特許 6680309 軟磁性粉末、圧粉体および磁性部品

(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】6680309

(24)【登録日】2020年3月24日

(45)【発行日】2020年4月15日

(54)【発明の名称】軟磁性粉末、圧粉体および磁性部品

(51)【国際特許分類】

   C22C 38/00 20060101AFI20200406BHJP

   H01F 1/153 20060101ALI20200406BHJP

   B22F 1/00 20060101ALI20200406BHJP

   B22F 3/00 20060101ALN20200406BHJP

【ＦＩ】

   C22C38/00 303S

   H01F1/153 108

   H01F1/153 133

   B22F1/00 Y

   !B22F3/00 B

【請求項の数】9

【全頁数】31

(21)【出願番号】特願2018-97136(P2018-97136)

(22)【出願日】2018年5月21日

(65)【公開番号】特開2019-203150(P2019-203150A)

(43)【公開日】2019年11月28日

【審査請求日】2019年2月14日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000003067

【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001494

【氏名又は名称】前田・鈴木国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】吉留 和宏

(72)【発明者】

【氏名】松元 裕之

(72)【発明者】

【氏名】堀野 賢治

(72)【発明者】

【氏名】森 智子

(72)【発明者】

【氏名】細野 雅和

(72)【発明者】

【氏名】梶浦 良紀

【審査官】 川口 由紀子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１８−１３１６８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０１２６９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０１５３５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１８−０７８２６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１８−０５３３５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１７／０２２５９４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２２Ｃ ３８／００−３８／６０

Ｃ２２Ｃ １９／００−１９／０７

Ｃ２２Ｃ ４５／０２

Ｂ２２Ｆ １／００

Ｂ２２Ｆ ３／００

Ｈ０１Ｆ １／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

組成式（Ｆｅ_{（１−（α＋β））}Ｘ１_αＸ２_β）_{（１−（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ））}Ｍ_ａＢ_ｂＰ_ｃＳｉ_ｄＣ_ｅＳ_ｆからなる成分を含む軟磁性粉末であって、
Ｘ１はＣｏおよびＮｉからなる群から選択される１種以上、
Ｘ２はＡｌ，Ｍｎ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｂｉ，Ｎ，および希土類元素からなる群より選択される１種以上、
ＭはＮｂ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，ＴｉおよびＶからなる群から選択される１種以上であり、
０≦ａ≦０．１４０
０．０２０＜ｂ≦０．２００
０＜ｃ≦０．１５０
０≦ｄ≦０．０６０
０≦ｅ≦０．０３０
０≦ｆ≦０．０１０
α≧０
β≧０
０≦α＋β≦０．５０
であり、
前記軟磁性粉末における酸素含有率が質量比で３００ｐｐｍ以上３０００ｐｐｍ以下であり、
当該成分および酸素からなる群に含まれる元素以外の元素を不可避的不純物として軟磁性粉末１００ｍａｓｓ％に対して０．１ｍａｓｓ％以下、含み、
三次元アトムプローブでＦｅ含有割合が前記軟磁性粉末全体に含まれるＦｅ含有割合よりも高い領域が繋がっているＦｅ組成ネットワーク相が観察され、
前記Ｆｅ組成ネットワーク相は、局所的にＦｅ含有割合が周囲よりも高くなるＦｅ含有割合の極大点を４０万個／μｍ^３以上有し、
全ての前記Ｆｅ含有割合の極大点の中で、配位数が１以上５以下である前記Ｆｅ含有割合の極大点の割合が８０％以上１００％以下であり、
前記軟磁性粉末全体に占める前記Ｆｅ組成ネットワーク相の体積割合が２５ｖｏｌ％以上５０ｖｏｌ％以下である軟磁性粉末。

【請求項2】

非晶質である請求項１に記載の軟磁性粉末。

【請求項3】

非晶質および微結晶からなり前記微結晶が前記非晶質中に存在するナノヘテロ構造が観察される請求項１に記載の軟磁性粉末。

【請求項4】

前記微結晶の平均粒子径が０．３〜１０ｎｍである請求項３に記載の軟磁性粉末。

【請求項5】

Ｆｅ基ナノ結晶からなる構造が観察される請求項１に記載の軟磁性粉末。

【請求項6】

前記Ｆｅ基ナノ結晶の平均粒径が３ｎｍ以上５０ｎｍ以下である請求項５に記載の軟磁性粉末。

【請求項7】

請求項１〜６のいずれかに記載の軟磁性粉末であって、圧力０．１ｔ／ｃｍ^２で圧粉された状態における体積抵抗率が０．５ｋΩ・ｃｍ以上５００ｋΩ・ｃｍ以下である軟磁性粉末。

【請求項8】

請求項１〜７のいずれかに記載の軟磁性粉末を含む圧粉体。

【請求項9】

請求項８に記載の圧粉体を有する磁性部品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、軟磁性粉末、圧粉体および磁性部品に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、電子・情報・通信機器等において低消費電力化および高効率化が求められている。さらに、低炭素化社会へ向け、上記の要求が一層強くなっている。そのため、電子・情報・通信機器等の電源回路にも、エネルギー損失の低減や電源効率の向上が求められている。そして、電源回路に使用される磁性素子の磁心には飽和磁束密度の向上やコアロス（磁心損失）の低減などが求められている。

【0003】

特許文献１には、Ｆｅ−Ｂ−Ｍ（Ｍ＝Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ）系の軟磁性非晶質合金が記載されている。本軟磁性非晶質合金は市販のＦｅアモルファスと比べて高い飽和磁束密度を有するなど、良好な軟磁気特性を有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第３３４２７６７号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、現在では、良好な軟磁気特性を有しつつ、さらに粉末抵抗が高い軟磁性粉末が求められている。

【0006】

本発明は、軟磁気特性に優れ、さらに、粉末抵抗の高い軟磁性粉末等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】

【0007】

上記の目的を達成するために、本発明の軟磁性粉末は、
組成式（Ｆｅ_{（１−（α＋β））}Ｘ１_αＸ２_β）_{（１−（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ））}Ｍ_ａＢ_ｂＰ_ｃＳｉ_ｄＣ_ｅＳ_ｆからなる主成分を含む軟磁性粉末であって、
Ｘ１はＣｏおよびＮｉからなる群から選択される１種以上、
Ｘ２はＡｌ，Ｍｎ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｂｉ，Ｎ，および希土類元素からなる群より選択される１種以上、
ＭはＮｂ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，ＴｉおよびＶからなる群から選択される１種以上であり、
０≦ａ≦０．１４０
０．０２０＜ｂ≦０．２００
０＜ｃ≦０．１５０
０≦ｄ≦０．０６０
０≦ｅ≦０．０３０
０≦ｆ≦０．０１０
α≧０
β≧０
０≦α＋β≦０．５０
であり、
前記軟磁性粉末における酸素含有率が質量比で３００ｐｐｍ以上３０００ｐｐｍ以下である。

【0008】

本発明の軟磁性粉末は、上記の構成を有することにより、軟磁気特性に優れ、さらに、粉末抵抗を高くすることができる。そして、本発明の軟磁性粉末を用いることで抵抗率の高い圧粉体を作製しやすくなる。

【0009】

本発明の軟磁性粉末は非晶質であってもよい。

【0010】

本発明の軟磁性粉末は非晶質および微結晶からなり前記微結晶が前記非晶質中に存在するナノヘテロ構造が観察されてもよい。

【0011】

本発明の軟磁性粉末は前記微結晶の平均粒子径が０．３〜１０ｎｍであってもよい。

【0012】

本発明の軟磁性粉末はＦｅ基ナノ結晶からなる構造が観察されてもよい。

【0013】

本発明の軟磁性粉末は前記Ｆｅ基ナノ結晶の平均粒径が３ｎｍ以上５０ｎｍ以下であってもよい。

【0014】

本発明の軟磁性粉末は、三次元アトムプローブでＦｅ含有割合が前記軟磁性粉末全体に含まれるＦｅ含有割合よりも高い領域が繋がっているＦｅ組成ネットワーク相が観察されていてもよく、
前記Ｆｅ組成ネットワーク相は、局所的にＦｅ含有割合が周囲よりも高くなるＦｅ含有割合の極大点を４０万個／μｍ^３以上有していてもよく、
全ての前記Ｆｅ含有割合の極大点の中で、配位数が１以上５以下である前記Ｆｅ含有割合の極大点の割合が８０％以上１００％以下であってもよい。

【0015】

本発明の軟磁性粉末は、前記軟磁性粉末全体に占める前記Ｆｅ組成ネットワーク相の体積割合が２５ｖｏｌ％以上５０ｖｏｌ％以下であってもよい。

【0016】

本発明の軟磁性粉末は、圧力０．１ｔ／ｃｍ^２で圧粉された状態における体積抵抗率が０．５ｋΩ・ｃｍ以上５００ｋΩ・ｃｍ以下であってもよい。

【0017】

本発明の圧粉体は、上記の軟磁性粉末を含む。

【0018】

本発明の磁性部品は、上記の圧粉体を有する。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】極大点を探索する工程の模式図である。

【図2】極大点を全て結ぶ線分を生成した状態の模式図である。

【図3】Ｆｅ含有割合が平均値を超える領域と平均値以下の領域とに区分した状態の模式図である。

【図4】Ｆｅ含有割合が平均値以下の領域を通過する線分を削除した状態の模式図である。

【図5】三角形内部にＦｅ含有割合が平均値以下の部分がない場合に、三角形を形成する線分のうち最も長い線分を削除した状態の模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施形態について説明する。

【0021】

本実施形態の軟磁性粉末は、組成式（Ｆｅ_{（１−（α＋β））}Ｘ１_αＸ２_β）_{（１−（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ））}Ｍ_ａＢ_ｂＰ_ｃＳｉ_ｄＣ_ｅＳ_ｆからなる主成分を含む軟磁性粉末であって、
Ｘ１はＣｏおよびＮｉからなる群から選択される１種以上、
Ｘ２はＡｌ，Ｍｎ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｂｉ，Ｎ，および希土類元素からなる群より選択される１種以上、
ＭはＮｂ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，ＴｉおよびＶからなる群から選択される１種以上であり、
０≦ａ≦０．１４０
０．０２０＜ｂ≦０．２００
０＜ｃ≦０．１５０
０≦ｄ≦０．０６０
０≦ｅ≦０．０３０
０≦ｆ≦０．０１０
α≧０
β≧０
０≦α＋β≦０．５０
であり、
前記軟磁性粉末における酸素含有率が質量比で３００ｐｐｍ以上３０００ｐｐｍ以下である。

【0022】

本実施形態に係る軟磁性粉末は、軟磁気特性が優れている。すなわち、保磁力Ｈｃが低く、飽和磁化σｓが高い。さらに、粉末抵抗が高い。そして、本実施形態に係る軟磁性粉末を含む圧粉体は体積抵抗率を向上させやすい。具体的には、体積抵抗率が０．５ｋΩ・ｃｍ以上５００ｋΩ・ｃｍ以下である圧粉体を形成しやすい。

【0023】

以下、本実施形態に係る軟磁性粉末の各成分について詳細に説明する。

【0024】

ＭはＮｂ，Ｈｆ，Ｚｒ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，ＴｉおよびＶから選択される１種以上である。

【0025】

Ｍの含有量（ａ）は０≦ａ≦０．１４０を満たす。すなわち、Ｍを含有しなくてもよい。Ｍの含有量（ａ）は０．０４０≦ａ≦０．１４０であることが好ましく、０．０４０≦ａ≦０．１００であることがさらに好ましい。ａが大きい場合には、飽和磁化σｓが低下しやすくなる。また、Ｍを含有しない場合にはＭを含有する場合と比較して飽和磁束密度が高くなる点で好ましい。

【0026】

Ｂの含有量（ｂ）は０．０２０＜ｂ≦０．２００を満たす。０．０２５≦ｂ≦０．２００であってもよい。また、０．０６０≦ｂ≦０．２００であることが好ましく、０．０６０≦ｂ≦０．１５０であることがさらに好ましい。ｂが小さい場合には、熱処理前の軟磁性粉末に粒径３０ｎｍよりも大きい結晶からなる結晶相が生じやすく、結晶相が生じる場合には、熱処理によって好適な構造とすることができない。そして、保磁力が上昇しやすくなる。ｂが大きい場合には、飽和磁化が低下しやすくなる。

【0027】

Ｐの含有量（ｃ）は０＜ｃ≦０．１５０を満たす。０．００１≦ｃ≦０．１５０であってもよい。また、０．０１０≦ｃ≦０．１５０であることが好ましく、０．０５０≦ｃ≦０．０８０であることがさらに好ましい。本実施形態に係る軟磁性合金は、Ｐを含有することにより、Ｐと酸素（Ｏ）とが結合し、粉末抵抗が上昇すると考えられる。ｃ＝０、すなわち、Ｐを含まない場合には保磁力が上昇しやすくなる。また、ｃが大きい場合には、飽和磁化が低下しやすくなる。

【0028】

Ｓｉの含有量（ｄ）は０≦ｄ≦０．０６０を満たす。すなわち、Ｓｉは含有しなくてもよい。また、０≦ｄ≦０．０３０であることが好ましい。ｄが大きい場合には、保磁力が上昇しやすくなり、飽和磁化が低下しやすくなる。

【0029】

Ｃの含有量（ｅ）は０≦ｅ≦０．０３０を満たす。すなわち、Ｃは含有しなくてもよい。また、０≦ｅ≦０．０１０であることが好ましい。ｅが大きい場合には、保磁力が上昇してしまう。

【0030】

Ｓの含有量（ｆ）は０≦ｆ≦０．０１０を満たす。すなわち、Ｓは含有しなくてもよい。また、０≦ｆ≦０．００５であることが好ましい。ｆが大きい場合には、保磁力が上昇してしまう。

【0031】

また、Ｓを含有しない場合（ｆ＝０の場合）にはＣを多く含有するほど抵抗率が低下しやすくなる。しかし、ＣとＳとを同時に含有させることでＣを含有することによる抵抗率の低下を抑制しやすくなる。

【0032】

本実施形態に係る軟磁性粉末は酸素含有率が質量比で３００ｐｐｍ以上３０００ｐｐｍ以下である。また、８００ｐｐｍ以上２０００ｐｐｍ以下であることが好ましい。酸素含有率を上記の範囲内に制御することで、飽和磁化を上昇させ、さらに、粉末抵抗を高くすることができる。さらに、本実施形態に係る軟磁性粉末を含む圧粉体の体積抵抗率を向上させやすくなり、具体的には圧力０．１ｔ／ｃｍ^２で加圧する場合に体積抵抗率が０．５ｋΩ・ｃｍ以上５００ｋΩｃｍ以下である圧粉体を得ることができる。粉末抵抗が高い軟磁性粉末を用いることで、軟磁性粉末の粒子間が十分に絶縁されるため、高い軟磁気特性と低い損失とを同時に有する圧粉体等を得ることができるためである。酸素含有率が低すぎる場合には、粉末抵抗が低下しやすくなる。酸素含有率が高すぎる場合には、粉末抵抗が低下しやすくなるとともに、飽和磁化が低下しやすくなる。

【0033】

また、本実施形態の軟磁性粉末においては、Ｆｅの一部をＸ１および／またはＸ２で置換してもよい。

【0034】

Ｘ１はＣｏおよびＮｉからなる群から選択される１種以上である。Ｘ１の含有量に関してはα＝０でもよい。すなわち、Ｘ１は含有しなくてもよい。また、Ｘ１の原子数は組成全体の原子数を１００ａｔ％として４０ａｔ％以下であることが好ましい。すなわち、０≦α｛１−（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ）｝≦０．４００を満たすことが好ましい。

【0035】

Ｘ２はＡｌ，Ｍｎ，Ａｇ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｂｉ，Ｎおよび希土類元素からなる群より選択される１種以上である。Ｘ２の含有量に関してはβ＝０でもよい。すなわち、Ｘ２は含有しなくてもよい。また、Ｘ２の原子数は組成全体の原子数を１００ａｔ％として３．０ａｔ％以下であることが好ましい。すなわち、０≦β｛１−（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ）｝≦０．０３０を満たすことが好ましい。

【0036】

ＦｅをＸ１および／またはＸ２に置換する置換量の範囲としては、原子数ベースでＦｅの半分以下とする。すなわち、０≦α＋β≦０．５００とする。α＋β＞０．５００の場合には、熱処理により本実施形態の軟磁性粉末を得ることが困難となる。

【0037】

（Ｆｅ＋Ｘ１＋Ｘ２）の含有量（１−（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ））については、任意であるが、０．６９０≦（１−（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ））≦０．９００であることが好ましい。（１−（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ））を上記の範囲内とすることで、本実施形態の軟磁性粉末製造時に粒径３０ｎｍよりも大きい結晶からなる結晶相がさらに生じにくくなる。

【0038】

なお、本実施形態に係る軟磁性粉末は上記以外の元素を不可避的不純物として含んでいてもよい。例えば、軟磁性粉末１００ｍａｓｓ％に対して０．１ｍａｓｓ％以下、含んでいてもよい。

【0039】

また、本実施形態に係る軟磁性粉末は、非晶質を含んでもよく、微結晶が前記非晶質中に存在するナノヘテロ構造を有していてもよい。非晶質を含むこと、微結晶を含むこと、および、ナノヘテロ構造を有することは、Ｘ線構造回折による方法や、透過型電子顕微鏡による高分解能像解析により格子の有無を確認する方法や、透過型電子顕微鏡による電子回折パターンによる方法などで観察することができる。微結晶の平均粒径は０．２ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好ましい。

【0040】

また、本実施形態に係る軟磁性粉末は、Ｘ線構造回折でＦｅ基ナノ結晶からなる構造が観察されることが好ましい。

【0041】

Ｆｅ基ナノ結晶とは、粒径がナノオーダーであり、Ｆｅの結晶構造がｂｃｃ（体心立方格子構造）である結晶のことである。本実施形態においては、Ｆｅ基ナノ結晶の平均粒径が３ｎｍ以上５０ｎｍ以下であることが好ましい。このようなＦｅ基ナノ結晶からなる構造を有する軟磁性粉末は、保磁力Ｈｃが低くなりやすく、飽和磁化σｓが高くなりやすい。なお、Ｘ線構造回折でＦｅ基ナノ結晶が観察される場合には非晶質は観察されないことが通常であるが、非晶質が観察されてもよい。

【0042】

また、本実施形態に係る軟磁性粉末は、Ｆｅ組成ネットワーク相を有することが好ましい。以下、Ｆｅ組成ネットワーク相について説明する。

【0043】

Ｆｅ組成ネットワーク相とは、軟磁性粉末の平均組成よりもＦｅの含有割合が高い相のことである。本実施形態に係る軟磁性粉末のＦｅ濃度分布を３次元アトムプローブ（以下、３ＤＡＰと表記する場合がある）を用いて観察するとＦｅ含有割合が高い部分がネットワーク状に分布している状態が観察できる。

【0044】

Ｆｅ組成ネットワーク相の態様は、Ｆｅ組成ネットワーク相の極大点の数および極大点の配位数を測定することにより定量化することができる。

【0045】

Ｆｅ組成ネットワーク相の極大点とは、局所的にＦｅ含有割合が周囲よりも高くなる点のことである。また、極大点の配位数とは、一つの極大点がＦｅ組成ネットワーク相を通じて繋がっている他の極大点の数のことである。

【0046】

以下、本実施形態におけるＦｅ組成ネットワーク相の解析手順について図面を用いて説明することにより、極大点，極大点の配位数およびそれらの算出方法について説明する。

【0047】

まず、１辺の長さが４０ｎｍの立方体を測定範囲とし、当該立方体を１辺の長さが１ｎｍの立方体形状のグリッドごとに分割する。すなわち、一つの測定範囲にグリッドが４０×４０×４０＝６４０００個存在する。

【0048】

次に、各グリッドに含まれるＦｅ含有割合を評価する。そして、全てのグリッドにおけるＦｅ含有割合の平均値（以下、閾値と表記することがある）を算出する。当該Ｆｅ含有割合の平均値は、軟磁性粉末の平均組成から算出される値と実質的に同等な値となる。

【0049】

次に、Ｆｅ含有割合が閾値を超えるグリッドであり、全ての隣接グリッドよりもＦｅ含有割合が高いグリッドを極大点とする。図１には極大点を探索する工程を示すモデルを示す。各グリッド１０の内部に記載した数字が各グリッドに含まれるＦｅ含有割合を表す。隣接する全ての隣接グリッド１０ｂのＦｅ含有割合以上のＦｅ含有割合であるグリッドを極大点１０ａとする。

【0050】

また、図１には、１個の極大点１０ａに対して８個の隣接グリッド１０ｂが記載されているが、実際には、図１の極大点１０ａの手前および奥にも隣接グリッド１０ｂが９個ずつ存在する。すなわち、１つの極大点１０ａに対して隣接グリッド１０ｂが２６個存在する。

【0051】

また、測定範囲の端部に位置するグリッド１０については、測定範囲の外側についてＦｅ含有割合０のグリッドが存在するとみなす。

【0052】

次に、図２に示すように、測定範囲に含まれる全極大点１０ａ間を結ぶ線分を生成する。線分を結ぶ際には、各グリッドの中心と中心とを結ぶ。なお、図２〜図５においては、説明の便宜上、極大点１０ａを丸印で表記する。丸印の内部に記載された数字はＦｅ含有割合である。

【0053】

次に、図３に示すように、閾値よりも高いＦｅ含有割合である領域（＝Ｆｅ組成ネットワーク相）２０ａおよび閾値以下のＦｅ含有割合である領域２０ｂを区分けする。そして、図４に示すように、領域２０ｂを通過する線分を削除する。

【0054】

次に、図５に示すように、線分が三角形を構成する部分であって当該三角形の内側に領域２０ｂがない場合には、当該三角形を構成する三本の線分のうち、最も長い線分を一本削除する。最後に、極大点同士が隣接するグリッドにある場合について、その極大点同士を結ぶ線分を削除する。

【0055】

そして、各極大点１０ａから伸びる線分の数を各極大点１０ａの配位数とする。例えば、図５の場合には、Ｆｅ含有割合が５０である極大点１０ａ１は配位数４、Ｆｅ含有割合が４１である極大点１０ａ２は配位数２となる。

【0056】

また、４０ｎｍ×４０ｎｍ×４０ｎｍの測定範囲内の最表面に存在するグリットが極大点を示す場合、当該極大点は、後述する配位数が特定の範囲内である極大点の割合の計算から除外する。

【0057】

なお、配位数が０の極大点、および、配位数が０の極大点の周囲に存在している閾値よりも高いＦｅ含有割合である領域もＦｅ組成ネットワーク相に含まれるとする。

【0058】

以上に示す測定は、それぞれ異なる測定範囲で数回行うことで、算出される結果の精度を十分に高いものとすることができる。好ましくは、それぞれ異なる測定範囲で３回以上、測定を行う。

【0059】

本実施形態に係る軟磁性粉末が有するＦｅ組成ネットワーク相は、局所的にＦｅ含有割合が周囲よりも高くなるＦｅ含有割合の極大点を４０万個／μｍ^３以上有し、前記Ｆｅ含有割合の極大点全体に占める配位数が１以上５以下である極大点の割合が８０％以上１００％以下である。なお、極大点の個数の分母は測定範囲全体の体積であり、閾値よりも高いＦｅ含有割合である領域２０ａの体積および閾値以下のＦｅ含有割合である領域２０ｂの体積の合計である。

【0060】

本実施形態に係る軟磁性粉末は、極大点の数および配位数が１以上５以下である極大点の割合が上記の範囲内であるＦｅ組成ネットワーク相を有することにより、軟磁気特性に優れた軟磁性粉末となる。具体的には、保磁力が低く飽和磁化が高い軟磁性粉末となる。

【0061】

好ましくは、前記Ｆｅ含有割合の極大点全体に占める配位数が２以上４以下である極大点の割合が７０％以上９０％以下である。

【0062】

さらに、前記軟磁性粉末全体に占める前記Ｆｅ組成ネットワーク相の体積割合（閾値よりも高いＦｅ含有割合である領域２０ａおよび閾値以下のＦｅ含有割合である領域２０ｂの合計に占める閾値よりも高いＦｅ含有割合である領域２０ａの体積割合）が２５ｖｏｌ％以上５０ｖｏｌ％以下であることが好ましく、３０ｖｏｌ％以上４０ｖｏｌ％以下であることがさらに好ましい。

【0063】

以下、本実施形態に係る軟磁性粉末の製造方法について説明する。

【0064】

本実施形態の軟磁性粉末を得る方法としては、例えば水アトマイズ法またはガスアトマイズ法による方法がある。以下、ガスアトマイズ法について説明する。

【0065】

ガスアトマイズ法では、まず、最終的に得られる軟磁性粉末に含まれる各金属元素の純金属を準備し、最終的に得られる軟磁性粉末と同組成となるように秤量する。そして、各金属元素の純金属を溶解し、混合して母合金を作製する。なお、前記純金属の溶解方法には特に制限はないが、例えばチャンバー内で真空引きした後に高周波加熱にて溶解させる方法がある。なお、母合金と最終的に得られる軟磁性粉末とは、通常、酸素の含有量以外は同組成となる。

【0066】

次に、作製した母合金を加熱して溶融させ、溶融金属（溶湯）を得る。溶融金属の温度は任意であるが、例えば１２００〜１５００℃とすることができる。その後、前記溶融合金をチャンバー内で噴射させ、軟磁性粉末を作製する。溶融金属の温度が低いほど後述する微結晶の粒径が小さくなりやすくなり、微結晶が生成しにくくなる。

【0067】

このとき、ガス噴射温度を５０〜２００℃とし、チャンバー内の蒸気圧を４ｈＰａ以下とすることで、軟磁性粉末をナノヘテロ構造としやすくなる。ナノヘテロ構造とは、微結晶が非晶質中に存在する構造のことである。また、このナノヘテロ構造には、粒径が３０ｎｍよりも大きい結晶が含まれていない。粒径が３０ｎｍよりも大きい結晶の有無については、例えば通常のＸ線回折測定により確認することができる。

【0068】

この時点で軟磁性粉末をナノヘテロ構造とすることで、後述する熱処理により軟磁性粉末をＦｅ基ナノ結晶からなる構造としやすくなる。さらに、上記のＦｅ組成ネットワーク相を有する構造としやすくなる。なお、前記微結晶は平均粒径が０．３〜１０ｎｍであることが好ましい。微結晶の有無および平均粒径は、例えば溶融金属の温度を制御することにより変化させることができる。

【0069】

ただし、最終的に得られる軟磁性粉末が非晶質を含んでもよい場合には、熱処理前の軟磁性粉末をナノヘテロ構造としなくてもよく、非晶質のみを含む構造としてもよい。また、最終的に得られる軟磁性粉末がナノヘテロ構造を有する場合には、熱処理前の軟磁性粉末を非晶質のみを含む構造としてもよく、熱処理前の軟磁性粉末をナノヘテロ構造としてもよい。

【0070】

また、上記の微結晶の有無および平均粒径の観察方法については、特に制限はないが、例えば、透過電子顕微鏡を用いて、制限視野回折像、ナノビーム回折像、明視野像または高分解能像を得ることで確認できる。制限視野回折像またはナノビーム回折像を用いる場合、回折パターンにおいて非晶質の場合にはリング状の回折が形成されるのに対し、非晶質ではない場合には結晶構造に起因した回折斑点が形成される。また、明視野像または高分解能像を用いる場合には、倍率１．００×１０^５〜３．００×１０^５倍で目視にて観察することで微結晶の有無および平均粒径を観察できる。

【0071】

ガスアトマイズ法でナノヘテロ構造からなる軟磁性粉末を作製した後に熱処理を行うことで、軟磁性粉末を好適な構造としやすくなる。さらに、上記のＦｅ組成ネットワーク相を有する構造としやすくなる。

【0072】

熱処理条件は任意である。軟磁性粉末の組成により好ましい熱処理条件は異なる。最終的に得られる軟磁性粉末をＦｅ基ナノ結晶からなる構造とする場合およびＦｅ組成ネットワーク相を有する構造とする場合には、通常、好ましい熱処理温度は概ね４５０〜６５０℃、好ましい熱処理時間は概ね０．５〜１０時間となる。しかし、組成によっては上記の範囲を外れたところに好ましい熱処理温度および熱処理時間が存在する場合もある。

【0073】

また、最終的に得られる軟磁性粉末を非晶質のみを含む構造またはナノヘテロ構造とする場合には、熱処理温度を上記の温度よりも小さくするか、熱処理前の軟磁性粉末を非晶質のみを含む構造とすることが好ましい。熱処理温度を小さくする場合には、具体的には、概ね３００〜３５０℃とすることが好ましい。

【0074】

熱処理の際の雰囲気は任意である。例えばＡｒガス中のような不活性雰囲気とすることが好ましい。また、熱処理の際の雰囲気中の酸素分圧を制御することで、最終的に得られる軟磁性粉末における酸素含有率を質量比で３００ｐｐｍ以上３０００ｐｐｍ以下に制御することができる。なお、熱処理前の軟磁性粉末における酸素含有率は１５０ｐｐｍ程度であり、上記の範囲外である。

【0075】

最終的に得られる軟磁性粉末における酸素含有率を制御する方法は任意である。熱処理の際の雰囲気中の酸素分圧を制御する方法以外にも、例えば母合金作製時における雰囲気中の酸素分圧を変化させることで制御する方法が挙げられる。

【0076】

また、熱処理時の雰囲気には特に制限はない。大気中のような活性雰囲気下で行ってもよいし、Ａｒガス中のような不活性雰囲気下で行ってもよい。

【0077】

また、熱処理により得られた軟磁性粉末に含まれる微結晶またはＦｅ基ナノ結晶の平均粒径の算出方法には特に制限はない。例えば透過電子顕微鏡を用いて観察することで算出できる。また、Ｆｅ基ナノ結晶の結晶構造がｂｃｃ（体心立方格子構造）であること確認する方法にも特に制限はない。例えばＸ線回折測定を用いて確認することができる。

【0078】

本実施形態に係る軟磁性粉末の粉末抵抗は０．１ｔ／ｃｍ^２で成形した圧粉体の体積抵抗率により評価できる。０．１ｔ／ｃｍ^２というのは成形圧力としては低い圧力である。すなわち、成形の前後で軟磁性粉末の形状等の変化が非常に小さい。一方、成形圧力がさらに低圧であると、圧粉体の密度が低すぎて圧粉体の体積抵抗率が正しく測定できない場合がある。したがって、軟磁性粉末を０．１ｔ／ｃｍ^２で成形した圧粉体の体積抵抗率を評価することで軟磁性粉末の粉末抵抗が評価できる。軟磁性粉末の酸素含有率を３００ｐｐｍ以上３０００ｐｐｍ以下に制御することにより、圧粉体の体積抵抗率が０．５ｋΩ・ｃｍ以上５００ｋΩ・ｃｍ以下となるような粉末抵抗を有する軟磁性粉末としやすくなる。

【0079】

本実施形態に係る軟磁性粉末は適宜バインダと混合した後、金型を用いて圧粉成形することにより、高い体積抵抗率を有する圧粉体を得ることができる。つまり、粉末抵抗の高い軟磁性粉末を用いる場合には、圧粉成形時の成形圧力は任意であるが、充填率が上昇しても体積抵抗率が高い圧粉体を得ることができる。また、バインダの種類や含有量は任意であり、バインダの種類や含有量によっても圧粉体の体積抵抗率が変化する。さらに、バインダと混合する前に、軟磁性粉末表面に酸化処理や絶縁被膜等を施すことにより、さらに圧粉体の体積抵抗率を上昇させることが可能である。

【0080】

さらに、上記の圧粉体に対し、歪取り熱処理として成形後に熱処理することで、保磁力を低減してコアロスを低下させることも可能である。

【0081】

また、上記圧粉体に巻線を施すことでインダクタンス部品が得られる。巻線の施し方およびインダクタンス部品の製造方法には特に制限はない。例えば、上記の方法で製造した圧粉体に巻線を少なくとも１ターン以上巻き回す方法が挙げられる。

【0082】

さらに、巻線コイルが本実施形態に係る軟磁性粉末に内蔵されている状態で加圧成形し一体化することで、本実施形態に係る圧粉体に巻線コイルが内蔵されたインダクタンス部品を製造することも可能である。

【0083】

ここで、軟磁性粉末を用いてインダクタンス部品を製造する場合には、最大粒径が篩径で４５μｍ以下、中心粒径（Ｄ５０）が３０μｍ以下の軟磁性粉末を用いることが、優れたＱ特性を得る上で好ましい。最大粒径を篩径で４５μｍ以下とするために、目開き４５μｍの篩を用い、篩を通過する軟磁性粉末のみを用いてもよい。

【0084】

最大粒径が大きな軟磁性粉末を用いるほど高周波領域でのＱ値が低下する傾向があり、特に最大粒径が篩径で４５μｍを超える軟磁性粉末を用いる場合には、高周波領域でのＱ値が大きく低下する場合がある。ただし、高周波領域でのＱ値を重視しない場合には、バラツキの大きな軟磁性粉末を使用可能である。バラツキの大きな軟磁性粉末は比較的安価で製造できるため、バラツキの大きな軟磁性粉末を用いる場合には、コストを低減することが可能である。

【0085】

本実施形態に係る圧粉体の用途は任意である。磁性部品、例えば磁心、インダクタンス部品、トランス、モータなどに用いることができる。

【0086】

以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されない。

【実施例】

【0087】

以下、実施例に基づき本発明を具体的に説明する。

【0088】

（実験例１）
下表に示す各実施例および比較例の合金組成となるように原料金属を秤量し、高周波加熱にて溶解し、母合金を作製した。なお、試料番号１（比較例）の組成は一般的によく知られたアモルファス合金の組成である。

【0089】

その後、作製した母合金に対して、アトマイズ法により粉末化して軟磁性粉末を得た。この際に、坩堝から流下させる溶融金属の温度を１２５０℃、流下量を１ｋｇ／分、坩堝の流下口の内径を１ｍｍ、ガスジェットの流束を９００ｍ／ｓとした。その後、分級機により分級を行い、平均粒径Ｄ５０が１５μｍ以上３０μｍ以下である軟磁性粉末を得た。

【0090】

得られた軟磁性粉末に対してＸ線回折測定を行い、粒径が３０ｎｍよりも大きい結晶の有無を確認した。そして、粒径が３０ｎｍよりも大きい結晶が存在しない場合には非晶質相が観察されるとし、粒径が３０ｎｍよりも大きい結晶が存在する場合には結晶相からなるとした。なお、後述する試料番号１８１を除く全ての実施例において、平均粒径が０．１ｎｍ以上１５ｎｍ以下である微結晶が非晶質中に存在するナノヘテロ構造が観察された。

【0091】

その後、各試料の軟磁性粉末に対し、６００℃で１時間、熱処理を行った。熱処理は窒素雰囲気で行った。また、熱処理時の窒素雰囲気中の酸素濃度を１０ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下の範囲内で制御することにより、熱処理後の軟磁性粉末の酸素含有率を制御した。熱処理後の各軟磁性粉末に対し、飽和磁化σｓおよび保磁力Ｈｃを測定した。飽和磁化σｓは振動試料型磁力計（ＶＳＭ）を用いて磁場１０００ｋＡ／ｍで測定した。保磁力Ｈｃは直流ＢＨトレーサーを用いて磁場５ｋＡ／ｍで測定した。

【0092】

その後、熱処理後の各軟磁性粉末を圧力０．１ｔ／ｃｍ^２で加圧し、粉末抵抗装置を用いて（体積）抵抗率ρを測定した。

【0093】

本実施例では飽和磁化σｓは１５０Ａ・ｍ^２／ｋｇ以上を良好とした。保磁力Ｈｃは４．０Ｏｅ以下を良好とした。抵抗率ρは０．５ｋΩ・ｃｍ以上５００ｋΩ・ｃｍ以下を良好とし、３ｋΩ・ｃｍ以上５００ｋΩ・ｃｍ以下をさらに良好とした。下表では抵抗率ρが３ｋΩ・ｃｍ以上の場合を◎、０．５ｋΩ・ｃｍ以上３ｋΩ・ｃｍ未満の場合を○、０．５ｋΩ・ｃｍ未満または５００ｋΩ・ｃｍ超の場合を×とした。なお、抵抗率ρが５００ｋΩ・ｃｍを超える試料は存在しなかった。

【0094】

以下に示す実験例１の実施例では特に記載の無い限り、熱処理後の軟磁性粉末は全て平均粒径が３ｎｍ以上３０ｎｍ以下であり結晶構造がｂｃｃであるＦｅ基ナノ結晶を有していたことをＸ線回折測定、および透過電子顕微鏡を用いた観察で確認した。また、熱処理の前後で合金組成に変化がないことについてＩＣＰ分析を用いて確認した。

【0095】

【表1】

【0096】

【表2】

【0097】

【表3】

【0098】

【表4】

【0099】

【表5】

【0100】

【表6】

【0101】

【表7】

【0102】

【表8】

【0103】

【表9】

【0104】

【表10】

【0105】

【表11】

【0106】

【表12】

【0107】

表１は一般的によく知られたアモルファス合金の組成を有する比較例と、特定の組成を有し酸素の含有量を変化させた実施例および比較例と、を記載したものである。

【0108】

表１より、従来の組成の軟磁性粉末は飽和磁化σｓが十分ではない。また、特定の範囲内の組成を有し、酸素の含有量を質量比で３００ｐｐｍ以上３０００ｐｐｍ以下に制御した実施例は保磁力Ｈｃ、飽和磁化σｓおよび抵抗率ρが好適な結果となった。さらに、酸素の含有量を８００ｐｐｍ以上２０００ｐｐｍ以下に制御した実施例は抵抗率ρがさらに好適な結果となった。これに対し、特定の組成を有しても酸素の含有量が３００ｐｐｍ未満である比較例は抵抗率ρが低下した。また、酸素の含有量が３０００ｐｐｍ超である比較例は飽和磁化σｓおよび抵抗率ρが低下した。

【0109】

表２は主にＭ（Ｎｂ）の含有量（ａ）を変化させた実施例および比較例を記載したものである。０≦ａ≦０．１４０である実施例は保磁力Ｈｃ、飽和磁化σｓおよび抵抗率ρが好適な結果となった。さらに、０．０４０≦ａ≦０．１４０である実施例は抵抗率ρがさらに好適な結果となった。これに対し、ａが大きすぎる比較例は飽和磁化σｓが低下した。

【0110】

表３は主にＢの含有量（ｂ）を変化させた実施例および比較例を記載したものである。０．０２０＜ｂ≦０．２００である実施例は保磁力Ｈｃ、飽和磁化σｓおよび抵抗率ρが好適な結果となった。さらに、０．０６０≦ｂ≦０．２００である実施例は抵抗率ρがさらに好適な結果となった。これに対し、ｂが小さすぎる比較例は熱処理前の軟磁性粉末が結晶相からなり、熱処理後の保磁力Ｈｃが著しく上昇した。また、ｂが大きすぎる比較例は飽和磁化σｓが低下した。

【0111】

表４は主にＰの含有量（ｃ）を変化させた実施例および比較例を記載したものである。０＜ｃ≦０．１５０である実施例は保磁力Ｈｃ、飽和磁化σｓおよび抵抗率ρが好適な結果となった。さらに、０．０１０≦ｃ≦０．１５０である実施例は抵抗率ρがさらに好適な結果となった。これに対し、ｃ＝０である比較例は保磁力Ｈｃが大きくなった。また、ｃが大きすぎる比較例は飽和磁化σｓが低下した。

【0112】

表５はＭ（Ｎｂ）の含有量（ａ）、Ｂの含有量（ｂ）およびＰの含有量（ｃ）を同時に変化させた実施例を記載したものである。Ｍ（Ｎｂ）の含有量（ａ）、Ｂの含有量（ｂ）およびＰの含有量（ｃ）を特定の範囲内で同時に変化させた実施例は全て保磁力Ｈｃ、飽和磁化σｓおよび抵抗率ρが好適な結果となった。

【0113】

表６は主にＳｉの含有量（ｄ）を変化させた実施例および比較例を記載したものである。０≦ｄ≦０．０６０である実施例は保磁力Ｈｃ、飽和磁化σｓおよび抵抗率ρが好適な結果となった。これに対し、ｄが大きすぎる比較例は保磁力Ｈｃが上昇し、飽和磁化σｓが低下した。

【0114】

表７は主にＣの含有量（ｅ）を変化させた実施例および比較例を記載したものである。０≦ｅ≦０．０３０である実施例は保磁力Ｈｃ、飽和磁化σｓおよび抵抗率ρが好適な結果となった。さらに、０≦ｅ≦０．０１０である実施例は抵抗率ρがさらに好適な結果となった。これに対し、ｅが大きすぎる比較例は保磁力Ｈｃが上昇した。

【0115】

表８は主にＳの含有量（ｆ）を変化させた実施例および比較例を記載したものである。０≦ｆ≦０．０１０である実施例は保磁力Ｈｃ、飽和磁化σｓおよび抵抗率ρが好適な結果となった。これに対し、ｆが大きすぎる比較例は保磁力Ｈｃが上昇した。

【0116】

表９はＳｉ，Ｃ，およびＳを全て含まない試料番号３４，３５および５について、Ｓｉ，Ｃ，およびＳを同時に含有させた実施例を記載したものである。Ｓｉ，Ｃ，およびＳを特定の範囲内で同時に含有させた実施例は全て保磁力Ｈｃ、飽和磁化σｓおよび抵抗率ρが好適な結果となった。

【0117】

表１０はＭの種類を変化させた実施例を記載したものである。Ｍの種類を変化させても組成が特定の範囲内である実施例は全て保磁力Ｈｃ、飽和磁化σｓおよび抵抗率ρが好適な結果となった。

【0118】

表１１はＦｅの一部をＸ１および／またはＸ２に置換した実施例を記載したものである。Ｆｅの一部をＸ１および／またはＸ２に置換しても組成が特定の範囲内である実施例は全て保磁力Ｈｃ、飽和磁化σｓおよび抵抗率ρが好適な結果となった。

【0119】

表１２はＭを含まない実施例（ａ＝０である実施例）を記載したものである。Ｍを含まなくても組成が特定の範囲内である実施例は全て保磁力Ｈｃ、飽和磁化σｓおよび抵抗率ρが好適な結果となった。

【0120】

（実験例２）
実験例２では、溶融金属の温度および熱処理条件を試料番号５から変化させた実施例を行った。結果を下表に示す。なお、試料番号１８１は熱処理前も熱処理後も結晶が生成せず、非晶質のみを有する構造となった。試料番号１８１ａは熱処理前は非晶質のみを有する構造であり、熱処理後はＦｅ基ナノ結晶を有する構造となった。試料番号１８２および１８２ａは熱処理前も熱処理後もナノヘテロ構造であった。試料番号１８２ｂ、１８３〜１８９は全て熱処理前はナノヘテロ構造であり、熱処理後はＦｅ基ナノ結晶を有する構造であった。

【0121】

【表13】

表１３より、上記の通りに構造を変化させても組成が特定の範囲内である実施例は全て保磁力Ｈｃ、飽和磁化σｓおよび抵抗率ρが好適な結果となった。

【0122】

（実験例３）
実験例３では、各試料について３ＤＡＰ（３次元アトムプローブ）を用いて、Ｆｅ含有割合の極大点の個数、配位数が１以上５以下である極大点の割合、配位数が２以上４以下である極大点の割合および試料全体に対するＦｅ組成ネットワーク相の含有割合について測定した。結果を表１４に示す。なお、表１４に記載した各実施例は、組成が実験例１の試料番号５と同一であり、アトマイズの噴射条件および熱処理温度を制御することで極大点の個数およびＦｅ組成ネットワーク相の体積割合を主に変化させた実施例である。

【0123】

【表14】

【0124】

表１４より、軟磁性粉末の組成が特定の範囲内であり、軟磁性粉末がＦｅ組成ネットワーク相からなり、Ｆｅ組成ネットワーク相の体積割合が２５ｖｏｌ％以上５０ｖｏｌ％以下である場合には、保磁力Ｈｃ、飽和磁化σｓおよび抵抗率ρが好適な結果となった。

【符号の説明】

【0125】

１０… グリッド
１０ａ… 極大点
１０ｂ… 隣接グリッド
２０ａ…閾値よりも高いＦｅ含有割合である領域
２０ｂ…閾値以下のＦｅ含有割合である領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】