JP2022188938A - 圧粉磁心および電子部品 - Google Patents
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Abstract
【課題】高い初透磁率と高い耐錆性とを兼ね備える圧粉磁心と、当該圧粉磁心を用いた電子部品と、を提供すること。【解決手段】軟磁性粒子と、エポキシ樹脂と、添加材と、を含む圧粉磁心である。エポキシ樹脂は、分子鎖に沿って近接している2つのエポキシ結合間において、1つのメソゲン骨格を有しており、添加材は、Znを含む。【選択図】図3
Description
本発明は、圧粉磁心、および、当該圧粉磁心を備える電子部品に関する。
インダクタやリアクトルなどの磁気応用電子部品で用いられる圧粉磁心は、一般的に、磁性粒子をバインダ(結着材)と共に混練し、圧縮成形することで製造される。この圧粉磁心では、成形性や耐食性などの特性を改善するために、潤滑剤や防腐剤、分散剤などの添加材を用いることが知られている。たとえば、特許文献1,2では、潤滑剤として金属石鹸粉末を添加した圧粉磁心を開示している。
ただし、上記のような添加材は、非磁性材料である。そのため、圧粉磁心中に上記のような添加材を加えると、成形性や耐食性の改善が期待できるものの、反って透磁率などの磁気特性が悪化することがある。すなわち、添加材による成形性や耐食性の向上効果と、圧粉磁心の磁気特性とは、相反する関係にあり、特に、高い透磁率と高い耐錆性とを両立させることは困難であった。
本発明は、上記の実情を鑑みてなされ、その目的は、高い透磁率と高い耐錆性とを兼ね備える圧粉磁心と、当該圧粉磁心を用いた電子部品と、を提供することである。
上記の目的を達成するために、本発明に係る圧粉磁心は、
軟磁性粒子と、エポキシ樹脂と、添加材と、を含み、
前記エポキシ樹脂は、分子鎖に沿って近接している2つのエポキシ結合間において1つのメソゲン骨格を有しており、
前記添加材は、Znを含む。
軟磁性粒子と、エポキシ樹脂と、添加材と、を含み、
前記エポキシ樹脂は、分子鎖に沿って近接している2つのエポキシ結合間において1つのメソゲン骨格を有しており、
前記添加材は、Znを含む。
本発明者等は、鋭意検討した結果、エポキシ樹脂におけるメソゲン骨格の数と添加材の特性との間に特異な関係性があることを見出し、本発明を完成させるに至った。
具体的に、本発明者等の実験によれば、バインダとしてエポキシ結合間のメソゲン骨格数が0または2以上である樹脂を使用した場合、Znを含む添加材を圧粉磁心中に加えたとしても、効果的な耐錆性の向上が図れない。また、この場合において、添加材の含有率を増やして、耐錆性を向上させたとしても、透磁率が低下し、高耐錆性と高透磁率とを両立させることはできない。一方で、バインダとしてエポキシ結合間のメソゲン骨格数が1つであるエポキシ樹脂を使用した場合には、Znを含む添加材を圧粉磁心中に加えることで、高い透磁率と高い耐錆性とを両立して実現することができる。
好ましくは、前記軟磁性粒子と前記エポキシ樹脂と前記添加材との合計重量に対するZnの重量比率が、100ppm以上、600ppm以下である。
圧粉磁心におけるZnの含有率を、所定の範囲内に制御することで、より高い透磁率とより高い耐錆性とを両立して満足することができる。
圧粉磁心におけるZnの含有率を、所定の範囲内に制御することで、より高い透磁率とより高い耐錆性とを両立して満足することができる。
好ましくは、前記軟磁性粒子が、Feを主成分とする金属粒子である。
本発明の圧粉磁心は、インダクタ、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各種電子部品に適用することができ、特に、インダクタの磁心として利用することが好ましい。
以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき詳細に説明する。
図1に示すように、本発明の一実施形態に係るインダクタ素子100は、圧粉磁心110と、当該圧粉磁心110の内部に埋設してあるコイル120と、を有する。
圧粉磁心110の形状は、特に限定されず、たとえば、円柱状、楕円柱状、角柱状等の形状とすることができる。そして、圧粉磁心110は、図2に示すように、結着材としてのバインダ2と、バインダ2中に分散している磁性粒子4と、所定の添加材6(図示しない)と、を含んでおり、その他、非磁性の無機粒子などが含まれていてもよい。すなわち、圧粉磁心110は、複数の磁性粒子4がバインダ2を介して結合することにより、所定の形状に成形されている。以下、圧粉磁心110を構成しているバインダ2と、磁性粒子4と、添加材6とについて詳述する。
バインダ2は、主として硬化したエポキシ樹脂およびフェノール樹脂からなり、その他、微量の有機成分が含まれ得る。ここで、「微量の有機成分」とは、潤滑剤、硬化促進剤、可撓化剤、可塑剤、分散剤、着色剤、沈降防止剤等に起因する成分であって、バインダ2の主成分であるエポキシ樹脂100質量部に対して、1.0質量部以下程度含まれていてもよい。
本実施形態では、バインダ2のエポキシ樹脂が、所定の分子構造を有することを特徴とする。具体的に、バインダ2のエポキシ樹脂は、分子鎖に沿って近接している2つのエポキシ結合間において、複数ではなく1つのメソゲン骨格を有する。
ここで、本実施形態における「エポキシ結合」とは、プレポリマーに存在するエポキシ基が重合反応(硬化反応)によって開環することで形成される分子配列を意味する。また、「メソゲン骨格」とは、多環芳香族炭化水素または2つ以上の芳香環を含むと共に、剛直性および配向性を有する原子団の総称である。
より具体的に、メソゲン骨格は、以下の式(J)式に示す部分構造であることが好ましい。
上記の(J)式において、Xは、単結合、または、下記の群(A)より選択される少なくとも1種の連結基である。
また、上記の(J)式において、Yは、-H(水素)、アルキル基(炭素数が4以下の脂肪族炭化水素)、アセチル基およびハロゲンの中から選ばれ、メソゲン骨格中のYが全て同一でも異なっていてもよい。さらに、(J)式における*は、隣接する原子との結合部位を表す。
上記の(J)式において、Xは、単結合、または、下記の群(A)より選択される少なくとも1種の連結基である。
特に、本実施形態では、メソゲン骨格が、以下の(I)式に示す部分構造であることがより好ましい。
上記の(I)式におけるYおよび*は、(J)式と同様である。すなわち、(I)示すメソゲン骨格では、(J)式におけるXを単結合としており、官能基(アルキル基、アセチル基、ハロゲンなどの側鎖)が配置可能なYの数を(J)式よりも限定している。
上記のようなメソゲン骨格は、成形過程において磁性粒子4間の潤滑性を高め、磁性粒子4の再配列を効率的に促す働きを示すと考えられる。また、硬化後のメソゲン骨格間にはスタッキング(分子重なり)が形成されやすく、このスタッキングがバインダ2および圧粉磁心110の機械的強度の向上に寄与すると考えられる。さらに、メソゲン骨格は、磁性粒子4間の熱抵抗を低減する働きも示すと考えられる。そのため、メソゲン骨格を含むエポキシ樹脂で圧粉磁心110を形成することで、密度、強度、比透磁率、熱伝導率などの向上が期待できる。なお、上記において「磁性粒子4の再配列」とは、粒子が加圧により動き最密充填状態に近づくことを意味する。
本実施形態におけるバインダ2のエポキシ樹脂では、上述したようなメソゲン骨格が、分子鎖に沿って近接している2つのエポキシ結合間において、複数ではなく1つ存在している。
ここで、「近接している2つのエポキシ結合」について、より詳細に説明しておく。上述したような1つのメソゲン骨格を有する分子構造は、たとえば、以下の(K)式に示すようなプレポリマーを有するエポキシ樹脂を硬化させることで実現できる。
(K)式に示すプレポリマーにおいて、端部に位置するE1およびE2は、いずれも、エポキシ基であり、Mが、メソゲン骨格である。(K)式のプレポリマーを有するエポキシ樹脂を硬化させると、E1およびE2のエポキシ基が開環して高分子鎖が形成される。この場合、開環したE1とE2の間が、「分子鎖に沿って近接している2つのエポキシ結合間」に該当し、このエポキシ結合間に、1つのメソゲン骨格が存在することとなる。なお、(K)式では、エポキシ結合間にメソゲン骨格のみが存在するが、エポキシ結合間には、メソゲン骨格以外の部分構造が存在していてもよい。
なお、エポキシ結合間に存在するメソゲン骨格の数は、バインダ2の分子構造を解析することで特定できる。たとえば、核磁気共鳴スペクトル測定(NMR)、フーリエ変換赤外分光法(FT-IR)、ガスクロマトグラフィー質量分析法(GC/MS)、液体クロマトグラフィー質量分析法(LC/MS)、飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF-SIMS)などを適宜併用してバインダ2の分子構造を解析すればよい。また、測定用サンプルは、図1に示す圧粉磁心110からバインダ2を採取することで準備すればよい。
本実施形態において、磁性粒子4は、ソフトフェライトなどの酸化物磁性粒子であってもよいが、主成分としてFeを含む軟磁性金属粒子であることが好ましい。ここで、「主成分としてFeを含む」とは、単位質量あたりの軟磁性金属粒子に含まれるFeの含有率が60wt%以上であることを意味する。このような、軟磁性金属粒子としては、たとえば、純鉄、Fe-Si系合金(鉄-シリコン)、Fe-Al系合金(鉄-アルミニウム)、パーマロイ系合金(Fe-Ni)、センダスト系合金(Fe-Si-Al)、Fe-Si-Cr系合金(鉄-シリコン-クロム)、Fe-Si-Al-Ni系合金、Fe-Ni-Si-Co系合金、Fe系アモルファス合金、Fe系ナノ結晶合金等が例示される。
なお、軟磁性金属粒子である磁性粒子4には、添加材6に含まれるZnが実質的に含まれていないことが好ましい。「実質的に含まない」とは、軟磁性金属粒子の単位質量あたりに含まれるZnの含有率が100ppm未満であることを意味する。
また、磁性粒子4としての軟磁性金属粒子の表面には、絶縁被覆を形成することが好ましい。絶縁被覆としては、たとえば、粒子表層の酸化による被膜(酸化物膜)、リン酸塩被膜、ケイ酸塩被膜、ガラスコーティング、BN、SiO2、MgO、Al2O3などを含む無機物系被膜、もしくは有機物被膜などが挙げられる。これらの絶縁被覆は、熱処理、リン酸塩処理、メカニカルアロイング処理、シランカップリング処理、水熱合成などの表面処理により形成できる。金属磁性粒子に絶縁被覆を形成することで、圧粉磁心110の高周波損失を抑制することができる。
磁性粒子4の平均粒径(D50)は、特に限定されず、たとえば、50μm以下とすることができ、20μm~40μmの範囲内とすることが好ましい。なお、磁性粒子4の平均粒径は、図2に示すような圧粉磁心110の断面を画像解析することで測定すればよい。具体的に、図2に示すような断面に含まれる各粒子の面積を測定し、当該面積値から各粒子の円相当径を算出することで、磁性粒子4の粒度分布が得られる。当該測定において、測定視野の寸法は、観測される磁性粒子4の粒度に合わせて適宜調整すればよく、少なくとも5視野以上で解析を実施して粒度分布を得ることが好ましい。
なお、圧粉磁心110に含まれる磁性粒子4は、全て同一の材質で構成してもよく、材質が異なる複数の粒子群で構成してもよい。また、図2に示すように、粒度の異なる複数の粒子群で磁性粒子4を構成してもよい。たとえば、Fe-Si系合金からなる大粒子4aと、当該大粒子4aよりも平均粒径が小さい純鉄からなる小粒子4bと、を混ぜ合わせて磁性粒子4を構成することができる。
また、磁性粒子4が軟磁性金属粒子である場合、圧粉磁心110におけるバインダ2の含有量は、磁性粒子100質量部に対して、4.0質量部以下であることが好ましく、1.0質量部~4.0質量部とすることがより好ましい。
なお、バインダの含有量は、圧粉磁心を誘導結合プラズマ発光分光解析装置(ICP―AES)で解析することで概算することができる。この際、圧粉磁心を、たとえば塩酸などで融解させて分析用サンプルを作製し、ICP-AESで検出された元素の強度を概算することでバインダ含有量を算出する。
添加材6は、Znを含む有機金属化合物である。ここで、有機金属化合物とは、たとえば、金属アルコキシド、金属錯体、脂肪酸塩などが挙げられ、好ましくは脂肪酸塩である。添加材6が脂肪酸塩である場合、添加材6を構成する脂肪酸としては、たとえば、ステアリン酸、モンタン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、リシノール酸、ベヘン酸、パルミチン酸、12-ヒドロキシステアリン酸などが挙げられ、より好ましくは、ステアリン酸、モンタン酸、ラウリン酸である。
圧粉磁心110における添加材6の存在状態は、特に限定されず、添加材6は、バインダ2中に分散していてもよく、磁性粒子の表面に付着していてもよい。この添加材6は、圧粉磁心110の製造過程では、潤滑剤として機能し、成形不良を抑制する。また、Znを擁する添加材6が圧粉磁心110に含まれることで、透磁率の低下を抑制しつつ耐錆性の向上を図ることができる。
また、圧粉磁心110におけるZnの含有率を所定の範囲に制御することで、より高い透磁率とより高い耐食性が得られる。具体的に、バインダ2(エポキシ樹脂)と磁性粒子4と添加材6との合計重量(100wt%)に対するZnの重量比率RZnは、10ppm~2500ppmの範囲内とすることができ、100ppm以上、600ppm以下であることが好ましい。
圧粉磁心110の主要な構成要素が上述したバインダ2、磁性粒子4、および、添加材6であり、非磁性セラミック粒子などのその他の要素が含まれない場合、上記のZnの重量比率RZnは、圧粉磁心110の単位質量あたりに含まれるZnの含有率に相当する。そして、このZnの重量比率RZnは、圧粉磁心110を塩酸などで溶かして測定試料を得た後、誘導結合プラズマ発光分光分析(ICP)により測定すればよい。
また、上記のZnの重量比率RZnは、添加材6に起因して圧粉磁心110に含まれるZnの質量に基づく。本実施形態では、磁性粒子4などの添加材6以外の構成要素には、Znが実質的に含まれておらず、圧粉磁心110から採取した測定試料から検出されるZn量に基づいて、重量比率RZnを算出すればよい。仮に、磁性粒子4にZnが含まれる場合には、圧粉磁心110から採取した磁性粒子4の組成をICPや蛍光X線分析(XRF)などにより分析し、磁性粒子4に起因して検出されるZnの質量を差し引いて、重量比率RZnを算出すればよい。
また、圧粉磁心110には、Znを含まないその他の有機金属化合物が実質的に含まれていないことが好ましく、特に、Li、Mgを擁する有機金属化合物は実質的に含まないことが好ましい。より具体的に、圧粉磁心110の単位質量あたりに含まれるLiの含有率は、10ppm以下であることが好ましい。また、圧粉磁心110の単位質量あたりに含まれるMgの含有率は、100ppm以下であることが好ましい。さらに、Li、Mgの合計含有率は、100ppm以下であることが好ましい。これら有機金属化合物の含有率を上記範囲内とすることで、透磁率の低下を抑制できる。
次に、図1に示すインダクタ素子100の製造方法の一例について説明する。
まず、バインダ2の原料である樹脂材料と、磁性粒子4の原料粉末と、添加材6と、を準備する。磁性粒子4の原料粉末は、公知の粉末製造方法により作製できる。粉末製造方法としては、たとえば、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法、回転ディスク法、カルボニル法などが挙げられる。もしくは、単ロール法により得られる薄帯を機械的に粉砕して、原料粉末を製造してもよい。なお、上記の製法で磁性粒子4の原料粉末を得た後、篩分級や気流分級などを実施することで、磁性粒子4の粒度を制御することができる。また、磁性粒子4の表面に絶縁被覆を形成する場合には、上記で得られた原料粉末に、熱処理、もしくは、リン酸塩処理、メカニカルアロイング処理、シランカップリング処理、水熱合成などの表面処理を施せばよい。
バインダ2の樹脂原料としては、硬化前のプレポリマーからなるエポキシ樹脂を準備する。このエポキシ樹脂は、プレポリマーの端部に位置する2つのエポキシ基間に、1つのメソゲン骨格を有する。
そして、上記エポキシ樹脂と、硬化剤であるフェノール樹脂を、溶媒に溶解させることで塗料を作製する。この際、分子量が500~10000程度の硬化剤を使用することが好ましい。また、溶媒についても、特に限定されず、アセトン、イソプロピルアルコール(IPA)、メチルエチルケトン(MEK)、ブチルジグリコールアセテート(BCA)、メタノールなどを用いることができる。さらに、上記塗料には、硬化促進剤(硬化触媒)、可撓化剤、可塑剤、分散剤、着色剤、沈降防止剤等を適宜添加してもよい。なお、硬化剤の添加量は、エポキシ樹脂の配合量に応じて適宜決定すればよい。
添加材6としては、Znを含む有機金属化合物の粉末(たとえば、ステアリン酸亜鉛粉末)を準備する。この有機金属化合物粉末の平均粒径(D50)は、2μm~15μm程度であることが好ましく、磁性粒子4の原料粉末の平均粒径よりも小さいことが好ましい。
次に、磁性粒子4の原料粉末と、エポキシ樹脂を含む塗料と、添加材6とを、ニーダや二軸押出機などの各種混練機に投入し、混練することで、圧粉磁心用の前駆体を作製する。この際、磁性粒子100質量部に対してバインダ2が1~4質量部となるように、原料粉末と塗料とを配合することが好ましい。また、添加材6の配合比は、圧粉磁心110におけるZnの重量比率RZnが上述した所定範囲内となるように制御することが好ましい。なお、添加材6は、当該混練工程の前に、磁性粒子4の原料粉末に添加し、混合しておいてもよい。また、当該混練工程では、インダクタ素子の用途に応じて、適宜、非磁性セラミック粒子などを添加してもよい。
次に、上記の前駆体を用いて圧粉磁心を製造する。図1に示すインダクタ素子100の場合、前駆体を、インサート部材としての空芯コイルとともに金型内に充填し、圧縮成形する。これにより作製すべき圧粉磁心の形状を有する成形体が得られ、この成形体に適宜熱処理を施すことで、成形体中のエポキシ樹脂を硬化させる。この際の熱処理条件は、特に限定されず、エポキシ樹脂が十分に硬化する条件とすればよい。たとえば、熱処理温度を150℃~200℃とし、処理時間を1時間~5時間とする。熱処理時の雰囲気は特に限定されず、大気雰囲気(air)でもよい。
以上の工程により、圧粉磁心110の内部にコイル120が埋設してあるインダクタ素子100が得られる。
(本実施形態のまとめ)
本実施形態の圧粉磁心110は、エポキシ樹脂およびフェノール樹脂を含むバインダ2と、バインダ2中に分散した磁性粒子4と、添加材6と、を有する。バインダ2に含まれるエポキシ樹脂では、分子鎖に沿って近接している2つのエポキシ結合間に存在するメソゲン骨格の数が1つである。また、添加材6は、Zn(亜鉛)を含む。
本実施形態の圧粉磁心110は、エポキシ樹脂およびフェノール樹脂を含むバインダ2と、バインダ2中に分散した磁性粒子4と、添加材6と、を有する。バインダ2に含まれるエポキシ樹脂では、分子鎖に沿って近接している2つのエポキシ結合間に存在するメソゲン骨格の数が1つである。また、添加材6は、Zn(亜鉛)を含む。
本発明者等は、鋭意検討した結果、エポキシ樹脂におけるメソゲン骨格の数と添加材の特性との間に特異な関係性があることを見出した。具体的に、本発明者等の実験によれば、バインダとしてエポキシ結合間のメソゲン骨格数が0または2以上である樹脂を使用した場合、Znを含む添加材6を圧粉磁心中に加えたとしても、効果的な耐錆性の向上が図れない。また、この場合において、添加材6の含有率を増やして、耐錆性を向上させたとしても、透磁率が低下し、高耐錆性と高透磁率とを両立させることはできない。一方で、バインダ2としてエポキシ結合間のメソゲン骨格数が1つであるエポキシ樹脂を使用した場合には、Znを含む添加材6を圧粉磁心110に加えることで、高い透磁率と高い耐錆性とを両立して実現することができる。
また、本実施形態の圧粉磁心110では、エポキシ樹脂(バインダ2)と磁性粒子4と添加材6との合計重量に対するZnの重量比率RZnを、100ppm以上、600ppm以下に制御することで、より高い透磁率とより高い耐錆性とが得られる。
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
たとえば、インダクタ素子などの電子部品は、複数の圧粉磁心を組み合わせて構成してもよい。また、圧粉磁心の形状も特に限定されず、たとえば、トロイダル型、FT型、ET型、EI型、UU型、EE型、EER型、UI型、ドラム型、ポット型、カップ型の形状としてもよい。さらに、上記実施形態では、圧粉磁心中にコイルが埋設してあるが、コイルの配置は図1に示す構成に限定されず、圧粉磁心の外側に導線を巻回することでコイルを形成してもよい。
圧粉磁心の製造方法についても、上述した実施形態に限定されず、シート法や射出成型により圧粉磁心を製造してもよく、2段階圧縮により圧粉磁心を製造してもよい。2段階圧縮による製造方法では、たとえば、前駆体を仮圧縮して複数の予備成形体を作製した後、これら予備成形体と空芯コイルとを組み合わせて本圧縮する。
また、上記実施形態では、インダクタ素子100について説明したが、本発明の圧粉磁心は、リアクトル、トランス、非接触給電デバイス、磁気シールド部品などの電子部品にも適用可能である。
以下、具体的な実施例に基づいて、本発明をさらに詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
(実験1)
実験1では、バインダと添加材中の金属元素との関係性を評価するために、実施例1~3と比較例1~15に係る圧粉磁心サンプルを作製した。
実験1では、バインダと添加材中の金属元素との関係性を評価するために、実施例1~3と比較例1~15に係る圧粉磁心サンプルを作製した。
実施例1
まず、磁性粒子4の原料粉末として、平均粒径が25μmのFe-Si系合金粉末を、ガスアトマイズ法にて作製した。この原料粉末の表面には、熱処理により平均厚み100nm程度のSiO2膜を形成した。
まず、磁性粒子4の原料粉末として、平均粒径が25μmのFe-Si系合金粉末を、ガスアトマイズ法にて作製した。この原料粉末の表面には、熱処理により平均厚み100nm程度のSiO2膜を形成した。
次に、プレポリマーからなるビフェニル型のエポキシ樹脂を準備した。当該エポキシ樹脂は、プレポリマーの端部に位置するエポキシ基間に(I)式に示す1つのメソゲン骨格を有していた。そして、エポキシ樹脂および硬化剤を、アセトン溶媒に溶解させることで塗料を得た。この際、硬化剤の添加量は、エポキシ樹脂100質量部に対して50質量部とし、その他、硬化促進剤をエポキシ樹脂100質量部に対して1質量部添加した。
次に、上記の塗料とFe-Si系合金粉末とを、ニーダで混練し、実施例1に係る圧粉磁心用前駆体を得た。この際、添加材6として、Znを含むステアリン酸亜鉛を添加した。また、磁性粒子100質量部に対するバインダ2の含有量が3質量部となるように、塗料と合金粉末との配合比を調整した。
次に、上記の前駆体を金型に投入し、成形圧力8MPaで加圧してトロイダル形状の成形体を得た。また、圧縮成形後は、成形体を180℃で3時間加熱することで、成形体中のエポキシ樹脂を硬化させて、実施例1に係る圧粉磁心サンプルを得た。なお、作製したトロイダル形状の圧粉磁心サンプルは、いずれも、外径:17.5mm、内径:10mm、厚み(高さ):5mm前後であった。
実施例2
実施例2では、添加材6として、ラウリン酸亜鉛を使用した。添加材の種類以外の実験条件は、実施例1と同様として、実施例2に係る圧粉磁心サンプルを作製した。
実施例2では、添加材6として、ラウリン酸亜鉛を使用した。添加材の種類以外の実験条件は、実施例1と同様として、実施例2に係る圧粉磁心サンプルを作製した。
実施例3
実施例3では、添加材6として、モンタン酸亜鉛を使用した。添加材の種類以外の実験条件は、実施例1と同様として、実施例3に係る圧粉磁心サンプルを作製した。
実施例3では、添加材6として、モンタン酸亜鉛を使用した。添加材の種類以外の実験条件は、実施例1と同様として、実施例3に係る圧粉磁心サンプルを作製した。
比較例1および2
比較例1,2では、バインダとして、メソゲン骨格を有していないポリイミド樹脂を使用した。そのうえで、比較例1では、添加材を加えずに圧粉磁心サンプルを製造し、比較例2では、ステアリン酸亜鉛を添加して圧粉磁心サンプルを製造した。比較例1,2における上記以外の実験条件は、実施例1と同様とした。
比較例1,2では、バインダとして、メソゲン骨格を有していないポリイミド樹脂を使用した。そのうえで、比較例1では、添加材を加えずに圧粉磁心サンプルを製造し、比較例2では、ステアリン酸亜鉛を添加して圧粉磁心サンプルを製造した。比較例1,2における上記以外の実験条件は、実施例1と同様とした。
比較例3および4
比較例3,4では、バインダとして、エポキシ結合間のメソゲン骨格数が0であるクレゾールノボラック型のエポキシ樹脂を使用した。そのうえで、比較例3では、添加材を加えずに圧粉磁心サンプルを製造し、比較例4では、ステアリン酸亜鉛を添加して圧粉磁心サンプルを製造した。比較例4における上記以外の実験条件は、実施例1と同様とした。
比較例3,4では、バインダとして、エポキシ結合間のメソゲン骨格数が0であるクレゾールノボラック型のエポキシ樹脂を使用した。そのうえで、比較例3では、添加材を加えずに圧粉磁心サンプルを製造し、比較例4では、ステアリン酸亜鉛を添加して圧粉磁心サンプルを製造した。比較例4における上記以外の実験条件は、実施例1と同様とした。
比較例5~10
比較例5~10では、バインダとして、エポキシ結合間のメソゲン骨格数が2以上であるビフェニル型のエポキシ樹脂を使用した。そのうえで、比較例5では、添加材を加えずに圧粉磁心サンプルを製造し、比較例6~10では、それぞれ、ステアリン酸亜鉛を添加して圧粉磁心サンプルを製造した。比較例5~10における上記以外の実験条件は、実施例1と同様とした。
比較例5~10では、バインダとして、エポキシ結合間のメソゲン骨格数が2以上であるビフェニル型のエポキシ樹脂を使用した。そのうえで、比較例5では、添加材を加えずに圧粉磁心サンプルを製造し、比較例6~10では、それぞれ、ステアリン酸亜鉛を添加して圧粉磁心サンプルを製造した。比較例5~10における上記以外の実験条件は、実施例1と同様とした。
比較例11~15
比較例11~15では、実施例1と同様に、エポキシ結合間のメソゲン骨格数が1つであるビフェニル型のエポキシ樹脂を用いた。ただし、比較例11では、添加材6を使用せずに圧粉磁心サンプルを製造した。また、比較例12~15では、Zn以外の金属元素を含む添加材を使用して圧粉磁心サンプルを製造した。具体的に、比較例12:ステアリン酸リチウム、比較例13;ステアリン酸バリウム、比較例14:ステアリン酸マグネシウム、比較例15:ステアリン酸カルシウム、とした。比較例11~15における上記以外の実験条件は、実施例1と同様とした。
比較例11~15では、実施例1と同様に、エポキシ結合間のメソゲン骨格数が1つであるビフェニル型のエポキシ樹脂を用いた。ただし、比較例11では、添加材6を使用せずに圧粉磁心サンプルを製造した。また、比較例12~15では、Zn以外の金属元素を含む添加材を使用して圧粉磁心サンプルを製造した。具体的に、比較例12:ステアリン酸リチウム、比較例13;ステアリン酸バリウム、比較例14:ステアリン酸マグネシウム、比較例15:ステアリン酸カルシウム、とした。比較例11~15における上記以外の実験条件は、実施例1と同様とした。
実験1における各実施例および各比較例については、以下に示す評価を実施した。
(メソゲン骨格数の計測)
作製した圧粉磁心サンプルから分子構造解析用の分析サンプルを採取した。そして、NMR、FT-IR、GC/MS、LC/MSを実施することで、バインダの分子構造を解析し、近接する2つのエポキシ結合間に存在するメソゲン骨格の数を特定した。
作製した圧粉磁心サンプルから分子構造解析用の分析サンプルを採取した。そして、NMR、FT-IR、GC/MS、LC/MSを実施することで、バインダの分子構造を解析し、近接する2つのエポキシ結合間に存在するメソゲン骨格の数を特定した。
(金属元素Mの重量比率RMの測定)
各実施例および各比較例で使用した添加材に含まれる金属元素をMとして、圧粉磁心の単位質量当たりに含まれる金属元素Mの含有率を、ICPにより測定した。ここで測定した金属元素Mの含有率とは、磁性粒子とバインダと添加材の合計重量100%中に含まれる金属元素Mの重量比率RMである。
各実施例および各比較例で使用した添加材に含まれる金属元素をMとして、圧粉磁心の単位質量当たりに含まれる金属元素Mの含有率を、ICPにより測定した。ここで測定した金属元素Mの含有率とは、磁性粒子とバインダと添加材の合計重量100%中に含まれる金属元素Mの重量比率RMである。
(透磁率の測定)
各実施例および各比較例の圧粉磁心サンプルについて、初透磁率μiを測定した。初透磁率μiは、トロイダル形状の圧粉磁心に導線を30ターン巻回した後、LCRメータ(HP社LCR428A)によって測定した。
各実施例および各比較例の圧粉磁心サンプルについて、初透磁率μiを測定した。初透磁率μiは、トロイダル形状の圧粉磁心に導線を30ターン巻回した後、LCRメータ(HP社LCR428A)によって測定した。
(耐錆性の評価)
圧粉磁心サンプルの耐錆性を評価するために、塩水噴霧試験を行った。塩水噴霧試験はW900mm、D600mm、H350mmの塩水噴霧試験器中で行った。塩水噴霧量は、1.5±0.5mL/hat80cm2とした。本条件の下35℃で24時間塩水噴霧試験を行った。塩水噴霧後、3mm×3mmの測定部位をランダムに 10か所設定した。各測定部位を、光学顕微鏡(倍率50倍)に備え付けたカメラにより撮影し、各測定部位の錆面積比率を算出した。そして、10か所の測定部位の平均の錆面積比率を算出した。錆面積比率が低いほど、圧粉磁心サンプルの耐錆性が良好であると判断する。
圧粉磁心サンプルの耐錆性を評価するために、塩水噴霧試験を行った。塩水噴霧試験はW900mm、D600mm、H350mmの塩水噴霧試験器中で行った。塩水噴霧量は、1.5±0.5mL/hat80cm2とした。本条件の下35℃で24時間塩水噴霧試験を行った。塩水噴霧後、3mm×3mmの測定部位をランダムに 10か所設定した。各測定部位を、光学顕微鏡(倍率50倍)に備え付けたカメラにより撮影し、各測定部位の錆面積比率を算出した。そして、10か所の測定部位の平均の錆面積比率を算出した。錆面積比率が低いほど、圧粉磁心サンプルの耐錆性が良好であると判断する。
本実施例では、初透磁率μiが27未満で、かつ、錆面積比率が20%以上である場合を、「不合格:F」と判断した。また、初透磁率μiが27以上で、かつ、錆面積比率が20%未満である場合を、「良好:G」と判断し、初透磁率μiが28.5以上で、かつ、錆面積比率が12.5%未満である場合を、「特に良好:VG」と判断した。各実施例および各比較例の評価結果を、表1に示す。
表1に示すように、メソゲン骨格数が0または2以上であるバインダを使用した比較例1~10では、Znを含む添加材を加えても、耐錆性が十分に向上しなかった。また、比較例6や比較例10のように、一部の比較例で、耐錆性の向上効果が見受けられたが、耐錆性の向上に伴って初透磁率μiが低下しており、高耐錆性と高透磁率とを両立することができなかった。
また、メソゲン骨格数が1つであるバインダを使用した比較例11~15においては、Li,Ba,Mg,またはCaを含む添加材を使用したが、これらの比較例でも、高耐錆性と高透磁率とを両立することができなかった。一方、メソゲン骨格数が1つのバインダを使用し、かつ、Znを含む添加材を使用した実施例1~3では、初透磁率μiを低下させることなく錆面積比率を低減することができた。この結果から、エポキシ結合間のメソゲン骨格数が1つであるエポキシ樹脂をバインダとして使用する場合は、Znを含む添加材を圧粉磁心中に加えることで、高耐錆性と高透磁率とを両立できることが立証できた。
また、実施例2,3の結果から、脂肪酸の種類を変更しても、高耐錆性と高透磁率とを両立できることが確認できた。
(実験2)
実験2では、圧粉磁心における添加材由来の金属元素含有率の影響を評価した。
実験2では、圧粉磁心における添加材由来の金属元素含有率の影響を評価した。
実施例1-1~1-8
Znの重量比率RZnの影響を評価するために、ステアリン酸亜鉛の添加量を変更して実施例1と関連する8種の圧粉磁心サンプル(実施例1-1~実施例1-8)を作製した。上記以外の実験条件は、実験1の実施例1と同様である。評価結果を、表2に示す。
Znの重量比率RZnの影響を評価するために、ステアリン酸亜鉛の添加量を変更して実施例1と関連する8種の圧粉磁心サンプル(実施例1-1~実施例1-8)を作製した。上記以外の実験条件は、実験1の実施例1と同様である。評価結果を、表2に示す。
比較例2-1~比較例2-5
ポリイミド樹脂を用いた比較例2についても、ステアリン酸亜鉛の添加量を変更して、比較例2と関連する5種の圧粉磁心サンプル(比較例2-1~2-5)を作製した。上記以外の実験条件は、実験1の比較例2と同様である。評価結果を、表3に示す。
ポリイミド樹脂を用いた比較例2についても、ステアリン酸亜鉛の添加量を変更して、比較例2と関連する5種の圧粉磁心サンプル(比較例2-1~2-5)を作製した。上記以外の実験条件は、実験1の比較例2と同様である。評価結果を、表3に示す。
比較例4-1~比較例4-5
メソゲン骨格数が0であるクレゾールノボラック型エポキシ樹脂を用いた比較例4についても、ステアリン酸亜鉛の添加量を変更して、比較例4と関連する5種の圧粉磁心サンプル(比較例4-1~4-5)を作製した。上記以外の実験条件は、実験1の比較例4と同様である。評価結果を、表4に示す。
メソゲン骨格数が0であるクレゾールノボラック型エポキシ樹脂を用いた比較例4についても、ステアリン酸亜鉛の添加量を変更して、比較例4と関連する5種の圧粉磁心サンプル(比較例4-1~4-5)を作製した。上記以外の実験条件は、実験1の比較例4と同様である。評価結果を、表4に示す。
比較例6-1~比較例6-5
メソゲン骨格数が3であるビフェニル型エポキシ樹脂を用いた比較例6についても、ステアリン酸亜鉛の添加量を変更して、比較例6と関連する5種の圧粉磁心サンプル(比較例6-1~6-5)を作製した。上記以外の実験条件は、実験1の比較例6と同様である。評価結果を、表5に示す。
メソゲン骨格数が3であるビフェニル型エポキシ樹脂を用いた比較例6についても、ステアリン酸亜鉛の添加量を変更して、比較例6と関連する5種の圧粉磁心サンプル(比較例6-1~6-5)を作製した。上記以外の実験条件は、実験1の比較例6と同様である。評価結果を、表5に示す。
比較例14-1~比較例14-5
メソゲン骨格数が1であるビフェニル型エポキシ樹脂を用いた比較例14についても、ステアリン酸マグネシウムの添加量を変更して、比較例14と関連する5種の圧粉磁心サンプル(比較例14-1~14-5)を作製した。上記以外の実験条件は、実験1の比較例14と同様である。評価結果を、表6に示す。
メソゲン骨格数が1であるビフェニル型エポキシ樹脂を用いた比較例14についても、ステアリン酸マグネシウムの添加量を変更して、比較例14と関連する5種の圧粉磁心サンプル(比較例14-1~14-5)を作製した。上記以外の実験条件は、実験1の比較例14と同様である。評価結果を、表6に示す。
表2~表6に示す評価結果を、図3のグラフにまとめた。図3のグラフでは、横軸を初透磁率μiとし、縦軸を錆面積比率として、表2~表6の測定結果をプロットした。図3のグラフでは、グラフの右下側にプロットが近いほど、透磁率が高く、耐錆性が良好であることを意味しており、破線で囲まれた範囲が良好、一点鎖線で囲まれた範囲が特に良好である。
表2~表6および図3に示すように、メソゲン骨格数が0のバインダを使用した比較例2,4では、ステアリン酸亜鉛の添加量を増やしても、耐錆性の十分な向上が図れず、透磁率も低下する結果となった。複数のメソゲン骨格を有するバインダを使用した比較例6では、ステアリン酸亜鉛の添加量を増やすことで、耐錆性がある程度向上したものの、透磁率が低下する結果となった。この結果から、メソゲン骨格数が0または2以上であるバインダを使用する場合は、ステアリン酸亜鉛などのZnを含む有機金属化合物を添加しても、高耐錆性と高透磁率との両立が困難であることがわかった。
また、メソゲン骨格数が1つのバインダを使用した比較例14では、ステアリン酸マグネシウムの添加量を増やしても、さほど耐錆性の向上が図れず、ステアリン酸マグネシウムの増加に伴い透磁率が低下していく結果となった。この結果から、メソゲン骨格数が1つのエポキシ樹脂を使用する場合、圧粉磁心の単位質量当たりに含まれるMgの含有率は、100ppm以下であることが好ましいことがわかった。
一方、メソゲン骨格数が1つのエポキシ樹脂を使用した実施例1では、表2および図3に示すように、圧粉磁心に含まれるZnの重量比率RZnを調整することで、より高い耐錆性と、より高い透磁率とが得られた。より具体的に、圧粉磁心に含まれるZnの重量比率RZnは、100ppm~600ppmであることが好ましい(さらに好ましくは510ppm以下)ことがわかった。
100 … インダクタ素子
110 … 圧粉磁心
2 … バインダ
4 … 磁性粒子
4a … 大粒子
4b … 小粒子
120 … コイル
110 … 圧粉磁心
2 … バインダ
4 … 磁性粒子
4a … 大粒子
4b … 小粒子
120 … コイル
Claims (4)
- 軟磁性粒子と、エポキシ樹脂と、添加材と、を含み、
前記エポキシ樹脂は、分子鎖に沿って近接している2つのエポキシ結合間において1つのメソゲン骨格を有しており、
前記添加材は、Znを含む圧粉磁心。 - 前記軟磁性粒子と前記エポキシ樹脂と前記添加材との合計重量に対するZnの重量比率が、100ppm以上、600ppm以下である請求項1に記載の圧粉磁心。
- 前記軟磁性粒子が、Feを主成分とする金属粒子である請求項1または2に記載の圧粉磁心。
- 請求項1~3のいずれかに記載の圧粉磁心を備える電子部品。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021097233A JP2022188938A (ja) | 2021-06-10 | 2021-06-10 | 圧粉磁心および電子部品 |
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