JP4908546B2 - 圧粉磁心及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、軟磁性粉末からなる圧粉磁心およびその製造方法に関するものである。

ＯＡ機器、太陽光発電システム、自動車、無停電電源などの制御用電源には電子機器としてチョークコイルが用いられており、そのコアとして、フェライト磁心や圧粉磁心が使用されている。これらの中で、フェライト磁心は飽和磁束密度が小さいと言う欠点を有している。これに対して、金属粉末を成形して作製される圧粉磁心は、軟磁性フェライトに比べて高い飽和磁束密度を持つため、直流重畳特性に優れている。

圧粉磁心は、エネルギー交換効率の向上や低発熱などの要求から、小さな印加磁界で、大きな磁束密度を得ることが出来る磁気特性と、磁束密度変化におけるエネルギー損失が小さいという磁気特性が求められる。圧粉磁心を交流磁場で使用した場合、鉄損（Ｐｃ）と呼ばれるエネルギー損失が生じる。この鉄損は、下記［式１］の関係で表すことができる。この中で鉄損は、ヒステリシス損失（Ｐｈ）、渦電流損失（Ｐｅ）の和で表される。また、ヒステリシス損失（Ｐｈ）は動作周波数に比例し、渦電流損失（Ｐｅ）は動作周波数の２乗に比例する。そのため、ヒステリシス損失（Ｐｈ）は低周波側領域で支配的になり、渦電流損失（Ｐｅ）は高周波領域で支配的になる。圧粉磁心は、この鉄損の発生を小さくする磁気特性が求められている。
［数１］
Pc=Ph＋Pe 、Ph=Kh×ｆ、Pe=Ke×ｆ² … 式１
Kh：ヒステリシス損係数、Ke：渦電流損係数、ｆ：周波数

圧粉磁心のヒステリシス損失（Ｐｈ）を低減するためには、磁壁の移動を容易にすればよく、そのためには軟磁性粉末粒子の保磁力を低下させればよい。なお、この保磁力を低下させることで、初透磁率の向上とヒステリシス損失（Ｐｈ）の低減が図れる。渦電流損失（Ｐｅ）は［式２］で示されるように、コアの比抵抗に反比例する。
［数２］
Ke＝k1Bm²t²/ρ … 式２
k1：係数、Bm：磁束密度、ｔ：粒子径（板材の場合厚さ）、ρ：比抵抗

このような、高密度成形された圧粉磁心の製造方法としては、リン酸塩処理を施した鉄粉を基材とする方法（例えば、特許文献１参照）や、鉄を主成分とする磁性粉末に絶縁被膜としてリン酸塩系の第１絶縁層とその上にシリコーン樹脂からなる第２絶縁層を設ける方法（例えば、特許文献２参照）や、軟磁性粉末の表面を樹脂を含有しない無機物の絶縁層で表面を絶縁被覆処理する方法（例えば、特許文献３参照）や、表面の前面または一部に合金成分の酸化物を備えるアトマイズ合金粉末に対して、絶縁層を被膜し、さらにその上にシリコーン樹脂層を形成する方法（例えば、特許文献４〜６参照）や、磁性粉末の粒子表面に２種類以上の金属酸化物粉末により絶縁被膜を形成する方法（例えば、特許文献７参照）が知られている。

特開２０００−５０４７８５号公報 特開２００６−５１７３号公報 特開２００３−３３２１１６号公報 特開２００６−１２８５２１号公報 特開２００６−２３３２９５号公報 特開２００７−１９４２７３号公報 特開２００７−２１４３６６号公報

しかしながら、高密度成形された圧粉磁心は、高い磁束密度を有するが、成形時に多くの歪みが軟磁性粉末の粒子内に発生する。この歪みは圧粉磁心の保磁力を高めて、ヒステリシス損失（Ｐｈ）を増加させる。そのため、歪み除去を目的とした焼鈍作業を行う必要があるが、鉄を主成分とする軟磁性粉末では、５００℃以上の高い焼鈍温度が必要となる。ところが、焼鈍温度を高くすると、粉末粒子間の絶縁破壊が発生しコアの比抵抗が大きくなり、渦電流損失（Ｐｅ）が増加して十分な焼鈍効果が得られない。

例えば、特許文献１に記載の発明では、リン酸塩系の絶縁処理において、焼鈍温度を５００℃以上と高くすると、絶縁破壊をおこしてしまうため、渦電流損失（Ｐｅ）が増加して十分な効果が得られない問題点があった。

また、特許文献２の発明では、耐熱温度を５００℃以上としているものの、粉末間の絶縁を評価するのに比抵抗で評価している。耐熱温度が５００℃以上とは、圧粉磁心に５００℃で３０分間の焼鈍を施した後に、比抵抗が１００μΩm以上であること。耐熱温度が６００℃以上とは、圧粉磁心に６００℃で３０分間の焼鈍を施した後に比抵抗が１０μΩｍ以上であることとしている。６００℃で計算上１０倍大きな渦電流損となっている。文献２では、４００Ｈｚ,８００Ｈｚのような低い周波数では大きな問題とならないが、本特許で検討しているような２０ｋＨｚという高い周波数では、６００℃での比抵抗が１０μΩｍ以上とは絶縁破壊をおこしているという評価となる。

特許文献３の発明では、絶縁層と絶縁粉末を指定しており、絶縁粉末の平均粒径で０．１〜１０μmとなっている。この効果として成形後の熱処理温度を５００〜９００℃にしても絶縁層を破壊することなく、軟磁性粉末に残留する圧縮成形歪を開放することができるとしている。

この結果を詳細に調べると、表１のように渦電流損を１５ｋＨｚ,５０ｍＴで評価しており４００℃〜９００℃まで変化の無いデータとなっている。一方、比抵抗は特許文献３の発明である混合法では５００℃で９４１μΩm，６００℃で６４０μΩm，７００℃で３１０μΩｍ，８００で１５０μΩｍ，９００℃で１００μΩｍと５００℃と比較し６００℃で６８％，７００℃で，８００で３３％，９００で１１％と激減している。渦電流損失（Ｐｅ）は［式２］により磁束密度の二乗に比例している。すなわち、特許文献３で述べているような５０ｍＴの場合、あまり影響がでてこないが１５０ｍＴのような高磁束密度の場合には、鉄損に占める割合が大きくなり、この比抵抗の減少が大きな影響を及ぼす。

さらに、特許文献４〜６の発明の、表面の前面または一部に合金成分の酸化物を備えるアトマイズ合金粉末に対して、絶縁層を被膜し、さらにその上にシリコーン樹脂層を形成する方法では、十分に鉄損が低下しなかった。また、各文献での鉄損は２ｋＨｚ，０．５Ｔという低い周波数で議論されており、２０ｋＨｚという高い周波数では式１）から明らかなように渦電流損失（Ｐｅ）が周波数の２乗に比例するため２ｋＨｚでの１００倍となり僅かの絶縁破壊でも大きく渦電流損失（Ｐｅ）に影響する。

特許文献７の発明では、粉末の混合のみでは粉末単独の焼鈍により粉末が融着する。また、真空中での焼鈍ではコストアップとなる。さらに特許文献７中では、鉄損が低減されるとしているが、詳細な処理条件および評価時の測定条件等が明示されていない。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、軟磁性粉末の表面に対して絶縁処理をおこなうことで、焼鈍温度が高い場合においても、高周波数・高磁束密度且つ渦電流損失（Ｐｅ）が一定（増大しない）であり、さらにヒステリシス損失（Ｐｈ）を低減することにより低損失な圧粉磁心と、その製造方法を提供することである。

上記目的をふまえ、本発明の圧粉磁心は、鉄を主成分とする軟磁性粉末の表面を、絶縁層として無機絶縁粉末が均一に分散された無機絶縁被膜により覆い、絶縁層で覆った軟磁性粉末を熱処理し、熱処理を施した軟磁性粉末を結着性絶縁樹脂で被覆し、その後、結着性絶縁樹脂を混合して得られた軟磁性粉末と潤滑性樹脂を混合し、その混合物を加圧成形して成形体を作製し、その成形体を焼鈍してなるものであり、前記熱処理を、１０００℃以上且つ軟磁性粉末の融点以下の温度の還元雰囲気中で行うことにより作製され、前記結着性絶縁樹脂は、前記軟磁性粉末にシランカップリング剤を混合することで形成される１層目の絶縁層と、当該１層目の絶縁層を形成した前記軟磁性粉末にリコーンレジンを混合することで形成される２層目の絶縁層とから構成されたことを特徴とする。

なお、前記成形体を６００℃以上且つ前記軟磁性粉末が焼結を開始する温度以下の非酸化性雰囲気中で焼鈍したり、平均粒経が７〜５０ｎｍの無機絶縁粉末を使用したり、無機絶縁粉末や無機絶縁被膜の融点が１５００℃以上であったり、無機絶縁被膜がアルコキシドから作成されたりする圧粉磁心も本発明の一形態である。

以上のような本発明によれば、鉄を主成分とする軟磁性粉末の表面が、金属酸化物絶縁被膜とそれに均一に分散された無機絶縁粉末で覆われることにより、軟磁性粉末の表面に無機絶縁粉末による絶縁層ができる。この絶縁層により、５００℃以上の高い焼鈍温度で焼鈍しても、粉末粒子間の絶縁破壊が発生せず、渦電流損失（Ｐｅ）が増加を防止することができる。これにより、高い絶縁性能を有した高耐熱絶縁層を形成し、高周波及び高磁束密度でも渦電流損失（Ｐｅ）が一定であり、且つヒステリシス損失（Ｐｈ）を低減した低損失な圧粉磁心とその製造方法を提供することができる。

本発明の圧粉磁心の製造方法を示すフローチャート。 本発明の実施例の第１の特性比較におけるＭｇＯ被膜の添加量と密度の関係を示したグラフ。 本発明の実施例の第１の特性比較におけるＭｇＯ被膜の添加量と鉄損（コアロス）の関係を示したグラフ。 本発明の実施例の第２の特性比較におけるＡｌ_２Ｏ_３被膜の添加量と密度の関係を示したグラフ。 本発明の実施例の第２の特性比較におけるＡｌ_２Ｏ_３被膜の添加量と鉄損（コアロス）の関係を示したグラフ。 本発明の実施例の第４の特性比較における焼鈍温度と鉄損（コアロス）の関係を示したグラフ。 本発明の実施例の第４の特性比較における焼鈍温度とヒステリシス損失（Ｐｈ）の関係を示したグラフ。 本発明の実施例の第４の特性比較における焼鈍温度と渦電流損失（Ｐｅ）の関係を示したグラフ。

［１．製造工程］
本実施形態の圧粉磁心の製造方法は、図１に示す次のような各工程を有する。
（１）軟磁性粉末に対して無機絶縁粉末を混合し、その表面に無機絶縁被膜を形成する第１の絶縁工程（ステップ１）。
（２）第１の絶縁工程で絶縁処理を施した粉末に対して熱処理を施す熱処理工程（ステップ２）。
（３）熱処理工程を経た粉末を結着性絶縁樹脂で被覆する第２の絶縁工程（ステップ３）。
（４）第２の絶縁工程で絶縁処理を施した粉末に対して、潤滑剤を混合する混合工程（ステップ４）。
（５）混合工程を経た混合物を、加圧成形処理して成形体を作製する成形工程（ステップ５）。
（６）成形工程を経た成形体を焼鈍処理する焼鈍工程（ステップ６）。
以下、各工程を具体的に説明する。

（１）第１の絶縁工程
第１の絶縁工程では、鉄を主成分とする軟磁性粉末の表面を覆う絶縁層を形成するために、鉄を主成分とする軟磁性粉末と無機絶縁粉末とを混合し、その混合物の表面に無機絶縁被膜を形成する。

まず、鉄を主成分とする軟磁性粉末に無機絶縁粉末を添加し、それをポットミル容器を回転させ均一に混合する。この混合方法においては、粉末に内部歪が入らないように混合することが求められる。この時、軟磁性粉末の平均粒径が３０〜１００μｍの範囲のものが好ましい。この範囲より平均粒径が大きいと渦電流損失（Ｐｅ）が増大し、一方、この範囲より平均粒径が小さいと、密度低下によるヒステリシス損失（Ｐｈ）が増加する。軟磁性粉末は、水アトマイズ製法、ガスアトマイズ製法、水ガスアトマイズ製法などで作製した粉末を利用することができる。

無機絶縁粉末の比表面積は、３４〜３００ｍ^２／ｇとする。これよりも大きいと軟磁性粉末同士に隙間が生じて、密度が低下して透磁率、コアロス及び直流重畳特性が劣化する。また、無機絶縁粉末の粒子の平均粒経は、７〜５０ｎｍとする。これよりも小さい粒径の無機絶縁粉末は、製造が困難であり、これよりも大きいと軟磁性粉末同士に隙間が生じて、密度が低下して透磁率、鉄損（コアロス）及び直流重畳特性が劣化する。また、無機絶縁粉末の添加量は、０．２５〜１．０ｗｔ％が好ましい。０．２５ｗｔ％未満であると、後述する熱処理工程において、凝固が起こり粉末同士が融着してしまう。融点が高い無機絶縁粉末を使用し凝固が起こらなかった場合でも、絶縁性能が十分発揮できず、高い焼鈍温度では渦電流損失（Ｐｅ）が著しく増加する。また、１．０ｗｔ％を超えると絶縁性能は発揮されるが、成形密度が７．２４ｇ／ｃｍ^３未満となり渦電流損失（Ｐｅ）以外の磁気特性が低下してしまう。無機絶縁粉末としては、融点が１５００℃以上であるＭｇＯ粉末（融点２８００℃）、Ａｌ_２Ｏ_３粉末（融点２０４６℃）、ＴｉＯ_２粉末（融点１６４０℃）、ＣａＯ粉末（融点２５７２℃）の少なくとも１種以上であることが望ましい。

次に、無機絶縁粉末で均一に覆われた軟磁性粉末の表面に、無機絶縁被膜を形成することにより絶縁層を形成する。無機絶縁被膜は、アルコキシド溶液を用いたゾル−ゲル法により作製することができる。この方法では、無機絶縁粉末で覆われた軟磁性粉末の表面に、金属のアルコキシド溶液を均一に塗布し、その後、空気中の水分と反応（加水分解）させ、それを乾燥させることにより無機絶縁被膜を形成する。この時、無機絶縁被膜は、前記軟磁性粉末の０．００８〜０．４００ｗｔ％が好ましい。添加量が０．００８ｗｔ％未満であると、効果が十分に発揮できず、渦電流損失（Ｐｅ）が増加する。また、添加量が０．４００ｗｔ％を超えても、絶縁性能は発揮され成形密度は低下することはないが、添加量を増やしても絶縁性能の向上は見られない。無機絶縁被膜としては、融点が１５００℃超であるＭｇＯ（融点２８００℃）、Ａｌ_２Ｏ_３（融点２０４６℃）、ＴｉＯ_２（融点１６４０℃）、ＣａＯ（融点２５７２℃）の少なくとも１種以上であることが望ましい。

また、表面を無機絶縁粉末覆われた軟磁性粉末に、金属のアルコキシド溶液を塗布することにより絶縁層を作成したが、軟磁性粉末に、無機絶縁粉末を混合したアルコキシド溶液とを塗布することにより、絶縁層を形成することも可能である。無機絶縁粉末が混合したアルコキシド溶液を塗布することにより、製造工程を短くすることができる。

（２）熱処理工程
熱処理工程では、前記第１の絶縁工程を経た粉末を１０００℃以上且つ軟磁性粉末が焼結を開始する温度以下の還元雰囲気中で熱処理を行う。

１０００℃以上の温度で熱処理を行うことで、軟磁性粉末内に存在する歪みの除去や、結晶粒界などの欠陥の除去や、軟磁性粉末粒子中の結晶粒子の成長（拡大）をさせることができる。これにより、磁壁移動が容易となり、保磁力を小さくし、ヒステリシス損失（Ｐｈ）を低減すると共に、成形後の焼鈍温度を高くすることもできる。この熱処理温度が１０００℃未満であると、焼鈍温度を高くしても圧粉磁心のヒステリシス損失（Ｐｈ）があまり低下せず鉄損の低減には寄与しない。このとき、第１の絶縁層は、粉末同士が融着することを防止するが、軟磁性粉末が焼結してしまう温度で熱処理を行うと、軟磁性粉末が焼結し固まってしまい、圧粉磁心の材料として使用できなくなるという問題点がある。

（３）第２の絶縁工程
前記熱処理工程で熱処理を施した粉末の表面に、絶縁層を形成する第２の絶縁工程では、２種類の結着性絶縁樹脂を２度に分けて被覆することにより２層構造の絶縁層を形成する。まず、２層構造の１層目の絶縁層として、前記熱処理工程を経た粉末とシランカップリング剤とを混合し、加熱乾燥を行うことにより絶縁層を形成する。その外側に２層目の絶縁層として、１層目の絶縁層を形成した粉末とシリコーンレジンを混合し、加熱乾燥を行うことにより絶縁層を形成する。これを乾燥後、目開き３００μmの篩いで解砕をおこない造粒粉を作成する。

シランカップリング剤による第１層目の絶縁層では、前記無機絶縁粉末を均一に分散させると共に、無機絶縁粉末と軟磁性粉末との密着力を高めることができる。この時のシランカップリング剤の添加量は、０．１〜０．５ｗｔ％が最適である。これより少ないと、無機絶縁粉末と軟磁性粉末とを十分に密着させることができなくなり、効果が十分に発揮されない。また、適量より多いと、成形密度の低下を引き起こすため、焼鈍後の磁気特性を劣化させる問題が発生する。

シリコーンレジンによる第２層目の絶縁層では、絶縁性能を向上させると共に、成形時に金型と粉末との接触によるコア壁面の縦筋の発生を防止することができる。また、シリコーンレジンの添加量は、０．１〜０．７５ｗｔ％が最適である。これより少ないと、絶縁性能の低下、成形時コア壁面への縦筋が発生する。これより多いと、成形密度の低下を引き起こし焼鈍後の磁気特性を劣化させる問題が発生する。

（４）混合工程
前記第２の絶縁工程を経た造粒粉に潤滑剤を混合し、成形粉を作成する混合工程では、絶縁層を形成した粉末と、前記軟磁性粉末に対して０．２〜０．８ｗｔ％の潤滑剤とを混合する。ここで潤滑剤としては、ステアリン酸、ステアリン酸塩、ステアリン酸石鹸、エチレンビスステアラマイドなどのワックスが使用できる。これらを混合することにより、粉末同士の滑りを良くすることができるので、混合時の密度を向上することができ成形密度を高くすることができる。さらに、成形時の上パンチの抜き圧低減、金型と粉末の接触によるコア壁面の縦筋の発生を防止することが可能である。

混合する潤滑樹脂の量は、前記軟磁性粉末に対して０．１〜０．８ｗｔ％とする。これよりも少なければ十分な効果を得ることができず、成形時コア壁面への縦筋の発生、抜き圧が高く最悪上パンチが抜けなくなる。また、これより多いと、密度低下による最大磁束密度の低下、ヒステリシス損失（Ｐｈ）の増加による磁気特性が低下する問題が発生する。

（５）成形工程
成形工程では、前記混合工程で作成した成形粉を、金型に投入しダイ・フローティング法による１軸成形を行うことにより成形体を形成する。この時、結着性絶縁樹脂は、成形時のバインダーとして作用する。成形時の圧力は、本発明において１５００ＭＰａ前後が好ましい。

（６）焼鈍工程
焼鈍工程では、前記成形体に対して、Ｎ_２ガスやＮ_２＋Ｈ_２ガスなどの非酸化性雰囲気中にて、６００℃以上且つ軟磁性粉末に被覆した絶縁膜が破壊される温度以下で、焼鈍処理を行うことで圧粉磁心が作製される。６００℃以上で焼鈍処理を行うのは、成形時に軟磁性粉末の粒子内に発生する歪みを除去するためである。鉄を主成分とする軟磁性粉末では、この歪みを除去するには、高い焼鈍温度が必要であり、６００℃で焼鈍することにより、効果的に歪みを除去することができる。また、絶縁膜が破壊される温度以下で焼鈍処理を行うのは、成形工程での歪みを開放すると共に、焼鈍処理時の熱により軟磁性粉末の周囲に被覆した絶縁膜が破れることを防止するためである。すなわち、焼鈍温度を上げ過ぎると、この軟磁性粉末に被覆した絶縁膜が破れ、絶縁性能の劣化から渦電流損失（Ｐｅ）が大きく増加してしまう。それにより、磁気特性が低下するという問題が発生する。

熱処理が行われると、昇温時の温度が３５０℃程度になるとＳｉ基に直結しているメチル基が熱分解する。その後、シリカ（ＳｉＯ_２）層として、軟磁性粉末表面に残り、これが強固なバインダーかつ絶縁膜となる。圧粉磁心の熱処理を行うことで、緻密で強固なシリカ層となるため、高温で熱処理をおこなっても絶縁性が劣化しないで、酸化などによるヒステリシス損失（Ｐｈ）の増加が起きない。また、熱処理を行うことにより、熱分解してメチル基が炭素として残ることがないので、機械的強度が改善出来る。

［１．測定項目］
測定項目として、透磁率と最大磁束密度と直流重畳特性を次のような手法により測定する。透磁率は、作製された圧粉磁心に１次巻線（２０ターン）を施し、インピーダンスアナライザー（アジレントテクノロジー：４２９４Ａ）を使用することで、２０ｋＨｚ、０．５Ｖにおけるインダクタンスから算出した。

鉄損（コアロス）は、圧粉磁心に１次巻線（２０ターン）及び２次巻線（３ターン）を施し、磁気計測機器であるＢＨアナライザ（岩通計測株式会社：ＳＹ−８２３２）を用いて、周波数２０ｋＨｚ、最大磁束密度Ｂｍ＝０．１５Ｔの条件下で鉄損（Ｐｃ）を測定した。そして、鉄損からヒステリシス損失（Ｐｈ）と渦電流損失（Ｐｅ）を算出した。この算出は、鉄損の周波数曲線を式１で最小２乗法により、ヒステリシス損係数（Ｋｈ）、渦電流損係数（Ｋｅ）を算出することで行った。

［２．第１の特性比較（無機絶縁被膜の有無の比較）］
第１の特性比較では、粒径７５μｍ以下の純鉄の水アトマイズ粉に添加する無機絶縁被膜の有無の比較を行った。本特性比較で使用する試料は、軟磁性粉末として粒径７５μm以下の純鉄の水アトマイズ粉に対して、下記の処理を行うことにより作製した。

項目Ａでは比較例１として、純鉄の水アトマイズ粉に無機絶縁粉末として比表面積が１００ｍ^２／ｇのＡｌ_２Ｏ_３を、純鉄の水アトマイズ粉に対して０．３ｗｔ％、ポットミルで１２時間混合した。その後、１０００℃で熱処理を行った。
項目Ｂでは実施例１〜２として、純鉄の水アトマイズ粉に無機絶縁粉末として比表面積が１００ｍ^２／ｇのＡｌ_２Ｏ_３を、純鉄の水アトマイズ粉に対して０．３ｗｔ％、ポットミルで１２時間混合し、ＭｇＯ被膜を０．２４〜０．４ｗｔ％形成した。その後、１０００℃で熱処理を行った。
項目Ｃでは比較例２として、純鉄の水アトマイズ粉に無機絶縁粉末として比表面積が１００ｍ^２／ｇのＡｌ_２Ｏ_３を、純鉄の水アトマイズ粉に対して０．５ｗｔ％、ポットミルで１２時間混合した。その後、１１００℃で熱処理を行った。
項目Ｄでは実施例３〜７として、純鉄の水アトマイズ粉に無機絶縁粉末として比表面積が１００ｍ^２／ｇのＡｌ_２Ｏ_３を、純鉄の水アトマイズ粉に対して０．５ｗｔ％、ポットミルで１２時間混合し、ＭｇＯ被膜を０．００８〜０．４００ｗｔ％形成した。その後、１１００℃で熱処理を行った。

これらの項目Ａ〜Ｄの試料に対して、シランカップリング剤を０．１ｗｔ％混合し８０℃で１２時間乾燥し、さらにシリコーンレジンを０．５ｗｔ％混合し１８０℃で２時間の加熱乾燥を行った。その後、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛０．４ｗｔ％を混合した。これを、室温にて１５００ＭＰａの圧力で加圧成形し、外径１６ｍｍ、内径８ｍｍ、高さ５ｍｍのリング状をなす成形体を作製した。この成形体を、窒素９０％（残り１０％は水素）の窒素雰囲気中にて、６００℃で２時間の熱処理を行い、圧粉磁心を作製した。

表２は、この項目Ａ〜Ｄについて、純鉄の水アトマイズ粉末に添加した無機絶縁粉末の種類、比表面積及び添加量、無機絶縁被膜の添加量及び熱処理工程時の熱処理温度を示した表である。この表の中で磁気特性としては、密度、透磁率、単位体積あたりの鉄損（コアロス）（Ｐｃ，Ｐｈ，Ｐｅ）を測定した。

表２から判るように、軟磁性粉末と０．３ｗｔ％の無機絶縁粉末とを混合した比較例１及び実施例１，２を比較すると、無機絶縁粉末のみを添加した比較例１より、無機絶縁粉末を添加し無機絶縁被膜を形成した実施例１，２の方が、渦電流損失（Ｐｅ）が低下している。これにより、全体での鉄損（コアロス）も低下していることが判る。同様に、軟磁性粉末と０．５ｗｔ％の無機絶縁粉末とを混合した比較例２及び実施例３〜７を比較でも、無機絶縁粉末のみを添加した比較例２より、無機絶縁粉末を添加し無機絶縁被膜を形成した実施例３〜７の方が、渦電流損失（Ｐｅ）が低下している。これにより、全体での鉄損（コアロス）も低下していることが判る。

また、無機絶縁被膜の添加量と密度の関係を示した図２からは、密度は、無機絶縁被膜の添加量が変化しても、大きな影響を受けないことがわかる。また、無機絶縁被膜の添加量と鉄損（コアロス）の関係を示した図３からは、ヒステリシス損失（Ｐｈ）及び鉄損（コアロス）は、無機絶縁被膜を形成することで減少するが、無機絶縁被膜の量を増やしても、効果は一定であることが判る。

以上により、純鉄の水アトマイズ粉に無機絶縁粉末を混合し、その表面に無機絶縁被膜０．００８〜０．４００ｗｔ％形成することにより、焼鈍温度が高い場合においても、高周波数・高磁束密度でも渦電流損失（Ｐｅ）が一定（増大しない）であり、なおかつヒステリシス損失（Ｐｈ）を低減することにより低損失な圧粉磁心と、その製造方法を提供することができる。

［３．第２の特性比較（無機絶縁粉末の添加量の比較）］
第２の特性比較では、粒径７５μｍ以下の純鉄の水アトマイズ粉に対する無機絶縁粉末の添加量の比較を行った。本特性比較で使用する試料は、軟磁性粉末として粒径７５μm以下の純鉄の水アトマイズ粉に対して、下記の処理を行うことにより作製した。

項目Ｅでは８〜１３及び比較例３として、純鉄の水アトマイズ粉に無機絶縁粉末として比表面積が１００ｍ^２／ｇのＡｌ_２Ｏ_３を、純鉄の水アトマイズ粉に対して０．２５〜１．５０ｗｔ％、ポットミルで１２時間混合し、ＭｇＯ被膜を０．２４ｗｔ％形成した。その後、１１００℃で熱処理を行った。

項目Ｅの試料に対して、シランカップリング剤を０．１ｗｔ％混合し８０℃で１２時間乾燥し、さらにシリコーンレジンを０．５ｗｔ％混合し１８０℃で２時間の加熱乾燥を行った。その後、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛０．４ｗｔ％を混合した。これを、室温にて１５００ＭＰａの圧力で加圧成形し、外径１６ｍｍ、内径８ｍｍ、高さ５ｍｍのリング状をなす成形体を作製した。この成形体を、窒素９０％（残り１０％は水素）の窒素雰囲気中にて、６００℃で２時間の熱処理を行い、圧粉磁心を作製した。

表３は、項目Ｅについて、純鉄の水アトマイズ粉末に添加した無機絶縁粉末の種類、比表面積及び添加量、無機絶縁被膜の添加量及び熱処理工程時の熱処理温度を示した表である。この表の中で磁気特性としては、密度、透磁率、単位体積あたりの鉄損（コアロス）（Ｐｃ，Ｐｈ，Ｐｅ）を測定した。

表３から判るように、無機絶縁粉末の添加量を増やしていくに従って、密度が低下していくことが判る。また、鉄損（コアロス）は、密度が低下するに従って、ヒステリシス損失（Ｐｈ）が増加する。また、密度低下は、直流重畳特性の劣化の原因となるので、無機絶縁粉末の添加量は、１．０ｗｔ％以下が望ましい。

また、無機絶縁粉末の添加量と密度の関係を示した図４からは、密度は、無機絶縁粉末の添加量が多くなると低下することが判る。また、無機絶縁粉末の添加量と鉄損（コアロス）の関係を示した図５からは、ヒステリシス損失（Ｐｈ）及び鉄損（コアロス）は、無機絶縁粉末の添加量を増やすことにより増加することが判る。

以上により、純鉄の水アトマイズ粉に１．０ｗｔ％以下の無機絶縁粉末を混合し、その表面に無機絶縁被膜を形成することにより、焼鈍温度が高い場合においても、高周波数・高磁束密度でも渦電流損失（Ｐｅ）が一定（増大しない）であり、なおかつヒステリシス損失（Ｐｈ）を低減することにより低損失な圧粉磁心と、その製造方法を提供することができる。

［４．第３の特性比較（無機絶縁粉末の添加量の比較）］
第３の特性比較では、粒径７５μｍ以下の純鉄の水アトマイズ粉に対する無機絶縁粉末の種類の比較を行った。使用したＡｌ_２Ｏ_３粉末の粒子径は１３ｎｍ、ＭｇＯ粉末の粒子径は５０ｎｍである。

凝固の具合を評価する試料として、粒径７５μｍ以下の純鉄の水アトマイズ粉に対して、Ａｌ_２Ｏ_３粉末、ＭｇＯ粉末を添加した後、ポットミルで１２時間混合し、ＭｇＯ被膜を形成した。これらの試料を、１０００℃〜１１００℃の水素２５％（残り７５％は、窒素）の還元雰囲気で熱処理を行って凝固の度合いを評価した。

表４〜６は、熱処理温度が１０００〜１１００℃の温度の場合に、Ａｌ_２Ｏ_３粉末の添加量と、ＭｇＯ被膜の添加量を変化させた場合の凝固の度合を表した表である。表の中の◎は焼結せずそのままで使用可能、○は軽くほぐすだけで使用可能、△は、粉砕が必要、×は粉砕が不可能を示している。

表４〜６からは、Ａｌ_２Ｏ_３粉末と、ＭｇＯ粉末を比較するとＡｌ_２Ｏ_３粉末の方が、少ない添加量でも凝固しにくいことが判る。表４からは、１０００℃の温度で熱処理をする場合、無機絶縁被膜を形成するとＡｌ_２Ｏ_３粉末の添加量が０．２５〜０．５ｗｔ％では、粉砕作業を必要しないことがわかる。表５，６からは、１１００℃の温度で熱処理をする場合、無機絶縁被膜を形成するとＡｌ_２Ｏ_３粉末またはＭｇＯ粉末の添加量が０．５ｗｔ％以上では、粉砕作業を必要しないことがわかる。

以上により、純鉄の水アトマイズ粉に無機絶縁粉末を添加し、その表面に無機絶縁被膜を形成すると、熱処理温度が高い場合においても、粉末同士が融着を防止することができる。このときの無機絶縁粉末の添加量は、１０００℃の温度で熱処理をする場合、無機絶縁粉末の添加量は０．２５〜０．５ｗｔ％が好ましい。また、１１００℃の温度で熱処理をする場合、無機絶縁粉末の添加量が０．５ｗｔ％以上が好適である。これにより、焼鈍温度が高い場合においても、高周波数・高磁束密度でも渦電流損失（Ｐｅ）が一定（増大しない）であり、なおかつヒステリシス損失（Ｐｈ）を低減することにより低損失な圧粉磁心と、その製造方法を提供することができる。

［５．第４の特性比較（焼鈍温度の比較）］
第４の特性比較では、粒径７５μｍ以下の純鉄の水アトマイズ粉に対する無機絶縁粉末の添加量の比較を行った。本特性比較で使用する試料は、軟磁性粉末として粒径７５μm以下の純鉄の水アトマイズ粉に対して、下記の処理を行うことにより作製した。

項目Ｆでは比較例４〜７として、純鉄の水アトマイズ粉にリン酸塩被膜処理を施した後、シランカップリング剤を０．１ｗｔ％混合し８０℃で１２時間乾燥し、さらにシリコーンレジンを０．２ｗｔ％混合し１８０℃で２時間の加熱乾燥を行った。その後、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛０．４ｗｔ％を混合した。
項目Ｇ〜Ｊでは実施例１４〜２９として、純鉄の水アトマイズ粉に無機絶縁粉末としてＡｌ_２Ｏ_３を、純鉄の水アトマイズ粉に対して０．５ｗｔ％、ポットミルで１２時間混合し、ＭｇＯ被膜を０．２４ｗｔ％形成した。その後、１０００〜１１５０℃の還元雰囲気中で熱処理を行った。そして、シランカップリング剤を０．１ｗｔ％混合し８０℃で１２時間乾燥し、さらにシリコーンレジンを０．６ｗｔ％混合し１８０℃で２時間の加熱乾燥を行った。その後、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛０．４ｗｔ％を混合した。

項目Ｆ〜Ｊの試料に対して、室温にて１５００ＭＰａの圧力で加圧成形し、外径１６ｍｍ、内径８ｍｍ、高さ５ｍｍのリング状をなす成形体を作製した。この成形体を、窒素９０％（残り１０％は水素）の窒素雰囲気中にて、５００〜６５０℃で２時間の熱処理を行い、圧粉磁心を作製した。

表７は、項目Ｆ〜Ｊについて、粉末の処理温度、焼鈍温度、密度、透磁率及び磁気特性を示した表である。この表の中で磁気特性としては、密度、透磁率、単位体積あたりの鉄損（コアロス）（Ｐｃ，Ｐｈ，Ｐｅ）を測定した。

表７からは、軟磁性粉末の表面にリン酸塩被膜による絶縁層を設けた比較例４〜７では、焼鈍温度が５５０℃を超えると、ヒステリシス損失（Ｐｈ）及び渦電流損失（Ｐｅ）が急激に増加していることが判る。また、軟磁性粉末の表面に無機絶縁粉末と無機絶縁被膜により絶縁層を成形した実施例１４〜２９では、焼鈍温度が６５０℃になっても、ヒステリシス損失（Ｐｈ）及び渦電流損失（Ｐｅ）が急激に増加することがないことがわかる。

また、焼鈍温度と鉄損の関係を示した図６〜８からは、比較例４〜７では、焼鈍温度が５５０℃を超えるとヒステリシス損失（Ｐｈ）が著しく増加することにより、鉄損（コアロス）が著しく増加していることが判る。実施例１４〜２９では、熱処理温度が１０００℃より高くするに従ってヒステリシス損失（Ｐｈ）が低下することにより、鉄損（コアロス）が低下するが、１１００℃と１１５０℃では殆ど差が無いことが判る。図８からは、比較例４〜７では、焼鈍温度が５５０℃を超えると渦電流損失（Ｐｅ）が著しく増加することが判る。実施例１４〜２９では、渦電流損失（Ｐｅ）に殆ど差が無いことが判る。

以上により、純鉄の水アトマイズ粉に無機絶縁粉末を混合し、その表面に無機絶縁被膜を形成した後に、１０００℃以上の還元雰囲気中で熱処理を行うことにより、焼鈍温度が６００℃以上の場合においても、高周波数・高磁束密度でも渦電流損失（Ｐｅ）が一定（増大しない）であり、なおかつヒステリシス損失（Ｐｈ）を低減することにより低損失な圧粉磁心と、その製造方法を提供することができる。

［６．第５の特性比較（無機絶縁粉末の種類の比較）］
第５の特性比較では、粒径７５μｍ以下の純鉄の水アトマイズ粉に対する無機絶縁粉末の種類の添加量の比較を行った。本特性比較で使用する試料は、軟磁性粉末として粒径７５μm以下の純鉄の水アトマイズ粉に対して、下記の処理を行うことにより作製した。

項目Ｋでは比較例３０，３１及び比較例８として、純鉄の水アトマイズ粉に無機絶縁粉末として粒子径が４９〜２１０ｎｍのＭｇＯを、純鉄の水アトマイズ粉に対して０．５０〜０．７５ｗｔ％、ポットミルで１２時間混合し、ＭｇＯ被膜を０．２４ｗｔ％形成した。その後、１０５０℃の還元雰囲気中で熱処理を行った。
項目Ｌでは比較例９として、純鉄の水アトマイズ粉に無機絶縁粉末として粒子径が７ｎｍのＳｉＯ_２を、純鉄の水アトマイズ粉に対して０．５０ｗｔ％、ポットミルで１２時間混合し、ＭｇＯ被膜を０．２４ｗｔ％形成した。その後、９５０℃の還元雰囲気中で熱処理を行った。

これらの項目Ｋ，Ｌの試料に対して、シランカップリング剤を０．１ｗｔ％混合し８０℃で１２時間乾燥し、さらにシリコーンレジンを０．５ｗｔ％混合し１８０℃で２時間の加熱乾燥を行った。その後、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛０．４ｗｔ％を混合した。これを、室温にて１５００ＭＰａの圧力で加圧成形し、外径１６ｍｍ、内径８ｍｍ、高さ５ｍｍのリング状をなす成形体を作製した。この成形体を、窒素９０％（残り１０％は水素）の窒素雰囲気中にて、６００℃で２時間の熱処理を行い、圧粉磁心を作製した。

表８は、この項目Ｋ，Ｌについて、純鉄の水アトマイズ粉末に添加した第１の絶縁層、熱処理温度、第２の絶縁層、焼鈍温度、密度、透磁率及び磁気特性を示した表である。この表の中で磁気特性としては、密度、透磁率、単位体積あたりの鉄損（コアロス）（Ｐｃ，Ｐｈ，Ｐｅ）を測定した。

表８から判るように、無機絶縁粉末としてＭｇＯを使用した実施例３０，３１及び比較例８と、無機絶縁粉末としてＳｉＯ_２を使用した比較例９を比較すると、比較例９の方が、ヒステリシス損失（Ｐｈ）及び鉄損（コアロス）が高くなっていることが判る。これは、無機絶縁粉末として、融点が低いＳｉＯ_２粉末を使用したため、粉末同士が凝固してしまうため熱処理温度を高くすることができなかったためである。

また、無機絶縁粉末としてＭｇＯを使用した実施例３１と比較例８とを比較すると、ＭｇＯ粉末の粒径が４９ｎｍの実施例３１とＭｇＯ粉末の粒径が２１０ｎｍの比較例８では、比較例８の方が、密度及び透磁率が低下し、鉄損（コアロス）が増加することが判る。これは、無機絶縁粉末の粒径が５０ｎｍより大きくなると、軟磁性粉末同士に隙間が生じるためである。

以上により、純鉄の水アトマイズ粉に、融点が１５００℃以上で粒径が７〜５０ｎｍの無機絶縁粉末を混合し、その表面に無機絶縁被膜を形成することにより、焼鈍温度が高い場合においても、高周波数・高磁束密度でも渦電流損失（Ｐｅ）が一定（増大しない）であり、なおかつヒステリシス損失（Ｐｈ）を低減することにより低損失な圧粉磁心と、その製造方法を提供することができる。

Claims (14)

1. 無機絶縁粉末が均一に分散された無機絶縁被膜により、表面に絶縁層を形成した鉄を主成分とする軟磁性粉末に対して熱処理を施し、
   熱処理を施した軟磁性粉末に対して、結着性絶縁樹脂を被覆することで造粒粉を作成し、
   結着性絶縁樹脂を被覆した造粒粉と潤滑性樹脂とを混合することで成形粉を作成し、
   前記成形粉を加圧成形して成形体を作成し、前記成形体を焼鈍してなる圧粉磁心において、
   前記熱処理を、１０００℃以上且つ軟磁性粉末の融点以下の温度の還元雰囲気中で行うことにより作製され、
   前記結着性絶縁樹脂は、前記軟磁性粉末にシランカップリング剤を混合することで形成される１層目の絶縁層と、当該１層目の絶縁層を形成した前記軟磁性粉末にシリコーンレジンを混合することで形成される２層目の絶縁層とから構成されたことを特徴とする圧粉磁心。
2. 前記成形体が、６００℃以上且つ前記軟磁性粉末が焼結を開始する温度以下の非酸化性雰囲気中で焼鈍されることを特徴とする請求項１に記載の圧粉磁心。
3. 前記無機絶縁粉末の平均粒経が７〜５０ｎｍであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧粉磁心。
4. 前記無機絶縁粉末の融点が１５００℃以上あることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧粉磁心。
5. 前記無機絶縁被膜を形成する金属酸化物の融点が１５００℃以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧粉磁心。
6. 前記無機絶縁被膜が、アルコキシドから作成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧粉磁心。
7. 前記無機絶縁粉末の添加量が０．２５〜１．０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧粉磁心。
8. 軟磁性粉末に対して無機絶縁粉末を混合し、その表面に無機絶縁被膜形成する第１絶縁工程と、
   第１絶縁工程を経た粉末に対して熱処理を施す熱処理工程と、
   熱処理工程を経た粉末を結着性絶縁樹脂で被覆し造粒粉を作成する第２の絶縁工程と、
   結着性絶縁樹脂で被覆した造粒粉に対して、潤滑剤を混合し成形粉を作成する第２混合工程と、
   第２混合工程を経た成形粉を、加圧成形処理して成形体を作製する成形工程と、
   成形工程を経た成形体を焼鈍処理する焼鈍工程とを有する圧粉磁心の製造方法において、
   熱処理工程において、１０００℃以上且つ軟磁性粉末の融点以下の温度の還元雰囲気中で熱処理が行われ、
   前記第２の絶縁工程では前記軟磁性粉末にシランカップリング剤を混合することで１層目の絶縁層が形成され、当該１層目の絶縁層を形成した前記軟磁性粉末にシリコーンレジンを混合することで２層目の絶縁層が形成されることを特徴とする圧粉磁心の製造方法。
9. 前記焼鈍工程において、６００℃以上且つ前記軟磁性粉末が焼結を開始する温度以下の非酸化性雰囲気中で焼鈍されることを特徴とする請求項８に記載の圧粉磁心の製造方法。
10. 前記無機絶縁粉末の平均粒経が７〜５０ｎｍであることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の圧粉磁心の製造方法。
11. 前記無機絶縁粉末の融点が１５００℃以上あることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の圧粉磁心の製造方法。
12. 前記無機絶縁被膜を形成する金属酸化物の融点が１５００℃以上であることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の圧粉磁心の製造方法。
13. 前記無機絶縁被膜が、アルコキシドから作成されることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか１項に記載の圧粉磁心の製造方法。
14. 前記無機絶縁粉末の添加量が０．２５〜１．０ｗｔ％であることを特徴とする請求項８〜１３のいずれか１項に記載の圧粉磁心の製造方法。

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