JP2014143286A - 軟磁性体組成物およびその製造方法、磁芯、並びに、コイル型電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】成形品が充分な強度を有し、成形時の金型への負担を軽減することができる軟磁性体組成物およびその製造方法、磁芯、並びに、コイル型電子部品を提供する。
【解決手段】軟磁性体組成物は、複数の軟磁性合金粒子２１，２２と、前記軟磁性合金粒子間に存在する粒界３０，３１と、を有する軟磁性体組成物であって、前記軟磁性合金粒子が、クロム（Ｃｒ）をＣｒ換算で１．５〜８質量％、ケイ素（Ｓｉ）をＳｉ換算で１．４〜９質量％含有し、残部が鉄（Ｆｅ）で構成され、前記粒界には、Ｓｉを含有する層が存在する。
【選択図】図２

Description

本発明は、軟磁性体組成物およびその製造方法、磁芯、並びに、コイル型電子部品に関する。

金属磁性体は、フェライトに比較して、高い飽和磁束密度が得られる利点がある。このような金属磁性体としては、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金やＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系合金等が知られている。

一般に、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系合金に比べて、表面の酸化層が硬く成型性、加工性および高密度化において劣る。このようなＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金は、成形に際して大きな圧力をかける必要があるため、金型の劣化が早い、という問題点があった。

そのため、成形圧の低減が求められており、近年、成形性および加工性に優れるＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系合金の特性を活用した圧粉磁芯が用いられている。特許文献１では、低コストで、高い透磁率および磁束密度を兼ね備えた磁性体を備えたコイル型電子部品が提案されている。

しかし、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系合金は、成形性および加工性に優れるという特性の反面、成形品において充分な強度が得られないという問題があった。

特開２０１１−２４９７７４号公報

本発明は、このような実情に鑑みてなされ、成形品が充分な強度を有し、成形時の金型への負担を軽減することができる軟磁性体組成物およびその製造方法、磁芯、並びに、コイル型電子部品を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る軟磁性体組成物は、
複数の軟磁性合金粒子と、前記軟磁性合金粒子間に存在する粒界と、を有し、
前記軟磁性合金粒子が、クロム（Ｃｒ）をＣｒ換算で１．５〜８質量％、ケイ素（Ｓｉ）をＳｉ換算で１．４〜９質量％含有し、残部が鉄（Ｆｅ）で構成され、
前記粒界には、Ｓｉを含有する層が存在することを特徴とする。

本発明に係る軟磁性体組成物では、軟磁性合金粒子の粒界に、Ｓｉを含有する層が存在することにより、優れた磁気特性と、成形品として充分な強度を発揮することができる。

好ましくは、前記Ｓｉを含有する層は、Ｓｉ酸化物層あるいはＳｉ複合酸化物層であることを特徴とする。

好ましくは、前記Ｓｉを含有する層が、さらに前記軟磁性合金粒子の表面に存在することを特徴とする。

好ましくは、前記軟磁性合金粒子の表面に存在するＳｉを含有する層が、Ｓｉ―Ｃｒ複合酸化物層であることを特徴とする。

また、本発明に係る磁芯は、上記のいずれかに記載の軟磁性体組成物から構成される。

さらに、本発明に係るコイル電子部品は、上記磁芯を有する。コイル型電子部品としては、特に限定されないが、インダクタ部品、ＥＭＣ用コイル部品、トランス部品等の電子部品が例示される。特に、回路基板上への面実装が可能な小型化されたコイル型電子部品に適している。

本発明の軟磁性体組成物の製造方法は、
軟磁性体合金粉末と、結合材とを含む成形体を得る工程と、
前記成形体を、酸素を含む雰囲気下で熱処理する工程と、を有する製造方法であって、
前記結合材は、シリコン樹脂を含み、
前記軟磁性合金は、クロム（Ｃｒ）をＣｒ換算で１．５〜８質量％、ケイ素（Ｓｉ）をＳｉ換算で１．４〜９質量％含有し、残部が鉄（Ｆｅ）で構成されることを特徴とする。

本発明に係る製造方法では、結合材がシリコン樹脂を含み、熱処理が酸素を含む雰囲気下で行われることにより、軟磁性合金粒子の粒界にＳｉを含有する層を有する軟磁性体組成物を効果的に得ることができる。このようにして製造された軟磁性体組成物は、優れた磁気特性と、成形品としての充分な強度を有する。

好ましくは、本発明に係る前記成形体は、圧粉成形により得られることを特徴とする。

本発明に係る製造方法によれば、圧粉成形時の成形圧力を低減したばあいであっても、優れた磁気特性と、成形品としての充分な強度を有する成形品を得ることができる。そのため、圧粉成形に用いる金型の劣化を低減でき、生産性を向上することが可能となる。

好ましくは、本発明に係る成形体を得る工程は、
前記軟磁性体合金粉末と、前記結合材とを混合して混合物を得る工程と、
前記混合物を乾燥させた乾燥体を粉砕して造粒粉を得る工程と、
前記造粒粉を成形して成形体を得る工程と、からなることを特徴とする。

図１は本発明の一実施形態に係る磁芯である 図２は、図１に示す磁芯の要部拡大断面図である。 図３は、ＥＤＳ解析を行う際の観測点を示す磁芯の要部拡大断面図である。 図４は、図３に示す観測点においてＥＤＳ解析を行った結果である。（ａ）は、本発明の実施例に係る試料１の解析結果であり、（ｂ）は、本発明の比較例に係る試料２の解析結果である。なお、縦軸は強度比、横軸は深度である。

以下、本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。

本実施形態に係るコイル型電子部品用の磁芯は、圧粉成形により成形される圧粉磁芯である。圧粉成形は、プレス機械の金型内に、軟磁性合金粉末を含む材料を充填し、所定の圧力で加圧して圧縮成形を施すことにより成形体を得る方法である。

本実施形態に係る磁芯の形状としては、図１に示したトロイダル型のほか、ＦＴ型、ＥＴ型、ＥＩ型、ＵＵ型、ＥＥ型、ＥＥＲ型、ＵＩ型、ドラム型、ポット型、カップ型等を例示することができる。この磁芯の周囲に巻き線を所定巻数だけ巻回することにより所望のコイル型電子部品を得ることができる。

本実施形態に係るコイル型電子部品用の磁心は、本実施形態に係る軟磁性体組成物で構成してある。

本実施形態に係る軟磁性体組成物は、複数の軟磁性合金粒子と、前記軟磁性合金粒子間に存在する粒界と、を有し、
前記軟磁性合金粒子が、クロム（Ｃｒ）をＣｒ換算で１．５〜８質量％、ケイ素（Ｓｉ）をＳｉ換算で１．４〜９質量％含有し、残部が鉄（Ｆｅ）で構成され、
前記粒界に、Ｓｉを含有する層が存在することを特徴とする。

本実施形態に係る軟磁性体組成物は、上記構成を満足することにより、優れた磁気特性（初期透磁率μｉ等）が得られると共に、比較的低い成形圧で成形された場合であっても、磁芯として十分な強度を得ることができる。また、加圧成形に際して、比較的低い成形圧により成形できることから、金型への負担のさらなる低減を図ることができ、生産性を向上することができる。

本実施形態に係る軟磁性体組成物は、図２に示すように、複数の軟磁性合金粒子２１と、軟磁性合金粒子間に存在する粒界３０と、を有する。

本実施形態に係るＳｉを含有する層は、２つの粒子間に形成される粒界３０または３つ以上の粒子の間に存在する粒界３１（３重点など）に存在している。このようなＳｉを含有する層の存在により、本実施形態に係る磁芯は、比較的低い成形圧で成形された場合であっても、磁芯として十分な強度を得ることができる。さらに、このようなＳｉを含有する層は、粒界に存在することで絶縁体の役割を果たす。

本実施形態に係るＳｉを含有する層は、好ましくは、Ｓｉ酸化物層あるいはＳｉ複合酸化物層である。

なお、本発明において、酸化物層および複合酸化物層とは、アモルファス層、結晶層、およびこれらの混合層を含む広い概念である。

本実施形態に係るＳｉ酸化物層およびＳｉ複合酸化物層としては、特に限定されるものではないが、例えばＳｉを含有するアモルファス層、アモルファスシリコン、シリカ、Ｓｉ−Ｃｒ複合酸化物等が挙げられる。

本実施形態に係るＳｉを含有する層は、好ましくは、さらに軟磁性合金粒子の表面に存在する。該軟磁性合金粒子の表面に存在するＳｉを含有する層は、好ましくはＳｉ―Ｃｒ複合酸化物層である。Ｓｉ―Ｃｒ複合酸化物層は、特に限定されるものではないが、ＳｉおよびＣｒを含有するアモルファス層等が挙げられる。

本実施形態に係るＳｉを含有する層は、好ましくは、アモルファス質で構成されている。なお、一部が結晶質で構成されていてもよい。

本実施形態に係るＳｉを含有する層の厚みは、好ましくは、０．０１〜０．２μｍ、より好ましくは、０．０１〜０．１μmである。
なお、Ｓｉを含有する層は、必ずしも軟磁性合金粒子の表面の全体を覆うように形成されている必要はなく、軟磁性合金粒子の表面の一部に形成されていてもよい。また、Ｓｉを含有する層の厚みは均一でなくてもよく、該組成も均質でなくてもよい。

本実施形態に係るＳｉを含有する層の有無やその厚みは、後述する磁芯の製造方法における、結合材の種類やその添加量、その他の添加成分、成形体の熱処理温度および雰囲気等により制御することができる。

本実施形態において、Ｓｉを含有する層が軟磁性合金粒子の表面および粒界に存在しているか否かを判断する方法としては、特に制限されず、たとえば、Ｓｉのマッピング画像を解析することで判断してもよい。以下に具体的な方法を示す。

まず、走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）を用いて磁芯を観察することにより、軟磁性合金粒子と粒界とを判別する。具体的には、誘電体層の断面をＳＴＥＭにより撮影し、明視野（ＢＦ）像を得る。この明視野像において軟磁性合金粒子と軟磁性合金粒子との間に存在し、該軟磁性合金粒子とは異なるコントラストを有する領域を粒界とする。異なるコントラストを有するか否かの判断は、目視により行ってもよいし、画像処理を行うソフトウェア等により判断してもよい。

なお、Ｃｒ等の他の元素についても同様の方法でマッピング画像を作成、観察することができる。

本実施形態に係る軟磁性合金粒子の平均結晶粒子径は、好ましくは３０〜６０μｍである。平均結晶粒子径を上記の範囲とすることで、磁芯の薄層化を容易に実現することができる。

本実施形態に係る軟磁性合金粒子は、クロム（Ｃｒ）をＣｒ換算で１．５〜８質量％、ケイ素（Ｓｉ）をＳｉ換算で１．４〜９質量％含有し、残部が鉄（Ｆｅ）で構成されている。

軟磁性合金粒子が上記組成を満足することにより、本実施形態に係る軟磁性体組成物は、優れた磁気特性（初期透磁率μｉ等）が得られると共に、比較的低い成形圧で成形された場合であっても、磁芯として十分な強度を得ることができる。また、加圧成形に際して、比較的低い成形圧により成形できることから、金型への負担のさらなる低減を図ることができ、生産性を向上することができる。また、軟磁性合金粒子が上記組成を満足することにより、界面３０にＳｉを含有する層が形成されやすくなる。

軟磁性合金粒子におけるクロム（Ｃｒ）の含有量は、Ｃｒ換算で１．５〜８質量％、好ましくは３〜７質量％である。Ｃｒの含有量が少なすぎると、強度および磁気特性が低下する傾向にあり、多すぎると、強度が低下する傾向にある。

軟磁性合金粒子におけるケイ素（Ｓｉ）の含有量は、Ｓｉ換算で１．４〜９質量％、好ましくは４．５〜８．５質量％である。Ｓｉの含有量が少なすぎても多すぎても、強度および磁気特性が低下する傾向にある。

軟磁性合金粒子において残部は、鉄（Ｆｅ）のみから構成されていてもよい。

本実施形態に係る軟磁性体組成物は、上記軟磁性体合金粒子の構成成分以外にも、炭素（Ｃ）および亜鉛（Ｚｎ）等の成分が含まれることがある。
なお、Ｃは、軟磁性体組成物の製造過程で用いられる有機化合物成分に由来すると考えられる。また、Ｚｎは、軟磁性体組成物を圧粉成形により得る際に、装置の抜き圧を低減させるために金型に添加するステアリン酸亜鉛に由来すると考えられる。

本実施形態に係る軟磁性体組成物における、炭素（Ｃ）の含有量は、好ましくは０．０５質量％未満であり、より好ましくは０．０１〜０．０４質量％である。Ｃの含有量が多すぎると、磁芯としての十分な強度が得られない傾向にある。

本実施形態に係る軟磁性体組成物における、亜鉛（Ｚｎ）の含有量は、好ましくは０．００４〜０．２質量％であり、より好ましくは０．０１〜０．２質量％である。Ｚｎの含有量が多すぎても、また逆に少なすぎても磁芯としての十分な強度が得られない傾向がある。

なお、本実施形態に係る軟磁性体組成物には、上記成分以外にも、不可避的不純物が含まれていてもよい。

次に、本実施形態に係る磁芯の製造方法の一例を説明する。
本実施形態の磁心は、軟磁性体合金粉末と、結合材（バインダ樹脂）とを含む成形体を熱処理することにより、作製することができる。以下、本実施形態の磁心の好ましい製造方法につき、詳述する。

本実施形態に係る製造方法は、好ましくは、
軟磁性体合金粉末と、結合材とを混合し、混合物を得る工程と、
混合物を乾燥させて塊状の乾燥体を得た後、この乾燥体を粉砕することにより、造粒粉を形成する工程と、
混合物または造粒粉を、作製すべき圧粉磁心の形状に成形し、成形体を得る工程と、
得られた成形体を加熱することにより、結合材を硬化させ、圧粉磁心を得る工程と、を有する。

本実施形態に係る製造方法により得られた圧粉磁芯は、上記本実施形態に係る軟磁性体組成物によって構成されている。

軟磁性体合金粉末としては、クロム（Ｃｒ）をＣｒ換算で１．５〜８質量％、ケイ素（Ｓｉ）をＳｉ換算で１．４〜９質量％含有し、残部が鉄（Ｆｅ）で構成された合金粒子を含有するものを用いることができる。

軟磁性合金粉末の形状は特に制限はないが、高い磁界域までインダクタンスを維持する観点から、球状又は楕円体状とすることが好ましい。これらの中では、圧粉磁芯の強度をより大きくする観点から、楕円体状が望ましい。また、軟磁性合金粉末の平均粒径は、好ましくは１０〜８０μｍ、より好ましくは３０〜６０μｍである。平均粒径が小さすぎると透磁率が低くなり、軟磁性材料としての磁気特性が低下する傾向にあり、また、取り扱いが難しくなる。一方、平均粒径が大きすぎると、渦電流損失が大きくなると共に、異常損失が増大する傾向にある。

軟磁性合金粉末は、公知の軟磁性合金粉末の調製方法と同様の方法により得ることができる。この際、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法、回転ディスク法等を用いて調製することができる。これらの中では、所望の磁気特性を有する軟磁性合金粉末を作製しやすくするため、水アトマイズ法が好ましい。

結合材としては、シリコン樹脂を含むものを用いる。結合剤としてシリコン樹脂を用いることにより、軟磁性組成物の粒界に、Ｓｉを含有する層が効果的に形成される。このような軟磁性体組成物により構成された磁芯は、比較的低い成形圧で成形した場合であっても、十分な強度を有する。

なお、本発明の効果を妨げない範囲でその他の結合材が含まれていてもよい。その他の結合材としては、例えば各種有機高分子樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂及び水ガラス等が挙げられる。

結合材は、シリコン樹脂を単独で、又はその他の結合材とで組み合わせて用いることができる。なお、軟磁性体組成物中の炭素（Ｃ）の含有量を０．０５質量％未満に制限することが好ましい観点から、結合材は、主としてシリコン樹脂を用いることが好ましい。軟磁性体組成物中のＣの含有量が多すぎると、得られる磁芯の強度が低下する傾向にある。

結合材の添加量は、必要とされる磁芯の特性に応じては異なるが、好ましくは軟磁性体合金粉末１００重量部に対して、１〜１０重量部添加することができ、より好ましくは軟磁性体合金粉末１００重量部に対して、３〜９重量部である。結合材の添加量が多すぎると、透磁率が低下し、損失が大きくなる傾向にある。一方、結合材の添加量が少なすぎると、絶縁を確保し難くなる傾向にある。

シリコン樹脂の添加量は、好ましくは軟磁性体合金粉末１００重量部に対して、３〜９重量部である。シリコン樹脂の添加量が少なすぎると、軟磁性組成物の粒界にＳｉを含有する層が形成されにくくなり、成形品としての強度が低下する傾向にある。

また、前記混合物または造粒粉には、本発明の効果を妨げない範囲で、必要に応じて有機溶媒を添加してもよい。
有機溶媒としては、結合材を溶解し得るものであれば特に限定されないが、例えば、トルエン、イソプロピルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、クロロホルム、酢酸エチル等の各種溶媒が挙げられる。

また、前記混合物または造粒粉には、本発明の効果を妨げない範囲で、必要に応じて各種添加剤、潤滑剤、可塑剤、チキソ剤等を添加してもよい。

潤滑剤としては、例えば、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛及びステアリン酸ストロンチウム等が挙げられる。これらは１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いられる。これらの中では、いわゆるスプリングバックが小さいという観点から、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を用いることが好ましい。

潤滑剤を用いる場合には、その添加量は、好ましくは軟磁性体合金粉末１００重量部に対して、０．１〜０．９重量部であり、より好ましくは軟磁性体合金粉末１００重量部に対して、０．３〜０．７重量部である。潤滑剤が少なすぎると、成形後の脱型が困難となり、成形クラックが生じやすい傾向にある。一方、潤滑剤が多すぎると、成形密度の低下を招き、透磁率が減少してしまう。

特に、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を用いる場合には、得られる軟磁性体組成物中の、亜鉛（Ｚｎ）の含有量が、０．００４〜０．２質量％の範囲内となる、添加量を調整することが好ましい。Ｚｎの含有量が多すぎると、磁芯としての十分な強度が得られない傾向にある傾向がある。

混合物を得る方法としては、特に限定されるものではないが、従来公知の方法により、軟磁性体合金粉末と結合材と有機溶媒とを混合して得られる。なお、必要に応じて各種添加材を添加してもよい。
混合に際しては、例えば、加圧ニーダ、アタライタ、振動ミル、ボールミル、Ｖミキサー等の混合機や、流動造粒機、転動造粒機等の造粒機を用いることができる。
また、混合処理の温度および時間としては、好ましくは室温で１〜３０分間程度である。

造粒粉を得る方法としては、特に限定されるものではないが、従来公知の方法により、混合物を乾燥した後、乾燥した混合物を解砕して得られる。
乾燥処理の温度および時間としては、好ましくは室温〜２００℃程度で、５〜６０分間である。

必要に応じて、造粒粉には、潤滑剤を添加することができる。造粒粉に潤滑剤を添加した後、５〜６０分間混合することが望ましい。

成形体を得る方法としては、特に限定されるものではないが、従来公知の方法により、所望する形状のキャビティを有する成形金型を用い、そのキャビティ内に混合物または造粒粉を充填し、所定の成形温度及び所定の成形圧力でその混合物を圧縮成形することが好ましい。

圧縮成形における成形条件は特に限定されず、軟磁性合金粉末の形状及び寸法や、圧粉磁芯の形状、寸法及び密度などに応じて適宜決定すればよい。例えば、通常、最大圧力は１００〜１０００ＭＰａ程度、好ましくは４００〜８００ＭＰａ程度とし、最大圧力に保持する時間は０．５秒間〜１分間程度とする。

本実施形態に係る製造方法では、結合材がシリコン系樹脂を含むことにより、上記最大圧力まで、成形圧力を低減させることができる。さらに、このように成形圧力を低減した場合であっても、磁芯を構成する軟磁性体組成物の粒界にはＳｉを含有する層が形成されることから、磁芯は十分な強度を有するものとなる。その結果、製造コストを低減でき、生産性及び経済性を向上することができる。

なお、成形圧力が低すぎると、成形による高密度化及び高透磁率化を図り難くなる共に、十分な機械的強度が得られにくい傾向にある。一方、成形時の成形圧が高すぎると、圧力印加効果が飽和する傾向にあるとともに、製造コストが増加して生産性及び経済性が損なわれ得る傾向にあり、また、成形金型が劣化し易くなり耐久性が低下する傾向にある。

成形温度は、特に限定されないが、通常、室温〜２００℃程度が好ましい。なお、成形時の成形温度を上げるほど成形体の密度は上がる傾向にあるが、高すぎると軟磁性合金粒子の酸化が促進されて、得られる圧粉磁芯の性能が劣化する傾向にあり、また、製造コストが増加して生産性及び経済性が損なわれ得る。

成形後に得られる成形体を熱処理する方法は、公知の方法により行えばよく、特に限定されないが、一般的には、成形により任意の形状に成形された成形体を、アニール炉を用いて所定の温度で熱処理することにより行うことが好ましい。

熱処理時の処理温度は、特に限定されないが、通常、６００〜９００℃程度が好ましく、より好ましくは７００〜８５０℃である。熱処理時の処理温度が高すぎても、また低すぎても磁芯としての十分な強度が得られない傾向にある

熱処理工程は、酸素含有雰囲気下にて行うことが好ましい。ここで、酸素含有雰囲気とは、特に限定されるものではないが、大気雰囲気（通常、２０．９５％の酸素を含む）、または、アルゴンや窒素等の不活性ガスとの混合雰囲気等が挙げられる。好ましくは大気雰囲気下である。酸素含有雰囲気下で熱処理することで軟磁性体組成物の粒界にＳｉを含有する層を効果的に形成することができる。

また、このようにして得られた圧粉磁芯は、成形密度が５．５０ｇ／ｃｍ^３以上であることが好ましい。成形密度が５．５０ｇ／ｃｍ^３以上に、高密度化された圧粉磁芯は、高透磁率、高強度、高コア抵抗、低コアロスといった各種性能においても優れる傾向にある。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこうした実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

例えば、上述した実施形態では、混合物または造粒粉を圧粉成形することで磁芯（圧粉磁芯）を製造しているが、上記混合物をシート状成形して積層することにより磁芯を製造してもよい。また、乾式成形の他、湿式成形、押出成形などにより成形体を得てもよい。

上述した実施形態では、軟磁性体組成物の粒界にＳｉを含有する層を形成するため、結合材としてシリコン樹脂を用いているが、シリコン樹脂に代えて、添加剤としてシリカゲルやシリカ粒子等のＳｉ含有成分を用いてもよい。

その他、必要に応じて、成形体をガラスコートあるいは樹脂含浸することも可能である。これにより、磁芯の強度をさらに向上させることができる。

また、上述した実施形態では、本実施形態に係る磁芯を、コイル型電子部品として用いるが、特に制限されることはなく、モーター、スイッチング電源、ＤＣ−ＤＣコンバーター、トランス、チョークコイル等の各種電子部品の磁心としても好適に用いることができる。

以下、実施例により発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
試料１について
［軟磁性合金粉末の調製］
まず、Ｆｅ単体、Ｃｒ単体及びＳｉ単体のインゴット、チャンク（塊）、又はショット（粒子）を準備した。次にそれらをＦｅ８８．５質量％、Ｃｒ５質量％およびＳｉ６．５質量％の組成となるように混合して、水アトマイズ装置内に配置されたルツボに収容した。次いで、不活性雰囲気中、ルツボ外部に設けたワークコイルを用いて、ルツボを高周波誘導により１６００℃以上まで加熱し、ルツボ中のインゴット、チャンク又はショットを溶融、混合して融液を得た。

次いで、ルツボに設けられたノズルから、ルツボ内の融液を噴出すると同時に、噴出した融液に高圧（５０ＭＰａ）水流を衝突させて急冷することにより、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系粒子からなる軟磁性合金粉末（平均粒径；５０μｍ）を作製した。

得られた軟磁性合金粉末を、蛍光Ｘ線分析法により組成分析した結果、仕込み組成と一致していることが確認できた。

［圧粉磁芯の作製］
得られた軟磁性合金粉末１００重量部に対し、シリコン樹脂（東レダウコーニングシリコン（株）製：ＳＲ２４１４ＬＶ）６重量部を添加し、これらを加圧ニーダにより室温で３０分間混合した。次いで、混合物を空気中において１５０℃で２０分間乾燥した。乾燥後の磁性粉末に、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛（日東化成製：ジンクステアレート）それらの軟磁性合金粉末１００重量部に対して０．５重量部を添加し、Ｖミキサーにより１０分間混合した。

続いて、得られた混合物を、５ｍｍ×５ｍｍ×１０ｍｍの角形サンプルに成形し、成形体を作製した。なお、成形圧は６００ＭＰａとした。加圧後の成形体を７５０℃で６０分間、大気中で熱処理することにより、シリコン樹脂を硬化させて、圧粉磁芯を得た。

［各種評価］

＜粒界におけるＳｉ含有層の確認＞
まず、圧粉磁芯を切断した。この切断面について、走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）により観察し、軟磁性体合金粒子と粒界との判別を行った。
次いで、図３に示すように、任意に選択した観測点において、ＳＴＥＭに付属のＥＤＳ装置を用いて、ＥＤＳ分析を行った。ＥＤＳ解析の結果を、図４に概略図として示す。なお、図４の縦軸は、測定により得られた特性Ｘ線の強度比である。

＜３点曲げ強さ試験（強度）＞
圧粉磁芯サンプルに対し、ＪＩＳ Ｒ１６０１の規定に従い、３点曲げ強さ試験を行った。
３点曲げ強さは、試験片を一定距離に配置された２支点上に置き、支点間の中央の１点に荷重を加えて折れた時の最大曲げ応力（ｋｇ／ｍｍ^２）である。本実施例では、１０ｋｇ／ｍｍ^２以上を良好とした。結果を表１に示す。

＜初期透磁率（μｉ）＞
圧粉磁芯サンプルに、銅線ワイヤを１０ターン巻きつけ、ＬＣＲメーター（ヒューレットパッカード ４２８４Ａ）を使用して、初期透磁率μｉを測定した。測定条件としては、測定周波数１ＭＨｚ、測定温度２３℃、測定レベル０．４Ａ／ｍとした。１ＭＨｚにおけるμｉは１０以上を良好とした。結果を表１に示す。

試料２について
試料２は、バインダ樹脂として、非シリコン系樹脂である（ナガセケムテックス（株）製造：ＤＥＮＡＴＩＴＥ ＸＮＲ ４３３８）を用いた以外は、試料１と同様の方法で圧粉磁芯サンプルを作成し、同様の評価を行った。表１および図４に結果を示す。

ＳＴＥＭ観察およびＥＤＳ解析の結果、試料１の粒界には、Ｓｉを含有する層が形成されていることが確認できた。試料１は、本発明に係る所定のＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金から構成され、粒界にＳｉを有する層が形成されていることで、比較的小さい成形圧で成形された場合であっても、充分な強度と優れた磁気特性を有することが確認された。

一方、試料２の粒界には、Ｓｉを含有する層は形成されていないことが確認された。そのため、表１に示されるように、試料２では、軟磁性合金粒子が本発明で特定する所定の組成を満足する場合であっても、充分な強度が得られないことが確認された。

特に、ＥＤＳ解析の結果、試料１では、軟磁性体組成物の粒界にＳｉを含むアモルファス層が確認された。さらに、粒子表面には、ＳｉおよびＣｒを含むアモルファス層が確認された（図４（ａ）参照）。一方、試料２では、軟磁性体組成物の粒界にＳｉを含有する層は観察されなかった（図４（ｂ）参照）。このような違いが、成形体としての強度の違いに影響していると考えられる。

なお、試料１の観測点におけるＳｉを含有する層の厚みは、約０．１μｍ程度であった。

（実施例２）
試料３および４について
試料３は、軟磁性合金粉末として、Ｆｅ８５質量％、Ａｌ５．５質量％およびＳｉ９．５質量％の組成で構成された軟磁性合金粉末を用いた以外は、試料１と同様の方法で圧粉磁芯サンプルを作成し、同様の評価を行った。表１に結果を示す。

また試料４は、軟磁性合金粉末として、Ｆｅ８５質量％、Ａｌ５．５質量％およびＳｉ９．５質量％の組成で構成された軟磁性合金粉末を用い、バインダ樹脂として、非シリコン系樹脂である（ナガセケムテックス（株）製造：ＤＥＮＡＴＩＴＥ ＸＮＲ ４３３８）を用いた以外は、試料３と同様の方法で圧粉磁芯サンプルを作成し、同様の評価を行った。表１に結果を示す。

表１に示されるように、試料３では、粒界にＳｉを含有する層が形成されていることが確認された。しかし、試料３は、合金粉末としてＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系軟磁性合金を用いているため、試料１と同程度の成形圧では、充分な強度を有する圧粉磁芯を得ることはできないことが確認された。

また、試料４では、粒界にＳｉを含有する層は形成されておらず、さらに合金粉末としてＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系軟磁性合金を用いているため、試料１と同程度の成形圧では、充分な強度を有する圧粉磁芯を得ることはできないことが確認された。

（実施例３）
試料５〜１４について
試料５〜１４は、軟磁性合金粒子の組成を、表２に示す組成となるように変化させた以外は、試料１と同様の方法で圧粉磁芯サンプルを作成し、同様の評価を行った。結果を表２に示す。

表２に示されるように、軟磁性合金粒子が本発明で特定する所定の組成を満足する場合には、充分な強度と優れた磁気特性を有する圧粉磁芯が得られることが確認された（試料６〜９、１２および１３）。

一方、軟磁性合金粒子が本発明で特定する所定の組成を満足していない場合には、得られた圧粉磁芯において、強度および磁気特性の少なくともいずれか一方が悪化することが確認された（試料５、１０、１１および１４）。

本発明に係る軟磁性体組成物から構成される磁芯は、充分な強度と優れた磁気特性を有する。特に、圧粉磁芯とする場合には、比較的低い成形圧であっても十分な強度を有する磁芯を得ることができるため、金型の劣化を低減することができ、生産性の向上を図ることができる。ひいては、このようにして製造された磁芯を用いることで、コイル型電子部品の製造コストを低減することも可能となる。

２１、２２… 軟磁性合金粒子
３０、３１… 粒界

Claims (9)

1. 複数の軟磁性合金粒子と、前記軟磁性合金粒子間に存在する粒界と、を有する軟磁性体組成物であって、
   前記軟磁性合金粒子が、クロム（Ｃｒ）をＣｒ換算で１．５〜８質量％、ケイ素（Ｓｉ）をＳｉ換算で１．４〜９質量％含有し、残部が鉄（Ｆｅ）で構成され、
   前記粒界には、Ｓｉを含有する層が存在することを特徴とする軟磁性体組成物。
2. 前記Ｓｉを含有する層は、Ｓｉ酸化物層あるいはＳｉ複合酸化物層であることを特徴とする請求項１に記載の軟磁性体組成物。
3. 前記Ｓｉを含有する層が、さらに前記軟磁性合金粒子の表面に存在することを特徴とする請求項１または２に記載の軟磁性体組成物。
4. 前記軟磁性合金粒子の表面に存在するＳｉを含有する層が、Ｓｉ―Ｃｒ複合酸化物層であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の軟磁性体組成物。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の軟磁性体組成物から構成されることを特徴とする磁芯。
6. 請求項５に記載の磁芯を有することを特徴とするコイル型電子部品。
7. 軟磁性体合金粉末と、結合材とを含む成形体を得る工程と、
   前記成形体を、酸素を含む雰囲気下で熱処理する工程と、を有する製造方法であって、
   前記結合材は、シリコン樹脂を含み、
   前記軟磁性合金は、クロム（Ｃｒ）をＣｒ換算で１．５〜８質量％、ケイ素（Ｓｉ）をＳｉ換算で１．４〜９質量％含有し、残部が鉄（Ｆｅ）で構成されることを特徴とする軟磁性体組成物の製造方法。
8. 前記成形体が、圧粉成形により得られることを特徴とする請求項７に記載の軟磁性体組成物の製造方法。
9. 前記成形体を得る工程が、
   前記軟磁性体合金粉末と、前記結合材とを混合して混合物を得る工程と、
   前記混合物を乾燥させた乾燥体を粉砕して造粒粉を得る工程と、
   前記造粒粉を成形して成形体を得る工程と、からなることを特徴とする請求項７または８に記載の軟磁性体組成物の製造方法。

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