JP2007092120A - 軟磁性材料の製造方法、軟磁性材料、および圧粉磁心 - Google Patents

Abstract

【課題】高強度の成形体を得ることができ、かつ絶縁被膜を形成した後の酸性水溶液の処理の問題が生じない軟磁性材料の製造方法、軟磁性材料、および圧粉磁心を提供する。
【解決手段】軟磁性材料の製造方法は、金属磁性粒子１０と、金属磁性粒子１０を被覆する絶縁被膜２０とを有する複数の複合磁性粒子３０を備えた軟磁性材料の製造方法であって、金属磁性粒子１０を酸性溶液に浸漬することで金属磁性粒子１０の表面に凹凸を形成する凹凸形成工程と、凹凸形成工程後、金属磁性粒子１０の表面に絶縁被膜２０を形成する絶縁被膜形成工程とを備えている。絶縁被膜形成工程は、金属磁性粒子１０を有機溶剤に分散させる工程と、金属アルコキシドおよびリン酸水溶液を有機溶剤に加える工程と、金属磁性粒子１０の表面を乾燥して有機溶剤を除去する工程とを含んでいる。
【選択図】図１

Description

本発明は、軟磁性材料の製造方法、軟磁性材料、および圧粉磁心に関し、より特定的には、金属磁性粒子と、金属磁性粒子を被覆する絶縁被膜とを有する複数の複合磁性粒子を備えた軟磁性材料の製造方法、軟磁性材料、および圧粉磁心に関する。

電磁弁、モータ、または電源回路などを有する電気機器には、軟磁性材料を加圧成形した圧粉磁心が使用されている。この軟磁性材料は、複数の複合磁性粒子よりなっており、複合磁性粒子は金属磁性粒子と、その表面を被覆するガラス状の絶縁被膜とを有している。軟磁性材料には、小さな磁場の印加で大きな磁束密度を得ることができ、外部からの磁界変化に対して敏感に反応できる磁気的特性が求められる。

圧粉磁心を交流磁場で使用した場合、鉄損と呼ばれるエネルギー損失が生じる。この鉄損は、ヒステリシス損と渦電流損との和で表わされる。ヒステリシス損を低下させるためには、金属磁性粒子内の歪や転位を除去して磁壁の移動を容易にすることで、圧粉磁心の保磁力Ｈｃを小さくすればよく、また、渦電流損を低下させるためには、金属磁性粒子を絶縁被膜で被覆し、金属磁性粒子間の絶縁性を確保することで、軟磁性材料の電気抵抗率ρを大きくすればよい。

金属磁性粒子内の歪や転位を除去するためには、成形した圧粉磁心を４００℃以上の高温、好ましくは５５０℃もしくは６５０℃以上の高温で熱処理する必要がある。しかしながら、圧粉磁心を４００℃以上の高温で熱処理しようとすると、絶縁被膜が熱により破壊されてしまい、圧粉磁心の電気抵抗率ρが低下し、渦電流損が大きくなってしまうという問題がある。このため、耐熱性の高い絶縁被膜が求められている。

また、上述のように、圧粉磁心は軟磁性材料を加圧成形することによって製造されるため、軟磁性材料の加圧成形の際に、絶縁被膜が圧力によって破壊されやすい。その結果、鉄粉の粒子同士が電気的に短絡しやすくなり、渦電流損自体が増大するという問題がある。このため、金属磁性粒子表面との密着性の高い絶縁被膜が求められている。

また、従来の軟磁性材料には、加圧成形して得られる成形体の強度が低いという問題があり、十分な強度を有する圧粉磁心を製造することが困難であった。

このため、圧粉磁心の絶縁性および強度を向上させる方法について、従来から種々の検討がなされている。

高い絶縁性と磁束密度を得る技術として、たとえば特開２００３−２７２９１１号公報（特許文献１）および特開２００５−１１３２５８号公報（特許文献２）には、強磁性体金属粉末の表面を、アルミニウムを含有するリン酸塩またはリン酸化合物で被覆した被覆金属粉末に関する技術が開示されている。

また、非特許文献１には、鉄粉を硫酸で処理し、鉄粉の表面粗度を大きくすることにより、成形体強度を改善することが報告されている。
特開２００３−２７２９１１号公報 特開２００５−１１３２５８号公報 P.Lefebvre et. al., Powder Metallurgy 1999, vol.42 No.4 P.325-330

上述のように、高い絶縁性を有するとともに、十分な強度を有する圧粉磁心を製造することのできる軟磁性材料は、現在最も要求されているところではあるが、未だ得られていない。

前記特許文献１および２には、流動状態にある金属磁性粒子粉末に、アルミニウムを含有するリン酸塩またはリン酸化合物などを噴霧することにより被覆する方法が記載されているが、金属磁性粒子表面の酸化被膜を十分除去しないまま絶縁被膜が形成されているので、金属磁性粒子表面との密着性の高い絶縁被膜を有する軟磁性材料を得ることが困難である。また、この方法では、金属磁性粒子表面に凹凸を形成することが困難であり、この方法によって得られた軟磁性材料を用いて作製された圧粉磁心は、十分な強度を有さない。

そこで、本発明の目的は、高強度の成形体を得ることができ、かつ高い絶縁性を有する軟磁性材料の製造方法、軟磁性材料、および圧粉磁心を提供することである。

本発明の軟磁性材料の製造方法は、金属磁性粒子と、金属磁性粒子を被覆する絶縁被膜とを有する複数の複合磁性粒子を備えた軟磁性材料の製造方法であって、金属磁性粒子を酸性溶液に浸漬することで金属磁性粒子の表面に凹凸を形成する凹凸形成工程と、凹凸形成工程後、金属磁性粒子の表面に絶縁被膜を形成する絶縁被膜形成工程とを備えている。絶縁被膜形成工程は、金属磁性粒子を有機溶剤に分散させる工程と、金属アルコキシドおよびリン酸水溶液を有機溶剤に加える工程と、金属磁性粒子の表面を乾燥して有機溶剤を除去する工程とを含んでいる。

本発明の軟磁性材料の製造方法によれば、凹凸形成工程において金属磁性粒子を酸性溶液に浸漬することによって、金属磁性粒子の表面に粒子径の１００分の１程度のオーダーの微細な凹凸が形成される。成形体においてはこの凹凸により複合磁性粒子同士が接合するので、複合磁性粒子同士の摩擦が大きくなる。その結果、高強度の成形体を得ることができる。また、絶縁被膜形成工程前に金属磁性粒子を酸性溶液に浸漬することにより、金属磁性粒子表面の酸化物被膜を除去することができるため、この後に行なう絶縁被膜形成処理をより効率的に行なうことができる。そのため、金属磁性粒子表面と絶縁被膜との密着強度が高く、均一な膜厚の絶縁被膜を形成することができる。

本発明の軟磁性材料は、上記の製造方法を用いて製造される。また、本発明の圧粉磁心は、上記の軟磁性材料を用いて製造される。これにより、高い絶縁性を有するとともに高強度の成形体を得ることができる。

本発明の軟磁性材料の製造方法によれば高い絶縁性を有する軟磁性材料を得ることができるとともに、該軟磁性材料を用いることにより、高強度の圧粉磁心を得ることができる。

以下、本発明の一実施の形態について図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態における軟磁性材料を用いて作製された圧粉磁心を拡大して示した模式図である。図１に示すように、本実施の形態における軟磁性材料を用いて作製された圧粉磁心は、金属磁性粒子１０と、金属磁性粒子１０の表面を被覆する絶縁被膜２０とを有する複数の複合磁性粒子３０を含んでいる。複数の複合磁性粒子３０の各々は、たとえば複合磁性粒子３０の各々の間に介在している有機物４０や、複合磁性粒子３０が有する凹凸の噛み合わせなどによって接合されている。なお、複合磁性粒子３０の各々は、絶縁被膜２０を覆うように形成された保護被膜（図示なし）をさらに有していてもよく、有機物４０はなくてもよい。

図２は、図１の複合磁性粒子の表面の拡大図である。図２を参照して、複合磁性粒子３０には粒径の１００分の１程度のオーダーの微細な凹凸３１が多数形成されている。これらの凹凸３１の噛み合わせによって複合磁性粒子３０の各々は互いに接合されている。

図１を参照して、複合磁性粒子３０の平均粒径は、５μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。複合磁性粒子３０の平均粒径が５μｍ以上である場合、金属が酸化されにくくなるため、軟磁性材料の磁気的特性の低下を抑止できる。また、複合磁性粒子３０の平均粒径が３００μｍ以下である場合、加圧成形時において混合粉末の圧縮性が低下することを抑止できる。これにより、加圧成形によって得られた成形体の密度が低下せず、取り扱いが困難になることを防ぐことができる。

なお、平均粒径とは、ふるい法によって測定した粒径のヒストグラム中、粒径の小さいほうからの質量の和が総質量の５０％に達する粒子の粒径、つまり５０％粒径をいう。

金属磁性粒子１０は、たとえばＦｅ、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ａｌ（アルミニウム）系合金、Ｆｅ−Ｎ（窒素）系合金、Ｆｅ−Ｎｉ（ニッケル）系合金、Ｆｅ−Ｃ（炭素）系合金、Ｆｅ−Ｂ（ホウ素）系合金、Ｆｅ−Ｃｏ（コバルト）系合金、Ｆｅ−Ｐ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金、Ｆｅ−Ｃｒ（クロム）系合金あるいはＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金などから形成されている。金属磁性粒子１０はＦｅを主成分としていればよく、金属単体でも合金でもよい。

絶縁被膜２０は、金属磁性粒子１０間の絶縁層として機能する。金属磁性粒子１０を絶縁被膜２０で覆うことによって、この軟磁性材料を加圧成形して得られる圧粉磁心の電気抵抗率ρを大きくすることができる。これにより、金属磁性粒子１０間に渦電流が流れるのを抑制して、圧粉磁心の渦電流損を低減させることができる。絶縁被膜２０は、たとえば金属としてＡｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、またはＺｒを用いたリン酸金属塩化合物などの絶縁性物質よりなっている。

絶縁被膜２０の厚みは、０．００５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。絶縁被膜２０の厚みを０．００５μｍ以上とすることによって、トンネル電流の発生を防止でき、渦電流によるエネルギー損失を効果的に抑制することができる。また、絶縁被膜２０の厚みを２０μｍ以下とすることによって、軟磁性材料に占める絶縁被膜２０の割合が大きくなりすぎない。このため、この軟磁性材料を加圧成形して得られる圧粉磁心の磁束密度が著しく低下することを防止できる。

続いて、図１に示す圧粉磁心を製造する方法について説明する。図３は、本発明の一実施の形態における圧粉磁心の製造方法を工程順に示す図である。

図３を参照して、始めに、Ｆｅを主成分としており、たとえば純度９９．８%以上の純鉄や、Ｆｅ、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、またはＦｅ−Ｃｏ系合金などよりなる金属磁性粒子１０の原料粉末を準備する（ステップＳ１）。

金属磁性粒子１０は、たとえばガスアトマイズ粉であってもよいし、水アトマイズ粉であってもよい。ここで、ガスアトマイズ粉とは、金属磁性粒子となる材料の溶湯を高圧のガスにより噴霧し、気体で急冷することで得られる粉体であり、水アトマイズ粉とは、金属磁性粒子となる材料の溶湯を高圧の水流により水中へ噴霧することで得られる粉体である。

金属磁性粒子１０が水アトマイズ粉である場合には、金属磁性粒子１０の表面には多数の突起部が存在し、加圧成形時に絶縁被膜が破壊されやすい。そこで、これらの突起部を除去するために、次に金属磁性材料１０の表層を平滑化する（ステップＳ１ａ）。具体的には、ボールミルを用いて軟磁性材料の表面を摩耗させ、金属磁性粒子１０の表面の突起部を除去する。ボールミル加工時間を長くする程、突起部は除去されるので、金属磁性粒子１０の形状は真球に近くなる。ボールミル加工時間はたとえば３０分〜６０分である。

なお、この球状化処理は省略されてもよい。特に金属磁性粒子１０がガスアトマイズ粉である場合には、金属磁性粒子１０は元々真球に近い形状であるので、この球状化処理は不要である。

次に、金属磁性粒子１０を４００℃以上融点未満の温度で熱処理する（ステップＳ２）。熱処理前の金属磁性粒子１０の内部には、多数の歪み（転位、欠陥）が存在している。そこで、金属磁性粒子１０に熱処理を実施することによって、この歪みを低減させることができる。熱処理の温度は、６００℃以上９００℃未満であることがさらに好ましい。この温度域で処理することによって、歪み取りの効果を十分に得ることができ、かつ、粉末同士が焼結してしまうことを回避できる。なお、この熱処理は省略されてもよい。

次に、金属磁性粒子１０の表面に凹凸を形成する（ステップＳ３）。具体的には、酸性水溶液を所望の濃度に調整し、この酸性水溶液に金属磁性粒子を加えることにより酸性水溶液の懸濁液とする。これにより、金属磁性粒子１０の表面が酸によりエッチングされ、金属磁性粒子の表面に凹凸が形成される。酸性水溶液の種類、濃度、および酸性水溶液中への金属磁性粒子１０の浸漬時間などによって、金属磁性粒子１０の表面に形成される凹凸の量が調節可能である。その後、この酸性水溶液をろ過して金属磁性粒子１０が取り出される。

なお、本実施の形態の酸性水溶液としては、硫酸、しゅう酸、硝酸、塩酸などが用いられ、好ましくは硫酸が用いられる。また、酸性水溶液の濃度は、０．３μｍｏｌ／ｌ〜１．０ｍｏｌ／ｌであることが好ましく、より好ましくは０．４μｍｏｌ／ｌ〜０．９ｍｏｌ／ｌであり、さらに好ましくは０．５μｍｏｌ／ｌ〜０．８ｍｏｌ／ｌである。酸性水溶液の濃度が０．３μｍｏｌ／ｌ未満の場合、酸によるエッチングに時間がかかり過ぎるため好ましくない。１．０ｍｏｌ／ｌを超える場合には、エッチングが急激に進行するとともに、溶解する金属磁性粒子の成分が多すぎるため、所望の磁気特性を得ることが困難となる。さらに、酸性水溶液への浸漬時間は、酸性水溶液の濃度にもよるが、上記範囲の濃度であれば１分〜６０分が好ましく、より好ましくは１分〜３０分、さらに好ましくは１分〜１５分である。浸漬時間が１分未満の場合には、酸による十分なエッチングを行なうことができず、次工程において絶縁被膜の金属磁性粒子への密着性が不十分となる。６０分を超える場合には、反応系にゲーサイト等の非磁性成分が析出し、磁気特性が低下するため好ましくない。

次に、金属磁性粒子１０の粒子表面に絶縁被膜２０を形成する（ステップＳ４）。具体的には、前述の酸性水溶液のろ過後、取り出された金属磁性粒子１０の固形分に含まれる水分を有機溶剤に置換した後、金属磁性粒子１０を有機溶剤に分散させて懸濁液とする。そして、この懸濁液中に金属アルコキシドおよびリン酸水溶液を加え、混合・攪拌する。このとき、金属アルコキシドは金属磁性粒子１０の表面に存在する水と反応して加水分解し、金属磁性粒子１０の表面に金属酸化物または金属含有酸化物が生成する。その後、金属磁性粒子１０の表面を乾燥して有機溶剤を除去する。これにより、金属磁性粒子１０の粒子表面にリン酸金属塩および／またはリン酸金属と金属化合物よりなる絶縁被膜２０が形成される。

酸による凹凸形成処理後は、金属磁性粒子１０の表面が活性化されているため、水または水溶液中に存在する酸素によって酸化され、金属磁性粒子１０の表面に再び酸化被膜が形成されてしまい、その後の絶縁被膜形成工程において、金属磁性粒子表面と絶縁被膜との密着性が低下するとともに、得られる軟磁性材料の磁気特性が低下する。このため、酸性水をできる限り早く有機溶剤に置換することが好ましい。

金属磁性粒子１０の表面を乾燥する際には、金属磁性粒子１０を３０℃以上１２０℃以下の温度に保持することが好ましい。金属磁性粒子を３０℃以上の温度に保持することにより、有機溶剤を効率よく蒸発させることができる。特に、絶縁被膜２０で被覆された金属磁性粒子１０は、室温に保たれたドラフト中で３時間〜２４時間乾燥させた後、６０℃〜１２０℃の温度範囲で乾燥させるか、もしくは減圧雰囲気において３０℃〜８０℃の温度範囲で乾燥させることが好ましい。また、乾燥は、空気中およびＮ₂ガスなどの不活性ガス雰囲気下のいずれでも行なうことができるが、金属磁性粒子の酸化防止の観点から、Ｎ₂ガスなどの不活性ガス雰囲気下で行なうことが好ましい。

なお、本実施の形態に用いられる有機溶剤は、一般的に用いられる有機溶剤であればよく、水溶性の有機溶剤が好ましい。具体的には、エチルアルコール、プロピルアルコールまたはブチルアルコールなどのアルコール系溶剤、アセトンまたはメチルエチルケトンなどのケトン系溶剤、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、プロピルセロソルブまたはブチルセロソルブなどのグリコールエーテル系溶剤、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコールなどのオキシエチレン、オキシプロピレン付加重合体、エチレングリコール、プロピレングリコールまたは１，２，６−ヘキサントリオール等のアルキレングリコール、グリセリン、２−ピロリドン、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミルなどのエステル系溶剤、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系溶剤、ヘキサン、ヘプタン、オクタンなどの脂肪族炭化水素系溶剤、シクロヘキサンなどの脂環族炭化水素系溶剤など、が好ましい。特に、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコールなどのアルコール系溶剤、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン系溶剤が好ましい。

本実施の形態に用いられるリン酸は、五酸化二リンが水和してできる酸が好ましい。具体的には、メタリン酸、ピロリン酸、オルトリン酸、三リン酸、四リン酸などである。特にオルトリン酸が好ましい。

本実施の形態に用いる金属アルコキシドは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、およびＺｒよりなる群から選ばれる原子を含有するアルコキシドであることが好ましい。アルコキシドとしては、メトキシド、エトキシド、プロポキシド、イソプロポキシド、オキシイソプロポキシド、ブトキシドなどを用いることができる。またアルコキシドとして、テトラエトキシシランまたはテトラメトキシシランを部分的に加水分解・縮合することにより得られるエチルシリケートまたはメチルシリケートを用いることができる。処理の均一性及び処理効果を考慮すれば、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシラン、メチルシリケート、アルミニウムトリイソプロポキシド、アルミニウムトリブトキシド、ジルコニウムテトライソプロポキシド、チタニウムテトライソプロポキシドなどが特に好ましい。

金属磁性粒子とリン酸溶液および金属アルコキシド溶液とを混合するための機器としては、たとえば高速アジテート型ミキサーが使用され、具体的にはヘンシェルミキサー、スピードミキサー、ボールカッター、パワーミキサー、ハイブリッドミキサー、コーンブレンダーなどが使用される。

金属磁性粒子とリン酸溶液及び金属アルコキシド溶液との混合・攪拌は、室温以上であって用いる有機溶剤の沸点以下の温度で行なうことが好ましい。また、金属磁性粒子の酸化防止の観点から、Ｎ₂ガスなどの不活性ガス雰囲気下で反応を行なうことが好ましい。

次に、たとえばシリコ−ン樹脂よりなる保護被膜を形成する（ステップＳ５）。具体的には、絶縁被膜２０で被覆された金属磁性粒子１０に、有機溶媒に溶かしたシリコーン樹脂を混合あるいは噴霧する。その後、乾燥させ溶媒を除去する。なお、この保護被膜の形成は省略されてもよい。

以上の工程により、本実施の形態の軟磁性材料が完成する。さらに、以下の製造工程を経ることによって本実施の形態の圧粉磁心が製造される。

次に、複合磁性粒子３０と、バインダである有機物４０とを混合する（ステップＳ６）。なお、混合方法に特に制限はなく、たとえばＶ型混合機を用いた乾式混合でもよいし、ミキサー型混合機を用いた湿式混合でもよい。これにより、複数の複合磁性粒子３０の各々が有機物４０で互いに接合された形態となる。なお、このバインダの混合は省略されてもよい。

有機物４０としては、熱可塑性ポリイミド、熱可塑性ポリアミド、熱可塑性ポリアミドイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミドイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミドまたはポリエーテルエーテルケトンなどの熱可塑性樹脂や、高分子量ポリエチレン、全芳香族ポリエステルまたは全芳香族ポリイミドなどの非熱可塑性樹脂や、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸カルシウム、パルミチン酸リチウム、パルミチン酸カルシウム、オレイン酸リチウムおよびオレイン酸カルシウムなどの高級脂肪酸系を用いることができる。また、これらを互いに混合して用いることもできる。

次に、得られた軟磁性材料の粉末を金型に入れ、たとえば３９０（ＭＰａ）から１５００（ＭＰａ）までの圧力で加圧成形する（ステップＳ７）。これにより、複合磁性粒子３０の粉末が圧縮された圧粉成形体が得られる。なお、加圧成形する雰囲気は、不活性ガス雰囲気または減圧雰囲気とすることが好ましい。この場合、大気中の酸素によって混合粉末が酸化されるのを抑制することができる。

次に、加圧成形によって得られた圧粉成形体を２００℃以上９００℃以下の温度で熱処理する（ステップＳ８）。加圧成形を経た圧粉成形体の内部には歪や転位が多数発生しているので、熱処理によりこのような歪や転位を取り除くことができる。以上に説明した工程により、図１に示す圧粉磁心が完成する。

本実施の形態における軟磁性材料の製造方法、軟磁性材料、および圧粉磁心によれば、金属磁性粒子１０を酸性溶液に浸漬することによって、図４に示すように、金属磁性粒子１０の表面に粒子径の１００分の１程度のオーダーの微細な凹凸３１が多数形成される。このため、多数の凹凸３１によって複合磁性粒子３０同士の接合を強化することができ、成形体強度を向上することができる。また、絶縁被膜形成工程前に金属磁性粒子１０表面を酸によりエッチングすることにより、金属磁性粒子１０表面の酸化物被膜を除去することができるため、この後に行なう絶縁被膜形成工程によって形成される絶縁被膜２０と金属磁性粒子１０表面との密着性を向上することができる。さらに、酸性溶液処理後に行なう絶縁被膜形成工程を有機溶剤中で行なうことにより、金属磁性粒子１０表面が再び酸化被膜によって被覆されることを防止できるため、得られる軟磁性材料の磁気特性の低下を抑止することができる。

本実施例では、実施例１、実施例２、比較例３、および比較例４の各々の軟磁性材料を作製し、それぞれの軟磁性材料を加圧成形して得られた圧粉磁心の成形体強度を評価した。

始めに、金属磁性粒子として水アトマイズ粉およびガスアトマイズ粉を準備した。ガスアトマイズ粉の金属磁性粒子は、ふるい法による平均粒径が１０６μｍであり、Ｆｅの純度が９９．８％以上であり、ＢＥＴ法による比表面積が１．２×１０^-2ｍ²／ｇであった。水アトマイズ粉の金属磁性粒子は、ふるい法による平均粒径が１０１μｍであり、Ｆｅの純度が９９．８％以上であり、ＢＥＴ法による比表面積が１．８×１０^-2ｍ²／ｇであった。なお、水アトマイズ粉はボールミルを用いて球状化処理を行なったものである。実施例１および比較例３についてはガスアトマイズ粉を使用し、実施例２および比較例４については水アトマイズ粉を使用した。次に、金属磁性粒子を水素気流中において６００℃の温度で熱処理した。なお、ＢＥＴ法では、吸着占有面積の判った不活性気体（クリプトン）を粒子の表面に液体窒素の温度で吸着させ、その吸着量から粒子の比表面積が測定される。

続いて、実施例１および２については、金属磁性粒子１０ｋｇを７．６×１０^-3ｍｏｌ／ｌの硫酸水溶液中に３分間浸漬し、金属磁性粒子表面に凹凸を形成した。そして、ろ過・水洗し、金属磁性粒子粉末の含水固形分を得た。比較例３および４については、上記の硫酸処理を行なわなかった。上記の硫酸処理の処理条件を表１に示す。

次に、実施例１および２については、上記金属磁性粒子粉末の含水固形分をアセトンを用いて溶剤置換した後、アセトン１０Ｌ（リットル）に懸濁させた懸濁液を作製した。比較例３および４についても、金属磁性粒子をアセトン１０Ｌに懸濁させて懸濁液を作製した。次に、アルミニウムイソプロポキシド０．９７ｇを分散させたアセトン溶液をこの懸濁液に加えた後、テトラエトキシシラン０．３３ｇをこの懸濁液に加えた。さらに、リン酸水溶液（リン酸含有量８５質量％）２．１８ｇをこの懸濁液に滴下した。その後、Ｎ₂気流下、反応温度４５℃において、２０分間攪拌・混合を行った。その後、得られた混合溶液を４５℃において減圧乾燥を行ない、軟磁性材料を得た。

得られた軟磁性材料の特性を表２に示す。絶縁被膜を構成している表面処理物のＡｌ換算量は表１に示すとおりであった。なお、絶縁被膜を構成している表面処理物のＡｌ換算量は、「蛍光Ｘ線分析装置３０６３Ｍ型」（理学電機工業株式会社製）を使用し、ＪＩＳ Ｋ０１１９の「けい光Ｘ線分析通則」に従って測定した。

軟磁性材料の耐熱性は、下記の方法により求めた。まず、試料粉末０．５ｇを測り取り、ＫＢｒ錠剤成形器（株式会社島津製作所）を用いて、１３．７２ＭＰａの圧力で加圧成形を行ない、円柱状の被測定試料を作製した。次いで、被測定試料を温度２５℃、相対温度６０％の環境下に１２時間以上暴露した後、この被測定試料をステンレス電極の間にセットし、電気抵抗測定装置（ｍｏｄｅｌ ４３２９Ａ 横河北辰電気株式会社製）で１５Ｖの電圧を印加して抵抗値Ｒ（ｍΩ）を測定した。

次いで、被測定（円柱状）試料の上面の面積Ａ（ｃｍ²）と厚みｔ０（ｃｍ）を測定し、下記式１にそれぞれの測定値を挿入して、体積固有抵抗値（ｍΩ・ｃｍ）を求めた。

体積固有抵抗値（ｍΩ・ｃｍ）＝Ｒ×（Ａ／ｔ０） ・・・（１）
上記被測定用試料を電気炉に入れ、電気炉の温度を種々変化させて各温度において１時間加熱処理を行ない、各温度における加熱前後での体積固有抵抗値を測定し、下記式２に加熱前後の体積固有抵抗値を挿入して、体積固有抵抗値の変化率を求め、片対数グラフを用いて横軸に加熱温度を、縦軸に体積固有抵抗値の変化率をプロットし、体積固有抵抗値の変化率がちょうど１０％となるときの温度を軟磁性材料の耐熱温度とした。

加熱前後の体積固有抵抗値の変化率（％）＝｛体積固有抵抗値（加熱前）−体積固有抵抗値（加熱後）｝／体積固有抵抗値（加熱前）×１００ ・・・（２）

続いて、軟磁性材料を１２７０ＭＰａの面圧で加圧成形し、７．６０ｇ／ｃｍ³の密度のリング状（外径３４ｍｍ、内径２０ｍｍ、厚み５ｍｍ）の成形体を作製した。その後、窒素気流雰囲気にて５００℃〜７００℃の温度で１時間、成形体を熱処理した。

こうして得られた圧粉磁心について、ＢＨカーブトレーサを用いてヒステリシス損Ｗｈ、渦電流損Ｗｅ、および鉄損Ｗを測定した。これらの測定の際には、励起磁束密度を１０ｋＧ（＝１Ｔ（テスラ））とし、測定周波数を５０Ｈｚ〜１ｋＨｚとした。ここで、ヒステリシス損および渦電流損の分離については、鉄損の周波数曲線を次の３つの式で最小２乗法によりフィッティングし、ヒステリシス損係数および渦電流損係数を算出することで行なった。この結果を表３に示す。

（鉄損）＝（ヒステリシス損係数）×（周波数）＋（渦電流損係数）×（周波数）²
（ヒステリシス損）＝（ヒステリシス損係数）×（周波数）
（渦電流損）＝（渦電流損係数）×（周波数）²

なお、表３中における最適処理温度は、各温度で熱処理した試料における鉄損が最小となる温度とした。表２を参照して、実施例１の比表面積値は比較例３の比表面積値よりも大きくなっており、実施例２の比表面積値は比較例４の比表面積値よりも大きくなっている。これは、金属磁性粒子が硫酸水溶液によってエッチングされて金属磁性粒子の表面に多数の凹凸が形成されたことに起因するものである。また、実施例１および２の抗折強度σ３ｂは、比較例３および４の抗折強度σ３ｂよりも大きく向上している。この結果から、本発明によれば、高強度の成形体が得られることが分かる。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の軟磁性材料の製造方法、軟磁性材料、および圧粉磁心は、たとえば、モーターコア、電磁弁、リアクトルもしくは電磁部品一般に利用される。

本発明の一実施の形態における軟磁性材料を用いて作製された圧粉磁心を拡大して示した模式図である。 図１の複合磁性粒子の表面の拡大図である。 本発明の一実施の形態における圧粉磁心の製造方法を工程順に示す図である。 本発明の複合磁性粒子の結合状態を模式的に示す図である。

符号の説明

１０ 金属磁性粒子、２０ 絶縁被膜、３０ 複合磁性粒子、３１ 凹凸、４０ 有機物。

Claims (3)

1. 金属磁性粒子と、前記金属磁性粒子を被覆する絶縁被膜とを有する複数の複合磁性粒子を備えた軟磁性材料の製造方法であって、
   前記金属磁性粒子を酸性溶液に浸漬することで前記金属磁性粒子の表面に凹凸を形成する凹凸形成工程と、
   前記凹凸形成工程後、前記金属磁性粒子の表面に前記絶縁被膜を形成する絶縁被膜形成工程とを備え、
   前記絶縁被膜形成工程は、前記金属磁性粒子を有機溶剤に分散させる工程と、金属アルコキシドおよびリン酸水溶液を前記有機溶剤に加える工程と、前記金属磁性粒子の表面を乾燥して前記有機溶剤を除去する工程とを含む、軟磁性材料の製造方法。
2. 請求項１に記載の製造方法を用いて製造された軟磁性材料。
3. 請求項２に記載の軟磁性材料を用いて製造された圧粉磁心。

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