JP2016012671A

JP2016012671A - 圧粉磁心用前駆体、圧粉磁心、および電子部品

Info

Publication number: JP2016012671A
Application number: JP2014133805A
Authority: JP
Inventors: 関　淳一; Junichi Seki; 淳一関
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2014-06-30
Publication date: 2016-01-21
Anticipated expiration: 2034-06-30
Also published as: JP6330517B2

Abstract

【課題】高比透磁率、高強度、高熱伝導率の圧粉磁心およびその圧粉磁心を備える小型、高機能、高信頼性のインダクター、リアクトル、トランス、非接触給電デバイス、磁気シールド部品等の磁気応用電子部品を提供する。
【解決手段】圧粉磁心４のバインダーをメソゲン骨格をもつエポキシ樹脂硬化物とすることで高比透磁率かつ高強度かつ高熱伝導率の圧粉磁心４を得る。
【選択図】図２

Description

本発明は、金属磁性粒子を圧縮成形した圧粉磁心に関するもので、良好な磁気特性と高信頼性を得ることが可能なインダクター、リアクトル、トランス、非接触給電コイル、磁気シールドなどの磁気応用電子部品に用いられる圧粉磁心を提供するものである。

近年、スマートフォン・タブレットＰＣ分野に代表されるように電気・機器の小型化と高機能化が進み、小型で高性能の磁心が要求されてきている。また、自動車分野においても、自動車の電子化の急速な進展に伴い、その電装品への小型化と高機能化の要求は極めて強い。電子機器の高機能化に対応した小型で高性能な磁心の材料技術として、軟磁性金属材料の採用があげられる。

一般にインダクター、リアクトル等の磁気応用電子部品の磁心としては、軟磁性フェライト粒子を焼結して作成される焼結（フェライト）磁心と、金属磁性粒子を圧縮成形して作成される圧粉磁心がある。金属磁性粒子は、軟磁性フェライト粒子と比較して著しく高い飽和磁束密度を有しているために小型化に有利である。また、金属磁性粒子の圧粉磁心はパワー系用途において大きな直流電流を重畳して磁気飽和に達しづらいため、電子機器の高機能化には必須である磁心の大電流化対応にも有利である。しかしながら、金属磁性粒子は電気抵抗率が小さいため、渦電流による損失が大きくなり、圧粉磁心の発熱損失が膨大なものとなる。このことで電子機器の高周波化が進むにつれ、エネルギー損失が大きくなり、電子機器の省エネ化の流れに逆行することになるので大きな問題となる。

また、その圧粉磁心は焼結（フェライト）磁心とは異なり、金属磁性粒子間の接合が焼結により形成されるわけではないので、電子部品として必要な磁心の強度の確保のため、粒子間の接合手法も必要となる。

一般工業的には渦電流による損失を減らし、磁心強度の確保のため、その金属磁性粒子に有機あるいは無機の絶縁層を設けたものを、バインダーとよばれる有機あるいは無機の絶縁性結着剤で被覆した後、圧縮成形、接合した後、加熱等により固化させて圧粉磁心としている。ここでバインダーとして使用される樹脂等は、該金属磁性粒子との複合化工程ではその粒子被覆が容易であり、固化工程では加熱される時に溶融流動して金属磁性粒子の間を十分に充填できることが必要である。バインダーとして従来使用されてきた代表的なものとしては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリシルセン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、水ガラス、低融点ガラス等がある。いずれのバインダー検討でも圧粉磁心の、高強度化の検討がさかんになされてきている（特許文献１〜３）。現在では、高い接着力からの圧粉磁心の高強度性の付与、優れた電気絶縁性をもつこと、２００℃以下の低温硬化が可能であること、寸法安定性に優れていること、耐溶剤性に優れていること、低コストであり工業的に容易に入手できる等により、巻線が圧粉磁心の中に備えられているモールド型インダクター等の電子部品ではエポキシ樹脂がもっとも一般的に用いられている。

こうした圧粉磁心では、単位体積あたりの金属磁性粒子の充填率すなわち磁心密度を高くすることで、高比透磁率化が可能となる。その結果、高い磁束密度が得られやすくなることで、磁心の小型・高性能化を達成することができる。

その磁心密度の向上に関しては、特許文献１にあるように純鉄に代表される軟質な磁性材料に高絶縁性を付与して、その純鉄粉の成形圧力による大きな塑性変形すなわち圧縮性の高さを利用し、充填率を上げ、その密度を向上させることが一般になされてきている。また、金属磁性粒子間に潤滑剤を存在させることで、圧粉成形時の粒子間の摩擦を最小にし、粒子の加圧時の再配列を促進することでの高密度化することも行われている。（特許文献４）ここでいう再配列とは、粒子が加圧により動き、その最密充填状態に近づいていくことをいう。

特開２００６−２３３２９５号公報特開２００２−２８０２０９号公報特開２００７−３２４２１０号公報特開２０１１−２９６０５号公報

しかしながら、前記の特許文献１の手法では軟質の金属材料ではない、硬質のアモルファス金属、Ｆｅ−Ｓｉ系金属等の合金系磁性材料では塑性変形の寄与が期待できず、原理的に適用が困難という本質的な課題がある。

また、前記の特許文献２〜３の手法では圧粉磁心の強度確保のため、硬質のフェノール樹脂や高強度のスーパーエンジニアリングプラスチックであるポリエーテルケトン樹脂を用いているため、圧縮成型時に、それらのバインダーの変形が困難である。これにより粒子の再配列も困難となり、圧粉磁心において高強度を保持しつつ、高密度化をするということが困難という本質的な課題がある。

また、特許文献４については、金属磁性粒子の再配列を用いた手法なので粒子の硬度にかかわらず磁心の高密度化は期待できるが、その粒子間に結着とは相反する潤滑剤が存在することとなるので、エポキシ樹脂硬化物等の高接着の結着剤を粒子間に存在させても磁心の強度は低下する。したがって、それを適用したインダクター等の磁気応用電子部品の信頼性も低下することとなる。

特に、軟磁性材料の最重要特性である磁気特性の向上や圧粉磁心の耐電圧性向上のため、球状の金属磁性粒子を用いた場合に、不定形状の粒子と比較して、投錨効果とよばれる粒子間の引っ掛かり具合が最小となるため、粒子間の結着に不利である潤滑剤により圧粉磁心の強度はさらに大きく低下する。そして、その大きな強度低下に伴い磁気応用電子部品の信頼性もさらに大きく低下する。

さらに、前記球状の金属磁性粒子を圧粉磁心へ適用した場合においては、不定形状の粒子と比較して、粒子間の熱伝導パスが少なくなることにより、磁心の熱伝導率が低下する。これにより、それを適用した磁気応用電子部品の熱抵抗が増大することで、電子部品の発熱の観点より、高磁束密度化が達成できたとしても、その小型化および高機能化に伴う大電流化対応すなわち動作時の温度上昇制御が困難となる。

そこで、本発明の目的は、高比透磁率、高強度、高熱伝導率の圧粉磁心およびその圧粉磁心を備える小型、高機能、高信頼性のインダクター、リアクトル、トランス、非接触給電デバイス、磁気シールド部品等の磁気応用電子部品を提供することである。

本発明者は、巻線内蔵型インダクター等の磁気応用電子部品に最適な圧粉磁心の検討の中で、その圧粉磁心中のバインダーの組成、化学構造および物性を種々詳細に検討したそのバインダーをメソゲン骨格をもつエポキシ樹脂硬化物と高比透磁率かつ高強度かつ高熱伝導率の圧粉磁心が得られ、その圧粉磁心は小型、高機能、高信頼性のインダクター、リアクトル、トランス、非接触給電デバイス、磁気シールド部品等の磁気応用電子部品に有用であることを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明の圧粉磁心用前駆体は、少なくとも下記式に示すメソゲン骨格を有するエポキシ樹脂を含むバインダーと金属磁性粒子との複合体で構成されることを特徴とする。

これにより、高比透磁率、高強度、高熱伝導率の圧粉磁心を得ることができる。

さらに、本発明の圧粉磁心用前駆体は、少なくとも下記式に示す配向したメソゲン骨格を有するエポキシ樹脂を含むバインダーと金属磁性粒子との複合体で構成されることが好ましい。

これにより、さらに、より一層、高比透磁率化、高強度化、高熱伝導率化が可能である。

本発明の圧粉磁心は、少なくとも下記式に示すメソゲン骨格を有するエポキシ樹脂を含むバインダーと金属磁性粒子との複合体で構成されることを特徴とする。

さらに、本発明の圧粉磁心は、少なくとも下記式に示す配向したメソゲン骨格を有するエポキシ樹脂を含むバインダーと金属磁性粒子との複合体で構成されることが好ましい。

また、本発明の圧粉磁心は、上記に記載の圧粉磁心用前駆体で構成していることが好ましい。上記前駆体を使用することにより、高比透磁率、高強度、高熱伝導率の圧粉磁心を得ることができる。

さらに、本発明の圧粉磁心用前駆体は、金属磁性粒子が球状粒子であることが好ましい。これにより、高比透磁率、高強度、高熱伝導率に加え、高耐電圧の圧粉磁心を得ることができる。

さらに、本発明の圧粉磁心は、金属磁性粒子が球状粒子であることが好ましい。これにより、高比透磁率、高強度、高熱伝導率に加え、高耐電圧の圧粉磁心を得ることができる。

また、本発明の電子部品は、上記の圧粉磁心を備える。この圧粉磁心を使用してインダクター、リアクトル、トランス、非接触給電コイル、磁気シールド部品等の電子部品を提供する。そして、このような電子部品に対して、本発明は小型化、高機能化を可能にし、かつ信頼性を大きく向上させることができる。

本発明によれば、高比透磁率、高強度、高熱伝導の圧粉磁心を提供することができる。さらに、その圧粉磁心からなる小型、高機能、高信頼性のインダクター、リアクトル、トランス、非接触給電デバイス、磁気シールド部品等の電子部品を提供することができる。

図１は本発明の一実施形態を示す圧粉磁心前駆体の組織を模式的に表す図面である。図２は本発明の一実施形態を示す圧粉磁心の組織を模式的に表す図面である。図３は本発明の一実施形態を示す電子部品のである巻線（コイル）内蔵型インダクターを表す図面である。図３（ａ）は巻線（コイル）内蔵型インダクターの外観斜視図、図３（ｂ）は、内蔵される巻線（コイル）の斜視図である。

以下、本発明について実施形態を用い、詳細に説明する。ただし、本発明は、実施形態に限定されない。

本発明の一実施形態の圧粉磁心前駆体の組織を模式的に表す図を図１に、圧粉磁心の組織図を表す図を図２に示す。圧粉磁心用前駆体の組織１は、金属磁性粒子２と少なくとも下記式に示すメソゲン骨格をもつエポキシ樹脂を含むバインダーとよばれる粒子の結着・保持機能をもつ有機物を主成分として構成されている。圧粉磁心４は圧粉磁心前駆体１を圧縮成形することで構成されるので、圧粉磁心前駆体１でのバインダー３は、その成形時の粒子の再配列させるため、軟質の未硬化あるいは半硬化のエポキシ樹脂からなる。

圧粉磁心４は金属磁性粒子２を圧縮成形することで形成されるが、その圧縮成形だけでは、金属磁性粒子同士の接合力はほとんどないので、圧粉磁心の強度は極めて小さなものとなる。このように小さな強度では電子部品等への実用は困難なため、圧粉磁心前駆体バインダー３の結着後の硬化がなされている。ここでいう強度とは、公知の圧環強度等の測定によって得られたものをいう。

加えて、圧粉磁心４の組織は、金属磁性粒子２の低い電気抵抗のため、磁性材料とした時の渦電流損失が大きいので、その低減を目的としてバインダー３によって結着後硬化した組織構造となっている。

バインダー３は公知のアルミナ、シリカ、窒化ホウ素等の無機粒子、有機あるいは無機系の潤滑剤、フェノール系、アミン系等のエポキシ硬化剤、イミダゾール等の硬化促進剤、有機溶剤、シリコーンやアクリル等の可とう化剤、ハイドロタルサイト類化合物等のイオン捕捉物質、接着付与剤等、分散剤、安定剤、着色剤、沈降防止剤等を１種あるいは複数含んでもよい。

金属磁性粒子２は公知の純鉄粉、Ｆｅ−Ｓｉ系の鉄基合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金（パーマロイ系）、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金（センダスト系）、アモルファス金属等を１種あるいは複数種を組み合わせて好適に用いることができる。

さらに、金属磁性粒子２はリン酸処理等の化成処理やバインダー３との親和性を高めるためのカップリング剤処理やより高い絶縁性を得るためのＢＮ、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３等の無機物被覆あるいは有機物被覆といった金属磁性粒子２の表面処理がなされていてもよい。

ここで、圧粉磁心前駆体１のバインダー３は（式１）に示すメソゲン骨格の化学構造を含んでいるエポキシ樹脂を含んでいることが必須である。それはすなわち、圧粉磁心４は、金属磁性粒子２とバインダー３とを一体化した複合化物を前駆体とし、その圧粉磁心前駆体１を圧縮成形、固化して形成されているが、ここでいう圧粉磁心のバインダー３がメソゲン骨格をもつエポキシ樹脂であることを意味する。

圧粉磁心用前駆体１において、このようなバインダー３と一体化した金属磁性粒子２は、メソゲン骨格をもたないエポキシ樹脂を含むバインダー３の系と比較すると、圧縮成形時の圧力により、容易に、高効率にその粒子の再配列を引き起こし、高密度の圧粉磁心すなわち高透磁率の圧粉磁心４を与えることができる。そしてこの場合には、硬化後の圧粉磁心中のバインダー３は、少なくとも必ずメソゲン骨格からなるエポキシ樹脂を含むこととなる。この現象は、剛性の高いメソゲン骨格をもつエポキシ樹脂が、金属磁性粒子間の潤滑剤のように作用したためと考えられる。

また、圧粉磁心４において、前記バインダー３がメソゲン骨格をもつエポキシ樹脂を含むことで、そのメソゲン骨格間のスタッキング（分子重なり）を形成させ、バインダー３の機械的破断に対する耐性を大きくすることで、圧粉磁心４の機械的強度を向上させることができる。この機械的強度とは、公知の圧環強度等を意味する。

さらに、圧粉磁心４において、前記バインダー３がメソゲン骨格をもつエポキシ樹脂を含むことで、金属磁性粒子２間の熱抵抗が低減されるため、圧粉磁心４の熱伝導率が大きく向上する。

また、本発明の別の実施形態では、前記圧粉磁心前駆体１を構成するバインダー３は、そのエポキシ樹脂中のメソゲン骨格が、エポキシ樹脂同士あるいはバインダー３中の他の硬化剤等の他成分との間で配向構造を形成していることが好ましい。ここでいう配向構造とは、Ｘ線回折等の公知の物質の解析手法で分析を行い、回折パターンのような規則構造が検出されるものをいう。そしてこの場合には、硬化後の圧粉磁心４中のバインダーは、少なくとも必ず配向したメソゲン骨格をもつエポキシ樹脂を含むこととなる。配向は電場、磁場、応力、自己組織化等の公知の手法を用いて行うことができる。

この圧粉磁心前駆体１中の配向構造の形成により、圧縮成形時、配向したメソゲン骨格間の大きな分子すべりにより、金属磁性粒子２間の潤滑剤としての効果が増大し、さらに容易に高効率に金属磁性粒子２の再配列が引き起こされる。また、圧粉磁心中にメソゲン骨格の配向構造が形成されることにより、硬化後のメソゲン骨格間のスタッキングはさらに強固なものとなり、圧粉磁心４の強度は大きく向上する。さらに、この配向構造により、金属磁性粒子２間の熱抵抗はさらに低減され、圧粉磁心４の熱伝導率はさらに大きく向上する。

また、圧粉磁心前駆体１においてバインダー３が、メソゲン骨格をもつエポキシ樹脂と配向構造を形成しやすい硬化剤を含むことが好ましい。この硬化剤としては、ナフタレン骨格をもつ硬化剤、ビフェニル骨格をもつ硬化剤等を好適に用いることができる。これにより、さらに圧粉磁心４の比透磁率、強度、熱伝導率を向上させることができる。

さらに、圧粉磁心前駆体１において、バインダー３が、下記式に示すような側鎖に官能基を持たないメソゲン骨格をもつエポキシ樹脂を含むことが好ましい。これにより、より容易にバインダー３中に配向構造は形成することができ、さらに圧粉磁心の比透磁率、強度、熱伝導率を向上させることができる。

さらに、圧粉磁心前駆体１において、金属磁性粒子２の平均粒子径は２０μｍ以下であることが好ましく、１０μｍ以下であることがさらに好ましい。これにより、圧粉磁心前駆体１が与える圧粉磁心４をさらにより一層高強度化することができる。ここでいう平均粒子径とは、累積粒度分布において累積度が５０％の粒子径の値をいう。

さらに、本発明の別の実施形態では、前記圧粉磁心前駆体１において、バインダー３は、少なくともメソゲン骨格をもつエポキシ樹脂を含み、かつ金属磁性粒子２の形状が球状であることが好ましい。この球状粒子は、不定形状の金属磁性粒子２と複数種組み合わせて使用してもよい。そしてこの場合は、硬化後の圧粉磁心４では、少なくともメソゲン骨格をもつエポキシ樹脂を含むバインダー３とすくなくとも球状の金属磁性粒子２から構成されることとなる。球状の金属磁性粒子２は、前記の不定形状の金属磁性粒子２とは異なり、圧縮成形時にその粒子同士が接触した時に投錨効果とよばれる粒子同士の絡み合いが期待できないため、一般には強度が大きく低下する。しかしながら、本発明の少なくともメソゲン骨格をもつエポキシ樹脂を含むバインダー３から圧粉磁心４が構成されることで、その強度を保持することができる。これにより、高耐電圧の圧粉磁心４を得ることができる。

ここでいう球状とは、圧粉磁心４の破断面において観察される金属磁性粒子２の累積円形度分布で５０％のところを平均円形度（Ｄ５０）とし、この値が０．９以上をいう。ここでいう円形度とは、破断面の画像解析等の公知の手法等から以下の関係式で算出される。
（円形度）＝４πＳ／Ｌ^２
Ｓ：円形状の対象物の面積
Ｌ：円形状対象物の輪郭線の長さ
また、耐電圧とはある一定形状の圧粉磁心４に電圧を印加した時、ある規定値の電流が流れる電圧のことをいう。耐電圧性の確保は、高信頼性が要求される自動車分野等では必須である。

さらに前記の球状の金属磁性粒子２の球形度は、０．９５以上であることが好ましい。

さらには、前記（式１）からなるエポキシ樹脂を含むバインダー３のＤＳＣ（示差熱容量分析）により解析されたガラス転移点は、１００℃以上であることが好ましい。ここでいうガラス転移温度とは、圧粉磁心をＤＳＣ（示差走査熱容量分析）で解析した結果から得られた転移温度であり１００℃未満ではバインダー３の架橋が不十分なため、圧粉磁心４としては十分な強度が確保できない可能性があるためである。なお、ガラス転移点は、２５０ ℃以下であることが好ましい。２５０ ℃を超えると硬くなりすぎて、応力を吸収することが困難となり、圧粉磁心４が脆弱となる。

さらに、本発明の実施形態の磁気応用電子部品は、圧粉磁心の中に巻線（コイル）を備える実施形態、又は、圧粉磁心の外に巻線（コイル）を備える実施形態のいずれであっても、上記圧粉磁心４を使用することにより小型かつ高機能かつ高信頼性のインダクター、リアクトル、トランス、非接触給電デバイス、磁気シールド部品等の磁気応用電子部品を提供することができる。

以下、本発明に係る実施例を示し、本発明について詳細に説明する。尚、以下の実施例および比較例において（部）とは（質量部）を意味する。また、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、本実施例に限定されるものではない。

＜実施例１＞
バインダーとして、メソゲン骨格をもつエポキシ樹脂としてメソゲン骨格の側鎖にメチル基をもつ２官能のビフェニル型エポキシ樹脂（三菱化学製ＹＸ−４０００）１００質量部、バインダーの硬化剤はフェノール硬化剤としてフェノールノボラック樹脂（ＤＩＣ製ＴＤ−２１３１）５０質量部、さらに硬化触媒として２−エチル−４−メチルイミダゾール（四国化成製２Ｅ４Ｍｚ）１質量部を用い、これらをメチルエチルケトン溶媒に溶解させることで塗料を作製した。次に作成した塗料をガスアトマイズ法で作製そして分級した平均粒子径（Ｄ５０）＝３０．２μｍ、円形度（Ｄ５０）＝０．８４、金属組成（元素組成）がＦｅ／Ｓｉ＝９３．５重量％／６．５重量％）であるＦｅ−Ｓｉ系合金粒子と混合し、ニーダーを用いて混練することで、圧粉磁心の前駆体を作製した。バインダー量については、Ｆｅ−Ｓｉ系合金粉１００質量部に対してバインダーが３質量部になるよう調整した。次に、この前駆体を金型を用いて成形圧力４００ＭＰａで圧縮成形を行い、外形１１ｍｍ、内径６．５ｍｍのトロイダル状に成形し、最後に１７５℃にて１時間の条件で熱硬化を行い、圧粉磁心を作製した。

圧粉磁心のバインダー部のガラス転移点に関しては、熱硬化の完了した圧粉磁心を粉末状に乳鉢を用いて粉砕し、その粉末を示差走査熱容量分析装置で昇温５℃／ｍｉｎ．のＤＳＣ測定し、そのＤＳＣプロファイルよりバインダーのガラス転移点を求めたところ８５℃であった。

圧粉磁心の比透磁率については、前記トロイダルコアに巻線をし、閉磁路を形成し、１００ＫＨｚにて５０ｍＶで励磁させることで得られるインダクタンスから比透磁率を算出したところ２８．２と優れた値であった。２７以上の比透磁率を有した場合、その圧粉磁心は比透磁率に優れると判断した。

圧粉磁心の強度については、ＪＩＳＺ２５０７に基づいて前記トロイダルコアの圧環強度を算出することで評価したところ、８０ＭＰａであった。８０ＭＰａ以上の圧環強度を有した場合、その圧粉磁心の強度特性が良好であると判断した。

圧粉磁心の熱伝導率については、まず、前記圧粉磁心前駆体を金型を用いて直径１０ｍｍ×厚み１ｍｍの円板上に４００ＭＰａの成形圧で成形し、熱拡散率測定用試験片を作成した。次にその試験片をレーザーフラッシュ熱伝導率計で熱拡散率の測定を行った。比熱はサファイアを標準サンプルとしてＤＳＣ（示差走査熱容量測定装置）にて測定を行った。以下の式にそれぞれ測定値を代入したところ、４．００Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。熱伝導率の値が４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の場合、熱伝導率が良好であると判断した。
λ＝α・Ｃｐ・ｄ
α：熱拡散率
Ｃｐ：比熱
ｄ：試験片の密度

圧粉磁心の耐電圧については、まず、前記圧粉磁心前駆体を金型を用いて直径１０ｍｍ×高さ５ｍｍの円柱状に４００ＭＰａの成形圧で成形し、耐電圧測定用試験片を作成した。次にその試験片である円柱の上下にソースメーターを用いて電圧を印加し、１００ｍＡの電流が流れた電圧値を耐電圧としたところ、７０Ｖであった。耐電圧の値が、６０Ｖ以上の場合、耐電圧が良好と判断した。

表１に、実施例１の圧粉磁心の特性を示す。比透磁率は２８．２、強度は８０ＭＰａ、熱伝導率は４．００Ｗ／（ｍ・Ｋ）、耐電圧は７０Ｖであり、すべての特性が良好であった。

＜実施例２＞
バインダーの硬化剤をフェノールノボラック樹脂からｐ−キシリレン型フェノール樹脂（明和化成製ＭＥＨ−７８００Ｓ）に変更したことを除いて、実施例１と同様に実施した。その結果を表１に示す。比透磁率は２８．０、強度は８１ＭＰａ、熱伝導率は４．１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）、耐電圧は７２Ｖであり、すべての特性が良好であった。

＜比較例１＞
バインダーのエポキシ樹脂をメソゲン骨格をもたない２官能のビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（新日鉄住金化学製ＹＳＬＶ−８０ＸＹ）に変更したことを除いて、実施例１と同様に実施した。その結果を表１に示す。比透磁率は２２．１、強度は８０ＭＰａ、熱伝導率は３．３３Ｗ／（ｍ・Ｋ）、耐電圧は６５Ｖであり、比透磁率、熱伝導率が不良であった。

＜比較例２＞
バインダーのエポキシ樹脂をメソゲン骨格をもたない２官能のスルフィド型エポキシ樹脂（新日鉄住金化学製ＹＳＬＶ−１２０ＴＥ）に変更したことを除いて、実施例１と同様に実施した。その結果を表１に示す。比透磁率は２３．３、強度は８２ＭＰａ、熱伝導率は３．２３Ｗ／（ｍ・Ｋ）、耐電圧は７０Ｖであり、比透磁率、熱伝導率が不良であった。

＜比較例３＞
バインダーのエポキシ樹脂をメソゲン骨格をもたない２官能のキノン型エポキシ樹脂（新日鉄住金化学製ＺＸ−１３１２）に変更したことを除いて、実施例１と同様に実施した。その結果を表１に示す。比透磁率は２４．５、強度は８０ＭＰａ、熱伝導率は３．１８Ｗ／（ｍ・Ｋ）、耐電圧は６６Ｖであり、比透磁率、熱伝導率が不良であった。

＜比較例４＞
バインダーのエポキシ樹脂をメソゲン骨格をもたないｏ−クレソールノボラック型エポキシ樹脂（ＤＩＣ製Ｎ−６９５）に変更したことを除いて、実施例１と同様に実施した。その結果を表１に示す。比透磁率は２４．０、強度は８１ＭＰａ、熱伝導率は３．３４Ｗ／（ｍ・Ｋ）、耐電圧は７０Ｖであり、比透磁率、熱伝導率が不良であった。

＜比較例５＞
バインダーのエポキシ樹脂をメソゲン骨格をもたないジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂（ＤＩＣ製ＨＰ−７２００）に変更したことを除いて、実施例１と同様に実施した。その結果を表１に示す。比透磁率は２３．８、強度は８０ＭＰａ、熱伝導率は３．２８Ｗ／（ｍ・Ｋ）、耐電圧は６８Ｖであり、比透磁率、熱伝導率が不良であった。

以上、実施例１〜２、および比較例１〜５より、メソゲン骨格をもつエポキシ樹脂を圧粉磁心前駆体および圧粉磁心のバインダーに適用することにより、透磁率と熱伝導率を大きく向上できることを見出した。

＜実施例３＞
バインダーのメソゲン骨格をもつエポキシ樹脂に配向処理を行ったことを除いて、実施例１と同様に実施した。配向処理は、圧粉磁心前駆体に１００℃ １５分の熱処理を加えることによる自己組織化の手法で行った。配向の有無は、公知のＸ線回折により圧粉磁心中のバインダーに規則構造がみられるかどうかで判断した。その結果を表１に示す。比透磁率は３１．３、強度は９３ＭＰａ、熱伝導率は４．４５Ｗ／（ｍ・Ｋ）、耐電圧は７０Ｖであり、実施例１〜２と比較すると比透磁率、強度、熱伝導率を大きく向上できた。

＜実施例４＞
圧粉磁心の金属磁性粒子を平均粒子径（Ｄ５０）＝３１．８μｍ、円形度（Ｄ５０）＝０．９１の球状粒子に変更したことを除いて、実施例３と同様に実施した。その結果を表１に示す。比透磁率は３１．１、強度は９０ＭＰａ、熱伝導率は４．４２Ｗ／（ｍ・Ｋ）、耐電圧は１４０Ｖであり、実施例３と比較すると耐電圧を大きく向上できた。

＜実施例５＞
バインダーのエポキシ樹脂をメソゲン骨格をもち、かつその骨格の側鎖に置換基をもたない２官能のビフェニル型エポキシ樹脂（三菱化学製ＹＬ６１２１Ｈ）としたことを除いて、実施例１と同様に実施した。その結果を表１に示す。比透磁率は３０．１、強度は９０ＭＰａ、熱伝導率は４．４６Ｗ／（ｍ・Ｋ）、耐電圧は７０Ｖであり、実施例１と比較すると、比透磁率、強度、熱伝導率を大きく向上できた。

＜実施例６＞
バインダーのメソゲン骨格をもつエポキシ樹脂に前記配向処理を行ったことを除いて、実施例５と同様に実施した。その結果を表１に示す。比透磁率は３３．３、強度は９９ＭＰａ、熱伝導率は４．６６Ｗ／（ｍ・Ｋ）、耐電圧は６９Ｖであり、実施例５と比較すると、比透磁率、強度を大きく向上できた。

＜実施例７＞
圧粉磁心の金属磁性粒子を平均粒子径（Ｄ５０）＝３１．８μｍ、円形度（Ｄ５０）＝０．９１の球状粒子に変更したことを除いて、実施例６と同様に実施した。その結果を表１に示す。比透磁率は３３．０、強度は９６ＭＰａ、熱伝導率は４．６５Ｗ／（ｍ・Ｋ）、耐電圧は１６０Ｖであり、実施例６と比較すると耐電圧を大きく向上できた。

＜実施例８＞
圧粉磁心の金属磁性粒子を平均粒子径（Ｄ５０）＝１８．３μｍ、円形度（Ｄ５０）＝０．９０の球状粒子に変更したことを除いて、実施例７と同様に実施した。その結果を表１に示す。比透磁率は３２．０、強度は１０３ＭＰａ、熱伝導率は４．５８Ｗ／（ｍ・Ｋ）、耐電圧は１７０Ｖであり、実施例７と比較すると強度を大きく向上できた。

＜実施例９＞
圧粉磁心の金属磁性粒子を平均粒子径（Ｄ５０）＝９．８μｍ、円形度（Ｄ５０）＝０．９０の球状粒子に変更したことを除いて、実施例７と同様に実施した。その結果を表１に示す。比透磁率は３１．５、強度は１１０ＭＰａ、熱伝導率は４．５１Ｗ／（ｍ・Ｋ）、耐電圧は１８０Ｖであり、実施例８と比較すると強度を大きく向上できた。

＜実施例１０＞
圧粉磁心の金属磁性粒子を平均粒子径（Ｄ５０）＝３３．２μｍ、円形度（Ｄ５０）＝０．９７の球状粒子に変更したことを除いて、実施例７と同様に実施した。その結果を表１に示す。比透磁率は３１．３、強度は９６ＭＰａ、熱伝導率は４．６２Ｗ／（ｍ・Ｋ）、耐電圧は２００Ｖ以上であり、実施例７と比較すると耐電圧を大きく向上できた。

以上、実施例１〜２と実施例５〜１０と比較すると、バインダーのエポキシ樹脂をメソゲン骨格をもち、かつその骨格の側鎖に置換基をもたない２官能のビフェニル型エポキシ樹脂（三菱化学製ＹＬ６１２１Ｈ）とすることで、圧粉磁心の透磁率、強度、熱伝導率を大きく向上できる。

＜実施例１１＞
バインダーのエポキシ硬化剤をビフェニルアラルキル型フェノール硬化剤（明和化成製ＭＥＨ−７８５１ＳＳ）に変更したことを除いて、実施例１と同様に実施した。その結果を表１に示す。比透磁率は３０．３、強度は９３ＭＰａ、熱伝導率は４．４８Ｗ／（ｍ・Ｋ）、耐電圧は７０Ｖであり、実施例１と比較すると、比透磁率、強度、熱伝導率を大きく向上できた。

＜実施例１２＞
バインダーのメソゲン骨格をもつエポキシ樹脂に前記配向処理を行ったことを除いて、実施例１１と同様に実施した。その結果を表１に示す。比透磁率は３３．３、強度は１０５ＭＰａ、熱伝導率は４．７２Ｗ／（ｍ・Ｋ）、耐電圧は７１Ｖであり、実施例１１と比較すると、比透磁率、強度、熱伝導率を大きく向上できた。

＜実施例１３＞
圧粉磁心の金属磁性粒子を平均粒子径（Ｄ５０）＝３１．８μｍ、円形度（Ｄ５０）＝０．９１の球状粒子に変更したことを除いて、実施例１２と同様に実施した。その結果を表１に示す。比透磁率は３３．５、強度は９６ＭＰａ、熱伝導率は４．６９Ｗ／（ｍ・Ｋ）、耐電圧は１５５Ｖであり、実施例１２と比較すると耐電圧を大きく向上できた。

＜実施例１４＞
圧粉磁心の金属磁性粒子を平均粒子径（Ｄ５０）＝１８．３μｍ、円形度（Ｄ５０）＝０．９０の球状粒子に変更したことを除いて、実施例１３と同様に実施した。その結果を表１に示す。比透磁率は３２．０、強度は１０４ＭＰａ、熱伝導率は４．６２Ｗ／（ｍ・Ｋ）、耐電圧は１６５Ｖであり、実施例１３と比較すると強度を大きく向上できた。

＜実施例１５＞
圧粉磁心の金属磁性粒子を平均粒子径（Ｄ５０）＝９．８μｍ、円形度（Ｄ５０）＝０．９０の球状粒子に変更したことを除いて、実施例１４と同様に実施した。その結果を表１に示す。比透磁率は３１．１、強度は１１１ＭＰａ、熱伝導率は４．６１Ｗ／（ｍ・Ｋ）、耐電圧は１６０Ｖであり、実施例１４と比較すると強度を大きく向上できた。

＜実施例１６＞
圧粉磁心の金属磁性粒子を平均粒子径（Ｄ５０）＝３３．２μｍ、円形度（Ｄ５０）＝０．９７の球状粒子に変更したことを除いて、実施例１３と同様に実施した。その結果を表１に示す。比透磁率は３１．０、強度は９５ＭＰａ、熱伝導率は４．６８Ｗ／（ｍ・Ｋ）、耐電圧は２００Ｖ以上であり、実施例１３と比較すると耐電圧を大きく向上できた。

以上、実施例１〜２と実施例１１〜１６と比較すると、圧粉磁心前駆体および圧粉磁心において、バインダーをすくなくともメソゲン骨格をもつエポキシ樹脂とビフェニルアラルキル型フェノール硬化剤から構成することで、圧粉磁心の透磁率、強度、熱伝導性を大きく向上できることがわかる。

＜実施例１７＞
バインダーのエポキシ硬化剤に多官能型フェノール硬化剤（明和化成製ＭＥＨ−７５００Ｈ）を用い、バインダーのガラス転移点を８５℃から１０１℃に向上させたことを除き、実施例１と同様に実施した。その結果を表１に示す。比透磁率は２８．３、強度は９５ＭＰａ、熱伝導率は４．１２Ｗ／（ｍ・Ｋ）、耐電圧は７２Ｖであり、実施例１と比較すると、強度を大きく向上できた。

＜実施例１８＞
バインダーのメソゲン骨格をもつエポキシ樹脂に前記配向処理を行ったことを除いて、実施例１７と同様に実施した。また、バインダーのガラス転移点は１０５℃であった。その結果を表１に示す。比透磁率は３０．９、強度は１０３ＭＰａ、熱伝導率は４．６１Ｗ／（ｍ・Ｋ）、耐電圧は７３Ｖであり、実施例１７と比較すると、比透磁率、強度、熱伝導率を大きく向上できた。

＜実施例１９＞
圧粉磁心の金属磁性粒子を平均粒子径（Ｄ５０）＝３１．８μｍ、円形度（Ｄ５０）＝０．９１の球状粒子に変更したことを除いて、実施例１８と同様に実施した。また、バインダーのガラス転移温度は１０８℃であった。その結果を表１に示す。比透磁率は３１．１、強度は１０４ＭＰａ、熱伝導率は４．５４Ｗ／（ｍ・Ｋ）、耐電圧は１６０Ｖであり、実施例１８と比較すると耐電圧を大きく向上できた。

＜実施例２０＞
圧粉磁心の金属磁性粒子を平均粒子径（Ｄ５０）＝１８．３μｍ、円形度（Ｄ５０）＝０．９０の球状粒子に変更したことを除いて、実施例１９と同様に実施した。また、バインダーのガラス転移温度は、１０４℃であった。その結果を表１に示す。比透磁率は３０．５、強度は１０７ＭＰａ、熱伝導率は４．４８Ｗ／（ｍ・Ｋ）、耐電圧は１７０Ｖであり、実施例１９と比較すると強度を大きく向上できた。

＜実施例２１＞
圧粉磁心の金属磁性粒子を平均粒子径（Ｄ５０）＝９．８μｍ、円形度（Ｄ５０）＝０．９０の球状粒子に変更したことを除いて、実施例２０と同様に実施した。また、バインダーのガラス転移温度は、１０３℃であった。その結果を表１に示す。比透磁率は３０．１、強度は１１１ＭＰａ、熱伝導率は４．６１Ｗ／（ｍ・Ｋ）、耐電圧は１７５Ｖであり、実施例２０と比較すると強度を大きく向上できた。

＜実施例２２＞
圧粉磁心の金属磁性粒子を平均粒子径（Ｄ５０）＝３３．２μｍ、円形度（Ｄ５０）＝０．９７の球状粒子に変更したことを除いて、実施例１９と同様に実施した。また、バインダーのガラス転移温度は、１００℃であった。その結果を表１に示す。比透磁率は３０．３、強度は１００ＭＰａ、熱伝導率は４．５８Ｗ／（ｍ・Ｋ）、耐電圧は２００Ｖ以上であり、実施例１９と比較すると耐電圧を大きく向上できた。

以上、実施例１〜２、および実施例１７〜２２より、メソゲン骨格をもつエポキシ樹脂を圧粉磁心前駆体および圧粉磁心のバインダーに適用し、そのバインダーのガラス転移点を１００℃以上とすることで、圧粉磁心の強度を大きく向上できることを見出した。

以上、表１から明らかなように、メソゲン骨格をもつバインダーと金属磁性粒子から形成される圧粉磁心は、高い比透磁率かつ高強度かつ高熱伝導率かつ高耐電圧であり、これを用いたインダクター、リアクトル等の磁気応用電子部品に高特性かつ高信頼性を付与することができる。

本発明の実施例１にある圧粉磁心用いて、巻線（コイル）１２を圧粉磁心１１中に内蔵したインダクター１０（６．５ｍｍ × ６．５ｍｍ × ２．５ｍｍ厚、銅線巻数８ターン）を作製した（図３ａ及び図３ｂ）。また、比較のため同様に比較例１にある圧粉磁心を用いても、巻線（コイル）１２を圧粉磁心１１中に内蔵したインダクター１０（６．５ｍｍ × ６．５ｍｍ × ２．５ｍｍ厚、銅線巻数８ターン）を作製した。インダクタンスは、５０ｋＨｚ、１００ｍＶで測定した。
それらのインダクター特性を表２に示す。比較例１の圧粉磁心のインダクタンスは３．３μＨであったのと比較して、実施例１の圧粉磁心は同じ形状で４．０μＨという高いインダクタンスを達成した。また、耐振動性は比較例１の圧粉磁心が３０Ｇの５Ｈｚ〜２ＫＨｚの耐振動性試験で素体に微小クラックが発生したのに対し、実施例１のそれは同一の評価条件で素体に微小クラックは見られなかった。さらに、５０ｋＨｚ、１００ｍＶの条件で動作している前記インダクターに、温度上昇４０℃までで重畳できる直流電流を測定したところ、比較例１の圧粉磁心が６Ａであったのに対し、実施例１のそれは１０Ａであった。
以上のように、本発明の高透磁率、高強度、高熱伝導率の圧粉磁心を用いた磁気応用電子部品は、高性能かつ高信頼性である。

本発明により、小型・高特性かつ高信頼性の圧粉磁心が生産でき、それを用いたインダクター、リアクトル、トランス、非接触給電コイル、磁気シールドなどの磁気応用電子部品が広く流通することで、タブレット、スマートフォン等の小型・高機能化が図られ市場が拡大し、産業として成長する。また、高い信頼性が不可欠な自動車や社会インフラ向け等の用途にも幅広く適用できることから、それらの市場も拡大し、産業として成長する。

１圧粉磁心前駆体の組織
２金属磁性粒子
３バインダー
４圧粉磁心
１０巻線（コイル）内蔵型インダクター
１１インダクターの圧粉磁心部
１２インダクター中に内蔵される巻線（コイル）

Claims

少なくとも下記式に示すメソゲン骨格を有するエポキシ樹脂を含むバインダーと金属磁性粒子との複合体で構成されることを特徴とする圧粉磁心用前駆体
少なくとも下記式に示す配向したメソゲン骨格を有するエポキシ樹脂を含むバインダーと金属磁性粒子との複合体で構成されることを特徴とする圧粉磁心用前駆体
少なくとも下記式に示すメソゲン骨格を有するエポキシ樹脂を含むバインダーと金属磁性粒子との複合体で構成されることを特徴とする圧粉磁心
少なくとも（式１）に示す配向したメソゲン骨格を有するエポキシ樹脂を含むバインダーと金属磁性粒子との複合体で構成されることを特徴とする圧粉磁心
金属磁性粒子が球状であることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の圧粉磁心用前駆体
金属磁性粒子が球状であることを特徴とする請求項３〜４に記載の圧粉磁心
請求項３〜４および請求項６のいずれかに記載の圧粉磁心を備える電子部品