JP2010016290A - Ferrous metal magnetic particle, soft magnetic material, powder magnetic core and manufacturing method of them - Google Patents

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Kosuke Isomichi
孝輔 礒道
Takeshi Senoo
剛士 妹尾
Teppei Watanabe
哲平 渡邉
Hiroshi Murase
弘 村瀬
Masato Nakano
真人 中野
Tatsuhiko Nonoyama
龍彦 野々山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide ferrous metal magnetic particles useful for manufacturing a powder magnetic core in magnetic property and coercive force, wherein iron loss is reduced and influence of impurities, distortion and grain boundary in iron powder is eliminated. <P>SOLUTION: The ferrous metal magnetic particle includes water atomized iron powder containing iron by 99.5 wt.% or more, and a passive film of a metal oxide selected from a group of aluminum oxide, silicon oxide and mixture of them or a composite oxide, which is applied to the surface of the iron powder, and further the iron powder includes oxygen content by 0.01 wt.% or less and carbon content by 0.0010 wt.% or less. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、軟磁性材料の製造に用いられる鉄系金属磁性粒子とその使用に関し、さらに詳しく述べると、本発明は、鉄粉中の不純物の含有量が少なくかつ鉄粉の焼結が防止された軟磁性材料の製造に有用な鉄系金属磁性粒子と、それから製造された軟磁性材料及びその製造方法、そしてかかる軟磁性材料から製造された圧粉磁心及びその製造方法に関する。本発明の圧粉磁心は、電磁気を利用した各種の製品において有利に使用することができる。   The present invention relates to iron-based metal magnetic particles used in the production of soft magnetic materials and the use thereof. More specifically, the present invention has a low content of impurities in iron powder and prevents iron powder from being sintered. The present invention relates to an iron-based metal magnetic particle useful for producing a soft magnetic material, a soft magnetic material produced therefrom, and a production method thereof, and a dust core produced from such a soft magnetic material and a production method thereof. The dust core of the present invention can be advantageously used in various products using electromagnetism.

周知の通り、変圧器(トランス)、電動機(モータ)、発電機、アクチュエータ等の電磁気を利用した製品では、局所的に大きな交番磁界を効率的に得るため、磁心(軟磁石)を交番磁界中に設けているのが一般的である。磁心は、通常、金属磁性粒子とその表面を被覆した絶縁皮膜とからなる複数個の複合金属磁性粒子を有機バインダで相互に結合させて軟磁性材料を作製し、さらにその軟磁性材料の粉末を圧縮成形することによって製造されている。よって、このような磁心は、一般的に「圧粉磁心」と呼ばれている。   As is well known, in products using electromagnetics such as transformers, motors, generators, actuators, etc., magnetic cores (soft magnets) are placed in alternating magnetic fields in order to efficiently obtain a large alternating magnetic field locally. It is common to provide in. A magnetic core is usually composed of a plurality of composite metal magnetic particles, which are composed of metal magnetic particles and an insulating film covering the surface thereof, bonded together with an organic binder to produce a soft magnetic material. Manufactured by compression molding. Therefore, such a magnetic core is generally called a “dust core”.

圧粉磁心において、鉄損(交流で磁化したときに損なわれる電気エネルギー;ヒステリシス損と渦電流損の和で表される)を低減すべく、従来から様々な検討が行われている。鉄損のうちヒステリシス損は、磁壁移動の妨げとなる鉄粉中の歪みや結晶粒界、不純物が影響しており、問題点としての歪み、結晶粒界、そして不純物の低減が進められているが、いまだ問題点を十分に解決するに至っていない。なお、鉄粉中の不純物についての問題点は、純度の高い鉄粉を使用することで解決可能であるけれども、純度は、コストへの影響が大きく、したがって、工業的には、水アトマイズ鉄粉を多用しているのが現状である。水アトマイズ鉄粉としては、例えば、純鉄粉、商品名「ABC100.30」(ヘガネス社製)及びリン酸塩皮膜を被覆した鉄粉、商品名「Somaloy500」(ヘガネス社製)がある。   Various studies have been made in the past to reduce iron loss (electric energy lost when magnetized by alternating current; expressed by the sum of hysteresis loss and eddy current loss) in a dust core. Of iron loss, hysteresis loss is affected by strain, grain boundaries, and impurities in iron powder that hinders domain wall movement, and the reduction of strain, grain boundaries, and impurities as problems is being promoted. However, the problem has not been solved yet. In addition, although the problem about the impurities in iron powder can be solved by using high-purity iron powder, the purity has a large influence on the cost. Therefore, industrially, water atomized iron powder Is currently using a lot. Examples of the water atomized iron powder include pure iron powder, trade name “ABC100.30” (manufactured by Höganäs) and iron powder coated with a phosphate film, and trade name “Somaloy 500” (manufactured by Höganäs).

近年では、例えば特許文献1に記載されているように、水素及びアルゴンからなる混合気体の雰囲気中においてアトマイズ鉄粉を800℃の温度で3時間にわたって還元焼鈍し、鉄と酸素とを含む金属磁性粒子を備え、その金属磁性粒子に占める酸素の割合が0.05質量%未満である軟磁性材料と、それから作製された圧粉磁心が提案されている。この特許文献によれば、焼鈍により酸素量が0.05質量%未満に低減し、保磁力、すなわちヒステリシス損も低減するとされている。   In recent years, for example, as described in Patent Document 1, atomized iron powder is subjected to reduction annealing at a temperature of 800 ° C. for 3 hours in an atmosphere of a mixed gas composed of hydrogen and argon, and a metal magnetism containing iron and oxygen. There have been proposed a soft magnetic material including particles and having a proportion of oxygen in the metal magnetic particles of less than 0.05% by mass, and a dust core made therefrom. According to this patent document, the amount of oxygen is reduced to less than 0.05 mass% by annealing, and the coercive force, that is, the hysteresis loss is also reduced.

また、特許文献2において別の提案がなされている。すなわち、この特許文献では、結晶粒界を改善するため、鉄を主成分とする金属磁性粒子を、900℃以上であって金属磁性粒子の融点未満の温度で、水素雰囲気もしくは不活性ガス雰囲気で熱処理することが提案され、また、高温中での磁性粒子の焼結を防止するため、熱処理工程に先がけて、Al、Si、Y、Zr、Ti、Mg及びBよりなる群より選ばれた少なくとも1種以上の元素の酸化物、窒化物又は炭化物からなるスペーサ粒子を金属磁性粒子に混合することが提案されている。また、特許文献2には、スペーサ粒子の粒径は、金属磁性粒子の粒径の0.1倍以上2倍以下が好ましいとされている。この特許文献によれば、金属磁性粒子を焼結を伴うことなく熱処理でき、圧粉磁心作製後のヒステリシス損が低減するとされている。   Another proposal has been made in Patent Document 2. That is, in this patent document, in order to improve the crystal grain boundary, the metal magnetic particles mainly composed of iron are heated at a temperature of 900 ° C. or higher and lower than the melting point of the metal magnetic particles in a hydrogen atmosphere or an inert gas atmosphere. It is proposed to heat-treat, and at least selected from the group consisting of Al, Si, Y, Zr, Ti, Mg and B prior to the heat-treatment step in order to prevent sintering of the magnetic particles at high temperature It has been proposed to mix spacer particles made of oxides, nitrides or carbides of one or more elements into metal magnetic particles. Patent Document 2 states that the particle diameter of the spacer particles is preferably 0.1 to 2 times the particle diameter of the metal magnetic particles. According to this patent document, metal magnetic particles can be heat-treated without being accompanied by sintering, and the hysteresis loss after the production of the dust core is reduced.

しかしながら、これらの特許文献に提案されている方法でも、解決されるべき課題が依然として存在している。例えば、特許文献1の場合、保磁力を低減しうると記載されているが、示された保磁力の値は必ずしも十分でなく、また、工業的に考えると、処理後の保管や後工程である絶縁皮膜形成工程で酸素が金属磁性粒子中へ拡散していき、時には鉄の酸化被膜が形成され、特性が低下するという問題がある。   However, there are still problems to be solved by the methods proposed in these patent documents. For example, in Patent Document 1, it is described that the coercive force can be reduced. However, the value of the coercive force shown is not always sufficient, and from an industrial point of view, it can be stored and processed after processing. There is a problem that oxygen diffuses into the metal magnetic particles in a certain insulating film forming process, and sometimes an iron oxide film is formed, resulting in deterioration of characteristics.

また、特許文献2の場合、ヒステリシス損が低減するとされていると記載されているにもかかわらず、示されたヒステリシス損の値は必ずしも十分ではなく、記載されているスペーサ粒子又は実施例で用いられているスペーサ粒子のうち、炭化物及び窒化物は、高温中で炭素、窒素が金属磁性粒子中へ拡散する恐れがあり、磁気特性劣化の要因となり得る。また、適用する水素雰囲気が特に高濃度である場合、酸化物は還元されやすく、Al、Si以外の金属元素が金属磁性粒子中へ拡散すると、磁気特性劣化の要因となり得る。   Further, in the case of Patent Document 2, although it is described that the hysteresis loss is reduced, the value of the hysteresis loss shown is not necessarily sufficient, and is used in the spacer particle or the example described. Among the spacer particles, carbides and nitrides may cause carbon and nitrogen to diffuse into the metal magnetic particles at high temperatures, which may cause deterioration of magnetic properties. In addition, when the hydrogen atmosphere to be applied is particularly high in concentration, the oxide is easily reduced, and when metal elements other than Al and Si diffuse into the metal magnetic particles, it may cause deterioration of magnetic characteristics.

特開2005−213621号公報(特許請求の範囲、段落0039)Japanese Patent Laying-Open No. 2005-213621 (Claims, paragraph 0039) 特開2005−336513号公報(特許請求の範囲、段落0038〜0042)JP 2005-336513 A (Claims, paragraphs 0038 to 0042)

本発明の目的は、鉄損が低減せしめられ、しかも鉄粉中の歪みや結晶粒界、不純物の影響が排除された、磁気特性及び保磁力に優れた圧粉磁心と、そのような圧粉磁心の製造に好適な鉄系金属磁性粒子及び軟磁性材料、そしてそれらの製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a dust core having excellent magnetic properties and coercive force, in which iron loss is reduced and the influence of distortion, grain boundaries and impurities in the iron powder is eliminated, and such a dust core. An object of the present invention is to provide iron-based metal magnetic particles and soft magnetic materials suitable for the production of magnetic cores, and methods for producing them.

本発明者は、上記した課題を解決すべく鋭意研究した結果、軟磁性材料の製造時に出発原料として使用する金属磁性粒子として特に、純鉄粉である水アトマイズ鉄粉を使用し、かつアルミニウム及び(又は)ケイ素の酸化物からなる不動態膜でその鉄粉の表面を被覆することが有効であるという知見を得、本発明を完成した。   As a result of earnest research to solve the above-mentioned problems, the present inventor used water atomized iron powder, which is pure iron powder, as metal magnetic particles to be used as a starting material when producing a soft magnetic material, and aluminum and The present invention was completed by obtaining the knowledge that it is effective to coat the surface of the iron powder with a passive film made of (or) a silicon oxide.

本発明は、その1つの面において、99.5重量%以上の鉄含有量を有する水アトマイズ鉄粉と、該鉄粉の表面に適用された、アルミニウム酸化物、ケイ素酸化物及びそれらの混合物もしくは複合酸化物からなる群から選ばれた金属酸化物の不動態膜とからなり、
前記鉄粉は、0.02重量%以下の酸素含有量及び0.0015重量%以下の炭素含有量を有している、軟磁性材料製造用鉄系金属磁性粒子にある。
In one aspect of the present invention, a water atomized iron powder having an iron content of 99.5% by weight or more, an aluminum oxide, a silicon oxide and a mixture thereof applied to the surface of the iron powder, or A passive film of a metal oxide selected from the group consisting of complex oxides,
The iron powder is in an iron-based metal magnetic particle for producing a soft magnetic material having an oxygen content of 0.02% by weight or less and a carbon content of 0.0015% by weight or less.

また、本発明は、そのもう1つの面において、本発明の鉄系金属磁性粒子と、該金属磁性粒子の表面を被覆した絶縁皮膜とを含んでいる軟磁性材料にある。   In another aspect of the present invention, there is a soft magnetic material including the iron-based metal magnetic particles of the present invention and an insulating film covering the surface of the metal magnetic particles.

さらに、本発明は、そのもう1つの面において、本発明の軟磁性材料から製造された圧粉磁心にある。   Furthermore, in another aspect of the present invention, there is a dust core made from the soft magnetic material of the present invention.

さらに加えて、本発明は、本発明の鉄系金属磁性粒子を製造する方法であって、
99.5重量%以上の鉄含有量を有する水アトマイズ鉄粉及びアルミニウム酸化物、ケイ素酸化物及びそれらの混合物もしくは複合酸化物からなる群から選ばれた金属酸化物の粒子を出発原料として準備することと、
前記鉄粉と前記金属酸化物の粒子を混合して鉄系金属混合物を調製することと、
前記金属混合物を、爆発上限以上の濃度をもった水素雰囲気中で、900℃以上でありかつ前記鉄粉の融点を下回る温度で熱処理することと、
前記熱処理により形成されたものであって、アルミニウム酸化物、ケイ素酸化物及びそれらの混合物もしくは複合酸化物らなる群から選ばれた金属又はその酸化物の不動態膜が表面に付着せしめられている鉄粉を前記金属酸化物の粒子から分離することと、
を含む、鉄系金属磁性粒子の製造方法にある。
In addition, the present invention is a method for producing the iron-based magnetic metal particles of the present invention,
Preparing as a starting material water atomized iron powder having an iron content of 99.5% by weight or more and metal oxide particles selected from the group consisting of aluminum oxide, silicon oxide and mixtures or composite oxides thereof And
Mixing the iron powder and the metal oxide particles to prepare an iron-based metal mixture;
Heat-treating the metal mixture at a temperature of 900 ° C. or higher and lower than the melting point of the iron powder in a hydrogen atmosphere having a concentration equal to or higher than the upper limit of explosion
A metal selected from the group consisting of aluminum oxide, silicon oxide, a mixture thereof, or a composite oxide or a passive film of the oxide is formed on the surface by the heat treatment. Separating iron powder from the metal oxide particles;
In the manufacturing method of the iron-type metal magnetic particle containing this.

また、本発明は、本発明の軟磁性材料を製造する方法であって、本発明の製造方法によって鉄系金属磁性粒子を製造することと、
前記鉄系金属磁性粒子の鉄系金属粉の表面に絶縁皮膜を形成することと、
を含む、軟磁性材料の製造方法にある。
Further, the present invention is a method for producing the soft magnetic material of the present invention, wherein iron-based metal magnetic particles are produced by the production method of the present invention,
Forming an insulating film on the surface of the iron-based metal powder of the iron-based metal magnetic particles;
A method for producing a soft magnetic material.

さらに、本発明は、本発明の圧粉磁心を製造する方法であって、
本発明の製造方法によって鉄系金属磁性粒子を製造することと、
前記鉄系金属磁性粒子の鉄系金属粉の表面に絶縁皮膜を形成して軟磁性材料を製造することと、
前記軟磁性材料を圧縮成形して所望の形状を有する圧縮成形体を形成することと、
前記圧縮成形体を高められた温度で焼鈍することと、
を含む、圧粉磁心の製造方法にある。
Furthermore, the present invention is a method for producing the dust core of the present invention,
Producing ferrous metal magnetic particles by the production method of the present invention;
Forming an insulating film on the surface of the iron-based metal powder of the iron-based metal magnetic particles to produce a soft magnetic material;
Compression-molding the soft magnetic material to form a compression-molded body having a desired shape;
Annealing the compression molded body at an elevated temperature;
In the manufacturing method of the powder magnetic core containing.

本発明によれば、以下の詳細な説明から理解されるように、鉄損が低減せしめられ、しかも鉄粉中の歪みや結晶粒界、不純物の影響が排除された、磁気特性及び保磁力に優れた圧粉磁心を提供することができる。また、本発明によれば、かかる圧粉磁心の製造に有用な鉄系金属磁性粒子及び軟磁性材料も提供することができる。   According to the present invention, as will be understood from the following detailed description, the iron loss is reduced, and the effects of distortion, crystal grain boundaries and impurities in the iron powder are eliminated, and the magnetic characteristics and coercive force are reduced. An excellent dust core can be provided. Moreover, according to this invention, the iron-type metal magnetic particle and soft magnetic material which are useful for manufacture of this powder magnetic core can also be provided.

また、本発明によれば、鉄系金属磁性粒子、軟磁性材料及び圧粉磁心を簡単に、高い信頼性をもって低コストで製造する方法も提供することができる。   In addition, according to the present invention, it is possible to provide a method for producing iron-based metal magnetic particles, soft magnetic materials, and dust cores easily and with high reliability and at low cost.

本発明による鉄系金属磁性粒子、軟磁性材料、圧粉磁心及びそれらの製造方法は、それぞれ、いろいろな形態で有利に実施することができる。以下、これらの形態を添付の図面を参照して説明するが、本発明は、以下に記載する形態に限定されるものではない。   The iron-based magnetic metal particles, soft magnetic materials, dust cores and methods for producing them according to the present invention can be advantageously implemented in various forms. Hereinafter, although these forms are explained with reference to an accompanying drawing, the present invention is not limited to the form described below.

本発明の鉄系金属磁性粒子は、特に軟磁性材料及び圧粉磁心を製造することを目的に開発されたもので、図1に模式的に示されている。なお、図1(A)は鉄系金属磁性粒子5の全体を示したものであり、図1(B)は、図1(A)の領域Bの断面を拡大して示したものである。鉄系金属磁性粒子5は、図示されるように、純鉄粉である水アトマイズ鉄粉1と、この鉄粉の表面を被覆した金属酸化物の薄膜2とからなる。金属酸化物の薄膜2は、アルミニウム酸化物、ケイ素酸化物等の金属酸化物の不動態膜である。   The iron-based metal magnetic particles of the present invention have been developed for the purpose of producing a soft magnetic material and a dust core, and are schematically shown in FIG. FIG. 1 (A) shows the entire iron-based metal magnetic particle 5, and FIG. 1 (B) shows an enlarged cross section of the region B in FIG. 1 (A). As shown in the figure, the iron-based metal magnetic particles 5 are composed of water atomized iron powder 1 that is pure iron powder and a metal oxide thin film 2 that covers the surface of the iron powder. The metal oxide thin film 2 is a passive film of a metal oxide such as aluminum oxide or silicon oxide.

本発明の鉄系金属磁性粒子は、上記したように、水アトマイズ鉄粉と、それを被覆したアルミニウム及び(又は)ケイ素を含む金属酸化物の不動態膜とからなる。これには、次のような理由がある。   As described above, the iron-based metal magnetic particles of the present invention are composed of water atomized iron powder and a metal oxide passivation film containing aluminum and / or silicon covering the powder. There are the following reasons for this.

前提として、圧粉磁心に要求されている特性は、高い磁束密度及び低い鉄損である。ここで、磁束密度は、軟磁性材料の組成(Fe100%が理想的)と成形密度によって決まり、また、鉄損は、すでに説明したように、ヒステリシス損と渦電流損の合計である。ヒステリシス損(=保磁力)は、磁場の変化に対するエネルギー損失を表し、鉄粉の不純物、結晶粒径、歪み等が要因であると考えられる。また、渦電流損は、磁束が通ることにより発生する渦電流が原因となっているので、圧粉磁心の絶縁性を高めることが重要である。これらを検討していくなかで、本発明では、主に鉄粉の不純物に着目し、その低減を図ることで保磁力(ヒステリシス損)を低下させることを発見したものである。   As a premise, the characteristics required for the dust core are high magnetic flux density and low iron loss. Here, the magnetic flux density is determined by the composition of the soft magnetic material (100% of Fe is ideal) and the molding density, and the iron loss is the sum of hysteresis loss and eddy current loss as described above. Hysteresis loss (= coercive force) represents energy loss with respect to a change in magnetic field, and is considered to be caused by impurities, crystal grain size, distortion, and the like of iron powder. In addition, since eddy current loss is caused by eddy current generated by the passage of magnetic flux, it is important to improve the insulation of the dust core. While examining these, the present invention has been found that the coercive force (hysteresis loss) is reduced by paying attention mainly to impurities in the iron powder and reducing it.

加えて、本発明の基本的スタンスは、コスト、量産性等を考慮したときに工業的に成立可能な手法で、鉄粉を高純度化することにある。よって、本発明では、高純度であるが非常に高価な「電解鉄」を原料とする粉末や「ガスアトマイズ」鉄粉を使用せず、商業的に低コストで入手可能な水アトマイズ鉄粉を代わりに選択し、しかもうまく利用しているのである。また、アルミニウム及び(又は)ケイ素を含む金属酸化物を使用しているが、鉄以外の元素はそのまま磁束密度の低下に直結しているからである。さらに、アルミニウム、ケイ素以外の元素は、保磁力の増加につながることが報告されており、本発明の目的に反している。   In addition, the basic stance of the present invention is to highly purify iron powder by a technique that can be established industrially in consideration of cost, mass productivity, and the like. Therefore, in the present invention, water atomized iron powder, which is commercially available at low cost, is used instead of powder made of high-purity but very expensive “electrolytic iron” or “gas atomized” iron powder. It is selected and used well. Moreover, although the metal oxide containing aluminum and / or silicon is used, it is because elements other than iron are directly linked to a decrease in magnetic flux density. Furthermore, it has been reported that elements other than aluminum and silicon lead to an increase in coercive force, which is contrary to the object of the present invention.

本発明の鉄系金属磁性粒子において、水アトマイズ鉄粉は、純鉄粉であり、99.5重量%以上の鉄含有量及び100〜300μmの粒径を有している。かかる水アトマイズ鉄粉は、例えば、ヘガネス社から「ABC100.30」(商品名、平均粒径:80μm)、「300NH」(商品名、平均粒径:80μm)などとして商業的に入手可能である。   In the iron-based metal magnetic particles of the present invention, the water atomized iron powder is pure iron powder and has an iron content of 99.5% by weight or more and a particle size of 100 to 300 μm. Such water atomized iron powder is commercially available, for example, as “ABC100.30” (trade name, average particle size: 80 μm), “300NH” (trade name, average particle size: 80 μm) from Höganäs. .

水アトマイズ鉄粉は、99.5重量%以上の鉄含有量を有している。鉄含有量が99.5重量%を下回ると、その分だけ不純物の量が増加することとなり、磁気特性が低下し、所望とする磁気特性を確保することが難しくなる。   Water atomized iron powder has an iron content of 99.5% by weight or more. If the iron content is less than 99.5% by weight, the amount of impurities increases accordingly, the magnetic properties are lowered, and it becomes difficult to ensure the desired magnetic properties.

また、水アトマイズ鉄粉は、100〜300μmの粒径を有している。水アトマイズ鉄粉において、粒径が小さいほど、保磁力の増加、すなわち、ヒステリシス損及び鉄損の増加が引き起こされる。一方、粒径が大きくなると、使用周波数にも依存しているけれども、渦電流が発生しやすくなり、渦電流損の増加、鉄損の増加が引き起こされる。このような欠点を勘案して、本発明では、上記のように、100〜300μmの粒径を有している水アトマイズ鉄粉が好適である。例えば、使用周波数が400MHz程度であると想定した場合、水アトマイズ鉄粉の粒径は、約100〜200μmである。   Moreover, the water atomized iron powder has a particle size of 100 to 300 μm. In the water atomized iron powder, the smaller the particle size, the more the coercive force is increased, that is, the hysteresis loss and the iron loss are increased. On the other hand, as the particle size increases, although it depends on the operating frequency, eddy currents are likely to be generated, leading to an increase in eddy current loss and an increase in iron loss. Considering such drawbacks, in the present invention, as described above, water atomized iron powder having a particle size of 100 to 300 μm is preferable. For example, when it is assumed that the operating frequency is about 400 MHz, the particle size of the water atomized iron powder is about 100 to 200 μm.

さらに、水アトマイズ鉄粉は、0.02重量%以下の酸素含有量及び0.0015重量%以下の炭素含有量を有している。酸素含有量が0.02重量%を上回っても、炭素含有量が0.0015重量%を上回っても、含まれる酸素及び炭素が磁気特性に悪影響を及ぼし、所望とする磁気特性を得ることができない。   Further, the water atomized iron powder has an oxygen content of 0.02% by weight or less and a carbon content of 0.0015% by weight or less. Whether the oxygen content exceeds 0.02% by weight or the carbon content exceeds 0.0015% by weight, the contained oxygen and carbon adversely affect the magnetic properties, and the desired magnetic properties can be obtained. Can not.

本発明の鉄系金属磁性粒子において、純鉄粉である水アトマイズ鉄粉の表面を金属酸化物が被覆しており、また、その際、金属酸化物の金属としては、多くの金属が存在するなかで、特にアルミニウム又はケイ素を使用している。金属酸化物は、アルミニウム又はケイ素を酸素と反応させて得た金属酸化物であり、したがって、金属酸化物の薄膜とは、アルミニウム酸化物、ケイ素酸化物及びそれらの混合物もしくは複合酸化物からなる群から選ばれた金属酸化物の不動態膜を指している。   In the iron-based metal magnetic particles of the present invention, the surface of water atomized iron powder, which is pure iron powder, is coated with a metal oxide, and at that time, many metals exist as the metal of the metal oxide. In particular, aluminum or silicon is used. The metal oxide is a metal oxide obtained by reacting aluminum or silicon with oxygen. Therefore, the metal oxide thin film is a group consisting of aluminum oxide, silicon oxide and a mixture or composite oxide thereof. A metal oxide passivation film selected from

金属酸化物の不動態膜は、好ましくは、大別して2つの形態をとることができる。1つの形態は、鉄粉に物理的に付着した金属酸化物の膜であり、もう1つの形態は、鉄粉の表面に拡散により浸透した金属酸化物の拡散層である。いずれの形態でも、金属酸化物の不動態膜の厚さは1nmから5μm未満の範囲であることが好ましい。   The metal oxide passivation film can preferably be roughly divided into two forms. One form is a metal oxide film physically attached to the iron powder, and the other form is a metal oxide diffusion layer that penetrates the surface of the iron powder by diffusion. In any form, the thickness of the metal oxide passivation film is preferably in the range of 1 nm to less than 5 μm.

金属酸化物の不動態膜は、その膜厚が大きければ大きいほど、鉄粉の酸化を抑制する効果が高いと考察される。一方で、不動態膜の膜厚が増大したり、アルミニウム及びケイ素の含有量が増加すると(アルミニウム及びケイ素の分布形態は、薄膜状でも、元素状態で拡散しても)、鉄粉の硬さが上昇し、成形密度が低下し、磁束密度が低下する。これらの事項を考慮して、金属酸化物の不動態膜の厚さは、通常、1nmから5μm未満の範囲が好ましく、さらに好ましくは、10nmから1μmの範囲である。   It is considered that the metal oxide passivation film has a higher effect of suppressing the oxidation of iron powder as the film thickness is larger. On the other hand, when the thickness of the passive film increases or the contents of aluminum and silicon increase (even if the distribution form of aluminum and silicon is a thin film or diffuses in the elemental state), the hardness of the iron powder Increases, the molding density decreases, and the magnetic flux density decreases. Considering these matters, the thickness of the metal oxide passivation film is usually preferably in the range of 1 nm to less than 5 μm, and more preferably in the range of 10 nm to 1 μm.

また、本発明は、上記したような本発明の鉄系金属磁性粒子と、該金属磁性粒子の表面を被覆した絶縁皮膜とを含んでいる軟磁性材料や、この軟磁性材料から製造された圧粉磁心にある。本発明の圧粉磁心は、150A/m以下の保磁力を有している。軟磁性材料及び圧粉磁心の形態は、図2の断面図から容易に理解することができるであろう。   The present invention also provides a soft magnetic material comprising the iron-based metal magnetic particles of the present invention as described above and an insulating film covering the surface of the metal magnetic particles, and a pressure produced from the soft magnetic material. In the powder magnetic core. The dust core of the present invention has a coercive force of 150 A / m or less. The form of the soft magnetic material and the powder magnetic core can be easily understood from the cross-sectional view of FIG.

図2は、本発明の圧粉磁心を模式的に示した断面図である。圧粉磁心10は、複数個の軟磁性の金属磁性粒子5の圧粉体である。金属磁性粒子5は、図1を参照して先に説明した通り、純鉄粉である水アトマイズ鉄粉1と、この鉄粉の表面を被覆した金属酸化物の薄膜2とからなる。水アトマイズ鉄粉1は、100〜300μmの粒径を有している。また、金属磁性粒子5の表面には、絶縁皮膜3が被覆されている。すなわち、金属磁性粒子5と絶縁皮膜3をもって本発明の軟磁性材料が形成され、さらにはその軟磁性材料の圧粉体から本発明の圧粉磁心10が形成されている。なお、本発明の軟磁性材料は、通常複合軟磁性材料と呼ばれている形態である。   FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the dust core of the present invention. The dust core 10 is a compact of a plurality of soft magnetic metal magnetic particles 5. As described above with reference to FIG. 1, the metal magnetic particle 5 includes a water atomized iron powder 1 that is a pure iron powder and a metal oxide thin film 2 that covers the surface of the iron powder. The water atomized iron powder 1 has a particle size of 100 to 300 μm. In addition, the surface of the metal magnetic particles 5 is covered with an insulating film 3. That is, the soft magnetic material of the present invention is formed by the metal magnetic particles 5 and the insulating coating 3, and the dust core 10 of the present invention is formed from the green compact of the soft magnetic material. In addition, the soft magnetic material of the present invention is a form generally called a composite soft magnetic material.

本発明の軟磁性材料は、不動態膜を表面に備えた本発明の鉄系金属磁性粒子と、それらの金属磁性粒子の周囲を取り囲んだ絶縁皮膜とからなる。絶縁皮膜は、金属磁性粒子をその絶縁皮膜で覆うことによって、金属磁性粒子と絶縁皮膜の複合磁性粒子からなる軟磁性材料を圧縮成形するとき、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、さらには、電気抵抗率ρの増加により、金属磁性粒子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。   The soft magnetic material of the present invention comprises the iron-based metal magnetic particles of the present invention having a passive film on the surface, and an insulating film surrounding the metal magnetic particles. The insulation film covers the metal magnetic particles with the insulation film to increase the electrical resistivity ρ of the resulting dust core when compression molding a soft magnetic material composed of composite magnetic particles of the metal magnetic particles and the insulation film. Further, by increasing the electrical resistivity ρ, it is possible to suppress the eddy current from flowing between the metal magnetic particles and reduce the eddy current loss of the dust core.

絶縁皮膜は、圧粉磁心の製造において一般的に使用されている絶縁材料から、任意の成膜法を使用して形成することができる。例えば、絶縁材料として、シリコーン樹脂、金属アルコキシドやリン酸塩を含む材料を使用することができる。例えば、シリコーン樹脂から絶縁皮膜を形成した場合、シリコーン樹脂に由来する優れた絶縁性を薄膜で達成することができる。また、リン酸塩を含む金属酸化物から絶縁皮膜を形成した場合にも、金属磁性粒子の表面を覆う被覆層をより薄くすることができる。これにより、複合磁性粒子の磁束密度を大きくし、磁気特性を向上させることができる。絶縁皮膜は、単層で使用してもよく、必要に応じて、2層もしくはそれ以上の多層で使用してもよい。   The insulating film can be formed from an insulating material generally used in the production of a dust core by using any film forming method. For example, as the insulating material, a material containing a silicone resin, a metal alkoxide, or a phosphate can be used. For example, when an insulating film is formed from a silicone resin, excellent insulating properties derived from the silicone resin can be achieved with a thin film. Moreover, also when forming an insulating film from the metal oxide containing a phosphate, the coating layer which covers the surface of a metal magnetic particle can be made thinner. Thereby, the magnetic flux density of a composite magnetic particle can be enlarged and a magnetic characteristic can be improved. The insulating film may be used as a single layer, or may be used as two or more layers as necessary.

絶縁皮膜の形成に使用するリン酸塩としては、例えば、リン酸鉄のほか、リン酸マンガン、リン酸亜鉛、リン酸カルシウム、リン酸アルミニウムなどを挙げることができる。また、酸化物としては、例えば、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムなどを使用することができる。   Examples of the phosphate used for forming the insulating film include iron phosphate, manganese phosphate, zinc phosphate, calcium phosphate, and aluminum phosphate. Examples of the oxide that can be used include silicon oxide, titanium oxide, aluminum oxide, and zirconium oxide.

絶縁皮膜の膜厚は、広い範囲で変更することができる。絶縁皮膜の膜厚は、平均して、0.005〜20μmであることが好ましく、さらに好ましくは、0.05〜0.1μmである。絶縁皮膜の膜厚を0.005μm以上とすることによって、トンネル効果による通電を抑制することができる。また、0.05μm以上とすることによって、トンネル効果による通電をより効果的に抑制することができる。一方、絶縁皮膜の膜厚を20μm以下とすることによって、圧縮成形時に絶縁皮膜がせん断破壊することを防止できる。また、軟磁性材料に占める絶縁皮膜の割合が大きくなりすぎないので、軟磁性材料を圧縮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。また、絶縁皮膜の膜厚を0.1μm以下とすることによって、磁束密度の低下をさらに防止することができる。絶縁皮膜の形成には、有機溶剤を使用した湿式被覆法や浸漬法、ミキサーによる直接被覆法、スプレー法などを使用できるが、これらの手法に限定されるわけではない。   The film thickness of the insulating film can be changed within a wide range. The average film thickness of the insulating film is preferably 0.005 to 20 μm, and more preferably 0.05 to 0.1 μm. By setting the film thickness of the insulating film to 0.005 μm or more, energization due to the tunnel effect can be suppressed. Further, by setting the thickness to 0.05 μm or more, energization due to the tunnel effect can be more effectively suppressed. On the other hand, when the film thickness of the insulating film is 20 μm or less, the insulating film can be prevented from being sheared and destroyed during compression molding. Further, since the ratio of the insulating film in the soft magnetic material does not become too large, it is possible to prevent the magnetic flux density of the dust core obtained by compression molding the soft magnetic material from being significantly reduced. Moreover, the fall of magnetic flux density can further be prevented by making the film thickness of an insulating film into 0.1 micrometer or less. For the formation of the insulating film, a wet coating method using an organic solvent, a dipping method, a direct coating method using a mixer, a spray method, or the like can be used, but the method is not limited to these methods.

本発明は、鉄系金属磁性粒子、軟磁性材料、圧粉磁心に加えて、それらの製造方法にある。本発明方法の概要は、図3に示した製造プロセスのフローチャートから容易に理解できるであろう。なお、図3のフローチャートは、一例であって、本発明の範囲内で工程の入れ替えを行ったり、追加の工程を加入したりすることも可能である。   The present invention is in addition to iron-based metal magnetic particles, soft magnetic materials, and dust cores, as well as methods for producing them. The outline of the method of the present invention can be easily understood from the flowchart of the manufacturing process shown in FIG. Note that the flowchart of FIG. 3 is an example, and it is possible to replace processes or add additional processes within the scope of the present invention.

最初に、鉄系金属磁性粒子を製造するための出発原料を用意する。出発原料は、図示されるように、水アトマイズ鉄粉とアルミニウム又はケイ素を含む金属酸化物の粒子である。必要に応じて、任意の第3成分をこれらの出発原料に追加してもよい。次いで、これらの出発原料を混合して鉄系金属混合物を調製する。   First, a starting material for producing iron-based metal magnetic particles is prepared. As shown in the figure, the starting material is water atomized iron powder and metal oxide particles containing aluminum or silicon. Optionally, an optional third component may be added to these starting materials. Subsequently, these starting materials are mixed to prepare an iron-based metal mixture.

引き続いて、得られた金属混合物を水素雰囲気中で高い温度で熱処理する。この熱処理により、アルミニウム酸化物、ケイ素酸化物及びそれらの混合物もしくは複合酸化物からなる群から選ばれた金属酸化物の不動態膜が表面に付着せしめられている鉄粉が鉄粉の表面に形成される。この不動態膜付きの鉄粉が、本発明の鉄系金属磁性粒子である。この鉄系金属磁性粒子は、それに付着もしくは拡散、浸透しなかった原料の金属酸化物の粒子から分離する。   Subsequently, the obtained metal mixture is heat-treated at a high temperature in a hydrogen atmosphere. By this heat treatment, an iron powder is formed on the surface of the iron powder, to which a passive film of a metal oxide selected from the group consisting of aluminum oxide, silicon oxide and a mixture or composite oxide is adhered. Is done. This iron powder with a passive film is the iron-based metal magnetic particle of the present invention. The iron-based metal magnetic particles are separated from the metal oxide particles of the raw material that have not adhered, diffused, or permeated therein.

上記のようにして本発明の鉄系金属磁性粒子を製造した後、その本発明の鉄系金属磁性粒子の表面に絶縁皮膜を形成して本発明の軟磁性材料を製造する。絶縁皮膜の形成は、常法に従って行うことができる。   After producing the iron-based metal magnetic particles of the present invention as described above, an insulating film is formed on the surface of the iron-based metal magnetic particles of the present invention to produce the soft magnetic material of the present invention. The insulation film can be formed according to a conventional method.

さらに続けて、得られた軟磁性材料を圧縮成形及び焼鈍(熱処理)して本発明の圧粉磁心を製造する。圧縮成形及び焼鈍は、常法に従って行うことができ、また、必要ならば、圧縮成形工程及び焼鈍工程を2回もしくはそれ以上にわたって反復してもよい。   Subsequently, the obtained soft magnetic material is compression-molded and annealed (heat treated) to produce the dust core of the present invention. The compression molding and annealing can be performed according to a conventional method, and if necessary, the compression molding step and the annealing step may be repeated twice or more.

本発明は、1つの面において、本発明の鉄系金属磁性粒子を製造する方法にある。この方法を実施するため、まず、99.5重量%以上の鉄含有量及び100〜300μmの粒径を有する水アトマイズ鉄粉及びアルミニウム酸化物、ケイ素酸化物及びそれらの混合物もしくは複合酸化物からなる群から選ばれた金属酸化物の粒子を出発原料として準備する。これらの出発原料を使用する理由は、前記した通りである。   In one aspect, the present invention is a method for producing the iron-based metal magnetic particles of the present invention. In order to carry out this method, first, it consists of water atomized iron powder having an iron content of 99.5% by weight or more and a particle size of 100 to 300 μm, and aluminum oxide, silicon oxide and a mixture or composite oxide thereof. A metal oxide particle selected from the group is prepared as a starting material. The reason for using these starting materials is as described above.

次いで、鉄粉と金属酸化物の粒子を混合して鉄系金属混合物を調製する。鉄粉と金属酸化物の粒子の混合割合は、通常、重量比で4:1〜1:1の範囲である。例えば、水アトマイズ鉄粉(Fe)とアルミニウム酸化物(Al)を3:1の重量比で混合することができる。混合手段としては、例えば、ボールミル(ボールを入れずに回転)などを使用することができる。 Next, iron powder and metal oxide particles are mixed to prepare an iron-based metal mixture. The mixing ratio of the iron powder and metal oxide particles is usually in the range of 4: 1 to 1: 1 by weight. For example, water atomized iron powder (Fe) and aluminum oxide (Al 2 O 3 ) can be mixed at a weight ratio of 3: 1. As the mixing means, for example, a ball mill (rotating without inserting a ball) or the like can be used.

混合の完了後、得られた鉄系金属混合物を熱処理する。熱処理は、爆発上限以上の濃度をもった水素雰囲気中で、900℃以上でありかつ前記鉄粉の融点を下回る温度で実施する。熱処理を900℃以上の温度で実施することにより、酸素及び炭素の除去をより効果的に達成することができる。また、鉄は、911℃を境にして組織がフェライトからオーステナイトに変態する。よって、熱処理により温度が911℃以上になったとき、ヒステリシス損発生要因である結晶粒径が大きくなり、損失要因を低減できるという効果がある。   After completion of mixing, the obtained iron-based metal mixture is heat-treated. The heat treatment is performed at a temperature of 900 ° C. or higher and lower than the melting point of the iron powder in a hydrogen atmosphere having a concentration higher than the upper limit of explosion. By performing the heat treatment at a temperature of 900 ° C. or higher, the removal of oxygen and carbon can be achieved more effectively. In addition, iron transforms from ferrite to austenite at 911 ° C. as a boundary. Therefore, when the temperature becomes 911 ° C. or higher due to heat treatment, the crystal grain size, which is a cause of hysteresis loss, increases, and the loss factor can be reduced.

また、熱処理は、爆発上限以上の高い濃度をもった水素雰囲気中で実施する。これは、鉄からの酸素の排出が主たる目的である。水素は爆発性を有するため、低濃度もしくは高濃度しか使用できないが、酸素の排出は高濃度の方がより効果が大きくなるので、本発明では高濃度を使用している。また、例えばアルミニウム(Al)の場合、高濃度側でしか還元しないと考察されるので、鉄粉表面に対するAlの付着を考慮にいれると、熱処理は、高濃度の水素雰囲気中で実施しなければならない。 Further, the heat treatment is performed in a hydrogen atmosphere having a high concentration exceeding the upper limit of explosion. The main purpose is to discharge oxygen from iron. Since hydrogen has explosive properties, only a low concentration or a high concentration can be used. However, since the higher the concentration of oxygen, the higher the effect, so the present invention uses a high concentration. In addition, for example, in the case of aluminum (Al), it is considered that the reduction is performed only on the high concentration side. Therefore, when the adhesion of Al 2 O 3 to the iron powder surface is taken into consideration, the heat treatment is performed in a high concentration hydrogen atmosphere. Must.

熱処理の結果、本発明で鉄系金属磁性粒子と呼ぶ、アルミニウム酸化物、ケイ素酸化物及びそれらの混合物もしくは複合酸化物らなる群から選ばれた金属又はその酸化物の不動態膜が表面に付着せしめられている鉄粉が得られる。この鉄粉は、常用の分離手段を使用して金属酸化物の粒子から分離することができる。分離手段としては、例えば篩などを使用することができる。鉄粉を篩にかけて細かい金属酸化物の粒子を篩別することができる。また、篩に併用して、磁石を使用してもよい。磁石を使用することで、篩で分離できなかった鉄粉を磁石により引き付けることで、補助的に分離することができる。   As a result of the heat treatment, a metal selected from the group consisting of aluminum oxide, silicon oxide, a mixture thereof or a composite oxide, called iron-based metal magnetic particles in the present invention, or a passive film of the oxide adheres to the surface. The iron powder that has been caulked is obtained. This iron powder can be separated from the metal oxide particles using conventional separation means. As the separation means, for example, a sieve or the like can be used. Fine metal oxide particles can be sieved by sieving iron powder. Moreover, you may use a magnet together with a sieve. By using a magnet, iron powder that could not be separated by a sieve can be supplementarily separated by attracting it with a magnet.

上記した本発明方法は、その実施においていろいろな改良を施してもよい。例えば、出発原料として使用する金属酸化物は、その純度が99重量%以上であることが好ましい。このような純粋な金属酸化物を使用することで、併用する鉄粉に他の金属元素が拡散するのを防止することができる。   The method of the present invention described above may be improved in various ways. For example, the metal oxide used as the starting material preferably has a purity of 99% by weight or more. By using such a pure metal oxide, it is possible to prevent other metal elements from diffusing into the iron powder used together.

また、出発原料として使用する鉄粉は、その鉄粉の最小粒径をD1、金属酸化物の粒子の最低粒径をD2としたとき、D2<D1であることが好ましい。鉄粉及び金属酸化物がこの条件を満たしたとき、得られた鉄系金属磁性粒子の金属酸化物からの分離、好ましくは篩分けをより効果的に行うことができる。また、この条件は、Al等の金属酸化物と鉄粉の確実な接触を達成するのにも有効で、これにより、焼結の防止、アルミニウム等の金属酸化物の鉄粉への付着の促進を達成することができる。 The iron powder used as the starting material is preferably D2 <D1, where D1 is the minimum particle size of the iron powder and D2 is the minimum particle size of the metal oxide particles. When the iron powder and the metal oxide satisfy this condition, separation of the obtained iron-based magnetic metal particles from the metal oxide, preferably sieving can be performed more effectively. This condition is also effective in achieving reliable contact between the metal oxide such as Al 2 O 3 and the iron powder, thereby preventing sintering, and the metal oxide such as aluminum to the iron powder. Adhesion promotion can be achieved.

好ましいことに、本発明方法では、出発原料として使用する鉄粉に含まれる酸素の量や炭素の量が熱処理工程によって低下せしめられる。先に説明したように、高い温度で水素雰囲気中で熱処理を行うことで、鉄粉から酸素を除去することできる。鉄をアルミニウム及びケイ素と比較したとき、アルミニウム及びケイ素の方が鉄よりも酸化され易いことから、鉄粉内部の酸素を外部へ排出するのを促進することができる。また、ここで使用する雰囲気中には炭素が含まれないため、鉄粉中の炭素も併せて、外部へ排出することができる。   Preferably, in the method of the present invention, the amount of oxygen and the amount of carbon contained in the iron powder used as the starting material are reduced by the heat treatment step. As described above, oxygen can be removed from the iron powder by performing heat treatment in a hydrogen atmosphere at a high temperature. When iron is compared with aluminum and silicon, since aluminum and silicon are more easily oxidized than iron, it is possible to promote the discharge of oxygen inside the iron powder to the outside. Moreover, since carbon is not contained in the atmosphere used here, the carbon in iron powder can also be discharged | emitted outside.

本発明は、もう1つの面において、軟磁性材料を製造する方法にある。この方法は、上記した本発明方法に従って鉄系金属磁性粒子を製造した後、その鉄系金属磁性粒子の表面に絶縁皮膜を形成することを特徴としている。絶縁皮膜の形成は、上記のようにして実施することができる。   In another aspect, the present invention resides in a method for producing a soft magnetic material. This method is characterized in that after producing iron-based metal magnetic particles according to the above-described method of the present invention, an insulating film is formed on the surfaces of the iron-based metal magnetic particles. The insulating film can be formed as described above.

本発明は、もう1つの面において、圧粉磁心を製造する方法にある。この方法は、上記した本発明方法に従って鉄系金属磁性粒子を製造した後、鉄系金属磁性粒子の表面に絶縁皮膜を形成して軟磁性材料を製造することと、
その軟磁性材料を圧縮成形して所望の形状を有する圧縮成形体を形成することと、
得られた圧縮成形体を高められた温度で焼鈍することと、
を含むことを特徴としている。
In another aspect, the present invention resides in a method for manufacturing a dust core. In this method, after producing iron-based metal magnetic particles according to the above-described method of the present invention, an insulating film is formed on the surface of the iron-based metal magnetic particles to produce a soft magnetic material;
Compression-molding the soft magnetic material to form a compression-molded body having a desired shape;
Annealing the resulting compression molded body at an elevated temperature;
It is characterized by including.

本発明方法では、絶縁皮膜を形成して軟磁性材料を製造した後、得られた軟磁性材料の圧縮成形を行う。ここで、成形時の補助剤として使用するため、絶縁皮膜で覆われた鉄系金属磁性粒子(複合磁性粒子)をバインダで相互に結合させることが好ましい。バインダ(結合剤)としては、この技術分野において一般的に使用されているように、有機バインダを有利に使用することができる。有機バインダは、引き続く圧縮成形工程において、複合磁性粒子の間で緩衝材として機能することができ、複合磁性粒子どうしの接触によって絶縁皮膜が破壊されるのを防ぐことができる。また、有機バインダは、圧縮工程の後に引き続いて行われる焼鈍工程において、燃焼もしくは分解によって圧粉磁心から取り除くことができる。しかしながら、必要に応じて、有機バインダに代えて、無機バインダを使用してもよい。   In the method of the present invention, an insulating film is formed to produce a soft magnetic material, and then the resulting soft magnetic material is compression molded. Here, since it is used as an auxiliary agent at the time of molding, it is preferable that iron-based metal magnetic particles (composite magnetic particles) covered with an insulating film are bonded to each other with a binder. As the binder (binder), an organic binder can be advantageously used as generally used in this technical field. The organic binder can function as a buffer material between the composite magnetic particles in the subsequent compression molding process, and can prevent the insulating coating from being broken by contact between the composite magnetic particles. In addition, the organic binder can be removed from the dust core by combustion or decomposition in an annealing process performed subsequent to the compression process. However, if necessary, an inorganic binder may be used instead of the organic binder.

有機バインダとしては、以下に列挙するものに限定されないが、例えば、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、ポリエーテルエーテルケトンなどの熱可塑性樹脂、高分子量ポリエチレン、全芳香族ポリエステル、全芳香族ポリイミドなどの非熱可塑性樹脂、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、オレイン酸カルシウムなどの高級脂肪酸系化合物などを挙げることができる。これらの有機バインダは、単独で使用してもよく、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。   The organic binder is not limited to those listed below, but examples thereof include thermoplastic polyimide, thermoplastic polyamide, thermoplastic polyamideimide, polyphenylene sulfide, polyamideimide, polyethersulfone, polyetherimide, and polyetheretherketone. Non-thermoplastic resins such as thermoplastic resin, high molecular weight polyethylene, wholly aromatic polyester, wholly aromatic polyimide, zinc stearate, lithium stearate, calcium stearate, lithium palmitate, calcium palmitate, lithium oleate, calcium oleate And higher fatty acid compounds. These organic binders may be used alone or in combination of two or more.

複数個の複合磁性粒子をバインダを使用して混合するとき、任意の混合方法を使用することができる。適当な混合方法として、例えば、メカニカルアロイング法、振動ボールミル、遊星ボールミル、メカノフュージョン、共沈法、化学気相蒸着法(CVD法)、物理気相蒸着法(PVD法)、めっき法、スパッタリング法、蒸着法、ゾル−ゲル法などを使用することができる。この混合工程により、複数個の複合磁性粒子が、それぞれ、バインダで互いに接合された軟磁性材料が得られる。   When mixing a plurality of composite magnetic particles using a binder, any mixing method can be used. Suitable mixing methods include, for example, mechanical alloying, vibration ball mill, planetary ball mill, mechanofusion, coprecipitation, chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), plating, and sputtering. Method, vapor deposition method, sol-gel method and the like can be used. By this mixing step, a soft magnetic material in which a plurality of composite magnetic particles are bonded to each other with a binder is obtained.

ここで、軟磁性材料に対するバインダの割合は、0を超え1.0質量%以下であることが好ましい。バインダの割合を1.0質量%以下とすることによって、軟磁性材料に占める複合磁性粒子の割合を一定以上に確保することができ、さらにはより高い磁束密度の軟磁性材料を得ることができる。なお、バインダの混合は必須の工程ではなく、必要ならば、バインダを混合することなく、複合磁性粒子のみで引き続く圧縮成形工程を実施してもよい。   Here, the ratio of the binder to the soft magnetic material is preferably more than 0 and 1.0% by mass or less. By setting the binder ratio to 1.0% by mass or less, the ratio of the composite magnetic particles in the soft magnetic material can be secured to a certain level or more, and a soft magnetic material having a higher magnetic flux density can be obtained. . The mixing of the binder is not an essential process, and if necessary, a subsequent compression molding process using only the composite magnetic particles may be performed without mixing the binder.

引き続いて、圧縮成形工程を実施する。圧縮成形工程のため、先の工程で得られた、通常混合粉末の形をした軟磁性材料を、最終製品に所望の形態(例えば、リング形状)を有する金型に充填する。金型の内側には、予め潤滑剤を塗布しておいてもよい。次いで、金型に充填した軟磁性材料を、例えば100〜150℃の型温度及び700〜1500MPaの圧力で圧縮成形する。圧縮成形は、圧粉磁心の製造に一般的に使用されている成形装置を使用して、従来一般的に使用されている成形条件下で実施することができる。これにより、混合粉末が圧縮されて圧縮成形体が得られる。   Subsequently, a compression molding process is performed. For the compression molding process, the soft magnetic material, usually in the form of mixed powder, obtained in the previous process is filled into a mold having a desired shape (for example, ring shape) in the final product. A lubricant may be applied in advance to the inside of the mold. Next, the soft magnetic material filled in the mold is compression-molded at a mold temperature of 100 to 150 ° C. and a pressure of 700 to 1500 MPa, for example. The compression molding can be performed under molding conditions generally used conventionally by using a molding apparatus generally used for manufacturing a dust core. Thereby, mixed powder is compressed and a compression molding body is obtained.

引き続いて、複合磁性粒子の軟化及び皮膜強度の上昇のため、そして圧縮成形の際に発生した圧縮成形体のひずみをリセットするため、必要に応じて熱処理と言ってもよい焼鈍工程を実施する。焼鈍工程は、圧縮成形時に発生したひずみをリセットするのに必要な条件下で、例えばそれを達成するのに必要な温度及び時間で真空下で実施する。焼鈍工程は、通常、300℃もしくはそれ以上から、絶縁皮膜の熱分解温度を下回る温度で実施し、例えば300〜910℃の温度で実施する。焼鈍保持時間は、通常、1分間から10時間である。上記したように、圧縮成形工程及び焼鈍工程は、必要に応じて反復してもよいい。このような一連の工程を経て、目標とする圧粉磁心を製造することができる。   Subsequently, in order to soften the composite magnetic particles and increase the film strength, and to reset the distortion of the compression molded body generated during compression molding, an annealing process, which may be called heat treatment, is performed as necessary. The annealing process is performed under conditions necessary to reset the strain generated during compression molding, for example, under vacuum at the temperature and time required to achieve it. An annealing process is normally implemented at the temperature which is less than the thermal decomposition temperature of an insulating film from 300 degreeC or more, for example, is implemented at the temperature of 300-910 degreeC. The annealing holding time is usually 1 minute to 10 hours. As described above, the compression molding step and the annealing step may be repeated as necessary. A target dust core can be manufactured through such a series of steps.

ここで纏めると、本発明は、軟磁性材料及び圧粉磁心の製造に有用な金属磁性粒子を製造するに当たって、金属磁性粒子を特に純鉄粉に限定している。また、金属磁性粒子の純度改善及び結晶粒界の改善のため、純鉄粉を、アルミニウム及びケイ素のうちの一方の金属もしくは両方の金属を含む金属酸化物粒子と混合している。また、得られた混合物を900℃以上の温度で、かつ爆発上限以上の水素濃度の雰囲気中で加熱し、熱処理し、さらにその後、熱処理により形成された不動態膜を備えた本発明の鉄系金属磁性粒子を原料として使用した金属酸化物粒子から分離している。   In summary, in the present invention, the metal magnetic particles are particularly limited to pure iron powder in producing metal magnetic particles useful for the production of soft magnetic materials and dust cores. Further, in order to improve the purity of the metal magnetic particles and the grain boundaries, pure iron powder is mixed with metal oxide particles containing one or both of aluminum and silicon. The obtained mixture is heated at 900 ° C. or higher and in an atmosphere having a hydrogen concentration higher than the upper limit of explosion, heat-treated, and then the iron-based iron of the present invention provided with a passive film formed by the heat treatment. The metal magnetic particles are separated from the metal oxide particles used as a raw material.

本発明では、高い温度と高濃度の水素雰囲気中で混合物の熱処理を行っているので、純鉄粉中に含まれていた酸素を雰囲気中に排出することができる。また、水素雰囲気中には炭素が含まれないため、鉄粉中の炭素も同時に、雰囲気中に排出することができる。   In the present invention, since the mixture is heat-treated in a high temperature and high concentration hydrogen atmosphere, oxygen contained in the pure iron powder can be discharged into the atmosphere. Moreover, since carbon is not contained in the hydrogen atmosphere, carbon in the iron powder can be discharged into the atmosphere at the same time.

また、本発明では、アルミニウム及びケイ素のうちの一方の金属もしくは両方の金属を含む金属酸化物粒子を純鉄粉に併用していることが重要である。まず、アルミニウム及びケイ素は、電磁鋼板等でも用いられているように、磁気特性への影響が非常に小さく、磁気特性の改善に寄与することができる。   In the present invention, it is important that metal oxide particles containing one or both of aluminum and silicon are used in combination with pure iron powder. First, aluminum and silicon have a very small influence on magnetic properties as used in electromagnetic steel sheets and the like, and can contribute to improvement of magnetic properties.

さらに、熱処理中、アルミニウム及びケイ素を含む金属酸化物粒子がそれらの一部が還元せしめられ、純鉄粉の表面にアルミニウム及びケイ素のうちの一方もしくは両方が付着もしくは拡散する。これらのアルミニウム及びケイ素は、鉄に比べて酸素と結びつきやすく、よって、純鉄粉の表面に不動態化した皮膜(本願発明でいう「不動態膜」)を形成しやすい。不動態膜の形成は、保管中や後工程で発生しやすい鉄粉の酸化を抑制できる。   Furthermore, during the heat treatment, some of the metal oxide particles containing aluminum and silicon are reduced, and one or both of aluminum and silicon adhere to or diffuse on the surface of the pure iron powder. These aluminum and silicon are more likely to be combined with oxygen than iron, and thus easily form a passivated film (“passive film” in the present invention) on the surface of pure iron powder. The formation of the passive film can suppress the oxidation of iron powder that is likely to occur during storage or in a later process.

さらにまた、アルミニウム及びケイ素を含む金属酸化物粒子は、用いられる粒子の粒径が小さければ小さいほど、鉄粉表面との接触面積が大きくなり、純鉄粉の表面にアルミニウム及びケイ素がより付着もしくは拡散しやすくなる。さらには、金属酸化物粒子の粒径は純鉄粉の実質的な最小粒径よりも小さくなっているので、両者を篩い分け等により分離するとき、分離工程を容易にかつ手早く行うことができ、その後、磁石を使用しての分離工程を追加することで、ほぼ完全かつ確実な分離を達成することができる。   Furthermore, in the metal oxide particles containing aluminum and silicon, the smaller the particle size of the particles used, the larger the contact area with the iron powder surface, and more aluminum or silicon adheres to the surface of the pure iron powder. It becomes easy to diffuse. Furthermore, since the particle size of the metal oxide particles is smaller than the substantial minimum particle size of the pure iron powder, the separation process can be performed easily and quickly when separating them by sieving or the like. Then, by adding a separation step using a magnet, almost complete and reliable separation can be achieved.

ところで、鉄の酸化防止のため、鉄の粉末作製時にアルミニウムやケイ素を添加する例も存在するが、この場合、アルミニウムやケイ素が鉄粉の内部にまで侵入してしまい、その結果、鉄粉の硬度が増加するという欠点を回避することができない。理解しうるように、この技法を本発明に適用した場合には、金属磁性粒子の内部にまでアルミニウムやケイ素が浸入した望ましくない状況がもたらされ、金属磁性粒子が硬くなりすぎる結果、圧粉磁心の製造のために圧縮成形を行うとき、成形密度を高めることが困難になる。   By the way, in order to prevent oxidation of iron, there is an example in which aluminum or silicon is added during the preparation of iron powder. In this case, aluminum or silicon penetrates into the iron powder, and as a result, The disadvantage of increased hardness cannot be avoided. As can be appreciated, the application of this technique to the present invention results in an undesirable situation where aluminum or silicon has penetrated into the interior of the metal magnetic particles, resulting in the metal particles becoming too hard, resulting in compaction. When compression molding is performed to manufacture a magnetic core, it is difficult to increase the molding density.

本発明の圧粉磁心は、上記したように、出発原料として使用した軟磁性材料に由来して、鉄損(ヒツテリシス損+渦電流損)が低く、磁束密度が高い。また、これらの優れた磁気特性のため、本発明の圧粉磁心は、いろいろな製品に有利に使用することができる。一例として、電磁気を利用した各種の電磁機器、例えば、変圧器、電動機、発電機、アクチュエータなどにおいて有利に利用することができる。本発明の圧粉磁心は、特に自動車用途において好適である。自動車用途としては、例えば、自動車エンジン等の燃料噴射弁、エンジンバルブ駆動用の電磁アクチュエータ、インジェクタなどを挙げることができる。   As described above, the dust core of the present invention is derived from the soft magnetic material used as a starting material, and has a low iron loss (hysteresis loss + eddy current loss) and a high magnetic flux density. Moreover, because of these excellent magnetic properties, the dust core of the present invention can be advantageously used in various products. As an example, it can be advantageously used in various electromagnetic devices using electromagnetism, such as transformers, electric motors, generators, actuators, and the like. The dust core of the present invention is particularly suitable for automotive applications. Examples of automobile applications include fuel injection valves for automobile engines, electromagnetic actuators for driving engine valves, injectors, and the like.

引き続いて、本発明をその実施例を参照して説明する。なお、本発明は、これらの実施例によって限定されるものでないことは言うまでもない。   Subsequently, the present invention will be described with reference to examples thereof. Needless to say, the present invention is not limited to these examples.

実施例1
本例では、熱処理雰囲気の見極めを行った。
Example 1
In this example, the heat treatment atmosphere was identified.

鉄粉熱処理工程:
市販の水アトマイズ鉄粉(商品名「ABC100.30」、ヘガネス社製)を篩分級して、粒径100〜300μmの純鉄粉を用意した。次いで、用意した純鉄粉1kgを純度99%及び粒径10μmの酸化アルミニウム(Al)粒子300gとともにポットミルに入れ、入念に混合した。
Iron powder heat treatment process:
Commercially available water atomized iron powder (trade name “ABC100.30”, manufactured by Höganäs) was sieved to prepare pure iron powder having a particle size of 100 to 300 μm. Next, 1 kg of the prepared pure iron powder was put into a pot mill together with 300 g of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) particles having a purity of 99% and a particle diameter of 10 μm, and mixed thoroughly.

次いで、得られた鉄系金属混合物をアルミナ容器に入れ、熱処理雰囲気の見極めを行うため、下記のような異なる雰囲気:
(1)真空雰囲気
(2)アルゴン(Ar)及び水素(H)の混合ガス雰囲気(H濃度は1%)
(3)水素雰囲気(約100%の水素)
の下で1100℃で3時間にわたって熱処理を行った。なお、本例で使用した熱処理装置は、真空雰囲気を適用した場合には真空熱処理炉であり、混合ガス雰囲気あるいは水素雰囲気を適用した場合には、各ガス配管を有する熱処理炉に所定の濃度となるようにガスを供給した。熱処理の結果、Alの不動態膜で覆われた純鉄粉からなる鉄系金属粒子(鉄粉)が得られた。
The resulting iron-based metal mixture is then placed in an alumina container to determine the heat treatment atmosphere so that the following different atmospheres:
(1) Vacuum atmosphere (2) Mixed gas atmosphere of argon (Ar) and hydrogen (H 2 ) (H 2 concentration is 1%)
(3) Hydrogen atmosphere (about 100% hydrogen)
Under heat at 1100 ° C. for 3 hours. The heat treatment apparatus used in this example is a vacuum heat treatment furnace when a vacuum atmosphere is applied, and when a mixed gas atmosphere or hydrogen atmosphere is applied, the heat treatment apparatus having each gas pipe has a predetermined concentration. Gas was supplied so that As a result of the heat treatment, iron-based metal particles (iron powder) made of pure iron powder covered with a passive film of Al 2 O 3 were obtained.

鉄粉分離工程:
熱処理の完了後、見開き75μmの篩を使用して不動態膜付きの鉄粉とAl粒子とを分離した。さらに、磁石を使用して、鉄粉どうしの間に残留したAl粒子を除去した。
Iron powder separation process:
After the heat treatment was completed, the iron powder with a passive film and the Al 2 O 3 particles were separated using a sieve having a spread of 75 μm. Furthermore, Al 2 O 3 particles remaining between the iron powders were removed using a magnet.

絶縁皮膜の形成工程:
軟磁性材料を作製するため、市販のシリコーン樹脂(商品名「KR220L」、信越化学製)を0.2重量%の量で、かつ不動態膜付きの鉄粉を99.8%の量で、各々用意した。次いで、シリコーン樹脂を300gのイソプルピルアルコール(IPA)に溶解し、鉄粉へスプレーすることで絶縁皮膜を形成し、さらに200℃で1時間にわたって乾燥した。絶縁皮膜の膜厚は、約100nmであった。絶縁皮膜付きの鉄粉(複合軟磁性材料)が得られた。
Insulating film formation process:
In order to produce a soft magnetic material, a commercially available silicone resin (trade name “KR220L”, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.) in an amount of 0.2% by weight and iron powder with a passive film in an amount of 99.8%, Each prepared. Next, the silicone resin was dissolved in 300 g of isopropyl alcohol (IPA) and sprayed onto iron powder to form an insulating film, and further dried at 200 ° C. for 1 hour. The film thickness of the insulating film was about 100 nm. An iron powder (composite soft magnetic material) with an insulating film was obtained.

圧縮成形工程:
先の工程で得られた複合軟磁性材料を金型(ダイ+コアロッド)内に充填した。圧縮成形のため、130℃の温度で、圧力1300MPaを油圧プレスにて金型(上下パンチ)に印加した。外径19mm、内径13mm及び厚さ3mmのリング形状の成形体が得られた。
Compression molding process:
The composite soft magnetic material obtained in the previous step was filled in a mold (die + core rod). For compression molding, a pressure of 1300 MPa was applied to the mold (upper and lower punches) at a temperature of 130 ° C. with a hydraulic press. A ring-shaped molded body having an outer diameter of 19 mm, an inner diameter of 13 mm, and a thickness of 3 mm was obtained.

焼鈍工程:
先の工程で得られた成形体を真空炉にて600℃の温度で1時間にわたって焼鈍(熱処理)した。リング形状の圧粉磁心が得られた。真空雰囲気下で作製した圧粉磁心を試料B、混合ガス雰囲気下で作製した圧粉磁心を試料C、そして水素雰囲気下で作製した圧粉磁心を試料Dとした。
Annealing process:
The molded body obtained in the previous step was annealed (heat treated) at a temperature of 600 ° C. for 1 hour in a vacuum furnace. A ring-shaped dust core was obtained. A dust core produced in a vacuum atmosphere was designated as sample B, a dust core produced in a mixed gas atmosphere was designated as sample C, and a dust core produced in a hydrogen atmosphere was designated as sample D.

また、Al粒子に代えて同量の酸化ケイ素(SiO)粒子を使用して上記の手法を繰り返したところ、Al粒子を使用した場合に得られた圧粉磁心と同等のリング形状の圧粉磁心が得られた。 Further, Al 2 O 3 oxide silicon the same amount in place of the particles (SiO 2) using the particle where the above procedure was repeated, equivalent to dust core obtained when using Al 2 O 3 particles A ring-shaped dust core was obtained.

さらに、比較に供するため、従来の手法に従ってリング形状の圧粉磁心を作製した。本例では、市販の水アトマイズ鉄粉(商品名「ABC100.30」、ヘガネス社製)のみを出発原料として使用し、したがって、上述の製造方法のうち鉄粉熱処理工程及び鉄粉分離工程を省略し、絶縁皮膜の形成工程、圧縮成形工程及び焼鈍工程を上記の手法に従って実施した。このようにして得られたリング形状の圧粉磁心を試料A(対照)とした。   Further, for the purpose of comparison, a ring-shaped dust core was produced according to a conventional method. In this example, only commercially available water atomized iron powder (trade name “ABC100.30”, manufactured by Höganäs) is used as a starting material, and thus the iron powder heat treatment step and the iron powder separation step are omitted from the above-described manufacturing method. And the formation process of the insulating film, the compression molding process, and the annealing process were implemented according to said method. The ring-shaped dust core thus obtained was used as Sample A (control).

〔保磁力の評価〕
試料A、B、C及びDについて、保磁力の計測を実施した。保磁力の計測は、それぞれの試料に相当する成形体(焼鈍済み)に巻線を施し、直流B−Hアナライザを使用して実施し、得られた計測結果から保磁力を評価した。図4は、得られた計測結果をプロットしたものである。図4から理解されるように、目的とする120A/m以下の保磁力を保証しうるものは、試料D(水素雰囲気下で作製した圧粉磁心)のみであった。
[Evaluation of coercive force]
For samples A, B, C and D, coercivity was measured. The coercive force was measured by winding a formed body (annealed) corresponding to each sample and using a DC BH analyzer, and evaluating the coercive force from the obtained measurement results. FIG. 4 is a plot of the obtained measurement results. As can be understood from FIG. 4, only Sample D (a dust core produced in a hydrogen atmosphere) can guarantee the target coercive force of 120 A / m or less.

実施例2
本例では、熱処理温度の見極めを行った。
Example 2
In this example, the heat treatment temperature was determined.

前記実施例1に記載の手法に従って圧粉磁心を作製したが、本例では、熱処理温度の見極めを行うため、鉄系金属混合物をアルミナ容器に入れ、水素雰囲気(約100%の水素)下で異なる温度:800℃、1000℃又は1100℃で3時間にわたって熱処理を実施した。得られたリング形状の圧粉磁心について、800℃の熱処理温度で作製した圧粉磁心を試料E、1000℃の熱処理温度で作製した圧粉磁心を試料F、そして1100℃の熱処理温度で作製した圧粉磁心を試料Gとした。また、比較のため、実施例1で作製した試料A(対照)も再び使用した。   Although the dust core was produced according to the method described in Example 1, in this example, in order to determine the heat treatment temperature, the iron-based metal mixture was placed in an alumina container, and under a hydrogen atmosphere (about 100% hydrogen). Heat treatment was carried out at different temperatures: 800 ° C., 1000 ° C. or 1100 ° C. for 3 hours. Regarding the obtained ring-shaped dust core, a dust core produced at a heat treatment temperature of 800 ° C. was produced by Sample E, a dust core produced at a heat treatment temperature of 1000 ° C. was produced by Sample F, and a heat treatment temperature of 1100 ° C. The dust core was designated as Sample G. For comparison, the sample A (control) prepared in Example 1 was also used again.

〔保磁力の評価〕
試料A、E、F及びGについて、前記実施例1に記載の手法に従って保磁力の計測を実施した。図5は、得られた計測結果をプロットしたものである。図5から理解されるように、試料E(800℃の熱処理温度で作製した圧粉磁心)では保磁力低減効果が不十分であった。
[Evaluation of coercive force]
For samples A, E, F, and G, coercivity was measured according to the method described in Example 1. FIG. 5 is a plot of the obtained measurement results. As understood from FIG. 5, the coercive force reduction effect was insufficient in Sample E (a dust core produced at a heat treatment temperature of 800 ° C.).

実施例3
本例では、熱処理の有無による鉄粉中の酸素量及び炭素量の変化を評価した。
Example 3
In this example, changes in the amount of oxygen and the amount of carbon in the iron powder with and without heat treatment were evaluated.

前記実施例2に記載の手法に従って圧粉磁心を作製したが、本例では、鉄系金属混合物をアルミナ容器に入れ、水素雰囲気(約100%の水素)下で異なる温度:1000℃又は1100℃で3時間にわたって熱処理を実施した。得られたリング形状の圧粉磁心について、1000℃の熱処理温度で作製した圧粉磁心を試料H、そして1100℃の熱処理温度で作製した圧粉磁心を試料Iとした。また、比較のため、実施例1で作製した試料A(対照)も再び使用した。   Although the dust core was produced according to the method described in Example 2, in this example, the iron-based metal mixture was placed in an alumina container, and a different temperature under a hydrogen atmosphere (about 100% hydrogen): 1000 ° C. or 1100 ° C. The heat treatment was carried out for 3 hours. Regarding the obtained ring-shaped dust core, Sample H was a dust core produced at a heat treatment temperature of 1000 ° C., and Sample I was a dust core produced at a heat treatment temperature of 1100 ° C. For comparison, the sample A (control) prepared in Example 1 was also used again.

〔鉄粉中の酸素量の測定〕
試料A、H及びIについて、不活性ガス溶解−赤外線吸収法に従って鉄粉中の酸素量を測定したところ、図6にプロットするような測定結果が得られた。図5及び図6から理解されるように、目的とする120A/m以下の保磁力を保証するため、酸素量は0.02%以下であることが必要である。
[Measurement of oxygen content in iron powder]
For samples A, H, and I, the amount of oxygen in the iron powder was measured according to the inert gas dissolution-infrared absorption method, and the measurement results plotted in FIG. 6 were obtained. As understood from FIGS. 5 and 6, the oxygen content needs to be 0.02% or less in order to guarantee the target coercive force of 120 A / m or less.

〔鉄粉中の炭素量の測定〕
試料A、H及びIについて、燃焼−赤外線吸収法に従って鉄粉中の炭素量を測定したところ、図7にプロットするような測定結果が得られた。図5及び図7から理解されるように、目的とする120A/m以下の保磁力を保証するため、炭素量は0.015%以下であることが必要である。
[Measurement of carbon content in iron powder]
For samples A, H, and I, the amount of carbon in the iron powder was measured according to the combustion-infrared absorption method, and the measurement results plotted in FIG. 7 were obtained. As understood from FIGS. 5 and 7, the carbon content needs to be 0.015% or less in order to guarantee the target coercive force of 120 A / m or less.

実施例4
本例では、熱処理の有無による鉄粉表面におけるアルミニウムの付着の変化を評価した。
Example 4
In this example, the change in the adhesion of aluminum on the iron powder surface with and without heat treatment was evaluated.

前記実施例1に記載の手法に従って圧粉磁心を作製した。実施例1に記載のように、熱処理は、下記のような異なる雰囲気:
(1)真空雰囲気
(2)アルゴン(Ar)及び水素(H)の混合ガス雰囲気(H濃度は1%)
(3)水素雰囲気(約100%の水素)
の下で1100℃で3時間にわたって実施した。得られたリング形状の圧粉磁心について、実施例1と同様に、真空雰囲気下で作製した圧粉磁心を試料B、混合ガス雰囲気下で作製した圧粉磁心を試料C、そして水素雰囲気下で作製した圧粉磁心を試料Dとした。また、比較のため、上記の熱処理を施さないで圧粉磁心を作製し、試料J(対照)とした。
A dust core was produced according to the method described in Example 1. As described in Example 1, the heat treatment is performed in different atmospheres as follows:
(1) Vacuum atmosphere (2) Mixed gas atmosphere of argon (Ar) and hydrogen (H 2 ) (H 2 concentration is 1%)
(3) Hydrogen atmosphere (about 100% hydrogen)
Carried out at 1100 ° C. for 3 hours. For the obtained ring-shaped dust core, as in Example 1, the dust core produced in a vacuum atmosphere was sample B, the dust core produced in a mixed gas atmosphere was sample C, and in a hydrogen atmosphere The produced dust core was designated as Sample D. For comparison, a dust core was prepared without performing the above heat treatment and used as sample J (control).

〔鉄粉表面の分析〕
試料B、C、D及びJについて、鉄粉の表面をエネルギー分散型蛍光X線分析装置(EDX)により分析した。その結果、熱処理を施さなかった試料Jでは、図8に示すように、絶縁皮膜の存在に由来するケイ素(Si)のピークはあるものの、アルミニウム(Al)に付着を示すピークは存在していなかった。一方、熱処理を施した試料B、C及びDでは、図9に示すように、水素雰囲気下で作製した試料Dについてのみ、熱処理により鉄粉表面にAlが付着したことを示すピークが存在した。なお、鉄粉表面での分析では、表面からの深さが1μm以内の領域以外からはAlは検出されなかった。
[Analysis of iron powder surface]
For samples B, C, D and J, the surface of the iron powder was analyzed by an energy dispersive X-ray fluorescence analyzer (EDX). As a result, in sample J that was not heat-treated, as shown in FIG. 8, although there was a silicon (Si) peak derived from the presence of the insulating film, there was no peak showing adhesion to aluminum (Al). It was. On the other hand, in the samples B, C, and D subjected to the heat treatment, as shown in FIG. 9, there was a peak indicating that Al was adhered to the iron powder surface by the heat treatment only for the sample D produced in a hydrogen atmosphere. In the analysis on the iron powder surface, Al was not detected from a region other than the region having a depth of 1 μm or less from the surface.

実施例5
本例では、金属酸化物粒子の粒径の違いが圧粉磁心の作製にいかに影響するかを評価した。
Example 5
In this example, it was evaluated how the difference in the particle size of the metal oxide particles affects the production of the dust core.

前記実施例1に記載の手法に従って圧粉磁心を作製した。但し、本例では、鉄粉熱処理工程において、熱処理条件を処理温度1100℃、処理時間3時間、及び水素雰囲気(約100%の水素)に設定するとともに、金属酸化物粒子である酸化アルミニウム(Al)粒子の粒径を10μmから200μm及び1mmに変更した。 A dust core was produced according to the method described in Example 1. However, in this example, in the iron powder heat treatment step, the heat treatment conditions are set to a treatment temperature of 1100 ° C., a treatment time of 3 hours, and a hydrogen atmosphere (about 100% hydrogen), and aluminum oxide (Al The particle size of the 2 O 3 ) particles was changed from 10 μm to 200 μm and 1 mm.

鉄粉熱処理工程に引き続いて、鉄粉分離工程、絶縁皮膜の形成工程、成形工程及び焼鈍工程を前記実施例1にしたがって実施したところ、Al粒子の粒径が200μmのとき、篩分級が困難となり、鉄粉との分離が非常に煩雑となった。また、Al粒子の粒径が1mmでは、鉄粉の焼結が部分的に発生し、原料として使用困難となった。これらの事実から分かるように、金属酸化物粒子の粒径は、鉄粉の粒径よりも小さいことが望ましい。 Subsequent to the iron powder heat treatment process, the iron powder separation process, the insulating film formation process, the molding process, and the annealing process were performed according to Example 1, and when the particle size of the Al 2 O 3 particles was 200 μm, sieve classification It became difficult to separate from the iron powder. Moreover, when the particle size of the Al 2 O 3 particles was 1 mm, iron powder was partially sintered, making it difficult to use as a raw material. As can be seen from these facts, the particle size of the metal oxide particles is desirably smaller than the particle size of the iron powder.

本発明による鉄系金属磁性粒子の好ましい1形態を示す模式図及び部分断面図である。It is the schematic diagram and partial sectional view which show one preferable form of the iron-type metal magnetic particle by this invention. 本発明による圧粉磁心の好ましい1形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one preferable form of the powder magnetic core by this invention. 本発明による鉄系金属磁性粒子、軟磁性材料及び圧粉磁心の製造プロセスを順に示すフローシートである。It is a flow sheet which shows in order the manufacturing process of the iron-type metal magnetic particle by this invention, a soft magnetic material, and a dust core. 異なる熱処理雰囲気を適用して作製した試料について、保磁力を計測した結果をプロットしたグラフである。It is the graph which plotted the result of having measured coercive force about the sample produced by applying different heat processing atmosphere. 異なる熱処理温度を適用して作製した試料について、保磁力を計測した結果をプロットしたグラフである。It is the graph which plotted the result of having measured coercive force about the sample produced by applying different heat processing temperature. 熱処理の有無による鉄粉中の酸素量の変化をプロットしたグラフである。It is the graph which plotted the change of the oxygen amount in iron powder by the presence or absence of heat processing. 熱処理の有無による鉄粉中の炭素量の変化をプロットしたグラフである。It is the graph which plotted the change of the carbon content in iron powder by the presence or absence of heat processing. 熱処理していない鉄粉の表面をEDXにより分析した結果を示したグラフである。It is the graph which showed the result of having analyzed the surface of the iron powder which is not heat-processed by EDX. 熱処理した鉄粉の表面をEDXにより分析した結果を示したグラフである。It is the graph which showed the result of having analyzed the surface of the heat-treated iron powder by EDX.

符号の説明Explanation of symbols

1 鉄粉
2 不動態膜
3 絶縁皮膜
5 鉄系金属磁性粒子
10 圧粉磁心
1 Iron powder 2 Passive film 3 Insulating film 5 Iron-based metal magnetic particles 10

Claims (14)

99.5重量%以上の鉄含有量を有する水アトマイズ鉄粉と、該鉄粉の表面に適用された、アルミニウム酸化物、ケイ素酸化物及びそれらの混合物もしくは複合酸化物からなる群から選ばれた金属酸化物の不動態膜とからなり、
前記鉄粉は、0.02重量%以下の酸素含有量及び0.0015重量%以下の炭素含有量を有している、軟磁性材料製造用鉄系金属磁性粒子。
Water atomized iron powder having an iron content of 99.5% by weight or more, and selected from the group consisting of aluminum oxide, silicon oxide and a mixture or composite oxide applied to the surface of the iron powder Consisting of a passive film of metal oxide,
The iron powder has an oxygen content of 0.02 wt% or less and a carbon content of 0.0015 wt% or less.
前記鉄粉は100〜300μmの粒径を有する、請求項1に記載の金属磁性粒子。   The metal magnetic particles according to claim 1, wherein the iron powder has a particle size of 100 to 300 μm. 前記不動態膜は、前記鉄粉に付着した金属酸化物の膜からなるかもしくは前記鉄粉の表面に拡散により浸透した金属酸化物の拡散層からなり、その厚さは1nmから5μm未満の範囲である、請求項1又は2に記載の金属磁性粒子。   The passive film is made of a metal oxide film attached to the iron powder or a metal oxide diffusion layer that has penetrated the surface of the iron powder by diffusion, and the thickness thereof ranges from 1 nm to less than 5 μm. The metal magnetic particles according to claim 1, wherein 請求項1〜3のいずれか1項に記載の鉄系金属磁性粒子と、該金属磁性粒子の表面を被覆した絶縁皮膜とを含んでいる、軟磁性材料。   A soft magnetic material comprising the iron-based metal magnetic particles according to any one of claims 1 to 3 and an insulating film covering a surface of the metal magnetic particles. 請求項4に記載の軟磁性材料から製造された圧粉磁心。   A dust core manufactured from the soft magnetic material according to claim 4. 150A/m以下の保磁力を有している、請求項5に記載の圧粉磁心。   The dust core according to claim 5, which has a coercive force of 150 A / m or less. 請求項1に記載の鉄系金属磁性粒子を製造する方法であって、
99.5重量%以上の鉄含有量を有する水アトマイズ鉄粉及びアルミニウム酸化物、ケイ素酸化物及びそれらの混合物もしくは複合酸化物からなる群から選ばれた金属酸化物の粒子を出発原料として準備することと、
前記鉄粉と前記金属酸化物の粒子を混合して鉄系金属混合物を調製することと、
前記金属混合物を、爆発上限以上の濃度をもった水素雰囲気中で、900℃以上でありかつ前記鉄粉の融点を下回る温度で熱処理することと、
前記熱処理により形成されたものであって、アルミニウム酸化物、ケイ素酸化物及びそれらの混合物もしくは複合酸化物らなる群から選ばれた金属又はその酸化物の不動態膜が表面に付着せしめられている鉄粉を前記金属酸化物の粒子から分離することと、
を含む、鉄系金属磁性粒子の製造方法。
A method for producing the iron-based metal magnetic particles according to claim 1,
Preparing as a starting material water atomized iron powder having an iron content of 99.5% by weight or more and metal oxide particles selected from the group consisting of aluminum oxide, silicon oxide and mixtures or composite oxides thereof And
Mixing the iron powder and the metal oxide particles to prepare an iron-based metal mixture;
Heat-treating the metal mixture at a temperature of 900 ° C. or higher and lower than the melting point of the iron powder in a hydrogen atmosphere having a concentration equal to or higher than the upper limit of explosion
A metal selected from the group consisting of aluminum oxide, silicon oxide, a mixture thereof, or a composite oxide or a passive film of the oxide is formed on the surface by the heat treatment. Separating iron powder from the metal oxide particles;
The manufacturing method of the iron-type metal magnetic particle containing this.
前記金属酸化物は、その純度が99重量%以上である、請求項7に記載の製造方法。   The said metal oxide is a manufacturing method of Claim 7 whose purity is 99 weight% or more. 前記鉄粉の最小粒径をD1、前記金属酸化物の粒子の最低粒径をD2としたとき、D2<D1である、請求項7又は8に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 7 or 8, wherein D2 <D1, where D1 is a minimum particle diameter of the iron powder and D2 is a minimum particle diameter of the metal oxide particles. 前記鉄粉において、それに含まれる酸素の量が前記熱処理工程によって低下せしめられる、請求項7〜9のいずれか1項に記載の製造方法。   The said iron powder WHEREIN: The manufacturing method of any one of Claims 7-9 by which the quantity of the oxygen contained in it is made to fall by the said heat processing process. 前記鉄粉において、それに含まれる炭素の量が前記熱処理工程によって低下せしめられる、請求項7〜10のいずれか1項に記載の製造方法。   The manufacturing method according to any one of claims 7 to 10, wherein in the iron powder, the amount of carbon contained in the iron powder is reduced by the heat treatment step. 前記分離工程を篩及び(又は)磁石を使用して行う、請求項7〜11のいずれか1項に記載の製造方法。   The manufacturing method of any one of Claims 7-11 which performs the said isolation | separation process using a sieve and / or a magnet. 請求項4に記載の軟磁性材料を製造する方法であって、
請求項7〜12のいずれか1項に記載の製造方法によって鉄系金属磁性粒子を製造することと、
前記鉄系金属磁性粒子の表面に絶縁皮膜を形成することと、
を含む、軟磁性材料の製造方法。
A method for producing the soft magnetic material according to claim 4,
Producing iron-based metal magnetic particles by the production method according to any one of claims 7 to 12,
Forming an insulating film on the surface of the iron-based metal magnetic particles;
A method for producing a soft magnetic material, comprising:
請求項5に記載の圧粉磁心を製造する方法であって、
請求項7〜12のいずれか1項に記載の製造方法によって鉄系金属磁性粒子を製造することと、
前記鉄系金属磁性粒子の表面に絶縁皮膜を形成して軟磁性材料を製造することと、
前記軟磁性材料を圧縮成形して所望の形状を有する圧縮成形体を形成することと、
前記圧縮成形体を高められた温度で焼鈍することと、
を含む、圧粉磁心の製造方法。
A method for producing a dust core according to claim 5, comprising:
Producing iron-based metal magnetic particles by the production method according to any one of claims 7 to 12,
Forming an insulating film on the surface of the iron-based metal magnetic particles to produce a soft magnetic material;
Compression-molding the soft magnetic material to form a compression-molded body having a desired shape;
Annealing the compression molded body at an elevated temperature;
A method for producing a powder magnetic core, comprising:
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