JP2021158359A - 金属磁性粒子、インダクタ、金属磁性粒子の製造方法及び金属磁性体コアの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁性及び直流重畳特性に優れた金属磁性粒子及びインダクタ、金属磁性粒子並びに金属磁性体コアの製造方法を提供する。【解決手段】Ｆｅ及びＳｉを含む合金粒子１０の表面に、酸化物層が設けられた金属磁性粒子１であって、酸化物層は、合金粒子側から第１酸化物層２０、第２酸化物層３０、第３酸化物層４０を有する。第１酸化物層２０、第２酸化物層３０及び第３酸化物層４０はいずれもＳｉを含む。走査型透過電子顕微鏡−エネルギー分散型Ｘ線分析を用いた元素含有量のライン分析において、第１酸化物層２０はＦｅ量が上記合金粒子中のＳｉ量よりも少ない層であり、第２酸化物層３０はＦｅ量が合金粒子中のＳｉ量よりも多い層であり、第３酸化物層４０はＦｅ量が合金粒子中のＳｉ量よりも少ない層である。【選択図】図１

Description

本発明は、金属磁性粒子、インダクタ、金属磁性粒子の製造方法及び金属磁性体コアの製造方法に関する。

電源回路で使用されるパワーインダクタは、小型化、低損失化、大電流対応化が要求されており、これらの要求に対応すべく、その磁性材料に飽和磁束密度の高い金属磁性粒子を使用する事が検討されている。金属磁性粒子は飽和磁束密度が高いという利点があるが、材料単体の絶縁抵抗が低いため、電子部品の磁性体として使用する為には、金属磁性粒子同士の絶縁を確保する必要がある。このため、金属磁性粒子の絶縁性を向上させる方法が種々検討されている。

例えば、特許文献１には、金属磁性粒子の表面をガラス等の絶縁膜でコートする方法が開示されている。また、特許文献２には、金属磁性粒子の表面に、材料由来の酸化物層を形成する方法が開示されている。

特許第５０８２００２号 特許第４８６６９７１号

しかしながら、特許文献１に記載された方法では、ガラス等の絶縁膜を金属磁性粒子の表面に均一に形成することができず、膜厚の薄い箇所が絶縁破壊の起点となってしまうという問題があった。
また、特許文献２に記載された方法では、原料由来の酸化物層が潜在的に欠陥を含むため、絶縁信頼性が充分でないという問題があった。また、特許文献２に記載された金属磁性材料は、原料粒子の酸化の進行を防ぐために、高い温度で熱処理することができないという問題もあった。

本発明は、絶縁性及び直流重畳特性に優れた金属磁性粒子及びインダクタ、絶縁性及び直流重畳特性に優れた金属磁性粒子を得ることのできる金属磁性粒子の製造方法、並びに、絶縁性及び直流重畳特性に優れた金属磁性体コアを得ることのできる金属磁性体コアの製造方法を提供することを目的とする。

本発明の金属磁性粒子は、Ｆｅ及びＳｉを含む合金粒子の表面に、酸化物層が設けられた金属磁性粒子であって、上記酸化物層は、上記合金粒子側から第１酸化物層、第２酸化物層、第３酸化物層を有し、上記第１酸化物層、上記第２酸化物層、上記第３酸化物層はいずれもＳｉを含み、走査型透過電子顕微鏡−エネルギー分散型Ｘ線分析を用いた元素含有量のライン分析において、上記第１酸化物層はＦｅ量が上記合金粒子中のＳｉ量よりも少ない層であり、上記第２酸化物層はＦｅ量が上記合金粒子中のＳｉ量よりも多い層であり、上記第３酸化物層はＦｅ量が上記合金粒子中のＳｉ量よりも少ない層である、ことを特徴とする。

本発明のインダクタは、本発明の金属磁性粒子を備えることを特徴とする。

本発明の金属磁性粒子の製造方法は、Ｆｅ及びＳｉを含む合金粒子の表面に上記合金粒子側からＳｉ酸化膜、Ｆｅ酸化膜を有する原料粒子とＳｉアルコキシド及びアルコールとを混合する工程、上記Ｓｉアルコキシドを加水分解して乾燥することにより、酸化ケイ素を含む被覆膜が形成された被覆膜形成粒子を形成する工程、上記被覆膜形成粒子を酸化雰囲気中で熱処理することにより、上記合金粒子の表面に酸化物層を形成する工程、を含み、上記被覆膜の平均厚さが、１４ｎｍを超えて、３０ｎｍ以下であり、上記熱処理の温度が、６００℃以上、７５０℃未満であることを特徴とする。

本発明の金属磁性体コアの製造方法は、Ｆｅ及びＳｉを含む合金粒子の表面に上記合金粒子側からＳｉ酸化膜、Ｆｅ酸化膜を有する原料粒子とＳｉアルコキシド及びアルコールとを混合する工程、上記Ｓｉアルコキシドを加水分解して乾燥することにより、酸化ケイ素を含む被覆膜が形成された被覆膜形成粒子を形成する工程、上記被覆膜形成粒子を成形する成形工程、上記被覆膜形成粒子の成形体を酸化雰囲気中で熱処理することにより、上記合金粒子の表面に酸化物層を形成する工程、を含み、上記被覆膜の平均厚さが、１４ｎｍを超えて、３０ｎｍ以下であり、上記熱処理の温度が、６００℃以上、７５０℃未満であることを特徴とする。

本発明によれば、絶縁性及び直流重畳特性に優れた金属磁性粒子及びインダクタ、絶縁性及び直流重畳特性に優れた金属磁性粒子を得ることのできる金属磁性粒子の製造方法、並びに、絶縁性及び直流重畳特性に優れた金属磁性体コアを得ることのできる金属磁性体コアの製造方法を提供することができる。

図１は、本発明の金属磁性粒子の一例を模式的に示す断面図である。 図２は、実施例１のＳＴＥＭ画像である。 図３は、実施例１におけるライン分析の結果を示す図である。 図４は、各実施例及び比較例におけるＨｓａｔ＠−２０％［ｋＡ／ｍ］（縦軸）と比透磁率（横軸）の関係を示すグラフである。

以下、本発明の金属磁性粒子、インダクタ、金属磁性粒子の製造方法及び金属磁性体コアの製造方法について説明する。
しかしながら、本発明は、以下の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する本発明の好ましい構成を２つ以上組み合わせたものもまた本発明である。

［金属磁性粒子］
本発明の金属磁性粒子は、Ｆｅ及びＳｉを含む合金粒子の表面に、酸化物層が設けられた金属磁性粒子であって、上記酸化物層は、上記合金粒子側から第１酸化物層、第２酸化物層、第３酸化物層を有し、上記第１酸化物層、上記第２酸化物層、上記第３酸化物層はいずれもＳｉを含み、走査型透過電子顕微鏡−エネルギー分散型Ｘ線分析を用いた元素含有量のライン分析において、上記第１酸化物層はＦｅ量が上記合金粒子中のＳｉ量よりも少ない層であり、上記第２酸化物層はＦｅ量が上記合金粒子中のＳｉ量よりも多い層であり、上記第３酸化物層はＦｅ量が上記合金粒子中のＳｉ量よりも少ない層である、ことを特徴とする。

図１は、本発明の金属磁性粒子の一例を模式的に示す断面図である。
図１に示すように、金属磁性粒子１は、Ｆｅ及びＳｉを含む合金粒子１０の表面に、酸化物層が設けられている。
酸化物層は、合金粒子１０側から第１酸化物層２０、第２酸化物層３０及び第３酸化物層４０である。

合金粒子は、Ｆｅ及びＳｉを含む。
合金粒子中におけるＳｉの重量割合は、Ｆｅ及びＳｉの合計重量１００重量部に対して、１．５重量部以上、８．０重量部以下であることが好ましい。
合金粒子におけるＳｉの重量割合が１．５重量部未満だと損失の低減効果に乏しい。一方、合金粒子におけるＳｉの重量割合が８．０重量部を超えると、飽和磁化の低下が大きく、直流重畳特性が低下する。

合金粒子は、Ｆｅ及びＳｉ以外にＣｒを含んでいてもよい。
合金粒子は、Ｆｅ及びＳｉの合計重量１００重量部に対して、１．０重量部未満のＣｒを含有することが好ましく、０．９重量部以下のＣｒを含有することがより好ましく、Ｃｒを含有しないことがさらに好ましい。Ｃｒの含有量が少ないと飽和磁束密度が向上するため、直流重畳特性が向上する。

また合金粒子は、純鉄に含まれる不純物と同じ元素を不純物成分として含んでいてもよい。
不純物成分としては、例えば、Ｃ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｕ、Ａｌなどが挙げられる。

酸化物層は、合金粒子側から、第１酸化物層、第２酸化物層及び第３酸化物層を有する。
本明細書における酸化物層は、下記に説明する元素含有量のライン分析において、酸素と金属元素（ここでいう金属元素にはケイ素（Ｓｉ）を含む）が共にカウントされる層を意味する。酸素とケイ素が共にカウントされる場合はケイ素を含む酸化物が存在するものとみなし、酸素と鉄（Ｆｅ）が共にカウントされる場合は鉄を含む酸化物が存在するものとみなす。

第１酸化物層は、走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）−エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）を用いた元素含有量のライン分析（以下、単にライン分析ともいう）において、Ｆｅ量が合金粒子中のＳｉ量よりも少ない層である。第２酸化物層は、ライン分析において、Ｆｅ量が合金粒子中のＳｉ量よりも多い層である。第３酸化物層は、ライン分析において、Ｆｅ量が合金粒子中のＳｉ量よりも少ない層である。

第１酸化物層、第２酸化物層及び第３酸化物層の境界は、以下のように定義する。
ＳＴＥＭ−ＥＤＸを用いた元素含有量のライン分析において、合金粒子中のＳｉ量をベースラインとして引く。
ベースラインとしての合金粒子中のＳｉ量は、合金粒子の表面から中央方向にライン分析したデータにおいて、酸素のカウントが初めて０と検出された地点から、所定の間隔で元素量のカウントを行い、酸素のカウントが５回目に０と検出された地点までの区間以上であり、かつ、酸素のカウントが初めて０と検出された地点から３．５ｎｍまでの区間以上のデータを見て定める。

元素量のカウントを行う間隔が短いと、酸素のカウントが初めて０と検出された地点から酸素のカウントが５回目に０と検出された地点までの区間が３．５ｎｍ以上とならないことがあるので、酸素のカウントが５回目に０と検出された地点からさらに中央方向にまで測定地点を増やし、測定区間が３．５ｎｍ以上となるように測定を行う。
一方、酸素のカウントが初めて０と検出された地点から３．５ｎｍに達しても酸素のカウントが０となる回数が５回にならないことがあるので、測定区間が３．５ｎｍに達した後も酸素のカウントが０となる回数が５回に達するまでさらに中央方向にまで測定地点を増やし、酸素のカウントが０となる回数が５回に達するまで測定を行う。
元素量のカウントを行う間隔は例えば０．９ｎｍ刻みとすることができる。
そして、この区間内のデータにおいて、Ｓｉのカウント数が最低値となったところのＳｉのカウント値（Ｓｉ量）をベースラインとする。
合金粒子中ではＦｅ量はＳｉ量よりも多くなっている。

第１酸化物層は、ＳＴＥＭ−ＥＤＸを用いた元素含有量のライン分析において、Ｆｅ量が合金粒子中のＳｉ量（ベースライン）よりも少なくなる地点（第１境界）から、Ｆｅ量が合金粒子中のＳｉ量（ベースライン）よりも多くなる地点（第２境界）までとする。
第２酸化物層は、ＳＴＥＭ−ＥＤＸを用いた元素含有量のライン分析において、第２境界から、Ｆｅ量が合金粒子中のＳｉ量（ベースライン）よりも少なくなる地点（第３境界）までとする。
第３酸化物層は、ＳＴＥＭ−ＥＤＸを用いた元素含有量のライン分析における第３境界から、Ｓｉ量が合金粒子中のＳｉ量（ベースライン）よりも少なくなる地点（第４境界）までとする。

なお、ＳＴＥＭ−ＥＤＸを用いた元素含有量のライン分析における各元素の「量」とは、各元素に特有のＸ線のカウント数（ネットカウントともいう）であり、重量比や原子比を示すものではない。
また、ＳＴＥＭ−ＥＤＸにおける拡大倍率は、４０万倍とする。

第１酸化物層は、Ｓｉ量が相対的に多く、Ｆｅ量が相対的に少ない層である。第１酸化物層は合金粒子の表面に設けられたＳｉ酸化膜に由来するＳｉを多く含む。
第２酸化物層は、ＦｅとＳｉが混在するＦｅＳｉ酸化膜である。第２酸化物層は合金粒子の表面に設けられたＦｅ酸化膜に由来するＦｅが酸化ケイ素を含む被覆膜中に拡散した層である。
第３酸化物層は、酸化ケイ素を含む被覆膜の層であり、Ｆｅ酸化膜のＦｅが外側まで拡散しなかった部分においてＳｉ量が相対的に多く、Ｆｅ量が相対的に少なくなった層である。

第１酸化物層の厚さは、４ｎｍ以上、１０ｎｍ以下であることが好ましく、５ｎｍ以上、８ｎｍ以下であることがより好ましい。
ＳＴＥＭ−ＥＤＸを用いた元素含有量のライン分析において、第１酸化物層のＳｉ量が極大値をとる地点におけるＳｉ量に対するＦｅ量の比（Ｆｅ量／Ｓｉ量）は、０．０５以上、０．２０以下であることが好ましく、０．０８以上、０．１３以下であることがより好ましい。

第２酸化物層の厚さは、１５ｎｍ以上、５０ｎｍ以下であることが好ましく、１６ｎｍ以上、４２ｎｍ以下であることがより好ましい。
ＳＴＥＭ−ＥＤＸを用いた元素含有量のライン分析において、第２酸化物層のＦｅ量が極大値をとる地点におけるＳｉ量に対するＦｅ量の比（Ｆｅ量／Ｓｉ量）は、２．０以上、５．０以下であることが好ましく、３．５以上、４．５以下であることがより好ましい。

第３酸化物層の厚さは、５ｎｍ以上、２０ｎｍ以下であることが好ましく、７ｎｍ以上、１２ｎｍ以下であることがより好ましい。
ＳＴＥＭ−ＥＤＸを用いた元素含有量のライン分析において、第３酸化物層のＳｉ量が極大値をとる地点におけるＳｉ量に対するＦｅ量の比（Ｆｅ量／Ｓｉ量）は、０．１以上、０．５以下であることが好ましく、０．２以上、０．４以下であることがより好ましい。

なお、第１酸化物層、第２酸化物層及び第３酸化物層の厚さは、金属磁性粒子の断面をＳＴＥＭ−ＥＤＸにより観察した拡大画像において、金属磁性粒子の断面の外周の長さを３等分する３箇所についてそれぞれライン分析し、各層の厚さを求めて、その平均値として定める。また、各層におけるＳｉ量に対するＦｅ量の比（Ｆｅ量／Ｓｉ量）についても同様に３箇所でライン分析した測定値の平均値として定める。

本発明の金属磁性粒子において、隣接する酸化物層は、結晶性が異なることが好ましい。
例えば、第１酸化物層が非晶質である場合には、第２酸化物層が結晶質であることが好ましく、第３酸化物層が非晶質であることが好ましい。
非晶質の酸化物層と結晶質の酸化物層を接合することで、接合界面における電気抵抗が高まる。そのため、隣接する酸化物層で結晶性が異なっていると、絶縁抵抗を高めることができる。

各酸化物層の結晶性は、ＳＴＥＭ画像をフーリエ変換したＦＦＴ画像に周期的な明暗が現れるかどうかで確認することができる。酸化物層が結晶質であればＦＦＴ画像に周期的な明暗が現れ、酸化物層が非晶質であればＦＦＴ画像に周期的な明暗が現れない。

［インダクタ］
本発明のインダクタは、本発明の金属磁性粒子を備えることを特徴とする。

本発明のインダクタは、本発明の金属磁性粒子を備えるため、耐電圧が高く、直流重畳特性に優れる。

本発明のインダクタは、例えば、本発明の金属磁性粒子と、金属磁性粒子の周囲に配置される巻線からなる。
巻線の材質、線径、巻数などは特に限定されず、所望の特性に応じて選択すればよい。

本発明のインダクタを構成する金属磁性粒子は、所定の形状に成形されていてもよい。所定の形状に成形された金属磁性粒子を金属磁性体コアともいう。従って、本発明の金属磁性粒子からなる金属磁性体コアと、金属磁性体コアの周囲に配置される巻線からなるインダクタも、本発明のインダクタである。

［金属磁性粒子の製造方法］
本発明の金属磁性粒子の製造方法は、Ｆｅ及びＳｉを含む合金粒子の表面に上記合金粒子側からＳｉ酸化膜、Ｆｅ酸化膜を有する原料粒子とＳｉアルコキシド及びアルコールとを混合する工程、上記Ｓｉアルコキシドを加水分解して乾燥することにより、酸化ケイ素を含む被覆膜が形成された被覆膜形成粒子を形成する工程、上記被覆膜形成粒子を酸化雰囲気中で熱処理することにより、上記合金粒子の表面に酸化物層を形成する工程、を含み、上記被覆膜の平均厚さが、１４ｎｍを超えて、３０ｎｍ以下であり、上記熱処理の温度が、６００℃以上、７５０℃未満であることを特徴とする。

本発明の金属磁性粒子の製造方法では、合金粒子の表面にＳｉ酸化膜及びＦｅ酸化膜を有する原料粒子の表面に酸化ケイ素を含む被覆膜を形成し、これを酸化雰囲気中で熱処理する。これにより、Ｓｉ酸化膜が第１酸化物層となり、Ｆｅ酸化膜に由来するＦｅが酸化ケイ素を含む被覆膜中に拡散して第２酸化物層となる。また、酸化ケイ素を含む被覆膜においてＦｅ酸化膜のＦｅが外側まで拡散しなかった部分が第３酸化物層となる。
このことから、本発明の金属磁性粒子の製造方法を用いると、本発明の金属磁性粒子を得ることができる。

被覆膜の平均厚さが１４ｎｍを超えると、Ｆｅ酸化膜に由来するＦｅが酸化ケイ素を含む被覆膜中に拡散して被覆膜の外まで拡散することを抑制し易く、第３酸化物層の形成が容易となる。
被覆膜の平均厚さが３０ｎｍ以下であると、酸化物層の体積を比較的小さくできるため、絶縁性を確保しつつ、透磁率の高い金属磁性粒子を得ることが容易となる。

［原料粒子とＳｉアルコキシド及びアルコールとを混合する工程］
まず、Ｆｅ及びＳｉを含む合金粒子の表面に、合金粒子側からＳｉ酸化膜、Ｆｅ酸化膜を有する原料粒子を準備する。
合金粒子の表面にＳｉ酸化膜及びＦｅ酸化膜を形成する方法は特に限定されないが、水アトマイズ法等で得られたＦｅＳｉ合金の微粒子を徐酸化する方法が挙げられる。
徐酸化とは、合金粒子の過度な酸化を抑制する目的であえて合金粒子の表面を酸化して、酸化に対する保護膜として機能する表面酸化膜を形成させる処理である。
例えば、非酸化性雰囲気中に置かれた、乾燥を経たＦｅＳｉ合金粒子について、その雰囲気における酸素濃度を徐々に高めてＦｅＳｉ合金粒子の表面を徐々に酸化させて合金粒子の表面にＳｉ酸化膜及びＦｅ酸化膜を形成させる。

本発明の金属磁性粒子の製造方法において用いられる合金粒子は、Ｓｉ及びＦｅを含む。
原料粒子の平均粒子径は特に限定されないが、Ｄ５０＝１μｍ以上、１０μｍ以下であることが好ましい。
なお、Ｄ５０は、レーザー回折法により測定される合金粒子の累積体積が５０％となる粒子径である。

続いて、原料粒子とＳｉアルコキシド及びアルコールとを混合する。

Ｓｉアルコキシドは、テトラエトキシシランであることが好ましい。
Ｓｉアルコキシドがテトラエトキシシランであると、原料粒子の表面に、均一な厚さの被覆膜を形成しやすい。
また、アルコールは、エタノールであることが好ましい。

原料粒子をＳｉアルコキシド及びアルコールと混合する際には、水溶性高分子としてポリビニルピロリドンを添加することが好ましい。また、塩基性触媒としてアンモニア水溶液を添加することが好ましい。Ｓｉアルコキシドは塩基性触媒と水の存在下で加水分解が進行しやすい。

［被覆膜形成粒子を形成する工程］
続いて、Ｓｉアルコキシドを加水分解して乾燥することにより、酸化ケイ素を含む被覆膜が形成された被覆膜形成粒子を作製する。

このとき、原料粒子表面に設けられた被覆膜の厚さを、１４ｎｍを超えて、３０ｎｍ以下とする。

［被覆膜形成粒子を熱処理する工程］
続いて、被覆膜形成粒子を酸化雰囲気中で熱処理することにより、合金粒子の表面に酸化物層を形成する。

熱処理の温度は、６００℃以上、７５０℃未満とする。
熱処理の温度が６００℃未満であると、Ｆｅ酸化膜中のＦｅが被覆膜に拡散しない場合がある。一方、熱処理の温度が７５０℃以上であると、合金粒子の酸化反応が進行してしまい、磁気特性が悪化してしまう場合がある。

［金属磁性体コアの製造方法］
本発明の金属磁性体コアの製造方法は、Ｆｅ及びＳｉを含む合金粒子の表面に上記合金粒子側からＳｉ酸化膜、Ｆｅ酸化膜を有する原料粒子とＳｉアルコキシド及びアルコールとを混合する工程、上記Ｓｉアルコキシドを加水分解して乾燥することにより、酸化ケイ素を含む被覆膜が形成された被覆膜形成粒子を形成する工程、上記被覆膜形成粒子を成形する成形工程、上記被覆膜形成粒子の成形体を酸化雰囲気中で熱処理することにより、上記合金粒子の表面に酸化物層を形成する工程、を含み、上記被覆膜の平均厚さが、１４ｎｍを超えて、３０ｎｍ以下であり、上記熱処理の温度が、６００℃以上、７５０℃未満であることを特徴とする。

本発明の金属磁性体コアの製造方法では、合金粒子側からＳｉ酸化膜、Ｆｅ酸化膜を有する原料粒子の表面に、酸化ケイ素を含む被覆膜を形成して得られた被覆膜形成粒子を成形した成形体を酸化雰囲気中で熱処理することで、本発明の金属磁性粒子の製造方法と同様に、Ｆｅ酸化膜に由来するＦｅを被覆膜中に拡散させて第２酸化物層を形成することができる。また、合金粒子同士が酸化物層によって互いに接合された金属磁性体コアを得ることができる。

本発明の金属磁性体コアの製造方法を構成する各工程のうち、成形工程以外の工程は、本発明の金属磁性粒子の製造方法と共通である。

成形工程では、バインダ樹脂を含む溶媒と被覆膜形成粒子とを混合した後、溶媒を除去して造粒粉を作製し、この造粒粉を成形することが好ましい。
バインダ樹脂としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、エチルセルロース等が好ましい。
溶媒としては、ポリビニルアルコール水溶液、テルピネオール等が挙げられる。

成形工程において作製される成形体の形状は、得たい金属磁性体コアの形状に対応する形状とすることが好ましい。
金属磁性体コアの形状としては、例えば、棒状、円筒状、リング状、直方体状等が挙げられる。

成形工程における成形圧力は特に限定されないが、１００ＭＰａ以上、５００ＭＰａ以下であることが好ましい。

本発明の金属磁性体コアの製造方法において、成形工程は、被覆膜形成粒子を含むグリーンシートを積層及び加圧する工程を有することが好ましい。
成形工程が、被覆膜形成粒子を含むグリーンシートを積層及び加圧する工程を有していると、熱処理前の成形体において合金粒子同士の距離が近くなり、合金粒子同士のそれぞれが有する少なくとも１つの酸化物層、好ましくは第３酸化物層同士によって互いに接合された金属磁性体コアを得やすくなる。

被覆膜形成粒子を含むグリーンシートは、例えば、樹脂を含む溶媒と被覆膜形成粒子とを混合してスラリーを作製し、スラリーをドクターブレード法等により薄膜状に成形した後、溶媒を除去することで得ることができる。

被覆膜形成粒子を含むグリーンシートには、導電性ペースト等によりコイルパターン又はその一部が形成されていてもよい。

また、成形工程は、被覆膜形成粒子を含むペーストを印刷及び乾燥する工程を有していてもよい。

以下、本発明の金属磁性粒子、金属磁性粒子の製造方法、金属磁性体コア及びインダクタをより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。

（実施例１）
水アトマイズ法により、Ｆｅ：Ｓｉ＝９３．５：６．５（重量比）のＦｅＳｉ合金粒子を得た。
得られたＦｅＳｉ合金の表面をＳＴＥＭで観察し、ＦｅＳｉ合金粒子の表面に厚さ１０ｎｍ程度の酸化物層が２層形成されていることを確認した。
ＸＰＳ分析を用いて、ＦｅＳｉ合金粒子の表面から深さ方向に元素分析を行ったところ、ＦｅＳｉ合金粒子の表面側にＦｅを含む層があり、その内側にＳｉを含む層があることを確認した。
以上のことから、ＦｅＳｉ合金粒子の表面に、厚さ１０ｎｍ程度の酸化ケイ素膜及び厚さ１０ｎｍ程度の酸化鉄の膜が形成されていることを確認した。
得られたＦｅＳｉ合金粒子を原料粒子とした。

アンモニア水溶液及びＦｅＳｉ合金粒子を加えたエタノールに、ポリビニルピロリドンＫ３０を加えて撹拌し、混合液を得た。得られた混合液に対して、テトラエトキシシランを滴下し、滴下後の混合液を６０分間撹拌し、スラリーを得た。このスラリーを濾過し、アセトンで洗浄した後、６０℃で乾燥させることで、被覆膜形成粒子を得た。
被覆膜形成粒子を樹脂に埋めた後に断面を研磨し、集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）［ＳＩＩ社製 ＳＭＩ３０５０ＳＥ］により加工して薄片化して、ＳＴＥＭ観察用サンプルを作製した。このＳＴＥＭ観察用サンプルをＳＴＥＭ（日立ハイテクノロジーズ社製 ＨＤ−２３００Ａ）により約４０万倍で観察し、被覆膜の厚さが約１９ｎｍであることを確認した。

得られた被覆膜形成粒子１００重量部に対してエポキシ樹脂６重量部とポリビニルアルコール水溶液とを混合し、乾燥させた後、ふるいにかけて造粒粉を得た。この造粒粉を、外径２０ｍｍ、内径１０ｍｍのドーナツ型の金型に充填し、金型を６０℃にて圧力５００ＭＰａで１０秒間加圧し、被覆膜形成粒子を外径約２０ｍｍ、内径約１０ｍｍ、厚さ約２ｍｍのリング状に成形した。

得られたリングを焼成炉において焼成し、焼成体である金属磁性粒子の成形体（金属磁性体コア）を得た。焼成温度のピークは６９０℃で、ピーク温度の保持時間は２０分とした。また、焼成雰囲気は大気中と同じとした。リングは３つ作製し、１つはＳＴＥＭ−ＥＤＸの測定に用い、１つは耐電圧性能の測定に用い、１つは比透磁率及び直流重畳特性の測定に用いた。

［ＳＴＥＭ−ＥＤＸによるライン分析］
得られたリングを樹脂に埋めた後に断面を研磨し、ＦＩＢにより加工して薄片化して、ＳＴＥＭ観察用サンプルを作製した。ＳＴＥＭ及びＥＤＸ（ＥＤＡＸ社製 ＧＥＮＥＳＩＳ ＸＭ４）を用いてＳＴＥＭ測定用サンプルのライン分析を行った。始点は合金粒子内部とし、外側（酸化物層）に向かって元素分析を行った。ＳＴＥＭの拡大倍率は４０万倍とした。
実施例１のＳＴＥＭ画像を図２に、ライン分析の結果を図３に示す。
なお、縦軸は各元素の特性Ｘ線（Ｋ線）のカウント数［任意単位］であり、横軸は始点からの距離［ｎｍ］である。横軸は０．９ｎｍ以下の間隔で測定した。

図２から、合金粒子１０の表面に、第１酸化物層２０、第２酸化物層３０及び第３酸化物層４０がこの順で配置されていることが確認できた。
なお、第１酸化物層、第２酸化物層又は第３酸化物層を介して合金粒子同士が接合している様子もＳＴＥＭ画像より確認できた。

図３から、酸化物層が、Ｆｅ量が合金粒子中のＳｉ量よりも少ない層である第１酸化物層２０、Ｆｅ量が合金粒子中のＳｉ量よりも多い層である第２酸化物層３０、Ｆｅ量が合金粒子中のＳｉ量よりも少ない層である第３酸化物層４０を有することを確認した。また、合金粒子及び酸化物層には、Ｃｒがほとんど含まれていないことを確認した。

なお、実施例１の第１酸化物層の厚さは４．９ｎｍ、第２酸化物層の厚さは４０．２ｎｍ、第３酸化物層の厚さは９．８ｎｍであった。
また、実施例１のＳＴＥＭ−ＥＤＸを用いた元素含有量のライン分析において、第１酸化物層のＳｉ量が極大値をとる地点におけるＳｉ量に対するＦｅ量の比（Ｆｅ量／Ｓｉ量）は０．１０、第２酸化物層のＦｅ量が極大値をとる地点におけるＳｉ量に対するＦｅ量の比（Ｆｅ量／Ｓｉ量）は３．９、第３酸化物層のＳｉ量が極大値をとる地点におけるＳｉ量に対するＦｅ量の比（Ｆｅ量／Ｓｉ量）は０．２６であった。

図３において、始点から、Ｆｅ量が合金粒子中のＳｉ量（ベースライン）よりも少なくなる地点である第１境界ｂ_１までが、合金粒子１０である。
第１境界ｂ_１から、Ｆｅ量が合金粒子中のＳｉ量（ベースライン）よりも多くなる地点である第２境界ｂ_２までが、第１酸化物層２０である。
第２境界ｂ_２から、Ｆｅ量が合金粒子中のＳｉ量（ベースライン）よりも少なくなる地点である第３境界ｂ_３までが、第２酸化物層３０である。
第３境界ｂ_３から、Ｓｉ量が合金粒子中のＳｉ量（ベースライン）よりも少なくなる地点である第４境界ｂ_４までが、第３酸化物層４０である。

さらに、ＳＴＥＭ画像をフーリエ変換したＦＦＴ画像から、第１酸化物層が非晶質、第２酸化物層が結晶質、第３酸化物層が非晶質であることを確認した。

［耐電圧性能の測定］
リングの厚み方向で耐電圧性能を測定した。測定は、デジタル超高抵抗／微小電流計（ＡＤＶＡＮＴＥＳＴ社製 Ｒ８３４０Ａ）にて、リングを付属のプローブではさみ、所定の電圧を印加したときの抵抗値［Ω］を記録した。印加電圧は、抵抗値が１０^５［Ω］を下回るまで１Ｖから１０Ｖまでは１Ｖ刻み、１０Ｖから１０００Ｖまでは１０Ｖ刻みで掃引した。抵抗値が１０^５［Ω］を下回る直前の印加電圧［Ｖ］を記録し、リングの厚みをこの電圧で除することで電界強度［Ｖ／ｍｍ］を算出した。結果を表１に示す。
なお、測定装置の最大印加電圧である１０００Ｖにおいても抵抗値が１０^５［Ω］を下回らなかった場合は、１０００Ｖにおける抵抗値［Ω］をリング厚みで除した値以上として表１に記載している。

［比透磁率の測定］
リングをエポキシ系樹脂に含浸して機械的強度を向上させた後、インピーダンスアナライザ（Ｋｅｙｓｉｇｈｔ社製 Ｅ４９９１Ａ）を用いて比透磁率を測定した。比透磁率は、１ＭＨｚの値を採用した。結果を表１に示す。

［直流重畳特性の測定］
さらに、リングに直径０．３５ｍｍの銅線を２４回巻きつけて、ＬＣＲメーター（Ｋｅｙｓｉｇｈｔ社製 ４２８４Ａ）を用いて直流重畳特性を測定した。銅線に０〜３０Ａの直流電流を印加し、取得したＬ値から比透磁率（μ値）を計算し、μ値が初期値の８０％に低下する電流値（Ｉｓａｔ＠−２０％）を得た。Ｉｓａｔ＠−２０％、リングサイズ、及び、銅線の巻数から、μ値が初期値の８０％となる磁界であるＨｓａｔ＠−２０％［ｋＡ／ｍ］を求めた。結果を表１に示す。
なお、リングに銅線を巻きつけたものは、本発明のインダクタでもある。

（実施例２、３）
被覆膜形成粒子を成形する圧力をそれぞれ３００ＭＰａ、１００ＭＰａに変更したほかは、実施例１と同様の手順でリングを作製し、電界強度、比透磁率及びＨｓａｔ＠−２０％を求めた。結果を表１に示す。

（比較例１〜３）
被覆膜形成粒子の代わりに、被覆膜を形成していない原料粒子を用いたほかは、実施例１〜３と同様の手順でリングを作製し、電界強度、比透磁率及びＨｓａｔ＠−２０％を測定した。結果を表１に示す。

表１の結果より、本発明の金属磁性粒子は、被覆膜形成粒子を形成していない比較例１〜３と比較して、電界強度が高く、耐電圧性に優れることがわかる。

また、各実施例及び比較例におけるＨｓａｔ＠−２０％［ｋＡ／ｍ］（縦軸）と比透磁率（横軸）の関係を図４に示す。図４より、実施例１〜３に係る金属磁性粒子は、比較例１〜３に係る金属磁性粒子と比較して、プロット位置が右上側にシフトしていることを確認した。このことから、比透磁率が同じ程度であった場合にＨｓａｔ＠−２０％の値が向上する傾向を確認でき、本発明の金属磁性粒子が直流重畳特性に優れていることがわかる。

１ 金属磁性粒子
１０ 合金粒子
２０ 第１酸化物層
３０ 第２酸化物層
４０ 第３酸化物層
ｂ_１ 第１境界
ｂ_２ 第２境界
ｂ_３ 第３境界
ｂ_４ 第４境界

Claims (10)

1. Ｆｅ及びＳｉを含む合金粒子の表面に、酸化物層が設けられた金属磁性粒子であって、
   前記酸化物層は、前記合金粒子側から第１酸化物層、第２酸化物層、第３酸化物層を有し、
   前記第１酸化物層、前記第２酸化物層、前記第３酸化物層はいずれもＳｉを含み、
   走査型透過電子顕微鏡−エネルギー分散型Ｘ線分析を用いた元素含有量のライン分析において、
   前記第１酸化物層はＦｅ量が前記合金粒子中のＳｉ量よりも少ない層であり、
   前記第２酸化物層はＦｅ量が前記合金粒子中のＳｉ量よりも多い層であり、
   前記第３酸化物層はＦｅ量が前記合金粒子中のＳｉ量よりも少ない層である、ことを特徴とする金属磁性粒子。
2. 前記合金粒子中におけるＳｉの重量割合は、前記Ｆｅ及び前記Ｓｉの合計重量１００重量部に対して、１．５重量部以上、８．０重量部以下である請求項１に記載の金属磁性粒子。
3. 前記合金粒子が、前記Ｆｅ及び前記Ｓｉの合計重量１００重量部に対して１．０重量部未満のＣｒを含有する請求項１又は２に記載の金属磁性粒子。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の金属磁性粒子を備えることを特徴とするインダクタ。
5. Ｆｅ及びＳｉを含む合金粒子の表面に前記合金粒子側からＳｉ酸化膜、Ｆｅ酸化膜を有する原料粒子とＳｉアルコキシド及びアルコールとを混合する工程、
   前記Ｓｉアルコキシドを加水分解して乾燥することにより、酸化ケイ素を含む被覆膜が形成された被覆膜形成粒子を形成する工程、
   前記被覆膜形成粒子を酸化雰囲気中で熱処理することにより、前記合金粒子の表面に酸化物層を形成する工程、を含み、
   前記被覆膜の平均厚さが、１４ｎｍを超えて、３０ｎｍ以下であり、
   前記熱処理の温度が、６００℃以上、７５０℃未満であることを特徴とする金属磁性粒子の製造方法。
6. 前記Ｓｉアルコキシドは、テトラエトキシシランである請求項５に記載の金属磁性粒子の製造方法。
7. Ｆｅ及びＳｉを含む合金粒子の表面に前記合金粒子側からＳｉ酸化膜、Ｆｅ酸化膜を有する原料粒子とＳｉアルコキシド及びアルコールとを混合する工程、
   前記Ｓｉアルコキシドを加水分解して乾燥することにより、酸化ケイ素を含む被覆膜が形成された被覆膜形成粒子を形成する工程、
   前記被覆膜形成粒子を成形する成形工程、
   前記被覆膜形成粒子の成形体を酸化雰囲気中で熱処理することにより、前記合金粒子の表面に酸化物層を形成する工程、を含み、
   前記被覆膜の平均厚さが、１４ｎｍを超えて、３０ｎｍ以下であり、
   前記熱処理の温度が、６００℃以上、７５０℃未満であることを特徴とする金属磁性体コアの製造方法。
8. 前記成形工程は、前記被覆膜形成粒子を含むグリーンシートを積層及び加圧する工程を有する請求項７に記載の金属磁性体コアの製造方法。
9. 前記成形工程は、前記被覆膜形成粒子を含むペーストを印刷及び乾燥する工程を有する請求項８に記載の金属磁性体コアの製造方法。
10. 前記Ｓｉアルコキシドは、テトラエトキシシランである請求項７〜９のいずれか１項に記載の金属磁性体コアの製造方法。

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