JP2014143301A - 磁芯およびコイル型電子部品 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた強度を有する磁芯およびコイル型電子部品を提供する。
【解決手段】軟磁性体組成物から構成されるコア部と、前記コア部の表面の少なくとも一部に形成された被覆層と、を有し、前記軟磁性体組成物は、複数の軟磁性合金粒子と、前記軟磁性合金粒子２１の間に存在する粒界３０と、を有し、前記軟磁性合金粒子２１は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金粒子またはＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系合金粒子であり、前記粒界３０には、Ｓｉを含有する層が存在する。
【選択図】図４

Description

本発明は、磁芯およびコイル型電子部品に関する。

金属磁性体は、フェライトに比較して、高い飽和磁束密度が得られる利点がある。このような金属磁性体としては、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金やＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系合金等が知られている。

特許文献１では、低コストで、高い透磁率および磁束密度を兼ね備えた磁性体を備えたコイル型電子部品が提案されている。

このようなコイル型電子部品としては、インダクタ部品、ＥＭＣ用コイル部品、トランス部品等が挙げられ、近年、これら電子部品の磁芯としてＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金やＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系合金からなる金属磁性体が広く用いられるようになってきている。

特に、このようなＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金やＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系合金からなる金属磁性体を、回路基板上への面実装が可能な小型化されたコイル型電子部品の磁芯として用いる場合には、磁芯としての高い強度が求められるようになっている。

特開２０１１−２４９７７４号公報

本発明は、このような実情に鑑みてなされ、優れた強度を有する磁芯およびコイル型電子部品を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る磁芯は、
軟磁性体組成物から構成されるコア部と、前記コア部の表面の少なくとも一部に形成された被覆層と、を有し、
前記軟磁性体組成物は、複数の軟磁性合金粒子と、前記軟磁性合金粒子間に存在する粒界と、を有し、
前記軟磁性合金粒子は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金粒子またはＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系合金粒子であり、
前記粒界には、Ｓｉを含有する層が存在することを特徴とする。

本発明に係る磁芯では、コア部を構成する軟磁性体組成物が、軟磁性合金粒子の粒界にＳｉを含有する層を有しており、さらに、コア部の表面の少なくとも一部に被覆層が形成されていることにより、磁芯として優れた強度を発揮することができる。

好ましくは、前記Ｓｉを含有する層は、Ｓｉ酸化物層あるいはＳｉ複合酸化物層であることを特徴とする。

好ましくは、前記Ｓｉを含有する層が、さらに前記軟磁性合金粒子の表面に存在することを特徴とする。

好ましくは、前記軟磁性合金粒子の表面に存在するＳｉを含有する層が、Ｓｉ―Ｃｒ複合酸化物層であることを特徴とする。

さらに、本発明に係るコイル電子部品は、上記磁芯を有する。コイル型電子部品としては、特に限定されないが、インダクタ部品、ＥＭＣ用コイル部品、トランス部品等の電子部品が例示される。特に、回路基板上への面実装が可能な小型化されたコイル型電子部品に適している。

図１は、本発明の一実施形態に係る磁芯の概略断面図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る磁芯の製造に用いるバレル装置の概略断面図である。 図３は、コイルを巻回した後の磁芯の断面図である。 図４は、図１に示すコア部の要部拡大断面図である。 図５は、ＥＤＳ解析を行う際の観測点を示すコア部の要部拡大断面図である。 図６は、図５に示す観測点においてＥＤＳ解析を行った結果である。（ａ）は、本発明の実施例に係る試料１および２の解析結果であり、（ｂ）は、本発明の比較例に係る試料３および４の解析結果である。なお、縦軸は強度比、横軸は深度である。

以下、本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。

磁芯
本発明に係る磁芯の形状は、図１に示したドラム型のほか、ＦＴ型、ＥＴ型、ＥＩ型、ＵＵ型、ＥＥ型、ＥＥＲ型、ＵＩ型、トロイダル型、ポット型、カップ型等を例示することができる。本実施形態では、図１に示すように、磁芯１はドラムコア形状を有しており、コア部２の表面全体に被覆層１０が形成された構成を有している。

コア部
コア部２は、円柱または角柱状の巻芯部４と、その巻芯部４の軸方向に沿って両側に一体的に形成してある一対の鍔部５とを有する。鍔部５の外径は、巻芯部４の外径よりも大きく、巻芯部４の外周には、鍔部５にて囲まれた凹部６が形成してある。そして、その凹部６にワイヤ３０を巻回することでコイル部品とされる。

コア部２の寸法は、特に制限されないが、本実施形態では、巻芯部４の外径は０．６〜１．２ｍｍであり、巻芯部４の軸方向幅は０．３〜１．０ｍｍ、鍔部５の外径は２．０〜３．０ｍｍであり、鍔部５の厚みは０．２〜０．３ｍｍ、鍔部５の外周表面から巻芯部４の外周表面までの深さは、０．５〜１．０ｍｍである。なお、鍔部５の形状は、円形の他、四角形、八角形などでもよい。

コア部２は、本実施形態に係る軟磁性体組成物で構成してある。

本実施形態に係る軟磁性体組成物は、複数の軟磁性合金粒子と、前記軟磁性合金粒子間に存在する粒界と、を有し、
前記軟磁性合金粒子は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金粒子またはＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系合金粒子であり、
前記粒界には、Ｓｉを含有する層が存在することを特徴とする。

本実施形態に係る軟磁性体組成物は、上記構成を満足することにより、優れた磁気特性が得られると共に、比較的低い成形圧で成形された場合であっても、磁芯として十分な強度を得ることができる。また、加圧成形に際して、比較的低い成形圧により成形できることから、金型への負担のさらなる低減を図ることができ、生産性を向上することができる。

本実施形態に係る軟磁性体組成物は、図４に示すように、複数の軟磁性合金粒子２１と、軟磁性合金粒子間に存在する粒界３０と、を有する。

本実施形態に係るＳｉを含有する層は、２つの粒子間に形成される粒界３０または３つ以上の粒子の間に存在する粒界３１（３重点など）に存在している。このようなＳｉを含有する層の存在により、本実施形態に係る磁芯は、比較的低い成形圧で成形された場合であっても、磁芯として十分な強度を得ることができる。さらに、このようなＳｉを含有する層は、粒界に存在することで絶縁体の役割を果たす。

本実施形態に係るＳｉを含有する層は、好ましくは、Ｓｉ酸化物層あるいはＳｉ複合酸化物層である。

なお、本発明において、酸化物層および複合酸化物層とは、アモルファス層、結晶層、およびこれらの混合層を含む広い概念である。

本実施形態に係るＳｉ酸化物層およびＳｉ複合酸化物層としては、特に限定されるものではないが、例えばＳｉを含有するアモルファス層、アモルファスシリコン、シリカ、Ｓｉ−Ｃｒ複合酸化物等が挙げられる。

本実施形態に係るＳｉを含有する層は、好ましくは、さらに軟磁性合金粒子の表面に存在する。該軟磁性合金粒子の表面に存在するＳｉを含有する層は、好ましくはＳｉ―Ｃｒ複合酸化物層である。Ｓｉ―Ｃｒ複合酸化物層は、特に限定されるものではないが、ＳｉおよびＣｒを含有するアモルファス層等が挙げられる。

本実施形態に係るＳｉを含有する層は、好ましくは、アモルファス質で構成されている。なお、一部が結晶質で構成されていてもよい。

本実施形態に係るＳｉを含有する層の厚みは、好ましくは、０．０１〜０．２μｍ、より好ましくは、０．０１〜０．１μmである。
なお、Ｓｉを含有する層は、必ずしも軟磁性合金粒子の表面の全体を覆うように形成されている必要はなく、軟磁性合金粒子の表面の一部に形成されていてもよい。また、Ｓｉを含有する層の厚みは均一でなくてもよく、該組成も均質でなくてもよい。

本実施形態に係るＳｉを含有する層の有無やその厚みは、後述する磁芯の製造方法における、結合材の種類やその添加量、その他の添加成分、成形体の熱処理温度および雰囲気等により制御することができる。

本実施形態において、Ｓｉを含有する層が軟磁性合金粒子の表面および粒界に存在しているか否かを判断する方法としては、特に制限されず、たとえば、Ｓｉのマッピング画像を解析することで判断してもよい。以下に具体的な方法を示す。

まず、走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）を用いて磁芯を観察することにより、軟磁性合金粒子と粒界とを判別する。具体的には、誘電体層の断面をＳＴＥＭにより撮影し、明視野（ＢＦ）像を得る。この明視野像において軟磁性合金粒子と軟磁性合金粒子との間に存在し、該軟磁性合金粒子とは異なるコントラストを有する領域を粒界とする。異なるコントラストを有するか否かの判断は、目視により行ってもよいし、画像処理を行うソフトウェア等により判断してもよい。

なお、Ｃｒ等の他の元素についても同様の方法でマッピング画像を作成、観察することができる。

本実施形態に係る軟磁性合金粒子の平均結晶粒子径は、好ましくは３０〜６０μｍである。平均結晶粒子径を上記の範囲とすることで、磁芯の薄層化を容易に実現することができる。

本実施形態に係る軟磁性合金粒子は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金粒子またはＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系合金粒子である。

軟磁性合金粒子が上記組成を満足することにより、本実施形態に係る軟磁性体組成物は、優れた磁気特性が得られると共に、比較的低い成形圧で成形された場合であっても、磁芯として十分な強度を得ることができる。また、加圧成形に際して、比較的低い成形圧により成形できることから、金型への負担のさらなる低減を図ることができ、生産性を向上することができる。また、軟磁性合金粒子が上記組成を満足することにより、界面３０にＳｉを含有する層が形成されやすくなる。

Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金粒子の組成は、特に限定されるものではないが、好ましくは、アルミニウム（Ａｌ）をＡｌ換算で０．５〜１０．５質量％、ケイ素（Ｓｉ）をＳｉ換算で４．５〜１４．５質量％含有し、残部が鉄（Ｆｅ）で構成される。

軟磁性合金粒子において残部は、鉄（Ｆｅ）のみから構成されていてもよい。

Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系合金粒子の組成は、特に限定されるものではないが、好ましくは、クロム（Ｃｒ）をＣｒ換算で１．５〜８質量％、ケイ素（Ｓｉ）をＳｉ換算で１．４〜９質量％含有し、残部が鉄（Ｆｅ）で構成される。

軟磁性合金粒子におけるクロム（Ｃｒ）の含有量は、Ｃｒ換算で、好ましくは１．５〜８質量％、より好ましくは３〜７質量％である。Ｃｒの含有量が少なすぎると、強度および磁気特性が低下する傾向にあり、多すぎると、強度が低下する傾向にある。

軟磁性合金粒子におけるケイ素（Ｓｉ）の含有量は、Ｓｉ換算で、好ましくは１．４〜９質量％、より好ましくは４．５〜８．５質量％である。Ｓｉの含有量が少なすぎても多すぎても、強度および磁気特性が低下する傾向にある。

軟磁性合金粒子において残部は、鉄（Ｆｅ）のみから構成されていてもよい。

本実施形態に係る軟磁性体組成物は、上記軟磁性体合金粒子の構成成分以外にも、炭素（Ｃ）および亜鉛（Ｚｎ）等の成分が含まれることがある。
なお、Ｃは、軟磁性体組成物の製造過程で用いられる有機化合物成分に由来すると考えられる。また、Ｚｎは、軟磁性体組成物を圧粉成形により得る際に、装置の抜き圧を低減させるために金型に添加するステアリン酸亜鉛に由来すると考えられる。

本実施形態に係る軟磁性体組成物における、炭素（Ｃ）の含有量は、好ましくは０．０５質量％未満であり、より好ましくは０．０１〜０．０４質量％である。Ｃの含有量が多すぎると、磁芯としての十分な強度が得られない傾向にある。

本実施形態に係る軟磁性体組成物における、亜鉛（Ｚｎ）の含有量は、好ましくは０．００４〜０．２質量％であり、より好ましくは０．０１〜０．２質量％である。Ｚｎの含有量が多すぎても、また逆に少なすぎても磁芯としての十分な強度が得られない傾向がある。

なお、本実施形態に係る軟磁性体組成物には、上記成分以外にも、不可避的不純物が含まれていてもよい。

また、コア部２の熱膨張係数は、軟磁性体組成物の組成により変化するが、おおむね９×１０^−６／℃〜１０×１０^−６／℃程度である。

被覆層
被覆層１０の材質としては、コア部２の熱膨張係数以下である熱膨張係数を有するものであれば、特に制限されず、たとえば、ガラス組成物、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２等が例示される。なお、被覆層１０は複数の材質から構成されていてもよいし、複数の層からなる積層構造を有していてもよい。

本実施形態では、被覆層１０はガラス組成物から構成されることが好ましい。ガラス組成物としては、コア部２の表面に非晶質の状態で形成されるもの、あるいは結晶化ガラスとして形成されるものであれば特に制限されず、たとえば、Ｓｉ−Ｂ系ガラス（ホウケイ酸ガラス）、無アルカリガラス、鉛系ガラス等が例示される。

ガラス組成物の熱膨張係数は、ガラス組成物に含有される成分の組成や、各成分の含有量等により変化する。したがって、ガラス組成物の熱膨張係数が、コア部２の熱膨張係数以下となるように、成分の組成や含有量を適切に設定する必要がある。

被覆層１０は、電力損失の改善効果が得られる程度に被覆されていれば特に限定されないが、コア部２の表面の少なくとも一部に形成されていればよく、コア部２の表面積に対して、被覆層が形成される割合（被覆率）を、好ましくは５０〜１００％、より好ましくは９０〜１００％とする。被覆率が高くなるほど、コア部２の欠け等を防止する保護層としての役割も大きくなる。

なお、図１では、被覆率が１００％の場合を示している。また、コア部２において、ワイヤ等が巻回される部分（本実施形態では凹部６）付近に被覆層１０が形成されていると、より高い効果が得られやすい。

被覆層１０の厚みは、電力損失の改善効果が得られる程度の厚みであれば特に限定されないが、好ましくは０μｍ超５０μｍ以下、より好ましくは５μｍ以上２５μｍ以下である。被覆層１０が形成されていれば、電力損失が改善されるが、被覆層が厚くなりすぎると、電力損失の改善効果に対する寄与が少なく、製造コストが増加するため好ましくない。また、被覆層がある程度の厚みを有していると、コア部の保護層としての機能を果たすこともできる。そのため、被覆層１０の厚みは上記の範囲内であることが好ましい。

さらに、被覆層１０が絶縁性を有していれば、コア部２が導電性であっても、巻回されるワイヤとの絶縁を確保することができる。

次に、本実施形態に係る磁芯として、被覆層１０がガラス組成物で構成されている磁芯の製造方法の一例を説明する。

本実施形態に係る製造方法は、好ましくは、
軟磁性体合金粉末と、結合材とを混合し、混合物を得る工程と、
混合物を乾燥させて塊状の乾燥体を得た後、この乾燥体を粉砕することにより、造粒粉を形成する工程と、
混合物または造粒粉を、作製すべき圧粉磁心の形状に成形し、成形体を得る工程と、
得られた成形体を加熱することにより、結合材を硬化させ、コア部２を得る工程と、
得られたコア部２に焼成前被覆層を形成する工程と、
焼成前被覆層が形成されたコア部２を熱処理して被覆層１０を形成し、磁心を得る工程と、を有する。

本実施形態に係る製造方法により得られた磁芯は、上記本実施形態に係る軟磁性体組成物によって構成されている。

軟磁性体合金粉末としては、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金粒子またはＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系合金粒子を用いることができる。

軟磁性合金粉末の形状は特に制限はないが、高い磁界域までインダクタンスを維持する観点から、球状又は楕円体状とすることが好ましい。これらの中では、圧粉磁芯の強度をより大きくする観点から、楕円体状が望ましい。また、軟磁性合金粉末の平均粒径は、好ましくは１０〜８０μｍ、より好ましくは３０〜６０μｍである。平均粒径が小さすぎると透磁率が低くなり、軟磁性材料としての磁気特性が低下する傾向にあり、また、取り扱いが難しくなる。一方、平均粒径が大きすぎると、渦電流損失が大きくなると共に、異常損失が増大する傾向にある。

軟磁性合金粉末は、公知の軟磁性合金粉末の調製方法と同様の方法により得ることができる。この際、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法、回転ディスク法等を用いて調製することができる。これらの中では、所望の磁気特性を有する軟磁性合金粉末を作製しやすくするため、水アトマイズ法が好ましい。

結合材としては、シリコン樹脂を含むものを用いる。結合剤としてシリコン樹脂を用いることにより、軟磁性組成物の粒界に、Ｓｉを含有する層が効果的に形成される。このような軟磁性体組成物により構成された磁芯は、比較的低い成形圧で成形した場合であっても、十分な強度を有する。

なお、本発明の効果を妨げない範囲でその他の結合材が含まれていてもよい。その他の結合材としては、例えば各種有機高分子樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂及び水ガラス等が挙げられる。

結合材は、シリコン樹脂を単独で、又はその他の結合材とで組み合わせて用いることができる。なお、軟磁性体組成物中の炭素（Ｃ）の含有量を０．０５質量％未満に制限することが好ましい観点から、結合材は、主としてシリコン樹脂を用いることが好ましい。軟磁性体組成物中のＣの含有量が多すぎると、得られる磁芯の強度が低下する傾向にある。

結合材の添加量は、必要とされる磁芯の特性に応じては異なるが、好ましくは軟磁性体合金粉末１００重量部に対して、１〜１０重量部添加することができ、より好ましくは軟磁性体合金粉末１００重量部に対して、３〜９重量部である。結合材の添加量が多すぎると、透磁率が低下し、損失が大きくなる傾向にある。一方、結合材の添加量が少なすぎると、絶縁を確保し難くなる傾向にある。

シリコン樹脂の添加量は、好ましくは軟磁性体合金粉末１００重量部に対して、３〜９重量部である。シリコン樹脂の添加量が少なすぎると、軟磁性組成物の粒界にＳｉを含有する層が形成されにくくなり、成形品としての強度が低下する傾向にある。

また、前記混合物または造粒粉には、本発明の効果を妨げない範囲で、必要に応じて有機溶媒を添加してもよい。
有機溶媒としては、結合材を溶解し得るものであれば特に限定されないが、例えば、トルエン、イソプロピルアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、クロロホルム、酢酸エチル等の各種溶媒が挙げられる。

また、前記混合物または造粒粉には、本発明の効果を妨げない範囲で、必要に応じて各種添加剤、潤滑剤、可塑剤、チキソ剤等を添加してもよい。

潤滑剤としては、例えば、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛及びステアリン酸ストロンチウム等が挙げられる。これらは１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いられる。これらの中では、いわゆるスプリングバックが小さいという観点から、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を用いることが好ましい。

潤滑剤を用いる場合には、その添加量は、好ましくは軟磁性体合金粉末１００重量部に対して、０．１〜０．９重量部であり、より好ましくは軟磁性体合金粉末１００重量部に対して、０．３〜０．７重量部である。潤滑剤が少なすぎると、成形後の脱型が困難となり、成形クラックが生じやすい傾向にある。一方、潤滑剤が多すぎると、成形密度の低下を招き、透磁率が減少してしまう。

特に、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を用いる場合には、得られる軟磁性体組成物中の、亜鉛（Ｚｎ）の含有量が、０．００４〜０．２質量％の範囲内となる、添加量を調整することが好ましい。Ｚｎの含有量が多すぎると、磁芯としての十分な強度が得られない傾向にある傾向がある。

混合物を得る方法としては、特に限定されるものではないが、従来公知の方法により、軟磁性体合金粉末と結合材と有機溶媒とを混合して得られる。なお、必要に応じて各種添加材を添加してもよい。
混合に際しては、例えば、加圧ニーダ、アタライタ、振動ミル、ボールミル、Ｖミキサー等の混合機や、流動造粒機、転動造粒機等の造粒機を用いることができる。
また、混合処理の温度および時間としては、好ましくは室温で１〜３０分間程度である。

造粒粉を得る方法としては、特に限定されるものではないが、従来公知の方法により、混合物を乾燥した後、乾燥した混合物を解砕して得られる。
乾燥処理の温度および時間としては、好ましくは室温〜２００℃程度で、５〜６０分間である。

必要に応じて、造粒粉には、潤滑剤を添加することができる。造粒粉に潤滑剤を添加した後、５〜６０分間混合することが望ましい。

成形体を得る方法としては、特に限定されるものではないが、従来公知の方法により、所望する形状のキャビティを有する成形金型を用い、そのキャビティ内に混合物または造粒粉を充填し、所定の成形温度及び所定の成形圧力でその混合物を圧縮成形することが好ましい。

圧縮成形における成形条件は特に限定されず、軟磁性合金粉末の形状及び寸法や、圧粉磁芯の形状、寸法及び密度などに応じて適宜決定すればよい。例えば、通常、最大圧力は１００〜１０００ＭＰａ程度、好ましくは４００〜８００ＭＰａ程度とし、最大圧力に保持する時間は０．５秒間〜１分間程度とする。

本実施形態に係る製造方法では、結合材がシリコン系樹脂を含むことにより、上記最大圧力まで、成形圧力を低減させることができる。さらに、このように成形圧力を低減した場合であっても、磁芯を構成する軟磁性体組成物の粒界にはＳｉを含有する層が形成されることから、磁芯は十分な強度を有するものとなる。その結果、製造コストを低減でき、生産性及び経済性を向上することができる。

なお、成形圧力が低すぎると、成形による高密度化及び高透磁率化を図り難くなる共に、十分な機械的強度が得られにくい傾向にある。一方、成形時の成形圧が高すぎると、圧力印加効果が飽和する傾向にあるとともに、製造コストが増加して生産性及び経済性が損なわれ得る傾向にあり、また、成形金型が劣化し易くなり耐久性が低下する傾向にある。

成形温度は、特に限定されないが、通常、室温〜２００℃程度が好ましい。なお、成形時の成形温度を上げるほど成形体の密度は上がる傾向にあるが、高すぎると軟磁性合金粒子の酸化が促進されて、得られる磁芯の性能が劣化する傾向にあり、また、製造コストが増加して生産性及び経済性が損なわれ得る。

成形後に得られる成形体を熱処理する方法は、公知の方法により行えばよく、特に限定されないが、一般的には、成形により任意の形状に成形された成形体を、アニール炉を用いて所定の温度で熱処理することにより行うことが好ましい。

熱処理時の処理温度は、特に限定されないが、通常、６００〜９００℃程度が好ましく、より好ましくは７００〜８５０℃である。熱処理時の処理温度が高すぎても、また低すぎても磁芯としての十分な強度が得られない傾向にある

熱処理工程は、酸素含有雰囲気下にて行うことが好ましい。ここで、酸素含有雰囲気とは、特に限定されるものではないが、大気雰囲気（通常、２０．９５％の酸素を含む）、または、アルゴンや窒素等の不活性ガスとの混合雰囲気等が挙げられる。好ましくは大気雰囲気下である。酸素含有雰囲気下で熱処理することで軟磁性体組成物の粒界にＳｉを含有する層を効果的に形成することができる。

また、このようにして得られたコア部は、成形密度が５．５０ｇ／ｃｍ^３以上であることが好ましい。成形密度が５．５０ｇ／ｃｍ^３以上に、高密度化された圧粉磁芯は、高透磁率、高強度、高コア抵抗、低コアロスといった各種性能においても優れる傾向にある。

次に得られたコア部２に対して、図２に示すバレル装置を用いて、コア部２の表面に、ガラス組成物、バインダ樹脂等から構成される熱処理前の被覆層１０ａを形成する。

図２に示すバレル装置２０は、円柱状または角柱状のシリンダケーシング２０ａを有し、その中空の内部に、バレル容器２２が、その軸芯回りに矢印Ａ方向（またはその逆方向）に回転自在に収容してある。

ケーシング２０ａには、入口管２３と出口管２４とがそれぞれ形成してある。入口管２３からは乾燥用気体がケーシング２０ａの内部に入り込み、出口管２４からケーシング内部の空気を排出可能になっている。

バレル容器２２の内部における軸芯位置には、スプレーノズル２５が軸方向に沿って配置してあり、ノズル２５から、バレル容器２２の内部に貯留してある多数のコア部２に向けてスラリー２６を吹き付け可能になっている。バレル容器２２は、矢印Ａ方向に回転するために、コア部２は、図２に示すような状態で存在し、バレル容器２２の回転により撹拌される。

ノズル２５は、コア部２の集合に向けてスラリー２６を噴霧することができるようになっている。なお、ノズル２５からのスラリーの噴霧方向を自由に変えられるようにしても良い。また、ケーシング２０ａには、図示省略してある排出パイプが接続してあり、余分なスラリー２６を排出可能になっている。

バレル容器２２の壁には、外部と内部とを連通する多数の孔が形成してあり、ケーシング２０ａの下方に貯留してあるスラリー２６は、バレル容器２２の内部にも侵入し、そのスラリー２６にコア部２を浸漬することができる。また、乾燥用気体が入口管２３からケーシング２０ａを通り出口管２４へと流通する際には、バレル容器２２の内部にも流通するようになっている。

熱処理前の被覆層１０ａを形成するために、まず、コア部２を、図２に示すバレル容器２２の内部に多数収容する。そして、バレル容器２２を回転させ、コア部２の集合を撹拌しながら、ノズル２５からスラリー２６を吹き付けて、熱処理前の被覆層１０ａを形成する。

スラリー２６は、上述したガラス組成物を粉砕して得られるガラス粉末と、バインダ樹脂と、溶剤とを含む。さらにその他の添加物を含んでいてもよい。ガラス組成物は、該組成物を構成する酸化物、ハロゲン化物等の非酸化物等の原料を混合、溶融し、急冷して非晶質とすればよい。また、ガラス組成物として、結晶化ガラスを用いてもよい。本実施形態では、ガラス粉末としてＳｉ−Ｂ系ガラスを用いる。ガラス粉末の平均粒径（メジアン径）は、特に限定されないが、好ましくは、０．１μｍ以上１０μｍ以下の範囲である。

スラリー２６に含まれるバインダ樹脂はポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリビニルアルコール樹脂変性体、またはこれらの混合物であることが好ましい。このようにすることで、形成される熱処理前の被覆層１０ａは、コア部２との密着性に優れる。

溶剤は、水を含むことが好ましい。溶剤は水のみでもよいが、ガラス粉末の表面と水との接触角が大きいときは、エタノール、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）、イソブチルアルコール（ＩＢＡ）等の水溶性のアルコールを一定の割合で混ぜることにより、ガラス粉末の凝集や沈降を抑制することが好ましい。

コア部２に吹き付けられたスラリー２６は、各コア部２の表面を覆い焼成前被覆層１０ａを形成する。この時、余分なスラリー２６は、図示省略してある排出パイプを通して排出される。ノズル２５からスラリー２６を吹き付ける処理時間は、特に限定されないが、たとえば３０〜１８０分程度である。また、スプレー時のスラリー２６の温度は、溶剤の組成にもよるが４０℃以上１００℃以下が好ましい。沸点の低い溶剤を使用する場合は、上記温度範囲内で温度を下げることが好ましい。

次に、スラリー２６をスプレーしながら同時に熱処理前の被覆層１０ａの乾燥処理を行う。乾燥処理では、入口管２３から乾燥用気体をケーシング２０ａの内部に流し込み、出口管２４から排出させる。この乾燥処理に用いる乾燥用気体は、たとえば温度５０〜１００℃の空気である。スプレー処理後、さらに乾燥処理を、たとえば５〜３０分行ってもよい。

乾燥処理後、熱処理前の被覆層１０ａが形成されたコア部２は、バレル容器２２から取り出され、熱軟化処理される。熱処理条件は、熱処理前の被覆層１０ａに含まれるガラス粉末の軟化点などに応じて決定される。具体的には、熱処理温度は、好ましくは６００〜８００℃であり、熱処理時間は、５〜１２０分である。

熱処理工程は、酸素含有雰囲気下にて行うことが好ましい。ここで、酸素含有雰囲気とは、特に限定されるものではないが、大気雰囲気（通常、２０．９５％の酸素を含む）、または、アルゴンや窒素等の不活性ガスとの混合雰囲気等が挙げられる。好ましくは大気雰囲気下である。

熱処理後、コア部２の表面には、ガラス化した被覆層１０が形成され、図１に示すフェライトコア１が得られる。なお、本実施形態では、ガラス化とは、連続された非晶質な個体膜で、結晶と同程度の剛性を持つ状態になることと定義される。

その後に、図３に示すように、各コア部２における一方の鍔部５の端面に、銀、チタン、ニッケル、クロム、銅などで構成された一対の端子電極３２を、印刷、転写、浸漬、スパッタ、メッキ法などで形成する。端子電極３２は、コア部２が導電性であっても、被覆層１０が存在しているために絶縁されている。

その後に、巻芯部４の周囲にワイヤ３０を巻回し、そのワイヤの両端を、それぞれ端子電極３２に熱圧着、超音波やレーザなどによる溶接、はんだ法などで接続し、本発明の一実施形態に係るコイル部品が完成する。

本実施形態に係る磁芯では、磁芯として優れた強度を発揮することができる。また、特に被覆層をガラス組成物で構成することで、被覆層をコア部の表面に容易に形成することができる。また、コアの表面にガラス組成で構成された被覆層が形成されていることにより、磁芯としての強度を向上することができる。また、ガラス組成物が絶縁性である場合には、コア部が導電性であっても、巻回されるワイヤ等との絶縁性を確保することができる。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこうした実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

例えば、上述した実施形態では、混合物または造粒粉を圧粉成形することで磁芯（圧粉磁芯）を製造しているが、上記混合物をシート状成形して積層することにより磁芯を製造してもよい。また、乾式成形の他、湿式成形、押出成形などにより成形体を得てもよい。

上述した実施形態では、軟磁性体組成物の粒界にＳｉを含有する層を形成するため、結合材としてシリコン樹脂を用いているが、シリコン樹脂に代えて、添加剤としてシリカゲルやシリカ粒子等のＳｉ含有成分を用いてもよい。

また、上述の実施形態においては、焼成されたコア部に対して、熱処理前の被覆層を形成し、これを熱処理して被覆層を形成したが、コア部の焼成と被覆層の熱処理とを同時に行ってもよい。このようにすることで、工程を簡略化できる。

なお、コア部の焼成と被覆層の熱処理とを同時に行う際の熱処理条件は、コア部単独の焼成条件と同じであってもよいし、被覆層の熱処理条件と同じであってもよい。

その他、必要に応じて、成形体を樹脂含浸することも可能である。これにより、磁芯の強度をさらに向上させることができる。

また、上述した実施形態では、本実施形態に係る磁芯を、コイル型電子部品として用いるが、特に制限されることはなく、モーター、スイッチング電源、ＤＣ−ＤＣコンバーター、トランス、チョークコイル等の各種電子部品の磁心としても好適に用いることができる。

以下、実施例により発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
試料１について
［軟磁性合金粉末の調製］
まず、Ｆｅ単体、Ｃｒ単体及びＳｉ単体のインゴット、チャンク（塊）、又はショット（粒子）を準備した。次にそれらをＦｅ８８．５質量％、Ｃｒ５質量％およびＳｉ６．５質量％の組成となるように混合して、水アトマイズ装置内に配置されたルツボに収容した。次いで、不活性雰囲気中、ルツボ外部に設けたワークコイルを用いて、ルツボを高周波誘導により１６００℃以上まで加熱し、ルツボ中のインゴット、チャンク又はショットを溶融、混合して融液を得た。

次いで、ルツボに設けられたノズルから、ルツボ内の融液を噴出すると同時に、噴出した融液に高圧（５０ＭＰａ）水流を衝突させて急冷することにより、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系粒子からなる軟磁性合金粉末（平均粒径；５０μｍ）を作製した。

得られた軟磁性合金粉末を、蛍光Ｘ線分析法により組成分析した結果、仕込み組成と一致していることが確認できた。

［コア部の作製］
得られた軟磁性合金粉末１００重量部に対し、シリコン樹脂（東レダウコーニングシリコン（株）製：ＳＲ２４１４ＬＶ）６重量部を添加し、これらを加圧ニーダにより室温で３０分間混合した。次いで、混合物を空気中において１５０℃で２０分間乾燥した。乾燥後の磁性粉末に、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛（日東化成製：ジンクステアレート）それらの軟磁性合金粉末１００重量部に対して０．５重量部を添加し、Ｖミキサーにより１０分間混合した。

続いて、得られた混合物を、５ｍｍ×５ｍｍ×１０ｍｍの角形サンプルに成形し、成形体を作製した。なお、成形圧は６００ＭＰａとした。加圧後の成形体を７５０℃で６０分間、大気中で熱処理することにより、シリコン樹脂を硬化させて、磁芯サンプルを得た。

［各種評価］

＜粒界におけるＳｉ含有層の確認＞
まず、圧粉磁芯を切断した。この切断面について、走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）により観察し、軟磁性体合金粒子と粒界との判別を行った。
次いで、図５に示すように、任意に選択した観測点において、ＳＴＥＭに付属のＥＤＳ装置を用いて、ＥＤＳ分析を行った。ＥＤＳ解析の結果を、図６に概略図として示す。なお、図６の縦軸は、測定により得られた特性Ｘ線の強度比である。

＜３点曲げ強さ試験（強度）＞
圧粉磁芯サンプルに対し、ＪＩＳ Ｒ１６０１の規定に従い、３点曲げ強さ試験を行った。
３点曲げ強さは、試験片を一定距離に配置された２支点上に置き、支点間の中央の１点に荷重を加えて折れた時の最大曲げ応力（ｋｇ／ｍｍ^２）である。
さらに、得られた最大曲げ応力の結果から、被覆層形成による強度の向上率を下記式により算出した。
強度の向上率（％）
＝１００×（被覆層ありの試料 − 被覆層なしの試料）／（被覆層なしの試料）
本実施例では、向上率２４％以上を良好とした。結果を表１に示す。

試料２について
試料２は、試料１と同様にして得られた成形体に、以下の方法により熱処理前の被覆層を形成した以外は、試料１と同様の方法で磁芯サンプルを作製し、同様の評価を行った。表１および図６に結果を示す。

まず、被覆層を形成するためのガラス組成物の粉末を準備した。ガラス組成物としてはＳｉ−Ｂ系ガラスを用いた。Ｓｉ−Ｂ系ガラスは、ガラス成分を構成する酸化物等の原料を混合・溶融し、その後急冷して作製した。

なお、被覆層として用いたＳｉ−Ｂ系ガラス組成物の熱膨張係数は６×１０^−６／℃であった。コア部およびガラス組成物の熱膨張係数は、ＴＭＡにより測定した。

次に、被覆層を形成するために用いられるスラリーを作製した。まず、得られたガラス組成物の粉末とＰＶＡとを所定の重量比で混合した。さらに、得られた固形成分（ガラス粉末およびＰＶＡの混合物）と溶剤とを所定の重量比で混合し、ボールミルで混合してスラリーを準備した。溶剤としては、水とエタノールを８：２で混合したものを用いた。スラリー中のガラス粉末に対するバインダ樹脂の含有量は１０重量％であった。

次に、バレル装置のバレル容器内に成形体を投入し、成形体の表面全体に、上述したスラリーを用いたスプレー処理により、熱処理前の被覆層を形成した。また、スプレーと同時に、温風温度７０℃で乾燥処理した。

その後に、バレル容器から、熱処理前の被覆層が形成された成形体を取り出し、この成形体を７５０℃で１時間熱処理して、ガラス化した被覆層が成形体の表面全体に形成された磁芯サンプルを得た。

被覆層の厚みは、３〜２５μｍ程度であった。なお、被覆層の厚みは、被覆層形成前後の寸法より算出した。

また、被覆率は、９８〜１００％程度であった。なお、被覆率は、２０個の試料について目視により観察し、被覆層の形成が不完全であった試料について、被覆面積を測定することにより算出した。

試料３について
試料３は、バインダ樹脂として、非シリコン系樹脂である（ナガセケムテックス（株）製造：ＤＥＮＡＴＩＴＥ ＸＮＲ ４３３８）を用いた以外は、試料１と同様の方法で磁芯サンプルを作成し、同様の評価を行った。表１および図６に結果を示す。
試料４について
試料４は、バインダ樹脂として、非シリコン系樹脂である（ナガセケムテックス（株）製造：ＤＥＮＡＴＩＴＥ ＸＮＲ ４３３８）を用いた以外は、試料２と同様の方法で磁芯サンプルを作成し、同様の評価を行った。表１および図６に結果を示す。

試料１および２では、ＳＴＥＭ観察およびＥＤＳ解析の結果、コア部を構成する軟磁性体組成物の粒界に、Ｓｉを含有する層が形成されていることが確認できた。

このような試料１と２との大きな違いは、コア部の表面にガラスからなる被覆層が形成されているか否かであるところ、被覆層が形成されている試料２では、被覆層が形成されていない試料１に比べて、強度の向上率２４％を超えることが確認された。

一方、ＳＴＥＭ観察およびＥＤＳ解析の結果、コア部を構成する軟磁性体組成物の粒界にＳｉを含有する層が形成されていない試料３および４では、試料１および２に比べていずれも強度が低いことが確認された。

さらに、コア部の表面に被覆層が形成された場合（試料４）であっても、試料２のような急激な強度の向上は確認されなかった。

これらの結果から、本発明に係る磁芯では、コア部を構成する軟磁性体組成物の粒界にＳｉを有する層が存在することにより、コア部の表面に被覆層を形成した際の強度の向上率が増すことが確認された。

特に、ＥＤＳ解析の結果、試料１および２では、軟磁性体組成物の粒界にＳｉを含むアモルファス層が確認された。さらに、粒子表面には、ＳｉおよびＣｒを含むアモルファス層が確認された（図６（ａ）参照）。一方、試料３および４では、軟磁性体組成物の粒界にＳｉを含有する層は観察されなかった（図６（ｂ）参照）。このような違いが、コア部の表面に被覆層を形成した際の強度の向上率の違いに影響していると考えられる。

なお、試料１および２の観測点におけるＳｉを含有する層の厚みは、それぞれ約０．１μｍ程度であった。

（実施例２）
試料５〜８について
試料５は、軟磁性合金粉末として、Ｆｅ８５質量％、Ａｌ５．５質量％およびＳｉ９．５質量％の組成で構成された軟磁性合金粉末を用いた以外は、試料１と同様の方法で磁芯サンプルを作成し、同様の評価を行った。表１に結果を示す。

試料６は、軟磁性合金粉末として、Ｆｅ８５質量％、Ａｌ５．５質量％およびＳｉ９．５質量％の組成で構成された軟磁性合金粉末を用いた以外は、試料２と同様の方法で磁芯サンプルを作成し、同様の評価を行った。表１に結果を示す。

また試料７は、軟磁性合金粉末として、Ｆｅ８５質量％、Ａｌ５．５質量％およびＳｉ９．５質量％の組成で構成された軟磁性合金粉末を用いた以外は、試料３と同様の方法で磁芯サンプルを作成し、同様の評価を行った。表１に結果を示す。

また試料８は、軟磁性合金粉末として、Ｆｅ８５質量％、Ａｌ５．５質量％およびＳｉ９．５質量％の組成で構成された軟磁性合金粉末を用いた以外は、試料４と同様の方法で磁芯サンプルを作成し、同様の評価を行った。表１に結果を示す。

表１に示されるように、試料５および６では、粒界にＳｉを含有する層が形成されていることが確認された。そのため、コア部の表面に被覆層が形成されている試料６では、被覆層が形成されていない試料５に比べて、２４％を超える強度の向上が確認された。

一方、試料７および８では、粒界にＳｉを含有する層は形成されておらず、コア部の表面に被覆層が形成された場合（試料８）であっても、試料６のような急激な強度の向上は確認されなかった。

本発明に係る磁芯は、コア部が、粒界にＳｉを含有する層を有する軟磁性体組成物から構成され、該コア部の表面に被覆層が形成されていることにより、優れた強度を発揮する。特に、コア部を圧粉成形体とする場合には、比較的低い成形圧であっても十分な強度を有する磁芯を得ることができるため、金型の劣化を低減することができ、生産性の向上を図ることができる。ひいては、このようにして製造された磁芯を用いることで、コイル型電子部品の製造コストを低減することも可能となる。

１… 磁芯
２… コア部
１０… 被覆層
１０ａ… 熱処理前被覆層
２０… バレル装置
２１、２２… 軟磁性合金粒子
３０、３１… 粒界

Claims (5)

1. 軟磁性体組成物から構成されるコア部と、前記コア部の表面の少なくとも一部に形成された被覆層と、を有する磁芯であって、
   前記軟磁性体組成物は、複数の軟磁性合金粒子と、前記軟磁性合金粒子間に存在する粒界と、を有し、
   前記軟磁性合金粒子は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金粒子またはＦｅ−Ｓｉ−Ｃｒ系合金粒子であり、
   前記粒界には、Ｓｉを含有する層が存在することを特徴とする磁芯。
2. 前記Ｓｉを含有する層は、Ｓｉ酸化物層あるいはＳｉ複合酸化物層であることを特徴とする請求項１に記載の磁芯。
3. 前記Ｓｉを含有する層が、さらに前記軟磁性合金粒子の表面に存在することを特徴とする請求項１または２に記載の磁芯。
4. 前記軟磁性合金粒子の表面に存在するＳｉを含有する層が、Ｓｉ―Ｃｒ複合酸化物層であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の磁芯。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の磁芯を有することを特徴とするコイル型電子部品。

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