特許 6358491 圧粉磁心、それを用いたコイル部品および圧粉磁心の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6358491

(24)【登録日】2018年6月29日

(45)【発行日】2018年7月18日

(54)【発明の名称】圧粉磁心、それを用いたコイル部品および圧粉磁心の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01F 27/255 20060101AFI20180709BHJP

   H01F 1/24 20060101ALI20180709BHJP

   H01F 41/02 20060101ALI20180709BHJP

【ＦＩ】

   H01F27/255

   H01F1/24

   H01F41/02 D

【請求項の数】5

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2013-268356(P2013-268356)

(22)【出願日】2013年12月26日

(65)【公開番号】特開2015-126047(P2015-126047A)

(43)【公開日】2015年7月6日

【審査請求日】2016年11月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005083

【氏名又は名称】日立金属株式会社

(72)【発明者】

【氏名】西尾 好正

(72)【発明者】

【氏名】野口 伸

(72)【発明者】

【氏名】西村 和則

【審査官】 井上 健一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１４３２８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０９８２１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０１２００９７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−２４９８３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１９５９８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−２１６４９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００５／０９３１１１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−２３３８２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｆ ２７／２５５

Ｈ０１Ｆ ４１／０２

Ｈ０１Ｆ １／２４

Ｈ０１Ｆ １／３３

Ｂ２２Ｆ １／０２

Ｂ２２Ｆ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｆｅ、ＳｉおよびＣｒを含むＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉を用いた圧粉磁心であって、
前記Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉の合金相同士がＦｅ、ＳｉおよびＣｒを含む酸化物相を介して結合された組織を有し、
前記酸化物相は、前記合金相側に、質量比で前記合金相よりもＣｒの含有量およびＳｉの含有量が大きく、かつＣｒおよびＳｉの含有量の合計がＦｅの含有量よりも大きいＣｒ−Ｓｉ濃化部を有し、
前記酸化物相における前記Ｃｒ−Ｓｉ濃化部同士の間に、Ｆｅ、ＳｉおよびＣｒを含み、質量比で、Ｆｅ、ＳｉおよびＣｒのうちＣｒの含有量が最も多いＣｒ濃化部を有することを特徴とする圧粉磁心。

【請求項2】

Ｆｅ、ＳｉおよびＣｒを含むＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉を用いた圧粉磁心であって、
前記Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉の合金相同士がＦｅ、ＳｉおよびＣｒを含む酸化物相を介して結合された組織を有し、
前記酸化物相は、前記合金相側に、質量比で前記合金相よりもＣｒの含有量およびＳｉの含有量が大きく、かつＣｒおよびＳｉの含有量の合計がＦｅの含有量よりも大きいＣｒ−Ｓｉ濃化部を有し、
前記酸化物相における前記Ｃｒ−Ｓｉ濃化部同士の間に 質量比で、Ｆｅ、ＳｉおよびＣｒのうちＦｅの含有量が最も大きいＦｅ濃化部を有することを特徴とする圧粉磁心。

【請求項3】

前記酸化物相における前記Ｃｒ−Ｓｉ濃化部同士の間は、質量比で、Ｆｅ、ＳｉおよびＣｒのうちのＳｉの含有量がＣｒ−Ｓｉ濃化部よりも少ないことを特徴とする請求項１または２に記載の圧粉磁心。

【請求項4】

請求項１〜３に記載の圧粉磁心と、前記圧粉磁心の周囲に巻装されたコイルとを有することを特徴とするコイル部品。

【請求項5】

Ｆｅ、ＳｉおよびＣｒを含むＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉を用いた圧粉磁心の製造方法であって、
Ｆｅ、ＳｉおよびＣｒを含むＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉とバインダーを混合する第１の工程と、
前記第１の工程を経て得られた混合物を加圧成形する第２の工程と、
前記第２の工程を経て得られた成形体を熱処理する第３の工程とを有し、
前記Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉の表面にＳｉ化合物が配置された状態で、酸化性雰囲気で前記熱処理を行い、
前記Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉の合金相同士がＦｅ、ＳｉおよびＣｒを含む酸化物相を介して結合された組織を有し、
前記酸化物相が、前記合金相側に、質量比で前記合金相よりもＣｒの含有量およびＳｉの含有量が大きく、かつＣｒおよびＳｉの含有量の合計がＦｅの含有量よりも大きいＣｒ−Ｓｉ濃化部を有し、
前記酸化物相における前記Ｃｒ−Ｓｉ濃化部同士の間に 、Ｆｅ、ＳｉおよびＣｒを含み、質量比で、Ｆｅ、ＳｉおよびＣｒのうちＦｅの含有量が最も大きいＦｅ濃化部を有する、または、質量比で、Ｆｅ、ＳｉおよびＣｒのうちＣｒの含有量が最も多いＣｒ濃化部を有し、
かつ、前記Ｃｒ−Ｓｉ濃化部同士の間は、質量比で、Ｆｅ、ＳｉおよびＣｒのうちのＳｉの含有量がＣｒ−Ｓｉ濃化部よりも少ない圧粉磁心を得ることを特徴とする圧粉磁心の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、軟磁性合金粉を用いた圧粉磁心、圧粉磁心の周囲にコイルを巻装して構成されたコイル部品および圧粉磁心の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、家電機器、産業機器、車両など多種多様な用途において、インダクタ、トランス、チョーク等のコイル部品が用いられている。コイル部品は、磁性コアと、磁性コアの周囲に巻装されたコイルで構成される。かかる磁性コアには、磁気特性、形状自由度、価格に優れるフェライトが広く用いられている。

【0003】

近年、電子機器等の電源装置の小型化が進んだ結果、小型・低背で、かつ大電流に対しても使用可能なコイル部品の要求が強くなり、フェライトと比較して飽和磁束密度が高い金属系磁性粉末を使用した圧粉磁心の採用が進んでいる。金属系磁性粉末としては、例えばＦｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系などの磁性合金粉末が用いられている。

【0004】

一方、Ｆｅ−Ｓｉ系、Ｆｅ−Ｎｉ系などの磁性合金粉末を圧密化して得られる圧粉磁心は、フェライトに比較して飽和磁束密度が高い反面、合金粉末であるため電気抵抗率が低い。そのため、合金粉末表面に絶縁性被覆を形成したのち成形するなど、磁性合金粉末間の絶縁性を高める方法が適用されている。特許文献１には、Ｆｅ_{１００−ａ−ｂ}Ｓｉ_ａＣｒ_ｂ（重量％で、０≦ａ≦８、０＜ｂ≦３）の組成の軟磁性金属粉末に耐熱性絶縁性酸化物を付着させ、非酸化性雰囲気で熱処理することにより、粉末表面にＣｒリッチな絶縁性被膜が形成された軟磁性金属粉末およびそれを用いた圧粉体が開示されている。特許文献１では、高温熱処理が可能で、低ヒステリシス損失および高電気抵抗を備えた圧粉体を得ることをその目的としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００８−１９５９８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に開示された圧粉磁心は、Ｃｒを含み、かつ絶縁性酸化物が形成されていることから、Ｆｅ−Ｓｉ系等の圧粉磁心に比べて耐食性と絶縁性に優れる圧粉磁心が得られることが期待される。しかしながら、圧粉磁心においては、耐食性等のみならず、製造時の安定性、使用時の信頼性を確保するために高い強度が必要とされる。コイル部品が小型になればなるほど高強度化の必要性は高まる。この点、上述のように特許文献１に開示された圧粉磁心は、耐食性等の向上は期待されるものの、かかる高強度化に対しては必ずしも十分なものではなかった。

【0007】

そこで、上記問題点に鑑み、本発明は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉を用いた圧粉磁心において、強度に優れた圧粉磁心、それを用いたコイル部品および圧粉磁心の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の圧粉磁心は、Ｆｅ、ＳｉおよびＣｒを含むＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉を用いた圧粉磁心であって、前記Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉の合金相同士がＦｅ、ＳｉおよびＣｒを含む酸化物相を介して結合された組織を有し、前記酸化物相は、前記合金相側に、質量比で前記合金相よりもＣｒの含有量およびＳｉの含有量が大きく、かつＣｒおよびＳｉの含有量の合計がＦｅの含有量よりも大きいＣｒ−Ｓｉ濃化部を有し、前記酸化物相における前記Ｃｒ−Ｓｉ濃化部同士の間に、Ｆｅ、ＳｉおよびＣｒを含み、質量比で、Ｆｅ、ＳｉおよびＣｒのうちＣｒの含有量が最も多いＣｒ濃化部を有することを特徴とする。

【0009】

また本発明は、Ｆｅ、ＳｉおよびＣｒを含むＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉を用いた圧粉磁心であって、前記Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉の合金相同士がＦｅ、ＳｉおよびＣｒを含む酸化物相を介して結合された組織を有し、前記酸化物相は、前記合金相側に、質量比で前記合金相よりもＣｒの含有量およびＳｉの含有量が大きく、かつＣｒおよびＳｉの含有量の合計がＦｅの含有量よりも大きいＣｒ−Ｓｉ濃化部を有し、前記酸化物相における前記Ｃｒ−Ｓｉ濃化部同士の間に 質量比で、Ｆｅ、ＳｉおよびＣｒのうちＦｅの含有量が最も大きいＦｅ濃化部を有することを特徴とする。

【0010】

前記酸化物相における前記Ｃｒ−Ｓｉ濃化部同士の間は、質量比で、Ｆｅ、ＳｉおよびＣｒのうちのＳｉの含有量がＣｒ−Ｓｉ濃化部よりも少ないのが好ましい。
また、本発明のコイル部品は、前記圧粉磁心と、前記圧粉磁心の周囲に巻装されたコイルとを有することを特徴とする。

【0011】

Ｆｅ、ＳｉおよびＣｒを含むＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉を用いた圧粉磁心の製造方法であって、Ｆｅ、ＳｉおよびＣｒを含むＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉とバインダーを混合する第１の工程と、前記第１の工程を経て得られた混合物を加圧成形する第２の工程と、前記第２の工程を経て得られた成形体を熱処理する第３の工程とを有し、前記Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉の表面にＳｉ化合物が配置された状態で、酸化性雰囲気で前記熱処理を行い、前記Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉の合金相同士がＦｅ、ＳｉおよびＣｒを含む酸化物相を介して結合された組織を有し、前記酸化物相が、前記合金相側に、質量比で前記合金相よりもＣｒの含有量およびＳｉの含有量が大きく、かつＣｒおよびＳｉの含有量の合計がＦｅの含有量よりも大きいＣｒ−Ｓｉ濃化部を有し、前記酸化物相における前記Ｃｒ−Ｓｉ濃化部同士の間に、Ｆｅ、ＳｉおよびＣｒを含み、質量比で、Ｆｅ、ＳｉおよびＣｒのうちＦｅの含有量が最も大きいＦｅ濃化部を有する、または、質量比で、Ｆｅ、ＳｉおよびＣｒのうちＣｒの含有量が最も多いＣｒ濃化部を有し、かつ、前記Ｃｒ−Ｓｉ濃化部同士の間は、質量比で、Ｆｅ、ＳｉおよびＣｒのうちのＳｉの含有量がＣｒ−Ｓｉ濃化部よりも少ない圧粉磁心を得ることを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉を用いた圧粉磁心において、強度に優れた圧粉磁心、それを用いたコイル部品および前記圧粉磁心の製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態である圧粉磁心の断面ＴＥＭ写真である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明に係る圧粉磁心は、Ｆｅ、ＳｉおよびＣｒを含むＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉を用いた圧粉磁心であり、前記Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉の合金相同士がＦｅ、ＳｉおよびＣｒを含む酸化物相を介して結合された組織を有し、前記酸化物相は、前記合金相側に、質量比で前記合金相よりもＣｒの含有量およびＳｉの含有量が大きく、かつＣｒおよびＳｉの含有量の合計がＦｅの含有量よりも大きいＣｒ−Ｓｉ濃化部（Ｃｒ−Ｓｉリッチ部）を有することがその特徴の一つである。かかる酸化物の構成によって、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉を用いた圧粉磁心の強度を高めることが可能となる。
以下、本発明に係る圧粉磁心の実施形態を、具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

【0015】

本発明に係る圧粉磁心に用いるＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉は、含有比率の高い三つの主要元素としてＦｅ、ＳｉおよびＣｒを含む。このうち、Ｃｒは耐食性向上に寄与する元素であるため、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉は、Ｆｅ−Ｓｉ系等の合金粉に比べて耐食性に優れる。かかる軟磁性合金粉を用いるとともに、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉の合金相同士が上述の酸化物相を介して結合されることによって、耐食性と強度に優れた圧粉磁心が得られる。

【0016】

上記酸化物相の構成を圧粉磁心の製造方法とともにさらに詳述する。本発明に係る圧粉磁心は、軟磁性合金粉とバインダーを混合する第１の工程と、前記第１の工程を経て得られた混合物を加圧成形する第２の工程と、前記第２の工程を経て得られた成形体を熱処理する第３の工程とを有する製造方法によって得ることができる。第３の工程等を後述する特定の条件で行うことで、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉の合金相同士がＦｅ、ＳｉおよびＣｒを含む酸化物相を介して結合された組織を有し、前記酸化物相が、前記合金相側に、Ｃｒ−Ｓｉ濃化部を有する圧粉磁心を得ることができる。

【0017】

Ｃｒ−Ｓｉ濃化部は、第３工程の熱処理によってＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉の表面にＣｒおよびＳｉが濃化して形成される。Ｃｒは酸化しやすい元素であるため、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉の表面に酸素が存在すると、表面に拡散して濃化し、酸化物を形成する。かかる酸化物の形成の際に、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉同士が結合される。この際、Ｃｒだけでなく、Ｓｉも濃化したＣｒ−Ｓｉ濃化部を形成することが強度向上に特に有効である。また、かかるＣｒ−Ｓｉ濃化部は、電気抵抗率の向上、コアロスの低減の観点からも有利な構成である。Ｃｒ−Ｓｉ濃化部は相対的にＦｅが少ないため、Ｆｅ欠乏部（Ｆｅプア部）でもある。

【0018】

Ｃｒ−Ｓｉ濃化部を形成するＣｒおよびＳｉはＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉自体から供給されるが、それに加えてＳｉはＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉自体以外から供給されることが好ましい。かかる構成は、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉の表面にＳｉ化合物が配置された状態で、酸化性雰囲気で第３の工程の熱処理を行うことで得られる。Ｃｒ−Ｓｉ濃化部に関するこれらの構成は、圧粉体を窒素中で熱処理するために軟磁性金属粉末表面にＳｉまたはＣｒが濃化していない特許文献１に示す構成と対照をなす。

【0019】

Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉の表面にＳｉ化合物が配置された状態は、例えば（ａ）第１の工程に供する前に予めＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉の表面にＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）等を用いてＳｉ酸化物（シリカ）被膜を設けること、（ｂ）第１の工程等において、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉とコロイダルシリカを混合して、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉の表面にシリカを配置することで実現できる。なお、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉の表面にＳｉ化合物が配置された状態は上記（ａ）、（ｂ）の構成に限るものではなく、上記以外のＳｉの供給源を用いてもよい。また、Ｓｉ化合物はシリカに限らず、Ｓｉ以外の他の元素を含んでもよいし、Ｓｉ化合物以外の化合物を含んでもよい。

【0020】

前記（ａ）の方法の場合、Ｓｉ酸化物（シリカ）被膜の厚さは、これを特に限定するものではない。被膜として十分な厚さを確保するとともに、軟磁性合金粉間の距離が必要以上に大きくならないようにする観点からは、例えば２０〜５００ｎｍの範囲にすればよい。たとえば、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉をＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）、エタノール、アンモニア水の混合溶液に含浸、撹拌後、乾燥することで、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉の表面に、Ｓｉ酸化物（シリカ）被膜を形成することができる。

【0021】

前記（ａ）の方法を用いる場合、前記酸化物相における前記Ｃｒ−Ｓｉ濃化部同士の間に 質量比で、Ｆｅ、ＳｉおよびＣｒのうちＦｅの含有量が最も多いＦｅ濃化部（Ｆｅリッチ部）を有する圧粉磁心が得られる。かかる構成は圧粉磁心の強度向上に好適である。また、前記（ｂ）の方法を用いる場合、前記酸化物相における前記Ｃｒ−Ｓｉ濃化部同士の間に 質量比で、Ｆｅ、ＳｉおよびＣｒのうちＣｒの含有量が最も多いＣｒ濃化部（Ｃｒリッチ部）を有する圧粉磁心が得られる。かかる構成は、圧粉磁心の強度向上に特に好適である。なお、ＦｅまたはＣｒの含有量が多いこれらの相は、Ｃｒ−Ｓｉ濃化部よりもＳｉ含有量が少なく、これと区別することができる。Ｃｒ−Ｓｉ濃化部等を有する上記酸化物相は、相全体としてＦｅ、ＳｉおよびＣｒを含むが、それ以外の元素を含もことも可能である。但し、上記酸化物相はＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉を構成する元素の酸化物であることが好ましく、不可避不純物を除きＦｅ、ＳｉおよびＣｒのみで酸化物を構成していることがより好ましい。
上記（ａ）等の方法を用いる場合のように、加圧成形に供するＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉の表面がＳｉ化合物で覆われていても、成形体を酸化性雰囲気で熱処理することで、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉間にさらに酸化物が形成され、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉同士が結合される。

【0022】

Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉について、さらに詳述する。上述の圧粉磁心の構成を実現できるものであれば、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉の組成は、これを特に限定するものではないが、例えば以下のような組成を用いることができる。
Ｓｉは電気抵抗率や透磁率を高める元素である。かかる観点から、例えば、Ｓｉは１.０質量％以上が好ましい。より好ましくは２.０質量％以上である。一方、Ｓｉが多くなりすぎると飽和磁束密度の低下が大きくなるため、１０.０質量％以下が好ましい。より好ましくは６.０質量％以下、さらに好ましくは４.０質量％以下である。
上述のようにＣｒは耐食性等を高める元素である。かかる観点から、例えばＣｒは１.０質量％以上が好ましい。より好ましくは、Ｃｒは２.０質量％以上である。一方、Ｃｒが多くなりすぎると飽和磁束密度が低下するため７.０質量％以下が好ましい。より好ましくはＣｒは５.０質量％以下である。

【0023】

また、上記ＳｉおよびＣｒ以外の残部は主にＦｅで構成されるが、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系合金粉を使用する利点を発揮する限りにおいて、他の元素を含むこともできる。但し、他の元素の含有量はＦｅ、ＳｉおよびＣｒの含有量未満である。さらに、非磁性元素は飽和磁束密度等が低下するため、不可避不純物を除き、１.０質量％未満であることがより好ましい。Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系合金粉は、不可避不純物を除きＦｅ、ＳｉおよびＣｒで構成されることがさらに好ましい。

【0024】

軟磁性合金粉の平均粒径（ここでは、累積粒度分布におけるメジアン径ｄ５０を用いる）は、これを限定するものではないが、例えば、１μｍ以上、１００μｍ以下の平均粒径を有するものを用いることができる。平均粒径を小さくすることで、圧粉磁心の強度、コアロス、高周波特性が改善されるので、メジアン径ｄ５０はより好ましくは３０μｍ以下、さらに好ましくは１５μｍ以下である。一方、高い透磁率を得るためには平均粒径が大きいことが有効であるため、メジアン径ｄ５０はより好ましくは５μｍ以上である。

【0025】

また、軟磁性合金粉の形態もこれを特に限定するものではない。例えば、流動性等の観点からは、アトマイズ粉に代表される粒状粉を用いることが好ましい。ガスアトマイズ、水アトマイズ等のアトマイズ法は、展性や延性が高く、粉砕しにくい合金の粉末作製に好適である。また、アトマイズ法は略球状の軟磁性合金粉を得る上でも好適である。

【0026】

次に、第１の工程において用いるバインダーについて説明する。バインダーは、加圧成形する際、粉体同士を結着させ、成形後のハンドリングに耐える強度を成形体に付与する。バインダーの種類は、これを限定するものではないが、例えば、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、アクリル樹脂等の各種有機バインダーを用いることができる。有機バインダーは成形後の熱処理により、熱分解する。そのため、熱処理後においても固化、残存して粉末同士を結着する、シリコーン樹脂などの無機系バインダーを併用してもよい。但し、本発明に係る圧粉磁心の製造方法においては、第３の工程で形成される酸化物層が軟磁性合金粉同士を結着する作用があるため、上記の無機系バインダーの使用を省略して、工程を簡略化することができる。

【0027】

バインダーの添加量は、軟磁性合金粉間に十分に行きわたり、十分な成形体強度を確保できる量にすればよい。一方、これが多すぎると密度が低下するようになる。例えば、軟磁性合金粉１００重量部に対して、０.５〜３.０重量部にすることが好ましい。

【0028】

第１の工程における、軟磁性合金粉とバインダーとの混合方法はこれを特に限定するものではない。従来から知られている混合方法、混合機を用いることができる。バインダーが混合された状態では、その結着作用により、混合粉は広い粒度分布をもった凝集粉となっている。かかる混合粉を、例えば振動篩等を用いて篩に通すことによって、成形に適した所望の二次粒子径の造粒粉を得ることができる。また、加圧成形時の粉末と金型との摩擦を低減させるために、ステアリン酸、ステアリン酸塩等の潤滑材を添加することが好ましい。潤滑材の添加量は、軟磁性合金粉１００重量部に対して０.１〜２.０重量部とすることが好ましい。一方、潤滑剤は、金型に塗布することも可能である。

【0029】

次に、第１の工程を経て得られた混合物を加圧成形する第２の工程について説明する。第１の工程で得られた混合物は、好適には上述のように造粒されて、第２の工程に供される。造粒された混合物は、成形金型を用いて、トロイダル形状、直方体形状等の所定形状に加圧成形される。

【0030】

次に、前記第２の工程を経て得られた成形体を熱処理する第３の工程について説明する。成形等で導入された応力歪を緩和して良好な磁気特性を得ることを目的の一つとして第２の工程を経た成形体に対して熱処理が施される。上述したように、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉の表面にＳｉ化合物が配置された状態で、かかる熱処理を酸化性雰囲気で行うことによって、さらに、前記Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉の合金相同士がＦｅ、ＳｉおよびＣｒを含む酸化物相を介して結合された組織が形成される。すなわち、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉同士の粒界に、Ｆｅ、ＳｉおよびＣｒを含む酸化物相が層状に形成される。前記酸化物相の厚さ方向の両端側、すなわち前記合金相側には、上述のＣｒ−Ｓｉ濃化部が形成される。

【0031】

酸化性雰囲気としては、大気中、酸素ガスと不活性ガスの混合気体中など、酸素ガスが存在する雰囲気を適用することができる。また、水蒸気と不活性ガスの混合気体中など、水蒸気が存在する雰囲気を適用することもできる。これらのうち大気中の熱処理が簡便であり好ましい。また、熱処理の温度は、上記Ｃｒ−Ｓｉ濃化部が形成される温度であればこれを特に限定するものではないが、軟磁性合金粉が著しく焼結しない温度で行うことが好ましい。例えば、熱処理温度としては５００〜９００℃の範囲が好ましい。

【0032】

上記の圧粉磁心と、該圧粉磁心の周囲に巻装されたコイルとを用いてコイル部品が提供される。コイルは導線を圧粉磁心に巻回して構成してもよいし、ボビンに巻回して構成してもよい。前記圧粉磁心と前記コイルとを有するコイル部品は、例えばチョーク、インダクタ、リアクトル、トランス等として用いられる。

【0033】

なお、圧粉磁心は、上述のようにバインダー等を混合した軟磁性材料粉末だけを加圧成形した圧粉磁心単体の形態で製造してもよいし、軟磁性材料粉末とコイルとを一体で加圧成形してコイル封入構造の圧粉磁心の形態で製造してもよい。

【実施例】

【0034】

以下のようにして、軟磁性材料粉末としてＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉を用いて圧粉磁心を作製した。かかるＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉は粒状のアトマイズ粉であり、その組成は質量百分率でＦｅ−３.５％Ｓｉ−４.０％Ｃｒであった。また、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置（堀場製作所製ＬＡ−９２０）で測定した平均粒径（メジアン径ｄ５０）は９.８μｍであった。
前記Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉を用い、その表面にＳｉ化合物を配置した構成として、以下のようにしてシリコン酸化物被膜を形成したもの（粉末ａ）と、コロイダルシリカを付着させたもの（粉末ｂ）を作製した。

【0035】

前記Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉と、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン、Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_４）と、アンモニア水溶液と、エタノールとを混合、撹拌した後、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉をろ過・分離し、オーブンで乾燥して粉末ａを得た。乾燥後のＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉（粉末ａ）の表面には、厚さ約３０ｎｍのシリコン酸化物被膜が形成されていた。

【0036】

また、前記Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉１００重量部にコロイダルシリカ（固形分濃度６０質量％）を１.２重量部添加し、混合した。この混合粉を１２０℃で乾燥させた後、目開き４２５μｍの篩を通して粉末ｂを得た。

【0037】

前記粉末ａ、ｂそれぞれ１００重量部に対して、２.０重量部の割合でエマルジョンのアクリル樹脂系のバインダー（昭和高分子株式会社製ポリゾールＡＰ−６０４ 固形分４０％）を添加し、混合した。混合粉は１２０℃で１０時間乾燥し、乾燥後の混合粉を篩を通して造粒粉を得た。この造粒粉に、軟磁性合金粉１００重量部に対して０.４重量部の割合でステアリン酸亜鉛を添加、混合して成形用の混合物を得た。

【0038】

得られた混合物は、プレス機を使用して、１ＧＰａの成形圧で室温にて加圧成形した。得られたトロイダル形状の成形体に、大気中、７００℃の熱処理温度で１時間熱処理を施し、粉末ａを使用した圧粉磁心（Ｎｏ１）および粉末ｂを使用した圧粉磁心（Ｎｏ２）を得た。また、比較のために、特許文献１の構成に対応した圧粉磁心を準備した。すなわち、粉末ａを使用し、熱処理の雰囲気を窒素とした以外はＮｏ１と同様にして圧粉磁心を作製した（Ｎｏ３）。各圧粉磁心の寸法は外径１４ｍｍ、内径８ｍｍ、高さ５ｍｍとした。

【0039】

以上の工程により作製した圧粉磁心に対して一次側と二次側にそれぞれ導線を１５ターン巻回し、Ｂ−Ｈアナライザー（岩通計測株式会社製ＳＹ−８２３２）により、最大磁束密度３５ｍＴ、周波数１００ｋＨｚの条件でコアロスＰｃｖを測定した。また、初透磁率μｉは、前記トロイダル形状の圧粉磁心に導線を３０ターン巻回し、ヒューレット・パッカード社製４２８４Ａにより、周波数１００ｋＨｚで測定した。
さらに、トロイダル形状の圧粉磁心の径方向に荷重をかけ、破壊時の最大加重Ｐ（Ｎ）を測定し、次式から圧環強度σｒ（ＭＰａ）を求めた。
σｒ＝Ｐ（Ｄ−ｄ）／（Ｉｄ^２）
（ここで、Ｄ：コアの外径（ｍｍ）、ｄ：コアの肉厚（ｍｍ）、Ｉ：コアの高さ（ｍｍ）である。）
上記の測定の結果を表１に示す。

【0040】

さらに透過電子顕微鏡（ＴＥＭ／ＥＤＸ）を用いて、実施例（Ｎｏ１および２）の圧粉磁心の断面の観察・分析を行った。図１はＮｏ２の圧粉磁心のＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉間の粒界部分のＴＥＭ写真である。また、図１中のＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉の粒内１および粒界相２の分析結果を表２に示す。

【0041】

【表1】

【0042】

【表2】

【0043】

図１に示すように、粒界相２は複層構造であり、粒界相のうち軟磁性合金粉の合金相に接した両端の層は共に中央の層よりも薄く形成されていた。なお、粒界相全体の厚さは約７０ｎｍであった。表２において、粒内とは軟磁性合金粉の粒内１の合金相部分（図１の分析点Ａに相当）、粒界相（端部）とは粒界相２のうち合金相に接した両端の層の部分（図１の分析点Ｂ、Ｂ’に相当）、粒界相（中央）とは前記両端の二つの層に挟まれた中央の層の部分（図１の分析点Ｃに相当）の分析値である。

【0044】

表２の粒界相（端部）等の分析結果および図１の組織観察から明らかなように、Ｎｏ１および２の圧粉磁心とも、Ｆｅ、ＳｉおよびＣｒを含む酸化物が形成されており、該酸化物を介してＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系軟磁性合金粉の合金相同士が結合されていた。また、前記酸化物相は、前記合金相側（粒界相（端部））に、質量比で、前記合金相よりもＣｒの含有量およびＳｉの含有量が大きく、かつＣｒおよびＳｉの含有量の合計がＦｅの含有量よりも大きいＣｒ−Ｓｉ濃化部が形成されていることがわかる。また、表１に示すように、かかる構成を有するＮｏ１および２の圧粉磁心は、比較例（Ｎｏ３）の圧粉磁心に比べて高い圧環強度を示した。

【0045】

また、表２の粒界相（中央）の分析結果等から、Ｎｏ１の圧粉磁心は、粒界相（端部）の酸化物相の上側、すなわち、Ｃｒ−Ｓｉ濃化部同士の間に 質量比で、Ｆｅ、ＳｉおよびＣｒのうちＦｅの含有量が最も多い酸化物相を有することがわかる。一方、Ｎｏ２の圧粉磁心は、Ｃｒ−Ｓｉ濃化部同士の間に 質量比で、Ｆｅ、ＳｉおよびＣｒのうちＣｒの含有量が最も多い酸化物相を有することがわかる。なお、表２から、Ｃｒ−Ｓｉ濃化部に挟まれたＦｅ濃化部およびＣｒ濃化部とも、Ｆｅ，ＣｒおよびＳｉのうち、Ｓｉの含有量が最も少なくなっていることがわかる。表１に示すように、かかる構成を有するＮｏ２の圧粉磁心は、良好な磁気特性を備えつつ、特に高い強度を有することが確認された。

【符号の説明】

【0046】

１：粒内
２：粒界相

【図1】