(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-13
(45)【発行日】2024-09-25
(54)【発明の名称】磁性体及び磁性素子
(51)【国際特許分類】
H01F 1/26 20060101AFI20240917BHJP
H01F 1/147 20060101ALI20240917BHJP
H01F 27/255 20060101ALI20240917BHJP
C22C 38/00 20060101ALI20240917BHJP
B22F 1/16 20220101ALI20240917BHJP
B22F 1/00 20220101ALI20240917BHJP
B22F 3/00 20210101ALI20240917BHJP
【ＦＩ】
H01F1/26
H01F1/147 166
H01F27/255
C22C38/00 303S
B22F1/16 100
B22F1/00 Y
B22F3/00 B
【請求項の数】
12
(21)【出願番号】P 2020197987
(22)【出願日】2020-11-30
(65)【公開番号】P2022086135
(43)【公開日】2022-06-09
【審査請求日】2023-08-22
(73)【特許権者】
【識別番号】000134257
【氏名又は名称】株式会社トーキン
(74)【代理人】
【識別番号】100103894
【弁理士】
【氏名又は名称】家入 健
(72)【発明者】
【氏名】松澤 覚
(72)【発明者】
【氏名】大島 亜希子
(72)【発明者】
【氏名】岡本 幸一
【審査官】木下 直哉
(56)【参考文献】
【文献】中国特許出願公開第１０１３２５１２６（ＣＮ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１６０９４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２１－５７５７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－５６５２４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｆ １／２６
Ｈ０１Ｆ １／１４７
Ｈ０１Ｆ ２７／２５５
Ｃ２２Ｃ ３８／００
Ｂ２２Ｆ １／１６
Ｂ２２Ｆ １／００
Ｂ２２Ｆ ３／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
表面に無機絶縁層を備える鉄合金粉と、樹脂硬化物と、を含み、前記鉄合金粉１００質量部中にＳｉを４～１０質量部含み、
前記樹脂硬化物が、ポリエステルイミドを有する、磁性体。
【請求項2】
前記無機絶縁層が、リン酸塩及びケイ酸塩より選択される１種以上を含む、請求項１に記載の磁性体。
【請求項3】
前記無機絶縁層の割合が、前記鉄合金粉１００質量部に対して０．１～３質量部である、請求項１又は２に記載の磁性体。
【請求項4】
前記鉄合金粉が、更にＣｒ及びＡｌより選択される１種以上を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の磁性体。
【請求項5】
前記鉄合金粉の平均粒径が、５～３０μｍである、請求項１～４のいずれか一項に記載の磁性体。
【請求項6】
前記無機絶縁層の平均厚みが、１０～１００ｎｍである、請求項１～５のいずれか一項に記載の磁性体。
【請求項7】
前記樹脂硬化物の割合が、前記鉄合金粉１００質量部に対して２～６質量部である、請求項１～６のいずれか一項に記載の磁性体。
【請求項8】
前記樹脂硬化物が、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、及びポリイミド系樹脂を含む熱硬化性樹脂組成物の硬化物を含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の磁性体。
【請求項9】
前記ポリエステル系樹脂が、カルボキシ基を有する、請求項８に記載の磁性体。
【請求項10】
前記ポリイミド系樹脂が、エチレン性二重結合を有する、請求項８又は９に記載の磁性体。
【請求項11】
前記熱硬化性樹脂組成物が、過酸化物を含む、請求項８～１０のいずれか一項に記載の磁性体。
【請求項12】
請求項１～１１のいずれか一項に記載の磁性体と、前記磁性体に埋設されたコイルと、を備える、磁性素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、磁性体及び磁性素子に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、自動車の電動化に伴い、車載電子部品の需要が増加している。また、車内空間の確保から電子部品はエンジンやモーター近くに配置され更なる耐熱性の向上が求められている。電子部品に用いられる磁性素子についても更なる耐熱性が求められている。また長期間、インダクタの機能を確保するためには、１８０℃の高温環境下における長期耐熱性と、長期間の振動に対する素子の強度維持が求められている。
【0003】
磁性素子に用いる磁性体の一つとして、いわゆるプラスチックマグネットが挙げられる。プラスチックマグネットは、軟磁性金属粉が分散されたバインダー樹脂を射出成型などにより所定の形状に成形されたものである。プラスチックマグネットによれば、所望の形状の磁性体を比較的容易に得ることができる。
【0004】
磁性体の耐熱性を向上する手法の一つとして、耐熱性に優れたバインダー樹脂を選択することが検討されている。例えば特許文献１には、耐熱性に優れたパーフルオロフッ素樹脂を含む複合フッ素樹脂が用いられた磁性コアが開示されている。
【0005】
またプラスチックマグネットを用いて、磁性体内にコイルを埋設した一体型の磁性素子を製造することが検討されている。例えば特許文献２には、キャビティ内にコイルを配置した後当該キャビティ内に熱可塑性素子と磁性粉とを含有する組成物を充填するインダクタの製造方法が開示されている。一体成型されたインダクタはシールド処理をすることなく漏洩磁束を抑制できるというメリットもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２０１７－１８８６８０号公報
【文献】特開２０１９－１０２７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献１の磁性材料を用いた磁性コアは、２６０℃の耐熱性を有しているとされている。一方、特許文献１の磁性材料を加工する際には、パーフルオロフッ素樹脂の融点を越える温度で処理する必要がある。特許文献１の磁性材料ではコイルを内包するインダクタの形態でコイルおよび端子部がパーフルオロフッ素樹脂の融点を超える温度の処理に耐えられずに、コイル被覆の絶縁劣化や端子部の酸化が避けられない製造上の課題があった。また、エンジンやモーター周辺に配置されてもインダクタとして機能するためには磁性体とコイルの絶縁だけではなく端子間の絶縁確保も重要である。さらに自動車では長期的に電子機器に振動も加わるため、素子強度の確保が必要であった。
【0008】
製造時の加工性や、省エネルギーなどの観点から、磁性材料の加工はより低温で行うことが望ましい。また、特許文献２のような一体型の磁性素子を製造する場合、コイルやコイル端子などにも磁性材料加工時の温度に対する耐熱性が求められるため、磁性材料の加工の低温化が求められている。
【0009】
上記課題に鑑み本発明の目的は、１８０℃の高温環境下における長期耐熱性に優れた磁性体及び磁性素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の一態様に係る磁性体は、
表面に無機絶縁層を備える鉄合金粉と、樹脂硬化物と、を含み、
前記鉄合金粉１００質量部中にＳｉを４～１０質量部含み、
前記樹脂硬化物が、ポリエステルイミドを有する。
表面に無機絶縁層を備える鉄合金粉と、樹脂硬化物と、を含み、
前記鉄合金粉１００質量部中にＳｉを４～１０質量部含み、
前記樹脂硬化物が、ポリエステルイミドを有する。
【0011】
本発明の一態様に係る磁性素子は、磁性体と、前記磁性体に埋設されたコイルと、を備える。
【発明の効果】
【0012】
本発明により、１８０℃の高温環境下における長期耐熱性に優れた磁性体及び磁性素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の一実施形態に係る磁性素子の模式的な透過図である。
【図3】実施例及び比較例の磁性体の耐熱性評価における絶縁抵抗の経時変化を示すグラフである。
【図4】実施例及び比較例の磁性体の耐熱性評価における重量の経時変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明に係る磁性体及び磁性素子について順に詳細に説明する。
なお、数値範囲を示す「～」は特に断りがない限り、その下限値及び上限値を含むものとする。
なお、数値範囲を示す「～」は特に断りがない限り、その下限値及び上限値を含むものとする。
【0015】
［磁性体］
本実施形態に係る磁性体（以下、本磁性体とも記す。）は、表面に無機絶縁層を備える鉄合金粉と、樹脂硬化物と、を含み、前記鉄合金粉１００質量部中にＳｉを４～１０質量部含み、前記樹脂硬化物がポリエステルイミドを有する。
本実施形態に係る磁性体（以下、本磁性体とも記す。）は、表面に無機絶縁層を備える鉄合金粉と、樹脂硬化物と、を含み、前記鉄合金粉１００質量部中にＳｉを４～１０質量部含み、前記樹脂硬化物がポリエステルイミドを有する。
【0016】
上記本磁性体は、Ｓｉを特定量含む鉄合金粉と、当該鉄合金粉を被覆する無機絶縁層と、ポリエステルイミドを有する樹脂硬化物の組み合わせにより、１８０℃の高温環境下において長期耐熱性に優れている。この理由については未解明な部分もあるが、本発明者らは以下のように推定する。
４～１０質量％のＳｉを含む鉄合金粉を用いることにより、高温環境下における鉄合金粉自身の酸化が抑制されるとともに、鉄と樹脂硬化物の接触面で生じる鉄の触媒作用が抑制されて樹脂硬化物の熱酸化分解が抑制されるものと推定される。また鉄合金粉は無機絶縁層を有するため、鉄合金粉同士の接触が抑制されて絶縁性が維持されるとともに、樹脂硬化物との接触が更に抑制されて樹脂硬化物の酸化が抑制される。また本磁性体は樹脂硬化物が分子内に複数のイミド結合を有することで、構造が安定化されて、高温環境下においても酸化が抑制されるものと推定される。これらのことから、上記の本磁性体の構成により、特に樹脂硬化物の熱酸化が抑制されることで、１８０℃程度の高温環境下においても高い絶縁抵抗と機械強度が維持されるものと推定される。
本磁性体は、少なくとも、無機絶縁層を備える鉄合金粉と、樹脂硬化物を含むものであり、本発明の効果を損なわない範囲で更に他の成分を有していてもよいものである。以下このような本磁性体の各構成について説明する。
４～１０質量％のＳｉを含む鉄合金粉を用いることにより、高温環境下における鉄合金粉自身の酸化が抑制されるとともに、鉄と樹脂硬化物の接触面で生じる鉄の触媒作用が抑制されて樹脂硬化物の熱酸化分解が抑制されるものと推定される。また鉄合金粉は無機絶縁層を有するため、鉄合金粉同士の接触が抑制されて絶縁性が維持されるとともに、樹脂硬化物との接触が更に抑制されて樹脂硬化物の酸化が抑制される。また本磁性体は樹脂硬化物が分子内に複数のイミド結合を有することで、構造が安定化されて、高温環境下においても酸化が抑制されるものと推定される。これらのことから、上記の本磁性体の構成により、特に樹脂硬化物の熱酸化が抑制されることで、１８０℃程度の高温環境下においても高い絶縁抵抗と機械強度が維持されるものと推定される。
本磁性体は、少なくとも、無機絶縁層を備える鉄合金粉と、樹脂硬化物を含むものであり、本発明の効果を損なわない範囲で更に他の成分を有していてもよいものである。以下このような本磁性体の各構成について説明する。
【0017】
＜鉄合金粉＞
本磁性体において鉄合金粉は、鉄合金粉１００質量部中にＳｉを４～１０質量部含む。Ｓｉを含むことにより、比較的透磁率の高い軟磁性粉となる。更に本実施形態では、Ｓｉを４質量部以上含むことにより、鉄合金粉の酸化及び樹脂硬化物の熱分解を抑制できる。磁性体の耐熱性の点からは、鉄合金粉１００質量部中のＳｉは４．５質量部以上が好ましく、５質量部以上がより好ましい。一方、熱分解の抑制効果は、鉄合金粉１００質量部中にＳｉが１０質量部以下であれば十分であり、Ｓｉが１０質量部以下、好ましくは８質量部以下、より好ましくは７質量部以下とすることによって、磁気特性の低下を抑制するとともに、鉄合金粉の硬さや脆さを抑制でき、加工時の取り扱い性にも優れている。
本磁性体において鉄合金粉は、鉄合金粉１００質量部中にＳｉを４～１０質量部含む。Ｓｉを含むことにより、比較的透磁率の高い軟磁性粉となる。更に本実施形態では、Ｓｉを４質量部以上含むことにより、鉄合金粉の酸化及び樹脂硬化物の熱分解を抑制できる。磁性体の耐熱性の点からは、鉄合金粉１００質量部中のＳｉは４．５質量部以上が好ましく、５質量部以上がより好ましい。一方、熱分解の抑制効果は、鉄合金粉１００質量部中にＳｉが１０質量部以下であれば十分であり、Ｓｉが１０質量部以下、好ましくは８質量部以下、より好ましくは７質量部以下とすることによって、磁気特性の低下を抑制するとともに、鉄合金粉の硬さや脆さを抑制でき、加工時の取り扱い性にも優れている。
【0018】
鉄合金粉は、本発明の効果を奏する範囲で更に他の元素を含んでいてもよい。他の元素としては、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃ、Ｏ、Ｎ、Ｓ、Ｐ、Ｂ、Ｃｕなどが挙げられる。耐熱性の点からは、鉄合金粉がＣｒ及びＡｌより選択される１種以上を含むことが好ましい。Ｃｒ及びＡｌは鉄合金粉の表面に不働態層を形成するため、高温環境下において鉄合金粉の酸化が抑制さるとともに、樹脂硬化物と鉄との接触が抑制されて樹脂硬化物の酸化も抑制される。
鉄合金粉中のＣｒ又はＡｌの割合は、耐熱性と防錆の点から、鉄合金粉１００質量％中、０．５～１０質量％が好ましく、３～８質量部がより好ましい。なお、ＣｒとＡｌの両方を含む場合は、合計質量が上記範囲内にあることが好ましい。
Ｃｒ及びＡｌを除く他の元素の合計の含有割合は、耐熱性や磁気特性の点から、鉄合金粉１００質量％中、１質量％以下が好ましく、０．５質量％以下が好ましい。
鉄合金粉中のＣｒ又はＡｌの割合は、耐熱性と防錆の点から、鉄合金粉１００質量％中、０．５～１０質量％が好ましく、３～８質量部がより好ましい。なお、ＣｒとＡｌの両方を含む場合は、合計質量が上記範囲内にあることが好ましい。
Ｃｒ及びＡｌを除く他の元素の合計の含有割合は、耐熱性や磁気特性の点から、鉄合金粉１００質量％中、１質量％以下が好ましく、０．５質量％以下が好ましい。
【0019】
鉄合金粉の形状は、球形状、楕円球状、針状、棒状、板状などが挙げられ、本磁性体の成型時における金型への充填性や、樹脂硬化物等との接触面積を小さくする点から、球形状が好ましい。
また、鉄合金粉の平均粒径は、耐熱性の点から、１～１００μｍが好ましく、３～６０μｍがより好ましく、更に、１ＭＨｚ以上の周波数帯域での使用における表皮効果の点から５～３０μｍがさらに好ましい。
また、鉄合金粉の平均粒径は、耐熱性の点から、１～１００μｍが好ましく、３～６０μｍがより好ましく、更に、１ＭＨｚ以上の周波数帯域での使用における表皮効果の点から５～３０μｍがさらに好ましい。
【0020】
鉄合金粉の製造方法は特に限定されず、例えば、アトマイズ法、メルトスピニング法、回転電極法、メカニカルアロイング法や、還元による化学的な析出法など公知の方法の中から適宜選択すればよい。球形状の粒子が好適に得られる点から、アトマイズ法が好ましい。アトマイズ法としては、例えば、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法、遠心力アトマイズ法、プラズマアトマイズ法などが挙げられ、量産安定性と生産性の観点からガスアトマイズ法又は水アトマイズ法が好ましく、３０μｍ以下の粉末を得やすい点から、水アトマイズ法が好ましい。
【0021】
＜無機絶縁層＞
上記鉄合金粉は表面に無機絶縁層を備える。当該無機絶縁層を備えることにより、鉄合金粉同士の接触を抑制して絶縁性を確保するとともに、鉄合金粉と樹脂硬化物の接触を抑制して樹脂硬化物の熱分解も抑制される。また、無機絶縁層を用いることで絶縁層自体の耐熱性にも優れている。
上記鉄合金粉は表面に無機絶縁層を備える。当該無機絶縁層を備えることにより、鉄合金粉同士の接触を抑制して絶縁性を確保するとともに、鉄合金粉と樹脂硬化物の接触を抑制して樹脂硬化物の熱分解も抑制される。また、無機絶縁層を用いることで絶縁層自体の耐熱性にも優れている。
【0022】
無機絶縁層としては、例えば、ＳｉＯ２（ケイ酸）、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）、ＺｒＯ２などの無機酸化物やＳｉ３Ｎ４、ＢＮなどの窒化物、ケイ酸ガラス、ホウ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、リン酸ガラス、ビスマスガラスなどのガラス材や雲母、クレイなどの鉱物が挙げられ、中でも、リン酸塩及びケイ酸塩を含むことが好ましい。無機絶縁層中の絶縁材は、１種単独で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
【0023】
無機絶縁層は、絶縁抵抗を確保し、樹脂硬化物の酸化を抑制する点から、鉄合金粉１００質量部に対して０．１質量部以上が好ましく、０．３質量部以上がより好ましく、０．５質量部以上がさらに好ましい。無機絶縁層は、鉄合金粉１００質量部に対して３質量部以下であればよく、磁気特性の点から、２．５質量部以下が好ましく、２．０質量部以下がより好ましい。
【0024】
無機絶縁層の平均厚みは絶縁抵抗を確保し、樹脂硬化物の酸化を抑制する点から、１０～１００ｎｍが好ましく、１０～６０ｎｍがより好ましい。
なお無機絶縁層の厚みは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で金属粉末表面を観察して求めることができる。また、簡易的には、金属粉末を単一粒径の球形粒子と仮定し、金属粉末の比表面積と、絶縁材の比重を用い、下記式（１）及び（２）から無機絶縁層の平均厚みを算出することができる。
式（１）： 金属粉末の比表面積（ｍ２／ｇ）＝６／［金属粉末の比重（ｇ／ｍ３）×金属粉末の粒径（ｍ）］
式（２）： 無機絶縁層厚み（ｍ）＝絶縁材の質量（ｇ）／［金属粉末の質量（ｇ）×金属粉末の比表面積（ｍ２／ｇ）×コート粉末の比重（ｇ／ｍ３）］
なお無機絶縁層の厚みは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で金属粉末表面を観察して求めることができる。また、簡易的には、金属粉末を単一粒径の球形粒子と仮定し、金属粉末の比表面積と、絶縁材の比重を用い、下記式（１）及び（２）から無機絶縁層の平均厚みを算出することができる。
式（１）： 金属粉末の比表面積（ｍ２／ｇ）＝６／［金属粉末の比重（ｇ／ｍ３）×金属粉末の粒径（ｍ）］
式（２）： 無機絶縁層厚み（ｍ）＝絶縁材の質量（ｇ）／［金属粉末の質量（ｇ）×金属粉末の比表面積（ｍ２／ｇ）×コート粉末の比重（ｇ／ｍ３）］
【0025】
鉄合金粉に無機絶縁層を設ける方法は、例えば、粉末混合法、浸漬法、ゾルゲル法、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法、又は前記以外の公知の様々な方法の中から適宜選択することができる。
【0026】
＜樹脂硬化物＞
本磁性体は、分子内にポリエステルイミドを有する樹脂硬化物を含む。本発明においてポリエステルイミドとは、分子内に２以上のエステル結合と、２以上のイミド結合とを有するものをいう。本磁性体は、複数のポリマー鎖が架橋（クロスリンク）した３次元構造を有し、当該樹脂硬化物がエステル結合とイミド結合とを各々複数有することで、構造が安定化し、１８０℃の高温環境下において熱分解が抑制される。
本磁性体は、分子内にポリエステルイミドを有する樹脂硬化物を含む。本発明においてポリエステルイミドとは、分子内に２以上のエステル結合と、２以上のイミド結合とを有するものをいう。本磁性体は、複数のポリマー鎖が架橋（クロスリンク）した３次元構造を有し、当該樹脂硬化物がエステル結合とイミド結合とを各々複数有することで、構造が安定化し、１８０℃の高温環境下において熱分解が抑制される。
【0027】
本磁性体における樹脂硬化物は、加熱成型時の加工性と、製造後の耐熱性を両立する点から、熱硬化性樹脂の硬化物であることが好ましい。なお本発明において樹脂硬化物とは、熱硬化性樹脂の少なくとも一部が架橋反応したものをいう。以下、樹脂硬化物の前駆体である熱硬化性樹脂について説明する。
【0028】
熱硬化性樹脂は、硬化後にポリエステルイミド構造を含む硬化物が形成されるものであればよい。中でも、本磁性体の成型を低温で行いやすい点から、ポリエステル樹脂と、エポキシ樹脂と、ポリイミド樹脂とを含む熱硬化性樹脂組成物が好ましい。当該熱硬化性樹脂組成物を用いることで、成型時の加熱温度を例えば１８０℃程度とすることができる。
【0029】
ポリエステル樹脂は、ポリカルボン酸とポリオールとの重合体の中から適宜選択して用いることができる。中でも、エポキシ樹脂との反応性の点から、カルボキシル基を有するポリエステル樹脂が好ましい。
ポリカルボン酸は、１分子中に２個以上のカルボン酸を有する化合物の中から適宜選択でき、中でも、１分子中に２個のカルボン酸を有するジカルボン酸又はその無水物であることが好ましい。
ジカルボン酸の具体例としては、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、コハク酸、アジピン酸、マレイン酸などが挙げられ、１種単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。本発明においては、ポリカルボン酸として、イソフタル酸及びマレイン酸より選択される１種以上を含むことが好ましい。
ポリオールは、１分子中に２個以上のヒドロキシ基を有する化合物の中から適宜選択ですることができる。ポリオールの具体例としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，４－ブタンジオール、１，５－ペンタンジオール、１，６－ヘキサンジオール、２－メチル－１，３－プロパンジオール、３－メチル－１，５－ペンタンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、１，３－ブタンジオール、トリメチルールプロパン、グリセリン、１，４－シクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ等が挙げられ、１種単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
ポリカルボン酸は、１分子中に２個以上のカルボン酸を有する化合物の中から適宜選択でき、中でも、１分子中に２個のカルボン酸を有するジカルボン酸又はその無水物であることが好ましい。
ジカルボン酸の具体例としては、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、コハク酸、アジピン酸、マレイン酸などが挙げられ、１種単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。本発明においては、ポリカルボン酸として、イソフタル酸及びマレイン酸より選択される１種以上を含むことが好ましい。
ポリオールは、１分子中に２個以上のヒドロキシ基を有する化合物の中から適宜選択ですることができる。ポリオールの具体例としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，４－ブタンジオール、１，５－ペンタンジオール、１，６－ヘキサンジオール、２－メチル－１，３－プロパンジオール、３－メチル－１，５－ペンタンジオール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、１，３－ブタンジオール、トリメチルールプロパン、グリセリン、１，４－シクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ等が挙げられ、１種単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
【0030】
ポリエステル樹脂は、上記ポリカルボン酸とポリオールとを公知の方法で脱水縮合反応させることで得られる。また、所望の構造を有する市販品を用いてもよい。
【0031】
エポキシ樹脂は、１分子中にエポキシ基を１個以上有する化合物の中から適宜選択することができる。エポキシ樹脂の好適な具体例としては、エピクロルヒドリンと、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、及びこれらのアルキレンオキサイド変性物との縮合反応により得られるエピビス系エポキシ樹脂；エピクロルヒドリンとフェノール樹脂との縮合反応により得られるノボラック系エポキシ樹脂；メチルグリシジルエーテル、ブチルグリシジルエーテルなどのアルキルグリシジルエーテルなどが挙げられ、１種単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
【0032】
ポリイミド樹脂は、１分子中に２個以上のイミド結合を有する化合物の中から適宜選択すればよい。中でも他の樹脂との架橋性の点から、エチレン性二重結合を有するものが好ましく、Ｎ，Ｎ’－（４，４’－ジフェニルメタン）ジアリルナジイミド及びＮ，Ｎ’－（ｍ－キシリレン）ジアリルナジイミドが好ましい。ポリイミド樹脂は１種単独で、又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
【0033】
上記熱硬化性樹脂組成物の配合比率は、得られる樹脂硬化物の耐熱性や機械強度の点から、ポリエステル樹脂２０～５０質量部、エポキシ樹脂１～２５質量部、ポリイミド樹脂１～１５質量部とすることが好ましい。
【0034】
上記熱硬化性樹脂組成物は、更に他の成分を含有してもよい。他の成分としては、ビニル系モノマー、エポキシアクリレート、硬化剤、触媒等が挙げられる。
ビニル系モノマーとしては、ビニル基、（メタ）アクリロイル基等を有するモノマーが挙げられ、例えば、酢酸ビニル、スチレンなどのビニル系モノマー；メチル（メタ）アクリレートなどのアクリル系モノマーなどが挙げられる。なお（メタ）アクリロイル基とは、アクリロイル基、又はメタクリロイル基を表し、（メタ）アクリレートも同様である。
エポキシアクリレートとしては、各種エポキシ樹脂のエポキシ基に、（メタ）アクリル酸のカルボキシル基を反応させて得られた化合物などが挙げられる。
熱硬化性樹脂組成物の硬化反応を促進するための硬化剤としては、過酸化物が好ましい。過酸化物の具体例としては、ジクミルパーオキシド、２，５－ジメチル－２，５－ジ（ベンゾイルペルオキシ）ヘキサン、２，２－ビス（ｔｅｒｔ－ブチルジオキシ）オクタン、ｔ－ブチルペルキサテート、ジクミルペルオキシド、２，５－ジメチル－２，５－ジ（ｔ－ブチルパーオキシ）ヘキサン、α、α’－ビス（ｔ－ブチルペルオキシ－ｍ－イソプロピル）ベンゼン、ｔ－ブチル－クミル－ペルオキサイド、ジ－ｔ－ブチル－ペルオキサイド、２，５－ジメチル，２，５－ジ（ｔ－ブチルペルオキシ）ヘキサン－３などが挙げられる。
またカルボキシル基とエポキシ基との反応触媒として、イミダゾールや第３級アミン類等が挙げられる。
ビニル系モノマーとしては、ビニル基、（メタ）アクリロイル基等を有するモノマーが挙げられ、例えば、酢酸ビニル、スチレンなどのビニル系モノマー；メチル（メタ）アクリレートなどのアクリル系モノマーなどが挙げられる。なお（メタ）アクリロイル基とは、アクリロイル基、又はメタクリロイル基を表し、（メタ）アクリレートも同様である。
エポキシアクリレートとしては、各種エポキシ樹脂のエポキシ基に、（メタ）アクリル酸のカルボキシル基を反応させて得られた化合物などが挙げられる。
熱硬化性樹脂組成物の硬化反応を促進するための硬化剤としては、過酸化物が好ましい。過酸化物の具体例としては、ジクミルパーオキシド、２，５－ジメチル－２，５－ジ（ベンゾイルペルオキシ）ヘキサン、２，２－ビス（ｔｅｒｔ－ブチルジオキシ）オクタン、ｔ－ブチルペルキサテート、ジクミルペルオキシド、２，５－ジメチル－２，５－ジ（ｔ－ブチルパーオキシ）ヘキサン、α、α’－ビス（ｔ－ブチルペルオキシ－ｍ－イソプロピル）ベンゼン、ｔ－ブチル－クミル－ペルオキサイド、ジ－ｔ－ブチル－ペルオキサイド、２，５－ジメチル，２，５－ジ（ｔ－ブチルペルオキシ）ヘキサン－３などが挙げられる。
またカルボキシル基とエポキシ基との反応触媒として、イミダゾールや第３級アミン類等が挙げられる。
【0035】
熱硬化性樹脂組成物にビニル系モノマー又はエポキシアクリレートを配合する場合、その配合比は、ポリエステル樹脂とエポキシ樹脂とポリイミド樹脂の合計と、ビニル系モノマーとエポキシアクリレート合計との比が質量比で１：３～３：１となるように配合することが好ましい。
【0036】
本磁性体は、例えば、前記熱硬化性樹脂組成物中に、前記絶縁層を備える鉄合金粉を分散させ、所望の形状の金型に充填して加熱することにより得ることができる。加熱条件は、上記熱硬化性樹脂組成物の反応性にもよるが、例えば、１５０～２００℃で０．５～１２時間程度加熱することで、十分に架橋反応が進行する。
前記熱硬化性樹脂組成物を硬化して得られる樹脂硬化物からは、エステル結合、イミド結合のほか、エポキシ基とカルボキシ基との反応由来のヒドロキシ基が検出される。
前記熱硬化性樹脂組成物を硬化して得られる樹脂硬化物からは、エステル結合、イミド結合のほか、エポキシ基とカルボキシ基との反応由来のヒドロキシ基が検出される。
【0037】
熱硬化性樹脂組成物と鉄合金粉の配合比率は、用途等に応じて適宜調整すればよいものであるが、例えば鉄合金粉１００質量部に対し、１～１０質量部が好ましく、２～６質量部がより好ましい。上記下限値以上であれば、磁性体の機械強度が向上する。一方上記上限値以下であれば、磁気特性に優れている。
【0038】
本磁性体は、磁性体が用いられる公知の用途に用いることができる。本磁性体は１８０℃の高温環境下における長期耐熱性に優れていることから、特に耐熱性が要求される車載用途、中でもエンジン付近に配置されるインダクタのコア材として好適に用いることができる。
また、本磁性体は成型時の加熱処理温度を１８０℃程度と比較的低い温度とすることができるため、後述するコイル埋設型の磁性素子用途に好適に用いることができる。
また、本磁性体は成型時の加熱処理温度を１８０℃程度と比較的低い温度とすることができるため、後述するコイル埋設型の磁性素子用途に好適に用いることができる。
【0039】
［磁性素子］
図１及び図２を参照して本発明に係る磁性素子（本磁性素子とも記す）の一例について説明する。図１は、磁性素子１の模式的な上面透過図であり、図２は、図１の模式的なＡ－Ａ断面図である。なお図１の端子部１２は、図２において、接着部材１３を用いて磁性体１０に貼り付けられている。本磁性素子は、磁性体１０と、当該磁性体１０に埋設されたコイル１１とを有し、磁性体１０が前記本発明に係る磁性体である。本磁性素子は、少なくともコイル１１の巻回部が磁性体１０内に埋設されていればよく、コイル１１の一部が磁性体１０から露出していてもよい。端子部は例えば、鉛フリー等のはんだの濡れ性などの点からＳｎ等でめっきされた銅などが挙げられる。端子部の銅はコイル１１と接合されていてもよく、一体のものであってもよい。
図１及び図２を参照して本発明に係る磁性素子（本磁性素子とも記す）の一例について説明する。図１は、磁性素子１の模式的な上面透過図であり、図２は、図１の模式的なＡ－Ａ断面図である。なお図１の端子部１２は、図２において、接着部材１３を用いて磁性体１０に貼り付けられている。本磁性素子は、磁性体１０と、当該磁性体１０に埋設されたコイル１１とを有し、磁性体１０が前記本発明に係る磁性体である。本磁性素子は、少なくともコイル１１の巻回部が磁性体１０内に埋設されていればよく、コイル１１の一部が磁性体１０から露出していてもよい。端子部は例えば、鉛フリー等のはんだの濡れ性などの点からＳｎ等でめっきされた銅などが挙げられる。端子部の銅はコイル１１と接合されていてもよく、一体のものであってもよい。
【0040】
コイル１１の形状は、磁性素子に用いられるコイルとして公知のものの中から適宜選択されるものであり、通常、巻回部を有し、回路等と接続する端子部を有している。コイル１１の材質は特に限定されず、例えば銅線等とすることができ、当該銅線は、絶縁皮膜を有することが好ましい。絶縁被膜としては、耐熱性の点から、ポリアミドイミド膜やポリイミド膜などが好ましい。
【0041】
コイル埋設型の磁性素子を製造する場合、前記磁性体の製造方法において、金型に磁性体を充填する前、又は充填中に、金型内にコイルを配置すればよい。
また、不図示ではあるが、前記本磁性体にコイルを巻回して製造された磁性素子も、１８０℃の高温環境下における長期耐熱性に優れている。
本磁性素子は、パワーインダクタ、チョークコイル、トランスなどに用いられるインダクタとして好適に用いることができる。
また、不図示ではあるが、前記本磁性体にコイルを巻回して製造された磁性素子も、１８０℃の高温環境下における長期耐熱性に優れている。
本磁性素子は、パワーインダクタ、チョークコイル、トランスなどに用いられるインダクタとして好適に用いることができる。
【実施例】
【0042】
以下、実施例および比較例を挙げて本発明を具体的に説明する。なお、これらの記載により本発明を制限するものではない。
【0043】
（実施例１）
まず、１００質量部中にＳｉが４．５～７質量％、Ｃｒが３～８質量％を含む平均粒径が１０μｍの鉄合金粉を用意した。
前記鉄合金粉に、当該鉄合金粉１００質量部に対して０．５質量部相当のリン酸系無機絶縁材を被覆処理し、絶縁層を形成した（絶縁層の厚みは約１０ｎｍである）。当該絶縁層を備える鉄合金粉に、鉄合金粉１００質量部に対して５質量部相当の熱硬化性樹脂組成物を添加し混錬し、樹脂組成物が被覆した鉄合金粉を得た。
得られた鉄合金粉は、５００μｍの金属メッシュに通し、金型に充填しやすいように粒度を調整し造粒を行った。造粒粉末は外径１３ｍｍ、内径８ｍｍのリング状の金型内に充填し、５ｔｏｎ／ｃｍ２の成型圧力で加圧成型を行った。得られたリング状の試料は恒温槽内で１８０℃２時間以上の温度で熱硬化することで実施例１の複合磁性素子を得た。
まず、１００質量部中にＳｉが４．５～７質量％、Ｃｒが３～８質量％を含む平均粒径が１０μｍの鉄合金粉を用意した。
前記鉄合金粉に、当該鉄合金粉１００質量部に対して０．５質量部相当のリン酸系無機絶縁材を被覆処理し、絶縁層を形成した（絶縁層の厚みは約１０ｎｍである）。当該絶縁層を備える鉄合金粉に、鉄合金粉１００質量部に対して５質量部相当の熱硬化性樹脂組成物を添加し混錬し、樹脂組成物が被覆した鉄合金粉を得た。
得られた鉄合金粉は、５００μｍの金属メッシュに通し、金型に充填しやすいように粒度を調整し造粒を行った。造粒粉末は外径１３ｍｍ、内径８ｍｍのリング状の金型内に充填し、５ｔｏｎ／ｃｍ２の成型圧力で加圧成型を行った。得られたリング状の試料は恒温槽内で１８０℃２時間以上の温度で熱硬化することで実施例１の複合磁性素子を得た。
【0044】
（実施例２）
実施例１において、リン酸系無機絶縁材の量を１．５質量部に変更した以外は、実施例１と同様にして、実施例２の磁性体を得た（絶縁層の厚みは約５０ｎｍである）。
実施例１において、リン酸系無機絶縁材の量を１．５質量部に変更した以外は、実施例１と同様にして、実施例２の磁性体を得た（絶縁層の厚みは約５０ｎｍである）。
【0045】
（実施例３）
実施例１において、リン酸系無機絶縁材の量を１．５質量部に変更し、熱硬化性樹脂組成物の量を２質量部に変更した以外は、実施例１と同様にして、実施例３の絶縁体を得た。
実施例１において、リン酸系無機絶縁材の量を１．５質量部に変更し、熱硬化性樹脂組成物の量を２質量部に変更した以外は、実施例１と同様にして、実施例３の絶縁体を得た。
【0046】
（比較例１）
実施例１において、絶縁被覆処理を行わなかった以外は、実施例１と同様にして比較例１の磁性体を得た。
実施例１において、絶縁被覆処理を行わなかった以外は、実施例１と同様にして比較例１の磁性体を得た。
【0047】
（比較例２）
比較例１において、熱硬化性樹脂を、熱硬化型のフェノール樹脂に変更した以外は、比較例１と同様にして比較例２の磁性体を得た。
比較例１において、熱硬化性樹脂を、熱硬化型のフェノール樹脂に変更した以外は、比較例１と同様にして比較例２の磁性体を得た。
【0048】
（比較例３）
比較例１において、熱硬化性樹脂を、ガラス転移温度が２５０℃以上のエポキシ樹脂に変更した以外は、比較例１と同様にして比較例３の磁性体を得た。
比較例１において、熱硬化性樹脂を、ガラス転移温度が２５０℃以上のエポキシ樹脂に変更した以外は、比較例１と同様にして比較例３の磁性体を得た。
【0049】
（比較例４）
比較例１において、熱硬化性樹脂を、シリコーン樹脂に変更した以外は、比較例１と同様にして比較例４の磁性体を得た。
比較例１において、熱硬化性樹脂を、シリコーン樹脂に変更した以外は、比較例１と同様にして比較例４の磁性体を得た。
【0050】
（比較例５）
実施例１において、熱硬化性樹脂組成物を、熱硬化型のフェノール樹脂に変更した以外は、比較例１と同様にして比較例５の磁性体を得た。
実施例１において、熱硬化性樹脂組成物を、熱硬化型のフェノール樹脂に変更した以外は、比較例１と同様にして比較例５の磁性体を得た。
【0051】
（比較例６）
鉄合金粉として、１００質量部中に、Ｓｉが０．５質量％、Ｃｒが１質量％含まれている、平均粒径が１０μｍの鉄合金粉を用意した。
前記鉄合金粉に、当該鉄合金粉１００質量部に対して１質量部相当のケイ酸系無機絶縁材を被覆処理し、絶縁層を形成した（絶縁層の厚みは約３０ｎｍである）。当該絶縁層を備える鉄合金粉に、鉄合金粉１００質量部に対して５質量部相当の熱硬化性樹脂組成物を添加し混錬し、樹脂組成物が被覆した鉄合金粉を得た。
以後の工程は実施例１において、熱硬化性樹脂組成物を、熱硬化型のフェノール樹脂に変更した以外は、実施例１と同様にして比較例６の磁性体を得た。
鉄合金粉として、１００質量部中に、Ｓｉが０．５質量％、Ｃｒが１質量％含まれている、平均粒径が１０μｍの鉄合金粉を用意した。
前記鉄合金粉に、当該鉄合金粉１００質量部に対して１質量部相当のケイ酸系無機絶縁材を被覆処理し、絶縁層を形成した（絶縁層の厚みは約３０ｎｍである）。当該絶縁層を備える鉄合金粉に、鉄合金粉１００質量部に対して５質量部相当の熱硬化性樹脂組成物を添加し混錬し、樹脂組成物が被覆した鉄合金粉を得た。
以後の工程は実施例１において、熱硬化性樹脂組成物を、熱硬化型のフェノール樹脂に変更した以外は、実施例１と同様にして比較例６の磁性体を得た。
【0052】
（比較例７）
実施例１において、リン酸系無機絶縁材０．５質量部をケイ酸系絶縁材１質量部に変更し、熱硬化性樹脂組成物の代わりに熱硬化型のフェノール樹脂に変更した以外は、比較例１と同様にして比較例７の磁性体を得た。
実施例１において、リン酸系無機絶縁材０．５質量部をケイ酸系絶縁材１質量部に変更し、熱硬化性樹脂組成物の代わりに熱硬化型のフェノール樹脂に変更した以外は、比較例１と同様にして比較例７の磁性体を得た。
【0053】
（比較例８）
比較例７において、鉄合金粉を１００質量部中にＳｉが６．５質量％含まれている、平均粒径が１０μｍの鉄合金粉に変更した以外は比較例７と同様にして、比較例７の磁性体を得た。
比較例７において、鉄合金粉を１００質量部中にＳｉが６．５質量％含まれている、平均粒径が１０μｍの鉄合金粉に変更した以外は比較例７と同様にして、比較例７の磁性体を得た。
【0054】
＜磁性体の評価＞
実施例及び比較例の磁性体を以下の方法により評価した。
密度は、上記で得られたリング状の磁性体の外径、内径及び高さをノギスで測定し、体積と重量から見かけの密度を算出した。
透磁率は、外径１３ｍｍ、内径８ｍｍのリング状の磁性体に、銅線で１０ターンの巻線を施し、インピーダンスアナライザを用いて、周波数１ＭＨｚにおける初透磁率を測定した。
磁性体の絶縁抵抗は、磁性体の上面と底面に直径１ｍｍの電極を当て絶縁抵抗計で測定した。
磁性体の強度は、ＪＩＳ Ｚ２５０７の圧環強さの試験方法に従って、圧縮試験を行い、式１より圧環強度を算出して評価した。
Ｋ＝［Ｆ×（Ｄ－ｅ）］／（Ｌ×ｅ２） ：式（１）
Ｋ：圧環強度（ＭＰａ）
Ｆ：破壊したときの最大荷重（Ｎ）
Ｌ：中空円筒の長さ（ｍｍ）
Ｄ：中空円筒の外径（ｍｍ）
ｅ：中空円筒の壁厚（ｍｍ）
実施例及び比較例の磁性体を以下の方法により評価した。
密度は、上記で得られたリング状の磁性体の外径、内径及び高さをノギスで測定し、体積と重量から見かけの密度を算出した。
透磁率は、外径１３ｍｍ、内径８ｍｍのリング状の磁性体に、銅線で１０ターンの巻線を施し、インピーダンスアナライザを用いて、周波数１ＭＨｚにおける初透磁率を測定した。
磁性体の絶縁抵抗は、磁性体の上面と底面に直径１ｍｍの電極を当て絶縁抵抗計で測定した。
磁性体の強度は、ＪＩＳ Ｚ２５０７の圧環強さの試験方法に従って、圧縮試験を行い、式１より圧環強度を算出して評価した。
Ｋ＝［Ｆ×（Ｄ－ｅ）］／（Ｌ×ｅ２） ：式（１）
Ｋ：圧環強度（ＭＰａ）
Ｆ：破壊したときの最大荷重（Ｎ）
Ｌ：中空円筒の長さ（ｍｍ）
Ｄ：中空円筒の外径（ｍｍ）
ｅ：中空円筒の壁厚（ｍｍ）
【0055】
（耐熱性評価）
耐熱性は実施例及び比較例の磁性体を各々大気中１８０℃環境下で保管して、１０００時間後に、上記と同様に絶縁抵抗と圧環強度の測定を行った。なお、比較例５～８は絶縁抵抗の測定のみを行った。結果を表１～表５に示す。強度維持率は、（１０００時間静置後の圧環強度）／（製造直後の圧環強度）×１００（％）により算出した。
また、実施例１、２及び比較例５～８の磁性体については、耐熱性評価期間の経時変化を確認するために１０００時間までの間に絶縁抵抗を繰り返し測定した。また、実施例１、２及び比較例１の磁性体については、耐熱性評価期間の重量変化を確認するために１０００時間までの間に磁性体の重量を繰り返し測定した。図３に、絶縁抵抗の経時変化を表すグラフを示す。また、図４に重量の経時変化を示すグラフを示す。
耐熱性は実施例及び比較例の磁性体を各々大気中１８０℃環境下で保管して、１０００時間後に、上記と同様に絶縁抵抗と圧環強度の測定を行った。なお、比較例５～８は絶縁抵抗の測定のみを行った。結果を表１～表５に示す。強度維持率は、（１０００時間静置後の圧環強度）／（製造直後の圧環強度）×１００（％）により算出した。
また、実施例１、２及び比較例５～８の磁性体については、耐熱性評価期間の経時変化を確認するために１０００時間までの間に絶縁抵抗を繰り返し測定した。また、実施例１、２及び比較例１の磁性体については、耐熱性評価期間の重量変化を確認するために１０００時間までの間に磁性体の重量を繰り返し測定した。図３に、絶縁抵抗の経時変化を表すグラフを示す。また、図４に重量の経時変化を示すグラフを示す。
【0056】
【表1】
【0057】
【表2】
【0058】
【表3】
【0059】
【表4】
【0060】
【表5】
【0061】
１８０℃の環境で安定的に使用するには、１０００時間後の絶縁抵抗が１０７Ω以上であり、圧環強度５０ＭＰａ以上であることが好ましい。比較例１～４は絶縁被膜がないため、絶縁抵抗が実施例よりも低くなっている。比較例４は絶縁抵抗が比較的高いものの、圧環強度が低くなっている。比較例６は絶縁被膜があるため初期の絶縁抵抗は高いものの、Ｓｉが４未満であるため、絶縁抵抗の低下が顕著である。ケイ酸系絶縁材を用いた比較例７および８は、１０００時間後の絶縁抵抗の点では優れているが、圧環強度が比較例５と同等であり、不十分であった。また、比較例１は絶縁被膜がないため、樹脂硬化物の熱分解により重量変化が大きくなっている。
表面に無機絶縁層を備える鉄合金粉と、樹脂硬化物と、を含み、前記鉄合金粉１００質量部中にＳｉを４～１０質量部含み、前記樹脂硬化物が、ポリエステルイミドを有する実施例１～４の磁性体は、初期の圧環強度が高く、１０００時間静置後の絶縁性に優れ、強度も維持されることが明らかとなった。
表面に無機絶縁層を備える鉄合金粉と、樹脂硬化物と、を含み、前記鉄合金粉１００質量部中にＳｉを４～１０質量部含み、前記樹脂硬化物が、ポリエステルイミドを有する実施例１～４の磁性体は、初期の圧環強度が高く、１０００時間静置後の絶縁性に優れ、強度も維持されることが明らかとなった。
【符号の説明】
【0062】
１０ 磁性体
１１ コイル
１２ 端子部
１３ 接着部材
１１ コイル
１２ 端子部
１３ 接着部材
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】