JP2005268685A - Powder magnetic core and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主に電源のインダクタ、チョークコイルに用いられる圧粉磁芯及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a dust core mainly used for an inductor and choke coil of a power supply and a method for manufacturing the same.
近年、電気、電子機器の小型化が進み、小型（低背）で大電流に対応した圧粉磁芯が要求されている。圧粉磁芯の材料としては、フェライト粉末や強磁性金属粉末が用いられているが、強磁性金属粉末はフェライト粉末に比較して飽和磁束密度が大きく、直流重畳特性が高磁界まで保たれる。よって、大電流に対応した圧粉磁芯を作製する際には、圧粉磁芯の材料として強磁性金属粉末を用いることが主流となってきている。 In recent years, the miniaturization of electric and electronic devices has progressed, and there is a demand for a compact magnetic core that is small (low profile) and can handle a large current. Ferrite powder and ferromagnetic metal powder are used as the material for the dust core, but ferromagnetic metal powder has a higher saturation magnetic flux density than ferrite powder, and the DC superposition characteristics are maintained up to a high magnetic field. . Therefore, when producing a dust core corresponding to a large current, it has become mainstream to use a ferromagnetic metal powder as the material of the dust core.
圧粉磁芯の小型化にともない、その強度を向上させることが要求される。圧粉磁芯の強度向上に関して、特開平８−４５７２４号公報（特許文献１）、特開平９−２６０１２６号公報（特許文献２）が提案を行っている。特許文献１及び特許文献２は、ともにハードディスクドライブ等に用いられるブラシレスモータのステータコアを主たる適用対象としている。 As the dust core becomes smaller, it is required to improve its strength. Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-45724 (Patent Document 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-260126 (Patent Document 2) have proposed the strength improvement of the dust core. Both Patent Document 1 and Patent Document 2 are mainly applied to a stator core of a brushless motor used for a hard disk drive or the like.
特許文献１は、Ｆｅ−Ｐ合金粉末、シリコーン樹脂及び有機チタンとの混合物を圧粉することによる圧粉磁芯を開示している。この場合のシリコーン樹脂の混合量は、Ｆｅ−Ｐ合金粉末に対して好ましくは０．５〜５ｗｔ％、より好ましくは１〜３ｗｔ％としている。なお、シリコーン樹脂の混合量が少なすぎると、Ｆｅ−Ｐ合金粒子間の絶縁性が不十分となり、また、圧粉磁芯の機械的強度も不十分となること、シリコーン樹脂の混合量が多すぎると、圧粉磁芯中の非磁性領域が高くなって透磁率が低くなってしまうことが特許文献１には開示されている。なお、有機チタンの混合量は、シリコーン樹脂に対して、好ましくは１０〜７０ｗｔ％、より好ましくは２５〜５０ｗｔ％としている。 Patent Document 1 discloses a dust core obtained by compacting a mixture of Fe-P alloy powder, silicone resin and organic titanium. In this case, the mixing amount of the silicone resin is preferably 0.5 to 5 wt%, more preferably 1 to 3 wt% with respect to the Fe—P alloy powder. If the amount of silicone resin mixed is too small, the insulation between Fe-P alloy particles will be insufficient, the mechanical strength of the dust core will be insufficient, and the amount of silicone resin mixed will be large. Patent Document 1 discloses that if it is too high, the nonmagnetic region in the dust core becomes high and the magnetic permeability becomes low. In addition, the mixing amount of the organic titanium is preferably 10 to 70 wt%, more preferably 25 to 50 wt% with respect to the silicone resin.
また、特許文献２は、シリカゾルを固形分に換算して鉄粉末に対し０．０１５〜０．１５ｗｔ％、シリコーン樹脂を鉄粉末に対して０．０５〜０．５ｗｔ％、有機チタンをシリコーン樹脂に対し１０〜５０ｗｔ％添加したものであり、鉄粉末の粒子径が７５〜２００μｍの粉体を用いた圧粉磁芯が開示されている。特許文献２においても、シリコーン樹脂の量については、特許文献１と同様の理由が記載されている。 Patent Document 2 discloses that silica sol is converted to a solid content and is 0.015 to 0.15 wt% with respect to iron powder, silicone resin is 0.05 to 0.5 wt% with respect to iron powder, and organic titanium is silicone resin. A powder magnetic core using 10-50 wt% of iron powder and a powder having a particle diameter of iron powder of 75-200 μm is disclosed. Also in patent document 2, the reason similar to patent document 1 is described about the quantity of the silicone resin.
また、コアの小型化（低背）を推進するため、コイルと磁性粉とが一体となった所謂コイル封入圧粉磁芯が提案されている。コイル封入圧粉磁芯としては、例えば特開２００２−３２４７１４号公報（特許文献３）に、絶縁材をコーティングした強磁性金属粉末からなる圧粉体と、圧粉体中に埋め込まれた、周囲が絶縁被覆された扁平状の導体が巻回されたコイルとを備えたものが開示されている。特許文献３によれば、この圧粉磁芯は、扁平状の導体が巻回されたコイルを用いることによって、コイル封入圧粉磁芯のより一層の小型化を図るとともに、より大きなインダクタンスが得られるとしている。 In order to promote the miniaturization (low profile) of the core, a so-called coil-embedded dust core in which a coil and magnetic powder are integrated has been proposed. As the coil-embedded dust core, for example, in JP 2002-324714 A (Patent Document 3), a green compact made of a ferromagnetic metal powder coated with an insulating material and a surrounding embedded in the green compact And a coil around which a flat conductor coated with insulation is wound is disclosed. According to Patent Document 3, this dust core uses a coil around which a flat conductor is wound, thereby further reducing the size of the coil-embedded dust core and obtaining a larger inductance. It is supposed to be done.
特許文献１にも、強磁性金属粉末をコーティングする絶縁材としてシリコーン樹脂を用いること、圧粉体の磁気特性を劣化させることなく強度を増加できる架橋剤として有機チタン系のものを用いることの開示がなされている。具体的な開示としては、アトマイズ法により得られたパーマロイ粉末（４５％Ｎｉ−Ｆｅ）に対して、シリコーン樹脂（東レダウコーニングシリコーン（株）製 ＳＲ２４１４ＬＶ）を２．４ｗｔ％、有機チタネート（日本曹達（株）製 ＴＢＴ Ｂ−４）を０．８ｗｔ％を添加した例が開示されている。 Patent Document 1 also discloses that a silicone resin is used as an insulating material for coating a ferromagnetic metal powder, and that an organic titanium-based crosslinking agent is used as a crosslinking agent capable of increasing the strength without deteriorating the magnetic properties of the green compact. Has been made. Specifically, the permalloy powder (45% Ni-Fe) obtained by the atomizing method is 2.4 wt% of a silicone resin (SR2414LV manufactured by Toray Dow Corning Silicone Co., Ltd.), organic titanate (Nihon Soda) An example in which 0.8 wt% of TBT B-4) manufactured by Co., Ltd. is added is disclosed.
特許文献１、特許文献２に開示される圧粉磁芯は、前述したように、ブラシレスモータのステータコアとして用いられるが、種々の回路基板に表面実装されるタイプの圧粉磁芯も存在する。電源に用いられる表面実装タイプの圧粉磁芯は、小型化の要求を満足するが、その製造過程あるいは使用中に、意図しない過剰な電圧が印加されることがあるため、定格的な使用を超えた耐電圧性を備えることも要求される。ところが、特許文献１、特許文献２、さらには特許文献３にも耐電圧性を考慮する開示、示唆はなされていない。 As described above, the dust cores disclosed in Patent Literature 1 and Patent Literature 2 are used as a stator core of a brushless motor. However, there are dust cores of a type that are surface-mounted on various circuit boards. Surface mount type powder magnetic cores used for power supplies satisfy the requirements for miniaturization, but unintended excessive voltage may be applied during the manufacturing process or during use, so use with rated use. It is also required to have an overvoltage resistance. However, Patent Document 1, Patent Document 2, and Patent Document 3 do not disclose or suggest voltage resistance.
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、強度及び耐電圧性を併せ持ち、かつ電源用途に好適な圧粉磁芯を提供することを目的とする。 The present invention has been made based on such a technical problem, and an object of the present invention is to provide a dust core that has both strength and voltage resistance and is suitable for power supply applications.
上記課題を解決すべく、本発明者は絶縁材としてシリコーン樹脂を用いた場合に、シリコーン樹脂の架橋剤を有機チタンモノマーとし、かつ強磁性金属粉末と混合した後の乾燥工程の乾燥温度によって圧粉磁芯の強度及び耐電圧性が変動することを知見し、本発明を完成した。すなわち本発明は、強磁性金属粉末と、強磁性金属粉末に対して強磁性金属粉末を被覆する絶縁材としてのシリコーン樹脂を１．０〜６．０ｗｔ％含む圧粉体から構成され、シリコーン樹脂が有機チタンモノマーにより架橋されていることを特徴とする圧粉磁芯である。 In order to solve the above problems, the present inventor, when using a silicone resin as an insulating material, uses a silicone resin cross-linking agent as an organic titanium monomer and mixes it with a ferromagnetic metal powder. The present invention was completed by discovering that the strength and voltage resistance of the powder magnetic core fluctuate. That is, the present invention is composed of a ferromagnetic metal powder and a green compact containing 1.0 to 6.0 wt% of a silicone resin as an insulating material for coating the ferromagnetic metal powder with the ferromagnetic metal powder. Is a dust core which is crosslinked with an organic titanium monomer.
本発明の圧粉磁芯において、シリコーン樹脂に対して有機チタンモノマーは２０〜６０ｗｔ％含み、また、有機チタンモノマーが、テトラ−ｎ−ブトキシチタンのモノマー又はテトラ−ｉ−プロポキシチタンのモノマーであること、さらに強磁性金属粉末が、Ｎｉを４０〜８５ｗｔ％含有するＦｅ−Ｎｉ系合金から構成されることが望ましい。さらに、本発明の圧粉磁芯は、周囲を絶縁被覆された導体から構成されるコイルが圧粉体中に埋め込まれた所謂圧粉磁芯に適用することができる。 In the dust core of the present invention, the organic titanium monomer is contained in an amount of 20 to 60 wt% with respect to the silicone resin, and the organic titanium monomer is a tetra-n-butoxy titanium monomer or a tetra-i-propoxy titanium monomer. In addition, it is desirable that the ferromagnetic metal powder is composed of an Fe—Ni alloy containing 40 to 85 wt% of Ni. Furthermore, the dust core of the present invention can be applied to a so-called dust core in which a coil composed of a conductor having an insulation coating is embedded in the dust.
本発明は以上の圧粉磁芯を得るための製造方法を提案する。この製造方法は、強磁性金属粉末、強磁性金属粉末に対して１．０〜６．０ｗｔ％のシリコーン樹脂及びシリコーン樹脂を架橋する有機チタンモノマーを含むバインダとを備える混合物を得る工程と、この混合物を８０〜１１０℃の温度範囲で乾燥する工程と、乾燥された混合物を加圧成形して圧粉体を得る工程と、を備えることを特徴とする圧粉磁芯の製造方法である。
この製造方法もコイル封入圧粉磁芯に適用することができ、その場合乾燥された混合物中に、周囲を絶縁被覆された導体から構成されるコイルを配置した後に加圧成形して圧粉体を得ることになる。
The present invention proposes a manufacturing method for obtaining the above dust core. The manufacturing method includes a step of obtaining a mixture comprising ferromagnetic metal powder, 1.0 to 6.0 wt% silicone resin with respect to the ferromagnetic metal powder, and a binder containing an organic titanium monomer that crosslinks the silicone resin; A method for producing a dust core comprising: drying a mixture in a temperature range of 80 to 110 ° C .; and pressing the dried mixture to obtain a green compact.
This manufacturing method can also be applied to a coil-embedded dust core, in which case a coil composed of a conductor that is insulated and coated is placed in the dried mixture, and then pressed and compacted. Will get.
本発明によれば、絶縁材としてシリコーン樹脂を用いた場合に、シリコーン樹脂の架橋剤として有機チタンモノマーを用い、かつ強磁性金属粉末と混合した後の乾燥工程の乾燥温度を特定することにより、強度及び耐電圧性に優れた圧粉磁芯を得ることができる。 According to the present invention, when a silicone resin is used as an insulating material, an organic titanium monomer is used as a crosslinking agent for the silicone resin, and by specifying the drying temperature in the drying step after mixing with the ferromagnetic metal powder, A dust core excellent in strength and voltage resistance can be obtained.
以下、本発明による実施の形態を詳細に説明する。
強磁性金属粉末と、強磁性金属粉末に対して強磁性金属粉末を被覆する絶縁材としてのシリコーン樹脂を１．０〜６．０ｗｔ％含む圧粉体から構成される。
圧粉体は、強磁性金属粉末に絶縁材を添加、混合し、しかる後所定の条件で絶縁材を添加した強磁性金属粉末を乾燥し、乾燥後の強磁性金属粉末に望ましくは潤滑剤を添加、混合後に加圧成形することにより作製される。
圧粉体を構成する強磁性金属粉末としては、Ｆｅ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ（スーパーマロイ）、Ｆｅ−Ｎｉ（パーマロイ）、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ（センダスト）、Ｆｅ−Ｃｏ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｐ等を用いることができる。強磁性金属粉末の材質は必要な磁気特性に応じて適宜選択すればよいが、電源のインダクタ、チュークコイルに用いられる圧粉磁芯としては、飽和磁束密度が高く、かつ保磁力の小さいＦｅ−Ｎｉ系合金を用いることが望ましい。このＦｅ−Ｎｉ系合金は、Ｎｉを４０〜８５ｗｔ％、残部Ｆｅ、あるいはＭｏ等の遷移金属元素を含む。この中で、Ｎｉを４５ｗｔ％程度含み残部Ｆｅの合金、Ｎｉを８０ｗｔ％程度含み残部Ｆｅの合金が典型例としてある。
強磁性金属粉末を構成する粒子の形状は特に制限はないが、高磁界までインダクタンスを大きく保つには、球状の粉末もしくは楕円状の粉末とすることが望ましい。
Embodiments according to the present invention will be described in detail below.
It is composed of a ferromagnetic metal powder and a green compact containing 1.0 to 6.0 wt% of a silicone resin as an insulating material for coating the ferromagnetic metal powder with the ferromagnetic metal powder.
In the green compact, an insulating material is added to and mixed with the ferromagnetic metal powder, and then the ferromagnetic metal powder to which the insulating material has been added is dried under predetermined conditions, and a lubricant is preferably added to the dried ferromagnetic metal powder. It is produced by pressure molding after addition and mixing.
Examples of the ferromagnetic metal powder constituting the green compact include Fe, Fe-Ni-Mo (supermalloy), Fe-Ni (permalloy), Fe-Al-Si (Sendust), Fe-Co, Fe-Si, Fe -P or the like can be used. The material of the ferromagnetic metal powder may be appropriately selected according to the required magnetic characteristics. However, as a dust core used for the power source inductor and Chuk coil, Fe-- which has a high saturation magnetic flux density and a small coercive force. It is desirable to use a Ni-based alloy. This Fe—Ni-based alloy contains 40 to 85 wt% of Ni, the balance Fe, or a transition metal element such as Mo. Among these, a typical example is an alloy of balance Fe containing about 45 wt% of Ni, and an alloy of balance Fe containing about 80 wt% of Ni.
The shape of the particles constituting the ferromagnetic metal powder is not particularly limited, but it is desirable to use a spherical powder or an elliptical powder in order to keep the inductance large up to a high magnetic field.
強磁性金属粉末は、必要な組成のインゴットを振動ミル等で粗粉砕し、この粗粉砕粉をボールミル等の粉砕機で粉砕することによって得ることができる。なお、インゴットを粉砕する代わりに、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法、回転ディスク法等によって粉末を得ることもできる。強磁性金属粉末は、５〜４０μｍの平均粒径を有することが望ましい。平均粒径が５μｍ未満では透磁率が小さいため、所望のインダクタンスを得るのに巻き数を多くしなければならず、巻き線による損失が増大してしまう。また４０μｍを超えると透磁率は大きくなるものの、コアロスが大きくなってしまいインダクタとしての損失が大きくなってしまうからである。 The ferromagnetic metal powder can be obtained by roughly pulverizing an ingot having a required composition with a vibration mill or the like, and pulverizing the coarsely pulverized powder with a pulverizer such as a ball mill. Note that, instead of pulverizing the ingot, powder may be obtained by a gas atomizing method, a water atomizing method, a rotating disk method, or the like. The ferromagnetic metal powder desirably has an average particle size of 5 to 40 μm. When the average particle size is less than 5 μm, the magnetic permeability is small, so that the number of windings must be increased to obtain a desired inductance, and the loss due to the windings increases. On the other hand, if it exceeds 40 μm, the magnetic permeability increases, but the core loss increases and the loss as an inductor increases.
絶縁材としてのシリコーン樹脂は、圧粉体中において強磁性金属粉末を絶縁被覆する。シリコーン樹脂の添加量は、強磁性金属粉末に対して１．０〜６．０ｗｔ％の範囲とする。程度添加することができる。絶縁材としてのシリコーン樹脂の添加量が１．０ｗｔ％未満の場合には圧粉磁芯の強度及び耐電圧が低く、また絶縁不良の可能性を否定できない。また、シリコーン樹脂の添加量が６．０ｗｔ％を超えると耐電圧は維持されるものの、圧環強度の低下が顕著となるとともに透磁率が低下する。したがって本発明では、強磁性金属粉末に対するシリコーン樹脂の添加量を１．０〜６．０ｗｔ％の範囲とする。望ましい強磁性金属粉末に対するシリコーン樹脂の量は１．５〜５．０ｗｔ％、さらに望ましいシリコーン樹脂の量は２．０〜４．５ｗｔ％である。 Silicone resin as an insulating material insulates the ferromagnetic metal powder in the green compact. The addition amount of the silicone resin is in the range of 1.0 to 6.0 wt% with respect to the ferromagnetic metal powder. To the extent that can be added. When the addition amount of the silicone resin as the insulating material is less than 1.0 wt%, the strength and withstand voltage of the dust core are low, and the possibility of insulation failure cannot be denied. On the other hand, when the addition amount of the silicone resin exceeds 6.0 wt%, the withstand voltage is maintained, but the decrease in the crushing strength becomes remarkable and the magnetic permeability decreases. Therefore, in the present invention, the amount of the silicone resin added to the ferromagnetic metal powder is in the range of 1.0 to 6.0 wt%. The amount of the silicone resin with respect to the desirable ferromagnetic metal powder is 1.5 to 5.0 wt%, and the more desirable amount of the silicone resin is 2.0 to 4.5 wt%.
シリコーン樹脂は、オルガノシロキサン結合を有するオルガノポリシロキサンであり、狭義には、３次元網目構造を有するオルガノポリシロキサンをいう。本発明で用いるシリコーン樹脂は特に限定されないが、狭義のシリコーン樹脂は必ず用いる。ただし、シリコーンオイルやシリコーンゴム等の広義のシリコーン樹脂を併用してもよい。使用する全シリコーン樹脂中における狭義のシリコーン樹脂の割合は、好ましくは５０重量％以上とし、より好ましくは狭義のシリコーン樹脂だけを用いる。シリコーン樹脂は、通常、ジメチルポリシロキサンを主成分とするが、メチル基の一部が他のアルキル基またはアリール基で置換されていてもよい。 The silicone resin is an organopolysiloxane having an organosiloxane bond, and in a narrow sense, an organopolysiloxane having a three-dimensional network structure. The silicone resin used in the present invention is not particularly limited, but a narrowly defined silicone resin is always used. However, a broad sense silicone resin such as silicone oil or silicone rubber may be used in combination. The proportion of the silicone resin in the narrow sense in all silicone resins used is preferably 50% by weight or more, and more preferably only the silicone resin in the narrow sense is used. The silicone resin usually contains dimethylpolysiloxane as a main component, but a part of the methyl group may be substituted with another alkyl group or aryl group.
本発明による圧粉磁芯は、シリコーン樹脂の架橋剤として有機チタンモノマー（単量体）を用いる。後述する実施例に示すように、有機チタンモノマーを架橋剤に用いると、有機チタン４量体を架橋剤に用いるのに比較して、高い圧環強度及び耐電圧を得ることができる。しかも、この高い圧環強度及び耐電圧は、より少ない有機チタンの添加量で実現される。したがって、本発明によれば、有機チタンのオリゴマー、ポリマーを架橋剤とする場合に比べて、低コストで圧環強度及び耐電圧の高い圧粉磁芯を得ることができるという効果を奏する。 The dust core according to the present invention uses an organic titanium monomer (monomer) as a crosslinking agent for the silicone resin. As shown in the Example mentioned later, when an organic titanium monomer is used for a crosslinking agent, compared with the case where an organic titanium tetramer is used for a crosslinking agent, high crushing strength and withstand voltage can be obtained. Moreover, this high crushing strength and withstand voltage are realized with a smaller amount of organic titanium added. Therefore, according to the present invention, it is possible to obtain a dust core having a high crushing strength and a high withstand voltage at a low cost as compared with the case where an oligomer or polymer of organic titanium is used as a crosslinking agent.
有機チタンモノマーとしては、下記化１で表わされるテトラ−ｎ−ブトキシチタンのモノマー又はテトラ−ｉ−プロポキシチタンのモノマーを用いることが望ましい。下記化１において、Ｐは、モノマーの場合は１である。Ｐが４の場合は４量体を、またＰが７の場合は７量体を表す。Ｐが大きいと架橋反応の速度が遅くなる傾向がある。 As the organic titanium monomer, a tetra-n-butoxy titanium monomer or a tetra-i-propoxy titanium monomer represented by the following chemical formula 1 is preferably used. In the following chemical formula 1, P is 1 in the case of a monomer. When P is 4, it represents a tetramer, and when P is 7, it represents a trimer. When P is large, the speed of the crosslinking reaction tends to be slow.
架橋剤である有機チタンモノマーは、シリコーン樹脂に対して１０〜６０ｗｔ％の範囲、望ましくは２０〜５０ｗｔ％の範囲、さらに望ましくは２０〜３５ｗｔ％の範囲で添加すればよい。添加量が少なすぎるとシリコーン樹脂の架橋反応が不十分となって成形時に絶縁被膜の破壊が生じ、渦電流損失が大きくなりやすい。また、圧粉磁芯の強度向上も不十分となる。一方、添加量が多すぎても機械的強度は顕著には向上せず、圧粉磁芯の透磁率が低くなってしまう他、渦電流損失も大きくなってしまう。 The organic titanium monomer as a cross-linking agent may be added in a range of 10 to 60 wt%, desirably 20 to 50 wt%, more desirably 20 to 35 wt% with respect to the silicone resin. If the addition amount is too small, the crosslinking reaction of the silicone resin is insufficient, the insulating coating is destroyed during molding, and eddy current loss tends to increase. In addition, the strength of the dust core is not sufficiently improved. On the other hand, if the addition amount is too large, the mechanical strength is not significantly improved, the magnetic permeability of the dust core is lowered, and the eddy current loss is also increased.
乾燥後に添加することができる潤滑剤の量は０．１〜１．０ｗｔ％程度とすることができ、望ましい潤滑剤の添加量は０．２〜０．８ｗｔ％、さらに望ましい潤滑剤の添加量は０．４〜０．８ｗｔ％である。潤滑剤の添加量が０．１ｗｔ％未満の場合には、成形後の脱型がしにくく、成形クラックが生じやすい。一方、潤滑剤の添加量が１．０ｗｔ％を超えると、密度の低下を招き、透磁率が減少してしまう。
潤滑剤としては、例えば、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛及びステアリン酸ストロンチウム等から適宜選択すればよい。いわゆるスプリングバックが小さいという点から、潤滑剤としてステアリン酸アルミニウムを用いることが好ましい。
The amount of lubricant that can be added after drying can be about 0.1 to 1.0 wt%, the desired amount of lubricant added is 0.2 to 0.8 wt%, and the more desirable amount of lubricant added Is 0.4 to 0.8 wt%. When the addition amount of the lubricant is less than 0.1 wt%, it is difficult to remove the mold after molding, and molding cracks are likely to occur. On the other hand, when the addition amount of the lubricant exceeds 1.0 wt%, the density is lowered and the magnetic permeability is reduced.
The lubricant may be appropriately selected from, for example, aluminum stearate, barium stearate, magnesium stearate, calcium stearate, zinc stearate, strontium stearate, and the like. From the viewpoint that so-called spring back is small, it is preferable to use aluminum stearate as a lubricant.
次に、本発明をコイル封入圧粉磁芯に適用した場合の製造方法について説明する。
まず、必要な磁気特性に応じた組成を有する強磁性金属粉末を選択し、この強磁性金属粉末、絶縁材としてのシリコーン樹脂及び架橋剤を所定量となるようにそれぞれ秤量する。
秤量後、強磁性金属粉末、絶縁材としてのシリコーン樹脂及び架橋剤を混合する。混合は加圧ニーダー等を用い、好ましくは室温で２０〜６０分間混合する。シリコーン樹脂と強磁性金属粉末とを混合するときには、固体状または液状のシリコーン樹脂を溶液化して混合してもよく、液状のシリコーン樹脂を直接混合してもよいが、溶液化して用いる場合には成形前に溶媒を乾燥させる必要があるため、好ましくは溶液化せずに液状のシリコーン樹脂を直接混合する。液状のシリコーン樹脂の粘度は、２５℃において好ましくは１０〜１００００ＣＰ、より好ましくは１０００〜９０００ＣＰである。粘度が低すぎても高すぎても、強磁性金属粉末表面に均一な被膜を形成することが難しくなる。
Next, a manufacturing method when the present invention is applied to a coil-embedded dust core will be described.
First, a ferromagnetic metal powder having a composition corresponding to a required magnetic property is selected, and the ferromagnetic metal powder, a silicone resin as an insulating material, and a crosslinking agent are weighed so as to have predetermined amounts.
After weighing, a ferromagnetic metal powder, a silicone resin as an insulating material, and a crosslinking agent are mixed. Mixing is performed using a pressure kneader or the like, preferably at room temperature for 20 to 60 minutes. When mixing the silicone resin and the ferromagnetic metal powder, the solid or liquid silicone resin may be mixed and mixed, or the liquid silicone resin may be mixed directly. Since it is necessary to dry the solvent before molding, the liquid silicone resin is preferably mixed directly without forming a solution. The viscosity of the liquid silicone resin is preferably 10 to 10,000 CP, more preferably 1000 to 9000 CP at 25 ° C. If the viscosity is too low or too high, it is difficult to form a uniform film on the surface of the ferromagnetic metal powder.
得られた混合物を、８０〜１１０℃、望ましくは８５〜９５℃の温度で保持する乾燥を行う。この乾燥工程において、シリコーン樹脂の架橋反応がある程度進行する。この乾燥工程により、成形後かつ後述するキュア前の圧粉体の保形性を改善することができ、強磁性金属粉末の凝集及び成形時の絶縁被膜破壊も防ぐことができる。成形後に施されるキュア処理によりシリコーン樹脂の硬化がさらに進むが、本発明では架橋剤である有機チタンモノマーが添加されているので、焼鈍後、機械的強度が著しく高い圧粉磁芯が得られる。乾燥工程における保持時間は２０〜６０分程度とすればよい。 The obtained mixture is dried by holding at a temperature of 80 to 110 ° C, desirably 85 to 95 ° C. In this drying process, the crosslinking reaction of the silicone resin proceeds to some extent. By this drying step, the shape retention of the green compact after molding and before curing, which will be described later, can be improved, and aggregation of the ferromagnetic metal powder and destruction of the insulating coating during molding can be prevented. Although the curing of the silicone resin further proceeds by the curing treatment performed after the molding, since the organic titanium monomer as a crosslinking agent is added in the present invention, a powder magnetic core having a remarkably high mechanical strength can be obtained after annealing. . The holding time in the drying step may be about 20 to 60 minutes.
乾燥工程における処理温度が低すぎると、シリコーン樹脂の接着性が弱くならないため強磁性金属粉末が凝集しやすくなって成形性が低下し、圧粉体の保形性も不十分となる。また、シリコーン樹脂の硬化が不十分となって成形時に絶縁被膜の破壊が生じやすくなる。また、バインダ溶液の溶媒の除去が不十分となって、損失およびそのばらつきが大きくなりやすい。 一方、処理温度が高すぎると、シリコーン樹脂の接着性が弱くなりすぎて圧粉体の保形性が十分に向上しない。また、シリコーン樹脂の硬化が進みすぎて粉末表面の絶縁被膜に膨れが生じ、圧粉磁芯の密度の低下、透磁率の低下、磁束密度の低下が生じる。処理時間、すなわち、上記温度範囲内を通過する時間あるいは上記温度範囲内の一定の温度に保持する時間が短すぎると、処理温度が低すぎる場合と同様な問題が生じ、処理時間が長すぎると、処理温度が高すぎる場合と同様な問題が生じる。硬化処理は比較的低温で行なうので、非酸化雰囲気中ではなく空気等の酸化性雰囲気中で行なってよい。 If the treatment temperature in the drying step is too low, the adhesiveness of the silicone resin does not become weak, so the ferromagnetic metal powder tends to aggregate, the moldability decreases, and the shape retention of the green compact becomes insufficient. Further, the silicone resin is not sufficiently cured, and the insulating coating is easily broken during molding. Moreover, the removal of the solvent of the binder solution becomes insufficient, and the loss and its variation are likely to increase. On the other hand, if the treatment temperature is too high, the adhesiveness of the silicone resin becomes too weak and the shape retention of the green compact is not sufficiently improved. In addition, the silicone resin is excessively cured and the insulating coating on the powder surface is swollen, resulting in a decrease in the density of the dust core, a decrease in permeability, and a decrease in magnetic flux density. If the processing time, that is, the time for passing through the temperature range or the time for maintaining the temperature within a certain temperature range is too short, the same problem as when the processing temperature is too low occurs, and the processing time is too long. The same problem as when the processing temperature is too high occurs. Since the curing process is performed at a relatively low temperature, it may be performed in an oxidizing atmosphere such as air, not in a non-oxidizing atmosphere.
次いで、乾燥した混合物を解砕し、シリコーン樹脂で表面が被覆された圧粉磁芯用強磁性粉末を得る。この圧粉磁芯用強磁性粉末に潤滑剤を添加する。潤滑剤を添加した後、潤滑剤の効果を十分に教授するため、Ｖミキサー等で１０〜４０分間混合することが望ましい。 Next, the dried mixture is pulverized to obtain a ferromagnetic powder for a dust core whose surface is coated with a silicone resin. A lubricant is added to the ferromagnetic powder for the dust core. After adding the lubricant, in order to fully teach the effect of the lubricant, it is desirable to mix for 10 to 40 minutes with a V mixer or the like.
潤滑剤を添加した後、成形工程に進む。成形工程では、圧粉磁芯用強磁性粉末を所望の磁芯形状に成形する。本発明において磁芯形状は特に限定されず、いわゆるトロイダル型、ＥＥ型、ＥＩ型、ＥＲ型、ＥＰＣ型、ドラム型、ポット型、カップ型等の各種形状の磁芯に適用できる。特に本発明は、例えば図１に示されるような形状のコイル封入圧粉磁芯に適用することができる。図示される圧粉磁芯は、表面実装されるコイル封入圧粉磁芯である。このコイル封入圧粉磁芯は、扁平状の導体３が巻回されたコイル１００と、シリコーン樹脂が被覆された強磁性金属粉末からなる圧粉体２０とで構成されている。扁平状の導体３として平角線を用いることができる。この例では、コイル１００の一部を幅広な端子部２００としている。
After adding the lubricant, the process proceeds to the molding process. In the forming step, the ferromagnetic powder for dust core is formed into a desired magnetic core shape. In the present invention, the shape of the magnetic core is not particularly limited, and can be applied to magnetic cores of various shapes such as so-called toroidal type, EE type, EI type, ER type, EPC type, drum type, pot type, and cup type. In particular, the present invention can be applied to, for example, a coil-embedded dust core having a shape as shown in FIG. The illustrated dust core is a surface-mounted coil-embedded dust core. The coil-embedded dust core is composed of a
成形条件は特に限定されず、強磁性金属粉末の種類や形状、寸法、目的とする磁芯寸法、密度などに応じて適宜決定すればよいが、通常、最大圧力は６〜２０ｔ／ｃｍ２程度、最大圧力に保持する時間は０．１秒間〜１分間程度とすればよい。 The molding conditions are not particularly limited, and may be appropriately determined according to the type, shape, size, target magnetic core size, density, and the like of the ferromagnetic metal powder. Usually, the maximum pressure is about 6 to 20 t / cm 2. The time for maintaining the maximum pressure may be about 0.1 second to 1 minute.
成形工程の後、キュア工程（熱硬化処理工程）に進む。キュア工程では、成形工程で得られたコイル封入圧粉磁芯を１５０〜３００℃、望ましくは１８０〜２８０℃、さらに望ましくは２００〜２６０℃の下で１５〜４５分間保持する。これにより、コイル封入圧粉磁芯中の樹脂が硬化する。
キュア工程後、防錆処理を行うことができる。防錆処理は、例えばエポキシ樹脂等をコイル封入圧粉磁芯にスプレーコートすることによって行う。スプレーコートによる膜厚は、１５μｍ程度である。防錆処理を施した後、１２０〜２００℃で１５〜４５分間熱処理を行うことが望ましい。
After the molding process, the process proceeds to a curing process (thermosetting process). In the curing step, the coil-embedded dust core obtained in the forming step is held at 150 to 300 ° C., preferably 180 to 280 ° C., more preferably 200 to 260 ° C. for 15 to 45 minutes. As a result, the resin in the coil-embedded dust core is cured.
After the curing process, a rust prevention treatment can be performed. The antirust treatment is performed, for example, by spray-coating an epoxy resin or the like on the coil-embedded dust core. The film thickness by spray coating is about 15 μm. It is desirable to perform heat treatment at 120 to 200 ° C. for 15 to 45 minutes after the rust prevention treatment.
以下本発明の実施例を説明する。
以下の手順で、コイル封入圧粉磁芯サンプルを作製した。
強磁性粉末：アトマイズ法により製造したパーマロイ粉末（４７ｗｔ％Ｎｉ−Ｆｅ、平均粒子径２５μｍ）
絶縁材：シリコーン樹脂（東レダウコーニングシリコーン（株）製 ＳＲ２４１４ＬＶ）
架橋剤：表１に示す有機チタン
潤滑剤：ステアリン酸アルミニウム（堺化学（株）製 ＳＡ−１０００）
を用意した。
Examples of the present invention will be described below.
A coil-embedded dust core sample was produced by the following procedure.
Ferromagnetic powder: Permalloy powder (47 wt% Ni—Fe, average particle diameter 25 μm) manufactured by atomization method
Insulation material: Silicone resin (SR2414LV manufactured by Toray Dow Corning Silicone Co., Ltd.)
Crosslinking agent: organic titanium shown in Table 1 Lubricant: Aluminum stearate (SA-1000, Sakai Chemical Co., Ltd.)
Prepared.
強磁性粉末に対し、２．４ｗｔ％（重量％）の絶縁材及び０．８ｗｔ％の架橋剤を添加し、これら混合物を加圧ニーダーにより室温で３０分間混合した。ついで、空気中において９０℃で３０分間乾燥した。乾燥後の強磁性粉末に、０．４ｗｔ％の潤滑剤を添加し、Ｖミキサーにより１５分間混合した。
この混合物を、４９０ＭＰａの成形圧で加圧成形して、外径１７ｍｍ、内径１０ｍｍ、厚さ５ｍｍの圧粉磁芯を作製した。
加圧成形後、得られた圧粉磁芯を２４０℃で３０分間保持する熱処理を施すことにより、絶縁材としてのシリコーン樹脂を硬化させた。
To the ferromagnetic powder, 2.4 wt% (wt%) insulating material and 0.8 wt% cross-linking agent were added, and the mixture was mixed at room temperature for 30 minutes by a pressure kneader. Then, it was dried in air at 90 ° C. for 30 minutes. 0.4 wt% lubricant was added to the dried ferromagnetic powder and mixed for 15 minutes by a V mixer.
This mixture was pressure-molded with a molding pressure of 490 MPa to produce a dust core having an outer diameter of 17 mm, an inner diameter of 10 mm, and a thickness of 5 mm.
After the pressure molding, the resulting dust core was subjected to a heat treatment for 30 minutes at 240 ° C. to cure the silicone resin as the insulating material.
シリコーン樹脂の硬化後に、圧粉磁芯の圧環強度、耐電圧を測定した。その結果を表１に示す。
なお、圧環強度はアイコーエンジニアリング（株）製デジタル荷重測定機により測定した。また、耐電圧については、圧粉磁芯を一対の銅板で挟み、銅板に電圧を印加し０．５ｍＡの電流が流れたときの電圧を測定し、この電圧を耐電圧とする。測定機は菊水（株）製絶縁抵抗計を使用した。
After the silicone resin was cured, the crushing strength and withstand voltage of the dust core were measured. The results are shown in Table 1.
The crushing strength was measured with a digital load measuring machine manufactured by Aiko Engineering Co., Ltd. As for the withstand voltage, the dust core is sandwiched between a pair of copper plates, a voltage is applied to the copper plate, and a voltage when a current of 0.5 mA flows is measured. The measuring machine used was an insulation resistance meter manufactured by Kikusui Corporation.
表１に示すように、有機チタンモノマーであるテトラ−ｎ−ブトキシチタン単量体を架橋剤とする方が、有機チタンポリマーであるテトラ−ｎ−ブトキシチタン４量体、あるいはテトラ−ｎ−ブトキシチタン７量体を架橋剤とするよりも、圧環強度及び耐電圧が優れることがわかる。また、テトラ−ｉ−プロポキシチタン単量体を架橋剤として用いた場合であっても、テトラ−ｎ−ブトキシチタン単量体を架橋剤とした場合と同等の圧環強度及び耐電圧を得ることができる。 As shown in Table 1, tetra-n-butoxytitanium tetramer, which is an organic titanium polymer, or tetra-n-butoxy is obtained by using a tetra-n-butoxytitanium monomer that is an organic titanium monomer as a crosslinking agent. It can be seen that the crushing strength and the withstand voltage are superior to those obtained using a titanium heptamer as a crosslinking agent. Further, even when a tetra-i-propoxytitanium monomer is used as a crosslinking agent, the crushing strength and withstand voltage equivalent to those obtained when a tetra-n-butoxytitanium monomer is used as a crosslinking agent can be obtained. it can.
シリコーン樹脂を表２に示す量とした以外は、実施例１（テトラ−ｎ−ブトキシチタン単量体を架橋剤として使用）と同様にして圧粉磁芯を製造し、やはり実施例１と同様にして圧環強度及び耐電圧、さらに１ＭＨｚにおける透磁率を測定した。その結果を表２に示す。 A dust core was produced in the same manner as in Example 1 (using tetra-n-butoxytitanium monomer as a cross-linking agent) except that the silicone resin was changed to the amount shown in Table 2, and the same as in Example 1 Thus, the crushing strength and withstand voltage, and the magnetic permeability at 1 MHz were measured. The results are shown in Table 2.
表２に示すように、シリコーン樹脂量が少ない場合には圧環強度及び耐電圧ともに低く、逆にシリコーン樹脂量が多い場合は圧環強度が低下するとともに、圧粉磁芯内における非磁性成分が多くなるために透磁率が低下してしまう。以上の結果より、本発明では、強磁性金属粉末に対するシリコーン樹脂の量を１．０〜６．０ｗｔ％の範囲とし、望ましいシリコーン樹脂の量を１．５〜５．０ｗｔ％、さらに望ましいシリコーン樹脂の量を２．０〜４．５ｗｔ％とする。 As shown in Table 2, when the amount of the silicone resin is small, both the crushing strength and the withstand voltage are low. Conversely, when the amount of the silicone resin is large, the crushing strength is reduced and there are many nonmagnetic components in the dust core. Therefore, the magnetic permeability is lowered. From the above results, in the present invention, the amount of the silicone resin relative to the ferromagnetic metal powder is in the range of 1.0 to 6.0 wt%, the desirable amount of the silicone resin is 1.5 to 5.0 wt%, and the more desirable silicone resin Is set to 2.0 to 4.5 wt%.
空気中における乾燥温度を表３に示す温度とする以外は実施例１（テトラ−ｎ−ブトキシチタン単量体を架橋剤として使用）と同様にして圧粉磁芯を製造し、やはり実施例１と同様にして圧環強度及び耐電圧を測定した。その結果を表３に示す。 A dust core was produced in the same manner as in Example 1 (using tetra-n-butoxytitanium monomer as a cross-linking agent) except that the drying temperature in air was changed to the temperature shown in Table 3. Example 1 The crushing strength and withstand voltage were measured in the same manner. The results are shown in Table 3.
表３に示すように、乾燥温度が低い場合に及び高い場合ともに圧環強度及び耐電圧が低い。乾燥温度が低い場合にはシリコーン樹脂の縮合反応が不十分なため、また、乾燥温度が高い場合にはシリコーン樹脂が乾燥中に飛散することにより圧環強度及び耐電圧が低いものと解される。 As shown in Table 3, the crushing strength and the withstand voltage are low both when the drying temperature is low and when the drying temperature is high. When the drying temperature is low, the condensation reaction of the silicone resin is insufficient, and when the drying temperature is high, it is understood that the crushing strength and the withstand voltage are low due to the silicone resin scattering during drying.
架橋剤の添加量を表４に示すものとする以外は実施例１と同様にして圧粉磁芯を製造し、やはり実施例１と同様にして圧環強度及び耐電圧を測定した。その結果を表４に示す。 A dust core was produced in the same manner as in Example 1 except that the addition amount of the crosslinking agent was as shown in Table 4, and the crushing strength and withstand voltage were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 4.
本発明が採用する適用するテトラ−ｎ−ブトキシチタン単量体は、テトラ−ｎ−ブトキシチタン４量体よりも同一の添加量において圧環強度及び耐電圧が大きいことから、少量の添加で所望する効果を享受することができる。 The tetra-n-butoxytitanium monomer used in the present invention is desired to be added in a small amount because the crushing strength and withstand voltage are larger at the same addition amount than the tetra-n-butoxytitanium tetramer. You can enjoy the effect.
３…導体、２０…圧粉体、１００…コイル、２００…端子部 3 ... conductor, 20 ... green compact, 100 ... coil, 200 ... terminal part
Claims (8)
前記シリコーン樹脂が有機チタンモノマーにより架橋されていることを特徴とする圧粉磁芯。 A ferromagnetic metal powder, and a green compact containing 1.0 to 6.0 wt% of a silicone resin as an insulating material for coating the ferromagnetic metal powder with the ferromagnetic metal powder;
A dust core, wherein the silicone resin is crosslinked with an organic titanium monomer.
前記混合物を８０〜１１０℃の温度範囲で乾燥する工程と、
乾燥された前記混合物を加圧成形して圧粉体を得る工程と、
を備えることを特徴とする圧粉磁芯の製造方法。 Obtaining a mixture comprising ferromagnetic metal powder, 1.0 to 6.0 wt% silicone resin with respect to the ferromagnetic metal powder, and a binder containing an organic titanium monomer that crosslinks the silicone resin;
Drying the mixture in a temperature range of 80-110 ° C .;
A step of pressure-molding the dried mixture to obtain a green compact;
A method for producing a dust core, comprising:
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