專利名稱：復(fù)合型磁芯及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是含有軟磁性金屬粉末和絕緣性粘結(jié)材料的復(fù)合型磁芯及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著近年電子設(shè)備的高性能化和小型化，不斷需求小型且高性能的變壓器、扼流圈、濾波器等，而且，近年也有大電流化的傾向。迄今為止，作為低成本的磁性材料，多使用鐵氧體，然而鐵氧體存在飽和磁通密度低的缺點(diǎn)，不能夠?qū)?yīng)大電流。
另一方面，軟磁性金屬材料與鐵氧體相比，飽和磁通密度高，可以對(duì)應(yīng)大電流，但缺點(diǎn)在于不僅電阻低、渦電流損失大，而且由于以鐵作為主要成份，所以耐氧化性差。為了克服這些缺點(diǎn)，開發(fā)出使用環(huán)氧或酚醛樹脂這樣的絕緣性有機(jī)材料在軟磁性金屬粉末間進(jìn)行絕緣的復(fù)合型磁芯(例如參照專利文獻(xiàn)1)。
特開2003-318014(權(quán)利要求書、摘要等)發(fā)明內(nèi)容發(fā)明所要解決的課題為了給予上述復(fù)合型磁芯本身以高耐氧化性，采用使用環(huán)氧樹脂或氟樹脂等對(duì)磁芯進(jìn)行樹脂涂層的方法。但是，樹脂涂層的厚度如果不夠厚，磁芯的耐氧化性是不夠的。其另一方面，涂層如果過厚，隨之磁芯將大型化，從而滿足小型化的要求將變得困難。又，組合使用E型磁芯的話，如果在E型磁芯之間的接合面覆蓋有機(jī)材料，則磁隙變大，不能得到高電感，并且會(huì)由于有機(jī)材料的薄膜厚度不均勻而導(dǎo)致產(chǎn)生電感偏差。為了消除這些不理想的情況，也可以采取遮蔽接合面，樹脂涂層接合面以外的方法，但是會(huì)產(chǎn)生使接合面的耐氧化性降低的問題。
鑒于這些問題，本發(fā)明的目的在于提供一種耐氧化性優(yōu)秀，并能夠充分滿足小型化要求的復(fù)合型磁芯及其制造方法。
解決課題的手段為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的復(fù)合型磁芯含有軟磁性金屬粉末和導(dǎo)電性比該軟磁性金屬粉末低的絕緣性粘結(jié)材料；其中，相對(duì)于磁芯含有大于等于10ppm小于等于500ppm的氧化鈉、和大于等于50ppm小于等于3000ppm的氧化硼，氧化鈉和氧化硼在磁芯的表面鄰近內(nèi)層集中分布。因此，能夠顯著提高復(fù)合型磁芯的耐氧化性。并且，氧化鈉和氧化硼不只是存在于磁芯的表面，主要存在于磁芯的表面鄰近內(nèi)層，所以與給磁芯涂層樹脂的情況相比，磁芯表面的涂層層沒有變厚。因此，可以謀求磁芯的小型化。
在這里，之所以氧化鈉在大于等于(之后的描述中有用“以上”表示)10ppm小于等于(之后的描述中有用“以下”表示)500ppm的范圍、且氧化硼在大于等于50ppm小于等于3000ppm的范圍，是因?yàn)橐韵略颍?、如果氧化鈉不足10ppm、氧化硼不足50ppm，就不能得到充分的耐氧化性。又，如果氧化鈉多于500ppm、氧化硼多于3000ppm，則氧化鈉和氧化硼會(huì)由磁芯的表面滲出，容易剝落，不僅損傷外觀和耐氧化性，而且會(huì)成為導(dǎo)致磁特性惡化的主要原因。
又，另一本發(fā)明的復(fù)合型磁芯是上一發(fā)明的軟磁性金屬粉末相對(duì)于該軟磁性金屬粉末含有小于等于500ppm的碳元素。這樣，通過采用碳元素的含有率小于等于500ppm的軟磁性金屬粉末，能夠進(jìn)一步提高磁芯的耐氧化性。
又，另一本發(fā)明的復(fù)合型磁芯的制造方法，是將軟磁性金屬粉末、和導(dǎo)電性比該軟磁性金屬粉末低的絕緣性粘結(jié)材料混合后的混合物進(jìn)行成形、固化所得的固化物，與含有硼和鈉的無機(jī)化合物處理液接觸后，以80℃～250℃(含80℃和250℃)的溫度實(shí)施熱處理，形成復(fù)合型磁芯。因此，能夠提供耐氧化性優(yōu)秀、可以對(duì)應(yīng)小型化要求的復(fù)合型磁芯。特別是通過將固化物與含有硼和鈉的無機(jī)化合物處理液接觸，能夠使氧化硼和氧化鈉在磁芯的表面鄰近內(nèi)層集中分布，所以，能夠以低成本獲得具有上述優(yōu)秀特性的復(fù)合型磁芯。
在這里，之所以熱處理溫度在80℃～250℃是因?yàn)橐韵略颉＜础崽幚頊囟热绻陀?0℃，便難以達(dá)到氧化鈉和氧化硼發(fā)揮抗氧化效果的狀態(tài)。又，熱處理溫度如果高于250℃，由于氧化鈉和氧化硼的熱膨脹系數(shù)和軟磁性金屬粉末的熱膨脹系數(shù)的不同，由氧化鈉和氧化硼組成的反應(yīng)物從磁芯剝離，耐氧化性變差。
發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，可以提供耐氧化性優(yōu)秀、并能夠充分滿足小型化要求的復(fù)合型磁芯。


圖1是本發(fā)明實(shí)施形態(tài)的復(fù)合型磁芯的制造工序程序的流程圖。
圖2是將以圖1的制造工序的特定工序制造的對(duì)象物的狀態(tài)模式化表示的示意圖。(A)是軟磁性金屬粉末和絕緣性粘結(jié)材料結(jié)合后的合成材料的狀態(tài)的示意圖。又，(B)是將合成材料成形為圓筒形磁芯狀的壓型體(左圖為俯視圖，右圖為側(cè)面剖面圖。)的示意圖。進(jìn)而，(C)是具有含有氧化硼和氧化鈉的氧化膜的復(fù)合型磁芯的示意圖。
符號(hào)說明1軟磁性金屬粉末2絕緣性粘結(jié)材料5復(fù)合型磁芯最佳實(shí)施方式以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的合適的實(shí)施形態(tài)進(jìn)行詳細(xì)說明。
A制造方法圖1表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)的復(fù)合型磁芯的制造工序程序的流程圖。又，圖2是將以圖1的制造工序的特定工序所制造的對(duì)象物的狀態(tài)進(jìn)行模型化的示意圖。
本發(fā)明實(shí)施形態(tài)的復(fù)合型磁芯，是經(jīng)過將軟磁性金屬粉末1和比該軟磁性金屬粉末1導(dǎo)電性低的絕緣性粘結(jié)材料2進(jìn)行結(jié)合的原料結(jié)合工序(步驟S1)、將結(jié)合后的原料粉末3進(jìn)行成形的成形工序(步驟S2)、使壓型體(即成形體)4固化的固化工序(步驟S3)、使所得到的固化物4與鈉成份以及硼成份進(jìn)行接觸的接觸工序(步驟S4)、以及之后的加熱工序(步驟S5)而制造的。
(原料結(jié)合工序步驟S1)首先，通過氣體噴射使軟磁性金屬粉末1流動(dòng)，在其流動(dòng)處噴霧絕緣性粘結(jié)材料2。由此，如圖2(A)所示，絕緣性粘結(jié)材料2附著于軟磁性金屬粉末1的表面。作為軟磁性金屬粉末1的較好例子，可以舉出Fe-Si-Al合金、Fe-Al合金等鐵硅鋁磁性合金、以Fe-Ni合金為代表的坡莫合金、Fe-Si合金的各粉末。又，作為絕緣性粘結(jié)材料2的較好例子，可以舉出環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等熱固性樹脂。但是，作為絕緣性粘結(jié)材料2也可以采用熱固性樹脂以外的材料，例如，也可以采用熱塑性樹脂。
(成形工序步驟S2)該工序是將附著有絕緣性粘結(jié)材料2的軟磁性金屬粉末1壓縮成形的工序，成形方法可采用金屬模具成形、注射成形等各種成形方法。又，壓型體4除如圖2(B)所示的外徑φ15mm、內(nèi)徑φ10mm、高3mm的圓筒形磁芯(稱為“環(huán)形磁芯”)的形狀之外，也可以形成E形狀，適用于將被空芯卷繞的線圈在復(fù)合型磁芯的內(nèi)部成形為一整體的壓粉元件。
(固化工序步驟S3)接著，對(duì)壓型體4進(jìn)行加熱，使絕緣性粘結(jié)材料2固化，堅(jiān)固對(duì)軟磁性金屬粉末1支持。固化溫度為能夠使絕緣性粘結(jié)材料2牢牢固定于軟磁性金屬粉末1的足夠溫度即可，例如采用環(huán)氧樹脂作為絕緣性粘結(jié)材料2的情況下，大約150℃便是適合的固化溫度。
(接觸工序步驟S4)接著，將固化物4投入放有含鈉和硼溶液的容器中，對(duì)容器進(jìn)行減壓。固化物4被投入含鈉和硼的溶液(以下稱為“含有無機(jī)化合物的處理液”)中，固化物4存在有多個(gè)張開孔。將該狀態(tài)的固化物4投入含有無機(jī)化合物的處理液中，然后容器減壓，這樣，張開孔內(nèi)的空氣就會(huì)被強(qiáng)制向溶液外排氣，含有無機(jī)化合物的處理液則進(jìn)入該孔內(nèi)。準(zhǔn)備鈉和硼的含有率不同的含有無機(jī)化合物的處理液，分別投入固化物4。
(加熱工序步驟S5)接著，取出固化物4，以80～250℃范圍內(nèi)的規(guī)定溫度進(jìn)行加熱。張開孔內(nèi)的含有無機(jī)化合物的處理液中含有硼和鈉，因此，通過加熱，溶媒揮發(fā)，留下硼和鈉的氧化物。這些氧化物在其生成過程中，是優(yōu)先于軟磁性金屬粉末1氧化的氧化物。由此，能夠制造出軟磁性金屬粉末1本身不氧化，而具有如圖2(C)所示的由氧化硼和氧化鈉組成的氧化膜6來覆蓋磁芯的構(gòu)成的復(fù)合型磁芯5。該氧化膜6如圖2(C)的A部分的擴(kuò)大圖所示，在磁芯的表面附近內(nèi)層集中分布，同時(shí)在磁芯表面也薄薄地存在。圖2(C)的箭頭B所指的部分，是復(fù)合型磁芯5的表面涂層和母材的邊界。因此，在復(fù)合型磁芯5的表層和表面鄰近內(nèi)層集中分布的氧化膜6，作為由軟磁性金屬粉末1組成的母材的防止氧化阻擋層來發(fā)揮作用。
B評(píng)價(jià)方法(1)耐氧化性試驗(yàn)所得到的復(fù)合型磁芯5投入溫度為60℃、濕度為95％R.H環(huán)境下的恒溫高濕槽內(nèi)50小時(shí)，供耐氧化性試驗(yàn)。氧化程度除通過肉眼觀察進(jìn)行評(píng)價(jià)外，也可以采用通過拍照、圖像解析準(zhǔn)確量化氧化面積的評(píng)價(jià)方法。
(2)微量分析通過ICP發(fā)光分析調(diào)查復(fù)合型磁芯5中的鈉和硼的含有率。
在氧化硼為50～3000ppm、且氧化鈉為10～500ppm范圍以外的情況下，通過氧化硼和氧化鈉的協(xié)合效應(yīng)，能夠充分提高復(fù)合型磁芯5的耐氧化性。但是，只有氧化硼或氧化鈉的任意一方在上述各范圍內(nèi)時(shí)，便能看到復(fù)合型磁芯5大約50％的面積生銹，不能夠被認(rèn)為具有充分的耐氧化性。
另外，氧化硼和氧化鈉兩者都處于上述范圍內(nèi)時(shí)，碳元素的含有率即使多于500ppm，復(fù)合型磁芯5也只有不足10％的面積生銹。這里，將復(fù)合型磁芯5的面積的10％生銹的狀態(tài)作為容許限度。因此，可以認(rèn)為氧化硼和氧化鈉的含有率范圍是非常重要的，并且，碳元素含有率也滿足500ppm以下的條件時(shí)，能夠看到更高的耐氧化性。
[實(shí)施例1](1)原料作為軟磁性金屬粉末1和絕緣性粘結(jié)材料2，分別采用了3％Si-Fe合金粉末(由重量百分比為97％的Fe和3％的Si構(gòu)成的合金粉末)以及環(huán)氧樹脂。3％Si-Fe合金粉末采用了碳元素含有率為140ppm的合金粉末，環(huán)氧樹脂的量為相對(duì)于3％Si-Fe合金粉末和環(huán)氧樹脂總重量的2％。
(2)含有無機(jī)化合物的處理液使用含有硼和鈉的水溶液，該水溶液使用硼和鈉的含有率不同的5種含有無機(jī)化合物的處理液。在各種含有無機(jī)化合物的處理液中，分別使用了硼和鈉的含有率根據(jù)磁芯制成后的ICP發(fā)光分析所得的氧化物的值換算為60～2500ppm及20～400ppm的量之處理液。
(3)成形條件將重量百分比為2％的環(huán)氧樹脂和3％Si-Fe合金粉末的混合粉末3，成形為外徑φ15mm、內(nèi)徑φ10mm、高3mm的環(huán)形磁芯的形狀，成形壓力為7t/cm2。
(4)固化條件以150℃進(jìn)行壓型體4的固化。
(5)氧化硼和氧化鈉的表面處理?xiàng)l件固化了的固化物沉入玻璃容器內(nèi)的各種含有無機(jī)化合物的處理液中，驅(qū)動(dòng)連接于玻璃容器一端的泵，將該處理液的水面上方的空間進(jìn)行減壓。一定時(shí)間后，將磁芯從各種含有無機(jī)化合物的處理液中取出，脫水后，以140℃進(jìn)行熱處理。
(6)評(píng)價(jià)條件將以上述條件制成的各種復(fù)合型磁芯5在溫度60℃、濕度95％的環(huán)境下曬50小時(shí)，供恒溫高濕試驗(yàn)。然后，在觀察復(fù)合型磁芯5表面生銹情況的同時(shí)，通過ICP發(fā)光分析來檢查氧化鈉和氧化硼的含有率。
作為含有無機(jī)化合物的處理液，采用了硼和鈉的含有率分別根據(jù)磁芯制成后的ICP發(fā)光分析所得的氧化物值換算為30ppm和8ppm的量之處理液、以及硼和鈉的含有率分別根據(jù)磁芯制成后的ICP發(fā)光分析所得的氧化物值換算為4000ppm和700ppm的量之處理液。并且，也準(zhǔn)備未沉入含有無機(jī)化合物的處理液中、且成形后保持固化后狀態(tài)的固化物，以供評(píng)價(jià)。其他條件，具體地說即原料、成形條件、固化條件、氧化硼和氧化鈉的表面處理?xiàng)l件、以及評(píng)價(jià)條件與實(shí)施例1的條件相同。
表1所示的]實(shí)施例1和比較例1的評(píng)價(jià)結(jié)果。
表1

如表1所示，使用含有無機(jī)化合物的處理液(簡(jiǎn)稱“處理液”)No.2～6制成的各復(fù)合型磁芯5，只有約整體面積的5％以下的面積生銹。特別是在使用處理液No.4、No.5以及No.6制成的各復(fù)合型磁芯5上，沒有認(rèn)定有銹產(chǎn)生。另一方面，沒有使用處理液(未處理品)和使用處理液No.1制成的各復(fù)合型磁芯5，在磁芯的整個(gè)表面都認(rèn)定生銹。又，雖然在使用處理液No.7制成的復(fù)合型磁芯5上沒有認(rèn)定生銹，但是在熱處理后認(rèn)定磁芯表面有白色析出物。
從這個(gè)結(jié)果，可以認(rèn)為在滿足氧化硼為60～2500ppm、氧化鈉為20～400ppm的兩含有率的復(fù)合型磁芯5上，氧化硼和氧化鈉牢牢地覆蓋了磁芯表面，有助于提高耐氧化性。另一方面，可以認(rèn)為在氧化硼為30ppm以下、氧化鈉為8ppm以下的兩含有率的復(fù)合型磁芯5上，氧化硼和氧化鈉的含有率對(duì)于提高耐氧化性而言不是足夠的。

(1)原料作為軟磁性金屬粉末1和絕緣性粘結(jié)材料2，分別采用了3％Si-Fe合金粉末(由重量百分比為97％的Fe和重量百分比為3％的Si構(gòu)成的合金粉末)、以及環(huán)氧樹脂。3％Si-Fe合金粉末使用了碳元素含有率在50～450ppm范圍內(nèi)的6種合金粉末，環(huán)氧樹脂的量為相對(duì)于3％Si-Fe合金粉末和環(huán)氧樹脂總重量的2％。
(2)含有無機(jī)化合物的處理液使用了含有硼和鈉的水溶液，作為該水溶液，分別使用了硼和鈉的含有率根據(jù)磁芯制成后的ICP發(fā)光分析所得的氧化物的值換算為1000ppm及200ppm的量處理液。
成形條件、固化條件、氧化硼和氧化鈉的表面處理?xiàng)l件、評(píng)價(jià)條件與實(shí)施例1的條件相同。
3％Si-Fe合金粉末采用碳元素含有率為720ppm的合金粉末，其他條件與 表2表示的是實(shí)施例2和比較例2的評(píng)價(jià)結(jié)果。
表2

如表2所示，使用3％Si-Fe合金粉末(這里稱為“樣品”)No.1～6制成的各復(fù)合型磁芯5，被認(rèn)定在磁芯表面沒有產(chǎn)生銹。另一方面，使用樣品No.7制成的復(fù)合型磁芯5，被認(rèn)定磁芯約30％的面積產(chǎn)生銹。
工業(yè)應(yīng)用性本發(fā)明可以用于變壓器、扼流圈、濾波器等的電子零件的產(chǎn)業(yè)。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合型磁芯，含有軟磁性金屬粉末和導(dǎo)電性比該軟磁性金屬粉末低的絕緣性粘結(jié)材料；其中，相對(duì)于磁芯含有大于等于10ppm小于等于500ppm的氧化鈉、和大于等于50ppm小于等于3000ppm的氧化硼，氧化鈉和氧化硼在磁芯的表面鄰近內(nèi)層集中分布。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合型磁芯，其特征在于所述軟磁性金屬粉末，相對(duì)于該軟磁性金屬粉末含有小于等于500ppm的碳元素。
3.一種復(fù)合型磁芯的制造方法，其特征在于將軟磁性金屬粉末、和導(dǎo)電性比該軟磁性金屬粉末低的絕緣性粘結(jié)材料混合后的混合物進(jìn)行成形、固化所得的固化物，與含有硼和鈉的無機(jī)化合物處理液接觸后，以80℃～250℃的溫度實(shí)施熱處理，形成復(fù)合型磁芯。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種耐氧化性優(yōu)秀、并能夠充分滿足小型化要求的復(fù)合型磁芯及其制造方法。本發(fā)明的復(fù)合型磁芯5含有軟磁性金屬粉末1和導(dǎo)電性比該軟磁性金屬粉末1低的絕緣性粘結(jié)材料2；相對(duì)于磁芯含有大于等于10ppm小于等于500ppm的氧化鈉、和大于等于50ppm小于等于3000ppm的氧化硼，氧化鈉和氧化硼在磁芯5的表面鄰近內(nèi)層集中分布。
文檔編號(hào)H01F1/36GK1838346SQ200610059178
公開日2006年9月27日 申請(qǐng)日期2006年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月17日
發(fā)明者大冢努 申請(qǐng)人:勝美達(dá)集團(tuán)株式會(huì)社