。
图7是示意性地表示作为本实施方式的造粒粉30的加压成型前的造粒粉30的图。如图7所示,在造粒粉30的外周的一部分形成润滑剂33。润滑剂33是与在步骤S12中添加的有机金属皂相同的材料。润滑剂33例如通过对液态的材料进行喷雾并使之干燥的喷雾干燥法来形成。由此,在外周形成具有润滑剂33的造粒粉(磁性材料)30。
此外,润滑剂也被涂布于成型用模具的表面。例如,就润滑剂来说,通过将分散于溶剂的有机金属皂喷雾至成型用模具内来进行涂布。由此,能够提高造粒粉30对于成型用模具的润滑性。
接下来,使由造粒粉30形成的磁性材料加压成型为规定的形状(步骤S21)。该工序是第一成型工序。具体来说,将磁性材料放入成型用模具并进行压缩,制作成型体。此时,例如以一定压力10[ton/cm2]进行单轴成型。成型体的形状例如是图1B所示的分割磁芯12的形状。此外,成型体的形状不限于此,例如,在分割磁芯12中,芯部12b可以是分体地构成的形状。
然后,例如在N2气体之类的不活泼气体气氛中或大气中以200~450[℃]的温度对成型体进行加热并进行脱脂(步骤S22)。由此,去除成型体所包含的第二树脂材料(粘结材料)。此外,根据所使用的第二树脂材料的种类及特性,也可以省略脱脂的工序。
进而,对脱脂后的成型体进行退火(热处理)(步骤S23)。此时的退火的工序是第二热处理工序。成型体的退火例如使用气氛控制电炉。作为气氛控制电炉,例如存在箱型炉、管状炉、带式炉等。此外,不限于这些方法,也可以使用其它方法。
就成型体的退火来说,例如在规定的氧分压下以800[℃]的退火温度进行1小时。
此外,退火温度及退火时间不限于上述温度及时间,例如可以将退火温度设定为600~1000[℃]并将退火时间设定为数十分钟至数小时。通过进行退火,成型体的由于单轴成型时的压力而产生的应变得到松弛。此外,可以通过退火使成型体中绝缘材料18的至少一部分分解。
接下来,使树脂材料含浸于进行了退火之后的成型体(步骤S24)。作为树脂材料,例如可以使用环氧树脂。通过使树脂材料含浸,能够提高成型体的强度。
经过以上的工序,形成如图2所示的包含金属磁性粉17及绝缘材料18的分割磁芯(压粉磁芯)。此外,在此作为磁性芯,形成了两个分割磁芯12。通过如下所述地组装两个分割磁芯12和线圈部,能够得到线圈部件1。
图8是表示本实施方式的线圈组装工序的流程图。
首先,形成将导体13卷绕了规定次数而成的线圈(步骤S31)。
接下来,组装分割磁芯12、导体13及线圈支撑体14(步骤S32)。如图1B所示,以包围两个分割磁芯12的芯部12b的周围的方式配置导体13。此时,在导体13与两个分割磁芯12各自的芯部12b之间配置了两个线圈支撑体14各自的圆筒部14b。另外,在导体13与两个分割磁芯12各自的基台12a之间配置了两个线圈支撑体14各自的圆环状的基部14a。此时,两个线圈支撑体14的圆筒部14b的与形成了圆环状的基部14a侧相反侧的端部以相互抵接的方式配置。
另外,两个分割磁芯12以各自的芯部12b及壁部12c抵接的方式配置。这样一来,通过将导体13隔着线圈支撑体14被组入分割磁芯12,对线圈部件1进行组装。由此,完成在分割磁芯12的芯部12b的周围卷绕有导体13的构成。即,分割磁芯12成为芯部12b沿着该导体13的卷绕轴方向将导体13贯穿而成的磁性芯。
进而,通过树脂材料对组装后的线圈部件1进行铸模(步骤S33)。由此,完成线圈部件1。
[1-3.磁性芯的金属磁性粉的填充率及磁性芯的磁特性]
以下,参照实施例1、2及3对线圈部件1的磁性芯所包含的金属磁性粉的填充率及磁性芯的磁特性依次进行说明。
就实施例1来说,对未添加有机金属皂的例子、内部添加了有机金属皂的例子及外部添加了有机金属皂的例子进行说明。此外,“内部添加”是指通过步骤S12(混炼及分散)添加有机金属皂,“外部添加”是指在工序21之前即加压成型前向造粒粉的外周赋予润滑剂。
图9A是表示本实施方式的实施例1的磁性材料所包含的添加材料、磁性芯所包含的金属磁性粉的填充率及磁性芯的初始导磁率的图。图9B是表示本实施方式的实施例1的磁性材料所包含的添加材料、磁性芯中的金属磁性粉的密度及磁性芯的初始导磁率的图表。
就实施例1来说,制作了未向金属磁性粉(Fe-Si-Al)及树脂材料(硅树脂及丙烯酸树脂)添加作为添加材料的有机金属皂的样品A1、向金属磁性粉及树脂材料外部添加了硬脂酸锌作为润滑剂的样品A2以及向金属磁性粉及树脂材料内部添加了硬脂酸锌作为有机金属皂的样品A3。而且,对各样品A1~A3求出了磁性芯中的金属磁性粉的填充率、密度。另外,对各样品A1~A3调查了作为磁性芯的磁特性的一个例子的初始导磁率。此外,密度是指第二热处理工序后的磁性芯的密度,填充率是指第二热处理工序后的平均每单位体积磁性芯的金属磁性粉的比例。
图9A及图9B示出了:与未添加添加材料的样品A1相比,外部添加了润滑剂的样品A2的填充率、密度及初始导磁率更高。另外,示出了:与样品A1、A2相比,内部添加了有机金属皂的样品A3的填充率、密度及初始导磁率更高。
这样一来,在对金属磁性粉、树脂材料及有机溶剂进行混炼及分散的过程中添加有机金属皂而生成磁性材料的情况即内部添加有机金属皂的情况更能够提高磁性芯中的金属磁性粉的填充率、密度及初始导磁率。另外,通过内部添加有机金属皂,即使不特别设置外部添加有机金属皂的工序,也能够提高金属磁性粉的填充率。
如上所述,有机金属皂具有长链的烃,因此与树脂材料的相容性良好。故而,通过在造粒粉制造工序中添加有机金属皂,能够使造粒粉所包含的树脂材料软化而对造粒粉进行增塑。认为:由此能够抑制加压成型时的树脂材料的分子的缠绕而提高磁性芯所包含的金属磁性粉的填充率。
接下来,对实施例2进行说明。就实施例2来说,对变更了有机金属皂31所包含的材料的种类的例子进行说明。
图10是表示本实施方式的实施例2的磁性材料所包含的添加材料、磁性芯所包含的金属磁性粉的填充率及磁性芯的初始导磁率的图。
就实施例2来说,制作了未向金属磁性粉(Fe-Si-Al)及树脂材料(硅树脂及丙烯酸树脂)添加作为添加材料的有机金属皂的样品B1、向金属磁性粉及树脂材料内部添加了硬脂酸锌作为有机金属皂的样品B2、向金属磁性粉及树脂材料内部添加了硬脂酸镁作为有机金属皂的样品B3以及向金属磁性粉及树脂材料内部添加了硬脂酸钙作为有机金属皂的样品B4。而且,对于各样品B1~B4求出了磁性芯中的金属磁性粉的填充率、密度。另外,对于各样品B1~B4调查了磁性芯的初始导磁率。
图10示出了:与未添加添加材料的样品B1相比,内部添加了硬脂酸锌的样品B2、内部添加了硬脂酸镁的样品B3及内部添加了硬脂酸钙的样品B4的填充率及初始导磁率更高。另外,示出了:与样品B3、B4相比,内部添加了硬脂酸锌的样品B2的初始导磁率变高。
这样一来,在对金属磁性粉、树脂材料及有机溶剂进行混炼及分散的过程中添加硬脂酸锌而生成磁性材料的情况即内部添加了硬脂酸金属盐的各种材料中的硬脂酸锌的情况更能够提高磁性芯中的金属磁性粉的填充率、密度及初始导磁率。
接下来,对实施例3进行说明。就实施例3来说,对变更了有机金属皂31的添加量的例子进行说明。
图11A是表示本实施方式的实施例3的磁性材料所包含的添加材料、磁性芯所包含的金属磁性粉的填充率及磁性芯的初始导磁率的图。图11B是表示本实施方式的实施例3的磁性材料所包含的添加材料、磁性芯中的金属磁性粉的密度及磁性芯的初始导磁率的图表。
就实施例3来说,制作了未向金属磁性粉(Fe-Si-Al)及树脂材料(硅树脂及丙烯酸树脂)添加有机金属皂作为添加材料的样品C1、向金属磁性粉及树脂材料内部添加了0.05重量份的有机金属皂的样品C2、内部添加了0.1重量份的有机金属皂的样品C3、内部添加了0.2重量份的有机金属皂的样品C4、内部添加了0.5重量份的有机金属皂的样品C5以及内部添加了1.0重量份的有机金属皂的样品C6。而且,对于各样品C1~C6求出了磁性芯中的金属磁性粉的填充率、密度。另外,对于各样品C1~C6调查了磁性芯的初始导磁率。此外,这里示出的重量份是指磁性材料中的有机金属皂的重量比率即相对于将金属磁性粉设定为100重量份时的重量比率。
图11A及图11B示出了:与样品C1、C6相比,样品C2、C3、C4、C5中的填充率、密度及初始导磁率更高。即,示出了:在有机金属皂的重量比率为0.05重量份~0.5重量份的范围,填充率、密度及初始导磁率高。此外,在有机金属皂的重量比率相对于金属磁性粉为0.05重量份~0.5重量份的情况下,有机金属皂的重量比率相当于相对于树脂材料为5重量%~40重量%。
这样一来,在对金属磁性粉、树脂材料及有机溶剂进行混炼及分散的过程中添加0.05重量份~0.5重量份的有机金属皂而生成磁性材料的情况即内部添加0.05重量份~0.5重量份的有机金属皂的情况更能够提高磁性芯中的金属磁性粉的填充率、密度及初始导磁率。另外,更期望内部添加0.05重量份~0.2重量份的有机金属皂的情况更能够进一步提高磁性芯中的金属磁性粉的填充率、密度及初始导磁率。
[1-4.效果等]
以上,本实施方式的磁性材料的制造方法包括下述工序:生成包含有机溶剂、金属磁性粉、树脂材料及有机金属皂的混合物的混合物生成工序;以及通过对混合物进行加热并将混合物中的有机溶剂去除而得到金属磁性粉、树脂材料及有机金属皂一体化而成的磁性材料的第一热处理工序。
这样一来,通过混合物生成工序,除了有机溶剂、金属磁性粉及树脂材料以外还包含有机金属皂而生成混合物,能够对在第一热处理工序后生成的磁性材料进行增塑。由此,能够提高由磁性材料生成的磁性芯的金属磁性粉的填充率,提高磁性芯的导磁率。即,能够提供用于得到高磁特性的磁性材料。
另外,有机金属皂也可以包含硬脂酸锌。
这样一来,通过使有机金属皂包含硬脂酸锌,能够提高磁性芯所包含的金属磁性粉的填充率,提高磁性芯的导磁率。即,能够提供用于得到高磁特性的磁性材料。
另外,磁性材料中的有机金属皂的重量比率相对于金属磁性粉可以为0.05重量%~0.5重量%。
通过设定为如上所示的有机金属皂与金属磁性粉的重量比率,能够提高磁性芯所包含的金属磁性粉的填充率,提高磁性芯的导磁率。即,能够提供用于得到高磁特性的磁性材料。
另外,磁性材料中的有机金属皂的重量比率相对于树脂材料可以为5重量%~40重量%。
通过设定为如上所示的有机金属皂与树脂材料的重量比率,能够提高磁性芯所包含的金属磁性粉的填充率,提高磁性芯的导磁率。即,能够提供用于得到高磁特性的磁性材料。
另外,树脂材料可以包含热塑性材料。
据此,与树脂材料为热固性树脂的情况相比,能够使树脂材料软化。由此,能够提高磁性芯所包含的金属磁性粉的填充率,提高磁性芯的导磁率。即,能够提供用于得到高磁特性的磁性材料。
另外,就混合物生成工序来说,混合物可以通过以常温对有机溶剂、金属磁性粉、树脂材料及有机金属皂进行混炼而生成。
据此,与以高温对树脂材料进行混炼的情况相比,能够使树脂材料软化。由此,能够提高磁性芯所包含的金属磁性粉的填充率,提高磁性芯的导磁率。即,能够提供用于得到高磁特性的磁性材料。
另外,就第一热处理工序来说,对混合物进行加热的温度可以为有机金属皂的熔点以下。
据此,能够抑制树脂材料因加热而固化从而使树脂材料软化。由此,能够提高磁性芯所包含的金属磁性粉的填充率,提高磁性芯的导磁率。即,能够提供用于得到高磁特性的磁性材料。
本实施方式的压粉磁芯的制造方法包括下述工序:对由上述磁性材料的制造方法得到的磁性材料进行高压压制而得到成型体的第一成型工序;以及对由第一成型工序得到的成型体进行加热的第二热处理工序。
通过这样地对磁性材料的粉体进行压粉,能够容易地形成压粉磁芯。
本实施方式的压粉磁芯包含由Fe-Si-Al构成的金属磁性粉,金属磁性粉的填充率为82%以上,初始导磁率为125以上。
根据该构成,就使用了由Fe-Si-Al形成的金属磁性粉的压粉磁芯来说,能够提高金属磁性粉的填充率,提高压粉磁芯的导磁率。
本实施方式的线圈部件具备上述压粉磁芯和线圈。
根据该构成,能够提供具备具有上述特征的压粉磁芯的线圈部件。
本实施方式的造粒粉包含金属磁性粉、树脂材料及有机金属皂,有机金属皂的至少一部分存在于造粒粉的内部。
这样一来,通过使有机金属皂存在于造粒粉的内部,能够使树脂材料软化而对造粒粉进行增塑。由此,能够基于加压成型而提高金属磁性粉的填充率而提高压粉磁芯的磁特性。
另外,树脂材料的至少一部分可以存在于相邻的金属磁性粉之间,有机金属皂可以在存在于相邻的金属磁性粉之间的树脂材料中存在。
这样一来,通过使有机金属皂存在于相邻的金属磁性粉之间的树脂材料中,能够使树脂材料软化而对造粒粉进行增塑。由此,能够提高利用加压成型的金属磁性粉的填充率而提高压粉磁芯的磁特性。
(实施方式2)
接下来,对实施方式2进行说明。实施方式1的线圈部件1是使用了所谓压粉铁芯作为磁性芯的线圈部件,但本实施方式的线圈部件2是在制造工序中线圈被组入磁性芯而得到的金属复合型的线圈部件。
[2-1.磁性材料的构成]
图12A是表示本实施方式的线圈部件2的构成的立体示意图。图12B是表示本实施方式的线圈部件2的构成的剖视图。图12B示出了图12A中的XIIB-XIIB线处的剖面。
如图12A及图12B所示,线圈部件2具备由金属复合材料构成的磁性芯部22和线圈部23。
磁性芯部22在俯视时的中央附近具有圆柱状的芯部22a。构成磁性芯部22的磁性材料与实施方式1的线圈部件1的分割磁芯12相同,例如是作为以Fe及Si为主成分的合金的Fe-Si系的金属磁性材料。该磁性材料与实施方式1所示的磁性材料相同,但实施方式2的磁性材料的树脂可以仅由热固性树脂构成。此外,在磁性芯部22的圆柱状的芯部22a的周围配置了线圈部23。
线圈部23具有导体被卷绕了数次而成的卷绕部23a和形成于磁性芯部22的外侧的配线部23b。作为卷绕部23a的卷绕的导体的卷绕轴,配置了磁性芯部22的芯部22a。导体例如由铜构成。导体由不会因形成线圈部件2时施加的热而被破坏的材料构成。
线圈部23与磁性芯部22形成为一体。线圈部23卷绕部23a埋设在磁性芯内,配线部23b配置于磁性芯部22的外侧。
[2-2.线圈部件的制造方法]
以下,对本实施方式的线圈部件2的制造方法进行说明。图13是表示本实施方式的线圈部件2的制造工序的流程图。
如图13所示,线圈部件2的制造工序包括造粒粉制造工序(步骤S10)和芯制造及线圈组装工序(步骤S40)。就造粒粉制造工序来说,生成构成上述磁性芯的磁性材料。就芯制造工序来说,形成使磁性材料成型而成的磁性芯部22和线圈部23,通过对磁性芯部22和线圈部23进行组装,完成了线圈部件2。
此外,线圈部件2的制造工序中的造粒粉制造工序与实施方式1所示的造粒粉制造工序相同,因此省略说明。
以下,对芯制造及线圈组装工序进行详细说明。图14是表示本实施方式的芯制造及线圈组装工序的流程图。
如图14所示,首先形成线圈部23(步骤S41)。线圈部23与实施方式1所示的导体13相同,例如通过将由铜等金属形成的导体卷绕规定次数,形成卷绕部23a。
接下来,将磁性芯部22和线圈部23成型为一体(步骤S42)。步骤S42是第二成型工序。作为磁性芯部22的材料,使用在造粒粉制造工序中制得的磁性材料。首先,将在造粒粉制造工序中进行了分级的磁性材料放入成型用模具。此时,以除了线圈部23的导体的卷绕部23a的端部以外被磁性材料覆盖的方式将线圈部23和磁性材料放入成型用模具。
接着,例如以一定压力4~5[ton/cm2]进行单轴成型来制作成型体。此时的压力是比实施方式1所示的线圈部件1的芯制造工序中的单轴成型的压力低的压力。由此,能够抑制与磁性材料一起成型的线圈部23在成型时被破坏。
成型体的形状例如为图12A及图12B所示的磁性芯部22的形状。此外,成型体的形状不限于此,也可以设定为其它形状。
进而,对成型体进行热固化(步骤S43)。该工序是第三热处理工序。成型体的热固化例如使用气氛控制电炉。此外,成型体的热固化也可以使用其它方法。
成型体的热固化例如在规定的氧分压下以200[℃]的温度进行1小时。此时的温度比实施方式1所示的线圈部件1的成型体的退火温度低。由此,能够抑制在成型体的热固化中线圈部23被破坏。
进而,成型体的热固化之后,可以将配置于磁性芯部22的外侧的配线部23b与线圈部23的卷绕部23a的端部连接。
经过以上的工序,完成磁性芯部22与线圈部23成为了一体的线圈部件2。
[2-3.效果等]
以上,本实施方式的线圈部件的制造方法包括下述工序:通过粉体成型使由上述磁性材料的制造方法得到的磁性材料和线圈一体化而得到成型体的第二成型工序;以及对由第二成型工序得到的成型体进行加热的第三热处理工序。
根据该构成,能够容易地形成使压粉磁芯和线圈一体化而成的线圈部件。
(其它实施方式等)
以上,对本申请的实施方式的磁性材料的制造方法等进行了说明,但本申请不限于该实施方式。
例如,使用了上述磁性材料的线圈部件也包含于本发明。作为线圈部件,例如可以列举出:高频用反应器、电感器、变换器之类的电感部件等。另外,具备上述线圈部件的电源装置也包含于本发明。
另外,金属磁性粉不限于Fe-Si系及Fe-Si-Al系的磁性材料,也可以是以Fe为主成分的其它磁性材料。
就用于形成绝缘材料18的第一树脂材料来说,可以使用包含Al、Ti、Zr之类的金属的金属螯合物、低聚物、作为偶联剂的酰化物、聚合物(树脂)等作为主成分。低聚物例如可以使用环状铝低聚物。第一树脂材料的主成分可以是铝有机化合物。第一树脂材料的分子量例如可以为300~1000。此外,第一树脂材料的分子量不限于此,可以小于300,也可以大于1000。
另外,第一树脂材料的主成分可以是除了Al螯合物以外的螯合物,也可以是包含其它金属的螯合物。另外,除了螯合物以外,还可以包含低聚物、酰化物、聚合物等作为主成分、
另外,树脂材料可以是上述丙烯酸树脂,也可以是硅树脂、丁醛树脂或其它树脂材料。另外,有机溶剂也不限于上述甲苯、二甲苯、乙醇等,还可以使用其它有机溶剂。
另外,Fe-Si系的金属磁性材料的混炼/分散的方法以及金属磁性粉、树脂材料、有机金属皂及有机溶剂等混合的方法不限于基于上述旋转球磨机的混炼/分散,还可以使用其它混合方法。
此外,第一热处理工序、第二热处理工序及第三热处理工序中的热处理的方法不限于上述方法,还可以使用其它方法。另外,上述各步骤中的压力、温度及时间是一个例子,还可以采用其它压力、温度及时间。
另外,本申请不限于该实施方式。只要不脱离本申请的主旨,对本实施方式实施本领域技术人员想出的各种变形而得到的方式、将不同的实施方式中的构成要素组合而构筑的方式也可以包含于一个或多个方式的范围内。
产业上的可利用性
本申请的磁性材料可以应用于高频用电感器、反应器的磁芯的材料等。
符号说明
1、2 线圈部件
12 分割磁芯(压粉磁芯)
12a 基台
12b 芯部
12c 壁部
13 导体(线圈)
14 线圈支撑体
14a 基部
14b 圆筒部
17 金属磁性粉
18 绝缘材料
22 磁性芯部(磁性材料)
22a 芯部
23 线圈部(线圈)
23a 卷绕部
23b 配线部
30 造粒粉(磁性材料)
31 有机金属皂
32 树脂材料
33 润滑剂。

Claims (13)

1.一种磁性材料的制造方法,其包括下述工序:
生成包含有机溶剂、金属磁性粉、树脂材料及有机金属皂的混合物的混合物生成工序;以及
对所述混合物进行加热并将所述混合物中的所述有机溶剂去除而得到所述金属磁性粉、所述树脂材料及所述有机金属皂一体化而成的磁性材料的第一热处理工序。
2.根据权利要求1所述的磁性材料的制造方法,其中,所述有机金属皂包含硬脂酸锌。
3.根据权利要求2所述的磁性材料的制造方法,其中,所述磁性材料所包含的所述有机金属皂的重量比率相对于所述金属磁性粉为0.05重量%~0.5重量%。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的磁性材料的制造方法,其中,所述磁性材料所包含的所述有机金属皂的重量比率相对于所述树脂材料为5重量%~40重量%。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的磁性材料的制造方法,其中,所述树脂材料包含热塑性材料。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的磁性材料的制造方法,其中,就所述混合物生成工序来说,通过以常温对所述有机溶剂、所述金属磁性粉、所述树脂材料及所述有机金属皂进行混炼而生成所述混合物。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的磁性材料的制造方法,其中,就所述第一热处理工序来说,对所述混合物进行加热的温度为所述有机金属皂的熔点以下。
8.一种压粉磁芯的制造方法,其包括下述工序:
对由权利要求1~7中任一项所述的磁性材料的制造方法得到的磁性材料进行高压压制而得到成型体的第一成型工序;以及
对由所述第一成型工序得到的所述成型体进行加热的第二热处理工序。
9.一种线圈部件的制造方法,其包括下述工序:
通过粉体成型使由权利要求1~7中任一项所述的磁性材料的制造方法得到的磁性材料和线圈一体化而得到成型体的第二成型工序;以及
对由所述第二成型工序得到的所述成型体进行加热的第三热处理工序。
10.一种压粉磁芯,其包含由Fe-Si-Al构成的金属磁性粉,其中,所述金属磁性粉的填充率为82%以上,初始导磁率为125以上。
11.一种线圈部件,其具备权利要求10所述的压粉磁芯和线圈。
12.一种造粒粉,其包含金属磁性粉、树脂材料及有机金属皂,其中,所述有机金属皂的至少一部分存在于所述造粒粉的内部。
13.根据权利要求12所述的造粒粉,其中,所述树脂材料的至少一部分存在于相邻的所述金属磁性粉之间,
所述有机金属皂在存在于相邻的所述金属磁性粉之间的所述树脂材料中存在。
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