磁性材料およびそれを用いたコイル部品
【課題】透磁率のさらなる向上を図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】金属粒子１１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粒子成形体１からなる磁性材料であって、金属粒子１１はＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金からなり、成形前の金属粒子のＸＰＳによる７０９．６ｅＶ、７１０．７ｅＶおよび７１０．９ｅＶの各ピークの積分値の和ＦｅOxide、ならびに、７０６．９ｅＶのピークの積分値ＦｅMetalについてＦｅMetal／（ＦｅMetal＋ＦｅOxide）が０．２以上である、磁性材料。
【解決手段】金属粒子１１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粒子成形体１からなる磁性材料であって、金属粒子１１はＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金からなり、成形前の金属粒子のＸＰＳによる７０９．６ｅＶ、７１０．７ｅＶおよび７１０．９ｅＶの各ピークの積分値の和ＦｅOxide、ならびに、７０６．９ｅＶのピークの積分値ＦｅMetalについてＦｅMetal／（ＦｅMetal＋ＦｅOxide）が０．２以上である、磁性材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコイル・インダクタ等において主にコア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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−０２７３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の製造方法により得られる焼成物は透磁率がかならずしも高いとはいえない。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。一般的な圧粉磁心は絶縁抵抗が高いとは言いがたい。
【０００７】
これらのことを考慮し、本発明は、透磁率がより高く、好ましくは高透磁率と高絶縁抵抗とを両立する新たな磁性材料、その原料となる金属粉末を提供し、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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
本発明によれば、磁性材料は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粒子成形体からなり、金属粒子はＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金からなり、成形前の金属粒子のＸＰＳによる７０９．６ｅＶ、７１０．７ｅＶおよび７１０．９ｅＶの各ピークの積分値の和ＦｅOxide、ならびに、７０６．９ｅＶのピークの積分値ＦｅMetalについてＦｅMetal／（ＦｅMetal＋ＦｅOxide）が０．２以上である。
好適には、粒子成形体におけるＣｒの含有量は２．０〜１５ｗｔ％である。
別途好適には、成形前の金属粒子の体積基準の粒子径分布について、ｄ１０／ｄ５０は０．１〜０．７であり、かつ、ｄ９０／ｄ５０は１．４〜５．０である。
さらに別の好適態様によれば、ＪＩＳ Ｚ ２５１２：２００６で規格される成形前の金属粒子のタップ密度は３．８ｇ／ｃｍ３以上である。
上述の、ＸＰＳによる７０９．６ｅＶ、７１０．７ｅＶおよび７１０．９ｅＶの各ピークの積分値の和ＦｅOxide、ならびに、７０６．９ｅＶのピークの積分値ＦｅMetalについてＦｅMetal／（ＦｅMetal＋ＦｅOxide）が０．２以上である、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金からなる金属粉末もまた本発明の一実施態様である。
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。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、高透磁率の磁性材料が提供される。本発明の好適態様においては、高高透磁率と高絶縁抵抗とを両立した磁性材料が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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コアなどの形態をとる。
【００１２】
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どうしが結合することにより、一定の形状を有する粒子成形体１を構成している。部分的には、隣接する金属粒子１１の金属部分どうしが結合していてもよい。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。
【００１３】
個々の金属粒子１１はＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金であり軟磁性を呈する。Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ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り、これらを勘案して上記好適範囲が提案される。
【００１４】
Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金におけるクロムの含有率は、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。クロムの存在により、原料粒子の物性である熱処理前の磁気特性は下がるが、熱処理時の過剰な酸化が抑制される。よって、Ｃｒが多い場合は、熱処理による透磁率の上昇効果が増し、熱処理後の比抵抗が下がる。これらを勘案して上記好適範囲が提案される。
なお、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系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。
【００１５】
Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金において、ＳｉおよびＣｒ以外の残部は不可避不純物を除いて、鉄であることが好ましい。Ｆｅ、ＳｉおよびＣｒ以外に含まれていてもよい金属としては、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、チタン、マンガン、コバルト、ニッケル、銅などが挙げられ、非金属としてはリン、硫黄、カーボンなどが挙げられる。
【００１６】
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。
【００１７】
本発明の磁性材料は、上述の所定の合金からなる金属粒子を成形して熱処理を施すことにより製造することができる。その際に、好適には、原料となる金属粒子そのものが有していた酸化被膜のみならず、原料の金属粒子においては金属の形態であった部分の一部が酸化して金属被膜１２を形成するように熱処理が施される。
【００１８】
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−Ｃｒ−Ｓｉ系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。
【００１９】
原料粒子は例えばアトマイズ法で製造される粒子が挙げられる。上述のとおり、好適には、粒子成形体１には酸化被膜１２を介した結合２２が存在することから、原料粒子には酸化被膜が存在することが好ましい。
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ＦｅMetalと、Ｆｅが酸化物の状態として存在するピークの積分値ＦｅOxideとを求め、ＦｅMetal／（ＦｅMetal＋ＦｅOxide）を算出することにより定量化する。ここで、ＦｅOxideの算出においては、Ｆｅ２Ｏ３（７１０．９ｅＶ）、ＦｅＯ（７０９．６ｅＶ）およびＦｅ３Ｏ４（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ＦｅOxideを算出する。熱処理時に合金どうしの金属結合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。
【００２０】
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-ＦｅＳｉＣｒ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ＦｅMetal／（ＦｅMetal＋ＦｅOxide）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。この観点から、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金からなる金属粒子をＸＰＳで分析して上記ＦｅMetal／（ＦｅMetal＋ＦｅOxide）の値を算出することと、算出された前記値が予め定めた範囲内に無い場合には当該金属粒子を酸処理又は還元雰囲気下での熱処理に供して上記値を予め定めた範囲内に入るようにすることと、上記値が予め定めた範囲内に入った当該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粒子成形体を得る磁性材料の製造方法もまた本発明に包含される。ここで上記値の予め定めた範囲については例えば上記好適値をとることができる。
【００２１】
本発明の一態様によれば、上記ＦｅMetal／（ＦｅMetal＋ＦｅOxide）の値が上述した範囲内にあるＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金からなる金属粉末が提供される。ここで、金属粉末とは、金属粒子の集合体が所定の形状に固められたものではなく、金属粒子の集合体であって、個々の金属粒子それぞれが自由に流動し得る状態にあるものを意味する。
【００２２】
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、さらに好ましくは３〜１３μｍである。また、また、ｄ１０は好ましくは１〜５μｍであり、より好ましくは２〜５μｍである。また、ｄ９０は好ましくは４〜３０μｍであり、より好ましくは４〜２７μｍである。また、ｄ１０／ｄ５０は、好ましくは０．１〜０．７であり、より好ましくは０．２〜０．６である。さらに、また、ｄ９０／ｄ５０は、好ましくは１．４〜５．０であり、より好ましくは１．５〜３．０である。上記範囲内であると、渦損失を抑制しつつ成形密度を増加させるという点で好ましい。ｄ１０／ｄ５０やｄ９０／ｄ５０は粒径分布の広さを示す目安である。ｄ１０／ｄ５０が１に近いほど小粒径側の粒径分布が狭く、ｄ１０／ｄ５０が小さいほど小粒径側の粒径分布が広いことを意味する。ｄ９０／ｄ５０が１に近いほど大粒径側の粒径分布が狭く、ｄ９０／ｄ５０が大きいほど大粒径側の粒径分布が広いことを意味する。原料粒子のｄ１０、ｄ５０、ｄ９０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、体積基準の粒子径分布の基準値である。
【００２３】
原料粒子のタップ密度は、好ましくは３．８ｇ／ｃｍ３以上であり、好ましくは３．８〜５．７ｇ／ｃｍ３であり、より好ましくは４．０〜４．８ｇ／ｃｍ３である。タップ密度が大きいと成形密度を増加させるという点で好ましい。原料粒子のタップ密度はＪＩＳ Ｚ ２５１２：２００６で規格される測定方法により求めることができ、より詳細には以下のようにして測定される。
【００２４】
本発明によれば、このような原料粒子を成形した後に加熱処理に供することにより成形体１が得られる。成形や加熱処理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。
【００２５】
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５〜１５ｔ／ｃｍ２の圧力をかけることなどが挙げられる。この段階では、酸化被膜どうしの結合２２や金属結合２１はいずれも生成していない可能性が極めて高い。
【００２６】
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、酸化被膜どうしの結合２２および金属結合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。好ましくは、原料粒子が成形前に既に有していた酸化被膜のみならず、原料粒子の段階では金属の形態であった部分の一部が酸化して酸化被膜１２を形成するように加熱条件が設定される。加熱温度については、酸化被膜１２を生成して酸化被膜１２どうしの結合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結合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。酸化被膜どうしの結合２２および金属結合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。
【００２７】
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。粒子成形体１の内部に存在する空隙３０の少なくとも一部には高分子樹脂（図示せず）が含浸されていてもよい。高分子樹脂の含浸に際しては、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り、具体的には、高湿下において水分が粒子成形体１内に入りにくくなるため、絶縁抵抗が下がりにくくなる。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。
【００２８】
このようにして得られる粒子成形体１においては、個々の金属粒子１１には酸化被膜１２が形成されている。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課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。
【００２９】
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には、鉄元素よりもクロム元素の方が、モル換算において、より多く含まれる。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鉄の酸化物がなるべく少なく含まれるか鉄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、クロムが選択的に酸化されて、結果として、酸化被膜１２に含まれるクロムのモル比率が相対的に鉄よりも大きくなる。酸化被膜１２において鉄元素よりもクロム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。
【００３０】
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。
【００３１】
酸化被膜１２におけるクロムの含有量は鉄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、前記含有量を多くするためには、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。
【００３２】
粒子成形体１においては粒子どうしの結合は主として酸化被膜１２どうしの結合２２である。酸化被膜１２どうしの結合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。酸化被膜２１どうしの結合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どうしが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。好適には、粒子成形体１に含まれる金属粒子１１の数と同数またはそれ以上の、酸化被膜１２どうしの結合２２が存在する。また、後述するように、部分的には、酸化被膜１２どうしの結合を介さずに、金属粒子１１どうしの結合（金属結合２１）も存在していてもよい。さらに、隣接する金属粒子１１が、酸化被膜１２どうしの結合も、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。
【００３３】
酸化被膜１２どうしの結合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。
【００３４】
本発明によれば、粒子成形体１において、酸化被膜１２どうしの結合２２のみならず、金属粒子１１どうしの結合（金属結合）２１が存在してもよい。上述の酸化被膜１２どうしの結合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、隣接する金属粒子１１どうしが同一相を保ちつつ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２１の存在により透磁率のさらなる向上が図られる。
【００３５】
金属粒子１１どうしの結合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を提案することができる。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。
【００３６】
このようにして得られる粒子成形体１からなる磁性材料を種々の電子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コア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、粒子成形体からなる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、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。
【００３７】
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。
【実施例】
【００３８】
（原料粒子）
アトマイズ法で製造されたＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系の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ＦｅMetal／（ＦｅMetal＋ＦｅOxide）を算出した。合金粉末の組成はエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）によりＺＡＦ法で算出した。合金粉末のｄ１０、ｄ５０、ｄ９０はそれぞれ体積基準の粒子径分布の指標であり、レーザー回折・散乱による測定装置により測定した。ＪＩＳ Ｚ ２５１２：２００６の規格に従って合金粉末のタップ密度を測定した。市販の合金粉末をそのまま原料粒子として用いたり、還元処理や酸化処理を施して用いたりした。還元処理は、窒素中に３０％の水素を含む雰囲気下で８００℃、１時間保持することにより、酸化処理は、空気中で５００℃、１時間保持することにより、それぞれ行った。
【００３９】
合金粉末についての上記指標は下記表１のとおりである。ここで、「Ｆｅ比率」はＦｅMetal／（ＦｅMetal＋ＦｅOxide）の計算値である。なお、番号１９の試料はＦｅMetal／（ＦｅMetal＋ＦｅOxide）の計算値が小さいため、比較例に相当する（表中に「＊」を付した。）。
【表１】
【００４０】
（粒子成形体の製造）
これら原料粒子１００重量部を、熱分解温度が３００℃であるＰＶＡバインダ１．５重量部とともに撹拌混合し、潤滑剤として０．２重量部のステアリン酸Ｚｎを添加した。その後、２５℃にて所定の形状に表２記載の圧力で成形し、２１％の酸素濃度である酸化雰囲気中、表２記載の温度にて１時間熱処理を行い、粒子成形体を得た。粒子成形体について、熱処理前と後で透磁率を測定した。粒子成形体の比抵抗も測定した。成形条件と測定結果は表２のとおりである。ＦｅMetal／（ＦｅMetal＋ＦｅOxide）の比率が０．２以上である試料については、熱処理前より熱処理後の透磁率が高く、熱処理後の粒子成形体の高透磁率および高比抵抗が両立した。
【表２】
【符号の説明】
【００４１】
１：粒子成形体、１１：金属粒子、１２：酸化被膜、２１：金属結合、２２：酸化被膜どうしの結合、３０：空隙
【技術分野】
【０００１】
本発明はコイル・インダクタ等において主にコア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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−０２７３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の製造方法により得られる焼成物は透磁率がかならずしも高いとはいえない。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。一般的な圧粉磁心は絶縁抵抗が高いとは言いがたい。
【０００７】
これらのことを考慮し、本発明は、透磁率がより高く、好ましくは高透磁率と高絶縁抵抗とを両立する新たな磁性材料、その原料となる金属粉末を提供し、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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
本発明によれば、磁性材料は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粒子成形体からなり、金属粒子はＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金からなり、成形前の金属粒子のＸＰＳによる７０９．６ｅＶ、７１０．７ｅＶおよび７１０．９ｅＶの各ピークの積分値の和ＦｅOxide、ならびに、７０６．９ｅＶのピークの積分値ＦｅMetalについてＦｅMetal／（ＦｅMetal＋ＦｅOxide）が０．２以上である。
好適には、粒子成形体におけるＣｒの含有量は２．０〜１５ｗｔ％である。
別途好適には、成形前の金属粒子の体積基準の粒子径分布について、ｄ１０／ｄ５０は０．１〜０．７であり、かつ、ｄ９０／ｄ５０は１．４〜５．０である。
さらに別の好適態様によれば、ＪＩＳ Ｚ ２５１２：２００６で規格される成形前の金属粒子のタップ密度は３．８ｇ／ｃｍ３以上である。
上述の、ＸＰＳによる７０９．６ｅＶ、７１０．７ｅＶおよび７１０．９ｅＶの各ピークの積分値の和ＦｅOxide、ならびに、７０６．９ｅＶのピークの積分値ＦｅMetalについてＦｅMetal／（ＦｅMetal＋ＦｅOxide）が０．２以上である、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金からなる金属粉末もまた本発明の一実施態様である。
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。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、高透磁率の磁性材料が提供される。本発明の好適態様においては、高高透磁率と高絶縁抵抗とを両立した磁性材料が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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コアなどの形態をとる。
【００１２】
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どうしが結合することにより、一定の形状を有する粒子成形体１を構成している。部分的には、隣接する金属粒子１１の金属部分どうしが結合していてもよい。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。
【００１３】
個々の金属粒子１１はＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金であり軟磁性を呈する。Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ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り、これらを勘案して上記好適範囲が提案される。
【００１４】
Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金におけるクロムの含有率は、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。クロムの存在により、原料粒子の物性である熱処理前の磁気特性は下がるが、熱処理時の過剰な酸化が抑制される。よって、Ｃｒが多い場合は、熱処理による透磁率の上昇効果が増し、熱処理後の比抵抗が下がる。これらを勘案して上記好適範囲が提案される。
なお、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系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。
【００１５】
Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金において、ＳｉおよびＣｒ以外の残部は不可避不純物を除いて、鉄であることが好ましい。Ｆｅ、ＳｉおよびＣｒ以外に含まれていてもよい金属としては、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、チタン、マンガン、コバルト、ニッケル、銅などが挙げられ、非金属としてはリン、硫黄、カーボンなどが挙げられる。
【００１６】
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。
【００１７】
本発明の磁性材料は、上述の所定の合金からなる金属粒子を成形して熱処理を施すことにより製造することができる。その際に、好適には、原料となる金属粒子そのものが有していた酸化被膜のみならず、原料の金属粒子においては金属の形態であった部分の一部が酸化して金属被膜１２を形成するように熱処理が施される。
【００１８】
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−Ｃｒ−Ｓｉ系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。
【００１９】
原料粒子は例えばアトマイズ法で製造される粒子が挙げられる。上述のとおり、好適には、粒子成形体１には酸化被膜１２を介した結合２２が存在することから、原料粒子には酸化被膜が存在することが好ましい。
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ＦｅMetalと、Ｆｅが酸化物の状態として存在するピークの積分値ＦｅOxideとを求め、ＦｅMetal／（ＦｅMetal＋ＦｅOxide）を算出することにより定量化する。ここで、ＦｅOxideの算出においては、Ｆｅ２Ｏ３（７１０．９ｅＶ）、ＦｅＯ（７０９．６ｅＶ）およびＦｅ３Ｏ４（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ＦｅOxideを算出する。熱処理時に合金どうしの金属結合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。
【００２０】
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-ＦｅＳｉＣｒ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ＦｅMetal／（ＦｅMetal＋ＦｅOxide）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。この観点から、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金からなる金属粒子をＸＰＳで分析して上記ＦｅMetal／（ＦｅMetal＋ＦｅOxide）の値を算出することと、算出された前記値が予め定めた範囲内に無い場合には当該金属粒子を酸処理又は還元雰囲気下での熱処理に供して上記値を予め定めた範囲内に入るようにすることと、上記値が予め定めた範囲内に入った当該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粒子成形体を得る磁性材料の製造方法もまた本発明に包含される。ここで上記値の予め定めた範囲については例えば上記好適値をとることができる。
【００２１】
本発明の一態様によれば、上記ＦｅMetal／（ＦｅMetal＋ＦｅOxide）の値が上述した範囲内にあるＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金からなる金属粉末が提供される。ここで、金属粉末とは、金属粒子の集合体が所定の形状に固められたものではなく、金属粒子の集合体であって、個々の金属粒子それぞれが自由に流動し得る状態にあるものを意味する。
【００２２】
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、さらに好ましくは３〜１３μｍである。また、また、ｄ１０は好ましくは１〜５μｍであり、より好ましくは２〜５μｍである。また、ｄ９０は好ましくは４〜３０μｍであり、より好ましくは４〜２７μｍである。また、ｄ１０／ｄ５０は、好ましくは０．１〜０．７であり、より好ましくは０．２〜０．６である。さらに、また、ｄ９０／ｄ５０は、好ましくは１．４〜５．０であり、より好ましくは１．５〜３．０である。上記範囲内であると、渦損失を抑制しつつ成形密度を増加させるという点で好ましい。ｄ１０／ｄ５０やｄ９０／ｄ５０は粒径分布の広さを示す目安である。ｄ１０／ｄ５０が１に近いほど小粒径側の粒径分布が狭く、ｄ１０／ｄ５０が小さいほど小粒径側の粒径分布が広いことを意味する。ｄ９０／ｄ５０が１に近いほど大粒径側の粒径分布が狭く、ｄ９０／ｄ５０が大きいほど大粒径側の粒径分布が広いことを意味する。原料粒子のｄ１０、ｄ５０、ｄ９０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、体積基準の粒子径分布の基準値である。
【００２３】
原料粒子のタップ密度は、好ましくは３．８ｇ／ｃｍ３以上であり、好ましくは３．８〜５．７ｇ／ｃｍ３であり、より好ましくは４．０〜４．８ｇ／ｃｍ３である。タップ密度が大きいと成形密度を増加させるという点で好ましい。原料粒子のタップ密度はＪＩＳ Ｚ ２５１２：２００６で規格される測定方法により求めることができ、より詳細には以下のようにして測定される。
【００２４】
本発明によれば、このような原料粒子を成形した後に加熱処理に供することにより成形体１が得られる。成形や加熱処理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。
【００２５】
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５〜１５ｔ／ｃｍ２の圧力をかけることなどが挙げられる。この段階では、酸化被膜どうしの結合２２や金属結合２１はいずれも生成していない可能性が極めて高い。
【００２６】
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、酸化被膜どうしの結合２２および金属結合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。好ましくは、原料粒子が成形前に既に有していた酸化被膜のみならず、原料粒子の段階では金属の形態であった部分の一部が酸化して酸化被膜１２を形成するように加熱条件が設定される。加熱温度については、酸化被膜１２を生成して酸化被膜１２どうしの結合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結合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。酸化被膜どうしの結合２２および金属結合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。
【００２７】
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。粒子成形体１の内部に存在する空隙３０の少なくとも一部には高分子樹脂（図示せず）が含浸されていてもよい。高分子樹脂の含浸に際しては、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り、具体的には、高湿下において水分が粒子成形体１内に入りにくくなるため、絶縁抵抗が下がりにくくなる。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。
【００２８】
このようにして得られる粒子成形体１においては、個々の金属粒子１１には酸化被膜１２が形成されている。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課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。
【００２９】
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には、鉄元素よりもクロム元素の方が、モル換算において、より多く含まれる。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鉄の酸化物がなるべく少なく含まれるか鉄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、クロムが選択的に酸化されて、結果として、酸化被膜１２に含まれるクロムのモル比率が相対的に鉄よりも大きくなる。酸化被膜１２において鉄元素よりもクロム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。
【００３０】
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。
【００３１】
酸化被膜１２におけるクロムの含有量は鉄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、前記含有量を多くするためには、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。
【００３２】
粒子成形体１においては粒子どうしの結合は主として酸化被膜１２どうしの結合２２である。酸化被膜１２どうしの結合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。酸化被膜２１どうしの結合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どうしが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。好適には、粒子成形体１に含まれる金属粒子１１の数と同数またはそれ以上の、酸化被膜１２どうしの結合２２が存在する。また、後述するように、部分的には、酸化被膜１２どうしの結合を介さずに、金属粒子１１どうしの結合（金属結合２１）も存在していてもよい。さらに、隣接する金属粒子１１が、酸化被膜１２どうしの結合も、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。
【００３３】
酸化被膜１２どうしの結合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。
【００３４】
本発明によれば、粒子成形体１において、酸化被膜１２どうしの結合２２のみならず、金属粒子１１どうしの結合（金属結合）２１が存在してもよい。上述の酸化被膜１２どうしの結合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、隣接する金属粒子１１どうしが同一相を保ちつつ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２１の存在により透磁率のさらなる向上が図られる。
【００３５】
金属粒子１１どうしの結合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を提案することができる。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。
【００３６】
このようにして得られる粒子成形体１からなる磁性材料を種々の電子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コア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、粒子成形体からなる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、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。
【００３７】
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。
【実施例】
【００３８】
（原料粒子）
アトマイズ法で製造されたＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系の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ＦｅMetal／（ＦｅMetal＋ＦｅOxide）を算出した。合金粉末の組成はエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）によりＺＡＦ法で算出した。合金粉末のｄ１０、ｄ５０、ｄ９０はそれぞれ体積基準の粒子径分布の指標であり、レーザー回折・散乱による測定装置により測定した。ＪＩＳ Ｚ ２５１２：２００６の規格に従って合金粉末のタップ密度を測定した。市販の合金粉末をそのまま原料粒子として用いたり、還元処理や酸化処理を施して用いたりした。還元処理は、窒素中に３０％の水素を含む雰囲気下で８００℃、１時間保持することにより、酸化処理は、空気中で５００℃、１時間保持することにより、それぞれ行った。
【００３９】
合金粉末についての上記指標は下記表１のとおりである。ここで、「Ｆｅ比率」はＦｅMetal／（ＦｅMetal＋ＦｅOxide）の計算値である。なお、番号１９の試料はＦｅMetal／（ＦｅMetal＋ＦｅOxide）の計算値が小さいため、比較例に相当する（表中に「＊」を付した。）。
【表１】
【００４０】
（粒子成形体の製造）
これら原料粒子１００重量部を、熱分解温度が３００℃であるＰＶＡバインダ１．５重量部とともに撹拌混合し、潤滑剤として０．２重量部のステアリン酸Ｚｎを添加した。その後、２５℃にて所定の形状に表２記載の圧力で成形し、２１％の酸素濃度である酸化雰囲気中、表２記載の温度にて１時間熱処理を行い、粒子成形体を得た。粒子成形体について、熱処理前と後で透磁率を測定した。粒子成形体の比抵抗も測定した。成形条件と測定結果は表２のとおりである。ＦｅMetal／（ＦｅMetal＋ＦｅOxide）の比率が０．２以上である試料については、熱処理前より熱処理後の透磁率が高く、熱処理後の粒子成形体の高透磁率および高比抵抗が両立した。
【表２】
【符号の説明】
【００４１】
１：粒子成形体、１１：金属粒子、１２：酸化被膜、２１：金属結合、２２：酸化被膜どうしの結合、３０：空隙
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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粒子成形体からなる磁性材料であって、
金属粒子はＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金からなり、成形前の金属粒子のＸＰＳによる７０９．６ｅＶ、７１０．７ｅＶおよび７１０．９ｅＶの各ピークの積分値の和ＦｅOxide、ならびに、７０６．９ｅＶのピークの積分値ＦｅMetalについてＦｅMetal／（ＦｅMetal＋ＦｅOxide）が０．２以上である、
磁性材料。
【請求項２】
粒子成形体におけるＣｒの含有量が２．０〜１５ｗｔ％である請求項１記載の磁性材料。
【請求項３】
成形前の金属粒子の体積基準の粒子径分布について、ｄ１０／ｄ５０が０．１〜０．７であり、かつ、ｄ９０／ｄ５０が１．４〜５．０である、請求項１又は２記載の磁性材料。
【請求項４】
ＪＩＳ Ｚ ２５１２：２００６で規格される成形前の金属粒子のタップ密度が３．８ｇ／ｃｍ３以上である請求項１〜３のいずれかに記載の磁性材料。
【請求項５】
ＸＰＳによる７０９．６ｅＶ、７１０．７ｅＶおよび７１０．９ｅＶの各ピークの積分値の和ＦｅOxide、ならびに、７０６．９ｅＶのピークの積分値ＦｅMetalについてＦｅMetal／（ＦｅMetal＋ＦｅOxide）が０．２以上である、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金からなる金属粉末。
【請求項６】
請求項１〜４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。
【請求項１】
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粒子成形体からなる磁性材料であって、
金属粒子はＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金からなり、成形前の金属粒子のＸＰＳによる７０９．６ｅＶ、７１０．７ｅＶおよび７１０．９ｅＶの各ピークの積分値の和ＦｅOxide、ならびに、７０６．９ｅＶのピークの積分値ＦｅMetalについてＦｅMetal／（ＦｅMetal＋ＦｅOxide）が０．２以上である、
磁性材料。
【請求項２】
粒子成形体におけるＣｒの含有量が２．０〜１５ｗｔ％である請求項１記載の磁性材料。
【請求項３】
成形前の金属粒子の体積基準の粒子径分布について、ｄ１０／ｄ５０が０．１〜０．７であり、かつ、ｄ９０／ｄ５０が１．４〜５．０である、請求項１又は２記載の磁性材料。
【請求項４】
ＪＩＳ Ｚ ２５１２：２００６で規格される成形前の金属粒子のタップ密度が３．８ｇ／ｃｍ３以上である請求項１〜３のいずれかに記載の磁性材料。
【請求項５】
ＸＰＳによる７０９．６ｅＶ、７１０．７ｅＶおよび７１０．９ｅＶの各ピークの積分値の和ＦｅOxide、ならびに、７０６．９ｅＶのピークの積分値ＦｅMetalについてＦｅMetal／（ＦｅMetal＋ＦｅOxide）が０．２以上である、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金からなる金属粉末。
【請求項６】
請求項１〜４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。
【図１】
【公開番号】特開２０１３−２６３５６（Ｐ２０１３−２６３５６Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５８４３７（Ｐ２０１１−１５８４３７）
【出願日】平成２３年７月１９日（２０１１．７．１９）
【出願人】（０００２０４２８４）太陽誘電株式会社 (964)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１９日（２０１１．７．１９）
【出願人】（０００２０４２８４）太陽誘電株式会社 (964)
【Ｆターム（参考）】
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