WO2006077957A1

WO2006077957A1 - 軟磁性材料および圧粉磁心

Info

Publication number: WO2006077957A1
Application number: PCT/JP2006/300826
Authority: WO
Inventors: Toru Maeda; Kazuhiro Hirose; Haruhisa Toyoda
Original assignee: Sumitomo Electric Industries, Ltd.
Priority date: 2005-01-20
Filing date: 2006-01-20
Publication date: 2006-07-27
Also published as: EP1840907A4; US7544417B2; EP1840907B1; EP1840907A1; CN100520993C; CN101107681A; JP2006202956A; US20080152897A1; JP4613622B2

Abstract

　軟磁性材料は、複数の複合磁性粒子（３０）を含む軟磁性材料であって、複数の複合磁性粒子（３０）の各々は、金属磁性粒子（１０）と、金属磁性粒子（１０）の表面を取り囲む絶縁被膜（２０）と、絶縁被膜（２０）の外部を取り囲む複合被膜（２２）とを有している。複合被膜（２２）は、絶縁被膜（２０）の表面を取り囲む耐熱性付与保護被膜（２４）と、耐熱性付与保護被膜（２４）の表面を取り囲む可撓性保護被膜（２６）とを有している。これにより、成形性が良好であり、かつ絶縁被膜を良好に機能させて鉄損を十分に抑制できる軟磁性材料および圧粉磁心が得られる。

Description

明細書

軟磁性材料および圧粉磁心

技術分野

[0001] 本発明は、軟磁性材料および圧粉磁心に関し、より特定的には、成形性が良好であり、かつ絶縁被膜を良好に機能させて鉄損を十分に抑制できる軟磁性材料および圧粉磁心に関する。

背景技術

[0002] 近年、電磁弁、モーターまたは電源回路などを備える電気機器には、小型化、高効率ィ匕および高出力化が強く求められている。このような要求に応える手段として、これら電気機器の作動周波数の高周波化が有効であり、電磁弁やモーターなどでは数百 Hzから数 kHz、電源回路では数十 kHzから数百 kHzと、う水準で高周波化が進んでいる。

[0003] 電磁弁やモーターなどの電気機器では、これまで数百 Hz以下の周波数で作動させる場合が主であり、その鉄心材料としては、低鉄損であることを利点とするいわゆる電磁鋼板材が用いられてきた。磁心材料の鉄損は、ヒステリシス損と渦電流損とに大別される。上述の電磁鋼板材は、比較的保磁力が小さい鉄一ケィ素合金を薄板ィ匕し、その表面に絶縁処理を施したものを積層することによって作製され、特にヒステリシス損が小さいことで知られている。渦電流損が作動周波数の 2乗に比例するのに対して、ヒステリシス損は作動周波数の 1乗に比例する。このため、作動周波数が数百 Hz 以下の帯域ではヒステリシス損が支配的であり、この周波数帯域においては、特にヒステリシス損が小さい電磁鋼板材の利用が有効であると言える。

[0004] しかし、作動周波数が数 kHzの帯域では渦電流損が支配的になることから、電磁鋼板材に代わる鉄心用材料が必要になる。この場合に有効に利用されるの力比較的良好な低渦電流損特性を示す圧粉磁心やソフトフェライト磁心である。圧粉磁心は、鉄、鉄—ケィ素合金、センダスト合金、パーマロイ合金および鉄系非晶質合金に代表される粉末状の軟磁性材料を用いて作製される。より具体的には、この軟磁性材料に絶縁性に優れるバインダー部材を混合したもの、または粉末の表面に絶縁処理を施したものを加圧成形することによって作製される。

[0005] 一方、ソフトフェライト磁心は、材料自体が高い電気抵抗を有するため、特に優れた低渦電流損材料として知られている。しかし、ソフトフェライトを用いた場合、飽和磁束密度が低いため、高出力化が困難という問題が発生する。この点に関しては、圧粉磁心の場合、飽和磁束密度が高ヽ軟磁性材料が主成分として用いられてヽるため、有利である。

[0006] また、圧粉磁心の場合、その製造工程において加圧成形が実施されるが、その際の変形によって粉末に歪みが導入される。このため、保磁力が増大し、結果として圧粉磁心のヒステリシス損が大きくなるという問題が発生する。したがって、圧粉磁心を鉄心材料として利用する場合には、加圧成形により成形体を作製した後、歪み取りの処理を行なうことが必要となる。

[0007] この歪み取りの処理として有効であるの力成形体に対して行なう熱焼鈍処理である。この熱処理時の温度を高く設定すれば、歪み取りの効果は大きくなり、ヒステリシス損を低減させることができる。しかし、熱処理時の温度をあまりに高く設定しすぎると、軟磁性材料を構成する絶縁性のバインダー部材ゃ絶縁被膜が、分解したり劣化したりし、渦電流損が増大する原因となる。したがって、このような問題が生じることのな V、温度範囲でしカゝ熱処理を行なうことができず、軟磁性材料を構成する絶縁性のバインダ一部材ゃ絶縁被膜の耐熱性を向上させることが、圧粉磁心の鉄損を低減させるにおヽて重要な課題となってヽる。

[0008] 従来の圧粉磁心の代表例として、絶縁被膜としてリン酸塩被膜を設けた純鉄粉に、 0. 05質量％から 0. 5質量％ほどの榭脂部材を添加し、これを加熱成形した後、歪み取りのための熱焼鈍を実施して作製されたものがある。この場合、熱処理時の温度は、絶縁被膜の熱分解温度である 200°Cから 500°Cほどである。し力しこの場合、熱処理時の温度が低ぐ歪み取りの十分な効果を得ることができない。

[0009] また別に、特開 2003— 303711号公報 (特許文献 1)には、ヒステリシス損を低減させるための焼鈍に際し、絶縁が破壊されなヽ耐熱性絶縁被膜を有する鉄基粉末およびこれを用いた圧粉磁心が開示されて!、る。特許文献 1に開示された鉄基粉末では、鉄を主成分とする粉末の表面が、シリコーン榭脂および顔料を含有する被膜で覆われている。さら〖こ好ましくは、シリコーン榭脂および顔料を含有する被膜の下層として、シリコンィ匕合物などの物質を含む被膜が設けられている。顔料は、 D50として規定される平均粒径力 Onm以下の粉末とすることが好ましい。

特許文献 1：特開 2003— 303711号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0010] 上述のように、特許文献 1に開示された耐熱性絶縁被膜は顔料を含んでヽる。顔料は通常、金属酸ィ匕物などの硬い材料よりなっている。このため、特許文献 1の鉄基粉末を加圧成形して圧粉磁心を作製しょうとすると、加圧成形の圧力により耐熱性絶縁被膜が局部的な破損を起こす。その結果、絶縁被膜の耐熱性は向上するが、電気抵抗自体が低下してしまい、鉄基粉末間において渦電流が流れやすぐ渦電流損に起因する圧粉磁心の鉄損が増大するという問題が生じる。つまり、顔料は耐熱向上効果を有して、るものの、加圧成形時に耐熱性絶縁被膜へのダメージが多少あるので耐熱温度以下での基本的な渦損失が増大する。

[0011] そこで、本発明の目的は、上記の課題を解決することであり、成形性が良好であり、かつ絶縁被膜を良好に機能させて鉄損を十分に抑制できる軟磁性材料および圧粉磁心を提供することである。

課題を解決するための手段

[0012] 本発明の一の局面における軟磁性材料は、複数の複合磁性粒子を含む軟磁性材料であって、複数の複合磁性粒子の各々は、金属磁性粒子と、金属磁性粒子の表面を取り囲む絶縁被膜と、絶縁被膜の外部を取り囲む複合被膜とを有している。複合被膜は、絶縁被膜の表面を取り囲む耐熱性付与保護被膜と、耐熱性付与保護被膜の表面を取り囲む可撓性保護被膜とを有して、る。

[0013] 本発明の他の局面における軟磁性材料は、複数の複合磁性粒子を含む軟磁性材料であって、複数の複合磁性粒子の各々は、金属磁性粒子と、金属磁性粒子の表面を取り囲む絶縁被膜と、絶縁被膜の表面を取り囲む複合被膜とを有している。複合被膜は耐熱性付与保護被膜と可撓性保護被膜との混合被膜であり、複合被膜の表面には耐熱性付与保護被膜よりも可撓性保護被膜の方が多く含まれており、かつ絶縁被膜との境界の複合被膜には可撓性保護被膜よりも耐熱性付与保護被膜の方が多く含まれている。

[0014] 本発明の一の局面および他の局面における軟磁性材料によれば、所定の屈曲性を有する可撓性保護被膜によって複合磁性粒子の表面が覆われてヽるので、成形性が良好になる。また、可撓性保護被膜は橈む性質を有しているので、圧力を受けても可撓性保護被膜にはき裂が入りにくい。したがって、加圧成形の圧力によって耐熱性付与保護被膜および絶縁被膜が破壊されるのを、可撓性保護被膜によって防止することができる。したがって、絶縁被膜を良好に機能させて粒子間を流れる渦電流を十分に抑制することができる。

[0015] また、耐熱性付与保護被膜によって絶縁被膜が保護されるので、絶縁被膜の耐熱性が向上し、高温で熱処理しても絶縁被膜が破壊しに《なる。したがって、高温の熱処理によってヒステリシス損を低減することができる。

[0016] 本発明の軟磁性材料にお!ヽて好ましくは、絶縁被膜は、リン化合物、ケィ素化合物、ジルコニウム化合物およびアルミニウム化合物力なる群より選ばれた少なくとも一種を含んでいる。

[0017] これらの材料は絶縁性に優れているため、金属磁性粒子間に流れる渦電流をより効果的に抑制することができる。

[0018] 本発明の軟磁性材料にお!ヽて好ましくは、絶縁被膜の平均厚みは lOnm以上 1 μ m以下である。

[0019] 絶縁被膜の平均厚みが lOnm以上であることで、絶縁被膜中を流れるトンネル電流を抑制し、このトンネル電流に起因する渦電流損の増大を抑えることができる。また、絶縁被膜の平均厚みが 1 μ m以下であることで、金属磁性粒子間の距離が大きくなりすぎて反磁界が発生する (金属磁性粒子に磁極が生じてエネルギーの損失が発生する）ことを防止できる。これにより、反磁界の発生に起因したヒステリシス損の増大を抑制できる。また、軟磁性材料に占める絶縁被膜の体積比率力、さくなりすぎて、軟磁性材料の成形体の飽和磁束密度が低下することを防止できる。

[0020] 本発明の軟磁性材料にお！、て好ましくは、耐熱性付与保護被膜は有機シリコンィ匕合物を含んでおり、かつ有機シリコンィ匕合物のシロキサン架橋密度は 0より大きく 1. 5 以下である。

[0021] シロキサン架橋密度が 0より大きく 1. 5以下である有機シリコンィ匕合物は、化合物自身が耐熱性に優れているのに加えて、熱分解後にも Si含有量が多く Si— O化合物に変化したときの収縮が小さく急激な電気抵抗低下がないため、耐熱性付与保護被膜として適している。より好ましくはシロキサン架橋密度 (RZSi) l. 3以下が良い。

[0022] 本発明の軟磁性材料にお!ヽて好ましくは、可撓性保護被膜はシリコーン榭脂を含んでおり、絶縁被膜との境界の複合被膜に含まれる Si (シリコン)の量は、複合被膜の表面に含まれる Siの量よりも多!、。

[0023] 耐熱性付与保護被膜における Siの量は、可撓性保護被膜における Siの含有量よりも多い。このため、複合被膜中において、可撓性保護被膜が表面に偏在する構成となる。これにより、加圧成形の圧力によって耐熱性付与保護被膜および絶縁被膜が破壊されるのを、可撓性保護被膜によって防止することができる。したがって、絶縁被膜を良好に機能させて粒子間を流れる渦電流を十分に抑制することができる。

[0024] 本発明の軟磁性材料にお!ヽて好ましくは、可撓性保護被膜は、シリコーン榭脂、ェポキシ榭脂、フエノール榭脂、およびアミド榭脂からなる群より選ばれた少なくとも一種を含んでいる。

[0025] これらの材料は可撓性に優れているため、耐熱性付与保護被膜および絶縁被膜が破壊されるのを効果的に抑止することができる。

[0026] 本発明の軟磁性材料にお!ヽて好ましくは、複合被膜の平均厚みは lOnm以上 1 μ m以下である。

[0027] 複合被膜の平均厚みが lOnm以上であることで、絶縁被膜の破壊を効果的に抑止することができる。また、複合被膜の平均厚みが 1 m以下であることで、金属磁性粒子間の距離が大きくなりすぎて反磁界が発生する (金属磁性粒子に磁極が生じてェネルギ一の損失が発生する）ことを防止できる。これにより、反磁界の発生に起因したヒステリシス損の増大を抑制できる。また、軟磁性材料に占める複合被膜の体積比率力、さくなりすぎて、軟磁性材料の成形体の飽和磁束密度が低下することを防止できる。

[0028] 本発明の圧粉磁心は、上記の、ずれかの軟磁性材料を用いて作製されて！、る。これにより、成形密度が高ぐかつ絶縁被膜を良好に機能させて鉄損を十分に抑制できる圧粉磁心が得られる。

[0029] 本発明の圧粉磁心にお!、て好ましくは、絶縁被膜との境界の前記複合被膜に含まれる Siの量は、複合被膜の表面に含まれる Siの量よりも多、。

[0030] これにより、複合被膜中において、可撓性保護被膜が表面に偏在する構成となる。

このため、加圧成形の圧力によって耐熱性付与保護被膜および絶縁被膜が破壊されるのを、可撓性保護被膜によって防止することができる。したがって、絶縁被膜を良好に機能させて鉄損を十分に抑制することができる。

発明の効果

[0031] 本発明の軟磁性材料および圧粉磁心によれば、成形性が良好であり、かつ絶縁被膜を良好に機能させて鉄損を十分に抑制できる。

図面の簡単な説明

[0032] [図 1A]本発明の実施の形態 1における圧粉磁心を拡大して示す模式図である。

[図 1B]図 1Aにおける 1個の複合磁性粒子を示す拡大図である。

[図 2]有機シリコンィ匕合物 (シリコーン榭脂）のシロキサン架橋密度 (RZSi)と、耐熱き裂性および屈曲性との関係を示す図である。

[図 3]図 1Bの複合磁性粒子の複合被膜における III— III線に沿った Si含有量を示す図である。

[図 4A]本発明の実施の形態 2における圧粉磁心を拡大して示す模式図である。

[図 4B]図 4Aにおける 1個の複合磁性粒子を示す拡大図である。

[図 5]図 4Bの複合磁性粒子の複合被膜における V—V線に沿った Si含有量を示す図である。

[図 6]本発明の実施例 1における加圧成形時の面圧と成形体密度との関係を示す図である。

[図 7]本発明の実施例 2におけるァニール温度と鉄損との関係を示す図である。符号の説明

[0033] 10 金属磁性粒子、 20 絶縁被膜、 22, 22a 複合被膜、 24 耐熱性付与保護被膜、 26 可撓性保護被膜、 30, 30a 複合磁性粒子。発明を実施するための最良の形態

[0034] 以下、本発明の実施の形態について、図に基づいて説明する。

(実施の形態 1)

図 1Aは、本発明の実施の形態 1における圧粉磁心を拡大して示す模式図である。また、図 1Bは、図 1 Aにおける 1個の複合磁性粒子を示す拡大図である。図 1A、図 1 Bを参照して、本実施の形態の軟磁性材料は、複数の複合磁性粒子 30を備えている。複数の複合磁性粒子 30の各々は、たとえば複合磁性粒子 30が有する凹凸の嚙み合わせによって互いに接合されていたり、複数の複合磁性粒子 30同士の間に存在する図示しない有機物によって接合されていたりする。複合磁性粒子 30は、金属磁性粒子 10と、絶縁被膜 20と、複合被膜 22とを有している。金属磁性粒子 10の表面を取り囲むように絶縁被膜 20が形成されており、絶縁被膜 20の表面を取り囲むように複合被膜 22が形成されて、る。

[0035] 金属磁性粒子 10には、磁気的特性として、高い飽和磁束密度と低い保磁力とを示す材料が用いられ、たとえば、鉄 (Fe)、鉄 (Fe) シリコン (Si)系合金、鉄 (Fe)—ァルミ-ゥム (A1)系合金、鉄 (Fe)—クロム (Cr)系合金 (電磁ステンレス等）、鉄 (Fe) - 窒素 (N)系合金、鉄 (Fe) ニッケル (Ni)系合金 (パーマロイ等)、鉄 (Fe)—炭素（ C)系合金、鉄 (Fe) ホウ素（B)系合金、鉄 (Fe) コバルト（Co)系合金、鉄 (Fe) —リン (P)系合金、鉄 (Fe)—ニッケル (Ni)—コバルト（Co)系合金および鉄 (Fe) - アルミニウム (A1)—シリコン (Si)系合金 (センダスト等)などを用いることができる。その中でも特に、純鉄粒子、鉄ケィ素（0を超え 6. 5質量％以下)合金粒子、鉄ーァルミ-ゥム（0を超え 5質量％以下)合金粒子、パーマロイ合金粒子、電磁ステンレス合金粒子、センダスト合金粒子および鉄系アモルファス合金粒子などを金属磁性粒子 10として用いることが好ま U、。

[0036] 金属磁性粒子 10の平均粒径は、 5 μ m以上 300 μ m以下であることが好まし!/、。金属磁性粒子 10の平均粒径を 5 m以上にした場合、金属磁性粒子 10が酸化されにくいため、圧粉磁心の磁気的特性を向上させることができる。また、金属磁性粒子 10 の平均粒径を 300 m以下にした場合、加圧成形時において粉末の圧縮性が低下することがない。これにより、加圧成形によって得られる成形体の密度を大きくすることがでさる。

[0037] なお、ここで言う平均粒径とは、レーザー散乱回折法によって測定した粒径のヒストグラム中、粒径の小さいほうからの質量の和が総質量の 50%に達する粒子の粒径、つまり 50%粒径 Dをいう。

[0038] 絶縁被膜 20は、少なくとも電気的絶縁性を有する材料から形成されており、たとえば、リンィ匕合物、ケィ素化合物、ジルコニウム化合物またはアルミニウム化合物などから形成されている。このような材料としては、リンと鉄とを含むリン酸鉄の他、リン酸マンガン、リン酸亜鈴、リン酸カルシウム、酸ィ匕シリコン、酸化チタン、酸ィ匕アルミニウムまたは酸ィ匕ジルコニウムなどを挙げることができる。

[0039] 絶縁被膜 20は、金属磁性粒子 10間の絶縁層として機能する。金属磁性粒子 10を絶縁被膜 20で覆うことによって、圧粉磁心の電気抵抗率 pを大きくすることができる。これにより、金属磁性粒子 10間に渦電流が流れるのを抑制して、渦電流損に起因する圧粉磁心の鉄損を低減させることができる。

[0040] 金属磁性粒子 10にリンィ匕合物力もなる絶縁被膜 20を形成する方法としては、リン酸金属塩およびリン酸エステルを水または有機溶媒に溶カゝした溶液を用いて、湿式被膜処理を実施する方法が挙げられる。金属磁性粒子 10にケィ素化合物からなる絶縁被膜 20を形成する方法としては、シランカップンリング剤、シリコーン榭脂およびシラザンなどのケィ素化合物を湿式被膜処理する方法や、ゾルゲル法によりケィ酸ガラスおよび酸化ケィ素を被膜処理する方法が挙げられる。

[0041] 金属磁性粒子 10にジルコニウム化合物力もなる絶縁被膜 20を形成する方法としては、ジルコニウムカップリング剤を湿式被膜処理する方法や、ゾルゲル法により酸ィ匕ジルコニウムを被膜する方法が挙げられる。金属磁性粒子 10にアルミニウム化合物力もなる絶縁被膜 20を形成する方法としては、ゾルゲル法により酸ィ匕アルミニウムを被膜する方法が挙げられる。なお、絶縁被膜 20を形成する方法は、以上に説明した方法に限定されるものではなぐ形成する絶縁被膜 20に適した各種の方法を採ることがでさる。

[0042] 絶縁被膜 20の平均厚みは、 lOnm以上 1 μ m以下であることが好ま U、。この場合、トンネル電流に起因して渦電流損が増大することを防止するとともに、金属磁性粒子 10間に発生する反磁界に起因してヒステリシス損が増大することを防止できる。下層被膜 20の平均厚みは、 500nm以下であることがさらに好ましぐ 200nm以下であることがまたさらに好ましい。

[0043] なお、ここで言う平均厚みとは、組成分析（TEM—EDX:transmission electron m lcroscope energy dispersive X-ray spectroscopy)によって得られる膜ホ且成と、衡導ホ吉合フフズマ質量分析 (JCP— Ms : inductively coupled plasma-mass spectrom etry)によって得られる元素量とを鑑みて相当厚さを導出し、さらに、 TEM写真により直接、被膜を観察し、先に導出された相当厚さのオーダーを確認することで決定されるものを言う。

[0044] 複合被膜 22は、耐熱性付与保護被膜 24と、可撓性保護被膜 26とを有してヽる。

絶縁被膜 20の表面を取り囲むように耐熱性付与保護被膜 24が形成されており、耐熱性付与保護被膜 24の表面を取り囲むように可撓性保護被膜 26が形成されて、る。つまり、本実施の形態の複合被膜 22は 2層構造になっており、絶縁被膜 20との境界面側に耐熱性付与保護被膜 24が形成されており、複合磁性粒子 30の表面側に可撓性保護被膜 26が形成されて、る。

[0045] 複合被膜 22の平均厚みは 10nm以上 1 μ m以下であることが好ましい。この場合、絶縁被膜 20の破壊を効果的に抑止するとともに、金属磁性粒子 10間に発生する反磁界に起因してヒステリシス損が増大することを防止できる。

[0046] 耐熱性付与保護被膜 24は、熱処理時に下層の絶縁被膜 20が加熱されて熱分解するのを防ぐ役割を果たしている。耐熱性付与保護被膜 24は、有機シリコンィ匕合物を含み、かつシロキサン架橋密度 (RZSi)が 0より大きく 1. 5以下である材料よりなつている。耐熱性付与保護被膜 24としては、たとえばシロキサン架橋密度 (RZSi)が上記範囲内にあるシリコーン榭脂などを用いることができる。より好ましくはシロキサン架橋密度 (RZSi) 1. 3以下が良い。

[0047] ここで、シロキサン架橋密度 (RZSi)とは、 Si原子 1個に結合している有機基の平均数を表わす数値であり、この値が小さいほど架橋度が大きぐ Si元素の含有量が大きくなる。

[0048] 可撓性保護被膜 26は、加圧成形時に下層の耐熱性付与保護被膜 24および絶縁被膜 20が破壊されるのを防ぐ役割を果たしている。可撓性保護被膜 26は、所定の屈曲性を有する材料よりなっている。具体的には、直径 6mmの丸棒を用いて室温にて JIS (Japanese Industrial Standards)に規定する屈曲性試験を行なった場合に、塗膜にひびが入らず、かつ金属板力も剥がれな、材料よりなって、る。

[0049] ここで、 JISに規定する屈曲性試験は、以下の方法により行なわれる。試験片を、自然乾燥ワニスについては 24時間室内に置いてから、加熱乾燥ワニスについては規定の温度と時間とで追加加熱する。その後、室温で放冷してから、金属板の試験片につ、ては 25士 5。Cの水中に約 2分保ちそのままの状態で塗膜を外側にして所定の直径をもつ丸棒に沿って約 3秒間で 180度折り曲げる。そして、塗膜にひびが入っていないか、また、金属板力も剥がれていないかどうかを目視で調べる。

[0050] 可撓性保護被膜 26は、たとえば、シロキサン架橋密度 (RZSi)が 1. 5より大きいシリコーン榭脂よりなっている。また、可撓性保護被膜 26は、エポキシ榭脂、フエノール榭脂、またはアミド榭脂などよりなっていてもよい。

[0051] 図 2は、有機シリコンィ匕合物（シリコーン榭脂）のシロキサン架橋密度 (RZSi)と、耐熱き裂性および屈曲性との関係を示す図である。なお、耐熱き裂性は、有機シリコン化合物を 280°Cに加熱した場合のき裂が発生するまでの時間で示される値であり、屈曲性の折り曲げ半径は 3mmである。

[0052] 図 2に示すように、シリコーン榭脂の耐熱き裂性は、シロキサン架橋密度 (RZSi)が 1. 5以下である場合に良好である。このことから、シロキサン架橋密度 (RZSi)が 0より大きく 1. 5以下であるシリコーン榭脂が、耐熱性付与保護被膜 24として適していることが分かる。より好ましくはシロキサン架橋密度 (RZSi) 1. 3以下が良い。一方、シリコーン榭脂の屈曲性は、シロキサン架橋密度 (RZSi)が 1. 5を超えるあたりから改善されている。このことから、シロキサン架橋密度 (R/Si)が 1. 5より大きいシリコーン榭脂が、可撓性保護被膜 26として適していることが分力る。

[0053] ここで、図 1A、図 IBに示す複合磁性粒子 30において、複合被膜 22における Siの含有量は図 3に示すようになって、る。

[0054] 図 3は、図 1Bの複合磁性粒子の複合被膜における III— III線に沿った Si含有量を示す図である。図 3を参照して、可撓性保護被膜 26を構成するシリコーン榭脂のシロキサン架橋密度 (RZSi)は、耐熱性付与保護被膜 24を構成するシリコーン榭脂のシロキサン架橋密度 (RZSi)よりも大きヽので、耐熱性付与保護被膜 24の Si含有量は可撓性保護被膜 26の Si含有量よりも多い。言い換えれば、絶縁被膜 20との境界の複合被膜 22における Siの含有量は、複合被膜 22 (複合磁性粒子 30)の表面における Siの含有量よりも多くなつて、る。

[0055] 絶縁被膜 20の表面に耐熱性付与保護被膜 24を形成する方法としては、たとえば耐熱性付与保護被膜 24の成分を溶解した有機溶媒中に、絶縁被膜 20を形成した金属磁性粒子 10を浸潰して攪拌し、有機溶媒を蒸発させ、その後耐熱性付与保護被膜 24を硬化させる方法 (湿式被膜処理法)が挙げられる。また、耐熱性付与保護被膜 24の表面に可撓性保護被膜 26を形成する方法としても、湿式被膜処理法を同様に用いることができる。

[0056] 続いて、図 1Aに示す圧粉磁心を製造する方法について説明を行なう。まず、金属磁性粒子 10の表面に絶縁被膜 20を形成し、さらに絶縁被膜 20の表面に耐熱性付与保護被膜 24を形成し、耐熱性付与保護被膜 24の表面に可撓性保護被膜 26を形成する。以上の工程により、複合磁性粒子 30を得る。

[0057] 次に、複合磁性粒子 30を金型に入れ、たとえば、 700MPa力ら 1500MPaまでの圧力で加圧成形する。これにより、複合磁性粒子 30が圧縮されて成形体が得られる。加圧成形する雰囲気は、大気中でも良いが、不活性ガス雰囲気または減圧雰囲気とすることが好ましい。この場合、大気中の酸素によって複合磁性粒子 40が酸化されるのを抑制できる。

[0058] ここで、可撓性保護被膜 26は所定の屈曲性を有してヽるので、軟磁性材料の成形性は良好である。また、加圧成形時に圧力を受けると、それによつて可撓性保護被膜 26は橈む。このため、可撓性保護被膜 26にはき裂が入りにくい。したがって、加圧成形の圧力によって耐熱性付与保護被膜 24および絶縁被膜 20が破壊されるのを、可橈性保護被膜 26によって防止することができる。

[0059] 次に、加圧成形によって得られた成形体に、たとえば 500°C以上 800°C未満の温度で熱処理を行なう。これにより、成形体の内部に存在する歪みや転位を取り除くことができる。なお、熱処理する雰囲気は、大気中でも良いが、不活性ガス雰囲気または減圧雰囲気とすることが好ましい。この場合、大気中の酸素によって複合磁性粒子

40が酸ィ匕されるのを抑制できる。

[0060] ここで、耐熱性付与保護被膜 24は高、耐熱性を有して!/、るので、絶縁被膜 20を熱から保護する保護膜として機能する。このため、 500°C以上の高温で熱処理しているにもかかわらず、絶縁被膜 20が劣化するということがない。したがって、高温の熱処理によってヒステリシス損を低減することができる。

[0061] 熱処理後、成形体に必要に応じて切削加工など適当な力卩ェを施すことによって、図 1 Aに示す圧粉磁心が完成する。

[0062] 本実施の形態の軟磁性材料によれば、所定の屈曲性を有して!/ヽる可撓性保護被膜 26が複合磁性粒子 30の表面を覆っているので、成形性が良好になる。また、加圧成形の圧力によって耐熱性付与保護被膜 24および絶縁被膜 20が破壊されるのを、可撓性保護被膜 26の橈む性質によって防止することができる。したがって、絶縁被膜 20を良好に機能させて粒子間を流れる渦電流を十分に抑制することができる。

[0063] また、耐熱性付与保護被膜 24によって絶縁被膜 20が保護されるので、絶縁被膜 2 0の耐熱性が向上し、高温で熱処理しても絶縁被膜 20が破壊しに《なる。したがつて、高温の熱処理によってヒステリシス損を低減することができる。

[0064] (実施の形態 2)

図 4Aは、本発明の実施の形態 2における圧粉磁心を拡大して示す模式図である。また、図 4Bは、図 4Aにおける 1個の複合磁性粒子を示す拡大図である。図 4A、図 4 Bを参照して、本実施の形態の軟磁性材料では、複合磁性粒子 30aが有している複合被膜の構造が実施の形態 1と異なっている。本実施の形態の複合被膜 22aは、耐熱性付与保護被膜と可撓性保護被膜との混合被膜である。具体的には、たとえばシロキサン架橋密度 (RZSi)が 0より大きく 1. 5以下であるシリコーン榭脂の分子と、シロキサン架橋密度 (RZSi)は 1. 5より大きいシリコーン榭脂の分子とが混在した複合被膜となっている。

[0065] また、絶縁被膜 20との境界の複合被膜 22aから複合被膜 22aの表面へ向力つて、複合被膜 22aに含まれる可撓性保護被膜の割合が増加している。このため、複合被膜 22aの表面には耐熱性付与保護被膜よりも可撓性保護被膜の方が多く含まれており、かつ絶縁被膜 20との境界の複合被膜 22aには可撓性保護被膜よりも耐熱性付与保護被膜の方が多く含まれて、る。

[0066] ここで、図 4A、図 4Bに示す複合磁性粒子 30において、複合被膜 22における Siの含有量はたとえば図 5に示すようになって、る。

[0067] 図 5は、図 4Bの複合磁性粒子の複合被膜における V—V線に沿った Si含有量を示す図である。図 5を参照して、複合被膜 22aに含まれる可撓性保護被膜のシロキサン架橋密度 (R/Si)は、複合被膜 22aに含まれる耐熱性付与保護被膜のシロキサン架橋密度 (RZSi)よりも大きい。このため、絶縁被膜 20との境界の複合被膜 22aから複合被膜 22aの表面へ向力つて、 Si含有量が単調に減少している。したがって、複合被膜 22aの表面には耐熱性付与保護被膜よりも可撓性保護被膜の方が多く含まれており、かつ絶縁被膜 20との境界の複合被膜 22aには可撓性保護被膜よりも耐熱性付与保護被膜の方が多く含まれて、る。

[0068] 絶縁被膜 20の表面に上記のような複合被膜 22aを形成する方法としては、たとえば耐熱性付与保護被膜の成分を溶解した有機溶媒中に、絶縁被膜 20を形成した金属磁性粒子 10を浸潰して攪拌し、徐々に可撓性保護被膜の成分を有機溶媒中に溶解していきながら有機溶媒を蒸発させる方法が挙げられる。この方法では、耐熱性付与保護被膜の成分が始めに絶縁被膜 20の表面を被覆し、耐熱性付与保護被膜の成分の割合が有機溶媒中で減少していく。一方、可撓性保護被膜の成分は有機溶媒中において増カロしていき、徐々に可撓性保護被膜の成分が増加した複合被膜 22 aが得られる。

[0069] なお、これ以外の軟磁性材料の構成およびその製造方法については、実施の形態 1に示す軟磁性材料の構成およびその製造方法とほぼ同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。

[0070] 本実施の形態の軟磁性材料によれば、所定の屈曲性を有する可撓性保護被膜が複合磁性粒子 30aの表面に多く存在するので、成形性が良好になる。また、可撓性保護被膜が複合磁性粒子 30aの表面に多く存在するので、複合被膜 22aに含まれる耐熱性付与保護被膜と、絶縁被膜 20とが加圧成形の圧力によって破壊されるのを、複合被膜 22aに含まれる耐熱性付与保護被膜によって防止することができる。したがつて、絶縁被膜 20を良好に機能させて粒子間を流れる渦電流を十分に抑制することができる。

[0071] また、耐熱性付与保護被膜が絶縁被膜との界面に多く存在するので、耐熱性付与保護被膜によって絶縁被膜 20が保護される。これにより、絶縁被膜 20の耐熱性が向上し、高温で熱処理しても絶縁被膜 20が破壊しに《なる。したがって、高温の熱処理によってヒステリシス損を低減することができる。

[0072] なお、本実施の形態では、複合被膜 22aにおける Si含有量が図 5に示すような分布になっている場合について示した力本発明はこのような場合に限定されるものではなぐ複合被膜の表面には耐熱性付与保護被膜よりも可撓性保護被膜の方が多く含まれており、かつ絶縁被膜との境界の複合被膜には可撓性保護被膜よりも耐熱性付与保護被膜の方が多く含まれて、ればよ、。

[0073] 以下、本発明の実施例について説明する。

(実施例 1)

本実施例では、本発明の軟磁性材料の成形性について調べた。始めに、発明品および比較例 1〜3の各々を以下の方法により作製した。

[0074] 発明品：アトマイズ法により作製された純度 99. 8%以上の鉄粉 (ABC100. 30 (へガネス製)）を金属磁性粒子 10として準備した。次に、リン酸化成処理により絶縁被膜 20を形成した。次に、 50nmの膜厚で低分子型シリコーン榭脂 (XC96— B0446 G E東芝シリコーン社製)の被膜を耐熱性付与保護被膜 24として形成し、さらに 50nm の膜厚で高分子型シリコーン榭脂 (TSR116 GE東芝シリコーン社製)の被膜を可橈性保護被膜 26として形成した。その後、大気中で 150°Cの温度で 1時間保持し、耐熱性付与保護被膜 24および可撓性保護被膜 26を熱硬化させた。これにより、複数の複合磁性粒子 30を得た。続いて、 7〜13t (トン）Zcm² (686〜1275MPa)の範囲での圧力でこの混合粉末を加圧成形し、圧粉磁心 (発明品）を作製した。

[0075] 比較例 1 :発明品と同様の方法を用いて金属磁性粒子 10の表面に絶縁被膜 20を形成した。次に、 lOOnmの膜厚で低分子型シリコーン榭脂 (XC96— B0446 GE 東芝シリコーン社製)の耐熱性付与保護被膜のみを形成した。その後、発明品 1と同様の方法を用いて圧粉磁心 (比較例 1)を作製した。 [0076] 比較例 2 :発明品と同様の方法を用いて金属磁性粒子 10の表面に絶縁被膜 20を形成した。次に、 lOOnmの膜厚で高分子型シリコーン榭脂 (TSR116 GE東芝シリコーン社製)の可撓性保護被膜のみを形成した。その後、発明品 1と同様の方法を用 V、て圧粉磁心 (比較例 1)を作製した。

[0077] 比較例 3 :比較例 1と同様の方法を用いて金属磁性粒子 10の表面に絶縁被膜 20 を形成した。次に、 lOOnmの膜厚で低分子型シリコーン榭脂 (XC96— B0446 GE 東芝シリコーン社製）に、顔料として 0. 2質量％の SiOナノ粒子（平均粒径 30nm)を

2

含ませた被膜を形成した。その後、発明品 1と同様の方法を用いて圧粉磁心 (比較例 3)を作製した。なお、比較例 3は、特許文献 1に記載された鉄基粉末に相当するものである。

[0078] このようにして得られたそれぞれの圧粉磁心にっ、て、成形体密度を測定した。この結果を表 1および図 6に示す。

[0079] [表 1]

[0080] 表 1および図 6を参照して、たとえば面圧が 7tZcm² (686MPa)である場合には、発明品の成形体密度は 7. 36gZcm³であり、比較例 2の成形体密度は 7. 42g/cm 3であるのに対して、比較例 1の成形体密度は 7. 23gZcm³であり、比較例 3の成形体密度は 7. 18gZcm³である。また、面圧が 9tZcm² (883MPa)、 l it/cm² (107 9MPa)、および 13tZcm² (1275MPa)である場合にも、比較例 1および 3の成形体密度に比べて、発明品および比較例 2の成形体密度は高くなつている。以上の結果から、発明品および比較例 2の成形性が良好であることが分力つた。

[0081] (実施例 2)

本実施例では、本発明の軟磁性材料の絶縁被膜の耐熱性と、鉄損 (渦電流およびヒステリシス損）とについて調べた。具体的には、加圧成形時の圧力を l ltZcm² (10 79MPa)とし、て、実施例 1と同様の方法を用いて発明品および比較例 1〜3の圧粉磁心を作製した。その後、圧粉磁心 (成形体）に、温度を 400°C〜800°Cの範囲で変化させてァニールを行なった。続いて、それぞれの圧粉磁心について、鉄損を測定した。この結果を表 2および図 7に示す。なお、鉄損の測定においては、励起磁束密度を 10kG (キロガウス）とし、測定周波数を 1000Hzとした。

[表 2]

[0083] 表 2および図 7を参照して、たとえばァニール温度が 450°Cである場合には、発明品の鉄損は 144WZkgであるのに対し、比較例 1の鉄損は 173W/kgであり、比較例 2の鉄損は 155WZkgであり、比較例 3の鉄損は 219WZkgである。また、他のァニール温度においても、発明品の鉄損は、比較例 1〜3の鉄損よりも小さい値になつた。

[0084] また、発明品および比較例 1〜3のいずれにおいても、鉄損の値には極小値があり、ァニール温度が所定の温度を超えると鉄損が増大している。これは、ァニールによつて絶縁被膜の熱分解が開始し、渦電流損が増大するためと思われる。鉄損の値が極小値となる温度は、発明品の場合には 700〜750°Cであるのに対して、比較例 1 では 700°Cであり、比較例 2では 600°Cであり、比較例 3では 700°Cであった。以上の結果から、発明品の絶縁被膜は高い耐熱性を有しており、発明品は鉄損 (渦電流およびヒステリシス損）を十分に抑制できることが分力た。 [0085] 実施例 1および 2で得られた発明品および実施例 1〜3の性能を表 3に示す。なお、表 3においては、 Aが優れていることを意味しており、 Bがやや優れていることを意味しており、 Cがやや劣っていることを意味しており、 Dが劣っていることを意味している

[0086] [表 3]

[0087] 表 3を参照して、比較例 1は耐熱性にやや優れているが、成形性が悪化している。

また、比較例 2は成形性に優れている力耐熱性が悪ィ匕している。さらに、比較例 3は耐熱性にやや優れているが、成形性が悪化している。これに対して、発明品は、成形性および耐熱性の両方に優れてレ、る。

[0088] 今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではな、と考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Claims

請求の範囲

[1] 複数の複合磁性粒子（30)を含む軟磁性材料であって、

前記複数の複合磁性粒子の各々は、金属磁性粒子（10)と、前記金属磁性粒子の表面を取り囲む絶縁被膜 (20)と、前記絶縁被膜の外部を取り囲む複合被膜 (22)とを有し、

前記複合被膜は、前記絶縁被膜の表面を取り囲む耐熱性付与保護被膜 (24)と、前記耐熱性付与保護被膜の表面を取り囲む可撓性保護被膜 (26)とを有する、軟磁性材料。

[2] 前記絶縁被膜 (20)は、リンィ匕合物、ケィ素化合物、ジルコニウム化合物およびアルミニゥム化合物力なる群より選ばれた少なくとも一種を含む、請求の範囲第 1項に記載の軟磁性材料。

[3] 前記絶縁被膜 (20)の平均厚みは 10nm以上 1 μ m以下である、請求の範囲第 1項に記載の軟磁性材料。

[4] 前記耐熱性付与保護被膜 (24)は有機シリコン化合物を含み、かつ前記有機シリコン化合物のシロキサン架橋密度は 0より大きく 1. 5以下である、請求の範囲第 1項に記載の軟磁性材料。

[5] 前記可撓性保護被膜 (26)はシリコーン榭脂を含み、前記絶縁被膜 (20)との境界の前記複合被膜 (22)における Siの含有量は、前記複合被膜の表面における Siの含有量よりも多、、請求の範囲第 4項に記載の軟磁性材料。

[6] 前記可撓性保護被膜 (26)は、シリコーン榭脂、エポキシ榭脂、フエノール榭脂、およびアミド榭脂からなる群より選ばれた少なくとも一種を含む、請求の範囲第 1項に記載の軟磁性材料。

[7] 前記複合被膜 (22)の平均厚みは 10nm以上 1 μ m以下である、請求の範囲第 1項に記載の軟磁性材料。

[8] 請求の範囲第 1項に記載の軟磁性材料を用いて作製した圧粉磁心。

[9] 前記絶縁被膜 (20)との境界の前記複合被膜 (22)における Siの含有量は、前記複合被膜の表面における Siの含有量よりも多い、請求の範囲第 8項に記載の圧粉磁心。

[10] 複数の複合磁性粒子（30)を含む軟磁性材料であって、

前記複数の複合磁性粒子の各々は、金属磁性粒子（10)と、前記金属磁性粒子の表面を取り囲む絶縁被膜 (20)と、前記絶縁被膜の表面を取り囲む複合被膜 (22)とを有し、

前記複合被膜は耐熱性付与保護被膜と可撓性保護被膜との混合被膜 (22a)であり、前記複合被膜の表面には耐熱性付与保護被膜よりも可撓性保護被膜の方が多く含まれており、かつ前記絶縁被膜との境界の前記複合被膜には可撓性保護被膜よりも耐熱性付与保護被膜の方が多く含まれて、る、軟磁性材料。

[11] 前記絶縁被膜 (20)は、リンィ匕合物、ケィ素化合物、ジルコニウム化合物およびアルミニゥム化合物力もなる群より選ばれた少なくとも一種を含む、請求の範囲第 10項に記載の軟磁性材料。

[12] 前記絶縁被膜 (20)の平均厚みは 10nm以上 1 μ m以下である、請求の範囲第 10 項に記載の軟磁性材料。

[13] 前記耐熱性付与保護被膜は有機シリコン化合物を含み、かつ前記有機シリコンィ匕合物のシロキサン架橋密度は 0より大きく 1. 5以下である、請求の範囲第 10項に記載の軟磁性材料。

[14] 前記可撓性保護被膜はシリコーン榭脂を含み、前記絶縁被膜 (20)との境界の前記複合被膜 (22a)における Siの含有量は、前記複合被膜の表面における Siの含有量よりも多い、請求の範囲第 13項に記載の軟磁性材料。

[15] 前記可撓性保護被膜 (26)は、シリコーン榭脂、エポキシ榭脂、フエノール榭脂、およびアミド榭脂からなる群より選ばれた少なくとも一種を含む、請求の範囲第 10項に記載の軟磁性材料。

[16] 前記複合被膜 (22a)の平均厚みは 10nm以上 1 μ m以下である、請求の範囲第 1

0項に記載の軟磁性材料。

[17] 請求の範囲第 10項に記載の軟磁性材料を用いて作製した圧粉磁心。

[18] 前記絶縁被膜 (20)との境界の前記複合被膜 (22a)における Siの含有量は、前記複合被膜の表面における Siの含有量よりも多い、請求の範囲第 17項に記載の圧粉磁心。