JP4400728B2

JP4400728B2 - 軟磁性材料及びその製造法、該軟磁性材料を含む圧粉磁心

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Publication number: JP4400728B2
Application number: JP2004075222A
Authority: JP
Inventors: 一之林; 弘子森井; 誠治石谷
Original assignee: Toda Kogyo Corp
Current assignee: Toda Kogyo Corp
Priority date: 2004-03-16
Filing date: 2004-03-16
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2024-03-16
Also published as: JP2005264192A

Description

本発明は、圧縮性及び流動性に優れると共に、高温で焼成した場合においても電気抵抗値の変化が少ない軟磁性材料、該軟磁性材料を含有する高い電気抵抗値を有する圧粉磁心を提供する。

近年、家電及び電子機器の省エネルギー化及び小型化に伴い、これらに使用される磁心材料に対しても、小型で高出力、且つ電力変換効率の高効率化の要求が強まっている。機器サイズの小型化、高出力化及び電力変換効率の高効率化には動作周波数の高周波化が有効であることが知られており、高周波領域においても高い磁束密度と透磁率及び低鉄損を有する磁心材料が強く求められている。

従来、このような磁心材料としては、ケイ素鋼板を用いた積層型磁心等が使用されているが、積層型磁心は、動作周波数が高くなるに従って磁心内部で発生する渦電流損失が増大するという欠点を有している。

そのため、近年では、積層型磁心に比べて高周波領域での鉄損が低いと共に、成形性に優れた、軟磁性粉末をフェノール樹脂やエポキシ樹脂等の絶縁性樹脂で被覆し圧縮成形した圧粉磁心が、積層型磁心の代替品として広く用いられている。

一方、圧粉磁心に対して、更なる小型化及び高性能化、即ち、高磁束密度化が望まれており、このような高磁束密度化のために、軟磁性粉末の充填密度を増大させることが行われている。

しかしながら、軟磁性粉末を高充填するために高圧で圧縮成形を行うため、軟磁性粉末には歪みが残り、ヒステリシス損失の増大を招くことが知られている。そのため、歪みによるヒステリシス損失を低減するために、通常、成形品に対して焼鈍しが行われている。

ところで、一般に、圧粉磁心の鉄損の主要因として、ヒステリシス損失と渦電流損失が知られている。ヒステリシス損失の低減方法としては、先に述べた通り、焼鈍しによる歪みの除去が有効であることが知られており、一方、渦電流損失の低減方法としては、粒子間を絶縁性樹脂等で絶縁することにより行われている。

しかしながら、焼鈍しは、一般には５００℃以上、好ましくは６００℃、もしくはそれ以上の温度が効果的であるとされているが、軟磁性粒子粉末のバインダーとしての結合樹脂や上記粒子間の絶縁のために絶縁性樹脂を使用した場合、高温で焼鈍しを行うと、樹脂が分解して成形体が脆くなったり、絶縁性が低下してしまうため、高温での焼鈍しは困難であり、従って、ヒステリシス損失と渦電流損失の両方を同時に低減することは困難であった。

これまで、軟磁性金属粉末の表面に、リン酸塩の被膜及びケイ酸ナトリウムの被膜を形成した軟磁性金属粉末（特許文献１）又は、磁性粉表面をシリカ系ゾルの膜で被覆した磁性粉（特許文献２）を圧粉磁心用粉末として用いる技術が開示されている。

また、エポキシ樹脂とアルミナ含有シリカを含む被膜で被覆された鉄基粉末を圧粉磁心用粉末として用いる技術が開示されている（特許文献３）。

また、鉄粉、又はリン酸化合物被膜を表面に施した鉄粉を樹脂で結合した圧粉磁心が開示されている（特許文献４）。

また、磁性粉末粒子間に、シリコーン骨格と顔料を含有する絶縁層を有する圧粉磁心が開示されている（特許文献５）。

一方、圧粉磁心の電気抵抗値は高い方が好ましく、圧粉磁心の電気抵抗が高ければ、高い周波数領域でも透磁率はほとんど変化しないが、電気抵抗値が低ければ、高い周波数領域では透磁率が急激に低下する傾向にある。

電気抵抗値を高める手段として、軟磁性金属の粉末にリン酸塩処理を施してリン酸塩の被膜を形成した軟磁性粉末（特許文献６乃至７）及び金属アルコキシドを加水分解させて金属粉末表面に水酸化物を吸着させた磁性材料粉末（特許文献８）が開示されている。

また、流動性と成形性を改善することを目的として、鉄基粉末、潤滑剤及び合金用粉末から選ばれる１種以上が、オルガノアルコキシシラン、オルガノシラザン、チタネート系カップリング剤、フッ素系カップリング剤から選ばれる１種以上の表面処理剤によって被覆された粉末が開示されている（特許文献９）。

特開２００２−１７０７０７号公報特開２００１−１９６２１７号公報特開２００３−１６６００４号公報特開２００２−２４６２１９号公報特開２００２−３４３６５７号公報特開昭６２−２２４１０号公報特開昭６３−７０５０４号公報特開平９−１２５１１１号公報特開平１０−３１７００１号公報

圧縮性及び流動性に優れると共に、高温で焼成した場合においても電気抵抗値の変化が少ない圧粉磁心用軟磁性材料は、現在最も要求されているところであるが、未だ得られていない。

即ち、特許文献１乃至２には、軟磁性金属粉末の表面に、リン酸塩の被膜及びケイ酸ナトリウムの被膜、又は、シリカ系ゾル被膜を形成した軟磁性金属粉末磁性粉を圧粉磁心用粉末として用いることが記載されているが、圧縮性については考慮されておらず、後出比較例に示す通り、圧縮性を示す圧縮密度の変化率（％）が５．２％と悪いものであった。

また、特許文献３には、エポキシ樹脂とアルミナ含有シリカを含む被膜で被覆された鉄基粉末を圧粉磁心用粉末として用いることが記載されており、特許文献４には、鉄粉、又はリン酸化合物被膜を表面に施した鉄粉を樹脂で結合した圧粉磁心が記載されているが、加圧成形体の焼鈍し前後の比抵抗値の変化率は１０〜９４％と、いずれも高いものとなっている。

特許文献５には、磁性粉末粒子間に、シリコーン骨格と顔料を含有する絶縁層を有する圧粉磁心が記載されているが、絶縁層にシリコーン樹脂が用いられているために、圧力に応じて圧縮される。そのため、圧縮性を示す圧縮密度の変化率は高いものとなり、加圧成形時に磁性粒子の歪みが残りやすくなる。

特許文献６乃至７には、リン酸亜鉛、リン酸マグネシウム、リン酸カルシウム、リン酸鉄等のリン酸塩被膜を形成した非晶質磁性合金粉末が記載されているが、これらの処理法によるリン酸塩被膜は耐熱温度が５００℃程度であり、それ以上の温度で焼鈍しを行うと、絶縁性を維持することが困難である。

また、特許文献８には、金属アルコキシドを加水分解させて金属粉末表面に水酸化物を吸着させた磁性材料粉末が記載されているが、金属アルコキシドに蒸留水を添加しているために加水分解が急激に進み、生じる水酸化物の粒子が粗大となり、緻密な被覆が困難となるため、良好な圧縮性を得ることが困難である。

特許文献９には、鉄基粉末、潤滑剤及び合金用粉末から選ばれる１種以上が、オルガノアルコキシシラン、オルガノシラザン、チタネート系カップリング剤、フッ素系カップリング剤から選ばれる１種以上の表面処理剤によって被覆された粉末が記載されているが、有機物が粒子の最外層に存在しているために熱に弱く、加熱前後の体積固有抵抗値の変化が大きいものとなるため好ましくない。

そこで、本発明は、流動性に優れると共に、低い圧力で圧縮成形が可能であり、且つ、高温で焼成した場合においても体積固有抵抗値の変化が少ない圧粉磁心用軟磁性材料を得ることを技術的課題とする。

本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、粒子表面が表面改質剤によって被覆されていると共に該被覆に無機化合物が付着している軟磁性粒子粉末は、流動性に優れると共に、低い圧力で圧縮成形が可能であり、且つ、高温で焼成した場合においても電気抵抗値の変化が少なく、また、該軟磁性粒子粉末を圧粉磁心用軟磁性材料として用いることにより、高い電気抵抗値を有する圧粉磁心が得られることを見いだし、本発明をなすに至った。

即ち、本発明は、軟磁性粒子粉末の粒子表面が表面改質剤によって被覆されていると共に該被覆に無機化合物が付着している複合粒子粉末からなることを特徴とする軟磁性材料である（本発明１）。

また、本発明は、無機化合物が、絶縁体物質であることを特徴とする前記軟磁性材料である（本発明２）。

また、本発明は、絶縁体物質が、アルミニウム、ケイ素、ジルコニウム、チタニウム、セリウム及びマグネシウムから選ばれる１種又は２種以上の元素を含有する酸化物からなることを特徴とする本発明２の軟磁性材料である（本発明３）。

また、本発明は、本発明１乃至３のいずれかの軟磁性材料を圧縮成形してなる圧粉磁心である（本発明４）。

本発明に係る軟磁性材料は、流動性に優れると共に、低い圧力で圧縮成形が可能であり、且つ、高温で焼成した場合においても電気抵抗値の変化が少ないので、圧粉磁心用軟磁性材料として好適である。

本発明に係る圧粉磁心は、前記軟磁性材料を用いたことにより、電気抵抗値が高く、且つ、高温で焼成した場合においても電気抵抗値の変化が少ないので、高性能圧粉磁心として好適である。

本発明の構成をより詳しく説明すれば次の通りである。

先ず、本発明に係る軟磁性材料について述べる。

本発明に係る軟磁性材料は、芯粒子である軟磁性粒子粉末の粒子表面が表面改質剤によって被覆されていると共に、該表面改質剤被覆軟磁性粒子粉末の粒子表面に無機化合物が付着している複合粒子粉末からなる。

本発明における軟磁性粒子粉末としては、アトマイズ鉄粉、還元鉄粉、カルボニル鉄粉等の各種製法による鉄粉、フェライト粉、センダスト粉、パーマロイ粉等の軟磁性金属磁性粒子粉末を用いることができる。得られる圧粉磁心の透磁率と磁束密度を考慮すれば、鉄粉が好ましい。軟磁性粒子粉末の平均粒子径は１．０〜５００．０μｍが好ましく、より好ましくは５．０〜４００．０μｍ、更により好ましくは１０．０〜３００．０μｍである。

本発明における軟磁性粒子粉末の圧縮性は、後述する評価方法において、圧縮密度の変化率が５％以上を有している。

本発明における軟磁性粒子粉末の体積固有抵抗値は、通常、０．１ｍΩ・ｃｍ以上であることが好ましく、より好ましくは０．５ｍΩ・ｃｍ以上である。また、５００℃で１時間加熱前後の体積固有抵抗値の変化率は、通常、２５％以上である。

本発明における軟磁性粒子粉末の流動性は、通常、流動性指数５０以上を有しており、好ましくは５５〜８０である。

本発明における表面改質剤としては、軟磁性粒子粉末の粒子表面へ無機化合物を付着できるものであれば何を用いてもよく、好ましくはアルコキシシラン、フルオロアルキルシラン、シラン系カップリング剤及びオルガノポリシロキサン等の有機ケイ素化合物、チタネート系、アルミネート系及びジルコネート系などのカップリング剤、低分子あるいは高分子界面活性剤等の一種又は二種以上であり、より好ましくはアルコキシシラン、フルオロアルキルシラン、シラン系カップリング剤、オルガノポリシロキサン等の有機ケイ素化合物、チタネート系、アルミネート系及びジルコネート系の各種カップリング剤である。

有機ケイ素化合物としては、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、ブチルトリエトキシシラン、イソブチルトリメトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、オクチルトリエトキシシラン及びデシルトリエトキシシラン等のアルコキシシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、トリデカフルオロオクチルトリメトキシシラン、ヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシラン、トルフルオロプロピルトリエトキシシラン、ヘプタデカフルオロデシルトリエトキシシラン及びトリデカフルオロオクチルトリエトキシシラン等のフルオロアルキルシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ―アミノプロピルトリエトキシシラン、γ―グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ―メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ―メタクロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−（β−アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン等のシラン系カップリング剤、ポリシロキサン、メチルハイドロジェンポリシロキサン、変性ポリシロキサン等のオルガノポリシロキサン等が挙げられる。

チタネート系カップリング剤としては、イソプロピルトリステアロイルチタネート、イソプロピルトリス（ジオクチルパイロホスフェート）チタネート、イソプロピルトリ（Ｎ−アミノエチル・アミノエチル）チタネート、テトラオクチルビス（ジトリデシルホスフェートチタネート、テトラ（２，２ジアリルオキシメチル−１−ブチル）ビス（ジトリデシル）ホスフェートチタネート、ビス（ジオクチルパイロホスフェート）オキシアセテートチタネート、ビス（ジオクチルパイロホスフェート）エチレンチタネート等が挙げられる。

アルミネート系カップリング剤としては、アセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート、アルミニウムジイソプロポキシモノエチルアセトアセテート、アルミニウムトリスエチルアセトアセテート、アルミニウムトリスアセチルアセトネート等が挙げられる。

ジルコネート系カップリング剤としては、ジルコニウムテトラキスアセチルアセトネート、ジルコニウムジブトキシビスアセチルアセトネート、ジルコニウムテトラキスエチルアセトアセテート、ジルコニウムトリボトキシモノエチルアセトアセテート、ジルコニウムトリブトキシアセチルアセトネート等が挙げられる。

低分子系界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、ジオクチルスルホンコハク酸塩、アルキルアミン酢酸塩、アルキル脂肪酸塩等が挙げられる。高分子系界面活性剤としては、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸塩、カルボキシメチルセルロース、アクリル酸−マレイン酸塩コポリマー、オレフィン−マレイン酸塩コポリマー等が挙げられる。

表面改質剤の被覆量は、表面改質剤被覆軟磁性粒子粉末に対して各表面改質剤が含有する金属の元素換算で０．００１〜３．０重量％が好ましく、より好ましくは０．００２〜２．０重量％、最も好ましくは０．００３〜１．０重量％である。また、金属を含有しない表面改質剤の場合、表面改質剤被覆軟磁性粒子粉に対してＣ換算で０．００１〜３．０重量％が好ましく、より好ましくは０．００２〜２．０重量％、更に好ましくは０．００３〜１．０重量％である。各表面改質剤が含有する金属の元素換算で０．００１重量％未満又はＣ換算で０．００１重量％未満の場合には、軟磁性粒子１００重量部に対して０．０１重量部以上の無機化合物を付着させることが困難である。また、各表面改質剤が含有する金属の元素換算で３．０重量％又はＣ換算で３．０重量％を超える場合には、有機物成分が増加するため好ましくない。

本発明における無機化合物としては、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＺrＯ_２、ＴｉＯ_２、ＣeＯ_２及びＭｇＯ等の酸化物を用いることができる。得られる圧粉磁心の電気抵抗値を考慮すれば、より絶縁性の高い無機化合物を用いることが好ましい。

本発明に係る軟磁性材料の無機化合物の付着量は、軟磁性粒子１００重量部に対して０．０１〜５０重量部が好ましい。０．０１重量部未満の場合には、本発明の効果は得られない。０．０１〜５０重量部の添加量により、本発明の効果が十分に得られるので、５０重量部を超えて必要以上に添加する意味がない。得られる軟磁性材料の圧縮性及び流動性を考慮した場合、０．０２〜３５重量部がより好ましく、更により好ましくは０．０５〜２０重量部である。

本発明に係る軟磁性材料の平均粒子径は、用途や特性に応じて選べばよいが、１．０〜５００．０μｍの範囲が好ましい。平均粒子径が５００．０μｍ以上の場合には、粒子径が大きすぎ、圧粉磁心に用いた場合、充填密度が下がるため好ましくない。平均粒子径が１．０μｍ以下の場合には、粒子径が小さすぎ、流動性が低下するため好ましくない。より好ましくは５．０〜４００．０μｍ、更により好ましくは１０．０〜３００．０μｍである。

本発明に係る軟磁性材料の圧縮性は、後述する評価方法において、圧縮密度の変化率は５％未満が好ましい。圧縮密度の変化率は５％以上の場合には、圧粉磁心を作製する際に高い圧力が必要となるため好ましくない。より好ましくは４％以下、更により好ましくは３％以下である。

本発明に係る軟磁性材料の体積固有抵抗値は、１．０ｍΩ・ｃｍ以上であることが好ましく、より好ましくは２．０ｍΩ・ｃｍ以上である。また、５００℃×１時間加熱前後の体積固有抵抗値の変化率は、２０％以下が好ましく、より好ましくは１５％以下、更により好ましくは１０％以下である。加熱前後の体積固有抵抗値の変化率が２０％を超える場合は、これを用いて得られる圧粉磁心の比抵抗値が焼鈍しによって低下しやすくなるため好ましくない。

本発明に係る軟磁性材料の流動性は、流動性指数７０以上が好ましい。流動性指数が７０未満の場合には、圧粉磁心の作製時に、金型への充填性が上がらず、そのため、圧粉磁心の軟磁性粒子粉末の充填率は悪いものとなる。より好ましくは７５〜９５である。

本発明に係る軟磁性材料の無機化合物粒子の脱離率は２０％以下が好ましく、より好ましくは１５％以下、更により好ましくは１０％以下である。無機化合物粒子の脱離率が２０％を超える場合には、目的とする圧縮性及び流動性の改善効果が得られない。

次に、本発明に係る軟磁性材料を用いた圧粉磁心について述べる。

本発明に係る圧粉磁心は、本発明に係る軟磁性材料に、必要により、結合剤樹脂や潤滑剤等の添加剤を混合し、該混合粒子粉末を圧縮成形した後、加熱処理することによって得ることができる。

結合剤樹脂としては、エポキシ樹脂、イミド樹脂、フェノール樹脂、又はシリコーン樹脂等を単独又は混合して用いることができる。

本発明に係る圧粉磁心における軟磁性粒子粉末の体積占有率（ｖｏｌ％）は、９０％以上であり、好ましくは９１％、より好ましくは９２％以上である。

本発明に係る圧粉磁心の比抵抗値は、２．０ｍΩ・ｃｍ以上であり、好ましくは３．０ｍΩ・ｃｍ以上、より好ましくは４．０ｍΩ・ｃｍ以上である。また、熱処理前後の比抵抗値の変化率は、３０％未満が好ましく、より好ましくは２０％未満、更により好ましくは１０％未満である。

次に、本発明に係る軟磁性材料の製造法について述べる。

本発明に係る軟磁性材料は、軟磁性粒子粉末と表面改質剤とを混合し、軟磁性粒子粉末の粒子表面を表面改質剤によって被覆し、次いで、表面改質剤によって被覆された軟磁性粒子粉末と無機化合物を混合することによって得ることができる。

軟磁性粒子粉末の粒子表面への表面改質剤による被覆は、軟磁性粒子粉末と表面改質剤とを機械的に混合攪拌したり、軟磁性粒子粉末に表面改質剤を噴霧しながら機械的に混合攪拌すればよい。添加した表面改質剤は、ほぼ全量が軟磁性粒子粉末の粒子表面に被覆される。

軟磁性粒子粉末と表面改質剤との混合攪拌、無機化合物と粒子表面に表面改質剤が被覆されている軟磁性粒子粉末との混合攪拌をするための機器としては、粉体層にせん断力を加えることができる装置が好ましく、特に、せん断、へらなで及び圧縮が同時に行える装置、例えば、ホイール型混練機、ブレード型混練機、ロール型混練機を用いることができ、ホイール型混練機より効果的に使用できる。

前記ホイール型混練機としては、エッジランナー（「ミックスマラー」、「シンプソンミル」、「サンドミル」と同義語である）、マルチマル、ストッツミル、ウエットパンミル、コナーミル、リングマラー等があり、このましくはエッジランナ−、マルチマル、ストッツミル、ウエットパンミル、リングマラー、であり、よろ好ましくはエッジランナ−である。前記ボール型混練機としては、振動ミル等がある。前記ブレード型混練機としては、ヘンシェルミキサー、プラネタリーミキサー、ナウターミキサー等がある。前記ロール型混練機としては、エクストルーダー等がある。

軟磁性粒子粉末と表面改質剤との混合攪拌時における条件としては、軟磁性粒子粉末の表面ができるだけ均一に表面改質剤で被覆されるように、線荷重は１９．６〜１９６０Ｎ／ｃｍ、好ましくは９８〜１４７０Ｎ／ｃｍ、より好ましくは１４７〜９８０Ｎ／ｃｍ、処理時間は５分〜２４時間、好ましくは１０分〜２０時間の範囲で調整すればよい。攪拌速度は２〜２０００ｒｐｍ、好ましくは５〜１０００ｒｐｍ、より好ましくは１０〜８００ｒｐｍの範囲で調整すればよい。

軟磁性粒子表面を表面改質剤で被覆した後、無機化合物粒子粉末を添加し、混合攪拌して無機化合物粒子を表面改質剤被覆軟磁性粒子粉末の粒子表面に付着させる。このとき、必要に応じて乾燥乃至加熱処理を行ってもよい。無機化合物粒子粉末は少量ずつを、５分〜２４時間、好ましくは５分〜２０時間程度の時間をかけながら添加するか、若しくは、軟磁性粒子粉末１００重量部に対して５〜２５重量部の無機化合物粒子粉末を、所望の添加量となるまで分割して添加することが好ましい。

混合攪拌時における条件は、無機化合物粒子が分散した状態で付着するように、線荷重は１９．６〜１９６０Ｎ／ｃｍ、好ましくは９８〜１４７０Ｎ／ｃｍ、より好ましくは１４７〜９８０Ｎ／ｃｍ、処理時間は５分〜２４時間、好ましくは１０分〜２０時間の範囲で調整すればよい。攪拌速度は２〜２０００ｒｐｍ、好ましくは５〜１０００ｒｐｍ、より好ましくは１０〜８００ｒｐｍの範囲で調整すればよい。

乾燥乃至加熱処理を行う場合の加熱温度は、通常、４０〜１５０℃が好ましく、より好ましくは６０〜１２０℃であり、加熱時間は、１０分〜１２時間が好ましく、３０分〜３時間がより好ましい。

次に、本発明に係る圧粉磁心の製造方法を詳述する。

圧縮成形は、通常行われている、金型を用いた圧縮成形法で行うことができる。なお、成形圧は、用途に応じて適宜選べばよい。

圧縮成形後の熱処理温度は、結合剤樹脂の種類と要求される特性に応じて適宜調整すればよく、熱処理温度の上限は、無機化合物被膜の分解温度以下である。

＜作用＞
本発明における最も重要な点は、軟磁性粒子粉末の粒子表面に表面改質剤を介して無機化合物粒子が付着もしくは被覆している複合粒子粉末からなる軟磁性材料は、圧縮性及び流動性に優れると共に、高温で焼成した場合においても体積固有抵抗値の変化が少ないという事実である。

本発明に係る軟磁性材料の流動性が優れている理由として、本発明者は、軟磁性粒子粉末の粒子表面に無機化合物粒子を表面改質剤を介して強固に付着もしくは被覆させることにより、粒子表面に非常に微細な突起が生じたためと推定している。

本発明に係る軟磁性材料の圧縮性が優れている理由として、本発明者は、前記理由により、軟磁性材料の流動性が向上したために充填性が向上し、その結果、低い圧力でも十分な圧縮密度を得ることが可能になったものと推定している。

本発明に係る軟磁性材料の体積固有抵抗値が高温で焼成した場合でも変化が少ない理由として、本発明者は、軟磁性粒子粉末の粒子表面に表面改質剤を介して無機化合物粒子を強固に付着もしくは被覆させることにより、芯粒子である軟磁性粒子粉末が熱による影響を受け難くなったためと推定している。

また、本発明に係る軟磁性材料を用いて得られた圧粉磁心は、高い比抵抗値を有するという事実である。

本発明に係る圧粉磁心が高い比抵抗値を有する理由として、本発明者は、軟磁性材料として、体積固有抵抗値が高温で焼成した場合でも変化が少ない本発明に係る軟磁性材料を用いたことにより、通常、加熱処理を行うことにより大幅に減少する比抵抗値を、加熱処理前とほぼ同じ値に維持できたことによるものと考えている。

以下、本発明における実施例を示し、本発明を具体的に説明する。

各粒子粉末の平均粒子径は、いずれも電子顕微鏡写真に示される粒子３５０個の粒子径をそれぞれ測定し、その平均値で示した。

軟磁性材料の粒子表面に被覆されている表面改質剤の被覆量は、金属元素を含有している場合、各表面改質剤に含有されている金属について、「蛍光Ｘ線分析装置３０６３Ｍ型」（理学電機工業株式会社製）を使用し、ＪＩＳＫ０１１９の「けい光Ｘ線分析通則」に従って測定した。また、表面改質剤が金属元素を含有していない場合には、「堀場金属炭素・硫黄分析装置ＥＭＩＡ−２２００型」（株式会社堀場製作所製）を用いて炭素量を測定することにより求めた。

軟磁性材料の粒子表面に付着もしくは被覆されている無機化合物の被覆量は、「蛍光Ｘ線分析装置３０６３Ｍ型」（理学電機工業株式会社製）を使用し、ＪＩＳＫ０１１９の「けい光Ｘ線分析通則」に従って測定した。

軟磁性材料に付着している無機化合物の脱離率（％）は、下記の方法により求めた値で示した。無機化合物の脱離率が０％に近いほど、軟磁性材料からの無機化合物粒子の脱離量が少ないことを示す。

複合粒子粉末３ｇとエタノール４０ｍｌを５０ｍｌの沈降管に入れ、２０分間超音波分散を行った後、１２０分静置し、沈降速度によって複合粒子粉末と脱離した無機化合物粒子粉末とを分離した。次いで、この複合粒子粉末に再度エタノール４０ｍｌを加え、更に２０分間超音波分散を行った後１２０分静置し、複合粒子粉末と脱離した無機化合物粒子粉末を分離した。この複合粒子粉末を風乾させ、無機化合物粒子粉末の量を測定し、下記数１に従って求めた値を無機化合物粒子の脱離率（％）とした。

＜数１＞
無機化合物粒子の脱離率（％）＝｛（Ｗａ−Ｗｅ）／Ｗａ｝×１００
Ｗａ：複合粒子粉末の無機化合物粒子粉末付着量
Ｗｅ：脱離試験後の複合粒子粉末の無機化合物粒子粉末付着量

各粒子粉末の体積固有抵抗値は、まず、粒子粉末０．５ｇを測り取り、ＫＢｒ錠剤成形器（株式会社島津製作所）を用いて、１．３７２×１０^７Ｐａの圧力で加圧成形を行い、円柱状の被測定試料を作製した。

次いで、被測定試料を温度２５℃、相対温度６０％の環境下に１２時間以上暴露した後、この被測定試料をステンレス電極の間にセットし、電気抵抗測定装置（ｍｏｄｅｌ４３２９Ａ横河北辰電気株式会社製）で１５Ｖの電圧を印加して抵抗値Ｒ（ｍΩ）を測定した。

次いで、被測定（円柱状）試料の上面の面積Ａ（ｃｍ^２）と厚みｔ_０（ｃｍ）を測定し、下記数２にそれぞれの測定値を挿入して、体積固有抵抗値（ｍΩ・ｃｍ）を求めた。

＜数２＞
体積固有抵抗値（ｍΩ・ｃｍ）＝Ｒ×（Ａ／ｔ_０）

各粒子粉末の加熱前後における体積固有抵抗値の変化率（％）は、前記で作製した体積固有抵抗値測定用の円柱状の被測定試料を５００℃にて１時間加熱した後、前記と同様にして体積固有抵抗値を測定し、下記数３に加熱前後の体積固有抵抗値を挿入して、体積固有抵抗値の変化率を求めた。

＜数３＞
加熱前後の体積固有抵抗値の変化率（％）＝｛体積固有抵抗値（加熱前）−体積固有抵抗値（加熱後）｝／体積固有抵抗値（加熱前）×１００

各粒子粉末の流動性は、パウダテスタ（商品名、ホソカワミクロン株式会社製）を用いて、安息角（度）、圧縮度（％）、スパチュラ角（度）、凝集度の各粉体特性値を測定し、該各測定値を同一基準の数値に置き換えた各々の指数を求め、各々の指数を合計した流動性指数で示した。流動性指数が１００に近いほど、流動性が優れていることを意味する。

各粒子粉末の圧縮密度の変化率は、まず、試料粉体０．３ｇを測り取り、φ１３ｍｍの円筒形の金型に入れ、ＫＢｒ錠剤成形器（株式会社島津製作所）を用いて、９．８×１０^７Ｐａ及び４．９×１０^８Ｐａの圧力で加圧成形を行い、得られた粉体層の厚みから、それぞれの圧力における圧縮密度ＣＤ_１（ｇ／ｃｍ^３）及びＣＤ_５（ｇ／ｃｍ^３）を求め、下記数４にそれぞれの測定値を挿入して、圧縮密度の変化率（％）を求めた。

＜数４＞
圧縮密度の変化率（％）＝｛（ＣＤ_１−ＣＤ_５）／ＣＤ_１）｝×１００

圧粉磁心に含有される軟磁性粒子粉末の体積占有率は、まず、各試料粉体の真比重と圧縮成形に用いる各試料粉体の重量から、圧粉磁心に含有される試料粉体の体積を求めた。次いで、後述する圧粉磁心用の混合粉を成形圧４．９×１０^８Ｐａで円柱状（φ２３×５ｍｍ）に圧縮成形し、圧粉磁心に含有される試料粉体の体積と圧縮成形後の円柱の体積から求めた。

圧粉磁心の比抵抗値は、後述する方法によって作製した圧粉磁心を用い、前述の各粒子粉末の体積固有抵抗値を測定したのと同様にして、電気抵抗測定装置（ｍｏｄｅｌ４３２９Ａ横河北辰電気株式会社製）を用いて熱処理前と熱処理後の比抵抗値の測定を行った。また、熱処理前後の比抵抗値の変化率は、加熱処理前の比抵抗値Ｒ_０（ｍΩ・ｃｍ）及び加熱処理後の比抵抗値Ｒ_１（ｍΩ・ｃｍ）を用いて、下記数５にそれぞれの測定値を挿入して、比抵抗値の変化率（％）を求めた。

＜数５＞
比抵抗値の変化率（％）＝｛（Ｒ_０−Ｒ_１）／Ｒ_０）｝×１００

＜実施例１−１：軟磁性材料の製造＞
軟磁性粒子粉末１（組成：鉄粉、粒子形状：粒状、平均粒子径２０．１μｍ、体積固有抵抗値３１５．１ｍΩ・ｃｍ、加熱前後の体積固有抵抗値の変化率３５．８％、流動性５９、圧縮密度の変化率７．５％）１０．０ｋｇに、テトラエトキシシラン（商品名：ＴＳＬ８１２４：ＧＥ東芝シリコーン株式会社製）５０ｇを、エッジランナーを稼動させながら鉄粉に添加し、５８８Ｎ／ｃｍの線荷重で２０分間混合攪拌を行った。なお、このときの攪拌速度は２２ｒｐｍで行った。

次に、絶縁体Ａ（種類：ＳｉＯ_２、粒子形状：球状、平均粒子径１５ｎｍ）１００ｇを、エッジランナーを稼動させながら３０分間かけて添加し、更に５８８Ｎ／ｃｍの線荷重で２０分間混合攪拌を行い、テトラエトキシシラン被覆及び／又はテトラエトキシシランから生成するケイ素化合物被覆に絶縁体物質を付着させ、軟磁性材料を得た。なお、このときの攪拌速度は２２ｒｐｍで行った。

得られた軟磁性材料は、平均粒子径が２０．２μｍの粒状粒子であった。体積固有抵抗値は４１２．４ｍΩ・ｃｍ、加熱前後の体積固有抵抗値の変化率は７．６％、流動性は８３、圧縮密度の変化率は１．４％であり、無機化合物粒子の脱離率は６．５％であった。付着もしくは被覆している無機化合物粒子粉末は０．９４重量％であった。テトラエトキシシランの被覆量はＳｉ換算で０．０６重量％であった。得られた軟磁性材料の電子顕微鏡写真の観察結果より、添加した絶縁性物質の粒子がほとんど認められないことから、絶縁性物質のほぼ全量がテトラエトキシシランもしくはテトラエトキシシランから生成するケイ素化合物被覆に付着していることが認められた。

＜実施例２−１：圧粉磁心の製造＞
前記軟磁性材料１００重量部とエポキシ樹脂０．６重量部を混合し、ステアリン酸亜鉛を塗布した金型を用い、混合粉を成形圧４．９×１０^８Ｐａでリング状（１０×φ２３×５ｍｍ）に圧縮成形した。成形体は、空気中、２００℃で３０分間加熱した後、冷却することにより圧粉磁心を得た。

得られた圧粉磁心の軟磁性粒子粉末の体積占有率は、９２．６ｖｏｌ％であり、熱処理前の比抵抗値は４６５．２ｍΩ・ｃｍ、熱処理後の比抵抗値は４２７．５ｍΩ・ｃｍ、比抵抗値の変化率は８．１％であった。

前記実施例１−１及び２−１に従って軟磁性材料及び圧粉磁心を作製した。各製造条件及び得られた軟磁性粒子粉末及び圧粉磁心の諸特性を示す。

軟磁性粒子１〜５：
芯粒子粉末として表１に示す特性を有する軟磁性粒子粉末を用意した。

絶縁体Ａ〜Ｄ：
無機化合物粒子として表２に示す諸特性を有する絶縁体物質を用意した。

実施例１−２〜１−６、比較例１及び２：
芯粒子の種類、表面改質剤による被覆工程における添加物の種類、添加量、エッジランナー処理の線荷重及び時間、無機化合物粒子の付着工程における無機化合物粒子の種類、添加量、エッジランナー処理の線荷重及び時間を種々変化させた以外は、前記実施例１−１と同様にして軟磁性材料を得た。

このときの製造条件を表３に、得られた圧粉磁心用軟磁性材料の諸特性を表４に示す。

比較例３（特開２００１−１９６２１７号公報実施例追試実験）
平均粒子径３５．３μｍの鉄粉（表１軟磁性粒子Ｂ）１００重量部に対し、変性アルミニウムシリケートゾル（有機溶剤：メタノール、固形分５０重量％）３０重量部をミキサに投入し、約１時間混合した。次いで、温度１００℃で加熱して約１時間混合した後、濾過して鉄粉を得た。

得られた鉄粉の諸特性を表４に示す。

実施例２−２〜２−８、比較例４〜１１：
軟磁性材料の種類を種々変化させた以外は、前記実施例２−１と同様にして圧粉磁心を得た。

得られた圧粉磁心の諸特性を表５に示す。

Claims

軟磁性粒子粉末の粒子表面が表面改質剤によって被覆されていると共に該被覆に無機化合物が付着している複合粒子粉末からなることを特徴とする軟磁性材料。
無機化合物が絶縁体物質であることを特徴とする請求項１記載の軟磁性材料。
絶縁体物質が、アルミニウム、ケイ素、ジルコニウム、チタニウム、セリウム及びマグネシウムから選ばれる１種又は２種以上の元素を含有する酸化物からなることを特徴とする請求項２記載の軟磁性材料。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の軟磁性材料を圧縮成形してなる圧粉磁心。