JP6508878B2 - 軟磁性成型体 - Google Patents
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Description
扁平形状を有する軟磁性金属粉末をバインダ成分によって結着させた軟磁性成型体であって、
60体積%以上の前記軟磁性金属粉末と、10体積%以上かつ30体積%以下の開細孔とを含んでおり、
前記バインダ成分は、無機酸化物を主成分としている
軟磁性成型体が得られる。
前記軟磁性成型体は、1以上の粉末集合体を含んでおり、
前記粉末集合体は、複数の前記軟磁性金属粉末を含んでおり、
前記粉末集合体に含まれる前記軟磁性金属粉末の上面又は下面は、部分的に平面状に広がった前記バインダ成分によって、同じ前記粉末集合体に含まれる他の前記軟磁性金属粉末の下面又は上面と結着されている
軟磁性成型体が得られる。
前記バインダ成分は、部分的に粒子状に集まって、前記粉末集合体に含まれる前記軟磁性金属粉末を、同じ前記粉末集合体に含まれない前記軟磁性金属粉末と、間隔をあけて結着している
軟磁性成型体が得られる。
前記軟磁性金属粉末のうち互いに上下に隣接する2以上の前記軟磁性金属粉末は、第1軟磁性金属粉末として粉末集合体を構成しており、
前記軟磁性成型体は、1以上の前記粉末集合体を含んでおり、
上下に隣接した2つの前記第1軟磁性金属粉末は、上下に隣接した前記第1軟磁性金属粉末の夫々の厚さよりも小さな距離をあけて、前記バインダ成分によって互いに平行に延びるように結着されている
軟磁性成型体が得られる。
前記粉末集合体は、他の前記粉末集合体、又は前記粉末集合体のいずれにも含まれない前記軟磁性金属粉末である第2軟磁性金属粉末と、互いの間に前記開細孔を形成しつつ結着されている
軟磁性成型体が得られる。
表面の少なくとも一部は、樹脂又はガラス質によって覆われている
軟磁性成型体が得られる。
前記開細孔の少なくとも一部は、樹脂又はガラス質によって埋められている
軟磁性成型体が得られる。
前記開細孔の少なくとも一部に無機質を含む溶液を含侵させて熱処理を施すことにより、前記開細孔の少なくとも一部が、前記無機質を含む溶液を含侵させる前に前記軟磁性成型体に含まれていた前記無機酸化物とは別の無機酸化物によって埋められている
軟磁性成型体が得られる。
磁芯が得られる。
磁性シートが得られる。
軟磁性成型体の軟磁性を担う材料として、軟磁性金属粉末を使用した。より具体的には、Fe−Si−Cr系合金の水アトマイズ粉末を用いた。粉末は、3.5重量%のSiと、2重量%のCrとを含んでいた。また、粉末は、33μmの平均粒径(D50)を有していた。ボールミルを用いて、粉末を扁平化した。詳しくは、粉末に8時間の鍛造加工を施した後、窒素雰囲気中で800℃、3時間の熱処理を加え、これにより扁平形状のFe−Si−Cr粉末(以下、「粉末PA」という。)を得た。
粉末PA、溶媒、増粘剤及び熱硬化性バインダ成分を第1の混合方法(即ち、従来の混合方法)によって混合して第1のスラリーを作製した。具体的には、粉末PA、溶媒、増粘剤及び熱硬化性バインダ成分からなる混合物を、直径150mm、液面深さ150mmの容器に投入した。容器内の混合物を、差し渡し長さ100mmの回転羽根によって、毎分250回転の回転速度で、5時間混合した。溶媒としては、エタノールを使用した。増粘剤としては、ポリアクリル酸エステルを使用した。熱硬化性バインダ成分としては、メチルフェニル系シリコーンレジンを使用した。ポリアクリル酸エステルの添加量は、粉末PAに対して3重量%であり、メチルフェニル系シリコーンレジンの固形分の添加量は、粉末PAに対して4重量%だった。
ダイスロット法によりPET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム上に第1のスラリーを塗布した。その後、60℃で1時間乾燥して溶媒を除去し、これにより第1の予備成型体を作製した。
第1の予備成型体を、抜型を用いてカットし、これにより横30mm、縦30mmの正方形の複数枚のシートを得た。所定枚数のシートを積層して金型に入れた。金型中のシートに、150℃の温度下において、2MPaの成型圧力で1時間の加圧成型を施して、加圧成型後の成型体を得た。このとき、シートの積層枚数(所定枚数)を変えることで、様々な厚さを有する9種類の成型体を10枚ずつ作製した。例えば、1mmの厚さを有する成型体は、30枚程度のシートから作製された。成型体に、大気中で550℃、2時間の熱処理を加え、これにより様々な厚さを有する9種類の第1の平板を10枚ずつ作製した。この熱処理により、増粘剤は、ほぼ完全に熱分解し、第1の平板中に残らなかった。また、この熱処理により、メチルフェニル系シリコーンレジンの固形分は、酸化ケイ素を主成分とするガラス質からなるバインダ成分(熱処理後のバインダ成分)となり、加熱減量した。メチルフェニル系シリコーンレジンの固形分の加熱減量は、例えば大気中で550℃、1時間の熱処理を加えた場合、20重量%だった。
粉末PA、溶媒、増粘剤及び熱硬化性バインダ成分を第2の混合方法(即ち、本発明の混合方法)によって混合して第2のスラリーを作製した。具体的には、溶媒、増粘剤及び熱硬化性バインダ成分からなる混合物を、直径150mm、液面深さ150mmの容器に投入した。容器内の混合物を、差し渡し長さ100mmの回転羽根によって、毎分250回転の回転速度で、5時間混合した。次に、粉末PAを容器に投入した。次に、粉末PAを含む容器内の混合物を、上述の回転羽根によって、毎分100回転の回転速度で、1時間混合した。溶媒、増粘剤及び熱硬化性バインダ成分は、第1のスラリーと夫々同じだった。具体的には、溶媒としては、エタノールを使用した。増粘剤としては、ポリアクリル酸エステルを使用した。熱硬化性バインダ成分としては、メチルフェニル系シリコーンレジンを使用した。ポリアクリル酸エステルの添加量は、粉末PAに対して3重量%であり、メチルフェニル系シリコーンレジンの固形分の添加量は、粉末PAに対して4重量%だった。
ダイスロット法によりPET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム上に第2のスラリーを塗布した。その後、60℃で1時間乾燥して溶媒を除去し、これにより第2の予備成型体を作製した。
第2の予備成型体を使用して、様々な厚さを有する9種類の第2の平板を10枚ずつ作製した。第2の平板の作成方法は、第1の予備成型体ではなく第2の予備成型体を使用したことを除き、第1の平板の作成方法と同一だった。従って、第2の平板を作製する際の熱処理により、増粘剤は、ほぼ完全に熱分解し、第2の平板中に残らなかった。また、この熱処理により、メチルフェニル系シリコーンレジンの固形分は、酸化ケイ素を主成分とするガラス質からなるバインダ成分(熱処理後のバインダ成分)となり、加熱減量した。
第1及び第2の平板の夫々の体積を、定容積膨張法によって測定した。測定には、島津製作所のアキュピックIIを使用した。定容積膨張法により測定した平板の体積は、平板内に存在する開細孔の体積を含んでいない。第1及び第2の平板の夫々の体積を、アルキメデス法によっても測定した。具体的には、第1及び第2の平板に、微量の界面活性剤を添加した純水を含浸させた。次に、純水を含浸させた第1及び第2の平板を純水に浸漬した際の浮力を測定した。測定した浮力から平板の体積を計算した。アルキメデス法により測定した第1及び第2の平板の体積は、第1及び第2の平板内に存在する開細孔の体積を含んでいる。第1及び第2の平板の開細孔率を、以下の式1によって計算した。
式1:開細孔率(%)=(1−定容積膨張法による測定体積/アルキメデス法による測定体積)×100
第1及び第2の平板の熱処理前の厚みと、熱処理後の厚みを比較した。熱処理後の厚みが熱処理前の厚みに比べて3%以上増大している場合に、熱処理中に平板内部で内部剥離が発生したと判定した。各種の10枚の平板に対する内部剥離が発生した平板の枚数を内部剥離発生率とした。
軟磁性成型体の軟磁性を担う材料として、軟磁性金属粉末を使用した。より具体的には、Fe−Si−Al系合金(センダスト)のガスアトマイズ粉末を用いた。粉末は、55μmの平均粒径(D50)を有していた。ボールミルを用いて粉末に8時間の鍛造加工を施し、扁平形状のセンダスト粉末(以下、「粉末PB」という。)を得た。
粉末PB、溶媒、増粘剤及び熱硬化性バインダ成分を、第2の混合方法(本発明の混合方法)と同様な第3の混合方法によって混合して第3のスラリーを作製した。具体的には、溶媒、増粘剤及び熱硬化性バインダ成分からなる混合物を、直径150mm、液面深さ150mmの容器に投入した。容器内の混合物を、差し渡し長さ100mmの回転羽根によって、毎分250回転の回転速度で、5時間混合した。次に、粉末PBを容器に投入した。次に、粉末PBを含む容器内の混合物を、上述の回転羽根によって、毎分100回転の回転速度で、1時間混合した。溶媒としては、エタノールを使用した。増粘剤としては、ポリアクリル酸エステルを使用した。熱硬化性バインダ成分としては、メチルフェニル系シリコーンレジンを使用した。このとき、メチルフェニル系シリコーンレジンの固形分の添加量として、粉末PBに対して2重量%から16重量%の間の11種類の値を使用した。
ダイスロット法によりPET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム上に第3のスラリーを塗布した。その後、60℃で1時間乾燥して溶媒を除去し、これによりメチルフェニル系シリコーンレジンの添加量が異なる11種類の第3の予備成型体を作製した。
第3の予備成型体を使用して、11種類の第3の平板を15枚ずつ作製した。具体的には、第3の予備成型体を、抜型を用いてカットし、これにより横10mm、縦10mmの正方形の複数枚のシートを得た。メチルフェニル系シリコーンレジンの添加量が同じである所定枚数のシートを積層して金型に入れた。金型中のシートに、150℃の温度下において、2MPaの成型圧力で1時間の加圧成型を施して、加圧成型後の成型体を得た。このとき、メチルフェニル系シリコーンレジンの添加量が異なる11種類の成型体を作製した。また、成型体は、1種類につき15枚作製した。成型体に、窒素雰囲気中で600℃、1時間の熱処理を加え、これによりメチルフェニル系シリコーンレジンの添加量が異なる11種類×15枚の第3の平板を作製した。第3の平板の夫々の厚さは、1.8mmだった。この熱処理により、増粘剤は、ほぼ完全に熱分解し、第3の平板中に残らなかった。また、この熱処理により、メチルフェニル系シリコーンレジンの固形分は、酸化ケイ素を主成分とするガラス質からなるバインダ成分(熱処理後のバインダ成分)となり、加熱減量した。メチルフェニル系シリコーンレジンの固形分の加熱減量は、例えば大気中で600℃、1時間の熱処理を加えた場合、20重量%だった。
第3の平板の夫々の体積を、第1及び第2の平板の測定と同様に、定容積膨張法によって測定した。測定には、島津製作所のアキュピックIIを使用した。第3の平板の夫々の体積を、第1及び第2の平板の測定と同様に、アルキメデス法によっても測定した。第3の平板の開細孔率を、前述の式1によって計算した。更に、粉末PBのみの真密度を6.9g/cm3と仮定して、粉末PB(金属成分)の体積充填率を計算した。
第3の平板の熱処理前の厚みと、熱処理後の厚みを比較した。熱処理後の厚みが熱処理前の厚みに比べて3%以上増大している場合に、熱処理中に第3の平板内部で内部剥離が発生したと判定した。各種の15枚の第3の平板に対する内部剥離が発生した第3の平板の枚数を内部剥離発生率とした。次に、内部剥離が発生しなかった第3の平板を、上下面が水平に延びるようにしつつ750mmの高さに保持した。第3の平板を、鋼板の上に落下させ、破壊発生率を測定した。このとき、第3の平板が落下により割れて複数の個片に分離した場合に、破壊したものとした。一方、例えば第3の平板が落下の衝撃によって部分的に変形したとしても、割れなかった場合、破壊したものとしなかった。
100 粉末集合体
110 軟磁性金属粉末(軟磁性金属材料)
110F 第1軟磁性金属粉末
110S 第2軟磁性金属粉末
112 上面
114 下面
130 結着体(バインダ成分)
130F 第1結着体
130S 第2結着体
150 開細孔(空孔)
160 閉細孔(空孔)
180 スラリー
182 凝集体
184 バインダ
20,20A インダクタ
200,200A 磁芯
202 上面
204 下面
210 貫通孔
212 内壁
220 保持孔
400 コイル
410 ビア導体
412 貫通部
414 接続部
420 第1連結部(連結導体)
430 第2連結部(連結導体)
500 スペーサ
510 本体部
520 被保持部
Claims (9)
- 扁平形状を有する軟磁性金属粉末をバインダ成分によって結着させた軟磁性成型体であって、
60体積%以上の前記軟磁性金属粉末と、10体積%以上かつ30体積%以下の開細孔とを含んでおり、
前記開細孔は、互いに繋がっており、前記軟磁性成型体の外部に開口しており、
前記バインダ成分は、無機酸化物を主成分としており、
前記軟磁性成型体は、1以上の粉末集合体を含んでおり、
前記粉末集合体は、複数の前記軟磁性金属粉末を含んでおり、
前記粉末集合体に含まれる前記軟磁性金属粉末の上面又は下面は、部分的に平面状に広がった前記バインダ成分によって、同じ前記粉末集合体に含まれる他の前記軟磁性金属粉末の下面又は上面と結着しており、
前記バインダ成分は、部分的に粒子状に集まって、前記粉末集合体に含まれる前記軟磁性金属粉末を、同じ前記粉末集合体に含まれない前記軟磁性金属粉末と、間隔をあけて結着されている
軟磁性成型体。 - 請求項1記載の軟磁性成型体であって、
前記軟磁性成型体に貫通孔を形成した場合、前記軟磁性成型体は、前記貫通孔よりも大きな径を有する貫通部の挿入を許容するとともに、挿入された前記貫通部を前記貫通孔の内壁の弾性力のみによって保持可能である
軟磁性成型体。 - 請求項1又は請求項2記載の軟磁性成型体であって、
前記軟磁性金属粉末のうち互いに上下に隣接する2以上の前記軟磁性金属粉末は、第1軟磁性金属粉末として粉末集合体を構成しており、
前記軟磁性成型体は、1以上の前記粉末集合体を含んでおり、
上下に隣接した2つの前記第1軟磁性金属粉末は、上下に隣接した前記第1軟磁性金属粉末の夫々の厚さよりも小さな距離をあけて、前記バインダ成分によって互いに平行に延びるように結着されている
軟磁性成型体。 - 請求項3記載の軟磁性成型体であって、
前記粉末集合体は、他の前記粉末集合体、又は前記粉末集合体のいずれにも含まれない前記軟磁性金属粉末である第2軟磁性金属粉末と、互いの間に前記開細孔を形成しつつ結着されている
軟磁性成型体。 - 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の軟磁性成型体であって、
表面の少なくとも一部は、樹脂又はガラス質によって覆われている
軟磁性成型体。 - 請求項5記載の軟磁性成型体であって、
前記開細孔の少なくとも一部は、樹脂又はガラス質によって埋められている
軟磁性成型体。 - 請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の軟磁性成型体であって、
前記開細孔の少なくとも一部に無機質を含む溶液を含侵させて熱処理を施すことにより、前記開細孔の少なくとも一部が、前記無機質を含む溶液を含侵させる前に前記軟磁性成型体に含まれていた前記無機酸化物とは別の無機酸化物によって埋められている
軟磁性成型体。 - 請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の軟磁性成型体からなる
磁芯。 - 請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の軟磁性成型体からなる
磁性シート。
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