JP2012238828A - 磁性材料およびそれを用いたコイル部品 - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁抵抗の向上および透磁率の向上を両立しうる新たな磁性材料を提供し、あわせて、そのような磁性材料をもちいたコイル部品を提供すること。
【解決手段】Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍ系軟磁性合金（但し、ＭはＦｅより酸化し易い金属元素である。）からなる複数の金属粒子１１と、前記金属粒子の表面に形成された酸化被膜１２とを備え、隣接する金属粒子表面に形成された酸化被膜１２を介しての結合部２２および酸化被膜１２が存在しない部分における金属粒子１１どうしの結合部２１を有する粒子成形体１からなる、磁性材料。
【選択図】図１

Description

本発明はコイル・インダクタ等において主に磁心として用いることができる磁性材料およびそれを用いたコイル部品に関する。

インダクタ、チョークコイル、トランス等といったコイル部品（所謂、インダクタンス部品）は、磁性材料と、前記磁性材料の内部または表面に形成されたコイルとを有している。磁性材料の材質としてＮｉ−Ｃｕ−Ｚｎ系フェライト等のフェライトが一般に用いられている。

近年、この種のコイル部品には大電流化（定格電流の高値化を意味する）が求められており、該要求を満足するために、磁性体の材質を従前のフェライトからＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ合金に切り替えることが検討されている（特許文献１を参照）。Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ合金やＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金は、材料自体の飽和磁束密度がフェライトに比べて高い。その反面、材料自体の体積抵抗率が従前のフェライトに比べて格段に低い。

特許文献１には、積層タイプのコイル部品における磁性体部の作製方法として、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ合金粒子群の他にガラス成分を含む磁性体ペーストにより形成された磁性体層と導体パターンを積層して窒素雰囲気中（還元性雰囲気中）で焼成した後に、該焼成物に熱硬化性樹脂を含浸させる方法が開示されている。

特開２００７−０２７３５４号公報

しかしながら、特許文献１の製造方法では、磁性体ペーストに含まれたガラス成分が磁性体部内に残存するため、該磁性体部内に存するガラス成分によってＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ合金粒子の体積率が減少し、該減少を原因として部品自体の飽和磁束密度も低下してしまう。

また、金属磁性体を利用したインダクタとしてはバインダと混合成形した圧粉磁心が知られている。一般的な圧粉磁心では絶縁抵抗が低いため電極を直付けすることができない。

これらのことを考慮し、本発明は、絶縁抵抗の向上および透磁率の向上を両立しうる新たな磁性材料を提供し、あわせて、そのような磁性材料を用いたコイル部品を提供することを課題とする。

本発明者らが鋭意検討した結果、以下のような本発明を完成した。
本発明の磁性材料は、酸化被膜が形成された金属粒子が成形されてなる粒子成形体からなる。金属粒子はＦｅ−Ｓｉ−Ｍ系軟磁性合金（但し、ＭはＦｅより酸化し易い金属元素である。）からなり、粒子成形体は隣接する金属粒子表面に形成された酸化被膜を介しての結合部および酸化被膜が存在しない部分における金属粒子どうしの結合部を有している。ここで、「酸化被膜が存在しない部分における金属粒子どうしの結合部」とは、隣接する金属粒子がそれらの金属部分にて直接に接触している部分のことを意味し、例えば、厳密な意味での金属結合や、金属部分どうしが直接に接触して原子の交換が見られない態様や、それらの中間的な態様をも含む概念である。厳密な意味での金属結合とは、「原子が規則的にならんでいる」等の要件を充足することを意味する。
さらに、酸化被膜は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍ系軟磁性合金（但し、ＭはＦｅより酸化し易い金属元素である。）の酸化物であって、Ｆｅ元素に対する上記Ｍで表される金属元素のモル比が、前記金属粒子に比べて大きいことが好ましい。
さらに好ましくは、粒子成形体の断面における金属粒子の粒子数Ｎと、金属粒子どうしの結合部の数Ｂと、の比率Ｂ／Ｎが０．１〜０．５である。
さらに好ましくは、本発明の磁性材料はアトマイズ法で製造された複数の金属粒子を成形して酸化雰囲気下で熱処理することにより得られる。
さらに好ましくは、粒子成形体は内部に空隙を有し、前記空隙の少なくとも一部に高分子樹脂が含浸されている。
本発明によれば、上述の磁性材料と、前記磁性材料の内部または表面に形成されたコイルと、を備えるコイル部品もまた提供される。

本発明によれば、高透磁率および高絶縁抵抗を両立した磁性材料が提供され、この材料を用いてなるコイル部品は電極が直付けされていてもよい。

本発明の磁性材料の微細構造を模式的に表す断面図である。 本発明の磁性材料の別例にかかる微細構造を模式的に表す断面図である。 本発明の一実施例で製造した磁性材料の外観を示す側面図である。 本発明の一実施例で製造したコイル部品の一例の一部を示す透視した側面図である。 図４のコイル部品の内部構造を示す縦断面図である。 積層インダクタの外観斜視図である。 図６のＳ１１−Ｓ１１線に沿う拡大断面図である。 図６に示した部品本体の分解図である。 比較例における磁性材料の微細構造を模式的に表す断面図である。

図面を適宜参照しながら本発明を詳述する。但し、本発明は図示された態様に限定されるわけでなく、また、図面においては発明の特徴的な部分を強調して表現することがあるので、図面各部において縮尺の正確性は必ずしも担保されていない。
本発明によれば、磁性材料は所定の粒子が成形されてなる粒子成形体からなる。
本発明において、磁性材料はコイル・インダクタ等の磁性部品における磁路の役割を担う物品であり、典型的にはコイルにおける磁心などの形態をとる。

図１は本発明の磁性材料の微細構造を模式的に表す断面図である。本発明において、粒子成形体１は、微視的には、もともとは独立していた多数の金属粒子１１どうしが結合してなる集合体として把握され、個々の金属粒子１１はその周囲の概ね全体にわたって酸化被膜１２が形成されていて、この酸化被膜１２により粒子成形体１の絶縁性が確保される。隣接する金属粒子１１どうしは、主として、それぞれの金属粒子１１の周囲にある酸化被膜１２を介した結合により、一定の形状を有する粒子成形体１を構成している。本発明によれば、部分的には、隣接する金属粒子１１が、金属部分どうしで結合している（符号２１）。本明細書において、金属粒子１１は後述する合金材料からなる粒子のことを意味し、酸化被膜１２の部分を含まないことを特に強調する場合には、「金属部分」や「コア」と表記することもある。従来の磁性材料においては、硬化した有機樹脂のマトリクス中に磁性粒子又は数個程度の磁性粒子の結合体が分散しているものや、硬化したガラス成分のマトリクス中に磁性粒子又は数個程度の磁性粒子の結合体が分散しているものが用いられていた。本発明では、有機樹脂からなるマトリクスもガラス成分からなるマトリクスも、実質的に存在しないことが好ましい。

個々の金属粒子１１は特定の軟磁性合金から主として構成される。本発明では、金属粒子１１はＦｅ−Ｓｉ−Ｍ系軟磁性合金からなる。ここで、ＭはＦｅより酸化し易い金属元素であり、典型的には、Ｃｒ（クロム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）などが挙げられ、好ましくは、ＣｒまたはＡｌである。

Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍ系軟磁性合金におけるＳｉの含有率は、好ましくは０．５〜７．０ｗｔ％であり、より好ましくは、２．０〜５．０ｗｔ％である。Ｓｉの含有量が多ければ高抵抗・高透磁率という点で好ましく、Ｓｉの含有量が少なければ成形性が良好であることに基づいている。

上記ＭがＣｒである場合、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍ系軟磁性合金におけるＣｒの含有率は、好ましくは２．０〜１５ｗｔ％であり、より好ましくは、３．０〜６．０ｗｔ％である。Ｃｒの存在は、熱処理時に不働態を形成して過剰な酸化を抑制するとともに強度および絶縁抵抗を発現する点で好ましく、一方、磁気特性の向上の観点からはＣｒが少ないことが好ましく、これらを勘案して上記好適範囲が提案される。

上記ＭがＡｌである場合、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍ系軟磁性合金におけるＡｌの含有率は、好ましくは２．０〜１５ｗｔ％であり、より好ましくは、３．０〜６．０ｗｔ％である。Ａｌの存在は、熱処理時に不働態を形成して過剰な酸化を抑制するとともに強度および絶縁抵抗を発現するという点で好ましく、一方、磁気特性の向上の観点からはＡｌが少ないことが好ましく、これらを勘案して上記好適範囲が提案される。
なお、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍ系軟磁性合金における各金属成分の上記好適含有率については、合金成分の全量を１００ｗｔ％であるとして記述している。換言すると、上記好適含有量の計算においては酸化被膜の組成は除外している。

Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍ系軟磁性合金において、Ｓｉおよび金属Ｍ以外の残部は不可避不純物を除いて、Ｆｅであることが好ましい。Ｆｅ、ＳｉおよびＭ以外に含まれていてもよい金属としてはＭｎ（マンガン）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）などが挙げられる。

粒子成形体１における各々の金属粒子１１を構成する合金の化学組成は、例えば、粒子成形体１の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて撮影し、組成をエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）によりＺＡＦ法で算出することができる。

粒子成形体１を構成する個々の金属粒子１１にはその周囲に酸化被膜１２が形成されている。上述の軟磁性合金からなるコア（つまり金属粒子１１）とそのコアの周囲に形成された酸化被膜１２とが存在すると表現することも可能である。酸化被膜１２は粒子成形体１を形成する前の原料粒子の段階で形成されていてもよいし、原料粒子の段階では酸化被膜が存在しないか極めて少なく成形過程において酸化被膜を生成させてもよい。酸化被膜１２の存在は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による３０００倍程度の撮影像においてコントラスト（明度）の違いとして認識することができる。酸化被膜１２の存在により磁性材料全体としての絶縁性が担保される。

酸化被膜１２は金属の酸化物であればよく、好適には、酸化被膜１２は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍ系軟磁性合金（但し、ＭはＦｅより酸化し易い金属元素である。）の酸化物であって、Ｆｅ元素に対する上記Ｍで表される金属元素のモル比が、金属粒子に比べて大きい。このような構成の酸化被膜１２を得るためには、磁性材料を得るための原料粒子にＦｅの酸化物がなるべく少なく含まれるかＦｅの酸化物を極力含まれないようにして、粒子成形体１を得る過程において加熱処理などにより合金の表面部分を酸化させることなどが挙げられる。このような処理により、Ｆｅよりも酸化しやすい金属Ｍが選択的に酸化されて、結果として、酸化被膜１２におけるＦｅに対する金属Ｍのモル比が、金属粒子１１におけるＦｅに対する金属Ｍのモル比よりも相対的に大きくなる。酸化被膜１２においてＦｅ元素よりもＭで表される金属元素のほうが多く含まれることにより、合金粒子の過剰な酸化を抑制するという利点がある。

粒子成形体１における酸化被膜１２の化学組成を測定する方法は以下のとおりである。まず、粒子成形体１を破断するなどしてその断面を露出させる。ついで、イオンミリング等により平滑面を出し走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮影し、酸化被膜１２部をエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）によりＺＡＦ法で算出する。

酸化被膜１２における金属Ｍの含有量は鉄１モルに対して、好ましくは１．０〜５．０モルであり、より好ましくは１．０〜２．５モルであり、さらに好ましくは１．０〜１．７モルである。前記含有量が多いと過剰な酸化の抑制という点で好ましく、一方、前記含有量が少ないと金属粒子間の焼結という点で好ましい。前記含有量を多くするためには、例えば、弱酸化雰囲気での熱処理をするなどの方法が挙げられ、逆に、前記含有量を少なくするためには、例えば、強酸化雰囲気中での熱処理などの方法が挙げられる。

粒子成形体１においては粒子どうしの結合部は主として酸化被膜１２を介しての結合部２２である。酸化被膜１２を介しての結合部２２の存在は、例えば、約３０００倍に拡大したＳＥＭ観察像などにおいて、隣接する金属粒子１１が有する酸化被膜１２が同一相であることを視認することなどで、明確に判断することができる。例えば、隣接する金属粒子１１が有する酸化被膜１２どうしが接触していても、隣り合う酸化被膜１２との界面がＳＥＭ観察像などにおいて視認される箇所は酸化被膜１２を介しての結合部２２であるとはいえない。酸化被膜１２を介しての結合部２２の存在により、機械的強度と絶縁性の向上が図られる。粒子成形体１全体にわたり、隣接する金属粒子１１が有する酸化被膜１２を介して結合していることが好ましいが、一部でも結合していれば、相応の機械的強度と絶縁性の向上が図られ、そのような形態も本発明の一態様であるといえる。また、後述するように、部分的には、酸化被膜１２を介さずに、金属粒子１１どうしの結合も存在する。さらに、隣接する金属粒子１１が、酸化被膜１２を介する結合も、金属粒子１１どうしの結合もいずれも存在せず単に物理的に接触又は接近するに過ぎない形態が部分的にあってもよい。

酸化被膜１２を介しての結合部２２を生じさせるためには、例えば、粒子成形体１の製造の際に酸素が存在する雰囲気下（例、空気中）で後述する所定の温度にて熱処理を加えることなどが挙げられる。

本発明によれば、粒子成形体１において、酸化被膜１２を介しての結合部２２のみならず、金属粒子１１どうしの結合部２１も存在している。上述の酸化被膜１２を介しての結合部２２の場合と同様に、例えば、約３０００倍に拡大したＳＥＭ観察像などにおいて、断面写真において、粒子表面の描く曲線に関し、比較的深い凹部が認められ、二つの粒子だった表面の曲線が交叉したと見られる箇所において隣接する金属粒子１１どうしが酸化被膜を介さない結合点を有することを視認することなどにより、金属粒子１１どうしの結合部２１の存在を明確に判断することができる。金属粒子１１どうしの結合部２１の存在により透磁率の向上が図られることが本発明の主要な効果の一つである。

金属粒子１１どうしの結合部２１を生成させるためには、例えば、原料粒子として酸化被膜が少ない粒子を用いたり、粒子成形体１を製造するための熱処理において温度や酸素分圧を後述するように調節したり、原料粒子から粒子成形体１を得る際の成形密度を調節することなどが挙げられる。熱処理における温度については金属粒子１１どうしが結合し、かつ、酸化物が生成しにくい程度であることが好ましく、具体的な好適温度範囲については後述する。酸素分圧については、例えば、空気中における酸素分圧でもよく、酸素分圧が低いほど酸化物が生成しにくく、結果的に金属粒子１１どうしの結合が生じやすい。

本発明の好適態様によれば、粒子成形体１において、隣接する金属粒子１１間の結合部の大部分は酸化被膜１２を介しての結合部２２であり、部分的に、金属粒子どうしの結合部２１が存在している。金属粒子どうしの結合部２１が存在している度合いを以下のように定量化することができる。粒子成形体１を切断し、その断面について約３０００倍に拡大したＳＥＭ観察像を取得する。ＳＥＭ観察像には３０〜１００個の金属粒子１１が写るように視野等を調節する。その観察像における金属粒子１１の数Ｎと、金属粒子１１どうしの結合部２１の数Ｂとを数える。これらの数値の比率Ｂ／Ｎを金属粒子どうしの結合部２１の存在の度合いの評価指標とする。前記ＮおよびＢの数え方について、図１の態様を例に説明する。図１のような像を得た場合、金属粒子１１の数Ｎは８であり、金属粒子１１の数Ｎは４である。したがって、この態様の場合は、前記比率Ｂ／Ｎは０．５である。本発明では、前記比率Ｂ／Ｎが好ましくは０．１〜０．５であり、より好ましくは０．１〜０．３５であり、さらに好ましくは０．１〜０．２５である。Ｂ／Ｎが大きければ透磁率が向上し、逆にＢ／Ｎが小さければ絶縁抵抗が向上することから、透磁率と絶縁抵抗との両立を考慮して、上記好適範囲が提示される。

本発明の磁性材料は、所定の合金からなる金属粒子を成形することにより製造することができる。その際に、隣接する金属粒子どうしが主として酸化被膜を介して結合し、そして、部分的に酸化被膜を介さずに結合することにより全体として所望の形状の粒子成形体を得ることができる。

原料として用いる金属粒子（以下、原料粒子ともいう。）は、主としてＦｅ−Ｓｉ−Ｍ系軟磁性合金からなる粒子を用いる。原料粒子の合金組成は、最終的に得られる磁性材料における合金組成に反映される。よって、最終的に得ようとする磁性材料の合金組成に応じて、原料粒子の合金組成を適宜選択することができ、その好適な組成範囲は上述した磁性材料の好適な組成範囲と同じである。個々の原料粒子は酸化被膜で覆われていてもよい。換言すると、個々の原料粒子は所定の軟磁性合金からなるコアとそのコアの周囲の少なくとも一部を覆う酸化被膜とから構成されていてもよい。

個々の原料粒子のサイズは最終的に得られる磁性材料における粒子成形体１を構成する粒子のサイズと実質的に等しくなる。原料粒子のサイズとしては、透磁率と粒内渦電流損を考慮すると、ｄ５０が好ましくは２〜３０μｍであり、より好ましくは２〜２０μｍであり、ｄ５０のさらに好適な下限値は５μｍである。原料粒子のｄ５０はレーザー回折・散乱による測定装置により測定することができる。

原料粒子は例えばアトマイズ法で製造される粒子である。上述のとおり、粒子成形体１には酸化被膜１２を介しての結合部２２のみならず、金属粒子１１どうしの結合部２１も存在する。そのため、原料粒子には酸化被膜が存在してもよいが過剰には存在しない方がよい。アトマイズ法により製造される粒子は酸化被膜が比較的に少ない点で好ましい。原料粒子における合金からなるコアと酸化被膜との比率は以下のように定量化することができる。原料粒子をＸＰＳで分析して、Ｆｅのピーク強度に着目し、Ｆｅが金属状態として存在するピーク（７０６．９ｅＶ）の積分値Ｆｅ_Metalと、Ｆｅが酸化物の状態として存在するピークの積分値Ｆｅ_Oxideとを求め、Ｆｅ_Metal／（Ｆｅ_Metal＋Ｆｅ_Oxide）を算出することにより定量化する。ここで、Ｆｅ_Oxideの算出においては、Ｆｅ_２Ｏ_３（７１０．９ｅＶ）、ＦｅＯ（７０９．６ｅＶ）およびＦｅ_３Ｏ_４（７１０．７ｅＶ）の三種の酸化物の結合エネルギーを中心とした正規分布の重ねあわせとして実測データと一致するようにフィッティングを行う。その結果、ピーク分離された積分面積の和としてＦｅ_Oxideを算出する。熱処理時に合金どうしの結合部２１を生じさせやすくすることによって結果として透磁率を高める観点からは、前記値は好ましくは０．２以上である。前記値の上限値は特に限定されず、製造のしやすさなどの観点から、例えば０．６などが挙げられ、好ましくは上限値は０．３である。前記値を上昇させる手段として、還元雰囲気での熱処理に供したり、酸による表面酸化層の除去などの化学処理等に供することなどが挙げられる。還元処理としては、例えば、窒素中に又はアルゴン中に２５〜３５％の水素を含む雰囲気下で７５０〜８５０℃、０．５〜１．５時間保持することなどが挙げられる。酸化処理としては、例えば、空気中で４００〜６００℃、０．５〜１．５時間保持することなどが挙げられる。

上述したような原料粒子は合金粒子製造の公知の方法を採用してもよいし、例えば、エプソンアトミックス（株）社製ＰＦ２０−Ｆ、日本アトマイズ加工（株）社製ＳＦＲ-ＦｅＳｉＡｌなどとして市販されているものを用いることもできる。市販品については上述のＦｅ_Metal／（Ｆｅ_Metal＋Ｆｅ_Oxide）の値について考慮されていない可能性が極めて高いので、原料粒子を選別したり、上述した熱処理や化学処理などの前処理を施すことも好ましい。

原料粒子から成形体を得る方法については特に限定なく、粒子成形体製造における公知の手段を適宜取り入れることができる。以下、典型的な製造方法として原料粒子を非加熱条件下で成形した後に加熱処理に供する方法を説明する。本発明ではこの製法に限定されない。

原料粒子を非加熱条件下で成形する際には、バインダとして有機樹脂を加えることが好ましい。有機樹脂としては熱分解温度が５００℃以下であるアクリル樹脂、ブチラール樹脂、ビニル樹脂などからなるものを用いることが、熱処理後にバインダが残りにくくなる点で好ましい。成形の際には、公知の潤滑剤を加えてもよい。潤滑剤としては、有機酸塩などが挙げられ、具体的にはステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウムなどが挙げられる。潤滑剤の量は原料粒子１００重量部に対して好ましくは０〜１．５重量部であり、より好ましくは０．１〜１．０重量部である。潤滑剤の量がゼロとは、潤滑剤を使用しないことを意味する。原料粒子に対して任意的にバインダ及び／又は潤滑剤を加えて攪拌した後に、所望の形状に成形する。成形の際には例えば５〜１０ｔ／ｃｍ^２の圧力をかけることなどが挙げられる。

熱処理の好ましい態様について説明する。
熱処理は酸化雰囲気下で行うことが好ましい。より具体的には、加熱中の酸素濃度は好ましくは１％以上であり、これにより、酸化被膜を介しての結合部２２および金属粒子どうしの結合部２１が両方とも生成しやすくなる。酸素濃度の上限は特に定められるものではないが、製造コスト等を考慮して空気中の酸素濃度（約２１％）を挙げることができる。加熱温度については、酸化被膜１２を生成して酸化被膜１２を介しての結合部を生成させやすくする観点からは好ましくは６００℃以上であり、酸化を適度に抑制して金属粒子どうしの結合部２１の存在を維持して透磁率を高める観点からは好ましくは９００℃以下である。加熱温度はより好ましくは７００〜８００℃である。酸化被膜１２を介しての結合部２２および金属粒子どうしの結合部２１を両方とも生成させやすくする観点からは、加熱時間は好ましくは０．５〜３時間である。

得られた粒子成形体１には、その内部に空隙３０が存在していてもよい。図２は、本発明の磁性材料の別例にかかる微細構造を模式的に表す断面図である。図２に記載の実施形態によれば、粒子成形体１の内部に存在する空隙の少なくとも一部には高分子樹脂３１が含浸されている。高分子樹脂３１の含浸に際しては、例えば、液体状態の高分子樹脂や高分子樹脂の溶液などといった、高分子樹脂の液状物に粒子成形体１を浸漬して製造系の圧力を下げたり、上述の高分子樹脂の液状物を粒子成形体１に塗布して表面近傍の空隙３０に染みこませるなどの手段が挙げられる。粒子成形体１の空隙３０に高分子樹脂が含浸されてなることにより、強度の増加や吸湿性の抑制という利点がある。高分子樹脂としては、エポキシ樹脂、フッ素樹脂などの有機樹脂や、シリコーン樹脂などを特に限定なく挙げることができる。

このようにして得られる粒子成形体１を磁性材料として種々の部品の構成要素として用いることができる。例えば、本発明の磁性材料を磁心として用いてその周囲に絶縁被覆導線を巻くことによりコイルを形成してもよい。あるいは、上述の原料粒子を含むグリーンシートを公知の方法で形成し、そこに所定パターンの導体ペーストを印刷等により形成した後に、印刷済みのグリーンシートを積層して加圧することにより成形し、次いで、上述の条件で熱処理を施すことで、本発明の磁性材料の内部にコイルを形成してなるインダクタ（コイル部品）を得ることもできる。その他、本発明の磁性材料を用いて、その内部または表面にコイルを形成することによって種々のコイル部品を得ることができる。コイル部品は表面実装タイプやスルーホール実装タイプなど各種の実装形態のものであってよく、それら実装形態のコイル部品を構成する手段を含めて、磁性材料からコイル部品を得る手段については、後述の実施例の記載を参考にすることもできるし、また、電子部品の分野における公知の製造手法を適宜取り入れることができる。

以下、実施例により本発明をより具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に記載された態様に限定されるわけではない。

（原料粒子）
アトマイズ法で製造されたＣｒ４．５ｗｔ％、Ｓｉ３．５ｗｔ％、残部Ｆｅの組成をもち、平均粒径ｄ５０が１０μｍである市販の合金粉末を原料粒子として用いた。この合金粉末の集合体表面をＸＰＳで分析し、上述のＦｅ_Metal／（Ｆｅ_Metal＋Ｆｅ_Oxide）を算出したところ、０．２５であった。

（粒子成形体の製造）
この原料粒子１００重量部を、熱分解温度が４００℃であるアクリルバインダ１．５重量部とともに撹拌混合し、潤滑剤として０．５重量部のステアリン酸Ｚｎを添加した。その後、所定の形状に８ｔ／ｃｍ^２で成形し、２０．６％の酸素濃度である酸化雰囲気中７５０℃にて１時間熱処理を行い、粒子成形体を得た。得られた粒子成形体の特性を測定したところ、熱処理前の透磁率が３６だったのに対し、熱処理後は４８となった。比抵抗は２×１０^５Ωｃｍ、強度は７．５ｋｇｆ／ｍｍ^２だった。粒子成形体の３０００倍のＳＥＭ観察像を取得して、金属粒子１１の数Ｎは４２であり、金属粒子１１どうしの結合部２１の数Ｂは６であり、Ｂ／Ｎ比率は０．１４であることを確認した。得られた粒子成形体における酸化被膜１２の組成分析を行ったところ、Ｆｅ元素１モルに対して、Ｃｒ元素が１．５モル含まれていた。

［比較例１］
原料粒子として、上述のＦｅ_Metal／（Ｆｅ_Metal＋Ｆｅ_Oxide）が０．１５であること以外は実施例１と同様の合金粉末を用いて、実施例１と同様の操作により粒子成形体を製造した。実施例１の場合とは異なり、比較例１においては、市販の合金粉末を乾燥させるために２００℃で１２時間恒温槽に保管した。熱処理前の透磁率３６に対し、熱処理後も３６であり、粒子成形体において透磁率の増加は生じなかった。この粒子成形体の３０００倍のＳＥＭ観察像によれば、金属粒子どうしの結合部２１の存在を見出すことができなかった。換言すると、この観察像において、金属粒子１１の数Ｎは２４であり、金属粒子１１どうしの結合部２１の数Ｂは０であり、比率Ｂ／Ｎは０であった。図９は比較例１における粒子成形体の微細構造を模式的に表す断面図である。図９に模式的に示される粒子成形体２のように、この比較例により得られた粒子成形体においては金属粒子１１どうしの結合は存在せず、酸化被膜１２を介する結合のみが見出された。得られた粒子成形体における酸化被膜１２の組成分析を行ったところ、Ｆｅ元素１モルに対して、Ｃｒ元素が０．８モル含まれていた。

（原料粒子）
アトマイズ法で製造されたＡｌ５．０ｗｔ％、Ｓｉ３．０ｗｔ％、残部Ｆｅの組成をもち、平均粒径ｄ５０が１０μｍである市販の合金粉末を原料粒子として用いた。この合金粉末の集合体表面をＸＰＳで分析し、上述のＦｅ_Metal／（Ｆｅ_Metal＋Ｆｅ_Oxide）を算出したところ、０．２１であった。

（粒子成形体の製造）
この原料粒子１００重量部を、熱分解温度が４００℃であるアクリルバインダ１．５重量部とともに撹拌混合し、潤滑剤として０．５重量部のステアリン酸Ｚｎを添加した。その後、所定の形状に８ｔ／ｃｍ^２で成形し、２０．６％の酸素濃度である酸化雰囲気中７５０℃にて１時間熱処理を行い、粒子成形体を得た。得られた粒子成形体の特性を測定したところ、熱処理前の透磁率が２４だったのに対し、熱処理後は３３となった。比抵抗は３×１０^５Ωｃｍ、強度は６．９ｋｇｆ／ｍｍ^２だった。ＳＥＭ観察像において、金属粒子１１の数Ｎは５５であり、金属粒子１１どうしの結合部２１の数Ｂは１１であり、Ｂ／Ｎ比率は０．２０であった。得られた粒子成形体における酸化被膜１２の組成分析を行ったところ、Ｆｅ元素１モルに対して、Ａｌ元素が２．１モル含まれていた。

（原料粒子）
アトマイズ法で製造されたＣｒ４．５ｗｔ％、Ｓｉ６．５ｗｔ％、残部Ｆｅの組成をもち、平均粒径ｄ５０が６μｍである市販の合金粉末を原料粒子として用いた。この合金粉末の集合体表面をＸＰＳで分析し、上述のＦｅ_Metal／（Ｆｅ_Metal＋Ｆｅ_Oxide）を算出したところ、０．２２であった。

（粒子成形体の製造）
この原料粒子１００重量部を、熱分解温度が４００℃であるアクリルバインダ１．５重量部とともに撹拌混合し、潤滑剤として０．５重量部のステアリン酸Ｚｎを添加した。その後、所定の形状に８ｔ／ｃｍ^２で成形し、２０．６％の酸素濃度である酸化雰囲気中７５０℃にて１時間熱処理を行い、粒子成形体を得た。得られた粒子成形体の特性を測定したところ、熱処理前の透磁率が３２だったのに対し、熱処理後は３７となった。比抵抗は４×１０^６Ωｃｍ、強度は７．８ｋｇｆ／ｍｍ^２だった。ＳＥＭ観察像において、金属粒子１１の数Ｎは５１であり、金属粒子１１どうしの結合部２１の数Ｂは９であり、Ｂ／Ｎ比率は０．１８であった。得られた粒子成形体における酸化被膜１２の組成分析を行ったところ、Ｆｅ元素１モルに対して、Ｃｒ元素が１．２モル含まれていた。

（原料粒子）
アトマイズ法で製造されたＣｒ４．５ｗｔ％、Ｓｉ３．５ｗｔ％、残部Ｆｅの組成をもち、平均粒径ｄ５０が１０μｍである市販の合金粉末を水素雰囲気中７００℃で１時間熱処理を行った合金粉末を原料粒子として用いた。この合金粉末の集合体表面をＸＰＳで分析し、上述のＦｅ_Metal／（Ｆｅ_Metal＋Ｆｅ_Oxide）を算出したところ、０．５５であった。

（粒子成形体の製造）
この原料粒子１００重量部を、熱分解温度が４００℃であるアクリルバインダ１．５重量部とともに撹拌混合し、潤滑剤として０．５重量部のステアリン酸Ｚｎを添加した。その後、所定の形状に８ｔ／ｃｍ^２で成形し、２０．６％の酸素濃度である酸化雰囲気中７５０℃にて１時間熱処理を行い、粒子成形体を得た。得られた粒子成形体の特性を測定したところ、熱処理前の透磁率が３６だったのに対し、熱処理後は５４となった。比抵抗は８×１０^３Ωｃｍ、強度は２．３ｋｇｆ／ｍｍ^２だった。得られた粒子成形体のＳＥＭ観察像において、金属粒子１１の数Ｎは４０であり、金属粒子１１どうしの結合部２１の数Ｂは１５であり、Ｂ／Ｎ比率は０．３８であった。得られた粒子成形体における酸化被膜１２の組成分析を行ったところ、Ｆｅ元素１モルに対して、Ｃｒ元素が１．５モル含まれていた。本例ではＦｅ_Metal／（Ｆｅ_Metal＋Ｆｅ_Oxide）が大きく、比抵抗と強度がやや低いものの、透磁率増加の効果は得られている。

（原料粒子）
実施例１と同等の合金粉末を原料粒子として用いた。

（粒子成形体の製造）
この原料粒子１００重量部を、熱分解温度が４００℃であるアクリルバインダ１．５重量部とともに撹拌混合し、潤滑剤として０．５重量部のステアリン酸Ｚｎを添加した。その後、所定の形状に８ｔ／ｃｍ^２で成形し、２０．６％の酸素濃度である酸化雰囲気中８５０℃にて１時間熱処理を行い、粒子成形体を得た。得られた粒子成形体の特性を測定したところ、熱処理前の透磁率が３６だったのに対し、熱処理後は３９となった。比抵抗は６．０×１０^５Ωｃｍ、強度は９．２ｋｇｆ／ｍｍ^２だった。得られた粒子成形体のＳＥＭ観察像において、金属粒子１１の数Ｎは４４であり、金属粒子１１どうしの結合部２１の数Ｂは５であり、Ｂ／Ｎ比率は０．１１であった。得られた粒子成形体における酸化被膜１２の組成分析を行ったところ、Ｆｅ元素１モルに対して、Ｃｒ元素が１．１モル含まれていた。

この実施例では、コイル部品としての巻線型チップインダクタを製造した。
図３は、この実施例で製造した磁性材料の外観を示す側面図である。図４は、この実施例で製造したコイル部品の一例の一部を示す透視した側面図である。図５は、図４のコイル部品の内部構造を示す縦断面図である。図３に示す磁性材料１１０は、巻線型チップインダクタのコイルを巻回するための磁心として用いられるものである。ドラム型の磁心１１１は、回路基板等の実装面に並行に配設されコイルを巻回するための板状の巻芯部１１１ａと、巻芯部１１１ａの互いに対向する端部にそれぞれ配設された一対の鍔部１１１ｂを備え、外観はドラム型を呈する。コイルの端部は、鍔部１１１ｂの表面に形成された外部導体膜１１４に電気的に接続されている。巻芯部１１１ａのサイズは、幅１．０ｍｍ、高さ０．３６ｍｍ、長さ１．４ｍｍにした。鍔部１１１ｂのサイズは、幅１．６ｍｍ、高さ０．６ｍｍ、厚さ０．３ｍｍにした。

このコイル部品としての巻線型チップインダクタ１２０は、上述の磁心１１１と図示省略した一対の板状磁心１１２を有する。この磁心１１１および板状磁心１１２は実施例１のものと同じ原料粒子から実施例１と同様の条件で製造した磁性材料１１０からなる。板状磁心１１２は磁心１１１の両鍔部１１１ｂ、１１１ｂ間をそれぞれ連結する。板状磁心１１２のサイズは長さ２．０ｍｍ、幅０．５ｍｍ、厚さ０．２ｍｍにした。磁心１１１の鍔部１１１ｂの実装面には一対の外部導体膜１１４がそれぞれ形成されている。また、磁心１１１の巻芯部１１１ａには絶縁被覆導線からなるコイル１１５が巻回されて巻回部１１５ａが形成されるとともに、両端部１１５ｂが鍔部１１１ｂの実装面の外部導体膜１１４にそれぞれ熱圧着接合されている。外部導体膜１１４は、磁性材料１１０の表面に形成された焼付導体層１１４ａと、この焼付導体層１１４ａ上に積層形成されたＮｉメッキ層１１４ｂ、およびＳｎメッキ層１１４ｃを備える。上述した板状磁心１１２は、樹脂系接着剤により上記磁心１１１の鍔部１１１ｂ、１１１ｂに接着されている。外部導体膜１１４は、磁性材料１１０の表面に形成されており、外部導体膜１１４に磁心の端部が接続されている。外部導体膜１１４は、銀にガラスを添加したペーストを、所定の温度で磁性材料１１０へ焼き付けて形成した。磁性材料１１０の表面の外部導体膜１１４の焼付導体膜層１１４ａの製造に際しては、具体的には、磁性材料１１０からなる磁心１１１の鍔部１１１ｂの実装面に、金属粒子とガラスフリットとを含む焼付型の電極材料ペースト（本実施例では焼付型Ａｇペースト）を塗布し、大気中で熱処理を行うことで、磁性材料１１０の表面に直接電極材を焼結固着させた。このようにしてコイル部品としての巻線型チップインダクタを製造した。

この実施例では、コイル部品としての積層インダクタを製造した。
図６は、積層インダクタの外観斜視図である。図７は、図６のＳ１１−Ｓ１１線に沿う拡大断面図である。図８は、図６に示した部品本体の分解図である。この実施例で製造した積層インダクタ２１０は、図６において、長さＬが約３．２ｍｍで、幅Ｗが約１．６ｍｍで、高さＨが約０．８ｍｍで、全体が直方体形状を成している。この積層インダクタ２１０は、直方体形状の部品本体２１１と、該部品本体２１１の長さ方向の両端部に設けられた１対の外部端子２１４及び２１５とを有している。部品本体２１１は、図７に示したように、直方体形状の磁性体部２１２と、該磁性体部２１２によって覆われた螺旋状のコイル部２１３とを有しており、該コイル部２１３の一端は外部端子２１４に接続し他端は外部端子２１５に接続している。磁性体部２１２は、図８に示したように、計２０層の磁性体層ＭＬ１〜ＭＬ６が一体化した構造を有し、長さが約３．２ｍｍで、幅が約１．６ｍｍで、高さが約０．８ｍｍである。各磁性体層ＭＬ１〜ＭＬ６の長さは約３．２ｍｍで、幅は約１．６ｍｍで、厚さは約４０μｍである。コイル部２１３は、計５個のコイルセグメントＣＳ１〜ＣＳ５と、該コイルセグメントＣＳ１〜ＣＳ５を接続する計４個の中継セグメントＩＳ１〜ＩＳ４とが、螺旋状に一体化した構造を有し、その巻き数は約３．５である。このコイル部２１３は、ｄ５０が５μｍのＡｇ粒子を原料とする。

４個のコイルセグメントＣＳ１〜ＣＳ４はコ字状を成し、１個のコイルセグメントＣＳ５は帯状を成しており、各コイルセグメントＣＳ１〜ＣＳ５の厚さは約２０μｍで、幅は約０．２ｍｍである。最上位のコイルセグメントＣＳ１は、外部端子２１４との接続に利用されるＬ字状の引出部分ＬＳ１を連続して有し、最下位のコイルセグメントＣＳ５は、外部端子１５との接続に利用されるＬ字状の引出部分ＬＳ２を連続して有している。各中継セグメントＩＳ１〜ＩＳ４は磁性体層ＭＬ１〜ＭＬ４を貫通した柱状を成しており、各々の口径は約１５μｍである。各外部端子２１４及び２１５は、部品本体２１１の長さ方向の各端面と該端面近傍の４側面に及んでおり、その厚さは約２０μｍである。一方の外部端子２１４は最上位のコイルセグメントＣＳ１の引出部分ＬＳ１の端縁と接続し、他方の外部端子２１５は最下位のコイルセグメントＣＳ５の引出部分ＬＳ２の端縁と接続している。この各外部端子２１４及び２１５は、ｄ５０が５μｍのＡｇ粒を原料とする。

積層インダクタ２１０の製造に際しては、ドクターブレードを塗工機として用いて、予め用意した磁性体ペーストをプラスチック製のベースフィルム（図示省略）の表面に塗工し、これを熱風乾燥機を用いて、約８０℃、約５ｍｉｎの条件で乾燥して、磁性体層ＭＬ１〜ＭＬ６（図８を参照）に対応し、且つ、多数個取りに適合したサイズの第１〜第６シートをそれぞれ作製した。磁性体ペーストとしては、実施例１で用いた原料粒子が８５ｗｔ％で、ブチルカルビトール（溶剤）が１３ｗｔ％で、ポリビニルブチラール（バインダ）が２ｗｔ％である。続いて、打ち抜き加工機を用いて、磁性体層ＭＬ１に対応する第１シートに穿孔を行い、中継セグメントＩＳ１に対応する貫通孔を所定配列で形成した。同様に、磁性体層ＭＬ２〜ＭＬ４に対応する第２〜第４シートそれぞれに、中継セグメントＩＳ２〜ＩＳ４に対応する貫通孔を所定配列で形成した。

続いて、スクリーン印刷機を用いて、予め用意した導体ペーストを磁性体層ＭＬ１に対応する第１シートの表面に印刷し、これを熱風乾燥機等を用いて、約８０℃、約５ｍｉｎの条件で乾燥して、コイルセグメントＣＳ１に対応する第１印刷層を所定配列で作製した。同様に、磁性体層ＭＬ２〜ＭＬ５に対応する第２〜第５シートそれぞれの表面に、コイルセグメントＣＳ２〜ＣＳ５に対応する第２〜第５印刷層を所定配列で作製した。導体ペーストの組成は、Ａｇ原料が８５ｗｔ％で、ブチルカルビトール（溶剤）が１３ｗｔ％で、ポリビニルブチラール（バインダ）が２ｗｔ％である。磁性体層ＭＬ１〜ＭＬ４に対応する第１〜第４シートそれぞれに形成した所定配列の貫通孔は、所定配列の第１〜第４印刷層それぞれの端部に重なる位置に存するため、第１〜第４印刷層を印刷する際に導体ペーストの一部が各貫通孔に充填されて、中継セグメントＩＳ１〜ＩＳ４に対応する第１〜第４充填部が形成される。

続いて、吸着搬送機とプレス機（何れも図示省略）を用いて、印刷層及び充填部が設けられた第１〜第４シート（磁性体層ＭＬ１〜ＭＬ４に対応）と、印刷層のみが設けられた第５シート（磁性体層ＭＬ５に対応）と、印刷層及び充填部が設けられていない第６シート（磁性体層ＭＬ６に対応）を、図８に示した順序で積み重ねて熱圧着して積層体を作製した。続いて、ダイシング機を用いて、積層体を部品本体サイズに切断して、加熱処理前チップ（加熱処理前の磁性体部及びコイル部を含む）を作製した。続いて、焼成炉等を用いて、大気の雰囲気下で加熱処理前チップを多数個一括で加熱処理した。この加熱処理は脱バインダプロセスと酸化物膜形成プロセスとを含み、脱バインダプロセスは約３００℃、約１ｈｒの条件で実行され、酸化物膜形成プロセスは約７５０℃、約２ｈｒの条件で実行した。続いて、ディップ塗布機を用いて、上述の導体ペーストを部品本体２１１の長さ方向両端部に塗布し、これを焼成炉を用いて、約６００℃、約１ｈｒの条件で焼付け処理を行い、該焼付け処理によって溶剤及びバインダの消失とＡｇ粒子群の焼結を行って、外部端子２１４及び２１５を作製した。このようにしてコイル部品としての積層インダクタを製造した。

１、２：粒子成形体、１１：金属粒子、１２：酸化被膜、２１：金属粒子どうしの結合部、２２：酸化被膜を介しての結合部、３０：空隙、３１：高分子樹脂、１１０：磁性材料、１１１、１１２：磁心、１１４：外部導体膜、１１５：コイル、２１０：積層インダクタ、２１１：部品本体、２１２：磁性体部、２１３：コイル部、２１４、２１５：外部端子

本発明者らが鋭意検討した結果、以下のような本発明を完成した。
本発明の磁性材料は、酸化被膜が形成された金属粒子が成形されてなる粒子成形体からなる。金属粒子はＦｅ−Ｓｉ−Ｍ系軟磁性合金（但し、ＭはＦｅより酸化し易い金属元素である。）からなり、粒子成形体は隣接する金属粒子表面に形成された酸化被膜を介しての結合部および酸化被膜が存在しない部分における金属粒子どうしの結合部を有している。ここで、「酸化被膜が存在しない部分における金属粒子どうしの結合部」とは、隣接する金属粒子がそれらの金属部分にて直接に接触している部分のことを意味し、例えば、厳密な意味での金属結合や、金属部分どうしが直接に接触して原子の交換が見られない態様や、それらの中間的な態様をも含む概念である。厳密な意味での金属結合とは、「原子が規則的にならんでいる」等の要件を充足することを意味する。
さらに、酸化被膜は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍ系軟磁性合金（但し、ＭはＦｅより酸化し易い金属元素である。）の酸化物であって、Ｆｅ元素に対する上記Ｍで表される金属元素のモル比が、前記金属粒子に比べて大きいことが好ましい。
別途好ましくは、酸化被膜を介しての結合部は、隣接する金属粒子表面に形成された酸化被膜がＳＥＭ観察像において同一相を呈するものである。
別途好ましくはＦｅ−Ｓｉ−Ｍ系軟磁性合金がいずれもＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系軟磁性合金である。
さらに好ましくは、粒子成形体の断面における金属粒子の粒子数Ｎと、金属粒子どうしの結合部の数Ｂと、の比率Ｂ／Ｎが０．１〜０．５である。
さらに好ましくは、本発明の磁性材料はアトマイズ法で製造された複数の金属粒子を成形して酸化雰囲気下で熱処理することにより得られる。
さらに好ましくは、粒子成形体は内部に空隙を有し、前記空隙の少なくとも一部に高分子樹脂が含浸されている。
本発明によれば、上述の磁性材料と、前記磁性材料の内部または表面に形成されたコイルと、を備えるコイル部品もまた提供される。

Claims (6)

1. Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍ系軟磁性合金（但し、ＭはＦｅより酸化し易い金属元素である。）からなる複数の金属粒子と、前記金属粒子の表面に形成された酸化被膜とを備え、
   隣接する金属粒子表面に形成された酸化被膜を介しての結合部および酸化被膜が存在しない部分における金属粒子どうしの結合部を有する粒子成形体からなる、
   磁性材料。
2. 前記酸化被膜は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍ系軟磁性合金（但し、ＭはＦｅより酸化し易い金属元素である。）の酸化物であって、Ｆｅ元素に対する上記Ｍで表される金属元素のモル比が、前記金属粒子に比べて大きい、請求項１記載の磁性材料。
3. 前記粒子成形体の断面における金属粒子の粒子数Ｎと、金属粒子どうしの結合部の数Ｂと、の比率Ｂ／Ｎが０．１〜０．５である請求項１又は２記載の磁性材料。
4. アトマイズ法で製造された複数の金属粒子を成形して酸化雰囲気下で熱処理することにより得られる請求項１〜３のいずれかに記載の磁性材料。
5. 粒子成形体は内部に空隙を有し、前記空隙の少なくとも一部に高分子樹脂が含浸されてなる請求項１〜４のいずれかに記載の磁性材料。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の磁性材料と、前記磁性材料の内部または表面に形成されたコイルと、を備えるコイル部品。

Images