WO2020175367A1 - 磁心および磁心の製造方法 - Google Patents

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WO2020175367A1
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magnetic
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oxide
siliceous film
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敏男 三原
西村 和則
小湯原 徳和
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日立金属株式会社
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    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
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    • H01F41/02Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets

Definitions

  • the present invention relates to a magnetic core and a method for manufacturing the magnetic core.
  • coil components such as inductors, transformers, and chokes have been used in a wide variety of applications such as home appliances, industrial equipment, and vehicles, and the coil components are composed of coils laid on a magnetic core.
  • Ferrites which have excellent magnetic characteristics, flexibility in shape, and cost, are widely used for such magnetic cores.
  • a power supply device such as an electronic device has been downsized, and it has been required to be usable in various environments.
  • a magnetic core using a metal-based soft magnetic material having a higher Curie temperature and a higher saturation magnetic flux density than that of a ferrite is being adopted.
  • metal-based soft magnetic materials include magnetic particles such as 6 -3 1 system, 6 -1 ⁇ 11 system, 6 -3 1-8 1 system, 6- ⁇ "18 1 system alloy. ing.
  • Patent Document 1 describes that a glass layer is provided on the surface of the magnetic core so as to prevent the adhesive from seeping into the minute gaps of the ferrite magnetic core.
  • Patent Document 2 describes that the permeation-preventing material is filled in the pores of a dust core made of a metal-based soft magnetic material to prevent permeation of an adhesive or the like.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 201 1-01 4730
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 201 3-045926 ⁇ 0 2020/175367 2 (: 17 2020/007040 Summary of invention
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 permeation of the adhesive is suppressed by performing a sealing treatment on the porous magnetic core.
  • the shape of the magnetic core is complicated, and the existence amount of pores is likely to be biased due to the difference in density during molding, and the state of formation and filling of the film made of the penetration preventing material such as the glass layer are also likely to be different. Therefore, in some cases, the effect of penetration suppression could not be obtained sufficiently.
  • an object of the present invention is to provide a magnetic core excellent in permeation suppression performance.
  • At least a part of the surface has a coated surface coated with a siliceous coating, and the arithmetic mean curve (3 0 :I 3 0 2) of peaks on the coated surface is provided. 5 1 7 8)
  • the following magnetic cores can be provided. According to this, it is possible to provide a magnetic core having an excellent permeation suppression performance.
  • the magnetic core is composed of 6 _ 1 ⁇ /1 (IV! is a metal that is more easily oxidized than 6) alloy magnetic particles via an oxide derived from the magnetic particles. It preferably has a bonded structure.
  • the siliceous film has a siloxane bond (3 I
  • the oxide contains the IV!, and 1 ⁇ /1 contained in the oxide is at least one of eight and eight.
  • an electrode formed on the coating surface it is preferable to have an electrode formed on the coating surface.
  • At least a part of the magnetic core is covered with a siliceous film, and the arithmetic mean curve of the peaks (3 0: I 3 0 2 5 1 7 8)
  • a step of forming a coated surface which is the following, a step of forming an electrode on the coated surface, ⁇ 0 2020/175367 3 (:171? 2020/007040
  • the electrode can be formed on the coated surface having excellent permeation suppression performance, and the reliability and yield of the magnetic core can be expected to improve.
  • the magnetic core is made of a 6 _ 1 ⁇ /1 (IV! is a metal that is more easily oxidized than 6) based alloy, and the magnetic particles are made of an oxide derived from the magnetic particles. It is preferable to have a structure in which they are bound via.
  • the siliceous film includes a siloxane bond (one 3 I-0-3 I-bond).
  • the oxide contains 1 ⁇ /1, and 1 ⁇ /1 contained in the oxide is at least one of eight and ten. ..
  • the siliceous coating is preferably formed by performing the step of applying a treatment liquid for forming a siliceous coating on the surface of the magnetic core and curing it once or more.
  • the present invention it is possible to provide a magnetic core having excellent permeation suppression performance, and it is possible to contribute to improvement in reliability and yield of the magnetic core. Further, according to the present invention, the electrode can be formed on the coated surface having an excellent permeation suppressing property, which can contribute to the improvement of the reliability and yield of the magnetic core.
  • FIG. 1 A graph for explaining the relationship between the arithmetic mean curve (3: :I 3 0 2 5 1 7 8) of the peak of the coating surface coated with the siliceous film and the permeation suppression performance. is there.
  • FIG. 2 This is a magnified 3M IV! image of the surface of a magnetic core not covered with a siliceous film.
  • FIG. 3 This is an image of 3M IV! magnifying the coated surface of the magnetic core coated with a siliceous film.
  • the magnetic core of the present embodiment is! ⁇ 1 Ceramic-based soft magnetic materials such as stainless steel ⁇ 02020/175367 4 (:171? 2020/007040
  • the magnetic particles of the metal-based soft magnetic material described above are used as a porous material, and at least a part of the surface thereof is coated with a siliceous film.
  • the arithmetic mean curve (3 ⁇ : 1 3025 1 78) of the peak of the coated surface is 37,000 or less, the surface of the coated surface becomes a gentle shape, and correspondingly, it is applied on the coated surface. It is possible to obtain a magnetic core in which the permeation suppression performance in which the permeation of an adhesive or the like is suppressed is improved.
  • the arithmetic mean curve of mountain peaks (3: 1 3025 1 78), which three-dimensionally evaluates the surface properties of the coated surface, is specified in the International Standards Organization's ⁇ 3 025 1 78, and is measured by a measuring instrument such as a laser microscope described later. It is easily measurable.
  • 1 3025 1 78 has other parameters for three-dimensional surface roughness, such as arithmetic average height 33, maximum height 32, aspect ratio 31: ", and expanded area ratio 3 ".
  • the coated surface has a specific surface profile defined by the arithmetic mean curve of the peaks of the peaks, so that penetration suppression can be achieved.
  • a magnetic core with excellent performance can be provided.
  • the metallic soft magnetic material is preferably magnetic particles of a soft magnetic alloy containing, for example, 6 and the element IV! which is more easily oxidized than 6 .
  • IV! (I and (The sum of 30 is 100 mass %, I is 3 mass% or more and 16.0 mass% or less,
  • the sum of 6, IV! (eight I or ⁇ "), 3 ⁇ is 100 mass% and IV! is 1.5 mass% or more. It is preferably a soft magnetic alloy containing 8% by mass or less and 3% by more than 1% by mass and 7% by mass or less, with the balance being 6 and inevitable impurities.
  • the amounts are 0 £ ⁇ .05 mass%, mass%, It is preferably 0% by mass, 3 £ ⁇ 0.02% by mass, 0 £ ⁇ 0.5% by mass, 1 ⁇ 1% £0.5% by mass, 1 ⁇ ! £0.1% by mass.
  • even 3 g may be contained as unavoidable impurities in an amount of 0.5 mass% or less.
  • the morphology of the magnetic particles of the soft magnetic alloy is not particularly limited, but, for example, from the viewpoint of fluidity and the like, it is easy to obtain relatively spherical particles from molten metal adjusted to have a predetermined composition. It is preferable to use magnetic particles produced by the method. Atomization methods such as gas atomization and water atomization have high malleability and ductility, and are suitable for producing magnetic particles of alloys that are difficult to grind.
  • the average particle size of the magnetic particles (here, the median diameter in the cumulative particle size distribution
  • Those having an average particle size of 100 or less can be used.
  • dry classification such as sieving classification can be used, and it is preferable to obtain at least 32 under magnetic particles (that is, passed through a sieve having an opening of 32). Since the strength of the magnetic core, the magnetic core loss, and the high frequency characteristics are improved by reducing the average particle size, the average particle size (median diameter 50) is more preferably 15 or less. On the other hand, when the average particle size is small, the magnetic permeability is low, so the average particle size (median diameter 50) is more preferably 5 or more.
  • the magnetic particles are preferably mixed with a binder and granulated to form granules.
  • the fluidity and filling properties in the mold can be improved, and the magnetic particles are bound together during pressure molding, giving the molded body strength to withstand handling after molding. You can also do it.
  • the kind of the binder is not particularly limited, for example, an organic binder such as polyethylene, polyvinyl alcohol or acrylic resin can be used. Inorganic binder that remains after heat treatment can be used together ⁇ 0 2020/175367 6 ⁇ (: 171? 2020/007040
  • the addition amount of the binder may be such that the binder is sufficiently distributed between the magnetic particles and the strength of the molded body can be sufficiently secured. However, if the added amount of the binder is too large, the density of the molded body is increased. And strength tend to decrease. From this point of view, the amount of binder added is preferably 0.2 to 10 parts by weight, more preferably 0.5 to 3.0 parts by weight, based on 100 parts by weight of the magnetic particles. preferable.
  • the mixing method of the magnetic particles and the binder is not particularly limited, and a conventionally known mixing method or mixer can be used.
  • a conventionally known mixing method or mixer can be used.
  • the granulation method for example, a wet granulation method such as rolling granulation or spray drying granulation can be adopted.
  • spray-drying granulation using a spray dryer is preferable, and this allows the shape of the granules to be close to spherical and the exposure time to heated air to be short, so that a large amount of granules can be obtained.
  • the obtained granules have a bulk density: ...! .5 ⁇ 2 .. Average particle size (
  • 0 50 It is preferable that it is 60 to 150.
  • Such granules have excellent fluidity at the time of molding, and the gaps between the magnetic particles are reduced to increase the filling property in the mold. As a result, the molded product has a high density and permeability. A high core can be obtained. Classification with a vibrating screen or the like can be used to obtain a desired granule size.
  • a lubricant such as stearic acid or stearate.
  • the addition amount of the lubricant is preferably 0.1 to 2.0 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the magnetic particles.
  • the lubricant can also be applied to the mold.
  • the granules of magnetic particles are subjected to pressure molding.
  • a press machine such as a hydraulic press or a servo press and a molding die are used to mold the mixed powder into a predetermined shape such as a toroidal shape or a rectangular parallelepiped shape.
  • This pressure molding may be room temperature molding, or may be warm molding in which the granules are heated to a temperature near the glass transition temperature at which the binder softens, depending on the binder material, so that the binder does not disappear.
  • the magnetic particles in the molded body obtained by the pressure molding are in point contact with each other. ⁇ 0 2020/175367 7 ⁇ (: 171? 2020 /007040
  • the density of the compact is 5.6 X Is preferred.
  • annealing is performed at a temperature of not less than 650° and not more than 900°. Annealing is performed in an atmosphere containing oxygen, such as in the air, in a mixed gas of oxygen and an inert gas, or in an atmosphere containing water vapor. Among them, heat treatment in the atmosphere is simple and preferable. Oxide is obtained by the reaction between magnetic particles and oxygen during heat treatment, and is generated by an oxidation reaction that exceeds the natural oxidation of magnetic particles. By generating such an oxide, a high-strength magnetic core having excellent insulating properties and corrosion resistance and firmly bonded as grain boundaries between a large number of magnetic particles can be obtained. Also, good magnetic properties can be obtained by relaxing the stress strain introduced by pressure molding.
  • ⁇ O contained in the binder binds preferentially to I and 0 "in the vicinity of the surface of the magnetic particles, and is magnetic as a chemically stable I oxide or 0" oxide or a complex oxide with other non-ferrous metals. Formed on the surface of the particles By forming an oxide containing the element IV! on the surface of the magnetic particles, the corrosion resistance is excellent, and the insulating properties of the magnetic particles are enhanced to reduce eddy current loss.
  • the space factor (relative density) is preferably in the range of 75 to 95%.
  • the porosity of such a magnetic core is 5% to 25%.
  • the space factor (relative density) is calculated by calculating the density of the magnetic core from its size and mass and dividing the obtained density of the magnetic core by the true density of the magnetic particles.
  • the true density of magnetic particles the density of an ingot prepared by melting with the same composition may be used. ⁇ 0 2020/175367 8 ⁇ (: 171? 2020 /007040
  • the siliceous film has a molecular structure with a main chain in which three circles and three circles are siloxane-bonded (one hundred three hundred thirteen).
  • the siliceous film only needs to have a bond represented by (1 3 _ _ _ _ 3 _), and a bond represented by (1 3 _ 0 -) is repeatedly bonded. Is also good.
  • a method of forming such a siliceous film on the surface of the magnetic core a low temperature method using a sol-gel method in which a sol of an alkoxysilane oligomer is subjected to a condensation reaction by hydrolysis to form a gel is preferable.
  • the siliceous film is hardened by immersing the magnetic core in the treatment liquid for forming siliceous skin film containing the alkoxysilane oligomer solution and colloidal silica, or spraying the treatment liquid for forming siliceous film on the magnetic core, and then performing the curing treatment. It is preferably formed by
  • the solvent of the treatment liquid for forming a siliceous coating is preferably a hydrophilic organic solvent such as an alcohol solvent or a glycol ether solvent.
  • the siliceous coating itself has excellent heat resistance and high strength, and by covering the entire surface of the magnetic core, the corrosion resistance can be improved.
  • the surface of the magnetic core is covered with the oxide film by the oxide of the magnetic particles, and this film has a state in which the metal element derived from the magnetic particle is combined with ⁇ , and the metal element is And a hydroxyl group ( ⁇ 1 to 1) are associated with each other.
  • a chemical bond such as covalent bond or ionic bond between the hydroxyl group or oxide on the surface of the magnetic core and the hydroxyl group in the siliceous film, it is possible to enhance the adhesive force between the magnetic particles and the siliceous film. And the siliceous film can be brought into close contact with each other.
  • a siliceous film is also formed in the pores inside the magnetic core that the treatment liquid for forming a siliceous film has spread through the gaps between the magnetic particles on the surface of the magnetic core.
  • the siliceous film fills the pores inside the magnetic core, and the surface of the magnetic core (covering surface) forms a gentle shape due to the formation of the siliceous skin film.
  • the arithmetic mean curve (3 0: ⁇ 3 0 2 5 1 7 8) of the peaks on the coated surface is 3 7 0 0 0 01 01 or less, a magnetic core with excellent permeation suppression performance can be obtained.
  • the magnetic core is treated to form a siliceous film. ⁇ 0 2020/175367 9 ⁇ (: 171? 2020 /007040
  • the method of applying the treatment liquid for forming the siliceous film onto the magnetic core may be any known method such as a dip spin coating method, a dip coating method, or a spray coating method, and is not particularly limited.
  • the temperature may be adjusted to 100 to 200°° before coating.
  • the curing treatment may be carried out at room temperature, for example, but may be accelerated at a temperature of about 40 to 200 ° C.
  • the thickness of the siliceous film formed on the surface of the magnetic core is preferably about 0.5 to 10 ⁇ .
  • the thickness of the siliceous film can be adjusted by repeatedly applying and curing the treatment liquid for forming the siliceous film on the surface of the magnetic core.
  • the film thickness increases, cracks tend to occur on the surface side of the film due to residual stress in the film. Although the occurrence of cracks can be suppressed by slowing the curing speed, the film thickness is preferably 5 or less, more preferably 3 or less in view of productivity.
  • An electrode can be formed on the coating layer of the magnetic core to form a magnetic core including the electrode. It is covered with a siliceous film and the arithmetic mean of the peaks (3: :I 3 0 2 5 1 7 8)
  • the following coating layers have excellent permeation suppression performance and can stably form electrodes.
  • the electrode material eight 9, can be used ⁇ Li, conductive material eight I like (including its alloy).
  • a method of forming the electrode for example, Form a film by a method of adhering and fixing metal terminals such as copper alloy, ⁇ alloy, and stainless steel, or by a method such as a sputtering method, an ion plating method, a printing method using a conductive paste, a transfer method, or a dip method. You may form an electrode.
  • a ⁇ C "Atomized powder (average particle size 0 50 1 0) was prepared. 8 as a binder (Kuraray Co., Ltd. Poval 8 _ 2 0 5) Aqueous solution, dissolution ⁇ 0 2020/175367 10 ⁇ (: 171? 2020 /007040
  • Ion-exchanged water was used as a medium, and they were put into a stirrer and mixed by stirring to obtain a slurry.
  • the mixing ratio of the binder and the ion-exchanged water was adjusted so that eight solids were 0.75 parts by weight and the slurry concentration was 80% with respect to 100 parts by weight of the atomized powder.
  • the slurry was spray dried with a spray dryer device. The slurry was sprayed inside the spray dryer device, and the slurry was instantaneously dried with hot air of 240 ° C to recover granular granules from the lower part of the device.
  • the granules were passed through a 100-mesh sieve, and the average particle size of the granules after sieving was set within the range of 60 to 80.
  • Zinc stearate was added to the granules obtained by each of the above granulation methods at a ratio of 0.4 parts by weight to 100 parts by weight of granules and mixed by a mixer to obtain granules for molding. It was
  • the obtained molded body was heat-treated in the atmosphere at 750° for 1 hour to obtain a magnetic core of Sample 8, Sample No. Then, the density was calculated from the size and weight of the magnetic core.
  • the columnar magnetic core was placed in a stainless steel mesh basket and immersed in the siliceous film forming treatment liquid for 1 minute.
  • the liquid temperature was 23 ° .
  • As the treatment liquid for forming the siliceous film " ⁇ 1 0 6 0 1 0" 3 series sealing agent manufactured by Okuno Chemical Industries Co., Ltd. was used.
  • the magnetic core was put into a centrifugal dehydrator, the excess sealing agent adhering at a peripheral speed of 8.401/3 was removed, and the magnetic core was dried and hardened with hot air at 70 ° C. Repeat the coating process from 1 to 3 times from 1 to 3.
  • the condensation reaction proceeds even in hot air drying at 70 °C to form a siliceous film, but unreacted parts remain, so after the coating process, After hardening again under the condition of 120 ⁇ X20 minutes, the entire surface of the magnetic core was covered with a siliceous film.
  • the surface roughness of the obtained magnetic core was measured.
  • the surface roughness was measured using a laser microscope manufactured by Keyence Corporation [ ⁇ -X120. Magnification is 100 times, ⁇ 0 2020/175367 1 1 ⁇ (: 171? 2020 /007040
  • the valency region is set to 1 4 5 10 9 region, leveling of cross-section curve (slope adjustment) and smoothing processing are performed, and the arithmetic mean curve of the average peaks in five evaluation regions with different fields of view (3: 1 3 0 2 5 1 7 8) was obtained. Moreover, the arithmetic mean curve of the peaks (30: I 3 0 2 5 1 7 8) was similarly obtained for the magnetic core on which the siliceous film was not formed.
  • Figure 2 is an image of the surface of a sample that has not been subjected to coating treatment at 100 times magnification
  • Figure 3 shows the surface of the sample 8 that has been subjected to two coating treatments at 100 times magnification. It is an image of 3 Mi IV!
  • test ink was applied to the surface of the magnetic core, and the progress was recorded as a movie.
  • the test ink and other areas were binarized with a computer in a still image 2 seconds after the application, and the sealing property was judged from the ratio of the ink absorbed on the observation surface. When the ink absorption was within 30%, it was judged as good, and when it was over 30%, it was judged as bad.

Abstract

接着剤等の浸透抑止性能が優れた磁心を提供する。 表面の少なくとも一部がシリカ質皮膜で被覆された被覆面であって、前記被覆面における山頂点の算術平均曲(Spc:ISO25178)が37000mm-1以下である磁心とする。前記磁心は、Fe-M(MはFeよりも酸化し易い金属)系合金の磁性粒子どうしが前記磁性粒子由来の酸化物を介して結合した構造を有し、前記シリカ質皮膜がシロキサン結合(-Si-O-Si-結合)を含むのが望ましい。

Description

\¥02020/175367 1 卩(:17 2020 /007040
明 細 書
発明の名称 : 磁心および磁心の製造方法
技術分野
[0001] 本発明は磁心および磁心の製造方法に関する。
背景技術
[0002] 従来から、 家電機器、 産業機器、 車両など多種多様な用途において、 イン ダクタ、 トランス、 チョーク等のコイル部品が用いられ、 コイル部品は、 磁 心に敷設されたコイルで構成されていて、 かかる磁心には、 磁気特性、 形状 自由度、 価格に優れるフェライ トが広く用いられている。
[0003] また、 近年、 電子機器等の電源装置の小型化が進み、 更に多様な環境下で も使用可能であることが求められるようになった。 その結果、 小型 ·低背で あって、 1 30°〇を超える高温の環境下で、 かつ大電流に対しても使用可能 なコイル部品の要求が強くなっている。 この様なコイル部品には、 フェライ 卜と比較してキュリー温度が高くて飽和磁束密度も大きい金属系の軟磁性材 料を使用した磁心の採用が進んでいる。 金属系の軟磁性材料としては、 例え ば 6 -3 1系、 6 -1\1 1系、 6 -3 1 -八 1系、 6 -〇 「一八 1系 合金などの磁性粒子が用いられている。
[0004] 一般に焼結により製造されるフェライ ト磁心や、 金属系の軟磁性材料を用 いた圧粉磁心は微細な隙間や空孔を備えた多孔質となり易いことが知られて いる。 特許文献 1ではフェライ ト磁心の微細な隙間に接着剤が染み込むのを 防ぐように、 磁心の表面にガラス層を設けることが記載されている。 また特 許文献 2には、 金属系の軟磁性材料を用いた圧粉磁心の空孔部分に浸透防止 材料を充填して、 接着剤等の浸透を防止することが記載されている。
先行技術文献
特許文献
[0005] 特許文献 1 :特開 201 1 -01 4730号公報
特許文献 2 :特開 201 3-045926号公報 \¥0 2020/175367 2 卩(:17 2020 /007040 発明の概要
発明が解決しようとする課題
[0006] 特許文献 1や特許文献 2では、 多孔質の磁心に対して封孔処理を行うこと で接着剤の浸透を抑制する。 しかしながら、 磁心の形状は複雑で、 成形時の 密度差等から空孔の存在量の偏りが生じ易く、 またガラス層等の浸透防止用 材料による皮膜の形成状態や充填状態もまた異なり易い。 そのため、 浸透抑 止の効果が十分に得られない場合があった。 そもそも封孔処理後の磁心が十 分な浸透抑止性能を有するかの判断は容易ではなく、 実際に接着剤等を塗布 して浸透状態を確認するしかなかった。
[0007] そこで本発明では、 浸透抑止性能の優れた磁心を提供することを目的とす る。
課題を解決するための手段
[0008] 本発明の一形態によれば、 表面の少なくとも一部にシリカ質皮膜で被覆さ れた被覆面を有し、 前記被覆面における山頂点の算術平均曲 (3 〇 : I 3 0 2 5 1 7 8)
Figure imgf000004_0001
以下の磁心を提供できる。 これによれば 、 浸透抑止性能の優れた磁心を提供することができる。
[0009] 本発明の一形態においては、 前記磁心が、 6 _ 1\/1 (IV!は 6よりも酸化 し易い金属) 系合金の磁性粒子どうしが前記磁性粒子由来の酸化物を介して 結合した構造を有するのが好ましい。
[0010] 本発明の一形態においては、 前記シリカ質皮膜がシロキサン結合 (一 3 I
- 0 - 3 I —結合) を含むのが好ましい。
[001 1 ] 本発明の一形態おいては、 前記酸化物は前記 IV!を含み、 前記酸化物に含ま れる1\/1が八 丨又は〇 の少なくとも一方であるのが好ましい。
[0012] 本発明の一形態おいては、 前記被覆面に形成された電極を有するのが好ま しい。
[0013] 本発明の別の形態によれば、 磁心の少なくとも一部をシリカ質皮膜で被覆 し、 山頂点の算術平均曲 (3 〇 : I 3 0 2 5 1 7 8)
Figure imgf000004_0002
以下である被覆面を形成する工程と、 前記被覆面に電極を形成する工程と、 \¥0 2020/175367 3 卩(:171? 2020 /007040
を備える磁心の製造方法を提供することができる。 これによれば、 浸透抑止 性能の優れた被覆面の上に電極を形成することができ、 磁心の信頼性や歩留 まりの向上が期待できる。
[0014] 本発明の別の形態おいては、 前記磁心が、 6 _ 1\/1 (IV!は 6よりも酸化 し易い金属) 系合金の磁性粒子どうしが前記磁性粒子由来の酸化物を介して 結合した構造を有することが好ましい。
[0015] 本発明の別の形態おいては、 前記シリカ質皮膜がシロキサン結合 (一 3 I - 0 - 3 I —結合) を含むことが好ましい。
[0016] 本発明の別の形態おいては、 前記酸化物は前記 1\/1を含み、 前記酸化物に含 まれる 1\/1が八 丨又は〇 「の少なくとも一方であることが好ましい。
[0017] 本発明の別の形態おいては、 前記シリカ質皮膜は、 磁心の表面にシリカ質 皮膜形成用処理液を塗布し硬化させる工程を 1回以上行って形成するのが好 ましい。
発明の効果
[0018] 本発明によれば、 浸透抑止性能が優れた磁心を提供することができ、 磁心 の信頼性や歩留まりの向上に寄与することができる。 また、 本発明よれば、 浸透抑止性能の優れた被覆面の上に電極を形成することができ、 磁心の信頼 性や歩留まりの向上に寄与することができる。
図面の簡単な説明
[0019] [図 1]シリカ質皮膜で被覆された被覆面の山頂点の算術平均曲 (3 〇 : I 3 0 2 5 1 7 8) と浸透抑止性能との関係を説明するためのグラフである。
[図 2]シリカ質皮膜が被覆されていない磁心の表面を拡大した 3巳 IV!画像であ る。
[図 3]シリカ質皮膜で被覆された磁心の被覆面を拡大した 3巳 IV!画像である。 発明を実施するための形態
[0020] 以下、 本発明の実施形態について具体的に説明するが、 本発明はこれに限 定されるものではない。
[0021] 本実施形態の磁心は、 !\1 丨系フヱライ ト等のセラミック系の軟磁性材料や \¥02020/175367 4 卩(:171? 2020 /007040
、 前述の金属系の軟磁性材料の磁性粒子が用いられた多孔質なものであり、 その表面の少なくとも一部をシリカ質皮膜で被覆したものである。 その被覆 面における山頂点の算術平均曲 (3 〇 : 1 3025 1 78) を 37000 以下とすることで、 被覆面の表面がなだらかな形状となり、 それに相 応して被覆面の上に塗布される接着剤等の浸透が抑制された浸透抑止性能が 向上した磁心とすることができる。 被覆面の表面の性状を立体的に評価する 山頂点の算術平均曲 (3 〇 : 1 3025 1 78) は国際標準化機構の丨 3 025 1 78に規定され、 後述するレーザー顕微鏡等の計測機器によって容 易に計測可能である。
[0022] 1 3025 1 78には立体的な面粗さのパラメータとして、 他にも算術平 均高さ 33、 最大高さ 32、 アスペクト比 31: 「、 展開面積比 3 「などが あるが、 その内、 表面の少なくとも一部がシリカ質皮膜で被覆された被覆面 を有する磁心において、 被覆面を山頂点の算術平均曲 3 〇で規定される特 有の表面プロファイルとすることにより、 浸透抑止性能に優れた磁心を提供 できるとの知見を得た。
[0023] 本実施形態の磁心は、 空孔率が 5〜 25%である多孔質のものを用いるこ とができる。 金属系の軟磁性材料としては、 例えば 6と、 6よりも酸化 しやすい元素 IV!を含有する軟磁性合金の磁性粒子とするのが好ましい。 磁心 の軟磁性材料の第 1の態様として、
Figure imgf000006_0001
IV! ( I及び(3 〇 の和を 1 00 質量%として、 I を 3質量%以上且つ 1 6. 0質量%以下、
Figure imgf000006_0002
%以上且つ 7. 0質量%以下で含み、 残部が 6及び不可避不純物である軟 磁性合金であるのが好ましい。
[0024] また、 磁心の軟磁性材料の第 2の態様としては、 6、 IV! (八 I または〇 「) 、 3 丨の和を 1 00質量%として、 IV!を 1. 5質量%以上且つ 8質量% 以下、 3 丨 を 1質量%超え且つ 7質量%以下で含み、 残部が 6及び不可避 不純物である軟磁性合金であるのが好ましい。
[0025] なお上記した第 1の態様や第 2の態様において、 CやMn、 、 3、 〇、
!\1 し !\!などを不可避不純物として含みうる。 これらの不可避不純物の含有 \¥0 2020/175367 5 卩(:171? 2020 /007040
量は、 それぞれ、 0 £〇. 0 5質量%、 質量%、
Figure imgf000007_0001
0 2質量 %、 3 £〇. 0 2質量%、 0 £〇. 5質量%、 1\1 丨 £ 0 . 5質量%、 1\! £ 0 . 1質量%であることが好ましい。 前記第 1の態様では、 3 丨 についても、 不可避的不純物として〇. 5質量%以下で含まれる場合がある。
[0026] 軟磁性合金の磁性粒子の形態も特に限定するものではないが、 例えば、 流 動性等の観点からは、 所定組成に調整された溶湯から、 比較的球状の粒子が 得られやすいアトマイズ法による磁性粒子を用いることが好ましい。 ガスア トマイズ、 水アトマイズ等のアトマイズ法は、 展性や延性が高く、 粉砕しに くい合金の磁性粒子作製に好適である。
[0027] また磁性粒子の平均粒径 (ここでは、 累積粒度分布におけるメジアン径口
5 0を用いる) は、 これを限定するものではないが、 例えば、 1 以上、
1 0 0 以下の平均粒径を有するものを用いることができる。 なお磁性粒 子を成形金型に充填した際に、 粒子径の大きな粒子どうしが隣り合うと、 そ の粒間に大きな隙間が形成されて充填率が上がらず、 加圧成形により得られ る成形体の密度が上がらない傾向にある。 このため、 磁性粒子を分級し、 粒 子径の大きな粒子を除くことが好ましい。 分級の方法としては、 ふるい分け 分級などの乾式分級を用いることができ、 少なくとも 3 2 アンダーの ( すなわち、 目開き 3 2 の篩を通過した) 磁性粒子を得ることが好ましい 。 平均粒径を小さくすることで、 磁心の強度、 磁心損失、 高周波特性が改善 されるので、 平均粒径 (メジアン径口 5 0) は、 さらに好ましくは 1 5 以下である。 一方、 平均粒径が小さい場合は透磁率が低くなるため、 平均粒 径 (メジアン径口 5 0) は、 より好ましくは 5 以上である。
[0028] 磁性粒子はバインダと混合し、 造粒によって顆粒とすることが好ましい。
それにより磁心に成形する際に、 金型内での流動性や充填性を向上できるし 、 加圧成形の際に磁性粒子同士を結着させ、 成形後のハンドリングに耐える 強度を成形体に付与することも出来る。 バインダの種類は特に限定されない が、 例えば、 ポリエチレンやポリビニルアルコール、 アクリル樹脂などの有 機バインダを使用できる。 熱処理後も残存する無機系バインダの併用も可能 \¥0 2020/175367 6 卩(:171? 2020 /007040
である。
[0029] バインダの添加量は、 磁性粒子間にバインダが十分に行きわたり、 成形体 の強度を十分に確保できる程度であればよいが、 バインダの添加量が多過ぎ ると、 成形体の密度や強度が低下する傾向にある。 かかる観点から、 バイン ダの添加量は、 磁性粒子 1 〇〇重量部に対して、 〇. 2〜 1 0重量部にする ことが好ましく、 〇. 5〜 3 . 0重量部にすることがより好ましい。
[0030] 磁性粒子とバインダとの混合方法は、 特に限定されるものではなく、 従来 から知られている混合方法や混合機を用いることができる。 また、 造粒方法 としては、 例えば転動造粒や噴霧乾燥造粒などの湿式造粒方法を採用できる 。 中でもスプレードライヤーを用いた噴霧乾燥造粒が好ましく、 これによれ ば顆粒の形状が球形に近付き、 また加熱空気に曝される時間が短く、 大量の 顆粒を得ることができる。
[0031 ] 得られる顆粒は、 嵩密度: ·! . 5 ~ 2 .
Figure imgf000008_0001
平均粒径 (
0 5 0) : 6 0〜 1 5 0 であることが好ましい。 このような顆粒によれ ば、 成形時の流動性に優れるとともに、 磁性粒子間の隙間が小さくなって金 型内への充填性が増し、 その結果、 成形体が高密度になって透磁率の高い磁 心が得られる。 所望の大きさの顆粒径を得るために、 振動篩などによる分級 が使用できる。
[0032] また、 加圧成形時の顆粒と成形金型との摩擦を低減させるために、 ステア リン酸やステアリン酸塩などの潤滑剤を添加することが好ましい。 潤滑剤の 添加量は、 磁性粒子 1 〇〇重量部に対して〇. 1〜 2 . 0重量部とすること が好ましい。 潤滑剤は、 金型に塗布することも可能である。
[0033] 磁性粒子の顆粒は加圧成形に供される。 加圧成形では、 油圧プレスやサー ボプレスといったプレス機械と成形金型を用いて、 トロイダル形状や直方体 形状などの所定形状に混合粉を成形する。 この加圧成形は、 室温成形でもよ いし、 バインダの材質によっては、 バインダが消失しない程度であって、 バ インダが軟化するガラス転移温度付近まで顆粒を加熱して行う温間成形でも よい。 加圧成形により得られた成形体における磁性粒子は、 互いに点接触あ \¥0 2020/175367 7 卩(:171? 2020 /007040
るいは面接触し、 部分的に空隙を介して隣接する。 成形体の密度は 5 . 6 X
Figure imgf000009_0001
が好ましい。
[0034] 成形体に対する熱処理として 6 5 0 °〇以上 9 0 0 °〇以下の温度で焼鈍が実 施される。 焼鈍は、 大気中、 または酸素と不活性ガスとの混合気体中、 ある いは水蒸気を含む雰囲気中など、 酸素を含む雰囲気中で行われ、 中でも大気 中での熱処理が簡便で好ましい。 酸化物は、 熱処理時の磁性粒子と酸素との 反応により得られ、 磁性粒子の自然酸化を超える酸化反応によって生成され る。 かかる酸化物が生成されることにより、 優れた絶縁性や耐食性を有して 、 多数の磁性粒子間の粒界として堅固に結合された高強度の磁心が得られる 。 また、 加圧成形で導入された応力歪を緩和して良好な磁気特性が得られる
[0035] 軟磁性合金を構成する IV!元素の Iや(3 「は、 6や他の非鉄金属と比較 して〇 (酸素) との親和力が大きい。 そのため、 熱処理時には、 大気中の〇 やバインダに含まれる〇が磁性粒子の表面近傍の Iや 0 「と優先的に結合 し、 化学的に安定な I酸化物や 0 「酸化物、 あるいは他の非鉄金属との複 合酸化物として磁性粒子の表面に生成される。 IV!元素を含む酸化物が磁性粒 子の表面に生成されることにより、 耐食性に優れるとともに、 磁性粒子の絶 縁性が高められ、 渦電流損失を低減して磁心の比抵抗を向上できる。 なお、 よりも八 丨のほうが〇との親和力が大きいため、 IV!元素として八 丨 と〇 「を含む場合、 形成される酸化物の程度は I酸化物が優位となり、 0 「酸 化物は抑えられる傾向がある。 そして磁心の表面は磁性粒子の酸化物で覆わ れたものとなる。
[0036] 熱処理を経て得られた磁心において、 占積率 (相対密度) は 7 5〜 9 5 % の範囲内であることが好ましい。 このような磁心の空孔率は 5 %〜 2 5 %と なる。 なお占積率 (相対密度) は、 磁心の密度をその寸法および質量から算 出し、 得られた磁心の密度を、 磁性粒子の真密度で除して算出する。 磁性粒 子の真密度は、 同組成で溶解して作製したインゴッ トの密度を用いればよい \¥0 2020/175367 8 卩(:171? 2020 /007040
[0037] 次いで、 得られた磁心の表面にシリカ質皮膜を形成する。 シリカ質皮膜は
3つの〇と 3 丨がシロキサン結合 (一 3 丨 一〇一 3 丨 一) した主鎖を有する 分子構造を有する。 シリカ質皮膜は (一 3 丨 _〇_ 3 丨 _) で示される結合 を有していれば良く、 また (一 3 丨 - 0 -) で示される結合が繰り返して連 続に結合していても良い。 このようなシリカ質皮膜を磁心の表面に形成する 方法としては、 アルコキシシランオリゴマーのゾルを加水分解により縮合反 応させてゲル化するゾルーゲル法を用いた低温法が好ましい。 シリカ質皮膜 は、 アルコキシシランオリゴマー溶液とコロイダルシリカを含むシリカ質皮 膜形成用処理液の液中に磁心を浸潰し、 またはシリカ質皮膜形成用処理液を 磁心に噴霧した後、 硬化処理を行うことにより形成するのが好ましい。 シリ 力質皮膜形成用処理液の溶媒は、 アルコール系溶媒、 グリコールエーテル系 溶媒など、 親水性の有機溶媒が好ましい。 シリカ質皮膜自体が耐熱性に優れ 、 高強度であり、 また磁心の表面の全体を覆うことで耐食性を向上すること が出来る。
[0038] 前述の通り、 磁性粒子の酸化物によって磁心の表面は酸化物の皮膜で覆わ れた状態であり、 この皮膜には磁性粒子由来の金属元素と〇が結びついた状 態と、 金属元素と水酸基 (〇1~1) とが結びついた状態とが存在している。 磁 心表面の水酸基や酸化物とシリカ質皮膜中の水酸基とが共有結合やイオン結 合等の化学結合することで、 磁性粒子とシリカ質皮膜との接着力を高めるこ とができ、 もって磁心とシリカ質皮膜とが密着させることができる。
[0039] また、 磁心の表面の磁性粒子間の隙間を通じてシリカ質皮膜形成用処理液 が及んだ磁心内部の空孔にもシリカ質皮膜が形成される。 シリカ質皮膜によ って磁心内部の空孔が埋まるとともに、 磁心表面 (被覆面) ではシリカ質皮 膜の形成によってなだらかな形状となる。 つまり、 被覆面の状態を山頂点の 算術平均曲 (3 〇 : 1 3 0 2 5 1 7 8) で定量化することで磁心の封孔状 態を容易に確認することが可能となる。 被覆面における山頂点の算術平均曲 (3 〇 : 丨 3 0 2 5 1 7 8) が 3 7 0 0 0 01 01 以下であれば、 浸透抑止 性能が優れた磁心とすることができる。 なお、 磁心をシリカ質皮膜形成用処 \¥0 2020/175367 9 卩(:171? 2020 /007040
理液に浸潰させた状態で脱泡処理し、 真空状態を解除する真空含侵法などの 処理を行うことで、 一層磁心にシリカ質皮膜形成用処理液を含浸させること が出来る。
[0040] 磁心へのシリカ質皮膜形成用処理液の塗布方法は、 例えば、 ディップスピ ンコート法、 ディップコート法、 スプレーコート法などの公知の方法に従っ て行えば良く、 特に限定されない。 なお、 シリカ質皮膜形成用処理液の粘度 によっては 1 0 0〜 2 0 0 °〇の温度に調整して塗布しても良い。 硬化処理は 、 例えば、 室温で硬化させても良いが、 4 0〜 2 0 0 °〇程度の温度下におく ことで硬化を促進しても良い。 磁心の表面に形成するシリカ質皮膜の膜厚は 、 〇. 5〜 1 〇 程度の膜厚とすることが好ましい。 シリカ質皮膜の膜厚 は、 磁心表面へのシリカ質皮膜形成用処理液の塗布と硬化を繰り返すことで 調整可能である。 膜厚が厚くなるに従って、 皮膜内の残留応力で皮膜の表面 側にひびが生じ易くなる。 硬化速度を緩やかにすることによってひび発生を 抑制することは出来るが、 生産性を考慮すれば膜厚は 5 以下であるのが 好ましく、 より好ましくは 3 以下である。
[0041 ] 磁心の被覆層の上に、 電極を形成して、 電極を備える磁心を構成すること ができる。 シリカ質皮膜で被覆され、 山頂点の算術平均曲 (3 〇 : I 3 0 2 5 1 7 8)
Figure imgf000011_0001
以下とされた被覆層は、 浸透抑止性能が優 れ、 安定して電極を形成することができる。 電極材料としては、 八 9、 〇リ 、 八 I等 (その合金も含む) の導電性材料を用いることができる。 また、 電 極の形成方法としては、 例えば
Figure imgf000011_0002
銅合金、 丨合金、 ステンレス等 の金属端子を接着固定する方法や、 スパッタリング法、 イオンプレーティン グ法、 あるいは導体べーストを用いた印刷法、 転写法、 ディップ法などの方 法で膜状に電極を形成しても良い。
実施例
[0042] 磁性粒子として、 八 丨 を 5質量%、
Figure imgf000011_0003
残部を
Figure imgf000011_0004
e A \ C 「アトマイズ粉末 (平均粒径 0 5 0 = 1 〇 ) を準備した。 バイ ンダとして 八 (株式会社クラレ製ポバール 八_ 2 0 5) 水溶液、 溶 \¥0 2020/175367 10 卩(:171? 2020 /007040
媒としてイオン交換水を使用し、 それらを撹拌装置に投入し、 攪拌混合して スラリーとした。 アトマイズ粉末 1 0 0重量部に対して、 八固形分は 0 . 7 5重量部、 スラリー濃度が 8 0 %となるよう、 バインダとイオン交 換水の配合比を調整した。 スラリーをスプレードライヤー装置で噴霧乾燥し た。 スプレードライヤー装置内部でスラリーを噴霧し、 2 4 0 °〇の熱風でス ラリーを瞬時に乾燥させて、 装置下部から粒状になった顆粒を回収した。 得 られた顆粒の粗大粒を除去するため、 1 0 0メッシュのふるいを通し、 ふる い通し後の顆粒の平均粒径は 6 0 〜 8 0 の範囲内とした。 上記の各 造粒方法によって得られた顆粒に、 顆粒 1 〇〇重量部に対して〇. 4重量部 の割合でステアリン酸亜鉛を添加し、 混合機にて混合して成形用の顆粒を得 た。
[0043] 上記で得られた顆粒を金型に充填し、 油圧プレス機を用いて 5 . 8 9 /〇
Figure imgf000012_0001
[0044] 得られた成形体を 7 5 0 °〇 1時間、 大気中で熱処理を施して試料八、 試 料巳の磁心とした。 そして磁心の寸法および重量から密度を算出した。
[0045] 次に、 円柱状の磁心をステンレス製のメッシュ籠に収めてシリカ質皮膜形 成用処理液に 1分間浸潰した。 液温は 2 3 °〇であった。 シリカ質皮膜形成用 処理液には、 奥野製薬工業株式会社製 「〇 1 6〇 1 〇 「 3シリーズの封 孔剤を使用した。 浸潰中は籠を揺動させて磁心表面に付着した気泡を取り除 いた。 その後、 磁心を遠心脱水機に投入し、 8 . 4 01 / 3の周速で付着した 余剰の封孔剤を取り除き、 7 0 °〇の熱風で乾燥し硬化させた。 浸漬から乾燥 のコート処理工程を 1〜 3回繰り返す。 7 0 °〇の熱風乾燥においても縮合反 応が進みシリカ質皮膜が形成されるが、 未反応の部分が残るため、 コート処 理した後、 1 2 0 ^X2 0分の条件で再度硬化処理を実施して、 磁心の表面 の全面をシリカ質皮膜で覆った。
[0046] 得られた磁心について表面粗さを測定した。 表面粗さ測定は、 株式会社キ —エンス製レーザー顕微鏡 [<— X 1 2 0を用いた。 倍率は 1 0 0倍で、 評 \¥0 2020/175367 1 1 卩(:171? 2020 /007040
価領域は 1 4 5 1 0 9 の領域とし、 断面曲線のレべリング (傾斜 調整) 、 平滑化処理を行い、 視野の異なる 5つの評価領域における平均の山 頂点の算術平均曲 (3 〇 : 1 3 0 2 5 1 7 8) を得た。 またシリカ質皮膜 が未形成の磁心についても同様にして山頂点の算術平均曲 (3 〇 : I 3 0 2 5 1 7 8) を得た。 図 2はコート処理を行っていない試料 の表面を 1 0 0〇倍で観察した 巳 IV!画像であり、 図 3はコート処理を 2回行った試料八 の表面を 1 0 0 0倍で観察した 3巳 IV!画像である。
[0047] 磁心の封孔性を確認するのに、 インク吸収テストを採用した。 テストイン
Figure imgf000013_0001
を用いた。 磁心の表面にテストインクを塗布し、 その経過を動画で撮影した 。 塗布時から 2秒経過後の静止画にてテストインクとそれ以外の領域をコン ピュータで二値化処理し、 観察面にてインクが吸収された割合から封孔性を 判断した。 インク吸収が 3割以内の場合は良判定し、 3割超の場合は否判定 とした。
[0048] 磁心のシリカ質皮膜の被覆面について山頂点の算術平均曲 (3 〇 : 丨 3 0 2 5 1 7 8) の測定結果と、 インク吸収テストの結果を纏めて表 1及び図 1 に示す。 なお表中、 インク吸収テストで良判定を〇、 否判定を Xとして示 している。
[0049] [表 1 ]
Figure imgf000013_0002
\¥02020/175367 12 卩(:171? 2020 /007040
[0050] 図 1 に示すように、 シリカ質皮膜で被覆された磁心の表面において山頂点 の算術平均曲 (3 〇 : 丨 3〇 25 1 78) が 370000101 以下である と、 インク吸収テストで良判定が得られるが、 37000 〇!_1超だと否判 定となって、 容易に磁心の浸透抑止性能を評価することが出来ることがわか る。 したがって、 シリカ質皮膜で被覆された被覆面の山頂点の算術平均曲 ( 3 〇 : I 3025 1 78) が 37000 〇!-1以下である磁心を用いるこ とにより、 浸透抑止性能の優れた磁心とすることができる。

Claims

\¥0 2020/175367 13 卩(:17 2020 /007040 請求の範囲
[請求項 1 ] 表面の少なくとも一部にシリカ質皮膜で被覆された被覆面を有し、 前記被覆面における山頂点の算術平均曲 (3 〇 : 1 3 0 2 5 1 7 8) が 3 7 0 0 0 〇! - 1以下である、 磁心。
[請求項 2] 請求項 1 に記載の磁心であって、
前記磁心が、 6 - 1\/1 (IV!は 6よりも酸化し易い金属) 系合金の 磁性粒子どうしが前記磁性粒子由来の酸化物を介して結合した構造を 有する、 磁/し、。
[請求項 3] 請求項 1 または 2に記載の磁心であって、
前記シリカ質皮膜がシロキサン結合 (一 3 丨 _〇_ 3 丨 一結合) を 含む、 磁心。
[請求項 4] 請求項 2または 3に記載の磁心であって、
前記酸化物は前記 1\/1を含み、 前記酸化物に含まれる 1\/1が I又は〇 「の少なくとも一方である、 磁心。
[請求項 5] 請求項 1から 4のいずれかに記載の磁心であって、
前記被覆面に形成された電極を有する、 磁心。
[請求項 6] 磁心の少なくとも一部をシリカ質皮膜で被覆し、 山頂点の算術平均 曲 (3 〇 : 丨 3〇 2 5 1 7 8) が 3 7 0 0 0 01 01 以下である被 覆面を形成する工程と、
前記被覆面に電極を形成する工程と、 を備える磁心の製造方法。
[請求項 7] 前記磁心が、 6 _ 1\/1 (IV!は 6よりも酸化し易い金属) 系合金の 磁性粒子どうしが前記磁性粒子由来の酸化物を介して結合した構造を 有する、 請求項 6に記載の磁心の製造方法。
[請求項 8] 前記シリカ質皮膜がシロキサン結合 (一 3 丨 _〇_ 3 丨 一結合) を 含む、 請求項 6または 7に記載の磁心の製造方法。
[請求項 9] 前記酸化物は前記 1\/1を含み、 前記酸化物に含まれる 1\/1が I又は〇
「の少なくとも一方である、 請求項 7または 8に記載の磁心の製造方 法。 \¥0 2020/175367 14 卩(:171? 2020 /007040
[請求項 10] 前記シリカ質皮膜は、 磁心の表面にシリカ質皮膜形成用処理液を塗 布し硬化させる工程を 1回以上行って形成する、 請求項 6から 9のい ずれかに記載の磁心の製造方法。
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