JP2022026524A - 金属磁性粉末及びその製造方法、並びにコイル部品及び回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】含有する金属磁性粒子内部の金属相におけるＦｅの含有割合が高いにも関わらず、その酸化が抑制されて、磁気特性に優れた磁性体を得ることが可能な金属磁性粉末を提供する。【解決手段】金属磁性粉末を、中心部のＦｅの割合が９８質量％以上であり、輪郭部のＦｅの質量割合が、前記中心部のそれよりも低い金属相、及び該金属相を被覆する酸化膜を備える金属磁性粒子で構成されたものとする。【選択図】図７

Description

本発明は、金属磁性粉末及びその製造方法、並びにコイル部品及び回路基板に関する。

近年、携帯電話を初めとする高周波通信用システムにおいて、小型化・高性能化を促進するために、内部に搭載される電子部品にも小型化・高性能化が求められている。このため、インダクタなどのコイル部品についても、小型化に加えて大電流化が求められている。これらの要求を達成するために、コイル部品に使用される磁性材料として、フェライト材料よりも磁気飽和しにくい金属磁性材料が使用され始めている。その際、金属磁性材料の電気的絶縁性がフェライト材料よりも劣ることから、これを改善するために、金属磁性材料を構成する粒子の表面に絶縁皮膜の形成が行われている。

金属磁性材料粒子の表面に絶縁皮膜を形成する方法として、特許文献１には、Ｆｅ－Ｓｉ―Ｃｒ系軟磁性合金粉末の粒子表面に、ＴＥＯＳ又はコロイダルシリカ等のＳｉ化合物を被覆ないし付着させ、成形した後大気中で熱処理して、該粒子同士を、絶縁性の酸化物層を介して結合させることが開示されている。

また、特許文献２には、鉄、ケイ素及び鉄よりも酸化しやすい元素を含む軟磁性合金粒子の成形体を大気中で熱処理して、該粒子の表面に金属酸化物からなる絶縁性の酸化層を生成させ、該酸化層を介して該粒子同士を結合させることが開示されている。

特開２０１５－１２６０４７号公報 特開２０１１－２４９７７４号公報

前述したような熱処理による酸化膜ないし酸化物層の形成は、熱処理条件によっては金属磁性材料の主成分であるＦｅの酸化を促進し、磁気特性の低下を招くことがあった。この問題は、磁気特性に優れた磁性体を得る目的で、Ｆｅの含有割合の高い金属磁性材料を用いた場合に顕著となる。

このように、熱処理によって酸化膜ないし酸化物層を形成することで磁気特性に優れた磁性体を得るためには、金属磁性材料中のＦｅの含有割合の増加と、金属磁性材料中のＦｅの酸化抑制とを両立させる必要がある。しかし、これらを両立した例は、これまでのところ報告されていない。

本発明は、前記課題に鑑みなされたものであり、含有する金属磁性粒子内部の金属相におけるＦｅの含有割合が高いにも関わらず、その酸化が抑制されて、磁気特性に優れた磁性体を得ることが可能な金属磁性粉末を提供することを目的とする。

本発明者は、前述の問題点を解決するために種々の検討を行ったところ、金属磁性粉末を構成する金属磁性粒子中の金属相を、中心部でＦｅの含有割合が高く、表面に近い輪郭部で該割合が低いものとすることで、前述の問題点を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、前記課題を解決するための本発明の第１の側面は、中心部のＦｅの割合が９８質量％以上であり、輪郭部のＦｅの質量割合が、前記中心部のそれよりも低い金属相、及び該金属相を被覆する酸化膜を備える金属磁性粒子で構成された金属磁性粉末である。

また、本発明の第２の側面は、Ｆｅの含有量が９０～９９質量％であり、大気中でＦｅより酸化しやすい元素を少なくとも１種含む金属磁性材料の原料粉末を準備すること、該原料粉末を、酸素濃度が５～１０ｐｐｍの雰囲気中に配置し、１００℃／ｍｉｎ以上の昇温速度で８５０℃まで昇温すること、及び前記原料粉末に対し、前記雰囲気中で、８５０℃以上１０００℃未満の温度にて、５～１０分間の熱処理を行うことを含む、金属磁性粉末の製造方法である。

また、本発明の第３の側面は、前述した第１の側面に係る金属磁性粉末を構成する金属磁性粒子同士が、樹脂又は酸化物を介して接合された磁性体、及び該磁性体の内部又は表面に配置された導体を備えるコイル部品である。

さらに、本発明の第４の側面は、前述した第３の側面に係るコイル部品を搭載した回路基板である。

本発明によれば、含有する金属磁性粒子内部の金属相におけるＦｅの含有割合が高いにも関わらず、その酸化が抑制されて、磁気特性に優れた磁性体を得ることが可能な金属磁性粉末を提供することができる。

本発明の一側面に係る金属磁性粉末を構成する金属磁性粒子の断面構造を示す説明図 本発明の一側面に係る金属磁性粉末を構成する金属磁性粒子における、金属相の中心部及び輪郭部の決定方法を示す説明図 本発明の一側面に係るコンポジットコイル部品の構造例の説明図 本発明の一側面に係る巻線コイル部品の構造例の説明図（（ａ）：全体斜視図、（ｂ）：（ａ）におけるＡ－Ａ断面図） 本発明の一側面に係る薄膜コイル部品の構造例の説明図 本発明の一側面に係る積層コイル部品の構造例の説明図（（ａ）：全体斜視図、（ｂ）：（ａ）におけるＢ－Ｂ断面図） 実施例１に係る金属磁性粉末を構成する金属磁性粒子断面の線分析で得られた、金属相中の元素の分布を示すグラフ 比較例１に係る金属磁性粉末を構成する金属磁性粒子断面の線分析で得られた、金属相中の元素の分布を示すグラフ

以下、図面を参照しながら、本発明の構成及び作用効果について、技術的思想を交えて説明する。但し、作用機構については推定を含んでおり、その正否は、本発明を制限するものではない。また、以下の実施形態における構成要素のうち、最上位概念を示す請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。なお、数値範囲の記載（２つの数値を「～」でつないだ記載）については、下限及び上限として記載された数値をも含む意味である。

［金属磁性粉末］
本発明の第１の側面に係る金属磁性粉末（以下、単に「第１側面」と記載することがある。）は、中心部のＦｅの割合が９８質量％以上であり、輪郭部のＦｅの割合が、前記中心部のそれよりも低い金属相、及び該金属相を被覆する酸化膜を備える金属磁性粒子で構成される。

図１に示すように、第１側面を構成する金属磁性粒子１００は、金属相１０の表面に、これを被覆する酸化膜２０が形成されてなる。

金属相１０は、中心部１１において、含有する金属元素に対するＦｅの質量割合が９８質量％以上となっている。また、酸化膜２０のすぐ内側に位置する輪郭部１２では、含有する金属元素に対するＦｅの質量割合が、中心部１１における割合よりも低くなっている。金属相１０の中心部１１は、磁性体を形成した際に、幾何学的に多くの磁束が通ることになるため、この部分のＦｅの割合が高いと、磁気飽和特性を初めとする磁気特性に優れた磁性体が得られる。他方、金属相１０の輪郭部１２は、中心部１１に比べて通過する磁束が幾何学的に少ないため、Ｆｅの割合が低くとも、磁気特性に対する悪影響は限定的である。しかも、輪郭部１２は、金属磁性粒子の表面近くに位置するため、保管環境及び使用環境の変化、特に温度や湿度の変化の影響を受け易く、金属磁性粉末の保管時、コイル部品の製造に伴うハンドリング時、及びコイル部品の使用時を通じて、含有するＦｅの酸化による磁気特性の低下が問題となることがある。このため、輪郭部１２におけるＦｅの割合が低く、それ以外の元素の割合が高いことで、輪郭部１２のさらなる酸化を抑制できる。したがって、中心部１１におけるＦｅの質量割合が９８質量％であると共に、輪郭部１２におけるＦｅの質量割合が中心部１１よりも低くなることで、各部分が異なる作用で磁気特性の向上に寄与し、優れた磁気特性の磁性体を得ることが可能な金属磁性粉末となる。前述の複数の作用を顕著にするためには、輪郭部１２での前記Ｆｅの質量割合は、中心部１１のそれよりも１質量％以上低いことが好ましく、２質量％以上低いことがより好ましく、５質量％以上低いことがさらに好ましい。他方、Ｆｅの質量割合の減少に伴う磁気特性の低下を極力小さくする点からは、輪郭部１２での前記Ｆｅの質量割合の、中心部１１のそれとの差は、２０質量％以下であることが好ましく、１８質量％以下であることがより好ましい。好ましい態様における輪郭部１２の具体的なＦｅの質量割合は、例えば８０～８５質量％である。なお、中心部１１よりもＦｅの質量割合が低い部分は、金属相１０の表面から金属磁性粒子１００の内部にわたって、輪郭部１２を越えて存在していてもよい。

ここで、中心部１１及び輪郭部１２におけるＦｅの割合は、それぞれ以下の方法で決定する。まず、金属磁性粉末を、環状暗視野（ＡＤＦ）検出器及びエネルギー分散型Ｘ線分光（ＥＤＳ）検出器を搭載した走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）（日本電子株式会社製 ＪＥＭ－２１００Ｆ）にて観察し、該粉末の粒度分布を反映する複数の粒子が入る視野を決定する。ここで、視野中の粒子が金属磁性粉末の粒度分布を反映しているとは、粒度のヒストグラムにおける大粒径側又は小粒径側のいずれか一方の粒子のみが入る視野を排除する意味であり、大粒径側の粒子及び小粒径側の粒子が共に同程度の数で入っている視野であれば、粉末全体の粒度分布と多少異なっていてもよい。次に、視野中の各金属磁性粒子１００について、それぞれ円相当径（ヘイウッド径）を算出し、これが最大のものを観察対象粒子として選定する。なお、視野中の金属磁性粒子１００のうち、粒径が極端に小さいものについては、観察対象粒子の候補から除外して円相当径の算出を省略してもよい。また、視野中で最大の径を有する金属磁性粒子１００が一見して明らかな場合には、このことをもって観察対象粒子を決定し、円相当径の算出及び比較を省略してもよい。次に、観察対象粒子について、観察される断面におけるコントラスト（明度）の差異に基づいて、酸化膜２０の内側に存在する金属相１０の概略の位置を同定する。なお、本発明において、金属相１０は、前述したＳＴＥＭに搭載されたＥＤＳ分光器で分析した際に、酸素の存在比率が１５原子％以下となる部分であり、酸化物として多量の酸素を含む酸化膜２０との酸素の存在比率の違いによって、酸化膜２０とは容易に区別できるコントラストを示す。次に、同定された金属相１０について、図２に示すように、酸化膜２０との境界に位置する任意の１点（Ｅ_１点）を選択し、この点を一方の端点とする金属相１０内を通る線分のうち、長さが最大となるものを、分析対象の線分として決定する。このとき、分析対象の線分における他方の端点をＥ_２点とし、該線分の長さをＬとする。次に、分析対象の線分上の金属元素の分布を線分析により測定し、各金属元素の含有割合を算出する。次に、図２に示すように、分析を行った線分の中点から両端点に向かってＬ／２０ずつの範囲を、金属相１０の中心部１１とし、該範囲内にある各測定点におけるＦｅの質量割合の和を、測定点数で割って平均値を算出し、中心部１１のＦｅの割合（質量％）とする。また、図２に示すように、分析を行った線分の両端点からＬ／５０の範囲を、それぞれ金属相１０の輪郭部１２（測定開始端側）及び輪郭部１２（測定終了端側）とし、該各範囲内にある各測定点におけるＦｅの質量割合の和を、測定点数で割ってそれぞれの平均値を算出し、輪郭部１２（測定開始端側）及び輪郭部１２（測定終了端側）のＦｅの割合（質量％）とする。そして、両輪郭部１２のＦｅの割合（質量％）が、共に中心部１１のそれよりも低くなったことをもって、輪郭部１２におけるＦｅの質量割合が、中心部１１におけるそれよりも低いと判断する。また、中心部１１におけるＦｅの含有割合（質量％）と両輪郭部１２におけるそれとの差が、共に所期の値以上となったことをもって、輪郭部１２におけるＦｅの含有割合（質量％）が、中心部１１よりも、該所期の値だけ低いと判断する。前記各範囲内にある各測定点の平均値を算出する際には、５点以上の測定点の平均とすることで、該各範囲の代表値とみなすことができる。各測定点における測定値に、隣接する測定点の測定値から２質量％以上の増減がある場合、１０点以上の測定点の平均値とすることで、信頼のおける該各範囲の代表値とすることができる。

金属相１０中のＦｅの分布は、より優れた磁気特性が得られる点で、前述した分析対象の線分の中点から両端点に向かってＬ／１５ずつの範囲まで、各測定点におけるＦｅの質量割合の平均値が９８質量％以上となることが好ましい。前記範囲は、より好ましくはＬ／１０ずつであり、さらに好ましくはＬ／８ずつである。

金属相１０に含まれるＦｅ以外の元素は、所期の特性を有する金属磁性粉末及びコイル部品が得られるものであれば限定されないが、大気中でＦｅより酸化しやすい元素（以下、「Ｍ元素」と記載することがある）が含まれることが好ましい。これにより、保管環境及び使用環境の変化、特に温度や湿度の変化の影響が緩和され、Ｆｅの酸化、並びにこれに起因する磁気特性の低下が効果的に抑制されるため、好ましい。中でも、Ｓｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＭｇから選択される少なくとも１種が含まれると、酸化抑制作用が顕著となる。

金属相１０にＳｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＭｇから選択される少なくとも１種が含まれる場合には、それが少なくとも輪郭部１２に存在することが好ましい。これにより、輪郭部１２の電気抵抗を高くでき、磁性体を形成した際に、磁束が通ることで生じる渦電流損失を抑えることができる。輪郭部１２におけるこれらの元素の割合の合計は、中心部１１における該割合の合計よりも５質量％以上高いことが好ましい。これにより、前述した渦電流損失の抑制作用が顕著になると共に、金属相中のＦｅの酸化がより効果的に抑制される。これらの作用は、輪郭部１２における前記元素の割合が、合計で１０質量％以上であることで、さらに顕著となる。

金属相１０を被覆する酸化膜２０は、金属磁性粒子１００を含む金属磁性粉末を用いてコイル部品を製造した際に、金属相１０同士を電気的に絶縁できるものであれば、組成や厚さ等は限定されない。酸化膜２０には、通常、Ｍ元素が含まれる。これにより、酸化膜２０中の酸素の透過、及びこれに起因する金属相１０の構成元素の酸化が抑制される。中でも、Ｓｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＭｇから選択される少なくとも１種が含まれると、前述した金属相１０の構成元素の酸化抑制作用に加えて、酸化膜２０の電気的絶縁性が向上する点で好ましい。また、酸化膜２０中にＭ元素が２種以上含まれると、より電気的絶縁性を高めつつ、磁気飽和特性に優れた磁性体を得ることが可能な金属磁性粉末とすることができる。酸化膜２０中にＭ元素が２種以上含まれるとき、そのうちの１種としてＳｉが含まれていると、酸化膜２０の電気的絶縁性をより高めた金属磁性粉末とすることができ、好ましい。さらに、酸化膜２０中にＦｅが含まれ、質量割合でＭ元素の合計より多くのＦｅを含む部分が形成されていると、それよりも内側の部分が保管環境及び使用環境の変化に起因する負荷から保護される。

ここで、酸化膜２０に含まれる元素の特定、及び酸化膜２０にＭ元素の合計より多くのＦｅを含む部分が形成されていることの確認は、以下の方法で行う。まず、Ｘ線光電子分光分析装置（アルバック・ファイ株式会社製 ＰＨＩ Ｑｕａｎｔｅｒａ ＩＩ）を用いて、金属磁性粉末を構成する任意の金属磁性粒子１００について、その任意の表面における鉄（Ｆｅ）、酸素（Ｏ）及びＭ元素の含有割合（原子％）の測定と、粒子表面のスパッタリングとを繰り返すことで、粒子の深さ方向（径方向）における各元素の分布を得る。各元素の含有割合の測定は、Ｘ線源として単色化したＡｌＫα線を用い、検出領域を１００μｍφとして、深さ５ｎｍ毎に行う。また、スパッタリングの条件は、スパッタガスとしてアルゴン（Ａｒ）を用い、印加電圧を２．０ｋＶとし、スパッタ速度を約５ｎｍ／ｍｉｎ（ＳｉＯ_２に換算した値）とする。次に、Ｘ線光電子分光分析の測定により得られたＦｅの濃度分布（原子％）において、粒子の表面側から見た際に、測定点間の濃度差が初めて１原子％未満となった該測定点間を、金属相１０と酸化膜２０との境界とする。なお、この方法で決定される金属相１０と酸化膜２０との境界の位置は、上述したＳＴＥＭに搭載されたＥＤＳ分光器による分析で決定される境界とほぼ一致するため、どちらを採用してもよい。ただし、両者が一致しない場合には、上述したＳＴＥＭに搭載されたＥＤＳ分光器による結果を、本発明における金属相１０と酸化膜２０との境界とする。次に、該境界より浅い領域である酸化膜２０に位置する各測定点において、検出限界を超える量（原子％）で含有される元素を確認する。次に、酸化膜２０に位置する各測定点について、含有することが確認された各元素の質量割合（ｍａｓｓ％）を算出し、その膜厚方向の分布を求める。以上の操作を３個の異なる金属磁性粒子１００について行い、全ての粒子の酸化膜２０において含有が確認された元素を、金属磁性粉末を構成する金属磁性粒子１００の酸化膜２０に含まれる元素と判定する。また、前記３個の金属磁性粒子１００全てについて、酸化膜２０の膜厚方向の元素分布おいて、質量割合でＭ元素の合計より多くのＦｅを含む測定点が確認された場合に、金属磁性粉末が、酸化膜２０に質量割合でＭ元素の合計より多くのＦｅを含む部分が形成された金属磁性粒子で構成されていると判定する。

［金属磁性粉末の製造方法］
本発明の第２の側面に係る金属磁性粉末の製造方法（以下、単に「第２側面」と記載することがある。）は、Ｆｅの含有量が９０～９９質量％であり、大気中でＦｅより酸化しやすい元素を少なくとも１種含む金属磁性材料の原料粉末を準備すること、該原料粉末を、酸素濃度が５～１０ｐｐｍの雰囲気中に配置し、１００℃／ｍｉｎ以上の昇温速度で８５０℃まで昇温すること、及び前記原料粉末に対し、前記雰囲気中で、８５０℃以上１０００℃未満の温度にて、５～１０分間の熱処理を行うことを含む。

原料粉末は、９０～９９質量％のＦｅを含有すると共に、Ｍ元素を少なくとも１種含むものとする。これにより、後述する熱処理時に、金属磁性粒子の表面にて、主にＭ元素の酸化反応が起こると共に、金属磁性粒子の中心から表面に向かってＭ元素の拡散反応が起こる。その際、熱処理条件を特定のものとすることで、酸化反応と拡散とのバランスを調整し、酸化反応を先行させることで、金属相において、中心部におけるＦｅの質量割合が高まる一方で、輪郭部におけるＦｅの質量割合が低下する。このようにして、金属磁性粒子内部の位置による、Ｆｅの質量割合の差異を生じさせることができる。その結果、金属相の中心部におけるＦｅの質量割合が極めて高いにもかかわらず、輪郭部におけるＦｅの質量割合が比較的低い金属磁性粒子が生成する。そして、このことにより、金属磁性粉末が、磁気特性に優れた磁性体を得ることが可能なものとなる。

原料粉末は、後述する熱処理に先立って、酸素濃度が５～１０ｐｐｍの雰囲気中に配置される。そして、該熱処理が完了し、少なくとも５００℃以下に冷却されるまで、この雰囲気中に置かれる。雰囲気中の酸素濃度を５ｐｐｍ以上とすることで、後述する熱処理中に金属磁性粒子表面で酸化するＭ元素の量が増加し、これに伴って金属磁性粒子の内部から表面へと拡散するＭ元素の量も増加する。その結果、金属相中で、中心部におけるＦｅの質量割合の増加と、輪郭部におけるＦｅの質量割合の減少とを十分に生じさせることができる。他方、雰囲気中の酸素濃度を１０ｐｐｍ以下とすることで、後述する熱処理中の金属磁性粒子表面でのＦｅの酸化を抑制できる。

原料粉末は、前述した雰囲気中で、１００℃／ｍｉｎ以上の昇温速度で８５０℃まで昇温される。これにより、昇温中のＦｅの酸化を抑制できる。これは、８５０℃より低温では、Ｍ元素の酸化反応よりもＦｅの酸化反応が活発に起こるため、昇温速度を高めて原料粉末がこの温度に置かれる時間を短くすれば、Ｆｅの酸化反応が抑制されることによる。前記昇温速度は、１５０℃／ｍｉｎ以上とすることが好ましく、２００℃／ｍｉｎ以上とすることがより好ましい。

８５０℃まで昇温された原料粉末は、８５０℃以上１０００℃未満の温度にて、５～１０分間熱処理される。熱処理温度を８５０℃以上とすることで、金属磁性粒子表面でのＭ元素の酸化反応が活発になり、これに伴って金属磁性粒子の内部から表面へと拡散するＭ元素の量も増加する。その結果、熱処理時間が短くとも、金属相中で、中心部におけるＦｅの質量割合の増加と、輪郭部におけるＦｅの質量割合の減少とを十分に生じさせることができる。前述したＭ元素の拡散の駆動力を生じさせるＭ元素の酸化反応自体は、５００℃以上であれば起こりやすくなる。しかし、第２側面では、雰囲気中の酸素濃度が１０ｐｐｍ以下と極めて低いため、８００℃程度までは、その進行速度は非常に遅いものとなる。このため、５００～８００℃程度の温度では、金属磁性粒子の内部から表面へと拡散するＭ元素の量が、不十分なものとなりやすい。中心部と輪郭部とのＦｅの質量割合の差をより大きくする点からは、熱処理温度は９００℃以上とすることが好ましい。他方、熱処理温度を１０００℃未満とすることで、金属相中のＦｅの酸化、及びこれに伴う金属磁性粒子の内部から表面へのＦｅの拡散と、輪郭部におけるＦｅの質量割合の増加とを抑制できる。また、金属元素の過度の酸化を抑えて、厚みの薄い酸化膜の形成が可能となり、得られる金属磁性粉末を、磁気特性に優れた磁性体を製造可能なものとすることもできる。金属相中の金属元素の過度の酸化を極力抑制する点からは、熱処理温度は９５０℃以下とすることが好ましい。熱処理時間については、これを５分以上とすることで、金属磁性粒子の内部から表面へと拡散するＭ元素の量が増加し、金属相中で、中心部におけるＦｅの質量割合の増加と、輪郭部におけるＦｅの質量割合の減少とを十分に生じさせることができる。他方、熱処理時間を１０分以下とすることで、金属元素の過度の酸化を抑えて、厚みの薄い酸化膜の形成が可能となり、得られる金属磁性粉末を、磁気特性に優れた磁性体を製造可能なものとすることができる。なお、熱処理時間は、金属磁性粉末が前述した熱処理温度範囲内にある時間を意味する。このため、前記範囲内で熱処理温度を変更する場合には、各温度での保持時間の合計を熱処理時間とする。

所期の熱処理時間が経過した後は、加熱を止めて、加熱装置の冷却に従い金属磁性粉末を冷却する。冷却方法の例としては、加熱装置を放置することによる自然冷却である、いわゆる炉冷を行って、加熱装置内を概ね１００℃以下の温度とした後、雰囲気を大気に戻すことで、金属磁性粉末を得ることが挙げられる。また、冷却速度を高めて製造時間を短縮したり、降温中のＦｅの酸化を極力抑制したりするために、加熱装置の急冷機構を用いて急冷を行ってもよい。この場合の冷却速度としては、熱処理温度から２００℃までを１５０℃／ｍｉｎ以上とすることが例示される。さらに、金属磁性粉末を構成する金属磁性粒子において、中心部と輪郭部とのＦｅの質量割合の差をより大きくする点からは、冷却中に加熱装置内に酸素を導入し、輪郭部に含まれるＦｅを選択的に酸化してＦｅの質量割合を下げることもできる。このとき、金属磁性粒子表面の酸化膜では、表面側にＦｅの多い部分が形成されることで、内側の部分が保管環境及び使用環境の変化に起因する負荷から保護される。前述した冷却中の熱処理装置への酸素の導入は、冷却速度を高める効果を奏する点でも好ましい。酸素導入方法の例としては、冷却中に、加熱装置の温度が５００℃程度となった時点で酸素を供給し、該装置内の酸素濃度を１００ｐｐｍ程度としてから急冷することが挙げられる。

前述した雰囲気、昇温速度、熱処理温度及び熱処理時間を実現するための装置は限定されず、真空熱処理炉、雰囲気炉等が使用できる。また、ロータリーキルン炉等を使用して、金属磁性粉末を流動させながら熱処理を行うことで、金属磁性粉末を構成する金属磁性粒子同士の意図しない固着や融着を防止することもできる。

［コイル部品］
本発明の第３の側面に係るコイル部品（以下、単に「第３側面」と記載することがある。）は、前述の第１側面を構成する金属磁性粒子同士が、樹脂又は酸化物を介して接合された磁性体、及び該磁性体の内部又は表面に配置された導体を備える。

まず、第３側面の一態様である、第１側面を構成する金属磁性粒子同士が樹脂を介して接合された磁性体、及び該磁性体の内部又は表面に配置された導体を備えるコイル部品について説明する。

この態様では、磁性体を形成する金属磁性粒子が、前述の第１側面を構成する金属磁性粒子と同じ構造、すなわち中心部のＦｅの割合が９８質量％以上であり、輪郭部のＦｅの質量割合が、前記中心部のそれよりも低い金属相が、酸化膜で被覆された構造を備える。このため、磁性体が磁気特性に優れたものとなり、これを備えるコイル部品が、同じ寸法でより大きな電流を流せるようになったり、同じ電流を流す際により小型化できたりする。

磁性体の形状及び寸法、並びに導体の材質及び形状は特に限定されず、要求特性に応じて適宜決定すればよい。

第３側面の一態様としては、図３に示すようなコンポジットコイル部品、図４に示すような巻線コイル部品及び図５に示すような薄膜コイル部品などが例示される。

この態様に係るコイル部品の製法としては、例えばコンポジットコイル部品の場合、典型的には、第１側面に係る金属磁性粉末と樹脂とを混合して混合物を調製した後、予め空心コイルを配置した金型等の成形型に該混合物を投入し、プレス成形した後、樹脂を硬化させて得られる。

使用する樹脂は、金属磁性粉末を構成する金属磁性粒子同士を接着して成形及び保形できるものであれば、その種類に制限はなく、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の各種樹脂が使用できる。樹脂の使用量も制限されず、例えば金属磁性粉末１００質量部に対して１～１０質量部とすることができる。

金属磁性粉末と樹脂との混合及び成形型への混合物の投入方法についても制限はなく、両者を混練した流動状態の混合物を成形型に投入する方法の他、表面に樹脂をコーティングした金属磁性粒子の造粒粉を成形型に投入する方法等を採用できる。また、前記混合物の成形型への投入と後述するプレス成形とを合わせて行う方法として、シート状に成形した前記混合物をプレスにより成形型中に導入する方法を採用してもよい。

プレス成形の温度及び圧力についても制限されず、型内に配置された空心コイルの材質及び形状、投入された金属磁性粉末の流動性、並びに投入された樹脂の種類及び量等に応じて適宜決定すればよい。

樹脂を硬化させる温度についても、使用する樹脂に応じて適宜決定すればよい。樹脂の硬化の温度は一般的な条件で良く、例えば１５０℃から３００℃である。このような温度においては、第１側面に係る金属磁性粉末の組成はほとんど変動しない。

また、第３側面が巻線コイル部品の場合、成形型中に空心コイルを配置せずに混合物を投入する他は、前述のコンポジットコイル部品と同様の方法で得た磁性体に、巻線を行うことで得られる。

次に、第３側面の他の態様である、第１側面を構成する金属磁性粒子同士が酸化物を介して接合された磁性体、及び該磁性体の内部又は表面に配置された導体を備えるコイル部品について説明する。

この態様では、第１側面に係る金属磁性粉末が、成形された後、酸素の存在下で熱処理されることで、これを構成する金属磁性粒子の表面に酸化物を生成し、該酸化物を介して前記金属磁性粒子同士が接合された磁性体となる。この場合、熱処理は、酸素濃度１００ｐｐｍ以上の雰囲気中で、６００～８００℃の温度にて行うことが好ましい。熱処理雰囲気中の酸素濃度を１００ｐｐｍ以上と、第２側面の熱処理雰囲気における５～１０ｐｐｍより高くすることで、成形体中の金属磁性粒子の酸化膜に含まれるＭ元素が、該酸化膜同士の接触部に酸化物を生成し、これを介して金属磁性粒子同士が接合される。このため、成形体の熱処理による金属磁性粒子の金属相の組成に大きな変動は生じない。このようなコイル部品についても、第１側面を構成する金属磁性粒子の元素分布を反映した、中心部におけるＦｅの質量割合が極めて高い金属相の存在により、磁性体が磁気特性に優れたものとなる結果、大電流化ないし小型化が可能となる。このようなコイル部品としては、図５に示すような薄膜コイル部品及び図６に示すような積層コイル部品などが例示される。

［回路基板］
本発明の第４の側面に係る回路基板（以下、単に「第４側面」と記載することがある。）は、前述の第３側面に係るコイル部品を載せた回路基板である。

回路基板の構造等は限定されず、目的に応じたものを採用すればよい。

第４側面は、第３側面に係るコイル部品を使用することで、高性能化及び小型化が可能である。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は該実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
（金属磁性粉末の製造）
Ｆｅ、Ｓｉ及びＣｒの合計を１００質量％としたときに、Ｆｅ９６．５質量％、Ｓｉ２．５質量％、Ｃｒ１質量％の組成を有し、平均粒子径が４μｍである金属磁性材料の原料粉末を、真空熱処理炉内に配置した。次に、炉内を排気して酸素濃度を６ｐｐｍとした後、昇温速度２００℃／ｍｉｎで９００℃まで昇温し、５分間保持して熱処理を行った後、真空熱処理炉の急冷機構を作動させて室温付近まで急冷し、実施例１に係る金属磁性粉末を得た。

（金属相中の金属元素の質量割合測定）
得られた金属磁性粉末について、上述した方法でＳＴＥＭによる観察を行ったところ、観察対象粒子において、金属相が酸化膜で被覆されていることが確認された。この観察対象粒子の金属相について、上述した方法で線分析を行い、各測定点における金属元素の含有割合を算出した。得られた結果を、金属相中の金属元素の分布として図７に示す。ＳＴＥＭの視野の関係で、図は各々の視野に対する線分析の結果を連続した線分析データとして表したものである。図中の横軸上の位置は、線分析を行った線分上の位置に対応し、「Ｅ_１」及び「Ｅ_２」はそれぞれ、図２における対応する記号が付された位置、すなわち金属相における酸化膜との境界に対応する。

得られた金属元素の分布から、上述した方法で、金属相の中心部及び輪郭部における各元素の質量割合を算出した。Ｆｅの質量割合は、中心部で９８．７質量％、輪郭部で８３．２質量％であり、輪郭部のＦｅの割合が、中心部よりも１５．５質量％低くなっていた。また、中心部には、Ｓｉが１．１質量％、Ｃｒが０．２質量％含まれており、輪郭部には、Ｓｉが１３．１質量％、Ｃｒが３．７質量％含まれていた。

［比較例１］
真空熱処理炉内の酸素濃度を１００ｐｐｍとしたこと、熱処理の保持温度を８００℃としたこと、及び熱処理後に真空熱処理炉の急冷機構を作動させずに室温付近まで炉冷したこと以外は実施例１と同様の方法で、比較例１に係る金属磁性粉末を得た。

この金属磁性粉末について、実施例１と同様の方法でＳＴＥＭによる観察を行ったところ、観察対象粒子において、金属相が酸化膜で被覆されていることが確認された。この観察対象粒子の金属相について、実施例１と同様の方法で線分析を行い、各測定点における金属元素の含有割合を算出した。得られた結果を、金属相中の金属元素の分布として図８に示す。

得られた金属元素の分布から、実施例１と同様の方法で、金属相の中心部及び輪郭部における各元素の質量割合を算出した。中心部におけるＦｅの質量割合は、９４．５質量％と、原料粉末よりも低いものであった。他方、輪郭部におけるＦｅの質量割合は、９０．８質量％であった。また、中心部には、Ｓｉが４．８質量％、Ｃｒが０．７質量％含まれており、輪郭部には、Ｓｉが８．３質量％、Ｃｒが０．９質量％含まれていた。

これらの結果から、Ｆｅの含有量が９０～９９質量％であり、Ｍ元素を少なくとも１種含む金属磁性材料の原料粉末に対し、特定の条件で熱処理を行うことで、中心部のＦｅの割合が極めて高く、輪郭部のＦｅの割合が比較的低い金属相が、酸化膜で被覆された構造の金属磁性粒子が形成されることが判る。また、この金属磁性粒子では、Ｆｅ以外の元素の割合が、中心部に比べて輪郭部で高いことも判る。このように、金属磁性粒子の表面から内部にわたって、各元素の割合の異なる部分が存在することで、該金属磁性粒子で構成された金属磁性粉末は、磁気特性に優れた磁性体を得ることが可能なものとなる。

本発明によれば、含有する金属磁性粒子内部の金属相におけるＦｅの含有割合が高いにも関わらず、その酸化が抑制されて、磁気特性に優れた磁性体を得ることが可能な金属磁性粉末を提供することができる。該粉末を利用することで、飽和磁束密度や透磁率等の磁気特性に優れた磁性体を得ることができるため、該磁性体を備えるコイル部品の高性能化ないし小型化が可能となる点で、本発明は有用なものである。

１００ 金属磁性粒子
１０ 金属相
１１ 中心部
１２ 輪郭部
２０ 酸化膜
Ｅ_１，Ｅ_２ 分析対象の線分の端点
Ｌ 分析対象の線分の長さ

ここで、中心部１１及び輪郭部１２におけるＦｅの割合は、それぞれ以下の方法で決定する。まず、金属磁性粉末を、環状暗視野（ＡＤＦ）検出器及びエネルギー分散型Ｘ線分光（ＥＤＳ）検出器を搭載した走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）（日本電子株式会社製 ＪＥＭ－２１００Ｆ）にて観察し、該粉末の粒度分布を反映する複数の粒子が入る視野を決定する。ここで、視野中の粒子が金属磁性粉末の粒度分布を反映しているとは、粒度のヒストグラムにおける大粒径側又は小粒径側のいずれか一方の粒子のみが入る視野を排除する意味であり、大粒径側の粒子及び小粒径側の粒子が共に同程度の数で入っている視野であれば、粉末全体の粒度分布と多少異なっていてもよい。次に、視野中の各金属磁性粒子１００について、それぞれ円相当径（ヘイウッド径）を算出し、これが最大のものを観察対象粒子として選定する。なお、視野中の金属磁性粒子１００のうち、粒径が極端に小さいものについては、観察対象粒子の候補から除外して円相当径の算出を省略してもよい。また、視野中で最大の径を有する金属磁性粒子１００が一見して明らかな場合には、このことをもって観察対象粒子を決定し、円相当径の算出及び比較を省略してもよい。次に、観察対象粒子について、観察される断面におけるコントラスト（明度）の差異に基づいて、酸化膜２０の内側に存在する金属相１０の概略の位置を同定する。なお、本発明において、金属相１０は、前述したＳＴＥＭに搭載されたＥＤＳ分光器で分析した際に、酸素の存在比率が１５原子％以下となる部分であり、酸化物として多量の酸素を含む酸化膜２０との酸素の存在比率の違いによって、酸化膜２０とは容易に区別できるコントラストを示す。次に、同定された金属相１０について、図２に示すように、酸化膜２０との境界に位置する任意の１点（Ｅ_１点）を選択し、この点を一方の端点とする金属相１０内を通る線分のうち、長さが最大となるものを、分析対象の線分として決定する。このとき、分析対象の線分における他方の端点をＥ_２点とし、該線分の長さをＬとする。次に、分析対象の線分上の金属元素の分布を線分析により測定し、各金属元素の含有割合を算出する。次に、図２に示すように、分析を行った線分の中点から両端点に向かってＬ／２０ずつの範囲を、金属相１０の中心部１１とし、該範囲内にある各測定点におけるＦｅの質量割合の和を、測定点数で割って平均値を算出し、中心部１１のＦｅの割合（質量％）とする。また、図２に示すように、分析を行った線分の両端点からＬ／５０の範囲を、それぞれ金属相１０の輪郭部１２（測定開始端側）及び輪郭部１２（測定終了端側）とし、該各範囲内にある各測定点におけるＦｅの質量割合の和を、測定点数で割ってそれぞれの平均値を算出し、輪郭部１２（測定開始端側）及び輪郭部１２（測定終了端側）のＦｅの割合（質量％）とする。そして、両輪郭部１２のＦｅの割合（質量％）が、共に中心部１１のそれよりも低くなったことをもって、輪郭部１２におけるＦｅの質量割合が、中心部１１におけるそれよりも低いと判断する。また、中心部１１におけるＦｅの含有割合（質量％）と両輪郭部１２におけるそれとの差が、共に所期の値以上となったことをもって、輪郭部１
２におけるＦｅの含有割合（質量％）が、中心部１１よりも、該所期の値以上低いと判断する。前記各範囲内にある各測定点の平均値を算出する際には、５点以上の測定点の平均とすることで、該各範囲の代表値とみなすことができる。各測定点における測定値に、隣接する測定点の測定値から２質量％以上の増減がある場合、１０点以上の測定点の平均値とすることで、信頼のおける該各範囲の代表値とすることができる。

Claims (10)

1. 中心部のＦｅの割合が９８質量％以上であり、
   輪郭部のＦｅの質量割合が、前記中心部のそれよりも低い
   金属相、及び
   前記金属相を被覆する酸化膜
   を備える金属磁性粒子で構成された金属磁性粉末。
2. 前記輪郭部のＦｅの割合が、前記中心部のそれよりも１～２０質量％低い、請求項１に記載の金属磁性粉末。
3. 前記輪郭部のＦｅの割合が、前記中心部のそれよりも５～１８質量％低い、請求項１又は２に記載の金属磁性粉末。
4. 前記輪郭部のＦｅの割合が８０～８５質量％である、請求項１～３のいずれか１項に記載の金属磁性粉末。
5. 前記金属相が、Ｓｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＭｇから選択される少なくとも１種をさらに含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の金属磁性粉末。
6. 前記輪郭部におけるＳｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＭｇの割合の合計が、前記中心部における該割合の合計よりも５質量％以上高い、請求項５に記載の金属磁性粉末。
7. 前記酸化膜に、Ｓｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＭｇの質量割合の合計よりも多くのＦｅを含む部分が形成されている、請求項５又は６に記載の金属磁性粉末。
8. Ｆｅの含有量が９０～９９質量％であり、Ｆｅより酸化しやすい元素を少なくとも１種含む金属磁性材料の原料粉末を準備すること、
   前記原料粉末を、酸素濃度が５～１０ｐｐｍの雰囲気中に配置し、１００℃／ｍｉｎ以上の昇温速度で８５０℃まで昇温すること、及び
   前記原料粉末に対し、前記雰囲気中で、８５０℃以上１０００℃未満の温度にて、５～１０分間の熱処理を行うこと
   を含む、金属磁性粉末の製造方法。
9. 請求項１～７のいずれか１項に記載の金属磁性粉末を構成する金属磁性粒子同士が、樹脂又は酸化物を介して接合された磁性体、及び
   前記磁性体の内部又は表面に配置された導体
   を備えるコイル部品。
10. 請求項９に記載のコイル部品を搭載した回路基板。

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