JP2015043375A - 軟磁性体組成物およびその製造方法、磁芯、並びに、コイル型電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】 強度に優れた軟磁性体組成物およびその製造方法、磁芯、並びに、コイル型電子部品を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明に係る軟磁性体組成物は、複数の軟磁性合金粒子と、前記軟磁性合金粒子間に存在する粒界と、を有する軟磁性体組成物であって、前記軟磁性合金粒子が、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍ系軟磁性合金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｍ系軟磁性合金で構成され、前記Ｍは、Ｃｒ，Ａｌ，Ｔｉ，ＣｏおよびＮｉから選ばれる少なくとも１つであり、前記粒界には、ＢｉおよびＶの少なくとも一方が存在することを特徴とする。
【選択図】 なし

Description

本発明は、軟磁性体組成物およびその製造方法、磁芯、並びに、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等の利点がある。このような金属磁性体材料としては、軟磁性合金等を用いた磁性材料が知られている。

このような軟磁性合金は、磁性材料としての応用範囲を広げるため、成形体とした場合の機械的強度の向上が望まれていた。特許文献１では、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍ系軟磁性体合金（但し、Ｍは、鉄より酸化しやすい金属元素）を用いた、強度の高い磁性材料が提案されている。

しかしながら、電子部品がさらに小型化されて薄層化されるに従い、特許文献１において提案されている態様でも、未だ強度は十分ではなく、さらなる機械強度の向上が望まれていた。

特許５０８２００２号公報

本発明は、このような実情に鑑みてなされ、優れた強度を有する軟磁性体組成物およびその製造方法、磁芯、並びに、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と、前記軟磁性合金粒子間に存在する粒界と、を有する軟磁性体組成物であって、
前記軟磁性合金粒子が、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍ系軟磁性合金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｍ系軟磁性合金で構成され、
前記Ｍは、Ｃｒ，Ａｌ，Ｔｉ，ＣｏおよびＮｉから選ばれる少なくとも１つであり、
前記粒界には、ＢｉおよびＶの少なくとも一方が存在することを特徴とする。

本発明に係る軟磁性体組成物では、軟磁性合金粒子の粒界に、ＢｉおよびＶの少なくとも一方が存在することにより、優れた強度を発揮する。

好ましくは、前記ＢｉおよびＶの含有量が、軟磁性合金１００質量％に対し、Ｂｉ_２ Ｏ_３ またはＶ_２ Ｏ_５ 換算で、０．１〜５．０質量％である。

好ましくは、前記粒界には、さらにＳｉが存在する。

また、本発明に係る磁芯は、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。

さらに、本発明に係るコイル型電子部品は、上記磁芯を有する。
コイル型電子部品としては、特に限定されないが、インダクタ部品、ＥＭＣ用コイル部品、トランス部品等の電子部品が例示される。特に、携帯電話等のＤＣ−ＤＣコンバーター等に好適に用いることができる。

図１は本発明の一実施形態に係る磁芯である 図２は、図１に示す磁芯の要部拡大断面図である。 図３は、図１に示す磁芯の要部拡大断面図であって、ＢｉおよびＶの少なくとも一方が存在することを表す模式図である。

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用の磁芯は、圧粉成形により成形される圧粉磁芯である。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。この磁芯の周囲に巻き線を所定巻数だけ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磁心は、本実施形態に係る軟磁性体組成物で構成してある。

本実施形態に係る軟磁性体組成物は、複数の軟磁性合金粒子と、前記軟磁性合金粒子間に存在する粒界と、を有する軟磁性体組成物であって、
前記軟磁性合金粒子が、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍ系軟磁性合金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｍ系軟磁性合金で構成され、
前記Ｍは、Ｃｒ，Ａｌ，Ｔｉ，ＣｏおよびＮｉから選ばれる少なくとも１つであり、
前記粒界には、ＢｉおよびＶの少なくとも一方が存在することを特徴とする。

本実施形態に係る軟磁性体組成物によれば、上記構成を満足することにより、磁気特性（初期透磁率μｉ等）あるいは比抵抗を良好に維持しつつ、強度を向上させることができる。

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と、軟磁性合金粒子間に存在する粒界３０と、を有する。

図３に示すように、本実施形態において、ビスマス（Ｂｉ）および／またはバナジウム（Ｖ）の領域４０は、２つの粒子間に形成される粒界３０または３つ以上の粒子の間に存在する粒界３１（３重点など）に存在している。このようなＢｉおよび／またはＶの存在により、本実施形態に係る磁芯は、優れた強度を発揮する。

特に、粒界にＢｉおよびＶのいずれか一方が存在する本実施形態に係る軟磁性体組成物の場合には、粒界にＢｉおよびＶのいずれも存在しない軟磁性体組成物の場合に比べて、強度の向上率が、好ましくは３％以上、より好ましくは５％以上、さらに好ましくは１０％以上となる。

なお、本実施形態に係る軟磁性体組成物において、好ましくは、粒界におけるＢｉおよび／またはＶの濃度は、軟磁性合金粒子内部よりも高く、さらに好ましくは、Ｂｉおよび／またはＶは、軟磁性合金粒子内部には実質的に含まれない。

また、本実施形態に係る軟磁性体組成物において、粒界にはＢｉおよびＶの少なくとも一方が存在するが、より好ましくは、粒界には少なくともＢｉが存在する。粒界にＢｉが存在することにより、強度を向上しながら、磁気特性も高く維持できる。

また、ＢｉやＶは、必ずしも軟磁性合金粒子の表面の全体を覆うように存在している必要はなく、軟磁性合金粒子の表面の一部に形成されていてもよい。

また、本実施形態において、粒界に存在するビスマス（Ｂｉ）およびバナジウム（Ｖ）の存在形態は、特に限定されるものではなく、例えば、ＢｉおよびＶの金属、ＢｉおよびＶの酸化物、あるいは軟磁性体合金を構成する成分やその他の成分（結合剤や添加剤等）とＢｉおよびＶとの複合酸化物等として存在していてもよい。

なお、図３では、便宜上、Ｂｉおよび／またはＶの領域４０を粒子状に示したが、必ずしも粒子状である必要はなく、例えば、ＢｉやＶを含む相として、軟磁性合金粒子２１と粒界３０との界面付近に形成されていてもよい。このようなＢｉやＶを含む相としては、後述する軟磁性合金粒子を構成する成分の一部を含む酸化物相等が挙げられる。

なお、本発明において、酸化物相および複合酸化物相とは、アモルファス相、結晶相、およびこれらの混合相を含む広い概念である。

本実施形態において、ＢｉおよびＶの少なくとも一方が軟磁性合金粒子の表面および粒界に存在しているか否かを判断する方法としては、特に制限されず、たとえば、ＢｉまたはＶのマッピング画像を解析することで判断してもよい。

なお、軟磁性合金粒子と粒界との判別は、走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）を用いて磁芯を観察することにより行うことができる。具体的には、誘電体層の断面を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と軟磁性合金粒子との間に存在し、該軟磁性合金粒子とは異なるコントラストを有する領域を粒界とする。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。

また、磁芯の任意の断面から観測点を定めて、ＥＤＳ解析若しくはＥＰＭＡ解析を行うことによって、ＢｉおよびＶの存在する箇所を観察することができる。具体的には、これらの解析の定性分析機能を用いてマッピング画像を得られる。マッピング画像では、観察する元素が多い箇所が色によって判別できる。目視もしくは解析ソフトによってＢｉやＶが粒界３０に存在か否かを判断できる。さらに、これらの解析によれば、合金粒子の内部やその表面における各種成分の濃度分布等も確認できる。また、ＳＴＥＭ解析によれば、合金粒子の表面に形成された相が、アモルファスか結晶質かなどに関しても特定することが可能である。

なお、本実施形態に係る軟磁性体組成物において、ＢｉやＶ以外の元素（Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍ等）についても、上記ＢｉやＶの場合と同様の方法により、軟磁性合金粒子の表面および粒界に各種元素が存在しているか否かを判断することができる。

本実施形態に係る軟磁性体組成物において、ビスマス（Ｂｉ）およびバナジウム（Ｖ）の含有量は、軟磁性体合金１００質量％に対して、Ｂｉ_２ Ｏ_３ またはＶ_２ Ｏ_５ 換算で、０．１〜１０質量％であり、より好ましくは０．１〜５．０質量％である。上記のような範囲を満足させることにより、本実施形態に係る磁芯において、磁気特性（特に、初期透磁率μｉ）あるいは比抵抗を良好に維持しつつ、成形性（特に抗折強度）を向上させることができる。

また、より好ましくは、本実施形態に係る軟磁性体組成物は、少なくともＢｉを含有する。本実施形態に係る軟磁性体組成物において、ビスマス（Ｂｉ）の含有量は、軟磁性体合金１００質量％に対して、Ｂｉ_２ Ｏ_３ 換算で、好ましくは０．１〜５．０質量％、より好ましくは０．１〜１．０質量％ある。上記範囲を満足することにより、強度を向上しつつ、磁気特性（特に、初期透磁率μｉ）を高く維持できる。

本実施形態に係る軟磁性体組成物において、粒界にビスマス（Ｂｉ）およびバナジウム（Ｖ）の何れも存在しない場合には、十分な強度が得られない傾向にある。また、ビスマス（Ｂｉ）および／またはバナジウム（Ｖ）の含有量が増えるほど、強度が向上する傾向にあるが、多すぎる場合には、磁気特性（特に、初期透磁率μｉ）が低下する傾向にある。

本実施形態に係る軟磁性合金粒子は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍ系軟磁性合金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｍ系軟磁性合金で構成されている。
ここで、上記Ｍは、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）およびニッケル（Ｎｉ）から選ばれる少なくとも１つである。

中でも、本実施形態において、軟磁性合金粒子は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系軟磁性合金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｏ系軟磁性合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｏ−Ｍ系軟磁性合金が好ましく、より好ましくは、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金である。

このような軟磁性合金粒子を用いることにより、本実施形態に係る軟磁性体組成物は、磁気特性（初期透磁率μｉ等）あるいは比抵抗を良好に維持しつつ、成形性（特に抗折強度）を向上させることができる。また、加圧成形に際して、比較的低い成形圧により成形できることから、金型への負担のさらなる軽減を図ることができ、生産性を向上することができる。

上記Ｍがクロム（Ｃｒ）である場合には、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金において、ケイ素をＳｉ換算で０．１〜９質量％、クロムをＣｒ換算で０．１〜１５質量％含有し、残部が鉄（Ｆｅ）で構成されていることが好ましい。さらに好ましくは、ケイ素をＳｉ換算で１．４〜９質量％、特に好ましくは４．５〜８．５質量％、また、クロムをＣｒ換算で１．５〜８質量％、特に好ましくは３〜７質量％含有し、残部が鉄（Ｆｅ）で構成されていることが好ましい。

上記Ｍがアルミニウム（Ａｌ）である場合には、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系軟磁性合金において、ケイ素をＳｉ換算で０．１〜１５質量％、アルミニウムをＡｌ換算で０．１〜１０質量％含有し、残部が鉄（Ｆｅ）で構成されていることが好ましい。

上記Ｍがコバルト（Ｃｏ）である場合には、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｏ系軟磁性合金において、ケイ素をＳｉ換算で０．１〜３．０質量％、ニッケルをＮｉ換算で４０．０〜５０．０質量％、コバルトをＣｏ換算で０．１〜５．０質量％含有し、残部が鉄（Ｆｅ）で構成されていることが好ましい。

本実施形態に係る軟磁性合金粒子の平均結晶粒子径は、好ましくは３０〜６０μｍである。平均結晶粒子径を上記の範囲とすることで、磁芯の薄層化を容易に実現することができる。

本実施形態に係る軟磁性体組成物において、軟磁性合金粒子２１の表面（粒界３０との界面）には、軟磁性合金粒子を構成する成分の一部を含む酸化物相が形成されていてもよい。

このような酸化物相は、特に限定されるものではなく、酸素と、酸素以外の元素を含む酸化物相であって、酸素以外の元素を２種以上含む複合酸化物相であってもよい。また、このような酸化物相および複合酸化物相としては、軟磁性合金粒子を構成する成分の一部を含むアモルファス相等が挙げられる。

ここで、軟磁性合金粒子がＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金である場合には、上記酸化物相は、軟磁性合金粒子２１の粒内よりもＣｒが多いＳｉ−Ｃｒ複合酸化物相であってもよい。Ｓｉ−Ｃｒ複合酸化物相は、特に限定されるものではないが、ＳｉとＣｒを含有するアモルファス相等が挙げられる。

また、本実施形態に係る軟磁性体組成物において、上記酸化物相は、さらにＢｉおよびＶのいずれか一方、又は両方を含有していてもよい。このようなＢｉおよびＶを含有する酸化物相としては、例えば、Ｂｉ酸化物やＶ酸化物等が分散している酸化物相や、ＢｉやＶが軟磁性合金粒子を構成する成分の一部と化学的に結合して形成される複合酸化物相等が挙げられる。

また、本実施形態において、上記酸化物相は、必ずしも軟磁性合金粒子の表面の全体を覆うように形成されている必要はなく、軟磁性合金粒子の表面の一部に形成されていてもよい。また、上記酸化物相の厚みは均一でなくてもよく、該組成も均質でなくてもよい。

また、本実施形態に係る軟磁性合金粒子の表面において、上記酸化物相の有無やその厚みは、軟磁性合金粒子の合金組成や、後述する磁芯（成形体）の製造方法における結合材の種類やその添加量、その他の添加成分、成形体の熱処理温度および雰囲気等の制御によって調整することができる。

なお、本実施形態に係る軟磁性体組成物において、軟磁性合金粒子２１は、隣接する軟磁性合金粒子２１とは、上記酸化物相を介して直接的に連結されていてもよい。

本実施形態に係る軟磁性体組成物は、上記軟磁性体合金粒子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。
なお、Ｃは、軟磁性体組成物の製造過程で用いられる有機化合物成分に由来すると考えられる。また、Ｚｎは、軟磁性体組成物を圧粉成形により得る際に、装置の抜き圧を低減させるために金型に添加するステアリン酸亜鉛に由来すると考えられる。

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。Ｃの含有量が多すぎると、磁芯としての十分な強度が得られない傾向にある。

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。Ｚｎの含有量が多すぎても、また逆に少なすぎても磁芯としての十分な強度が得られない傾向がある。

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。

さらに別の実施形態としては、軟磁性体組成物の粒界には、さらにＳｉが存在することが好ましい。これにより、高い磁気特性を維持しつつ、さらに強度を向上させることができる。特に、比較的低い成形圧で成形された場合であっても、磁芯として十分な強度を得ることができるため、金型への負担も低減され、生産性が向上する。

本実施形態に係る軟磁性体組成物において、Ｓｉは、２つの粒子間に形成される粒界３０または３つ以上の粒子の間に存在する粒界３１（３重点など）に、Ｓｉを含有する相５０として存在していると考えられる。

このようにＳｉを含有する相５０が粒界に存在することにより、本実施形態に係る磁芯は、比較的低い成形圧で成形された場合であっても、磁芯として十分な強度を得ることができる。さらに、このようなＳｉを含有する相５０は、粒界に存在することで絶縁体の役割を果たす。

本実施形態に係るＳｉを含有する相５０は、好ましくは、Ｓｉ酸化物相あるいはＳｉ複合酸化物相である。Ｓｉ酸化物相およびＳｉ複合酸化物相としては、特に限定されるものではないが、例えばＳｉを含有するアモルファス相、アモルファスシリコン、シリカ、Ｓｉ−Ｍ複合酸化物等が挙げられる。

また、本実施形態に係る軟磁性体組成物において、Ｓｉを含有する相５０は、さらに軟磁性合金粒子２１の表面（粒界３０との界面）にも存在することが好ましい。

例えば、軟磁性合金粒子がＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金である場合、Ｓｉを含有する相としては、好ましくはＳｉ―Ｃｒ複合酸化物相である。Ｓｉ―Ｃｒ複合酸化物相は、特に限定されるものではないが、軟磁性合金粒子２１の粒内よりもＣｒが多い。

本実施形態に係るＳｉを含有する相５０は、好ましくは、アモルファス質で構成されている。なお、一部が結晶質で構成されていてもよい。

本実施形態に係るＳｉを含有する相の厚みは、好ましくは、０．０１〜０．２μｍ、より好ましくは、０．０１〜０．１μmである。
なお、Ｓｉを含有する相５０は、必ずしも軟磁性合金粒子の表面の全体を覆うように形成されている必要はなく、軟磁性合金粒子の表面の一部に形成されていてもよい。また、Ｓｉを含有する相５０の厚みは均一でなくてもよく、該組成も均質でなくてもよい。

本実施形態に係るＳｉを含有する相５０の有無やその厚みは、後述する磁芯の製造方法における、結合材の種類やその添加量、その他の添加成分、成形体の熱処理温度および雰囲気等により制御することができる。

次に、本実施形態に係る磁芯の製造方法の一例を説明する。
本実施形態の磁心は、軟磁性体合金粉末と、結合材（バインダ樹脂）とを含む成形体を熱処理することにより、作製することができる。以下、本実施形態の磁心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、
軟磁性体合金粉末と、低融点酸化物と、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塊状の乾燥体を得た後、この乾燥体を粉砕することにより、造粒粉を形成する工程と、
混合物または造粒粉を、作製すべき圧粉磁心の形状に成形し、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、結合材を硬化させ、圧粉磁心を得る工程と、を有する。

本実施形態に係る製造方法により得られた圧粉磁芯は、特に抗折強度を向上させることができる。

このような効果が得られる理由は明らかではないが、次のような機構が考えられる。
成形体を加熱する工程において、低融点酸化物が高温状態となり、軟磁性合金粒子の隙間（粒界領域）において液相化することで、金属粒子間の結合が強固となり、得られる磁芯の強度が向上すると考えられる。

軟磁性体合金粉末としては、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍ系軟磁性合金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｍ系軟磁性合金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、球状又は楕円体状とすることが好ましい。これらの中では、圧粉磁芯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１０〜８０μｍ、より好ましくは３０〜６０μｍである。平均粒径が小さすぎると透磁率が低くなり、軟磁性材料としての磁気特性が低下する傾向にあり、また、取り扱いが難しくなる。一方、平均粒径が大きすぎると、渦電流損失が大きくなると共に、異常損失が増大する傾向にある。

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。

低融点酸化物は、好ましくは、ＢｉおよびＶの少なくとも一方を含む。これにより、得られる軟磁性組成物の粒界にＢｉおよびＶの少なくとも一方を効率よく形成することができる。このような低融点酸化物としては、例えば酸化ビスマス、酸化バナジウム等が挙げられる。

このような低融点酸化物の添加量は、軟磁性体合金粉末１００重量部に対して、Ｂｉ_２Ｏ_３ またはＶ_２ Ｏ_５ 換算で、好ましくは０．１〜５．０質量部である。上記範囲を満たすことにより、軟磁性組成物の粒界に効率よくＢｉやＶを形成でき、磁芯の強度を向上させることができる。

また、より好ましくは、上記低融点酸化物は、少なくともＢｉを含有する。このようなビスマス（Ｂｉ）の含有する低融点酸化物の添加量は、軟磁性体合金１００質量％に対して、Ｂｉ_２Ｏ_３換算で、好ましくは０．１〜５．０質量％、より好ましくは０．１〜１．０質量％ある。上記範囲を満足することにより、強度を向上しつつ、磁気特性（特に、初期透磁率μｉ）を高く維持できる。

結合材としては、公知の樹脂を用いることができ、例えば各種有機高分子樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂及び水ガラス等が挙げられる。

中でも、本実施形態においては、好ましくは、結合材としてシリコーン樹脂を含むものを用いる。結合剤としてシリコーンを用いることにより、軟磁性組成物の粒界に、Ｓｉを含有する相が効果的に形成される。このような軟磁性体組成物により構成された磁芯は、比較的低い成形圧で成形した場合であっても、十分な強度を発揮する。

この場合、結合材は、シリコーン樹脂を単独で、又はその他の結合材との組み合わせで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観点から、結合材は、主としてシリコーン樹脂からなるものを用いることが好ましい。軟磁性体組成物中のＣの含有量が多すぎると、得られる磁芯の強度が低下する傾向にある。

結合材の添加量は、必要とされる磁芯の特性に応じては異なるが、好ましくは軟磁性体合金粉末１００重量部に対して、１〜１０重量部添加することができ、より好ましくは軟磁性体合金粉末１００重量部に対して、３〜９重量部である。結合材の添加量が多すぎると、透磁率が低下し、損失が大きくなる傾向にある。一方、結合材の添加量が少なすぎると、絶縁を確保し難くなる傾向にある。

シリコーン樹脂の添加量は、好ましくは軟磁性体合金粉末１００重量部に対して、３〜９重量部である。シリコーン樹脂の添加量が少なすぎると、軟磁性組成物の粒界にＳｉを含有する相が形成されにくくなり、成形品としての強度が低下する傾向にある。

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、ステアリン酸亜鉛及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種を単独で又は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、好ましくは軟磁性体合金粉末１００重量部に対して、０．１〜０．９重量部であり、より好ましくは軟磁性体合金粉末１００重量部に対して、０．３〜０．７重量部である。潤滑剤が少なすぎると、成形後の脱型が困難となり、成形クラックが生じやすい傾向にある。一方、潤滑剤が多すぎると、成形密度の低下を招き、透磁率が減少してしまう。

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。Ｚｎの含有量が多すぎると、磁芯としての十分な強度が得られない傾向にある傾向がある。

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、軟磁性体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、特に限定されるものではないが、従来公知の方法により、混合物を乾燥した後、乾燥した混合物を解砕して得られる。
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、５〜６０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、５〜６０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、特に限定されるものではないが、従来公知の方法により、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、所定の成形温度及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及び寸法や、圧粉磁芯の形状、寸法及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。

なお、成形圧力が低すぎると、成形による高密度化及び高透磁率化を図り難くなる共に、十分な機械的強度が得られにくい傾向にある。一方、成形時の成形圧が高すぎると、圧力印加効果が飽和する傾向にあるとともに、製造コストが増加して生産性及び経済性が損なわれ得る傾向にあり、また、成形金型が劣化し易くなり耐久性が低下する傾向にある。

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。なお、成形時の成形温度を上げるほど成形体の密度は上がる傾向にあるが、高すぎると軟磁性合金粒子の酸化が促進されて、得られる圧粉磁芯の性能が劣化する傾向にあり、また、製造コストが増加して生産性及び経済性が損なわれ得る。

成形後に得られる成形体を熱処理する方法は、公知の方法により行えばよく、特に限定されないが、一般的には、成形により任意の形状に成形された成形体を、アニール炉を用いて所定の温度で熱処理することにより行うことが好ましい。

熱処理時の処理温度は、特に限定されないが、通常、６００〜９００℃程度が好ましく、より好ましくは７００〜８５０℃である。熱処理時の処理温度が高すぎても、また低すぎても磁芯としての十分な強度が得られない傾向にある

熱処理工程は、酸素含有雰囲気下にて行うことが好ましい。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。好ましくは大気雰囲気下である。酸素含有雰囲気下で熱処理することで軟磁性体組成物の粒界にＳｉを含有する相を効果的に形成することができる。

また、このようにして得られた圧粉磁芯は、成形密度が５．５０ｇ／ｃｍ^３ 以上であることが好ましい。成形密度が５．５０ｇ／ｃｍ^３ 以上に、高密度化された圧粉磁芯は、高透磁率、高強度、高コア抵抗、低コアロスといった各種性能においても優れる傾向にある。

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磁芯（圧粉磁芯）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磁芯を製造してもよい。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。

また、上述した実施形態では、軟磁性体組成物の粒界にＳｉを含有する相を形成するため、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Ｓｉ含有成分を用いてもよい。

その他、必要に応じて、成形体をガラスコートあるいは樹脂含浸することも可能である。これにより、磁芯の強度をさらに向上させることができる。

また、上述した実施形態では、本実施形態に係る磁芯を、コイル型電子部品として用いるが、特に制限されることはなく、モーター、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磁心としても好適に用いることができる。中でも、携帯用ＤＣ−ＤＣコンバーターとしてより好適である。

さらに、上述した実施形態では、磁芯を本発明に係る軟磁性体組成物で構成しているが、磁芯以外にも、電子部品の素体本体や、その他の成形体を、本発明に係る軟磁性体組成物で構成してもよい。

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）
試料１について
［軟磁性合金粉末の調製］
まず、Ｆｅ単体、Ｃｒ単体及びＳｉ単体のインゴット、チャンク（塊）、又はショット（粒子）を準備した。次にそれらをＦｅ８９．５質量％、Ｓｉ６．５質量％およびＣｒ４．０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、チャンク又はショットを溶融、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；５０μｍ）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。

［圧粉磁芯の作製］
得られた軟磁性合金粉末１００重量部に対し、シリコーン樹脂（東レダウコーニングシリコン（株）製：ＳＲ２４１４ＬＶ）６重量部を添加し、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。乾燥後の磁性粉末に、それらの軟磁性合金粉末１００重量部に対し、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）０．５重量部を添加し、Ｖミキサーにより１０分間混合した。

続いて、得られた混合物を、５ｍｍ×５ｍｍ×１０ｍｍの角形サンプルに成形し、成形体を作製した。なお、成形圧は６００ＭＰａとした。加圧後の成形体を７５０℃で６０分間、大気中で熱処理することにより、シリコーン樹脂を硬化させて、圧粉磁芯を得た。

［各種評価］
＜粒界の観察＞
まず、圧粉磁芯を切断した。この切断面について、走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）により観察し、軟磁性体合金粒子と粒界との判別を行った。また、Ｂｉ，Ｖ，ＳｉについてはＥＤＳ解析で、それぞれ粒界における存在を確認した。

＜３点曲げ強さ試験（抗折強度）＞
圧粉磁芯サンプルに対し、ＪＩＳ Ｒ１６０１の規定に従い、３点曲げ強さ試験を行った。
３点曲げ強さは、試験片を一定距離に配置された２支点上に置き、支店間の中央の１点に荷重を加えて折れた時の最大曲げ応力（ｋｇ／ｍｍ^２ ）である。

＜初期透磁率（μｉ）＞
圧粉磁芯サンプルに、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。

試料２〜試料７ついて
試料２〜試料７は、圧粉磁芯の作製において、軟磁性合金粉末１００重量部に対し、さらに、Ｂｉ_２ Ｏ_３ 換算で表１に示す値となるように酸化ビスマスを添加した以外は、試料１と同様の方法で圧粉磁芯サンプルを作製し、同様の評価を行った。表１に結果を示す。

試料８ついて
試料８は、圧粉磁芯の作製において、軟磁性合金粉末１００重量部に対し、さらに、Ｖ_２ Ｏ_５ 換算で表１に示す値となるように酸化バナジウムを添加した以外は、試料１と同様の方法で圧粉磁芯サンプルを作製し、同様の評価を行った。表１に結果を示す。

試料９ついて
試料９は、圧粉磁芯の作製において、軟磁性合金粉末１００重量部に対し、さらに、ＭｏＯ_３ 換算で表１に示す値となるように酸化モリブデンを添加した以外は、試料１と同様の方法で圧粉磁芯サンプルを作製し、同様の評価を行った。表１に結果を示す。

なお、抗折強度は、磁芯を構成する金属や結合材の種類によっても異なるため、本実施例では、１２ｋｇ／ｍｍ^２ 以上を良好とした。

ＳＴＥＭ観察およびＥＤＳ解析の結果、試料２〜試料８の粒界には、ＢｉまたはＶのいずれかが存在すること、試料１および試料９の粒界には、ＢｉおよびＶのいずれも存在しないことが確認された。

表１に示されるように、粒界にＢｉおよびＶの少なくとも一方が存在する試料２〜試料８では、ＢｉおよびＶのいずれも存在しない試料１および試料９に比べて、強度が大幅に向上することが確認された。その向上率（試料１に対する向上率）は、高いものでは５〜１０％程度であることが確認された。

（実施例２）
試料２１〜試料２３ついて
試料２１〜試料２３は、バインダ樹脂として、非シリコーン系樹脂である（ナガセケムテックス（株）製造：ＤＥＮＡＴＩＴＥ ＸＮＲ ４３３８）を用いた以外は、試料１、試料５および試料８とそれぞれ同様の方法で圧粉磁芯サンプルを作成し、同様の評価を行った。結果を表２に示す。

なお、抗折強度は、磁芯を構成する金属や結合材の種類によっても異なるため、本実施例では、１０ｋｇ／ｍｍ^２ を良好とした。

ＳＴＥＭ観察およびＥＤＳ解析の結果、試料２２および試料２３の粒界には、ＢｉまたはＶのいずれかが存在すること、試料２１の粒界には、ＢｉおよびＶのいずれも存在しないことが確認された。

表２に示されるように、粒界にＢｉおよびＶの少なくとも一方が存在する試料２２および試料２３では、ＢｉおよびＶのいずれも存在しない試料２１に比べて、強度が大幅に向上することが確認された。特に、その向上率（試料２１に対する向上率）は２０％近いことが確認された。

（実施例３）
試料３１〜試料３３について
試料３１〜試料３３は、軟磁性合金粉末として、Ｆｅ８４．７質量％、Ｓｉ９．７質量％およびＡｌ５．６質量％の組成で構成された軟磁性合金粉末を用いた以外は、実施例１の試料１、試料５および試料８と同様の方法で圧粉磁芯サンプルを作成し、同様の評価を行った。表３に結果を示す。

試料３４〜試料３６について
試料３４〜試料３６は、軟磁性合金粉末として、Ｆｅ４９．２質量％、Ｎｉ４４．０質量％、Ｓｉ２．３質量％およびＣｏ４．５質量％の組成で構成された軟磁性合金粉末を用いた以外は、それぞれ実施例１の試料１、試料５および試料８と同様の方法で圧粉磁芯サンプルを作成し、同様の評価を行った。表３に結果を示す。

なお、抗折強度は、磁芯を構成する金属や結合材の種類によっても異なるため、本実施例において、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系軟磁性合金から構成される磁芯の場合では、抗折強度は７．０ｋｇ／ｍｍ^２ 以上を良好とし、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｏ系軟磁性合金から構成される磁芯の場合では、抗折強度は１１．０ｋｇ／ｍｍ^２ 以上を良好とした。

ＳＴＥＭ観察およびＥＤＳ解析の結果、試料３２、試料３３、試料３５および試料３６の粒界には、ＢｉおよびＶの少なくとも一方が存在すること、試料３１および試料３４の粒界には、ＢｉおよびＶのいずれも存在しないことが確認された。

表３に示されるように、粒界にＢｉおよびＶの少なくとも一方が存在する試料３２、試料３３、試料３５および試料３６では、ＢｉおよびＶのいずれも存在しない試料３１および試料３４に比べて、強度が大幅に向上することが確認された。

これらの結果から、本発明によれば、軟磁性体合金組成物を構成する合金種が変わった場合であっても、強度を大幅に向上できることが確認された。

２１、２２… 軟磁性合金粒子
３０、３１… 粒界
４０… Ｂｉおよび／またはＶの領域

Claims (5)

1. 複数の軟磁性合金粒子と、前記軟磁性合金粒子間に存在する粒界と、を有する軟磁性体組成物であって、
   前記軟磁性合金粒子が、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｍ系軟磁性合金またはＦｅ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｍ系軟磁性合金で構成され、
   前記Ｍは、Ｃｒ，Ａｌ，Ｔｉ，ＣｏおよびＮｉから選ばれる少なくとも１つであり、
   前記粒界には、ＢｉおよびＶの少なくとも一方が存在することを特徴とする軟磁性体組成物。
2. 前記Ｂｉおよび／またはＶの含有量が、軟磁性合金１００質量％に対し、それぞれＢｉ_２Ｏ_３換算またはＶ_２Ｏ_５換算で、０．１〜５．０質量％であることを特徴とする請求項１に記載の軟磁性体組成物。
3. 前記粒界には、さらにＳｉが存在することを特徴とする請求項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ことを特徴とする磁芯。
5. 請求項４に記載の磁芯を有することを特徴とするコイル型電子部品。

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