复合型磁芯及其制造方法

摘要

本发明的目的在于提供一种耐氧化性优秀、并能够充分满足小型化要求的复合型磁芯及其制造方法；本发明的复合型磁芯(5)含有软磁性金属粉末(1)和导电性比该软磁性金属粉末(1)低的绝缘性粘结材料(2)；而且，复合型磁芯(5)含有相对于该复合型磁芯(5)为大于等于10ppm小于等于500ppm的氧化钠和大于等于50ppm小于等于3000ppm的氧化硼，氧化钠和氧化硼在复合型磁芯(5)的表面邻近内层集中分布。

权利要求

1.一种复合型磁芯，含有软磁性金属粉末和导电性比该软磁性金属粉末低的绝缘性粘结材料；其特征在于，所述复合型磁芯含有相对于该复合型磁芯为大于等于10ppm小于等于500ppm的氧化钠和大于等于50ppm小于等于3000ppm的氧化硼；

所述氧化钠和所述氧化硼在所述复合型磁芯的表面邻近内层集中分布。

2.如权利要求1所述的复合型磁芯，其特征在于，所述软磁性金属粉末含有相对于该软磁性金属粉末为小于等于500ppm的碳元素。

3.一种复合型磁芯的制造方法，其特征在于，将软磁性金属粉末和导电性比该软磁性金属粉末低的绝缘性粘结材料混合后的混合物进行成形、固化所得的固化物，与含有硼和钠的无机化合物处理液接触后，以80℃～250℃的温度实施热处理，形成复合型磁芯。

说明书

复合型磁芯及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及的是含有软磁性金属粉末和绝缘性粘结材料的复合型磁芯及其制造方法。

[0002] 背景技术

[0003] 随着近年电子设备的高性能化和小型化，不断需求小型且高性能的变压器、扼流圈、滤波器等，而且，近年也有大电流化的倾向。迄今为止，作为低成本的磁性材料，多使用铁氧体，然而铁氧体存在饱和磁通密度低的缺点，不能够对应大电流。

[0004] 另一方面，软磁性金属材料与铁氧体相比，饱和磁通密度高，可以对应大电流，但缺点在于不仅电阻低、涡电流损失大，而且由于以铁作为主要成份，所以耐氧化性差。为了克服这些缺点，开发出使用环氧或酚醛树脂这样的绝缘性有机材料在软磁性金属粉末间进行绝缘的复合型磁芯(例如：参照专利文献1)。

[0005] [专利文献1]特开2003-318014(权利要求书、摘要等)

[0006] 发明内容

[0007] 为了给予上述复合型磁芯本身以高耐氧化性，采用使用环氧树脂或氟树脂等对磁芯进行树脂涂层的方法。但是，树脂涂层的厚度如果不够厚，磁芯的耐氧化性是不够的。其另一方面，涂层如果过厚，随之磁芯将大型化，从而满足小型化的要求将变得困难。又，组合使用E型磁芯的话，如果在E型磁芯之间的接合面覆盖有机材料，则磁隙变大，不能得到高电感，并且会由于有机材料的薄膜厚度不均匀而导致产生电感偏差。为了消除这些不理想的情况，也可以采取遮蔽接合面，树脂涂层接合面以外的方法，但是会产生使按合面的耐氧化性降低的问题。

[0008] 鉴于这些问题，本发明的目的在于提供一种耐氧化性优秀，并能够充分满 足小型化要求的复合型磁芯及其制造方法。

[0009] 为了达成上述目的，本发明的复合型磁芯含有软磁性金属粉末和导电性比该软磁性金属粉末低的绝缘性粘结材料；其中，复合型磁芯含有相对于该复合型磁芯为大于等于10ppm小于等于500ppm的氧化钠和大于等于50ppm小于等于3000ppm的氧化硼，氧化钠和氧化硼在复合型磁芯的表面邻近内层集中分布。因此，能够显著提高复合型磁芯的耐氧化性。并且，氧化钠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邻近内层，所以与给磁芯涂层树脂的情况相比，磁芯表面的涂层层没有变厚。因此，可以谋求磁芯的小型化。

[0010] 在这里，之所以氧化钠在大于等于(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的范围、且氧化硼在大于等于50ppm小于等于3000ppm的范围，是因为以下原因，即、如果氧化钠不足10ppm、氧化硼不足50ppm，就不能得到充分的耐氧化性。又，如果氧化钠多于500ppm、氧化硼多于3000ppm，则氧化钠和氧化硼会由磁芯的表面渗出，容易剥落，不仅损伤外观和耐氧化性，而且会成为导致磁特性恶化的主要原因。

[0011] 又，另一本发明的复合型磁芯是上一发明的软磁性金属粉末含有相对于该软磁性金属粉末为小于等于500ppm的碳元素。这样，通过采用碳元素的含有率小于等于500ppm的软磁性金属粉末，能够进一步提高磁芯的耐氧化性。

[0012] 又，另一本发明的复合型磁芯的制造方法，是将软磁性金属粉末和导电性比该软磁性金属粉末低的绝缘性粘结材料混合后的混合物进行成形、固化所得的固化物，与含有硼和钠的无机化合物处理液接触后，以80℃～250℃(含80℃和250℃)的温度实施热处理，形成复合型磁芯。因此，能够提供耐氧化性优秀、可以对应小型化要求的复合型磁芯。特别是通过将固化物与含有硼和钠的无机化合物处理液接触，能够使氧化硼和氧化钠在磁芯的表面邻近内层集中分布，所以，能够以低成本获得具有上述优秀特性的复合型磁芯。 [0013] 在这里，之所以热处理温度在80℃～250℃是因为以下原因。即、热处理温度如果低于80℃，便难以达到氧化钠和氧化硼发挥抗氧化效果的状态。 又，热处理温度如果高于250℃，由于氧化钠和氧化硼的热膨胀系数和软磁性金属粉末的热膨胀系数的不同，由氧化钠和氧化硼组成的反应物从磁芯剥离，耐氧化性变差。

[0014] 根据本发明，可以提供耐氧化性优秀、并能够充分满足小型化要求的复合型磁芯。 附图说明

[0015] 图1是本发明实施形态的复合型磁芯的制造工序程序的流程图。

[0016] 图2是将以图1的制造工序的特定工序制造的对象物的状态模式化表示的示意图。(A)是软磁性金属粉末和绝缘性粘结材料结合后的合成材料的状态的示意图。又，(B)是将合成材料成形为圆筒形磁芯状的压型体(左图为俯视图，右图为侧面剖面图。)的示意图。进而，(C)是具有含有氧化硼和氧化钠的氧化膜的复合型磁芯的示意图。

[0017] 符号说明

[0018] 1软磁性金属粉末

[0019] 2绝缘性粘结材料

[0020] 5复合型磁芯

具体实施方式

[0021] 以下，参照附图对本发明的合适的实施形态进行详细说明。

[0022] A制造方法

[0023] 图1表示本发明实施形态的复合型磁芯的制造工序程序的流程图。又，图2是将以图1的制造工序的特定工序所制造的对象物的状态进行模型化的示意图。

[0024] 本发明实施形态的复合型磁芯，是经过将软磁性金属粉末1和比该软磁性金属粉末1导电性低的绝缘性粘结材料2进行结合的原料结合工序(步骤S1)、将结合后的原料粉末3进行成形的成形工序(步骤S2)、使压型体(即成形体)4固化的固化工序(步骤S3)、使所得到的固化物4与钠成份以及硼成份进行接触的接触工序(步骤S4)、以及之后的加热工序(步骤S5)而制造的。

[0025] (原料结合工序：步骤S1)

[0026] 首先，通过气体喷射使软磁性金属粉末1流动，在其流动处喷雾绝缘性粘结材料2。由此，如图2(A)所示，绝缘性粘结材料2附着于软磁性金属粉末1的表面。作为软磁性金属粉末1的较好例子，可以举出Fe-Si-Al合金、Fe-Al合金等铁硅铝磁性合金、以Fe-Ni合金为代表的坡莫合金、Fe-Si合金的各粉末。又，作为绝缘性粘结材料2的较好例子，可以举出环氧树脂、酚醛树脂等热固性树脂。但是，作为绝缘性粘结材料2也可以采用热固性树脂以外的材料，例如，也可以采用热塑性树脂。

[0027] (成形工序：步骤S2)

[0028] 该工序是将附着有绝缘性粘结材料2的软磁性金属粉末1压缩成形的工序，成形方法可采用金属模具成形、注射成形等各种成形方法。又，压型体4除如图2(B)所示的外径φ15mm、内径φ10mm、高3mm的圆筒形磁芯(称为“环形磁芯”)的形状之外，也可以形成E形状，适用于将被空芯卷绕的线圈在复合型磁芯的内部成形为一整体的压粉元件。 [0029] (固化工序：步骤S3)

[0030] 接着，对压型体4进行加热，使绝缘性粘结材料2固化，坚固对软磁性金属粉末1支持。固化温度为能够使绝缘性粘结材料2牢牢固定于软磁性金属粉末1的足够温度即可，例如：采用环氧树脂作为绝缘性粘结材料2的情况下，大约150℃便是适合的固化温度。 [0031] (接触工序：步骤S4)

[0032] 接着，将固化物4投入放有含钠和硼溶液的容器中，对容器进行减压。固化物4被投入含钠和硼的溶液(以下称为“含有无机化合物的处理液”)中，固化物4存在有多个张开孔。将该状态的固化物4投入含有无机化合物的处理液中，然后容器减压，这样，张开孔内的空气就会被强制向溶液外排气，含有无机化合物的处理液则进入该孔内。准备钠和硼的含有率不同的含有无机化合物的处理液，分别投入固化物4。

[0033] (加热工序：步骤S5)

[0034] 接着，取出固化物4，以80～250℃范围内的规定温度进行加热。张开孔 内的含有无机化合物的处理液中含有硼和钠，因此，通过加热，溶媒挥发，留下硼和钠的氧化物。这些氧化物在其生成过程中，是优先于软磁性金属粉末1氧化的氧化物。由此，能够制造出软磁性金属粉末1本身不氧化，而具有如图2(C)所示的由氧化硼和氧化钠组成的氧化膜6来覆盖磁芯的构成的复合型磁芯5。该氧化膜6如图2(C)的A部分的扩大图所示，在磁芯的表面附近内层集中分布，同时在磁芯表面也薄薄地存在。图2(C)的箭头B所指的部分，是复合型磁芯5的表面涂层和母材的边界。因此，在复合型磁芯5的表层和表面邻近内层集中分布的氧化膜6，作为由软磁性金属粉末1组成的母材的防止氧化阻挡层来发挥作用。 [0035] B评价方法

[0036] (1)耐氧化性试验

[0037] 所得到的复合型磁芯5投入温度为60℃、湿度为95％R.H环境下的恒温高湿槽内50小时，供耐氧化性试验。氧化程度除通过肉眼观察进行评价外，也可以采用通过拍照、图像解析准确量化氧化面积的评价方法。

[0038] (2)微量分析

[0039] 通过ICP发光分析调查复合型磁芯5中的钠和硼的含有率。

[0040] 在氧化硼为50～3000ppm、且氧化钠为10～500ppm范围以外的情况下，通过氧化硼和氧化钠的协合效应，能够充分提高复合型磁芯5的耐氧化性。但是，只有氧化硼或氧化钠的任意一方在上述各范围内时，便能看到复合型磁芯5大约50％的面积生锈，不能够被认为具有充分的耐氧化性。

[0041] 另外，氧化硼和氧化钠两者都处于上述范围内时，碳元素的含有率即使多于500ppm，复合型磁芯5也只有不足10％的面积生锈。这里，将复合型磁芯5的面积的10％生锈的状态作为容许限度。因此，可以认为氧化硼和氧化钠的含有率范围是非常重要的，并且，碳元素含有率也满足500ppm以下的条件时，能够看到更高的耐氧化性。

[0042] [实施例]

[0043] [实施例1]

[0044] (1)原料

[0045] 作为软磁性金属粉末1和绝缘性粘结材料2，分别采用了3％Si-Fe合金 粉末(由重量百分比为97％的Fe和3％的Si构成的合金粉末)以及环氧树脂。3％Si-Fe合金粉末采用了碳元素含有率为140ppm的合金粉末，环氧树脂的量为相对于3％Si-Fe合金粉末和环氧树脂总重量的2％。

[0046] (2)含有无机化合物的处理液

[0047] 使用含有硼和钠的水溶液，该水溶液使用硼和钠的含有率不同的5种含有无机化合物的处理液。在各种含有无机化合物的处理液中，分别使用了硼和钠的含有率根据磁芯制成后的ICP发光分析所得的氧化物的值换算为60～2500ppm及20～400ppm的量之处理液。

[0048] (3)成形条件

[0049] 将重量百分比为2％的环氧树脂和3％Si-Fe合金粉末的混合粉末3，成形为外径2
φ15mm、内径φ10mm、高3mm的环形磁芯的形状，成形压力为7t/cm。

[0050] (4)固化条件

[0051] 以150℃进行压型体4的固化。

[0052] (5)氧化硼和氧化钠的表面处理条件

[0053] 固化了的固化物沉入玻璃容器内的各种含有无机化合物的处理液中，驱动连接于玻璃容器一端的泵，将该处理液的水面上方的空间进行减压。一定时间后，将磁芯从各种含有无机化合物的处理液中取出，脱水后，以140℃进行热处理。

[0054] (6)评价条件

[0055] 将以上述条件制成的各种复合型磁芯5在温度60℃、湿度95％的环境下晒50小时，供恒温高湿试验。然后，在观察复合型磁芯5表面生锈情况的同时，通过ICP发光分析来检查氧化钠和氧化硼的含有率。

[0056] [比较例1]

[0057] 作为含有无机化合物的处理液，采用了硼和钠的含有率分别根据磁芯制成后的ICP发光分析所得的氧化物值换算为30ppm和8ppm的量之处理液、以及硼和钠的含有率分别根据磁芯制成后的ICP发光分析所得的氧化物值换算为4000ppm和700ppm的量之处理液。并且，也准备未沉入含有无机化合物的处理液中、且成形后保持固化后状态的固化物，以供评价。其他条件，具体地说即原料、成形条件、固化条件、氧化硼和氧化钠的表面处理条件、以及 评价条件与实施例1的条件相同。

[0058] [结果、研究]

[0059] 表1所示的是实施例1和比较例1的评价结果。

[0060] 表1

[0061]处理液No. 碳元素 (ppm) 氧化硼 (ppm) 氧化钠 (ppm) 评价结果 备考 未处理品 140 0 0 整个表面产生红锈 比较例1
1 140 30 8 整个表面产生红锈 比较例1
2 140 60 20 约5％的面积产生红锈 实施例1
3 140 200 30 约5％的面积产生红锈 实施例1
4 140 900 150 不产生红锈 实施例1
5 140 2000 300 不产生红锈 实施例1
6 140 2500 400 不产生红锈 实施例1
7 140 4000 700 不产生红锈热处理后的表面比较例1
有白色析出物

[0062] 如表1所示，使用含有无机化合物的处理液(简称“处理液”)No.2～6制成的各复合型磁芯 5，只有约整体面积的5％以下的面积生锈。特别是在使用处理液No.4、No.5以及No.6制成的各复合型磁芯5上，没有认定有锈产生。另一方面，没有使用处理液(未处理品)和使用处理液No.1制成的各复合型磁芯5，在磁芯的整个表面都认定生锈。又，虽然在使用处理液No.7制成的复合型磁芯5上没有认定生锈，但是在热处理后认定磁芯表面有白色析出物。

[0063] 从这个结果，可以认为在满足氧化硼为60～2500ppm、氧化钠为20～400ppm的两含有率的复合型磁芯5上，氧化硼和氧化钠牢牢地覆盖了磁芯表面，有助于提高耐氧化性。另一方面，可以认为在氧化硼为30ppm以下、氧化钠为8ppm以下的两含有率的复合型磁芯
5上，氧化硼和氧化钠的含有率对于提高耐氧化性而言不是足够的。

[0064] [实施例2]

[0065] (1)原料

[0066] 作为软磁性金属粉末1和绝缘性粘结材料2，分别采用了3％Si-Fe合金粉末(由重量百分比为97％的Fe和重量百分比为3％的Si构成的合金粉末)、以及环氧树脂。3％Si-Fe合金粉末使用了碳元素含有率在50～450ppm范围内的6种合金粉末，环氧树脂的量为相对于3％Si-Fe合金粉末和环氧树脂总重量的2％。

[0067] (2)含有无机化合物的处理液

[0068] 使用了含有硼和钠的水溶液，作为该水溶液，分别使用了硼和钠的含有率根据磁芯制成后的ICP发光分析所得的氧化物的值换算为1000ppm及200ppm的量处理液。 [0069] 成形条件、固化条件、氧化硼和氧化钠的表面处理条件、评价条件与实施例1的条件相同。

[0070] [比较例2]

[0071] 3％Si-Fe合金粉末采用碳元素含有率为720ppm的合金粉末，其他条件与实施例2的条件相同。

[0072] [结果]

[0073] 表2表示的是实施例2和比较例2的评价结果。

[0074] 表2

[0075]样品No. 氧化硼 (ppm) 氧化钠 (ppm) 碳元素 (ppm) 评价结果 备考
1 1000 200 50 不产生红锈 实施例2
2 1000 200 80 不产生红锈 实施例2
3 1000 200 140 不产生红锈 实施例2
4 1000 200 220 不产生红锈 实施例2
5 1000 200 310 不产生红锈 实施例2
6 1000 200 450 不产生红锈 实施例2
7 1000 200 720 约30％的面积 产生红锈 比较例2

[0076] [0078] 如表2所示，使用3％Si-Fe合金粉末(这里称为“样品”)No.1～6制成的各复合型磁芯5，被认定在磁芯表面没有产生锈。另一方面，使用样品No.7制成的复合型磁芯5，被认定磁芯约30％的面积产生锈。

[0077] 工业应用性

[0078] 本发明可以用于变压器、扼流圈、滤波器等的电子零件的产业。