JP2022150492A - 軟磁性粉末、磁性体コアおよび磁性部品 - Google Patents

Abstract

【課題】 高耐電圧と高透磁率とを両立させた磁性体コアを作製できる軟磁性粉末を提供する。
【解決手段】 Ｆｅを含む軟磁性粉末である。軟磁性粉末の表面が被覆部により覆われている。被覆部が混合層を含む。混合層がホウケイ酸系酸化物、ビスマス系酸化物およびリン酸系酸化物から選択される２種以上を有する。被覆部の平均厚みが２．０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。
【選択図】図３

Description

本発明は、軟磁性粉末、磁性体コアおよび磁性部品に関する。

特許文献１では、被覆部が絶縁性材料の粒子を固着させて形成される軟磁性粉末に関する発明が記載されている。絶縁性材料としては、各種ガラス材料が挙げられている。好ましくはホウ酸塩系ガラス材料、ホリン酸塩系ガラス材料等の軟化点が１００～５００℃程度であるガラス材料である旨、記載されている。

特許文献２では、圧粉磁心用の鉄基軟磁性粉末に関する発明が記載されている。具体的には、鉄基軟磁性粉末表面にＦｅとＣｏより成る被膜と、リン酸系化成被膜と、シリコーン樹脂被膜とが、この順に形成されていることを特徴とする。

特開２０１０－２３２２２５号公報 特開２００９－０３８２５６号公報

軟磁性粉末を用いて磁性体コアを作製する場合において、高耐電圧と高透磁率とが両立させにくいことが知られている。

本発明は高耐電圧と高透磁率とを両立させた磁性体コアを作製できる軟磁性粉末を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る軟磁性粉末は、
Ｆｅを含む軟磁性粉末であって、
前記軟磁性粉末の表面が被覆部により覆われており、
前記被覆部が混合層を含み、
前記混合層がホウケイ酸系酸化物、ビスマス系酸化物およびリン酸系酸化物から選択される２種以上を有し、
前記被覆部の平均厚みが２．０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。

前記混合層の断面において、ホウケイ酸系酸化物の面積割合をＳ_Ｓ、ビスマス系酸化物の面積割合をＳ_Ｂ、リン酸系酸化物の面積割合をＳ_Ｐとし、Ｓ_Ｓ＋Ｓ_Ｂ＋Ｓ_Ｐ＝１００として、
Ｓ_Ｓ、Ｓ_ＢおよびＳ_Ｐが全て０以上９０以下であってもよい。

前記混合層がホウケイ酸系酸化物およびリン酸系酸化物を有してもよい。

前記被覆部が前記軟磁性粉末の表面に近い側から順番に第１単層、前記混合層および第２単層を有してもよく、
前記第１単層が前記ホウケイ酸系酸化物および前記ビスマス系酸化物から選択される１種のみを有してもよく、
前記第２単層が前記ビスマス系酸化物および前記リン酸系酸化物から選択される１種のみを有してもよく、
前記第１単層と前記第２単層とで、酸化物の種類が異なってもよい。

前記軟磁性粉末が非晶質からなる構造を有してもよい。

前記軟磁性粉末がナノ結晶からなる構造を有してもよい。

本発明に係る磁性体コアは、上記の軟磁性粉末を含む。

本発明に係る磁性部品は、上記の磁性体コアを含む。

Ｓ_Ｓ、Ｓ_ＢおよびＳ_Ｐの範囲を示す三角線図である。 Ｓ_Ｓ、Ｓ_ＢおよびＳ_Ｐの範囲を示す三角線図である。 被覆部の断面の模式図である。 被覆部の断面の模式図である。 被覆部の断面の模式図である。 被覆部の断面の模式図である。 Ｘ線結晶構造解析により得られるチャートの一例である。 図７のチャートをプロファイルフィッティングすることにより得られるパターンの一例である。

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。

本実施形態における軟磁性粉末は、
Ｆｅを含む軟磁性粉末であって、
前記軟磁性粉末の表面が被覆部により覆われており、
前記被覆部が混合層を含み、
前記混合層がホウケイ酸系酸化物、ビスマス系酸化物およびリン酸系酸化物から選択される２種以上を有し、
前記被覆部の平均厚みが２．０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。

軟磁性粉末に含まれる粉末粒子（以下、単に軟磁性粉末粒子と呼ぶことがある）の平均粒径（Ｄ５０）には特に制限はない。例えば、５．０μｍ以上２００μｍ以下であってもよい。平均粒径が小さいほど、当該軟磁性粉末を含む磁性体コアの透磁率が低下する傾向にある。平均粒径が大きいほど当該軟磁性粉末を含む磁性体コアの耐電圧が低下する傾向にある。

軟磁性粉末粒子を被う被覆部が上記の混合層を含む場合には、被覆部が上記の混合層を含まない場合と比較して、当該軟磁性粉末粒子を含む磁性体コアが高耐電圧および高透磁率を両立させやすくなる。

図３に被覆部の断面の模式図を示す。図３に示す通り、軟磁性粉末粒子１１の表面が被覆部２１により覆われている。

被覆部は少なくとも混合層２１を含む。そして、混合層２１は第１酸化物３１および第２酸化物３２を含む。また、第１酸化物３１および第２酸化物３２以外の酸化物を含んでもよい。

第１酸化物３１と第２酸化物３２とは異なる種類の酸化物である。第１酸化物３１および第２酸化物３２はそれぞれ、ホウケイ酸系酸化物、ビスマス系酸化物およびリン酸系酸化物から選択される。

混合層２１がホウケイ酸系酸化物およびリン酸系酸化物を有してもよい。この場合には軟磁性粉末を用いて作製される磁性体コアの耐電圧が高くなる傾向にある。

第１酸化物３１は第２酸化物３２よりもガラス転移温度Ｔｇが高い酸化物であってもよい。なお、一般的にはホウケイ酸系酸化物、ビスマス系酸化物、リン酸系酸化物の順にＴｇが高い。

ホウケイ酸系酸化物とは、Ｂ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２を主に含む酸化物である。具体的には、ホウケイ酸系酸化物は、Ｂ_２Ｏ_３を１質量％以上含み、ＳｉＯ_２を１０質量％以上含み、かつ、Ｂ_２Ｏ_３およびＳｉＯ_２を合計で２０質量％以上、含む。

ビスマス系酸化物とは、Ｂｉ_２Ｏ_３を主に含む酸化物である。具体的には、ビスマス系酸化物は、Ｂｉ_２Ｏ_３を５０質量％以上、含む。

リン酸系酸化物とは、Ｐ_２Ｏ_５を主に含む酸化物である。具体的には、リン酸系酸化物は、Ｐ_２Ｏ_５を４０質量％以上、含む。

混合層２１は第１酸化物３１と第２酸化物３２とが混合されている層である。混合層２１は、軟磁性粉末粒子１１の表面と平行な線を引いた場合において、第１酸化物３１と第２酸化物３２との両方を通過する部分である。さらに、軟磁性粉末粒子１１の表面と平行な線の長さに対して第１酸化物３１を通過する部分の長さおよび第２酸化物３２を通過する部分の長さがそれぞれ１０％以上である。

混合層２１は厚さが少なくとも２ｎｍ以上である層とする。すなわち、軟磁性粉末粒子１１の表面と平行な線を引いた場合において第１酸化物３１と第２酸化物３２との両方を通過する部分があっても、そのような部分の厚さが２ｎｍ未満である場合には混合層２１とはみなさない。

被覆部が混合層２１を含むか否かを確認する方法には特に制限はない。例えば、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、ＴＥＭ像の高速フーリエ変換処理（ＦＦＴ）および電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ）などを用いて確認する方法がある。

まず、ＴＥＭを用いて軟磁性粉末粒子１１の表面近傍の明視野像を観察する。次にＥＥＬＳを用いて各元素のマッピング画像を観察し、被覆部が混合層２１を有することを確認する。なお、明視野像の大きさは混合層２１の有無を確認するために十分な大きさとする。例えば、軟磁性粉末粒子１１の表面に略平行な方向の長さが０．１μｍ以上であり、軟磁性粉末粒子１１の表面に略垂直な方向の長さが被覆部の厚みの５倍以上５００倍以下である大きさとする。

図３に示す混合層２１は、軟磁性粉末粒子１１の表面に近いほどＴｇの高い酸化物（第１酸化物３１）の割合が多くなる傾向にある。具体的には、混合層２１は、第１酸化物３１が軟磁性粉末粒子１１の表面で凹凸を形成し、それと同時に、Ｔｇの低い酸化物（第２酸化物３２）が第１酸化物３１の凹部に入り込む形状を有する。

被覆部の平均厚みは２．０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。被覆部の平均厚みが薄すぎる場合には軟磁性粉末を用いて作製される磁性体コアの耐電圧が低下する。被覆部の平均厚みが厚すぎる場合には軟磁性粉末を用いて作製される磁性体コアの透磁率が低下する。

混合層２１に含まれる各酸化物の含有割合には特に制限はない。混合層２１の断面において、ホウケイ酸系酸化物の面積割合をＳ_Ｓ、ビスマス系酸化物の面積割合をＳ_Ｂ、リン酸系酸化物の面積割合をＳ_Ｐとし、Ｓ_Ｓ＋Ｓ_Ｂ＋Ｓ_Ｐ＝１００として、Ｓ_Ｓ、Ｓ_ＢおよびＳ_Ｐが全て０以上９３以下であってもよく、０以上９０以下であってもよい。

Ｓ_Ｓ、Ｓ_ＢおよびＳ_Ｐが全て０以上９３以下である範囲、すなわち、三角線図上で点Ａ´～点Ｆ´を頂点とする六角形（線上を含む）により囲まれる範囲を示した図面が図１、Ｓ_Ｓ、Ｓ_ＢおよびＳ_Ｐが全て０以上９０以下である範囲、すなわち、三角線図上で点Ａ～点Ｆを頂点とする六角形（線上を含む）により囲まれる範囲を示した図面が図２である。特にＳ_Ｓ、Ｓ_ＢおよびＳ_Ｐが全て０以上９０以下であることにより軟磁性粉末を用いて作製される磁性体コアの耐電圧が向上しやすい。

被覆部は図３に示す被覆部に限定されない。例えば、図４～図６に示す被覆部であってもよい。以下、図４～図６に示す被覆部について説明するが、特に説明のない部分については図３に示す被覆部と同様である。また、図４～図６では図３とは異なり、同一材料の酸化物同士の間の境界線を適宜、省略している。

図４に示す被覆部は図３に示す被覆部とは異なり、混合層２１において第１酸化物３１の中に第２酸化物３２が均一に分散している。図４に示す被覆部を有する軟磁性粉末粒子も図３に示す被覆部を有する軟磁性粉末と同様に、当該軟磁性粉末粒子を含む磁性体コアが高耐電圧および高透磁率を両立させることができる。

図５に示す被覆部は図３、図４に示す被覆部とは異なり、混合層Ａ（２１）以外に単層Ａ（２３）および単層Ｂ（２４）を含む。そして、被覆部が軟磁性粉末粒子１１の表面に近い側から順番に第１単層、混合層および第２単層を有するとして、単層Ａ（２３）が第１単層に対応し、単層Ｂ（２４）が第２単層に対応する。なお、単層Ａ（２３）および単層Ｂ（２４）のいずれかが被覆部に含まれなくてもよい。

単層とは、酸化物としてホウケイ酸系酸化物、ビスマス系酸化物、リン酸系酸化物から選択される１種のみを含む層である。また、第１単層に含まれる酸化物は第２単層に含まれる酸化物と比較してＴｇが高い。

図５の場合には単層Ａ（２３）がホウケイ酸系酸化物およびビスマス系酸化物から選択される１種のみを有し、単層Ｂ（２４）がビスマス系酸化物およびリン酸系酸化物から選択される１種のみを有する。さらに、単層Ａ（２３）と単層Ｂ（２４）とで、酸化物の種類が異なる。

単層Ａ（２３）の平均厚みおよび単層Ｂ（２４）の平均厚みは、それぞれ０．４ｎｍ以上９．６ｎｍ以下であってもよい。さらに、被覆部の平均厚みに対する混合層Ａ（２１）の平均厚みの割合が５０％以上であってもよく６０％以上であってもよい。被覆部の平均厚みに対する混合層Ａ（２１）の平均厚みの割合が十分に大きいことで、当該軟磁性粉末粒子を含む磁性体コアの耐電圧をさらに向上させることができる。

図６に示す被覆部は、単層を３つ含み、それぞれの単層の間に混合層を含む。軟磁性粉末粒子１１の表面に近い側から順番に単層Ａ（２３）、混合層Ａ（２１）、単層Ｂ（２４）、混合層Ｂ（２２）および単層Ｃ（２５）を含む。

被覆部が軟磁性粉末粒子１１の表面に近い側から順番に第１単層、混合層および第２単層を有するとして、単層Ａ（２３）、混合層Ａ（２１）および単層Ｂ（２４）がそれぞれこの順番で第１単層、混合層および第２単層に対応してもよい。また、単層Ｂ（２４）、混合層Ｂ（２２）および単層Ｃ（２５）がそれぞれこの順番で第１単層、混合層および第２単層に対応してもよい。

単層Ａ（２３）に含まれる酸化物（第１酸化物３１）のＴｇが最も高く、単層Ｃ（２５）に含まれる酸化物（第３酸化物３３）のＴｇが最も低い。単層Ｂ（２４）に含まれる酸化物（第２酸化物３２）のＴｇは第１酸化物３１のＴｇと第３酸化物３３のＴｇとの間の温度である。すなわち、単層Ａ（２３）がホウケイ酸系酸化物を有し、単層Ｂ（２４）がビスマス系酸化物を有し、単層Ｃ（２５）がリン酸系酸化物を有する。

図６に示す被覆部において、各単層の平均厚みは、それぞれ１．０ｎｍ以上３．０ｎｍ以下であってもよい。さらに、被覆部の平均厚みに対する各混合層の合計平均厚みの割合が５０％以上であってもよく６０％以上であってもよい。被覆部の平均厚みに対する各混合層の合計平均厚みの割合が十分に大きいことで、当該軟磁性粉末粒子を含む磁性体コアの耐電圧をさらに向上させることができる。

軟磁性粉末の組成については、Ｆｅを含む点以外、特に制限はない。Ｆｅの含有量にも特に制限はない。少なくとも１０質量％以上、含んでいればよい。また、軟磁性粉末の微細構造を後述するナノ結晶からなる構造または非晶質からなる構造とする場合には、当該構造を得やすい組成とすることが好ましい。

軟磁性粉末の微細構造については特に制限はないが、特に透磁率を向上させるためにはナノ結晶からなる構造または非晶質からなる構造とすることが好ましく、ナノ結晶からなる構造とすることが特に好ましい。軟磁性粉末の微細構造はＸＲＤにより確認することができる。また、ＴＥＭを用いて確認することも可能である。

非晶質からなる構造は、非晶質のみを有する構造またはヘテロ非晶質からなる構造である。ヘテロ非晶質からなる構造は、初期微結晶が非晶質中に存在する構造のことである。なお、初期微結晶の平均結晶粒径には特に制限はないが、平均結晶粒径が０．３ｎｍ以上１０ｎｍ以下であってもよい。また、非晶質からなる構造は、ＸＲＤにより確認することができる非晶質化率が８５％以上である。なお、非晶質のみを有する構造であるか、ヘテロ非晶質からなる構造であるかについてはＴＥＭで確認が可能である。ナノ結晶からなる構造は、ナノ結晶を主に含む構造のことである。結晶（ナノ結晶）からなる構造では、ＸＲＤにより確認することができる非晶質化率が８５％未満である。また、ナノ結晶からなる構造におけるナノ結晶の平均結晶粒径は０．５ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。０．９ｎｍ以上１００ｎｍ以下であってもよく、１．０ｎｍ以上５０．０ｎｍ以下であってもよく、５．０ｎｍ以上４０．０ｎｍ以下であってもよい。

本実施形態において、下記式（１）に示す非晶質化率Ｘが８５％以上である軟磁性金属粉末は非晶質のみを有する構造またはヘテロ非晶質からなる構造を有し、非晶質化率Ｘが８５％未満である軟磁性金属粉末は結晶からなる構造を有するとする。
Ｘ＝１００－（Ｉｃ／（Ｉｃ＋Ｉａ）×１００）…（１）
Ｉｃ：結晶性散乱積分強度
Ｉａ：非晶性散乱積分強度

非晶質化率Ｘは、軟磁性金属粉末に対してＸＲＤによりＸ線結晶構造解析を実施し、相の同定を行い、結晶化したＦｅ又は化合物のピーク（Ｉｃ：結晶性散乱積分強度、Ｉａ：非晶性散乱積分強度）を読み取り、そのピーク強度から結晶化率を割り出し、上記式（１）により算出する。以下、算出方法をさらに具体的に説明する。

本実施形態に係る軟磁性金属粉末についてＸＲＤによりＸ線結晶構造解析を行い、図７に示すようなチャートを得る。これを、下記式（２）のローレンツ関数を用いて、プロファイルフィッティングを行い、図８に示すような結晶性散乱積分強度を示す結晶成分パターンα_ｃ、非晶性散乱積分強度を示す非晶成分パターンα_ａ、およびそれらを合わせたパターンα_ｃ＋ａを得る。得られたパターンの結晶性散乱積分強度および非晶性散乱積分強度から、上記式（１）により非晶質化率Ｘを求める。なお、測定範囲は、非晶質由来のハローが確認できる回析角２θ＝３０°～６０°の範囲とする。この範囲で、ＸＲＤによる実測の積分強度とローレンツ関数を用いて算出した積分強度との誤差が１％以内になるようにした。

なお、本実施形態の軟磁性合金粉末がナノ結晶を含む場合には、個々の粒子ごとに多数のナノ結晶を含む。すなわち、後述する軟磁性合金粉末の粒子径とナノ結晶の結晶粒径とは異なる。

本実施形態のナノ結晶は、Ｆｅ基ナノ結晶であることが好ましい。Ｆｅ基ナノ結晶とは、粒径がナノオーダーであり、Ｆｅの結晶構造がｂｃｃ（体心立方格子構造）である結晶のことである。

以下、本発明に係る軟磁性粉末の製造方法を説明する。

まず、被覆部で被覆する前の軟磁性粉末を作製する。軟磁性粉末の作製方法には特に制限はなく、周知の方法で所望の組成、平均粒径および微細構造を有する軟磁性粉末を作製すればよい。例えば、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法などの方法で作製することができる。平均粒径を制御するために得られた軟磁性粉末を分級してもよい。市販の軟磁性粉末を準備してもよい。

次に、軟磁性粉末粒子に被覆部を形成する。まず、被覆部を形成するためのガラス粉末を準備する。具体的には、ホウケイ酸系ガラス、ビスマス系ガラス、および／または、リン酸系ガラスを準備する。

そして、粉末被覆装置としてメカノフュージョン装置を準備する。メカノフュージョン装置を用いることで、軟磁性粉末粒子に混合層を有する被覆部を形成することができる。

まず、軟磁性粉末および／またはガラス粉末をメカノフュージョン装置の回転ロータに投入する。ガラス粉末の種類および投入量は混合層における各酸化物の面積割合により変化する。粉末を投入するタイミングは形成する被覆部の構成により変化する。そして、メカノフュージョン装置を稼働させ、軟磁性粉末に軟化したガラス粉末を固着させて被覆部を形成する。

一般的に、Ｔｇが高い酸化物が、Ｔｇが低い酸化物よりも、軟磁性粉末の表面を被覆しやすい。この際に、コーティング時の到達温度および到達温度までの処理時間などを制御することで、Ｔｇが高い酸化物が軟磁性粉末の表面を均一に被覆しないようになる。すなわち、Ｔｇが高い酸化物が軟磁性粉末の表面で凹凸を形成するようになる。Ｔｇが高い酸化物が軟磁性粉末の表面で凹凸を形成するのと同時に、Ｔｇが低い酸化物が、Ｔｇが高い酸化物の凹部に入れ込むように形成され、混合層が形成される。

ホウケイ酸系ガラスのＴｇ、ビスマス系ガラスのＴｇ、および、リン酸系ガラスのＴｇは各ガラスの組成により変化する。しかし、ホウケイ酸系ガラスのＴｇは概ね４５０℃～６００℃の範囲内である。ビスマス系ガラスのＴｇは概ね３５０℃～５００℃の範囲内である。リン酸系ガラスのＴｇは概ね２５０℃～４００℃の範囲内である。上記混合層を形成するためには各ガラス間のＴｇの差が５０℃以上あることが好ましい。各ガラス間のＴｇの差は、さらに好ましくは１００℃以上、さらに好ましくは２００℃以上である。

例えば、得られる被覆部が図３に示すように軟磁性粉末粒子の表面に近いほど第１酸化物の割合が多くなる傾向にある混合層のみを有するようにするためには、コーティング時の到達温度および到達温度までの処理時間などを適宜、制御する。さらに具体的には、到達温度までの昇温速度が概ね一定となるように温度を上昇させる。すなわち、到達温度までの昇温速度が加速しないように制御する。また、途中で昇温が停止しないように制御する。さらに、到達温度が目的の温度よりも高くならないように制御する。

例えば、得られる被覆部が図４に示すように第１酸化物の中に第２酸化物が均一に分散するようにするためには、コーティング時の到達温度および到達温度までの処理時間などを適宜、制御する。さらに具体的には、図３に示す混合層を有する被覆部を作製する場合と比較して、到達温度を低くし、到達温度までの処理時間を長くする。到達温度は第１酸化物の軟化点よりも高く第２酸化物の軟化点よりも低い温度とする。到達温度までの処理時間を長くするために常温から低速で昇温させる。さらに、到達温度が目的の温度よりも高くならないように制御する。

例えば、得られる被覆部が図５に示すように単層Ａ、混合層Ａおよび単層Ｂを有するようにするためには、コーティング時の到達温度および到達温度までの処理時間などを適宜、制御する。さらに具体的には、到達温度までの昇温速度が概ね一定となるように温度を上昇させる。すなわち、到達温度までの昇温速度が加速しないように制御する。また、途中で昇温が停止しないように制御する。さらに、到達温度が目的の温度よりも高くならないように制御する。

図３に示す被覆部の作製方法と図５に示す被覆部の作製方法とでは、コーティング時の到達温度および到達温度までの処理時間が特に異なる。コーティング時の到達温度が高温であるほど、混合層が厚くなりやすく図３に示す被覆部が得られやすくなる。到達温度までの処理時間が長時間であるほど、混合層が厚くなりやすく図３に示す被覆部が得られやすくなる。

また、得られる被覆部が図５に示すように単層Ａ、Ｂおよび混合層Ａを有するようにするためには、最初に第２酸化物３２を回転ロータに投入せず第１酸化物３１および軟磁性粉末のみを回転ロータに投入して単層Ａのみを作製してもよい。その場合には、単層Ａを作製したのちに第２酸化物等を回転ロータに投入して混合層Ａおよび単層Ｂを作製してもよい。

例えば、得られる被覆部が図６に示すように単層Ａ～Ｃおよび混合層Ａ～Ｂを有するようにするためには、コーティング時の到達温度および到達温度までの処理時間などを適宜、制御する。さらに具体的には、到達温度までの昇温速度が概ね一定となるように温度を上昇させる。すなわち、到達温度までの昇温速度が加速しないように制御する。また、途中で昇温が停止しないように制御する。さらに、到達温度が目的の温度よりも高くならないように制御する。

また、得られる被覆部が図６に示すように単層Ａ～Ｃおよび混合層Ａ～Ｂを有するようにするためには、最初に第３酸化物３３を含むガラス粉末をメカノフュージョン装置の回転ロータに投入せず、第１酸化物３１を含むガラス粉末、および第２酸化物３２を含むガラス粉末のみを軟磁性粉末と共にメカノフュージョン装置の回転ロータに投入してもよい。そして、図５に示す被覆部を形成したのちに、第３酸化物３３を含むガラス粉末を投入し、図５に示す被覆部に第３酸化物３３を含むガラス粉末を固着させて図６に示す被覆部を得てもよい。

また、得られる被覆部が図６に示すように単層Ａ～Ｃおよび混合層Ａ～Ｂを有するようにするためには、最初に第１酸化物３１を含むガラス粉末のみを軟磁性粉末と共にメカノフュージョン装置の回転ロータに投入してもよい。そして、段階的に第２酸化物３２および第３酸化物３３を回転ロータに投入して図６に示す被覆部を得てもよい。

次に、得られた軟磁性粉末を用いて磁性体コアを作製する。磁性体コアの作製方法には特に制限はない。例えば、軟磁性粉末を適宜樹脂と混合した後、金型を用いて圧粉成形することにより、圧粉コアを得ることができる。圧粉成形時の成形圧には特に制限はない。例えば１×１０^２ＭＰａ～１０×１０^２ＭＰａとすることができる。成形圧が高いほど磁性体コアにおける軟磁性粉末の充填率が高くなり、磁性体コアの耐電圧が低下し、磁性体コアの透磁率が向上する傾向にある。また、樹脂の種類や含有量には特に制限はない。

そして、上記の磁性体コアに巻線を施すことで磁性部品の一種であるコイル部品が得られる。巻線の施し方およびコイル部品の製造方法には特に制限はない。例えば、上記の方法で製造した磁性体コアに巻線を少なくとも１ターン以上巻き回す方法が挙げられる。

さらに、巻線コイルが本実施形態に係る軟磁性粉末および樹脂に内蔵されている状態で加圧成形し一体化することで、本実施形態に係る磁性体コアに巻線コイルが内蔵されたインダクタンス部品を製造することも可能である。加圧成形時の成形圧は上記の圧粉成形時の成形圧と同様とすることが好ましい。

本実施形態に係る磁性体コアの用途は任意である。磁性部品、例えば磁心、コイル部品、インダクタンス部品、トランス、モータなどに用いることができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。

以下、本発明を、実施例に基づき説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。

実験例１
軟磁性粉末として、質量比でＦｅ_{０．８３２}Ｎｂ_{０．０５７}Ｂ_{０．０２１}Ｓｉ_{０．０７５}Ｃｕ_{０．０１５}である軟磁性粉末を作製した。

本実験例では、軟磁性粉末はガスアトマイズ法で作製した。溶解温度は１３２０℃とし、その他の条件は得られる軟磁性粉末粒子の平均粒径（Ｄ５０）が表１に示す値となるように適宜制御した。この時点では軟磁性粉末が非晶質からなる構造を有することをＸＲＤを用いて確認した。

そして、軟磁性粉末に熱処理を行い、軟磁性粉末にナノ結晶を生成させた。熱処理条件は６００℃で１時間とした。熱処理時の雰囲気はＡｒ雰囲気とした。

得られた軟磁性粉末粒子の平均粒径（Ｄ５０）を粒子径分布測定装置 ＨＥＬＯＳを用いて測定し、表１に示す値であることを確認した。

本実験例では、得られた軟磁性粉末がナノ結晶からなる構造であることをＸＲＤにより確認した。また、得られた軟磁性粉末に含まれるナノ結晶の平均結晶粒径が１～１００ｎｍであることをＸＲＤにより確認した。

次に、各軟磁性粉末について、ホウケイ酸系酸化物、ビスマス系酸化物、および／またはリン酸系酸化物からなる被覆部を形成した。

まず、被覆部の原料となるガラス粉末を準備した。ホウケイ酸系ガラスとしてはＢａＯ－ＺｎＯ－Ｂ_２Ｏ_３－ＳｉＯ_２－Ａｌ_２Ｏ_３系粉末ガラス（ＢａＯが８質量％、ＺｎＯが２３質量％、Ｂ_２Ｏ_３が１９質量％、ＳｉＯ_２が１６質量％、Ａｌ_２Ｏ_３が６質量％、残部がその他の成分）を準備した。ビスマス系ガラスとしてはＢｉ_２Ｏ_３－ＺｎＯ－Ｂ_２Ｏ_３－ＳｉＯ_２系粉末ガラス（Ｂｉ_２Ｏ_３が８０質量％、ＺｎＯが１０質量％、Ｂ_２Ｏ_３が５質量％、ＳｉＯ_２が５質量％）を準備した。リン酸系ガラスとしてはＰ_２Ｏ_５－ＺｎＯ－Ｒ_２Ｏ－Ａｌ_２Ｏ_３系粉末ガラス（Ｐ_２Ｏ_５が５０質量％、ＺｎＯが１２質量％、Ｒ_２Ｏが２０質量％、Ａｌ_２Ｏ_３が６質量％、残部がその他の成分）を準備した。なお、上記のガラスの中では、ホウケイ酸系ガラスのＴｇが最も高く、リン酸系ガラスのＴｇが最も低い。

次に、粉末被覆装置としてメカノフュージョン装置（ホソカワミクロン製ＡＭＳ－Ｌａｂ）を準備した。次に、メカノフュージョン装置の内部をＡｒ雰囲気とした。次に、回転ロータ内に上記の軟磁性粉末と各試料の作製に必要なガラス粉末とを投入した。ガラス粉末の投入量は、各酸化物の面積割合が表１に示す面積割合となり、被覆部の厚みが表１に示す厚みとなるように適宜調整した。そして、メカノフュージョン装置を稼働させ、軟磁性粉末に投入したガラス粉末を固着させて被覆部を形成した。

この際に回転ロータの内壁面とプレスヘッドとのギャップおよび回転ロータの回転数等を制御することで、Ｔｇが高いガラス粉末に含まれる酸化物が軟磁性粉末の表面を均一に被覆しないようにした。すなわち、Ｔｇが高いガラス粉末に含まれる軟磁性粉末の表面で凹凸を形成するようにした。Ｔｇが高いガラス粉末に含まれる軟磁性粉末の表面で凹凸を形成するのと同時に、Ｔｇが低いガラス粉末に含まれる酸化物が、Ｔｇが高いガラス粉末に含まれる酸化物の凹部に入れ込むように形成され、混合層が形成された。

得られる被覆部が図３に示す種類の混合層、すなわち、軟磁性粉末粒子の表面に近いほどＴｇの高い酸化物の割合が多くなる傾向にある混合層のみを有するようにし、かつ、図５に示す各単層を有さないようにするため、コーティング時の到達温度および到達温度までの処理時間などを適宜、制御した。

そして、各試料の軟磁性粉末に形成された被覆部を観察した。まず、ＴＥＭを用いて粒子表面近傍の明視野像を観察し、粒子表面に被覆部が存在することを確認した。次にＥＥＬＳを用いて各元素のマッピング画像を観察し、被覆部における各酸化物の面積割合が表１に示す面積割合となっていることを確認した。また、被覆部の平均厚みは、ＴＥＭ、ＦＦＴ、ＥＥＬＳを用いて測定した。

さらに、各試料の軟磁性粉末から作製される磁性体コアの特性を評価するためにトロイダルコアおよび直方体コアを作製した。

まず、各試料の軟磁性粉末をエポキシ樹脂と混練して樹脂溶液を作製した。前記樹脂溶液における軟磁性粉末の質量比率は、９７．５質量％とした。なお、エポキシ樹脂としてはフェノールノボラック型エポキシ樹脂を用いた。

トロイダルコアについては、得られた樹脂溶液を所定のトロイダル形状の金型に充填させ、１００℃で５時間加熱して溶剤分を揮発させた。そして、表1に示す成形圧でプレス処理を行ったのちに固定砥石にて研削し、厚みを０．７ｍｍで均一にした。その後に１７０℃で９０分、熱硬化させてエポキシ樹脂を架橋させてトロイダルコア（外径１５ｍｍ、内径９ｍｍ、厚み０．７ｍｍ）を得た。

直方体コアについては、得られた樹脂溶液を所定の直方体形状の金型に充填させた。トロイダルコアと同様の方法で直方体磁性材料（４ｍｍ×４ｍｍ×１ｍｍ）を得た。さらに、前記直方体磁性材料の一方の４ｍｍ×４ｍｍの面の両端に幅１．３ｍｍの端子電極を設けた。端子電極間の距離は１．４ｍｍとなった。

＜充填率＞
得られたトロイダルコアを任意の断面で切断し、ＳＥＭを用いて倍率１０００倍、観察範囲０．１２８ｍｍ×０．０９６ｍｍで切断面を観察した。そして、充填率の算出においては、互いに異なる５か所以上の観察範囲を設定してそれぞれの観察範囲における粒子が占める面積割合を平均することで算出した。

＜透磁率＞
透磁率は、得られたトロイダルコアに巻数３０でコイルを巻き、ＬＣＲメータを用いて周波数１ＭＨｚでインダクタンスを測定し、インダクタンスから算出した。実験例１では、比透磁率が５０以上である場合に透磁率が良好であるとした。

＜耐電圧＞
耐電圧は、得られた直方体コアの端子電極間に電圧をかけ、２ｍＡの電流が流れたときの電圧を測定した。実験例１では、耐電圧は５０Ｖ／ｍｍ以上を良好とし、５５Ｖ／ｍｍ以上を更に良好とした。

表１より、被覆部が混合層のみを含み、混合層が２種類以上の酸化物を含み、被覆部の平均厚みが２．０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である各実施例は耐電圧および透磁率が良好となった。

これに対し、被覆部が１種類の酸化物のみを含む各比較例は耐電圧が著しく低下した。また、被覆部の厚みが薄すぎる比較例は耐電圧が低下し、被覆部の厚みが厚すぎる比較例は透磁率が低下した。

実験例２
実験例２では、被覆部を形成する際に図４に示す種類の混合層、すなわち、Ｔｇが低い酸化物の中にＴｇが高い酸化物が略均等に分散している混合層のみを有するようにした。

具体的には、実験例１とは異なり、最初は加熱させずに常温で回転ロータを回転させた。そして、回転ロータを回転させながら徐々に温度を上昇させた。さらに、Ｔｇが低いガラスの軟化点より高くＴｇが高いガラスの軟化点よりも低い温度を到達温度とし、到達温度よりも高い温度とならないように温度を制御した。

その結果、得られる被覆部は図４に示すようにＴｇが低い酸化物の中にＴｇが高い酸化物が略均等に分散している混合層のみを有する状態となった。

得られる被覆部が図４に示す種類の混合層、すなわち、Ｔｇが低い酸化物の中にＴｇが高い酸化物が略均等に分散している混合層のみを有するようにするため、コーティング時の到達温度および到達温度までの処理時間などを適宜、制御した。

上記の点以外は実験例１と同様に実施した。結果を表２に示す。

表２より、被覆部が混合層のみを含み、混合層が２種類以上の酸化物を含み、被覆部の平均厚みが２．０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である各実施例は耐電圧および透磁率が良好となった。

これに対し、被覆部の厚みが薄すぎる比較例は耐電圧が低下し、被覆部の厚みが厚すぎる比較例は透磁率が低下した。

実験例３
実験例３では、被覆部を形成する際に図５に示す種類の被覆部、すなわち、軟磁性粉末の表面に近い側から順番に単層Ａ、混合層Ａおよび単層Ｂを有し、単層Ａおよび単層Ｂがそれぞれ所定の種類の酸化物を含み、かつ、混合層Ａが軟磁性粉末の表面に近いほどＴｇの高い酸化物の割合が多くなる傾向にある被覆部を有するようにした。

具体的には、最初に単層Ａを形成する１種類のガラス粉末（Ｔｇが高いガラス粉末）をメカノフュージョン装置の回転ロータ内に投入して単層Ａを形成し、次に単層Ｂを形成する１種類のガラス粉末（Ｔｇが低いガラス粉末）をメカノフュージョン装置の回転ロータ内に投入して単層Ｂを形成した。この際に単層Ａと単層Ｂとの間に混合層Ａを形成するために、Ｔｇが高いガラス粉末に含まれる酸化物が表面で凹凸を形成するようし、Ｔｇが低いガラス粉末に含まれる酸化物が、上記の凹凸の凹部に入れ込むように形成されるようにした。具体的には、コーティング時の到達温度および到達温度までの処理時間などを制御した。また、比較例では、各単層のみを形成し混合層を形成しないようにした。具体的には、Ｔｇが高いガラス粉末のみを単独で添加して単層Ａを形成する際の熱処理条件を実施例よりも高温かつ長時間とした。その結果、単層Ａの表面が平滑化された。さらに、Ｔｇが低いガラス粉末を添加して単層Ｂを形成する際の熱処理温度を十分に低い温度とした。

そして、各試料の軟磁性粉末に形成された被覆部を観察した。まず、ＴＥＭを用いて粒子表面近傍の明視野像を観察し、粒子表面に被覆部が存在することを確認した。次にＥＥＬＳを用いて各元素のマッピング画像を観察し、被覆部が単層Ａ、混合層Ａおよび単層Ｂを有することを確認した。さらに、混合層Ａにおける各酸化物の面積割合が表３に示す面積割合となっていることを確認した。また、単層Ａ、混合層Ａおよび単層Ｂのそれぞれの平均厚みは、ＴＥＭ、ＦＦＴ、ＥＥＬＳを用いて測定した。

上記の点以外は実験例１と同様に実施した。結果を表３に示す。

表３より、被覆部が混合層を有し、被覆部の合計厚みの平均が２．０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である各実施例は耐電圧および透磁率が良好となった。

これに対し、被覆部が混合層Ａを有さず単層Ａおよび単層Ｂのみを有する各比較例は耐電圧が著しく低下した。

実験例４
実験例４では、被覆部を形成する際に図６に示す種類の被覆部、すなわち、軟磁性粉末の表面に近い側から順番に単層Ａ、混合層Ａ、単層Ｂ、混合層Ｂおよび単層Ｃを有する被覆部を有するようにした。具体的には、単層Ａがホウケイ酸系酸化物を含み、単層Ｂがビスマス系酸化物を含み、単層Ｃがリン酸系酸化物を含むようにした。そして、混合層Ａが軟磁性粉末の表面に近いほどホウケイ酸系酸化物の割合が多くなる傾向にある被覆部を有するようにした。混合層Ｂが軟磁性粉末の表面に近いほどビスマス系酸化物の割合が多くなる傾向にある被覆部を有するようにした。

具体的には、最初にホウケイ酸ガラスをメカノフュージョン装置の回転ロータ内に投入して単層Ａを形成し、次にビスマス系ガラスをメカノフュージョン装置の回転ロータ内に投入して単層Ｂを形成し、次に、リン酸系ガラスをメカノフュージョン装置の回転ロータ内に投入して単層Ｃを形成した。この際に単層Ａと単層Ｂとの間に混合層Ａを形成するために、ホウケイ酸系ガラスに含まれるホウケイ酸系酸化物が表面で凹凸を形成するようし、ビスマス系酸化物が、上記の凹凸の凹部に入れ込むように形成されるようにした。具体的には、コーティング時の到達温度および到達温度までの処理時間などを制御した。さらに、単層Ｂと単層Ｃとの間に混合層Ｂを形成するために、ビスマス系ガラスに含まれるビスマス系酸化物が表面で凹凸を形成するようし、リン酸系酸化物が、上記の凹凸の凹部に入れ込むように形成されるようにした。具体的には、コーティング時の到達温度および到達温度までの処理時間などを制御した。また、比較例では、混合層Ａおよび混合層Ｂを形成しないようにするため、ホウケイ酸系ガラス粉末のみを単独で添加して単層Ａを形成する際の熱処理条件を実施例よりも高温かつ長時間とした。その結果、単層Ａの表面が平滑化された。次に、ビスマス系ガラス粉末のみを単独で添加して単層Ｂを形成する際の熱処理条件を実施例よりも高温かつ長時間とした。その結果、単層Ｂの表面が平滑化された。最後に、リン酸系ガラス粉末のみを単独で添加して単層Ｃを形成する際の熱処理温度を十分に低い温度とした。

そして、各試料の軟磁性粉末に形成された被覆部を観察した。まず、ＴＥＭを用いて粒子表面近傍の明視野像を観察し、粒子表面に被覆部が存在することを確認した。次にＥＥＬＳを用いて各元素のマッピング画像を観察し、被覆部が単層Ａ～Ｃおよび混合層Ａ、Ｂを有することを確認した。さらに、各混合層における各酸化物の面積割合が表４に示す面積割合となっていることを確認した。また、各単層および各混合層のそれぞれの平均厚みは、ＴＥＭ、ＦＦＴ、ＥＥＬＳを用いて測定した。

上記の点以外は実験例１と同様に実施した。結果を表４に示す。

表４より、被覆部が混合層Ａ、Ｂを有し、被覆部の合計厚みの平均が２．０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である各実施例は耐電圧および透磁率が良好となった。

これに対し、被覆部が混合層を有さず単層Ａ～Ｃのみを有する各比較例は耐電圧が著しく低下した。

実験例５
軟磁性粉末として、質量比でＦｅ_{０．８７３}Ｓｉ_{０．０７０}Ｃｒ_{０．０２５}Ｂ_{０．０２５}Ｃ_{０．００７}である軟磁性粉末を作製した。

本実験例では、軟磁性粉末はガスアトマイズ法で作製した。溶解温度は１３２０℃とし、その他の条件は得られる軟磁性粉末の平均粒径（Ｄ５０）が表５に示す値となるように適宜制御した。

得られた軟磁性粉末の平均粒径（Ｄ５０）を乾式粒度分布測定器 ＨＥＬＯＳを用いて測定し、表５に示す値であることを確認した。

本実験例では、得られた軟磁性粉末が非晶質からなる構造であることをＸＲＤにより確認した。

その他の点については、実験例１と同様に実施した。なお、実験例５では比透磁率が４０以上である場合を透磁率が良好であるとした。軟磁性粉末の微細構造の変化により軟磁性粉末の透磁率が変化するためである。結果を表５に示す。

表５より、被覆部が混合層のみを含み、混合層が２種類以上の酸化物を含み、被覆部の平均厚みが２．０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である各実施例は耐電圧および透磁率が良好となった。

これに対し、被覆部が１種類の酸化物のみを含む各比較例は耐電圧が著しく低下した。

実験例６
軟磁性粉末として、質量比でＦｅ_{０．９３５}Ｓｉ_{０．０４５}Ｃｒ_{０．０２０}である軟磁性粉末を作製した。

本実験例では、軟磁性粉末はガスアトマイズ法で作製した。溶解温度は（１９５０）℃とし、その他の条件は得られる軟磁性粉末の平均粒径（Ｄ５０）が表６に示す値となるように適宜制御した。

得られた軟磁性粉末の平均粒径（Ｄ５０）を粒子径分布測定装置 ＨＥＬＯＳを用いて測定し、表６に示す値であることを確認した。

本実験例では、得られた軟磁性粉末がナノ結晶よりも大きい結晶からなる構造であることをＸＲＤにより確認した。また、得られた軟磁性粉末に含まれる結晶の平均結晶粒径が１～１００ｎｍであることをＸＲＤにより確認した。

その他の点については、実験例１と同様に実施した。なお、実験例６では比透磁率が３０以上である場合を透磁率が良好であるとした。軟磁性粉末の微細構造の変化により透磁率が変化するためである。結果を表６に示す。

表６より、被覆部が混合層のみを含み、混合層が２種類以上の酸化物を含み、被覆部の平均厚みが２．０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である各実施例は耐電圧および透磁率が良好となった。

これに対し、被覆部が１種類の酸化物のみを含む各比較例は耐電圧が著しく低下した。

実験例７
実験例７では、軟磁性粉末がナノ結晶からなる構造である場合（実施例２７）、結晶からなる構造である場合（実施例１２６）、非晶質からなる構造である場合（実施例１０６）のそれぞれについて軟磁性粉末の組成を変化させて実施した。軟磁性粉末がナノ結晶からなる構造については、平均結晶粒径が実験例１と同等になるように適宜熱処理条件を変化させた。軟磁性粉末が結晶からなる構造については、平均結晶粒径が実験例６と同等になるように適宜熱処理条件を変化させた。結果を表７に示す。なお、透磁率に関して、軟磁性粉末がナノ結晶からなる構造である場合は比透磁率が５０以上である場合に透磁率が良好であるとした。軟磁性粉末が非晶質からなる構造である場合は比透磁率が４０以上である場合に透磁率が良好であるとした。軟磁性粉末が結晶からなる構造である場合は比透磁率が３０以上である場合に透磁率が良好であるとした。

表７より、被覆部が混合層のみを含み、混合層が２種類以上の酸化物を含み、被覆部の平均厚みが２．０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である各実施例は耐電圧および透磁率が良好となった。

実験例８
実験例８では、軟磁性粉末として、質量比でＦｅ_{０．８３９}Ｎｂ_{０．１２２}Ｂ_{０．０２０}Ｐ_{０．０１８}Ｓ_{０．００１}である軟磁性粉末を作製した点、および、熱処理条件を変化させてナノ結晶の平均結晶粒径を表８に示す値とした点以外は実験例１の実施例２と同様に実施した。結果を表８に示す。

表８より、軟磁性粉末に含まれるナノ結晶の平均結晶粒径が変化しても、被覆部が混合層のみを含み、混合層が２種類以上の酸化物を含み、被覆部の平均厚みが２．０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である各実施例は耐電圧および透磁率が良好となった。

１１・・・軟磁性粉末粒子
２１、２２・・・混合層
２３～２５・・・単層
３１～３３・・・酸化物

Claims (8)

1. Ｆｅを含む軟磁性粉末であって、
   前記軟磁性粉末の表面が被覆部により覆われており、
   前記被覆部が混合層を含み、
   前記混合層がホウケイ酸系酸化物、ビスマス系酸化物およびリン酸系酸化物から選択される２種以上を有し、
   前記被覆部の平均厚みが２．０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である軟磁性粉末。
2. 前記混合層の断面において、ホウケイ酸系酸化物の面積割合をＳ_Ｓ、ビスマス系酸化物の面積割合をＳ_Ｂ、リン酸系酸化物の面積割合をＳ_Ｐとし、Ｓ_Ｓ＋Ｓ_Ｂ＋Ｓ_Ｐ＝１００として、
   Ｓ_Ｓ、Ｓ_ＢおよびＳ_Ｐが全て０以上９０以下である請求項１に記載の軟磁性粉末。
3. 前記混合層がホウケイ酸系酸化物およびリン酸系酸化物を有する請求項１または２に記載の軟磁性粉末。
4. 前記被覆部が前記軟磁性粉末の表面に近い側から順番に第１単層、前記混合層および第２単層を有し、
   前記第１単層が前記ホウケイ酸系酸化物および前記ビスマス系酸化物から選択される１種のみを有し、
   前記第２単層が前記ビスマス系酸化物および前記リン酸系酸化物から選択される１種のみを有し、
   前記第１単層と前記第２単層とで、酸化物の種類が異なる請求項１～３のいずれかに記載の軟磁性粉末。
5. 前記軟磁性粉末が非晶質からなる構造を有する請求項１～４のいずれかに記載の軟磁性粉末。
6. 前記軟磁性粉末がナノ結晶からなる構造を有する請求項１～４のいずれかに記載の軟磁性粉末。
7. 請求項１～６のいずれかに記載の軟磁性粉末を含む磁性体コア。
8. 請求項７に記載の磁性体コアを含む磁性部品。

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