JP6867965B2 - 軟磁性合金粉末、圧粉磁心および磁性部品 - Google Patents

Description

本発明は軟磁性合金粉末、圧粉磁心および磁性部品に関する。

各種電子機器の電源回路に用いられる磁性部品として、トランス、チョークコイル、インダクタ等が知られている。

このような磁性部品は、所定の磁気特性を発揮する磁心（コア）の周囲あるいは内部に、電気伝導体であるコイル（巻線）が配置されている構成を有している。

インダクタ等の磁性部品が備える磁心には小型化、高性能化が求められている。このような磁心に用いられる磁気特性が良好な軟磁性材料としては、鉄（Ｆｅ）をベースとするナノ結晶合金が例示される。ナノ結晶合金は、アモルファス合金を熱処理することにより、非晶質中にナノメートルオーダーの微結晶が析出した合金である。たとえば、特許文献１には、Ｆｅ−Ｂ−Ｍ（Ｍ＝Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ）系の軟磁性非晶質合金の薄帯が記載されている。特許文献１によれば、この軟磁性非晶質合金は市販のＦｅアモルファスと比べて高い飽和磁束密度を有している。

ところで、磁心を圧粉磁心として得る場合には、このような軟磁性合金を粉末状にして、圧縮成形する必要がある。このような圧粉磁心においては、磁気特性を向上させるために、磁性成分の割合（充填率）が高められている。しかしながら、軟磁性合金は絶縁性が低いため、軟磁性合金から構成される粒子同士が接触していると、磁性部品への電圧印加時に、接触している粒子間を流れる電流（粒子間渦電流）に起因する損失が大きく、その結果、圧粉磁心のコアロスが大きくなってしまうという問題があった。

そこで、このような渦電流を抑制するために、軟磁性合金粒子の表面には絶縁被膜が形成されている。たとえば、特許文献２は、リン（Ｐ）の酸化物を含む粉末ガラスを機械的摩擦により軟化させて、Ｆｅ系非晶質合金粉末の表面に絶縁コーティング層を形成することを開示している。

特許３３４２７６７号公報 特開２０１５−１３２０１０号公報

特許文献２において、絶縁コーティング層が形成されたＦｅ系非晶質合金粉末は樹脂と混合され圧縮成形により圧粉磁心とされる。絶縁コーティング層の厚みを大きくすれば、圧粉磁心の耐電圧性は向上するものの、磁性成分の充填率が低くなるため、磁気特性が劣化してしまう。したがって、良好な磁気特性を得るには、絶縁コーティング層が形成された軟磁性合金粉末全体として、耐電圧性を向上させる必要がある。

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、耐電圧性が良好な圧粉磁心、これを備える磁性部品および当該圧粉磁心に好適な軟磁性合金粉末を提供することである。

本発明者らは、特定の組成を有する軟磁性合金からなる軟磁性合金粒子に、被覆部を設けることにより、当該軟磁性合金粒子を含む粉末全体の耐電圧性が向上することを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明の態様は、
［１］組成式（Ｆｅ_{（１−（α＋β））}Ｘ１_αＸ２_β）_{（１−（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ））}Ｍ_ａＢ_ｂＰ_ｃＳｉ_ｄＣ_ｅで表される軟磁性合金からなる軟磁性合金粒子を複数含む軟磁性合金粉末であって、
Ｘ１は、ＣｏおよびＮｉからなる群から選択される１種以上であり、
Ｘ２は、Ａｌ，Ｍｎ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｂｉ，Ｎ，Ｏおよび希土類元素からなる群より選択される１種以上であり、
Ｍは、Ｎｂ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｍｏ，ＷおよびＶからなる群から選択される１種以上であり、
ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、αおよびβが、
０．０２０≦ａ≦０．１４、
０．０２０＜ｂ≦０．２０、
０＜ｃ≦０．１５、
０≦ｄ≦０．０６０、
０≦ｅ≦０．０４０、
α≧０、
β≧０、
０≦α＋β≦０．５０である関係を満足し、
軟磁性合金は、初期微結晶が非晶質中に存在するナノヘテロ構造を有し、
軟磁性合金粒子の表面は被覆部により覆われており、
被覆部は、Ｐ、Ｓｉ、ＢｉおよびＺｎからなる群から選ばれる１つ以上の元素の化合物を含むことを特徴とする軟磁性合金粉末である。

［２］初期微結晶の平均粒径が、０．３ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることを特徴とする[１]に記載の軟磁性合金粉末である。

［３］組成式（Ｆｅ_{（１−（α＋β））}Ｘ１_αＸ２_β）_{（１−（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ））}Ｍ_ａＢ_ｂＰ_ｃＳｉ_ｄＣ_ｅで表される軟磁性合金からなる軟磁性合金粒子を複数含む軟磁性合金粉末であって、
Ｘ１は、ＣｏおよびＮｉからなる群から選択される１種以上であり、
Ｘ２は、Ａｌ，Ｍｎ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｂｉ，Ｎ，Ｏおよび希土類元素からなる群より選択される１種以上であり、
Ｍは、Ｎｂ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｍｏ，ＷおよびＶからなる群から選択される１種以上であり、
ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、αおよびβが、
０．０２０≦ａ≦０．１４、
０．０２０＜ｂ≦０．２０、
０＜ｃ≦０．１５、
０≦ｄ≦０．０６０、
０≦ｅ≦０．０４０、
α≧０、
β≧０、
０≦α＋β≦０．５０である関係を満足し、
軟磁性合金は、Ｆｅ基ナノ結晶を有し、
軟磁性合金粒子の表面は被覆部により覆われており、
被覆部は、Ｐ、Ｓｉ、ＢｉおよびＺｎからなる群から選ばれる１つ以上の元素の化合物を含むことを特徴とする軟磁性合金粉末である。

［４］Ｆｅ基ナノ結晶の平均粒径が、５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることを特徴とする[３]に記載の軟磁性合金粉末である。

［５］［１］から［４］のいずれかに記載の軟磁性合金粉末から構成される圧粉磁心である。

［６］［５］に記載の圧粉磁心を備える磁性部品である。

本発明によれば、耐電圧性が良好な圧粉磁心、これを備える磁性部品および当該圧粉磁心に好適な軟磁性合金粉末を提供することができる。

図１は、本実施形態に係る軟磁性合金粉末を構成する被覆粒子の断面模式図である。 図２は、被覆部を形成するために用いる粉末被覆装置の構成を示す断面模式図である。

以下、本発明を、図面に示す具体的な実施形態に基づき、以下の順序で詳細に説明する。
１．軟磁性合金粉末
１．１．軟磁性合金
１．１．１．第１の観点
１．１．２．第２の観点
１．２．被覆部
２．圧粉磁心
３．磁性部品
４．圧粉磁心の製造方法
４．１．軟磁性合金粉末の製造方法
４．２．圧粉磁心の製造方法

（１．軟磁性合金粉末）
本実施形態に係る軟磁性合金粉末は、図１に示すように、軟磁性合金粒子２の表面に被覆部１０が形成された被覆粒子１を複数含む。軟磁性合金粉末に含まれる粒子の個数割合を１００％とした場合、被覆粒子の個数割合が９０％以上であることが好ましく、９５％以上であることが好ましい。なお、軟磁性合金粒子２の形状は特に制限されないが、通常、球形である。

また、本実施形態に係る軟磁性合金粉末の平均粒子径（Ｄ５０）は、用途および材質に応じて選択すればよい。本実施形態では、平均粒子径（Ｄ５０）は、０．３〜１００μｍの範囲内であることが好ましい。軟磁性合金粉末の平均粒子径を上記の範囲内とすることにより、十分な成形性あるいは所定の磁気特性を維持することが容易となる。平均粒子径の測定方法としては、特に制限されないが、レーザー回折散乱法を用いることが好ましい。

本実施形態では、軟磁性合金粉末は、材質が同じ軟磁性合金粒子のみを含んでいてもよいし、材質が異なる軟磁性合金粒子が混在していてもよい。なお、異なる材質とは、軟磁性合金を構成する元素が異なる場合、構成する元素が同じであってもその組成が異なる場合等が例示される。

（１．１．軟磁性合金）
軟磁性合金粒子は、所定の構造および組成を有する軟磁性合金からなる。本実施形態では、当該軟磁性合金を、第１の観点に係る軟磁性合金と、第２の観点に係る軟磁性合金と、に分けて説明する。第１の観点に係る軟磁性合金と、第２の観点に係る軟磁性合金と、の違いは、軟磁性合金の構造の違いであり、組成は共通する。

（１．１．１．第１の観点）
第１の観点に係る軟磁性合金は、初期微結晶が非晶質中に存在するナノへテロ構造を有している。このような構造は、軟磁性合金の原料が溶解した溶湯を急冷することにより得られる非晶質合金中に、多数の微結晶が析出し分散している構造である。したがって、初期微結晶の平均粒径は非常に小さい。本実施形態では、初期微結晶の平均粒径は０．３ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好ましい。

このようなナノへテロ構造を有する軟磁性合金を所定の条件で熱処理することにより、初期微結晶を成長させて、後述する第２の観点に係る軟磁性合金（Ｆｅ基ナノ結晶を有する軟磁性合金）を得ることが容易となる。

続いて、第１の観点に係る軟磁性合金の組成について詳細に説明する。

第１の観点に係る軟磁性合金は、組成式（Ｆｅ_{（１−（α＋β））}Ｘ１_αＸ２_β）_{（１−（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ））}Ｍ_ａＢ_ｂＰ_ｃＳｉ_ｄＣ_ｅで表され、Ｆｅが比較的高濃度で存在する軟磁性合金である。

上記の組成式において、Ｍは、Ｎｂ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｍｏ，ＷおよびＶからなる群から選択される１種以上の元素である。

また、ａはＭの含有量を示しており、ａは０．０２０≦ａ≦０．１４を満たす。Ｍの含有量（ａ）は、０．０４０以上であることが好ましく、０．０５０以上であることがより好ましい。また、Ｍの含有量（ａ）は、０．１０以下であることが好ましく、０．０８０以下であることがより好ましい。

ａが小さすぎる場合には、軟磁性合金中に、粒径が３０ｎｍよりも大きい結晶から構成される結晶相が生じやすい。このような結晶相が生じると、熱処理によってＦｅ基ナノ結晶を析出させることができない。その結果、軟磁性合金の比抵抗が低くなりやすく、しかも保磁力が高くなりやすくなる傾向にある。一方、ａが大きすぎる場合には、粉末の飽和磁化が低下しやすくなる傾向にある。

上記の組成式において、ｂはＢ（ホウ素）の含有量を示しており、ｂは０．０２０＜ｂ≦０．２０を満たす。Ｂの含有量（ｂ）は、０．０２５以上であることが好ましく、０．０６０以上であることがより好ましく、０．０８０以上であることがさらに好ましい。また、Ｂの含有量（ｂ）は、０．１５以下であることが好ましく、０．１２以下であることがより好ましい。

ｂが小さすぎる場合には、軟磁性合金中に、粒径が３０ｎｍよりも大きい結晶から構成される結晶相が生じやすい。このような結晶相が生じると、熱処理によってＦｅ基ナノ結晶を析出させることができない。その結果、軟磁性合金の比抵抗が低くなりやすく、しかも保磁力が高くなりやすくなる傾向にある。一方、ｂが大きすぎる場合には、粉末の飽和磁化が低下しやすくなる傾向にある。

上記の組成式において、ｃはＰ（リン）の含有量を示しており、ｃは０＜ｃ≦０．１５を満たす。Ｐの含有量（ｃ）は、０．００５以上であることが好ましく、０．０１０以上であることがより好ましい。また、Ｐの含有量（ｃ）は、０．１００以下であることが好ましい。

ｃが上記の範囲内である場合には、軟磁性合金の比抵抗が向上し、保磁力が低下する傾向にある。ｃが小さすぎる場合には上記の効果が得られにくい傾向にある。一方、ｃが大きすぎる場合には、粉末の飽和磁化が低下しやすくなる傾向にある。

上記の組成式において、ｄはＳｉ（シリコン）の含有量を示しており、ｄは０≦ｄ≦０．０６０を満たす。すなわち、軟磁性合金は、Ｓｉを含有しなくてもよい。Ｓｉの含有量（ｄ）は、０．００１以上であることが好ましく、０．００５以上であることがより好ましい。また、Ｓｉの含有量（ｄ）は、０．０４０以下であることが好ましい。

ｄが上記の範囲内である場合には、軟磁性合金の比抵抗が特に向上しやすくなり、保磁力が低下しやすくなる傾向にある。一方、ｄが大きすぎる場合には、軟磁性合金の保磁力が逆に上昇してしまう傾向にある。

上記の組成式において、ｅはＣ（炭素）の含有量を示しており、ｅは０≦ｅ≦０．０４０を満たす。すなわち、軟磁性合金は、Ｃを含有しなくてもよい。Ｃの含有量（ｅ）は、０．００１以上であることが好ましい。また、Ｃの含有量（ｅ）は、０．０３５以下であることが好ましく、０．０３０以下であることがより好ましい。

ｅが上記の範囲内である場合には、軟磁性合金の保磁力が特に低下しやすくなる傾向にある。ｅが大きすぎる場合には、軟磁性合金の比抵抗が低下し、保磁力が逆に上昇してしまう傾向にある。

上記の組成式において、１−（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）は、Ｆｅ（鉄）の含有量を示している。Ｆｅの含有量については、特に制限されないが、本実施形態では、Ｆｅの含有量（１−（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ））は、０．７３以上０．９５以下であることが好ましい。Ｆｅの含有量を上記の範囲内とすることで、粒径が３０ｎｍよりも大きい結晶から構成される結晶相が生じにくくなる。その結果、熱処理によりＦｅ基ナノ結晶が析出した軟磁性合金が得られやすくなる傾向にある。

また、第１の観点に係る軟磁性合金においては、上記の組成式に示すように、Ｆｅの一部をＸ１および／またはＸ２で組成的に置換してもよい。

Ｘ１は、ＣｏおよびＮｉからなる群から選択される１種以上の元素である。上記の組成式において、αはＸ１の含有量を示しており、本実施形態では、αは０以上である。すなわち、軟磁性合金は、Ｘ１を含有しなくてもよい。

また、組成全体の原子数を１００ａｔ％とした場合に、Ｘ１の原子数は４０ａｔ％以下であることが好ましい。すなわち、０≦α｛１−（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）｝≦０．４０を満たすことが好ましい。

Ｘ２は、Ａｌ，Ｍｎ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｂｉ，Ｎ，Ｏおよび希土類元素からなる群より選択される１種以上の元素である。上記の組成式において、βはＸ２の含有量を示しており、本実施形態では、βは０以上である。すなわち、軟磁性合金は、Ｘ２を含有しなくてもよい。

また、組成全体の原子数を１００ａｔ％とした場合に、Ｘ２の原子数は３．０ａｔ％以下であることが好ましい。すなわち、０≦β｛１−（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ）｝≦０．０３０を満たすことが好ましい。

さらに、Ｘ１および／またはＸ２がＦｅを置換する範囲（置換量）としては、原子数換算でＦｅの総原子数の半分以下とする。すなわち、０≦α＋β≦０．５０とする。α＋βが大きすぎる場合には、熱処理によりＦｅ基ナノ結晶が析出した軟磁性合金を得ることが困難となる傾向にある。

なお、第１の観点に係る軟磁性合金は、上記以外の元素を不可避的不純物として含んでいてもよい。たとえば、軟磁性合金１００重量％に対して、上記以外の元素を合計で０．１重量％以下含んでいてもよい。

（１．１．２．第２の観点）
第２の観点に係る軟磁性合金は、その構造が異なる以外は、第１の観点に係る軟磁性合金の構成と同一であり、重複する説明は省略する。すなわち、第１の観点に係る軟磁性合金の組成に関する説明は、第２の観点に係る軟磁性合金にも適用される。

第２の観点に係る軟磁性合金は、Ｆｅ基ナノ結晶を有している。Ｆｅ基ナノ結晶とは、粒径がナノメートルオーダーであり、結晶構造がｂｃｃ（体心立方格子構造）であるＦｅの結晶のことである。当該軟磁性合金においては、多数のＦｅ基ナノ結晶が非晶質中に析出し分散している。本実施形態では、Ｆｅ基ナノ結晶は、第１の観点に係る軟磁性合金を含む粉末を熱処理して、初期微結晶を成長させることにより好適に得られる。

したがって、Ｆｅ基ナノ結晶の平均粒径は、初期微結晶の平均粒径よりも若干大きい傾向にある。本実施形態では、Ｆｅ基ナノ結晶の平均粒径は５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることが好ましい。Ｆｅ基ナノ結晶が非晶質中に分散して存在している軟磁性合金は、高い飽和磁化が得られやすく、かつ低い保磁力が得られやすい。

（１．２．被覆部）
被覆部１０は、図１に示すように、軟磁性金属粒子２の表面を覆うように形成されている。また、本実施形態では、表面が物質により被覆されているとは、当該物質が表面に接触して接触した部分を覆うように固定されている形態をいう。また、軟磁性合金粒子を被覆する被覆部は、粒子の表面の少なくとも一部を覆っていればよいが、表面の全部を覆っていることが好ましい。さらに、被覆部は粒子の表面を連続的に覆っていてもよいし、断続的に覆っていてもよい。

被覆部１０は、軟磁性合金粉末を構成する軟磁性合金粒子同士を絶縁できるような構成であれば、特に制限されない。本実施形態では、被覆部１０は、Ｐ、Ｓｉ、ＢｉおよびＺｎからなる群から選ばれる１つ以上の元素の化合物を含んでいることが好ましく、Ｐを含む化合物を含んでいることが特に好ましい。また、当該化合物は酸化物であることがより好ましく、酸化物ガラスであることが特に好ましい。被覆部を上記の構成とすることにより、軟磁性合金の非晶質中に偏析している元素との密着性が向上し、軟磁性合金粉末の絶縁性が向上する。

また、Ｐ、Ｓｉ、ＢｉおよびＺｎからなる群から選ばれる１つ以上の元素の化合物は、被覆部１０において、主成分として含まれていることが好ましい。「Ｐ、Ｓｉ、ＢｉおよびＺｎからなる群から選ばれる１つ以上の元素の酸化物を主成分として含む」とは、被覆部１０に含まれる元素のうち、酸素を除いた元素の合計量を１００質量％とした場合に、Ｐ、Ｓｉ、ＢｉおよびＺｎからなる群から選ばれる１つ以上の元素の合計量が最も多いことを意味する。また、本実施形態では、これらの元素の合計量は５０質量％以上であることが好ましく、６０質量％以上であることがより好ましい。

酸化物ガラスとしては特に限定されず、たとえば、リン酸塩（Ｐ_２Ｏ_５）系ガラス、ビスマス酸塩（Ｂｉ_２Ｏ_３）系ガラス、ホウケイ酸塩（Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２）系ガラス等が例示される。

Ｐ_２Ｏ_５系ガラスとしては、Ｐ_２Ｏ_５が５０ｗｔ％以上含まれるガラスが好ましく、Ｐ_２Ｏ_５−ＺｎＯ−Ｒ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３系ガラス等が例示される。なお、「Ｒ」はアルカリ金属を示す。

Ｂｉ_２Ｏ_３系ガラスとしては、Ｂｉ_２Ｏ_３が５０ｗｔ％以上含まれるガラスが好ましく、Ｂｉ_２Ｏ_３−ＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラス等が例示される。

Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系ガラスとしては、Ｂ_２Ｏ_３が１０ｗｔ％以上含まれ、ＳｉＯ_２が１０ｗｔ％以上含まれるガラスが好ましく、ＢａＯ−ＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３系ガラス等が例示される。

このような絶縁性の被覆部を有していることにより、粒子の絶縁性がより高くなるので、被覆粒子を含む軟磁性合金粉末から構成される圧粉磁心の耐電圧が向上する。

被覆部に含まれる成分は、ＳＴＥＭ等のＴＥＭを用いたＥＤＳによる元素分析、ＥＥＬＳによる元素分析、ＴＥＭ画像のＦＦＴ解析等により得られる格子定数等の情報から同定することができる。

被覆部１０の厚みは、上記の効果が得られる限りにおいて特に制限されない。本実施形態では、５ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましい。また、１５０ｎｍ以下であることが好ましく、５０ｎｍ以下であることがより好ましい。

（２．圧粉磁心）
本実施形態に係る圧粉磁心は、上述した軟磁性合金粉末から構成され、所定の形状を有するように形成されていれば特に制限されない。本実施形態では、軟磁性合金粉末と結合剤としての樹脂とを含み、当該軟磁性合金粉末を構成する軟磁性合金粒子同士が樹脂を介して結合することにより所定の形状に固定されている。また、当該圧粉磁心は、上述した軟磁性合金粉末と他の磁性粉末との混合粉末から構成され、所定の形状に形成されていてもよい。

（３．磁性部品）
本実施形態に係る磁性部品は、上記の圧粉磁心を備えるものであれば特に制限されない。たとえば、所定形状の圧粉磁心内部に、ワイヤが巻回された空芯コイルが埋設された磁性部品であってもよいし、所定形状の圧粉磁心の表面にワイヤが所定の巻き数だけ巻回されてなる磁性部品であってもよい。本実施形態に係る磁性部品は、耐電圧性が良好であるため、電源回路に用いられるパワーインダクタに好適である。

（４．圧粉磁心の製造方法）
続いて、上記の磁性部品が備える圧粉磁心を製造する方法について説明する。まず、圧粉磁心を構成する軟磁性合金粉末を製造する方法について説明する。

（４．１．軟磁性合金粉末の製造方法）
本実施形態に係る軟磁性合金粉末は、公知の軟磁性合金粉末の製造方法と同様の方法を用いて得ることができる。具体的には、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法、回転ディスク法等を用いて製造することができる。また、単ロール法等により得られる薄帯を機械的に粉砕して製造してもよい。これらの中では、所望の磁気特性を有する軟磁性合金粉末が得られやすいという観点から、ガスアトマイズ法を用いることが好ましい。

ガスアトマイズ法では、まず、軟磁性合金粉末を構成する軟磁性合金の原料が溶解した溶湯を得る。軟磁性合金に含まれる各金属元素の原料（純金属等）を準備し、最終的に得られる軟磁性合金の組成となるように秤量し、当該原料を溶解する。なお、金属元素の原料を溶解する方法は特に制限されないが、たとえば、アトマイズ装置のチャンバー内で真空引きした後に高周波加熱にて溶解させる方法が例示される。溶解時の温度は、各金属元素の融点を考慮して決定すればよいが、たとえば１２００〜１５００℃とすることができる。

得られた溶湯をルツボ底部に設けられたノズルを通じて線状の連続的な流体としてチャンバー内に供給し、供給された溶湯に高圧のガスを吹き付けて、溶湯を液滴化するとともに、急冷して微細な粉末を得る。ガス噴射温度、チャンバー内の圧力等は、後述する熱処理において、非晶質中にＦｅ基ナノ結晶が析出しやすい条件に応じて決定すればよい。また、粒子径については篩分級や気流分級等をすることにより粒度調整が可能である。

得られる粉末は、後述する熱処理によりＦｅ基ナノ結晶を容易に析出させるために、非晶質中に初期微結晶が存在するナノヘテロ構造を有する軟磁性合金、すなわち、第１の観点に係る軟磁性合金から構成されていることが好ましい。ただし、後述する熱処理により、Ｆｅ基ナノ結晶が析出するのであれば、得られる粉末は、各金属元素が非晶質中に均一に分散している非晶質合金から構成されていてもよい。

本実施形態では、熱処理前の軟磁性合金中に粒径が３０ｎｍよりも大きい結晶が存在している場合には、結晶相が存在すると判断し、粒径が３０ｎｍよりも大きい結晶が存在していない場合には、非晶質であると判断する。なお、軟磁性合金中に粒径が３０ｎｍよりも大きい結晶が存在しているか否かは、公知の方法により評価すればよい。たとえば、Ｘ線回折測定、透過型電子顕微鏡による観察等が例示される。透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いる場合、制限視野回折像、ナノビーム回折像を得ることで確認できる。制限視野回折像またはナノビーム回折像を用いる場合、回折パターンにおいて非晶質の場合にはリング状の回折が形成されるのに対し、非晶質ではない場合には結晶構造に起因した回折斑点が形成される。

また、上記の初期微結晶の有無および平均粒径の観察方法については、特に制限されず、公知の方法により評価すればよい。たとえば、イオンミリングにより薄片化した試料に対して、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて、明視野像または高分解能像を得ることで確認できる。具体的には、倍率１．００×１０^５〜３．００×１０^５倍で得られる明視野像または高分解能像を目視にて観察することで初期微結晶の有無および平均粒径を評価できる。

次に、得られる粉末を熱処理する。熱処理を行うことにより、各粒子同士が焼結し粉体が粗大化することを防ぎつつ、軟磁性合金を構成する元素の拡散を促し、熱力学的平衡状態に短時間で到達させ、軟磁性合金中に存在する歪や応力を除去することができる。その結果、Ｆｅ基ナノ結晶が析出した軟磁性合金、すなわち、第２の観点に係る軟磁性合金から構成される粉末を得ることが容易となる。

本実施形態では、熱処理条件は、Ｆｅ基ナノ結晶が析出しやすい条件であれば特に制限されない。たとえば、熱処理温度を４００〜７００℃、保持時間を０．５〜１０時間とすることができる。

熱処理後には、Ｆｅ基ナノ結晶が析出した軟磁性合金、すなわち、第２の観点に係る軟磁性合金からなる軟磁性合金粒子を含む粉末が得られる。

続いて、熱処理後の粉末に含まれる軟磁性合金粒子に対して被覆部を形成する。被覆部を形成する方法としては、特に制限されず、公知の方法を採用することができる。軟磁性合金粒子に対して湿式処理を行って被覆部を形成してもよいし、乾式処理を行って被覆部を形成してもよい。

また、熱処理を行う前の軟磁性合金粉末に対して、被覆部を形成してもよい。すなわち、第１の観点に係る軟磁性合金からなる軟磁性合金粒子に対して被覆部を形成してもよい。

本実施形態では、メカノケミカルを利用したコーティング方法、リン酸塩処理法、ゾルゲル法等により形成することができる。メカノケミカルを利用したコーティング方法では、たとえば、図２に示す粉末被覆装置１００を用いる。軟磁性合金粉末と、被覆部を構成する材質（Ｐ、Ｓｉ、Ｂｉ、Ｚｎの化合物等）の粉末状コーティング材との混合粉末を、粉末被覆装置の容器１０１内に投入する。投入後、容器１０１を回転させることにより、軟磁性合金粉末と混合粉末との混合物５０が、グラインダー１０２と容器１０１の内壁との間で圧縮され摩擦が生じて熱が発生する。この発生した摩擦熱により、粉末状コーティング材が軟化し、圧縮作用により軟磁性合金粒子の表面に固着して、被覆部を形成することができる。

メカノケミカルを利用したコーティング方法では、容器の回転速度、グラインダーと容器の内壁との間の距離等を調整することにより、発生する摩擦熱を制御して、軟磁性合金粉末と混合粉末との混合物の温度を制御することができる。本実施形態では、当該温度は、５０℃以上１５０℃以下であることが好ましい。このような温度範囲とすることにより、被覆部が軟磁性合金粒子の表面を覆うように形成しやすくなる。

（４．２．圧粉磁心の製造方法）
圧粉磁心は、上記の軟磁性合金粉末を用いて製造する。具体的な製造方法としては、特に制限されず、公知の方法を採用することができる。まず、被覆部を形成した軟磁性合金粒子を含む軟磁性合金粉末と、結合剤としての公知の樹脂とを混合し、混合物を得る。また、必要に応じて、得られた混合物を造粒粉としてもよい。そして、混合物または造粒粉を金型内に充填して圧縮成形し、作製すべき圧粉磁心の形状を有する成形体を得る。得られた成形体に対して、たとえば５０〜２００℃で熱処理を行うことにより、樹脂が硬化し軟磁性合金粒子が樹脂を介して固定された所定形状の圧粉磁心が得られる。得られた圧粉磁心に、ワイヤを所定回数だけ巻回することにより、インダクタ等の磁性部品が得られる。

また、上記の混合物または造粒粉と、ワイヤを所定回数だけ巻回して形成された空心コイルとを、金型内に充填して圧縮成形しコイルが内部に埋設された成形体を得てもよい。得られた成形体に対して、熱処理を行うことにより、コイルが埋設された所定形状の圧粉磁心が得られる。このような圧粉磁心は、その内部にコイルが埋設されているので、インダクタ等の磁性部品として機能する。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の範囲内において種々の態様で改変しても良い。

以下、実施例を用いて、発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実験例１〜４５）
まず、軟磁性合金の原料金属を準備した。準備した原料金属を、表１に示す組成となるように秤量し、アトマイズ装置内に配置されたルツボに収容した。続いて、チャンバー内を真空引きした後、ルツボ外部に設けたワークコイルを用いて、ルツボを高周波誘導により加熱し、ルツボ中の原料金属を溶融、混合して１２５０℃の溶湯（溶融金属）を得た。

得られた溶湯をルツボ底部に設けられたノズルを通じて線状の連続的な流体としてチャンバー内に供給し、供給された溶湯にガスを吹き付けて粉末を得た。ガスの噴射温度は１２５０℃とし、チャンバー内の圧力は１ｈＰａとした。なお、得られた粉末の平均粒子径（Ｄ５０）は、２０μｍであった。

得られた粉末に対してＸ線回折測定を行い、粒径が３０ｎｍよりも大きい結晶の有無を確認した。そして、粒径が３０ｎｍよりも大きい結晶が存在しない場合には、粉末を構成する軟磁性合金が非晶質相からなると判断し、粒径が３０ｎｍよりも大きい結晶が存在する場合には、軟磁性合金が結晶相からなると判断した。結果を表１に示す。

続いて、得られた粉末を熱処理した。熱処理条件は、熱処理温度を６００℃、保持時間を１時間とした。熱処理後の粉末に対してＸ線回折測定およびＴＥＭによる観察を行い、Ｆｅ基ナノ結晶の存在の有無を評価した。結果を表１に示す。なお、Ｆｅ基ナノ結晶が存在する実施例の全ての試料において、Ｆｅ基ナノ結晶の結晶構造がｂｃｃ構造であり、平均粒径が５〜３０ｎｍであることが確認された。

また、熱処理後の粉末について保磁力（Ｈｃ）および飽和磁化（σｓ）を測定した。保磁力は、φ６ｍｍ×５ｍｍのプラスチックケースに２０ｍｇの粉末を入れ、パラフィンを融解、凝固させて固定したものを、東北特殊鋼製保磁力計（K-HC1000型）を用いて測定した。測定磁界は１５０ｋＡ／ｍとした。本実施例では、保磁力は３５０Ａ／ｍ以下である試料を良好とした。結果を表１に示す。飽和磁化は、玉川製作所製ＶＳＭ（振動試料型磁力計）を用いて測定した。本実施例では、飽和磁化は１５０Ａ・ｍ^２／ｋｇ以上である試料を良好とした。結果を表１に示す。

続いて、熱処理後の粉末を、粉末ガラス（コーティング材）とともに、粉体被覆装置の容器内に投入し、粉末ガラスを粒子の表面にコーティングして、被覆部を形成することにより、軟磁性合金粉末が得られた。粉末ガラスの添加量は、熱処理後の粉末１００ｗｔ％に対して０．５ｗｔ％に設定した。被覆部の厚みは５０ｎｍであった。

粉末ガラスは、組成がＰ_２Ｏ_５−ＺｎＯ−Ｒ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３であるリン酸塩系ガラスとした。具体的な組成は、Ｐ_２Ｏ_５が５０ｗｔ％、ＺｎＯが１２ｗｔ％、Ｒ_２Ｏが２０ｗｔ％、Ａｌ_２Ｏ_３が６ｗｔ％であり、残部が副成分であった。

なお、本発明者らは、Ｐ_２Ｏ_５が６０ｗｔ％、ＺｎＯが２０ｗｔ％、Ｒ_２Ｏが１０ｗｔ％、Ａｌ_２Ｏ_３が５ｗｔ％であり、残部が副成分である組成を有するガラス、Ｐ_２Ｏ_５が６０ｗｔ％、ＺｎＯが２０ｗｔ％、Ｒ_２Ｏが１０ｗｔ％、Ａｌ_２Ｏ_３が５ｗｔ％であり、残部が副成分である組成を有するガラス等についても同様の実験を行い、後述する結果と同様の結果が得られることを確認している。

次に、被覆部を形成した軟磁性合金粉末を固化して、当該粉末の抵抗率を評価した。粉末の抵抗率は、粉末抵抗測定装置を用いて、０．６ｔ／ｃｍ^２の圧力を印加した状態での抵抗率を測定した。本実施例では、抵抗率が１０^６Ωｃｍ以上である試料を「◎」とし、１０^５Ωｃｍ以上である試料を「○」とし、１０^４Ωｃｍ以上である試料を「△」とし、１０^４Ωｃｍ未満である試料を「×」とした。結果を表１に示す。

続いて、圧粉磁心を作製した。熱硬化樹脂であるエポキシ樹脂および硬化剤であるイミド樹脂の総量が、得られた軟磁性合金粉末１００ｗｔ％に対して、３ｗｔ％となるように秤量し、アセトンに加えて溶液化し、その溶液と軟磁性合金粉末とを混合した。混合後、アセトンを揮発させて得られた顆粒を、３５５μｍのメッシュで整粒した。これを外径１１ｍｍ、内径６．５ｍｍのトロイダル形状の金型に充填し、成形圧３．０ｔ／ｃｍ^２で加圧し圧粉磁心の成形体を得た。得られた圧粉磁心の成形体を１８０℃で１時間樹脂を硬化させ圧粉磁心を得た。

得られた圧粉磁心の試料の上下にソースメーターを用いて電圧を印加し、１ｍＡの電流が流れた電圧値を耐電圧とした。本実施例では、耐電圧が１００Ｖ／ｍｍ以上である試料を良好とした。結果を表１に示す。

表１より、各成分の含有量が上述した範囲内であり、ナノへテロ構造またはＦｅ基ナノ結晶を有する場合には、粉末および圧粉磁心の特性が良好であることが確認できた。

これに対し、各成分の含有量が上述した範囲外、あるいは、ナノへテロ構造またはＦｅ基ナノ結晶を有していない場合には、粉末の磁気特性に劣ることが確認できた。

（実験例４６〜７２）
実験例１、４および８の試料において、組成式中の「Ｍ」を表２に示す元素とした以外は、実験例４、８および１０と同様にして軟磁性合金粉末を作製し、実験例１、４および８と同様の評価を行った。また、得られた粉末を用いて、実験例１、４および８と同様にして圧粉磁心を作製し、実験例１、４および８と同様の評価を行った。結果を表２に示す。

表２より、Ｍ元素の組成および含有量に依らず、粉末および圧粉磁心の特性が良好であることが確認できた。

（実験例７３〜１２６）
実験例１の試料において、組成式中の「Ｘ１」および「Ｘ２」元素および含有量を表３に示す元素および含有量とした以外は、実験例１と同様にして軟磁性合金粉末を作製し、実験例１と同様の評価を行った。また、得られた粉末を用いて、実験例１と同様にして圧粉磁心を作製し、実験例１と同様の評価を行った。結果を表３に示す。

表３より、Ｘ１元素およびＸ２元素の組成および含有量に依らず、粉末および圧粉磁心の特性が良好であることが確認できた。

（実験例１２７〜１４７）
実験例１の試料において、コーティング材の組成を表４に示す組成とし、コーティング材を用いて形成される被覆部の厚みを表４に示す値とした以外は、実験例１と同様にして軟磁性合金粉末を作製し、実験例１と同様の評価を行った。また、得られた粉末を用いて、実験例１と同様にして圧粉磁心を作製し、実験例１と同様の評価を行った。結果を表４に示す。なお、実験例１２７の試料に対しては、被覆部を形成しなかった。

また、本実施例では、ビスマス酸塩系ガラスとしてのＢｉ_２Ｏ_３−ＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系粉末ガラスにおいて、Ｂｉ_２Ｏ_３が８０ｗｔ％、ＺｎＯが１０ｗｔ％、Ｂ_２Ｏ_３が５ｗｔ％、ＳｉＯ_２が５ｗｔ％であった。ビスマス酸塩系ガラスとして他の組成を有するガラスについても同様の実験を行い、後述する結果と同様の結果が得られることを確認している。

また、本実施例では、ホウケイ酸塩系ガラスとしてのＢａＯ−ＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３系粉末ガラスにおいて、ＢａＯが８ｗｔ％、ＺｎＯが２３ｗｔ％、Ｂ_２Ｏ_３が１９ｗｔ％、ＳｉＯ_２が１６ｗｔ％、Ａｌ_２Ｏ_３が６ｗｔ％であり、残部が副成分であった。ホウケイ酸塩系ガラスとして他の組成を有するガラスについても同様の実験を行い、後述する結果と同様の結果が得られることを確認している。

表４より、被覆部の厚みが大きくなるほど、粉末の抵抗率および圧粉磁心の耐電圧が向上することが確認できた。また、コーティング材の組成に依らず、粉末の抵抗率および圧粉磁心の耐電圧が良好であることが確認できた。

（実験例１４８〜１６１）
実験例１の試料において、アトマイズ時の溶湯の温度およびアトマイズにより得られた粉末の熱処理条件を表５に示す条件とした以外は、実験例１と同様にして軟磁性合金粉末を作製し、実験例１と同様の評価を行った。また、得られた粉末を用いて、実験例１と同様にして圧粉磁心を作製し、実験例１と同様の評価を行った。結果を表５に示す。

表５より、初期微結晶を有するナノヘテロ構造を有する粉末や熱処理後にＦｅ基ナノ結晶を有する粉末については、初期微結晶の平均粒径およびＦｅ基ナノ結晶の平均粒径に依らず、粉末の抵抗率および圧粉磁心の耐電圧が良好であることが確認できた。

１…被覆粒子
１０…被覆部
２…軟磁性合金粒子

Claims (6)

1. 組成式（Ｆｅ_{（１−（α＋β））}Ｘ１_αＸ２_β）_{（１−（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ））}Ｍ_ａＢ_ｂＰ_ｃＳｉ_ｄＣ_ｅで表される軟磁性合金からなる軟磁性合金粒子を複数含む軟磁性合金粉末であって、
   Ｘ１は、ＣｏおよびＮｉからなる群から選択される１種以上であり、
   Ｘ２は、Ａｌ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｃｒ，Ｂｉ，ＬａおよびＹからなる群より選択される１種以上であり、
   Ｍは、Ｎｂ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｍｏ，ＷおよびＶからなる群から選択される１種以上であり、
   ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、αおよびβが、
   ０．０２０≦ａ≦０．１４、
   ０．０２０＜ｂ≦０．２０、
   ０．００１≦ｃ≦０．１５、
   ０．００１≦ｄ≦０．０６０、
   ０≦ｅ≦０．０４０、
   α≧０、
   β≧０、
   ０≦α＋β≦０．５０である関係を満足し、
   前記軟磁性合金は、初期微結晶が非晶質中に存在するナノヘテロ構造を有し、
   前記軟磁性合金粒子の表面は被覆部により覆われており、
   前記被覆部は、Ｐの化合物を含むことを特徴とする軟磁性合金粉末。
2. 前記初期微結晶の平均粒径が、０．３ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の軟磁性合金粉末。
3. 組成式（Ｆｅ_{（１−（α＋β））}Ｘ１_αＸ２_β）_{（１−（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ））}Ｍ_ａＢ_ｂＰ_ｃＳｉ_ｄＣ_ｅで表される軟磁性合金からなる軟磁性合金粒子を複数含む軟磁性合金粉末であって、
   Ｘ１は、ＣｏおよびＮｉからなる群から選択される１種以上であり、
   Ｘ２は、Ａｌ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｃｒ，Ｂｉ，ＬａおよびＹからなる群より選択される１種以上であり、
   Ｍは、Ｎｂ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｍｏ，ＷおよびＶからなる群から選択される１種以上であり、
   ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、αおよびβが、
   ０．０２０≦ａ≦０．１４、
   ０．０２０＜ｂ≦０．２０、
   ０．００１≦ｃ≦０．１５、
   ０．００１≦ｄ≦０．０６０、
   ０≦ｅ≦０．０４０、
   α≧０、
   β≧０、
   ０≦α＋β≦０．５０である関係を満足し、
   前記軟磁性合金は、Ｆｅ基ナノ結晶を有し、
   前記軟磁性合金粒子の表面は被覆部により覆われており、
   前記被覆部は、Ｐの化合物を含むことを特徴とする軟磁性合金粉末。
4. 前記Ｆｅ基ナノ結晶の平均粒径が、５ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の軟磁性合金粉末。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の軟磁性合金粉末から構成される圧粉磁心。
6. 請求項５に記載の圧粉磁心を備える磁性部品。

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