JP2014103265A - 複合粒子、圧粉磁心、磁性素子および携帯型電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】チョークコイル(磁性素子)は、リング状の圧粉磁心を有する。この圧粉磁心は、複合粒子5と結合材とを混合し、成形して得られたものである。複合粒子5は、軟磁性金属材料で構成された第1粒子3と、第1粒子3を覆うように第1粒子3に固着した軟磁性金属材料で構成された第2粒子4と、を有し、第1粒子3のビッカース硬度をHV1とし、第2粒子4のビッカース硬度をHV2としたとき、250≦HV1≦1200、100≦HV2<250、および100≦HV1−HV2の関係を満足し、第1粒子3および第2粒子4についてそれぞれの投影面積円相当径をd1およびd2としたとき、d1が30μm以上100μm以下であり、d2が2μm以上20μm以下である。
【選択図】図1
Description
このように、モバイル機器の小型化および高性能化を図るためには、スイッチング電源の高周波数化が必要となる。現在、スイッチング電源の駆動周波数は数100kHz程度まで高周波数化が進んでいるが、それに伴って、モバイル機器に内蔵されたチョークコイルやインダクター等の磁性素子の駆動周波数も高周波数化への対応が必要となる。
しかしながら、薄帯から製造された磁心では、磁性素子の駆動周波数がさらに高周波数化した場合、渦電流によるジュール損失(渦電流損失)の著しく増大が避けられないおそれがある。
また、圧粉磁心では、軟磁性粉末の粒子同士がバインダーによって結着されることにより、粒子間の絶縁と磁心形状の保持とが実現されている。その一方、バインダーが多くなり過ぎると圧粉磁心の透磁率の低下が避けられない。
ところが、非晶質軟磁性粉末や結晶質軟磁性粉末の組成や粒径等によっては、粒子の偏析や均一な分散の課題等により充填率を十分に高められない場合があった。
本発明の複合粒子は、軟磁性金属材料で構成された第1粒子と、前記第1粒子を覆うように前記第1粒子に固着し前記第1粒子とは組成の異なる軟磁性金属材料で構成された第2粒子と、を有し、
前記第1粒子のビッカース硬度をHV1とし、前記第2粒子のビッカース硬度をHV2としたとき、250≦HV1≦1200、100≦HV2<250、および100≦HV1−HV2の関係にあり、
前記第1粒子の投影面積円相当径をd1とし、前記第2粒子の投影面積円相当径をd2としたとき、30μm≦d1≦100μmおよび2μm≦d2≦20μmの関係にあることを特徴とする。
これにより、複合粒子の集合物(複合粒子粉末)が圧縮され成形されたとき、第1粒子と第2粒子とが均一に分布するとともに、第1粒子同士の隙間に第2粒子が変形して入り込むように移動可能であるという観点から、充填率が高く透磁率の高い圧粉磁心を製造可能な複合粒子が得られる。
これにより、複合粒子から製造される圧粉磁心等の成形体における機械的特性の低下を抑えつつ、充填率の高い圧粉磁心を得ることができる。
本発明の複合粒子では、前記第2粒子は、結着剤を介して前記第1粒子に結着していることが好ましい。
これにより、第1粒子と第2粒子とを確実に結着させることができるので、複合粒子が圧縮されて圧粉磁心が形成されたとき、第1粒子と第2粒子とを均一に分布させることができる。このため、充填率が高く、透磁率の高い圧粉磁心が得られる。
これにより、結着剤の結着性、隙間への侵入性、および絶縁性をより高めることができる。
本発明の複合粒子では、前記第1粒子を構成する軟磁性金属材料および前記第2粒子を構成する軟磁性金属材料はそれぞれ結晶質金属材料であり、
X線回折法により測定された前記第1粒子における平均結晶粒径は、X線回折法により測定された前記第2粒子における平均結晶粒径の0.2倍以上0.95倍以下であることが好ましい。
これにより、第1粒子および第2粒子の硬度や靭性、比抵抗等を均一に制御することができ、充填率の高い圧粉磁心を得ることができる。
これにより、第1粒子は、硬度や靭性、比抵抗が高いものとなり、第2粒子は、相対的に硬度が小さいものとなるため、上記金属材料はこれらの粒子の構成材料として有用である。
これにより、第2粒子は、硬度が最適化されるとともに、複合粒子は、圧粉磁心等の用途に適用される観点で靭性や比抵抗等がより最適化される。
本発明の複合粒子では、前記第1粒子を構成する軟磁性金属材料は、Fe−Si系材料であることが好ましい。
これにより、透磁率が高く、比較的靭性が高い第1粒子が得られる。
これにより、比較的硬度が低く、比較的靭性が高い第2粒子が得られる。
本発明の複合粒子では、前記第1粒子および前記第2粒子が質量比で20:80≦前記第1粒子の質量:前記第2粒子の質量≦97:3となるよう構成されていることが好ましい。
これにより、複合粒子は、第1粒子を必要かつ十分に覆い得る第2粒子を含むものとなる。その結果、複合粒子が圧縮された圧粉磁心等に成形されたとき、充填率の高いものが得られる。
前記複合粒子同士を結合する結合材と、を圧縮成形してなる圧粉体で構成され、
前記第1粒子のビッカース硬度をHV1とし、前記第2粒子のビッカース硬度をHV2としたとき、250≦HV1≦1200、100≦HV2<250、および100≦HV1−HV2の関係にあり、
前記第1粒子の投影面積円相当径をd1とし、前記第2粒子の投影面積円相当径をd2としたとき、30μm≦d1≦100μmおよび2μm≦d2≦20μmの関係にあり、
前記第2粒子が前記第1粒子表面に沿って変形していることを特徴とする。
これにより、充填率が高く透磁率の高い圧粉磁心が得られる。
これにより、第1粒子と第2粒子とが確実に結着した複合粒子が得られるので、第1粒子と第2粒子とが均一に分布し、充填率が高く透磁率の高い圧粉磁心が得られる。
本発明の磁性素子は、本発明の圧粉磁心を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い磁性素子が得られる。
本発明の携帯型電子機器は、本発明の磁性粒子を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い携帯型電子機器が得られる。
[複合粒子]
本発明の複合粒子は、軟磁性金属材料で構成された第1粒子と、第1粒子を覆うように第1粒子に固着し第1粒子とは組成の異なる軟磁性金属材料で構成された第2粒子と、を有するものであり、このような複合粒子の集合物である粉末が、軟磁性粉末として圧粉磁心等の原材料として用いられる。
図1、2は、それぞれ本発明の複合粒子の実施形態を示す断面図である。
図1に示すように、複合粒子5は、第1粒子3とその周囲を覆うように第1粒子3に固着している第2粒子4とを有するものである。ここで、固着とは、結着剤を介して結着されている状態の他、分子間力等の各種引力により付着している状態等を指すが、図1では、結着剤6を介して第1粒子3と第2粒子4とが結着している状態を示している。
このような複合粒子5は、第1粒子3と第2粒子4との間で、その硬度および粒径について所定の関係を満足している。
具体的には、第1粒子3は、軟磁性金属材料で構成されたものであるが、そのビッカース硬度をHV1としたとき、250≦HV1≦1200の関係を満足している。一方、第2粒子4は、第1粒子3とは異なる軟磁性金属材料で構成されたものであるが、そのビッカース硬度をHV2としたとき、100≦HV2<250の関係、および100≦HV1−HV2の関係を満足している。
このような関係を満足する複合粒子5は、圧縮されて圧粉磁心等に成形されたとき、充填率の高い圧粉磁心を製造し得るものとなる。これは、第1粒子3および第2粒子4が、圧粉磁心内において均一に分布し得るよう粒径の関係が最適化され、かつ第1粒子3を覆うように第2粒子4が分布しているとともに、両者の硬度および硬度差が最適化されているため第1粒子3同士の隙間に第2粒子4が入り込むことで、圧粉磁心全体における軟磁性金属材料の充填率が高められることによるものである。その結果、全体の充填率がより均一で高いものとなり、透磁率や飽和磁束密度の高い圧粉磁心が得られる。
さらに、HV1−HV2が前記下限値を下回った場合、HV1とHV2との差が十分に確保されず、複合粒子5に圧縮荷重が加わった場合でも、第2粒子4を適度に変形させることができないため、第1粒子3同士の隙間に第2粒子4が入り込めなくなる。
また、HV1は、好ましくは300≦HV1≦1100の関係を満足し、より好ましくは350≦HV1≦1000の関係を満足するものとされる。
さらに、HV1−HV2は、好ましくは125≦HV1−HV2≦700の関係を満足し、150≦HV1−HV2≦500の関係を満足するものとされる。なお、HV1−HV2が前記上限値を上回った場合、第1粒子3や第2粒子4の粒径等によっては、第2粒子4が過度に変形し、第1粒子3と第2粒子4の分布が不均一になるおそれがある。
d1は、好ましくは40μm以上90μm以下とされ、より好ましくは45μm以上80μm以下とされる。
d2は、好ましくは5μm以上17μm以下とされ、より好ましくは7μm以上15μm以下とされる。
このうち、Fe−Si系材料が好ましく用いられる。Fe−Si系材料は、透磁率が高く、比較的靭性が高いことから、第1粒子3を構成する軟磁性金属材料として有用である。なお、Fe−Si系材料としては、例えば、Fe−Si材料、Fe−Si−B材料、Fe−Si−B−C材料、Fe−Si−Cr材料、Fe−Si−Al材料等が挙げられる。
このうち、純Fe、Fe−B系材料、Fe−Cr系材料、およびFe−Ni系材料のいずれかが好ましく用いられる。これらは比較的硬度が低く、比較的靭性が高いことから、第2粒子4を構成する軟磁性金属材料として有用である。なお、純鉄とは、炭素その他の不純物元素が非常に少ない鉄であり、不純物含有量が0.02質量%以下のものである。
このうち、前者は、第1粒子3と第2粒子4の双方が結晶質の軟磁性金属材料で構成された場合であるが、この場合、焼鈍処理等の条件を適宜変更する等して結晶の粒径を調整することにより、双方の硬度や靭性、比抵抗等を均一に制御することができ、充填率の高い圧粉磁心を得ることができる。したがって、結晶質の軟磁性金属材料は、第1粒子3や第2粒子4の構成材料として有用である。
また、第2粒子4中に存在する結晶組織の平均粒径は、30μm以上200μm以下であるのが好ましく、40μm以上180μm以下であるのがより好ましい。このような平均粒径を有する第2粒子4は、硬度が特に最適化されるとともに、複合粒子5が圧粉磁心等の用途に適用される観点で靭性や比抵抗等がより最適化される。
なお、非晶質の軟磁性金属材料とは、第1粒子3についてX線回折スペクトルを得たとき、回折ピークが検出されないものをいう。また、ナノ結晶の軟磁性金属材料とは、X線回折法により測定された結晶組織の平均粒径が1μm未満であるものをいい、結晶質の軟磁性金属材料とは、X線回折法により測定された結晶組織の平均粒径が1μm以上であるものをいう。
また、ナノ結晶の軟磁性金属材料としては、例えば、非晶質の軟磁性金属材料を結晶化させ、nmオーダーの微結晶を析出させたものが用いられる。
なお、結着性、隙間への侵入性、そして絶縁性の観点から、結着剤6の構成材料には、特にシリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂およびフェノール系樹脂のうちの少なくとも1種を含むものが好ましく用いられる。
なお、結着剤6には、上記バインダーの他に、潤滑剤が添加されていてもよい。潤滑剤が添加されることにより、第1粒子3と第2粒子4との間および複合粒子5同士の間における摩擦抵抗を低減し、複合粒子5が形成されるときの発熱等を抑制することができる。これにより、発熱に伴う第1粒子3や第2粒子4の酸化、結着剤6の変性等を抑制することができる。さらに、複合粒子5が圧縮成形されたとき、潤滑剤が染み出すことにより、成形型のかじり等の不具合を抑制することができる。その結果、高品質な圧粉磁心を効率よく製造可能な複合粒子5が得られる。
潤滑剤の構成材料としては、例えば、ラウリン酸、ステアリン酸、コハク酸、ステアリル乳酸、乳酸、フタル酸、安息香酸、ヒドロキシステアリン酸、リシノール酸、ナフテン酸、オレイン酸、パルミチン酸、エルカ酸のような高級脂肪酸と、Li、Na、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn、Cd、Al、Sn、Pb、Cdのような金属との化合物(脂肪酸金属塩)、ジメチルポリシロキサンおよびその変性物、カルボキシル変性シリコーン、αメチルスチレン変性シリコーン、αオレフィン変性シリコーン、ポリエーテル変性シリコーン、フッ素変性シリコーン、親水性特殊変性シリコーン、オレフィンポリエーテル変性シリコーン、エポキシ変性シリコーン、アミノ変性シリコーン、アミド変性シリコーン、アルコール変性シリコーンのようなシリコーン系化合物、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、カルナバワックスのような天然または合成樹脂誘導体等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いられる。
これらの成分の添加量は、結着剤6中において0.1質量%以上10質量%以下であるのが好ましく、1質量%以上8質量%以下であるのがより好ましい。
なお、結着剤6は、上記の成分の他に、酸化防止剤、脱脂促進剤、界面活性剤等を含んでいてもよい。
絶縁層31、41の構成材料としては、例えば、リン酸マグネシウム、リン酸カルシウム、リン酸亜鉛、リン酸マンガン、リン酸カドミウムのようなリン酸塩、ケイ酸ナトリウムのようなケイ酸塩(水ガラス)、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウ酸塩ガラス、硫酸塩ガラス等の無機バインダーが好ましく用いられる。無機バインダーは、特に絶縁性に優れていることから、誘導電流によるジュール損失を特に小さく抑えることができる。また、無機バインダーは比較的硬度が高いことから、絶縁層31、41は、複合粒子5が圧縮されたときでも断ち切られ難いものとなる。また、無機バインダーで構成された絶縁層31、41を設けることにより、金属材料で構成された各粒子と絶縁層との密着性、親和性が向上し、粒子間の絶縁性を特に高めることができる。
また、絶縁層31、41は、第1粒子3および第2粒子4の表面全体を覆っていなくてもよく、一部のみを覆っていてもよい。
このうち、第1粒子3および第2粒子4は、アトマイズ法により製造されたものであるのが好ましく、水アトマイズ法または高速回転水流アトマイズ法により製造されたものであるのがより好ましい。アトマイズ法は、溶融金属(溶湯)を、高速で噴射された流体(液体または気体)に衝突させることにより、溶湯を微粉化するとともに冷却して、金属粉末を製造する方法である。第1粒子3および第2粒子4をこのようなアトマイズ法によって製造することにより、より真球に近く粒径の揃った粉末を効率よく製造することができる。このため、このような第1粒子3および第2粒子4を用いることにより、充填率が高く透磁率が高い圧粉磁心が得られる。
また、アトマイズ水の水温も、特に限定されないが、好ましくは1℃以上20℃以下程度とされる。
また、得られた第1粒子3および第2粒子4には、必要に応じて焼鈍処理を施すようにしてもよい。
次に、図1に示す複合粒子5を製造する方法について説明する。
[1]まず、第1粒子3に対して絶縁層31を形成する。絶縁層31の形成は、例えば原材料を溶解または分散させた液体を第1粒子3の表面に塗布する方法も用いられるが、好ましくは原材料を機械的に固着する方法が用いられる。これにより、第1粒子3に対して密着性の高い絶縁層31が得られる。
この際、絶縁層31を形成しつつも、第1粒子3には変形等ができるだけ及ばないように、圧縮条件、摩擦条件を調整するのが好ましい。これにより、後述する工程において、第1粒子3に対して第2粒子4を効率よく固着させることができる。
また、絶縁層31の形成に際し、圧縮と摩擦の作用が働くため、仮に第1粒子3の表面に異物や不働態皮膜等が付着している場合でも、それを除去しつつ絶縁層31を形成することができ、密着性の向上が図られる。
なお、これと同様にして、第2粒子4に対しても絶縁層41を形成することができる。この際も、絶縁層41を形成しつつも、第2粒子4には変形等ができるだけ及ばないように、圧縮条件、摩擦条件を調整するのが好ましい。
この際も、結着剤6を付着させつつも、第1粒子3には変形等ができるだけ及ばないように、圧縮条件、摩擦条件を調整するのが好ましい。
なお、本実施形態では、第1粒子3のみに結着剤6を付着させるが、必要に応じて第2粒子4にも結着剤6を付着させるようにしてもよい。
第2粒子4の固着にも、例えば上述したような機械的な圧縮と摩擦とを生じさせる装置が用いられる。すなわち、結着剤6を付着させた絶縁層31付きの第1粒子3と、絶縁層41付きの第2粒子4と、を装置内に投入して圧縮摩擦作用による固着を行う。このとき、装置内において圧縮摩擦作用を及ぼす部材が被処理物を押圧する荷重は、装置の大きさ等に応じて異なるものの、一例として30N以上500N以下程度とされる。また、圧縮摩擦作用を及ぼす部材が装置内で回転しながら被処理物を押圧する場合、その回転速度は1分間に300回以上1200回以下程度に調整されるのが好ましい。
また、圧縮と摩擦における発熱によって、結着剤6が溶融し、これが第1粒子3と第2粒子4との間を結着させる。なお、これが不十分な場合等には、必要に応じて、混合の際に結着剤6を追加するようにしてもよい。
本発明の磁性素子は、チョークコイル、インダクター、ノイズフィルター、リアクトル、トランス、モーター、発電機のように、磁心を備えた各種磁性素子に適用可能である。また、本発明の圧粉磁心は、これらの磁性素子が備える磁心に適用可能である。
以下、磁性素子の一例として、2種類のチョークコイルを代表に説明する。
まず、本発明の磁性素子の第1実施形態を適用したチョークコイルについて説明する。
図3は、本発明の磁性素子の第1実施形態を適用したチョークコイルを示す模式図(平面図)である。
図3に示すチョークコイル10は、リング状(トロイダル形状)の圧粉磁心11と、この圧粉磁心11に巻き回された導線12とを有する。このようなチョークコイル10は、一般に、トロイダルコイルと称される。
圧粉磁心11の作製に用いられる結合材の構成材料としては、例えば、前述した有機バインダー、無機バインダー等が挙げられるが、好ましくは有機バインダーが用いられ、より好ましくは熱硬化性ポリイミドまたはエポキシ系樹脂が用いられる。これらの樹脂材料は、加熱されることによって容易に硬化するとともに、耐熱性に優れたものである。したがって、圧粉磁心11の製造容易性および耐熱性をより高めることができる。
なお、前記混合物中には、必要に応じて、任意の目的で各種添加剤を添加するようにしてもよい。
また、このような結合材は、圧粉磁心11の保形性を確保するとともに、複合粒子5同士の絶縁性を確保する。したがって、絶縁層31、41が省略された場合であっても鉄損が小さく抑えられた圧粉磁心が得られる。
なお、導線12の表面に、絶縁性を有する表面層を備えているのが好ましい。これにより、圧粉磁心11と導線12との短絡を確実に防止することができる。
かかる表面層の構成材料としては、例えば、各種樹脂材料等が挙げられる。
まず、複合粒子5(本発明の複合粒子)と、結合材と、各種添加剤と、有機溶媒とを混合し、混合物を得る。
次いで、混合物を乾燥させて塊状の乾燥体を得た後、この乾燥体を粉砕することにより、造粒粉を形成する。
この場合の成形方法としては、特に限定されないが、例えば、プレス成形、押出成形、射出成形等の方法が挙げられる。なお、この成形体の形状寸法は、以後の成形体を加熱した際の収縮分を見込んで決定される。
次に、本発明の磁性素子の第2実施形態を適用したチョークコイルについて説明する。
図4は、本発明の磁性素子の第2実施形態を適用したチョークコイルを示す模式図(透過斜視図)である。
以下、第2実施形態にかかるチョークコイルについて説明するが、それぞれ、前記第1実施形態にかかるチョークコイルとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
このような形態のチョークコイル20は、比較的小型のものが容易に得られる。そして、このような小型のチョークコイル20を製造する場合、透磁率および磁束密度が大きく、かつ、損失の小さい圧粉磁心21が、その作用・効果をより有効に発揮する。すなわち、より小型であるにもかかわらず、大電流に対応可能な低損失・低発熱のチョークコイル20が得られる。
以上のような本実施形態にかかるチョークコイル20を製造する場合、まず、成形型のキャビティ内に導線22を配置するとともに、キャビティ内を本発明の複合粒子で充填する。すなわち、導線22を包含するように複合粒子を充填する。
次に、導線22とともに、複合粒子を加圧して成形体を得る。
次いで、前記第1実施形態と同様に、この成形体に熱処理を施す。これにより、チョークコイル20が得られる。
次いで、本発明の磁性素子を備える携帯型電子機器(本発明の携帯型電子機器)について、図5〜7に基づき説明する。
図5は、本発明の磁性素子を備える携帯型電子機器を適用したモバイル型(またはノート型)のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。この図において、パーソナルコンピューター1100は、キーボード1102を備えた本体部1104と、表示部100を備えた表示ユニット1106とにより構成され、表示ユニット1106は、本体部1104に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター1100には、チョークコイル10、20が内蔵されている。
例えば、前記実施形態では、本発明の複合粒子の適用例として圧粉磁心について説明したが、適用例はこれに限定されず、例えば磁気遮蔽シート、磁気ヘッド等の圧粉体であってもよい。
1.圧粉磁心およびチョークコイルの製造
(サンプルNo.1)
<1>まず、Fe−6.5質量%Si合金で構成された第1粒子と、結着剤を介して第1粒子に結着し、Fe−50質量%Ni合金で構成された第2粒子と、を有する複合粒子を用意した。これらの第1粒子および第2粒子は、それぞれ原材料を高周波誘導炉で溶融するとともに、水アトマイズ法により粉末化して得られたものである。
また、第1粒子および第2粒子には、それぞれの表面に平均厚さ2μmのリン酸塩系ガラスの絶縁層が形成されたものを用いた。このリン酸塩系ガラスは、軟化点404℃のSnO−P2O5−MgO系ガラス(SnO:62モル%、P2O5:33モル%、MgO:5モル%)である。また、絶縁層の形成には、機械的粒子複合化装置を用いた。
<2>次に、絶縁層を形成した第1粒子とエポキシ樹脂(結着剤)とを機械的粒子複合化装置に投入し、結着剤を第1粒子の表面に付着させた。
また、得られた複合粒子で走査型電子顕微鏡により観察し、それぞれの粒子像を得た。そして、各粒子像から円相当径を測定し、測定された第1粒子および第2粒子の円相当径d1、d2を表1に示す。なお、観察の結果、複合粒子は、第1粒子の表面を覆うように第2粒子が分布している形態をなしていた。また、第2粒子は、第1粒子表面の70%を覆うように分布していた(被覆率70%)。
<5>次に、得られた混合物を撹拌したのち、温度60℃で1時間加熱して乾燥させ、塊状の乾燥体を得た。次いで、この乾燥体を、目開き500μmのふるいにかけ、乾燥体を粉砕して、造粒粉末を得た。
<成形条件>
・成形方法 :プレス成形
・成形体の形状:リング状
・成形体の寸法:外径28mm、内径14mm、厚さ10.5mm
・成形圧力 :20t/cm2(1.96GPa)
<8>次に、得られた圧粉磁心を用い、以下の作製条件に基づいて、図3に示すチョークコイル(磁性素子)を作製した。
<コイル作製条件>
・導線の構成材料 :Cu
・導線の線径 :0.5mm
・巻き数(透磁率測定時):7ターン
・巻き数(鉄損測定時) :1次側30ターン、2次側30ターン
複合粒子として表1、2に示すものをそれぞれ用いるようにした以外は、サンプルNo.1と同様にして圧粉磁心を得るとともに、この圧粉磁心を用いてチョークコイルを得た。なお、第1粒子表面に対する第2粒子の被覆率は、70〜85%であった。
(サンプルNo.24)
第1粒子と第2粒子とを単に撹拌するのみの撹拌混合機で撹拌、混合した後、得られた混合粉末と、エポキシ樹脂(結合材)、トルエン(有機溶媒)とを混合して、混合物を得た。以下、サンプルNo.1と同様にして圧粉磁心を得るとともに、この圧粉磁心を用いてチョークコイルを得た。
また、表1、2においては、各サンプルNo.の軟磁性粉末のうち、本発明に相当するものについては「実施例」、本発明に相当しないものについては「比較例」と示した。なお、表1、2において、(c)は各粒子の構成材料が結晶質の軟磁性金属材料であることを、(a)は各粒子の構成材料が非晶質の軟磁性金属材料であることを示している。
第2粒子の添加量を減らすことにより、複合粒子において第1粒子表面を覆う第2粒子の被覆率を55%に減らした以外は、サンプルNo.5と同様にして圧粉磁心を得るとともに、この圧粉磁心を用いてチョークコイルを得た。
(サンプルNo.26)
第2粒子の添加量を減らすことにより、複合粒子において第1粒子表面を覆う第2粒子の被覆率を40%に減らした以外は、サンプルNo.5と同様にして圧粉磁心を得るとともに、この圧粉磁心を用いてチョークコイルを得た。
結着剤をシリコーン系樹脂に変更した以外は、サンプルNo.5、7と同様にして圧粉磁心を得るとともに、この圧粉磁心を用いてチョークコイルを得た。
(サンプルNo.29、30)
結着剤をフェノール系樹脂に変更した以外は、サンプルNo.5、7と同様にして圧粉磁心を得るとともに、この圧粉磁心を用いてチョークコイルを得た。
2.1 X線回折法による平均結晶粒径の測定
各サンプルNo.の複合粒子について、X線回折法によりX線回折スペクトルを取得した。例えばサンプルNo.1の複合粒子から得られたX線回折スペクトルには、Fe−Si系合金に由来する回折ピークと、Fe−Ni系合金に由来する回折ピークと、が含まれていた。
そこで、各回折ピークの形状(半値幅)に基づき、第1粒子に含まれる結晶組織の平均結晶粒径と、第2粒子に含まれる結晶組織の平均結晶粒径と、を算出した。算出結果を表1、2に示す。
2.2 圧粉磁心の密度の測定
各サンプルNo.の圧粉磁心について密度を測定した。そして、各サンプルNo.の複合粒子の組成から計算される真比重に基づき、各圧粉磁心の相対密度を算出した。算出結果を表1、2に示す。
各サンプルNo.のチョークコイルについて、それぞれの透磁率μ’、鉄損(コアロスPcv)を以下の測定条件に基づいて測定した。測定結果を表1、2に示す。
<測定条件>
・測定周波数(透磁率):10kHz、100kHz、1000kHz
・測定周波数(鉄損) :50kHz、100kHz
・最大磁束密度 :50mT、100mT
・測定装置 :交流磁気特性測定装置(岩通計株式会社製、B−HアナライザSY8258)
なお、サンプルNo.24の圧粉磁心について、その内部における第1粒子と第2粒子の分布状況を観察したところ、局所的に第1粒子のみが凝集したり第2粒子のみが凝集したりした部位が含まれていることが認められた。
なお、サンプルNo.25、26の圧粉磁心については、各表に掲載していないものの、表1、2に示した各実施例に相当する圧粉磁心に比べて、相対密度が低かった。これは、被覆率が低いことが影響しているものと考えられる。
また、サンプルNo.27〜30の圧粉磁心については、各表に掲載していないものの、表1、2に示した各実施例に相当する圧粉磁心と同等の特性を示した。
Claims (14)
- 軟磁性金属材料で構成された第1粒子と、前記第1粒子を覆うように前記第1粒子に固着し前記第1粒子とは組成の異なる軟磁性金属材料で構成された第2粒子と、を有し、
前記第1粒子のビッカース硬度をHV1とし、前記第2粒子のビッカース硬度をHV2としたとき、250≦HV1≦1200、100≦HV2<250、および100≦HV1−HV2の関係にあり、
前記第1粒子の投影面積円相当径をd1とし、前記第2粒子の投影面積円相当径をd2としたとき、30μm≦d1≦100μmおよび2μm≦d2≦20μmの関係にあることを特徴とする複合粒子。 - 前記第2粒子は、前記第1粒子の表面の70%以上を覆うように固着している請求項1に記載の複合粒子。
- 前記第2粒子は、結着剤を介して前記第1粒子に結着している請求項1または2に記載の複合粒子。
- 前記結着剤の構成材料は、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂およびフェノール系樹脂のうちの少なくとも1種を含む請求項3に記載の複合粒子。
- 前記第1粒子を構成する軟磁性金属材料および前記第2粒子を構成する軟磁性金属材料はそれぞれ結晶質金属材料であり、
X線回折法により測定された前記第1粒子における平均結晶粒径は、X線回折法により測定された前記第2粒子における平均結晶粒径の0.2倍以上0.95倍以下である請求項1ないし4のいずれか1項に記載の複合粒子。 - 前記第1粒子を構成する軟磁性金属材料は非晶質金属材料またはナノ結晶金属材料であり、前記第2粒子を構成する軟磁性金属材料は結晶質金属材料である請求項1ないし4のいずれか1項に記載の複合粒子。
- X線回折法により測定された前記第2粒子における平均結晶粒径は、30μm以上200μm以下である請求項5または6に記載の複合粒子。
- 前記第1粒子を構成する軟磁性金属材料は、Fe−Si系材料である請求項1ないし5のいずれか1項に記載の複合粒子。
- 前記第2粒子を構成する軟磁性金属材料は、純Fe、Fe−B系材料、Fe−Cr系材料、およびFe−Ni系材料のうちのいずれかである請求項8に記載の複合粒子。
- 前記第1粒子および前記第2粒子が質量比で20:80≦前記第1粒子の質量:前記第2粒子の質量≦97:3となるよう構成されている請求項1ないし9のいずれか1項に記載の複合粒子。
- 軟磁性金属材料で構成された第1粒子と、前記第1粒子を覆うように前記第1粒子に固着し前記第1粒子とは組成の異なる軟磁性金属材料で構成された第2粒子と、を有する複合粒子と、
前記複合粒子同士を結合する結合材と、を圧縮成形してなる圧粉体で構成され、
前記第1粒子のビッカース硬度をHV1とし、前記第2粒子のビッカース硬度をHV2としたとき、250≦HV1≦1200、100≦HV2<250、および100≦HV1−HV2の関係にあり、
前記第1粒子の投影面積円相当径をd1とし、前記第2粒子の投影面積円相当径をd2としたとき、30μm≦d1≦100μmおよび2μm≦d2≦20μmの関係にあり、
前記第2粒子が前記第1粒子表面に沿って変形していることを特徴とする圧粉磁心。 - 前記第2粒子は、結着剤を介して前記第1粒子に結着している請求項11に記載の圧粉磁心。
- 請求項11または12に記載の圧粉磁心を備えることを特徴とする磁性素子。
- 請求項13に記載の磁性素子を備えることを特徴とする携帯型電子機器。
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