(57)【要約】【課題】高い比抵抗と強度を有し、水分に強く長期時間経過後も高い強度を保つ軟磁性材を提供することを目的とする。【解決手段】軟磁性粒子が、アルミニウム酸化物と珪素酸化物の重縮合体として形成されたジオポリマーからなる粒界層により互いに結着されるとともに電気的に絶縁されていることを特徴とする高強度低損失複合軟磁性材。また、前記ジオポリマーからなる粒界層に２ｍｏｌ％〜７ｍｏｌ％のアルカリ金属原子を含むことが好ましい。また、前記ジオポリマーからなる粒界層の全体に占める割合が０．５ｍａｓｓ％〜３ｍａｓｓ％であることが好ましい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟磁性粒子が、アルミニウム酸化物と珪素酸化物の重縮合体として形成された無機珪酸ポリマーを含むジオポリマーからなる粒界層により互いに結着され電気的に絶縁されていることを特徴とする高強度低損失複合軟磁性材。
【請求項２】
前記ジオポリマーからなる粒界層に２ｍｏｌ％〜７ｍｏｌ％のアルカリ金属原子を含むことを特徴とする請求項１に記載の高強度低損失複合軟磁性材。
【請求項３】
前記ジオポリマーからなる粒界層の全体に占める割合が０．５ｍａｓｓ％〜３ｍａｓｓ％であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の高強度低損失複合軟磁性材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の高強度低損失複合軟磁性材からなることを特徴とする電磁気回路部品。
【請求項５】
軟磁性粒子が、アルミニウム酸化物と珪素酸化物の重縮合体として形成された無機珪酸ポリマーを含むジオポリマーからなる絶縁被覆層により覆われていることを特徴とするジオポリマー被覆金属粉末。
【請求項６】
前記ジオポリマーからなる絶縁被覆層に２ｍｏｌ％〜７ｍｏｌ％のアルカリ金属原子を含むことを特徴とする請求項５に記載のジオポリマー被覆金属粉末。
【請求項７】
前記ジオポリマーからなる絶縁被覆層の全体に占める割合が０．５ｍａｓｓ％〜３ｍａｓｓ％であることを特徴とする、請求項５又は６に記載のジオポリマー被覆金属粉末。
【請求項８】
アルカリ金属を含むアルカリ性溶液と活性フィラーを混合したジオポリマーバインダーを軟磁性粒子の表面にコーティングした後、前記ジオポリマーバインダーを固化させ、ジオポリマーからなる絶縁被覆層を形成する工程と、
前記絶縁被覆層を形成した軟磁性粒子を脱アルカリ洗浄処理する工程と、
前記脱アルカリ洗浄処理を経た軟磁性粒子をプレス成型し焼成する工程と、を有することを特徴とする高強度低損失複合軟磁性材の製造方法。
【請求項９】
前記脱アルカリ洗浄処理が、前記絶縁被覆層を形成した軟磁性粒子を洗浄液に浸すことによって行われ、
前記洗浄液が、アンモニア水に、硝酸アンモニウム，亜硝酸アンモニウム，リン酸アンモニウム，リン酸二水素アンモニウム，硫酸アンモニウム，亜硫酸アンモニウム，硫酸水素アンモニウム，塩化アンモニウム，第四級アンモニウムのうち何れか１つ又は２つ以上を混合した緩衝溶液であることを特徴とする請求項８記載の高強度低損失複合軟磁性材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ、アクチュエータ、リアクトル、トランス、チョークコア、磁気センサコアなどの各種電磁気回路部品の素材として使用される高強度低損失複合軟磁性材、ジオポリマー被覆金属粉末、電磁気回路部品及び高強度低損失複合軟磁性材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータ、アクチュエータ、磁気センサなどの磁心用材料として、鉄粉末、Ｆｅ−Ａｌ系鉄基軟磁性合金粉末、Ｆｅ−Ｎｉ系鉄基軟磁性合金粉末、Ｆｅ−Ｃｒ系鉄基軟磁性合金粉末、Ｆｅ−Ｓｉ系鉄基軟磁性合金粉末、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系鉄基軟磁性合金粉末、Ｆｅ−Ｃｏ系鉄基軟磁性合金粉末、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｖ系鉄基軟磁性合金粉末、Ｆｅ−Ｐ系鉄基軟磁性合金粉末（以下、これらを軟磁性粒子と総称する）を焼結して得られた軟磁性焼結材が知られている。
一方、鉄粉末や合金粉末をガス又は水アトマイズ法で粉末化して作製した場合、鉄粉末や合金粉末は単体では比抵抗が低いため、鉄粉末や合金粉末の表面に絶縁被覆の被覆を行うか、有機化合物や絶縁材を混合するなどして焼結を防止し、比抵抗を上げるなどの対策を講じている。この種の軟磁性材において、渦電流損失を抑制するために、鉄を含む軟磁性粒子の表面を非金属の下層被膜と無機化合物を含む絶縁膜とで覆った圧粉軟磁性材が提案されている。
【０００３】
前記圧粉軟磁性材の一例として、軟磁性粒子と絶縁性結着材とを混合した複合軟磁性材料を目的の形状に圧縮成型し、焼成してなる圧粉磁心（複合軟磁性材）が適用されている。この圧粉磁心は、軟磁性粒子同士が絶縁性結着材を介し接合された組織を有し、絶縁性結着材により軟磁性粒子同士の絶縁が確保されている。
【０００４】
前記絶縁性結着材として、例えば水ガラスを用いる事が知られている。水ガラスを用いることによって、軟磁性粒子を相互に結着させるとともに粉末相互間に絶縁膜を形成することができる。しかしながら、絶縁性結着材として水ガラスを用いると、結晶粒を粗大化して成型歪みを除去する焼成工程において、水ガラスは熱分解して発泡し、軟磁性粒子相互間に形成されていた水ガラスの絶縁膜が損壊して粉末が相互に接触することにより粉末相互間の絶縁性が消失する。
そこで、特許文献１には、絶縁性結着材として、水ガラスに無機酸化物粉末を添加することにより、軟磁性粒子相互間に形成されていた水ガラスの絶縁膜が損壊することを抑制し、絶縁性を確保した圧粉磁心（複合軟磁性材）が開示されている。
【０００５】
また、前記絶縁性結着材として特許文献２には、鉛フリーガラスを使用することが開示されている。これによれば、Ｂ２Ｏ３粉末及びＰ２Ｏ５粉末と２種類以上のアルカリ金属酸化物粉末とを特定の組成比で調整して作製した鉛フリーガラスを粉砕しガラス粉末からなる絶縁性結着材を構成し、軟磁性粒子と混合して焼成することにより、製造時あるいは使用時に欠陥を生じない圧粉磁心（複合軟磁性材）を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３０７９１４号公報
【特許文献２】特開２００９−２１２３８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の水ガラスに無機酸化物粉末を添加した絶縁性結着材を用いる場合においては、結着成分である水ガラスに無機酸化物粉末が添加されていることによって強度が損なわれる問題があった。また、水ガラスは水分と反応し強度が低下する性質があり、長期間の使用においては大気中の水分と反応するため信頼性が低いという問題があった。
【０００８】
また、特許文献２に記載の絶縁性結着材は、鉛フリーガラスを粉砕して形成された粉末を含む。鉛フリーガラスは、如何に微細に粉砕したとしてもその粉末は鋭利な形状を有しているため、圧粉磁心（複合軟磁性材）の密度を高める目的で圧縮成型を行うと鋭利な形状が絶縁被覆にくい込み、絶縁が破れ、比抵抗が出づらいという問題があった。比抵抗が低いと渦電流ロスとしての鉄損となり、圧粉磁心の効率を悪くしてしまう。
【０００９】
本発明は前記の問題に鑑み創案されたものであり、高い比抵抗と強度を有し、水分に強く長期時間経過後も高い強度を保つ高強度低損失複合軟磁性材の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）上記目的を達成するために本発明の高強度低損失複合軟磁性材は、軟磁性粒子が、アルミニウム酸化物と珪素酸化物の重縮合体として形成された無機珪酸ポリマーを含むジオポリマーからなる粒界層により互いに結着され電気的に絶縁されていることを特徴とする。
（２）また、本発明の高強度低損失複合軟磁性材は、前記ジオポリマーからなる粒界層に２ｍｏｌ％〜７ｍｏｌ％のアルカリ金属原子を含むことが好ましい。
（３）また、本発明の高強度低損失複合軟磁性材は、前記ジオポリマーからなる粒界層の全体に占める割合が０．５ｍａｓｓ％〜３ｍａｓｓ％であることが好ましい。
（４）本発明の電磁気回路部品は、（１）〜（３）のいずれか一項に記載の高強度低損失複合軟磁性材からなることを特徴とする。
（５）本発明のジオポリマー被覆金属粉末は、軟磁性粒子が、アルミニウム酸化物と珪素酸化物の重縮合体として形成された無機珪酸ポリマーを含むジオポリマーからなる絶縁被覆層により覆われていることを特徴とする。
（６）また、本発明のジオポリマー被覆金属粉末は、前記ジオポリマーからなる絶縁被覆層に２ｍｏｌ％〜７ｍｏｌ％のアルカリ金属原子を含むことが好ましい。
（７）また、本発明のジオポリマー被覆金属粉末は、前記ジオポリマーからなる絶縁被覆層の全体に占める割合が０．５ｍａｓｓ％〜３ｍａｓｓ％であることが好ましい。
（８）本発明の高強度低損失複合軟磁性材の製造方法は、アルカリ金属を含むアルカリ性溶液と活性フィラーを混合したジオポリマーバインダーを軟磁性粒子の表面にコーティングした後、前記ジオポリマーバインダーを固化させ、ジオポリマーからなる絶縁被覆層を形成する工程と、前記絶縁被覆層を形成した軟磁性粒子を脱アルカリ洗浄処理する工程と、前記脱アルカリ洗浄処理を経た軟磁性粒子をプレス成型し焼成する工程と、を有することを特徴とする。
（９）また、本発明の高強度低損失複合軟磁性材の製造方法は、前記脱アルカリ洗浄処理が、前記絶縁被覆層を形成した軟磁性粒子を洗浄液に浸すことによって行われ、前記洗浄液が、アンモニア水に、硝酸アンモニウム，亜硝酸アンモニウム，リン酸アンモニウム，リン酸二水素アンモニウム，硫酸アンモニウム，亜硫酸アンモニウム，硫酸水素アンモニウム，塩化アンモニウム，第四級アンモニウムのうち何れか１つ又は２つ以上を混合した緩衝溶液であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の高強度低損失複合軟磁性材によれば、軟磁性粒子同士を隔てる粒界層としてジオポリマーが用いられている。ジオポリマーは、高い強度を有するため、粒界層部分での機械的結合力に優れ、高強度の複合軟磁性材が得られる。また、ジオポリマーは水分による強度低下がなく、長期時間経過後も高い強度を保つ軟磁性材を提供することができる。加えて、軟磁性粒子が個々に確実に粒界層で絶縁被覆されているので比抵抗が高く、軟磁性粒子の焼成材として高抵抗化を実現でき、高周波領域における鉄損も小さいという特徴を有する。
本発明の高強度低損失複合軟磁性材は、高強度と低損失を実現でき、高周波において鉄損が小さいという特徴を兼ね備えた優れたものであり、これらの特徴を生かした各種電磁気回路部品の材料として使用できる。
【００１２】
前記高強度低損失複合軟磁性材を用いて構成される電磁気回路部品として、例えば、磁心、電動機コア、発電機コア、ソレノイドコア、イグニッションコア、リアクトルコア、トランスコア、チョークコイルコア又は磁気センサコアなどとしての利用が可能であり、いずれにおいても優れた特性を発揮し得る電磁気回路部品を提供できる。
そして、これら電磁気回路部品を組み込んだ電気機器には、電動機、発電機、ソレノイド、インジェクタ、電磁駆動弁、インバータ、コンバータ、変圧器、継電器、磁気センサシステム等があり、これら電気機器の高効率高性能化や小型軽量化に寄与するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ジオポリマーの固化原理を説明する模式図であり、図１（ａ）は、活性フィラーからアルカリ性溶液に陽イオンが溶出した状態を示し、図１（ｂ）は、陽イオンとモノマーが縮合しジオポリマーが固化し、固化体が形成された状態を示す。
【図２】ジオポリマーの構造を示す図であり、図２（ａ）は、ジオポリマーの基本単位を示す模式図であり、図２（ｂ）は、ジオポリマーの３次元構造を示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態に係る高強度低損失複合軟磁性材の作製手順を示す模式図であり、図３（ａ）は、軟磁性粒子を示し、図３（ｂ）は、軟磁性粒子がジオポリマーバインダーでコーティングされた状態を示し、図３（ｃ）は、ジオポリマーバインダーを固化させ、脱アルカリ洗浄処理を行ったジオポリマー被覆金属粉末を示し、図３（ｄ）は、ジオポリマー被覆金属粉末を圧縮成型し焼成した高強度低損失複合軟磁性材を示す。
【図４】本発明に係る高強度低損失複合軟磁性材を用いてなる電磁気回路部品の一例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に本発明を詳細に説明するが、本発明は以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
まず、本発明のジオポリマー被覆金属粉末３（図３（ｃ）参照）について説明する。このジオポリマー被覆金属粉末３は、軟磁性粒子４と、その表面を被覆する後述のジオポリマーからなる絶縁被覆層２Ｂとで構成されている。
軟磁性粒子４としては、従来から圧粉磁心（複合軟磁性材）の製造に用いられている軟磁性粒子であれば特に限定されるものではない。数１０ｋＨｚ以下の周波数で使用する圧粉磁心の製造を目的とする場合には純鉄粉が望ましく、数１０ｋＨｚ以上の高周波領域で使用する圧粉磁心の製造を目的とする場合には、例えばＦｅ−９．５％Ｓｉ−５．５％Ａｌ（センダスト）のようなＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金粉末；Ｆｅ−６．５％ＳｉのようなＦｅ−Ｓｉ系合金粉末；Ｆｅ−８０％Ｎｉ（ＰＣパーマロイ）、Ｆｅ−４７％Ｎｉ（ＰＢパーマロイ）のようなＦｅ−Ｎｉ系合金粉末であることが好ましい。これらは単独で用いてもよく、また２種以上を適宜に組み合わせて用いてもよい。
【００１５】
これらの軟磁性粒子４は、所定合金のインゴットの粉砕粉であってもよく、またアトマイズ粉であってもよい。さらに、これら粉末の粒度は格別限定されるものではないが、通常、１００メッシュ下（タイラー篩）のものを用いればよい。上記した軟磁性粒子４の表面を被覆する絶縁被覆層２Ｂは、ジオポリマーで構成されており、電気絶縁性を有する。
【００１６】
ジオポリマーとはメタカオリン、フライアッシュなどの活性フィラーと高濃度のアルカリ性溶液（アルカリ活性剤）の反応によって得られるアルミニウム酸化物と珪素酸化物の重縮合体として形成された無機珪酸ポリマーを含む固化体のことをいう。
本発明においては、このジオポリマーを圧粉軟磁性材の絶縁性結着材（バインダー）として利用し、当該ジオポリマーからなる絶縁性結着材を軟磁性粒子４と混合し、軟磁性粒子４の表面に絶縁被覆層２Ｂとして形成した後、目的の形状に圧縮成型して焼成される軟磁性材として適用する。
以下に、本発明において絶縁被覆層２Ｂとして用いられるジオポリマーに関して説明する。
【００１７】
ジオポリマーの構造は天然ゼオライトの構造と類似しており、アルミノ珪酸塩の３次元構造である。ジオポリマーは、メタカオリン等に代表されるＳｉ、Ａｌを含む非晶質物質である活性フィラーとアルカリ性溶液を混合し反応させることにより生じさせることができる。
図１を基にジオポリマーの固化原理を説明する。まず、活性フィラー１３とアルカリ性溶液１４を混合、撹拌すると、図１（ａ）に示すように、アルカリ性溶液１４に由来する水酸基により活性フィラー１３からＳｉ、Ａｌの陽イオンが溶出する。次に当該陽イオンとモノマーが縮合し縮合体を形成する。さらに、図１（ｂ）モノマーの重縮合によるポリマー構造を形成し固化体１６となる。以上の固化原理を表す反応式を（１）式として以下に示す。
【００１８】
【数１】
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【００１９】
活性フィラーは、アルカリ性溶液で活性化されて重合固化する性質を持つ粉末である。その性質を利用したジオポリマー法によって、原料混合物を結合することができる。
活性フィラーは水ガラス成分等を含むアルカリ性溶液と接すると、陽イオン（主にアルミニウムイオン）を溶出し、珪酸錯体（ＳｉＯ４）を架橋しポリマー化して無機珪酸ポリマーを形成する。そのため、無機珪酸ポリマーを含むジオポリマーは珪酸錯体の源として、一般に水ガラス成分等を含むアルカリ性溶液が必要であり、ポリマー化した後のバインダーゲルは珪酸錯体が６員環を形成していると考えられる。この反応は天然現象でも多く見られ、地殻中の堆積岩の生成機構はまさにジオポリマー反応であり、ジオポリマーの述語もこれに由来する。
【００２０】
図２（ａ）にジオポリマーの基本単位の１例を示す。ジオポリマーは、Ｓｉを中心として周囲にＯが構成されるＳｉＯ４とＡｌを中心として周囲にＯが構成されるＡｌＯ４とが結合したものを基本単位として、この基本単位が重縮合して形成される。
また、図２（ｂ）にジオポリマーの３次元構造であるポリマーネットワークの模式図を示す。このように、ジオポリマーは上述した基本単位を連続して結合させたポリマー構造を有し、ＳｉＯ４−ＡｌＯ４等で表される基本単位を３次元的に重縮合して構成される。
ところで、図２（ｂ）に示すようにジオポリマーには、Ａｌ原子に寄り添うようにＮａ又はＫ（アルカリ金属）が内包されている。このＮａ又はＫは、例えば酸化物や水酸化物として結合構造に取り込まれることなく、ジオポリマーの内部に存在している。このＮａ又はＫは、活性フィラーを架橋しポリマー化した際に用いたアルカリ性溶液に由来するものである。
【００２１】
活性フィラーの代表であるメタカオリンはカオリンを仮焼して得られる。また、カオリン資源は限られているため、フライアッシュなどの産業廃棄物が活性フィラーの代替品として利用される。
具体的には、フライアッシュ（ＪＩＳ  Ａ  ６２０１）、クリンカアッシュなどの石炭灰、高炉スラグ（ＪＩＳ  Ａ  ６２０６）、下水焼却汚泥などのガラス成分を含む産業廃棄物を用いることができる。
【００２２】
アルカリ性溶液（アルカリ活性剤）は、活性フィラーを練り混ぜる溶液であり、活性フィラーから陽イオンを溶出させ重縮合を促す役割を果たす。具体的には、アルカリ性溶液として、水ガラス（珪酸ナトリウム溶液あるいは珪酸カリウム溶液）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）溶液、メタ珪酸ナトリウム溶液などが挙げられる。好ましくは、水ガラスに水酸化カリウム溶液、又は水酸化ナトリウム溶液を加えたものである。これらを用いることで、ジオポリマー法による重合固化の効果が高まり、圧縮強度の高い構造体を得ることができる。
【００２３】
一般に、アルカリ量／水量のモル比が高いほど得られる構造体は高強度であるため、練り混ぜ時に添加するアルカリの量を増やし、水を減らす必要があるが、水を減らすほど流動性が低下し、対象物との均一な混合が困難となる。そのため、モル比は０．１５〜０．２３の範囲であることがより好ましい。
【００２４】
高濃度のアルカリ性溶液（アルカリ活性剤）として水酸化カリウム溶液を使用した場合、強アルカリ濃度でも比較的流動性が大きい。また、特にメタ珪酸ナトリウムの粉体を添加すると、同一モル比で流動性が大きくなるためこれを用いることもできる。アルカリ性溶液として水酸化ナトリウム溶液を使用した場合、モル比が０．２程度で、流動性を失い極端にフロー値が小さくなり、また、強度も小さくなる傾向がある。そのため、フロー値１５ｃｍ以上として用いる事が好ましい。
【００２５】
本実施形態のジオポリマー被覆金属粉末３の調製に関して、図３（ａ）〜（ｃ）を適宜参照し説明する。
まず、活性フィラーとしてのメタカオリンとアルカリ性溶液を混合しジオポリマーバインダー２Ａを調整する。アルカリ性溶液としては、水で２倍程度に希釈した水ガラスに水酸化ナトリウムを予備混合したものを用いる事が好ましい。
次に、図３（ａ）に示す軟磁性粒子４と上記したジオポリマーバインダー２Ａとを混合し、軟磁性粒子４の表面をジオポリマーバインダー２Ａによってコーティングして図３（ｂ）に示す状態とする。以上の工程は、ジオポリマーバインダー２Ａの温度を８０℃未満となるようにして行う。８０℃未満においては、ジオポリマーバインダー２Ａの重縮合の進行を抑制することができるため、当該ジオポリマーバインダー２Ａは液体であり、軟磁性粒子４と混合することで、軟磁性粒子４の表面に均一にジオポリマーバインダー２Ａをコーティングすることができる。
【００２６】
さらに、ジオポリマーバインダー２Ａでコーティングした軟磁性粒子４を８０〜１００℃で１〜４８時間保持して、ジオポリマーバインダー２Ａを固化させ、軟磁性粒子４にジオポリマーからなる絶縁被覆層２Ｂが形成する。８０℃以上とすることにより、ジオポリマーバインダー２Ａの縮重合を促進し、固化を早めることができる。
温度が８０℃未満ではジオポリマーバインダー２Ａの固化が不十分となり軟磁性粒子４表面の絶縁性が低下するため好ましくなく、１００℃を超えるとジオポリマーバインダー２Ａ中の水分の沸騰により軟磁性粒子４表面のジオポリマーコーティングが不均一となるため好ましくない。また、固化させるための時間が１時間より短いと固化が不十分となり軟磁性粒子４表面の絶縁性が低下するため好ましくなく、４８時間を越えると生産性が低下するので好ましくない。
【００２７】
次に、絶縁被覆層２Ｂが形成された軟磁性粒子４に脱アルカリ洗浄処理を行う。この洗浄は、脱アルカリ処理であって絶縁被覆層２Ｂに含まれるアルカリ金属原子の量を、２ｍｏｌ％〜７ｍｏｌ％とするために行う。脱アルカリ洗浄処理は、例えば、硝酸アンモニウムとアンモニアを含む緩衝溶液を洗浄液として、５分〜６０分浸すことにより行うことができる。
絶縁被覆層２Ｂに含まれるアルカリ金属原子の濃度は、脱アルカリ洗浄処理において洗浄液に浸す時間や、洗浄剤の濃度によって調整することができる。
洗浄後に濾過し、乾燥することによって、図３（ｂ）に示すジオポリマー被覆金属粉末３を得ることができる。
【００２８】
このように、脱アルカリ洗浄処理を行い、絶縁被覆層２Ｂに含まれるアルカリ金属原子の量を２〜７ｍｏｌ％とすることで、後述するジオポリマー被覆金属粉末３を圧縮成型し６００℃以上で焼成し高強度低損失複合軟磁性材１（図３（ｄ）参照）を作製する際に、ジオポリマー被覆金属粉末３において軟磁性粒子４の周囲に形成された絶縁被覆層２Ｂが隣接するジオポリマー被覆金属粉末３の絶縁被覆層２Ｂと結びつき、高い強度を有する高強度低損失複合軟磁性材１（図３（ｄ）参照）を形成することができる。
【００２９】
ジオポリマーバインダー２Ａが固化した絶縁被覆層２Ｂのジオポリマーには、図２（ｂ）を基に説明したように、アルミニウム原子に寄り添うように、アルカリ金属原子（本実施形態においてはＮａ）が存在する。このアルカリ金属原子は、結合格子には入っておらず、アルカリ金属酸化物又は水酸化物のような形で存在する。
絶縁被覆層２Ｂのジオポリマーにアルカリ金属原子が７ｍｏｌ％より多く含まれる状態で６００℃以上の焼成を行うと、低融点のアルカリ成分によってジオポリマーの結合が絶たれ、ジオポリマーが溶け出し、絶縁被覆層２Ｂによって軟磁性粒子４の表面を完全に被覆することができなくなり、絶縁効果が不十分となる。
また、前記脱アルカリ洗浄処理を過度に行い、絶縁被覆層２Ｂのジオポリマーにアルカリ金属原子が２ｍｏｌ％より少ない状態で圧縮成型し６００℃以上の焼成を行うと、隣り合うジオポリマー被覆金属粉末３の絶縁被覆層２Ｂと十分に結合せず、強度が低くなってしまう。
即ち、絶縁被覆層２Ｂのジオポリマーに含まれるアルカリ金属原子は、過度に含まれると圧縮成型後の焼成処理においてジオポリマー自体を溶融させてしまうが、適度な洗浄を行い適正量（２〜７ｍｏｌ％）残留させることで、ジオポリマー被覆金属粉末３同士を決着させる効果を高めることができる。
【００３０】
脱アルカリ洗浄処理に用いる洗浄液は、アンモニア水に、硝酸アンモニウム，亜硝酸アンモニウム，リン酸アンモニウム，リン酸二水素アンモニウム，硫酸アンモニウム，亜硫酸アンモニウム，硫酸水素アンモニウム，塩化アンモニウム，第四級アンモニウムのうち何れか１つ又は２つ以上を混合した緩衝溶液を用いる事ができる。この中でも、特に硝酸アンモニウムとアンモニア水の緩衝溶液を用いる事が好ましい。
洗浄液としては水を用いる事も可能ではあるが、絶縁被覆層２Ｂに含まれるアルカリ金属原子の量を７ｍｏｌ％以下に脱アルカリ洗浄を行うためには、洗浄時間が長くなり効率が悪くなる。
また、洗浄液として硝酸や塩化アンモニウムを使用すると、軟磁性粒子４が酸化して錆を生じたり、水酸化鉄が生じるなど軟磁性粒子４が変質してしまう虞がある。したがって、これらの溶液を洗浄液に混合する場合は、濃度を調整するなどの注意が必要となる。
【００３１】
軟磁性粒子４と混合するジオポリマーバインダー２Ａは、当該ジオポリマーバインダー２Ａが固化し、さらに脱アルカリ洗浄処理を経て乾燥された絶縁被覆層２Ｂのジオポリマー被覆金属粉末３における割合を０．５〜３ｍａｓｓ％とするように使用量を調整する。
なお、ジオポリマーバインダー２Ａは、固化、脱アルカリ洗浄処理を経ても、その質量にほとんど変化が起きないため、添加量を全体に対して０．５〜３ｍａｓｓ％とすればよい。
絶縁被覆層２Ｂのジオポリマー被覆金属粉末３における割合が０．５ｍａｓｓ％より少ない場合は、軟磁性粒子４の表面を完全に被覆することができずに非被覆部分が生じたり、また被覆層の厚みが薄くなるため後述する圧縮成型時に当該絶縁被覆層２Ｂが損壊するなどの現象が起こり、その結果、軟磁性粒子４相互間の絶縁性が充分に確保できなくなるからである。また、３ｍａｓｓ％よりも多くすると、ジオポリマー被覆金属粉末３中に占める軟磁性粒子４の割合が少なくなり、磁気特性が不十分となる。
【００３２】
本発明では、上記したジオポリマー被覆金属粉末３を用い、以下の工程を経ることによって図３（ｄ）に示す高強度低損失複合軟磁性材１を製造することができる。まず、図３（ｃ）に示すジオポリマー被覆金属粉末３を金型に充填する。ついで圧縮成型して所望形状の成型体にする。このときの成型圧としては、格別限定されるものではないが、成型体の密度を高め、またその強度も高めるという点で７００ＭＰａ以上に設定することが好ましい。
【００３３】
得られた成型体を、焼成（熱処理）して目的とする高強度低損失複合軟磁性材１が製造される。焼成は真空中、又は例えば窒素ガス雰囲気やアルゴンガス雰囲気のような不活性雰囲気中で行われ、その温度は６００〜１０００℃に設定される。
焼成によって、軟磁性粒子４に生じる成型歪を除去し特性を向上させることができる。また、同時に、ジオポリマー被覆金属粉末３の周囲に形成された絶縁被覆層２Ｂが隣接するジオポリマー被覆金属粉末３の絶縁被覆層２Ｂと結びつき粒界層２Ｃを形成し、高い強度を有する高強度低損失複合軟磁性材１を製造することができる。
【００３４】
以上説明の如く製造された高強度低損失複合軟磁性材１は、鉄損が小さく、優れた軟磁気特性を示し、強度が高く、比抵抗が高いという優れた特徴を有する。
これは、軟磁性粒子４同士を隔てる粒界層２Ｃとしてジオポリマーが用いられており、軟磁性粒子４が個々に確実に粒界層２Ｃで絶縁被覆されているので、軟磁性粒子４の焼成材として高強度と高抵抗化を実現できていることによる。
なお、粒界層２Ｃは、隣接するジオポリマー被覆金属粉末３の絶縁被覆層２Ｂ同士が決着して形成されているため、高強度低損失複合軟磁性材１中の粒界層２Ｃの占める割合は、０．５ｍａｓｓ％〜３ｍａｓｓ％である。
【００３５】
ジオポリマーは、高い強度を有するため、粒界層２Ｃ部分での機械的結合力に優れ、高強度の複合軟磁性材が得られる。加えて、ジオポリマーは水分と反応せず水分によって強度を損なうことが無いため、長期時間経過後も高い強度を保つ軟磁性材を提供することができる。
【００３６】
高強度低損失複合軟磁性材１のジオポリマーからなる粒界層２Ｃには、２〜７ｍｏｌ％のアルカリ金属原子が含まれている。
アルカリ金属原子は、適度に添加されているとジオポリマー同士の結合を助ける。したがって、アルカリ金属原子が２ｍｏｌ％以上含まれることで高強度の高強度低損失複合軟磁性材１となる。これは、焼成の際に隣り合うジオポリマー被覆金属粉末３の絶縁被覆層２Ｂ同士が、アルカリ金属原子の働きにより強固に結びつき粒界層２Ｃを形成するためである。
【００３７】
しかしながら、粒界層２Ｃのアルカリ金属原子含有量が７ｍｏｌ％を超えると、粒界層２Ｃのジオポリマーの融点が下がってしまう。即ち、６００℃を越える温度で焼成した時に軟磁性粒子４同士が焼結してしまい、絶縁性を保つことができなくなる虞がある。したがって、粒界層２Ｃのアルカリ金属原子の量は７ｍｏｌ％以下であることが好ましい。
ところで、従来技術として絶縁性結着材に採用されている水ガラスは、５５０℃以上で軟化する性質を有するため、５５０℃以上の温度で焼成した場合には軟磁性粒子同士が焼結してしまい、絶縁性を保つことができないという問題があった。
これに対して、ジオポリマーからなる粒界層２Ｃは、アルカリ金属原子の量が７ｍｏｌ％以下とすることにより、６００℃以上の高温に耐えることが可能となる。また、アルカリ金属原子の量を下げることにより、より高温の環境下で強度を保つことが可能となり、高温環境下においても使用可能な高強度低損失複合軟磁性材１を提供することができる。
【００３８】
図４は、本発明に係る高強度低損失複合軟磁性材１を適用した電磁気回路部品の一例であるリアクトル１０を示す。
図４に示すリアクトル１０は、平面視レーストラック状のリアクトルコア１１と、リアクトルコア１１に巻装された２つのコイル１２を有している。
図１に示すように、各コイル１２は、それぞれ、多数回巻回された導線よりなり、リアクトルコア１１の長手方向の直線区間に巻装されている。このリアクトル１０では、リアクトルコア１１が高強度低損失複合軟磁性材１により構成されている。
【００３９】
この例のリアクトル１０では、リアクトルコア１１の比抵抗が大きく、６００℃以上の温度で焼成され成型歪が十分に除去されるためリアクトル１０として高い性能を得ることができる。加えて、リアクトルコア１１は、初期の強度が高いのみならず、水分により強度の低下を起こすことがなく長期時間経過後も高い強度を保つことができる。
なお、前記リアクトル１０は本発明に係る高強度低損失複合軟磁性材１を電磁気回路部品に適用した一例であって、本発明に係る高強度低損失複合軟磁性材１をその他種々の電磁気回路部品に適用できるのは勿論である。
【実施例】
【００４０】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。なお、本発明は以下の実施例によって制限されるものではない。
＜試料の作製＞
水ガラスとして１号珪酸ソーダ（Ｎａ２Ｏ・２ＳｉＯ２）７．６ｇをビーカ内で純水に溶解して２倍に希釈し、これに水酸化ナトリウム１．０１ｇを入れて良く攪拌し完全に溶解させた。ここにさらにメタカオリン５ｇを入れて均一になるまで良く攪拌し、ジオポリマーバインダーを得た。
水アトマイズ法により作製された平均粒径５０μｍの純鉄粉末（軟磁性粒子）を準備し、これにジオポリマーバインダーの占める割合が０．５〜２ｍａｓｓ％となるようにジオポリマーバインダーを添加し、均一になるまでヘンシェルミキサで混合、攪拌した。その後、ジオポリマーバインダーを混合した純鉄粉末をオーブン中８０℃で２４時間保持し、ジオポリマーバインダーを重縮合させ、未洗浄ジオポリマー被覆純鉄粉末Ａを得た。
【００４１】
上記未洗浄ジオポリマー被覆純鉄粉末Ａを、１規定の硝酸アンモニウムと１規定のアンモニアを含む緩衝溶液に５分〜６０分浸すことにより脱アルカリ洗浄処理を行い、ろ過することにより粉末から溶液を分離し、その後大気中１５０℃で加熱することにより乾燥させ実施例１〜７に用いるジオポリマー被覆金属粉末を得た。
これとは別に上記未洗浄ジオポリマー被覆純鉄粉末Ａを、純水、１規定の硝酸水溶液、又は１規定の塩化アンモニウム水溶液に２０分浸すことにより脱アルカリ洗浄処理を行い、同様にろ過、乾燥することにより比較例１〜３に用いるジオポリマー被覆金属粉末を得た。
また、上記未洗浄ジオポリマー被覆純鉄粉末Ａをそのまま洗浄を行うことなく比較例４に用いるジオポリマー被覆金属粉末とした。
【００４２】
これらのジオポリマー被覆金属粉末を金型に入れ、油圧プレスを使用して室温において７８４ＭＰａの成型圧でプレスすることにより、外径φ３５ｍｍ、内径φ２５ｍｍ、厚さ５ｍｍのリング状成型体を形成し、さらに窒素雰囲気中にて６５０℃で焼成することにより実施例１〜７及び比較例１〜４の複合軟磁性材の試料を作製した。
実施例１〜７及び比較例１〜４の試料の作製条件（ジオポリマー添加量、脱アルカリ洗浄処理の詳細）を表１にまとめる。
【００４３】
＜評価＞
比較例２のジオポリマー被覆金属粉末は、脱アルカリ洗浄処理において洗浄液として硝酸水溶液を使用したため、純鉄粉末が酸化され錆が発生し、成型することができなかった。また、比較例３のジオポリマー被覆金属粉末は、脱アルカリ洗浄処理において洗浄液として塩化アンモニウム水溶液を使用したため、水酸化鉄が発生し成型することができなかった。
【００４４】
そこで、その他の試料（実施例１〜７及び比較例１、４）について、粒界層のＮａ濃度（ｍｏｌ％）、密度（ｍｇ／ｍ３）、比抵抗（μΩｍ）、０．１Ｔで１０ｋＨｚにおける鉄損（Ｗ／ｋｇ）、圧環強度（ＭＰａ）を測定した。
なお、粒界層のＮａ濃度は、得られた複合軟磁性材の試料の断面をとり電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ，日本電子（株）製ＪＸＡ−８５３０Ｆ）を使用して、１０箇所の分析を行い平均値を求めた。密度はアルキメデス法により測定した。比抵抗は４端子法により測定した。０．１Ｔで１０ｋＨｚにおける鉄損はＢＨアナライザ（岩通計測（株）製ＳＹ−８２１８）を用いて測定した。圧環強度はロードセルつきの圧空プレスを使用して測定した。
これらの結果を表１に示す。
【００４５】
【表１】
2014199883.tif 000004
【００４６】
水を使用して脱アルカリ洗浄した比較例１の試料及び脱アルカリ洗浄しなかった比較例４の試料は、比抵抗の値から絶縁が破れていることがわかる。これは、粒界層のＮａ濃度が高すぎる（７ｍｏｌ％超）ため絶縁被覆層が溶融してしまったことが原因であると考えられる。絶縁が破れたことによって、鉄損が大きくなり鉄損を測定することができなかったが、このような複合軟磁性材はロスが大きく効率が悪い。
【００４７】
実施例１〜７の硝酸アンモニウムとアンモニアの緩衝溶液を使用して脱アルカリ洗浄した試料は、いずれも６５０℃で焼成した後の比抵抗、鉄損、圧環強度ともに優れた値を示した。
また、圧環強度に関しては、５５ＭＰａ以上であることがより望ましく、粒界層のＮａ濃度が２ｍｏｌ％未満の実施例４〜６は、これを満たしていない。即ち、粒界層のＮａ濃度が２ｍｏｌ％以上であることで圧環強度に関しては、５５ＭＰａ以上とすることが可能となり、高強度の複合軟磁性材を作製できることがわかる。
【符号の説明】
【００４８】
１…高強度低損失複合軟磁性材、２Ａ…ジオポリマーバインダー、２Ｂ…絶縁被覆層、２Ｃ…粒界層、３…ジオポリマー被覆金属粉末、４…軟磁性粒子、１０…リアクトル、１１…リアクトルコア、１２…コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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