CN114823033A - 非晶质合金软磁性粉末、压粉磁芯、磁性元件及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高度地同时实现较低的矫顽力和较高的饱和磁通密度的非晶质合金软磁性粉末、包含所涉及的非晶质合金软磁性粉末的压粉磁芯及磁性元件、以及能够实施小型化及高输出化的电子设备。本发明的非晶质合金软磁性粉末,其特征在于,具有由(FexCo(1‑x))(100‑(a+b))(SiyB(1‑y))aMb表示的组分,其中,M为,选自由C、S、P、Sn、Mo、Cu以及Nb构成的组中的至少一种,x、y、a以及b为,0.73≤x≤0.85、0.02≤y≤0.10、13.0≤a≤19.0、0≤b≤2.0,矫顽力为,24[A/m]以上(0.3[Oe]以上)且199[A/m]以下(2.5[Oe]以下),饱和磁通密度为,1.60[T]以上且2.20[T]以下。
Description
技术领域
本发明涉及一种非晶质合金软磁性粉末、压粉磁芯、磁性元件以及电子设备。
背景技术
在具备磁性元件的各种电子设备中,为了实现小型化或高输出化,对于压粉磁芯所包含的软磁性粉末而言,需要在维持低矫顽力的同时,提高饱和磁通密度。
在专利文献1中,公开了一种具有由结构式(Fe(1-(α+β))X1αX2β)(1-(a+b+c+d+e+f))MaBbPcSidCeSf构成的主要成分的软磁性合金粉末,且为X1选自由Co以及Ni构成的组中的一个以上、X2选自由Al、Mn、Ag、Zn、Sn、As、Sb、Cu、Cr、Bi、N、O以及稀土类元素构成的组中的一个以上、M选自由Nb、Hf、Zr、Ta、Mo、W、Ti以及V构成的组中的一个以上的软磁性合金粉末。在该粉末中,0≤a≤0.160、0.020≤b≤0.200、0≤c≤0.150、0≤d≤0.060、0≤e≤0.030、0.0010≤f≤0.030、0.005≤f/b≤1.50、α≥0、β≥0、0≤α+β≤0.50。此外,在专利文献1中,公开了如下内容,即,通过作为X1而选择Co,从而提高了热处理后的饱和磁化(saturationmagnetization)的内容。
但是,专利文献1所记载的软磁性合金粉末在提高饱和磁化这一点上,依然具有改善的余地。也就是说,在压粉磁芯中,使较低的矫顽力和较高的饱和磁通密度同时实现成为一个课题。
专利文献1:日本特开2020-070468号公报
发明内容
本发明的应用例所涉及的非晶质合金软磁性粉末,其特征在于,
具有由(FexCo(1-x))(100-(a+b))(SiyB(1-y))aMb表示的组分,其中,M为,选自由C、S、P、Sn、Mo、Cu以及Nb构成的组中的至少一种,x、y、a以及b为,0.73≤x≤0.85、0.02≤y≤0.10、13.0≤a≤19.0、0≤b≤2.0,
矫顽力为,24[A/m]以上(0.3[Oe]以上)且199[A/m]以下(2.5[Oe]以下),
饱和磁通密度为,1.60[T]以上且2.20[T]以下。
本发明的应用例所涉及的压粉磁芯,其特征在于,
包含本发明的应用例所涉及的非晶质合金软磁性粉末。
本发明的应用例所涉及的磁性元件,其特征在于,
具备本发明的应用例所涉及的压粉磁芯。
本发明的应用例所涉及的电子设备,其特征在于,
具备本发明的应用例所涉及的磁性元件。
附图说明
图1为表示通过旋转水流雾化法来制造非晶质合金软磁性粉末的装置的一个示例的纵剖视图。
图2为示意性地表示环形类型的线圈部件的俯视图。
图3为示意性地表示闭合磁路类型的线圈部件的透视立体图。
图4为表示具备实施方式所涉及的磁性元件的电子设备即移动式的个人计算机的立体图。
图5为表示具备实施方式所涉及的磁性元件的电子设备即智能手机的俯视图。
图6为表示具备实施方式所涉及的磁性元件的电子设备即数码相机的立体图。
具体实施方式
以下,基于附图所示的优选实施方式来对本发明的非晶质合金软磁性粉末、压粉磁芯、磁性元件以及电子设备进行详细地说明。
1.非晶质合金软磁性粉末
实施方式所涉及的非晶质合金软磁性粉末为,表现出软磁性的非晶质合金粉末。虽然所涉及的非晶质合金软磁性粉末也能够应用于想要利用软磁性的任意用途中,但例如能够通过使颗粒彼此粘合并成型,从而获得压粉磁芯。
实施方式所涉及的非晶质合金软磁性粉末为,具有由(FexCo(1-x))(100-(a+b))(SiyB(1-y))aMb所表示的组分的粉末。在此,M为选自C、S、P、Sn、Mo、Cu以及Nb构成的组中的至少一种。x、y、a以及b为,在上述结构式中表示原子%的数值,且为0.73≤x≤0.85、0.02≤y≤0.10、13.0≤a≤19.0、0≤b≤2.0。此外,该非晶质合金软磁性粉末的矫顽力为24[A/m]以上(0.3[Oe]以上)且199[A/m]以下(2.5[Oe]以下),饱和磁通密度为1.60[T]以上且2.20[T]以下。
这样的非晶质合金软磁性粉末同时实现了较低的矫顽力和较高的饱和磁通密度。因此,能够通过使用所涉及的非晶质合金软磁性粉末,从而实现磁性元件的小型化以及高输出化。
以下,对实施方式所涉及的非晶质合金软磁性粉末的组分进行详细叙述。
Fe(铁)给实施方式所涉及的非晶质合金软磁性粉末的基本的磁性能与机械性能带来较大的影响。
虽然Fe的含有率并未被特别限定,但被设定为,在非晶质合金软磁性粉末中,Fe为主要成分、也就是原子数的比率成为最高。在本实施方式所涉及的非晶质合金软磁性粉末中,优选为,61.0≤x(100-(a+b))≤71.0,更优选为,63.0≤x(100-(a+b))≤69.0,进一步优选为,65.0≤x(100-(a+b))≤68.0。另外,当Fe的含有率低于所述下限值时,根据组分,非晶质合金软磁性粉末的磁通密度有可能会降低。另一方面,当Fe的含有率超过所述上限值时,根据组分,有可能会使稳定地形成非晶质结构变得困难。
x表示在将Fe的原子数和Co的原子数的总和设为1时,Fe的原子数相对于总和的原子数的比例。在本实施方式所涉及的非晶质合金软磁性粉末中,被设为0.73≤x≤0.85。此外,优选为,设为0.75≤x≤0.83,更加优选为,设为0.77≤x≤0.81。
Co(钴)能够提高非晶质合金软磁性粉末的饱和磁通密度。
在将Fe的原子数和Co的原子数的总和设为1时,Co的原子数相对于总和的原子数的比例被设为,0.15≤1-x≤0.27。此外,优选为,设为0.17≤1-x≤0.25,更优选为,设为0.19≤1-x≤0.23。通过将1-x设为所述范围内,从而能够在抑制矫顽力的上升的同时,提高非晶质合金软磁性粉末的饱和磁通密度。
另外,当1-x低于所述下限值时,由于Co的含有量相对于Fe的含有量变得过少,因此,无法充分提高饱和磁通密度。另一方面,当1-x超过所述上限值时,由于相对于Fe的含有量的Co的含有量变得过多,因此将使稳定地形成非晶质结构变得困难,从而使矫顽力上升。
Co的含有率优选为,设为12.0原子%以上且22.0原子%以下,更优选为,设为15.0原子%以上且19.0原子%以下。
Si(硅)在从原材料制造非晶质合金软磁性粉末时,促进非晶质化,并且提高非晶质合金软磁性粉末的磁导率(magnetic permeability)。由此,能够实现低矫顽力化和高磁导率化。
B(硼)在从原材料制造非晶质合金软磁性粉末时,促进非晶质化。尤其是,通过同时使用Si和B,并基于两者的原子半径之差,从而能够协同地促进非晶质化。由此,能够充分地实现低矫顽力化以及高磁导率化。
y表示将Si的原子数和B的原子数的总和设为1时,Si的原子数相对于总和的原子数的比例。在本实施方式所涉及的非晶质合金软磁性粉末中,设为0.02≤y≤0.10。此外,优选为,设为0.04≤y≤0.08,更优选为,设为0.05≤y≤0.07。通过将y设为所述范围内,从而能够使Si的原子数与B的原子数的平衡最优化。由此,即使Fe以及Co为比较高的浓度,也能够充分地实现非晶质化。因此,能够通过将y设为所述范围内,从而在不损坏低矫顽力化的条件下,特别提高饱和磁通密度。
另外,在y低于所述下限值的情况、以及y超过所述上限值的情况下,Si的原子数和B的原子数的平衡被破坏。因此,无法在将Fe以及Co设为比较高的浓度的组分中促进非晶质化。
a左右Si以及B、Fe以及Co的平衡。在本实施方式所涉及的非晶质合金软磁性粉末中,设为13.0≤a≤19.0。此外,优选为,设为14.0≤a≤18.0,更优选为,设为15.0≤a≤17.0。通过将a设为所述范围内,从而使主要促进非晶质化的Si以及B、和主要提高饱和磁通密度的Fe以及Co的平衡最优化。
另外,当a低于所述下限值时,由于Si以及B的量比降低、Fe以及Co的量比上升,因此非晶质化变难。另一方面,当a超过所述上限值时,由于Si以及B的量比上升、Fe以及Co的量比降低,因此难以充分地提高饱和磁通密度。
Si的含有率优选为,设为0.40原子%且以上1.80原子%以下,更优选为,设为0.80原子%以上且1.50原子%以下。
B的含有率优选为,设为11.0原子%以上且18.0原子%以下,更优选为,设为14.0原子%以上且16.0原子%以下。
M为选自由C、S、P、Sn、Mo、Cu以及Nb构成的组中的至少一种。通过含有预定量的M,从而能够更加提高饱和磁通密度。此外,由于M包括上述元素的两种以上,因而与不包含M的情况或包含一种M的情况相比,能够进一步提高饱和磁通密度。
b表示M的含有率。在作为M而包含多个元素的情况下,b为将多个元素总计而得的含有率。在本实施方式所涉及的非晶质合金软磁性粉末中,设为0≤b≤2.0。此外,优选为,设为0.5≤b≤1.5,更优选为,设为0.7≤b≤1.2。通过将b设为所述范围内,从而能够在不妨碍非晶质化的条件下,提高饱和磁通密度。
另外,当b低于所述下限值时,有可能会无法充分地获得上述效果。另一方面,当b超过所述上限值时,则妨碍了非晶质化。
在实施方式所涉及的非晶质合金软磁性粉末中,除了包含由(FexCo(1-x))(100-(a+b))(SiyB(1-y))aMb所表示的组分之外,也可以包含杂质。虽然作为杂质,可列举出除了上述元素以外的所有元素,但优选为,杂质的含有率的总和为质量百分比0.2%以下,更优选为,质量百分比0.1%以下。
虽然上文对实施方式所涉及的非晶质合金软磁性粉末的组分进行了详细叙述,但上述组分以及杂质可通过如下的分析方法来确定。
作为分析方法,例如,可列举出JIS G 1257:2000中规定的铁与钢-原子吸光分析法、JIS G 1258:2007中规定的铁与钢-ICP发射光谱分析法、JIS G 1253:2002中规定的铁与钢-火花放电发射光谱分析法、JIS G 1256:1997中规定的铁与钢-X射线荧光分析法、JISG 1211~G 1237中规定的重量·滴定·吸光光度法等。
具体而言,例如可列举出SPECTRO公司制造的固体发射光谱分析装置、尤其是火花放电发射光谱分析装置、模型:SPECTROLAB、类型:LAVMB08A、或株式会社理学制造的ICP装置CIROS120型。
此外,尤其是,在C(碳)以及S(硫磺)的确定时,也使用了JIS G 1211:2011中规定的氧气气流燃烧(高频感应加热炉燃烧)-红外线吸收法。具体而言,可列举出LECO公司制造的碳·硫磺分析装置、CS-200。
进一步地,尤其是,在N(氮)以及O(氧)的确定时,也使用了JIS G 1228:1997中规定的铁与钢-氮定量方法、JIS Z 2613:2006中规定的金属材料的氧定量方法通则。具体而言,可列举出LECO公司制造的氧·氮分析装置、TC-300/EF-300。
非晶质合金软磁性粉末中的非晶质化的程度,能够基于结晶度(crystallinity)来确定。非晶质合金软磁性粉末中的结晶度,根据针对非晶质合金软磁性粉末而由X射线衍射而取得的光谱,并基于以下式子而被计算出来。
结晶度={源自结晶的强度/(源自结晶的强度+源自非晶质的强度)}×100
此外,作为X射线衍射装置,使用了例如株式会社理学制造的RINT2500V/PC。
通过这样的方法被测定的结晶度优选为,70%以下,更优选为,60%以下。由此,伴随着非晶质化的软磁性的提高更加显著。其结果为,可以获得充分地实现了低矫顽力化的非晶质合金软磁性粉末。换而言之,虽然在非晶质合金软磁性粉末中,优选全部被非晶质化,但例如也可以以70%以下的体积比率包含结晶组织。
虽然非晶质合金软磁性粉末的平均粒径D50未被特别限定,但优选为,5.0μm以上且60.0μm以下,更优选为,10.0μm以上且50.0μm以下,进一步优选为,20.0μm以上且40.0μm以下。通过使用这样的平均粒径的非晶质合金软磁性粉末,从而能够获得较高的压粉成型密度。其结果为,能够提高压粉磁芯的填充密度,并获得压粉磁芯的较高的饱和磁通密度以及较高的磁导率。
另外,非晶质合金软磁性粉末的平均粒径D50在通过激光衍射法而取得的质量基准的粒度分布中,作为从小径侧成为累积50%时的粒径而被求出。
此外,当非晶质合金软磁性粉末的平均粒径低于所述下限值时,由于粒径变得过小,因此可能会无法充分地降低结晶度。另一方面,当非晶质合金软磁性粉末的平均粒径超过所述上限值时,由于粒径变得过大,因此压粉成型时的填充性可能会降低。
进一步地,关于非晶质合金软磁性粉末,在通过激光衍射法而取得的质量基准的粒度分布中,将从小径侧成为累积10%时的粒径设为D10,并在将从小径侧成为累积90%时的粒径设为D90时,(D90-D10)/D50优选为,1.5以上且3.5以下程度,更优选为,2.0以上且3.0以下程度。虽然(D90-D10)/D50为表示粒度分布的扩散的程度的指标,但通过使该指标处于所述范围内,从而使非晶质合金软磁性粉末的填充性变得特别良好。由此,尤其可以获得能够制造饱和磁通密度较高的压粉磁芯的非晶质合金软磁性粉末。
虽然实施方式所涉及的非晶质合金软磁性粉末的矫顽力被设为24[A/m]以上(0.3[Oe]以上)且199[A/m]以下(2.5[Oe]以下),但优选为,40[A/m]以上(0.5[Oe]以上)且175[A/m]以下(2.2[Oe]以下),更优选为,56[A/m]以上(0.7[Oe]以上)且159[A/m]以下(2.0[Oe]以下)。
通过以此方式采用矫顽力比较小的非晶质合金软磁性粉末,从而能够制造出即使在高频下也能够充分地抑制磁滞损失的压粉磁芯。
另外,当矫顽力低于所述下限值时,稳定地制造那样低矫顽力的非晶质合金软磁性粉末就变得困难,并且如果过于追求矫顽力,则会给饱和磁通密度带来影响,从而导致饱和磁通密度的降低。另一方面,当矫顽力超过所述上限值时,由于在高频下会使磁滞损失增大,因此压粉磁芯的铁损变大。
非晶质合金软磁性粉末的矫顽力例如能够通过株式会社玉川制作所制造的、TM-VSM1230-MHHL这样的振动样品型磁力计来测定。
虽然实施方式所涉及的非晶质合金软磁性粉末的饱和磁通密度被设为1.60[T]以上且2.20[T]以下,但优选为1.60[T]以上且2.10[T]以下,更优选为1.65[T]以上且2.00[T]以下。
通过以此方式使用饱和磁通密度比较大的非晶质合金软磁性粉末,从而能够获得饱和磁通密度较高的压粉磁芯。根据这样的压粉磁芯,能够实现磁性元件的小型化以及高输出化。
另外,当饱和磁通密度低于所述下限值时,磁性元件的小型化以及高输出化会变得困难。另一方面,当饱和磁通密度超过所述上限值时,稳定地制造那样饱和磁通密度的非晶质合金软磁性粉末变得困难,并且如果过度追求饱和磁通密度时,则给矫顽力带来影响,从而导致矫顽力的上升。
非晶质合金软磁性粉末的饱和磁通密度例如能够将压粉磁芯设为环形形状,并通过电子磁气工业株式会社制造的直流B-H分析仪、BH-5501这样的B-H分析仪来进行测定。另外,对于励磁线圈的匝数而言,例如将一次线圈设为169匝,将二次线圈也设为169匝。此外,也能够通过后述的方法从最大磁化中通过计算而求出。
实施方式所涉及的非晶质合金软磁性粉末的测定频率100kHz中的磁导率优选为,20.0以上,更优选为,21.0以上。这样的非晶质合金软磁性粉末即使在施加较高的磁场的情况下,磁通密度也难以饱和,也就是说有助于具有较高的饱和磁通密度的压粉磁芯以及磁性元件的实现。另外,虽然磁导率的上限值未被特别限定,但考虑到稳定制造,而设为50.0以下。
非晶质合金软磁性粉末的磁导率为,例如将压粉磁芯设为环形形状并且根据闭合磁路磁芯线圈的自感而被求出的相对磁导率、也就是有效磁导率。在磁导率的测定中,例如使用安捷伦科技株式会社制造的、4194A那样的阻抗分析仪,并且测定频率设为1MHz。此外,励磁线圈的匝数设为7次,绕组的线径设为0.5mm。
在非晶质合金软磁性粉末中,优选为,表观密度以及振实密度(tap density)在预定的范围内。具体而言,在将非晶质合金软磁性粉末的表观密度[g/cm3]设为100时,优选为,振实密度[g/cm3]为103以上且120以下,更优选为105以上且115以下,进一步优选为107以上且113以下。可以说是,这样的非晶质合金软磁性粉末为,在未被振实(激振)时较难被填充,在被振实时易于被填充的粉末。由此,可以说是,在振实密度处于所述范围内的情况下,具有不规则形状的颗粒较少且填充性较高的颗粒分布的粉末。这样的非晶质合金软磁性粉末能够制造高密度的压粉磁芯,因此,能够特别提高压粉磁芯以及磁性元件的饱和磁通密度。
非晶质合金软磁性粉末的表观密度优选为4.55[g/cm3]以上且4.80[g/cm3]以下,更优选为4.58[g/cm3]以上且4.70[g/cm3]以下。
非晶质合金软磁性粉末的振实密度优选为4.95[g/cm3]以上且5.30[g/cm3]以下,更优选为5.00[g/cm3]以上且5.20[g/cm3]以下。
由于非晶质合金软磁性粉末的表观密度以及振实密度在所述范围内,因此能够特别提高压粉磁芯以及磁性元件的饱和磁通密度。
另外,如果振实密度的相对值低于所述下限值,则在对非晶质合金软磁性粉末进行压粉而得到压粉磁芯时,非晶质合金软磁性粉末的填充性有可能会降低。另一方面,如果振实密度的相对值超过所述上限值,则在对非晶质合金软磁性粉末进行压粉而得到压粉磁芯时,收缩率有可能会变大。因此,压粉磁芯变得易于变形,从而尺寸精度有可能会降低。
非晶质合金软磁性粉末的表观密度以JIS Z 2504:2012中规定的金属粉-表观密度测定方法为依据而被测定,并且单位为g/cm3。
非晶质合金软磁性粉末的振实密度以JIS Z 2512:2012中规定的金属粉-振实密度测定方法为依据而被测定,并且单位为g/cm3。
2.非晶质合金软磁性粉末的制造方法
接下来,对制造非晶质合金软磁性粉末的方法进行说明。
非晶质合金软磁性粉末也可以为通过任意的制造方法而被制造的粉末,例如,通过水雾化法、气体雾化法、旋转水流雾化法这样的雾化法、还原法、羰基法、粉碎法等的各种粉末化法而被制造出来。
在雾化法中,根据冷却剂的种类或装置结构的不同,存在水雾化法、气体雾化法、旋转水流雾化法等。其中,对于非晶质合金软磁性粉末而言,优选为,通过雾化法来制造,更优选为,通过水雾化法或者旋转水流雾化法来制造,进一步优选为,通过旋转水流雾化法来制造。雾化法为,通过使熔融的原料与被高速喷射的液体或者气体这样的流体碰撞,从而进行微粉化并且进行冷却,进而制造粉末的方法。通过采用这样的雾化法,从而能够良好地实现非晶质化,并且有效地制造出填充性优异的非晶质合金软磁性粉末。
另外,本说明书中的“水雾化法”是指,作为冷却液而使用水或者油这样的液体,并在将其喷射为会聚于一点的倒圆锥状的状态下,通过使熔融金属朝向该会聚点流下并碰撞,从而制造出金属粉末的方法。
另一方面,根据旋转水流雾化法,由于能够极度高速地冷却熔融金属,因此特别容易实现非晶质化。
在制造非晶质合金软磁性粉末时,熔融金属的冷却速度优选为超过106[K/秒],更加优选为107[K/秒]以上。由此,可以得到充分地实现了非晶质化的非晶质合金软磁性粉末。也就是说,即使是Fe或Co的含有率比较高的组分,也能够实现非晶质化。尤其是,根据旋转水流雾化法,能够很容易地实现107[K/秒]以上的冷却速度。
以下,进一步地对由旋转水流雾化法实施的非晶质合金软磁性粉末的制造方法进行说明。
在旋转水流雾化法中,沿着冷却用筒体的内周面来喷出供给冷却液,并通过使其沿着冷却用筒体的内周面而旋转,从而在内周面上形成冷却液层。另一方面,在使非晶质合金软磁性粉末的原料熔融并使所得到的熔融金属自然下落的同时,向其吹喷液体或者气体。当以这样的方式而使熔融金属飞散时,飞散的熔融金属被侵吞至冷却液层中。其结果为,飞散并微粉化的熔融金属被急速冷却而固化,从而可以得到非晶质合金软磁性粉末。
图1为,表示通过旋转水流雾化法来制造非晶质合金软磁性粉末的装置的一个示例的纵剖视图。
图1所示的粉末制造装置30具备:冷却用筒体1、坩埚15、泵7和喷嘴24。冷却用筒体1为,用于在内周面上形成冷却液层9的筒体。坩埚15为,用于使熔融金属25流下供给至冷却液层9的内侧的空间部23中的供给容器。泵7向冷却用筒体1供给冷却液。喷嘴24喷出将流下的细流状的熔融金属25分断为液滴的气体射流26。
熔融金属25根据非晶质合金软磁性粉末的组分而被调制。
冷却用筒体1呈圆筒状,并且以筒体轴线沿着铅直方向的方式、或者以相对于铅直方向而按照30°以下的角度倾斜的方式被设置。
冷却用筒体1的上端开口通过盖体2而被封闭。在盖体2上形成有开口部3,所述开口部3用于向冷却用筒体1的空间部23供给流下的熔融金属25。
在冷却用筒体1的上部处,设置有向冷却用筒体1的内周面喷出冷却液的冷却液喷出管4。冷却液喷出管4的喷出口5沿着冷却用筒体1的圆周方向而被等间隔地设置有多个。
冷却液喷出管4经由与泵7连接的配管从而与罐8连接,由泵7抽吸上来的罐8内的冷却液经由冷却液喷出管4而被喷出供给至冷却用筒体1内。由此,冷却液在沿着冷却用筒体1的内周面而旋转的同时逐渐流下,伴随于此而形成了沿着内周面的冷却液层9。另外,也可以采用如下方式,即,在罐8内或循环流道的中途处,根据需要而使冷却器介于其中。作为冷却液,除了水之外,也可以使用如硅油这样的油,并进一步添加各种添加物。此外,能够通过预先去除冷却液中的溶解氧,从而抑制被制造的粉末的氧化。
此外,在冷却用筒体1的下部处,连续设置有圆筒状的分液用网体17,在该分液用网体17的下侧处,设置有漏斗状的粉末回收容器18。在分液用网体17的周围以覆盖分液用网体17的方式而设置有冷却液回收罩13,被形成于该冷却液回收罩13的底部处的排液口14经由配管而与罐8连接。
喷嘴24被设置于空间部23内。喷嘴24被安装在经由盖体2的开口部3而被插入的气体供给管27的顶端处,且其喷出口被配置为,指向细流状的熔融金属25。
在这样的粉末制造装置30中,对于制造非晶质合金软磁性粉末而言,首先,使泵7进行工作,从而在冷却用筒体1的内周面上形成冷却液层9。接下来,使坩埚15内的熔融金属25向空间部23流下。当向流下的熔融金属25被吹送气体射流26时,熔融金属2发生飞散,并且被微粉化的熔融金属25被卷入至冷却液层9中。其结果为,被微粉化的熔融金属25进行冷却固化,从而可以得到非晶质合金软磁性粉末。
在旋转水流雾化法中,由于能够通过连续供给冷却液而稳定地维持极大的冷却速度,因此促进了被制造的非晶质合金软磁性粉末的非晶质化。
此外,由于通过气体射流26而被微细化成固定大小的熔融金属25惯性下落直到被卷入至冷却液层9为止,因此此时实现了液滴的球形化。其结果为,能够制造粒度分布良好且填充性优异的非晶质合金软磁性粉末。
例如,关于从坩埚15中流下的熔融金属25的流下量,虽然根据装置尺寸等不同而不同,但优选为超过1.0[kg/分钟]且在20.0[kg/分钟]以下,更优选为2.0[kg/分钟]以上且10.0[kg/分钟]以下。由此,由于能够使在固定时间内流下的熔融金属25的量最优化,因此能够有效地制造充分地实现了非晶质化的非晶质合金软磁性粉末。
此外,虽然气体射流26的压力根据喷嘴24的结构不同而稍有不同,但优选为2.0MPa以上且20.0MPa以下,更优选为3.0MPa以上且10.0MPa以下。由此,能够制造使熔融金属25飞散时的粒径最优化从而充分地实现了非晶质化的非晶质合金软磁性粉末。即,当气体射流26的压力低于所述下限值时,将变得难以充分地使其细小地飞散,从而粒径容易变大。如果这样,则液滴内部的冷却速度降低,从而非晶质化有可能会变得不充分。另一方面,当气体射流26的压力超过所述上限值时,飞散后的液滴的粒径有可能变得过小。如果这样,则液滴会通过气体射流26而被逐渐变冷,从而不实施由冷却液层9实施的骤冷,进而非晶质化有可能变得不充分。
此外,虽然气体射流26的流量并未被特别限定,但优选为1.0[Nm3/分钟]以上且20.0[Nm3/分钟]以下。
向冷却用筒体1供给的冷却液的喷出时的压力优选为,设为5MPa以上且200MPa以下程度,更优选为,设为10MPa以上且100MPa以下程度。由此,实现了冷却液层9的流速的最优化,并且使被微粉化的熔融金属25难以变成不规则形状。其结果为,可以得到填充性更优异的非晶质合金软磁性粉末。此外,能够充分地提高由冷却液导致的熔融金属25的冷却速度。
通过采用以上方式,从而能够得到非晶质合金软磁性粉末。
另外,非晶质合金软磁性粉末的粒径例如能够通过如下操作来减小,所述操作为,减少从坩埚15中流下的熔融金属25的流下量、提高气体射流26的压力、提高气体射流26的流量这类操作。此外,通过实施相反的操作,从而能够增大粒径。
此外,非晶质合金软磁性粉末的粒度分布例如能够通过将熔融金属25的流下量、气体射流26的压力以及流量设定在所述范围内从而变窄。另外,能够通过该设定,从而提高非晶质合金软磁性粉末的振实密度相对于表观密度之比。
此外,也可以采用如下方式,即,在制造后的非晶质合金软磁性粉末中,根据需要而实施热处理。作为热处理的条件,例如将加热温度设为200℃以上且500℃以下,并将该温度下的保持时间设为5分钟以上且2小时以下。此外,作为热处理环境,例如可列举出氮、氩这样的惰性气体环境、氢、氨分解气体这样的还原性气体环境、或者这些气体的减压环境等。
此外,也可以采用如下方式,即,在非晶质合金软磁性粉末中,根据需要而实施分级处理。作为分级处理的方法,例如可列举出筛分分级、惯性分级、离心分级、风力分级这样的干式分级、沉降分级这样的湿式分级等。
此外,也可以采用如下方式,即,根据需要而在所得到的软磁性粉末的各个颗粒表面上形成绝缘膜。作为该绝缘膜的结构材料,例如可列举出磷酸镁、磷酸钙、磷酸锌、磷酸锰、磷酸镉这样的磷酸盐、硅酸钠这样的硅酸盐等的无机材料等。
3.压粉磁芯以及磁性元件
接下来,对实施方式所涉及的压粉磁芯以及磁性元件进行说明。
实施方式所涉及的磁性元件例如能够应用在扼流圈、电感器、噪声滤波器、电抗器、变压器、电机、致动器、电磁阀、发电机等这样的、具备磁芯的各种磁性元件中。此外,实施方式所涉及的压粉磁芯能够应用在这些磁性元件所具备的磁芯中。
以下,作为磁性元件的一个示例,以两个种类的线圈部件为代表来进行说明。
3.1.环形类型
首先,对作为实施方式所涉及的磁性元件的环形类型的线圈部件进行说明。
图2为示意性地表示环形类型的线圈部件的俯视图。图2所示的线圈部件10具有环形形状的压粉磁芯11、被卷绕在该压粉磁芯11上的导线12。
压粉磁芯11是通过对前文叙述的非晶质合金软磁性粉末和结合材料进行混合并向成型模具供给所得到的混合物并且进行加压和成型从而得到的。即,压粉磁芯11为,包括实施方式所涉及的非晶质合金软磁性粉末在内的压粉体。这样的压粉磁芯11成为饱和磁通密度较高、且矫顽力较低的压粉磁芯。因此,当将具有压粉磁芯11的线圈部件10搭载在电子设备等上时,能够减少电子设备等的消耗电力,并且实现电子设备的小型化以及高输出化。
此外,线圈部件10具备这样的压粉磁芯11。这样的线圈部件10有助于电子设备的小型化以及高输出化。
作为在压粉磁芯11的制作中所使用的结合材料的结构材料,例如可列举出硅类树脂、环氧类树脂、酚类树脂、聚酰胺类树脂、聚酰亚胺类树脂、聚苯硫醚类树脂等有机材料、磷酸镁、磷酸钙、磷酸锌、磷酸锰、磷酸镉这样的磷酸盐、硅酸钠这样的硅酸盐等无机材料等。
作为导线12的结构材料,可列举出导电性较高的材料,例如,可列举出包括Cu、Al、Ag、Au、Ni等在内的金属材料。此外,在导线12的表面上,根据需要而设置有绝缘膜。
另外,压粉磁芯11的形状并未被限定于图2所示的环形形状,例如,既可以为环形的一部分缺失的形状,也可以为长边方向的形状为直线状的形状。
此外,压粉磁芯11也可以根据需要而包括前文叙述的实施方式所涉及的非晶质合金软磁性粉末以外的软磁性粉末或非磁性粉末。
3.2.闭合磁路类型
接下来,对作为实施方式所涉及的磁性元件的闭合磁路类型的线圈部件进行说明。
图3为示意性地表示闭合磁路类型的线圈部件的透视立体图。
虽然下文对闭合磁路类型的线圈部件进行说明,但在以下的说明中,以与环形类型的线圈部件的不同点为中心来进行说明,关于相同的事项,将省略其说明。
图3所示的线圈部件20具有芯片状的压粉磁芯21、被埋设在该压粉磁芯21的内部且被成形为线圈状的导线22。即,压粉磁芯21为,包括实施方式所涉及的非晶质合金软磁性粉末在内的压粉体。这样的压粉磁芯21成为饱和磁通密度较高、且矫顽力较低的压粉磁芯。
此外,线圈部件20具备这样的压粉磁芯21。这样的线圈部件20有助于电子设备的小型化以及高输出化。
另外,压粉磁芯21也可以根据需要而包含前文所述的实施方式所涉及的非晶质合金软磁性粉末以外的软磁性粉末或非磁性粉末。
4.电子设备
接下来,基于图4~图6来对具备实施方式所涉及的磁性元件的电子设备进行说明。
图4为,表示具备实施方式所涉及的磁性元件的电子设备即移动式的个人计算机的立体图。图4所示的个人计算机1100具备主体部1104和显示单元1106,所述主体部1104具备键盘1102,所述显示单元1106具备显示部100。显示单元1106相对于主体部1104以经由铰链结构部而能够转动的方式被支承。在这样的个人计算机1100中,例如内置有开关电源用的扼流圈或电感、电机等磁性元件1000。
图5为,表示具备实施方式所涉及的磁性元件的电子设备即智能手机的俯视图。图5所示的智能手机1200具备多个操作按钮1202、听筒1204以及话筒1206。此外,在操作按钮1202与听筒1204之间配置有显示部100。在这样的智能手机1200中,例如内置有电感、噪声过滤器、电机等磁性元件1000。
图6为,表示具备实施方式所涉及的磁性元件的电子设备即数码相机的立体图。另外,在图6中,简单地示出了与外部设备的连接。数码相机1300通过CCD(Charge CoupledDevice:电荷耦合器件)等拍摄元件来对被拍摄物体的光像进行光电转换从而生成拍摄信号。
图6所示的数码相机300具备被设置于外壳1302的背面上的显示部100。显示部100作为使被拍摄物体以电子图像的方式而进行显示的取景器而发挥功能。此外,在外壳1302的正面侧、即图中背面侧,设置有包含光学透镜或CCD等在内的受光单元1304。
当拍摄者确认了被显示于显示部100上的被拍摄物体像并按下快门按钮1306时,该时间点下的CCD的摄像信号被传输并存储在存储器1308中。此外,在该数码相机300中,在外壳1302的侧面处设置有视频信号输出端子1312和数据通信用的输入输出端子1314。并且,如附图所示那样,在视频信号输出端子1312上,根据需要而连接有电视监控器1430,在数据通信用的输入输出端子1314上,根据需要而连接有个人计算机1440。而且,成为如下的结构,即,向电视监控器1430或个人计算机1440输出通过预定的操作而被存储于存储器1308中的摄像信号的结构。在这样的数码相机300中,例如也内置有电感、噪声过滤器等磁性元件1000。
另外,作为实施方式所涉及的电子设备,除了图4的个人计算机、图5的智能手机、图6的数码相机之外,例如可列举出:移动电话、平板终端、钟表、喷墨打印机这样的喷墨式喷出装置、膝上型个人计算机、电视机、摄像机、录像机、汽车导航装置、寻呼机、电子记事本、电子辞典、计算器、电子游戏设备、文字处理器、工作站、可视电话、防盗用视频监控器、电子双筒望远镜、POS(Point of Sale:销售点)终端、电子体温计、血压计、血糖计、心电图计测装置、超声波诊断装置、电子内窥镜这样的医疗设备、鱼群探测器、各种测定设备、车辆、飞机、船舶的计量仪器类、汽车控制设备、飞机控制设备、铁路车辆控制设备、船舶控制设备这样的移动体控制设备类、飞行模拟器等。
如前文所述那样,这样的电子设备具备实施方式所涉及的磁性元件。由此,能够享有低矫顽力以及高饱和磁通密度这样的磁性元件的效果,并实现电子设备的小型化以及高输出化。
虽然上文基于优选的实施方式而对本发明的非晶质合金软磁性粉末、压粉磁芯、磁性元件以及电子设备进行了说明,但本发明并未被限定于此。
例如,在所述实施方式中,作为本发明的非晶质合金软磁性粉末的用途示例而列举了压粉磁芯来进行了说明,但用途示例并未被限定于此,例如,也可以为磁性流体、磁屏蔽片、磁头等磁性器件。此外,压粉磁芯或磁性元件的形状也并未被限定于图示的形状,也可以为任意形状。
实施例
接下来,对本发明的具体的实施例进行说明。
5.压粉磁芯的制造
样品No.1
首先,在高频感应炉中将原料进行熔融,并且利用旋转水流雾化法将其粉末化,从而得到非晶质合金软磁性粉末。此时,将从坩埚中流下的熔融金属的流下量设为10.0[kg/分钟]、将气体射流的压力设为10.0MPa、将气体射流的流量设为10.0[Nm3/分钟]、将冷却液的压力设为40MPa。
接下来,通过使用网眼150μm的网的分级机来进行分级。在表1中,示出了分级后的非晶质合金软磁性粉末的合金组分。另外,在合金组分的确定中,使用了SPECTRO公司制造的固体发射光谱分析装置、模型:SPECTROLAB、类型:LAVMB08A。
接下来,针对所得到的非晶质合金软磁性粉末而实施了粒度分布测定。另外,该测定通过作为激光衍射方式的粒度分布测定装置的、日机装株式会社制造的微轨、HRA9320-X100来实施。此外,针对所得到的非晶质合金软磁性粉末,通过X射线衍射装置来对结晶度进行了测定。在表1中示出测定结果。
接下来,在氮环境下,将所得到的非晶质合金软磁性粉末加热360℃×15分钟。
接下来,将所得到的非晶质合金软磁性粉末、和作为结合材料的环氧树脂以及作为有机溶剂的甲苯进行混合,从而得到混合物。另外,环氧树脂的添加量相对于非晶质合金软磁性粉末100质量份而设为2质量份。
接下来,在对所得到的混合物进行搅拌之后,使其短时间内干燥,从而得到块状的干燥体。接下来,将该干燥体用网眼400μm的筛子进行过筛,对干燥体进行粉碎,从而得到造粒粉末。使所得到的造粒粉末在50℃下干燥1小时。
接下来,将所得到的造粒粉末填充至成型模具内,并基于下述的成型条件,从而得到成型体。
成型条件
·成型方法:冲压成型
·成型体的形状:环形形状
·成型体的尺寸:外径14mm、内径8mm、厚度3mm
·成型压力:3t/cm2(294MPa)
接下来,在大气环境中,在温度150℃下将成型体加热0.50小时,使结合材料固化。由此,得到压粉磁芯。
样品No.2~16
除了作为非晶质合金软磁性粉末而分别使用表1所示的粉末之外,其余均以与样品No.1同样的方式而得到压粉磁芯。
表1
表1
样品No.17~29
除了作为非晶质合金软磁性粉末而分别使用表2所示的粉末之外,其余均以与样品No.1同样的方式而得到压粉磁芯。
表2
表2
样品No.30
除了代替旋转水流雾化法而使用水雾化法之外,其余均以与样品No.1同样的方式来制造非晶质合金软磁性粉末,并且得到压粉磁芯。另外,由水雾化法实现的冷却速度如表2所示。
样品No.31
除了作为非晶质合金软磁性粉末而使用表2所示的粉末之外,其余均以与样品No.30同样的方式而得到压粉磁芯。
另外,在表1以及表2中,在各个样品No.的非晶质合金软磁性粉末之中,相当于本发明的示为“实施例”,不相当于本发明的示为“比较例”。
6.非晶质合金软磁性粉末以及压粉磁芯的评价
6.1.非晶质合金软磁性粉末的粉末特性
关于在各个实施例以及各个比较例中得到的非晶质合金软磁性粉末,对表观密度AD以及振实密度TD进行了测定。此外,计算出将表观密度AD设为100时的振实密度TD的相对值、即振实密度相对于表观密度之比。在表3以及表4中示出测定结果以及计算结果。
6.2.非晶质合金软磁性粉末的矫顽力
关于在各个实施例以及各个比较例中得到的非晶质合金软磁性粉末,使用以下的测定装置来对各自的矫顽力进行了测定。在表3以及表4中示出测定结果。
·测定装置:振动样品型磁力计、株式会社玉川制作所制造的VSM系统、TM-VSM1230-MHHL
6.3.非晶质合金软磁性粉末的饱和磁通密度
关于在各个实施例以及各个比较例中得到的非晶质合金软磁性粉末,以如下方式来对各自的饱和磁通密度进行了测定。
首先,通过全自动气体置换式密度计、Micromeritics公司制造、AccuPyc1330来对非晶质合金软磁性粉末的真密度ρ进行了测定。
接下来,使用在6.2中所使用的振动样品型磁力计,对非晶质合金软磁性粉末的最大磁化Mm进行了测定。接下来,通过以下的式子来求出饱和磁通密度Bs。在表3以及表4中示出计算结果。
Bs=4π/10000×ρ×Mm
6.4.压粉磁芯的磁导率
关于在各个实施例以及各个比较例中得到的压粉磁芯,基于以下的测定条件来对各自的磁导率进行了测定。在表3以及表4中示出了测定结果。
磁导率的测定条件
·测定装置:阻抗分析仪、安捷伦科技株式会社制造4194A
·测定频率:100kHz
·绕组的圈数:7次
·绕组的线径:0.8mm
表3
表3
表4
表4
如表3以及表4所明确的那样,可以认为,在各个实施例中得到的非晶质合金软磁性粉末同时实现了较低的矫顽力和较高的饱和磁通密度。尤其是,可以认为,能够通过提高冷却速度来降低结晶度,从而可以获得低矫顽力和高磁导率。此外,可以认为,在各个实施例中得到的非晶质合金软磁性粉末的粒度分布比较窄并且振实密度相对于表观密度之比较大。
符号说明
1…冷却用筒体;2…盖体;3…开口部;4…冷却液喷出管;5…喷出口;7…泵;8…罐;9…冷却液层;10…线圈部件;11…压粉磁芯;12…导线;13…冷却液回收罩;14…排液口;15…坩埚;17…分液用网体;18…粉末回收容器;20…线圈部件;21…压粉磁芯;22…导线;23…空间部;24…喷嘴;25…熔融金属;26…气体射流;27…气体供给管;30…粉末制造装置;100…显示部;1000…磁性元件;1100…个人计算机;1102…键盘;1104…主体部;1106…显示单元;1200…智能手机;1202…操作按钮;1204…听筒;1206…话筒;1300…数码相机;1302…外壳;1304…受光单元;1306…快门按钮;1308…存储器;1312…视频信号输出端子;1314…输入输出端子;1430…电视监控器;1440…个人计算机。
Claims (8)
1.一种非晶质合金软磁性粉末,其特征在于,
具有由(FexCo(1-x))(100-(a+b))(SiyB(1-y))aMb表示的组分,其中,M为,选自由C、S、P、Sn、Mo、Cu以及Nb构成的组中的至少一种,x、y、a以及b为,0.73≤x≤0.85、0.02≤y≤0.10、13.0≤a≤19.0、0≤b≤2.0,
矫顽力为,24[A/m]以上(0.3[Oe]以上)且199[A/m]以下(2.5[Oe]以下),
饱和磁通密度为,1.60[T]以上且2.20[T]以下。
2.如权利要求1所述的非晶质合金软磁性粉末,其中,
测定频率100kHz中的磁导率为20.0以上。
3.如权利要求1或2所述的非晶质合金软磁性粉末,其中,
在将表观密度[g/cm3]设为100时,振实密度[g/cm3]为103以上且120以下。
4.如权利要求1所述的非晶质合金软磁性粉末,其中,
平均粒径为5.0μm以上且60.0μm以下。
5.如权利要求1所述的非晶质合金软磁性粉末,其中,
结晶度为70%以下。
6.一种压粉磁芯,其特征在于,
包含权利要求1至5中的任意一项所述的非晶质合金软磁性粉末。
7.一种磁性元件,其特征在于,
具备权利要去6所述的压粉磁芯。
8.一种电子设备,其特征在于,
具备权利要求7所述的磁性元件。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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