JP6471260B2 - Soft magnetic materials, dust cores using soft magnetic materials, reactors using dust cores - Google Patents
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Description
本発明は、軟磁性材料、軟磁性材料を用いた圧粉磁心、圧粉磁心を用いたリアクトル、及び圧粉磁心の製造方法に関する。 The present invention relates to a soft magnetic material, a powder magnetic core using the soft magnetic material, a reactor using the powder magnetic core, and a method for manufacturing the powder magnetic core.
モーター、インバーター、コンバーターへの電力供給系統の一部として、リアクトルが利用されている。このリアクトルのコアとして、圧粉磁心が使用される。圧粉磁心は、金属粉末とこれを覆う絶縁皮膜とから構成された粉末を加圧成形することにより形成される。 Reactors are used as part of the power supply system for motors, inverters, and converters. A powder magnetic core is used as the core of this reactor. The dust core is formed by press-molding a powder composed of a metal powder and an insulating film covering the metal powder.
圧粉磁心は、エネルギー交換効率の向上や低発熱などの要求から、小さな印加磁界で大きな磁束密度を得ることが出来る磁気特性と、磁束密度変化におけるエネルギー損失が小さいという磁気特性が求められる。磁束密度に関する磁気特性とは、具体的には透磁率(μ)である。エネルギー損失に関する磁気特性とは、具体的には鉄損(Pcv)である。鉄損(Pcv)は、ヒステリシス損失(Ph)と、渦電流損失(Pe)の和で表される。 The powder magnetic core is required to have a magnetic characteristic capable of obtaining a large magnetic flux density with a small applied magnetic field and a magnetic characteristic such that an energy loss due to a change in the magnetic flux density is small, due to demands for improving energy exchange efficiency and low heat generation. Specifically, the magnetic characteristic relating to the magnetic flux density is the magnetic permeability (μ). Specifically, the magnetic characteristics relating to energy loss are iron loss (Pcv). The iron loss (Pcv) is represented by the sum of hysteresis loss (Ph) and eddy current loss (Pe).
軟磁性粉末を用いた圧粉磁心は、上記の通り磁束密度の向上が求められており、そのためには、圧粉磁心を高密度にする必要がある。そのため、高い圧力で圧粉成形されるが、その際に多くの歪みが軟磁性粉末の粒子内に発生する。この歪みにより圧粉磁心の保磁力が高まり、ヒステリシス損失が増加してしまう。ヒステリシス損失が増加することにより、全体としての損失が増加し、飽和磁束密度が低下することにより、直流重畳特性が悪化してしまう。故に、これを除去する熱処理を与えることが好ましく、十分な除去には、例えば700℃程度以上の高い温度での熱処理が好ましい。 The dust core using soft magnetic powder is required to improve the magnetic flux density as described above. For this purpose, it is necessary to increase the density of the dust core. For this reason, compacting is performed at a high pressure, but at that time, many distortions are generated in the particles of the soft magnetic powder. This distortion increases the coercive force of the dust core and increases hysteresis loss. When the hysteresis loss increases, the loss as a whole increases, and the saturation magnetic flux density decreases, so that the direct current superimposition characteristics deteriorate. Therefore, it is preferable to apply a heat treatment for removing this, and for sufficient removal, a heat treatment at a high temperature of about 700 ° C. or higher is preferable.
一方、熱処理温度を上げ過ぎると、軟磁性粉末間の絶縁被膜が破壊または消失してしまい、それにより軟磁性粉末間が絶縁破壊してしまう。そのため、高い温度での熱処理を実現するためには、軟磁性粉末間の絶縁被膜が高い温度においても破壊または消失せず、維持されている必要がある。そのためには、以下に述べるように、絶縁被膜の機械的結合力及び膜厚が重要であると考えられた。 On the other hand, if the heat treatment temperature is raised too much, the insulating coating between the soft magnetic powders is broken or disappeared, thereby causing dielectric breakdown between the soft magnetic powders. Therefore, in order to realize heat treatment at a high temperature, it is necessary that the insulating coating between the soft magnetic powders is maintained without being destroyed or lost even at a high temperature. For that purpose, as described below, it was considered that the mechanical bonding force and the film thickness of the insulating coating were important.
圧粉磁心に用いる軟磁性粉末は柔らかい粉末であり、高い圧力での成形の際に、粒子が潰れて扁平状になる。圧粉磁心の絶縁被膜として機械的結合力の弱いものを使用すると、成形時に軟磁性粉末とともに潰れてしまい、絶縁被膜が損傷または裂傷してしまう。絶縁被膜が損傷または裂傷したまま高い温度で圧粉磁心を熱処理すると、絶縁被膜が破壊または消失し、軟磁性粉末間が絶縁破壊されてしまう。このように、熱処理温度を上げるため、絶縁被膜は機械的結合力が強いものを使用することが好ましい。 The soft magnetic powder used for the dust core is a soft powder, and the particles are crushed and flattened during molding at a high pressure. If the insulating coating of the dust core has a weak mechanical coupling force, it is crushed together with the soft magnetic powder during molding, and the insulating coating is damaged or torn. When the powder magnetic core is heat-treated at a high temperature while the insulating coating is damaged or lacerated, the insulating coating is destroyed or lost, and the dielectric breakdown occurs between the soft magnetic powders. Thus, in order to raise the heat treatment temperature, it is preferable to use an insulating film having a strong mechanical bonding force.
絶縁被膜の膜厚が薄いものは、熱処理工程において熱分解により破壊または消失されやすく、軟磁性粉末間が絶縁破壊されやすい。すなわち、熱分解されない低い温度で熱処理しなければならなくなり、熱処理温度を上げることができない。以上より、圧粉磁心に形成される絶縁被膜は、機械的結合力が強く、膜厚が厚いものがよい。 A thin film of the insulating coating is easily destroyed or lost by thermal decomposition in the heat treatment step, and the dielectric breakdown is liable to occur between the soft magnetic powders. That is, heat treatment must be performed at a low temperature that is not thermally decomposed, and the heat treatment temperature cannot be increased. From the above, it is preferable that the insulating coating formed on the dust core has a strong mechanical coupling force and a large film thickness.
従来は、絶縁被膜として、例えば、特許文献1に記載されているシリコーン樹脂及びシランカップリング剤による被膜が用いられてきた。シリコーン樹脂はシロキサン結合を主骨格とした高分子体であり、機械的結合力が強く、厚い被膜を形成する。しかし、シリコーン樹脂層の内側のシランカップリング剤の層は、分子量が小さく膜厚が薄い。また、シランカップリング剤の層は、機械的結合力が弱く、高圧成形に耐えられない。そのため、特許文献1に記載のシリコーン樹脂及びシランカップリング剤による被膜では、熱処理温度を上げられない。 Conventionally, for example, a coating made of a silicone resin and a silane coupling agent described in Patent Document 1 has been used as the insulating coating. The silicone resin is a polymer having a siloxane bond as a main skeleton, has a strong mechanical bonding force, and forms a thick film. However, the silane coupling agent layer inside the silicone resin layer has a small molecular weight and a thin film thickness. In addition, the silane coupling agent layer has a weak mechanical bonding force and cannot withstand high pressure molding. For this reason, the heat treatment temperature cannot be increased with the coating of the silicone resin and the silane coupling agent described in Patent Document 1.
特許文献2には、水和水を含む絶縁被膜とシリコーン樹脂被膜を組み合わせた被膜が提案されている。この特許文献2の被膜は、シリコーン樹脂被膜の内側に、機械的結合力が強く、膜厚が厚い絶縁層は形成されていない。よって、特許文献2の軟磁性材料の製造方法では、圧粉磁心の熱処理温度を上げられない。実際に、特許文献2の実施例は熱処理温度を600℃としており、十分に高い温度にはできていない。
特許文献3には、酸化マグネシウム(MgO)、酸化チタン(TiO2)、又は、アルミナ(Al2O3)の少なくとも1つからなる凝集防止粉及び、バインダ(アルコキシオリゴマー)からなる絶縁被膜が記載されている。この特許文献3の絶縁被膜は、無機絶縁粉末を使用しているが、その目的は磁性粉末の凝集防止であり、絶縁被膜を形成するものではない。また、金属粉体の外側に膜厚の厚いシリコーンレジン層が形成されていない。そのため、全体として絶縁被膜の膜厚が薄い。よって、特許文献3の加圧成形用粉体による絶縁被膜では、熱処理温度を上げられない。 Patent Document 3 describes an anti-aggregation powder composed of at least one of magnesium oxide (MgO), titanium oxide (TiO 2 ), or alumina (Al 2 O 3 ), and an insulating coating composed of a binder (alkoxy oligomer). Has been. The insulating coating of Patent Document 3 uses an inorganic insulating powder, but its purpose is to prevent aggregation of the magnetic powder and does not form an insulating coating. Moreover, the thick silicone resin layer is not formed in the outer side of metal powder. Therefore, the thickness of the insulating coating is thin as a whole. Therefore, the heat treatment temperature cannot be increased with the insulating film made of the powder for pressure molding disclosed in Patent Document 3.
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、熱処理工程において高い熱処理温度を実現し、軟磁性粉末内の歪みを除去することにより、ヒステリシス損失を低減し、飽和磁束密度を上げることである。これにより、損失を低減し、直流重畳特性を向上した圧粉磁心及びその製造方法を提供することができる。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to realize a high heat treatment temperature in the heat treatment process, to reduce hysteresis loss by removing strain in the soft magnetic powder, and to achieve saturation. It is to increase the magnetic flux density. Thereby, the powder magnetic core which reduced the loss and improved the direct current superimposition characteristic, and its manufacturing method can be provided.
本願発明の発明者は、機械的結合力が強く、膜厚が厚い絶縁被膜の材料として、シリコーンオリゴマーを見出した。シリコーンオリゴマーは主骨格がシロキサン結合であり、機械的結合力が強い。また、Si原子を1個有するモノマーであるシランカップリング剤に対して、低分子で、二量体、三量体である分子量1000程度のシリコーンオリゴマーを用いたほうが、その構造上、膜厚を厚くできると考えられる。すなわち、シリコーンオリゴマー層を絶縁被膜の中間層として形成することにより、絶縁被膜全体として機械的結合力を強く、膜厚を厚くすることができた。 The inventor of the present invention has found a silicone oligomer as a material for an insulating film having a strong mechanical bonding force and a large film thickness. Silicone oligomers have a main skeleton that is a siloxane bond and a strong mechanical bond. In addition, it is better to use a silicone oligomer having a molecular weight of about 1000, which is a low molecular, dimer or trimer, with respect to the silane coupling agent which is a monomer having one Si atom. It can be thickened. That is, by forming the silicone oligomer layer as an intermediate layer of the insulating coating, the entire insulating coating has a strong mechanical bonding force and can be made thicker.
本発明の軟磁性材料は、軟磁性粉末と、前記軟磁性粉末の表面を覆う絶縁被膜と、を有し、前記絶縁被膜が、前記軟磁性粉末の表面を被覆するシリコーンオリゴマー層と、前記シリコーンオリゴマー層の外側に形成されたシリコーンレジン層と、からなること、を特徴とする。 The soft magnetic material of the present invention has a soft magnetic powder and an insulating coating that covers the surface of the soft magnetic powder, and the insulating coating covers the silicone oligomer layer that covers the surface of the soft magnetic powder, and the silicone. And a silicone resin layer formed on the outside of the oligomer layer.
前記軟磁性粉末がFe−Si合金又は純鉄であると良い。また、前記シリコーンオリゴマーの添加量が前記軟磁性粉末に対して0.15〜3.5wt%であると良い。 The soft magnetic powder is preferably an Fe—Si alloy or pure iron. Moreover, it is good that the addition amount of the said silicone oligomer is 0.15-3.5 wt% with respect to the said soft-magnetic powder.
また、本発明の軟磁性材料は、軟磁性粉末と、前記軟磁性粉末の表面を覆う絶縁被膜と、を有し、前記絶縁被膜が、前記軟磁性粉末の表面に付着する融点が1000℃以上の無機絶縁粉末と、前記無機絶縁粉末が付着した前記軟磁性粉末の外側を被覆するシリコーンオリゴマー層と、前記シリコーンオリゴマー層の外側に形成されたシリコーンレジン層と、からなること、を特徴とする。 Further, the soft magnetic material of the present invention has a soft magnetic powder and an insulating coating covering the surface of the soft magnetic powder, and the melting point of the insulating coating adhering to the surface of the soft magnetic powder is 1000 ° C. or more. An inorganic insulating powder, a silicone oligomer layer covering the outside of the soft magnetic powder to which the inorganic insulating powder is adhered, and a silicone resin layer formed outside the silicone oligomer layer. .
前記無機絶縁粉末が前記軟磁性粉末の表面の少なくとも一部において層を形成しているとよい。 The inorganic insulating powder may form a layer on at least a part of the surface of the soft magnetic powder.
前記軟磁性粉末がFe−Ni合金であるとよい。 The soft magnetic powder is preferably an Fe—Ni alloy.
前記シリコーンオリゴマー層を形成するシリコーンオリゴマーの添加量が0.5〜1.25wt%であるとよい。 The addition amount of the silicone oligomer that forms the silicone oligomer layer is preferably 0.5 to 1.25 wt%.
前記無機絶縁粉末の比表面積が65〜130m2/gであるとよい。 The specific surface area of the inorganic insulating powder is preferably 65 to 130 m 2 / g.
前記シリコーンオリゴマーが、メチル系またはメチルフェニル系のシリコーンオリゴマーであるとよい。 The silicone oligomer may be a methyl or methylphenyl silicone oligomer.
前記シリコーンオリゴマーの前記シリコーンレジンに対する重量比が1:0.8〜1:3であるとよい。 The weight ratio of the silicone oligomer to the silicone resin is preferably 1: 0.8 to 1: 3.
前記の軟磁性材料を使用した圧粉磁心や、圧粉磁心を使用したリアクトル及び、圧粉磁心を得る製造方法も、本発明の一態様である。 The powder magnetic core using the soft magnetic material, the reactor using the powder magnetic core, and the manufacturing method for obtaining the powder magnetic core are also one aspect of the present invention.
以上のような本発明によれば、600℃以上の高い温度で熱処理を行っても絶縁被膜の破壊または焼失が起こらない。高い熱処理温度を実現することにより、軟磁性粉末内の歪みを除去し、ヒステリシス損失を低減し、飽和磁束密度を上げることができる。その結果、低損失で直流重畳特性に優れた圧粉磁心とその製造方法を提供することができる。 According to the present invention as described above, even if the heat treatment is performed at a high temperature of 600 ° C. or higher, the insulating film is not broken or burned out. By realizing a high heat treatment temperature, strain in the soft magnetic powder can be removed, hysteresis loss can be reduced, and saturation magnetic flux density can be increased. As a result, it is possible to provide a dust core with low loss and excellent direct current superposition characteristics and a method for manufacturing the same.
[1.圧粉磁心の製造方法]
本実施形態の圧粉磁心の製造方法は、次のような各工程を有する。この工程を図1のフローチャートに示す。
(1)軟磁性粉末に対して、無機絶縁粉末を混合して無機絶縁粉末を付着させる無機絶縁粉末付着工程(ステップ1)。
(2)表面に無機絶縁粉末が付着した軟磁性粉末に対し、シリコーンオリゴマーを混合してシリコーンオリゴマー層を形成するシリコーンオリゴマー層形成工程(ステップ2)。(3)シリコーンオリゴマー層が形成された軟磁性粉末に対し、シリコーンレジンを混合してシリコーンレジン層を形成するシリコーンレジン層形成工程(ステップ3)。
(4)前記工程を経た前記軟磁性粉末を、加圧成形処理して成形体を作製する成形工程(ステップ4)。
(5)成形工程を経た成形体を700℃以上で熱処理する熱処理工程(ステップ5)。
以下、各工程を具体的に説明する。
[1. Manufacturing method of powder magnetic core]
The manufacturing method of the powder magnetic core of the present embodiment includes the following steps. This process is shown in the flowchart of FIG.
(1) An inorganic insulating powder adhering step (step 1) in which an inorganic insulating powder is mixed with an inorganic insulating powder to the soft magnetic powder.
(2) A silicone oligomer layer forming step (step 2) in which a silicone oligomer layer is formed by mixing a silicone oligomer with a soft magnetic powder having an inorganic insulating powder adhered to the surface. (3) A silicone resin layer forming step of forming a silicone resin layer by mixing a silicone resin with the soft magnetic powder having the silicone oligomer layer formed thereon (step 3).
(4) A molding step (step 4) in which the soft magnetic powder that has undergone the above-described step is subjected to pressure molding treatment to produce a molded body.
(5) A heat treatment step (step 5) of heat-treating the molded body that has undergone the molding step at 700 ° C. or higher.
Hereafter, each process is demonstrated concretely.
(1)無機絶縁粉末付着工程
無機絶縁粉末付着工程では、軟磁性粉末と、無機絶縁粉末とを混合する。混合は、混合機(W型、V型)、ポットミル等を使用して行い、この時、粉末に内部歪が入らないように混合する。以上により、軟磁性粉末の表面に無機絶縁粉末層を付着することができる。軟磁性粉末の表面に無機絶縁粉末を付着することにより、軟磁性粉末の間を絶縁することができ、熱処理温度を上げることが可能になる。
(1) Inorganic insulating powder adhering step In the inorganic insulating powder adhering step, soft magnetic powder and inorganic insulating powder are mixed. Mixing is performed using a mixer (W type, V type), a pot mill or the like, and at this time, mixing is performed so that internal strain does not enter the powder. As described above, the inorganic insulating powder layer can be adhered to the surface of the soft magnetic powder. By attaching the inorganic insulating powder to the surface of the soft magnetic powder, the soft magnetic powder can be insulated and the heat treatment temperature can be increased.
無機絶縁粉末の付着の態様としては、軟磁性粉末の表面に点状に分散して付着している場合、軟磁性粉末の表面に塊状に分散して付着している場合、軟磁性粉末の全表面若しくは表面の一部を覆うように無機絶縁粉末の層を形成しながら付着している場合などが含まれる。また、軟磁性粉末の表面に付着するだけでなく、軟磁性粉末の外側に形成されたシリコーンオリゴマー層と混合し、シリコーンオリゴマー層の中に分散している場合も含まれる。なお、混合機による撹拌時間などの条件によっては、シリコーンオリゴマー層の中に分散しないこともある。 The inorganic insulating powder may be attached in the form of dots dispersed on the surface of the soft magnetic powder, or in the case of being dispersed and attached in a lump on the surface of the soft magnetic powder. The case where it adheres, forming the layer of an inorganic insulating powder so that the surface or a part of surface may be covered is included. In addition to being attached to the surface of the soft magnetic powder, a case where it is mixed with a silicone oligomer layer formed on the outside of the soft magnetic powder and dispersed in the silicone oligomer layer is also included. In addition, depending on conditions, such as stirring time by a mixer, it may not disperse | distribute in a silicone oligomer layer.
(軟磁性粉末)
本実施形態で使用する軟磁性粉末は、鉄を主成分とする軟磁性粉末であって、パーマロイ(Fe−Ni合金)、Si含有鉄合金(Fe−Si合金)、センダスト合金(Fe−Si−Al合金)、純鉄粉、などを用いる。鉄合金は、その他にCoやAl、Cr、Mnを含んでもよい。パーマロイ(Fe−Ni合金)を用いる場合、Feに対するNiの比率は50:50や25:75が好ましいが、他の比率であってもよい。例えば、Fe−80Ni、Fe−36Niでもよい。FeとNiの他にSi、Cr、Mo、Cu、Nb、Ta等を含んでいても良い。Fe−Si合金粉末は、例えば、Fe−3.5%Si合金粉末、Fe−6.5%Si合金粉末が挙げられるが、Feに対するSiの比率は、3.5%や6.5%以外であっても良い。純鉄粉は、Feを99%以上含むものである。軟磁性粉末は1種類でなく、2種類以上の混合粉でも良い。
(Soft magnetic powder)
The soft magnetic powder used in the present embodiment is a soft magnetic powder containing iron as a main component, and is permalloy (Fe—Ni alloy), Si-containing iron alloy (Fe—Si alloy), Sendust alloy (Fe—Si—). Al alloy), pure iron powder, etc. are used. The iron alloy may further contain Co, Al, Cr, or Mn. When using permalloy (Fe—Ni alloy), the ratio of Ni to Fe is preferably 50:50 or 25:75, but may be other ratios. For example, Fe-80Ni and Fe-36Ni may be used. In addition to Fe and Ni, Si, Cr, Mo, Cu, Nb, Ta, or the like may be included. Examples of the Fe-Si alloy powder include Fe-3.5% Si alloy powder and Fe-6.5% Si alloy powder, but the ratio of Si to Fe is other than 3.5% or 6.5%. It may be. Pure iron powder contains 99% or more of Fe. The soft magnetic powder is not limited to one type but may be a mixed powder of two or more types.
軟磁性粉末の製造方法は問わない。粉砕法により作製されたものでも、アトマイズ法により作製されたものでも良い。アトマイズ法は、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、水ガスアトマイズ法のいずれでも良い。水アトマイズ法は、現状、もっとも入手性が良く低コストである。水アトマイズ法を使用した場合は、その粒子形状がいびつであるので、それを加圧成形した粉末成形体の機械的強度を向上させやすい。 The method for producing the soft magnetic powder is not limited. Those produced by a pulverization method or those produced by an atomization method may be used. The atomizing method may be any of a water atomizing method, a gas atomizing method, and a water gas atomizing method. The water atomization method is currently the most available and low cost. When the water atomization method is used, since the particle shape is irregular, it is easy to improve the mechanical strength of a powder molded body obtained by pressure molding.
(無機絶縁粉末)
軟磁性粉末に混合する無機絶縁粉末としては、融点が1000℃以上の無機絶縁粉末であるアルミナ粉末、マグネシア粉末、シリカ粉末、チタニア粉末、ジルコニア粉末の少なくとも1種類以上であることが好ましい。融点が1000℃以上の無機絶縁粉末を使用するのは、後述の成形時に加わった圧力による歪みをとる目的で行う熱処理工程で加えられる熱により、無機絶縁粉末が焼結し圧粉磁心の材料として使用できなくなることを防止するためである。
(Inorganic insulating powder)
The inorganic insulating powder mixed with the soft magnetic powder is preferably at least one of alumina powder, magnesia powder, silica powder, titania powder, and zirconia powder, which is an inorganic insulating powder having a melting point of 1000 ° C. or higher. The inorganic insulating powder having a melting point of 1000 ° C. or higher is used as a material for the powder magnetic core by sintering the inorganic insulating powder by heat applied in the heat treatment process performed for the purpose of removing distortion due to the pressure applied during the molding described later. This is to prevent it from becoming unusable.
無機絶縁粉末の比表面積は65〜130m2/g(粒子径にすれば7〜200nm)が好ましく、より好ましくは100〜130m2/g(粒子径で7〜50nm)である。無機絶縁粉末の比表面積が大きいほうが、粒子径が小さくなる。粒子径が小さいほうが、軟磁性粉末間に無機絶縁粉末が隙間なく入り込み、密度の高い絶縁被膜が形成され、圧粉磁心成形時の歪が緩和される。一方、無機絶縁粉末の比表面積が大きすぎると、粒子径が小さくなりすぎて製造が困難となる。 The specific surface area of the inorganic insulating powder is 65~130m 2 / g (if the particle diameter 7~200Nm) are preferred, and more preferably 100~130m 2 / g (7~50nm in particle size). The larger the specific surface area of the inorganic insulating powder, the smaller the particle size. When the particle diameter is smaller, the inorganic insulating powder enters between the soft magnetic powders without any gaps, and a dense insulating coating is formed, thereby reducing the strain at the time of forming the dust core. On the other hand, when the specific surface area of the inorganic insulating powder is too large, the particle diameter becomes too small and the production becomes difficult.
無機絶縁粉末の添加量は、軟磁性粉末に対して0.5〜2.0wt%とする。これより少なければ絶縁性能が十分に発揮できず、高い熱処理温度では渦電流損失が著しく増加する場合がある。一方、これより多いと絶縁性能は発揮できるが、成形密度が低くなり、渦電流損失以外の磁気特性が低下するという問題点が生じる場合がある。これらの問題が生じない場合は、無機絶縁粉末付着工程は必ずしも必要ではない。 The addition amount of the inorganic insulating powder is 0.5 to 2.0 wt% with respect to the soft magnetic powder. If it is less than this, insulation performance cannot fully be exhibited, and eddy current loss may increase remarkably at high heat treatment temperatures. On the other hand, if it is more than this, the insulation performance can be exhibited, but the molding density is lowered, and there may be a problem that magnetic properties other than eddy current loss are deteriorated. If these problems do not occur, the inorganic insulating powder deposition step is not necessarily required.
(2)シリコーンオリゴマー層形成工程
シリコーンオリゴマー層形成工程では、無機絶縁粉末が付着された軟磁性粉末に対して、シリコーンオリゴマーを所定量添加して、大気雰囲気中、所定の温度で乾燥を行う。シリコーンオリゴマー層形成工程により、軟磁性粉末の外側にシリコーンオリゴマー層が形成される。
(2) Silicone oligomer layer forming step In the silicone oligomer layer forming step, a predetermined amount of silicone oligomer is added to the soft magnetic powder to which the inorganic insulating powder is adhered, and drying is performed at a predetermined temperature in the air atmosphere. A silicone oligomer layer is formed outside the soft magnetic powder by the silicone oligomer layer forming step.
(シリコーンオリゴマー)
シリコーンオリゴマーは、アルコキシシリル基を有し、反応性官能基を有さないメチル系、メチルフェニル系のものや、アルコキシシリル基及び反応性官能基を有するエポキシ系、エポキシメチル系、メルカプト系、メルカプトメチル系、アクリルメチル系、メタクリルメチル系、ビニルフェニル系のもの、アルコキシシリル基を有さずに、反応性官能基を有する脂環式エポキシ系のもの等を用いることができる。特に、メチル系またはメチルフェニル系のシリコーンオリゴマーを用いることで厚く硬い絶縁層を形成することができる。また、シリコーンオリゴマー層形成工程のしやすさを考慮して、粘度の比較的低いメチル系、メチルフェニル系を用いても良い。より具体的には、粘度の比較的低いシリコーンオリゴマーとして、下記の表8のシリコーンオリゴマーA〜Eを用いることができる。
(Silicone oligomer)
Silicone oligomers can be methyl-based or methylphenyl-based having alkoxysilyl groups and no reactive functional groups, and epoxy-based, epoxymethyl-based, mercapto-based, mercapto-based compounds having alkoxysilyl groups and reactive functional groups. Methyl-based, acrylmethyl-based, methacrylmethyl-based, vinylphenyl-based, alicyclic epoxy-based compounds having a reactive functional group without having an alkoxysilyl group can be used. In particular, a thick and hard insulating layer can be formed by using a methyl or methylphenyl silicone oligomer. In view of the ease of the silicone oligomer layer forming step, methyl or methylphenyl having a relatively low viscosity may be used. More specifically, silicone oligomers A to E shown in Table 8 below can be used as silicone oligomers having a relatively low viscosity.
シリコーンオリゴマーの分子量は、100〜4000であることが好ましい。分子量が100より小さい場合、熱処理工程において熱分解により破壊または消失されやすく、軟磁性粉末間が絶縁破壊されやすい。例えば、無機絶縁粉末をFe−Ni合金粉末、Fe−Si合金粉末又は純鉄粉の表面に付着させた場合、熱処理工程前はその分布が均一であっても、熱処理工程後はその分布にバラツキが生じていることが考えられる。一方、分子量が4000より大きい場合、膜厚が厚くなりすぎて、磁気特性が低下してしまう。 The molecular weight of the silicone oligomer is preferably 100 to 4000. When the molecular weight is less than 100, it is likely to be destroyed or lost by thermal decomposition in the heat treatment step, and the dielectric breakdown is likely to occur between the soft magnetic powders. For example, when inorganic insulating powder is adhered to the surface of Fe-Ni alloy powder, Fe-Si alloy powder or pure iron powder, even if the distribution is uniform before the heat treatment step, the distribution varies after the heat treatment step. It is thought that has occurred. On the other hand, if the molecular weight is larger than 4000, the film thickness becomes too thick and the magnetic properties are deteriorated.
シリコーンオリゴマーの添加量は、軟磁性粉末に対して、0.15〜3.5wt%であることが好ましく、軟磁性粉末がFe−Ni合金粉末である場合には0.5〜1.25wt%であることがより好ましい。軟磁性粉末がFe−Si合金粉末又は純鉄粉である場合には、0.15〜3.5wt%であることがより好ましい。添加量が0.15wt%より少ないと絶縁被膜として機能せず、渦電流損失が増加することにより磁気特性が低下する。添加量が3.5wt%より多いとコアが膨張することにより成形体の密度が低下し、透磁率が低下する。 The addition amount of the silicone oligomer is preferably 0.15 to 3.5 wt% with respect to the soft magnetic powder, and 0.5 to 1.25 wt% when the soft magnetic powder is Fe—Ni alloy powder. It is more preferable that When the soft magnetic powder is Fe-Si alloy powder or pure iron powder, it is more preferably 0.15 to 3.5 wt%. If the addition amount is less than 0.15 wt%, it does not function as an insulating film, and eddy current loss increases, resulting in deterioration of magnetic characteristics. When the addition amount is more than 3.5 wt%, the core expands to lower the density of the molded body and lower the magnetic permeability.
シリコーンオリゴマー層の乾燥温度は、25℃〜350℃が好ましく、軟磁性粉末がFe−Ni合金粉末である場合には200℃〜350℃がより好ましい。軟磁性粉末がFe−Si合金粉末又は純鉄粉である場合には、25℃〜350℃がより好ましい。乾燥温度が25℃未満であると膜の形成が不完全となり、渦電流損失が高くなる。一方、乾燥温度350℃より大きいと粉末が酸化することによりヒステリシス損失が高くなり、成形体の密度及び透磁率が低下する。乾燥時間は、2時間程度である。 The drying temperature of the silicone oligomer layer is preferably 25 ° C to 350 ° C, and more preferably 200 ° C to 350 ° C when the soft magnetic powder is an Fe-Ni alloy powder. When the soft magnetic powder is Fe-Si alloy powder or pure iron powder, 25 ° C to 350 ° C is more preferable. When the drying temperature is less than 25 ° C., film formation is incomplete and eddy current loss increases. On the other hand, when the drying temperature is higher than 350 ° C., the powder is oxidized to increase the hysteresis loss, and the density and magnetic permeability of the compact are reduced. The drying time is about 2 hours.
(3)シリコーンレジン層形成工程
シリコーンレジン層形成工程では、シリコーンオリゴマー層が形成された軟磁性粉末に対して、シリコーンレジンを所定量添加し、大気雰囲気中、所定の温度で乾燥させる。シリコーンレジン層形成工程により、シリコーンオリゴマー層の外側にシリコーンレジン層が形成される。
(3) Silicone resin layer forming step In the silicone resin layer forming step, a predetermined amount of silicone resin is added to the soft magnetic powder on which the silicone oligomer layer is formed, and dried at a predetermined temperature in an air atmosphere. A silicone resin layer is formed outside the silicone oligomer layer by the silicone resin layer forming step.
(シリコーンレジン)
シリコーンレジンはシロキサン結合(Si−O―Si)を主骨格に持つ樹脂である。シリコーンレジンを用いることで可撓性に優れた被膜を形成することができる。シリコーンレジンは、メチル系、メチルフェニル系、プロピルフェニル系、エポキシ樹脂変性系、アルキッド樹脂変性系、ポリエステル樹脂変性系、ゴム系等を用いることができる。この中でも特に、メチルフェニル系のシリコーンレジンを用いた場合、加熱減量が少なく、耐熱性に優れたシリコーンレジン層を形成することができる。
(Silicone resin)
The silicone resin is a resin having a siloxane bond (Si—O—Si) as a main skeleton. By using a silicone resin, a film excellent in flexibility can be formed. As the silicone resin, methyl, methylphenyl, propylphenyl, epoxy resin-modified, alkyd resin-modified, polyester resin-modified, rubber or the like can be used. Among these, in particular, when a methylphenyl-based silicone resin is used, it is possible to form a silicone resin layer with little heat loss and excellent heat resistance.
シリコーンレジンの添加量は、軟磁性粉末に対して、1.0〜1.5wt%であることが好ましい。添加量が1.0wt%より少ないと絶縁被膜として機能せず、渦電流損失が増加することにより磁気特性が低下する。添加量が1.5wt%より多いとコアが膨張することにより成形体の密度が低下し、透磁率が低下する。シリコーンオリゴマーに対するシリコーンレジンの添加量を適宜調整することで、強固で絶縁性能の高い絶縁被膜を形成することができ、特にシリコーンオリゴマーに対するシリコーンレジンの重量比が1:0.8〜1:3の場合に、強度と絶縁性能が優れている。 The addition amount of the silicone resin is preferably 1.0 to 1.5 wt% with respect to the soft magnetic powder. If the addition amount is less than 1.0 wt%, it will not function as an insulating film, and eddy current loss will increase, resulting in deterioration of magnetic properties. If the addition amount is more than 1.5 wt%, the core expands to reduce the density of the molded body and the magnetic permeability. By appropriately adjusting the amount of the silicone resin added to the silicone oligomer, it is possible to form a strong insulating film having a high insulating performance, and particularly the weight ratio of the silicone resin to the silicone oligomer is 1: 0.8 to 1: 3. In case, strength and insulation performance are excellent.
シリコーンレジン層の乾燥温度は、100℃〜400℃が好ましく、軟磁性粉末がFe−Ni合金粉末である場合には200℃〜300℃がより好ましい。軟磁性粉末がFe−Si合金粉末である場合は100℃〜400℃がより好ましい。軟磁性粉末が純鉄粉である場合には100℃〜300℃がより好ましい。乾燥温度が100℃より小さいと膜の形成が不完全となり、渦電流損失が高くなる。一方、乾燥温度300℃より大きいと粉末が酸化することによりヒステリシス損失が高くなり、成形体の密度及び透磁率が低下する。乾燥時間は、2時間程度である。 The drying temperature of the silicone resin layer is preferably 100 ° C to 400 ° C, and more preferably 200 ° C to 300 ° C when the soft magnetic powder is an Fe-Ni alloy powder. When the soft magnetic powder is an Fe—Si alloy powder, 100 ° C. to 400 ° C. is more preferable. When the soft magnetic powder is pure iron powder, 100 ° C. to 300 ° C. is more preferable. When the drying temperature is lower than 100 ° C., film formation is incomplete and eddy current loss increases. On the other hand, when the drying temperature is higher than 300 ° C., the powder is oxidized to increase the hysteresis loss, and the density and magnetic permeability of the compact are reduced. The drying time is about 2 hours.
(4)成形工程
成形工程では、表面に絶縁被膜が形成された軟磁性粉末を加圧成形することにより、成形体を形成する。成形時の圧力は10〜20ton/cm2であり、平均で15ton/cm2程度が好ましい。
(4) Molding step In the molding step, a compact is formed by pressure molding soft magnetic powder having an insulating coating formed on the surface. The pressure at the time of molding is 10 to 20 ton / cm 2 and is preferably about 15 ton / cm 2 on average.
(5)熱処理工程
熱処理工程では、成形工程を経た成形体に対して、N2ガス中やN2+H2ガス非酸化性雰囲気中にて、700℃以上且つ軟磁性粉末に被覆した絶縁被膜が破壊される温度(例えば、850℃とする)以下で、熱処理処理を行うことで圧粉磁心が作製される。絶縁被膜が破壊される温度以下で熱処理処理を行うのは、成形工程での歪みを開放すると共に、熱処理処理時の熱により軟磁性粉末の周囲に被覆した絶縁被膜が破れることを防止するためである。一方、熱処理温度を上げ過ぎると、この軟磁性粉末に被覆した絶縁被膜が破れることにより、絶縁性能の劣化から渦電流損失が大きく増加してしまう。それにより、磁気特性が低下するという問題が発生する。
(5) Heat treatment step In the heat treatment step, an insulating film coated with soft magnetic powder at 700 ° C. or higher in a N 2 gas or N 2 + H 2 gas non-oxidizing atmosphere is applied to the molded body that has undergone the forming step. A dust core is produced by performing a heat treatment at a temperature at which the material is destroyed (for example, 850 ° C.) or less. The reason why the heat treatment is performed at a temperature lower than the temperature at which the insulating film is broken is to release distortion in the molding process and prevent the insulating film coated around the soft magnetic powder from being broken by the heat during the heat treatment. is there. On the other hand, if the heat treatment temperature is increased too much, the insulating film coated with the soft magnetic powder is broken, and the eddy current loss is greatly increased due to the deterioration of the insulating performance. This causes a problem that the magnetic characteristics are deteriorated.
本発明の実施例1〜22及び比較例1〜15を、表1〜6及び図2〜9を参照して、以下に説明する。
[1.測定項目]
測定項目として、透磁率と損失を次のような手法により測定した。透磁率は、作製された圧粉磁心に1次巻線(20ターン)を施し、インピーダンスアナライザー(アジレントテクノロジー:4294A)を使用することで、10kHz、0.5Vにおけるインダクタンスから算出した。
Examples 1 to 22 and Comparative Examples 1 to 15 of the present invention will be described below with reference to Tables 1 to 6 and FIGS.
[1. Measurement item]
As measurement items, permeability and loss were measured by the following methods. The magnetic permeability was calculated from the inductance at 10 kHz and 0.5 V by applying a primary winding (20 turns) to the produced dust core and using an impedance analyzer (Agilent Technology: 4294A).
損失は、圧粉磁心に1次巻線(20ターン)及び2次巻線(3ターン)を施し、磁気計測機器であるBHアナライザ(岩通計測株式会社:SY−8232)を用いて、周波数100kHz、最大磁束密度Bm=0.1Tの条件下で鉄損(Pcv)を測定した。そして、損失からヒステリシス損失(Ph)と渦電流損失(Pe)を算出した。この算出は、損失の周波数曲線を次の(1)〜(3)式で最小2乗法により、ヒステリシス損係数(Kh)、渦電流損係数(Ke)を算出することで行った。 Loss is determined by applying a primary winding (20 turns) and a secondary winding (3 turns) to the dust core, and using a BH analyzer (Iwatori Measurement Co., Ltd .: SY-8232) as a magnetic measurement device. Iron loss (Pcv) was measured under the conditions of 100 kHz and maximum magnetic flux density Bm = 0.1T. And hysteresis loss (Ph) and eddy current loss (Pe) were calculated from the loss. This calculation was performed by calculating a hysteresis loss coefficient (Kh) and an eddy current loss coefficient (Ke) by the least square method using the following frequency equations (1) to (3).
Pcv=Kh×f+Ke×f2…(1)
Ph=Kh×f…(2)
Pe=Ke×f2…(3)
Pcv:鉄損
Kh:ヒステリシス損係数
Ke:渦電流損係数
f:周波数
Ph:ヒステリシス損失
Pe:渦電流損失
Pcv = Kh × f + Ke × f 2 (1)
Ph = Kh × f (2)
Pe = Ke × f 2 (3)
Pcv: Iron loss Kh: Hysteresis loss coefficient Ke: Eddy current loss coefficient f: Frequency Ph: Hysteresis loss Pe: Eddy current loss
本実施例において、各粉末の平均粒子径と円形度は、下記装置を用いて3000個の平均値をとったものであり、ガラス基板上に粉末を分散して、顕微鏡で粉末写真を撮り一個毎自動で画像から測定した。
会社名:Malvern
装置名:morphologi G3S
比表面積は、BET法により測定した。
In this example, the average particle diameter and the circularity of each powder are the average values of 3000 using the following apparatus, and the powder is dispersed on a glass substrate, and a powder photograph is taken with a microscope. It was measured automatically from the image every time.
Company name: Malvern
Device name: morphologic G3S
The specific surface area was measured by the BET method.
[2.第1の特性比較(絶縁層を構成する材料の種類による絶縁破壊温度の比較)]
第1の特性比較では、絶縁層を構成する材料の種類を変えて絶縁破壊温度の比較を行った。実施例1〜7では絶縁層としてシリコーンオリゴマー層を形成した。比較例1〜4では絶縁層としてシランカップリング剤の層を形成した。
[2. First characteristic comparison (comparison of dielectric breakdown temperature depending on the type of material constituting the insulating layer)]
In the first characteristic comparison, dielectric breakdown temperatures were compared by changing the type of material constituting the insulating layer. In Examples 1 to 7, a silicone oligomer layer was formed as an insulating layer. In Comparative Examples 1 to 4, a silane coupling agent layer was formed as the insulating layer.
本実施例1〜7で使用する試料は、下記のように作製した。なお、以下の記述において、「wt%」とは、軟磁性粉末に対する重量比を示す。
(1)平均円形度0.97のパーマロイ(Fe50Ni)からなる軟磁性粉末を水アトマイズ法で作製した。その後、200目(目開き75μm)の篩で篩通しを行い、平均粒子径を33.2μmとした。
(2)作製した軟磁性粉末に対して、比表面積が130m2/gのアルミナ粉末を0.75wt%混合した。
(3)これらに対して表8のメチル系のシリコーンオリゴマーAを1wt%混合し、300℃で2時間の加熱乾燥を行った。
(4)乾燥させた粉末に対してメチルフェニル系シリコーンレジン(品名:TSR−108)を1.5wt%混合して、大気雰囲気中、300℃で2時間の加熱乾燥を行った。
(5)加熱乾燥後に生じた塊を解砕する目的で30目(目開き500μm)の篩通しを行った。その後、潤滑剤としてエチレンビスステアレートアミドを0.6wt%を混合した。
(6)上記工程により絶縁被膜が形成された軟磁性粉末を、外径17mm、内径11mm、高さ8mmのトロイダル形状の容器に充填し、成形圧力15ton/cm2で成形体を作製した。
(7)最後に、成形体を550℃〜850℃の異なる熱処理温度で窒素雰囲気中にて熱処理を行い、圧粉磁心を作製した。
Samples used in Examples 1 to 7 were prepared as follows. In the following description, “wt%” indicates a weight ratio with respect to the soft magnetic powder.
(1) Soft magnetic powder made of permalloy (Fe50Ni) having an average circularity of 0.97 was produced by a water atomization method. Thereafter, sieving was performed with a 200-th sieve (aperture 75 μm), and the average particle size was set to 33.2 μm.
(2) 0.75 wt% of alumina powder having a specific surface area of 130 m 2 / g was mixed with the produced soft magnetic powder.
(3) 1 wt% of the methyl-based silicone oligomer A shown in Table 8 was mixed with these, followed by heat drying at 300 ° C. for 2 hours.
(4) 1.5 wt% of methylphenyl silicone resin (product name: TSR-108) was mixed with the dried powder, followed by heat drying at 300 ° C. for 2 hours in an air atmosphere.
(5) 30 th meshes (
(6) The soft magnetic powder with the insulating coating formed by the above process was filled into a toroidal container having an outer diameter of 17 mm, an inner diameter of 11 mm, and a height of 8 mm, and a molded body was produced at a molding pressure of 15 ton / cm 2 .
(7) Finally, the compact was heat-treated in a nitrogen atmosphere at different heat treatment temperatures of 550 ° C. to 850 ° C. to produce a dust core.
本比較例1〜4で使用する試料は、上記本実施例の工程(2)、(3)、(4)に代えて下記の工程を行った。
(1)作製した軟磁性粉末に対して、比表面積が65m2/gのアルミナ粉末を0.75wt%混合した。
(2)これらに対してシランカップリング剤(γ‐アミノプロピルトリエトキシシラン)を0.5wt%、メチルフェニル系シリコーンレジン(品名:TSR−108)を1.5wt%混合して、大気雰囲気中、150℃で2時間の加熱乾燥を行った。
The samples used in Comparative Examples 1 to 4 were subjected to the following steps in place of the steps (2), (3) and (4) of the above-mentioned Example.
(1) The produced soft magnetic powder was mixed with 0.75 wt% of alumina powder having a specific surface area of 65 m 2 / g.
(2) 0.5 wt% of silane coupling agent (γ-aminopropyltriethoxysilane) and 1.5 wt% of methylphenyl silicone resin (product name: TSR-108) are mixed with these in the atmosphere. And heat drying at 150 ° C. for 2 hours.
表1は実施例1〜7及び比較例1〜4の圧粉磁心について、550℃〜850℃の異なる熱処理温度にて処理したときの、圧粉磁心の磁気特性を示した表である。また、図2は実施例1〜7及び比較例1〜4について、熱処理温度と損失との関係について示したグラフである。図3は、600℃〜800℃の熱処理温度で処理した実施例2〜6及び比較例16について磁界の強度に対する透磁率の比率を示したグラフである。磁界の強度は、圧粉磁心にコイルを巻回して電流を流した時に発生した磁界の強度を測定したものである。なお、透磁率は、振幅透磁率であり、前述のインピーダンスアナライザーを使用することで、20kHz、1.0Vにおける各磁界の強さのインダクタンスから算出した。透磁率の比率は、直流を重畳させていない状態(磁界の強さが0H(A/m)の時)の透磁率を100%とし、各磁界における0H(A/m)時の透磁率との変化割合を示す。比較例16は、熱処理温度を500℃とし、当該温度以外を比較例1〜4と同じにして作製したものである。 Table 1 is a table showing the magnetic properties of the dust cores when the dust cores of Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 4 were processed at different heat treatment temperatures of 550 ° C to 850 ° C. FIG. 2 is a graph showing the relationship between heat treatment temperature and loss for Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 4. FIG. 3 is a graph showing the ratio of magnetic permeability to magnetic field strength for Examples 2 to 6 and Comparative Example 16 treated at a heat treatment temperature of 600 ° C. to 800 ° C. The strength of the magnetic field is obtained by measuring the strength of the magnetic field generated when a coil is wound around the dust core and a current is passed. The magnetic permeability is the amplitude magnetic permeability, and was calculated from the inductance of the strength of each magnetic field at 20 kHz and 1.0 V by using the impedance analyzer described above. The magnetic permeability ratio is defined as the magnetic permeability at 0H (A / m) in each magnetic field, where the magnetic permeability is 100% when DC is not superimposed (when the magnetic field strength is 0H (A / m)). Shows the rate of change. In Comparative Example 16, the heat treatment temperature was set to 500 ° C., and the other temperature was the same as Comparative Examples 1 to 4.
表1及び図2に示すように、実施例1〜7の渦電流損失(Pe)は、熱処理温度が800℃までは微増傾向にあるが、熱処理温度が850℃に達すると、大幅に増加することがわかった。これは、熱処理温度が850℃に達すると、粉末粒子間で絶縁破壊が起こることによると考えられる。また、ヒステリシス損失(Ph)に関しては、熱処理温度を高くするに従い、低減する傾向にあることが判明した。これは、高温で熱処理することにより、軟磁性粉末内部の歪みが除去されることによると考えられる。また、図3に示すように、熱処理温度の比較的低い実施例2〜4に対しては、低磁界側は比較例19の方が高いが、高磁界側になるほど同じになり、熱処理温度の比較的高い実施例5、6は、比較例19に対して全ての磁界の強度で透磁率の比率が高くなっている。 As shown in Table 1 and FIG. 2, the eddy current loss (Pe) of Examples 1 to 7 tends to increase slightly until the heat treatment temperature reaches 800 ° C., but increases significantly when the heat treatment temperature reaches 850 ° C. I understood it. This is thought to be due to dielectric breakdown occurring between the powder particles when the heat treatment temperature reaches 850 ° C. It was also found that the hysteresis loss (Ph) tends to decrease as the heat treatment temperature is increased. This is considered to be due to the fact that the distortion inside the soft magnetic powder is removed by heat treatment at a high temperature. Also, as shown in FIG. 3, for Examples 2 to 4 where the heat treatment temperature is relatively low, Comparative Example 19 is higher on the low magnetic field side, but becomes the same as the higher magnetic field side, and the heat treatment temperature is the same. In comparatively high Examples 5 and 6, the ratio of magnetic permeability is higher than that of Comparative Example 19 at all magnetic field strengths.
一方、比較例1〜4の渦電流損失(Pe)は、熱処理温度が700℃に達すると、大幅に増加してしまうことが判明した。すなわち、比較例1〜4では、粉末粒子間の絶縁破壊が700℃で起こっていることが分かった。 On the other hand, it was found that the eddy current loss (Pe) of Comparative Examples 1 to 4 significantly increased when the heat treatment temperature reached 700 ° C. That is, in Comparative Examples 1-4, it turned out that the dielectric breakdown between powder particles has occurred at 700 degreeC.
第1の特性比較から、シリコーンオリゴマー層を形成した実施例1〜7の方が、高い熱処理温度を実現できると判明した。これは、絶縁被膜として、機械的結合力が強く、膜厚が厚いシリコーンオリゴマー層が形成されることにより、高い熱処理温度でも、絶縁被膜が保持されることによると考えられる。熱処理温度を800℃と高くすることにより、コアのヒステリシス損失が低減され、飽和磁束密度を上げることができる。これにより、低損失かつ直流重畳特性に優れた圧粉磁心を提供することができる。 From the first characteristic comparison, it was found that Examples 1 to 7 in which the silicone oligomer layer was formed can realize a higher heat treatment temperature. This is considered to be due to the fact that the insulating coating is retained even at a high heat treatment temperature by forming a silicone oligomer layer having a strong mechanical bonding force and a large film thickness as the insulating coating. By increasing the heat treatment temperature to 800 ° C., the hysteresis loss of the core is reduced and the saturation magnetic flux density can be increased. Thereby, it is possible to provide a dust core having low loss and excellent direct current superposition characteristics.
[3.第2の特性比較(シリコーンオリゴマーの添加量による比較)]
第2の特性比較では、軟磁性粉末に添加するシリコーンオリゴマーの添加量を変えて圧粉磁心の磁気特性の比較を行った。実施例8〜11及び比較例5〜8として、シリコーンオリゴマーの添加量が0.00wt%〜1.50wt%までのものを用意した。
[3. Second characteristic comparison (comparison according to the amount of silicone oligomer added)]
In the second characteristic comparison, the magnetic characteristics of the dust cores were compared by changing the amount of silicone oligomer added to the soft magnetic powder. Examples 8 to 11 and Comparative Examples 5 to 8 were prepared in which the amount of silicone oligomer added was 0.00 wt% to 1.50 wt%.
実施例8〜11及び比較例5〜8で使用する試料は、上記第1の特性比較における本実施例1〜7の作製工程(2)、(3)、(4)、(7)にかえて下記の工程を行った。
(1)作製した軟磁性粉末に対して、比表面積が100m2/gのアルミナ粉末を0.75wt%混合した。
(2)これらに対して下記表8のメチル系のシリコーンオリゴマーAを0.00〜1.50wt%混合し、大気雰囲気中、300℃で2時間の加熱乾燥を行った。
(3)乾燥させた粉末に対してメチルフェニル系シリコーンレジン(品名:TSR−108)を1.0wt%混合して、大気雰囲気中、250℃で2時間の加熱乾燥を行った。
(4)最後に、成形体を800℃の熱処理温度で熱処理を行い、圧粉磁心を作製した。
The samples used in Examples 8 to 11 and Comparative Examples 5 to 8 are replaced with the production steps (2), (3), (4), and (7) of Examples 1 to 7 in the first characteristic comparison. The following steps were performed.
(1) 0.75 wt% of alumina powder having a specific surface area of 100 m 2 / g was mixed with the produced soft magnetic powder.
(2) To these, 0.001 to 1.50 wt% of a methyl silicone oligomer A shown in Table 8 below was mixed, followed by heat drying at 300 ° C. for 2 hours in an air atmosphere.
(3) 1.0 wt% of methylphenyl silicone resin (product name: TSR-108) was mixed with the dried powder, followed by heat drying at 250 ° C. for 2 hours in an air atmosphere.
(4) Finally, the compact was heat-treated at a heat treatment temperature of 800 ° C. to produce a dust core.
表2は、本実施例において、軟磁性粉末へのシリコーンオリゴマーの添加量と、圧粉磁心の磁気特性との関係を示した表である。また、図4は、横軸にシリコーンオリゴマーの添加量を示し、縦軸に損失(Pcv,Ph,Pe)を示している。 Table 2 shows the relationship between the amount of the silicone oligomer added to the soft magnetic powder and the magnetic properties of the dust core in this example. In FIG. 4, the horizontal axis indicates the amount of silicone oligomer added, and the vertical axis indicates loss (Pcv, Ph, Pe).
表2に示すように、シリコーンオリゴマーの添加量が多くなるに従い、損失が低減されることが判明した。また、図4に示すように、特に、シリコーンオリゴマーの添加量が0.5wt%以上で損失が低減されることが判明した。シリコーンオリゴマーの添加量が0.5wt%以上では、渦電流損失(Pe)が390(kW/m3)以下となり、十分に低減されることが分かった。これは、高温条件下でも絶縁破壊が起こることなく、粉末粒子間の絶縁が確保されていることを意味している。 As shown in Table 2, it was found that the loss was reduced as the amount of silicone oligomer added increased. Further, as shown in FIG. 4, it has been found that the loss is reduced particularly when the addition amount of the silicone oligomer is 0.5 wt% or more. It was found that when the amount of the silicone oligomer added was 0.5 wt% or more, the eddy current loss (Pe) was 390 (kW / m 3 ) or less, which was sufficiently reduced. This means that insulation between powder particles is ensured without causing dielectric breakdown even under high temperature conditions.
また、シリコーンオリゴマーの添加量を1.50wt%とすると、密度が低下することが分かった。密度が低下すると、透磁率が下がり磁気特性が低下する。これは、シリコーンオリゴマーを入れ過ぎると、コアが膨張することにより成形体の密度が低下すると考えられる。 It was also found that when the amount of silicone oligomer added was 1.50 wt%, the density was lowered. When the density is lowered, the magnetic permeability is lowered and the magnetic properties are lowered. This is considered to be that when the silicone oligomer is excessively added, the density of the molded body is lowered due to expansion of the core.
以上より、シリコーンオリゴマーの添加量としては、0.50wt%〜1.25wt%が好ましいことが判明した。添加量を上記範囲とすることにより、損失が低減され、成形体の密度及び透磁率が高い圧粉磁心及びその製造方法を提供することができる。 From the above, it was found that the addition amount of the silicone oligomer is preferably 0.50 wt% to 1.25 wt%. By setting the addition amount in the above range, it is possible to provide a dust core having a reduced loss and a high density and magnetic permeability of the molded body and a method for producing the same.
[4.第3の特性比較(シリコーンオリゴマーの乾燥温度による比較)]
第3の特性比較では、シリコーンオリゴマーの乾燥温度を変えて圧粉磁心の磁気特性の比較を行った。実施例12〜15および比較例9、10として、シリコーンオリゴマーの乾燥温度を150℃〜400℃とした圧粉磁心の磁気特性を計測した。
[4. Third characteristic comparison (comparison by drying temperature of silicone oligomer)]
In the third characteristic comparison, the magnetic characteristics of the dust cores were compared by changing the drying temperature of the silicone oligomer. As Examples 12 to 15 and Comparative Examples 9 and 10, the magnetic properties of dust cores having a silicone oligomer drying temperature of 150 to 400 ° C. were measured.
実施例12〜15および比較例9、10で使用する試料は、上記第1の特性比較における本実施例1〜7の作製工程(3)、(7)にかえて下記の工程を行った。
(1)これらに対してシリコーンオリゴマー(メチル系)を1wt%混合し、大気雰囲気中、表3に示す150℃〜400℃で2時間の加熱乾燥を行った。
(2)最後に、成形体を800℃の熱処理温度で熱処理を行い、圧粉磁心を作製した。
The samples used in Examples 12 to 15 and Comparative Examples 9 and 10 were subjected to the following steps in place of the production steps (3) and (7) of Examples 1 to 7 in the first characteristic comparison.
(1) 1 wt% of silicone oligomer (methyl) was mixed with these, and heat drying was performed at 150 ° C. to 400 ° C. shown in Table 3 for 2 hours in an air atmosphere.
(2) Finally, the compact was heat-treated at a heat treatment temperature of 800 ° C. to produce a dust core.
表3は、本実施例において、シリコーンオリゴマーの乾燥温度と、圧粉磁心の磁気特性との関係を示した表である。また、図5は、シリコーンオリゴマーの乾燥温度と損失との関係を示したグラフである。 Table 3 is a table showing the relationship between the drying temperature of the silicone oligomer and the magnetic properties of the dust core in this example. FIG. 5 is a graph showing the relationship between the drying temperature and loss of the silicone oligomer.
表3及び図5に示すように、シリコーンオリゴマーの乾燥温度が200℃〜350℃である実施例12〜15に比べて、150℃である比較例9及び、400℃である比較例10については、損失が増加していることが判明した。特に、400℃である比較例10については、ヒステリシス損失(Ph)が600(kW/m3)にまで大幅に増加してしまっている。このため、シリコーンオリゴマーの乾燥温度は、200℃〜350℃が良いことが判明した。 As shown in Table 3 and FIG. 5, compared to Examples 12 to 15 where the drying temperature of the silicone oligomer is 200 ° C. to 350 ° C., Comparative Example 9 which is 150 ° C. and Comparative Example 10 which is 400 ° C. It turns out that the loss has increased. In particular, for Comparative Example 10 at 400 ° C., the hysteresis loss (Ph) has increased significantly to 600 (kW / m 3 ). For this reason, it has been found that the drying temperature of the silicone oligomer is preferably 200 ° C to 350 ° C.
以上より、シリコーンオリゴマーの乾燥温度は200℃〜350℃が好ましいことが判明した。乾燥温度を上記範囲とすることにより、損失を低減することのできる圧粉磁心及びその製造方法を提供することができる。 From the above, it has been found that the drying temperature of the silicone oligomer is preferably 200 ° C to 350 ° C. By setting the drying temperature within the above range, it is possible to provide a dust core capable of reducing loss and a method for manufacturing the same.
[5.第4の特性比較(シリコーンレジンの乾燥温度による比較)]
第4の特性比較では、シリコーンレジンの乾燥温度を変えて圧粉磁心の磁気特性の比較を行った。実施例16〜18および比較例11〜13として、シリコーンレジンの乾燥温度を175℃〜400℃とした圧粉磁心の磁気特性を計測した。
[5. Fourth characteristic comparison (comparison by drying temperature of silicone resin)]
In the fourth characteristic comparison, the magnetic characteristics of the dust cores were compared by changing the drying temperature of the silicone resin. As Examples 16 to 18 and Comparative Examples 11 to 13, the magnetic properties of the dust cores in which the drying temperature of the silicone resin was 175 ° C. to 400 ° C. were measured.
本実施例16〜18で使用する試料は、上記第1の特性比較における本実施例1〜7の作製工程(4)にかえて下記の工程を行った。
(1)メチルフェニル系シリコーンレジンを1.5wt%混合して、大気雰囲気中、表4に示す150℃〜400℃で2時間の加熱乾燥を行った。
(2)最後に、成形体を800℃の熱処理温度で熱処理を行い、圧粉磁心を作製した。
The samples used in Examples 16 to 18 were subjected to the following steps in place of the production step (4) of Examples 1 to 7 in the first characteristic comparison.
(1) 1.5 wt% of methylphenyl silicone resin was mixed and heat-dried at 150 ° C. to 400 ° C. shown in Table 4 for 2 hours in an air atmosphere.
(2) Finally, the compact was heat-treated at a heat treatment temperature of 800 ° C. to produce a dust core.
表4は、本実施例において、シリコーンレジンの乾燥温度と、圧粉磁心の磁気特性との関係を示した表である。また、図6は、シリコーンレジンの乾燥温度と損失との関係を示したグラフである。図7は、乾燥温度が175℃〜300℃のシリコーンレジンについて磁界の強度に対する透磁率の比率を示したグラフである。 Table 4 is a table showing the relationship between the drying temperature of the silicone resin and the magnetic properties of the dust core in this example. FIG. 6 is a graph showing the relationship between the drying temperature and loss of the silicone resin. FIG. 7 is a graph showing the ratio of magnetic permeability to magnetic field strength for a silicone resin having a drying temperature of 175 ° C. to 300 ° C.
表4及び図6に示すように、シリコーンオリゴマーの乾燥温度が200℃〜300℃である実施例16〜18に比べて、175℃である比較例11は損失が増加していることが判明した。また、乾燥温度が400℃である比較例13については、損失が720(kW/m3)にまで大幅に増加していることが判明した。特に、乾燥温度が300℃の時に、最も損失が低減されることが判明した。このため、シリコーンレジンの乾燥温度は、200℃〜300℃が良いことが判明した。 As shown in Table 4 and FIG. 6, it was found that the loss of Comparative Example 11 at 175 ° C. was increased compared to Examples 16 to 18 where the drying temperature of the silicone oligomer was 200 ° C. to 300 ° C. . Moreover, about the comparative example 13 whose drying temperature is 400 degreeC, it turned out that the loss has increased significantly to 720 (kW / m < 3 >). In particular, it has been found that the loss is most reduced when the drying temperature is 300 ° C. For this reason, it has been found that the drying temperature of the silicone resin is preferably 200 ° C to 300 ° C.
図7に示すように、磁界が強くなるに従い、透磁率の比率は低下する傾向にあるが、乾燥温度が175℃の比較例11に比べて、乾燥温度が200℃以上の実施例16〜18の方が、透磁率の比率の低下が抑制されることが判明した。 As shown in FIG. 7, the magnetic permeability ratio tends to decrease as the magnetic field increases, but Examples 16 to 18 having a drying temperature of 200 ° C. or higher as compared with Comparative Example 11 having a drying temperature of 175 ° C. It has been found that the lowering of the permeability ratio is suppressed.
以上より、シリコーンレジンの乾燥温度は200℃〜300℃が好ましいことが判明した。乾燥温度を上記範囲とすることにより、損失が低減され、透磁率の比率の低下を抑制することのできる圧粉磁心及びその製造方法を提供することができる。 From the above, it was found that the drying temperature of the silicone resin is preferably 200 ° C to 300 ° C. By setting the drying temperature within the above range, it is possible to provide a dust core that can reduce loss and suppress a decrease in the magnetic permeability ratio and a method for manufacturing the same.
[6.第5の特性比較(無機絶縁粉末の比表面積による比較)]
第5の特性比較では、軟磁性粉末に添加する無機絶縁粉末の比表面積を変えて圧粉磁心の磁気特性の比較を行った。本特性比較では、比表面積が異なるアルミナ粉末を添加した実施例19〜21および比較例14について、磁気特性を測定した。
[6. Fifth characteristic comparison (comparison by specific surface area of inorganic insulating powder)]
In the fifth characteristic comparison, the magnetic characteristics of the dust cores were compared by changing the specific surface area of the inorganic insulating powder added to the soft magnetic powder. In this characteristic comparison, magnetic characteristics were measured for Examples 19 to 21 and Comparative Example 14 to which alumina powders having different specific surface areas were added.
実施例19〜21および比較例14で使用する試料は、上記第1の特性比較における本実施例1〜7の作製工程(2)、(7)にかえて下記の工程を行った。
(1)作製した軟磁性粉末に比表面積が50〜130m2/gのアルミナ粉末を0.75wt%混合した。
(2)最後に、成形体を800℃の熱処理温度で熱処理を行い、圧粉磁心を作製した。
The samples used in Examples 19 to 21 and Comparative Example 14 were subjected to the following steps in place of the production steps (2) and (7) of Examples 1 to 7 in the first characteristic comparison.
(1) The produced soft magnetic powder was mixed with 0.75 wt% of alumina powder having a specific surface area of 50 to 130 m 2 / g.
(2) Finally, the compact was heat-treated at a heat treatment temperature of 800 ° C. to produce a dust core.
表5は、本実施例において、軟磁性粉末に添加した無機絶縁粉末の比表面積と、圧粉磁心の磁気特性との関係を示した表である。また、図8は、軟磁性粉末に添加した無機絶縁粉末の比表面積と損失との関係を示したグラフである。 Table 5 shows the relationship between the specific surface area of the inorganic insulating powder added to the soft magnetic powder and the magnetic properties of the dust core in this example. FIG. 8 is a graph showing the relationship between the specific surface area of the inorganic insulating powder added to the soft magnetic powder and the loss.
表5及び図8に示すように、無機絶縁粉末の比表面積が大きいほうが、圧粉磁心の損失が小さいことが判明した。特に、比表面積が65〜130m2/gの無機絶縁粉末を添加した実施例19〜21では、比表面積が50m2/gの無機絶縁粉末を添加した比較例14に比べて、ヒステリシス損失(Ph)及び渦電流損失(Pe)が低減し、鉄損(Pcv)が小さくなった。このため、軟磁性粉末に混合する無機絶縁粉末の比表面積は65〜130m2/gが良いことが判明した。この理由としては、無機絶縁粉末の比表面積が大きいほうが、粒子径が小さくなり、軟磁性粉末間に無機絶縁粉末が隙間なく入り込み、圧粉磁心成形時の歪が緩和されることによると考えられる。
As shown in Table 5 and FIG. 8, it was found that the loss of the powder magnetic core was smaller as the specific surface area of the inorganic insulating powder was larger. In particular, in Examples 19 to 21 The specific surface area was added an inorganic insulating powder 65~130m 2 / g, as compared with Comparative Example 14 in which the specific surface area was added an inorganic insulating
以上より、軟磁性粉末に添加する無機絶縁粉末の比表面積は65〜130m2/gが好ましいと判明した。比表面積を上記範囲とすることにより、ヒステリシス損失(Ph)及び渦電流損失(Pe)を低減した、低損失な圧粉磁心とその製造方法を提供することができる。 From the above, it has been found that the specific surface area of the inorganic insulating powder added to the soft magnetic powder is preferably 65 to 130 m 2 / g. By setting the specific surface area within the above range, it is possible to provide a low-loss powder magnetic core with reduced hysteresis loss (Ph) and eddy current loss (Pe) and a method for manufacturing the same.
[7.第6の特性比較(篩の分級による比較)]
第6の特性比較では、ガスアトマイズ法により作製された軟磁性粉末を篩う篩の分級を変えて圧粉磁心の磁気特性の比較を行った。分級が150目(目開き106μm)のものを比較例15とし、200目(目開き75μm)のものを実施例22とした。
[7. Sixth characteristic comparison (comparison by sieve classification)]
In the sixth characteristic comparison, the magnetic characteristics of the dust cores were compared by changing the classification of the sieves for sieving the soft magnetic powder produced by the gas atomization method. The classification was 150 (mesh 106 μm) as Comparative Example 15, and 200 (mesh 75 μm) was used as Example 22.
本実施例22および比較例15で使用する試料は、上記第1の特性比較における本実施例1〜7の作製工程(1)、(7)にかえて下記の工程を行った。
(1)平均粒子径45.4μm、平均円形度0.99のFe50Niからなる軟磁性粉末をガスアトマイズ法で作製した。
(2)その後、150目(106μm)または、200目(75μm)で分級を行い、潤滑剤としてエチレンビスステアレートアミドを0.6wt%を混合した。
(3)最後に、成形体を800℃の熱処理温度で熱処理を行い、圧粉磁心を作製した。
The samples used in Example 22 and Comparative Example 15 were subjected to the following steps in place of the production steps (1) and (7) of Examples 1 to 7 in the first characteristic comparison.
(1) A soft magnetic powder made of Fe50Ni having an average particle diameter of 45.4 μm and an average circularity of 0.99 was prepared by a gas atomization method.
(2) Thereafter, classification was performed at 150 (106 μm) or 200 (75 μm), and 0.6 wt% ethylene bis-stearate amide was mixed as a lubricant.
(3) Finally, the compact was heat-treated at a heat treatment temperature of 800 ° C. to produce a dust core.
表6は、本実施例において、分級と、圧粉磁心の磁気特性との関係を示した表である。また、図9は、本実施例22および比較例15について、磁界の強度に対する透磁率の比率を示したグラフである。 Table 6 is a table showing the relationship between classification and magnetic properties of the dust core in this example. FIG. 9 is a graph showing the ratio of magnetic permeability to magnetic field strength for Example 22 and Comparative Example 15.
表6に示すように、分級を200目(75μm)とした実施例22の方が、分級を150目(106μm)とした比較例15よりも損失が低減されることが判明した。また、図9に示すように、篩の分級が200目(75μm)のものの方が、強磁界における透磁率の比率の低下が抑制されることが分かった。また、篩の分級が200目(75μm)の方が、全体として鉄損(Pcv)の増加が抑制され、特に、渦電流損失(Pe)が273(kW/m3)となり、増加が抑制されていることが分かった。また、ガスアトマイズ法により作製された軟磁性粉末を使用した場合でも、水アトマイズ法により作製された軟磁性粉末と同等の磁気特性を実現できることが判明した。 As shown in Table 6, it was found that the loss was reduced in Example 22 in which the classification was 200 (75 μm) than in Comparative Example 15 in which the classification was 150 (106 μm). Further, as shown in FIG. 9, it was found that when the sieve classification is 200 (75 μm), the decrease in the ratio of the permeability in the strong magnetic field is suppressed. Further, when the sieve classification is 200 (75 μm), the increase in iron loss (Pcv) is suppressed as a whole, and in particular, the eddy current loss (Pe) is 273 (kW / m 3 ), and the increase is suppressed. I found out. Further, it has been found that even when a soft magnetic powder produced by the gas atomization method is used, magnetic characteristics equivalent to those of the soft magnetic powder produced by the water atomization method can be realized.
以上より、篩の分級は200目(75μm)が好ましいと判明した。これにより、損失が低減され、強磁界における透磁率の比率の低下が抑制された圧粉磁心及びその製造方法を提供することができる。 From the above, it was found that the sieve classification is preferably 200 (75 μm). As a result, it is possible to provide a dust core in which loss is reduced and a decrease in the ratio of permeability in a strong magnetic field is suppressed, and a method for manufacturing the same.
[8.第7の特性比較(Fe−Si合金粉末又は純鉄粉に対して構成する絶縁層の材料の種類の違いによる特性比較)]
第7の特性比較では、軟磁性粉末の表面に形成する絶縁層を構成する材料の種類を変えて圧粉磁心の鉄損及び直流重畳特性の比較を行った。実施例23〜25は、軟磁性粉末の表面に絶縁層としてシリコーンオリゴマー層を形成し、比較例16〜18は、軟磁性粉末の表面に絶縁層としてシランカップリング剤の層を形成した。
[8. Seventh characteristic comparison (characteristic comparison by the difference in the kind of material of the insulating layer comprised with respect to Fe-Si alloy powder or pure iron powder)]
In the seventh characteristic comparison, the iron loss and DC superposition characteristics of the dust cores were compared by changing the type of material constituting the insulating layer formed on the surface of the soft magnetic powder. In Examples 23 to 25, a silicone oligomer layer was formed as an insulating layer on the surface of the soft magnetic powder, and in Comparative Examples 16 to 18 a silane coupling agent layer was formed as an insulating layer on the surface of the soft magnetic powder.
本実施例23で使用する試料は、下記のように作製した。
(1)平均円形度0.97のFe−6.5%Si合金からなる軟磁性粉末をガスアトマイズ法で作製した。その後、250目(目開き63μm)の篩で篩通しを行い、平均粒子径(D50)を40μmとした。
(2)作製した軟磁性粉末に対して、比表面積が130m2/gのアルミナ粉末を0.75wt%混合した。
(3)これらに対して下記表8のメチル系のシリコーンオリゴマーAを1wt%混合し、300℃で2時間の加熱乾燥を行った。
(4)乾燥させた粉末に対してメチルフェニル系シリコーンレジン(品名:TSR−108)を1.4wt%混合して、大気雰囲気中、150℃で2時間の加熱乾燥を行った。
(5)加熱乾燥後に生じた塊を解砕する目的で30目(目開き500μm)の篩通しを行った。その後、潤滑剤としてエチレンビスステアレートアミドを0.6wt%を混合した。
(6)上記工程により絶縁被膜が形成された軟磁性粉末を、外径17mm、内径11mm、高さ8mmのトロイダル形状の容器に充填し、成形圧力15ton/cm2で成形体を作製した。
(7)最後に、成形体を850℃の熱処理温度で窒素雰囲気中にて2時間熱処理を行い、圧粉磁心を作製した。
The sample used in Example 23 was prepared as follows.
(1) A soft magnetic powder made of an Fe-6.5% Si alloy having an average circularity of 0.97 was produced by a gas atomization method. Thereafter, sieving was carried out with a sieve having 250 meshes (
(2) 0.75 wt% of alumina powder having a specific surface area of 130 m 2 / g was mixed with the produced soft magnetic powder.
(3) 1 wt% of the methyl-based silicone oligomer A shown in Table 8 below was mixed with these, followed by heat drying at 300 ° C. for 2 hours.
(4) Methylphenyl silicone resin (product name: TSR-108) was mixed with 1.4 wt% of the dried powder, and heat-dried at 150 ° C. for 2 hours in an air atmosphere.
(5) 30 th meshes (
(6) The soft magnetic powder with the insulating coating formed by the above process was filled into a toroidal container having an outer diameter of 17 mm, an inner diameter of 11 mm, and a height of 8 mm, and a molded body was produced at a molding pressure of 15 ton / cm 2 .
(7) Finally, the compact was heat-treated in a nitrogen atmosphere at a heat treatment temperature of 850 ° C. for 2 hours to produce a dust core.
本実施例24で使用する試料は、本実施例23の作製工程(1)に代えて、下記の工程を行った。
(1)平均円形度0.95のFe−3.5%Si合金からなる軟磁性粉末を水アトマイズ法で作製した。その後、150目(目開き106μm)の篩で篩通しを行い、平均粒子径(D50)を70μmとした。
The sample used in Example 24 was subjected to the following process in place of the manufacturing process (1) of Example 23.
(1) A soft magnetic powder made of an Fe-3.5% Si alloy having an average circularity of 0.95 was prepared by a water atomization method. Thereafter, sieving was carried out with a sieve having 150 meshes (aperture 106 μm), and the average particle diameter (D50) was set to 70 μm.
本実施例25で使用する試料は、本実施例23の作製工程(1)、(7)に代えて、下記の工程を行った。
(1)平均円形度0.9の純鉄粉からなる軟磁性粉末を水アトマイズ法で作製した。その後、250目(目開き63μm)の篩で篩通しを行い、平均粒子径(D50)を40μmとした。
(7)最後に、成形体を625℃の熱処理温度で水素雰囲気中にて2時間熱処理を行い、圧粉磁心を作製した。
The sample used in Example 25 was subjected to the following steps instead of the manufacturing steps (1) and (7) of Example 23.
(1) Soft magnetic powder made of pure iron powder having an average circularity of 0.9 was produced by a water atomization method. Thereafter, sieving was carried out with a sieve having 250 meshes (
(7) Finally, the compact was heat-treated in a hydrogen atmosphere at a heat treatment temperature of 625 ° C. for 2 hours to produce a dust core.
比較例16〜18で使用する試料は、それぞれ本実施例23〜25の作製工程(3)、(4)に代えて、下記の工程を行った。
(3’)これらに対してシランカップリング剤(品名:A1100)を1wt%、メチルフェニル系シリコーンレジン(品名:TSR−108)を1.4wt%混合し、大気雰囲気中、150℃で2時間の加熱乾燥を行った。
The samples used in Comparative Examples 16 to 18 were subjected to the following steps in place of the production steps (3) and (4) of Examples 23 to 25, respectively.
(3 ′) 1 wt% of a silane coupling agent (product name: A1100) and 1.4 wt% of a methylphenyl silicone resin (product name: TSR-108) are mixed with these, and the mixture is kept at 150 ° C. for 2 hours in an air atmosphere. Was dried by heating.
(鉄損及び直流重畳特性)
図10は、本実施例23及び比較例16の磁界の強さに対する透磁率の比率を示すグラフである。図11は、本実施例24及び比較例17の磁界の強さに対する透磁率の比率を示すグラフである。図12は、本実施例25及び比較例18の磁界の強さに対する透磁率の比率を示すグラフである。なお、透磁率は、振幅透磁率であり、前述のインピーダンスアナライザーを使用することで、20kHz、1.0Vにおける各磁界の強さのインダクタンスから算出した。透磁率の比率は、直流を重畳させていない状態(磁界の強さが0H(A/m)の時)の透磁率を100%とし、各磁界における0H(A/m)時の透磁率との変化割合を示す。 FIG. 10 is a graph showing the ratio of the magnetic permeability to the magnetic field strength of Example 23 and Comparative Example 16. FIG. 11 is a graph showing the ratio of the magnetic permeability to the magnetic field strength in Example 24 and Comparative Example 17. FIG. 12 is a graph showing the ratio of the magnetic permeability to the magnetic field strength of Example 25 and Comparative Example 18. The magnetic permeability is the amplitude magnetic permeability, and was calculated from the inductance of the strength of each magnetic field at 20 kHz and 1.0 V by using the impedance analyzer described above. The magnetic permeability ratio is defined as the magnetic permeability at 0H (A / m) in each magnetic field, where the magnetic permeability is 100% when DC is not superimposed (when the magnetic field strength is 0H (A / m)). Shows the rate of change.
図10〜図12に示すように、本実施例23〜25の透磁率の比率が、各磁界の強さにおいて、比較例16〜18の透磁率の比率よりも上回っており、直流重畳特性が向上していることが分かる。直流重畳特性が向上しているのは、均一に無機絶縁粉末(アルミナ粉末)が分布していることが1つの要因と考えられる。 As shown in FIGS. 10 to 12, the magnetic permeability ratios of Examples 23 to 25 are higher than the magnetic permeability ratios of Comparative Examples 16 to 18 in the strength of each magnetic field, and the DC superimposition characteristics are high. It can be seen that it has improved. One reason for the improved DC superimposition characteristics is that the inorganic insulating powder (alumina powder) is uniformly distributed.
[9.第8の特性比較(シリコーンオリゴマーの種類の違いによる比較)]
第8の特性比較では、Fe−Si合金粉末又は純鉄粉に添加するシリコーンオリゴマーの種類を変えて圧粉磁心の鉄損及び直流重畳特性の比較を行った。実施例26〜29として、軟磁性粉末をFe−6.5%Si合金粉末、Fe−3.5%Si合金粉末とし、シリコーンオリゴマーの種類以外の工程を実施例23、24と同じにして、シリコーンオリゴマーの種類を下記の表8のオリゴマーB、Dの通りとした。また、実施例30、31として、軟磁性粉末を純鉄粉とし、シリコーンオリゴマーの種類以外の工程を実施例25と同じにして、シリコーンオリゴマーの種類の種類を下記の表8の種類B、Dの通りとした。
[9. Eighth characteristic comparison (comparison based on different types of silicone oligomer)]
In the eighth characteristic comparison, the iron loss and DC superposition characteristics of the dust cores were compared by changing the type of silicone oligomer added to the Fe—Si alloy powder or pure iron powder. As Examples 26 to 29, the soft magnetic powder was Fe-6.5% Si alloy powder, Fe-3.5% Si alloy powder, and the steps other than the type of silicone oligomer were the same as in Examples 23 and 24. The types of silicone oligomers were as shown in oligomers B and D in Table 8 below. In Examples 30 and 31, the soft magnetic powder is pure iron powder, the steps other than the type of silicone oligomer are the same as in Example 25, and the types of types of silicone oligomer are the types B and D in Table 8 below. It was as follows.
なお、表8のシリコーンオリゴマーAは、アルコキシシランを40〜50%含むシリコーンオリゴマーであり、シリコーンオリゴマーBは、オルガノポリシロキサンを100%含むシリコーンオリゴマーである。シリコーンオリゴマーCは、オルガノポリシロキサンを100%含むシリコーンオリゴマーであり、シリコーンオリゴマーDは、アルコキシシロキサンを100%含むシリコーンオリゴマーである。シリコーンオリゴマーEは、メトキシ官能性メチル-フェニル-ポリシロキサンを含むシリコーンオリゴマーである。
(鉄損及び直流重畳特性)
表11は、実施例25、30、31及び比較例18の鉄損(Pcv)の算出結果を示す。図15は、実施例25、30、31及び比較例18の磁界の強さに対する透磁率の比率を示すグラフである。表11に示すように、実施例25、30、31が比較例18と比べて鉄損が低くなっていることが分かる。一方、図15に示すように、実施例25、30、31の透磁率の比率は、各磁界の強さにおいて、比較例18の透磁率の比率よりも上回っており、直流重畳特性が向上していることが分かる。実施例25、30、31のうち、実施例30、31の透磁率の比率は同程度であり、実施例25が最も直流重畳特性が向上していることが確認できる。 Table 11 shows the calculation results of the iron loss (Pcv) of Examples 25, 30, and 31 and Comparative Example 18. FIG. 15 is a graph showing the ratio of the magnetic permeability to the magnetic field strength of Examples 25, 30, and 31 and Comparative Example 18. As shown in Table 11, it can be seen that the iron loss in Examples 25, 30, and 31 is lower than that in Comparative Example 18. On the other hand, as shown in FIG. 15, the magnetic permeability ratios of Examples 25, 30, and 31 are higher than the magnetic permeability ratio of Comparative Example 18 in the strength of each magnetic field, and the DC superposition characteristics are improved. I understand that Among Examples 25, 30, and 31, the ratios of the magnetic permeability of Examples 30 and 31 are approximately the same, and it can be confirmed that Example 25 has the most improved DC superposition characteristics.
以上のように、図13〜図15及び表8より、有機置換基がメチル系であるオリゴマーAを使用した場合に、直流重畳特性が良好な結果を示す傾向にあることが分かる。 As described above, it can be seen from FIGS. 13 to 15 and Table 8 that when the oligomer A whose organic substituent is methyl is used, the direct current superposition characteristics tend to show good results.
[10.第9の特性比較(シリコーンオリゴマーの添加量による比較)]
(1)軟磁性粉末がFe−Si合金粉末である場合
第9の特性比較では、Fe−Si合金粉末に添加するシリコーンオリゴマーの添加量を変えて圧粉磁心の鉄損及び直流重畳特性の比較を行った。実施例32〜36として、シリコーンオリゴマーの添加量以外の工程を実施例23と同じにして、シリコーンオリゴマーの添加量が0.15wt%〜3.5wt%までのものを用意した。
[10. Ninth characteristic comparison (comparison according to the amount of silicone oligomer added)]
(1) When the soft magnetic powder is Fe-Si alloy powder In the ninth characteristic comparison, the iron loss and DC superposition characteristics of the powder magnetic core are compared by changing the amount of silicone oligomer added to the Fe-Si alloy powder. Went. As Examples 32-36, the steps other than the addition amount of the silicone oligomer were the same as those in Example 23, and the addition amount of the silicone oligomer was prepared from 0.15 wt% to 3.5 wt%.
(鉄損及び直流重畳特性)
(2)軟磁性粉末が純鉄粉である場合
また、純鉄粉に添加するシリコーンオリゴマーの添加量を変えて圧粉磁心の鉄損及び直流重畳特性の比較を行った。実施例37〜41として、シリコーンオリゴマーの添加量以外の工程を実施例25と同じにして、シリコーンオリゴマーの添加量が0.15wt%〜3.5wt%までのものを用意した。
(2) When the soft magnetic powder is pure iron powder Further, the iron loss and DC superposition characteristics of the dust cores were compared by changing the amount of the silicone oligomer added to the pure iron powder. As Examples 37 to 41, processes other than the addition amount of the silicone oligomer were the same as those in Example 25, and the addition amount of the silicone oligomer was prepared from 0.15 wt% to 3.5 wt%.
(鉄損及び直流重畳特性)
[11.第10の特性比較(シリコーンオリゴマーの乾燥温度による比較)]
(1)軟磁性粉末がFe−Si合金粉末である場合
第10の特性比較では、Fe−Si合金粉末に添加するシリコーンオリゴマーの添加量を変えて圧粉磁心の鉄損及び直流重畳特性の比較を行った。実施例42〜44及び比較例19として、シリコーンオリゴマーの乾燥温度以外の工程を実施例23と同じにして、シリコーンオリゴマーの乾燥温度が25℃〜400℃までのものを用意した。
[11. Tenth characteristic comparison (comparison by drying temperature of silicone oligomer)]
(1) When the soft magnetic powder is Fe-Si alloy powder In the tenth characteristic comparison, the iron loss and DC superposition characteristics of the powder magnetic core are compared by changing the amount of silicone oligomer added to the Fe-Si alloy powder. Went. As Examples 42 to 44 and Comparative Example 19, the steps other than the drying temperature of the silicone oligomer were the same as those in Example 23, and the drying temperature of the silicone oligomer was from 25 ° C to 400 ° C.
(鉄損及び直流重畳特性)
(2)軟磁性粉末が純鉄粉である場合
また、純鉄粉に添加するシリコーンオリゴマーの添加量を変えて圧粉磁心の鉄損及び直流重畳特性の比較を行った。実施例45〜48及び比較例20として、シリコーンオリゴマーの乾燥温度以外の工程を実施例25と同じにして、シリコーンオリゴマーの乾燥温度が25℃〜350℃までのものを用意した。
(2) When the soft magnetic powder is pure iron powder Further, the iron loss and DC superposition characteristics of the dust cores were compared by changing the amount of the silicone oligomer added to the pure iron powder. As Examples 45 to 48 and Comparative Example 20, the steps other than the drying temperature of the silicone oligomer were the same as those of Example 25, and the drying temperature of the silicone oligomer was from 25 ° C to 350 ° C.
(鉄損及び直流重畳特性)
[12.第11の特性比較(無機絶縁粉末の有無の比較)]
第11の特性比較では、Fe−Si合金粉末に添加する無機絶縁粉末の有無による圧粉磁心の鉄損及び直流重畳特性の比較を行った。実施例49は、軟磁性粉末をFe−6.5%Si合金粉末とし、無機絶縁粉末付着工程をなくして、その他を実施例23と同じにして作製したものである。実施例50は、軟磁性粉末をFe−3.5%Si合金粉末とし、無機絶縁粉末付着工程をなくして、その他を実施例24と同じにして作製したものである。すなわち、実施例49、50は、実施例23、24の上記(2)の工程をなくし、上記(1)の工程後に、上記工程(3)〜(7)を行ったものである。
In the eleventh characteristic comparison, the iron loss and direct current superposition characteristics of the dust cores were compared depending on the presence or absence of the inorganic insulating powder added to the Fe—Si alloy powder. In Example 49, the soft magnetic powder was made of Fe-6.5% Si alloy powder, the inorganic insulating powder adhering step was eliminated, and the others were made in the same manner as in Example 23. In Example 50, the soft magnetic powder was Fe-3.5% Si alloy powder, and the other steps were the same as in Example 24 except that the inorganic insulating powder adhesion step was omitted. That is, Examples 49 and 50 are obtained by eliminating the step (2) of Examples 23 and 24 and performing the steps (3) to (7) after the step (1).
表16は、実施例23、49の鉄損(Pcv)の算出結果を示す。表17は、実施例24、50の鉄損(Pcv)の算出結果を示す。図20は、実施例23、49の磁界の強さに対する透磁率の比率を示すグラフである。図21は、実施例24、50の磁界の強さに対する透磁率の比率を示すグラフである。表16及び表17に示すように、実施例49は実施例23と、実施例50は実施例24と鉄損が同程度であることが分かった。図20及び図21に示すように、実施例23、49及び実施例24、50は、それぞれ直流重畳特性に違いは認められなかった。軟磁性粉末にSiが含まれている場合、無機絶縁粉末が無い場合でも、ある場合と同等の直流重畳特性が得られると考えられる。 Table 16 shows the calculation results of the iron loss (Pcv) of Examples 23 and 49. Table 17 shows the calculation results of the iron loss (Pcv) of Examples 24 and 50. FIG. 20 is a graph showing the ratio of magnetic permeability to magnetic field strength in Examples 23 and 49. FIG. 21 is a graph showing the ratio of magnetic permeability to magnetic field strength in Examples 24 and 50. As shown in Tables 16 and 17, it was found that the iron loss in Example 49 was the same as that in Example 23, and that in Example 50 was about the same as that in Example 24. As shown in FIGS. 20 and 21, Examples 23 and 49 and Examples 24 and 50 showed no difference in direct current superposition characteristics. When Si is contained in the soft magnetic powder, it is considered that even if there is no inorganic insulating powder, DC superimposition characteristics equivalent to those obtained can be obtained.
[他の実施形態]
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
[Other Embodiments]
The present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
Claims (12)
前記軟磁性粉末の表面を覆う絶縁被膜と、
を有し、
前記絶縁被膜が、
前記軟磁性粉末の表面を被覆するシリコーンオリゴマー層と、
前記シリコーンオリゴマー層の外側に形成されたシリコーンレジン層と、
からなること、
を特徴とする軟磁性材料。 Soft magnetic powder,
An insulating coating covering the surface of the soft magnetic powder;
Have
The insulating coating is
A silicone oligomer layer covering the surface of the soft magnetic powder;
A silicone resin layer formed outside the silicone oligomer layer;
Consisting of,
Soft magnetic material characterized by
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の軟磁性材料。 The addition amount of the silicone oligomer is 0.15 to 3.5 wt% with respect to the soft magnetic powder,
The soft magnetic material according to claim 1, wherein:
前記軟磁性粉末の表面を覆う絶縁被膜と、
を有し、
前記絶縁被膜が、
前記軟磁性粉末の表面に付着する融点が1000℃以上の無機絶縁粉末と、
前記無機絶縁粉末が付着した前記軟磁性粉末の外側を被覆するシリコーンオリゴマー層と、
前記シリコーンオリゴマー層の外側に形成されたシリコーンレジン層と、
からなること、
を特徴とする軟磁性材料。 Soft magnetic powder,
An insulating coating covering the surface of the soft magnetic powder;
Have
The insulating coating is
An inorganic insulating powder having a melting point of 1000 ° C. or higher attached to the surface of the soft magnetic powder;
A silicone oligomer layer covering the outside of the soft magnetic powder to which the inorganic insulating powder is attached;
A silicone resin layer formed outside the silicone oligomer layer;
Consisting of,
Soft magnetic material characterized by
を特徴とする請求項4〜6のいずれか1項に記載の軟磁性材料。 The addition amount of the silicone oligomer is 0.5 to 1.25 wt% with respect to the soft magnetic powder,
The soft magnetic material according to claim 4, wherein:
を特徴とする請求項4〜7のいずれか1項に記載の軟磁性材料。 The specific surface area of the inorganic insulating powder is 65 to 130 m 2 / g,
The soft magnetic material according to claim 4, wherein:
を特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の軟磁性材料。 The silicone oligomer is a methyl or methylphenyl silicone oligomer;
The soft magnetic material according to claim 1, wherein:
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