JP4183223B2 - 軟磁性材料 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軟磁性金属及びガラス組成物から構成される軟磁性材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軟磁性材料として、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｍ（ＭはＣｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂから選ばれた少なくとも１種の元素）系非晶質合金やＣｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系非晶質合金等の非晶質軟磁性金属が、結晶材料と比べて、耐食性、耐摩耗性、強度、透磁率等に優れることから、チョークコイルやフライバックトランスの磁芯材料等として用いられている。
しかし、前記軟磁性金属の場合、その軟磁性を損なわないように非晶質状態を維持すると共に、電気絶縁性を備えさせる必要があるので、その結晶化温度よりも低い温度、約５００℃以下で、電気絶縁性の結合材と共に加圧成形を行わなければならない。
そこで、一般に、前記軟磁性金属の粉粒体に、その結晶化温度よりも軟化点の低いガラス組成物からなる結合材を混合し、加熱することにより、前記軟磁性金属の結晶化温度よりも低い温度での加圧成形が行われている。
つまり、前記結合材は前記軟磁性金属の粉粒体間の結合材として成形体の一部を構成するので、低温軟化性だけでなく、加圧又は加熱による耐性、前記軟磁性金属の軟磁性を損なわないように室温での電気絶縁性、及び前記軟磁性金属との反応性が少ない等の性質が不可欠とされ、従来は、ＰｂＯを主成分とするガラス組成物が、前記結合材として用いられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＰｂＯを主成分とするガラス組成物は、環境に有害な鉛を含有するため、環境対策の点から問題があった。また、鉛を含有しない系のガラス組成物の場合でも、耐水性が低いと、環境に有害な含有重金属が溶出し、同様に環境対策の点から問題があった。
また、近年、より強固で緻密な成形体に対する要求が強く、このため成形体焼成温度付近で前記軟磁性金属との濡れ性がより良いものが必要となってきている。
従って、本発明の目的は、上記実情に鑑みてなされたものであって、軟磁性金属と、その軟磁性金属の軟磁性を損なわず、また、鉛を含まず高い耐水性を備えると共に、成形体焼成温度付近で軟磁性金属との濡れ性がより良いガラス組成物と、から構成される軟磁性材料を提供する点にある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
〔構成〕
第 1発明の軟磁性材料の特徴構成は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｍ（ＭはＣｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂから選ばれた少なくとも１種の元素）系非晶質合金、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系非晶質合金、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｓｉ−Ｂ−Ｍ（ＭはＮｂ，Ｗ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔｉ及びＭｏから選ばれた少なくとも１種の元素）系ナノクリスタル、センダスト、パーマロイ、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金、又は純鉄のうちのいずれかからなる軟磁性金属の粉粒体表面を、鉛を含まず実質的にモル表示で、Ｐ2Ｏ5 ３９〜４７％、Ａｌ2Ｏ3 ３〜６％、ＺｎＯ ８〜２２％、ＢａＯ １〜１２％、Ｌｉ2Ｏ ７〜１７％、Ｎａ2Ｏ ７〜１７％、Ｋ2Ｏ ０〜８％、ただし、ＺｎＯ＋ＢａＯが１９〜２４％、Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏが２５〜３３％ からなるリン酸塩ガラス組成物により被覆してある点にある。
【０００５】
第 2発明の軟磁性材料の特徴構成は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｍ（ＭはＣｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂから選ばれた少なくとも１種の元素）系非晶質合金、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系非晶質合金、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｓｉ−Ｂ−Ｍ（ＭはＮｂ，Ｗ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔｉ及びＭｏから選ばれた少なくとも１種の元素）系ナノクリスタル、センダスト、パーマロイ、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金、又は純鉄のうちのいずれかからなる軟磁性金属、及び、鉛を含まず実質的にモル表示で、Ｐ2Ｏ5 ３９〜４７％、Ａｌ2Ｏ3 ３〜６％、ＺｎＯ ８〜２２％、ＢａＯ １〜１２％、Ｌｉ2Ｏ ７〜１７％、Ｎａ2Ｏ ７〜１７％、Ｋ2Ｏ ０〜８％、ただし、ＺｎＯ＋ＢａＯが１９〜２４％、Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏが２５〜３３％ からなるリン酸塩ガラス組成物を混合してある点にある。
【０００６】
第 3発明の軟磁性材料の特徴構成は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｍ（ＭはＣｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂから選ばれた少なくとも１種の元素）系非晶質合金、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系非晶質合金、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｓｉ−Ｂ−Ｍ（ＭはＮｂ，Ｗ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔｉ及びＭｏから選ばれた少なくとも１種の元素）系ナノクリスタル、センダスト、パーマロイ、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金、又は純鉄のうちのいずれかからなる軟磁性金属、及び、鉛を含まず実質的にモル表示で、Ｐ2Ｏ5 ３９〜４７％、Ａｌ2Ｏ3 ３〜６％、ＺｎＯ ８〜２２％、ＢａＯ １〜１２％、Ｌｉ2Ｏ ７〜１７％、Ｎａ2Ｏ ７〜１７％、Ｋ2Ｏ ０〜８％、ただし、ＺｎＯ＋ＢａＯが１９〜２４％、Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏが２５〜３３％ からなるリン酸塩ガラス組成物を焼結成形してある点にある。
【０００７】
第 4発明の特徴構成は、前記リン酸塩ガラス組成物の含有量は、 0.5 〜 20vol%である点にある。
【０００８】
〔作用及び効果〕本発明の特徴構成において、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｍ（ＭはＣｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂから選ばれた少なくとも１種の元素）系非晶質合金、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系非晶質合金、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｓｉ−Ｂ−Ｍ（ＭはＮｂ，Ｗ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔｉ及びＭｏから選ばれた少なくとも１種の元素）系ナノクリスタル、センダスト、パーマロイ、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金、又は純鉄のうちのいずれかからなる軟磁性金属に対して、殊に、鉛を含まず実質的にモル表示で、Ｐ2Ｏ5 ３９〜４７％、Ａｌ2Ｏ3 ３〜６％、ＺｎＯ ８〜２２％、ＢａＯ １〜１２％、Ｌｉ2Ｏ ７〜１７％、Ｎａ2Ｏ ７〜１７％、Ｋ2Ｏ ０〜８％、ただし、ＺｎＯ＋ＢａＯが１９〜２４％、Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏが２５〜３３％ からなるリン酸塩ガラス組成物による作用及び効果について説明する。
【０００９】
Ｐ2Ｏ5は、ＰｂＯを含まない低融点ガラス作製には、最適のガラス網目形成成分である。Ｐ2Ｏ5の含有量が少なすぎるとガラスの失透性が増し、金属との成形体焼成中に結晶を析出して、強固な成形体を取得不能にするおそれ等が生ずるので、３９モル％以上含有させる必要がある。しかし、含有量が多すぎると必然的に含水量も多くなり、耐水性は極端に低下してしまうので、その含有量は４７モル％以下が好ましい。
【００１０】
Ａｌ2Ｏ3は、耐水性に有効な成分である。また、少量のＡｌ2Ｏ3はリン酸塩ガラス中ではガラス網目構造の強化に働き、ガラスの失透に対する安定性を増す。そこで、耐水性を向上させるには、３モル％以上含有させる必要がある。しかし、含有量が多すぎると、ガラスの粘度が増加し、低温軟化性を損なうので、その含有量は６モル％以下が好ましい。
【００１１】
ＺｎＯは、低融性をあまり損なわずに耐水性を向上させるので、ＰｂＯを含まない低融ガラスにとって不可欠な成分である。しかし、含有量が多くなりすぎると、金属との濡れ性を阻害し、ガラスの失透傾向も増加する。また、環境対策の点からも、あまり多すぎる組成は好ましくない。従って、８〜２２モル％の含有量が適当である。
ＢａＯは、ＺｎＯと同様の作用効果を有するので、ＺｎＯとの置換に有効な成分である。しかし、ＺｎＯより低融性や濡れ性を阻害する効果が大きいので、含有量はあまり多くない方が良い。従って、１〜１２モル％の含有量が適当である。しかも、ＺｎＯとＢａＯの合計含有量は、１９〜２４モル％が適当である。
【００１２】
Ｌｉ2Ｏ，Ｎａ2Ｏ及びＫ2Ｏは、ガラスの溶融性や物性の改善に効果的な成分である。しかし、含有量が多くなりすぎると、低融性は助長されるが、ガラスの耐水性が劣化するので好ましくない。低融性及び耐水性から、Ｌｉ2ＯとＮａ2Ｏについては各々７〜１７モル％の含有量が好ましい。Ｋ2Ｏは耐水性を劣化させる効果が最も大きいので、０〜８モル％の含有量が適当である。
また、アルカリ金属酸化物は複数種共存させたほうが、混合アルカリ効果により、耐水性の劣化を抑制することができるので、Ｌｉ2Ｏ，Ｎａ2Ｏ及びＫ2Ｏの合計量として２５〜３３モル％の含有量が適当である。
【００１３】
従って、軟磁性金属、及び、上述のリン酸塩ガラス組成物から軟磁性材料を構成することにより、成形体焼成を低温で行うことができ、作製された成形体の電磁的性質が損なわれることがないうえに、鉛を全く含まず、高い耐水性を備えているので、環境対策の点からも好ましい。更に、成形体焼成温度付近で軟磁性金属とガラス組成物との濡れ性が良いので、より強固で緻密な成形体が得られる。
【００１４】
そして、第 1発明に係る軟磁性材料の特徴構成によれば、前記軟磁性金属の粉粒体表面を、前記リン酸塩ガラス組成物により被覆しているので、成形体焼成の際、加熱により軟化したガラス組成物は、前記軟磁性金属の粉粒体間に均一に入り込むため、一層上述の効果が増長される。
第 2発明に係る軟磁性材料の特徴構成によれば、前記軟磁性金属と前記リン酸塩ガラス組成物を混合すれば良いので、簡便に上述の効果を得ることができる。
第３発明に係る軟磁性材料の特徴構成によれば、前記軟磁性金属及び前記リン酸塩ガラス組成物を予め焼結成形させているため、最終的に成形体を焼成する際により均一な混合物からなる成形体が得られ、確実に上述の効果を得ることができる。
第 4発明に係る軟磁性材料の特徴構成によれば、前記リン酸塩ガラス組成物の含有量が、０．５〜２０ ｖｏｌ％であることによって、結合材としての機能を果たすことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について簡単に説明する。
Ｆｅ78Ｓｉ9Ｂ13（平均粒子径約６５μｍ）の軟磁性金属の粉粒体とリン酸塩ガラス組成物粉粒体（平均粒子径約３μｍ）を９５：５の混合比（体積比）に調合し、以下のように図１に示す粉粒体表面改質装置を用いて、軟磁性金属の粉粒体表面をガラス粉粒体により被覆した複合粉粒体からなる軟磁性材料を作製した。
図１は、粉粒体表面改質装置の側部断面図（円筒状容器１の片側端部に近い位置で軸心と直交する方向で切断した図）を示している。密封可能な円筒状容器１の内部に調合した粉粒体９を投入し、回転軸２に固定されたボス３から半径方向に突出する第１アーム４の先端に取付けられた押圧部材５により粉粒体９を押圧・圧縮し、ボス３から第１アームと交叉する半径方向に突出する第２アーム６の先端に取付けられたスクレパー７により粉粒体９を掻き取る操作を、第１アーム４と第２アーム６の回転操作により繰り返して、強力な圧着摩擦力によって、粉粒体間で表面融合を誘発させて、軟磁性金属の粉粒体表面をガラス粉粒体により被覆させた軟磁性材料を作製した。
【００１６】
次にリン酸塩ガラス組成物の実施例について詳細に説明する。
リン酸塩ガラス組成物は、以下のように作製した。炭酸塩（例えば、Ｎａ2ＣＯ3、Ｋ2ＣＯ3等）、酸化物（例えば、ＢａＯ、ＺｎＯ等）、水酸化物（例えば、Ａｌ（ＯＨ）3等）及び酸（例えば、Ｈ3ＰＯ4等）の原料をよく混合した後、高アルミナ質の坩堝を用いて、９００℃、１時間、間欠的に攪拌しながら溶融した。その後、融液を予め加熱してあるステンレス板上に流し出し、徐冷して、実質的にモル表示で、Ｐ2Ｏ5 ３９〜４７％、Ａｌ2Ｏ3 ３〜６％、ＺｎＯ ８〜２２％、ＢａＯ １〜１２％、Ｌｉ2Ｏ ７〜１７％、Ｎａ2Ｏ ７〜１７％、Ｋ2Ｏ ０〜８％、ただし、ＺｎＯ＋ＢａＯが１９〜２４％、Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏが２５〜３３％ からなる組成のリン酸塩ガラス組成物を得た。
このようにして作製したリン酸塩ガラス組成物のガラス転移点、耐水性、濡れ角を測定した。
【００１７】
ガラス転移点は、ＤＳＣ法により、１０℃／ｍｉｎの昇温条件で測定した。この値から、ガラス組成物の低融性がわかる。
【００１８】
耐水性は、次のようにして求めた値（Ｗ）を示す。ガラス組成物５ｇを純水５００ｍｌ中に６０分間浸漬させ、引き上げたときの重量（ｇo）、その後８０℃で２４時間乾燥させたときの重量（ｇ80）から、次式によりＷを求めた。
Ｗ＝（ｇo−ｇ80）／ｇ80×１００
従って、Ｗの値が小さいほど耐水性が良く、使用上からＷは２％以下が好ましい。
【００１９】
次に、濡れ角は以下のようにして測定した。なお、濡れ角とは図２に示すように、液滴の固相−液相界面と液相−気相界面との角度θのことであり、濡れ角θが小さいほど、液体が固体表面をぬらす濡れ性が高いことを示す。
まず、アモルファス金属のリボン上に、ガラス組成物を固めて作成した円筒をのせ、４６０℃の炉に入れて３０分保持後、濡れ角θ460を測定した。その後温度を上げ、同様に、５４０℃での濡れ角θ540を測定した。
そして、成形体焼成温度付近で軟磁性金属との濡れ性がより良いガラス組成物を得るためには、θ460は100 °以下、濡れ角の比θ540／θ460は約０．４以下であるものが好ましい。
【００２０】
表１，２に、リン酸塩ガラス組成物の一例として実施例１〜５について、本発明に含まれない組成のガラス組成物の一例として比較例６〜９について、その組成と各特性を示す。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【表２】
【００２３】
表１、表２からわかるように、比較例６〜９が、低溶融性、耐水性、濡れ性のうち少なくともひとつの特性に欠けているのに対して、本発明に係る組成のリン酸塩ガラス組成物は、従来の組成のガラス組成物とは異なり、低溶融性、耐水性、濡れ性のすべてについて優れた特性を備えている。
【００２４】
〔別実施形態〕
以下に他の実施形態を説明する。
〈１〉軟磁性金属の粉粒体表面をガラス組成物により被覆する方法は、先の実施形態に限らず、例えば、ゾルゲル法又はプラズマ法等による方法で被覆しても良い。
〈２〉軟磁性材料は、先の実施形態に限らず、例えば、ミキサー等により、軟磁性金属とガラス組成物を混合したものでも良い。
〈３〉軟磁性材料は、先の実施形態に限らず、軟磁性金属とガラス組成物とを焼結成形したもの、例えば、それらの複合粉粒体や混合物等を焼結成形したものでも良い。
〈４〉リン酸塩ガラス組成物は先の実施例で説明した成分に限るものではなく、例えば、Ａｌ2Ｏ3やＰ2Ｏ5の少量をＢ2Ｏ3，Ｌａ2Ｏ3及びＴｉＯ2で置換しても良く、またＺｎＯやＢａＯの少量をＳｒＯ，ＣａＯ及びＭｇＯ等で置換しても良い。
〈５〉軟磁性金属は、先の実施形態で説明したＦｅ78Ｓｉ9Ｂ13に限るものではなく、例えば、その他の組成比からなるＦｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｍ（ＭはＣｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂから選ばれた少なくとも１種の元素）系非晶質合金、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系非晶質合金、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｓｉ−Ｂ−Ｍ（ＭはＮｂ，Ｗ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔｉ及びＭｏから選ばれた少なくとも１種の元素）系等のナノクリスタル、センダスト、各種パーマロイ、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金、又は純鉄等であっても良い。
〈６〉軟磁性材料におけるリン酸塩ガラス組成物の含有量は、特に限定するものではないが、結合材としての機能を果たすためには、約０．５〜２０ｖｏｌ％程度の含有量が好ましい。
〈７〉リン酸塩ガラス組成物により軟磁性金属の粉粒体表面を被覆する場合、そのガラス組成物の欠け落ち等により、その厚さが不均一になるのを防ぐため、約３μm以下の厚さでの被覆が好ましい。
〈８〉本発明に係る軟磁性材料を構成するガラス組成物は、不可避の不純物を含んでいても良い。
尚、ＳｎＯ等のＳｎ酸化物を含有する系のガラス組成物は、金属Ｓｎが析出するため、電気絶縁性等の点で問題があり、Ｓｎ酸化物は含有しない方が良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】粉粒体表面改質装置の側部断面図
【図２】濡れ角の説明図
【発明の属する技術分野】
本発明は、軟磁性金属及びガラス組成物から構成される軟磁性材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軟磁性材料として、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｍ（ＭはＣｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂから選ばれた少なくとも１種の元素）系非晶質合金やＣｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系非晶質合金等の非晶質軟磁性金属が、結晶材料と比べて、耐食性、耐摩耗性、強度、透磁率等に優れることから、チョークコイルやフライバックトランスの磁芯材料等として用いられている。
しかし、前記軟磁性金属の場合、その軟磁性を損なわないように非晶質状態を維持すると共に、電気絶縁性を備えさせる必要があるので、その結晶化温度よりも低い温度、約５００℃以下で、電気絶縁性の結合材と共に加圧成形を行わなければならない。
そこで、一般に、前記軟磁性金属の粉粒体に、その結晶化温度よりも軟化点の低いガラス組成物からなる結合材を混合し、加熱することにより、前記軟磁性金属の結晶化温度よりも低い温度での加圧成形が行われている。
つまり、前記結合材は前記軟磁性金属の粉粒体間の結合材として成形体の一部を構成するので、低温軟化性だけでなく、加圧又は加熱による耐性、前記軟磁性金属の軟磁性を損なわないように室温での電気絶縁性、及び前記軟磁性金属との反応性が少ない等の性質が不可欠とされ、従来は、ＰｂＯを主成分とするガラス組成物が、前記結合材として用いられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＰｂＯを主成分とするガラス組成物は、環境に有害な鉛を含有するため、環境対策の点から問題があった。また、鉛を含有しない系のガラス組成物の場合でも、耐水性が低いと、環境に有害な含有重金属が溶出し、同様に環境対策の点から問題があった。
また、近年、より強固で緻密な成形体に対する要求が強く、このため成形体焼成温度付近で前記軟磁性金属との濡れ性がより良いものが必要となってきている。
従って、本発明の目的は、上記実情に鑑みてなされたものであって、軟磁性金属と、その軟磁性金属の軟磁性を損なわず、また、鉛を含まず高い耐水性を備えると共に、成形体焼成温度付近で軟磁性金属との濡れ性がより良いガラス組成物と、から構成される軟磁性材料を提供する点にある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
〔構成〕
第 1発明の軟磁性材料の特徴構成は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｍ（ＭはＣｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂから選ばれた少なくとも１種の元素）系非晶質合金、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系非晶質合金、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｓｉ−Ｂ−Ｍ（ＭはＮｂ，Ｗ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔｉ及びＭｏから選ばれた少なくとも１種の元素）系ナノクリスタル、センダスト、パーマロイ、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金、又は純鉄のうちのいずれかからなる軟磁性金属の粉粒体表面を、鉛を含まず実質的にモル表示で、Ｐ2Ｏ5 ３９〜４７％、Ａｌ2Ｏ3 ３〜６％、ＺｎＯ ８〜２２％、ＢａＯ １〜１２％、Ｌｉ2Ｏ ７〜１７％、Ｎａ2Ｏ ７〜１７％、Ｋ2Ｏ ０〜８％、ただし、ＺｎＯ＋ＢａＯが１９〜２４％、Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏが２５〜３３％ からなるリン酸塩ガラス組成物により被覆してある点にある。
【０００５】
第 2発明の軟磁性材料の特徴構成は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｍ（ＭはＣｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂから選ばれた少なくとも１種の元素）系非晶質合金、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系非晶質合金、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｓｉ−Ｂ−Ｍ（ＭはＮｂ，Ｗ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔｉ及びＭｏから選ばれた少なくとも１種の元素）系ナノクリスタル、センダスト、パーマロイ、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金、又は純鉄のうちのいずれかからなる軟磁性金属、及び、鉛を含まず実質的にモル表示で、Ｐ2Ｏ5 ３９〜４７％、Ａｌ2Ｏ3 ３〜６％、ＺｎＯ ８〜２２％、ＢａＯ １〜１２％、Ｌｉ2Ｏ ７〜１７％、Ｎａ2Ｏ ７〜１７％、Ｋ2Ｏ ０〜８％、ただし、ＺｎＯ＋ＢａＯが１９〜２４％、Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏが２５〜３３％ からなるリン酸塩ガラス組成物を混合してある点にある。
【０００６】
第 3発明の軟磁性材料の特徴構成は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｍ（ＭはＣｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂから選ばれた少なくとも１種の元素）系非晶質合金、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系非晶質合金、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｓｉ−Ｂ−Ｍ（ＭはＮｂ，Ｗ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔｉ及びＭｏから選ばれた少なくとも１種の元素）系ナノクリスタル、センダスト、パーマロイ、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金、又は純鉄のうちのいずれかからなる軟磁性金属、及び、鉛を含まず実質的にモル表示で、Ｐ2Ｏ5 ３９〜４７％、Ａｌ2Ｏ3 ３〜６％、ＺｎＯ ８〜２２％、ＢａＯ １〜１２％、Ｌｉ2Ｏ ７〜１７％、Ｎａ2Ｏ ７〜１７％、Ｋ2Ｏ ０〜８％、ただし、ＺｎＯ＋ＢａＯが１９〜２４％、Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏが２５〜３３％ からなるリン酸塩ガラス組成物を焼結成形してある点にある。
【０００７】
第 4発明の特徴構成は、前記リン酸塩ガラス組成物の含有量は、 0.5 〜 20vol%である点にある。
【０００８】
〔作用及び効果〕本発明の特徴構成において、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｍ（ＭはＣｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂから選ばれた少なくとも１種の元素）系非晶質合金、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系非晶質合金、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｓｉ−Ｂ−Ｍ（ＭはＮｂ，Ｗ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔｉ及びＭｏから選ばれた少なくとも１種の元素）系ナノクリスタル、センダスト、パーマロイ、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金、又は純鉄のうちのいずれかからなる軟磁性金属に対して、殊に、鉛を含まず実質的にモル表示で、Ｐ2Ｏ5 ３９〜４７％、Ａｌ2Ｏ3 ３〜６％、ＺｎＯ ８〜２２％、ＢａＯ １〜１２％、Ｌｉ2Ｏ ７〜１７％、Ｎａ2Ｏ ７〜１７％、Ｋ2Ｏ ０〜８％、ただし、ＺｎＯ＋ＢａＯが１９〜２４％、Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏが２５〜３３％ からなるリン酸塩ガラス組成物による作用及び効果について説明する。
【０００９】
Ｐ2Ｏ5は、ＰｂＯを含まない低融点ガラス作製には、最適のガラス網目形成成分である。Ｐ2Ｏ5の含有量が少なすぎるとガラスの失透性が増し、金属との成形体焼成中に結晶を析出して、強固な成形体を取得不能にするおそれ等が生ずるので、３９モル％以上含有させる必要がある。しかし、含有量が多すぎると必然的に含水量も多くなり、耐水性は極端に低下してしまうので、その含有量は４７モル％以下が好ましい。
【００１０】
Ａｌ2Ｏ3は、耐水性に有効な成分である。また、少量のＡｌ2Ｏ3はリン酸塩ガラス中ではガラス網目構造の強化に働き、ガラスの失透に対する安定性を増す。そこで、耐水性を向上させるには、３モル％以上含有させる必要がある。しかし、含有量が多すぎると、ガラスの粘度が増加し、低温軟化性を損なうので、その含有量は６モル％以下が好ましい。
【００１１】
ＺｎＯは、低融性をあまり損なわずに耐水性を向上させるので、ＰｂＯを含まない低融ガラスにとって不可欠な成分である。しかし、含有量が多くなりすぎると、金属との濡れ性を阻害し、ガラスの失透傾向も増加する。また、環境対策の点からも、あまり多すぎる組成は好ましくない。従って、８〜２２モル％の含有量が適当である。
ＢａＯは、ＺｎＯと同様の作用効果を有するので、ＺｎＯとの置換に有効な成分である。しかし、ＺｎＯより低融性や濡れ性を阻害する効果が大きいので、含有量はあまり多くない方が良い。従って、１〜１２モル％の含有量が適当である。しかも、ＺｎＯとＢａＯの合計含有量は、１９〜２４モル％が適当である。
【００１２】
Ｌｉ2Ｏ，Ｎａ2Ｏ及びＫ2Ｏは、ガラスの溶融性や物性の改善に効果的な成分である。しかし、含有量が多くなりすぎると、低融性は助長されるが、ガラスの耐水性が劣化するので好ましくない。低融性及び耐水性から、Ｌｉ2ＯとＮａ2Ｏについては各々７〜１７モル％の含有量が好ましい。Ｋ2Ｏは耐水性を劣化させる効果が最も大きいので、０〜８モル％の含有量が適当である。
また、アルカリ金属酸化物は複数種共存させたほうが、混合アルカリ効果により、耐水性の劣化を抑制することができるので、Ｌｉ2Ｏ，Ｎａ2Ｏ及びＫ2Ｏの合計量として２５〜３３モル％の含有量が適当である。
【００１３】
従って、軟磁性金属、及び、上述のリン酸塩ガラス組成物から軟磁性材料を構成することにより、成形体焼成を低温で行うことができ、作製された成形体の電磁的性質が損なわれることがないうえに、鉛を全く含まず、高い耐水性を備えているので、環境対策の点からも好ましい。更に、成形体焼成温度付近で軟磁性金属とガラス組成物との濡れ性が良いので、より強固で緻密な成形体が得られる。
【００１４】
そして、第 1発明に係る軟磁性材料の特徴構成によれば、前記軟磁性金属の粉粒体表面を、前記リン酸塩ガラス組成物により被覆しているので、成形体焼成の際、加熱により軟化したガラス組成物は、前記軟磁性金属の粉粒体間に均一に入り込むため、一層上述の効果が増長される。
第 2発明に係る軟磁性材料の特徴構成によれば、前記軟磁性金属と前記リン酸塩ガラス組成物を混合すれば良いので、簡便に上述の効果を得ることができる。
第３発明に係る軟磁性材料の特徴構成によれば、前記軟磁性金属及び前記リン酸塩ガラス組成物を予め焼結成形させているため、最終的に成形体を焼成する際により均一な混合物からなる成形体が得られ、確実に上述の効果を得ることができる。
第 4発明に係る軟磁性材料の特徴構成によれば、前記リン酸塩ガラス組成物の含有量が、０．５〜２０ ｖｏｌ％であることによって、結合材としての機能を果たすことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について簡単に説明する。
Ｆｅ78Ｓｉ9Ｂ13（平均粒子径約６５μｍ）の軟磁性金属の粉粒体とリン酸塩ガラス組成物粉粒体（平均粒子径約３μｍ）を９５：５の混合比（体積比）に調合し、以下のように図１に示す粉粒体表面改質装置を用いて、軟磁性金属の粉粒体表面をガラス粉粒体により被覆した複合粉粒体からなる軟磁性材料を作製した。
図１は、粉粒体表面改質装置の側部断面図（円筒状容器１の片側端部に近い位置で軸心と直交する方向で切断した図）を示している。密封可能な円筒状容器１の内部に調合した粉粒体９を投入し、回転軸２に固定されたボス３から半径方向に突出する第１アーム４の先端に取付けられた押圧部材５により粉粒体９を押圧・圧縮し、ボス３から第１アームと交叉する半径方向に突出する第２アーム６の先端に取付けられたスクレパー７により粉粒体９を掻き取る操作を、第１アーム４と第２アーム６の回転操作により繰り返して、強力な圧着摩擦力によって、粉粒体間で表面融合を誘発させて、軟磁性金属の粉粒体表面をガラス粉粒体により被覆させた軟磁性材料を作製した。
【００１６】
次にリン酸塩ガラス組成物の実施例について詳細に説明する。
リン酸塩ガラス組成物は、以下のように作製した。炭酸塩（例えば、Ｎａ2ＣＯ3、Ｋ2ＣＯ3等）、酸化物（例えば、ＢａＯ、ＺｎＯ等）、水酸化物（例えば、Ａｌ（ＯＨ）3等）及び酸（例えば、Ｈ3ＰＯ4等）の原料をよく混合した後、高アルミナ質の坩堝を用いて、９００℃、１時間、間欠的に攪拌しながら溶融した。その後、融液を予め加熱してあるステンレス板上に流し出し、徐冷して、実質的にモル表示で、Ｐ2Ｏ5 ３９〜４７％、Ａｌ2Ｏ3 ３〜６％、ＺｎＯ ８〜２２％、ＢａＯ １〜１２％、Ｌｉ2Ｏ ７〜１７％、Ｎａ2Ｏ ７〜１７％、Ｋ2Ｏ ０〜８％、ただし、ＺｎＯ＋ＢａＯが１９〜２４％、Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏが２５〜３３％ からなる組成のリン酸塩ガラス組成物を得た。
このようにして作製したリン酸塩ガラス組成物のガラス転移点、耐水性、濡れ角を測定した。
【００１７】
ガラス転移点は、ＤＳＣ法により、１０℃／ｍｉｎの昇温条件で測定した。この値から、ガラス組成物の低融性がわかる。
【００１８】
耐水性は、次のようにして求めた値（Ｗ）を示す。ガラス組成物５ｇを純水５００ｍｌ中に６０分間浸漬させ、引き上げたときの重量（ｇo）、その後８０℃で２４時間乾燥させたときの重量（ｇ80）から、次式によりＷを求めた。
Ｗ＝（ｇo−ｇ80）／ｇ80×１００
従って、Ｗの値が小さいほど耐水性が良く、使用上からＷは２％以下が好ましい。
【００１９】
次に、濡れ角は以下のようにして測定した。なお、濡れ角とは図２に示すように、液滴の固相−液相界面と液相−気相界面との角度θのことであり、濡れ角θが小さいほど、液体が固体表面をぬらす濡れ性が高いことを示す。
まず、アモルファス金属のリボン上に、ガラス組成物を固めて作成した円筒をのせ、４６０℃の炉に入れて３０分保持後、濡れ角θ460を測定した。その後温度を上げ、同様に、５４０℃での濡れ角θ540を測定した。
そして、成形体焼成温度付近で軟磁性金属との濡れ性がより良いガラス組成物を得るためには、θ460は100 °以下、濡れ角の比θ540／θ460は約０．４以下であるものが好ましい。
【００２０】
表１，２に、リン酸塩ガラス組成物の一例として実施例１〜５について、本発明に含まれない組成のガラス組成物の一例として比較例６〜９について、その組成と各特性を示す。
【００２１】
【表１】
【表２】
表１、表２からわかるように、比較例６〜９が、低溶融性、耐水性、濡れ性のうち少なくともひとつの特性に欠けているのに対して、本発明に係る組成のリン酸塩ガラス組成物は、従来の組成のガラス組成物とは異なり、低溶融性、耐水性、濡れ性のすべてについて優れた特性を備えている。
【００２４】
〔別実施形態〕
以下に他の実施形態を説明する。
〈１〉軟磁性金属の粉粒体表面をガラス組成物により被覆する方法は、先の実施形態に限らず、例えば、ゾルゲル法又はプラズマ法等による方法で被覆しても良い。
〈２〉軟磁性材料は、先の実施形態に限らず、例えば、ミキサー等により、軟磁性金属とガラス組成物を混合したものでも良い。
〈３〉軟磁性材料は、先の実施形態に限らず、軟磁性金属とガラス組成物とを焼結成形したもの、例えば、それらの複合粉粒体や混合物等を焼結成形したものでも良い。
〈４〉リン酸塩ガラス組成物は先の実施例で説明した成分に限るものではなく、例えば、Ａｌ2Ｏ3やＰ2Ｏ5の少量をＢ2Ｏ3，Ｌａ2Ｏ3及びＴｉＯ2で置換しても良く、またＺｎＯやＢａＯの少量をＳｒＯ，ＣａＯ及びＭｇＯ等で置換しても良い。
〈５〉軟磁性金属は、先の実施形態で説明したＦｅ78Ｓｉ9Ｂ13に限るものではなく、例えば、その他の組成比からなるＦｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｍ（ＭはＣｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂから選ばれた少なくとも１種の元素）系非晶質合金、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系非晶質合金、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｓｉ−Ｂ−Ｍ（ＭはＮｂ，Ｗ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔｉ及びＭｏから選ばれた少なくとも１種の元素）系等のナノクリスタル、センダスト、各種パーマロイ、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金、又は純鉄等であっても良い。
〈６〉軟磁性材料におけるリン酸塩ガラス組成物の含有量は、特に限定するものではないが、結合材としての機能を果たすためには、約０．５〜２０ｖｏｌ％程度の含有量が好ましい。
〈７〉リン酸塩ガラス組成物により軟磁性金属の粉粒体表面を被覆する場合、そのガラス組成物の欠け落ち等により、その厚さが不均一になるのを防ぐため、約３μm以下の厚さでの被覆が好ましい。
〈８〉本発明に係る軟磁性材料を構成するガラス組成物は、不可避の不純物を含んでいても良い。
尚、ＳｎＯ等のＳｎ酸化物を含有する系のガラス組成物は、金属Ｓｎが析出するため、電気絶縁性等の点で問題があり、Ｓｎ酸化物は含有しない方が良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】粉粒体表面改質装置の側部断面図
【図２】濡れ角の説明図
Claims (4)
- Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｍ（ＭはＣｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂから選ばれた少なくとも１種の元素）系非晶質合金、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系非晶質合金、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｓｉ−Ｂ−Ｍ（ＭはＮｂ，Ｗ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔｉ及びＭｏから選ばれた少なくとも１種の元素）系ナノクリスタル、センダスト、パーマロイ、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金、又は純鉄のうちのいずれかからなる軟磁性金属の粉粒体表面を、鉛を含まず実質的にモル表示で、Ｐ2Ｏ5３９〜４７％、Ａｌ2Ｏ3 ３〜６％、ＺｎＯ ８〜２２％、ＢａＯ １〜１２％、Ｌｉ2Ｏ ７〜１７％、Ｎａ2Ｏ ７〜１７％、Ｋ2Ｏ ０〜８％、ただし、ＺｎＯ＋ＢａＯが１９〜２４％、Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏが２５〜３３％からなるリン酸塩ガラス組成物により被覆してある軟磁性材料。
- Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｍ（ＭはＣｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂから選ばれた少なくとも１種の元素）系非晶質合金、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系非晶質合金、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｓｉ−Ｂ−Ｍ（ＭはＮｂ，Ｗ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔｉ及びＭｏから選ばれた少なくとも１種の元素）系ナノクリスタル、センダスト、パーマロイ、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金、又は純鉄のうちのいずれかからなる軟磁性金属、及び、鉛を含まず実質的にモル表示で、Ｐ2Ｏ5 ３９〜４７％、Ａｌ2Ｏ3 ３〜６％、ＺｎＯ ８〜２２％、ＢａＯ １〜１２％、Ｌｉ2Ｏ ７〜１７％、Ｎａ2Ｏ ７〜１７％、Ｋ2Ｏ ０〜８％、ただし、ＺｎＯ＋ＢａＯが１９〜２４％、Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏが２５〜３３％ からなるリン酸塩ガラス組成物を混合してある軟磁性材料。
- Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｍ（ＭはＣｒ，Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂから選ばれた少なくとも１種の元素）系非晶質合金、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系非晶質合金、Ｆｅ−Ｃｕ−Ｓｉ−Ｂ−Ｍ（ＭはＮｂ，Ｗ，Ｔａ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｔｉ及びＭｏから選ばれた少なくとも１種の元素）系ナノクリスタル、センダスト、パーマロイ、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金、又は純鉄のうちのいずれかからなる軟磁性金属、及び、鉛を含まず実質的にモル表示で、Ｐ2Ｏ5 ３９〜４７％、Ａｌ2Ｏ3 ３〜６％、ＺｎＯ ８〜２２％、ＢａＯ １〜１２％、Ｌｉ2Ｏ ７〜１７％、Ｎａ2Ｏ ７〜１７％、Ｋ2Ｏ ０〜８％、ただし、ＺｎＯ＋ＢａＯが１９〜２４％、Ｌｉ2Ｏ＋Ｎａ2Ｏ＋Ｋ2Ｏが２５〜３３％ からなるリン酸塩ガラス組成物を焼結成形してある軟磁性材料。
- 前記リン酸塩ガラス組成物の含有量は、０．５〜２０ vol%である請求項１又は請求項２又は請求項３記載の軟磁性材料。
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