WO2017047764A1

WO2017047764A1 - 圧粉磁心の製造方法

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Publication number: WO2017047764A1
Application number: PCT/JP2016/077478
Authority: WO
Inventors: 加藤　哲朗; 西村　和則; 野口　伸
Original assignee: 日立金属株式会社
Priority date: 2015-09-16
Filing date: 2016-09-16
Publication date: 2017-03-23
Also published as: EP3355327B1; US20200222986A1; US11192183B2; JPWO2017047764A1; CN108028131B; EP3355327A4; EP3355327A1; CN108028131A

Abstract

電気抵抗が大きくて高い絶縁性を確保しながら、防錆にも優れる圧粉磁心の製造方法を提供する。本発明の圧粉磁心の製造方法は、Ｆｅ－Ｍ（ＭはＡｌ又はＣｒ）系の合金の粒子が、前記Ｍ元素が濃化した酸化物相を介して結合された圧粉磁心の製造方法であって、絶縁被膜が形成されたＦｅ－Ｍ（ＭはＡｌ又はＣｒ）系の合金の粒子を含む軟磁性材料粉とバインダを混合する第１の工程と、前記第１の工程を経て得られた混合物を金型に充填し、加圧成形して成形体とし、該成形体を前記金型から摺動離型する第２の工程と、前記第２の工程を経た成形体に加工を施して、前記摺動離型の際に前記成形体の表面に形成された成形傷の領域に存在する前記合金の粒子の展延変形物を除去する第３の工程と、前記第３の工程を経た成形体を熱処理してＦｅ－Ｍ（ＭはＡｌ又はＣｒ）系の合金の粒子表面を高温酸化して前記酸化物相を形成する第４の工程とを有する。

Description

圧粉磁心の製造方法

　本発明は、Ｆｅ系の軟磁性材料粉を用いて構成する圧粉磁心の製造方法に関する。

　従来から、家電機器、産業機器、車両など多種多様な用途において、インダクタ、トランス、チョーク等のコイル部品が用いられている。コイル部品は、磁性コアと、磁性コアの周囲に巻回されたコイルで構成される。かかる磁性コアには、磁気特性、形状自由度、価格に優れるフェライトが広く用いられている。

　近年、電子機器等の電源装置の小型化が進んだ結果、小型・低背で、かつ大電流に対しても使用可能なコイル部品の要求が強くなり、その磁性コアとしては、フェライトと比較して飽和磁束密度が高いＦｅ系の軟磁性材料粉を使用した圧粉磁心の採用が進んでいる。Ｆｅ系の軟磁性材料粉としては、例えば、Ｆｅ－Ｓｉ系、Ｆｅ－Ｓｉ－Ａｌ系、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｃｒ系などの合金の粒子が用いられている。合金の粒子の表面には専ら絶縁被膜が形成されている。

　Ｆｅ系の軟磁性材料粉を圧密化して得られる圧粉磁心は、専ら軟磁性材料粉をバインダとともにパンチとダイとでなる金型内に充填し、高圧力で加圧成形し、真空雰囲気等の非酸化雰囲気中にてバインダが分解しない温度でアニール処理して形成される。

　高圧力での成形で合金粒子表面の絶縁被膜が破壊される場合がある。また成形途中、金型に充填された軟磁性材料粉はダイ表面と大きな面圧で密接していて、成形体を金型から取り出す際に、成形体表面側の合金の粒子が大きく塑性変形し、ダイ表面との密接面（以下、摺接面と呼ぶ）には幾条もの筋状の成形傷が離型方向に形成される場合がある。成形体表面で成形傷が形成された部位では、粒子が離型方向に延びたりして絶縁被膜が破壊する場合があった。合金の粒子が軟らかく、その展性が高いものであるほど、合金の粒子同士の絶縁被膜等の介在物がない状態での直接接触が生じ易い。高圧力で成形する程にその頻度が高まって、ついには成形体の摺接面に薄い金属の層（以下、導電部と呼ぶ）が形成され、アニール処理されて得られる圧粉磁心は、その内部および表面において合金の粒子の絶縁被膜が破壊されて絶縁が不十分なものとなり易い。また成形体に機械加工を施す場合にも同様に、表面側の合金の粒子に絶縁被膜の破壊とともに塑性変形が生じ、合金の粒子同士の直接接触が生じる場合もあった。

　圧粉磁心においては絶縁不十分で電気抵抗が小さいと、コイル部品においては渦電流損失の増大によって磁心損失が大きくなり易いといった問題がある。そこで、特許文献１や特許文献２では、渦電流損失を低減するために成形体表面の導電部を除くように表面処理することが開示されている。

特開２００６－２２９２０３号公報特開２０１３－１３１６７６号公報

　成形体表面の導電部の除去は、圧粉磁心の表面における電気抵抗向上に一定の効果を有するが、圧粉磁心の内部を含め、全体としての電気抵抗の向上について効果は期待できない。また、導電部の除去された部分では、合金相がそのまま表面に現われて錆やすい状態であるため、別途、防錆処理等を行う必要がある。

　そこで本発明は、電気抵抗が大きくて高い絶縁性を確保しながら、防錆にも優れる圧粉磁心の製造方法を提供することを目的とする。

　本発明の圧粉磁心の製造方法は、Ｆｅ－Ｍ（ＭはＡｌ又はＣｒ）系の合金の粒子が、前記Ｍ元素が濃化した酸化物相を介して結合された圧粉磁心の製造方法であって、絶縁被膜が形成されたＦｅ－Ｍ（ＭはＡｌ又はＣｒ）系の合金の粒子を含む軟磁性材料粉とバインダを混合する第１の工程と、前記第１の工程を経て得られた混合物を金型に充填し、加圧成形して成形体とし、該成形体を前記金型から摺動離型する第２の工程と、前記第２の工程を経た成形体に加工を施して、前記摺動離型の際に前記成形体の表面に形成された成形傷の領域に存在する前記合金の粒子の展延変形物を除去する第３の工程と、前記第３の工程を経た成形体を熱処理してＦｅ－Ｍ（ＭはＡｌ又はＣｒ）系の合金の粒子表面を高温酸化して前記酸化物相を形成する第４の工程とを有する。

　本発明の圧粉磁心の製造方法では、前記Ｆｅ－Ｍ系の合金はＦｅ－Ａｌ系の合金であり、
　前記酸化物相にＡｌが濃化するのが好ましい。前記Ｆｅ－Ａｌ系の合金はさらにＣｒを含み、Ａｌの含有量がＣｒの含有量よりも多いことが好ましい。

　本発明によれば、高い絶縁性を確保しながら、防錆にも優れる圧粉磁心の製造方法を提供することが出来る。

本発明に係る圧粉磁心の製造方法の実施形態を説明するための工程フロー図である。本発明に係る圧粉磁心の製造方法の第２の工程を説明するための図である。第２の工程により得られた成形体の斜視図である。第２の工程により得られた成形体の摺接面のＳＥＭ写真である。第２の工程により得られた成形体の摺接面を拡大して観察したＳＥＭ写真である。成形体の摺接面の成形傷が形成されていない表面部分を拡大して観察したＳＥＭ写真である。成形体の摺接面の成形傷が形成された表面部分を拡大して観察したＳＥＭ写真である。第２の工程により得られた成形体の他の態様を示す斜視図である。ドラム形状の成形体用の成形金型を加圧方向に見た図である。本発明に係る圧粉磁心の製造方法の第３の工程を説明するための図である。ドラム形状の圧粉磁心を用いたコイル部品の断面図である。実施例で製造した圧粉磁心の断面のＳＥＭ写真である。実施例で製造した圧粉磁心の断面の拡大ＳＥＭ写真である。図１０ＢのＳＥＭ写真の観察視野に対応したＦｅの分布を示すマッピング図である。図１０ＢのＳＥＭ写真の観察視野に対応したＡｌの分布を示すマッピング図である。図１０ＢのＳＥＭ写真の観察視野に対応したＣｒの分布を示すマッピング図である。図１０ＢのＳＥＭ写真の観察視野に対応したＯの分布を示すマッピング図である。

　以下、本発明に係る圧粉磁心の製造方法の実施形態を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
　図１は、本実施形態に係る圧粉磁心の製造方法について実施形態を説明するための工程フロー図である。本実施形態の圧粉磁心の製造方法では、絶縁被膜が形成されたＦｅ－Ｍ（ＭはＡｌ又はＣｒ）系の合金の粒子を含む軟磁性材料粉とバインダを混合する第１の工程と、前記第１の工程を経て得られた混合物を金型に充填し、加圧成形して成形体とし、該成形体を前記金型から摺動離型する第２の工程と、前記第２の工程を経た成形体に加工を施して、前記摺動離型の際に前記成形体の表面に形成された成形傷の領域に存在する前記合金の粒子の展延変形物を除去する第３の工程と、前記第３の工程を経た成形体を熱処理してＦｅ－Ｍ（ＭはＡｌ又はＣｒ）系の合金の粒子表面を高温酸化して前記酸化物相を形成する第４の工程とを有する。得られる圧粉磁心はＦｅ－Ｍ（ＭはＡｌ又はＣｒ）系の合金の粒子が、前記Ｍ元素が濃化した酸化物相を介して結合されたものとなる。

　第４の工程において成形体を熱処理してＦｅ－Ｍ（ＭはＡｌ又はＣｒ）系の合金の粒子表面を高温酸化することによって、ＦｅとＭ元素を含む酸化物相を形成させ、合金の粒子同士が酸化物相を介して結合することで、合金粒子同士の絶縁も実現され、酸化物相による高い絶縁性と優れた防錆性を備える圧粉磁心が得られる。

〔第１の工程〕
　まず、第１の工程に供する軟磁性材料粉について説明する。Ｆｅ系の軟磁性材料粉は、圧粉磁心を構成できる磁気特性を有し、かつ含有元素を含む酸化物相を形成し得るものであれば、これを特に限定するものではなく、以下の各種の磁性合金を用いることができる。

　Ｆｅ系の軟磁性材料粉の具体的な組成は、所望の磁気特性を有する圧粉磁心を構成できるものであれば、これを特に限定するものではないが、好ましい形態は、最も含有量が多いベース元素をＦｅとし、それに次いでＡｌ又はＣｒの含有量が多い合金粉末である。ここで、Ａｌ又はＣｒとは、ＡｌかＣｒのどちらかを意味する。ただし、いずれかのみに限定されるわけではなく、Ａｌを含む場合でもＣｒを含んでいてもよく、Ｃｒを含む場合でもＡｌを含んでいてもよい。このようなＦｅ系の軟磁性材料粉としては、例えばＦｅ－Ｓｉ－Ｃｒ系、Ｆｅ－Ｓｉ－Ａｌ系、Ｆｅ－Ａｌ－Ｃｒ系、Ｆｅ－Ａｌ－Ｃｒ－Ｓｉ系の軟磁性材料粉である。これら合金粉末は、ベース元素であるＦｅの他にＡｌやＣｒを含むため、純Ｆｅと比べて合金粉末自体が耐食性に優れる。

　合金を構成するＦｅの酸化物や、Ａｌ，Ｃｒ等の非鉄金属の酸化物は、金属単体、あるいはその合金である場合と比べて電気抵抗が大きい。本発明者等は、圧粉磁心の製造工程において合金の粒子の絶縁被膜が破壊しても、合金の粒子間にＡｌやＣｒのＭ元素を含む酸化物相を粒界相として介在させ結合させると共に、圧粉磁心の表面に、前記合金に由来するＦｅを主体とする酸化物を形成することで、電気抵抗を大きくして絶縁性を向上させることが出来ることを知見した。つまり、軟磁性材料粉の合金の粒子が繋がった導電部を取り除いた領域を積極的に酸化させてＦｅやＭ元素の酸化物とすることで、それを絶縁層として機能させるという考えである。酸化の手法としては、酸素を含む雰囲気での熱処理を採用する。特に製造コストを低減するには、特別な設備装置を必要としない大気中で行なうのが好ましい。

　Ａｌは合金の粒子自体の耐食性等を高め、圧粉磁心の強度向上に有効な元素である。また、Ａｌが増加するほどに磁気異方性定数が低下し、透磁率が増加する。また合金の保磁力は磁気異方性定数に比例するので、ヒステリシス損失を低減し磁心損失を改善することが出来る。一方で飽和磁束密度が低下する。Ｆｅ－Ａｌ系の合金であれば、これらの観点から、例えばＡｌは４．０質量％以上１４．０質量％以下であるのが好ましい。より好ましくは５．０質量％以上１３．０質量％以下である。

　Ｃｒは合金の粒子自体の耐食性等を高める効果がある。多くなりすぎると飽和磁束密度が低下するため、Ｆｅ－Ｃｒ系の合金あれば、かかる観点から、例えばＣｒは１．０質量％以上が好ましい。より好ましくは、２．５質量％以上である。一方、Ｃｒは、９．０質量％以下が好ましい。より好ましくは、７．０質量％以下、さらに好ましくは４．５質量％以下である。

　Ｆｅ－Ａｌ－Ｃｒ系の合金であれば、Ａｌが前述の範囲であって、ＣｒはＡｌとの合計で１６．５質量％以下であり、Ａｌの含有量はＣｒの含有量よりも多いことが好ましい。

　更にＳｉを加えることで磁気特性向上の効果がある。一方、Ｓｉが多くなり過ぎると圧粉磁心の強度が低下するため、Ｓｉは５．０質量％以下が好ましい。強度の観点からはＳｉは不可避的不純物レベルであることが好ましく、例えば、Ｓｉは０．５質量％未満に規制することが好ましい。

　なお、軟磁性材料粉が持つ成形性や磁気特性等の利点を発揮する限りにおいて、他の元素を含むこともできる。但し、非磁性元素は飽和磁束密度等を低下させる要因となるため、不可避的不純物を除き、１．０質量％以下であることがより好ましい。軟磁性材料粉は、不可避的不純物を除きＦｅ、Ａｌ又はＣｒで構成し、更にはＳｉを加えて構成するのが好ましい。

　軟磁性材料粉の合金粒子の平均粒径（ここでは、累積粒度分布におけるメジアン径ｄ５０を用いる）は、これを限定するものではないが、例えば、１μｍ以上、１００μｍ以下の平均粒径を有するものを用いることができる。平均粒径を小さくすることで、圧粉磁心の強度、磁心損失、高周波特性が改善されるので、メジアン径ｄ５０はより好ましくは３０μｍ以下、さらに好ましくは１５μｍ以下である。一方、平均粒径が小さい場合は透磁率が低くなるため、メジアン径ｄ５０はより好ましくは５μｍ以上である。

　また、合金の粒子の形態もこれを特に限定するものではない。例えば、流動性等の観点からはアトマイズ粉に代表される粒状粉を用いることが好ましい。ガスアトマイズ、水アトマイズ等のアトマイズ法は、展性や延性が高く、粉砕しにくい合金の粉末作製に好適である。また、アトマイズ法は略球状の軟磁性材料粉を得る上でも好適である。

　なお水アトマイズ法で得られた合金粒子表面には、ＦｅやＭ元素、あるいはＳｉの酸化被膜が５～２０ｎｍ程度の厚みで膜状、あるいは島状に形成される場合がある。ここで島状とは、ＡｌやＣｒを含む酸化物が軟磁性材料粉を構成する合金の粒子の表面に点在する状態を言う。この様な自然酸化被膜は絶縁被膜として機能すると共に合金粒子に防錆効果が得られ、軟磁性材料粉を大気中で保管することが出来るし、成形体を熱処理において過剰な酸化を防止できるので好ましい。軟磁性材料粉を大気中で熱処理するなどして合金粒子を加熱酸化させて酸化被膜を形成しても良い。また他の方法としてゾルゲル法等によって軟磁性材料粉の合金粒子に絶縁被膜を形成してもかまわない。

　次に、第１の工程において用いるバインダについて説明する。バインダは、加圧成形する際、粉体の合金粒子同士を結着させ、成形後のハンドリングに耐えると共に、第３の工程において成形体に機械加工を施して、成形体の成形傷の領域に存在する合金の粒子の展延変形物を除去し、又は該成形傷の領域に存在する合金の粒子を脱粒させて除去する程度の強度を成形体に付与する。ここで脱粒とは、合金粒子の結着が外れて、成形体から合金粒子が離れ落ちることを言う。

　バインダの種類は、これを限定するものではないが、例えば、ポリエチレン、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、アクリル樹脂等の熱可塑性の各種有機バインダを用いることができる。有機バインダは成形後の熱処理により熱分解するが、有機バインダ由来のカーボンが残ると、高温酸化で形成される合金の粒子間の酸化物相において、Ｍ元素の酸化物の形成を抑え、Ｍ元素の酸化物よりもＦｅの酸化物等の割合が増して圧粉磁心の電気抵抗が低下する場合がある。そのため、有機バインダの分解温度を含む温度範囲で昇温速度を遅くするなどして、残留カーボンが出来る限り生じないような条件で脱バインダを行なうのが好ましい。

　更に無機バインダとしてシリコーン樹脂を有機バインダとともに用いても良い。シリコーン樹脂を併用する場合の酸化物相はＳｉを含むものとなる。

　バインダの添加量は、軟磁性材料粉間に十分に行きわたり、十分な成形体強度を確保できる量にすればよい。一方、これが多すぎると密度や強度が低下するようになる。例えば、軟磁性材料粉１００重量部に対して、０．２５～３．０重量部にすることが好ましい。

　第１の工程における軟磁性材料粉とバインダとの混合方法はこれを特に限定するものではないが、アトライタ等の混合・分散装置を用いるのが好ましい。

　混合して得られた混合物は、成形性等の観点から、造粒プロセスに供することが好ましい。かかる造粒プロセスにも種々の方法が適用可能であるが、造粒方法として噴霧乾燥工程を有することが、特に好ましい。かかる噴霧乾燥工程では、軟磁性材料粉およびバインダと、さらに水等の溶媒を含むスラリー状の混合物を、スプレードライヤを用いて噴霧乾燥する。噴霧乾燥によれば、粒径分布がシャープで、平均粒径が小さい造粒粉が得られる。噴霧乾燥によれば、略球形の造粒粉を得ることができるので、成形の際の給粉性（粉の流動性）も高くなる。造粒粉の平均粒径（メジアン径ｄ５０）は軟磁性材料粉の合金粒子の平均粒径にもよるが、４０～１５０μｍが好ましく、６０～１００μｍがより好ましい。

　造粒方法として転動造粒等の方法を適用しても良い。転動造粒で得られる造粒粉は広い粒度分布をもった凝集粉となっているが、かかる造粒粉を、例えば振動篩等を用いて篩に通すことによって、加圧成形に適した所望の造粒粉を得ることができる。

　加圧成形時の粉末と金型との摩擦を低減させるために、ステアリン酸、ステアリン酸塩、ステアリン酸亜鉛等の潤滑剤を造粒粉に添加することが好ましい。潤滑剤の添加量は、軟磁性材料粉１００重量部に対して０．１～２．０重量部とすることが好ましい。一方、潤滑剤は、金型に塗布する、または吹き付けることも可能である。潤滑剤を用いる場合には、潤滑剤由来のＺｎ等が前記酸化物相に含まれる。

〔第２の工程〕
　次に、第１の工程を経て得られた造粒粉を加圧成形する第２の工程について説明する。第１の工程で得られた造粒粉は、好適には上述のように造粒されていて、第２の工程に供される。造粒粉は、成形金型を用いて円柱形状、直方体形状、トロイダル形状、Ｅ形状、Ｕ形状、ピン形状、或いはドラム形状等の所定形状に加圧成形される。第２の工程における成形は、室温成形でもよいし、有機バインダが消失しない程度に加熱して行う温間成形でもよい。

　図２は、加圧成形を説明するための図であり、図３は加圧成形により得られる成形体の外観を示す斜視図である。成形金型は成形体の形状等によって様々な態様を採り得るが、図示した例では、矩形平板状の成形体を加圧成形するための成形金型の構成を示している。図２に示すように成形金型２００は上パンチ２０１と、下パンチ２０２と、及びダイ２０５とを備えている。ダイ２０５の中央部には上パンチ２０１と下パンチ２０２とを挿入可能な開口が設けられている、ダイ２０５の開口に下パンチ２０２を組み合わせて現われるキャビティに造粒粉３００が充填される。前記キャビティを塞ぐように上パンチ２０１をダイ２０５の開口に挿入する。一対の上下パンチ２０１、２０２が互いに近づくように図中Ｚ方向に造粒粉を加圧して所定の形状に成形する。Ｚ方向に上下パンチ２０１、２０２が互いに遠ざかるように加圧力を抜き、更にダイ２０５の上側に成形体１００が現われるように、下パンチ２０２をＺ方向に移動させ成形体１００を摺動させながら離型（すなわち、摺動離型）して成形金型２００から取り出す。

　図３に示すように、得られた矩形平板状の成形体１００の表面には、上下パンチ２０１、２０２で押されて形成された加圧面１０２と、ダイ２０５と当接した面であって、成形体１００を摺動離型する際にダイ２０５の表面を摺動する摺接面１０１が現われる。

　図４は成形体の摺接面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で観察したＳＥＭ写真である。成形体１００の摺接面１０１には、図３のＺ方向（図４では写真の上下方向）に、成形体１００の加圧面１０２の２面間に亘って筋状の成形傷が複数形成される。成形圧力が増すと共に成形傷５０の数も増加し、複数の成形傷５０が連なって繋がり導電部として面状に現われる。

　図５Ａは成形体の摺接面を拡大して観察したＳＥＭ写真であり、図５Ｂは明確な成形傷が確認されない表面部分（図５Ａ中の実線で囲まれた領域）を拡大して観察したＳＥＭ写真であり、図５Ｃは明確な成形傷が形成された表面部分（図５Ａ中の破線で囲まれた領域）を拡大して観察したＳＥＭ写真である。図中、軟磁性材料粉の合金の粒子が明色に観察され、合金粒子間にバインダや空孔の部分が相対的に暗色に観察される。成形体１００の成形傷５０が形成された表面部分を拡大して観察すると、図５Ｃに示すように、Ｚ方向に複数の合金粒子が展延変形ないしせん断変形を起こし、変形部が互いに直接接触する領域（絶縁被膜破壊されて導電部となる）が観察される。この領域には展延変形ないしせん断変形に伴って生じた展延変形物が残留し存在している。また、図５Ｂに示すように、摺接面１０１には明確には成形傷５０として観察されないが相対的に小さな領域では、合金粒子同士が直接接触する部分も存在するのが確認された。なお成形体１００の加圧面１０２には上下パンチ２０１、２０２の面状態が転写されるが、摺接面１０１のような成形傷５０は観察されない。

　成形体の形状は矩形平板状に限らず、円柱形状、直方体形状、トロイダル形状、Ｅ形状、Ｕ形状、ピン形状、或いはドラム形状等の形状に成形することが出来る。図６は成形体の他の態様を示すドラム形状の成形体の斜視図である。上記ドラム形状の成形体１００は、柱状の軸部１０の両端に、はみ出すように出っ張った鍔部２０を有する形状である。なお鍔部２０が軸部１０の片端側にのみの場合はピン形状の成形体と称する。また図６ではダイ２０５の内側面と当接する部分をハッチングで示している。

　ドラム形状の成形体は、例えば、軸部１０が円柱状でその両端側の鍔部２０が円板状のもの、軸部１０が円柱状でその一端側の鍔部２０が円板状、他端側が方形板状のもの、軸部１０が円柱状でその両端側の鍔部２０が方形板状のもの、軸部１０が四角柱状でその両端側の鍔部２０が方形板状のもの等があるがこれに限定されるものではない。図６に示すドラム形状の成形体は、鍔部２０が、対向する直線部と前記直線部を繋ぐ円弧部とを備えた略長円形で、前記直線部は前記円弧部との連接部分で段差をもって外方へ突出し、突出方向の端面に向かって厚さが減少する面取り状である。また軸部１０は、対向する平坦面と前記平坦面を繋ぐ凸面を備え、前記平坦面は前記鍔部２０の直線部と略平行となっている。前記鍔部２０の軸部１０側の面には、鍔部２０の円弧部の周面から軸部１０の凸面に至り、軸部１０に向かって浅くなったテーパ溝２７が設けられている。図６においては、Ｚ方向が成形時の加圧方向となる。図７は、ドラム形状の成形体用の成形金型を加圧方向に見た図である。ダイ２０５の内側面はドラム形状の成形体１００の軸部１０と鍔部２０のそれぞれに当接する。その為、ドラム形状の成形体１００では多くの部分が摺接面１０１となる。

〔第３の工程〕
　次に、前記第２の工程を経た成形体に加工を施して、前記摺動離型の際に前記成形体の表面に形成された成形傷の領域に存在する前記合金の粒子の展延変形物を除去する第３の工程について説明する。
　図８は成形体の成形傷の領域の表層の除去加工を説明するための図である。ここで除去加工とは、成形傷の領域に存在する複数の合金粒子が展延変形ないしせん断変形を起こし、変形部が互いに直接接触する領域（展延変形物に対応する。これらは導電部を構成することにもなる。）を減じるように、成形体１００の摺接面１０１の表層を除去する加工を言う。除去する量は成形体に用いる合金粒子の軟らかさや展性による成形傷の程度や、合金粒子の平均粒径にもよるが、成形体表面から５μｍ以上の除去量で、成形傷５０が目視で見えなくなる程度を目安として加工を行うのが好ましい。

　除去加工は樹脂ブラシ等の加工手段を用いて行うことが出来る。図８に示す例では、回転するブラシ５００によって成形体１００の摺接面１０１の成形傷を除去する。除去加工においては、摺接面１０１の全面を加工するのが好ましいが、摺接面１０１の成形傷５０を選択的に除去するだけでも圧粉磁心の絶縁性を高めることが出来る。さらに成形体１００の加圧面１０２を含めた全面を加工しても良い。樹脂ブラシとしては、市販の樹脂ブラシを用いればよく、６ナイロンや砥粒入りナイロン、あるいは、綿糸バフホイールであっても良い。

　成形体が損傷しない限りは、加工処理は樹脂ブラシを使う方法に限定されない。例えば、砥石による研磨加工、ショットブラストによる研磨加工、バレル研磨加工（好ましくは乾式）、レーザー研磨加工等の機械的処理を用いることが出来る。また、塩酸、硫酸、硝酸等を使用した酸処理や化学的なエッチングであっても良い。ただし、いずれの場合も合金粒子の表面に形成されている絶縁被膜に大きな損傷を与えない加工条件が選択される。より好ましくは、絶縁被膜を破壊せず、成形体の成形傷を有する表面側にある合金の粒子が脱粒する程度の機械加工である。

　第２の工程と第３の工程との間、又は、第３の工程と第４の工程との間に、第３の工程での加工とは別にバリ取り、あるいは面取り目的とする加工を行っても良い。

〔第４の工程〕
　次に、前記第３の工程を経た成形体を熱処理する第４の工程について説明する。第４の工程において前記成形体を酸化雰囲気中で熱処理することによって、成形時に合金の粒子に加えられた応力歪を緩和するアニールを行なうとともに、酸化による酸化物形成（高温酸化）も行なって、圧粉磁心の内部と表面に酸化物を形成する。圧粉磁心の内部では合金の粒子がＭ元素を含む酸化物相を介して結合される。合金の粒子間に介在する酸化物相や表面の酸化物は前記熱処理による合金の粒子の表面酸化によって形成されるが、合金組成や熱処理条件によって構成が異なるものとなる。

　合金の粒子間に介在する酸化物相は、例えばＦｅ－Ａｌ系の合金であればＡｌが濃化したものとなり、酸化物はＡｌ_２Ｏ_３の他にＦｅとＡｌが固溶したコランダム型の酸化物（（Ｆｅ，Ａｌ）_２Ｏ_３）、ＦｅＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４等が存在しても良い。また、Ｆｅ－Ｃｒ系の合金であれば、合金の粒子間に介在する酸化物相はＣｒが濃化したものとなり、酸化物はＣｒ_２Ｏ_３の他にＦｅとＣｒが固溶したコランダム型の酸化物（（Ｆｅ，Ｃｒ）_２Ｏ_３）、ＦｅＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４等が存在しても良い。またＦｅ－Ａｌ－Ｃｒ系の合金であってＣｒよりもＡｌを多く含むのであれば、合金の粒子間に介在する酸化物相はＡｌが濃化したものとなり、酸化物はＡｌ_２Ｏ_３の他にＦｅとＡｌとＣｒが固溶したコランダム型の酸化物（（Ｆｅ，Ａｌ，Ｃｒ）_２Ｏ_３）、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＦｅＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４等が存在しても良い。更に合金にＳｉを含む場合においても酸化物相にＳｉの酸化物を含む場合がある。ここでＭ元素が濃化するとは、合金組成における比率よりもＦｅ、Ｍ元素の和に対するＭ元素の比率が高いことを意味する。

　高温酸化による合金由来の酸化物の生成過程については複雑で、メカニズムについて未解明で理由は明らかではないが、各元素の酸素（Ｏ）との親和力やイオン半径、酸化過程における酸素分圧等が影響すると推察される。軟磁性材料粉を構成するＡｌやＣｒであるＭ元素は、ＦｅよりもＯとの親和力が大きく、ＡｌはＣｒよりもＯとの親和力が大きい。酸素を含む雰囲気にて成形体を所定の温度で高温酸化させると、Ｏに対して親和力の大きいＭ元素及びＦｅの酸化物が形成され、酸化物相にはＯとの親和力が大きいＭ元素が濃化する。Ｍ元素としてＡｌとＣｒを含む場合には、ＣｒよりもＡｌを多く含む組成であれば酸化物相にはＡｌが濃化する。このような酸化物が軟磁性材料粉の合金の粒子表面を覆い、更に合金粒間を充填して粒子間を強固に繋ぐとともに粒子間の絶縁層として機能する。併せて、成形体の表面に酸化物が形成されることにより、圧粉磁心の表面絶縁層として機能する。

　合金の粒子の絶縁被膜が前記第３の工程の機械加工で損傷し、例えば多くの合金の粒子までもが削り取られるような過剰な加工であると、合金の粒子表面が過剰に酸化されて、形成される酸化物がＦｅＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４等のＦｅを主体とするものになりやすい。この様なＦｅを主体とする酸化物はＡｌ_２Ｏ_３やＣｒ_２Ｏ_３といったＭ元素を主体とする酸化物に較べて低抵抗であるので、前述の第３工程では合金の粒子の絶縁被膜の破壊が抑えられる加工を選択するのが望ましい。

　熱処理は、大気中、酸素と不活性ガスの混合気体中など、酸素が存在する雰囲気中で行うことができる。これらのうち大気中の熱処理が簡便であり好ましい。また、熱処理雰囲気の圧力もこれを特に限定するものではないが、圧力制御を必要としない大気圧下が好ましい。第４の工程の熱処理は、上記酸化物層が形成される温度で行えばよいが、軟磁性材料粉が著しく焼結しない温度で行うことが好ましい。軟磁性材料粉の焼結が進むと、合金の粒子間が繋がるネッキングが生じて電気抵抗が低下する。磁心損失が大きくなるのを防ぐと共に、合金粒子間の酸化物相やＦｅの酸化物を形成するのに具体的には、７００～９００℃の範囲が好ましく、７００～８００℃の範囲がより好ましい。保持時間は、圧粉磁心の大きさ、処理量、特性ばらつきの許容範囲などによって適宜設定され、例えば０．５～３時間が好ましい。

　熱処理を経た圧粉磁心における軟磁性材料粉が占める割合である占積率を８０～９５％の範囲内にすることがより好ましい。かかる範囲が好ましい理由は、占積率を高めることで磁気特性が向上する一方、過度に占積率を高めようとすると、成形体内部にクラックが生じやすくなるためである。さらに好ましい占積率の範囲は、８４～９２％である。上記のようにして得られる圧粉磁心は、圧粉磁心自体が優れた効果を発揮する。すなわち、高い絶縁性と優れた耐食性が実現される。

　上記のようにして得られる圧粉磁心は、高い絶縁性と優れた耐食性が実現される。その具体的な構成は、加工面を有する圧粉磁心であって、軟磁性材料粉の合金粒子は、ＦｅおよびＭ元素を含む酸化物相を介して結合されており、前記加工面を含む圧粉磁心の表面側にも、ＦｅおよびＭ元素を含む酸化物を有する。ここで「加工面」とは、成形体の表面が上述した加工により形成された面であることを意味し表面自体の性状は問わない。すなわち、第３の工程で加工をされた後、第４の工程の熱処理を経て酸化物が形成されている場合も加工面である。

　上記の圧粉磁心は高い絶縁性を有するので、該圧粉磁心の周囲に直接巻線してコイルを形成し、加工面に前記コイルの端部を接続する端子電極を直接形成したコイル部品を提供することが出来る。図９はドラム形状の圧粉磁心を用いたコイル部品の断面図である。図９に示すように、圧粉磁心の鍔部に端子電極６０が形成されている。端子電極６０は、例えば、ＡｇとＰｔを含む金属粒とガラス粉末とを含む導体ペーストを印刷或いは塗布し、焼き付けて、その上にＮｉ、Ｓｎめっき等のめっき膜が形成される。端子電極６０に、コイル４０の両端部４５ａ、４５ｂをはんだ接続してコイル部品３０とする。樹脂ボビン等を用いなくても良いので、得られるコイル部品を小型に構成することが出来る。

　以下のようにして、まず圧粉磁心の製造方法に用いる軟磁性材料粉として、質量百分率で９１．０％Ｆｅ－５．０％Ａｌ－４．０％Ｃｒの合金組成を有するＦｅ－Ａｌ－Ｃｒ系の合金である軟磁性材料粉を準備した。その軟磁性材料粉は球状の水アトマイズ粉であって、合金表面には１０ｎｍ程度の厚さでＡｌ_２Ｏ_３からなる自然酸化被膜が形成されている。軟磁性材料粉をレーザー回折散乱式粒度分布測定装置（堀場製作所製ＬＡ－９２０）で測定した平均粒径（メジアン径ｄ５０）は１８．５μｍであった。

　前記軟磁性材料粉１００重量部に対して、バインダとしてＰＶＡ（株式会社クラレ製ポバールＰＶＡ－２０５；固形分１０％）を２．５重量部の割合で混合した（第１の工程）。得られた混合物を１２０℃で１時間乾燥した後、篩に通して造粒粉を得て、造粒粉１００重量部に対して、ステアリン酸亜鉛を０．４重量部添加し、混合して、加圧成形に供する混合物を得た。得られた混合物を、プレス機を使用して０．８ＧＰａの成形圧で室温にて加圧成形し、円板状の成形体を得た（第２の工程）。得られた成形体の寸法はφ６．５×５ｍｍである。成形体で評価した占積率と密度は８４．９％、６．２２×１０^３ｋｇ／ｍ^３であった。成形体の対向する平坦面が成形金型のパンチと当接する加圧面となり、平坦面を繋ぐ周面（側面）がダイと当接する摺接面となる。金属顕微鏡による目視の確認では、加圧面は離型時に生じる成形傷は確認されなかったが、摺接面では成形体の厚み方向に多数の成形傷が生じていて、合金粒子が展延変形又はせん断変形した展延変形物が面状に確認された。展延変形した領域では、合金粒子が互いに直接接触して導電部が形成されていた。成形体を１０試料作成したが、いずれも展延変形した領域は摺接面の全面積に対しておよそ７０％であった。

　得られた成形体の摺接面の全体を、電動切削工具（電動マイクログラインダー）に取り付けた樹脂ブラシで成形傷が目視確認できない状態まで加工した。加工後の成形体寸法はφ６．５×４．９ｍｍであった（第３の工程）。樹脂ブラシは砥粒に酸化アルミニウムを用いたスリーエムジャパン株式会社製のラジアル・ブリッスルディスクを使用した。

　加工処理された成形体を大気中、８００℃の熱処理温度で１．０時間熱処理を施し、円板状の圧粉磁心を得た（第４の工程）。熱処理後の圧粉磁心で評価した占積率と密度は８８．９％、６．４０×１０^３ｋｇ／ｍ^３であった。

　円板状の圧粉磁心の比抵抗を評価した。まず圧粉磁心の対向する二平面に導電性接着剤を塗り、乾燥・固化して測定物を作製した。被測定物を電極の間にセッ卜し、電気抵抗測定装置（株式会社エーディーシー製８３４０Ａ）を用いて、５０Ｖの直流電圧を印加して、抵抗値Ｒ（Ω）を測定した。被測定物の平面の面積Ａ（ｍ^２）と厚みｔ（ｍ）と抵抗値Ｒ（Ω）とにより、次式により比抵抗ρ（Ωｍ）を算出した。
　　　比抵抗ρ（Ωｍ）＝Ｒ×（Ａ／ｔ）

　実施例の圧粉磁心では比抵抗が１×１０^５Ωｍ～３×１０^５Ωｍであって優れた絶縁性が得られた。熱処理を行なっていない成形体ではいずれも比抵抗が導通状態となった。

　実施例の圧粉磁心について、その加工面を含む厚み方向の断面を観察するとともに、各構成元素の分布を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ／ＥＤＸ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ／ｅｎｅｒｇｙ　ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ　Ｘ－ｒａｙ　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて調べた。図１０Ａ～図１０Ｆに圧粉磁心断面のＳＥＭ写真と対応視野での元素分布を表すマッピング図を示す。図１０Ａは圧粉磁心断面のＳＥＭ写真であり、図１０Ｂは圧粉磁心断面を更に拡大したＳＥＭ写真であり、図１０Ｃは図１０Ｂの観察視野に対応したＦｅの分布を示すマッピング図であり、図１０ＤはＡｌの分布を示すマッピング図であり、図１０ＥはＣｒの分布を示すマッピング図であり、図１０ＦはＯの分布を示すマッピング図である。ＳＥＭ写真において、明度が高い部分が軟磁性材料粉の合金粒子であり、明度が低い部分は粒界部あるいは空隙部である。図１０Ａより加工面は合金粒子が削れている部分αと合金粒子が脱粒していて、加工面からくぼんでいる部分βとが混在しているのが分かる。

　マッピング図においては明るい色調ほど対象元素が多いことを示す。軟磁性材料粉の合金の粒子表面でＡｌの濃度が高くなっていて、またＯが多く、酸化物が形成されていること、および各合金粒同士が層状の酸化物を粒界として結合している様子がわかる。即ち、図１０Ｄで示すようにＡｌは軟磁性材料粉の合金粒子間（粒界）での濃度が顕著に高くなっている。また、図１０Ｃ、図１０Ｅより粒界では合金粒の内部に比べてＦｅの濃度が低く、Ｃｒは大きな濃度分布を示していないことが分かる。これらのことから、粒界に該軟磁性材料粉の含有元素を含む酸化物相が形成され、該酸化物相は合金よりもＡｌの比率が高い酸化物であることが確認された。また、前記酸化物相は磁性体表面の合金粒子にも形成されていた。熱処理前は、このような各構成元素の濃度分布は観察されず、上記酸化物が、熱処理によって形成されたこともわかった。

　また、塩水噴霧試験によって耐食性を評価した。塩水噴霧試験はＪＩＳ　２２３７１（２０００）に基づいて、５％ＮａＣｌ水溶液を使用し、３５℃、２４時間の条件で、圧粉磁心を晒して行った。目視確認の結果、試験後の実施例の圧粉磁心の表面に赤錆の発生は確認されず、良好な耐食性を示した。

１　圧粉磁心
１０　軸部
２０　鍔部
２７　テーパ部
４０　コイル
４５ａ、４５ｂ　コイル端部
５０　成形傷
６０　端子電極
１００　成形体
１０１　摺接面
１０２　加圧面
２００　成形金型
２０１　上パンチ
２０２　下パンチ
２０５　ダイ

Claims

　Ｆｅ－Ｍ（ＭはＡｌ又はＣｒ）系の合金の粒子が、前記Ｍ元素が濃化した酸化物相を介して結合された圧粉磁心の製造方法であって、
　絶縁被膜が形成されたＦｅ－Ｍ（ＭはＡｌ又はＣｒ）系の合金の粒子を含む軟磁性材料粉とバインダを混合する第１の工程と、
　前記第１の工程を経て得られた混合物を金型に充填し、加圧成形して成形体とし、該成形体を前記金型から摺動離型する第２の工程と、
　前記第２の工程を経た成形体に加工を施して、前記摺動離型の際に前記成形体の表面に形成された成形傷の領域に存在する前記合金の粒子の展延変形物を除去する第３の工程と、
　前記第３の工程を経た成形体を熱処理してＦｅ－Ｍ（ＭはＡｌ又はＣｒ）系の合金の粒子表面を酸化させて前記酸化物相を形成する第４の工程とを有する圧粉磁心の製造方法。
　請求項１に記載の圧粉磁心の製造方法であって、
　前記Ｆｅ－Ｍ系の合金はＦｅ－Ａｌ系の合金であり、
　前記酸化物相にＡｌが濃化した圧粉磁心の製造方法。
　請求項２に記載の圧粉磁心の製造方法であって、
　前記Ｆｅ－Ａｌ系の合金はさらにＣｒを含み、Ａｌの含有量がＣｒの含有量よりも多い、圧粉磁心の製造方法。