(57)【要約】      （修正有）【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。【解決手段】軟磁性粒子４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８により互いに結着され電気的に絶縁され、前記ジオポリマーからなる粒界層にアルカリ金属原子を含み、前記粒界層であって、粒子間中央部に形成された部分のアルカリ金属原子の濃度が前記軟磁性粒子の表面に形成された部分のアルカリ金属原子の濃度より高いことを特徴とする高強度低損失複合軟磁性材。また、前記粒界層であって、前記軟磁性粒子の表面に形成された部分の前記アルカリ金属原子の濃度が、７ｍｏｌ％以下であることが好ましい。前記粒界層であって、前記粒子間中央部に形成された部分の前記アルカリ金属原子の濃度が、２ｍｏｌ％以上であることが好ましい。【選択図】図３
2014199884.tif 000002
【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、
前記ジオポリマーからなる粒界層にアルカリ金属原子を含み、
前記粒界層であって、粒子間中央部に形成された部分のアルカリ金属原子の濃度が前記軟磁性粒子の表面に形成された部分のアルカリ金属原子の濃度より高いことを特徴とする高強度低損失複合軟磁性材。
【請求項２】
前記粒界層において、前記アルカリ金属原子の濃度が、前記粒界層の粒子間中央部から前記軟磁性粒子の表面側にかけて減少している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】
前記粒界層であって、前記軟磁性粒子の表面に形成された部分の前記アルカリ金属原子の濃度が、７ｍｏｌ％以下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】
前記粒界層であって、前記粒子間中央部に形成された部分の前記アルカリ金属原子の濃度が、２ｍｏｌ％以上であることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の高強度低損失複合軟磁性材。
【請求項５】
前記ジオポリマーからなる粒界層の占める割合が０．５ｍａｓｓ％〜３ｍａｓｓ％であることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の高強度低損失複合軟磁性材。
【請求項６】
請求項１から５の何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７】
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おり、
前記ジオポリマーからなる絶縁被覆層にアルカリ金属原子を含み、
前記絶縁被覆層であって、当該絶縁被覆層の表面に形成された部分のアルカリ金属原子の濃度が前記軟磁性粒子の表面に形成された部分のアルカリ金属原子の濃度より高いことを特徴とするジオポリマー被覆金属粉末。
【請求項８】
前記絶縁被覆層において、前記アルカリ金属原子の濃度が、前記絶縁被覆層の表面側から前記軟磁性粒子の表面側にかけて減少していることを特徴とする請求項７に記載のジオポリマー被覆金属粉末。
【請求項９】
前記絶縁被覆層であって、前記軟磁性粒子の表面に形成された部分の前記アルカリ金属原子の濃度が、７ｍｏｌ％以下であることを特徴とする請求項７又は８に記載のジオポリマー被覆金属粉末。
【請求項１０】
前記絶縁被覆層であって、当該絶縁被覆層の表面に形成された部分の前記アルカリ金属原子の濃度が、２ｍｏｌ％以上であることを特徴とする請求項７から９の何れか一項に記載のジオポリマー被覆金属粉末。
【請求項１１】
前記ジオポリマーからなる絶縁被覆層の占める割合が０．５ｍａｓｓ％〜３ｍａｓｓ％であることを特徴とする、請求項７から１０の何れか一項に記載のジオポリマー被覆金属粉末。
【請求項１２】
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調合する工程と、
前記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、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一次絶縁被覆層を形成する工程と、
前記一次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し、前記一次絶縁被覆層に含まれるアルカリ金属原子の濃度を低くする工程と、
前記脱アルカリ洗浄処理後の前記一次絶縁被覆層を有する軟磁性粒子の表面に、前記ジオポリマーバインダーをコーティングした後、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二次絶縁被覆層を形成する工程と、
前記二次絶縁被覆層を形成し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１３】
前記二次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し、前記二次絶縁被覆層に含まれるアルカリ金属原子の濃度を、前記一次絶縁被覆層に含まれるアルカリ金属原子の濃度以下とならない範囲で低くすることを特徴とする請求項１２に記載の高強度低損失複合軟磁性材の製造方法。
【請求項１４】
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１２又は１３に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り、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り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】
【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、前記ジオポリマーからなる粒界層にアルカリ金属原子を含み、前記粒界層であって、粒子間中央部に形成された部分のアルカリ金属原子の濃度が前記軟磁性粒子の表面に形成された部分のアルカリ金属原子の濃度より高いことを特徴とする。
（２）また、本発明の高強度低損失複合軟磁性材は、前記粒界層において、前記アルカリ金属原子の濃度が、前記粒界層の粒子間中央部から前記軟磁性粒子の表面側にかけて減少していることが好ましい。
（３）また、本発明の高強度低損失複合軟磁性材は、前記粒界層であって、前記軟磁性粒子の表面に形成された部分の前記アルカリ金属原子の濃度が、７ｍｏｌ％以下であることが好ましい。
（４）また、本発明の高強度低損失複合軟磁性材は、前記粒界層であって、前記粒子間中央部に形成された部分の前記アルカリ金属原子の濃度が、２ｍｏｌ％以上であることが好ましい。
（５）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占める割合が０．５ｍａｓｓ％〜３ｍａｓｓ％であることが好ましい。
（６）本発明の電磁気回路部品は、（１）〜（５）の何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。
（７）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おり、前記ジオポリマーからなる絶縁被覆層にアルカリ金属原子を含み、前記絶縁被覆層であって、当該絶縁被覆層の表面に形成された部分のアルカリ金属原子の濃度が前記軟磁性粒子の表面に形成された部分のアルカリ金属原子の濃度より高いことを特徴とする。
（８）また、本発明のジオポリマー被覆金属粉末は、前記絶縁被覆層において、前記アルカリ金属原子の濃度が、前記絶縁被覆層の表面側から前記軟磁性粒子の表面側にかけて減少していることが好ましい。
（９）また、本発明のジオポリマー被覆金属粉末は、前記絶縁被覆層であって、前記軟磁性粒子の表面に形成された部分の前記アルカリ金属原子の濃度が、７ｍｏｌ％以下であることが好ましい。
（１０）また、本発明のジオポリマー被覆金属粉末は、前記絶縁被覆層であって、当該絶縁被覆層の表面に形成された部分の前記アルカリ金属原子の濃度が、２ｍｏｌ％以上であることが好ましい。
（１１）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占める割合が０．５ｍａｓｓ％〜３ｍａｓｓ％であることが好ましい。
（１２）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調合する工程と、前記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、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一次絶縁被覆層を形成する工程と、前記一次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し、前記一次絶縁被覆層に含まれるアルカリ金属原子の濃度を低くする工程と、前記脱アルカリ洗浄処理後の前記一次絶縁被覆層を有する軟磁性粒子の表面に、前記ジオポリマーバインダーをコーティングした後、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二次絶縁被覆層を形成する工程と、前記二次絶縁被覆層を形成し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。
（１３）また、本発明の高強度低損失複合軟磁性材の製造方法は、前記二次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し、前記二次絶縁被覆層に含まれるアルカリ金属原子の濃度を、前記一次絶縁被覆層に含まれるアルカリ金属原子の濃度以下とならない範囲で低くすることが好ましい。
（１４）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ており、高周波領域における鉄損も小さいという特徴を有する。
また、粒界層にアルカリ金属原子を含み、粒子間中央部に形成された部分のアルカリ金属原子の濃度が前記軟磁性粒子の表面に形成された部分のアルカリ金属原子の濃度より高いことにより、粒界層の粒子間中央部において高強度低損失複合軟磁性材の結合力を確保し、軟磁性粒子の表面付近において絶縁性を確保でき、高強度低損失複合軟磁性材における粒界層の占める割合を小さくしても、絶縁性と強度を両立させることができる。
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、何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一次被覆された状態を示し、図３（ｃ）は、一次被覆されたジオポリマーバインダーを固化させ、さらに脱アルカリ洗浄処理を行い、一次絶縁被覆層を形成した状態を示し、図３（ｄ）は、ジオポリマーバインダーで二次被覆し固化させ、二次絶縁被覆層を形成したジオポリマー被覆金属粉末を示し、図３（ｅ）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（ｄ）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絶縁被覆層７から構成される。また、絶縁被覆層７は、一次絶縁被覆層２と、当該一次絶縁被覆層２の表面をさらに被覆する二次絶縁被覆層５Ａとで構成されている。また、絶縁被覆層７（即ち一次絶縁被覆層２及び二次絶縁被覆層５Ａ）は、後述するジオポリマーからなる。
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７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）の反応により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７（即ち一次絶縁被覆層２及び二次絶縁被覆層５Ａ）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７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】
2014199884.tif 000003
【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り、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）〜（ｄ）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６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。このジオポリマーバインダー６は、絶縁被覆層７（即ち一次絶縁被覆層２及び二次絶縁被覆層５Ａ）を形成するために用いる。
【００２６】
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６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６により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６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６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６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６をコーティングすることができる。
【００２７】
さらに、ジオポリマーバインダー６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６を固化させ、軟磁性粒子４にジオポリマーからなる一次絶縁被覆層２を形成する。８０℃以上とすることにより、ジオポリマーバインダー６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６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６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。
【００２８】
次に、一次絶縁被覆層２が形成された軟磁性粒子４に一次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一次絶縁被覆層２に含まれるアルカリ金属原子の濃度を、７ｍｏｌ％以下とするために行う。一次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、当該洗浄液に浸すことにより行うことができる。洗浄液に浸す時間は、アルカリ金属原子の濃度を７ｍｏｌ％以下とするために５分以上であることが好ましく、生産効率を加味して２４時間以下であることが好ましい。また、十分にアルカリ金属原子を除去するためには、３６０分程度であることがより好ましい。
洗浄後に濾過し、乾燥することにより、軟磁性粒子４の表面に一次絶縁被覆層２を形成した図３（ｃ）に示す状態となる。
【００２９】
このように、一次脱アルカリ洗浄処理を行い、一次絶縁被覆層２に含まれるアルカリ金属原子の濃度を７ｍｏｌ％以下とすることで、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（ｅ）参照）を作製する際に、一次絶縁被覆層２が溶け出すことを抑制し、軟磁性粒子４同士の絶縁を十分に確保することができる。
一次絶縁被覆層２に含まれるアルカリ金属原子は、洗浄によって完全に除去されていても良い。即ち濃度が０ｍｏｌ％となっていても良い。
【００３０】
ジオポリマーバインダー６が固化した一次絶縁被覆層２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。
一次絶縁被覆層２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りジオポリマーの結合が絶たれ、ジオポリマーが溶け出し、一次絶縁被覆層２により軟磁性粒子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。
【００３１】
一次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、一次絶縁被覆層２に含まれるアルカリ金属原子の濃度を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。
【００３２】
次に、一次絶縁被覆層２を形成した軟磁性粒子４（図３（ｃ）参照）と上述のジオポリマーバインダー６とを再度混合し、軟磁性粒子４の表面をジオポリマーバインダー６によりコーティングする。これをさらに８０〜１００℃で１〜４８時間保持して、ジオポリマーバインダー６を固化させ二次絶縁被覆層５Ａを形成し、図３（ｄ）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。
【００３３】
このジオポリマー被覆金属粉末３に、さらに二次脱アルカリ洗浄処理を施して二次絶縁被覆層５Ａに含まれるアルカリ金属原子の濃度を調整しても良い。二次脱アルカリ洗浄処理に用いる洗浄液は、上述した一次脱アルカリ洗浄処理に用いる洗浄液と同じものを用いる事ができる。
一般に、アルカリ金属酸化物は、アルミニウム酸化物と珪素酸化物の重縮合体（無機珪酸ポリマー）と比較して融点が低いため、ジオポリマー中のアルカリ金属酸化物（アルカリ金属原子）の含有量が増えるに従い、焼成時に軟磁性粒子４同士が焼結し易くなる傾向がある。即ち、二次脱アルカリ洗浄処理を行い、二次絶縁被覆層５Ａに含まれるアルカリ金属原子の量を調整することで、二次絶縁被覆層５Ａの絶縁性を高めることができる。
【００３４】
二次脱アルカリ洗浄処理を行う場合は、二次絶縁被覆層５Ａに含まれるアルカリ金属原子の濃度を２ｍｏｌ％以上とすることが好ましい。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（ｅ）参照）を作製する際に、ジオポリマー被覆金属粉末３において二次絶縁被覆層５Ａが隣接するジオポリマー被覆金属粉末３の二次絶縁被覆層５Ａ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を形成することができる。
即ち、前記二次脱アルカリ洗浄処理を過度に行い、二次絶縁被覆層５Ａ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の二次絶縁被覆層５Ａと十分に結合せず、強度が低下するため好ましくない。
【００３５】
二次絶縁被覆層５Ａに含まれるアルカリ金属原子の濃度は、一次絶縁被覆層２に含まれるアルカリ金属原子の濃度より高くなるように一次脱アルカリ洗浄処理及び二次脱アルカリ洗浄処理を行う。具体的には、二次脱アルカリ洗浄処理を行う際の洗浄時間を一次脱アルカリ洗浄処理を行う際の洗浄時間より長くして行う。
また、二次絶縁被覆層５Ａに含まれるアルカリ金属原子の濃度を一次絶縁被覆層２に含まれるアルカリ金属原子の濃度より高くする手段として、一次絶縁被覆層２及び二次絶縁被覆層５Ａを形成するためのジオポリマーバインダーを別個に用意し、一方のアルカリ金属原子の濃度を濃くしておき、このアルカリ金属原子の濃度が濃いジオポリマーバインダーを二次絶縁被覆層５Ａを形成するために用いることにより、二次絶縁被覆層５Ａに含まれるアルカリ金属原子の濃度を相対的に多くしても良い。
更に、一次脱アルカリ洗浄処理に使用する洗浄液の濃度を二次脱アルカリ洗浄に使用する洗浄液の濃度より高くすることにより、二次絶縁被覆層５Ａに含まれるアルカリ金属原子の濃度を一次絶縁被覆層２に含まれるアルカリ金属原子の濃度より高くしても良い。
【００３６】
二次絶縁被覆層５Ａに含まれるアルカリ金属原子の濃度を一次絶縁被覆層２に含まれるアルカリ金属原子の濃度より高くすることによって、一次絶縁被覆層２により絶縁を確保し、二次絶縁被覆層５Ａにより、焼成時の強度を確保し、各層により機能を分けることができる。即ち、一次絶縁被覆層２と二次絶縁被覆層５Ａとからなる絶縁被覆層７において、外側の層で結合力を確保し、内側の層で絶縁性を確保することとなり、より効果的にそれぞれの機能を奏することが可能となる。したがって、ジオポリマー被覆金属粉末３における絶縁被覆層７の占める割合を小さくしても、絶縁性と強度を両立させることができる。
絶縁被覆層７において、二次絶縁被覆層５Ａに含まれるアルカリ金属原子の濃度を一次絶縁被覆層２に含まれるアルカリ金属原子の濃度より高くすることにより、絶縁被覆層７の表面側から軟磁性粒子４の表面側にかけてアルカリ金属原子の濃度が減少していく構成となる。
なお、二次絶縁被覆層５Ａに含まれるアルカリ金属原子の濃度は、２ｍｏｌ％以上であり、一次絶縁被覆層２に含まれるアルカリ金属原子の濃度より濃くなっていれば、特に上限が規定されるものではないが、１０ｍｏｌ％を超えると、ポリマー化する時間が短くなるために被覆するためのジオポリマーバインダー６の粘度が高くなり、一次絶縁被覆層２の上に当該ジオポリマーバインダーを均一にコーティングできなくなる。したがって、二次絶縁被覆層５Ａに含まれるアルカリ金属原子の濃度は、１０ｍｏｌ％以下とすることが好ましい。
【００３７】
一次絶縁被覆層２は、含有するアルカリ金属原子の濃度を７ｍｏｌ％以下とするように、一次脱アルカリ洗浄処理がなされている。また、二次絶縁被覆層５Ａは少なくとも２ｍｏｌ％以上のアルカリ金属原子を含んでいる。したがって、絶縁被覆層７のアルカリ金属原子の濃度は、軟磁性粒子４の表面においては７ｍｏｌ％以下となっており、絶縁被覆層７の表面においては、少なくとも２ｍｏｌ％以上である。
アルカリ金属原子含有量が７ｍｏｌ％を超えるとジオポリマーの融点が下がってしまうが、本実施形態において、一次絶縁被覆層２のアルカリ金属原子は７ｍｏｌ％以下となっているため、６００℃を越える温度で焼成した際にも、軟磁性粒子４同士は絶縁されており、軟磁性粒子４同士が焼結することがない。
【００３８】
絶縁被覆層７（即ち一次絶縁被覆層２及び二次絶縁被覆層５Ａ）を形成するために使用するジオポリマーバインダー６は、当該ジオポリマーバインダー６が固化し、さらに一次及び二次脱アルカリ洗浄処理を経て乾燥された一次絶縁被覆層２及び二次絶縁被覆層５Ａのジオポリマー被覆金属粉末３全体における割合を０．５ｍａｓｓ％〜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６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、一次絶縁被覆層２及び二次絶縁被覆層５Ａを形成するために添加するジオポリマーバインダー６の合計量を全体に対して０．５〜３ｍａｓｓ％とすればよい。
絶縁被覆層７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７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。
【００３９】
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り図３（ｅ）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（ｄ）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。
【００４０】
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。
焼成により、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７が隣接するジオポリマー被覆金属粉末３の絶縁被覆層７と結びつき粒界層８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。
粒界層８は、一次絶縁被覆層２と、結着層５Ｂとから形成される。結着層５Ｂは、隣接するジオポリマー被覆金属粉末３の二次絶縁被覆層５Ａ同士が結合して形成されている。
【００４１】
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８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８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８は、隣接するジオポリマー被覆金属粉末３の絶縁被覆層７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８の占める割合は、０．５ｍａｓｓ％〜３ｍａｓｓ％である。
【００４２】
ジオポリマーは、高い強度を有するため、粒界層８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り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。
【００４３】
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８は、一次絶縁被覆層２と結着層５Ｂとからなる。
結着層５Ｂは、焼成時に隣り合うジオポリマー被覆金属粉末３の二次絶縁被覆層５Ａ同士が結合することで形成されている。また、二次絶縁被覆層５Ａに含まれるアルカリ金属原子は、一次絶縁被覆層２に含まれるアルカリ金属原子の量より多くなるように一次及び二次脱アルカリ洗浄処理により調整されている。したがって、焼成後に形成される粒界層８においても、結着層５Ｂに含まれるアルカリ金属原子の濃度が、一次絶縁被覆層２に含まれるアルカリ金属原子の濃度より高くなっている。即ち、粒界層８は、粒界層８の粒子間中央部（即ち厚さ方向中央部）から軟磁性粒子４の表面側にかけてアルカリ金属原子の濃度が減少された構成となる。
この様な構成を有することにより、結着層５Ｂにおいて高強度低損失複合軟磁性材１の結合力を確保し、一次絶縁被覆層２において絶縁性を確保でき、高強度低損失複合軟磁性材１における粒界層８の占める割合を小さくしても、絶縁性と強度を両立させることができる。
【００４４】
一次絶縁被覆層２は、含有するアルカリ金属原子の濃度を７ｍｏｌ％以下とするように、一次脱アルカリ洗浄処理がなされている。また、結着層５Ｂに含まれるアルカリ金属原子の濃度は、二次絶縁被覆層５Ａと同じ濃度であり少なくとも２ｍｏｌ％以上のアルカリ金属原子を含んでいる。したがって、粒界層８のアルカリ金属原子の濃度は、軟磁性粒子４の表面においては７ｍｏｌ％以下となっており、粒界層８の粒子間中央部においては、少なくとも２ｍｏｌ％以上である。
より具体的には、例えば一次絶縁被覆層２に含まれるアルカリ金属原子の濃度が０．５ｍｏｌ％である場合には、二次絶縁被覆層５Ａに含まれるアルカリ金属原子の濃度は、２ｍｏｌ％以上であることが好ましい。また、一次絶縁被覆層２に含まれるアルカリ金属原子の濃度が７ｍｏｌ％である場合には、二次絶縁被覆層５Ａに含まれるアルカリ金属原子の濃度は、７ｍｏｌ％超であることが好ましい。
【００４５】
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８は、アルカリ金属原子の濃度を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濃度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。
【００４６】
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。
【００４７】
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】
【００４８】
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。
【００４９】
＜試料の作製＞
（ジオポリマーバインダー）
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。
【００５０】
（一次被覆）
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を、当該ジオポリマーバインダーと前記純鉄粉末の合計に対して０．５〜１．５ｍａｓｓ％の割合となるように添加し、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、未洗浄一次被覆純鉄粉末Ａを得た。
この、未洗浄一次被覆純鉄粉末Ａをそのまま洗浄を行うことなく比較例３に用いるジオポリマー被覆金属粉末とした。
【００５１】
上記未洗浄一次被覆純鉄粉末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２０分又は３６０分浸すことにより一次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一次絶縁被覆層を有する一次被覆金属粉末Ｂを得た。
この、一次被覆金属粉末Ｂを比較例１に用いるジオポリマー被覆金属粉末とした。
【００５２】
また、これとは別に上記未洗浄一次被覆純鉄粉末Ａを、純水に２０分浸すことにより一次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２に用いるジオポリマー被覆金属粉末を得た。
【００５３】
（二次被覆）
得られた一次被覆金属粉末Ｂに、さらにジオポリマーバインダーを０．５ｍａｓｓ％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、未洗浄二次被覆純鉄粉末Ｃを得た。
この、未洗浄二次被覆純鉄粉末Ｃを実施例１に用いるジオポリマー被覆金属粉末とした。
【００５４】
上記未洗浄二次被覆純鉄粉末Ｃ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分浸すことにより二次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二次絶縁被覆層を有する二次被覆金属粉末Ｄを得た。
この、二次脱アルカリ洗浄済みの二次被覆純鉄粉末Ｄを実施例２〜８に用いるジオポリマー被覆金属粉末とした。
【００５５】
（成型、焼成）
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１〜８及び比較例１〜３の複合軟磁性材の試料を作製した。
実施例１〜８及び比較例１〜３の試料の作製条件（一次被覆及び一次被覆を行う際のジオポリマー添加量及び脱アルカリ洗浄処理の詳細）を後述する結果と合わせて後段の表１にまとめる。
【００５６】
＜評価＞
実施例１〜８及び比較例１〜３について、粒界層の粒子間中央部及び粒子表面部の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。
【００５７】
【表１】
2014199884.tif 000004
【００５８】
比較例１〜３の複合軟磁性材は、絶縁被覆層の二次被覆をおこなわず、一次絶縁被覆層のみを形成して作製されている。
比較例１〜３の試料は、前縁被覆層が１層のみであるため、粒界層のＮａ濃度は、粒子表面部と粒界層中央部で実質的な差はなく、測定誤差又は、分布上の偏差の範囲内での差が見られるのみである。
水を使用して脱アルカリ洗浄した比較例２の試料及び脱アルカリ洗浄しなかった比較例３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）ため粒界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り、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。
このことから、粒界層のＮａ濃度が７ｍｏｌ％を超えると、絶縁を保つことができなくなることが確認された。
また、比較例１の試料は、比抵抗は確保されているものの、実施例１〜８の試料と比較して、密度に対しての強度が低いことがわかる。
ところで、粒界層（即ち絶縁被覆層）を二層に分けることで、粒界層において外側の層で結合力を確保し、内側の層で絶縁性を確保することとなり、より効果的にそれぞれの機能を奏することが可能となる。したがって、粒界層の占める割合を小さくしても、絶縁性と強度を両立させることができる。
比較例１〜３の試料は、粒界層が１層のみ形成されており（一次絶縁被覆層）、係る１層の粒界層で絶縁性と強度の両機能を果たす必要があるため、二次絶縁被覆層を有する実施例１〜８の試料と比較して、何れかの機能が劣るという結果となったと考えられる。
【００５９】
実施例１〜８の複合軟磁性材は、上述したように、比抵抗、鉄損、強度ともに比較例１〜３の複合軟磁性材と比較して優れたバランスの値を示した。
これは、ジオポリマーバインダー被覆工程を２回に分け、鉄粉表面の１次被覆におけるＮａ濃度を低くし２次被覆のＮａ濃度を高くすることにより、焼成後の複合軟磁性材の組織において粒界層中のＮａ濃度を鉄粉表面部において高く、粒界の粒子間中央部において低くし、粒界層の絶縁性と焼結性を両立させているためであると考えられる。
【００６０】
また、実施例１〜６において、二次絶縁被覆層を形成後の洗浄時間を、洗浄を行わないものから６０分の洗浄を行うものまで、様々に変えたことにより、粒界層に含まれるＮａ濃度を調整できることが確認された。また、Ｎａ濃度を高くすると強度を高くすることが可能となり、低くすると比抵抗を高くすることができることが確認された。
【００６１】
なお、一般的に比抵抗を高くすることで鉄損を小さくすることができるが、ある程度比抵抗が大きくなると鉄損には影響を及ぼさなくなり、その状況においては密度が高くなるに従い鉄損が小さくなる。
二次脱アルカリ洗浄処理を行っていない実施例１と二次脱アルカリ洗浄処理を行った実施例２〜８を比較した場合、実施例１に対して実施例２〜８は、比抵抗が大きくなっているためこれに伴い鉄損が小さくなっている。即ち、実施例２〜８は、二次脱アルカリ洗浄処理で絶縁被覆層のＮａ濃度を低くし比抵抗を高めたことで、鉄損が小さくなったと考察される。
また、実施例２〜８をそれぞれ比較した場合においては、比抵抗と鉄損とに相関関係がなく、密度が高くなるに従い鉄損が小さくなる傾向となっている。表１から、粒界層のＮａ濃度が高くなるに従って複合軟磁性材料の密度も高くなることがわかる。これは、粒界層のジオポリマーは、含有するアルカリ金属原子（Ｎａ）の濃度によって融点が下がるため、一部の粒界層が溶け出したためであると考えられる。即ちアルカリ金属原子の濃度を適切に調整することによって、鉄損と強度のバランスを調整することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１…高強度低損失複合軟磁性材、２…一次絶縁被覆層、３…ジオポリマー被覆金属粉末、４…軟磁性粒子、５Ａ…二次絶縁被覆層、５Ｂ…結着層、６…ジオポリマーバインダー、７…絶縁被覆層、８…粒界層、１０…リアクトル、１１…リアクトルコア、１２…コイル
【図１】
2014199884.tif 000005
【図２】
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【図３】
2014199884.tif 000007
【図４】
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