JP6617867B2 - 軟磁性粒子粉末及び該軟磁性粒子粉末を含む圧粉磁心 - Google Patents

Description

本発明は、高い絶縁性を維持しつつ高温での焼き鈍しに耐えうる耐熱性に優れた絶縁被膜を有する軟磁性粒子粉末の提供、ならびに該軟磁性粒子粉末を用いた高い成型体密度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。

また、近年注目されているＨＥＶ、ＥＶ、ＰＨＥＶ等の車のインバーターユニット内にはＤＣ−ＤＣコンバータが使用されており、大出力の駆動用モータへの電力供給を行うことから、リアクトル用コアには大電流への対応が求められている。また、車載用であることから小型化が求められており、上記と同様に高周波領域においても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。

近年、圧粉磁心に対して、更なる小型化および高性能化、即ち、高出力化・高効率化が望まれており、そのために高磁束密度化および低鉄損化が必要となる。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加することのできる、即ち、高い成型体密度を得ることのできる軟磁性粉末が求められている。

一方、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。ヒステリシス損失は、軟磁性粉末を高充填するために高圧で圧縮成形を行うことにより、軟磁性粉末に歪みが残ることが原因で増加することが知られている。歪みによるヒステリシス損失を低減するために、通常、成形品に対して焼き鈍しが行われているが、従来の絶縁被膜では耐熱性が低いため、高温で焼き鈍しを行うと絶縁被膜が破壊され渦電流損失が増加してしまうという問題があった。

一方、渦電流損失を低減するために軟磁性粉末の粒子表面を絶縁被膜で被覆することが一般的に行われているが、高い絶縁性と耐熱性を確保するために絶縁被膜を厚くすると成型体密度が下がり、圧粉磁心の成型時に高い圧力が必要となるため歪みが大きくなりヒステリシス損失が増加する。従って、従来の方法では、高磁束密度化および低鉄損化の両方を満足することは困難であった。

これまでに、鉄損を低減することができる軟磁性材料を得ることを目的として、金属磁性粒子表面にリン酸と鉄からなる第１絶縁層と、リン酸とＡｌ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、ＺｒおよびＺｎから選ばれる１種以上の原子を含む第２絶縁層とを含む軟磁性金属粉末（特許文献１）が開示されている。

また、耐熱性絶縁被覆を有する鉄基粉末を得ることを目的として、鉄粉などの軟磁性金属粒子表面にシリコーン樹脂及び顔料を含有する被膜で被覆された鉄基粉末（特許文献２）が開示されている。

また、ケイ素を含有する鉄粉などの磁性粉末表面にリン酸塩被膜からなる第１絶縁層とシリコーン樹脂からなる第２絶縁層を形成した軟磁性粒子（特許文献３乃至特許文献６）が開示されている。

また、耐食性および耐熱性に優れた絶縁層を有する軟磁性粒子粉末を得ることを目的として、軟磁性金属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表面改質剤によって被覆された無機化合物からなる絶縁層が形成されている軟磁性粒子粉末（特許文献７）が開示されている。

また、鉄を含む金属磁性粒子の表面を取り囲む非鉄金属の酸化物を含む下層被膜と、前記下層被膜を取り囲み無機化合物を含む絶縁性の上層被膜とを有する軟磁性粒子（特許文献８）が開示されている。

特開２００６−１２８６６３号公報 特開２００３−３０３７１１号公報 特開２００６−２４８６９号公報 特開２００８−６３６５１号公報 特開２００９−２６６９７３号公報 特開２００９−２１２１４３号公報 特開２０１０−６２２１７号公報 特開２００７−４２８９１号公報

高い絶縁性を維持しつつ高温での焼き鈍しに耐えうる耐熱性に優れた絶縁被膜を有する軟磁性粒子粉末および高温で焼成した場合においても比抵抗値が低下しにくく、かつ、高い成型体密度を有する圧粉磁心は、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７は、金属磁性粒子表面にリン酸と鉄からなる第１絶縁層と、リン酸とＡｌ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、ＺｒおよびＺｎから選ばれる１種以上の原子を含む第２絶縁層を形成すること、ケイ素を含有する鉄粉などの磁性粉末表面にリン酸塩被膜からなる第１絶縁層とシリコーン樹脂からなる第２絶縁層を形成した軟磁性粒子、あるいは軟磁性金属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表面改質剤によって被覆された無機化合物からなる絶縁層が形成されている軟磁性粒子粉末等が記載されているが、いずれの特許文献にも本発明の軟磁性粒子粉末のように絶縁被膜が、無機微粒子粉末からなる第１絶縁層と、該第１絶縁層を被覆する無機化合物およびシリコーン樹脂からなる第２絶縁層とからなる構成とはなっていないため、耐熱性に優れると共に、これを用いて得られた圧粉磁心の成型体密度の向上という、相反する特性を同時に満足することができない。

また、特許文献８には、鉄を含む金属磁性粒子の表面を取り囲む非鉄金属の酸化物を含む下層被膜と、前記下層被膜を取り囲み無機化合物を含む絶縁性の上層被膜とを有する軟磁性粒子が記載されているが、本発明の軟磁性粒子粉末のように上層の無機化合物による絶縁層がシリコーン樹脂とともに形成されていないため、後出比較例に示す通り、耐熱性に優れると共に、これを用いて得られた圧粉磁心の成型体密度の向上という、相反する特性を同時に満足することができない。

そこで、本発明は、高い絶縁性を維持しつつ高温での焼き鈍しに耐えうる耐熱性に優れた絶縁被膜を有する軟磁性粒子粉末の提供、ならびに該軟磁性粒子粉末を用いた高い成型体密度を有する圧粉磁心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、軟磁性金属粒子粉末の粒子表面に形成された絶縁被膜が、無機微粒子粉末からなる第１絶縁層と、該第１絶縁層を被覆する無機化合物およびシリコーン樹脂からなる第２絶縁層とから形成されることによって、耐熱性に優れると共に、これを用いて得られた圧粉磁心の成型体密度の向上という、相反する特性を同時に満足することができることを見いだし、本発明をなすに至った。

即ち、本発明は、粒子表面に絶縁被膜を有する軟磁性金属粒子粉末であって、該絶縁被膜が、無機微粒子粉末からなる第１絶縁層と、該第１絶縁層を被覆する無機化合物およびシリコーン樹脂からなる第２絶縁層とからなることを特徴とする軟磁性粒子粉末である（本発明１）。

また、本発明は、無機微粒子粉末が表面改質剤によってあらかじめ分散・被覆されたものである本発明１の軟磁性粒子粉末である（本発明２）。

また、本発明は、無機微粒子粉末が、アルミニウム、ケイ素、ジルコニウム、チタニウム、カルシウム、セリウム及びマグネシウムから選ばれる元素を含有する１種又は２種以上の化合物からなる本発明１または本発明２の軟磁性粒子粉末である（本発明３）。

また、本発明は、無機化合物が、リン化合物と、アルミニウム、ジルコニウム、チタニウム、ケイ素、カルシウム、マグネシウム、鉄及びイットリウムから選ばれる元素を含有する化合物の１種又は２種以上からなる本発明１〜３のいずれかに記載の軟磁性粒子粉末である（本発明４）。

また、本発明は、シリコーン樹脂の被覆量が軟磁性粒子粉末に対して０．１〜１０．０重量％である本発明１〜４のいずれかに記載の軟磁性粒子粉末である（本発明５）。

また、本発明は、本発明１〜５のいずれかに記載の軟磁性材粒子粉末を圧縮成形してなる圧粉磁心である（本発明６）。

本発明に係る軟磁性粒子粉末は、耐熱性に優れた絶縁層を有するとともに、該軟磁性粒子粉末を用いることにより高い成型体密度を有する圧粉磁心をえることができるので、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、前記軟磁性粒子粉末を用いたことにより、高温で焼き鈍しをした場合においても高い比抵抗値を維持すると共に、高い成型体密度を有しているので、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粒子粉末について述べる。

本発明に係る軟磁性粒子粉末は、粒子表面に絶縁被膜を有する軟磁性金属粒子粉末であって、該絶縁被膜は軟磁性金属粒子の粒子表面に第１絶縁層が形成され更に該第１絶縁層に第２絶縁層が順に形成されており、無機微粒子粉末からなる第１絶縁層と、無機化合物およびシリコーン樹脂からなる第２絶縁層とからなっている。

本発明における軟磁性金属粒子粉末としては、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、珪素鋼粉、センダスト粉、パーマロイ粉、パーメンダー粉等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。軟磁性金属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２．０〜４００．０μｍ、更により好ましくは３．０〜３００．０μｍである。

本発明における無機微粒子粉末としては、アルミニウム、ケイ素、ジルコニウム、チタニウム、カルシウム、セリウム及びマグネシウムから選ばれる元素を含有する１種又は２種以上の化合物を用いることができる。好ましくは前記元素を含有する酸化物であり、第２絶縁層を形成するシリコーン樹脂との相性とを考慮すれば、より好ましくはシリカ微粒子粉末である。

本発明における無機微粒子粉末の平均粒子径は１００ｎｍ未満であることが好ましく、より好ましくは１〜８０ｎｍ、更により好ましくは３〜５０ｎｍである。無機微粒子粉末の平均粒子径が１００ｎｍ以上の場合には、軟磁性金属粒子表面への無機微粒子粉末からなる均一な絶縁層の形成が困難となる。

本発明における無機微粒子粉末の付着量は、被処理粒子である軟磁性金属粒子粉末の比表面積にもよるが、各無機微粒子粉末の元素換算で０．００５〜５．０重量％が好ましく、より好ましくは０．０７５〜４．０重量％、更により好ましくは０．０１〜３．０重量％である。０．００５〜５．０重量％の範囲で絶縁層を形成することにより、耐熱性の優れた軟磁性粒子粉末を得ることができる。５．０重量％を超える場合には、絶縁被膜が厚くなるため、これを用いて得られた圧粉磁心は成型体密度が下がるため好ましくない。

本発明における無機微粒子粉末は、表面改質剤によってあらかじめ分散・被覆しておくことが好ましい。

本発明における表面改質剤としては、無機微粒子粉末を所望の程度まで分散することが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。

表面改質剤による被覆は、被覆量が増えると圧縮成形後に軟磁性金属粒子粉末に加えられた歪みを開放するための焼き鈍しを高温で行うことができるため鉄損を低減することができるが、圧粉磁心の成型体密度が下がる。一方、表面改質剤による被覆量が少ないと、軟磁性粒子粉末の耐熱性が低いため、焼き鈍しの温度を高くすることができず鉄損を低減できないが、成型体密度は向上する。トレードオフの関係にあるため、従って、表面改質剤による被覆量は、軟磁性粒子粉末の耐熱性と圧粉磁心の成型体密度のバランスを考慮して、軟磁性粒子粉末に対してＣ換算で０．００１〜３．０重量％の範囲で用いることが好ましい。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。

本発明におけるシリコーン樹脂としては、シロキサン結合による三次元的網状構造を有するポリオルガノシロキサン、もしくはシロキサン結合による三次元的網状構造を形成することのできるポリオルガノシロキサンである。軟磁性金属粒子粉末の表面にシロキサン結合による三次元的網状構造を形成することにより、焼き鈍しのために高温で焼成した際に、シリコーン樹脂を構成する有機成分は揮発してもシロキサン結合部分は残るため、軟磁性粒子粉末の絶縁性の低下を防ぐことができる。

シリコーン樹脂の被覆量は、軟磁性粒子粉末に対して０．０５〜５．０重量％であり、好ましくは０．０７５〜２．５重量％、より好ましくは０．１〜１．０重量％である。シリコーン樹脂の被覆量が０．０５重量％未満の場合には、得られる圧粉磁心の絶縁性が低下するので好ましくない。一方、１．０重量％を超える場合には、絶縁被膜が厚くなるため、これを用いて得られた圧粉磁心は成型体密度が下が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、アルミニウム、ジルコニウム、チタニウム、ケイ素、カルシウム、マグネシウム、鉄、イットリウム及びリンから選ばれる元素を含有する１種又は２種以上の化合物を用いることができ、好ましくはアルミニウム、ジルコニウム、チタニウム、ケイ素及びリンから選ばれる元素を含有する１種又は２種以上の化合物である。

本発明における無機化合物の被覆量は、各元素換算の合計で０．００１〜１０．０重量％が好ましく、より好ましくは０．００２〜７．５重量％、更により好ましくは０．００５〜５．０重量％である。０．００１〜１０．０重量％の添加により、得られる軟磁性粒子粉末の耐熱性をより改善することができる。１０．０重量％を超える場合には、これを用いて得られる圧粉磁心の成形体密度が低下するため好ましくない。

本発明に係る軟磁性粒子粉末の平均粒子径は、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を超える場合には粒子径が大きすぎ、圧粉磁心に用いた場合、成型体密度が下がるため好ましくない。平均粒子径が１．０μｍ未満の場合には粒子径が小さすぎ、圧縮成形性が低下するため好ましくない。より好ましくは２．０〜４００．０μｍ、更により好ましくは３．０〜３００．０μｍである。

本発明に係る軟磁性粒子粉末の比抵抗値は、５．０×１０^４μΩ・ｍ以上であることが好ましく、より好ましくは６．０×１０^４μΩ・ｍ以上、更に好ましくは７．０×１０^４μΩ・ｍ以上である。

本発明に係る軟磁性粒子粉末の耐熱性は、後述する測定方法により、２５％以上であることが好ましく、より好ましくは２８％以上、更に好ましくは３０％以上である。耐熱性が２５％未満の場合には、絶縁被膜の耐熱性が十分とは言えず、圧縮成形後に軟磁性金属粒子粉末に加えられた歪みを開放するための高温での焼き鈍しを行うことができない。そのため、これにより得られた軟磁性粒子粉末を用いて作製された圧粉磁心は、ヒステリシス損を低減することができないため、鉄損を低減することが困難となる。

本発明に係る軟磁性粒子粉末の圧縮性は、後述する測定方法により、２．１２以下が好ましく、より好ましくは２．１１以下、更に好ましくは２．１０以下である。圧縮度が２．１２を超える場合には、これを用いて得られた圧粉磁心の成型体密度が低下するため好ましくない。

次に、本発明に係る軟磁性粒子粉末の製造法について述べる。

本発明に係る軟磁性粒子粉末は、軟磁性金属粒子粉末と無機微粒子粉末を混合し、次いで、無機微粒子粉末からなる第１絶縁層を形成した軟磁性金属粒子粉末と有機溶剤に溶解させたシリコーン樹脂と金属アルコキシドの溶液及び／またはリン酸溶液とを混合・攪拌後、３０〜１２０℃で乾燥させることによって得ることができる。

表面改質剤によってあらかじめ分散・被覆された無機微粒子粉末を用いる場合には、無機微粒子粉末と表面改質剤とを機械的に混合攪拌すればよい。

無機微粒子粉末の表面改質剤による前分散処理、並びに、無機微粒子粉末と軟磁性金属粒子粉末との混合攪拌をするための機器としては、特には限定されないが、粉体層に衝撃力、せん断力、圧縮力、及び／または摩擦力を加えることのできる装置が好ましく、例えば、ボール型混練機、高速せん断ミル、ホイール型混練機、ブレード型混練機、ロール型混練機等を用いることができる。本発明の実施にあたっては、ボール型混練機及び高速せん断ミルが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、具体的に、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、好ましくはエッジランナー、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、より好ましくはエッジランナーである。前記高速せん断ミルとしては、ハイブリダイザー（奈良機械製作所製）、ノビルタ（ホソカワミクロン製）等がある。前記ボール型混練機としては、転動ボールミル、振動ボールミル、遊星ミル等がある。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。

軟磁性金属粒子粉末の粒子表面に無機微粒子粉末、もしくは表面改質剤によって分散処理された無機微粒子粉末を添加し、混合・攪拌して軟磁性金属粒子粉末表面に無機微粒子粉末からなる第１絶縁層を形成する。

本発明における無機化合物およびシリコーン樹脂からなる第２絶縁層の形成は、無機微粒子粉末からなる第１絶縁層を形成した軟磁性金属粒子粉末と、あらかじめ有機溶剤中に溶解もしくは分散したシリコーン樹脂溶液中に金属アルコキシドの溶液及び／またはリン酸溶液を加えた混合溶液とを混合・攪拌することにより処理を行うことができる。

有機溶剤としては、シリコーン樹脂を溶解することができるものであれば何を用いてもよい。具体的には、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコール等のアルコール系溶剤、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶剤、ベンゼン、トルエン、キシレン、フェノール、安息香酸等の芳香族系溶剤、ｎ−ヘキサン、シクロヘキサン等の炭化水素系溶剤、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸セロソルブ等のエステル、エーテルエステル系溶剤、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、プロピルセロソルブ、ブチルセロソルブ等のエーテル、エーテルアルコール系溶剤、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール系溶剤、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル（ＰＭ）等のグリコールエーテル系溶剤、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＭＡ）、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート等のグリコールエステル系溶剤、テトラヒドロフラン、Ｎ−メチルピロリドン等を用いることができる。

シリコーン樹脂による処理の均一性を考慮すれば、溶解度パラメーター（ＳＰ値）が低くシリコーン樹脂に対して良溶媒であり、且つ、水との相溶性を有している有機溶媒が好ましい。溶解度パラメーター（ＳＰ値）は１２．０以下であることが好ましく、より好ましくは１１．５以下、更により好ましくは１１．０以下である。具体的には、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸セロソルブ等のエステル、エーテルエステル系溶剤、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、プロピルセロソルブ、ブチルセロソルブ等のエーテル、エーテルアルコール系溶剤、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル（ＰＭ）等のグリコールエーテル系溶剤、エチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート（ＰＭＡ）、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート等のグリコールエステル系溶剤、プロピルアルコール、ブチルアルコール、アセトン等を用いることができ、最も好ましくはアセトンである。

シリコーン樹脂の被覆量は、軟磁性粒子粉末に対して０．０５〜５．０重量％であり、好ましくは０．０７５〜２．５重量％、より好ましくは０．１〜１．０重量％である。シリコーン樹脂の被覆量が０．０５重量％未満の場合には、得られる圧粉磁心の絶縁性が低下するので好ましくない。一方、５．０重量％を超える場合には、これを用いて得られる圧粉磁心の成形体密度が低下するため好ましくない。

金属アルコキシドとしては、アルミニウム、ジルコニウム、チタニウム、ケイ素、カルシウム、マグネシウム、鉄、イットリウム等を構成元素として有するものを用いることができ、好ましくはアルミニウム、ジルコニウム、チタニウム、ケイ素である。また、アルコキシドの種類としては、メトキシド、エトキシド、プロポキシド、イソプロポキシド、オキシイソプロポキシド、ブトキシド等を用いることができる。処理の均一性及び処理効果を考慮すれば、テトラエトキシシラン、アルミニウムトリイソプロポキシド、ジルコニウムテトライソプロポキシド、チタニウムテトライソプロポキシド等が好ましい。

また、上記金属アルコキシドは、より均一な処理を行うために、前述の有機溶剤に予め分散又は溶解させて用いることが好ましい。

また、上記金属アルコキシドの加水分解は、選択的に軟磁性金属粒子の第１絶縁層上に付着もしくは被覆させるために、特に水分を添加する必要はなく、軟磁性金属粒子ならびに第１絶縁層を形成する無機微粒子粉末が有する水分により加水分解を行うことが好ましい。

本発明においては、前記金属アルコキシドに加えて、もしくは前記金属アルコキシドに代えて、リン酸溶液又はリン酸塩溶液を添加してもよい。より好ましくは金属アルコキシドの溶液を加えた懸濁液中にリン酸溶液又はリン酸塩溶液を添加する。

金属アルコキシド及び／又はリン酸もしくはリン酸塩の添加量は軟磁性金属粒子粉末の比表面積によって異なるが、通常、軟磁性金属粒子粉末１００重量部当たり、各元素換算の合計で０．００１〜１０．０重量部であることが好ましく、より好ましくは０．００２〜７．５重量部、更により好ましくは０．００５〜５．０重量部である。

軟磁性金属粒子粉末と金属アルコキシド溶液及び／又はリン酸もしくはリン酸塩溶液とを混合するための機器としては、高速アジテート型ミキサー、具体的にはヘンシェルミキサー、スピードミキサー、ボールカッター、パワーミキサー、ハイブリッドミキサー等を使用すればいい。

軟磁性金属粒子粉末と金属アルコキシド溶液及び／又はリン酸もしくはリン酸塩溶液との混合・攪拌は、室温から用いる有機溶剤の沸点以下で行うことが好ましい。また、軟磁性粒子粉末の酸化防止の観点から、Ｎ_２ガスなどの不活性ガス雰囲気下で反応を行ってもよい。

得られた軟磁性粒子粉末は、室温下、ドラフト中で３〜２４時間乾燥させた後、６０〜１２０℃の温度範囲で乾燥させるか、もしくは３０〜８０℃の温度範囲で減圧乾燥を行うことにより得ることができる。乾燥は、空気中及びＮ_２ガスなどの不活性ガス雰囲気下のいずれでも行うことができる。

次に、本発明に係る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粒子粉末に、必要により、ステアリン酸亜鉛等の潤滑剤や結合剤樹脂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。

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。

圧縮成形後の歪み取りのための焼き鈍し温度は、磁性粒子自体が熱拡散による粒子成長が起こらない高温が望ましい。好ましくは５００〜１２００℃であり、より好ましくは６００〜１０００℃である。焼き鈍しの雰囲気は、窒素やＡｒガスなどの不活性ガス雰囲気中、水素などの還元性雰囲気中、あるいは真空などの非酸化性雰囲気中で行うことが望ましい。

本発明に係る圧粉磁心は、高温（７５０℃）における焼き鈍し後の比抵抗値が、２５０μΩ・ｍ以上であることが好ましく、より好ましくは２６０μΩ・ｍ以上、更に好ましくは２７０μΩ・ｍ以上である。また、７５０℃における焼き鈍し後の成型密度は６．８ｇ／ｍＬ以上が好ましく、より好ましくは６．９ｇ／ｍＬ以上と、更に好ましくは７．０ｇ／ｍＬ以上である。

＜作用＞
本発明における最も重要な点は、軟磁性金属粒子粉末の粒子表面に、無機微粒子粉末からなる第１絶縁層と、該第１絶縁層を被覆する無機化合物およびシリコーン樹脂からなる第２絶縁層の順に形成された絶縁被膜を有する軟磁性粒子粉末は、耐熱性に優れており、これを用いて得られた圧粉磁心は成型体密度が低下しにくいという、相反する特性を同時に満足することができるという事実である。

本発明に係る軟磁性粒子粉末の耐熱性が優れている理由として、本発明者は、軟磁性金属粒子粉末の粒子表面にシリコーン樹脂を被覆する場合と比べて、無機微粒子粉末を介して被覆することにより、シリコーン樹脂がより三次元的網状構造を形成し易くなり、その結果、焼き鈍しのために高温で焼成した際に、シリコーン樹脂を構成する有機成分は揮発しても軟磁性金属粒子粉末の粒子表面に網状に形成されたシロキサン結合部分は残るため、軟磁性粒子粉末の絶縁性の低下を防ぐことができたものと考えている。
また、無機化合物とシリコーン樹脂を同時に処理することにより、シリコーン樹脂がより三次元的網状構造を形成し易くなったものと推定している。

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（ＳＥＭ）に示される粒子５０〜３５０個の粒子径をそれぞれ測定し、その平均値で示した。

軟磁性粒子粉末の粒子表面に形成されている第１絶縁層中の無機微粒子粉末、および第２絶縁層中の無機化合物の含有量は、「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、ＪＩＳ Ｋ０１１９の「けい光Ｘ線分析通則」に従って測定した。

軟磁性粒子粉末の粒子表面に形成されている第２絶縁層中のシリコーン樹脂の被覆量は、「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、カーボン量を測定することにより求めた。

比抵抗値は、試料粉体を試料台にセットし、４端子法にて荷重を４０ＭＰａかけたときの比抵抗値を測定することにより求めた。

軟磁性粒子粉末の耐熱性は、絶縁層を形成する前の未処理の軟磁性粒子粉末の比抵抗値（ρ１）と７５０℃で１時間加熱した後の軟磁性粒子粉末の比抵抗値（ρ２）をそれぞれ測定し、下記数１にそれぞれの値を挿入して、求めた値を耐熱性（％）として示した。

＜数１＞
耐熱性（％）＝（ρ２／ρ１）×１００

軟磁性粒子粉末の圧縮性は、比抵抗値を求める際に４０ＭＰａかけた時の体積を示した。一定の圧力をかけた際の体積が小さいほど圧縮性が優れていることを示す。

圧粉磁心の比抵抗値及び成型密度は、まず、軟磁性粒子粉末６．０ｇを測り取り、短冊形成型金型（幅２６ｍｍ×奥行５ｍｍ）を用いて、成型圧力１９６０ＭＰａで加圧成型を行うことにより、短冊状成形体を複数個作製し、該短冊状成型体を大気下にて４５０℃、６００℃および７５０℃でそれぞれ３０分間加熱処理を行ったものを評価試料として用いた。

圧粉磁心の比抵抗値は、上述の各温度にて焼き鈍ししたものについて、成型体両端に１００ｍＡの電流を印加、プレス面の電圧を電圧計で測定し（７．６ｍｍピッチ）求めた。

圧粉磁心の成型密度は、７５０℃にて焼き鈍しした短冊状成型体について、重量を秤量、デジタルノギスで幅、奥行、高さを測定し体積を求め算出した。

＜実施例１−１：軟磁性粒子粉末の製造＞
無機微粒子１（種類：ＳｉＯ_２、粒子形状：球状、平均粒子径：１５ｎｍ）２ｋｇと表面改質剤としてメチルハイドロジェンポリシロキサン（商品名：ＴＳＦ４８４、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン製）２４０ｇをミックスマラー「ＭＳＨ０ＬＨ」（製品名、新東工業株式会社製）に投入し、３０分間混合攪拌を行い、表面改質剤であらかじめ分散・被覆された無機微粒子粉末４を得た。

軟磁性金属粒子Ａ（種類：鉄粉、粒子形状：粒状、平均粒子径：８３．０μｍ、比抵抗値：２０８７μΩ・ｍ）１０ｋｇに、無機微粒子４を１００ｇ加えた後、ミックスマラーを用いて６０分間混合・攪拌を行い、軟磁性金属粒子粉末の表面に無機微粒子粉末からなる第１絶縁層が形成された複合粒子粉末を得た。

次いで、予めメチルシリコーン（商品名：ＹＲ３３７０、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン製）２５ｇを溶解したアセトン溶液と、アルミニウムトリイソプロポキシド３２．２ｇとリン酸（８５％溶液）１８．２ｇを溶解、分散したアセトン溶液を用意し、混合した後、上記で得られた複合粒子粉末５ｋｇを加え、混合機を用いて回転混合させながら、２０分間攪拌・混合を行った。

次いで、得られた混合溶液を４５℃において減圧乾燥を行い、粒子表面にシリコーン樹脂からなる絶縁被膜を有する軟磁性粒子粉末を得た。次いで、得られた混合溶液を４５℃において減圧乾燥を行った後、大気中で８０℃、６時間乾燥を行い、粒子表面にシリコーン樹脂と無機化合物からなる第２絶縁層を有する軟磁性粒子粉末（実施例１−１）を得た。

得られた軟磁性粒子粉末は、平均粒子径が８４．７μｍであり、比抵抗値は８．６×１０^４μΩ・ｍ、耐熱性は４２％、圧縮性は２．０２ｃｍ^３であった。

＜実施例２−１：圧粉磁心の製造＞
前記軟磁性粒子粉末６．０ｇを秤量し、ステアリン酸亜鉛を塗布した金型を用い、成形圧力１９６０ＭＰａで短冊状（幅２６ｍｍ×奥行５ｍｍ）に圧縮成形し、圧粉磁心を得た。

得られた圧粉磁心の、４５０℃×３０分焼鈍後の比抵抗値は７４１７μΩ・ｍ、６００℃×３０分焼鈍後の比抵抗値は１２８３μΩ・ｍ、７５０℃×３０分焼鈍後の比抵抗値は４０８μΩ・ｍ、７５０℃×３０分焼鈍後の成型密度は７．２８ｇ／ｍＬであった。

前記実施例１−１及び２−１に従って軟磁性粒子粉末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。

軟磁性金属粒子Ａ〜Ｅ：
被処理粒子粉末として表１に示す特性を有する軟磁性金属粒子粉末を用意した。

無機微粒子１〜３：
第１絶縁層を形成する無機微粒子粉末として表２に示す無機微粒子粉末を用意した。

無機微粒子４〜６：
表面改質剤の種類および添加量、無機微粒子粉末の種類を種々変化させた以外は、前記実施例１−１と同様にして表面改質剤被覆無機微粒子を得た。

このときの製造条件および得られた表面改質剤被覆無機微粒子粉末の諸特性を表３に示す。

実施例１−２〜１−５、参考例１−１、比較例１−１〜１−５：
軟磁性金属粒子粉末の種類、第１絶縁層を形成するための無機微粒子粉末の種類および添加量、並びに第２絶縁層を形成するためのシリコーン樹脂の種類および添加量、ならびに無機化合物の種類および添加量を種々変化させた以外は実施例１−１と同様にして軟磁性粒子粉末を得た。

なお、比較例１−５は、軟磁性金属粒子粉末として、軟磁性金属粒子粉末の粒子表面を下記方法にてあらかじめ表面改質剤で被覆したものを用いて、第１絶縁層を形成した。

軟磁性金属粒子Ａ（種類：鉄粉、粒子形状：粒状、平均粒子径：８３．０μｍ、比抵抗値：２０８７μΩ・ｍ）１０ｋｇと表面改質剤としてメチルハイドロジェンポリシロキサン（商品名：ＴＳＦ４８４、モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン製）５０ｇをミックスマラー「ＭＳＨ０ＬＨ」（製品名、新東工業株式会社製）に投入し、３０分間混合攪拌を行い、表面改質剤であらかじめ被覆された軟磁性金属粒子Ａを得た。

このときの製造条件を表４に、得られた軟磁性粒子粉末の諸特性を表５に示す。

実施例２−２〜実施例２−５、参考例２−１、比較例２−１〜２−５：
軟磁性粒子粉末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６に示す。

本発明に係る軟磁性粒子粉末は、耐熱性に優れた絶縁層を有するとともに、該軟磁性粒子粉末を用いることにより高い成型体密度を有する圧粉磁心を得ることができるので、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、前記軟磁性粒子粉末を用いたことにより、高温で焼き鈍しをした場合においても高い比抵抗値を維持すると共に、高い成型体密度を有しているので、高性能圧粉磁心として好適である。

Claims (5)

1. 粒子表面に絶縁被膜を有する軟磁性金属粒子粉末であって、該絶縁被膜が、無機微粒子粉末からなる第１絶縁層と、該第１絶縁層を被覆する無機化合物およびシリコーン樹脂からなる第２絶縁層とからなり、前記無機化合物が、リン化合物と、アルミニウム、ジルコニウム、チタニウム、ケイ素、カルシウム、マグネシウム、鉄及びイットリウムから選ばれる元素を含有する１種又は２種以上の化合物とからなることを特徴とする軟磁性粒子粉末。
2. 無機微粒子粉末が表面改質剤によってあらかじめ分散・被覆されたものである請求項１に記載の軟磁性粒子粉末。
3. 無機微粒子粉末が、アルミニウム、ケイ素、ジルコニウム、チタニウム、カルシウム、セリウム及びマグネシウムから選ばれる元素を含有する１種又は２種以上の化合物からなる請求項１または２に記載の軟磁性粒子粉末。
4. シリコーン樹脂の被覆量が軟磁性粒子粉末に対して０．１〜５．０重量％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の軟磁性粒子粉末。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の軟磁性材粒子粉末を圧縮成形してなる圧粉磁心。