DE112016000232T5 - Verbundmaterial, Magnetkern für Magnetkomponente, Drossel, Wandler und Stromwandlervorrichtung - Google Patents

Verbundmaterial, Magnetkern für Magnetkomponente, Drossel, Wandler und Stromwandlervorrichtung Download PDF

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Kazushi Kusawake
Atsushi Sato
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Abstract

Bereitgestellt werden ein Verbundmaterial mit ausgezeichneten Gleichstromüberlagerungseigenschaften, geringem Eisenverlust und hoher Festigkeit, ein Magnetkern für eine Magnetkomponente und eine Drossel, wobei der Magnetkern und die Drossel das Verbundmaterial aufweisen, ein Wandler, der die Drossel enthält, und eine Stromwandlervorrichtung, die den Wandler enthält. Ein Verbundmaterial weist ein weichmagnetisches Pulver, einen Füllstoff und einen Harzteil, der das weichmagnetische Pulver und den darin verteilten Füllstoff umgibt, auf, wobei der Füllstoff Kautschuk und eine Außenumfangsschicht, die eine Oberfläche des Kautschuks bedeckt und eine organische Substanz enthält, aufweist und der Harzteil ein thermoplastisches Harz enthält.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbundmaterial, das als magnetisches Material für eine Magnetkomponente oder dergleichen verwendet wird, welche mit einer Spule und einem Magnetkern ausgestattet ist; einen Magnetkern für eine Magnetkomponente, wobei der Magnetkern das Verbundmaterial aufweist; eine Drossel, bei der es sich um eine Magnetkomponente handelt; einen Wandler, der die Drossel aufweist; und eine Stromwandlervorrichtung, die den Wandler aufweist. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verbundmaterial, das ausgezeichnete Gleichstromüberlagerungseigenschaften, geringen Eisenverlust und hohe Festigkeit aufweist.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • Magnetkomponenten mit einer Spule, die einen durch Wickeln eines Drahtes gebildeten Wicklungsteil und einen Magnetkern, auf dem die Spule angeordnet ist, besitzen, werden in verschiedenen Arten von Produkten bereitgestellt, etwa Kraftfahrzeugen, elektrischen Geräten und Industriemaschinen. Magnetische Materialien, die für Magnetkerne verwendet werden, beinhalten ein pulververdichtetes Element, wie es beispielsweise in Patentdokument 1 offenbart wird, und Verbundmaterialien, die ein weichmagnetisches Pulver und ein Harz enthalten, wie sie beispielsweise in Patentdokument 2 und 3 offenbart werden.
  • Patentdokument 1 offenbart eine Drossel als Magnetkomponente und einen Magnetkern, der ein pulververdichtetes Element und ein plattenförmiges Abstandsmaterial (Abstandshalter) aus nichtmagnetischem Material wie etwa Aluminiumoxid aufweist. Dieses pulververdichtete Element entsteht durch Formpressen eines magnetischen Metallpulvers, das mit einer Isolierschicht versehen wird, und anschließende Behandlung des Formpresslings mit Hitze, um Verformungen zu entfernen, die während des Formpressens in den Metallpartikeln entstanden sind. In Patentdokument 1 wird angegeben, dass ein Hystereseverlust des pulververdichteten Elements durch die vorstehend beschriebene Hitzebehandlung reduziert werden kann.
  • VORBEKANNTE TECHNISCHE DOKUMENTE
  • PATENTDOKUMENTE
    • Patentdokument Nr. 1: JP 2009-070885A
    • Patentdokument Nr. 2: JP 2009-176974A
    • Patentdokument Nr. 3: JP 2011-181747A
  • ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
  • VON DER ERFINDUNG ZU LÖSENDE AUFGABEN
  • Es ist erwünscht, über ein Verbundmaterial mit ausgezeichneten Gleichstromüberlagerungseigenschaften, geringem Eisenverlust (Summe aus Hystereseverlust und Wirbelstromverlust) und auch einer hervorragenden Festigkeit als magnetisches Material für Magnetkomponenten oder dergleichen zu verfügen.
  • Hier ist erwünscht, dass ein Magnetkern einer Magnetkomponente die folgenden Anforderungen erfüllt: (A) Er besitzt ausgezeichnete Gleichstromüberlagerungseigenschaften, oder anders ausgedrückt, Veränderungen der relativen Durchlässigkeit sind von einem schwachen Magnetfeld bis hin zu einem starken Magnetfeld gering; (B) er besitzt eine hohe Sättigungsmagnetisierung, oder anders ausgedrückt, es ist unwahrscheinlich, dass er magnetisch gesättigt wird; und (C) er besitzt hervorragende Hochfrequenzeigenschaften, oder anders ausgedrückt, er weist einen geringen Eisenverlust im hohen Frequenzbereich auf.
  • In einem Verbundmaterial, das ein weichmagnetisches Pulver und ein Harz enthält, ist das Harz, das einen Grundbestandteil bildet, im Allgemeinen ein nichtmagnetisches Material und kann daher als magnetisches Tor angesehen werden. Entsprechend kann, wenn ein Magnetkern einer Magnetkomponente aus dem vorstehend beschriebenen Verbundmaterial besteht, anders als bei dem Magnetkern aus dem vorstehend beschriebenen pulververdichteten Element, das Abstandsmaterial entfallen, womit der Magnetkern den Vorteil (A), ausgezeichnete Gleichstromüberlagerungseigenschaften, aufweist. Weiterhin kann bei dem vorstehend beschriebenen Verbundmaterial die (B) Sättigungsmagnetisierung erhöht werden, wenn der Gehalt an weichmagnetischem Pulver erhöht wird.
  • Wenn jedoch das Füllverhältnis des weichmagnetischen Pulvers erhöht wird, kann es zu einer ungleichmäßigen Verteilung des weichmagnetischen Pulvers kommen, und zwischen Pulverpartikeln kann ein Kontakt hergestellt werden, wenn das weichmagnetische Pulver ein Metallpulver ist. Diese Probleme können zu einer Verschlechterung der Gleichstromüberlagerungseigenschaften, einem Anstieg des Wirbelstromverlustes, einer Abnahme der Festigkeit aufgrund der konzentrierten Verteilung des weichmagnetischen Pulvers und dergleichen führen.
  • Ferner wurde, wie in einem an späterer Stelle noch zu beschreibenden Testbeispiel gezeigt, festgestellt, dass in dem Verbundmaterial Spannungen und dergleichen, die im Herstellungsprozess auf das weichmagnetische Pulver und das Harz einwirken, eine Zunahme des Eisenverlustes und eine Abnahme der Festigkeit verursachen können. In dieser Hinsicht kann im Fall des vorstehend beschriebenen pulververdichteten Elements der Hystereseverlust wirksam verringert werden, wenn die Hitzebehandlung bei einer besonders hohen Temperatur im Anschluss an das Formpressen erfolgt. Im Fall des Verbundmaterials ist jedoch eine Hitzebehandlung mit hoher Temperatur einigermaßen schwierig, da das Verbundmaterial ein Harz enthält. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, ein Verbundmaterial mit ausgezeichneten Gleichstromüberlagerungseigenschaften, geringem Eisenverlust und hoher Festigkeit zu erhalten, ohne eine Hitzebehandlung durchzuführen.
  • In Anbetracht der vorstehend beschriebenen Umstände stellt die vorliegende Erfindung ein Verbundmaterial bereit, das ausgezeichnete Gleichstromüberlagerungseigenschaften, geringen Eisenverlust und hohe Festigkeit aufweist.
  • Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung einen Magnetkern für eine Magnetkomponente bereit, wobei der Magnetkern ausgezeichnete Gleichstromüberlagerungseigenschaften, geringen Verlust und hohe Festigkeit aufweist; eine Drossel, die den Magnetkern mit ausgezeichneten Gleichstromüberlagerungseigenschaften, geringem Verlust und hoher Festigkeit aufweist; und einen Wandler sowie eine Stromwandlervorrichtung, die die Drossel aufweisen.
  • MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABE
  • Ein Verbundmaterial gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein weichmagnetisches Pulver, einen Füllstoff und einen Harzteil (Plastikteil), der das weichmagnetische Pulver und den darin verteilten Füllstoff umgibt, auf. Der Füllstoff enthält Kautschuk und eine Außenumfangsschicht, die eine Oberfläche des Kautschuks bedeckt und eine organische Substanz enthält. Der Harzteil enthält ein thermoplastisches Harz.
  • EFFEKTE DER ERFINDUNG
  • Das vorstehend beschriebene Verbundmaterial weist ausgezeichnete Gleichstromüberlagerungseigenschaften, geringen Eisenverlust und hohe Festigkeit auf.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme eines betrachteten Querschnitts durch ein Verbundmaterial der Probe 1-1, die im Testbeispiel 1 hergestellt wurde.
  • 2 zeigt Rasterelektronenmikroskop-Aufnahmen betrachteter Querschnitte durch Verbundmaterialien der Proben 1-1, 1-2 und 1-100, die in Testbeispiel 1 hergestellt wurden.
  • 3 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Drossel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die ein Verbundmaterial gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Magnetkern aufweist.
  • 4 ist eine perspektivische Explosionsansicht der Drossel gemäß der Ausführungsform in 3.
  • 5 ist eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung, die ein Stromversorgungssystem eines Hybridfahrzeugs zeigt.
  • 6 ist ein schematisches Schaltbild, das eine beispielhafte Stromwandlervorrichtung mit einem Wandler zeigt.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben intensiv verschiedene Verbundmaterialien untersucht, die ein weichmagnetisches Pulver und ein Harz enthalten und ausgezeichnete Gleichstromüberlagerungseigenschaften, geringen Eisenverlust und hohe Festigkeit aufweisen. Sie sind zu dem Ergebnis gekommen, dass ein Verbundmaterial vorzuziehen ist, das ein thermoplastisches Harz enthält und unter Zugabe eines Additivs mit einem bestimmten Inhaltsstoff und einer bestimmten Struktur hergestellt wird. In dem so erhaltenen Verbundmaterial ist das Additiv in einen Harzteil eingeschlossen, der überwiegend aus dem thermoplastischen Harz besteht und als Füllstoff vorliegt. Die vorliegende Erfindung beruht auf dieser Erkenntnis. Zuerst werden Einzelheiten von Aspekten der vorliegenden Erfindung aufgelistet und beschrieben.
    • (1) Ein Verbundmaterial gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein weichmagnetisches Pulver, einen Füllstoff und einen Harzteil, der das weichmagnetische Pulver und den darin verteilten Füllstoff umgibt, auf. Der Füllstoff enthält Kautschuk und eine Außenumfangsschicht, die eine Oberfläche des Kautschuks bedeckt und eine organische Substanz enthält. Der Harzteil enthält ein thermoplastisches Harz.
  • Das Verbundmaterial weist aus folgenden Gründen ausgezeichnete Gleichstromüberlagerungseigenschaften, geringen Eisenverlust und hohe Festigkeit auf.
  • Gleichstromüberlagerungseigenschaften
    • (α) In dem vorstehend beschriebenen Verbundmaterial ist der Füllstoff zwischen den Pulverpartikeln des weichmagnetischen Pulvers verteilt, so dass ein Kontakt zwischen den Pulverpartikeln selbst dann verringert werden kann, wenn das weichmagnetische Pulver bis zu einem hohen Füllverhältnis aufgefüllt wird, und das weichmagnetische Pulver kann gleichmäßig verteilt sein.
  • Wenn der Füllstoff enthalten ist, sind nichtmagnetische Materialien wie der Füllstoff und der Harzteil wahrscheinlich gleichmäßig zwischen den Pulverpartikeln des weichmagnetischen Pulvers verteilt. Auch wenn das kautschukhaltige Additiv mit spezieller Struktur als Rohmaterial für den Füllstoff verwendet wird, kann ein Schrumpfen des Harzes während des Aushärtens durch die elastische Verformung des Kautschukbestandteils, der zwischen den Pulverpartikeln angeordnet ist, gemildert werden, und die Pulverpartikel können zueinander beabstandet sein. Weiterhin kann, da Füllstoff und Harzteil zwischen den Pulverpartikeln angeordnet sein können, ein Kontakt zwischen den Pulverpartikeln des weichmagnetischen Pulvers gleichfalls verhindert werden. Es wird angenommen, dass das vorstehend beschriebene Verbundmaterial magnetische Tore aufweist, die gleichmäßig im gesamten Verbundmaterial verteilt sind. Wenn das vorstehend beschriebene Verbundmaterial für einen Magnetkern einer Magnetkomponente verwendet wird, kann auf ein Abstandsmaterial aus Aluminiumoxid oder dergleichen verzichtet werden, wodurch Änderungen der relativen Durchlässigkeit von einem schwachen Magnetfeld bis hin zu einem starken Magnetfeld gering gehalten werden können, so dass die Durchlässigkeit des Magnetkerns konstant gehalten werden kann.
  • Eisenverlust
    • (β) Die Ausgestaltung, bei der der kautschukhaltige Füllstoff verteilt im vorstehend beschriebenen Verbundmaterial vorhanden ist, ermöglicht es, die Verformungen, die aufgrund der Spannungen, welche während des Herstellungsprozesses auf das weichmagnetische Pulver einwirken können, an den Pulverpartikeln des weichmagnetischen Pulvers entstehen können, ebenso zu reduzieren wie den Eisenverlust (überwiegend Hystereseverlust), den diese Verformungen bewirken.
  • Es wird davon ausgegangen, dass im Prozess der Herstellung des vorstehend beschriebenen Verbundmaterials mechanische Spannungen, die beim Kneten und dergleichen entstehen können, Druck während Gießvorgängen wie etwa beim Spritzgießen, Spannungen durch Schrumpfung des Harzes während des Aushärtens und dergleichen auf die Pulverpartikel des weichmagnetischen Pulvers einwirken können. Es wird davon ausgegangen, dass die vorstehend beschriebenen Spannungen und dergleichen, die im Herstellungsprozess auf das weichmagnetische Pulver einwirken, durch Einsatz des kautschukhaltigen Additivs als Rohmaterial für den Füllstoff und durch Herstellen des Verbundmaterials, in dem der kautschukhaltige Füllstoff in verteiltem Zustand vorliegt, gemildert werden können und dadurch die Verformungen, die im weichmagnetischen Pulver entstehen können, verringert werden können.
  • Der vorstehend beschriebene Grund (α) ist auch der Grund für einen geringen Eisenverlust, da davon ausgegangen wird, dass durch die Verhinderung des Kontakts zwischen den Pulverpartikeln des weichmagnetischen Pulvers ein Wirbelstromverlust reduziert werden kann, selbst wenn das weichmagnetische Pulver ein Metallpulver enthält.
  • Festigkeit
  • Der vorstehend beschriebene Grund (α) ist auch der Grund für die hohe Festigkeit. Wenn das weichmagnetische Pulver im Verbundmaterial ungleichmäßig verteilt ist, das heißt, wenn es im Verbundmaterial teilweise zu einer Anhäufung des weichmagnetischen Pulvers kommt, ist in dem Teil mit der Anhäufung die Festigkeit hervorragend, kann jedoch auch die Ausbildung eines Teils mit hoher Harzkonzentration bewirken, in dem eine große Menge des Harzbestandteils vorliegt. Der Teil mit hoher Harzkonzentration weist eine relativ geringe Festigkeit auf, und infolgedessen ist die Festigkeit des Verbundmaterials insgesamt geringer. Das vorstehend beschriebene Verbundmaterial, in dem das weichmagnetische Pulver gleichmäßig verteilt ist, kann in seiner Gesamtheit eine gleichmäßige Festigkeit besitzen, und dementsprechend weist das Verbundmaterial insgesamt eine hervorragende Festigkeit auf.
    • (γ) Der kautschukhaltige Füllstoff liegt verteilt in dem vorstehend beschriebenen Verbundmaterial vor.
  • Wenn das Harz während des Aushärtens im Herstellungsprozess schrumpft, können sich Haarrisse im Harzteil bilden. Der Einsatz des kautschukhaltigen Additivs als Rohmaterial für den Füllstoff wie vorstehend beschrieben ermöglicht es, Spannungen beim Schrumpfen zu mildern und die Bildung von Haarrissen im Harzteil zu reduzieren. Auch weil der kautschukhaltige Füllstoff in dem vorstehend beschriebenen Verbundmaterial verteilt ist, kann beispielsweise eine Erweiterung eines Haarisses zu einem großen Riss, wenn Vibrationen, Biegespannungen oder dergleichen auf das Verbundmaterial einwirken, vermieden werden.
    • (δ) Der Kautschuk des Füllstoffs und der Harzteil werden durch die Außenumfangsschicht in engen Kontakt miteinander gebracht.
  • Das vorstehend beschriebene Verbundmaterial kann unter Verwendung beispielsweise eines Kautschukpulvers, das zweischichtig aus einem Kernteil und einem Beschichtungsteil, welcher eine stärkere Affinität zum Harz aufweist als der Kernteil und den Kernteil bedeckt, aufgebaut ist, als das vorstehend beschriebene kautschukhaltige Additiv hergestellt werden. Wenigstens ein Teil des Beschichtungsteils schmilzt im Herstellungsprozess in dem geschmolzenen Harz (Bestandteil, der nach Aushärtung den Harzteil bildet), und so kann in dem vorstehend beschriebenen Verbundmaterial ein Bereich erzeugt werden, in dem die Bestandteile des Beschichtungsteils und die Bestandteile des Harzteils vorliegen, um den Kautschukbestandteil zu umgeben. Der Bereich, der beide Bestandteile enthält, also den Kautschuk und die von dem Kautschuk verschiedene organische Substanz, bildet die Außenumfangsschicht. Das bedeutet, dass in dem vorstehend beschriebenen Verbundmaterial der Kernteil des zweischichtigen Kautschukpulvers ein Kautschukpartikel des Füllstoffs bleibt und die Außenumfangsschicht, die die organischen Substanzen wie den Kautschuk und das Harz enthält, rund um den Kautschukpartikel vorliegt. Wenigstens ein Teil der Außenumfangsschicht ist von dem vorstehend beschriebenen Beschichtungsteil abgeleitet und daher in engem Kontakt mit dem Kautschukpartikel des Füllstoffs, der von dem vorstehend beschriebenen Kernteil abgeleitet ist, und der übrige Teil der Außenumfangsschicht ist von dem Harzteil abgeleitet und daher in engem Kontakt mit dem Harzteil. Im Ergebnis kann der Kautschukpartikel des Füllstoffs in dem vorstehend beschriebenen Verbundmaterial über die Außenumfangsschicht in engen Kontakt mit dem Harzteil gebracht werden, und dadurch weist das vorstehend beschriebene Verbundmaterial eine hervorragende Festigkeit auf.
  • Darüber hinaus hat das vorstehend beschriebene Verbundmaterial folgende Effekte.
    • (i) Da der Harzteil ein thermoplastisches Harz enthält, kann verglichen mit Fällen, in denen lediglich ein wärmehärtbares Harz wie etwa Epoxidharz verwendet wird, das weichmagnetische Pulver problemlos auf ein hohes Füllverhältnis aufgefüllt und die Sättigungsmagnetisierung erhöht werden.
    • (ii) Da ein Gießverfahren wie Spritzgießen verwendet werden kann, lässt sich selbst eine komplexe Form, die durch uniaxiales Pressen wie bei der Herstellung des vorstehend beschriebenen pulververdichteten Elements schwer zu fertigen ist, leicht herstellen. Daher ist der Freiheitsgrad hoch und die Herstellung sehr einfach.
    • (iii) Da der Harzteil ein thermoplastisches Harz enthält, zeichnet sich die Schmelzmischung, die im Herstellungsprozess geformt wird, durch sehr gute Fließfähigkeit aus, die Viskosität der Schmelzmischung ist sehr gut anpassbar und das Formen kann unter Beaufschlagung mit einem gewissen Maß an Druck erfolgen. Aus diesen und anderen Gründen ist das Füllen in die Formschablone auch bei einer sehr komplexen Form recht einfach. Auch in dieser Hinsicht ist die Herstellungsfreundlichkeit hervorragend.
    • (2) Als Beispiel des vorstehend beschriebenen Verbundmaterials gemäß einer Ausführungsform können die Partikel des Füllstoffs, die pro 1200 μm2 Querschnittsfläche des Verbundmaterials vorhanden sind, jeweils in engem Kontakt mit dem Harzteil sein.
  • In dieser Ausführungsform stehen alle Partikel des Füllstoffs, die in einer bestimmten Querschnittsfläche eines beliebigen Querschnitts durch das Verbundmaterial vorhanden sind, in engem Kontakt mit dem Harzteil, und damit weist das Verbundmaterial eine noch bessere Festigkeit auf. Das Verbundmaterial gemäß dieser Ausführungsform kann typischerweise hergestellt werden, indem als Additiv, das als Rohmaterial für den Füllstoff dient, ein zweischichtig aufgebautes Kautschukpulver mit hervorragender Affinität zum Harz verwendet wird wie vorstehend beschrieben.
    • (3) Als Beispiel des vorstehend beschriebenen Verbundmaterials gemäß einer Ausführungsform kann das Verbundmaterial den Füllstoff in einer Menge von über 0 Vol.-% und unter 7 Vol.-% enthalten.
  • Gemäß dieser Ausführungsform erreicht das Verbundmaterial nicht nur die vorstehend beschriebenen Effekte, indem es den Füllstoff enthält, das heißt, Reduzierung des Kontakts zwischen den Pulverpartikeln des weichmagnetischen Pulvers, gleichmäßige Verteilung des weichmagnetischen Pulvers, Milderung der Spannungen im weichmagnetischen Pulver und im Harzteil, Milderung der Schrumpfung des Harzteils und dergleichen, sondern es besitzt auch eine hervorragende Formbarkeit, weil der Füllstoffgehalt innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt. Dies ist dadurch begründet, dass im Herstellungsprozess eine Abnahme der Formbarkeit (Fließfähigkeit der Materialien) der Schmelzmischung, die durch das Additiv bewirkt wird, verhindert werden kann.
    • (4) Als Beispiel des vorstehend beschriebenen Verbundmaterials gemäß einer Ausführungsform kann der Füllstoff Silikonkautschuk und/oder Akrylkautschuk enthalten.
  • Ein Silikonkautschuk oder Akrylkautschuk kann als Kautschuk im Füllstoff verwendet werden. Insbesondere Silikonkautschuk besitzt eine hervorragende Hitzebeständigkeit und ermöglicht somit den Einsatz eines thermoplastischen Harzes mit hoher Schmelztemperatur als thermoplastisches Harz im Harzteil. Ein thermoplastisches Harz mit hoher Schmelztemperatur besitzt typischerweise eine hervorragende Hitzebeständigkeit. Daher kann, gemäß dieser Ausführungsform, falls das Verbundmaterial ein Silikonkautschuk enthält, ein thermoplastisches Harz mit hervorragender Hitzebeständigkeit gewählt werden, so dass das Verbundmaterial eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit aufweist.
    • (5) Als Beispiel des vorstehend beschriebenen Verbundmaterials gemäß einer Ausführungsform kann der Füllstoff eine durchschnittliche Partikelgröße von mindestens 10 nm und höchstens 10 μm haben.
  • Gemäß dieser Ausführungsform ist, da die Partikelgröße des Füllstoffs innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt, der Füllstoff wahrscheinlich zuverlässiger zwischen den Pulverpartikeln des weichmagnetischen Pulvers angeordnet, und somit erzielt das Verbundmaterial in zufrieden stellender Weise die vorstehend beschriebenen Effekte, indem es den Füllstoff enthält, das heißt, Reduzierung des Kontakts zwischen den Pulverpartikeln des weichmagnetischen Pulvers, gleichmäßige Verteilung des weichmagnetischen Pulvers, Milderung der Spannungen im weichmagnetischen Pulver und im Harzteil, Milderung der Schrumpfung des Harzteils und dergleichen.
    • (6) Als Beispiel des vorstehend beschriebenen Verbundmaterials gemäß einer Ausführungsform kann das weichmagnetische Pulver eine pulverförmige Fe-basierte Legierung mit einem Si-Gehalt von mindestens 1,0 Masse-% und höchstens 8,0 Masse-% enthalten.
  • Die Fe-basierte Legierung mit einem Si-Gehalt innerhalb eines bestimmten Bereichs ist hart, besitzt eine hervorragende Festigkeit und Steifigkeit und weist ferner einen hohen elektrischen Widerstand auf, verglichen beispielsweise mit reinem Eisen. Gemäß dieser Ausführungsform ist eine solche pulverförmige Legierung mit hohem elektrischem Widerstand enthalten, und daher kann der Wirbelstromverlust leicht noch weiter verringert werden. Von dieser Ausführungsform wird erwartet, dass der Hystereseverlust sogar noch weiter reduziert werden kann, indem das Entstehen von Verformungen im Herstellungsprozess dadurch vermieden wird, dass eine solche pulverförmige Legierung mit hoher Steifigkeit als Rohmaterial verwendet wird. Das bedeutet, dass von dieser Ausführungsform eine weitere Verringerung des Eisenverlusts zu erwarten ist.
    • (7) Als Beispiel des vorstehend beschriebenen Verbundmaterials gemäß einer Ausführungsform kann das Verbundmaterial das weichmagnetische Pulver in einer Menge von mindestens 30 Vol.-% und höchstens 80 Vol.-% enthalten.
  • Gemäß dieser Ausführungsform kann, da ein thermoplastisches Harz enthalten ist, das weichmagnetische Pulver bis zu einem hohen Füllverhältnis aufgefüllt werden, das gleich oder annähernd gleich dem oberen Grenzwert des vorstehend beschriebenen Bereichs ist, und kann ferner die Sättigungsmagnetisierung erhöht werden, indem das weichmagnetische Pulver auf ein solch hohes Füllverhältnis aufgefüllt wird. Weiterhin besitzt, selbst wenn das weichmagnetische Pulver auf ein hohes Füllverhältnis gefüllt wird, das Verbundmaterial ausgezeichnete Gleichstromüberlagerungseigenschaften, geringen Eisenverlust und hohe Festigkeit wie vorstehend beschrieben infolge des enthaltenen Füllstoffs. Wenn der Gehalt an weichmagnetischem Pulver nicht unter dem unteren Grenzwert des vorstehend beschriebenen Bereichs liegt, lässt sich die Sättigungsmagnetisierung leicht erhöhen.
    • (8) Als Beispiel des vorstehend beschriebenen Verbundmaterials gemäß einer Ausführungsform kann das weichmagnetische Pulver eine durchschnittliche Partikelgröße von mindestens 50 μm und höchstens 300 μm haben.
  • Gemäß dieser Ausführungsform und da die Partikelgröße des weichmagnetischen Pulvers innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt, kann ein Anstieg des Wirbelstromverlusts aufgrund von übergroßen Pulverpartikeln vermieden werden, und ferner kann das Füllverhältnis problemlos erhöht werden. Somit lässt sich der Wirbelstromverlust leicht noch weiter verringern, und die Sättigungsmagnetisierung kann leicht noch weiter erhöht werden. Außerdem ist es, wenn die Partikelgröße des weichmagnetischen Pulvers innerhalb des bestimmten Bereichs liegt, leicht, eine Anhäufung des weichmagnetischen Pulvers während des Herstellungsprozesses zu verhindern, so dass das weichmagnetische Pulver wahrscheinlich gleichmäßiger verteilt wird. Aus diesem Grund ist es, gemäß dieser Ausführungsform, einfach, die Gleichstromüberlagerungseigenschaften günstiger zu gestalten, den Wirbelstromverlust noch weiter zu reduzieren und die Festigkeit zu erhöhen.
    • (9) Ein Magnetkern für eine Magnetkomponente gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das vorstehend beschriebene Verbundmaterial gemäß einem der Abschnitte (1) bis (8) oben auf.
  • Der Magnetkern für eine Magnetkomponente weist das vorstehend beschriebene Verbundmaterial mit ausgezeichneten Gleichstromüberlagerungseigenschaften, geringem Eisenverlust und hoher Festigkeit auf und weist daher ausgezeichnete Gleichstromüberlagerungseigenschaften, geringen Verlust und hohe Festigkeit auf.
    • (10) Eine Drossel gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Spule, die durch Wickeln eines Drahtes hergestellt ist, und einen Magnetkern, auf dem die Spule angeordnet ist, auf, wobei der Magnetkern das Verbundmaterial gemäß einem der Abschnitte (1) bis (8) oben aufweist.
  • Die Drossel weist das vorstehend beschriebene Verbundmaterial mit ausgezeichneten Gleichstromüberlagerungseigenschaften, geringem Eisenverlust und hoher Festigkeit im Magnetkern auf und weist daher ausgezeichnete Gleichstromüberlagerungseigenschaften, geringen Verlust und hohe Festigkeit auf. Gleichzeitig ist sie im Hinblick auf die Festigkeit äußerst zuverlässig.
    • (11) Ein Wandler gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Drossel gemäß Abschnitt (10) oben auf.
  • Der Wandler weist die vorstehend beschriebene Drossel mit ausgezeichneten Gleichstromüberlagerungseigenschaften, niedrigem Verlust und hoher Festigkeit auf. Er hat daher ausgezeichnete Magneteigenschaften und ist gleichzeitig im Hinblick auf die Festigkeit äußerst zuverlässig.
    • (12) Eine Stromwandlervorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist den Wandler gemäß Abschnitt (11) oben auf.
  • Die Stromwandlervorrichtung weist den vorstehend beschriebenen Wandler mit ausgezeichneten Gleichstromüberlagerungseigenschaften, niedrigem Verlust und hoher Festigkeit auf. Sie hat daher ausgezeichnete Magneteigenschaften und ist gleichzeitig im Hinblick auf die Festigkeit äußerst zuverlässig.
  • AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG IM DETAIL
  • Im Folgenden werden ein Verbundmaterial; ein Magnetkern für eine Magnetkomponente; eine Drossel, die ein Beispiel für eine Magnetkomponente ist; ein Wandler; und eine Stromwandlervorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung speziell unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In 3 ist die Struktur eines Verbundmaterials 1 schematisch in dem gestrichelten Kreis dargestellt, um das Verständnis zu erleichtern, aber die tatsächliche Größe, Form, Füllgrad und dergleichen können von der Darstellung abweichen.
  • Verbundmaterial
  • Wie in 1 und in dem gestrichelten Kreis in 3 gezeigt, weist das Verbundmaterial 1 gemäß einer Ausführungsform ein weichmagnetisches Pulver 10, einen Füllstoff 30 und einen Harzteil 20, der das weichmagnetische Pulver 10 und den darin verteilten Füllstoff 30 umgibt, auf. Eines der Merkmale des Verbundmaterials 1 der Ausführungsform ist, dass der Füllstoff 30 einen spezifischen Inhaltsstoff enthält und eine spezifische Struktur aufweist und der Harzteil 20 ein spezifisches Harz enthält. Speziell weist der Füllstoff 30 Kautschukpartikel 30C und Außenumfangsschichten 30B, die rund um jeweilige Kautschukpartikel 30C herum angeordnet sind, auf. Der Harzteil 20 enthält ein thermoplastisches Harz. Im Folgenden werden diese Elemente einzeln beschrieben.
  • • Weichmagnetisches Pulver
  • •• Zusammensetzung
  • Weichmagnetische Metalle und weichmagnetische Nichtmetalle können als weichmagnetische Materialien verwendet werden, aus denen die Pulverpartikel 12 und 14 des weichmagnetischen Pulvers 10 bestehen. Die weichmagnetischen Metalle schließen Metalle der Eisengruppe, Fe-basierte Legierungen, die überwiegend aus Fe bestehen, amorphe Metalle und dergleichen ein. Die Elemente der Eisengruppe sind Fe, Co und Ni. Die Metalle der Eisengruppe sind Reinmetalle, die aus einem Element der Eisengruppe und unvermeidlichen Unreinheiten bestehen, und können beispielsweise Reineisen mit einem Fe-Gehalt im Bereich von 99,5 Masse-% oder mehr sein. Als die Fe-basierten Legierungen können beispielsweise solche Legierungen verwendet werden, die als Zusatzelement wenigstens eines aus der Gruppe Si, Ni, Al, Co und Cr in einer Gesamtmenge von mindestens 1,0 Masse-% und höchstens 20,0 Masse-% enthalten, wobei der Rest Fe und unvermeidliche Unreinheiten umfasst. Beispiele solcher Fe-basierter Legierungen schließen Fe-Si-basierte, Fe-Ni-basierte, Fe-Al-basierte, Fe-Co-basierte, Fe-Cr-basierte und Fe-Si-Al-basierte Legierungen (Sendust) ein. Die weichmagnetischen Nichtmetalle schließen Metalloxide ein, beispielsweise Fe-haltige Oxide wie Ferrit.
  • Viele der weichmagnetischen Nichtmetalle sind elektrisch isolierend oder haben einen hohen Widerstand, daher ist die Erzeugung eines Wirbelstroms weniger wahrscheinlich als in weichmagnetischen Metallen. Somit gilt: Je höher der Gehalt an weichmagnetischem Nichtmetall im Verbundmaterial 1 ist, desto stärker lässt sich der Wirbelstromverlust reduzieren. Andererseits weisen Metalle der Eisengruppe und Fe-basierte Legierungen eine hohe Sättigungsmagnetisierung auf und können je nach Zusammensetzung einen geringen Wirbelstromverlust haben. Daher enthält das Verbundmaterial 1 vorzugsweise ein weichmagnetisches Metallpulver, etwa ein Metall der Eisengruppe oder eine Fe-basierte Legierung, als weichmagnetisches Pulver 10.
  • Insbesondere wenn das weichmagnetische Pulver 10 ein Pulver von reinem Eisen (Fe und unvermeidliche Unreinheiten) enthält, gilt: Je höher der Gehalt an reinem Eisenpulver im Verbundmaterial 1 ist, desto einfacher ist es, die Sättigungsmagnetisierung zu erhöhen, da Fe eine hohe Sättigungsmagnetisierung aufweist. Besonders wenn das weichmagnetische Pulver 10 ein Pulver einer Fe-basierten Legierung enthält, speziell ein Pulver einer Fe-Si-basierten Legierung, kann der Eisenverlust des Verbundmaterials 1 sogar noch weiter reduziert werden, da eine Fe-Si-basierte Legierung einen hohen elektrischen Widerstand aufweist, wodurch es einfach wird, den Eisenverlust zu verringern. Außerdem ist sie sehr hart und lässt somit kaum Verformungen während des Herstellungsprozesses entstehen, so dass der Hystereseverlust leicht reduziert werden kann. Je höher die Menge an Si in einer Si-haltigen, Fe-basierten Legierung ist, desto höher ist der elektrische Widerstand und desto wahrscheinlicher ist ein hoher Härtegrad. Allerdings kann ein zu hoher Anteil an Si zu einer Abnahme der Sättigungsmagnetisierung führen. Berücksichtigt man geringen Eisenverlust und hohe Sättigungsmagnetisierung, beträgt die Menge an Si in der Fe-Si-basierten Legierung vorzugsweise von mindestens 1,0 Masse-% und höchstens 8,0 Masse-%, und ferner mindestens 3,0 Masse-% und höchstens 7,0 Masse-%.
  • Neben einer Ausgestaltung, bei der das weichmagnetische Pulver 10 ausschließlich aus einem Einkomponenten-Pulver besteht, ist auch eine Ausgestaltung möglich, bei der das weichmagnetische Pulver 10 mehrere Komponenten enthält. Spezifische Beispiele der letzteren Ausgestaltung beinhalten, wenn das weichmagnetische Pulver 10 ein weichmagnetisches Metallpulver ist, eine Ausgestaltung, bei der das weichmagnetische Pulver 10 ein reines Eisenpulver und ein Pulver einer Fe-basierten Legierung enthält, und eine Ausgestaltung, bei der das weichmagnetische Pulver 10 mehrere Arten von Pulvern Fe-basierter Legierungen verschiedener Zusammensetzungen enthält, sowie eine Ausgestaltung, bei der das weichmagnetische Pulver 10 ein weichmagnetisches Metallpulver und ein weichmagnetisches Nichtmetallpulver enthält.
  • •• Gehalt
  • Wenn der Gehalt an weichmagnetischem Pulver 10 relativ gering ist und eine ausreichende Menge des Harzteils 20 enthalten ist, kann, wenn das Verbundmaterial 1 für einen Magnetkern 3A, wie an späterer Stelle noch zu erläutern, oder dergleichen verwendet wird, das Abstandsmaterial entfallen und werden ausgezeichnete Gleichstromüberlagerungseigenschaften erzielt. Weiterhin können in diesem Fall der Harzteil 20 und der Füllstoff 30 in ausreichender Form zwischen den Pulverpartikeln angeordnet werden und kann ein Kontakt der Pulverpartikel untereinander verhindert werden. Infolgedessen können eine geringere Zunahme des Wirbelstromverlusts, der durch Kontakt zwischen den Pulverpartikeln des weichmagnetischen Pulvers 10 verursacht wird, eine Verbesserung der Gleichstromüberlagerungseigenschaften, eine Verringerung des Wirbelstromverlusts und eine Verbesserung der Festigkeit aufgrund der gleichmäßigen Verteilung des weichmagnetischen Pulvers 10 erwartet werden. Weiterhin kann das Verbundmaterial 1 in seiner Gesamtheit gleichmäßige magnetische und mechanische Eigenschaften aufweisen.
  • Speziell kann das weichmagnetische Pulver 10 in einer Menge von mindestens 30 Vol.-% und höchstens 80 Vol.-% bezogen auf 100 Vol.-% des Verbundmaterials 1 enthalten sein. Liegt der Gehalt an weichmagnetischem Pulver 10 innerhalb dieses Bereichs, sind mit dem Verbundmaterial 1 hervorragende Effekte zu erzielen, etwa hohe Sättigungsmagnetisierung, hohe Festigkeit, ausgezeichnete Gleichstromüberlagerungseigenschaften, Verhindern der Zunahme von Wirbelstromverlusten und gleichmäßige magnetische Eigenschaften wie vorstehend beschrieben. Weiterhin besitzt, wenn der Gehalt an weichmagnetischem Pulver 10 innerhalb dieses Bereichs liegt, während des Herstellungsprozesses die Schmelzmischung eine sehr gute Fließfähigkeit und lässt sich problemlos in eine Formschablone füllen, das heißt, sie ist hervorragend formbar. Auch in dieser Hinsicht zeichnet sich das Verbundmaterial 1 durch hervorragende Herstellungsfreundlichkeit aus. Berücksichtigt man Sättigungsmagnetisierung, Festigkeit und dergleichen, beträgt der Gehalt an weichmagnetischem Pulver 10 vorzugsweise mindestens 50 Vol.-% und ferner mindestens 60 Vol.-%, mindestens 65 Vol.-% und mindestens 70 Vol.-%. Berücksichtigt man Gleichstromüberlagerungseigenschaften, Wirbelstromverlust und dergleichen, liegt der Gehalt an weichmagnetischem Pulver 10 vorzugsweise höchstens 75 Vol.-% und ferner höchstens 73 Vol.-%. Der Gehalt an weichmagnetischem Pulver 10 beträgt noch bevorzugter mindestens 65 Vol.-% und höchstens 75 Vol.-%. Wenn beispielsweise das Verbundmaterial 1 aus folgenden Bestandteilen zusammengesetzt ist: weichmagnetisches Pulver 10: Fe-6,5% Si, Harzteil 20: Polyphenylensulfid, und Füllstoff 30: Silikonkautschuk (im Folgenden können diese Bestandteile als Gemisch α bezeichnet werden), dann entspricht ein Gehalt an weichmagnetischem Pulver 10 von mindestens 30 Vol.-% und höchstens 80 Vol.-% einem Massenverhältnis von mindestens 74,5 Masse-% und höchstens ungefähr 96,5 Masse-%.
  • •• Größe
  • Je geringer die Partikelgröße des weichmagnetischen Pulvers 10 im Verbundmaterial 1 ist, desto wahrscheinlicher nimmt der Wirbelstromverlust ab und desto einfacher kann das Füllverhältnis erhöht werden, so dass die Sättigungsmagnetisierung mit größerer Wahrscheinlichkeit aufgrund des hohen Füllverhältnisses ansteigt. Falls die Partikelgröße des weichmagnetischen Pulvers 10 eher groß ist, kann eine Anhäufung verhindert werden, und auch der Harzteil 20 und der Füllstoff 30 können leicht in ausreichendem Maß zwischen den Pulverpartikeln angeordnet werden, so dass das weichmagnetische Pulver 10 wahrscheinlich gleichmäßig verteilt ist. Aufgrund der gleichmäßigen Verteilung des weichmagnetischen Pulvers 10 sind günstige Gleichstromüberlagerungseigenschaften, eine Reduzierung des Wirbelstromverlusts, hohe Festigkeit und gleichmäßige magnetische Eigenschaften zu erwarten wie vorstehend beschrieben.
  • Eine bestimmte Partikelgröße des weichmagnetischen Pulvers 10 kann eine durchschnittliche Partikelgröße von mindestens 50 μm und höchstens 300 μm sein. Wenn die durchschnittliche Partikelgröße des weichmagnetischen Pulvers 10 innerhalb dieses Bereichs liegt, sind mit dem Verbundmaterial 1 hervorragende Effekte zu erzielen, etwa Reduzierung von Wirbelstromverlusten, hohe Sättigungsmagnetisierung, ausgezeichnete Gleichstromüberlagerungseigenschaften, hohe Festigkeit und gleichmäßige magnetische Eigenschaften wie vorstehend beschrieben. Weiterhin weist die Schmelzmischung eine sehr gute Fließfähigkeit auf und lässt sich problemlos in die Formschablone füllen, das heißt, sie ist hervorragend formbar. Auch in dieser Hinsicht zeichnet sich das Verbundmaterial 1 durch hervorragende Herstellungsfreundlichkeit aus. Die vorstehend beschriebene durchschnittliche Partikelgröße liegt noch bevorzugter mindestens 50 μm und höchstens 100 μm.
  • Verglichen mit einer Ausgestaltung, bei der das weichmagnetische Pulver 10 im Wesentlichen aus Pulverpartikeln gleichmäßiger Größe besteht, erlaubt eine Ausgestaltung, bei der das weichmagnetische Pulver 10 relativ große Pulverpartikel 12 und relativ kleine Pulverpartikel 14 enthält wie in 1 und 3 dargestellt, dass die kleinen Pulverpartikel 14 in den Lücken angeordnet werden, die von den großen Pulverpartikeln 12 gebildet werden, wodurch sich sehr einfach das Füllverhältnis erhöhen und somit die Sättigungsmagnetisierung steigern lässt. Weiterhin werden wahrscheinlich Lücken zwischen den Pulverpartikeln gebildet, und der Füllstoff 30 kann in den Lücken angeordnet werden, so dass das weichmagnetische Pulver 10 wahrscheinlich gleichmäßig verteilt ist und leicht die vorstehend beschriebenen Effekte erzielt werden können, die auf einer gleichmäßigen Verteilung des weichmagnetischen Pulvers 10 basieren.
  • • Harzteil
  • Der Harzteil 20 hält das weichmagnetische Pulver 10 zurück. Er ist ebenfalls zwischen den Pulverpartikeln angeordnet und dient als magnetisches Tor. Ferner hält bei dem Verbundmaterial 1 gemäß der Ausführungsform der Harzteil 20 den Füllstoff 30 in einem verteilten Zustand und hält auch die Außenumfangsschichten 30B, die rund um die jeweiligen Kautschukpartikel 30C (3) des Füllstoffs 30 vorhanden sind. Die Außenumfangsschichten 30B bringen den Harzteil 20 in engen Kontakt mit den jeweiligen Kautschukpartikeln 30C. Außerdem gibt es bei dem Verbundmaterial 1 gemäß der Ausführungsform nur eine extrem geringe Anzahl und vorzugsweise, wie in 1 gezeigt, im Wesentlichen keine feinen Risse im Harzteil 20.
  • •• Zusammensetzung
  • Bei dem Verbundmaterial 1 gemäß der Ausführungsform enthält der Harzteil 20 ein thermoplastisches Harz und besteht vorzugsweise im Wesentlichen aus einem solchen. Wenn der Harzteil 20 überwiegend aus thermoplastischem Harz besteht, weist er im Herstellungsprozess eine hervorragende Formbarkeit auf, und somit kann das weichmagnetische Pulver 10 auf ein hohes Füllverhältnis aufgefüllt werden. Beispielsweise kann der Gehalt an weichmagnetischem Pulver 10 leicht auf 65 Vol.-% oder mehr (92,7 Masse-% oder mehr in der vorstehend beschriebenen Mischung α) erhöht werden. Wenn der Harzteil 20 überwiegend aus einem thermoplastischen Harz besteht, kann nicht nur das Gießformverfahren, sondern auch das Spritzgussverfahren und dergleichen verwendet werden, so dass auch eine komplexe Form leicht und präzise hergestellt werden kann. Das Verbundmaterial 1 zeichnet sich somit durch hervorragende Herstellungsfreundlichkeit aus.
  • Speziell können Polyamid(PA)-Harze, Polyphenylensulfid(PPS)-Harze, Flüssigkristallpolymere (Liquid Crystal Polymer, LCP), Polyimid(PI)-Harze und Fluorharze als thermoplastisches Harz verwendet werden. Beispiele von PA-Harzen beinhalten Nylon 6, Nylon 66, Nylon 9T und Nylon 10T. Insbesondere PA-Harze wie Nylon 9T, PPS-Harze, LCPs und Fluorharze, die auch als technische Kunststoffe bezeichnet werden, besitzen eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit. Wenn daher der Harzteil 20 Nylon 9T oder dergleichen enthält, hat das Verbundmaterial 1 eine hervorragende Hitzebeständigkeit.
  • Wenn der Harzteil 20 eine einzelne Art thermoplastisches Harz enthält, können die Knetbedingungen, Formbedingungen und dergleichen im Herstellungsprozess leicht angepasst werden, somit ist die Herstellungsfreundlichkeit ausgezeichnet. Wenn der Harzteil 20 mehrere Arten von thermoplastischen Harzen enthält, können die Eigenschaften optimiert werden, indem thermoplastische Harze kombiniert werden, die die gewünschten Eigenschaften aufweisen. Falls beispielsweise ein thermoplastisches Harz mit überlegener Fließfähigkeit beigemischt wird, kann, während die jeweiligen Eigenschaften der einzelnen Harze erhalten bleiben, die Fließfähigkeit verbessert werden und weist folglich das Verbundmaterial 1 eine hervorragende Herstellungsfreundlichkeit auf. Weiterhin kann der Harzteil 20 außer einem thermoplastischen Harz beispielsweise auch ein kalthärtendes Harz oder dergleichen sein. In diesem Fall kann die Spritzgussausrüstung vereinfacht werden, da das Erwärmen der Materialien und der Form reduziert werden oder gänzlich entfallen kann. Damit kann beispielsweise auch der Freiheitsgrad bei der Auswahl eines Formverfahrens erhöht werden, da auch andere Formverfahren als Spritzguss eingesetzt werden können, beispielsweise etwa ein Gießformverfahren, bei dem Material in eine Form gegossen wird.
  • •• Gehalt
  • Im Hinblick auf die Gleichstromüberlagerungseigenschaften, Verhinderung des Kontakts zwischen den Pulverpartikeln des weichmagnetischen Pulvers 10, gleichmäßige Verteilung und dergleichen, kann der Gehalt des Harzteils 20 im Verbundmaterial 1 mindestens 15 Vol.-% betragen und ferner mindestens 20 Vol.-% und mindestens 25 Vol.-% bezogen auf 100 Vol.-% des Verbundmaterials 1. Berücksichtigt man Sättigungsmagnetisierung und dergleichen, kann der Gehalt des Harzteils 20 höchstens 50 Vol.-% und ferner höchstens 45 Vol.-%, höchstens 40 Vol.-% und höchstens 35 Vol.-% betragen.
  • • Füllstoff
  • Das Verbundmaterial 1 gemäß der Ausführungsform enthält den Füllstoff 30. Der Füllstoff 30 ist typischerweise körnig und wird in einem im Harzteil 20 verteilten Zustand gehalten. Eine der Aufgaben des Füllstoffs 30 ist, Spannungen und dergleichen zu mildern, die während des Herstellungsprozesses auf das weichmagnetische Pulver 10 und den Harzteil 20 einwirken. Um diese spannungsmildernde Eigenschaft zu erzielen, enthält der Füllstoff 30 Kautschuk (Kautschukpartikel 30C), ein Material mit hoher elastischer Verformbarkeit. Weiterhin wird ein kautschukhaltiges Additiv als Rohmaterial für den Füllstoff 30 verwendet. Auf diese Weise können Verformungen, die im weichmagnetischen Pulver 10 entstehen, Spannungen während des thermischen Schrumpfens, die auf den Harzteil 20 einwirken, und das Schrumpfen des Harzteils 20 selbst in verschiedenen Schritten des Herstellungsprozesses, insbesondere dem Knetschritt, dem Spritzschritt, dem Harzaushärtschritt und dergleichen, verringert werden.
  • •• Kautschuk
  • Speziell können Silikonkautschuke, Akrylkautschuke, Butadienkautschuke, Urethankautschuke, Fluorkautschuke, Polysulfidkautschuke und dergleichen verwendet werden. Wenn der Füllstoff 30 Kautschuk enthält, werden abhängig von der Partikelgröße des Füllstoffs 30 sehr gute Stoßdämpfungseigenschaften (z. B. kleine Partikel) oder sehr gute spannungsmildernde Eigenschaften (z. B. große Partikel) erzielt. Durch die hervorragenden spannungsmildernden Eigenschaften lassen sich die vorstehend beschriebenen Verformungen und Spannungen leicht verringern, so dass der Wirbelstromverlust und der Hystereseverlust des Verbundmaterials 1 reduziert werden und eine Bildung von Haarrissen im Harzteil 20 unwahrscheinlich wird. Insbesondere weist Silikonkautschuk eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit auf, daher kann selbst dann, wenn der Harzteil 20 ein thermoplastisches Harz mit hoher Schmelztemperatur enthält wie beispielsweise technische Kunststoffe, der Silikonkautschuk zufriedenstellend im Harzteil 20 verbleiben, ohne dass sich dies während des Herstellungsprozesses verschlechtert.
  • Neben einer Ausgestaltung, bei der der Füllstoff 30 ausschließlich aus einem Einkomponenten-Kautschukpulver besteht, ist auch eine Ausgestaltung möglich, bei der der Füllstoff 30 ein Pulver enthält, welches Kautschuke mehrerer Zusammensetzungen enthält. Insbesondere ist vorzuziehen, dass das Verbundmaterial 1 wenigstens einen Silikonkautschuk und/oder einen Akrylkautschuk enthält, da in diesem Fall das Verbundmaterial 1 eine sehr gute Hitzebeständigkeit und der Harzteil 20 extrem wenige Haarrisse aufweist. Vorzugsweise weist das Verbundmaterial 1 einen speziell Silikonkautschuk enthaltenden Füllstoff 30 auf.
  • •• Außenumfangsschicht
  • Das Verbundmaterial 1 gemäß der Ausführungsform weist die Außenumfangsschichten 30B auf, die den äußeren Umfang der jeweiligen Kautschukpartikel 30C umgeben. Jede der Außenumfangsschichten 30B bildet einen Bereich, in dem sowohl Bestandteile des Harzteils 20 als auch Bestandteile des Kautschukpartikels 30C enthalten sind, und wird zwischen dem Harzteil 20 und dem Gummipartikel 30C bereitgestellt. Aufgrund des Vorhandenseins der Außenumfangsschicht 30B ist der Kautschukpartikel 30C vollständig von den Bestandteilen (einschließlich der Außenumfangsschicht 30B) des Harzteils 20 umgeben und gelangt in engen Kontakt damit. Insbesondere ist vorzuziehen, dass bei jedem beliebigen Querschnitt des Verbundmaterials 1 alle pro 1200 μm2 dieses Querschnitts vorhandenen Partikel des Füllstoffs 30 in engem Kontakt mit dem Harzteil 20 sind. Wenn alle Partikel des Füllstoffs 30 in engem Kontakt mit dem Harzteil 20 sind, ohne dass Lücken und dergleichen zwischen dem Harzteil 20 und den Partikeln bleiben, können die vorstehend beschriebenen Effekte des Verbundmaterials 1, das den Füllstoff 30 enthält, zufriedenstellend erzielt werden. Es wird davon ausgegangen, dass, wenn das Verbundmaterial 1 unter Verwendung des vorstehend beschriebenen, zweischichtig aufgebauten Additivs als Rohmaterial hergestellt wird, die Außenumfangsschichten 30B typischerweise dadurch ausgebildet werden, dass wenigstens ein Teil des Beschichtungsteils indem geschmolzenen Harz schmilzt und die Bestandteile des Beschichtungsteils und die Bestandteile des Harzteils 20 miteinander vermischt werden. Daher wird davon ausgegangen, dass Form, Dicke und dergleichen der Außenumfangsschichten 30B in hohem Maße der Form und Dicke des Beschichtungsteils entsprechen.
  • Die Außenumfangsschichten 30B werden beispielsweise wie folgt extrahiert. Ein Querschnitt des Verbundmaterials 1 wird vorbereitet und unter dem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) betrachtet oder, wenn ein Rasterelektronenmikroskop (Scanning Electron Microscope, SEM) verwendet wird, mit starker Vergrößerung betrachtet, um Bestandteile in der Umgebung der Kautschukpartikel 30C des Füllstoffs 30 zu identifizieren. Die Bestandteilanalyse wird beispielsweise mittels einer Linienanalyse durchgeführt. Durch die Bestandteilanalyse wird ein Bereich, der im Wesentlichen aus dem Kautschukbestandteil besteht, als Kautschukpartikel 30C extrahiert, und ein Bereich, der ausreichend entfernt von diesem Kautschukpartikel 30C ist, beispielsweise ein Bereich wenigstens 100 nm entfernt von der Umfangskante des Kautschukartikels 30C, und der ähnlich weit von einem anderen Kautschukartikel 30C entfernt ist und im Wesentlichen aus dem thermoplastischen Harz besteht, wird als Teil des Harzteils 20 extrahiert. Ein ringförmiger Bereich, der sowohl den vorstehend beschriebenen Kautschukbestandteil als auch das thermoplastische Harz enthält, wird aus dem Umfangsrand des extrahierten Kautschukpartikels 30C extrahiert und als Außenumfangsschicht 30B bestimmt. Falls der vorstehend beschriebene ringförmige Bereich (Außenumfangsschicht 30B), der den Kautschukpartikel 30C umgibt, im Verbundmaterial 1 vorhanden ist, kann angenommen werden, dass dieses Verbundmaterial 1 unter Einsatz des vorstehend beschriebenen, zweischichtig aufgebauten Additivs als Rohmaterial hergestellt wurde.
  • •• Inhalt
  • Eine weitere Funktion des Füllstoffs 30 ist die Platzhaltefunktion (Abstandshalterfunktion), um das weichmagnetische Pulver 10 im Harzteil 20 gleichmäßig zu verteilen, indem er zwischen den Pulverpartikeln des weichmagnetischen Pulvers 10 angeordnet wird. Es wird davon ausgegangen, dass, wenn ein großer Anteil an Füllstoff 30 enthalten ist, die vorstehend beschriebenen spannungsmildernden und Verteilungseffekte leichter zu erzielen sind, dass jedoch eine überhöhte Menge Füllstoff 30 zu einer Abnahme der Verhältnisse, in denen das weichmagnetische Pulver 10 und der Harzteil 20 enthalten sind, einer Abnahme der Formbarkeit (Fließfähigkeit der Materialien) der Schmelzmischung im Herstellungsprozess und dergleichen führen kann. Im Hinblick auf den spannungsmildernden Effekt, den Effekt des Verhinderns des Schrumpfens des Harzes bei der Aushärtung, den Verteilungseffekt, die Formbarkeit und dergleichen beträgt der Gehalt an Füllstoff 30 vorzugsweise über 0 Vol.-% und unter 7 Vol.-% bezogen auf 100 Vol.-% des Verbundmaterials 1. Bei der vorstehend beschriebenen Mischung α entspricht dieser Gehalt an Füllstoff 30 einem Massenverhältnis über 0 % und unter ungefähr 1,47 Masse-%. Im Hinblick auf den spannungsmildernden Effekt, den Verteilungseffekt und dergleichen beträgt der Gehalt an Füllstoff 30 noch bevorzugter mindestens 1 Vol.-% und ferner mindestens 1,5 Vol.-% und mindestens 2 Vol.-%. Hinsichtlich der Formbarkeit und dergleichen ist der Gehalt an Füllstoff 30 noch bevorzugter höchstens 6 Vol.-% und ferner höchstens 5 Vol.-%.
  • •• Größe
  • Sind die Partikel des Füllstoffs 30 klein, ist der Füllstoff 30 zwischen den Pulverpartikeln des weichmagnetischen Pulvers 10 angeordnet, wodurch eine gleichmäßige Verteilung des weichmagnetischen Pulvers 10 wahrscheinlich wird und es gleichzeitig unwahrscheinlich ist, dass eine Zunahme des Füllverhältnisses des weichmagnetischen Pulvers 10 gehemmt wird, so dass ein Verbundmaterial 1 erhalten werden kann, in dem die Pulverpartikel gleichmäßig verteilt sind, selbst wenn eine ausreichend große Menge an weichmagnetischem Pulver 10 enthalten ist. Es wird davon ausgegangen, dass eine gleichmäßige Verteilung des Füllstoffs 30 im Verbundmaterial 1 bedeutet, dass im Herstellungsprozess das Additiv gleichmäßig vorhanden war und Spannungen zufriedenstellend gemildert wurden. Daher können der Hystereseverlust des Verbundmaterials 1 aufgrund der Verringerung des Entstehens von Verformungen des weichmagnetischen Pulvers 10, die Bildung von Haarrissen im Harzteil 20 und dergleichen effektiv reduziert werden. Weiterhin kann bei geringer Partikelgröße des Füllstoffs 30, selbst wenn sich im Verbundmaterial 1 ein Haarriss bildet, weil Vibrationen, Biegespannungen oder dergleichen darauf einwirken, ein Weiterlaufen des Risses verhindert werden, so dass die Bildung eine großen Risses unwahrscheinlich ist. Im Hinblick auf den vorstehend beschriebenen Verteileffekt, den Effekt des Verhinderns des Weiterlaufens eines Risses und dergleichen, beträgt die durchschnittliche Partikelgröße des Füllstoffs 30 vorzugsweise höchstens 10 μm und ferner noch bevorzugter höchstens 8 μm und höchstens 5 μm. Andererseits können, wenn die durchschnittliche Partikelgröße des Füllstoffs 30 mindestens 10 nm beträgt, der spannungsmildernde Effekt, der Verteileffekt und dergleichen erreicht werden und wird, wenn die durchschnittliche Partikelgröße des Füllstoffs 30 mindestens 20 nm, mindestens 30 nm und mindestens 50 nm beträgt, ferner erwartet, dass der spannungsmildernde Effekt und dergleichen in ausreichendem Maße erzielbar sind.
  • Der Inhalt der Außenumfangsschichten 30B ist abhängig von der zugefügten Menge des eingesetzten zweischichtig aufgebauten Additivs, der Größe der Additivpartikel, der Dicke des Beschichtungsteils, den Bedingungen der Herstellung des Additivs und dergleichen, und eine enge Kontrolle gilt als schwierig. Da Gehalt, Größe und dergleichen der Kautschukpartikel 30C im Füllstoff 30 über den Einsatz der vorstehend beschriebenen Menge an Additiv, die Größe der Additivpartikel, die Bedingungen der Herstellung des Additivs und dergleichen grob kontrolliert werden können, wird davon ausgegangen, dass, wenn der Gehalt an Füllstoff 30 und die Partikelgröße des Füllstoffs 30 innerhalb der vorstehend beschriebenen Bereiche liegen, die Außenumfangsschichten 30B ebenfalls in geeigneter Form vorhanden sein können.
  • • Sonstige
  • Neben dem weichmagnetischen Pulver 10, dem Harzteil 20 und dem Füllstoff 30 kann das Verbundmaterial 1 gemäß der Ausführungsform einen (nicht gezeigten) anorganischen Füllstoff enthalten, der aus nichtmagnetischem anorganischem Material wie etwa Keramik, etwa Aluminiumoxid, Siliziumoxid oder dergleichen, besteht. Der anorganische Füllstoff trägt zur Verbesserung der Wärmeableiteigenschaften, gleichmäßigen Verteilung des weichmagnetischen Pulvers 10 durch Verhindern einer punktuellen Anhäufung davon und dergleichen bei. Wenn die Partikel des anorganischen Füllstoffs relativ klein sind, kann der anorganische Füllstoff in Lücken angeordnet werden, die durch die Pulverpartikel des weichmagnetischen Pulvers 10 entstehen, wie bei dem Füllstoff 30. Das bedeutet, eine Abnahme des Verhältnisses, in dem das weichmagnetische Pulver 10 enthalten ist, aufgrund des Vorhandenseins des anorganischen Füllstoffs kann verhindert werden, und es kann ein Verbundmaterial 1 mit hoher Sättigungsmagnetisierung erhalten werden. Wenn die Partikel des anorganischen Füllstoffs so klein sind, dass sie in den vorstehend beschriebenen Lücken angeordnet werden können, ist das Verbundmaterial 1 selbst dann rissbeständig, wenn der Füllstoff hart ist, und ferner kann, da das Verbundmaterial 1 den Füllstoff 30 mit spannungsmildernder Funktion enthält, Rissbildung und dergleichen wirksam verhindert werden. Der Gehalt an anorganischem Füllstoff beträgt vorzugsweise mindestens 0,2 Masse-% und höchstens 20 Masse-%, und ferner noch bevorzugter mindestens 0,3 Masse-% und höchstens 15 Masse-% und mindestens 0,5 Masse-% und höchstens 10 Masse-%, bezogen auf 100 Masse-% des Verbundmaterials.
  • • Verfahren zum Messen verschiedener physikalischer Größen und dergleichen
  • Die Messung verschiedener physikalischer Größen des Verbundmaterials 1, etwa die Zusammensetzungen der verschiedenen Elemente, Gehalt und durchschnittliche Partikelgröße des weichmagnetischen Pulvers 10, Gehalt des Harzteils 20 und Gehalt und durchschnittliche Partikelgröße des Füllstoffs, erfolgt, indem ein Querschnitt des Verbundmaterials 1 vorbereitet und unter einem SEM oder TEM betrachtet wird. Der Querschnitt des Verbundmaterials 1 kann erhalten werden, indem das Verbundmaterial 1 mit einem geeigneten Werkzeug geschnitten wird und das geschnittene Verbundmaterial 1 poliert wird. Dieser Querschnitt wird unter einem SEM oder einem TEM betrachtet, um ein Bild zu gewinnen. Die Vergrößerung unter einem SEM kann beispielsweise mindestens 200fach betragen. Die Anzahl der zu betrachtenden Querschnitte (Anzahl der zu gewinnenden Bilder) beträgt mindestens 10, pro Bild wird ein Gesichtsfeld aufgenommen, und der Querschnittsbereich insgesamt beträgt mindestens 0,1 cm2. Jedes der gewonnenen Bilder wird einer Bildverarbeitung unterzogen, etwa einer Binarisierungsverarbeitung, um die Konturen der Pulverpartikel 12 und 14 des weichmagnetischen Pulvers 10, des Füllstoffs 30 und dergleichen zu extrahieren und dadurch die von den betreffenden Konturen definierten Bereiche zu erhalten.
  • •• Messung des Gehalts
  • Der Gehalt (Vol.-%) an weichmagnetischem Pulver 10 bezogen auf das Verbundmaterial 1 insgesamt gilt als gleich dem Flächenanteil des weichmagnetischen Pulvers 10 im Querschnitt des Verbundmaterials 1. Der Flächenanteil des weichmagnetischen Pulvers 10 im Querschnitt des Verbundmaterials 1 wie hier verwendet bedeutet einen Wert, der erhalten wird, indem der Flächenanteil der Pulverpartikel des weichmagnetischen Pulvers 10 für jedes Bild berechnet und die für mindestens zehn Bilder berechneten Flächenanteile gemittelt werden. Wie bei dem weichmagnetischen Pulver 10 gilt der Gehalt (Vol.-%) an Füllmittel 30 bezogen auf das Verbundmaterial 1 insgesamt als gleich dem Flächenanteil des Füllmaterials 30 im Querschnitt des Verbundmaterials 1. Der Flächenanteil des Füllstoffs 30 bedeutet ebenfalls einen Mittelwert der Flächenanteile des Füllstoffs 30 über wenigstens zehn Bilder wie im Fall des weichmagnetischen Pulvers 10.
  • •• Messen der durchschnittlichen Partikelgröße
  • Die durchschnittliche Partikelgröße des weichmagnetischen Pulvers 10 wird wie folgt gemessen. Für jedes Bild werden die Konturen aller Pulverpartikel, die in dem betreffenden Bild enthalten sind, extrahiert, und es wird eine Partikelgrößenverteilung erhalten, indem die Durchmesser der Äquivalentflächenkreise, deren Flächen gleich den Flächen der extrahierten Konturen sind, als Partikelgröße verwendet werden. Ein Spitzenwert der Partikelgrößenverteilung wird für jedes Bild erhalten, und ein Mittelwert aus den Spitzenwerten von wenigstens zehn Bildern wird als durchschnittliche Partikelgröße verwendet. Die durchschnittliche Partikelgröße des Füllstoffs 30 wird in derselben Weise gemessen wie im Fall des weichmagnetischen Pulvers 10: Es wird eine Partikelgrößenverteilung erhalten, indem die Durchmesser der Äquivalentflächenkreise, deren Flächen gleich den Flächen der extrahierten Konturen der Außenumfangsschichten 30B sind, als Partikelgrößen verwendet werden, und ein Mittelwert aus den Spitzenwerten von wenigstens zehn Bildern wird als durchschnittliche Partikelgröße verwendet.
  • •• Bestandteilanalyse
  • Bestandteile des weichmagnetischen Pulvers 10 können mittels Röntgenbeugungsanalyse, energiedispersiver Röntgen-Spektroskopie (EDX) oder dergleichen analysiert werden. Die Bestandteile des Harzteils 20 und des Füllstoffs 30 können mittels EDX oder dergleichen analysiert werden.
  • • Form
  • Das Verbundmaterial 1 gemäß der Ausführungsform kann mittels verschiedener Arten von Formverfahren hergestellt werden, etwa Spritzgussverfahren und Gießformverfahren, und kann daher verschiedene Formen haben. 4 zeigt rechteckige Parallelepiped-Formen (Kernstücke 31) und modifizierte Säulenformen (Kernstücke 32) mit kuppelförmigen Endflächen. Allerdings sind diese Formen lediglich zur Veranschaulichung dargestellt, und hinsichtlich der Form des Verbundmaterials 1 bestehen keine Beschränkungen. Eine Formschablone kann so gewählt werden, dass das Verbundmaterial 1 in eine gewünschte Form gebracht wird. Neben den in 4 gezeigten Säulenformen kann das Verbundmaterial 1 nicht nur einfache dreidimensionale Formen wie eine Röhrenform, beispielsweise mit einer Durchkontaktierung, eine Torusform, sondern auch andere, komplexe dreidimensionale Formen haben. Andere spezifische Formen werden im Abschnitt „Magnetkern für Magnetkomponente“ beschrieben.
  • • Verwendungen
  • Das Verbundmaterial 1 gemäß der Ausführungsform kann vorzugsweise für einen Magnetkern zum Einsatz in einer Magnetkomponente verwendet werden. Die Magnetkomponente weist eine Spule mit einem röhrenförmigen Wicklungsteil auf, der durch schraubenförmiges Wickeln eines Drahtes gebildet wird, und der Magnetkern besitzt einen Teil, auf dem der Wicklungsteil angeordnet ist. Beispiele der Magnetkomponente beinhalten Drosseln, Drosselspulen, Transformatoren und Motoren. 3 und 4 zeigen eine Drossel 1A als Beispiel der Magnetkomponente.
  • Verfahren zur Herstellung des Verbundmaterials
  • Wie vorstehend beschrieben, kann das Verbundmaterial 1 gemäß der Ausführungsform mittels verschiedener Formverfahren hergestellt werden, etwa Spritzgussverfahren und Gießformverfahren. Insbesondere kann, da das Verbundmaterial 1 ein thermoplastisches Harz im Harzteil 20 enthält, vorzugsweise das Spritzgussverfahren verwendet werden.
  • • Rohmaterialien
  • Rohmaterialien für das Verbundmaterial 1 beinhalten beispielsweise das weichmagnetische Pulver 10; ein Rohmaterialharz, etwa ein Harzpulver oder eine Harzschmelze eines thermoplastischen Harzes, wobei das Rohmaterialharz letztlich den Harzteil 20 bildet; und ein zweischichtig aufgebautes Additiv, wobei das Additiv letztlich die Kautschukpartikel 30C und die Außenumfangsschichten 30B des Füllstoffs 30 bildet.
  • Das weichmagnetische Pulver 10, das als Rohmaterial verwendet wird, behält nach der Aushärtung im Wesentlichen seine Zusammensetzung, die Partikelgröße und den Gehalt im Verbundmaterial 1 bei. Das bedeutet, dass Zusammensetzung, Partikelgröße und Gehalt an weichmagnetischem Pulver 10 vor und nach der Herstellung des Verbundmaterials 1 im Wesentlichen unverändert bleiben. Daher kann das Rohmaterial derart gewählt und angepasst werden, dass die gewünschte Zusammensetzung, durchschnittliche Partikelgröße, Gehalt und dergleichen des weichmagnetischen Pulvers 10 im Verbundmaterial 1 erzielt werden können. Allerdings handelt es sich, wie im Abschnitt „Verfahren zum Messen verschiedener physikalischer Größen und dergleichen“ oben beschrieben, bei dem Gehalt an weichmagnetischem Pulver 10 im Verbundmaterial 1 um einen Wert der mit einem anderen Messverfahren als dem Messverfahren der Rohmaterialphase gewonnen wird, daher kann er vom Wert des Rohmaterials abweichen. Falls die Differenz zwischen dem gemessenen Gehalt an weichmagnetischem Pulver 10 im Verbundmaterial 1 zu der Menge an weichmagnetischem Pulver 10, die als Rohmaterial zugeführt wird, innerhalb von ±5% liegt, ist der Gehalt an weichmagnetischem Pulver 10 im Verbundmaterial 1 als im Wesentlichen dem Wert des Rohmaterials entsprechend (im Wesentlichen gleich demjenigen des Rohmaterials) zu betrachten.
  • Ein Teil des Rohmaterialharzes bildet 1 nach der Aushärtung die Außenumfangsschichten 30B im Verbundmaterial. Das zweischichtig aufgebaute und als Rohmaterial eingesetzte Additiv ist ein Pulver aus einem Kautschukmaterial, wobei das Pulver, wie vorstehend beschrieben, einen Kernteil, der aus Kautschuk besteht, und einen Beschichtungsteil, der aus Kautschuk mit demselben Hauptbestandteil wie der Kautschuk des Kernteils besteht und den Kernteil bedeckt, beinhaltet. Der Kautschuk, der den Beschichtungsteil bildet, ist derart angepasst, dass er eine höhere Affinität zum Rohmaterialharz hat als der Kautschuk, der den Kernteil bildet. Handelsübliche oder bekannte Additive können als das zweischichtig aufgebaute Additiv verwendet werden. Es wird davon ausgegangen, dass der Kernteil des zweischichtig aufgebauten Additivs nach der Aushärtung überwiegend jeden Kautschukpartikel 30C des Füllstoffs 30 im Verbundmaterial 1 und der Beschichtungsteil überwiegend jede Außenumfangsschicht 30B bildet. Somit kann, je nach dem erzeugten Zustand der Außenumfangsschichten 30B, verglichen mit dem zweischichtig aufgebauten Additiv die durchschnittliche Partikelgröße des Füllstoffs 30 im Verbundmaterial 1 oder der Gehalt des Füllstoffs 30 im Verbundmaterial 1 relativ gering sein. Gehalt, Herstellungsbedingungen und dergleichen des Additivs und des Rohmaterialharzes können derart angepasst werden, dass eine gewünschte Zusammensetzung, durchschnittliche Partikelgröße, Gehalt und dergleichen des Füllstoffs 30 im Verbundmaterial 1 erhalten werden können. Falls die Differenz zwischen dem gemessenen Gehalt an Füllstoff 30 im Verbundmaterial 1 zu der zugefügten Menge des zweischichtigen Additivs, das als Rohmaterial eingesetzt wird, innerhalb von ±1% liegt, ist der Gehalt an Füllstoff 30 im Verbundmaterial 1 als im Wesentlichen dem Wert des Rohmaterials entsprechend (im Wesentlichen gleich demjenigen des Additivs als Rohmaterial) zu betrachten.
  • Im Hinblick auf die durchschnittliche Partikelgröße jedes Pulvers, das als Rohmaterial verwendet wird, wird ein Partikelgrößenwert (im Folgenden „D50-Partikelgröße“ genannt) verwendet, bei dem, wenn eine volumenbasierte Partikelgrößenverteilung mittels einer Vorrichtung zur Messung der Partikelgrößenverteilung per Laserbrechung gemessen wird, das kumulative Volumen der Partikel auf der Seite der kleinen Partikel 50% erreicht. Die Ergebnisse der Messung der durchschnittlichen Partikelgröße des weichmagnetischen Pulvers 10 und der durchschnittlichen Partikelgröße des Füllstoffs 30 wie oben beschrieben können von den jeweiligen D50-Partikelgrößen abweichen. Insbesondere wird davon ausgegangen, dass im Vergleich zur durchschnittlichen Partikelgröße des zweischichtig aufgebauten Additivs, das als Rohmaterial eingesetzt wird, die durchschnittliche Partikelgröße des Füllstoffs 30 klein ist. Falls die Differenz des vorstehend beschriebenen Ergebnisses der Messung der durchschnittlichen Partikelgröße zur D50-Partikelgröße, das heißt [(D50-Partikelgröße – Messergebnis)/D50-Partikelgröße] × 100, im Fall des weichmagnetischen Pulvers 10 innerhalb von ±5% und im Fall des Füllstoffs 30 innerhalb von ±1% liegt, ist die durchschnittliche Partikelgröße als im Wesentlichen der Größe der Rohmaterial-Pulverpartikel entsprechend (im Wesentlichen gleich derjenigen des Rohmaterialpulvers) zu betrachten.
  • • Spritzgussverfahren
  • Wenn das Verbundmaterial 1 im Spritzgussverfahren hergestellt wird, läuft die Herstellung beispielsweise wie folgt ab. Von den beiden Schritten des Mischens des Pulvers und des Knetens kann der Mischschritt entfallen und lediglich der Knetschritt ausgeführt werden. (Vorbereitungsschritt) Das weichmagnetische Pulver 10, das Harzpulver aus thermoplastischem Harz und das vorstehend beschriebene zweischichtig aufgebaute Additiv werden als Rohmaterialien vorbereitet. (Pulvermischschritt) Die Pulver der vorbereiteten Rohmaterialien werden gemischt, um ein gemischtes Pulver zu erhalten. (Knetschritt) Das gemischte Pulver wird erhitzt und in einem Zustand geknetet, in dem das Harzpulver geschmolzen ist. (Aushärtungsschritt) Das Knetprodukt (z. B. Pellets) wird an eine Spritzgussvorrichtung bereitgestellt und weich gemacht, und die Schmelzmischung wird in eine Formschablone eingespritzt und anschließend durch Kühlen ausgehärtet.
  • • Gießformverfahren
  • Beim Gießformen wird eine Schmelzmischung, die durch Mischen und Kneten des weichmagnetischen Pulvers zusammen mit dem geschmolzenen thermoplastischen Harz erhalten wird, in eine Formschablone gefüllt, dabei erforderlichenfalls mit Druck beaufschlagt und anschließend ausgehärtet.
  • • Effekte des Herstellungsverfahrens
  • Die folgenden Effekte werden durch Verwendung des vorstehend beschriebenen, zweischichtig aufgebauten Additivs erzielt, in dem der Kautschuk den Kernteil bei der Herstellung des Verbundmaterials 1 der Ausführungsform bildet. Im Ergebnis kann, wie vorstehend beschrieben, ein Verbundmaterial 1 mit ausgezeichneten Gleichstromüberlagerungseigenschaften, geringem Eisenverlust und hoher Festigkeit und gleichzeitig auch einer hohen Sättigungsmagnetisierung hergestellt werden.
    • (I) Im Pulvermischschritt, im Knetschritt, in dem das Harzpulver in geschmolzenem Zustand vorliegt, einem Spritzschritt und im Aushärtungsschritt können Spannungen und dergleichen, die aufgrund des Drucks beim Einfüllen in einen Mischer oder in die Formschablone auf das weichmagnetische Pulver 10 einwirken, können eine thermische Schrumpfung des Harzes und dergleichen gemildert werden, und die Entstehung von Verformungen im weichmagnetischen Pulver 10 aufgrund der vorstehend beschriebenen Spannungen und dergleichen kann wirksam reduziert werden.
    • (II) Spannungen und dergleichen, die nach der Aushärtung aufgrund der thermischen Schrumpfung des Harzes im Aushärtungsprozess auf den Harzteil 20 einwirken, können gemildert werden, und somit kann die Bildung von Haarrissen aufgrund der vorstehend beschriebenen Spannungen und dergleichen wirksam reduziert werden.
    • (III) Das zweischichtig aufgebaute Additiv dient als Abstandshalter zwischen den Pulverpartikeln des weichmagnetischen Pulvers 10, und verhindert somit, selbst wenn das weichmagnetische Pulver 10 auf ein hohes Füllverhältnis aufgefüllt ist, die Anhäufung der Pulverpartikel und kann zu einer gleichmäßigen Verteilung des weichmagnetischen Pulvers 10 im Harzteil 20 beitragen. Weiterhin wird die Schrumpfung während der Aushärtung dadurch verhindert, dass das Additiv zwischen den Pulverpartikeln angeordnet ist, so dass der Füllstoff 30 zwischen den Pulverpartikeln angeordnet werden kann, und das weichmagnetische Pulver kann gleichmäßig verteilt werden.
    • (IV) Die Bestandteile des Beschichtungsteils, der eine hervorragende Affinität besitzt, des zweischichtig aufgebauten Additivs und die Bestandteile des Harzteils 20 im geschmolzenen Zustand vermischen sich, und somit können nach der Aushärtung der Harzteil 20 und die Kautschukpartikel 30C des Füllstoffs 30 über die jeweiligen Außenumfangsschichten 30B in engen Kontakt miteinander gebracht werden.
  • Testbeispiel 1
  • Verbundmaterialien, die jeweils ein weichmagnetisches Pulver und einen Harzteil enthalten, wurden hergestellt, und die magnetischen Eigenschaften und die Festigkeit der erhaltenen Verbundmaterialien wurden untersucht.
  • • Rohmaterialien und Herstellungsprozess
  • In diesem Test wurden für alle Proben Verbundmaterialien im Spritzgussverfahren hergestellt. Zur Herstellung der Proben wurden ein Rohmaterial-Vorbereitungsschritt, ein Misch- und Knetschritt, ein Spritzschritt und ein Kühlschritt in dieser Reihenfolge durchgeführt. Für die Proben 1-1 bis 1-4 wurden ein weichmagnetisches Pulver, ein Harzpulver und ein zweischichtiges Additiv als Rohmaterialien vorbereitet. Für die Proben 1-100, 1-110 und 1-120 wurden ein weichmagnetisches Pulver und ein Harzpulver als Rohmaterialien vorbereitet, und es wurde kein zweischichtiges Additiv verwendet. Abgesehen von der Tatsache, dass kein Additiv verwendet wurde, wurden die Probe 1-100 aus denselben Rohmaterialien wie die Proben 1-1 und 1-2, die Probe 1-110 aus denselben Rohmaterialien wie Probe 1-3 und die Probe 1-120 aus denselben Rohmaterialien wie Probe 1-4 hergestellt, wobei die Herstellung immer unter denselben Bedingungen erfolgte.
  • • Spezifikationen der Rohmaterialien
  • Pulver von Fe-Si-Legierungen (Fe-3Si, Fe-6,5Si) mit jeweiligen Si-haltigen Komponenten in einer Menge von 3,0 Masse-% oder einer Menge von 6,5 Masse-% und im übrigen aus Fe und unvermeidlichen Unreinheiten bestehend wurden als weichmagnetisches Pulver verwendet. Beide Pulver in ihren jeweiligen Zusammensetzungen hatten eine D50-Partikelgröße von 80 μm. Ein Polyamidharz, spezieller Nylon 9T (PA9T), oder ein PPS wurden als Harzteil benutzt. Das für die Proben 1-1, 1-3 und 1-4 verwendete Additiv war ein Pulver, das aus zweischichtigen Partikeln mit einem Kernteil und einem Beschichtungsteil aus Silikonkautschuk bestand. Die durchschnittliche Partikelgröße lag im Bereich von mindestens 100 nm und höchstens 900 nm. Beispielsweise kann MR-01 des Herstellers Kaneka Corporation verwendet werden. Das für die Probe 1-2 verwendete Additiv war ein Pulver, das aus zweischichtigen Partikeln mit einem Kernteil und einem Beschichtungsteil aus Akrylkautschuk bestand. Die durchschnittliche Partikelgröße lag im Bereich von mindestens 1 μm und höchstens 9 μm. Beispielsweise kann MR-91 des Herstellers Kaneka Corporation verwendet werden.
  • Das vorbereitete weichmagnetische Pulver, Harzpulver bzw. Additivpulver, das jeweils als Rohmaterial diente, wurde ferner erhitzt, um das Harz in einen geschmolzenen Zustand zu bringen, und anschließend geknetet, und so wurde ein Knetprodukt hergestellt. Tabelle 1 zeigt die Mischungsverhältnisse (Füllverhältnis des weichmagnetischen Pulvers) der Rohmaterialien. Die Mischungsverhältnisse wurden als Volumenverhältnis (Vol.-%) bezogen auf 100 Vol.-% der Rohmaterial-Gesamtmenge angegeben. Der verbleibende Teil des in Tabelle 1 angegebenen Mischungsverhältnisses entspricht dem Verhältnis des Harzteils. Tabelle 1
    Probe Füllverhältnis weichmagnetisches Pulver Additiv Harzteil Formbarkeit
    Zusammensetzung Vol.-% Zusammensetzung Durchschnittliche Partikelgröße Mischungsverhältnis
    Vol.-%
    1-100 Fe-3Si 70 - - - PA9T Sehr gut
    1-1 Fe-3Si 70 Silikonkautschuk 100–900 nm 3 PA9T Sehr gut
    1-2 Fe-3Si 70 Akrylkautschuk 1–9 μm 5 PA9T Gut
    1-110 Fe-6,5Si 72 - - - PA9T Sehr gut
    1-3 Fe-6,5Si 72 Silikonkautschuk 100–900 nm 3 PA9T Sehr gut
    1-120 Fe-6,5Si 72 - - - PPS Sehr gut
    1-4 Fe-6,5Si 72 Silikonkautschuk 100–900 nm 3 PPS Sehr gut
  • • Form und Größe der Proben
  • Eine Formschablone mit vorbestimmter Form wurde vorbereitet, das Knetprodukt wurde weich gemacht, in die Formschablone gefüllt und dann gekühlt und ausgehärtet, um ein Verbundmaterial herzustellen. In diesem Test wurden für jede Probe zwei Arten von Prüfstücken, ein ringförmiges Verbundmaterial als Prüfstück für die Messung der magnetischen Eigenschaften und ein plattenförmiges Verbundmaterial als Prüfstück für die Messung der Festigkeit hergestellt. Die Größe des ringförmigen Verbundmaterials wurde wie folgt gewählt: Außendurchmesser: 34 mm, Innendurchmesser: 20 mm, Dicke: 5 mm. Die Größe des plattenförmigen Verbundmaterials wurde wie folgt eingestellt: Länge: 77 mm, Breite: 13 mm, Dicke: 3,2 mm.
  • • Formbarkeit (Fließfähigkeit der Materialien)
  • Die Fließfähigkeit der Materialien während des Einfüllens des Knetprodukts in die Formschablone wurde untersucht. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse. Es ist zu beachten, dass in Bezug auf Probe 1-2, als das Mischungsverhältnis des Additivs von 5 Vol.-% auf 7 Vol.-% geändert wurde, das Knetprodukt eine unzureichende Fließfähigkeit aufwies und nicht exakt formbar war.
  • • Untersuchung der Probenstruktur
  • Es wurde ein Querschnitt des Verbundmaterials jeder hergestellten Probe gewonnen und unter einem SEM betrachtet. 1 zeigt ein Bild des Verbundmaterials von Probe 1-1 unter dem SEM. 2 zeigt von links nach rechts Bilder des Verbundmaterials von Probe 1-100, des Verbundmaterials von Probe 1-1 und des Verbundmaterials von Probe 1-2 unter dem SEM. Wie in 1 und 2 gezeigt, enthielten die Verbundmaterialien der Proben 1-1 und 1-2 jeweils ein weichmagnetisches Pulver 10 mit relativ großen Pulverpartikeln 12 und relativ kleinen Pulverpartikeln 14, einen Füllstoff 30 mit feinerer Körnung als die Pulverpartikel des weichmagnetischen Pulvers 10 und Kautschuk enthaltend, und einen Harzteil 20, der das weichmagnetische Pulver 10 und den darin verteilten Füllstoff 30 umgab. In den beiden Verbundmaterialien der Proben 1-1 und 1-2 wurden keinerlei Haarrisse im Harzteil 20 beobachtet. Wie in 1 und 2 gezeigt, waren bei diesem Test keine feinen Risse von 5 μm oder darüber pro 1200 μm2 Fläche vorhanden. Daher wird davon ausgegangen, dass in den beiden Verbundmaterialien der Proben 1-1 und 1-2 im Wesentlichen keine feinen Risse im Harzteil 20 vorhanden waren. Weiterhin, war in den Verbundmaterialien der beiden Proben 1-1 und 1-2 das weichmagnetische Pulver 10 gleichmäßig im gesamten Verbundmaterial verteilt, und es waren keine Anhäufungen festzustellen. Daher wird davon ausgegangen, dass im Wesentlichen keine Anhäufungen vorhanden waren. Weiterhin waren, wie in 1 und 2 gezeigt, in den Verbundmaterialien der beiden Proben 1-1 und 1-2 der Füllstoff 30 und der Harzteil 20 in engem Kontakt miteinander mit im Wesentlichen keiner Lücke dazwischen. In diesem Test waren alle Partikel des Füllstoffs 30, die auf einer Querschnittsfläche von 1200 μm2 vorhanden waren, in engem Kontakt mit dem Harzteil 20. Es wird davon ausgegangen, dass der Grund hierfür ist, dass wenigstens ein Teil des Beschichtungsteils des als Rohmaterial verwendeten Additivs in das Harz eingeschmolzen ist und somit die gemischten Inhaltsstoffe (Außenumfangsschichten), die die Inhaltsstoffe des Beschichtungsteils und des Harzteils enthielten, rund um die Kautschukpartikel vorhanden waren. Es wird davon ausgegangen, dass die Proben 1-3 und 1-4 außerdem ähnliche Strukturen aufwiesen wie die Proben 1-1 und 1-2.
  • Andererseits zeigte sich im Verbundmaterial der Probe 1-100 eine große Anzahl von Haarrissen im Harzteil wie in 2 gezeigt. In dem in 2 gezeigten Bild, das unter dem SEM betrachtet wurde, waren Haarrisse mit einer Länge von 5 μm oder mehr pro 1200 μm2 Fläche vorhanden. Weiterhin war im Verbundmaterial der Probe 1-100 kein Füllstoff im Harzteil vorhanden, und es wurde ein (nicht gezeigter) Teil beobachtet, in dem Pulverpartikel des weichmagnetischen Pulvers 10 in Kontakt miteinander waren. Es wird davon ausgegangen, dass die Proben 1-110 und 1-120 außerdem ähnliche Strukturen aufwiesen wie die Probe 1-100.
  • • Messung physikalischer Größen (Gehalt und durchschnittliche Partikelgröße) der Proben
  • Für jedes der hergestellten Verbundmaterialien der Proben 1-1 bis 1-4 wurden der Gehalt an weichmagnetischem Pulver bezogen auf das Verbundmaterial und die durchschnittliche Partikelgröße des weichmagnetischen Pulvers anhand des vorstehend beschriebenen Bildes des unter dem SEM betrachteten Querschnitts gemessen. Die Messung erfolgte basierend auf den im Abschnitt „Verfahren zum Messen verschiedener physikalischer Größen und dergleichen“ oben beschriebenen Messverfahren. Die Ergebnisse zeigen, dass die Differenzen des Gehalts an weichmagnetischem Pulver und der durchschnittlichen Partikelgröße des weichmagnetischen Pulvers zum Gehalt und zur durchschnittlichen Partikelgröße des weichmagnetischen Pulvers, das als Rohmaterial verwendet wurde, im Bereich von ±5% lagen. Daher kann gesagt werden, dass Gehalt und durchschnittliche Partikelgröße des als Rohmaterial eingesetzten weichmagnetischen Pulvers im Wesentlichen erhalten geblieben sind.
  • • Messung der magnetischen Eigenschaften
  • Für jedes der Verbundmaterialien der Proben wurden die relative Durchlässigkeit (maximale relative Durchlässigkeit μm), die Sättigungsmagnetisierung (magnetische Sättigungsflussdichte Bs) und der Eisenverlust als magnetische Eigenschaften gemessen. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse. Im Hinblick auf die Sättigungsmagnetisierung wurde mittels eines Elektromagneten ein Magnetfeld von 10000 (Oe) (= 795,8 kA/m) an das ringförmige Prüfstück angelegt, und die Sättigungsmagnetisierung des Prüfstücks wurde gemessen, sobald dieses ausreichend magnetisch gesättigt war. Die relative Durchlässigkeit wurde wie folgt gemessen. Zunächst wurden 300 Windungen eines Drahtes als primärseitige Wicklung und 20 Windungen als sekundärseitige Wicklung um das ringförmige Prüfstück gewickelt. Anschließend wurde eine anfängliche B-H-Magnetisierungskurve gemessen. Die anfängliche B-H-Magnetisierungskurve wurde in einem Bereich von H = 0 (Oe) bis 100 (Oe) (= 7958 A/m) gemessen, und eine aus dieser anfänglichen B-H-Magnetisierungskurve gewonnene maximale relative Durchlässigkeit wurde als relative Durchlässigkeit herangezogen. Es ist zu beachten, dass sich „Magnetisierungskurve“ wie hier verwendet auf eine so genannte Gleichstrom-Magnetisierungskurve bezieht. Der Eisenverlust wurde wie folgt an dem ringförmigen Prüfstück gemessen. Der Hystereseverlust Wh1/20k (kW/m3) und der Wirbelstromverlust We1/20k (kW/m3) bei einer magnetischen Erregungsflussdichte Bm von 1 kG (= 0,1 T) und einer Messfrequenz von 20 kHz wurden mithilfe eines AC-BH-Kennlinienschreibers gemessen. Die Summe aus dem gemessenen Hystereseverlust und Wirbelstromverlust wurde als Eisenverlust W1/20k (kW/m3) verwendet.
  • • Messung der Festigkeit
  • Als Festigkeit jedes der Verbundmaterialien der Proben wurde die Biegefestigkeit gemessen. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse. Die Biegefestigkeit wurde erhalten, indem mithilfe eines Universal-Präzisionsprüfgeräts (Autograph AGS-H des Herstellers Shimadzu Corporation) ein Dreipunkt-Biegeversuch an dem plattenförmigen Prüfstück durchgeführt wurde. Die Entfernung zwischen den Auflagepunkten wurde auf 50 mm und die Prüfgeschwindigkeit auf 5 mm/min eingestellt. Tabelle 2
    Probe Dichte Relative Durchlässigkeit μm Sättigungsflussdichte Bs Eisenverlust (kW/m3) Festigkeit
    Eisenverlust Hystereseverlust Wirbelstromverlust Biegefestigkeit
    g/cm3 T (W1/20k) (Wh1/20k) (We1/20k) MPa
    1-100 5,71 25 1,37 668 495 173 53
    1-1 5,72 22 1,37 578 451 127 87
    1-2 5,74 23 1,37 585 445 140 85
    1-110 5,74 25 1,27 222 153 69 80
    1-3 5,71 23 1,27 215 147 68 83
    1-120 5,73 24 1,26 237 165 72 58
    1-4 5,73 22 1,26 226 156 70 69
  • Bei den in Tabelle 2 aufgeführten Proben zeigte jedes der Verbundmaterialien der Proben 1-1 bis 1-4, die das weichmagnetische Pulver, den spezifischen Füllstoff und den Harzteil enthielten, einen langen geradlinigen Abschnitt in der Gleichstrom-Magnetisierungskurve, womit sie ausgezeichnete Gleichstromüberlagerungseigenschaften aufwiesen, verglichen mit dem jeweils entsprechenden Verbundmaterial der Proben 1-100, 1-110 bzw. 1-120, das keinen Füllstoff enthielt, wobei der Vergleich zwischen den Verbundmaterialien der ansonsten jeweils gleichen Zusammensetzung erfolgte. Für alle Proben 1-1 bis 1-4 wies die Gleichstrom-Magnetisierungskurve eine im Wesentlichen konstante Neigung über einen breiten Magnetfeldbereich auf, oder anders ausgedrückt, war die relative Durchlässigkeit im Wesentlichen über einen breiten Magnetfeldbereich konstant, so dass die BH-Kurve eine sehr gute Linearität zeigte. Daher kann festgestellt werden, dass die relative Durchlässigkeit konstant gehalten wurde. Weiterhin wiesen alle Proben 1-1 bis 1-4 einen geringen Eisenverlust und ein hohe Biegefestigkeit verglichen mit den jeweils entsprechenden Werten der Proben 1-100, 1-110 und 1-120 auf, wobei der Vergleich zwischen den Verbundmaterialien der ansonsten jeweils gleichen Zusammensetzung erfolgte. Speziell zeigten die Verbundmaterialien der Proben 1-1 und 1-2 einen Eisenverlust von höchstens 650 kW/m3, speziell höchstens (weniger als) 600 kW/m3 und noch spezieller höchstens 590 kW/m3, sowie eine Biegefestigkeit von mindestens 60 MPa, speziell mindestens 70 MPa und noch spezieller mindestens 80 MPa. Probe 1-3 zeigte einen Eisenverlust von höchstens 220 kW/m3 und eine Biegefestigkeit von über 80 MPa. Probe 1-4 zeigte einen Eisenverlust von höchstens 230 kW/m3 und eine Biegefestigkeit von mindestens 60 MPa.
  • Bezüglich der Proben 1-1 bis 1-4 wird die im Wesentlichen konstante relative Durchlässigkeit über einen breiten Magnetfeldbereich damit begründet, dass beispielsweise das vorstehend beschriebene weichmagnetische Pulver gleichmäßig verteilt war und dass im Wesentlichen keine feinen Risse im Harzteil vorhanden waren. Es wird davon ausgegangen, dass Störungen des Magnetflusses aufgrund eines feinen Risses unwahrscheinlich waren und der Magnetfluss wahrscheinlich gleichmäßig durch das gesamte Verbundmaterial fließen konnte. Die Verbundmaterialien der Proben 1-1 bis 1-4 zeigten außerdem eine niedrige maximale relative Durchlässigkeit verglichen mit dem jeweils entsprechenden Verbundmaterial der Proben 1-100, 1-110 bzw. 1-120, wobei der Vergleich zwischen den Verbundmaterialien der ansonsten jeweils gleichen Zusammensetzung erfolgte. Daher kann überall dort, wo Verbundmaterialien der Proben 1-1 bis 1-4 für einen Magnetkern verwendet werden, auf das Abstandsmaterial verzichtet werden. Auch in dieser Hinsicht können die Verbundmaterialien der Proben 1-1 bis 1-4 zur Konstruktion eines Magnetkerns mit ausgezeichneten Gleichstromüberlagerungseigenschaften beitragen.
  • Bezüglich der Proben 1-1 bis 1-4 wird der geringe Eisenverlust damit begründet, dass beispielsweise durch den enthaltenen Füllstoff (für den das zweischichtig aufgebaute Additiv verwendet wurde) die Verformungen, die während des Herstellungsprozesses im weichmagnetischen Pulver entstehen, verringert wurden und somit der Hystereseverlust reduziert werden konnte, ohne derartige Verformungen durch Durchführung einer separaten Hitzebehandlung zu beseitigen, und dass im Verlauf des Herstellungsprozesses das Additiv ein Schrumpfen des Harzes verhinderte, wobei der Füllstoff als Abstandshalter diente. Somit wurde das weichmagnetische Pulver gleichmäßig verteilt und ein Kontakt zwischen den Pulverpartikeln verringert, so dass ein Anstieg des Wirbelstromverlusts aufgrund des Kontakts zwischen den Pulverpartikeln verhindert werden konnte. Weiterhin wird davon ausgegangen, dass durch Verwendung des aus der Fe-Si-Legierung bestehenden weichmagnetischen Pulvers das Entstehen von Verformungen auch durch die Steifigkeit der Legierung an sich reduziert wurde.
  • Bezüglich der Proben 1-1 bis 1-4 wird die hohe Biegefestigkeit damit begründet, dass beispielsweise durch den enthaltenen Füllstoff (für den das zweischichtig aufgebaute Additiv verwendet wurde) die Bildung von Haarrissen im Harzteil aufgrund der Schrumpfung während des Aushärtens im Herstellungsprozess reduziert werden konnte und das aufgrund der vorstehend beschriebenen gleichmäßigen Verteilung des weichmagnetischen Pulvers keine örtlichen Schwachstellen ausgebildet wurden. Daher konnte das Verbundmaterial in seiner Gesamtheit eine gleichmäßige Festigkeit aufweisen.
  • Ferner hatte, obwohl der Füllstoff enthalten war, jedes der Verbundmaterialien der Proben 1-1 bis 1-4 eine hohe Sättigungsmagnetisierung, die annähernd gleich derjenigen des jeweils entsprechenden Verbundmaterials der Proben 1-100, 1-110 bzw. 1-120 war, die keinen Füllstoff enthielten, wobei der Vergleich zwischen den Verbundmaterialien der ansonsten jeweils gleichen Zusammensetzung erfolgte. Insbesondere zeigten die Verbundmaterialien der Proben 1-1 und 1-2 eine Sättigungsmagnetisierung von mindestens 1,2 T, speziell mindestens 1,3 T und noch spezieller mindestens 1,35 T, und die Verbundmaterialien der Proben 1-3 und 1-4 zeigten eine Sättigungsmagnetisierung von mindestens 1,2 T und speziell mindestens 1,25 T. Die hohe Sättigungsmagnetisierung wird damit begründet, dass beispielsweise die Füllstoffpartikel ausreichend kleiner waren als die Partikel des weichmagnetischen Pulvers (hier höchstens 1/10 und speziell höchstens 1/15 der durchschnittlichen Partikelgröße des weichmagnetischen Pulvers) und dass der Füllstoff daher gleichmäßig in die Lücken verteilt werden konnte, die von den Partikeln des weichmagnetischen Pulvers gebildet wurden, wodurch eine Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften vermieden wurde. Weiterhin waren die Verbundmaterialien der Proben 1-1 bis 1-4, deren Harzteil im Wesentlichen aus thermoplastischem Harz bestand, in zufriedenstellender Weise formbar, selbst wenn das Füllverhältnis des weichmagnetischen Pulvers bei 70 Vol.-% oder höher lag.
  • Ferner kann aufgrund dieses Tests festgestellt werden, dass ein Verbundmaterial mit ausgezeichneten Gleichstromüberlagerungseigenschaften, geringem Eisenverlust und hoher Festigkeit, in dem ein weichmagnetisches Pulver gleichmäßig verteilt ist und ein Harzteil extrem wenige Haarrisse aufweist und das ferner eine hohe Sättigungsmagnetisierung aufweist, mithilfe des vorstehend beschriebenen, zweischichtig aufgebauten und überwiegend aus Kautschuk bestehenden Additivs hergestellt werden kann. Außerdem kann festgestellt werden, dass eine hervorragende Formbarkeit (fFließfähigkeit der Materialien) zu erzielen ist, indem die Größe der Additivpartikel und die zuzugebende Menge an Additiv angepasst werden, und dass somit das vorstehend beschriebene Verbundmaterial leicht mit einem hohen Genauigkeitsgrad hergestellt werden kann.
  • Kern für eine Magnetkomponente
  • Wenigstens ein Teil eines Magnetkerns für eine Magnetkomponente gemäß einer Ausführungsform weist das Verbundmaterial 1 gemäß der vorstehenden Ausführungsform auf, beispielsweise das Verbundmaterial einer der Proben 1-1 bis 1-4, die in Testbeispiel 1 hergestellt wurden. Dieser Magnetkern kann verschiedene Formen in Abhängigkeit von der Form der Magnetkomponente haben. Wenn beispielsweise der Magnetkern einen geschlossenen Magnetkreis bildet, können ein integral geformtes Produkt mit einem ringförmigen Teil oder ein ringförmiges kombiniertes Produkt, das durch Kombination mehrerer Kernstücke gebildet wird, verwendet werden. Das vorstehend beschriebene integral geformte Produkt kann ein kreisrunde Form, O-Form oder dergleichen haben. Bezüglich des vorstehend beschriebenen kombinierten Produkts können Kerne mit bekannten Formen, als EE-Kern, ER-Kern, EI-Kern und dergleichen bezeichnet, und Kerne in O-Form (3 und 4) verwendet werden, die durch Kombinieren von Kernstücken mit Säulenformen wie etwa rechteckigen Parallelepiped-Formen gebildet werden. Wenn beispielsweise der Magnetkern einen offenen Magnetkreis bildet, kann ein Steg verwendet werden.
  • Alle vorstehend beschriebenen integral geformten bzw. kombinierten Produkte und der Steg sind unabhängig von einer Spule, und es kann eine separat gefertigte Spule daran montiert oder ein Draht darauf gewickelt werden. Daneben kann das Verbundmaterial 1 gemäß der vorstehenden Ausführungsform auch in einem Magnetkern für eine Magnetkomponente enthalten sein, wobei der Magnetkern integral mit einer Spule in einem Zustand ausgestattet ist, in dem wenigstens ein Teil der Spule vom Magnetkern bedeckt ist oder die Spule in den Magnetkern eingebettet ist. Diese Magnetkomponente kann leicht hergestellt werden, indem die Spule vorab in die Formschablone eingesetzt wird, die im Abschnitt „Verfahren zur Herstellung des Verbundmaterials“ oben beschriebene Schmelzmischung in die Formschablone gefüllt wird und dadurch beispielsweise die Spule eingebettet wird.
  • Der Magnetkern für eine Magnetkomponente gemäß der Ausführungsform weist das vorstehend beschriebene Verbundmaterial 1 gemäß der vorhergehenden Ausführungsform mit ausgezeichneten Gleichstromüberlagerungseigenschaften, geringem Eisenverlust und hoher Festigkeit auf und besitzt daher ausgezeichnete Gleichstromüberlagerungseigenschaften, geringen Verlust und hohe Festigkeit. Insbesondere wenn der gesamte Magnetkern aus dem Verbundmaterial 1 besteht, kann auf das Abstandsmaterial verzichtet werden und weist der Magnetkern sogar noch bessere Gleichstromüberlagerungseigenschaften auf.
  • Drossel
  • Die Drossel 1A einer Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben. Die Drossel 1A weist eine Spule 2A mit einem Wicklungsteil, der durch schraubenförmiges Wickeln eines Drahtes 2w gebildet wird, und einen Magnetkern 3A, der einen Teil besitzt, auf dem der Wicklungsteil der Spule 2A angeordnet ist, auf. Die Drossel 1A weist das Verbundmaterial 1 (siehe im gestrichelten Kreis in 3) gemäß der vorstehenden Ausführungsform, beispielsweise das Verbundmaterial einer der Proben 1-1 bis 1-4, die in Testbeispiel 1 hergestellt wurden, in wenigstens einem Teil des Magnetkerns 3A auf.
  • In der Drossel 1A, die in diesem Beispiel dargestellt ist, weist die Spule 2A ein Paar Wicklungsteile 2a und 2b auf und der Magnetkern 3A Abschnitte (Kernstücke 31, 31), die innerhalb der jeweiligen Wicklungsteile 2a bzw. 2b angeordnet sind, sowie Abschnitte (Kernstücke 32, 32), die nicht innerhalb der Wicklungsteile 2a bzw. 2b angeordnet sind und freiliegen. Alle Kernstücke 31 und 32 (31, 31, 32, 32) bestehen aus dem Verbundmaterial 1.
  • • Spule
  • Ein beschichteter Draht kann als Draht 2w verwendet werden, der die Spule 2A bildet, wobei der beschichtete Draht einen Leiterdraht und eine isolierende Ummantelung aus Emaille (typischerweise Polyamidimid) oder dergleichen, die an einem Außenumfang des Leiters vorgesehen ist, umfasst. Ein rechteckiger oder runder Draht aus leitfähigem Material, etwa Kupfer, Aluminium oder eine Legierung davon, kann als Leiterdraht verwendet werden. Die Spezifikationen (Anzahl und Endflächenform der Wicklungsteile, Anzahl der Windungen und dergleichen) der Spule 2A können nach Bedarf gewählt werden. In der in 3 und 4 gezeigten Spule 2A ist der Draht 2w ein beschichteter rechteckiger Draht, und die Spule 2A weist die Wicklungsteile 2a und 2b, die dadurch gebildet wurden, dass ein einzelner durchgängiger Draht 2a ohne Verbindungsstelle schraubenförmig gewickelt wurde, und einen Verbindungsteil 2r auf, der diese beiden Wicklungsteile miteinander verbindet. Die Wicklungsteile 2a und 2b sind jeweils als Hochkantspule ausgebildet. Es kann auch eine Ausgestaltung gewählt werden, bei der die Spule nur einen einzigen Wicklungsteil aufweist.
  • • Magnetkern
  • Der in 3 und 4 gezeigte Magnetkern 3A ist ein kombiniertes Produkt, das durch Zusammenfügen mehrerer säulenförmiger Kernstücke 31 und 32 (31, 31, 32, 32) zu einer Ringform gebildet wurde, und bildet einen geschlossenen Magnetkreis, wenn die Spule 2A erregt ist. Der aus dem Verbundmaterial 1 bestehende Magnetkern 3A kann beispielsweise eine Sättigungsmagnetisierung von 0,6 T oder darüber und speziell 1,0 T oder darüber sowie eine relative Durchlässigkeit von mindestens 5 und höchstens 50 und speziell mindestens 10 und höchstens 35 aufweisen (zu den Messverfahren siehe Testbeispiel 1 oben). Wenn die relative Durchlässigkeit in diesem Bereich liegt, können die nichtmagnetischen Materialien wie der Harzteil 20 im Verbundmaterial 1 als magnetisches Tor genutzt werden, so dass die Notwendigkeit entfällt, ein separates Abstandsmaterial zwischen den Kernstücken vorzusehen. Das bedeutet, dass eine Drossel 1A unter Verzicht auf das Abstandsmaterial erhalten werden kann. Es ist zu beachten, dass abhängig von den magnetischen Eigenschaften der Kernstücke ein Magnetkern erhalten werden kann, der separat ein Abstandsmaterial aus Aluminiumoxid oder dergleichen aufweisen kann.
  • • Sonstige
  • Die Drossel 1A kann außerdem ein (nicht gezeigtes) Zwischenelement aufweisen, das zwischen der Spule 2A und dem Magnetkern 3A angeordnet ist und die Spule 2A und den Magnetkern 3A gegeneinander isoliert. Das Zwischenelement kann aus einem isolierenden Material bestehen.
  • • Effekte
  • Da wenigstens ein Teil des Magnetkerns 3A (hier der gesamte Magnetkern 3A) der Drossel 1A gemäß der Ausführungsform aus dem Verbundmaterial 1 gemäß der vorstehenden Ausführungsform besteht, das ausgezeichnete Gleichstromüberlagerungseigenschaften, geringen Eisenverlust und hohe Festigkeit besitzt, weist die Drossel 1A gemäß der Ausführungsform ausgezeichnete Gleichstromüberlagerungseigenschaften, geringen Verlust, hohe Festigkeit und hervorragende magnetische Eigenschaften auf und ist im Hinblick auf die Festigkeit äußerst zuverlässig. Insbesondere wenn der gesamte Magnetkern 3A aus dem Verbundmaterial 1 besteht und kein Abstandsmaterial enthält, weist die Drossel 1A sogar noch bessere Gleichstromüberlagerungseigenschaften auf.
  • Wandler • Stromwandlervorrichtung
  • Die vorstehend beschriebene Drossel 1A kann dort eingesetzt werden, wo die Erregungsbedingungen beispielsweise einen Maximalstrom (Gleichstrom) von etwa 100 A bis 1000 A, eine Durchschnittsspannung von etwa 100 V bis 1000 V und eine Arbeitsfrequenz von etwa 5 kHz bis 100 kHz beinhalten. Typische Beispiele solcher Verwendungen beinhalten eine Grundkomponente eines Wandlers 1110 (5 und 6), der in einem Fahrzeug 1200 (5) installiert werden soll, etwa einem Elektrofahrzeug oder einem Hybridfahrzeug, sowie eine Grundkomponente einer Stromwandlervorrichtung 1100 (5 und 6), die mit dem Wandler 1110 ausgestattet ist. Im Folgenden werden schematische Ausgestaltungen des Fahrzeugs 1200, der Stromwandlervorrichtung 1100 und des Wandlers 1110 beschrieben.
  • Das Fahrzeug 1200 beinhaltet, wie in 5 gezeigt, eine Hauptbatterie 1210, die Stromwandlervorrichtung 1100, die mit der Hauptbatterie 1210 verbunden ist, einen Motor (typischerweise einen Dreiphasen-Wechselstrommotor) 1220, der mit Energie aus der Hauptbatterie 1210 angetrieben wird, und Räder 1250, die von dem Motor 1220 angetrieben und zum Fahren genutzt werden. Bei einem Hybridfahrzeug weist das Fahrzeug 1200 außerdem eine Kraftmaschine auf. Zusätzlich dazu weist das Fahrzeug 1200 einen Wandler 1150 für eine Stromzuführungsvorrichtung auf, wobei der Wandler 1150 mit der Hauptbatterie 1210 verbunden ist, sowie einen Wandler 1160 für eine Stromversorgung von Zusatzgeräten, wobei der Wandler 1160 mit einer Unterbatterie 1230, die als Stromquelle für Zusatzgeräte 1240 dient, und der Hauptbatterie 1210 verbunden ist, und dergleichen. Die Wandler 1150 und 1160 führen im Rahmen der AC-DC-Wandlung typischerweise Spannungserhöhungs- und Spannungsreduzierungsoperationen aus.
  • Die Stromwandlervorrichtung 1100 weist den Wandler 1110 auf, der mit der Hauptbatterie 1210 und einem Inverter 1120 verbunden ist, der wiederum mit dem Wandler 1110 verbunden ist und Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt und umgekehrt.
  • Wie in 6 gezeigt, weist der Wandler 1110 mehrere Schaltelemente 1111, eine Steuerschaltung 1112, die den Betrieb der Schaltelemente 1111 steuert, und eine Drossel L, die mit der Hauptbatterie 1210 und den Schaltelementen 1111 verbunden ist, auf. Der Wandler 1110 wandelt eine Eingangsspannung um, indem er die Schaltelemente 1111 wiederholt EIN-/AUSschaltet. Der Wandler 1110 aus diesem Beispiel führt Spannungserhöhungs- und Spannungsreduzierungsoperationen im Rahmen der DC-DC-Wandlung zwischen der Hauptbatterie 1210 und dem Inverter 1120 aus. Es kann auch eine Ausgestaltung gewählt werden, in der der Wandler 1110 nur eine Spannungserhöhungsoperation oder nur eine Spannungsreduzierungsoperation ausführt.
  • Die vorstehend beschriebene Drossel 1A kann als Drossel L im Wandler 1110 und als (nicht gezeigte) Drosseln in den vorstehend beschriebenen anderen Wandlern 1150 und 1160 enthalten sein. Da die Stromwandlervorrichtung 1100 und der Wandler 1110 die Drossel 1A aufweisen, die aus dem Magnetkern 3A mit dem Verbundmaterial 1 mit ausgezeichneten Gleichstromüberlagerungseigenschaften, geringem Eisenverlust und hoher Festigkeit besteht, weisen die Stromwandlervorrichtung 1100 und der Wandler 1110 ausgezeichnete Gleichstromüberlagerungseigenschaften, geringen Verlust, hohe Festigkeit und hervorragende magnetische Eigenschaften auf und sind im Hinblick auf die Festigkeit äußerst zuverlässig.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Beispiele beschränkt und wird durch die beigefügten Patentansprüche definiert, und alle Änderungen, die in den Umfang der Patentansprüche fallen oder mit diesen gleichwertig sind, sollen durch diese Patentansprüche abgedeckt sein.
  • INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
  • Das Verbundmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung kann für einen Magnetkern verschiedener Arten von Magnetkomponenten, beispielsweise Drosseln, Drosselspulen, Wandler und Motoren, verwendet werden, ebenso wie als magnetisches Material oder dergleichen, bei dem ausgezeichnete Gleichstromüberlagerungseigenschaften, geringer Verlust, hohe Festigkeit und darüber hinaus eine hohe Sättigungsmagnetisierung gewünscht sind. Der Magnetkern für eine Magnetkomponente gemäß der vorliegenden Erfindung kann als Grundelement einer Drossel, einer Drosselspule, eines Wandlers, eines Motors oder dergleichen verwendet werden. Die Drossel gemäß der vorliegenden Erfindung ist verwendbar als Grundkomponente verschiedener Arten von Wandlern wie etwa fahrzeuginterne Wandler (typischerweise DC/DC-Wandler), die in Fahrzeugen wie Hybridfahrzeugen, Steckdosen-Hybridfahrzeugen, Elektrofahrzeugen und Elektrofahrzeugen mit Brennstoffzellen verbaut sind, sowie Wandler von Klimaanlagen und Stromwandlervorrichtungen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Verbundmaterial,
    10
    weichmagnetisches Pulver,
    12
    Großer Pulverpartikel
    14
    Kleiner Pulverpartikel
    20
    Harzteil,
    30
    Füllstoff,
    30C
    Kautschukpartikel,
    30B
    Außenumfangsschicht
    1A
    Drossel,
    2A
    Spule
    2a, 2b
    Wicklungsteil,
    2r
    Verbindungsteil,
    2w
    Draht
    3A
    Magnetkern,
    31, 32
    Kernstück
    1100
    Stromwandlervorrichtung,
    1110
    Wandler;
    L
    Drossel
    1111
    Schaltelement,
    1112
    Steuerschaltung
    1120
    Inverter
    1150
    Wandler für Stromzuführungsvorrichtung,
    1160
    Wandler für Stromversorgung von Zusatzgeräten
    1200
    Fahrzeug,
    1210
    Hauptbatterie,
    1220
    Motor
    1230
    Unterbatterie,
    1240
    Zusatzgerät,
    1250
    Rad

Claims (12)

  1. Verbundmaterial, das ein weichmagnetisches Pulver, einen Füllstoff und einen Harzteil, der das weichmagnetische Pulver und den darin verteilten Füllstoff umgibt, umfasst, wobei der Füllstoff Kautschuk und eine Außenumfangsschicht, die eine Oberfläche des Kautschuks bedeckt und eine organische Substanz enthält, aufweist und der Harzteil ein thermoplastisches Harz enthält.
  2. Verbundmaterial gemäß Anspruch 1, wobei die Partikel des Füllstoffs, die pro 1200 μm2 Querschnittsfläche des Verbundmaterials vorhanden sind, jeweils in engem Kontakt mit dem Harzteil sind.
  3. Verbundmaterial gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Verbundmaterial den Füllstoff in einer Menge von über 0 Vol.-% und unter 7 Vol.-% enthält.
  4. Verbundmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Füllstoff Silikonkautschuk und/oder Akrylkautschuk enthält.
  5. Verbundmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Füllstoff eine durchschnittliche Partikelgröße von mindestens 10 nm und höchstens 10 μm hat.
  6. Verbundmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das weichmagnetische Pulver eine pulverförmige Fe-basierte Legierung mit einem Si-Gehalt von mindestens 1,0 Masse-% und höchstens 8,0 Masse-% enthält.
  7. Verbundmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Verbundmaterial das weichmagnetische Pulver in einer Menge von mindestens 30 Vol.-% und höchstens 80 Vol.-% enthält.
  8. Verbundmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der das weichmagnetische Pulver eine durchschnittliche Partikelgröße von mindestens 50 μm und höchstens 300 μm hat.
  9. Magnetkern für eine Magnetkomponente, wobei der Magnetkern das Verbundmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 umfasst.
  10. Drossel, umfassend: eine durch Wickeln eines Drahtes geformte Spule; und einen Magnetkern, auf dem die Spule angeordnet ist, wobei der Magnetkern das Verbundmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 umfasst.
  11. Wandler, der die Drossel gemäß Anspruch 10 umfasst.
  12. Stromwandlervorrichtung, die den Wandler gemäß Anspruch 11 umfasst.
DE112016000232.7T 2015-02-04 2016-01-26 Verbundmaterial, Magnetkern für Magnetkomponente, Drossel, Wandler und Stromwandlervorrichtung Withdrawn DE112016000232T5 (de)

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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6594947B2 (ja) * 2015-02-18 2019-10-23 株式会社村田製作所 コイル内蔵基板およびその製造方法
EP3396685B1 (de) 2017-04-28 2020-06-03 Nichia Corporation Verbundbauteil mit ringförmigem verbundmagnet und verfahren zur herstellung davon
JP6544456B2 (ja) 2017-04-28 2019-07-17 日亜化学工業株式会社 環状ボンド磁石を備える複合部材およびその製造方法
JP7392275B2 (ja) * 2019-03-27 2023-12-06 Tdk株式会社 複合粒子、コアおよびインダクタ素子
EP3971922A4 (de) * 2019-05-17 2023-06-28 Sumitomo Bakelite Co.Ltd. Harzzusammensetzung zur herstellung eines magnetischen elements und verfahren zur herstellung eines magnetischen elements
JP7078016B2 (ja) * 2019-06-17 2022-05-31 株式会社村田製作所 インダクタ部品
JP7309675B2 (ja) * 2020-09-17 2023-07-18 株式会社東芝 回転電機
JP2022057928A (ja) * 2020-09-30 2022-04-11 株式会社村田製作所 磁性成形体およびインダクタ

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000036552A (ja) * 1998-07-17 2000-02-02 Fujitsu Ltd 半導体装置、及び半導体装置で用いる封止材中の金属分の分取方法
JP3340112B2 (ja) * 2000-06-02 2002-11-05 北川工業株式会社 熱伝導材及びその製造方法
US20020016139A1 (en) * 2000-07-25 2002-02-07 Kazuto Hirokawa Polishing tool and manufacturing method therefor
US8123972B2 (en) 2006-10-31 2012-02-28 Sony Corporation Sheet-like soft-magnetic material and production method thereof
JP5050745B2 (ja) 2007-09-11 2012-10-17 住友電気工業株式会社 リアクトル用コアとその製造方法およびリアクトル
JP2009094328A (ja) * 2007-10-10 2009-04-30 Toyota Motor Corp リアクトル
US20100261038A1 (en) * 2007-11-02 2010-10-14 Nobuyoshi Imaoka Composite magnetic material for magnet and method for manufacturing such material
JP2009176974A (ja) 2008-01-25 2009-08-06 Daido Steel Co Ltd 射出成形軟磁性体および軟磁性混練物
JP5359934B2 (ja) 2010-03-02 2013-12-04 株式会社デンソー リアクトル
KR101237001B1 (ko) * 2010-08-20 2013-02-25 동현전자 주식회사 코어-쉘 타입의 필러 입자를 포함하는 복합 시트용 조성물, 이를 포함하는 복합 시트 및 복합 시트의 제조 방법
JP5597106B2 (ja) * 2010-11-19 2014-10-01 住友電気工業株式会社 リアクトル
JP5027945B1 (ja) * 2011-03-04 2012-09-19 住友電気工業株式会社 圧粉成形体、圧粉成形体の製造方法、リアクトル、コンバータ、及び電力変換装置
KR101420525B1 (ko) * 2012-11-23 2014-07-16 삼성전기주식회사 적층형 인덕터 및 이의 제조방법
US9701199B2 (en) * 2013-01-11 2017-07-11 Nissan Motor Co., Ltd. Display control device for vehicle and display control method for vehicle
JP6065609B2 (ja) * 2013-01-28 2017-01-25 住友電気工業株式会社 リアクトル、コンバータ、及び電力変換装置
US10087073B2 (en) * 2013-02-14 2018-10-02 Nanotek Instruments, Inc. Nano graphene platelet-reinforced composite heat sinks and process for producing same
JP2014209579A (ja) * 2013-03-25 2014-11-06 Ntn株式会社 電気回路用コアおよびこれを用いた装置
JP6567259B2 (ja) * 2013-10-01 2019-08-28 日東電工株式会社 軟磁性樹脂組成物、軟磁性フィルム、軟磁性フィルム積層回路基板および位置検出装置
JP6288513B2 (ja) * 2013-12-26 2018-03-07 株式会社オートネットワーク技術研究所 リアクトル
JP2015126051A (ja) * 2013-12-26 2015-07-06 トヨタ自動車株式会社 リアクトル
US10483029B2 (en) * 2014-06-24 2019-11-19 Autonetworks Technologies, Ltd. Core member, reactor, and method for manufacturing core member
JP6198166B2 (ja) * 2014-09-17 2017-09-20 株式会社オートネットワーク技術研究所 複合材料、磁気部品、及びリアクトル

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