(57)【要約】【課題】  高周波域においても優れた飽和磁化特性および透磁率を呈する、積層型磁性材料およびその製造方法を提供する。【解決手段】  １は金属磁性材料、２は酸化物磁性材料を示す。図１に示すように、金属磁性材料１からなる薄層と、酸化物磁性材料２からなる薄層とを交互に積層して磁性材料を形成する。金属磁性材料１は、Ｆｅ，Ｎｉ−Ｆｅ，Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ、またはＦｅ−Ｃｏを主成分としている。酸化物磁性材料２は、（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｆｅ２Ｏ４、または（Ｍｎ，Ｚｎ）Ｆｅ２Ｏ４などのフェライトを主成分としている。金属磁性材料１は、めっき、スパッタリング、または真空蒸着の手法を用いて膜形成する。酸化物磁性材料２は、めっき、エアロゾル式ジェットプリンティング処理の手法を用いて膜形成する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属磁性材料からなる薄層と、酸化物磁性材料からなる薄層とを交互に積層して磁性材料を形成したことを特徴とする積層型磁性材料。
【請求項２】
請求項１に記載の積層型磁性材料において、
前記金属磁性材料は、Ｆｅ，Ｎｉ−Ｆｅ，Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ、またはＦｅ−Ｃｏを主成分とすることを特徴とする積層型磁性材料。
【請求項３】
請求項１に記載の積層型磁性材料において、
前記金属磁性材料は、Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ−Ｃ，Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ−Ｃｒ，Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｂ、またはＣｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｂ−Ｓｉを主成分とするアモルファス金属であることを特徴とする積層型磁性材料。
【請求項４】
請求項１に記載の積層型磁性材料において、
前記金属磁性材料は、Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ−Ｃ，Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ−Ｃｒ，Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｂ、またはＣｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｂ−Ｓｉを主成分とする微結晶金属であることを特徴とする積層型磁性材料。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の積層型磁性材料において、
前記酸化物磁性材料は、（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｆｅ２Ｏ４、または（Ｍｎ，Ｚｎ）Ｆｅ２Ｏ４のフェライトを主成分とすることを特徴とする積層型磁性材料。
【請求項６】
金属磁性材料からなる薄層と、酸化物磁性材料からなる薄層とを交互に積層して積層型磁性材料を形成することを特徴とする、積層型磁性材料の製造方法。
【請求項７】
請求項６に記載の製造方法において、
前記金属磁性材料については、めっき、スパッタリング、または真空蒸着により膜形成することを特徴とする、積層型磁性材料の製造方法。
【請求項８】
請求項６または７に記載の製造方法において、
前記酸化物磁性材料については、めっき、エアロゾル式ジェットプリンティング処理により膜形成することを特徴とする積層型磁性材料の製造方法。
【請求項９】
請求項６ないし８のいずれかに記載の製造方法において、
前記金属磁性材料は、Ｆｅ，Ｎｉ−Ｆｅ，Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ、またはＦｅ−Ｃｏを主成分とすることを特徴とする積層型磁性材料の製造方法。
【請求項１０】
請求項６ないし８のいずれかに記載の製造方法において、
前記金属磁性材料は、Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ−Ｃ，Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ−Ｃｒ，Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｂ、またはＣｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｂ−Ｓｉを主成分とするアモルファス金属であることを特徴とする積層型磁性材料の製造方法。
【請求項１１】
請求項６ないし８のいずれかに記載の製造方法において、
前記金属磁性材料は、Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ−Ｃ，Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ−Ｃｒ，Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｂ、またはＣｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｂ−Ｓｉを主成分とする微結晶金属であることを特徴とする積層型磁性材料の製造方法。
【請求項１２】
請求項６ないし１１のいずれかに記載の製造方法において、
前記酸化物磁性材料は、（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｆｅ２Ｏ４、または（Ｍｎ，Ｚｎ）Ｆｅ２Ｏ４のフェライトを主成分とすることを特徴とする積層型磁性材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層型磁性材料およびその製造方法に関するものである。  
さらに詳述すると、本発明は、高周波帯域においても優れた透磁率特性および飽和磁化特性を併せ備えた、低損失の積層型磁性材料およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年においては、各種電子機器の小形化・軽量化に伴い、電子機器に搭載されているスイッチング電源などの各種部品についても小形化・軽量化が要求されている。例えば、薄型化が求められるノート型パソコン，小型携帯機器，薄型ＣＲＴ，あるいはフラットパネルディスプレイなどに用いられるスイッチング電源では、特に小形化・軽量化を達成することが強く求められている。しかしながら、従来のスイッチング電源は、その主要な構成部品であるトランス，リアクトル等の磁気部品が大きな体積を占めていることから、小型化・軽量化・薄型化には限界があった。
【０００３】
このようなスイッチング電源に使用されるトランスやリアクトルなどの磁気部品用部材には、従来から、センダストやパーマロイなどの金属磁性材料のほか、フェライトなどの酸化物磁性材料が使用されている。
【０００４】
この金属磁性材料は高い飽和磁束密度と透磁率とを有する反面、電気抵抗率が低いことに起因して、特に高周波帯域における渦電流損失が大きくなってしまい、高速動作や高周波駆動が求められる近年の磁気部品では、小型化への障害となっていた。一方、酸化物磁性材料は、上記の金属磁性材料に比べて電気抵抗率が高いので高周波帯域で生じる渦電流損失が小さいものの、飽和磁束密度が小さいのでその体積を小さくすることが困難であった。
【０００５】
また、金属磁性材料においては、高周波帯域における渦電流損失を低減させるために、磁性層の薄層化を図ることが有効である。そこで従来から、複数の薄層化した磁性層の間に高抵抗率の層を挟み込んだ積層型磁性材料が知られており、この構造により磁性層の間に流れる渦電流の発生を防ぎ、その結果として、渦電流損失を低減させていることは周知の通りである。
【０００６】
一般に、トランスやリアクトルなどの磁気部品に用いられる積層型磁性材料としては、上記の渦電流損失を低減させるために、板圧０．０２ｍｍ〜０．３ｍｍ程度の磁性薄板を積層した積層型磁性材料が用いられている。例えば、パーマロイなどの軟磁性合金の薄板から所定形状のコア片を各層毎に打ち抜き、これらのコア片を１２５０℃程度で焼鈍を施し、その後に、各コア片に層間絶縁処理を施しながら、それらの複数枚を積層・接着することで積層型磁性材料を得ている。
【０００７】
従来から知られている積層型磁性材料の積層構成は、図２に示すように、金属系磁性薄板３，層間絶縁層４，接着層５，層間絶縁層４，金属系磁性薄板３・・・という繰り返し構造となっている。
【０００８】
また、その他の従来例としては、特開平８−２２２４２２号公報（特許文献１）に記載されているように、「金属軟磁性板材（パーマロイ）」＋「絶縁層（Ａｌ合金：超超ジュラルミン）」の積層構造が知られている。すなわち、この特許文献１には、金属軟磁性板材と絶縁体層とが交互に積層された磁性体において、前記絶縁体層が非金属板材の加熱生成物であることを特徴とする磁性体が開示されている。より具体的に述べると、パーマロイ板と超超ジュラルミン箔を交互に重ね合わした材料を圧延し、次に純酸素中で加熱し、超超ジュラルミン層を金属酸化物へ酸化し、最後に窒素と水素の混合ガス雰囲気中で加熱し、パーマロイとＡｌ2 Ｏ3 を主成分とする金属酸化物の多層構造材料を得ることが記載されている。
【０００９】
さらに、その他の従来例として、特開２００２−１４１２３０号公報（特許文献２）には、「金属系軟磁性体フィルム」＋「磁性材料粉を樹脂で結合した複合磁性体層」の積層構造が記載されている。より具体的には、金属系軟磁性体フィルムと、磁性材料粉を樹脂をバインダとして結合してなる複合磁性体とを層状に複数枚積層一体化した構造が記載されている。ここで、上記の金属系軟磁性体フィルムとしては、鉄系又はコバルト系非晶質軟磁性合金、鉄系又はコバルト系微細結晶軟磁性合金、純鉄、シリコン鉄等のフィルムが挙げられ、軟磁性材料粉としては、純鉄、鉄シリコン、鉄アルミ、鉄ニッケル合金、カルボニル鉄、絶縁コーティングした球状単結晶金属磁性材料等の粉体、フェライト等の酸化物系磁性材料の単結晶粉等が挙げられている。
【００１０】
【特許文献１】特開平８−２２２４２２号公報（第２−３頁、図１）
【特許文献２】特開２００２−１４１２３０号公報（第１頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、図２に示した従来例、および特許文献１，２に示した従来例のいずれにおいても、飽和磁化特性および透磁率に関して、以下に述べる課題がみられた。
【００１２】
第１の課題は、飽和磁化特性についての問題である。すなわち、従来例における層間絶縁層あるいは接着層は、酸化被膜や樹脂材料からなる非磁性材料であることから、磁性に寄与する材料の割合が低くなってしまう。その結果として、磁気特性、特に飽和磁化特性が非磁性材料の割合だけ低下してしまうという問題があった。
【００１３】
第２の課題は、透磁率についての問題である。すなわち、従来例における面方向の磁気的結合は強く透磁率は大きくなるが、層間絶縁層あるいは接着層である非磁性材料を横切る方向では、磁気的結合が弱いことから極端に透磁率が小さくなってしまうという問題があった。なお、特許文献２においては、単独の接着層が存在しないとはいえ、樹脂の分だけ透磁率が低下することになる。
【００１４】
このような理由に起因して、従来技術では面方向を使った２次元的な磁気設計しかできなかったため、３次元的に自由な磁気設計ができず、その結果として、磁気部品を使ったスイッチング電源等の小型化・薄型化を図るうえで障害となっていた。
【００１５】
よって本発明の目的は、このような問題点に鑑み、高周波域においても優れた飽和磁化特性および透磁率を呈する、積層型磁性材料およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の目的を達成するために、請求項１に係る本発明は、金属磁性材料からなる薄層と、酸化物磁性材料からなる薄層とを交互に積層して磁性材料を形成した積層型磁性材料である。
【００１７】
請求項２に係る本発明は、請求項１に記載の積層型磁性材料において、前記金属磁性材料は、Ｆｅ，Ｎｉ−Ｆｅ，Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ、またはＦｅ−Ｃｏを主成分とする。
【００１８】
請求項３に係る本発明は、請求項１に記載の積層型磁性材料において、前記金属磁性材料として、Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ−Ｃ，Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ−Ｃｒ，Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｂ、またはＣｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｂ−Ｓｉを主成分とするアモルファス金属を用いる。
【００１９】
請求項４に係る本発明は、請求項１に記載の積層型磁性材料において、前記金属磁性材料として、Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ−Ｃ，Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ−Ｃｒ，Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｂ、またはＣｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｂ−Ｓｉを主成分とする微結晶金属を用いる。
【００２０】
請求項５に係る本発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の積層型磁性材料において、前記酸化物磁性材料は、（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｆｅ２Ｏ４、または（Ｍｎ，Ｚｎ）Ｆｅ２Ｏ４などのフェライトを主成分とする。
【００２１】
請求項６に係る本発明は、金属磁性材料からなる薄層と、酸化物磁性材料からなる薄層とを交互に積層して積層型磁性材料を形成する製造方法である。
【００２２】
請求項７に係る本発明は、請求項６に記載の製造方法において、前記金属磁性材料については、めっき、スパッタリング、または真空蒸着により膜形成を行う。
【００２３】
請求項８に係る本発明は、請求項６または７に記載の製造方法において、前記酸化物磁性材料については、めっき、エアロゾル式ジェットプリンティング処理により膜形成を行う。
【００２４】
請求項９に係る本発明は、請求項６ないし８のいずれかに記載の製造方法において、前記金属磁性材料は、Ｆｅ，Ｎｉ−Ｆｅ，Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ、またはＦｅ−Ｃｏを主成分とする。
【００２５】
請求項１０に係る本発明は、請求項６ないし８のいずれかに記載の製造方法において、前記金属磁性材料として、Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ−Ｃ，Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ−Ｃｒ，Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｂ、またはＣｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｂ−Ｓｉを主成分とするアモルファス金属を用いる。
【００２６】
請求項１１に係る本発明は、請求項６ないし８のいずれかに記載の製造方法において、前記金属磁性材料として、Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ−Ｃ，Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ−Ｃｒ，Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｂ、またはＣｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｂ−Ｓｉを主成分とする微結晶金属を用いる。
【００２７】
請求項１２に係る本発明は、請求項６ないし１１のいずれかに記載の製造方法において、前記酸化物磁性材料は、（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｆｅ２Ｏ４、または（Ｍｎ，Ｚｎ）Ｆｅ２Ｏ４のフェライトを主成分とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明では、金属磁性材料および酸化物磁性材料のみにより積層型磁性材料を構成しているので、非磁性材料の割合がなく、優れた飽和磁化特性を得ることができる。さらに本発明では、層間に非磁性材料を含んでいないので、層間においても磁気的な結合が有効になされ、優れた透磁率を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１は、本発明を適用した積層型磁性材料の断面構成図である。本図において、１は金属磁性材料、２は酸化物磁性材料を示す。本実施の形態では、この図１に示すように、金属磁性材料１からなる薄層と、酸化物磁性材料２からなる薄層とを交互に積層して磁性材料を形成している。
【００３０】
ここで、金属磁性材料１は、Ｆｅ，Ｎｉ−Ｆｅ，Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ、またはＦｅ−Ｃｏを主成分としている。また、この金属磁性材料１として、Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ−Ｃ，Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ−Ｃｒ，Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｂ、またはＣｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｂ−Ｓｉを主成分とするアモルファス金属を用いることが可能である。あるいは、この金属磁性材料１として、Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ−Ｃ，Ｆｅ−Ｂ−Ｓｉ−Ｃｒ，Ｆｅ−Ｃｏ−Ｂ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｂ、またはＣｏ−Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｂ−Ｓｉを主成分とする微結晶金属を用いることも可能である。
【００３１】
酸化物磁性材料２は、（Ｎｉ，Ｚｎ）Ｆｅ２Ｏ４、または（Ｍｎ，Ｚｎ）Ｆｅ２Ｏ４などのフェライトを主成分としている。
【００３２】
金属磁性材料１の形成方法としては、めっき、スパッタリング、または真空蒸着の手法を用いて膜形成する。また、酸化物磁性材料２の形成方法としては、めっき、エアロゾル式ジェットプリンティング処理（微粒子をエアロゾル状にして搬送し、ノズルより高速噴射させる）の手法を用いて膜形成する。
【実施例１】
【００３３】
図１に示した積層型磁性材料を以下のように作製した。  
最初に基板となる５０μｍ厚さのパーマロイ（Ｎｉ−Ｆｅ）箔を準備した。
【００３４】
まず、フェライトめっき法により、パーマロイ膜を形成した基板の上にフェライト膜を形成した。このフェライトめっき法は、阿部ら（日本応用磁気学会誌、Vol. 127, No. 6, p.721〜729. 2003）による方法と同じである。窒素雰囲気でパージされた筐体内でヒータを内蔵したターンテーブル上に基板を置き、装置上部に設置したノズルから塩化鉄（ＦｅＣｌ２）、塩化ニッケル（ＮｉＣｌ２）、塩化亜鉛（ＺｎＣｌ２）からなる反応液、亜硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ２）からなる酸化液と、ｐＨコントローラとしてアンモニウム（ＮＨ４ＯＨ）をスプレーした。ターンテーブル上の基板の上で、各種溶液が混合され、基板となるＮｉ−Ｆｅ箔上にフェライト膜を形成した。この方法で、基板となるＮｉ−Ｆｅ箔の両面に１００ｎｍ厚さのフェライト膜を形成した。
【００３５】
次に、無電解めっき法によるパーマロイ膜を形成した。この無電解めっき法によるパーマロイ膜は、小島ら（東北大学科学研究所報告  第３３巻  第１号p1〜13、 1984)による方法と同じである。硫酸第一鉄（ＦｅＳＯ４・７Ｈ２Ｏ）、硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ４・６Ｈ２Ｏ）を所定量混合し、ロッシェル塩（ＫＮａＣ４Ｈ４Ｏ６・４Ｈ２Ｏ）、次亜燐酸ナトリウム（ＮａＰＨ２Ｏ２・Ｈ２Ｏ）を加え、ｐＨを８〜１０に調整しためっき液を入れためっき浴槽を準備した。めっき浴槽の中央部に被めっき基板となるフェライト膜を形成したパーマロイ箔を取り付け、温度を８０〜９０℃で制御しながら、フェライト膜表面上にパーマロイ膜を形成した。この方法で、基板となる箔の両面のフェライト膜上に５μｍ厚さパーマロイめっき膜を形成した。
【００３６】
更に、フェライトめっき法によるフェライト箔の形成と、無電解めっき法によるパーマロイ膜の形成を交互に繰り返し、パーマロイ６１層，フェライト６２層を積層した。こうして、厚さ約３５０μｍの積層型磁性材料を作製した。
【００３７】
なお、本実施例では、めっきにより金属磁性材料の層を形成したが、他にスパッタリング、真空蒸着により膜形成することでも適用可能である。また、本実施例では、めっきによりフェライトの層を形成したが、他にエアロゾル式ジェットプリンティングにより膜形成することも可能である。
【００３８】
（比較例１）
従来の方法と同様に、５０μｍ厚さのパーマロイ（Ｎｉ−Ｆｅ）箔を準備した。両面にエポキシ樹脂を塗工し、１５０℃６０分で熱硬化した。こうして、５０μｍ厚さのパーマロイ箔の両面に厚さ１０μｍの層間絶縁層を形成した。さらに、エポキシ樹脂を塗工しながら層間絶縁層を形成したパーマロイ箔を積層し、ホットプレスした。こうして、パーマロイ箔を５層積層した約３５０μｍ厚さの積層型磁性材料を作製した。
【００３９】
つぎに、上記の実施例１および比較例１でそれぞれ作製した積層型磁性材料を、振動試料型磁力計（ＶＳＭ）を用いて飽和磁化を測定した。その結果、比較例１の積層型磁性材料では飽和磁化０．７Ｔに対して、実施例１の積層型磁性材料では飽和磁化０．９Ｔを得ることができた。
【００４０】
次に、それぞれの積層型磁性材料に回路を形成し、インダクタを作製した。このインダクタについて交流のＢ−Ｈアナライザを用いて、複素透磁率（μｒ＝μｒ’−ｊμｒ”）を測定した。一般に複素透磁率の虚数部μｒ”は、渦電流損失による損失と考えることができる。
【００４１】
図３は、その測定結果を示す。図３から明らかなように、比較例１で作製した積層型磁性材料では、比透磁率の実部μｒ’が低く、複素透磁率の虚数部μｒ”が５ＭＨｚ付近で立ち上がり始めているのに対して、実施例１で作製した積層型磁性材料では、比透磁率の実部μｒ’が高く、複素透磁率の虚数部μｒ”が１０ＭＨｚまで立ち上がりがなかった。
【００４２】
特に、各層のパーマロイの厚さが厚くなると高周波域では表皮電流が流れ、単層の箔内で渦電流が発生し、結果的に、高周波域で渦電流損失が発生してしまうという問題がある。しかし、本実施例では、パーマロイ箔層を直接形成していくことで、圧延などで形成した薄膜などではハンドリングなどから難しかった厚さである１０μｍ厚さでパーマロイ箔層を形成することができ、従来の方法より簡便に薄いものを得ることができた。そして、フェライト皮膜の絶縁性能によって、フェライト箔層を横切って発生する渦電流の発生を抑え、数ＭＨｚ以上の高周波域で生じる渦電流損失の発生を抑えることができた。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明により作製した積層型磁性材料をリアクトルに用いる場合、従来の積層型磁性材料と比較して、同じインダクタンス値を得る際に、体積が小さくて済み、小型化・薄型化が可能になる。これにより、従来にない小型・薄型のスイッチング電源をつくることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明を適用した積層型磁性材料の積層構造説明図である。
【図２】従来から知られている積層型磁性材料の積層構造説明図である。
【図３】実施例と比較例における、複素透磁率の周波数特性図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  金属磁性材料
２  酸化物磁性材料
３  金属系磁性薄板
４  層間絶縁層
５  接着層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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