JP2016012671A - 圧粉磁心用前駆体、圧粉磁心、および電子部品 - Google Patents
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Abstract
【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
(円形度)=4πS/L2
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。
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。
λ=α・Cp・d
α:熱拡散率
Cp:比熱
d:試験片の密度
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 (7)
- 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
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