KR102165133B1

KR102165133B1 - 연자성 금속 분말, 압분 자심 및 자성 부품

Info

Publication number: KR102165133B1
Application number: KR1020190026350A
Authority: KR
Inventors: 가즈히로 요시도메; 히로유키 마쓰모토; 겐지 호리노; 사토코 모리; 다쿠마 나카노; 세이고 도코로; 쇼타 오쓰카; 도루 우지이에; 겐타로 모리
Original assignee: 티디케이가부시기가이샤
Priority date: 2018-03-09
Filing date: 2019-03-07
Publication date: 2020-10-13
Also published as: JP2019160943A; TWI690951B; EP3537457B1; US11798719B2; CN110246651A; KR20190106791A; CN110246651B; US20190279801A1; EP3537457A1; TW201939530A; JP6504287B1

Abstract

연자성 금속 입자를 복수 포함하는 연자성 금속 분말로서, 연자성 금속 입자의 표면은 피복부에 의해 덮여 있고, 피복부는, 연자성 금속 입자의 표면에서 외측을 향하여, 제1 피복부와, 제2 피복부와, 제3 피복부를 이 순서로 갖고, 제1 피복부는, Si의 산화물을 주성분으로서 포함하고, 제2 피복부는, Fe의 산화물을 주성분으로서 포함하고, 제3 피복부는, P, Si, Bi 및 Zn으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 원소의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 연자성 금속 분말이다.

Description

연자성 금속 분말, 압분 자심 및 자성 부품{SOFT MAGNETIC METAL POWDER, DUST CORE, AND MAGNETIC COMPONENT}

본 발명은 연자성 금속 분말, 압분 자심 및 자성 부품에 관한 것이다.

각종 전자 기기의 전원 회로에 사용되는 자성 부품으로서, 트랜스, 초크 코일, 인덕터 등이 알려져 있다.

이와 같은 자성 부품은, 소정의 자기 특성을 발휘하는 자심(코어)의 주위 혹은 내부에, 전기 전도체인 코일(권선)이 배치되어 있는 구성을 가지고 있다.

인덕터 등의 자성 부품이 구비하는 자심에 사용되는 자성 재료로는, 철(Fe)을 포함하는 연자성 금속 재료가 예시된다. 자심은, 예를 들어, Fe를 포함하는 연자성 금속으로 구성되는 입자를 포함하는 연자성 금속 분말을 압축 성형함으로써, 압분 자심으로서 얻을 수 있다.

이와 같은 압분 자심에 있어서는, 자기 특성을 향상시키기 위해, 자성 성분의 비율(충전율)이 높아져 있다. 그러나, 연자성 금속은 절연성이 낮기 때문에, 연자성 금속 입자끼리가 접촉하고 있으면, 자성 부품에 대한 전압 인가시에, 접촉하고 있는 입자간을 흐르는 전류(입자간 와전류)에 기인하는 손실이 크고, 그 결과, 압분 자심의 코어 로스가 커져 버린다는 문제가 있었다.

그래서, 이와 같은 와전류를 억제하기 위해, 연자성 금속 입자의 표면에는 절연 피막이 형성되어 있다. 예를 들어, 특허문헌 1은, 인(P)의 산화물을 포함하는 분말 유리를 기계적 마찰에 의해 연화시키고, Fe계 비정질 합금 분말의 표면에 부착시킴으로써 절연 코팅층을 형성하는 것을 개시하고 있다.

일본 특허공개 2015-132010호 공보

특허문헌 1에 있어서, 절연 코팅층이 형성된 Fe계 비정질 합금 분말은 수지와 혼합되어 압축 성형에 의해 압분 자심이 된다. 본 발명자들에 의하면, 특허문헌 1에 기재된 압분 자심을 열처리하는 경우, 압분 자심의 저항률이 급격하게 저하되는 것이 판명되었다. 즉, 특허문헌 1에 기재된 압분 자심은 내열성이 낮다는 문제가 있었다.

본 발명은 이와 같은 실상을 감안하여 이루어지고, 그 목적은, 내열성이 양호한 압분 자심, 이것을 구비하는 자성 부품 및 당해 압분 자심에 적합한 연자성 금속 분말을 제공하는 것이다.

본 발명자들은, 특허문헌 1에 기재된 압분 자심의 내열성이 낮은 이유는, Fe계 비정질 합금 분말에 포함되는 Fe가 절연 코팅층을 구성하는 유리 성분에 유입되어 유리 성분 내의 성분과 반응함으로써, 압분 자심의 내열성이 악화되기 때문이라는 지견을 얻었다. 이 지견에 기초하여, 본 발명자들은, Fe를 포함하는 연자성 금속 입자와 절연성을 담당하는 피복층 사이에, 피복층으로의 Fe의 이동을 저해하는 층을 형성함으로써, 압분 자심의 내열성이 향상되는 것을 알아내어, 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.

즉, 본 발명의 양태는,

[1] Fe를 포함하는 연자성 금속 입자를 복수 포함하는 연자성 금속 분말로서,

연자성 금속 입자의 표면은 피복부에 의해 덮여 있고,

피복부는, 연자성 금속 입자의 표면에서 외측을 향하여, 제1 피복부와, 제2 피복부와, 제3 피복부를 이 순서로 갖고,

제1 피복부는, Si의 산화물을 주성분으로서 포함하고,

제2 피복부는, Fe의 산화물을 주성분으로서 포함하고,

제3 피복부는, P, Si, Bi 및 Zn으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 원소의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 연자성 금속 분말이다.

[2] 제2 피복부에 포함되는 Fe의 산화물에 있어서의 Fe 원자 중, 가수가 3가인 Fe 원자의 비율이 50％ 이상인 것을 특징으로 하는 [1]에 기재된 연자성 금속 분말이다.

[3] 제3 피복부는, 연자성 금속 미립자를 포함하는 것을 특징으로 하는 [1] 또는 [2]에 기재된 연자성 금속 분말이다.

[4] 연자성 금속 미립자의 애스펙트비가 1:2∼1:10000인 것을 특징으로 하는 [3]에 기재된 연자성 금속 분말이다.

[5] 연자성 금속 입자가 결정질을 포함하고, 평균 결정자 직경이 1㎚ 이상 50㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 기재된 연자성 금속 분말이다.

[6] 연자성 금속 입자가 비정질인 것을 특징으로 하는 [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 기재된 연자성 금속 분말이다.

[7] [1] 내지 [6] 중 어느 하나에 기재된 연자성 금속 분말로 구성되는 압분 자심이다.

[8] [7]에 기재된 압분 자심을 구비하는 자성 부품이다.

본 발명에 의하면, 내열성이 양호한 압분 자심, 이것을 구비하는 자성 부품 및 당해 압분 자심에 적합한 연자성 금속 분말을 제공할 수 있다.

도 1은, 본 실시형태에 관련된 연자성 금속 분말을 구성하는 피복 입자의 단면 모식도이다.
도 2는, 도 1에 나타내는 II 부분을 확대한 확대 단면 모식도이다.
도 3은, 제3 피복부를 형성하기 위해서 사용하는 분말 피복 장치의 구성을 나타내는 단면 모식도이다.
도 4는, 본 발명의 실시예에 있어서, 피복 입자의 피복부 근방의 STEM-EELS 스펙트럼상이다.

이하, 본 발명을, 도면에 나타내는 구체적인 실시형태에 기초하여, 이하의 순서로 상세하게 설명한다.

1. 연자성 금속 분말

1. 1. 연자성 금속 입자

1. 2. 피복부

1. 2. 1. 제1 피복부

1. 2. 2. 제2 피복부

1. 2. 3. 제3 피복부

2. 압분 자심

3. 자성 부품

4. 압분 자심의 제조 방법

4. 1. 연자성 금속 분말의 제조 방법

4. 2. 압분 자심의 제조 방법

(1. 연자성 금속 분말)

본 실시형태에 관련된 연자성 금속 분말은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 연자성 금속 입자(2)의 표면에 피복부(10)가 형성된 피복 입자(1)를 복수 포함한다. 연자성 금속 분말에 포함되는 입자의 개수 비율을 100％로 했을 경우, 피복 입자의 개수 비율이 90％ 이상인 것이 바람직하고, 95％ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 연자성 금속 입자(2)의 형상은 특별히 제한되지 않지만, 통상, 구형이다.

또, 본 실시형태에 관련된 연자성 금속 분말의 평균 입자경(D50)은, 용도 및 재질에 따라 선택하면 된다. 본 실시형태에서는, 평균 입자경(D50)은, 0.3∼100㎛의 범위 내인 것이 바람직하다. 연자성 금속 분말의 평균 입자경을 상기의 범위 내로 함으로써, 충분한 성형성 혹은 소정의 자기 특성을 유지하는 것이 용이해진다. 평균 입자경의 측정 방법으로는, 특별히 제한되지 않지만, 레이저 회절 산란법을 사용하는 것이 바람직하다.

(1. 1. 연자성 금속 입자)

본 실시형태에서는, 연자성 금속 입자의 재질은, Fe를 포함하고 연자성을 나타내는 재료이면 특별히 제한되지 않는다. 본 실시형태에 관련된 연자성 금속 분말이 발휘하는 효과는, 주로, 후술하는 피복부에 기인하는 것이고, 연자성 금속 입자의 재질의 기여는 작기 때문이다.

Fe를 포함하고 연자성을 나타내는 재료로는, 순철, Fe계 합금, Fe-Si계 합금, Fe-Al계 합금, Fe-Ni계 합금, Fe-Si-Al계 합금, Fe-Si-Cr계 합금, Fe-Ni-Si-Co계 합금, Fe계 아모르퍼스 합금, Fe계 나노 결정 합금 등이 예시된다.

Fe계 아모르퍼스 합금은, 합금을 구성하는 원자의 배열이 랜덤이고, 합금 전체로서 결정성을 가지고 있지 않은 비정질 합금이다. Fe계 아모르퍼스 합금으로는, 예를 들어, Fe-Si-B계, Fe-Si-B-Cr-C계 등이 예시된다.

Fe계 나노 결정 합금은, Fe계 아모르퍼스 합금, 또는 초기 미결정이 비정질 중에 존재하는 나노 헤테로 구조를 갖는 Fe계 합금을 열처리함으로써, 비정질 중에 나노미터 오더의 미결정이 석출된 합금이다.

본 실시형태에서는, Fe계 나노 결정 합금으로 구성되는 연자성 금속 입자에 있어서의 평균 결정자 직경이 1㎚ 이상 50㎚ 이하인 것이 바람직하고, 5㎚ 이상 30㎚ 이하인 것이 보다 바람직하다. 평균 결정자 직경이 상기의 범위 내임으로써, 연자성 금속 입자에 피복부를 형성할 때에, 당해 입자에 응력이 가해져도, 보자력의 증가를 억제할 수 있다.

Fe계 나노 결정 합금으로는, 예를 들어, Fe-Nb-B계, Fe-Si-Nb-B-Cu계, Fe-Si-P-B-Cu계 등이 예시된다.

또, 본 실시형태에서는, 연자성 금속 분말은, 재질이 동일한 연자성 금속 입자만을 포함하고 있어도 되고, 재질이 상이한 연자성 금속 입자가 혼재되어 있어도 된다. 예를 들어, 연자성 금속 분말은, 복수의 Fe계 합금 입자와, 복수의 Fe-Si계 합금 입자의 혼합물이어도 된다.

또한, 상이한 재질이란, 금속 또는 합금을 구성하는 원소가 상이한 경우, 구성하는 원소가 동일해도 그 조성이 상이한 경우, 결정계가 상이한 경우 등이 예시된다.

(1. 2. 피복부)

피복부(10)는 절연성이고, 제1 피복부(11)와, 제2 피복부(12)와, 제3 피복부(13)로 구성된다. 피복부(10)는, 연자성 금속 입자의 표면에서 외측을 향하여, 제1 피복부(11), 제2 피복부(12), 제3 피복부(13)의 순서로 구성되어 있으면, 제1 피복부(11), 제2 피복부(12), 제3 피복부(13) 이외의 피복부를 가지고 있어도 된다.

제1 피복부(11), 제2 피복부(12), 제3 피복부(13) 이외의 피복부는, 연자성 금속 입자의 표면과 제1 피복부(11) 사이에 배치되어 있어도 되고, 제1 피복부(11)와 제2 피복부(12) 사이에 배치되어 있어도 되고, 제2 피복부(12)와 제3 피복부(13) 사이에 배치되어 있어도 되고, 제3 피복부(13) 상에 배치되어 있어도 된다.

본 실시형태에서는, 제1 피복부(11)는, 연자성 금속 입자(2)의 표면을 덮도록 형성되어 있고, 제2 피복부(12)는, 제1 피복부(11)의 표면을 덮도록 형성되어 있고, 제3 피복부(13)는, 제2 피복부(12)의 표면을 덮도록 형성되어 있다.

본 실시형태에서는, 표면이 물질에 의해 피복되어 있다는 것은, 당해 물질이 표면에 접촉하여 접촉한 부분을 덮도록 고정되어 있는 형태를 말한다. 또, 연자성 금속 입자 또는 피복부의 표면을 피복하는 피복부는, 입자의 표면의 적어도 일부를 덮고 있으면 되지만, 표면의 전부를 덮고 있는 것이 바람직하다. 또한, 피복부는 입자의 표면을 연속적으로 덮고 있어도 되고, 단속적으로 덮고 있어도 된다.

(1. 2. 1. 제1 피복부)

도 1에 나타내는 바와 같이, 제1 피복부(11)는, 연자성 금속 입자(2)의 표면을 덮고 있다. 또, 제1 피복부(11)는, 산화물로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는, 제1 피복부(11)는, Si의 산화물을 주성분으로서 포함하고 있다. 「Si의 산화물을 주성분으로서 포함한다」는 것은, 제1 피복부(11)에 포함되는 원소 중, 산소를 제외한 원소의 합계량을 100질량％로 했을 경우에, Si의 함유량이 가장 많은 것을 의미한다. 본 실시형태에서는, Si는, 산소를 제외한 원소의 합계량 100질량％에 대해, 30질량％ 이상 포함되는 것이 바람직하다.

피복부가 제1 피복부를 가짐으로써, 얻어지는 압분 자심의 내열성이 향상된다. 따라서, 열처리 후의 압분 자심의 저항률의 저하를 억제할 수 있기 때문에, 압분 자심의 코어 로스를 저감시킬 수 있다.

제1 피복부에 포함되는 성분은, 투과형 전자 현미경(Transmission Electron Microscope)을 사용한 에너지 분산형 X선 분광법(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy:EDS)에 의한 원소 분석, 전자 에너지 손실 분광법(Electron Energy Loss Spectroscopy:EELS)에 의한 원소 분석, TEM 화상의 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform:FFT) 해석 등에 의해 얻어지는 격자 상수 등의 정보로부터 동정(同定)할 수 있다.

제1 피복부(11)의 두께는, 상기의 효과가 얻어지는 한 특별히 제한되지 않는다. 본 실시형태에서는, 1㎚ 이상 30㎚ 이하인 것이 바람직하다. 또, 3㎚ 이상인 것이 보다 바람직하고, 5㎚ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 한편, 10㎚ 이하인 것이 보다 바람직하고, 7㎚ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

(1. 2. 2. 제2 피복부)

도 1에 나타내는 바와 같이, 제2 피복부(12)는, 제1 피복부(11)의 표면을 덮고 있다. 또, 제2 피복부(12)는, 산화물로 구성되어 있는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는, 제2 피복부(12)는, Fe의 산화물을 주성분으로서 포함하고 있다. 「Fe의 산화물을 주성분으로서 포함한다」는 것은, 제2 피복부(12)에 포함되는 원소 중, 산소를 제외한 원소의 합계량을 100질량％로 했을 경우에, Fe의 함유량이 가장 많은 것을 의미한다. 또, 본 실시형태에서는, Fe는, 산소를 제외한 원소의 합계량 100질량％에 대해, 50질량％ 이상 포함되는 것이 바람직하다.

또, 제2 피복부는, Fe의 산화물 이외의 성분을 포함하고 있어도 된다. 이와 같은 성분으로는, 예를 들어, 연자성 금속 입자를 구성하는 연자성 금속에 포함되는 Fe 이외의 합금 원소가 예시된다. 구체적으로는, Cu, Si, Cr, B, Al 및 Ni로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 원소의 산화물이 예시된다. 이들 산화물은, 연자성 금속 입자에 형성된 산화물이어도 되고, 연자성 금속 입자를 구성하는 연자성 금속에 포함되는 합금 원소 유래의 산화물이어도 된다. 제2 피복부에, 이들 원소의 산화물이 포함됨으로써, 피복부의 절연성을 보강할 수 있다.

Fe의 산화물의 형태는 특별히 제한되지 않고, 예를 들어, FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄로서 존재한다. 단, 본 실시형태에서는, 제2 피복부(12)에 포함되는 Fe의 산화물의 Fe 중, 가수가 3가인 Fe의 비율이 50％ 이상인 것이 바람직하다. 즉, 예를 들어, Fe의 가수가 2가인 FeO는, 제2 피복부(12)에 50％ 이상 포함되는 것은 바람직하지 않다. 또, 가수가 3가인 Fe의 비율은 60％ 이상인 것이 보다 바람직하고, 70％ 이상인 것이 더욱 바람직하다.

피복부가, 제1 피복부에 더하여, 제2 피복부를 가짐으로써, 얻어지는 압분 자심의 내전압성이 향상된다. 따라서, 열경화되어 얻어지는 압분 자심에 높은 전압을 인가해도 절연 파괴가 생기지 않는다. 그 결과, 압분 자심의 정격 전압을 높이는 것이나 압분 자심의 소형화를 달성할 수 있다.

제2 피복부에 포함되는 성분은, 제1 피복부에 포함되는 성분과 동일하게, TEM을 사용한 EDS에 의한 원소 분석, EELS에 의한 원소 분석, TEM 화상의 FFT 해석 등에 의해 얻어지는 격자 상수 등의 정보로부터 동정할 수 있다.

제2 피복부(12)에 포함되는 Fe 중, 가수가 3가인 Fe의 비율이 50％ 이상인지의 여부는, Fe와 O의 화학 결합 상태를 해석할 수 있는 분석 수법이면 특별히 제한되지 않지만, 본 실시형태에서는, 제2 피복부에 대해, 전자 에너지 손실 분광법(Electron Energy Loss Spectroscopy:EELS)을 사용하여 분석을 실시한다. 구체적으로는, TEM에 의해 얻어지는 EELS 스펙트럼에 나타나는 흡수단 근방 미세 구조(Energy Loss Near Edge Structure:ELNES)를 해석하여, Fe와 O의 화학 결합 상태의 정보를 얻고, Fe의 가수를 산출한다.

Fe의 산화물의 EELS 스펙트럼에 있어서, 산소 K단의 ELNES 스펙트럼의 형상은, Fe와 O의 화학 결합 상태를 반영하고 있고, Fe의 가수에 따라 변화한다. 그래서, Fe의 가수가 3가인 Fe₂O₃의 표준 물질의 EELS 스펙트럼과, Fe의 가수가 2가인 FeO의 표준 물질의 EELS 스펙트럼에 있어서, 각각의 산소 K단의 ELNES 스펙트럼을 레퍼런스로 한다. 여기서, Fe₃O₄의 산소 K단의 ELNES 스펙트럼에 대해서는, Fe₃O₄에는 2가의 Fe와 3가의 Fe가 혼재되어 있고, 스펙트럼의 형상이, FeO의 산소 K단의 ELNES 스펙트럼의 형상과, Fe₂O₃의 산소 K단의 ELNES 스펙트럼의 형상의 합성 형상과 거의 동일하므로, Fe₃O₄의 산소 K단의 ELNES 스펙트럼은 레퍼런스로서 사용하지 않는다.

또한, 제2 피복부에 있어서의 Fe의 산화물의 존재 형태는, 원소 분석, 격자 상수 등의 정보에 기초하여 결정하므로, Fe₃O₄의 산소 K단의 ELNES 스펙트럼을 레퍼런스로서 사용하지 않는 것이, 제2 피복부에 Fe₃O₄가 존재하지 않는 것을 의미하는 것은 아니다. FeO, Fe₂O₃, Fe₃O₄를 확인하는 수법으로는, 예를 들어, 전자 현미경 관찰에 의해 얻어지는 회절 패턴을 해석하는 수법이 예시된다.

Fe의 가수를 산출하기 위해, 제2 피복부에 포함되는 Fe의 산화물의 산소 K단의 ELNES 스펙트럼에 대해, 레퍼런스의 스펙트럼을 사용하여 최소 이승법에 의한 피팅을 실시한다. 피팅 결과를, FeO의 스펙트럼의 피팅 계수와 Fe₂O₃의 스펙트럼의 피팅 계수의 합이 1이 되도록 규격화함으로써, 제2 피복부에 포함되는 Fe의 산화물의 산소 K단의 ELNES 스펙트럼에 대한, FeO의 스펙트럼에 기인하는 비율과, Fe₂O₃의 스펙트럼에 기인하는 비율이 산출된다.

본 실시형태에서는, Fe₂O₃의 스펙트럼에 기인하는 비율이, 제2 피복부에 포함되는 Fe의 산화물 중에 있어서의 3가의 Fe의 비율인 것으로 간주하고, 가수가 3가인 Fe의 비율을 산출한다.

또한, 최소 이승법에 의한 피팅은, 공지된 소프트웨어 등을 사용하여 실시할 수 있다.

제2 피복부(12)의 두께는, 상기의 효과가 얻어지는 한 특별히 제한되지 않는다. 본 실시형태에서는, 3㎚ 이상 50㎚ 이하인 것이 바람직하다. 5㎚ 이상인 것이 보다 바람직하고, 10㎚ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 한편, 50㎚ 이하인 것이 보다 바람직하고, 20㎚ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

본 실시형태에서는, 제2 피복부(12)에 포함되는 Fe의 산화물은 치밀한 구조를 가지고 있다. Fe의 산화물이 치밀함으로써, 피복부가 절연 파괴되기 어렵고 내전압성이 양호해진다. 이와 같은 치밀한 Fe의 산화물은, 산화 분위기 중에서 열처리함으로써 적합하게 형성할 수 있다.

한편, Fe의 산화물은, 대기 중에서 연자성 금속 입자의 표면이 산화됨으로써 자연 산화막으로서 형성되는 경우가 있다. 연자성 금속 입자의 표면에서는, 수분의 존재하에 있어서, 산화 환원 반응에 의해 Fe²⁺가 생성되고, Fe²⁺가 또한 공기 산화되어 Fe³⁺가 생성된다. Fe²⁺와 Fe³⁺는 공침하여 Fe₃O₄가 생성되지만, 생성된 Fe₃O₄는 연자성 금속 입자의 표면으로부터 박리되기 쉬운 경향이 있다. 또, Fe²⁺ 및 Fe³⁺는, 가수분해에 의해, 함수 철 산화물(수산화철, 옥시수산화철 등)을 형성하고, 자연 산화막에 포함되는 경우가 있다. 그러나, 함수 철 산화물은 치밀한 구조를 형성할 수 없기 때문에, 치밀한 Fe의 산화물을 포함하지 않는 자연 산화막이 제2 피복부로서 형성되어도 내전압성을 양호하게 할 수 없다.

(1. 2. 3. 제3 피복부)

도 1에 나타내는 바와 같이, 제3 피복부(13)는, 제2 피복부(12)의 표면을 덮고 있다. 본 실시형태에서는, 제3 피복부(13)는, P, Si, Bi 및 Zn으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 원소의 화합물을 포함하고 있다. 또, 당해 화합물은 산화물인 것이 바람직하고, 산화물 유리인 것이 보다 바람직하다.

또, P, Si, Bi 및 Zn으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 원소의 화합물을 주성분으로서 포함하고 있는 것이 바람직하다. 당해 화합물은 산화물인 것이 보다 바람직하다. 「P, Si, Bi 및 Zn으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 원소의 산화물을 주성분으로서 포함한다」는 것은, 제3 피복부(13)에 포함되는 원소 중, 산소를 제외한 원소의 합계량을 100질량％로 했을 경우에, P, Si, Bi 및 Zn으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 원소의 합계량이 가장 많은 것을 의미한다. 또, 본 실시형태에서는, 이들 원소의 합계량은 50질량％ 이상인 것이 바람직하고, 60질량％ 이상인 것이 보다 바람직하다.

산화물 유리로는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 인산염(P₂O₅)계 유리, 비스무트산염(Bi₂O₃)계 유리, 붕규산염(B₂O₃-SiO₂)계 유리 등이 예시된다.

P₂O₅계 유리로는, P₂O₅가 50wt％ 이상 포함되는 유리가 바람직하고, P₂O₅-ZnO-R₂O-Al₂O₃계 유리 등이 예시된다. 또한, 「R」은 알칼리 금속을 나타낸다.

Bi₂O₃계 유리로는, Bi₂O₃가 50wt％ 이상 포함되는 유리가 바람직하고, Bi₂O₃-ZnO-B₂O₃-SiO₂-Al₂O₃계 유리 등이 예시된다.

B₂O₃-SiO₂계 유리로는, B₂O₃가 10wt％ 이상 포함되고, SiO₂가 10wt％ 이상 포함되는 유리가 바람직하고, BaO-ZnO-B₂O₃-SiO₂-Al₂O₃계 유리 등이 예시된다.

피복부가 제3 피복부를 가지고 있음으로써, 피복 입자는 높은 절연성을 나타내므로, 피복 입자를 포함하는 연자성 금속 분말로 구성되는 압분 자심의 저항률이 향상된다. 또한 압분 자심을 열처리해도, 연자성 금속 입자와 제3 피복부 사이에는 제1 피복부 및 제2 피복부가 배치되어 있으므로, 제3 피복부로의 Fe의 이동이 저해된다. 그 결과, 압분 자심의 저항률의 저하를 억제할 수 있다.

또, 본 실시형태에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 제3 피복부의 내부에, 연자성 금속 미립자(20)가 존재하는 것이 바람직하다. 피복 입자(1)에 있어서, 최외층인 제3 피복부의 내부에, 연자성을 나타내는 미립자가 존재함으로써, 피복부의 두께를 크게 했을 경우, 즉, 압분 자심의 절연성을 높였을 경우에도, 압분 자심의 투자율의 저하를 억제할 수 있다.

또, 연자성 금속 미립자(20)는, 단경 방향 SD가 피복 입자(1)의 둘레 방향 CD보다 직경 방향 RD에 가깝고, 장경 방향 LD가 피복 입자의 직경 방향 RD보다 둘레 방향 CD에 가까운 것이 바람직하다. 이와 같은 형태로 존재함으로써, 본 실시형태에 관련된 연자성 금속 분말이 압분 성형될 때에, 각 피복 입자에 압력이 가해져도, 연자성 금속 미립자(20)가 압력을 분산시킬 수 있기 때문에, 연자성 금속 미립자(20)가 존재하고 있어도 피복부(10)의 파괴가 억제되어, 압분 자심의 절연성을 유지할 수 있다.

또, 연자성 금속 미립자(20)의 단경과 장경으로부터 산출되는 애스펙트비(단경:장경)는, 1:2∼1:10000인 것이 바람직하다. 또, 애스펙트비는, 1:2 이상인 것이 보다 바람직하고, 1:10 이상인 것이 더욱 바람직하다. 한편, 1:1000 이하인 것이 보다 바람직하고, 1:100 이하인 것이 더욱 바람직하다. 연자성 금속 미립자(20)의 형상에 이방성을 갖게 함으로써, 연자성 금속 미립자(20)를 통과하는 자속이 1점에 집중되지 않고, 면 상에 분산되게 되기 때문에, 분말의 접점에서의 자기 포화를 억제할 수 있고, 그 결과, 압분 자심의 직류 중첩 특성이 양호해진다. 또한, 연자성 금속 미립자(20)의 장경은, 연자성 금속 미립자(20)가 제3 피복부(13)의 내부에 존재하고 있으면, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어, 10㎚ 이상 1000㎚ 이하이다.

연자성 금속 미립자(20)의 재질로는, 연자성을 나타내는 금속이면 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로는, Fe, Fe-Co계 합금, Fe-Ni-Cr계 합금 등이 예시된다. 또, 피복부(10)가 형성되는 연자성 금속 입자(2)의 재질과 동일해도 되고, 상이해도 된다.

본 실시형태에서는, 연자성 금속 분말에 포함되는 피복 입자(1)의 개수 비율을 100％로 했을 경우에, 제3 피복부(13)의 내부에 연자성 금속 미립자(20)가 존재하는 피복 입자(1)의 개수 비율은, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어, 50％ 이상 100％ 이하인 것이 바람직하다.

제3 피복부에 포함되는 성분은, 제1 피복부에 포함되는 성분과 동일하게, TEM을 사용한 EDS에 의한 원소 분석, EELS에 의한 원소 분석, TEM 화상의 FFT 해석 등에 의해 얻어지는 격자 상수 등의 정보로부터 동정할 수 있다.

제3 피복부(13)의 두께는, 상기의 효과가 얻어지는 한 특별히 제한되지 않는다. 본 실시형태에서는, 5㎚ 이상 200㎚ 이하인 것이 바람직하다. 7㎚ 이상인 것이 보다 바람직하고, 10㎚ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 한편, 100㎚ 이하인 것이 보다 바람직하고, 30㎚ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

제3 피복부(13)가, 연자성 금속 미립자(20)를 포함하는 경우에는, 제3 피복부(13)의 두께가 커도 투자율의 저하를 억제할 수 있으므로, 150㎚ 이하인 것이 바람직하고, 50㎚ 이하인 것이 보다 바람직하다.

(2. 압분 자심)

본 실시형태에 관련된 압분 자심은, 상기 서술한 연자성 금속 분말로 구성되고, 소정의 형상을 갖도록 형성되어 있으면 특별히 제한되지 않는다. 본 실시형태에서는, 연자성 금속 분말과 결합제로서의 수지를 포함하고, 당해 연자성 금속 분말을 구성하는 연자성 금속 입자끼리가 수지를 통하여 결합함으로써 소정의 형상으로 고정되어 있다. 또, 당해 압분 자심은, 상기 서술한 연자성 금속 분말과 다른 자성 분말의 혼합 분말로 구성되고, 소정의 형상으로 형성되어 있어도 된다.

(3. 자성 부품)

본 실시형태에 관련된 자성 부품은, 상기의 압분 자심을 구비하는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 소정 형상의 압분 자심 내부에, 와이어가 권회된 공심(空芯) 코일이 매설된 자성 부품이어도 되고, 소정 형상의 압분 자심의 표면에 와이어가 소정의 감김수만큼 권회되어 이루어지는 자성 부품이어도 된다. 본 실시형태에 관련된 자성 부품은, 전원 회로에 사용되는 파워 인덕터에 적합하다.

(4. 압분 자심의 제조 방법)

계속해서, 상기의 자성 부품이 구비하는 압분 자심을 제조하는 방법에 대해 설명한다. 먼저, 압분 자심을 구성하는 연자성 금속 분말을 제조하는 방법에 대해 설명한다.

(4. 1. 연자성 금속 분말의 제조 방법)

본 실시형태에서는, 피복부가 형성되기 전의 연자성 금속 분말은, 공지된 연자성 금속 분말의 제조 방법과 동일한 방법을 사용하여 얻을 수 있다. 구체적으로는, 가스 아토마이즈법, 물 아토마이즈법, 회전 디스크법 등을 사용하여 제조할 수 있다. 또, 단롤법에 의해 얻어지는 박대(薄帶)를 기계적으로 분쇄하여 제조해도 된다. 이들 중에서는, 원하는 자기 특성을 갖는 연자성 금속 분말을 얻기 쉽다는 관점에서, 가스 아토마이즈법을 사용하는 것이 바람직하다.

가스 아토마이즈법에서는, 먼저, 연자성 금속 분말을 구성하는 연자성 금속의 원료가 용해된 용탕을 얻는다. 연자성 금속에 포함되는 각 금속 원소의 원료(순금속 등)를 준비하고, 최종적으로 얻어지는 연자성 금속의 조성이 되도록 칭량하고, 당해 원료를 용해시킨다. 또한, 금속 원소의 원료를 용해시키는 방법은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어, 아토마이즈 장치의 챔버 내에서 진공 흡인한 후에 고주파 가열로 용해시키는 방법이 예시된다. 용해시의 온도는, 각 금속 원소의 융점을 고려해서 결정하면 되지만, 예를 들어 1200∼1500℃로 할 수 있다.

얻어진 용탕을 도가니 저부에 설치된 노즐을 통하여 선형상의 연속적인 유체로서 챔버 내에 공급하고, 공급된 용탕에 고압의 가스를 분사하여, 용탕을 액적화함과 함께, 급랭시켜 미세한 분말을 얻는다. 가스 분사 온도, 챔버 내의 압력 등은, 연자성 금속의 조성에 따라 결정하면 되고, 입자경에 대해서는 체 분급이나 기류 분급 등에 의해 입도 조정이 가능하다.

계속해서, 얻어지는 연자성 금속 입자에 대해 피복부를 형성한다. 피복부를 형성하는 방법으로는, 특별히 제한되지 않고, 공지된 방법을 채용할 수 있다. 연자성 금속 입자에 대해 습식 처리를 실시하여 피복부를 형성해도 되고, 건식 처리를 실시하여 피복부를 형성해도 된다.

제1 피복부는, 분말 스퍼터법, 졸겔법, 메카노케미컬을 이용한 코팅 방법 등에 의해 형성할 수 있다. 분말 스퍼터법에서는, 연자성 금속 입자를 배럴 용기 내에 투입하고, 배럴 용기 내를 배기하여 진공 상태로 하고 나서, 배럴 용기를 회전시키면서 배럴 용기 내에 설치된 Si의 산화물의 타깃을 스퍼터링하고, 연자성 금속 입자의 표면에 퇴적시킴으로써, 제1 피복부를 형성할 수 있다. 제1 피복부의 두께는, 스퍼터링 시간 등에 의해 조정할 수 있다.

또, 제2 피복부는, 산화 분위기 중에서의 열처리, 제1 피복부와 동일하게 분말 스퍼터법 등에 의해 형성할 수 있다. 산화 분위기 중에서의 열처리에서는, 제1 피복부가 형성된 연자성 금속 입자를 산화 분위기 중에서 소정의 온도에서 열처리함으로써, 연자성 금속 입자를 구성하는 Fe가 제1 피복부를 빠져나가 제1 피복부의 표면까지 확산되어, 표면에서 분위기 중의 산소와 결합하여, 치밀한 Fe의 산화물이 형성된다. 이와 같이 함으로써, 제2 피복부를 형성할 수 있다. 연자성 금속 입자를 구성하는 다른 금속 원소가 확산되기 쉬운 원소인 경우에는, 당해 금속 원소의 산화물도 제2 피복부에 포함된다. 제2 피복부의 두께는, 열처리 온도 및 시간 등에 따라 조정할 수 있다.

또, 제3 피복부는, 메카노케미컬을 이용한 코팅 방법, 인산염 처리법, 졸겔법 등에 의해 형성할 수 있다. 메카노케미컬을 이용한 코팅 방법에서는, 예를 들어, 도 3에 나타내는 분말 피복 장치(100)를 사용한다. 제1 피복부 및 제2 피복부가 형성된 연자성 금속 분말과, 제3 피복부를 구성하는 재질(P, Si, Bi, Zn의 화합물 등)의 분말상 코팅재를, 분말 피복 장치의 용기(101) 내에 투입한다. 투입 후, 용기(101)를 회전시킴으로써, 연자성 금속 분말과 분말상 코팅재의 혼합물(50)이, 그라인더(102)와 용기(101)의 내벽 사이에서 압축되어 마찰이 생겨 열이 발생한다. 이 발생한 마찰열에 의해, 분말상 코팅재가 연화되고, 압축 작용에 의해 연자성 금속 입자의 표면에 고착되어, 제3 피복부를 형성할 수 있다.

메카노케미컬을 이용한 코팅 방법에 의해 제3 피복부를 형성함으로써, 제2 피복부에 치밀하지 않은 Fe의 산화물(Fe₃O₄, 수산화철, 옥시수산화철 등)이 포함되는 경우에도, 피복시에, 압축 및 마찰 작용에 의해 치밀하지 않은 Fe의 산화물이 제거되어, 제2 피복부에 포함되는 Fe의 산화물의 대부분을, 내전압성의 향상에 기여하는 치밀한 Fe의 산화물로 하는 것이 용이해진다. 또한, 치밀하지 않은 Fe의 산화물이 제거된 결과, 제2 피복부의 표면은 비교적 매끄러워진다.

메카노케미컬을 이용한 코팅 방법에서는, 용기의 회전 속도, 그라인더와 용기의 내벽 사이의 거리 등을 조정함으로써, 발생하는 마찰열을 제어하여, 연자성 금속 분말과 분말상 코팅재의 혼합물의 온도를 제어할 수 있다. 본 실시형태에서는, 당해 온도는, 50℃ 이상 150℃ 이하인 것이 바람직하다. 이와 같은 온도 범위로 함으로써, 제3 피복부가 제2 피복부를 덮도록 형성하기 쉬워진다.

또, 제3 피복부에 연자성 금속 미립자를 존재시키는 경우에는, 분말상 원료 중에 연자성 금속 미립자를 혼합한 것을, 상기의 방법에 의해 연자성 금속 입자에 피복하면 된다.

(4. 2. 압분 자심의 제조 방법)

압분 자심은, 상기의 연자성 금속 분말을 사용하여 제조한다. 구체적인 제조 방법으로는, 특별히 제한되지 않고, 공지된 방법을 채용할 수 있다. 먼저, 피복부를 형성한 연자성 금속 입자를 포함하는 연자성 금속 분말과, 결합제로서의 공지된 수지를 혼합하여, 혼합물을 얻는다. 또, 필요에 따라, 얻어진 혼합물을 조립(造粒) 분말로 해도 된다. 그리고, 혼합물 또는 조립 분말을 금형 내에 충전하여 압축 성형하여, 제조해야 할 압분 자심의 형상을 갖는 성형체를 얻는다. 얻어진 성형체에 대해, 예를 들어 50∼200℃에서 열처리를 실시함으로써, 수지가 경화되어 연자성 금속 입자가 수지를 통하여 고정된 소정 형상의 압분 자심이 얻어진다. 얻어진 압분 자심에, 와이어를 소정 횟수만큼 권회함으로써, 인덕터 등의 자성 부품이 얻어진다.

또, 상기의 혼합물 또는 조립 분말과, 와이어를 소정 횟수만큼 권회하여 형성된 공심 코일을, 금형 내에 충전하여 압축 성형하여 코일이 내부에 매설된 성형체를 얻어도 된다. 얻어진 성형체에 대해, 열처리를 실시함으로써, 코일이 매설된 소정 형상의 압분 자심이 얻어진다. 이와 같은 압분 자심은, 그 내부에 코일이 매설되어 있으므로, 인덕터 등의 자성 부품으로서 기능한다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대해 설명해 왔지만, 본 발명은 상기의 실시형태에 전혀 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위 내에 있어서 여러 가지 양태로 개변해도 된다.

[실시예]

이하, 실시예를 사용하여, 발명을 보다 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(실험예 1∼91)

먼저, 표 1 및 2에 나타내는 조성을 갖는 연자성 금속으로 구성된 입자를 포함하고, 평균 입자경 D50이 표 1 및 2에 나타내는 값인 분말을 준비했다. 먼저, 준비한 분말에 대해, SiO₂의 타깃을 사용하여 분말 스퍼터를 실시하고, 연자성 금속 입자의 표면을 덮어, SiO₂로 구성되는 제1 피복부를 형성했다. 본 실시예에서는, 제1 피복부의 두께는 3∼10㎚의 범위 내였다. 또한, 실험예 1∼12, 39, 40, 52∼56, 74, 75, 84 및 85의 시료에는, 제1 피복부를 형성하지 않았다.

계속해서, 실험예에 관련된 분말을, 표 1 및 2에 나타내는 조건으로 열처리를 실시했다. 이와 같은 열처리를 실시함으로써, 연자성 금속 입자를 구성하는 Fe 및 그 밖의 금속 원소가, 제1 피복부 내를 확산하고, 제1 피복부의 표면에 있어서 산소와 결합하여, Fe의 산화물을 포함하는 제2 피복부를 형성했다. 또한, 실험예 37, 38, 47∼51, 72, 73, 82 및 83의 시료에는, 열처리를 실시하지 않아 제2 피복부를 형성하지 않았다. 또, 실험예 1∼6에 관련된 시료는, 대기 중에 30일간 방치하고, 연자성 금속 입자의 표면에 자연 산화막을 형성하여, 이것을 제2 피복부로 했다.

또한 제1 피복부 및 제2 피복부가 형성된 입자를 포함하는 분말을, 표 1 및 2에 나타내는 조성을 갖는 분말 유리(코팅재)와 함께, 분말 피복 장치의 용기 내에 투입하고, 분말 유리를 제1 피복부 및 제2 피복부가 형성된 입자의 표면에 코팅하여, 제3 피복부를 형성함으로써, 연자성 금속 분말이 얻어진다. 분말 유리의 첨가량은, 제1 피복부 및 제2 피복부가 형성된 입자를 포함하는 분말 100wt％에 대해, 당해 분말의 평균 입자경(D50)이 3㎛ 이하인 경우에는 3wt％, 5㎛ 이상 10㎛ 이하인 경우에는 1wt％, 20㎛ 이상인 경우에는 0.5wt％로 설정했다. 소정의 두께를 형성하기 위해서 필요한 분말 유리량은, 제3 피복부가 형성되는 연자성 금속 분말의 입자경에 따라 상이하기 때문이다.

본 실시예에서는, 인산염계 유리로서의 P₂O₅-ZnO-R₂O-Al₂O₃계 분말 유리에 있어서, P₂O₅가 50wt％, ZnO가 12wt％, R₂O가 20wt％, Al₂O₃가 6wt％이고, 잔부가 부성분이었다.

또한, 본 발명자들은, P₂O₅가 60wt％, ZnO가 20wt％, R₂O가 10wt％, Al₂O₃가 5wt％이고, 잔부가 부성분인 조성을 갖는 유리, P₂O₅가 60wt％, ZnO가 20wt％, R₂O가 10wt％, Al₂O₃가 5wt％이고, 잔부가 부성분인 조성을 갖는 유리 등에 대해서도 동일한 실험을 실시하여, 후술하는 결과와 동일한 결과가 얻어지는 것을 확인하고 있다.

또, 본 실시예에서는, 비스무트산염계 유리로서의 Bi₂O₃-ZnO-B₂O₃-SiO₂계 분말 유리에 있어서, Bi₂O₃가 80wt％, ZnO가 10wt％, B₂O₃가 5wt％, SiO₂가 5wt％였다. 비스무트산염계 유리로서 다른 조성을 갖는 유리에 대해서도 동일한 실험을 실시하여, 후술하는 결과와 동일한 결과가 얻어지는 것을 확인하고 있다.

또, 본 실시예에서는, 붕규산염계 유리로서의 BaO-ZnO-B₂O₃-SiO₂-Al₂O₃계 분말 유리에 있어서, BaO가 8wt％, ZnO가 23wt％, B₂O₃가 19wt％, SiO₂가 16wt％, Al₂O₃가 6wt％이고, 잔부가 부성분이었다. 붕규산염계 유리로서 다른 조성을 갖는 유리에 대해서도 동일한 실험을 실시하여, 후술하는 결과와 동일한 결과가 얻어지는 것을 확인하고 있다.

다음으로, 얻어진 연자성 금속 분말에 대해, 제2 피복부에 포함되는 Fe의 산화물의 Fe 중, 3가의 Fe가 차지하는 비율을 평가했다. 또, 연자성 금속 분말을 고화시켜 분말의 저항률을 평가했다.

3가의 Fe가 차지하는 비율에 대해서는, 구면수차 보정 기능이 있는 STEM에 부속된 EELS에 의해, 제1 피복부에 포함되는 Fe의 산화물의 산소 K단의 ELNES 스펙트럼을 취득하여 해석했다. 구체적으로는, 170㎚×170㎚의 시야에 있어서, Fe의 산화물의 산소 K단의 ELNES 스펙트럼을 취득하고, 당해 스펙트럼에 대해, FeO 및 Fe₂O₃의 각 표준 물질의 산소 K단의 ELNES 스펙트럼을 사용하여, 최소 이승법에 의한 피팅을 실시했다.

최소 이승법에 의한 피팅은, GATAN사 제조 Digital Micrograph의 MLLS 피팅을 사용하여, 각 스펙트럼에 있어서의 소정의 피크 에너지가 일치하도록 캘리브레이션을 실시하여, 520∼590eV의 범위에 있어서 실시하였다. 피팅 결과로부터, Fe₂O₃의 스펙트럼에서 기인하는 비율을 산출하고, 3가의 Fe가 차지하는 비율을 산출했다. 결과를 표 1 및 2에 나타낸다.

분말의 저항률은, 분말 저항 측정 장치를 사용하여, 분말에 0.6t/㎠의 압력을 인가한 상태에서의 저항률을 측정했다. 본 실시예에서는, 연자성 금속 분말의 평균 입자경(D50)이 동일한 시료 중, 비교예가 되는 시료의 저항률보다 높은 저항률을 나타내는 시료를 양호로 했다. 결과를 표 1 및 2에 나타낸다.

계속해서, 압분 자심의 평가를 실시했다. 열경화 수지인 에폭시 수지 및 경화제인 이미드 수지의 총량이, 얻어진 연자성 금속 분말 100wt％에 대해 표 1에 나타내는 값이 되도록 칭량하고, 아세톤에 첨가하여 용액화하고, 그 용액과 연자성 금속 분말을 혼합했다. 혼합 후, 아세톤을 휘발시켜 얻어진 과립을, 355㎛의 메시로 정립(整粒)했다. 이것을 외경 11㎜, 내경 6.5㎜의 토로이달 형상의 금형에 충전하고, 성형압 3.0t/㎠로 가압하여 압분 자심의 성형체를 얻었다. 얻어진 압분 자심의 성형체를 180℃에서 1시간 수지를 경화시켜 압분 자심을 얻었다. 이 압분 자심에 대해 양단에 In-Ga 전극을 형성하고, 초고저항계에 의해 압분 자심의 저항률을 측정했다. 본 실시예에서는, 10⁷Ω㎝ 이상인 시료를 「○(Good)」로 하고, 10⁶Ω㎝ 이상인 시료를 「△(Fair)」로 하고, 10⁶Ω㎝ 미만인 시료를 「×(Bad)」로 했다. 결과를 표 1 및 2에 나타낸다.

계속해서, 제조한 압분 자심을 250℃에서 1시간, 대기 중에서 내열 시험을 실시했다. 내열 시험 후의 시료에 대해, 상기와 동일하게 하여, 저항률을 측정했다. 본 실시예에서는, 내열 시험 전의 저항률로부터, 저항률이 4자릿수 이상 저하된 시료를 「×(Bad)」로 하고, 저항률의 저하가 3자릿수 이하인 시료를 「△(Fair)」로 하고, 저항률의 저하가 2자릿수 이하인 시료를 「○(Good)」로 했다. 결과를 표 1 및 2에 나타낸다.

또한 압분 자심의 시료의 상하에 소스미터를 사용하여 전압을 인가하고, 1㎃의 전류가 흘렀을 때의 전압값을 전극간 거리로 나눈 값을 내전압으로 했다. 본 실시예에서는, 연자성 금속 분말의 조성, 평균 입자경(D50), 및 압분 자심을 형성할 때에 사용한 수지량이 동일한 시료 중, 비교예가 되는 시료의 내전압보다 높은 내전압을 나타내는 시료를 양호로 했다. 수지량의 차이에 의해 내전압이 변화하기 때문이다. 결과를 표 1 및 2에 나타낸다.

표 1, 2로부터, 결정질의 연자성 금속 분말, 아모르퍼스계의 연자성 금속 분말, 나노 결정계의 연자성 금속 분말 중 어느 경우에도, 연자성 금속 입자의 표면에, 소정의 조성을 갖는 3층 구조의 피복부를 형성함으로써, 250℃에서의 열처리 후여도 충분한 절연성을 갖고, 또한 양호한 내전압성을 가지고 있는 압분 자심이 얻어지는 것을 확인할 수 있었다.

이에 대해, 제1 피복부가 형성되어 있지 않은 경우, 제2 피복부가 형성되어 있지 않은 경우에는, 특히 내열 시험 후의 절연성이 저하되는 것, 즉, 압분 자심의 내열성이 악화되는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 제1 피복부가 형성되어 있지 않고, 제2 피복부가 자연 산화막인 실험예 1∼6에 대해서는, 자연 산화막이 치밀하지 않기 때문에, 피복부의 절연성이 낮고, 압분 자심의 내전압 및 저항률의 양방이 매우 낮은 것을 확인할 수 있었다.

(실험예 92∼157)

Si의 산화물을 갖고, 두께가 3∼10㎚인 제1 피복부와, 열처리 온도가 300℃, 산소 농도가 500ppm인 조건으로 열처리를 실시하여 형성되고, Fe의 산화물을 갖는 제2 피복부가 형성된 입자를 포함하는 분말 100wt％에 대해, 제3 피복부를 형성하기 위한 분말 유리의 첨가량을 0.5wt％로 하고, 및 표 3, 4에 나타내는 조성 및 사이즈를 갖는 연자성 금속 미립자를 0.01wt％ 첨가하여, 제3 피복부를 형성한 것 이외에는, 실험예 1∼91과 동일하게 하여, 연자성 금속 분말을 제조했다.

제조한 연자성 금속 분말 중, 실험예 109의 시료에 대해, STEM에 의해, 피복 입자의 피복부 근방의 명시야상을 얻었다. 얻어진 명시야상으로부터 얻어진 EELS의 스펙트럼상을 도 4에 나타낸다. 또, 도 4에 나타내는 EELS의 스펙트럼상에 있어서 EELS의 스펙트럼 분석을 실시하여, 원소 매핑을 실시했다. 도 4에 나타내는 EELS 스펙트럼상 및 원소 매핑의 결과로부터, 피복부가 제1 피복부, 제2 피복부 및 제3 피복부로 구성되어 있고, 제3 피복부 내부에는, 조성이 Fe이고 애스펙트비가 1:2인 연자성 금속 미립자가 존재하고 있는 것을 확인할 수 있었다.

계속해서, 연자성 금속 미립자를 포함하는 연자성 금속 분말의 압분 자심에 있어서의 투자율(μ0)이 27∼28이 되도록, 압분 자심에서 차지하는 연자성 금속 분말의 충전율을 조정한 것 이외에는, 실험예 1과 동일하게 하여, 압분 자심의 시료를 제조했다.

제조한 압분 자심의 시료에 대해, 투자율(μ0) 및 투자율(μ8 k)을 측정했다. 또, 측정된 μ0에 대한 μ8k의 비를 산출했다. 이 비는, 직류 전류가 압분 자심에 인가되었을 경우의 투자율의 저하율을 나타내고 있다. 따라서, 이 비는 직류 중첩 특성을 나타내고 있고, 이 비가 1에 가까울수록, 직류 중첩 특성이 양호한 것을 나타낸다. 결과를 표 3 및 4에 나타낸다.

표 3, 4로부터, 제3 피복부 내부에 소정의 애스펙트비를 갖는 연자성 금속 미립자가 존재함으로써, 압분 자심의 투자율 및 직류 중첩 특성이 향상되었다. 따라서, 투자율 및 직류 중첩 특성 등의 자기 특성을 유지하면서, 입자간의 절연성을 확실하게 확보할 수 있다.

(실험예 158∼196)

Si의 산화물을 갖고, 두께가 3∼10㎚인 제1 피복부와, 열처리 온도가 300℃, 산소 농도가 500ppm인 조건으로 열처리를 실시하여 형성되고, Fe의 산화물을 갖는 제2 피복부가 형성된 입자를 포함하는 분말에 대해, 제3 피복부의 두께 및 연자성 금속 미립자의 유무를 표 3에 나타내는 구성으로 한 것 이외에는, 실험예 1∼91과 동일하게 하여, 연자성 금속 분말을 제조했다. 제조한 연자성 금속 분말을 사용하여, 실험예 1∼91과 동일하게 하여, 압분 자심의 시료를 제조했다. 제조한 압분 자심에 대해, 내전압성을 평가하고, 실험예 92∼157과 동일하게 하여, 투자율(μ0)을 평가했다. 결과를 표 5에 나타낸다. 또한, 실험예 158, 171 및 184의 시료에 대해서는, 제3 피복부를 형성하지 않았다.

표 5로부터, 제3 피복부의 두께를 소정의 범위 내로 함으로써, 압분 자심의 절연성과 내전압성을 양립할 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 또, 제3 피복부 내부에 소정의 애스펙트비를 갖는 연자성 금속 미립자가 존재함으로써, 피복부의 두께가 큰 경우에도, 압분 자심의 직류 중첩 특성이 저하되지 않는 것을 확인할 수 있었다.

이에 대해, 제3 피복부가 형성되어 있지 않은 경우에는, 압분 자심의 내전압성이 악화되는 것을 확인할 수 있었다.

(실험예 197∼224)

표 6에 나타내는 조성을 갖는 연자성 금속으로 구성된 입자를 포함하고, 평균 입자경 D50이 표 6에 나타내는 값인 분말을 준비하고, 실험예 1∼91과 동일하게 하여, Si의 산화물을 갖고, 두께가 3∼10㎚인 제1 피복부를 형성하고, 표 6에 나타내는 열처리 조건에 의해 Fe의 산화물을 갖는 제2 피복부를 형성했다.

제1 피복부 및 제2 피복부가 형성된 입자를 포함하는 분말에 대해, 표 6에 나타내는 조성을 갖는 코팅재를 사용한 것 이외에는 실험예 1∼91과 동일하게 하여, 제3 피복부를 형성했다.

본 실시예에서는, 제3 피복부를 형성하기 전의 분말과, 제3 피복부를 형성한 후의 분말에 대해, 보자력을 측정했다. 보자력은, φ6㎜×5㎜의 플라스틱 케이스에 20㎎의 분말과 파라핀을 넣고, 파라핀을 융해, 응고시켜 분말을 고정시킨 것을, 토호쿠 특수강 제조 보자력계(K-HC1000형)를 사용하여 측정했다. 측정 자계는 150㎄/m로 했다. 또, 제3 피복부가 형성되는 전후의 보자력의 비를 산출했다. 결과를 표 6에 나타낸다.

또, 제3 피복부를 형성하기 전의 분말에 대해, X선 회절을 실시하여, 결정자 직경을 산출했다. 결과를 표 6에 나타낸다. 또한, 실험예 204∼208의 시료는 아모르퍼스계이므로, 결정자 직경의 측정은 실시하지 않았다.

또한, 표 6에 있어서, 실험예 197은, 표 1의 실험예 14이고, 실험예 204∼208은, 표 2의 실험예 57∼61이고, 실험예 209 및 210은, 표 2의 실험예 76 및 77이고, 실험예 211 및 212는, 표 2의 실험예 86 및 87이고, 실험예 218 및 219는, 표 1의 실험예 41 및 42이다.

표 6으로부터, 평균 결정자 직경이 상기 서술한 범위 내인 경우에는, 제3 피복부의 형성 전후에서 분말의 보자력은 그다지 증가하지 않는 것을 확인할 수 있었다.

1 : 피복 입자 2 : 연자성 금속 입자
10 : 피복부 11 : 제1 피복부
12 : 제2 피복부 13 : 제3 피복부
20 : 연자성 금속 미립자

Claims

Fe를 포함하는 연자성 금속 입자를 복수 개 포함하는 연자성 금속 분말로서,
상기 연자성 금속 입자의 표면은 피복부에 의해 덮여 있고,
상기 피복부는, 상기 연자성 금속 입자의 표면에서 외측을 향하여, 제1 피복부와, 제2 피복부와, 제3 피복부를 이 순서로 갖고,
상기 제1 피복부는, Si의 산화물을 포함하고, 상기 제1 피복부에 포함되는 원소 중, 산소를 제외한 원소의 합계량을 100질량%로 한 경우에, Si의 함유량이 가장 많으며,
상기 제2 피복부는, Fe의 산화물을 포함하고, 상기 제2 피복부에 포함되는 원소 중, 산소를 제외한 원소의 합계량을 100질량%로 한 경우에, Fe의 함유량이 가장 많으며,
상기 제3 피복부는, P, Si, Bi 및 Zn으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 원소의 산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 연자성 금속 분말.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 피복부에 포함되는 Fe의 산화물에 있어서의 Fe 원자 중, 가수가 3가인 Fe 원자의 비율이 50％ 이상인 것을 특징으로 하는 연자성 금속 분말.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제3 피복부는, 연자성 금속 미립자를 포함하는 것을 특징으로 하는 연자성 금속 분말.
청구항 3에 있어서,
상기 연자성 금속 미립자의 애스펙트비가 1:2∼1:10000인 것을 특징으로 하는 연자성 금속 분말.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 연자성 금속 입자가 결정질을 포함하고, 평균 결정자 직경이 1㎚ 이상 50㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 연자성 금속 분말.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 연자성 금속 입자가 비정질인 것을 특징으로 하는 연자성 금속 분말.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 산화물이 산화물 유리인, 연자성 금속 분말.
청구항 1에 기재된 연자성 금속 분말로 구성되는 압분 자심.
청구항 8에 기재된 압분 자심을 구비하는 자성 부품.