JP6490259B2 - Ｆｅ粉末又はＦｅを含む合金粉末の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、軟磁性粉末、Ｆｅ粉末又はＦｅを含む合金粉末の製造方法、軟磁性材料、並びに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、高性能化およ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で圧縮成型することで製造されているが、圧粉磁心（軟磁性粉末）は、高周波側ほどコアロス（磁気損失）が大きくなりやすい。このため保磁力が小さく、かつ透磁率の大きな（それゆえヒステリシス損失の小さい）軟磁性粉末を使用することが望ましい。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、Ｓｉを５質量％〜７質量％配合することで、軟磁気特性を向上できることが記載されている。

特開２０１６−１７１１６７号公報

以上説明したように、圧粉磁心においては、高い透磁率が求められる。
ところで、圧粉磁心におけるコアロスは、高周波となるほど大きくなる。特に磁界によって生じる渦電流による損失（渦電流損失）は周波数の２乗に比例するため、高周波になることによる損失の増大が著しい。そこで、（特に高周波領域で使用される）圧粉磁心において渦電流損失を低減してコアロスを低く制御する観点から、その形成に使用される軟磁性粉末の粒子径を小さくすることが考えられる。

しかし、本発明者が検討したところ、圧粉磁心の渦電流損失を低減すべく軟磁性粉末の粒子径を小さくすると、酸素量が増加して透磁率が低下してしまうため（ヒステリシス損失が大きくなる）、コアロスを十分に低減させることができないことがわかった。

以上から本発明は、粒子径が小さくとも酸素量を低くした、高い透磁率の圧粉磁心を形成可能な軟磁性粉末及びその関連技術を提供することを目的とする。

軟磁性粉末を製造する方法として従来採用されている方法として、水アトマイズ法が挙げられる。この方法においては、炉において溶湯を調製し、これを炉のノズルから落下させ、これに水を高圧で吹き付けることによって溶湯を粉砕しかつ凝固させて粉末とし、この粉末が前記の水中に分散したスラリーを得て、このスラリーを固液分離、乾燥して軟磁性粉末を得る。軟磁性粉末はＦｅ（鉄）を主要構成元素としており、鉄は酸化されやすいため、これを防ぐ目的で、前記の乾燥で得られた軟磁性粉末に対して徐酸化が行われている。具体的には徐酸化とは、軟磁性粉末の過度な酸化を抑制する目的であえて粉末の粒子表面を酸化して、酸化に対する保護膜として機能する表面酸化膜を形成させる処理であり、例えば、非酸化性雰囲気中に置かれた、上記の乾燥を経た軟磁性粉末について、その雰囲気における酸素濃度を徐々に高めて徐々に酸化させるものである。

本発明者らの検討によると、このような工程で軟磁性粉末を製造する場合、粉末の酸素含有量が高くなり、これにより透磁率が低下してしまうことが確認された。

酸素含有量の増加の原因としては徐酸化以外にも考えられることから、本発明者らは各工程についてさらに検討を行った。従来の軟磁性粉末の水アトマイズ法による製造における乾燥工程では、軟磁性粉末の酸化を防ぐために非酸化性雰囲気下または真空下で、かつ生産性の点から早く乾燥させるために１００℃以上といった高温で乾燥が行われている。本発明者らは、この乾燥を高温で行うことが、その後の徐酸化などの工程を経て製造される軟磁性粉末の高い酸素含有量に影響していることを見出した。

このメカニズムは明らかではないが、以下のように推測される。
水アトマイズ法における固液分離工程を経た軟磁性粉末は、それまでの工程や、次の乾燥工程に移送される際に大気に曝されることで、表面が一定程度酸化された状態となる。このような軟磁性粉末を高温で乾燥させると、粒子表面に存在する酸素（それ以上の酸化を防止する表面酸化膜として存在すると考えられる）が熱により粒子内部へと熱拡散すると考えられる。この結果、粒子表面に形成されていた酸化膜の厚さが薄くなるものと考えられる。このような軟磁性粉末を徐酸化すると、酸化されやすくなった粒子表面において過度な酸化が起こるものと考えられる。この考えに従えば、乾燥工程において酸素が軟磁性粉末の内部へと熱拡散しなければ、粒子表面の酸化膜は保持されて、徐酸化工程において過度な酸化が防止されるものと期待される。

このことから、本発明者らは、軟磁性粉末の作製において乾燥温度を低くしたところ、徐酸化工程を行わずとも従来に比べて酸素の含有量を低減した軟磁性粉末を提供することができた。そして、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［μｍ］をＤ５０、酸素の含有量［質量％］を［Ｏ］としたとき、これらの積（Ｄ５０×［Ｏ］）が３．０［μｍ・質量％］以下であれば、軟磁性粉末の粒子径が小さくとも、高い透磁率を有する圧粉磁心を形成可能であることが見出された。

さらに水アトマイズ法におけるアトマイズ工程において、所定の強アルカリｐＨの水を使用することで、特に酸素の含有量を低減した、高い透磁率の圧粉磁心を形成可能な軟磁性粉末を製造することができた。

これらの本発明で提供される軟磁性粉末では、粒子径を小さくした場合でも酸素の含有量を低く抑え、圧粉磁心において高い透磁率を達成することができる。
以上のようにして本発明者らは、本発明を完成させるに至った。

本発明の第１の態様は、
Ｓｉを含むＦｅ合金で構成される軟磁性粉末であって、
前記軟磁性粉末は、Ｓｉを０．１質量％〜１５質量％含み、
前記軟磁性粉末の、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［μｍ］をＤ５０、酸素の含有量［質量％］を［Ｏ］としたとき、これらの積（Ｄ５０×［Ｏ］）が３．０［μｍ・質量％］以下である、
軟磁性粉末が提供される。

本発明の第２の態様は、第１の態様の軟磁性粉末において、
前記Ｄ５０が０．５μｍ〜１０μｍである。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様の軟磁性粉末において、
前記［Ｏ］が０．７５質量％以下である。

本発明の第４の態様は、第１〜３の態様の軟磁性粉末において、
前記Ｄ５０及び［Ｏ］の積（Ｄ５０×［Ｏ］）が０．５［μｍ・質量％］〜２．６［μｍ・質量％］である。

本発明の第５の態様は、第１〜４の態様の軟磁性粉末において、
Ｆｅを８４質量％〜９９．７質量％含む。

本発明の第６の態様は、第１〜５の態様の軟磁性粉末において、
Ｓｉを２．０質量％〜３．５質量％含む。

本発明の第７の態様は、第１〜５の態様の軟磁性粉末において、
Ｓｉを０．２質量％〜０．５質量％含む。

本発明の第８の態様は、第１〜７の態様の軟磁性粉末において、
前記［Ｏ］が０．１０質量％〜０．６０質量％である。

本発明の第９の態様は、
Ｆｅ粉末又はＦｅを含む合金粉末の製造方法であって、
Ｆｅを含む溶湯を調製する溶湯調製工程と、
前記溶湯を落下させながら、これに水を吹き付けて粉砕・凝固させることで、Ｆｅ粉末又はＦｅを含む合金粉末を形成し、このＦｅ粉末又は合金粉末と水とを含むスラリーを得るアトマイズ工程と、
前記スラリーを固液分離し、前記Ｆｅ粉末又は合金粉末を回収する固液分離工程と、
前記固液分離工程で得られたＦｅ粉末又は合金粉末を８０℃以下で乾燥させる乾燥工程と
を有する、Ｆｅ粉末又はＦｅを含む合金粉末の製造方法が提供される。

本発明の第１０の態様は、第９の態様のＦｅ粉末又はＦｅを含む合金粉末の製造方法において、
前記乾燥工程では、６０℃以下で乾燥を行う。

本発明の第１１の態様は、第９又は１０の態様のＦｅ粉末又はＦｅを含む合金粉末の製造方法において、
前記乾燥工程を減圧環境で行う。

本発明の第１２の態様は、第９〜１１の態様のＦｅ粉末又はＦｅを含む合金粉末の製造方法において、
前記乾燥工程を真空環境で行う。

本発明の第１３の態様は、第９〜１２の態様のＦｅ粉末又はＦｅを含む合金粉末の製造方法において、
前記アトマイズ工程にて使用される水のｐＨが９〜１３である。

本発明の第１４の態様は、第９〜１２の態様のＦｅ粉末又はＦｅを含む合金粉末の製造方法において、
前記アトマイズ工程にて使用される水のｐＨが１１〜１３である。

本発明の第１５の態様は、第９〜１４態様のＦｅ粉末又はＦｅを含む合金粉末の製造方法において、
前記アトマイズ工程にて使用される水の電位が−０．４Ｖ〜０．４Ｖである。

本発明の第１６の態様は、第９〜１５の態様のＦｅ粉末又はＦｅを含む合金粉末の製造方法において、
前記溶湯がＦｅおよび０．１質量％〜１５質量％のＳｉを含む。

本発明の第１７の態様は、第１６の態様のＦｅを含む合金粉末の製造方法において、
前記溶湯がＦｅを８４質量％〜９９．７質量％含む。

本発明の第１８の態様は、
第１〜８の態様のいずれかの軟磁性粉末とバインダとを含む軟磁性材料が提供される。

本発明の第１９の態様は、
第１８の態様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が提供される。

本発明によれば、粒子径が小さくとも酸素量を低くした、透磁率の高い圧粉磁心を形成可能な軟磁性粉末、及びその関連技術が提供される。

実施例１〜８及び比較例１〜６で製造した合金粉についての、Ｄ５０×［Ｏ］と測定周波数１０ＭＨｚでの比透磁率との関係を示す図である。 実施例１〜８及び比較例１〜６で製造した合金粉についての、Ｄ５０×［Ｏ］と測定周波数１００ＭＨｚでの比透磁率との関係を示す図である。

以下、本発明の一実施形態にかかる軟磁性粉末、Ｆｅ粉末又はＦｅを含む合金粉末の製造方法、軟磁性材料及び圧粉磁心の製造方法について説明する。

＜軟磁性粉末＞
本実施形態の軟磁性粉末は、Ｓｉ（ケイ素）を含むＦｅ（鉄）合金で構成される。

前記軟磁性粉末は、Ｓｉを０．１質量％〜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を高める元素である。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、透磁率を向上させる観点から上記の範囲とされ、好ましくは０．２質量％〜７質量％である。特に、より高い透磁率を得る観点からは、Ｓｉを２．０質量％〜３．５質量％とすることが好ましく、所望の透磁率を得ながらも、より高い飽和磁化を得る観点からは０．２質量％〜０．５質量％とすることが好ましい。Ｓｉの含有量は、軟磁性粉末に要求される特性に応じて適宜変更するとよい。なお、上記主成分とは、軟磁性粉末を構成する元素の中で最も含有率の高いものを示す。本実施形態の軟磁性粉末におけるＦｅの量は、磁気特性や機械的特性の観点から、好ましくは８４質量％〜９９．７質量％であり、より好ましくは９２質量％〜９９．６質量％である。また、軟磁性粉末におけるＦｅ及びＳｉの合計量は、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９８質量％以上である。

本実施形態の軟磁性粉末は、製造過程での酸化が抑制されており、粒子径が小さくなるような場合でも、酸素の含有量が少ない。具体的には、本実施形態の軟磁性粉末の、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［μｍ］をＤ５０、酸素の含有量［質量％］を［Ｏ］としたとき、これらの積（Ｄ５０×［Ｏ］）が３．０［μｍ・質量％］以下である。

ここで、前記積（Ｄ５０×［Ｏ］）について説明する。

軟磁性粉末において、その体積をＶ［ｍ^３］、表面積をＳ［ｍ^２］、酸素の含有量を［Ｏ］［質量％］とすると、Ｄ５０との間で以下の関係式（１）が成り立つ。なお、関係式（１）中、括弧内は各値の次元を示す。また前提として、軟磁性粉末の形状を球形とし、Ｄ５０は一次粒子径とみなす。なおこれらの前提から外れたとしても、おおよそ関係式（１）の傾向が成り立つ。

粒子に含まれる酸素の重量をＷ_Ｏ［ｇ］、粒子の重さをＷ［ｇ］、粒子の密度をρ［ｇ／ｃｍ^３］とすると、以下の関係式（２）が成り立つ。なお、関係式（２）中、括弧内は各値の次元を示す。

関係式（２）中、粒子の密度ρはその［Ｏ］により変わるが、［Ｏ］の変化は粒子全体の量からみれば微量で無視できる程度であるので、ρを定数とすると、関係式（１）および（２）から下記関係式（３）が導出される。なお、関係式（３）中、括弧内は各値の次元を示す。

軟磁性粉末の酸化は、主に粒子表面で起こるため、粒子に含まれる酸素の大部分は表面に存在すると推測される（特に本実施形態では乾燥工程による酸素の拡散が抑制されているため、なおのこと酸素の大部分が粒子表面に存在すると推測される）。関係式（３）において、Ｗ_Ｏ／Ｓは、粒子中の酸素重量Ｗ_Ｏを粒子の表面積Ｓで除したものであり、おおよそ粒子表面における単位面積あたりの（その表面に付着している）酸素の重量を示す。従って、これに比例するＤ５０×［Ｏ］が小さいほど、軟磁性粉末の単位表面積あたりの酸素量が少ないことになる。本発明者らの検討によると、本実施形態の軟磁性粉末はＤ５０×［Ｏ］が３．０［μｍ・質量％］以下であり、（粉末の製造工程における酸化が抑制されており）粒子径が小さな場合であっても、高周波側において高い透磁率を示す。このような観点から、前記Ｄ５０×［Ｏ］は好ましくは０．５［μｍ・質量％］〜２．６［μｍ・質量％］であり、より好ましくは０．５［μｍ・質量％］〜１．９［μｍ・質量％］である。

本実施形態の軟磁性粉末のＤ５０は、特に限定されないが、渦電流損失を低減させる観点からは小さいことが好ましい。具体的には、０．５μｍ〜１０μｍが好ましく、１μｍ〜５μｍがより好ましい。

本実施形態の軟磁性粉末に含まれる酸素の含有量［Ｏ］は、透磁率の観点から０．７５質量％以下であることが好ましい（［Ｏ］は通常０．０５質量％以上である）。同様な観点から、［Ｏ］は０．１０質量％〜０．６０質量％である。

なお、本実施形態の軟磁性粉末は、Ｆｅ、ＳｉおよびＯ以外に、その製造原料や製造工程に使用される装置・物質の影響などで微量の不可避不純物を含むが、その例としては、Ｎａ（ナトリウム）、Ｋ（カリウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｃｒ（クロム）、Ｃｏ（コバルト）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｃ（炭素）、Ｎ（窒素）、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。なお前記不可避不純物は、所与の目的を達成するために１０００ｐｐｍ以下程度のレベル、好ましくは１００ｐｐｍ〜８００ｐｐｍで軟磁性粉末中に含有させられる微量添加元素を包含するものとする。以上から、本実施形態の軟磁性粉末の一形態は、Ｓｉ、Ｏ、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる。

また、本実施形態の軟磁性粉末の形状は、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。

本実施形態の軟磁性粉末の炭素の含有量［Ｃ］は、磁気特性への悪影響を抑制する観点から、好ましくは０．０１質量％〜０．３０質量％であり、より好ましくは０．０１質量％〜０．０５質量％である。

本実施形態の軟磁性粉末のＢＥＴ１点法により測定した比表面積（ＢＥＴ比表面積）は、粉末表面への酸化物の発生を抑制して良好な透磁率を発揮する観点から、好ましくは０．１５ｍ^２／ｇ〜３．００ｍ^２／ｇであり、より好ましくは０．２０ｍ^２／ｇ〜２．５０ｍ^２／ｇである。

本実施形態の軟磁性粉末のタップ密度は、粉末の充填密度を高めて良好な透磁率を発揮する観点から、好ましくは２．５〜７．５ｇ／ｃｍ^３であり、より好ましくは３．０〜６．５ｇ／ｃｍ^３である。

＜Ｆｅ粉末又はＦｅを含む合金粉末の製造方法＞
次に、上述した軟磁性粉末を製造する方法について説明するが、本方法は、酸化されやすいＦｅを含む金属粉末（Ｆｅ粉末又はＦｅを含む合金粉末）の製造に広く適用可能である。本実施形態のＦｅ粉末又はＦｅを含む合金粉末の製造方法は従来の水アトマイズによる製造方法を改良したものであり、溶湯調製工程と、アトマイズ工程と、固液分離工程と、乾燥工程とを有する。以下、各工程について詳述する。

（溶湯調製工程）
まず、Ｆｅを含む溶湯を調製する。これは具体的には、例えば、電解鉄や純鉄などのＦｅ原料、又は必要に応じてこれと他の金属原料（シリコンメタルなどのＳｉ原料を含む）を炉中で溶解させ、溶湯を調製する。この際の加熱温度（溶湯の温度）は、例えば１５３６℃〜２０００℃であり、好ましくは１６００〜１９００℃である。

溶湯はＦｅを含むものであれば特に限定されないが、本実施形態では、酸化されやすいＦｅを使用しても、酸素の含有量が低い金属粉末が得られるので、溶湯におけるＦｅの含有量（溶湯を調製する際のＦｅの仕込み量）を１４質量％〜９９．７質量％とすることが好ましく、４９質量％〜９９．７質量％とすることがより好ましく、８４質量％〜９９．７質量％とすることがさらに好ましく、８４質量％〜９９．６質量％とすることが特に好ましい。

溶湯の調製の際にＦｅとともに仕込む他の元素は、特に限定されるものではないが、その例としてはＳｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｂ、Ｃ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｃｕが挙げられる。これらの中でも、軟磁性粉末を製造する場合には、他の元素としてＳｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｂ、Ｃが好ましく、より低保磁力な軟磁性粉末とすることができる点からＳｉが特に好ましい。溶湯における他の元素の含有量（溶湯を調製する際の他の元素の仕込み量）は、好ましくは０．１質量％〜８５質量％であり、より好ましくは０．１質量％〜５０質量％であり、さらに好ましくは０．１質量％〜１５質量％であり、特に好ましくは０．３質量％〜１５質量％である。特に他の金属がＳｉである場合には、その溶湯における含有量は、０．１質量％〜１５質量％であることが好ましく、０．２質量％〜７質量％であることがより好ましい。
さらに溶湯には、Ｐなどの微量元素を、Ｆｅ粉末又はＦｅを含む粉末における含有量が１００ｐｐｍ〜８００ｐｐｍ（０．０１質量％〜０．０８質量％）となるように、添加してもよい。Ｐの添加によれば、製造される軟磁性粉末をより球状化させることができる。つまり、タップ密度を向上させて、高密度での充填を可能にする。そのため、圧粉磁心に成型したときに、透磁率を向上させることができる。

溶湯調製工程では、溶湯への酸素の混入を抑制する観点から、非酸化性ガス（Ｈｅ、ＡｒやＮ_２などの不活性ガス、Ｈ_２やＣＯなどの還元性ガス）雰囲気下で溶湯を調製することが好ましい。また、溶湯には所定の目的で種々の微量添加元素を添加してもよい。またこれらはＦｅとの合金として溶湯に添加してもよい。

（アトマイズ工程）
続いて、溶湯調製工程で調製した溶湯に冷却媒体である水を吹き付ける。例えば、炉の底部に設けられた所定径のノズルから溶湯を出湯し、出湯によりできる溶湯の流れに水を吹き付ける。これにより、溶湯に水が衝突して溶湯は粉砕されかつ冷却凝固して粉末となり、Ｆｅ粉末又はＦｅを含む合金粉末が（溶湯の流れに吹き付けた）水中に分散したスラリーが得られる。

アトマイズ工程では、溶湯の酸化を抑制する観点から、非酸化性ガス雰囲気下で合金溶湯に水を吹き付けることが好ましい。非酸化性ガス雰囲気としては、例えば、Ｈｅ、ＡｒやＮ_２などの不活性ガス、Ｈ_２やＣＯなどの還元性ガスが挙げられる。

また、溶湯に吹き付ける水のｐＨは特に限定されるものではないが、より酸素量の低減したＦｅ粉末又はＦｅを含む金属粉末を得るために、ｐＨが９〜１３であることが好ましく、ｐＨが１１〜１３であることが特に好ましい。また、水の電位は標準電極電位で−０．４Ｖ〜０．４Ｖであることが好ましく、−０．３Ｖ〜０．４Ｖであることが特に好ましい。これらの点については乾燥工程の説明においてさらに詳述する。なお、水のｐＨを前記の範囲に調整するには、水に種々のアルカリ物質を添加すればよく、その例としては、水酸化ナトリウム、アンモニア、リン酸ナトリウム、水酸化カルシウム、ヒドラジンが挙げられる。そのようにしてｐＨ調整された水の電位は、おおよそ上記の範囲にある。

アトマイズ工程において水を吹き付けるときの圧力（水圧）は、特に限定されないが、例えば９０ＭＰａ〜１８０ＭＰａとするとよい。水圧を高くすると、粒子径の小さなＦｅ粉末又はＦｅを含む合金粉末を製造することができる。

（固液分離工程）
続いて、アトマイズ工程で得られたスラリーを固液分離することにより、Ｆｅ粉末又はＦｅを含む合金粉末を回収する。回収した金属粉末は洗浄してもよい。固液分離の手法としては従来公知のものを特に制限なく採用することができ、例えばフィルタープレスなどを用いて前記スラリーを加圧ろ過すればよい。

（乾燥工程）
続いて、固液分離工程で得られた金属粉末を乾燥させる。従来は早く乾燥させるために高温（かつ真空下）での乾燥が行われていたが、本実施形態では、金属粉末における酸素の含有量を低く抑制するために、乾燥温度を８０℃以下とする。酸素含有量をより低減させる観点からは乾燥温度を６０℃以下とすることが好ましい。一方、金属粉末を乾燥させるまでの時間を短縮させる観点からは、乾燥温度は室温（２５℃）以上とすることが好ましく、３０℃以上とすることがより好ましい。

本実施形態における乾燥工程では、上記のように従来よりも低温での乾燥を実施するため、乾燥速度を向上させる観点から、大気圧に対して−０．０５ＭＰａ以下の減圧環境で乾燥を実施することが好ましく、真空環境（−０．０９５ＭＰａ以下）で乾燥を実施することがより好ましい。

本実施形態におけるように乾燥工程を従来に比較して低温の環境で実施することで、乾燥工程において金属粉末の粒子表面の酸素が内部へ熱拡散して粒子表面の酸化保護膜として機能する表面酸化膜が減少することが回避されると考えられ、これによりその後の徐酸化の工程も不要になった。さらに、アトマイズ工程の説明にて述べた通り、この工程で使用する水のｐＨをアルカリ性領域にすることで、得られる金属粉末の酸素の含有量を低減することができるが、特に、ｐＨを１１〜１３という強アルカリ性領域とすることで、金属粉末の酸素の含有量を特に好適に低減できることがわかった。これは、鉄（磁気特性に大きく影響する）の電位−ｐＨ図において、鉄は幅広いｐＨ範囲で不動態を形成するが、前記の強アルカリ性領域の不動態形成で形成された金属粉末の粒子表面の酸化膜は、特に好適な酸化保護膜として機能するためではないかと推察される。

以上の各工程を実施することで、酸素の含有量が低減されたＦｅ粉末又はＦｅを含む合金粉末を製造することができる。

なお、製造されたＦｅ粉末又はＦｅを含む合金粉末について、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）を制御してもよい。例えば、Ｆｅ粉末又はＦｅを含む合金粉末のＤ５０が０．５μｍ〜１０μｍとなるように分級を行うとよい。さらに、これらの粉末に対して扁平化処理を行うなどして、粉末の粒子形状を（フレーク形状などに）変えてもよい。

＜軟磁性材料＞
以上説明した本実施形態の軟磁性粉末は、保持力が低く透磁率が高い。特に前記粉末は粒子径が小さくても酸素の含有量を低くすることが可能なものであるので、高周波領域でも透磁率に優れる。具体的には、後述の実施例の条件で測定した保持力（Ｈｃ）が、好ましくは５〜２５Ｏｅである。また透磁率については、後述の実施例における磁気特性の測定１の条件で測定した測定周波数１０ＭＨｚにおける比透磁率（μ’）は、好ましくは８．９０以上であり、より好ましくは９．００〜１４．００であり、測定周波数１００ＭＨｚにおける比透磁率（μ’）は、好ましくは８．９０以上であり、より好ましくは９．００〜１４．００である。そして後述の実施例における磁気特性の測定２の条件で測定した測定周波数１０ＭＨｚにおける比透磁率（μ’）は、好ましくは１７．００以上であり、より好ましくは２１．００〜３０．００であり、測定周波数１００ＭＨｚにおける比透磁率（μ’）は、好ましくは１７．００以上であり、より好ましくは１９．５０〜２８．５０である。

このような特性から、本実施形態の軟磁性粉末は軟磁性材料に好適に適用することができる。例えば前記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。軟磁性材料における軟磁性粉末の含有量は、良好な透磁率を達成する観点から、８０質量％〜９９．９質量％であることが好ましい。同様な観点から、前記バインダの前記軟磁性材料における含有量は、０．１質量％〜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。さらに、前記軟磁性材料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＞
本実施形態の軟磁性材料を所定の形状に成型して加熱することで、圧粉磁心を製造することができる。

より具体的には、本実施形態の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。当該圧粉磁心は上記の通り高周波領域でも透磁率に優れるため、この圧粉磁心を有する磁性部品を、高周波領域で動作するインダクタなどの電子機器に取り付けることができる。

＜本実施形態にかかる効果＞
本実施形態によれば、以下に示す１つ又は複数の効果を奏する。

本実施形態では、アトマイズ工程により得られたスラリーを固液分離し、採取されたＦｅ粉末又はＦｅ合金粉末を乾燥温度８０℃以下で乾燥させている。好ましくは、乾燥温度を３０℃〜６０℃としている。これにより、最終的に得られる金属粉末の酸素含有量を低減することができる。これは、金属粉末の乾燥の際に、金属粉末での酸素の熱拡散を抑制して、粒子表面の酸素含有量をある程度維持し、さらなる酸化による酸素の取り込みを低減できたためと考えられる。

また、乾燥温度を８０℃以下とすることで、従来必要とされた徐酸化を省略することができる。これは、上述したように、乾燥の際に酸素の熱拡散を抑制して、粒子表面の酸素含有量をある程度の範囲に維持できるので、十分な耐酸化性を確保できるためと考えられる。

また、乾燥工程では、金属粉末の乾燥を減圧環境で行うことが好ましく、真空環境で行うことがより好ましい。これにより、金属粉末を加熱することなく、乾燥速度を向上させることができる。この結果、金属粉末の製造効率を高めることができる。

本実施形態の軟磁性粉末は、Ｓｉを０．１質量％〜１５質量％含み、Ｄ５０×［Ｏ］が３．０［μｍ・質量％］以下である。そのため、この軟磁性粉末は、例えば粒子径Ｄ５０を０．５μｍ〜１０μｍと小さくした場合であっても、粒子表面における単位面積あたりの酸素含有量が少なく構成されている。このような軟磁性粉末によれば、圧粉磁心の渦電流損失を低減すべく軟磁性粉末の粒子径を小さくした場合であっても、酸素量の増加を抑制して透磁率の低下を防ぐことができ、コアロスを低く保つことができる。しかも、特に高周波側で高い透磁率を得ることができる。具体的には、後述の実施例における磁気特性の測定１の方法で測定した、１０ＭＨｚでの比透磁率μ´を８．９０以上、１００ＭＨｚでの比透磁率μ´を８．９０以上とすることができる。

また、軟磁性粉末は、Ｓｉの含有量によって特性が異なり、Ｓｉを２．０質量％〜３．５質量％とすることで（このとき、軟磁性粉末におけるＦｅの量は好ましくは９６．０質量％以上である）、透磁率をより向上させることができる。具体的には、後述の実施例における磁気特性の測定２の方法で測定した、１０ＭＨｚでの比透磁率μ´を２１．００〜３０．００、１００ＭＨｚでの比透磁率μ´を２１．００〜２８．５０とすることができる。一方、Ｓｉを０．２質量％〜０．５質量％とすることで（このとき、軟磁性粉末におけるＦｅの量は好ましくは９９．２質量％以上である）、軟磁性粉末に含まれるＦｅの比率を高くして、所望の透磁率を得ながらも、より高い飽和磁化を得ることができる。具体的には、後述の実施例における磁気特性の測定２の方法で測定した、１０ＭＨｚでの比透磁率μ´を１７．００〜２６．００、１００ＭＨｚでの比透磁率μ´を１７．００〜２６．００としながらも、飽和磁化を２０５ｅｍｕ／ｇ以上の数値とすることができる（通常２１８ｅｍｕ／ｇ未満）。

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。

［比較例１］
タンディッシュ炉中で、電解鉄（純度：９９．９５質量％以上）１４ｋｇとシリコンメタル（純度：９９質量％以上）１．０１ｋｇとを窒素雰囲気下において１７００℃に加熱して溶解した溶湯を、窒素雰囲気下（酸素濃度３００ｐｐｍ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（ｐＨ１０．３、電位２８４ｍＶ）を吹き付けて急冷凝固させ、得られたスラリーを固液分離し、固形物を水洗し、窒素雰囲気下、１２０℃で１０時間乾燥した。なお、高圧水のｐＨ測定時の標準物質は以下の通りである。
ｐＨ４．０１（２５℃）：フタル酸塩ｐＨ標準液
ｐＨ６．８６（２５℃）：中性りん酸塩ｐＨ標準液
ｐＨ９．１８（２５℃）：ほう酸塩ｐＨ標準液

その後、乾燥した固形物を乾燥機に入れ、この乾燥機内を１時間かけて窒素雰囲気にし、４０℃まで昇温して保持した後、４０℃のままで乾燥機内に酸素を供給して酸素濃度を１質量％から２１質量％まで段階的に上昇させる間に、それぞれの酸素濃度において所定時間保持することによって徐酸化を行った。なお、この徐酸化では、酸素濃度１質量％で３０分間、２質量％で４５分間、４質量％で１００分間、５質量％で６０分間、８質量％で６０分間、１６質量％で３０分間、２１質量％で５分間保持した。得られた乾燥粉を解砕し、風力分級して、比較例１に係る合金粉を得た。

このようにして得られた合金粉について、ＢＥＴ比表面積、タップ密度、酸素含有量、炭素含有量、粒度分布、組成及び磁気特性を求めた。結果は下記の表２及び３に示している。

ＢＥＴ比表面積は、ＢＥＴ比表面積測定器（ユアサアイオニクス株式会社製の４ソーブＵＳ）を使用して、測定器内に１０５℃で２０分間窒素ガスを流して脱気した後、窒素とヘリウムの混合ガス（Ｎ_２：３０体積％、Ｈｅ：７０体積％）を流しながら、ＢＥＴ１点法により測定した。

タップ密度（ＴＡＰ）は、特開２００７−２６３８６０号公報に記載された方法と同様に、合金粉を内径６ｍｍ×高さ１１．９ｍｍの有底円筒形のダイに容積の８０％まで充填して合金粉層を形成し、この合金粉層の上面に０．１６０Ｎ／ｍ^２の圧力を均一に加え、この圧力で合金粉がこれ以上密に充填されなくなるまで前記合金粉層を圧縮した後、合金粉層の高さを測定し、この合金粉層の高さの測定値と、充填された合金粉の重量とから、合金粉の密度を求め、これを合金粉のタップ密度とした。

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。

炭素含有量は、炭素・硫黄分析装置（株式会社堀場製作所製のＥＭＩＡ−２２０Ｖ）により測定した。

粒度分布は、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（気流式の乾燥モジュール）））により分散圧５ｂａｒで測定した。

合金粉の組成について、Ｆｅ、ＳｉおよびＰを分析した。

具体的には、Ｆｅは、滴定法により、ＪＩＳ Ｍ８２６３（クロム鉱石−鉄定量方法）に準拠して、以下のように分析を行った。まず、試料（合金粉）０．１ｇに硫酸と塩酸を加えて加熱分解し、硫酸の白煙が発生するまで加熱した。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。そして、得られた試料溶液に温水を加えて液量を１２０〜１３０ｍＬ程度にし、液温を９０〜９５℃程度にしてからインジゴカルミン溶液を数滴加え、塩化チタン（ＩＩＩ）溶液を試料溶液の色が黄緑から青、次いで無色透明になるまで加えた。引き続き試料溶液が青色の状態を５秒間保持するまで二クロム酸カリウム溶液を加えた。この試料溶液中の鉄（ＩＩ）を、自動滴定装置を用いて二クロム酸カリウム標準溶液で滴定し、Ｆｅ量を求めた。

Ｓｉは、重量法により、以下のように分析を行った。まず、試料（合金粉）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。

Ｐ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）によって分析した。

［磁気特性（透磁率、磁気損失、飽和磁化及び保磁力）の測定］（磁気特性の測定１）
合金粉とビスフェノール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９０：１０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６０℃、２ｈ乾燥させて合金粉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をドーナッツ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形体を得た。この成形体について、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及び１００ＭＨｚにおける複素比透磁率の実数部μ’および虚数部μ”を測定し、複素比透磁率の損失係数ｔａｎδ＝μ”／μ’を求めた。

また、高感度型振動試料型磁力計（東英工業株式会社製：ＶＳＭ−Ｐ７−１５型）を用い、印加磁界（１０ｋＯｅ）、Ｍ測定レンジ（５０ｅｍｕ）、ステップビット１００ｂｉｔ、時定数０．０３ｓｅｃ、ウエイトタイム０．１ｓｅｃで合金粉の磁気特性を測定した。Ｂ−Ｈ曲線により、飽和磁化σｓ及び保磁力Ｈｃを求めた。なお、処理定数はメーカー指定に従った。具体的には下記の通りである。

交点検出：最小二乗法 Ｍ平均点数 ０ Ｈ平均点数 ０
Ｍｓ Ｗｉｄｔｈ：８ Ｍｒ Ｗｉｄｔｈ：８ Ｈｃ Ｗｉｄｔｈ：８ ＳＦＤ Ｗｉｄｔｈ：８ Ｓ．Ｓｔａｒ Ｗｉｄｔｈ：８
サンプリング時間（秒）：９０
２点補正 Ｐ１（Ｏｅ）：１０００
２点補正 Ｐ２（Ｏｅ）：４５００

［比較例２〜６及び実施例１〜８］
水アトマイズにおける雰囲気、水アトマイズに使用する高圧水のｐＨ及び電位、並びに徐酸化時の温度を下記表１に示すように変更した以外は、比較例１と同様にして比較例２〜６の合金粉を製造した。なお、比較例２においては風力分級条件を変更した。さらに、水アトマイズに使用する高圧水のｐＨ及び電位、溶湯原料の仕込量、及び水洗した固形物の乾燥条件（雰囲気、温度及び時間）を下記表１に示すように変更し（真空雰囲気は大気圧に対して−０．０９５ＭＰａ以下である）、さらに徐酸化を行わなかったこと以外は、比較例１と同様にして実施例１〜８の合金粉を製造した。なお、実施例４においては風力分級条件を変更し、実施例５〜８においては鉄原料として純鉄（純度：９９質量％以上）を使用した。また表１において実施例１〜８については、徐酸化温度の列を「なし」と表記している。さらに、実施例６及び７で使用したＰは、ＦｅＰ合金として（Ｐとしての添加量が表１記載の通りになるように）タンディッシュ炉に仕込んだ。

比較例２〜６及び実施例１〜８の合金粉について、比較例１と同様に、ＢＥＴ比表面積、タップ密度、酸素含有量、炭素含有量、粒度分布および組成を求めた。比較例１の結果とあわせて、下記表２に結果を示す。

比較例２〜６及び実施例１〜８の合金粉について、比較例１と同様に、磁気特性を求めた。その結果を以下の表３に示す。

今回の磁気特性の測定では、測定周波数１０ＭＨｚにおいて複素比透磁率の虚数部μ”の測定においてノイズが生じ、数値が負になるものがあった。後述の磁気特性の測定２による測定結果においても同様である。

比較例１と実施例１を比較することで、合金粉の乾燥温度を４０℃に低下させることで（現実的な乾燥速度を確保するため、真空下で行った）、得られる合金粉の酸素の含有量及びＤ５０×［Ｏ］が低くなることがわかる。その結果、比透磁率（μ’）が測定周波数１０ＭＨｚ及び１００ＭＨｚの場合共に８．９０を超えるまでに上昇している。

また、比較例４と５を比較することで、水アトマイズにおける雰囲気を大気雰囲気から窒素雰囲気とすることで、得られる合金粉の酸素含有量を減らすことができることがわかる。さらに比較例１と６や比較例３と４を比較することで、水アトマイズに使用する高圧水のｐＨを５．８（純水）から１０．３（弱アルカリ性領域）にすることで、得られる合金粉の酸素含有量を減らすことができることがわかる。実施例１〜８は、このような好ましい水アトマイズ条件を採用したものである。

さらに、実施例１の条件で、水アトマイズに使用する高圧水のｐＨを１２．０という強アルカリ性領域にすることで、得られる合金粉の酸素含有量がさらに低下し、比透磁率（μ’）が測定周波数１０ＭＨｚ及び１００ＭＨｚの場合共に８．９０を超える良好な結果となっている（実施例２〜８）。

また、Ｐ（リン）を添加した場合（実施例６、７）やＳｉ量を減らした場合（実施例８）であっても、実施例１〜８の条件で水アトマイズ及び乾燥等することで、酸素含有量が低く比透磁率（μ’）が測定周波数１０ＭＨｚ及び１００ＭＨｚの場合共に８．９０を超える軟磁性粉末を得ることができた。
また、Ｓｉ量を減らした場合（実施例８）には、より高い飽和磁化を達成することができた。

なお実施例と比較例について、合金粉の酸素の含有量とＤ５０との積（Ｄ５０×［Ｏ］）に対する比透磁率（μ’）の関係を図１（測定周波数：１０ＭＨｚ）及び図２（測定周波数：１００ＭＨｚ）に示す。

Ｄ５０×［Ｏ］と比透磁率との間に、おおよそ負の相関がみてとれる。なお、Ｄ５０×［Ｏ］が小さいほど比透磁率が大きいという結果になっていない場合があるが（例えば実施例３及び４）、これは、磁気特性の測定において合金粉を含む複合体粉末から、これに荷重をかけて成形体を得るが、成形体において複合体粉末が密に充填されているほど透磁率は高くなり、この充填具合には合金粉の粒度分布が影響するためと考えられる。これは後述の磁気特性の測定２による測定結果においても同様である。

［実施例９〜１９］
溶湯原料の仕込割合、水アトマイズにおける雰囲気、水アトマイズに使用する高圧水のｐＨ及び電位、乾燥条件並びに徐酸化の有無を下記表４に示すように設定し、風力分級の条件を変更した以外は、比較例１と同様にして実施例９〜１９の合金粉を製造した。なお、実施例１４及び１５で使用したＰは、ＦｅＰ合金として（Ｐとしての添加量が表１記載の通りになるように）タンディッシュ炉に仕込んだ。

実施例９〜１９の合金粉について、比較例１と同様に、ＢＥＴ比表面積、タップ密度、酸素含有量、炭素含有量、粒度分布および組成を求めた。下記表５に結果を示す。

［磁気特性（透磁率、磁気損失、飽和磁化及び保磁力）の測定］（磁気特性の測定２）
実施例９〜１９の合金粉について、以下のようにして磁気特性の測定を実施した。合金粉とビスフェノール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。このペーストを棚型乾燥機を使用して窒素雰囲気中で６０℃、２ｈ乾燥させて合金粉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。この複合体粉末を使用して、磁気特性の測定１の場合と同様の方法で、１０ＭＨｚ及び１００ＭＨｚにおける複素比透磁率の実数部μ’および虚数部μ”を測定し、複素比透磁率の損失係数ｔａｎδ＝μ”／μ’を求めた。また、磁気特性の測定１の場合と同様の方法で、合金粉の飽和磁化σｓ及び保磁力Ｈｃを求めた。比較例２、実施例４及び８の合金粉についても、同様の方法で１０ＭＨｚ及び１００ＭＨｚにおける複素比透磁率の実数部μ’および虚数部μ”を測定した。以上の結果を以下の表６に示す。

表６に示すように、実施例８，１０、１６及び１７では、Ｓｉ量を２．０〜３．０質量％程度にすることで、Ｓｉ量を６．０質量％前後とした実施例４，９、１４及び１５と比べて透磁率を向上させることができ、１０ＭＨｚでの比透磁率μ’および１００ＭＨｚでの比透磁率μ’をともに２１．００以上にできることが確認された。

また、実施例１１〜１３及び１８，１９では、Ｓｉ量を０．３質量％程度として、実施例８、１０、１６や１７よりもＳｉ量をさらに減らすことで、ある程度の高い透磁率を維持しながらも、２０５ｅｍｕ／ｇを超える、実施例８、１０、１６や１７よりもさらに高い飽和磁化を得られることが確認された。

以上、本発明によれば、軟磁性粉末を８０℃以下で乾燥させることにより、軟磁性粉末をＤ５０×［Ｏ］≦３．０となるように構成することができ、粒子径Ｄ５０を小さくした場合であっても酸素含有量を少なくすることができる。このような軟磁性粉末によれば、圧粉磁心に形成したときに、高周波側で高い透磁率を実現するとともに、渦電流損失を抑制してコアロスを低減することができる。

本発明の軟磁性粉末は粒子径が小さくとも高い透磁率を達成することができるので、圧粉磁心、電磁波シールド、電磁波吸収体、磁気シールド、積層インダクタなどの用途に好適に利用することができる。

Claims (9)

1. Ｆｅ粉末又はＦｅを含む合金粉末の製造方法であって、
   Ｆｅを含む溶湯を調製する溶湯調製工程と、
   前記溶湯を落下させながら、これに水を吹き付けて粉砕・凝固させることで、Ｆｅ粉末又はＦｅを含む合金粉末を形成し、このＦｅ粉末又は合金粉末と水とを含むスラリーを得るアトマイズ工程と、
   前記スラリーを固液分離し、前記Ｆｅ粉末又は合金粉末を回収する固液分離工程と、
   前記固液分離工程で得られたＦｅ粉末又は合金粉末を８０℃以下で乾燥させる乾燥工程と
   を有する、Ｆｅ粉末又はＦｅを含む合金粉末の製造方法。
2. 前記乾燥工程では、６０℃以下で乾燥を行う、請求項１に記載のＦｅ粉末又はＦｅを含む合金粉末の製造方法。
3. 前記乾燥工程を減圧環境で行う、請求項１又は２に記載のＦｅ粉末又はＦｅを含む合金粉末の製造方法。
4. 前記乾燥工程を真空環境で行う、請求項１〜３のいずれか１項に記載のＦｅ粉末又はＦｅを含む合金粉末の製造方法。
5. 前記アトマイズ工程にて使用される水のｐＨが９〜１３である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のＦｅ粉末又はＦｅを含む合金粉末の製造方法。
6. 前記アトマイズ工程にて使用される水のｐＨが１１〜１３である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のＦｅ粉末又はＦｅを含む合金粉末の製造方法。
7. 前記アトマイズ工程にて使用される水の電位が−０．４Ｖ〜０．４Ｖである、請求項１〜６のいずれか１項に記載のＦｅ粉末又はＦｅを含む合金粉末の製造方法。
8. 前記溶湯がＦｅおよび０．１質量％〜１５質量％のＳｉを含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載のＦｅを含む合金粉末の製造方法。
9. 前記溶湯がＦｅを８４質量％〜９９．７質量％含む、請求項８に記載のＦｅを含む合金粉末の製造方法。