JP2011192729A - Metallic magnetic material powder, composite magnetic material containing the metallic magnetic material powder, and electronic component using composite magnetic material - Google Patents
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Abstract
【課題】 電気特性、磁気特性及び化学特性のバランスの良い複合磁性材料及びそうした磁性材料を用いた電子部品を提供することを目的とする。
【解決手段】 平均第１粒径を有する第１粒子と、平均第２粒径を有する第２粒子とを含み、前記平均第１粒径と前記平均第２粒径との比が１／８〜１／３であり、前記第１粒子と前記第２粒子との混合比が、体積比で１０／９０〜２５／７５である、金属磁性材料粉末を提供する。
【選択図】 図１PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composite magnetic material having a good balance of electric characteristics, magnetic characteristics and chemical characteristics and an electronic component using such a magnetic material.
A first particle having an average first particle diameter and a second particle having an average second particle diameter are included, and a ratio of the average first particle diameter to the average second particle diameter is 1/8. It is ˜1 / 3, and the mixing ratio of the first particles and the second particles is 10/90 to 25/75 by volume ratio.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、金属磁性材料粉末、その金属磁性材料粉末を含む複合磁性材料、及びその複合磁性材料を用いた電子部品に関する。より詳細には、平均粒子径の異なる２種類の粒子を含む金属磁性材料粉末、その金属磁性材料粉末を含む複合磁性材料、及びその複合磁性材料を用いた電子部品に関する。 The present invention relates to a metal magnetic material powder, a composite magnetic material containing the metal magnetic material powder, and an electronic component using the composite magnetic material. More specifically, the present invention relates to a metal magnetic material powder including two types of particles having different average particle diameters, a composite magnetic material including the metal magnetic material powder, and an electronic component using the composite magnetic material.
近年、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）その他の電子機器類の、小型化、軽量化、高性能化に対する需要が高くなっている。こうした需要にこたえるためには、スイッチング電源が高周波数に対応できるものでなければならない。そして、スイッチング電源を高周波数に対応できるものとすると、こうした機器類に内蔵されているチョークコイル、インダクタその他の磁性素子もまた、高い駆動周波数に対応できるものとする必要がある。
また、上記の需要に応えるために、成形加工性の良い磁性材料が必要とされており、平均粒径が異なる２種類の粒子を用いた磁性材料が使用されてきた。
In recent years, there is an increasing demand for PDA (Personal Digital Assistant) and other electronic devices for miniaturization, weight reduction, and high performance. To meet these demands, switching power supplies must be able to handle high frequencies. If the switching power supply can handle a high frequency, the choke coil, inductor, and other magnetic elements incorporated in such devices must also be able to handle a high driving frequency.
In order to meet the above demand, a magnetic material having good moldability is required, and a magnetic material using two kinds of particles having different average particle diameters has been used.
特開平５−２９９２３２号公報（特許文献１参照、以下、「従来例１」という。）には、樹脂に混入する磁性粉体として最大粒径が１５０μｍ以下でその粒度分布を平均粒径の大きい磁性粉体（以下、「大粒径磁性粉体」という。）と、この大きな磁性粒体の約１／１０の平均粒径をもつ磁性粉体（以下、「小粒径磁性粉体」という。）とを用いた樹脂成形磁性材が提案されている。ここで、上記２種類の磁性粉体の混合比は、大粒径磁性粉体に対して、小粒径磁性粉体が体積比で３０〜７０％となっている。
Japanese Patent Laid-Open No. 5-299232 (refer to
こうした粒径の異なる２種類の粒子を含む射出成形用の材料は、特開平６−３２２４０４号公報（特許文献２参照、以下、「従来例２」という。）、特開平２−２９４４０３号公報（特許文献３参照、以下、「従来例３」という。）及び特開平９−３１０１４３号公報（特許文献４参照、以下、「従来例４」という。）でも提案されている。 Materials for injection molding containing two kinds of particles having different particle diameters are disclosed in JP-A-6-322404 (see Patent Document 2, hereinafter referred to as “Conventional Example 2”) and JP-A-2-294403. This is also proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-310143 (refer to Patent Document 4, hereinafter referred to as “Conventional Example 4”).
磁性粒子を高密度に充填することによって、磁性材料の磁気特性を向上させるためには、粒子の平均粒径の比が10：１となるように２つの粒子を組み合わせることが多い。平均粒径にこの程度の差があれば、大粒径磁性粉体が最密充填されたときに生じる空間に、小粒径磁性粉体が入り込み、理論的には、充填率が高くなることによる。
しかし、大粒径磁性粉体、小粒径磁性粉体ともに、それぞれにある幅の粒度分布を有しており、実際には、大粒径磁性粉体が最密充填されず、期待通りに磁気特性を向上させることは難しい。一方、小粒径磁性粉体／大粒径磁性粉体の混合比は、一般的には、重量比で３０／７０とされている。
In order to improve the magnetic properties of the magnetic material by packing the magnetic particles at high density, the two particles are often combined so that the ratio of the average particle diameter of the particles is 10: 1. If there is a difference of this degree in the average particle size, the small particle size magnetic powder will enter the space created when the large particle size magnetic powder is closely packed, and theoretically the filling rate will be high. by.
However, both the large particle size magnetic powder and the small particle size magnetic powder have a particle size distribution of a certain width. Actually, the large particle size magnetic powder is not closely packed and as expected. It is difficult to improve magnetic properties. On the other hand, the mixing ratio of small particle size magnetic powder / large particle size magnetic powder is generally 30/70 by weight.
従来例１の樹脂成形磁性材は、上述した通り、大粒径磁性粉体の１／１０の平均粒径をもつ小粒径磁性粉体を、体積比で３０〜７０％の割合で混合したものであり、機械的強度が大きく、薄肉で複雑な成形も可能となるという点では優れたものである。しかし、この樹脂成形磁性材の磁気特性（比透磁率μ）が１５未満である。 As described above, in the resin-molded magnetic material of Conventional Example 1, a small particle size magnetic powder having an average particle size of 1/10 of that of a large particle size magnetic powder was mixed at a volume ratio of 30 to 70%. It is excellent in that it has a high mechanical strength and can be thin and complicated. However, the magnetic properties (relative permeability μ) of this resin-molded magnetic material are less than 15.
磁性材料の磁気特性は、例えば、インダクタを製造する場合に、そのインダクタンスに大きく影響する。そして、インダクタの断面積とインダクタンスの高さとは比例関係にあるため、大きさが同じでインダクタンスを向上させるには、磁性材料の充填率を上げる必要がある。
一方で、こうした材料を用いる電子部品においては、磁気特性のみならず、耐食性や耐熱性等の化学特性や物理的特性及び電気特性の面からの要請もあるため、これらのバランスのよい複合磁性材料及びそうした磁性材料を用いた電子部品に対する社会的な要請は高い。
The magnetic characteristics of the magnetic material greatly influence the inductance when, for example, an inductor is manufactured. Since the cross-sectional area of the inductor and the height of the inductance are in a proportional relationship, in order to improve the inductance with the same size, it is necessary to increase the filling rate of the magnetic material.
On the other hand, in electronic parts using such materials, there is a demand not only from the magnetic properties but also from the aspects of chemical properties such as corrosion resistance and heat resistance, physical properties, and electrical properties. Social demands for electronic parts using such magnetic materials are also high.
本発明は、上記のような状況の下で完成されたものであり、電気特性、磁気特性及び化学特性のバランスの良い複合磁性材料及びそうした磁性材料を用いた電子部品を提供することを目的とする。
すなわち、本発明は、平均第１粒径を有する第１粒子と、平均第２粒径を有する第２粒子とを含み、前記第１粒子と前記第２粒子との平均粒径の比が１／８〜１／３であり、前記第１粒子と前記第２粒子との混合比が、体積比で１０／９０〜２５／７５である、金属磁性材料粉末である。
The present invention has been completed under the circumstances as described above, and an object thereof is to provide a composite magnetic material having a good balance of electric characteristics, magnetic characteristics and chemical characteristics, and an electronic component using such a magnetic material. To do.
That is, the present invention includes first particles having an average first particle diameter and second particles having an average second particle diameter, and the ratio of the average particle diameters of the first particles and the second particles is 1. / 8 to 1/3, and the mixing ratio of the first particles and the second particles is a metal magnetic material powder having a volume ratio of 10/90 to 25/75.
ここで、上記磁性材料粉末では、前記平均第１粒径と前記平均第２粒径との差が、前記平均第１粒径の標準偏差及び前記平均第２粒径の標準偏差よりも大きいことが好ましい。また、前記平均粒径の比が、１／６〜１／３であることが好ましく、前記混合比が、体積比で１５／８５〜２０／８０であることが好ましい。 Here, in the magnetic material powder, the difference between the average first particle size and the average second particle size is larger than the standard deviation of the average first particle size and the standard deviation of the average second particle size. Is preferred. Moreover, it is preferable that the ratio of the said average particle diameter is 1/6-1/3, and it is preferable that the said mixing ratio is 15 / 85-20 / 80 by volume ratio.
本発明はまた上記磁性材料と結合材とを含むことを特徴とする、複合磁性材料である。ここで、前記結合材は、熱可塑性樹脂であることが好ましく、前記熱可塑性樹脂は、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリアミド樹脂及び芳香族ポリエステル樹脂からなる群から選ばれるいずれかの樹脂であることが好ましい。 The present invention also provides a composite magnetic material comprising the magnetic material and a binder. Here, the binder is preferably a thermoplastic resin, and the thermoplastic resin is any resin selected from the group consisting of a polyacetal resin, a polyphenylene sulfide resin, a polyamide resin, and an aromatic polyester resin. Is preferred.
また、前記芳香族ポリエステル樹脂は、溶融液晶性全芳香性ポリエステル、又は溶融液晶性半芳香性ポリエステル樹脂であることが、さらに好ましい。
ここで、前記複合磁性材料中の磁性材料粉末の体積と結合材の体積とを合計した体積（以下、「複合磁性粉末の総体積」という。）に対して、前記磁性材料粉末の含有量が６８．５〜８０体積％であり、前記結合材の含有量が２０〜３１．５体積％であることが好ましい。
結合材として、こうした樹脂を使用することにより、耐熱性に優れた複合磁性材料を製造することができる。
本発明はさらにまた、前記複合磁性材料を用いることを特徴とする、電子部品である。
The aromatic polyester resin is more preferably a molten liquid crystalline wholly aromatic polyester or a molten liquid crystalline semi-aromatic polyester resin.
Here, the content of the magnetic material powder is relative to the total volume of the magnetic material powder and the binder in the composite magnetic material (hereinafter referred to as “total volume of the composite magnetic powder”). It is 68.5-80 volume%, and it is preferable that content of the said binder is 20-31.5 volume%.
By using such a resin as a binder, a composite magnetic material having excellent heat resistance can be produced.
The present invention further provides an electronic component using the composite magnetic material.
本発明によれば、上述した各特性のバランスが良く、優れた磁気特性と成形性とを有する金属磁性材料粉末及び複合磁性材料を製造することができる。また、この複合磁性材料を使用することによって、高い比透磁率を持ち、複雑な形状でありながら高性能な電子部品を製造することができる。 According to the present invention, it is possible to produce a metal magnetic material powder and a composite magnetic material having a good balance of the above-described properties and having excellent magnetic properties and formability. Moreover, by using this composite magnetic material, it is possible to manufacture a high-performance electronic component having a high relative magnetic permeability and a complicated shape.
以下に、本発明を詳細に説明する。
本発明は、平均第１粒径を有する第１粒子と、平均第２粒径を有する第２粒子とを含み、前記第１粒子と前記第２粒子との平均粒径（以下、「Ｄ50」という」）の比が１／８〜１／３であり、前記第１粒子と前記第２粒子との混合比が、体積比で１０／９０〜２５／７５である、金属磁性材料粉末である。
ここで、上記平均粒径の比が１／８〜１／３の範囲にある２種類の粒子を、体積比で１０／９０〜２５／７５の範囲で混合することにより、粒子の充填率が、従来例と比べて、約1.5倍程度高くなる。
The present invention is described in detail below.
The present invention includes first particles having an average first particle size and second particles having an average second particle size, and an average particle size (hereinafter referred to as “D50”) of the first particles and the second particles. The ratio is 1/8 to 1/3, and the mixing ratio of the first particles and the second particles is 10/90 to 25/75 in volume ratio. .
Here, by mixing two kinds of particles having a ratio of the average particle diameter in the range of 1/8 to 1/3 in a volume ratio of 10/90 to 25/75, the particle filling rate is increased. Compared to the conventional example, it is about 1.5 times higher.
また、前記平均粒径の比が１／６〜１／３である２種類の粒子を使用することが、さらに好ましい。上記のような比となる平均粒径を有する２種類の粒子を使用すると、第１粒子が第２粒子によって形成された隙間に効率良く充填されるため、粒子の充填率がさらに高くなることによる（図1参照）。
さらに、上記２種類の粒子は、体積比で１０／９０〜２５／７５となるように混合すると、１６以上という高い比透磁率を有する磁性材料粉末を得ることができる。
Further, it is more preferable to use two types of particles having a ratio of the average particle diameter of 1/6 to 1/3. By using two types of particles having an average particle size with the above ratio, the first particles are efficiently filled in the gaps formed by the second particles, and therefore the particle filling rate is further increased. (refer graph1).
Furthermore, when the two kinds of particles are mixed so that the volume ratio is 10/90 to 25/75, a magnetic material powder having a high relative magnetic permeability of 16 or more can be obtained.
ここで、各粒子の体積（粉末体積：Ｖｍ）は、適当に選択した各粒子粉体の重量（Ｐｗ１）を測定し、この値を真密度（ρ１）で除して各粒子粉末の体積を算出する。
Ｖｍ＝Ｐｗ１／ρ１ （１）
ここで、式（１）中、ρ１は各合金の真密度として文献に記載されている値である。
また、樹脂体積（Ｖｐ）は、樹脂の重量（Ｐｗ２）を樹脂の密度（ρ２）で除して求めることができる。
Ｖｐ＝Ｐｗ２／ρ２ （２）
上記式（１）及び（２）より、複合磁性材料の粉末体積比（ｒ）は、下記式（３）の通りとなる。
ｒ＝Ｖｍ／（Ｖｍ＋Ｖｐ） （３）
Here, the volume of each particle (powder volume: Vm) is obtained by measuring the weight (Pw1) of each appropriately selected particle powder and dividing this value by the true density (ρ1) to determine the volume of each particle powder. calculate.
Vm = Pw1 / ρ1 (1)
Here, in formula (1), ρ1 is a value described in the literature as the true density of each alloy.
The resin volume (Vp) can be obtained by dividing the resin weight (Pw2) by the resin density (ρ2).
Vp = Pw2 / ρ2 (2)
From the above formulas (1) and (2), the powder volume ratio (r) of the composite magnetic material is as shown in the following formula (3).
r = Vm / (Vm + Vp) (3)
ここで、上記第１粒子及び第２粒子は、合金粉末であってもよく、単一成分からなる金属粉末であってもよい。これらが合金粉末である場合には、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｎｉ系等の合金粉末を使用することができる。こうした合金としては、具体的には、Ｆｅ−４．５Ｓｉ−３．５Ｃｒ、Ｆｅ−５．７Ａｌ−１０Ｓｉ、Ｆｅ−７８．５Ｎｉ等を挙げることができる。こうした合金は、結晶性のものばかりでなく、アモルファスを使用することもできる。 Here, the first particles and the second particles may be alloy powders or metal powders composed of a single component. When these are alloy powders, for example, alloy powders such as Fe—Si—Cr, Fe—Al—Si, and Fe—Ni can be used. Specific examples of such an alloy include Fe-4.5Si-3.5Cr, Fe-5.7Al-10Si, Fe-78.5Ni, and the like. Such an alloy can be not only crystalline but also amorphous.
また、単一成分からなる金属粉末である場合には、純鉄粉を使用することができる。さらに、第１粒子及び第２粒子として、同一の金属粉末又は合金粉末を使用することもでき、異なる金属粉末又は合金粉末を使用することもできる。さらに、Ｄ50が第１粒子の平均粒径よりも小さいか、または第２粒子の平均粒径よりも大きい粒子を微量添加することもできる。 Moreover, when it is a metal powder consisting of a single component, pure iron powder can be used. Furthermore, the same metal powder or alloy powder can be used as the first particles and the second particles, and different metal powders or alloy powders can also be used. Furthermore, a small amount of particles having D50 smaller than the average particle diameter of the first particles or larger than the average particle diameter of the second particles can be added.
例えば、第１粒子及び第２粒子として、上述した平均粒径を有するＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系の合金粉末を使用するか、また、第２粒子としてＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系の合金粉末に代えて純Ｆｅ粉末を使用することが、複合磁性材料の比透磁率を１６以上にすることができる点で好ましい。
上記の金属粉末は、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法等、所望の方法によって製造することができ、得られた粉末を篩振とう機、風力分級装置等を用いて分級し、これらを金属磁性材料粉末として使用してもよく、又は、市販品を適宜使用してもよい。
For example, the Fe—Si—Cr alloy powder having the above-mentioned average particle diameter is used as the first particle and the second particle, or the Fe—Si—Cr alloy powder is used as the second particle. It is preferable to use pure Fe powder because the relative magnetic permeability of the composite magnetic material can be 16 or more.
The above metal powder can be produced by a desired method such as a water atomizing method, a gas atomizing method, etc., and the obtained powder is classified using a sieve shaker, an air classifier, etc. Or a commercially available product may be used as appropriate.
なお、本発明の金属磁性材料粉末の製造に使用する粒子の平均第２粒径は、特に限定されない。平均第２粒径が約１２５μｍである場合、平均第１粒径は約１５．６〜約４１．７μｍの範囲にあればよいことになる。
また、平均第１粒径が約１２．５μｍの第１粒子と、上記平均第１粒径の１／８〜１／３の平均第２粒径を有する第２粒子とを、１０／９０〜７５／２５で混合すると、比透磁率が１６以上となる複合磁性材料を得ることができる。
In addition, the average 2nd particle size of the particle | grains used for manufacture of the metal magnetic material powder of this invention is not specifically limited. If the average second particle size is about 125 μm, the average first particle size may be in the range of about 15.6 to about 41.7 μm.
The first particles having an average first particle diameter of about 12.5 μm and the second particles having an average second particle diameter of 1/8 to 1/3 of the average first particle diameter are 10/90 to When mixed at 75/25, a composite magnetic material having a relative permeability of 16 or more can be obtained.
本発明はまた、上述した金属磁性材料粉末と結合材とを含む、複合磁性材料である。上記結合材は、熱可塑性樹脂であることが、一般的に成形時の流動性が良好であることから好ましい。ここで結合材として使用する前記熱可塑性樹脂としては、ポリアセタール樹脂（以下、「ＰＯＭ」ということがある。）、ポリフェニレンスルフィド樹脂（以下、「ＰＰＳ」ということがある。）、ポリアミド樹脂（以下、「ＰＡ」ということがある。）、芳香族ポリエステル樹脂、塩素化ポリエチレン樹脂（以下、「ＣＰＥ」ということがある。）、ポリカーボネート樹脂（以下、「ＰＣ」ということがある。）、ポリエチレンスルフォン樹脂（以下、「ＰＥＳ」ということがある。）、ポリフェニレンエーテル樹脂（以下、「ＰＰＥ」ということがある。）、ポリイミド樹脂（以下、「ＰＩ」ということがある。）等を挙げることができ、これらの中でも、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリアミド樹脂及び芳香族ポリエステル樹脂からなる群から選ばれる樹脂であることが、金属磁性材料粉末の充填密度を上げるうえで好適である。 The present invention is also a composite magnetic material including the above-described metal magnetic material powder and a binder. The binder is preferably a thermoplastic resin because it generally has good fluidity during molding. Examples of the thermoplastic resin used as the binder include a polyacetal resin (hereinafter sometimes referred to as “POM”), a polyphenylene sulfide resin (hereinafter sometimes referred to as “PPS”), a polyamide resin (hereinafter referred to as “POM”). "PA"), aromatic polyester resin, chlorinated polyethylene resin (hereinafter sometimes referred to as "CPE"), polycarbonate resin (hereinafter sometimes referred to as "PC"), polyethylene sulfone resin (Hereinafter sometimes referred to as “PES”), polyphenylene ether resin (hereinafter sometimes referred to as “PPE”), polyimide resin (hereinafter sometimes referred to as “PI”), and the like. Among these, polyacetal resin, polyphenylene sulfide resin, polyamide resin and aromatic It is a resin selected from the group consisting of polyester resin is suitable in terms of increasing the packing density of the metal magnetic material powder.
ＰＯＭは、組成によってホモポリマーとコポリマーとに分けられるが、いずれの樹脂を使用してもよい。また、ＰＡはナイロンと総称されるが、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１１等を使用することができる。
上記芳香族ポリエステル樹脂は、溶融液晶性全芳香性ポリエステル又は溶融液晶性半芳香性ポリエステル（以下、まとめて「ＬＣＰ」という。）であることが、耐熱性という面から好ましい。特に、射出成形を行う際の流動性が良であることから、分子量の低い半芳香族ポリエステル樹脂を使用することが好ましい。
POM is divided into homopolymer and copolymer depending on the composition, but any resin may be used. PA is generally referred to as nylon, but nylon 6, nylon 66, nylon 11, and the like can be used.
The aromatic polyester resin is preferably a molten liquid crystalline fully aromatic polyester or a molten liquid crystalline semi-aromatic polyester (hereinafter collectively referred to as “LCP”) from the viewpoint of heat resistance. In particular, it is preferable to use a semi-aromatic polyester resin having a low molecular weight because the fluidity during injection molding is good.
本発明の複合磁性材料は、その複合磁性材料の総体積に対して、上述した金属磁性材料粉末を６８．５体積％以上８０％未満含有するものであることが好ましく、６８．５体積％以上７５体積％未満含有するものであることがさらに好ましい。上述した金属磁性材料粉末の含有量が７５体積％以上となると、充填性が悪くなり、コアの一部が欠けるといった問題が生じる。そして、８０体積％以上になると、複合磁性材料の流動性が極度に低下して、成形ができなくなることによる。 The composite magnetic material of the present invention preferably contains 68.5% by volume or more and less than 80% of the above-described metal magnetic material powder with respect to the total volume of the composite magnetic material, and is 68.5% by volume or more. More preferably, the content is less than 75% by volume. When the content of the metal magnetic material powder described above is 75% by volume or more, there is a problem that the filling property is deteriorated and a part of the core is missing. And when it becomes 80 volume% or more, the fluidity | liquidity of a composite magnetic material will fall extremely and it will become impossible to shape | mold.
上記複合磁性材料は、熱ロール、二軸混練機その他の加熱混合が可能な各種の装置を用いて、上述した金属磁性材料粉末と結合材とを混合し、製造することができる。こうして得られた複合磁性材料を、押し出し成形、射出成形その他の所望の成形方法を用いて、所望の形状に成形することができる。上述した複合磁性材料は、こうした各種の成形方法の中でも、量産性に優れることから射出成形に適している。
なお、上述した複合磁性材料を射出成形に使用する場合には、上記複合磁性材料に含まれる金属磁性材料粉末の粒子形状は球状に近いものであることが、射出成形における流動性の面から好ましい。
The composite magnetic material can be manufactured by mixing the above-described metal magnetic material powder and a binder using a heat roll, a biaxial kneader, or other various devices capable of heating and mixing. The composite magnetic material thus obtained can be formed into a desired shape using extrusion molding, injection molding or other desired molding methods. The composite magnetic material described above is suitable for injection molding because it is excellent in mass productivity among these various molding methods.
In addition, when using the composite magnetic material mentioned above for injection molding, it is preferable from the surface of the fluidity | liquidity in injection molding that the particle shape of the metal magnetic material powder contained in the said composite magnetic material is near spherical shape. .
本発明はまた、上述したような特性を有する複合磁性材料を使用した電子部品である。こうした電子部品としては、インダクタ、トランス、リアクトル等を挙げることができる。
これらの中でも、インダクタを製造した場合には、比透磁率が高いことから、銅損が小さい、高品質の製品とすることができる。
以下に、本発明の複合磁性材料及び電子部品の製造を、下記表１に示す組成の複合磁性材料を使用した場合を例に挙げて説明する。
The present invention is also an electronic component using a composite magnetic material having the characteristics as described above. Examples of such electronic components include inductors, transformers, reactors, and the like.
Among these, when an inductor is manufactured, since the relative permeability is high, a high-quality product with a small copper loss can be obtained.
Hereinafter, the production of the composite magnetic material and the electronic component of the present invention will be described by taking as an example the case where the composite magnetic material having the composition shown in Table 1 below is used.
上記表１に示す組成を有する合金粉末及び純鉄の粉末を、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法その他所望の方法によって製造し、Ｄ50＝約１〜約４０μｍの第１粒子用の粒子と、Ｄ50＝約１０〜約１２５μｍの第２粒子用の粒子とを得る。得られた第１粒子用粉末及び第２粒子用粉末を、篩振とう機や風力分級機を用いて分級し、所望の平均粒度（Ｄ50）を有する第１粒子及び第２粒子とする。例えば、第１粒子のＤ50を１．２５μｍ、第２粒子のＤ50を１２．５μｍとすることができる。
また、長径／短径の比は、例えば、走査型電子顕微鏡を用いて所定の視野内にある粉末粒子の形状を観察し、測定して求める。
Alloy powder and pure iron powder having the composition shown in Table 1 above are manufactured by a water atomization method, a gas atomization method, or other desired methods, and D50 = about 1 to about 40 μm particles for the first particles, and D50 = about 10 to about 125 μm particles for the second particles are obtained. The obtained powder for the first particles and the powder for the second particles are classified by using a sieve shaker or an air classifier to obtain first particles and second particles having a desired average particle size (D50). For example, the D50 of the first particles can be 1.25 μm and the D50 of the second particles can be 12.5 μm.
Further, the ratio of major axis / minor axis is obtained by, for example, observing and measuring the shape of powder particles in a predetermined visual field using a scanning electron microscope.
次いで、表１に示す組成の第１粒子と第２粒子と熱可塑性樹脂とを、表１に示す割合でＶ型混合機を用いて２０〜４５分間混合し、次いで、２軸押し出し機を用いて、バレル温度約２８０〜３５０℃、スクリュー回転数１５０〜２５０ｒｐｍで混合し、本発明の複合磁性粉末を得る。 Next, the first particles, the second particles, and the thermoplastic resin having the composition shown in Table 1 were mixed at a ratio shown in Table 1 for 20 to 45 minutes using a V-type mixer, and then using a twin screw extruder. And mixing at a barrel temperature of about 280 to 350 ° C. and a screw speed of 150 to 250 rpm to obtain the composite magnetic powder of the present invention.
次に、この複合磁性粉末を、射出成形法を用いて、例えば、シリンダー温度２８０〜３５０℃、射出圧０．８〜１．２ｔｏｎ／ｃｍ２の条件で成形し、所望の形状の磁性素子や電子部品、例えば、トロイダルコアや板状コア、ポットコアを製造することができる。
以上のようにして、本発明の金属磁性材料粉末、この金属磁性材料粉末を含む複合磁性材料及びこの複合磁性材料を用いた電子部品を製造することができる。
Next, this composite magnetic powder is molded using an injection molding method, for example, under conditions of a cylinder temperature of 280 to 350 ° C. and an injection pressure of 0.8 to 1.2 ton / cm 2. Electronic components such as toroidal cores, plate cores, and pot cores can be manufactured.
As described above, the metal magnetic material powder of the present invention, the composite magnetic material containing the metal magnetic material powder, and the electronic component using the composite magnetic material can be produced.
以下に、実施例を用いて、さらに詳細に本発明を説明するが、本発明は何ら以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.
１．金属粒子の造粒
（１）第１粒子の造粒
市販のFe-4.5Si-3.5Cr合金を用い、第１粒子として、Ｄ50が1.25μｍ、1.57μｍ、2.08μｍ、3.12μｍ、4.17μｍ及び6.25μｍの６種類を造粒した。
（２）第２粒子の造粒
市販のFe-4.5Si-3.5Cr合金又は純鉄を用いて、第２粒子を造粒し分級した。分級後、レーザー回折式粒度分布計を用いて粒度分布を測定したところ、第２粒子のＤ50は12.5μｍ、標準偏差σは13.5μｍであった。
1. Granulation of metal particles (1) Granulation of first particles Using commercially available Fe-4.5Si-3.5Cr alloy, D50 is 1.25μm, 1.57μm, 2.08μm, 3.12μm, 4.17μm and 6.25 as the first particles. Six types of μm were granulated.
(2) Granulation of second particles The second particles were granulated and classified using a commercially available Fe-4.5Si-3.5Cr alloy or pure iron. After classification, the particle size distribution was measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer. The D50 of the second particles was 12.5 μm, and the standard deviation σ was 13.5 μm.
２．金属磁性材料粉末の製造
（１）結合材の含有量の検討
上記実施例１で製造した金属磁性材料粉末のうち、第２粒子（Ｄ50＝12.5μｍ）／第１粒子（Ｄ50＝3.12μｍ）を80/20の割合で含有する金属磁性材料とナイロン66（結合材）とを、Ｖ型混合機を用いて30分間、表２に示す割合で混合し、次いで、２軸押し出し機用いて、バレル温度約300〜320℃、スクリュー回転数200rpmで混練し、複合磁性材料を製造した。
この複合磁性材料を用いて、トロイダルコア金型(φ25-φ17-5mmt)の試験片を製造し、インピーダンスアナライザHP4294A にて、ｆ=100KHz、OSC 500mVの条件で比透磁率を測定した。結果を表２に示す。
2. Manufacture of metal magnetic material powder (1) Examination of content of binder In the metal magnetic material powder manufactured in Example 1 above, second particles (D50 = 12.5 μm) / first particles (D50 = 3.12 μm) Metal magnetic material and nylon 66 (binding material) contained at a ratio of 80/20 were mixed at a ratio shown in Table 2 for 30 minutes using a V-type mixer, and then barreled using a twin screw extruder. A composite magnetic material was produced by kneading at a temperature of about 300 to 320 ° C. and a screw speed of 200 rpm.
Using this composite magnetic material, a test piece of a toroidal core mold (φ25-φ17-5 mmt) was manufactured, and the relative permeability was measured with an impedance analyzer HP4294A under the conditions of f = 100 KHz and OSC 500 mV. The results are shown in Table 2.
N.T.:試験せず
NT: not tested
以上より、その複合磁性材料の総体積に対する金属磁性材料の含有量が68.5体積％以上であれば、比透磁率は16.0以上を示した。このため、比較例及び本発明例の試験片は、金属磁性材料粉末の含有量を68.5体積％、結合材の含有量を31.5体積％として作成した。 From the above, when the content of the metal magnetic material with respect to the total volume of the composite magnetic material was 68.5% by volume or more, the relative permeability was 16.0 or more. For this reason, the test pieces of the comparative example and the example of the present invention were prepared with a metal magnetic material powder content of 68.5% by volume and a binder content of 31.5% by volume.
（２）同種の第１粒子と第２粒子との混合比の検討
上記１．で製造した第１粒子及び第２粒子（いずれもFe-Si-Cr系の合金粒子）及びナイロンを、下記表３に示す割合に調整し、Ｖ型混合機を用いて30分間、混合し、次いで、２軸押し出し機用いて、バレル温度約300〜320℃、スクリュー回転数200rpmで混練し、複合磁性材料を製造した。
(2) Examination of mixing ratio of first particle and second particle of the same kind The first particles and the second particles (both Fe-Si-Cr alloy particles) and nylon produced in the above were adjusted to the ratio shown in Table 3 below, and mixed for 30 minutes using a V-type mixer. Subsequently, using a twin screw extruder, kneading was carried out at a barrel temperature of about 300 to 320 ° C. and a screw rotation speed of 200 rpm to produce a composite magnetic material.
これらの複合磁性材料を用いて、上記２．（１）と同様にして試験片を作成し、比透磁率を測定した。結果を表３に示す。 Using these composite magnetic materials, the above 2. A test piece was prepared in the same manner as (1), and the relative permeability was measured. The results are shown in Table 3.
表３に示すように、第１粒子と第２粒子との混合比が90/10〜75/25かつこれらの平均粒径比が１／４の試験片で、比透磁率が16.0以上となった。また、これらの中でも、混合比が85/15〜80/20かつ平均粒径比が１／６〜１／３の試験片で、比透磁率が16.5以上と非常に高くなっていた。 As shown in Table 3, a test piece having a mixing ratio of the first particles to the second particles of 90/10 to 75/25 and an average particle size ratio of 1/4 is 16.0 or more. It was. Among these, test pieces having a mixing ratio of 85/15 to 80/20 and an average particle diameter ratio of 1/6 to 1/3 had a very high relative permeability of 16.5 or more.
（３）異種の第１粒子及び第２粒子との混合比の検討
第１粒子として、上記１．で製造した純鉄粒子（Ｄ50＝3.12μｍ）を使用した点を除き、上記２．（２）と同様にして、複合磁性材料を製造した。
この複合磁性材料を用いて上記２．（１）と同様にして試験片を作成し、比透磁率を測定した。結果を表４に示す。
(3) Examination of mixing ratio of different kinds of first particles and second particles As the first particles, the above 1. 2 except that the pure iron particles (D50 = 3.12 μm) produced in
Using this composite magnetic material, 2. A test piece was prepared in the same manner as (1), and the relative permeability was measured. The results are shown in Table 4.
以上より、第１粒子と第２粒子とが同種の粒子の場合のみならず、異種の粒子同士の場合であっても、平均粒径比が１/８〜１/３の範囲にある場合には、高い比透磁率を有する複合磁性材料を製造できることが示された。また、第１粒子は、合金粒子に代えて純鉄粒子を使用できることも示された。 From the above, not only when the first particles and the second particles are the same type of particles, but also when the average particle size ratio is in the range of 1/8 to 1/3, even if they are different types of particles. Has shown that a composite magnetic material having a high relative magnetic permeability can be produced. It was also shown that pure iron particles can be used as the first particles instead of alloy particles.
３．第１粒子の粒径変更と比透磁率との関係の検討
第２粒子の平均粒径を下記表５に示すように変化させ、第１粒子との平均粒径比が１／４となるように混合した点を除いて、上記２．と同様にして複合磁性材料及び試験片を作成し、比透磁率を測定した。結果を表５に示す。
3. Examination of the relationship between the change in the particle size of the first particles and the relative magnetic permeability The average particle size of the second particles is changed as shown in Table 5 below so that the average particle size ratio with the first particles becomes 1/4. 2 except for the point mixed in 2. A composite magnetic material and a test piece were prepared in the same manner as described above, and the relative permeability was measured. The results are shown in Table 5.
以上より、第１粒子の粒径が１．で造粒した粒子の10倍程度に大きくなっても、第１粒子の平均粒径と第２粒子の平均粒径との比が、一定の範囲内にある場合には、高い比透磁率が得られることが示された。 From the above, the particle size of the first particles is 1. If the ratio of the average particle size of the first particles to the average particle size of the second particles is within a certain range even when the particle size is about 10 times larger than that of the granulated particles, a high relative permeability is obtained. It was shown to be obtained.
４．機械的特性の検討
上記２．（１）で製造した複合磁性材料（本発明例14）を使用し、大きさ10ｍｍ×10ｍｍ、厚み0.5ｍｍの板状コアを、上記と同様の条件で作製した。比較のために、純Fe系の圧粉磁心、及びNi-Znフェライトを用いて、同様の条件の下で、同様の大きさの板状コアを作成した。
これらの板状コアの曲げ強さを、支点間距離を６ｍｍとする３点とする曲げ試験で測定した。曲げ試験の際の状態を、模式的に図２に示す。評価結果を表６に示す。
4). Examination of mechanical characteristics 2. Using the composite magnetic material produced in (1) (Invention Example 14), a plate-like core having a size of 10 mm × 10 mm and a thickness of 0.5 mm was produced under the same conditions as described above. For comparison, a plate-like core having the same size was prepared under the same conditions using a pure Fe-based powder magnetic core and Ni-Zn ferrite.
The bending strength of these plate-like cores was measured by a bending test in which the distance between fulcrums was 3 points. The state during the bending test is schematically shown in FIG. The evaluation results are shown in Table 6.
本発明の複合磁性材料を使用した場合には、曲げ強さが大きく向上することが示された。これによって、本発明の複合磁性材料を用いた電子部品を製造したときに、こうした電子部品が落下した際にも衝撃による影響を受けにくいと考えられる。 It was shown that when the composite magnetic material of the present invention is used, the bending strength is greatly improved. Thus, when an electronic component using the composite magnetic material of the present invention is manufactured, it is considered that even when such an electronic component falls, it is hardly affected by an impact.
４．電子部品の製造
上記２．で製造した複合磁性材料を用いて、インダクタを製造した。
まず、本発明例12の複合磁性粉末（平均粒径比＝１／４、混合比＝90/10（体積％）、複合磁性材料中の金属磁性材料粉末含有量＝68.5体積％、比透磁率＝16.0）と、比較例9の複合磁性粉末（平均粒径比＝1/10、混合比＝30/70（体積％）、複合磁性材料中の金属磁性材料粉末含有量＝46体積％(85重量％)、比透磁率＝15.0）とを製造した。
4). Manufacture of electronic components 2. An inductor was manufactured using the composite magnetic material manufactured in (1).
First, the composite magnetic powder of Inventive Example 12 (average particle size ratio = 1/4, mixing ratio = 90/10 (volume%), metal magnetic material powder content in the composite magnetic material = 68.5 volume%, relative magnetic permeability = 16.0) and the composite magnetic powder of Comparative Example 9 (average particle size ratio = 1/10, mixing ratio = 30/70 (volume%), metal magnetic material powder content in the composite magnetic material = 46 volume% (85 Weight%) and relative permeability = 15.0).
次いで、これらの複合磁性材料を用いて、10ｍｍ角で高さ５ｍｍ、中芯径4.0ｍｍのポットコアを金型にて作製した。
各ポットコアに、銅の平角線(0.6ｍｍ×2.0ｍｍ、TOTOKU 製）を巻回したコイルを内挿し、インダクタを製造した。インダクタンスが10μＨとなるように、上記平角線の巻き数を調整した。また、ｍΩメーターにて、ポットコアに付している電極端子を鰐口クリップでつかんで、これらの直流抵抗値（DCR）を測定した。ここでは、パーソナルコンピュータのCPU用電源（１Ｖ−20Ａ）に、上記のインダクタを使用する場合を想定して、下記の式より銅損を求めた。結果を表７に示す。
Next, using these composite magnetic materials, a pot core having a 10 mm square, a height of 5 mm, and a core diameter of 4.0 mm was produced with a mold.
A coil around which a rectangular copper wire (0.6 mm × 2.0 mm, manufactured by TOTOKU) was wound was inserted into each pot core to manufacture an inductor. The number of turns of the rectangular wire was adjusted so that the inductance was 10 μH. Moreover, the DC terminal resistance value (DCR) was measured by holding the electrode terminal attached to the pot core with a hook clip with an mΩ meter. Here, assuming the case where the above inductor is used for the power source for CPU (1V-20A) of the personal computer, the copper loss was obtained from the following equation. The results are shown in Table 7.
表７に示すように、本発明例12のインダクタは、比較例9のインダクタに比べて、巻数が１巻き少なく、これに伴って直流抵抗値（DCR）も低くなっていた。
また、銅損が約0.2（Ｗ）低下していたことから、電源効率に換算すると、0.2（Ｗ）/（1（Ｖ）x 20（Ａ））となり、約１％の向上につながることが示された。
As shown in Table 7, the inductor of Example 12 of the present invention had one fewer turns than the inductor of Comparative Example 9, and the DC resistance value (DCR) was also lowered accordingly.
In addition, since copper loss was reduced by about 0.2 (W), when converted to power supply efficiency, it would be 0.2 (W) / (1 (V) x 20 (A)), leading to an improvement of about 1%. Indicated.
本発明は、ＰＤＡその他の電子機器類を小型化、軽量化、高性能化を行うとともに、電源効率を向上させる上で有用である。 The present invention is useful for reducing the size, weight and performance of PDA and other electronic devices and improving the power supply efficiency.
Claims (4)
前記平均第１粒径と前記平均第２粒径との比が１／８〜１／３であり、
前記第１粒子と前記第２粒子との混合比が、体積比で１０／９０〜２５／７５である、金属磁性材料粉末。 Including first particles having an average first particle size and second particles having an average second particle size,
The ratio of the average first particle size to the average second particle size is 1/8 to 1/3,
Metal magnetic material powder whose mixing ratio of said 1st particle | grain and said 2nd particle | grain is 10 / 90-25 / 75 by volume ratio.
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