WO2015064694A1 - 軟磁性フェライト樹脂組成物、軟磁性フェライト樹脂組成物成型体及び非接触給電システム用電力伝送デバイス - Google Patents

軟磁性フェライト樹脂組成物、軟磁性フェライト樹脂組成物成型体及び非接触給電システム用電力伝送デバイス Download PDF

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soft magnetic
resin composition
magnetic ferrite
molded body
ferrite resin
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西本 一志
岡野 洋司
洋光 桜井
山本 一美
智博 土手
靖士 西尾
藤井 泰彦
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戸田工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a power transmission device used in a non-contact power feeding system such as a mobile phone.
  • a system for charging in a contactless manner without using a cable has been proposed in order to improve user convenience during charging and to prevent electric shock due to water wetting.
  • a power transmission device in which a coil is attached to or close to a magnetic material is used, and electric power is generated by electromagnetic induction action of an alternating magnetic field between a power feeding coil and a power receiving coil that are arranged opposite to each other.
  • the mobile device is charged by transmitting.
  • Patent Documents 1 and 2 In this system, further higher power transmission efficiency, downsizing, and higher rigidity are required, and technologies for controlling the magnetic permeability and electrical resistivity of magnetic materials (Patent Documents 1 and 2), after high-pressure pressing. A technique for performing heat treatment (Patent Document 3) is disclosed.
  • Patent Document 1 discloses a small non-contact transmission device using a ferrite core having a high electric resistance, saturation magnetic flux density, and high magnetic permeability as a magnetic material. May cause damage.
  • Patent Document 2 proposes a system using a mixture of ferrite or permalloy and a resin. The performance of this system depends on the properties of the mixed ferrite or permalloy, and the literature does not mention electromagnetic characteristics such as efficiency.
  • Patent Document 3 proposes a magnetic shielding sheet obtained by high-pressure pressing Mn—Zn ferrite, iron-based magnetic powder, nickel-based magnetic powder, and resin, and discloses that it has high rigidity and magnetic shielding performance. However, since the metal-based magnetic powder is included, the electric resistance is low, and the efficiency is reduced due to eddy current loss.
  • the present invention is a molded product of a soft magnetic ferrite resin composition containing a filler material and a binder material, wherein the filler material is a soft magnetic ferrite powder having an average particle size of 5 to 35 ⁇ m, and the binder material is a thermal material. It is at least one selected from a plastic resin or a soft polyolefin resin, the molding density of the molded product of the soft magnetic ferrite resin composition is 3.2 to 4.7 g / cm 3 , and the magnetic permeability is 5 to 15. Is a soft magnetic ferrite resin composition molded body (Invention 1).
  • the present invention also relates to a soft magnetic ferrite resin composition molded body according to the present invention 1, wherein the inductance is 3.5 to 6 ⁇ H (the present invention) 2).
  • the present invention also relates to a soft magnetic ferrite resin composition molded article according to any one of the present inventions 1 and 2, wherein the power transmission efficiency is 55 to 80%. It is a molded body (Invention 3).
  • the present invention also relates to a molded soft magnetic ferrite resin composition according to any one of the present inventions 1 to 3, wherein the filling material is spinel ferrite. (Invention 4).
  • the present invention is also the soft magnetic ferrite resin composition molded body according to any one of the present inventions 1 to 4, wherein the soft magnetic ferrite powder has a compression density of 2.5 to 5 g / cm 3 and a specific surface area of 0.
  • the present invention also provides the soft magnetic ferrite resin composition molded body according to any one of the present inventions 1 to 5, wherein the binding material is 6 nylon, 12 nylon, 612 nylon, 9T nylon, polyphenylene sulfide, ethylene- At least one thermoplastic resin selected from ethyl acrylate copolymer, styrene-isoprene-styrene block copolymer, styrene-ethylene-butylene-styrene block copolymer, or styrene-isoprene-styrene block copolymer, styrene- A soft magnetic ferrite resin composition molded body comprising one or more thermoplastic resins selected from ethylene / butylene / styrene block copolymers and a soft polyolefin resin comprising an ethylene / butylene copolymer (this book) Invention 6).
  • the binding material is 6 nylon, 12 nylon, 612 nylon, 9T
  • the present invention also relates to a soft magnetic ferrite resin composition molded body according to any one of the present inventions 1 to 6, wherein the soft magnetic ferrite powder content is 88 to 97 wt%.
  • This is a ferrite resin composition molded body (Invention 7).
  • the present invention is a power transmission device for a non-contact power feeding system obtained by attaching a coil to the soft magnetic ferrite resin composition molded body according to any one of the present inventions 1 to 7 (present invention 8).
  • the present invention also provides a soft magnetic ferrite resin composition
  • a soft magnetic ferrite resin composition comprising a filler material and a binder material, wherein the filler material is a soft magnetic ferrite powder having an average particle size of 5 to 35 ⁇ m, and the binder material is a thermoplastic resin or A soft magnetic ferrite resin composition characterized in that it is at least one selected from soft polyolefin resins, and the molding density of the molded product of the soft magnetic resin composition is 3.2 to 4.7 g / cm 3 ( Invention 9).
  • the present invention is a non-contact power feeding method using the power transmission device for a non-contact power feeding system according to the eighth aspect of the present invention (Invention 10).
  • the power transmission device for a non-contact power feeding system in which a coil is affixed to or brought close to the soft magnetic ferrite resin composition molded body according to the present invention is excellent in impact resistance, and can be damaged even by impact such as dropping. There is no.
  • by controlling the characteristics of the filling material within a specific range it is excellent in electromagnetic characteristics such as power transmission efficiency.
  • a soft magnetic ferrite resin composition molded body according to the present invention is a soft magnetic ferrite resin composition comprising a filling material made of soft magnetic ferrite powder and one or more binding materials selected from thermoplastic resins or soft polyolefin resins. It is a molded body.
  • the molding density of the soft magnetic ferrite resin composition molding according to the present invention is 3.2 to 4.7 g / cm 3 .
  • the upper limit of the molding density obtained in the present invention is 4.7 g / cm 3 .
  • a preferable molding density is 3.5 to 4.7 g / cm 3 .
  • the permeability of the soft magnetic ferrite resin composition molded body according to the present invention is 5-15. When the magnetic permeability is less than 5, inductance and power transmission efficiency are reduced.
  • the upper limit of the magnetic permeability obtained in the present invention is 15.
  • a preferable magnetic permeability is 6 to 15, and a more preferable magnetic permeability is 6 to 14.
  • the inductance of the soft magnetic ferrite resin composition molded body according to the present invention is preferably 3.5 to 6 ⁇ H. When the inductance is less than 3.5 ⁇ H, the power transmission efficiency decreases.
  • the upper limit of the inductance obtained by the present invention is 6 ⁇ H.
  • a preferable inductance is 4 to 6H, and a more preferable inductance is 4 to 5.5 ⁇ H.
  • the power transmission efficiency of the soft magnetic ferrite resin composition molded body according to the present invention is preferably 55 to 80%. When the power transmission efficiency is less than 55%, the loss is large and the heat generation becomes intense.
  • the upper limit of the power transmission efficiency obtained by the present invention is 80%.
  • a preferable power transmission efficiency is 60 to 80%, and a more preferable power transmission efficiency is 60 to 75%.
  • the soft magnetic ferrite powder in the present invention includes Mn—Zn ferrite, Ni—Zn ferrite, Ni—Zn—Cu ferrite, Mg—Zn ferrite, Mg—Zn—Cu ferrite, Li—Zn ferrite, Li Spinel ferrite powder having soft magnetism such as —Zn—Cu ferrite is preferable.
  • the average particle size of the soft magnetic ferrite powder in the present invention is 5 to 35 ⁇ m. When the average particle size is less than 5 ⁇ m, high filling is not possible and inductance and power transmission efficiency are reduced. When it exceeds 35 ⁇ m, the surface of the molded body is not smooth. A preferred average particle size is 8 to 25 ⁇ m.
  • the compression density of the soft magnetic ferrite powder in the present invention is preferably 2.5 to 5 g / cm 3 .
  • the compression density is less than 2.5 g / cm 3 , high filling is not possible and inductance and power transmission efficiency are reduced.
  • the production method in the present invention does not exceed 5 g / cm 3 .
  • a more preferable compression density is 3 to 5 g / cm 3 , and an even more preferable compression density is 3 to 4.5 g / cm 3 .
  • the specific surface area of the soft magnetic ferrite powder in the present invention is preferably 0.3 to 4 m 2 / g.
  • the specific surface area exceeds 4 m 2 / g, high filling is not possible and inductance and power transmission efficiency are reduced. In the production method of the present invention, it is not less than 0.3 m 2 / g.
  • a more preferable specific surface area is 0.3 to 3 m 2 / g.
  • the content of the soft magnetic ferrite powder in the present invention is preferably 88 to 97 wt%.
  • the content is less than 88 wt%, inductance and power transmission efficiency are lowered. If it exceeds 97 wt%, it becomes difficult to knead with the resin.
  • a more preferable content is 89 to 95 wt%.
  • the thermoplastic resin in the present invention is 6 nylon, 12 nylon, 612 nylon, 9T nylon, polyphenylene sulfide, ethylene-ethyl acrylate copolymer, styrene-isoprene-styrene block copolymer, styrene-ethylene butylene-styrene block. What is necessary is just to select suitably from a copolymer according to the heat resistance, intensity
  • the thermoplastic resin in the present invention is one kind selected from 6 nylon, 12 nylon, 612 nylon, 9T nylon, polyphenylene sulfide, and ethylene-ethyl acrylate copolymer when producing a pellet-like soft magnetic ferrite resin composition.
  • One method of obtaining the soft magnetic ferrite resin composition molded body according to the present invention is a method of injection molding the pellet-shaped soft magnetic ferrite resin composition.
  • the injection pressure at the time of injection molding is 400 to 1600 kg / cm 2 . If the injection pressure exceeds 1600 kg / cm 2 , injection molding becomes difficult.
  • 400 kg / cm 2 is the lower limit.
  • a preferable injection pressure is 400 to 1500 kg / cm 2
  • a more preferable injection pressure is 500 to 1500 kg / cm 2 .
  • the soft polyolefin resin in the present invention is an ethylene-butylene copolymer. If necessary, ethylene-butylene copolymers having different molecular weights can be mixed and used.
  • the binding material is selected from a styrene-isoprene-styrene block copolymer and a styrene-ethylene-butylene-styrene block copolymer. It is preferable to use a combination of two or more kinds of thermoplastic resins and a soft polyolefin resin made of an ethylene-butylene copolymer. When these resins are used in combination, a soft magnetic ferrite resin composition excellent in flexibility and mechanical strength can be obtained.
  • the ratio of the thermoplastic resin to the soft polyolefin resin is preferably 1 to 5.
  • the soft magnetic ferrite resin composition molded body according to the present invention is excellent in impact resistance, and is not damaged by an impact such as dropping.
  • a soft magnetic ferrite resin composition molded body having a length of 6 cm, a width of 6 cm, and a thickness of 2 mm is not broken even when dropped from a height of 1 m onto concrete.
  • the soft magnetic ferrite resin composition molded body according to the present invention is more excellent in heat resistance when one or more of 6 nylon, 612 nylon, 9T nylon, and polyphenylene sulfide are used as a binding material. It does not thermally deform in an environment of 170 ° C.
  • the size and thickness of the soft magnetic ferrite resin composition molded body according to the present invention can be appropriately selected according to the purpose.
  • soft magnetic ferrite powder is a raw material mixture obtained by mixing raw materials such as oxides, carbonates, hydroxides, and oxalates of each element constituting ferrite in a predetermined composition ratio, or in an aqueous solution.
  • the precipitate obtained by precipitating each element can be obtained by firing in the atmosphere at a temperature range of 700 to 1300 ° C. for 1 to 20 hours and then pulverizing.
  • soft magnetic ferrite powder obtained by pulverizing waste generated in the manufacturing process of various ferrite cores and sintered ferrite plates may be reused.
  • the soft magnetic ferrite resin composition according to the present invention comprises a predetermined resin selected from the above-mentioned soft magnetic ferrite powder and 6 nylon, 12 nylon, 612 nylon, 9T nylon, polyphenylene sulfide, and ethylene-ethyl acrylate copolymer. After mixing at a ratio, it is obtained by kneading in a kneader at 180 to 350 ° C. for 1 minute to 2 hours. In particular, considering the ease of handling in the post-process, a pellet shape is preferable.
  • the soft magnetic ferrite resin composition according to the present invention can be obtained by molding the obtained soft magnetic ferrite resin composition into a predetermined shape using an injection molding machine or an extrusion molding machine.
  • the soft magnetic ferrite resin composition according to the present invention comprises one or more selected from the above-mentioned soft magnetic ferrite powder, a styrene-isoprene-styrene block copolymer, and a styrene-ethylene-butylene-styrene block copolymer. It is obtained by mixing a thermoplastic resin and a soft polyolefin resin comprising an ethylene-butylene copolymer at a predetermined ratio, and then kneading the mixture at 150 to 250 ° C. for 1 minute to 2 hours.
  • the soft magnetic ferrite resin composition is excellent in moldability into a sheet shape, and after making the sheet shape by rolling between rolls following the above kneading, using a mold or blade mold, etc.
  • the soft magnetic ferrite resin composition molded body according to the present invention can be obtained by cutting into a desired shape.
  • the power transmission device for a non-contact power feeding system according to the present invention can be obtained by attaching a coil having a size and a number of turns according to the purpose to the soft magnetic ferrite resin molded body according to the present invention with an adhesive or the like.
  • the coil may be processed into a desired winding method and attached in parallel so as not to protrude from the molded body.
  • the power transmission device for the non-contact power supply system described above is the power supply side
  • the coil disposed on the coil of the power transmission device is the power reception side
  • the current is applied to the power supply side coil
  • the electric potential is applied to the power reception side coil by electromagnetic induction. Causing current to flow.
  • the coil on the power receiving side may be attached to the ferrite plate if necessary, and the soft magnetic ferrite resin molded body of the present invention may be used as the ferrite plate. It may be used on either the power supply side or the power reception side, or on both the power supply side and the power reception side.
  • the power transmission device for a non-contact power feeding system in which a coil is attached to a soft magnetic ferrite resin composition molded body is superior in impact resistance by not using a sintered ferrite core. It is. Furthermore, the power transmission efficiency is excellent by controlling various characteristics of the soft magnetic ferrite powder as a filling material within a predetermined range.
  • a typical embodiment of the present invention is as follows.
  • the average particle size of the soft magnetic ferrite powder was the value of D 50 obtained by particle size distribution meter HEROS & RODOS (manufactured by Sympatec Co., Ltd.).
  • the compression density of the soft magnetic ferrite powder was the density of the green compact obtained by putting 25 g of powder in a mold for molding a cylinder with a diameter of 1 inch and pressing it under a load of 1 t / cm 2 and taking it out. .
  • the specific surface area of the soft magnetic ferrite powder was measured using a Macsorb HM model 1208 (manufactured by Mountec Co., Ltd.).
  • the injection molding pressure of the soft magnetic ferrite resin composition was measured with a pressure gauge attached to the injection molding machine.
  • the molding density of the soft magnetic ferrite resin composition molded body was calculated from the outer dimensions and weight of the obtained molded body.
  • a ring core having an outer diameter of 14 mm, an inner diameter of 8 mm, and a thickness of 2 mm was produced from the molded body, and Precision Impedance Analyzer 4294A (manufactured by Agilent Technologies) was used. The value of ⁇ ′ obtained by measurement at 100 kHz was used.
  • the inductance of the soft magnetic ferrite resin composition molded body was measured at 100 kHz using an LCR meter IM3523 (manufactured by Hioki Electric Co., Ltd.) with a 10-turn coil affixed to a molded body 6 cm long 6 cm wide 2 mm thick.
  • the power transmission efficiency of the soft magnetic ferrite resin composition molded body is a power transmission device in which a 10-turn double-wound coil is attached to a soft magnetic ferrite resin composition molded body having a length of 6 cm, a width of 6 cm, and a thickness of 2 mm.
  • An element in which the coil of the turn was affixed to a Ni—Zn—Cu ferrite plate 6 cm long and 6 cm wide and 0.1 mm thick was measured as the power receiving side.
  • Impact resistance was judged by dropping a soft magnetic ferrite resin composition molded body (length 6 cm, width 6 cm, thickness 2 mm) onto concrete from a height of 1 m and determining whether or not there were cracks.
  • a soft magnetic ferrite resin composition molded body is formed into a dumbbell test piece (total length 175 mm, total width 12.5 mm, thickness 3.2 mm), and a load is applied with a 50 g weight in the center by a three-point bending method. It was exposed for 1 hour in an oven at 170 ° C., and the presence or absence of thermal deformation was determined.
  • the styrene-isoprene-styrene block copolymer, styrene-ethylene / butylene-styrene block copolymer and ethylene-butylene copolymer were selected from Table 1 and used.
  • Example 1 Ni-Zn-Cu ferrite having an average particle size of 15.1 ⁇ m, a compression density of 3.82 g / cm 3 and a specific surface area of 1.10 m 2 / g was mixed at a ratio of 95 wt% and 12 nylon at a ratio of 5 wt%. The mixture was kneaded at 200 ° C. for 10 minutes with a kneader and then cut into pellets. The composition was injection molded by setting the nozzle temperature of the injection molding machine to 270 ° C. to obtain a plate-like soft magnetic ferrite resin composition molded body having a length of 6 cm, a width of 6 cm, and a thickness of 2 mm.
  • the injection pressure was 1493 kg / cm 2 .
  • the molding density of the obtained soft magnetic ferrite resin composition molded body was 4.65 g / cm 3 , the magnetic permeability was 13.6, the inductance was 5.43 ⁇ H, and the power transmission efficiency was 74.7%.
  • the molded body did not crack in the drop test and was excellent in impact resistance.
  • Examples 2-4 In the same manner as in Example 1, a soft magnetic ferrite resin composition and a soft magnetic ferrite resin composition molded body were obtained. Table 2 shows the production conditions and the properties of the obtained soft magnetic ferrite resin composition and soft magnetic ferrite resin composition molded body.
  • Example 5 95 wt% of Ni—Zn—Cu based ferrite having an average particle diameter of 14.8 ⁇ m, a compression density of 3.79 g / cm 3 and a specific surface area of 1.18 m 2 / g, 3 wt% of resin A described in Table 1, Resin C was mixed at a ratio of 2 wt% and kneaded at 180 ° C. on a biaxial roll to obtain a sheet-like soft magnetic ferrite resin composition having a thickness of 2 mm. The composition was cut to obtain a plate-like soft magnetic ferrite resin composition molded body having a length of 6 cm and a width of 6 cm and a thickness of 2 mm. The molding density of the obtained soft magnetic ferrite resin composition molded body was 4.63 g / cm 3 , the magnetic permeability was 13.4, the inductance was 5.41 ⁇ H, and the power transmission efficiency was 74.5%.
  • Examples 6-8 In the same manner as in Example 5, a soft magnetic ferrite resin composition and a soft magnetic ferrite resin composition molded body were obtained. Table 2 shows the production conditions and the properties of the obtained soft magnetic ferrite resin composition and soft magnetic ferrite resin composition molded body.
  • Comparative Example 1 97.5 wt% of Ni—Zn—Cu based ferrite having an average particle diameter of 38.9 ⁇ m, a compression density of 5.33 g / cm 3 , and a specific surface area of 0.25 m 2 / g, and 12 nylon of 2.5 wt% After mixing at a ratio and kneading at 210 ° C. for 15 minutes with a kneader, the mixture was cut into pellets. An attempt was made to injection mold the composition, but the injection pressure was too high to be molded.
  • Comparative Example 2 In the same manner as in Example 1, a soft magnetic ferrite resin composition and a soft magnetic ferrite resin composition molded body were obtained. Table 2 shows the production conditions and the properties of the obtained soft magnetic ferrite resin composition and soft magnetic ferrite resin composition molded body.
  • Comparative Example 3 In the same manner as in Example 5, a soft magnetic ferrite resin composition and a soft magnetic ferrite resin composition molded body were obtained. Table 2 shows the production conditions and the properties of the obtained soft magnetic ferrite resin composition and soft magnetic ferrite resin composition molded body.
  • Comparative Example 4 The sintered density of the Mn—Zn ferrite sintered body obtained by sintering the Mn—Zn ferrite powder at 1300 ° C. is 4.9 g / cm 3 , the magnetic permeability is 2389, the inductance is 5.84 ⁇ H, and the power transmission efficiency is It was 70.3%. The sintered body was cracked in the drop test and was inferior in impact resistance.
  • Example 9 Ni—Zn—Cu ferrite having an average particle diameter of 14.6 ⁇ m, a compression density of 3.77 g / cm 3 , and a specific surface area of 1.40 m 2 / g was mixed at a ratio of 94 wt% and 612 nylon at a ratio of 6 wt%. The mixture was kneaded at 230 ° C. for 10 minutes with a kneader and then cut into pellets. The composition was injection molded by setting the nozzle temperature of the injection molding machine to 300 ° C. to obtain a plate-shaped soft magnetic ferrite resin composition molded body having a length of 6 cm, a width of 6 cm, and a thickness of 2 mm.
  • the molding density of the obtained soft magnetic ferrite resin composition molding was 4.55 g / cm 3 , the magnetic permeability was 12.3, the inductance was 5.35 ⁇ H, and the power transmission efficiency was 73.0%.
  • the molded body did not crack in the drop test and was excellent in impact resistance. Further, in the heat resistance test at 170 ° C., it was not thermally deformed and was excellent in heat resistance.
  • Examples 10-11 In the same manner as in Example 9, a soft magnetic ferrite resin composition and a soft magnetic ferrite resin composition molded body were obtained. Table 3 shows the production conditions and various properties of the obtained soft magnetic ferrite resin composition and soft magnetic ferrite resin composition molded body.
  • the soft magnetic ferrite resin composition molded body according to the present invention When used in a power transmission device for a non-contact power feeding system, it is excellent in impact resistance, and is not damaged by an impact such as dropping, Excellent electromagnetic characteristics such as power transmission efficiency.

Abstract

本発明は、電力伝送効率が高く、耐衝撃性が高い非接触充電システム用電力伝送デバイスを提供することを技術的課題とする。上記課題は、充填材料と結合材料とを含む軟磁性フェライト樹脂組成物の成型体であって、充填材料が平均粒子径が5~35μmである軟磁性フェライト粉末であり、結合材料が熱可塑性樹脂又は軟質ポリオレフィン樹脂から選ばれる1種以上であり、軟磁性フェライト樹脂組成物の成型体の成型密度が3.2~4.7g/cmであり、透磁率が5~15である軟磁性フェライト樹脂組成物成型体、これを用いた非接触給電システム用電力伝送デバイスにより達成される。

Description

軟磁性フェライト樹脂組成物、軟磁性フェライト樹脂組成物成型体及び非接触給電システム用電力伝送デバイス
 本発明は、携帯電話等の非接触給電システムに用いられる電力伝送デバイスに関するものである。
 近年、携帯電話等の携帯機器では、充電時における使用者の利便性を向上させ、更には水濡れ等による感電を防止する為、ケーブルを使わず非接触で充電するシステムが提案されている。このシステムでは、磁性体にコイルを貼付した、又は近接させた電力伝送デバイスが用いられており、対向して配置された給電用コイルと受電用コイルの間で、交流磁界の電磁誘導作用により電力を伝送することで携帯機器に充電している。
 該システムにおいては、更なる高電力伝送効率化、小型化、高剛性化が求められており、磁性体の透磁率と電気抵抗率を制御する技術(特許文献1、2)、高圧プレスした後加熱処理を行う技術(特許文献3)が開示されている。
特開平11-176676号公報 特開平8-175233号公報 特開2008-207365号公報
 特許文献1において、磁性体として電気抵抗、飽和磁束密度、透磁率が高いフェライトコアを用いた小型非接触伝送装置が開示されているが、このフェライトコアはセラミックスなので衝撃に弱く、落下等の衝撃により破損する場合がある。
 特許文献2において、フェライト又はパーマロイと樹脂の混合物を使用したシステムが提案されている。このシステムの性能は、混合するフェライト又はパーマロイの性状に依存しており、該文献では効率等の電磁気特性に言及されていない。
 特許文献3において、Mn-Znフェライト、鉄系磁性粉、ニッケル系磁性粉、樹脂を高圧プレスして得られる防磁シートが提案されており、高い剛性と防磁性能を有すると開示されている。しかし、金属系磁性粉を含むことから電気抵抗が低く、渦電流損失により効率が低下する。
 そこで、本発明は、電力伝送効率が高く、耐衝撃性が高い非接触充電システム用電力伝送デバイスを提供することを技術的課題とする。
 前記技術的課題は、次のとおりの本発明によって達成できる。
 即ち、本発明は、充填材料と結合材料とを含む軟磁性フェライト樹脂組成物の成型体であって、充填材料が平均粒子径が5~35μmである軟磁性フェライト粉末であり、結合材料が熱可塑性樹脂又は軟質ポリオレフィン樹脂から選ばれる1種以上であり、軟磁性フェライト樹脂組成物の成型体の成型密度が3.2~4.7g/cmであり、透磁率が5~15であることを特徴とする軟磁性フェライト樹脂組成物成型体である(本発明1)。
 また、本発明は、本発明1記載の軟磁性フェライト樹脂組成物成型体であって、インダクタンスが3.5~6μHであることを特徴とする軟磁性フェライト樹脂組成物成型体である(本発明2)。
 また、本発明は、本発明1又は2のいずれかに記載の軟磁性フェライト樹脂組成物成型体であって、電力伝送効率が55~80%であることを特徴とする軟磁性フェライト樹脂組成物成型体である(本発明3)。
 また、本発明は、本発明1~3のいずれかに記載の軟磁性フェライト樹脂組成物成型体であって、充填材料がスピネル型フェライトであることを特徴とする軟磁性フェライト樹脂組成物成型体である(本発明4)。
 また、本発明は、本発明1~4のいずれかに記載の軟磁性フェライト樹脂組成物成型体であって、軟磁性フェライト粉末の圧縮密度が2.5~5g/cm、比表面積が0.3~4m/gであることを特徴とする軟磁性フェライト樹脂組成物成型体である(本発明5)。
 また、本発明は、本発明1~5のいずれかに記載の軟磁性フェライト樹脂組成物成型体であって、結合材料が6ナイロン、12ナイロン、612ナイロン、9Tナイロン、ポリフェニレンスルファイド、エチレン-エチルアクリレート共重合体、スチレンーイソプレン-スチレンブロック共重合体、スチレン-エチレン・ブチレン-スチレンブロック共重合体から選ばれる熱可塑性樹脂の少なくとも一種又は、スチレンーイソプレン-スチレンブロック共重合体、スチレン-エチレン・ブチレン-スチレンブロック共重合体から選ばれた1種又は2種以上の熱可塑性樹脂とエチレン-ブチレン共重合体からなる軟質ポリオレフィン樹脂とである軟磁性フェライト樹脂組成物成型体である(本発明6)。
 また、本発明は、本発明1~6のいずれかに記載の軟磁性フェライト樹脂組成物成型体であって、軟磁性フェライト粉末の含有量が88~97wt%であることを特徴とする軟磁性フェライト樹脂組成物成型体である(本発明7)。
 また、本発明は、本発明1~7のいずれかに記載の軟磁性フェライト樹脂組成物成型体にコイルを貼付して得られた非接触給電システム用電力伝送デバイスである(本発明8)。
 また、本発明は、充填材料と結合材料とを含む軟磁性フェライト樹脂組成物であって、充填材料が平均粒子径が5~35μmである軟磁性フェライト粉末であり、結合材料が熱可塑性樹脂又は軟質ポリオレフィン樹脂から選ばれる1種以上であり、軟磁性樹脂組成物の成型体の成型密度が3.2~4.7g/cmであることを特徴とする軟磁性フェライト樹脂組成物である(本発明9)。
 また、本発明は、本発明8に記載の非接触給電システム用電力伝送デバイスを用いた非接触給電方法である(本発明10)。
 本発明に係る軟磁性フェライト樹脂組成物成型体にコイルを貼付し、又は近接させた非接触給電システム用電力電送デバイスは、耐衝撃性に優れているので、落下等の衝撃によっても破損することがない。また、充填材料の特性を特定の範囲で制御していることにより、電力伝送効率等の電磁気特性に優れている。
 本発明の構成をより詳しく説明すれば次の通りである。
 本発明に係る軟磁性フェライト樹脂組成物成型体は、軟磁性フェライト粉末からなる充填材料と、熱可塑性樹脂又は軟質ポリオレフィン樹脂から選ばれる1種以上の結合材料とを含む軟磁性フェライト樹脂組成物の成型体である。
 本発明に係る軟磁性フェライト樹脂組成物成型体の成型密度は3.2~4.7g/cmである。成型密度が3.2g/cm未満の場合は、インダクタンスや電力伝送効率が低下する。本発明で得られる成型密度の上限は、4.7g/cmである。好ましい成型密度は3.5~4.7g/cmである。
 本発明に係る軟磁性フェライト樹脂組成物成型体の透磁率は5~15である。透磁率が5未満の場合は、インダクタンスや電力伝送効率が低下する。本発明で得られる透磁率の上限は15である。好ましい透磁率は6~15、より好ましい透磁率は6~14である。
 本発明に係る軟磁性フェライト樹脂組成物成型体のインダクタンスは3.5~6μHが好ましい。インダクタンスが3.5μH未満の場合は、電力伝送効率が低下する。本発明で得られるインダクタンスの上限は6μHである。好ましいインダクタンスは4~6H、より好ましいインダクタンスは4~5.5μHである。
 本発明に係る軟磁性フェライト樹脂組成物成型体の電力伝送効率は55~80%が好ましい。電力伝送効率が55%未満の場合は、損失が大きく、発熱が激しくなる。本発明で得られる電力伝送効率の上限は80%である。好ましい電力伝送効率は60~80%、より好ましい電力伝送効率は60~75%である。
 本発明における軟磁性フェライト粉末は、Mn-Zn系フェライト、Ni-Zn系フェライト、Ni-Zn-Cu系フェライト、Mg-Zn系フェライト、Mg-Zn-Cu系フェライト、Li-Zn系フェライト、Li-Zn-Cu系フェライト等の軟磁性を有するスピネル型フェライト粉末であることが好ましい。
 本発明における軟磁性フェライト粉末の平均粒子径は5~35μmである。平均粒子径が5μm未満の場合は、高充填ができないと共にインダクタンスや電力伝送効率が低下する。35μmを越える場合は、成型体の表面が平滑でなくなる。好ましい平均粒子径は8~25μmである。
 本発明における軟磁性フェライト粉末の圧縮密度は2.5~5g/cmが好ましい。圧縮密度が2.5g/cm未満の場合は、高充填できないと共にインダクタンスや電力伝送効率が低下する。本発明における製造方法では5g/cmを越えることがない。より好ましい圧縮密度は3~5g/cm、更により好ましい圧縮密度は3~4.5g/cmである。
 本発明における軟磁性フェライト粉末の比表面積は0.3~4m/g好ましい。比表面積が4m/gを越える場合は、高充填できないと共にインダクタンスや電力伝送効率が低下する。本発明における製造方法では0.3m/g未満となることがない。より好ましい比表面積は0.3~3m/gである。
 本発明における軟磁性フェライト粉末の含有量は88~97wt%好ましい。含有量が88wt%未満の場合は、インダクタンスや電力伝送効率が低下する。97wt%を越える場合は、樹脂と混練することが困難となる。より好ましい含有量は89~95wt%である。
 本発明における熱可塑性樹脂は、6ナイロン、12ナイロン、612ナイロン、9Tナイロン、ポリフェニレンスルファイド、エチレン-エチルアクリレート共重合体、スチレンーイソプレン-スチレンブロック共重合体、スチレン-エチレン・ブチレン-スチレンブロック共重合体から、成型体に必要とされる耐熱性、強度、形状等に応じて適宜選択すれば良い。
 本発明における熱可塑性樹脂は、ペレット状の軟磁性フェライト樹脂組成物を製造する場合、6ナイロン、12ナイロン、612ナイロン、9Tナイロン、ポリフェニレンスルファイド、エチレン-エチルアクリレート共重合体から選ばれる1種が好ましい。本発明に係る軟磁性フェライト樹脂組成物成型体を得る方法の一つとして、上記ペレット状の軟磁性フェライト樹脂組成物を射出成型する方法があげられる。この場合、射出成型時の射出圧力は400~1600kg/cmである。射出圧力が1600kg/cmを越えると射出成型が困難となる。本発明における製造方法では400kg/cmが下限である。好ましい射出圧力は400~1500kg/cm、より好ましい射出圧力は500~1500kg/cmである。
 本発明における軟質ポリオレフィン樹脂は、エチレン-ブチレン共重合体である。必要に応じて分子量等が異なるエチレン-ブチレン共重合体を混合して用いることができる。
 本発明に係る軟磁性フェライト樹脂組成物成型体をシート形状とする場合は、結合材料は、スチレンーイソプレン-スチレンブロック共重合体、スチレン-エチレン・ブチレン-スチレンブロック共重合体から選ばれた1種又は2種以上の熱可塑性樹脂とエチレン-ブチレン共重合体からなる軟質ポリオレフィン樹脂とを組合せて用いることが好ましい。これらの樹脂を組合せて用いると、柔軟性や機械的強度に優れた軟磁性フェライト樹脂組成物を得ることができる。軟質ポリオレフィン樹脂に対する熱可塑性樹脂の比率は、好ましくは1~5である。
 本発明に係る軟磁性フェライト樹脂組成物成型体は耐衝撃性に優れており、落下等の衝撃によっても破損しない。好ましくは、縦6cm横6cm厚さ2mmの軟磁性フェライト樹脂組成物成型体を1mの高さからコンクリートに落下させても割れない。
 本発明に係る軟磁性フェライト樹脂組成物成型体は、結合材料として、6ナイロン、612ナイロン、9Tナイロン、ポリフェニレンスルファイドのいずれか一種以上を用いた場合には、より耐熱性に優れており、170℃環境下では熱変形しない。
 本発明に係る軟磁性フェライト樹脂組成物成型体のサイズや厚さは、目的に応じて適宜選択することができる。
 次に、本発明に係る軟磁性フェライト樹脂組成物及び軟磁性フェライト樹脂組成物成型体の製造方法について述べる。
 まず、軟磁性フェライト粉末は、フェライトを構成する各元素の酸化物、炭酸塩、水酸化物、シュウ酸塩等の原料を所定の組成割合で混合して得られた原料混合物、又は、水溶液中で各元素を沈殿させて得られた沈殿物を、大気中において700~1300℃の温度範囲で1~20時間焼成した後、粉砕することにより得ることができる。特に、環境保護の観点から、各種フェライトコアやフェライト焼結板の製造過程において発生する廃棄物を粉砕して得られる軟磁性フェライト粉末を再利用してもよい。
 本発明に係る軟磁性フェライト樹脂組成物は、上記軟磁性フェライト粉末と6ナイロン、12ナイロン、612ナイロン、9Tナイロン、ポリフェニレンスルファイド、エチレン-エチルアクリレート共重合体から選ばれる一種の樹脂を所定の割合で混合した後、混練機にて180~350℃で1分~2時間混練することによって得られる。特に、後工程における取り扱い易さを考慮すると、ペレット形状とすることが好ましい。得られた軟磁性フェライト樹脂組成物を射出成型機又は押出成型機を用いて所定の形状に成型することにより、本発明に係る軟磁性フェライト樹脂組成物成型体を得ることができる。
 本発明に係る軟磁性フェライト樹脂組成物は、上記軟磁性フェライト粉末とスチレンーイソプレン-スチレンブロック共重合体、スチレン-エチレン・ブチレン-スチレンブロック共重合体から選ばれた1種又は2種以上の熱可塑性樹脂とエチレン-ブチレン共重合体からなる軟質ポリオレフィン樹脂とを所定の割合で混合した後、混練機にて150~250℃で1分~2時間混練することによって得られる。特に、該軟磁性フェライト樹脂組成物は、シート形状への成型性に優れており、上記混練に引き続いてロール間で圧延することによりシート形状とした後で、金型や刃型等を用いて所望の形状に切断することによって、本発明に係る軟磁性フェライト樹脂組成物成型体を得ることができる。
 次に、本発明に係る非接触給電システム用電力伝送デバイスの製造方法について述べる。
 本発明に係る非接触給電システム用電力電送デバイスは、本発明に係る軟磁性フェライト樹脂成型体に、目的に応じたサイズ、巻数のコイルを接着剤等により貼付することによって得ることができる。コイルは所望の巻き方に加工し、成型体からはみ出さないように平行に貼付すればよい。
 次に、本発明に係る非接触給電システム用電力伝送デバイスを用いた非接触給電方法について述べる。上記の非接触給電システム用電力電送デバイスを給電側とし、電力電送デバイスのコイル上に配置されたコイルを受電側とし、給電側コイルに印加して電流を通じ、電磁誘導により受電側のコイルに電位を生じさせ、電流を流す。受電側に負荷を接続し、充電などを行う。受電側のコイルは必要に応じてフェライト板に添付されてもよく、フェライト板としては、本発明の軟磁性フェライト樹脂成型体を使用してもよく、非接触給電システム用電力伝送デバイスは、給電側又は受電側のいずれか一方、若しくは給電側及び受電側の両方で用いても良い。
<作用>
 本発明において最も重要な点は、軟磁性フェライト樹脂組成物成型体にコイルを貼付した非接触給電システム用電力電送デバイスは、焼結フェライトコアを用いないことにより、耐衝撃性に優れている点である。更に、充填材料である軟磁性フェライト粉末の諸特性を所定の範囲に制御していることにより、電力伝送効率に優れている点である。
 本発明の代表的な実施の形態は、次の通りである。
 軟磁性フェライト粉末の平均粒子径は、粒度分布計HEROS&RODOS(シンパテック社製)によって得られたD50の値とした。
 軟磁性フェライト粉末の圧縮密度は、直径1インチの円柱を成型する金型に25gの粉末を入れ、1t/cmの加重で加圧した後に取り出して得られた圧粉成型体の密度とした。
 軟磁性フェライト粉末の比表面積は、マックソーブHMモデル1208((株)マウンテック製)を用いて測定した。
 軟磁性フェライト樹脂組成物の射出成型圧は、射出成型機に付属する圧力計で測定した。
 軟磁性フェライト樹脂組成物成型体の成型密度は、得られた成型体の外寸と重量から算出した。
 軟磁性フェライト樹脂組成物成型体の透磁率は、得られた成型体から外径14mm、内径8mm、厚さ2mmのリングコアを作製し、プレシジョン インピーダンス・アナライザ4294A(アジレント・テクノロジー(株)製)を用いて100kHzにおいて測定して得られたμ′の値とした。
 軟磁性フェライト樹脂組成物成型体のインダクタンスは、縦6cm横6cm厚さ2mmの成型体に10ターンのコイルを貼付し、LCRメータIM3523(日置電機(株)製)を用いて100kHzにおいて測定した。
 軟磁性フェライト樹脂組成物成型体の電力伝送効率は、10ターンの2重巻コイルを縦6cm横6cm厚さ2mmの軟磁性フェライト樹脂組成物成型体に貼付した電力伝送デバイスを給電側とし、15ターンのコイルを縦6cm横6cm厚さ0.1mmのNi-Zn-Cu系フェライト板に貼付した素子を受電側として測定した。
 耐衝撃性は、軟磁性フェライト樹脂組成物成型体(縦6cm横6cm厚さ2mm)を1mの高さからコンクリートに落下させ、割れの有無により判定した。
 耐熱性試験は、軟磁性フェライト樹脂組成物成型体をダンベル試験片(全長175mm、全幅12.5mm、厚み3.2mm)に成形し、三点曲げの方法で、中央に50gのおもりで荷重をかけ、170℃のオーブンで1時間曝露させ、熱変形の有無を判定した。
 スチレンーイソプレン-スチレンブロック共重合体、スチレン-エチレン・ブチレン-スチレンブロック共重合体及びエチレン-ブチレン共重合体は、表1から選択して用いた。
 実施例1:
 平均粒子径が15.1μm、圧縮密度が3.82g/cm、比表面積が1.10m/gであるNi-Zn-Cu系フェライトを95wt%、12ナイロンを5wt%の割合で混合し、混練機にて200℃で10分間混練した後、ペレット状に切断した。該組成物を射出成型機のノズル温度を270℃に設定して射出成型し、縦6cm横6cm厚さ2mmの板状の軟磁性フェライト樹脂組成物成型体を得た。その際、射出圧力は1493kg/cmであった。得られた軟磁性フェライト樹脂組成物成型体の成型密度は4.65g/cm、透磁率が13.6、インダクタンスが5.43μH、電力伝送効率が74.7%であった。該成型体は落下試験で割れることはなく、耐衝撃性に優れたものであった。
 実施例2~4:
 実施例1と同様の方法で、軟磁性フェライト樹脂組成物、軟磁性フェライト樹脂組成物成型体を得た。この時の製造条件及び得られた軟磁性フェライト樹脂組成物、軟磁性フェライト樹脂組成物成型体の諸特性を表2に示す。
 実施例5:
 平均粒子径が14.8μm、圧縮密度が3.79g/cm、比表面積が1.18m/gであるNi-Zn-Cu系フェライトを95wt%、表1記載の樹脂Aを3wt%、樹脂Cを2wt%の割合で混合し、2軸のロール上にて180℃で混練し、厚さ2mmのシート状の軟磁性フェライト樹脂組成物を得た。該組成物を切断して縦6cm横6cm厚さ2mmの板状の軟磁性フェライト樹脂組成物成型体を得た。得られた軟磁性フェライト樹脂組成物成型体の成型密度は4.63g/cm、透磁率が13.4、インダクタンスが5.41μH、電力伝送効率が74.5%であった。
 実施例6~8:
 実施例5と同様の方法で、軟磁性フェライト樹脂組成物、軟磁性フェライト樹脂組成物成型体を得た。この時の製造条件及び得られた軟磁性フェライト樹脂組成物、軟磁性フェライト樹脂組成物成型体の諸特性を表2に示す。
 比較例1:
 平均粒子径が38.9μm、圧縮密度が5.33g/cm、比表面積が0.25m/gであるNi-Zn-Cu系フェライトを97.5wt%、12ナイロンを2.5wt%の割合で混合し、混練機にて210℃で15分間混練した後、ペレット状に切断した。該組成物を射出成型することを試みたが、射出圧力が高すぎて成型ができなかった。
 比較例2:
 実施例1と同様の方法で、軟磁性フェライト樹脂組成物、軟磁性フェライト樹脂組成物成型体を得た。この時の製造条件及び得られた軟磁性フェライト樹脂組成物、軟磁性フェライト樹脂組成物成型体の諸特性を表2に示す。
 比較例3:
 実施例5と同様の方法で、軟磁性フェライト樹脂組成物、軟磁性フェライト樹脂組成物成型体を得た。この時の製造条件及び得られた軟磁性フェライト樹脂組成物、軟磁性フェライト樹脂組成物成型体の諸特性を表2に示す。
 比較例4:
 Mn-Znフェライト粉末を1300℃で焼結して得られたMnーZnフェライト焼結体の焼結密度は4.9g/cm、透磁率は2389、インダクタンスは5.84μH、電力伝送効率は70.3%であった。該焼結体は落下試験で割れが生じ、耐衝撃性に劣るものであった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 実施例9:
 平均粒子径が14.6μm、圧縮密度が3.77g/cm、比表面積が1.40m/gであるNi-Zn-Cu系フェライトを94wt%、612ナイロンを6wt%の割合で混合し、混練機にて230℃で10分間混練した後、ペレット状に切断した。該組成物を射出成型機のノズル温度を300℃に設定して射出成型し、縦6cm横6cm厚さ2mmの板状の軟磁性フェライト樹脂組成物成型体を得た。得られた軟磁性フェライト樹脂組成物成型体の成型密度は4.55g/cm、透磁率が12.3、インダクタンスが5.35μH、電力伝送効率が73.0%であった。該成型体は落下試験で割れることはなく、耐衝撃性に優れたものであった。
 また、170℃の耐熱性試験では、熱変形することはなく、耐熱性に優れたものであった。
 実施例10~11:
 実施例9と同様の方法で、軟磁性フェライト樹脂組成物、軟磁性フェライト樹脂組成物成型体を得た。この時の製造条件及び得られた軟磁性フェライト樹脂組成物、軟磁性フェライト樹脂組成物成型体の諸特性を表3に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 本発明に係る軟磁性フェライト樹脂組成物成型体を非接触給電システム用電力電送デバイスに用いた場合には、耐衝撃性に優れているので、落下等の衝撃によっても破損することがなく、また、電力伝送効率等の電磁気特性に優れている。

Claims (10)

  1.  充填材料と結合材料とを含む軟磁性フェライト樹脂組成物の成型体であって、充填材料が平均粒子径が5~35μmである軟磁性フェライト粉末であり、結合材料が熱可塑性樹脂又は軟質ポリオレフィン樹脂から選ばれる1種以上であり、軟磁性フェライト樹脂組成物の成型体の成型密度が3.2~4.7g/cmであり、透磁率が5~15であることを特徴とする軟磁性フェライト樹脂組成物成型体。
  2.  インダクタンスが3.5~6μHである請求項1記載の軟磁性フェライト樹脂組成物成型体。
  3.  電力伝送効率が55~80%である請求項1又は2に記載の軟磁性フェライト樹脂組成物成型体。
  4.  充填材料がスピネル型フェライトである請求項1~3のいずれかに記載の軟磁性フェライト樹脂組成物成型体。
  5.  軟軟磁性フェライト粉末の圧縮密度が2.5~5g/cm、比表面積が0.3~4m/gである請求項1~4のいずれかに記載の軟磁性フェライト樹脂組成物成型体。
  6.  結合材料が6ナイロン、12ナイロン、612ナイロン、9Tナイロン、ポリフェニレンスルファイド、エチレン-エチルアクリレート共重合体、スチレンーイソプレン-スチレンブロック共重合体、スチレン-エチレン・ブチレン-スチレンブロック共重合体から選ばれる熱可塑性樹脂の少なくとも一種又は、スチレンーイソプレン-スチレンブロック共重合体、スチレン-エチレン・ブチレン-スチレンブロック共重合体から選ばれた1種又は2種以上の熱可塑性樹脂とエチレン-ブチレン共重合体からなる軟質ポリオレフィン樹脂である請求項1~5のいずれかに記載の軟磁性フェライト樹脂組成物成型体。
  7.  軟磁性フェライト粉末の含有量が88~97wt%である請求項1~6のいずれかに記載の軟磁性フェライト樹脂組成物成型体。
  8.  請求項1~7のいずれかに記載の軟磁性フェライト樹脂組成物成型体にコイルを貼付して得られた非接触給電システム用電力伝送デバイス。
  9.  充填材料と結合材料とを含む軟磁性フェライト樹脂組成物であって、充填材料が平均粒子径が5~35μmである軟磁性フェライト粉末であり、結合材料が熱可塑性樹脂又は軟質ポリオレフィン樹脂から選ばれる1種以上であり、軟磁性フェライト樹脂組成物の成型体の成型密度が3.2~4.7g/cmである軟磁性フェライト樹脂組成物。
  10.  請求項8に記載の非接触給電システム用電力伝送デバイスを用いた非接触給電方法。
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