JP2010010529A - 磁気コアおよび磁気コアの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】軟磁性金属粉末と樹脂結着材とを含む磁気コア1であって、導線が巻回される心棒部11と、心棒部11の一端または両端に設けられた端部12とを有し、端部12は、心棒部11の長さ方向に直交する断面において断面積が心棒部11の断面積よりも大きく、端部12の断面が心棒部11の断面より拡開している部分を端部12より除いて残った部分を端部中央部13とすると、心棒部11の密度dbが、端部中央部13の密度de'よりも高い、磁気コア1。
【選択図】図1
Description
(1)軟磁性金属粉末と樹脂結着材とを含む磁気コアであって、導線が巻回される心棒部と、前記心棒部の一端または両端に設けられた端部とを有し、前記端部は、前記心棒部の長さ方向に直交する断面において断面積が前記心棒部の断面積よりも大きく、前記端部の前記断面が前記心棒部の前記断面より拡開している部分を前記端部より除いて残った部分を端部中央部とすると、前記心棒部の密度dbが、前記端部中央部の密度de'よりも高い、磁気コア、
(2)前記心棒部の密度dbが、前記端部の密度deよりも高い、(1)に記載の磁気コア、
(3)前記心棒部の密度dbに対する前記端部中央部の密度de'の比de'/dbが、0.25以上、0.95以下である、(1)または(2)に記載の磁気コア、
(4)前記心棒部の密度dbが3.0g/cm3以上、5.0g/cm3以下である、(1)乃至(3)のいずれかに記載の磁気コア、
(5)前記端部中央部の密度de'が1.7g/cm3以上、4.75g/cm3以下である、(1)乃至(4)のいずれかに記載の磁気コア、
(6)前記心棒部の密度dbに対する前記端部の密度deの比de/dbが、0.25以上、0.95以下である、(1)乃至(5)のいずれかに記載の磁気コア、
(7)前記端部の密度deが1.7g/cm3以上、4.75g/cm3以下である、(1)乃至(6)のいずれかに記載の磁気コア、
(8)前記軟磁性金属粉末が、アモルファス軟磁性金属粉末またはナノ結晶を含むアモルファス軟磁性金属粉末である、(1)乃至(7)のいずれかに記載の磁気コア、
(9)前記軟磁性金属粉末が、扁平形状を有する軟磁性金属粉末である、(1)乃至(8)のいずれかに記載の磁気コア、
(10)前記軟磁性金属粉末が、厚みに対する短径の比、(短径/厚み)が2以上、3,000以下である扁平形状を有する、(9)に記載の磁気コア、
(11)前記樹脂結着材が熱硬化性樹脂である、(1)乃至(10)のいずれかに記載の磁気コア、
(12)前記熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、およびシリコーン樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種である、(11)に記載の磁気コア、
(13)前記磁気コアは湾曲した細長形状を有する、(1)乃至(12)のいずれかに記載の磁気コア、
(14)前記磁気コアは、軟磁性金属粉末と樹脂結着材とを含む原料を金型に充填する工程と、前記金型に充填された前記原料を一体的に圧縮成形して磁気コアを得る工程とを含む方法により製造される、(1)乃至(13)のいずれかに記載の磁気コア、
(15)前記磁気コアは、あらかじめ成形された心棒部を含む成形物を挿入物として用い、前記成型物の一端または両端に前記端部をインサート成形することにより、製造される、(1)乃至(13)のいずれかに記載の磁気コア、
(16)前記磁気コアは、あらかじめ成形された前記端部を挿入物として用い、前記心棒部をインサート成形することにより、製造される、(1)乃至(13)のいずれかに記載の磁気コア、
(17)(1)乃至(13)のいずれかに記載の磁気コアに導線を巻回してなるアンテナ、
(18)前記アンテナが、10kHz〜20MHzの長波帯の電波を送信、受信、または送受信するためのアンテナである、(17)に記載のアンテナ、
(19)(17)または(18)に記載のアンテナを受信アンテナとして用いる、電波時計、
(20)(17)または(18)に記載のアンテナを送信アンテナ、受信アンテナ、または送受信アンテナとして用いる、自動車用キーレスエントリーシステム、
(21)(17)または(18)に記載のアンテナを送信アンテナ、受信アンテナ、または送受信アンテナとして用いる、タイヤ空気圧モニタリングシステム、
(22)(17)または(18)に記載のアンテナを送信アンテナ、受信アンテナ、または送受信アンテナとして用いる、無線周波数識別システム、
(23)(17)または(18)に記載のアンテナを送信アンテナ、受信アンテナ、または送受信アンテナとして用いる、電子式物品監視システム。
心棒部11の密度dbは、好ましくは3.0g/cm3以上、5.0g/cm3以下、より好ましくは3.8g/cm3以上、4.5g/cm3以下である。優れた磁気特性を得るために、心棒部11は軟磁性金属粉末をより多く含むことが好ましく、軟磁性金属粉末が含まれる密度が上記範囲内であれば優れた磁気特性が得られる。
本実施形態では、端部において断面が心棒部よりも拡開している。そのため、後述するように、端部において、心棒部よりも磁性粉の密度を低くすることで、L値およびQ値の良好なバランスが得られる。その結果、磁気特性の向上を図ることができる。
Q=ωL/R
(ここで、ωは2πf(f:周波数)、Rは損失を表す)。
磁気特性向上の観点からは、L値、Q値ともに高い方が好ましい。
また、特に、開磁路構造を有するコア形状においては、磁性粉密度が所定の値を超えて増大させた場合、L値はほぼ一定の値を示すのに対し、損失Rの量は依然、減少しつづける。この結果、Q値が劣化する。このため、磁性粉密度が所定の値を超えると、L値およびQ値のバランスは悪化し、磁気特性はかえって劣化することとなる。
本実施形態の磁気コアの構成により磁気特性が向上する理由については、必ずしも明らかではないが、以下のように推察される。
まず、樹脂結着材として用いる熱硬化性樹脂等の樹脂粉末と軟磁性金属粉末とを混合する。その後、一旦、タブレット状、柱状、顆粒状、またはペレット状に成形したものを用いて従来公知の種々の成形機を用いて成形してもよく、または粉末状の混合粉末をそのまま用いて成形機で成形してもよい。
硬化時間は、硬化剤、硬化促進剤等の選択に応じて適宜調整し、例えば5秒〜2時間程度の範囲で行うが、30秒〜10分で成形されるようにその他の成形条件を調整することが好ましい。
配合した液体状の熱硬化性樹脂と軟磁性金属粉末とを予め混合したものを金型に入れ、成形機で成形する。溶媒が含まれる場合には溶媒を揮発させた後に成形する。または予め溶媒を揮発させた後に金型に入れ、成形機で成形する。このようにして所望の形状のアンテナコアを作製することができる。
本発明の磁気コアは、当該分野で公知の種々の方法を用いて、電波時計、自動車用キーレスエントリーシステム、タイヤ空気圧モニタリングシステム、無線周波数識別システム、電子式物品監視システムに用いることができる。
Fe66Ni4Si14B9Al4Nb3の組成を有する合金を高周波溶解炉を用いて1300℃の溶湯とした。この溶解炉の底に取り付けたノズルを通して溶湯を流下させ、ノズルの先端に設けたガスアトマイズ部から75kg/cm2の高圧アルゴンガスを用いて溶湯を微粒化した。この微粒化させた溶湯をそのままロール径190mm、頂角80度、回転数7200rpmの円錐形の回転冷却体に衝突させて急冷することにより、Fe66Ni4Si14B9Al4Nb3の組成を有する平均長径150μm、平均短径55μm、平均厚み2μmの扁平な軟磁性金属粉末を作製した。この軟磁性金属粉末に、窒素ガス雰囲気下で550℃で1時間熱処理を加えた。熱処理後の軟磁性金属粉末のX線回折を測定した結果、ややブロードな回折ピークが出現しており、そのピークの半値幅からScherrerの式を用いて算出した結晶子のサイズはほぼ20nmであった。
実施例1と同様に樹脂結着材を配合し、実施例1の軟磁性金属粉末の量が混合粉全体の重量に対して84質量%となるように調整し、混合粉末を作製した。軟磁性金属粉の量を調整した以外は、実施例1と同様に試料を準備した。金型を予め160℃に予熱し、上記混合粉末を金型に充填した。金型を合わせて圧縮成形機にセットし、予熱30秒後、金型をゆっくりと押しながら、20秒の時間を掛けて30MPaまで圧力を印加し、160℃、30MPaで、10分間加圧した。金型取り出し後、コア材を取り出し、180℃で2時間のキュアを行った。同じ方法を用いて、同じ形状の磁気コアを2個作製した。実施例1と同様に密度、L値およびQ値を評価した。L値が9.7mH、およびQ値が70と良好な特性を示した。結果を表1に示す。
実施例1と同様に準備した、樹脂結着材と軟磁性金属粉末との混合粉0.9gを1.4x1.05mmの長方形の金型に充填した。金型は予め160℃に予熱しておいた。充填後、予熱を30秒行った。その後、金型をゆっくりと押しながら、1分の時間を掛けて30MPaまで圧力を印加し、160℃、30MPaで、10分間加圧した。金型取り出し後、コア材を取り出し、直方体の板材を作製した、この板材をバリとり、研磨にて厚さ1.0mmに調整した。この板材を心棒部として、心棒部の部分を挿入物として用い、端部に樹脂を充填できるようなゲートを設けたトランスファー成形用の金型を準備した。また、かかる金型により形成されるコアの形状は実施例1と同様の形状とした。この金型に、心棒部の部分を挿入した。樹脂結着材粉末、軟磁性金属粉末、および実施例1と同様のその他の添加剤を含む混合粉は、混合粉全体の重量に対して、軟磁性金属粉末が74質量%になるように、実施例1と同様に調製した。かかる混合粉を予め円柱状のタブレットに加工したものを金型に挿入し、トランスファー成形により端部を付与した。
実施例1で得られた磁気コアに、フッ素系樹脂のTFIコートを30μmで全面にコーティングした。このコアに直径0.06mmの3種のウレタン被覆銅線を1900ターン巻回し、アンテナを作製した。磁気特性を、LCRメータを用いて測定した。60kHzでL値が19.8mH、Q値が65(測定電圧0.1V)であり、良好な特性が得られた。
実施例1と同一形状となる、トランスファー成形用の金型を作製した。成形には、直径30mmのタブレットを予め成形した。このタブレットは、実施例1と同様に樹脂結着材を配合し、実施例1の軟磁性金属粉末の量が混合粉全体の重量に対して84質量%となるように調整し、混合粉末を作製した。配合した混合粉末を用い、以下のようにして成形した。直径30mmの圧縮成形用の金型を準備し、金型を80℃に予熱した。この金型に混合粉末を投入し、上型を合わせて、熱プレスにて、80℃、30MPaで、5分加圧した。その後、冷却してタブレットを作製した。
実施例1と同様に樹脂結着材を配合し、実施例1の軟磁性金属粉末の量が混合粉全体の重量に対して74質量%となるように調整し、混合粉末を作製した。その他の配合条件は実施例1と同様である。この混合粉末を比較例1と同様にして、トランスファー成形にてコアを作製した。
実施例1と同様に軟磁性金属粉と熱硬化性樹脂とを混合した。混合粉末全体の重量に対して軟磁性金属粉が87質量%となるようにした。混合粉を金型に同様に充填した。金型を圧縮成形機にセットした後、予熱30秒後に、5秒で規定圧力の30MPaまで加圧を行った。その後11分保持した後、圧力を0として、金型を取り出し、コアを取り出した。コアを180℃で2時間キュアを行った。
実施例1と同様に熱硬化性樹脂を配合した。実施例1の軟磁性金属粉の量を混合粉末全体の重量に対して72質量%となるように調整し、混合粉を作製した。その他の配合条件は実施例1と同様である。
実施例1と同様に、金型を予め160℃に予熱し、上記混合粉末を金型に充填した。金型を合わせて圧縮成形機にセットし、予熱30秒後、金型をゆっくりと押しながら、20秒の時間を掛けて30MPaまで圧力を印加し、160℃、10分、30MPaで加圧した。金型取り出し後、コア材を取り出し、180℃で2時間のキュアを行った。同じ方法を用いて、同じ形状の磁気コアを2個作製した。実施例1と同様に密度、L値およびQ値を評価した。結果を表1に示す。
実施例1と同様に樹脂を配合し、実施例1の軟磁性金属粉の量を混合粉末全体の重量に対して78質量%となるように調整し、混合粉を作製した。その他の配合条件は実施例1と同様である。コアの成形は比較例2と同様に作成した。実施例1と同様に密度、L値およびQ値を評価した。結果を表1に示す。
実施例3と同様に混合粉を配合し、この混合粉を長方形の金型に充填し、厚さ1.0mmに調整した板材の心棒部を作製した。この心棒部の部分を挿入物として用い、実施例3と同様なコア形状となる、端部に樹脂を充填できるような射出成形用の金型を用いた。ただし、この金型により形成されるコアは実施例1で形成されるコアの端部の厚みのみを4.0mmとなるような形状とし、厚さ方向の中央に心棒となる形状とした。この金型に、心棒部の部分を挿入した。樹脂結着材粉末、軟磁性金属粉末等との混合粉は、軟磁性金属粉末が混合粉末全体の重量に対して48質量%になるように、樹脂にさらに液晶ポリマー(ベクトラA130:ポリプラスチック製)を混合した。混合粉を溶融合した後、冷却し、混合塊を数mm程度の粉末に荒く砕いた。この粉末を成形機に挿入し、溶融後、射出成形により端部を付与した。実施例1と同様に密度、L値およびQ値を評価した。結果を表1に示す。
コアの形状を実施例5と同様の形状とした以外は、実施例1で用いたものと同様の圧縮成形用の金型を作製した。この金型を用い、比較例3と同様に、混合粉末全体の重量に対して軟磁性金属粉の量が87質量%になるように調整し、比較例3と同様に圧縮成形により磁気コアを作製した。実施例1と同様に密度、L値およびQ値を評価した。結果を表1に示す。
11 心棒部
12 端部
13 端部中央部
Claims (23)
- 軟磁性金属粉末と樹脂結着材とを含む磁気コアであって、導線が巻回される心棒部と、前記心棒部の一端または両端に設けられた端部とを有し、前記端部は、前記心棒部の長さ方向に直交する断面において断面積が前記心棒部の断面積よりも大きく、
前記端部の前記断面が前記心棒部の前記断面より拡開している部分を前記端部より除いて残った部分を端部中央部とすると、前記心棒部の密度dbが、前記端部中央部の密度de'よりも高い、磁気コア。 - 前記心棒部の密度dbが、前記端部の密度deよりも高い、請求項1に記載の磁気コア。
- 前記心棒部の密度dbに対する前記端部中央部の密度de'の比de'/dbが、0.25以上、0.95以下である、請求項1または2に記載の磁気コア。
- 前記心棒部の密度dbが3.0g/cm3以上、5.0g/cm3以下である、請求項1乃至3のいずれかに記載の磁気コア。
- 前記端部中央部の密度de'が1.7g/cm3以上、4.75g/cm3以下である、請求項1乃至4のいずれかに記載の磁気コア。
- 前記心棒部の密度dbに対する前記端部の密度deの比de/dbが、0.25以上、0.95以下である、請求項1乃至5のいずれかに記載の磁気コア。
- 前記端部の密度deが1.7g/cm3以上、4.75g/cm3以下である、請求項1乃至6のいずれかに記載の磁気コア。
- 前記軟磁性金属粉末が、アモルファス軟磁性金属粉末またはナノ結晶を含むアモルファス軟磁性金属粉末である、請求項1乃至7のいずれかに記載の磁気コア。
- 前記軟磁性金属粉末が、扁平形状を有する軟磁性金属粉末である、請求項1乃至8のいずれかに記載の磁気コア。
- 前記軟磁性金属粉末が、厚みに対する短径の比、(短径/厚み)が2以上、3,000以下である扁平形状を有する、請求項9に記載の磁気コア。
- 前記樹脂結着材が熱硬化性樹脂である、請求項1乃至10のいずれかに記載の磁気コア。
- 前記熱硬化性樹脂が、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、およびシリコーン樹脂からなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項11に記載の磁気コア。
- 前記磁気コアは湾曲した細長形状を有する、請求項1乃至12のいずれかに記載の磁気コア。
- 前記磁気コアは、軟磁性金属粉末と樹脂結着材とを含む原料を金型に充填する工程と、前記金型に充填された前記原料を一体的に圧縮成形して磁気コアを得る工程とを含む方法により製造される、請求項1乃至13のいずれかに記載の磁気コア。
- 前記磁気コアは、あらかじめ成形された心棒部を含む成形物を挿入物として用い、前記成型物の一端または両端に前記端部をインサート成形することにより、製造される、請求項1乃至13のいずれかに記載の磁気コア。
- 前記磁気コアは、あらかじめ成形された前記端部を挿入物として用い、前記心棒部をインサート成形することにより、製造される、請求項1乃至13のいずれかに記載の磁気コア。
- 請求項1乃至13のいずれかに記載の磁気コアに導線を巻回してなるアンテナ。
- 前記アンテナが、10kHz〜20MHzの長波帯の電波を送信、受信、または送受信するためのアンテナである、請求項17に記載のアンテナ。
- 請求項17または18に記載のアンテナを受信アンテナとして用いる、電波時計。
- 請求項17または18に記載のアンテナを送信アンテナ、受信アンテナ、または送受信アンテナとして用いる、自動車用キーレスエントリーシステム。
- 請求項17または18に記載のアンテナを送信アンテナ、受信アンテナ、または送受信アンテナとして用いる、タイヤ空気圧モニタリングシステム。
- 請求項17または18に記載のアンテナを送信アンテナ、受信アンテナ、または送受信アンテナとして用いる、無線周波数識別システム。
- 請求項17または18に記載のアンテナを送信アンテナ、受信アンテナ、または送受信アンテナとして用いる、電子式物品監視システム。
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