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JP7696771B2 - powder magnetic core - Google Patents
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Description

本開示は、圧粉磁心に関する。 This disclosure relates to powder magnetic cores.

特許文献1には、軟磁性金属部と、軟磁性金属部を覆う被覆部からなる粒子を有する軟磁性金属粉末が開示されている。被覆部は、Siの酸化物を含有しており、非晶質を含む第1被覆部と、結晶を含む第2被覆部とを有している。 Patent Document 1 discloses a soft magnetic metal powder having particles consisting of a soft magnetic metal portion and a coating portion that covers the soft magnetic metal portion. The coating portion contains an oxide of Si, and has a first coating portion that contains amorphous matter and a second coating portion that contains crystals.

特許文献2及び特許文献3には、酸化ジルコニウムを用いた絶縁被覆軟磁性金属粉末が記載されている。特許文献4には、単位比表面積あたりの酸素値が所定の範囲内である軟磁性粉末が記載されている。特許文献5には、金属磁性粒子の表面に金属酸化物の絶縁被膜を形成した粒子を用いた圧粉磁心が記載されている。 Patent Document 2 and Patent Document 3 describe an insulating coated soft magnetic metal powder using zirconium oxide. Patent Document 4 describes a soft magnetic powder having an oxygen value per unit specific surface area within a specified range. Patent Document 5 describes a dust core using particles in which an insulating coating of metal oxide is formed on the surface of metal magnetic particles.

特開2020-167384号公報JP 2020-167384 A 特開平10-335128号公報Japanese Patent Application Publication No. 10-335128 特開2019-192868号公報JP 2019-192868 A 特開2020-186414号公報JP 2020-186414 A 特開2009-164401号公報JP 2009-164401 A

圧粉磁心において、軟磁性金属粒子を絶縁層で被覆することで、損失低減を図ることが行われている。しかし、絶縁層の成分は軟磁性金属に拡散しやすく、軟磁性金属粒子の特性に悪影響を与えてしまうというのが実情であった。
本開示は、上記実情を鑑みてなされたものであり、圧粉磁心の損失を低減することを目的とする。本開示は、以下の形態として実現することが可能である。
In powder magnetic cores, soft magnetic metal particles are coated with an insulating layer to reduce loss, but the components of the insulating layer tend to diffuse into the soft magnetic metal, adversely affecting the properties of the soft magnetic metal particles.
The present disclosure has been made in view of the above-mentioned circumstances, and has an object to reduce loss in a powder magnetic core. The present disclosure can be realized in the following forms.

〔1〕平均円相当径10μm~100μmの軟磁性金属粒子と、前記軟磁性金属粒子の表面に形成された絶縁層と、を備えた絶縁被覆軟磁性金属粉末を含む圧粉磁心であって、
前記絶縁層は、Al、Zr、及びSiからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素の酸化物を含有し、
前記圧粉磁心の断面を500μm×500μmの視野で観察して、前記圧粉磁心全体の面積を100%とした場合に、前記絶縁層の占める面積の割合が4%以上9%以下であり、
前記軟磁性金属粒子の熱膨張係数と前記絶縁層の熱膨張係数との差が、3.0×10-6/K以下である、圧粉磁心。
[1] A dust core comprising an insulating-coated soft magnetic metal powder having soft magnetic metal particles having an average equivalent circular diameter of 10 μm to 100 μm and an insulating layer formed on the surface of the soft magnetic metal particles,
the insulating layer contains an oxide of at least one element selected from the group consisting of Al, Zr, and Si;
When a cross section of the powder magnetic core is observed in a field of view of 500 μm × 500 μm, the ratio of an area occupied by the insulating layer to an area of 4% or more and 9% or less when the area of the entire powder magnetic core is taken as 100%,
A powder magnetic core, wherein the difference between the thermal expansion coefficient of the soft magnetic metal particles and the thermal expansion coefficient of the insulating layer is 3.0×10 −6 /K or less.

本開示によれば、絶縁被覆軟磁性金属粉末の損失を低減できる。 This disclosure makes it possible to reduce losses in insulating coated soft magnetic metal powder.

圧粉磁心の断面を模式的に表す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view that typically illustrates a cross section of a powder magnetic core. 薄片試料を模式的に表す図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a thin sample. 拡散層の厚みが50nm以下の場合における、Zr濃度のグラフを模式的に表すである。1 is a graph showing a schematic diagram of Zr concentration when the thickness of a diffusion layer is 50 nm or less. 拡散層の厚みが50nmより大きい場合における、Zr濃度のグラフを模式的に表すである。1 is a schematic graph of the Zr concentration when the thickness of the diffusion layer is greater than 50 nm. 実施例3の圧粉磁心におけるZr濃度のグラフを表す図である。FIG. 13 is a graph showing the Zr concentration in the powder magnetic core of Example 3.

ここで、本開示の望ましい例を示す。
〔2〕前記絶縁層を構成している粒子の平均円相当径が20nm~50nmである、圧粉磁心。
Here, a preferred example of the present disclosure is given.
[2] A powder magnetic core, wherein the average equivalent circular diameter of particles constituting the insulating layer is 20 nm to 50 nm.

〔3〕前記軟磁性金属粒子のうちで円相当径50μm~100μmの粒子を特定粒子とし、10個以上の異なる前記特定粒子の断面を結晶方位解析して、方位差5°以上で分離された領域の数を各前記特定粒子でそれぞれ計測した場合に、各前記特定粒子で計測された前記領域の数の平均値が9以下である、圧粉磁心。 [3] A powder magnetic core in which, among the soft magnetic metal particles, particles having a circle equivalent diameter of 50 μm to 100 μm are designated as specific particles, and when cross sections of 10 or more different specific particles are subjected to crystal orientation analysis and the number of regions separated by an orientation difference of 5° or more is counted for each of the specific particles, the average number of the regions counted for each of the specific particles is 9 or less.

〔4〕前記絶縁層は、Al又はZrの少なくとも一方の元素の酸化物を含有し、
XRDで測定される前記絶縁層に由来する最強ピークの半価幅が0.80°以下であり、
前記軟磁性金属粒子の表層において前記Al又はZrの少なくとも一方の元素が拡散した拡散層の厚みが50nm以下である、圧粉磁心。
[4] The insulating layer contains an oxide of at least one of Al and Zr,
the half-value width of the strongest peak derived from the insulating layer as measured by XRD is 0.80° or less;
A powder magnetic core, wherein a thickness of a diffusion layer in which at least one of Al and Zr is diffused in a surface layer of the soft magnetic metal particles is 50 nm or less.

以下、本開示を詳しく説明する。なお、本明細書において、数値範囲について「~」を用いた記載では、特に断りがない限り、下限値及び上限値を含むものとする。例えば、「10~20」という記載では、下限値である「10」、上限値である「20」のいずれも含むものとする。すなわち、「10~20」は、「10以上20以下」と同じ意味である。 The present disclosure is described in detail below. In this specification, when a numerical range is described using "to", it is intended to include the lower limit and the upper limit unless otherwise specified. For example, the description "10 to 20" is intended to include both the lower limit "10" and the upper limit "20". In other words, "10 to 20" has the same meaning as "10 or more and 20 or less".

1.圧粉磁心10
圧粉磁心10は、平均円相当径10μm~100μmの軟磁性金属粒子2と、軟磁性金属粒子2の表面に形成された絶縁層3と、を備えた絶縁被覆軟磁性金属粉末1を含む圧粉磁心10である。絶縁層3は、Al、Zr、及びSiからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素の酸化物を含有する。圧粉磁心10の断面を500μm×500μmの視野で観察して、圧粉磁心10全体の面積を100%とした場合に、絶縁層3の占める面積の割合が4%以上9%以下である。軟磁性金属粒子2の熱膨張係数と絶縁層3の熱膨張係数との差が、3.0×10-6/K以下である。
1. Powder magnetic core 10
The powder core 10 is a powder core 10 containing an insulated soft magnetic metal powder 1 having soft magnetic metal particles 2 with an average equivalent circular diameter of 10 μm to 100 μm and an insulating layer 3 formed on the surface of the soft magnetic metal particles 2. The insulating layer 3 contains an oxide of at least one element selected from the group consisting of Al, Zr, and Si. When a cross section of the powder core 10 is observed in a field of view of 500 μm × 500 μm, the insulating layer 3 occupies an area of 4% or more and 9% or less when the area of the entire powder core 10 is taken as 100%. The difference between the thermal expansion coefficient of the soft magnetic metal particles 2 and the thermal expansion coefficient of the insulating layer 3 is 3.0 × 10 -6 /K or less.

(1)軟磁性金属粒子2
軟磁性金属粒子2は、軟磁性の金属粒子であれば、特に限定されず、幅広く用いることができる。軟磁性金属粒子2として、軟磁性である純鉄の粒子、鉄基合金の粒子を幅広く用いることができる。鉄基合金としては、Fe-Si合金、Fe-Si-Cr合金、Fe-Si-Al合金(センダスト)、Ni-Fe合金(パーマロイ)、Ni-Fe-Mo合金(スーパーマロイ)、Fe基アモルファス合金、Fe-Co合金等を好適に用いることができる。これらの中でもFe-Si合金、Fe-Si-Cr合金、Fe-Si-Al合金(センダスト)、Ni-Fe合金(パーマロイ)、Ni-Fe-Mo合金(スーパーマロイ)が透磁率、保磁力、周波数特性の観点から好ましい。
Fe-Si合金を用いる場合には、例えば、Si:0.1質量%~10質量%、残部:Fe及び不可避的不純物の組成の合金を用いることができる。
Fe-Si-Cr合金を用いる場合には、例えば、Si:0.1質量%~10質量%、Cr:10質量%~20質量%、残部:Fe及び不可避的不純物の組成の合金を用いることができる。
軟磁性金属粒子2の平均円相当径は、10μm以上100μm以下であり、25μm以上100μm以下が好ましく、50μm以上100m以下がより好ましい。軟磁性金属粒子2の平均円相当径は、使用する周波数帯域によって適宜変更することができる。特に100kHzを超える高周波帯域での使用を想定した場合は10μm以上25μm以下であることがより好ましい。
なお、軟磁性金属粒子2の平均円相当径は、圧粉磁心10の断面を観察して求めることができる(図1参照)。具体的には、圧粉磁心10の断面をFE-SEMによって観察した粒子面積から面積円相当径を算出し、平均円相当径とする。より具体的には、次のようにして平均円相当径を求める。所定の観察視野(例えば、200μm×200μm)において、欠けることなく観察できる複数の軟磁性金属粒子2に着目する。軟磁性金属粒子2の各々の粒子画像の面積(投影面積)と等しい面積を有する理想円(真円)の直径(面積円相当径)を各粒子の円相当径として算出する。そして、各粒子の円相当径を算術平均することにより、平均円相当径を求める。各粒子の円相当径及び平均円相当径は、一般的な画像解析ソフトウエアを用いて求めることができる。
(1) Soft magnetic metal particles 2
The soft magnetic metal particles 2 are not particularly limited as long as they are soft magnetic metal particles, and can be widely used. As the soft magnetic metal particles 2, soft magnetic pure iron particles and iron-based alloy particles can be widely used. As the iron-based alloy, Fe-Si alloy, Fe-Si-Cr alloy, Fe-Si-Al alloy (Sendust), Ni-Fe alloy (Permalloy), Ni-Fe-Mo alloy (Supermalloy), Fe-based amorphous alloy, Fe-Co alloy, etc. can be suitably used. Among these, Fe-Si alloy, Fe-Si-Cr alloy, Fe-Si-Al alloy (Sendust), Ni-Fe alloy (Permalloy), and Ni-Fe-Mo alloy (Supermalloy) are preferable in terms of magnetic permeability, coercive force, and frequency characteristics.
When an Fe--Si alloy is used, an alloy having a composition of, for example, 0.1 mass % to 10 mass % Si, the balance being Fe and unavoidable impurities, can be used.
When using an Fe-Si-Cr alloy, for example, an alloy having a composition of Si: 0.1 mass % to 10 mass %, Cr: 10 mass % to 20 mass %, the balance: Fe and unavoidable impurities can be used.
The average equivalent circular diameter of the soft magnetic metal particles 2 is 10 μm or more and 100 μm or less, preferably 25 μm or more and 100 μm or less, and more preferably 50 μm or more and 100 μm or less. The average equivalent circular diameter of the soft magnetic metal particles 2 can be appropriately changed depending on the frequency band to be used. In particular, when assuming use in a high frequency band exceeding 100 kHz, it is more preferable that the average equivalent circular diameter is 10 μm or more and 25 μm or less.
The average equivalent circle diameter of the soft magnetic metal particles 2 can be obtained by observing the cross section of the powder core 10 (see FIG. 1). Specifically, the average equivalent circle diameter is calculated from the particle area of the cross section of the powder core 10 observed by FE-SEM. More specifically, the average equivalent circle diameter is obtained as follows. Focus is placed on a plurality of soft magnetic metal particles 2 that can be observed without chipping in a predetermined observation field (e.g., 200 μm×200 μm). The diameter (equivalent circle diameter) of an ideal circle (true circle) having an area equal to the area (projected area) of each particle image of the soft magnetic metal particles 2 is calculated as the equivalent circle diameter of each particle. The average equivalent circle diameter is then obtained by arithmetically averaging the equivalent circle diameters of each particle. The equivalent circle diameter of each particle and the average equivalent circle diameter can be obtained using general image analysis software.

(2)絶縁層3
絶縁層3は、上述のように、Al、Zr、及びSiからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素(以下、特定元素とも称する)の酸化物を含有している。
Al(アルミニウム)の酸化物として、γ-Al、α-Al等が例示される。
Zr(ジルコニウム)の酸化物として、単斜晶ZrO2、正方晶ZrO2、立方晶ZrO2等が例示される。
Si(ケイ素)の酸化物として、石英、クリストバライト等が例示される。
また、酸化物は、特定元素を含有する複合酸化物であってもよいし、上記の酸化物の混合物であってもよい。そのような複合酸化物として、MgO-Al2O3複合酸化物、Y2O3-ZrO2複合酸化物、CaO-ZrO2複合酸化物等が例示される。また、そのような混合物として、ZrO-SiO混合物、Al-SiO混合物、ZrO-Al混合物、Al-SiO-MgO混合物等が例示される。
ZrO-SiO混合物を用いる場合には、例えば、SiO:1質量%~45質量%、残部:ZrO及び不可避的不純物の混合物を用いることができる。
Al-SiO混合物を用いる場合には、例えば、SiO:1質量%~45質量%、残部:Al及び不可避的不純物の混合物を用いることができる。
ZrO-Al混合物を用いる場合には、例えば、Al:1質量%~30質量%、残部:ZrO及び不可避的不純物の混合物を用いることができる。
Al-SiO-MgO混合物を用いる場合には、例えば、SiO:1質量%~45質量%、MgO:1質量%~10質量%、残部:Al及び不可避的不純物の混合物を用いることができる。
なお、絶縁層3の組成はEPMA(Electron Probe Micro Analyser)により分析できる。
(2) Insulating layer 3
As described above, the insulating layer 3 contains an oxide of at least one element (hereinafter also referred to as a specific element) selected from the group consisting of Al, Zr, and Si.
Examples of oxides of Al (aluminum) include γ-Al 2 O 3 and α-Al 2 O 3 .
Examples of oxides of Zr (zirconium) include monoclinic ZrO2, tetragonal ZrO2, and cubic ZrO2.
Examples of oxides of Si (silicon) include quartz and cristobalite.
The oxide may be a composite oxide containing a specific element or a mixture of the above oxides. Examples of such composite oxides include MgO-Al2O3 composite oxide, Y2O3-ZrO2 composite oxide, CaO-ZrO2 composite oxide, etc. Examples of such mixtures include ZrO2 - SiO2 mixtures, Al2O3 - SiO2 mixtures, ZrO2 - Al2O3 mixtures, Al2O3 - SiO2 - MgO mixtures, etc.
When a ZrO 2 —SiO 2 mixture is used, for example, a mixture of SiO 2 : 1 mass % to 45 mass %, the balance: ZrO 2 and unavoidable impurities can be used.
When an Al 2 O 3 —SiO 2 mixture is used, for example, a mixture of SiO 2 : 1 mass % to 45 mass %, the balance: Al 2 O 3 and unavoidable impurities can be used.
When a ZrO 2 -Al 2 O 3 mixture is used, for example, a mixture of Al 2 O 3 : 1 mass % to 30 mass %, the balance: ZrO 2 and unavoidable impurities can be used.
When an Al 2 O 3 —SiO 2 —MgO mixture is used, for example, a mixture of SiO 2 : 1 mass % to 45 mass %, MgO: 1 mass % to 10 mass %, and the balance: Al 2 O 3 and unavoidable impurities can be used.
The composition of the insulating layer 3 can be analyzed by EPMA (Electron Probe Micro Analyser).

(3)絶縁層3の占める面積の割合に関する要件
圧粉磁心10は、圧粉磁心10の断面を500μm×500μmの視野で観察して、圧粉磁心10全体の面積を100%とした場合に、絶縁層3の占める面積の割合が4%以上9%以下である。絶縁層3の占める面積の割合は、より好ましくは5%以上7%以下である。絶縁層3の占める面積の割合が所定の範囲内であれは、ヒステリシス損失と渦電流損失のバランスが良くなる。すなわち、絶縁層3の占める面積の割合が多すぎるとヒステリス損失が大きくなり、少なすぎると渦電流損失が大きくなる。
絶縁層3の占める面積の割合は、CP(クロスセクションポリッシャー)加工した断面でEPMAによる観察を行い、画像解析によって算出できる。なお、絶縁層3の占める面積には、気孔6の面積は含まれないものとする。図1では、気孔6のうち、軟磁性金属粒子2と絶縁層3との間に存在する気孔6を気孔6Aとして区別している。
なお、絶縁層3の占める面積の割合は、軟磁性金属粒子2の原料と絶縁層3の原料の配合量を調整することでコントロールできる。
(3) Requirements for the Proportion of the Area Occupied by the Insulating Layer 3 When the cross section of the powder core 10 is observed in a field of view of 500 μm × 500 μm, the proportion of the area occupied by the insulating layer 3 in the powder core 10 is 4% or more and 9% or less when the area of the entire powder core 10 is taken as 100%. The proportion of the area occupied by the insulating layer 3 is more preferably 5% or more and 7% or less. As long as the proportion of the area occupied by the insulating layer 3 is within a predetermined range, the balance between hysteresis loss and eddy current loss is good. In other words, if the proportion of the area occupied by the insulating layer 3 is too high, the hysteresis loss will be large, and if it is too low, the eddy current loss will be large.
The proportion of the area occupied by the insulating layer 3 can be calculated by image analysis of a cross section processed by a CP (cross section polisher) by observing with an EPMA. Note that the area occupied by the insulating layer 3 does not include the area of the pores 6. In Fig. 1, among the pores 6, the pores 6 existing between the soft magnetic metal particles 2 and the insulating layer 3 are distinguished as pores 6A.
The proportion of the area occupied by the insulating layer 3 can be controlled by adjusting the mixing ratio of the raw material of the soft magnetic metal particles 2 and the raw material of the insulating layer 3 .

(4)軟磁性金属粒子2の熱膨張係数と絶縁層3の熱膨張係数との差の要件
圧粉磁心10は、軟磁性金属粒子2の熱膨張係数と絶縁層3の熱膨張係数との差が、3.0×10-6/K以下である。軟磁性金属粒子2の熱膨張係数と絶縁層3の熱膨張係数との差は、より好ましくは2.8×10-6/K以下であり、さらに好ましくは2.5×10-6/K以下である。軟磁性金属粒子2の熱膨張係数と絶縁層3の熱膨張係数との差が所定値以下であれは、実使用環境を想定した熱サイクル後の性能低下を小さくできる。なお、軟磁性金属粒子2の熱膨張係数と絶縁層3の熱膨張係数の差は、絶対値として表され、0以上である。
(4) Requirement for difference between thermal expansion coefficient of soft magnetic metal particle 2 and thermal expansion coefficient of insulating layer 3 In the powder magnetic core 10, the difference between the thermal expansion coefficient of the soft magnetic metal particle 2 and the thermal expansion coefficient of the insulating layer 3 is 3.0×10 −6 /K or less. The difference between the thermal expansion coefficient of the soft magnetic metal particle 2 and the thermal expansion coefficient of the insulating layer 3 is more preferably 2.8×10 −6 /K or less, and even more preferably 2.5×10 −6 /K or less. If the difference between the thermal expansion coefficient of the soft magnetic metal particle 2 and the thermal expansion coefficient of the insulating layer 3 is a predetermined value or less, the performance degradation after a thermal cycle assuming an actual use environment can be reduced. Note that the difference between the thermal expansion coefficient of the soft magnetic metal particle 2 and the thermal expansion coefficient of the insulating layer 3 is expressed as an absolute value and is 0 or more.

軟磁性金属粒子2の熱膨張係数と絶縁層3の熱膨張係数との差は、次のようにして求めることができる。軟磁性金属粒子2に絶縁被覆を施さずにプレス成形して、軟磁性金属粒子2の単体試料を用意する。軟磁性金属粒子2の単体粉末がない場合は、絶縁被覆軟磁性金属粉末1のサンプルから軟磁性金属の単体の組成を求め、この組成の単体試料を用意する。
軟磁性金属粒子2を絶縁層3で被覆し、プレス成形して、圧粉磁心10を用意する。
JIS R 1618に準じて、25℃~100℃の範囲における軟磁性金属粒子2の単体試料と、圧粉磁心10の熱膨張量を測定する。単体試料について測定した熱膨張量をA、圧粉磁心10について測定した熱膨張量をBとする。
25℃~100℃の範囲における温度変化に対するAの変化割合を、軟磁性金属粒子2の熱膨張係数として算出する。
以下の式(1)で求められる値を絶縁層3の熱膨張量Cとみなす。
C=B-A ・・(1)
25℃~100℃の範囲における温度変化に対するCの変化割合を、絶縁層3の熱膨張係数として算出する。
算出された軟磁性金属粒子2の熱膨張係数と絶縁層3の熱膨張係数から、軟磁性金属粒子2の熱膨張係数と絶縁層3の熱膨張係数との差を求める。
なお、軟磁性金属粒子2の熱膨張係数と絶縁層3の熱膨張係数は、軟磁性金属粒子2の組成及び絶縁層3の組成の組み合わせを適宜設計してコントロールできる。
The difference between the thermal expansion coefficient of the soft magnetic metal particles 2 and the thermal expansion coefficient of the insulating layer 3 can be found as follows: The soft magnetic metal particles 2 are press molded without being coated with an insulating layer to prepare a single sample of the soft magnetic metal particles 2. If single powder of the soft magnetic metal particles 2 is not available, the composition of the single soft magnetic metal is found from a sample of the insulating-coated soft magnetic metal powder 1, and a single sample of this composition is prepared.
The soft magnetic metal particles 2 are coated with the insulating layer 3 and press-molded to prepare the powder core 10 .
The thermal expansion amounts of a single sample of the soft magnetic metal particles 2 and the powder core 10 are measured in the range of 25° C. to 100° C. in accordance with JIS R 1618. The thermal expansion amount measured for the single sample is designated A, and the thermal expansion amount measured for the powder core 10 is designated B.
The rate of change in A relative to temperature change in the range of 25° C. to 100° C. is calculated as the thermal expansion coefficient of the soft magnetic metal particles 2 .
The value obtained by the following formula (1) is regarded as the amount of thermal expansion C of the insulating layer 3.
C=B-A...(1)
The rate of change in C relative to temperature changes in the range of 25° C. to 100° C. is calculated as the thermal expansion coefficient of the insulating layer 3.
From the calculated thermal expansion coefficients of the soft magnetic metal particles 2 and the insulating layer 3, the difference between the thermal expansion coefficients of the soft magnetic metal particles 2 and the insulating layer 3 is determined.
The thermal expansion coefficients of the soft magnetic metal particles 2 and the insulating layer 3 can be controlled by appropriately designing the combination of the composition of the soft magnetic metal particles 2 and the composition of the insulating layer 3 .

軟磁性金属粒子2の組成と絶縁層3の組成の組み合わせは、特に限定されない。
上記熱膨張係数の差を低減する観点から、軟磁性金属粒子2の組成と絶縁層3の組成の好ましい組み合わせは、次のとおりである。それ以外にも、実施例に記載の軟磁性金属粒子の組成と絶縁層の組成の組み合わせを採用できる。
軟磁性金属粒子2がFe-3.0質量%Siであり、絶縁層3がZrOである組み合わせ
軟磁性金属粒子2がFe-6.5質量%Siであり、絶縁層3がAl-20質量%SiO-5質量%MgOである組み合わせ
軟磁性金属粒子2が純鉄(100%Fe)であり、絶縁層3がZrOである組み合わせ
The combination of the composition of the soft magnetic metal particles 2 and the composition of the insulating layer 3 is not particularly limited.
From the viewpoint of reducing the difference in thermal expansion coefficient, the preferred combination of the composition of the soft magnetic metal particles 2 and the composition of the insulating layer 3 is as follows: In addition to the above, the combination of the composition of the soft magnetic metal particles and the composition of the insulating layer described in the examples can also be used.
A combination of the soft magnetic metal particles 2 being Fe-3.0% by mass Si and the insulating layer 3 being ZrO2. A combination of the soft magnetic metal particles 2 being Fe-6.5% by mass Si and the insulating layer 3 being Al2O3-20 % by mass SiO2-5 % by mass MgO. A combination of the soft magnetic metal particles 2 being pure iron (100% Fe) and the insulating layer 3 being ZrO2.

(5)圧粉磁心10の損失抑制の推測理由
本発明者らは、圧粉磁心10の損失(鉄損)を抑制すべく鋭意検討を重ねた。その結果、軟磁性金属粒子2及び絶縁層3の配合及び組成を調整して得られた圧粉磁心10では、以下の要件を満たすと、所望の効果を奏することを見出した。すなわち、絶縁層3の占める面積の割合が4%以上9%以下であり、軟磁性金属粒子2の熱膨張係数と絶縁層3の熱膨張係数との差が、3.0×10-6/K以下であると、圧粉磁心10の損失を抑制できるという予想外の事実を発見した。本発明は、この知見に基づいてなされたものである。また、上記の要件を満たすと、実使用環境を想定した熱サイクル後の性能低下が小さくなる効果も奏される。
(5) Presumed Reason for Suppression of Loss in Powder Core 10 The present inventors conducted extensive research to suppress the loss (iron loss) in the powder core 10. As a result, they found that the powder core 10 obtained by adjusting the blending and composition of the soft magnetic metal particles 2 and the insulating layer 3 has the desired effect when the following requirements are satisfied. That is, they unexpectedly discovered that the loss in the powder core 10 can be suppressed when the ratio of the area occupied by the insulating layer 3 is 4% or more and 9% or less, and the difference between the thermal expansion coefficient of the soft magnetic metal particles 2 and the thermal expansion coefficient of the insulating layer 3 is 3.0×10 −6 /K or less. The present invention was made based on this knowledge. In addition, when the above requirements are satisfied, the effect of reducing the performance degradation after a thermal cycle assuming an actual usage environment is also achieved.

(6)絶縁層3を構成している粒子の平均円相当径に関する要件
絶縁層3をTEM(透過電子顕微鏡)で観察すると、絶縁層3を構成している粒子が確認される。この粒子の少なくとも一部は、上記酸化物の結晶によって形成される。
絶縁層3を構成している粒子の平均円相当径は特に限定されない。絶縁層3を構成している粒子の平均円相当径は、20nm~50nmが好ましく、25nm~45nmがより好ましく、28nm~42nmがさらに好ましく。このような範囲内であると、軟磁性金属粒子2との密着が良くなりかつ、粒界の抵抗が渦電流損失を低減するため損失を小さくできる。
なお、絶縁層3を構成している粒子の平均円相当径は、圧粉磁心10の断面を観察して求めることができる。具体的には、圧粉磁心10の断面をTEMによって観察した粒子面積から面積円相当径を算出し、平均円相当径とする。より具体的には、次のようにして平均円相当径を求める。5つの300nm×300nmの正方形の観察視野において、欠けることなく観察できる複数の粒子に着目する。各々の粒子画像の面積(投影面積)と等しい面積を有する理想円(真円)の直径(面積円相当径)を各粒子の円相当径として算出する。そして、各粒子の円相当径を算術平均することにより、平均円相当径を求める。各粒子の円相当径及び平均円相当径は、一般的な画像解析ソフトウエアを用いて求めることができる。
(6) Requirement for the average equivalent circle diameter of particles constituting the insulating layer 3 When the insulating layer 3 is observed with a TEM (transmission electron microscope), particles constituting the insulating layer 3 are confirmed. At least a part of these particles is formed by crystals of the above-mentioned oxide.
There is no particular limitation on the average equivalent circular diameter of the particles constituting the insulating layer 3. The average equivalent circular diameter of the particles constituting the insulating layer 3 is preferably 20 nm to 50 nm, more preferably 25 nm to 45 nm, and even more preferably 28 nm to 42 nm. Within such a range, the adhesion with the soft magnetic metal particles 2 is improved, and the resistance of the grain boundaries reduces eddy current loss, thereby reducing loss.
The average equivalent circle diameter of the particles constituting the insulating layer 3 can be obtained by observing the cross section of the powder core 10. Specifically, the equivalent circle diameter is calculated from the particle area observed by TEM on the cross section of the powder core 10, and is defined as the average equivalent circle diameter. More specifically, the average equivalent circle diameter is obtained as follows. Focus is placed on a plurality of particles that can be observed without missing particles in five 300 nm x 300 nm square observation fields. The diameter (equivalent circle diameter) of an ideal circle (true circle) having an area equal to the area (projected area) of each particle image is calculated as the equivalent circle diameter of each particle. The average equivalent circle diameter is then obtained by arithmetically averaging the equivalent circle diameters of each particle. The equivalent circle diameter of each particle and the average equivalent circle diameter can be obtained using general image analysis software.

(7)結晶方位に関する要件
絶縁被覆軟磁性金属粉末1は、軟磁性金属粒子2のうちで円相当径50μm~100μmの粒子を特定粒子とし、10個以上の異なる特定粒子の断面を結晶方位解析して、方位差5°以上で分離された領域の数を各特定粒子でそれぞれ計測した場合に、各特定粒子で計測された領域の数の平均値が9以下であることが好ましい。特定粒子で計測された領域の数の平均値は、8以下であることが好ましく、7以下であることがより好ましい。
特定粒子で計測された領域の数の平均値は、軟磁性金属粒子内の結晶分割の度合いを表す指標となり得る。特定粒子で計測された領域の数の平均値が所定値以下であるとヒステリス損失の増加が抑制され、それに伴い損失も低減される。なお、特定粒子で計測された領域の数の平均値の下限は、1以上であればよく、通常2以上である。
なお、特定粒子における領域の数は、電子線後方散乱回折(EBSD)法で特定できる。EBSD測定は、例えば以下の条件で行う。
・加速電圧:10.00kV
・試料傾斜(度):70.00°
・収集速度:109.15Hz
EBSD測定により得られた結晶方位マップをもとに、隣接測定点間の方位差が5°以上の測定点を結晶粒界として定義し、結晶粒界によって囲まれた領域の数を数える。ただし、結晶粒界によって囲まれた領域のうち、円相当径が3μm以下の領域は、数を数える対象外とする。円相当径が3μm以下の領域を対象外とするのは、ノイズ等に起因するEBSD測定上の誤差を排除するためである。
(7) Requirements for Crystal Orientation In the insulating coated soft magnetic metal powder 1, when specific particles are those of the soft magnetic metal particles 2 having a circle equivalent diameter of 50 μm to 100 μm, and cross sections of 10 or more different specific particles are subjected to crystal orientation analysis to measure the number of regions separated by an orientation difference of 5° or more for each specific particle, it is preferable that the average number of regions measured for each specific particle is 9 or less. The average number of regions measured for each specific particle is preferably 8 or less, and more preferably 7 or less.
The average number of regions measured by the specific particles can be an index representing the degree of crystal division in the soft magnetic metal particles. If the average number of regions measured by the specific particles is equal to or less than a predetermined value, the increase in hysteresis loss is suppressed, and the loss is reduced accordingly. Note that the lower limit of the average number of regions measured by the specific particles may be 1 or more, and is usually 2 or more.
The number of regions in a specific particle can be determined by electron backscatter diffraction (EBSD) measurement. The EBSD measurement is performed, for example, under the following conditions.
Acceleration voltage: 10.00 kV
Sample tilt (degrees): 70.00°
Acquisition speed: 109.15Hz
Based on the crystal orientation map obtained by EBSD measurement, measurement points with an orientation difference of 5° or more between adjacent measurement points are defined as grain boundaries, and the number of regions surrounded by grain boundaries is counted. However, among the regions surrounded by grain boundaries, regions with an equivalent circle diameter of 3 μm or less are excluded from the count. The reason for excluding regions with an equivalent circle diameter of 3 μm or less is to eliminate errors in EBSD measurement due to noise, etc.

(8)絶縁層3に由来する最強ピークの半価幅に関する要件
絶縁被覆軟磁性金属粉末1は、XRDで測定される絶縁層3に由来する最強ピークの半価幅が0.80°以下であることが好ましい。
絶縁層3に由来する最強ピークの半価幅が所定値以下であることは、絶縁層3に含まれる酸化物の結晶性が高いことの指標となり得る。この最強ピークの半価幅は、0.72°以下であってもよく、0.66°以下であってもよい。最強ピークの半価幅の下限は、特に限定されないが、通常0.40°以上である。
絶縁層3に由来する最強ピークの半価幅は、絶縁層3の組成、及び後述する製造方法における熱処理条件等を調整することでコントロールできる。
(8) Requirement for Half Width of Strongest Peak Originating from Insulating Layer 3 The insulating coated soft magnetic metal powder 1 preferably has a half width of the strongest peak originating from the insulating layer 3 measured by XRD of 0.80° or less.
The half width of the strongest peak derived from the insulating layer 3 being equal to or less than a predetermined value can be an indicator of high crystallinity of the oxide contained in the insulating layer 3. The half width of the strongest peak may be equal to or less than 0.72°, or may be equal to or less than 0.66°. The lower limit of the half width of the strongest peak is not particularly limited, but is usually equal to or more than 0.40°.
The half-value width of the strongest peak derived from the insulating layer 3 can be controlled by adjusting the composition of the insulating layer 3 and the heat treatment conditions in the manufacturing method described later.

絶縁層3に由来する最強ピークの半価幅は、絶縁被覆軟磁性金属粉末1を含む圧粉磁心10のXRD測定によって求めることができる。XRD測定は、例えば以下の条件で行う。
・装置:Rigaku SmartLab
・X線:CuKα1
・管電圧:40kV
・管電流:30mA
・走査速度:5°/min
・サンプリング幅:0.02°
・測定範囲(2θ):10°~80°
・入射スリット:1/2°
・受光スリット1:15.000mm
・受光スリット2:20.000mm
XRD測定で得られた圧粉磁心10の回析パターンにおいて、軟磁性金属粒子2や測定セル等に由来するピークを除いて、絶縁層3に由来するピークを得る。絶縁層3に由来するピークが1つの場合には、そのピークを最強ピークとして特定する。絶縁層3に由来するピークが複数の場合には、複数のピークの中で最も強度の高いピークを最強ピークとして特定する。例えば、ZrOを含む絶縁層3において、単斜晶(monoclicic)ZrOと正方晶(tetragonal)ZrOの2種類のピークが検出された場合には、強度の高いほうのピークのみ(例えば、正方晶ZrO)を最強ピークとして特定する。
The half-value width of the strongest peak derived from the insulating layer 3 can be determined by XRD measurement of the dust core 10 containing the insulating-coated soft magnetic metal powder 1. The XRD measurement is performed, for example, under the following conditions.
Equipment: Rigaku SmartLab
・X-ray: CuKα1
Tube voltage: 40 kV
・Tube current: 30mA
Scanning speed: 5°/min
・Sampling width: 0.02°
Measurement range (2θ): 10° to 80°
Entrance slit: 1/2°
・Receiving slit 1: 15.000 mm
・Receiving slit 2: 20.000 mm
In the diffraction pattern of the powder magnetic core 10 obtained by the XRD measurement, peaks originating from the soft magnetic metal particles 2, the measurement cell, etc. are removed, and only peaks originating from the insulating layer 3 are obtained. When there is one peak originating from the insulating layer 3, that peak is identified as the strongest peak. When there are multiple peaks originating from the insulating layer 3, the peak with the highest intensity among the multiple peaks is identified as the strongest peak. For example, when two types of peaks, monoclinic ZrO 2 and tetragonal ZrO 2, are detected in an insulating layer 3 containing ZrO 2 , only the peak with the higher intensity (e.g., tetragonal ZrO 2 ) is identified as the strongest peak.

絶縁層3に由来する最強ピークを示す結晶相として、単斜晶ZrO、正方晶ZrO、立方晶ZrO、γ-Al、及びSiO(石英)からなる群より選ばれる結晶相が例示される。これらの結晶相において、最強ピークの例は以下のとおりである。これらの中でも、最強ピークは、単斜晶ZrO、正方晶ZrO、立方晶ZrO、又はγ-Alのいずれかのピークであることが好ましい。
・単斜晶ZrO
PDFカード番号:01-080-0966
最強ピークの(hkl):(-1,1,1)
最強ピークのd値:3.15
・正方晶ZrO
PDFカード番号:01-073-1441
最強ピークの(hkl):(0,1,1)
最強ピークのd値:3.00
・立方晶ZrO2
PDFカード番号:01-080-4012
最強ピークの(hkl):(1,1,1)
最強ピークのd値:2.97
・γ-Al
PDFカード番号:00-010-0173
最強ピークの(hkl):(4,4,0)
最強ピークのd値:1.40
・SiO(石英)
PDFカード番号:00-033-1161
最強ピークの(hkl):(1,0,1)
最強ピークのd値:3.34
Examples of the crystal phase exhibiting the strongest peak derived from the insulating layer 3 include crystal phases selected from the group consisting of monoclinic ZrO 2 , tetragonal ZrO 2 , cubic ZrO 2 , γ-Al 2 O 3 , and SiO 2 (quartz). Examples of the strongest peaks in these crystal phases are as follows. Among these, the strongest peak is preferably the peak of any one of monoclinic ZrO 2 , tetragonal ZrO 2 , cubic ZrO 2 , or γ-Al 2 O 3 .
Monoclinic ZrO2
PDF card number: 01-080-0966
Strongest peak (hkl): (-1, 1, 1)
d value of strongest peak: 3.15
Tetragonal ZrO2
PDF card number: 01-073-1441
Strongest peak (hkl): (0,1,1)
d value of strongest peak: 3.00
・Cubic ZrO2
PDF card number: 01-080-4012
Strongest peak (hkl): (1,1,1)
d value of strongest peak: 2.97
γ - Al2O3
PDF card number: 00-010-0173
Strongest peak (hkl): (4, 4, 0)
d value of strongest peak: 1.40
・SiO 2 (quartz)
PDF card number: 00-033-1161
Strongest peak (hkl): (1,0,1)
d value of strongest peak: 3.34

(9)拡散層5A,5Bの厚みに関する要件
絶縁層3が、Al又はZrの少なくとも一方の元素の酸化物を含有する場合に、軟磁性金属粒子2の表層においてAl又はZrの少なくとも一方の元素が拡散した拡散層5A,5Bの厚みは50nm以下であることが好ましい。
拡散層5A,5Bは、熱処理等によって、軟磁性金属粒子2中にAl又はZrの少なくとも一方の元素が拡散して生成され得る。すなわち、拡散層5A,5Bは、軟磁性金属粒子2と絶縁層3が密着している部位において生成され得る。拡散層5A,5Bは、軟磁性金属粒子2の表層全体に形成されていてもよく、軟磁性金属粒子2の表層に部分的に形成されていてもよい。この拡散層5A,5Bは形成されない(厚みが0nm)であってもよい。
拡散層5A,5Bの厚みは、後述する製造方法における所定の温度域での昇温速度等を調整することでコントロールできる。
(9) Requirements for the Thickness of Diffusion Layers 5A, 5B When the insulating layer 3 contains an oxide of at least one of Al and Zr, it is preferable that the thickness of the diffusion layers 5A, 5B in which at least one of Al and Zr is diffused in the surface layer of the soft magnetic metal particles 2 is 50 nm or less.
The diffusion layers 5A, 5B can be generated by diffusing at least one of the elements Al and Zr into the soft magnetic metal particles 2 by heat treatment or the like. That is, the diffusion layers 5A, 5B can be generated in the areas where the soft magnetic metal particles 2 and the insulating layer 3 are in close contact with each other. The diffusion layers 5A, 5B may be formed on the entire surface layer of the soft magnetic metal particles 2, or may be formed partially on the surface layer of the soft magnetic metal particles 2. The diffusion layers 5A, 5B may not be formed (have a thickness of 0 nm).
The thickness of the diffusion layers 5A and 5B can be controlled by adjusting the rate of temperature rise within a predetermined temperature range in the manufacturing method described below.

拡散層5A,5Bの厚みが50nm以下であるか否かは、圧粉磁心10のTEM-EDS(エネルギ分散型X線分光器)測定によって判定する。具体的には、FIB(集束イオンビーム)装置により、圧粉磁心10を厚さ100nmの薄片試料11として加工し、TEM-EDS測定を行う。
TEM-EDS測定は、所定の分解能(例えばΦ10nm)相当になる条件で行う。このような測定条件の一例として、ビーム径Φ0.24nm、加速電圧200keV、照射電流30μAが示される。
Whether the thickness of the diffusion layers 5A, 5B is 50 nm or less is determined by TEM-EDS (energy dispersive X-ray spectrometry) measurement of the powder core 10. Specifically, the powder core 10 is processed by a FIB (focused ion beam) device into a thin sample 11 having a thickness of 100 nm, and the TEM-EDS measurement is performed.
The TEM-EDS measurement is performed under conditions equivalent to a predetermined resolution (for example, Φ10 nm). An example of such measurement conditions is a beam diameter of Φ0.24 nm, an acceleration voltage of 200 keV, and an irradiation current of 30 μA.

薄片試料11について説明する。薄片試料11は、図2に示すように、FIB観察面S1とTEM観察面S2に絶縁層3の断面が現れるようにして加工される。薄片試料11のTEM観察面S2をXY面とし、FIB観察面S1をXZ面とする。FIB観察面S1には、絶縁層3と軟磁性金属粒子2A,2Bとの間の境界線が現れる。両境界線の傾きは、縦(Z軸方向)100nmに対して横(X軸方向)に10nm以下とされる。図2では、右側の境界線の傾きが所定の範囲内であることを示すが、左側の境界線の傾きも所定の範囲内となっている。TEM-EDS観察は、TEM観察面S2において、FIB観察面S1から600nmの位置で行う。このようにすれば、絶縁層3のZ軸に対する傾きに起因して、薄片試料11内部に存在する絶縁層3成分が、拡散層5A,5Bとして検出されることを抑制できる。なお、図2では、拡散層5A,5Bの図示を省略している。 The thin sample 11 will be described. As shown in FIG. 2, the thin sample 11 is processed so that the cross section of the insulating layer 3 appears on the FIB observation surface S1 and the TEM observation surface S2. The TEM observation surface S2 of the thin sample 11 is the XY surface, and the FIB observation surface S1 is the XZ surface. The boundary between the insulating layer 3 and the soft magnetic metal particles 2A and 2B appears on the FIB observation surface S1. The inclination of both boundary lines is 100 nm vertically (Z-axis direction) and 10 nm horizontally (X-axis direction) or less. In FIG. 2, the inclination of the boundary line on the right side is within a predetermined range, but the inclination of the boundary line on the left side is also within a predetermined range. The TEM-EDS observation is performed at a position 600 nm from the FIB observation surface S1 on the TEM observation surface S2. In this way, it is possible to suppress the detection of the insulating layer 3 components present inside the thin sample 11 as the diffusion layers 5A and 5B due to the inclination of the insulating layer 3 with respect to the Z axis. Note that the diffusion layers 5A and 5B are not shown in FIG. 2.

絶縁層3に含まれる元素がZrである場合において、拡散層5A,5Bが50nm以下であるか否かの判定は次のような手順で行う。以下、図3及び図4を参照しつつ説明する。
[1]TEM観察面S2においてTEM観察像を取得し、FIB観察面S1から600nmの位置において絶縁層3を横切る測定線ML上で線分析を行う。
[2]測定線MLと、軟磁性金属粒子2A,2Bと絶縁層3の境界線の交点から測定線MLと直交する2本線L1,L2を引く。線L1は絶縁層3に対して左側に位置し、線L2は絶縁層3に対して右側に位置する。
[3]2本線L1,L2の内側の測定範囲において、線分析によって得られたZr濃度の全点の平均値を算出する。この平均値を、Zr濃度の100%ラインと規定する。
[4]線L1から左側500nmまでと、線L2から右側500nmまでの測定範囲において、線分析によって得られたZr濃度の全点の平均値を算出する。この平均値をZr濃度のベース(0%)ラインと規定する。
[5]Zr濃度のベース(0%)ラインとZr濃度の100%ラインに基づいて、Zr濃度の10%ラインを算出する。Zr濃度の10%ラインと、Zr濃度のグラフが交差する点のうち最も外側に位置する点P1,P2を求める。
[6]点P1と線L1との間の距離を算出する。TEM観察像より、軟磁性金属粒子2Aと絶縁層3の境界線と測定線MLとの間の角度θ1(0°<θ1≦90°)を求める。拡散層5Aの厚みT1を以下の式に基づいて算出する。
拡散層5Aの厚みT1=点P1と線L1との間の距離×sinθ1
点P2と線L2との間の距離を算出する。TEM観察像より、軟磁性金属粒子2Bと絶縁層3の境界線と測定線MLとの間の角度θ2(0°<θ2≦90°)を求める。拡散層5Bの厚みT2を以下の式に基づいて算出する。
拡散層5Bの厚みT2=点P2と線L2との間の距離×sinθ2
[7]拡散層5Aの厚みT1が50nm以下であり、かつ拡散層5Bの厚みT2が50nm以下である場合に、「拡散層の厚みが50nm以下である」と判定する(図3参照)。なお、拡散層5Aの厚みT1と、拡散層5Bの厚みT2の少なくとも一方が50nmより大きい場合に、「拡散層の厚みが50nmより大きい」と判定する(図4参照)。
なお、拡散層5A,5Bの厚みT1,T2は0nmであってもよい。すなわち、拡散層5A,5Bは検出されなくてもよい。
When the element contained in the insulating layer 3 is Zr, whether or not the diffusion layers 5A, 5B are 50 nm or less is determined by the following procedure, which will be described below with reference to FIGS.
[1] A TEM observation image is obtained on the TEM observation surface S2, and a line analysis is performed on the measurement line ML that crosses the insulating layer 3 at a position 600 nm from the FIB observation surface S1.
[2] Two lines L1 and L2 perpendicular to the measurement line ML are drawn from the intersection of the measurement line ML and the boundary between the soft magnetic metal particles 2A and 2B and the insulating layer 3. Line L1 is located on the left side of the insulating layer 3, and line L2 is located on the right side of the insulating layer 3.
[3] In the measurement range inside the two lines L1 and L2, the average value of all points of the Zr concentration obtained by the linear analysis is calculated. This average value is defined as the 100% line of the Zr concentration.
[4] Calculate the average value of all points of Zr concentration obtained by linear analysis in the measurement range from 500 nm to the left of line L1 and from 500 nm to the right of line L2. This average value is defined as the base (0%) line of Zr concentration.
[5] Calculate the 10% line of the Zr concentration based on the base (0%) line of the Zr concentration and the 100% line of the Zr concentration. Find points P1 and P2 that are located on the outermost side among the points where the 10% line of the Zr concentration intersects with the Zr concentration graph.
[6] Calculate the distance between point P1 and line L1. From the TEM observation image, determine the angle θ1 (0°<θ1≦90°) between the boundary line between the soft magnetic metal particle 2A and the insulating layer 3 and the measurement line ML. Calculate the thickness T1 of the diffusion layer 5A based on the following formula.
Thickness T1 of the diffusion layer 5A=distance between the point P1 and the line L1×sin θ1
The distance between point P2 and line L2 is calculated. From the TEM observation image, the angle θ2 (0°<θ2≦90°) between the boundary line between the soft magnetic metal particle 2B and the insulating layer 3 and the measurement line ML is obtained. The thickness T2 of the diffusion layer 5B is calculated based on the following formula.
Thickness T2 of the diffusion layer 5B=distance between the point P2 and the line L2×sin θ2
[7] When the thickness T1 of the diffusion layer 5A is 50 nm or less and the thickness T2 of the diffusion layer 5B is 50 nm or less, it is determined that the "thickness of the diffusion layer is 50 nm or less" (see FIG. 3). When at least one of the thickness T1 of the diffusion layer 5A and the thickness T2 of the diffusion layer 5B is greater than 50 nm, it is determined that the "thickness of the diffusion layer is greater than 50 nm" (see FIG. 4).
The thicknesses T1 and T2 of the diffusion layers 5A and 5B may be 0 nm, that is, the diffusion layers 5A and 5B may not be detected.

絶縁被覆軟磁性金属粉末1は、少なくとも一つ軟磁性金属粒子2における1箇所で線分析して「拡散層の厚みが50nm以下である」と判定されればよい。絶縁被覆軟磁性金属粉末1は、一つ軟磁性金属粒子2に対して異なる3箇所で線分析して、いずれも「拡散層の厚みが50nm以下である」と判定されることが望ましい。また、絶縁被覆軟磁性金属粉末1は、圧粉磁心10における異なる位置から得られた複数の薄片試料11で線分析して、いずれも「拡散層の厚みが50nm以下である」と判定されることがより望ましい。複数の薄片試料11の数は、好ましくは3以上であり、より好ましくは5以上であり、さらに好ましくは10以上である。 The insulating coated soft magnetic metal powder 1 may be determined to have a "diffusion layer thickness of 50 nm or less" by line analysis at one location on at least one soft magnetic metal particle 2. It is preferable that the insulating coated soft magnetic metal powder 1 is determined to have a "diffusion layer thickness of 50 nm or less" by line analysis at three different locations on one soft magnetic metal particle 2. It is more preferable that the insulating coated soft magnetic metal powder 1 is determined to have a "diffusion layer thickness of 50 nm or less" by line analysis at multiple thin flake samples 11 obtained from different locations on the powder core 10. The number of multiple thin flake samples 11 is preferably 3 or more, more preferably 5 or more, and even more preferably 10 or more.

絶縁層3に含まれる元素がAlである場合にも、Al濃度を測定して同様の手順で判定すればよい。絶縁層3にAl及びZrが両方とも含まれる場合には、Al及びZrについて同様の手順で判定し、すべての元素が要件を満たすことを確認すればよい。なお、絶縁膜として、Al及びZr以外の元素の酸化物(例えばSiの酸化物)を含む場合であっても、拡散層の厚みは、Zr濃度又はAl濃度で定義される厚みとし、Al及びZr以外の元素の濃度については考慮しない。 When the element contained in the insulating layer 3 is Al, the Al concentration can be measured and judged in a similar manner. When the insulating layer 3 contains both Al and Zr, the same procedure can be used to judge Al and Zr and confirm that all elements meet the requirements. Note that even when the insulating film contains oxides of elements other than Al and Zr (e.g., oxides of Si), the thickness of the diffusion layer is defined by the Zr concentration or Al concentration, and the concentrations of elements other than Al and Zr are not taken into consideration.

2.圧粉磁心10の製造方法
圧粉磁心10の製造方法は、特に限定されない。以下に、一例を説明する。
(1)絶縁被覆軟磁性金属粉末1の準備
軟磁性金属粉末と、特定元素の酸化物の粒子と、少量の有機成分とを含む懸濁液を混合し、乾燥させる。得られた乾燥粉末を、熱処理して、絶縁被覆軟磁性金属粉末1を得る。この熱処理の条件は、特に限定されない。熱処理条件として、例えば、熱処理温度:600℃~1200℃、不活性雰囲気(N雰囲気、Ar雰囲気)の条件が好適に採用される。
(2)成形(プレス成形)
絶縁被覆軟磁性金属粉末1を金型に入れ、1.0~1.7GPaの成形圧でプレス成形して、成形体を得る。
(3)熱処理(焼鈍)
得られた成形体を、熱処理(焼鈍)して、圧粉磁心10を得る。熱処理条件として、例えば、熱処理温度:600℃~1200℃、350℃~600℃における昇温速度:3℃/min以上、保持時間:10分~120分、不活性雰囲気(N雰囲気、Ar雰囲気)の条件が好適に採用される。
なお、熱処理の条件は、使用する軟磁性金属粉末及び酸化物の種類によって適宜変更される。
2. Manufacturing Method of Powder Core 10 There are no particular limitations on the manufacturing method of powder core 10. An example will be described below.
(1) Preparation of Insulated Soft Magnetic Metal Powder 1 A suspension containing soft magnetic metal powder, oxide particles of a specific element, and a small amount of organic components is mixed and dried. The obtained dried powder is heat-treated to obtain the insulated soft magnetic metal powder 1. The conditions of this heat treatment are not particularly limited. For example, the following conditions are preferably adopted as the heat treatment conditions: heat treatment temperature: 600°C to 1200°C, inert atmosphere ( N2 atmosphere, Ar atmosphere).
(2) Molding (press molding)
The insulating coated soft magnetic metal powder 1 is placed in a die and press molded at a molding pressure of 1.0 to 1.7 GPa to obtain a molded body.
(3) Heat treatment (annealing)
The obtained compact is heat treated (annealed) to obtain the powder magnetic core 10. As the heat treatment conditions, for example, the following conditions are suitably adopted: heat treatment temperature: 600° C. to 1200° C., heating rate at 350° C. to 600° C.: 3° C./min or more, holding time: 10 minutes to 120 minutes, inert atmosphere ( N2 atmosphere, Ar atmosphere).
The conditions of the heat treatment are appropriately changed depending on the types of soft magnetic metal powder and oxide used.

以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。 The present invention will be explained in more detail below with reference to the following examples.

1.圧粉磁心の作製
(1)実施例1~13
軟磁性金属粒子(原料粉末)には、表1に記載の種類及び平均円相当径を有する各種粒子を用いた。なお、表1中、各記載は次のような粒子を表している。
Fe:純鉄の粒子
Fe-3.5Si:ガスアトマイズ法によって作製したFe-3.5質量%Si粒子
Fe-Ni:パーマロイ粒子
Fe-Si-Cr:水アトマイズ法によって作製したFe-3.5質量%Si-1.5質量%Cr粒子
Fe-Si-Al:センダスト粒子
Fe-Ni-Mo:スーパーマロイ粒子
Fe-Si:ガスアトマイズ法によって作製したFe-5.0質量%Si粒子
1. Preparation of powder magnetic cores (1) Examples 1 to 13
The soft magnetic metal particles (raw powder) used were various particles having the types and average equivalent circular diameters shown in Table 1. In Table 1, each description represents the following particles.
Fe: Pure iron particles Fe-3.5Si: Fe-3.5 mass% Si particles produced by gas atomization method Fe-Ni: Permalloy particles Fe-Si-Cr: Fe-3.5 mass% Si-1.5 mass% Cr particles produced by water atomization method Fe-Si-Al: Sendust particles Fe-Ni-Mo: Supermalloy particles Fe-Si: Fe-5.0 mass% Si particles produced by gas atomization method

次に軟磁性金属粒子に、表1に記載の種類の酸化物粒子と少量の有機成分と溶媒とを含む懸濁液を混合し、乾燥させ、熱処理した。懸濁液中の酸化物粒子の濃度は、懸濁液全体に対して0.1~2質量%とした。軟磁性金属粒子と混合する懸濁液の量は、含有する酸化物粒子全体の量が軟磁性金属粒子に対して6体積%となる量とした。熱処理(第1熱処理)は、熱処理温度:600℃~1200℃、窒素中の条件とした。熱処理は、絶縁層中の有機成分を除去し、酸化物の結晶化の進行することを目的として行った。このようにして、実施例1~13の絶縁被覆軟磁性金属粉末を得た。なお、表1中、各記載は次のような酸化物粒子を表している。
Al:Al粒子
Si:SiO粒子
Zr:ZrO粒子
Zr-Si:ZrO-20質量%SiO粒子
Al-Si:Al-20質量%SiO粒子
Zr-Al:ZrO-10質量%Al粒子
Next, the soft magnetic metal particles were mixed with a suspension containing the type of oxide particles described in Table 1, a small amount of organic components, and a solvent, dried, and heat-treated. The concentration of the oxide particles in the suspension was 0.1 to 2 mass% relative to the entire suspension. The amount of the suspension mixed with the soft magnetic metal particles was such that the total amount of oxide particles contained was 6 volume% relative to the soft magnetic metal particles. The heat treatment (first heat treatment) was performed under the conditions of a heat treatment temperature of 600°C to 1200°C in nitrogen. The heat treatment was performed for the purpose of removing the organic components in the insulating layer and promoting the crystallization of the oxide. In this way, the insulating coated soft magnetic metal powders of Examples 1 to 13 were obtained. In addition, in Table 1, each description represents the following oxide particles.
Al: Al 2 O 3 particles Si: SiO 2 particles Zr: ZrO 2 particles Zr-Si: ZrO 2 -20% by mass SiO 2 particles Al-Si: Al 2 O 3 -20% by mass SiO 2 particles Zr-Al: ZrO 2 -10% by mass Al 2 O 3 particles

得られた絶縁被覆軟磁性金属粉末を金型に入れ、1.0~1.7GPaの成形圧でプレス成形して、直径10mmのプレス成形体とした。この成形体を熱処理(第2熱処理)した。熱処理は、熱処理温度:600~1200℃、350℃~600℃の範囲での昇温速度:3℃/min未満、窒素中の条件とした。このようにして、実施例1~13の圧粉磁心を得た。 The obtained insulating coated soft magnetic metal powder was placed in a mold and pressed at a molding pressure of 1.0 to 1.7 GPa to obtain a pressed compact with a diameter of 10 mm. This compact was heat treated (second heat treatment). The heat treatment was performed under the following conditions: heat treatment temperature: 600 to 1200°C, heating rate in the range of 350°C to 600°C: less than 3°C/min, in nitrogen. In this way, the dust cores of Examples 1 to 13 were obtained.

(2)実施例14~20
熱処理(第2熱処理)の熱処理温度:600~1200℃、350℃~600℃の範囲での昇温速度:3℃/min~10℃/minとした。その他は、実施例1~13と同様にして、絶縁被覆軟磁性金属粉末及び圧粉磁心を得た。
なお、従来よりも高い温度での熱処理を行うことで、絶縁層の結晶性をコントロールした。さらに、所定温度域の昇温速度を速めることで結晶性の高い絶縁層を速く得るようにコントロールした。この結果、結晶性の高い絶縁層が形成されるまでの温度域を短くすることができ、絶縁層を構成するAl又はZrの少なくとも一方の元素の軟磁性金属粒子への拡散を抑えられたと推測される。
(2) Examples 14 to 20
The heat treatment temperature of the heat treatment (second heat treatment) was 600 to 1200° C., and the heating rate in the range of 350° C. to 600° C. was 3° C./min to 10° C./min. Otherwise, the same procedures as in Examples 1 to 13 were carried out to obtain insulating coated soft magnetic metal powders and dust cores.
The crystallinity of the insulating layer was controlled by performing heat treatment at a higher temperature than in the past. Furthermore, the rate of temperature rise in a specified temperature range was increased to control the rate at which an insulating layer with high crystallinity was obtained. As a result, it was possible to shorten the temperature range required to form an insulating layer with high crystallinity, and it is presumed that this made it possible to suppress the diffusion of at least one of the elements Al and Zr that constitute the insulating layer into the soft magnetic metal particles.

(3)比較例1,2
軟磁性金属粒子(原料粉末)には、表1に記載の種類及び平均円相当径を有する各種粒子を用いた。その他は、実施例1~13と同様にして、絶縁被覆軟磁性金属粉末及び圧粉磁心を得た。
(3) Comparative Examples 1 and 2
For the soft magnetic metal particles (raw material powder), various particles having the types and average equivalent circular diameters shown in Table 1 were used. Otherwise, in the same manner as in Examples 1 to 13, insulating coated soft magnetic metal powders and dust cores were obtained.

(4)比較例3
特定元素の酸化物粒子を含まない懸濁液を用いた。その他は、実施例1~13と同様にして、絶縁被覆軟磁性金属粉末及び圧粉磁心を得た。
(4) Comparative Example 3
A suspension not containing oxide particles of a specific element was used. Otherwise, the same procedures as in Examples 1 to 13 were carried out to obtain insulating coated soft magnetic metal powders and dust cores.

(5)比較例4,5
熱処理(第2熱処理)の熱処理温度:600~1200℃、350℃~600℃の範囲での昇温速度:2.5℃/minとした。その他は、実施例1~13と同様にして、絶縁被覆軟磁性金属粉末及び圧粉磁心を得た。
(5) Comparative Examples 4 and 5
The heat treatment temperature in the heat treatment (second heat treatment) was 600 to 1200° C., and the temperature increase rate in the range of 350° C. to 600° C. was 2.5° C./min. Otherwise, the same procedures as in Examples 1 to 13 were carried out to obtain insulating coated soft magnetic metal powders and dust cores.

表1に各実施例及び比較例の軟磁性金属粒子、絶縁層の特性をまとめて記載する。
「結晶方位」の欄は、実施形態で記載された方法で測定された、特定粒子で計測された領域の数の平均値を示している。
「半価幅」の欄は、実施形態で記載された方法で測定された、絶縁層に由来する最強ピークの半価幅を示している。
「拡散層の厚み」の欄は、実施形態で記載された方法算出した「拡散層5Aの厚みT1」と「拡散層5Bの厚みT2」のうち大きい方の拡散層の厚みを記載している。実施例2及び比較例3については、Al又はZrの少なくとも一方の元素が検出されないため、「-」と記載している。なお、実施例3の圧粉磁心におけるZr濃度とO濃度のグラフを図5に示す。
絶縁層の「平均円相当径」の欄は、実施形態で記載された方法で測定された、絶縁層を構成している粒子の平均円相当径を示している。
「占有面積」の欄は、実施形態で記載された方法で測定された、絶縁層の占める面積の割合を示している。
Table 1 shows the characteristics of the soft magnetic metal particles and the insulating layer of each of the examples and comparative examples.
The "Crystal Orientation" column indicates the average number of regions measured for a particular grain, as measured by the method described in the embodiment.
The column "Half width" indicates the half width of the strongest peak derived from the insulating layer, measured by the method described in the embodiment.
The "Thickness of diffusion layer" column indicates the larger of the "thickness T1 of diffusion layer 5A" and the "thickness T2 of diffusion layer 5B" calculated by the method described in the embodiment. For Example 2 and Comparative Example 3, at least one of the elements Al and Zr was not detected, and therefore "-" is entered. A graph of the Zr concentration and O concentration in the powder magnetic core of Example 3 is shown in FIG. 5.
The column "average equivalent circular diameter" of the insulating layer indicates the average equivalent circular diameter of the particles constituting the insulating layer, measured by the method described in the embodiment.
The "Occupied Area" column indicates the percentage of the area occupied by the insulating layer, measured by the method described in the embodiment.

Figure 0007696771000001
Figure 0007696771000001

2.損失の評価方法
軟磁性金属粒子(メジアン径D50:40μm)のみをプレス成形し、成形後の熱処理を行わないで作製された圧粉磁心(以下、金属単体圧粉磁心という)を基準として、以下の条件にて各実施例及び比較例の圧粉磁心のヒステリシス損失、渦電流損失を求めた。
・巻き数1次:20巻き、2次:40巻き
・印加磁界:0.1T、周波数:30kHz~50kHz
2. Loss Evaluation Method Using a powder core produced by press-molding only soft magnetic metal particles (median diameter D50 : 40 μm) without heat treatment after molding (hereinafter referred to as simple metal powder core) as a standard, the hysteresis loss and eddy current loss of the powder cores of each of the Examples and Comparative Examples were determined under the following conditions.
Number of turns: Primary: 20 turns, Secondary: 40 turns Applied magnetic field: 0.1T, Frequency: 30kHz to 50kHz

評価は以下のようにした。
ヒステリシス損失
D:金属単体圧粉磁心のヒステリシス損失の95%以上
C:金属単体圧粉磁心のヒステリシス損失の80%以上95%未満
B:金属単体圧粉磁心のヒステリシス損失の70%以上80%未満
A:金属単体圧粉磁心のヒステリシス損失の70%未満
なお、「D」は金属単体圧粉磁心のヒステリシス損失と同等レベルか、金属単体圧粉磁心のヒステリシス損失より大きい場合とされる。
The evaluation was as follows:
Hysteresis loss D: 95% or more of the hysteresis loss of metal powder cores C: 80% or more and less than 95% of the hysteresis loss of metal powder cores B: 70% or more and less than 80% of the hysteresis loss of metal powder cores A: Less than 70% of the hysteresis loss of metal powder cores Note that "D" is considered to be at the same level as the hysteresis loss of metal powder cores or greater than the hysteresis loss of metal powder cores.

渦電流損失
D:金属単体圧粉磁心の渦電流損失の90%以上
C:金属単体圧粉磁心の渦電流損失の80%以上90%未満
B:金属単体圧粉磁心の渦電流損失の60%以上80%未満
A:金属単体圧粉磁心の渦電流損失の60%未満
なお、「D」は金属単体圧粉磁心の渦電流損失が明確に向上されていない場合とされる。
Eddy current loss D: 90% or more of the eddy current loss in the elemental metal powder core C: 80% or more but less than 90% of the eddy current loss in the elemental metal powder core B: 60% or more but less than 80% of the eddy current loss in the elemental metal powder core A: Less than 60% of the eddy current loss in the elemental metal powder core "D" is defined as a case in which the eddy current loss in the elemental metal powder core is not clearly improved.

3.評価結果
評価結果を表1に示す。
実施例1~20は、下記要件(a)(b)(c)(d)を満たしている。
・要件(a):平均円相当径10μm~100μmの軟磁性金属粒子を備えている。
・要件(b):絶縁層は、Al、Zr、及びSiからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素の酸化物を含有する。
・要件(c):絶縁層の占める面積の割合が4%以上9%以下である。
・要件(d):軟磁性金属粒子の熱膨張係数と絶縁層の熱膨張係数との差が、3.0×10-6/K以下である。
3. Evaluation Results The evaluation results are shown in Table 1.
Examples 1 to 20 satisfy the following requirements (a), (b), (c), and (d).
Requirement (a): The magnetic material is provided with soft magnetic metal particles having an average equivalent circular diameter of 10 μm to 100 μm.
Requirement (b): The insulating layer contains an oxide of at least one element selected from the group consisting of Al, Zr, and Si.
Requirement (c): The ratio of the area occupied by the insulating layer is 4% or more and 9% or less.
Requirement (d): The difference between the thermal expansion coefficient of the soft magnetic metal particles and the thermal expansion coefficient of the insulating layer is 3.0×10 −6 /K or less.

これに対して、比較例1~5は以下の要件を満たしていない。
比較例1,2では、要件(a)を満たしてない。
比較例3では、要件(b)を満たしてない。
比較例4,5では、要件(c)、(d)を満たしてない。
In contrast, Comparative Examples 1 to 5 do not satisfy the following requirements.
Comparative Examples 1 and 2 do not satisfy requirement (a).
Comparative Example 3 does not satisfy requirement (b).
Comparative Examples 4 and 5 do not satisfy the requirements (c) and (d).

実施例1~20は、比較例1~5と比較して、ヒステリシス損失及び過電流損失がバランスよく抑制されていた。さらに、実施例1~20は、熱サイクル後の性能低下が小さかった。
実施例1~20のうち、更に下記要件(e)を満たしている実験例6~20は、ヒステリシス損失がより少なかった。
実施例1~20のうち、更に下記要件(f)を満たしている実験例11~20は、ヒステリシス損失及び渦電流損失がより少なかった。
実施例1~20のうち、更に下記要件(g)を満たしている実験例14~20は、渦電流損失がより少なかった。
・要件(e):絶縁層を構成している粒子の平均円相当径が20nm~50nmである。
・要件(f):特定粒子で計測された領域の数の平均値が9以下である。
・要件(g):絶縁層は、Al又はZrの少なくとも一方の元素の酸化物を含有し、XRDで測定される絶縁層に由来する最強ピークの半価幅が0.80°以下であり、軟磁性金属粒子の表層においてAl又はZrの少なくとも一方の元素が拡散した拡散層の厚みが50nm以下である。
In Examples 1 to 20, the hysteresis loss and the overcurrent loss were suppressed in a well-balanced manner compared to Comparative Examples 1 to 5. Furthermore, in Examples 1 to 20, the performance degradation after the thermal cycle was small.
Among Examples 1 to 20, Experimental Examples 6 to 20, which further satisfied the following requirement (e), had smaller hysteresis loss.
Among Examples 1 to 20, Experimental Examples 11 to 20, which further satisfied the following requirement (f), had smaller hysteresis loss and eddy current loss.
Among Examples 1 to 20, Experimental Examples 14 to 20, which further satisfied the following requirement (g), had smaller eddy current loss.
Requirement (e): The average equivalent circular diameter of the particles constituting the insulating layer is 20 nm to 50 nm.
Requirement (f): The average number of regions measured for a specific particle is 9 or less.
Requirement (g): The insulating layer contains an oxide of at least one of Al and Zr, the half-width of the strongest peak derived from the insulating layer measured by XRD is 0.80° or less, and the thickness of the diffusion layer in which at least one of Al and Zr is diffused in the surface layer of the soft magnetic metal particle is 50 nm or less.

4.実施例の効果
本実施例の圧粉磁心は、ヒステリシス損失及び過電流損失が共に少なかった。
4. Effects of the Example The dust core of the example had low hysteresis loss and low eddy current loss.

本発明は上記で詳述した実施形態に限定されず、本発明の請求項に示した範囲で様々な変形又は変更が可能である。 The present invention is not limited to the embodiments detailed above, and various modifications and variations are possible within the scope of the claims of the present invention.

本発明の圧粉磁心は、モーターコア、トランス、チョークコイル、ノイズ吸収体等の用途に特に好適に使用される。 The powder magnetic core of the present invention is particularly suitable for use in motor cores, transformers, choke coils, noise absorbers, etc.

1 …絶縁被覆軟磁性金属粉末
2,2A,2B …軟磁性金属粒子
3 …絶縁層
5A,5B …拡散層
6,6A …気孔
10 …圧粉磁心
1... Insulating coated soft magnetic metal powder 2, 2A, 2B... Soft magnetic metal particles 3... Insulating layer 5A, 5B... Diffusion layer 6, 6A... Pore 10... Powder magnetic core

Claims (4)

平均円相当径10μm~100μmの軟磁性金属粒子と、前記軟磁性金属粒子の表面に形成された絶縁層と、を備えた絶縁被覆軟磁性金属粉末を含む圧粉磁心であって、
前記絶縁層は、Al、Zr、及びSiからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素の酸化物を含有し、
前記圧粉磁心の断面を500μm×500μmの視野で観察して、前記圧粉磁心全体の面積を100%とした場合に、前記絶縁層の占める面積の割合が4%以上9%以下であり、
前記軟磁性金属粒子の熱膨張係数と前記絶縁層の熱膨張係数との差が、3.0×10-6/K以下である、圧粉磁心。
A powder magnetic core comprising an insulating-coated soft magnetic metal powder having soft magnetic metal particles having an average equivalent circular diameter of 10 μm to 100 μm and an insulating layer formed on the surface of the soft magnetic metal particles,
the insulating layer contains an oxide of at least one element selected from the group consisting of Al, Zr, and Si;
When a cross section of the powder magnetic core is observed in a field of view of 500 μm × 500 μm, the ratio of an area occupied by the insulating layer to an area of 4% or more and 9% or less when the area of the entire powder magnetic core is taken as 100%,
A powder magnetic core, wherein the difference between the thermal expansion coefficient of the soft magnetic metal particles and the thermal expansion coefficient of the insulating layer is 3.0×10 −6 /K or less.
前記絶縁層を構成している粒子の平均円相当径が20nm~50nmである、請求項1に記載の圧粉磁心。 The powder magnetic core according to claim 1, wherein the average circular equivalent diameter of the particles constituting the insulating layer is 20 nm to 50 nm. 前記軟磁性金属粒子のうちで円相当径50μm~100μmの粒子を特定粒子とし、10個以上の異なる前記特定粒子の断面を結晶方位解析して、方位差5°以上で分離された領域の数を各前記特定粒子でそれぞれ計測した場合に、各前記特定粒子で計測された前記領域の数の平均値が9以下である、請求項1又は請求項2に記載の圧粉磁心。 The powder magnetic core according to claim 1 or 2, in which the soft magnetic metal particles are those with a circle equivalent diameter of 50 μm to 100 μm, and when the cross sections of 10 or more different specific particles are subjected to crystal orientation analysis and the number of regions separated by an orientation difference of 5° or more is measured for each of the specific particles, the average number of the regions measured for each of the specific particles is 9 or less. 前記絶縁層は、Al又はZrの少なくとも一方の元素の酸化物を含有し、
XRDで測定される前記絶縁層に由来する最強ピークの半価幅が0.80°以下であり、
前記軟磁性金属粒子の表層において前記Al又はZrの少なくとも一方の元素が拡散した拡散層の厚みが50nm以下である、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の圧粉磁心。
the insulating layer contains an oxide of at least one of Al and Zr;
the half-value width of the strongest peak derived from the insulating layer as measured by XRD is 0.80° or less;
4. The dust core according to claim 1, wherein a thickness of a diffusion layer in which at least one of Al and Zr is diffused in a surface layer of the soft magnetic metal particle is 50 nm or less.
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