JP2023150133A - Soft magnetic particle, powder magnetic core and magnetic component - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、軟磁性金属粒子、圧粉磁心および磁性部品に関する。 The present disclosure relates to soft magnetic metal particles, powder magnetic cores, and magnetic components.
特許文献1には、Fe並びに元素L(SiまたはZr)および元素M(Si、Zr以外のFeより酸化しやすい金属元素)を含む軟磁性合金粒子と、この粒子の一部が酸化してなる酸化膜とを備える磁性体が記載されている。酸化膜が互いに組成の異なる内膜と外膜とを有する。
本開示は、耐熱性が高い圧粉磁心を提供できる軟磁性金属粒子を提供する。 The present disclosure provides soft magnetic metal particles that can provide a dust core with high heat resistance.
本開示の一実施形態に係る軟磁性金属粒子は、
コア粒子と、前記コア粒子の表面に形成される絶縁膜と、を有し、
前記絶縁膜がSiとZrとの複合酸化物を含み、
前記絶縁膜におけるSiとZrとの合計含有量に対するZrの含有割合が1.0mol%以上である。
The soft magnetic metal particles according to an embodiment of the present disclosure are
comprising a core particle and an insulating film formed on the surface of the core particle,
the insulating film contains a composite oxide of Si and Zr,
The content ratio of Zr to the total content of Si and Zr in the insulating film is 1.0 mol% or more.
前記絶縁膜におけるSiとZrとの合計含有量に対するZrの含有割合が3.0mol%以上20mol%以下であってもよい。 The content ratio of Zr to the total content of Si and Zr in the insulating film may be 3.0 mol% or more and 20 mol% or less.
前記コア粒子がFeを含んでもよい。 The core particles may contain Fe.
本開示の一実施形態に係る圧粉磁心は上記の軟磁性金属粒子を含む。 A dust core according to an embodiment of the present disclosure includes the soft magnetic metal particles described above.
本開示の一実施形態に係る磁性部品は、上記の圧粉磁心を含む。 A magnetic component according to an embodiment of the present disclosure includes the powder magnetic core described above.
以下、本開示の実施形態を、図面を参照しながら説明する。以下に説明する本開示の実施形態は、本開示を説明するための例示である。本開示の実施形態に係る各種構成要素、例えば数値、形状、材料、製造工程などは、技術的に問題が生じない範囲内で改変したり変更したりすることができる。 Embodiments of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. The embodiments of the present disclosure described below are examples for explaining the present disclosure. Various components related to the embodiments of the present disclosure, such as numerical values, shapes, materials, manufacturing processes, etc., can be modified or changed within a range that does not cause any technical problems.
また、本開示の図面に表された形状等は、実際の形状等とは必ずしも一致しない。説明のために形状等を改変している場合があるためである。 Further, the shapes etc. shown in the drawings of the present disclosure do not necessarily match the actual shapes etc. This is because the shapes and the like may have been changed for the sake of explanation.
本開示の一実施形態に係る圧粉磁心1は図1に示すように、金属磁性粒子(コア粒子)11および粒界相12を含む。さらに、コア粒子11の表面11aに形成される絶縁膜13を含む。
A powder
本開示の一実施形態に係る軟磁性金属粒子は、コア粒子11と、コア粒子11の表面11aに形成される絶縁膜13と、を有する。
A soft magnetic metal particle according to an embodiment of the present disclosure includes a
コア粒子11の成分には特に制限はないが、コア粒子11がFeを含んでもよい。コア粒子11がFeを主成分として含む場合には、飽和磁化が高くなりやすい。コア粒子11がFeおよびSiを主成分として含む場合には、初透磁率μiが高くなりやすい。コア粒子11がFeおよびNiを主成分として含む場合には、初透磁率μiが高くなりやすい。コア粒子11がFeおよびCoを主成分として含む場合には、初透磁率μiが高くなりやすい。
Although there are no particular restrictions on the components of the
なお、「主成分として含む」とは、主成分として含まれる元素のそれぞれの含有比率が1重量%以上であり、主成分として含まれる元素の合計含有比率が40重量%以上であり、かつ、主成分として含まれる元素以外の元素のそれぞれの含有比率が主成分として含まれる元素のうち含有比率が最も低い元素の含有比率よりも低いことを指す。 In addition, "contained as a main component" means that the content ratio of each element contained as a main component is 1% by weight or more, and the total content ratio of elements contained as a main component is 40% by weight or more, and This means that the content ratio of each element other than the elements included as the main component is lower than the content ratio of the element with the lowest content ratio among the elements included as the main component.
コア粒子11がFeを主成分として含む場合には、Feの含有比率が40重量%以上であり、かつ、Fe以外の各元素の含有比率がFeの含有比率よりも低い。なお、コア粒子11における主成分以外の成分の種類には特に制限はない。主成分(Fe)以外の成分の種類としては、例えば、Ni、Co、Si、Zr、Vなどが挙げられる。
When the
コア粒子11がFeおよびSiを主成分として含む場合には、Feの含有比率が1重量%以上であり、Siの含有比率が1重量%以上であり、FeおよびSiの合計含有比率が40重量%以上であり、かつ、FeおよびSi以外の各元素の含有比率がFeとSiのうち含有比率が低い元素の含有比率よりも低い。コア粒子11におけるFeとSiとの含有比率には特に制限はない。重量比でSi/Fe=0/100~20/80であってもよい。重量比でSi/Fe=0/100~10/90である場合に、飽和磁化が高くなりやすい。なお、コア粒子11における主成分以外の成分の種類には特に制限はない。主成分(FeおよびSi)以外の成分の種類としては、例えば、Ni、Co、Zr、Vなどが挙げられる。
When the
コア粒子11がFeおよびNiを主成分として含む場合には、Feの含有比率が1重量%以上であり、Niの含有比率が1重量%以上であり、FeおよびNiの合計含有比率が40重量%以上であり、かつ、FeおよびNi以外の各元素の含有比率がFeとNiのうち含有比率が低い元素の含有比率よりも低い。コア粒子11におけるFeとNiとの含有比率には特に制限はない。重量比でNi/Fe=0/100~75/25であってもよい。なお、コア粒子11における主成分以外の成分の種類には特に制限はない。主成分(FeおよびNi)以外の成分の種類としては、例えば、Co、Si、Zr、Vなどが挙げられる。
When the
コア粒子11がFeおよびCoを主成分として含む場合には、Feの含有比率が1重量%以上であり、Coの含有比率が1重量%以上であり、FeおよびCoの合計含有比率が40重量%以上であり、かつ、FeおよびCo以外の各元素の含有比率がFeとCoのうち含有比率が低い元素の含有比率よりも低い。コア粒子11におけるFeとCoとの含有比率には特に制限はない。重量比でCo/Fe=0/100~50/50であってもよい。なお、コア粒子11における主成分以外の成分の種類には特に制限はない。主成分(FeおよびCo)以外の成分の種類としては、例えば、Ni、Si、Zr、Vなどが挙げられる。
When the
図1に示すように、軟磁性金属粒子はコア粒子11と、コア粒子11の表面に形成される絶縁膜13とを有する。すなわち、絶縁膜13はコア粒子11の表面11aに接し、コア粒子11を被覆している。
As shown in FIG. 1, the soft magnetic metal particle has a
絶縁膜13はコア粒子11の表面11aの全体を被覆していなくてもよく、コア粒子11の表面11a全体の90%以上を被覆していればよい。
The
絶縁膜13はSiの酸化物およびZrを含む。絶縁膜13がSiの酸化物に加えてZrを含むことにより、Zrを含まない場合と比較して、同等な絶縁膜の厚みで、圧粉磁心1の耐熱性が高くなる。本開示において圧粉磁心1の「耐熱性が高い」とは、例えば、圧粉磁心1が高温環境下に保持された場合でも、絶縁抵抗値が低下しにくいことを意味する。また、圧粉磁心1が高温環境下においてどのように保持されるかについては特に制限はない。例えば、圧粉磁心1が高温環境下において使用されてもよく、圧粉磁心1が高温環境下において保管されてもよい。
絶縁膜13に含まれるSiの酸化物はSiとZrとの複合酸化物を含んでいれば、特に制限はない。
The Si oxide contained in the
絶縁膜13に含まれるSiの酸化物は、例えば、Si-O系酸化物(シリコン酸化物)であってもよい。また、Si-O系酸化物の種類には特に制限はない。例えば、SiO2などのSiの酸化物の他、Siおよびその他の元素を含む複合酸化物などであってもよい。
The Si oxide contained in the
絶縁膜13においてZrがSiとの複合酸化物として含まれる。すなわち、絶縁膜13はSiとZrとの複合酸化物を含む。ZrがSiとの複合酸化物として絶縁膜13に含まれることにより、耐熱性が向上する。
Zr is contained in the
絶縁膜13におけるSiとZrとの合計含有量に対するZrの含有割合(以下、Zr/(Si+Zr)と表記する場合がある)が1.0mol%以上である。絶縁膜13におけるZr/(Si+Zr)が1.0mol%以上であることにより、耐熱性が高くなる。絶縁膜13におけるZr/(Si+Zr)が3.0mol%以上20mol%以下であってもよく、3.0mol%以上10mol%以下であってもよく、3.1mol%以上10mol%以下であってもよい。Zr/(Si+Zr)が上記の範囲内であることにより、耐熱性がさらに高くなる。
The content ratio of Zr (hereinafter sometimes expressed as Zr/(Si+Zr)) to the total content of Si and Zr in the insulating
以下、絶縁膜13がSiとZrとの複合酸化物を含むことを確認する方法について説明する。
A method for confirming that the insulating
絶縁膜13がSiとZrとの複合酸化物を含む場合には、SiとZrとが絶縁膜13中に均一に存在する。SiとZrとが絶縁膜13中に均一に存在することは、例えば、絶縁膜13を深さ方向に沿ってライン分析することで確認することができる。
When the insulating
例えば、絶縁膜13におけるZr/(Si+Zr)が30mol%である絶縁膜13に対して、絶縁膜13の外側の表面を0nmとしてライン分析を行う場合について述べる。
For example, a case will be described in which line analysis is performed on the insulating
絶縁膜13がSiとZrとの複合酸化物を含む場合には、絶縁膜13のどの部分を測定してもSiとZrとの合計含有量に対するZrの含有割合が30mol%になりやすい。すなわち、絶縁膜13のどの部分を測定しても、SiとZrとの合計含有量に対するZrの含有割合が同じ値になりやすい。これは、SiとZrとが均一に複合化して複合酸化物を形成しているためであると考えられる。
When the insulating
例えば、絶縁膜13の厚みが75nm以上80nm未満であれば、ライン分析の結果が表Aに記載するような結果になりやすい。表Aでは、SiとZrとの合計含有量に対するZrの含有割合をZr欄に記載し、SiとZrとの合計含有量に対するSiの含有割合をSi欄に記載している。
For example, if the thickness of the insulating
これに対し、絶縁膜13にZrが単体または化合物(SiとZrとの複合酸化物を除く)の形で点在している場合には、Siが単独で検出される箇所とZrが単独で検出される箇所とが個別に絶縁膜13に含まれやすい。
On the other hand, when Zr is scattered in the insulating
例えば、絶縁膜13の厚みが75nm以上80nm未満であれば、ライン分析の結果が表Bに記載するような結果になりやすい。表Bでは、SiとZrとの合計含有量に対するZrの含有割合をZr欄に記載し、SiとZrとの合計含有量に対するSiの含有割合をSi欄に記載している。
For example, if the thickness of the insulating
絶縁膜13がSiとZrとの複合酸化物を含む場合には、絶縁膜13におけるSiとZrとの合計含有量に対するZrの含有割合またはSiとZrとの合計含有量に対するSiの含有割合が0.10mol%以下となる箇所が10%未満である。絶縁膜13がSiとZrとの複合酸化物を実質的に含まない場合には、絶縁膜13におけるSiとZrとの合計含有量に対するZrの含有割合またはSiとZrとの合計含有量に対するSiの含有割合が0.10mol%以下となる箇所が10%以上である。このことは、例えばTEM-EDSの元素マッピングでも確認することができる。
When the insulating
絶縁膜13がZrに加えて、Zr以外の金属元素を含んでいてもよい。例えば、酸化物が絶縁性のあるBa、Ca、Mg、Al、Ni、Mn、Zn等が挙げられる。その中でもCa、Mg、Ni、Mn、Znは比較的、絶縁膜に導入しやすい。しかし、絶縁膜13がZrを含まずにこれらの金属元素を含んでも絶縁膜13がZrを含む場合に比べて圧粉磁心1の耐熱性の向上が期待できない。Zr以外の金属元素の含有量には特に制限はない。Zr以外の金属元素の含有量は、例えば、Zrの含有量に対する含有割合が1mol%以下であってもよい。
In addition to Zr, the insulating
絶縁膜13の膜厚には特に制限はない。例えば5nm以上500nm以下であってもよい。
There is no particular limit to the thickness of the insulating
圧粉磁心1に含まれる軟磁性金属粒子同士の間には粒界相12が含まれる。粒界相12に含まれる化合物の種類には特に制限はなく、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、イミド樹脂、および/またはSi-O系酸化物であってもよい。また、粒界相12が空隙を含んでいてもよい。シリコーン樹脂としては、例えばメチル系のシリコーン樹脂などが挙げられる。エポキシ樹脂としては、例えばクレゾールノボラックなどが挙げられる。イミド樹脂としては、例えばビスマレイミドなどが挙げられる。
A
なお、樹脂12としてシリコーン樹脂を含む場合には、後述する熱処理により、粒界相12に含まれるシリコーン樹脂の一部または全部がSiO2等のSi-O系酸化物に変性する場合がある。
Note that when the
コア粒子11の含有量、および粒界相12に含まれる化合物の含有量には特に制限はない。圧粉磁心1全体に占めるコア粒子11の含有量は90重量%~99.9重量%であってもよい。圧粉磁心1全体に占める粒界相12に含まれる化合物の含有量は0.1重量%~10重量%であってもよい。
There are no particular limitations on the content of
絶縁膜13と同様に、粒界相12にもZrが含まれていてもよい。
Similar to the insulating
圧粉磁心1の断面を観察する方法には特に制限はない。例えば、SEMまたはTEMを用いて適切な倍率で圧粉磁心1を観察してもよい。さらに、EDS分析を行うことで、圧粉磁心1の各箇所における組成、特にZrの含有量およびSiの含有量を測定することができる。そして、絶縁膜13におけるZr/(Si+Zr)を測定することができる。同様の方法でコア粒子11におけるZrの含有量を測定することもできる。
There is no particular restriction on the method of observing the cross section of the powder
粒界相12に存在するZrの含有割合を測定する場合には、例えば、まず、上記の測定でコア粒子11におけるZrの含有量および絶縁膜13におけるZrの含有量を測定する。その後、圧粉磁心1全体のZr含有量をICPで定量する。そして、圧粉磁心全体のZr含有量からコア粒子11全体におけるZrの含有量および絶縁膜13全体におけるZrの含有量を引くことで粒界相12に存在するZrの含有割合を測定できる。
When measuring the content ratio of Zr present in the
本実施形態に係る圧粉磁心1の製造方法を以下に示すが、圧粉磁心1の製造方法は下記の方法に限定されない。
A method for manufacturing the powder
まず、コア粒子11を作製する。コア粒子11の作製方法には特に制限はないが、例えばガスアトマイズ法、水アトマイズ法などが挙げられる。コア粒子11の粒子径および円形度には特に制限はない。粒子径の中央値(D50)は1μm~100μmである場合には、初透磁率μiが高くなりやすい。
First,
次に、コア粒子11の表面11aにSiの酸化物およびZrを含む絶縁膜13を形成するためのコーティングを行う。コーティング方法には特に制限はないが、例えば、アルコキシシランおよびZrを含むコーティング溶液をコア粒子11へ塗布する方法が例示される。コーティング溶液をコア粒子11へ塗布する方法には特に制限はなく、例えば噴霧拡散による方法が挙げられる。コーティング溶液にどのような状態でZrが含まれるかについては特に制限はない。例えば、ジルコニウムアルコキシドとしてZrが含まれていてもよい。ただし、Zrを中心金属とする金属錯体としてZrが含まれている場合には、後述する熱処理によっても金属錯体が分解しにくい。その結果、SiとZrとの複合酸化物が形成されにくい。以下、コーティング溶液にジルコニウムアルコキシドを添加する場合について説明する。
Next, coating is performed on the
コーティング溶液におけるアルコキシシランの濃度、ジルコニウムアルコキシドの濃度、および溶媒の種類にも特に制限はない。アルコキシシランの濃度およびジルコニウムアルコキシドの濃度は目的とするZr/(Si+Zr)の大きさ、目的とする絶縁膜13の膜厚等により決定すればよい。アルコキシシランとしては、モノアルコキシシラン、ジアルコキシシラン、トリアルコキシシラン、テトラアルコキシシランが例示される。モノアルコキシシランとしては、トリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、トリメチル(フェノキシ)シラン等が例示される。ジアルコキシシランとしては、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジイソプロピルジメトキシシラン、ジイソブチルジメトキシシラン、t-ブチルメチルジメトキシシラン、t-ブチルメチルジエトキシシラン等が例示される。トリアルコキシシランとしては、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、n-プロピルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、デシルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン等が例示される。テトラアルコキシシランとしては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトライソプロポキシシランなどが例示される。アルコキシシランとしては、1種類のアルコキシシランを用いてもよく、2種類以上のアルコキシシランを併用してもよい。
There are no particular limitations on the concentration of alkoxysilane, the concentration of zirconium alkoxide, and the type of solvent in the coating solution. The concentration of alkoxysilane and the concentration of zirconium alkoxide may be determined based on the desired value of Zr/(Si+Zr), the desired thickness of the insulating
ジルコニウムアルコキシドとしては、ジルコニウムテトラメトキシド、ジルコニウムテトラエトキシド、ジルコニウムテトラ-n-プロポキシド、ジルコニウムテトライソプロポキシド、ジルコニウムテトラ-n-ブトキシド等が例示される。ジルコニウムアルコキシドとしては、1種類のジルコニウムアルコキシドを用いてもよく、2種類以上のジルコニウムアルコキシドを併用してもよい。入手容易性の点から、ジルコニウムアルコキシドがジルコニウムテトラ-n-プロポキシドまたはジルコニウムテトラ-n-ブトキシドであってもよい。 Examples of the zirconium alkoxide include zirconium tetramethoxide, zirconium tetraethoxide, zirconium tetra-n-propoxide, zirconium tetraisopropoxide, and zirconium tetra-n-butoxide. As the zirconium alkoxide, one type of zirconium alkoxide may be used, or two or more types of zirconium alkoxide may be used in combination. In terms of availability, the zirconium alkoxide may be zirconium tetra-n-propoxide or zirconium tetra-n-butoxide.
溶媒としては、水、エタノール、イソプロピルアルコールなどが例示される。 Examples of the solvent include water, ethanol, and isopropyl alcohol.
また、噴霧拡散時において、コア粒子11全量に対するアルコキシシランの割合は0.1重量%~5重量%であってもよい。また、アルコキシシランが多いほど絶縁膜13の膜厚が厚くなる傾向にある。
Further, during spray diffusion, the proportion of alkoxysilane to the total amount of
噴霧拡散の条件には特に制限はないが、50℃~90℃で熱処理を行いながら噴霧拡散を行うことにより、絶縁膜13を形成するゾルゲル反応が促進されやすい。
Although there are no particular restrictions on the conditions for spray diffusion, the sol-gel reaction that forms the insulating
コーティング溶液を噴霧拡散した後のコア粒子11を乾燥させて溶媒を除去した後に、200℃~400℃で1時間~10時間加熱することにより、ゾルゲル反応が進行してSiの酸化物およびZrを含む絶縁膜13が形成される。このときの加熱温度が高く加熱時間が長いほど絶縁膜13の密度が高くなる傾向にある。また、コア粒子11を加熱する前に、コア粒子11をメッシュの篩に通して整粒してもよい。
The
次に、後述する熱処理前の圧粉体における粒界相12が樹脂を含む場合には、樹脂溶液を作製する。樹脂溶液には、上記したシリコーン樹脂、エポキシ樹脂および/またはイミド樹脂の他、硬化剤を添加してもよい。硬化剤の種類には特に制限はなく、例えばエピクロルヒドリンなどが挙げられる。また、樹脂溶液の溶媒についても特に制限はないが、揮発性の溶媒であってもよい。例えば、アセトン、エタノール等を用いることができる。また、樹脂溶液全体を100重量%とした場合における樹脂および硬化剤の合計濃度は10重量%~80重量%としてもよい。
Next, if the
さらに、粒界相12がZrを含む場合には、この時点で樹脂溶液にZrを添加する。樹脂溶液にどのような状態でZrが含まれるかについては特に制限はない。例えば、ジルコニウムアルコキシドとしてZrが含まれていてもよい。ジルコニウムアルコキシドとしては、ジルコニウムテトラメトキシド、ジルコニウムテトラエトキシド、ジルコニウムテトラ-n-プロポキシド、ジルコニウムテトライソプロポキシド、ジルコニウムテトラ-n-ブトキシド等が例示される。ジルコニウムアルコキシドとしては、1種類のジルコニウムアルコキシドを用いてもよく、2種類以上のジルコニウムアルコキシドを併用してもよい。入手容易性の点から、ジルコニウムテトラ-n-プロポキシドまたはジルコニウムテトラ-n-ブトキシドであってもよい。さらに、Zrの添加量を制御することで、粒界相に存在するZrの含有割合を制御することができる。
Furthermore, if the
次に、絶縁膜13を形成したコア粒子11、すなわち軟磁性金属粒子と、樹脂溶液とを混合する。そして、樹脂溶液の溶媒を揮発させて顆粒を得る。得られた顆粒はそのまま金型に充填してもよいが、整粒してから金型に充填してもよい。整粒する場合の整粒方法には特に制限はなく、例えば、目開き45μm~500μmのメッシュを用いてもよい。
Next, the
次に得られた顆粒を所定の形状の金型に充填し、加圧して圧粉体を得る。加圧時の圧力(成形圧力)には特に制限はなく、例えば500MPa~1500MPaとすることができる。成形圧力が高いほど最終的に得られる圧粉磁心1の初透磁率μiが高くなる。
Next, the obtained granules are filled into a mold of a predetermined shape and pressed to obtain a green compact. The pressure during pressurization (molding pressure) is not particularly limited, and can be set to, for example, 500 MPa to 1500 MPa. The higher the compacting pressure, the higher the initial magnetic permeability μi of the powder
作製した圧粉体を圧粉磁心としてもよい。また、作製した圧粉体に対して熱処理を行い、当該熱処理により作製した焼結体を圧粉磁心としてもよい。熱処理の条件に特に制限はない。樹脂としてシリコーン樹脂を用いる場合にはシリコーン樹脂が焼結する条件で熱処理を行ってもよい。例えば400℃~1000℃で0.1時間~10時間、熱処理を行ってもよい。樹脂としてエポキシ樹脂を用いる場合にはエポキシ樹脂を硬化させる。例えば25℃~250℃で0.1時間~10時間放置することによってエポキシ樹脂を硬化させる。また、エポキシ樹脂の硬化時の雰囲気にも特に制限はなく、大気中であってもよく、窒素雰囲気中であってもよい。 The produced powder compact may be used as a powder magnetic core. Alternatively, the produced powder compact may be heat-treated, and the sintered compact produced by the heat treatment may be used as the powder magnetic core. There are no particular restrictions on the heat treatment conditions. When a silicone resin is used as the resin, heat treatment may be performed under conditions that sinter the silicone resin. For example, heat treatment may be performed at 400° C. to 1000° C. for 0.1 hour to 10 hours. When using an epoxy resin as the resin, the epoxy resin is cured. For example, the epoxy resin is cured by leaving it at 25° C. to 250° C. for 0.1 hour to 10 hours. Furthermore, the atmosphere during curing of the epoxy resin is not particularly limited, and may be in the air or in a nitrogen atmosphere.
以上、本実施形態に係る圧粉磁心およびその製造方法について説明したが、本開示の圧粉磁心およびその製造方法は上記の実施形態に限定されない。 Although the powder magnetic core and the method for manufacturing the same according to the present embodiment have been described above, the powder magnetic core and the method for manufacturing the same according to the present disclosure are not limited to the above embodiment.
また、本開示の圧粉磁心の用途にも特に制限はない。例えば、インダクタ、リアクトル、チョークコイル、トランス等の磁性部品が挙げられる。本開示の磁性部品は上記の圧粉磁心を含む。 Further, there is no particular restriction on the use of the powder magnetic core of the present disclosure. Examples include magnetic components such as inductors, reactors, choke coils, and transformers. The magnetic component of the present disclosure includes the powder magnetic core described above.
以下、本開示を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本開示は、これら実施例に限定されない。 Hereinafter, the present disclosure will be described based on more detailed examples, but the present disclosure is not limited to these examples.
(実験例1)
金属磁性粒子(コア粒子)として、重量比でSi/Fe=4.5/95.5であり、FeとSiとの合計量が99重量%以上であるFe-Si系合金粒子(FeおよびSiを主成分として含む合金粒子)をガスアトマイズ法で作製した。なお、当該Fe-Si系合金粒子の粒子径の中央値(D50)は30μmであった。
(Experiment example 1)
As metal magnetic particles (core particles), Fe-Si alloy particles (Fe and Si (alloy particles containing as the main component) were produced by gas atomization method. Note that the median particle diameter (D50) of the Fe--Si alloy particles was 30 μm.
次に、前記金属磁性粒子の表面に絶縁膜を形成するためのコーティング溶液を作製した。コーティング溶液は前記金属磁性粒子の全量を100重量部として15重量部のエタノールと、トリメトキシシランおよびジルコニウムテトラ-n-プロポキシドの少なくとも1種と、2.0重量部の純水と、を混合して作製した。トリメトキシシランとジルコニウムテトラ-n-プロポキシドとの割合は、最終的に得られるコーティング膜におけるZr/(Si+Zr)が表1に示す値となるようにした。また、トリメトキシシランとジルコニウムテトラ-n-プロポキシドとの合計量は、最終的に得られる絶縁膜の膜厚が50nmとなるようにした。 Next, a coating solution for forming an insulating film on the surface of the metal magnetic particles was prepared. The coating solution is a mixture of 15 parts by weight of ethanol, at least one of trimethoxysilane and zirconium tetra-n-propoxide, and 2.0 parts by weight of pure water, with the total amount of the metal magnetic particles being 100 parts by weight. It was made by The ratio of trimethoxysilane and zirconium tetra-n-propoxide was adjusted so that Zr/(Si+Zr) in the finally obtained coating film had the value shown in Table 1. Further, the total amount of trimethoxysilane and zirconium tetra-n-propoxide was set such that the thickness of the final insulating film was 50 nm.
前記金属磁性粒子および前記コーティング溶液を混合し、噴霧撹拌しながら熱処理を行った。熱処理温度は80℃、熱処理時間は1時間とした。さらに、熱処理後に乾燥することで表面に絶縁膜を有する金属磁性粒子を得た。 The metal magnetic particles and the coating solution were mixed and heat-treated while being sprayed and stirred. The heat treatment temperature was 80°C and the heat treatment time was 1 hour. Further, by drying after heat treatment, metal magnetic particles having an insulating film on the surface were obtained.
ただし、比較例3では金属磁性粒子を被覆している絶縁膜が成膜されなかった。したがって、比較例3では以下の試験を実施しなかった。 However, in Comparative Example 3, the insulating film covering the metal magnetic particles was not formed. Therefore, in Comparative Example 3, the following tests were not conducted.
得られた金属磁性粒子を140メッシュの篩に通した後に熱処理を行った。熱処理温度は300℃、熱処理時間は5時間とした。 The obtained metal magnetic particles were passed through a 140 mesh sieve and then heat-treated. The heat treatment temperature was 300°C and the heat treatment time was 5 hours.
次に、エポキシ樹脂、硬化剤およびアセトンを混合して樹脂溶液を作製した。エポキシ樹脂としてはクレゾールノボラックを用いた。硬化剤としてはエピクロルヒドリンを用いた。エポキシ樹脂、硬化剤およびアセトンの重量比が10:10:80となるように混合した。 Next, an epoxy resin, a curing agent, and acetone were mixed to prepare a resin solution. Cresol novolak was used as the epoxy resin. Epichlorohydrin was used as a hardening agent. The epoxy resin, curing agent and acetone were mixed in a weight ratio of 10:10:80.
上記の金属磁性粒子の全量を100重量部として、上記の樹脂溶液を10重量部添加し、混合した。次に乾燥させてアセトンを揮発させて顆粒を得た。次に、顆粒を42メッシュの篩に通して整粒した。得られた顆粒を50℃のホットプレート上で0.5時間、乾燥させて造粒粉を作製した。 The total amount of the above metal magnetic particles was 100 parts by weight, and 10 parts by weight of the above resin solution was added and mixed. Next, it was dried to volatilize the acetone to obtain granules. Next, the granules were sized by passing through a 42 mesh sieve. The obtained granules were dried on a hot plate at 50° C. for 0.5 hours to produce granulated powder.
造粒粉100重量部に対してステアリン酸亜鉛を0.1重量部添加し、金型成形を行った。造粒粉の充填量を5gとした。成形圧は、最終的に得られるトロイダル圧粉磁心の密度が6.2g/cm3程度となるように適宜、調整した。金型の形状は外径Φ17.5mm、内径Φ10.0mm、厚さ5.0mmのトロイダル形状とした。 0.1 part by weight of zinc stearate was added to 100 parts by weight of the granulated powder, and molding was performed. The amount of granulated powder filled was 5 g. The molding pressure was adjusted as appropriate so that the density of the toroidal powder magnetic core finally obtained was about 6.2 g/cm 3 . The mold had a toroidal shape with an outer diameter of 17.5 mm, an inner diameter of 10.0 mm, and a thickness of 5.0 mm.
得られたトロイダルコアに対して200℃で2時間、熱処理を行い、トロイダル圧粉磁心を得た。最終的に得られる圧粉磁心全体を100重量%として、金属磁性粒子が98重量%程度となるようにした。 The obtained toroidal core was heat-treated at 200° C. for 2 hours to obtain a toroidal powder magnetic core. The metal magnetic particles were made to account for about 98% by weight, assuming that the entire powder magnetic core finally obtained was 100% by weight.
TEM-EDS観察によって、金属磁性粒子を被覆している絶縁膜が存在していることを確認した。そして、Zrが実質的に絶縁膜のみに含まれることを確認した。さらに、絶縁膜におけるZr/(Si+Zr)をEDSで定量した。絶縁膜13において測定箇所を10箇所設定し、各測定箇所におけるZr/(Si+Zr)を平均した結果を表1に示す。なお、各測定箇所の大きさは1nm2とした。
It was confirmed by TEM-EDS observation that there was an insulating film covering the metal magnetic particles. It was also confirmed that Zr was substantially contained only in the insulating film. Furthermore, Zr/(Si+Zr) in the insulating film was quantified by EDS. Ten measurement points were set in the insulating
また、実験例1の全実施例および比較例2では、絶縁膜におけるSiとZrとの合計含有量に対するZrの含有割合またはSiとZrとの合計含有量に対するSiの含有割合が0.10mol%以下となる箇所が10%未満であることを確認した。すなわち、絶縁膜がSiとZrとの複合酸化物を含むことを確認した。 In addition, in all Examples of Experimental Example 1 and Comparative Example 2, the content ratio of Zr to the total content of Si and Zr in the insulating film or the content ratio of Si to the total content of Si and Zr was 0.10 mol%. It was confirmed that less than 10% of the locations had the following conditions. That is, it was confirmed that the insulating film contained a composite oxide of Si and Zr.
絶縁膜の膜厚はTEM観察によって計測した。金属磁性粒子の表面に測定点を設定した。そして、当該測定点から絶縁膜の方向に垂線を引き、当該垂線のうち絶縁膜にある部分の長さを当該測定点における絶縁膜の厚みとした。測定点を10点設定して各測定点について絶縁膜の厚みを測定した。そして、測定した絶縁膜の厚みの平均を当該金属磁性粒子における絶縁膜の厚みとした。全ての実施例および比較例において絶縁膜の厚みが50nm程度であることを確認した。 The thickness of the insulating film was measured by TEM observation. Measurement points were set on the surface of the metal magnetic particles. Then, a perpendicular line was drawn in the direction of the insulating film from the measurement point, and the length of the portion of the perpendicular line located on the insulating film was defined as the thickness of the insulating film at the measurement point. Ten measurement points were set, and the thickness of the insulating film was measured at each measurement point. Then, the average of the measured thicknesses of the insulating film was defined as the thickness of the insulating film in the metal magnetic particles. It was confirmed that the thickness of the insulating film was approximately 50 nm in all Examples and Comparative Examples.
耐熱保管試験は、トロイダル圧粉磁心を165℃の恒温槽に1000時間、放置することにより行った。 The heat-resistant storage test was conducted by leaving the toroidal powder magnetic core in a constant temperature bath at 165° C. for 1000 hours.
耐熱保管試験後のトロイダル圧粉磁心の両側表面にIn-Gaペーストを塗って端子電極を形成した後にHP社のハイレジスタンスメータ4339Bを用いて絶縁抵抗を測定した。結果を表1に示す。高温試験後の絶縁抵抗は1.00E+08Ω・cm以上である場合を良好とし、1.00E+10Ω・cm以上である場合を更に良好とした。なお、1.00E+08とは、1.00×108という意味である。 After the heat-resistant storage test, In--Ga paste was applied to both surfaces of the toroidal powder magnetic core to form terminal electrodes, and then the insulation resistance was measured using HP High Resistance Meter 4339B. The results are shown in Table 1. The insulation resistance after the high temperature test was evaluated as good when it was 1.00E+08 Ω·cm or more, and even better when it was 1.00E+10 Ω·cm or more. Note that 1.00E+08 means 1.00×10 8 .
トロイダル圧粉磁心の密度は得られた圧粉磁心の寸法および重量から算出した。全ての実施例および比較例において6.2g/cm3程度であることを確認した。 The density of the toroidal powder magnetic core was calculated from the dimensions and weight of the obtained powder magnetic core. It was confirmed that it was about 6.2 g/cm 3 in all Examples and Comparative Examples.
表1より、トロイダル圧粉磁心の密度を概ね同一とした場合において、Zr/(Si+Zr)が1.0mol%以上である各実施例は絶縁膜がZrを含まない比較例1、および、Zr/(Si+Zr)が小さすぎる比較例2と比較して耐熱保管試験後の絶縁抵抗が高かった。Zr/(Si+Zr)が3.0mol%以上20mol%以下である各実施例は他の実施例と比較して耐熱保管試験後の絶縁抵抗がさらに高かった。 From Table 1, when the densities of the toroidal powder magnetic cores are approximately the same, each example in which Zr/(Si+Zr) is 1.0 mol% or more, Comparative Example 1 in which the insulating film does not contain Zr, and Zr/ The insulation resistance after the heat storage test was higher than that of Comparative Example 2 in which (Si+Zr) was too small. In each example in which Zr/(Si+Zr) was 3.0 mol% or more and 20 mol% or less, the insulation resistance after the heat-resistant storage test was higher than that of the other examples.
(実験例2)
実験例2は、ジルコニウムアルコキシドの代わりにジルコニウムアセチルアセトナートを添加した点以外は実験例1と同様にしてトロイダル圧粉磁心を作製した。ジルコニウムアセチルアセトナートの添加量は、絶縁膜におけるZr/(Si+Zr)が表2に記載される値となるようにした。
(Experiment example 2)
In Experimental Example 2, a toroidal powder magnetic core was produced in the same manner as Experimental Example 1 except that zirconium acetylacetonate was added instead of zirconium alkoxide. The amount of zirconium acetylacetonate added was such that Zr/(Si+Zr) in the insulating film had the value shown in Table 2.
実験例2の全ての比較例では、絶縁膜におけるSiとZrとの合計含有量に対するZrの含有割合またはSiとZrとの合計含有量に対するSiの含有割合が0.10mol%以下となる箇所が10%以上であることを確認した。すなわち、絶縁膜がSiとZrとの複合酸化物を実質的に含まないことを確認した。絶縁膜がSiとZrとの複合酸化物を含む場合と比較するため、実験例1の実施例1、6、11の結果も表2に示す。 In all the comparative examples of Experimental Example 2, there were places where the content ratio of Zr to the total content of Si and Zr in the insulating film or the content ratio of Si to the total content of Si and Zr was 0.10 mol% or less. It was confirmed that it was 10% or more. That is, it was confirmed that the insulating film did not substantially contain a composite oxide of Si and Zr. Table 2 also shows the results of Examples 1, 6, and 11 of Experimental Example 1 for comparison with the case where the insulating film contains a composite oxide of Si and Zr.
表2より、絶縁膜がSiとZrとの複合酸化物を実質的に含まない各比較例は、耐熱保管試験後の絶縁抵抗が実験例1の実施例よりも劣っていた。 From Table 2, each of the comparative examples in which the insulating film did not substantially contain a composite oxide of Si and Zr had an insulation resistance inferior to that of Experimental Example 1 after the heat-resistant storage test.
1・・・圧粉磁心
11・・・金属磁性粒子(コア粒子)
11a・・・金属磁性粒子の表面
12・・・粒界相
13・・・絶縁膜
1...Powder
11a...Surface of metal
Claims (5)
前記絶縁膜がSiとZrとの複合酸化物を含み、
前記絶縁膜におけるSiとZrとの合計含有量に対するZrの含有割合が1.0mol%以上である軟磁性金属粒子。 comprising a core particle and an insulating film formed on the surface of the core particle,
the insulating film contains a composite oxide of Si and Zr,
Soft magnetic metal particles in which the content ratio of Zr to the total content of Si and Zr in the insulating film is 1.0 mol% or more.
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