(57)【要約】      （修正有）【課題】高い透磁率を有する磁性体を提供する。【解決手段】軟磁性合金の粒子１同士が酸化物層２を介して結合されてなる磁性体であって、軟磁性合金が、構成元素として、Ｓｉを１質量％〜５．５質量％、Ｃｒ又はＡｌを合計で０．２質量％〜４質量％含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物である合金であり、酸化物層２が、Ｓｉに加えてＣｒ又はＡｌの少なくとも一方を含み、かつ、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｒ及びＡｌのうち、質量基準でＳｉを最も多く含む磁性体とする。【選択図】図１
2020141080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟磁性合金の粒子同士が酸化物層を介して結合されてなる磁性体であって、
前記軟磁性合金は、構成元素として、Ｓｉを１質量％〜５．５質量％、Ｃｒ又はＡｌを合計で０．２質量％〜４質量％含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物である合金であり、
前記酸化物層は、Ｓｉに加えてＣｒ又はＡｌの少なくとも一方を含み、かつＦｅ、Ｓｉ、Ｃｒ及びＡｌのうち、質量基準でＳｉを最も多く含む
ことを特徴とする、磁性体。
【請求項２】
前記軟磁性合金におけるＣｒの含有量が０．５質量％以上である、請求項１に記載の磁性体。
【請求項３】
前記軟磁性合金におけるＡｌの含有量が１質量％以下である、請求項１又は２に記載の磁性体。
【請求項４】
前記酸化物層が、
Ｆｅ，Ｃｒ及びＡｌのうち、質量基準でＳｉの次に含有量の多い元素の３倍以上のＳｉを含有するＳｉ富化領域を有し、
該Ｓｉ富化領域で前記軟磁性合金と接している、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁性体。
【請求項５】
磁性体の製造方法であって、
構成元素として、Ｓｉを１質量％〜５．５質量％、Ｃｒ又はＡｌを合計で０．２質量％〜４質量％含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物であり、かつＳｉの含有量がＣｒ及びＡｌの合計よりも多い軟磁性合金粉を準備すること、
該軟磁性合金粉末を成形して成形体を得ること、及び
該成形体を酸素濃度が１０ｐｐｍ〜８００ｐｐｍの雰囲気中にて、５００℃〜９００℃の温度で熱処理して軟磁性合金の粒子表面に酸化物層を形成し、該酸化物層を介して軟磁性合金の粒子同士を結合すること、
を含む、磁性体の製造方法。
【請求項６】
前記軟磁性合金粉におけるＣｒの含有量が０．５質量％以上である、請求項５に記載の磁性体の製造方法。
【請求項７】
前記軟磁性合金におけるＡｌの含有量が１質量％以下である、請求項５又は６に記載の磁性体の製造方法。
【請求項８】
前記成形に先立って、前記合金粉を、酸素濃度が１０ｐｐｍ〜５００ｐｐｍの雰囲気中にて、６００℃以上の温度で熱処理することをさらに含む、請求項５〜７のいずれか１項に記載の磁性体の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の磁性体の周囲に導体を巻回したコイル部品。
【請求項１０】
請求項９に記載のコイル部品を載せた回路基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性体及びその製造方法、並びに磁性体を用いたコイル部品及びそれを載せた回路基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大きな電流が通電される用途等のコイル部品には、小型化に加えてさらなる大電流化が求められている。大電流化のためには、電流に対して磁気飽和しにくい磁性材料を用いてコアを構成する必要があることから、磁性材料として、フェライト系に代えて鉄系の金属磁性材料が用いられるようになってきている。
【０００３】
一般に、コイル部品のコアに用いる磁性体は、粉末状の軟磁性材料から製造される。粉末状の軟磁性金属材料は、粉末を構成する個々の粒子自体の絶縁抵抗が低いことから、絶縁性を付与する目的で、これを構成する各粒子の表面を絶縁膜で覆って用いられることが多い。
例えば、特許文献１では、Ｆｅ−１％Ｓｉアトマイズ合金粒子を、窒素ガスに水蒸気を混入して相対湿度１００％（常温）とした非常に低い酸素濃度の雰囲気中で４５０℃にて２時間酸化反応させて、結果として粒子表面に膜厚５ｎｍのＳｉＯ２酸化膜を形成することが報告されている。
【０００４】
また、軟磁性金属粉から磁性体を製造する際には、軟磁性金属粉を所定形状に成形後、粒子同士を結合させて強度を高めるために、あるいは粒子表面に絶縁膜を形成したり既に形成された絶縁膜を成長させたりして粒子間を電気的に絶縁するために、成形体を熱処理することもある。
例えば、特許文献１では、粒子表面にＳｉＯ２膜を形成した軟磁性合金粉末の成形体を、窒素−５％水素混合ガスに加湿器で水蒸気を混入して相対湿度１００％とした雰囲気ガス中で、４５０℃で所定時間維持して酸化反応させた後、さらに８８０℃まで昇温して所定時間保持する処理を行ったことが報告されている。
また、特許文献２では、粒子表面をチタンアルコキシド類とシリコンアルコキシド類とを含む処理液でコーティングした軟磁性合金粉の成形体を、アルゴン雰囲気下にて８５０℃で熱処理したことが報告されている。
さらに、特許文献３では、表面にＳｉ化合物が配置されたＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉の成形体を、大気中、７００℃で１時間熱処理したことが報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−４９６２５号公報
【特許文献２】特開２０１８−１８２０４０号公報
【特許文献３】特願２０１５−１２６０４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
透磁率等の磁気特性に優れる磁性体を得る手段として、磁性体中の軟磁性材料の充填率を高めることが挙げられる。しかし、軟磁性材料として金属を用いた場合には、前述したとおり、絶縁膜を形成して軟磁性金属の粒子間を電気的に絶縁する必要があるため、絶縁膜の体積分軟磁性金属の充填率が低下してしまう。特に、絶縁膜の電気的絶縁性が低い場合には、これを厚く形成する必要があるため、金属粒子間の距離が大きくなり、磁気特性が低下してしまう問題があった。
【０００７】
また、透磁率等の磁気特性に優れる磁性体を得る手段として、軟磁性金属中のＦｅの含有割合を高めることも知られているが、Ｆｅの含有割合が高い軟磁性金属は、大気中でのＦｅの酸化により磁気特性が低下してしまうことが問題であった。
【０００８】
そこで本発明は、前述の問題点を解決し、高い透磁率を有する磁性体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、前述の問題点を解決するために種々の検討を行ったところ、磁性体を構成する軟磁性合金をＦｅ含有量の多い特定組成を有するものにするとともに、該合金の粒子同士を、特定の組成を有する酸化物層を介して結合するように構成することで、該問題点を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、前記課題を解決するための本発明の第１の実施形態は、軟磁性合金の粒子同士が酸化物層を介して結合されてなる磁性体であって、前記軟磁性合金は、構成元素として、Ｓｉを１質量％〜５．５質量％、Ｃｒ又はＡｌを合計で０．２質量％〜４質量％含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物である合金であり、前記酸化物層は、Ｓｉに加えてＣｒ又はＡｌの少なくとも一方を含み、かつＦｅ、Ｓｉ、Ｃｒ及びＡｌのうち、質量基準でＳｉを最も多く含むことを特徴とする磁性体である。
【００１１】
また、本発明の第２の実施形態は、磁性体の製造方法であって、構成元素として、Ｓｉを１質量％〜５．５質量％、Ｃｒ又はＡｌを合計で０．２質量％〜４質量％含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物であり、かつＳｉの含有量がＣｒ及びＡｌの合計よりも多い軟磁性合金粉を準備すること、該軟磁性合金粉末を成形して成形体を得ること、及び該成形体を酸素濃度が１０ｐｐｍ〜８００ｐｐｍの雰囲気中にて、５００℃〜９００℃の温度で熱処理して軟磁性合金の粒子表面に酸化物層を形成し、該酸化物層を介して軟磁性合金の粒子同士を結合すること、を含む、磁性体の製造方法である。
【００１２】
さらに、本発明の第３の実施形態は、前述の磁性体の周囲に導体を巻回したコイル部品であり、本発明の第４実施形態は、該コイル部品を載せた回路基板である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、高い透磁率を有する磁性体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１に係る磁性体における、走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）による酸化物層の構造確認結果を示す模式図
【図２】図１中のＡ−Ａ’に沿った線分析結果
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照しながら、本発明の構成及び作用効果について、技術的思想を交えて説明する。但し、作用機構については推定を含んでおり、その正否は、本発明を制限するものではない。また、以下の実施形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。なお、数値範囲の記載（２つの数値を「〜」でつないだ記載）については、下限及び上限として記載された数値をも含む意味である。
【００１６】
［磁性体］
本発明の第１の実施形態に係る磁性体（以下、単に「第１実施形態」と記載することがある。）は、軟磁性合金の粒子同士が酸化物層を介して結合されてなり、前記軟磁性合金が、構成元素として、Ｓｉを１質量％〜５．５質量％、Ｃｒ又はＡｌを合計で０．２質量％〜４質量％含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物である合金であり、前記酸化物層が、Ｓｉに加えてＣｒ又はＡｌの少なくとも一方を含み、かつＦｅ、Ｓｉ、Ｃｒ及びＡｌのうち、質量基準でＳｉを最も多く含むことを特徴とする。
【００１７】
第１実施形態の軟磁性合金は、Ｓｉを１質量％〜５．５質量％含有する。
軟磁性合金がＳｉを１質量％以上含有することで、電気抵抗が高くなり、渦電流による磁気特性の低下を抑制することができる。Ｓｉの含有量は、１．５質量％以上であることが好ましく、２質量％以上であることがより好ましい。他方、Ｓｉの含有量が５．５質量％以下であることで、Ｆｅの含有量が多くなり、磁性体の透磁率が高くなる。Ｓｉの含有量は、５質量％以下であることが好ましく、４．５質量％以下であることがより好ましい。
【００１８】
また、第１実施形態の軟磁性合金は、Ｃｒ又はＡｌを合計で０．２質量％〜４質量％含有する。
軟磁性合金がＣｒ又はＡｌを合計で０．２質量％以上含有することで、耐酸化性に優れたものとなる。他方、Ｃｒ又はＡｌの含有量が合計で４質量％以下であることで、これらの元素の偏析が抑制されると共に、Ｆｅの含有量が多くなり、磁性体の透磁率が高くなる。より高い透磁率を得るためには、Ｃｒ又はＡｌの含有量の合計は２質量％以下であることが好ましい。
軟磁性合金がＣｒを含有する場合には、より優れた耐酸化性を得る点から、その含有量が０．５質量％以上であることが好ましい。
軟磁性合金がＡｌを含有する場合には、その偏析を抑制する点から、その含有量が１質量％以下であることが好ましい。
【００１９】
第１実施形態の軟磁性合金におけるＦｅの含有量は、磁性体の透磁率に大きく影響するため、所期の絶縁性及び耐酸化性が得られる範囲でなるべく多くすることが好ましい。好適なＦｅの含有量は９４質量％以上であり、９５質量％以上であることがより好ましく、９６質量％以上であることがさらに好ましい。
【００２０】
第１実施形態では、前述した組成を有する軟磁性合金の粒子同士が、Ｓｉに加えてＣｒ又はＡｌの少なくとも一方を含み、かつＦｅ、Ｓｉ、Ｃｒ及びＡｌのうち、質量基準でＳｉを最も多く含む酸化物層を介して結合されている。
酸化物層がＳｉに加えてＣｒ又はＡｌの少なくとも一方を含むことで、層内の酸素の移動速度を低減し、軟磁性合金粒子に酸素が到達してＦｅが酸化することによる磁気特性の低下を抑制できる。
また、酸化物層が、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｒ及びＡｌのうち、質量基準でＳｉを最も多く含むことで、電気的絶縁性に優れたものとなる。これに加えて、酸化物層中のＦｅ、Ｃｒ及びＡｌの含有量がＳｉよりも少ないことは、磁性体製造時の軟磁性合金粒子から酸化物層への拡散流束が小さく、厚みの小さい酸化物層が得られたことを意味する点からも好ましい。さらに、酸化物相中のＦｅの含有量が少ないことは、その分軟磁性合金中のＦｅ含有量が多いことを意味する点からも好ましい。
このように、第１実施形態では、Ｆｅを多く含む軟磁性合金の粒子同士が、酸素の移動速度が小さく、絶縁性に優れた、厚みの小さい酸化膜で隔てられていることにより、高い透磁率を安定して得ることができる。
【００２１】
前記酸化物層は、Ｆｅ，Ｃｒ及びＡｌのうち、質量基準でＳｉの次に含有量の多い元素の３倍以上のＳｉを含有するＳｉ富化領域を有し、該Ｓｉ富化領域で前記軟磁性合金と接していることが好ましい。酸化物層がこのような構造を有することで、より電気的絶縁性に優れたものとなる。前記Ｓｉ富化領域には、質量基準のＳｉ含有量が、前記Ｓｉの次に含有量の多い元素の５倍以上の箇所が存在することがより好ましく、該倍率が１０倍以上の箇所が存在することがさらに好ましい。
【００２２】
ここで、磁性体における軟磁性合金の組成及び酸化物層の構造は、以下の手順により確認する。
まず、インダクタコアの中央部から、集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）を用いて、厚さ５０ｎｍ〜１００ｎｍの薄片試料を取り出した後、直ちに環状暗視野検出器及びエネルギー分散型Ｘ線分光（ＥＤＳ）検出器を搭載した走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）を用いて、ＳＴＥＭ―ＥＤＳ法にて酸化物層の組成マッピング像を取得する。ＳＴＥＭ―ＥＤＳの測定条件は、加速電圧を２００ｋＶ、電子ビーム径を１．０ｎｍとし、軟磁性合金粒子部分の各点における６．２２ｋｅＶ〜６．５８ｋｅＶの範囲の信号強度の積算値が２５カウント以上となるように測定時間を設定する。そして、ＦｅＫα線の信号強度（ＩＦｅＫα）、ＣｒＫα線の信号強度（ＩＣｒＫα）及びＡｌＫα線の信号強度（ＩＡｌＫα）の合計に対するＯＫα線の信号強度の比（ＩＯＫα／（ＩＦｅＫα＋ＩＣｒＫα＋ＩＡｌＫα））が０．５以上である領域を酸化物層とし、該値が０．５未満である領域を軟磁性合金とする。
軟磁性合金の組成は、軟磁性合金の粒子について、ＳＴＥＭ―ＥＤＳ法にて酸化物層側から径方向に線分析を行って、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｒ及びＡｌの分布を測定し、該各元素の含有量の変動が±１質量％以内となる最初の３測定点について、各元素の含有量の平均値を算出し、これに基づいて決定する。なお、磁性体の製造に用いた軟磁性合金粉の組成が既知である場合には、当該既知の組成を軟磁性合金の組成としてもよい。
酸化物層の構造は、酸化物層のうち、軟磁性合金粒子同士を結合している任意の部分について、一方の軟磁性合金粒子から酸化物層を経て他方の軟磁性合金粒子へと至る線分に沿ってＳＴＥＭ―ＥＤＳ法にて線分析を行い、各元素の分布を測定することで確認する。
【００２３】
［磁性体の製造方法］
本発明の第２の実施形態に係る磁性体の製造方法（以下、単に「第２実施形態」と記載することがある。）は、構成元素として、Ｓｉを１質量％〜５．５質量％、Ｃｒ又はＡｌを合計で０．２質量％〜４質量％含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物であり、かつＳｉの含有量がＣｒ及びＡｌの合計よりも多い軟磁性合金粉を準備すること、該軟磁性合金粉末を成形して成形体を得ること、及び該成形体を酸素濃度が１０ｐｐｍ〜８００ｐｐｍの雰囲気中にて、５００℃〜９００℃の温度で熱処理して軟磁性合金の粒子表面に酸化物層を形成し、該酸化物層を介して軟磁性合金の粒子同士を結合すること、を含む。
【００２４】
第２実施形態で使用する軟磁性合金粉は、構成元素として、Ｓｉを１質量％〜５．５質量％含有する。
Ｓｉを１質量％以上含有する軟磁性合金粉を使用することで、後述する熱処理により電気的絶縁性に優れる酸化物層を形成することができる。Ｓｉの含有量は、１．５質量％以上であることが好ましく、２質量％以上であることがより好ましい。他方、軟磁性合金粉のＳｉの含有量が５．５質量％以下であることで、合金中のＦｅの含有量が多くなり、得られる磁性体の透磁率が高くなる。Ｓｉの含有量は、５質量％以下であることが好ましく、４．５質量％以下であることがより好ましい。
【００２５】
また、第２実施形態で使用する軟磁性合金粉は、Ｃｒ又はＡｌを合計で０．２質量％〜４質量％含有する。
Ｃｒ又はＡｌを合計で０．２質量％以上含有する軟磁性合金粉を使用することで、磁性体の製造過程でのＦｅの酸化を防止して透磁率の高い磁性体を得ることができる。他方、Ｃｒ又はＡｌの含有量が合計で４質量％以下であることで、製造過程でのこれらの元素の偏析が抑制されると共に、Ｆｅの含有量が多くなり、磁性体の透磁率が高くなる。より高い透磁率を得るためには、Ｃｒ又はＡｌの含有量の合計は２質量％以下であることが好ましい。
軟磁性合金粉がＣｒを含有する場合には、より優れた耐酸化性を得る点から、その含有量が０．５質量％以上であることが好ましい。
軟磁性合金粉がＡｌを含有する場合には、その偏析を抑制する点から、その含有量が１質量％以下であることが好ましい。
【００２６】
第２実施形態で使用する軟磁性合金粉におけるＦｅの含有量は、得られる磁性体の透磁率に大きく影響するため、所期の絶縁性及び耐酸化性が得られる範囲でなるべく多くすることが好ましい。好適なＦｅの含有量は９４質量％以上であり、９５質量％以上であることがより好ましく、９６質量％以上であることがさらに好ましい。
【００２７】
第２実施形態で使用する軟磁性合金粉は、Ｓｉの含有量がＣｒ及びＡｌの合計よりも多いものである。
Ｓｉの含有量がＣｒ及びＡｌの合計よりも多いことで、後述する熱処理により、合金粒子の表面に、Ｓｉに富む、絶縁性が高くて厚みが薄い酸化物層が形成され、透磁率の高い磁性体が得られる。
【００２８】
第２実施形態で使用する軟磁性合金粉の粒径は特に限定されず、例えば、体積基準で測定した粒度分布から算出される平均粒径（メジアン径（Ｄ５０））を０．５μｍ〜３０μｍとすることができる。平均粒径は、１μｍ〜１０μｍとすることが好ましい。この平均粒径は、例えば、レーザー回折／散乱法を利用した粒度分布測定装置を用いて測定することができる。
【００２９】
第２実施形態では、軟磁性合金粉を成形する前に、該合金粉を、酸素濃度が５ｐｐｍ〜５００ｐｐｍの雰囲気中にて、６００℃以上の温度で熱処理してもよい。該熱処理により、軟磁性合金粉を構成する粒子の表面に凹凸の少ない滑らかな酸化膜が形成され、成形性が向上することで充填率を高くできる。また、電気的絶縁性に優れる磁性体が得られる。
【００３０】
前述の酸化膜は、最表面におけるＣｒ及びＡｌの合計質量に対するＳｉの質量の比率（Ｓｉ／（Ｃｒ＋Ａｌ））が１〜１０であることが好ましい。前記比率が１以上であると、微細な凹凸がより少ない、より滑らかな表面を有する膜となる。他方、前記比率が１０以下であると、過剰な酸化が抑制され、酸化膜は薄くとも、膜の安定性がより向上する。前記比率は、８以下であることが好ましく、６以下であることがより好ましい。これにより、熱処理を加えるようなことがあっても、この表面状態を維持することができる。
【００３１】
ここで、酸化膜の最表面におけるＣｒ及びＡｌの合計質量に対するＳｉの質量の比率（Ｓｉ／（Ｃｒ＋Ａｌ））は、以下の方法で測定する。Ｘ線光電子分光分析装置（アルバック・ファイ株式会社製  ＰＨＩ  Ｑｕａｎｔｅｒａ  ＩＩ）を用いて、酸化膜が形成された軟磁性合金粒子の表面における鉄（Ｆｅ）、ケイ素（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）、クロム（Ｃｒ）及びアルミニウム（Ａｌ）の含有割合（原子％）の測定を行う。測定条件は、Ｘ線源として単色化したＡｌＫα線を用い、検出領域を１００μｍφとする。そして、得られた結果から各元素の質量割合（ｍａｓｓ％）を算出し、これに基づいてＣｒ及びＡｌの合計質量に対するＳｉの質量の比率を算出する。
【００３２】
第２実施形態では、前述した成形前の熱処理により、酸化膜の最表面におけるＳｉの質量割合を軟磁性合金部分の５倍以上とし、かつ酸化膜の最表面におけるＣｒ又はＡｌの質量割合を軟磁性合金部分の３倍以上とすることが好ましい。このような質量割合とすることで、より優れた流動性が得られる。
【００３３】
また、第２実施形態では、前述した成形前の熱処理を、該熱処理前の軟磁性合金粉を構成する各粒子の最表面における、質量％で表示したＳｉ、Ｃｒ及びＡｌ濃度をそれぞれ［Ｓｉ処理前］、［Ｃｒ処理前］及び［Ａｌ処理前］とし、該熱処理後の軟磁性合金粉を構成する各粒子の最表面における、質量％で表示したＳｉ、Ｃｒ及びＡｌ濃度をそれぞれ［Ｓｉ処理後］、［Ｃｒ処理後］及び［Ａｌ処理後］とした場合に、｛（［Ｃｒ処理後］＋［Ａｌ処理後］）／［Ｃｒ処理前］＋［Ａｌ処理前］）｝＞（［Ｓｉ処理後］／［Ｓｉ処理前］）となるように、すなわち、熱処理による粒子最表面のＣｒとＡｌの合量の増加割合が、Ｓｉの増加割合よりも大きくなるように、行うことが好ましい。このように熱処理を行うことで、より安定性の高い酸化膜を備えた軟磁性合金粉を得ることができる。
【００３４】
ここで、前記［Ｓｉ処理後］、［Ｃｒ処理後］及び［Ａｌ処理後］の値は、成形前の熱処理を行った軟磁性合金粉について、上述のＸ線光電子分光分析装置による酸化膜の最表面の分析で得られた結果とし、前記［Ｓｉ処理前］、［Ｃｒ処理前］及び［Ａｌ処理前］の値は、該分析において、測定用試料を熱処理前の軟磁性合金粒子に変更して得られた値とする。
【００３５】
第２実施形態では、前述した成形前の熱処理により、比表面積Ｓ（ｍ２／ｇ）と平均粒径Ｄ５０（μｍ）との関係が下記式（１）を満たす軟磁性合金粉とすることが好ましい。
【００３６】
【数１】
2020141080.tif 000003
【００３７】
この式は、比表面積Ｓ（ｍ２／ｇ）の常用対数と平均粒径Ｄ５０（μｍ）の常用対数とが直線関係になるという経験則に基づいて導出されたものである。粉末の比表面積の値は、これを構成する粒子表面の凹凸に加えて、該粒子の粒径の影響も受けるため、比表面積の値が小さい粉末であれば表面の凹凸の少ない滑らかな粒子で構成されているとはいえない。そこで、第２実施形態では、前記式（１）により、比表面積に対する粒子の表面状態の影響と粒径の影響とを分離し、前者の影響で小さな比表面積を有する軟磁性合金粉を、凹凸の少ない滑らかな表面を有するものとしたのである。ＳとＤ５０との関係が前記式（１）を満たすことで、より流動性に優れる粉末となる。
比表面積Ｓ（ｍ２／ｇ）は、粒子表面の酸化膜に存在するＳｉの割合を増やし、酸化膜表面の凹凸を少なくすることで、より小さくすることがでる。表面凹凸の少ない酸化膜によれば、薄い膜厚で絶縁を維持することができるため好ましい。粒子表面の酸化膜に存在するＳｉの割合は、上述したとおり、軟磁性合金粉のＳｉの組成比率を高めたり、熱処理温度を低くしたりすることで、高めることができる。具体的には比表面積Ｓ（ｍ２／ｇ）と平均粒径Ｄ５０（μｍ）との関係は、下記式（２）を満たすことがより好ましく、下記式（３）を満たすことがさらに好ましい。
【００３８】
【数２】
2020141080.tif 000004
【００３９】
【数３】
2020141080.tif 000005
【００４０】
ここで、比表面積Ｓは、全自動比表面積測定装置（株式会社マウンテック製  Ｍａｃｓｏｒｂ）により、窒素ガス吸着法を用いて測定・算出する。まず、ヒーター内で測定試料を脱気した後、測定試料に窒素ガスを吸着・脱離させることにより吸着窒素量を測定する。次いで、得られた吸着窒素量から、ＢＥＴ１点法を用いて単分子層吸着量を算出し、この値から、１個の窒素分子が占める面積及びアボガドロ数の値を用いて試料の表面積を導出する。最後に、得られた試料の表面積を該試料の質量で除すことで、粉末の比表面積Ｓを得る。
【００４１】
また、平均粒径Ｄ５０は、レーザー回折／散乱法を利用した粒度分布測定装置（株式会社堀場製作所製  ＬＡ−９５０）により測定・算出する。まず、湿式フローセル中に分散媒としての水を入れ、事前に十分に解砕した粉末を、適切な検出信号が得られる濃度で該セル中に投入して粒度分布を測定する。次いで、得られた粒度分布におけるメジアン径を算出し、この値を平均粒径Ｄ５０とする。
【００４２】
第２実施形態では、前述した成形前の熱処理を行う場合、これにより形成される酸化膜の厚みを１０ｎｍ〜５０ｎｍとすることが好ましい。酸化膜の厚みを１０ｎｍ以上とすることで、合金部分の微細な凹凸を覆って平滑な表面を形成することができる。また、高い絶縁性を得ることができる。酸化膜の厚みは、２０ｎｍ以上とすることがより好ましい。このようにすることで、より酸化膜表面のＳｉの比率を高めることができる。また、磁性体を形成する際に、圧力を掛ける圧縮成形で酸化膜の欠陥が生じた場合であっても、絶縁性を維持することができる。他方、酸化膜の厚みを５０ｎｍ以下とすることで、膜厚の不均一による粒子表面の平滑性の低下を抑制できる。また、磁性体を形成した際に、高い透磁率が得られる。酸化膜の厚みは、４０ｎｍ以下とすることがより好ましい。
【００４３】
ここで、酸化膜の厚みは、軟磁性合金粉を構成する磁性粒子の断面を走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）（日本電子株式会社製  ＪＥＭ−２１００Ｆ）にて観察し、粒子内部の合金部分とのコントラスト（明度）の差異により認識される酸化膜について、その厚みを、異なる粒子の１０箇所で、倍率５００，０００倍で測定し、平均値を求めることで算出する。
【００４４】
第２実施形態では、前述した軟磁性合金粉を所定の形状に成形して成形体を得る。
成形方法は特に限定されず、例えば、軟磁性合金粉と樹脂とを混合して金型等の成形型に供給し、プレス等により加圧した後、樹脂を硬化させる方法が挙げられる。
この場合、軟磁性合金粉と混合する樹脂は、軟磁性合金粉の粒子同士を接着して成形及び保形を可能にすると共に、脱脂処理によって炭素分等を残存させることなく揮発するものであれば特に限定されない。一例として、分解温度が５００℃以下であるアクリル樹脂、ブチラール樹脂、及びビニル樹脂等が挙げられる。また、樹脂と共に、あるいは樹脂に代えて、ステアリン酸又はその塩、リン酸又はその塩、及びホウ酸及びその塩に代表される潤滑剤を使用してもよい。
樹脂ないし潤滑剤の添加量は、成形性及び保形性等を考慮して適宜決定すればよく、例えば、軟磁性合金粉１００質量部に対して０．１〜５質量部とすることができる。
【００４５】
成形体を得る際に樹脂を混合した場合には、熱処理に先立って脱脂を行うことが好ましい。脱脂温度は、使用した樹脂の分解温度に応じて設定されるが、概ね２００℃〜５００℃程度とされる。また、脱脂雰囲気は、軟磁性合金の酸化を防ぐため、過熱水蒸気とすることが好ましい。
【００４６】
第２実施形態では、前述した成形体を、酸素濃度が１０ｐｐｍ〜８００ｐｐｍの雰囲気中で熱処理する。
熱処理雰囲気中の酸素濃度を前記範囲とすることで、軟磁性合金の粒子表面に、Ｓｉに加えてＣｒ又はＡｌの少なくとも一方を含有し、かつＳｉに富む酸化物層を適度な厚みで形成することができる。前記酸素濃度は、１００ｐｐｍ以上とすることが好ましく、２００ｐｐｍ以上とすることがより好ましい。
熱処理雰囲気中の酸素濃度が低すぎると、短時間の熱処理では酸化物層の形成が不十分となることで絶縁性が低下し、長時間の熱処理では、酸化物層へのＦｅ又はＣｒ若しくはＡｌの拡散によって酸化物層が厚くなりすぎ、透磁率が低下する。他方、熱処理雰囲気中の酸素濃度が高すぎると、酸化物層中のＦｅ又はＣｒ若しくはＡｌの含有量が多くなりすぎ、酸化物層の絶縁性が低下する。
【００４７】
また、第２実施形態では、前記熱処理を５００℃〜９００℃の温度で行う。
熱処理温度を前記範囲とすることで、軟磁性合金の粒子表面に、Ｓｉに加えてＣｒ又はＡｌの少なくとも一方を含有し、かつＳｉに富む酸化物層を適度な厚みで形成することができる。前記熱処理の温度は、５５０℃以上とすることが好ましく、６００℃以上とすることがより好ましい。また、前記熱処理の温度は、８５０℃以下とすることが好ましく、８００℃以下とすることがより好ましい。
【００４８】
第２実施形態における熱処理の時間は、軟磁性合金の粒子表面に、Ｓｉに加えてＣｒ又はＡｌの少なくとも一方を含有し、かつ軟磁性合金の粒子表面にＳｉに富む酸化物層が形成され、該酸化物層を介して軟磁性合金の粒子同士が結合できれば特に限定されないが、酸化物層を十分な厚さとする点からは、３０分以上とすることが好ましく、１時間以上とすることがより好ましい。他方、熱処理を短時間で終わらせて生産性を向上する点からは、熱処理時間を５時間以下とすることが好ましく、３時間以下とすることがより好ましい。
【００４９】
第２実施形態における熱処理は、バッチ処理であってもフロー処理であってもよい。フロー処理の例としては、前述した成形体を載せた複数の耐熱トレーをトンネル炉中に断続的ないし連続的に投入し、所定の雰囲気及び温度に保持した領域を所定の時間で通過させる方法が挙げられる。
【００５０】
［コイル部品］
本発明の第３実施形態に係るコイル部品（以下、単に「第３実施形態」と記載することがある。）は、上述した第１実施形態に係る磁性体の周囲に導体を巻回して構成される。
【００５１】
磁性体の形状及び寸法、並びに導体の材質及び形状は特に限定されず、要求特性に応じて適宜決定すればよい。
【００５２】
第３実施形態では、磁性体として透磁率の高いものを用いているので、優れた特性のコイル部品となる。また、同じ特性を得るために必要な素子体積を小さくできるため、小型のコイル部品となる。
【００５３】
［回路基板］
本発明の第４実施形態に係る回路基板（以下、単に「第４実施形態」と記載することがある。）は、第３実施形態に係るコイル部品を載せた回路基板である。
回路基板の構造等は限定されず、目的に応じたものを採用すればよい。
第４実施形態は、第３実施形態に係るコイル部品を使用することで、高性能化及び小型化が可能である。
【実施例】
【００５４】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は該実施例に限定されるものではない。
【００５５】
［実施例１］
（磁性体の作製）
まず、Ｆｅ−３．５Ｓｉ−１．５Ｃｒ（数値は質量百分率を示す）の組成を有する、平均粒径４．０μｍの軟磁性合金粉を準備した。次いで、この軟磁性合金粉を、１．２質量％のアクリル系バインダとともに撹拌混合し、成形用材料を調製した。次いで、この成形用材料を、外径８ｍｍ、内径４ｍｍのトロイダルに対応する成形空間を有する金型に投入し、８ｔ／ｃｍ２の圧力で一軸加圧成形して厚さ１．３ｍｍの成形体を得た。次いで、得られた成形体を１５０℃の恒温槽中に１時間入れてバインダを硬化させた後、過熱水蒸気炉により３００℃に加熱して、熱分解によりバインダを除去した。最後に、石英炉にて、酸素濃度８００ｐｐｍの雰囲気中、８００℃で１時間の熱処理を行い、トロイダル状の磁性体を得た。
また、前記成形用材料を、内径７ｍｍの円板状の成形空間を有する金型に投入し、８ｔ／ｃｍ２の圧力で一軸加圧成形して得た、厚さ０．５ｍｍ〜０．８ｍｍの成形体を、同様に処理して、円板状の磁性体を得た。
【００５６】
（酸化物層の構造確認）
前述した円板状の磁性体について、上述した方法により、酸化物層の構造を確認した。ＳＴＥＭにより観察された酸化物層の構造の模式図を図１に、図１中の線分Ａ−Ａ’に沿った線分析結果を図２に、それぞれ示す。
図２によれば、酸化物層２は、Ｓｉに加えてＦｅ及びＣｒを含有することが判る。また、酸化物層２のほぼ全幅に亘って、最も多く含まれる元素がＳｉとなっていることから、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｒ及びＡｌのうち、酸化物層２において最も多く含まれるのはＳｉであることが判る。さらに、酸化物層２中には、軟磁性合金粒子１との境界部分にＳｉ含有量が特に多いＳｉ富化領域２１が確認され、該領域中には、Ｓｉ含有量が、２番目に多く含まれるＦｅの約５倍である箇所が見られた。
【００５７】
（磁性体の透磁率測定）
前述したトロイダル状のコアに、直径０．３ｍｍのウレタン被覆銅線を、コイル状に２０ターン巻回して評価用試料とした。
得られた評価用試料について、測定装置としてＬクロムメーター（アジレントテクノロジー社製  ４２８５Ａ）を用い、周波数１０ＭＨｚにて比透磁率の測定を行った。得られた比透磁率は２２であった。
【００５８】
（磁性体の絶縁性評価）
磁性体の絶縁性を、体積抵抗率及び絶縁破壊電圧により評価した。
前述した円板状の磁性体の両面全体に、スパッタリングによりＡｕ膜を形成して評価用試料とした。
得られた評価用試料について、ＪＩＳ−Ｋ６９１１に準じて体積抵抗率を測定した。試料の両面に形成されたＡｕ膜を電極とし、該電極間に、電界強度が６０Ｖ／ｃｍとなるように電圧を印加して抵抗値を測定し、該抵抗値から体積抵抗率を算出した。評価用試料の体積抵抗率は０．２ＭΩ・ｃｍであった。
また、得られた評価用試料の絶縁破壊電圧は、試料の両面に形成されたＡｕ膜を電極とし、該電極間に電圧を印加して電流値を測定することで行った。印加電圧を徐々に上げて電流値を測定し、該電流値から算出される電流密度が０．０１Ａ／ｃｍ２となった電圧から算出される電界強度を破壊電圧とした。評価用試料の絶縁破壊電圧は０．００１８ＭＶ／ｃｍであった。
【００５９】
［実施例２］
軟磁性合金粉に対し、以下の処理を行った以外は実施例１と同様にして、実施例２に係る磁性体を得た。
まず、軟磁性合金粉をジルコニア製の容器に入れ、真空熱処理炉内に配置した。
次に、炉内を排気して酸素濃度を１００ｐｐｍとした後、昇温速度５℃／ｍｉｎで７００℃まで昇温し、１時間保持して熱処理を行い、室温まで炉冷し、軟磁性合金粉を得た。
【００６０】
得られた磁性体における酸化物層の構造を、実施例１と同様の方法で確認したところ、実施例１に係る磁性体と同様の結果が得られた。酸化物層中の軟磁性合金粒子との境界部分に確認されたＳｉ含有量が特に多い領域には、Ｓｉの含有量が、２番目に多く含まれるＦｅの約１２倍である箇所が見られた。
【００６１】
また、得られた磁性体の特性を実施例１と同様の方法で評価したところ、比透磁率が２５、体積抵抗率が１０３ＭΩ・ｃｍ、絶縁破壊電圧が０．００４７ＭＶ／ｃｍとなった。
【００６２】
［実施例３］
軟磁性合金粉として平均粒径２．２μｍのものを使用した以外は、実施例１と同様にして、実施例３に係る磁性体を得た。
【００６３】
得られた磁性体における酸化物層の構造を、実施例１と同様の方法で確認したところ、実施例１に係る磁性体と同様の構造を有することが判った。
【００６４】
また、得られた磁性体の比透磁率及び体積抵抗率を実施例１と同様の方法で評価したところ、比透磁率が１６、体積抵抗率が０．５ＭΩ・ｃｍとなった。
【００６５】
（磁性体における充填性評価）
本実施例では、前述の評価に加えて、磁性体における軟磁性合金粒子の充填性を、円板状試料の充填率及びドラムコア状試料の軸部に対する鍔部の密度比により評価した。
円板状試料は、実施例１における円板状試料と同様の方法で作製した。
得られた円板状試料について、外径及び厚さを測定して体積（実測体積）を算出した。また、円板状試料の作製に用いた軟磁性合金粉について、ピクノメーター法により真密度を測定し、該真密度の値で前記円板状試料の質量を除することで、円板状試料中の軟磁性合金粉が充填率１００体積％の磁性体を形成した場合の体積（理想体積）を算出した。そして、該理想体積を前記実測体積で除することにより、充填率を算出した。得られた充填率は、７８．８体積％であった。
ドラムコア状試料は、成形に使用する金型を軸部成形用空間と鍔部成形用空間とを有するものに変更した以外は、円板状試料と同様の手順で作製し、軸部のサイズが１．６ｍｍ×１．０ｍｍ×１．０ｍｍで、鍔部の厚みが０．２５ｍｍのドラムコア状試料を得た。
得られたドラムコア状試料の軸部に対する鍔部の密度比は、該試料の軸部及び鍔部のそれぞれから測定用試料を採集し、定容積膨張法により各試料の体積を測定すると共に、該各試料の質量を測定し、これらの測定値から各部の密度を算出して比を取ることで算出した。今回の試料では鍔部と軸部とは同種材料であるから、密度比が充填率の比に相当する。得られた密度比は０．９０であった。
【００６６】
［実施例４］
軟磁性合金粉に対し、以下の処理を行った以外は実施例３と同様にして、実施例４に係る磁性体を得た。
まず、軟磁性合金粉をジルコニア製の容器に入れ、真空熱処理炉内に配置した。
次に、炉内を排気して酸素濃度を１０ｐｐｍとした後、昇温速度５℃／ｍｉｎで７００℃まで昇温し、１時間保持して熱処理を行い、室温まで炉冷し、軟磁性合金粉を得た。
【００６７】
この処理を行った軟磁性合金粉について、粒子表面に形成された酸化膜の厚みを、上述した方法で確認したところ、３０ｎｍであった。
【００６８】
得られた磁性体における酸化物層の構造を、実施例１と同様の方法で確認したところ、実施例２に係る磁性体と同様の構造を有することが判った。
【００６９】
また、得られた磁性体の比透磁率及び体積抵抗率を実施例１と同様の方法で評価したところ、比透磁率が２２、体積抵抗率が１００ＭΩ・ｃｍとなった。
【００７０】
磁性体における軟磁性合金粒子の充填性を、実施例２と同様の方法で評価したところ、充填率が８０．５体積％、密度比が０．９３であった。
【００７１】
［比較例１］
８００℃で１時間の熱処理雰囲気を大気とした以外は実施例１と同様にして、比較例１に係る磁性体を得た。
【００７２】
得られた磁性体における酸化物層の構造を、実施例１と同様の方法で確認したところ、酸化物層は、Ｓｉに加えてＦｅ及びＣｒを含み、軟磁性合金粒子との境界部分ではＳｉを最も多く含んでいるものの、その内側の領域の殆どでＣｒが最も多くなっており、全体としてＣｒの含有量が最も多かった。
【００７３】
また、得られた磁性体の比透磁率及び体積抵抗率を実施例１と同様の方法で評価したところ、比透磁率が１４、体積抵抗率が０．０７ＭΩ・ｃｍとなった。
【００７４】
測定された実施例及び比較例に係る磁性体の特性を、まとめて表１に示す。
【００７５】
【表１】
2020141080.tif 000006
【００７６】
実施例１〜４と比較例１との対比から、軟磁性合金粒子同士を結合する酸化物層が、Ｓｉに加えてＣｒ又はＡｌの少なくとも一方を含み、かつＦｅ、Ｓｉ、Ｃｒ及びＡｌのうち、質量基準でＳｉを最も多く含有する磁性体は、高い比透磁率を示すといえる。これは、前記酸化物層の厚みが小さく、軟磁性合金の充填率が高くなることによるものと解される。
また、実施例１と実施例２との対比、及び実施例３と実施例４との対比から、軟磁性合金粉を低酸素雰囲気下で熱処理することで、より電気的絶縁性に優れた磁性体が得られるといえる。これは、酸化物層中の軟磁性合金粒子との境界部分に位置するＳｉ富化領域におけるＳｉの含有量が特に多いことによるものと解される。
さらに、実施例３と実施例４との対比から、軟磁性合金粉を低酸素雰囲気下で熱処理することで、軟磁性合金粒子の充填率が高い磁性体が得られるといえる。これは、熱処理により、軟磁性合金粉の表面に凹凸の少ない滑らかな酸化膜が形成されることによるものと解される。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明によれば、透磁率の高い磁性体が提供される。該磁性体を利用することで、優れた特性のコイル部品を得ることができる点、及び同じ特性を得るために必要な素子体積を小さくできるため、コイル部品を小型化できる点で、本発明は有用なものである。また、本発明の好ましい形態によれば、絶縁性の高い磁性体が提供される。該磁性体を利用することで、大電流に対応できるコイル部品を得ることができる点で、本発明は有用なものである。
【符号の説明】
【００７８】
１        軟磁性合金粒子
２        酸化物層
２１      Ｓｉ富化領域
Ａ−Ａ’  線分析を行った箇所
【図１】
2020141080.tif 000007
【図２】
2020141080.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】令和2年2月14日(2020.2.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−４９６２５号公報
【特許文献２】特開２０１８−１８２０４０号公報
【特許文献３】特開２０１５−１２６０４７号公報
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７０】
磁性体における軟磁性合金粒子の充填性を、実施例３と同様の方法で評価したところ、充填率が８０．５体積％、密度比が０．９３であった。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2020141080.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】令和2年2月17日(2020.2.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項８】
前記成形に先立って、前記合金粉を、酸素濃度が５ｐｐｍ〜５００ｐｐｍの雰囲気中にて、６００℃以上の温度で熱処理することをさらに含む、請求項５〜７のいずれか１項に記載の磁性体の製造方法。