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(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】
(24)【登録日】2024-01-15
(45)【発行日】2024-01-23
(54)【発明の名称】軟磁性金属粉体、圧粉磁心及びインダクタ
(51)【国際特許分類】
H01F 1/24 20060101AFI20240116BHJP
H01F 27/255 20060101ALI20240116BHJP
H01F 17/04 20060101ALI20240116BHJP
【ＦＩ】
H01F1/24 ZNM
H01F27/255
H01F17/04 F
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2022512237
(86)(22)【出願日】2021-03-29
(86)【国際出願番号】 JP2021013388
(87)【国際公開番号】W WO2021200863
(87)【国際公開日】2021-10-07
【審査請求日】2022-08-29
(31)【優先権主張番号】P 2020064420
(32)【優先日】2020-03-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000006231
【氏名又は名称】株式会社村田製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110000914
【氏名又は名称】弁理士法人ＷｉｓｅＰｌｕｓ
(72)【発明者】
【氏名】猪口 真志
(72)【発明者】
【氏名】長久保 博
(72)【発明者】
【氏名】坂口 健二
【審査官】井上 健一
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－０１８８５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－１４３７２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－０６００５０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｆ １／２４
Ｈ０１Ｆ ２７／２５５
Ｈ０１Ｆ １７／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
軟磁性金属粒子と、前記軟磁性金属粒子の表面を被覆する被覆層と、を有する被覆粒子を含み、前記被覆層は、二硫化モリブデン、酸化モリブデン、マイカ、パイロフィライト、及びカオリナイトからなる群より選択される少なくとも１種の化合物を含む、軟磁性金属粉体。
【請求項2】
前記被覆層は、平均厚みが１ｎｍ以上、２００ｎｍ以下である、請求項１記載の軟磁性金属粉体。
【請求項3】
前記被覆粒子は、最外層に前記被覆層を有する、請求項１又は２記載の軟磁性金属粉体。
【請求項4】
２５℃、６４ＭＰａ加圧時の粉体抵抗率が１×１０３Ω・ｃｍ以上である、請求項１～３のいずれかに記載の軟磁性金属粉体。
【請求項5】
軟磁性金属粒子と、前記軟磁性金属粒子同士の界面に存在する界面層と、を有し、前記界面層は、二硫化モリブデン、酸化モリブデン、マイカ、パイロフィライト、及びカオリナイトからなる群より選択される少なくとも１種の化合物を含み、
成型密度が８５％以上である、圧粉磁心。
【請求項6】
成型密度が８９．４０％以上、９６．６０％以下である請求項５に記載の圧粉磁心。
【請求項7】
体積抵抗率が２０Ω・ｃｍ以上である請求項５又は６に記載の圧粉磁心。
【請求項8】
前記界面層は、平均厚みが１ｎｍ以上３００ｎｍ以下である、請求項５～７のいずれかに記載の圧粉磁心。
【請求項9】
前記軟磁性金属粒子同士の粒界に結着材を有する、請求項５～８のいずれかに記載の圧粉磁心。
【請求項10】
前記結着材はガラスである、請求項９に記載の圧粉磁心。
【請求項11】
前記結着材のガラスは、ビスマス、ホウ素、バナジウム、スズ、及び、亜鉛の少なくともいずれかを含む、請求項１０に記載の圧粉磁心。
【請求項12】
前記界面層と前記結着材とが直接接している、請求項９～１１のいずれかに記載の圧粉磁心。
【請求項13】
前記軟磁性金属粒子と前記界面層とが直接接している、請求項５～１２のいずれかに記載の圧粉磁心。
【請求項14】
０．１Ｔ、５０ｋＨｚの磁場印加時の損失が１０００ｋＷ／ｍ３以下である、請求項５～１３のいずれかに記載の圧粉磁心。
【請求項15】
請求項５～１４のいずれかに記載の圧粉磁心を備える、インダクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、軟磁性金属粉体、圧粉磁心及びインダクタに関する。
【背景技術】
【0002】
インダクタ等の電子部品には、軟磁性金属粉体を加圧成型することによって製造される圧粉磁心が用いられている。圧粉磁心としては、軟磁性の金属粉体と、この粉体を覆う絶縁皮膜とから構成された粉末を加圧成型することにより形成したものが提案されている。
【0003】
例えば、特許文献１には、金属磁性粒子と、該金属磁性粒子の表面を取り囲み、リン酸金属塩および酸化物の少なくとも一方を含む絶縁皮膜とを有する複数の複合磁性粒子と、該複数の複合磁性粒子に対して、０．００１質量％以上０．０１質量％以下の割合で添加された微粒子状の潤滑剤とを備え、上記微粒子状の潤滑剤の平均粒径は、２．０μｍ以下であり、上記微粒子状の潤滑剤は、金属石鹸および六方晶系の結晶構造を有する無機潤滑剤の少なくとも一方を含む、軟磁性材料が記載されている。
【0004】
特許文献２には、Ｆｅを含む軟磁性金属粒子を複数含む軟磁性金属粉末であって、上記軟磁性金属粒子の表面は被覆部により覆われており、上記被覆部は、前記軟磁性金属粒子の表面から外側に向かって、第１の被覆部と、第２の被覆部と、をこの順に有し、上記第１の被覆部は、Ｃｕ、Ｗ、ＭｏおよびＣｒからなる群から選ばれる１つ以上の元素を含み、上記第２の被覆部は、Ｐを含むことを特徴とする軟磁性金属粉末が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特許第４３２５９５０号公報
【文献】特許第６５０４２８９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に記載の軟磁性材料は、金属磁性粒子の表面がリン酸金属塩及び酸化膜の少なくとも一方を含む絶縁皮膜により取り囲まれているが、リン酸金属塩や酸化膜は可撓性に劣るため、加圧成型時に金属磁性粒子の変形に追従できずに割れてしまい、金属磁性粒子同士が導通して磁気損失を増大させてしまうおそれがある。
【0007】
特許文献２に記載の軟磁性金属粉末は、第１の被覆部としてＣｕ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒのような金属を使用し、第２の被覆部として五酸化二リン等の酸化物を用いているが、金属からなる第１の被覆部では軟磁性金属粒子同士を絶縁することはできず、また、Ｐを含む第２の被覆部は加圧成型時に割れてしまい、軟磁性金属粒子同士が導通して磁気損失を増大させてしまうおそれがある。
【0008】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、磁気損失が小さい圧粉磁心を得ることができる軟磁性金属粉体を提供することを目的とする。また、磁気損失が小さい圧粉磁心を提供することを目的とする。更に、上記圧粉磁心を備えるインダクタ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】
【0009】
本発明の軟磁性金属粉体は、軟磁性金属粒子と、該軟磁性金属粒子の表面を被覆する被覆層と、を有する被覆粒子を含み、該被覆層は、二硫化モリブデン、酸化モリブデン、窒化ホウ素、マイカ、タルク、パイロフィライト、及びカオリナイトからなる群より選択される少なくとも１種の化合物を含む。
【0010】
本発明の圧粉磁心は、軟磁性金属粒子と、該軟磁性金属粒子同士の界面に存在する界面層と、を有し、該界面層は、二硫化モリブデン、酸化モリブデン、窒化ホウ素、マイカ、タルク、パイロフィライト、及びカオリナイトからなる群より選択される少なくとも１種の化合物を含み、成型密度が８５％以上である。
【0011】
本発明のインダクタは、上記圧粉磁心を備える。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、磁気損失が小さい圧粉磁心を得ることができる軟磁性金属粉体を提供することができる。また、本発明によれば、磁気損失が小さい圧粉磁心及び該圧粉磁心を備えるインダクタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、本発明の軟磁性金属粉体、圧粉磁心、及びインダクタについて説明する。
しかしながら、本発明は、以下の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する本発明の個々の望ましい構成を２つ以上組み合わせたものもまた本発明である。
しかしながら、本発明は、以下の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する本発明の個々の望ましい構成を２つ以上組み合わせたものもまた本発明である。
【0015】
本発明の軟磁性金属粉体は、軟磁性金属粒子と、該軟磁性金属粒子の表面を被覆する被覆層と、を有する被覆粒子を含む。図１に、本発明の軟磁性金属粉体を構成する被覆粒子の一例の断面模式図を示す。図１に示すように、上記被覆粒子は、軟磁性金属粒子１と、その表面を被覆する被覆層２とから構成されている。
【0016】
上記軟磁性金属粒子を構成する軟磁性金属は、軟磁性を示す金属材料であれば特に限定されず、結晶系でも非晶質系でもよい。例えば、Ｆｅを主成分とする金属材料が好ましく、具体的には、純鉄系軟磁性材料（電磁軟鉄）、Ｆｅ系合金、Ｆｅ－Ｓｉ系合金、Ｆｅ－Ｎｉ系合金、Ｆｅ－Ａｌ系合金、Ｆｅ－Ｓｉ－Ａｌ系合金、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｃｒ系合金、Ｆｅ－Ｎｉ－Ｓｉ－Ｃｏ系合金、Ｆｅ系アモルファス合金、又はＦｅ系ナノ結晶合金であることがより好ましい。Ｆｅ系アモルファス合金としては、たとえば、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ系、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃｒ－Ｃ系等が挙げられる。Ｆｅ系ナノ結晶合金としては、たとえば、Ｆｅ－Ｂ系、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃｕ系、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃｕ－Ｃｒ系、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃ－Ｃｕ系、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｐ－Ｃ－Ｃｕ系、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｐ－Ｃ－Ｃｕ－Ｓｎ系、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｎｂ系、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｎｂ－Ｃｕ系等が挙げられる。上記軟磁性金属は、透磁率を高くする観点から、Ｆｅ系アモルファス合金、又はＦｅ系ナノ結晶合金が好ましく、Ｆｅ系アモルファス合金がより好ましい。またＦｅ系アモルファス合金には、金属ガラスが含まれる。金属ガラスは、アモルファス合金のなかで、ガラス転移が明瞭に観察される組成を有するものである。上記軟磁性金属としては、１種を用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0017】
上記軟磁性金属粒子は、平均粒径が１μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上２０μｍ以下であることがより好ましく、１μｍ以上１０μｍ以下であることが更に好ましい。平均粒径は、レーザー回折・散乱式粒子径・粒度分布測定装置で測定することができる。平均粒径を上記範囲とすることによって、成型性及び磁気特性の両方を優れたものとすることができる。また、平均粒径が上記範囲内にあり、かつ、平均粒径が異なる２種以上の軟磁性金属粉体を適宜混合して用いることもできる。平均粒径が異なる粉体を混合することで、小さい粒子が大きい粒子の空隙に入り、成型性をより向上させることができる。
【0018】
上記被覆層は、二硫化モリブデン、酸化モリブデン、窒化ホウ素、マイカ、タルク、パイロフィライト、及びカオリナイトからなる群より選択される少なくとも１種の化合物（以下「化合物（１）」とも記載する。）を含む。
上記被覆層は、１層の化合物（１）を含む層のみからなる単層であってもよいし、２層以上の化合物（１）を含む層からなる複層であってもよい。上記被覆層が複層である場合、層毎に化合物（１）の種類が異なっていてもよく、例えば、二硫化モリブデンからなる第１層と、窒化ホウ素からなる第２層とを含むものであってもよい。上記被覆層が複層である場合、被覆層の層数は特に限定されないが、例えば、１０層以下であってもよく、３層以下であってもよい。また、上記被覆層は、２種以上の化合物（１）を含む混合層を含んでいてもよく、例えば、１層の化合物（１）を含む層の中に、二硫化モリブデンと酸化モリブデンの両方を含んでいてもよいし、二硫化モリブデンと酸化モリブデンと窒化ホウ素の３種を含んでいてもよい。
上記被覆層は、１層の化合物（１）を含む層のみからなる単層であってもよいし、２層以上の化合物（１）を含む層からなる複層であってもよい。上記被覆層が複層である場合、層毎に化合物（１）の種類が異なっていてもよく、例えば、二硫化モリブデンからなる第１層と、窒化ホウ素からなる第２層とを含むものであってもよい。上記被覆層が複層である場合、被覆層の層数は特に限定されないが、例えば、１０層以下であってもよく、３層以下であってもよい。また、上記被覆層は、２種以上の化合物（１）を含む混合層を含んでいてもよく、例えば、１層の化合物（１）を含む層の中に、二硫化モリブデンと酸化モリブデンの両方を含んでいてもよいし、二硫化モリブデンと酸化モリブデンと窒化ホウ素の３種を含んでいてもよい。
【0019】
被覆層は、各化合物に含まれる不純物を含んでいてもよい。特に、化合物がマイカ、タルク、パイロフィライト、又はカオリナイトのような鉱物である場合、鉱物には不純物が含まれていることがある。
マイカは、Ｘ２Ｙ４－６Ｚ８Ｏ２０（ＯＨ，Ｆ）４［ただしＸはＫ，Ｎａ，Ｃａ，Ｂａ，Ｒｂ及びＣｓから１種以上、ＹはＡｌ，Ｍｇ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｔｉ及びＬｉから１種以上、ＺはＡｌ，Ｆｅ及びＴｉから１種以上］で表される層状化合物である。
タルクは、Ｍｇ３Ｓｉ４Ｏ１０（ＯＨ）２で表される層状化合物である。
パイロフィライトは、Ａｌ２Ｓｉ４Ｏ１０（ＯＨ）２で表される層状化合物である。
カオリナイトは、Ａｌ４Ｓｉ４Ｏ１０（ＯＨ）８で表される層状化合物である。
マイカは、Ｘ２Ｙ４－６Ｚ８Ｏ２０（ＯＨ，Ｆ）４［ただしＸはＫ，Ｎａ，Ｃａ，Ｂａ，Ｒｂ及びＣｓから１種以上、ＹはＡｌ，Ｍｇ，Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｔｉ及びＬｉから１種以上、ＺはＡｌ，Ｆｅ及びＴｉから１種以上］で表される層状化合物である。
タルクは、Ｍｇ３Ｓｉ４Ｏ１０（ＯＨ）２で表される層状化合物である。
パイロフィライトは、Ａｌ２Ｓｉ４Ｏ１０（ＯＨ）２で表される層状化合物である。
カオリナイトは、Ａｌ４Ｓｉ４Ｏ１０（ＯＨ）８で表される層状化合物である。
【0020】
上記化合物（１）は、二硫化モリブデン、酸化モリブデン、窒化ホウ素、マイカ、タルク、パイロフィライト、及びカオリナイトからなる群より選択される少なくとも１種である。上記化合物（１）は層状の化合物であるため、金型潤滑材として作用し、成型時に粒子の移動・再配列を促進して成型密度を向上させる。また、層状の化合物を含む層によって軟磁性金属粒子に加わる弾性歪みを低減でき、ヒステリシス損失の増加を抑制できる。従って、高密度で、透磁率の周波数特性に優れるとともに、圧粉磁心の抵抗を高めることができ、磁気損失が小さい圧粉磁心を形成することができる。上記化合物（１）は、成型時の潤滑性をより高め、得られる圧粉磁心の磁気損失をより低下できることから、六方晶系の層状結晶構造を有する化合物であることが好ましく、二硫化モリブデン、酸化モリブデン及び窒化ホウ素からなる群より選択される少なくとも１種であることがより好ましく、二硫化モリブデンが更に好ましい。
【0021】
上記被覆層は、上記化合物（１）のみからなる層であってもよいし、上記化合物（１）以外の物質を含む層であってもよいが、上記化合物（１）を５０質量％以上含むことが好ましく、７５質量％以上含むことがより好ましく、９０質量％以上含むことが更に好ましく、９５質量％以上含むことが更により好ましく、９９質量％以上含むことが殊更に好ましく、実質的に上記化合物（１）のみからなることが特に好ましい。上記化合物（１）以外の物質としては、例えば、ポリイミド、ガラス（好ましくは、軟化点が３００℃以上でガラス結晶化点が６００℃以下のガラス）等が挙げられる。
【0022】
上記被覆層の平均厚みは特に限定されないが、成型時の潤滑性を高め、かつ、透磁率の周波数特性に優れ、損失が小さい圧粉磁心を得ることができる点から、平均厚みが１ｎｍ以上、２００ｎｍ以下であることが好ましい。より好ましくは５ｎｍ以上であり、更に好ましくは１０ｎｍ以上であり、また、より好ましくは１００ｎｍ以下であり、更に好ましくは５０ｎｍ以下であり、より更に好ましくは４０ｎｍ以下であり、特に好ましくは３０ｎｍ以下である。
軟磁性金属粉体の被覆層の平均厚みは、レーザー回折・散乱式粒子径・粒度分布測定装置にて軟磁性金属粉体の平均粒径を測定した後、該平均粒径よりも２０％以上大きな粒径を有する被覆粒子を篩で除去し、選別後の被覆粒子の断面を観察するための試料を作製し、透過型電子顕微鏡又は走査型電子顕微鏡を用いて、上記で測定した平均粒径±２０％の見かけの粒径を有する複数の被覆粒子の断面を観察し、被覆層の厚みを測定して平均することによって求められる。
軟磁性金属粉体の被覆層の平均厚みは、レーザー回折・散乱式粒子径・粒度分布測定装置にて軟磁性金属粉体の平均粒径を測定した後、該平均粒径よりも２０％以上大きな粒径を有する被覆粒子を篩で除去し、選別後の被覆粒子の断面を観察するための試料を作製し、透過型電子顕微鏡又は走査型電子顕微鏡を用いて、上記で測定した平均粒径±２０％の見かけの粒径を有する複数の被覆粒子の断面を観察し、被覆層の厚みを測定して平均することによって求められる。
【0023】
上記被覆粒子は、上記被覆層と軟磁性金属粒子表面とが直接接していてもよいし、上記被覆層の内側（軟磁性金属粒子側）に、上記被覆層以外の層を有していてもよいし、上記被覆層の外側（軟磁性金属粒子と逆側）に、上記被覆層以外の層を有していてもよい。成型時の潤滑性、及び、得られる圧粉磁心の成型密度を高めることができることから、最外層に上記被覆層を有することが好ましい。
【0024】
上記被覆粒子は、軟磁性金属粒子の外側に、リン原子を含有する層を含まないことが好ましい。上記被覆粒子がリン原子を含有する層を含まない具体的な形態としては、上記被覆粒子が、（１）上記軟磁性金属粒子、及び、リン原子を含まない上記被覆層のみからなる形態、（２）上記軟磁性金属粒子、リン原子を含まない上記被覆層、及び、１層以上の上記被覆層とは異なるリン原子を含有しない層（以下「リン原子非含有層」とも記載する）のみからなり、上記リン原子非含有層が上記被覆層の内側に存在する形態、（３）上記軟磁性金属粒子、リン原子を含まない上記被覆層、及び、１層以上の上記リン原子非含有層のみからなり、上記リン原子非含有層が上記被覆層の外側に存在する形態、（４）上記軟磁性金属粒子、リン原子を含まない上記被覆層、及び、１層以上の上記リン原子非含有層のみからなり、上記リン原子非含有層が上記被覆層の内側及び外側の両方に存在する形態、が挙げられる。
【0025】
上記被覆粒子の平均粒径は、１μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上２０μｍ以下であることがより好ましく、１μｍ以上１０μｍ以下であることが更に好ましい。平均粒径は、レーザー回折・散乱式粒子径・粒度分布測定装置で測定することができる。平均粒径を上記範囲とすることによって、成型性及び磁気特性の両方を優れたものとすることができる。
【0026】
本発明の軟磁性金属粉体は、得られる圧粉磁心の透磁率を高くできることから、軟磁性金属粒子の割合が９０質量％以上であることが好ましい。上記割合は、９５質量％以上が好ましく、９７質量％以上がより好ましく、また、粉体抵抗率を高くする観点から、９９．９質量％以下が好ましく、９９．５質量％以下がより好ましい。
本発明の軟磁性金属粉体は、粉体抵抗率を高くする観点から、化合物（１）の割合が０．１質量％以上であることが好ましく、０．５質量％以上であることがより好ましい。また、得られる圧粉磁心の透磁率を高くできることから、化合物（１）の割合は、１０質量％以下であることが好ましく、５質量％以下であることがより好ましく、３質量％以下であることが更に好ましい。
本発明の軟磁性金属粉体は、粉体抵抗率を高くする観点から、化合物（１）の割合が０．１質量％以上であることが好ましく、０．５質量％以上であることがより好ましい。また、得られる圧粉磁心の透磁率を高くできることから、化合物（１）の割合は、１０質量％以下であることが好ましく、５質量％以下であることがより好ましく、３質量％以下であることが更に好ましい。
【0027】
本発明の軟磁性金属粉体は、上記被覆層による軟磁性金属粒子の被覆率が９５％以上であることが好ましく、９８％以上であることがより好ましく、１００％であることが更に好ましい。上記被覆率は、例えば（１）Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）により粉体表面の構成元素を分析し、被覆層構成元素の量と軟磁性金属粒子構成元素の量の比を計算したり、（２）エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）や波長分散型Ｘ線分析（ＷＤＸ）により軟磁性金属粒子の表面の元素マッピング像を取得し、軟磁性金属粒子の輪郭内部で被覆層構成元素が検出されている面積と軟磁性金属粒子の面積の比を計算したり、（３）軟磁性金属粒子を樹脂包埋・研磨して粒子断面を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察するための試料を作製し、粒子断面のＥＤＸ像を取得し、被覆層構成元素の輪郭長と軟磁性金属粒子の輪郭長の比を計算することによって算出することができる。
【0028】
本発明の軟磁性金属粉体は、軟磁性金属粒子と上記化合物（１）とを容器に投入し、機械的衝撃エネルギーを加えながら混合する、より好ましくは衝撃、圧縮及びせん断のエネルギーを加えながら混合することで得ることができる。例えば、６ＭＪ／ｋｇ以上のエネルギーを混合処理によって加えることで、本発明の軟磁性金属粉体を得ることができる。
上記のように機械的衝撃エネルギーを加えながら混合することができる被覆装置としては、図２に示すような被覆装置１１が挙げられる。被覆装置１１は、断面円筒状のチャンバ１２を備え、このチャンバ１２内で羽根１３が矢印１４で示すように回転するように構成されている。チャンバ１２内に被処理物１５（軟磁性金属粒子及び化合物（１））が投入され、その状態で、羽根１３がたとえば４０００～６０００ｒｐｍの回転数をもって回転することによって、被処理物１５が処理される。上記のような被覆装置としては、ホソカワミクロン（株）製の粉体処理装置（ノビルタ）等が挙げられる。また、機械的衝撃力を加えながら混合できる装置としては、遊星ボールミル等も挙げられる。
上記のように機械的衝撃エネルギーを加えながら混合することができる被覆装置としては、図２に示すような被覆装置１１が挙げられる。被覆装置１１は、断面円筒状のチャンバ１２を備え、このチャンバ１２内で羽根１３が矢印１４で示すように回転するように構成されている。チャンバ１２内に被処理物１５（軟磁性金属粒子及び化合物（１））が投入され、その状態で、羽根１３がたとえば４０００～６０００ｒｐｍの回転数をもって回転することによって、被処理物１５が処理される。上記のような被覆装置としては、ホソカワミクロン（株）製の粉体処理装置（ノビルタ）等が挙げられる。また、機械的衝撃力を加えながら混合できる装置としては、遊星ボールミル等も挙げられる。
【0029】
本発明の軟磁性金属粉体は、圧粉磁心の体積抵抗率を高め、磁気損失を小さくできることから、室温（約２５℃）、６４ＭＰａ加圧時の粉体抵抗率が１．０×１０３Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。上記粉体抵抗率は、より好ましくは、１．０×１０４Ω・ｃｍ以上であり、更に好ましくは、１．０×１０５Ω・ｃｍ以上である。本発明の軟磁性金属粉体は、化合物（１）を含む被覆層を有することによって、上記の粉体抵抗率を達成することができる。
【0030】
本発明の軟磁性金属粉体は、圧粉磁心の材料として好適に用いられる。
【0031】
本発明の圧粉磁心は、軟磁性金属粒子と、該軟磁性金属粒子同士の界面に存在する界面層と、を有し、該界面層は、二硫化モリブデン、酸化モリブデン、窒化ホウ素、マイカ、タルク、パイロフィライト、及びカオリナイトからなる群より選択される少なくとも１種の化合物（１）を含み、成型密度が８５％以上である。本発明の圧粉磁心は、上記構成を有することによって、体積抵抗率が高い状態を維持でき、透磁率が周波数増加に対してほとんど減衰しない。また、磁場印加時の損失が小さい。本発明の圧粉磁心は、上述した本発明の軟磁性金属粉体を圧粉成型し、必要に応じて熱処理することによって得ることができる。圧粉条件は、従来公知の方法を採用できる。図３は、本発明の圧粉磁心の内部構造の一例を示す断面模式図である。図３に示すように、本発明の圧粉磁心は、軟磁性金属粒子１と、軟磁性金属粒子１同士の界面４に存在する界面層３とを有している。
【0032】
本発明の圧粉磁心は、成型密度が８５％以上である。透磁率を高くできることから、上記成型密度は、９０％以上が好ましく、９３％以上がより好ましい。上述した本発明の軟磁性金属粉体を圧粉成型することによって、成型密度を上記範囲にすることができる。成型密度は高ければ高いほど好ましく上限値は限定されないが、例えば、１００％であってよく、９９％であってもよい。また、成型密度は８９．４０％以上、９６．６０％以下であってもよい。
本発明の圧粉磁心は、本発明の軟磁性金属粉体を材料として用いることによって、軟磁性金属粒子表面を被覆する化合物（１）が潤滑剤として作用し、高い成型密度を実現できる。例えば、二硫化モリブデン等の被覆層を形成しなくても、塑性変形・高密度化させるだけなら室温成型で１０００ＭＰａを超えるような高加圧力を印加することや、熱間成型により達成可能である。しかし、そのような場合には、高体積抵抗率を実現できない。上記の化合物（１）を含む層が４００℃を超える高温と数百ＭＰａの加圧力にも耐えられることで、熱間成型後の高体積抵抗率を維持でき、初透磁率の増加、周波数特性の劣化を抑制できる。
本発明の圧粉磁心は、本発明の軟磁性金属粉体を材料として用いることによって、軟磁性金属粒子表面を被覆する化合物（１）が潤滑剤として作用し、高い成型密度を実現できる。例えば、二硫化モリブデン等の被覆層を形成しなくても、塑性変形・高密度化させるだけなら室温成型で１０００ＭＰａを超えるような高加圧力を印加することや、熱間成型により達成可能である。しかし、そのような場合には、高体積抵抗率を実現できない。上記の化合物（１）を含む層が４００℃を超える高温と数百ＭＰａの加圧力にも耐えられることで、熱間成型後の高体積抵抗率を維持でき、初透磁率の増加、周波数特性の劣化を抑制できる。
【0033】
上記界面層は、平均厚みが１ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることが好ましい。より好ましくは５ｎｍ以上であり、更に好ましくは１０ｎｍ以上であり、また、より好ましくは２００ｎｍ以下であり、更に好ましくは１００ｎｍ以下であり、更により好ましくは５０ｎｍ以下であり、殊更に好ましくは４０ｎｍ以下であり、特に好ましくは３０ｎｍ以下である。厚みを上記範囲とすることで、透磁率及び電気抵抗が高く、損失が小さい圧粉磁心を得ることができる。
なお、上記界面層の平均厚みは、二硫化モリブデン、酸化モリブデン、窒化ホウ素、マイカ、タルク、パイロフィライト、及びカオリナイトからなる群より選択される少なくとも１種の化合物（１）を含む層が２層以上積層されている場合には、その合計とする。
なお、上記界面層の平均厚みは、二硫化モリブデン、酸化モリブデン、窒化ホウ素、マイカ、タルク、パイロフィライト、及びカオリナイトからなる群より選択される少なくとも１種の化合物（１）を含む層が２層以上積層されている場合には、その合計とする。
【0034】
本発明の圧粉磁心は、上記軟磁性金属粒子と上記界面層とが直接接していることが好ましい。上記軟磁性金属粒子と上記界面層とは少なくとも一部で直接接していればよく、上記軟磁性金属粒子と上記界面層とが直接接していない部分があってもよい。
【0035】
本発明の圧粉磁心は、上記化合物（１）による軟磁性金属粒子の被覆率が９５％以上であることが好ましく、９８％以上であることがより好ましく、１００％であることが更に好ましい。上記被覆率は、ＥＤＸ分析やＷＤＸ分析を用いて圧粉磁心の断面を観察して、軟磁性金属粒子構成元素や被覆層構成元素のマッピング像を取得し、被覆層の周長と金属粒子の輪郭部分の周長との比を計算することによって算出することができる。
【0036】
本発明の圧粉磁心は、軟磁性金属粒子の粒界に結着材を有することが好ましい。上記結着材を粒界に有することによって、圧粉磁心の機械強度が優れたものとなる。本明細書において、「軟磁性金属粒子の粒界」とは、互いに隣接する軟磁性金属粒子同士の境界であり、軟磁性金属粒子同士の界面、及び、軟磁性金属粒子間に存在する隙間を含む概念である。図３に示すように、圧粉磁心は、軟磁性金属粒子１と、軟磁性金属粒子１同士の界面４に存在する界面層３とを有しているが、軟磁性金属粒子１間には隙間５も存在する。結着材は上記界面に存在してもよいし、上記隙間に存在していてもよい。
【0037】
上記結着材としては、特に限定されず、例えば、ガラスであることが好ましく、Ｓｉ－Ｂ系、Ｓｉ－Ｂ－アルカリ金属系、Ｓｉ－Ｂ－Ｚｎ系、Ｖ－Ｔｅ系、Ｓｎ－Ｐ－Ｚｎ系、水ガラスなどの各種ガラス材料が挙げられる。
【0038】
上記結着材のガラスは、ビスマス、ホウ素、バナジウム、スズ、及び、亜鉛のうち少なくともいずれかを含むガラスであることが好ましい。ビスマス、ホウ素、バナジウム、スズ、及び、亜鉛の含有量は特に限定されず、結着材として使用されている公知のビスマスやホウ素等を含むガラスを用いることができる。
【0039】
上記結着材の含有量は、軟磁性金属粒子１００質量部に対して、１質量部以上１０質量部以下が好ましく、１質量部以上５質量部以下がより好ましい。
【0040】
本発明の圧粉磁心は、上記界面層と上記結着材とが直接接していることが好ましい。このような形態は、本開示の軟磁性金属粉体が、被覆層の外側に他の層を有していない、すなわち、上記被覆層が最外層である場合に成される形態である。
【0041】
本発明の圧粉磁心は、透磁率を高く、また損失を低くできることから、軟磁性金属粒子の占積率が８０％以上であることが好ましく、８５％以上であることがより好ましく、９０％以上であることが更に好ましい。上述した本発明の軟磁性金属粉体を圧粉成型することによって、軟磁性金属粒子の占積率を上記範囲にすることができる。上記占積率の上限値は特に限定されないが、上記占積率は９９％以下であってもよいし、９８％以下であってもよい。
【0042】
本発明の圧粉磁心は、磁気損失をより低くできることから、体積抵抗率が２０Ω・ｃｍ以上であることが好ましく、２５Ω・ｃｍ以上であることがより好ましく、１００Ω・ｃｍ以上が更に好ましく、５００Ω・ｃｍ以上が特に好ましい。体積抵抗率は高い方がよく、上限値は限定されないが、例えば、上限値が１×１０５Ω・ｃｍであってもよい。上述した本発明の軟磁性金属粉体を圧粉成型することによって、体積抵抗率を上記範囲にすることができる。
【0043】
本発明の圧粉磁心は、１００ｋＨｚ時の初透磁率が３０以上であることが好ましい。より好ましくは４０以上であり、更に好ましくは５０以上である。上記初透磁率の上限は限定されないが、例えば、１０００以下であってもよい。上述した本発明の軟磁性金属粉体を圧粉成型することによって、上記初透磁率を上記範囲にすることができる。
また、本発明の圧粉磁心は、１００ＭＨｚ時の初透磁率が３０以上であることが好ましい。より好ましくは４０以上であり、更に好ましくは５０以上である。上記初透磁率の上限は限定されないが、例えば、１０００以下であってもよい。上述した本発明の軟磁性金属粉体を圧粉成型することによって、上記初透磁率を上記範囲にすることができる。
また、本発明の圧粉磁心は、１００ＭＨｚ時の初透磁率が３０以上であることが好ましい。より好ましくは４０以上であり、更に好ましくは５０以上である。上記初透磁率の上限は限定されないが、例えば、１０００以下であってもよい。上述した本発明の軟磁性金属粉体を圧粉成型することによって、上記初透磁率を上記範囲にすることができる。
【0044】
本発明の圧粉磁心は、（１００ＭＨｚ時の初透磁率／１００ｋＨｚ時の初透磁率）が０．１以上であることが好ましい。より好ましくは０．５以上であり、更に好ましくは０．８以上である。上記範囲であることにより、周波数特性に優れた圧粉磁心ということができる。
【0045】
本発明の圧粉磁心は、０．１Ｔ、５０ｋＨｚの磁場印加時の損失が１０００ｋＷ／ｍ３以下であることが好ましい。より好ましくは５００ｋＷ／ｍ３以下であり、更に好ましくは４００ｋＷ／ｍ３以下であり、特に好ましくは３００ｋＷ／ｍ３以下である。上記損失は低ければ低いほど好ましく下限値は限定されないが、例えば、下限値が１Ｗ／ｍ３であってよく、１ｋＷ／ｍ３であってもよい。
【0046】
本発明の圧粉磁心は、上述した本発明の軟磁性金属粉体を圧粉成型し、必要に応じて熱処理することによって得ることができる。圧粉成型の条件は特に限定されず、軟磁性金属粒子や化合物（１）の種類によって適宜決定すればよい。
【0047】
本発明の圧粉磁心は、インダクタ、各種コイル、リアクトル、モーター、トランス、ＤＣ－ＤＣコンバータ、ＡＣ－ＤＣコンバータ等に使用できる。
【0048】
本発明のインダクタは、上述した本発明の圧粉磁心を備える。本発明のインダクタは、本発明の圧粉磁心、及び、該圧粉磁心の周囲に配置された巻線を備えることが好ましい。
【0049】
本発明のインダクタは、本発明の圧粉磁心を備えること以外は、従来公知のインダクタと同様の構成をとることができ、同様の製法により製造できる。本発明のインダクタは、従来公知の用途に使用できる。
【0050】
図４は、インダクタの一例を模式的に示す斜視図である。図４に示すインダクタ１００は、本発明の圧粉磁心１１０と、圧粉磁心１１０に巻回される一次巻線１２０および二次巻線１３０とを備える。図４に示すインダクタ１００では、環状のトロイダル形状を有する圧粉磁心１１０に、一次巻線１２０および二次巻線１３０がバイファイラ巻きされている。
【0051】
インダクタの構造は、図４に示すインダクタ１００の構造に限定されない。例えば、環状のトロイダル形状を有する圧粉磁心に１本の巻線が巻回されてもよい。また、本発明の圧粉磁心と、上記圧粉磁心に埋め込まれた巻線とを備える構造などであってもよい。
本発明のインダクタは、圧粉磁心における軟磁性金属粒子の空間充填率が高いので、透磁率が高く、飽和磁束密度の高いコイルとなる。
本発明のインダクタは、圧粉磁心における軟磁性金属粒子の空間充填率が高いので、透磁率が高く、飽和磁束密度の高いコイルとなる。
【実施例】
【0052】
以下、本発明の軟磁性金属粉体、圧粉磁心及びインダクタについてより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
【0053】
実施例及び比較例で評価は以下のようにして行った。
【0054】
［軟磁性金属粉体の被覆層の平均厚み］
レーザー回折・散乱式粒子径・粒度分布測定装置にて平均粒径を測定した後、該平均粒径よりも２０％以上大きな粒径を有する被覆粒子を篩で除去する。つぎに選別後の被覆粒子の断面を観察するための試料を作製する。例えば粉体を樹脂包埋した後、機械研磨やイオンミリング、クロスセクションポリッシャー、集束イオンビーム（ＦＩＢ）などを使用することができる。このとき、断面観察試料に現れる粒子の径（見かけの粒径）は、粒子が浅く削られた場合は粒子径よりも小さく、粒子がその中心付近を横切るように削られた場合は粒子径に近くなる。また観察される被覆層厚み（見かけの厚み）は、粒子が浅く削られた場合は真の厚みよりも厚く、粒子がその中心付近を横切るように削られた場合は真の厚みに近くなる。そして、透過型電子顕微鏡や走査型電子顕微鏡を用いて、上記で測定した平均粒径±２０％以内の見かけの粒径を有する被覆粒子１０個以上の断面を観察し、被覆層の厚みを測定して平均することによって求められる。
例えば、被覆粒子の平均粒径が５μｍである場合、粒径が６μｍ以下の粒子を通す篩にかけ、篩を通して得られた粉体を用いて断面観察用試料を作製し、さらに見かけの粒径が４μｍ以上、６μｍ以下の粒子のみを測定すればよい。このようにして観察される被覆層の見かけの厚みは、真の被覆層厚みから＋２５％までの範囲に収まる。
レーザー回折・散乱式粒子径・粒度分布測定装置にて平均粒径を測定した後、該平均粒径よりも２０％以上大きな粒径を有する被覆粒子を篩で除去する。つぎに選別後の被覆粒子の断面を観察するための試料を作製する。例えば粉体を樹脂包埋した後、機械研磨やイオンミリング、クロスセクションポリッシャー、集束イオンビーム（ＦＩＢ）などを使用することができる。このとき、断面観察試料に現れる粒子の径（見かけの粒径）は、粒子が浅く削られた場合は粒子径よりも小さく、粒子がその中心付近を横切るように削られた場合は粒子径に近くなる。また観察される被覆層厚み（見かけの厚み）は、粒子が浅く削られた場合は真の厚みよりも厚く、粒子がその中心付近を横切るように削られた場合は真の厚みに近くなる。そして、透過型電子顕微鏡や走査型電子顕微鏡を用いて、上記で測定した平均粒径±２０％以内の見かけの粒径を有する被覆粒子１０個以上の断面を観察し、被覆層の厚みを測定して平均することによって求められる。
例えば、被覆粒子の平均粒径が５μｍである場合、粒径が６μｍ以下の粒子を通す篩にかけ、篩を通して得られた粉体を用いて断面観察用試料を作製し、さらに見かけの粒径が４μｍ以上、６μｍ以下の粒子のみを測定すればよい。このようにして観察される被覆層の見かけの厚みは、真の被覆層厚みから＋２５％までの範囲に収まる。
【0055】
［軟磁性金属粉体の被覆層の狙い厚みに応じた被覆層素材添加量算出、および被覆層の厚み推定］
軟磁性金属粉体の比表面積ＳＳＡは、比重ρ１とｄ５０を用いて
ＳＳＡ＝６／（ρ１ｄ５０）
と計算できる。被覆層素材の比重をρ２、狙い厚みをｔとしたとき、添加すべき被覆層素材の添加率ｗ（質量％）は
ｗ＝６ｔρ２／ρ１ｄ５０×１００
として計算する。
一方、何らかの被覆層が設けられた軟磁性金属粉体を入手したときに、その被覆層の厚みｔを推定するためには、
ｔ＝ｗ／（ρ２×ＳＳＡ×１００）
として計算できる。ここで入手した軟磁性金属粉体のｗ、ρ２、ＳＳＡを算出する方法は、まず軟磁性金属粉体から、軟磁性金属粒子を被覆していない被覆層素材を除去するために、粒子比重が大きい被覆済みの軟磁性金属粒子のみを抽出する。これは軟磁性金属粉体を磁場に晒したり、軟磁性金属粉体を液中に混合した上で遠心分離したり、粉体層に下から送風して流動状態を作り比重差を利用して分離すること、などにより抽出可能である。次に、軟磁性金属粒子と被覆層素材それぞれの組成分析を行う。組成分析には誘導結合プラズマ発光分光（ＩＣＰ－ＡＥＳ）や誘導結合プラズマ質量分析（ＩＣＰ－ＭＳ）、蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）などが使用できる。また、被覆層が結晶質である場合は、粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）によって被覆層の組成を求めることも可能である。組成分析結果から軟磁性金属粒子、被覆層素材それぞれの比重ρ１、ρ２、および被覆層素材の添加率ｗを算出する。一方レーザー回折・散乱式粒子径・粒度分布測定装置にて平均粒径ｄ５０を測定して、ｄ５０とρ１の値から軟磁性金属粉体の比表面積ＳＳＡを算出することができる。
軟磁性金属粉体の比表面積ＳＳＡは、比重ρ１とｄ５０を用いて
ＳＳＡ＝６／（ρ１ｄ５０）
と計算できる。被覆層素材の比重をρ２、狙い厚みをｔとしたとき、添加すべき被覆層素材の添加率ｗ（質量％）は
ｗ＝６ｔρ２／ρ１ｄ５０×１００
として計算する。
一方、何らかの被覆層が設けられた軟磁性金属粉体を入手したときに、その被覆層の厚みｔを推定するためには、
ｔ＝ｗ／（ρ２×ＳＳＡ×１００）
として計算できる。ここで入手した軟磁性金属粉体のｗ、ρ２、ＳＳＡを算出する方法は、まず軟磁性金属粉体から、軟磁性金属粒子を被覆していない被覆層素材を除去するために、粒子比重が大きい被覆済みの軟磁性金属粒子のみを抽出する。これは軟磁性金属粉体を磁場に晒したり、軟磁性金属粉体を液中に混合した上で遠心分離したり、粉体層に下から送風して流動状態を作り比重差を利用して分離すること、などにより抽出可能である。次に、軟磁性金属粒子と被覆層素材それぞれの組成分析を行う。組成分析には誘導結合プラズマ発光分光（ＩＣＰ－ＡＥＳ）や誘導結合プラズマ質量分析（ＩＣＰ－ＭＳ）、蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）などが使用できる。また、被覆層が結晶質である場合は、粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）によって被覆層の組成を求めることも可能である。組成分析結果から軟磁性金属粒子、被覆層素材それぞれの比重ρ１、ρ２、および被覆層素材の添加率ｗを算出する。一方レーザー回折・散乱式粒子径・粒度分布測定装置にて平均粒径ｄ５０を測定して、ｄ５０とρ１の値から軟磁性金属粉体の比表面積ＳＳＡを算出することができる。
【0056】
［圧粉磁心の界面層の平均厚み］
圧粉磁心の断面観察用試料を以下の方法で作製する。圧粉磁心を切断、破断、あるいは破砕して得た破片を樹脂包埋・機械研磨することで作製する。あるいは破片の断面部分をイオンミリング、クロスセクションポリッシャー、集束イオンビーム（ＦＩＢ）などの手法で研磨することで作製する。作製した断面観察用試料を走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡を用いて観察する。走査型電子顕微鏡を用いる場合は反射電子像を得ることで、軟磁性金属粒子部分と界面層部分を区別することができる。またＷＤＸ分析を用いて軟磁性金属粒子構成元素（例えばＦｅ）と界面層構成元素（例えばＭｏ）の分布をマッピングすることでも区別できる。透過型電子顕微鏡を用いる場合は、ＥＤＸ分析を用いて軟磁性金属粒子構成元素と界面層構成元素の分布をマッピングすることでも区別できる。また軟磁性金属粒子と界面の被覆層の結晶構造（結晶か非晶質か、結晶の場合の結晶構造が異なるか）を利用して、高倍率観察時の格子像を観察することでも区別できる。例えば軟磁性金属粒子が非晶質で、被覆層が結晶質である場合、界面の厚みは格子縞が見られる領域の厚みとして得られる。これらの方法で界面層が分布する部分の厚みを複数点、例えば１０点計測して、平均を計算することで界面層の平均厚みを算出することができる。ここで、界面の測定箇所は、観察して得られた像において、軟磁性金属粒子同士の距離が短い箇所から順に１０点選択する。
圧粉磁心の断面観察用試料を以下の方法で作製する。圧粉磁心を切断、破断、あるいは破砕して得た破片を樹脂包埋・機械研磨することで作製する。あるいは破片の断面部分をイオンミリング、クロスセクションポリッシャー、集束イオンビーム（ＦＩＢ）などの手法で研磨することで作製する。作製した断面観察用試料を走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡を用いて観察する。走査型電子顕微鏡を用いる場合は反射電子像を得ることで、軟磁性金属粒子部分と界面層部分を区別することができる。またＷＤＸ分析を用いて軟磁性金属粒子構成元素（例えばＦｅ）と界面層構成元素（例えばＭｏ）の分布をマッピングすることでも区別できる。透過型電子顕微鏡を用いる場合は、ＥＤＸ分析を用いて軟磁性金属粒子構成元素と界面層構成元素の分布をマッピングすることでも区別できる。また軟磁性金属粒子と界面の被覆層の結晶構造（結晶か非晶質か、結晶の場合の結晶構造が異なるか）を利用して、高倍率観察時の格子像を観察することでも区別できる。例えば軟磁性金属粒子が非晶質で、被覆層が結晶質である場合、界面の厚みは格子縞が見られる領域の厚みとして得られる。これらの方法で界面層が分布する部分の厚みを複数点、例えば１０点計測して、平均を計算することで界面層の平均厚みを算出することができる。ここで、界面の測定箇所は、観察して得られた像において、軟磁性金属粒子同士の距離が短い箇所から順に１０点選択する。
【0057】
［室温（約２５℃）、６４ＭＰａ加圧時の粉体抵抗率（測定上限が１０ＭΩｃｍ）］
三菱化学アナリテック社製の粉体抵抗率測定ユニットＭＣＰ－ＰＤ５１を用いて、６４ＭＰａ加圧時の体積抵抗率として測定した。
三菱化学アナリテック社製の粉体抵抗率測定ユニットＭＣＰ－ＰＤ５１を用いて、６４ＭＰａ加圧時の体積抵抗率として測定した。
【0058】
［粉体表面の元素組成］
アルバック・ファイ（株）製ＰＨＩ－５０００ ＶｅｒｓａＰｒｏｂｅを用いたＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）分析により求めた。
アルバック・ファイ（株）製ＰＨＩ－５０００ ＶｅｒｓａＰｒｏｂｅを用いたＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）分析により求めた。
【0059】
［圧粉磁心の成型密度］
圧粉磁心の外形φｏと内径φｉをノギスで三点ずつ測定して平均値を計算した。マイクロメータを用いて磁心の厚さｔを四点測定して平均値を算出し、下記式を用いて圧粉磁心の体積Ｖｃを求めた。
電子天秤で試料の重量ｍを測定し、軟磁性金属粉体と被覆材料（二硫化モリブデン等）と結着材との混合比率から各成分の重量割合及び重量を算出し、各成分の密度を用いて下記式で空隙率ｎを求めた。
ｍ１は軟磁性金属粉体の重量、ｍ２は被覆材料の重量、ｍ３は結着材の重量、ρ１は軟磁性金属粉体の密度、ρ２は被覆材料の密度、ρ３は結着材の密度である。
成型密度は、１００－ｎ（空隙率）として算出した。
圧粉磁心の外形φｏと内径φｉをノギスで三点ずつ測定して平均値を計算した。マイクロメータを用いて磁心の厚さｔを四点測定して平均値を算出し、下記式を用いて圧粉磁心の体積Ｖｃを求めた。
【数1】
【数2】
成型密度は、１００－ｎ（空隙率）として算出した。
【0060】
［圧粉磁心における軟磁性金属粒子の占積率］
成型密度の算出に用いたＶｃとｍ１とρ１を用いて、占積率＝｛（ｍ１／ρ１）｝／Ｖｃとして求めた。
成型密度の算出に用いたＶｃとｍ１とρ１を用いて、占積率＝｛（ｍ１／ρ１）｝／Ｖｃとして求めた。
【0061】
［圧粉磁心の体積抵抗率］
圧粉磁心の上下面にインジウムガリウム（ＩｎＧａ）合金を塗布し、電極面を形成した。２本のケルビンクリップで圧粉磁心を挟み、デジタルマルチメータに接続した。デジタルマルチメータは、四端子法の抵抗測定が可能なものであれば特に制限されないし、デジタルマルチメータ以外では定電圧電源と抵抗計を組み合わせて使用しても良い。測定で得た抵抗値Ｒと、下記式：
（式中、φｏは圧粉磁心の外径、φｉは圧粉磁心の内径）から算出した電極面積Ｓと、圧粉磁心の厚さｔを用い、体積抵抗率ρは下記式：
ρ＝Ｒ×（Ｓ／ｔ）
として計算される。
圧粉磁心の上下面にインジウムガリウム（ＩｎＧａ）合金を塗布し、電極面を形成した。２本のケルビンクリップで圧粉磁心を挟み、デジタルマルチメータに接続した。デジタルマルチメータは、四端子法の抵抗測定が可能なものであれば特に制限されないし、デジタルマルチメータ以外では定電圧電源と抵抗計を組み合わせて使用しても良い。測定で得た抵抗値Ｒと、下記式：
【数3】
ρ＝Ｒ×（Ｓ／ｔ）
として計算される。
【0062】
［１００ｋＨｚ時及び１００ＭＨｚ時の初透磁率、並びに、０．１Ｔ、５０ｋＨｚの磁場印加時の損失］
圧粉磁心の初透磁率をキーサイト社製インピーダンスアナライザＥ４９９１Ａおよび磁性材料テストフィクスチャ１６４５４Ａで測定した。
実施例及び比較例で得られた圧粉磁心の磁場損失を、岩崎通信機（株）製ＢＨアナライザーＳＹ８２１８を用いて測定した。なお、圧粉磁心に巻き付けた銅線の直径は０．２６ｍｍとした。また、励磁のための一次巻線と検出のための二次巻線の巻き数は３０ターンで同一とし、バイファイラ巻きを施した。
圧粉磁心の初透磁率をキーサイト社製インピーダンスアナライザＥ４９９１Ａおよび磁性材料テストフィクスチャ１６４５４Ａで測定した。
実施例及び比較例で得られた圧粉磁心の磁場損失を、岩崎通信機（株）製ＢＨアナライザーＳＹ８２１８を用いて測定した。なお、圧粉磁心に巻き付けた銅線の直径は０．２６ｍｍとした。また、励磁のための一次巻線と検出のための二次巻線の巻き数は３０ターンで同一とし、バイファイラ巻きを施した。
【0063】
実施例１
軟磁性金属粉体（エプソンアトミックス（株）製、ＡＷ２－ＰＦ．８Ｆ、平均粒径５μｍ、比重７．１ｇ／ｃｍ３）と二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）粉体（（株）ダイゾー製、平均粒径０．４５μｍ、比重５．０８ｇ／ｃｍ３）を用意し、各粉体の比重と平均粒径を元に、ＭｏＳ２皮膜の狙い厚みが２５ｎｍになる質量比（ＭｏＳ２添加量２．０ｗｔ．％）で秤量した。秤量した粉体７０ｇ分を粉体処理装置（ホソカワミクロン（株）製、ノビルタミニ（ＮＯＢ－ＭＩＮＩ））に導入し、６０００回転／分、３０分の条件で軟磁性金属粉体をＭｏＳ２で被覆する処理を行って被覆処理された軟磁性金属粉体を得た。上記条件において、粉体に加えられた総エネルギー量は約８ＭＪ／ｋｇであった。
軟磁性金属粉体（エプソンアトミックス（株）製、ＡＷ２－ＰＦ．８Ｆ、平均粒径５μｍ、比重７．１ｇ／ｃｍ３）と二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）粉体（（株）ダイゾー製、平均粒径０．４５μｍ、比重５．０８ｇ／ｃｍ３）を用意し、各粉体の比重と平均粒径を元に、ＭｏＳ２皮膜の狙い厚みが２５ｎｍになる質量比（ＭｏＳ２添加量２．０ｗｔ．％）で秤量した。秤量した粉体７０ｇ分を粉体処理装置（ホソカワミクロン（株）製、ノビルタミニ（ＮＯＢ－ＭＩＮＩ））に導入し、６０００回転／分、３０分の条件で軟磁性金属粉体をＭｏＳ２で被覆する処理を行って被覆処理された軟磁性金属粉体を得た。上記条件において、粉体に加えられた総エネルギー量は約８ＭＪ／ｋｇであった。
【0064】
被覆処理された軟磁性金属粉体について、室温で６４ＭＰａの加圧力を加えたときの粉体抵抗率を測定した。結果を表１に示す。ＭｏＳ２を２５ｎｍ狙いで被覆したときの加圧時の粉体抵抗率は４４５ｋΩｃｍだった。また、同じ粉体をＸＰＳ（Ｘ線光電子分光）分析により粒子表面の元素種・量を半定量分析した結果を表２に示す。ＸＰＳ分析結果においてＣとＯは、粒子表面に吸着した大気中のＣＯ２からの寄与である。Ｆｅ量は検出下限以下であり、実態として、Ｍｏ及びＳと、一部のＯのみが粉体粒子表面から数ｎｍの深さの範囲に分布していることを確認した。すなわち、軟磁性金属粒子表面はＭｏＳ２の構造をとるＭｏ硫化物およびＭｏＯ３の構造をとるＭｏ酸化物で被覆されており、その被覆率は１００％、あるいは１００％に限りなく近いといえる。さらに、同じ粉体を樹脂包埋・断面研磨したのちにＦＩＢ（収束イオンビーム）加工を行い、ＳＴＥＭ（走査透過型電子顕微鏡）を用いて得られた断面の明視野像およびＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析）による測定した構成元素のマッピング像を図５に示す。図５より、軟磁性金属粒子の表面は、ＭｏＳ２の構造をとるＭｏ硫化物およびＭｏＯ３の構造をとるＭｏ酸化物からなる化合物膜で満遍なく覆われていることがわかる。被覆処理された軟磁性金属粉体の被覆層の平均厚みを計測したところ、２８ｎｍであった。
【0065】
上記のように、被覆処理された軟磁性金属粉体の加圧時の粉体抵抗率は４４５ｋΩｃｍで、被覆処理されていない軟磁性金属粉体では成し得ない高抵抗であった。これは図５のＳＴＥＭ－ＥＤＸ像や表２のＸＰＳ分析で示したように、軟磁性金属粒子表面をＭｏＳ２が薄く、また満遍なく被覆することで、軟磁性金属粒子同士の導通を抑制していることに起因すると考えられる。加圧しても高抵抗を維持できるのは、ＭｏＳ２が結晶格子のａ、ｂ軸方向には強固な共有結合を有する一方でｃ軸方向には弱いファンデルワールス結合を有することから、外部から加圧や摩擦を受けたときに全体が割れることなくファンデルワールス結合を有する部分で滑る（層間滑りと呼ばれる）ことにより、皮膜の厚み方向全体が割れずに膜が残ることが理由である。
【0066】
実施例２～５
実施例１と同様の方法で、表１に示す狙い厚みになる分量でＭｏＳ２を軟磁性金属粉体に混合して処理を行った（狙い厚み６、１３、５０、１００ｎｍの場合、ＭｏＳ２添加量は、それぞれ０．５ｗｔ．％、１．０ｗｔ．％、４．０ｗｔ．％、８．０ｗｔ．％である）。被覆処理された軟磁性金属粉体を用いて６４ＭＰａ加圧時の粉体抵抗率を測定した。結果を表１に示す。
実施例１と同様の方法で、表１に示す狙い厚みになる分量でＭｏＳ２を軟磁性金属粉体に混合して処理を行った（狙い厚み６、１３、５０、１００ｎｍの場合、ＭｏＳ２添加量は、それぞれ０．５ｗｔ．％、１．０ｗｔ．％、４．０ｗｔ．％、８．０ｗｔ．％である）。被覆処理された軟磁性金属粉体を用いて６４ＭＰａ加圧時の粉体抵抗率を測定した。結果を表１に示す。
【0067】
また、実施例２、３、４、５で被覆処理された各軟磁性金属粉体の被覆層の平均厚みを計測したところ、それぞれの平均厚みは８．８ｎｍ、１０．４ｎｍ、３６．２ｎｍ、６６．５ｎｍであった。
【0068】
比較例１
ＭｏＳ２粉体による被覆処理を行っていない軟磁性金属粉体（エプソンアトミックス（株）製、ＡＷ２－ＰＦ．８Ｆ、平均粒径５μｍ）をそのまま使用し、６４ＭＰａ加圧時の粉体抵抗率を測定した。結果を表１に示す。
ＭｏＳ２粉体による被覆処理を行っていない軟磁性金属粉体（エプソンアトミックス（株）製、ＡＷ２－ＰＦ．８Ｆ、平均粒径５μｍ）をそのまま使用し、６４ＭＰａ加圧時の粉体抵抗率を測定した。結果を表１に示す。
【0069】
表１に示した粉体抵抗率の比較から、わずか６ｎｍの皮膜が形成される程度の量のＭｏＳ２を混合・処理した場合であっても、軟磁性金属粉体の粉体抵抗率を著しく向上させることが可能であることがわかった。
【0070】
【表1】
【0071】
【表2】
【0072】
実施例６
実施例１で作製した被覆処理された軟磁性金属粉体に対して、熱間成型における結着材となるガラス粉末（ＡＧＣ（株）製、ＡＳＦ１０９６（Ｂｉ、Ｂを含むガラス））を被覆処理された軟磁性金属粉体：結着材が９８：２の重量比になるように秤量し、さらにアクリル系バインダーとトルエンと同時に混練・造粒した。得られた造粒粉体を超硬製金型に導入し、加圧焼成炉に設置し、Ｎ２雰囲気下、６５０ＭＰａの加圧力を加えながら４４５℃で加熱してリング状の圧粉磁心を形成した。昇温速度は２５℃／分、保持時間は２分３０秒に設定した。降温は自然冷却で、除圧は降温開始から１分後に行った。この熱間成型において、アクリル系バインダーは揮発するので、磁心の結着に作用しない。さらに、成型時に加わった歪みを除去するため、圧粉磁心を箱型電気炉内に設置し、大気雰囲気下、４３５℃で１時間熱処理を行った。圧粉磁心に銅線を巻き付けてインダクタを形成した。
実施例１で作製した被覆処理された軟磁性金属粉体に対して、熱間成型における結着材となるガラス粉末（ＡＧＣ（株）製、ＡＳＦ１０９６（Ｂｉ、Ｂを含むガラス））を被覆処理された軟磁性金属粉体：結着材が９８：２の重量比になるように秤量し、さらにアクリル系バインダーとトルエンと同時に混練・造粒した。得られた造粒粉体を超硬製金型に導入し、加圧焼成炉に設置し、Ｎ２雰囲気下、６５０ＭＰａの加圧力を加えながら４４５℃で加熱してリング状の圧粉磁心を形成した。昇温速度は２５℃／分、保持時間は２分３０秒に設定した。降温は自然冷却で、除圧は降温開始から１分後に行った。この熱間成型において、アクリル系バインダーは揮発するので、磁心の結着に作用しない。さらに、成型時に加わった歪みを除去するため、圧粉磁心を箱型電気炉内に設置し、大気雰囲気下、４３５℃で１時間熱処理を行った。圧粉磁心に銅線を巻き付けてインダクタを形成した。
【0073】
ＭｏＳ２皮膜の狙い厚み、圧粉磁心の成型密度（１００－空隙率）、軟磁性金属粒子の占積率、体積抵抗率、１００ｋＨｚおよび１００ＭＨｚにおける圧粉磁心の初透磁率、０．１Ｔ・５０ｋＨｚの磁場印加時の損失を表３に示す。圧粉磁心の成型密度は９４．６０％と高く、軟磁性金属粒子の占積率も９０％を超過した。体積抵抗率は９７５Ω・ｃｍであり、高い状態を維持できることを確認した。また、１００ｋＨｚおよび１００ＭＨｚにおける初透磁率はそれぞれ６２と６０で、周波数増加に対してほとんど減衰しなかった。０．１Ｔ、５０ｋＨｚの磁場印加時の損失は１４４．３ｋＷ／ｍ３であり小さかった。圧粉磁心の断面ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）像およびＷＤＸ（波長分散型Ｘ線分析）による元素マッピング像を図６に示す。圧粉磁心における界面層の平均厚みは８３ｎｍであった。この平均厚みは材料である被覆層形成済み軟磁性金属粒子の被覆層平均厚み２８ｎｍよりも厚いが、これは互いに隣り合う２個の粒子の被覆層が合わさっていること、また金属粒子の中心が現れるように研磨されていないので被膜が厚く見えることによる。
【0074】
成型密度が高いのは加熱・加圧を同時に行う成型により軟磁性金属粉体の塑性変形を促進していること、さらに軟磁性金属粉体表面を層状化合物（二硫化モリブデン）で被覆して、内部潤滑剤として作用させていることに起因する。図６に示すように軟磁性金属粉体同士の粒界に二硫化モリブデンの層が隙間なく分布していることから、金属粒子同士が導通していない。このため、初透磁率の増加や周波数特性の劣化を抑制できているほか、１４４．３ｋＷ／ｍ３と低い損失を達成できている。
また、ガラス成分のＢｉは金属粒子同士の粒界を膜状に分布しているのではなく、金属粒子のない隙間部分に分布している。すなわち本実施例では、金属粒子を膜状に被覆しているのはＭｏＳ２のみであることがわかる。
なお、上記の実施例では圧粉磁心を熱間成型で作製した後に銅線を巻き付けてインダクタとしたが、金型内に磁性粉体と銅線部分の両方を投入した後に熱間成型を行うことで、銅線の周囲全体を軟磁性粒子の成型体で囲んだインダクタ内蔵素子を形成することも可能である。また、上記の実施例ではリング状の圧粉磁心を形成・評価したが、銅線をバネ状に巻いたインダクタの内部に差し込む棒磁石形状のコアを形成することも可能である。
さらに、上記の実施例ではＭｏＳ２を被覆した金属粒子を造粒し、金型内に投入して熱間成型を行ったが、ＭｏＳ２被覆金属粒子をバインダーおよび有機溶媒と混合後シート状に成型し、打ち抜き、積層した後に加熱環境で圧縮成型することで圧粉磁心を形成することも可能である。
また、ガラス成分のＢｉは金属粒子同士の粒界を膜状に分布しているのではなく、金属粒子のない隙間部分に分布している。すなわち本実施例では、金属粒子を膜状に被覆しているのはＭｏＳ２のみであることがわかる。
なお、上記の実施例では圧粉磁心を熱間成型で作製した後に銅線を巻き付けてインダクタとしたが、金型内に磁性粉体と銅線部分の両方を投入した後に熱間成型を行うことで、銅線の周囲全体を軟磁性粒子の成型体で囲んだインダクタ内蔵素子を形成することも可能である。また、上記の実施例ではリング状の圧粉磁心を形成・評価したが、銅線をバネ状に巻いたインダクタの内部に差し込む棒磁石形状のコアを形成することも可能である。
さらに、上記の実施例ではＭｏＳ２を被覆した金属粒子を造粒し、金型内に投入して熱間成型を行ったが、ＭｏＳ２被覆金属粒子をバインダーおよび有機溶媒と混合後シート状に成型し、打ち抜き、積層した後に加熱環境で圧縮成型することで圧粉磁心を形成することも可能である。
【0075】
実施例７～１０
実施例２～５で作製した被覆処理された軟磁性金属粉体を用いて、実施例６と同様の方法で圧粉磁心を作製した。各実施例におけるＭｏＳ２皮膜の狙い厚み、圧粉磁心の成型密度（１００－空隙率）、軟磁性金属粒子の占積率、体積抵抗率、１００ｋＨｚおよび１００ＭＨｚにおける圧粉磁心の初透磁率、０．１Ｔ・５０ｋＨｚの磁場印加時の損失を表３に示す。
実施例２～５で作製した被覆処理された軟磁性金属粉体を用いて、実施例６と同様の方法で圧粉磁心を作製した。各実施例におけるＭｏＳ２皮膜の狙い厚み、圧粉磁心の成型密度（１００－空隙率）、軟磁性金属粒子の占積率、体積抵抗率、１００ｋＨｚおよび１００ＭＨｚにおける圧粉磁心の初透磁率、０．１Ｔ・５０ｋＨｚの磁場印加時の損失を表３に示す。
【0076】
比較例２
比較例１で使用した粉体を用いて、実施例６と同様の方法で圧粉磁心を作製した。ＭｏＳ２皮膜の狙い厚み、圧粉磁心の成型密度（１００－空隙率）、軟磁性金属粒子の占積率、体積抵抗率、１００ｋＨｚおよび１００ＭＨｚにおける圧粉磁心の初透磁率、０．１Ｔ・５０ｋＨｚの磁場印加時の損失を表３に示す。
比較例１で使用した粉体を用いて、実施例６と同様の方法で圧粉磁心を作製した。ＭｏＳ２皮膜の狙い厚み、圧粉磁心の成型密度（１００－空隙率）、軟磁性金属粒子の占積率、体積抵抗率、１００ｋＨｚおよび１００ＭＨｚにおける圧粉磁心の初透磁率、０．１Ｔ・５０ｋＨｚの磁場印加時の損失を表３に示す。
【0077】
表３に示すように、圧粉磁心の成型密度はＭｏＳ２皮膜の狙い厚みが厚い実施例９、１０の方が大きく、一方軟磁性金属粒子の占積率は狙い厚みが薄い実施例６～８の方が大きい傾向にある。これは、ＭｏＳ２皮膜が厚い実施例の方が潤滑性が良いので成型密度が向上しやすいが、磁心内部を占めるＭｏＳ２量も相対的に増加するので軟磁性金属粒子の占積率は低くなるためである。ＭｏＳ２皮膜が薄い実施例では成型密度は向上しにくいが、ＭｏＳ２量が少ないので軟磁性金属粒子の占積率は高くなる。体積抵抗率は、粉体について述べた実施例１～５と同様に、僅か６ｎｍ狙いの量であってもＭｏＳ２で被覆した軟磁性金属粉体を使用すると、数十～数千Ω・ｃｍと高い体積抵抗率を実現できる。この効果により、損失も２００ｋＷ／ｍ３前後に低減できている。一方ＭｏＳ２被覆していない軟磁性金属粉体を使用した圧粉磁心（比較例２）ではショートして電気抵抗を測定できなかった。また、損失も１６８９ｋＷ／ｍ３と著しく増加した。
【0078】
【表3】
【0079】
実施例１１及び１２
実施例１と同様の方法で、表４に示す添加剤を狙い厚み５０ｎｍになる分量で軟磁性金属粉体に混合して処理を行った。タルクはシグマ－アルドリッチ製（平均粒径１０μｍ）で、２．２ｗｔ．％添加した。マイカは（株）ヤマグチマイカ製（平均粒径５μｍ）で、２．４ｗｔ．％添加した。
実施例１と同様の方法で、表４に示す添加剤を狙い厚み５０ｎｍになる分量で軟磁性金属粉体に混合して処理を行った。タルクはシグマ－アルドリッチ製（平均粒径１０μｍ）で、２．２ｗｔ．％添加した。マイカは（株）ヤマグチマイカ製（平均粒径５μｍ）で、２．４ｗｔ．％添加した。
【0080】
【表4】
【0081】
表４から、タルクとマイカを添加した場合、ＭｏＳ２と同様に得られる被覆処理された軟磁性金属粉体の電気抵抗を著しく向上させることが可能であることがわかる。
【0082】
タルク及びマイカ、並びに、上記実施例では使用していないがパイロフィライト、カオリナイトは、ｃ軸に垂直な面方向にケイ酸塩（ＳｉＯ４）などから成る構造が共有結合やイオン結合と行った強固な結合により連なった層で構成され、このような層同士が弱いファンデルワールス結合で重なった構造を有する。このためＭｏＳ２と同様に耐熱性・絶縁性の固体潤滑剤として使用可能である。
【0083】
実施例１３
実施例１と同様の方法で、窒化ホウ素（ＢＮ）を狙い厚み５０ｎｍになる分量（１．８ｗｔ．％）で軟磁性金属粉体に混合して処理を行った。窒化ホウ素（ＢＮ）は（株）高純度化学研究所製（平均粒径１０μｍ）である。得られた粉体を用いて、実施例６と同様の方法で圧粉磁心を作製した。各実施例における添加剤の種類と０．１Ｔ、５０ｋＨｚの磁場印加時の損失を表５に示す。
実施例１と同様の方法で、窒化ホウ素（ＢＮ）を狙い厚み５０ｎｍになる分量（１．８ｗｔ．％）で軟磁性金属粉体に混合して処理を行った。窒化ホウ素（ＢＮ）は（株）高純度化学研究所製（平均粒径１０μｍ）である。得られた粉体を用いて、実施例６と同様の方法で圧粉磁心を作製した。各実施例における添加剤の種類と０．１Ｔ、５０ｋＨｚの磁場印加時の損失を表５に示す。
【0084】
実施例１４及び１５
実施例１１及び１２で作製した粉体を用いて、実施例６と同様の方法で圧粉磁心を作製した。各実施例における添加剤の種類と０．１Ｔ、５０ｋＨｚの磁場印加時の損失を表５に示す。
実施例１１及び１２で作製した粉体を用いて、実施例６と同様の方法で圧粉磁心を作製した。各実施例における添加剤の種類と０．１Ｔ、５０ｋＨｚの磁場印加時の損失を表５に示す。
【0085】
【表5】
【0086】
表５に示すように、実施例１３～１５の損失は比較例２（ＭｏＳ２など高抵抗素材を添加せずに作製した磁心）の損失と比較して低く抑えることができていることがわかる。
【符号の説明】
【0087】
１ 軟磁性金属粒子
２ 被覆層
３ 界面層
４ 界面
５ 隙間
６ 粒界
１１ 被覆装置
１２ チャンバ
１３ 羽根
１４ 矢印
１５ 被処理物
１００ インダクタ（磁気応用部品）
１１０ 圧粉磁心
１２０ 一次巻線
１３０ 二次巻線
２ 被覆層
３ 界面層
４ 界面
５ 隙間
６ 粒界
１１ 被覆装置
１２ チャンバ
１３ 羽根
１４ 矢印
１５ 被処理物
１００ インダクタ（磁気応用部品）
１１０ 圧粉磁心
１２０ 一次巻線
１３０ 二次巻線
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】