JP2021188131A - 軟磁性粉末、軟磁性粉末の製造方法、軟磁性材料、圧粉磁心及び圧粉磁心の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｆｅ及びＳｉを含む合金で構成される軟磁性粉末であって、透磁率及び耐酸化性に優れる軟磁性粉末、及びそのような軟磁性粉末を製造する方法を提供すること。【解決手段】Ｓｉを０．１〜１５質量％含み、アルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属を１ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ未満含むＦｅ合金で構成される軟磁性粉末。【選択図】なし

Description

本発明は、軟磁性粉末、軟磁性粉末の製造方法、軟磁性材料、圧粉磁心及び圧粉磁心の製造方法に関する。

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、高性能化及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と複合化したうえ圧縮成型することで製造されている。この圧粉磁心に交流磁束を流すと一部のエネルギーが失われ、発熱するので電子機器において問題となる。このような損失はヒステリシス損失と渦電流損失に分けられ、特にヒステリシス損失を低減するためには、透磁率が高い圧粉磁心を提供可能な軟磁性粉末が求められる。以降、透磁率の高い圧粉磁心を形成できる軟磁性粉末を、「透磁率の高い軟磁性粉末」のように表現することがある。

軟磁性粉末としては、高い透磁率を得られることから、Ｓｉを含むＦｅＳｉ合金粉末が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特許文献１では、高透磁率の圧粉磁心を製造可能な軟磁性粉末、この軟磁性粉末を用いて製造された高透磁率の圧粉磁心、及びこの圧粉磁心を備えた高性能の磁性素子を提供することを課題としている。この課題を解決すべく、Ｆｅ、Ｓｉ及びＭｎを含んでおり、Ｆｅが主成分、Ｓｉの含有率が１ｗｔ％以上８ｗｔ％以下、Ｍｎの含有率が０．２ｗｔ％超１ｗｔ％以下という条件を全て満たす軟磁性粉末が特許文献１に記載されている。

また、圧粉磁心が経時劣化しにくいことも重要である。なお経時での酸化量（耐酸化性）を経時劣化の一つの指標とすることができる。（圧粉磁心を構成する）粉末が酸化すると一般的に透磁率等の磁気特性に悪影響するからである。

特開２００８−２５５３８４号公報

本発明は、Ｆｅ及びＳｉを含む合金で構成される軟磁性粉末であって、透磁率及び耐酸化性に優れる軟磁性粉末、及びそのような軟磁性粉末を製造する方法を提供することを課題とする。

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、アルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属を所定量含有する軟磁性粉末が、透磁率及び耐酸化性に優れることを見出し、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。
Ｓｉを０．１〜１５質量％含み、アルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属を１ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ未満含むＦｅ合金で構成される軟磁性粉末。

この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（Ｄ５０）が０．１〜１５μｍであるのが好ましい。

前記軟磁性粉末は、Ｆｅを８４〜９９．７質量％含むのが好ましく、Ｓｉを０．２〜１０質量％含むのが好ましく、アルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属を１０〜８００ｐｐｍ含むのが好ましい。

前記軟磁性粉末が、更にＣｒを含み、前記Ｃｒの含有量が０．１〜８質量％であるのが好ましい。また当該粉末において、Ｆｅ、Ｓｉ及びＣｒの含有量の合計が９７．８質量％以上であるのが好ましい。

前記軟磁性粉末のＭｎの含有量が１０００ｐｐｍ以下であるのが好ましく、より好ましくは８００ｐｐｍ以下であり、更に好ましくは１５〜４００ｐｐｍである。

好ましい一態様として、本発明の軟磁性粉末は、Ｓｉを０．１〜１５質量％含み、Ｎａを１〜９５０ｐｐｍ含むＦｅ合金で構成される軟磁性粉末である。

本発明の軟磁性粉末の製造方法は、Ｆｅ原料及びＳｉ原料を加熱溶融して、Ｆｅ及びＳｉを含み、Ｓｉの含有量が０．１〜１５質量％である溶湯を調製する工程１と、
該溶湯を落下させながら該溶湯に流体を吹き付けて、溶湯を粉砕・凝固させることにより、Ｓｉを含むＦｅ合金で構成される軟磁性粉末を得る工程２と、
該軟磁性粉末にアルカリ金属源及び／又はアルカリ土類金属源を添加して、前記軟磁性粉末がアルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属を１ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ未満含むようにする工程３とを有する。

前記溶湯中のＭｎの含有量が１０００ｐｐｍ以下であるのが好ましい。

前記Ｆｅ原料及びＳｉ原料に加えて更にＣｒ原料を加熱溶融することで、前記溶湯としてＦｅ、Ｓｉ及びＣｒを含む溶湯を調製し、該溶湯中のＣｒの含有量が０．１〜８質量％であるのが好ましい。

前記工程３において、前記軟磁性粉末にアルカリ金属源及び／又はアルカリ土類金属源を添加して、前記軟磁性粉末がアルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属を１０〜８００ｐｐｍ含むようにするのが好ましい。

前記工程２において流体として水を使用し、当該工程において前記軟磁性粉末と水とが混合したスラリーを得て、
前記工程３において、前記スラリーに前記アルカリ金属源及び／又はアルカリ土類金属源を添加するのが好ましい。

前記アルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属源が、特にアルカリ金属であって、水酸化ナトリウムもしくは水酸化カリウムであるのが好ましい。

前記Ｆｅ原料として、Ｍｎの含有量が１００ｐｐｍ以下の電解鉄を使用するのが好ましい。

好ましい一態様において、本発明の軟磁性粉末の製造方法は、Ｆｅ原料及びＳｉ原料を加熱溶融して、Ｆｅ及びＳｉを含み、Ｓｉの含有量が０．１〜１５質量％である溶湯を調製する工程１と、
該溶湯を落下させながら該溶湯に流体を吹き付けて、溶湯を粉砕・凝固させることにより、Ｓｉを含むＦｅ合金で構成される軟磁性粉末を得る工程２と、
該軟磁性粉末にＮａ源を添加して、前記軟磁性粉末がＮａを１〜９５０ｐｐｍ含むようにする工程３とを有する。

本発明の軟磁性材料は、例えば上記の軟磁性粉末とバインダとを含む。本発明の圧粉磁心は、上記の軟磁性粉末を含む。この圧粉磁心は、例えば上記の軟磁性粉末、又は前記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することで、製造することができる。

本発明によれば、Ｆｅ及びＳｉを含む合金で構成される、透磁率及び耐酸化性に優れる軟磁性粉末、及びそのような軟磁性粉末の製造方法が提供される。

以下、本発明の軟磁性粉末及びその製造方法の実施の形態を説明する。

＜軟磁性粉末＞
本発明の軟磁性粉末の実施の形態は、Ｓｉ（ケイ素）を含むＦｅ（鉄）合金で構成される。

（合金組成）
前記軟磁性粉末は、Ｓｉを０．１〜１５質量％の範囲で含み、好ましくは主成分としてＦｅを含む。Ｆｅは軟磁性粉末の磁気特性や機械的特性に寄与する元素である。Ｓｉは軟磁性粉末の透磁率などの磁気特性を高める元素である。Ｆｅについての前記「主成分」とは、軟磁性粉末を構成する元素の中で最も含有量の高いものを示す。軟磁性粉末におけるＦｅの含有量は、磁気特性や機械的特性の観点から、好ましくは８４〜９９．７質量％であり、より好ましくは８８〜９８．２質量％である。軟磁性粉末における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、透磁率などの磁気特性を向上させる観点から上記の範囲とされる。この観点から、Ｓｉの含有量は好ましくは０．２〜１０質量％（好適には０．２質量％以上且つ１０質量％未満）であり、より好ましくは１．２〜８質量％である。また、軟磁性粉末におけるＦｅ及びＳｉの含有量の合計は、不純物の含有による磁気特性の悪化を抑制する観点から、好ましくは９０質量％以上であり、より好ましくは９２質量％以上である（通常９９．８質量％以下である）。

本発明の軟磁性粉末の実施の形態は、粉末の酸素含有量を低くして飽和磁化等の磁気特性を高め、また粉末の耐酸化性を高める観点から、Ｃｒ（クロム）を含むことが好ましい。この軟磁性粉末において、前記の観点から、Ｃｒの含有量は０．１〜８質量％であることが好ましく、０．５〜７質量％であることがより好ましい。

またこの軟磁性粉末におけるＦｅ、Ｓｉ及びＣｒの含有量の合計は、好ましくは９７．８質量％以上である（通常９９．８質量％以下である）。この構成を採用することにより、軟磁性粉末が結晶質となり、そのため非晶質合金粉末よりも軟らかくなり、軟磁性粉末を使用して圧粉磁心を製造する際に、粉末の充填密度が高まり、高い透磁率を実現できる。

本発明の軟磁性粉末の実施の形態は、アルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属を１ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ未満含む。このような微量のアルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属を含むことにより、前記軟磁性粉末は、透磁率に優れるとともに、耐酸化性にも優れる。耐酸化性は、高温高湿下で一定期間粉末を保存する加速試験により評価することができる。

前記アルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属の含有量について、軟磁性粉末が複数種類のアルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属を含む場合（例えばＮａ及びＫを含む場合）は、これらの含有量が合計で１ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ未満ということである。軟磁性粉末中のアルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属の含有量は、軟磁性粉末の耐酸化性の観点から、具体的な範囲としては、好ましくは１〜９５０ｐｐｍであり、より好ましくは１０〜８００ｐｐｍであり、更に好ましくは１５〜５００ｐｐｍであり、特に好ましくは５０〜２００ｐｐｍである。アルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属は、例えば軟磁性粉末を後述する本発明の軟磁性粉末の製造方法の実施の形態により製造した場合は、軟磁性粉末の粒子表面に存在しているものと考えられる。

前記アルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属としては、軟磁性粉末の透磁率及び耐酸化性の観点から、Ｎａ（ナトリウム）及びＫ（カリウム）が好ましく、Ｎａが特に好ましい。

なお、本実施形態の軟磁性粉末は、以上のＦｅ、Ｓｉ、Ｃｒ並びにアルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属以外に、本発明の効果を奏する範囲でその他の元素を含んでもよい。その例としては、Ｐｄ（パラジウム）、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）、Ｎｉ（ニッケル）、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。これらのうち酸素を除いたものの含有量は、合計で好ましくは１質量％以下であり、より好ましくは１０〜５０００ｐｐｍである。なお本実施形態の軟磁性粉末は、例えば後述する本発明の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、このような場合には、以上挙げた各元素の量が少なく、磁気特性等に優れる。

これらのうち、本発明の軟磁性粉末の製造原料であるＦｅ原料やＳｉ原料などの不純物として含まれるＭｎの軟磁性粉末における含有量は、本発明の軟磁性粉末の実施の形態の透磁率や耐酸化性の観点から、少ないことが好ましい。Ｍｎ含有量を０にするには、可能な限りＭｎが低減された製造原料を使用すればよいが、コストの点で非常に困難である。コストと特性（透磁率等）面でのバランスを考慮すれば許容される軟磁性粉末中のＭｎの含有量は１０００ｐｐｍ以下であることが好ましく、より好ましくは８００ｐｐｍ以下であり、更に好ましくは０．１〜８００ｐｐｍであり、更により好ましくは１０〜５００ｐｐｍであり、特に好ましくは１５〜４００ｐｐｍであり、最も好ましくは５０〜３００ｐｐｍである。

本発明の軟磁性粉末の実施の形態において、酸素の含有量は、透磁率の観点から２．０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０．１〜１．５質量％であることがより好ましい。なお、酸素含有量は粉末の粒子径が小さくなるほど大きくなるので、粒子径による酸素含有量の変動を補正すべく、酸素含有量（Ｏ）と、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）との積（Ｏ×Ｄ_５０（質量％・μｍ））を採用することが望ましい。前記積（Ｏ×Ｄ_５０（質量％・μｍ））は、軟磁性粉末の良好な飽和磁化を得る観点から、１２（質量％・μｍ）以下であることが好ましく、０．４０〜８．５０（質量％・μｍ）であることがより好ましい。

（平均粒子径（Ｄ_５０））
本発明の軟磁性粉末の実施の形態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）は特に限定されないが、電子機器の小型化に対応する観点からは、０．１〜１５μｍであることが好ましく、０．５〜１０μｍであることがより好ましい。

（ＢＥＴ比表面積）
本発明の軟磁性粉末の実施の形態の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磁気特性を発揮する観点から、好ましくは０．１５〜３．００ｍ^２／ｇであり、より好ましくは０．２０〜２．５０ｍ^２／ｇである。

（タップ密度）
本発明の軟磁性粉末の実施の形態のタップ密度は、粉末の充填密度を高めて良好な磁気特性を発揮する観点から、好ましくは２．０〜７．５ｇ／ｃｍ^３であり、より好ましくは２．８〜６．５ｇ／ｃｍ^３である。

（形状）
本発明の軟磁性粉末の実施の形態の形状は、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。より好ましくは球形度の高い粉末である。

＜軟磁性粉末の製造方法＞
以上説明した本発明の軟磁性粉末の実施の形態は、本発明の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。この製造方法は、溶湯調製工程１と、アトマイズ工程２と、アルカリ金属源及び／又はアルカリ土類金属源添加工程３とを有する。以下、この製造方法について説明する。

（溶湯調製工程１）
溶湯調製工程では、Ｆｅ原料とＳｉ原料を加熱溶融して溶湯を調製する。この際溶湯中のＳｉの含有量が０．１〜１５質量％になるように、Ｓｉ原料の使用量を調整する。なお溶湯中の各元素の含有量は、その原料の仕込み量（に原料中の各元素の割合や純度をかけたもの）から計算するものとする。

溶湯中のＳｉの含有量は、好ましくは０．２〜１０質量％（好適には０．２質量％以上且つ１０質量％未満）、より好ましくは１．２〜８質量％である。更に、溶湯中のＦｅ及びＳｉの含有量の合計は、好ましくは９０質量％以上であり、より好ましくは９２質量％以上である（通常９９．８質量％以下である）。なおＦｅ原料の例としては純鉄及び電解鉄が挙げられ、Ｓｉ原料としてはシリコンメタルや半導体スクラップが挙げられる。

また上述の通り、軟磁性粉末の透磁率及び耐酸化性の観点から粉末中のＭｎの含有量は好ましくは１０００ｐｐｍ以下、より好ましくは８００ｐｐｍ以下であり、更に好ましくは０．１〜８００ｐｐｍ、更により好ましくは１０〜５００ｐｐｍ、特に好ましくは１５〜４００ｐｐｍ、最も好ましくは５０〜３００ｐｐｍであるが、そのためには、前記溶湯中のＭｎの含有量が好ましくは１０００ｐｐｍ以下、より好ましくは８００ｐｐｍ以下、更に好ましくは０．１〜８００ｐｐｍ、更により好ましくは１０〜５００ｐｐｍ、特に好ましくは１５〜４００ｐｐｍ、最も好ましくは５０〜３００ｐｐｍとなるように、溶湯の調製原料の種類や使用量を調整する。

例えば、Ｆｅ原料としては純度が高く不純物としてのＭｎの含有量が低い電解鉄を使用する。電解鉄のＦｅの含有量は好ましくは９９．９０質量％以上（通常９９．９９９質量％以下）であり、Ｍｎの含有量は１００ｐｐｍ以下、好ましくは５０ｐｐｍ以下、より好ましくは２５ｐｐｍ以下、更に好ましくは１０ｐｐｍ以下、特に好ましくは５ｐｐｍ以下、最も好ましくは３ｐｐｍ以下である（通常０．００１ｐｐｍ以上である）。Ｓｉ原料についても同様にＭｎの含有量の少ないものを使用することが好ましい。また、（Ｍｎの含有量が少なくない）Ｆｅ原料及びＳｉ原料について、精錬技術によりＭｎの含有量を低下させる措置を講じてもよい。

また、軟磁性粉末が更にＣｒを含むように設定する場合、本溶湯調製工程１において、Ｆｅ原料及びＳｉ原料に加えて更にＣｒ原料を加熱溶融する。Ｃｒ原料の例としては、フェロクロムや電解金属クロムが挙げられる。溶湯中のＣｒの含有量は、軟磁性粉末の酸素含有量を低くして飽和磁化等の磁気特性を高め、また粉末の耐酸化性を高める観点から、０．１〜８質量％であることが好ましく、０．５〜７質量％であることがより好ましい。また溶湯中のＦｅ、Ｓｉ及びＣｒの含有量の合計は、好ましくは９７．８質量％以上である（通常９９．８質量％以下である）。更に、Ｍｎの含有量の低い軟磁性粉末を製造しようとする場合は、Ｍｎの含有量の低いＣｒ原料を使用したり、（Ｍｎの含有量が少なくない）Ｃｒ原料に対して精錬技術によりＭｎの含有量を低下させる措置を講じてもよい。

（アトマイズ工程２）
アトマイズ工程２では、溶湯調製工程１で調製した溶湯を落下させながら該溶湯に流体を吹き付けて、溶湯を粉砕・凝固させることにより、Ｓｉを含む（任意に更にＣｒを含む）Ｆｅ合金で構成される軟磁性粉末を得る。前記流体の例としては、ガス、水及びフレームが挙げられる。球形度の高い軟磁性粉末を製造する観点からは、流体としてガスが好ましく、粒子径の小さい軟磁性粉末を収率よく製造する観点からは、流体として水が好ましい。流体として水を使用した場合は、アトマイズ工程２の実施により、軟磁性粉末と水とが混合したスラリーが得られる。

（アルカリ金属源及び／又はアルカリ土類金属源添加工程３）
アルカリ金属源及び／又はアルカリ土類金属源添加工程３では、アトマイズ工程２で得られた軟磁性粉末にアルカリ金属源及び／又はアルカリ土類金属源を添加する。アルカリ金属源及び／又はアルカリ土類金属源の添加量は、透磁率及び耐酸化性の観点や、添加量が多すぎると最終製品における腐食の進行を促進するおそれがあることから、軟磁性粉末中のアルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属の含有量が１ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ未満となる量である。この添加量はアルカリ金属源及び／又はアルカリ土類金属源添加工程３の実施形態に応じて、実験的に求めることができる。

軟磁性粉末の耐酸化性の観点から、アルカリ金属源及び／又はアルカリ土類金属源の添加量は、好ましくは前記軟磁性粉末中のアルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属の含有量が１〜９５０ｐｐｍとなる量であり、より好ましくは１０〜８００ｐｐｍとなる量であり、更に好ましくは１５〜５００ｐｐｍとなる量であり、特に好ましくは５０〜２００ｐｐｍとなる量である。

アルカリ金属源及び／又はアルカリ土類金属源の例としては、水酸化ナトリウムや炭酸水素ナトリウム（Ｎａ源）、水酸化カリウム（Ｋ源）が挙げられる。これらの中でも、アルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属以外の構成元素が不純物として軟磁性粉末中に巻き込まれにくいことから、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムが好ましく、水酸化ナトリウムがより好ましい。

アルカリ金属源及び／又はアルカリ土類金属源の軟磁性粉末への添加方法は特に限定されないが、粉末の構成粒子に均等にアルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属が付着するように、湿式での添加が好ましい。例えば、アトマイズ工程２で流体として水を使用した場合には軟磁性粉末と水とが混合したスラリーが得られるが、これにアルカリ金属源及び／又はアルカリ土類金属源を添加し、スラリーを撹拌する。また例えば、流体としてガスを使用するなどし、アトマイズ工程２で乾燥状態の軟磁性粉末が得られた場合には、アルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属源、水及び粉末を混合・撹拌する。アルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属源を水に溶解して水溶液とし、これと粉末を混合・撹拌してもよい。

（その他の工程（固液分離工程、乾燥工程、解砕工程等））
アトマイズ工程２で流体として水を使用した場合や、アルカリ金属源及び／又はアルカリ土類金属源添加工程３で湿式でアルカリ金属源及び／又はアルカリ土類金属源を添加したなどの場合で、（アルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属を含有する）軟磁性粉末が水と混合したスラリーの形態で得られた場合には、これを固液分離することにより、固形分として軟磁性粉末を回収する。アルカリ金属源及び／又はアルカリ土類金属源添加工程３で乾燥状態で得られた軟磁性粉末や、前記の固液分離で得られた粉末は更に、必要に応じて水洗した後、乾燥させてもよい。

更に軟磁性粉末に対しては、必要に応じて、解砕したり、篩分けや風力分級などの分級を行い、粒子径（粒度分布）を調整してもよい。

また、以上説明した本発明の軟磁性粉末の製造方法の実施の形態により製造された軟磁性粉末に対しては、熱処理を施してもよい。熱処理は、例えば水素雰囲気などの還元性雰囲気又は窒素雰囲気などの不活性雰囲気中で４００〜１１００℃程度の温度で実施される。これにより、軟磁性粉末の酸化を防止しつつ、粉末の残留応力や歪みを取り、磁気特性を向上させることができる。また熱処理は、上記の解砕等の粒子径調整プロセスの前に実施しても後に実施してもよい。

＜軟磁性材料＞
以上説明した本発明の軟磁性粉末の実施の形態は、上述の通り透磁率及び耐酸化性に優れている。

このような特性から、本発明の軟磁性粉末の実施の形態は軟磁性材料に好適に適用することができる。軟磁性粉末それ自体を軟磁性材料として使用することもできるし、バインダと混合した軟磁性材料とすることもできる。後者の場合、例えば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。この軟磁性材料における軟磁性粉末の含有量は、良好な磁気特性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、バインダの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。更に、軟磁性材料（軟磁性粉末単体の場合と、粉末とバインダの混合物の場合の双方）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＞
以上説明した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することで、本発明の軟磁性粉末の実施の形態を含む圧粉磁心を製造することができる。より具体的には、軟磁性材料を所定形状の金型に入れ、加圧し加熱することで圧粉磁心を得る。

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］
タンディッシュ炉中で、電解鉄（純度：約９９．９９質量％。Ｍｎ含有量：１ｐｐｍ）２６．９ｋｇとシリコンメタル（純度：９９質量％以上。Ｍｎ含有量：７７０ｐｐｍ）１．１ｋｇとフェロクロム（Ｆｅ含有量：３１．３質量％。Ｃｒ含有量：６６．８質量％。Ｍｎ含有量：３６００ｐｐｍ）２．０ｋｇとを窒素雰囲気下において１７００℃に加熱溶解した溶湯を、窒素雰囲気下（酸素濃度０．００１ｐｐｍ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（ｐＨ６）を吹き付けて粉砕・凝固させ、軟磁性粉末を含むスラリーを得た。

得られたスラリー（前記軟磁性粉末を３０ｋｇ含有）に対して、軟磁性粉末１００ｋｇに対して３ｋｇの割合で２５質量％ＮａＯＨ水溶液を添加し、撹拌混合した。その後、スラリーを固液分離し、固形物を真空中、４０℃、３０時間の条件で乾燥して、ＦｅＳｉＣｒ合金粉末１を得た。

なお、後述する比較例１で得られたＦｅＳｉＣｒ合金５のアルカリ金属及びアルカリ土類金属の含有量の測定結果と、実施例１及び２で得られたＦｅＳｉＣｒ合金粉末１及び２のアルカリ金属及びアルカリ土類金属の含有量が同じであることから、電解鉄及び実施例２等で使用する純鉄、シリコンメタル及びフェロクロムは、実質的にアルカリ金属及びアルカリ土類金属のいずれも含有していないと考えられる。

このようにして得られた略球状のＦｅＳｉＣｒ合金粉末１について、組成（Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｏ、Ｍｎ並びにアルカリ金属及びアルカリ土類金属の量）、粒度分布、磁気特性及び耐酸化性を求めた。結果は後記の表２に示している。また当該粉末の製造原料及びＮａＯＨ水溶液の添加量について、後記表１にまとめている。

［組成］
ＦｅＳｉＣｒ合金粉末１の組成の測定は、以下の通り行った。
Ｓｉは、重量法により、以下のように分析を行った。まず、試料（ＦｅＳｉＣｒ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。

Ｃｒ、Ｍｎ、アルカリ土類金属の含有量は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分析装置（株式会社日立ハイテクサイエンス製のＳＰＳ３５２０Ｖ）を用いて、定量分析を行うことで求めた。
アルカリ金属の含有量は、原子吸光光度計（日立ハイテクサイエンス、ＺＡ３３００形フレーム専用機）により定量分析を行うことで求めた。

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。

［粒度分布］
粒度分布については、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（気流式の分散モジュール）））を使用して、分散圧５ｂａｒで体積基準の粒度分布を求めた。

［磁気特性（透磁率μ’）の測定］
ＦｅＳｉＣｒ合金粉末１とビスフェノールＦ型エポキシ樹脂（株式会社テスク製；一液性エポキシ樹脂Ｂ−１１０６）を９７：３の質量割合で秤量し、真空撹拌・脱泡ミキサー（ＥＭＥ社製；Ｖ−ｍｉｎｉ３００）を用いてこれらを混練し、供試粉末がエポキシ樹脂中に分散したペーストとした。このペーストをホットプレート上で３０℃、２ｈｒ乾燥させて合金粉末と樹脂の複合体としたのち、粉末状に解粒して、複合体粉末とした。この複合体粉末０．２ｇをトロイダル形状の容器内に入れて、ハンドプレス機により９８００Ｎ（１Ｔｏｎ）の荷重をかけることにより、外径７ｍｍ、内径３ｍｍのトロイダル形状の成型体を得た。この成型体について、ＲＦインピーダンス／マテリアル・アナライザ（アジレント・テクノロジー社製；Ｅ４９９１Ａ）とテストフィクスチャ（アジレント・テクノロジー社製；１６４５４Ａ）を用い、１０ＭＨｚにおける複素比透磁率の実数部μ’を測定した。なお、得られたトロイダル形状の成型体中のＦｅＳｉＣｒ合金粉末１の重量（複合体粉末の重量の９７％）に対して、成型体について計測した体積で割った値を充填密度として求めたところ、充填密度は５．４ｇ／ｃｍ^３だった。

［耐酸化性の評価］
ＦｅＳｉＣｒ合金粉末１（灰色）３０ｇをアルミカップに入れ、８５℃、８５％ＲＨ環境下で３日間保管する試験を行い、変色がない場合を〇、変色があった場合を×として評価した。また、保管試験後のＦｅＳｉＣｒ合金粉末１を乳鉢で解粒して均一に混合した後、ＦｅＳｉＣｒ合金粉末１の酸素含有量を求めることで、保管試験による酸素含有量の増加量を求めた。なお保管試験後の合金粉末の酸素含有量は、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。

［実施例２］
実施例１において電解鉄の代わりに純鉄（純度：約９９．９４質量％、Ｍｎ含有量：２００ｐｐｍ）を使用した以外は、実施例１と同様の方法で、実施例２に係るＦｅＳｉＣｒ合金粉末２を製造した。このＦｅＳｉＣｒ合金粉末２について、実施例１と同様にして評価を行った。結果は後記表２に示している。

［実施例３］
実施例２において、スラリーに添加する２５質量％ＮａＯＨ水溶液の量を、軟磁性粉末１００ｋｇに対する割合で２４０ｇに変更した以外は、実施例２と同様の方法で、ＦｅＳｉＣｒ合金粉末３を製造した。このＦｅＳｉＣｒ合金粉末３について、実施例１と同様にして評価を行った。結果は後記表２に示している。

［実施例４］
実施例２において、スラリーに添加する２５質量％ＮａＯＨ水溶液の量を、軟磁性粉末１００ｋｇに対する割合で３６ｋｇに変更した以外は、実施例２と同様の方法で、ＦｅＳｉＣｒ合金粉末４を製造した。このＦｅＳｉＣｒ合金粉末４について、実施例１と同様にして評価を行った。結果は後記表２に示している。

［比較例１］
実施例２において、スラリーに２５質量％ＮａＯＨ水溶液を添加しなかったこと以外は、実施例２と同様の方法で、ＦｅＳｉＣｒ合金粉末５を製造した。このＦｅＳｉＣｒ合金粉末５について、実施例１と同様にして評価を行った。結果は後記表２に示している。なお耐酸化性の評価において、ＦｅＳｉＣｒ合金粉末５は灰色から赤褐色に変色した。

［比較例２］
実施例２において、スラリーに添加する２５質量％ＮａＯＨ水溶液の量を、軟磁性粉末１００ｋｇに対する割合で９０ｋｇに変更した以外は、実施例２と同様の方法で、ＦｅＳｉＣｒ合金粉末６を製造した。このＦｅＳｉＣｒ合金粉末６について、実施例１と同様にして評価を行った。結果は後記表２に示している。なお耐酸化性の評価において、ＦｅＳｉＣｒ合金粉末６は灰色から赤褐色に変色した。

以上の実施例１〜４並びに比較例１及び２について、原料種類及び仕込み量並びにＮａＯＨ水溶液の添加量を下記表１に示し、製造されたＦｅＳｉＣｒ合金粉末の組成、粒度分布、磁気特性及び耐酸化性を下記表２に示す。なお表２において、例えば「アルカリ金属・アルカリ土類金属」の列において実施例１が「Ｎａ：９０」とあるのは、Ｎａが９０ｐｐｍ検出され、その他のアルカリ金属・アルカリ土類金属は検出されなかった、という意味である。以降の実施例・比較例についても同様であり、比較例１の「−」とは、いずれのアルカリ金属・アルカリ土類金属も検出されなかった、ということである。

アルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属（Ｎａ）を所定量含む実施例１〜４のＦｅＳｉＣｒ合金粉末１〜４は、１５．５以上の優れた透磁率を示すとともに、耐酸化性を評価する保管試験において変色せず、また酸素含有量の増加量も比較例に比べて少なかった。

アルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属の量が９０ｐｐｍである実施例１及び２のＦｅＳｉＣｒ合金粉末１及び２は特に耐酸化性に優れ（酸素含有量の増加量が少ない）、これらの中でもＭｎの含有量が最も少ない実施例１のＦｅＳｉＣｒ合金粉末は、透磁率に特に優れるとともに、耐酸化性も最も優れていた。

Claims (22)

1. Ｓｉを０．１〜１５質量％含み、アルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属を１ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ未満含むＦｅ合金で構成される軟磁性粉末。
2. 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（Ｄ５０）が０．１〜１５μｍである、請求項１に記載の軟磁性粉末。
3. Ｆｅを８４〜９９．７質量％含む、請求項１又は２に記載の軟磁性粉末。
4. Ｓｉを０．２〜１０質量％含む、請求項１〜３のいずれかに記載の軟磁性粉末。
5. アルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属を１０〜８００ｐｐｍ含む、請求項１〜４のいずれかに記載の軟磁性粉末。
6. 前記軟磁性粉末が、更にＣｒを含み、前記Ｃｒの含有量が０．１〜８質量％である、請求項１〜５のいずれかに記載の軟磁性粉末。
7. Ｆｅ、Ｓｉ及びＣｒの含有量の合計が９７．８質量％以上である、請求項６に記載の軟磁性粉末。
8. Ｍｎの含有量が１０００ｐｐｍ以下である、請求項１〜７のいずれかに記載の軟磁性粉末。
9. Ｍｎの含有量が８００ｐｐｍ以下である、請求項１〜８のいずれかに記載の軟磁性粉末。
10. Ｍｎの含有量が１５〜４００ｐｐｍである、請求項１〜９のいずれかに記載の軟磁性粉末。
11. Ｓｉを０．１〜１５質量％含み、Ｎａを１〜９５０ｐｐｍ含むＦｅ合金で構成される軟磁性粉末。
12. Ｆｅ原料及びＳｉ原料を加熱溶融して、Ｆｅ及びＳｉを含み、Ｓｉの含有量が０．１〜１５質量％である溶湯を調製する工程１と、
    該溶湯を落下させながら該溶湯に流体を吹き付けて、溶湯を粉砕・凝固させることにより、Ｓｉを含むＦｅ合金で構成される軟磁性粉末を得る工程２と、
    該軟磁性粉末にアルカリ金属源及び／又はアルカリ土類金属源を添加して、前記軟磁性粉末がアルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属を１ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ未満含むようにする工程３とを有する、軟磁性粉末の製造方法。
13. 前記溶湯中のＭｎの含有量が１０００ｐｐｍ以下である、請求項１２に記載の軟磁性粉末の製造方法。
14. 前記Ｆｅ原料及びＳｉ原料に加えて更にＣｒ原料を加熱溶融することで、前記溶湯としてＦｅ、Ｓｉ及びＣｒを含む溶湯を調製し、該溶湯中のＣｒの含有量が０．１〜８質量％である、請求項１２又は１３に記載の軟磁性粉末の製造方法。
15. 前記工程３において、前記軟磁性粉末にアルカリ金属源及び／又はアルカリ土類金属源を添加して、前記軟磁性粉末がアルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属を１０〜８００ｐｐｍ含むようにする、請求項１２〜１４のいずれかに記載の軟磁性粉末の製造方法。
16. 前記工程２において流体として水を使用し、当該工程において前記軟磁性粉末と水とが混合したスラリーを得て、
    前記工程３において、前記スラリーに前記アルカリ金属源及び／又はアルカリ土類金属源を添加する、請求項１２〜１５のいずれかに記載の軟磁性粉末の製造方法。
17. 前記アルカリ金属源及び／又はアルカリ土類金属源が水酸化ナトリウムもしくは水酸化カリウムである、請求項１２〜１６のいずれかに記載の軟磁性粉末の製造方法。
18. 前記Ｆｅ原料として、Ｍｎの含有量が１００ｐｐｍ以下の電解鉄を使用する、請求項１２〜１７のいずれかに記載の軟磁性粉末の製造方法。
19. Ｆｅ原料及びＳｉ原料を加熱溶融して、Ｆｅ及びＳｉを含み、Ｓｉの含有量が０．１〜１５質量％である溶湯を調製する工程１と、
    該溶湯を落下させながら該溶湯に流体を吹き付けて、溶湯を粉砕・凝固させることにより、Ｓｉを含むＦｅ合金で構成される軟磁性粉末を得る工程２と、
    該軟磁性粉末にＮａ源を添加して、前記軟磁性粉末がＮａを１〜９５０ｐｐｍ含むようにする工程３とを有する、軟磁性粉末の製造方法。
20. 請求項１〜１１のいずれかに記載の軟磁性粉末又は請求項１２〜１９のいずれかに記載の製造方法により製造された軟磁性粉末とバインダとを含む、軟磁性材料。
21. 請求項１〜１１のいずれかに記載の軟磁性粉末又は請求項１２〜１９のいずれかに記載の製造方法により製造された軟磁性粉末を含む、圧粉磁心。
22. 請求項１〜１１のいずれかに記載の軟磁性粉末、又は、請求項２０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。