CN111801752A - 磁性芯及其制造方法和线圈部件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有稳定的软磁特性的磁性芯等。一种磁性芯，由多个软磁性层叠层而成，在上述软磁性层形成有裂缝。软磁性层以Fe为主成分。软磁性层由组成式(Fe_{(1‑(α+β))}X1_αX2_β)_{(1‑(a+b+c+d+e+f))}M_aB_bP_cSi_dC_eS_f所构成。X1为选自Co和Ni中的1种以上，X2为选自Al、Mn、Ag、Zn、Sn、As、Sb、Cu、Cr、Bi、N、O和稀土元素中的1种以上，M为选自Nb、Hf、Zr、Ta、Mo、V和W中的1种以上。a～f和α、β为规定的范围内。在软磁性层中观察到纳米异质结构或由Fe基纳米结晶构成的结构。

Description

磁性芯及其制造方法和线圈部件

技术领域

本发明涉及磁性芯及其制造方法和线圈部件。

背景技术

伴随着近年的功率器件的小型化，希望将功率器件之中占有多数的空间的变压器和线圈更加的小型化。专利文献1中揭示使用金属软磁性体作为变压器和线圈用的磁性芯的材料。而且也研究通过叠层而形成磁性芯。

但是，在通过叠层形成磁性芯且采用金属软磁性体作为磁性材料的情况下，发现有下述问题：由于金属软磁性体本身硬而难以冲压，并且冲压时所施加的应力导致软磁特性的劣化(特别是矫顽力的上升)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-74108号公报

发明内容

发明要解决的技术课题

本发明是鉴于上述事项而完成的，其目的在于提供一种具有稳定的软磁特性的磁性芯等。

用于解决技术课题的技术方案

为了达成上述的目的，第1方面的本发明的磁性芯，其特征在于：

由多个软磁性层叠层而成，在上述软磁性层形成有裂缝(crack)，

上述软磁性层以Fe为主成分，

上述软磁性层由组成式(Fe_(1-(α+β))X1_αX2_β)_{(1-(a+b+c+d+e+f))}M_aB_bP_cSi_dC_eS_f构成，

X1为选自Co和Ni中的1种以上，

X2为选自Al、Mn、Ag、Zn、Sn、As、Sb、Cu、Cr、Bi、N、O和稀土元素中的1种以上，

M为选自Nb、Hf、Zr、Ta、Mo、V和W中的1种以上，

0≤a≤0.140，

0.020＜b≤0.200，

0≤c≤0.150，

0≤d≤0.180，

0≤e＜0.040，

0≤f≤0.030，

α≥0，

β≥0，

0≤α+β≤0.50，

a、c、d中的1种以上大于0，

在上述软磁性层中观察到由非晶质和微晶构成且上述微晶存在于上述非晶质中的纳米异质结构。

而且，上述微晶的平均粒径可为0.3～5nm。

而且，第2方面的本发明的磁性芯，其特征在于：

由多个软磁性层叠层而成，在上述软磁性层形成有裂缝，

上述软磁性层以Fe为主成分，

上述软磁性层由组成式(Fe_(1-(α+β))X1_αX2_β)_{(1-(a+b+c+d+e+f))}M_aB_bP_cSi_dC_eS_f构成，

X1为选自Co和Ni中的1种以上，

X2为选自Al、Mn、Ag、Zn、Sn、As、Sb、Cu、Cr、Bi、N、O和稀土元素中的1种以上，

M为选自Nb、Hf、Zr、Ta、Mo、V和W中的1种以上，

0≤a≤0.140，

0.020＜b≤0.200，

0≤c≤0.150，

0≤d≤0.180，

0≤e＜0.040，

0≤f≤0.030，

α≥0，

β≥0，

0≤α+β≤0.50，

a、c、d中的1种以上大于0，在上述软磁性层中观察到由Fe基纳米结晶构成的结构。

而且，上述Fe基纳米结晶的平均粒径可为5～30nm。

通过使用本发明的磁性芯，能够提供具有稳定的软磁特性的磁性芯等。

本发明的磁性芯的软磁性层能够以平均裂缝间隔成为0.015mm以上且1.0mm以下的方式分割为小片。

本发明的磁性芯的上述磁性芯中的磁性材料的占空系数可为70.0％以上且99.5％以下。

本发明的磁性芯可为0.020≤a≤0.100。

本发明的磁性芯可为0.730≤1-(a+b+c+d+e+f)≤0.950。

本发明的磁性芯可为α＝0。

本发明的磁性芯可为β＝0。

本发明的线圈部件具有上述任一项所述的磁性芯和线圈。

本发明的磁性芯的制造方法包括：将多个软磁性薄带分别小片化处理的工序；和将经上述小片化处理的多个软磁性薄带在厚度方向叠层的工序。

附图说明

图1为本发明的一实施方式的磁性芯的平面示意图。

图2为本发明的一实施方式的磁性芯的剖面示意图。

图3为本发明的一实施方式的磁性芯所包含的软磁性层的剖面示意图。

图4为通过X射线结晶结构解析所得的图表。

图5为通过对图4的图表进行剖面拟合(profile fitting)所得的图形。

具体实施方式

以下对本发明基于附图所示的实施方式进行说明。

对本实施方式的磁性芯10的构成进行说明。图1为从圆筒状的磁性芯10的中心面A延长的一侧所见的平面示意图。图2为将图1的磁性芯10以剖切线II-II剖切的剖面示意图。而且，图3为将图2的软磁性层12以剖切线III-III剖切的剖面示意图。而且，图3的观察范围为4mm×4mm。

根据图2，本实施方式的磁性芯10为多个软磁性层12和粘接层14交互叠层而成。图2是例示磁性芯10具备多个软磁性层12的情形，但各层的叠层数也可任意变更，叠层数也可为1。在本实施方式的磁性芯所具备的软磁性层12为多个(例如是2层以上且10000层以下)的情形，最优选是全部的软磁性层12形成有后述的多个裂缝。

本实施方式的磁性芯10以软磁性层12和粘接层14作为主要的部件。但是，在不阻碍本发明的效果的范围内也可包含其它的构成要素。相反的，也可以不使用粘接层14而叠层软磁性层12。

而且，在磁性芯10中磁性材料所占的体积比率(占空系数)优选为70％以上且99.5％以下。磁性材料的占空系数为70％以上的话，能够使饱和磁通密度充分高，能够有效地利用为磁性芯。而且，磁性材料的占空系数为99.5％以下的话，磁性芯10难以引起破损，作为磁性芯的处理变得容易。而且，磁性材料的占空系数也可为72％以上且96％以下。其中，在本实施方式中，磁性材料的体积与软磁性层12的体积实质上一致。

根据图3，在本实施方式的磁性芯10所含的软磁性层12中形成有多个裂缝C。然后，通过多个裂缝C，软磁性12分割为多个小片。其中，裂缝C的宽度例如是可为10nm以上且1000nm以下。

本实施方式的磁性芯10，在软磁性层12形成多个裂缝C，并将软磁性层12分割为多个小片，由此抑制制造时的应力所致的软磁特性的变化，特别是抑制矫顽力的上升，能够提供良好的磁性芯10。

此处，在本实施方式中，将通过裂缝C分割、小片化的区域以假想线B划界时、假想线B与裂缝C的交叉点D的数目除以假想线B的合计长度所得的值定义为平均裂缝间隔。

以下参照图3所示的具体例子，对平均裂缝间隔的计算方法进行说明。图3所示为正方形的观察范围。在图3中裂缝C以实线表示，且假想线B以虚线表示。

假想线B为在观察范围的一方向(图中的横方向)延伸，在图中的纵方向以平行的等间隔使10条的假想线B延伸。此时，测定假想线B与裂缝C交叉的交叉点D的数目。交叉点D的数目为与假想线B交叉的裂缝C的总数。以假想线B的合计长度除以与假想线B交叉的裂缝C的总数(交叉点D的数目)作为平均裂缝间隔。以计算式表示则成为式(1)。

平均裂缝间隔(mm)＝(假想线B的合计长度)/(交叉点D的数目)……式(1)

在图3所示的例子中，观察范围如为一边4mm的正方形，假想线B的合计长度为40mm，交叉点D的数目为43个，因此平均裂缝间隔为40/43[mm]而约为0.93mm。

由于平均裂缝间隔依所选择的观察范围而变化，所以优选以多个观察范围计算并取平均。优选为以3个以上的不同观察范围计算并取平均。而且，优选为预先决定观察范围的作法。例如，如本实施方式这样，使用环状的磁性芯10的情况下，在计算平均裂缝间隔时，作为选择的观察范围能够以包含中央面A的方式选择。而且，平均裂缝间隔的测定方法为任意。例如是可使用SEM。

本实施方式的平均裂缝间隔为任意，但软磁性层12优选以平均裂缝间隔成为0.015mm以上且1.0mm以下的方式形成裂缝。平均裂缝间隔如果小于0.015mm，则软磁性层12的磁导率容易变得过低，磁性芯10的电感Ls容易变低，磁性芯10的性能容易降低。而且，平均裂缝间隔如果大于1.0mm，则在后述的磁性芯10的制造方法中的冲压工序中难以通过弱的力冲压。其结果，冲压时在剖切面产生的应力所及范围变广，形成多个裂缝并小片化为多个小片所致的效果变得薄弱。优选为平均裂缝间隔为0.015mm以上且0.75mm以下。更优选为平均裂缝间隔为0.075mm以上且0.75mm以下。

而且，本实施方式的磁性芯10通过具有粘接层14，能够抑制小片的脱落。作为粘接层14的材料，可使用公知的材料，例如可以举出在基材的表面涂布丙烯酸系粘接剂、硅酮树脂、丁二烯树脂等构成的粘接剂或热熔胶等而成的材料。而且，作为基材的材质以PET膜为代表。但是，除了PET膜以外，还可举出聚酰亚胺膜、聚酯膜、聚苯硫醚(PPS)膜、聚丙烯(PP)膜、聚四氟乙烯(PTFE)这样的氟树脂膜等的树脂膜等。而且，也可以在后述的热处理后的软磁性薄带的主面直接涂布丙烯酸树脂等，将其作为粘接层14。

而且，磁性芯10也可在其叠层方向(图1和图2的z轴方向)的一端侧和他端侧分别具备保护膜13。作为保护膜13可使用公知的保护膜。例如可举出PET膜、聚酰亚胺膜、聚芳酰胺膜等。

软磁性层12具有多个裂缝，由此分割为多个小片。

软磁性层12以Fe作为主成分，

上述软磁性层由组成式(Fe_(1-(α+β))X1_αX2_β)_{(1-(a+b+c+d+e+f))}M_aB_bP_cSi_dC_eS_f构成，

X1为选自Co和Ni中的1种以上，

X2为选自Al、Mn、Ag、Zn、Sn、As、Sb、Cu、Cr、Bi、N、O和稀土元素中的1种以上，

M为选自Nb、Hf、Zr、Ta、Mo、V和W中的1种以上，

0≤a≤0.140，

0.020＜b≤0.200，

0≤c≤0.150，

0≤d≤0.180，

0≤e＜0.040，

0≤f≤0.030，

α≥0，

β≥0，

0≤α+β≤0.50，

a、c、d中的1种以上大于0为特征。

在本实施方式的软磁性层12，进而观察到纳米异质结构(上述第1方面)或者由Fe基纳米结晶构成的结构(上述第2方面)。

所谓纳米异质结构，是指由非晶质和微晶构成且上述微晶存在于上述非晶质中的结构。而且，所谓由非晶质和微晶构成，是指在非晶质中散布有微晶。所谓在非晶质中散布有微晶，是指利用通常的X射线衍射测定(XRD)所测定的非晶质化率X为85％以上、且利用透射式电子显微镜的电子衍射像和高分辨率像能够确认结晶相。而且，所谓微晶是指粒径为30nm以下的结晶。其中，微晶的平均粒径可为0.3～5nm的范围。

所谓Fe基纳米结晶，是指粒径为纳米等级(具体而言平均粒径为约30nm以下)，Fe的结晶结构为bcc(体心立方晶格结构)的结晶。在本实施方式中，优选为析出平均粒径为5～30nm的Fe基纳米结晶。而且，所谓由Fe基纳米结晶构成的结构，是指包含Fe基纳米结晶、上述的非晶质化率X小于85％的结构。

本实施方式的软磁性层12的组成在上述特定的范围内，而且观察到纳米异质结构或者由Fe基纳米结晶构成的结构，由此，利用后述的磁性芯10制造时的小片化处理而容易具有裂缝。然后，通过具有裂缝C而能够以弱的力冲压。进而，能够制造抑制制造时的应力所致的软磁特性的变化、特别是抑制矫顽力的增加且具有良好软磁特性的磁性芯10。

进而，在软磁性层为由Fe基纳米结晶构成的结构的情况下，饱和磁通密度容易变高，矫顽力容易变低。

以下对本实施方式的软磁性层12的组成进一步详细说明。

M为选自Nb、Hf、Zr、Ta、Mo、V和W中的1种以上。M优选为Nb。

M的含量(a)满足0≤a≤0.140。即，也可以不含有M。但是，在不含有M的情况下，具有磁致伸缩常数容易变高，矫顽力容易变高的倾向。M的含量(a)优选为0.020≤a≤0.100，更优选为0.040≤a≤0.100，进一步优选为0.050≤a≤0.080。a为大的情况下，在磁性芯10制造时的矫顽力变得容易增加。

B的含量(b)满足0.020＜b≤0.200。而且，优选为0.025≤b≤0.200，更优选为0.025≤b≤0.120，最优选为0.060≤b≤0.120。b为小的情况下，后述的软磁性薄带的制造时容易产生粒径大于30nm的结晶所构成的结晶相，难以成为纳米异质结构或由Fe基纳米结晶构成的结构。b为大的情况下，在磁性芯10的制造时矫顽力变得容易增加。

P的含量(c)满足0≤c≤0.150。即，也可以不含有P。通过含有P而容易降低矫顽力。从降低矫顽力、提升磁性芯10的电感Ls的观点考虑，优选为0.050≤c≤0.150，更优选为0.050≤c≤0.080。而且，从磁性芯10的制造时使矫顽力难以增加的观点考虑，优选为0≤c≤0.030。c为大的情况下，在磁性芯10的制造时矫顽力变得容易增加。

Si的含量(d)满足0≤d≤0.180。即，也可以不含有Si。也可为0≤d≤0.175。优选为0≤d≤0.060。而且，在0.070≤d≤0.180的情况下，具有通过降低M的含量(a)和P的含量(c)而变得容易得到具有适当软磁特性的软磁性层12和磁性芯10的倾向。

C的含量(e)满足0≤e＜0.040。即，也可以不含有C。从降低矫顽力的观点考虑，优选为0≤e≤0.030，更优选为0.001≤e≤0.010。e为大的情况下，在磁性芯10的制造时矫顽力变得容易增加。

S的含量(f)满足0≤f≤0.030。即，也可以不含有S。从降低矫顽力的观点考虑，优选为0≤f≤0.001。f为大的情况下，在后述的软磁性薄带的制造时容易产生粒径大于30nm的结晶所构成的结晶相，难以成为纳米异质结构或由Fe基纳米结晶构成的结构。

而且，a、c、d中的一种以上大于0。而且，a、c、d中的一种以上也可为0.001以上，也可为0.010以上。即，本实施方式的软磁性层12包含M、P、Si中的一种以上。由此，容易成为纳米异质结构或由Fe基纳米结晶构成的结构。

关于Fe的含量{1-(a+b+c+d+e+f)}为任意。优选满足0.730≤1-(a+b+c+d+e+f)≤0.950。更优选满足0.730≤1-(a+b+c+d+e+f)≤0.900。在0.730≤1-(a+b+c+d+e+f)的情况下容易提升饱和磁通密度。而且，在1-(a+b+c+d+e+f)≤0.950的情况下容易成为纳米异质结构或由Fe基纳米结晶构成的结构。

而且，在本实施方式的软磁性合金中，Fe的一部分可被X1和/或是X2取代。

X1为选自Co和Ni中的1种以上。X1的含量(α)也可为α＝0。即，也可以不含有X1。而且，全部组成的原子数为100at％时，X1的原子数优选为40at％以下。即，优选满足0≤α{1-(a+b+c+d+e+f)}≤0.40。

X2为选自Al、Mn、Ag、Zn、Sn、As、Sb、Cu、Cr、Bi、N、O和稀土元素中的1种以上。X2的含量(β)也可为β＝0。即，也可以不含有X2。而且，全部组成的原子数为100at％时，X2的原子数优选为3.0at％以下。即，优选满足0≤β{1-(a+b+c+d+e+f)}≤0.030。

作为以X1和/或X2取代Fe的取代量的范围，以原子数基准为Fe的一半以下。即，0≤α+β≤0.50。α+β＞0.50的情况下，难以成为纳米异质结构或由Fe基纳米结晶构成的结构。

其中，本实施方式的软磁性层12，也可以在不对特性产生大的影响的范围内包含上述以外的元素作为不可避免杂质。例如在软磁性层12为100重量％时可包含1重量％以下。

以下对本实施方式的磁性芯10的制造方法进行说明。

首先，对通过叠层而形成磁性芯10所含的软磁性层12的软磁性薄带的制造方法进行说明。以下有时将软磁性薄带简称为薄带。

对于软磁性薄带的制造方法并没有特别的限制。例如有通过单辊法制造本实施方式的软磁性薄带的方法。而且，薄带也可以为连续薄带。

在单辊法中，首先，准备最终得到的软磁性合金所含的各金属元素的纯金属，以成为与最终得到的软磁性合金相同组成的方式进行称量。然后，将各金属元素的纯金属熔解、混合以制作母合金。其中，上述纯金属的熔解方法并没有特别的限制，例如有对腔室内抽真空之后以高频加热使其熔解的方法。其中，母合金与最终所得的由Fe基纳米结晶构成的软磁性合金通常成为相同组成。

其次，加热所制作的母合金使其熔融，得到熔融金属(熔液)。熔融金属的温度并没有特别的限制，例如可以是1100～1350℃。

在单辊法中，主要是通过调整辊的旋转速度而能够调整所得的薄带的厚度，但是例如通过调整喷嘴与辊的间隔、熔融金属的温度等，也能够调整所得到的薄带的厚度。薄带的厚度没有特别的限制，例如可以是14～30μm。其中，该薄带的厚度与最终所得的磁性芯10所含的软磁性层12的厚度大约一致。

辊的温度、旋转速度和腔室内部的环境气氛并没有特别的限制。辊的温度大约为室温以上且80℃以下。辊的温度越低则具有微晶的平均粒径变小的倾向。辊的旋转速度越快则具有微晶的平均粒径变小的倾向。例如为10～30m/秒。腔室内部的环境气氛，从成本方面考虑，则优选为大气中。

在后述的热处理前的时刻，薄带为由非晶质构成的结构。即，仅由非晶质构成的结构或者是纳米异质结构。通过对该薄带施行后述的热处理，能够得到具有由Fe基纳米结晶构成的结构的薄带。而且，也可以通过热处理得到纳米异质结构的薄带。

软磁性合金的薄带为由非晶质构成的结构或是由结晶构成的结构，能够通过通常的X射线衍射测定(XRD)来确认。

具体而言，通过XRD实施X射线结构解析，计算出下述式(1)所示的非晶质化率X(％)，85％以上的情形为由非晶质所构成的结构，小于85％的情形为由结晶构成的结构。

X(％)＝100-(Ic/(Ic+Ia)×100)……(1)

Ic：结晶性散射积分强度

Ia：非晶性散射积分强度

为了计算非晶质化率X，首先，对本实施方式的软磁性合金通过XRD进行X射线结晶结构解析，得到图4所示的图表。对该图表使用下述式(2)所示的劳仑兹函数，进行剖面拟合。

h：峰高度

u：峰位置

w：半值宽度

b：背景高度

剖面拟合的结果，得到图5所示的表示结晶性散射积分强度的结晶成分图案α_c、表示非晶性散射积分强度的非晶质成分图案α_a、和将它们合并的图案α_c+a。由所得的各图案求取结晶性散射积分强度Ic和非晶性散射积分强度Ia。根据Ic和Ia，通过上述式(1)求取非晶质化率X。其中，测定范围为能够确认来自非晶质的光晕的衍射角2θ的范围。具体而言，为2θ＝30°～60°的范围。在该范围内，通过XRD实测的积分强度与使用劳仑兹函数算出的积分强度的误差为1％以内。

在本实施方式中，在以后述的由单辊法制得的薄带的形状得到软磁性合金的情况下，有时与辊面接触的面的非晶质化率(X_A)与未与辊面接触的面的非晶质化率(X_B)不同。在此情况下，以X_A与X_B的平均作为非晶质化率X。

而且，热处理前的薄带也可以是仅由非晶质构成的结构，但优选为纳米异质结构。其中，纳米异质结构中的微晶的粒径并没有特别的限制，但优选平均粒径为0.3～5nm的范围。

而且，在为纳米异质结构时的微晶的有无和平均粒径的观察方法，例如通过对利用离子研磨薄片化的试样使用透射式电子显微镜得到电子衍射像和高分辨率像能够确认。在使用电子衍射像的情况下，相对于在衍射图案中仅由非晶质构成的结构时形成环状的衍射，在包含微晶的结构时形成起因于微晶的衍射斑点。进而，在使用高分辨率像的情况下，能够以倍率1.00×10⁵～3.00×10⁵倍目视观察，以观察微晶的有无和平均粒径。

另外，用于制造具有由Fe基纳米结晶构成的结构的薄带或者具有纳米异质结构的薄带的热处理条件并没有特别的限制。根据软磁性薄带的组成而优选的热处理条件不同。通常，优选的热处理温度大约为400～700℃，优选的热处理时间大约为0.1～6小时。但是，根据组成也有时在上述范围外存在有优选的热处理温度和热处理时间。而且，热处理时的环境气氛并没有特别的限制。可以在大气中这样的活性环境气氛下进行，也可以在Ar气体、N2气体中这样的惰性环境气氛下进行。通过该热处理，软磁性薄带脆化，成为容易进行小片化处理的状态。进而去除软磁性薄带中的残余变形。

其中，在制造薄带的阶段如果薄带具有纳米异质结构的话，也能够省略热处理。然而，根据上述理由，优选进行热处理。而且，热处理也可以在后述的磁性芯10的制造后进行。

而且，所得的软磁性薄带所含的结晶的平均粒径的计算方法并没有特别的限制。例如可通过使用透射式电子显微镜观察来计算。而且，确认结晶结构为bcc(体心立方晶格结构)的方法也没有特别的限制。例如可使用X射线衍射测定来确认。

本实施方式的磁性芯10的制造方法，主要具有粘接层形成工序、裂缝形成工序(小片化工序)、冲压工序、叠层工序。以下对各工序的概要进行说明。

(粘接层形成工序)

在热处理后的各个软磁性薄带分别形成粘接层。粘接层的形成可使用公知的方法进行。例如通过对软磁性薄带薄薄地涂布含树脂的溶液，使溶剂干燥，可以形成粘接层。而且，也可以在软磁性薄带上贴附双面胶带，将贴附的双面胶带作为粘接层。作为此时的双面胶带，例如能够使用在PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)膜的两面涂布粘接剂而制成的双面胶带。

(裂缝形成工序(小片化工序))

使形成有粘接层的多个软磁性薄带产生裂缝，使其小片化。作为产生裂缝的方法，可使用公知的方法。例如可以对软磁性薄带施加外力而产生裂缝。作为施加外力产生裂缝的方法，例如已知有用模具按压分割的方法、经由轧辊弯折的方法等。而且，也可以在上述模具或辊上设置预先决定的凹凸图案。

然后，以使平均裂缝间隔成为上述范围的方式，在各个软磁性薄带形成多个裂缝并小片化。其中，平均裂缝间隔的控制方法为任意。在用模具按压分割的情况下，例如可以通过变更按压分割时的压力以使裂缝间隔适当变化。在经由轧辊弯折的情况下，例如可以通过变更轧辊经过次数以使裂缝间隔适当变化。

在预先形成有粘接层的情况下，容易防止因裂缝而分割的小片散落。即，裂缝形成后的软磁性薄带虽然分割为多个小片，但是任意的小片的位置都经由粘接层固定。作为软磁性薄带整体，在裂缝形成之后也几乎维持裂缝形成前的形状。但是，如果不使用粘接层也能够维持作为软磁性薄带整体的形状而形成裂缝的话，并非一定要在裂缝形成之前进行粘接层的形成。

(冲压工序)

其次，将形成有裂缝的经小片化的多个软磁性薄带，分别冲压为规定的形状。如图1所示，在本实施方式中，将中央冲压为圆形状。冲压工序可使用公知的方法。例如可在具有所希望形状的冲模与面板之间挟持软磁性薄带，从面板侧向冲模侧或者从冲模侧向面板侧加压以进行。其中，在冲压前在软磁性薄带形成有粘接层的情况下，将软磁性薄带与粘接层一并冲压。

本实施方式的软磁性材料所构成的软磁性薄带为硬。因此，难以通过弱的力冲压。若对软磁性薄带冲压，在冲压的部分与残余的部分因切断而产生应力。越以强的力进行冲压则应力变大。该应力传递至软磁性薄带的残余部分而使软磁特性劣化。即，矫顽力变大。

但是，本实施方式的软磁性薄带具有裂缝且经小片化。因此，与未具有裂缝且未经小片化的情形相比，能够以弱的力冲压。因此，上述的应力变小。而且，冲压时产生应力的切断面附近的部分与其它部分物理性地分离。因此，上述应力不会传递至切断面附近以外的大部分。然后，能够将应力所致的软磁特性的劣化抑制为最小限度。

因此，本实施方式的软磁性薄带，冲压所致的软磁特性的劣化(矫顽力的上升)变小，最终所得的磁性芯10的软磁特性提升。进而，本实施方式的软磁性薄带能够以较弱的力冲压，容易加工为所希望的形状，生产性优良。

(叠层工序)

将冲压后的多个软磁性薄带彼此经由粘接层在厚度方向重复叠层，由此能够得到本实施方式的磁性芯10。其中，在叠层方向(图1和图2的z轴方向)的一端侧和他端侧也可以分别形成保护膜13。保护膜13的形成方法为任意。

其中，裂缝形成工序和叠层工序以外的工序并非必须。而且，各工序的顺序也可以适当地重新排序。

本实施方式的磁性芯10，通过将软磁性薄带多个叠层，成为磁性材料(软磁性层12)的占空系数提高的结构，且由于强固，所以处理容易。

由于本实施方式的磁性芯10是由多个软磁性薄带叠层而成，所以电流路径在叠层方向的多个部位分断。进而，由于本实施方式的磁性芯10的各个软磁性薄带(软磁性层12)具有裂缝且被小片化，所以电流路径在与叠层方向相交方向的多个部位中也被分断。因此，具有本实施方式的磁性芯的线圈部件的伴随着交流磁场的磁束变化的涡电流的路径在所有方向被分断，能够大幅地降低涡电流损失。

虽然在图1中例示了圆筒状的磁性芯，但磁性芯的形状并没有特别的限制，也可为公知的形状。例如也可为矩形筒状。而且，也可以组合使用多个E型芯等的芯。

磁性芯10的用途并没有特别的限制，例如能够用于包含导体的线圈部件(变压器、扼流圈、磁传感器等)。

[实施例]

(实验例1)

〈软磁性薄带的制作〉

以成为下表所示的各实施例和比较例的合金组成的方式称量原料金属，以高频加热熔解，并制作母合金。

其后，加热所制作的母合金并使其熔融，使其成为1250℃的熔融状态的金属之后，通过在大气中以旋转速度20m/秒使用60℃的辊的单辊法，使上述金属喷射至辊并做成薄带。其中，薄带的厚度约20μm，薄带的宽度约50mm。

其次，所得的薄带为由非晶质构成的结构(仅由非晶质构成的结构或纳米异质结构)或者是由结晶构成的结构，通过通常的X射线衍射测定(XRD)确认。结果示于表1。

其后，对表1、表2的试样1和试样12以外的全部实施例的薄带进行热处理。关于热处理的条件，试样2～6、13～17为热处理温度500℃、保持时间60分钟、加热速度1℃/分钟、冷却速度1℃/分钟，试样7～11、18～22为热处理温度570℃、保持时间60分钟、加热速度1℃/分钟、冷却速度1℃/分钟。

〈软磁性薄带的评价〉

热处理后的各薄带的微细结构以X射线衍射测定(XRD)和透射式电子显微镜(TEM)观察以确认。具体而言，观察在各薄带是否观察到由Fe基纳米结晶构成的结构、纳米异质结构或仅由非晶质(amorphous)构成的结构的其中之一的结构。其中，由Fe基纳米结晶构成的结构为bcc。

然后，在热处理后的各薄带的微细结构为纳米异质结构的情况下，确认全部实施例中的微晶的平均粒径为0.3～5.0nm。在热处理后的各薄带的微细结构为由Fe基纳米结晶构成的结构的情况下，确认全部实施例中的Fe基纳米结晶的平均粒径为5.0nm以上且30nm以下。

进而，测定热处理后的各薄带的饱和磁通密度Bs和矫顽力Hca。饱和磁通密度使用振动样品磁强计(VSM)以磁场1000kA/m测定。矫顽力使用直流BH追踪器(tracer)以磁场5kA/m测定。

〈磁性芯的制作〉

首先，在所得的软磁性薄带涂布树脂溶液。其后，使溶剂干燥，在软磁性薄带的两面形成厚度各1～2μm左右的粘接层，以制作具备粘接层的磁性薄片。

其次，对所制作的磁性薄片以软磁性薄带的平均裂缝间隔成为表2所记载的值的方式来进行裂缝形成处理，以制作小片化磁性薄片。其中，使用微细结构为非晶质的软磁性薄带的试样1和试样12的磁性薄片无法形成裂缝，无法小片化。

其次，对所得的小片化磁性薄片进行冲压以形成环状(外径18mm，内径10mm)。该冲压具体而言是将小片化磁性薄片挟在冲模与面板之间、从面板侧向冲模侧加压来进行。其中，无法小片化的试样1和试样12的磁性薄片无法以与其它实施例的小片化磁性薄片同等程度的力冲压。

其次，将经冲压的小片化磁性薄片以成为高度约5mm的方式多枚贴合并叠层以得到磁性芯。所得的磁性芯的软磁性层的占空系数约85％。依照相同的顺序，对于一个试样，制作30个磁性芯。

〈磁性芯的评价〉

磁性芯的矫顽力Hcb以与薄带的矫顽力Hca相同地使用直流BH追踪器以磁场5kA/m测定。其中，对于30个磁性芯分别测定矫顽力，通过平均求取Hcb。

接着，通过所得的Hca和Hcb计算矫顽力变化ΔHc(＝Hcb-Hca)。进而，计算矫顽力变化率(％)。具体而言，在(ΔHc/Hca)×100(％)的式中代入ΔHc和Hca进行计算。矫顽力变化率小于100％时为良好。

最后，对所得的各个磁性芯，沿圆周方向卷绕线圈以形成30个线圈部件，使用LCR测量计分别测定100kHz的线圈的电感，并平均而作为Ls。

表1

表2

根据表1和表2，各实施例的软磁性薄带能够小片化和冲压，各实施例的磁性芯的矫顽力变化率良好。对各实施例的磁性芯的矫顽力变化率良好的理由进行说明。

通过将软磁性薄带小片化而能够降低冲压时的力。进而，冲压时剖面附近所产生的应力，也因通过将软磁性薄带小片化而难以传递至内部。其结果，抑制软磁特性的降低(矫顽力的上升和电感的降低)。而且，平均裂缝间隔越大、每1个小片的尺寸越大，电感Ls就越成为高的值。

相对于此，微细结构为非晶质的各比较例的软磁性薄带无法小片化，也无法冲压。

在微细结构为纳米异质结构的情况下和由Fe基纳米结晶构成的结构的情况下，被认为由于施加外力时晶界成为小片化的起点，从而能够小片化。相对于此，微细结构为非晶质的情况下无法小片化，被认为因不存在晶界，没有成为小片化起点的部分。

(实验例2)

在实验例2中，除了将软磁性薄带的组成变化为表3～表12所示的范围此点之外，以与实验例1的试样No.7～11相同条件实施。

表3

表4

表5

表6

表7

表8

表9

表10

表11

表12

确认上述全部的实施例的软磁性薄带的微细结构为由Fe基纳米结晶构成的结构，且Fe基纳米结晶的平均粒径为5.0nm以上且30nm以下。而且，软磁性薄带的组成在特定范围内的各实施例，与软磁性薄带的组成在特定范围之外的各比较例相比较，成为矫顽力变化率良好的结果。而且，B的含量(b)过小的试样34和S的含量(f)过大的试样59，热处理前的软磁性薄带的微细结构为由结晶构成的结构，通过热处理而无法析出Fe基纳米结晶，矫顽力显著变高。进而，磁性芯的电感Ls显著降低。

(实验例3)

在实验例3中，使将所制作的母合金加热所得的熔融状态的金属的温度进行变化，进而对热处理的有无、热处理温度和热处理时间进行变化，除此之外，以与实施例2的试样编号45相同条件而实施。结果示于表13和表14。其中，在表13中，为了方便起见，在未进行热处理的实施例和比较例中，将热处理前的结晶平均粒径和微细结构与热处理后的结晶平均粒径和微细结构视作为相同。

表13

表14

根据表13和表14，即使对所制作的母合金加热所得的熔融状态的金属的温度进行变化，进而对热处理的有无、热处理温度和热处理时间进行变化，在最终使用的软磁性薄带的微细结构为纳米异质结构或由Fe基纳米结晶构成的结构的情况下，能够进行软磁性薄带的小片化和冲压，矫顽力变化率为良好的结果。相对于此，在最终使用的软磁性薄带的微细结构为由非晶质构成的结构的情况下，软磁性薄带无法小片化，也无法冲压。

(实验4)

在实验4中，除了对磁性材料的占空系数进行变化此点之外，以与实验例1的试样编号7相同条件而实施。结果示于表15和表16。

表15

表16

根据表15和表16，即使对占空系数进行变化，70％以上且99.5％以下的各实施例的矫顽力变化率为良好的结果。其中，占空系数越高则电感Ls具有变高的倾向，同时矫顽力变化率具有变大的倾向。

符号说明

10：磁性芯

12：软磁性层

13：保护膜

14：粘接层

A：中央面

B：假想线

C：裂缝

D：交叉点

Claims (13)

1.一种磁性芯，其特征在于：

由多个软磁性层叠层而成，在所述软磁性层形成有裂缝，

所述软磁性层以Fe为主成分，

所述软磁性层由组成式(Fe_(1-(α+β))X1_αX2_β)_{(1-(a+b+c+d+e+f))}M_aB_bP_cSi_dC_eS_f构成，

X1为选自Co和Ni中的1种以上，

X2为选自Al、Mn、Ag、Zn、Sn、As、Sb、Cu、Cr、Bi、N、O和稀土元素中的1种以上，

M为选自Nb、Hf、Zr、Ta、Mo、V和W中的1种以上，

0≤a≤0.140，

0.020＜b≤0.200，

0≤c≤0.150，

0≤d≤0.180，

0≤e＜0.040，

0≤f≤0.030，

α≥0，

β≥0，

0≤α+β≤0.50，

a、c、d中的1种以上大于0，

在所述软磁性层中观察到由非晶质和微晶构成且所述微晶存在于所述非晶质中的纳米异质结构。

2.如权利要求1所述的磁性芯，其特征在于：所述微晶的平均粒径为0.3～5nm。

3.一种磁性芯，其特征在于：

由多个软磁性层叠层而成，在所述软磁性层形成有裂缝，

所述软磁性层以Fe为主成分，

所述软磁性层由组成式(Fe_(1-(α+β))X1_αX2_β)_{(1-(a+b+c+d+e+f))}M_aB_bP_cSi_dC_eS_f构成，

X1为选自Co和Ni中的1种以上，

X2为选自Al、Mn、Ag、Zn、Sn、As、Sb、Cu、Cr、Bi、N、O和稀土元素中的1种以上，

M为选自Nb、Hf、Zr、Ta、Mo、V和W中的1种以上，

0≤a≤0.140，

0.020＜b≤0.200，

0≤c≤0.150，

0≤d≤0.180，

0≤e＜0.040，

0≤f≤0.030，

α≥0，

β≥0，

0≤α+β≤0.50，

a、c、d中的1种以上大于0，

在所述软磁性层中观察到由Fe基纳米结晶构成的结构。

4.如权利要求3所述的磁性芯，其特征在于：所述Fe基纳米结晶的平均粒径为5～30nm。

5.如权利要求1～4中任一项所述的磁性芯，其特征在于：所述软磁性层以平均裂缝间隔成为0.015mm以上且1.0mm以下的方式分割为小片。

6.如权利要求1～5中任一项所述的磁性芯，其特征在于：所述磁性芯中的磁性材料的占空系数为70.0％以上且99.5％以下。

7.如权利要求1～6中任一项所述的磁性芯，其特征在于：

0.020≤a≤0.100。

8.如权利要求1～7中任一项所述的磁性芯，其特征在于：

0.050≤a≤0.80。

9.如权利要求1～8中任一项所述的磁性芯，其特征在于：

0.730≤1-(a+b+c+d+e+f)≤0.950。

10.如权利要求1～9中任一项所述的磁性芯，其特征在于：

α＝0。

11.如权利要求1～10中任一项所述的磁性芯，其特征在于：

β＝0。

12.一种线圈部件，其特征在于：具有权利要求1～11中任一项所述的磁性芯和线圈。

13.一种磁性芯的制造方法，其特征在于，包括：

将多个软磁性薄带分别小片化处理的工序；和

将经所述小片化处理的多个软磁性薄带在厚度方向叠层的工序。

Images