JP2019218611A - リン酸表面処理軟磁性粉末の製造方法、及びリン酸表面処理軟磁性粉末 - Google Patents

Abstract

【課題】微粒の軟磁性粉末であっても十分に絶縁抵抗を高めることができる、リン酸表面処理の方法及びその関連技術を提供することを目的とする。【解決手段】Ｆｅを含む軟磁性粉末と、リン酸及び／又はその塩並びに有機溶媒を含む表面処理液とを混合することで、前記軟磁性粉末を表面処理する表面処理工程を有する、リン酸表面処理軟磁性粉末の製造方法。【選択図】なし

Description

本発明は、絶縁抵抗が高く磁気損失の低減されたリン酸表面処理軟磁性粉末の製造方法等に関する。

電子機器には、例えばインダクタなどの、圧粉磁心を有する磁性部品が取り付けられている。電子機器では、高性能化および小型化のために高周波化が図られており、それに伴って磁性部品を構成する圧粉磁心にも高周波化への対応が求められている。

圧粉磁心は一般的に、軟磁性粉末を必要に応じて樹脂などの結合材（バインダ）と複合化したうえで圧縮成型することで製造されているが、圧粉磁心（軟磁性粉末）のコアロス（磁気損失）のうち、渦電流損失は周波数の２乗に比例するため、高周波領域では特に問題となる。
渦電流損失を低減するために、軟磁性粉末を微粒化することや、粉末を構成する粒子表面に絶縁膜を形成して抵抗を高め、渦電流が流れにくくすることが考えられる。絶縁膜を形成する方法として、特許文献１にはＦｅ系の軟磁性粉末の表面にシリカ系の絶縁皮膜を形成することが開示されている。また特許文献２には、軟磁性粉末をリン酸で表面処理することが開示されている。このリン酸表面処理の具体的な方法として特許文献２には、リン酸を水に溶解させて、軟磁性粉末に対して表面処理することが開示されている。なお、絶縁膜形成のためにリン酸の塩も広く利用されている。

特開２０１７−１８３６８１号公報 特開２０１７−００４９９２号公報

特許文献１に開示されたシリカ系の絶縁皮膜と、特許文献２に開示されたリン酸表面処理とでは、前者の方が絶縁抵抗を高める効果に優れているが、どちらを行うかは軟磁性粉末を利用する磁性材料の用途（求められる磁気特性）に基づいて判断することになる。

本発明者らは渦電流損失を抑制するため粒子径が１０μｍ以下のような微粒の軟磁性粉末についてリン酸表面処理を検討したところ、特許文献２に開示された、リン酸を水に溶解させて粉末を表面処理する方法では、軟磁性粉末の絶縁抵抗を高めることができなかった。

そこで本発明は、微粒の軟磁性粉末であっても十分に絶縁抵抗を高めることができる、リン酸表面処理の方法及びその関連技術を提供することを目的とする。

本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討した結果、リン酸及び／又はその塩並びに有機溶媒を含む表面処理液で表面処理を実施することにより、微粒の軟磁性粉末であっても十分に絶縁抵抗を高めることができることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、以下の通りである。
［１］Ｆｅを含む軟磁性粉末と、リン酸及び／又はその塩並びに有機溶媒を含む表面処理液とを混合することで、前記軟磁性粉末を表面処理する表面処理工程を有する、リン酸表面処理軟磁性粉末の製造方法。

［２］前記軟磁性粉末がＦｅを８２質量％以上含む、［１］に記載のリン酸表面処理軟磁性粉末の製造方法。

［３］前記軟磁性粉末が、Ｓｉを０．２〜８．０質量％、Ｃｒを０．０５〜８．０質量％含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる、［１］又は［２］に記載のリン酸表面処理軟磁性粉末の製造方法。

［４］前記有機溶媒が、アルコール溶媒、ケトン溶媒、エステル溶媒、エーテル溶媒及び炭化水素溶媒からなる群より選ばれる少なくとも一種である、［１］〜［３］のいずれかに記載のリン酸表面処理軟磁性粉末の製造方法。

［５］前記軟磁性粉末１００質量部に対して、前記リン酸及び／又はその塩を０．０１〜１．０質量部使用する、［１］〜［４］のいずれかに記載のリン酸表面処理軟磁性粉末の製造方法。

［６］前記リン酸の塩が、リン酸のアルカリ金属塩、リン酸のアルカリ土類金属塩及びリン酸の鉄塩からなる群より選ばれる少なくとも一種である、［１］〜［５］のいずれかに記載のリン酸表面処理軟磁性粉末の製造方法。

［７］前記有機溶媒が、エタノール、ｎ−プロパノール、ｉ−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｉ−ブタノール及びｔ−ブタノールからなる群より選ばれる少なくとも一種のアルコール溶媒である、［１］〜［６］のいずれかに記載のリン酸表面処理軟磁性粉末の製造方法。

［８］前記表面処理液におけるリン酸及び／又はその塩の濃度が２〜３０質量％である、［１］〜「７」のいずれかに記載のリン酸表面処理軟磁性粉末の製造方法。

［９］前記軟磁性粉末のレーザー回折式粒度分布測定装置により測定した体積基準の累積５０％粒子径（Ｄ_５０）が０．５〜１０．０μｍである、［１］〜［８］のいずれかに記載のリン酸表面処理軟磁性粉末の製造方法。

［１０］Ｆｅを含むコア粒子と、該コア粒子の表面を被覆する、リン酸及び／又はその塩からなるリン酸表面処理層とを有するリン酸表面処理軟磁性粉末であって、リンの含有量が１５０〜１２００ｐｐｍであり、前記リン酸表面処理軟磁性粉末の、ＢＥＴ１点法により測定したＢＥＴ比表面積（ＢＥＴ）とレーザー回折式粒度分布測定装置により測定した体積基準の累積５０％粒子径（Ｄ_５０）との積を酸素含有量（Ｏ）で除した値（ＢＥＴ×Ｄ_５０／Ｏ）が、４．５０（μｍ・ｍ^２／ｇ・質量％）以下である、リン酸表面処理軟磁性粉末。

［１１］前記コア粒子がＦｅを８２質量％以上含む、［１０］に記載のリン酸表面処理軟磁性粉末。

［１２］前記コア粒子が、Ｓｉを０．２〜８．０質量％、Ｃｒを０．０５〜８．０質量％含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる、［１０］又は［１１］に記載のリン酸表面処理軟磁性粉末。

［１３］前記リン酸の塩が、リン酸のアルカリ金属塩、リン酸のアルカリ土類金属塩及びリン酸の鉄塩からなる群より選ばれる少なくとも一種である、［１０］〜［１２］のいずれかに記載のリン酸表面処理軟磁性粉末。

［１４］レーザー回折式粒度分布測定装置により測定した体積基準の累積５０％粒子径（Ｄ_５０）が０．５〜１０．０μｍである、［１０］〜［１３］のいずれかに記載のリン酸表面処理軟磁性粉末。

［１５］前記リン酸表面処理軟磁性粉末の下記圧粉抵抗試験により求められる体積抵抗率が２０００Ω・ｃｍ以上である、［１０］〜［１４］のいずれかに記載のリン酸表面処理軟磁性粉末。
圧粉抵抗試験：内径２０ｍｍの円筒形状の容器内に６ｇのリン酸表面処理軟磁性粉末を充填して軟磁性粉末層を形成し、この軟磁性粉末層の上面に２０ｋＮの荷重を加えて圧粉して圧粉体とし、圧粉された状態の圧粉体の厚さと抵抗を測定し、これら及び前記容器の内径から圧粉体の体積抵抗率を求める。

［１６］［１０］〜［１５］のいずれかに記載のリン酸表面処理軟磁性粉末とバインダとを含む、軟磁性材料。

［１７］［１６］に記載の軟磁性材料を所定の形状に成型し、得られた成型物を加熱して圧粉磁心を得る、圧粉磁心の製造方法。

本発明によれば、微粒の軟磁性粉末であっても十分に絶縁抵抗を高めることができる、リン酸表面処理の方法及びその関連技術が提供される。

以下、本発明の一実施形態にかかるリン酸表面処理軟磁性粉末の製造方法、リン酸表面処理軟磁性粉末、軟磁性材料及び圧粉磁心の製造方法について説明する。

＜リン酸表面処理軟磁性粉末の製造方法＞
本実施形態のリン酸表面処理軟磁性粉末の製造方法は、Ｆｅ（鉄）を含む軟磁性粉末と、リン酸及び／又はその塩並びに有機溶媒を含む表面処理液とを混合することで、前記軟磁性粉末を表面処理する、表面処理工程を有している。

（軟磁性粉末）
前記軟磁性粉末は鉄粉であってもよいし、Ｆｅと他の金属元素との合金粉末であってもよい。合金粉末は、Ｆｅ以外の金属元素（１種であっても２種以上であってもよい）と、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる。この合金粉末におけるＦｅの含有量は、製造されるリン酸表面処理軟磁性粉末の機械特性や飽和磁化などの磁気特性の観点からは、８２質量％以上であることが好ましく（通常９９．７質量％以下である）、８５〜９９．２質量％であることがより好ましい。また、透磁率などの他の磁気特性に着目する場合、Ｆｅの含有量は８２質量％未満であってもよい。合金粉末のＦｅ以外の金属元素の具体例としては、Ｓｉ（ケイ素）、Ｃｒ（クロム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｏ（コバルト）、Ｂ（ホウ素）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃ（炭素）が挙げられる。

合金粉末の具体例としては、以下が挙げられる。
（１）Ｓｉ（ケイ素）を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる合金粉末：Ｓｉによりリン酸表面処理軟磁性粉末の透磁率を高めることができる。Ｓｉの含有量は、Ｆｅによる磁気特性や機械的特性を損なうことなく、透磁率を向上させる観点から０．２〜８．０質量％であることが好ましく、０．２〜７．０質量％であることがより好ましい。
（２）Ｓｉ（ケイ素）及びＣｒ（クロム）を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる合金粉末：Ｓｉは（１）の場合と同様、リン酸表面処理軟磁性粉末の透磁率を高めることができ、Ｃｒは粉末の酸素含有量を低減して透磁率を高めることができる。Ｓｉの含有量は、０．２〜８．０質量％であることが好ましく、０．２〜７．０質量％であることがより好ましい。Ｃｒの含有量は、酸素含有量と、粉末が硬くなって充填性が悪化して透磁率が低くなることを防止する観点から、０．０５〜８．０質量％であることが好ましく、０．０７〜７．０質量％であることがより好ましい。
（３）Ｎｉ（ニッケル）を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる軟磁性粉末：Ｎｉによりリン酸表面処理軟磁性粉末の透磁率を高めることができる。Ｎｉの含有量は、透磁率を向上させる観点から４５〜８５質量％であることが好ましい。

軟磁性粉末は、以上説明した元素以外に、その製造原料や製造工程に使用される装置・物質の影響などで微量（１０００ｐｐｍ以下）の不可避不純物を含むが、その例としては、Ｈ（水素）、Ｎａ（ナトリウム）、Ｋ（カリウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃｏ（コバルト）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｃ（炭素）、Ｎ（窒素）、Ｏ（酸素）、Ｐ（リン）、Ｃｌ（塩素）、Ｍｎ（マンガン）、Ｃｕ（銅）、Ｓ（硫黄）、Ａｓ（砒素）、Ｂ（硼素）、Ｓｎ（スズ）、Ｔｉ（チタン）、Ｖ（バナジウム）、Ａｌ（アルミニウム）が挙げられる。なお前記不可避不純物は、所与の目的を達成するために１０００ｐｐｍ以下程度のレベル、好ましくは５０〜８００ｐｐｍの量で軟磁性粉末中に含有させられる微量添加元素を包含するものとする。

以上説明した軟磁性粉末のレーザー回折式粒度分布測定装置により測定した体積基準の累積５０％粒子径（Ｄ_５０）は、リン酸表面処理軟磁性粉末の渦電流損失を低減する観点から０．５〜１０．０μｍであることが好ましく、１．０〜５．０μｍであることがより好ましい。

軟磁性粉末の酸素含有量は、リン酸表面処理軟磁性粉末の透磁率の観点から１．５０質量％以下であることが好ましい（酸素含有量は通常０．０２質量％以上である）。同様な観点から、酸素含有量は０．１〜１．０質量％であることがより好ましい。

軟磁性粉末の炭素含有量は、リン酸表面処理軟磁性粉末の磁気特性への悪影響を抑制する観点から、好ましくは０．００１〜０．３０質量％であり、より好ましくは０．００３〜０．０５質量％である。

軟磁性粉末のＢＥＴ１点法により測定した比表面積（ＢＥＴ比表面積）は、リン酸表面処理軟磁性粉末の粒子表面への酸化物の発生を抑制して良好な透磁率を発揮する観点から、好ましくは０．１５〜２．００ｍ^２／ｇであり、より好ましくは０．２０〜１．５０ｍ^２／ｇである。

軟磁性粉末のタップ密度は、リン酸表面処理軟磁性粉末の充填密度を高めて良好な透磁率を発揮する観点から、好ましくは２．０〜５．５ｇ／ｃｍ^３であり、より好ましくは３．０〜４．８ｇ／ｃｍ^３である。

また、軟磁性粉末の粒子形状は、特に限定されず、球状や略球状であってもよく、粒状や薄片状（フレーク状）、あるいは歪な形状（不定形）であってもよい。

以上説明した軟磁性粉末は従来公知の方法、例えばアトマイズ法やカルボニル法、湿式法により製造することができる。

（リン酸による表面処理）
本実施形態のリン酸表面処理軟磁性粉末の製造方法では、上記軟磁性粉末の粒子をコア粒子として、これにリン酸及び／又はその塩で表面処理を行う。具体的には、軟磁性粉末と、リン酸及び／又はその塩並びに有機溶媒を含む表面処理液とを混合することで表面処理を行う。リン酸とその塩は、１種単独で使用しても、２種以上を組み合わせて使用してもよい。

本発明で使用するリン酸は、化学式Ｈ_３ＰＯ_４で表される、いわゆるオルトリン酸である。またリン酸の塩としては、リン酸のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩及び鉄塩（リン酸第一鉄及びリン酸第二鉄）が挙げられる。アルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩の具体例としては、ナトリウム塩、カリウム塩、マグネシウム塩、カルシウム塩が挙げられる。
上記有機溶媒としては特に限定されないが、軟磁性粉末を良好に表面処理する観点から、アルコール溶媒、ケトン溶媒、エステル溶媒、エーテル溶媒及び炭化水素溶媒が好ましい。これらは単独溶媒として使用しても、混合溶媒として使用してもよい。また良好な表面処理の観点から、これらの中でもアルコール溶媒が特に好ましい。

前記アルコール溶媒の具体例としては、エタノール、ｎ−プロパノール、ｉ−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｉ−ブタノール及びｔ−ブタノールが挙げられる。前記ケトン溶媒の例としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンが挙げられる。前記エステル溶媒としては、酢酸エチルが挙げられる。前記エーテル溶媒としては、ジエチルエーテルが挙げられる。前記炭化水素溶媒としては、シクロヘキサン、パラフィン、イソパラフィン、ベンゼン、トルエン、キシレンが挙げられる。これらは１種単独で使用しても、２種以上を組み合わせて使用してもよい。これらの中でも、軟磁性粉末をリン酸及び／又はその塩で良好に表面処理する観点から、エタノール、ｎ−プロパノール及びｉ−プロパノールが特に好ましい。

本発明で使用する表面処理液は、このような有機溶媒にリン酸及び／又はその塩を溶解させた溶液あるいは分散させた分散液である。溶液となるか分散液となるかはリン酸及び／又はその塩と有機溶媒の組合せによる。溶液とは液体の均一な混合物である。分散液とは、リン酸及び／又はその塩が有機溶媒中に数ｎｍ〜数μｍ程度の粒子又は液滴として浮遊懸濁したものであり、これを静置してもリン酸及び／又はその塩と有機溶媒とで沈殿ないし層分離が起こらない。なお、溶液の方がリン酸及び／又はその塩が表面処理液中に均一に存在して、これを使用して均一な表面処理ができることから、表面処理液としては溶液状のものが好ましい。
この表面処理液を使用した表面処理において、リン酸及び／又はその塩の使用量（リン酸とそのナトリウム塩など、複数種類を使用する場合はそれらの合計量）は、絶縁抵抗を高め磁気特性（透磁率など）の低下を防ぐ観点から、軟磁性粉末１００質量部に対して好ましくは０．０１〜１．０質量部であり、より好ましくは０．０２〜０．５質量部である。

また、表面処理液におけるリン酸及び／又はその塩の濃度（複数種類を使用する場合は、各々の濃度の合計値）は、好ましくは２〜３０質量％であり、より好ましくは３〜２０質量％である。この場合、軟磁性粉末１００質量部に対する表面処理液の使用量が０．５〜５．０質量部程度となり、表面処理を実施した後に乾燥を実施しなくともよく、製造工程の短縮化の点でメリットがある。

本実施形態のリン酸表面処理軟磁性粉末の製造方法における表面処理工程では、以上説明した表面処理液と軟磁性粉末とを混合する。混合の方法は特に限定されないが、前記の通り表面処理液の量を軟磁性粉末に対して少量とすることが好ましく、この場合に表面処理が好適に行えることから、コーヒーミル、ブレンダー、サンプルミル、ボールミル、ヘンシェルミキサーなどの解砕機に軟磁性粉末と表面処理液を投入し、これらの混合を実施することが好ましい。

表面処理液と軟磁性粉末との混合の際の温度は特に制限されないが、室温（１〜３０℃程度）で行うことができる。また混合の時間は、混合を行う装置に従い、軟磁性粉末をリン酸及び／又はその塩で十分に表面被覆できる範囲で適宜調整すればよい。一例として、コーヒーミルのようなステムの回転により解砕を実施する構造の解砕機により混合を実施する場合、周速３０〜８０ｍ／ｓの速度で、前記周速（ｍ／ｓ）と解砕時間（秒）との積が、１０００〜１００００ｍとなる条件で解砕することができる。なお周速は、「円周率×ステム直径（ｍｍ）×回転数（ｒｐｍ）÷６００００」で計算することができる。また解砕時間とは、ステムを回転させて解砕を実行している時間である。

（その他の工程）
本発明のリン酸表面処理軟磁性粉末の製造方法の実施の形態においては、当該粉末について乾燥工程を実施したり、安定化のためアニール工程を実施してもよい。これらの工程における雰囲気としては、窒素などの非酸化性雰囲気、大気雰囲気、真空雰囲気が挙げられる。またアニール工程における加熱温度は、例えば３００〜１３００℃である。
また、リン酸表面処理軟磁性粉末に対して分級を行い、粒度分布を調整してもよい。

＜リン酸表面処理軟磁性粉末＞
次に本発明の一実施形態にかかるリン酸表面処理軟磁性粉末について説明する。前記リン酸表面処理軟磁性粉末は、Ｆｅ（鉄）を含むコア粒子と、該コア粒子の表面を被覆する、リン酸及び／又はその塩からなるリン酸表面処理層とを有する。

前記コア粒子は、本発明の一実施形態にかかるリン酸表面処理軟磁性粉末の製造方法において説明した軟磁性粉末（を構成する粒子）と同様である。すなわち、コア粒子はＦｅ及び不可避不純物からなるＦｅ粒子であってもよいし、Ｆｅと他の金属元素との合金粒子であってもよい。合金粒子は、Ｆｅ以外の金属元素（１種であっても２種以上であってもよい）と、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる。コア粒子が合金粒子の場合、コア粒子におけるＦｅの含有量は、この粉末の機械特性や飽和磁化などの機械特性の観点から、８２質量％以上であることが好ましく（通常９９．７質量％以下である）、８５〜９９．２質量％であることがより好ましい。透磁率などの他の磁気特性に着目する場合、Ｆｅの含有量は８２質量％未満であってもよい。

合金粒子のＦｅ以外の金属元素の具体例としては、Ｓｉ（ケイ素）、Ｃｒ（クロム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｏ（コバルト）、Ｂ（ホウ素）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃ（炭素）が挙げられる。合金粒子の具体例は、リン酸表面処理軟磁性粉末の製造方法の実施の形態において説明した（１）〜（３）と同様である。

不可避不純物の例及び量は、リン酸表面処理軟磁性粉末の製造方法の実施の形態において軟磁性粉末について説明したものと同様である。

本実施形態のリン酸表面処理軟磁性粉末においては、以上説明したコア粒子の表面を、リン酸及び／又はその塩（これらの具体例はリン酸表面処理軟磁性粉末の製造方法の実施の形態において説明したものと同様である）からなるリン酸表面処理層が被覆している。リン酸表面処理層は必ずしもコア粒子表面全体を被覆している必要はなく、下記で説明するリン酸表面処理軟磁性粉末のリンの含有量や、ＢＥＴ×Ｄ_５０／Ｏの要件を満たすように被覆していればよい。

軟磁性粉末の表面にリン酸表面処理層が存在するかどうかは、例えばガスクロマトグラフィー−質量分析法やＸ線光電子分光分析により検出することができる。

本実施形態のリン酸表面処理軟磁性粉末のリンの含有量は１５０〜１２００ｐｐｍである。リンの含有量が１５０ｐｐｍ未満では、リン酸表面処理による絶縁抵抗の上昇の効果が得られない。リン含有量が１２００ｐｐｍより大きいと、透磁率などの磁気特性が低下する恐れがある。これらの観点から、本実施形態のリン酸表面処理軟磁性粉末のリンの含有量は、好ましくは２００〜１０００ｐｐｍであり、より好ましくは２００〜９００ｐｐｍである。

また、本実施形態のリン酸表面処理軟磁性粉末のＢＥＴ１点法により測定したＢＥＴ比表面積（ＢＥＴ）とレーザー回折式粒度分布測定装置により測定した体積基準の累積５０％粒子径（Ｄ_５０）との積を酸素含有量（Ｏ）で除した値（ＢＥＴ×Ｄ_５０／Ｏ）は、４．５０（μｍ・ｍ^２／ｇ・質量％）以下と小さい。この粉末におけるコア粒子はＦｅを含んでいるため、一般的に酸化されやすく、一定量の酸素を含有している。この酸素はコア粒子表面にも存在しており酸化物として凹凸を形成する。このような場合、粉末の比表面積は大きくなるが、本実施形態のリン酸表面処理軟磁性粉末においてはリン酸による均一な表面処理がなされており、ＢＥＴ１点法に使用される窒素ガス等の不活性ガスが吸着しにくくなっているか、酸化物による凹凸が平滑化されていると考えられ、酸素含有量に対する比表面積の比が小さくなっている。なお、比表面積は粉末の粒子径が大きくなると小さくなるので、比表面積の粒子径による変動を除くため、本発明においてはＢＥＴ比表面積に粒子径を乗じた値を酸素含有量で割るものとし、ＢＥＴ×Ｄ_５０／Ｏというパラメータを採用した。
リン酸表面処理層が均一で高い絶縁抵抗を達成する観点から、ＢＥＴ×Ｄ_５０／Ｏは好ましくは２．００〜４．４０（μｍ・ｍ^２／ｇ・質量％）であり、より好ましくは３．００〜４．３０（μｍ・ｍ^２／ｇ・質量％）である。

本実施形態のリン酸表面処理軟磁性粉末のレーザー回折式粒度分布測定装置により測定した体積基準の累積５０％粒子径（Ｄ_５０）は、微粒粉として渦電流損失を低減する観点から０．５〜１０．０μｍであることが好ましく、１．０〜５．０μｍであることがより好ましい。

本実施形態のリン酸表面処理軟磁性粉末のＢＥＴ１点法により測定した比表面積（ＢＥＴ比表面積）は、粉末の粒子表面への酸化物の発生を抑制して良好な透磁率を発揮する観点から、好ましくは０．１５〜２．００ｍ^２／ｇであり、より好ましくは０．２０〜１．５０ｍ^２／ｇである。

本実施形態のリン酸表面処理軟磁性粉末の酸素含有量は、透磁率の観点から１．８０質量％以下であることが好ましい（酸素含有量は通常０．０５質量％以上である）。同様な観点から、酸素含有量は０．１５〜１．３０質量％であることがより好ましい。

本実施形態のリン酸表面処理軟磁性粉末の炭素含有量は、磁気特性への悪影響を抑制する観点から、好ましくは０．００１〜０．３０質量％であり、より好ましくは０．００３〜０．０５質量％である。

本実施形態のリン酸表面処理軟磁性粉末のタップ密度は、粉末の充填密度を高めて良好な透磁率を発揮する観点から、好ましくは２．０〜５．５ｇ／ｃｍ^３であり、より好ましくは３．０〜４．８ｇ／ｃｍ^３である。

また、本実施形態のリン酸表面処理軟磁性粉末の形状は、特に限定されず、球状や略球状であってもよく、粒状や薄片状（フレーク状）、あるいは歪な形状（不定形）であってもよい。

本実施形態のリン酸表面処理軟磁性粉末は絶縁抵抗に優れており、具体的には、この粉末の下記圧粉抵抗試験により求められる体積抵抗率は、好ましくは２０００Ω・ｃｍ以上であり、より好ましくは２５００〜２００００Ω・ｃｍである。
圧粉抵抗試験：内径２０ｍｍの円筒形状の容器内に６ｇのリン酸表面処理軟磁性粉末を充填して軟磁性粉末層を形成し、この軟磁性粉末層の上面に２０ｋＮの荷重を加えて圧粉して圧粉体とし、圧粉された状態（２０ｋＮの荷重が加えられたまま）の圧粉体の厚さと抵抗を測定し、これら及び前記容器の内径から圧粉体の体積抵抗率を求める。圧粉抵抗試験の詳細については、後述の実施例にて説明する。

また、本実施形態のリン酸表面処理軟磁性粉末の、実施例で後述する磁気特性の測定方法により求められる保磁力Ｈｃ及び飽和磁化σｓは、その組成により変わるが、例を挙げると以下の通りである。

（イ）コア粒子がＳｉ（ケイ素）を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる合金コア粒子（上記（１）の合金粉末と同様な合金粒子）の場合、及び、Ｓｉ（ケイ素）及びＣｒ（クロム）を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる合金コア粒子（上記（２）の合金粉末と同様な合金粒子）の場合：保磁力Ｈｃは好ましくは１２〜３０Ｏｅであり、飽和磁化σｓは好ましくは１７０〜２１８ｅｍｕ／ｇである。
（ロ）コア粒子がＮｉ（ニッケル）を含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる合金コア粒子（上記（３）の合金粉末と同様な合金粒子）の場合： 保磁力Ｈｃは好ましくは１２〜３０Ｏｅであり、飽和磁化σｓは好ましくは１２０〜１７０ｅｍｕ／ｇである。

以上説明した本実施形態のリン酸表面処理軟磁性粉末は、例えば本発明の実施の形態のリン酸表面処理軟磁性粉末の製造方法の実施の形態により製造することができる。

＜軟磁性材料＞
本実施形態のリン酸表面処理軟磁性粉末は絶縁抵抗に優れ渦電流損失が低減されているため、（特に高周波領域で使用される）軟磁性材料に好適に適用することができる。例えば前記軟磁性粉末をバインダ（絶縁樹脂及び／又は無機バインダ）と混合し、造粒することで、粒状の複合体粉末（軟磁性材料）を得ることができる。軟磁性材料におけるリン酸表面処理軟磁性粉末の含有量は、良好な透磁率を達成する観点から、８０〜９９．９質量％であることが好ましい。同様な観点から、前記バインダの前記軟磁性材料における含有量は、０．１〜２０質量％であることが好ましい。

前記絶縁樹脂の具体例としては、（メタ）アクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂が挙げられる。前記無機バインダの具体例としては、シリカバインダー、アルミナバインダーが挙げられる。さらに、前記軟磁性材料は必要に応じてワックス、滑剤などのその他の成分を含んでもよい。

＜圧粉磁心＞
本実施形態の軟磁性材料を所定の形状に成型して加熱することで、圧粉磁心を製造することができる。より具体的には、本実施形態の軟磁性材料を所定形状の金型に入れて成型し、得られた成型物を加圧し加熱することで圧粉磁心を得る。当該圧粉磁心においては渦電流損失が十分低減されているため、この圧粉磁心を有する磁性部品を、高周波領域で動作するインダクタなどの電子機器に取り付けることができる。

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

［実施例１］
＜鉄合金粉末１の製造＞
タンディッシュ炉中で、純鉄（純度：９９．８質量％以上）１４ｋｇとシリコンメタル（純度：９９質量％以上）１．０１ｋｇとリン鉄（リン割合：２６質量％、残部鉄）２８ｇとを窒素雰囲気下において１７００℃に加熱して溶解した溶湯を、窒素雰囲気下（酸素濃度３００ｐｐｍ以下）においてタンディッシュ炉の底部から落下させながら、水圧１５０ＭＰａ、水量１６０Ｌ／分で高圧水（ｐＨ１２．０、電位１０７ｍＶ（標準電極電位））を吹き付けて急冷凝固させ、得られたスラリーを固液分離し、分離された固形物を真空雰囲気下、４０℃で４０時間乾燥した。なお、高圧水のｐＨ測定時の標準物質は以下の通りである。
ｐＨ４．０１（２５℃）：フタル酸塩ｐＨ標準液
ｐＨ６．８６（２５℃）：中性りん酸塩ｐＨ標準液
ｐＨ９．１８（２５℃）：ほう酸塩ｐＨ標準液

得られた乾燥粉末を解砕し、風力分級して、本実施例及び以下の比較例のリン酸表面処理の元粉である、略球状の鉄合金粉末１を得た。この鉄合金粉末１のＦｅ、Ｓｉ及びＰの組成を求めたところ、Ｆｅの含有量は９４．１質量％、Ｓｉの含有量は６．２質量％、Ｐの含有量は０．０５質量％（５００ｐｐｍ）であった。なお、これらの定量は以下のようにして行った。
Ｆｅは、滴定法により、ＪＩＳ Ｍ８２６３（クロム鉱石−鉄定量方法）に準拠して、以下のように分析を行った。まず、試料（鉄合金粉末１）０．１ｇに硫酸と塩酸を加えて加熱分解し、硫酸の白煙が発生するまで加熱した。放冷後、水と塩酸を加えて加温して可溶性塩類を溶解させた。そして、得られた試料溶液に温水を加えて液量を１２０〜１３０ｍＬ程度にし、液温を９０〜９５℃程度にしてからインジゴカルミン溶液を数滴加え、塩化チタン（ＩＩＩ）溶液を試料溶液の色が黄緑から青、次いで無色透明になるまで加えた。引き続き試料溶液が青色の状態を５秒間保持するまで二クロム酸カリウム溶液を加えた。この試料溶液中の鉄（ＩＩ）を、自動滴定装置を用いて二クロム酸カリウム標準溶液で滴定し、Ｆｅ量を求めた。
Ｓｉは、重量法により、以下のように分析を行った。まず、試料（鉄合金粉末１）に塩酸と過塩素酸を加えて加熱分解し、過塩素酸の白煙が発生するまで加熱した。引き続き加熱して乾固させた。放冷後、水と塩酸を加えて加温して可溶性塩類を溶解させた。続いて、不溶解残渣を、ろ紙を用いてろ過し、残渣をろ紙ごとるつぼに移し、乾燥、灰化させた。放冷後、るつぼごと秤量した。少量の硫酸とフッ化水素酸を加え、加熱して乾固させた後、強熱した。放冷後、るつぼごと秤量した。そして、１回目の秤量値から２回目の秤量値を差し引き、重量差をＳｉＯ_２として計算してＳｉ量を求めた。
Ｐは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分光分析装置（株式会社日立ハイテクサイエンス製のＳＰＳ３５２０Ｖ）によって分析した。
このように各元素の定量方法が異なるため、定量された各元素の含有量の合計が１００質量％を超える場合もある。

＜リン酸による表面処理＞
リン酸１ｇとソルミックスＡＰ−７（日本アルコール販売株式会社製のアルコール溶媒）９ｇを混合し、リン酸濃度１０質量％のリン酸溶液を作製した。なお、ソルミックスＡＰ−７は、規格がエタノール含有量８５．５±１．０質量％、イソプロピルアルコール（ｉ−プロパノール、ＩＰＡ）含有量５．０質量％未満、ノルマルプロピルアルコール（ｎ−プロピルアルコール、ＮＰＡ）含有量９．６±０．５質量％、水含有量０．２質量％以下の、アルコールの混合溶媒である。

次に、上記で得られた鉄合金粉末１ ８０ｇに対して前記リン酸溶液を０．８９３ｇ添加し、これらをコーヒーミル（ステム直径：６０ｍｍ）に入れ、室温にて、回転数約１４０００ｒｐｍ（周速：約４４ｍ／ｓ）で２０秒間の混合を２回行うことによって（周速（４４ｍ／ｓ）と混合時間（４０秒）との積は１７６０ｍ）、リン酸で表面処理された鉄合金粉末を得た。この合金粉末の形状は略球状であった。

得られたリン酸表面処理鉄合金粉末と、表面処理の元粉である鉄合金粉末１について、ＢＥＴ比表面積（ＢＥＴ）、酸素含有量（Ｏ）、リン含有量（Ｐ）、炭素含有量（Ｃ）、タップ密度（ＴＡＰ）、粒度分布、圧粉抵抗、磁気特性を測定した。結果は後記表１及び２に示した。

ＢＥＴ比表面積は、ＢＥＴ比表面積測定器（ユアサアイオニクス株式会社製の４ソーブＵＳ）を使用して、測定器内に１０５℃で２０分間窒素ガスを流して脱気した後、窒素とヘリウムの混合ガス（Ｎ_２：３０体積％、Ｈｅ：７０体積％）を流しながら、ＢＥＴ１点法により測定した。

酸素含有量は、酸素・窒素・水素分析装置（株式会社堀場製作所製のＥＭＧＡ−９２０）により測定した。

リン含有量は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分光分析装置（株式会社日立ハイテクサイエンス製のＳＰＳ３５２０Ｖ）によって分析した。

炭素含有量は、炭素・硫黄分析装置（株式会社堀場製作所製のＥＭＩＡ−２２０Ｖ）により測定した。

タップ密度（ＴＡＰ）は、特開２００７−２６３８６０号公報に記載された方法と同様に、鉄合金粉末１又はリン酸表面処理鉄合金粉末（以下これらをまとめて「鉄合金粉末」という）を内径６ｍｍ×高さ１１．９ｍｍの有底円筒形のダイに容積の８０％まで充填して鉄合金粉末層を形成し、この鉄合金粉末層の上面に０．１６０Ｎ／ｍ^２の圧力を均一に加え、この圧力で鉄合金粉末がこれ以上密に充填されなくなるまで前記鉄合金粉末層を圧縮した後、鉄合金粉末層の高さを測定し、この鉄合金粉末層の高さの測定値と、充填された鉄合金粉末の重量とから、鉄合金粉末の密度を求め、これを鉄合金粉末のタップ密度とした。

粒度分布は、レーザー回折式粒度分布測定装置（ＳＹＭＰＡＴＥＣ社製のへロス粒度分布測定装置（ＨＥＬＯＳ＆ＲＯＤＯＳ（気流式の乾燥モジュール）））により分散圧５ｂａｒで測定した。

圧粉抵抗は、抵抗率計（株式会社三菱ケミカルアナリテック社製の粉体抵抗測定システム ＭＣＰ−ＰＤ５１型）を使用して測定した。具体的には、内径２０ｍｍの円筒状の測定容器内に６ｇの鉄合金粉末を充填して鉄合金粉末層を形成した後、この鉄合金粉末層の上面に２０ｋＮの荷重を加えて圧粉して圧粉体とし、圧粉された状態（２０ｋＮの荷重が加えられたまま）の圧粉体の厚さと抵抗を測定し、これら及び前記測定容器の内径から圧粉体の体積抵抗率を算出した。また、鉄合金粉末の重量（６ｇ）と圧粉体の厚さから、圧粉体の見掛密度も求めた。

［磁気特性（飽和磁化及び保磁力）の測定］
高感度型振動試料型磁力計（東英工業株式会社製：ＶＳＭ−Ｐ７−１５型）を用い、印加磁界（１０ｋＯｅ）、Ｍ測定レンジ（５０ｅｍｕ）、ステップビット１００ｂｉｔ、時定数０．０３ｓｅｃ、ウエイトタイム０．１ｓｅｃで鉄合金粉末の磁気特性を測定した。Ｂ−Ｈ曲線により、飽和磁化σｓ及び保磁力Ｈｃを求めた。なお、処理定数はメーカー指定に従った。具体的には下記の通りである。

交点検出：最小二乗法 Ｍ平均点数 ０ Ｈ平均点数 ０
Ｍｓ Ｗｉｄｔｈ：８ Ｍｒ Ｗｉｄｔｈ：８ Ｈｃ Ｗｉｄｔｈ：８ ＳＦＤ Ｗｉｄｔｈ：８ Ｓ．Ｓｔａｒ Ｗｉｄｔｈ：８
サンプリング時間（秒）：９０
２点補正 Ｐ１（Ｏｅ）：１０００
２点補正 Ｐ２（Ｏｅ）：４５００

［比較例１］
純水７９６ｇに苛性ソーダ０．３２ｇを添加し、４０℃に温度調整しながら撹拌して苛性ソーダ水溶液を作製した。アルカリ性としたのは、鉄合金粉末１の酸化を防止するためである。苛性ソーダ水溶液に鉄合金粉末１ ３０ｇを添加して水溶液中に分散させた後、その水溶液にリン酸０．１０ｇを添加し、６０分間撹拌し、混合した。その後、得られたスラリーを濾過し、得られた残渣を真空雰囲気下で４０℃で１０時間乾燥させて、リン酸で表面処理された比較例１の鉄合金粉末を得た。この合金粉末の形状は略球状だった。
このリン酸表面処理鉄合金粉末について、実施例１と同様に、ＢＥＴ比表面積（ＢＥＴ）、酸素含有量（Ｏ）、リン含有量（Ｐ）、炭素含有量（Ｃ）、タップ密度（ＴＡＰ）、粒度分布、圧粉抵抗、磁気特性を測定した。結果は後記表１及び２に示した通りである。

［実施例２］
＜鉄合金粉末２の製造＞
タンディッシュ炉中で、純鉄（純度：９９．８質量％以上）１３．４４ｋｇとシリコンメタル（純度：９９質量％以上）０．５５２ｋｇとフェロクロム（クロム割合：６７質量％、残部鉄）１．００６ｋｇとを窒素雰囲気下（酸素濃度３００ｐｐｍ以下）において１７００℃に加熱して溶解した以外は＜鉄合金粉末１の製造＞と同様にして、本実施例のリン酸表面処理の元粉である、略球状の鉄合金粉末２を製造した。

この鉄合金粉末２のＦｅ、Ｓｉ及びＣｒの組成を求めたところ、Ｆｅの含有量は９１．６質量％、Ｓｉの含有量は３．６質量％、Ｃｒの含有量は４．６質量％であった。なお、Ｆｅ及びＳｉの量は実施例１における鉄合金粉末１の場合と同様な方法で測定し、Ｃｒの量は誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分光分析装置（株式会社日立ハイテクサイエンス製のＳＰＳ３５２０Ｖ）によって分析した。

＜リン酸による表面処理＞
リン酸１．０ｇとソルミックスＡＰ−７（日本アルコール販売（株）製のアルコール溶媒）９．０ｇを混合し、リン酸濃度１０質量％のリン酸溶液を作製した。

次に、上記で得られた鉄合金粉末２ ８０ｇに対して前記リン酸溶液を０．８９３ｇ添加し、これらをコーヒーミル（ステム直径：６０ｍｍ）に入れ、回転数約１４０００ｒｐｍ（周速：約４４ｍ／ｓ）で２０秒間の混合を２回行うことによって（周速（４４ｍ／ｓ）と混合時間（４０秒）との積は１７６０ｍ）、リン酸で表面処理された鉄合金粉末を得た。この合金粉末の形状は略球状だった。

得られたリン酸表面処理鉄合金粉末と、表面処理の元粉である鉄合金粉末２について、実施例１の場合と同様にして、ＢＥＴ比表面積（ＢＥＴ）、酸素含有量（Ｏ）、リン含有量（Ｐ）、炭素含有量（Ｃ）、タップ密度（ＴＡＰ）、粒度分布、圧粉抵抗、磁気特性を測定した。

以上の鉄合金粉末１及び２、実施例１及び２並びに比較例１の各種測定結果を下記表１及び２に示す。

鉄合金粉末１（ＦｅＳｉＰの組成）に対して、本発明で規定される方法、すなわちリン酸をアルコールに溶解させたリン酸溶液でリン酸表面処理することで（実施例１）、ＢＥＴ×Ｄ_５０／Ｏが４．５０（μｍ・ｍ^２／ｇ・ｗｔ％）以下のリン酸表面処理鉄合金粉末が得られ、この粉末は圧粉抵抗（体積抵抗率）が４８２３Ω・ｃｍと高かった。

しかし、水中で鉄合金粉末１をリン酸表面処理した場合（比較例１）には、得られたリン酸表面処理鉄合金粉末のＢＥＴ×Ｄ_５０／Ｏは実施例１のものよりも大きく、圧粉抵抗は４５Ω・ｃｍと表面処理前の元粉である鉄合金粉末１よりも小さくなってしまった。このように抵抗の低い軟磁性粉末では、大きな渦電流損失が生じるものと考えられる。なお、鉄合金粉末１、実施例１のリン酸表面処理鉄合金粉末及び比較例１のリン酸表面処理鉄合金粉末では圧粉体の密度がほぼ同じであるので、これらの粉末の充填性はほぼ同様と考えられる。そのため、これらの粉末の圧粉抵抗の違いは、粉末の充填性によるものではなく、ＢＥＴ×Ｄ_５０／Ｏが所定値以下であるかどうか（リン酸表面処理が均一になされているかどうか）によるものと考えられる。

本発明の効果は、ＦｅＳｉＣｒの組成の鉄合金粉末２についても確認された（実施例２）。

Claims (17)

1. Ｆｅを含む軟磁性粉末と、リン酸及び／又はその塩並びに有機溶媒を含む表面処理液とを混合することで、前記軟磁性粉末を表面処理する表面処理工程を有する、リン酸表面処理軟磁性粉末の製造方法。
2. 前記軟磁性粉末がＦｅを８２質量％以上含む、請求項１に記載のリン酸表面処理軟磁性粉末の製造方法。
3. 前記軟磁性粉末が、Ｓｉを０．２〜８．０質量％、Ｃｒを０．０５〜８．０質量％含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる、請求項１又は２に記載のリン酸表面処理軟磁性粉末の製造方法。
4. 前記有機溶媒が、アルコール溶媒、ケトン溶媒、エステル溶媒、エーテル溶媒及び炭化水素溶媒からなる群より選ばれる少なくとも一種である、請求項１〜３のいずれかに記載のリン酸表面処理軟磁性粉末の製造方法。
5. 前記軟磁性粉末１００質量部に対して、前記リン酸及び／又はその塩を０．０１〜１．０質量部使用する、請求項１〜４のいずれかに記載のリン酸表面処理軟磁性粉末の製造方法。
6. 前記リン酸の塩が、リン酸のアルカリ金属塩、リン酸のアルカリ土類金属塩及びリン酸の鉄塩からなる群より選ばれる少なくとも一種である、請求項１〜５のいずれかに記載のリン酸表面処理軟磁性粉末の製造方法。
7. 前記有機溶媒が、エタノール、ｎ−プロパノール、ｉ−プロパノール、ｎ−ブタノール、ｉ−ブタノール及びｔ−ブタノールからなる群より選ばれる少なくとも一種のアルコール溶媒である、請求項１〜６のいずれかに記載のリン酸表面処理軟磁性粉末の製造方法。
8. 前記表面処理液におけるリン酸及び／又はその塩の濃度が２〜３０質量％である、請求項１〜７のいずれかに記載のリン酸表面処理軟磁性粉末の製造方法。
9. 前記軟磁性粉末のレーザー回折式粒度分布測定装置により測定した体積基準の累積５０％粒子径（Ｄ_５０）が０．５〜１０．０μｍである、請求項１〜８のいずれかに記載のリン酸表面処理軟磁性粉末の製造方法。
10. Ｆｅを含むコア粒子と、該コア粒子の表面を被覆する、リン酸及び／又はその塩からなるリン酸表面処理層とを有するリン酸表面処理軟磁性粉末であって、
    リンの含有量が１５０〜１２００ｐｐｍであり、
    前記リン酸表面処理軟磁性粉末の、ＢＥＴ１点法により測定したＢＥＴ比表面積（ＢＥＴ）とレーザー回折式粒度分布測定装置により測定した体積基準の累積５０％粒子径（Ｄ_５０）との積を酸素含有量（Ｏ）で除した値（ＢＥＴ×Ｄ_５０／Ｏ）が、４．５０（μｍ・ｍ^２／ｇ・質量％）以下である、
    リン酸表面処理軟磁性粉末。
11. 前記コア粒子がＦｅを８２質量％以上含む、請求項１０に記載のリン酸表面処理軟磁性粉末。
12. 前記コア粒子が、Ｓｉを０．２〜８．０質量％、Ｃｒを０．０５〜８．０質量％含み、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる、請求項１０又は１１に記載のリン酸表面処理軟磁性粉末。
13. 前記リン酸の塩が、リン酸のアルカリ金属塩、リン酸のアルカリ土類金属塩及びリン酸の鉄塩からなる群より選ばれる少なくとも一種である、請求項１０〜１２のいずれかに記載のリン酸表面処理軟磁性粉末。
14. レーザー回折式粒度分布測定装置により測定した体積基準の累積５０％粒子径（Ｄ_５０）が０．５〜１０．０μｍである、請求項１０〜１３のいずれかに記載のリン酸表面処理軟磁性粉末。
15. 前記リン酸表面処理軟磁性粉末の下記圧粉抵抗試験により求められる体積抵抗率が２０００Ω・ｃｍ以上である、請求項１０〜１４のいずれかに記載のリン酸表面処理軟磁性粉末。
    圧粉抵抗試験：内径２０ｍｍの円筒形状の容器内に６ｇのリン酸表面処理軟磁性粉末を充填して軟磁性粉末層を形成し、この軟磁性粉末層の上面に２０ｋＮの荷重を加えて圧粉して圧粉体とし、圧粉された状態の圧粉体の厚さと抵抗を測定し、これら及び前記容器の内径から圧粉体の体積抵抗率を求める。
16. 請求項１０〜１５のいずれかに記載のリン酸表面処理軟磁性粉末とバインダとを含む、軟磁性材料。
17. 請求項１６に記載の軟磁性材料を所定の形状に成型し、得られた成型物を加熱して圧粉磁心を得る、圧粉磁心の製造方法。