JP2021121004A - 軟磁性コンパウンドおよびボンド磁心 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鉄基軟磁性粒子と、該鉄基軟磁性粒子の表面に形成された被覆層と、該被覆層上に付着している結合樹脂とを有する軟磁性コンパウンドであって、該被覆層は、金属リン酸塩と芳香族化合物を含み、該結合樹脂は、芳香環を有する熱可塑性樹脂を含む軟磁性コンパウンドである。
本発明は、上述したコンパウンドを用いて成形されたボンド磁心(樹脂結合型軟磁性体)としても把握される。例えば、本発明は、被覆層を表面に有する鉄基軟磁性粒子が結合樹脂で結着されてなるボンド磁心であって、該被覆層は、金属リン酸塩と芳香族化合物を含み、該結合樹脂は、芳香環を有する熱可塑性樹脂を含むボンド磁心でもよい。
(1)本発明は、上述したコンパウンドの製造方法としても把握される。例えば、本発明は、鉄基軟磁性粒子の表面に被覆層を形成する被覆工程と、該被覆工程後の鉄基軟磁性粒子に結合樹脂を付着させる付着工程とを備え、該被覆層は、金属リン酸塩と芳香族化合物を含み、該結合樹脂は、芳香環を有する熱可塑性樹脂を含む軟磁性コンパウンドの製造方法でもよい。
(1)本明細書では、特に断らない限り、コンパウンドまたはボンド磁心の全体に対する鉄基軟磁性粒子または結合樹脂の割合は、体積割合(体積%)で示す。全体に対する鉄基軟磁性粒子の割合を、(磁粉)充填率という。なお、鉄基軟磁性粒子、金属リン酸塩等の成分組成は、特に断らない限り、質量割合(質量%)または原子割合(原子%)で示す。
鉄基軟磁性粒子(「軟磁性粒子」または「鉄基粒子」ともいう。)は、Feを主成分とする鉄基材(純鉄、鉄合金、鉄化合物等)からなる粒子である。軟磁性粒子は、その全体を100質量%として、例えば、Feを85質量%以上、90質量%以上、94質量%以上さらには98質量%以上含むとよい。軟磁性粒子は、Fe以外に、例えば、Si、Al、B、Ni等の合金元素を含んでもよい。合金元素は、例えば、合計で1〜10質量%さらには2〜6質量%含まれるとよい。純鉄(不純物を含み得る)からなる軟磁性粒子を用いると、ボンド磁心の磁束密度を高め得る。Si等を含む鉄合金からなる軟磁性粒子を用いると、ボンド磁心の鉄損(主に渦電流損失)を低減させ得る。
被覆層は、金属リン酸塩と芳香族化合物を含む。金属リン酸塩と芳香族化合物は、それぞれ層状に存在してもよいし、混在していてもよい。被覆層は、それら以外の物質(化合物等)をさらに含んでもよい。
金属リン酸塩は、金属元素(M)、PおよびOを少なくとも含む。鉄基軟磁性粒子をリン酸処理する場合、金属リン酸塩は、Mの少なくとも一つがFeである鉄リン酸塩を含む。
このようなガラス状絶縁物の詳細は、例えば、特許第4060101号公報、特許第5062946号公報、特開2005−93350号公報等に記載されている。
芳香族化合物は、芳香環を有する有機化合物である。芳香環は、例えば、炭素の六員環であるベンゼン環、炭素と窒素の六員環であるトリアジン環である。芳香族化合物は、チオール基、アミノ基、メトキシシラン基またはエトキシシラン基の少なくとも一つである反応基を有するとよい。これらの反応基を介して、芳香族化合物は金属リン酸塩と強固に結合(主に共有結合:σ結合)し得る。
被覆層は、金属リン酸塩と芳香族化合物が混在した複合層でもよいし、鉄基軟磁性粒子の表面に形成された金属リン酸塩層(第1層)と金属リン酸塩層(第1層)上に形成された芳香族化合物層(第2層)との積層でもよい。複合層からなる被覆層は、効率的な形成が可能となる。積層からなる被覆層は、成形時の流動性、ボンド磁心の強度や絶縁性(比抵抗)を高次元で両立させ得る。
結合樹脂は、芳香環を有する熱可塑性樹脂を含む。芳香環は、例えば、ベンゼン環である。このような熱可塑性樹脂として、例えば、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)、熱可塑性ポリイミド(TPI)等がある。
コンパウンド全体(またはボンド磁心全体)に対する軟磁性粒子の存在割合(「磁粉充填率」または単に「充填率」という。)は、例えば、50〜80体積%さらには65〜75体積%であるとよい。充填率が過小であると、ボンド磁心の磁束密度が低下し得る。充填率が過大になると、ボンド磁心の成形性の低下や比抵抗の低下(鉄損の増加)等が生じ得る。
(1)コンパウンド
コンパウンドは、例えば、軟磁性粒子の表面に被覆層を形成する被覆工程と、被覆層を有する軟磁性粒子に結合樹脂を付着させる付着工程とにより得られる。
ボンド磁心は、例えば、コンパウンドを用いて、射出成形、圧縮成形、押出成形、トランスファー成形等することにより得られる。いずれの場合でも、コンパウンドを加熱して結合樹脂を溶融(軟化を含む)させた流動混合物が、キャビティ内で充填、冷却、固化(凝固)することで、ボンド磁心となる。ボンド磁心の形態は問わない。またボンド磁心は、成形後、さらに加工されて所望形状とされてもよい。
ボンド磁心は、例えば、電磁機器のコアまたはヨークとして用いられる。軟磁性粒子が結合樹脂中に略均等に分散しているボンド磁心は高比抵抗であり、交番磁界中で作動する電磁機器(電動機等)のコアやヨークとして好適である。ボンド磁心は成形性に優れるため、例えば、複雑な形状のコアやヨークにも好適である。一例として、形状が複雑なスロットを有するロータコアにボンド磁心が用いられるとよい。
(1)原料粉末(磁粉)
鉄基軟磁性粒子の原料粉末(磁粉)として、純鉄からなるガスアトマイズ粉を用意した。磁粉は、篩い分けにより粒度調整した。その粒度は、上限値〜下限値→粒度の順で記載すると、106〜212μm(65〜150メッシュ)→159μmとした。粒度は、電磁式ふるい振とう器(レッチェ製)により分級(篩い分け)したときに用いたメッシュサイズの上限値と下限値の中央値である。軟磁性粉末に30μm未満の軟磁性粒子が含まれていないことは、SEMより確認している。
磁粉の各粒子表面に、鉄リン酸塩層(第1層)と芳香族化合物層(第2層)を順に形成した。
第2処理磁粉と結合樹脂(PPS:ポリプラスチックス株式会社製W202A)の粉末とを混練した(混練工程)。混練は、ラボプラストミルを用いて、大気中で、混練温度:300℃、混練時間:20分間として行った。こうして異形状(10×20mm)のコンパウンドを得た。本実施例では、そのコンパウンドまたはそのコンパウンドを用いて成形したボンド磁心を「試料1」という。
比較試料として、次のような試料C0、試料C1および試料C2も用意した。なお、特に断らない工程は、上述した試料1と同様に処理した。
各コンパウンドを用いてボンド磁心を圧縮成形した(成形工程)。圧縮成形は、油圧真空加熱プレス(株式会社井元製作所製11FD)を用いて行った。金型のキャビティは、断面が正方形の直方体状(100×100×5)とした。成形は、温度(コンパウンドの加熱温度):300℃、圧力:30MPa、窒素雰囲気として行った。
(1)コンパウンド
磁粉充填率を変化させたコンパウンド(試料1と試料C0)について、溶融時の流動性(溶融粘度)を指標するメルトボリュームレイト(MVR: Melt Volume-Flow Rate)を測定した。測定には、メルトインデクサー(日本ダイニスコ株式会社製D500)を用いて、JIS K7210−1 規格に準じて行った。こうして得られた結果を図2Aにまとめて示した。
磁粉充填率を変化させたコンパウンドを用いて得られたボンド磁心(試料1と試料C0)について、曲げ強度を測定した。曲げ強度は、JIS K7171規格に準じて、3点曲げ強度試験より算出した。こうして得られた結果を図2Bにまとめて示した。
(1)流動性
図2Aから明らかなように、鉄リン酸塩と芳香族化合物からなる被覆層を設けることにより、磁粉充填率を大きくしても、コンパウンドの流動性が確保されることがわかった。
図2Bから明らかなように、その被覆層を設けることにより、磁粉充填率を大きくしても、高強度なボンド磁心が得られることもわかった。
図3から明らかなように、その被覆層は、ボンド磁心の比抵抗と強度を高次元で両立させ得ることもわかった。
Claims (9)
- 鉄基軟磁性粒子と、該鉄基軟磁性粒子の表面に形成された被覆層と、該被覆層上に付着している結合樹脂とを有する軟磁性コンパウンドであって、
該被覆層は、金属リン酸塩と芳香族化合物を含み、
該結合樹脂は、芳香環を有する熱可塑性樹脂を含む軟磁性コンパウンド。 - 前記被覆層は、前記金属リン酸塩からなり前記鉄基軟磁性粒子の表面に形成された第1層と、前記芳香族化合物からなり該第1層上に形成された第2層とを有する請求項1に記載の軟磁性コンパウンド。
- 前記芳香族化合物は、ベンゼン環を有するフェニル系化合物および/またはトリアジン環を有するトリアジン系化合物である請求項1または2に記載の軟磁性コンパウンド。
- 前記芳香族化合物は、チオール基、アミノ基、メトキシシラン基またはエトキシシラン基の少なくとも一つである反応基を有する請求項1〜3のいずれかに記載の軟磁性コンパウンド。
- 前記金属リン酸塩は、鉄リン酸塩である請求項1〜4のいずれかに記載の軟磁性コンパウンド。
- 前記鉄リン酸塩は、さらに、BおよびSrを含む請求項5に記載の軟磁性コンパウンド。
- 前記熱可塑性樹脂は、ポリフェニレンサルファイド(PPS)または熱可塑性ポリイミド(TPI)である請求項1〜6のいずれかに記載の軟磁性コンパウンド。
- 前記鉄基軟磁性粒子は、前記軟磁性コンパウンド全体に対して50〜80体積%含まれる請求項1〜7のいずれかに記載の軟磁性コンパウンド。
- 被覆層を表面に有する鉄基軟磁性粒子が結合樹脂で結着されてなるボンド磁心であって、
該被覆層は、金属リン酸塩と芳香族化合物を含み、
該結合樹脂は、芳香環を有する熱可塑性樹脂を含むボンド磁心。
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