JP2018166156A - 軟磁性粉末、圧粉磁心、磁性素子および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】成形性および粒子間の絶縁性に優れる軟磁性粉末、かかる軟磁性粉末を含む圧粉磁心および磁性素子、ならびに、この磁性素子を備える電子機器を提供すること。【解決手段】Ｆｅ−Ａｌ−Ｍ系合金（Ｍは、ＣｒおよびＴｉの少なくとも一方）を含む金属粒子と、前記金属粒子の表面に設けられ、主材料としてアルミナを含む表面層と、を有することを特徴とする軟磁性粉末。また、前記表面層は、アルミナより低い含有率で前記Ｍの酸化物を含むことが好ましい。また、Ｆｅを主成分として含み、Ａｌの含有率が０．５質量％以上８質量％以下であり、Ｍの含有率が０．５質量％以上１３質量％以下であることが好ましい。【選択図】図１

Description

本発明は、軟磁性粉末、圧粉磁心、磁性素子および電子機器に関するものである。

近年、ノート型パソコンのようなモバイル機器の小型化・軽量化が進んでいるが、小型化と高性能化との両立を図るためには、スイッチング電源の高周波数化が必要となる。現在、スイッチング電源の駆動周波数は数１００ｋＨｚ以上にまで高周波数化が進んでいるが、それに伴って、モバイル機器に内蔵されたチョークコイルやインダクター等の磁性素子についても高周波数化への対応が必要となる。

例えば、特許文献１には、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍ系軟磁性合金（ただし、ＭはＦｅより酸化し易い金属元素である。）からなる複数の金属粒子と、金属粒子の表面に形成された酸化被膜と、を備え、隣接する金属粒子表面に形成された酸化被膜を介しての結合部および酸化被膜が存在しない部分における金属粒子同士の結合部を有する粒子成形体からなる磁性材料が開示されている。特許文献１では、このような磁性材料を用いることにより、絶縁抵抗の向上と透磁率の向上とを両立させることを試みている。絶縁抵抗の向上により、渦電流損失の低減が図られるため、高周波数下における磁心の鉄損を抑えることができる。また、透磁率の向上により、磁心の小型化を図ることができる。

特開２０１２−２３８８２８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の磁性金属粒子は、圧粉成形して粒子成形体を製造するとき、成形性に問題を抱えている。すなわち、成形型に対する磁性金属粒子の流動性が低いため、充填率が低くなり、その結果、透磁率を十分に高めることが難しい。

本発明の目的は、成形性および粒子間の絶縁性に優れる軟磁性粉末、かかる軟磁性粉末を含む圧粉磁心および磁性素子、ならびに、この磁性素子を備える電子機器を提供することにある。

上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の軟磁性粉末は、Ｆｅ−Ａｌ−Ｍ系合金（Ｍは、ＣｒおよびＴｉの少なくとも一方）を含む金属粒子と、
前記金属粒子の表面に設けられ、主材料としてアルミナを含む表面層と、
を有することを特徴とする。
これにより、成形性および粒子間の絶縁性に優れる軟磁性粉末が得られる。

本発明の軟磁性粉末では、前記表面層は、アルミナより低い含有率で前記Ｍの酸化物を含むことが好ましい。

これにより、主にアルミナに由来する絶縁性を十分に確保しつつ、酸化クロムや酸化チタンが添加されることによって、表面層におけるアルミナの安定化を図ることができる。

本発明の軟磁性粉末では、Ｆｅを主成分として含み、
Ａｌの含有率が０．５質量％以上８質量％以下であり、
Ｍの含有率が０．５質量％以上１３質量％以下であることが好ましい。

これにより、磁性に富み、機械的特性が良好な軟磁性粉末が得られる。また、軟磁性粉末における透磁率の向上と体積抵抗率の向上の良好なバランスを図ることができる。さらに、表面層におけるアルミナの十分な安定化が図られる。

本発明の軟磁性粉末では、Ｍの含有率に対するＡｌの含有率の割合は、質量比で０．５以上６以下であることが好ましい。

これにより、金属粒子と表面層との間の密着性と、表面層におけるアルミナの安定化と、の両立を図ることができる。

本発明の圧粉磁心は、本発明の軟磁性粉末を含むことを特徴とする。
これにより、軟磁性粉末に由来する高い粒子間絶縁性と、充填性の高さに由来する高い透磁率と、を有する圧粉磁心が得られる。

本発明の磁性素子は、本発明の圧粉磁心を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い磁性素子が得られる。

本発明の電子機器は、本発明の磁性素子を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性が高い電子機器が得られる。

本発明の軟磁性粉末の実施形態のうち１つの粒子を示す断面図である。 本発明の磁性素子の第１実施形態を適用したチョークコイルを示す模式図（平面図）である。 本発明の磁性素子の第２実施形態を適用したチョークコイルを示す模式図（透過斜視図）である。 実施形態に係る磁性素子を備える電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。 実施形態に係る磁性素子を備える電子機器を適用したスマートフォンの構成を示す平面図である。 実施形態に係る磁性素子を備える電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。

以下、本発明の軟磁性粉末、圧粉磁心、磁性素子および電子機器について、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。

［軟磁性粉末］
本実施形態に係る軟磁性粉末は、軟磁性を示す金属粉末である。かかる軟磁性粉末は、軟磁性を利用したいかなる用途にも適用可能であるが、例えば、所定の形状に成形されることで、圧粉磁心を製造するのに用いられる。

図１は、本発明の軟磁性粉末の実施形態のうち１つの粒子を示す断面図である。なお、以下の説明では、説明の便宜のため、軟磁性粉末のうち１つの粒子のことを「軟磁性粒子」といい、軟磁性粉末は複数の軟磁性粒子の集合体を含むものをいう。

図１に示す軟磁性粒子１は、Ｆｅ−Ａｌ−Ｍ系合金（Ｍは、ＣｒおよびＴｉの少なくとも一方）を含む金属粒子２と、金属粒子２の表面に設けられ、主材料としてアルミナを含む表面層３と、を有する。

このような軟磁性粒子１は、金属粒子２の合金組成と表面層３が設けられることによって、成形性および粒子間の絶縁性に優れたものとなる。このため、高い充填率で軟磁性粉末が充填されるとともに、その場合でも軟磁性粒子１同士の間の高い絶縁性が確保されるため、結果的には鉄損が小さく、かつ、透磁率が高い圧粉磁心を得ることができる。

以下、軟磁性粒子１の組成について詳述する。
−Ｆｅ−
Ｆｅは、軟磁性粒子１の基本的な磁気特性や機械的特性に大きな影響を与える。Ｆｅは、磁性に富み、機械的特性が良好であることから、Ｆｅ−Ａｌ−Ｍ系合金の主成分であることが好ましい。

なお、主成分とは、Ｆｅ−Ａｌ−Ｍ系合金を構成する元素のうち、質量比における含有率が最も高い元素のことをいう。また、Ｆｅ−Ａｌ−Ｍ系合金におけるＦｅの含有率は、好ましくは５０質量％以上とされる。

−Ａｌ−
Ａｌは、Ｆｅとともに合金または金属間化合物を形成することにより、軟磁性粒子１の透磁率を高めることに寄与する。また、金属粒子２の体積抵抗率を高めることができるので、軟磁性粒子１に発生する誘導電流の低減に寄与し、圧粉磁心における鉄損の低減を図ることができる。

さらに、Ａｌが添加されることにより、主材料としてアルミナを含む表面層３との密着性を高めることができる。これにより、金属粒子２と表面層３との間で剥離等が生じ難くなり、信頼性の高い圧粉磁心が得られる。

Ａｌの含有率は、０．５質量％以上８質量％以下であるのが好ましく、１質量％以上６質量％以下であるのがより好ましく、１．５質量％以上５．５質量％以下であるのがさらに好ましい。これにより、軟磁性粒子１における透磁率と向上と体積抵抗率の向上の良好なバランスを図ることができる。

なお、Ａｌの含有率が前記下限値を下回ると、Ｆｅ−Ａｌ−Ｍ系合金の組成によっては、軟磁性粒子１の透磁率の向上を図ることが難しくなったり、金属粒子２と表面層３との間で剥離等が生じて、例えば軟磁性粒子１同士の間における絶縁抵抗が低下したりするおそれがある。一方、Ａｌの含有率が前記上限値を上回ると、Ｆｅ−Ａｌ−Ｍ系合金の組成によっては、Ａｌが過剰になるため、軟磁性粒子１の透磁率が低下したり、金属粒子２の靭性といった機械的特性が低下したりするおそれがある。

−Ｍ−
Ｍは、ＣｒおよびＴｉの少なくとも一方を指している。したがって、Ｍは、Ｃｒであってもよく、Ｔｉであってもよく、ＣｒとＴｉの双方であってもよい。

金属粒子２中にＣｒが添加されることにより、表面層３においてアルミナが支配的に存在し易くなる。すなわち、Ｃｒの添加が表面層３におけるアルミナの安定化に寄与すると考えられる。このため、アルミナが主材料として含まれ、かつ、十分な厚さを有し、絶縁性の高い表面層３を維持することができる。その結果、軟磁性粒子１同士の間における絶縁抵抗が高くなり、軟磁性粒子１同士の間における誘導電流が抑制され、鉄損が特に小さい圧粉磁心を実現することができる。また、軟磁性粒子１の流動性が高くなり、成形性が良好になるので、透磁率や飽和磁束密度等の磁気特性に優れた圧粉磁心を実現することができる。

一方、金属粒子２中にＴｉが添加されることにより、上述したＣｒと同様の作用が得られる。すなわち、Ｔｉの添加が表面層３におけるアルミナの安定化に寄与し、鉄損が特に小さい圧粉磁心を実現することができる。

Ｍの含有率は、０．５質量％以上１３質量％以下であるのが好ましく、０．７質量％以上１０質量％以下であるのがより好ましく、０．８質量％以上５質量％以下であるのがさらに好ましい。これにより、表面層３におけるアルミナの十分な安定化が図られる。

なお、Ｍの含有率が前記下限値を下回ると、Ｆｅ−Ａｌ−Ｍ系合金の組成によっては、表面層３においてアルミナの安定化を図ることができず、表面層３の絶縁性が低下したり、軟磁性粒子１の流動性（成形性）が低下したり、金属粒子２の酸化による磁気特性の低下を招いたりするおそれがある。一方、Ｍの含有率が前記上限値を上回ると、Ｆｅ−Ａｌ−Ｍ系合金の組成によっては、軟磁性粒子１の透磁率の向上を図ることが難しくなったり、表面層３においてＭの酸化物が支配的になって十分な絶縁性が得られなかったり、金属粒子２の靭性といった機械的特性が低下したりするおそれがある。

なお、Ｍの含有率とは、ＭがＣｒである場合にはＣｒの含有率のことを指し、ＭがＴｉである場合にはＴｉの含有率のことを指し、ＭがＣｒとＴｉの双方である場合にはＣｒの含有率とＴｉの含有率の合計のことを指す。

また、ＭがＣｒとＴｉの双方である場合、双方の比率は特に限定されないものの、Ｃｒの含有率はＴｉの含有率より大きいことが好ましい。これにより、表面層３におけるアルミナの安定化といった効果がより顕著になる。この場合、Ｃｒの含有率はＴｉの含有率の１０１質量％以上５００質量％以下であるのが好ましく、１５０質量％以上４００質量％以下であるのがより好ましい。これにより、軟磁性粒子１の透磁率への影響を最小限に抑えつつ、表面層３におけるアルミナの安定化を図ることができる。また、併せて、金属粒子２の体積抵抗率を高めることができ、かかる観点からも軟磁性粒子１に発生する誘導電流の低減を図ることができる。

また、軟磁性粒子１において、Ｍの含有率に対するＡｌの含有率の割合は、質量比で０．５以上６以下であるのが好ましく、１以上５以下であるのがより好ましく、１．２以上４．５以下であるのがさらに好ましい。Ｍの含有率に対するＡｌの含有率の割合を前記範囲内に設定することにより、Ａｌによる作用とＭによる作用の良好なバランスを図ることができる。すなわち、金属粒子２と表面層３との間の密着性と、表面層３におけるアルミナの安定化と、の両立を図ることができる。

以上をまとめると、軟磁性粒子１は、Ｆｅを主成分として含み、Ａｌの含有率が０．５質量％以上８質量％以下であり、Ｍの含有率が０．５質量％以上１３質量％以下であることが好ましい。これにより、軟磁性粒子１は、磁性に富み、機械的特性が良好なものとなる。また、軟磁性粒子１における透磁率と向上と体積抵抗率の向上の良好なバランスを図ることができる。さらに、表面層３におけるアルミナの十分な安定化が図られる。

−その他の元素−
軟磁性粒子１は、その他の元素を含んでいてもよい。

その他の元素としては、例えば、Ｐ（リン）、Ｓ（硫黄）、Ｓｉ（ケイ素）、Ｍｎ（マンガン）等が挙げられる。これらの元素は、例えば金属粒子２の硬度を高める。このため、軟磁性粒子１は変形し難いものとなり、圧粉成形される際に表面層３の損傷等を生じさせ難いものとなる。

また、これらの元素は、Ｆｅ−Ａｌ−Ｍ系合金の融点を下げることに寄与する。このため、Ｆｅ−Ａｌ−Ｍ系合金の原料を溶融する際、溶融金属の粘性を下げることができ、例えばアトマイズ法等の粉末化法によって軟磁性粒子１が製造されるときには、異形状が少なく粒径の揃った軟磁性粒子１を効率よく製造することができる。かかる観点からも、表面層３の損傷等を生じさせ難い軟磁性粒子１が得られる。

ＰおよびＳの含有率は、それぞれ、好ましくは０．０１質量％以上０．５質量％以下程度とされ、より好ましくは０．０５質量％以上０．３質量％以下程度とされる。これにより、軟磁性粒子１の脆性が増大してしまうのを避けつつ、硬度を高めることができる。また、軟磁性粒子１の磁気特性を損なうことなく、Ｆｅ−Ａｌ−Ｍ系合金の融点を十分に下げることができ、異形状が少なくかつ粒径の揃った軟磁性粒子１を製造し易くなる。

また、Ｓｉの含有率は、好ましくは０．１質量％以上２質量％以下程度とされ、より好ましくは０．３質量％以上１．５質量％以下程度とされる。これにより、軟磁性粒子１の透磁率をより高めることができる。

また、Ｍｎの含有率は、好ましくは０．１質量％以上２質量％以下程度とされ、より好ましくは０．３質量％以上１．５質量％以下程度とされる。これにより、軟磁性粒子１の硬度をより高めることができる。また、Ｓを比較的多く含んでいる場合には、軟磁性粒子１の高温脆性が増大する場合があるが、Ｍｎを前記範囲内の割合で含有していることにより、ＭｎＳ（硫化マンガン）が生成し、この高温脆性を抑制することができる。したがって、ＳとＭｎとを併用することにより、軟磁性粒子１の破壊・欠損を生じさせ難くなり、長期にわたって特に安定した軟磁性粒子１が得られる。

なお、軟磁性粒子１は、その酸素含有率が質量比で１００ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下であるのが好ましく、５００ｐｐｍ以上８５００ｐｐｍ以下であるのがより好ましく、１０００ｐｐｍ６０００ｐｐｍ以下であるのがさらに好ましい。酸素含有率を前記範囲内に収めることにより、軟磁性粒子１は、成形性と透磁率とを両立し得るものとなる。すなわち、酸素含有率が前記下限値を下回る場合には、軟磁性粒子１の粒径によっては、表面層３の厚さが十分ではないと認められる。このため、軟磁性粒子１同士の間における絶縁性が十分ではなく、圧粉磁心における鉄損が増加するおそれがある。一方、酸素含有率が前記上限値を上回る場合には、軟磁性粒子１の粒径によっては、表面層３の厚さが厚過ぎると認められる。このため、金属粒子２の比率が低下し、圧粉磁心における磁気特性が低下するおそれがある。

また、軟磁性粒子１は、上述した発明の効果を損なわない範囲で、上述した元素以外のいかなる元素を不純物として含んでいてもよい。軟磁性粒子１における不純物の混入量は、各元素で０．１質量％以下であるのが好ましく、０．０５質量％以下であるのがより好ましい。また、不純物合計でも、０．５質量％以下であるのが好ましい。この範囲内であれば、不可避的または意図的であっても、不純物の混入が悪影響を及ぼし難い。

なお、軟磁性粒子１の組成は、例えば、ＪＩＳ Ｇ １２５７（２０００）に規定された鉄及び鋼−原子吸光分析法、ＪＩＳ Ｇ １２５８（２００７）に規定された鉄及び鋼−ＩＣＰ発光分光分析法、ＪＩＳ Ｇ １２５３（２００２）に規定された鉄及び鋼−スパーク放電発光分光分析法、ＪＩＳ Ｇ １２５６（１９９７）に規定された鉄及び鋼−蛍光Ｘ線分析法、ＪＩＳ Ｇ １２１１〜Ｇ １２３７に規定された重量・滴定・吸光光度法等により特定することができる。具体的には、例えばＳＰＥＣＴＲＯ社製固体発光分光分析装置（スパーク放電発光分光分析装置、モデル：ＳＰＥＣＴＲＯＬＡＢ、タイプ：ＬＡＶＭＢ０８Ａ）や、（株）リガク製ＩＣＰ装置（ＣＩＲＯＳ１２０型）が挙げられる。

また、Ｃ（炭素）およびＳ（硫黄）の特定に際しては、特に、ＪＩＳ Ｇ １２１１（２０１１）に規定された酸素気流燃焼（高周波誘導加熱炉燃焼）−赤外線吸収法も用いられる。具体的には、ＬＥＣＯ社製炭素・硫黄分析装置、ＣＳ−２００が挙げられる。

さらに、Ｎ（窒素）およびＯ（酸素）の特定に際しては、特に、ＪＩＳ Ｇ １２２８（２００６）に規定された鉄および鋼の窒素定量方法、ＪＩＳ Ｚ ２６１３（２００６）に規定された金属材料の酸素定量方法も用いられる。具体的には、ＬＥＣＯ社製酸素・窒素分析装置、ＴＣ−３００／ＥＦ−３００またはＬＥＣＯ社製酸素窒素水素分析装置、ＯＮＨ−８３６が挙げられる。また、検体の量は０．１ｇとする。

（金属粒子）
次に、金属粒子２について説明する。

金属粒子２は、軟磁性粒子１において表面層３よりも内側に位置し、軟磁性粒子１の機械的特性や磁気特性に支配的影響を及ぼす。

金属粒子２は、前述したＦｅ−Ａｌ−Ｍ系合金を含んでおり、原料から粉末化法を経て製造される。粉末化法としては、例えば、アトマイズ法、粉砕法等が挙げられる。

このうち、アトマイズ法により製造された金属粒子２が好ましく用いられる。アトマイズ法は、溶融金属を、冷却媒（液体やガス等）に衝突させることにより粉末化する方法である。溶融金属は、噴霧されたり、冷却媒と衝突することにより、微細な液滴となるとともに、この液滴が冷却媒と接触することにより急速に冷却され固化する。この際、液滴は自然落下しつつ冷却されるため、自らの表面張力によって形状が球形化される。これにより、球形に近い形状をなし、かつ、異形状の粒子が少なくなるので、粒径の揃った金属粒子２が得られる。

なお、アトマイズ法としては、例えば、水アトマイズ法、高速回転水流アトマイズ法、ガスアトマイズ法、真空溶解ガスアトマイズ法、ガス−水アトマイズ法、超音波アトマイズ法等が挙げられる。

このうち、アトマイズ法としては、水アトマイズ法または高速回転水流アトマイズ法を用いるのが好ましく用いられる。これらのアトマイズ法によれば、冷却媒として比重の大きい媒体（例えば、水等）を用いるため、溶融金属をより微細に分断することができる。これにより、より粒径の揃った金属粒子２が得られる。

（表面層）
次に、表面層３について説明する。

表面層３は、軟磁性粒子１において金属粒子２の表面に設けられている。
表面層３は、主材料としてアルミナを含む被膜である。表面層３は、金属粒子２の表面の少なくとも一部に位置していればよく、必ずしも金属粒子２の表面全体を覆っていなくてもよい。

アルミナは、酸化アルミニウムであればよく、例えばＡｌ_２Ｏ_３、ＡｌＯ_２、ＡｌＯが挙げられ、これらのうちの１種または２種以上が混在したものである。

また、表面層３は、アルミナ以外の酸化物を含んでいてもよい。かかる酸化物としては、例えば、酸化鉄、酸化クロム、酸化チタン等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上が混在したものである。このうち、酸化鉄としては、例えば、Ｆｅ_３Ｏ_４、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＦｅＯ等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上が混在したものである。

表面層３におけるアルミナは、主材料、すなわち最も含有率の高い成分である。表面層３におけるアルミナの含有率は、４０質量％以上であるのが好ましく、５０質量％以上９９質量％以下であるのがより好ましく、７０質量％以上９５質量％以下であるのがさらに好ましい。これにより、表面層３には、アルミナに由来する高い絶縁性が付与される。このため、軟磁性粒子１同士の間で流れる誘導電流を抑制することができる。また、表面層３を薄くしても、あるいは高温下でも絶縁性を確保することができるので、圧粉磁心の磁気特性を高めることができる。

さらに、表面層３が設けられることにより、軟磁性粒子１の表面に対してガラス材料等を含む絶縁膜を成膜するとき、その絶縁膜と軟磁性粒子１との密着性をより高めることができる。これにより、粒子間の絶縁性に優れた圧粉磁心が得られる。

また、表面層３は、アルミナより低い含有率でＭの酸化物、すなわち酸化クロムおよび酸化チタンの少なくとも一方を含むのが好ましい。これにより、主にアルミナに由来する絶縁性を十分に確保しつつ、酸化クロムや酸化チタンが添加されることによって、表面層３におけるアルミナの安定化を図ることができる。

なお、アルミナより低い含有率のＭの酸化物とは、質量比において酸化クロムの含有率と酸化チタンの含有率の合計がアルミナの含有率よりも低いことをいう。

表面層３におけるＭの酸化物の含有率は、アルミナの０．１質量％以上４０質量％以下であるのが好ましく、１質量％以上３０質量％以下であるのがより好ましい。これにより、アルミナに由来する高い絶縁性と、Ｍの酸化物によるアルミナの安定化と、のバランスが図られ、長期にわたって絶縁性が良好な軟磁性粒子１が得られる。また、かかる軟磁性粒子１は、耐熱性という観点からも有用である。

なお、Ｍの酸化物の含有率が前記下限値を下回ると、表面層３の組成によっては表面層３におけるアルミナの安定化が低下し、例えば高温で加熱されたときに表面層３の絶縁性が低下するおそれがある。一方、Ｍの酸化物の含有率が前記上限値を上回ると、相対的にアルミナの含有率が低下するため、表面層３の組成によっては表面層３の絶縁性が低下するおそれがある。

このような表面層３におけるアルミナ、酸化クロム、酸化チタンおよび酸化鉄の含有率は、例えば表面層３に対して二次イオン質量分析法を適用することにより求めることができる。このとき、酸化物の算出にあたっては、仮想的にＡｌの全量がＡｌ_２Ｏ_３、Ｃｒの全量がＣｒ_２Ｏ_３、Ｔｉの全量がＴｉＯ_２、Ｆｅの全量がＦｅ_３Ｏ_４になっているものとみなして算出するようにしてもよい。また、軟磁性粒子１の大きさによっては、表面層３の断面を観察し、元素マッピングによる面積率に基づいて質量含有率を算出するようにしてもよい。

表面層３の厚さは、特に限定されないが、１ｎｍ以上３μｍ以下であるのが好ましく、３ｎｍ以上１μｍ以下であるのがより好ましく、５ｎｍ以上５００ｎｍ以下であるのがさらに好ましい。表面層３の厚さが前記範囲内であれば、軟磁性粒子１は、成形性と透磁率とを両立し得るものとなる。

なお、表面層３の厚さは、例えばイオンスパッタリング等によって表面層３を除去し、それに要した時間に基づいて算出することができる。

（軟磁性粉末の特性）
上述したような軟磁性粉末の平均粒径は、１μｍ以上４０μｍ以下であるのが好ましく、３μｍ以上３０μｍ以下であるのがより好ましい。このような平均粒径の軟磁性粉末を用いることにより、渦電流が流れる経路を短くすることができるので、軟磁性粉末内において発生する渦電流損失を十分に抑制可能な圧粉磁心を製造することができる。また、平均粒径が適度に小さいので、圧粉したときの充填性を高めることができる。その結果、圧粉磁心の充填密度を高め、圧粉磁心の飽和磁束密度や透磁率を高めることができる。

なお、軟磁性粉末の平均粒径が前記下限値を下回ると、軟磁性粉末が細かくなり過ぎるため、軟磁性粉末の充填性が低下し易くなるおそれがある。これにより、圧粉磁心（圧粉体の一例）の成形密度が低下するため、軟磁性粉末の材料組成や機械的特性によっては、圧粉磁心の飽和磁束密度や透磁率が低下するおそれがある。一方、軟磁性粉末の平均粒径が前記上限値を上回ると、軟磁性粉末の材料組成や機械的特性によっては、軟磁性粉末の粒子内において発生する渦電流損失を十分に抑制することができず、圧粉磁心の鉄損が増加するおそれがある。

なお、軟磁性粉末の平均粒径は、レーザー回折法により取得された質量基準の粒度分布において、小径側から累積５０％となるときの粒径として求められる。

また、軟磁性粉末の保磁力は、特に限定されないが、１［Ｏｅ］以上３０［Ｏｅ］以下（７９．６［Ａ／ｍ］以上２３８７［Ａ／ｍ］以下）であるのが好ましく、１［Ｏｅ］以上２０［Ｏｅ］以下（７９．６［Ａ／ｍ］以上１５９２［Ａ／ｍ］以下）であるのがより好ましい。このように保磁力が小さい軟磁性粉末を用いることにより、高周波数下であってもヒステリシス損失を十分に抑制可能な圧粉磁心を製造することができる。

なお、軟磁性粉末の保磁力は、磁化測定装置（例えば、株式会社玉川製作所製、ＴＭ−ＶＳＭ１２３０−ＭＨＨＬ等）により測定することができる。

また、軟磁性粉末は、所定のサイズの圧粉体としたときの絶縁抵抗値（圧粉された状態における絶縁抵抗値）が１［ＭΩ］以上であるのが好ましく、５［ＭΩ］以上であるのがより好ましく、１０［ＭΩ］以上であるのがさらに好ましい。このような絶縁抵抗値は、絶縁材料を用いることなく実現されたものであるため、軟磁性粉末の粒子間の絶縁性そのものに基づくものである。したがって、このような絶縁抵抗値を実現する軟磁性粉末を用いれば、軟磁性粉末の粒子間が十分に絶縁されるので、絶縁材料の使用量を削減することができ、その分、圧粉磁心等における軟磁性粉末の比率を最大化することができる。その結果、高い磁気特性と低損失とを高度に両立させた圧粉磁心を実現することができる。

すなわち、低損失化という観点からすれば絶縁抵抗値は高いほど好ましいが、絶縁抵抗値が表面層３の厚さに依存することを考慮すれば、１００００［ＭΩ］以下という上限値が設定されていてもよい。これにより、十分な低損失化を図りつつ、圧粉磁心の磁気特性についても必要な値を確保することができる。

なお、上記の絶縁抵抗値は、以下のようにして測定された値である。
まず、測定対象の軟磁性粉末１ｇをアルミナ製の円筒に充填する。そして、円筒の上下に真ちゅう製の電極を配置する。

次いで、デジタルフォースゲージを用いて上下の電極間を２０ｋｇの荷重で加圧しつつ、デジタルマルチメーターを用いて上下の電極間の電気抵抗を測定する。

［軟磁性粉末の製造方法］
次に、本発明の軟磁性粉末を製造する方法について説明する。
まず、前述したような方法で製造された金属粉末を用意する。
次に、金属粉末に対して熱処理を施す。

熱処理の温度は、特に限定されないが、５００℃以上１３００℃以下であるのが好ましく、６００℃以上１２００℃以下であるのがより好ましく、７００℃以上１１００℃以下であるのがさらに好ましい。また、熱処理の時間は、前記温度で維持する時間を３０分以上２０時間以下とするのが好ましく、１時間以上１０時間以下とするのがより好ましく、２時間以上６時間以下とするのがさらに好ましい。

また、熱処理の雰囲気は、特に限定されないが、窒素、アルゴンのような不活性ガス雰囲気、水素、アンモニア分解ガスのような還元性ガス雰囲気、減圧雰囲気であるのが好ましい。

このような条件で熱処理を行うことにより、金属粉末の粒子表面に表面層３を形成することができる。また、所定の温度条件でかつ非酸化性雰囲気で加熱されることにより、Ｍが効果的に作用し、表面層３をアルミナが占めるようになる。すなわち、Ｍやその酸化物の作用によって、金属粉末に存在していた酸化鉄がアルミナ（酸化アルミニウム）に変化する現象が生じる。これにより、全体の酸素含有率を大幅に高めることなく、絶縁性に優れた軟磁性粒子１を効率よく製造することができる。

また、このような熱処理が施された結果、軟磁性粉末は、優れた流動性を有するものとなる。

具体的には、本実施形態に係る軟磁性粉末について、ＪＩＳ Ｚ ２５０２：２０１２に規定の金属粉の流動性試験方法により流動度［秒］を測定すると、１２秒以上２５秒以下であるのが好ましく、１５秒以上２３秒以下であるのがより好ましい。このような流動性を有する軟磁性粉末は、成形されたとき、良好な充填性を示すものとなる。このため、軟磁性粉末の充填率が高い圧粉磁心が得られる。かかる圧粉磁心は、軟磁性粉末の充填率が高いため、軟磁性粉末に由来する磁気特性に優れたものとなる。

なお、このようにして得られた軟磁性粉末に対し、必要に応じて分級を行ってもよい。分級の方法としては、例えば、ふるい分け分級、慣性分級、遠心分級、風力分級のような乾式分級、沈降分級のような湿式分級等が挙げられる。

また、本実施形態に係る軟磁性粉末について、ＢＥＴ法で比表面積を測定すると、０．３２ｍ^２／ｇ以上０．５８ｍ^２／ｇ以下であるのが好ましく、０．４０ｍ^２／ｇ以上０．５２ｍ^２／ｇ以下であるのがより好ましい。このような比表面積を有する軟磁性粉末は、成形されたとき、良好な充填性を示すものとなる。このため、軟磁性粉末の充填率が高い圧粉磁心が得られる。かかる圧粉磁心は、軟磁性粉末の充填率が高いため、軟磁性粉末に由来する磁気特性に優れたものとなる。

なお、ＢＥＴ法による比表面積は、株式会社マウンテック社製のＢＥＴ式比表面積測定装置ＨＭ１２０１−０１０を用いて行われる。また、検体の量は５ｇとする。

［圧粉磁心および磁性素子］
次に、本実施形態に係る圧粉磁心および本実施形態に係る磁性素子について説明する。

本実施形態に係る磁性素子は、チョークコイル、インダクター、ノイズフィルター、リアクトル、トランス、モーター、アクチュエーター、電磁弁、発電機のように、磁心を備えた各種磁性素子に適用可能である。また、本実施形態に係る圧粉磁心は、これらの磁性素子が備える磁心に適用可能である。

以下、磁性素子の一例として、２種類のチョークコイルを代表に説明する。
＜第１実施形態＞
まず、本発明の磁性素子の第１実施形態を適用したチョークコイルについて説明する。

図２は、本発明の磁性素子の第１実施形態を適用したチョークコイルを示す模式図（平面図）である。

図２に示すチョークコイル１０は、リング状（トロイダル形状）の圧粉磁心１１と、この圧粉磁心１１に巻き回された導線１２と、を有する。このようなチョークコイル１０は、一般に、トロイダルコイルと称される。

圧粉磁心１１は、前述した実施形態に係る軟磁性粉末と結合材（バインダー）と有機溶媒とを混合し、得られた混合物を成形型に供給するとともに、加圧・成形して得られたものである。すなわち、圧粉磁心１１は、前述した実施形態に係る軟磁性粉末を含む。このため、圧粉磁心は充填率の高いものとなり、軟磁性粉末に由来する高い粒子間絶縁性と、充填性の高さに由来する高い透磁率と、を有する圧粉磁心１１が得られる。

また、前述したように、磁性素子の一例であるチョークコイル１０は、圧粉磁心１１を備えている。これにより、チョークコイル１０は、透磁率が高く鉄損の小さい、信頼性の高いものとなる。その結果、チョークコイル１０を電子機器等に搭載するとき、電子機器等の信頼性および性能の向上に寄与する。

なお、必要に応じて、軟磁性粉末の各粒子表面に絶縁膜を成膜するようにしてもよい。この絶縁膜の構成材料としては、例えば、リン酸マグネシウム、リン酸カルシウム、リン酸亜鉛、リン酸マンガン、リン酸カドミウムのようなリン酸塩、ケイ酸ナトリウムのようなケイ酸塩（水ガラス）等の無機材料等が挙げられる。また、後述する結合材の構成材料として列挙した有機材料から適宜選択されたものであってもよい。

一方、軟磁性粉末（表面層３）の絶縁性が高い場合には、このような絶縁膜の成膜を省略しても、粒子間の絶縁性を確保し易くなる。このため、絶縁膜が省略された分、圧粉磁心における軟磁性粉末の充填率が高くなり、より磁気特性に優れた圧粉磁心が得られる。

圧粉磁心１１の作製に用いられる結合材の構成材料としては、例えば、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂等の有機材料、リン酸マグネシウム、リン酸カルシウム、リン酸亜鉛、リン酸マンガン、リン酸カドミウムのようなリン酸塩、ケイ酸ナトリウムのようなケイ酸塩（水ガラス）等の無機材料等が挙げられるが、特に、熱硬化性ポリイミドまたはエポキシ系樹脂が好ましい。これらの樹脂材料は、加熱されることによって容易に硬化するとともに、耐熱性に優れたものである。したがって、圧粉磁心１１の製造容易性および耐熱性を高めることができる。

また、軟磁性粉末に対する結合材の割合は、作製する圧粉磁心１１の目的とする飽和磁束密度や機械的特性、許容される渦電流損失等に応じて若干異なるが、０．５質量％以上５質量％以下程度であるのが好ましく、１質量％以上３質量％以下程度であるのがより好ましい。これにより、軟磁性粉末の各粒子同士を十分に結着させつつ、飽和磁束密度や透磁率といった磁気特性に優れた圧粉磁心１１を得ることができる。

また、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。

なお、前記混合物中には、必要に応じて、任意の目的で各種添加剤を添加するようにしてもよい。

一方、導線１２の構成材料としては、導電性の高い材料が挙げられ、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ等を含む金属材料が挙げられる。

なお、導線１２の表面には、絶縁性を有する表面層が設けられていてもよい。これにより、圧粉磁心１１と導線１２との短絡をより確実に防止することができる。かかる表面層の構成材料としては、例えば、各種樹脂材料等が挙げられる。

また、圧粉磁心１１の形状は、図２に示すリング状に限定されず、例えばリングの一部が欠損した形状であってもよく、棒状であってもよい。

また、圧粉磁心１１には、必要に応じて、前述した実施形態に係る軟磁性粉末以外の軟磁性粉末を含んでいてもよい。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の磁性素子の第２実施形態を適用したチョークコイルについて説明する。

図３は、本発明の磁性素子の第２実施形態を適用したチョークコイルを示す模式図（透過斜視図）である。

以下、第２実施形態に係るチョークコイルについて説明するが、以下の説明では、前記第１実施形態に係るチョークコイルとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

本実施形態に係るチョークコイル２０は、図３に示すように、コイル状に成形された導線２２を、圧粉磁心２１の内部に埋設してなるものである。すなわち、チョークコイル２０は、導線２２を圧粉磁心２１でモールドしてなる。

このような形態のチョークコイル２０は、比較的小型のものが容易に得られる。そして、このような小型のチョークコイル２０を製造するにあたって、飽和磁束密度および透磁率が大きく、かつ、損失の小さい圧粉磁心２１を用いることにより、小型であるにもかかわらず、大電流に対応可能な低損失・低発熱のチョークコイル２０が得られる。

また、導線２２が圧粉磁心２１の内部に埋設されているため、導線２２と圧粉磁心２１との間に隙間が生じ難い。このため、圧粉磁心２１の磁歪による振動を抑制し、この振動に伴う騒音の発生を抑制することもできる。

また、圧粉磁心２１には、必要に応じて、前述した実施形態に係る軟磁性粉末以外の軟磁性粉末を含んでいてもよい。

［電子機器］
次いで、前述した実施形態に係る磁性素子を備える電子機器（本実施形態に係る電子機器）について、図４〜図６に基づき、詳細に説明する。

図４は、実施形態に係る磁性素子を備える電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。この図において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１００を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター１１００には、例えばスイッチング電源用のチョークコイルやインダクター、モーター等の磁性素子１０００が内蔵されている。

図５は、実施形態に係る磁性素子を備える電子機器を適用したスマートフォンの構成を示す平面図である。この図において、スマートフォン１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１００が配置されている。このようなスマートフォン１２００には、例えばインダクター、ノイズフィルター、モーター等の磁性素子１０００が内蔵されている。

図６は、実施形態に係る磁性素子を備える電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。ディジタルスチルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。

ディジタルスチルカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１００が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて撮像した画像を表示する構成になっており、表示部１００は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。

撮影者が表示部１００に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。また、このディジタルスチルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニター１４３０が、データ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。このようなディジタルスチルカメラ１３００にも、例えばインダクター、ノイズフィルター等の磁性素子１０００が内蔵されている。

なお、実施形態に係る磁性素子を備える電子機器は、図４のパーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター）、図５のスマートフォン、図６のディジタルスチルカメラの他にも、例えば、携帯電話、タブレット端末、時計、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、移動体制御機器類（例えば、自動車駆動用制御機器等）、フライトシミュレーター等に適用することができる。

このような電子機器は、前述したように、実施形態に係る磁性素子を備えている。これにより、高性能化および低消費電力化が図られ、信頼性の高い電子機器を実現することができる。

以上、本発明の軟磁性粉末、圧粉磁心、磁性素子および電子機器について、好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、前記実施形態では、本発明の軟磁性粉末の用途例として圧粉磁心を挙げて説明したが、用途例はこれに限定されず、例えば磁性流体、磁気遮蔽シート、磁気ヘッド等の磁性素子であってもよい。

また、圧粉磁心や磁性素子の形状も、図示したものに限定されず、いかなる形状であってもよい。

次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１．軟磁性粉末の製造
（サンプルＮｏ．１）
［１］まず、アトマイズ法により製造されたＦｅ−Ａｌ−Ｃｒ系合金粉末を用意した。なお、合金粉末の組成は表１に示す通りである。

［２］次に、用意した合金粉末に対して熱処理を施した。これにより、軟磁性粉末を得た。なお、熱処理の条件は表１に示す通りである。

（サンプルＮｏ．２〜３３）
合金粉末の組成および熱処理の条件を表１、２に示すようにした以外は、サンプルＮｏ．１の場合と同様にして軟磁性粉末を得た。

なお、表１、２では、本発明に相当するサンプルＮｏ．の軟磁性粉末について「実施例」と記載し、本発明に相当しないサンプルＮｏ．の軟磁性粉末について「比較例」と記載している。

また、各サンプルＮｏ．の軟磁性粉末の平均粒径は、５μｍ以上２５μｍ以下であった。

２．軟磁性粉末の評価
２．１ 表面層の主材料の特定
各サンプルＮｏ．の軟磁性粉末について、表面層の主材料を特定した。なお、この特定には、二次イオン質量分析法を用い、アルミナ、酸化クロム、酸化チタンおよび酸化鉄を定量化し、最も質量含有率が高い酸化物を求めた。
特定結果を表１、２に示す。

２．２ 酸素含有率および窒素含有率の測定
各サンプルＮｏ．の軟磁性粉末について、酸素含有率および窒素含有率を測定した。
測定結果を表１、２に示す。

２．３ 絶縁抵抗値の測定
各サンプルＮｏ．の軟磁性粉末について、絶縁抵抗値を測定した。
測定結果を表１、２に示す。

２．４ 透磁率の測定
各サンプルＮｏ．の軟磁性粉末について、以下の測定条件に基づいて透磁率（比透磁率）を測定した。なお、この透磁率とは、閉磁路磁心コイルの自己インダクタンスから求められる比透磁率（実効透磁率）のことである。

＜透磁率（比透磁率）の測定条件＞
・測定装置 ：インピーダンスアナライザー（ＨＥＷＬＥＴＴ ＰＡＣＫＡＲＤ ４１９４Ａ）
・測定周波数 ：１００ｋＨｚ
・巻線の巻き数：７回
・巻線の線径 ：０．８ｍｍ
測定結果を表１、２に示す。

２．５ 比表面積の測定
各サンプルＮｏ．の軟磁性粉末について、ＢＥＴ比表面積を測定した。
測定結果を表１、２に示す。

２．６ 流動性の測定
各サンプルＮｏ．の軟磁性粉末について、ＪＩＳ Ｚ ２５０２：２０１２に規定の金属粉の流動性試験方法により流動度［秒］を測定した。
測定結果を表１、２に示す。

表１、２から明らかなように、各実施例の軟磁性粉末は、透磁率が高く、かつ、絶縁抵抗値も高いことが認められた。また、各実施例の軟磁性粉末は、流動性も高いことが認められた。

以上のことから、本発明によれば、圧粉されたときに透磁率が高く、かつ鉄損が小さい圧粉磁心を製造可能な軟磁性粉末が得られることが明らかとなった。

１…軟磁性粒子、２…金属粒子、３…表面層、１０…チョークコイル、１１…圧粉磁心、１２…導線、２０…チョークコイル、２１…圧粉磁心、２２…導線、１００…表示部、１０００…磁性素子、１１００…パーソナルコンピューター、１１０２…キーボード、１１０４…本体部、１１０６…表示ユニット、１２００…スマートフォン、１２０２…操作ボタン、１２０４…受話口、１２０６…送話口、１３００…ディジタルスチルカメラ、１３０２…ケース、１３０４…受光ユニット、１３０６…シャッターボタン、１３０８…メモリー、１３１２…ビデオ信号出力端子、１３１４…入出力端子、１４３０…テレビモニター、１４４０…パーソナルコンピューター

Claims (7)

1. Ｆｅ−Ａｌ−Ｍ系合金（Ｍは、ＣｒおよびＴｉの少なくとも一方）を含む金属粒子と、
   前記金属粒子の表面に設けられ、主材料としてアルミナを含む表面層と、
   を有することを特徴とする軟磁性粉末。
2. 前記表面層は、アルミナより低い含有率で前記Ｍの酸化物を含む請求項１に記載の軟磁性粉末。
3. Ｆｅを主成分として含み、
   Ａｌの含有率が０．５質量％以上８質量％以下であり、
   Ｍの含有率が０．５質量％以上１３質量％以下である請求項１または２に記載の軟磁性粉末。
4. Ｍの含有率に対するＡｌの含有率の割合は、質量比で０．５以上６以下である請求項３に記載の軟磁性粉末。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載の軟磁性粉末を含むことを特徴とする圧粉磁心。
6. 請求項５に記載の圧粉磁心を備えることを特徴とする磁性素子。
7. 請求項６に記載の磁性素子を備えることを特徴とする電子機器。

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