JP7176021B2 - 圧粉材料及び回転電機 - Google Patents
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Description
本実施形態の複数の扁平磁性金属粒子は、扁平面と、Fe、Co及びNiからなる群から選ばれる少なくとも1つの第1の元素を含む磁性金属相と、を有し、平均厚さは10nm以上100μm以下であり、厚さに対する扁平面内の平均長さの比の平均値が5以上10000以下であり、扁平面内において方向による保磁力差を有する複数の扁平磁性金属粒子である。
扁平磁性金属粒子の厚さに対する扁平面内の平均長さの比の平均値は、5以上10000以下が好ましい。これによって透磁率が大きくなるためである。また、強磁性共鳴周波数を高く出来るため、強磁性共鳴損失を小さく出来るためである。
厚さに対する扁平面内の平均長さの比は、平均値を採用する。好ましくは、20個以上の扁平磁性金属粒子に対して平均した値を採用する事が好ましい。また、できるだけ多くの扁平磁性金属粒子を対象として求めることが平均的な情報を取得できるため、好ましい。また、20個以上の扁平磁性金属粒子を観察する事が出来ない場合は、出来る限り多くの扁平磁性金属粒子観察し、それらに対して平均した値を採用する事が好ましい。なお、たとえば、粒子Pa、粒子Pb、粒子Pcがあり、それぞれの厚さTa、Tb、Tc、扁平面内の平均長さLa、Lb、Lcという場合に、平均厚さは(Ta+Tb+Tc)/3で計算され、厚さに対する扁平面内の平均長さの比の平均値は(La/Ta+Lb/Tb+Lc/Tc)/3で計算される。
図8は、本実施形態の扁平磁性金属粒子の顕微鏡写真から、扁平面内の最小長さに対する最大長さの比を具体的に求めた例を示したものである。ここでは、最小長さに対する最大長さの比が2以上の場合を例として示してある。右図は、観察した20個以上(57個)の扁平磁性金属粒子に対して、最大長さ、最小長さを求めるために外接する長方形を描画した図である。この図から、扁平面内の最小長さに対する最大長さの比を求めると2.7であった。なお、最小長さに対する最大長さの比が1以上2より小さい場合も、上記と同様の手法で、最小長さに対する最大長さの比を具体的に求めることができる。
本実施形態の扁平磁性金属粒子は、扁平磁性金属粒子の表面の少なくとも一部が、厚さ0.1nm以上1μm以下で、酸素(O)、炭素(C)、窒素(N)及びフッ素(F)からなる群から選ばれる少なくとも1つの第2の元素を含む被覆層で覆われている点で、第1の実施形態と異なっている。
本実施の形態の圧粉材料は、扁平面と、Fe、Co及びNiからなる群から選ばれる少なくとも1つの第1の元素を含む磁性金属相と、を有し、平均厚さは10nm以上100μm以下であり、厚さに対する扁平面内の平均長さの比の平均値は5以上10000以下である複数の扁平磁性金属粒子と、前記扁平磁性金属粒子間に存在し、酸素(O)、炭素(C)、窒素(N)及びフッ素(F)からなる群から選ばれる少なくとも1つの第2の元素を含む介在相と、を備える圧粉材料であり、前記圧粉材料において、前記扁平磁性金属粒子の扁平面が、前記圧粉材料が有する平面に対して平行に配向し、前記圧粉材料の前記平面内において方向による保磁力差を有する圧粉材料である。
化学式(1)中、Rはビフェニル、トリフェニル、テトラフェニルのいずれかの構造、R’は構造内に少なくとも1つ以上の芳香環を有する構造を示す。
本実施の形態のシステム及びデバイス装置は、第3の実施の形態の圧粉材料を有するものである。したがって、第1乃至第3の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。このシステム、デバイス装置に含まれる圧粉材料の部品は、例えば、各種モータや発電機などの回転電機(例えば、モータ、発電機など)、変圧器、インダクタ、トランス、チョークコイル、フィルタ等のコアや、回転電機用の磁性楔(磁性くさび)等である。図30に、回転電機システムの一例としてモータシステムの概念図を示す。モータシステムとは、モータの回転数や電力(出力パワー)を制御する制御系を含めたシステムの事である。モータの回転数を制御する方式としては、ブリッジサーボ回路による制御、比例電流制御、電圧比較制御、周波数同期制御、PLL(Phase Locked Loop:位相同期ループ)制御、等による制御方法がある。一例として、PLLによる制御法について図30に示してある。PLLによるモータの回転数を制御するモータシステムは、モータと、モータの回転の機械的変位量を電気信号に変換してモータの回転数を検出するロータリーエンコーダと、ある命令により与えられたモータの回転数とロータリーエンコーダにより検出されたモータの回転数を比較しそれらの回転数差を出力する位相比較器と、当該回転数差を小さくするようにモータを制御するコントローラと、を備える。一方、モータの電力を制御する方法としては、PWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)制御、PAM(Pulse Amplitude Modulation:パルス電圧振幅波形)制御、ベクトル制御、パルス制御、バイポーラ駆動、ペデスタル制御、抵抗制御、等による制御方法がある。またその他の制御方法として、マイクロステップ駆動制御、多相駆動制御、インバータ制御、スイッチング制御、等の制御方法がある。一例として、インバータによる制御法について図30に示してある。インバータによるモータの電力を制御するモータシステムは、交流電源と、交流電源の出力を直流電流に変換する整流器と、当該直流電流を任意の周波数による交流に変換するインバータ回路と、当該交流により制御されるモータと、を備える。
以下に、実施例1~22を、比較例1~5と対比しながらより詳細に説明する。以下に示す実施例及び比較例によって得られる扁平磁性金属粒子について、扁平磁性金属粒子の厚さ、厚さに対する扁平面内の平均長さの比、扁平磁性金属粒子の扁平面内の保磁力差の割合(%)、圧粉材料の平面内の保磁力差の割合(%)、をまとめたものを表1に示す。尚、厚さ、厚さに対する扁平面内の平均長さの比、扁平面内の最小長さに対する最大長さの比に関しては、TEM観察・SEM観察に基づいて多数の粒子の平均値で算出する。
まず、単ロール急冷装置を用いて、Fe-Co-B-Si(Fe:Co:B:Si=52:23:19:6(at%)、Fe:Co=70:30(at%)、添加元素B+Siの合計量は、Fe+Co+B+Siの合計量に対して、25at%)のリボンを作製する。次に得られたリボンをH2雰囲気中300℃で熱処理を行う。次に、このリボンを、ミキサー装置を用いて粉砕し、H2雰囲気中で400℃で磁場中熱処理を行い、扁平磁性金属粒子を得る。得られた扁平磁性金属粒子の厚さtは10μm、厚さに対する扁平面内の平均長さの比Aが20であり、扁平面は最小長さに対する最大長さの比a/bが1.6で角張った輪郭形状を有している。また、磁性金属相の結晶粒径は約2nmである。得られた扁平磁性金属粒子は、無機酸化物介在相(B2O3-Bi2O3-ZnO)とともに混合、磁場中成型を行い(扁平粒子を配向化させる)、磁場中熱処理を施す事によって圧粉材料を得る。磁場中熱処理では、磁化容易軸方向に磁場を印加して熱処理を行う。
実施例1において、リボン片を回収し、ZrO2ボールとZrO2容器を用いたビーズミルによってAr雰囲気下において約1000rpmの粉砕・圧延化を行い扁平粉末化する。粉砕・圧延化、熱処理、の作業を繰り返す事によって、所定のサイズ、構造になるように処理を行う。それ以外は実施例1とほぼ同じである。得られた扁平磁性金属粒子の厚さは10nm、厚さに対する扁平面内の平均長さの比が200であり、扁平面は最小長さに対する最大長さの比a/bが1.6で角張った輪郭形状を有している。また、磁性金属相の結晶粒径は約2nmである。
扁平磁性金属粒子の厚さが1μm、厚さに対する扁平面内の平均長さの比が100である事以外は実施例2とほぼ同じである。
扁平磁性金属粒子の厚さが100μm、厚さに対する扁平面内の平均長さの比が5である事以外は実施例2とほぼ同じである。
扁平磁性金属粒子の厚さが10nm、厚さに対する扁平面内の平均長さの比が1000である事以外は実施例2とほぼ同じである。
扁平磁性金属粒子の厚さが10nm、厚さに対する扁平面内の平均長さの比が10000である事以外は実施例2とほぼ同じである。
磁場中熱処理条件を制御する事によって、扁平磁性金属粒子の扁平面内の保磁力差の割合を12%、圧粉材料の平面内の保磁力差の割合を10%とする事以外は実施例1とほぼ同じである。
磁場中熱処理条件を制御する事によって、扁平磁性金属粒子の扁平面内の保磁力差の割合を52%、圧粉材料の平面内の保磁力差の割合を50%とする事以外は実施例1とほぼ同じである。
リボン合成時において、ロール表面は、研磨紙で、ロール回転方向に磨いて、表面粗さを調整する。これによって得られる扁平磁性金属粒子の扁平面には、第1方向に配列し、幅0.1μm以上で長さ1μm以上でアスペクト比が2以上の複数の凹部と複数の凸部の一方又その両方を有する。それ以外は実施例1とほぼ同じである。
リボン合成時において、急冷条件を制御する事によって、得られる扁平磁性金属粒子の格子歪みを0.5%付与させる事以外は実施例1とほぼ同じである。
リボン合成時において、急冷条件を制御する事によって、得られる扁平磁性金属粒子を(110)配向させる事以外は実施例1とほぼ同じである。
リボン合成時における急冷条件及び粉砕条件を制御する事によって、得られる扁平磁性金属粒子の扁平面上に、平均粒径が10nm以上1μm以下の磁性金属小粒子が平均して5個以上付着している事以外は実施例1とほぼ同じである。
組成を、Fe-Co-B-Zr(Fe:Co:B:Zr=63:27:4:6(at%)、Fe:Co=70:30(at%)、添加元素B+Zrの合計量は、Fe+Co+B+Zrの合計量に対して、10at%)とする事以外は実施例1とほぼ同じである。
組成を、Fe-Co-B-Y(Fe:Co:B:Y=63:27:4:6(at%)、Fe:Co=70:30(at%)、添加元素B+Yの合計量は、Fe+Co+B+Yの合計量に対して、10at%)とする事以外は実施例1とほぼ同じである。
組成を、Fe-Co-Si(Fe:Co:Si=66.5:28.5:5.0(at%)、Fe:Co=70:30(at%)、添加元素Si量は、Fe+Co+Siの合計量に対して、5.0at%)とする事以外は実施例1とほぼ同じである。
扁平面内の最小長さに対する最大長さの比a/bが2であり、最大長さ方向が一方向に揃っている事以外は実施例1とほぼ同じである。
扁平面内の最小長さに対する最大長さの比a/bが5であり、最大長さ方向が一方向に揃っている事以外は実施例17とほぼ同じである。
扁平磁性金属粒子の扁平面に、幅0.1μm以上、長さ1μm以上でアスペクト比が2以上の複数の凹部と複数の凸部の一方又その両方を有し、複数の凹部乃至凸部の最大長さ方向の配列割合が30%以上である事以外は実施例16とほぼ同じである。
最大長さ方向が揃っていない事以外は実施例16とほぼ同じである。
扁平面の輪郭形状が丸みを帯びている事以外は実施例16とほぼ同じである。
扁平磁性金属粒子の表面にゾルゲル法によって、非磁性のSiO2層を厚さ約10nmで被覆させる事以外は実施例1とほぼ同じである。
市販のFe-Si-Cr-Ni扁平粒子を用いる。扁平磁性金属粒子の厚さは約400nm、アスペクト比は約100である。扁平磁性金属粒子を介在相とともに混合し、成型を行う事によって圧粉材料を得る(磁場中成型、磁場中熱処理は行わない)。
扁平磁性金属粒子の厚さが8nm、厚さに対する扁平面内の平均長さの比が1000である事以外は実施例1とほぼ同じである。
扁平磁性金属粒子の厚さが120μm、厚さに対する扁平面内の平均長さの比が5である事以外は実施例1とほぼ同じである。
扁平磁性金属粒子の厚さが100μm、厚さに対する扁平面内の平均長さの比が4である事以外は実施例1とほぼ同じである。
扁平磁性金属粒子の厚さが10nm、厚さに対する扁平面内の平均長さの比が12000である事以外は実施例1とほぼ同じである。
無機酸化物介在相(B2O3-Bi2O3-ZnO)の代わりに、樹脂介在相(ガラス転移温度が180℃のポリイミド系樹脂)を用いる事以外は実施例1とほぼ同じである。尚、本樹脂介在相の180℃・3000時間加熱後の重量減少率が5%であった。尚、本圧粉材料の重量減少率は5%以下であった。
無機酸化物介在相(B2O3-Bi2O3-ZnO)の代わりに、樹脂介在相(熱分解開始温度までガラス転移を示さない結晶性のポリイミド系樹脂)を用いる事以外は実施例1とほぼ同じである。尚、本樹脂介在相は180℃・3000時間加熱後の重量減少率が0.1%以下であった。尚、本圧粉材料の重量減少率は0.1%以下であった。
無機酸化物介在相(B2O3-Bi2O3-ZnO)の代わりに、樹脂介在相(ビフェニル骨格を含む酸無水物と芳香族ジアミンから成り、ガラス転移温度が280℃のポリイミド系樹脂)を用いる事以外は実施例1とほぼ同じである。尚、本樹脂介在相は220℃・3000時間加熱後の重量減少率が2%であった。尚、本圧粉材料の重量減少率は5%以下であった。
無機酸化物介在相(B2O3-Bi2O3-ZnO)の代わりに、樹脂介在相(ビフェニル骨格を含む酸無水物と芳香族ジアミンから成り、熱分解開始温度までガラス転移を示さない結晶性のポリイミド系樹脂)を用いる事以外は実施例1とほぼ同じである。尚、本樹脂介在相は220℃・3000時間加熱後の重量減少率が0.1%以下であった。尚、本圧粉材料の重量減少率は0.1%以下であった。
無機酸化物介在相(B2O3-Bi2O3-ZnO)の代わりに、樹脂介在相(ガラス転移温度が170℃のポリイミド系樹脂)を用いる事以外は実施例1とほぼ同じである。尚、本樹脂介在相は180℃・3000時間加熱後の重量減少率が10%であった。尚、本圧粉材料の重量減少率は5%以上であった。
無機酸化物介在相(B2O3-Bi2O3-ZnO)の代わりに、樹脂介在相(エポキシ樹脂)を用いる事以外は実施例1とほぼ同じである。尚、本樹脂介在相は180℃・3000時間加熱後の重量減少率が90%であった。尚、本圧粉材料の重量減少率は5%以上であった。
2b 凸部
4 磁性金属小粒子
6 扁平面
8 付着金属
9 被覆層
10 扁平磁性金属粒子
20 介在相
100 圧粉材料
102 平面
200 モータ
300 モータコア
400 変圧器・トランス
500 インダクタ
Claims (9)
- 扁平面と、Fe、Co及びNiからなる群から選ばれる少なくとも1つの第1の元素を含む磁性金属相と、を有し、平均厚さは10nm以上100μm以下であり、厚さに対する前記扁平面内の平均長さの比の平均値は5以上10000以下である複数の扁平磁性金属粒子と、
前記扁平磁性金属粒子間に存在し、酸素(O)、炭素(C)、窒素(N)及びフッ素(F)からなる群から選ばれる少なくとも1つの第2の元素を含む介在相と、
を備える圧粉材料であり、
前記圧粉材料において、前記扁平面が、前記圧粉材料が有する平面に対して平行に配向し、前記平面内において、方向による保磁力差の割合が1%以上であり、
前記介在相が、180℃で3000時間加熱後の重量減少率が5%以下の樹脂を含む、
圧粉材料。 - 扁平面と、Fe、Co及びNiからなる群から選ばれる少なくとも1つの第1の元素を含む磁性金属相と、を有し、平均厚さは10nm以上100μm以下であり、厚さに対する前記扁平面内の平均長さの比の平均値は5以上10000以下である複数の扁平磁性金属粒子と、
前記扁平磁性金属粒子間に存在し、酸素(O)、炭素(C)、窒素(N)及びフッ素(F)からなる群から選ばれる少なくとも1つの第2の元素を含む介在相と、
を備える圧粉材料であり、
前記圧粉材料において、前記扁平面が、前記圧粉材料が有する平面に対して平行に配向し、前記平面内において、方向による保磁力差の割合が1%以上であり、
前記圧粉材料は、樹脂を含み、
前記圧粉材料が、180℃で3000時間加熱後の重量減少率が5%以下となる、
圧粉材料。 - 扁平面と、Fe、Co及びNiからなる群から選ばれる少なくとも1つの第1の元素を含む磁性金属相と、を有し、平均厚さは10nm以上100μm以下であり、厚さに対する前記扁平面内の平均長さの比の平均値は5以上10000以下である複数の扁平磁性金属粒子と、
前記扁平磁性金属粒子間に存在し、酸素(O)、炭素(C)、窒素(N)及びフッ素(F)からなる群から選ばれる少なくとも1つの第2の元素を含む介在相と、
を備える圧粉材料であり、
前記圧粉材料において、前記扁平面が、前記圧粉材料が有する平面に対して平行に配向し、前記平面内において、方向による保磁力差の割合が1%以上であり、
前記介在相が、180℃以上のガラス転移温度を有する樹脂を含む、
圧粉材料。 - 扁平面と、Fe、Co及びNiからなる群から選ばれる少なくとも1つの第1の元素を含む磁性金属相と、を有し、平均厚さは10nm以上100μm以下であり、厚さに対する前記扁平面内の平均長さの比の平均値は5以上10000以下である複数の扁平磁性金属粒子と、
前記扁平磁性金属粒子間に存在し、酸素(O)、炭素(C)、窒素(N)及びフッ素(F)からなる群から選ばれる少なくとも1つの第2の元素を含む介在相と、
を備える圧粉材料であり、
前記圧粉材料において、前記扁平面が、前記圧粉材料が有する平面に対して平行に配向し、前記平面内において、方向による保磁力差の割合が1%以上であり、
前記介在相が、熱分解温度までガラス転移点を有しない樹脂を含む、
圧粉材料。 - 前記樹脂が、ポリイミド樹脂である請求項1乃至請求項4いずれか一項記載の圧粉材料。
- 前記扁平面内の最小長さに対する最大長さの比が1以上で2より小さい請求項1乃至請求項6いずれか一項記載の圧粉材料。
- 前記扁平面内の最小長さに対する最大長さの比が2以上である請求項1乃至請求項6いずれか一項記載の圧粉材料。
- 請求項1乃至請求項8いずれか一項記載の圧粉材料を備える回転電機。
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