(57)【要約】【課題】圧粉磁心の鉄損の増加を抑制することが可能な圧粉磁心の製造方法を提供する。【解決手段】圧粉磁心の製造方法は、鉄系磁性金属粉末の表面に絶縁被膜を被覆した、絶縁被膜付鉄系磁性金属粉末を圧粉成形する圧粉成形工程（ステップＳ１４）と、前記圧粉成形工程で得られた圧粉成形体を焼鈍した後冷却する焼鈍工程（ステップＳ１６）と、前記焼鈍工程の冷却中及び前記焼鈍工程後のうちの少なくともいずれか一方の前記圧粉成形体に、不活性ガス雰囲気、露点１０℃以上の雰囲気、且つ温度３００℃〜４８０℃の雰囲気のスチーム処理を実施し、前記圧粉成形体の表面にＦｅ２Ｏ３を生成させるＦｅ２Ｏ３生成工程（ステップＳ１８）と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄系磁性金属粉末の表面に絶縁被膜を被覆した、絶縁被膜付鉄系磁性金属粉末を圧粉成形する圧粉成形工程と、
前記圧粉成形工程で得られた圧粉成形体を焼鈍した後冷却する焼鈍工程と、
前記焼鈍工程の冷却中及び前記焼鈍工程後のうちの少なくともいずれか一方の前記圧粉成形体に、不活性ガス雰囲気、露点１０℃以上の雰囲気、且つ温度３００℃〜４８０℃の雰囲気でスチーム処理を実施し、前記圧粉成形体の表面にＦｅ２Ｏ３を生成させるＦｅ２Ｏ３生成工程と、を有することを特徴とする圧粉磁心の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧粉磁心の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両の駆動モータを構成するステータコアやロータコア、電力変換回路を構成するリアクトルコア等に圧粉磁心が用いられている。圧粉磁心は、電磁鋼板を積層して形成したコアと比べて、鉄損が少ない等の利点を有する。
【０００３】
例えば、特許文献１には、磁性金属粉末とガラス粉末と潤滑剤とを、潤滑剤の融点以上の温度で混合して混合体を形成する混合体形成工程と、混合体を圧粉成形した後焼鈍する成形工程とを有する圧粉磁心の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−４５９２６号公報
【特許文献２】特開２０１１−２３３８２７号公報
【特許文献３】特開２０１１−１２９８５７号公報
【特許文献４】特開２０１２−８４８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、圧粉磁心においては、鉄系磁性金属粉末の表面に絶縁被膜を被覆した絶縁被膜付鉄系磁性金属粉末が用いられている。これにより、鉄系磁性金属粉末間の電気絶縁性が向上し、圧粉磁心の鉄損を低減することができる。しかし、圧粉磁心の製造方法において、絶縁被膜付鉄系磁性金属粉末を金型に充填し、所定の圧力を印加して、圧粉成形すると、絶縁被膜付鉄系磁性金属粉末と金型の内壁面との間に摩擦が生じるため、柔らかい鉄系磁性金属粉末は塑性流動を起こし、絶縁被膜が、鉄系磁性金属粉末から剥がれてしまう。すなわち、圧粉磁心の表面には、絶縁被膜が剥がれた鉄系磁性金属粉末が存在するため、表面における鉄系磁性金属粉末同士間の電気絶縁性が低下し、圧粉磁心の鉄損が増加する。
【０００６】
そこで、本発明は、圧粉磁心の鉄損の増加を抑制することが可能な圧粉磁心の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の圧粉磁心の製造方法は、鉄系磁性金属粉末の表面に絶縁被膜を被覆した、絶縁被膜付鉄系磁性金属粉末を圧粉成形する圧粉成形工程と、前記圧粉成形工程で得られた圧粉成形体を焼鈍した後冷却する焼鈍工程と、前記焼鈍工程の冷却中及び前記焼鈍工程後のうちの少なくともいずれか一方の前記圧粉成形体に、不活性ガス雰囲気、露点１０℃以上の雰囲気、且つ温度３００℃〜４８０℃の雰囲気でスチーム処理を実施し、前記圧粉成形体の表面にＦｅ２Ｏ３を生成させる工程とを有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、上記スチーム処理により、圧粉成形体の表面に、絶縁性のＦｅ２Ｏ３が生成されるため、鉄系磁性金属粉末同士間の電気絶縁性の低下が抑制され、圧粉磁心の鉄損の増加が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る圧粉磁心の製造方法のフローチャートである。
【図２】焼鈍工程及びスチーム処理によるＦｅ２Ｏ３生成工程の温度プロファイルの一例を示す図である。
【図３】Ｆｅ２Ｏ３生成メカニズムの一例を説明するための説明図である。
【図４】第２の実施形態に係る圧粉磁心の製造方法のフローチャートである。
【図５】スチーム処理によるＦｅ２Ｏ３生成工程を含む焼鈍工程の温度プロファイルの一例を示す図である。
【図６】実施例１〜３、比較例１及び比較例５のＸＲＤパターンを示す図である。
【図７】実施例２の圧粉磁心の表面近傍の断面のＳＥＭ写真を示す。
【図８】実施例２の圧粉磁心の表面近傍のＡＥＳ図を示す。
【図９】各周波数におけるＲ２／Ｒ１の比とスチーム処理温度との関係を示すグラフである。
【図１０】Ｂ２／Ｂ１の比と処理温度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００１１】
図１は、第１の実施形態に係る圧粉磁心の製造方法のフローチャートである。図１に示すように、第１の実施形態に係る圧粉磁心の製造方法は、鉄系磁性金属粉末準備工程（ステップＳ１０）と、絶縁被膜形成工程（ステップＳ１２）と、圧粉成形工程（ステップＳ１４）と、焼鈍工程（ステップＳ１６）と、スチーム処理によるＦｅ２Ｏ３生成工程（ステップＳ１８）とを有する。
【００１２】
＜鉄系磁性金属粉末準備工程（ステップＳ１０）＞
鉄系磁性金属粉末準備工程（ステップＳ１０）では、原料粉末である鉄系磁性金属粉末を準備する。鉄系磁性金属粉末は、例えば、純鉄粉、鉄基合金粉末（例えば、Ｆｅ−Ａｌ系合金、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金、Ｆｅ−Ｂ系合金、Ｆｅ−Ｃｏ系合金等）、鉄基アモルファス粉末等の公知の鉄基軟磁性粉末等が挙げられる。鉄系磁性金属粉末は、例えば、アトマイズ法などの公知の粉末製造方法を利用して製造することができる。具体的には、アトマイズ法によって溶融鉄（または溶融鉄合金）を微粒子とした後に還元し、次いで粉砕する等によって製造できる。このような製法では、篩い分け法で評価される粒度分布で累積粒度分布が５０％になる粒径（メジアン径）が、例えば、２０〜２５０μｍ程度の鉄系磁性金属粉末が得られる。
【００１３】
＜絶縁被膜形成工程（ステップＳ１２）＞
絶縁被膜形成工程（ステップＳ１２）では、鉄系磁性金属粉末の表面に、絶縁被膜を被覆し、絶縁被膜付鉄系磁性金属粉末を得る。絶縁被膜としては、例えば、りん酸系化成被膜、Ｓｉ系被膜等が挙げられる。絶縁被膜の膜厚は、例えば、絶縁効果、圧粉磁心の高密度化等の点で、１〜２５０ｎｍ程度が好ましい。
【００１４】
りん酸系化成被膜は、例えば、Ｐを含む無機酸化物の被膜であり、その組成は特に限定されるものではない。りん酸系化成被膜は、上記Ｐ以外に、例えば、Ｃｏ、Ｎａ、Ｓ、Ｃｓ、Ａｌ等を含んでいてもよい。鉄系磁性金属粉末の表面にリン酸系化成被膜を形成する方法は、特に限定されるものではないが、例えば、水や有機溶剤等の溶媒にＰを含む化合物（例えば、オルトりん酸（Ｈ3ＰＯ4）等）を溶解させた溶液と、鉄系磁性金属粉末とを混合した後、溶媒を蒸発させる方法等が挙げられる。
【００１５】
Ｓｉ系被膜は、例えば、シリコーン樹脂被膜、ＳｉＯ２等のシリコン酸化物被膜等が挙げられる。シリコーン樹脂は、シロキサン結合による主骨格を有するものである。代表的なシリコーン樹脂としては、例えばＳｉ上の官能基がメチル基やフェニル基であるメチルシリコーン樹脂やメチルフェニルシリコーン樹脂等が挙げられる。鉄系磁性金属粉末の表面にシリコーン樹脂被膜を形成する方法は、例えば、シリコーン樹脂をアルコール類や、トルエン、キシレン等の石油系有機溶剤等に溶解させたシリコーン樹脂溶液と、鉄系磁性金属粉末とを混合した後、有機溶剤を蒸発させる方法等が挙げられる。シリコン酸化物被膜を形成する方法は、例えば、シリコーン樹脂被膜付鉄系磁性金属粉末を加熱してシリコーン樹脂を硬化させ、硬化したシリコーン樹脂を加熱によりＳｉＯ２等のシリコン酸化物に変化させる方法、或いは鉄系磁性金属粉末と、テトラエトキシシランと、アンモニア水溶液と、エタノールとを混合した後、鉄系磁性金属粉末をろ過・分離し、乾燥する方法等が挙げられる。
【００１６】
＜圧粉成形工程（ステップＳ１４）＞
圧粉成形工程（ステップＳ１４）では、絶縁被膜付鉄系磁性金属粉末を圧粉成形し、圧粉成形体を得る。例えば、絶縁被膜付鉄系磁性金属粉末を所定形状の金型に充填し、所定の圧力で圧粉成形する。圧粉成形の圧力は、例えば、高強度で高磁束密度を有する圧粉磁心が得られ易い等の点で、例えば、面圧で、４９０ＭＰａ〜１９６０ＭＰａの範囲が好ましく、７９０ＭＰａ〜１１８０ＭＰａの範囲がより好ましい。圧粉成形の際の金型温度は、例えば、常温（例えば、５℃〜３５℃）、温感（例えば、１００℃〜２５０℃）等、特に限定されない。
【００１７】
圧粉成形工程では、潤滑剤を用いてもよい。例えば、絶縁被膜付鉄系磁性金属粉末と潤滑剤とを混合した混合体を金型に充填し、圧粉成形したり、金型の内壁面に潤滑剤を塗布した後、絶縁被膜付鉄系磁性金属粉末を金型に充填し、圧粉成形したりする。潤滑剤の作用により、絶縁被膜付鉄系磁性金属粉末同士の摩擦、鉄系磁性金属粉末と金型との摩擦が低減されるため、絶縁被膜が鉄系磁性金属粉末から剥がれることが抑制される。
【００１８】
潤滑剤としては、従来公知のものを使用すればよく、例えば、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸カルシウム等のステアリン酸の金属塩粉末、ポリヒドロキシカルボン酸アミド、脂肪酸アミド、パラフィン、ワックス、天然又は合成樹脂誘導体等が挙げられる。
【００１９】
＜焼鈍工程（ステップＳ１６）＞
焼鈍工程（ステップＳ１６）では、成形工程により得られた圧粉成形体を焼鈍した後冷却する。例えば、加熱炉内に圧粉成形体を投入して、所定の雰囲気下で、焼鈍及び冷却を行う。焼鈍工程を行うことにより、例えば、圧粉成形体に生じた残留ひずみや残留応力を除去し、鉄損の増加を抑えることができる。
【００２０】
図２は、焼鈍工程及び後述するスチーム処理によるＦｅ２Ｏ３生成工程の温度プロファイルの一例を示す図である。図２に示すように、焼鈍工程では、圧粉成形体を焼鈍温度（Ａ１）まで加熱し（０〜Ｔ１）、焼鈍温度に保持し（Ｔ１〜Ｔ２）、その後、例えば常温（例えば、５℃〜３５℃）まで冷却する（Ｔ２〜Ｔ３）。
【００２１】
焼鈍温度（Ａ１）及び焼鈍温度の保持時間（Ｔ１〜Ｔ２）は、鉄系磁性金属粉末の種類、圧粉成形体の大きさ等によって適宜設定されるものであるが、例えば、焼鈍温度は６００℃以上、焼鈍温度の保持時間は２０分以上であることが好ましい。焼鈍温度が６００℃未満の場合や焼鈍温度の保持時間が２０分未満の場合は、圧粉成形体に生じた残留ひずみや残留応力を十分に除去できない場合がある。焼鈍温度の上限は特に限定されないが、鉄系磁性金属粉末表面の絶縁被膜は加熱に伴って薄肉化する傾向があるため、絶縁被膜の薄膜化を抑制する点で、８００℃以下とすることが好ましく、７００℃以下とすることがより好ましい。焼鈍温度の保持時間の上限は特に限定されないが、長時間の加熱は、絶縁被膜の薄肉化に繋がるため、例えば、６０分以下が好ましく、３５分以下がより好ましい。
【００２２】
焼鈍後の冷却（Ｔ２〜Ｔ３）は、冷却による圧粉成形体の変形を抑制するために、できるだけゆっくり冷却することが好ましく、例えば、０．１℃／秒〜１０℃／秒の範囲の冷却速度で冷却することが好ましい。冷却方法は、例えば、焼鈍温度の保持時間経過後、加熱炉内への熱の供給を停止した状態で、圧粉成形体の温度を加熱炉内で下げる炉内冷却や、加熱炉の扉を開放する等して、外気に晒した状態で圧粉成形体の温度を下げる開放冷却等が挙げられる。これらの中では、冷却速度を遅くできる等の点で、炉内冷却が好ましい。
【００２３】
なお、焼鈍工程の際の雰囲気は特に限定されないが、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気が好ましく、特に窒素ガス雰囲気が好ましい。
【００２４】
＜スチーム処理によるＦｅ２Ｏ３生成工程（ステップＳ１８）＞
スチーム処理によるＦｅ２Ｏ３生成工程（ステップＳ１８）では、焼鈍工程後の圧粉成形体に、不活性ガス雰囲気、露点１０℃以上の雰囲気、且つ温度３００℃〜４８０℃の雰囲気でスチーム処理を実施し、圧粉成形体の表面にＦｅ２Ｏ３を生成させる。
【００２５】
例えば、図２に示すように、加熱炉内の圧粉成形体をスチーム処理温度（Ａ２：３００℃〜４８０℃の範囲）まで加熱し（Ｔ３〜Ｔ４）、スチーム処理温度に保持して、スチーム処理を実施する（Ｔ４〜Ｔ５）。スチーム処理の際には、圧粉成形体を不活性ガス雰囲気で、且つ露点１０℃以上の雰囲気に晒すために、例えば、加熱炉内に水蒸気及び不活性ガスを供給して、加熱炉内を不活性ガス雰囲気で、且つ露点１０℃以上の雰囲気に調整する。また、供給する水蒸気の温度又は水蒸気と不活性ガスの混合ガスの温度は３００℃〜４８０℃の範囲が好ましい。これにより、温度３００℃〜４８０℃の雰囲気でスチーム処理を実施することが容易となる。なお、供給する水蒸気の温度又は水蒸気と不活性ガスの混合ガスの温度は３００℃未満でもよく、その場合には、例えば、加熱炉の加熱装置により温度３００℃〜４８０℃の雰囲気に調整すればよい。このようなスチーム処理により、圧粉成形体の表面にＦｅ２Ｏ３を生成させることができる。Ｆｅ２Ｏ３生成メカニズムは十分に明らかでないが、以下のメカニズムが考えられる。
【００２６】
図３は、Ｆｅ２Ｏ３生成メカニズムの一例を説明するための説明図である。なお、図３は、圧粉成形体の一部断面図である。図３（Ａ）に示すように、圧粉成形体１０の表面１２の一部または全部は、圧粉成形時における金型との摩擦により、絶縁被膜が剥がれた状態になっている（すなわち、絶縁被膜が剥がれた鉄系磁性金属粉末が存在している）。そして、上記スチーム処理を実施すると、図３（Ｂ）に示すように、表面１２における鉄系磁性金属粉末中のＦｅ成分が、周囲の水分と反応して、ＦｅＯＯＨが生成され、表面１２上にＦｅＯＯＨを含む層１４が形成される。さらに、上記スチーム処理を継続すると、図３（Ｃ）に示すように、表面１２上に生成したＦｅＯＯＨが脱水されて、Ｆｅ２Ｏ３に変換される。すなわち、表面１２上のＦｅＯＯＨを含む層１４がＦｅ２Ｏ３を含む層１６となる。このようなメカニズムにより、圧粉成形体の表面上にＦｅ２Ｏ３が生成されると考えられる。
【００２７】
ここで、大気等の活性ガス雰囲気で圧粉成形体を３００℃〜４８０℃の温度に晒すと、表面１２における鉄系磁性金属粉末中のＦｅ成分が酸化され、鉄酸化物が生成される。但し、活性ガス雰囲気でＦｅ成分が酸化される場合、鉄のエリンガム図から、Ｆｅ２Ｏ３より電気伝導率の高いＦｅ３Ｏ４が優先的に生成されると考えられる。一方、圧粉成形体の周囲の雰囲気を不活性ガス雰囲気で且つ露点１０℃以上の雰囲気とするスチーム処理では、圧粉成形体周囲の酸素濃度が低いため、Ｆｅ成分の酸化によるＦｅ３Ｏ４の生成より、Ｆｅ成分と水分との反応によるＦｅＯＯＨの生成及びＦｅＯＯＨの脱水反応によるＦｅ２Ｏ３の生成が優先的に生じると考えられる。
【００２８】
このように、第１実施形態では、圧粉成形体の表面に、絶縁性の高いＦｅ２Ｏ３が生成されるため、圧粉成形体の表面における鉄系磁性金属粉末同士間の電気絶縁性の低下が抑制される。したがって、第１実施形態の方法により、鉄損の増加が抑制された圧粉磁心が得られる。
【００２９】
上記スチーム処理によるＦｅ２Ｏ３の生成は、主に圧粉成形体の表面で起こるが、水分が圧粉成形体の内部に浸透することにより、圧粉成形体の内部でも起こる。圧粉成形時に、圧粉成形体内部において、鉄系磁性金属粉末同士の摩擦により、絶縁被膜が剥がれた鉄系磁性金属粉末が存在すると、内部に浸透した水分と反応して、上記同様に、Ｆｅ２Ｏ３が生成される。
【００３０】
ところで、特許文献２（特開２０１１−２３３８２７号公報）、特許文献３（特開２０１１−１２９８５７号公報）、特許文献４（特開２０１２−８４８０３号公報）には、圧粉成形体に水蒸気処理や酸化処理を実施して、圧粉成形体の表面に鉄酸化物を生成する技術が開示されている。特許文献２の水蒸気処理は、大気のような活性ガス雰囲気で行うものであり、また、特許文献３の酸化処理は、亜臨界状態の水を接触させる処理であるので、本実施形態のスチーム処理とは異なる処理である。そして、特許文献２及び３の水蒸気処理や酸化処理では、圧粉成形体の表面にＦｅ２Ｏ３より電気伝導率の高いＦｅ３Ｏ４が生成されるため、圧粉磁心の鉄損の増加が懸念される。また、特許文献４の酸化処理は、圧粉成形体に酸素と飽和水蒸気圧の水とを接触させる処理であり、本実施形態のスチーム処理とは異なる処理である。但し、特許文献４の酸化処理では、圧粉成形体の表面にＦｅ３Ｏ４を生成させ、さらにＦｅ３Ｏ４をＦｅ２Ｏ３に酸化して、Ｆｅ３Ｏ４の存在量を低減している。しかし、酸素雰囲気でのＦｅ成分の酸化反応では、Ｆｅ２Ｏ３よりＦｅ３Ｏ４が優先的に生成されるため、特許文献４の酸化処理では、圧粉成形体の表面に多量のＦｅ３Ｏ４が生成された後に、Ｆｅ３Ｏ４からＦｅ２Ｏ３に酸化されると考えられる。そのため、圧粉成形体の表面にはＦｅ３Ｏ４が残存し易く、圧粉磁心の鉄損が増加する懸念は依然として残る。さらに、圧粉成形体の表面に多量のＦｅ３Ｏ４が生成されるとなると、圧粉成形体の鉄量減少も大きくなるため、圧粉磁心における磁束密度の低下も懸念される。本実施形態のスチーム処理でも、鉄系磁性金属粉末のＦｅ成分を利用してＦｅ２Ｏ３を生成するので、スチーム処理前と比べて磁束密度が低下することが考えられる。しかし、本実施形態のスチーム処理によるＦｅ２Ｏ３の生成反応は容易に起こるため、圧粉成形体の表面には多量のＦｅＯＯＨが生成されないと考えられる。したがって、特許文献４の酸化処理の場合と比べて、圧粉成形体の鉄量減少は抑えられ、磁束密度の低下が抑えられると考えられる。
【００３１】
スチーム処理における温度、すなわちスチーム処理温度（図２に示すＡ２）は、３００℃〜４８０℃の範囲であればよいが、３５０℃〜４３０℃の範囲が好ましい。スチーム処理における温度（スチーム処理温度）が３００℃未満又は４８０℃超では、例えば、圧粉成形体の表面に、十分な量のＦｅ２Ｏ３を生成させることができず、圧粉磁心の鉄損の増加を抑制することができない。
【００３２】
スチーム処理における不活性ガス雰囲気は、窒素ガス雰囲気、アルゴンガス等の希ガス雰囲気等であればよく、特に窒素ガス雰囲気であることが好ましい。不活性ガス雰囲気は、不可避的不純物としてＯ２を含むことがあるが、不活性ガス雰囲気中に含まれるＯ２濃度は１体積％未満であることが好ましく、０．５体積％以下であることがより好ましい。不活性ガス雰囲気中に含まれるＯ２濃度が１体積％未満であると、圧粉成形体の表面にＦｅ２Ｏ３が生成され易く、上記範囲を満たさない場合と比較して、圧粉磁心の鉄損の増加を抑制することができる。
【００３３】
スチーム処理における露点は、１０℃以上であればよいが、１５℃以上が好ましく、２０℃以上がより好ましい。露点が１０℃未満であると、圧粉成形体の表面に、十分な量のＦｅ２Ｏ３を生成させることができず、圧粉磁心の鉄損の増加を抑制することができない。露点とは雰囲気中の水分量を表す指標であり、露点が高いほど雰囲気中の水分量が多いことを示している。露点の調整は、例えば、加熱炉内に供給する水蒸気量を調節することにより行われる。なお、露点は、露点温度計により直接測定を行うか、気温と相対湿度から水蒸気圧を求め、その水蒸気圧を飽和水蒸気圧とする温度を求めることにより得ることができる。
【００３４】
スチーム処理における処理時間（図２に示すＴ４〜Ｔ５）は、１０分以上が好ましく、３０分以上がより好ましい。処理時間を１０分以上とすることで、圧粉成形体の表面にＦｅ２Ｏ３を十分に生成することができ、１０分未満の場合と比較して、圧粉磁心の鉄損の増加を抑制することができる。図２に示すスチーム処理の温度プロファイルでは、処理時間の間（Ｔ４〜Ｔ５）、スチーム処理温度を一定に保持しているが、これに限定されず、処理時間の間（Ｔ４〜Ｔ５）、スチーム処理温度の範囲内（３５０℃〜４８０℃の範囲内）において、温度を上昇又は降下させてもよい。
【００３５】
第１実施形態では、スチーム処理によるＦｅ２Ｏ３生成工程を焼鈍工程後に行っているが、これに限定されず、焼鈍工程の冷却中に行ってもよい。以下、焼鈍工程の冷却中にスチーム処理によるＦｅ２Ｏ３生成工程を行う実施形態について説明する。
【００３６】
図４は、第２の実施形態に係る圧粉磁心の製造方法のフローチャートである。図４に示すように、第２の実施形態に係る圧粉磁心の製造方法は、鉄系磁性金属粉末準備工程（ステップＳ２０）と、絶縁被膜形成工程（ステップＳ２２）と、圧粉成形工程（ステップＳ２４）と、焼鈍工程（ステップＳ２６）とを有し、焼鈍工程の冷却中に、スチーム処理によるＦｅ２Ｏ３生成工程を実施する。
【００３７】
第２の実施形態の鉄系磁性金属粉末準備工程（ステップＳ２０）、絶縁被膜形成工程（ステップＳ２２）、圧粉成形工程（ステップＳ２４）は、第１の実施形態と同様であり、その説明を省略する。
【００３８】
＜焼鈍工程（ステップＳ２６）＞
焼鈍工程（ステップＳ２６）では、成形工程により得られた圧粉成形体を焼鈍した後冷却し、冷却中の圧粉成形体に、不活性ガス雰囲気、露点１０℃以上の雰囲気、且つ温度３００℃〜４８０℃の雰囲気でスチーム処理を実施し、圧粉成形体の表面にＦｅ２Ｏ３を生成させる。
【００３９】
図５は、スチーム処理によるＦｅ２Ｏ３生成工程を含む焼鈍工程の温度プロファイルの一例を示す図である。図５に示すように、焼鈍工程では、圧粉成形体を焼鈍温度（Ａ１）まで加熱し（０〜Ｔ１）、焼鈍温度に保持し（Ｔ１〜Ｔ２）、その後、冷却中にスチーム処理を実施し（Ｔ３〜Ｔ４）、スチーム処理後、常温（例えば、５℃〜３５℃）まで冷却する（Ｔ４〜Ｔ５）。
【００４０】
図５において、スチーム処理を実施する際の温度ａ１〜ａ２は、スチーム処理温度の範囲内であり、４８０℃から３００℃までの範囲内である。例えば、圧粉成形体が４８０℃から３００℃まで冷却される間に、加熱炉内に水蒸気及び不活性ガスを供給して、加熱炉内を不活性ガス雰囲気で、且つ露点１０℃以上の雰囲気に調整する。なお、冷却中の圧粉成形体の温度が３００℃未満の場合には、３００℃〜４８０℃に加熱する。いずれにしろ、冷却中の圧粉成形体に、不活性ガス雰囲気、露点１０℃以上の雰囲気、且つ温度３００℃〜４８０℃の雰囲気のスチーム処理を実施すればよい。これにより、圧粉成形体の表面に、絶縁性の高いＦｅ２Ｏ３が生成されるため、圧粉成形体の表面における鉄系磁性金属粉末同士間の電気絶縁性の低下が抑制される。したがって、第２実施形態の方法により、鉄損の増加が抑制された圧粉磁心が得られる。
【００４１】
図５では、スチーム処理の実施中（Ｔ３〜Ｔ４）、圧粉成形体をａ１からａ２まで連続的に冷却させているが、これに限定されず、例えば、圧粉成形体をａ１からａ２まで冷却するまでの間に、加熱炉内に熱を供給して、一定の温度に保持する時間を設けて、段階的に冷却させてもよい。
【００４２】
焼鈍工程の冷却中にスチーム処理を実施する第２の実施形態の方が、焼鈍工程後にスチーム処理を実施する第１の実施形態より、圧粉磁心の製造時間の短縮、製造コストの削減等が図られる点で好ましい。なお、本実施形態では、焼鈍工程の冷却中の圧粉成形体に上記スチーム処理を実施し、その後、例えば、所定温度まで（例えば常温まで）冷却した圧粉成形体に上記スチーム処理を実施してもよい。
【００４３】
本発明の実施形態に係る圧粉磁心は、その形態を問わず、各種の電磁機器、例えば、モータ、アクチュエータ、トランス、誘導加熱器（ＩＨ）、スピーカ、リアクトル等に利用され得る。具体的には、電動機または発電機の界磁また電機子を構成する鉄心に用いられることが好ましい。
【実施例】
【００４４】
以下、実施例を挙げ、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００４５】
＜実施例１＞
Ｆｅ成分が９９．５質量％以上である鉄系磁性金属粉末の表面に、Ｐを含む無機酸化物を被覆した絶縁被膜付鉄系磁性金属粉末を準備した。この絶縁被膜付鉄系磁性金属粉末を角柱形状の金型に充填した。金型に充填された絶縁被膜付鉄系磁性金属粉末に８００ＭＰａの圧力を印加して、圧粉成形体を得た。圧粉成形体を金型から取り出し、加熱炉に投入して、窒素ガス雰囲気下、６５０℃で３０分焼鈍し、その後、常温まで冷却した。その後、加熱炉内の圧粉成形体に、窒素ガス雰囲気、露点１８℃の雰囲気、且つ温度３００℃の雰囲気のスチーム処理を３０分実施した。スチーム処理後、常温まで冷却することで実施例１の圧粉磁心を得た。
【００４６】
＜実施例２＞
スチーム処理において、窒素ガス雰囲気、露点１８℃の雰囲気、且つ温度３５０℃の雰囲気としたこと以外は、実施例１と同様に圧粉磁心を作製した。
【００４７】
＜実施例３＞
スチーム処理において、窒素ガス雰囲気、露点１８℃の雰囲気、且つ温度４００℃の雰囲気としたこと以外は、実施例１と同様に圧粉磁心を作製した。
【００４８】
＜比較例１＞
実施例１のスチーム処理を行わなかったこと以外は、実施例１と同様の条件として圧粉磁心を作製した。すなわち、比較例１の圧粉磁心は、焼鈍、冷却後の圧粉成形体である。
【００４９】
＜比較例２＞
実施例１のスチーム処理の代わりに、焼鈍、冷却後の圧粉成形体に、大気雰囲気で、３００℃に加熱する加熱処理を３０分実施したこと以外は、実施例１と同様に圧粉磁心を作製した。
【００５０】
＜比較例３＞
実施例１のスチーム処理の代わりに、焼鈍、冷却後の圧粉成形体に、大気雰囲気で、３５０℃に加熱する加熱処理を３０分実施したこと以外は、実施例１と同様に圧粉磁心を作製した。
【００５１】
＜比較例４＞
実施例１のスチーム処理の分かりに、焼鈍、冷却後の圧粉成形体に、大気雰囲気で、４００℃に加熱する加熱処理を３０分実施したこと以外は、実施例１と同様に圧粉磁心を作製した。
【００５２】
＜比較例５＞
スチーム処理において、窒素ガス雰囲気、露点１８℃の雰囲気、且つ温度５００℃の雰囲気としたこと以外は、実施例１と同様に圧粉磁心を作製した。
【００５３】
表１に、実施例１〜３及び比較例５のスチーム処理条件を示す。また、表２に、比較例１〜４の加熱処理条件を示す。
【００５４】
【表１】
2020150135.tif 000003
【００５５】
【表２】
2020150135.tif 000004
【００５６】
［圧粉磁心の表面観察］
実施例１〜３、比較例１及び５の圧粉磁心の表面をＸ線回折（ＸＲＤ）により観察した。なお、ＸＲＤは、Ｘ線回折装置を用いて、管球：Ｆｅ−Ｋα、 ２θ：２５〜５０ｄｅｇ、測定条件：０．０２ｄｅｇ／ｓｔｅｐ、４ｓｅｃ／ｓｔｅｐとして行った。
【００５７】
図６は、実施例１〜３、比較例１及び比較例５のＸＲＤパターンを示す図である。図６から、スチーム処理を行った実施例１〜３及び比較例５の圧粉磁心においては、Ｆｅ２Ｏ３が生成していることが確認された。なお、実施例１〜３及び比較例５の圧粉磁心においては、Ｆｅ３Ｏ４の副生成物も確認された。一方、スチーム処理及び加熱処理を行っていない比較例１の圧粉磁心においては、Ｆｅ２Ｏ３及びＦｅ３Ｏ４のいずれも確認されなかった。
【００５８】
次に、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、実施例２の圧粉磁心の表面近傍の断面を観察した。図７に、実施例２の圧粉磁心の表面近傍の断面のＳＥＭ写真を示す。図７に示すように、実施例２の圧粉磁心において、圧粉成形体の表面に被膜が形成されていた。
【００５９】
また、実施例２の圧粉磁心の表面近傍を、オージェ電子分光分析（ＡＥＳ）により観察し、圧粉磁心の表面近傍（最表面から４００ｎｍの深さまでの範囲）の成分組成を調べた。図８に、実施例２の圧粉磁心の表面近傍のＡＥＳ図を示す。図８から、実施例２の圧粉磁心においては、圧粉成形体の表面に、厚さ８０ｎｍ程度のＦｅ３Ｏ４の層と、最表面側に厚さ１２０ｎｍ程度のＦｅ２Ｏ３の層が形成されていることが確認された。なお、実施例１及び３の圧粉磁心においても、圧粉成形体の表面に、厚みは異なるが、Ｆｅ３Ｏ４の層と、最表面側にＦｅ２Ｏ３の層とが形成されていることが確認された。
【００６０】
［圧粉磁心の磁気特性］
実施例１〜３、比較例１及び５の圧粉磁心について、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、１０ｋＨｚ、３０ｋＨｚ及び１００ｋＨｚにおけるインピーダンスの実数部Ｒを測定した。なお、実数部Ｒは以下の関係式により求めることができる。
【００６１】
【数１】
2020150135.tif 000005
【００６２】
比較例１のインピーダンスの実数部の値をＲ１、実施例１〜３又は比較例５のインピーダンスの実数部の値をＲ２として、各周波数におけるＲ２／Ｒ１の比を求めた。Ｒ２／Ｒ１の比が１未満であれば、圧粉磁心の鉄損の増加が抑制されたことを示している。実施例１〜３においては、各周波数におけるＲ２／Ｒ１の比がいずれも、１未満であったので、実施例１〜３では、圧粉磁心の鉄損の増加が抑制されたと言える。比較例５においては、各周波数におけるＲ２／Ｒ１の比が１以上であったので、比較例５では、圧粉磁心の鉄損が増加したと言える。
【００６３】
図９は、各周波数におけるＲ２／Ｒ１の比とスチーム処理温度との関係を示すグラフである。横軸のスチーム処理温度は、スチーム処理の際の温度である。図９に示すように、スチーム処理温度に対して、実施例１〜３及び比較例５の各周波数におけるＲ２／Ｒ１の比をプロットすると、各周波数におけるＲ２／Ｒ１の比が１未満となるスチーム処理温度は、３００℃〜４８０℃の範囲であった。したがって、３００℃〜４８０℃の範囲でスチーム処理を実施することで、圧粉磁心の鉄損の増加が抑制される。
【００６４】
実施例１〜３、比較例１〜４の圧粉磁心について、直流磁気磁束計（メーカ：東英工業、型番：ＭＯＤＥＬ−ＴＲＦ）を用いて、磁束密度を測定した。なお、測定する磁束密度は、磁界の強さを１００ｋＡ／ｍとしたときに生じる磁束密度である。
【００６５】
比較例１の磁束密度をＢ１、実施例１〜３又は比較例２〜４の磁束密度をＢ２として、Ｂ２／Ｂ１の比を求めた。
【００６６】
図１０は、Ｂ２／Ｂ１の比と処理温度との関係を示すグラフである。横軸の処理温度は、スチーム処理又は加熱処理の際の温度である。図１０に示すように、処理温度に対して、実施例１〜３及び比較例２〜４のＢ２／Ｂ１の比をプロットすると、処理温度が高くなると、Ｂ２／Ｂ１の比が低下している。Ｂ２／Ｂ１の比が大きいほど、高い磁束密度を維持していることを示しているので、スチーム処理も加熱処理も処理温度が高くなると、磁束密度は低下する。しかし、スチーム処理の方が、加熱処理よりも、Ｂ２／Ｂ１の比の低下が抑えられていることから、スチーム処理を行った圧粉磁心の方が、加熱処理を行った圧粉磁心より、高い磁束密度を維持することができると言える。
【符号の説明】
【００６７】
１０  圧粉成形体、１２  表面、１４  ＦｅＯＯＨを含む層、１６  Ｆｅ２Ｏ３を含む層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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