专利名称：压粉磁芯用粉末、压粉磁芯和它们的制造方法
技术领域：
本发明涉及在包含磁性粒子的磁性粉末的粒子表面至少被覆绝缘层的压粉磁芯 用粉末、其制造方法、由上述压粉磁芯用粉末制造的压粉磁芯及其制造方法。
背景技术：
以往，电动机等中使用的磁芯通过对压粉磁芯用粉末进行压粉成形而制造。用于 压粉磁芯的压粉磁芯用粉末，为了确保加压成形后的各磁性粉末间的电绝缘性，在磁性粉 末的粒子表面被覆了绝缘层。例如，作为上述压粉磁芯用粉末，可以列举在磁性粉末的表面涂布有机硅树脂等 绝缘性优异的高分子树脂，被覆树脂绝缘层作为绝缘层的压粉磁芯用粉末；在磁性粉末的 表面采用化学气相沉积法(CVD)沉积二氧化硅(SiO2)等氧化物，被覆氧化物绝缘层作为上 述绝缘层的压粉磁芯用粉末。此外，作为压粉磁芯用粉末，提出了从磁性粉末的粒子表面向 着厚度方向，依次形成了氧化物绝缘层、有机硅树脂绝缘层(高分子树脂绝缘层)作为绝缘 层的压粉磁芯用粉末(参照例如专利文献1、专利文献2)。专利文献1 日本特开2006-233^5号公报专利文献2 日本特开2008-88505号公报
发明内容
由包含上述压粉磁芯用粉末的压粉磁芯用粉末制造压粉磁芯的情况下，如图18 所示，氧化物绝缘层93A改善作为磁性粒的铁粒92A与有机硅树脂绝缘层9 之间的亲合 性。由此，能够维持退火后的压粉磁芯的高比电阻。但是，有机硅树脂绝缘层93B、9!3B之间 的接合部分(粒界)是最弱部，现状是尚未实现压粉磁芯的高强度化。具体地，形成压粉磁芯用粉末的有机硅树脂绝缘层93B时，将含有有机溶剂的有 机硅树脂涂布在粉末的粒子表面，该涂布后在100 200°C的温度下将有机溶剂挥发，使粉 末的粒子干燥。其结果，由这样的压粉磁芯用粉末成形压粉磁芯时，特别地，有机硅树脂绝 缘层93B、9!3B之间成为Si-O-Si键的键合端(結合手)少的状态，层间的结合弱，不能充分 地获得压粉磁芯的强度。为了解决这点，在有机硅树脂的涂布中，也考虑了残留未反应部分(没有发生聚 合反应的部分)，退火时增加上述键合端，采用这样的手法时，退火时的体积减少量增大，作 为其反面，该体积减少成为使压粉磁芯的比电阻降低的要因之一。本发明鉴于上述问题而完成，其目的在于提供在不伴有压粉磁芯的磁特性的降低 的情况下，能够提高压粉磁芯的机械强度的压粉磁芯用粉末、其制造方法、压粉磁芯及其制 造方法。为了解决上述课题，本发明涉及的压粉磁芯用粉末是包含在磁性粉末的粒子表面 被覆了绝缘层的压粉磁芯用粉末的压粉磁芯用粉末，其特征在于，上述绝缘层在上述绝缘 层的表层部具有包含乙烯基硅烷和含氢硅烷的高分子树脂绝缘层。
根据本发明，通过使高分子树脂绝缘层包含乙烯基硅烷Si-CH = CH2、含氢硅烷 Si-H，在压粉磁芯的制造阶段，在邻接的压粉磁芯用粉末的粒界，即高分子树脂绝缘层彼此 之间(绝缘层的表层部间)，能够产生乙烯基硅烷与含氢硅烷的氢化硅烷化反应(加成反 应)。其结果，在邻接的压粉磁芯用粉末的粒界(高分子树脂绝缘层彼此之间)得到 Si-C-C-Si键。通过该层间的化学键，能够在不使压粉磁芯的磁特性降低的情况下，提高压 粉磁芯的机械强度。此外，为了产生氢化硅烷化反应而应加热的温度范围，与压粉磁芯的成 形后的退火时的应加热的温度范围重叠，因此能够与退火时一致地产生该反应。此外，本发明涉及的压粉磁芯用粉末的压粉磁芯用粉末的高分子树脂绝缘层只要 是在具有绝缘性的高分子树脂中包含乙烯基硅烷和含氢硅烷，对其组成并无特别限定，作 为高分子树脂，可以列举聚酰亚胺树脂、聚酰胺树脂、芳族聚酰胺树脂或有机硅树脂等高分 子树脂。更优选的高分子树脂绝缘层是有机硅树脂，称为所谓加成固化型的有机硅树脂。再有，本发明中所说的压粉磁芯用粉末，是指在粒子表面被覆了绝缘层的磁性粒 子的集合体。此外，本发明中所说的绝缘层，是指用于确保成形后的磁性粉末(粒子)间的 电绝缘性的层。此外，本发明中所说的表层部是指被覆于压粉磁芯用粉末的绝缘层中在外 侧形成的层。此外，本发明涉及的压粉磁芯用粉末，更优选在上述磁性粉末与上述高分子树脂 绝缘层之间还具有氧化物绝缘层作为上述绝缘层。根据本发明，通过形成氧化物绝缘层，能 够进一步提高磁性粉末与高分子树脂绝缘层的亲合性(密合性)。此外，本发明涉及的压粉磁芯用粉末的氧化物绝缘层只要是提高磁性粒子与高分 子树脂绝缘层的亲合性的层，并无特别限定，可以列举包含二氧化硅、氧化铝或氧化锆的陶 瓷系材料等氧化物的绝缘层，包含将磁性粉末的表面氧化的氧化物和磷酸盐等无机盐的绝 缘层等，优选具有耐热性的绝缘氧化物层。但是，更优选的氧化物绝缘层是包含磷酸盐或Al-Si系氧化物的绝缘层。通过具 有这样的氧化物绝缘层，能够进一步改善磁性粉末与高分子树脂绝缘层的亲合性，在压粉 磁芯的退火后也能够维持磁特性。此外，作为另一方式，本发明涉及的压粉磁芯用粉末的上述氧化物绝缘层，更优选 为二层结构，从上述磁性粒子的表面向着上述高分子树脂绝缘层依次具有包含磷酸盐的绝 缘层和包含Al-Si系氧化物的绝缘层。根据本发明，通过在磁性粉末的表面形成包含磷酸 盐的绝缘层，该包含磷酸盐的绝缘层与磁性粉末的密合性提高，通过依次层合包含Al-Si 系氧化物的绝缘层与高分子树脂绝缘层，能够提高这些层间的密合性。其结果，高分子树脂 绝缘层对于磁性粒子的亲合性进一步提高。此外，本发明涉及的压粉磁芯用粉末的上述氧化物绝缘层，更优选包含乙烯基硅 烷。根据本发明，通过在氧化物绝缘层中包含乙烯基硅烷，在压粉磁芯的制造阶段，在氧化 物绝缘层与高分子树脂绝缘层之间(界面)，也能够进一步使乙烯基硅烷与含氢硅烷的氢 化硅烷化反应产生。其结果，不仅是邻接的压粉磁芯用粉末的高分子树脂绝缘层彼此之间， 而且在氧化物绝缘层与高分子树脂绝缘层之间也获得Si-C-C-Si键。通过该层间的化学 键，还能够使压粉磁芯的机械强度稳定。目前为止，上述包含乙烯基硅烷和含氢硅烷的高分子树脂绝缘层，在对压粉磁芯成形后的退火时，能够进行氢化硅烷化反应，与采用目前为止的制造方法制造的压粉磁芯 相比，能够提高压粉磁芯的强度，改善磁特性。这样，适合作为压粉磁芯使用，要进一步提高 压粉磁芯的强度的情况下，有时磁特性降低。因此，发明人等为了进一步改善磁特性，反复深入研究，结果获知以下内容。具体 地，可知退火时进行氢化硅烷化反应的情况下，高分子树脂绝缘层的有机物碳化或者挥发， 因此有时高分子树脂绝缘层由于收缩而体积减小，磁性粒子间的绝缘性降低。可知，尤其是 铁系的磁性粉末的退火温度为600°C以上，在这样的温度范围下进行加热的情况下，上述的 体积减小变得显著。其结果，获得以下新的见解由此成形的压粉磁芯的涡流损耗增加，有 时压粉磁芯的磁特性下降。以下所示的压粉磁芯用粉末的发明是基于该新的见解，本发明涉及的压粉磁芯用 粉末以上述的压粉磁芯用粉末为前提，更优选在上述高分子树脂绝缘层中还包含加热而成 为氧化硅的氧化硅前体。根据本发明，通过包含氧化硅前体，在退火时的压粉磁芯内的高分子树脂绝缘层 中均勻分散而生成氧化硅的相，能够抑制高分子树脂绝缘层的体积减小。由此能够保持压 粉磁芯的磁性粒子间的绝缘性，抑制涡流损耗的降低，能够保持更高的磁特性。其中，所谓氧化硅前体，只要是至少在产生氢化硅烷化反应的温度条件下在高分 子树脂绝缘层中形成氧化硅的相即可，作为其相，可以是结晶化的相、非晶化的相和这些相 组合而成的相的任一种。即，只要加热时形成由-(Si-O)n-(n为2以上)等所示的硅氧烷 结构，对氧化硅前体的种类并无特别限定。例如，作为这样的氧化硅前体，可以列举甲基系 直链有机硅树脂等，只要是以硅氧烷键为主链的有机硅树脂、有机硅油，对侧链的官能团并 无特别限定，只要是Si、0的含量多的有机硅树脂，并无特别限定。更优选地，更优选在有机 硅树脂的侧链还包含甲基、乙基。此外，作为氧化硅前体，可以是聚甲基硅氧烷、硅酸多乙基酯、八甲基环四硅氧烷、 六甲基二硅氧烷、八甲基三硅氧烷、六甲基环三硅氧烷、十甲基环五硅氧烷、原硅酸四乙酯、 或它们的组合。这样，在对压粉磁芯成形后的退火时的加热范围中，能够使乙烯基硅烷与含氢硅 烷的氢化硅烷化反应产生，进而通过该氧化硅前体能够在高分子树脂绝缘层中生成氧化硅 (以相的形式形成)。此外，更优选地，本发明涉及的压粉磁芯用粉末，上述压粉磁芯用粉末的高分子树 脂的比例(一粒子中高分子树脂绝缘层的比例)更优选为0.6质量％以下。在该比例下， 通过形成高分子树脂绝缘层，能够提高压粉磁芯的强度(环压强度)。其中本发明中所说的 高分子树脂绝缘层的比例是指高分子树脂相对于压粉磁芯用粉末的全体的含有比例，所谓 0. 6质量％以下，是指对于粉末的各粒子，被覆平均0. 6质量％以下的高分子树脂作为绝缘 层。本发明涉及的压粉磁芯用粉末中，构成上述有机硅树脂绝缘层的有机硅树脂包含 甲基和用于与上述含氢硅烷进行氢化硅烷化反应的乙烯基作为侧链，上述有机硅树脂更优 选在全部侧链中含有2 10%的该乙烯，在全部侧链中含有38 77%的上述甲基。根据本发明，在全部侧链中含有2 10%的有机硅树脂的侧链的乙烯基，即与 Si-H的含氢硅烷进行氢化硅烷化反应的乙烯基硅烷的乙烯基。即，有机硅树脂以与乙烯基同等的比例或其以上的比例含有Si-H的含氢硅烷。由此，能够确实地提高退火后的压粉磁 芯的强度。即，乙烯基小于2%的情况下，不能得到充分的强度，超过10%的情况下，不能充 分地含有以下所示的甲基。进而，通过在全部侧链中含有38 77%的有机硅树脂的侧链的 甲基，能够降低涡损。此外，本发明中所说的磁性粉末，是指具有透磁性的磁性粒子的集合体(粉末)， 优选软磁性金属粉末，可以列举例如铁、钴或镍等。更优选的材料为铁系的材料，可以列举 例如铁(纯铁)、铁-硅系合金、铁-氮系合金、铁-镍系合金、铁-碳系合金、铁-硼系合 金、铁-钴系合金、铁-磷系合金、铁-镍-钴系合金或铁-铝-硅系合金等。此外，磁性粉 末可以列举水雾化粉末、气雾化粉末或粉碎粉末等，考虑到抑制加压成形时的绝缘层的破 坏时，更优选选择粉末的表面凹凸少的粉末。此外，作为本发明，公开上述压粉磁芯用粉末的合适的制造方法。本发明涉及的压 粉磁芯用粉末的制造方法是在包含磁性粒子的磁性粉末的粒子表面被覆了绝缘层的压粉 磁芯用粉末的制造方法，其特征在于在上述绝缘层的表层部被覆包含乙烯基硅烷和含氢硅 烷的高分子树脂的绝缘层，更优选在上述高分子树脂绝缘层中还含有加热而成为氧化硅的 氧化硅前体。此外，更优选对于上述压粉磁芯用粉末，对上述磁性粉末添加上述高分子树脂 以使上述高分子树脂为0. 6质量％以下，通过该添加的高分子树脂进行上述高分子树脂绝 缘层的被覆。此外，更优选地，上述高分子树脂为有机硅树脂，该有机硅树脂作为侧链，包含甲 基和用于与上述含氢硅烷进行氢化硅烷化反应的乙烯基，上述有机硅树脂在全部侧链中含 有2 10%的上述乙烯基，在全部侧链中含有38 77%的上述甲基。此外，更优选在加热温度100 160°C的范围且加热时间10 45分钟的范围对于 被覆的高分子树脂绝缘层进行热处理。该加热温度小于100°c或者加热时间小于10分钟的 情况下，产生推定由未反应官能团引起的粉末流动性的恶化。具体地，使用JIS2502-2000 中指定的漏斗，测定金属粉末流动性时，产生由于粉末流动性的恶化，粉末无法从漏斗流出 的问题。该粉末的流动性的恶化在压粉磁芯的大量生产时成为大的问题。此外，该加热温 度超过160°C的情况下或者加热时间超过45分钟的情况下，在压粉磁芯成形前大量生成氧 化硅，作为其结果，压粉磁芯退火时的粒子间的氧化硅的生成量减少。由此无法充分地获得 压粉磁芯的强度提高的效果。此外，本发明涉及的压粉磁芯用粉末的制造方法，在上述磁性粒子和上述高分子 树脂绝缘层之间，为了形成氧化物绝缘层作为上述绝缘层，可在粒子表面被覆氧化物层，这 种情况的氧化物绝缘层更优选为包含磷酸盐或Al-Si系氧化物的绝缘层。此外，作为另外 的方案，更优选上述氧化物绝缘层是二层结构，从上述磁性粒子的表面向着上述高分子树 脂绝缘层，依次形成包含磷酸盐的绝缘层和包含Al-Si系氧化物的绝缘层。此外，上述氧化 物绝缘层中可还含有乙烯基硅烷。此外，本发明还公开了由上述压粉磁芯用粉末或通过上述制造方法得到的压粉磁 芯用粉末适合制造压粉磁芯的方法。本发明涉及的压粉磁芯的制造方法，其特征在于，至少 包括对上述压粉磁芯用粉末进行加压而成形为压粉磁芯的工序和通过加热该压粉磁芯而 使上述乙烯基硅烷与上述含氢硅烷进行氢化硅烷化反应的工序。根据本发明，如上所述，通过对已成形的压粉磁芯进行加热，在绝缘层间进行氢化硅烷化反应，能够具有Si-C-C-Si键。由此能够提高压粉磁芯的机械强度。即，在邻接的高 分子树脂绝缘层彼此之间能够得到上述化学键。此外，在氧化物绝缘层中包含乙烯基硅烷 或含氢硅烷的情况下，在氧化物绝缘层与高分子树脂绝缘层之间也能够得到上述化学键。此外，此时，在高分子树脂绝缘层中包含氧化硅前体的情况下，该氧化硅前体在退 火时形成在高分子树脂绝缘层中均勻分散的氧化硅的相，由此能够抑制高分子树脂绝缘层 收缩而体积减小。此外，上述氢化硅烷化反应可通过使用催化剂或者加热，或者将它们组合而产生。 更优选在300°C 1000°C的温度条件下进行上述压粉磁芯的制造方法的上述加热。根据本发明，通过在上述温度范围内加热，能够在不使用催化剂的情况下使乙烯 基硅烷与含氢硅烷的氢化硅烷化反应适当地产生。此外，在温度范围内，能够对压粉磁芯进 行退火，因此能够与上述反应相吻合地将导入压粉磁芯的变形除去。此外，在高分子树脂绝缘层中包含氧化硅前体的情况下，在压粉磁芯内的高分子 树脂绝缘层中生成氧化硅，能够抑制高分子树脂绝缘层的体积减小，能够抑制制造的压粉 磁芯的铁损的降低。S卩，加热温度比300°C低的情况下，难以在不使用催化剂的情况下使上述氢化硅烷 化反应产生，此外，包含氧化硅前体的情况下，在该温度范围，由该前体难以形成氧化硅。此 外，加热温度比1000°c高的情况下，通过氢化硅烷化而键合的Si-C-C-Si键被破坏，压粉磁 芯的机械强度降低，进而难以确保压粉磁芯的绝缘性。此外，本发明涉及的压粉磁芯的制造方法中，用于产生氢化硅烷化、对压粉磁芯进 行退火的加热更优选在无氧气氛下进行。根据本发明，通过在无氧气氛下进行退火，能够抑 制压粉磁芯的氧化。其中，作为无氧气氛，可以列举例如氮气、氩气、氦气等惰性气体气氛中 或者真空中，只要能够抑制氧气引起的压粉磁芯的氧化，该气氛并无特别限定。作为本发明，还公开了由上述压粉磁芯用粉末适合制造的压粉磁芯。本发明涉及 的压粉磁芯是包含在磁性粒上被覆了绝缘层的绝缘层被覆粒的压粉磁芯，其特征在于，该 压粉磁芯的上述绝缘层中，形成上述绝缘层被覆粒之间的粒界的绝缘层包含高分子树脂绝 缘层，邻接的上述绝缘层被覆粒的高分子树脂绝缘层彼此之间具有Si-C-C-Si键。根据本发明，在邻接的上述绝缘层被覆粒的高分子树脂绝缘层彼此之间，通过具 有Si-C-C-Si键，能够确保与以往同样或其之上的磁特性，同时能够确保压粉磁芯的强度。其中，构成本发明中所说的压粉磁芯的磁性粒相当于构成上述压粉磁芯用粉末的 磁性粒子的加压成形后的形态，具有与上述的磁性粒子同等的组成。此外，所谓构成压粉磁 芯的绝缘层被覆粒，相当于构成上述压粉磁芯用粉末的粒子(在粒子表面形成了绝缘层的 磁性粒子)的加压成形后的形态。更优选地，在上述磁性粒子和上述高分子树脂绝缘层之间进一步形成氧化物绝缘 层，此外，更优选上述氧化物绝缘层为包含磷酸盐或Al-Si系氧化物的绝缘层。此外，作为 另外的方案，上述氧化物绝缘层为二层结构，从上述磁性粒子向着上述高分子树脂绝缘层 依次形成了包含磷酸盐的绝缘层和包含Al-Si系氧化物的绝缘层。与压粉磁芯用粉末中所 示同样地，这些氧化物绝缘层能够改善磁性粒子与高分子树脂绝缘层的亲合性。此外，本发明涉及的压粉磁芯更优选在上述氧化物绝缘层和上述高分子树脂层之 间具有Si-C-C-Si键。根据本发明，通过该层间的化学键，能够进一步使压粉磁芯的机械强度稳定。此外，本发明涉及的压粉磁芯更优选在上述高分子树脂绝缘层中还包含氧化硅， 该氧化硅更优选作为具有由-(Si-O)η-(η为2以上)等所示的硅氧烷结构的相而包含。根 据本发明，通过在高分子树脂绝缘层中包含这样的氧化硅，能够减轻铁损，改善压粉磁芯的 磁特性。这样，机械强度得以确保、绝缘性和磁特性优异的上述压粉磁芯适合构成混合动 力车、电动汽车的驱动用电动机的定子和转子、构成电力转换机的电抗器用的芯(电抗器 芯)。根据本发明，通过乙烯基硅烷与含氢硅烷的氢化硅烷化反应，在不伴有压粉磁芯 的磁特性降低的情况下，能够提高机械强度。
图1是表示本实施方式涉及的压粉磁芯用粉末的示意图。图2是用于说明本实施方式涉及的压粉磁芯及其制造方法的图。图3是用于说明本实施方式涉及的压粉磁芯的退火前后的高分子树脂的状态的 图，(a)为用于说明高分子树脂中不含氧化硅前体的情形的图，(b)为用于说明高分子树脂 中包含氧化硅前体的情形的图。图4是表示实施例1和比较例1的实验条件和环压强度、涡损和磁通密度的结果 的表图。图5为用于说明实施例1和比较例1的热处理温度和环压强度的关系的图。图6是用于说明实施例1和比较例1的涡损-环压强度的图。图7是用于说明实施例1和比较例1的磁通密度-环压强度的图。图8是用于说明实施例2、3和比较例2的实验条件和环压强度、涡流损耗和磁通 密度的结果的表图。图9是表示实施例1、2和比较例1的退火温度600°C下的涡损和环压强度的关系 的图。图10是表示退火温度600°C下的XA的比例[质量％ ]与环压强度、涡流损耗(涡 损)、磁通密度的关系的图。图11是表示实施例1、2和比较例1的退火温度与环压强度的关系的图。图12是表示实施例1、2和比较例1的退火温度与涡损的关系的图。图13是表示实施例1 3(退火温度600°C )和比较例2中的涡损与环压强度的 关系的图。图14是表示实施例1 3 (退火温度600°C )和比较例2中的磁通密度与环压强 度的关系的图。图15是表示实施例4涉及的压粉磁芯的树脂添加率与环压强度的关系的图。图16是表示实施例5涉及的压粉磁芯用粉末的环压强度相对于退火温度的关系 的图。图17是表示实施例6涉及的压粉磁芯用粉末的环压强度相对于退火时间的关系 的图。
图18是用于说明现有的压粉磁芯的图。附图标记的说明2 磁性粉末、2A 磁性粒、3，3A 绝缘层、4 乙烯基硅烷、10 绝缘层被覆粒子、IOA 绝缘层被覆粒、31，31A:包含磷酸盐的绝缘层(氧化物绝缘层)、32，32A 包含Al-Si系氧化 物的绝缘层(氧化物绝缘层)、33，33’，33々，3；^ 高分子树脂绝缘层、100 压粉磁芯
具体实施例方式以下参照附图，基于本发明涉及的压粉磁芯用粉末的一实施方式进行说明。图1示出表示本实施方案涉及的压粉磁芯用粉末的示意图。如图1中所示，本实 施方式涉及的压粉磁芯用粉末是被覆了绝缘层3的粒子10的集合体，在铁系的磁性粒子2 的粒子表面21被覆有绝缘层3。绝缘层3在压粉磁芯用粉末10的表层部(外侧层)具有 后述的高分子树脂绝缘层33。磁性粒子2是采用气雾化制造的由纯铁构成的粒子(由气雾化粉构成的粒子)，是 平均粒径为450 μ m以下的软磁性金属粒子。绝缘层3是由氧化物绝缘层31、32和高分子 树脂绝缘层33组成的多层结构的层。氧化物绝缘层31、32是在磁性粒子2与高分子树脂绝缘层33之间形成的层，是具 有包含磷酸盐的绝缘层31和含乙烯基硅烷4的包含Al-Si系氧化物的绝缘层32的二层结 构。包含磷酸盐的绝缘层31被覆于磁性粒子2的表面21，此外，包含Al-Si系氧化物的绝 缘层32进一步被覆包含磷酸盐的绝缘层31。即，氧化物绝缘层从磁性粒子2的粒子表面向 着高分子树脂绝缘层33，依次形成包含磷酸盐的绝缘层31和包含Al-Si系氧化物的绝缘层 32。其中，包含磷酸盐的绝缘层31和包含Al-Si系氧化物的绝缘层32作为基底层发 挥作用，绝缘层31包含例如P0、SrP0、SrBP0等磷酸盐，更优选地希望包含SrBPO。此外，绝 缘层32希望由Al-Si系醇盐制作。此外，高分子树脂绝缘层33是包含乙烯基硅烷4和含 氢硅烷的有机硅树脂的绝缘层，被覆于包含Al-Si系氧化物的绝缘层32的表面。这样的压粉磁芯用粉末如下所述制造。首先，准备采用气雾化制造的由纯铁构成 的磁性粉末。然后，对于该包含磁性粒子2的磁性粉末进行磷酸盐处理。该磷酸盐处理是 通常已知的处理，例如在离子交换水中，以磷酸为主剂，制作溶解有碳酸锶、硼酸的处理液。 使磁性粉末浸渍于该处理液，搅拌处理液，然后，在氮气氛中使其干燥，能够得到包含磁性 粉末的表面氧化的氧化物和磷酸盐的绝缘层31。这样的绝缘层31，磁性粒子2的一部分成 为了被膜，与后述的绝缘层32都亲合性好。其次，将例如氨基丙基三乙氧基硅烷等Si的醇盐(优选还包含乙烯基三甲氧基硅 烷的Si的醇盐)与Al的醇盐(例如异丁醇铝)混合到脱水有机溶剂(例如四氢呋喃)中， 制作含有醇盐的溶液，将磁性粉末含浸到含有醇盐的溶液中，将脱水有机溶剂干燥除去。由 此在绝缘层31的表面进一步形成包含Si-Al系氧化物的绝缘层32。还包含乙烯基三甲氧 基硅烷的情况下，该绝缘层32包含乙烯基硅烷。其次，制作在醇等有机溶剂中溶解有包含乙烯基硅烷和含氢硅烷的加成固化型的 有机硅树脂的含有有机硅树脂的溶液，含浸包含形成了绝缘层32的磁性粒子2的粉末，然 后将有机溶剂干燥除去。由此在绝缘层32的表面进一步形成包含有机硅树脂的高分子树脂绝缘层33。再有，形成这些绝缘层31、32、33时，将脱水有机溶剂和有机溶剂干燥的温度至少 为100°C 160°C，通过在这样的温度下干燥，从而抑制后述的乙烯基硅烷和含氢硅烷的氢 化硅烷化反应的产生。此外，也可以使上述有机硅树脂含有固化催化剂，但在干燥时有时也 在更低温度下产生氢化硅烷化反应，因此本实施方式中不包含该固化催化剂。由这样制造的绝缘层被覆粒子10的集合体即压粉磁芯用粉末制造压粉磁芯。图2 是用于说明本实施方式涉及的压粉磁芯及其制造方法的图。此外，加压成形后与图1中所 示的绝缘层被覆粒子10的各构成相当的构成，在图2中在其符号的末尾标注A而表示。例 如，图2中所示的构成压粉磁芯100的磁性粒2A相当于构成压粉磁芯用粉末的磁性粒子2 的加压成形后的形态，具有与图1的磁性粒子2同等的组成。此外，构成压粉磁芯100的绝 缘层被覆粒IOA相当于图1的构成压粉磁芯用粉末的绝缘层被覆粒子10的加压成形后的 形态。首先，在成形模具的内面涂布高级脂肪酸系润滑剂，将前述的压粉磁芯用粉末填 充到成形模具内，进行加压成形。可将应进行模具润滑热成形法的模具加热。这种情况下， 优选加压力为500 2000MPa而进行。通过使用润滑剂，能够防止压粉磁芯与模具的粘结 等的发生，能够在更高压下成形，脱模也容易进行。这样，如图2所示，将包含在磁性粒2A的表面被覆有绝缘层3A的绝缘层被覆粒 IOA的压粉磁芯成形。而且，绝缘层3A中，在绝缘层被覆粒IOA的表层部形成高分子树脂绝 缘层33A。换言之，对于压粉磁芯100，在绝缘层3中，形成绝缘层被覆粒之间10AU0A的粒 界的绝缘层由高分子树脂绝缘层33A构成。此外，在磁性粒子2A与高分子树脂绝缘层33A 之间，从磁性粒2A向着高分子树脂绝缘层33A，依次形成包含磷酸盐的绝缘层31A和包含 Al-Si系氧化物的绝缘层32A。其次，如图2所示，使乙烯基硅烷与含氢硅烷的氢化硅烷化反应发生。具体地，在 300°C 1000°C的温度范围内的温度条件下，更优选在氮气氛中或真空中(无氧气氛下) 将成形后的压粉磁芯加热，从而在压粉磁芯用粉末10的包含Al-Si系氧化物的绝缘层32A 与高分子树脂绝缘层33A之间以及邻接的压粉磁芯用粉末的高分子树脂绝缘层33A、33A之 间，使乙烯基硅烷和含氢硅烷进行氢化硅烷化反应，同时将压粉磁芯100退火。这样，本实 施方式中，在压粉磁芯的退火的同时能够使氢化硅烷化反应发生，得到Si-C-C-Si键。通过进行这样的热处理，通过氢化硅烷化反应，如图2所示，在绝缘层被覆粒IOA 的绝缘层32A与高分子树脂绝缘层33A之间(即，绝缘层被覆粒的粒界)以及邻接的压粉 磁芯用粉末的高分子树脂绝缘层33A、33A之间生成Si-C-C-Si键，并且通过退火，能够将成 形时赋予的压粉磁芯的磁性粒子2A的变形除去。此外，在磁性粒子2A的表面形成包含磷酸盐的绝缘层31A，该包含磷酸盐的绝缘 层31A与磁性粒2A的密合性提高。进而，通过将包含Al-Si系氧化物的绝缘层32A和高分 子树脂绝缘层33A依次层合，能够提高这些层间的密合性。其结果高分子树脂绝缘层33A 对于磁性粒2A的亲合性进一步提高。包含乙烯基硅烷和含氢硅烷的高分子树脂绝缘层33，如图3(a)所示，在对压粉磁 芯成形后的退火时，能够进行氢化硅烷化反应而生成Si-C-C-Si键，因此与目前为止的压 粉磁芯相比，能够提高压粉磁芯的机械强度，磁特性也提高。但是，退火时，高分子树脂绝缘层的一部分碳化或气化，因此有时高分子树脂绝缘层33体积减少，磁性粒子间的绝缘性降 低。尤其是为了将成形时的磁性粒2A的变形除去而在600°C以上退火的情况下，该现 象变得显著。其结果，成形的压粉磁芯由于涡流损耗增加，有时压粉磁芯的磁特性下降。因此，如图3(b)所示，在上述的高分子树脂绝缘层33中形成使氧化硅前体(甲基 系直链有机硅树脂)增量的高分子树脂绝缘层33’。这种氧化硅前体通过在300°C以上加 热而成为氧化硅的相。作为具体的含有(添加)方法，可通过在形成上述的高分子树脂绝缘层32的阶 段，在加成固化型的有机硅树脂中添加氧化硅前体、使甲基增加了的树脂(甲基系直链有 机硅树脂)，用醇等有机溶剂将它们溶解，含浸形成了绝缘层32的磁性粉末2，然后将有机 溶剂干燥除去而得到。此外，干燥温度为小于300°C (优选100°C 160°C )，因此在该时刻， 不成为Si-C-C-Si而作为Si-C = C和Si-H而含有在高分子树脂绝缘层33，中。然后，与上述同样地，将得到的磁性粉末加压成形，进行退火，制造压粉磁芯。该退 火时，如图3 (b)所示，发生如上所示的氢化硅烷化反应而生成Si-C-C-Si键，同时形成氧化 硅的相。该氧化硅的相可以是结晶化的相、非晶化的相和将这些相组合而成的相的任一种， 通过具有这样的由-(Si-O)n-(n为2以上)等所示的硅氧烷结构的相，制造的压粉磁芯的 高分子树脂绝缘层3 能够抑制体积减少。这样，能够在保持压粉磁芯的机械强度的同时， 抑制磁性粒2A、2A间的绝缘性的降低，抑制压粉磁芯的涡流损耗(铁损)的下降。实施例基于实施例对以下的本发明进行说明。(实施例1)<压粉磁芯用粉末的制作>准备由粒径为150 μ m 212 μ m的纯铁粒子构成的气雾化粉末(铁粉)，实施包 含磷酸盐的基底处理。具体地，在离子交换水IOOml中溶解碳酸锶0. 57g、硼酸0. 15g、磷酸 1. lg，调制涂布液。在500ml烧杯中装入IOOg的上述铁粉，加入该涂布液20ml，轻轻搅拌。 然后，将该试料在氮气氛中的惰性烘箱中进行120°C、1小时的干燥处理，形成了包含磷酸 盐的绝缘层。其次，将包含乙烯基硅烷和含氢硅烷的有机硅树脂(Χ-404667Α(信越化学工业 制))0. 4g溶解在异丙醇50ml中。在该溶解液中投入前面所示的铁粉，边搅拌溶液和粉末， 边用外部加热器加热，在30 120分钟的范围内使溶剂蒸发，在100°C 200°C的范围内进 行干燥处理。这样，制造在磁性粒子的粒子表面形成了包含乙烯基硅烷和含氢硅烷的有机 硅树脂绝缘层的压粉磁芯用粉末。再有，以有机硅树脂绝缘层相对于压粉磁芯用粉末达到 0. 4质量％的方式在磁性粉末中添加有机硅树脂，进行有机硅树脂绝缘层的被覆。〈环状试验片的制作〉将压粉磁芯用粉末投入模具，采用模具温度130°C、成形压力1600MPa的模具润滑 热成形法，制作外径39mm、内径30mm、厚5mm的环形状的压粉磁芯。成形后，在氮气氛下在 图4所示的条件下在300°C 1000°C的范围进行了 1小时的热处理。(比较例1)与实施例1相同，制作压粉磁芯用粉末。与实施例1不同的方面是没有进行磷酸处理的方面，和使用不含乙烯基硅烷和含氢硅烷的有机硅树脂(KR242A(信越化学工业制)) 而形成了有机硅树脂绝缘层的方面。而且，与实施例1同样地，在图4所示的条件下制作压 粉磁芯。[评价1]〈环状试验片的评价〉使用万能试验机评价制作的实施例1和比较例1的环形试验片的环压强度。此外， 将线圈卷绕于环形试验片，用直流磁通计评价磁通密度，用交流BH分析仪评价涡损。将其 结果示于图4 7。再有，图4 7所示的实施例1和比较例1的磁通密度、环压强度、涡损 是将比较例1的压粉磁芯的热处理温度(退火温度)以600°C时的磁通密度、环压强度、涡 损为基准(1.0)而归一化的值。再有，以下所示的实施例和比较例的值也表示进行了同样 的归一化的值。(结果1和考察1)如图5所示，实施例1的情况下，为了提高环形试验片的环压强度，认为优选300°C 以上、1000°C以下的热处理。实施例1的情况下，300°C 800°C、更优选300°C 400°C的热 处理温度(加热温度)时，环压强度尤其提高。这与乙烯基硅烷和含氢硅烷的氢化硅烷化反应活跃地产生的热处理温度范围一 致。因此，实施例1的环压强度的提高认为是由于乙烯基硅烷和含氢硅烷的氢化硅烷化反 应，从而在有机硅树脂绝缘层之间生成了 Si-C-C-Si键所引起的。而且，在超过了 1000°C 的情况下，推测由氢化硅烷化而键合的Si-C-C-Si键被破坏，实施例1的环压强度的强度下 降。如图6所示，实施例1和比较例1虽然为同等的涡损，但实施例1的环压强度提高， 如图7所示，实施例1与比较例1相比，为高磁通密度且高强度。由此可认为实施例1具有 与比较例1同等的磁特性，同时获得了高机械强度。(实施例2)与实施例1同样地制作压粉磁芯用粉末。与实施例1不同的方面在于包含乙烯基 硅烷和含氢硅烷的有机硅树脂绝缘层的制造方法不同。具体地，作为有机硅树脂绝缘层的 材料，使用将包含乙烯基硅烷和含氢硅烷的有机硅树脂(X-404667A(信越化学工业制) 以下称为XA)0. 32g(80质量％)和大量包含甲基系直链有机硅树脂(氧化硅前体)的树脂 (KR242A (信越化学工业制)以下称为KR) 0. 08g (20质量％)溶解在异丙醇50ml中的溶液， 被覆有机硅树脂绝缘层。再有，干燥处理等与实施例1相同。此外，同样地，使用XA的量 0.对8(60质量％)、10 的混合量0. 16g(40质量％)的溶液、XA的量0. 16g (40质量％ )、KR 的混合量0. Mg (60质量％ )的溶液和XA的量0. 08g(20质量％ )、KR的混合量0. 32g(80 质量％)的溶液，采用与以上所示的方法相同的方法，被覆有机硅树脂绝缘层。这样，由得 到的压粉磁芯用粉末，在与实施例1相同的条件下在图8所示的退火温度下制造压粉磁芯。 再有，以这些有机硅树脂的总量相对于压粉磁芯用粉末达到0. 4质量％的方式在磁性粉末 中添加有机硅树脂，进行有机硅树脂绝缘层的被覆。(实施例3)与实施例2同样地，在图8所示的条件下制造压粉磁芯用粉末，由该压粉磁芯用粉 末制造压粉磁芯。再有，与实施例2不同的条件在于，制造压粉磁芯用粉末时，在磷酸盐的绝缘层上还被覆Si-Al系的绝缘层，在该层上在以下所示的条件下进行有机硅树脂绝缘层 的被覆的方面。具体地，在将水分除去的氮气氛手套箱中，在500ml烧瓶中投入形成了磷酸盐的 绝缘层的粉末IOOg和脱水四氢呋喃(简写为THF) 100ml、Si的醇盐0.04g和Al的醇盐 0. 16g。将烧瓶安装在旋转式蒸发器中，15分钟的回流后，通过减压蒸馏将THF除去，最终 在100Torr、80°C下进行缓冲。然后，取出粉末，在氮气氛中以160°C、30分钟进行干燥，被覆 Si-Al系的绝缘层。进而，作为有机硅树脂，以XA的比例为60质量％，KR的比例为40质量％，使用异 丙醇50ml作为溶剂，对于压粉磁芯用粉末，以高分子树脂为0. 2质量％的方式在磁性粉末 中添加有机硅树脂，进行有机硅树脂绝缘层的被覆。进而，作为热处理，对于该压粉磁芯用 粉末进行130°C、20分钟的热处理。(比较例2)与实施例3同样地，与实施例2同样地，在图8所示的条件下制造压粉磁芯用粉 末，由该压粉磁芯用粉末制造压粉磁芯。与实施例3的不同点在于使XR的比例为100%来 制造压粉磁芯用粉末的方面。[评价2]与实施例1同样地，评价环压强度，用交流BH分析仪评价磁通密度、涡损。将其结 果示于图9 14。再有，在图9 14中也一并记载了上述实施例1和比较例1的结果。图9是表示实施例1、2和比较例1的退火温度600°C下的涡损与环压强度的关系 的图。图10是表示退火温度600°C下的XA的比例[质量％ ]与环压强度、涡流损耗(涡 损)、磁通密度的关系的图。图11是表示实施例1、2和比较例1的退火温度与环压强度的 关系的图。图12是表示实施例1、2和比较例1的退火温度与涡损的关系的图。图13是表示实施例1 3(退火温度600°C )和比较例2中的涡损与环压强度的 关系的图，图14是表示实施例1 3(退火温度600°C )和比较例2中的磁通密度与环压强 度的关系的图。此外，由这2种有机硅树脂混合的有机硅树脂，使用NMR和顶测定Si-C = C的含 有率、即乙烯基的含有率和Si-CH3的含有率、即甲基的含有率。所谓该含有率，是混合的有 机硅树脂的全部侧链中的侧链的乙烯基和甲基的个数的比例。此外，还确认了相对于乙烯 基，以相同的比例或其以上的比例，该有机硅树脂含有Si-H。该结果也示于以下的表1。[表1]
权利要求
1.一种压粉磁芯用粉末，在包含磁性粒子的磁性粉末的粒子表面被覆了绝缘层，其特 征在于，所述绝缘层在该绝缘层的表层部具有包含乙烯基硅烷和含氢硅烷的高分子树脂的 绝缘层。
2.根据权利要求1所述的压粉磁芯用粉末，其特征在于，在所述磁性粒子和所述高分 子树脂绝缘层之间，还具有氧化物绝缘层作为所述绝缘层。
3.根据权利要求2所述的压粉磁芯用粉末，其特征在于，所述氧化物绝缘层是包含磷 酸盐或Al-Si系氧化物的绝缘层。
4.根据权利要求2所述的压粉磁芯用粉末，其特征在于，所述氧化物绝缘层为二层结 构，从所述磁性粒子的表面向着所述高分子树脂绝缘层依次具有包含磷酸盐的绝缘层和包 含Al-Si系氧化物的绝缘层。
5.根据权利要求2 4中任一项所述的压粉磁芯用粉末，其特征在于，所述氧化物绝缘 层包含乙烯基硅烷。
6.根据权利要求1 5中任一项所述的压粉磁芯用粉末，其特征在于，所述高分子树脂 绝缘层是有机硅树脂绝缘层。
7.根据权利要求6所述的压粉磁芯用粉末，其特征在于，在所述高分子树脂绝缘层中， 还包含加热而成为氧化硅的氧化硅前体。
8.根据权利要求6或7所述的压粉磁芯用粉末，其特征在于，所述压粉磁芯用粉末的所 述高分子树脂的比例为0. 6质量％以下。
9.根据权利要求6 8中任一项所述的压粉磁芯用粉末，其特征在于，构成所述有机硅 树脂绝缘层的有机硅树脂，作为侧链包含甲基和用于与所述含氢硅烷进行氢化硅烷化反应 的乙烯基，所述有机硅树脂在全部侧链中含有2 10%的所述乙烯基，在全部侧链中含有 38 77%的所述甲基。
10.一种压粉磁芯用粉末的制造方法，是在包含磁性粒子的磁性粉末的粒子表面被覆 了绝缘层的压粉磁芯用粉末的制造方法，其特征在于，在该绝缘层的表层部被覆包含乙烯 基硅烷和含氢硅烷的高分子树脂的绝缘层。
11.根据权利要求10所述的压粉磁芯用粉末的制造方法，其特征在于，在所述高分子 树脂绝缘层中，还包含加热而成为氧化硅的氧化硅前体。
12.根据权利要求10或11所述的压粉磁芯用粉末，其特征在于，在所述磁性粉末中添 加所述高分子树脂，进行所述高分子树脂绝缘层的被覆，使得所述高分子树脂相对于所述 压粉磁芯用粉末为0. 6质量％以下。
13.根据权利要求10 12中任一项所述的压粉磁芯用粉末的制造方法，其特征在于， 所述高分子树脂为有机硅树脂，该有机硅树脂作为侧链包含甲基和用于与所述含氢硅烷进 行氢化硅烷化反应的乙烯基，所述有机硅树脂在全部侧链中含有2 10%的所述乙烯基， 在全部侧链中含有38 77%的所述甲基。
14.根据权利要求10 13中任一项所述的压粉磁芯的制造方法，其特征在于对于所 述所被覆的高分子树脂绝缘层，在加热温度100 160°C的范围且加热时间10 45分钟的 范围，进行热处理。
15.一种压粉磁芯的制造方法，由权利要求1 9中任一项所述的压粉磁芯用粉末、或 采用权利要求10 14中任一项所述的制造方法制造的压粉磁芯用粉末来制造压粉磁芯，其特征在于，至少包含以下工序将所述压粉磁芯用粉末加压而成形为压粉磁芯的工序；通过加热该压粉磁芯，从而使所述乙烯基硅烷与所述含氢硅烷进行氢化硅烷化反应的工序。
16.根据权利要求15所述的压粉磁芯的制造方法，其特征在于，在300°C 1000°C的温 度条件下进行所述加热。
17.一种压粉磁芯，包含在磁性粒上被覆了绝缘层的绝缘层被覆粒，其特征在于，该压 粉磁芯的所述绝缘层中，形成所述绝缘层被覆粒之间的粒界的绝缘层包含高分子树脂绝缘 层，在邻接的所述绝缘层被覆粒的高分子树脂绝缘层之间具有Si-C-C-Si键。
18.根据权利要求17所述的压粉磁芯，其特征在于，所述绝缘层在所述磁性粒与所述 高分子树脂绝缘层之间还具有氧化物绝缘层。
19.根据权利要求18所述的压粉磁芯，其特征在于，所述氧化物绝缘层是包含磷酸盐 或Al-Si系氧化物的绝缘层。
20.根据权利要求18所述的压粉磁芯，其特征在于，所述氧化物绝缘层为二层结构，从 所述磁性粒向着所述高分子树脂绝缘层依次具有包含磷酸盐的绝缘层和包含Al-Si系氧 化物的绝缘层。
21.根据权利要求18 20中任一项所述的压粉磁芯，其特征在于，在所述氧化物绝缘 层与所述高分子树脂层之间具有Si-C-C-Si键。
22.根据权利要求17 21中任一项所述的压粉磁芯，其特征在于，在所述高分子树脂 绝缘层中还包含氧化硅。
全文摘要
本发明提供通过乙烯基硅烷与含氢硅烷的氢化硅烷化反应，在不伴有压粉磁芯的磁特性的降低的情况下，能够提高机械强度的压粉磁芯用粉末、压粉磁芯和它们的制造方法。是在包含磁性粒子(2)的磁性粉末的粒子表面(21)形成了绝缘层(3)的压粉磁芯用粉末(10)，上述绝缘层(3)在压粉磁芯用粉末的表面层，具备包含乙烯基硅烷(4)和含氢硅烷的高分子树脂绝缘层(33)作为绝缘层(3)。
文档编号B22F1/02GK102132361SQ20098013343
公开日2011年7月20日 申请日期2009年9月2日 优先权日2008年9月2日
发明者一期崎大辅, 冈本大祐, 田岛伸, 谷昌明 申请人:丰田自动车株式会社