JP7637914B2 - Manufacturing method of powder magnetic core - Google Patents
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Description
本開示は、チョークコイル、トランス等のインダクタに用いられる圧粉磁心に関する。 This disclosure relates to powder magnetic cores used in inductors such as choke coils and transformers.
近年、車両における自動運転システム(Autonomous Driving System)及び自動運転支援システム(Advanced Driver Assistance System)が発達している。その背景には、車両に搭載されるセンサの増設と、それらのセンサから得られる大量の情報を高速処理するためのSoC(System on Chip)のような高集積化回路の開発が進められたこととがある。このような用途において使用されるインダクタには小型化・大電流対応・低DCRが求められている。 In recent years, autonomous driving systems and advanced driver assistance systems have been developed for vehicles. Behind this lies the increase in sensors installed in vehicles and the development of highly integrated circuits such as SoCs (System on Chip) for high-speed processing of the large amounts of information obtained from these sensors. Inductors used in such applications are required to be compact, capable of handling large currents, and have a low DCR.
上記のインダクタとして、例えば、金属磁性体粉末を加圧成形して作製される圧粉磁心を利用したコイル埋設型磁性素子である、メタルコンポジットが知られている。メタルコンポジットは、金属磁性体粉末を用いるため、飽和磁束密度が大きく、直流重畳特性に優れ、また、デッドスペースレス構造のため、小型化が可能である。このようなメタルコンポジットに用いられる圧粉磁心として、特許文献1には、金属磁性体粉末を熱硬化性樹脂で結着させた複合磁性材料が開示されている。
As an example of the above-mentioned inductor, a metal composite is known, which is a coil-embedded magnetic element that uses a dust core produced by compressing and molding a metal magnetic powder. Because metal composites use metal magnetic powder, they have a high saturation magnetic flux density and excellent DC bias characteristics, and because they have a dead-space-less structure, they can be made smaller. As a dust core used in such metal composites,
ところで、上記従来の複合磁性材料などでは、圧粉磁心として十分な性能を有しない場合がある。本開示は、上記に鑑みて、より高性能な圧粉磁心を提供することを目的とする。 However, the conventional composite magnetic materials described above may not have sufficient performance as a powder magnetic core. In view of the above, the present disclosure aims to provide a powder magnetic core with higher performance.
本開示の一態様に係る圧粉磁心は、金属磁性体粉末と、熱硬化性を有する第1樹脂及び第2樹脂と、を備え、前記第2樹脂は、熱硬化時における収縮度が前記第1樹脂よりも高く、熱硬化時における弾性度が前記第1樹脂よりも低く、含有量が前記第1樹脂以下である。 A powder magnetic core according to one aspect of the present disclosure comprises a metal magnetic powder, a first resin and a second resin having thermosetting properties, the second resin having a higher degree of shrinkage upon thermosetting than the first resin, a lower degree of elasticity upon thermosetting than the first resin, and a content equal to or less than the first resin.
本開示によれば、より高性能な圧粉磁心が提供される。 This disclosure provides a powder magnetic core with higher performance.
(開示に至った知見)
圧粉磁心は、金属磁性体粉末間の絶縁性及び密着性を得るために、金属磁性体粉末に絶縁性及び粘着性を有する樹脂材料を添加し、乾燥処理を施した後に加圧成形することで作製される。圧粉磁心の磁気特性を高めるためには、金属磁性体粉末の粒子同士の距離を近接させることが重要となる。つまり、金属磁性体粉末を密に充填することが重要となる。
(Knowledge that led to disclosure)
In order to obtain insulation and adhesion between the metal magnetic powder particles, the powdered powder is manufactured by adding an insulating and adhesive resin material to the metal magnetic powder, drying the powder, and then compressing the powdered powder. In order to improve the magnetic properties of the powdered powder core, it is important to reduce the distance between the particles of the metal magnetic powder particles. In other words, it is important to pack the metal magnetic powder densely.
上記のための方策の一つは、加圧成型の際の圧力を高めることである。金属磁性体粉末の粒子同士は、圧力に応じて互いに押し付けられるため、互いの距離が縮まる。また、別の方策として、樹脂材料の添加量を減少させることも可能である。樹脂材料の全体量が減少するため、平均化してみた場合に金属磁性体粉末の粒子間に配される樹脂材料が少なくなり、金属磁性体粉末の充填率が向上される。 One of the measures to achieve this is to increase the pressure applied during pressure molding. The particles of the metal magnetic powder are pressed against each other in response to the pressure, reducing the distance between them. Another measure is to reduce the amount of resin material added. Since the total amount of resin material is reduced, on average there is less resin material placed between the particles of the metal magnetic powder, improving the filling rate of the metal magnetic powder.
しかしながら、これらの方策は、いずれも金属磁性体粉末を高密度に充填でき、高い透磁率を有する圧粉磁心を得るために有効であるものの、金属磁性体粉末の粒子間の結着が切れてしまい、クラックが発生し易くなる(機械強度又は単に強度が低下する)。クラックの発生を抑制するために、加圧成型の際の圧力を低くする、又は樹脂材料の添加量を減量すると、金属磁性体粉末の密度が下がり、高い磁気特性を有する圧粉磁心を得ることができない。すなわち、圧粉磁心の強度と磁気特性との間にはトレードオフの関係が存在する。 However, although all of these methods are effective in packing the metal magnetic powder at a high density and obtaining a dust core with high magnetic permeability, the bonds between the particles of the metal magnetic powder are broken, making it easier for cracks to occur (reducing mechanical strength or simply strength). If the pressure during pressure molding is lowered or the amount of resin material added is reduced in order to suppress the occurrence of cracks, the density of the metal magnetic powder will decrease and it will not be possible to obtain a dust core with high magnetic properties. In other words, there is a trade-off between the strength and magnetic properties of a dust core.
本開示によれば、2種類の樹脂材料を組み合わせて金属磁性体粉末の粒子同士を結着することで、このようなトレードオフの関係によらず、磁気特性を維持しながら圧粉磁心の強度を向上する、又は強度を維持しながら圧粉磁心の磁気特性を向上することができる。 According to the present disclosure, by combining two types of resin materials to bond the particles of the metal magnetic powder together, it is possible to improve the strength of the powder core while maintaining the magnetic properties, or improve the magnetic properties of the powder core while maintaining the strength, without relying on such a trade-off relationship.
以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。 The following describes the embodiment in detail with reference to the drawings.
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置、接続形態、ステップ及びステップの順序等は一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 The embodiments described below each show a specific example of the present disclosure. The numerical values, shapes, materials, components, component placement positions, connection forms, steps, and order of steps shown in the following embodiments are merely examples and are not intended to limit the present disclosure. Furthermore, among the components in the following embodiments, components that are not described in an independent claim are described as optional components.
(実施の形態)
[構成]
まず、本開示の実施の形態における圧粉磁心の使用例としての電気部品について、図1を参照して説明する。図1は、実施の形態に係る圧粉磁心を含む電気部品の構成を示す概略斜視図である。図1では、後述する圧粉磁心10の概形を示し、さらに、圧粉磁心10の内部を透過して示している。例えば、圧粉磁心10に埋設されることで隠れたコイル部材40等の構成要素は、破線で示されており、圧粉磁心10を透過して見えることを表現している。
(Embodiment)
[composition]
First, an electrical component as an example of the use of a powder magnetic core according to an embodiment of the present disclosure will be described with reference to Fig. 1. Fig. 1 is a schematic perspective view showing the configuration of an electrical component including a powder magnetic core according to an embodiment. Fig. 1 shows the general shape of a powder
図1に示すように、電気部品100は、圧粉磁心10と、コイル部材40と、第1端子部材25と、第2端子部材35と、を備える。
As shown in FIG. 1, the
電気部品100は、一例として、直方体のメタルコンポジットであり、圧粉磁心10の形状によって、およその外形が決定されている。なお、圧粉磁心10は、加圧成形によって任意の形状に形成できる。つまり、圧粉磁心10の加圧成形時における形状によって、任意の形状の電気部品100を実現できる。
As an example, the
電気部品100は、さらに具体的には、インダクタであり、第1端子部材25及び第2端子部材35間を流れる電気エネルギーをコイル部材40によって磁気エネルギーとして蓄える受動素子である。本実施の形態では、圧粉磁心10の使用例の一つとして電気部品100を説明するが、圧粉磁心10は、単に磁性材料として使用することができ、本実施の形態の電気部品100に使用例が限定されるものではない。圧粉磁心10は、高い磁気特性(具体的には高い透磁率)と、高い強度を併せ持つ磁性材料の特性を活用可能な所望の用途に用いられてもよい。
More specifically, the
ここで、図2は、実施の形態に係る圧粉磁心のSEM観察画像である。図2では、圧粉磁心10の断面をSEM(Scanning Electron Microscope)を用いて観察した画像を示している。
Here, FIG. 2 is an SEM observation image of a powder magnetic core according to an embodiment. FIG. 2 shows an image of a cross section of a powder
図2に示すように、本実施の形態における圧粉磁心10は、図中にグレーの粒形物として確認される金属磁性体粉末11と、金属磁性体粉末11の周囲を覆うように配置された第1樹脂と、第1樹脂に点在するように存在している第2樹脂とを含んで構成される。
As shown in FIG. 2, the powder
金属磁性体粉末11には、Fe-Si-Al系、Fe-Si系、Fe-Si-Cr系、又はFe-Si-Cr-B系の金属磁性体粉末が用いられる。金属磁性体粉末11は、フェライトなどの磁性体粉末と比較して飽和磁束密度が大きいため大電流下での使用において有用である。
Metal
例えば、Fe-Si-Al系の金属磁性体粉末を用いる場合、組成元素はSiが8重量%以上かつ12重量%以下、Alの含有量が4重量%以上かつ6重量%以下、ならびに、残りの組成元素がFe及び不可避な不純物からなる。ここで、不可避な不純物とは例えば、Mn、Ni、P、S、C等が挙げられる。金属磁性体粉末11を組成する組成元素の含有量を上記の組成範囲とすることで、高い透磁率と低い保磁力が得られる。
For example, when Fe-Si-Al-based metal magnetic powder is used, the composition elements are Si at 8% by weight or more and 12% by weight or less, Al at 4% by weight or more and 6% by weight or less, and the remaining composition elements are Fe and unavoidable impurities. Here, examples of unavoidable impurities include Mn, Ni, P, S, C, etc. By setting the content of the composition elements that make up the metal
例えば、Fe-Si系の金属磁性体粉末を用いる場合、組成元素はSiの含有量が1重量%以上かつ8重量%以下、ならびに、残りの組成元素がFe及び不可避な不純物からなる。なお、不可避な不純物は上記と同様である。 For example, when using Fe-Si-based metal magnetic powder, the composition elements include Si with a content of 1% by weight or more and 8% by weight or less, and the remaining composition elements include Fe and unavoidable impurities. Note that the unavoidable impurities are the same as those described above.
例えば、Fe-Si-Cr系の金属磁性体粉末を用いる場合、組成元素は、Siが1重量%以上かつ8重量%以下、Crの含有量が2重量%以上かつ8重量%以下、ならびに、残りの組成元素がFe及び不可避な不純物からなる。なお、不可避な不純物は上記と同様である。 For example, when using Fe-Si-Cr-based metal magnetic powder, the composition elements are Si at 1% by weight or more and 8% by weight or less, Cr at 2% by weight or more and 8% by weight or less, and the remaining composition elements are Fe and unavoidable impurities. Note that the unavoidable impurities are the same as those described above.
例えば、Fe-S-Cr-B系金属磁性体粉末を用いる場合、組成元素は、Siが1重量%以上かつ8重量%以下、Crの含有量が2重量%以上かつ8重量%以下、ならびに、残りの組成元素がFe及び不可避な不純物からなる。なお、不可避な不純物は上記と同様である。 For example, when Fe-S-Cr-B based magnetic metal powder is used, the composition elements are Si at 1% by weight or more and 8% by weight or less, Cr at 2% by weight or more and 8% by weight or less, and the remaining composition elements are Fe and unavoidable impurities. The unavoidable impurities are the same as those described above.
上記の金属磁性体粉末の組成元素におけるSiの役割としては、磁気異方性、及び磁歪定数を小さくし、また電気抵抗を高め、渦電流損失を低減させる効果を付与することである。組成元素におけるSiの含有量を1重量%以上とすることで、軟磁気特性の改善効果を得ることができ、8重量%以下とすることにより、飽和磁化の低下を抑制して直流重畳特性の低下を抑制することができる。
The role of Si in the composition elements of the above-mentioned metal magnetic powder is to reduce the magnetic anisotropy and magnetostriction constant, increase the electrical resistance, and reduce eddy current loss. By making the Si content in the
また、金属磁性体粉末にCrを含有させることにより、耐候性を向上させる効果を付与することができる。組成元素におけるCrの含有量を2重量%以上とすることで、耐候性改善効果を得ることができ、8重量%以下とすることにより、軟磁気特性の劣化を抑制することができる。
In addition, by including Cr in the metal magnetic powder, it is possible to impart the effect of improving weather resistance. By making the Cr content in the
これらの金属磁性体粉末の平均粒子径は、例えば、5.0μm以上かつ35μm以下である。耐電圧の確保の観点からは、粒子間での電界集中を緩和させるため、金属磁性体粉末の平均粒子径を小さく構成するほうが好ましく、上記の平均粒子径とすることにより、高い充填率を確保することができる。また、金属磁性体粉末の平均粒子径を35μm以下とすることにより、高周波領域においてコアロスを小さく、特に渦電流損失を小さくすることができる。なお、金属磁性体粉末の平均粒子径は、レーザー回折散乱法等を用いて測定される。 The average particle diameter of these metal magnetic powders is, for example, 5.0 μm or more and 35 μm or less. From the viewpoint of ensuring voltage resistance, it is preferable to configure the average particle diameter of the metal magnetic powder to be small in order to reduce electric field concentration between particles, and by setting the average particle diameter as described above, a high filling rate can be ensured. In addition, by setting the average particle diameter of the metal magnetic powder to 35 μm or less, it is possible to reduce core loss in the high frequency range, and in particular eddy current loss. The average particle diameter of the metal magnetic powder is measured using a laser diffraction scattering method or the like.
また、本実施の形態では、第1樹脂は、シリコーン樹脂であり、例えば、図中に上向きの白抜き矢印で示す箇所等に存在している。シリコーン樹脂は、主に金属磁性体粉末11を覆うようにして存在しており、金属磁性体粉末11の粒子間を電気的に絶縁している。
In this embodiment, the first resin is a silicone resin, and is present, for example, in the locations indicated by the upward white arrows in the figure. The silicone resin is present so as to cover mainly the metal
一方で、第2樹脂は、金属磁性体粉末11を覆う第1樹脂の所々に散在している。本実施の形態では、第2樹脂は、エポキシ樹脂であり、例えば、図中に下向きの白抜き矢印で示す箇所等に存在している。エポキシ樹脂は、主に高い強度を有するため、圧粉磁心10に含まれることで、圧粉磁心10の強度を向上するために寄与している。
On the other hand, the second resin is scattered throughout the first resin that covers the metal
このように、本実施の形態における圧粉磁心10は、2種類の熱硬化性を有する樹脂材料によって構成される。なお、これらの2種類の熱硬化性樹脂は、熱硬化時における収縮度が第1樹脂よりも高い第2樹脂であり、熱硬化時における弾性度が第1樹脂よりも低い第2樹脂の関係を満たせば、シリコーン樹脂及びエポキシ樹脂の組み合わせに限られない。上記の関係性を満たすあらゆる第1樹脂及び第2樹脂の組み合わせを用いて圧粉磁心10の形成に用いる熱硬化性樹脂を構成することができる。また、本発明に用いる熱硬化性樹脂としては、主剤が常温で液体である熱硬化性樹脂が選択されることが好ましい。
In this way, the powder
なお、圧粉磁心10には、第1樹脂及び第2樹脂の他に、第1樹脂及び第2樹脂とは異なる第3樹脂、ならびに、金属磁性体粉末の粒子間の絶縁性をより強固にする電気絶縁材等の他の物質が混在してもよい。
In addition to the first and second resins, the
再び図1を参照して、圧粉磁心10は、第1端子部材25及び第2端子部材35がそれぞれに形成される矩形の対向面を有し、各々の対向面の4つの辺が天面、底面、及び2つの側面によって接続された略四角柱の形状である。本実施の形態では、底面及び天面が14.0mm×12.5mmの寸法を有する矩形形状であり、底面から天面までの離間距離が8.0mmである。
Referring again to FIG. 1, the powder
コイル部材40は、絶縁膜によって被覆された長尺の導体である導線が巻回され(巻回部)、導線の両端が第1端子部材25及び第2端子部材35にそれぞれ接続されている(リード部20及び30)。本実施の形態では、導線として断面の直径が0.65mmの丸導線を用いるものとして説明する。なお、導線の太さ及び形状に特に限定はなく、巻回加工等が可能な太さであれば、丸導線及び断面が矩形状の平角導線等を適宜選択して用いることができる。巻回部は、圧粉磁心10の中心付近に埋設される。また、リード部20及び30では、導線の両端の各々が、対向面の各々へと、巻回部から対向面に向かって連続的に延び、圧粉磁心10の外部へと突出している。ここで、リード部の一部は、偏平形状になるように展伸されており、対向面及び底面に沿うように折り曲げられている。このように展伸された箇所は、絶縁膜の被覆がはがされ、外部と電気的な接続が可能となっている。
The
第1端子部材25、及び第2端子部材35は、リン青銅材や銅材などの導体板からなる。第1端子部材25、及び第2端子部材35の各々は、対向面に沿う中央付近に凹部を有し、圧粉磁心10内に陥入するように構成される。この凹部の外側に、リード部20及び30が配設され、リード部20及び30と、第1端子部材25及び第2端子部材35とが電気的に接続される。リード部20及び30と、第1端子部材25及び第2端子部材35とは抵抗溶接などで接続されている。また、第1端子部材25及び第2端子部材35は、圧粉磁心10の内部に向けて差し込まれるように折り曲げられており、当該折り曲げ箇所が圧粉磁心10に差し込まれた状態で、第1端子部材25及び第2端子部材35と圧粉磁心10とが固定されている。
The
また、第1端子部材25及び第2端子部材35は、リード部20及び30とともに圧粉磁心10の底面に沿うように折り曲げられている。これにより、リード部20及び30を、第1端子部材25及び第2端子部材35によって保持しながら電気部品100の底下側にとりまわしている。つまり、リード部20及び30を、電気部品100が実装される実装基板等のランド(図示せず)に直接接続できる。
The
なお。第1端子部材25及び第2端子部材35は、必須の構成要素ではない。リード部20及び30が単独で形状を維持する強度を有していれば第1端子部材25及び第2端子部材35が備えられなくてもよい。
Note that the
[製造方法]
次に、上記した圧粉磁心10の製造方法について図3を参照して説明する。図3は、実施の形態に係る圧粉磁心の製造方法を示すフローチャートである。本実施の形態における圧粉磁心10の製造では、まず、所定の組成元素を含む金属磁性体粉末11を準備する(準備ステップS101)。次いで、金属磁性体粉末11と、電気絶縁材とを混合する(不図示)。後に添加する樹脂材料によって電気絶縁材を代替する場合等、電気絶縁材の混合は、実施の形態に必須の要件ではなく、当該処理がスキップされてもよい。混合によって、金属磁性体粉末11と、電気絶縁材とが略均一に分散した状態で、熱硬化性樹脂の混合を行う。
[Production method]
Next, the manufacturing method of the above-mentioned powder
具体的には、まず、第1樹脂であるシリコーン樹脂を溶剤に対してあらかじめ溶解させた状態で、金属磁性体粉末11と電気絶縁材との混合物に添加し、さらに混合(混錬)する(第1混合ステップS102)。金属磁性体粉末11を、電気絶縁材及びシリコーン樹脂により被覆して各々の粒子間を電気的に絶縁する。
Specifically, first, the silicone resin, which is the first resin, is dissolved in a solvent in advance and added to a mixture of the metal
次いで、第2樹脂であるエポキシ樹脂をIPA等の溶剤に対してあらかじめ溶解させた状態で、金属磁性体粉末11と電気絶縁材とシリコーン樹脂との混合物に添加し、さらに混合(混錬)する(第2混合ステップS103)。以上に示す熱硬化性樹脂の混錬では、未硬化状態の樹脂材料を乳鉢、ミキサー等で混合することで実施される。本実施の形態におけるシリコーン樹脂とエポキシ樹脂の添加量の比率はエポキシ樹脂/シリコーン樹脂比において0.08以上かつ1.00以下で構成される。
Then, the second resin, epoxy resin, is added to the mixture of the metal
この混合体を、65℃以上かつ150℃以下の温度で加熱することで溶剤を蒸発させ、粉砕して成形性の良い複合磁性材料を得ることができる。さらに、この複合磁性材料を分級して粒子サイズを所定範囲のサイズに揃えた混合粉末を得ることにより、成形性をより向上させることができる。 This mixture is heated at a temperature of 65°C or higher and 150°C or lower to evaporate the solvent, and then pulverized to obtain a composite magnetic material with good moldability. Furthermore, by classifying this composite magnetic material to obtain a mixed powder with particle sizes aligned within a specified range, moldability can be further improved.
以上のようにして得られた混合粉末を金型に投入し、所望の形状に加圧成形を行うことで、圧粉磁心10を得る(成形ステップS104)。成形ステップS104では、加圧力3~7ton/cm2の範囲内で加圧成型行われる。 The mixed powder obtained as described above is put into a die and pressure-molded into a desired shape to obtain the powder core 10 (molding step S104). In the molding step S104, pressure molding is performed within a range of a pressure of 3 to 7 ton/ cm2 .
以上に示すように、本実施の形態における圧粉磁心10の製造方法では、金属磁性体粉末と、熱硬化性を有する硬化前の第1樹脂とを混合する第1混合ステップS102と、第1混合ステップS102よりも後に、熱硬化性を有する硬化前の第2樹脂を混合する第2混合ステップS103と、加圧成型する成形ステップS104と、を含み、第2樹脂は、熱硬化時における収縮度が第1樹脂よりも高く、熱硬化時における弾性度が第1樹脂よりも低く、含有量が第1樹脂以下である。
As described above, the manufacturing method of the powder
圧粉磁心10に用いられる熱硬化性樹脂のうち第1樹脂は、シリコーン樹脂であり絶縁と弾性を併せ持つ。また、金属磁性体粉末11を第1樹脂で被覆させた後、第1樹脂より強度が強い第2樹脂であるエポキシ樹脂を第1樹脂より少ない含有量となるように添加する。第2樹脂の硬化は、一旦体積膨張したのちに起こる。第2樹脂の体積膨張の過程において、第2樹脂は一度軟化し、第1樹脂内部に分散して点在する。
The first resin of the thermosetting resins used in the powder
その後、第2樹脂の硬化の過程収縮率が第1樹脂より大きく、硬化過程で金属磁性体粉末11の各粒子間の距離を小さくすることができる。このように、粒子間距離が小さく、密に充填される。このため、本実施の形態では、大きな透磁率と強度を有する圧粉磁心10を得ることができる。また、形成される圧粉磁心10には、シリコーン樹脂の特徴である耐熱性も付与される。
Then, the shrinkage rate of the second resin during the curing process is greater than that of the first resin, and the distance between each particle of the metal
以下では、さらに、上記実施の形態に基づく、圧粉磁心10の実施例を詳細に説明する。
Below, we will further explain in detail an example of the powder
(実施例)
以下の実施例では、金属磁性体粉末11として平均粒子径が10μmのFe-Si-Cr系の金属磁性体粉末を用いた圧粉磁心10について説明する。
(Example)
In the following examples, a
金属磁性体粉末100gに対して、シリコーン樹脂及びエポキシ樹脂を図4に示す添加率で混合して混合粉末を作製した。図4は、実施の形態に係るエポキシ樹脂の添加効果を説明する図である。 A mixed powder was prepared by mixing 100 g of metal magnetic powder with silicone resin and epoxy resin at the addition ratio shown in Fig. 4. Fig. 4 is a diagram for explaining the effect of adding epoxy resin according to the embodiment.
混合粉末を80℃の温度条件で乾燥したのち、分級して所定範囲のサイズに粒子サイズを整粒した。このようにして得られた整粒済みの混合粉末を室温下にて4ton/cm2の加圧力にて加圧成形を行い、外径14.0mm、内径10.0mm及び厚み2.00mmのリングコアを作製した。さらに、150℃の温度条件で2hの乾燥を行い、熱硬化性樹脂を硬化させることで、本実施例における圧粉磁心10を作製した。
The mixed powder was dried at a temperature of 80° C., and then classified to adjust the particle size to a predetermined range. The adjusted mixed powder thus obtained was pressurized at room temperature with a pressure of 4 ton/cm 2 to produce a ring core having an outer diameter of 14.0 mm, an inner diameter of 10.0 mm, and a thickness of 2.00 mm. Further, the
[初透磁率]
初透磁率の算出は、LCRメーターを用いて0AでのインダクタンスLを測定し、下記の式1より初透磁率μiを求めた(測定周波数100kHz)。
[Initial permeability]
The initial permeability was calculated by measuring the inductance L at 0 A using an LCR meter, and calculating the initial permeability μi from the following formula 1 (
μi=(L×le)/(μ0×Ae×n2) ・・・(1) μi=(L×le)/(μ0×Ae×n 2 )...(1)
なお、leは実効磁路長、μ0は真空の透磁率、Aeは断面積、及び、nは測定用コイルの巻き数をそれぞれ示す。 Note that le is the effective magnetic path length, μ0 is the vacuum permeability, Ae is the cross-sectional area, and n is the number of turns of the measurement coil.
[強度]
強度の測定では、4ton/cm2の加圧力にて加圧成形を行い、長さ12.0mm、幅W12.0mm、厚みT0.70mmの硬化前試験片を作製し、次いで150℃の温度条件で2hの乾燥を行うことで硬化前試験片を硬化させ、試験片を作製した。
[Strength]
For strength measurements, pressure molding was performed at a pressure of 4 ton/ cm2 to prepare pre-cured test pieces with a length of 12.0 mm, a width W of 12.0 mm, and a thickness T of 0.70 mm. The pre-cured test pieces were then cured by drying at a temperature of 150°C for 2 hours to prepare test pieces.
作成した試験片を3点曲げ試験により、0.5mm/minの速度で荷重を加え、試験片が折れたときに加えられていた荷重を測定値として用いた。得られた測定値から下記の式2により強度σ(N/mm2)を算出した。
The prepared test piece was subjected to a three-point bending test in which a load was applied at a rate of 0.5 mm/min, and the load applied when the test piece broke was used as the measured value. From the measured values, the strength σ (N/mm 2 ) was calculated using the following
σ=3×Pb×Ls/1WT2 ・・・(2) σ=3×Pb×Ls/1WT 2 ...(2)
なお、Pbは試験片が折れたときに加えられていた荷重(測定値)、Lsはmm単位における支点間距離をそれぞれ示す。 Note that Pb is the load (measured value) applied when the test piece broke, and Ls is the distance between the supports in mm.
[結果]
本実施例において作成された各検体の試験結果を図4と併せて、図5A及び図5Bを参照して説明する。
[result]
The test results of each sample prepared in this example will be described with reference to FIG. 5A and FIG. 5B in addition to FIG.
図5Aは、実施の形態に係るエポキシ樹脂の添加に対する透磁率への効果を説明する図である。また、図5Bは、実施の形態に係るエポキシ樹脂の添加に対する強度への効果を説明する図である。図4の第5カラムに上記試験の結果得られた初透磁率を透磁率として示し、図4の第6カラムに上記試験の結果得られた強度[N/mm2]を示した。また、図4の第5カラムに対応して、図5Aでは、エポキシ樹脂の添加率に対する検体の透磁率をプロットしたグラフを示している。また、図4の第6カラムに対応して、図5Bでは、エポキシ樹脂の添加率に対する検体の強度をプロットしたグラフを示している。なお、図4の第1カラムには、Noとして検体番号の他、比較例を区別するための「*」を付しており、例えば、検体番号1の検体は「*」が付された比較例に係る検体であることを示している。
FIG. 5A is a diagram for explaining the effect of the addition of epoxy resin on the magnetic permeability according to the embodiment. FIG. 5B is a diagram for explaining the effect of the addition of epoxy resin on the strength according to the embodiment. The fifth column of FIG. 4 shows the initial magnetic permeability obtained as a result of the above test as magnetic permeability, and the sixth column of FIG. 4 shows the strength [N/mm 2 ] obtained as a result of the above test. FIG. 5A shows a graph in which the magnetic permeability of the specimen is plotted against the additive rate of the epoxy resin, corresponding to the fifth column of FIG. 4. FIG. 5B shows a graph in which the strength of the specimen is plotted against the additive rate of the epoxy resin, corresponding to the sixth column of FIG. 4. In addition, in the first column of FIG. 4, in addition to the specimen number as No., "*" is added to distinguish the comparative example, and for example, the specimen with
図4の検体番号1~3の検体に示すように、熱硬化性樹脂としてシリコーン樹脂のみを含む検体では、熱硬化性樹脂の添加量が増すと透磁率が小さくなる。 As shown in specimens numbered 1 to 3 in Figure 4, in specimens that contain only silicone resin as the thermosetting resin, the magnetic permeability decreases as the amount of thermosetting resin added increases.
一方で、図4の検体番号4~10の検体、図5A、及び図5Bに示すように、熱硬化性樹脂としてシリコーン樹脂に加えてエポキシ樹脂を添加した検体では、検体番号2の検体と比較して、エポキシ樹脂の添加量に応じて強度が大きくなり、さらに検体番号8の検体をピークとして透磁率が一過的に大きくなる。また、検体番号10の検体は、熱硬化性樹脂の総添加量(つまりシリコーン樹脂+エポキシ樹脂)がより低い検体番号3の検体と比較して、同等の透磁率を保ちながら、大幅に強度が高い検体であることがわかる。 On the other hand, as shown in specimens Nos. 4 to 10 in Figure 4, and in Figures 5A and 5B, specimens in which epoxy resin was added in addition to silicone resin as a thermosetting resin showed increased strength according to the amount of epoxy resin added compared to specimen No. 2, and furthermore, the magnetic permeability increased temporarily, peaking at specimen No. 8. Also, specimen No. 10 was found to be a specimen with significantly higher strength while maintaining the same magnetic permeability, compared to specimen No. 3, which had a lower total amount of thermosetting resin added (i.e. silicone resin + epoxy resin).
この結果は、金属磁性体粉末11の周りをシリコーン樹脂が被覆した後にエポキシ樹脂を添加することにより、エポキシ樹脂の硬化収縮時の軟化により、シリコーン樹脂中に点在してエポキシ樹脂が存在することに起因する。点在して存在するエポキシ樹脂の硬化収縮率は、シリコーン樹脂より大きいため、硬化過程で金属磁性体粉末11の各粒子間の距離を小さくすることができ、より大きな透磁率を得ることができる。また、同時にエポキシ樹脂のもつ性質である高強度と、シリコーン樹脂の持つ性質である高耐熱との性質を併せ持つ圧粉磁心10を得ることができる。
This result is due to the fact that by adding epoxy resin after coating the metal
なお、シリコーン樹脂とエポキシ樹脂の添加量の比率はエポキシ樹脂/シリコーン樹脂比において1以上になれば、金属磁性体粉末間のギャップ形成においてエポキシ樹脂による影響が支配的になり、透磁率が小さくなる。したがって、第2樹脂は、含有量が第1樹脂以下であるとよい。このように、単にエポキシ樹脂を多量に含む圧粉磁心を構成しても透磁率の低い圧粉磁心が作製されるのみであり、適切なエポキシ樹脂の添加範囲が存在する。 If the ratio of the silicone resin to the epoxy resin is 1 or more in the epoxy resin/silicone resin ratio, the effect of the epoxy resin becomes dominant in forming gaps between the metal magnetic powder, and the magnetic permeability becomes small. Therefore, it is preferable that the content of the second resin is equal to or less than that of the first resin. In this way, simply constructing a powder core containing a large amount of epoxy resin will only result in a powder core with low magnetic permeability, and there is an appropriate range for the amount of epoxy resin added.
例えば、検体番号4の検体は、シリコーン樹脂を3.00重量%と、エポキシ樹脂を0.25重量%添加して加工することで作製される。この結果得られる検体では断面のSEM観察画像において、エポキシ樹脂の面積占有率2.28%、金属磁性体粉末の面積占有率65.95%、及び、シリコーン樹脂の面積占有率31.77%である。したがって、シリコーン樹脂に対するエポキシ樹脂の作成後の検体における面積比は、2.28/31.77=0.07である。
For example,
同様に、検体番号10の検体は、シリコーン樹脂を3.00重量%と、エポキシ樹脂を3.00重量%添加して加工することで作製される。この結果得られる検体では断面のSEM観察画像において、エポキシ樹脂の面積占有率19.62%、金属磁性体粉末の面積占有率58.36%、及び、シリコーン樹脂の面積占有率22.02%である。したがって、シリコーン樹脂に対するエポキシ樹脂の作成後の検体における面積比は、19.62/22.02=0.89である。すなわち、断面における第2樹脂の面積占有率は、少なくとも少量含まれていることで効果を発揮し、19.62%(つまり20%)以下の範囲で存在する。言い換えると、断面における第2樹脂の面積占有率は、0.0%より大きく20%以下であればよい。また、断面における第1樹脂に対する第2樹脂の面積比は、0.0より大きい0.07以上、かつ、0.9より小さい0.89以下である。言い換えると、断面における第1樹脂に対する第2樹脂の面積比は、0.0より大きく、0.9より小さい範囲となればよい。
Similarly, the specimen with
[効果等]
以上、本実施の形態に係る圧粉磁心10は、金属磁性体粉末11と、熱硬化性を有する第1樹脂及び第2樹脂と、を備え、第2樹脂は、熱硬化時における収縮度が第1樹脂よりも高く、熱硬化時における弾性度が第1樹脂よりも低く、含有量が第1樹脂以下である。
[Effects, etc.]
As described above, the powder
このような圧粉磁心10は、第1樹脂の中に分散された状態で点在する第2樹脂が、硬化収縮される際に金属磁性体粉末11の各粒子同士を近接させるため、圧粉磁心10全体の透磁率を向上することができる。つまり、圧粉磁心10の磁気特性を向上することができる。よって、より高性能な圧粉磁心10を実現できる。
In such a
また、例えば、第1樹脂は、シリコーン樹脂であり、第2樹脂は、エポキシ樹脂であってもよい。 Also, for example, the first resin may be a silicone resin and the second resin may be an epoxy resin.
これによれば、第1樹脂としてシリコーン樹脂を用い、第2樹脂としてエポキシ樹脂を用いて上記の圧粉磁心10を実現できる。また、エポキシ樹脂の有する高強度な性質によって、圧粉磁心10の強度を向上することができる。よって、より高性能な圧粉磁心10を実現できる。
This allows the above-mentioned powder
また、例えば、圧粉磁心の断面における第2樹脂の面積占有率は、0.0%より大きく20%以下であってもよい。 Also, for example, the area occupancy rate of the second resin in the cross section of the powder magnetic core may be greater than 0.0% and less than or equal to 20%.
これによれば、適切な含有率で第2樹脂を含む圧粉磁心10を形成できる。よって、適切な第2樹脂の含有率の範囲内でより高性能な圧粉磁心10を実現できる。
This allows the formation of a powder
また、例えば、圧粉磁心の断面における第1樹脂に対する第2樹脂の面積比は、0.0より大きく、0.9より小さくてもよい。 Also, for example, the area ratio of the second resin to the first resin in the cross section of the powder magnetic core may be greater than 0.0 and less than 0.9.
これによれば、適切な面積比で第2樹脂を含む圧粉磁心10形成できる。よって、適切な第2樹脂の面積比の範囲内でより高性能な圧粉磁心10を実現できる。
This allows the formation of a powder
(その他の実施の形態等)
以上、本開示の実施の形態等に係る圧粉磁心について説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。
(Other embodiments, etc.)
Although the powder magnetic cores according to the embodiments and the like of the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to these embodiments.
例えば、上記した磁性材料を用いたコイル部品についても、本発明に含まれる。コイル部品としては、例えば、高周波用のリアクトル、インダクタ、トランス等のインダクタンス部品等が挙げられる。また、上述したコイル部品を備えた電源装置についても、本発明に含まれる。 For example, coil components using the above-mentioned magnetic materials are also included in the present invention. Examples of coil components include inductance components such as high-frequency reactors, inductors, and transformers. In addition, power supply devices equipped with the above-mentioned coil components are also included in the present invention.
また、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。 Furthermore, the present disclosure is not limited to this embodiment. As long as it does not deviate from the spirit of the present disclosure, various modifications conceivable by a person skilled in the art to this embodiment and forms constructed by combining components of different embodiments may also be included within the scope of one or more aspects.
本開示にかかる磁性材料は、高周波用のインダクタ及びトランスの磁心の材料等に適用できる。 The magnetic material disclosed herein can be used as a material for the magnetic cores of high-frequency inductors and transformers.
10 圧粉磁心
11 金属磁性体粉末
20、30 リード部
25 第1端子部材
35 第2端子部材
40 コイル部材
100 電気部品
REFERENCE SIGNS
Claims (3)
前記金属磁性体粉末に、常温で液体状のシリコーン樹脂である第1樹脂をあらかじめ溶剤に対して溶解させた状態で添加して混合することで前記金属磁性体粉末を前記第1樹脂で被覆させ、次いで、
前記金属磁性体粉末及び溶解させた前記第1樹脂の混合物に、常温で液体状のエポキシ樹脂である第2樹脂をあらかじめ溶剤に対して溶解させた状態で添加して混合し、
前記金属磁性体粉末、前記第1樹脂及び前記第2樹脂の混合物を加熱することで前記溶剤を蒸発させて複合磁性材料とし、
前記複合磁性材料を金型に投入して加圧成形し、
得られた成形体を熱処理して前記第1樹脂中に前記第2樹脂を点在させて熱硬化させ、
前記第2樹脂は、重量割合によって表される含有量が前記第1樹脂以下である
圧粉磁心の製造方法。 A metal magnetic powder is prepared.
A first resin, which is a silicone resin that is liquid at room temperature, is added to the metal magnetic powder in a state where the first resin is dissolved in a solvent in advance, and mixed to cover the metal magnetic powder with the first resin. Then,
A second resin, which is an epoxy resin in a liquid state at room temperature, is added to the mixture of the metal magnetic powder and the dissolved first resin in a state of being dissolved in a solvent in advance, and mixed;
a mixture of the metal magnetic powder, the first resin, and the second resin is heated to evaporate the solvent, thereby forming a composite magnetic material;
The composite magnetic material is put into a mold and pressure-molded,
The obtained molded body is heat-treated to cause the second resin to be interspersed in the first resin and to be thermally cured;
The method for producing a powder magnetic core, wherein the second resin has a content, expressed by weight percentage, equal to or less than the first resin.
請求項1に記載の圧粉磁心の製造方法。 The method for producing a powder magnetic core according to claim 1 , wherein an area occupancy of the second resin in a cross section of the powder magnetic core is greater than 0.0% and not more than 20%.
請求項1又は2に記載の圧粉磁心の製造方法。 The method for producing a powder magnetic core according to claim 1 , wherein an area ratio of the second resin to the first resin in a cross section of the powder magnetic core is greater than 0.0 and smaller than 0.9.
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