JP6561314B2 - 複合磁性材料とこれを用いたコイル部品ならびに電源装置 - Google Patents

Description

本発明は磁気特性に優れかつ機械強度が高い複合磁性材料と、これを用いたコイル部品ならびに電源装置に関する。特に車載用途のインダクタ部品に有用である。

図１１に示す従来の複合磁性材料２００は、軟磁性金属粉末２１の表面に第１酸化物２２（拡散層）が形成されている。さらに第１酸化物２２（拡散層）の表面に第２酸化物２３（フェライト材料）を被覆することで、複合磁性材料２００の機械強度が向上する。

先行文献としては特許文献１があげられる。

特開２００５−１１３１６９号公報

本発明の一態様は、複合磁性材料として、複数の軟磁性金属粉末と、複数の軟磁性金属粉末の第１の表面を被覆する第１酸化物と、第１酸化物の表面を被覆し、第１酸化物で被覆された複数の軟磁性金属粉末の間に介在する第２酸化物とを備え、第１酸化物は表面に第１凹部を有し、第１凹部に第２酸化物が設けられたことを特徴とする。

また、別の本発明の一態様は、複合磁性材料として、複数の軟磁性金属粉末と、複数の軟磁性金属粉末の間に介在する第１酸化物とを備え、複数の軟磁性金属粉末に含まれる元素の少なくとも１つは第１の元素であり、第１酸化物に含まれる元素の少なくとも１つは第１の元素であり、第１の元素は、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｎｉ、ＳｉおよびＣａのいずれかであることを特徴とする。

本発明の複合磁性材料は第１酸化物の表面に形成された凹部に第２酸化物を充填させることで第１酸化物と第２酸化物との密着面積を大きくし、第１酸化物と第２酸化物間での剥離を抑制することができるため機械強度の高い複合磁性材料を実現することができる。

また、本発明の複合磁性材料は、軟磁性金属粉末１に含まれる元素と、第１酸化物に含まれる元素のと、第２酸化物に含まれる元素とを共通にすることで磁気特性の劣化を防止することができる。

実施の形態１における複合磁性材料の断面を示す模式図である。 実施の形態１の変形例における複合磁性材料の断面を示す模式図である。 図１に示す複合磁性材料の模式図の部分拡大図である。 実施の形態１におけるコイル部品の分解斜視図である。 実施の形態１における電源装置のブロック図である。 実施の形態１における複合磁性材料の製造方法を示すフロー図である。 実施の形態２における複合磁性材料の断面を示す模式図である。 図７に示す複合磁性材料の模式図の部分拡大図である。 実施の形態２の変形例１における複合磁性材料の断面を示す模式図である。 実施の形態２の変形例２における複合磁性材料の断面を示す模式図である。 従来の複合磁性材料の断面を示す模式図である。

本実施の形態の説明に先だち、従来の課題について説明する。従来の複合磁性材料では、機械強度が十分ではなかった。特に車載用途として用いられるコイル部品においては、機械強度の向上（高信頼性）が求められる。

次に、本発明の複合磁性材料について説明する。

（実施の形態１）
実施の形態１について図１〜図６を参照しながら説明する。

図１は実施の形態１における複合磁性材料の断面を示す模式図である。図１に示すように、本発明の複合磁性材料１００は複数の軟磁性金属粉末１と、複数の軟磁性金属粉末１の表面を被覆する第１酸化物２と、第１酸化物２の表面を被覆し、第１酸化物２で被覆される複数の軟磁性金属粉末１の間に介在する第２酸化物３とを備える。そして、第１酸化物２は表面に第１凹部４を有し、第１凹部４に第２酸化物３が設けられている。

この構成により、本実施の形態の複合磁性材料１００は、特に車載用途で求められる高い機械強度（高信頼性）を実現することができる。すなわち、図１１を参照しながら説明した従来の複合磁性材料２００のように軟磁性金属粉末２１の表面に第１酸化物２２（拡散層）が配置され、さらにその周りに第２酸化物２３（フェライト材料）が配置された従来の複合磁性材料２００と比較して、本実施の形態の複合磁性材料１００は、第１酸化物２と第２酸化物３との密着面積が大きい。よって、複合磁性材料１００の機械強度を向上させることができる。

また、実施の形態１における複合磁性材料１００においては、磁気特性に寄与する第１酸化物２をフェライト材料で構成し、第２酸化物３もフェライト材料（磁気特性を有する材料）で構成することで、複数の軟磁性金属粉末１の間を電気的に絶縁し、かつ、さらに高い磁気特性を得ることができる。

なお、後述する別の実施の形態の複合磁性材料１００についても同様である。

実施の形態１における複合磁性材料１００においては、複数の軟磁性金属粉末１のそれぞれの間に第１酸化物２が介在している。そして、複数の軟磁性金属粉末１に含まれる元素と第１酸化物２に含まれる元素とがＡｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｎｉ、ＳｉおよびＣａから選ばれる。つまり、複数の軟磁性金属粉末１に含まれる元素の少なくとも１つと、第１酸化物２に含まれる元素の少なくとも１つと、第２酸化物３に含まれる元素の少なくとも１つとは、同じ元素（第１の元素）で構成される。

つまり、軟磁性金属粉末１に含まれる元素と、第１酸化物に含まれる元素のと、第２酸化物に含まれる元素とを共通にすることで、軟磁性金属粉末１と、軟磁性金属粉末の表面に配置される第１酸化物２のそれぞれの間での元素拡散によって生じる組成ずれを抑制することができ、磁気特性の劣化を防止することができる。

（実施の形態１の変形例）
本発明の実施の形態１の変形例における複合磁性材料１００を図２に示す。

図２に示すように、第１凹部４Ａは、軟磁性金属粉末１の表面が露出するように、第１酸化物２を貫通し、軟磁性金属粉末１の表面の一部と第２酸化物３とが当接している。本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、第１酸化物２と第２酸化物３との密着面積が大きく、高い機械強度を得ることができる。本実施の形態では、隣接する軟磁性金属粉末１の間にフェライト材料である第２酸化物３を介在させることで、磁束を遮るギャップを形成することなく高い磁気特性を実現することができる。

なお、後述する実施の形態についても本実施の形態と同様に、軟磁性金属粉末１の表面の一部と第２酸化物３とが当接していても良い。

また、複合磁性材料１００において、第１酸化物２が軟磁性金属粉末１と当接する面積をＡ、第２酸化物３が軟磁性金属粉末１と当接する面積をＢとすると、面積比Ａ／Ｂは０．２５以上４以下とすることが好ましい。

第１酸化物２は、軟磁性金属粉末１に含まれる元素を軟磁性金属粉末１の表面に拡散させて生成されるため、軟磁性金属粉末１と第１酸化物２は略一体となり、第１酸化物２と軟磁性金属粉末１との密着性は高い。よって、複合磁性材料１００の機械強度の低下の主な原因は、第２酸化物３と軟磁性金属粉末１との密着力、または、第２酸化物３と第１酸化物２との密着力に依存する。これら面積比Ａ／Ｂを０．２５以上とすることで複合磁性材料１００の機械強度を十分に確保することができる。また、面積比Ａ／Ｂを４以下とすることで磁束を遮るギャップがなく、高い磁気特性を実現することができる。

なお、第１酸化物２と軟磁性金属粉末１とが当接する面積、および、第２酸化物３と軟磁性金属粉末１とが当接する面積は、複合磁性材料１００を任意の断面で割ったときの上面をＡＥＳ（Ａｕｇｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）で測定することができる。

また、図３に示すように、軟磁性金属粉末１表面からの第１酸化物２の平均厚み２０は５ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすることが好ましい。５ｎｍ以上とすることで軟磁性金属粉末１同士の接触が原因で発生する渦電流損失を十分に抑制することができ、５００ｎｍ以下とすることで磁気特性に寄与する軟磁性金属粉末１および第２酸化物３の総量を確保することができ十分な磁気特性を確保することができる。

なお、第１酸化物２の平均厚み２０は複合磁性材料１００を任意の断面で割ったときの上面をＸＭＡ（Ｘ−ｒａｙ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ）を用いて共通元素を分析することで第１酸化物２の有無を測定して確認することができる。

また、本実施の形態の複合磁性材料１００において、軟磁性金属粉末１と、第１酸化物２および第２酸化物３の各々に、共通に含まれる元素を第１の元素とする。軟磁性金属粉末１に含まれる第１の元素の濃度をＬ、第１酸化物２に含まれる第１の元素の濃度をＭ、第２酸化物３に含まれる第１の元素の濃度をＮとすると、Ｌ＜Ｎ＜Ｍなる関係を満たすことが好ましい。

例えば、軟磁性金属粉末１がＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金で、第１酸化物２がＡｌ_２Ｏ_３、第２酸化物３がＦｅＡｌ_２Ｏ_４とする。これらの共通元素（第１の元素）はＡｌである。そして、Ａｌ濃度の順は、第１酸化物２におけるＡｌ_２Ｏ_３が最も高く、次いで第２酸化物３におけるＦｅＡｌ_２Ｏ_４、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金粉末の順となる。

さらに、軟磁性金属粉末１と第１酸化物２の界面の垂直な方向における界面近傍層の共通元素（第１の元素）の濃度および第１酸化物２と第２酸化物３との界面の垂直な方向における共通元素（第１の元素）の濃度が傾斜的に分布していることが好ましい。共通元素の濃度が傾斜的に分布すると、軟磁性金属粉末１と第１酸化物２との界面（または、界面近傍層）および第１酸化物２と第２酸化物３との界面（または、界面近傍層）で各構成成分の拡散が生じる。つまり、界面近傍層で、共通元素（第１の元素）の傾斜分布が形成される。このような傾斜分布が、異材同士の一体性、異材間での剥離の発生率、密着性の指標となる。

本実施の形態の複合磁性材料１００に用いる軟磁性金属粉末１としてはＦｅ単体、ＦｅとＡｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｎｉ、ＳｉおよびＣａから選ばれる合金粉末またはアモルファス合金、金属ガラスなどがあげられる。軟磁性金属粉末１の平均粒径としては１μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。軟磁性金属粉末１の平均粒径を１μｍ以上とすることで軟磁性金属粉末１の凝集なく、他材料との混合・分散時に軟磁性金属粉末１を独立した１つの粒子として形成することができる。また、軟磁性金属粉末１の１００μｍ以下とすることで軟磁性金属粉末１同士の接触で生じる渦電流損失の発生を抑制することができる。より好ましくは軟磁性金属粉末１の平均粒径を３μｍ以上６０μｍ以下とすることでより顕著な効果を奏することができる。

本実施の形態の複合磁性材料１００に用いる第１酸化物２としてはＡｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｎｉ、ＳｉおよびＣａのいずれかから選ばれる元素と酸素を含む酸化物であり、この元素がＡｌの場合はＡｌ_２Ｏ_３、Ｃｒの場合はＣｒ_２Ｏ_３、Ｔｉの場合はＴｉＯ、Ｍｇの場合はＭｇＯ、Ｎｉの場合はＮｉＯ、Ｓｉの場合はＳｉＯ_２、Ｃａの場合はＣａＯとなる。原材料の種類と配合量によって、第１酸化物２は所望の元素と酸素からなる酸化物となる。

なお、第１酸化物２としては上述した酸化物に軟磁性金属粉末１に含まれる他の元素を含む複合酸化物で形成してもよい。また、第１酸化物２が、複数の軟磁性金属粉末１の間を十分に絶縁できればよく、本実施の形態における第１酸化物２は構成元素が限定されるものではない。

本実施の形態の複合磁性材料１００に用いる第２酸化物３としては各種フェライト材料からなり代表的なフェライト材料としてはＭｎ−Ｎｉ系、Ｎｉ−Ｚｎ系、Ｍｇ−Ｚｎ系および化学式ＦｅＡｌ _２Ｏ_４で表されるヘルシナイトに各種添加元素を配合して磁性を持たせたスピネル構造焼結体等があげられる。

また、本実施の形態における複合磁性材料１００の軟磁性金属粉末１は、Ｆｅを含む磁性金属と、他成分とからなるものであってもよい。ここでＦｅを含む磁性金属としてはＦｅ金属、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金またはＦｅ−Ｎｉ系合金があげられる。

また、他元素としては具体的にＡｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｎｉ、ＳｉおよびＣａがあげられる。ここでＦｅを含む磁性金属としてＦｅ金属、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金を選択した場合、この他元素はＡｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｎｉ、ＳｉおよびＣａを選ぶことができ軟磁性金属粉末１の表層における他元素の濃度は軟磁性金属粉末１の総量を１００ｗｔ％としたとき０．５ｗｔ％以上かつ１０ｗｔ％以下とすることが好ましい。この他元素を０．５ｗｔ％以上とすることで軟磁性金属粉末１を熱処理した際に軟磁性金属粉末１の表層に第１酸化物２を均一に分布させることができ、その結果、軟磁性金属粉末１を熱処理することによって形成される第１酸化物を軟磁性金属粉末１の表面に均一に形成することができる。また、１０ｗｔ％以下とすることで高い磁気特性を実現することができる。

なお、Ｆｅを含む磁性金属としてＦｅ−Ｎｉ系合金を選択した場合はこの限りではなく軟磁性金属粉末１の表層における他元素の濃度は限定されるものではない。

上記記載については、実施の形態１だけに適応されるものではなく、後述する他の実施の形態についても同様のことが言える。

＜コイル部品８の構造＞
次に本実施の形態の複合磁性材料１００を用いたコイル部品について図４を参照しながら説明する。

図４は、コイル部品の分解斜視図である。コイル部品８は、別体の複合磁性材料１００と巻線コイル７とを組み立ててなり、上述した複合磁性材料１００を用いることで機械強度の高いコイル部品を実現することができる。

なお、コイル部品８に、後述する実施の形態１以外の実施の形態の複合磁性材料１００を用いてもよい。

＜電源装置１１の構造＞
次に本実施の形態の電源装置について、図５を参照しながら説明する。

図５は本実施の形態の電源装置１１を示す回路図であり、スイッチング素子９と、スイッチング素子９のスイッチング動作を制御する駆動回路１０と、スイッチング素子９に接続されるコイル部品８を有する。本実施の形態のコイル部品８を有する電源装置１１はコイル部品８の機械強度が高いため、高信頼性を有する電源装置１１を実現することができる。

なお、電源装置１１のコイル部品８に、後述する実施の形態１以外の実施の形態の複合磁性材料１００を用いてもよい。

＜複合磁性材料１００の製造方法＞
次に本実施の形態の複合磁性材料１００の製造方法について説明する。

なお、以下に示す製造方法は一実施例であり、本実施の形態の複合磁性材料１００の製造方法はこれに限定されるものではない。

図６は実施の形態１の複合磁性材料１００の製造方法を示すフロー図である。本実施の形態における複合磁性材料１００に用いる軟磁性金属粉末１はガスアトマイズ法で製造され、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金である。この合金の組成は１０．０ｗｔ％Ｓｉ、５．０ｗｔ％Ａｌ、Ｂａｌ．Ｆｅである。この合金の平均粒径は２７μｍである。

軟磁性金属粉末１の熱処理工程（ステップＳ１）では、軟磁性金属粉末１が大気雰囲気中、１０００℃で２時間の熱処理を施され、軟磁性金属粉末１の表面に０．１μｍのＡｌ_２Ｏ_３（第１酸化物２）が形成される。

次に原材料の混合・分散工程（ステップＳ２）では、第１酸化物２が表面に形成された軟磁性金属粉末１を１００ｗｔ％としたとき、Ｆｅ_２Ｏ_３粉末を７．２ｗｔ％と、Ａｌ_２Ｏ_３粉末を９．５ｗｔ％と、磁性を持たせる為にＭｎＯ粉末を３．３ｗｔ％とを配合した。これらを混合および分散し、さらにシリコーン樹脂と、有機溶剤とを回転ボールミルで混合・分散して混合粉末を得る。

次に加圧成形工程（ステップＳ３）では、ステップ２で得た混合粉末が７ｔｏｎ／ｃｍ^２で加圧成形され、所定形状の成形体が得られる。

更に、成形体の熱処理工程（ステップＳ４）では、ステップＳ３で得られた成形体に８００℃、窒素−０．５ｖｏｌ％水素の強還元雰囲気で６時間の熱処理を施す。その結果、軟磁性金属粉末１がＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金、第１酸化物２がＡｌ_２Ｏ_３、第２酸化物３がＭｎを含むＦｅＡｌ_２Ｏ_４の本実施の形態の複合磁性材料１００が形成される。

軟磁性金属粉末１同士が接触しないように、軟磁性金属粉末１は第１酸化物２および第２酸化物３によって絶縁される。一方、第１酸化物２および第２酸化物３の各々は、軟磁性金属粉末１とは異なり焼結材料である。フェライトである第２酸化物３は十分に焼結される必要がある。

なお、ステップＳ４における熱処理条件によって、Ｆｅ_２Ｏ_３粉末およびＡｌ_２Ｏ_３粉末は合成され、ＦｅＡｌ_２Ｏ_４は生成される。軟磁性金属粉末１の表面に生成していたＡｌ_２Ｏ_３（第１酸化物２）の一部は分解され、分解されたＡｌ_２Ｏ_３のＡｌ元素がＦｅＡｌ_２Ｏ_４に取り込まれる。その結果、図１に示すように、第１酸化物２の表面に第１凹部４が形成される。

なお、出発原料として配合したＦｅ_２Ｏ_３粉末とＡｌ_２Ｏ_３粉末の配合量は生成するべき第２酸化物３の種類および生成量によって適宜選定および調整すればよく、上述した配合量に限定されるものではない。

化学量論組成に近く、安定したＦｅＡｌ_２Ｏ_４を得るために軟磁性金属粉末１の表面に形成されるＡｌ_２Ｏ_３（第１酸化物２）の分解を考慮して、出発原料の配合量を予め調整すればよい。また、熱処理温度と時間を調整することで第１酸化物２の表面に形成される第１凹部４の大きさは調整される。すなわち、安定したＦｅＡｌ_２Ｏ_４を得るために、原料粉末として配合するＦｅ_２Ｏ_３粉末に対してＡｌ_２Ｏ_３粉末を少なく配合しておくことにより、Ｆｅ_２Ｏ_３がＡｌ_２Ｏ_３（第１酸化物２）と結合し、その結果、第１酸化物２の表面に大きな第１凹部４が形成される。

なお、本実施の形態では第２酸化物３を生成する出発原料としてＦｅ_２Ｏ_３粉末およびＡｌ_２Ｏ_３粉末を用いたが、本実施の形態の複合磁性材料１００の製造方法はこれに限定されるものではない。例えば、第２酸化物３として形成したい酸化物を予め合成し、粉砕したものを粉末として用いてもよい。

（実施の形態２）
次に実施の形態２について、図７〜図１０を参照しながら説明する。

図７は実施の形態２における複合磁性材料の断面を示す模式図で、図８は図７に示す複合磁性材料の模式図の部分拡大図である。

なお、本実施の形態の説明では、実施の形態１と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。

図７に示す実施の形態２における複合磁性材料１００の構成と、図1に示す実施の形態１における複合磁性材料１００の構成で異なる点は、軟磁性金属粉末１は表面に第２凹部５を有する点である。

実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、特に車載用途で求められる高い機械強度を実現することができる。

すなわち、図１１に示す従来の複合磁性材料２００と比較して、本実施の形態の複合磁性材料１００は、軟磁性金属粉末１と第１酸化物２の密着面積、および、第１酸化物２と第２酸化物３との密着面積が大きいことから、複合磁性材料１００の機械強度を向上させることができる。

実施の形態２における複合磁性材料１００に用いる第１酸化物２で被覆される複数の軟磁性金属粉末１のそれぞれの間に介在する第２酸化物３に含まれる元素は、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｎｉ、ＳｉおよびＣａの少なくとも１つから選ばれる。この構成により、後述する成形体の熱処理工程において複数の軟磁性金属粉末１の表面にＡｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｎｉ、ＳｉおよびＣａが拡散してこれら元素が含まれる酸化物が形成される。この酸化物は第２凹部５に設けられる第１酸化物２となる。

また、軟磁性金属粉末１表面からの第１酸化物２の平均厚みは、５００ｎｍ以下とすることが好ましい。５００ｎｍ以下とすることで、磁束を遮るギャップを小さくでき、十分な磁気特性を確保することができる。この第１酸化物２の平均厚みは少なくとも５ｎｍ以上５００ｎｍ以下にすることが好ましい。

なお、第１酸化物２の平均厚みの確認方法は、実施の形態１と同様に、複合磁性材料１００の任意の断面で割ったときの上面をＸＭＡ（Ｘ−ｒａｙ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ）を用いて元素分析し、第１酸化物２の有無を測定し、確認することができる。

また、本実施の形態における軟磁性金属粉末１、第１酸化物２、第２酸化物３の各々に共通に含まれるの第１の元素の濃度は、実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を省略する。

さらに、軟磁性金属粉末１と第１酸化物２との界面および第１酸化物２と第２酸化物３との界面における共通元素の濃度が傾斜的に分布している点についても実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を省略する。

また、実施の形態１と同様に、第２酸化物３が磁気特性を有するフェライト材料で形成されることによって、軟磁性金属粉末１のそれぞれの間を電気的に絶縁し、かつさらに高い磁気特性を得ることができる。

本実施の形態の複合磁性材料１００における軟磁性金属粉末１としては、Ｆｅ単体、ＦｅとＡｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｎｉ、ＳｉおよびＣａのうち少なくとも１つから選ばれる合金粉末、またはアモルファス、金属ガラス粉末があげられる。また、軟磁性金属粉末１の平均粒径としては、１μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。軟磁性金属粉末１の平均粒径を１μｍ以上とすることで、軟磁性金属粉末１の凝集なく、他材料との混合・分散時に、軟磁性金属粉末１を独立した１つの粒子として形成することができる。また軟磁性金属粉末１の平均粒径を１００μｍ以下とすることで、渦電流損失を抑制ことができる。より好ましくは、軟磁性金属粉末１の平均粒径を３μｍ以上５０μｍ以下とすることで、より顕著な効果を奏することができる。

本実施の形態の複合磁性材料１００についても実施の形態１と同様に、第１酸化物２はＡｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｎｉ、ＳｉおよびＣａのいずれかから選ばれる元素と酸素を含む酸化物である。原材料の種類と配合量によって、所望の元素と酸素からなる第１酸化物２を形成することができる。

本実施の形態の複合磁性材料１００に用いる第２酸化物３としては、各種フェライト材料からなる。代表的なフェライト材料としては、Ｍｎ−Ｚｎ系、Ｎｉ−Ｚｎ系、Ｍｇ−Ｚｎ系およびヘルシナイト等に各種元素を配合して磁性を持たせたスピネル構造焼結体等があげられる。

なお、図４を参照しながら既に説明したコイル部品８に本実施の形態の複合磁性材料１００を用いても良い。

効果など、実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を省略する。

また、図５を参照しながら説明したコイル部品８を用いた電源装置１１についても、本実施の形態の複合磁性材料１００を用いてもよい。実施の形態２の複合磁性材料１００を用いた場合でも、実施の形態１の複合磁性材料１００を用いた場合と同様の効果が得られる。

＜複合磁性材料１００の製造方法＞
次に本実施の形態の複合磁性材料１００の製造方法について説明する。

なお、以下に示す製造方法は、一実施例であり、本発明の複合磁性材料１００の製造方法はこれに限定されるものではない。

なお、本実施の形態の製造方法を示すフロー図は、図６と同様である。よって、図６を参照しながら本実施の形態の製造方法について説明する。

図６は本発明の複合磁性材料１００の製造方法を示す製造工程フローチャートである。
まず、複合磁性材料１００に用いる軟磁性金属粉末１は、ガスアトマイズ法で作製したＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金とし、この合金組成が、１０．０ｗｔ％Ｓｉ、５．０ｗｔ％Ａｌ、Ｂａｌ．Ｆｅである。この合金の平均粒径は３０μｍである。

なお、軟磁性金属粉末１の作製方法としては、ガスアトマイズ法の他に、粉砕法や、水アトマイズ法などがある。軟磁性金属粉末１の表面形状は、作製方法や、組成によって変わる。

軟磁性金属粉末１の熱処理工程（ステップＳ１）として、大気雰囲気中、８００℃で２時間の熱処理を施して、軟磁性金属粉末１の表面に厚み０．１μｍのＡｌ₂Ｏ₃（第１酸化物２）が形成される。

次に原材料の混合・分散工程（ステップＳ２）では、第１酸化物２が表面に形成された軟磁性金属粉末１を１００ｗｔ％としたとき、Ｆｅ₂Ｏ₃粉末を１０ｗｔ％と、Ａｌ₂Ｏ₃粉末を１２．５ｗｔ％とを配合した。これらを混合および分散し、さらにアクリル樹脂と、有機溶剤とを回転ボールミルで混合・分散して、混合粉末を得る。

次に加圧成形工程（ステップＳ３）として、この混合粉末を８ｔｏｎ／ｃｍ²で加圧成形して所定形状の成形体を得る。

次に成形体の熱処理工程（Ｓ４）では、ステップＳ３で得られた成形体に１０００℃、窒素−１ｖｏｌ％水素の還元雰囲気で５時間の熱処理を施す。その結果、軟磁性金属粉末１がＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金、第１酸化物２がＡｌ₂Ｏ₃、第２酸化物３がＦｅＡｌ₂Ｏ₄の本実施の形態の複合磁性材料１００が形成される。

軟磁性金属粉末１同士が接触しないように、軟磁性金属粉末１は第２酸化物３によって絶縁される。フェライトである第２酸化物３は十分に焼結される必要がある。

なお、ステップＳ４における熱処理条件によって、Ｆｅ₂Ｏ₃粉末およびＡｌ₂Ｏ₃粉末は合成され、ＦｅＡｌ₂Ｏ₄は生成される。予め軟磁性金属粉末１の表面に生成していたＡｌ₂Ｏ₃（第１酸化物２）の一部は、Ｆｅ₂Ｏ₃粉末と反応しＦｅＡｌ₂Ｏ₄を生成する。これによって、本実施の形態の第１酸化物２の表面に設けられる第１凹部４が形成される。

なお、出発原料として配合したＦｅ₂Ｏ₃粉末およびＡｌ₂Ｏ₃粉末の配合量は、第２酸化物３の生成量に応じて適宜調整することができる。化学量論的組成に近く、安定したＦｅＡｌ₂Ｏ₄を得るために、軟磁性金属粉末１の表面に形成される第１酸化物２であるＡｌ₂Ｏ_3の量を考慮して、出発原料の配合量を調整すればよい。また、ステップＳ４における熱処理温度、時間、雰囲気を調整することで、第１酸化物２の表面に形成される第１凹部４の大きさや、軟磁性金属粉末１の表面に形成される第２凹部５の大きさを調整することができる。原料粉末として配合するＦｅ₂Ｏ₃粉末に対して、Ａｌ₂Ｏ₃粉末を少なく配合しておくことで、Ｆｅ₂Ｏ₃がＡｌ₂Ｏ₃（第１酸化物２）と反応した結果、安定したＦｅＡｌ₂Ｏ₄（第２酸化物３）を得ることができる。

なお、本説明では第２酸化物３を生成する出発原料としてＦｅ₂Ｏ₃粉末およびＡｌ₂Ｏ₃粉末を用いたが、本実施の形態の複合磁性材料１００の製造方１法はこれに限定されるものではなく、第２酸化物３として形成したい酸化物を予め合成し粉砕したものを粉末として用いることもできる。

（実施の形態２の変形例１）
本発明の本実施の形態２の変形例１における複合磁性材料１００を図９に示す。図９に示すように、第２凹部５は、軟磁性金属粉末１が内部酸化することによって生成され、熱処理雰囲気の酸素分圧を制御することにより、第１酸化物２とは異なる第３酸化物１４が生成される。

本実施の形態の複合磁性材料１００の一例としては、軟磁性金属粉末が１Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金の場合、第３酸化物１４はＳｉＯ₂である。このように、第１酸化物２とは異なる第３酸化物１４が生成されることによって、内部応力が大きくなり、大きな凹凸を有する第２凹部５が形成され、さらに密着力を向上させることができる。

（実施の形態２の変形例２）
図１０は本実施の形態２の変形例２を示す図である。

図１０に示すように本発明の複合磁性材料１００において、第１凹部４は第２凹部５内に設けられている。

例えば、放電プラズマ焼結などの急速昇温熱処理によって、図１０に示す構造を形成できる。このような構成とすることで、第２酸化物３の体積を増加させることができ、磁気特性の向上を図ることができる。

本発明の複合磁性材料１００に用いる第２酸化物３としては、各種フェライト材料からなる。代表的なフェライト材料としては、Ｍｎ−Ｚｎ系、Ｎｉ−Ｚｎ系、Ｍｇ−Ｚｎ系およびヘルシナイト等に各種元素を配合して磁性を持たせたスピネル構造焼結体等があげられる。

本発明は磁気特性に優れかつ機械強度が高い複合磁性材料とこれを用いたコイル部品ならびに電力変換装置に関するものであり、特に車載用途のインダクタ部品に有用である。

１，２１ 軟磁性金属粉末
２，２２ 第１酸化物
３，２３ 第２酸化物
４，４Ａ 第１凹部
５ 第２凹部
７ 巻線コイル
８ コイル部品
９ スイッチング素子
１０ 駆動回路
１１ 電源装置
１４ 第３酸化物
２０ 第１酸化物の平均厚み
１００，２００ 複合磁性材料

Claims (11)

1. 複数の軟磁性金属粉末と、
   前記複数の軟磁性金属粉末の第１の表面を被覆する第１酸化物と、
   前記第１酸化物の表面を被覆し、前記第１酸化物で被覆された前記複数の軟磁性金属粉末の間に介在する第２酸化物と
   を備え、
   前記第１酸化物は表面に第１凹部を有し、
   前記第１凹部に前記第２酸化物が設けられ、
   前記複数の軟磁性金属粉末の表面の一部と、前記第２酸化物が、当接し、
   前記第１酸化物が前記複数の軟磁性金属粉末と当接する面積をＡ、
   前記第２酸化物が前記複数の軟磁性金属粉末と当接する面積をＢとすると、
   Ａ／Ｂは０．２５以上４以下とする複合磁性材料。
2. 前記複数の軟磁性金属粉末に含まれる元素の少なくとも１つは第１の元素であり、
   前記第１酸化物に含まれる元素の少なくとも１つは前記第１の元素であり、
   前記第２酸化物に含まれる元素の少なくとも１つは前記第１の元素であり、
   前記第１の元素は、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｎｉ、ＳｉおよびＣａのいずれかであり、
   前記複数の軟磁性金属粉末に含まれる前記第１の元素の濃度をＬ、
   前記第１酸化物に含まれる前記第１の元素の濃度をＭ、
   前記第２酸化物に含まれる前記第１の元素の濃度をＮとしたとき、
   Ｌ＜Ｎ＜Ｍの関係式をみたす請求項１に記載の複合磁性材料。
3. 前記複数の軟磁性金属粉末に含まれる元素の少なくとも１つは第１の元素であり、
   前記第１酸化物に含まれる元素の少なくとも１つは前記第１の元素であり、
   前記第２酸化物に含まれる元素の少なくとも１つは前記第１の元素であり、
   前記第１の元素は、Ａｌ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｎｉ、ＳｉおよびＣａのいずれかであり、
   前記複数の軟磁性金属粉末および前記第１酸化物の界面に垂直な方向における界面近傍層の前記第１の元素の濃度と、
   前記第１酸化物および前記第２酸化物の界面に垂直な方向における界面近傍層の前記第１の元素の濃度は、
   傾斜分布している請求項１に記載の複合磁性材料。
4. 請求項１〜３いずれかに記載の複合磁性材料であって、
   前記複数の軟磁性金属粉末は表面に第２凹部を有する複合磁性材料。
5. 請求項４に記載の複合磁性材料であって、
   前記第２凹部に第３酸化物が形成される複合磁性材料。
6. 請求項１〜４いずれかに記載の複合磁性材料であって、
   前記第２酸化物はフェライト材料である複合磁性材料。
7. 請求項１〜４いずれかに記載の複合磁性材料であって、
   前記第１酸化物はフェライト材料である複合磁性材料。
8. 請求項１〜４いずれかに記載の複合磁性材料であって、
   前記複数の軟磁性金属粉末の表面からの前記第１酸化物の平均厚みは５ｎｍ以上かつ５００ｎｍ以下である複合磁性材料。
9. 請求項１〜４いずれかに記載の複合磁性材料であって、
   前記複数の軟磁性金属粉末はＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金、
   前記第１酸化物はＡｌ_２Ｏ_３、
   前記第２酸化物はＦｅＡｌ_２Ｏ_４を含む複合磁性材料。
10. 巻線コイルの巻回内に請求項１〜４いずれかに記載の複合磁性材料を配置したコイル部品。
11. スイッチング素子と、
    前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御する駆動回路と、
    前記スイッチング素子に接続された請求項１０に記載のコイル部品と
    を備えた電源装置。

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