JP2005310919A - Composite magnetic material and magnetic component - Google Patents

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Sanehiro Okuda
修弘 奥田
Shinji Uchida
真治 内田
Takayuki Hirose
隆之 広瀬
Masaharu Edo
雅晴 江戸
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composite magnetic material and a magnetic component manufactured thereof, having high electric resistance, and keeping high magnetic permeability up to a high frequency region. <P>SOLUTION: The composite magnetic material involves ferrite coated metal magnetic particles obtained by coating particles of a metal magnetic material with Ni-Zn ferrite, and the trace amount of an element having third ionization energy larger than Fe but smaller than Ni is added to the Ni-Zn ferrite. The magnetic component is obtained by rendering the composite magnetic material to compression molding and heat treatment. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、フェライトにより金属磁性粒子を被覆した複合磁性材料およびそれを圧縮成形して作製した磁気部品に関しており、より詳細には、スイッチング電源などに搭載されるトランスやリアクトルなどの磁気部品に関する。   The present invention relates to a composite magnetic material in which metal magnetic particles are coated with ferrite and a magnetic component produced by compression molding thereof. More specifically, the present invention relates to a magnetic component such as a transformer or a reactor mounted on a switching power supply.

近年、各種電子機器は小型・軽量化されてきており、なおかつ低消費電力化が求められている。これに伴い電子機器に搭載される電源として高効率かつ小型のスイッチング電源に対する要求が高まっている。特にノート型パソコンや携帯電話等の小型情報機器、薄型CRT、フラットパネルディスプレイに用いられるスイッチング電源では、小型・薄型化が強く求められている。   In recent years, various electronic devices have been reduced in size and weight, and there has been a demand for lower power consumption. Along with this, there is an increasing demand for highly efficient and compact switching power supplies as power supplies mounted on electronic devices. In particular, switching power supplies used in small information devices such as notebook computers and mobile phones, thin CRTs, and flat panel displays are strongly required to be small and thin.

従来のスイッチング電源では、その主要な構成部品であるトランスやリアクトルなどの磁気部品が大きな体積を占めており、スイッチング電源を小型・薄型化するためには、これら磁気部品の体積を縮小することが必要不可欠となっていた。従来、このような磁気部品の磁芯は、センダストやパーマロイ等の金属磁性材料、あるいはフェライト等の酸化物磁性材料が使用されていた。   In conventional switching power supplies, magnetic components such as transformers and reactors, which are the main components, occupy a large volume. To reduce the size and thickness of switching power supplies, the volume of these magnetic components can be reduced. It was indispensable. Conventionally, a metal magnetic material such as Sendust or Permalloy or an oxide magnetic material such as ferrite has been used for the magnetic core of such a magnetic component.

金属磁性材料は、一般に高い飽和磁束密度と透磁率を有するが、電気抵抗率が低いため、特に高周波数領域では渦電流損失が大きくなってしまう。スイッチング電源では、回路を高周波駆動することにより、高効率化および小型化する傾向にあるが、上記の渦電流損失の影響から金属磁性材料をスイッチング電源用の磁気部品の磁芯として使用することは困難である。   Metallic magnetic materials generally have a high saturation magnetic flux density and magnetic permeability, but have low electrical resistivity, so that eddy current loss is particularly large in the high frequency region. Switching power supplies tend to be highly efficient and miniaturized by driving the circuit at high frequency, but it is not possible to use metal magnetic materials as magnetic cores for magnetic components for switching power supplies due to the effects of eddy current loss. Have difficulty.

一方、フェライトに代表される酸化物磁性材料は、金属磁性材料に比べ電気抵抗率が高いため、高周波数領域でも発生する渦電流損失が小さい。しかしながら、トランスやリアクトルを小型化した場合、コイルに流す電流は同じでも磁芯にかかる磁束密度が高くなってしまう。一般に、フェライトの飽和磁束密度は金属磁性材料に比べて小さいので、磁芯内で磁束が飽和してしまう。この理由により、フェライトなどの酸化物磁性材料を磁気部品の磁芯として使用した場合、その小型化には限界がある。   On the other hand, an oxide magnetic material typified by ferrite has a higher electrical resistivity than a metal magnetic material, and therefore, an eddy current loss generated even in a high frequency region is small. However, when the transformer or the reactor is downsized, the magnetic flux density applied to the magnetic core increases even if the current flowing through the coil is the same. In general, since the saturation magnetic flux density of ferrite is smaller than that of a metal magnetic material, the magnetic flux is saturated in the magnetic core. For this reason, when an oxide magnetic material such as ferrite is used as a magnetic core of a magnetic component, there is a limit to downsizing.

つまり、いずれの材料を用いても、スイッチング電源の磁気部品に対して要求される、高周波駆動と小型化の双方を満足させることは困難となっていた。最近、金属磁性材料および酸化物磁性材料の両者の長所を有する磁性材料として、飽和磁束密度および透磁率が高い金属磁性材料の表面に、電気抵抗率の高い酸化物磁性材料の被覆層を形成した磁性材料が提案されている。   That is, regardless of which material is used, it has been difficult to satisfy both the high frequency driving and the miniaturization required for the magnetic components of the switching power supply. Recently, as a magnetic material having the advantages of both a metal magnetic material and an oxide magnetic material, a coating layer of an oxide magnetic material having a high electrical resistivity is formed on the surface of a metal magnetic material having a high saturation magnetic flux density and a high magnetic permeability. Magnetic materials have been proposed.

例えば、金属磁性材料の粉末の表面に高透磁率金属酸化物の被覆層を形成した高透磁率材料が提案されている(特許文献1参照)。   For example, a high magnetic permeability material in which a coating layer of a high magnetic permeability metal oxide is formed on the surface of a metal magnetic material powder has been proposed (see Patent Document 1).

また、1〜10μmの粒子からなる金属磁性材の表面をM−Fe(但しM=Ni、Mn、Zn、x≦2)で表されるスピネル組成の金属酸化物磁性材で被覆してなる高密度焼結磁性体が提案されている(特許文献2参照)。 Further, the surface of the metallic magnetic material consisting of 1~10μm particles coated with M-Fe x O 4 (where M = Ni, Mn, Zn, x ≦ 2) metal oxide magnetic material of the spinel composition represented by A high-density sintered magnetic body is proposed (see Patent Document 2).

さらに、表面に超音波励起フェライトめっきによって形成されたフェライト層の被覆を有する金属または金属間化合物の強磁性体微粒子粉末が圧縮成形され、前記フェライト層を介して前記強磁性体粒子間に磁路を形成するものであることを特徴とする複合磁性材料が提案されている(特許文献3参照)。   Further, a ferromagnetic fine particle powder of a metal or an intermetallic compound having a ferrite layer coating formed by ultrasonic excitation ferrite plating on the surface is compression-molded, and a magnetic path is formed between the ferromagnetic particles via the ferrite layer. There has been proposed a composite magnetic material that is characterized by forming (see Patent Document 3).

特開昭53−91397号公報JP-A-53-91397 特開昭56−38402号公報JP-A-56-38402 国際公開第03/015109号パンフレットWO03 / 015109 pamphlet 粉体冶金、47(7)、757(2000)Powder metallurgy, 47 (7), 757 (2000)

前記フェライト被覆金属磁性粒子を圧縮成形した磁気部品において、高周波域で高い透磁率を実現するためには2つのことが要求される。1つは、渦電流損失を防ぐために電気抵抗率を高くすることであり、1つは金属磁性粒子間の磁路形成を妨げないことである。   In a magnetic part formed by compression-molding the ferrite-coated metal magnetic particles, two things are required to achieve high magnetic permeability in a high frequency range. One is to increase the electrical resistivity in order to prevent eddy current loss, and the other is to not prevent magnetic path formation between the metal magnetic particles.

渦電流の発生を防止するためには、高い電気抵抗率を有するフェライト(たとえば、Ni−Znフェライト)を用いることが有効である。また、金属磁性粒子間の磁路形成を向上させるためには、金属磁性粒子とフェライト被覆層の界面に空隙がなく、且つ化学的に結合している必要がある。   In order to prevent the generation of eddy current, it is effective to use a ferrite having a high electrical resistivity (for example, Ni—Zn ferrite). Further, in order to improve the magnetic path formation between the metal magnetic particles, it is necessary that there are no voids at the interface between the metal magnetic particles and the ferrite coating layer and that they are chemically bonded.

金属磁性粒子をフェライト被覆する方法としては、超音波励起フェライトめっき法(特許文献3参照)があるが、この方法では金属粒子表面のOH基を核としてFe等のイオンが吸着することによって反応が進むので、金属磁性粒子とフェライト被覆層の化学的な結合性が低い。また、フェライトの成長形態が完全な膜状ではなくて、微粒子が付着したような状態であるため、界面における空隙も少なくない。よって、フェライト被覆した粒子を圧縮成形しただけの磁気部品で、従来材料に比べて飛躍的に高い透磁率を得ることはできなかった。   As a method of coating metal magnetic particles with ferrite, there is an ultrasonic excitation ferrite plating method (see Patent Document 3). In this method, the reaction is caused by adsorption of ions such as Fe using OH groups on the surface of the metal particles as nuclei. As the process proceeds, the chemical bond between the metal magnetic particles and the ferrite coating layer is low. In addition, since the growth form of ferrite is not a complete film, and is in a state where fine particles are attached, there are not a few voids at the interface. Therefore, a magnetic component in which ferrite-coated particles are simply compression-molded cannot achieve a significantly higher magnetic permeability than conventional materials.

フェライト被覆粒子を圧縮成形した後、熱処理すると透磁率が大きく向上する。これは、金属磁性粒子とフェライト被覆層の間に原子の相互拡散による界面層が形成されて空隙が減少し、化学的結合性が向上するために、磁路の形成が容易になるためだと考えられる。しかし、この相互拡散によってフェライト被覆層中の陽イオンとともに電子が失われると、残ったNi2+では、式(I)に示すような、電子の放出・結合が生じる。 When the ferrite coated particles are compression molded and then heat treated, the magnetic permeability is greatly improved. This is because an interfacial layer is formed by interdiffusion of atoms between the metal magnetic particles and the ferrite coating layer, voids are reduced, and chemical bonding is improved, so that magnetic path formation is facilitated. Conceivable. However, when electrons are lost together with the cations in the ferrite coating layer due to this interdiffusion, the remaining Ni 2+ causes electron emission / bonding as shown in the formula (I).

Figure 2005310919
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また、NiやZnのサイトに金属粒子からFe2+が流入してしまうと、もともと存在していたFe3+も含めて、式(II)に示すような電子の授受が生じる。このような電子の移動が起こるとフェライト被覆層の絶縁性が低下し、高周波域では渦電流により透磁率が低下してしまうので実用に耐えられない。 In addition, when Fe 2+ flows into the Ni or Zn site from the metal particles, the transfer of electrons as shown in the formula (II) occurs, including the originally existing Fe 3+ . When such electron movement occurs, the insulation of the ferrite coating layer decreases, and the magnetic permeability decreases due to eddy currents in the high frequency range, so it cannot be put into practical use.

Figure 2005310919
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本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、フェライト被覆層に微量元素を添加することによって、NiやFeイオンの電子の授受を抑制し、熱処理による抵抗率の低下を抑制して高周波域においても高透磁率を維持する複合磁性材料を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to suppress the transfer of electrons of Ni and Fe ions by adding a trace element to the ferrite coating layer, and to resist resistance by heat treatment. An object of the present invention is to provide a composite magnetic material that suppresses a decrease in the rate and maintains a high magnetic permeability even in a high frequency range.

このような目的を達成するために、本発明の第1の実施形態の複合磁性材料は、Ni−Znフェライトにより金属磁性材料の粒子を被覆したフェライト被覆金属磁性粒子を含み、Feよりも第3イオン化エネルギーが大きく、かつNiよりも第3イオン化エネルギーが小さい微量元素がNi−Znフェライトに添加されていることを特徴とする。微量元素がMnまたはCoであってもよく、その添加量は、前記Ni−Znフェライト中の全金属元素を基準として0.1mol%〜10mol%であってもよい。   In order to achieve such an object, the composite magnetic material of the first embodiment of the present invention includes ferrite-coated metal magnetic particles in which particles of a metal magnetic material are coated with Ni—Zn ferrite, and is third than Fe. A trace element having a large ionization energy and a third ionization energy smaller than that of Ni is added to Ni—Zn ferrite. The trace element may be Mn or Co, and the addition amount may be 0.1 mol% to 10 mol% based on the total metal elements in the Ni-Zn ferrite.

本発明の第2の実施形態の磁気部品は、第1の実施形態のフェライト被覆金属磁性粒子を圧縮成形した後、500℃以上の温度で熱処理して形成されていることを特徴とする。本実施形態の磁気部品は、トランスおよびリアクトルの磁芯として有用である。   The magnetic component according to the second embodiment of the present invention is formed by compression-molding the ferrite-coated metal magnetic particles of the first embodiment and then heat-treating at a temperature of 500 ° C. or higher. The magnetic component of this embodiment is useful as a magnetic core for a transformer and a reactor.

以上に説明したように、本発明の複合磁性材料によって、高周波域まで高透磁率を維持し、かつ高い電気抵抗性を有して、高周波域において動作可能な磁気部品を作製することができる。これにより、ノート型パソコン・小型携帯機器・薄型ディスプレイなどのスイッチング電源に向けた、高機能でかつ小型・薄型の磁気部品を作ることが可能となる。   As described above, with the composite magnetic material of the present invention, it is possible to produce a magnetic component that maintains a high magnetic permeability up to a high frequency range and has high electrical resistance and can operate in a high frequency range. This makes it possible to produce highly functional, small and thin magnetic components for switching power supplies such as notebook computers, small portable devices, and thin displays.

本発明の第1の実施形態の複合磁性材料は、Ni−Znフェライトにより金属磁性材料の粒子を被覆したフェライト被覆金属磁性粒子を含み、Feよりも第3イオン化エネルギーが大きく、かつNiよりも第3イオン化エネルギーが小さい微量元素がNi−Znフェライトに添加されていることを特徴とする。   The composite magnetic material according to the first embodiment of the present invention includes ferrite-coated metal magnetic particles in which particles of a metal magnetic material are coated with Ni—Zn ferrite, has a third ionization energy higher than that of Fe, and is higher than that of Ni. 3 A trace element having a small ionization energy is added to Ni—Zn ferrite.

本実施形態で用いることができる金属磁性材料は、純鉄、鉄−ケイ素合金、鉄−ニッケル合金、センダスト合金、コバルトおよびコバルト合金、ニッケルおよびニッケル合金、各種アモルファス合金など、各種の軟磁性材料を用いることができる。金属磁性材料の粒子は、球状、円板状、フレーク状、針状、粒状などの各種形状を採ることが可能である。加圧成形時の応力の発生を防止するという観点からは、形状異方性の少ないほぼ球状の粒子を用いることが好ましい。金属磁性材料は、20nm以上、好ましくは50nm以上であり、かつ100μm以下、好ましくは30μm以下の平均粒径を有することが望ましい。このような範囲内の平均粒径を有することによって、加圧成形時のフェライト被覆層の損傷を防止して高い電気抵抗率を実現すると同時に、高い透磁率を達成することが可能となる。   Metallic magnetic materials that can be used in the present embodiment include various soft magnetic materials such as pure iron, iron-silicon alloy, iron-nickel alloy, sendust alloy, cobalt and cobalt alloy, nickel and nickel alloy, and various amorphous alloys. Can be used. The particles of the metal magnetic material can take various shapes such as a spherical shape, a disc shape, a flake shape, a needle shape, and a granular shape. From the viewpoint of preventing the occurrence of stress during pressure molding, it is preferable to use substantially spherical particles with little shape anisotropy. The metal magnetic material desirably has an average particle diameter of 20 nm or more, preferably 50 nm or more, and 100 μm or less, preferably 30 μm or less. By having an average particle size within such a range, it is possible to prevent damage to the ferrite coating layer during pressure forming and achieve high electrical resistivity, while at the same time achieving high magnetic permeability.

本実施形態で用いられる金属磁性材料の粒子は、金属酸化物などをガス還元法または固体還元法により還元する方法、カルボニル錯体などを熱分解する方法、電解による方法、機械的粉砕による方法、噴霧による方法(アトマイズ法)など、当該技術において知られている任意の方法によって製造することが可能である。   The particles of the metal magnetic material used in this embodiment are a method of reducing a metal oxide or the like by a gas reduction method or a solid reduction method, a method of thermally decomposing a carbonyl complex or the like, a method by electrolysis, a method by mechanical pulverization, a spray Can be produced by any method known in the art, such as the method according to (Atomization method).

本実施形態において、フェライト被覆層を形成するためのフェライトとしては、高い飽和磁化を有すると同時に、10〜10Ω・mの高い電気抵抗率を有するNiZnフェライトを用いることが好ましい。 In the present embodiment, as the ferrite for forming the ferrite coating layer, it is preferable to use NiZn ferrite having a high saturation magnetization and a high electrical resistivity of 10 4 to 10 6 Ω · m.

フェライト被覆層は、複合磁性材料の圧縮成形後の成形体において維持され高い電気抵抗率を与えるのに充分な厚さを有することが望ましく、通常20nm以上、より好ましくは50nm以上の厚さを有することが望ましい。また、複合磁性材料中に占めるフェライトの比率は、複合磁性材料の体積を基準として、1体積%以上50体積%以下、好ましくは1体積%以上20体積%以下であることが望ましい。このような比率の範囲内のフェライトを用いることによって、大きな飽和磁化および高い電気抵抗率を併せ持つ複合磁性材料を得ることが可能となる。   It is desirable that the ferrite coating layer has a sufficient thickness to be maintained in the compact after compression molding of the composite magnetic material to give a high electric resistivity, and usually has a thickness of 20 nm or more, more preferably 50 nm or more. It is desirable. Further, the ratio of ferrite in the composite magnetic material is desirably 1% by volume or more and 50% by volume or less, preferably 1% by volume or more and 20% by volume or less, based on the volume of the composite magnetic material. By using ferrite within such a ratio range, it is possible to obtain a composite magnetic material having both large saturation magnetization and high electrical resistivity.

さらに、本発明におけるフェライト被覆層は、Feの第3イオン化エネルギーより大きく、かつNiの第3イオン化エネルギーより小さい第3イオン化エネルギーを有する微量元素をさらに含む。用いることができる微量元素は、たとえば第1表に示すようなMnおよびCoを含む。   Furthermore, the ferrite coating layer in the present invention further includes a trace element having a third ionization energy larger than the third ionization energy of Fe and smaller than the third ionization energy of Ni. Trace elements that can be used include Mn and Co as shown in Table 1, for example.

Figure 2005310919
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このような微量元素(Met)をフェライト被覆層に添加すると、金属磁性材料との相互拡散において電子が失われても、式(III)に示すように、Niの代わりにMetが電子を放出するので、式(I)のようなNi元素の電子の授受を抑制することができる。これは、Metの第3イオン化エネルギーが、Niの第3イオン化エネルギーよりも小さいことに起因する。   When such a trace element (Met) is added to the ferrite coating layer, Met emits electrons instead of Ni as shown in formula (III) even if electrons are lost in mutual diffusion with the metal magnetic material. Therefore, the transfer of electrons of Ni element as in the formula (I) can be suppressed. This is due to the fact that the third ionization energy of Met is smaller than the third ionization energy of Ni.

Figure 2005310919
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また、相互拡散によって、金属磁性材料からNiやZnのサイトにFe2+が流入しても、式(IV)に示すようにMet3+がFe2+から電子を奪ってFe3+に安定化させるので、式(II)のような電子の授受を抑制することができる。これは、Metの第3イオン化エネルギーが、Feの第3イオン化エネルギーよりも大きいことに起因する。 In addition, even if Fe 2+ flows into the Ni or Zn site from the metal magnetic material due to interdiffusion, Met 3+ takes electrons from Fe 2+ and stabilizes it to Fe 3+ as shown in formula (IV). Transfer of electrons as in formula (II) can be suppressed. This is due to the fact that the third ionization energy of Met is larger than the third ionization energy of Fe.

Figure 2005310919
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このように適切な第3イオン化エネルギーを持つ微量元素をフェライト被覆層に添加すれば、熱処理により金属磁性材料粒子とフェライト被覆層の境界で原子が相互拡散しても、フェライト被覆層の絶縁性の低下を抑制することができる。この結果、高周波域でも渦電流が流れず、高透磁率を維持する複合磁性材料の実現が可能となる。   If a trace element having an appropriate third ionization energy is added to the ferrite coating layer in this way, even if atoms are interdiffused at the boundary between the metal magnetic material particles and the ferrite coating layer by the heat treatment, the insulating properties of the ferrite coating layer are reduced. The decrease can be suppressed. As a result, it is possible to realize a composite magnetic material that does not flow eddy current even in a high frequency range and maintains high magnetic permeability.

微量元素の添加量は、フェライト被覆層中の全金属元素を基準として0.1〜10mol%、好ましくは1〜10mol%であることが望ましい。この範囲内の添加量を用いることによって、熱処理時の相互拡散におけるNiおよびFeの電子の授受およびそれによる電気抵抗率の低下を抑制し、高い透磁率および高い電気抵抗率を有する複合磁性材料粒子を得ることができる。   The addition amount of the trace element is 0.1 to 10 mol%, preferably 1 to 10 mol%, based on the total metal elements in the ferrite coating layer. By using an addition amount within this range, composite magnetic material particles having high magnetic permeability and high electrical resistivity, suppressing the transfer of Ni and Fe electrons in interdiffusion during heat treatment and the resulting decrease in electrical resistivity. Can be obtained.

フェライト被覆層による金属磁性材料粒子の被覆は、たとえばフェライトメッキ法などによって実施することができる。Ni−Znフェライト被覆層をフェライトメッキ法によって形成する場合、たとえば、FeClなどの鉄(II)塩、NiClなどのニッケル(II)塩、ZnClなどのZn(II)塩、微量元素源としてMet−Clなどの塩、および必要に応じてFeClなどの鉄(III)塩を水に溶解させたフェライトメッキ反応液に、金属磁性材料粒子を分散させ、pHおよび温度を制御しながら酸化剤(NaNOなど)水溶液を添加することにより実施される。反応混合物のpHは、中性〜アルカリ性、たとえば7〜11程度に調整することが好ましい。好ましい反応温度は、室温〜100℃、好ましくは80℃である。さらに、超音波ホーンなどを用いて反応混合物に超音波を印加することによって、反応混合物を激しく振動させて被覆層形成を促進してもよい。生成する複合磁性材料粒子中のフェライト被覆層の膜厚および体積比は、反応時間を制御することによって調整することができる。被覆終了後、生成した複合磁性材料粒子は、乾燥および必要に応じて分級などの操作により処理されてもよい。 The metal magnetic material particles can be coated with the ferrite coating layer by, for example, a ferrite plating method. When the Ni—Zn ferrite coating layer is formed by a ferrite plating method, for example, an iron (II) salt such as FeCl 2 , a nickel (II) salt such as NiCl 2 , a Zn (II) salt such as ZnCl 2 , a trace element source While dispersing metal magnetic material particles in a ferrite plating reaction solution in which a salt such as Met-Cl 2 and, if necessary, an iron (III) salt such as FeCl 3 is dissolved in water, the pH and temperature are controlled. It is carried out by adding an oxidizing agent (NaNO 2 or the like) aqueous solution. The pH of the reaction mixture is preferably adjusted to neutral to alkaline, for example, about 7 to 11. The preferred reaction temperature is room temperature to 100 ° C, preferably 80 ° C. Furthermore, by applying ultrasonic waves to the reaction mixture using an ultrasonic horn or the like, the reaction mixture may be vigorously vibrated to promote coating layer formation. The film thickness and volume ratio of the ferrite coating layer in the produced composite magnetic material particles can be adjusted by controlling the reaction time. After completion of the coating, the produced composite magnetic material particles may be processed by operations such as drying and classification as necessary.

本発明の第2の実施形態の磁気部品は、前述の複合磁性材料粒子を圧縮成形した後、500℃以上の温度で熱処理して形成されていることを特徴とする。   The magnetic component according to the second embodiment of the present invention is characterized in that it is formed by compression-molding the above-mentioned composite magnetic material particles and then heat-treating at a temperature of 500 ° C. or higher.

複合磁性材料の圧縮成形は、金型を用いてたとえば上下方向から加圧圧縮する単軸圧縮成形、圧縮圧延成形、複合磁性材料粒子をゴム型などに詰めて全方向から圧縮する静圧圧縮成形(冷間静圧圧縮成形(CIP)、温間静圧圧縮成形(WIP)、熱間静圧圧縮成形(HIP)を含む)を用いることができる。圧縮成形の際の温度は、特に制限されるものではないが、好ましくは200〜500℃、より好ましくは300〜400℃が望ましい。このような温度範囲内で圧縮成形を行うことにより、フェライト被覆層を維持しつつ、複合磁性材料の成形性を向上させることができる。また、圧縮成形時に印加される圧力は、特に制限されるものではないが、好ましくは200〜2000MPa、より好ましくは400〜1000MPaであることが望ましい。このような範囲内の圧力を用いることによって、フェライト被覆層を維持しつつ、良好な成形体を得ることが可能となる。なお、圧縮成型時に、当該技術に知られている潤滑剤(ステアリン酸塩、ワックスなど)および/または補助剤を用いてもよい。   For compression molding of composite magnetic materials, for example, uniaxial compression molding that compresses and compresses in the vertical direction using a mold, compression rolling molding, and static pressure compression molding that compresses composite magnetic material particles in a rubber mold and compresses them in all directions. (Including cold static pressure compression molding (CIP), warm static pressure compression molding (WIP), hot static pressure compression molding (HIP)) can be used. Although the temperature in the case of compression molding is not specifically limited, Preferably it is 200-500 degreeC, More preferably, 300-400 degreeC is desirable. By performing compression molding within such a temperature range, the moldability of the composite magnetic material can be improved while maintaining the ferrite coating layer. The pressure applied during compression molding is not particularly limited, but is preferably 200 to 2000 MPa, and more preferably 400 to 1000 MPa. By using a pressure within such a range, it is possible to obtain a good molded body while maintaining the ferrite coating layer. At the time of compression molding, a lubricant (stearate, wax, etc.) and / or an auxiliary agent known in the art may be used.

次に、複合磁性材料粒子の圧縮成形により得られた半製品を熱処理して、磁気部品を形成する。本発明における熱処理は、500℃以上1000℃以下、好ましくは600℃以上800℃以下の範囲内の温度で、1秒以上60秒以下、好ましくは1秒以上30秒以下にわたって行うことが望ましい。このような条件で熱処理を行うことにより、金属磁性粒子とフェライト被覆層の間の空隙が減少すると同時に化学結合性が向上して磁路の形成が容易となり、電気抵抗率を低下させることなしに、高い透磁率を達成することが可能となる。抵抗加熱、輻射加熱、熱媒による伝導加熱、放電プラズマ加熱(非特許文献1参照)、誘導加熱などの当該技術において知られている任意の加熱手段を用いることができる。好適には、電気炉中で実施される。熱処理を大気中で実施してもよいし、あるいはHe、Ar、Nなどの不活性雰囲気中で実施してもよい。 Next, the semi-finished product obtained by compression molding of the composite magnetic material particles is heat-treated to form a magnetic part. The heat treatment in the present invention is desirably performed at a temperature in the range of 500 ° C. to 1000 ° C., preferably 600 ° C. to 800 ° C., for 1 second to 60 seconds, preferably 1 second to 30 seconds. By performing the heat treatment under such conditions, the gap between the metal magnetic particles and the ferrite coating layer is reduced, and at the same time, the chemical bondability is improved and the formation of the magnetic path is facilitated without reducing the electrical resistivity. It is possible to achieve high magnetic permeability. Any heating means known in the art such as resistance heating, radiation heating, conduction heating with a heating medium, discharge plasma heating (see Non-Patent Document 1), induction heating, and the like can be used. It is preferably carried out in an electric furnace. The heat treatment may be performed in the air or in an inert atmosphere such as He, Ar, N 2 or the like.

本発明の磁気部品は、目的とする用途に依存して種々の形状、たとえば、棒状、ドーナツ状、平板状などの形状を有することができる。本発明の磁気部品は、高い透磁率と高い電気抵抗率とを有するので、特に高周波領域で動作するトランスまたはリアクトルの磁芯として有用であり、特に小型化が要求されるノート型パソコン、小型携帯機器、薄型ディスプレイにおいて用いられるスイッチング電源用のトランスまたはリアクトルの磁芯として有用である。   The magnetic component of the present invention can have various shapes depending on the intended application, for example, a rod shape, a donut shape, a flat plate shape, and the like. Since the magnetic component of the present invention has a high magnetic permeability and a high electric resistivity, it is particularly useful as a magnetic core of a transformer or a reactor that operates in a high-frequency region. It is useful as a magnetic core for transformers or reactors for switching power supplies used in devices and thin displays.

(実施例1)
最初に、超音波励起フェライトめっき法により、フェライト被覆金属粒子粉末を作製した。金属磁性材料の粒子としては、水アトマイズ法により作製したNi78Mo5Fe粒子(全質量を基準としてNiが78質量%、Moが5質量%、残余がFeである;平均粒径8μm)を20g用いた。フェライトめっきの前処理として、これらの粒子をHO:300ml、47% HSO:1250μlおよび2mol/l HCl:1250μlの溶液中(液温70℃)に入れて、5分間超音波を印加した。
(Example 1)
First, a ferrite-coated metal particle powder was produced by an ultrasonic excitation ferrite plating method. As particles of the metal magnetic material, 20 g of Ni78Mo5Fe particles (Ni is 78% by mass, Mo is 5% by mass, and the balance is Fe; the average particle diameter is 8 μm) prepared by a water atomization method. As a pretreatment for ferrite plating, these particles were placed in a solution of H 2 O: 300 ml, 47% H 2 SO 4 : 1250 μl and 2 mol / l HCl: 1250 μl (liquid temperature 70 ° C.), and subjected to ultrasonic waves for 5 minutes. Applied.

その後、純水を入れたガラス製の反応容器中にNi78Mo5Fe粒子を移し替え、19.5kHzの超音波を印加した。この反応容器に反応液(HO:500ml、FeCl・4HO:7.95g、NiCl・6HO:2.38g、ZnCl:1.36gおよびMnCl・4HO:0.26g)、および酸化液(HO:500ml、NaNO:1.00g)を、それぞれ3ml/min、2ml/minの速度で供給した。ここで、アンモニア水を適宜滴下することにより、反応混合物のpHを10.0に維持した。上記のめっき処理により、Mn比率3mol%のNi−Znフェライト被覆層が生成される。このめっき処理を60分間行った後、粒子を分級・乾燥させた。 Thereafter, Ni78Mo5Fe particles were transferred into a glass reaction vessel containing pure water, and 19.5 kHz ultrasonic waves were applied. In this reaction vessel, the reaction solution (H 2 O: 500 ml, FeCl 2 .4H 2 O: 7.95 g, NiCl 2 .6H 2 O: 2.38 g, ZnCl 2 : 1.36 g and MnCl 2 .4H 2 O: 0 .26 g) and an oxidizing solution (H 2 O: 500 ml, NaNO 2 : 1.00 g) were supplied at a rate of 3 ml / min and 2 ml / min, respectively. Here, the pH of the reaction mixture was maintained at 10.0 by appropriately dropping ammonia water. By the above plating treatment, a Ni—Zn ferrite coating layer having a Mn ratio of 3 mol% is generated. After this plating treatment was performed for 60 minutes, the particles were classified and dried.

上記のフェライト被覆Ni78Mo5Fe粒子を超硬合金製の金型に充填し、10トン重/cm(980MPa)の一軸プレスにより内径3mmφ、外径8mmφ、高さ約3mmのリングコア形状に成型した。このリングコアを大気中で600℃の電気炉に1分間投入し、熱処理を行った。熱処理後のリングコアに1次および2次巻線をそれぞれ5ターン巻回し、B−Hアナライザにて複素透磁率μ=μ’+iμ”を10kHz〜10MHzの周波数領域で測定した。その実部μ’および虚部μ”の周波数依存性を、それぞれ図1のAおよびBとして示した(なお、図1において、複素透磁率の実部μ’および虚部μ”は、真空透磁率との比で示した)。 The ferrite-coated Ni78Mo5Fe particles were filled in a cemented carbide mold and molded into a ring core shape having an inner diameter of 3 mmφ, an outer diameter of 8 mmφ, and a height of about 3 mm by uniaxial pressing of 10 tons / cm 2 (980 MPa). This ring core was put in an electric furnace at 600 ° C. for 1 minute in the atmosphere to perform heat treatment. The primary and secondary windings were wound around the ring core after the heat treatment for 5 turns, respectively, and the complex permeability μ = μ ′ + iμ ”was measured in a frequency range of 10 kHz to 10 MHz with a BH analyzer. The frequency dependence of the imaginary part μ ″ is shown as A and B in FIG. 1, respectively. (In FIG. 1, the real part μ ′ and the imaginary part μ ″ of the complex permeability are shown as a ratio to the vacuum permeability. )

(実施例2)
実施例1記載と同様の方法で、反応液へのMnCl・4HOの投入量を0.52gとし、フェライト被覆層中のMnの比率を6mol%とした試料を作製した。得られた試料の複素透磁率の実部μ’および虚部μ”の周波数依存性を、それぞれ図1のCおよびDとして示した。
(Example 2)
In the same manner as described in Example 1, a sample was prepared in which the amount of MnCl 2 .4H 2 O added to the reaction solution was 0.52 g and the ratio of Mn in the ferrite coating layer was 6 mol%. The frequency dependence of the real part μ ′ and the imaginary part μ ″ of the complex permeability of the obtained sample is shown as C and D in FIG.

(比較例1)
上記実施例におけるMn添加の効果を明らかにするために、MnCl・4HOを用いなかったことを除いて実施例1の方法を繰り返して、フェライト被覆層にMnを添加しない試料を作製した。得られた試料の複素透磁率の実部μ’および虚部μ”の周波数依存性を、それぞれ図1のEおよびFとして示した。
(Comparative Example 1)
In order to clarify the effect of Mn addition in the above examples, the method of Example 1 was repeated except that MnCl 2 .4H 2 O was not used, and a sample in which Mn was not added to the ferrite coating layer was produced. . The frequency dependence of the real part μ ′ and the imaginary part μ ″ of the complex permeability of the obtained sample is shown as E and F in FIG.

(評価)
図1の複素透磁率の実部μ’のデータA、C、Eを比較すると、フェライト被覆層に対するMnの添加量の増大につれて、μ’の低下が開始される周波数が高周波数側にシフトしていることが分かる。また、虚部μ”のデータB、D、Fを比較すると、同様にMnの添加量が増大するにつれて、虚部μ”のピークも高周波数側にシフトしている。即ち、Mnの添加により、熱処理に伴う抵抗率の低下が抑制されている効果が明らかに現れている。
(Evaluation)
Comparing the data A, C, and E of the real part μ ′ of the complex magnetic permeability in FIG. I understand that Further, when the data B, D, and F of the imaginary part μ ″ are compared, the peak of the imaginary part μ ″ is also shifted to the high frequency side as the amount of Mn added is increased. That is, the effect of suppressing the decrease in resistivity accompanying the heat treatment is clearly shown by the addition of Mn.

ただし、低周波数域における複素透磁率の実部μ’のデータAとCとを比較すると、Mn添加量の多いCの方が、複素透磁率の実部μ’が小さいことが分かる。これは、Mnの添加によりフェライト被覆層の結晶構造が乱されたためと考えられる。このことから、目的とする用途において要求される低周波数域における複素透磁率の実部μ’の大きさと、複素透磁率の実部μ’の低下が開始される周波数とを勘案して、Mnの添加量を決定すべきであることが分かる。   However, comparing the data A and C of the real part μ ′ of the complex permeability in the low frequency region, it can be seen that the real part μ ′ of the complex permeability is smaller for C with a larger amount of Mn added. This is presumably because the crystal structure of the ferrite coating layer was disturbed by the addition of Mn. From this, taking into account the magnitude of the real part μ ′ of the complex permeability in the low frequency range required for the intended application and the frequency at which the reduction of the real part μ ′ of the complex permeability starts, Mn It can be seen that the amount of addition should be determined.

上記の結果から、本発明にしたがって、フェライト被覆金属磁性材料粒子のフェライト被覆層に、MnやCoといった適当なイオン化エネルギーを持つ元素を微少量添加することにより、熱処理時の金属磁性材料とフェライト被覆層との界面での相互拡散が発生したとしても、NiやFeイオンの電子の授受が妨げられるために、熱処理に伴う抵抗率の低下が抑えられ、高周波域まで高透磁率を維持する複合磁性材料が得られることが明らかになった。   From the above results, in accordance with the present invention, by adding a small amount of an element having an appropriate ionization energy such as Mn or Co to the ferrite coating layer of the ferrite-coated metal magnetic material particles, the metal magnetic material and the ferrite coating during heat treatment are added. Even if interdiffusion occurs at the interface with the layer, since the transfer of electrons of Ni and Fe ions is hindered, the decrease in resistivity due to heat treatment is suppressed, and the composite magnetism that maintains high permeability up to the high frequency range It became clear that the material was obtained.

本発明の実施例1、実施例2および比較例1に記載した、Mnを3mol%添加、6mol%添加および添加なしのフェライト被覆金属磁性粒子の複素透磁率の実部μ’および虚部μ”を周波数に対してプロットしたグラフである。The real part μ ′ and the imaginary part μ ″ of the complex magnetic permeability of the ferrite-coated metal magnetic particles described in Example 1, Example 2 and Comparative Example 1 of the present invention with 3 mol% of Mn added, 6 mol% added and without added. Is a graph in which is plotted against frequency.

Claims (5)

Ni−Znフェライトにより金属磁性材料の粒子を被覆したフェライト被覆金属磁性粒子を含み、Feよりも第3イオン化エネルギーが大きく、かつNiよりも第3イオン化エネルギーが小さい微量元素が前記Ni−Znフェライトに添加されていることを特徴とする複合磁性材料。   A trace element containing ferrite-coated metal magnetic particles in which particles of a metal magnetic material are coated with Ni-Zn ferrite and having a third ionization energy larger than Fe and a third ionization energy smaller than Ni is present in the Ni-Zn ferrite. A composite magnetic material characterized by being added. 前記微量元素がMnまたはCoであることを特徴とする請求項1に記載の複合磁性材料。   The composite magnetic material according to claim 1, wherein the trace element is Mn or Co. 前記微量元素の添加量が、前記Ni−Znフェライト中の全金属元素を基準として0.1mol%〜10mol%であることを特徴とする請求項2に記載の複合磁性材料。   3. The composite magnetic material according to claim 2, wherein the addition amount of the trace element is 0.1 mol% to 10 mol% on the basis of all metal elements in the Ni—Zn ferrite. 請求項1から3に記載の複合磁性材料を圧縮成形し、500℃以上の温度で熱処理して形成されることを特徴とする磁気部品。   A magnetic component formed by compression-molding the composite magnetic material according to claim 1 and heat-treating it at a temperature of 500 ° C or higher. トランスまたはリアクトルの磁芯であることを特徴とする請求項4に記載の磁気部品。
The magnetic component according to claim 4, wherein the magnetic component is a magnetic core of a transformer or a reactor.
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