JP2021022609A - 磁性粉末、磁性粉末の製造方法、圧粉磁心およびコイル部品 - Google Patents
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Abstract
Description
軟磁性材料を含むコア部と、
前記コア部の表面に設けられ、前記軟磁性材料の酸化物を含み、平均厚さが0.1nm以上10nm未満である下地層と、
前記下地層の表面に設けられ、オルガノシロキサン化合物を主材料とする絶縁層と、
を有し、
前記オルガノシロキサン化合物のC/Si原子比が0.01以上2.00以下であることを特徴とする。
まず、第1実施形態に係る磁性粉末について説明する。
コア部2は、軟磁性材料を含む粒子である。コア部2に含まれる軟磁性材料としては、例えば、純鉄、ケイ素鋼のようなFe−Si系合金、パーマロイのようなFe−Ni系合金、パーメンジュールのようなFe−Co系合金、センダストのようなFe−Si−Al系合金、Fe−Cr−Si系合金、Fe−Cr−Al系合金等の各種Fe系合金の他、各種Ni系合金、各種Co系合金等が挙げられる。このうち、透磁率、磁束密度等の磁気特性、および、コスト等の生産性の観点から、各種Fe系合金が好ましく用いられる。
なお、軟磁性材料には、異なる結晶性を有する材料が混在していてもよい。
下地層3は、コア部2の表面に設けられ、コア部2が含有する軟磁性材料の酸化物を含む。軟磁性材料の酸化物とは、軟磁性材料を構成する元素の酸化物のことをいう。したがって、コア部2および下地層3は、共通の元素を有する。
なお、下地層3には、前述した軟磁性材料の酸化物以外の材料が含まれていてもよい。
絶縁層4は、下地層3の表面に設けられ、オルガノシロキサン化合物を主材料とする。オルガノシロキサン化合物は、有機基が付いたシロキサン結合を含む化合物である。有機基は、炭素と水素とを含む原子団である。主材料とは、質量比で絶縁層4の50%以上を構成する材料のことをいう。
このようなC/Si原子比は、例えば、X線光電子分光法等により特定することができる。
以上のように、本実施形態に係る磁性粉末は、軟磁性材料を含むコア部2と、コア部2の表面に設けられ、軟磁性材料の酸化物を含み、平均厚さが0.1nm以上10nm未満である下地層3と、下地層3の表面に設けられ、オルガノシロキサン化合物を主材料とする絶縁層4と、を有する。そして、オルガノシロキサン化合物のC/Si原子比が0.01以上2.00以下である。
なお、前述した絶縁層4の平均厚さは、この存在比に基づいて算出することもできる。
次に、第2実施形態に係る磁性粉末の製造方法について説明する。
図2は、第2実施形態に係る磁性粉末の製造方法を示す工程図である。なお、以下の説明では、図1に示す磁性粒子1を製造する方法を例に説明する。
まず、コア部2と下地層3とを有する下地層付き粒子5を用意する。
下地層付き粒子5を製造する際には、まず、軟磁性材料を含む金属粉末を用意する。
次に、下地層付き粒子5に対し、成膜処理を施す。これにより、下地層3の表面に絶縁層4を形成する。このようにして、磁性粒子1が得られる。
2.2.1 原料ガスの導入S21
まず、下地層付き粒子5を投入したチャンバー内を減圧する。次に、形成しようとする絶縁層4を構成する材料の前駆体を含むガスを原料ガスとしてチャンバー内に導入する。具体的には、第1オルガノシロキサン化合物と、基本構成単位が第1オルガノシロキサン化合物とは異なる第2オルガノシロキサン化合物と、を原料ガスとする。導入された原料ガスは、下地層付き粒子5の表面に吸着すると、それ以上、多層には吸着しにくい。このため、最終的に得られる絶縁層4の膜厚を高精度に制御することが可能である。また、原料ガスは、陰や隙間にも回り込んで吸着するため、最終的に均一な膜厚の絶縁層4を形成することができる。
このようにして原料ガスを吸着させると、チャンバー内の原料ガスを排気する。その後、必要に応じて、残った原料ガスを窒素ガス、アルゴンガスのような不活性ガスでパージする。そして、不活性ガスを排気する。
次に、チャンバー内に酸化剤を導入する。酸化剤としては、例えば、水、水蒸気、オゾン、プラズマ酸素等が挙げられる。
その後、必要に応じて、残った酸化剤を不活性ガスでパージする。そして、不活性ガスを排気する。
次に、第3実施形態に係る磁性粉末の製造方法について説明する。
図3は、第3実施形態に係る磁性粉末の製造方法を示す工程図である。なお、以下の説明では、図1に示す磁性粒子1を製造する方法を例に説明する。
まず、コア部2と下地層3とを有する下地層付き粒子5を用意する。
次に、下地層付き粒子5に対し、成膜処理を施す。これにより、下地層3の表面に絶縁層4を形成する。このようにして、磁性粒子1が得られる。
本実施形態では、一例として、湿式法による絶縁層4の形成について説明する。
まず、絶縁層4の原料を溶解するための溶媒を用意する。溶媒に、原料を溶解可能なものであれば、いかなるものでもよい。
次に、溶媒中に下地層付き粒子5を分散させ、分散液を調製する。
次に、分散液に原料を加え、撹拌する。これにより、原料溶液を調製する。
原料には、第1実施形態と同様、絶縁層4を構成する材料の前駆体が用いられる。
次に、形成した前駆体被覆粒子を、原料溶液から取り出す。取り出しには、ろ過等の固液分離処理を用いる。
次に、取り出した前駆体被覆粒子を洗浄し、乾燥させる。
次に、乾燥させた前駆体被覆粒子を焼成する。焼成には、例えば、加熱炉、ホットプレート等の加熱装置を用いる。このような焼成を施すと、前駆体被膜中の前駆体に脱水縮合反応が生じる。その結果、前駆体被膜を安定化し、絶縁層4が得られる。
次に、第4実施形態に係るコイル部品について説明する。
図4は、第4実施形態に係るコイル部品であるトロイダルコイルを示す平面図である。
図4に示すトロイダルコイル10は、リング状の圧粉磁心11と、この圧粉磁心11に巻回された導線12と、を有する。
なお、結合材は、必要に応じて用いられればよく、省略されてもよい。
次に、第5実施形態に係るコイル部品について説明する。以下、コイル部品の一例として、インダクターについて説明する。
図5は、第5実施形態に係るコイル部品であるインダクターを示す透過斜視図である。
前述したコイル部品は、各種電子機器にも用いられる。かかる電子機器としては、例えば、パーソナルコンピューター、携帯電話機、デジタルスチールカメラ、スマートフォン、タブレット端末、スマートウォッチを含む時計、スマートグラス、HMD(ヘッドマウントディスプレイ)等のウェアラブル端末、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、通信機能を含む電子手帳、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、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、電子内視鏡のような医療機器、魚群探知機、各種測定機器、車両、航空機、船舶のような計器類、携帯端末用の基地局、フライトシミュレーター等が挙げられる。以上のような電子機器は、前述したコイル部品を備えることにより、信頼性の高いものとなる。
7.磁性粉末の作製
(実施例1)
まず、Fe−Si−Cr系合金の金属粉末(コア部)を用意した。この金属粉末は、SiおよびCrを含むFe基合金軟磁性粉末である。なお、この金属粉末の平均粒径D50は11μmであった。
製造条件を表1に示すように変更した以外は、それぞれ実施例1と同様にして磁性粉末を得た。
まず、Fe−Si−Cr系合金の金属粉末(コア部)を用意した。この金属粉末は、SiおよびCrを含むFe基合金軟磁性粉末である。なお、この金属粉末の平均粒径は3μmであった。
製造条件を表1に示すように変更した以外は、それぞれ実施例1と同様にして磁性粉末を得た。
製造条件を表1に示すように変更した以外は、それぞれ実施例1と同様にして磁性粉末を得た。
オゾンによる酸化処理を省略した以外は、実施例5と同様にして磁性粉末を得た。
製造条件を表1に示すように変更した以外は、それぞれ実施例9と同様にして磁性粉末を得た。
オゾンによる酸化処理を省略した以外は、実施例9と同様にして磁性粉末を得た。
8.1 C/Si原子比の測定
各実施例および各比較例で得られた絶縁層について、X線光電子分光法(XPS)により、C/Si原子比を測定した。測定結果を表1に示す。
各実施例および各比較例と同様にして、銅電極上に絶縁層を形成した。これにより、絶縁層の誘電率を測定するための薄膜試料を得た。
9.1 透磁率の測定
各実施例および各比較例で得られた磁性粉末とエポキシ樹脂とを混合した後、リング状に圧粉し、圧粉磁心を作製した。次いで、得られた圧粉磁心について、以下の測定条件で透磁率を測定した。
・測定装置 :インピーダンスアナライザー
・測定周波数 :100kHz
・巻線の巻き数:7回
・巻線の線径 :0.5mm
<透磁率の評価基準>
A:圧粉磁心の透磁率が高い
B:圧粉磁心の透磁率がやや高い
C:圧粉磁心の透磁率がやや低い
D:圧粉磁心の透磁率が低い
評価結果を表1に示す。
9.1で得た圧粉磁心について、以下の測定条件でインピーダンスを測定した。
<インピーダンスの測定条件>
・測定装置 :インピーダンスアナライザー
・測定周波数 :100kHz
・巻線の巻き数:7回
・巻線の線径 :0.5mm
<インピーダンスの評価基準>
A:インピーダンスが高い
B:インピーダンスがやや高い
C:インピーダンスがやや低い
D:インピーダンスが低い
評価結果を表1に示す。
Claims (13)
- 軟磁性材料を含むコア部と、
前記コア部の表面に設けられ、前記軟磁性材料の酸化物を含み、平均厚さが0.1nm以上10nm未満である下地層と、
前記下地層の表面に設けられ、オルガノシロキサン化合物を主材料とする絶縁層と、
を有し、
前記オルガノシロキサン化合物のC/Si原子比が0.01以上2.00以下であることを特徴とする磁性粉末。 - 前記絶縁層の平均厚さに対する前記絶縁層の比誘電率の比が0.033/nm以上3.2/nm以下である請求項1に記載の磁性粉末。
- 前記絶縁層の平均厚さが60nm以下である請求項1または2に記載の磁性粉末。
- 前記絶縁層の比誘電率が1.0以上3.2以下である請求項1ないし3のいずれか1項に記載の磁性粉末。
- 前記オルガノシロキサン化合物は、シルセスキオキサン化合物を含む請求項1ないし4のいずれか1項に記載の磁性粉末。
- 前記絶縁層は、フッ素原子を含む請求項1ないし5のいずれか1項に記載の磁性粉末。
- 前記オルガノシロキサン化合物は、フッ素含有基を含む請求項6に記載の磁性粉末。
- 前記軟磁性材料は、非晶質を含む請求項1ないし7のいずれか1項に記載の磁性粉末。
- 軟磁性材料を含むコア部と、前記コア部の表面に設けられ、前記軟磁性材料の酸化物を含み、平均厚さが0.1nm以上10nm未満である下地層と、を有する下地層付き粒子を用意する工程と、
前記下地層付き粒子を、第1オルガノシロキサン化合物と、基本構成単位が前記第1オルガノシロキサン化合物とは異なる第2オルガノシロキサン化合物と、を原料とする成膜処理に供し、C/Si原子比が0.01以上2.00以下であるオルガノシロキサン化合物を主材料とする絶縁層を形成する工程と、
を有することを特徴とする磁性粉末の製造方法。 - 前記原料は、テトラアルコキシシラン、トリアルコキシシランおよびジアルコキシシランを含む請求項9に記載の磁性粉末の製造方法。
- 前記成膜処理は、原子層堆積法または湿式法である請求項9または10に記載の磁性粉末の製造方法。
- 請求項1ないし8のいずれか1項に記載の磁性粉末を含むことを特徴とする圧粉磁心。
- 請求項12に記載の圧粉磁心を備えることを特徴とするコイル部品。
Priority Applications (3)
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