KR20170009928A

KR20170009928A - 연자성 재료 분말 및 그의 제조 방법, 및 자심 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR20170009928A
Application number: KR1020167035460A
Authority: KR
Inventors: 유야 이시다
Original assignee: 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 2014-10-10
Filing date: 2015-09-14
Publication date: 2017-01-25
Also published as: US11965117B2; KR101881246B1; JPWO2016056351A1; CN106233401A; US10685768B2; US20210054218A1; WO2016056351A1; TWI605478B; CN106233401B; US10825590B2; US20200258664A1; US20170162307A1; JP6436172B2; TW201618133A

Abstract

연자성 재료 분말은, Fe계의 연자성 재료를 포함하는 코어와, 코어의 표면을 피복하는 절연막을 갖고, 절연막에는 무기 산화물과 수용성 고분자를 함유하는, 연자성 재료 입자를 포함한다.　 자심은, 연자성 재료 입자와, 각 연자성 재료 입자를 결합하는 결합제를 포함하는 자심이며, 연자성 재료 입자는, Fe계의 연자성 재료를 포함하는 코어와, 코어의 표면을 피복하는 절연막을 갖고, 절연막에는 무기 산화물과 수용성 고분자를 함유한다.

Description

연자성 재료 분말 및 그의 제조 방법, 및 자심 및 그의 제조 방법{SOFT MAGNETIC MATERIAL POWDER AND METHOD FOR PRODUCING SAME, AND MAGNETIC CORE AND METHOD FOR PRODUCING SAME}

본 발명은 자심에 사용되는 연자성 재료 분말 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.　 또한, 이 연자성 분말을 사용한 자심 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

최근 들어, 전기 기기 및 전자 기기의 소형화 등에 수반하여, 사용되는 트랜스나 코일에 사용되는 자성 코어에는, 고주파수에서의 고투자율, 및 저와전류 손실 등의 특성이 요구되고 있다.　 이 때문에, 자심으로서는, 고주파수 대역에서 저와전류 손실이 되도록 고저항일 것이 요구되고 있다.　 이러한 자심의 일례로서, 예를 들어, 자성 재료를 미세한 입자 분말로 하고, 각 입자의 표면을 절연 피막으로 덮어서 압축 성형한 압분 자심이 있다.　 압분 자심에서는, 자성 재료를 벌크체로 사용한 경우에 비하여, 투자율은 저하되지만, 특히 저항값을 대폭으로 증가시킬 수 있어, 와전류 손실을 현저하게 감소시킬 수 있다.

종래, 자성 재료 분말인 순Fe의 표면에 대하여 금속 알콕시드를 가수분해시킴으로써, 표면에 수산화물을 흡착시키고, 얻어진 분말을 프레스하여 소결체를 얻는 방법이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조.).

또한, 연자성 금속 입자의 표면에 금속 알콕시드와 결정수를 포함하는 광물을 갖는 압분 성형용 분체와, 이 압분 성형용 분체를 압축하여 가성형체를 얻고, 그 후, 어닐링하여 금속 알콕시드를 가수분해시켜, 연자성 금속 입자의 표면에 절연 피막을 생성시켜서, 압분 성형체를 얻는 제조 방법이 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 2 참조.).

일본 특허 공개 평09-125111호 공보 일본 특허 공개 제2012-172172호 공보

특허문헌 1에 기재된 자성 재료 분말은, 절연성이 좋고, 또한 얇은 무기막이 금속 자성분의 표면에 형성된다.　 그 한편, 압분 성형 시의 흐름성이 나빠서, 압분 자심의 투자율이 높아지지 않는 것 외에, 압분 성형 시에 무기막에 미세한 크랙이 발생하여, 어닐링 시에 저항값이 낮아져서, 와전류 손실이 커진다는 문제가 있다.

특허문헌 2에 기재된 압분 성형체는, 절연 피막의 막강도가 높으므로, 압분 성형 시의 크랙이 발생하지 않아, 어닐링 시의 저항값은 낮아지지 않는다.　 그러나, 광물을 첨가하는 까닭에 얇은 피막으로 할 수 없어, 압분 자심에 있어서의 자성분의 밀도가 높아지지 않아, 결과적으로 투자율이 충분히 높아지지 않는다고 하는 문제가 있다.

본 발명의 목적은, 충분한 밀도가 얻어지고, 높은 투자율이 얻어짐과 함께, 높은 전기 저항을 갖는 자심을 얻을 수 있는 연자성 재료 분말을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 연자성 재료 분말은, Fe계의 연자성 재료를 포함하는 코어와,

상기 코어의 표면을 피복하는 절연막

을 갖고,

상기 절연막에는 무기 산화물과 수용성 고분자를 함유하는, 연자성 재료 입자를 포함한다.

본 발명에 따른 연자성 재료 분말에 의하면, 자심에 성형했을 때에 연자성 재료로서 충분한 밀도가 얻어져 자심의 투자율을 높게 할 수 있음과 함께, 연자성 재료 분말에 포함되는 연자성 재료 입자의 절연막 및 결합제에 의해 높은 전기 저항을 갖는 자심을 얻을 수 있다.

도 1은 실시 형태 1에 관한 연자성 재료 분말에 포함되는 연자성 재료 입자의 미세한 단면 구조를 도시하는 확대 단면도이다.
도 2는 실시 형태 1에 관한 자심의 미세한 단면 구조를 도시하는 확대 단면도이다.
도 3은 도 2의 자심 단면 구조를 구성하는 연자성 재료 입자의 코어로부터 절연막 및 결합제까지의 라인 상의 조성 분석을 한 분석 개소를 도시하는 개략도이다.
도 4는 도 3의 라인 상의 조성 분석 결과를 도시하는 그래프이다.
도 5는 고저항 측정기에 의해 측정한 비저항과 인가 전압의 관계를 도시하는 그래프이다.

제1 형태에 관한 연자성 재료 분말은, Fe계의 연자성 재료를 포함하는 코어와,

상기 코어의 표면을 피복하는 절연막

을 갖고,

제2 형태에 관한 연자성 재료 분말은, 상기 제1 형태에 있어서, 상기 수용성 고분자는, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌이민, 카르복시메틸셀룰로오스, 젤라틴, 폴리아크릴산, 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐알코올로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나여도 된다.

제3 형태에 관한 연자성 재료 분말은, 상기 제1 형태에 있어서, 상기 수용성 고분자는, 폴리비닐피롤리돈이며, 0.01wt％ 이상 1wt％ 이하의 범위로 포함되어 있어도 된다.

제4 형태에 관한 연자성 재료 분말은, 상기 제1부터 제3 중 어느 한 형태에 있어서, 상기 무기 산화물은, TiO₂, SiO₂, Al₂O₃, ZrO로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나여도 된다.　 무기 산화물은, 폴리실록산이어도 된다.

제5 형태에 관한 연자성 재료 분말은, 상기 제1부터 제3 중 어느 한 형태에 있어서, 상기 무기 산화물은, SiO₂이며, 0.01wt％ 이상 5wt％ 이하의 범위로 포함되어 있어도 된다.

제6 형태에 관한 연자성 재료 분말은, 상기 제1부터 제5 중 어느 한 형태에 있어서, 상기 Fe계의 연자성 재료는, Fe, FeNi, FeCo, FeSi, FeSiCr, FeSiAl, FeSiBCr의 군에서 선택되는 적어도 하나여도 된다.

제7 형태에 관한 연자성 재료 분말의 제조 방법은, 용매 중에 Fe계의 연자성 분말을 분산시키고,

상기 용매 중에 금속 알콕시드 및 수용성 고분자를 첨가하고, 상기 금속 알콕시드를 가수분해시켜, 상기 Fe계의 연자성 분말을 구성하는 연자성 재료 입자의 표면에, 상기 금속 알콕시드의 가수분해물인 금속 산화물과 상기 수용성 고분자를 포함하는 절연막을 형성하여 연자성 재료 입자를 절연 처리한다.

제8 형태에 관한 자심은, 상기 제1부터 제6 중 어느 하나의 형태에 관한 상기 연자성 재료 분말을 포함하고 있다.

제9 형태에 관한 자심은, 연자성 재료 입자와,

상기 각 연자성 재료 입자를 결합하는 결합제

를 포함하는 자심이며,

상기 연자성 재료 입자는,

Fe계의 연자성 재료를 포함하는 코어와,

상기 코어의 표면을 피복하는 절연막

을 갖고,

상기 절연막에는 무기 산화물과 수용성 고분자를 함유한다.

제10 형태에 관한 자심은, 연자성 재료 입자와,

상기 각 연자성 재료 입자를 결합하는 결합제

를 포함하는 자심이며,

상기 연자성 재료 입자는,

Fe계의 연자성 재료를 포함하는 코어와,

상기 코어의 표면을 피복하는 Si를 포함하는 절연막

을 갖고,

상기 Fe계의 연자성 재료는, Fe 및 Cr을 포함하고,

상기 절연막에는 Cr보다 Si를 많이 포함하는 무기 산화물을 함유한다.

제11 형태에 관한 자심의 제조 방법은, 상기 제1부터 제6 중 어느 한 형태에 있어서의 상기 연자성 재료 분말과 결합제인 열경화성 수지를 혼합하여 혼합물을 형성하고,

상기 혼합물을 가열 경화하여 자심을 얻는다.

제12 형태에 관한 자심의 제조 방법은, 상기 제1부터 제6 중 어느 한 형태에 있어서의 상기 연자성 재료 분말과 결합제인 열경화성 수지를 혼합하여 혼합물을 형성하고,

상기 혼합물을 가열하여 상기 열경화성 수지를 경화시킨 뒤, 어닐링 처리하여 자심을 얻는다.

제13 형태에 관한 전자 부품은, 상기 제8부터 제10 중 어느 하나의 형태에 있어서의 상기 자심을 포함한다.

이하, 실시 형태에 따른 연자성 재료 분말 및 그의 제조 방법, 및 자심 및 그의 제조 방법에 대해서, 첨부 도면을 참조하면서 설명한다.　 또한, 도면에 있어서 실질적으로 동일한 부재에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 있다.

(실시 형태 1)

<연자성 재료 분말>

도 1은, 실시 형태 1에 관한 연자성 재료 분말에 포함되는 연자성 재료 입자(10)의 단면 구조를 도시하는 단면도이다.　 이 연자성 재료 입자(10)는, Fe계의 연자성 재료를 포함하는 코어(1)와, 코어(1)의 표면을 피복하는 절연막(2)을 갖는다.　 절연막(2)은, 무기 산화물과 수용성 고분자를 포함한다.

이 연자성 재료 분말에서는, 절연막(2)의 원료가 무기 산화물과 함께 수용성 고분자를 포함하므로, 얇은 절연막(2)을 얻을 수 있다.　 또한, 절연막(2) 중에 유연한 수용성 고분자가 존재함으로써, 압축 성형 시의 응력을 완화할 수 있으므로, 낮은 압력으로 성형할 수 있다.　 그 결과, 자심의 제조 시의 압축 성형 시에도 연자성 재료 분말에 포함되는 연자성 재료 입자의 절연막(2)의 균열을 발생시키지 않는다.　 즉, 이 연자성 재료 분말에 의하면, 압축 성형성이 좋다.

이 연자성 재료 분말을 구성하는 연자성 재료 입자(10)의 Fe계의 연자성 재료를 포함하는 코어(1)의 평균 입경은, 예를 들어, 0.1㎛ 이상 100㎛ 이하의 범위이다.　 연자성 재료 입자(10)의 절연막(2)의 두께는, 예를 들어, 5nm 이상 100nm 이하의 범위, 바람직하게는 20nm 이상 40nm 이하의 범위이다.　 두께는 투과형 전자 현미경(TEM)으로 측정하였다.　 구체적으로는, 자심의 박편 가공한 시료를 사용하여 투과형 전자 현미경으로 10만배 내지 20만배로 5시야의 관찰 화상에 대하여 각각 5군데의 절연막(2)의 두께를 측장(測長)하고 평균하여 절연막(2)의 두께를 구하였다.

이하에, 이 연자성 재료 분말을 구성하는 부재에 대하여 설명한다.

<Fe계의 연자성 재료: 코어>

코어(1)에 사용하는 Fe계의 연자성 재료로서는, 예를 들어, Fe, 및 Fe를 포함하는 합금을 사용할 수 있다.　 Fe를 포함하는 합금이란, 예를 들어, FeNi, FeCo, FeSi, FeSiCr, FeSiAl, FeSiBCr 등의 종래부터 사용되고 있는 Fe계의 각종 자성 금속이다.　 연자성 재료는, 또한 불순물을 포함하고 있어도 된다.

<절연막>

절연막(2)은, 무기 산화물과 수용성 고분자를 포함한다.

<무기 산화물>

무기 산화물을 구성하는 금속종 M으로서는, Li, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Ti, Cu, Sr, Y, Zr, Ba, Ce, Ta, Bi로부터 적어도 1종류를 선택할 수 있다.　 또한, 예를 들어, 얻어지는 산화물의 강도와 고유의 비저항으로부터, Si, Ti, Al, Zr이 바람직하다.　 이 금속종 M은, 절연막(2)을 형성하는데도 사용되는 금속 알콕시드의 금속이다.　 구체적인 무기 산화물로서는, SiO₂, TiO₂, Al₂O₃, ZrO가 바람직하다.　 SiO₂가 특히 바람직하다.

또한, 무기 산화물은, 연자성 재료 분말에 대하여 0.01wt％ 이상 5wt％ 이하의 범위로 포함되어 있다.

<수용성 고분자>

수용성 고분자로서는, 폴리에틸렌이민, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌글리콜, 폴리아크릴산나트륨, 카르복시메틸셀룰로오스, 폴리비닐알코올, 젤라틴으로부터 적어도 1종류, 또는 그 2종류 이상의 조합으로부터 선택된다.

수용성 고분자는, 연자성 재료 분말에 대하여 0.01wt％ 이상 1wt％ 이하의 범위로 포함되어 있다.

<연자성 재료 분말의 제조 방법>

이 연자성 재료 분말의 제조 방법에 대하여 이하에 설명한다.

(1) 용매 중에 Fe계의 연자성 재료 분말을 분산시킨다.

(2) 용매 중에 금속 알콕시드 및 수용성 고분자를 첨가하여 교반한다.

이때, 금속 알콕시드가 가수분해된다.　 Fe계의 연자성 재료 분말을 구성하는 연자성 재료 입자의 표면에, 금속 알콕시드의 가수분해물인 금속 산화물과 수용성 고분자를 포함하는 절연막을 형성한다.

이상에 의해, 절연 처리한 연자성 재료 입자를 포함하는 연자성 재료 분말을 얻을 수 있다.

이하에, 이 연자성 재료 분말의 제조 방법에 대하여 설명한다.

<Fe계의 연자성 재료>

Fe계의 연자성 재료로서는, 상기와 마찬가지이며, 설명을 생략한다.

<용매>

용매로서는, 메탄올, 에탄올 등의 알코올류를 사용해도 된다.

<금속 알콕시드>

첨가하는 M-OR의 형태를 가지는 금속 알콕시드의 금속종 M으로서는, Li, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Ti, Cu, Sr, Y, Zr, Ba, Ce, Ta, Bi로부터 적어도 1종류를 선택할 수 있다.　 또한, 예를 들어, 얻어지는 산화물의 강도와 고유의 비저항으로부터, Si, Ti, Al, Zr이 바람직하다.

또한, 금속 알콕시드의 알콕시기 OR로서는, 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기 등, 임의의 것을 선택할 수 있다.

또한, 금속 알콕시드는 2종류 이상을 조합해도 된다.

금속 알콕시드의 가수분해 속도를 촉진시키기 위해서, 필요에 따라 산성 촉매로서, 예를 들어 염산, 아세트산, 인산이나, 염기성 촉매로서, 예를 들어 암모니아, 수산화나트륨, 피페리딘, 또는, 염 촉매로서, 예를 들어 탄산암모늄, 아세트산 암모늄을 첨가해도 된다.

교반한 후의 분산액을 적당한 방법(오븐, 스프레이, 진공 중 등)으로 건조시켜도 된다.　 건조 온도는, 예를 들어 50℃ 이상 300℃ 이하의 온도 범위이면 된다.　 건조 시간은, 적절히 설정할 수 있다.　 예를 들어, 10분 이상 24시간 이하의 범위이면 된다.

<압분 자심>

도 2는, 실시 형태 1에 관한 자심(압분 자심)(20)의 구성을 도시하는 확대 단면도이다.　 이 압분 자심(20)은, 연자성 재료 분말을 구성하는 연자성 재료 입자(10)의 코어에서 유래되는 Fe계의 연자성 재료(1)의 주위를 절연막(2)과 결합제(12)가 둘러싸는 구조로 구성되어 있다.　 이 절연막(2)에는, 연자성 재료 분말에 포함되는 연자성 재료 입자(10)의 절연막(2)에 포함되어 있었던 무기 산화물 및 수용성 고분자를 갖는다.　 결합제(12)는, 압분 자심 제조 시에 첨가되는 결합제를 포함한다.

또한, 가열 어닐링 처리의 온도에 따라서는, 절연막(2)으로부터 수용성 고분자의 관능기 등의 일부가 상실되는 경우나, 또는, 수용성 고분자의 열분해, 증발 또는 휘발에 의해 수용성 고분자의 일부 또는 전체가 상실되는 경우도 있다.

이 압분 자심(20)에 의하면, 얇은 절연막(2)을 갖는 연자성 재료 입자를 포함하는 연자성 재료 분말을 사용하여 구성되므로, 상기 절연막(2)과 결합제(12)에 의해, 연자성 재료(1)를 이격하고 있다.　 연자성 재료 입자의 절연막(2)에 균열을 발생시키지 않고, 절연막(2)과 결합제(12)에 의해 높은 전기 저항을 유지할 수 있다.　 그 결과, 저와전류 손실의 효과를 발휘할 수 있다.　 또한, 연자성 재료 분말에 포함되는 연자성 재료 입자(10)의 절연막(2)이 얇으므로, 압분 자심(20)에 있어서도 절연막(2)을 얇게 할 수 있다.　 그 결과, 연자성 재료(1)를 고밀도로 할 수 있어, 높은 투자율을 얻을 수 있다.

또한, 이 자심은, 코일 부품, 인덕터 등의 전자 부품에 사용해도 된다.　 여기서, 자심이란, 코일 부품에 있어서 코일 형상의 도체가 감긴 부재이면 된다.　 또는, 자심이란, 코일 부품에 있어서 코일 형상의 도체가 내부에 배치되어 있는 부재이면 된다.　 코일 형상의 도체란, 코일 형상의 권선이어도 되고, 코일 형상으로 형성된 패턴화 도체여도 된다.

이하에, 이 압분 자심을 구성하는 부재에 대하여 설명한다.

<연자성 재료>

연자성 재료(1)는, 상기 Fe계의 연자성 재료와 실질적으로 동일하므로 설명을 생략한다.

<절연막>

절연막(2)은, 연자성 재료 분말에 포함되는 연자성 재료 입자(10)의 절연막(2)에서 유래한다.　 즉, 절연막(2)은, 무기 산화물 및 수용성 고분자를 포함한다.　 단, 가열 어닐링을 행하여 형성된 자심(이하, 어닐링형 자심이라고도 한다)의 절연막(2)은, 수용성 고분자를 포함하지 않는 경우가 있고, 또한, 어닐링형 자심의 절연막(2)이 포함하는 무기 산화물은, 상술한 금속종 M의 산화물 외에, Fe의 산화물을 포함하는 경우가 있다.　 또한, 연자성 재료로서 Fe와 Cr 또는 Al을 포함하는 합금(예를 들어, FeSiCr, FeSiBCr, FeSiAl)을 사용한 어닐링형 자심의 절연막(2)이 포함하는 무기 산화물은, 금속종 M의 산화물 및 Fe의 산화물 외에, 또한, Cr의 산화물 또는 Al의 산화물을 포함하는 경우가 있다.

<결합제>

결합제(12)는, 압분 자심 제조 시에 첨가되는 결합제이다.　 결합제(12)는, 열경화성 수지이면 되고, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 에폭시 수지, 이미드 수지, 실리콘 수지, 불소 수지 등을 사용할 수 있다.　 이들은 단독, 또는 그들의 2종류 이상의 조합으로부터 선택되어도 된다.　 이 절연막(2)과 결합제(12)에 의해 연자성 재료(1)끼리가 이격되어 있다.

<압분 자심의 제조 방법>

이어서, 압분 자심의 제조 방법에 대하여 이하에 설명한다.

(1) 얻어진 절연 피막 처리된 연자성 재료 분말은, 에탄올로 세정한 후, 결합제로 되는 열경화성 수지와 혼합하여, 압축 성형하고, 그 후, 열경화성 수지를 가열 경화시킨다.　 가열 경화의 온도는, 10℃ 이상 400℃ 미만이어도 된다.　 또한, 연자성 재료 분말과 결합제를 혼합한 후, 조립을 행해도 된다.　 결합제로 되는 열경화성 수지는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 에폭시 수지, 이미드 수지, 실리콘 수지, 불소 수지 등을 들 수 있다.　 이들은 단독, 또는 그 2종류 이상의 조합으로부터 선택된다.　 열경화성 수지를 경화시키는 경화제는 특별히 한정되는 것은 아니고, 페놀 수지, 폴리아민, 이미다졸 등을 사용할 수 있다.　 결합제는, 압분 자심 100wt％에 대하여 1wt％ 이상 6wt％ 이하의 범위로 첨가해도 된다.　 또한, 압분 자심의 강도를 높이기 위해서, 유리 프릿이나 실란 커플링제를 사용할 수도 있다.　 또한, 압축 성형 시에는 금형을 사용해도 된다.　 압축 성형을 행함으로써 연자성 재료의 밀도를 높게 할 수 있다.　 또한, 압축 성형은 필수가 아니고, 필요에 따라 행하면 된다.　 압축 성형을 행하여 얻어진 자심을 압분 자심이라고 한다.　 한편, 압축 성형을 행하지 않은 자심도 간단히 자심이라고 불린다.　 여기에서는, 「자심」이라고 하는 경우에는 압축 성형의 유무를 막론하고, 넓게 자심 전체를 포함하는 것으로 한다.

(2) 압분 자심에 대해서, 자심 손실을 저감시키기 위하여 가열 경화시킨 압분 자심에 대하여 가열 어닐링 처리를 행해도 된다.　 자심 손실은 주파수에 의존하기 때문에, 사용하는 압분 자심의 주파수 대역에 따라서는 어닐링 처리를 생략할 수도 있다.　 필요에 따라 압분 자심을 400℃ 이상의 온도로 어닐링 처리를 행한다.　 어닐링 처리는, 구체적으로는, 예를 들어, 400℃ 이상 900℃ 이하의 온도 범위, 또한 600℃ 이상 900℃ 이하의 온도 범위의 대기 중, N₂ 또는 N₂+H₂ 분위기에서 열처리해도 된다.　 가열 어닐링 처리하는 경우의 결합제는 실리콘 수지가 바람직하다.

이상에 의해, 자심을 얻을 수 있다.　 400℃ 이상의 어닐링 처리를 행한 자심은, 예를 들어, 어닐링형 자심이라고 불린다.　 한편, 어닐링 처리를 행하지 않는 자심은, 예를 들어, 가열 경화형 자심이라고 불린다.

이 압분 자심의 제조 방법에 의하면, 상기와 같이 Fe계의 연자성 재료를 포함하는 코어(1)와, 코어(1)의 표면을 피복하고, 무기 산화물과 수용성 고분자를 포함하는 절연막(2)을 갖는 연자성 재료 입자(10)를 포함하는 연자성 재료 분말을 사용하고 있다.　 연자성 재료 입자(10)의 절연막(2) 중에 유연한 수용성 고분자가 존재하므로, 압축 성형 시의 응력을 완화할 수 있으므로, 낮은 압력으로 성형할 수 있다.　 그 결과, 압분 자심의 제조 시의 압분 성형 시에도 연자성 재료 분말에 포함되는 연자성 재료 입자(10)의 절연막(2)의 균열을 발생시키지 않고, 절연막(2) 및 결합제(12)의 파괴를 발생시키지 않는다.　 그 결과, 이 압분 자심에 있어서, 고저항을 실현할 수 있어, 저와전류 손실의 효과를 발휘할 수 있다.

이하에, 표 1 및 표 2를 사용하여 실시예 1-19 및 비교예 1-3에 대하여 설명한다.

표 1에 연자성 재료 분말 및 압분 자심의 제조 조건을 나타내고, 표 2에 각 측정값 및 평가 결과를 나타냈다.

(실시예 1)

<연자성 재료 분말의 절연 처리>

실시예 1에 관한 연자성 재료 분말의 제조 방법에 대하여 설명한다.

(a) 37.2g의 에탄올 중에 연자성 재료로서 평균 입경 30㎛의 FeSiCr 분말을 20g 첨가한다.

(b) 이어서, 테트라에틸오르토실리케이트를 SiO₂ 환산으로 Fe계의 연자성 재료 100wt％에 대하여 1wt％로 되도록 칭량하고, FeSiCr 분말이 첨가된 에탄올 중에 첨가하여 교반하였다.

(c) 또한, Fe계의 연자성 재료 100wt％에 대하여 0.1wt％로 되도록 폴리비닐피롤리돈을 칭량하고, 3.2g의 순수에 용해시켜서, FeSiCr 분말이 첨가된 에탄올 중에 적하하였다.　 60분간에 걸쳐 교반 혼합하였다.

이상에 의해, 절연 처리된(절연막이 형성된) 연자성 재료 분말을 얻었다.

<연자성 재료 분말을 사용한 압분 자심의 제작과 그의 품질 확인>

이어서, 얻어진 절연 처리된 연자성 재료 분말을 사용한 압분 자심의 제작에 대하여 설명한다.

(1) 얻어진 절연 처리된 연자성 재료 분말 500g과, 결합제로서의 실리콘 수지 20.9g을 혼합하고, 4t/㎠의 압력으로 내경 4mm, 외경 9mm, 두께 1mm의 토로이달 링을 제작하였다.　 또한 동일하게 4t/㎠의 압력에서 3mm×3mm×1mm의 시험편을 제작하였다.

(2) 이어서, 토로이달 링과 시험편을 200℃, 1시간 가열했다(경화 처리).

(3) 또한, 일부의 토로이달 링과 시험편을 대기 중 분위기 하에서 720℃, 50분간 가열했다(가열 어닐링 처리).

(4) 그 후, RF 임피던스 애널라이저(Agilent E4991A)로 1MHz 시의 토로이달 링의 투자율을 측정하였다.　 또한, 고저항 측정기(Advantest R8340A ULTRA HIGH RESISTANCE METER)에 의해 900V의 전압을 시험편의 3mm 사이에 5초간에 걸쳐서 비저항을 측정하였다.

측정한 투자율로부터 구한 비투자율이 30 이상, 또한 비저항이 10⁸Ω·cm 이상을 만족시키는 경우를 ○(적합)로 하고, 어느 쪽도 상기 기준을 만족하지 않는 경우에는 ×(부적합)로서 평가하였다.

도 3은, 도 2의 자심 단면 구조를 구성하는 연자성 재료 입자의 코어로부터 절연막 및 결합제까지의 라인 상의 조성 분석을 한 분석 개소를 도시하는 개략도이다.　 도 4는, 도 3의 라인 상의 조성 분석 결과를 도시하는 그래프이다.　 자심의 단면 구조의 조성 분석은 이하와 같이 하여 행하였다.　 먼저, 가열 어닐링 처리를 행한 시험편에 대해서, 가장 짧은 변에 수직인 면에 대해서, 그의 가장 짧은 변이 절반의 길이가 될 때까지 연마하여 단면을 드러내고, 도 3에 도시하는 라인 상의 각 분석의 개소에 대해서, 단면의 TEM-EDS의 라인 분석을 하고, 라인 상의 코어(1), 절연막(2), 또는 결합제(12) 중에 존재하는 원소를 분석하였다.

<내전압 시험>

도 5는, 상기 고저항 측정기에 의해 측정한 비저항과 인가 전압의 관계를 도시하는 그래프이다.　 실시예 1, 2에서는, 900V를 가해도 IR(절연 저항)이 떨어지지 않았다.　 한편, 비교예 1에서는, 900V를 가하면, IR(절연 저항)이 떨어졌다.

이 시험으로부터, 본 발명에 따른 실시예 1, 2에서는, 900V 인가 시에도 견딜 수 있는 내전압성이 높은 자심을 제공할 수 있음을 알았다.

<작용·효과>

표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1에 관한 연자성 재료 분말은, 낮은 성형 압력(4t/㎠)으로 압분 자심을 제작할 수 있었다.　 또한 얻어진 압분 자심은, 비투자율(39)이 높고, 또한 가열 어닐링 처리해도 비저항(6.0×10¹¹Ω·cm)이 높은 것이었다.　 또한, 도 4에서 얻어진 라인 분석의 결과로부터, 실시예 1에 관한 연자성 재료 분말은, 얻어진 절연막(2) 중에는 Cr 이상으로 Si가 많이 포함되어 있었다.　 실시예 1에 관한 연자성 재료 분말은, Fe계의 연자성 재료를 포함하고, Cr을 포함하는 코어(1)와, 코어(1)의 표면을 피복하는 Si를 포함하는 절연막(2)을 갖는다.　 또한, 절연막(2)에는 Cr보다 Si를 많이 포함하는 무기 산화물을 함유한다.

이 분석 결과로부터, 실시예 1과 비교예 1의 대비로부터, 절연막(2)에 Cr보다 Si를 많이 포함함으로써 내전압성이 높은 자심이 얻어진다고 생각된다.

(실시예 2 내지 3)

표 1이 나타내는 바와 같이 금속 알콕시드인 테트라에틸오르토실리케이트의 첨가량(실시예 2: 0.01wt％, 실시예 3: 5wt％)을 바꾼 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 연자성 재료 분말 및 압분 자심을 제작하고, 측정 및 평가를 행하였다.

<작용·효과>

표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1과 동일하게 낮은 성형 압력(4t/㎠)으로 압분 자심을 제작할 수 있었다.　 또한 얻어진 압분 자심은, 비투자율(실시예 2: 39, 실시예 3: 39)이 높고, 또한 가열 어닐링 처리해도 비저항(실시예 2: 1.0×10¹¹Ω·cm, 실시예 3: 3.5×10¹¹Ω·cm)이 높은 것이었다.

(실시예 4 내지 5)

표 1에 나타낸 바와 같이, 수용성 고분자인 폴리비닐피롤리돈의 첨가량(실시예 4: 0.01wt％, 실시예 5: 1wt％)을 바꾼 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 연자성 재료 분말 및 압분 자심을 제작하고, 측정 및 평가를 행하였다.

<작용·효과>

표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1과 동일하게 낮은 성형 압력(4t/㎠)으로 압분 자심을 제작할 수 있었다.　 또한 얻어진 압분 자심은, 비투자율(실시예 4: 37, 실시예 5: 33)이 높고, 또한 가열 어닐링 처리해도 비저항(실시예 4: 1.8×10¹¹Ω·cm, 실시예 5: 4.3×10¹¹Ω·cm)이 높은 것이었다.

(실시예 6 내지 11)

표 1에 나타낸 바와 같이, 사용하는 수용성 고분자의 종류(실시예 6: 폴리에틸렌이민, 실시예 7: 카르복시메틸셀룰로오스, 실시예 8: 젤라틴, 실시예 9: 폴리아크릴산, 실시예 10: 폴리에틸렌글리콜, 실시예 11: 폴리비닐알코올)를 바꾼 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 연자성 재료 분말 및 압분 자심을 제작하고, 측정 및 평가를 행하였다.

<작용·효과>

표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1과 동일하게 낮은 성형 압력(4t/㎠)으로 압분 자심을 제작할 수 있었다.　 또한 얻어진 압분 자심은, 비투자율(실시예 6: 35, 실시예 7: 36, 실시예 8: 38, 실시예 9: 36, 실시예 10: 35, 실시예 11: 37)이 높고, 또한 가열 어닐링 처리해도 비저항(실시예 6: 3.9×10¹¹Ω·cm, 실시예 7: 4.5×10¹¹Ω·cm, 실시예 8: 3.4×10¹¹Ω·cm, 실시예 9: 5.4×10¹¹Ω·cm, 실시예 10: 3.0×10¹¹Ω·cm, 실시예 11: 3.4×10¹¹Ω·cm)이 높은 것이었다.

(실시예 12 내지 14)

표 1에 나타낸 바와 같이, 사용하는 금속 알콕시드의 종류(실시예 12: 알루미늄이소프로폭시드, 실시예 13: 티타늄테트라이소프로폭시드, 실시예 14: 지르코늄-n-부톡시드)를 바꾼 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 연자성 재료 분말 및 압분 자심을 제작하고, 측정 및 평가를 행하였다.

<작용·효과>

표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 1과 동일하게 낮은 성형 압력(4t/㎠)으로 압분 자심을 제작할 수 있었다.　 또한 얻어진 압분 자심은, 비투자율(실시예 12: 37, 실시예 13: 38, 실시예 14: 36)이 높고, 또한 가열 어닐링 처리해도 비저항(실시예 12: 6.4×10¹¹Ω·cm, 실시예 13: 4.2×10¹¹Ω·cm, 실시예 14: 7.4×10¹¹Ω·cm)이 높은 것이었다.

(실시예 15)

표 1에 나타낸 바와 같이, 가열 어닐링 처리를 행하지 않은 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 연자성 재료 분말 및 압분 자심을 제작하고, 측정 및 평가를 행하였다.

<작용·효과>

표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 15에 관한 압분 자심에 의하면, 낮은 성형 압력으로 제작 가능하고, 가열 어닐링 처리를 행하지 않아도 높은 비투자율(30) 및 높은 비저항(6.0×10¹³Ω·cm)이 얻어졌다.

(실시예 16 내지 17)

표 1에 나타낸 바와 같이, 금속 알콕시드인 테트라에틸오르토실리케이트의 첨가량(실시예 16: 0.01wt％, 실시예 17: 5wt％)을 바꾼 것 이외에는, 실시예 15와 동일하게 연자성 재료 분말 및 압분 자심을 제작하고, 측정 및 평가를 행하였다.

<작용·효과>

표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 15와 동일하게, 낮은 성형 압력으로 제작 가능하고, 가열 어닐링 처리를 행하지 않아도 높은 비투자율(실시예 16: 31, 실시예 17: 30) 및 높은 비저항(실시예 16: 5.0×10¹³Ω·cm, 실시예 17: 4.8×10¹³Ω·cm)이 얻어졌다.

(실시예 18 내지 19)

표 1에 나타낸 바와 같이, 수용성 고분자인 폴리비닐피롤리돈의 첨가량(실시예 18: 0.01wt％, 실시예 19: 1wt％)을 바꾼 것 이외에는, 실시예 15와 동일하게 연자성 재료 분말 및 압분 자심을 제작하고, 측정 및 평가를 행하였다.

<작용·효과>

표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예 15와 동일하게, 낮은 성형 압력으로 제작 가능하고, 가열 어닐링 처리를 행하지 않아도 높은 비투자율(실시예 18: 31, 실시예 19: 30) 및 높은 비저항(실시예 18: 1.9×10¹³Ω·cm, 실시예 19: 3.8×10¹³Ω·cm)이 얻어졌다.

(비교예 1, 2)

표 1에 나타낸 바와 같이, 비교예 1에서는, 절연 처리를 행하지 않은 자성 분말을 사용하고, 실시예 1과 동일하게 조립한 후, 150℃로 가열하면서 8t/㎠의 성형 압력으로 압분 자심을 제작하였다.

비교예 2에서는, 수용성 고분자로서의 폴리비닐피롤리돈을 첨가하지 않은 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 연자성 재료 분말 및 압분 자심을 제작하였다.

<작용·효과>

표 1 및 표 2에 나타낸 바와 같이, 비교예 1에 의하면, 높은 비투자율(39)의 압분 자심이 얻어지지만, 높은 성형 압력(8t/㎠)과 온간 성형이 필요하고, 또한 연자성 재료 분말의 절연 처리를 하고 있지 않으므로 가열 어닐링 처리 후의 비저항(1.5×10⁵Ω·cm)이 낮아졌다.

비교예 2에서는, 상대적으로 낮은 비투자율(20)의 압분 자심 밖에 얻어지지 않았다.　 또한 가압 성형 시에, 절연막에 미세한 균열이 생겨서, 비저항(4.2×10⁷Ω·cm)이 저하되었다.

또한, 상기 실시예에서는, 자성 재료에 대해서는 FeSiCr를 사용했지만, 이것에 한정되지 않고, 다른 Fe계의 자성 재료를 사용해도 된다.　 또한, 가열 어닐링 처리의 온도도 720℃에 한정되지 않고, 400℃ 이상 900℃ 이하의 온도 범위, 또한, 600℃ 이상 900℃ 이하의 온도 범위라면 가열 어닐링 처리해도 된다.

또한, 본 개시에 있어서는, 전술한 여러가지 실시 형태 중 임의의 실시 형태를 적절히 조합하는 것을 포함하는 것이며, 각각의 실시 형태가 갖는 효과를 발휘할 수 있다.

본 발명에 따른 연자성 재료 분말에 의하면, 연자성 재료로서 충분한 밀도가 얻어지고, 높은 투자율이 얻어짐과 함께, 연자성 재료 분말에 포함되는 연자성 재료 입자의 절연막 및 결합제에 의해 높은 전기 저항과 높은 내전압을 갖는 자심을 얻을 수 있으므로, 자심용의 연자성 재료 분말로서 유용하다.

1: 연자성 재료(코어)
2: 절연막
10: 연자성 재료 입자
12: 결합제
20: 압분 자심

Claims

Fe계의 연자성 재료를 포함하는 코어와,
상기 코어의 표면을 피복하는 절연막
을 갖고,
상기 절연막에는 무기 산화물과 수용성 고분자를 함유하는, 연자성 재료 입자를 포함하는, 연자성 재료 분말.
제1항에 있어서, 상기 수용성 고분자는, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌이민, 카르복시메틸셀룰로오스, 젤라틴, 폴리아크릴산, 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐알코올로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나인, 연자성 재료 분말.
제1항에 있어서, 상기 수용성 고분자는, 폴리비닐피롤리돈이며, Fe계의 연자성 재료 100wt％에 대하여 0.01wt％ 이상 1wt％ 이하의 범위로 포함되어 있는, 연자성 재료 분말.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무기 산화물은, TiO₂, SiO₂, Al₂O₃, ZrO로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나인, 연자성 재료 분말.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 무기 산화물은, SiO₂이며, Fe계의 연자성 재료 100wt％에 대하여 0.01wt％ 이상 5wt％ 이하의 범위로 포함되어 있는, 연자성 재료 분말.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 Fe계의 연자성 재료는, Fe, FeNi, FeCo, FeSi, FeSiCr, FeSiAl, FeSiBCr의 군에서 선택되는 적어도 하나인, 연자성 재료 분말.
용매 중에 Fe계의 연자성 분말을 분산시키고,
상기 용매 중에 금속 알콕시드 및 수용성 고분자, 물을 첨가하여 교반하고, 상기 Fe계의 연자성 분말을 구성하는 연자성 재료 입자의 표면에, 상기 금속 알콕시드의 가수분해물인 금속 산화물과 상기 수용성 고분자를 포함하는 절연막을 형성하여 연자성 재료 입자를 절연 처리하는,
연자성 재료 분말의 제조 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 상기 연자성 재료 분말을 포함하는 자심.
연자성 재료 입자와,
상기 각 연자성 재료 입자를 결합하는 결합제
를 포함하는 자심이며,
상기 연자성 재료 입자는,
Fe계의 연자성 재료를 포함하는 코어와,
상기 코어의 표면을 피복하는 절연막
을 갖고,
상기 절연막에는 무기 산화물과 수용성 고분자를 함유하는, 자심.
연자성 재료 입자와,
상기 각 연자성 재료 입자를 결합하는 결합제
를 포함하는 자심이며,
상기 연자성 재료 입자는,
Fe계의 연자성 재료를 포함하는 코어와,
상기 코어의 표면을 피복하는 Si를 포함하는 절연막
을 갖고,
상기 Fe계의 연자성 재료는, Fe 및 Cr을 포함하고,
상기 절연막에는 Cr보다 Si를 많이 포함하는 무기 산화물을 함유하는, 자심.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된, 상기 연자성 재료 분말과 결합제인 열경화성 수지를 혼합하여 혼합물을 형성하고,
상기 혼합물의 열경화성 수지를 가열 경화하여 자심을 얻는,
자심의 제조 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 상기 연자성 재료 분말과 결합제인 열경화성 수지를 혼합하여 혼합물을 형성하고,
상기 혼합물을 가열하여 상기 열경화성 수지를 경화시킨 뒤, 어닐링 처리하여 자심을 얻는,
자심의 제조 방법.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 기재된 상기 자심을 포함하는 전자 부품.