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特開2024-125822軟磁性金属粒子、圧粉磁心および磁性部品
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  • 特開-軟磁性金属粒子、圧粉磁心および磁性部品 図1
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024125822
(43)【公開日】2024-09-19
(54)【発明の名称】軟磁性金属粒子、圧粉磁心および磁性部品
(51)【国際特許分類】
   H01F 1/24 20060101AFI20240911BHJP
   H01F 1/147 20060101ALI20240911BHJP
   H01F 27/255 20060101ALI20240911BHJP
   B22F 1/00 20220101ALI20240911BHJP
   B22F 1/16 20220101ALI20240911BHJP
   B22F 1/102 20220101ALI20240911BHJP
   B22F 1/08 20220101ALI20240911BHJP
【FI】
H01F1/24
H01F1/147 166
H01F27/255
B22F1/00 Y
B22F1/16 100
B22F1/102 100
B22F1/08
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023033904
(22)【出願日】2023-03-06
(71)【出願人】
【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・鈴木国際特許弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】中澤 遼馬
(72)【発明者】
【氏名】和田 龍一
(72)【発明者】
【氏名】櫻井 優
【テーマコード(参考)】
4K018
5E041
【Fターム(参考)】
4K018AA26
4K018BB07
4K018BC28
4K018BC29
4K018BD01
4K018KA43
5E041AA11
5E041AA19
5E041BC01
5E041CA02
5E041NN05
5E041NN06
(57)【要約】
【課題】高い初透磁率μiと、低い比誘電率εとを両立させた圧粉磁心を提供できる軟磁性金属粒子を提供する。
【解決手段】コア粒子と、コア粒子の表面に形成される絶縁膜と、を有する。絶縁膜がSiとBとの複合酸化物を含む。絶縁膜におけるSiとBとの合計含有量に対するBの含有割合が1.0mol%以上60.0mol%以下である。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
コア粒子と、前記コア粒子の表面に形成される絶縁膜と、を有し、
前記絶縁膜がSiとBとの複合酸化物を含み、
前記絶縁膜におけるSiとBとの合計含有量に対するBの含有割合が1.0mol%以上60.0mol%以下である軟磁性金属粒子。
【請求項2】
前記コア粒子がFeを含む請求項1に記載の軟磁性金属粒子。
【請求項3】
前記絶縁膜が結晶性を示す請求項1または2に記載の軟磁性金属粒子。
【請求項4】
前記絶縁膜が単層膜である請求項1または2に記載の軟磁性金属粒子。
【請求項5】
前記絶縁膜におけるSiとBとの合計含有量に対するBの含有割合が10.0mol%以上30.0mol%以下である請求項1または2に記載の軟磁性金属粒子。
【請求項6】
前記絶縁膜の膜厚が100nm以上200nm以下である請求項1または2に記載の軟磁性金属粒子。
【請求項7】
請求項1または2に記載の軟磁性金属粒子を含む圧粉磁心。
【請求項8】
請求項1または2に記載の軟磁性金属粒子を含む磁性部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、軟磁性金属粒子、圧粉磁心および磁性部品に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、Fe並びに元素L(SiまたはZr)および元素M(Si、Zr以外のFeより酸化しやすい金属元素)を含む軟磁性合金粒子と、この粒子の一部が酸化してなる酸化膜とを備える磁性体が記載されている。酸化膜が互いに組成の異なる内膜と外膜とを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2016-195152号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本開示の一実施形態は、高い初透磁率μiと、低い比誘電率εとを両立させた圧粉磁心を提供できる軟磁性金属粒子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本開示の一実施形態に係る軟磁性金属粒子は、
コア粒子と、前記コア粒子の表面に形成される絶縁膜と、を有し、
前記絶縁膜がSiとBとの複合酸化物を含み、
前記絶縁膜におけるSiとBとの合計含有量に対するBの含有割合が1.0mol%以上60.0mol%以下である。
【0006】
上記軟磁性金属粒子において、コア粒子がFeを含んでもよい。
【0007】
上記いずれかの軟磁性金属粒子において、絶縁膜が結晶性を示してもよい。
【0008】
上記いずれかの軟磁性金属粒子において、絶縁膜が単層膜であってもよい。
【0009】
上記いずれかの軟磁性金属粒子において、絶縁膜におけるSiとBとの合計含有量に対するBの含有割合が3.0mol%以上30.0mol%以下であってもよい。
【0010】
上記いずれかの軟磁性金属粒子において、絶縁膜の膜厚が100nm以上200nm以下であってもよい。
【0011】
本開示の一実施形態に係る圧粉磁心は上記いずれかの軟磁性金属粒子を含む。
【0012】
本開示の一実施形態に係る磁性部品は上記いずれかの軟磁性金属粒子を含む。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図1】本開示の一実施形態に係る圧粉磁心の断面の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本開示の実施形態を、図面を参照しながら説明する。以下に説明する本開示の実施形態は、本開示を説明するための例示である。本開示の実施形態に係る各種構成要素、例えば数値、形状、材料、製造工程などは、技術的に問題が生じない範囲内で改変したり変更したりすることができる。
【0015】
また、本開示の図面に表された形状等は、実際の形状等とは必ずしも一致しない。説明のために形状等を改変している場合があるためである。
【0016】
<軟磁性金属粒子>
本開示の一実施形態に係る軟磁性金属粒子は図1に示すように、コア粒子11と、コア粒子11の表面11aに形成される絶縁膜13と、を有する。
【0017】
コア粒子11は磁性を示す材料を含んでいれば特に制限はないが、コア粒子11がFeを含んでもよい。コア粒子11がFeを主成分として含む場合には、飽和磁化が高くなりやすい。コア粒子11がFeおよびSiを主成分として含む場合には、初透磁率μiが高くなりやすい。コア粒子11がFeおよびNiを主成分として含む場合には、初透磁率μiが高くなりやすい。コア粒子11がFeおよびCoを主成分として含む場合には、初透磁率μiが高くなりやすい。
【0018】
なお、「主成分として含む」とは、主成分として含まれる元素のそれぞれの含有比率が1重量%以上であり、主成分として含まれる元素の合計含有比率が40重量%以上であり、かつ、主成分として含まれる元素以外の元素のそれぞれの含有比率が主成分として含まれる元素のうち含有比率が最も低い元素の含有比率よりも低いことを指す。
【0019】
コア粒子11がFeを主成分として含む場合には、Feの含有比率が40重量%以上であり、かつ、Fe以外の各元素の含有比率がFeの含有比率よりも低い。なお、コア粒子11における主成分以外の成分の種類には特に制限はない。主成分(Fe)以外の成分の種類としては、例えば、Ni、Co、Si、Zr、V、Al、Nb、Ta、Crが挙げられる。
【0020】
コア粒子11がFeおよびSiを主成分として含む場合には、Feの含有比率が1重量%以上であり、Siの含有比率が1重量%以上であり、FeおよびSiの合計含有比率が40重量%以上であり、かつ、FeおよびSi以外の各元素の含有比率がFeとSiのうち含有比率が低い元素の含有比率よりも低い。なお、コア粒子11における主成分以外の成分の種類には特に制限はない。主成分(FeおよびSi)以外の成分の種類としては、例えば、Ni、Co、Zr、V、Al、Nb、Ta、Crが挙げられる。
【0021】
コア粒子11がFe、または、FeおよびSiを主成分として含む場合には、コア粒子11におけるFeとSiとの含有比率には特に制限はない。重量比でSi/Fe=0/100~20/80であってもよい。重量比でSi/Fe=0/100~10/90である場合に、飽和磁化が高くなりやすい。
【0022】
コア粒子11がFeおよびNiを主成分として含む場合には、Feの含有比率が1重量%以上であり、Niの含有比率が1重量%以上であり、FeおよびNiの合計含有比率が40重量%以上であり、かつ、FeおよびNi以外の各元素の含有比率がFeとNiのうち含有比率が低い元素の含有比率よりも低い。なお、コア粒子11における主成分以外の成分の種類には特に制限はない。主成分(FeおよびNi)以外の成分の種類としては、例えば、Co、Si、Zr、V、Al、Nb、Ta、Crが挙げられる。
【0023】
コア粒子11がFe、または、FeおよびNiを主成分として含む場合には、コア粒子11におけるFeとNiとの含有比率には特に制限はない。重量比でNi/Fe=0/100~75/25であってもよい。
【0024】
コア粒子11がFeおよびCoを主成分として含む場合には、Feの含有比率が1重量%以上であり、Coの含有比率が1重量%以上であり、FeおよびCoの合計含有比率が40重量%以上であり、かつ、FeおよびCo以外の各元素の含有比率がFeとCoのうち含有比率が低い元素の含有比率よりも低い。なお、コア粒子11における主成分以外の成分の種類には特に制限はない。主成分(FeおよびCo)以外の成分の種類としては、例えば、Ni、Si、Zr、V、Al、Nb、Ta、Crが挙げられる。
【0025】
コア粒子11がFe、または、FeおよびCoを主成分として含む場合には、コア粒子11におけるFeとCoとの含有比率には特に制限はない。重量比でCo/Fe=0/100~50/50であってもよい。
【0026】
絶縁膜13はコア粒子11の表面11aの全体を被覆していなくてもよく、コア粒子11の表面11a全体の90%以上を被覆していればよい。
【0027】
絶縁膜13はSiの酸化物およびBを含む。絶縁膜13がSiの酸化物に加えてBを含むことにより、圧粉磁心1の高周波数での初透磁率μiを維持しながら圧粉磁心1の比誘電率εを低くすることができる。
【0028】
絶縁膜13に含まれるSiの酸化物はSiとBとの複合酸化物を含んでいれば、特に制限はない。
【0029】
絶縁膜13に含まれるSiの酸化物は、例えば、Si-O系酸化物(シリコン酸化物)であってもよい。また、Si-O系酸化物の種類には特に制限はない。例えば、SiO2などのSiの酸化物の他、Siおよびその他の元素を含む複合酸化物などであってもよい。
【0030】
絶縁膜13においてBがSiとの複合酸化物として含まれる。すなわち、絶縁膜13はSiとBとの複合酸化物を含む。BがSiとの複合酸化物として絶縁膜13に含まれることにより、圧粉磁心1の高周波数での初透磁率μiを維持しながら圧粉磁心1の比誘電率εを低くすることができる。換言すれば、インピーダンスの周波数特性の指標となる比誘電率に対する初透磁率の比率(μi/ε)を大きくすることができる。
【0031】
絶縁膜13におけるSiとBとの合計含有量に対するBの含有割合(以下、B/(Si+B)と表記する場合がある)が1.0mol%以上60.0mol%以下である。絶縁膜13におけるB/(Si+B)が1.0mol%以上60.0mol%以下であることにより、圧粉磁心1の高周波数での初透磁率μiを維持しながら圧粉磁心1の比誘電率εを低くすることができる。絶縁膜13におけるB/(Si+B)が5.0mol%以上50.0mol%以下であってもよく、10.0mol%以上30.0mol%以下であってもよい。B/(Si+B)が上記の範囲内であることにより、圧粉磁心1の比誘電率εをさらに低くしやすく、μi/εを大きくすることができる。
【0032】
以下、絶縁膜13がSiとBとの複合酸化物を含むことを確認する方法について説明する。
【0033】
絶縁膜13がSiとBとの複合酸化物を含む場合には、SiとBとが絶縁膜13中に均一に存在する。SiとBとが絶縁膜13中に均一に存在することは、例えば、絶縁膜13を深さ方向に沿ってライン分析することで確認することができる。本明細書において、深さ方向とは、膜厚の方向、すなわち、絶縁膜13のコア粒子11と反対側の面(外側の表面)からコア粒子側の面に向かう方向をいう。
【0034】
例えば、絶縁膜13におけるB/(Si+B)が30mol%である絶縁膜13に対して、絶縁膜13の外側の表面を0nmとしてライン分析を行う場合について述べる。
【0035】
絶縁膜13がSiとBとの複合酸化物を含む場合には、絶縁膜13のどの部分を測定してもSiとBとの合計含有量に対するBの含有割合が30mol%になりやすい。すなわち、絶縁膜13に含まれるBおよび/またはSiが検出される部分のうち、どの部分を測定しても、SiとBとの合計含有量に対するBの含有割合が同じ値になりやすい。これは、SiとBとが均一に複合化して複合酸化物を形成しているためであると考えられる。
【0036】
例えば、絶縁膜13の厚みが75nm以上80nm未満であれば、ライン分析の結果が表Aに記載するような結果になりやすい。表Aでは、SiとBとの合計含有量に対するBの含有割合をB欄に記載し、SiとBとの合計含有量に対するSiの含有割合をSi欄に記載している。
【0037】
【表A】
【0038】
これに対し、絶縁膜13にBが単体または化合物(SiとBとの複合酸化物を除く)の形で点在している場合には、Siが単独で検出される箇所とBが単独で検出される箇所とが個別に絶縁膜13に含まれやすい。
【0039】
例えば、絶縁膜13の厚みが75nm以上80nm未満であれば、ライン分析の結果が表Bに記載するような結果になりやすい。表Bでは、SiとBとの合計含有量に対するBの含有割合をB欄に記載し、SiとBとの合計含有量に対するSiの含有割合をSi欄に記載している。
【0040】
【表B】
【0041】
絶縁膜13がSiとBとの複合酸化物を含む場合には、絶縁膜13におけるSiとBとの合計含有量に対するBの含有割合またはSiとBとの合計含有量に対するSiの含有割合が0.10mol%以下となる箇所が10%未満である。絶縁膜13がSiとBとの複合酸化物を実質的に含まない場合には、絶縁膜13におけるSiとBとの合計含有量に対するBの含有割合またはSiとBとの合計含有量に対するSiの含有割合が0.10mol%以下となる箇所が10%以上である。このことは、例えばTEM-EELS(Electron Energy-Loss Spectroscopy:電子エネルギー損失分光法)の元素マッピングでも確認することができる。
【0042】
絶縁膜13がBに加えて、金属元素を含んでいてもよい。例えば、Ba、Ca、Mg、Al、Ni、Mn、Zn、Zr、Ti、Nb、Taが挙げられる。その中でもCa、Mg、Ni、Mn、Zn、Zr、Ti、Nb、Taは比較的、絶縁膜に導入しやすい。しかし、絶縁膜13がBを含まずにこれらの金属元素を含んでも圧粉磁心1の各種特性を同時に好適にすることが期待できない。金属元素の含有量には特に制限はない。金属元素の含有量は、例えば、Bの含有量に対する含有割合がそれぞれ1mol%以下であってもよい。
【0043】
また、絶縁膜13が、Bに加えて、非金属元素を含んでもよい。例えば、C、N、Pが挙げられる。絶縁膜13は、F(フッ素)を実質的に含まないものとすることもできる。絶縁膜13がFを実質的に含まない場合には、絶縁膜13におけるSiとBとの合計含有量に対するFの含有割合が0.10mol%以下である。絶縁膜13は、BN(窒化ホウ素)を実質的に含まないものとすることもできる。絶縁膜13がBNを実質的に含まない場合には、絶縁膜13におけるSiとBとの合計含有量に対するBNの含有割合が0.10mol%以下である。
【0044】
また、絶縁膜13は、粒状物または/および繊維状物質が堆積してなる被膜のような緻密性や均質性の低い被膜ではなく、緻密性や均質性の高い被膜である。
【0045】
絶縁膜13の膜厚には特に制限はない。例えば5nm以上500nm以下であってもよく、100nm以上200nm以下であってもよい。特に絶縁膜13の膜厚が100nm以上200nm以下である場合にはμi/εをさらに大きくできる。
【0046】
絶縁膜13が結晶性を示してもよい。絶縁膜13が結晶性を示すか否かを確認する方法には特に制限はない。例えば、高分解能電子顕微鏡を用いて絶縁膜13を観察し、絶縁膜13に周期配列に起因する格子縞が確認される場合には絶縁膜13が結晶性を示すと判断できる。
【0047】
絶縁膜13が単層膜であってもよい。絶縁膜13が単層膜であるか否かを確認する方法には特に制限はない。例えば、軟磁性金属粒子の断面をSTEM-EELS、TEM-EELS等で観察する場合には、明るさやコントラストの違いにより絶縁膜13が2層以上に分かれていないことを確認してもよい。絶縁膜13の組成分析の結果を用いて組成の違いにより絶縁膜13が2層以上に分かれていないことを確認してもよい。
【0048】
絶縁膜13が単層膜か否かを判断する場合には、絶縁膜13の膜厚に対して3%以下の厚さである膜を考慮しない。
【0049】
絶縁膜13はコア粒子11の表面に直接的または間接的に形成される。すなわち、コア粒子11の表面11aと絶縁膜13とが接していてもよく、コア粒子11の表面11aと絶縁膜13との間に絶縁膜13以外の膜が介在していてもよい。
【0050】
コア粒子11の表面11aと絶縁膜13との間にある絶縁膜13以外の膜の材質には特に制限はない。例えば、SiO2が挙げられる。コア粒子11の表面11aと絶縁膜13との間に絶縁膜13以外の膜が介在する場合における絶縁膜13以外の膜の膜厚は、絶縁膜13の膜厚に対して50%以下であってもよい。
【0051】
絶縁膜13の外側に絶縁膜13以外の膜が接していてもよい。
【0052】
絶縁膜13の外側に接している絶縁膜13以外の膜の材質には特に制限はない。例えば、SiO2が挙げられる。絶縁膜13の外側に絶縁膜13以外の膜が接している場合における絶縁膜13以外の膜の膜厚は、絶縁膜13の膜厚に対して50%以下であってもよい。
【0053】
絶縁膜13はコア粒子11の表面11aの全体を被覆していなくてもよく、コア粒子11の表面11a全体の90%以上を被覆していればよい。
【0054】
本開示の軟磁性合金粒子の用途には特に制限はない。例えば、磁性部品が挙げられる。磁性部品としては、例えば圧粉磁心が挙げられる。
【0055】
<圧粉磁心>
本開示の一実施形態に係る圧粉磁心は上記の軟磁性金属粒子を含む。本開示の一実施形態に係る圧粉磁心1は図1に示すように、軟磁性金属粒子同士の間に粒界相12を有する。粒界相12に含まれる化合物の種類には特に制限はない。例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、イミド樹脂、および/または、Si-O系酸化物であってもよい。また、粒界相12が空隙を含んでいてもよい。粒界相12に含まれていてもよいシリコーン樹脂としては、例えばメチル系のシリコーン樹脂などが挙げられる。エポキシ樹脂としては、例えばクレゾールノボラックなどが挙げられる。イミド樹脂としては、例えばビスマレイミドなどが挙げられる。
【0056】
なお、後述する熱処理により、粒界相12に含まれるシリコーン樹脂の一部または全部がSiO2等のSi-O系酸化物に変性する場合がある。
【0057】
圧粉磁心1におけるコア粒子11の含有量、および、粒界相12に含まれる化合物の含有量には特に制限はない。圧粉磁心1全体に占めるコア粒子11の含有量は90重量%~99.9重量%であってもよい。圧粉磁心1全体に占める粒界相12に含まれる化合物の含有量は0.1重量%~10重量%であってもよい。
【0058】
絶縁膜13と同様に、粒界相12にもBが含まれていてもよい。
【0059】
圧粉磁心1の断面を観察する方法には特に制限はない。例えば、SEMまたはTEMを用いて適切な倍率で圧粉磁心1を観察してもよい。さらに、EELS分析を行うことで、圧粉磁心1の各箇所における組成、特にBの含有量およびSiの含有量を測定することができる。そして、絶縁膜13におけるB/(Si+B)を測定することができる。
【0060】
<製造方法>
本開示の一実施形態に係る軟磁性金属粒子および圧粉磁心1の製造方法を以下に示すが、軟磁性金属粒子および圧粉磁心1の製造方法は下記の方法に限定されない。
【0061】
まず、コア粒子11を準備する。コア粒子11の作製方法には特に制限はないが、例えばガスアトマイズ法、水アトマイズ法などが挙げられる。コア粒子11の粒子径および円形度には特に制限はない。粒子径の中央値(D50)は1μm~100μmである場合には、初透磁率μiが高くなりやすい。
【0062】
次に、コア粒子11の表面11aにSiの酸化物およびBを含む絶縁膜13を形成するためのコーティングを行う。コーティング方法には特に制限はないが、例えば、アルコキシシランおよびアルコキシボランを含むコーティング溶液をコア粒子11へ塗布する方法が例示される。コーティング溶液をコア粒子11へ塗布する方法には特に制限はなく、例えば噴霧拡散による方法が挙げられる。コーティング溶液にどのような状態でアルコキシボランが含まれるかについては特に制限はない。
【0063】
以下、アルコキシシランおよびアルコキシボランを含むコーティング溶液を作製する方法について説明する。
【0064】
まず、アルコキシシランを準備する。アルコキシシランとしては、モノアルコキシシラン、ジアルコキシシラン、トリアルコキシシラン、テトラアルコキシシランが例示される。モノアルコキシシランとしては、トリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、トリメチル(フェノキシ)シラン等が例示される。ジアルコキシシランとしては、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジイソプロピルジメトキシシラン、ジイソブチルジメトキシシラン、t-ブチルメチルジメトキシシラン、t-ブチルメチルジエトキシシラン等が例示される。トリアルコキシシランとしては、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、n-プロピルトリエトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、デシルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン等が例示される。テトラアルコキシシランとしては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトライソプロポキシシラン等が例示される。アルコキシシランとしては、1種類のアルコキシシランを用いてもよく、2種類以上のアルコキシシランを併用してもよい。
【0065】
次に、アルコキシシランを溶媒に溶解させる。溶媒の種類はアルコールであればよい。エタノール、イソプロピルアルコールなどが例示される。
【0066】
別途、アルコキシボランを準備し、アルコキシシランが溶解している溶媒に添加する。アルコキシボランの種類には特に制限はない。例えばトリメトキシボラン、トリエトキシボラン、トリイソプロポキシボラン、トリブトキシボランが挙げられる。
【0067】
さらに、水を添加することでアルコキシシランおよびアルコキシボランを含むコーティング溶液が得られる。
【0068】
アルコキシシランとアルコキシボランとの割合を制御することで、最終的に得られる絶縁膜13におけるB/(Si+B)を制御することができる。
【0069】
コーティング溶液におけるアルコキシシランの濃度にも特に制限はない。アルコキシシランの濃度は目的とする絶縁膜13の膜厚等により決定すればよい。
【0070】
また、噴霧拡散時において、コア粒子11全量に対するアルコキシシランの割合は0.1重量%~5重量%であってもよい。また、アルコキシシランが多いほど絶縁膜13の膜厚が大きくなる傾向にある。
【0071】
噴霧拡散の条件には特に制限はないが、50℃~90℃で熱処理を行いながら噴霧拡散を行うことにより、絶縁膜13を形成するゾルゲル反応が促進されやすい。
【0072】
コーティング溶液を噴霧拡散した後のコア粒子11を乾燥させて溶媒を除去した後に、200℃~400℃で1時間~10時間加熱することにより、ゾルゲル反応が進行してSiの酸化物およびBを含む絶縁膜13が形成される。このときの加熱温度が高く加熱時間が長いほど絶縁膜13の密度が高くなる傾向にある。また、コア粒子11を加熱する前に、コア粒子11をメッシュの篩に通して整粒してもよい。
【0073】
次に、後述する熱処理前の圧粉体における粒界相12が樹脂を含む場合には、樹脂溶液を作製する。樹脂溶液には、上記したシリコーン樹脂、エポキシ樹脂および/またはイミド樹脂の他、硬化剤を添加してもよい。硬化剤の種類には特に制限はなく、例えばエピクロルヒドリンなどが挙げられる。また、樹脂溶液の溶媒についても特に制限はないが、揮発性の溶媒であってもよい。例えば、アセトン、エタノール等を用いることができる。また、樹脂溶液全体を100重量%とした場合における樹脂および硬化剤の合計濃度は10重量%~80重量%としてもよい。
【0074】
さらに、粒界相12がBを含む場合には、この時点で樹脂溶液にBを添加する。樹脂溶液にどのような状態でBが含まれるかについては特に制限はない。
【0075】
次に、絶縁膜13を形成したコア粒子11、すなわち軟磁性金属粒子と、樹脂溶液とを混合する。そして、樹脂溶液の溶媒を揮発させて顆粒を得る。得られた顆粒はそのまま金型に充填してもよいが、整粒してから金型に充填してもよい。整粒する場合の整粒方法には特に制限はなく、例えば、目開き45~500μmのメッシュを用いてもよい。
【0076】
次に得られた顆粒を所定の形状の金型に充填し、加圧して圧粉体を得る。加圧時の圧力(成形圧力)には特に制限はなく、例えば500~1500MPaとすることができる。成形圧力が高いほど最終的に得られる圧粉磁心1の初透磁率μiが高くなる。
【0077】
作製した圧粉体を圧粉磁心としてもよい。また、作製した圧粉体に対して熱処理を行い、当該熱処理により作製した焼結体を圧粉磁心としてもよい。熱処理の条件に特に制限はない。樹脂としてシリコーン樹脂を用いる場合にはシリコーン樹脂が焼結する条件で熱処理を行ってもよい。例えば400℃~1000℃で0.1時間~10時間、熱処理を行ってもよい。また、熱処理時の雰囲気にも特に制限はなく、大気中で熱処理をしてもよく、窒素雰囲気中で熱処理してもよい。
【0078】
以上、本実施形態に係る圧粉磁心およびその製造方法について説明したが、本開示の圧粉磁心およびその製造方法は上記の実施形態に限定されない。
【0079】
また、本開示の圧粉磁心の用途にも特に制限はない。例えば、インダクタ、リアクトル、チョークコイル、トランス等の磁性部品が挙げられる。本開示の一実施形態に係る磁性部品は上記の圧粉磁心を含む。
【0080】
また、本開示の軟磁性合金粒子は、例えば薄膜インダクタ、磁気ヘッドなどの磁性部品にも好適に用いることができる。さらに、当該軟磁性合金粒子を用いた磁性部品は電子機器に好適に用いることができる。
【実施例0081】
以下、本開示を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本開示は、これら実施例に限定されない。
【0082】
<軟磁性合金粉末の作製>
金属磁性粒子(コア粒子)として、重量比でSi/Fe=4.5/95.5であり、FeとSiとの合計量が99重量%以上であるFe-Si系合金粒子(FeおよびSiを主成分として含む合金粒子)をガスアトマイズ法で作製した。なお、当該Fe-Si系合金粒子の粒子径の中央値(D50)は3μmであった。
【0083】
次に、前記金属磁性粒子の表面に絶縁膜を形成するためのコーティング溶液を作製した。まず、前記金属磁性粒子の全量を100重量部として15重量部のエタノールと、トリメトキシシランと、を混合した。次に、トリブトキシボランを添加し、混合した。次に、2.0重量部の純水を添加し混合した。トリメトキシシランとトリブトキシボランとの割合は、最終的に得られるコーティング膜におけるB/(Si+B)が表1に示す値となるようにした。また、トリメトキシシランとトリブトキシボランとの合計量は、最終的に得られる絶縁膜の膜厚が表1~表2に示す値となるようにした。
【0084】
この時点で、比較例2、3のコーティング溶液は白濁し、不均一であった。その他のコーティング溶液は透明であり、均一であった。
【0085】
前記金属磁性粒子および前記コーティング溶液を混合し、噴霧撹拌しながら熱処理を行った。熱処理温度は70℃、熱処理時間は10時間とした。さらに、熱処理後に乾燥することで表面に絶縁膜を有する金属磁性粒子を得た。
【0086】
得られた金属磁性粒子を140メッシュの篩に通した後に熱処理を行った。熱処理温度は300℃、熱処理時間は5時間とした。
【0087】
<トロイダルコアの作製>
初透磁率μiの測定、比誘電率εの測定、および軟磁性金属粒子の微細構造の観察に必要な数のトロイダルコアを作製した。
【0088】
シリコーン樹脂およびアセトンを混合して樹脂溶液を作製した。シリコーン樹脂としては信越シリコーンKR-242A(信越化学工業社製)を用いた。シリコーン樹脂およびアセトンの重量比が34:66となるように混合した。
【0089】
得られた各実施例および比較例の軟磁性金属粒子を100重量部として、上記の樹脂溶液を6重量部添加し、混合した。次に乾燥させてアセトンを揮発させて顆粒を得た。次に、顆粒を42メッシュの篩に通して整粒した。得られた顆粒を50℃のホットプレート上で0.5時間、乾燥させて造粒粉を作製した。
【0090】
造粒粉100重量部に対してステアリン酸亜鉛を0.1重量部添加し、金型成形を行った。造粒粉の充填量を5gとした。成形圧は、最終的に得られるトロイダルコアの密度が5.8g/cm3程度となるように適宜、調整した。金型の形状は外径Φ17.5mm、内径Φ10.0mm、厚さ4.8mmのトロイダル形状とした。
【0091】
得られたトロイダルコアに対して700℃で1時間、熱処理を行い、トロイダルコアを得た。最終的に得られる圧粉磁心全体を100重量%として、軟磁性金属粒子が98重量%程度となるようにした。
【0092】
<絶縁膜の構造等の確認>
TEM-EELS観察によって、金属磁性粒子を被覆している絶縁膜が存在していることを確認した。そして、Bが実質的に絶縁膜のみに含まれることを確認した。さらに、絶縁膜におけるB/(Si+B)をEELSで定量した。絶縁膜13において測定箇所を10箇所設定し、各測定箇所におけるB/(Si+B)を平均した結果を表1に示す。なお、各測定箇所の大きさは1nm2とした。
【0093】
また、実験例1の全実施例および比較例2、3では、絶縁膜におけるSiとBとの合計含有量に対するBの含有割合またはSiとBとの合計含有量に対するSiの含有割合が0.10mol%以下となる箇所が10%未満であることを確認した。すなわち、絶縁膜がSiとBとの複合酸化物を含むことを確認した。
【0094】
絶縁膜の膜厚はTEM観察によって計測した。金属磁性粒子の表面に測定点を設定した。そして、当該測定点から絶縁膜の方向に垂線を引き、当該垂線のうち絶縁膜にある部分の長さを当該測定点における絶縁膜の厚みとした。測定点を10点設定して各測定点について絶縁膜の厚みを測定した。そして、測定した絶縁膜の厚みの平均を当該金属磁性粒子における絶縁膜の厚みとした。実施例および比較例1において絶縁膜の厚みが表1~表2に示す程度の厚みであることを確認した。なお、比較例2、3については、絶縁膜の均一性が著しく低く、コア粒子の表面に対する絶縁膜の被覆率が50%未満であったため、膜厚の測定を実施しなかった。
【0095】
各実施例および各比較例の軟磁性金属粒子では絶縁膜が結晶性を示すことを確認した。具体的には、高分解能電子顕微鏡を用いて軟磁性金属粒子を観察し、周期配列に起因する格子縞が絶縁膜に存在することを確認した。
【0096】
トロイダルコアの密度は得られた圧粉磁心の寸法および重量から算出した。全ての実施例および比較例において5.8g/cm3程度であることを確認した。
【0097】
<初透磁率μiの測定>
トロイダルコアの初透磁率μiは、トロイダルコアにワイヤを巻数50ターンで巻きつけ、LCRメータ(Agilent RF Impeadance/Material Analyer E4991A)により測定した。測定周波数は500MHzとした。結果を表1~表2に示す。初透磁率μiは13.0以上14.0未満を良好とし、14.0以上をさらに良好とした。
【0098】
<円板コアの作製>
成形圧を、最終的に得られる円板コアの密度が5.8g/cm3程度となるように適宜、調整し、金型の形状を直径Φ10mm、厚さ2mmの円板状とした点以外はトロイダルコアと同条件で円板コアを作製した。
【0099】
<比誘電率εの測定>
円板コアの両側表面にIn-Gaペーストを塗って端子電極を形成した後に、LCRメータ(HEWLETT PACKAED /PRECISION LCR METER 4285A)により静電容量を室温(25℃)にて測定し、測定した静電容量より算出した。測定周波数1MHz、測定電圧1Vrmsとした。結果を表1~表2に示す。比誘電率εは45.0以上55.0以下である場合を良好とし、45.0未満である場合をさらに良好とした。
【0100】
初透磁率および比誘電率の測定結果よりμi/εを算出した。0.300≦μi/ε<0.350を良好とし、0.350≦μi/εをさらに良好とした。
【0101】
【表1】
【0102】
【表2】
【0103】
表1は絶縁膜のB/(Si+B)を変化させた実施例および比較例を示す。絶縁膜のB/(Si+B)が1.0以上60.0以下である各実施例は初透磁率μiおよび比誘電率εが良好であった。また、μi/εも0.300以上となり良好であった。
【0104】
絶縁膜の膜厚は実施例と同一であるがB/(Si+B)が低すぎる比較例1は各実施例と比較して比誘電率εが高すぎた。
【0105】
絶縁膜のB/(Si+B)が高すぎる比較例2、3は各実施例と比較して比誘電率εが高すぎた。これは、コーティング溶液が白濁し、不均一であったために局所的にコア密度が過度に高くなったことに起因すると考えられる。
【0106】
表2は、表1の実施例4について、絶縁膜の膜厚を変化させた実施例を示す。絶縁膜の膜厚が100~200nmの範囲内で変化しても初透磁率μiおよび比誘電率εが良好であった。また、μi/εも0.350以上となり、さらに良好であった。
【符号の説明】
【0107】
1・・・圧粉磁心
11・・・金属磁性粒子(コア粒子)
11a・・・金属磁性粒子の表面
12・・・粒界相
13・・・絶縁膜
図1