JP2019065337A - 絶縁物被覆軟磁性粉末、圧粉磁心、磁性素子、電子機器および移動体 - Google Patents

絶縁物被覆軟磁性粉末、圧粉磁心、磁性素子、電子機器および移動体 Download PDF

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Abstract

【課題】高温下での絶縁性が高い絶縁物被覆軟磁性粉末、ならびに、高温下での信頼性が高い圧粉磁心、磁性素子および電子機器を提供すること。【解決手段】軟磁性材料を含むコア部と、前記コア部の表面に設けられ、Bi2O3を主成分とするガラス材料を含む絶縁層と、を有し、前記絶縁層におけるアルカリ金属の含有率が5モル%以下であることを特徴とする絶縁物被覆軟磁性粉末。また、前記ガラス材料は、ZnOおよびB2O3の少なくとも一方をさらに含むことが好ましい。また、前記ガラス材料は、Bi2O3の含有率が40モル%以上80モル%以下であることが好ましい。【選択図】図1

Description

本発明は、絶縁物被覆軟磁性粉末、圧粉磁心、磁性素子、電子機器および移動体に関するものである。
近年、ノート型パソコンのようなモバイル機器の小型化・軽量化が進んでいるが、小型化と高性能化との両立を図るためには、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以上に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についても高周波数化への対応が必要となる。
しかしながら、これらの磁性素子の駆動周波数が高周波数化した場合、各磁性素子が備える磁心において、渦電流によるジュール損失(渦電流損失)が著しく増大するという問題が発生する。
かかる問題を解決するため、例えば特許文献1には、軟磁性粉末の粒子間をガラスで絶縁した金属磁性材料を用いて形成され積層型インダクターが開示されている。特許文献1に記載の積層型インダクターでは、Biを含有するガラスを用いることにより、800〜900℃という高温での熱処理が施されても、電気抵抗率を向上させることができる。これにより、絶縁性が良好な積層型インダクターが得られる。
特開2008−226960号公報
ところが、近年、インダクターの使用環境はますます厳しくなっており、例えば自動車のエンジンルーム内での使用も想定されている。しかしながら、エンジンルーム内は、高温が長時間続く環境である。このため、特許文献1に記載のインダクターでは、絶縁性が徐々に低下するという課題がある。その結果、インダクターの渦電流損失が増加するとともに、端子間の短絡が発生しやすくなる。
本発明の目的は、高温下での絶縁性が高い絶縁物被覆軟磁性粉末、ならびに、高温下での信頼性が高い圧粉磁心、磁性素子、電子機器および移動体を提供することにある。
上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の絶縁物被覆軟磁性粉末は、軟磁性材料を含むコア部と、
前記コア部の表面に設けられ、Biを主成分とするガラス材料を含む絶縁層と、
を有し、
前記絶縁層におけるアルカリ金属の含有率が5モル%以下であることを特徴とする。
これにより、高温下での絶縁性が高い絶縁物被覆軟磁性粉末が得られる。
本発明の絶縁物被覆軟磁性粉末では、前記ガラス材料は、ZnOおよびBの少なくとも一方をさらに含むことが好ましい。
ZnOを含むことにより、ガラス材料の電気抵抗をより高めるとともに、ガラス材料の機械的強度を高めることができる。また、Bを含むことにより、ガラス材料のガラス化を容易にすることができる。すなわち、ガラス材料の結晶化を抑制し、それに伴う不具合、例えば絶縁層の凹凸の発生や電気抵抗の低下といった不具合の発生を抑制することができる。
本発明の絶縁物被覆軟磁性粉末では、前記ガラス材料は、Biの含有率が40モル%以上80モル%以下であることが好ましい。
これにより、高温下における絶縁性を十分に高めつつ、副成分を添加することによる効果も併せて享受することができる。すなわち、主成分による効果と副成分による効果とを両立させることができる。
本発明の絶縁物被覆軟磁性粉末では、平均粒径が1μm以上50μm以下であることが好ましい。
これにより、渦電流が流れる経路を短くすることができるので、粒子内において発生する渦電流損失を十分に抑制可能な絶縁物被覆軟磁性粒子が得られる。また、平均粒径が適度に小さいので、圧粉したときの充填性を高めることができる。その結果、圧粉磁心の充填密度を高め、圧粉磁心の飽和磁束密度や透磁率を高めることができる。
本発明の圧粉磁心は、本発明の絶縁物被覆軟磁性粉末を含むことを特徴とする。
これにより、高温下での信頼性が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、高温下での信頼性が高い磁性素子が得られる。
本発明の電子機器は、本発明の磁性素子を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性が高い電子機器が得られる。
本発明の移動体は、本発明の磁性素子を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性が高い移動体が得られる。
本発明の絶縁物被覆軟磁性粉末の実施形態の一粒子を示す縦断面図である。 粉末被覆装置の構成を示す縦断面図である。 粉末被覆装置の構成を示す縦断面図である。 第1実施形態に係る磁性素子を適用したチョークコイルを示す模式図(平面図)である。 第2実施形態に係る磁性素子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。 実施形態に係る磁性素子を備える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。 実施形態に係る磁性素子を備える電子機器を適用したスマートフォンの構成を示す平面図である。 実施形態に係る磁性素子を備える電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。 実施形態に係る磁性素子を備える移動体を適用した自動車を示す斜視図である。
以下、本発明の絶縁物被覆軟磁性粉末、圧粉磁心、磁性素子、電子機器および移動について、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
[絶縁物被覆軟磁性粉末]
まず、本実施形態に係る絶縁物被覆軟磁性粉末について説明する。
図1は、本発明の絶縁物被覆軟磁性粉末の実施形態の一粒子を示す縦断面図である。なお、以下の説明では、絶縁物被覆軟磁性粉末の一粒子を「絶縁物被覆軟磁性粒子」ともいう。
図1に示す絶縁物被覆軟磁性粒子1は、軟磁性材料で構成された粒子状のコア部2と、コア部2の表面を覆う絶縁層3とを有するものである。そして、本実施形態に係る絶縁物被覆軟磁性粉末は、絶縁層3がBiを主成分とするガラス材料を含み、絶縁層3におけるアルカリ金属の含有率が5モル%以下というものである。
このような絶縁物被覆軟磁性粒子1では、表面が絶縁層3で覆われていることにより、粒子間の絶縁性が確保されている。このため、このような絶縁物被覆軟磁性粒子1を所定の形状に成形することにより、渦電流損失が小さい磁性素子を実現可能な圧粉磁心を製造することができる。
特に絶縁層3がBiを主成分とするガラス材料を含むとともに、絶縁層3におけるアルカリ金属の含有率が5モル%以下であることにより、高温下に長期間置かれたときでも絶縁性の低下を抑制することができ、高温下でも高い絶縁性を有する。このため、このような絶縁物被覆軟磁性粒子1によれば、高温下での信頼性が高い圧粉磁心および磁性素子を実現することができる。
以下、図1に示す絶縁物被覆軟磁性粒子1を製造する方法の一例について詳述する。
かかる一例の製造方法は、コア部2に対して、それより粒径の小さい絶縁性材料の粒子(以下、省略して「絶縁粒子」という。)を機械的に固着させる方法である。固着した絶縁粒子が絶縁層3を形成し、絶縁物被覆軟磁性粒子1が得られる。
図2および図3は、それぞれ粉末被覆装置の構成を示す縦断面図である。
[1]まず、コア部2および絶縁粒子30(図2参照)を用意する。
コア部2は、軟磁性材料を含む粒子である。好ましくは軟磁性材料が主材料になっており、不純物が含まれていてもよい。
かかる軟磁性材料としては、例えば、純鉄、ケイ素鋼(Fe−Si系合金)、パーマロイ(Fe−Ni系合金)、パーメンジュール(Fe−Co系合金)、センダストのようなFe−Si−Al系合金、Fe−Cr−Si系合金等の各種Fe系合金の他、各種Ni系合金、各種Co系合金、各種アモルファス合金等が挙げられる。このうち、透磁率、磁束密度等の磁気特性や、コスト等の生産性の観点から、各種Fe系合金が好ましく用いられる。
このようなコア部2は、いかなる方法で製造されたものでもよいが、例えば、アトマイズ法(例えば、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、高速回転水流アトマイズ法等)、還元法、カルボニル法、粉砕法等の各種粉末化法により製造されたものとされる。
このうち、コア部2には、アトマイズ法により製造されたものが好ましく用いられる。アトマイズ法によれば、極めて微小な粉末を効率よく製造することができる。また、得られる粉末の各粒子の形状が真球に近くなるため、コア部2の転動容易性が向上し、後述するように絶縁層3を均一に形成しやすくなるといった効果が生じる。
一方、絶縁粒子30は、絶縁性材料を含む粒子である。
本実施形態では、この絶縁性材料としてBiを主成分とするガラス材料を用いている。主成分とは、ガラス材料を占める成分(例えばガラス形成酸化物)のうち、含有率(モル%)が最も高い成分のことをいう。したがって、本実施形態に係るガラス材料では、Biの含有率が最も高い。
ガラス材料におけるBiの含有率は、好ましくは40モル%以上80モル%以下とされ、より好ましくは45モル%以上75モル%以下とされ、さらに好ましくは50モル%以上70モル%以下とされる。含有率をこのような範囲内に設定することにより、高温下における絶縁性を十分に高めつつ、後述する副成分を添加することによる効果も併せて享受することができる。すなわち、主成分による効果と副成分による効果とを両立させることができる。
また、このようなガラス材料は、主成分よりも含有率が小さい副成分を含んでいてもよい。副成分としては、例えば、B、SiO、Al、ZnO、SnO、P、PbO、LiO、NaO、KO、MgO、CaO、SrO、BaO、Gd、Y、La、Yb等が挙げられる。
なお、副成分は、主成分に次いで含有率(モル%)が高い成分のことをいう。
このうち、ガラス材料は、ZnOおよびBの少なくとも一方をさらに含むことが好ましい。すなわち、副成分は、ZnOおよびBの少なくとも一方であるのが好ましい。
ZnOを含むことにより、ガラス材料の電気抵抗をより高めるとともに、ガラス材料の機械的強度を高めることができる。その結果、前述した絶縁物被覆軟磁性粒子1の高温下での絶縁性をより高めつつ、粒子同士の接触に伴う絶縁層3の欠損等の抑制も図ることができる。そして、高温下での信頼性がより高い圧粉磁心等を実現可能な絶縁物被覆軟磁性粒子1が得られる。
また、Bを含むことにより、ガラス材料のガラス化を容易にすることができる。すなわち、ガラス材料の結晶化を抑制し、それに伴う不具合、例えば絶縁層3の凹凸の発生や電気抵抗の低下といった不具合の発生を抑制することができる。その結果、高温下での絶縁性が特に高く、かつ、粒子同士が衝突しても絶縁層3に悪影響を与えにくい絶縁物被覆軟磁性粒子1が得られる。そして、高温下での信頼性がより高い圧粉磁心等を実現可能な絶縁物被覆軟磁性粒子1が得られる。
なお、ZnOおよびBは、上述したそれぞれの効果を互いに阻害しにくい。このため、ガラス材料がZnOとBの双方を含むことにより、上述したそれぞれの効果を有する良好なガラス材料が得られる。
ガラス材料におけるZnOの含有率は、Biの含有率に応じて適宜設定されるのが好ましい。具体的には、ZnOの含有率は、Biの含有率の10モル%以上90モル%以下であるのが好ましく、15モル%以上70モル%以下であるのがより好ましく、25モル%以上50モル%以下であるのがさらに好ましい。このような範囲に設定されることにより、前述したBiによる効果を損なうことなく、ZnOによる効果を十分に享受することができる。
すなわち、ZnOの含有率が前記下限値を下回ると、主成分の含有率や、他の副成分の組成、含有率等によっては、ZnOによる効果がほとんど発現しないおそれがある。一方、ZnOの含有率が前記上限値を上回ると、Biによる効果が阻害されるおそれがある。
また、ガラス材料におけるBの含有率も、Biの含有率に応じて適宜設定されるのが好ましい。具体的には、Bの含有率は、Biの含有率の10モル%以上90モル%以下であるのが好ましく、15モル%以上70モル%以下であるのがより好ましく、25モル%以上50モル%以下であるのがさらに好ましい。このような範囲に設定されることにより、前述したBiによる効果を損なうことなく、Bによる効果を十分に享受することができる。
すなわち、Bの含有率が前記下限値を下回ると、主成分の含有率や、他の副成分の組成、含有率等によっては、Bによる効果がほとんど発現しないおそれがある。一方、Bの含有率が前記上限値を上回ると、Biによる効果が阻害されるおそれがある。
また、ガラス材料がZnOとBの双方を含む場合、ZnOの含有率(モル%)に対するBの含有率(モル%)の割合が0.5以上1.3未満であるのが好ましく、0.7以上1.1以下であるのがより好ましく、0.8以上1.05以下であるのがさらに好ましい。このような割合に設定されることで、ZnOによる効果とBによる効果とのバランスを図ることができる。その結果、高温下での絶縁性が特に高く、かつ、絶縁層3の機械的強度も十分に高い絶縁物被覆軟磁性粒子1が得られる。
なお、本実施形態に係るガラス材料は、副成分よりも少ない含有率でSiOおよびAlの少なくとも一方を含んでいてもよい(第3成分)。これにより、ガラス化、絶縁性および絶縁層3の機械的強度のバランスを図り、特性の安定した絶縁物被覆軟磁性粒子1が得られる。
なお、上述した「副成分よりも少ない含有率」とは、SiOの含有率(モル%)およびAlの含有率(モル%)が、それぞれ、ZnOの含有率(モル%)とBの含有率(モル%)のうちの小さい方よりもさらに小さいことをいう。
SiOの含有率は、特に限定されないが、0.05モル%以上10モル%以下であるのが好ましく、0.1モル%以上8モル%以下であるのがより好ましい。
また、Alの含有率は、特に限定されないが、0.05モル%以上5モル%以下であるのが好ましく、0.1モル%以上3モル%以下であるのがより好ましい。
これらの含有率を前記範囲内に設定することにより、前述したガラス化、絶縁性および絶縁層3の機械的強度のバランスをより最適化することができる。
なお、本実施形態に係るガラス材料は、主成分、副成分および第3成分以外の成分を含んでいてもよく、その成分としては、例えば、副成分として前述した成分から適宜選択して用いられる。
一方、Pの含有率は、0.5モル%未満であるのが好ましく、0.1モル%以下であるのがより好ましい。これにより、ガラス材料の吸湿性を抑制することができる。このため、吸湿に伴う絶縁性の低下を避けることができ、より絶縁性が良好な絶縁物被覆軟磁性粒子1が得られる。
なお、上述した各成分の含有率は、例えば、誘導結合高周波プラズマ発光分光法(ICP)により測定される。
また、ガラス材料の軟化点は、650℃以下であるのが好ましく、250℃以上600℃以下であるのがより好ましく、300℃以上500℃以下であるのがさらに好ましい。ガラス材料の軟化点が前記範囲内であることにより、高温下でも絶縁層3の変性が抑制される。これにより、高温下でも絶縁性が良好な絶縁物被覆軟磁性粒子1が得られる。
なお、ガラス材料の軟化点は、JIS R 3103−1に規定された軟化点の測定方法により測定される。
また、絶縁粒子30には、ガラス材料の他に、ガラス材料の特性を損なわない程度のセラミックス材料、シリコン材料等の非導電性無機材料が添加されていてもよい。その場合の添加量は、例えば10質量%以下程度とされる。
また、絶縁粒子30の平均粒径は、特に限定されないが、0.3μm以上20μm以下であるのが好ましく、0.5μm以上15μm以下であるのがより好ましく、0.8μm以上10μm以下であるのがさらに好ましい。絶縁粒子30の平均粒径を前記範囲内に設定することにより、後述する工程においてコア部2に対して絶縁粒子30を機械的に固着させる際に、絶縁粒子30に対して効果的に圧力を加えることができる。その結果、コア部2に対して良好に密着した絶縁層3が形成されやすくなる。
なお、絶縁粒子30の平均粒径は、レーザー回折方式の粒度分布測定装置により、体積基準の累積分布において小径側から累積50%になるときの粒径である。
[2]次に、コア部2に対して、絶縁粒子30を機械的に固着させる。これにより、コア部2の表面に絶縁層3が形成され、絶縁物被覆軟磁性粒子1が得られる。
この機械的な固着は、コア部2の表面に絶縁粒子30を高い圧力で押圧することで生じる。具体的には、絶縁物被覆軟磁性粒子1は、図2および図3に示すような粉末被覆装置101を用いて上述した機械的な固着を生じさせることで製造される。
コア部2および絶縁粒子30に対して機械的な圧縮と摩擦作用とを生じさせる装置として、ハンマーミル、ディスクミル、ローラーミル、ボールミル、遊星ミル、ジェットミル等の各種粉砕機や、オングミル(登録商標)、高速楕円型混合機、ミックスマラー(登録商標)、ヤコブソンミル、メカノフュージョン(登録商標)、ハイブリダイゼーション(登録商標)等の各種摩擦混合機等が挙げられるが、ここでは、一例として、容器110と、その内側で容器の内壁に沿って回転するチップ140とを有する図2および図3に示す粉末被覆装置101(摩擦混合機)について説明する。このような粉末被覆装置101は、コア部2に対する絶縁粒子30の機械的な固着を効率よく生じさせることができる。
粉末被覆装置101は、円筒状をなす容器110と、その内部に、径方向に沿って設けられた棒状のアーム120とを有している。
容器110は、ステンレス鋼等の金属材料で構成され、その内部に投入されたコア部2および絶縁粒子30の混合物に対して、機械的な圧縮と摩擦作用とを与える。
また、アーム120の長手方向の中心には回転軸130が挿通されており、アーム120は、この回転軸130を回転中心として回転自在に設けられている。なお、回転軸130は、容器110の中心軸と一致するように設けられている。
また、アーム120の一方の端部には、チップ140が設けられている。このチップ140は、凸状の湾曲面とこれに対向する平面とを有する蒲鉾状をなしており、湾曲面が容器110の内壁に臨み、かつこの湾曲面と容器110との離間距離が所定の長さになるよう設定されている。これにより、チップ140は、アーム120の回転に伴って容器110の内壁と一定の距離を維持しつつ、内壁に沿って回転することができる。
また、アーム120の他方の端部には、スクレーパー150が設けられている。このスクレーパー150は、板状の部材であり、チップ140と同様、スクレーパー150と容器110との離間距離が所定の長さになるよう設定される。これにより、スクレーパー150は、アーム120の回転に伴って容器110の内壁付近を掻き取ることができるようになっている。
なお、回転軸130は、容器110の外部に設けられた図示しない回転駆動装置に接続されており、これによりアーム120を回転させることができる。
また、容器110は、粉末被覆装置101の駆動中、封止状態を維持することができ、内部を減圧(真空)状態または各種ガスで置換した状態を維持することができる。なお、好ましくは、容器110中は窒素、アルゴン等の不活性ガスで置換される。
次に、粉末被覆装置101を用いて絶縁物被覆軟磁性粒子1を製造する方法について説明する。
まず、コア部2と絶縁粒子30とを容器110内に投入する。次いで、容器110を封止し、アーム120を回転させる。
ここで、図2は、チップ140が上方に位置し、スクレーパー150が下方に位置するときの粉末被覆装置101の状態を示しており、一方、図3は、チップ140が下方に位置し、スクレーパー150が上方に位置するときの粉末被覆装置101の状態を示している。
コア部2および絶縁粒子30は、スクレーパー150により図2に示すように掻き取られる。これにより、コア部2および絶縁粒子30は、アーム120の回転とともに上方に持ち上げられ、その後落下することで撹拌される。
一方、図3に示すように、チップ140が降下すると、チップ140と容器110との隙間に、コア部2および絶縁粒子30が侵入し、これらはアーム120の回転とともにチップ140から圧縮作用と摩擦作用とを受ける。
これらの撹拌と圧縮摩擦作用とが高速で繰り返されることにより、コア部2の表面に絶縁粒子30が固着する。この固着は、種々のメカニズムで生じると考えられるが、その1つとしては、機械的な圧縮による粒子表面同士の融合が挙げられる。そして、粒径の小さい絶縁粒子30は、複数個が集まってコア部2の表面を覆うように固着し、最終的には固着した絶縁粒子30同士が連結されてコア部2の表面を被覆する絶縁層3を形成する。このようにして絶縁物被覆軟磁性粒子1が製造される。なお、形成された絶縁層3では、絶縁粒子30の粒子としての原型はほぼ維持した状態になることが多い。このため、絶縁層3は、部分的に薄くなったりすることなく、均一な厚さになり易い。
アーム120の回転数は、容器110内に投入される粉末の量に応じて若干異なるものの、1分間に300〜1200回程度とするのが好ましい。
また、チップ140が粉末を圧縮する際の押圧力は、チップ140の大きさによって異なるが、一例として30〜500N程度であるのが好ましい。
このようにして形成された絶縁層3は、コア部2の表面に絶縁粒子30を機械的に固着させたものであるため、コア部2の表面の状態によらず、密着性が極めて高い。このため、絶縁層3の剥離を長期にわたって防止することができ、絶縁物被覆軟磁性粒子1の高温下における絶縁性を長期にわたって維持させることができる。
また、上述したような絶縁層3の成膜は、水溶液を用いた塗布法と異なり、乾燥下で行うことができ、しかも不活性ガス雰囲気中で行うこともできる。このため、成膜プロセス中にコア部2と絶縁層3との間に水分等が介在するおそれがなくなり、絶縁物被覆軟磁性粒子1の長期耐久性をさらに高めることができる。
さらには、コア部2の表面に異物や不働態被膜等が付着していて、絶縁層3の成膜が阻害される場合でも、圧縮摩擦作用により異物等を除去したり、不働態被膜を破壊したりすることができる。これにより、絶縁層3をより確実に成膜することができる。
また、絶縁粒子30を構成するガラス材料として、軟化点が前述した範囲内にあるものを用いることにより、上記の圧縮摩擦作用に伴って、絶縁粒子30の表面を軟化させ、絶縁粒子30をコア部2の表面に隙間なく固着させることができる。これにより、絶縁層3とコア部2との間に隙間が生じにくく、長期耐久性および絶縁性に優れた絶縁物被覆軟磁性粒子1が得られる。
このようにして形成された絶縁層3は、その平均膜厚が、コア部2の平均粒径の0.1〜20%程度であるのが好ましく、0.3〜10%程度であるのがより好ましい。絶縁層3の平均膜厚が前記範囲内であれば、絶縁物被覆軟磁性粒子1(絶縁物被覆軟磁性粉末)は、十分な絶縁性を有するとともに、この絶縁物被覆軟磁性粒子1の集合物を加圧・成形して圧粉磁心を製造した場合には、圧粉磁心の密度の著しい低下が防止され、結果的に、圧粉磁心の透磁率および磁束密度が著しく低下するのを防止することができる。すなわち、渦電流損失が小さく、かつ、透磁率および磁束密度に優れた圧粉磁心を製造可能な絶縁物被覆軟磁性粒子1が得られる。
なお、絶縁層3の平均厚さは、絶縁物被覆軟磁性粒子1の製造時に使用した絶縁粒子30の量とコア部2の量から計算により求めることができる。
また、このようにして得られた絶縁物被覆軟磁性粒子1は、絶縁層3におけるアルカリ金属の含有率が5モル%以下である。
このような絶縁物被覆軟磁性粒子1は、高温下に長期間置かれたときでも、絶縁層3における絶縁性の低下を抑制することができる。このため、このような絶縁物被覆軟磁性粒子1によれば、高温下での信頼性が高い圧粉磁心および磁性素子を実現することができる。
なお、絶縁層3におけるアルカリ金属の含有率は、1モル%以下であるのが好ましく、0.5モル%以下であるのがより好ましい。
一方、アルカリ金属の含有率の下限値は、特に設定される必要はないが、絶縁物被覆軟磁性粒子1の個体差の抑制等の観点からすれば、0.001モル%以上とされる。
なお、絶縁層3におけるアルカリ金属の含有率は、絶縁粒子30としてアルカリ金属の含有率が低いものを使用したり、コア部2や粉末被覆装置101の容器110等を十分に洗浄したりすることによって低下させることができる。
また、絶縁層3におけるアルカリ金属の含有率は、例えば、誘導結合高周波プラズマ発光分光法(ICP)により測定される。その際、必要に応じて、絶縁物被覆軟磁性粒子1から絶縁層3を削り取る等の前処理(絶縁層3の分離処理)を施すようにしてもよい。
なお、アルカリ金属としては、Li、Na、K、Rb、CsおよびFrが挙げられる。そして、アルカリ金属の含有率とは、これら6元素の含有率(モル比)の合計である。
なお、このようにして得られた絶縁物被覆軟磁性粒子1に対し、必要に応じて、分級を行ってもよい。分級の方法としては、例えば、ふるい分け分級、慣性分級、遠心分級のような乾式分級、沈降分級のような湿式分級等が挙げられる。
また、粉末被覆装置101に投入する前に、コア部2および絶縁粒子30を撹拌機または混合機等により、撹拌(混合)するようにしてもよい。
また、絶縁物被覆軟磁性粒子1の集合物である粉末は、圧粉された状態、すなわち圧粉体としたときの体積抵抗率が1[kΩ・cm]以上500[kΩ・cm]以下であるのが好ましく、5[kΩ・cm]以上300[kΩ・cm]以下であるのがより好ましく、10[kΩ・cm]以上200[kΩ・cm]以下であるのがさらに好ましい。このような体積抵抗率は、追加の絶縁材料を用いることなく実現されたものであるため、絶縁物被覆軟磁性粒子1同士の間の絶縁性そのものに基づくものである。したがって、このような体積抵抗率を実現する絶縁物被覆軟磁性粒子1を用いれば、絶縁物被覆軟磁性粒子1同士の間が十分に絶縁されるので、追加の絶縁材料の使用量を削減することができ、その分、圧粉磁心等における軟磁性粉末の比率を最大化することができる。その結果、高い磁気特性と低損失とを高度に両立させた圧粉磁心を実現することができる。
なお、上記の体積抵抗率は、以下のようにして測定された値である。
まず、測定対象の絶縁物被覆軟磁性粉末0.8gをアルミナ製の円筒に充填する。そして、円筒の上下に真ちゅう製の電極を配置する。
次いで、デジタルフォースゲージを用いて上下の電極間を10MPaの圧力で加圧しつつ、デジタルマルチメーターを用いて上下の電極間の電気抵抗を測定する。
そして、下記の計算式に、測定された電気抵抗、加圧時の電極間距離、および、円筒の内部の横断面積を代入することにより、体積抵抗率を算出する。
体積抵抗率[kΩ・cm]=電気抵抗[kΩ]×筒の内部の横断面積[cm]/電極間距離[cm]
なお、円筒の内部の横断面積は、円筒の内径を2r[cm]としたとき、πr[cm]で求めることができる。
絶縁物被覆軟磁性粒子1の平均粒径は、1μm以上50μm以下であるのが好ましく、3μm以上30μm以下であるのがより好ましい。このような平均粒径の絶縁物被覆軟磁性粒子1を用いることにより、渦電流が流れる経路を短くすることができるので、粒子内において発生する渦電流損失を十分に抑制可能な絶縁物被覆軟磁性粒子1が得られる。また、平均粒径が適度に小さいので、圧粉したときの充填性を高めることができる。その結果、圧粉磁心の充填密度を高め、圧粉磁心の飽和磁束密度や透磁率を高めることができる。
なお、絶縁物被覆軟磁性粒子1の平均粒径は、レーザー回折方式の粒度分布測定装置により、体積基準の累積分布において小径側から累積50%になるときの粒径である。
[圧粉磁心および磁性素子]
次に、本実施形態に係る圧粉磁心および本実施形態に係る磁性素子について説明する。
本実施形態に係る磁性素子は、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、アクチュエーター、アンテナ、電磁波吸収体、電磁弁、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、本実施形態に係る圧粉磁心は、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。
<第1実施形態>
まず、第1実施形態に係る磁性素子を適用したチョークコイルについて説明する。
図4は、第1実施形態に係る磁性素子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4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は、前述した絶縁物被覆軟磁性粒子1を含む絶縁物被覆軟磁性粉末と結合材(バインダー)と有機溶媒とを混合し、得られた混合物を成形型に供給するとともに、加圧・成形して得られたものである。すなわち、圧粉磁心11は、本実施形態に係る絶縁物被覆軟磁性粉末を含む。このような圧粉磁心11は、透磁率が高いため、磁気特性の向上が図られたものとなる。また、絶縁物被覆軟磁性粉末の保磁力が低いため、低鉄損化が図られたものとなる。その結果、圧粉磁心11を電子機器等に搭載したとき、電子機器等の消費電力を低減したり高性能化を図ったりすることができ、電子機器等の高温下での信頼性向上に貢献することができる。
また、前述したように、磁性素子の一例であるチョークコイル10は、圧粉磁心11を備えている。これにより、チョークコイル10は、高性能化および低鉄損化が図られたものとなる。その結果、チョークコイル10を電子機器等に搭載したとき、電子機器等の消費電力を低減したり高性能化を図ったりすることができ、電子機器等の高温下での信頼性向上に貢献することができる。
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、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂等の有機材料、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)等の無機材料等が挙げられるが、特に、熱硬化性ポリイミドまたはエポキシ系樹脂が好ましい。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高めることができる。
なお、結合材は、必要に応じて用いられればよく、省略されてもよい。その場合であっても、絶縁物被覆軟磁性粉末では、粒子間の絶縁が図られているため、粒子間の導通に伴う損失の発生を抑制することができる。
また、絶縁物被覆軟磁性粉末に対する結合材の割合は、作製する圧粉磁心11の目的とする飽和磁束密度や機械的特性、許容される渦電流損失等に応じて若干異なるが、0.5質量%以上5質量%以下程度であるのが好ましく、1質量%以上3質量%以下程度であるのがより好ましい。これにより、絶縁物被覆軟磁性粉末の各粒子同士を十分に結着させつつ、飽和磁束密度や透磁率といった磁気特性に優れた圧粉磁心11を得ることができる。
また、有機溶媒としては、結合材を溶解し得るものであれば特に限定されないが、例えば、トルエン、イソプロピルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、クロロホルム、酢酸エチル等の各種溶媒が挙げられる。
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。
一方、導線12の構成材料としては、導電性の高い材料が挙げられ、例えば、Cu、Al、Ag、Au、Ni等を含む金属材料が挙げられる。
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。
次に、チョークコイル10の製造方法について説明する。
まず、絶縁物被覆軟磁性粉末と、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、造粒粉末を形成する。
次に、この造粒粉末を、作製すべき圧粉磁心の形状に成形し、成形体を得る。
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。また、プレス成形の場合の成形圧力は、1t/cm(98MPa)以上10t/cm(981MPa)以下程度とされる。
次に、得られた成形体を加熱することにより、結合材を硬化させ、圧粉磁心11を得る。このとき、加熱温度は、結合材の組成等に応じて若干異なるものの、結合材が有機材料で構成されている場合、好ましくは100℃以上500℃以下程度とされ、より好ましくは120℃以上250℃以下程度とされる。また、加熱時間は、加熱温度に応じて異なるものの、0.5時間以上5時間以下程度とされる。
以上により、本実施形態に係る絶縁物被覆軟磁性粉末を加圧・成形してなる圧粉磁心11、および、かかる圧粉磁心11の外周面に沿って導線12を巻き回してなるチョークコイル10が得られる。
なお、圧粉磁心11の形状は、図4に示すリング状に限定されず、例えばリングの一部が欠損した形状であってもよく、棒状であってもよい。
また、圧粉磁心11には、必要に応じて、前述した実施形態に係る絶縁物被覆軟磁性粉末以外の軟磁性粉末を含んでいてもよい。
<第2実施形態>
次に、第2実施形態に係る磁性素子を適用したチョークコイルについて説明する。
図5は、第2実施形態に係る磁性素子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実施形態を適用したチョークコイルについて説明するが、以下の説明では、第1実施形態を適用した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。
図5に示すチョークコイル20は、コイル状に成形された導線22を、圧粉磁心21の内部に埋設してなるものである。すなわち、チョークコイル20は、導線22を圧粉磁心21でモールドしてなる。
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を製造するにあたって、飽和磁束密度および透磁率が大きく、かつ、損失の小さい圧粉磁心21を用いることにより、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。
また、導線22が圧粉磁心21の内部に埋設されているため、導線22と圧粉磁心21との間に隙間が生じ難い。このため、圧粉磁心21の磁歪による振動を抑制し、この振動に伴う騒音の発生を抑制することもできる。
以上のようなチョークコイル20を製造する場合、まず、成形型のキャビティー内に導線22を配置するとともに、キャビティー内を絶縁物被覆軟磁性粉末を含む造粒粉末で充填する。すなわち、導線22を包含するように、造粒粉末を充填する。
次に、導線22とともに、造粒粉末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、結合材を硬化させ、圧粉磁心21およびチョークコイル20が得られる。
なお、圧粉磁心21には、必要に応じて、前述した実施形態に係る絶縁物被覆軟磁性粉末以外の軟磁性粉末を含んでいてもよい。
[電子機器]
次に、本実施形態に係る磁性素子を備える電子機器(本実施形態に係る電子機器)について、図6〜図8に基づき、詳細に説明する。
図6は、実施形態に係る磁性素子を備える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、例えばスイッチング電源用のチョークコイルやインダクター、モーター等の磁性素子1000が内蔵されている。
図7は、実施形態に係る磁性素子を備える電子機器を適用したスマートフォンの構成を示す平面図である。この図において、スマートフォン1200は、複数の操作ボタン1202、受話口1204および送話口1206を備え、操作ボタン1202と受話口1204との間には、表示部100が配置されている。このようなスマートフォン1200には、例えばインダクター、ノイズフィルター、モーター等の磁性素子1000が内蔵されている。
図8は、実施形態に係る磁性素子を備える電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。ディジタルスチルカメラ1300は、被写体の光像をCCD(Charge Coupled Device)等の撮像素子により光電変換して撮像信号(画像信号)を生成する。
ディジタルスチルカメラ1300におけるケース(ボディー)1302の背面には、表示部100が設けられ、CCDによる撮像信号に基づいて撮像した画像を表示する構成になっており、表示部100は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース1302の正面側(図中裏面側)には、光学レンズ(撮像光学系)やCCDなどを含む受光ユニット1304が設けられている。
撮影者が表示部100に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン1306を押下すると、その時点におけるCCDの撮像信号が、メモリー1308に転送・格納される。また、このディジタルスチルカメラ1300においては、ケース1302の側面に、ビデオ信号出力端子1312と、データ通信用の入出力端子1314とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子1312にはテレビモニター1430が、データ通信用の入出力端子1314にはパーソナルコンピューター1440が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー1308に格納された撮像信号が、テレビモニター1430や、パーソナルコンピューター1440に出力される構成になっている。このようなディジタルスチルカメラ1300にも、例えばインダクター、ノイズフィルター等の磁性素子1000が内蔵されている。
このような電子機器は、前述した磁性素子を備えている。このため、優れた信頼性を有している。
なお、本実施形態に係る電子機器は、図6のパーソナルコンピューター(モバイル型パーソナルコンピューター)、図7のスマートフォン、図8のディジタルスチルカメラの他にも、例えば、携帯電話、タブレット端末、時計、インクジェット式吐出装置(例えばインクジェットプリンター)、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳(通信機能付も含む)、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、POS端末、医療機器(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡)、魚群探知機、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、船舶の計器類)、移動体制御機器類(例えば、自動車駆動用制御機器等)、フライトシミュレーター等に適用することができる。
[移動体]
次に、本実施形態に係る磁性素子を備える移動体(本実施形態に係る移動体)について、図9に基づき説明する。
図9は、実施形態に係る磁性素子を備える移動体を適用した自動車を示す斜視図である。
自動車1500には、磁性素子1000が内蔵されている。具体的には、磁性素子1000は、例えば、カーナビゲーションシステム、アンチロックブレーキシステム(ABS)、エンジンコントロールユニット、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池制御ユニット、車体姿勢制御システム、自動運転システムのような電子制御ユニット(ECU:electronic control unit)、駆動用モーター、ジェネレーター、エアコンユニット等の各種自動車部品に内蔵される。
このような移動体は、前述した磁性素子を備えている。このため、優れた信頼性を有している。
なお、本実施形態に係る移動体は、図9に示す自動車の他にも、例えば、二輪車、自転車、航空機、ヘリコプター、ドローン、船舶、潜水艦、鉄道、ロケット、宇宙船等にも適用することができる。
以上、本発明について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。
また、本発明においては、上述した実施形態に任意の構成物が付加されていてもよい。
また、前記実施形態では、本発明の絶縁物被覆軟磁性粉末の用途例として圧粉磁心を挙げて説明したが、用途例はこれに限定されず、例えば磁気遮蔽シート、磁気ヘッド等の磁性デバイスであってもよい。
また、圧粉磁心や磁性素子の形状も、図示したものに限定されず、いかなる形状であってもよい。
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
1.絶縁物被覆軟磁性粉末の製造
(実施例1)
まず、水アトマイズ法により製造されたFe−3.5Si−4.5Cr系合金の金属粉末(金属粒子)を用意した。この金属粉末は、Crを4.5質量%、Siを3.5質量%の割合でそれぞれ含むFe基合金粉末である。なお、この金属粉末の平均粒径は10μmであった。
一方、ZnOおよびBを含むBi系ガラス材料の粉末を用意した。この粉末の平均粒径は3μm、ガラス材料の軟化点は350℃であった。
次に、これら金属粉末とガラス粉末を摩擦混合機に投入し、機械的な圧縮摩擦作用を生じさせた。これにより、ガラス粉末を金属粒子の表面に固着させ、絶縁物被覆軟磁性粉末を得た。
なお、計算により求めた絶縁層の平均厚さは10nmであった。
(実施例2〜8)
ガラス材料の条件を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして絶縁物被覆軟磁性粉末を得た。
(比較例1、2)
ガラス材料の条件を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして絶縁物被覆軟磁性粉末を得た。
(参考例)
絶縁層の形成を省略した以外は、実施例1と同様にして絶縁物被覆軟磁性粉末を得た。
2.絶縁物被覆軟磁性粉末の評価
2.1 高温下における電気抵抗の測定
各実施例、各比較例および参考例の絶縁物被覆軟磁性粉末2gを内径8mmのアルミナ製の円筒型容器に充填した。そして、容器の上下に真ちゅう製の電極を配置した。
次に、容器や電極、絶縁物被覆軟磁性粉末を加熱し、150℃まで昇温させた。
次に、デジタルフォースゲージを用いて上下の電極間に40kg/cmの圧力を加えた。
次に、荷重を加えたまま、上下の電極間に電圧100Vを印加し、デジタルマルチメーターを用いて電極間の電気抵抗を測定した。
次に、時間経過とともに、電極間の電気抵抗を繰り返し測定した。
そして、加熱開始から1時間後、20時間後、90時間後、および720時間後の電気抵抗を表1に示す。
2.2 絶縁破壊電圧の測定
各実施例、各比較例および参考例の絶縁物被覆軟磁性粉末2gを内径8mmのアルミナ製の円筒型容器に充填した。そして、容器の上下に真ちゅう製の電極を配置した。
次に、デジタルフォースゲージを用いて上下の電極間に40kg/cmの圧力を加えた。
次に、荷重を加えたまま、常温(25℃)下において、上下の電極間に電圧50Vを2秒間印加し、デジタルマルチメーターを用いて電極間の電気抵抗を測定した。
次に、電圧を100Vに昇圧した後、2秒間印加し、再び電極間の電気抵抗を測定した。
以後、電圧を200V、250V、300V・・・のように50Vずつ昇圧させながら、電極間の電気抵抗を繰り返し測定した。そして、絶縁破壊が発生するまで昇圧および測定を繰り返した。
なお、電圧を1000Vまで昇圧しても絶縁破壊が発生しなかった場合、その時点で測定を終了した。
以上の測定を、それぞれ粉末を新しいものに変えながら3回ずつ測定し、最も小さい測定値を表1に示す。
Figure 2019065337
表1から明らかなように、各実施例の絶縁物被覆軟磁性粉末は、各比較例および参考例の絶縁物被覆軟磁性粉末に比べて、高温下でも絶縁性が良好であることが認められた。また、絶縁破壊電圧についても良好であった。
1…絶縁物被覆軟磁性粒子、2…コア部、3…絶縁層、10…チョークコイル、11…圧粉磁心、12…導線、20…チョークコイル、21…圧粉磁心、22…導線、30…絶縁粒子、100…表示部、101…粉末被覆装置、110…容器、120…アーム、130…回転軸、140…チップ、150…スクレーパー、1000…磁性素子、1100…パーソナルコンピューター、1102…キーボード、1104…本体部、1106…表示ユニット、1200…スマートフォン、1202…操作ボタン、1204…受話口、1206…送話口、1300…ディジタルスチルカメラ、1302…ケース、1304…受光ユニット、1306…シャッターボタン、1308…メモリー、1312…ビデオ信号出力端子、1314…入出力端子、1430…テレビモニター、1440…パーソナルコンピューター、1500…自動車

Claims (8)

  1. 軟磁性材料を含むコア部と、
    前記コア部の表面に設けられ、Biを主成分とするガラス材料を含む絶縁層と、
    を有し、
    前記絶縁層におけるアルカリ金属の含有率が5モル%以下であることを特徴とする絶縁物被覆軟磁性粉末。
  2. 前記ガラス材料は、ZnOおよびBの少なくとも一方をさらに含む請求項1に記載の絶縁物被覆軟磁性粉末。
  3. 前記ガラス材料は、Biの含有率が40モル%以上80モル%以下である請求項1または2に記載の絶縁物被覆軟磁性粉末。
  4. 平均粒径が1μm以上50μm以下である請求項1ないし3のいずれか1項に記載の絶縁物被覆軟磁性粉末。
  5. 請求項1ないし4のいずれか1項に記載の絶縁物被覆軟磁性粉末を含むことを特徴とする圧粉磁心。
  6. 請求項5に記載の圧粉磁心を備えることを特徴とする磁性素子。
  7. 請求項6に記載の磁性素子を備えることを特徴とする電子機器。
  8. 請求項6に記載の磁性素子を備えることを特徴とする移動体。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210090029A (ko) * 2020-01-09 2021-07-19 삼성전기주식회사 자성 분말 및 자성 분말을 포함하는 코일 부품

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6504288B1 (ja) * 2018-03-09 2019-04-24 Tdk株式会社 軟磁性金属粉末、圧粉磁心および磁性部品
JP6504287B1 (ja) * 2018-03-09 2019-04-24 Tdk株式会社 軟磁性金属粉末、圧粉磁心および磁性部品
JP6536860B1 (ja) * 2018-03-09 2019-07-03 Tdk株式会社 軟磁性金属粉末、圧粉磁心および磁性部品
CN110838398A (zh) * 2019-11-15 2020-02-25 安徽大学 一种复合软磁材料及其制备方法
JP2022123530A (ja) * 2021-02-12 2022-08-24 太陽誘電株式会社 コイル部品の製造方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0624797A (ja) * 1992-07-08 1994-02-01 Asahi Glass Co Ltd 接着又は封着用ガラス
JPH08315634A (ja) * 1995-05-23 1996-11-29 Murata Mfg Co Ltd 導電ペースト及びそれを用いたセラミック電子部品
JP2007161524A (ja) * 2005-12-14 2007-06-28 Nippon Electric Glass Co Ltd ビスマス系ガラス組成物
JP2008226960A (ja) * 2007-03-09 2008-09-25 Toko Inc 電子部品の製造方法
JP2009032739A (ja) * 2007-07-24 2009-02-12 Nissan Motor Co Ltd 軟磁性材料及びその製造方法
JP2010177271A (ja) * 2009-01-27 2010-08-12 Nissan Motor Co Ltd 圧粉磁心材料およびその製造方法
JP2010232225A (ja) * 2009-03-25 2010-10-14 Seiko Epson Corp 絶縁物被覆軟磁性粉末、圧粉磁心および磁性素子
JP2016210667A (ja) * 2015-05-14 2016-12-15 日本電気硝子株式会社 ビスマス系ガラス粉末及びこれを用いた複合粉末材料
JP2017046462A (ja) * 2015-08-26 2017-03-02 セイコーエプソン株式会社 電機子、界磁子、電機子の製造方法、界磁子の製造方法および電動機械
DE102016102386A1 (de) * 2016-02-11 2017-08-17 Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg Hybridmagnet und Verfahren zu dessen Herstellung

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005311196A (ja) 2004-04-23 2005-11-04 Daido Steel Co Ltd 車両搭載モータ用圧粉磁心とその製造方法
JP5553978B2 (ja) 2008-09-05 2014-07-23 東光株式会社 電子部品の製造方法
JP5381219B2 (ja) * 2009-03-25 2014-01-08 セイコーエプソン株式会社 絶縁物被覆軟磁性粉末、圧粉磁心および磁性素子
JP5119196B2 (ja) 2009-04-17 2013-01-16 トヨタ自動車株式会社 圧粉磁心用粉末と圧粉磁心、およびそれらの製造方法
KR100993253B1 (ko) 2010-04-28 2010-11-10 김선기 탄성 전기접촉단자
JP2013204063A (ja) * 2012-03-27 2013-10-07 Ntn Corp 圧粉磁心の製造方法および磁心用粉末

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0624797A (ja) * 1992-07-08 1994-02-01 Asahi Glass Co Ltd 接着又は封着用ガラス
JPH08315634A (ja) * 1995-05-23 1996-11-29 Murata Mfg Co Ltd 導電ペースト及びそれを用いたセラミック電子部品
JP2007161524A (ja) * 2005-12-14 2007-06-28 Nippon Electric Glass Co Ltd ビスマス系ガラス組成物
JP2008226960A (ja) * 2007-03-09 2008-09-25 Toko Inc 電子部品の製造方法
JP2009032739A (ja) * 2007-07-24 2009-02-12 Nissan Motor Co Ltd 軟磁性材料及びその製造方法
JP2010177271A (ja) * 2009-01-27 2010-08-12 Nissan Motor Co Ltd 圧粉磁心材料およびその製造方法
JP2010232225A (ja) * 2009-03-25 2010-10-14 Seiko Epson Corp 絶縁物被覆軟磁性粉末、圧粉磁心および磁性素子
JP2016210667A (ja) * 2015-05-14 2016-12-15 日本電気硝子株式会社 ビスマス系ガラス粉末及びこれを用いた複合粉末材料
JP2017046462A (ja) * 2015-08-26 2017-03-02 セイコーエプソン株式会社 電機子、界磁子、電機子の製造方法、界磁子の製造方法および電動機械
DE102016102386A1 (de) * 2016-02-11 2017-08-17 Vacuumschmelze Gmbh & Co. Kg Hybridmagnet und Verfahren zu dessen Herstellung

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210090029A (ko) * 2020-01-09 2021-07-19 삼성전기주식회사 자성 분말 및 자성 분말을 포함하는 코일 부품
KR102335425B1 (ko) * 2020-01-09 2021-12-06 삼성전기주식회사 자성 분말 및 자성 분말을 포함하는 코일 부품
US11581114B2 (en) 2020-01-09 2023-02-14 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Magnetic powder and coil component comprising the same

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