JP6146889B2 - 表面を絶縁化させた磁性粉の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は表面を絶縁化させた磁性粉の製造と製造方法とに関する。
表面を絶縁化させた磁性粉を用いる代表的な工業製品として圧粉磁心がある。磁心は、モータにおけるステーターやローターを構成する磁心、電源回路におけるリアクトルやノイズフィルターなどを構成する磁心として用いられている。これらの磁心には、絶縁層を介して電磁鋼板を積層した積層電磁鋼板磁心、断面が四角形からなる角型や断面が円からなるリングからなるフェライト磁心、表面を絶縁化させた磁性粉を加圧成形した圧粉磁心の３種類の磁心がある。圧粉磁心は積層電磁鋼板磁心に比べて、１．磁性粉の高抵抗化が可能であるため、高周波領域まで磁気特性が安定し、磁心の発熱や渦電流損失が少ない、２．磁気ギャップが不要になるため、磁歪による騒音や漏洩磁束による誤動作がない、３．形状の自由度が高く、電磁鋼板の積層ではできない３次元形状の加工が可能になる、４．打抜きの残材が少ないため、材料の歩留まりが高く、廃棄物が少ない、５．粉砕が可能であるため、銅線との分離が容易で、リサイクル性に優れるなどの特徴を有する。また、圧粉磁心は飽和磁束密度が低いフェライト磁心に比べて、１．磁束密度が高いため大電流を流しても磁気飽和せず、磁気素子としての機能が発揮できる、２．磁気キュリー点がフェライトより高いため、高温においても磁気特性が安定している、３．粉末の加圧成形で製造するため、焼結で製造するフェライトより寸法変化が少なく、金型の設計が容易になり、また、成形後の機械加工が不要になる、などの特徴を有する。
圧粉磁心は優れた特徴を持つが、これらの特徴をさらに活かして様々な用途に圧粉磁心を適応するためには、１．さらなる機械的強度の増大が必要になる、２．高密度化によって磁束密度をさらに増大させる必要がある、３．磁性粉の絶縁化を向上させて、渦電流損失をさらに減らす必要がる、４．高温の焼鈍によって、磁性粉の加工歪みを除去してヒステリシス損失を低減させる必要がある、などの課題が存在する。
圧粉磁心の課題は、いずれも磁性粉を絶縁化させる絶縁物の課題である。つまり、絶縁物に係わる次の課題が解決できれば、圧粉磁心の課題が解決される。１．加圧成形する際に加圧力を増大しても、磁性粉の表面に結合させた絶縁物が剥がれず、また、破壊されない。これによって、圧粉磁心の渦電流損失が低減され、磁性粉の高密度化によって圧粉磁心の機械的強度と磁束密度とが増大する。２．磁性粉の表面に結合させた絶縁物が、ごく薄い絶縁層として形成できる。これによって、加圧成形時に磁性粉の塑性変形が妨げられず、磁性粉の高密度化によって、圧粉磁心の機械的強度と磁束密度とが増大する。３．６００℃以上の焼鈍でも絶縁物が熱分解あるいは変質せず、磁性粉の絶縁性が維持できる。これによって、圧粉磁心の渦電流損失とヒステリシス損失とが低減できる。
こうした絶縁物の課題に対し、これまで様々な取り組みがなされてきたが、前記した課題を同時に解決するには困難を伴う。例えば、成形時に印加する圧力の増大で、成形体の磁束密度の増大と強度の増大が同時に可能になるが、磁性粉に加工歪が残り、成形体のヒステリシス損失が増大する。このヒステリシス損失を低減させるには、焼鈍による磁性粉の加工歪を除去するのが有効であるが、絶縁物は６００℃以上の焼鈍によって、熱分解あるいは変質し、磁性粉の絶縁性が確保できないという問題をもたらす。
従って、磁性粉を加圧成形する際に絶縁層が剥がれず、また、破壊されず、６００℃以上の高温でも熱分解あるいは変質しない絶縁物を、磁性粉の表面全体に強固に固着させることが必要になる。このような技術の取り組みとして、例えば、特許文献１に、アトマイズ鉄粉ないしはアトマイズ合金粉の表面に酸化物の層を積極的に形成し、その上にアルミナゾル、シリカゾル、チタニアゾルや金属アルコキシド溶液を吸着させ、７５０℃以上の不活性ガスや還元性ガスの雰囲気で熱処理し、アトマイズ粉の表面に形成した酸化物の層と後処理で形成した絶縁物の層とを反応させる技術が開示されている。また、特許文献２には、鉄粉の表面にフッ化マグネシウムＭｇＦ２となる原料を塗布し、５×１０−５ トールの減圧下で６００℃の熱処理を行い、鉄粉の表面にＭｇＦ２の絶縁層を形成した事例が記載されている。
圧粉磁心の課題は、いずれも磁性粉を絶縁化させる絶縁物の課題である。つまり、絶縁物に係わる次の課題が解決できれば、圧粉磁心の課題が解決される。１．加圧成形する際に加圧力を増大しても、磁性粉の表面に結合させた絶縁物が剥がれず、また、破壊されない。これによって、圧粉磁心の渦電流損失が低減され、磁性粉の高密度化によって圧粉磁心の機械的強度と磁束密度とが増大する。２．磁性粉の表面に結合させた絶縁物が、ごく薄い絶縁層として形成できる。これによって、加圧成形時に磁性粉の塑性変形が妨げられず、磁性粉の高密度化によって、圧粉磁心の機械的強度と磁束密度とが増大する。３．６００℃以上の焼鈍でも絶縁物が熱分解あるいは変質せず、磁性粉の絶縁性が維持できる。これによって、圧粉磁心の渦電流損失とヒステリシス損失とが低減できる。
こうした絶縁物の課題に対し、これまで様々な取り組みがなされてきたが、前記した課題を同時に解決するには困難を伴う。例えば、成形時に印加する圧力の増大で、成形体の磁束密度の増大と強度の増大が同時に可能になるが、磁性粉に加工歪が残り、成形体のヒステリシス損失が増大する。このヒステリシス損失を低減させるには、焼鈍による磁性粉の加工歪を除去するのが有効であるが、絶縁物は６００℃以上の焼鈍によって、熱分解あるいは変質し、磁性粉の絶縁性が確保できないという問題をもたらす。
従って、磁性粉を加圧成形する際に絶縁層が剥がれず、また、破壊されず、６００℃以上の高温でも熱分解あるいは変質しない絶縁物を、磁性粉の表面全体に強固に固着させることが必要になる。このような技術の取り組みとして、例えば、特許文献１に、アトマイズ鉄粉ないしはアトマイズ合金粉の表面に酸化物の層を積極的に形成し、その上にアルミナゾル、シリカゾル、チタニアゾルや金属アルコキシド溶液を吸着させ、７５０℃以上の不活性ガスや還元性ガスの雰囲気で熱処理し、アトマイズ粉の表面に形成した酸化物の層と後処理で形成した絶縁物の層とを反応させる技術が開示されている。また、特許文献２には、鉄粉の表面にフッ化マグネシウムＭｇＦ２となる原料を塗布し、５×１０−５ トールの減圧下で６００℃の熱処理を行い、鉄粉の表面にＭｇＦ２の絶縁層を形成した事例が記載されている。
本発明が解決しようとする課題は、磁性粉の表面を安価に絶縁化することに係わる課題であって、安価な工業用薬品を原料として用いて、簡単な連続処理によって、大量の磁性粉の表面に次の４つの性質を兼備する絶縁物を同時に吸着ないしは結合させ、これによって、大量の磁性粉の表面を安価に絶縁することにある。第一の性質は、絶縁体であり、これによって、磁性粉の圧縮成形体の渦電流損失が低減できる。第二の性質は、６００℃以上の耐熱性を有し、６００℃以上の焼鈍によっても絶縁性が変わらず、焼鈍によって磁性粉の圧縮成形体のヒステリシス損失が低減できる。第三の性質は、加圧成形時に絶縁体が磁性粉から剥がれず、圧縮成形体における磁性粉の絶縁性が維持できる。第四の性質は、加圧成形時に絶縁体が破壊されず、圧縮成形体の磁性粉の絶縁性が維持できる。
つまり、圧粉磁心に用いられる磁性粉としてアトマイズ純鉄粉、還元鉄粉ないしはアトマイズ合金粉などがある。これらの磁性粉に、安価な処理費用で前記した４つの性質を兼備する理想的な絶縁層を形成させることができれば、圧粉磁心は様々な分野に適応拡大することができる。しかしながら、前記した特許文献１および２におけるように、特殊の環境下で高価な材料を用い、分断された複数の処理工程で磁性粉を絶縁化する方法では、アトマイズ純鉄粉、還元鉄粉ないしはアトマイズ合金粉の特徴である汎用性が失われる。磁気特性にすぐれ、量産技術によって大量に製造されるアトマイズ純鉄粉、還元鉄粉ないしはアトマイズ合金粉が、安価な処理費用で大量の粉が容易に絶縁化できれば、絶縁化されたアトマイズ純鉄粉、還元鉄粉ないしはアトマイズ合金粉が、様々な分野に適応拡大できる。なお、本発明における絶縁化させる磁性粉は、もちろんアトマイズ純鉄粉、還元鉄粉ないしはアトマイズ合金粉に限定されることはなく、磁気を有する磁性粉であれば容易に絶縁化できる。また、圧粉磁心への適応に限定されることはなく、絶縁化された磁性粉を圧縮成形して使用する、あるいは、高温環境下で使用する工業製品などに適応できる。
つまり、圧粉磁心に用いられる磁性粉としてアトマイズ純鉄粉、還元鉄粉ないしはアトマイズ合金粉などがある。これらの磁性粉に、安価な処理費用で前記した４つの性質を兼備する理想的な絶縁層を形成させることができれば、圧粉磁心は様々な分野に適応拡大することができる。しかしながら、前記した特許文献１および２におけるように、特殊の環境下で高価な材料を用い、分断された複数の処理工程で磁性粉を絶縁化する方法では、アトマイズ純鉄粉、還元鉄粉ないしはアトマイズ合金粉の特徴である汎用性が失われる。磁気特性にすぐれ、量産技術によって大量に製造されるアトマイズ純鉄粉、還元鉄粉ないしはアトマイズ合金粉が、安価な処理費用で大量の粉が容易に絶縁化できれば、絶縁化されたアトマイズ純鉄粉、還元鉄粉ないしはアトマイズ合金粉が、様々な分野に適応拡大できる。なお、本発明における絶縁化させる磁性粉は、もちろんアトマイズ純鉄粉、還元鉄粉ないしはアトマイズ合金粉に限定されることはなく、磁気を有する磁性粉であれば容易に絶縁化できる。また、圧粉磁心への適応に限定されることはなく、絶縁化された磁性粉を圧縮成形して使用する、あるいは、高温環境下で使用する工業製品などに適応できる。
従って、磁性粉を絶縁化させる物質は、次の性質を兼備する必要がある。第一に絶縁体である。これによって、磁性粉が絶縁化され、高周波数領域においても圧縮成形体の渦電流損失は小さい。第二に６００℃以上の耐熱性を有する。これによって、６００℃以上の焼鈍が可能になり、焼鈍後の圧縮成形体のヒステリシス損失は小さい。第三に磁性粉に強固に吸着する。これによって、圧縮成形する際に絶縁物が磁性粉から剥がれず、圧縮成形体における磁性粉の絶縁性が確保できる。第四に硬い物質である。これによって、磁性粉を圧縮成形する際に、加圧力を加えても絶縁物は破壊されず、圧縮成形体における磁性粉の表面の絶縁性が確保される。
磁性粉の表面に絶縁物を結合ないしは吸着させて表面が絶縁化された磁性粉を製造する製造方法の第一特徴手段は、熱分解によって酸化鉄ＦｅＯを生成する有機鉄化合物を磁性粉に吸着させ、該有機鉄化合物が吸着した前記磁性粉を大気中で熱処理し、該有機鉄化合物の熱分解によって粒状の酸化鉄ＦｅＯを前記磁性粉の表面に析出させ、さらに昇温して、前記粒状の酸化鉄ＦｅＯを粒状のマグへマイトγ−Ｆｅ ２ Ｏ ３ に酸化する、これによって、前記粒状のマグへマイトγ−Ｆｅ ２ Ｏ ３ 微粒子の集まりが前記磁性粉の表面に磁気吸着し、該磁気吸着した粒状のマグヘマイトγ−Ｆｅ２Ｏ３微粒子の集まりによって表面が絶縁化された前記磁性粉が製造される製造方法である点にある。
つまり、鉄の酸化物であるマグへマイトは次の４つの性質を兼備し、磁性粉を絶縁化させる理想的な物質である。なおマグへマイトは、強磁性体で絶縁体である唯一の物質で、化学式がγ−Ｆｅ２Ｏ３で表される物質で、酸化鉄Ｆｅ２Ｏ３のガンマ相であり、ガンマヘマタイトとも言う。
第一に、比抵抗が１０６Ωｍの絶縁物質である。このため、マグへマイトを磁性粉の表面に磁気吸着させれば磁性粉は絶縁体になる。ちなみに、鉄の比抵抗は１０−７Ωｍであり、渦電流損失は比抵抗に反比例するので、絶縁化された鉄の渦電流損失は著しく小さくなる。
第二に、強磁性であるフェリ磁性の性質を持つ。このため、マグへマイトは磁性粉に強固に磁気吸着し、圧縮成形時に磁性粉に圧力を加えても、磁気吸着したマグへマイト微粒子の集まりは磁性粉の表面から剥がれない。これによって、圧縮成形された磁性粉の絶縁性は保たれる。マグへマイトは強磁性の性質を持つ唯一の絶縁物質であるため、自らが磁性粉に強固に磁気吸着することで、自ずと磁性粉の表面は絶縁層になる。このため、磁性粉の表面に絶縁層を結合させるために行う事前の処理は一切不要になる。
第三に、４５０℃近辺でヘマタイトに相転移する。このため、４５０℃以上の焼鈍によって、マグへマイトはヘマタイトに相転移する。なお、この相転移は不可逆変化である。ヘマタイトは１０７Ωｍの比抵抗を持つ物質であり、焼鈍によって磁性粉の絶縁性がさらに一桁向上し、渦電流損失はさらに低減する。ヘマタイトは極めて安定した酸化物、つまり、不動態であり、融点である１５６６℃に近い耐熱性を有する。このため、６００℃以上の焼鈍によってもヘマタイトの性質は変わらない。また、焼鈍時においても不動態であるため、磁性粉との拡散現象などの反応が一切起らず、磁性粉の変質をもたらさない。ちなみに、鉄の融点は１５３５℃である。なお、ヘマタイトは化学式がα−Ｆｅ２Ｏ３で表され、酸化鉄Ｆｅ２Ｏ３のアルファ相であり、弱強磁性の性質を持ち、磁気キュリー点が９５０℃である。従って、焼鈍後においても、弱い磁気吸着力であるが、ヘマタイトが磁性粉に磁気吸着する。
なお、焼鈍によって磁性粉の成形体のヒステリシス損失が低下する現象は、圧縮成形時に磁性粉に加えられた加工歪が、焼鈍によって除去されることで磁性粉の保持力が低下することによる。しかし、焼鈍の熱処理温度が高くなりすぎると磁性粉が再結晶化し、この再結晶によって結晶粒が細粒化して保持力が増大し、ヒステリシス損失が再び増大する。純鉄に近い磁性粉を圧縮した成形体では、６００−７００℃での焼鈍によって磁性粉に加えられた加工歪が除去され保持力が低下する。６００−７００℃の焼鈍によって、マグへマイトがヘマタイトに相転移して磁性粉の絶縁性は1桁高まる効果をもたらす。ヘマタイトは極めて安定した酸化物の不動態であるため、焼鈍後においても安定した絶縁性を維持する。もちろん、ヘマタイトが１５００℃を超える耐熱性を有し、かつ安定な不動態であるため、さらなる高温による焼鈍によっても安定した絶縁性を維持する。
第四に、モース硬度が６．５で、鉄ないしは鉄系の合金より著しく硬い物質である。このため、圧縮成形時に圧力が加えられてもマグへマイトは破壊されない。従って、圧縮成形時において、マグへマイト微粒子は磁性粉の表面に強固に磁気吸着した状態を維持し、この状態でマグへマイトより硬度が小さい磁性粉が塑性変形する。これによって、磁性粉同士が絡み合って磁性粉同士が結合するため、磁性粉の表面はマグへマイト微粒子の集まりによって絶縁性を維持しつつ、成形体の密度の増大によって、成形体の磁束密度と機械的強度が増大する。
以上に説明したように、マグへマイトは、磁性粉の表面を絶縁化する物質として優れた諸性質を持つ理想的な物質であり、磁性粉を絶縁化させる物質として極めて好適である。
また、本特徴手段によれば、粒状のマグへマイト微粒子の集まりを磁性粉の表面に磁気吸着させるため、効率よく磁性粉の表面が絶縁化できる。また、マグへマイトは強磁性体であるため、一旦磁性粉に磁気吸着した微粒子は、微粒子であるが故に剥がすことが困難になる。これによって、圧縮成形時にマグへマイト微粒子の集まりは磁性粉から剥がれない。また、表面に磁気吸着した微粒子は、粒状の微粒子であるが故に、圧縮成形時において磁性粉の塑性変形を阻害することがなく、塑性変形した磁性粉同士のからみ合いで成形体の機械的強度と磁束密度とが増大する。さらに、マグへマイトが粒状の微粒子であるため、極薄い絶縁層が磁性粉の表面に形成できる。これによって、加圧成形された成形体に占める磁性粉の体積が相対的に増大し、圧縮成形体の磁束密度の低下が抑えられる。このように、マグへマイトが粒状の微粒子であることによって、マグへマイトからなる絶縁層はさらに様々な優れた作用効果をもたらす。
さらに、本特徴手段によれば、熱分解によって酸化鉄ＦｅＯを生成する有機鉄化合物を磁性粉に吸着させ、有機鉄化合物が吸着した磁性粉を大気中で熱処理し、有機鉄化合物の熱分解によって酸化鉄ＦｅＯを磁性粉の表面に析出させ、さらに昇温して、酸化鉄ＦｅＯをマグへマイトに酸化することで、粒状のマグへマイト微粒子の集まりが磁性粉の表面に強固に磁気吸着して磁性粉が絶縁化される。すなわち、熱分解によって酸化鉄ＦｅＯを生成する有機鉄化合物を溶媒に分散させ、この分散液に磁性粉の集まりを混合し、この後、溶媒を気化させると、全ての磁性粉の表面に有機鉄化合物が吸着する。この有機鉄化合物が吸着した磁性粉の集まりを、大気雰囲気で熱処理する。熱処理温度が、有機鉄化合物を構成する有機物の沸点を超えると、有機物と酸化鉄ＦｅＯに熱分解する。さらに熱処理温度が上がると、有機物は気化熱を奪って気化する。いっぽう、酸化鉄ＦｅＯは、２価の鉄イオンＦｅ ２＋ が３価の鉄イオンＦｅ ３＋ になる酸化反応が、温度上昇に伴って進む。この２価の鉄イオンＦｅ ２＋ が３価の鉄イオンＦｅ ３＋ になる酸化反応の初期においては、酸化鉄ＦｅＯを構成する２価の鉄イオンＦｅ ２＋ の一部が３価の鉄イオンＦｅ ３＋ になるためマグネタイトになる。つまり、酸化鉄ＦｅＯを構成する２価の鉄イオンＦｅ ２＋ の一部が３価の鉄イオンＦｅ ３＋ になってＦｅ ２ Ｏ ３ になり、組成式がＦｅＯ・Ｆｅ ２ Ｏ ３ のマグネタイトＦｅ ３ Ｏ ４ になる。さらに、２価の鉄イオンＦｅ ２＋ が３価の鉄イオンＦｅ ３＋ になる酸化反応が進むと、酸化鉄ＦｅＯの全てがマグネタイトＦｅ ３ Ｏ ４ になる。さらに酸化反応が進むと、マグネタイトＦｅＯ・Ｆｅ ２ Ｏ ３ を構成するＦｅＯにおける２価の鉄イオンＦｅ ２＋ の全てが３価の鉄イオンＦｅ ３＋ になって酸化鉄Ｆｅ ２ Ｏ ３ に酸化する。この酸化鉄Ｆｅ ２ Ｏ ３ は、マグネタイトＦｅ ３ Ｏ ４ と同様の立方晶系の結晶構造をとるため、酸化鉄Ｆｅ ２ Ｏ ３ はガンマ相のマグへマイトγ−Ｆｅ ２ Ｏ ３ になる。ちなみに、酸化鉄Ｆｅ ２ Ｏ ３ のアルファ相であるヘマタイトα−Ｆｅ ２ Ｏ ３ は三方晶系の結晶構造をとる。こうした昇温に伴って起こる２価の鉄イオンＦｅ ２＋ が３価の鉄イオンＦｅ ３＋ になる酸化反応が磁性粉の表面で進行するため、マグへマイトは磁性粉の表面に微粒子として析出して強固に磁気吸着する。なぜならば、有機鉄化合物を磁性粉の表面に吸着させたからである。こうして、有機鉄化合物を大気中で熱処理するだけの極めて簡単な手段で、莫大な数からなる磁性粉の表面にマグへマイト微粒子の集まりが磁気吸着し、このマグへマイト微粒子の集まりによって全ての磁性粉の表面が同時に絶縁化される。これよって、従来に比べ格段に安価な費用で絶縁化された磁性粉が大量に製造できる。なお、酸化鉄ＦｅＯからマグへマイトへの酸化反応が完了した後に更に昇温させると、マグへマイトがヘマタイトに相転移する。ヘマタイトは弱強磁性であるため、フェリ磁性のマグへマイトに比べ磁性粉への磁気吸着力が著しく低下し、磁性粉を加圧成形する際にヘマタイト微粒子は磁性粉の表面から脱落する。このため、酸化鉄ＦｅＯからマグへマイトへの酸化反応が完了した時点で昇温は終了させる。酸化鉄ＦｅＯから酸化鉄Ｆｅ ２ Ｏ ３ への酸化反応を確実に進め、かつ、マグへマイトからヘマタイトへの相転移を防ぐため、有機物が気化した後においては、熱処理における昇温速度は抑えればよい。
つまり、本特徴手段によれば、極めて簡単な連続した４つの製造工程からなる1回の製造タクトで、大量の磁性粉の集まりからなる磁性粉について、全ての磁性粉の表面にマグへマイトが磁気吸着し、磁性粉の表面が絶縁化される。従って、安価な製造費用で、大量の磁性粉の集まりが同時に絶縁化できる。
すなわち、第１の製造工程は、有機鉄化合物を容器に充填し、これに有機溶媒を加えて撹拌するだけの工程である。これによって、有機鉄化合物が有機溶媒に分散された分散液が作成できる。第２の製造工程は、容器に磁性粉の集まりを加え、容器内の分散液を撹拌するだけの工程である。これによって、有機鉄化合物の分散液に磁性粉が分散された懸濁液が作成できる。第３の製造工程は、容器の温度を有機溶媒の沸点まで昇温するだけの工程である。これによって、全ての磁性粉の表面に有機鉄化合物が吸着する。第４の製造工程は、大気雰囲気において、容器の温度を酸化鉄ＦｅＯが酸化鉄Ｆｅ ２ Ｏ ３ に酸化する反応が完了する温度まで昇温するだけの工程である。これによって、容器内にある全ての磁性粉の表面にマグへマイトが磁気吸着し、磁性粉がマグへマイトによって絶縁化される。
さらに、本製造方法では、有機鉄化合物の熱分解で生成されるマグへマイトは、酸化鉄ＦｅＯの酸化によって生成されるため、針状粒子ではなく粒状粒子として析出する。このため、マグへマイトの粒状微粒子からなる絶縁層は、前記で説明した様々な優れた作用効果をもたらす。
なお、従来技術では、マグへマイトγ−Ｆｅ ２ Ｏ ３ は針状粒子として生成される。つまり、硫酸第一鉄ないしは硫酸第二鉄をアルカリ性の水溶液中で大気を送り込みながら反応させると、針状粒子であるゲータイトと呼ばれる水酸化鉄α−ＦｅＯＯＨが析出する。ゲータイトを、水素ガスの雰囲気で一度脱水させてヘマタイトα−Ｆｅ ２ Ｏ ３ とし、さらに還元してマグネタイトＦｅ ３ Ｏ ４ を生成する。この後、マグネタイトを大気中でゆっくりと加熱酸化させると針状のマグへマイト粒子が生成される。針状のマグへマイト粒子を用いて磁性粉の表面を絶縁化させる場合は、粒状粒子より多くの針状粒子を磁性粉の表面に結合させる必要があり、針状粒子による絶縁層が厚くなる。また、マグへマイトが磁性粉より硬い物質で、また、針状粒子は粒状粒子よりアスペクト比、つまり幅に対する長さの比率が大きくなるため、針状粒子からなる絶縁層は、圧縮成形時における磁性粉の塑性変形を妨げる。このため、圧縮成形された磁性粉の機械的強度と磁束密度とは、粒状粒子を用いて絶縁化させた場合に比べ低下する。さらに、針状のマグへマイトを生成する製造工程は、粒状のマグへマイトを生成する製造工程に比べて多くの工程を要し、かつ、分断された複数の製造工程から構成されるため製造費用が高くなる。このように、磁性粉の表面を絶縁化させる事例では、粒状微粒子は針状微粒子に比べ格段に作用効果が優れる。
第一に、比抵抗が１０６Ωｍの絶縁物質である。このため、マグへマイトを磁性粉の表面に磁気吸着させれば磁性粉は絶縁体になる。ちなみに、鉄の比抵抗は１０−７Ωｍであり、渦電流損失は比抵抗に反比例するので、絶縁化された鉄の渦電流損失は著しく小さくなる。
第二に、強磁性であるフェリ磁性の性質を持つ。このため、マグへマイトは磁性粉に強固に磁気吸着し、圧縮成形時に磁性粉に圧力を加えても、磁気吸着したマグへマイト微粒子の集まりは磁性粉の表面から剥がれない。これによって、圧縮成形された磁性粉の絶縁性は保たれる。マグへマイトは強磁性の性質を持つ唯一の絶縁物質であるため、自らが磁性粉に強固に磁気吸着することで、自ずと磁性粉の表面は絶縁層になる。このため、磁性粉の表面に絶縁層を結合させるために行う事前の処理は一切不要になる。
第三に、４５０℃近辺でヘマタイトに相転移する。このため、４５０℃以上の焼鈍によって、マグへマイトはヘマタイトに相転移する。なお、この相転移は不可逆変化である。ヘマタイトは１０７Ωｍの比抵抗を持つ物質であり、焼鈍によって磁性粉の絶縁性がさらに一桁向上し、渦電流損失はさらに低減する。ヘマタイトは極めて安定した酸化物、つまり、不動態であり、融点である１５６６℃に近い耐熱性を有する。このため、６００℃以上の焼鈍によってもヘマタイトの性質は変わらない。また、焼鈍時においても不動態であるため、磁性粉との拡散現象などの反応が一切起らず、磁性粉の変質をもたらさない。ちなみに、鉄の融点は１５３５℃である。なお、ヘマタイトは化学式がα−Ｆｅ２Ｏ３で表され、酸化鉄Ｆｅ２Ｏ３のアルファ相であり、弱強磁性の性質を持ち、磁気キュリー点が９５０℃である。従って、焼鈍後においても、弱い磁気吸着力であるが、ヘマタイトが磁性粉に磁気吸着する。
なお、焼鈍によって磁性粉の成形体のヒステリシス損失が低下する現象は、圧縮成形時に磁性粉に加えられた加工歪が、焼鈍によって除去されることで磁性粉の保持力が低下することによる。しかし、焼鈍の熱処理温度が高くなりすぎると磁性粉が再結晶化し、この再結晶によって結晶粒が細粒化して保持力が増大し、ヒステリシス損失が再び増大する。純鉄に近い磁性粉を圧縮した成形体では、６００−７００℃での焼鈍によって磁性粉に加えられた加工歪が除去され保持力が低下する。６００−７００℃の焼鈍によって、マグへマイトがヘマタイトに相転移して磁性粉の絶縁性は1桁高まる効果をもたらす。ヘマタイトは極めて安定した酸化物の不動態であるため、焼鈍後においても安定した絶縁性を維持する。もちろん、ヘマタイトが１５００℃を超える耐熱性を有し、かつ安定な不動態であるため、さらなる高温による焼鈍によっても安定した絶縁性を維持する。
第四に、モース硬度が６．５で、鉄ないしは鉄系の合金より著しく硬い物質である。このため、圧縮成形時に圧力が加えられてもマグへマイトは破壊されない。従って、圧縮成形時において、マグへマイト微粒子は磁性粉の表面に強固に磁気吸着した状態を維持し、この状態でマグへマイトより硬度が小さい磁性粉が塑性変形する。これによって、磁性粉同士が絡み合って磁性粉同士が結合するため、磁性粉の表面はマグへマイト微粒子の集まりによって絶縁性を維持しつつ、成形体の密度の増大によって、成形体の磁束密度と機械的強度が増大する。
以上に説明したように、マグへマイトは、磁性粉の表面を絶縁化する物質として優れた諸性質を持つ理想的な物質であり、磁性粉を絶縁化させる物質として極めて好適である。
また、本特徴手段によれば、粒状のマグへマイト微粒子の集まりを磁性粉の表面に磁気吸着させるため、効率よく磁性粉の表面が絶縁化できる。また、マグへマイトは強磁性体であるため、一旦磁性粉に磁気吸着した微粒子は、微粒子であるが故に剥がすことが困難になる。これによって、圧縮成形時にマグへマイト微粒子の集まりは磁性粉から剥がれない。また、表面に磁気吸着した微粒子は、粒状の微粒子であるが故に、圧縮成形時において磁性粉の塑性変形を阻害することがなく、塑性変形した磁性粉同士のからみ合いで成形体の機械的強度と磁束密度とが増大する。さらに、マグへマイトが粒状の微粒子であるため、極薄い絶縁層が磁性粉の表面に形成できる。これによって、加圧成形された成形体に占める磁性粉の体積が相対的に増大し、圧縮成形体の磁束密度の低下が抑えられる。このように、マグへマイトが粒状の微粒子であることによって、マグへマイトからなる絶縁層はさらに様々な優れた作用効果をもたらす。
さらに、本特徴手段によれば、熱分解によって酸化鉄ＦｅＯを生成する有機鉄化合物を磁性粉に吸着させ、有機鉄化合物が吸着した磁性粉を大気中で熱処理し、有機鉄化合物の熱分解によって酸化鉄ＦｅＯを磁性粉の表面に析出させ、さらに昇温して、酸化鉄ＦｅＯをマグへマイトに酸化することで、粒状のマグへマイト微粒子の集まりが磁性粉の表面に強固に磁気吸着して磁性粉が絶縁化される。すなわち、熱分解によって酸化鉄ＦｅＯを生成する有機鉄化合物を溶媒に分散させ、この分散液に磁性粉の集まりを混合し、この後、溶媒を気化させると、全ての磁性粉の表面に有機鉄化合物が吸着する。この有機鉄化合物が吸着した磁性粉の集まりを、大気雰囲気で熱処理する。熱処理温度が、有機鉄化合物を構成する有機物の沸点を超えると、有機物と酸化鉄ＦｅＯに熱分解する。さらに熱処理温度が上がると、有機物は気化熱を奪って気化する。いっぽう、酸化鉄ＦｅＯは、２価の鉄イオンＦｅ ２＋ が３価の鉄イオンＦｅ ３＋ になる酸化反応が、温度上昇に伴って進む。この２価の鉄イオンＦｅ ２＋ が３価の鉄イオンＦｅ ３＋ になる酸化反応の初期においては、酸化鉄ＦｅＯを構成する２価の鉄イオンＦｅ ２＋ の一部が３価の鉄イオンＦｅ ３＋ になるためマグネタイトになる。つまり、酸化鉄ＦｅＯを構成する２価の鉄イオンＦｅ ２＋ の一部が３価の鉄イオンＦｅ ３＋ になってＦｅ ２ Ｏ ３ になり、組成式がＦｅＯ・Ｆｅ ２ Ｏ ３ のマグネタイトＦｅ ３ Ｏ ４ になる。さらに、２価の鉄イオンＦｅ ２＋ が３価の鉄イオンＦｅ ３＋ になる酸化反応が進むと、酸化鉄ＦｅＯの全てがマグネタイトＦｅ ３ Ｏ ４ になる。さらに酸化反応が進むと、マグネタイトＦｅＯ・Ｆｅ ２ Ｏ ３ を構成するＦｅＯにおける２価の鉄イオンＦｅ ２＋ の全てが３価の鉄イオンＦｅ ３＋ になって酸化鉄Ｆｅ ２ Ｏ ３ に酸化する。この酸化鉄Ｆｅ ２ Ｏ ３ は、マグネタイトＦｅ ３ Ｏ ４ と同様の立方晶系の結晶構造をとるため、酸化鉄Ｆｅ ２ Ｏ ３ はガンマ相のマグへマイトγ−Ｆｅ ２ Ｏ ３ になる。ちなみに、酸化鉄Ｆｅ ２ Ｏ ３ のアルファ相であるヘマタイトα−Ｆｅ ２ Ｏ ３ は三方晶系の結晶構造をとる。こうした昇温に伴って起こる２価の鉄イオンＦｅ ２＋ が３価の鉄イオンＦｅ ３＋ になる酸化反応が磁性粉の表面で進行するため、マグへマイトは磁性粉の表面に微粒子として析出して強固に磁気吸着する。なぜならば、有機鉄化合物を磁性粉の表面に吸着させたからである。こうして、有機鉄化合物を大気中で熱処理するだけの極めて簡単な手段で、莫大な数からなる磁性粉の表面にマグへマイト微粒子の集まりが磁気吸着し、このマグへマイト微粒子の集まりによって全ての磁性粉の表面が同時に絶縁化される。これよって、従来に比べ格段に安価な費用で絶縁化された磁性粉が大量に製造できる。なお、酸化鉄ＦｅＯからマグへマイトへの酸化反応が完了した後に更に昇温させると、マグへマイトがヘマタイトに相転移する。ヘマタイトは弱強磁性であるため、フェリ磁性のマグへマイトに比べ磁性粉への磁気吸着力が著しく低下し、磁性粉を加圧成形する際にヘマタイト微粒子は磁性粉の表面から脱落する。このため、酸化鉄ＦｅＯからマグへマイトへの酸化反応が完了した時点で昇温は終了させる。酸化鉄ＦｅＯから酸化鉄Ｆｅ ２ Ｏ ３ への酸化反応を確実に進め、かつ、マグへマイトからヘマタイトへの相転移を防ぐため、有機物が気化した後においては、熱処理における昇温速度は抑えればよい。
つまり、本特徴手段によれば、極めて簡単な連続した４つの製造工程からなる1回の製造タクトで、大量の磁性粉の集まりからなる磁性粉について、全ての磁性粉の表面にマグへマイトが磁気吸着し、磁性粉の表面が絶縁化される。従って、安価な製造費用で、大量の磁性粉の集まりが同時に絶縁化できる。
すなわち、第１の製造工程は、有機鉄化合物を容器に充填し、これに有機溶媒を加えて撹拌するだけの工程である。これによって、有機鉄化合物が有機溶媒に分散された分散液が作成できる。第２の製造工程は、容器に磁性粉の集まりを加え、容器内の分散液を撹拌するだけの工程である。これによって、有機鉄化合物の分散液に磁性粉が分散された懸濁液が作成できる。第３の製造工程は、容器の温度を有機溶媒の沸点まで昇温するだけの工程である。これによって、全ての磁性粉の表面に有機鉄化合物が吸着する。第４の製造工程は、大気雰囲気において、容器の温度を酸化鉄ＦｅＯが酸化鉄Ｆｅ ２ Ｏ ３ に酸化する反応が完了する温度まで昇温するだけの工程である。これによって、容器内にある全ての磁性粉の表面にマグへマイトが磁気吸着し、磁性粉がマグへマイトによって絶縁化される。
さらに、本製造方法では、有機鉄化合物の熱分解で生成されるマグへマイトは、酸化鉄ＦｅＯの酸化によって生成されるため、針状粒子ではなく粒状粒子として析出する。このため、マグへマイトの粒状微粒子からなる絶縁層は、前記で説明した様々な優れた作用効果をもたらす。
なお、従来技術では、マグへマイトγ−Ｆｅ ２ Ｏ ３ は針状粒子として生成される。つまり、硫酸第一鉄ないしは硫酸第二鉄をアルカリ性の水溶液中で大気を送り込みながら反応させると、針状粒子であるゲータイトと呼ばれる水酸化鉄α−ＦｅＯＯＨが析出する。ゲータイトを、水素ガスの雰囲気で一度脱水させてヘマタイトα−Ｆｅ ２ Ｏ ３ とし、さらに還元してマグネタイトＦｅ ３ Ｏ ４ を生成する。この後、マグネタイトを大気中でゆっくりと加熱酸化させると針状のマグへマイト粒子が生成される。針状のマグへマイト粒子を用いて磁性粉の表面を絶縁化させる場合は、粒状粒子より多くの針状粒子を磁性粉の表面に結合させる必要があり、針状粒子による絶縁層が厚くなる。また、マグへマイトが磁性粉より硬い物質で、また、針状粒子は粒状粒子よりアスペクト比、つまり幅に対する長さの比率が大きくなるため、針状粒子からなる絶縁層は、圧縮成形時における磁性粉の塑性変形を妨げる。このため、圧縮成形された磁性粉の機械的強度と磁束密度とは、粒状粒子を用いて絶縁化させた場合に比べ低下する。さらに、針状のマグへマイトを生成する製造工程は、粒状のマグへマイトを生成する製造工程に比べて多くの工程を要し、かつ、分断された複数の製造工程から構成されるため製造費用が高くなる。このように、磁性粉の表面を絶縁化させる事例では、粒状微粒子は針状微粒子に比べ格段に作用効果が優れる。
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表面が絶縁化された磁性粉を製造する製造方法の第二特徴手段は、前記した第一特徴手段における磁性粉に吸着させる有機鉄化合物が、鉄イオンが酸素イオンに配位結合する有機鉄化合物であり、該有機鉄化合物を用いて第一特徴手段に記載した方法に準拠して表面が絶縁化された磁性粉を製造する点にある。
つまり、この特徴手段によれば、鉄イオンが配位子を形成する酸素イオンと配位結合した有機鉄化合物を大気中で熱分解させると、酸化鉄ＦｅＯが生成され、更に、酸化鉄ＦｅＯを酸化すると、マグへマイトγ−Ｆｅ２Ｏ３が析出する。すなわち、このような有機鉄化合物の大気中での熱分解反応においては、有機鉄化合物を構成する有機物の沸点を超えると熱分解が始まり、酸化鉄ＦｅＯと有機物に分解する。つまり、有機鉄化合物を構成する酸素イオンが配位子となって鉄イオンに近づいて配位結合するため、鉄イオンと配位子である酸素イオンとの距離は短い。このため、有機鉄化合物の熱分解においては、最初に、配位子である酸素イオンが鉄イオンと結合する短い距離の部位の反対側の結合部位、つまり、結合距離が長い部位が切れる。これによって、有機鉄化合物は、鉄イオンが酸素イオンと結合した酸化鉄ＦｅＯと有機物とに分解される。この後、有機物は気化熱を奪いながら気化する。いっぽう、酸化鉄ＦｅＯは、温度上昇によって２価の鉄イオンＦｅ２＋が３価の鉄イオンＦｅ３＋になる酸化反応が進み、酸化鉄ＦｅＯは酸化鉄Ｆｅ２Ｏ３のガンマ相、つまりマグへマイトγ−Ｆｅ２Ｏ３になる。こうして、酸化鉄ＦｅＯの酸化反応が完了すると、マグへマイトγ−Ｆｅ２Ｏ３が析出する。この結果、磁性粉を絶縁化させる粒状のマグへマイト微粒子の集まりが、磁性粉の表面に強固に磁気吸着する。
表面が絶縁化された磁性粉を製造する製造方法の第三特徴手段は、前記した第二特徴手段における有機鉄化合物が酢酸鉄、安息香酸鉄、カプリル酸鉄、ナフテン酸鉄のうちのいずれかのカルボン酸鉄ないしはアセチルアセトン鉄の有機鉄化合物であり、該有機鉄化合物を用いて第二特徴手段に記載した方法に準拠して表面が絶縁化された磁性粉を製造する点にある。
つまり、この特徴手段によれば、酢酸鉄Ｆｅ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、安息香酸鉄Ｆｅ（Ｃ６Ｈ５ＣＯＯ）２HH、カプリル酸鉄Ｆｅ（ＣＨ３（ＣＨ２）６ＣＯＯ）２、ないしはナフテン酸鉄Ｆｅ（Ｃ６Ｈ５ＣＯＯ）２などからなるカルボン酸鉄は、いずれもカルボン酸のカルボキシル基ＣＯＯＨを構成する酸素イオンが配位子となって２価の鉄イオンに近づき、酸素イオンが２価の鉄イオンとの間で配位結合する。また、アセチルアセトン鉄Ｆｅ（Ｃ５Ｈ７Ｏ２）３は、アセチルアセトンＣ５Ｈ８Ｏ２の共役塩基であるアセチルアセトナートＣ５Ｈ７Ｏ２ −を構成する酸素イオンが配位子となって３価の鉄イオンと配位結合し、アセチルアセトナートが六員環を形成する有機鉄化合物である。このようなカルボン酸鉄ないしはアセチルアセトン鉄における熱分解反応は、カルボン酸ないしはアセチルアセトンの沸点を超えると熱分解が始まり、酸化鉄ＦｅＯとカルボン酸ないしはアセチルアセトンに分解する。つまり、カルボン酸のカルボキシル基を構成する酸素イオン、ないしはアセチルアセトナートを構成する酸素イオンが、鉄イオンに近づいて配位結合するため、鉄イオンと配位子である酸素イオンとの距離は短い。このため、熱分解においては、配位子である酸素イオンが鉄イオンと結合する反対側の長い距離の部位が最初に切れる。これによって、鉄イオンが酸素イオンと結合した酸化鉄ＦｅＯと、カルボン酸ないしはアセチルアセトンに分解する。この後、カルボン酸ないしはアセチルアセトンは気化熱を奪いながら気化する。いっぽう、酸化鉄ＦｅＯは、温度上昇によって、２価の鉄イオンＦｅ２＋が３価の鉄イオンＦｅ３＋になる酸化反応が進み、酸化鉄ＦｅＯは酸化鉄Ｆｅ２Ｏ３のガンマ相、マグへマイトγ−Ｆｅ２Ｏ３になる。こうして、酸化鉄ＦｅＯの酸化反応が完了した後に、マグへマイトγ−Ｆｅ２Ｏ３が析出する。
また、カルボン酸鉄ないしはアセチルアセトン鉄は、汎用的なカルボン酸ないしは汎用的な有機物と鉄との化合物であり、合成が簡単で安価な工業用薬品である。安価な工業用薬品を磁性粉に吸着させ、この磁性粉を大気中で熱処理するだけで磁性粉が絶縁化されるため、従来に比べ格段に安価な製造費用で絶縁化された磁性粉の集まりが製造できる。
また、カルボン酸鉄ないしはアセチルアセトン鉄は、汎用的なカルボン酸ないしは汎用的な有機物と鉄との化合物であり、合成が簡単で安価な工業用薬品である。安価な工業用薬品を磁性粉に吸着させ、この磁性粉を大気中で熱処理するだけで磁性粉が絶縁化されるため、従来に比べ格段に安価な製造費用で絶縁化された磁性粉の集まりが製造できる。
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磁性粉を絶縁化する実施形態１
本発明に係わる磁性粉を絶縁化させる実施形態１は、カルボン酸鉄の一種であるナフテン酸鉄Ｆｅ（Ｃ６Ｈ５ＣＯＯ）２を用いて、磁性粉の表面にマグへマイト微粒子を磁気吸着させる実施形態である。ナフテン酸鉄は、ナフテン酸Ｃ６Ｈ５ＣＯＯＨの２分子が鉄と反応して容易に生成されるカルボン酸鉄であり、ナフテン酸を構成するカルボキシル基ＣＯＯＨの水素イオンが容易に乖離し、水素イオンが乖離した酸素イオンの部位に２価の鉄イオンが結合した物質で、構造式はＣ６Ｈ５ＣＯＯ−Ｆｅ−ＯＯＣＣ６Ｈ５で表さられる。
図１に、ナフテン酸鉄を熱分解してマグネタイト微粒子を析出し、析出したマグネタイト微粒子が磁性粉の表面に磁気吸着し、これによって磁性粉が絶縁化される製造工程を示す。最初に、ナフテン酸鉄と磁性粉の集まりを用意する（Ｓ１０工程）。なお、磁性粉としてアトマイズ純鉄粉を用いる。次に、ナフテン酸鉄をｎ−ブタノールに対し５重量％の割合になるように秤量し、ナフテン酸鉄をｎ−ブタノールに混合して撹拌し、ナフテン酸鉄のｎ−ブタノール分散液を作成し、この分散液を容器に充填する（Ｓ１１工程）。さらに、アトマイズ純鉄粉の集まりの重量比率を1とした場合、ナフテン酸鉄の分散液の重量比率が３０になるようにアトマイズ純鉄粉を秤量し、ナフテン酸鉄のｎ−ブタノール分散液にアトマイズ純鉄粉の集まりを混合して撹拌し、ナフテン酸鉄のｎ−ブタノール分散液にアトマイズ純鉄粉が分散された懸濁液を作成する（Ｓ１２工程）。次に、懸濁液が入った容器を大気雰囲気の熱処理炉に入れる（Ｓ１３工程）。熱処理炉は図２に示すように、１２０℃の低温熱処理室Ａと、４００℃まで昇温される高温熱処理室Ｂとからなる。最初に容器は低温焼成室Ａに５分間入り、ｎ−ブタノールを気化し、気化したｎ−ブタノールを回収する（Ｓ１４工程）。これによって、全てのアトマイズ純鉄粉の表面にナフテン酸鉄が吸着する。次に容器は高温焼成室Ｂに入り、２段階の焼成が行われる。最初に、低温焼成部Ｂ１で５℃／分の昇温速度で３００℃まで昇温し、ナフテン酸鉄を熱分解し、熱分解によって生成されたナフテン酸を完全に気化させ、気化したナフテン酸を回収する（Ｓ１５工程）。この後、高温焼成部Ｂ２で１℃／分の昇温速度で４００℃まで昇温し、さらに、４００℃に３０分間放置して、熱分解で生成された酸化鉄ＦｅＯを酸化鉄γ−Ｆｅ２Ｏ３に酸化させ、生成されたマグへマイトγ−Ｆｅ２Ｏ３はアトマイズ鉄粉の表面に磁気吸着する（Ｓ１６工程）。こうして全てのアトマイズ純鉄粉の表面は、絶縁体であるマグへマイト微粒子によって覆われ、アトマイズ鉄粉の表面が絶縁化される。最後に、容器から絶縁化されたアトマイズ鉄粉の集まりを取り出す（Ｓ１７工程）。
本発明に係わる磁性粉を絶縁化させる実施形態１は、カルボン酸鉄の一種であるナフテン酸鉄Ｆｅ（Ｃ６Ｈ５ＣＯＯ）２を用いて、磁性粉の表面にマグへマイト微粒子を磁気吸着させる実施形態である。ナフテン酸鉄は、ナフテン酸Ｃ６Ｈ５ＣＯＯＨの２分子が鉄と反応して容易に生成されるカルボン酸鉄であり、ナフテン酸を構成するカルボキシル基ＣＯＯＨの水素イオンが容易に乖離し、水素イオンが乖離した酸素イオンの部位に２価の鉄イオンが結合した物質で、構造式はＣ６Ｈ５ＣＯＯ−Ｆｅ−ＯＯＣＣ６Ｈ５で表さられる。
図１に、ナフテン酸鉄を熱分解してマグネタイト微粒子を析出し、析出したマグネタイト微粒子が磁性粉の表面に磁気吸着し、これによって磁性粉が絶縁化される製造工程を示す。最初に、ナフテン酸鉄と磁性粉の集まりを用意する（Ｓ１０工程）。なお、磁性粉としてアトマイズ純鉄粉を用いる。次に、ナフテン酸鉄をｎ−ブタノールに対し５重量％の割合になるように秤量し、ナフテン酸鉄をｎ−ブタノールに混合して撹拌し、ナフテン酸鉄のｎ−ブタノール分散液を作成し、この分散液を容器に充填する（Ｓ１１工程）。さらに、アトマイズ純鉄粉の集まりの重量比率を1とした場合、ナフテン酸鉄の分散液の重量比率が３０になるようにアトマイズ純鉄粉を秤量し、ナフテン酸鉄のｎ−ブタノール分散液にアトマイズ純鉄粉の集まりを混合して撹拌し、ナフテン酸鉄のｎ−ブタノール分散液にアトマイズ純鉄粉が分散された懸濁液を作成する（Ｓ１２工程）。次に、懸濁液が入った容器を大気雰囲気の熱処理炉に入れる（Ｓ１３工程）。熱処理炉は図２に示すように、１２０℃の低温熱処理室Ａと、４００℃まで昇温される高温熱処理室Ｂとからなる。最初に容器は低温焼成室Ａに５分間入り、ｎ−ブタノールを気化し、気化したｎ−ブタノールを回収する（Ｓ１４工程）。これによって、全てのアトマイズ純鉄粉の表面にナフテン酸鉄が吸着する。次に容器は高温焼成室Ｂに入り、２段階の焼成が行われる。最初に、低温焼成部Ｂ１で５℃／分の昇温速度で３００℃まで昇温し、ナフテン酸鉄を熱分解し、熱分解によって生成されたナフテン酸を完全に気化させ、気化したナフテン酸を回収する（Ｓ１５工程）。この後、高温焼成部Ｂ２で１℃／分の昇温速度で４００℃まで昇温し、さらに、４００℃に３０分間放置して、熱分解で生成された酸化鉄ＦｅＯを酸化鉄γ−Ｆｅ２Ｏ３に酸化させ、生成されたマグへマイトγ−Ｆｅ２Ｏ３はアトマイズ鉄粉の表面に磁気吸着する（Ｓ１６工程）。こうして全てのアトマイズ純鉄粉の表面は、絶縁体であるマグへマイト微粒子によって覆われ、アトマイズ鉄粉の表面が絶縁化される。最後に、容器から絶縁化されたアトマイズ鉄粉の集まりを取り出す（Ｓ１７工程）。
磁性粉を絶縁化する実施形態２
本発明に係わる磁性粉を絶縁化させる実施形態２は、アセチルアセトン金属の一種であるアセチルアセトン鉄Ｆｅ（Ｃ５Ｈ７Ｏ２）３を用いて、磁性粉の表面にマグへマイト微粒子を磁気吸着させる実施形態である。アセチルアセトン鉄は、アセチルアセトンＣ５Ｈ８Ｏ２の３分子が、３価の鉄イオンと反応して容易に生成される有機鉄化合物であり、アセチルアセトンＣ５Ｈ８Ｏ２の共役塩基であるアセチルアセトナートＣ５Ｈ７Ｏ２ −を構成する酸素イオンが配位子となって、３価の鉄イオンと結合し、アセチルアセトナートが六員環を形成する有機鉄化合物である。
図３に、アセチルアセトン鉄を熱分解してマグネタイト微粒子を析出し、析出したマグネタイト微粒子が磁性粉の表面に磁気吸着し、これによって、磁性粉が絶縁化される製造工程を示す。最初に、アセチルアセトン鉄と磁性粉の集まりを用意する（Ｓ２０工程）。なお、磁性粉としてアトマイズ純鉄粉を用いる。次に、アセチルアセトン鉄をｎ−ブタノールに対し５重量％の割合になるように秤量し、アセチルアセトン鉄をｎ−ブタノールに混合して撹拌し、アセチルアセトン鉄のｎ−ブタノール分散液を作成し、分散液を容器に充填する（Ｓ２１工程）。さらに、アトマイズ純鉄粉の重量比率を1とした場合、アセチルアセトン鉄の分散液の重量比率が３５になるようにアトマイズ純鉄粉を秤量し、アセチルアセトン鉄のｎ−ブタノール分散液にアトマイズ純鉄粉の集まりを混合して撹拌し、アセチルアセトン鉄のｎ−ブタノール分散液にアトマイズ純鉄粉が分散された懸濁液を作成する（Ｓ２２工程）。次に、懸濁液が入った容器を大気雰囲気の熱処理炉に入れる（Ｓ２３工程）。熱処理炉は図２に示したように、１２０℃の低温熱処理室Ａと、４５０℃まで昇温される高温熱処理室Ｂとからなる。最初に容器は低温焼成室Ａに５分間入り、ｎ−ブタノールが気化し、気化したｎ−ブタノールを回収する（Ｓ２４工程）。これによって全てのアトマイズ純鉄粉の表面に、アセチルアセトン鉄が吸着する。次に容器は高温焼成室Ｂに入り、２段階の焼成が行われる。最初に低温焼成部Ｂ１において５℃／分の昇温速度で３００℃まで昇温し、３００℃に３０分間放置してアセチルアセトン鉄を熱分解し、熱分解によって生成されたアセチルアセトンを完全に気化させ、気化したアセチルアセトンを回収する（Ｓ２５工程）。この後、高温焼成部Ｂ２において１℃／分の昇温速度で４３０℃まで昇温し、４３０℃に３０分間放置して、熱分解で生成された酸化鉄ＦｅＯを酸化鉄γ−Ｆｅ２Ｏ３に酸化させ、生成されたマグへマイトγ−Ｆｅ２Ｏ３はアトマイズ純鉄粉の表面に磁気吸着する（Ｓ２６工程）。この結果、全てのアトマイズ純鉄粉の表面は、絶縁体であるマグへマイト微粒子によって覆われ、アトマイズ純鉄粉の表面が絶縁化される。最後に、容器から絶縁化されたアトマイズ純鉄粉を取り出す（Ｓ２７工程）。
本発明に係わる磁性粉を絶縁化させる実施形態２は、アセチルアセトン金属の一種であるアセチルアセトン鉄Ｆｅ（Ｃ５Ｈ７Ｏ２）３を用いて、磁性粉の表面にマグへマイト微粒子を磁気吸着させる実施形態である。アセチルアセトン鉄は、アセチルアセトンＣ５Ｈ８Ｏ２の３分子が、３価の鉄イオンと反応して容易に生成される有機鉄化合物であり、アセチルアセトンＣ５Ｈ８Ｏ２の共役塩基であるアセチルアセトナートＣ５Ｈ７Ｏ２ −を構成する酸素イオンが配位子となって、３価の鉄イオンと結合し、アセチルアセトナートが六員環を形成する有機鉄化合物である。
図３に、アセチルアセトン鉄を熱分解してマグネタイト微粒子を析出し、析出したマグネタイト微粒子が磁性粉の表面に磁気吸着し、これによって、磁性粉が絶縁化される製造工程を示す。最初に、アセチルアセトン鉄と磁性粉の集まりを用意する（Ｓ２０工程）。なお、磁性粉としてアトマイズ純鉄粉を用いる。次に、アセチルアセトン鉄をｎ−ブタノールに対し５重量％の割合になるように秤量し、アセチルアセトン鉄をｎ−ブタノールに混合して撹拌し、アセチルアセトン鉄のｎ−ブタノール分散液を作成し、分散液を容器に充填する（Ｓ２１工程）。さらに、アトマイズ純鉄粉の重量比率を1とした場合、アセチルアセトン鉄の分散液の重量比率が３５になるようにアトマイズ純鉄粉を秤量し、アセチルアセトン鉄のｎ−ブタノール分散液にアトマイズ純鉄粉の集まりを混合して撹拌し、アセチルアセトン鉄のｎ−ブタノール分散液にアトマイズ純鉄粉が分散された懸濁液を作成する（Ｓ２２工程）。次に、懸濁液が入った容器を大気雰囲気の熱処理炉に入れる（Ｓ２３工程）。熱処理炉は図２に示したように、１２０℃の低温熱処理室Ａと、４５０℃まで昇温される高温熱処理室Ｂとからなる。最初に容器は低温焼成室Ａに５分間入り、ｎ−ブタノールが気化し、気化したｎ−ブタノールを回収する（Ｓ２４工程）。これによって全てのアトマイズ純鉄粉の表面に、アセチルアセトン鉄が吸着する。次に容器は高温焼成室Ｂに入り、２段階の焼成が行われる。最初に低温焼成部Ｂ１において５℃／分の昇温速度で３００℃まで昇温し、３００℃に３０分間放置してアセチルアセトン鉄を熱分解し、熱分解によって生成されたアセチルアセトンを完全に気化させ、気化したアセチルアセトンを回収する（Ｓ２５工程）。この後、高温焼成部Ｂ２において１℃／分の昇温速度で４３０℃まで昇温し、４３０℃に３０分間放置して、熱分解で生成された酸化鉄ＦｅＯを酸化鉄γ−Ｆｅ２Ｏ３に酸化させ、生成されたマグへマイトγ−Ｆｅ２Ｏ３はアトマイズ純鉄粉の表面に磁気吸着する（Ｓ２６工程）。この結果、全てのアトマイズ純鉄粉の表面は、絶縁体であるマグへマイト微粒子によって覆われ、アトマイズ純鉄粉の表面が絶縁化される。最後に、容器から絶縁化されたアトマイズ純鉄粉を取り出す（Ｓ２７工程）。
圧粉磁心を製造する実施形態
本実施形態は、２０段落で説明したナフテン酸鉄の熱分解によって、アトマイズ純鉄粉の表面にマグへマイト微粒子を磁気吸着させた絶縁粉、ないしは、２１段落で説明したアセチルアセトン鉄の熱分解によって、アトマイズ純鉄粉の表面にマグへマイト微粒子を磁気吸着させた絶縁粉を圧縮成形して、圧粉磁心を製造する実施形態である。
図４に、圧粉磁心を製造する製造工程を示す。最初に、絶縁化されたアトマイズ純鉄粉を用意する（Ｓ３０工程）。次に、圧粉磁心の形状を反映した金型に、絶縁化したアトマイズ純鉄粉を充填する（Ｓ３１工程）。さらに、金型に充填されたアトマイズ純鉄粉に９８０ＭＰａの成形圧を加えて圧縮し、圧縮成形体を作る（Ｓ３２工程）。最後に、圧縮成形体を７００℃に昇温された窒素雰囲気からなる熱処理炉に６０分放置し、その後、大気中に取り出して徐冷して焼鈍を行う（Ｓ３３工程）。こうして、マグへマイト微粒子によって絶縁化されたアトマイズ純鉄粉の圧縮成形体からなる圧粉磁心が製造される。
本実施形態は、２０段落で説明したナフテン酸鉄の熱分解によって、アトマイズ純鉄粉の表面にマグへマイト微粒子を磁気吸着させた絶縁粉、ないしは、２１段落で説明したアセチルアセトン鉄の熱分解によって、アトマイズ純鉄粉の表面にマグへマイト微粒子を磁気吸着させた絶縁粉を圧縮成形して、圧粉磁心を製造する実施形態である。
図４に、圧粉磁心を製造する製造工程を示す。最初に、絶縁化されたアトマイズ純鉄粉を用意する（Ｓ３０工程）。次に、圧粉磁心の形状を反映した金型に、絶縁化したアトマイズ純鉄粉を充填する（Ｓ３１工程）。さらに、金型に充填されたアトマイズ純鉄粉に９８０ＭＰａの成形圧を加えて圧縮し、圧縮成形体を作る（Ｓ３２工程）。最後に、圧縮成形体を７００℃に昇温された窒素雰囲気からなる熱処理炉に６０分放置し、その後、大気中に取り出して徐冷して焼鈍を行う（Ｓ３３工程）。こうして、マグへマイト微粒子によって絶縁化されたアトマイズ純鉄粉の圧縮成形体からなる圧粉磁心が製造される。
実施例１
本発明における実施例１は、２０段落で説明したカルボン酸鉄の一種であるナフテン酸鉄Ｆｅ（Ｃ６Ｈ５ＣＯＯ）２を用いて、鉄粉の表面にマグへマイト微粒子を磁気吸着させて鉄粉を絶縁化させる実施例である。
最初に、原料となるナフテン酸鉄と溶媒のｎ−ブタノールと鉄粉とを用意する。ナフテン酸鉄は、金属石鹸として市販されているナフテン酸鉄（例えば、東栄化工株式会社の製品）を用いた。ｎ―ブタノールは試薬一級品を用いた。鉄粉は、株式会社神戸製鋼所の製品のアトマイズ純鉄粉であるアトメル３００ＮＨを用いた。アトメル３００ＮＨは、マンガン、リン、イオウの含有量が極めて微量のアトマイズ純鉄粉であり、純度が高いため磁気特性に優れ、また、粉の形状から圧縮性に優れる。
次に、ナフテン酸鉄をｎ−ブタノールに対し５重量％の割合になるように秤量し、このナフテン酸鉄をｎ−ブタノールに混合して撹拌し、ナフテン酸鉄のｎ−ブタノール分散液を作成した。この分散液を容器に充填した。さらに、アトメル３００ＮＨの１００ｇを、ナフテン酸鉄のｎ−ブタノール分散液の３ｋｇが入った容器に混合して撹拌し、アトメル３００ＮＨをナフテン酸鉄のｎ−ブタノール分散液に分散させた。
さらに、容器を大気雰囲気の熱処理炉に入れて熱処理を行なった。最初に容器を１２０℃の低温焼成室に５分間放置してｎ−ブタノールを気化させ、気化したｎ−ブタノールは回収機で回収した。過剰な溶媒として分散液に存在するｎ−ブタノールは、激しく沸騰し、容器内の溶液全体が揺動して鉄粉が撹拌された。ｎ−ブタノールが気化した後は、全ての鉄粉の表面にナフテン酸鉄が吸着する。次に、５℃／分の昇温速度で３００℃まで昇温し、ナフテン酸鉄をナフテン酸と酸化鉄ＦｅＯに熱分解した。熱分解によって生成されたナフテン酸は気化し、気化したナフテン酸は回収機で回収した。この後、１℃／分の昇温速度で４００℃まで昇温し、４００℃の温度に３０分間保持した。この際、熱分解で生成された酸化鉄ＦｅＯの酸化反応が徐々に進行する。最初に、酸化鉄ＦｅＯがマグネタイトＦｅ３Ｏ４に徐々に酸化される。次に、マグネタイトＦｅ３Ｏ４が酸化鉄γ−Ｆｅ２Ｏ３に徐々に酸化される。全てのマグネタイトＦｅ３Ｏ４を酸化鉄γ−Ｆｅ２Ｏ３に酸化させるため、４００℃の温度に３０分間維持した。最後に、マグへマイトが磁気吸着したアトメル３００ＮＨを容器から取り出した。
前記した条件で製作した試料について観察と分析とを行ない、目的とする処理が実際になされているか否かを判定した。最初に、ｎ−ブタノールを気化させた後におけるアトメル３００ＮＨの試料を電子顕微鏡で観察した。電子顕微鏡は、ＪＦＥテクノリサーチ株式会社の極低加速電圧ＳＥＭを用いた。この装置は、１００Ｖからの極低加速電圧による表面観察が可能で、試料に導電性の被膜を形成せずに直接試料の表面が観察できる特徴を有する。ＳＥＭによる表面観察は、次の３種類の手法によった。最初に、反射電子線の９００−１ｋＶの間にある２次電子線を取り出して画像処理を行い、試料表面の凹凸を観察した。試料には、鉄粉の形状を反映したごく薄い被膜が、鉄粉の表面全体に形成されていることが確認できた。次に、反射電子線の９００−１ｋＶの間にあるエネルギーを抽出して画像処理を行い、画像の濃淡によって試料表面の材質の違いを観察した。試料表面に形成された被膜には特段に濃淡が認められなかったので、鉄粉の表面には均一な被膜が形成されていることが確認できた。さらに、特性Ｘ線のエネルギーとその強度を画像処理し、試料表面に形成された被膜を構成する元素の種類とその分布状態を分析した。鉄原子、炭素原子、酸素原子が表面に均一に存在し、特段に偏在する箇所が見られなかったため、ナフテン酸鉄がアトメル３００ＮＨの表面全体を均一に被覆していることが確認できた。
次に、４００℃で熱処理したアトメル３００ＮＨの試料表面をＳＥＭで観察した。最初に反射電子線の９００−１ｋＶの間にある２次電子線を取り出して画像処理を行い、試料表面の凹凸を観察した。試料に４０−６０ｎｍの大きさからなる粒状の微粒子が、鉄粉の表面全体に満遍なく形成されていることが確認できた。次に、特性Ｘ線のエネルギーとその強度を画像処理し、試料表面に形成された被膜を構成する元素の種類とその分布状態を分析した。鉄原子、酸素原子の双方が表面に均一に存在し、特段に偏在する箇所が見られなかったため、酸化鉄からなる粒状微粒子であることが確認できた。さらに、ＳＥＭの機能にＥＢＳＰ解析機能を付加し、結晶構造の解析を行なった。この結果から、試料表面に形成された粒状微粒子が酸化鉄のガンマ相であるマグへマイトγ−Ｆｅ２Ｏ３であることが確認できた。なお、ＥＢＳＰ解析機能とは、試料に電子線を照射したとき、反射電子が試料中の原子面によって回折されることによってバンド状のパターンを形成し、このバンドの対称性が結晶系に対応し、バンドの間隔が原子面間隔に対応しているため、このパターンを解析することで、結晶方位や結晶系を測定する機能をいう。
以上の試料の観察と分析の結果から、アトメル３００ＮＨの表面全体にナフテン酸鉄が吸着している事実と、アトメル３００ＮＨの表面全体にマグへマイトの粒状微粒子が磁気吸着している事実とが確認できた。これらの結果から、前記で説明した条件で鉄粉を処理することで、最初に鉄粉の表面にナフテン酸鉄が吸着し、次に、この鉄粉を大気中で熱処理することで、鉄粉の表面にマグへマイトが満遍なく磁気吸着することが確認できた。
本発明における実施例１は、２０段落で説明したカルボン酸鉄の一種であるナフテン酸鉄Ｆｅ（Ｃ６Ｈ５ＣＯＯ）２を用いて、鉄粉の表面にマグへマイト微粒子を磁気吸着させて鉄粉を絶縁化させる実施例である。
最初に、原料となるナフテン酸鉄と溶媒のｎ−ブタノールと鉄粉とを用意する。ナフテン酸鉄は、金属石鹸として市販されているナフテン酸鉄（例えば、東栄化工株式会社の製品）を用いた。ｎ―ブタノールは試薬一級品を用いた。鉄粉は、株式会社神戸製鋼所の製品のアトマイズ純鉄粉であるアトメル３００ＮＨを用いた。アトメル３００ＮＨは、マンガン、リン、イオウの含有量が極めて微量のアトマイズ純鉄粉であり、純度が高いため磁気特性に優れ、また、粉の形状から圧縮性に優れる。
次に、ナフテン酸鉄をｎ−ブタノールに対し５重量％の割合になるように秤量し、このナフテン酸鉄をｎ−ブタノールに混合して撹拌し、ナフテン酸鉄のｎ−ブタノール分散液を作成した。この分散液を容器に充填した。さらに、アトメル３００ＮＨの１００ｇを、ナフテン酸鉄のｎ−ブタノール分散液の３ｋｇが入った容器に混合して撹拌し、アトメル３００ＮＨをナフテン酸鉄のｎ−ブタノール分散液に分散させた。
さらに、容器を大気雰囲気の熱処理炉に入れて熱処理を行なった。最初に容器を１２０℃の低温焼成室に５分間放置してｎ−ブタノールを気化させ、気化したｎ−ブタノールは回収機で回収した。過剰な溶媒として分散液に存在するｎ−ブタノールは、激しく沸騰し、容器内の溶液全体が揺動して鉄粉が撹拌された。ｎ−ブタノールが気化した後は、全ての鉄粉の表面にナフテン酸鉄が吸着する。次に、５℃／分の昇温速度で３００℃まで昇温し、ナフテン酸鉄をナフテン酸と酸化鉄ＦｅＯに熱分解した。熱分解によって生成されたナフテン酸は気化し、気化したナフテン酸は回収機で回収した。この後、１℃／分の昇温速度で４００℃まで昇温し、４００℃の温度に３０分間保持した。この際、熱分解で生成された酸化鉄ＦｅＯの酸化反応が徐々に進行する。最初に、酸化鉄ＦｅＯがマグネタイトＦｅ３Ｏ４に徐々に酸化される。次に、マグネタイトＦｅ３Ｏ４が酸化鉄γ−Ｆｅ２Ｏ３に徐々に酸化される。全てのマグネタイトＦｅ３Ｏ４を酸化鉄γ−Ｆｅ２Ｏ３に酸化させるため、４００℃の温度に３０分間維持した。最後に、マグへマイトが磁気吸着したアトメル３００ＮＨを容器から取り出した。
前記した条件で製作した試料について観察と分析とを行ない、目的とする処理が実際になされているか否かを判定した。最初に、ｎ−ブタノールを気化させた後におけるアトメル３００ＮＨの試料を電子顕微鏡で観察した。電子顕微鏡は、ＪＦＥテクノリサーチ株式会社の極低加速電圧ＳＥＭを用いた。この装置は、１００Ｖからの極低加速電圧による表面観察が可能で、試料に導電性の被膜を形成せずに直接試料の表面が観察できる特徴を有する。ＳＥＭによる表面観察は、次の３種類の手法によった。最初に、反射電子線の９００−１ｋＶの間にある２次電子線を取り出して画像処理を行い、試料表面の凹凸を観察した。試料には、鉄粉の形状を反映したごく薄い被膜が、鉄粉の表面全体に形成されていることが確認できた。次に、反射電子線の９００−１ｋＶの間にあるエネルギーを抽出して画像処理を行い、画像の濃淡によって試料表面の材質の違いを観察した。試料表面に形成された被膜には特段に濃淡が認められなかったので、鉄粉の表面には均一な被膜が形成されていることが確認できた。さらに、特性Ｘ線のエネルギーとその強度を画像処理し、試料表面に形成された被膜を構成する元素の種類とその分布状態を分析した。鉄原子、炭素原子、酸素原子が表面に均一に存在し、特段に偏在する箇所が見られなかったため、ナフテン酸鉄がアトメル３００ＮＨの表面全体を均一に被覆していることが確認できた。
次に、４００℃で熱処理したアトメル３００ＮＨの試料表面をＳＥＭで観察した。最初に反射電子線の９００−１ｋＶの間にある２次電子線を取り出して画像処理を行い、試料表面の凹凸を観察した。試料に４０−６０ｎｍの大きさからなる粒状の微粒子が、鉄粉の表面全体に満遍なく形成されていることが確認できた。次に、特性Ｘ線のエネルギーとその強度を画像処理し、試料表面に形成された被膜を構成する元素の種類とその分布状態を分析した。鉄原子、酸素原子の双方が表面に均一に存在し、特段に偏在する箇所が見られなかったため、酸化鉄からなる粒状微粒子であることが確認できた。さらに、ＳＥＭの機能にＥＢＳＰ解析機能を付加し、結晶構造の解析を行なった。この結果から、試料表面に形成された粒状微粒子が酸化鉄のガンマ相であるマグへマイトγ−Ｆｅ２Ｏ３であることが確認できた。なお、ＥＢＳＰ解析機能とは、試料に電子線を照射したとき、反射電子が試料中の原子面によって回折されることによってバンド状のパターンを形成し、このバンドの対称性が結晶系に対応し、バンドの間隔が原子面間隔に対応しているため、このパターンを解析することで、結晶方位や結晶系を測定する機能をいう。
以上の試料の観察と分析の結果から、アトメル３００ＮＨの表面全体にナフテン酸鉄が吸着している事実と、アトメル３００ＮＨの表面全体にマグへマイトの粒状微粒子が磁気吸着している事実とが確認できた。これらの結果から、前記で説明した条件で鉄粉を処理することで、最初に鉄粉の表面にナフテン酸鉄が吸着し、次に、この鉄粉を大気中で熱処理することで、鉄粉の表面にマグへマイトが満遍なく磁気吸着することが確認できた。
実施例２
本発明における実施例２は、２１段落で説明したアセチルアセトン金属の一種であるアセチルアセトン鉄Ｆｅ（Ｃ５Ｈ７Ｏ２）３を用いて、鉄粉の表面にマグへマイト微粒子を磁気吸着させて鉄粉を絶縁化させる実施例である。
最初に、原料となるアセチルアセトン鉄と溶媒のｎ−ブタノールと鉄粉とを用意する。アセチルアセトン鉄は、金属石鹸として市販されているアセチルアセトン鉄（例えば、日本化学産業株式会社の製品であるナーセム第二鉄）を用いた。ｎ―ブタノールは試薬一級品を用いた。鉄粉は、実施例１と同様に株式会社神戸製鋼所の製品のアトマイズ純鉄粉であるアトメル３００ＮＨを用いた。
次に、アセチルアセトン鉄を、ｎ−ブタノールに対し５重量％の割合になるように秤量し、アセチルアセトン鉄をｎ−ブタノールに混合して撹拌し、アセチルアセトン鉄のｎ−ブタノール分散液を作成した。この分散液を容器に充填した。アトメル３００ＮＨの１００ｇをアセチルアセトン鉄のｎ−ブタノール分散液の３．５ｋｇが入った容器に混合して撹拌し、アトマイズ鉄粉をアセチルアセトン鉄のｎ−ブタノール分散液に分散させた。
さらに、容器を大気雰囲気の熱処理炉に入れて熱処理を行なった。最初に、容器を１２０℃の低温焼成室に５分間放置してｎ−ブタノールを気化させ、気化したｎ−ブタノールは回収機で回収した。ｎ−ブタノールが気化した後は、全ての鉄粉の表面にアセチルアセトン鉄が吸着する。次に５℃／分の昇温速度で３００℃まで昇温し、アセチルアセトン鉄をアセチルアセトンと酸化鉄ＦｅＯに熱分解した。なお、アセチルアセトンの発火点が３４０℃であるため、３００℃で確実にアセチルアセトンを気化させるため、３００℃において３０分間放置した。熱分解によって生成されたアセチルアセトンは気化し、気化したナフテン酸は回収機で回収した。この後、熱処理温度を１℃／分の昇温速度で４３０℃まで昇温し、３０分間４３０℃の温度に保持した。この際、熱分解で生成された酸化鉄ＦｅＯの酸化反応が徐々に進行する。最初に、酸化鉄ＦｅＯがマグネタイトＦｅ３Ｏ４に徐々に酸化される。次に、マグネタイトが酸化鉄γ−Ｆｅ２Ｏ３に徐々に酸化される。全てのマグネタイトを酸化鉄γ−Ｆｅ２Ｏ３に酸化させるため、４３０℃の温度に３０分間維持した。この結果、全ての鉄粉の表面にマグへマイト微粒子が磁気吸着し、鉄粉の表面がマグへマイト微粒子で覆われる。最後に、容器からマグへマイトが磁気吸着した鉄粉を容器から取り出した。
前記した条件で製作した試料を、実施例１と同様の観察と分析とを行ない、目的とする処理が実際になされているか否かを判定した。最初に、ｎ―ブタノールを気化させた後におけるアトメル３００ＮＨの試料をＳＥＭで観察した。ＳＥＭによる表面観察は、実施例１と同様に３種類の手法によった。最初に、反射電子線の９００−１ｋＶの間にある２次電子線を取り出して画像処理を行い、試料表面の凹凸を観察した。試料には鉄粉の形状を反映したごく薄い被膜が、鉄粉の表面全体に形成されていることが確認できた。次に、反射電子線の９００−１ｋＶの間にあるエネルギーを抽出して画像処理を行い、画像の濃淡によって試料表面の材質の違いを観察した。試料表面に形成された被膜には特段に濃淡が認められなかったので、試料表面には均一な被膜が形成されていることが確認できた。さらに、特性Ｘ線のエネルギーとその強度を画像処理し、試料表面に形成された被膜を構成する元素の種類とその分布状態を分析した。鉄原子、炭素原子、酸素原子が表面に均一に存在し、特段に偏在する箇所が見られなかったため、アセチルアセトン鉄がアトメル３００ＮＨの表面全体に被覆していることが確認できた。
次に、４３０℃で熱処理したアトメル３００ＮＨの試料表面をＳＥＭで観察した。最初に、反射電子線の９００−１ｋＶの間にある２次電子線を取り出して画像処理を行い、試料表面の凹凸を観察した。試料には４０−６０ｎｍの大きさからなる粒状の微粒子が、試料表面の全体に満遍なく形成されていることが確認できた。次に、特性Ｘ線のエネルギーとその強度を画像処理し、試料表面に形成された被膜を構成する元素の種類とその分布状態を分析した。鉄原子、酸素原子の双方が表面に均一に存在し、特段に偏在する箇所が見られなかったため、酸化鉄からなる粒状微粒子であることが確認できた。さらに、ＳＥＭの機能にＥＢＳＰ解析機能を付加し、結晶構造の解析を行なった。この結果から、粒状微粒子が酸化鉄のガンマ相であるマグへマイトγ−Ｆｅ２Ｏ３であることが確認できた。
本発明における実施例２は、２１段落で説明したアセチルアセトン金属の一種であるアセチルアセトン鉄Ｆｅ（Ｃ５Ｈ７Ｏ２）３を用いて、鉄粉の表面にマグへマイト微粒子を磁気吸着させて鉄粉を絶縁化させる実施例である。
最初に、原料となるアセチルアセトン鉄と溶媒のｎ−ブタノールと鉄粉とを用意する。アセチルアセトン鉄は、金属石鹸として市販されているアセチルアセトン鉄（例えば、日本化学産業株式会社の製品であるナーセム第二鉄）を用いた。ｎ―ブタノールは試薬一級品を用いた。鉄粉は、実施例１と同様に株式会社神戸製鋼所の製品のアトマイズ純鉄粉であるアトメル３００ＮＨを用いた。
次に、アセチルアセトン鉄を、ｎ−ブタノールに対し５重量％の割合になるように秤量し、アセチルアセトン鉄をｎ−ブタノールに混合して撹拌し、アセチルアセトン鉄のｎ−ブタノール分散液を作成した。この分散液を容器に充填した。アトメル３００ＮＨの１００ｇをアセチルアセトン鉄のｎ−ブタノール分散液の３．５ｋｇが入った容器に混合して撹拌し、アトマイズ鉄粉をアセチルアセトン鉄のｎ−ブタノール分散液に分散させた。
さらに、容器を大気雰囲気の熱処理炉に入れて熱処理を行なった。最初に、容器を１２０℃の低温焼成室に５分間放置してｎ−ブタノールを気化させ、気化したｎ−ブタノールは回収機で回収した。ｎ−ブタノールが気化した後は、全ての鉄粉の表面にアセチルアセトン鉄が吸着する。次に５℃／分の昇温速度で３００℃まで昇温し、アセチルアセトン鉄をアセチルアセトンと酸化鉄ＦｅＯに熱分解した。なお、アセチルアセトンの発火点が３４０℃であるため、３００℃で確実にアセチルアセトンを気化させるため、３００℃において３０分間放置した。熱分解によって生成されたアセチルアセトンは気化し、気化したナフテン酸は回収機で回収した。この後、熱処理温度を１℃／分の昇温速度で４３０℃まで昇温し、３０分間４３０℃の温度に保持した。この際、熱分解で生成された酸化鉄ＦｅＯの酸化反応が徐々に進行する。最初に、酸化鉄ＦｅＯがマグネタイトＦｅ３Ｏ４に徐々に酸化される。次に、マグネタイトが酸化鉄γ−Ｆｅ２Ｏ３に徐々に酸化される。全てのマグネタイトを酸化鉄γ−Ｆｅ２Ｏ３に酸化させるため、４３０℃の温度に３０分間維持した。この結果、全ての鉄粉の表面にマグへマイト微粒子が磁気吸着し、鉄粉の表面がマグへマイト微粒子で覆われる。最後に、容器からマグへマイトが磁気吸着した鉄粉を容器から取り出した。
前記した条件で製作した試料を、実施例１と同様の観察と分析とを行ない、目的とする処理が実際になされているか否かを判定した。最初に、ｎ―ブタノールを気化させた後におけるアトメル３００ＮＨの試料をＳＥＭで観察した。ＳＥＭによる表面観察は、実施例１と同様に３種類の手法によった。最初に、反射電子線の９００−１ｋＶの間にある２次電子線を取り出して画像処理を行い、試料表面の凹凸を観察した。試料には鉄粉の形状を反映したごく薄い被膜が、鉄粉の表面全体に形成されていることが確認できた。次に、反射電子線の９００−１ｋＶの間にあるエネルギーを抽出して画像処理を行い、画像の濃淡によって試料表面の材質の違いを観察した。試料表面に形成された被膜には特段に濃淡が認められなかったので、試料表面には均一な被膜が形成されていることが確認できた。さらに、特性Ｘ線のエネルギーとその強度を画像処理し、試料表面に形成された被膜を構成する元素の種類とその分布状態を分析した。鉄原子、炭素原子、酸素原子が表面に均一に存在し、特段に偏在する箇所が見られなかったため、アセチルアセトン鉄がアトメル３００ＮＨの表面全体に被覆していることが確認できた。
次に、４３０℃で熱処理したアトメル３００ＮＨの試料表面をＳＥＭで観察した。最初に、反射電子線の９００−１ｋＶの間にある２次電子線を取り出して画像処理を行い、試料表面の凹凸を観察した。試料には４０−６０ｎｍの大きさからなる粒状の微粒子が、試料表面の全体に満遍なく形成されていることが確認できた。次に、特性Ｘ線のエネルギーとその強度を画像処理し、試料表面に形成された被膜を構成する元素の種類とその分布状態を分析した。鉄原子、酸素原子の双方が表面に均一に存在し、特段に偏在する箇所が見られなかったため、酸化鉄からなる粒状微粒子であることが確認できた。さらに、ＳＥＭの機能にＥＢＳＰ解析機能を付加し、結晶構造の解析を行なった。この結果から、粒状微粒子が酸化鉄のガンマ相であるマグへマイトγ−Ｆｅ２Ｏ３であることが確認できた。
実施例３
本発明における実施例３は、２３段落で説明した方法で製作したアトメル３００ＮＨの絶縁粉と、２４段落で説明した方法で製作したアトメル３００ＮＨの絶縁粉とを用いて、圧粉磁心を製作する実施例である。
最初に、２３段落および２４段落で説明した条件で、アトメル３００ＮＨの絶縁粉を製作した。圧粉磁心の形状を外径が４０ｍｍ、内径が２５ｍｍ、高さが６ｍｍのリング形状とし、このリング形状を反映した金型に、２種類のアトメル３００ＮＨの絶縁粉の各々を充填した。金型に充填されたアトメル３００ＮＨに、９８０ＭＰａの成形圧を加えて圧縮し、２種類の圧縮成形体を製作した。この後、窒素雰囲気からなる７００℃の熱処理炉に圧縮成形体を６０分間放置し、その後、大気中に取り出して徐冷して焼鈍を行った。こうして、２種類のアトメル３００ＮＨの絶縁粉からなる２種類の圧粉磁心を製作した。
次に、前記した条件で製作した２種類の圧粉磁心について圧粉体密度、比抵抗、磁束密度、鉄損を測定し、目的とする圧粉磁心の特性が得られているかを評価した。圧粉体密度は、試料の寸法と重量を測定し、これらの値から算出した。比抵抗は四端子法にて測定した。磁束密度は、リング試料に直径０．６ｍｍのホルマル被覆導線を１次側：１００巻、２次側：２０巻したコイルを用い、磁界の大きさが１０ｋＡ／ｍでの磁束密度Ｂ１０ｋで評価した。鉄損は、リング試料に直径０．６ｍｍのホルマル被覆導線を１次側に４０巻、２次側に４０巻したコイルを用い、また、周波数範囲が２００―１０ｋＨｚ、磁束密度Ｂｍ が０．２Ｔの条件で、住友金属テクノロジー株式会社の磁気特性測定装置を用いて測定した。なお、鉄損の数値は、励磁周波数が５ｋＨｚ、励磁磁束密度が０．２Ｔの値で代表した。得られた測定結果を表１に記載する。
本発明における実施例３は、２３段落で説明した方法で製作したアトメル３００ＮＨの絶縁粉と、２４段落で説明した方法で製作したアトメル３００ＮＨの絶縁粉とを用いて、圧粉磁心を製作する実施例である。
最初に、２３段落および２４段落で説明した条件で、アトメル３００ＮＨの絶縁粉を製作した。圧粉磁心の形状を外径が４０ｍｍ、内径が２５ｍｍ、高さが６ｍｍのリング形状とし、このリング形状を反映した金型に、２種類のアトメル３００ＮＨの絶縁粉の各々を充填した。金型に充填されたアトメル３００ＮＨに、９８０ＭＰａの成形圧を加えて圧縮し、２種類の圧縮成形体を製作した。この後、窒素雰囲気からなる７００℃の熱処理炉に圧縮成形体を６０分間放置し、その後、大気中に取り出して徐冷して焼鈍を行った。こうして、２種類のアトメル３００ＮＨの絶縁粉からなる２種類の圧粉磁心を製作した。
次に、前記した条件で製作した２種類の圧粉磁心について圧粉体密度、比抵抗、磁束密度、鉄損を測定し、目的とする圧粉磁心の特性が得られているかを評価した。圧粉体密度は、試料の寸法と重量を測定し、これらの値から算出した。比抵抗は四端子法にて測定した。磁束密度は、リング試料に直径０．６ｍｍのホルマル被覆導線を１次側：１００巻、２次側：２０巻したコイルを用い、磁界の大きさが１０ｋＡ／ｍでの磁束密度Ｂ１０ｋで評価した。鉄損は、リング試料に直径０．６ｍｍのホルマル被覆導線を１次側に４０巻、２次側に４０巻したコイルを用い、また、周波数範囲が２００―１０ｋＨｚ、磁束密度Ｂｍ が０．２Ｔの条件で、住友金属テクノロジー株式会社の磁気特性測定装置を用いて測定した。なお、鉄損の数値は、励磁周波数が５ｋＨｚ、励磁磁束密度が０．２Ｔの値で代表した。得られた測定結果を表１に記載する。
（表１）
圧縮体密度 比抵抗 磁束密度 鉄損
（ｋｇ／ｍ３）（マイクロΩｍ）（Ｔ） （Ｗ／ｋｇ）
実施例１の絶縁鉄粉 ７．５８ ５８ １．６８ ４５
実施例２の絶縁鉄粉 ７．５６ ５５ １．６５ ４２
比較例：アトマイズ純鉄粉 ７．８７ ０．１ ２．２ ――
圧縮体密度 比抵抗 磁束密度 鉄損
（ｋｇ／ｍ３）（マイクロΩｍ）（Ｔ） （Ｗ／ｋｇ）
実施例１の絶縁鉄粉 ７．５８ ５８ １．６８ ４５
実施例２の絶縁鉄粉 ７．５６ ５５ １．６５ ４２
比較例：アトマイズ純鉄粉 ７．８７ ０．１ ２．２ ――
表１の結果から、次のことが分かる。第一に、アトマイズ純鉄粉の密度は鉄の密度の７．８７ｋｇ／ｍ３に略等しく、圧粉磁心の密度がアトマイズ純鉄粉の密度に近いため、マグへマイトの粒状微粒子の集まりからなる絶縁層がアトマイズ純鉄粉の塑性変形を妨げず、圧粉磁心の高密度化に寄与している。第二に、アトマイズ純鉄粉の比抵抗は鉄の比抵抗の０．１マイクロΩｍに略等しく、圧粉磁心の比抵抗がアトマイズ純鉄粉の比抵抗の５００倍以上であるため、アトマイズ純鉄粉の表面に磁気吸着したマグへマイトの粒状微粒子が９８０ＭＰａの加圧力によっても剥離せず、かつ、破壊されず、アトマイズ純鉄粉を確実に絶縁化している。これによって、鉄損が５ｋＨｚの高周波数でも４０Ｗ／ｋｇ台の小さな値に収まっている。第三に、圧粉磁心の比抵抗の大きさから、７００℃の焼鈍によってもマグへマイトから相転移したヘマタイトが変質せず、アトマイズ純鉄粉の表面を絶縁化している。これによって、鉄損が５ｋＨｚの高周波数でも４０Ｗ／ｋｇ台の小さな値に収まっている。第四に、アトマイズ純鉄粉の飽和磁束密度は、鉄の飽和磁束密度の２．２Ｔに略等しく、圧粉磁心の飽和磁束密度の大きさから、マグへマイトから相転移したヘマタイト微粒子が極薄い絶縁膜として作用し、アトマイズ純鉄粉の磁束密度の低下を抑制し圧粉磁心が高密度化している。
以上に説明したように、磁性粉の表面を絶縁化するマグへマイト微粒子は、磁性粉の表面に自らが磁気吸着して次の５つの性質を発揮したため、磁性粉を絶縁化する極めて好適な材料と言える。第一に絶縁体であって、磁性粉の表面を絶縁化し、焼鈍によってヘマタイトに相転移することで絶縁抵抗がさらに増大し、この結果、高周波数領域における鉄損は小さい値となった。第二に相転移したヘマタイトは６００℃以上の耐熱性を有し、７００℃の焼鈍によっても絶縁性が変わらず、この結果、高周波数領域における鉄損が小さい値となった。第三に、磁性粉に強固に磁気吸着し、９８０ＭＰａの加圧力によっても磁性粉から剥がれず、圧縮成形体における磁性粉の絶縁性が確保できた。第四に硬い物質であって、９８０ＭＰａの加圧力によっても破壊されず、圧縮成形体における磁性粉の絶縁性が確保できた。第５に粒状の微粒子であるため、アトマイズ純鉄粉の塑性変形を妨げず、圧粉磁心の高密度化をもたらした。
さらに、磁性粉の表面を絶縁化するマグへマイトからなる粒状微粒子は、安価な有機鉄化合物を磁性粉の表面に吸着させ、この後、磁性粉を大気中で熱処理だけでマグへマイトが生成され、生成されたマグへマイトの粒状微粒子は自らが磁性粉に表面に磁気吸着し、これによって、磁性粉の表面が絶縁化する。従って、安価な有機鉄化合物を原料として用い、極めて簡単な連続処理からなる１回の製造タクトで大量の磁性粉を絶縁化することができる。このため、有機鉄化合物の熱分解によって生成するマグへマイト微粒子は、磁性粉を絶縁化させる理想的な材料である。
以上に説明したように、磁性粉の表面を絶縁化するマグへマイト微粒子は、磁性粉の表面に自らが磁気吸着して次の５つの性質を発揮したため、磁性粉を絶縁化する極めて好適な材料と言える。第一に絶縁体であって、磁性粉の表面を絶縁化し、焼鈍によってヘマタイトに相転移することで絶縁抵抗がさらに増大し、この結果、高周波数領域における鉄損は小さい値となった。第二に相転移したヘマタイトは６００℃以上の耐熱性を有し、７００℃の焼鈍によっても絶縁性が変わらず、この結果、高周波数領域における鉄損が小さい値となった。第三に、磁性粉に強固に磁気吸着し、９８０ＭＰａの加圧力によっても磁性粉から剥がれず、圧縮成形体における磁性粉の絶縁性が確保できた。第四に硬い物質であって、９８０ＭＰａの加圧力によっても破壊されず、圧縮成形体における磁性粉の絶縁性が確保できた。第５に粒状の微粒子であるため、アトマイズ純鉄粉の塑性変形を妨げず、圧粉磁心の高密度化をもたらした。
さらに、磁性粉の表面を絶縁化するマグへマイトからなる粒状微粒子は、安価な有機鉄化合物を磁性粉の表面に吸着させ、この後、磁性粉を大気中で熱処理だけでマグへマイトが生成され、生成されたマグへマイトの粒状微粒子は自らが磁性粉に表面に磁気吸着し、これによって、磁性粉の表面が絶縁化する。従って、安価な有機鉄化合物を原料として用い、極めて簡単な連続処理からなる１回の製造タクトで大量の磁性粉を絶縁化することができる。このため、有機鉄化合物の熱分解によって生成するマグへマイト微粒子は、磁性粉を絶縁化させる理想的な材料である。
Claims (3)
- 磁性粉の表面に絶縁物を結合ないしは吸着させて表面が絶縁化された磁性粉を製造する製造方法は、熱分解によって酸化鉄ＦｅＯを生成する有機鉄化合物を磁性粉に吸着させ、該有機鉄化合物が吸着した前記磁性粉を大気中で熱処理し、該有機鉄化合物の熱分解によって粒状の酸化鉄ＦｅＯを前記磁性粉の表面に析出させ、さらに昇温して、前記粒状の酸化鉄ＦｅＯを粒状のマグへマイトγ−Ｆｅ ２ Ｏ ３ に酸化する、これによって、前記粒状のマグへマイトγ−Ｆｅ ２ Ｏ ３ 微粒子の集まりが前記磁性粉の表面に磁気吸着し、該磁気吸着した粒状のマグヘマイトγ−Ｆｅ ２ Ｏ ３ 微粒子の集まりによって、表面が絶縁化された前記磁性粉が製造されることを特徴とする、表面が絶縁化された磁性粉を製造する製造方法。
- 請求項１における磁性粉に吸着させる有機鉄化合物が、鉄イオンが酸素イオンに配位結合する有機鉄化合物であり、該有機鉄化合物を用いて請求項１に記載した方法に準拠して表面が絶縁化された磁性粉を製造することを特徴とする、請求項１に記載した表面が絶縁化された磁性粉を製造する製造方法。
- 請求項２における有機鉄化合物が、酢酸鉄、安息香酸鉄、カプリル酸鉄、ナフテン酸鉄のうちのいずれか一つのカルボン酸鉄ないしはアセチルアセトン鉄のいずれかの有機鉄化合物であり、該有機鉄化合物を用いて請求項２に記載した方法に準拠して表面が絶縁化された磁性粉を製造することを特徴とする、請求項２に記載した表面が絶縁化された磁性粉を製造する製造方法。
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