JP7128445B2 - 軟磁性体組成物、コア、およびコイル型電子部品 - Google Patents

Description

本発明は、軟磁性体組成物、コア、およびコイル型電子部品に関する。

金属磁性体は、フェライトに比較して、高い飽和磁束密度が得られる利点がある。このような金属磁性体としては、Ｆｅ－Ｓｉ－Ａｌ系合金やＦｅ－Ｓｉ－Ｃｒ系合金等が知られている。

特許文献１では、クロム、アルミニウムおよびケイ素を含み透磁率を向上させた磁性体を用いたコイル型電子部品が提案されている。

コイル型電子部品としては、例えばインダクタ、ＥＭＣ用コイル、トランス等が挙げられる。

近年では、これらのコイル型電子部品に用いられる磁性体は初期透磁率のより一層の向上が求められるようになってきている。

特開２０１１－２４９７７４号公報

本発明は、このような実情に鑑みてなされ、高い初期透磁率を達成できる軟磁性体組成物、コアおよびコイル型電子部品を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る軟磁性体組成物は、
複数の軟磁性合金粒子を有し、
前記軟磁性合金粒子が、元素Ｍと鉄を含み、
前記元素Ｍはケイ素よりイオン化傾向が強く、
前記軟磁性合金粒子の間の領域には、アモルファス層であるＳｉ－Ｍ酸化物またはＳｉ－Ｍ複合酸化物を有する。

本発明に係る軟磁性体組成物は、軟磁性合金粒子が元素Ｍを含み、軟磁性合金粒子の間の領域にアモルファス層であるＳｉ－Ｍ酸化物またはＳｉ－Ｍ複合酸化物を有することにより、高い初期透磁率を達成することができる。

前記軟磁性合金粒子の間の領域でのケイ素、元素Ｍおよび鉄の合計質量に対するケイ素の質量比率が最大になる箇所をピーク位置としたとき、
好ましくは、前記アモルファス層であるＳｉ－Ｍ酸化物またはＳｉ－Ｍ複合酸化物が、前記ピーク位置に存在する。

本発明に係る軟磁性体組成物は、アモルファス層であるＳｉ－Ｍ酸化物またはＳｉ－Ｍ複合酸化物が、ピーク位置に存在することにより、高い初期透磁率を達成することができる。

好ましくは、前記軟磁性体組成物は、前記ピーク位置において、ケイ素に対する元素Ｍの質量比率であるＭ／Ｓｉが０．０５以上である。

本発明に係る軟磁性体組成物は、Ｍ／Ｓｉが所定値以上であることにより、高い初期透磁率を達成することができる。

好ましくは、前記ピーク位置を含む所定の範囲において、ケイ素および元素Ｍが連続して存在しており、前記所定の範囲は、隣接する軟磁性合金粒子の間の距離の５０％以上の範囲である。

本発明に係る軟磁性体組成物は、所定の範囲においてケイ素および元素Ｍが連続して存在していることにより、高い初期透磁率を達成することができる。

また、本発明に係るコアは、上記のいずれかに記載の軟磁性体組成物から構成される。

好ましくは、前記コアの表面の少なくとも一部に被覆層が形成されている。

本発明に係るコイル電子部品は、上記コアを有する。コイル型電子部品としては、特に限定されないが、インダクタ、ＥＭＣ用コイル、トランス等の電子部品が例示される。特に、回路基板上への面実装が可能な小型化されたコイル型電子部品に適している。

図１は本発明の一実施形態に係るコアである 図２は、図１に示すコアの要部拡大断面図である。 図３は、ＥＤＳ解析を行う際の観測点を示すコアの要部拡大断面図である。 図４は、結晶格子の制限視野回折パターンである。 図５は、アモルファス層の制限視野回折パターンである。 図６は、本発明の実施例に係る実施例３のＥＤＳ解析の結果である。 図７は、本発明の比較例に係る比較例２のＥＤＳ解析の結果である。 図８は、本発明の実施例に係る実施例１２のＥＤＳ解析の結果である。 図９は、本発明の比較例に係る比較例１３のＥＤＳ解析の結果である。 図１０は、本発明の実施例に係る実施例３のＥＤＳ解析の結果である。

以下、本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。

本実施形態に係るコイル型電子部品のコアは、圧粉成形により成形されるコア（圧粉コア）である。圧粉成形は、プレス機械の金型内に、軟磁性合金粉末を含む材料を充填し、所定の圧力で加圧して圧縮成形を施すことにより成形体を得る方法である。

本実施形態に係るコア（磁芯）の形状としては、図１に示したトロイダル型のほか、ＦＴ型、ＥＴ型、ＥＩ型、ＵＵ型、ＥＥ型、ＥＥＲ型、ＵＩ型、ドラム型、ポット型、カップ型等を例示することができる。このコアの周囲に単一または複数のワイヤを巻回することにより所望のコイル型電子部品を得ることができる。

本実施形態に係るコイル型電子部品用のコアは、軟磁性体組成物から構成される。

本実施形態に係る軟磁性体組成物は、図２に示すように複数の軟磁性合金粒子２１，２２を有する。また、本実施形態では、隣り合う一方の軟磁性合金粒子２１から他方の軟磁性合金粒子２２までの領域を軟磁性合金粒子の間の領域３０，３１とする。

本実施形態に係る軟磁性合金粒子２１，２２は、元素Ｍと鉄（Ｆｅ）を含む。特に限定されないが、本実施形態に係る軟磁性合金粒子２１，２２はこの他にケイ素（Ｓｉ）、炭素（Ｃ）または亜鉛（Ｚｎ）を含んでもよい。

元素Ｍは、ケイ素（Ｓｉ）よりイオン化傾向が強い。また、元素Ｍは、軟磁性合金粒子２１，２２の表面に酸化被膜を形成する傾向を有する。元素Ｍとしては、例えばクロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、マンガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）が挙げられるが、鉄合金粒子への均一な酸化被膜の形成の観点から、クロム（Ｃｒ）またはアルミニウム（Ａｌ）が好ましい。また、元素Ｍとしては、一種類に限られず、複数の元素を用いてもよい。

本実施形態に係る軟磁性合金粒子２１，２２は、例えば元素Ｍがクロム（Ｃｒ）の場合は、クロム（Ｃｒ）をＣｒ換算で１～９質量％、ケイ素（Ｓｉ）をＳｉ換算で０～９質量％含有し、残部が鉄（Ｆｅ）で構成されている。

また、本実施形態に係る軟磁性合金粒子２１，２２は、例えば元素Ｍがアルミニウム（Ａｌ）の場合は、アルミニウム（Ａｌ）をＡｌ換算で１～９質量％、ケイ素（Ｓｉ）をＳｉ換算で０～１４質量％含有し、残部が鉄（Ｆｅ）で構成されている。

本実施形態に係る軟磁性合金粒子２１，２２におけるクロム（Ｃｒ）の含有量は、Ｃｒ換算で１～９質量％であることが好ましい。これにより、軟磁性合金粒子２１，２２の間の領域３０，３１に、アモルファス層であるＳｉ－Ｍ酸化物またはＳｉ－Ｍ複合酸化物を形成し易くなると共に、コアの強度が良好となる。上記の観点から、軟磁性合金粒子２１，２２におけるクロム（Ｃｒ）の含有量は、Ｃｒ換算で３～７質量％であることがより好ましい。

本実施形態に係る軟磁性合金粒子２１，２２におけるアルミニウム（Ａｌ）の含有量は、Ａｌ換算で１～９質量％であることが好ましい。これにより、軟磁性合金粒子２１，２２の間の領域３０，３１に、アモルファス層であるＳｉ－Ｍ酸化物またはＳｉ－Ｍ複合酸化物を形成し易くなると共に、コアの強度が良好となる。上記の観点から、軟磁性合金粒子２１，２２におけるアルミニウム（Ａｌ）の含有量は、Ａｌ換算で３～７質量％であることがより好ましい。

本実施形態に係る軟磁性合金粒子２１，２２におけるケイ素（Ｓｉ）の含有量は、好ましくはＳｉ換算で０～９質量％であり、より好ましくは２～８．５質量％である。

本実施形態に係る軟磁性合金粒子２１，２２において残部は、鉄（Ｆｅ）のみから構成されていてもよい。

本実施形態に係る軟磁性体組成物は、上記軟磁性合金粒子２１，２２の構成成分以外にも、炭素（Ｃ）および亜鉛（Ｚｎ）等の成分が含まれることがある。

本実施形態に係る軟磁性体組成物における、炭素（Ｃ）の含有量は、好ましくは０．０５質量％未満であり、より好ましくは０．０１～０．０４質量％である。

本実施形態に係る軟磁性体組成物における、亜鉛（Ｚｎ）の含有量は、好ましくは０．００４～０．２質量％であり、より好ましくは０．０１～０．２質量％である。

なお、本実施形態に係る軟磁性体組成物には、上記成分以外にも、不可避的不純物が含まれていてもよい。

本実施形態に係る軟磁性合金粒子２１，２２の平均結晶粒子径は、好ましくは４～６０μｍである。平均結晶粒子径を上記の範囲とすることで、コアの薄層化を容易に実現することができる。

以下では、「軟磁性合金粒子２１，２２の間の領域３０，３１でのケイ素（Ｓｉ）、元素Ｍおよび鉄（Ｆｅ）の合計質量に対するケイ素（Ｓｉ）、元素Ｍまたは鉄（Ｆｅ）の質量比率」を「３元素質量比率」とする。

また、ケイ素（Ｓｉ）の３元素質量比率が最大になる箇所を「ピーク位置」とする。

本実施形態では、軟磁性合金粒子２１，２２の間の領域３０，３１には、アモルファス層であるＳｉ－Ｍ酸化物またはＳｉ－Ｍ複合酸化物が存在する。これにより、高い初期透磁率を達成できる軟磁性体組成物を得ることができる。

上記の観点から、アモルファス層であるＳｉ－Ｍ酸化物またはＳｉ－Ｍ複合酸化物は、ピーク位置に存在することが好ましい。

なお、Ｓｉ－Ｍ酸化物とは主にケイ素（Ｓｉ）、元素Ｍおよび酸素（Ｏ）で構成された酸化物である。また、Ｓｉ－Ｍ複合酸化物はケイ素（Ｓｉ）、元素Ｍおよび酸素（Ｏ）を含むと共に、さらにこれら３成分（Ｓｉ，ＭおよびＯ）以外の元素を含む酸化物である。

Ｓｉ－Ｍ複合酸化物に含まれる３成分（Ｓｉ，元素ＭおよびＯ）以外の元素としては、バナジウム（Ｖ）、ニッケル（Ｎｉ）または銅（Ｃｕ）が挙げられる。

Ｓｉ－Ｍ酸化物には、ケイ素（Ｓｉ）、元素Ｍおよび酸素（Ｏ）以外の元素が、ケイ素（Ｓｉ）、元素Ｍおよび酸素（Ｏ）の合計質量１００質量％に対して合計で０．１質量％未満含まれている。

Ｓｉ－Ｍ酸化物に含まれる３成分（Ｓｉ，元素ＭおよびＯ）以外の元素としては、バナジウム（Ｖ）、ニッケル（Ｎｉ）または銅（Ｃｕ）が挙げられる。

本実施形態では、Ｓｉ－Ｍ酸化物またはＳｉ－Ｍ複合酸化物を構成するケイ素（Ｓｉ）が軟磁性合金粒子２１，２２に含有される元素に由来しないケイ素（Ｓｉ）を含むと考えられる。軟磁性合金粒子２１，２２に含有される元素に由来しないケイ素（Ｓｉ）は、特に限定されないが、例えば、シリコーン樹脂に含まれるケイ素（Ｓｉ）に由来すると考えられる。

本実施形態では、ピーク位置において、ケイ素（Ｓｉ）に対する元素Ｍの質量比率であるＭ／Ｓｉが好ましくは０．０５以上である。これにより、高い初期透磁率を達成できる軟磁性体組成物を得ることができる。

本実施形態において、Ｓｉ－Ｍ酸化物またはＳｉ－Ｍ複合酸化物が軟磁性合金粒子２１，２２の間の領域３０，３１に存在しているか否かを判断する方法としては、特に限定されないが、以下に具体的な方法を示す。

まず、走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）を用いてコアの断面を観察することにより、軟磁性合金粒子２１，２２と軟磁性合金粒子２１，２２の間の領域３０，３１とを判別する。具体的には、コアの断面をＳＴＥＭにより撮影し、明視野（ＢＦ）像を得る。この明視野像において軟磁性合金粒子２１，２２と軟磁性合金粒子２１，２２との間に存在し、該軟磁性合金粒子２１，２２とは異なるコントラストを有する領域を軟磁性合金粒子２１，２２の間の領域３０，３１とする。異なるコントラストを有するか否かの判断は、目視により行ってもよいし、画像処理を行うソフトウェア等により判断してもよい。

軟磁性合金粒子２１，２２の間の領域３０，３１の組成については、図３に示すように、任意に選択した観測線Ｘにおいて、ＳＴＥＭに付属の十分に分解能が高いＥＤＳ装置を用いて、ＥＤＳ分析を行う。図１０に本実施形態のＥＤＳ解析の結果を示す。図１０の縦軸は、酸素（Ｏ）、ケイ素（Ｓｉ）、元素Ｍおよび鉄（Ｆｅ）の合計質量に対する酸素（Ｏ）、ケイ素（Ｓｉ）、元素Ｍまたは鉄（Ｆｅ）の質量比率（以下では、「４元素質量比率」とする）を示し、横軸は始点からの距離を示す。ここで「始点」とは軟磁性合金粒子２１内の任意の点である。

図１０では、酸素（Ｏ）の４元素質量比率が二点鎖線で示されており、ケイ素（Ｓｉ）の４元素質量比率が実線で示されており、クロム（Ｃｒ）の４元素質量比率が点線で示されており、鉄（Ｆｅ）の４元素質量比率が一点鎖線で示されている。

図１０において始点からの距離が０～０．３６μｍの区間は鉄（Ｆｅ）の４元素質量比率が９８ｗｔ％付近でほぼ一定している。この区間は一方の軟磁性合金粒子２１である。

図１０において始点からの距離が０．３６μｍ～０．６５μｍの区間は鉄（Ｆｅ）の４元素質量比率が下降し、０ｗｔ％付近でほぼ一定した後、上昇している。この区間は軟磁性合金粒子２１，２２の間の領域３１である。

そして、図１０において始点からの距離が０．６５μｍ～１．０μｍの区間は再び鉄（Ｆｅ）の４元素質量比率が９８ｗｔ％付近でほぼ一定している。この区間は他方の軟磁性合金粒子２２である。

特に限定されないが、例えば、本実施形態では、図１０に示すように、同じ位置における酸素（Ｏ）の４元素質量比率が８～６５質量％であり、ケイ素（Ｓｉ）の４元素質量比率が８～６５質量％であり、および元素Ｍの４元素質量比率が８～６５質量％である場合には、その位置はＳｉ－Ｍ酸化物またはＳｉ－Ｍ複合酸化物であると判断する。

この他、酸素（Ｏ）のマッピング画像と、ケイ素（Ｓｉ）のマッピング画像と、元素Ｍのマッピング画像を比較して、同じ位置に酸素（Ｏ）とケイ素（Ｓｉ）と元素Ｍが存在していれば、その位置はＳｉ－Ｍ酸化物またはＳｉ－Ｍ複合酸化物であると判断することもできる。

本実施形態において、Ｓｉ－Ｍ酸化物またはＳｉ－Ｍ複合酸化物がアモルファス層であるか否かを判断する方法としては、特に限定されず、例えば、走査透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の逆格子空間の制限視野回折パターン（ＳＡＤＰ）を解析することで判断してもよい。制限視野回折パターンでは、規則的な結晶構造を持つ場合は、図４に示すように、結晶構造を反映した各回折スポットが観察される。一方、規則的な結晶構造を持たないアモルファス層の場合は、図５に示すように、中心のスポットを中心とした同心円が観察される。また、アモルファス層の場合は、中心スポット以外の明確な回折スポットは観察されない。

本実施形態では、図６および図８に示すように、軟磁性合金粒子２１，２２の間の領域３０，３１においてピーク位置を含む所定の範囲において、ケイ素（Ｓｉ）、および元素Ｍが連続して存在していることが好ましい。ここで、所定の範囲は、隣接する軟磁性合金粒子の間の距離の５０％以上の範囲であることが好ましい。これにより、高い初期透磁率を達成できる軟磁性体組成物を得ることができる。

なお、所定の範囲においてケイ素（Ｓｉ）が連続しているとは、所定の範囲において、ケイ素（Ｓｉ）の３元素質量比率が、好ましくは５質量％以上であり、より好ましくは８質量％以上であることをいう。

また、所定の範囲において元素Ｍが連続しているとは、所定の範囲において、元素Ｍの３元素質量比率が、好ましくは８質量％以上であり、より好ましくは１０質量％以上であることをいう。

なお、元素Ｍがクロム（Ｃｒ）の場合は、ピーク位置を含む所定の範囲が、隣接する軟磁性合金粒子２１，２２の間の距離の８０％以上であることが好ましい。これにより、高い初期透磁率を達成できる軟磁性体組成物を得ることができる。

所定の範囲の長さは、好ましくは０．０１～０．４μｍ、より好ましくは０．０１～０．１μｍである。

本実施形態のピーク位置における組成は元素Ｍがクロム（Ｃｒ）の場合は、例えば、ケイ素（Ｓｉ）の３元素質量比率が５０～９０質量％であり、クロム（Ｃｒ）の３元素質量比率が５０～１０質量％であり、残部が鉄（Ｆｅ）で構成されている。

本実施形態に係るコアの表面の少なくとも一部には被覆層が形成されていてもよい。これによりコアの初期透磁率をさらに向上させることができる。

被覆層の材質としては、特に制限されず、例えば、ガラス組成物、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２または樹脂が例示される。なお、被覆層は複数の材質から構成されていてもよいし、複数の層からなる積層構造を有していてもよい。

被覆層は、例えば、コアの表面の少なくとも一部に形成されている。コアの表面積に対する被覆層が形成される割合（被覆率）は、好ましくは５０～１００％である。被覆率が高くなるほど、コアの欠け等を防止する保護層としての役割も大きくなる。上記の観点から、被覆率は、９０～１００％であることがより好ましい。

次に、本実施形態に係るコアの製造方法の一例を説明する。
本実施形態のコアは、軟磁性合金粉末と、結合材（バインダ樹脂）とを含む成形体を焼成することにより、作製することができる。以下、本実施形態のコアの好ましい製造方法につき、詳述する。

本実施形態に係る製造方法は、好ましくは、
軟磁性合金粉末と、結合材とを混合し、混合物を得る工程と、
混合物を乾燥させて、造粒粉を形成する工程と、
混合物または造粒粉を、作製すべきコアの形状に成形し、成形体を得る工程と、
得られた成形体を加熱することにより、コアを得る工程と、を有する。

また、コアに被覆層を形成してもよい。

本実施形態に係る製造方法により得られたコアは、上記本実施形態に係る軟磁性体組成物によって構成されている。

軟磁性合金粉末としては、クロム（Ｃｒ）をＣｒ換算で１～９質量％、ケイ素（Ｓｉ）をＳｉ換算で０～９質量％含有し、残部が鉄（Ｆｅ）で構成された合金粒子を含有するものを用いることができる。

軟磁性合金粉末の形状は特に制限はないが、高い磁界域までインダクタンスを維持する観点から、球状または楕円体状とすることが好ましい。これらの中では、コアの強度をより大きくする観点から、楕円体状が望ましい。

また、軟磁性合金粉末の平均粒径は、好ましくは３～８０μｍである。軟磁性合金粉末の平均粒径が上記の範囲であると、透磁率が良好になるとともに、渦電流損失が生じにくくなり、異常損失が低減する傾向となる。また、取り扱いが容易となる。上記の観点から、軟磁性合金粉末の平均粒径は５～２０μｍであることがより好ましい。

軟磁性合金粉末は、公知の軟磁性合金粉末の調製方法と同様の方法により得ることができる。この際、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調製することができる。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を作製しやすくするため、水アトマイズ法が好ましい。

結合材としては、シリコーン樹脂を含むものを用いる。結合材としてシリコーン樹脂を用いることにより、軟磁性合金粒子２１，２２の間の領域３０，３１に、軟磁性合金粒子２１，２２に含有される元素に由来しないケイ素（Ｓｉ）が効果的に含まれる。その結果、軟磁性合金粒子２１，２２の間の領域３０，３１に、アモルファス層であるＳｉ－Ｍ酸化物またはＳｉ－Ｍ複合酸化物が形成され易くなると共に、比較的低い成形圧で成形した場合であっても、コアの強度をより高くできる。

なお、本発明の効果を妨げない範囲でその他の結合材が含まれていてもよい。その他の結合材としては、例えば各種有機高分子樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂および水ガラス等が挙げられる。

結合材は、シリコーン樹脂を単独で、またはその他の結合材とで組み合わせて用いることができる。なお、軟磁性体組成物中の炭素（Ｃ）の含有量を０．０５質量％未満に制限することが好ましいため、結合材は、主としてシリコーン樹脂を用いることが好ましい。軟磁性体組成物中の炭素（Ｃ）の含有量が上記の範囲であることにより、得られるコアの強度を良好にできる。

結合材の添加量は、必要とされるコアの特性に応じて異なるが、好ましくは軟磁性合金粉末１００質量％に対して、０．２～１０質量％添加することができる。結合材の添加量が上記の範囲であることにより、軟磁性合金粒子２１，２２の間の領域３０，３１に、アモルファス層であるＳｉ－Ｍ酸化物またはＳｉ－Ｍ複合酸化物を形成し易くなる。上記の観点から、結合材の添加量は軟磁性合金粉末１００質量％に対して、０．５～６質量％であることがより好ましい。

シリコーン樹脂の添加量は、好ましくは軟磁性合金粉末１００質量％に対して、０．２～８質量％である。シリコーン樹脂の添加量が上記の範囲であることにより、軟磁性合金粒子２１，２２の間の領域３０，３１に、アモルファス層であるＳｉ－Ｍ酸化物またはＳｉ－Ｍ複合酸化物を形成し易くなる。上記の観点から、シリコーン樹脂の添加量は、軟磁性合金粉末１００質量％に対して、０．５～５質量％であることがより好ましい。

また、前記混合物または造粒粉には、本発明の効果を妨げない範囲で、必要に応じて有機溶媒を添加してもよい。

有機溶媒としては、結合材を溶解し得るものであれば特に限定されないが、例えば、トルエン、イソプロピルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、クロロホルム、酢酸エチル等の各種溶媒が挙げられる。

また、前記混合物または造粒粉には、本発明の効果を妨げない範囲で、必要に応じて各種添加剤、潤滑剤、可塑剤、チキソ剤等を添加してもよい。

潤滑剤としては、例えば、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛およびステアリン酸ストロンチウム等が挙げられる。これらは１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて用いられる。これらの中では、いわゆるスプリングバックが小さいという観点から、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を用いることが好ましい。

潤滑剤を用いる場合には、その添加量は、好ましくは軟磁性合金粉末１００質量％に対して、０．１～０．９質量％である。

特に、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を用いる場合には、得られる軟磁性体組成物中の、亜鉛（Ｚｎ）の含有量が、０．００４～０．２質量％の範囲内となる添加量を調整することが好ましい。これにより、コアの強度がより良好になる傾向となる。

混合物を得る方法としては、特に限定されるものではないが、従来公知の方法により、軟磁性合金粉末と結合材と有機溶媒とを混合して得られる。なお、必要に応じて各種添加材を添加してもよい。

混合に際しては、例えば、加圧ニーダ、アタライタ、振動ミル、ボールミル、Ｖミキサー等の混合機や、流動造粒機、転動造粒機等の造粒機を用いることができる。

また、混合処理の温度および時間としては、好ましくは室温で１～３０分間程度である。

造粒粉を得る方法としては、特に限定されず、公知の方法により、混合物を乾燥して得られる。

乾燥処理の温度および時間としては、好ましくは室温～２００℃程度で、１～６０分間である。

必要に応じて、造粒粉には、潤滑剤を添加することができる。造粒粉に潤滑剤を添加した後、１～６０分間混合することが望ましい。

成形体を得る方法としては、特に限定されず、公知の方法により、所望する形状のキャビティを有する成形金型を用い、そのキャビティ内に混合物または造粒粉を充填し、所定の成形温度および所定の成形圧力でその混合物を圧縮成形することが好ましい。

圧縮成形における成形条件は特に限定されず、軟磁性合金粉末の形状および寸法や、圧粉コアの形状、寸法および密度などに応じて適宜決定すればよい。例えば、通常、最大圧力は１００～１０００ＭＰａ程度、好ましくは４００～８００ＭＰａ程度とし、最大圧力に保持する時間は０．５秒間～１分間程度とする。

本実施形態に係る製造方法では、結合材がシリコ－ン樹脂を含むことにより、コアを構成する軟磁性体組成物の軟磁性合金粒子２１，２２の間の領域３０，３１には所定のＳｉ－Ｍ酸化物またはＳｉ－Ｍ複合酸化物が形成され易くなる。

成形温度は、特に限定されないが、通常、室温～２００℃程度が好ましい。これにより、成形体の密度が高まるとともに、得られるコアの性能をより良好にする。

次に成形後に得られる成形体を焼成してコアを得る（焼成工程）。

焼成工程の保持温度は、特に限定されないが、通常、６００～９００℃程度が好ましい。これにより、軟磁性合金粒子２１，２２の間の領域３０，３１に、アモルファス層であるＳｉ－Ｍ酸化物またはＳｉ－Ｍ複合酸化物を形成し易くなるとともに、コアの強度をより高くできる。上記の観点から、焼成時の保持温度は７００～８５０℃であることが好ましい。

焼成工程の昇温速度は、特に限定されないが、成形体を加熱開始後短時間で保持温度に達成することが好ましい。このように、短時間で加熱することにより、軟磁性合金粒子２１，２２の間の領域３０，３１に、アモルファス層であるＳｉ－Ｍ酸化物またはＳｉ－Ｍ複合酸化物を形成し易くなる。

焼成工程の上記の加熱法としては、特に限定されないが、例えば、薄く小面積の伝熱の良い容器を準備し、この容器に成形体を少ない数で（１～１０個）、十分に離して載せる。具体的には、隣接する成形体を１０～１００ｍｍ離して載せる。次に、容器ごと成形体を保持温度に到達している炉に直接入れる方法が挙げられる。この他、保持温度に到達している加熱体を成形体の上下から挟み込みそのまま炉に入れる方法も挙げられる。

焼成工程の雰囲気は特に限定されず、酸素含有雰囲気下にて行ってもよい。ここで、酸素含有雰囲気とは、特に限定されるものではないが、大気雰囲気（通常、２０．９５％の酸素を含む）、または、アルゴンや窒素等の不活性ガスとの混合雰囲気等が挙げられる。また、アルゴンや窒素等の不活性ガスの下にて行ってもよい。

焼成工程の保持時間は特に限定されず、例えば１０分～５時間である。

次に、必要に応じて得られたコアに対して、コアの表面に、ガラス組成物、バインダ樹脂等から構成される熱処理前の被覆層を形成する。

熱処理後、コアの表面には被覆層が形成される。

このようにして得られたコアを磁芯として用いることができる。

本実施形態に係るアモルファス層を有するＳｉ－Ｍ酸化物またはＳｉ－Ｍ複合酸化物の有無や質量比率Ｍ／Ｓｉは、コアの製造方法における、結合材の種類もしくはその添加量、その他の添加成分または、焼成工程の昇温速度、保持温度または雰囲気等により制御することができる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこうした実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

例えば、上述した実施形態では、混合物または造粒粉を圧粉成形することでコア（圧粉コア）を製造しているが、上記混合物をシート状成形して積層することによりコアを製造してもよい。また、乾式成形の他、湿式成形、押出成形などにより成形体を得てもよい。

上述した実施形態では、軟磁性体組成物の粒界にケイ素（Ｓｉ）を含有する層を形成するため、結合材としてシリコーン樹脂を用いているが、シリコーン樹脂に代えて、添加剤としてシリカゲルやシリカ粒子等のケイ素（Ｓｉ）含有成分を用いてもよい。

上述した実施形態では、軟磁性体組成物から構成されるトロイダル型のコアを示したが、この他、本実施形態の軟磁性体組成物は、コイルが埋め込まれているコアを構成することもできる。コイルが埋め込まれているコアとは、具体的には、コイルの周囲を囲み、軟磁性体組成物と樹脂とを含むコアである。

また、本実施形態に係るコアの用途は特に限定されず、例えば、コイル型電子部品、スイッチング電源、ＤＣ－ＤＣコンバーター、トランス、チョークコイル等の各種電子部品のコアとしても好適に用いることができる。

以下、実施例により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。

（実施例１）
［軟磁性合金粉末の調製］
鉄（Ｆｅ）単体、クロム（Ｃｒ）単体およびケイ素（Ｓｉ）単体のインゴット、チャンク（塊）、またはショット（粒子）を準備した。次にそれらを鉄（Ｆｅ）９２質量％、クロム（Ｃｒ）５質量％およびケイ素（Ｓｉ）３質量％の組成となるように混合して、水アトマイズ装置内に配置されたルツボに収容した。次いで、不活性雰囲気中、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１６００℃以上まで加熱し、ルツボ中のインゴット、チャンクまたはショットを溶融、混合して融液を得た。

次いで、ルツボに設けられたノズルから、ルツボ内の融液を噴出すると同時に、噴出した融液に高圧（５０ＭＰａ）水流を衝突させて急冷することにより、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｃｒ系粒子からなる軟磁性合金粉末（平均粒径；１０μｍ）を作製した。

得られた軟磁性合金粉末を、蛍光Ｘ線分析法により組成分析した結果、仕込み組成と一致していることが確認できた。

［コアの作製］
得られた軟磁性合金粉末１００質量％に対し、シリコーン樹脂（東レダウコーニングシリコ－ン（株）製：ＳＲ２４１４ＬＶ）４質量％を添加し、これらを加圧ニーダにより室温で３０分間混合した。次いで、混合物を空気中において１５０℃で２０分間乾燥した。乾燥後の軟磁性合金粉末に、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛（日東化成製：ジンクステアレート）を添加し、Ｖミキサーにより１０分間混合した。ステアリン酸亜鉛の添加量は、軟磁性合金粉末１００質量％に対して０．５質量％であった。

続いて、得られた混合物を、外径２０ｍｍ×内径１０ｍｍ×厚さ５ｍｍのトロイダルサンプルに成形し、成形体を作製した。なお、成形圧は６００ＭＰａとした。

保持温度に到達している加熱体を成形体の上下から挟み込み、炉に入れた。なお、表１および表２では、このような方法により成形体を昇温した場合は、「焼成条件」の欄に「短時間昇温」と記載している。成形体を保持温度６５０℃で６０分間、大気中で焼成することにより、コアを得た。

（実施例２，３および比較例３，４）
成形体の保持温度を表１に記載の通り変えた以外は実施例１と同様にしてコアを得た。

（比較例１および２）
比較例１では、成形体を炉に入れて５時間かけて保持温度まで昇温し、比較例２では、成形体を炉に入れて１時間かけて保持温度まで昇温した以外は実施例１と同様にしてコアを得た。なお、比較例１および２では、加熱体を成形体の上下から挟み込んでいない。

（実施例１１～１３および比較例１３，１４）
Ｃｒ単体の代わりにＡｌ単体を用いて、鉄（Ｆｅ）９１質量％、アルミニウム（Ａｌ）５質量％およびケイ素（Ｓｉ）４質量％の組成となるように混合して、成形体の保持温度を表２に記載の通り変えた以外は実施例１と同様にしてコアを得た。

（比較例１１および１２）
比較例１１では、成形体を炉に入れて５時間かけて保持温度まで昇温し、比較例１２では、成形体を炉に入れて１時間かけて保持温度まで昇温した以外は実施例１１と同様にしてコアを得た。なお、比較例１１および１２では、加熱体を成形体の上下から挟み込んでいない。

［各種評価］

＜Ｓｉ－Ｍ酸化物またはＳｉ－Ｍ複合酸化物の確認＞
コアの断面について、走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）により観察し、「軟磁性合金粒子」と「軟磁性合金粒子の間の領域」との判別を行った。

次に、図３に示すように、任意に選択した観測線Ｘにおいて、ＳＴＥＭに付属の十分に分解能が高いＥＤＳ装置を用いて、ＥＤＳ分析を行った。同じ位置における酸素（Ｏ）の４元素質量比率が８～６５質量％であり、ケイ素（Ｓｉ）の４元素質量比率が８～６５質量％であり、および元素Ｍの４元素質量比率が８～６５質量％である場合には、その位置はＳｉ－Ｍ酸化物またはＳｉ－Ｍ複合酸化物であると判断した。結果を表１および表２に示す。また、実施例３の始点からの距離に対する４元素質量比率の関係を図１０に示す。

＜軟磁性合金粒子の間の領域の組成＞
図３に示すように、任意に選択した観測線Ｘにおいて、ＳＴＥＭに付属の十分に分解能が高いＥＤＳ装置を用いて、ＥＤＳ分析を行った。ＥＤＳ解析の結果として、「ピーク位置での質量比率Ｍ／Ｓｉ」を表１および表２に示す。特に、実施例３の結果を図６および表３に示し、比較例２の結果を図７および表３に示し、実施例１２の結果を図８および表４に示し、比較例１３の結果を図９および表４に示す。なお、図６～９の縦軸は、３元素質量比率を示し、横軸は始点からの距離を示す。

＜アモルファス層の確認＞
走査透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の逆格子空間の制限視野回折パターン（ＳＡＤＰ）を解析することでアモルファス層の存在を判断した。結果を表１および表２に示す。

＜初期透磁率（μｉ）＞
トロイダル圧粉コアサンプルに、銅線ワイヤを１０ターン巻きつけ、ＬＣＲメーター（ヒューレットパッカード ４２８４Ａ）を使用して、初期透磁率μｉを測定した。測定条件としては、測定周波数１ＭＨｚ、測定温度２３℃、測定レベル０．４Ａ／ｍとした。結果を表１および表２に示す。

ＳＴＥＭ観察、ＥＤＳ解析およびＴＥＭ観察より、実施例１～３は軟磁性合金粒子の間の領域にアモルファス層であるＳｉ－Ｃｒ酸化物またはＳｉ－Ｃｒ複合酸化物が存在することが確認できた。また、比較例１～４はピーク位置にアモルファス層であるＳｉ－Ｃｒ酸化物およびＳｉ－Ｃｒ複合酸化物が存在しないことが確認できた。特に、比較例４は、保持温度が高かったため、軟磁性合金粒子が一部融解して、合金化し、アモルファス層は形成されていなかった。

また、表１より、実施例１～３は比較例１～４に比べて初期透磁率μｉが良好であることが確認できた。

さらに、表１より、ピーク位置において、ケイ素（Ｓｉ）に対するクロム（Ｃｒ）の質量比率であるＣｒ／Ｓｉが０．０３９を超える場合（実施例１～３）は、Ｃｒ／Ｓｉが０．０３９以下の場合（比較例１～３）に比べて、初期透磁率μｉが良好であることが確認できた。

ＳＴＥＭ観察、ＥＤＳ解析およびＴＥＭ観察より、実施例１１～１３は軟磁性合金粒子の間の領域にアモルファス層であるＳｉ－Ａｌ酸化物またはＳｉ－Ａｌ複合酸化物が存在することが確認できた。また、比較例１１～１４は、ピーク位置にアモルファス層であるＳｉ－Ａｌ酸化物およびＳｉ－Ａｌ複合酸化物が存在しないことが確認できた。特に、比較例１４は、保持温度が高かったため、軟磁性合金粒子が一部融解して、合金化し、アモルファス層は形成されていなかった。

また、表２より、実施例１１～１３は比較例１１～１４に比べて初期透磁率μｉが良好であることが確認できた。

さらに、表２より、ピーク位置において、ケイ素（Ｓｉ）に対するアルミニウム（Ａｌ）の質量比率であるＡｌ／Ｓｉが０．０４６を超える場合（実施例１１～１３）は、Ａｌ／Ｓｉが０．０４６以下の場合（比較例１１～１３）に比べて、初期透磁率μｉが良好であることが確認できた。

図１０より、実施例３では、ピーク位置にＳｉ－Ｍ酸化物またはＳｉ－Ｍ複合酸化物が存在することが確認できた。また、このＳｉ－Ｍ酸化物またはＳｉ－Ｍ複合酸化物はアモルファス層であることが確認できた。

図６および図８より、実施例３および実施例１２の軟磁性合金粒子の間の領域では、ピーク位置を含む所定の範囲（隣接する軟磁性合金粒子の間の距離の５０％の範囲）において、ケイ素（Ｓｉ）および元素Ｍが連続して存在していることが確認できた。

また、実施例３について、下記の方法により、コアの軟磁性合金粒子の間の領域には、軟磁性合金粒子に含有される元素に由来しないケイ素（Ｓｉ）が含まれるか否かについて確認した。

図６（実施例３）では、クロム（Ｃｒ）はほとんどが軟磁性合金粒子の間の領域に存在しており、軟磁性合金粒子にはほとんど含まれていない。一方、鉄（Ｆｅ）はほとんどが軟磁性合金粒子に存在しており、軟磁性合金粒子の間の領域にはほとんど含まれていない。

したがって、コアの製造過程で、軟磁性合金粉末のクロム（Ｃｒ）は軟磁性合金粒子の間の領域に移動し、軟磁性合金粉末の鉄（Ｆｅ）は軟磁性合金粒子に留まったと考えられる。

このため、上記の軟磁性合金粉末の原料の鉄（Ｆｅ）とケイ素（Ｓｉ）の質量比率と図６の軟磁性合金粒子の部分の鉄（Ｆｅ）とケイ素（Ｓｉ）の質量比率が概ね一致していれば、軟磁性合金粉末の原料のケイ素（Ｓｉ）がそのまま軟磁性合金粒子のケイ素（Ｓｉ）になったと言える。その結果、軟磁性合金粒子の間の領域に存在するケイ素（Ｓｉ）は軟磁性合金粉末の原料に由来するケイ素（Ｓｉ）ではなく、シリコーン樹脂に由来するケイ素（Ｓｉ）であると言える。

そして、計算したところ、上記の軟磁性合金粉末の原料の鉄（Ｆｅ）とケイ素（Ｓｉ）の質量比率と図６の軟磁性合金粒子の部分の鉄（Ｆｅ）とケイ素（Ｓｉ）の質量比率が概ね一致していた。このため、軟磁性合金粒子の間の領域に存在するケイ素（Ｓｉ）は軟磁性合金粉末の原料に由来するケイ素（Ｓｉ）ではなく、シリコーン樹脂に由来するケイ素（Ｓｉ）であると言える。

本発明に係る軟磁性体組成物から構成されるコアは、高い初期透磁率を達成することができる。

２１，２２… 軟磁性合金粒子
３０，３１… 軟磁性合金粒子の間の領域

Claims (6)

1. 複数の軟磁性合金粒子を有し、
   前記軟磁性合金粒子が、元素Ｍと鉄を含み、
   前記元素Ｍはケイ素よりイオン化傾向が強く、
   前記軟磁性合金粒子の間の領域には、アモルファス層であるＳｉ－Ｍ酸化物またはＳｉ－Ｍ複合酸化物を有し、
   前記軟磁性合金粒子の間の領域でのケイ素、元素Ｍおよび鉄の合計質量に対するケイ素の質量比率が最大になる箇所をピーク位置としたとき、
   前記アモルファス層であるＳｉ－Ｍ酸化物またはＳｉ－Ｍ複合酸化物が、前記ピーク位置に存在する軟磁性体組成物。
2. 前記軟磁性合金粒子の間の領域でのケイ素、元素Ｍおよび鉄の合計質量に対するケイ素の質量比率が最大になる箇所をピーク位置としたとき、
   前記ピーク位置において、ケイ素に対する元素Ｍの質量比率であるＭ／Ｓｉが０．０５以上である請求項１に記載の軟磁性体組成物。
3. 前記軟磁性合金粒子の間の領域でのケイ素、元素Ｍおよび鉄の合計質量に対するケイ素の質量比率が最大になる箇所をピーク位置としたとき、
   前記ピーク位置を含む所定の範囲において、ケイ素および元素Ｍが連続して存在しており、
   前記所定の範囲は、隣接する前記軟磁性合金粒子の間の距離の５０％以上の範囲である請求項１または２に記載の軟磁性体組成物。
4. 請求項１～３のいずれかに記載の軟磁性体組成物から構成されるコア。
5. 前記コアの表面の少なくとも一部に被覆層が形成されている請求項４に記載のコア。
6. 請求項４または５に記載のコアを有するコイル型電子部品。

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