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WO2007077689A1 - 軟磁性材料、圧粉磁心、軟磁性材料の製造方法、および圧粉磁心の製造方法 - Google Patents

軟磁性材料、圧粉磁心、軟磁性材料の製造方法、および圧粉磁心の製造方法 Download PDF

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WO2007077689A1
WO2007077689A1 PCT/JP2006/323315 JP2006323315W WO2007077689A1 WO 2007077689 A1 WO2007077689 A1 WO 2007077689A1 JP 2006323315 W JP2006323315 W JP 2006323315W WO 2007077689 A1 WO2007077689 A1 WO 2007077689A1
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WO
WIPO (PCT)
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insulating coating
soft magnetic
magnetic material
aluminum
silicon
Prior art date
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PCT/JP2006/323315
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English (en)
French (fr)
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Toru Maeda
Naoto Igarashi
Haruhisa Toyoda
Seiji Ishitani
Hiroko Morii
Kazuyuki Hayashi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Toda Kogyo Corp
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
Toda Kogyo Corp
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Priority to US12/160,079 priority patent/US8153256B2/en
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Definitions

  • Soft magnetic material Soft magnetic material, dust core, method for producing soft magnetic material, and method for producing dust core
  • the present invention relates to a soft magnetic material, a dust core, a method for manufacturing a soft magnetic material, and a method for manufacturing a dust core.
  • iron loss When this soft magnetic part is used in an alternating magnetic field, an energy loss called iron loss occurs.
  • This iron loss is represented by the sum of hysteresis loss and eddy current loss.
  • Hysteresis loss corresponds to the energy required to change the magnetic flux density of soft magnetic parts. Since the hysteresis loss is proportional to the operating frequency, it is dominant mainly in the low frequency region below 1 kHz.
  • the eddy current loss referred to here is energy loss mainly caused by eddy current flowing in the soft magnetic component. Since eddy current loss is proportional to the square of the operating frequency, it becomes dominant mainly in the high-frequency region above 1 kHz.
  • Soft magnetic parts are required to have magnetic characteristics that reduce the occurrence of iron loss. In order to realize this, it is necessary to increase the magnetic permeability, saturation magnetic flux density Bs, and electrical resistivity p of the soft magnetic component and to decrease the coercive force He of the soft magnetic component.
  • the dust core is composed of a plurality of composite magnetic particles, and the composite magnetic particles have metal magnetic particles and an insulating coating covering the surface thereof.
  • the coercive force He of the dust core can be reduced by removing the distortion and dislocation in the metal magnetic particles to facilitate the domain wall movement. The smaller do it.
  • the molded powder magnetic core is heat-treated at a high temperature of 400 ° C or higher, preferably 550 ° C or higher, more preferably 650 ° C or higher. There is a need to.
  • the insulating coating is required to follow the powder deformation during molding, for example, it has high adhesion to the powder obtained by, for example, bondage treatment and has high stretchability. It is made of a crystalline compound, and sufficient high-temperature stability is not obtained.
  • the dust core is heat-treated at a high temperature of, for example, 400 ° C or higher, the insulating properties are lost due to the diffusion of metal elements constituting the metal magnetic particles into the amorphous state. For this reason, when the hysteresis loss is reduced by high-temperature heat treatment, the electrical resistivity P of the dust core is lowered, and the eddy current loss is increased.
  • Patent Document 1 discloses a soft magnetic material made of composite magnetic particles having an aluminum phosphate-based insulating coating having high temperature stability.
  • a soft magnetic material is manufactured by the following method. First, an insulating coating aqueous solution containing a phosphate containing aluminum and a heavy chromium salt containing potassium or the like is sprayed onto the iron powder. Next, the iron powder sprayed with the insulating coating aqueous solution is kept at 300 ° C. for 30 minutes and kept at 100 ° C. for 60 minutes. Thereby, the insulating coating formed on the iron powder is dried. Next, the iron powder on which the insulating coating is formed is pressure-molded and heat-treated after the pressure-molding to complete the soft magnetic material.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-272911
  • the insulating film is made of phosphoric acid amorphous (-0—P-0-) and chromic acid amorphous ( ⁇ 0—).
  • Cr—0- is the basic structure Lumium or potassium is connected by a cation element.
  • the higher the number of bonds (acid number, covalent bond valence) of the cation element the higher the density of the basic structure such as phosphoric acid, which has more stretchability.
  • the cation elements are aluminum (trivalent) and potassium (monovalent)
  • the valence is relatively low, and the stretchability of the insulating coating is not high. There is. As a result, there is a problem that eddy current loss increases and iron loss increases.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a soft magnetic material, a dust core, a soft magnetism capable of reducing iron loss. It is to provide a method for producing a material and a method for producing a dust core.
  • a soft magnetic material according to the present invention includes a plurality of composite magnetic particles having metal magnetic particles and an insulating coating surrounding the surface of the metal magnetic particles.
  • the metal magnetic particles are mainly composed of iron.
  • the insulating coating contains aluminum (A1), silicon (Si), phosphorus (P), and oxygen (O). M is the molar amount of aluminum contained in the insulation coating.
  • the insulating film has a large effect of imparting heat resistance to the phosphoric acid amorphous basic structure.
  • aluminum has high temperature stability because of its high affinity with oxygen. Therefore, even if the soft magnetic material is heat-treated at a high temperature, it is difficult to break. It also serves to prevent decomposition of the layer formed on the contact surface of the insulating coating that contacts the metal magnetic particles. Therefore, by including aluminum, the heat resistance of the insulating coating can be improved, and the hysteresis loss of the dust core formed by pressing the soft magnetic material can be reduced without deteriorating eddy current loss. it can.
  • silicon has a bond strength (tetravalent)
  • the density of the amorphous phosphorous structure in the insulating film can be increased, and the stretchability of the insulating film is improved.
  • it has a good heat resistance-imparting effect, although it is not as good as Rumimu. Therefore, by including silicon, the deformation followability of the insulating film can be improved, and eddy current loss is reduced.
  • the strength can be improved.
  • phosphorus and oxygen contained in the insulating coating have high adhesion to iron, the adhesion between the metal magnetic particles containing iron as a main component and the insulating coating can be improved.
  • the inclusion of phosphorus and oxygen causes the insulating coating to be damaged during the press forming, and the increase in eddy current loss can be suppressed. Therefore, it is possible to combine the advantages of an insulating coating aluminum silicate amorphous compound and silicon phosphate (phosphoric acid) amorphous compound, thereby reducing iron loss. It is possible to realize an excellent soft magnetic material that can be used.
  • pancreatic properties can be effectively suppressed. Therefore, iron loss can be further reduced through reduction of eddy loss.
  • (M + M) / M to 0.25 or more, the heat resistance of aluminum is improved.
  • mainly containing iron means that the ratio of iron is 50% by mass or more.
  • the soft magnetic material preferably 0.5 ⁇ M
  • + M) / M is set to 0.75 or less to improve the adhesion between the metal magnetic particles and the insulating coating. Further improvement. Therefore, iron loss can be further reduced through reduction of electrical resistance and further reduction of eddy current loss.
  • the average thickness of the insulating coating is preferably 10 nm or more and 1 ⁇ m or less. Energy loss due to eddy currents can be effectively suppressed by setting the average thickness of the insulating film to 10 nm or more. In addition, when the average thickness of the insulating coating is 1 ⁇ m or less, the proportion of the insulating coating in the soft magnetic material does not become too large. For this reason, it is possible to prevent the magnetic flux density of the dust core obtained by pressing the soft magnetic material from being significantly reduced.
  • the soft magnetic material comprises a silicone resin, epoxy resin, phenol resin, amide resin, polyimide resin, polyethylene resin, and nylon resin on the surface of the insulating coating.
  • One or more types of rosin that are selected for group power are attached or coated.
  • the resin is contained in an amount of 0.01% by mass or more and 1.0% by mass or less based on the metal magnetic particles.
  • the content By setting the content to 0.01% by mass or more, the bonding force between adjacent composite magnetic particles can be further increased.
  • the content is set to 1.0% by mass or less, the ratio of sallow to the soft magnetic material does not become too large. For this reason, it is possible to prevent the magnetic flux density of the dust core obtained by pressing the soft magnetic material from being significantly reduced.
  • the dust core according to the present invention is manufactured using the soft magnetic material described above. According to the dust core configured as described above, magnetic characteristics with low iron loss can be realized through reduction of eddy current loss. When using a dust core, other organic substances may be added for strength. Even in the presence of such an organic substance, the effect of the present invention can be obtained.
  • the maximum excitation magnetic flux density is 1 T
  • the frequency is 1000 Hz
  • the eddy current loss is 35 WZkg or less.
  • the method for producing a soft magnetic material of the present invention includes a step of preparing metal magnetic particles mainly composed of iron and a step of forming an insulating film surrounding the surface of the metal magnetic particles.
  • the step of forming the insulating coating includes a step of mixing and stirring the metal magnetic particles, aluminum alkoxide, silicon alkoxide, and phosphoric acid.
  • an amorphous phosphoric acid structure that is rich in stretchability and adhesion to powder, and has an extremely high heat resistance-improving effect, heat resistance-improving effect, and a phosphoric acid structure. It is possible to form an insulating film containing silicon that is effective for improving the density. By including aluminum in the insulating film, the heat resistance of the insulating film can be improved, and the hysteresis loss of the powder magnetic core formed by pressing the soft magnetic material can be reduced without deteriorating the eddy current loss. it can. In addition, by including silicon in the insulating coating, the deformation followability of the insulating coating can be improved, and eddy current loss can be reduced. Therefore, it is possible to produce an excellent soft magnetic material capable of reducing the iron loss.
  • the method for manufacturing a dust core of the present invention includes the steps of preparing the soft magnetic material and compressing and molding the soft magnetic material. Thereby, it is possible to produce an excellent dust magnet that can reduce the iron loss.
  • the soft magnetic material of the present invention has an insulating coating containing aluminum having a high heat resistance imparting effect and silicon having a high effect of imparting deformation followability. Therefore, it can be set as the soft magnetic material which can reduce an iron loss.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a soft magnetic material in an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a dust core in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 (A) is a schematic diagram before heat-treating a soft magnetic material including an insulating coating made of iron phosphate, and (B) is a soft magnetic material including an insulating coating made of iron phosphate. It is a schematic diagram when heat treating.
  • FIG. 4 (A) is a schematic view before heat-treating a soft magnetic material including an insulating coating made of aluminum phosphate, and (B) is a soft magnetic material including an insulating coating made of aluminum phosphate. It is a schematic diagram when heat-treating.
  • FIG. 5 is a schematic view when a soft magnetic material including an insulating coating made of silicon phosphate is heat-treated.
  • FIG. 6 is a schematic view when a soft magnetic material including an insulating coating in the embodiment of the present invention is heat-treated.
  • FIG. 7 is a flow chart showing the method of manufacturing a dust core in the embodiment of the present invention in the order of steps.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a soft magnetic material according to an embodiment of the present invention.
  • the soft magnetic material in the present embodiment includes a plurality of composite magnetic particles 30 having metal magnetic particles 10, an insulating coating 20 surrounding the surface of the metal magnetic particles 10, and a resin 40. It has.
  • the metal magnetic particles 10 are mainly composed of iron.
  • the insulating film 20 contains aluminum, silicon, phosphorus, and oxygen.
  • the molar amount of aluminum contained in the insulating coating 20 is M, and the sum of the molar amount of aluminum and the molar amount of silicon is (M + M).
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the dust core in the embodiment of the present invention.
  • the dust core shown in FIG. 2 was manufactured by subjecting the soft magnetic material shown in FIG. 1 to pressure molding and heat treatment.
  • each of the plurality of composite magnetic particles 30 is joined by a resin 40 or by joining the unevenness of the composite magnetic particles 30.
  • the organic substance 50 is obtained by changing the resin 40 or the like contained in the soft magnetic material during the heat treatment.
  • the metal magnetic particles 10 are, for example, iron. (Fe), iron (Fe) silicon (Si) alloy, iron (Fe) aluminum (A1) alloy, iron (Fe) -nitrogen (N) alloy, iron (Fe) -nickel (Ni) alloy, Iron (Fe) —carbon (C) alloy, iron (Fe) boron (B) alloy, iron (Fe) cobalt (Co) alloy, iron (Fe) phosphorus (P) alloy, iron (Fe) Forces such as nickel (Ni) cobalt (Co) alloy and iron (Fe) aluminum (A1) -silicon (Si) alloy are also formed.
  • the metal magnetic particles 10 may be a single metal or an alloy.
  • the average particle size of the metal magnetic particles 10 is preferably 30 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less! /.
  • the coercive force can be reduced.
  • the average particle size 500 m or less By making the average particle size 500 m or less, eddy current loss can be reduced. Moreover, it can suppress that the compressibility of mixed powder falls at the time of pressure molding. Thereby, it is possible to prevent the density of the molded body obtained by pressure molding from being lowered and difficult to handle.
  • the average particle size of the metal magnetic particles 10 means the particle size of particles in which the sum of masses from the smaller particle size reaches 50% of the total mass in the particle size histogram, that is, 50% particles.
  • the diameter is 50% of the total mass in the particle size histogram.
  • the insulating coating 20 functions as an insulating layer between the metal magnetic particles 10.
  • the insulating film 20 contains aluminum, silicon, phosphorus, and oxygen.
  • the insulating coating 20 for example, a single layer force can be used, and a composite phosphate doped with two kinds of cations of trivalent aluminum and tetravalent silicon can be used. That is, the insulating film 20 may be made of, for example, aluminum phosphate and silicon phosphate (phosphoric acid).
  • Fig. 3 (A) is a schematic diagram before heat treatment of a soft magnetic material containing an insulating coating made of iron phosphate
  • Fig. 3 (B) shows a soft magnetic material containing an insulating coating made of iron phosphate. It is a schematic diagram when heat-treating a material.
  • Fig. 4 (A) is a schematic diagram before heat treatment of a soft magnetic material including an insulating film having an aluminum phosphate strength
  • Fig. 4 (B) is a soft film including an insulating film made of aluminum phosphate-umuka. It is a schematic diagram when heat-treating a magnetic material.
  • FIG. 3 (A) is a schematic diagram before heat treatment of a soft magnetic material including an insulating film having an aluminum phosphate strength
  • Fig. 4 (B) is a soft film including an insulating film made of aluminum phosphate-umuka. It is a schematic diagram when heat-treating a magnetic material.
  • FIG. 3 (A) is a
  • FIG. 5 is a schematic diagram when a soft magnetic material including an insulating coating made of silicon phosphate is heat-treated.
  • FIG. 6 is a schematic diagram when the soft magnetic material including the insulating coating of the present invention is heat-treated. Also Table 1 shows the characteristics when the insulating coating contains iron (Fe), aluminum (A1), silicon (Si), and aluminum and silicon (A1 + Si) as cations.
  • an insulating coating film having iron phosphate strength which is an example of a conventional insulating coating film, will be described with reference to FIG. 3 (A), FIG. 3 (B), and Table 1.
  • the insulating coating contains iron, phosphorus, and oxygen.
  • FIG. 3B when the composite magnetic particles are heat-treated, as shown in Table 1, since iron has a low oxygen affinity, the bond with oxygen is released. Then, phosphorus and oxygen in the insulating film move to the metal magnetic particles, and iron in the metal magnetic particles moves to the insulating film. In other words, the metallization of the insulating coating is advanced, and the electrical resistance of the insulating coating is reduced, resulting in an increase in eddy current loss.
  • FIG. 4A the insulating film before the heat treatment contains aluminum, phosphorus, and oxygen. Aluminum has three bonds (trivalent).
  • the insulating film made of silicon phosphate includes silicon, phosphorus, and oxygen. Since silicon has the largest amount of bond strength, it can bond with phosphorus and oxygen in the insulating film. That is, a large amount of phosphorus and oxygen are present in the insulating film, so that the insulating film is soft (highly flexible). Therefore, as shown in Table 1, it has the advantage of good deformation followability.
  • silicon phosphate has a lower oxygen affinity than aluminum, and thus has a disadvantage that it is slightly inferior in heat resistance. If the heat resistance is slightly inferior, it is difficult to sufficiently remove strains and dislocations in the metal magnetic particles that are difficult to heat-treat at high temperatures. Distortion and dislocation can be removed If not, the hysteris loss increases.
  • the insulating film 20 in the embodiment of the present invention containing aluminum, silicon, phosphorus, and oxygen will be described with reference to FIG.
  • the insulating film 20 contains two kinds of cations, aluminum and silicon, phosphorus, and oxygen.
  • the insulating coating 20 is a composite phosphate that has the advantages of compensating for the drawbacks of aluminum and silicon described above.
  • the heat resistance of the insulating coating 20 can be improved by including aluminum. Therefore, as shown in Table 1, it is possible to increase the eddy current increase start temperature of the molded body obtained by pressure-molding the soft magnetic material in the embodiment.
  • the compound is stable even when the proportion of phosphorus in the insulating coating 20 is high. Therefore, by including silicon, as shown in Table 1, the deformation followability of the insulating film 20 can be improved. Therefore, the strength can be improved and, as shown in Table 1, the eddy current loss of the compact formed by press-molding the soft magnetic material in the embodiment can be reduced.
  • the insulating coating 20 contains phosphorus such as phosphate and oxygen, the insulating coating 20 is damaged during pressure forming, and an increase in eddy current loss can be suppressed. Furthermore, by including a phosphate having phosphorus and oxygen in the insulating coating 20, the coating layer covering the surface of the metal magnetic particle 10 can be made thinner. Therefore, the magnetic flux density of the composite magnetic particle 30 can be increased, and the magnetic characteristics can be improved.
  • the molar amount of aluminum contained in the insulating coating 20 Is the sum of the molar amount of aluminum and the molar amount of silicon (M +
  • the insulating coating 20 in the embodiment is 0.4.
  • the insulating coating 20 may be formed as a single layer as shown in the figure, or a multilayer in which another insulating coating is formed on the layer made of the insulating coating 20 of the present invention. It may be formed.
  • the average film thickness of the insulating coating 20 is preferably lOnm or more and 1 ⁇ m or less. More preferably, the average thickness of the insulating coating 20 is 20 nm or more and 0.3 / z m or less.
  • the average film thickness of the insulating coating 20 is lOnm or more, energy loss due to eddy current can be suppressed.
  • the thickness By setting the thickness to 20 nm or more, energy loss due to eddy current can be effectively suppressed.
  • the average film thickness of the insulating coating 20 to 1 m or less, it is possible to prevent the insulating coating 20 from being sheared and destroyed during pressure molding.
  • the ratio of the insulating coating 20 to the soft magnetic material should not be too large, it is possible to prevent the magnetic flux density of the dust core obtained by pressing the soft magnetic material from being significantly reduced.
  • the average film thickness of the insulating coating 20 By setting the average film thickness of the insulating coating 20 to 0.3 / z m or less, it is possible to further prevent a decrease in magnetic flux density.
  • the average film thickness is obtained by TEM—EDX (transmission electron microscope energy dispersive X-ray spectroscopy)!
  • P— Ms Inductively coupled plasma-mass spectrometry (1)
  • the equivalent thickness was derived. Furthermore, the coating was directly observed with a TEM photograph, and the equivalent thickness previously derived. This is determined by confirming that the order is appropriate.
  • the average particle size of the composite magnetic particle 30 is preferably 30 ⁇ m or more and 500 ⁇ m or less.
  • the above resin 40 is adhered or coated. These oils 40 are added to the dust core to increase the bonding force between adjacent composite magnetic particles! RU
  • the resin 40 preferably contains 0.01 mass% or more and 1.0 mass% or less of the resin 40 with respect to the metal magnetic particles 10. This is because when the content is 0.01% by mass or more, the bending strength of the soft magnetic material and the powder magnetic core at high temperature can be further prevented. On the other hand, the inclusion of 1.0% by mass or less limits the proportion of the nonmagnetic layer in the soft magnetic material and the powder magnetic core, thereby further preventing a decrease in the magnetic flux density.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a method of manufacturing a dust core according to the embodiment of the present invention in the order of steps.
  • a step (S10) of preparing the metal magnetic particles 10 is performed.
  • metallic magnetic particles 10 metallic magnetic particle powder, which is a particle powder to be treated
  • iron as a main component
  • a step (S20) of preparing the insulating coating 20 is performed.
  • a solution in which beg aluminum alkoxide for forming insulating film 20 containing aluminum, silicon, phosphorus, and oxygen is dispersed or dissolved in an organic solvent, silicon alkoxide, and phosphoric acid solution are prepared. To do.
  • the type of alkoxide constituting the aluminum alkoxide is not particularly limited, and for example, methoxide, ethoxide, propoxide, isopropoxide, oxyisopropoxide, butoxide and the like can be used. Considering the uniformity of treatment and treatment effect, it is preferable to use aluminum triisopropoxide, aluminum tributoxide, etc. as the aluminum alkoxide.
  • the organic solvent is not particularly limited as long as it is generally used, but it is preferably a water-soluble organic solvent.
  • an alcohol solvent such as ethyl alcohol, propyl alcohol, or butyl alcohol
  • a ketone solvent such as acetone or methyl ethyl ketone, a methyl solvate, an ethyl sorb solution, a propyl sorb solution, or a butyl sorb solution
  • Glycol ether solvents diethylene glycol, triethylene glycol, polyethylene glycol, dipropylene glycol, and Suitable is oxyethylene such as tripropylene glycol or polypropylene glycol, a polymer with oxypropylene, ethylene glycol, propylene glycol, or alkylene glycol such as 1,2,6-hexanetriol, glycerin, or 2-pyrrolidone.
  • Alcohol solvents such as ethyl alcohol, propyl alcohol, or butyl
  • Examples of the alkoxide constituting the silicon alkoxide include methoxide, ethoxide, propoxide, isopropoxide, oxyisopropoxide, butoxide, and the like. Further, ethyl silicate and methyl silicate obtained by partially hydrolyzing and condensing tetraethoxysilane or tetramethoxysilane can be used. Considering the uniformity of treatment and the treatment effect, the silicon alkoxide is preferably tetraethoxysilane, tetramethoxysilane, methyl silicate or the like.
  • the silicon alkoxide and aluminum alkoxide are preferably used by being previously dispersed or dissolved in the organic solvent in order to perform a more uniform treatment.
  • Hydrolysis of silicon alkoxide and aluminum alkoxide does not require any particular addition of water in order to attach or coat a finer inorganic compound to the particle surface of the metal magnetic particles. It is preferable to perform hydrolysis with moisture and moisture contained in the soft magnetic particles.
  • the addition amount of the aluminum alkoxide, metal magnetic that depends specific surface area of the particles force the metal magnetic particles per 100 parts by weight, with 8. 8 X 10- 6 parts by weight to 0.38 by weight section with A1 terms There is preferably 1. 8 X 10- 5 parts by weight to 0.11 parts by weight.
  • the addition amount of the silicon alkoxide varies depending the specific surface area of the metal magnetic particles, the magnetic metal particles, per 100 parts by weight of 2. In terms of Si 4 10 6 parts by weight to 0. 26 parts by weight, preferably 4. 8 X 10- 6 parts by weight to 0.078 parts by weight. By setting the amount of additive within this range, an insulating film having the target composition of the present invention can be formed.
  • the phosphoric acid is an acid formed by hydration of quinolinic acid pentalin.
  • metaphosphoric acid, pyrophosphoric acid, orthophosphoric acid, triphosphoric acid, and tetraphosphoric acid can be used.
  • the addition amount of phosphoric acid is different forces usually by specific surface area of the metal magnetic particles, the magnetic metal particles, per 100 parts by weight be 6. P conversion 5 10 5 parts by weight to 0. 87 parts by weight , preferably 1. 3 X 10- 4 parts by weight to 0.26 parts by weight. By setting the amount of additive within this range, an insulating film having the composition intended by the present invention can be formed.
  • a step (S30) of mixing and stirring the metal magnetic particles 10, aluminum alkoxide, silicon alkoxide, and phosphoric acid is performed.
  • a high-speed agitate mixer can be used as a device for mixing. Specifically, a Henschel mixer, speed mixer, Bonore cutter, power mixer, hybrid mixer, cone blender, etc. can be used.
  • the mixing and stirring step (S30) is preferably performed at room temperature or higher and below the boiling point of the organic solvent used from the viewpoint of good mixing.
  • the reaction is preferably performed in an inert gas atmosphere such as N 2 gas.
  • aluminum alkoxide, silicon alkoxide and phosphoric acid may be added simultaneously or separately.
  • a step (S40) of drying the obtained composite magnetic particles 30 is performed.
  • the composite magnetic particles 30 are dried for 3 hours to 24 hours in a draft at room temperature. Thereafter, the composite magnetic particles 30 can be obtained by further drying in a temperature range of 60 ° C. to 120 ° C. or by drying under reduced pressure in a temperature range of 30 ° C. to 80 ° C. If it exceeds the above temperature range, the drying step (S40) is inactive in air and N (nitrogen) gas.
  • the insulating coating 20 surrounding the surface of the metal magnetic particle 10 can be formed.
  • iron is the main component.
  • a plurality of composite magnetic particles 30 having an insulating coating 20 surrounding the surface of the metal magnetic particles 10 can be produced.
  • one or more types of resin 40 selected from the group consisting of silicone resin, epoxy resin, phenol resin, amide resin, polyimide resin, polyethylene resin, and nylon resin are prepared.
  • the mixing method for example, mechanical caloring method, vibration ball mill, planetary ball mill, mechanofusion, coprecipitation method, chemical vapor deposition method (CVD method), physical vapor deposition method (PVD method) ), Plating methods, sputtering methods, vapor deposition methods or sol-gel methods can also be used.
  • the soft magnetic material of the embodiment is obtained.
  • the following steps are further performed.
  • a step (S50) of pressure-molding the obtained soft magnetic material is performed.
  • the obtained soft magnetic material is put into a mold and, for example, press-molded with a pressure of 700 MPa to 1500 MPa. Thereby, a soft magnetic material is compressed and a molded object is obtained.
  • the atmosphere for pressure forming is preferably an inert gas atmosphere or a reduced pressure atmosphere. In this case, the composite magnetic particles 30 can be prevented from being oxidized by oxygen in the atmosphere.
  • a heat treatment step (S60) is performed.
  • the molded body obtained by pressure molding is subjected to heat treatment at a temperature of 400 ° C. or higher and lower than the thermal decomposition temperature of the insulating coating 20.
  • the distortion and dislocation existing in the molded body are removed.
  • the heat treatment is performed at a temperature lower than the thermal decomposition temperature of the insulating coating 20, the insulating coating 20 is not deteriorated by this heat treatment.
  • the resin 40 becomes an organic substance 50 by the heat treatment.
  • the green body shown in Fig. 2 is completed by subjecting the compact to appropriate processing such as extrusion and cutting.
  • the dust core shown in FIG. 2 is produced by the above steps (S10 to S60).
  • a soft magnetic material comprising a plurality of composite magnetic particles having metallic magnetic particles 10 as components and an insulating coating 20 surrounding the surface of the metallic magnetic particles 10, wherein the insulating coating 20 is made of aluminum, silicon,
  • the molar amount of aluminum contained in the insulating coating 20 containing phosphorus and oxygen is M, and the sum of the molar amount of aluminum and the molar amount of silicon is (M + M).
  • the heat resistance of the insulating coating can be improved, and the hysteresis loss of the dust core formed by pressure-molding this soft magnetic material can be reduced.
  • the deformation followability of the insulating coating 20 can be improved, and eddy current loss can be reduced. Therefore, an excellent soft magnetic material capable of reducing iron loss can be obtained.
  • the step of preparing the metal magnetic particles 10 containing iron as a main component (S10) and surrounding the surfaces of the metal magnetic particles 10 Forming the insulating coating 20 (S20, S30), and the step of forming the insulating coating (S 20, S30) comprises mixing the metal magnetic particles 10, aluminum alkoxide, silicon alkoxide, and phosphoric acid.
  • a step of stirring (S30) is included.
  • A1 The sum of the molar amount of aluminum and the molar amount of silicon is (M + M), and the molar amount of phosphorus is M
  • the dust core according to the embodiment of the present invention is pressure-molded using the soft magnetic material. Therefore, it is possible to realize a dust core having excellent characteristics with an eddy current loss of 35 WZkg or less at a maximum excitation magnetic flux density of 1 T and a frequency of 1000 Hz.
  • A1 The sum of the molar amount of aluminum and the molar amount of silicon is (M + M), and the molar amount of phosphorus is M
  • the soft magnetic material was press-molded at a surface pressure of 1280 MPa to produce a ring-shaped (outer diameter 34 mm, inner diameter 20 mm, thickness 5 mm) shaped body. Thereafter, the compact was heat-treated at 550 ° C for 1 hour in a nitrogen atmosphere. This produced the dust core of the example of the present invention.
  • Comparative Example 4 is outside the range of 0.4 ⁇ A1 / Me ⁇ 0.9 and 0.25 ⁇ Me / P ⁇ l.0 in Table 2 and corresponds to those other than Comparative Examples 1 to 3.
  • the hysteresis loss coefficient K and eddy current loss K were calculated by fitting using the least square method.
  • the dust core of the present invention within the range of M ⁇ 1.0 has an eddy current loss of 35 WZkg or less. Thus, the eddy current loss during the high temperature heat treatment could be reduced.
  • the eddy current loss was 24 WZkg or less, and the eddy current loss during the high temperature heat treatment could be greatly reduced.
  • the eddy current loss of Comparative Example 1 having an insulating film containing no aluminum and silicon was as high as 116 WZkg. Further, the eddy current loss of Comparative Example 2 having an insulating film not containing aluminum was as high as 57 WZkg to 171 WZkg. Further, the eddy current loss of Comparative Example 3 having an insulating film not containing silicon was 36 WZkg to 79 WZkg, which was slightly higher than that of the present invention. Also, the molar amount of aluminum, silicon and phosphorus is 0.5 ⁇ M / (M
  • the current loss was a little higher than 36 WZkg to 168 WZkg compared to the inventive example.
  • the molar amount of aluminum contained in the insulating coating is M
  • the sum of the molar amount of aluminum and the molar amount of silicon is (M + M).

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Abstract

 鉄損の悪化を防止するとともに、抗折強度の優れた軟磁性材料および圧粉磁心を提供する。軟磁性材料は、金属磁性粒子(10)と、金属磁性粒子(10)の表面を取り囲む絶縁被膜(20)とを有する複数の複合磁性粒子(30)を備えている。金属磁性粒子(10)は、鉄を主成分とする。絶縁被膜(20)は、アルミニウム、シリコン、リン、および酸素を含む。また、絶縁被膜20に含有されているアルミニウムのモル量をMAlとし、アルミニウムのモル量とシリコンのモル量との和を(MAl+MSi)とし、リンのモル量をMpとした場合に、0.4≦MAl/(MAl+MSi)≦0.9の関係と、0.25≦(MAl+MSi)/Mp≦1.0の関係とを満たす。

Description

明 細 書
軟磁性材料、圧粉磁心、軟磁性材料の製造方法、および圧粉磁心の製 造方法
技術分野
[0001] 本発明は、軟磁性材料、圧粉磁心、軟磁性材料の製造方法、および圧粉磁心の 製造方法に関する。
背景技術
[0002] 電磁弁、モータ、または電源回路などを有する電気機器には、電磁鋼板が軟磁性 部品として使用されている。軟磁性部品には、小さな磁場の印加で大きな磁束密度 を得ることができ、外部力もの磁界変化に対して敏感に反応できる磁気的特性が求 められる。
[0003] この軟磁性部品を交流磁場で使用した場合、鉄損と呼ばれるエネルギー損失が生 じる。この鉄損は、ヒステリシス損と渦電流損との和で表わされる。ヒステリシス損とは、 軟磁性部品の磁束密度を変化させるために必要なエネルギーに相当するものである 。ヒステリシス損は作動周波数に比例するので、主に、 1kHz以下の低周波領域にお いて支配的になる。また、ここで言う渦電流損とは、主として軟磁性部品内を流れる 渦電流によって生じるエネルギー損失をいう。渦電流損は作動周波数の 2乗に比例 するので、主に、 1kHz以上の高周波領域において支配的になる。
[0004] 軟磁性部品には、この鉄損の発生を小さくする磁気的特性が求められる。これを実 現するためには、軟磁性部品の透磁率 、飽和磁束密度 Bsおよび電気抵抗率 pを 大きくし、軟磁性部品の保磁力 Heを小さくすることが必要となる。
[0005] 近年、機器の高出力化、高効率ィ匕に向けて、作動周波数の高周波化が進んでいる 為に、電磁鋼板に比べて渦電流損が小さい圧粉磁心が注目されている。この圧粉磁 心は、複数の複合磁性粒子よりなっており、複合磁性粒子は金属磁性粒子と、その 表面を被覆する絶縁被膜とを有して 、る。
[0006] 圧粉磁心の鉄損のうち、ヒステリシス損を低下させるためには、金属磁性粒子内の 歪や転位を除去して磁壁の移動を容易にすることで、圧粉磁心の保磁力 Heを小さく すればよい。金属磁性粒子内の歪や転位を十分に除去するためには、成形した圧 粉磁心を 400°C以上の高温、好ましくは 550°C以上の高温、さらに好ましくは 650°C 以上の高温で熱処理する必要がある。
[0007] ところが、絶縁被膜は、成形時の粉末変形への追従性が求められる理由から、たと えばボンデ処理等によって得られる粉末への密着性が高ぐかつ、伸縮性に富むリン 酸鉄非晶質ィ匕合物よりなっており、十分な高温安定性が得られていない。すなわち、 圧粉磁心をたとえば 400°C以上の高温で熱処理しょうとすると、金属磁性粒子の構 成金属元素が非晶質中へ拡散侵入するなどにより絶縁性が失われてしまう。このた め、高温熱処理によってヒステリシス損を低下させようとすると、圧粉磁心の電気抵抗 率 Pが低下し、渦電流損が大きくなつてしまうという問題があった。特に、電気機器の 小型化、効率化、および大出力化が近年要求されており、これらの要求を満たすた めには、電気機器をより高周波領域で使用することが必要である。高周波領域での 渦電流損が大きくなれば、電気機器の小型化、効率化、および大出力化の妨げにな つてしまう。
[0008] そこで、絶縁被膜の高温安定性を向上し得る技術力、たとえば特開 2003— 2729 11号公報 (特許文献 1)に開示されている。上記特許文献 1には、高温安定性の高 いリン酸アルミニウム系の絶縁被膜を有する複合磁性粒子よりなる軟磁性材料が開 示されている。上記特許文献 1では、以下の方法により軟磁性材料が製造されている 。まず、アルミニウムを含むリン酸塩と、たとえばカリウム等を含む重クロム塩とを含む 絶縁被覆水溶液が鉄粉に噴射される。次に、絶縁被覆水溶液が噴射された鉄粉が 3 00°Cで 30分間保持され、 100°Cで 60分間保持される。これにより、鉄粉に形成され た絶縁被膜が乾燥される。次に、絶縁被膜が形成された鉄粉が加圧成形され、加圧 成形後に熱処理され、軟磁性材料が完成する。
特許文献 1:特開 2003— 272911号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] し力しながら、上記特許文献 1に開示された技術にぉ 、ては、絶縁被膜はリン酸非 晶質(-0— P— 0-)およびクロム酸非晶質(-0— Cr— 0-)を基本構造とし、ァ ルミ-ゥムまたはカリウムと 、つたカチオン元素によって結びつ ヽて 、る。このような非 晶質においてはカチオン元素の結合手 (酸ィ匕数、共有結合価数)が多いほど、伸縮 性に富むリン酸等の基本構造の密度を高めることができる。しかし、カチオン元素が アルミニウム(3価)およびカリウム(1価)である上記特許文献 1に開示された技術で は、比較的価数が低い状況であり、絶縁被膜の伸縮性が高くないという欠点がある。 その結果、渦電流損が増大して、鉄損が増大するという問題があった。
[0010] それゆえ本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、本発 明の目的は、鉄損を低下することができる軟磁性材料、圧粉磁心、軟磁性材料の製 造方法、および圧粉磁心の製造方法を提供することである。
課題を解決するための手段
[0011] 本発明にしたがった軟磁性材料は、金属磁性粒子と、金属磁性粒子の表面を取り 囲む絶縁被膜とを有する複数の複合磁性粒子を備えている。金属磁性粒子は、鉄を 主成分とする。絶縁被膜は、アルミニウム (A1)、シリコン (Si)、リン (P)、および酸素( O)を含む。絶縁被膜に含有されているアルミニウムのモル量を M とし、アルミニウム
A1
のモル量とシリコンのモル量との和を(M +M )とし、リンのモル量を Mとした場合
Al Si p
に、 0. 4≤M / (M +M )≤0. 9の関係と、 0. 25≤(M +M ) /M≤1. 0の関
Al Al Si Al Si p
係とを満たす。
[0012] 本発明の軟磁性材料によれば、絶縁被膜にリン酸非晶質基本構造に対し、耐熱性 の付与効果の大き ヽアルミニウムとリン酸構造の密度向上効果の大き 、シリコンとを 含む。詳細には、アルミニウムは酸素との親和性が高いので、高温安定性を有する。 そのため、軟磁性材料を高温で熱処理しても破損し難い。また、金属磁性粒子と接 触する絶縁被膜の接触面に形成された層の分解を防ぐ役割も果たす。したがって、 アルミニウムを含むことにより、絶縁被膜の耐熱性を向上することができ、この軟磁性 材料を加圧成形した圧粉磁心のヒステリシス損を、渦電流損を悪化させることなく低 下することができる。また、シリコンは結合手力 本 (4価)であるため、絶縁被膜中のリ ン酸非晶質構造の密度を高めることができ、絶縁被膜の伸縮性が向上する。また、了 ルミ-ゥムには及ばないが、良好な耐熱性付与効果も有している。したがって、シリコ ンを含むことにより、絶縁被膜の変形追従性を向上することができ、渦電流損を低下 するとともに、強度を向上することができる。また、絶縁被膜が含んでいるリンおよび 酸素は鉄に対して高い密着性を有するので、鉄を主成分とする金属磁性粒子と絶縁 被膜との密着性を向上できる。したがって、リンおよび酸素を含むことにより、加圧成 形の際に絶縁被膜が破損しに《なり、渦電流損の増大を抑止することができる。よつ て、絶縁被膜カ^ン酸アルミニウム非晶質ィ匕合物とリン酸シリコン (硅リン酸)非晶質ィ匕 合物の利点とを併せ持つことができるため、鉄損を低下することができる優れた軟磁 性材料を実現することができる。
[0013] また、 M / (M +M )を 0. 4以上とすることによって、アルミニウムの耐熱性付与
Al Al Si
効果がより向上する。そのため、ヒステリシス損の低減を通じて鉄損をより低減できる。
M / (M +M )を 0. 9以下とすることによって、リン酸アルミニウムの亀裂が生じや
Al Al Si
すい性質を効果的に抑制できる。そのため、渦損の低減を通じて鉄損をより低減でき る。また、(M +M ) /Mを 0. 25以上とすることによって、アルミニウムの耐熱性付
Al Si p
与効果およびシリコンの変形追従性付与効果がより向上する。そのため、ヒステリシス 損および渦電流損の低減を通じて鉄損をより低減できる。 (M +M ) ZMを 1. 0以
Al Si p
下とすることによって、金属磁性粒子と絶縁被膜との密着性をより向上する。そのため 、電気抵抗の低減および渦電流損の低減を通じて鉄損をより低減できる。
[0014] なお、「鉄を主成分とする」とは、鉄の割合が 50質量%以上であることを意味して 、 る。
[0015] 上記軟磁性材料において好ましくは、 0. 5≤M
Al Z(M +M )≤0. 8の関係と、 0 Al Si
. 5≤(M +M ) /M≤0. 75の関係とをさらに満たす。 M / (M +M )を 0. 5以
Al Si p Al Al Si
上とすることによって、アルミニウムの耐熱性付与効果がより一層向上する。そのため
、ヒステリシス損のさらなる低減を通じて鉄損をより一層低減できる。 M
Al Z(M +M Al Si
)を 0. 8以下とすることによって、リン酸アルミニウムの亀裂が生じやすい性質をより効 果的に抑制できる。そのため、渦電流損のさらなる低減を通じて鉄損をより一層低減 できる。また、(M +M ) ZMを 0. 5以上とすることによって、アルミニウムの耐熱性
Al Si p
付与効果およびシリコンの変形追従性付与効果がより一層向上する。そのため、ヒス テリシス損および渦電流損のさらなる低減を通じて鉄損をより一層低減できる。(M
A1
+ M ) /Mを 0. 75以下とすることによって、金属磁性粒子と絶縁被膜との密着性を より一層向上する。そのため、電気抵抗の低減および渦電流損のさらなる低減を通じ て鉄損をより一層低減できる。
[0016] 上記軟磁性材料にお!ヽて好ましくは、絶縁被膜の平均膜厚が 10nm以上 1 μ m以 下である。絶縁被膜の平均膜厚を 10nm以上とすることによって、渦電流によるエネ ルギー損失を効果的に抑制することができる。また、絶縁被膜の平均膜厚を 1 μ m以 下とすることによって、軟磁性材料に占める絶縁被膜の割合が大きくなりすぎない。こ のため、この軟磁性材料を加圧成形して得られる圧粉磁心の磁束密度が著しく低下 することを防止できる。
[0017] 上記軟磁性材料において好ましくは、絶縁被膜の表面に、シリコーン榭脂、ェポキ シ榭脂、フエノール榭脂、アミド榭脂、ポリイミド榭脂、ポリエチレン榭脂、およびナイ口 ン榭脂よりなる群力も選ばれる 1種以上の榭脂が付着または被覆している。これにより 、軟磁性材料を加圧成形してなる圧粉磁心において、隣り合う複合磁性粒子同士の 接合力をより高めることができる。
[0018] 上記軟磁性材料において好ましくは、榭脂は、金属磁性粒子に対して、 0. 01質量 %以上 1. 0質量%以下含まれる。 0. 01質量%以上とすることで、隣り合う複合磁性 粒子同士の接合力をさらに高めることができる力もである。一方、 1. 0質量%以下と することで、軟磁性材料に占める榭脂の割合が大きくなりすぎない。このため、この軟 磁性材料を加圧成形して得られる圧粉磁心の磁束密度が著しく低下することを防止 できる。
[0019] 本発明にしたがった圧粉磁心は、上述の 、ずれか〖こ記載の軟磁性材料を用いて 作製される。このように構成された圧粉磁心によれば、渦電流損の低減を通じて、鉄 損の小さい磁気的特性を実現することができる。なお、圧粉磁心とする場合、強度上 他の有機物を添加することもある。このような有機物が存在する下であっても、本発明 による効果は得られる。
[0020] 上記圧粉磁心において好ましくは、最大励起磁束密度が 1T、周波数が 1000Hz において、渦電流損失が 35WZkg以下である。本発明による絶縁被膜を有すること により、渦電流損失が大きく低減されるため、鉄損のさらに小さい圧粉磁心とすること ができる。 [0021] 本発明の軟磁性材料の製造方法によれば、鉄を主成分とする金属磁性粒子を準 備する工程と、金属磁性粒子の表面を取り囲む絶縁被膜を形成する工程とを備えて いる。絶縁被膜を形成する工程は、金属磁性粒子と、アルミニウムアルコキシドと、シ リコンアルコキシドと、リン酸とを混合'攪拌する工程を含む。これにより、伸縮性およ び粉末との密着性に富むリン酸非晶質構造を基本とし、耐熱性付与効果の非常に 高いアルミニウムと、耐熱性付与効果を有し、かつ、リン酸構造の密度向上に効果的 なシリコンを含む絶縁被膜を形成できる。絶縁被膜にアルミニウムを含むことにより、 絶縁被膜の耐熱性を向上することができ、この軟磁性材料を加圧成形した圧粉磁心 のヒステリシス損を、渦電流損を悪化させることなく低下することができる。また、絶縁 被膜にシリコンを含むことにより、絶縁被膜の変形追従性を向上することができ、渦電 流損を低下することができる。よって、鉄損を低下できる優れた軟磁性材料を製造す ることがでさる。
[0022] 本発明の圧粉磁心の製造方法によれば、上記軟磁性材料を準備する工程と、軟磁 性材料を圧縮成形する工程とを備える。これにより、鉄損を低下できる優れた圧粉磁 、を製造することができる。
発明の効果
[0023] 以上説明したように、本発明の軟磁性材料によれば、耐熱性付与効果の高!ヽアル ミニゥムと、変形追従性付与効果の高いシリコンとを含む絶縁被膜を有している。よつ て、鉄損を低下することができる軟磁性材料とすることができる。
図面の簡単な説明
[0024] [図 1]本発明の実施の形態における軟磁性材料を模式的に示す図である。
[図 2]本発明の実施の形態における圧粉磁心の拡大断面図である。
[図 3] (A)は、リン酸鉄からなる絶縁被膜を含む軟磁性材料を熱処理する前の模式図 であり、(B)は、リン酸鉄カゝらなる絶縁被膜を含む軟磁性材料を熱処理した時の模式 図である。
[図 4] (A)は、リン酸アルミニウムカゝらなる絶縁被膜を含む軟磁性材料を熱処理する 前の模式図であり、(B)は、リン酸アルミニウムからなる絶縁被膜を含む軟磁性材料 を熱処理した時の模式図である。 [図 5]リン酸シリコンカゝらなる絶縁被膜を含む軟磁性材料を熱処理する際の模式図で ある。
[図 6]本発明の実施の形態における絶縁被膜を含む軟磁性材料を熱処理する際の 模式図である。
[図 7]本発明の実施の形態における圧粉磁心の製造方法を工程順に示すフローチヤ ートである。
符号の説明
[0025] 10 金属磁性粒子、 20 絶縁被膜、 30 複合磁性粒子、 40 榭脂、 50 有機物。
発明を実施するための最良の形態
[0026] 以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面におい て同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない
[0027] (実施の形態)
図 1は、本発明の実施の形態における軟磁性材料を模式的に示す図である。図 1 に示すように、本実施の形態における軟磁性材料は、金属磁性粒子 10と、金属磁性 粒子 10の表面を取り囲む絶縁被膜 20とを有する複数の複合磁性粒子 30と、榭脂 4 0とを備えている。金属磁性粒子 10は、鉄を主成分とする。絶縁被膜 20は、アルミ- ゥム、シリコン、リン、および酸素を含む。絶縁被膜 20に含有されているアルミニウム のモル量を M とし、アルミニウムのモル量とシリコンのモル量との和を(M +M )と
Al Al Si し、リンのモル量を Mpとした場合に、 0. 4≤M / {M +M )≤0. 9の関係と、 0. 2
Al Al Si
5≤(M +M ) /M≤1. 0の関係とを満たしている。
Al Si p
[0028] 図 2は、本発明の実施の形態における圧粉磁心の拡大断面図である。なお、図 2の 圧粉磁心は、図 1の軟磁性材料に加圧成形および熱処理を施すことによって製造さ れたものである。図 2に示すように、本実施の形態における圧粉磁心において、複数 の複合磁性粒子 30の各々は、榭脂 40によって接合されていたり、複合磁性粒子 30 が有する凹凸の嚙み合わせなどによって接合されていたりする。有機物 50は、軟磁 性材料に含まれていた榭脂 40などが熱処理の際に変化したものである。
[0029] 本発明の軟磁性材料および圧粉磁心にお!ヽて、金属磁性粒子 10は、たとえば、鉄 (Fe)、鉄 (Fe) シリコン (Si)系合金、鉄 (Fe) アルミニウム (A1)系合金、鉄 (Fe) -窒素 (N)系合金、鉄 (Fe) -ニッケル (Ni)系合金、鉄 (Fe)—炭素 (C)系合金、鉄 (Fe) ホウ素(B)系合金、鉄 (Fe) コバルト(Co)系合金、鉄 (Fe) リン (P)系合 金、鉄(Fe) ニッケル (Ni) コバルト(Co)系合金および鉄(Fe) アルミニウム (A1 )—シリコン (Si)系合金など力も形成されている。金属磁性粒子 10は、金属単体でも 合金でもよい。
[0030] 金属磁性粒子 10の平均粒径は、 30 μ m以上 500 μ m以下であることが好まし!/、。
金属磁性粒子 10の平均粒径を 30 m以上とすることにより、保磁力を低減すること ができる。平均粒径を 500 m以下とすることにより、渦電流損を低減することができ る。また、加圧成形時において混合粉末の圧縮性が低下することを抑止できる。これ により、加圧成形によって得られた成形体の密度が低下せず、取り扱いが困難になる ことを防ぐことができる。
[0031] なお、金属磁性粒子 10の平均粒径とは、粒径のヒストグラム中、粒径の小さい方か らの質量の和が総質量の 50%に達する粒子の粒径、つまり 50%粒径をいう。
[0032] 絶縁被膜 20は、金属磁性粒子 10間の絶縁層として機能する。絶縁被膜 20は、ァ ルミ-ゥム、シリコン、リン、および酸素を含む。
[0033] 絶縁被膜 20は、たとえば 1層力もなり、 3価のアルミニウムと 4価のシリコンとの 2種類 のカチオンがドープされた複合リン酸塩を用いることができる。すなわち、絶縁被膜 2 0は、たとえばリン酸アルミニウムおよびリン酸シリコン (硅リン酸)からなるものを用いる ことができる。
[0034] 本発明の実施の形態における絶縁被膜 20について、以下、図 3〜図 6、および表 1 を参照して詳細に説明する。図 3 (A)は、リン酸鉄カゝらなる絶縁被膜を含む軟磁性材 料を熱処理する前の模式図であり、図 3 (B)は、リン酸鉄からなる絶縁被膜を含む軟 磁性材料を熱処理した時の模式図である。図 4 (A)は、リン酸アルミニウム力もなる絶 縁被膜を含む軟磁性材料を熱処理する前の模式図であり、図 4 (B)は、リン酸アルミ -ゥムカゝらなる絶縁被膜を含む軟磁性材料を熱処理した時の模式図である。図 5は、 リン酸シリコンカゝらなる絶縁被膜を含む軟磁性材料を熱処理する際の模式図である。 図 6は、本発明の絶縁被膜を含む軟磁性材料を熱処理する際の模式図である。また 、表 1は、絶縁被膜において、鉄 (Fe)、アルミニウム (A1)、シリコン(Si)、およびアル ミニゥムとシリコン (A1+ Si)をカチオンとして含む場合の特性を示す。
[表 1]
Figure imgf000012_0001
まず、従来の絶縁被膜の一例であるリン酸鉄力もなる絶縁被膜について、図 3(A) 図 3(B)、および表 1を参照して説明する。図 3(A)に示すように、熱処理を行なう前 の絶縁被膜は、鉄とリンと酸素とを含む。そして、図 3 (B)に示すように、複合磁性粒 子に熱処理を行なうと、表 1に示すように、鉄は酸素親和性が低いので、酸素との結 合が解除される。すると、絶縁被膜中のリンと酸素とが金属磁性粒子に移動し、金属 磁性粒子中の鉄が絶縁被膜に移動する。すなわち、絶縁被膜の金属化が進み、絶 縁被膜の電気抵抗が低下してしまい、渦電流損が大きくなるという欠点がある。
[0037] 次に、従来の絶縁被膜の他の例であるリン酸アルミニウム力もなる絶縁被膜につい て、図 4 (A)、図 4 (B)、および表 1を参照して説明する。図 4 (A)に示すように、熱処 理を行なう前の絶縁被膜は、アルミニウムとリンと酸素とを含む。アルミニウムは結合 手が 3本(3価)である。
[0038] そして、図 4 (B)に示すように、複合磁性粒子に熱処理を行なっても、表 1に示すよ うに、アルミニウムは酸素親和性が高いので、酸素との結合が維持される。そのため、 リンおよび酸素が拡散することを抑制することができるので、金属磁性粒子中の鉄は 絶縁被膜に移動しに《なる。すなわち、絶縁被膜の金属化を防止でき、電気的抵抗 の低下を抑制できる。また、リン酸塩において、酸素親和性が高いカチオンを有して いると耐熱性が向上する。そのため、表 1に示すように、耐熱性が高いという利点を有 している。
[0039] しかし、アルミニウムの結合手は 3本であるので、絶縁被膜中のリンおよび酸素の比 率が少なくなる。そのため、リン酸アルミニウム力もなる絶縁被膜は硬い(可撓性が低 い)ので、図 4 (A)に示すように、絶縁被膜に亀裂が生じやすいという欠点がある。
[0040] 次に、従来の絶縁被膜のさらに他の例であるリン酸シリコン力もなる絶縁被膜につ いて、図 5および表 1を参照して説明する。図 5に示すように、リン酸シリコン力 なる 絶縁被膜は、シリコンとリンと酸素とを含む。シリコンは結合手力 本と最も多いため、 絶縁被膜中においてリンおよび酸素と多く結合できる。すなわち、絶縁被膜中におい て、リンおよび酸素が多く存在することとなり、軟らかい(可撓性が高い)絶縁被膜とな る。そのため、表 1に示すように、変形追従性が良好という利点を有している。
[0041] しかし、リン酸シリコンは、表 1に示すように、アルミニウムと比較して酸素親和性が 低いので、耐熱性にやや劣るという欠点がある。耐熱性がやや劣ると、高温で熱処理 を施し難ぐ金属磁性粒子内の歪や転位を十分に除去し難い。歪や転位を除去でき ない場合には、ヒステリス損が増えてしまう。
[0042] 次に、アルミニウム、シリコン、リン、および酸素を含む本発明の実施の形態におけ る絶縁被膜 20について、図 6および表 1を参照して説明する。絶縁被膜 20は、図 6 に示すように、アルミニウムおよびシリコンの 2種類のカチオンと、リンと、酸素とを含む 。絶縁被膜 20は、表 1に示すように、上述したアルミニウムとシリコンとの欠点を補い 合って、利点を併せ持つ複合リン酸塩である。
[0043] すなわち、アルミニウムは表 1に示すように高温安定性 (耐熱性)を有するので、軟 磁性材料を高温で熱処理しても破損しにくい。また、金属磁性粒子 10と接触する絶 縁被膜 20の接触面に形成された層の分解を防ぐ役割も果たす。そのため、アルミ- ゥムを含むことにより、絶縁被膜 20の耐熱性を向上することができる。よって、表 1に 示すように、実施の形態における軟磁性材料を加圧成形した成形体の渦電流増大 開始温度を高くすることができる。
[0044] また、シリコンの結合手は 4本であるので、絶縁被膜 20におけるリンの割合が高い 場合であっても化合物として安定する。そのため、シリコンを含むことにより、表 1に示 すように、絶縁被膜 20の変形追従性を向上することができる。よって、強度を向上す ることができるとともに、表 1に示すように、実施の形態における軟磁性材料を加圧成 形した成形体の渦電流損を低下することができる。
[0045] また、リンと酸素とは鉄に対して高 、密着性を有するので、鉄を主成分とする金属 磁性粒子 10と絶縁被膜 20との密着性を向上できる。したがって、絶縁被膜 20にたと えばリン酸塩などのリンと酸素とを含むことにより、加圧成形の際に絶縁被膜 20が破 損しに《なり、渦電流損の増大を抑止することができる。さらに、絶縁被膜 20にリンと 酸素とを有するリン酸塩を含むことにより、金属磁性粒子 10の表面を覆う被覆層をよ り薄くすることができる。したがって、複合磁性粒子 30の磁束密度を大きくすることが でき、磁気特性が向上することができる。
[0046] したがって、 3価のアルミニウムが有する耐熱性付与効果と、 4価のシリコンが有する 変形追従性付与効果とをさらに高めるために、絶縁被膜 20に含有されているアルミ -ゥムのモル量を M とし、アルミニウムのモル量とシリコンのモル量との和を(M +
Al A1
M )とし、リンのモル量を Mとした場合に、実施の形態における絶縁被膜 20は、 0. 4 ≤M / {M +M )≤0. 9の関係と、 0. 25≤(M +M ) ZM≤ 1. 0の関係とを満
Al Al Si Al Si p
たしている。さらに、 0. 5≤M / {M +M )≤0. 8の関係と、 0. 5≤ (M +M ) /
Al Al Si Al Si
M≤0. 75の関係とを満たすことが好ましい。
P
[0047] なお、絶縁被膜 20は、図中に示すように 1層に形成されていても良いし、本発明の 絶縁被膜 20からなる層上に別の絶縁被膜が形成されているような多層に形成されて いても良い。
[0048] 絶縁被膜 20の平均膜厚は、 lOnm以上 1 μ m以下であることが好ましい。さらに好 ましくは、絶縁被膜 20の平均膜厚は、 20nm以上 0. 3 /z m以下である。絶縁被膜 20 の平均膜厚を lOnm以上とすることによって、渦電流によるエネルギー損失を抑制す ることができる。 20nm以上とすることによって、渦電流によるエネルギー損失を効果 的に抑制することができる。一方、絶縁被膜 20の平均膜厚を 1 m以下とすることに よって、加圧成形時に絶縁被膜 20がせん断破壊することを防止できる。また、軟磁 性材料に占める絶縁被膜 20の割合が大きくなりすぎな ヽので、軟磁性材料を加圧 成形して得られる圧粉磁心の磁束密度が著しく低下することを防止できる。絶縁被膜 20の平均膜厚を 0. 3 /z m以下とすることによって、磁束密度の低下をさらに防止でき る。
[0049] なお、平均膜厚とは、糸且成分析(TEM— EDX: transmission electron microscope e nergy dispersive X-ray spectroscopy)によって得られる! ¼矛且成と、誘導結合プラスマ 質量分 ίΠ" (Ιし P— Ms: inductively coupled plasma-mass spectrometry)によつ 1守ら れる元素量とを鑑みて相当厚さを導出し、さらに、 TEM写真により直接、被膜を観察 し、先に導出された相当厚さのオーダーが適正な値であることを確認して決定される ものをいう。
[0050] 複合磁性粒子 30の平均粒径は、 30 μ m以上 500 μ m以下とすることが好まし 、。
粒径を 30 m以上とすることによって、粉末圧縮性が低下して磁束密度が低下する ためである。一方、粒径を 500 m以下とすることによって、特に lkHz〜10kHzの 範囲内で使用する場合に、粒子内渦電流損失を抑えることができるためである。
[0051] 絶縁被膜 20の表面に、シリコーン榭脂、エポキシ榭脂、フエノール榭脂、アミド榭脂 、ポリイミド榭脂、ポリエチレン榭脂、およびナイロン榭脂よりなる群力ら選ばれる 1種 以上の榭脂 40が付着または被覆していることが好ましい。これらの榭脂 40は、圧粉 磁心にお 、て隣り合う複合磁性粒子同士の接合力を高めるために添加されて!、る。
[0052] また、金属磁性粒子 10に対して、榭脂 40が 0. 01質量%以上 1. 0質量%以下含 まれることが好ましい。 0. 01質量%以上含まれることによって、軟磁性材料および圧 粉磁心の高温での抗折強度の低下をより防止できるからである。一方、 1. 0質量% 以下含まれることによって、軟磁性材料および圧粉磁心に占める非磁性層の割合が 制限されるため、その磁束密度の低下をより防止できるからである。
[0053] 次に、図 1に示す軟磁性材料および図 2に示す圧粉磁心を製造する方法について 図 1, 2, 7を参照して説明する。図 7は、本発明の実施の形態における圧粉磁心の製 造方法を工程順に示すフローチャートである。
[0054] 図 7に示すように、まず、金属磁性粒子 10を準備する工程 (S10)を実施する。この 工程 (S10)では、具体的には、鉄を主成分とする金属磁性粒子 10 (被処理粒子粉 末である金属磁性粒子粉末)を準備する。
[0055] 次に、絶縁被膜 20を準備する工程 (S20)を実施する。この工程 (S20)では、アル ミニゥム、シリコン、リン、および酸素を含む絶縁被膜 20を形成するべぐアルミニウム アルコキシドを有機溶剤に分散もしくは溶解させた溶液、シリコンアルコキシド、およ びリン酸溶液を準備する。
[0056] アルミニウムアルコキシドを構成するアルコキシドの種類としては、特に限定されな いが、たとえばメトキシド、エトキシド、プロポキシド、イソプロポキシド、ォキシイソプロ ポキシド、ブトキシド等を用いることができる。処理の均一性および処理効果を考慮す れば、アルミニウムアルコキシドとしては、アルミニウムトリイソプロポキシド、アルミ-ゥ ムトリブトキシド等を用いることが好まし 、。
[0057] 有機溶剤としては、一般的に用いられているものであれば特に限定されないが、好 ましくは水溶性の有機溶剤である。具体的には、たとえばエチルアルコール、プロピ ルアルコール、またはブチルアルコール等のアルコール系溶剤、アセトンまたはメチ ルェチルケトン等のケトン系溶剤、メチルセ口ソルブ、ェチルセ口ソルブ、プロピルセ 口ソルブ、またはブチルセ口ソルブ等のグリコールエーテル系溶剤、ジエチレングリコ ール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、また はトリプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール等のォキシエチレン、ォキシプロ ピレン付カ卩重合体、エチレングリコール、プロピレングリコール、または 1, 2, 6—へキ サントリオール等のアルキレングリコール、グリセリン、または 2—ピロリドン等を好適に 用いることができる。より好ましくは、エチルアルコール、プロピルアルコール、または ブチルアルコール等のアルコール系溶剤、およびアセトン、メチルェチルケトン等の ケトン系溶剤である。
[0058] シリコンアルコキシドを構成するアルコキシドの種類としては、たとえばメトキシド、ェ トキシド、プロポキシド、イソプロポキシド、ォキシイソプロポキシド、またはブトキシド等 を用いることができる。また、テトラエトキシシランまたはテトラメトキシシランを部分的 に加水分解 '縮合することにより得られるェチルシリケートおよびメチルシリケ一トを用 いることができる。処理の均一性および処理効果を考慮すれば、シリコンアルコキシド としては、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシラン、メチルシリケート等が好ましい。
[0059] また、シリコンアルコキシドおよびアルミニウムアルコキシドは、固体の場合、より均 一な処理を行なうために、前述の有機溶剤に予め分散または溶解させて用いること が好ましい。
[0060] また、シリコンアルコキシドおよびアルミニウムアルコキシドの加水分解は、より微細 な無機化合物を金属磁性粒子の粒子表面に付着もしくは被覆させるために、特に水 分を添加する必要はないが、有機溶剤中の水分および軟磁性粒子が有する水分に より加水分解を行なうことが好ましい。
[0061] アルミニウムアルコキシドの添加量は、金属磁性粒子粉末の比表面積によって異な る力 金属磁性粒子粉末 100重量部当たり、 A1換算で 8. 8 X 10— 6重量部〜 0. 38重 量部であり、好ましくは 1. 8 X 10— 5重量部〜 0. 11重量部である。この範囲内の添カロ 量とすることによって、本発明の目的とする組成を有する絶縁被膜を形成することが できる。
[0062] シリコンアルコキシドの添加量は、金属磁性粒子粉末の比表面積によって異なるが 、金属磁性粒子粉末 100重量部当たり、 Si換算で 2. 4 10—6重量部〜0. 26重量部 であり、好ましくは 4. 8 X 10— 6重量部〜 0. 078重量部である。この範囲内の添カ卩量と することによって、本発明の目的とする組成を有する絶縁被膜を形成することができ る。
[0063] リン酸としては、五酸ィ匕ニリンが水和してできる酸であり、たとえばメタリン酸、ピロリ ン酸、オルトリン酸、三リン酸、四リン酸を用いることができる。
[0064] リン酸の添加量は、金属磁性粒子粉末の比表面積によって異なる力 通常、金属 磁性粒子粉末 100重量部当たり、 P換算で 6. 5 10—5重量部〜0. 87重量部であり 、好ましくは 1. 3 X 10— 4重量部〜 0. 26重量部である。この範囲内の添カ卩量とするこ とによって、本発明の目的とする組成を有する絶縁被膜を形成することができる。
[0065] 次に、金属磁性粒子 10と、アルミニウムアルコキシドとシリコンアルコキシドと、リン酸 とを混合'攪拌する工程 (S30)を実施する。この工程 (S30)では、混合するための機 器として、高速アジテート型ミキサーを用いることができる。具体的には、ヘンシェルミ キサ一、スピードミキサー、ボーノレカッター、パワーミキサー、ハイブリッドミキサー、コ ーンブレンダ一等を使用することができる。
[0066] 混合'攪拌工程 (S30)において、リン酸を水溶液として添加する場合は、加水分解 が急激に進行するのを防ぐため、極少量ずつ添加することが好ま 、。
[0067] 混合'攪拌工程 (S30)は、混合の良好性の観点カゝら室温以上用いる有機溶剤の 沸点以下で行なうことが好ましい。また、金属磁性粒子 10の酸ィ匕防止の観点から、 N ガス等の不活性ガス雰囲気下で反応を行なうことが好ましい。
2
[0068] なお、混合'攪拌工程(S30)において、アルミニウムアルコキシド、シリコンアルコキ シドおよびリン酸は、同時に添加してもよいし、別々に添加してもよい。
[0069] 次に、得られた複合磁性粒子 30を乾燥する工程 (S40)を実施する。この工程 (S4 0)では、室温下、ドラフト中で複合磁性粒子 30を 3時間〜 24時間乾燥させる。その 後、さらに 60°C〜120°Cの温度範囲で乾燥させる力、もしくは 30°C〜80°Cの温度範 囲で減圧乾燥を行なうことにより複合磁性粒子 30を得ることができる。上記温度範囲 を超える場合には、乾燥する工程 (S40)は、空気中および N (窒素)ガス等の不活
2
性ガス雰囲気下のいずれかにより行なうことができる。金属磁性粒子 10の酸ィ匕防止 の観点から、 Nガス等の不活性ガス雰囲気下で行なうことが好ましい。
2
[0070] 工程 (S20, S30)を実施することにより、金属磁性粒子 10の表面を取り囲む絶縁 被膜 20を形成することができる。以上の工程 (S10〜S30)により、鉄を主成分とする 金属磁性粒子 10の表面を取り囲む絶縁被膜 20とを有する複数の複合磁性粒子 30 を作製することができる。
[0071] 次に、好ましくは、複数の複合磁性粒子 30に榭脂 40を混合する工程を実施する。
この工程では、シリコーン榭脂、エポキシ榭脂、フエノール榭脂、アミド榭脂、ポリイミド 榭脂、ポリエチレン榭脂、およびナイロン榭脂よりなる群力 選ばれる 1種以上の榭脂 40を準備する。また、この工程において、混合方法に特に制限はなぐたとえばメカ 二カルァロイング法、振動ボールミル、遊星ボールミル、メカノフュージョン、共沈法、 化学気相蒸着法 (CVD法)、物理気相蒸着法 (PVD法)、めっき法、スパッタリング法 、蒸着法またはゾル—ゲル法などの 、ずれを使用することも可能である。
[0072] 以上の工程(S 10〜S40)により、図 1に示される 0. 4≤M / (M + M )≤0. 9の
Al Al Si
関係と、 0. 25≤ (M + M ) /M ≤1. 0の関係とを満たす絶縁被膜 20を備える本
Al Si p
実施の形態の軟磁性材料が得られる。なお、図 2に示される圧粉磁心を製造する場 合には、さらに以下の工程が行なわれる。
[0073] 得られた軟磁性材料を加圧成形する工程 (S50)を実施する。この工程 (S50)では 、得られた軟磁性材料を金型に入れ、たとえば、 700MPa力ら 1500MPaまでの圧 力で加圧成形する。これにより、軟磁性材料が圧縮されて成形体が得られる。加圧成 形する雰囲気は、不活性ガス雰囲気または減圧雰囲気とすることが好ましい。この場 合、大気中の酸素によって複合磁性粒子 30が酸化されるのを抑制できる。
[0074] 次に、熱処理を行なう工程 (S60)を実施する。この工程 (S60)では、加圧成形によ つて得られた成形体に、 400°C以上、絶縁被膜 20の熱分解温度未満の温度で熱処 理を行なう。これにより、成形体の内部に存在する歪みや転位を取り除く。この際、熱 処理は、絶縁被膜 20の熱分解温度未満の温度で実施されているため、この熱処理 によって絶縁被膜 20が劣化するということがない。また、熱処理によって、榭脂 40は 有機物 50となる。
[0075] 熱処理後、成形体に押出し加工や切削加工など適当な加工を施すことによって、 図 2中に示す圧粉磁心が完成する。以上の工程 (S 10〜S60)により図 2中に示す圧 粉磁心が作製される。
[0076] 以上説明したように、本発明の実施の形態における軟磁性材料によれば、鉄を主 成分とする金属磁性粒子 10と、金属磁性粒子 10の表面を取り囲む絶縁被膜 20とを 有する複数の複合磁性粒子を備えた軟磁性材料であって、絶縁被膜 20は、アルミ- ゥム、シリコン、リン、および酸素を含み、絶縁被膜 20に含有されているアルミニウム のモル量を M とし、アルミニウムのモル量とシリコンのモル量との和を(M +M )と
Al Al Si し、リンのモル量を Mとした場合に、 0. 4≤M / {M +M )≤0. 9の関係と、 0. 2
p Al Al Si
5≤ (M +M ) /M≤1. 0の関係とを満たしている。絶縁被膜 20に上記の範囲内
Al Si p
のアルミニウムを含むことにより、絶縁被膜の耐熱性を向上することができ、この軟磁 性材料を加圧成形した圧粉磁心のヒステリシス損を低下することができる。また、絶縁 被膜 20に上記の範囲内のシリコンを含むことにより、絶縁被膜 20の変形追従性を向 上することができ、渦電流損を低下することができる。よって、鉄損を低下できる優れ た軟磁性材料とすることができる。
[0077] また、本発明の実施の形態における軟磁性材料の製造方法によれば、鉄を主成分 とする金属磁性粒子 10を準備する工程 (S10)と、金属磁性粒子 10の表面を取り囲 む絶縁被膜 20を形成する工程 (S20, S30)とを備え、絶縁被膜を形成する工程 (S 20, S30)は、金属磁性粒子 10と、アルミニウムアルコキシドとシリコンアルコキシドと 、リン酸とを混合'攪拌する工程 (S30)を含む。これにより、耐熱性が高いアルミ-ゥ ムと、変形追従性が高いシリコンと、リンと、酸素とを含む絶縁被膜 20を形成すること ができる。よって、鉄損を低下できる優れた軟磁性材料を製造することができる。なお 、実施の形態では、絶縁被膜 20に含有されているアルミニウムのモル量を M とし、
A1 アルミニウムのモル量とシリコンのモル量との和を(M +M )とし、リンのモル量を M
Al Si p とした場合に、 0· 4≤M / (M +M )≤0. 9の関係と、 0. 25≤ (M +M ) /M
Al Al Si Al Si p
≤1. 0の関係とを満たすように製造している。
[0078] 本発明の実施の形態における圧粉磁心によれば、上記軟磁性材料を用いて加圧 成形されている。そのため、最大励起磁束密度が 1T、周波数が 1000Hzにおいて、 渦電流損失が 35WZkg以下である、優れた特性の圧粉磁心を実現することができ る。
実施例 1
[0079] 本実施例では、本発明による軟磁性材料および圧粉磁心の効果を調べた。始めに 、下記の表 2の組成になるように、本発明例および比較例の各々の圧粉磁心を以下 の方法により製造した。
[0080] (本発明例における圧粉磁心の作製)
実施の形態の製造方法に従って作製した。具体的には、鉄の純度が 99. 8%以上 であり、平均粒径力 ¾0 mのへガネス AB社製の ABC 100. 30を金属磁性粒子 10 として準備した。そして、絶縁被膜に含有されているアルミニウムのモル量を M とし、
A1 アルミニウムのモル量とシリコンのモル量との和を(M + M )とし、リンのモル量を M
Al Si p とした場合に、 0· 4≤M / (M + M )≤0. 9の関係と、 0. 25≤ (M + M ) /M
Al Al Si Al Si p
≤1. 0の関係とを満たす表 2に示す比率になるように、アルミニウムアルコキシドのァ セトン溶液、シリコンアルコキシドの溶液、およびリン酸水溶液を用意して、これらの溶 液に浸漬した後、 45°Cにおいて減圧乾燥を行なうことにより、アルミニウム、シリコン、 リン、および酸素を含有する絶縁被膜 20を平均厚さ 150nmで金属磁性粒子 10の表 面に形成した。これにより、複合磁性粒子 30が得られた。
[0081] なお、表 2において、絶縁被膜 20に含有されているアルミニウムのモル量(M )を
A1
A1、アルミニウムのモル量とシリコンのモル量との和(M + M )を Me、リンのモル量(
Al Si
M )を Pと記載している。
P
[0082] そして、シリコーン榭脂として、 0. 2wt%の TSR116 (GE東芝シリコーン株式会社 製)と、 0. lwt%の XC96— B0446 (GE東芝シリコーン株式会社製)とをキシレン溶 媒に溶解および分散し、この溶液に上述の複合磁性粒子 30を投入した。その後、室 内で攪拌処理および揮発乾燥処理を経た。そして、 180°Cで 1時間の熱硬化処理を 経ることによって、榭脂 40が形成された軟磁性材料を得た。
[0083] 次に、軟磁性材料を、面圧 1280MPaの圧力で加圧成形し、リング状(外径 34mm 、内径 20mm、厚み 5mm)の成形体を作製した。その後、窒素雰囲気中において、 成形体を 550°Cで 1時間熱処理した。これにより、本発明例の圧粉磁心を作製した。
[0084] (比較例 1における圧粉磁心の作製)
基本的には本発明例と同様であるが、比較例 1は、絶縁被膜を形成する工程にお V、てアルミニウムおよびシリコンを含まな 、絶縁被膜を形成した点にぉ 、てのみ異な る。比較例 1は、表 2における MeZP = 0に相当する。 [0085] (比較例 2における圧粉磁心の作製)
基本的には本発明例と同様であるが、比較例 2は、絶縁被膜を形成する工程にお V、てアルミニウムを含まな 、絶縁被膜を形成した点にぉ 、てのみ異なる。比較例 2は 、表 2における AlZMe = 0に相当する。
[0086] (比較例 3における圧粉磁心の作製)
基本的には本発明例と同様であるが、比較例 3は絶縁被膜を形成する工程におい てシリコンを含まない絶縁被膜を形成した点においてのみ異なる。比較例 3は、表 2 における AlZMe= l . 0に相当する。
[0087] (比較例 4における圧粉磁心の作製)
基本的には本発明例と同様であるが、比較例 4は絶縁被膜を形成する工程におい てアルミニウムおよびシリコンが 0. 4≤M / {M +M )≤0. 9の範囲外、かつ 0. 2
Al Al Si
5≤ (M +M ) /M≤1. 0の範囲外、かつ比較例 1〜3の範囲外の絶縁被膜を形
Al Si p
成した点においてのみ異なる。比較例 4は、表 2における 0. 4≤A1/Me≤0. 9かつ 0. 25≤Me/P≤l . 0の範囲外で、かつ比較例 1〜3以外のものに相当する。
[0088] (渦電流損の測定)
次に、作製した圧粉磁心の周囲にコイル(1次巻き数が 300回、 2次巻き数が 20回) を均等に巻き、圧粉磁心の鉄損特性の評価を行なった。評価には、理研電子製の B Hトレーサ (ACBH— 100K型)を用い、励起磁束密度を 1 (T:テスラ)とし、測定周波 数を 50Hz〜: LOOOHzとして測定した。測定により得られた各圧粉磁心の lkg当たり の鉄損値 W (WZkg)の周波数特性から W =K X f+K X f2の関係式に対して
10/f 10/f h e
、最小 2乗法によりフィッティングを行ない、ヒステリシス損係数 Kと渦電流損失 Kを h e 算出した。表 2に、励起磁束 Bm= l . 0T、周波数 f = lkHzのときの渦電流損失 We
10
(W/kg) =K X 10002を示す。
/IK e
[0089] [表 2]
Figure imgf000023_0001
表 2に示すように、 0. 4≤M / (M +M )≤0. 9、および 0. 25≤ (M +M ) /
Al Al Si Al Si
M≤1. 0の範囲内の本発明例における圧粉磁心は、渦電流損失が 35WZkg以下 となり、高温熱処理時の渦電流損を低下できた。
[0091] さらに、 0. 5≤M / {M +M )≤0. 8、および 0. 5≤ (M +M ) /M≤0. 75
Al Al Si Al Si p
の範囲内の本発明例は、渦電流損失が 24WZkg以下となり、高温熱処理時の渦電 流損を非常に低下できた。
[0092] 一方、アルミニウムおよびシリコンを含まない絶縁被膜を有する比較例 1の渦電流 損は、 116WZkgと高力つた。また、アルミニウムを含まない絶縁被膜を有する比較 例 2の渦電流損失は、 57WZkg〜171WZkgと高かった。また、シリコンを含まない 絶縁被膜を有する比較例 3の渦電流損失は、 36WZkg〜79WZkgと本発明例と比 較して少し高かった。また、アルミニウム、シリコン、リンのモル量を 0. 5≤M / {M
Al Al
+ M )≤0. 8、および 0. 5≤ (M +M ) /M≤0. 75の範囲外含む比較例 4の渦
Si Al Si p
電流損失は、 36WZkg〜168WZkgと本発明例と比較して少し高力つた。
[0093] 以上説明したように、実施例 1によれば、絶縁被膜に含有されているアルミニウムの モル量を M とし、アルミニウムのモル量とシリコンのモル量との和を(M +M )とし、
Al Al Si リンのモル量を Mとした場合に、 0. 4≤M / {M +M )≤0. 9の関係と、 0. 25≤
p Al Al Si
(M +M ) /M≤1. 0の関係とを満たすことにより、渦電流損失の低減を通じて鉄
Al Si p
損を低減することがわ力つた。
[0094] 今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的な ものではな!/、と考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなく て請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての 変更が含まれることが意図される。

Claims

請求の範囲
[1] 鉄を主成分とする金属磁性粒子と、前記金属磁性粒子の表面を取り囲む絶縁被膜 とを有する複数の複合磁性粒子を備えた軟磁性材料であって、
前記絶縁被膜は、アルミニウム、シリコン、リン、および酸素を含み、
前記絶縁被膜に含有されているアルミニウムのモル量を M とし、アルミニウムのモ
A1
ル量とシリコンのモル量との和を(M + M )とし、リンのモル量を Mとした場合に、
Al Si p
0. 4≤M / (M + M )≤0. 9の関係と、
Al Al Si
0. 25≤ (M + M ) /M ≤1. 0の関係とを満たす、軟磁性材料。
Al Si p
[2] 0. 5≤M / (M + M )≤0. 8の関係と、
Al Al Si
0. 5≤ (M + M ) /M ≤0. 75の関係とをさらに満たす、請求項 1に記載の軟磁
Al Si p
性材料。
[3] 前記絶縁被膜の平均膜厚が 10nm以上 1 μ m以下である、請求項 1に記載の軟磁 性材料。
[4] 前記絶縁被膜の表面に、シリコーン榭脂、エポキシ榭脂、フエノール榭脂、アミド榭 脂、ポリイミド榭脂、ポリエチレン榭脂、およびナイロン榭脂よりなる群力ら選ばれる 1 種以上の榭脂が付着または被覆して ヽる、請求項 1に記載の軟磁性材料。
[5] 前記榭脂は、前記金属磁性粒子に対して、 0. 01質量%以上 1. 0質量%以下含ま れる、請求項 4に記載の軟磁性材料。
[6] 請求項 1に記載の軟磁性材料を用いて作製された、圧粉磁心。
[7] 最大励起磁束密度が 1T、周波数が 1000Hzにおいて、渦電流損失が 35WZkg 以下である、請求項 6に記載の圧粉磁心。
[8] 鉄を主成分とする金属磁性粒子を準備する工程と、
前記金属磁性粒子の表面を取り囲む絶縁被膜を形成する工程とを備え、 前記絶縁被膜を形成する工程は、前記金属磁性粒子と、アルミニウムアルコキシド と、シリコンアルコキシドと、リン酸とを混合'攪拌する工程を含む、軟磁性材料の製造 方法。
[9] 請求項 8に記載の軟磁性材料を準備する工程と、
前記軟磁性材料を圧縮成形する工程とを備える、圧粉磁心の製造方法。
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