WO2015141569A1 - 軟磁性成型体、磁芯及び磁性シート - Google Patents

軟磁性成型体、磁芯及び磁性シート Download PDF

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健一 茶谷
賢司 池田
利則 津田
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Necトーキン株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a soft magnetic molded body in which a soft magnetic metal powder having a flat shape is bound by a binder component.
  • Patent Document 1 discloses a magnetic core made of this type of soft magnetic molded body.
  • Patent Document 1 that is, a soft magnetic molded body
  • a soft magnetic molded body is moderately deformable and easy to use.
  • an object of the present invention is to provide a soft magnetic molded body that can meet this demand.
  • One aspect of the present invention provides a soft magnetic molded body in which a soft magnetic metal powder having a flat shape is bound by a binder component.
  • the soft magnetic molded body contains 60% by volume or more of the soft magnetic metal powder and 10% by volume or more and 30% by volume or less of open pores.
  • the binder component is mainly composed of an inorganic oxide.
  • another aspect of the present invention provides a magnetic core made of the soft magnetic molded body.
  • Another aspect of the present invention provides a magnetic sheet comprising the soft magnetic molded body.
  • the soft magnetic molded body according to the present invention contains 60% by volume or more of soft magnetic metal powder bound by a binder component and 10% by volume or more and 30% by volume or less of open pores. As understood from this structure, most of the pores inside the soft magnetic molded body according to the present invention are open pores connected to the outside of the soft magnetic molded body. For this reason, the soft magnetic molded body according to the present invention is more difficult to break and easier to process than the conventional soft magnetic molded body.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a soft magnetic molded body according to an embodiment of the present invention.
  • a part of the cross section of the soft magnetic molded body (portion surrounded by a one-dot chain line) is partially enlarged and schematically drawn.
  • the white part in the image is a binder component (inorganic oxide).
  • FIG. 8A is a partially enlarged perspective view showing the through hole of the magnetic core and the through part of the coil in FIG. 6 in a state before the through part is inserted into the through hole.
  • FIG. 8B is a side cross-sectional view showing the through hole of the magnetic core and the through part of the coil in FIG.
  • FIG. 9A is a cross-sectional plan view partially showing the through hole of the magnetic core and the through part of the coil in FIG.
  • FIG. 9B is a cross-sectional plan view illustrating a modified example of the through hole and the through portion of FIG.
  • FIG. 9C is a cross-sectional plan view illustrating another modification of the through hole and the through portion of FIG. It is a side view which shows the modification of the inductor of FIG.
  • hidden portions of the inductor coil and the spacer are drawn with broken lines.
  • a soft magnetic molded body 10 has a thin flat plate shape in the thickness direction (vertical direction).
  • the soft magnetic molded body 10 has a thickness (size in the vertical direction) of about 2 mm, for example.
  • the soft magnetic molded body 10 according to the present embodiment has a rectangular shape on a horizontal plane (predetermined plane) orthogonal to the vertical direction.
  • the present invention is not limited to this.
  • the soft magnetic molded body can be formed into various shapes.
  • the soft magnetic molded body can be formed into a thin sheet having a thickness of about 0.4 mm.
  • the soft magnetic molded body 10 is obtained by binding a soft magnetic metal powder (soft magnetic metal material) 110 having a flat shape with a binding body (binder component) 130.
  • the soft magnetic molded body 10 includes 60% by volume or more of soft magnetic metal powder 110, 4% by volume to 30% by volume of binder component 130, and 10% by volume to 30% by volume of open pores (voids). ) 150 and a small volume% of closed pores (holes) 160.
  • the binder component 130 is mainly composed of an inorganic oxide.
  • the binder component 130 is mainly composed of silicon oxide.
  • the soft magnetic molded body 10 includes one or more powder aggregates 100.
  • Each of the powder aggregates 100 includes a plurality of soft magnetic metal powders 110.
  • the soft magnetic metal powder 110 includes the first soft magnetic metal powder 110F included in any of the powder aggregates 100 and the second soft magnetic metal not included in any of the powder aggregates 100. It can be classified into powder 110S.
  • the soft magnetic molded body 10 may not include the second soft magnetic metal powder 110S. Further, the soft magnetic molded body 10 may include only one powder aggregate 100.
  • the first soft magnetic metal powder 110F and the second soft magnetic metal powder 110S are made of the same soft magnetic metal material and have the same shape and characteristics. .
  • both the first soft magnetic metal powder 110F and the second soft magnetic metal powder 110S are the soft magnetic metal powder 110.
  • the soft magnetic metal powder 110 is oriented along a horizontal plane. Specifically, each of the soft magnetic metal powders 110 has an upper surface 112 and a lower surface 114 that extend slightly on a horizontal plane while slightly bending.
  • the binder component 130 is formed by thermosetting a binder 184 containing an inorganic substance (see FIG. 2), as will be described later. Specifically, during the thermosetting, the binder 184 (binder component 130) is partially changed along the upper surface 112 or the lower surface 114 of the soft magnetic metal powder 110 while changing to the binder component 130 containing an inorganic oxide as a main component. A first binding body 130F is formed so as to spread in a plane (see FIG. 4). At this time, the binder 184 (binder component 130) partially gathers in the form of particles to form the second binder 130S (see FIG. 4). In other words, the first binding body 130F spreads in a substantially planar shape, and the second binding body 130S is gathered in a substantially particle shape.
  • first binding body 130F and the second binding body 130S are made from the same binder 184 (see FIG. 2) and have similar characteristics. In other words, both of the first binding body 130F and the second binding body 130S are the binder component 130.
  • the upper surface 112 or the lower surface 114 of the first soft magnetic metal powder 110F included in the powder assembly 100 is the lower surface 114 of the other first soft magnetic metal powder 110F included in the same powder assembly 100 by the first binder 130F. Alternatively, it is bound to the upper surface 112.
  • the first binder 130F is thinner than the first soft magnetic metal powder 110F. For this reason, the first soft magnetic metal powders 110F included in the same powder aggregate 100 are in close contact with each other.
  • the powder aggregate 100 is an aggregate of soft magnetic metal powders 110 that are connected one above the other by the first binder 130F and gathered in the soft magnetic molded body 10 at a high density.
  • two or more soft magnetic metal powders 110 adjacent to each other in the vertical direction in the soft magnetic metal powder 110 constitute the powder aggregate 100 as the first soft magnetic metal powder 110F.
  • Two first soft magnetic metal powders 110F adjacent in the vertical direction extend parallel to each other by the first binder 130F at a distance smaller than the thickness of each of the first soft magnetic metal powders 110F adjacent in the vertical direction. It is bound to. Since the soft magnetic molded body 10 is composed of the powder aggregate 100 formed as described above, it can contain 60% by volume or more of the soft magnetic metal powder 110.
  • the powder aggregate 100 is formed by the second binder 130S while forming open pores 150 (that is, a relatively large space) between the other powder aggregate 100 or the second soft magnetic metal powder 110S and each other. It is bound.
  • the second binder 130S binds the first soft magnetic metal powder 110F included in the powder aggregate 100 with the soft magnetic metal powder 110 not included in the same powder aggregate 100 with a gap. is doing.
  • open pores 150 are formed between the powder aggregate 100 and the other powder aggregates 100. Open pores 150 are also formed between the powder aggregate 100 and the second soft magnetic metal powder 110S.
  • the first soft magnetic metal powder 110F is stacked in the vertical direction while being shifted from each other in the direction perpendicular to the vertical direction. Therefore, open pores 150 are also formed between the first soft magnetic metal powders 110F included in the powder aggregate 100.
  • closed pores 160 are formed in the soft magnetic molded body 10.
  • the open pores 150 are connected to each other and open to the outside of the soft magnetic molded body 10 (not shown).
  • the closed pore 160 is a small space closed inside the soft magnetic molded body 10.
  • the soft magnetic molded body 10 according to the present embodiment includes almost no closed pores 160, but includes a large volume of open pores 150. In other words, according to the present embodiment, most of the voids (spaces) inside the soft magnetic molded body 10 are the open pores 150.
  • the soft magnetic molded body 10 has the following characteristics due to the above-described components and structure.
  • the soft magnetic molded body 10 includes 60% by volume or more of the soft magnetic metal powder 110. For this reason, the magnetic characteristics of the soft magnetic molded body 10 are improved. More specifically, the soft magnetic molded body 10 has a high saturation magnetic flux density of 0.5 T or more and a high magnetic permeability equivalent to ferrite. Since the soft magnetic molded body 10 according to the present embodiment is hardly magnetically saturated, for example, when used as a magnetic core, the magnetic core can be reduced in size.
  • the real component of the relative permeability at a frequency of 1 MHz of the soft magnetic molded body 10 can be 50 or more. Furthermore, the real component of the relative permeability at a frequency of 1 MHz can be 100 or more. Specifically, the real component of the relative permeability in the initial permeability range becomes a maximum value (Y) due to magnetic resonance at a predetermined frequency (X MHz) of 1 MHz or higher.
  • the predetermined frequency (X MHz) and the maximum value (Y) satisfy the conditional expression of X ⁇ Y ⁇ 300. For this reason, an increase in eddy current loss, an increase in core loss, and a decrease in noise absorption performance can be prevented.
  • the soft magnetic metal powder 110 is contained in the soft magnetic molded body 10 in an amount of 70% by volume or more.
  • each of the soft magnetic metal powders 110 is oriented so as to be parallel to the horizontal plane.
  • the easy magnetization axis of the soft magnetic molded body 10 extends along a direction parallel to the horizontal plane. For this reason, the demagnetizing factor in the direction parallel to the horizontal plane is reduced, and the relative permeability can be further increased.
  • the average aspect ratio of the soft magnetic metal powder 110 is preferably 10 or more.
  • the soft magnetic metal powder 110 is preferably made of an Fe-based alloy in order to obtain necessary magnetic characteristics. Furthermore, the soft magnetic metal powder 110 is preferably made of an Fe—Si based alloy. Further, the soft magnetic metal powder 110 is preferably made of an Fe—Si—Al alloy (Sendust) or an Fe—Si—Cr alloy.
  • the ratio of Si in the soft magnetic metal powder 110 is preferably 3 wt% or more and 18 wt% or less, and the ratio of Al is 1 wt% or more. And it is preferable that it is 12 weight% or less.
  • the soft magnetic molded body 10 has the above-described composition, the magnetocrystalline anisotropy constant and magnetostriction constant of the soft magnetic molded body 10 are reduced, and the magnetic characteristics are improved.
  • each of the soft magnetic metal powders 110 has a flat shape, and the soft magnetic metal powders 110 are stacked in the vertical direction while being shifted from each other in a direction parallel to the horizontal plane. For this reason, even if a crack occurs, the progress of the crack can be prevented. In particular, the fracture does not advance in the vertical direction.
  • the soft magnetic molded body 10 having a thickness of, for example, about 2.0 mm and higher toughness (strength) than ferrite that is a ceramic material. Unlike the ferrite, the soft magnetic molded body 10 is not easily damaged even when subjected to a pressing force, and the magnetic properties are not easily deteriorated.
  • the soft magnetic metal powder 110 is bound by the binder component 130 which is an inorganic substance. Therefore, the soft magnetic molded body 10 can withstand reflow caused by a high temperature of about 260 ° C.
  • the soft magnetic metal powder 110 is bound by an insulating binder component 130. For this reason, the soft magnetic molded body 10 has excellent frequency characteristics and a high electrical resistivity of 10 k ⁇ ⁇ cm or more. In other words, the soft magnetic molded body 10 according to the present embodiment has good insulating properties.
  • the soft magnetic metal powder 110 contains a predetermined amount of Si and Al, a passive film containing Si and Al is formed on the surface of the soft magnetic metal powder 110 when the soft magnetic molded body 10 is produced. The As a result, the electrical resistivity of the soft magnetic molded body 10 is further increased.
  • the magnetic core produced using the soft magnetic molded body 10 has the same inductance and electrical resistivity as the ferrite magnetic core, and has a DC superposition characteristic superior to that of the ferrite magnetic core.
  • the filling rate of the soft magnetic metal powder 110 exceeds 85% by volume, the electrical resistivity is remarkably lowered, and a large eddy current loss occurs inside the inductor. Therefore, when producing a magnetic core using the soft magnetic molded body 10, the soft magnetic metal powder 110 contained in the soft magnetic molded body 10 needs to be 85 volume% or less.
  • the soft magnetic molded body 10 according to the present embodiment has a higher thermal conductivity than ferrite, which has been the highest conventionally.
  • the open pores 150 extend over the entire soft magnetic molded body 10 between the powder aggregate 100 and the soft magnetic metal powder 110 bound by the binder component 130.
  • the soft magnetic molded body 10 has elasticity.
  • the rubber hardness according to ISO7619-type D of the soft magnetic molded body 10 according to the present embodiment is 92 or more and 96 or less. That is, the soft magnetic molded body 10 can be elastically deformed while having high strength.
  • the soft magnetic molded body 10 has elasticity in the vertical direction due to the open pores 150 contained therein and the elasticity of the flat soft magnetic metal powder 110 itself. Due to the elasticity in the vertical direction, the soft magnetic molded body 10 is not only easily compressed to a predetermined thickness but also easily recovered from the compressed state.
  • the soft magnetic molded body 10 When the open pore ratio is 10% by volume or more, the soft magnetic molded body 10 has the above-described elasticity, and it becomes easy to process the soft magnetic molded body 10 in various ways. When the open pore ratio is 30% by volume or less, the soft magnetic molded body 10 can contain sufficient soft magnetic metal powder 110. Therefore, it is desirable that the soft magnetic molded body 10 includes 10% by volume or more and 30% by volume or less open pores 150 as in the present embodiment. In other words, the volume ratio (open pore ratio) of the open pores 150 included in the soft magnetic molded body 10 is desirably 10% by volume or more and 30% by volume or less.
  • the Young's modulus can be measured as follows. First, a flat soft magnetic molded body 10 having a width (w) and a thickness (t) is prepared. Next, the two supported parts of the soft magnetic molded body 10 are supported from below. At this time, the supported parts are separated from each other by a distance (L) in the longitudinal direction of the soft magnetic molded body 10. Next, the pressed part located between the supported parts is pressed from above with a load (P). At this time, the strain ( ⁇ ) caused by the load (P) is measured. As is well known, the Young's modulus can be calculated from the above-mentioned width (w), thickness (t), distance (L), load (P), and strain ( ⁇ ).
  • the soft magnetic molded body 10 having a Young's modulus of 10 GPa or more and 90 GPa or less.
  • the soft magnetic molding 10 whose Young's modulus is 20 GPa or more and 50 Gpa or less can be obtained mainly by adjusting the open pore ratio of the soft magnetic molding 10.
  • the preferable range of the volume ratio of the binder component 130 contained in the soft magnetic molded body 10 depends on the density of the binder component 130. Further, the density of the binder component 130 varies depending on the amount of closed pores 160 included in the binder component 130. According to the present embodiment, the density of the binder component 130 is 1.3 g / cc or more and 2.2 g / cc or less. In this case, it is desirable that the soft magnetic molded body 10 contains 4% by volume or more and 30% by volume or less of the binder component 130. In other words, the volume ratio of the binder component 130 contained in the soft magnetic molded body 10 is desirably 4% by volume or more and 30% by volume or less.
  • the soft magnetic molded body 10 does not have sufficient strength.
  • the volume ratio of the binder component 130 is larger than 30 volume%, the volume ratio of the soft magnetic metal powder 110 cannot be 60 volume% or more, and the open pore ratio cannot be 10 volume% or more.
  • the entire surface or a part of the surface of the soft magnetic molded body 10 can be covered with resin or glass.
  • resin for example, an insulating resin such as an acrylic resin or a polyolefin resin may be used. With this coating, the insulation and strength of the soft magnetic molded body 10 can be increased.
  • the open pores 150 are connected to each other and open to the outside of the soft magnetic molded body 10 (not shown).
  • the soft magnetic molded body 10 can be impregnated with resin or glass through the opening (not shown). In other words, at least a part of the open pores 150 can be filled with resin or glass. Thereby, the insulation and intensity
  • the open pores 150 can be filled with an inorganic oxide different from the binder component 130.
  • an inorganic substance for example, silicone resin
  • the inorganic substance contained in the solution is oxidized and inorganic oxidized.
  • a part or the whole of the open pores 150 is an inorganic oxidation different from the binder component 130 (that is, the inorganic oxide contained in the soft magnetic molded body 10 before impregnating the solution containing the inorganic substance). Filled with things. Also in this case, the insulation and strength of the soft magnetic molded body 10 can be further increased.
  • the soft magnetic molded body 10 may lose its elasticity.
  • the entire open pores 150 may be filled after the soft magnetic molded body 10 is processed.
  • the soft magnetic metal powder 110 can be produced, for example, by flattening a particulate soft magnetic metal powder (material powder) made of an Fe-based alloy using a ball mill.
  • a mixture comprising a solvent, a thickener and a thermosetting binder (binder 184) is prepared.
  • a solvent and thickener for example, ethanol and polyacrylic acid ester can be used, respectively.
  • the binder 184 for example, a methylphenyl silicone resin can be used.
  • the solvent, thickener and binder 184 are thoroughly mixed to make a homogeneous mixture. More specifically, for example, the mixture is put into a container having a diameter of 150 mm and a liquid surface depth of 150 mm.
  • Homogeneous mixture by stirring the mixture in the container for a relatively long time (for example, 5 hours) at a relatively high rotation speed (for example, 250 rotations per minute), for example, by a rotating blade having a length of 100 mm, for example. Can be produced.
  • the soft magnetic metal powder 110 having a flat shape is put into the sufficiently mixed mixture.
  • the mixture containing the soft magnetic metal powder 110 is mixed so that the soft magnetic metal powder 110 is not uniformly distributed. More specifically, for example, the soft magnetic metal powder 110 is partially concentrated by slowing the rotational speed when stirring the mixture to about 100 revolutions per minute or shortening the mixing time to about 1 hour.
  • a slurry 180 in which the aggregate 182 is formed can be produced.
  • the aggregate 182 can also be formed by a different method. For example, the aggregate 182 can be formed by using a solvent and a thickener having greatly different solubility parameters.
  • slurry 180 is applied on the substrate.
  • the applied slurry 180 is heated to volatilize the solvent, thereby preparing a preform that is a material of the soft magnetic molded body 10.
  • the preform is not formed from a brittle material and can be pressure-molded.
  • the preformed body is compressed by pressurization to produce a pressed body.
  • the aggregate 182 of the soft magnetic metal powder 110 is crushed by pressurization, and the soft magnetic metal powder 110 is generally oriented on a horizontal plane.
  • a soft magnetic molded body 10 (see FIG. 1) is obtained.
  • a relative magnetic permeability is restored to a high value by the above-described heat treatment at a high temperature.
  • the organic component of the binder 184 is decomposed and lost by the above-described heat treatment at a high temperature. For this reason, the binder 184 loses heat and the binder component 130 is formed. More specifically, the solid content of the methylphenyl-based silicone resin becomes a binder component 130 made of vitreous whose main component is silicon oxide, and binds the soft magnetic metal powder 110. Specifically, the soft magnetic metal powder 110 of the aggregate 182 (see FIG. 2) is bound to each other with high density by the first binder 130F to form the powder aggregate 100, and the powder aggregate 100 is the second aggregate. They are settled at intervals by the binder 130S (see FIG. 1).
  • the open pore 150 and the closed pore 160 are formed in the site filled with the binder 184.
  • a desired open pore ratio can be obtained by adjusting the amount of the binder 184 when the slurry 180 is produced and the pressure when compressing the preform by pressing. Can do.
  • the binder 184 is homogeneously mixed in the mixture, while the soft magnetic metal powder 110 is not homogeneously mixed in the binder 184 and the aggregate 182 is formed. Are distributed. In other words, the binder 184 is uniformly distributed in the slurry 180, and the aggregate 182 in which the soft magnetic metal powder 110 is partially dense is formed. That is, the binder 184 is uniformly distributed without being disturbed by the soft magnetic metal powder 110.
  • the binder 184 is decomposed and contracted substantially uniformly over the entire slurry 180. That is, open pores 150 are formed over the entire slurry 180, and the gas generated inside the molded body is smoothly diffused to the outside.
  • the thickness of the molded body after pressurization is 2 mm or less, cracks and peeling hardly occur even in the above-described heat treatment at a high temperature.
  • the thickness of the molded body after pressurization is desirably 2 mm or less.
  • the thickness of the molded body after pressing is more preferably 0.7 mm or less.
  • the open pores 150 are formed over the entire slurry 180, when heat treatment at high temperature is performed in the atmosphere, oxygen reaches the center of the molded body after pressurization. For this reason, the fall of the electrical resistivity by the remaining charcoal inside the soft magnetic molding 10 can be reduced.
  • the soft magnetic molded body 10 manufactured as described above is not a brittle material such as ferrite
  • the magnetic core is formed using a simple, highly accurate and reliable bonding method such as indentation, driving, press-fitting, and strong press-fitting. Can be produced.
  • the periphery of the magnetic core hole is elastically deformed. For this reason, it can prevent that the stress which arose by press injection reaches the whole magnetic core, and the whole magnetic core deforms and destroys.
  • the design freedom of the inductor is greatly increased, and it is possible to manufacture a small and highly reliable inductor.
  • the present invention can be applied to magnetic parts other than the magnetic core and the inductor.
  • a magnetic sheet for supporting an antenna or a magnetic sheet for suppressing noise can be produced using the soft magnetic molded body 10 according to the present invention.
  • the magnetic core 200 is produced from a soft magnetic molded body 10 having a flat plate shape orthogonal to the vertical direction.
  • the thickness of the flat plate shape of the soft magnetic molded body 10 is 2 mm or less.
  • the magnetic core 200 has an upper surface 202 and a lower surface 204 in the vertical direction.
  • a plurality of through holes 210 are formed in the magnetic core 200.
  • Each of the through holes 210 has a cylindrical shape and penetrates the magnetic core 200 in the vertical direction.
  • An inner wall 212 is formed in the through hole 210.
  • the inductor 20 includes a magnetic core 200 and a coil 400 made of metal.
  • the coil 400 includes a plurality of via conductors 410, a plurality of first connection portions (connection conductors) 420, and a plurality of second connection portions (connection conductors) 430.
  • Each of the via conductors 410 has a through portion 412. Further, two of the via conductors 410 extend longer than the other via conductors 410, and have a connection portion 414 in addition to the through portion 412.
  • the penetrating part 412, the first connecting part 420, and the second connecting part 430 are connected to each other so as to wind a part of the magnetic core 200.
  • the connecting portion 414 of the two via conductors 410 can be connected to a signal line (not shown) of a circuit board (not shown).
  • the via conductors 410 are respectively inserted into the through holes 210 and pass through the through holes 210.
  • two rows of through portion groups each including five through portions 412 are formed.
  • the 1st connection part 420 has connected the upper end of the penetration part 412 of one penetration part group, and the upper end of the penetration part 412 of the other penetration part group.
  • the 2nd connection part 430 has connected the lower end of the penetration part 412 of one penetration part group, and the lower end of the penetration part 412 of the other penetration part group.
  • the first connecting part 420 and the second connecting part 430 can be firmly fixed to the penetrating part 412 by various methods such as resistance welding and ultrasonic welding, and can be attached to the magnetic core 200 thereby.
  • the coil 400 is formed of a metal (for example, copper) that does not have an insulating coating. Since the magnetic core 200 according to the present embodiment has good insulating properties, it can directly contact the metal coil 400. However, the coil 400 may have an insulating coating.
  • the through portion 412 according to the present embodiment has a cylindrical shape similar to that of the through hole 210.
  • the diameter Rc of the through portion 412 is slightly larger than the diameter Rh of the through hole 210. Since the magnetic core 200 according to the present embodiment has elasticity, the through portion 412 can be inserted into the through hole 210 even when the diameter Rc is larger than the diameter Rh. Further, when the penetrating portion 412 has a diameter Rc that is almost the same as the diameter Rh, the penetrating portion 412 can be crushed after being inserted into the through hole 210 to increase the diameter of the penetrating portion 412. A site (press-fit portion) around the inner wall 212 is appropriately compressed and deformed. For this reason, the stress generated in the press-fitting portion is applied to the entire magnetic core 200 and the magnetic core 200 is prevented from being deformed and broken.
  • the through portion 412 inserted into the through hole 210 passes through the through hole 210 so as to elastically deform the inner wall 212 of the through hole 210.
  • the elastically deformed inner wall 212 applies a pressing force (elastic force) to the through portion 412 of the coil 400. Therefore, the coil 400 is held on the magnetic core 200 by the pressing force that the inner wall 212 applies to the through portion 412 (that is, to the coil 400).
  • the magnetic core 200 allows the insertion of the through portion 412 having a larger diameter than the through hole 210 and can reliably hold the inserted through portion 412. It has moderate elasticity. For this reason, the penetration part 412 inserted in the through-hole 210 has a pull-out strength without using an adhesive. In other words, the magnetic core 200 can hold the coil 400 only by the elastic force (pressing force) of the inner wall 212.
  • the coil 400 is temporarily held by the through-hole 210 and then fixed between the through-portion 412 and the through-hole 210 with an adhesive. 400 can be securely held. In other words, according to the present embodiment, coil 400 can be held only by through hole 210.
  • each of the through portion 412 and the through hole 210 has a circular cross section.
  • the through portion 412 inserted into the through hole 210 is firmly held by the entire inner wall 212.
  • each of the through portion 412 and the through hole 210 may have a cross section other than a circle as long as the through portion 412 is held at two or more points on the inner wall 212.
  • the through portion 412 may have a circular cross section, while the through hole 210 may have a rectangular cross section.
  • the through portion 412 may have a rectangular cross section, while the through hole 210 may have a circular cross section.
  • the penetrating part 412 and the through hole 210 are preferably configured as in the present embodiment.
  • connection part 414 of the coil 400 when the connection part 414 of the coil 400 is fixed to a circuit board (not shown) and used, various electronic components (not shown) and the inductor 20 mounted on the circuit board generate heat. Arise. According to the present embodiment, the heat generated in the circuit board is transmitted to the lower surface 204 of the magnetic core 200 via the connection part 414 of the coil 400. Since the magnetic core 200 has a high thermal conductivity, the heat received by the lower surface 204 is effectively transferred to the upper surface 202 together with the heat generated in the inductor 20 and is radiated to the outside of the inductor 20. That is, according to the present embodiment, the inductor 20 itself that generally generates large heat can be used as a member for heat dissipation.
  • the inductor 20 ⁇ / b> A and the magnetic core 200 ⁇ / b> A are modifications of the inductor 20 and the magnetic core 200.
  • the inductor 20A and the magnetic core 200A have the same structure and function as the inductor 20 and the magnetic core 200.
  • the inductor 20A and the magnetic core 200A will be described focusing on differences from the inductor 20 and the magnetic core 200.
  • the inductor 20 ⁇ / b> A includes a magnetic core 200 ⁇ / b> A, a coil 400, and a spacer 500.
  • the magnetic core 200A is obtained by processing the soft magnetic molded body 10.
  • the first connecting portion 420 is attached to the upper surface 202 of the magnetic core 200A
  • the second connecting portion 430 is attached to the lower surface 204 of the magnetic core 200A.
  • the thickness (t1) of the magnetic core 200A after the first connecting part 420 and the second connecting part 430 are attached to the magnetic core 200A is the same as the thickness (t1) of the first connecting part 420 and the second connecting part 430.
  • the thickness decreases by 2.5% or more and 5.0% or less.
  • the thickness (t1) of the magnetic core 200A recovers so as to approach the thickness (t0). That is, the reduced thickness of the magnetic core 200A (about 2.5% to 5.0% of the thickness (t0)) is almost restored.
  • the first connecting portion 420 and the second connecting portion 430 sandwich the magnetic core 200A
  • the upper surface 202 and the lower surface 204 are respectively applied to the first connecting portion 420 and the second connecting portion 430 by the repulsive force in the vertical direction of the magnetic core 200A. Pressed. For this reason, even when there is a gap between the through portion 412 of the coil 400 and the inner wall 212 of the through hole 210, the first connecting portion 420 and the second connecting portion 430 can be held and fixed.
  • the magnetic core 200A manufactured from the soft magnetic molded body 10 can firmly hold not only the coil 400 but also various members. Such workability of the magnetic core 200A is similar to that of wood that can be nailed, and the process for processing the magnetic core 200A is remarkably simplified, and the processing reliability is improved.
  • a holding hole 220 is formed in the magnetic core 200A.
  • the spacer 500 includes a main body 510 and a held portion 520.
  • the main body 510 is considerably larger than the holding hole 220, and the held portion 520 is slightly larger than the holding hole 220.
  • the held portion 520 configured as described above can be press-fitted into the holding hole 220 and fixed similarly to the through portion 412.
  • the lower surface of the main body 510 comes into contact with the upper surface 202 of the magnetic core 200A. Since the main body 510 has a large size in the horizontal plane, it is possible to prevent scraps generated when the held portion 520 is press-fitted.
  • the inductor and the magnetic core according to the present invention can be variously modified.
  • the size of the through portion 412 in the horizontal plane may be smaller than the size of the through hole 210 in the horizontal plane.
  • the inside of the through-hole 210 may be passed.
  • the through portion 412 may be fixed to the through hole 210 with an adhesive, for example.
  • each of the 1st connection part 420 and the 2nd connection part 430 may be joined to the penetration part 412 with a pressure, and may be joined by soldering.
  • each of the 1st connection part 420 and the 2nd connection part 430 may form the recessed part corresponding to each of the 1st connection part 420 and the 2nd connection part 430 in the site
  • each of the 1st connection part 420 and the 2nd connection part 430 is hold
  • the magnetic core may include a plurality of magnetic core components each functioning as a magnetic core. More specifically, a plurality of magnetic core components (for example, the magnetic core 200) may be laminated via an adhesive, thereby producing one magnetic core. As described above, since the magnetic core according to the present embodiment has a structure in which cracks are unlikely to occur, the occurrence of cracks can be suppressed when the laminated magnetic core components (magnetic core 200) are pressure-bonded. For example, a laminated magnetic core having a thickness exceeding 2 mm can be obtained while suppressing cracks. At this time, the thickness of each of the laminated magnetic cores 200 may be 2 mm or less. However, the thickness of each of the magnetic cores 200 is preferably 0.5 mm or less.
  • the soft magnetic molded body according to the present invention will be described in more detail with specific examples. First, a method for producing a soft magnetic molded body according to the present invention will be described.
  • Soft magnetic metal powder was used as a material responsible for soft magnetism of the soft magnetic molded body. More specifically, Fe—Si—Cr alloy water atomized powder was used. The powder contained 3.5 wt% Si and 2 wt% Cr. Moreover, the powder had an average particle diameter (D50) of 33 ⁇ m.
  • the powder was flattened using a ball mill. Specifically, the powder was forged for 8 hours, and then subjected to heat treatment at 800 ° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere, whereby a flat Fe—Si—Cr powder (hereinafter referred to as “powder PA”). Got.
  • Powder PA, a solvent, a thickener, and a thermosetting binder component were mixed by the 1st mixing method (namely, the conventional mixing method), and the 1st slurry was produced.
  • a mixture comprising powder PA, a solvent, a thickener and a thermosetting binder component was put into a container having a diameter of 150 mm and a liquid surface depth of 150 mm.
  • the mixture in the container was mixed for 5 hours at a rotational speed of 250 revolutions per minute using a rotary blade with a passing length of 100 mm.
  • Ethanol was used as the solvent.
  • a polyacrylic acid ester was used as the thickener.
  • thermosetting binder component a methylphenyl silicone resin was used as the thermosetting binder component.
  • the amount of polyacrylic acid ester added was 3% by weight with respect to the powder PA, and the amount of solid content of the methylphenyl silicone resin was 4% by weight with respect to the powder PA.
  • the first slurry was applied on a PET (polyethylene terephthalate) film by a die slot method. Then, it dried at 60 degreeC for 1 hour, the solvent was removed, and the 1st preform was produced by this.
  • the first preform was cut using a punching die, thereby obtaining a plurality of square sheets 30 mm wide and 30 mm long.
  • a predetermined number of sheets were stacked and placed in a mold.
  • the sheet in the mold was subjected to pressure molding for 1 hour at a molding pressure of 2 MPa at a temperature of 150 ° C. to obtain a molded body after pressure molding.
  • nine types of molded bodies having various thicknesses were produced ten by ten. For example, a molded body having a thickness of 1 mm was produced from about 30 sheets.
  • the molded body was subjected to heat treatment at 550 ° C.
  • the thickener was almost completely pyrolyzed and did not remain in the first flat plate.
  • the solid content of the methylphenyl silicone resin became a binder component (a binder component after the heat treatment) made of glassy containing silicon oxide as a main component, and the heat loss was reduced.
  • the solid weight loss of the methylphenyl silicone resin was 20% by weight.
  • thermosetting binder component a methylphenyl silicone resin was used as the thermosetting binder component. The amount of polyacrylic acid ester added was 3% by weight with respect to the powder PA, and the amount of solid content of the methylphenyl silicone resin was 4% by weight with respect to the powder PA.
  • the respective volumes of the first and second flat plates were measured by the constant volume expansion method.
  • AccuPick II from Shimadzu Corporation was used.
  • the volume of the flat plate measured by the constant volume expansion method does not include the volume of open pores existing in the flat plate.
  • the respective volumes of the first and second flat plates were also measured by the Archimedes method. Specifically, the first and second flat plates were impregnated with pure water to which a small amount of surfactant was added. Next, buoyancy was measured when the first and second flat plates impregnated with pure water were immersed in pure water. The volume of the flat plate was calculated from the measured buoyancy.
  • the volume of the first and second flat plates measured by the Archimedes method includes the volume of open pores existing in the first and second flat plates.
  • the open pore ratios of the first and second flat plates were calculated by the following formula 1.
  • Formula 1: Open pore ratio (%) (1 ⁇ volume measured by the constant volume expansion method / volume measured by the Archimedes method) ⁇ 100
  • the thickness before the heat treatment of the first and second flat plates was compared with the thickness after the heat treatment.
  • the thickness after the heat treatment increased by 3% or more compared to the thickness before the heat treatment, it was determined that internal peeling occurred inside the flat plate during the heat treatment.
  • the number of flat plates on which internal peeling occurred on various 10 flat plates was defined as the internal peeling occurrence rate.
  • Table 1 shows the open pore ratio and the internal peeling occurrence rate measured as described above.
  • the second flat plate has a larger open pore ratio and improved workability than the first flat plate. Furthermore, even if the second flat plate has a large thickness, cracks and peeling are prevented and the internal peeling rate is low.
  • Such excellent characteristics are obtained by preparing a slurry, which is a flat plate material, by the second mixing method according to the present invention (the mixing method according to the present invention). That is, according to the present invention, when the slurry is prepared, the slurry is mixed so that agglomerates of flat powder PA are formed, thereby obtaining a thicker flat plate that is easier to process, less likely to break. be able to.
  • Soft magnetic metal powder was used as a material responsible for soft magnetism of the soft magnetic molded body. More specifically, a gas atomized powder of Fe—Si—Al alloy (Sendust) was used. The powder had an average particle size (D50) of 55 ⁇ m. The powder was forged for 8 hours using a ball mill to obtain a flat Sendust powder (hereinafter referred to as “powder PB”).
  • the powder PB, solvent, thickener and thermosetting binder component were mixed by a third mixing method similar to the second mixing method (mixing method of the present invention) to prepare a third slurry.
  • a mixture composed of a solvent, a thickener and a thermosetting binder component was put into a container having a diameter of 150 mm and a liquid surface depth of 150 mm.
  • the mixture in the container was mixed for 5 hours at a rotational speed of 250 revolutions per minute using a rotary blade with a passing length of 100 mm.
  • powder PB was put into a container.
  • the mixture in the container containing the powder PA was mixed for 1 hour at a rotational speed of 100 revolutions per minute by the above-described rotary blade.
  • Ethanol was used as the solvent.
  • a polyacrylic acid ester was used as the thickener.
  • thermosetting binder component a methylphenyl silicone resin was used. At this time, 11 kinds of values between 2 wt% and 16 wt% with respect to the powder PB were used as the solid content addition amount of the methylphenyl silicone resin.
  • the molded body was subjected to heat treatment at 600 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere, thereby producing 11 types ⁇ 15 third flat plates with different amounts of methylphenyl silicone resin added.
  • the thickness of each of the third flat plates was 1.8 mm.
  • the thickener was almost completely pyrolyzed and did not remain in the third flat plate.
  • the solid content of the methylphenyl silicone resin became a binder component (a binder component after the heat treatment) made of glassy containing silicon oxide as a main component, and the heat loss was reduced.
  • the weight loss of methylphenyl silicone resin by heating was 20% by weight, for example, when heat treatment was performed at 600 ° C. for 1 hour in the air.
  • the volume of each of the third flat plates was measured by the constant volume expansion method in the same manner as the measurement of the first and second flat plates.
  • AccuPick II from Shimadzu Corporation was used.
  • the volume of each of the third flat plates was measured by Archimedes method in the same manner as the measurement of the first and second flat plates.
  • the open pore ratio of the third flat plate was calculated according to Equation 1 described above. Furthermore, assuming that the true density of only the powder PB was 6.9 g / cm 3, the volume filling rate of the powder PB (metal component) was calculated.
  • the thickness of the third flat plate before heat treatment was compared with the thickness after heat treatment.
  • the number of third flat plates in which internal peeling occurred on various 15 third flat plates was defined as the internal peeling occurrence rate.
  • the third flat plate in which internal peeling did not occur was held at a height of 750 mm with the upper and lower surfaces extending horizontally.
  • the 3rd flat plate was dropped on the steel plate, and the fracture occurrence rate was measured. At this time, the third flat plate was broken when dropped and separated into a plurality of pieces. For example, even if the third flat plate is partially deformed by the impact of a drop, it is not broken if it is not broken.
  • Table 2 shows the results of measurement as described above.
  • organic binders such as a thickener and a thermosetting binder component
  • a specific organic binder may be appropriately selected according to the soft magnetic metal powder.
  • the amount of the organic binder added may be appropriately adjusted according to the soft magnetic metal powder. For example, by adjusting the addition amount of the thermosetting binder component in proportion to the surface area of the soft magnetic metal powder, a suitable result similar to the above-described example can be obtained.
  • the present invention is based on Japanese Patent Application No. 2014-053771 filed with the Japan Patent Office on March 17, 2014, the contents of which are incorporated herein by reference.
  • Soft Magnetic Molded Body 100 Powder Aggregate 110 Soft Magnetic Metal Powder (Soft Magnetic Metal Material) 110F first soft magnetic metal powder 110S second soft magnetic metal powder 112 upper surface 114 lower surface 130 binder (binder component) 130F 1st binding body 130S 2nd binding body 150 Open pore (hole) 160 Closed pores (holes) 180 Slurry 182 Aggregate 184 Binder 20, 20A Inductor 200, 200A Magnetic core 202 Upper surface 204 Lower surface 210 Through hole 212 Inner wall 220 Holding hole 400 Coil 410 Via conductor 412 Through portion 414 Connection portion 420 First connection portion (connection conductor) 430 2nd connection part (connection conductor) 500 Spacer 510 Body 520 Holding part

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Abstract

 軟磁性成型体は、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ものである。軟磁性成型体は、60体積%以上の軟磁性金属粉末と、10体積%以上かつ30体積%以下の開細孔とを含んでいる。バインダ成分は、無機酸化物を主成分としている。

Description

軟磁性成型体、磁芯及び磁性シート
 本発明は、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に関する。
 特許文献1には、このタイプの軟磁性成型体からなる磁芯が開示されている。
特開2013-243330号公報
 特許文献1に開示された磁芯(即ち、軟磁性成型体)は、適度に変形可能であり使用し易い。このような軟磁性成型体については、その優れた特性をさらに向上させ、より広範囲な用途に使用したいという要望がある。
 そこで、本発明は、この要望に応えることができる軟磁性成型体を提供することを目的とする。
 本発明の一の側面は、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を提供する。前記軟磁性成型体は、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いる。前記バインダ成分は、無機酸化物を主成分としている。
 また、本発明の他の側面は、前記軟磁性成型体からなる磁芯を提供する。
 また、本発明の他の側面は、前記軟磁性成型体からなる磁性シートを提供する。
 本発明による軟磁性成型体は、バインダ成分によって結着させた60体積%以上の軟磁性金属粉末と、10体積%以上かつ30体積%以下の開細孔を含んでいる。この構造から理解されるように、本発明による軟磁性成型体内部の空孔の殆どが、軟磁性成型体の外部と繋がった開細孔である。このため、本発明による軟磁性成型体は、従来の軟磁性成型体よりも更に破損し難く且つ加工し易い。
 添付の図面を参照しながら下記の最良の実施の形態の説明を検討することにより、本発明の目的が正しく理解され、且つその構成についてより完全に理解されるであろう。
本発明の実施の形態による軟磁性成型体を模式的に示す斜視図である。ここで、軟磁性成型体の断面の一部(1点鎖線で囲んだ部分)を部分的に拡大して模式的に描画している。 図1の軟磁性成型体を作製するためのスラリーの一部を模式的に示す断面図である。 本実施の形態による軟磁性成型体の断面の一部を示す画像である。 図3の軟磁性成型体を示す他の画像である。画像中の白色の部分はバインダ成分(無機酸化物)である。 本実施の形態による軟磁性成型体からなる磁芯を示す斜視図である。ここで、磁芯の貫通孔のうち隠れた部分を破線で描画している。 図5の磁芯を使用したインダクタを示す斜視図である。ここで、インダクタのコイルのうち隠れた部分を破線で描画している。 図6のインダクタのコイルを示す斜視図である。ここで、コイルの貫通部と接続部との間の境界線(想像線)を1点鎖線で描画している。 図8(A)は、図6の磁芯の貫通孔とコイルの貫通部とを、貫通部が貫通孔に挿入される前の状態で、部分的に拡大して示す斜視図である。図8(B)は、図6の磁芯の貫通孔とコイルの貫通部とを部分的に拡大して示す側面断面図である。 図9(A)は、図6の磁芯の貫通孔とコイルの貫通部とを部分的に拡大して示す平面断面図である。図9(B)は、図9(A)の貫通孔及び貫通部の変形例を示す平面断面図である。図9(C)は、図9(A)の貫通孔及び貫通部の別の変形例を示す平面断面図である。 図6のインダクタの変形例を示す側面図である。ここで、インダクタのコイル及びスペーサのうち隠れた部分を破線で描画している。
 本発明については多様な変形や様々な形態にて実現することが可能であるが、その一例として、図面に示すような特定の実施の形態について、以下に詳細に説明する。図面及び実施の形態は、本発明をここに開示した特定の形態に限定するものではなく、添付の請求の範囲に明示されている範囲内においてなされる全ての変形例、均等物、代替例をその対象に含むものとする。
 以降の説明において、「上」「下」等の位置を示す用語は、絶対的な位置を示すものではなく、図面における相対的な位置を示すに過ぎない。
 図1を参照すると、本発明の実施の形態による軟磁性成型体10は、厚さ方向(上下方向)において薄い平板形状を有している。軟磁性成型体10は、例えば2mm程度の厚さ(上下方向におけるサイズ)を有している。本実施の形態による軟磁性成型体10は、上下方向と直交する水平面(所定面)において矩形形状を有している。但し、本発明は、これに限られない。軟磁性成型体は、様々な形状に形成できる。例えば、軟磁性成型体は、0.4mm程度の厚さの薄いシート状に形成できる。
 図1及び図3を参照すると、軟磁性成型体10は、扁平形状を有する軟磁性金属粉末(軟磁性金属材料)110を結着体(バインダ成分)130によって結着させたものである。軟磁性成型体10は、60体積%以上の軟磁性金属粉末110と、4体積%以上かつ30体積%以下のバインダ成分130と、10体積%以上かつ30体積%以下の開細孔(空孔)150と、僅かな体積%の閉細孔(空孔)160とを含んでいる。バインダ成分130は、無機酸化物を主成分としている。例えば、バインダ成分130は、酸化ケイ素を主成分としている。
 図1及び図3に示されるように、軟磁性成型体10は、1以上の粉末集合体100を含んでいる。粉末集合体100の夫々は、複数の軟磁性金属粉末110を含んでいる。本実施の形態によれば、軟磁性金属粉末110は、いずれかの粉末集合体100に含まれる第1軟磁性金属粉末110Fと、粉末集合体100のいずれにも含まれない第2軟磁性金属粉末110Sとに分類できる。但し、軟磁性成型体10は、第2軟磁性金属粉末110Sを含んでいなくてもよい。また、軟磁性成型体10は、粉末集合体100を1つのみ含んでいてもよい。
 以上の説明から理解されるように、第1軟磁性金属粉末110Fと第2軟磁性金属粉末110Sとは、同一の軟磁性金属材料から作製されており、同様の形状及び特性を有している。換言すれば、第1軟磁性金属粉末110F及び第2軟磁性金属粉末110Sのいずれも、軟磁性金属粉末110である。軟磁性金属粉末110は、水平面に沿って配向されている。詳しくは、軟磁性金属粉末110の夫々は、少し曲がりつつ概ね水平面上を延びる上面112及び下面114を有している。
 図1及び図4を参照すると、バインダ成分130は、後述するように、無機質を含むバインダ184(図2参照)を熱硬化することで形成されている。詳しくは、熱硬化の際、バインダ184(バインダ成分130)は、無機酸化物を主成分とするバインダ成分130に変化しつつ、軟磁性金属粉末110の上面112又は下面114に沿って部分的に平面状に広がって第1結着体130Fが形成されている(図4参照)。また、このとき、バインダ184(バインダ成分130)は、部分的に粒子状に集まって第2結着体130Sが形成されている(図4参照)。換言すれば、第1結着体130Fは、概ね平面状に広がっており、第2結着体130Sは、概ね粒子状に集まっている。
 以上の説明から理解されるように、第1結着体130Fと第2結着体130Sとは、同一のバインダ184(図2参照)から作製されており、同様の特性を有している。換言すれば、第1結着体130F及び第2結着体130Sのいずれも、バインダ成分130である。
 粉末集合体100に含まれる第1軟磁性金属粉末110Fの上面112又は下面114は、第1結着体130Fによって、同じ粉末集合体100に含まれる他の第1軟磁性金属粉末110Fの下面114又は上面112と結着されている。第1結着体130Fは、第1軟磁性金属粉末110Fに比べて薄い。このため、同じ粉末集合体100に含まれる第1軟磁性金属粉末110Fは、互いに密接している。換言すれば、粉末集合体100は、第1結着体130Fによって上下に連結され、軟磁性成型体10内部に高密度に集まった軟磁性金属粉末110の集合である。
 詳しくは、軟磁性金属粉末110のうち互いに上下に隣接する2以上の軟磁性金属粉末110は、第1軟磁性金属粉末110Fとして粉末集合体100を構成している。上下に隣接した2つの第1軟磁性金属粉末110Fは、上下に隣接した第1軟磁性金属粉末110Fの夫々の厚さよりも小さな距離をあけて、第1結着体130F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10は、このように形成された粉末集合体100から構成されているため、60体積%以上の軟磁性金属粉末110を含むことができる。
 粉末集合体100は、他の粉末集合体100又は第2軟磁性金属粉末110Sと、互いの間に開細孔150(即ち、比較的大きな空間)を形成しつつ、第2結着体130Sによって結着されている。換言すれば、第2結着体130Sは、粉末集合体100に含まれる第1軟磁性金属粉末110Fを、同じ粉末集合体100に含まれない軟磁性金属粉末110と、間隔をあけて結着している。これにより、粉末集合体100と他の粉末集合体100の間には、開細孔150が形成されている。また、粉末集合体100と第2軟磁性金属粉末110Sの間にも、開細孔150が形成されている。
 更に、第1軟磁性金属粉末110Fは、上下方向と直交する方向において互いにずれつつ、上下方向に積み重なっている。このため、粉末集合体100に含まれる第1軟磁性金属粉末110Fの間にも、開細孔150が形成されている。
 軟磁性成型体10には、開細孔150に加えて閉細孔160が形成されている。開細孔150は、互いに繋がっており、軟磁性成型体10の外部に開口している(図示せず)。一方、閉細孔160は、軟磁性成型体10の内部に閉じた小さな空間である。本実施の形態による軟磁性成型体10は、閉細孔160を殆ど含まない一方、大きな体積の開細孔150を含んでいる。換言すれば、本実施の形態によれば、軟磁性成型体10内部の空孔(空間)の殆どは開細孔150である。
 軟磁性成型体10は、上述の構成要素及び構造に起因して下記のような特性を有している。
 上述したように、本実施の形態による軟磁性成型体10は、60体積%以上の軟磁性金属粉末110を含んでいる。このため、軟磁性成型体10の磁気特性が向上する。より具体的には、軟磁性成型体10は、0.5T以上の高い飽和磁束密度と、フェライト相当の高い透磁率を有する。本実施の形態による軟磁性成型体10は磁気飽和し難いため、例えば磁芯として使用した場合、磁芯を小型化可能である。
 本実施の形態によれば、軟磁性成型体10の1MHzの周波数における比透磁率の実数成分を50以上にできる。更に、1MHzの周波数における比透磁率の実数成分を100以上にできる。詳しくは、初透磁率範囲における比透磁率の実数成分が、1MHz以上の所定の周波数(XMHz)において磁気共鳴により極大値(Y)となる。この所定の周波数(XMHz)及び極大値(Y)は、X×Y≧300の条件式を満たす。このため、渦電流損失の増大、コアロスの増大、及びノイズ吸収性能の低下を防止できる。軟磁性成型体10の比透磁率をより高めるためには、軟磁性金属粉末110は、軟磁性成型体10中に70体積%以上含まれていることが更に好ましい。
 前述したように、軟磁性金属粉末110の夫々は、水平面と平行になるように配向されている。換言すれば、軟磁性成型体10の磁化容易軸は、水平面と平行な方向に沿って延びている。このため、水平面と平行な方向における反磁界係数が小さくなり、比透磁率を更に高めることができる。水平面と平行な方向における比透磁率をより高めるためには、軟磁性金属粉末110の平均アスペクト比は、10以上であることが好ましい。
 軟磁性金属粉末110は、必要な磁気特性を得るために、Fe系合金からなることが好ましい。更に、軟磁性金属粉末110は、Fe-Si系合金からなることが好ましい。更に、軟磁性金属粉末110は、Fe-Si-Al系合金(センダスト)又はFe-Si-Cr系合金からなることが好ましい。
 軟磁性金属粉末110がSi及びAlを含んでいる場合、軟磁性金属粉末110におけるSiの比率は、3重量%以上かつ18重量%以下であることが好ましく、Alの比率は、1重量%以上かつ12重量%以下であることが好ましい。軟磁性成型体10が上述の組成を有する場合、軟磁性成型体10の結晶磁気異方性定数及び磁歪定数が低下し、磁気特性が向上する。
 前述したように、軟磁性金属粉末110の夫々は、扁平形状を有しており、且つ、軟磁性金属粉末110は、水平面と平行な方向において互いにずれつつ上下方向に積み重なっている。このため、仮にクラックが発生したとしてもクラックの進行を防止できる。特に、破断が上下方向に進まない。本実施の形態によれば、例えば2.0mm程度の厚さを有し、且つ、セラミック材料であるフェライトと比較して高い靭性(強度)を有する軟磁性成型体10が得られる。軟磁性成型体10は、フェライトと異なり、押圧力を受けても破損し難く且つ磁気特性が劣化し難い。
 前述したように、軟磁性金属粉末110は、無機物であるバインダ成分130によって結着されている。このため、軟磁性成型体10は、260℃程度の高温によるリフローにも耐えることができる。また、軟磁性金属粉末110は、絶縁性のバインダ成分130によって結着されている。このため、軟磁性成型体10は、優れた周波数特性と、10kΩ・cm以上の高い電気抵抗率を有する。換言すれば、本実施の形態による軟磁性成型体10は、良好な絶縁性を有している。また、軟磁性金属粉末110が所定量のSi及びAlを含んでいる場合、軟磁性成型体10を作製する際に、軟磁性金属粉末110の表面にSi及びAlを含む不動態膜が形成される。この結果、軟磁性成型体10の電気抵抗率が更に大きくなる。
 軟磁性成型体10を使用して作製した磁芯は、フェライト磁芯と同等のインダクタンス及び電気抵抗率を有すると共に、フェライト磁芯よりも優れた直流重畳特性を有する。但し、軟磁性金属粉末110の充填率が85体積%を超えると、電気抵抗率が顕著に低下し、インダクタ内部で大きな渦電流損失が生じる。従って、軟磁性成型体10を使用して磁芯を作製する場合、軟磁性成型体10に含まれる軟磁性金属粉末110は、85体積%以下とする必要がある。
 更に、本実施の形態による軟磁性成型体10は、従来は最高とされているフェライトよりも高い熱伝導率を有する。纏めると、本実施の形態によれば、優れた磁気特性、高い強度、良好な絶縁性及び高い熱伝導率を両立させることができる。
 本実施の形態によれば、開細孔150は、バインダ成分130によって結着された粉末集合体100及び軟磁性金属粉末110の間を、軟磁性成型体10全体に亘って広がっている。このため、軟磁性成型体10は、弾性を有している。詳しくは、本実施の形態による軟磁性成型体10のISO7619-typeDによるゴム硬度は、92以上かつ96以下である。即ち、軟磁性成型体10は、高い強度を有しながら弾性変形可能である。
 特に、本実施の形態による軟磁性成型体10は、内部に含まれる開細孔150と、扁平形状の軟磁性金属粉末110自身の弾性に起因して、上下方向における弾性を有している。この上下方向における弾性により、軟磁性成型体10は、所定の厚さまで容易に圧縮されるだけでなく、圧縮された状態から容易に回復する。
 開細孔率が10体積%以上である場合、軟磁性成型体10は上述の弾性を有し、軟磁性成型体10を様々に加工することが容易になる。開細孔率が30体積%以下である場合、軟磁性成型体10は、十分な軟磁性金属粉末110を含むことができる。従って、軟磁性成型体10は、本実施の形態のように、10体積%以上かつ30体積%以下の開細孔150を含んでいることが望ましい。換言すれば、軟磁性成型体10に含まれる開細孔150の体積比率(開細孔率)は、10体積%以上かつ30体積%以下であることが望ましい。
 軟磁性成型体10は弾性体であるため、以下のようにヤング率を測定できる。まず、幅(w)、厚さ(t)を有する平板状の軟磁性成型体10を用意する。次に、軟磁性成型体10の2つの被支持部を下方から支持する。このとき、被支持部は、軟磁性成型体10の長手方向において距離(L)だけ互いから離れている。次に、被支持部の間に位置する被押圧部を上方から荷重(P)によって押圧する。このとき、荷重(P)によって生じたひずみ(δ)を測定する。よく知られているように、上述の幅(w),厚さ(t),距離(L),荷重(P)及びひずみ(δ)からヤング率を計算できる。本実施の形態によれば、ヤング率が10GPa以上かつ90Gpa以下である軟磁性成型体10を得ることができる。また、主として軟磁性成型体10の開細孔率を調整することにより、ヤング率が20GPa以上かつ50Gpa以下である軟磁性成型体10を得ることができる。
 軟磁性成型体10に含まれるバインダ成分130の体積比率の好ましい範囲は、バインダ成分130の密度に依存する。また、バインダ成分130の密度は、バインダ成分130に含まれる閉細孔160の量によって変化する。本実施の形態によれば、バインダ成分130の密度は、1.3g/cc以上かつ2.2g/cc以下である。この場合、軟磁性成型体10は、4体積%以上かつ30体積%以下のバインダ成分130を含んでいることが望ましい。換言すれば、軟磁性成型体10に含まれるバインダ成分130の体積比率は、4体積%以上かつ30体積%以下であることが望ましい。バインダ成分130の体積比率が4体積%よりも小さい場合、軟磁性成型体10は、十分な強度を有しない。バインダ成分130の体積比率が30体積%よりも大きい場合、軟磁性金属粉末110の体積比率を60体積%以上とし、開細孔率を10体積%以上とすることができない。
 軟磁性成型体10の表面全体又は表面の一部は、樹脂又はガラス質によって覆うことができる。樹脂としては、例えば、アクリル系樹脂やポリオフィン系樹脂等の絶縁樹脂を使用すればよい。この被覆により、軟磁性成型体10の絶縁性や強度を高めることができる。また、前述したように、開細孔150は、互いに繋がっており、軟磁性成型体10の外部に開口している(図示せず)。この開口(図示せず)を経由して軟磁性成型体10に樹脂又はガラス質を含侵させることができる。換言すれば、開細孔150の少なくとも一部を、樹脂又はガラス質によって埋めることができる。これにより、軟磁性成型体10の絶縁性や強度を更に高めることができる。
 開細孔150は、バインダ成分130とは別の無機酸化物によって埋めることもできる。例えば、開細孔150の少なくとも一部に無機質(例えば、シリコーンレジン)を含む溶液を含侵させて軟磁性成型体10に熱処理を施すと、溶液に含まれていた無機質が酸化して無機酸化物になる。このため、開細孔150の一部または全体が、バインダ成分130(即ち、無機質を含む溶液を含侵させる前に軟磁性成型体10に含まれていた無機酸化物)とは別の無機酸化物によって埋められる。この場合も、軟磁性成型体10の絶縁性や強度を更に高めることができる。
 開細孔150の大部分又は全体を樹脂、ガラス質又は無機酸化物で埋めた場合、軟磁性成型体10は、弾性を失う恐れがある。軟磁性成型体10の弾性を利用した加工が必要な場合、軟磁性成型体10に当該加工を施した後で、開細孔150全体を埋めてもよい。
 以下、図1及び図2を参照しつつ、軟磁性成型体10の製造方法の一例について説明する。
 まず、扁平形状の軟磁性金属粉末110を作製する。軟磁性金属粉末110は、例えば、Fe系合金からなる粒子状の軟磁性金属粉末(材料粉末)を、ボールミルを使用して扁平化することで作製できる。
 次に、溶媒、増粘剤及び熱硬化性バインダ(バインダ184)からなる混合物を作製する。溶媒及び増粘剤としては、例えばエタノール及びポリアクリル酸エステルが夫々使用できる。バインダ184としては、例えばメチルフェニル系シリコーンレジンが使用できる。混合物を作製する際、溶媒、増粘剤及びバインダ184を十分に混合し、均質な混合物を作製する。より具体的には、例えば、混合物を直径150mm、液面深さ150mmの容器に投入する。容器中の混合物を、例えば差し渡し長さ100mmの回転羽根によって、比較的速い(例えば、毎分250回転の)回転速度で、比較的長時間(例えば、5時間)撹拌することで、均質な混合物を作製できる。
 次に、十分に混合した混合物に、扁平形状の軟磁性金属粉末110を投入する。軟磁性金属粉末110を含む混合物は、軟磁性金属粉末110が一様に分布しないように混合する。より具体的には、例えば混合物を撹拌する際の回転速度を毎分100回転程度と遅くしたり、混合時間を1時間程度と短くしたりすることで、軟磁性金属粉末110が部分的に密集した凝集体182が形成されたスラリー180が作製できる。凝集体182は、これと異なる方法によっても形成できる。例えば、溶解度パラメーターが互いに大きく異なる溶媒及び増粘剤を使用することで、凝集体182を形成できる。
 次に、スラリー180を基板上に塗布する。塗布したスラリー180を加熱して溶媒を揮発させることで軟磁性成型体10の材料である予備成型体を作製する。予備成型体は、フェライトと異なり脆性材料から形成されていないため、加圧成型可能である。
 次に、予備成型体を加圧により圧縮して加圧後の成型体を作製する。軟磁性金属粉末110の凝集体182は、加圧によって押しつぶされ、軟磁性金属粉末110は概ね水平面上に配向される。加圧後の成型体を高温(例えば、600℃)で熱処理すると、軟磁性成型体10(図1参照)が得られる。一般的に、予備成型体を加圧により圧縮する際、構造歪みが生じ、これにより比透磁率が低下するおそれがある。但し、本実施の形態によれば、上述の高温での熱処理によって比透磁率が高い値に回復する。
 上述の高温での熱処理によって、バインダ184の有機成分が分解して失われる。このため、バインダ184は加熱減量し、バインダ成分130が形成される。より具体的には、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130となり、軟磁性金属粉末110を結着する。詳しくは、凝集体182(図2参照)の軟磁性金属粉末110は、第1結着体130Fによって互いに高密度に結着されて粉末集合体100を形成し、粉末集合体100は、第2結着体130Sによって互いに間隔をあけて決着される(図1参照)。また、バインダ184によって充填されていた部位に、開細孔150及び閉細孔160が形成される。以上の説明から理解されるように、スラリー180を作製する際のバインダ184の量や、予備成型体を加圧により圧縮する際の圧力を調整することで、所望の開細孔率を得ることができる。
 一般的には、上述の高温での熱処理において、成型体の部位によって温度が異なるため、部位によって熱膨張の大きさが異なる。また、部位によってバインダ184が収縮する大きさやバインダ184が分解する速度が異なる。このため、加圧後の成型体の厚さが大きい場合、大きな内部応力が発生してクラックや剥離が生じるおそれがある。更に、上述の高温での熱処理において、成型体の内部には、バインダ184の分解に伴ってガスが生じる。加圧後の成型体の厚さが大きい場合、成型体の奥部に生じるガスが、外部に放散されにくい。このため、成型体内部でガスの圧力が高まって、クラックや剥離が生じるおそれがある。
 一方、本実施の形態によれば、従来と異なり、バインダ184を混合物内に均質に混合する一方、軟磁性金属粉末110は、バインダ184内に均質に混合せず凝集体182が形成される程度に分散している。換言すれば、バインダ184がスラリー180中に均質に分布しており、且つ、軟磁性金属粉末110が部分的に密集した凝集体182が形成されている。即ち、バインダ184は、軟磁性金属粉末110によって邪魔されることなく均質に分布している。
 このため、高温での熱処理において、バインダ184は、スラリー180全体に亘って概ね一様に分解し収縮する。即ち、スラリー180全体に亘って開細孔150が形成され、成型体内部に生じたガスは、スムーズに外部に放散される。この結果、本実施の形態によれば、高温での熱処理における昇温速度が速い場合でも、加圧後の成型体が厚い場合でも、クラックや剥離が生じ難い。より具体的には、加圧後の成型体の厚さが2mm以下であれば、上述の高温での熱処理においても、クラックや剥離が殆ど生じない。換言すれば、加圧後の成型体の厚さは、2mm以下であることが望ましい。加圧後の成型体の厚さは、0.7mm以下であることが更に望ましい。
 本実施の形態によれば、スラリー180全体に亘って開細孔150が形成されるため、高温での熱処理を大気中で行う場合、酸素が加圧後の成型体の中心部まで到達する。このため、軟磁性成型体10内部の残炭による電気抵抗率の低下を軽減できる。
 以上のように作製された軟磁性成型体10は、フェライトのような脆性材料でないため、押込、打込、圧入、強圧入などの、簡易かつ精度や信頼性が高い接合工法を用いて磁芯を作製できる。例えば、磁芯の孔に他の部材を圧入する場合、磁芯の孔の周辺が弾性変形する。このため、圧入によって生じた応力が磁芯全体に及んで磁芯全体が変形破壊することを防止できる。以上の説明から理解されるように、本実施の形態による軟磁性成型体10を使用することで、インダクタの設計自由度が格段に高まり、小型で信頼性の高いインダクタの作製が可能となる。
 更に、本発明は、磁芯やインダクタ以外の磁性部品にも適用可能である。例えば、本発明による軟磁性成型体10を使用して、アンテナを支持する磁性シートやノイズを抑制するための磁性シートを作製できる。
 以下、本実施の形態による軟磁性成型体10を使用して作製した磁芯及びインダクタについて説明する。
 図5に示されるように、本実施の形態による磁芯200は、上下方向と直交する平板形状を有する軟磁性成型体10から作製されている。軟磁性成型体10の平板形状の厚さは、2mm以下である。磁芯200は、上下方向における上面202と下面204とを有している。磁芯200には、複数の貫通孔210が形成されている。貫通孔210の夫々は、円柱形状を有するようにして、磁芯200を上下方向に貫通している。貫通孔210には、内壁212が形成されている。
 図6及び図7に示されるように、本実施の形態によるインダクタ20は、磁芯200と、金属からなるコイル400とを備えている。コイル400は、複数のビア導体410と、複数の第1連結部(連結導体)420と、複数の第2連結部(連結導体)430とを有している。ビア導体410の夫々は、貫通部412を有している。また、ビア導体410のうちの2つは、他のビア導体410よりも長く延びており、貫通部412に加えて接続部414を有している。貫通部412、第1連結部420及び第2連結部430は、磁芯200の一部を巻回するようにして、互いに接続されている。2つのビア導体410の接続部414は、回路基板(図示せず)の信号線(図示せず)等と夫々接続可能である。
 詳しくは、ビア導体410は、貫通孔210に夫々挿入され、貫通孔210を夫々貫通している。これにより、本実施の形態によれば、夫々5つの貫通部412からなる2列の貫通部グループが形成されている。第1連結部420は、一方の貫通部グループの貫通部412の上端と、他方の貫通部グループの貫通部412の上端とを連結している。第2連結部430は、一方の貫通部グループの貫通部412の下端と、他方の貫通部グループの貫通部412の下端とを連結している。第1連結部420及び第2連結部430は、抵抗溶接、超音波溶接等の様々な方法によって貫通部412に強固に固定し、これによって磁芯200に取り付けることができる。
 コイル400は、絶縁被覆を有さない金属(例えば、銅)から形成されている。本実施の形態による磁芯200は良好な絶縁性を有するため、金属製のコイル400と直接的に接触できる。但し、コイル400は、絶縁被覆を有していてもよい。
 図8(A)及び図8(B)に示されるように、本実施の形態による貫通部412は、貫通孔210と同様な円柱形状を有している。但し、貫通部412の直径Rcは、貫通孔210の直径Rhよりも少し大きい。本実施の形態による磁芯200は弾性を有しているため、直径Rcが直径Rhよりも大きい場合でも、貫通部412を貫通孔210に挿入できる。また、貫通部412が直径Rhと殆ど同一の直径Rcを有する場合、貫通部412を貫通孔210に挿入した後に押しつぶすように押圧して貫通部412の直径を大きくできる。内壁212の周辺の部位(圧入部)は、適度に圧縮変形する。このため、圧入部で生じた応力が磁芯200全体に及び、磁芯200が変形破壊することが防止される。
 図6及び図8(B)を参照すると、貫通孔210に挿入された貫通部412は、貫通孔210の内壁212を弾性変形させるようにして、貫通孔210を貫通している。弾性変形した内壁212は、コイル400の貫通部412に押圧力(弾性力)を加えている。このため、コイル400は、内壁212が貫通部412に(即ち、コイル400に)加える押圧力によって磁芯200に保持されている。
 以上の説明から理解されるように、本実施の形態による磁芯200は、貫通孔210よりも大きな径を有する貫通部412の挿入を許容するとともに、挿入された貫通部412を確実に保持可能な程度の適度の弾性を有している。このため、貫通孔210に挿入された貫通部412は、接着剤を使用することなく、引き抜き耐力を有している。換言すれば、磁芯200は、コイル400を内壁212の弾性力(押圧力)のみによって保持できる。
 また、内壁212の弾性力が多少小さい場合であっても、コイル400を貫通孔210によって一時的に保持した後、貫通部412と貫通孔210との間を接着剤で固定することで、コイル400を確実に保持できる。換言すれば、本実施の形態によれば、コイル400は、貫通孔210のみによって保持可能である。
 図9(A)に示されるように、本実施の形態による貫通部412及び貫通孔210の夫々は、円形の断面を有している。このため、貫通孔210に挿入された貫通部412は、内壁212の全面によってしっかりと保持される。但し、貫通部412及び貫通孔210の夫々は、貫通部412が内壁212の2点以上で保持される限り、円形以外の断面を有していてもよい。例えば、図9(B)に示されるように、貫通部412が円形の断面を有する一方、貫通孔210が矩形の断面を有していてもよい。また、図9(C)に示されるように、貫通部412が矩形の断面を有する一方、貫通孔210が円形の断面を有していてもよい。但し、貫通部412を、より確実に保持するためには、貫通部412及び貫通孔210を本実施の形態のように構成することが好ましい。
 図6を参照すると、コイル400の接続部414が回路基板(図示せず)に固定されて使用される際、回路基板に搭載された様々な電子部品(図示せず)及びインダクタ20は熱を生じる。本実施の形態によれば、回路基板に生じた熱は、コイル400の接続部414を経由して、磁芯200の下面204に伝わる。磁芯200は、高い熱伝導率を有しているため、下面204が受けた熱は、インダクタ20に生じた熱と共に効果的に上面202に伝わり、インダクタ20の外部に放熱される。即ち、本実施の形態によれば、一般的に大きな熱を生じるインダクタ20自身を放熱用の部材として使用できる。
 図6及び図10から理解されるように、インダクタ20A及び磁芯200Aは、インダクタ20及び磁芯200の変形例である。インダクタ20A及び磁芯200Aは、インダクタ20及び磁芯200と同様の構造及び機能を有している。以下、インダクタ20A及び磁芯200Aについて、インダクタ20及び磁芯200との相違点を中心に説明する。
 図10に示されるように、本実施の形態によるインダクタ20Aは、磁芯200Aと、コイル400と、スペーサ500とを備えている。磁芯200Aは、磁芯200と同様に、軟磁性成型体10を加工したものである。
 インダクタ20(図6参照)と同様に、第1連結部420は、磁芯200Aの上面202に取り付けられており、第2連結部430は、磁芯200Aの下面204に取り付けられている。第1連結部420及び第2連結部430を磁芯200Aに取り付けると、磁芯200Aは上下方向において全体的に圧縮される。このため、第1連結部420及び第2連結部430を磁芯200Aに取り付けた後の磁芯200Aの厚さ(t1)は、第1連結部420及び第2連結部430を磁芯200Aに取り付ける前の磁芯200Aの厚さ(t0)に比べて、2.5%以上かつ5.0%以下減少する。一方、コイル400を磁芯200Aから外すと、磁芯200Aの厚さ(t1)は、厚さ(t0)に近づくように回復する。即ち、磁芯200Aの減少した厚さ(厚さ(t0)の2.5%~5.0%程度)が概ね元に戻る。
 第1連結部420及び第2連結部430が磁芯200Aを挟み込むと、上面202及び下面204は、磁芯200Aの上下方向における反発力によって、第1連結部420及び第2連結部430に夫々押し付けられる。このため、コイル400の貫通部412と貫通孔210の内壁212との間に隙間がある場合でも、第1連結部420及び第2連結部430を保持し、固定できる。
 軟磁性成型体10から作製された磁芯200Aは、コイル400だけでなく、様々な部材を強固に保持できる。磁芯200Aのこのような加工性は、釘打ち可能な木材の加工性に類似しており、磁芯200Aを加工するための工程が飛躍的に簡易になり、加工の信頼性が向上する。
 例えば、磁芯200Aには、保持孔220が形成されている。また、スペーサ500は、本体部510と、被保持部520とを有している。水平面において、本体部510は保持孔220よりもかなり大きく、被保持部520は保持孔220よりも少し大きい。このように構成された被保持部520は、貫通部412と同様に、保持孔220に圧入して固定できる。被保持部520を保持孔220に圧入すると、本体部510の下面が磁芯200Aの上面202と接触する。本体部510は、水平面において大きなサイズを有しているため、被保持部520を圧入する際に生じた屑の脱落が防止される。
 図6及び図10を参照すると、本発明によるインダクタ及び磁芯は、様々に変形できる。例えば、貫通部412の水平面におけるサイズは、貫通孔210の水平面におけるサイズよりも小さくてもよい。換言すれば、貫通部412を貫通孔210に圧入するのでなく、貫通孔210の内部を通過させてもよい。この場合、貫通部412は、例えば接着剤によって貫通孔210に固定すればよい。また、第1連結部420及び第2連結部430の夫々は、圧力によって貫通部412に接合してもよいし、半田付けによって接合してもよい。また、磁芯のうち、第1連結部420及び第2連結部430の夫々と接触する部位に、第1連結部420及び第2連結部430の夫々と対応する凹部を形成してもよい。これにより、第1連結部420及び第2連結部430の夫々は、磁芯によって、より確実に保持される。
 更に、磁芯は、夫々が磁芯として機能する複数の磁芯部品を備えていてもよい。より具体的には、複数の磁芯部品(例えば、磁芯200)を、接着材を介して積層し、これにより1つの磁芯を作製してもよい。前述のように、本実施の形態による磁芯は、クラックが生じにくい構造を有しているため、積層した磁芯部品(磁芯200)を圧着する際にクラックが生じることを抑制できる。例えば、クラックを抑制しつつ、2mmを超える厚さを有する積層磁芯を得ることができる。このとき、積層する磁芯200の夫々の厚さは、2mm以下であればよい。但し、磁芯200の夫々の厚さは0.5mm以下であることが好ましい。
 以下、本発明に係る軟磁性成型体について、具体的な例によって更に詳細に説明する。まず、本発明による軟磁性成型体の製法について説明する。
 (扁平形状の粉末PAの作製)
 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。
 (第1の混合方法による第1のスラリーの作製)
 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。
 (第1の予備成型体の作製)
 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の平板の作製)
 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。
 (第2の混合方法による第2のスラリーの作製)
 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。
 (第2の予備成型体の作製)
 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の平板の作製)
 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の平板の開細孔率の測定)
 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の平板の内部剥離発生率の測定)
 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。
 上述のように測定した開細孔率及び内部剥離発生率を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1に示されるように、第2の平板は、第1の平板に比べて開細孔率が大きく、加工性が向上している。更に、第2の平板は、厚さが大きい場合であっても、クラックや剥離が防止されており内部剥離発生率が低い。このような優れた特性は、平板の材料であるスラリーを、本発明による第2の混合方法(本発明の混合方法)によって作製することで得られている。即ち、本発明によれば、スラリーを作製する際に、扁平形状の粉末PAの凝集体が生じるようにスラリーを混合することで、より加工し易く、より破損し難く、且つより厚い平板を得ることができる。
 以下、軟磁性成型体に含まれる開細孔について、具体的な例によって更に詳細に説明する。
 (扁平形状の粉末PBの作製)
 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。
 (第3の混合方法による第3のスラリーの作製)
 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。
 (第3の予備成型体の作製)
 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の平板の作製)
 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の平板の開細孔率等の測定)
 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の平板の内部剥離発生率等の測定)
 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。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。
 上述のように測定した結果を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表2に示されるように、開細孔率が7.5体積%以下の場合には、熱処理時に内部剥離が発生した。開細孔率が7.5体積%以下の場合、平板の内部に、開細孔が十分に含まれておらず、熱処理時に発生する熱分解ガスの外部放出経路が維持されないため、剥離が発生したと考えられる。また、開細孔率が35体積%の場合には、第3の平板の強度が不十分であり、落下試験による破壊が発生した。一方、開細孔率が9体積%以上かつ31体積%以下の場合には、良好な結果が得られた。
 以上、本発明の実施例について説明したが、増粘剤や熱硬化性バインダ成分等の有機結合材は、上述した実施例に限定されない。具体的な有機結合材は、軟磁性金属粉末に応じて適宜選択すればよい。また、有機結合材の添加量も、軟磁性金属粉末に応じて適宜調整すればよい。例えば、熱硬化性バインダ成分の添加量を、軟磁性金属粉末の表面積に比例して調整することで、上述の実施例と同様の好適な結果を得ることができる。
 本発明は2014年3月17日に日本国特許庁に提出された日本特許出願第2014-053771号に基づいており、その内容は参照することにより本明細書の一部をなす。
 本発明の最良の実施の形態について説明したが、当業者には明らかなように、本発明の精神を逸脱しない範囲で実施の形態を変形することが可能であり、そのような実施の形態は本発明の範囲に属するものである。
 10       軟磁性成型体
 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 (10)

  1.  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。
  2.  請求項1記載の軟磁性成型体であって、
     前記軟磁性成型体は、1以上の粉末集合体を含んでおり、
     前記粉末集合体の夫々は、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いる
    軟磁性成型体。
  3.  請求項2記載の軟磁性成型体であって、
     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。
  4.  請求項1記載の軟磁性成型体であって、
     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。
  5.  請求項4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。
  6.  請求項1乃至請求項5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。
  7.  請求項6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。
  8.  請求項1乃至請求項5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。
  9.  請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の軟磁性成型体からなる
    磁芯。
  10.  請求項1乃至請求項8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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