JP2004363393A - 磁性金属薄板からなる積層体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、そのような樹脂に吸着された水分の気化、溶剤の気化等により発生する樹脂と金属間或いは樹脂内の気泡、膨れなどの空隙を防止する磁性金属積層体の製造方法を提供することにある。
【解決手段】積層体１２を金属平板１３で挟み、金属平板１３と積層体１２の間に、局所的に加圧するための金属ブロック１１を挿入し加圧する。または、前記金属ブロックで積層体を加圧させながら、積層体の上面を往復運動させて、内部のガスを排出させる。さらに前記２つの方法に加えて印加する加圧力を周期的にすることにより、空隙内の気体を効果的に積層体の外に排出させる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、種々の磁気応用部品の磁気コア材料として用いられる。例えば、インダクタンス、各種コイル、各種トランス、ノイズフィルター、磁気センサー、磁気ヘッド、アンテナ、電波吸収体、各種モータ、各種コア、配線基板など、幅広い分野において用いられる磁性積層体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁性金属薄板のなかでも非晶質合金薄帯は、その優れた磁気特性を発現させるために、予め所定の焼鈍熱処理を施す方法が一般的に用いられている。焼鈍熱処理条件は発現させたい磁気特性や非晶質合金の種類によって異なるが、概ね、不活性雰囲気下において温度２００℃から５００℃程度、時間０．１〜１００時間程度の高温長時間で行われることが一般的である。ところが焼鈍熱処理によって優れた磁気特性を発現する反面、極めて脆弱な薄帯となり、物理的に取扱いにくくなる問題を抱えている。
【０００３】
この問題に対処する方法として、ポリイミド樹脂などの焼鈍温度に耐える耐熱性高分子化合物を接着剤として用い、非晶質合金薄帯を積層接着する方法が開示されている。（特許文献１：特開昭５８―１７５６５４）。この方法によれば焼鈍と同時に耐熱樹脂による積層接着ができるため、脆弱な薄帯を取り扱う問題を解決できる。しかしながら、積層体を作製するに際し、積層体の内部で、樹脂内部に吸着された水分の気化、または樹脂内部に残存した溶剤の気化などにより層間に気泡、空隙、膨れ等が生じるという問題があった。その結果、積層体の占積率（積層体の全体積に占める非晶質金属の割合）積層体が低下し、最大磁束密度が低下する。また空隙により金属間の接着強度が低下し、機械的強度の低下につながる等の問題が生じていた。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５８―１７５６５４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、そのような樹脂に吸着された水分の気化、溶剤の気化等により発生する樹脂と金属間或いは樹脂内の気泡、膨れなどの空隙を防止する磁性金属積層体の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明らは、前記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、耐熱樹脂層が形成された磁性金属薄板を積層接着して磁性金属薄板の積層体を製造するに際し、積層間の樹脂内にガスが発生し、気泡、膨れなどの空隙が生じたとき、空隙内の気体を積層体外に排出するために以下の方法が有効であることを見出した。すなわち、図１に示すように積層体１２を金属平板１３で挟み、金属平板１３と積層体１２の間に、局所的に加圧するための金属ブロック１１を挿入し加圧する。または、前記金属ブロックで積層体を加圧させながら、積層体の上面を往復運動させて、内部のガスを排出させる。さらに前記２つの方法に加えて印加する加圧力を周期的にすることにより、空隙内の気体を効果的に積層体の外に排出させることができることを見出し、本発明を完成した。
【０００７】
本発明は、磁性金属薄板と樹脂層とを交互に積層した磁性積層体の製造方法において、積層体を一体化する時に、積層体の上面の少なくとも一部分に圧力を印加させることを特徴とする磁性積層体の製造方法である。
前記圧力を印加する部分を積層体上面に沿って移動させることが好ましい。
さらに前記圧力を周期的に変動することが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（磁性金属）
本発明において用いる磁性金属薄板は、軟磁性材料が対象となる。例えば、Ｆｅ系やＣｏ系などの非晶質金属材料、Ｆｅ系やＣｏ系などのナノ結晶（微結晶）金属薄帯、パーマロイ、けい素鋼板等が用いられる。これらのなかでも、優れた磁気特性を発現するには、非晶質金属薄帯、ナノ結晶金属薄帯を用いることが望ましく、さらに好ましくはＦｅ系の非晶質合金薄帯もしくはＣｏ系の非晶質金属薄帯を用いることが望ましい。非晶質金属薄帯は、通常溶融金属を急冷ロールを用いて、急冷して得られる。通常は１０〜５０μｍの厚さであり、好ましくは１０〜３０μｍの厚さの薄帯が用いられる。Ｆｅ系非晶質金属材料としては、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｐ−Ｃ系などのＦｅ−半金属系非晶質金属材料や、Ｆｅ−Ｚｒ系、Ｆｅ−Ｈｆ系、Ｆｅ−Ｔｉ系などのＦｅ−遷移金属系非晶質金属材料を挙げることができる。Ｃｏ系非晶質金属材料としてはＣｏ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｃｏ−Ｂ系などの非晶質金属材料が例示できる。
【０００９】
（樹脂絶縁層）
本発明に用いられる耐熱性樹脂としては、熱可塑性、非熱可塑性、熱硬化性樹脂を挙げることができる。中でも熱可塑性樹脂を用いるのが好ましい。
【００１０】
熱可塑性の耐熱性樹脂を用いることで、前記非晶質金属薄帯の少なくとも一部に耐熱性樹脂を付与した後、もしくは耐熱性樹脂の前駆体を付与し該耐熱性樹脂を形成した後、この磁性基材を積層し、磁性基材の積層体を得ることができる。この製造方法により、耐熱性樹脂を樹脂化しているため、室温でタック性がなく、また安定であるため、取り扱いが簡便であり、積層時の作業性がよく工程の歩留まりが向上できるメリットがある。
【００１１】
本発明に用いられる耐熱性樹脂は、前処理として１２０℃で４時間乾燥を施し、その後、窒素雰囲気下、３００℃で２時間保持した際の重量減少量を、ＤＴＡ−ＴＧを用いて測定され、通常１％以下、好ましくは０．３％以下であるものが用いられる。
【００１２】
本発明に用いられる樹脂は、上記の耐熱性に加えて下記の特性を兼ね備えている樹脂であることがさらに好ましい。
▲１▼窒素雰囲気下３００℃、２時間の熱履歴を経た後の引っ張り強度が３０ＭＰａ以上である。
▲２▼ガラス転移温度が１２０℃〜４００℃である。さらに好ましくは１２０℃〜２５０℃である。
▲３▼溶融粘度が１０万Ｐａ・ｓである温度が、２５０℃以上４００℃以下であり、さらに好ましくは３００℃以下、さらに好ましくは２５０℃以下である。
▲４▼４００℃から１２０℃まで０．５℃／分の一定速度で降温した後、樹脂中の結晶物による融解熱が１０Ｊ／ｇ以下である。この結晶物による融解熱が１０Ｊ／ｇ以下であり、好ましくは５Ｊ／ｇ以下、さらに好ましくは１Ｊ／ｇ以下である。このような範囲にある場合に本発明の接着性に優れる効果を得ることができる。
【００１３】
本発明に用いられる耐熱性樹脂としてはポリイミド系樹脂、ケイ素含有樹脂、ケトン系樹脂、ポリアミド系樹脂、液晶ポリマー，ニトリル系樹脂，チオエ−テル系樹脂，ポリエステル系樹脂，アリレ−ト系樹脂，サルホン系樹脂，イミド系樹脂，アミドイミド系樹脂を挙げることができる。これらのうちポリイミド系樹脂，スルホン系樹脂、アミドイミド系樹脂を用いるのが好ましい。
【００１４】
ここで、非晶質金属薄帯にポリイミド樹脂を付与する際の液状樹脂としては、好ましくは、ポリイミドの前駆体であるポリアミド酸を用いて行い、熱的あるいは化学的にイミド化させて、ポリイミド樹脂とする。なお、ポリアミド酸を非晶質金属薄帯に付与する場合は必要に応じて溶媒を用いてもよい。
【００１５】
さらに，本発明に使用するポリイミドとしては、以上のような鎖状型ポリイミド樹脂だけでなく、可溶性ポリイミド樹脂も好ましく使用することができる。可溶性ポリイミド樹脂を溶剤に溶かして液状とし、適切な粘度に調整して、非晶質金属薄帯に塗布し、加熱して溶剤を揮発して樹脂を形成することができる。
【００１６】
（積層体製造方法）
積層する方法としては、加熱しながら圧力を加えることができれば良く、図２に示すような、金属枠１５と金属平板１３で積層体１２を挟み、電気炉や熱プレス等で加圧、加熱することが可能である。金属平板の材料としては、２００℃〜１０００℃の熱処理時に剛性を有していればよく、Ｆｅ、Ｎｉ、ステンレスＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４３０、ダイス鋼、ハイス鋼等が好ましい。また熱プレスの方法としては、好ましくは熱プレス機を用いることで、加圧力と温度の制御ができるため、好適である。
【００１７】
（加圧方法）
上記積層における加圧は、手動油圧式熱プレス、電動油圧式熱プレス、電動式熱プレス等の装置により加圧することが可能である。これらの熱プレスは、２枚の金属板の中に発熱体が埋め込まれており、２枚の金属板に挟んで加圧ができると同時にに発熱体による加熱が可能であり、加熱と加圧が同時に制御できるため好適に使用される。特に油圧ポンプを用いた電動式油圧熱プレスや、モータに接続したボールネジにより金属板を可動させる電動式熱プレス等は、工程を自動化する上で好適である。電動油圧式熱プレスにおいて、圧力のプログラム制御や、温度のプログラム制御が可能なものは工程を自動化する上でより好ましい。
【００１８】
（ガス抜き方法）
次に、磁性積層体内の層間の樹脂から発生したガスを除去するために、図２に示した装置において、磁性積層体１２とプレス用の金属平板１３の間に、部分的な加圧ができるようなブロック１１を挿入することが好ましい。。挿入するブロックの形状は平板、三角柱、四角柱、多角柱、円柱などがある。また図３のように円柱ローラ１４を転がしながら加圧することもできる。
【００１９】
さらに挿入するブロックと磁性積層体の間に、耐熱性変形体が介されていると、磁性積層体の表面に凹凸があっても、平均的に圧力を印加することが可能となり、内部のガスを効果的に積層体外に排出することが可能となる。
【００２０】
このような耐熱性を有する変形体の材料としては、樹脂材料としては、熱処理温度以下にガラス転移温度を有し、かつ熱処理時に熱分解しない樹脂が望まれる。このような樹脂として、ポリイミド系樹脂、ケイ素含有樹脂、ケトン系樹脂、ポリアミド系樹脂、液晶ポリマー，ニトリル系樹脂，チオエ−テル系樹脂，ポリエステル系樹脂，アリレ−ト系樹脂，サルホン系樹脂，イミド系樹脂，アミドイミド系樹脂からなるシートを挙げることができる。これらのうちポリイミド系樹脂，スルホン系樹脂、アミドイミド系樹脂からなるシートを用いるのが好ましい。また、無機系材料としては黒鉛シートが挙げることができる。このような黒鉛シートとして、日本カーボン株式会社製「ニカフィルム」、日立化成株式会社製可とう性黒鉛材料「カーボフィット」、東洋炭素株式会社製「ＰＥＲＭＡ ＦＯＩＬ」等を用いるのが好ましい。特に東洋炭素株式会社製「ＰＥＲＭＡ ＦＯＩＬ」は圧縮復元性が良く、繰り返し使用できるため好ましい。
【００２１】
ブロックの設置の仕方は、ブロックの平行面が、磁性積層体の上下面と金属平板の間に配置する。また配置位置は、磁性積層体の中心部分とブロックの中心部分が重なるように配置する。このようにすることで磁性積層体の内部で発生したガスは磁性積層体の中心から周辺へ移動し、磁性積層体外部に排出されやすくなる。ブロックの材質は、例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、ステンレス（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４３０等）、ダイス鋼、ハイス鋼等の金属材料を用いることが好ましい。特にステンレスは腐食しにくいため、好適である。ブロックを移動させて磁性積層体内の樹脂から発生したガスを排出させる場合、排出させる期間は、熱処理時に昇温して樹脂のガラス転移点以上から、熱処理期間、室温までの冷却期間の間に行われることが望ましい。このとき、上面の金属平板を外し、部分的に加圧できるブロックを配置し、加圧することが望ましい。圧力印加は熱処理後、冷却し、ガラス転移点以上の温度時に完了することが望ましい。加圧力は０．０１Ｍｐａ〜１００ＭＰａの範囲で印加することができる。その中でも１ＭＰａ〜３０Ｍｐａの圧力を印加することが好適である。
【００２２】
ガスを排出する際の加圧時の温度は非晶質合金薄帯に付与した樹脂がガラス転移点以上の温度であることが好ましく。このとき、樹脂が流動性を有しているため、磁性積層体のガスが移動しやすく、磁性積層体外への排出が容易となる。
【００２３】
加圧力の印加方法は、一定荷重を印加する方法や、周期的に荷重の強弱（０ＭＰａ〜１００ＭＰａ）を変えて印加する方法などがある。好ましくは周期的に荷重の強弱を印加する方法が、より効果的にガスを排出することが可能となり好ましい。内部のガスを排出後、再び積層体上面に金属平板を配置し、加圧する。加圧力は０．０１Ｍｐａ〜１００ＭＰａの範囲で印加することができる。その中でも１ＭＰａ〜３０Ｍｐａの圧力を印加することが好適である。
【００２４】
またさらに内部のガスを抜くために、プレス機を真空容器で遮断し、内部を大気より低い圧力下におく、好ましくは真空下におくことにより、磁性積層体のガスが磁性積層体外へ効果的に排出することが容易となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について示す。
【００２６】
【実施例１】（円柱ローラによるガス抜き）
磁性金属薄帯はＨｏｎｅｙｗｅｌｌ社製Ｍｅｇｔｇａｓｓ２６０５ＴＣＡ（元素Ｆｅ７８Ｓｉ１３Ｂ９，幅２１３ｍｍ，厚み２５μｍ）を用いた。金属薄帯同士を接着する樹脂として、化学式１で表される繰り返し単位を主鎖骨格に有するポリアミド酸が２０重量％溶解した溶液（溶媒：Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド）を薄く塗布し、窒素気流下で温度１５０℃時間１分乾燥後、温度２７０℃、時間２０秒でイミド化した。その後、温度６０℃、相対湿度９０％の環境に７２時間放置した。この薄帯を２１３ｍｍ×２１３ｍｍの角型にシャーリング切断し、正方形状の複合薄帯を得た。同複合薄帯を７４０枚重ねて、上下面を金属平板で挟み、この状態で熱プレス機（東洋精機製ミニテストプレス）により３７０℃、２ＭＰａ印加２時間保持した。この保持時間中、ＳＵＳ３０４からなる円柱ローラ１４（直径φ５０ｍｍ高さ２２０ｍｍ）を図３のように配置し、円柱ローラに５ｔの荷重を印加した状態で、積層体の面上を５０回、円柱ローラ１４を転がして往復させ、内部の気泡を排出させた。局所的な圧力印加後、また金属板で挟み２Ｍｐａで保持し、除冷し、室温に戻した。本積層体の気泡、膨れ等の有無調べるため最表面の外観を観察した。その結果、樹脂内部で発生したとみられるガスによる気泡、膨れ等は観察されなかった。
【００２７】
【化１】

【００２８】
【実施例２】（振動によるガス抜き）
実施例１と同様に作成した複合薄帯を７４０枚重ねて、上下面を金属平板（２１３ｍｍ×２１３ｍｍ×１０ｍｍ）２枚で挟み、この状態で熱プレス機（東洋精機製ミニテストプレス）により３７０℃、２ＭＰａ印加２時間保持した。この保持時間中、２Ｍｐａ→１０Ｍｐａ→２Ｍｐａ→１Ｍｐａ→２Ｍｐａを１周期として、１周期３０秒で５０サイクル周期的な圧力を印加した。周期的な圧力印加後、また金属板で挟み２Ｍｐａで保持し、除冷し、室温に戻した。本積層体の気泡、膨れ等の有無調べるため最表面（２１３ｍｍ×２１３ｍｍ）の外観を観察した。その結果、樹脂内部で発生したとみられるガスによる気泡、膨れが２個観察された。
【００２９】
【比較例】
実施例１と同様に作成した複合薄帯を７４０枚重ねて、上下面を金属平板で挟み、この状態で熱プレス機（東洋精機製ミニテストプレス）により３７０℃、２ＭＰａ印加２時間保持した。この間特に局所的な圧力印加、圧力変動等なく除冷した。本積層体の気泡、膨れ等の有無調べるため最表面（２１３ｍｍ×２１３ｍｍ）の外観を観察した。その結果、樹脂内部で発生したとみられるガスによる気泡、膨れ等が５５個観察された。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の磁性金属薄板積層体の製造方法により、積層体内の気泡、膨れ等を排出し、著しく低減することが可能となった。 たとえ樹脂からガスが発生し、膨れ、気泡の発生が生じても、ガスを排出し、外観上良好な積層体を製造することができる。また非晶質金属合金積層体の層間に気泡がないため、金属薄帯同士の接着強度が高く、機械的強度に優れた磁性積層体を供給することが可能となった。さらに、気泡、膨れにより磁性金属積層体の全体積に占める非晶質金属の割合である占積率を向上することが可能となり、磁性応用部品の小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガス排出方法を示す断面図である。
【図２】本発明の積層体加圧熱処理方法を示す断面図である。
【図３】本発明のガス排出方法を示す断面図である。
１１ ブロック
１２ 積層体
１３ 金属平板
１４ 円柱ローラ
１５ 金属枠

Claims (3)

1. 磁性金属薄板と樹脂層とを交互に積層した磁性積層体の製造方法において、積層体を一体化する時に、積層体の上面の少なくとも一部分に圧力を印加させることを特徴とする磁性積層体の製造方法。
2. 前記圧力を印加する部分を積層体上面に沿って移動させることを特徴とする請求項１に記載の磁性積層体の製造方法。
3. 前記圧力を周期的に変動することを特徴とする請求項１または２に記載の磁性積層体の製造方法。

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