JP2017059646A - 磁性複合材料、インダクタ素子及び磁性複合材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低保磁力の磁性複合材料を提供する。【解決手段】Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｏから選ばれる少なくとも１種類の磁性金属を含む複数の磁性金属粒子と、金属の酸化物、窒化物、炭化物又はフッ化物から選ばれる少なくとも１種と、を備える磁性複合材料であって、磁性複合材料の平均粒径が０．１μｍ以上４０μｍ以下であり、磁性複合材料の表面における複数の磁性金属粒子の平均粒径が８０ｎｍ以下である磁性複合材料である。【選択図】図１

Description

本発明の実施の形態は、磁性複合材料、インダクタ素子及び磁性複合材料の製造方法に関する。

近年、通信情報の急増に伴い電子通信機器の小型化、軽量化が図られている。これに伴って、電子部品の小型化、軽量化が望まれている。

通常の高透磁率部材は、Ｆｅ，Ｃｏを成分とする金属もしくは合金、その酸化物である。金属もしくは合金の高透磁率部材は、周波数が高くなると渦電流による伝送損失が顕著になるため、部品としては使用することが困難になる。一方、フェライトに代表される酸化物の磁性体を部品として用いた場合、高抵抗であるため渦電流による損失は抑えられるが、共鳴周波数が数百ＭＨｚであるため、高周波では共鳴による伝送損失が顕著になり使用が困難になる。このため、部品として、高周波に対しても使用できる損失を極力抑えた絶縁性の高透磁率部材が求められている。

このような高透磁率部材を作製する試みとして、スパッタ法などの薄膜技術を用いて高透磁率ナノグラニュラー材料が作製されており、高周波域においても優れた特性を示すことが確認されている。しかしながら、グラニュラー構造では高抵抗を保ったまま磁性微粒子の体積百分率を向上させることは難しく、更には部品としての体積を得ることが難しいために、現状薄膜技術で部品を作製することは困難であると考えられる。

そこで磁性金属材料をナノ粒子化してこれを絶縁体に分散して高透磁率厚膜ナノグラニュラー材を作製しようという試みがある。本材料を用いた場合、様々なアンテナ試作の結果、ヘリカルアンテナの磁心として使用すると小型で受信感度の高い高性能のアンテナが実現する可能性があるとされている。

しかしながら、本材料をアンテナのような小電力用部品ではなく、大電力用部品に用いる場合、渦電流だけでなく磁性体のヒステリシス損失が無視できなくなり、これが実用化の妨げになっている。ヒステリシス損失は保磁力と関連しており、保磁力が大きい程、ヒステリシス損失は大きくなり、これを如何に抑制するかが課題になっている。

一方、絶縁相を含む磁性ナノ粒子を複合化して磁性金属微粒子自体が絶縁体中に分散させる構造（ヘテログラニュラー構造）を作ることが出来る。しかしながら、内部応力等のために保磁力は大きく、損失が大きいため、高周波での高透磁率を得ることが出来ず、主に損失成分を利用する電波吸収体等の用途に用いられていたが、例えばインダクタのような低損失、高透磁率が要求されるような用途に用いることが出来なかった。

特開２００１−３５８４９３号公報 特許５１７５８８４号公報

本発明が解決しようとする課題は、低保磁力の磁性複合材料を提供することである。

実施形態の磁性複合材料は、Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｏから選ばれる少なくとも１種類の磁性金属を含む複数の磁性金属粒子と、金属の酸化物、窒化物、炭化物又はフッ化物から選ばれる少なくとも１種と、を備える磁性複合材料であって、磁性複合材料の平均粒径が０．１μｍ以上４０μｍ以下であり、磁性複合材料の表面における複数の磁性金属粒子の平均粒径が８０ｎｍ以下である。

第１の実施形態の磁性複合材料の模式図である。 第１の実施形態の磁性複合材料の顕微鏡写真である。 第２の実施形態のチップインダクタ素子の模式図である。 第２の実施形態のトランス用インダクタ素子の模式図である。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。

（第１の実施形態）
本実施形態の磁性複合材料は、Ｆｅ（鉄）、Ｎｉ（ニッケル）及びＣｏ（コバルト）から選ばれる少なくとも１種類の磁性金属を含む複数の磁性金属粒子と、金属の酸化物、窒化物、炭化物又はフッ化物から選ばれる少なくとも１種と、を備える磁性複合材料であって、磁性材料の平均粒径が０．１μｍ以上４０μｍ以下であり、磁性複合材料の表面における複数の磁性金属粒子の平均粒径が８０ｎｍ以下であることを特徴とする。

本実施形態の磁性複合材料は、ヘテログラニュラー粒子と呼ばれることがある。

図１は、実施形態の磁性複合材料１００の模式図である。磁性複合材料１００の表面における磁性金属粒子１０（表面に観察される粒子）は実線で示されている。なお磁性複合材料１００の一部についての模式図は、省略している。図２は、実施形態の磁性複合材料１００の顕微鏡写真である。図２（ａ）と図２（ｂ）は、いずれも１０万倍で撮影されたＳＥＭ（Ｓｃｎａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：走査型電子顕微鏡）写真である。図２（ａ）に示された白点線は、図２（ｂ）において磁性複合材料の表面における磁性金属粒子を示したものである。

磁性金属粒子１０は、Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｏから選ばれる少なくとも１種類の磁性金属を含む。磁性金属となる元素は、例えば、Ｆｅ、ＮｉまたはＣｏである。その中でも高い飽和磁化を実現できるＦｅ基合金、Ｃｏ基合金、ＦｅＣｏ基合金が特に好ましい。

Ｆｅ基合金、Ｃｏ基合金としては、第２成分としてＮｉ、Ｍｎ（マンガン）、Ｃｕ（銅）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｃｒ（クロム）などを含有したＦｅＮｉ合金、ＦｅＭｎ合金、ＦｅＣｕ合金、ＦｅＭｏ合金、ＦｅＣｒ合金、ＣｏＮｉ合金、ＣｏＭｎ合金、ＣｏＣｕ合金、ＣｏＭｏ合金、ＣｏＣｒ合金が挙げられる。ＦｅＣｏ基合金としては、第２成分として、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｃｒを含有させた合金などが挙げられる。これらの第２成分は透磁率を向上させるのに効果的な成分である。

磁性金属粒子１０は、さらに非磁性金属を含んでいても良い。非磁性金属は、Ｍｇ（マグネシウム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｓｉ（シリコン）、Ｃａ（カルシウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｚｎ（亜鉛）、Ｍｎ（マンガン）、Ｂａ（バリウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）、Ｃｒ（クロム）、Ｍｏ（モリブデン）、Ａｇ（銀）、Ｇａ（ガリウム）、Ｓｃ（スカンジウム）、Ｖ（バナジウム）、Ｙ（イットリウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｐｂ（鉛）、Ｃｕ（銅）、Ｉｎ（インジウム）、Ｓｎ（スズ）、希土類元素から選ばれる少なくとも１つ以上の金属である。これら非磁性金属は酸化物の標準生成ギブスエネルギーが小さく酸化しやすい元素であり、磁性金属粒子１０を被覆する酸化物被覆層（この酸化物被覆層は、磁性金属粒子１０の構成成分の１つである非磁性金属を１つ以上含む酸化物もしくは複合酸化物である必要がある）の絶縁性の安定性の観点から、好ましい元素である。その中でも、Ａｌ、Ｓｉは、磁性金属粒子１０の主成分であるＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉと固溶しやすいため熱的安定性の観点から、好ましい。

磁性金属粒子１０は、さらにカーボン及び窒素の少なくとも1つを含んでいても良い（カーボン単独、窒素単独でも良いし、カーボンと窒素両方でも良い）。カーボン及び窒素は、磁性金属と固溶する事によって、磁気異方性を大きくする事ができる有効な元素である。大きな磁気異方性を有する材料は、強磁性共鳴周波数（材料のμ’は強磁性共鳴周波数付近で大きく低下し、μ”は大きく増加）を大きくする事ができ、高周波帯域で使用する事の出来る材料となる。

磁性金属粒子１０に含有する非磁性金属、カーボン、窒素の含有量は、磁性金属に対していずれも、２０ａｔ％以下である。含有量がそれ以上になると磁性金属粒子１０の飽和磁化を下げてしまい好ましくない。また、磁性金属粒子１０に含有する磁性金属と、非磁性金属と、カーボン及び窒素の少なくとも１つとは、固溶している方が好ましい。固溶する事によって、磁気異方性を効果的に向上する事ができ、それによって高周波磁気特性を向上する事が出来る。また、材料の機械的特性を向上する事が出来る。固溶しない場合は、磁性金属粒子の粒界や表面に偏析してしまい、磁気異方性や機械特性を効果的に向上させる事が出来ない。

また、磁性金属粒子１０は、多結晶粒子、単結晶粒子のいずれでも良いが、単結晶粒子の方が好ましい。単結晶粒子にすることによって、粒子を一体化させる際に磁化容易軸を揃える事ができるために、磁気異方性を制御することができ、高周波特性は多結晶の場合よりも良くなる。

磁性金属粒子１０は、粒子集合体であっても良い。１次粒子の平均粒径が１０ｎｍ以上でこれが集合して平均粒径１μｍ以上の粒子集合体を形成していても構わない。また、１次粒子同士の間に酸化物層、窒化物層、炭化物層又はフッ化物層から選ばれる少なくとも１種が介在していても構わない。これらは、抵抗が高い層である。介在層の厚みは理想的には１ｎｍ以下である場合、１次粒子同士が磁気的に結合するためにより保磁力は小さく出来る。更にアスペクト比を大きくすれば相乗効果が得られる。

また、磁性金属粒子１０はアモルファスであってもよい。金属単体でも合金でも、更には酸化物や窒化物、炭化物等の絶縁体との混合アモルファスであってもよい。

磁性金属粒子１０の一部には磁性金属粒子の構成元素からなる酸化物被覆層があってもよい。酸化物被覆層の厚さは特に限定されないが、０．１ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さであるとよい。０．１ｎｍ未満であると、耐酸化性が不十分であるため、取り扱いが難しい。空気中に開放したと同時に酸化が進み発熱するなどの問題が起こる可能性があり、好ましくない。また、１００ｎｍを超える場合、粒子を一体化して部材を作製する際に部材中に含まれる磁性金属粒子の充填率を下げ、部材の飽和磁化を下げてしまい、それによって透磁率を下げてしまうために好ましくない。酸化に対して安定で、且つ、飽和磁化を大きく下げないまたは透磁率を下げないために効果的な酸化物被覆層の厚さは、０．１ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さである。

また、同様に前記磁性金属粒子１０の表面の一部には窒化物、炭化物又はフッ化物の少なくとも１種の層が設けられていても良い。また、上記各層は、Ｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｐ、Ｇａを含んでいてもよい。各層の厚みについても特に限定されないが酸化物被覆層の場合と同様である。

金属の酸化物、窒化物、炭化物又はフッ化物から選ばれる少なくとも１種２０は、複数の磁性金属粒子１０の周囲に設けられている。これら金属の酸化物、窒化物、炭化物又はフッ化物から選ばれる少なくとも１種２０は、酸化物、窒化物、炭化物又はフッ化物を含む。より好ましくは、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｖ、Ｙ、Ｎｂ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、希土類元素から選ばれる少なくとも１つの元素を含む、酸化物、窒化物、炭化物又はフッ化物から選ばれる少なくとも１種を含む。

磁性複合材料１００の粒径は、１００ｋＨｚ以上の高周波で用いるために、平均粒径は０．１μｍ以上４０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．１μｍ以上１０μｍである。特に、粒径が０．１μｍ以上４０μｍ以下の範囲に含まれることが好ましい。

磁性複合材料１００の表面における複数の磁性金属粒子１０の平均粒径は８０ｎｍ以下であることが、保磁力の小さい磁性複合材料を得るために好ましい。より保磁力を小さくする上で好ましいのは５０ｎｍ以下、さらに好ましいのは３０ｎｍ以下である。一方５ｎｍより小さくなると超常磁性の影響が出て特性が変化してしまうため、５ｎｍ以上であることが好ましい。

磁性金属粒子１０の結晶径は、高周波において低損失であるため１ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。より好ましくは、超常磁性の影響を抑制しつつ高周波において低損失であるため５ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。

磁性複合材料１００のアスペクト比は、１以上５以下であることが好ましく、１以上３以下であることがさらに好ましい。この理由については明らかではないが、アスペクト比の高い磁性材料１００において何らかの歪みが発生しておりこれが保磁力を増加させているのではないかと予想している。

本実施形態の磁性複合材料１００において、材料組織はＳＥＭ、ＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：透過型電子顕微鏡）で、回折パターン（固溶の確認を含む）は、ＴＥＭ−Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ、ＸＲＤ（Ｘ−ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：Ｘ線回折）で、構成元素の同定及び定量分析はＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ：誘導結合プラズマ）発光分析、ＸＲＦ（Ｘ−ｒａｙ Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ：蛍光Ｘ線分析）、ＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ−Ａｎａｌｙｓｉｓ：電子線マイクロアナライザ）、ＥＤＸ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ：エネルギー分散型Ｘ線分光法）、Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ等で、それぞれ判別可能である。

本実施形態の磁性複合材料１００の平均粒径は、ＳＥＭの観察により最も長い径を測定することで決定する。例えば球形であれば一義的に決まるが、不定形、扁平の場合、最も長い径を選択する。本実施形態の磁性材料１００のアスペクト比は、このように測定された径のうち最も長い値と最も短い値を用いて求める。

磁性複合材料１００の表面における複数の磁性金属粒子１０の平均粒径は、１０００００倍（１０万倍）のＳＥＭ観察により、個々の表面における粒子の最も長い対角線と最も短い対角線を平均したものをその粒径とし、１０個の粒径の平均から求める。表面における磁性金属粒子１０の一例は、図２（ａ）の白点線に囲まれた領域で示されている。

磁性金属粒子１０の結晶径は、ＸＲＤの測定結果を用いて、Ｓｃｈｅｒｒｅｒの式より求めたものとする。

次に、本実施形態の磁性複合材料１００の製造方法を述べる。

本実施形態の磁性複合材料の製造方法は、Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｏから選ばれる少なくとも１種類の磁性金属を含む合金と、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｖ、Ｙ、Ｎｂ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、希土類元素から選ばれる少なくとも１種類の元素と、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）または炭素（Ｃ）のいずれかを含む磁性複合ナノ粒子を、容器内において乾式でメディアと共に攪拌することで集合一体化させ、径のより大きい磁性複合材料を作製する工程と、攪拌を所定の時間停止する工程と、を備えることを特徴とする。

まず、磁性複合ナノ粒子を合成する工程について説明する。この工程は特に限定されないが、高周波誘導熱プラズマ法やレーザーアブレーション法に代表される乾式合成方法や、共沈法に代表される湿式合成方法が好ましい例として挙げられる。磁性複合ナノ粒子の径は磁性複合材料１００の平均粒径より小さく１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。

合成された磁性複合ナノ粒子には炭素等の被覆が施されていることが好ましい。その理由は、合成された磁性複合ナノ粒子は非常に活性が高く、空気に触れた時に酸化・燃焼するためである。しかしながら不活性ガス中や真空中、また、反応性の低い液体中で取り扱うことで特に炭素等の被覆を必要とはしない。更に、例えば炭素を被覆した場合は加熱・還元処理することで炭素をガス化して除去する必要がある。これは残留炭素が導電性を持つために絶縁材として適さないためである。

さらに、磁性複合ナノ粒子は、被覆層で覆われていることすなわちコアシェル化していることが好ましい。例えば酸素濃度のきわめて少ない不活性ガス中に放置することで酸化皮膜を構成することで例えばＡｌ_２Ｏ_３を含む被覆層が形成され、比較的安定な状態にすることが好ましい。他にも窒化、炭化することで被覆層を形成しても良い。

次に、磁性複合ナノ粒子を、容器内において乾式でメディアと共に攪拌することで集合一体化させ、径のより大きい磁性複合材料を作製する工程と、攪拌を所定の時間停止する工程と、について説明する。

酸化雰囲気の容器内においてメディアと共に攪拌することで集合一体化させ、径のより大きい磁性材料を作製することは、例えば遊星ボールミルの所定の容器内に磁性複合ナノ粒子とボール等のメディアを封入し、溶剤を容器内に封入する湿式ではなく、溶剤を容器内に封入しない乾式で攪拌し、磁性複合ナノ粒子の集合体を作製することにより、行うことができる。この酸化雰囲気は、数ｐｐｍの酸素含有量の不活性雰囲気（例えばＡｒ雰囲気）で行うことができる。この工程により、磁性金属粒子を構成する元素が、その雰囲気により酸化物を備える磁性複合材料となる。

また、原料としてそれぞれ磁性金属粒子の窒化物、炭化物又はフッ化物の粒子と磁性金属粒子を不活性ガス雰囲気、例えばＡｒ雰囲気の容器内においてメディアとともに撹拌することで金属の窒化物、炭化物又はフッ化物から選ばれる少なくとも１種を備える磁性複合材料となる。

容器としては、公知のメノウ製、アルミナ製、ジルコニア製、又は窒化ケイ素製等の容器を好ましく用いることができる。

ただし、本実施形態の磁性複合材料１００は、上記の通常の遊星ボールミル等のメディアを用いる手法のみで製造することは困難である。なぜなら、この通常の手法のみでは磁性材料がボールおよび容器壁にすべて貼り付く為、回収することが困難であるためである。仮に無理やり薬匙等で剥離して回収した場合でも、粒径の制御および粒子内部構造の制御は出来ないため、低磁気損失の磁気材料を得ることが難しいためである。

本実施形態の磁性複合材料１００の製造方法においては、上記の遊星ボールミル等による攪拌を所定の時間行った後に、攪拌を停止して磁性複合材料の十分な時間の冷却をおこなう。これにより、安定した低保磁力を有する磁性複合材料を作製することができる。本発明者らが鋭意検討したところによると、所定の時間（冷却時間）は、３０分以上であることが好ましい。

この工程を採用することで、本発明の複数の磁性金属粒子と、金属の酸化物、窒化物、炭化物又はフッ化物から選ばれる少なくとも１種と、を備える磁性複合材料を得ることができ、その平均粒径さらには表面における複数の磁性金属粒子の平均粒径を制御することが可能となる。

また、攪拌を所定の時間停止する工程の後に、遊星ボールミルの攪拌の回転を逆回転にして攪拌する工程を用いてもよい。

さらに、Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｏから選ばれる少なくとも１種類の磁性金属を含む合金と、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｖ、Ｙ、Ｎｂ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、希土類元素から選ばれる少なくとも１種類の元素と、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）または炭素（Ｃ）のいずれかを含む磁性複合ナノ粒子を、容器内において乾式でメディアと共に攪拌することで集合一体化させ、径のより大きい磁性複合材料を作製する工程と、攪拌を停止する工程と、を所定の回数繰り返しても良い。ここで所定の回数とは、例えば２回以上であるが、特に限定されない。

また、この後に、磁性複合材料１００について水素中で１時間程度の処理（熱処理）をしてもよい。ここで熱処理の温度は例えば４００℃程度である。

本実施形態の磁性複合材料１００によれば、低保磁力の磁性複合材料の提供が可能となる。

（第２の実施形態）
本実施形態は、第１の実施形態に係る磁性複合材料を用いることを特徴とするインダクタ素子である。ここで、第１の実施形態と重複する点については、記載を省略する。

図３は、本実施形態のチップインダクタ素子２００の模式図である。磁性複合材料１００の内部にコイル１０２が配置されている。コイル１０２の両端は、２個の電極１０８とそれぞれ接続されている。

図４は、本実施形態のトランス用インダクタ素子３００の模式図である。トランス用インダクタ素子２００は、図４（ａ）のように、磁性複合材料１００の周囲に第１のコイル１０４と第２のコイル１０６とが巻き付けられている形態を有する。第１のコイル１０４の両端と第２のコイル１０６との両端には、図示しない電極が接続されていてもよい。

図４（ｂ）は、本実施形態のトランス用インダクタ素子３００における磁性金属粒子１０の扁平面の配向の仕方を示したものである。磁性金属粒子１０が扁平粒子である場合、その扁平面は、図４（ｂ）のように、ｘｙ面内に配向されることが好ましい。これにより、第１のコイル１０４の軸方向および第２のコイル１０６の軸方向における磁性部材の透磁率をより増加させることができるためである。

本実施形態によれば、損失が小さく高い透磁率を高周波で得ることができるインダクタ素子が提供される。

以下に、実施例を比較例と対比しながらより詳細に説明する。

（実施例１）
平均粒径１００ｎｍのＦｅＮｉを酸化雰囲気で乾式遊星ボールミルにて１５分処理した後、３０分冷却する（乾式遊星ボールミルによる攪拌を停止する）ということを繰り返し、延べ２４０分処理してこれを回収することで、複数のＦｅＮｉ粒子と、Ｆｅ、Ｎｉの少なくともいずれか１種以上の酸化物を備え、平均粒径４０μｍ、表面に観察される磁性金属粒子の平均粒径が３０ｎｍの磁性複合材料を得た。

（比較例１）
平均粒径５０μｍのＦｅＮｉを酸化雰囲気で乾式遊星ボールミルにて１５分処理した後、３０分冷却するということを繰り返し、延べ６０分処理してこれを回収することで、複数のＦｅＮｉ粒子と、Ｆｅ、Ｎｉの少なくともいずれか１種以上の酸化物を備え、平均粒径４０μｍ、表面に観察される磁性金属粒子の平均粒径が１００ｎｍの磁性複合材料を得た

（実施例１−２）
平均粒径５０ｎｍのＦｅＮｉ−Ｓｉを酸化雰囲気で乾式遊星ボールミルにて１５分処理した後、６０分冷却するということを繰り返し、延べ１８０分処理してこれを回収後、水素中で１時間処理することで、複数のＦｅＮｉ−Ｓｉ粒子と、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｓｉの少なくともいずれか１種以上の酸化物を備え、平均粒径３５μｍ、表面に観察される磁性金属粒子の平均粒径が１３ｎｍの磁性複合材料を得た。

（実施例２）
平均粒径５０ｎｍのＦｅＮｉを酸化雰囲気で乾式遊星ボールミルにて１５分処理した後、６０分冷却するということを繰り返し、延べ１２０分処理してこれを回収することで、複数のＦｅＮｉ粒子と、Ｆｅ、Ｎｉの少なくともいずれか１種以上の酸化物を備え、平均粒径２０μｍ、表面に観察される磁性金属粒子の平均粒径が２０ｎｍの磁性複合材料を得た。

（比較例２）
平均粒径１０μｍのＦｅＮｉを酸化雰囲気で乾式遊星ボールミルにて１５分処理した後、６０分冷却するということを繰り返し、延べ６０分処理してこれを回収することで、複数のＦｅＮｉ粒子と、Ｆｅ、Ｎｉの少なくともいずれか１種以上の酸化物を備え、平均粒径２０μｍ、表面に観察される磁性金属粒子の平均粒径が９０ｎｍの磁性複合材料を得た。

（実施例２−１）
平均粒径５０ｎｍのＦｅＣｏを酸化雰囲気で乾式遊星ボールミルにて１５分処理した後、３０分冷却するということを繰り返し、延べ９０分処理してこれを回収することで、複数のＦｅＣｏ粒子と、Ｆｅ、Ｃｏの少なくともいずれか１種以上の酸化物を備え、平均粒径１５μｍ、表面に観察される磁性金属粒子の平均粒径が３０ｎｍの磁性複合材料を得た。

（実施例３）
平均粒径５０ｎｍのＦｅＮｉ−Ｓｉを酸化雰囲気で乾式遊星ボールミルにて１５分処理した後、３０分冷却、次の処理は逆回転にするということを繰り返し、延べ１２０分処理してこれを回収後、水素中で１時間処理することで、複数のＦｅＮｉ−Ｓｉ粒子と、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｓｉの少なくともいずれか１種以上の酸化物を備え、粒径２５μｍ、表面に観察される磁性金属粒子の平均粒径が１５ｎｍの磁性複合材料を得た。

（比較例３）
平均粒径５０μｍのＦｅＮｉ−Ｓｉを酸化雰囲気で乾式遊星ボールミルにて１５分処理した後、３０分冷却、次の処理は逆回転にするということを繰り返し、延べ１２０分処理してこれを回収、水素中で１時間処理することで、複数のＦｅＮｉ−Ｓｉ粒子と、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｓｉの少なくともいずれか１種以上の酸化物を備え、粒径２５μｍ、表面に観察される磁性金属粒子の平均粒径が１１０ｎｍの磁性複合材料を得た。この磁性材料の保磁力を測定したところ９７Ｏｅであった。

（実施例３‐２）
平均粒径５０ｎｍのＦｅＮｉ−Ｓｉを酸化雰囲気で乾式遊星ボールミルにて１５分処理した後、３０分冷却、次の処理は逆回転にするということを繰り返し、延べ１２０分処理して、更にアセトンを加え、乾式同様に湿式で延べ３０分処理これを回収後、水素中で１時間処理することで、複数のＦｅＮｉ−Ｓｉ粒子と、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｓｉの少なくともいずれか１種以上の酸化物を備え、粒径２５μｍ、表面に観察される磁性金属粒子の平均粒径が１０ｎｍの磁性複合材料を得た。

（実施例３−３）
平均粒径５０ｎｍのＦｅＮｉ−Ｓｉを酸化雰囲気で乾式遊星ボールミルにて１５分処理した後、３０分冷却、次の処理は逆回転にするということを繰り返し、延べ１２０分処理して、更にアセトンを加え、乾式同様に湿式で延べ１２０分処理これを回収後、水素中で１時間処理することで、複数のＦｅＮｉ−Ｓｉ粒子と、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｓｉの少なくともいずれか１種以上の酸化物を備え、粒径４０μｍ、表面に観察される磁性金属粒子の平均粒径が１０ｎｍの磁性材料を得た。この磁性材料の保磁力を測定したところ１５Ｏｅであった。

（実施例４）
平均粒径５０ｎｍのＦｅＮｉ−Ａｌを酸化雰囲気で乾式遊星ボールミルにて１５分処理した後、３０分冷却、次の処理は逆回転にするということを繰り返し、延べ１２０分処理して回収後、水素中で１時間処理することで、粒径２５μｍ、表面に観察される磁性金属粒子の平均粒径が１０ｎｍの磁性複合材料を得た。この磁性複合材料の断面ＴＥＭを観察したところ、この磁性複合材料の構造は、ＦｅＮｉＡｌＯ酸化物リッチマトリクス中にＦｅＮｉリッチ磁性金属微粒子が分散した、ヘテログラニュラー（ＨＧ）構造であった。

（実施例４−２）
平均粒径５０ｎｍのＦｅＣｏ−Ｓｉを酸化雰囲気で乾式遊星ボールミルにて１５分処理した後、３０分冷却、次の処理は逆回転にするということを繰り返し、延べ１２０分処理して回収、更にアセトンを加え、乾式同様に湿式で延べ１２０分処理これを回収後、水素中で１時間処理することで、粒径０．５μｍ、表面に観察される微粒子の平均粒径が１０ｎｍの磁性複合材料を得た。この磁性複合材料の断面ＴＥＭを観察したところ、この磁性複合材料の構造は、ＦｅＣｏＳｉＯ酸化物リッチマトリクス中にＦｅＣｏリッチ磁性金属微粒子が分散した、ヘテログラニュラー（ＨＧ）構造であった。

（実施例５）
平均粒径１０μｍのＦｅＮｉ粒子を酸化雰囲気で乾式遊星ボールミルにて１５分処理した後、３０分冷却、次の処理は逆回転にするということを繰り返し、延べ２４０分処理して回収、水素中で１時間処理することで、粒径４０μｍ、表面に観察される磁性金属粒子の平均粒径が１０ｎｍの磁性複合材料を得た。この磁性複合材料の断面ＴＥＭを観察したところ、この磁性複合材料の構造は、ＦｅＮｉ酸化物リッチマトリクス中にＦｅＮｉリッチ磁性金属微粒子が分散した、ヘテログラニュラー（ＨＧ）構造であった。

（実施例５−２）
平均粒径５０ｎｍのＦｅＣｒ‐Ｓｉ粒子を酸化雰囲気で乾式遊星ボールミルにて１５分処理した後、３０分冷却、次の処理は逆回転にするということを繰り返し、延べ１２０分処理して回収後、水素中で１時間処理することで、複数のＦｅＣｒ−Ｓｉ粒子と、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｓｉの少なくともいずれか１種以上の酸化物を備え、粒径３５μｍ、表面に観察される磁性金属粒子の平均粒径が１０ｎｍの磁性材料を得た。

（比較例４）
平均粒径１００ｎｍのＦｅＮｉをアセトンを用いた湿式遊星ボールミルにて１５分処理した後、１５分冷却するということを繰り返し、延べ２４０分処理してこれを回収することで、複数のＦｅＮｉ粒子と、Ｆｅ、Ｎｉの少なくともいずれか１種以上の酸化物を備え、平均粒径４０μｍ、表面に観察される磁性金属粒子の平均粒径が１９ｎｍの磁性材料を得た。なお、１５分冷却は、通常行われる、所定のマシン冷却時間である。

（比較例５）
平均粒径１００ｎｍのＦｅＮｉを酸化雰囲気で乾式遊星ボールミルにて１５分処理した後、１５分冷却するということを繰り返し、延べ２４０分処理したところ、ボールと容器内にほとんどすべての材料が付着して回収することが困難であった。なお、１５分冷却は、通常行われる、所定のマシン冷却時間である。

各実施例、比較例により得られた磁性複合材料について、保磁力（Ｏｅ）の測定、ＸＲＤで測定した結晶径（ｎｍ）、磁性複合材料のアスペクト比を測定した。表１に、実施例と比較例の結果をまとめて示す。

表１に示すように、比較例１、２、３においては乾式遊星ボールミルで処理する前の原材料の粒径が５０μｍ、１０μｍ、５０μｍと大きいため保磁力が８５Ｏｅ、５５Ｏｅ、９７Ｏｅと大きくなってしまった。比較例３−２においてはアスペクト比が１０と大きかったため保磁力１５Ｏｅと大きくなった。（実施例３−２ではアスペクト比を抑えて保磁力を小さくしている）比較例４においてはアセトンを使った湿式の攪拌であり、また冷却する所定の時間（遊星ボールミルによる攪拌を停止する所定の時間）が１５分と短かったため保磁力が７０Ｏｅと大きくなってしまった。比較例５においては乾式の攪拌であったが、冷却する時間（遊星ボールミルによる攪拌を停止する所定の時間）が１５分と短かったため、ボールと容器内にほとんどすべての材料が付着して回収することが困難であった。その他の実施例においては、良好な結果が得られた。

表２に、アスペクト比とＨｃ（保磁力）の関係を示す。

表２に示すように、アスペクト比が小さいほど保磁力は小さくなり、アスペクト比が５で保磁力９．４Ｏｅ、アスペクト比が２で７．５Ｏｅという保磁力が得られた。

以上述べた少なくとも一つの実施形態の磁性材料によれば、Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｏから選ばれる少なくとも１種類の磁性金属を含む複数の磁性金属粒子と、複数の磁性金属粒子の周囲に設けられた酸化物、窒化物、炭化物又はフッ化物を含む絶縁体と、を備える磁性材料であって、磁性材料の粒径が０．１μｍ以上４０μｍ以下であり、磁性材料の表面における複数の磁性金属粒子の平均粒径が８０ｎｍ以下であることを特徴とすることにより、低保磁力の磁性材料の提供が可能となる。

本発明のいくつかの実施形態および実施例を説明したが、これらの実施形態および実施例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ 磁性金属粒子
２０ 金属の酸化物、窒化物、炭化物又はフッ化物から選ばれる少なくとも１種
１００ 磁性材料
１０２ コイル
１０４ 第１のコイル
１０６ 第２のコイル
１０８ 電極
２００ チップインダクタ素子
３００ トランス用インダクタ素子

Claims (7)

1. Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｏから選ばれる少なくとも１種類の磁性金属を含む複数の磁性金属粒子と、金属の酸化物、窒化物、炭化物又はフッ化物から選ばれる少なくとも１種と、を備える磁性複合材料であって、
   前記磁性複合材料の平均粒径が０．１μｍ以上４０μｍ以下であり、前記磁性複合材料の表面における前記複数の磁性金属粒子の平均粒径が８０ｎｍ以下である磁性複合材料。
2. 前記磁性金属粒子の結晶径は１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である請求項１に記載の磁性複合材料。
3. 前記磁性複合材料のアスペクト比は１以上５以下である請求項１又は請求項２に記載の磁性複合材料。
4. 前記金属の酸化物、窒化物、炭化物又はフッ化物は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｖ、Ｙ、Ｎｂ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、希土類元素から選ばれる少なくとも１つの元素を含む請求項１ないし請求項３いずれか一項に記載の磁性複合材料。
5. 請求項１ないし請求項４いずれか一項記載の磁性複合材料を用いるインダクタ素子。
6. Ｆｅ、Ｎｉ及びＣｏから選ばれる少なくとも１種類の磁性金属を含む合金と、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃａ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｇａ、Ｓｃ、Ｖ、Ｙ、Ｎｂ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓｎ、希土類元素から選ばれる少なくとも１種類の元素と、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）または炭素（Ｃ）のいずれかを含む磁性複合ナノ粒子を、容器内において乾式でメディアと共に攪拌することで集合一体化させ、径のより大きい磁性複合材料を作製する工程を備える磁性複合材料の製造方法。
7. 前記攪拌を所定の時間停止する工程をさらに備える請求項６記載の磁性複合材料の製造方法。