CN115362517A - 磁性材料及电感器 - Google Patents

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Abstract

磁性材料(1)由多个磁性粒子(10)的集合体构成。以第1平面区域(P1)内的第1磁性粒子(10X)的第1重心位置(G10X)为中心旋转360/n度(n为6以上的任一整数)时，旋转后的第1磁性粒子(10X)与旋转前的第1磁性粒子(10X)有90％以上的面积重叠。第1平面区域(P1)中，长方形的第1带部(B1)上存在9个～11个磁性粒子10的重心位置。对于第1平面区域(P1)中存在的磁性粒子(10)，将在第1平面区域(P1)中经过各自的重心位置的第1方向(d1)的最大长度的个数基准的50％累积频率分布D50设为α时，10％累积频率分布D10为0.6α以上、且90％累积频率分布D90为1.4α以下。

Description

磁性材料及电感器
技术领域
本发明涉及磁性材料和电感器。
背景技术
功率电感器中，采用以含有磁性粉末的树脂来被覆线圈导体周围的构成。例如，专利文献1中公开了一种功率电感器，具备埋设有线圈导体的单元体以及形成于该单元体的外面且与上述线圈导体连接的端子电极，其特征在于：上述单元体由第1绝缘体、形成于第1绝缘体的上表面和下表面的线圈导体、以被覆线圈导体和第1绝缘体的方式形成的第2绝缘体、以及以至少被覆第2绝缘体的上表面和下表面的方式形成的第3绝缘体构成，并且，至少第3绝缘体由作为填料含有扁平形状的金属系软磁粉末的有机树脂构成。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2007-67214号公报
发明内容
在专利文献1所记载那样的电感器中，期望直流叠加特性良好，即由于磁饱和而使电感值减少一定量以上的直流电流值大。直流叠加特性是确定电感器的额定电流的主要项目。为了得到良好的直流叠加特性，对构成电感器的磁性材料要求由于磁饱和而使透磁率减少一定量以上的直流电流值大。
根据专利文献1，使用金属系软磁粉末作为填料的电感器中，不磁饱和的直流电流的最大值比铁氧体大，具有良好的直流叠加特性。但是，从提高磁性材料的直流叠加特性的观点出发，仍然有改善的余地。
本发明正是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种直流叠加特性优异的磁性材料。本发明的目的还在于提供一种使用上述磁性材料的电感器。
用于解决问题的方案
本发明人等认为：通过使构成磁性材料的磁性粒子规则地排列，从而使透过上述磁性材料的磁通密度变均匀，改善直流叠加特性；并且，改善使用上述磁性粒子的电感器的额定电流和磁能密度。在此基础上，发现了可以实现这些的磁性材料的构成，完成了本发明。
本发明的磁性材料由多个磁性粒子的集合体构成。在以50个～200个磁性粒子进入1个视野的方式利用扫描型电子显微镜或光学显微镜观察的第1平面区域中，以上述第1平面区域内的第1磁性粒子的重心位置即第1重心位置为中心并旋转360/n度(n为6以上的任一整数)时，旋转后的上述第1磁性粒子与旋转前的上述第1磁性粒子有90％以上的面积重叠。对于上述第1平面区域内互相正交的第1方向和第2方向，在将经过上述第1重心位置的上述第1磁性粒子的最大长度分别定义为第1粒径和第2粒径时，在上述第1平面区域中，在以上述第1重心位置为中心而在上述第1方向的两侧分别具有上述第1粒径的5倍的长度且在上述第2方向具有与上述第2粒径相等的宽度的长方形的第1带部上，存在9个～11个磁性粒子的重心位置。对于上述第1平面区域中存在的磁性粒子，在上述第1平面区域中，将经过各自的重心位置的上述第1方向的最大长度的个数基准的50％累积频率分布D50设为α时，10％累积频率分布D10为0.6α以上、且90％累积频率分布D90为1.4α以下。
本发明的电感器包含上述磁性材料。
发明效果
根据本发明，可以提供直流叠加特性优异的磁性材料。
附图说明
图1为示意性地表示本发明的磁性材料的一个例子的立体图。
图2为示意性地表示构成本发明的磁性材料的磁性粒子的一个例子的截面图。
图3是示意性地表示第1平面区域的一个例子的截面图。
图4A、图4B、图4C和图4D是示意性地表示磁性粒子的形状的例子的截面图。
图5是图3所示的第1平面区域的放大图。
图6是用于说明第1磁性粒子的第1粒径和第2粒径的示意图。
图7是用于说明第1磁性粒子的第3粒径和第4粒径的示意图。
图8是实施例1－1的模拟中使用的模型图。
图9是实施例1－2的模拟中使用的模型图。
图10是比较例1－1的模拟中使用的模型图。
图11是实施例2－1的模拟中使用的模型图。
图12是实施例2－2的模拟中使用的模型图。
图13是比较例2－1的模拟中使用的模型图。
图14是表示实施例1－1中的有效相对磁导率μ和磁场H的关系的坐标图。
图15是表示实施例1－2中的有效相对磁导率μ和磁场H的关系的坐标图。
图16是表示比较例1－1中的有效相对磁导率μ和磁场H的关系的坐标图。
图17是表示实施例2－1中的有效相对磁导率μ和磁场H的关系的坐标图。
图18是表示实施例2－2中的有效相对磁导率μ和磁场H的关系的坐标图。
图19是表示比较例2－1中的有效相对磁导率μ和磁场H的关系的坐标图。
图20是示意性地表示本发明的电感器的一个例子的平面图。
图21是示意性地表示本发明的电感器的另一个例子的立体图。
具体实施方式
以下，对本发明的磁性材料和电感器进行说明。
但是，本发明不限于以下的构成，在不改变本发明的要旨的范围内，可以适当改变并使用。应予说明，组合2个以上的以下所记载的各本发明的优选构成的方案，也属于本发明。
[磁性材料]
图1为示意性地表示本发明的磁性材料的一个例子的立体图。图2为示意性地表示构成本发明的磁性材料的磁性粒子的一个例子的截面图。
图1所示的磁性材料1由多个磁性粒子10的集合体构成。如图2所示那样，磁性粒子10的表面可以由绝缘膜20被覆。如果磁性粒子10的表面由绝缘膜20被覆，则可以抑制大到穿透多个磁性粒子10的涡电流的产生。绝缘膜20也可以被覆磁性粒子10的表面的一部分，但优选被覆磁性粒子10的表面的整体。应予说明，磁性粒子10的表面也可以不由绝缘膜20被覆。
本说明书中，在记载为“磁性粒子”的情况下，只要没有明确说明，就与绝缘膜的有无无关，是指不含绝缘膜的粒子的部分。
图1所示的磁性材料1至少在第1平面区域P1中具有周期性结构。磁性材料1优选进一步在第2平面区域P2中具有周期性结构。图1中，磁性粒子10的集合体具有面心立方晶格状的结构，但不限定于周期性结构。另外，图1中，具有与第1平面区域P1平行的面中周期性结构的磁性粒子10层叠了6层，但磁性粒子10所层叠的数量没有特别限定。
图3是示意性地表示第1平面区域的一个例子的截面图。
如图3所示那样，利用扫描型电子显微镜或光学显微镜进行观察，以50个～200个磁性粒子10进入1个视野的方式，观察第1平面区域P1。
应予说明，原则上，在磁性粒子10的粒径小于50μm的情况下，使用扫描型电子显微镜，在磁性粒子10的粒径为50μm以上的情况下，使用光学显微镜。
在观察第1平面区域P1时，需要寻找磁性粒子10规则地排列的截面。例如，在不同的方向上以5～10处的程度观察截面，采用其中磁性粒子10的粒径的不均匀小的截面。观察第2平面区域P2时也同样。
在第1平面区域P1中，以某个磁性粒子(以下称为第1磁性粒子10X)的重心位置、即第1重心位置G10X为中心并旋转360/n度时，旋转后的第1磁性粒子10X与旋转前的第1磁性粒子10X有90％以上的面积重叠。n为6以上的任一整数即可。n的下限可以是7、8、9或10等任意的整数。例如，n为6。
应予说明，磁性粒子的重心位置并非是指磁性粒子的严格意义上的重心位置，例如，无需考虑磁性粒子的纵深、粒子内的密度不均匀等。即，磁性粒子10的重心位置只是对于第1平面区域P1内出现的磁性粒子10的平面形状而言的重心位置，无需考虑该平面形状中的密度不均匀，是指假定密度一样时的中心(即平面形状的几何中心)。这样的磁性粒子10的重心位置可以通过使用图像处理软件等来具体地确定。
本说明书中，以磁性粒子的重心位置为中心并旋转360/n度时，在旋转后的上述磁性粒子与旋转前的上述磁性粒子有90％以上的面积重叠的关系成立的情况下，定义为“磁性粒子为n时具有C对称性”。
应予说明，为了使磁性粒子为n时具有C对称性，旋转前的磁性粒子与旋转360/n度的磁性粒子这2者相比有90％以上的面积重叠即可。即，为n≧6的整数时，只要满足上述条件即可，例如，无需在旋转2×360/n度时使旋转后的磁性粒子与旋转前的磁性粒子有90％以上的面积重叠。但是，对于1～n－1的所有整数k而旋转k×360/n度时，优选旋转后的磁性粒子与旋转前的磁性粒子有90％以上的面积重叠。
另外，为了使磁性粒子为n时具有C对称性，满足C对称性的n有1个即可。其中，优选为多个n(n＝6、n＝8等非质数)时满足C对称性。
图4A、图4B、图4C和图4D是示意性地表示磁性粒子的形状的例子的截面图。
图4A所示的磁性粒子10A具有圆形(正圆形)的形状。因此，在n＝2、3、4、5、6、7、8、9或10等任意的整数时，C对称性成立。在磁性粒子具有圆形(正圆形)的形状的情况下，可以说是在n为“6以上的任一整数”时C对称性均成立，因此，满足上述关系。在磁性粒子具有圆形(正圆形)的形状的情况下，可以说是在n为“7以上的任一整数”等时，C对称性也同样成立。
图4B所示的磁性粒子10B具有正六边形的形状。因此，在n＝2、3或6时，C对称性成立。在该情况下，n＝6时，C对称性成立，因此，满足上述关系。
图4C所示的磁性粒子10C具有正八边形的形状。因此，在n＝2、4或8时，C对称性成立。在该情况下，n＝8时，C对称性成立，因此，满足上述关系。
图4D所示的磁性粒子10D具有正十边形的形状。因此，n＝2、4、5或10时，C对称性成立。在该情况下，n＝10时，C对称性成立，因此，满足上述关系。
以磁性粒子10的重心位置为中心并旋转360/n度时，只要旋转后的磁性粒子10与旋转前的磁性粒子10有90％以上的面积重叠，那么为n时具有C对称性的磁性粒子10的形状就没有特别限定。磁性粒子10的形状无需为理想化的圆形、椭圆形、正多边形。例如，在磁性粒子10的形状为多边形的情况下，可以使一部分角部为圆角。
在第1平面区域P1中存在的磁性粒子10之中，为n时具有C对称性的磁性粒子10至少是第1磁性粒子10X即可，但优选为如后述图5所示的第1带部B1上存在的所有磁性粒子10，更优选为第1带部B1上和第2带部B2上存在的所有磁性粒子10，进一步优选为第1圆区域C1内的所有磁性粒子10，更进一步优选为第1圆区域C1内和第2圆区域C2内的所有磁性粒子10，特别优选为第1平面区域P1内的所有磁性粒子10。其中，在第1平面区域P1中存在的多个磁性粒子10为n时具有C对称性的情况下，所有磁性粒子10无需对于相同的n都具有C对称性。例如，具有C对称性的磁性粒子10的形状可以彼此不同，可以在不同的n时满足C对称性。另外，也可以将对某个n1具有C对称性的磁性粒子10、以及对n2而非n1具有C对称性的磁性粒子10交互地排列。
图5是图3所示的第1平面区域的放大图。图6是用于说明第1磁性粒子的第1粒径和第2粒径的示意图。图7是用于说明第1磁性粒子的第3粒径和第4粒径的示意图。
如图5和图6所示那样，对于第1平面区域P1内互相正交的第1方向d1和第2方向d2，将经过第1重心位置G10X的第1磁性粒子10X的最大长度分别定义为第1粒径x1和第2粒径x2。如图5所示那样，在第1平面区域P1中，在以第1重心位置G10X为中心、在第1方向d1的两侧分别具有第1粒径x1的5倍的长度、在第2方向d2上具有与第2粒径x2相等宽度的长方形的第1带部B1上，存在9个～11个磁性粒子10的重心位置。在图5所示的例子中，在第1带部B1上存在9个磁性粒子10的重心位置。
本说明书中，第1平面区域中，在第1带部上存在9个～11个磁性粒子的重心位置的关系成立的情况下，定义为“在第1平面区域中磁性粒子具有周期性”。
进而，如图5和图7所示那样，在第1平面区域P1内，对于与第1方向d1交叉的第3方向d3、和、与第3方向d3正交的第4方向d4，将经过第1重心位置G10X的第1磁性粒子10X的最大长度分别定义为第3粒径x3和第4粒径x4。如图5所示那样，在第1平面区域P1中，在以第1重心位置G10X为中心、在第3方向d3的两侧分别具有第3粒径x3的5倍的长度、在第4方向d4上具有与第4粒径x4相等宽度的长方形的第2带部B2上，优选存在9个～11个磁性粒子10的重心位置。在图5所示的例子中，磁性粒子10的形状为圆形，因此，在第2带部B2上也存在9个磁性粒子10的重心位置。在第2带部B2上存在重心位置的磁性粒子10的个数可以与在第1带部B1上存在重心位置的磁性粒子10的个数相同，也可以不同。
如上所述，本说明书中所说的磁性粒子10的粒径与具有3维形状的磁性粒子10的实际粒径不同。例如，对于第1平面区域P1中的各磁性粒子10，沿某一方向测定经过重心位置的最大长度，作为第1平面区域P1中的磁性粒子10的粒径。
另外，如图5所示那样，将以第1重心位置G10X为中心、具有第1粒径x1的5倍的半径的圆所围住的区域定义为第1圆区域C1。同样地，将以第1重心位置G10X为中心、具有第3粒径x3的5倍的半径的圆所围住的区域定义为第2圆区域C2。在图5所示的例子中，第1磁性粒子10X的形状为圆形，因此，第1圆区域C1与第2圆区域C2一致。
在图5所示的例子中，磁性粒子10的集合体具有面心立方晶格状的结构，因此，第1平面区域P1中第1方向d1与第3方向d3所成的角度为60度。第1方向d1与第3方向d3所成的角度没有特别限定，例如为20度～160度。第1方向d1与第3方向d3所成的角度优选为55度～65度。
另外，对于第1平面区域P1中存在的磁性粒子10，将在第1平面区域P1中经过各自的重心位置的第1方向d1的最大长度的个数基准的50％累积频率分布D50设为α时，10％累积频率分布D10为0.6α以上、且90％累积频率分布D90为1.4α以下。
具体来说，对于第1平面区域P1中存在的磁性粒子10，测定在第1平面区域P1中经过各自的重心位置的第1方向d1的最大长度，算出D10、D50和D90。对于第2平面区域P2中存在的磁性粒子10的粒径也是同样。
本说明书中，对于上述第1平面区域中存在的磁性粒子，在第1平面区域中，将经过各自的重心位置的第1方向的最大长度的个数基准的50％累积频率分布D50设为α时，10％累积频率分布D10为0.6α以上、且90％累积频率分布D90为1.4α以下，若该关系成立，则定义为“在第1平面区域中磁性粒子具有窄分散性”。
对于第1平面区域P1中存在的磁性粒子10，优选：将在第1平面区域P1中经过各自的重心位置的第1方向d1的最大长度的个数基准的50％累积频率分布D50设为α时，10％累积频率分布D10为0.9α以上、且90％累积频率分布D90为1.1α以下。
在磁性材料1中，进一步利用扫描型电子显微镜或光学显微镜以50个～200个磁性粒子进入1个视野的方式进行观察，也可以观察与第1平面区域P1不在同一平面上的第2平面区域P2(参照图1)。
第1平面区域P1与第2平面区域P2所成的角度没有特别限定，例如为20度～160度。
在第2平面区域P2中，以某个磁性粒子(以下称为第2磁性粒子)的重心位置、即第2重心位置为中心并旋转360/m度时，优选旋转后的第2磁性粒子与旋转前的第2磁性粒子有90％以上的面积重叠。即，在第2平面区域P2中，第2磁性粒子优选在为m时具有C对称性。上述中，m为6以上的任一整数即可。m的下限可以是7、8、9或10等任意的整数。例如，m为6。可以是m＝n，也可以是m≠n。
应予说明，为了使磁性粒子为m时具有C对称性，旋转前的磁性粒子与旋转360/m度的磁性粒子这2者相比有90％以上的面积重叠即可。即，为m≧6的整数时，只要满足上述条件即可，例如，无需在旋转2×360/m度时使旋转后的磁性粒子与旋转前的磁性粒子有90％以上的面积重叠。但是，对于1～m－1的所有整数k而旋转k×360/m度时，优选旋转后的磁性粒子与旋转前的磁性粒子有90％以上的面积重叠。
另外，为了使磁性粒子为m时具有C对称性，满足C对称性的m有1个即可。其中，优选为多个m(m＝6、m＝8等非质数)时满足C对称性。
以磁性粒子10的重心位置为中心并旋转360/m度时，只要旋转后的磁性粒子10与旋转前的磁性粒子10有90％以上的面积重叠，那么为m时具有C对称性的磁性粒子10的形状就没有特别限定。磁性粒子10的形状无需为理想化的圆形、椭圆形、正多边形。例如，在磁性粒子10的形状为多边形的情况下，可以使一部分角部为圆角。
第2磁性粒子优选为与第1磁性粒子10X不同的粒子。第2磁性粒子的形状可以与第1磁性粒子10X的形状相同，也可以不同。
在第2平面区域P2中存在的磁性粒子10之中，为m时具有C对称性的磁性粒子10至少是第2磁性粒子即可，但优选为后述第3带部上存在的所有磁性粒子10，更优选为第3带部上和第4带部上存在的所有磁性粒子10，进一步优选为第3圆区域内的所有磁性粒子10，更进一步优选为第3圆区域内和第4圆区域内的所有磁性粒子10，特别优选为第2平面区域P2内的所有磁性粒子10。其中，在第2平面区域P2中存在的多个磁性粒子10为m时具有C对称性的情况下，所有磁性粒子10无需对于相同的m都具有C对称性。例如，具有C对称性的磁性粒子10的形状可以彼此不同，可以在不同的m时满足C对称性。另外，也可以将对某个m1具有C对称性的磁性粒子10、以及对m2而非m1具有C对称性的磁性粒子10交互地排列。
对于在第2平面区域P2内互相正交的第5方向和第6方向，将经过第2重心位置的第2磁性粒子的最大长度分别定义为第5粒径和第6粒径。在第2平面区域P2中，在以第2重心位置为中心、在第5方向的两侧分别具有第5粒径的5倍的长度、在第6方向上具有与第6粒径相等宽度的长方形的第3带部上，优选存在9个～11个磁性粒子10的重心位置。
进而，对于在第2平面区域P2内与第5方向交叉的第7方向、和与第7方向正交的第8方向，将经过第2重心位置的第2磁性粒子的最大长度分别定义为第7粒径和第8粒径。在第2平面区域P2中，在以第2重心位置为中心、在第7方向的两侧分别具有第7粒径的5倍的长度、在第8方向上具有与第8粒径相等宽度的长方形的第4带部上，优选存在9个～11个磁性粒子10的重心位置。第4带部上存在重心位置的磁性粒子10的个数可以与第3带部上存在重心位置的磁性粒子10的个数相同，也可以不同。
另外，将以第2重心位置为中心、具有第5粒径的5倍的半径的圆所围住的区域定义为第3圆区域。同样地，将以第2重心位置为中心、具有第7粒径的5倍的半径的圆所围住的区域定义为第4圆区域。第3圆区域与第4圆区域可以一致。
第5方向与第7方向所成的角度没有特别限定，例如为20度～160度。第5方向与第7方向所成的角度优选为55度～65度。
另外，对于第2平面区域P2中存在的磁性粒子10，优选：将在第2平面区域P2中经过各自的重心位置的第5方向的最大长度的个数基准的50％累积频率分布D50设为β时，优选10％累积频率分布D10为0.6β以上、且90％累积频率分布D90为1.4β以下，更优选10％累积频率分布D10为0.9β以上、且90％累积频率分布D90为1.1β以下。可以是β＝α，也可以是β≠α。
磁性材料1中，通过使磁性粒子10为n时具有C对称性，从而成为产生周期性结构的驱动力，且能控制磁通的变形。如果C对称性的n为5以下时，磁性粒子10的截面形状所具有的角部的角度变得尖锐，磁通容易在其角部集中。因此，通过使C对称性的n为6以上，从而可以防止磁通的集中。从防止磁通的集中的观点出发，优选在为多个n时均满足C对称性，即，满足C对称性的n为多个，满足C对称性的n的数量越多越优选。特别是，磁性粒子10的形状优选为图4A所示的圆形(正圆形)。在磁性粒子10为m时具有C对称性的情况下，也同样。
另外，通过使磁性粒子10具有周期性，从而可以使磁通的疏密最小化，使磁通密度均匀化。
进而，通过使磁性粒子10具有窄分散性，从而成为产生周期性结构的驱动力。
如上所述，通过使构成磁性材料1的磁性粒子10规则地排列，从而透过磁性材料1的磁通密度变得均匀，因此，可改善直流叠加特性。
构成磁性粒子10的材料没有特别限定，磁性粒子10优选包含选自Fe、Ni、Co、C、Si和Cr中的至少1种元素。作为磁性粒子10，例如可举出包含Ni和P的Ni－P粒子、Fe粒子、Fe－Si粒子、Fe－Si－Cr粒子、Fe－Si－B粒子、Fe－Si－B－Cu－Nb粒子、Fe－Si－B－P－Cu粒子、Fe－Ni粒子、Fe－Co粒子等。
磁性粒子10的粒径没有特别限定，粒径越大，越会使粒子的表面积减少。特别是在磁性粒子10的表面带电的情况下，通过将磁性粒子10的粒径设为μm级而非nm级，从而可以使表面的静电荷量减少，因此，可以显著地得到本发明的效果。
例如，第1磁性粒子10X的第1粒径x1优选为0.5μm～80μm，更优选为0.6μm～50μm，进一步优选为1μm～30μm。在该情况下，上述α优选为0.5μm～80μm，更优选为0.6μm～50μm，进一步优选为1μm～30μm。同样地，第1磁性粒子10X的第2粒径x2优选为0.5μm～80μm，更优选为0.6μm～50μm，进一步优选为1μm～30μm；第3粒径x3优选为0.5μm～80μm，更优选为0.6μm～50μm，进一步优选为1μm～30μm；第4粒径x4优选为0.5μm～80μm，更优选为0.6μm～50μm，进一步优选为1μm～30μm。第1磁性粒子10X的第1粒径x1、第2粒径x2、第3粒径x3和第4粒径x4彼此可以相同，也可以不同。
另外，第2磁性粒子的第5粒径优选为0.5μm～80μm，更优选为0.6μm～50μm，进一步优选为1μm～30μm。在该情况下，上述β优选为0.5μm～80μm，更优选为0.6μm～50μm，进一步优选为1μm～30μm。同样地，第2磁性粒子的第6粒径优选为0.5μm～80μm，更优选为0.6μm～50μm，进一步优选为1μm～30μm；第7粒径优选为0.5μm～80μm，更优选为0.6μm～50μm，进一步优选为1μm～30μm；第8粒径优选为0.5μm～80μm，更优选为0.6μm～50μm，进一步优选为1μm～30μm。第2磁性粒子的第5粒径、第6粒径、第7粒径和第8粒径彼此可以相同，也可以不同。
磁性粒子10例如可以通过如下方法得到：将金属盐水溶液与还原剂水溶液混合，生成微粒的核后，对该核以无电解使金属还原析出。在被称为无电解还原法的上述方法中，可以得到接近正球的金属粒子。因此，能够稳定且有效、低成本地量产具有规定的粒径、对称性和窄分散性的粒子。
进而，如果使用脉冲加压加孔喷射法(POEM；Pulsated Orifice EjectionMethod)、均匀液滴喷雾法(UDS法；Uniform Droplet Splay Method)，则能以窄分散得到接近正球的μm级的金属粒子。
通过使如此得到的磁性粒子在比重轻的溶剂(例如，异丙醇等含烷烃溶剂)中沉降，从而可以使磁性粒子排列为上述周期性结构。
一般来说，粒子的沉降速度以粒径的平方来增加。因此，优选通过使磁性粒子的粒径增大而促进磁性粒子的沉降。
进而，考虑到磁性粒子沉降的方面，优选预先形成与粒径相对应的周期性结构。
另外，在利用上述方法而使接近正球的粒子排列为周期性结构后，煅烧该粒子，从而可以得到截面形状接近正六边形的粒子。具体来说，在磁性粒子的软化温度附近加热该粒子，将粒子彼此焊接，从而可以实现n＝6的C对称性。
对于具有其他的形状的粒子，使用公知的方法即可。
如上所述，磁性粒子10的表面可以由绝缘膜20被覆。
构成绝缘膜20的材料没有特别限定，绝缘膜20可以有极性，也可以没有极性。在绝缘膜20有极性的情况下，利用绝缘膜20使磁性粒子10的表面带电，在粒子间形成由静电斥力和范德华引力造成的亚稳态。其结果是，能自发地产生磁性粒子10的周期性结构。应予说明，例如，通过使Fe－Si－Cr粒子在氧气氛下煅烧而使表面氧化，从而可以形成绝缘膜20。
绝缘膜20优选包含C、N、O、P和Si中的至少2种元素。包含上述元素的绝缘膜20具有极性，因此，可以使磁性粒子10的表面带电。
绝缘膜20所包含的元素例如可以通过使用扫描透过型电子显微镜(STEM)－能量分散型X射线装置(EDX)的元素分析来进行确认。
其中，绝缘膜20优选包含羟基或羰基，更优选包含羟基和羰基。羟基和羰基是具有极性的官能团，因此，可以利用绝缘膜20而使磁性粒子10的表面带电。
绝缘膜20所包含的官能团例如可以通过傅里叶变换红外分光分析(FT－IR)来进行确认。
具体来说，绝缘膜20包含无机氧化物和水溶性高分子。
作为构成无机氧化物的金属种，例如可举出选自Li、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Ti、Cu、Sr、Y、Zr、Ba、Ce、Ta和Bi中的至少1种。在它们之中，考虑到得到的氧化物的强度和固有的比电阻，优选Si、Ti、Al或Zr。上述金属种为用于形成绝缘膜20的金属醇盐的金属。作为具体的无机氧化物，优选为SiO2、TiO2、Al2O3或ZrO，特别优选为SiO2。
相对于磁性粒子10和绝缘膜20的合计重量，优选以0.01wt％～5wt％的范围包含无机氧化物。
作为水溶性高分子，例如可举出聚乙烯亚胺、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙二醇、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素、聚乙烯基醇和明胶中的至少1种。
相对于磁性粒子10和绝缘膜20的合计重量，优选以0.01wt％～1wt％的范围包含水溶性高分子。
绝缘膜20的厚度没有特别限定，通过使绝缘膜20变薄，从而提高磁性粒子10的空间填充率，因此，可以得到大的电感。进而可以抑制实效透磁率相对于绝缘膜20的厚度不均的不均匀，因此，可以抑制电感的不均匀。
应予说明，将内包1个磁性粒子10的区域定义为单元格时，将该单元格中在第1方向d1上经过磁性粒子10的重心位置时所通过的绝缘膜20的长度设为绝缘膜20的厚度。
例如，被覆第1磁性粒子10X的表面的绝缘膜20的厚度优选为第1磁性粒子10X的第1粒径x1的10％以下。特别是，被覆第1平面区域P1中存在的磁性粒子10的表面的绝缘膜20的厚度优选为各磁性粒子10的粒径的10％以下。在该情况下，可以抑制相当于绝缘膜厚度的磁性粒子的比率减少，得到高电感。
另一方面，被覆第1磁性粒子10X的表面的绝缘膜20的厚度优选为第1磁性粒子10X的第1粒径x1的0.1％以上。特别是，被覆第1平面区域P1中存在的磁性粒子10的表面的绝缘膜20的厚度优选为各磁性粒子10的粒径的0.1％以上。在该情况下，可以抑制由绝缘性的降低导致的涡电流的增大，且可以谋求由绝缘膜的极化导致的结构的周期性的提高。
具体来说，被覆第1磁性粒子10X的表面的绝缘膜20的厚度优选为30000nm以下，另外优选为10nm以上。进而，被覆第1平面区域P1中存在的磁性粒子10的表面的绝缘膜20的厚度优选为30000nm以下，另外，优选为10nm以上。
另外，被覆第2磁性粒子的表面的绝缘膜20的厚度优选为第2磁性粒子的第5粒径的10％以下。特别是，被覆第2平面区域P2中存在的磁性粒子10的表面的绝缘膜20的厚度优选为各磁性粒子10的粒径的10％以下。另一方面，被覆第2磁性粒子的表面的绝缘膜20的厚度优选为第2磁性粒子的第5粒径的0.1％以上。特别是，被覆第2平面区域P2中存在的磁性粒子10的表面的绝缘膜20的厚度优选为各磁性粒子10的粒径的0.1％以上。
具体来说，被覆第2磁性粒子的表面的绝缘膜20的厚度优选为30000nm以下，另外优选为10nm以上。进而，被覆第2平面区域P2中存在的磁性粒子10的表面的绝缘膜20的厚度优选为30000nm以下，另外，优选为10nm以上。
绝缘膜20的厚度例如可以使用光学显微镜、扫描型电子显微镜或透过型电子显微镜来测定。另外，也可以利用EDX来测定。
应予说明，原则上，在绝缘膜20的厚度小于200nm的情况下，使用透过型电子显微镜，在绝缘膜20的厚度为200nm以上且小于50000nm的情况下，使用扫描型电子显微镜，在绝缘膜20的厚度为50000nm以上的情况下，使用光学显微镜。
绝缘膜20例如可通过国际公开2016/056351号记载的以下的方法而形成。
(1)使磁性粒子10在溶剂中分散。
(2)在溶剂中添加金属醇盐和水溶性高分子，并搅拌。
此时，金属醇盐被水解。其结果是，在磁性粒子10的表面形成包含金属醇盐的水解物即金属氧化物和水溶性高分子的绝缘膜20。
作为溶剂，可以使用甲醇、乙醇等醇类。
作为具有M－OR的形态的金属醇盐的金属种M，例如可举出选自Li、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Ti、Cu、Sr、Y、Zr、Ba、Ce、Ta和Bi中的至少1种。在它们之中，考虑到得到的氧化物的强度和固有的比电阻，优选Si、Ti、Al或Zr。作为金属醇盐的烷氧基OR，例如可举出甲氧基、乙氧基、丙氧基等。可以组合2种以上的金属醇盐。
为了促进金属醇盐的水解速度，可以根据需要添加催化剂。作为催化剂，例如可举出盐酸、乙酸、磷酸等酸性催化剂，氨、氢氧化钠、哌啶等碱性催化剂，或碳酸铵、乙酸铵等盐催化剂。
可以用适当的方法(烘箱、喷雾、真空中等)使搅拌后的分散液干燥。干燥温度例如为50℃～300℃。干燥时间可以适当设定，例如为10分钟～24小时。
另外，绝缘膜20可以通过对磁性粒子10的表面进行使用磷酸盐溶液的被覆处理而形成。
以下，为了评价本发明的磁性材料的特性，用模拟(村田制作所制Femtet2019)实施静磁场2维解析。应予说明，本发明并不仅限定于这些实施例。
以下所示的模型中，模型的整体尺寸为1.18mm×1.18mm，排列有49个磁性粒子。
图8是实施例1－1的模拟中使用的模型图。图9是实施例1－2的模拟中使用的模型图。图10是比较例1－1的模拟中使用的模型图。图8、图9和图10中，具有圆形(正圆形)、正六边形和正方形的形状的磁性粒子分别排列为正方格子状。
图11是实施例2－1的模拟中使用的模型图。图12是实施例2－2的模拟中使用的模型图。图13是比较例2－1的模拟中使用的模型图。图11、图12和图13中，具有圆形(正圆形)、正六边形和正方形的形状的磁性粒子分别排列为六边格子状。
网格条件设为使用G2、1次要件，曲面的切断设为最小切断数16，标准网格尺寸设为0.112mm，线圈与空气设为网格尺寸0.01mm，外部边界条件设为电壁和磁壁，模型厚度设为1mm。
用式(1)定义作为磁性粒子的铁粒子的物性、即作为磁化特性的磁通密度B与磁场H的关系。
B＝0.8·tanh(0.011·H) (1)
对于磁场H为0[A/m]～400[A/m]的情况，输入以式(1)导出的磁通密度B。
绝缘膜设为非磁性，磁性粒子的面积填充率设为28％，磁性粒子的形状的投影为正圆形、正六边形和正方形且各自为相同的面积，粒径设为100μm，粒子间设为空气。
将0.85A/m下的有效相对磁导率作为初期有效相对磁导率μi，求出成为0.7μi的磁场H30。
图14是表示实施例1－1中的有效相对磁导率μ和磁场H的关系的坐标图。图15是表示实施例1－2中的有效相对磁导率μ和磁场H的关系的坐标图。图16是表示比较例1－1中的有效相对磁导率μ和磁场H的关系的坐标图。
图17是表示实施例2－1中的有效相对磁导率μ和磁场H的关系的坐标图。图18是表示实施例2－2中的有效相对磁导率μ和磁场H的关系的坐标图。图19是表示比较例2－1中的有效相对磁导率μ和磁场H的关系的坐标图。
另外，求出下述定义的磁能密度。
∫μHdB(积分范围0～μi×H30)
将实施例1－1、实施例1－2和比较例1－1中的H30、初期有效相对磁导率μi和磁能密度示于表1，将实施例2－1、实施例2－2和比较例2－1中的H30、初期有效相对磁导率μi和磁能密度示于表2。
[表1]
Figure BDA0003872216230000161
[表2]
Figure BDA0003872216230000162
根据表1，在磁性粒子排列为正方格子状的情况下，磁性粒子的形状为圆形的实施例1－1和为正六边形的实施例1－2与为正方形的比较例1－1相比，H30提高。进而，实施例1－1和实施例1－2与比较例1－1相比，可得到更高的磁能密度。
根据表2，在磁性粒子排列为六边格子状的情况下，磁性粒子的形状为圆形的实施例2－1和为正六边形的实施例2－2与为正方形的比较例2－1相比，H30提高。进而，实施例2－1和实施例2－2与比较例2－1相比，可得到更高的磁能密度。
[电感器]
包含本发明的磁性材料的电感器也是本发明之一。
图20是示意性地表示本发明的电感器的一个例子的平面图。
图20所示的电感器100具备核部110、和卷绕于核部110的导体线120。
核部110包含本发明的磁性材料(例如，图1所示的磁性材料1等)。
导体线120例如由铜或铜合金构成。
图21是示意性地表示本发明的电感器的另一个例子的立体图。
图21所示的电感器200具备由本发明的磁性材料构成的单元体210、设置于单元体210的表面的外部电极220、以及设置于单元体210的内部的线圈导体230。
本发明的电感器不限定于电感器100或200所示的构成，关于电感器的构成、制造方法等，在本发明的范围内，可以施加各种应用、变形。
例如，线圈导体的卷绕方式可以是α卷绕、不规则卷绕、沿边卷绕或排列卷绕等中的任一种。
本发明的磁性材料不限定于磁性材料1所示的构成，关于磁性材料的构成、制造方法等，在本发明的范围内，可以施加各种应用、变形。
例如，本发明的磁性材料可以进一步含有树脂。在本发明的磁性材料除磁性粒子外还含有树脂的情况下，通过使树脂固化，从而能制造磁性粒子排列分散在树脂中而得的成型体。如此，排列分散在树脂中的磁性粒子也包含于磁性粒子的集合体。
在本发明的磁性材料包含树脂的情况下，树脂的种类没有特别限定，可以根据期望的特性和用途等而适当选择。作为树脂，例如可举出环氧系树脂、有机硅系树脂、酚醛系树脂、聚酰胺系树脂、聚酰亚胺系树脂和聚苯硫醚系树脂等。
本发明的磁性材料中，对于磁性粒子的n的C对称性，在旋转后重叠的磁性粒子的面积为90％以上即可。因此，旋转后重叠的磁性粒子的面积不是必须为100％，例如也可以是99％以下。对于磁性粒子的m的C对称性也是同样的。
本发明的磁性材料中，对于第1平面区域中的磁性粒子的周期性，重心位置排列在第1带部上的磁性粒子的个数为9个～11个即可。因此，重心位置排列在第1带部上的磁性粒子的个数不是必须为9个，也可以是10个或11个。对于第2平面区域中的磁性粒子的周期性也是同样的。
本发明的磁性材料中，对于第1平面区域中的磁性粒子的窄分散性，D10为0.6α以上即可，另外，D90为1.4α以下即可。因此，不是必须为D10＝D90＝α，例如，也可以是D10为0.99α以下，且D90为1.01α以上。对于第2平面区域中的磁性粒子的窄分散性也是同样的。
符号说明
1 磁性材料
10、10A、10B、10C、10D 磁性粒子
10X 第1磁性粒子
20 绝缘膜
100、200 电感器
110 核部
120 导体线
210 单元体
220 外部电极
230 线圈导体
d1 第1方向
d2 第2方向
d3 第3方向
d4 第4方向
x1 第1粒径
x2 第2粒径
x3 第3粒径
x4 第4粒径
B1 第1带部
B2 第2带部
C1 第1圆区域
C2 第2圆区域
G10X 第1重心位置
P1 第1平面区域
P2 第2平面区域

Claims (12)

1.一种磁性材料，其由多个磁性粒子的集合体构成；
在利用扫描型电子显微镜或光学显微镜以50个～200个磁性粒子进入1个视野的方式进行观察的第1平面区域中，
在以所述第1平面区域内的第1磁性粒子的重心位置即第1重心位置为中心旋转360/n度时，旋转后的所述第1磁性粒子与旋转前的所述第1磁性粒子有90％以上的面积重叠，其中，所述n为6以上的任一整数，
对于所述第1平面区域内互相正交的第1方向和第2方向，在将经过所述第1重心位置的所述第1磁性粒子的最大长度分别定义为第1粒径和第2粒径时，在以所述第1重心位置为中心而在所述第1方向的两侧分别具有所述第1粒径的5倍的长度并在所述第2方向具有与所述第2粒径相等的宽度的长方形的第1带部上，存在9个～11个磁性粒子的重心位置，
对于所述第1平面区域中存在的磁性粒子，将经过各自的重心位置的所述第1方向的最大长度的个数基准的50％累积频率分布D50设为α时，10％累积频率分布D10为0.6α以上且90％累积频率分布D90为1.4α以下。
2.根据权利要求1所述的磁性材料，其中，在所述第1平面区域内，对于与所述第1方向交叉的第3方向和与所述第3方向正交的第4方向，在将经过所述第1重心位置的所述第1磁性粒子的最大长度分别定义为第3粒径和第4粒径时，在以所述第1重心位置为中心而在所述第3方向的两侧分别具有所述第3粒径的5倍的长度且在所述第4方向具有与所述第4粒径相等的宽度的长方形的第2带部上，存在9个～11个磁性粒子的重心位置。
3.根据权利要求2所述的磁性材料，其中，所述第1方向与所述第3方向所成的角度为55度～65度。
4.根据权利要求2或3所述的磁性材料，其中，在利用扫描型电子显微镜或光学显微镜以50个～200个磁性粒子进入1个视野的方式进行观察的且与所述第1平面区域不在同一平面上的第2平面区域中，
在以所述第2平面区域内的第2磁性粒子的重心位置即第2重心位置为中心旋转360/m度时，旋转后的所述第2磁性粒子与旋转前的所述第2磁性粒子有90％以上的面积重叠，其中，所述m为6以上的任一整数，
对于所述第2平面区域内互相正交的第5方向和第6方向，在将经过所述第2重心位置的所述第2磁性粒子的最大长度分别定义为第5粒径和第6粒径时，在以所述第2重心位置为中心而在所述第5方向的两侧分别具有所述第5粒径的5倍的长度且在所述第6方向具有与所述第6粒径相等的宽度的长方形的第3带部上，存在9个～11个磁性粒子的重心位置，
对于所述第2平面区域中存在的磁性粒子，将经过各自的重心位置的所述第5方向的最大长度的个数基准的50％累积频率分布D50设为β时，10％累积频率分布D10为0.6β以上、且90％累积频率分布D90为1.4β以下。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的磁性材料，其中，所述第1磁性粒子的所述第1粒径为0.5μm～80μm。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的磁性材料，其中，n为6。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的磁性材料，其中，在多个n中，旋转后的所述第1磁性粒子与旋转前的所述第1磁性粒子有90％以上的面积重叠。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的磁性材料，其中，所述磁性粒子的表面由绝缘膜被覆。
9.根据权利要求8所述的磁性材料，其中，所述绝缘膜包含选自C、N、O、P和Si中的至少2种元素。
10.根据权利要求8或9所述的磁性材料，其中，所述绝缘膜包含羟基或羰基。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的磁性材料，其中，所述磁性粒子包含选自Fe、Ni、Co、C、Si和Cr中的至少1种元素。
12.一种电感器，其包含权利要求1～11中任一项所述的磁性材料。
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