WO2007015378A1

WO2007015378A1 - 軟磁性材料、軟磁性材料の製造方法、圧粉磁心および圧粉磁心の製造方法

Info

Publication number: WO2007015378A1
Application number: PCT/JP2006/314409
Authority: WO
Inventors: Toru Maeda; Haruhisa Toyoda; Naoto Igarashi; Kazuhiro Hirose; Seiji Ishitani; Hiroko Morii; Kazuyuki Hayashi
Original assignee: Sumitomo Electric Industries, Ltd.; Toda Kogyo Corp.
Priority date: 2005-08-03
Filing date: 2006-07-20
Publication date: 2007-02-08
Also published as: US20080248245A1; EP1912225B1; JP2007042891A; EP1912225A1; EP1912225A4; CN101233586A; CN101233586B; JP4707054B2

Abstract

　軟磁性材料は、複数の複合磁性粒子（４０）を備える。複数の複合磁性粒子（４０）の各々は、鉄を含む金属磁性粒子（１０）と、金属磁性粒子（１０）の表面を取り囲み、非鉄金属を含む下層被膜（２０）と、下層被膜（２０）の表面を取り囲み、無機化合物を含む絶縁性の上層被膜（３０）とを有する。無機化合物は、酸素および炭素の少なくともいずれか一方の元素を含有する。非鉄金属の、酸素および炭素の少なくともいずれか一方に対する親和力は、鉄のその親和力よりも大きい。非鉄金属における、酸素および炭素の少なくともいずれか一方の拡散係数は、鉄におけるその拡散係数よりも小さい。このような構成により、所望の磁気的特性が得られる軟磁性材料、軟磁性材料の製造方法、圧粉磁心および圧粉磁心の製造方法を提供する。

Description

明細書

軟磁性材料、軟磁性材料の製造方法、圧粉磁心および圧粉磁心の製造方法

技術分野

[0001] この発明は、一般的には、軟磁性材料、軟磁性材料の製造方法、圧粉磁心および圧粉磁心の製造方法に関し、より特定的には、絶縁性の被膜によって覆われた金属磁性粒子を備える軟磁性材料、軟磁性材料の製造方法、圧粉磁心および圧粉磁心の製造方法に関する。

背景技術

[0002] 従来、モーターコアやトランスコアなどの電気電子部品において高密度化および小型化が図られており、より精密な制御を小電力で行なわれることが求められている。このため、これらの電気電子部品の作製に使用される軟磁性材料であって、特に中高周波領域にぉヽて優れた磁気的特性を有する軟磁性材料の開発が進められてヽる

[0003] このような軟磁性材料に関して、たとえば、特開 2002— 246219号公報〖こは、高い温度環境下の使用に際しても磁気特性が維持できることを目的とした圧粉磁心およびその製造方法が開示されている (特許文献 1)。特許文献 1に開示された圧粉磁心の製造方法によれば、まず、リン酸被膜処理アトマイズ鉄粉に所定量のポリフエ-レンサルファイド (PPS榭脂)を混合し、これを圧縮成形する。得られた成形体を空気中において温度 320°Cで 1時間加熱し、さらに温度 240°Cで 1時間加熱する。その後、冷却することによって圧粉磁心を作製する。

特許文献 1 :特開 2002— 246219号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] このように作製された圧粉磁心の内部に、多数の歪み (転位、欠陥）が存在する場合、これらの歪みは磁壁移動 (磁束変化)の妨げとなるため、圧粉磁心の透磁率を低下させる原因となる。特許文献 1に開示された圧粉磁心では、二度に渡って成形体に実施される熱処理によっても内部に存在する歪みが十分に解消されていない。このため、得られた圧粉磁心の実効透磁率は、周波数や PPS榭脂の含有量によっても変化するが、常に 400以下の低、値にとどまって、る。

[0005] また、圧粉磁心の内部に存在する歪みを十分に低減させるため、成形体に実施する熱処理の温度を高くすることが考えられる。しかし、アトマイズ鉄粉を覆うリン酸ィ匕合物は、耐熱性に劣っているため、温度を高く設定すると熱処理時に劣化する。このため、リン酸被膜処理アトマイズ鉄粉の粒子間渦電流損が増大し、圧粉磁心の透磁率が低下するおそれが生じる。

[0006] そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、所望の磁気的特性が得られる軟磁性材料、軟磁性材料の製造方法、圧粉磁心および圧粉磁心の製造方法を提供することである。

課題を解決するための手段

[0007] この発明に 1つの局面に従った軟磁性材料は、複数の複合磁性粒子を備える。複数の複合磁性粒子の各々は、鉄を含む金属磁性粒子と、金属磁性粒子の表面を取り囲み、非鉄金属を含む下層被膜と、下層被膜の表面を取り囲み、無機化合物を含む絶縁性の上層被膜とを有する。無機化合物は、酸素および炭素の少なくともいずれか一方の元素を含有する。非鉄金属の、酸素および炭素の少なくともいずれか一方に対する親和力は、鉄の親和力よりも大きい。

[0008] このように構成された軟磁性材料によれば、下層被膜を金属磁性粒子と絶縁性の上層被膜との間に設けることによって、軟磁性材料の熱処理時に、上層被膜中の無機化合物に含まれる酸素または炭素が金属磁性粒子に拡散することを防止できる。つまり、下層被膜は、金属磁性粒子に含まれる鉄と比較して、酸素または炭素に対する親和力が大きい非鉄金属を含む。このため、酸素および炭素が積極的に非鉄金属と反応することによって下層被膜に捕獲された状態となり、酸素および炭素が金属磁性粒子内に浸入することを防止できる（ゲッター効果)。これにより、金属磁性粒子中の不純物濃度の増加を抑え、金属磁性粒子の磁気的特性が劣化することを防止できる。また同時に、金属磁性粒子への酸素および炭素の拡散を防止することによつて、上層被膜中の無機化合物における酸素および炭素の含有量が低下することを抑制できる。これにより、上層被膜の分解または変質が進行して上層被膜の絶縁性が劣化することを防止できる。

[0009] この発明の別の局面に従った軟磁性材料は、複数の複合磁性粒子を備える。複数の複合磁性粒子の各々は、鉄を含む金属磁性粒子と、金属磁性粒子の表面を取り囲み、非鉄金属を含む下層被膜と、下層被膜の表面を取り囲み、無機化合物を含む絶縁性の上層被膜とを有する。無機化合物は、酸素および炭素の少なくともいずれか一方の元素を含有する。非鉄金属における、酸素および炭素の少なくともいずれか一方の拡散係数は、鉄における拡散係数よりも小さい。

[0010] このように構成された軟磁性材料によれば、下層被膜を金属磁性粒子と絶縁性の上層被膜との間に設けることによって、軟磁性材料の熱処理時に、上層被膜中の無機化合物に含まれる酸素または炭素が金属磁性粒子に拡散することを抑制できる。つまり、下層被膜は、金属磁性粒子に含まれる鉄と比較して、酸素または炭素の拡散係数が小さい非鉄金属を含む。このため、上層被膜から金属磁性粒子に向力酸素および炭素の拡散速度が下層被膜において遅くなり、酸素および炭素が金属磁性粒子内に浸入することを抑制できる (バリアー効果)。これにより、金属磁性粒子中の不純物濃度の増加を抑え、金属磁性粒子の磁気的特性が劣化することを防止できる。また同時に、金属磁性粒子への酸素および炭素の拡散を防止することによって、上層被膜中の無機化合物における酸素および炭素の含有量が低下することを抑制できる。これにより、上層被膜の分解または変質が進行して、上層被膜の絶縁性が劣化することを防止できる。

[0011] 以上説明した理由から、これらの発明によれば、金属磁性粒子および絶縁性の上層被膜の劣化を懸念することなぐ軟磁性材料に高温の熱処理を実施することができる。

[0012] また好ましくは、非鉄金属は、アルミニウム (A1)、クロム (Cr)、シリコン (Si)、チタン（ Ti)、バナジウム (V)およびニッケル (Ni)力もなる群より選ばれた少なくとも一種を含む。このように構成された軟磁性材料によれば、これらの材料は、鉄と比較して、酸素または炭素に対する親和力が大きいか、酸素または炭素の拡散係数が小さい。このため、下層被膜によるゲッター効果およびバリアー効果の少なくともいずれか一方によって、上述の効果を得ることができる。

[0013] カロえて、これらの材料と酸素または炭素とが反応することによって、下層被膜の電気抵抗が増大する場合がある。この場合、上層被膜とともに下層被膜を絶縁被膜として機能させることができる。また、これらの材料は、金属磁性粒子に含まれる鉄に固溶しても、金属磁性粒子の軟磁性を悪ィ匕させない。このため、軟磁性材料の磁気的特性が低減することを防止できる。

[0014] また好ましくは、下層被膜の平均厚みは、 50nm以上 1 μ m以下である。このように構成された軟磁性材料によれば、下層被膜の平均厚みが 50nm以上であるため、下層被膜によるゲッター効果またはノリア一効果を確実に得ることができる。また、下層被膜の平均厚みが 1 μ m以下であるため、本発明による軟磁性材料を用いて成形体を作製した場合に、金属磁性粒子間の距離が大きくなりすぎるということがない。これにより、金属磁性粒子間に反磁界が発生する（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）ことを防止し、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非磁性層の体積比率を抑え、飽和磁束密度が低下することを抑制できる。

[0015] また好ましくは、上層被膜の平均厚みは、 lOnm以上 1 μ m以下である。このように構成された軟磁性材料によれば、上層被膜の平均厚みが lOnm以上であるため、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、上層被膜の平均厚みが 1 m以下であるため、本発明による軟磁性材料を用いて成形体を作製した場合に、金属磁性粒子間の距離が大きくなりすぎるということがない。これにより、金属磁性粒子間に反磁界が発生することを防止し、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非磁性層の体積比率を抑え、飽和磁束密度が低下することを抑制できる

[0016] また好ましくは、無機化合物は、アルミニウム、ジルコニウム、チタニウム、シリコン、マグネシウム、鉄およびリンカなる群より選ばれた少なくとも一種の元素を含有する化合物からなる。このように構成された軟磁性材料によれば、酸素および炭素の少なくともいずれか一方の元素を含む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。

[0017] また好ましくは、無機化合物は、アルミニウム、ジルコニウム、チタニウム、シリコン、マグネシウムおよび鉄力なる群より選ばれた少なくとも一種の元素を含有する金属アルコキシドから生成する無機化合物およびリン化合物の少なくともいずれか一方である。

[0018] このように構成された軟磁性材料によれば、上層被膜を有機溶剤を用いて金属ァルコキシドから生成することにより、上層被膜を緻密かつ微細な粒子によって形成することができる。これにより、軟磁性材料の流動性を向上させるとともに、上層被膜によって覆われた金属磁性粒子が、熱による影響を受け難くなる。

[0019] また、上述の軟磁性材料は、 5%未満の圧縮密度の変化率を有する。このように構成された軟磁性材料では、上層被膜を金属アルコキシドから生成することにより、軟磁性材料の流動性を向上させることができるため、低い圧力で成形を行なっても、十分に大き、圧縮密度を得ることができる。

[0020] また、上述の軟磁性材料は、 20%以下の加熱前後の体積固有抵抗値の変化率を有する。このように構成された軟磁性材料では、上層被膜を金属アルコキシドから生成することにより、金属磁性粒子が熱による影響を受け難くなるため、軟磁性材料の加熱処理後の体積固有抵抗値が、加熱処理前の体積固有抵抗値から大幅に減少することを防止できる。

[0021] この発明に従った軟磁性材料の製造方法は、上述の軟磁性材料の製造方法である。軟磁性材料の製造方法は、金属磁性粒子の表面に下層被膜を形成する下層被膜形成工程と、下層被膜形成工程の後、金属磁性粒子を有機溶媒に分散した懸濁液中に、金属アルコキシドの溶液を加え、風乾後、 60°C以上 120°C以下の温度で乾燥させる上層被膜形成工程とを備える。

[0022] このように構成された軟磁性材料の製造方法によれば、成形時の流動性に優れるとともに、金属磁性粒子が熱による影響を受け難い軟磁性材料を作製することができる。この際、乾燥温度を 60°C以上に設定することにより、上層被膜が形成された複合磁性粒子を十分に乾燥させることができる。これにより、本発明による軟磁性材料を用いて成形体を作製する場合に、軟磁性材料の圧縮性を確保し、高密度な成形体を得ることができる。また、乾燥温度を 120°C以下に設定することにより、金属磁性粒子の表面に鲭びが発生することを防止できる。これにより、軟磁性材料の磁気的特性が悪ィ匕することを防止できる。

[0023] また好ましくは、上層被膜形成工程は、金属アルコキシドの溶液をカ卩えた懸濁液中に、さらにリン酸溶液を加える工程を含む。このように構成された軟磁性材料の製造方法によれば、圧縮性、流動性および高温で焼成した場合における電気抵抗値の変化率を、より効果的に改善することができる。

[0024] この発明に従った圧粉磁心は、上述の、ずれか〖こ記載の軟磁性材料を用いて作製された圧粉磁心である。このように構成された圧粉磁心によれば、高温の熱処理によって、圧粉磁心の内部に存在する歪みを十分に低減させ、ヒステリシス損の小さい磁気的特性を得ることができる。また同時に、高温で熱処理されたにもかかわらず、下層被膜の働きによって保護された絶縁性の上層被膜によって、渦電流損の小さい磁気的特性を得ることができる。

[0025] また好ましくは、圧粉磁心は、複数の複合磁性粒子間に介在して複数の複合磁性粒子を互いに接合し、ポリエチレン榭脂、シリコーン榭脂、ポリアミド榭脂、ポリイミド榭脂、ポリアミドイミド榭脂、エポキシ榭脂、フエノール榭脂、アクリル榭脂およびポリテトラフルォロエチレン力なる群より選ばれた少なくとも一種を含む有機物をさらに備える。

[0026] このように構成された軟磁性材料によれば、これらの有機物は、複数の複合磁性粒子間を強固に接合するとともに、軟磁性材料の加圧成形時に潤滑剤として機能し、複合磁性粒子同士が擦れ合って上層被膜が破壊されることを防止する。このため、圧粉磁心の強度を向上させ、さらに、渦電流損を低減させることができる。また、金属磁性粒子は下層被膜によって覆われているため、これらの有機物に含まれる酸素または炭素が金属磁性粒子内に拡散することも防止できる。

[0027] この発明に従った圧粉磁心の製造方法は、上述のいずれかに記載の圧粉磁心の製造方法である。圧粉磁心の製造方法は、複数の複合磁性粒子を加圧成形することによって成形体を形成する工程と、成形体を 500°C以上の温度で熱処理をする工程とを備える。 [0028] このように構成された圧粉磁心の製造方法によれば、成形体に実施する熱処理の温度を 500°C以上に設定することによって、圧粉磁心の内部に存在する歪みを十分に低減させることができる。また、このような高温に成形体を晒した場合であっても、下層被膜の働きによって金属磁性粒子および絶縁性の上層被膜が劣化することを防止できる。

発明の効果

[0029] 以上説明したように、この発明に従えば、所望の磁気的特性が得られる軟磁性材料、軟磁性材料の製造方法、圧粉磁心および圧粉磁心の製造方法を提供することができる。

図面の簡単な説明

[0030] [図 1]この発明の実施の形態における軟磁性材料を用いて作製された圧粉磁心の断面を示す模式図である。

[図 2]下層被膜が、鉄と比較して酸素または炭素に対する親和性が大きい非鉄金属によって形成されている場合において、図 1中の 2点鎖線 Πで囲まれた範囲を拡大して示した模式図である。

[図 3]下層被膜が、鉄と比較して酸素または炭素の拡散係数が小さい非鉄金属から形成されている場合において、図 1中の 2点鎖線 IIで囲まれた範囲を拡大して示した模式図である。

[図 4]各種の金属が固溶した鉄の結晶磁気異方性と、固溶した金属の含有量との関係を示すグラフである。

符号の説明

[0031] 10 金属磁性粒子、 20 下層被膜、 30 上層被膜、 40 複合磁性粒子、 50 有機物。

発明を実施するための最良の形態

[0032] この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図 1は、この発明の実施の形態における軟磁性材料を用いて作製された圧粉磁心の断面を示す模式図である。図 1を参照して、軟磁性材料は、金属磁性粒子 10と、金属磁性粒子 10の表面を取り囲む下層被膜 20と、下層被膜 20の表面を取り囲む上層被膜 30とからなる複数の複合磁性粒子 40を備える。複数の複合磁性粒子 40の間には、ポリエチレン榭脂、シリコーン榭脂、ポリアミド榭脂、ポリイミド榭脂、ポリアミドイミド榭脂、エポキシ榭脂、フエノール榭脂、アクリル榭脂およびポリテトラフルォロェチレン (テフロン (登録商標) )など力も形成された有機物 50が介在して、る。圧粉磁心は、複数の複合磁性粒子 40の各々が、複合磁性粒子 40が有する凹凸の嚙み合わせによって互いに接合されたり、有機物 50によって互いに接合されることによって形成されている。

[0033] なお、本発明において有機物 50は必ずしも設けられている必要はなぐ複数の複合磁性粒子 40の各々力複合磁性粒子 40が有する凹凸の嚙み合わせによってのみ接合されていても良い。

[0034] 金属磁性粒子 10は、鉄 (Fe)を含み、たとえば、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 (Fe)、鉄 (Fe) シリコン (Si)系合金、鉄 (Fe)—窒素 (N)系合金、鉄 (Fe) ニッケル (Ni)系合金、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) クロム（Cr)系合金、鉄（Fe) ニッケル（Ni) コバルト（Co)系合金、鉄（Fe) —アルミニウム (A1)—シリコン (Si)系合金およびフェライトなど力も形成されている。金属磁性粒子 10は、鉄単体であっても鉄系の合金であってもよい。

[0035] 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。

[0036] なお、ここで言う平均粒径とは、ふるい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。

[0037] 下層被膜 20は、ァノレミ-ゥム、クロム、シリコン、チタン、バナジウムまたはニッケルなどの非鉄金属を含んで形成されて、る。下層被膜 20を形成する非鉄金属の炭素および酸素に対する親和力を、鉄の炭素および酸素に対する親和力とともに表 1に示す。表 1中には、これらの金属と炭素および酸素との反応によってそれぞれ生成される一次生成化合物と、その反応時に発生する生成熱とが示されており、生成熱の絶対値が大きいほど、炭素または酸素に対する親和力が大きいと判断される。

[0038] [表 1]

[0039] 表 1を参照して、ァノレミ-ゥム、クロム、シリコン、チタンおよびバナジウムの炭素および酸素に対する親和力は、鉄の炭素および酸素に対する親和力よりも大きいことが分かる。また、ニッケルに関しても、ニッケルの炭化物は存在しないが、酸素に対する親和力は、鉄の酸素に対する親和力と同程度である。

[0040] 次に、下層被膜 20を形成する非鉄金属における炭素および酸素の拡散係数を、鉄における炭素および酸素の拡散係数とともに表 2に示す。なお、表 2中に示す拡散振動係数 Doおよび拡散活性ィ匕エネルギー Qは、 500°Cから 900°Cほどの温度における値であり、拡散係数 Dおよび拡散距離 Lは、温度 600°Cにおける値である。

[0041] [表 2]

表 2を参照して、クロム、ニッケル、チタンおよびバナジウムにおける炭素の拡散係数は、鉄における炭素の拡散係数よりも小さいことが分かる。また、ニッケル、シリコン、チタンおよびバナジウムにおける酸素の拡散係数は、鉄における酸素の拡散係数よりも小さいことが分かる。つまり、下層被膜 20は、鉄と比較して、炭素または酸素に対する親和性が大きい非鉄金属、炭素または酸素の拡散係数が小さい非鉄金属、または炭素または酸素に対する親和性が大きぐかつ、炭素または酸素の拡散係数が小さ!ゝ非鉄金属から形成されて!、る。

[0043] 下層被膜 20の平均厚みは、 50nm以上 1 μ m以下であることが好ましい。なお、ここで言う平均厚みとは、糸且成分析（TEM—EDX:transmission electron microscope energy dispersive X-ray spectroscopyノによつてネ守られる膜糸且成と、吉合フフズマ質量分析 (ICP— MS： inductively coupled plasma-mass spectrometry)【こよつ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

[0044] 上層被膜 30は、電気的絶縁性を有し、アルミニウム、ジルコニウム、チタニウム、シリコン、マグネシウムおよび鉄力もなる群より選ばれた少なくとも一種の元素を含有する金属アルコキシドから生成する無機化合物およびリン化合物の少なくともいずれか一方から形成されている。無機化合物またはリンィ匕合物は、酸素および炭素の少なくとも!ヽずれか一方の元素を含有する。

[0045] 上層被膜 30を金属アルコキシドから生成する場合、金属アルコキシドを構成する有機化合物がアルコールとなって除去され、金属酸化物が残る。し力しながら、生成時の条件によっては、その金属酸ィ匕物に炭素が一部、残存する場合もある。上層被膜 30を金属アルコキシドから生成することによって、水溶液から生成した場合のように、ナトリウム塩やカルシウム塩などの塩が生じて上層被膜 30の電気伝導度が大きくなるということがない。このため、本実施の形態では、上層被膜 30の絶縁性の低下を抑制するという効果が得られる。

[0046] 金属アルコキシドから生成する無機化合物の被覆量は、各金属の元素換算で 0. 0 01質量％以上 100質量％以下が好ましい。 0. 001質量％未満の場合には、本発明の効果は得られない。 0. 001質量％以上 100質量％以下の添加量により、本発明の効果が十分に得られるので、 100質量％を超えて必要以上に添加する意味がない。得られる軟磁性材料の圧縮性および流動性を考慮した場合、 0. 002質量％以上 75質量％以下が、より好ましぐ 0. 003質量％以上 50質量％以下が、さらに好ましい。

[0047] リン化合物の被覆量は、 P換算で 0. 001質量％以上 100質量％以下が好ましい。

0. 001質量％未満の場合には、本発明の効果は得られない。 0. 001質量％以上 1 00質量％以下の添加量により、本発明の効果が十分に得られるので、 100質量％を超えて必要以上に添加する意味がない。得られる軟磁性材料の圧縮性、流動性および圧粉磁心に用いた場合の金属磁性粒子 10の充填率を考慮した場合、 0. 002質量％以上 75質量％以下が、より好ましぐ 0. 003質量％以上 50質量％以下が、さらに好ましい。

[0048] 本実施の形態における軟磁性材料の圧縮性は、後述する評価方法にお!、て、圧縮密度の変化率が 5%未満となるのが好ましい。圧縮密度の変化率が 5%以上の場合には、圧粉磁心を作製する際に高い圧力が必要となるため好ましくない。より好ましくは、軟磁性材料の圧縮密度は、 4%以下であり、さらに好ましくは、 3%以下である。

[0049] 本実施の形態における軟磁性材料の体積固有抵抗値は、 1. Om Ω · cm以上であることが好ましぐ 2. Om Q 'cm以上であること力より好ましい。また、温度 500°Cで 1 時間、加熱した後の体積固有抵抗値の変化率は、加熱前の体積固有抵抗値に対して、 20%以下が好ましぐ 15%以下がより好ましぐ 10%以下がさらに好ましい。カロ熱前後の体積固有抵抗値の変化率が 20%を超える場合は、これを用いて得られる圧粉磁心の比抵抗値が焼鈍によって低下しやすくなるため、好ましくな、。

[0050] 本実施の形態における軟磁性材料の流動性は、流動性指数 70以上が好ましい。

流動性指数が 70未満の場合には、圧粉磁心の作製時に、金型への充填性が上がらず、圧粉磁心を構成する金属磁性粒子 10の充填率が低下する。流動性指数は、より好ましくは 75以上 95以下である。

[0051] 上層被膜 30の平均厚みは、 10nm以上 1 μ m以下であることが好ましい。なお、ここで言う平均厚みについても、上述の方法と同様の方法によって決定される。

[0052] 上層被膜 30は、複数の金属磁性粒子 10間の絶縁層として機能する。金属磁性粒子 10を上層被膜 30で覆うことによって、圧粉磁心の比抵抗値を大きくすることができる。これにより、複数の金属磁性粒子 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。

[0053] この発明の実施の形態における軟磁性材料は、複数の複合磁性粒子 40を備える。

複数の複合磁性粒子 40の各々は、鉄を含む金属磁性粒子 10と、金属磁性粒子 10 の表面を取り囲み、非鉄金属を含む下層被膜 20と、下層被膜 20の表面を取り囲み、無機化合物を含む絶縁性の上層被膜 30とを有する。無機化合物は、酸素および炭素の少なくともいずれか一方の元素を含有する。非鉄金属の、酸素および炭素の少なくともいずれか一方に対する親和力は、鉄のその親和力よりも大きい。非鉄金属における、酸素および炭素の少なくともいずれか一方の拡散係数は、鉄におけるその拡散係数よりも小さい。

[0054] 続いて、図 1中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の表面に下層被膜 20を形成する。下層被膜 20の形成方法としては、真空蒸着法、メツキ法、ゾルゲル法もしくはボンデ処理法が挙げられる。

[0055] 次に、下層被膜 20を形成した金属磁性粒子 10を水溶性の有機溶剤に分散させた懸濁液中に、金属アルコキシドの溶液を加える。また場合によっては、リン酸水溶液をさらに加える。溶液を加えた懸濁液を風乾後、 60°C以上 120°C以下の温度で乾燥させる。

[0056] 本実施の形態において、出発原料である金属磁性粒子 10は、後述する評価方法にお、て、 5%以上の圧縮密度の変化率を有して、る。

[0057] 本実施の形態にぉヽて、出発原料である金属磁性粒子 10の体積固有抵抗値は、通常、 0. lm Q 'cm以上であることが好ましぐ 0. 5m Ω 'cm以上であることがより好ましい。また、 500°Cの温度で 1時間、加熱した後の体積固有抵抗値の変化率は、加熱前の体積固有抵抗値に対して、通常、 25%以上である。

[0058] 本実施の形態において、出発原料である金属磁性粒子 10の流動性は、通常、流動性指数 50以上を有し、好ましくは、流動性指数 50以上 80以下を有する。

[0059] 下層被膜 20を形成した金属磁性粒子 10を分散させる有機溶剤としては、一般的に用いられて、るものであれば限定されな、が、水溶性の有機溶剤を用いることが好ましい。具体的には、有機溶剤として、エチルアルコール、プロピルアルコールまたはブチルアルコール等のアルコール系溶剤、アセトンまたはメチルェチルケトン等のケトン系溶剤、メチルセ口ソルブ、ェチルセ口ソルブ、プロピルセロソルブまたはブチルセ口ソルブ等のグリコールエーテル系溶剤、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ジプロピレングリコールまたはトリプロピレングリコール、ポリプロピレングリコール等のォキシエチレン、ォキシプロピレン付カ卩重合体、エチレングリコール、プロピレングリコールまたは 1, 2, 6—へキサントリオール等のァルキレングリコール、グリセリン、 2—ピロリドン等を好適に用いることができる。より好ましくは、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、メチルェチルケトン等のケトン系溶剤を用いる。

[0060] 金属アルコキシドを構成する金属元素としては、アルミニウム、ジルコニウム、チタ- ゥム、ケィ素、マグネシウムまたは鉄等を用いることができる。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、ォキシイソプロボキシドまたはブトキシド等を用いることができる。処理の均一性およ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ボキシド等を用いることが好まし、。

[0061] また、金属アルコキシドは、より均一な処理を行なうために、上記の有機溶剤に予め分散または溶解させて用いることが好ま、。

[0062] また、金属アルコキシドの加水分解は、より微細な無機化合物を、金属磁性粒子 10 の粒子表面に形成した下層被膜 20の表面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い。好ましくは、有機溶剤中の水分ならびに金属磁性粒子 10 および下層被膜 20が有する水分により加水分解を行なう。

[0063] 金属アルコキシドの添加量は、金属磁性粒子の比表面積によって異なる力通常、金属磁性粒子 10、 100質量部当たり、各元素換算で 0. 001質量部以上 100質量部以下である。 0. 001質量部未満の場合には、本発明の効果は得られない。 0. 001 質量部以上 100質量部以下の添加量により、本発明の効果が十分に得られるので、 100質量部を超えて必要以上に添加する意味がなヽ。得られる軟磁性材料の圧縮性および流動性を考慮した場合、 0. 002質量部以上 75質量部以下が好ましぐ 0. 003質量部以上 50質量部以下が、より好ましい。 [0064] なお、金属アルコキシドに替えて、懸濁液中にリン酸溶液またはリン酸塩溶液を添加してもよいが、好ましくは、金属アルコキシドの溶液をカ卩えた懸濁液中に、さらにリン酸溶液またはリン酸塩溶液を添加する。

[0065] リン酸またはリン酸塩の添加量は、金属磁性粒子の比表面積によって異なる力通常、金属磁性粒子 10、 100質量部当たり、 P換算で 0. 001質量部以上 100質量部以下である。 0. 001質量部未満の場合には、本発明の効果は得られない。 0. 001 質量部以上 100質量部以下の添加量により、本発明の効果が十分に得られるので、 100質量部を超えて必要以上に添加する意味がなヽ。得られる軟磁性材料の圧縮性、流動性および圧粉磁心に用いた場合の金属磁性粒子 10の充填率を考慮した場合、 0. 002質量部以上 75質量部以下が好ましぐ 0. 003質量部以上 50質量部以下力より好ましい。

[0066] 下層被膜 20が形成された金属磁性粒子 10と、金属アルコキシド溶液および Zまたはリン酸、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、ノ、イブリツドミキサー、コーンブレンダ一等が挙げられる。

[0067] リン酸またはリン酸塩を水溶液として添加する場合は、加水分解が急激に進行するのを防ぐため、極少量ずつ添加することが好ま、。

[0068] 得られた粉末は、室温下、ドラフト中で 3時間以上 24時間以下の間、乾燥させた後、 60°C以上 120°C以下の温度範囲で、 1時間以上 24時間以下の間、乾燥させる。

[0069] 以上の工程により、金属磁性粒子 10の表面が下層被膜 20および上層被膜 30によつて順に覆われた複合磁性粒子 40を作製する。次に、その複合磁性粒子 40と有機物 50とを金型に入れ、たとえば、 700MPaから 1500MPaまでの圧力で加圧成形する。これにより、複合磁性粒子 40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

[0070] この際、有機物 50は、隣り合う複合磁性粒子 40間に位置して、複数の複合磁性粒子 40の各々に設けられた上層被膜 30同士が強く擦れ合うことを防止する。このため、加圧成形時に上層被膜 30が破壊されると、うことがな、。

[0071] 次に、加圧成形によって得られた成形体に、 500°C以上 900°C以下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。この熱処理時、金属磁性粒子 10と上層被膜 30との間に形成された下層被膜 20の働きによって、上層被膜 30や有機物 50に含まれる酸素および炭素が、金属磁性粒子 10に拡散することを防止できる。この点について、下層被膜 20が、鉄と比較して、酸素または炭素に対する親和性が大きい非鉄金属を含む物質力形成されている場合と、酸素または炭素の拡散係数が小さ！ヽ非鉄金属を含む物質から形成されて!、る場合とに分けて説明を行なう。

[0072] 図 2は、下層被膜が、鉄と比較して酸素または炭素に対する親和性が大きい非鉄金属によって形成されている場合において、図 1中の 2点鎖線 Πで囲まれた範囲を拡大して示した模式図である。

[0073] 図 2を参照して、図中では、下層被膜 20がアルミニウムカゝら形成されており、上層被膜 30がリン酸化合物から形成されている場合を想定している。この場合、成形体に対する熱処理時に、上層被膜 30および有機物 50に含まれる酸素と、有機物 50に含まれる炭素とが、下層被膜 20に向かい、さらに金属磁性粒子 10内に拡散しようとする。しかし、下層被膜 20は、鉄と比較して酸素および炭素に対する親和力が大きいアルミニウム力も形成されている。このため、下層被膜 20において、アルミニウムと酸素および炭素との反応が促進し、その反応生成物である Al Oおよび Al Cが次々

2 3 4 3 に生成される。これによつて、酸素および炭素が金属磁性粒子 10内へ浸入することを防止できる。

[0074] また、アルミニウム、クロムおよびシリコンの酸ィ匕物は、金属単体である場合と比較して、電気抵抗が上昇する。このため、熱処理後においては、上層被膜 30に加えて下層被膜 20も、金属磁性粒子 10間の絶縁層として機能させることができる。一部の非鉄金属が酸化物として存在していても、化学量論組成以下の酸素量であれば、ゲッター効果が得られる。このため、酸化物生成によって電気抵抗が増大する効果が得られる場合には、積極的に下層被膜を、化学量論組成より酸素が不足した組成領域を満たすような非鉄金属の酸ィ匕物としても良い。このような例としては、非鉄金属 (A1 、 Cr、 Si)—酸素 (O)非晶質、非鉄金属 (Al、 Cr、 Si)—リン）—酸素 (O)非晶質、および非鉄金属 (Al、 Cr、 Si)—ホウ素 (B)—酸素 (O)非晶質などの非晶質が挙げられる。

[0075] 図 3は、下層被膜が、鉄と比較して酸素または炭素の拡散係数が小さい非鉄金属カゝら形成されている場合において、図 1中の 2点鎖線 Πで囲まれた範囲を拡大して示した模式図である。

[0076] 図 3を参照して、図中では、下層被膜 20および上層被膜 30が、それぞれニッケルおよびリン酸化合物から形成されている場合を想定している。この場合、下層被膜 20 は、鉄と比較して酸素または炭素の拡散係数が小さ、ニッケル力も形成されて、る。このため、酸素および炭素の拡散速度は、下層被膜 20内において遅くなり、酸素および炭素が金属磁性粒子 10内へ浸入することを抑制できる。

[0077] なお、便宜上、下層被膜 20の機能を図 2および図 3を用いて別々に説明したが、下層被膜 20が、鉄と比較して、炭素または酸素に対する親和性が大きぐかつ、炭素または酸素の拡散係数が小さ!/ヽ非鉄金属から形成されて!ヽる場合、下層被膜 20は、図 2および図 3を用いて説明した両方の機能を発揮する。これにより、酸素および炭素が金属磁性粒子 10内へ浸入することをより確実に防止できる。

[0078] また、下層被膜 20を形成するアルミニウム、クロム、シリコン、チタン、バナジウムおよびニッケルなどの非鉄金属は、金属磁性粒子 10内の鉄と反応しても、金属磁性粒子 10の軟磁性を悪ィ匕させない。図 4は、各種の金属が固溶した鉄の結晶磁気異方性と、固溶した金属の含有量との関係を示すグラフである。図 4を参照して、アルミ- ゥム等の含有量が増加するに従って結晶磁気異方性が低下して、る。このこと力ら、下層被膜 20を形成する非鉄金属と鉄とが反応して金属磁性粒子 10が合金化されたとしても、金属磁性粒子 10の軟磁性が悪ィ匕しないことが分かる。

[0079] 熱処理後、成形体に押出し加工や切削加工など適当な加工を施すことによって、図 1中に示す圧粉磁心が完成する。

[0080] 得られた圧粉磁心における金属磁性粒子 10の体積占有率 (vol%)は、 90%以上であり、好ましくは 91%であり、より好ましくは 92%以上である。

[0081] 圧粉磁心の比抵抗値は、 2. Om Q 'cm以上であり、好ましくは 3. OmQ 'cm以上であり、より好ましくは 4. Om Q 'cm以上である。また、熱処理前後の比抵抗値の変化率は、好ましくは 20%以下であり、より好ましくは 15%以下であり、さらに好ましくは 1 0%以下である。

[0082] このように構成された軟磁性材料およびその軟磁性材料を用いて作製された圧粉磁心によれば、 500°C以上という高温の熱処理を実施しているにもかかわらず、金属磁性粒子 10内への酸素および炭素の拡散を抑制することができる。このため、上層被膜 30に含まれる酸素および炭素の濃度が急激に低下するということがなぐ上層被膜 30の絶縁性を維持することができる。これにより、上層被膜 30によって金属磁性粒子 10間の絶縁性が確保され、圧粉磁心の渦電流損を低減させることができる。

[0083] また、高温の熱処理によって、圧粉磁心内の歪みを十分に低減させることができる。さらに、金属磁性粒子 10内への酸素および炭素の拡散が抑制されているため、金属磁性粒子 10の不純物濃度が増大するということもない。このため、圧粉磁心のヒステリシス損を十分に低減させることができる。以上の理由から、広範囲に渡る周波数領域にお、て、低、鉄損値が得られる圧粉磁心を実現することができる。

[0084] また、上層被膜 30を有機溶剤を用いて金属アルコキシドから形成することによって、複合磁性粒子 40の表面に非常に微細な突起を生じさせることができる。これにより、複合磁性粒子 40の加圧成形時に、複合磁性粒子 40の流動性が向上するため、充填率の大きい成形体が得られる。つまり、加圧成形時の圧力が小さい場合であっても

、成形体の密度を十分大きくすることができる。

[0085] また、有機溶剤を用いて金属アルコキシドから生成された上層被膜 30は、緻密かつ微細な粒子カゝら形成される。このため、上層被膜 30によって覆われた金属磁性粒子 10が熱による影響を受け難くなる。これにより、高温に晒されても、体積固有抵抗値の低下の割合が小さい軟磁性材料を得ることができる。また、このような軟磁性材料を用いて成形体を作製することにより、熱処理時の温度が高い場合であっても、熱処理後の成形体の比抵抗値を、熱処理前の比抵抗値とほぼ同じ値に維持することが可能となる。

実施例

[0086] 以下に説明する実施例によって、本発明における軟磁性材料の評価を行なった。 (実施例 1)

まず、市販されているへガネス社製のアトマイズ純鉄粉 (商品名「ABC100. 30」、純度 99. 8%以上)を金属磁性粒子 10として準備した。次に、真空蒸着法、メツキ法、ゾルゲル法もしくはボンデ処理法によって、その金属磁性粒子 10に平均厚みが 10 Onmの下層被膜 20を形成し、さらに、ゾルゲル法ゃボンデ処理法によって、平均厚みが lOOnmの上層被膜 30を形成して、複合磁性粒子 40としての粉末を完成させた。この際、下層被膜 20として、アルミニウム、クロム、ニッケル、シリコンおよびアルミ- ゥム—リン—酸素非晶質を用い、上層被膜 30として、無機化合物である Siガラス (Si —O化合物）を用いた。また、比較のため、下層被膜 20を設けず、上層被膜 30のみを設けた粉末も準備した。

[0087] また別に、上述の下層被膜 20としてアルミニウム膜を形成した金属磁性粒子 10を、アセトンに投入し、これを攪拌機を用いて邂逅することによって、アセトンのスラリーを得た。このスラリー中に、アルミニウムイソプロボキシドを分散させたアセトン溶液を加え、得られた溶液を攪拌、混合させた。次に、混合溶液中に、リン酸水溶液を加え、得られた溶液をさらに攪拌、混合させた。得られた混合溶液をドラフト中で風乾させた後、乾燥機を用いて 80°Cの温度で乾燥させた。以上の工程により、金属アルコキシドから生成された無機化合物である上層被膜 30としての、平均厚みが lOOnmの A 1と Pとを含有する無機化合物が形成された複合磁性粒子 40の粉末を完成させた。また、比較のため、下層被膜 20を設けず、上層被膜 30として A1と Pとを含有する無機化合物のみを設けた粉末も準備した。

[0088] 次に、これらの粉末に、有機物 50としての PPS (poly phenylene sulfide)榭脂を 0. 1 質量％の割合で添加し、得られた混合粉末を面圧 1275MPa ( = 13tonZcm²)の圧力で加圧成形することによって成形体を形成した。その後、窒素雰囲気中において、成形体を 300°Cから 900°Cまでの範囲の異なる温度条件下で 1時間、熱処理した。以上の工程により、下層被膜および上層被膜の種類が異なる、複数の圧粉磁心材料を作製した。

[0089] 次に、作製した圧粉磁心材料の周囲にコイル（1次巻き数が 300回、 2次巻き数が 2 0回）を均等に巻き、圧粉磁心材料の磁気的特性の評価を行なった。評価には、理研電子製の BHトレーサ (ACBH— 100K型）を用い、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。測定により得られた各圧粉磁心材料のヒステリシス損係数 Kh、渦電流損係数 Keおよび鉄損値 W を、上層被膜 30として

10/1000

Siガラスを用いたものに関しては表 3に示し、上層被膜 30として A1と Pとを含有する無機化合物を用いたものに関しては表 4に示した。

[0090] なお、鉄損値 Wは、ヒステリシス損と渦電流損との和によって表され、ヒステリシス損係数 Kh、渦電流損係数 Keおよび周波数 fを用いて次式により求まる。

[0091] W=KhX f+Ke X f²

保磁力 Heの小さな軟磁性が良好なものほど、ヒステリシス損係数 Khが小さくなる。また、粒子間の絶縁性が良好であり、圧粉磁心全体としての抵抗が高いほど、渦電流損係数 Keが小さくなる。つまり、低保磁力、高抵抗にするほど、ヒステリシス損係数 Khおよび渦電流損係数 Keが小さくなり、ヒステリシス損および渦電流損がそれぞれ小さくして、結果として鉄損値を小さくすることができる。一般的には、圧粉磁心の熱処理温度を高めるほど、歪み低減量が多くなるため、保磁力 Heおよびヒステリシス損係数 Khを低減させることができる。但し、高温での熱処理により絶縁被膜が劣化し、粒子間の絶縁が十分でなくなると、いくつかの磁性粒子が表皮厚さに対してサイズの大きな 1つの粒子として振舞う状態となる。この場合、表皮効果により発生する表層電流を無視することができなくなり、ヒステリシス損および渦電流損のいずれについても急激に増加する。このような状態における鉄損値から上式を用いてヒステリシス損係数 Khおよび渦電流損係数 Keを導出した場合、 V、ずれの値も大きく増大してしまうが、本実施例では、後述する表中の上限温度を超えた温度で熱処理した場合に相当する。

[0092] [表 3]

単位： KhLmWs/kg]. Ke[mWs²/kg]、 W_10/1000[ /kg]

[0093] [表 4]

単位： Kh [mWs/kg]、 Ke [t s²/kg]、 W₁₀ハ oo₀ [W/kg]

[0094] 上層被膜 30として Siガラスを用いた表 3を参照して、下層被膜 20を設けな力つた圧粉磁心材料では、熱処理温度を 400°C以上にすると渦電流損係数が増加したのに対して、アルミニウム、クロムおよびニッケルを下層被膜 20として設けた圧粉磁心材料では、渦電流損係数が増加に転じる上限温度が 600°Cとなり、シリコンを下層被膜 20として設けた圧粉磁心材料では、その上限温度が 500°Cとなった。また、アルミ- ゥム—リン—酸素非晶質を下層被膜 20として設けた圧粉磁心材料では、その上限温度が 500°Cとなった。これにより、 500°C以上での熱処理が可能となり、結果として、下層被膜 20を設けた場合、その上限温度で最も低い鉄損値を得ることができた。得られた鉄損値は、下層被膜 20を設けなカゝつた場合における最も低い鉄損値 175W Zkgと比較して、小さい値となった。また、上層被膜 30として A1と Pとを含有する無機化合物を用いた表 4を参照しても、上述と同様の結果が得られた。

[0095] 続いて、下層被膜 20としてアルミニウム、クロム、ニッケルおよびシリコンを用い、下層被膜 20の平均厚みを 500nmおよび lOOOnmとして、上述の条件と同様の条件で圧粉磁心材料を作製した。これらの圧粉磁心材料についても、磁気的特性の評価を行なった。得られた各圧粉磁心材料のヒステリシス損係数 Kh、渦電流損係数 Keおよび鉄損値 W を表 5および表 6に示す。表 5に示す結果が、下層被膜 20の平均

10/1000

厚みを 500nmとした場合の値であり、表 6に示す結果が、下層被膜 20の平均厚みを lOOOnmとした場合の値である。

[0096] [表 5]

0097

単位： Kh[mWs/kg] KetmWsVkg], W_10/1000[ /kg]

表 5を参照して、下層被膜 20を設けたすべての圧粉磁心材料にぉヽて、渦電流損係数が増加に転じる上限温度が 600°Cとなった。表 6を参照して、アルミニウムおよびクロムを下層被膜 20として設けた圧粉磁心材料では、上限温度が 700°Cとなり、二ッケルを下層被膜 20として設けた圧粉磁心材料では、上限温度が 800°Cとなり、シリコンを下層被膜 20として設けた圧粉磁心材料では、上限温度が 600°Cとなった。下層被膜 20の平均厚みを大きくすることによって、鉄損値 W を l lOWZkgから 1

10/1000

20WZkgの水準まで低減させることができた。

[0099] (実施例 2)

最初に、本明細書において述べられる粉末の体積固有抵抗値、粉末の加熱前後における体積固有抵抗値の変化率、粉末の流動性、粉末の圧縮密度の変化率、圧粉磁心における金属磁性粒子の体積含有率、圧粉磁心の比抵抗値にっ、ての説明を行なう。

[0100] 各粉末の体積固有抵抗値を求める場合、まず、粉末 0. 5gを測り取り、 KBr錠剤成形器 (株式会社島津製作所)を用いて、 13. 72MPaの圧力で加圧成形を行なう。これにより、粉末から円柱状の被測定試料を作製する。

[0101] 次に、被測定試料を温度 25°C、相対温度 60%の環境下に 12時間以上暴露する。

その後、この被測定試料をステンレス電極の間にセットし、電気抵抗測定装置 (mod el 4329A 横河北辰電気株式会社製)を用いて、 15Vの電圧を印加し、抵抗値 R( πι Ω )を測定する。

[0102] 次に、被測定（円柱状)試料の上面の面積 A (cm²)と厚み t (cm)とを測定し、下記

0

の式にそれぞれの測定値を挿入することによって、体積固有抵抗値 (πι Ω 'cm)を求める。

[0103] 体積固有抵抗値 (πιΩ -cm) =RX (A/t )

o

各粉末の加熱前後における体積固有抵抗値の変化率 (％)を求める場合、まず、上記で作製した体積固有抵抗値を測定するための円柱状の被測定試料を、温度 50 0°Cにて 1時間加熱する。その後、上述の工程と同様にして体積固有抵抗値を測定し、下記の式に加熱前後の体積固有抵抗値を挿入することによって、体積固有抵抗値の変化率を求める。

[0104] 加熱前後の体積固有抵抗値の変化率 (％) = {体積固有抵抗値 (加熱前）一体積固有抵抗値 (加熱後） }Z体積固有抵抗値 (加熱前） X 100

各粉末の流動性は、流動性指数により示す。流動性指数は、パウダテスタ (商品名、ホソカワミクロン株式会社製)を用いて、安息角（度）、圧縮度（％)、スパチュラ角（度)、凝集度の各粉体特性値を測定し、各測定値を同一基準の数値に置き換えた各々の指数を求め、各々の指数を合計した値である。流動性指数が 100に近いほど、流動性が優れて、ることを意味する。

[0105] 各粉末の圧縮密度の変化率を求める場合、まず、試料粉体 0. 3gを測り取り、 φ 13 mmの円筒形の金型に入れる。次に、資料粉体を、 KBr錠剤成形器 (株式会社島津製作所）を用いて、 98MPaおよび 490MPaの圧力で加圧成形を行なう。得られた粉体層の厚みから、それぞれの圧力における圧縮密度 CD (g/cm³)および CD (g/

1 5 cm³)を求め、下記の式にそれぞれの測定値を挿入することによって、圧縮密度の変化率（％)を求める。

[0106] 圧縮密度の変化率（％) = { (CD -CD ) /CD ) } X 100

5 1 5

圧粉磁心に含有される金属磁性粒子 10の体積占有率を求める場合、まず、各試料粉体の真比重と、圧縮成形に用いる各試料粉体の重量とから、圧粉磁心に含有される金属磁性粒子 10の体積を求める。次に、後述する圧粉磁心用の混合粉を圧力 490MPaで円柱状（ φ 23mm X 5mm)に加圧成形し、加圧成形後の円柱の体積を測定する。そして、圧粉磁心に含有される金属磁性粒子 10の体積と加圧成形後の円柱の体積とから、圧粉磁心に含有される金属磁性粒子 10の体積占有率を算出する。

[0107] 圧粉磁心の比抵抗値を求める場合、後述する方法によって作製した圧粉磁心を用い、上述の各粉末の体積固有抵抗値を測定する工程と同様にして、電気抵抗測定装置 (model 4329A 横河北辰電気株式会社製)を用いて、熱処理前と熱処理後との比抵抗値の測定を行なう。また、熱処理前後の比抵抗値の変化率（％)は、加熱処理前の比抵抗値 R (m Ω · cm)および加熱処理後の比抵抗値 R (m Ω · cm)を用

0 1

いて、下記の式にそれぞれの測定値を挿入することによって求める。

[0108] 比抵抗値の変化率（％) = { (R -R ) /R ) } X 100

0 1 0

(1) 軟磁性材料の製造

金属磁性粒子 10として、 500gの鉄粉とセンダストとを準備した。これらの粉末の平均粒径、圧縮密度の変化率、流動性、体積固有抵抗値および加熱前後の体積固有抵抗値を測定し、得られた値を表 7に示した。

[0109] [表 7] 金属磁性粒子粉末の特性

金属磁性平均圧縮密度体積固有加熱前後の粒子の種類粒子

粒径の変化率流動性

形状抵抗値体積固有抵抗値指数

(%) ίπι Ω - cm) の変化率 ¾) 鉄粉粒状 65. 4 6. 3 53 183. 2 36. 3 センダスト粒状 103. 8 7. 1 60 174. 4 29. 5

[0110] 次に、金属磁性粒子 10としてメツキ法により準備した鉄粉に、平均厚みが lOOnm のアルミニウム膜を下層被膜 20として形成した。

[0111] 下層被膜 20を形成した金属磁性粒子粉末を、 500mlのアセトンに投入し、これを攪拌機を用いて邂逅することによって、金属磁性粒子粉末を含有するアセトンのスラリーを得た。このスラリー中に、 10. Ogのアルミニウムトリブトキシドを分散させた 200 mlのアセトン溶液を加え、得られた溶液を 60分間、攪拌'混合させた。

[0112] 次に、混合溶液中に、 6. Ogのリン酸水溶液 (リン酸含有量 85質量％)を 10分かけて加え、得られた溶液を 20分間、攪拌 '混合させた。得られた混合溶液をドラフト中で 3時間、風乾させた後、乾燥機を用いて 80°Cの温度で 60分間、乾燥させた。以上の工程により、上層被膜 30として A1と Pとを含有する無機化合物が形成されたサンプル 1の複合磁性粒子 40の粉末を完成させた。同様に、金属磁性粒子 10として準備したセンダストに表面処理工程を実施し、サンプル 2の複合磁性粒子 40の粉末を完成させた。

[0113] また比較のため、上層被膜 30を形成する表面処理工程時に、シリカゾルおよびァルミナゾルを用いた比較サンプル 3および 4の複合磁性粒子 40の粉末を作製した。得られた各粉末の金属磁性粒子 10および下層被膜 20の種類、ならびに上層被膜 3 0を形成する表面処理工程の条件等を表 8に示した。

[0114] [表 8] 上麿被牍の表面処理工程粉末金属磁性下層被膜添加物

サンフ'ル粒子のの種類有機溶剤元素換算処理量名処理量

種類 (平均厚み）の種類種類換算処理量

<質 S部）

元素 (質 S部）アルミ:ゥムアルミニウムトリフ'トキ'； ' 0. 052 AI 0. 006 サンフ'ル 1 鉄粉アセトン

(100nm) リン酸溶液 (リン酸 85%) 0. 042 P 0. 014 アルミニウム 7ルミニゥムトリイソフ' 0木'キシド 0. 172 AI 0. 023 サンフ'ル 2 センストアセトン

(100rm) リン酸溶液 (リン酸 85%) 0. 084 P 0. 026 比較アルミニウム

鉄粉アセトンシリか,ル 0. 257 S i 0. 024 サンフ'ル 1 dOOnm)

比較アルミニウム

センタ'スト水アルミナソ'ル 0. 326 A I 0. 035 サンフ'ル 1 (lOOnm)

[0115] さらに、得られた複合磁性粒子 40の粉末の圧縮密度の変化率、流動性、体積固有抵抗値および加熱前後の体積固有抵抗値を測定し、得られた値を表 9に示した。なお、上層被膜 30中の各元素の被覆量は、蛍光 X線分析によって測定した。

[0116] [表 9]

[0117] 表 9を参照して分力^)ように、上層被膜 30を金属アルコキシドから生成したサンプル 1および 2では、比較サンプル 1および 2と比較して、優れた流動性を得ることができた。その結果、圧縮密度の変化率を 5%未満の値に低減させるとともに、加熱前後の体積固有抵抗値を 20%以下に抑えることができた。

[0118] (2) 圧粉磁心の製造

先の工程で得られた複合磁性粒子 40の粉末カゝらなる軟磁性材料 100質量部と、エポキシ榭脂 0. 6質量部とを混合した。混合粉末を、ステアリン酸亜鉛を塗布した金型を用いて、圧力 4. 9 X 10⁸Paでリング状（lOmm X φ 23mm X 5mm)に加圧成形した。得られた成形体を、空気中、温度 200°Cの条件で 30分間、加熱し、その後冷却した。以上の工程により、サンプル 1、サンプル 2、比較サンプル 1および比較サンプル 2の各粉末からそれぞれ形成されたサンプル A、サンプル B、比較サンプル Aおよび比較サンプル Bの圧粉磁心を作製した。

[0119] また、金属磁性粒子 10として準備した鉄粉およびセンダストを、上述の工程に従つて加圧成形し、比較サンプル Cおよび比較サンプル Dの圧粉磁心を作製した。得られた各圧粉磁心の加熱前後の比抵抗値およびその変化率と、圧粉磁心における金属磁性粒子 10の体積占有率とを測定し、その値を加圧成形時の条件とともに表 10 に示した。

[0120] [表 10]

[0121] 表 10を参照して分力るように、上層被膜 30を金属アルコキシドから生成したサンプル Aおよび Bでは、比較サンプル Aから Dと比較して、加熱前後における比抵抗値の減少をより小さく抑えることができた。また、金属磁性粒子 10の体積占有率を向上させ、優れた磁気的特性を有する圧粉磁心を得ることができた。

[0122] 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い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。

産業上の利用可能性この発明は、たとえば、軟磁性粉末が加圧成形されて作製されるモーターコア、電磁弁、リアタトルもしくは電磁部品一般の製造に利用される。

Claims

請求の範囲

[1] 複数の複合磁性粒子 (40)を備え、

前記複数の複合磁性粒子 (40)の各々は、鉄を含む金属磁性粒子（10)と、前記金属磁性粒子（10)の表面を取り囲み、非鉄金属を含む下層被膜 (20)と、前記下層被膜 (20)の表面を取り囲み、無機化合物を含む絶縁性の上層被膜 (30)とを有し、前記無機化合物は、酸素および炭素の少なくともいずれか一方の元素を含有し、前記非鉄金属の、酸素および炭素の少なくともいずれか一方に対する親和力は、鉄の前記親和力よりも大きい、軟磁性材料。

[2] 前記非鉄金属は、アルミニウム、クロム、シリコン、チタン、バナジウムおよび-ッケルカゝらなる群より選ばれた少なくとも一種を含む、請求項 1に記載の軟磁性材料。

[3] 前記下層被膜 (20)の平均厚みは、 50nm以上 1 μ m以下である、請求項 1に記載の軟磁性材料。

[4] 前記上層被膜 (30)の平均厚みは、 10nm以上 1 μ m以下である、請求項 1に記載の軟磁性材料。

[5] 前記無機化合物は、アルミニウム、ジルコニウム、チタニウム、シリコン、マグネシゥム、鉄およびリンカなる群より選ばれた少なくとも一種の元素を含有する化合物力なる、請求項 1に記載の軟磁性材料。

[6] 前記無機化合物は、アルミニウム、ジルコニウム、チタニウム、シリコン、マグネシゥムおよび鉄力なる群より選ばれた少なくとも一種の元素を含有する金属アルコキシドから生成する無機化合物およびリンィ匕合物の少なくともいずれか一方である、請求項 1に記載の軟磁性材料。

[7] 5%未満の圧縮密度の変化率を有する、請求項 6に記載の軟磁性材料。

[8] 20%以下の加熱前後の体積固有抵抗値の変化率を有する、請求項 6に記載の軟磁性材料。

[9] 請求項 6に記載の軟磁性材料の製造方法であって、

前記金属磁性粒子（10)の表面に前記下層被膜 (20)を形成する下層被膜形成ェ程と、

前記下層被膜形成工程の後、前記金属磁性粒子（10)を有機溶媒に分散した懸濁液中に、金属アルコキシドの溶液を加え、風乾後、 60°C以上 120°C以下の温度で乾燥させる上層被膜形成工程とを備える、軟磁性材料の製造方法。

[10] 前記上層被膜形成工程は、金属アルコキシドの溶液をカ卩えた前記懸濁液中に、さらにリン酸溶液を加える工程を含む、請求項 9に記載の軟磁性材料の製造方法。

[11] 請求項 1に記載の軟磁性材料を用いて作製された、圧粉磁心。

[12] 前記複数の複合磁性粒子 (40)間に介在して前記複数の複合磁性粒子 (40)を互いに接合し、ポリエチレン榭脂、シリコーン榭脂、ポリアミド榭脂、ポリイミド榭脂、ポリアミドイミド榭脂、エポキシ榭脂、フエノール榭脂、アクリル榭脂およびポリテトラフルォ口エチレン力もなる群より選ばれた少なくとも一種を含む有機物（50)をさらに備える、請求項 11に記載の圧粉磁心。

[13] 請求項 11に記載の圧粉磁心の製造方法であって、

前記複数の複合磁性粒子 (40)を加圧成形することによって成形体を形成するェ程と、

前記成形体を 500°C以上の温度で熱処理をする工程とを備える、圧粉磁心の製造方法。

[14] 複数の複合磁性粒子 (40)を備え、

前記複数の複合磁性粒子 (40)の各々は、鉄を含む金属磁性粒子（10)と、前記金属磁性粒子（10)の表面を取り囲み、非鉄金属を含む下層被膜 (20)と、前記下層被膜 (20)の表面を取り囲み、無機化合物を含む絶縁性の上層被膜 (30)とを有し、前記無機化合物は、酸素および炭素の少なくともいずれか一方の元素を含有し、前記非鉄金属における、酸素および炭素の少なくともいずれか一方の拡散係数は、鉄における前記拡散係数よりも小さい、軟磁性材料。

[15] 前記非鉄金属は、アルミニウム、クロム、シリコン、チタン、バナジウムおよびニッケルカゝらなる群より選ばれた少なくとも一種を含む、請求項 14に記載の軟磁性材料。

[16] 前記下層被膜 (20)の平均厚みは、 50nm以上 1 μ m以下である、請求項 14に記載の軟磁性材料。

[17] 前記上層被膜 (30)の平均厚みは、 10nm以上 1 μ m以下である、請求項 14に記載の軟磁性材料。

[18] 前記無機化合物は、アルミニウム、ジルコニウム、チタニウム、シリコン、マグネシゥム、鉄およびリンカなる群より選ばれた少なくとも一種の元素を含有する化合物力なる、請求項 14に記載の軟磁性材料。

[19] 前記無機化合物は、アルミニウム、ジルコニウム、チタニウム、シリコン、マグネシゥムおよび鉄力なる群より選ばれた少なくとも一種の元素を含有する金属アルコキシドから生成する無機化合物およびリンィ匕合物の少なくともいずれか一方である、請求項 14に記載の軟磁性材料。

[20] 5%未満の圧縮密度の変化率を有する、請求項 19に記載の軟磁性材料。

[21] 20%以下の加熱前後の体積固有抵抗値の変化率を有する、請求項 19に記載の軟磁性材料。

[22] 請求項 19に記載の軟磁性材料の製造方法であって、

[23] 前記上層被膜形成工程は、金属アルコキシドの溶液をカ卩えた前記懸濁液中に、さらにリン酸溶液を加える工程を含む、請求項 22に記載の軟磁性材料の製造方法。

[24] 請求項 14に記載の軟磁性材料を用いて作製された、圧粉磁心。

[25] 前記複数の複合磁性粒子 (40)間に介在して前記複数の複合磁性粒子 (40)を互いに接合し、ポリエチレン榭脂、シリコーン榭脂、ポリアミド榭脂、ポリイミド榭脂、ポリアミドイミド榭脂、エポキシ榭脂、フエノール榭脂、アクリル榭脂およびポリテトラフルォ口エチレン力もなる群より選ばれた少なくとも一種を含む有機物（50)をさらに備える、請求項 24に記載の圧粉磁心。

[26] 請求項 24に記載の圧粉磁心の製造方法であって、

前記成形体を 500°C以上の温度で熱処理をする工程とを備える、圧粉磁心の製造

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