JP7375469B2 - 絶縁体被覆磁性合金粉末粒子、圧粉磁心、およびコイル部品 - Google Patents

Description

本発明は、絶縁体被覆磁性合金粉末粒子、圧粉磁心、およびコイル部品に関する。

従来、インダクターの磁心などに用いられる磁性合金粉末粒子が知られていた。このような粒子の表面には、粒子間に流れる渦電流を抑えるために絶縁処理が施されている。例えば、特許文献１には、軟磁性合金の粒子表面を、該軟磁性合金の酸化被膜で被覆した磁性材料が開示されている。

特開２０１２－２３８８２８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の磁性材料では、高周波使用時に変位電流の影響が大きくなり、変位電流を抑えるために容量性リアクタンスの値を大きくする必要がある。容量性リアクタンスＸｃは下記式（１）で表され、下記式（１）中のキャパシタンスＣは下記式（２）で表される。
Ｘｃ＝１／２πｆＣ ・・・（１）
Ｃ＝Ｓｋ／ｄ ・・・（２）
上記式（１），（２）から、容量性リアクタンスＸｃを大きくするためには、キャパシタンスＣを小さくする。キャパシタンスＣを小さくするには、面積Ｓもしくは、誘電率ｋを小さくするか、絶縁処理膜の膜厚ｄを大きくする。

磁性材料を磁心に用いたインダクターの性能を向上させるためには、絶縁処理被膜の膜厚ｄを薄くして透磁率を高める方策がある。ところが膜厚ｄを薄くすると、上記式（１）、（２）から、容量性リアクタンスＸｃが小さくなり、インダクターに電流を流した際に粒子間の渦電流損が大きくなる。渦電流損が大きくなるとインダクターとしての性能が低下する。また、膜厚ｄを厚くすると容量性リアクタンスＸｃは大きくなる一方で、透磁率が低下してインダクターとしての性能も低下しやすかった。つまり、透磁率と粒子間の渦電流損とは相反しやすい関係にあった。

また、膜厚ｄではなく、誘電率ｋを小さくする方策では、誘電率ｋが小さい材料であっても誘電率は２程度あるため、誘電率ｋをさらに下げるためには、絶縁処理膜中に空壁を設ける構成が考えられる。しかし、磁性材料の金属が露出した状態で空壁のある絶縁処理膜を成膜すると、高電圧印加時に、絶縁処理膜表面に電荷が誘電されて、絶縁体表面で放電が発生し、絶縁破壊を起こしてしまう。すなわち、本発明の課題は透磁率と直流絶縁耐圧とを下げることなく、高周波領域における粒子間の渦電流損を低減する絶縁体被覆磁性合金粉末粒子を提供することにある。

磁性合金粉末粒子と、前記磁性合金粉末粒子の表面を被覆し、複数の突起を表面に有す
る絶縁体と、を含み、前記絶縁体は、前記突起に内包される粒子状の第１絶縁体と、前記
第１絶縁体の表面の少なくとも一部を被覆する膜状の第２絶縁体と、を含み、前記第１絶
縁体の平均粒子径は、４ｎｍ以上４０ｎｍ以下であり、前記第１絶縁体は、前記磁性合金
粉末粒子の表面積４３ｎｍ ² 乃至１００００ｎｍ ² あたりに１個存在することを特徴とする
。

上記の絶縁体被覆磁性合金粉末粒子において、第２絶縁体の膜厚は、２ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。

上記の絶縁体被覆磁性合金粉末粒子において、第２絶縁体の体積抵抗率は、１×１０¹⁴Ω・ｃｍ以上１×１０¹⁷Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。

上記の絶縁体被覆磁性合金粉末粒子において、第１絶縁体の比誘電率は、２以上４以下であることが好ましい。

圧粉磁心は、上記の絶縁体被覆磁性合金粉末粒子が圧粉されて成り、前記第１絶縁体また
は前記第２絶縁体で囲まれた空隙を含むことを特徴とする。

コイル部品は、上記の圧粉磁心を備えることを特徴とする。

第１実施形態に係る絶縁体被覆磁性合金粉末粒子の一粒子を示す模式断面図。 圧粉磁心の構造を示す模式図。 絶縁体被覆磁性合金粉末粒子の製造方法を示す工程フロー図。 絶縁体被覆磁性合金粉末粒子の製造方法の一例を示す模式図。 第２実施形態に係る絶縁体被覆磁性合金粉末粒子の一粒子を示す模式断面図。 第３実施形態に係るコイル部品としてのトロイダルコイルの外観図。 第４実施形態に係るコイル部品としてのインダクターの透過斜視図。

１．第１実施形態
第１実施形態に係る絶縁体被覆磁性合金粉末粒子の構成について説明する。図１は、絶縁体被覆磁性合金粉末粒子の一粒子を示す模式断面図である。

１．１．絶縁体被覆磁性合金粉末粒子
図１に示すように、本実施形態の絶縁体被覆磁性合金粉末粒子１は、磁性合金粉末粒子２と絶縁体７とを含む。絶縁体７は、磁性合金粉末粒子２の表面を被覆し、複数の突起５を表面に有している。なお、以降の説明において、絶縁体被覆磁性合金粉末粒子１を単に絶縁体被覆粒子１ということもある。

１．２．磁性合金粉末粒子
磁性合金粉末粒子２は、軟磁性材料を含む粒子である。磁性合金粉末粒子２に含まれる軟磁性材料としては、例えば、純鉄、ケイ素鋼のようなＦｅ－Ｓｉ系合金、パーマロイのようなＦｅ－Ｎｉ系合金、パーメンジュールのようなＦｅ－Ｃｏ系合金、センダストのようなＦｅ－Ｓｉ－Ａｌ系合金、Ｆｅ－Ｃｒ－Ｓｉ系合金、およびＦｅ－Ｃｒ－Ａｌ系合金などの各種Ｆｅ系合金、各種Ｎｉ系合金、各種Ｃｏ系合金などが挙げられる。これらのうち、透磁率、磁束密度などの磁気特性、およびコストなどの生産性の観点から、各種Ｆｅ系合金を用いることが好ましい。

軟磁性材料の結晶性は、特に限定されず、結晶質、非晶質（アモルファス）、および微結晶質（ナノ結晶質）のいずれであってもよい。これらの結晶性のうち、軟磁性材料は、非晶質または微結晶質を含むことが好ましく、非晶質を含むことがより好ましい。これによって、軟磁性材料の保磁力が小さくなりヒステリシス損失が減少して、透磁率および磁束密度を向上させると共に、圧粉した際に鉄損が低減される。

非晶質または微結晶質を形成可能な軟磁性材料としては、例えば、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ系、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃ系、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃｒ－Ｃ系、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｃｒ系、Ｆｅ－Ｂ系、Ｆｅ－Ｐ－Ｃ系、Ｆｅ－Ｃｏ－Ｓｉ－Ｂ系、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｎｂ系、Ｆｅ－Ｚｒ－Ｂ系のようなＦｅ系合金、Ｎｉ－Ｓｉ－Ｂ系、Ｎｉ－Ｐ－Ｂ系のようなＮｉ系合金、Ｃｏ－Ｓｉ－Ｂ系のようなＣｏ系合金などが挙げられる。なお、磁性合金粉末粒子２には、異なる結晶性を有する軟磁性材料を複数種類用いてもよい。

軟磁性材料は、磁性合金粉末粒子２の全質量に対して、５０質量％以上含まれることが好ましく、より好ましくは８０質量％以上であり、さらにより好ましくは９０質量％以上である。これにより、磁性合金粉末粒子２の軟磁性が向上する。

磁性合金粉末粒子２には、軟磁性材料の他に不純物や添加物が含まれていてもよい。該添加物としては、例えば、各種金属材料、各種非金属材料、各種金属酸化物材料などが挙げられる。

磁性合金粉末粒子２の平均粒子径は、特に限定されないが、例えば０．２５μｍ以上２５０．００μｍ以下である。ここで、本明細書における平均粒子径とは、体積基準粒度分布（５０％）を指していう。平均粒子径は、ＪＩＳ Ｚ８８２５に記載の動的光散乱法やレーザー回折光法で測定される。具体的には、例えば動的光散乱法を測定原理とする粒度分布計が採用可能である。

磁性合金粉末粒子２の製造方法としては、特に限定されないが、例えば水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、高速回転水流アトマイズ法などの各種アトマイズ法、還元法、カルボニル法、粉砕法などが挙げられる。これらのうち、微小な粒子を粒子径のばらつきを抑えて効率よく製造するという観点から、アトマイズ法を採用することが好ましい。

１．３．絶縁体
絶縁体７は、粒子状の第１絶縁体３と、膜状の第２絶縁体４とを含む。第１絶縁体３は、複数の突起５のそれぞれに内包される。第２絶縁体４は、第１絶縁体３の表面の少なくとも一部と、磁性合金粉末粒子２の表面の一部とを被覆している。詳しくは、第２絶縁体４は、第１絶縁体３および磁性合金粉末粒子２の表面のうち、第１絶縁体３と磁性合金粉末粒子２とが接している領域以外のそれぞれの表面を被覆している。

１．３．１．第１絶縁体
磁性合金粉末粒子２の表面には、複数の第１絶縁体３が接している。第１絶縁体３は、粒子状であって磁性合金粉末粒子２よりも小さい。第１絶縁体３は、磁性合金粉末粒子２の表面積４３ｎｍ²乃至１００００ｎｍ²あたりに１個存在することが好ましく、上記表面積９７ｎｍ²乃至６２５ｎｍ²あたりに１個存在することがより好ましい。

第１絶縁体３の平均粒子径は、４ｎｍ以上４０ｎｍ以下であり、より好ましくは６ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。これにより、絶縁体７における突起５が形成されやすくなると共に、絶縁体被覆粒子１を圧粉した際に、突起５によって後述する空隙が生じやすくなる。第１絶縁体３の平均粒子径は、磁性合金粉末粒子２と同様な方法で測定することが可能である。なお、第１絶縁体３の平均粒子径などによって、突起５の形状を変更することが可能である。

第１絶縁体３の比誘電率は、２以上４以下である。第１絶縁体３の比誘電率は、成分を分析して該成分に基づいて算出することが可能である。

第１絶縁体３の体積抵抗率は、１×１０¹⁴Ω・ｃｍ以上１×１０¹⁷Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。これにより、絶縁体被覆粒子１における、直流絶縁耐圧と透磁率とを向上させることができる。第１絶縁体３の体積抵抗率は、公知の数値または公知の測定方法が採用可能である。

第１絶縁体３の形成材料としては、例えば、酸化アルミニウム、フッ化アルミニウム、結晶性シリカおよび非結晶シリカのような酸化ケイ素、ポリテトラフルオロエチレンのようなフッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、パラフィン、およびウレタンゴムのようなエラストマーなどが挙げられる。第１絶縁体３には、これらの形成材料を１種類単独、あるいは複数種類用いる。

１．３．２．第２絶縁体
第２絶縁体４は、膜状であって、磁性合金粉末粒子２および第１絶縁体３を被覆している。つまり、第１絶縁体３および第２絶縁体４を含む絶縁体７は、磁性合金粉末粒子２が絶縁体被覆粒子１の表面に露出しないように、磁性合金粉末粒子２の表面を被覆している。そのため、第１絶縁体３の一部は、第２絶縁体４で被覆されずに絶縁体被覆粒子１の表面に露出していてもよい。

第２絶縁体４は第１絶縁体３を被覆する領域において凸状に盛り上がり、絶縁体７の突起５が形成されている。つまり、突起５は、第１絶縁体３に対応する位置に存在する。したがって、絶縁体被覆粒子１の一粒子における突起５の数は、磁性合金粉末粒子２の一粒子の表面に存在する第１絶縁体３の数に対応している。

第２絶縁体４の膜厚は、２ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり、より好ましくは３ｎｍ以上５ｎｍ以下である。これにより、絶縁体７における突起５が形成されやすくなると共に、絶縁体被覆粒子１を圧粉した際に、突起５によって後述する空隙が生じやすくなる。突起５の形状は、第１絶縁体３の平均粒子径に加えて、第２絶縁体４の膜厚によっても変更することが可能である。第２絶縁体４の膜厚は、絶縁体被覆粒子１の断面を透過型電子顕微鏡などで観察して、５箇所以上で測定した膜厚の平均値から知ることが可能である。

第２絶縁体４の体積抵抗率は、１×１０¹⁴Ω・ｃｍ以上１×１０¹⁷Ω・ｃｍ以下である。これにより、絶縁体被覆粒子１における、直流絶縁耐圧と透磁率とを向上させることができる。第２絶縁体４の体積抵抗率は、第１絶縁体３と同様に公知の数値または公知の測定方法が採用可能である。

第２絶縁体４の形成材料としては、例えば、酸化アルミニウム、結晶性シリカおよび非結晶性シリカなどの酸化ケイ素、ポリテトラフルオロエチレンのようなフッ素系樹脂、フッ化炭素、ポリシラザン化合物およびシリコーン化合物のようなシリコーン系樹脂などが挙げられる。なお、第１絶縁体３の形成材料と第２絶縁体４の形成材料は、同じ形成材料であってもよく、異なるものを組み合わせて用いてもよい。

１．４．圧粉磁心
絶縁体被覆粒子１は、インダクターやトロイダルコイルなどのコイル部品に備わる圧粉磁心に好適に用いられる。また、絶縁体被覆粒子１は、アンテナ、電磁波吸収体などのコイル部品以外の磁性素子にも用いられる。そのため、圧粉磁心はこれらの用途に合わせて所望の形状に成形される。

本実施形態に係る圧粉磁心１００は、絶縁体被覆粒子１および結合材などを混合して混合物とし、該混合物を加熱しながら加圧成形して製造される。すなわち、圧粉磁心１００は、絶縁体被覆粒子１が圧粉されて成る。

以下、圧粉磁心１００の内部における絶縁体被覆粒子１の状態について説明する。図２は、圧粉磁心の構造を示す模式図である。なお、図２は、圧粉磁心１００における３つの絶縁体被覆粒子１の状態を模式的に例示したものである。また、図２では、絶縁体被覆粒子１に含まれる第１絶縁体３および結合材の図示を省略している。

図２に示すように、圧粉磁心１００は、磁性合金粉末粒子２と磁性合金粉末粒子２の表面を被覆する絶縁体７と、を含む絶縁体被覆粒子１が圧粉されて成る。絶縁体７は、図示しない、粒子状の第１絶縁体３と膜状の第２絶縁体４と、を含む。第２絶縁体４は、第１絶縁体３の少なくとも一部を被覆している。

ここで、磁性合金粉末粒子２の表面は絶縁体７によって全て被覆されていることが好ましいが、部分的に絶縁体７によって被覆されない領域が存在してもよい。被覆されない領域が部分的に存在しても、磁性合金粉末粒子２が圧粉される際に、上記領域同士が合致するチャンスが低減されるため、沿面放電の抑制などの所望の効果が得られる。なお、磁性合金粉末粒子２の表面の全てを被覆するとは、絶縁体被覆粒子１の断面を透過型電子顕微鏡などで５箇所以上観察し、観察した視野内において、第２絶縁体４と磁性合金粉末粒子２との間に剥離などの欠損が検出されないことをいう。

圧粉磁心１００では、圧粉としての加圧成形によって、複数の絶縁体被覆粒子１が寄せ集められて凝集している。このとき、各々の絶縁体被覆粒子１が備える複数の突起５が干渉し合って、絶縁体被覆粒子１の間に空隙９が生じる。すなわち、圧粉磁心１００は、第２絶縁体４で囲まれた空隙９を含んでいる。なお、上述したように、絶縁体被覆粒子１の表面に第１絶縁体３が露出している場合には、第１絶縁体３で囲まれた空隙９が含まれていてもよい。空気の誘電率は約１．００であるため、圧粉磁心１００では、空隙９によってトータルでの誘電率が下げられている。

従来、空気を利用した誘電率の低減方法として、磁性体を絶縁性の多孔質膜で被覆して孔内の空気、すなわち空壁を利用する方法や、磁性体に絶縁体粒子を付着させて磁性体同士の間の空気を利用する方法が検討されてきた。

多孔質膜を用いる方法では、磁性体を圧粉した際に、多孔質膜によって磁性体同士の接触が抑制される。ところが、多孔質膜の孔の底部では磁性体の表面が露出しているため、高電圧が印加されると、隣り合う磁性体同士の孔が対向した領域で放電が起きる場合があった。また、絶縁体粒子が付着された磁性体には、絶縁体粒子が付着していないところに磁性体の表面が露出した領域が存在する。そのため、圧粉によって磁性体同士が寄せ集められると、磁性体の表面同士が近い領域で、上記と同様にして放電が起きる場合があった。このように、従来は、空気を利用して絶縁耐性を向上させることが難しかった。

これに対して、絶縁体被覆粒子１の圧粉磁心１００では、絶縁体７が磁性合金粉末粒子２の表面を被覆することに加えて、突起５の干渉によって空隙９が形成される。そのため、圧粉磁心１００では、磁性合金粉末粒子２間の誘電率を下げながら、絶縁耐性が向上する。

絶縁体被覆粒子１を圧粉する際には、絶縁体被覆粒子１に応力が作用する。特に、絶縁体被覆粒子１の表面の突起５には曲げ応力などがかかる。そのため、第２絶縁体４に上述した形成材料を用いる場合に、各形成材料の曲げ強さ以下のプレス圧で圧粉することが好ましい。これによれば、突起５における破損の発生を抑えて、空隙９の形成を容易にすることができる。

以下に、第２絶縁体４の形成材料と曲げ強さの数値とを例示する。各形成材料の括弧内の数値が曲げ強さである。酸化アルミニウム（約３５０ＭＰａ）、石英（約１５０ＭＰａ）、非晶性シリカ（約１５０ＭＰａ）、ポリテトラフルオロエチレン（約６００ＭＰａ）。

１．５．絶縁体被覆磁性合金粉末粒子の製造方法
絶縁体被覆粒子１の製造方法について説明する。図３は、絶縁体被覆磁性合金粉末粒子の製造方法を示す工程フロー図である。図４は、絶縁体被覆磁性合金粉末粒子の製造方法の一例を示す模式図である。

図３に示すように、本実施形態の絶縁体被覆粒子１の製造方法は、工程Ｓ１から工程Ｓ３を有している。なお、図３に示した工程フローは一例であって、これに限定されるものではない。

工程Ｓ１では、磁性合金粉末粒子２に前処理を施す。詳しくは、磁性合金粉末粒子２の表面において、有機物などの付着物を除去すると共に、該表面の濡れ性を向上させる。前処理としては、オゾン処理およびプラズマ処理などが挙げられる。具体的には、オゾン処理では、磁性合金粉末粒子２をオゾン濃度が５０００ｐｐｍの雰囲気に１０分以上暴露する。

プラズマ処理では、大気圧プラズマまたは真空プラズマにて、Ｈｅ（ヘリウム）、Ａｒ（アルゴン）、Ｎ₂（窒素）、Ｈ₂Ｏ（水）、Ｏ₂（酸素）、Ｎｅ（ネオン）などのガスを用いる。このとき、Ｆ₂（フッ素）およびＣｌ₂（塩素）のような、磁性合金粉末粒子２の表面に対して、残留する、またはエッチングするガスは用いないことが好ましい。

磁性合金粉末粒子２における表面の濡れ性の指標には、水の接触角を用いる。磁性合金粉末粒子２の表面における、工程Ｓ１の前処理後の水の接触角は１５°以下とする。これにより、磁性合金粉末粒子２に対する第１絶縁体３および第２絶縁体４の密着性が向上する。そして工程Ｓ２へ進む。

工程Ｓ２では、粒子状の第１絶縁体３を磁性合金粉末粒子２の表面に形成する。具体的には、例えば図４に示すように、円筒容器３０に磁性合金粉末粒子２を入れて、傾斜させた円筒容器３０を回転させながら第１絶縁体３の形成材料の粒子を投入する。この操作により、静電相互作用などによって磁性合金粉末粒子２の表面に第１絶縁体３が付着する。

円筒容器３０に投入する第１絶縁体３の形成材料の平均粒子径は、上述した第１絶縁体３の平均粒子径とする。磁性合金粉末粒子２の表面に付着させる第１絶縁体３の個数は、上述した磁性合金粉末粒子２の表面積に対する数値範囲内とする。そして工程Ｓ３へ進む。

工程Ｓ３では、第１絶縁体３が付着した磁性合金粉末粒子２に、第２絶縁体４および突起５を形成する。第２絶縁体４および突起５の形成方法としては、例えば、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法、ゾルゲル法、ディップ法、熱酸化法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、直接塗布法などが挙げられる。

ＡＬＤ法を採用する場合に、例えば酸化ケイ素を第２絶縁体４として形成するには、トリジメチルアミノシランなどのシリコン含有化合物を用いる。該シリコン含有化合物は、熱によって水酸基と反応しやすい、アルキル基もしくはアルキル基を有するアミノ基を備えているものを用いる。まず、第１絶縁体３が付着した磁性合金粉末粒子２に上記シリコン含有化合物を熱で反応させる。次いで、表面をオゾン、水、または酸素プラズマで酸化させる。そして、再び上記シリコン含有化合物の反応から繰り返す、上述した第２絶縁体４の膜厚が得られるまで実施する。

ゾルゲル法を採用する場合に、例えば酸化ケイ素を第２絶縁体４として形成するには、オルトケイ酸テトラエチルなどの、分子中に２個から４個のアルコキシ基を有するシリコン化合物を用いる。

まず、上記シリコン化合物、反応用の水、および触媒であるアンモニアをエタノールに入れた混合液を作成する。次いで、該混合液に第１絶縁体３が付着した磁性合金粉末粒子２を投入し、上記シリコン化合物におけるアルコキシ基の加水分解、重縮合反応によって第２絶縁体４を形成して、磁性合金粉末粒子２および第１絶縁体３を被覆する。このとき、突起５も形成される。

ＣＶＤ法のうちプラズマＣＶＤ法を採用する場合に、例えば酸化ケイ素を第２絶縁体４として形成するには、シリコン原子に水素、アルキル基またはアルコキシ基が付加したシリコン化合物を用いる。第１絶縁体３が付着した磁性合金粉末粒子２に対して、該シリコン化合物を装置内に導入して、酸素プラズマにて酸化させて第２絶縁体４および突起５を形成する。あるいは、第１絶縁体３が付着した磁性合金粉末粒子２に対して、オルガノシランを装置内に導入して、アルゴンプラズマにて重合反応を起こさせて第２絶縁体４および突起５を形成してもよい。

また、例えばフッ化炭素を第２絶縁体４として形成するには、第１絶縁体３が付着した磁性合金粉末粒子２に対してパーフルオロカーボンを装置内に導入して、アルゴンプラズマにて第２絶縁体４および突起５を形成する。

その他の絶縁体被覆粒子１の製造方法としては、磁性合金粉末粒子２に第１絶縁体３および第２絶縁体４の形成材料である粉末粒子を振りかける方法が挙げられる。具体的には、図４に示した工程Ｓ２の円筒容器３０を用い、第１絶縁体３が付着した磁性合金粉末粒子２に対して、円筒容器３０を回転させながら第２絶縁体４の形成材料の粉末を振りかける。上記粉末の投入は、断続的に実施する。このとき、円筒容器３０内を加熱してもよい。これにより、突起５および第２絶縁体４が形成されて絶縁体被覆粒子１が製造される。

また、上記操作を第１絶縁体３が付着していない磁性合金粉末粒子２に行って、第１絶縁体３、第２絶縁体４および突起５を連続的に形成してもよい。この場合には、第１絶縁体３および第２絶縁体４は同一の形成材料から成る。

本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。

透磁率と直流絶縁耐圧とを下げることなく、高周波領域における粒子間の渦電流損を低減することができる。詳しくは、磁性合金粉末粒子２の表面が絶縁体７で被覆されている。これに加えて、圧粉した際に、絶縁体被覆粒子１の間で各々が有する複数の突起５が干渉し合って、絶縁体被覆粒子１同士が密に接しにくくなる。そのため、絶縁体７で囲まれた空隙９が生じて、空隙９が別の絶縁体として機能するので、粒子間の渦電流損を低減することができる。また、磁性合金粉末粒子２の表面が絶縁体７で被覆されていることによって、圧粉して高電圧を印加しても、絶縁体被覆粒子１の間で空隙９と絶縁体７との界面に沿った沿面放電が発生しにくくなり、絶縁体７のうち、特に第２絶縁体４の膜厚を厚くせずに直流絶縁耐圧を確保することができる。

絶縁体７が粒子状の第１絶縁体３を内包することから、第１絶縁体３を核として絶縁体７の複数の突起５を容易に形成することができる。

第２絶縁体４の膜厚が２ｎｍ以上であることから、沿面放電の発生がさらに抑えられ、直流絶縁耐圧を向上させることができる。第２絶縁体４の膜厚が２０ｎｍ以下であることから、透磁率を向上させることができる。

第２絶縁体４の体積抵抗率が１×１０¹⁴Ω・ｃｍ以上であることから、沿面放電の発生がさらに抑えられ、直流絶縁耐圧を向上させることができる。第２絶縁体４の体積抵抗率が１×１０¹⁷Ω・ｃｍ以下であることから、透磁率を向上させることができる。

第１絶縁体３の平均粒子径が４ｎｍ以上であることから、絶縁体７の突起５が嵩高くなる。そのため、圧粉した際に、絶縁体被覆粒子１の間で絶縁体７の突起５同士がより干渉しやすくなり、絶縁体７に囲まれた空隙９が生じる。この空隙９が別の絶縁体として機能して、絶縁体被覆粒子１の間の渦電流損をさらに低減することができる。

第１絶縁体３の平均粒子径が４０ｎｍ以下であることから、絶縁体７の突起５が極端に嵩高くならない。そのため、圧粉した際に、絶縁体被覆粒子１同士が離れ過ぎない。したがって、磁性合金粉末粒子２に対する絶縁体７と空隙９との割合が増えにくく、透磁率の低下を抑えることができる。

第１絶縁体３の比誘電率が２以上４以下であることから、突起５によって形成される空隙９と共に、磁性合金粉末粒子２間のトータルでの誘電率が下げられる。そのため、渦電流損を低減することができる。

第１絶縁体３が磁性合金粉末粒子２の表面積４３ｎｍ²乃至１００００ｎｍ²あたりに１個存在することから、圧粉した際に、突起５によって絶縁体７に囲まれた空隙９を生じやすくすることができる。詳しくは、１個の第１絶縁体３が存在する磁性合金粉末粒子２の表面積が、４３ｎｍ²以上であることから、複数の突起５が密になり過ぎずに空隙９が生じやすくなる。また、上記表面積が１００００ｎｍ²以下であることから、複数の突起５が疎になり過ぎない。そのため、空隙９が生じやすくなると共に、圧粉した際に突起５が潰れにくくなる。

圧粉磁心１００は、上記の絶縁体被覆粒子１が圧粉されて成ることから、透磁率と直流絶縁耐圧とを下げることなく、高周波領域における絶縁体被覆粒子１間の渦電流損を低減することができる。

２．第２実施形態
２．１．絶縁体被覆磁性合金粉末粒子
第２実施形態に係る絶縁体被覆磁性合金粉末粒子の構成について説明する。図５は、第２実施形態に係る絶縁体被覆磁性合金粉末粒子の一粒子を示す模式断面図である。なお、本実施形態の絶縁体被覆磁性合金粉末粒子は、第１実施形態の絶縁体被覆粒子１に対して、絶縁体の構成を異ならせたものである。そのため、第１実施形態と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。

図５に示すように、本実施形態の絶縁体被覆磁性合金粉末粒子１０１は、磁性合金粉末粒子２と絶縁体１０７とを含む。絶縁体１０７は、磁性合金粉末粒子２の表面を被覆し、複数の突起５を表面に有している。なお、以降の説明において、絶縁体被覆磁性合金粉末粒子１０１を単に絶縁体被覆粒子１０１ということもある。

２．２．絶縁体
絶縁体１０７は、膜状の第３絶縁体６と、粒子状の第１絶縁体３と、膜状の第２絶縁体４とを含む。すなわち、絶縁体被覆粒子１０１は、第１実施形態の絶縁体に対して、第３絶縁体６を含む点が異なっている。

第３絶縁体６は、磁性合金粉末粒子２を被覆して、磁性合金粉末粒子２と第１絶縁体３および第２絶縁体４との間に配置されている。第１絶縁体３は、複数の突起５のそれぞれに内包される。第２絶縁体４は、第１絶縁体３の表面の少なくとも一部と、第３絶縁体６の表面の一部とを被覆している。詳しくは、第２絶縁体４は、第１絶縁体３および第３絶縁体６の表面のうち、第１絶縁体３と第３絶縁体６とが接している領域以外のそれぞれの表面を被覆している。

２．２．１．第３絶縁体
第３絶縁体６は、膜状であって、磁性合金粉末粒子２を被覆している。つまり、第３絶縁体６、第１絶縁体３および第２絶縁体４を含む絶縁体１０７は、磁性合金粉末粒子２が絶縁体被覆粒子１０１の表面に露出しないように、磁性合金粉末粒子２の表面を被覆している。そのため、第１絶縁体３の一部は、第２絶縁体４で被覆されずに絶縁体被覆粒子１０１の表面に露出していてもよい。

第３絶縁体６の膜厚は、２ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり、より好ましくは３ｎｍ以上５ｎｍ以下である。第３絶縁体６の膜厚は、絶縁体被覆粒子１の第２絶縁体４の膜厚と同様にして知ることが可能である。また、第３絶縁体６の体積抵抗率は、１×１０¹⁴Ω・ｃｍ以上１×１０¹⁷Ω・ｃｍ以下である。これらにより、絶縁体被覆粒子１０１における、直流絶縁耐圧と透磁率とを向上させることができる。第３絶縁体６の体積抵抗率は、第１絶縁体３と同様に公知の数値または公知の測定方法が採用可能である。なお、第３絶縁体６には、第２絶縁体４と同様な形成材料および形成方法が採用可能である。

本実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて以下の効果を得ることができる。

第２絶縁体４に加えて第３絶縁体６によっても磁性合金粉末粒子２が被覆されるため、絶縁体被覆粒子１０１の表面に磁性合金粉末粒子２がさらに露出しにくくなる。したがって、圧粉して高電圧を印加しても、絶縁体被覆粒子１０１の間で沿面放電がさらに発生しにくくなり、渦電流損をさらに低減することができる。

３．第３実施形態
第３実施形態に係るコイル部品としてトロイダルコイルを例示する。図６は、第３実施形態に係るコイル部品としてのトロイダルコイルの外観図である。

図６に示すように、本実施形態のトロイダルコイル１０は、リング状の圧粉磁心１１、および圧粉磁心１１に巻回された導線１２を有している。圧粉磁心１１は、第１実施形態の圧粉磁心１００をリング状に成形したものである。

圧粉磁心１１は、第１実施形態の絶縁体被覆粒子１と結合材とを混合して混合物とし、該混合物を加圧成形して製造される。結合材としては、例えば、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂などの有機材料、リン酸マグネシウム、リン酸カルシウム、リン酸亜鉛、リン酸マンガン、リン酸カドミウムのようなリン酸塩、ケイ酸ナトリウムのようなケイ酸塩などの無機材料が挙げられる。なお、結合材は必須の構成ではなく、結合材を用いずに圧粉磁心１１を製造してもよい。

導線１２の形成材料としては、導電性が高い材料であれば特に限定されないが、例えばＣｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｇ（銀）、Ａｕ（金）、およびＮｉ（ニッケル）などを含む金属材料が挙げられる。

導線１２の表面には、図示を省略するが、絶縁性を有する表面層が設けられている。表面層によって、圧粉磁心１１と導線１２との間で短絡の発生が防止される。表面層の形成材料には、絶縁性を有する公知の樹脂が採用可能である。

圧粉磁心１１の形状は、リング状であることに限定されず、例えばリングの一部が欠けた形状、棒状などであってもよい。

圧粉磁心１１は、必要に応じて、上記実施形態の絶縁体被覆粒子１以外の磁性合金粉末粒子、または非磁性合金粉末粒子を含んでいてもよい。これらを含む場合には、これらの粉末粒子と絶縁体被覆粒子１との混合比率は特に限定されず、任意に設定される。また、絶縁体被覆粒子１以外の上記粉末粒子を複数種類用いてもよい。

本実施形態では、コイル部品としてトロイダルコイル１０を例示したがこれに限定されない。絶縁体被覆粒子１が適用されるコイル部品としては、トロイダルコイルの他に、例えばインダクター、リアクトル、トランス、モーター、ジェネレーターなどが挙げられる。これらのコイル部品は、圧粉磁心１００に代えて、第２実施形態の絶縁体被覆粒子１０１を圧粉した圧粉磁心を備えていてもよい。

圧粉磁心１００は、アンテナ、電磁波吸収体のようなコイル部品以外の磁性素子に用いられてもよい。

本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。

透磁率と直流絶縁耐圧とを下げることなく、高周波領域における粒子間の渦電流損を低減し、性能が向上したトロイダルコイル１０とすることができる。

４．第４実施形態
第４実施形態に係るコイル部品としてインダクターを例示する。図７は、第４実施形態に係るコイル部品としてのインダクターの透過斜視図である。

図７に示すように、本実施形態のインダクター２０は、第１実施形態の圧粉磁心１００を略直方体状とした圧粉磁心２１を備えている。インダクター２０では、コイル状に成形された導線２２が圧粉磁心２１の内部に埋設されている。すなわち、インダクター２０は、導線２２が圧粉磁心２１によってモールドされて成る。

導線２２が圧粉磁心２１の内部に埋設されていることから、導線２２と圧粉磁心２１との間に隙間が生じにくい。そのため、圧粉磁心２１の磁歪による振動を抑制し、振動に伴う騒音の発生を抑えることができる。また、導線２２が圧粉磁心２１に埋設されて成形されているため、インダクター２０を容易に小型化することができる。

圧粉磁心２１は、形状が異なる以外、上記実施形態の圧粉磁心１１と同様な構成である。圧粉磁心２１には、第１実施形態の絶縁体被覆粒子１に代えて、第２実施形態の絶縁体被覆粒子１０１を用いてもよい。導線２２は、成形された形状が異なる以外、上記実施形態の導線１２と同様な構成である。

本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。

透磁率と直流絶縁耐圧とを下げることなく、高周波領域における粒子間の渦電流損を低減し、性能が向上したインダクター２０とすることができる。

５．変形例
上記実施形態の圧粉磁心１００を用いたコイル部品は、各種電子機器に適用が可能である。各種電子機器としては、例えば、ノート型やラップトップ型のパーソナルコンピューター、携帯電話機、デジタルスチールカメラ、スマートフォン、タブレット端末、スマートウォッチを含む時計、スマートグラス、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）などのウェアラブル端末、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーションシステム、ページャー、通信機能を備えた電子手帳、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ（Point Of Sale）システム端末、電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡などの医療機器、魚群探知機、各種測定機器、車両、航空機、船舶などに搭載される計器類、携帯端末用の基地局、フライトシミュレーターなどが挙げられる。これらの電子機器に上記実施形態のコイル部品を用いることによって、性能が向上すると共に、小型化および高周波対応が容易となる。

上記実施形態の圧粉磁心１００を用いたコイル部品は、各種移動体が備える各種機器にも適用が可能である。このような各種機器としては、例えば、キーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン制御システム、ＡＢＳ（アンチロックブレーキ）システム、エアバック、ＴＰＭＳ（タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム）、エンジンコントロールシステム、ブレーキシステム、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム、自動運転システムなどの電子制御ユニットなどが挙げられる。これらの移動体が備える各種機器は、上記実施形態のコイル部品を備えることによって、性能が向上すると共に、小型化および高周波対応が容易となる。

以下に、実施形態から導き出される内容を記載する。

絶縁体被覆磁性合金粉末粒子は、磁性合金粉末粒子と、磁性合金粉末粒子の表面を被覆し、複数の突起を表面に有する絶縁体と、を含み、絶縁体は、突起に内包される粒子状の第１絶縁体と、第１絶縁体の表面の少なくとも一部を被覆する膜状の第２絶縁体と、を含むことを特徴とする。

この構成によれば、透磁率と直流絶縁耐圧とを下げることなく、高周波領域における粒子間の渦電流損を低減することができる。詳しくは、磁性合金粉末粒子の表面が絶縁体で被覆されている。これに加えて、絶縁体被覆磁性合金粉末粒子の間で各々が有する複数の突起が干渉し合って、圧粉した際に絶縁体被覆磁性合金粉末粒子同士が密に接しにくくなる。そのため、絶縁体で囲まれた空隙が生じて、空隙が別の絶縁体として機能するので、粒子間の渦電流損を低減することができる。また、磁性合金粉末粒子の表面が絶縁体で被覆されていることによって、圧粉して高電圧を印加しても、絶縁体被覆磁性合金粉末粒子の間で空隙と絶縁体との界面に沿った沿面放電が発生しにくくなり、絶縁体のうち、特に第２絶縁体の膜厚を厚くせずに直流絶縁耐圧を確保することができる。

絶縁体が粒子状の第１絶縁体を内包することから、第１絶縁体を核として絶縁体の複数の突起を容易に形成することができる。

上記の絶縁体被覆磁性合金粉末粒子において、第２絶縁体の膜厚は、２ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。

この構成によれば、第２絶縁体の膜厚が２ｎｍ以上であることから、沿面放電の発生がさらに抑えられ、直流絶縁耐圧を向上させることができる。第２絶縁体の膜厚が２０ｎｍ以下であることから、透磁率を向上させることができる。

上記の絶縁体被覆磁性合金粉末粒子において、第２絶縁体の体積抵抗率は、１×１０¹⁴Ω・ｃｍ以上１×１０¹⁷Ω・ｃｍ以下であることが好ましい。

この構成によれば、第２絶縁体の体積抵抗率が１×１０¹⁴Ω・ｃｍ以上であることから、沿面放電の発生がさらに抑えられ、直流絶縁耐圧を向上させることができる。第２絶縁体の体積抵抗率が１×１０¹⁷Ω・ｃｍ以下であることから、透磁率を向上させることができる。

上記の絶縁体被覆磁性合金粉末粒子において、第１絶縁体の平均粒子径は、４ｎｍ以上４０ｎｍ以下であることが好ましい。

この構成によれば、第１絶縁体の平均粒子径が４ｎｍ以上であることから、絶縁体の突起が嵩高くなる。そのため、圧粉した際に、絶縁体被覆磁性合金粉末粒子の間で絶縁体の突起同士がより干渉しやすくなり、絶縁体に囲まれた空隙が生じる。この空隙が別の絶縁体として機能して、絶縁体被覆磁性合金粉末粒子の間の渦電流損をさらに低減することができる。

第１絶縁体の平均粒子径が４０ｎｍ以下であることから、絶縁体の突起が極端に嵩高くならない。そのため、圧粉した際に、絶縁体被覆磁性合金粉末粒子同士が離れ過ぎない。したがって、磁性合金粉末粒子に対する絶縁体と空隙との割合が増えにくく、透磁率の低下を抑えることができる。

上記の絶縁体被覆磁性合金粉末粒子において、第１絶縁体の比誘電率は、２以上４以下であることが好ましい。

この構成によれば、突起によって形成される空隙と共に、磁性合金粉末粒子間のトータルでの誘電率が下げられる。そのため、渦電流損を低減することができる。

上記の絶縁体被覆磁性合金粉末粒子において、第１絶縁体は、磁性合金粉末粒子の表面積４３ｎｍ²乃至１００００ｎｍ²あたりに１個存在することが好ましい。

この構成によれば、圧粉した際に、突起によって絶縁体に囲まれた空隙を生じやすくすることができる。詳しくは、１個の第１絶縁体が存在する磁性合金粉末粒子の表面積が、４３ｎｍ²以上であることから、複数の突起が密になり過ぎずに空隙が生じやすくなる。また、上記表面積が１００００ｎｍ²以下であることから、複数の突起が疎になり過ぎない。そのため、空隙が生じやすくなると共に、圧粉した際に突起が潰れにくくなる。

圧粉磁心は、上記の絶縁体被覆磁性合金粉末粒子が圧粉されて成ることを特徴とする。

この構成によれば、透磁率と直流絶縁耐圧とを下げることなく、高周波領域における粒子間の渦電流損を低減する圧粉磁心とすることができる。

コイル部品は、上記の圧粉磁心を備えることを特徴とする。

この構成によれば、透磁率と直流絶縁耐圧とを下げることなく、高周波領域における粒子間の渦電流損を低減し、性能が向上したコイル部品とすることができる。

圧粉磁心は、磁性合金粉末粒子と、磁性合金粉末粒子の表面を被覆する絶縁体と、が圧粉されて成る圧粉磁心であって、絶縁体は、粒子状の第１絶縁体と、第１絶縁体の表面の少なくとも一部を被覆する膜状の第２絶縁体と、を含み、第１絶縁体または第２絶縁体で囲まれた空隙を含むことを特徴とする。

この構成によれば、透磁率と直流絶縁耐圧とを下げることなく、高周波領域における粒子間の渦電流損を低減することができる。詳しくは、第１絶縁体または第２絶縁体で囲まれた空隙が別の絶縁体として機能するため、圧粉して高電圧を印加しても、絶縁体被覆磁性合金粉末粒子の間で沿面放電が発生しにくく、渦電流損を低減することができる。すなわち、絶縁体のうち、特に第２絶縁体の膜厚を厚くせずに直流絶縁耐圧を確保することができる。

直流絶縁耐圧に対する第２絶縁体の膜厚への依存度が高くないため、第２絶縁体の膜厚を薄く設定して透磁率を確保することができる。以上により、透磁率と直流絶縁耐圧とを下げることなく、高周波領域における粒子間の渦電流損を低減する圧粉磁心を提供することができる。

コイル部品は、上記の圧粉磁心を備えることを特徴とする。

この構成によれば、透磁率と直流絶縁耐圧とを下げることなく、高周波領域における粒子間の渦電流損を低減し、性能が向上したコイル部品とすることができる。

１，１０１…絶縁体被覆磁性合金粉末粒子（絶縁体被覆粒子）、２…磁性合金粉末粒子、３…第１絶縁体、４…第２絶縁体、５…突起、７，１０７…絶縁体、９…空隙、１０…コイル部品としてのトロイダルコイル、１１，２１，１００…圧粉磁心、２０…コイル部品としてのインダクター。

Claims (6)

1. 磁性合金粉末粒子と、
   前記磁性合金粉末粒子の表面を被覆し、複数の突起を表面に有する絶縁体と、
   を含み、
   前記絶縁体は、
   前記突起に内包される粒子状の第１絶縁体と、
   前記第１絶縁体の表面の少なくとも一部を被覆する膜状の第２絶縁体と、
   を含み、
   前記第１絶縁体の平均粒子径は、４ｎｍ以上４０ｎｍ以下であり、前記第１絶縁体は、
   前記磁性合金粉末粒子の表面積４３ｎｍ ² 乃至１００００ｎｍ ² あたりに１個存在すること
   を特徴とする絶縁体被覆磁性合金粉末粒子。
2. 前記第２絶縁体の膜厚は、２ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項１
   に記載の絶縁体被覆磁性合金粉末粒子。
3. 前記第２絶縁体の体積抵抗率は、１×１０¹⁴Ω・ｃｍ以上１×１０¹⁷Ω・ｃｍ以下であ
   ることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の絶縁体被覆磁性合金粉末粒子。
4. 前記第１絶縁体の比誘電率は、２以上４以下であることを特徴とする、請求項１から請
   求項３のいずれか１項に記載の絶縁体被覆磁性合金粉末粒子。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の絶縁体被覆磁性合金粉末粒子が圧粉され
   て成る圧粉磁心であって、
   前記第１絶縁体または前記第２絶縁体で囲まれた空隙を含むことを特徴とする圧粉磁心
   。
6. 請求項５に記載の圧粉磁心を備えることを特徴とするコイル部品。

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