TW201712699A - 壓粉磁芯、該壓粉磁芯之製造方法、具備該壓粉磁芯之電氣．電子零件及安裝有該電氣．電子零件之電氣．電子機器 - Google Patents

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Akinori Kojima
Takao Mizushima
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Abstract

本發明提供一種壓粉磁芯，其係含有如羰基鐵般之結晶質磁性材料之粉末者，且具備優異之磁特性。 本發明之壓粉磁芯之特徵在於：其係含有結晶質磁性材料之粉末及非晶質磁性材料之粉末者，且上述結晶質磁性材料之粉末之含量相對於上述結晶質磁性材料之粉末之含量與上述非晶質磁性材料之粉末之含量之總和之質量比率即第一混合比率為75質量%以上且95質量%以下。

Description

壓粉磁芯、該壓粉磁芯之製造方法、具備該壓粉磁芯之電氣‧電子零件及安裝有該電氣‧電子零件之電氣‧電子機器
本發明係關於一種壓粉磁芯、該壓粉磁芯之製造方法、具備該壓粉磁芯之電氣‧電子零件及安裝有該電氣‧電子零件之電氣‧電子機器。
用於油電混合車等之升壓電路或發電、變電設備之電抗器、變壓器或扼流圈等中所使用之壓粉磁芯可藉由將大量之軟磁性粉末壓粉成形，並對所獲得之成形製造物進行熱處理而獲得。
專利文獻1中，揭示有造粒物之製造方法及使用藉由該造粒物之製造方法所製造之造粒物之電感器，該造粒物之製造方法之特徵在於包括：混合物製造步驟，其係將該磁性粉末、樹脂、低沸點溶劑、及高沸點溶劑混合，製造漿狀混合物；第1乾燥步驟，其係對上述漿狀混合物進行加熱而使上述低沸點溶劑蒸發，製造糊狀混合物；整粒步驟，其係藉由使上述糊狀混合物通過篩網而將其壓碎而進行製粒，獲得粒子；及第2乾燥步驟，其係對上述粒子進行加熱而使上述高沸點溶劑蒸發，獲得磁性粒子。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2014-125655號公報
上述專利文獻1中，作為具體例，揭示有使用包含粒徑為3~5μm之羰基鐵粉(Carbonyl Iron Powder，以下，有時稱為「CIP」)之磁性粉末之情形。主要使用CIP會使磁導率較高且使直流重疊特性提高，故而較佳。
本發明之目的在於提供一種壓粉磁芯，其係含有如CIP般之結晶質磁性材料之粉末者，且具備優異之磁特性。本發明之課題亦在於提供一種該壓粉磁芯之製造方法、具備該壓粉磁芯之電氣‧電子零件及安裝有該電氣‧電子零件之電氣‧電子機器。
為了解決上述問題，本發明者等人進行研究，結果得出如下之新的見解：藉由使壓粉磁芯不僅含有如CIP之結晶質磁性材料之粉末，亦含有特定量之非晶質磁性材料之粉末，可改善磁特性。
基於該見解而完成之本發明於一態樣中係一種壓粉磁芯，其特徵在於：其係含有結晶質磁性材料之粉末及非晶質磁性材料之粉末者，且上述結晶質磁性材料之粉末之含量相對於上述結晶質磁性材料之粉末之含量與上述非晶質磁性材料之粉末之含量之總和之質量比率即第一混合比率為75質量%以上且95質量%以下。藉由使壓粉磁芯不僅含有結晶質磁性材料之粉末，亦含有特定量之非晶質磁性材料之粉末，而鐵損Pcv容易降低。
上述第一混合比率為80質量%以上且90質量%以下可更加穩定地改善壓粉磁芯之磁特性，故而較佳。
存在如下情形：上述結晶質磁性材料之粉末較佳為包含被實施絕緣處理之材料。
亦可為，上述結晶質磁性材料包含選自由Fe-Si-Cr系合金、Fe-Ni系合金、Fe-Co系合金、Fe-V系合金、Fe-Al系合金、Fe-Si系合金、 Fe-Si-Al系合金、羰基鐵(CIP)及純鐵所組成之群中之1種或2種以上之材料。存在如下情形：該等中，上述結晶質磁性材料較佳為包含羰基鐵(CIP)。
亦可為，上述非晶質磁性材料包含選自由Fe-Si-B系合金、Fe-P-C系合金及Co-Fe-Si-B系合金所組成之群中之1種或2種以上之材料。存在如下情形：該等中，上述非晶質磁性材料較佳為包含Fe-P-C系合金。
存在如下情形：上述非晶質磁性材料之粉末之中值粒徑D50較佳為20μm以下。
亦可為，含有使上述結晶質磁性材料之粉末及上述非晶質磁性材料之粉末結合於上述壓粉磁芯中所含有之其他材料之結合成分。於該情形時，上述結合成分較佳為包含基於樹脂材料之成分。
本發明於另一態樣中係一種壓粉磁芯之製造方法，其特徵在於：其係上述本發明之壓粉磁芯之製造方法，且包括成形步驟，該成形步驟係藉由成形處理而獲得成形製造物，該成形處理包括對包含上述結晶質磁性材料之粉末及上述非晶質磁性材料之粉末與包含上述樹脂材料之黏合劑成分的混合物實施之加壓成形。
亦可為，藉由上述成形步驟所獲得之上述成形製造物為上述壓粉磁芯。或者，亦可為包括熱處理步驟，該熱處理步驟係藉由對由上述成形步驟獲得之上述成形製造物進行加熱之熱處理而獲得上述壓粉磁芯。
本發明於另一態樣中係一種電氣‧電子零件，其係具備上述本發明之壓粉磁芯、線圈及與上述線圈之各個端部連接之連接端子者，且上述壓粉磁芯之至少一部分係以位於在經由上述連接端子於上述線圈流通電流時由上述電流所產生之感應磁場內之方式配置。該電氣‧電子零件基於上述壓粉磁芯之優異之特性而能夠降低鐵損。
本發明於進而另一態樣中係一種電氣‧電子機器，其係安裝有上述本發明之電氣‧電子零件者，且上述電氣‧電子零件藉由上述連接端子與基板連接。作為該電氣‧電子機器，可例示具備電源開關電路、電壓升降電路、平流電路等之電源裝置或小型可攜式通信裝置等。本發明之電氣‧電子機器具備上述本發明之電氣‧電子零件，故而容易應對大電流化、高速化。
上述發明之壓粉磁芯可具有與具備包含結晶質磁性材料之粉末之磁性粉末之壓粉磁芯相比優異之磁特性。又，根據本發明，提供一種上述壓粉磁芯之製造方法、具備上述壓粉磁芯之電氣‧電子零件及安裝有該電氣‧電子零件之電氣‧電子機器。
1‧‧‧壓粉磁芯(環形磁芯)
2‧‧‧被覆導電線
2a‧‧‧線圈
2b、2c‧‧‧露出端部
2d、2e‧‧‧線圈2a之端部
3‧‧‧壓粉磁芯
3a‧‧‧壓粉磁芯3之安裝面
3b、3c‧‧‧壓粉磁芯3之側面
4‧‧‧端子部
5‧‧‧線圈
5a‧‧‧線圈5之捲繞部
5b‧‧‧線圈5之引出端部
10‧‧‧環形線圈
20‧‧‧電感元件
30‧‧‧收納凹部
40‧‧‧連接端部
42a‧‧‧第1曲折部
42b‧‧‧第2曲折部
100‧‧‧安裝基板
110‧‧‧岸台部
120‧‧‧焊料層
200‧‧‧噴霧乾燥器裝置
201‧‧‧轉子
P‧‧‧造粒粉
S‧‧‧漿料
圖1係概念性地表示本發明之一實施形態之壓粉磁芯之形狀的立體圖。
圖2係概念性地表示製造造粒粉之方法之一例中所使用之噴霧乾燥器裝置及其動作之圖。
圖3係概念性地表示作為具備本發明之一實施形態之壓粉磁芯之電氣‧電子零件的環形磁芯之形狀的立體圖。
圖4係局部透視地表示作為具備本發明之另一實施形態之壓粉磁芯之電氣‧電子零件的電感元件之整體構成的立體圖。
圖5係表示將圖4中所示之電感元件安裝於安裝基板上之狀態之局部前視圖。
圖6係表示含有中值粒徑D50為5μm之非晶質磁性材料之粉末之壓粉磁芯中之常數kh相對於第一混合比率之依存性之擬合結果的曲線圖。
圖7係表示含有中值粒徑D50為5μm之非晶質磁性材料之粉末之 壓粉磁芯中之常數ke相對於第一混合比率之依存性之擬合結果的曲線圖。
圖8係表示含有中值粒徑D50為8μm之非晶質磁性材料之粉末之壓粉磁芯中之常數kh相對於第一混合比率之依存性之擬合結果的曲線圖。
圖9係表示含有中值粒徑D50為8μm之非晶質磁性材料之粉末之壓粉磁芯中之常數ke相對於第一混合比率之依存性之擬合結果的曲線圖。
圖10係表示含有中值粒徑D50為5μm之非晶質磁性材料之粉末之壓粉磁芯中之相對磁導率μ'相對於第一混合比率之依存性之擬合結果的曲線圖。
圖11係表示含有中值粒徑D50為5μm之非晶質磁性材料之粉末之壓粉磁芯中之Isat相對於第一混合比率之依存性之擬合結果的曲線圖。
圖12係對於含有中值粒徑D50為5μm之非晶質磁性材料之粉末且第一混合比率處於50質量%~100質量%之範圍內之壓粉磁芯彙總表示鐵損比、初始磁導率比及Isat比的曲線圖。
以下，對本發明之實施形態詳細地進行說明。
1.壓粉磁芯
圖1中所示之本發明之一實施形態之壓粉磁芯1之外觀係環狀，含有結晶質磁性材料之粉末及非晶質磁性材料之粉末。本實施形態之壓粉磁芯1係藉由包括成形處理之製造方法所製造者，該成形處理包括包含該等粉末之混合物之加壓成形。作為不限定之一例，本實施形態之壓粉磁芯1含有使結晶質磁性材料之粉末及非晶質磁性材料之粉末結合於壓粉磁芯1中所含有之其他材料(既存在為同種材料之情形， 亦存在為異種材料之情形)之結合成分。以下，對該等成分進行說明。
(1)結晶質磁性材料之粉末
提供本發明之一實施形態之壓粉磁芯1所含有之結晶質磁性材料之粉末的結晶質磁性材料只要滿足結晶質(藉由通常之X射線繞射測定而獲得具有可特定出材料種類之程度之明確之波峰之繞射光譜)、及強磁性體之條件，則具體之種類無限定。作為結晶質磁性材料之具體例，可列舉Fe-Si-Cr系合金、Fe-Ni系合金、Fe-Co系合金、Fe-V系合金、Fe-Al系合金、Fe-Si系合金、Fe-Si-Al系合金、羰基鐵(CIP)及純鐵。上述結晶質磁性材料可包含1種材料，亦可包含複數種材料。提供結晶質磁性材料之粉末之結晶質磁性材料較佳為選自由上述材料所組成之群中之1種或2種以上之材料，該等中，較佳為含有CIP，更佳為由CIP所構成。
本發明之一實施形態之壓粉磁芯1所含有之結晶質磁性材料之粉末之形狀無限定。粉末之形狀可為球狀，亦可為非球狀。於為非球狀之情形時，可為鱗片狀、橢圓球狀、液滴狀、針狀等具有形狀各向異性之形狀，亦可為不具特別之形狀各向異性之不定形狀。作為不定形狀之粉體之例，可列舉複數個球狀之粉體相互接觸而結合、或以局部埋藏於其他粉體之方式結合之情形。此種不定形狀之粉體於為CIP時容易被觀察。
粉末之形狀可為於製造粉末之階段中所獲得之形狀，亦可為藉由對所製造之粉末進行二次加工而獲得之形狀。作為前者之形狀，可例示球狀、橢圓球狀、液滴狀、針狀等，作為後者之形狀，可例示鱗片狀。
本發明之一實施形態之壓粉磁芯1所含有之結晶質磁性材料之粉末之粒徑無限定。若利用中值粒徑D50(藉由雷射繞射散射法所測得之軟磁性粉末之粒徑之體積分佈中之體積累積值為50%時之粒徑)規定 該粒徑，則通常設為1μm~20μm之範圍。就提高操作性之觀點、提高壓粉磁芯中之結晶質磁性材料之粉末之填充密度之觀點等而言，結晶質磁性材料之粉末之中值粒徑D50(於本說明書中，亦稱為「第一中值粒徑d1」)較佳為設為1μm以上且15μm以下，更佳為設為1μm以上且10μm以下，尤佳為設為1μm以上且5μm以下。
較佳為結晶質磁性材料之粉末之至少一部分由被實施過絕緣處理之材料所構成，更佳為結晶質磁性材料之粉末由被實施過絕緣處理之材料所構成。於對結晶質磁性材料之粉末實施有絕緣處理之情形時，觀察到壓粉磁芯之絕緣電阻提高之傾向。
對結晶質磁性材料之粉末實施之絕緣處理之種類無限定。可例示磷酸處理、磷酸鹽處理、氧化處理、溶膠‧凝膠法等。
結晶質磁性材料之粉末之含量相對於結晶質磁性材料之粉末之含量與非晶質磁性材料之粉末之含量之總和之質量比率(單位：質量%、於本說明書中亦稱為「第一混合比率」)較佳為75質量%以上且95質量%以下。藉由使第一混合比率為上述之範圍內，而觀察到鐵損Pcv容易降低之傾向。就與磁導率等其他磁特性之平衡性優異之觀點而言，第一混合比率更佳為78質量%以上且93質量%以下，進而較佳為80質量%以上且90質量%以下。
(2)非晶質磁性材料之粉末
提供本發明之一實施形態之壓粉磁芯1所含有之非晶質磁性材料之粉末的非晶質磁性材料只要滿足非晶質(藉由通常之X射線繞射測定而獲得具有可特定出材料種類之程度之明確之波峰之繞射光譜)、及強磁性體、尤其是軟磁性體之條件，則具體之種類無限定。作為非晶質磁性材料之具體例，可列舉Fe-Si-B系合金、Fe-P-C系合金及Co-Fe-Si-B系合金。上述非晶質磁性材料可包含1種材料，亦可包含複數種材料。構成非晶質磁性材料之粉末之磁性材料較佳為選自由上述材料 所組成之群中之1種或2種以上之材料，該等中，較佳為含有Fe-P-C系合金，更佳為由Fe-P-C系合金所構成。
作為Fe-P-C系合金之具體例，可列舉組成式由Fe100原子%-a-b-c-x-y-z-t NiaSnbCrcPxCyBzSit表示、且0原子%≦a≦10原子%、0原子%≦b≦3原子%、0原子%≦c≦6原子%、6.8原子%≦x≦12.8原子%、2.2原子%≦y≦11.8原子%、0原子%≦z≦9.6原子%、0原子%≦t≦7原子%之Fe基非晶質合金。於上述組成式中，Ni、Sn、Cr、B及Si係任意添加元素。
Ni之添加量a較佳為設為0原子%以上且6原子%以下，更佳為設為0原子%以上且4原子%以下。Sn之添加量b較佳為設為0原子%以上且2原子%以下，更佳為設為1原子%以上且2原子%以下。Cr之添加量c較佳為設為0原子%以上且3原子%以下，更佳為設為1原子%以上且2.5原子%以下。亦存在P之添加量x較佳為設為8.8原子%以上之情形。亦存在C之添加量y較佳為設為5.8原子%以上且8.8原子%以下之情形。B之添加量z較佳為設為0原子%以上且9原子%以下，更佳為設為0原子%以上且8原子%以下。Si之添加量t較佳為設為0原子%以上且6原子%以下，更佳為設為0原子%以上且5.5原子%以下。
本發明之一實施形態之壓粉磁芯1所含有之非晶質磁性材料之粉末之形狀無限定。關於粉末之形狀之種類，由於與結晶質磁性材料之粉末之情形相同，故而省略說明。亦存在因製造方法之關係而非晶質磁性材料容易製成球狀或橢圓球狀之情形。又，一般而言，非晶質磁性材料較結晶質磁性材料硬質，故而，亦存在較佳為將結晶質磁性材料設為非球狀而使其於加壓成形時容易變形之情形。
本發明之一實施形態之壓粉磁芯1所含有之非晶質磁性材料之粉末之形狀可為於製造粉末之階段中所獲得之形狀，亦可為藉由對所製造之粉末進行二次加工而獲得之形狀。作為前者之形狀，可例示球 狀、橢圓球狀、針狀等，作為後者之形狀，可例示鱗片狀。
本發明之一實施形態之壓粉磁芯1所含有之非晶質磁性材料之粉末之粒徑無限定。若利用中值粒徑D50規定該粒徑，則有較佳為設為20μm以下之情形。就提高操作性之觀點而言，較佳為將非晶質磁性材料之粉末之中值粒徑D50(於本說明書中，亦稱為「第二中值粒徑d2」)設為1μm以上，更佳為設為2μm以上，尤佳為設為3μm以上。就提高壓粉磁芯1中之非晶質及結晶質之磁性材料之粉末之填充密度之觀點等而言，較佳為將非晶質磁性材料之粉末之中值粒徑D50設為15μm以下，更佳為設為12μm以下，尤佳為設為8μm以下。
第一中值粒徑d1與第二中值粒徑d2之關係無限定。一般而言，非晶質磁性材料較結晶質磁性材料硬質，故而，亦存在較佳之情形為使第一中值粒徑d1相對較小，而使結晶質磁性材料之粉末容易填充於已填充有非晶質磁性材料之粉末時所產生之空隙部。於該情形時，d1/d2較佳為設為0.8以下，亦有較佳為設為0.5以下之情形。
(3)結合成分
結合成分只要為有助於將本實施形態之壓粉磁芯1中所含有之結晶質磁性材料之粉末及非晶質磁性材料之粉末(於本說明書中，亦有將該等粉末總稱為「磁性粉末」之情形)固定之材料，則其組成無限定。作為構成結合成分之材料，可例示樹脂材料及樹脂材料之熱分解殘渣(於本說明書中，將該等總稱為「基於樹脂材料之成分」)等有機系之材料、無機系之材料等。作為樹脂材料，可例示丙烯酸系樹脂、矽酮樹脂、環氧樹脂、酚樹脂、脲樹脂、三聚氰胺樹脂等。包含無機系之材料之結合成分可例示水玻璃等玻璃系材料。結合成分可包含一種材料，亦可包含複數種材料。結合成分亦可為有機系之材料與無機系之材料之混合體。
作為結合成分，通常使用絕緣性之材料。藉此，可提高作為壓 粉磁芯1之絕緣性。
2.壓粉磁芯之製造方法
上述本發明之一實施形態之壓粉磁芯1之製造方法並無特別限定，只要採用以下所說明之製造方法，則實現更有效率地製造壓粉磁芯1。
本發明之一實施形態之壓粉磁芯1之製造方法包括以下所說明之成形步驟，亦可進而包括熱處理步驟。
(1)成形步驟
首先，準備包含磁性粉末、及於壓粉磁芯1中提供結合成分之成分的混合物。所謂提供結合成分之成分(於本說明書中，亦稱為「黏合劑成分」)，既存在為結合成分本身之情形，亦存在為與結合成分不同之材料之情形。作為後者之具體例，可列舉黏合劑成分為樹脂材料，結合成分為其熱分解殘渣之情形。
可藉由包括該混合物之加壓成形的成形處理而獲得成形製造物。加壓條件無限定，係基於黏合劑成分之組成等而適當地決定。例如，於黏合劑成分包含熱固性樹脂之情形時，較佳為與加壓一併進行加熱，於模具內使樹脂進行硬化反應。另一方面，於壓縮成形之情形時，雖然加壓力較高，但加熱並非必需條件，加壓為短時間。
以下，略詳細地對混合物為造粒粉且進行壓縮成形之情形進行說明。由於造粒粉之操作性優異，故而可提高成形時間較短且生產性優異之壓縮成形步驟之作業性。
(1-1)造粒粉
造粒粉含有磁性粉末及黏合劑成分。造粒粉中之黏合劑成分之含量並無特別限定。於該含量過低之情形時，黏合劑成分難以保持磁性粉末。又，於黏合劑成分之含量過低之情形時，於歷經熱處理步驟而獲得之壓粉磁芯1中，包含黏合劑成分之熱分解殘渣之結合成分難 以使複數個磁性粉末相互彼此絕緣。另一方面，於上述黏合劑成分之含量過高之情形時，歷經熱處理步驟而獲得之壓粉磁芯1中所含有之結合成分之含量容易變高。若壓粉磁芯1中之結合成分之含量變高，則壓粉磁芯1之磁特性容易降低。因此，造粒粉中之黏合劑成分之含量較佳為設為相對於造粒粉整體成為0.5質量%以上且5.0質量%以下之量。就更加穩定地使壓粉磁芯1之磁特性降低之可能性降低之觀點而言，造粒粉中之黏合劑成分之含量較佳為設為相對於造粒粉整體成為1.0質量%以上且3.5質量%以下之量，更佳為設為成為1.2質量%以上且3.0質量%以下之量。
造粒粉亦可含有上述磁性粉末及黏合劑成分以外之材料。作為此種材料，可例示潤滑劑、矽烷偶合劑、絕緣性之填料等。於含有潤滑劑之情形時，其種類並無特別限定。可為有機系之潤滑劑，亦可為無機系之潤滑劑。作為有機系之潤滑劑之具體例，可列舉硬脂酸鋅、硬脂酸鋁等金屬皂。認為此種有機系之潤滑劑會於熱處理步驟中汽化，幾乎不殘留於壓粉磁芯1。
造粒粉之製造方法並無特別限定。可將提供上述造粒粉之成分直接混練，並藉由公知之方法將所獲得之混練物粉碎等而獲得造粒粉，亦可藉由製備向上述成分中添加分散劑(作為一例，可列舉水)而成之漿料，使該漿料乾燥並進行粉碎而獲得造粒粉。亦可於粉碎後進行篩分或分級而控製造粒粉之粒度分佈。
作為自上述漿料獲得造粒粉之方法之一例，可列舉使用噴霧乾燥器之方法。如圖2所示，於噴霧乾燥器裝置200內設置有轉子201，自噴霧乾燥器裝置200之上部朝向轉子201注入漿料S。轉子201以特定之轉數旋轉，於噴霧乾燥器裝置200內部之腔室中藉由離心力使漿料S以小滴狀噴霧。進而，向噴霧乾燥器裝置200內部之腔室導入熱風，藉此，使小滴狀之漿料S中所含有之分散劑(水)於維持小滴形狀之狀 態下揮發。其結果，自漿料S形成造粒粉P。自噴霧乾燥器裝置200之下部將該造粒粉P回收。轉子201之轉數、導入噴霧乾燥器裝置200內之熱風溫度、腔室下部之溫度等各參數只要適當地設定即可。該等參數之設定範圍之具體例係作為轉子201之轉數，可列舉4000~6000rpm，作為導入噴霧乾燥器裝置200內之熱風溫度，可列舉130~170℃，作為腔室下部之溫度，可列舉80~90℃。又，腔室內之氛圍及其壓力亦只要適當地設定即可。作為一例，可列舉如下情況：將腔室內設為氣體(空氣)氛圍，將其壓力設為以與大氣壓之差壓計為2mmH2O(約0.02kPa)。亦可藉由篩分等而進而控制所獲得之造粒粉P之粒度分佈。
(1-2)加壓條件
壓縮成形中之加壓條件並無特別限定。只要考慮造粒粉之組成、藉由成形步驟而獲得之成形製造物之形狀等而適當地設定即可。於對造粒粉進行壓縮成形時之加壓力過低之情形時，成形製造物之機械強度會降低。因此，容易產生成形製造物之操作性降低、自成形製造物所獲得之壓粉磁芯1之機械強度降低等問題。又，亦存在壓粉磁芯1之磁特性降低或絕緣性降低之情形。另一方面，於對造粒粉進行壓縮成形時之加壓力過高之情形時，製作可耐受其壓力之成形模具變得困難。就更加穩定地使壓縮加壓步驟對壓粉磁芯1之機械特性或磁特性產生不良影響之可能性降低，容易在工業上進行大量生產之觀點而言，對造粒粉進行壓縮成形時之加壓力較佳為設為0.3GPa以上且2GPa以下，更佳為設為0.5GPa以上且2GPa以下，尤佳為設為0.8GPa以上且2GPa以下。
於壓縮成形中，可一面進行加熱一面進行加壓，亦可於常溫下進行加壓。
(2)熱處理步驟
藉由成形步驟所獲得之成形製造物可為本實施形態之壓粉磁芯1，亦可如以下所說明般對成形製造物實施熱處理步驟而獲得壓粉磁芯1。
於熱處理步驟中，藉由對藉由上述成形步驟所獲得之成形製造物進行加熱，而藉由修正磁性粉末間之距離進行磁特性之調整、及使於成形步驟中賦予至磁性粉末之應變緩和而進行磁特性之調整，從而獲得壓粉磁芯1。
由於熱處理步驟係如上所述般以調整壓粉磁芯1之磁特性為目的，故而，熱處理溫度等熱處理條件係以壓粉磁芯1之磁特性成為最良好之方式進行設定。作為設定熱處理條件之方法之一例，可列舉如下方法：使成形製造物之加熱溫度變化，並將升溫速度及加熱溫度下之保持時間等其他條件設為固定。
設定熱處理條件時之壓粉磁芯1之磁特性之評價標準並無特別限定。作為評價項目之具體例，可列舉壓粉磁芯1之鐵損Pcv。於該情形時，只要以壓粉磁芯1之鐵損Pcv成為最低之方式設定成形製造物之加熱溫度即可。鐵損Pcv之測定條件適當地設定，作為一例，可列舉設為頻率100kHz、最大磁通密度100mT之條件。
熱處理時之氛圍並無特別限定。於氧化性氛圍之情形時，過度進行黏合劑成分之熱分解之可能性、或進行磁性粉末之氧化之可能性較高，故而較佳為於氮氣、氬氣等惰性氛圍、或氫氣等還原性氛圍中進行熱處理。
3.電氣‧電子零件
本發明之一實施形態之電氣‧電子零件具備上述本發明之一實施形態之壓粉磁芯1、線圈及與該線圈之各個端部連接之連接端子。此處，壓粉磁芯1之至少一部分係以位於在經由連接端子於線圈流通電流時由該電流所產生之感應磁場內之方式配置。
作為此種電氣‧電子零件之一例，可列舉圖3所示之環形線圈10。環形線圈10具備線圈2a，該線圈2a係藉由於環狀之壓粉磁芯(環形磁芯)1捲繞被覆導電線2而形成。被覆導電線2之兩端部中之導電線露出之部分(露出端部)2b、2c構成連接端子。於被覆導電線2中之位於線圈2a與露出端部2b、2c之間之部分，可定義線圈2a之端部2d、2e。如此，本實施形態之電氣‧電子零件亦可為構成線圈之構件與構成連接端子之構件由一個構件構成。
本發明之一實施形態之電氣‧電子零件亦可具備具有與上述本發明之一實施形態之壓粉磁芯1不同之形狀之壓粉磁芯。作為此種電氣‧電子零件之具體例，可列舉圖4所示之電感元件20。圖4係局部透視地表示本發明之一實施形態之電感元件20之整體構成的立體圖。圖4中，以電感元件20之下表面(安裝面)朝上之姿態進行表示。圖5係表示將圖4中所示之電感元件20安裝於安裝基板100上之狀態的局部前視圖。
圖4中所示之電感元件20係具備壓粉磁芯3、埋入壓粉磁芯3之內部之線圈5、作為藉由熔接而與線圈5電性連接之連接端子之一對端子部4而構成。
線圈5係將經絕緣被膜之導線螺旋狀地捲繞而形成者。線圈5係具有捲繞部5a、及自捲繞部5a引出之引出端部5b、5b而構成。線圈5之捲數係根據所需之電感而適當地設定。
如圖4所示，於壓粉磁芯3中，於面對安裝基板之安裝面3a，形成有用以收納端子部4之一部分之收納凹部30。收納凹部30形成於安裝面3a之兩側，且係朝向壓粉磁芯3之側面3b、3c開放地形成。自壓粉磁芯3之側面3b、3c突出之端子部4之一部分朝向安裝面3a被彎折，從而被收納於收納凹部30之內部。
端子部4係由薄板狀之Cu基材形成。端子部4構成為具有：連接 端部40，其埋設於壓粉磁芯3之內部並與線圈5之引出端部5b、5b電性連接；以及第1曲折部42a及第2曲折部42b，其等露出於壓粉磁芯3之外表面，且自上述壓粉磁芯3之側面3b、3c至安裝面3a依序彎折而形成。連接端部40係與線圈5熔接之熔接部。第1曲折部42a與第2曲折部42b係焊料接合於安裝基板100之焊料接合部。焊料接合部係指端子部4中之自壓粉磁芯3露出之部分且至少朝向壓粉磁芯3之外側之表面。
端子部4之連接端部40與線圈5之引出端部5b藉由電阻熔接而接合。
如圖5所示，電感元件20安裝於安裝基板100上。
於安裝基板100之表面形成有與外部電路導通之導體圖案，藉由該導體圖案之一部分，形成有用以安裝電感元件20之一對岸台部110。
如圖5所示，於電感元件20中，安裝面3a朝向安裝基板100側，自壓粉磁芯3露出於外部之第1曲折部42a與第2曲折部42b於與安裝基板100之岸台部110之間藉由焊料層120接合。
熔接步驟係藉由印刷步驟於岸台部110塗佈糊狀之焊料後，使第2曲折部42b面對岸台部110地安裝電感元件20，並藉由加熱步驟使焊料溶融。如圖4與圖5所示，第2曲折部42b與安裝基板100之岸台部110對向，第1曲折部42a露出於電感元件20之側面3b、3c，故而填角狀之焊料層120固著於岸台部110，並且於作為焊料接合部之第2曲折部42b與第1曲折部42a兩者之表面充分地擴散而固著。
4.電氣‧電子機器
本發明之一實施形態之電氣‧電子機器係安裝有具備上述本發明之一實施形態之壓粉磁芯之電氣‧電子零件者。作為此種電氣‧電子機器，可例示流通大電流(例如，於數mm見方左右之小型電感器之情形時，為約1A以上)之具備電源開關電路、電壓升降電路、平流電 路等之電源裝置。
於在具備電源開關電路、電壓升降電路、平流電路等之電源裝置中流通大電流之情形時，若組入電源裝置中之電氣‧電子零件所具備之壓粉磁芯之鐵損Pcv較高，則發熱之程度變高，裝置之可靠性顯著降低。因此，強烈要求降低該壓粉磁芯之鐵損Pcv而使其為高效率。用於本發明之一實施形態之電氣‧電子機器所具備之電氣‧電子零件之壓粉磁芯之鐵損Pcv較低，故而為高效率，即便於電氣‧電子機器中流通大電流之情形時，發熱之程度亦相對較低。因此，本發明之一實施形態之電氣‧電子機器之可靠性優異。
以上所說明之實施形態係為了使本發明容易理解而記載者，並非為了限定本發明而記載者。因此，主旨係上述實施形態中所揭示之各要素亦包括屬於本發明之技術範圍之所有設計變更或同等物。
[實施例]
以下，藉由實施例等更加具體地對本發明進行說明，但本發明之範圍不受該等實施例等限定。
(實施例1)
(1)Fe基非晶質合金粉末之製作
使用水霧化法，製作以成為Fe71原子%Ni6原子%Cr2原子%P11原子%C8原子%B2原子%之組成之方式進行稱量而獲得之非晶質磁性材料之粉末作為磁性粉末。第一混合比率(結晶質磁性材料之粉末之含量相對於結晶質磁性材料之粉末之含量與非晶質磁性材料之粉末之含量之總和之質量比率)為0質量%。所獲得之磁性粉末之粒度分佈係使用日機裝公司製造之「Microtrac粒度分佈測定裝置MT3300EX」以體積分佈進行測定。其結果，於體積分佈中達到50%之粒徑即中值粒徑D50為5μm。
(2)造粒粉之製作
將上述非晶質磁性材料之粉末97.2質量份、包含丙烯酸系樹脂及 酚樹脂之絕緣性結合材料2.5質量份、及潤滑劑0.3質量份混合於作為溶劑之水中而獲得漿料。使用噴霧乾燥器裝置對所獲得之漿料進行乾燥、造粒，獲得中值粒徑D50為80μm之造粒粉。
(3)壓縮成形
將所獲得之造粒粉填充於模具中，以面壓1.0GPa進行加壓成形，獲得具有外徑20mm×內徑12mm×厚度3mm之環形狀之成形製造物。
(4)熱處理
進行如下熱處理而獲得包含壓粉磁芯之環形磁芯，即，將所獲得之成形製造物載置於氮氣流氛圍之爐內，以升溫速度10℃/分鐘將爐內溫度自室溫(23℃)加熱至400℃，於該溫度下保持1小時，其後，於爐內冷卻至室溫。
(實施例2~6)
於製備磁性粉末時，使用將實施例1中所使用之非晶質磁性材料之粉末與包含被實施過絕緣處理之羰基鐵(CIP)之結晶質磁性材料之粉末(中值粒徑D50：4.3μm)混合且第一混合比率成為下述值之磁性粉末，除此以外，以與實施例1同樣之方式製造環形磁芯。
實施例2 5質量%
實施例3 10質量%
實施例4 15質量%
實施例5 20質量%
實施例6 30質量%
(實施例7)
於製備磁性粉末時，全量使用實施例2等中所使用之被實施過絕緣處理之CIP代替實施例1中所使用之非晶質磁性材料之粉末，即，將磁性粉末之第一混合比率設為100質量%，除此以外，以與實施例1同 樣之方式製造環形磁芯。
(實施例8)
中值粒徑D50為8μm，除此以外，以與實施例1之製造方法同樣之方式製備非晶質磁性材料之粉末。使用該非晶質磁性材料之粉末，以與實施例1同樣之方式製造環形磁芯。
(試驗例1)鐵損Pcv之測定及模擬
對於在藉由實施例1~8所製作之環形磁芯上將被覆銅線分別於一次側捲繞15次，於二次側捲繞10次而獲得之環形線圈，使用BH分析儀(岩崎通信機公司製造之「SY-8217」)於將有效最大磁通密度Bm設為15mT之條件下測定鐵損Pcv(單位：kW/m3)之頻率依存性(測定頻率範圍：100kHz~3MHz)。
作為表示鐵損Pcv之頻率依存性之式之一例，可列舉下述式(1)所示之式。
Pcv=kh×f×Bm 1.6+ke×f2×Bm 2 (1)
此處，f係頻率(單位：kHz)，Bm係有效最大磁通密度(單位：mT)，kh及ke係常數，前者(常數kh)之單位係kW/m3/kHz/(mT)1.6以下，後者(常數ke)之單位係kW/m3/(kHz)2/(mT)2。
使用實施例1~7之環形線圈之鐵損Pcv之測定結果中頻率為1MHz~3MHz之範圍之測定結果，針對每個實施例求出2個常數kh及ke。將其結果示於表1中。表1中，省略了常數kh及常數ke之單位之記載。
根據表1中所示之結果，針對含有中值粒徑D50為5μm之非晶質磁性材料之粉末之壓粉磁芯之2個常數kh及ke各者，求出相對於第一混合比率之依存性。其結果，如圖6所示，常數kh相對於第一混合比率之依存性之擬合結果為由下述式(2)所示之式。下述式(2)之相關係數為0.9980。另一方面，如圖7所示，常數ke相對於第一混合比率之依存性之擬合結果為由下述式(3)所示之式。下述式(3)之相關係數為0.9816。再者，於下述式(2)及(3)中，x係第一混合比率(單位：質量%)。
kh=2.290×10-7x2+4.737×10-6x-3.748×10-5 (2)
ke=2.193×10-11x2-6.411×10-10x+2.499×10-7 (3)
根據上述式(2)及(3)，於第一混合比率為50質量%~100質量%之範圍下求出含有中值粒徑D50為5μm之非晶質磁性材料之粉末之壓粉磁芯之2個常數kh及ke。然後，根據以此方式求出之2個常數kh及ke，算出含有中值粒徑D50為5μm之非晶質磁性材料之粉末且第一混合比率處於50質量%~100質量%之範圍內之壓粉磁芯之鐵損Pcv(頻率f：2MHz、有效最大磁通密度Bm：15mT)。將其結果示於表2中。表2中，示出利用第一混合比率為100質量%之情形時之壓粉磁芯之鐵損Pcv將第一混合比率為50質量%~90質量%之情形時之壓粉磁芯之鐵損Pcv標準化而得之值作為鐵損比。
使用實施例8之環形線圈之鐵損Pcv之測定結果中頻率為1MHz~ 3MHz之範圍之測定結果，求出2個常數kh及ke。將其結果示於表3中。
表3中所示之實施例8之2個常數kh及ke之結果為與表1中所示之實施例1之2個常數kh及ke之結果相近之結果。因此，使用實施例8、實施例2~6、及實施例7中之常數kh及常數ke之結果，針對含有中值粒徑D50為8μm之非晶質磁性材料之粉末之壓粉磁芯之2個常數kh及ke各者，求出相對於第一混合比率之依存性。其結果，如圖8所示，常數kh相對於第一混合比率之依存性之擬合結果為由下述式(4)所示之式。下述式(4)之相關係數為0.9980。另一方面，如圖9所示，常數ke相對於第一混合比率之依存性之擬合結果為由下述式(5)所示之式。下述式(5)之相關係數為0.9843。再者，於下述式(4)及(5)中，x係第一混合比率(單位：質量%)。
kh=2.290×10-7x2+4.737×10-6x-3.748×10-5 (4)
ke=2.032×10-11x2-4.509×10-10x+2.468×10-7 (5)
根據上述式(4)及(5)，於第一混合比率為50質量%~100質量%之範圍下求出含有中值粒徑D50為8μm之非晶質磁性材料之粉末之壓粉磁芯之2個常數kh及ke。然後，根據以此方式求出之2個常數kh及ke，算出含有中值粒徑D50為8μm之非晶質磁性材料之粉末且第一混合比率處於50質量%~100質量%之範圍內之壓粉磁芯之鐵損Pcv(頻率f：2MHz、有效最大磁通密度Bm：15mT)。將其結果及以與表2同樣之方式求出之鐵損比示於表4中。
(試驗例2)磁導率之測定
對於在藉由實施例1~8所製作之環形磁芯上將被覆銅線分別於一次側捲繞40次，於二次側捲繞10次而獲得之環形線圈，使用阻抗分析儀(HP公司製造之「4192A」)於100kHz之條件下測定初始磁導率μ'。將結果示於表5中。於表5中之D50之行，示出壓粉磁芯中所含有之非晶質磁性材料之粉末之中值粒徑D50。
根據表5中所示之結果，求出含有中值粒徑D50為5μm之非晶質磁性材料之粉末之壓粉磁芯之初始磁導率μ'相對於第一混合比率之依存性。其結果，如圖10所示，初始磁導率μ'相對於第一混合比率之依存性之擬合結果為由下述式(6)所示之式。下述式(6)之相關係數為0.9934。再者，於下述式(6)中，x係第一混合比率(單位：質量%)。
μ'=-7.244×10-4x2+1.529×10-1x+2.859×101 (6)
根據上述式(6)，算出含有中值粒徑D50為5μm之非晶質磁性材料 之粉末且第一混合比率處於50質量%~100質量%之範圍內之壓粉磁芯之初始磁導率μ'。將其結果示於表6中。表6中，示出利用第一混合比率為100質量%之情形時之壓粉磁芯之初始磁導率μ'將第一混合比率為50質量%~90質量%之情形時之壓粉磁芯之初始磁導率μ'標準化而得之值作為初始磁導率比。
假定含有中值粒徑D50為8μm之非晶質磁性材料之粉末之壓粉磁芯之初始磁導率μ'相對於第一混合比率之依存性係由一次直線表示，根據實施例8及7之初始磁導率μ'之測定結果，算出含有中值粒徑D50為8μm之非晶質磁性材料之粉末之壓粉磁芯之第一混合比率為50質量%~100質量%之範圍時之初始磁導率μ'。將其結果及以與表5同樣之方式求出之初始磁導率比示於表7中。
(試驗例3)直流重疊特性之測定
使用由藉由實施例1~8所製作之環形磁芯形成之環形線圈，依據JIS C2560-2，於環形線圈上重疊直流電流。藉由電感L之變化量△L 相對於重疊電流之施加前(初始)之電感L之值L0的比例(△L/L0)達到30%時之施加電流值Isat(單位：A)，評價直流重疊特性。將結果示於表8中。於表8中之D50之行，示出壓粉磁芯中所含有之非晶質磁性材料之粉末之中值粒徑D50。
根據表8中所示之結果，求出含有中值粒徑D50為5μm之非晶質磁性材料之粉末之壓粉磁芯之Isat相對於第一混合比率之依存性。其結果，如圖11所示，Isat相對於第一混合比率之依存性之擬合結果為由下述式(7)所示之式。下述式(7)之相關係數為0.9954。再者，於下述式(7)中，x係第一混合比率(單位：質量%)。
Isat=6.602×10-2x+1.149×101 (7)
根據上述式(7)，算出含有中值粒徑D50為5μm之非晶質磁性材料之粉末且第一混合比率處於50質量%~100質量%之範圍內之壓粉磁芯之Isat。將其結果示於表9中。表9中，示出利用第一混合比率為100質量%之情形時之壓粉磁芯之Isat將第一混合比率為50質量%~90質量%之情形時之壓粉磁芯之Isat標準化而得之值作為Isat比。
假定含有中值粒徑D50為8μm之非晶質磁性材料之粉末之壓粉磁芯之Isat相對於第一混合比率之依存性係由一次直線表示，根據實施例8及7之Isat之測定結果，算出含有中值粒徑D50為8μm之非晶質磁性材料之粉末且第一混合比率處於50質量%~100質量%之範圍內之壓粉磁芯之Isat。將其結果及以與表9同樣之方式求出之Isat比示於表10中。
圖12係於一個曲線圖中對於含有中值粒徑D50為5μm之非晶質磁性材料之粉末且第一混合比率處於50質量%~100質量%之範圍內之壓粉磁芯彙總表示鐵損比、初始磁導率比及Isat比的圖。如圖12所示，根據與磁性粉末由CIP所構成之壓粉磁芯(實施例7)之對比，可確認：若使壓粉磁芯中所含有之磁性粉末中包含非晶質磁性材料之粉末，則鐵損比、初始磁導率比及Isat比均降低，鐵損比與另外2個比相比大幅降低。該結果顯示：藉由向磁性粉末由CIP所構成之壓粉磁芯中混合包含非晶質磁性材料之粉末之磁性粉末，可減少初始磁導率或Isat之降低，並且大幅降低鐵損。並且，自圖12可知，混合於壓粉磁芯中之包含非晶質磁性材料之粉末之磁性粉末之比例越大，鐵損Pcv之降低越顯著。
為了確認鐵損Pcv之降低之程度與其他磁特性之降低之程度存在 何種關係，而藉由下述式(8)及下述式(9)進行評價。
R1i=(1-Ci)/(1-Pi) (8)
R2i=(1-Ci)/(1-Ii) (9)
此處，Ci係第一混合比率為i質量%時之鐵損比，Pi係第一混合比率為i質量%時之初始磁導率比。因此，R1i係表示於第一混合比率為i質量%時，以初始磁導率μ'之降低量為標準而鐵損Pcv降低了多少之指標。又，Ii係第一混合比率為i質量%時之Isat比。因此，R2i係表示於第一混合比率為i質量%時，以Isat之降低量為標準而鐵損Pcv降低了多少之指標。將該等算出結果示於表11中。
根據表11，可理解：藉由使第一混合比率越大，即，使向磁性粉末由CIP所構成之壓粉磁芯中混合包含非晶質磁性材料之粉末之磁性粉末之程度降低，越可更有效地(減小其他磁特性所受到之影響)降低鐵損Pcv。
[產業上之可利用性]
使用本發明之壓粉磁芯之電氣‧電子零件可較佳地用作用於油電混合車等之升壓電路或發電、變電設備中之電抗器、變壓器或扼流圈等。
1‧‧‧壓粉磁芯(環形磁芯)

Claims (15)

  1. 一種壓粉磁芯，其特徵在於：其係含有結晶質磁性材料之粉末及非晶質磁性材料之粉末者，且上述結晶質磁性材料之粉末之含量相對於上述結晶質磁性材料之粉末之含量與上述非晶質磁性材料之粉末之含量之總和之質量比率即第一混合比率為75質量%以上且95質量%以下。
  2. 如請求項1之壓粉磁芯，其中上述第一混合比率為80質量%以上且90質量%以下。
  3. 如請求項1或2之壓粉磁芯，其中上述結晶質磁性材料之粉末包含被實施過絕緣處理之材料。
  4. 如請求項1或2之壓粉磁芯，其中上述結晶質磁性材料包含選自由Fe-Si-Cr系合金、Fe-Ni系合金、Fe-Co系合金、Fe-V系合金、Fe-Al系合金、Fe-Si系合金、Fe-Si-Al系合金、羰基鐵及純鐵所組成之群中之1種或2種以上之材料。
  5. 如請求項4之壓粉磁芯，其中上述結晶質磁性材料包含羰基鐵。
  6. 如請求項1或2之壓粉磁芯，其中上述非晶質磁性材料包含選自由Fe-Si-B系合金、Fe-P-C系合金及Co-Fe-Si-B系合金所組成之群中之1種或2種以上之材料。
  7. 如請求項6之壓粉磁芯，其中上述非晶質磁性材料包含Fe-P-C系合金。
  8. 如請求項1或2之壓粉磁芯，其中上述非晶質磁性材料之粉末之中值粒徑D50為20μm以下。
  9. 如請求項1或2之壓粉磁芯，其含有使上述結晶質磁性材料之粉末及上述非晶質磁性材料之粉末結合於上述壓粉磁芯中所含有之其他材料之結合成分。
  10. 如請求項9之壓粉磁芯，其中上述結合成分包含基於樹脂材料之成分。
  11. 一種壓粉磁芯之製造方法，其特徵在於：其係如請求項10之壓粉磁芯之製造方法，且包括成形步驟，該成形步驟係藉由成形處理而獲得成形製造物，該成形處理包括對包含上述結晶質磁性材料之粉末及上述非晶質磁性材料之粉末與包含上述樹脂材料之黏合劑成分的混合物實施之加壓成形。
  12. 如請求項11之製造方法，其中藉由上述成形步驟所獲得之上述成形製造物係上述壓粉磁芯。
  13. 如請求項11之製造方法，其包括熱處理步驟，該熱處理步驟係藉由對由上述成形步驟獲得之上述成形製造物進行加熱之熱處理而獲得上述壓粉磁芯。
  14. 一種電氣‧電子零件，其係具備如請求項1或2之壓粉磁芯、線圈及與上述線圈之各個端部連接之連接端子者，且上述壓粉磁芯之至少一部分係以位於在經由上述連接端子於上述線圈流通電流時由上述電流所產生之感應磁場內之方式配置。
  15. 一種電氣‧電子機器，其係安裝有如請求項14之電氣‧電子零件者，且上述電氣‧電子零件以上述連接端子與基板連接。
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