JP2015144238A - 軟磁性圧粉磁心 - Google Patents

Abstract

【課題】高電気抵抗率かつ高強度な軟磁性圧粉磁心を提供する。
【解決手段】Ｆｅを主成分とする軟磁性金属粒子１を含む軟磁性圧粉磁心において、圧粉磁心は、軟磁性金属粒子１の粒子間に酸化物部２を備えた構造をしており、酸化物部２はＶ、Ｂ、Ｆｅを含む組成の酸化物によりなる。さらに、圧粉磁心内の酸化物部２に含まれるＢ量がＶ量の質量比０．５倍以上、質量比５．０倍以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ、アクチュエータ、ジェネレータ、リアクトル、チョークコイルなどの各種電磁気部品に使用される、高電気抵抗率かつ高強度である軟磁性圧粉磁心に関する。

従来、モータ、アクチュエータ、ジェネレータ、リアクトル、チョークコイルなどの磁心として軟磁性金属粒子を用いた圧粉磁心の開発が進められている。一般的に、粉体を圧縮して作製される磁心は機械的強度が低いことが知られている。磁心の機械的強度は製品使用時の破損を防ぐため、高いものが求められている。また、電磁気部品の小型化にともない使用される周波数は高くなる傾向にある。使用周波数が増加すると磁心内の渦電流損失が急激に上昇するため、これを防ぐために高電気抵抗率である圧粉磁心が求められている。

圧粉磁心の機械的強度を上げるための製造方法として、成形圧力を上げることや、熱処理温度を上げること等が提案されている。しかしながら、これらの処理を行い作製される圧粉磁心は、機械的強度を上げる効果はあるが、成形や熱処理時に軟磁性金属粒子表面に形成されている絶縁被膜の剥離や分解を生じやすくなるため電気抵抗率が低くなる。電気抵抗率が低下すると磁心内の渦電流が増加するためコアロスが増加し、最終的に製品の出力や効率の低下を招く。

電気抵抗率が高い圧粉磁心とするためには軟磁性金属粒子を被覆する絶縁被膜を厚くすることが効果的であることが知られている。しかし、絶縁被膜を厚くすると被膜内部に応力が集中しやすくなるため強度が低くなる問題が生じる。そのため高電気抵抗率と高強度を兼ね備えた軟磁性圧粉磁心はなかった。

かかる問題を解決すべく、例えば、特許文献１では鉄粉の表面に酸化バナジウム系低融点ガラスを構成する元素の錯体またはアルコキシドを有機溶媒に溶かした溶液を塗布し、乾燥させて熱処理を行なうことで酸化バナジウム低融点ガラスの被膜を形成する製造方法が開示されている。特許文献２では軟磁性金属粉末にＭｇ含有酸化被膜を形成することで高い機械的強度が得られる複合軟磁性材の製造方法が開示されている。特許文献３では絶縁被覆軟磁性粒子と低融点ガラス粉末を混合し、焼成することで高い機械的強度と高い比抵抗が得られる複合軟磁性材とその製造方法が開示されている。

特開２００８−８８４５９号公報 特開２００６−２４１５８３号公報 特開２０１１−１８１６２４号公報

しかしながら、特許文献１の技術では抗折強度の増加とコアロスの低下を達成することができるがその値は１８０ＭＰａ以下であり、磁心の割れ欠けを防ぐために十分なものではなく、高い熱処理温度を必要とするため電気抵抗率の値は２０００μΩ・ｍよりも低下し、高強度と高電気抵抗率を両立するものではなかった。

特許文献２の技術では軟磁性金属粉末にＭｇ含有酸化被膜を形成した材料を用いて複合軟磁性材を製造することにより１９０ＭＰａ以上の高い機械的強度の値を得られるが、電気抵抗率の値は２０００μΩ・ｍよりも低く、高強度と高電気抵抗率を両立するものではなかった。

特許文献３の技術では軟磁性金属粉末にＭｇ含有酸化被膜を形成した材料を用いて複合軟磁性材を作製し、更に低融点ガラスを混合して低融点ガラス層を形成することにより、従来よりも高い機械的強度と電気抵抗率を両立した圧粉磁心を得られる。しかし、得られる機械的強度の値は１９０ＭＰａ以上であるが電気抵抗率の値が２０００μΩ・ｍよりも低くまだ十分なものではなかった。

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高電気抵抗率と高強度を兼ね備えた圧粉磁心を容易に実現することができる軟磁性圧粉磁心を提供することにある。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る軟磁性圧粉磁心は、Ｆｅを主成分とする軟磁性金属粒子を含む軟磁性圧粉磁心において、前記圧粉磁心は軟磁性金属粒子の間にＶ、Ｂ、Ｆｅを含む酸化物部を備え、Ｂ量がＶ量の質量比０．５倍以上、質量比５．０倍以下であることを特徴とする。こうすることで高電気抵抗率かつ高強度な軟磁性圧粉磁心を得ることができる。

上記構成の軟磁性圧粉磁心の電磁気的及び機械的特性を測定すると、上記従来のものに比して高電気抵抗率かつ高強度であることが明らかになった。かかる効果が奏される作用機構の詳細は、未だ明らかではないものの、例えば、以下のとおり推定される。

Ｆｅを主成分とする軟磁性金属粒子を含む軟磁性圧粉磁心において、軟磁性金属粒子間はＶ、Ｂ、Ｆｅを含む酸化物部により絶縁され、Ｂ量がＶ量の質量比０．５倍以上、質量比５．０倍以下である。そのため軟磁性圧粉磁心の電気抵抗率は酸化物部をもたないものよりも格段に高められる。さらに酸化物部がＶ、Ｂ、Ｆｅを含み、かつＢ量がＶ量の質量比０．５倍以上、質量比５．０倍以下であるため、より高強度な軟磁性圧粉磁心を実現することができる。

本発明の望ましい態様としては、酸化物部は、更にＰおよびＮａ、Ｚｎ、Ｂａ、Ｓｉ、Ｚｒの群から選択される少なくとも１つの元素を含む。酸化物部がＰおよび上記の群より選ばれる元素を少なくとも１つ含むことで、酸化物部の絶縁性がより高められる。酸化物部がＰおよび上記の群より選ばれる元素を少なくとも１つ含むことで軟磁性金属粒子との密着性がよくなり、機械的強度がより高くなる。

上記圧粉磁心内の酸化物部に含まれるＶ量とＢ量の合計が０．１質量％以上１．０質量％以下である。Ｖ量とＢ量が上記の範囲にあるとき酸化物部の組成と膜厚が適切になり、電気抵抗率と機械的強度の高い軟磁性圧粉磁心が作製できる。

上記酸化物部は、内部に３層以上の多層構造をもつ。酸化物部が３層以上の多層構造を形成する場合、層間の抵抗が加わるため電気抵抗率がより高められる。

上記圧粉磁心は、内部にさらにガラス部を含むことが好ましい。上記ガラス部は、軟磁性金属粒子の隙間（空隙）を埋め、粒子界面で接合部となるため軟磁性圧粉磁心の機械的強度をより一層高められる。

本発明は、高電気抵抗率かつ高強度な軟磁性圧粉磁心を提供できる。

本実施形態の軟磁性圧粉磁心を模式的に示す部分断面図である。 ＳＴＥＭ観察における測定点の概略図である。 ＳＴＥＭ測定結果における主成分の元素ごとに層を分割した概略図である。 ＳＥＭ観察のＣＯＭＰＯ像による分析結果の概略図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。また、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明はその実施の形態のみに限定されるものではない。

本実施形態の軟磁性圧粉磁心は、Ｆｅを主成分とする軟磁性金属粒子１とその間に酸化物部２がある構造体であって、前記酸化物部２はＶ、Ｂ、Ｆｅを有し、前記軟磁性圧粉磁心内の酸化物部に含まれるＢ量がＶ量の質量比０．５倍以上、質量比５．０倍以下であることに特徴がある。

図１は、本実施形態の軟磁性圧粉磁心の一実施形態の模式断面図である。軟磁性圧粉磁心は軟磁性金属粒子１とその間に酸化物部２を備え、場合により点在するガラス部３を含んでいる。

軟磁性金属粒子１は、原料粉としてＦｅを主成分とするＦｅおよびＦｅ基合金の粉末（粒子）である。Ｆｅ基合金として例えば、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ａｌ系合金、Ｆｅ−Ｎ系合金、Ｆｅ−Ｃ系合金、Ｆｅ−Ｂ系合金、Ｆｅ−Ｃｏ系合金、Ｆｅ−Ｐ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金、Ｆｅ−Ｃｒ系合金、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金等であっても構わない。これらは、１種のみを単独で、或いは２種以上を組み合わせて、用いることができる。

軟磁性金属粒子１は、原料粉としてＦｅを５０質量％以上含むものが挙げられ、より好ましくはＦｅを９０質量％以上含有する。Ｆｅを多く含有する原料粉は、上記のＦｅ基合金よりも粒子のビッカース硬さが低く、成形性に優れる傾向にあるので、これを用いることで、軟磁性圧粉磁心の高密度化が図られ、機械的強度の向上が図られる。また、酸化物部２がＶ、Ｂ、Ｆｅを含むため、Ｆｅを主成分とする軟磁性金属粒子１との接合性がよくなり、密着性がさらに高められることにより高強度な軟磁性圧粉磁心を実現することができる。

酸化物部２はＶ、Ｂ、Ｆｅの酸化物および複合酸化物の混合物により構成される。酸化物および複合酸化物は、ＶおよびＢの化合物を加圧状態で熱により反応させ、その中に軟磁性金属粒子１の原料粉由来のＦｅを拡散させることで酸化物および複合酸化物を軟磁性金属粒子間に形成することが好ましい。これにより形成されるホウ酸塩ガラスまたはバナジウム複合酸化物は結晶構造が３次元網目構造を取りやすくなり、さらに酸化物部２がＦｅを含むことにより軟磁性金属粒子１との密着性が高くなり機械的強度が向上する。

また、軟磁性圧粉磁心内の酸化物部２に含まれるＢ量がＶ量に対して質量比０．５倍以上５．０倍以下である。上記圧粉磁心内の酸化物部２に含まれるＢ量およびＶ量は、ＩＣＰ−ＡＥＳ装置測定により検出される圧粉磁心全体に含まれるＢ量、Ｖ量から、同じ測定方法により検出される原料粉全体に含まれるＢ量、Ｖ量を差し引くことにより求められることが好ましい。軟磁性圧粉磁心内の酸化物部２に含まれるＢ量、Ｖ量の測定方法はより高精度の測定方法がある場合この限りではない。前記圧粉磁心内の酸化物部２に含まれるＶ量とＢ量が上記の質量比率にあるときＶの化合物とＢの化合物の酸化物および複合酸化物が生成され、酸化物部の強度が高くなるため、圧粉磁心の機械的強度も高くなる。また、Ｂの化合物を多く含むことで高い電気抵抗率を得られる。

Ｖの化合物については酸化物、シュウ酸化物、フッ化物、バナジン酸化合物、アルコキシド化合物が好ましく、具体的には、酸化バナジウム、しゅう酸酸化バナジウム、フッ化バナジウム、バナジン酸ナトリウム、バナジン酸アンモニウム、バナジウムオキシメトキシド、バナジウムオキシエトキシド、バナジウムオキシイソプロポキシド、バナジウムオキシノルマルプロポキシド、バナジウムオキシイソブトキシド、バナジウムオキシノルマルブトキシド。これらは、１種のみを単独で、或いは２種以上を組み合わせて、用いることができる。

Ｂの化合物については酸化物、ホウ酸塩、フッ化物、ホウ酸エステルが好ましく、具体的には、酸化ホウ素、ホウ酸、ホウ酸アンモニウム、ホウ酸リチウム、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カリウム、ホウ酸亜鉛、フッ化ホウ素、トリメチルボレート、トリエチルボレート、トリプロピルボレート、トリブチルボレート、トリイソプロピルボレート、トリス（トリメチルシリル）ボレート、トリス（２．２．２−トリフルオロエチル）ボレート。これらは、１種のみを単独で、或いは２種以上を組み合わせて、用いることができる。

酸化物部２は更にＰおよびＮａ、Ｚｎ、Ｂａ、Ｓｉ、Ｚｒの群から選択される少なくとも１つの元素を含む。これらの元素を含む化合物は特に限定されないが、好ましくは上記の群から選択される元素をリン酸化合物および酸化物、水酸化物として含む。これらの材料を添加して形成された酸化物部は電気抵抗率が高くなり、より複雑な複合酸化物を形成するため軟磁性金属粒子との接合力が強くなる。

酸化物部２を形成するための材料として具体的には、亜リン酸水素２ナトリウム（５水和物）、リン酸ホウ素、リン酸２水素ナトリウム、リン酸２水素ナトリウム（２水和物）、リン酸水素２ナトリウム、リン酸水素２ナトリウム（５水和物）、リン酸水素２ナトリウム（１２水和物）、リン酸３ナトリウム、リン酸３ナトリウム（６水和物）、リン酸３ナトリウム（１２水和物）、リン酸２水素亜鉛、リン酸亜鉛、リン酸亜鉛（４水和物）、リン酸２バリウム、リン酸ジルコニウム、ピロリン酸４ナトリウム、ピロリン酸４ナトリウム（１０水和物）、ピロリン酸二水素二ナトリウム、ピロリン酸亜鉛３水和物、ピロリン酸バリウム酸化ナトリウム、ピロリン酸ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化バリウム、水酸化ナトリウム、水酸化亜鉛、水酸化バリウム、水酸化バリウム（８水和物）、亜鉛酸ナトリウム、メタホウ酸ナトリウム（４水和物）、ホウ酸亜鉛３．５水和物、４ホウ酸ナトリウム（１０水和物）、ケイ酸テトラエチル、トリメトキシメチルシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン、トリエトキシメチルシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、オクタメチルトリシロキサン、ヘキサメチルジシロキサン、テトライソプロピルジルコニウムなどが挙げられるが、これらに限定されない。これらは、１種のみを単独で、或いは２種以上を組み合わせて、用いることができる。

軟磁性圧粉磁心内の酸化物部２に含まれるＢ量とＶ量の合計が０．１質量％以上１．０質量％以下である。上記圧粉磁心内の酸化物部２に含まれるＢ量およびＶ量は、ＩＣＰ−ＡＥＳ装置測定により検出される圧粉磁心全体に含まれるＢ量、Ｖ量から、同じ測定方法により検出される原料粉全体に含まれるＢ量、Ｖ量を差し引くことにより求められることが好ましい。軟磁性圧粉磁心内の酸化物部２に含まれるＢ量、Ｖ量の測定方法はより高精度の測定方法がある場合この限りではない。軟磁性圧粉磁心内の酸化物部２に含まれるＢ量とＶ量の合計が０．１質量％以上である場合、酸化物部が軟磁性金属粒子を十分に覆うため電気抵抗率が高くなる。Ｂ量とＶ量の合計が１．０質量％以下である場合、酸化物部の膜厚が厚くならないため被膜内部に応力がかかりにくくなり、機械的強度が高くなる。

酸化物部２は、内部にすくなくとも３層以上の多層構造をもつ。好ましくは軟磁性金属粒子間にリン酸塩層、Ｖ、Ｂ、Ｆｅを含む酸化物層、リン酸塩層の順に見られる。この場合、軟磁性金属粒子はリン酸塩被膜およびＶ、Ｂ、Ｆｅを含む酸化物被膜により均一にコーティングされているため電気抵抗率が高くなる。

酸化物部２の分析はＳＴＥＭ−ＥＤＳの線分析により行われる。ＳＴＥＭによる測定は図２より、酸化物部を挟む２つの軟磁性金属粒子間を観察する。酸化物部２内の層数はＦｅ、Ｏ、Ｂ以下の軽元素を除く、含有する各元素の主成分により判別される。各元素の線分析データはバラツキが大きい場合、２区間平均移動曲線などにより平滑化処理を行うことが好ましい。

さらに、酸化物部２内の１層あたりの膜厚が１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましく、１層あたりの膜厚が４ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることがより好ましい。１層あたりの膜厚が１０ｎｍ以上であることで、粒子間の絶縁を保つことができ電気抵抗率が高くなる。１層あたりの膜厚が２００ｎｍ以下であることで、酸化物層内に応力がかかりにくくなり、機械的強度が高くなる。

上記圧粉磁心は、さらに圧粉磁心内部にガラス部３を含むことが好ましい。ガラス部３は低融点ガラス材料を加圧状態で熱により軟化させて形成することが好ましい。低融点ガラス材料は融点が低く、加熱によりガラス材料と軟磁性金属粒子間で拡散反応が起こり、ガラス部３が形成される。また、酸化物部２で埋めきれない大きな空隙を埋めることができるため、さらに機械的強度が増加する。

上記ガラス部３の有無は組成および結晶性の有無から判定される。たとえばＳＥＭ観察のＣＯＭＰＯ像、ＥＤＳ分析およびＥＰＭＡ分析、ＴＥＭ分析による電子回折像、または（Ｓ）ＴＥＭ分析による高分解能像観察などにより判定される。ガラス部３を形成する低融点ガラス材料として、例えば、Ｂｉ_２Ｏ_３−Ｂ_２Ｏ_３系ガラス、Ｂｉ_２Ｏ_３−ＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３系ガラス、Ｖ_２Ｏ_５−Ｐ_２Ｏ_５系ガラス、Ｖ_２Ｏ_５−Ｂ_２Ｏ_３系ガラスなどが好ましく、これら低融点ガラス材料を１種のみを単独で、或いは２種以上を組み合わせて、用いることができる。上記の低融点ガラス材料は転移点や軟化点がアニール温度よりも低くなるため、熱により低融点ガラス材料と軟磁性金属粒子間で拡散反応が起こり、非晶質なガラス部３が形成され、さらに機械的強度が増加する。

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

［作製方法］

＜実施例１＞
Ｆｅを主成分とする軟磁性金属粒子（原料粉）として、純鉄（ヘガネスＡＢ社製、商品名：ＡＢＣ１００．３０、平均粒径約１００μｍ）を準備した。バナジウムイソプロポキシド０．３０質量％とトリエチルボレート０．９６質量％をイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）に溶解して絶縁被膜処理用溶液を作製した。原料粉と前記絶縁被膜処理用溶液を混合し、乾燥させて軟磁性材料を作製した。

その後、軟磁性材料を、電気抵抗率測定用試料および３点曲げ強度試験用試料として１３０℃９８１ＭＰａで温間成形を行って縦３０ｍｍ、横１０ｍｍ、厚さ５．５ｍｍの棒状試料を成形した。その後、Ａｉｒ雰囲気による５００℃１時間の熱処理を行い、軟磁性圧粉磁心を得た。

＜比較例１＞
原料粉として、純鉄を準備した。原料粉を、１３０℃、９８１ＭＰａで温間成形を行って縦３０ｍｍ、横１０ｍｍ、厚さ５．５ｍｍの棒状試料を成形した。その後、Ａｉｒ雰囲気による５００℃１時間の熱処理を行い、軟磁性圧粉磁心を得た。

＜比較例２＞
原料粉として、純鉄を準備した。バナジウムイソプロポキシド０．３０質量％をイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）に溶解して絶縁被膜処理用溶液を作製した。原料粉と前記絶縁被膜処理用溶液を混合し、乾燥させて軟磁性材料を作製した。

その後、実施例１と同様のプロセスを行い、軟磁性圧粉磁心を得た。

＜比較例３＞
原料粉として、純鉄を準備した。トリエチルボレート０．９６質量％をイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）に溶解して絶縁被膜処理用溶液を作製した。続いて原料粉と前記絶縁被膜処理用溶液を混合し、乾燥させて軟磁性材料を作製した。

その後、実施例１と同様のプロセスを行い、軟磁性圧粉磁心を得た。

＜実施例２、実施例３、比較例４、比較例５＞
原料粉として、純鉄を準備した。次に原料粉と表１に示す相当量のＶおよびＢを含有する絶縁被膜処理用溶液とを混合し、乾燥させて各軟磁性材料を作製した。

その後、各軟磁性材料を、実施例１と同様のプロセスを行い、それぞれの軟磁性圧粉磁心を得た。

＜評価方法＞
３点曲げ強度は万能強度試験機（株式会社島津製作所製オートグラフ、ＡＧ−５０００Ｉ／Ｒ）により、ＪＩＳＺ２５１１の強度測定を行なった。電気抵抗率は電気抵抗率測定用試料の両端側面（１０×５．５角）を研磨してＩｎ−Ｇａペーストを塗って端子電極を形成し、端子間の抵抗値を低抵抗計（鶴賀電機株式会社製、ＭＯＤＥＬ３５６９）で測定した。

実施例１〜実施例３、比較例１〜比較例５において得られた軟磁性圧粉磁心の構造および組成をＳＴＥＭ観察によって確認した。ＳＴＥＭ観察は、上記棒状試料を１０ｍｍ×５．５ｍｍの断面で切り出し、鏡面研磨を行なった後、Ｄｕａｌ−ＢｅａｍＦＩＢ（Ｎｏｖａ２００）を用いたマイクロサンプリング法によって観察用試料を作製した。試料作製後、透過型電子顕微鏡（ＪＥＭ−２１００Ｆ）を用いて加速電圧２００ｋＶでＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分光器）による元素マッピングおよび点分析を測定した。

実施例１〜実施例３、比較例１〜比較例５において得られた軟磁性圧粉磁心、および原料粉のＶ量およびＢ量をＩＣＰ−ＡＥＳにより測定した。上記棒状試料から約縦５ｍｍ、横１０ｍｍ、厚さ５．５ｍｍの試料片を３個切り出し、それぞれ試料全量を乳鉢粉砕により粉体にした後秤量し、王水で加熱溶解後、５０ｍｌメスフラスコに定容し誘導結合プラズマ発光分光分析装置（ＩＣＰ−ＡＥＳ装置：株式会社島津製作所製ＩＣＰＳ−８１００ＣＬ）で測定して３点の平均値をそれぞれ求めた。次に、軟磁性圧粉磁心中のＶ量およびＢ量から原料粉のＶ量およびＢ量をそれぞれ引くことで酸化物部のＶ量およびＢ量を求めた。

表１に、実施例１〜実施例３、比較例１〜比較例５の分析結果を示す。

表１に示すように実施例１〜実施例３、比較例４、比較例５において、ＳＴＥＭ観察の結果から、酸化物部にＶとＢとＦｅが検出された。酸化物部に比較例１からはＦｅのみ、比較例２からはＦｅとＶ、比較例３からはＦｅとＢが検出された。ＩＣＰ−ＡＥＳによる分析結果から、実施例１〜実施例３はＢ量とＶ量の質量比率（Ｂ量／Ｖ量）が０．５倍以上、５．０倍以下であることがわかる。また、比較例４、比較例５はＢ量とＶ量の質量比率（Ｂ量／Ｖ量）がそれぞれ０．５倍よりも小さく、５．０倍よりも大きいことがわかる。

表２に、実施例１〜実施例３及び比較例１〜比較例５の測定結果を示す。

表１、表２に示すとおり、酸化物部にＶ、Ｂ、Ｆｅをすべて含む実施例１〜実施例３は電気抵抗率２０００μΩ・ｍ以上、３点曲げ強度１９０ＭＰａ以上あり、電気抵抗率と強度がともに高いことが確認された。一方、酸化物部にＶ、Ｂ、Ｆｅがすべて含まれていない比較例１〜３においては、強度と電気抵抗率が両立していないことがわかる。また、Ｂ量がＶ量の質量比０．５倍以上、５．０倍以下である実施例１〜実施例３は電気抵抗率２０００μΩ・ｍ以上、３点曲げ強度１９０ＭＰａ以上あり、電気抵抗率と強度がともに高い。しかし、Ｂ量がＶ量の質量比０．５倍未満、５．０倍よりも大きい比較例４、比較例５は強度と電気抵抗率が両立していないことがわかる。

＜実施例４〜実施例１３＞
原料粉として、純鉄を準備した。次に原料粉に対して０．２質量％のリン酸と、０．００４質量％の表３に記載の材料をＩＰＡに溶かした絶縁被膜処理用溶液を作製した。続いて原料粉と前記絶縁被膜処理用溶液を混合し、乾燥させて各軟磁性材料を作製した。

次に、実施例１と同様の絶縁被膜処理用溶液を作製した。続いて各軟磁性材料と前記絶縁被膜処理用溶液を混合し、乾燥させて各軟磁性材料を作製した。

その後、各軟磁性材料を、実施例１と同様のプロセスを行い、それぞれの軟磁性圧粉磁心を得た。

表３に、実施例４〜実施例１３の材料と、表４に測定結果を示す。

表４に示すとおり、Ｖ、Ｂ、Ｆｅに加えてさらにＰおよびＮａ、Ｚｎ、Ｂａ、Ｓｉ、Ｚｒを少なくとも１つ含む酸化部を形成した実施例４〜実施例１３は電気抵抗率２０００μΩ・ｍ以上、３点曲げ強度１９０ＭＰａ以上あり、電気抵抗率と強度がともに高いことがわかる。

＜実施例１４、実施例１５＞
原料粉として、純鉄を準備した。次に原料粉に対して０．２質量％のリン酸と、０．００４質量％のリン酸亜鉛・四水和物をＩＰＡに溶かした絶縁被膜処理用溶液を作製した。続いて原料粉と前記絶縁被膜処理用溶液を混合し、乾燥させて軟磁性材料を作製した。

さらに、軟磁性材料と表５に示す相当量のＶ量およびＢ量を含有する絶縁被膜処理用溶液とを混合し、乾燥させて各軟磁性材料を作製した。

その後、各軟磁性材料を、実施例１と同様のプロセスを行い、それぞれの軟磁性圧粉磁心を得た。

実施例１４、実施例１５において得られた軟磁性圧粉磁心のＶ量およびＢ量を誘導結合プラズマ発光分光分析装置（ＩＣＰ−ＡＥＳ装置）により測定した。上記棒状試料から約縦５ｍｍ、横１０ｍｍ、厚さ５．５ｍｍの試料片を３個切り出し、それぞれ試料全量を乳鉢粉砕により粉体にした後秤量し、王水で加熱溶解後、５０ｍｌメスフラスコに定容しＩＣＰ−ＡＥＳ装置（株式会社島津製作所製ＩＣＰＳ−８１００ＣＬ）で測定して３点の平均値を求めた。次に、軟磁性圧粉磁心中のＶ量およびＢ量から原料粉のＶ量およびＢ量を引くことで酸化物部のＶ量およびＢ量を求めた。

表５に、実施例１４、実施例１５の分析および測定結果を示す。

表５に示すとおり、Ｖ量とＢ量の合計が０．１質量％から１．０質量％の範囲にあるとき、電気抵抗率が２０００μΩ・ｍ以上かつ、強度が１９０ＭＰａ以上あり、電気抵抗率と強度がともに高いことがわかる。

＜比較例６＞
原料粉として、純鉄を準備した。次に原料粉に対して０．２質量％のリン酸をＩＰＡに溶かした絶縁被膜処理用溶液を作製した。続いて原料粉と前記絶縁被膜処理用溶液を混合し、乾燥させて軟磁性材料を作製した。

その後、実施例１と同様のプロセスを行い、軟磁性圧粉磁心を得た。

実施例４、比較例６において得られた軟磁性圧粉磁心の粒子界面をＳＴＥＭ観察によって確認した。ＳＴＥＭ観察は、上記棒状試料を１０ｍｍ×５．５ｍｍの断面で切り出し、鏡面研磨を行なった後、Ｄｕａｌ−ＢｅａｍＦＩＢ（Ｎｏｖａ２００）を用いたマイクロサンプリング法によって観察用試料を作製した。試料作製後、透過型電子顕微鏡（ＪＥＭ−２１００Ｆ）を用いて加速電圧２００ｋＶでＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分光器）による組成分析を、ビーム径：１ｎｍ、コンデンサ絞り径：４０μｍの条件により軟磁性金属粒子間の酸化物部を約２００点等間隔に点分析および線分析した。観察箇所の概略図を図２に示す。

ＳＴＥＭ−ＥＤＳによる各元素の線分析測定結果は酸化物部間に含まれるＦｅ、Ｏ、Ｂ以下の軽元素を除いた元素の組成比率のデータを作成し、主成分の元素ごとに層を分割した。図３に解析結果の概略図を示す。

表６に、実施例４及び比較例６の層数の分析結果と特性の測定結果を示す。

表６から、軟磁性圧粉磁心内の酸化物層が３層以上の多層構造をもつとき、電気抵抗率が２０００μΩ・ｍ以上かつ、強度が１９０ＭＰａ以上あることかわかり、電気抵抗率と強度がともに高いことがわかる。

＜実施例１６＞
原料粉として、実施例１と同様の軟磁性材料を作製した。

その後、軟磁性材料に低融点ガラス材料として平均粒径３μｍのＢｉ系ガラス材料を軟磁性材料に対して０．３質量％添加し、その混合物を混合器（筒井理化学器械製、商品名：Ｖミキサー）に入れ、回転数１２ｒｐｍで１０分間混錬した。次いで、混練した混合物を、１３０℃、９８１ＭＰａで温間成形を行って縦３０ｍｍ、横１０ｍｍ、厚さ５．５ｍｍの棒状試料をそれぞれ成形した。その後、Ａｉｒ雰囲気中５００℃熱処理を行い、軟磁性圧粉磁心を得た。

＜実施例１７＞
原料粉として、実施例４と同様の軟磁性材料を作製した。

その後、軟磁性材料に低融点ガラス材料としてＢｉ系ガラス材料を軟磁性材料に対して０．３質量％添加し、その混合物を混合器（筒井理化学器械製、商品名：Ｖミキサー）に入れ、回転数１２ｒｐｍで１０分間混錬した。次いで、混練した混合物を、１３０℃、９８１ＭＰａで温間成形を行って縦３０ｍｍ、横１０ｍｍ、厚さ５．５ｍｍの棒状試料をそれぞれ成形した。その後、Ａｉｒ雰囲気中５００℃熱処理を行い、軟磁性圧粉磁心を得た。

＜実施例１８＞
実施例１７の低融点ガラスをＶ系ガラス材料に変える以外は同様の方法で軟磁性圧粉磁心を得た。

実施例１６〜実施例１８において得られた軟磁性圧粉磁心の構造および組成をＳＥＭ−ＥＤＳ観察またはＳＥＭ観察のＣＯＭＰＯ像によって確認した。ＳＥＭ−ＥＤＳ観察は、上記棒状試料を１０ｍｍ×５．５ｍｍの断面で切り出し、鏡面研磨を行なった後、さらにフラットミリング装置（株式会社日立ハイテクノロジーズ製、ＩＭ−３０００）を用いた表面処理によって観察用試料を作製した。試料作製後、粒子界面のＳＥＭ−ＥＤＳ分析を行った。図４にＳＥＭ観察した圧粉磁心断面におけるＣＯＭＰＯ像の概略図を示す。それぞれの観察用試料においてガラス部は圧粉磁心の断面に点在して存在している様子が見られた。

表７に、実施例１６〜実施例１８の分析結果および測定結果を示す。

表７に示すとおり、軟磁性圧粉磁心内にガラス部がある場合、電気抵抗率の値が２０００μΩ・ｍ以上かつ、強度の値が１９０ＭＰａ以上あることかわかり、電気抵抗率、機械的強度がともに一層高くなることがわかる。

以上のように、本発明に係る軟磁性圧粉磁芯は 高電気抵抗率かつ高強度であるためモータ、アクチュエータ、ジェネレータ、リアクトル、チョークコイル及びそれらを備える各種機器、設備、システム等に幅広く且つ有効に利用可能である

１・・・軟磁性金属粒子、２・・・酸化物部、３・・・ガラス部

Claims (5)

1. Ｆｅを主成分とする軟磁性金属粒子を含む軟磁性圧粉磁心において、
   前記圧粉磁心は、前記軟磁性金属粒子の間にＶ、Ｂ、Ｆｅを含む酸化物部を備え、
   Ｂ量がＶ量の質量比０．５倍以上、質量比５．０倍以下であることを特徴とする、
   軟磁性圧粉磁心。
2. 前記酸化物部は、更にＰおよびＮａ、Ｚｎ、Ｂａ、Ｓｉ、Ｚｒの群から選択される少なくとも１つの元素を含む、
   請求項１に記載の軟磁性圧粉磁心。
3. 前記圧粉磁心の酸化物部に含まれるＶ量およびＢ量の合計が０．１質量％以上１．０質量％以下である、
   請求項１〜２のいずれかに記載の軟磁性圧粉磁心。
4. 前記酸化物部は、内部に３層以上の多層構造をもつことを特徴とする、
   請求項１〜３のいずれかに記載の軟磁性圧粉磁心。
5. 前記圧粉磁心は、磁心内にガラス部を含むことを特徴とする、
   請求項１〜４のいずれかに記載の軟磁性圧粉磁心。

Images