(57)【要約】冶金用粉末の製造方法は、複数の第１の粒子１０の表面に第１の結着剤３０を被覆する工程と、第１の結着剤３０の表面に、第１の粒子１０の粒径よりも小さな粒径を有する複数の第２の粒子２０を被覆する工程とを備えている。第２の粒子２０を被覆する工程では、第１の粒子１０の粒径の１／５倍以下の粒径を有する複数の第２の粒子２０を用いる。
2010084812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１の粒子の表面に第１の結着剤を被覆する工程と、
前記第１の結着剤の表面に、前記第１の粒子の粒径よりも小さな粒径を有する複数の第２の粒子を被覆する工程とを備えた、冶金用粉末の製造方法。
【請求項２】
前記第２の粒子を被覆する工程では、前記第１の粒子の粒径の１／５倍以下の粒径を有する複数の第２の粒子を用いる、請求項１に記載の冶金用粉末の製造方法。
【請求項３】
前記第２の粒子を被覆する工程中、または、前記第２の粒子を被覆する工程の後に、第２の結着剤を投入する工程をさらに備えた、請求項１に記載の冶金用粉末の製造方法。
【請求項４】
前記第１の結着剤を被覆する工程では、第１の鉄基粒子と、前記第１の鉄基粒子の表面を取り囲む第１の絶縁被膜とを有する前記第１の粒子を用い、
前記第２の粒子を被覆する工程では、第２の鉄基粒子と、前記第２の鉄基粒子の表面を取り囲む第２の絶縁被膜とを有する前記第２の粒子を用いる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の冶金用粉末の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の冶金用粉末の製造方法により冶金用粉末を製造する工程と、
前記冶金用粉末を加圧成形する工程とを備えた、圧粉磁心の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載の圧粉磁心の製造方法により製造された、圧粉磁心。
【請求項７】
請求項６の圧粉磁心を備えた、コイル部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冶金用粉末の製造方法、圧粉磁心の製造方法、圧粉磁心およびコイル部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電磁弁、モータ、電気回路などを有する電気機器には、圧粉磁心が使用されている。この圧粉磁心は複数の複合磁性粒子により構成されており、複数の複合磁性粒子の各々は、たとえば純鉄からなる鉄基粒子と、その表面を被覆する絶縁被膜とを有している。圧粉磁心には、小さな磁場の印加で大きな磁束密度を得ることができる磁気特性と、外部からの磁界に対して敏感に反応できる磁気特性とが求められる。【０００３】
この圧粉磁心を交流磁場で使用した場合、鉄損と呼ばれるエネルギ損失が生じる。この鉄損は、ヒステリシス損失と渦電流損失との和で表される。ヒステリシス損失は、圧粉磁心の磁束密度を変化させるために必要なエネルギによって生じるエネルギ損失であり、渦電流損失は、主として圧粉磁心を構成する鉄基粒子間を流れる渦電流によって生じるエネルギ損失である。ヒステリシス損失は動作周波数に比例し、渦電流損失は動作周波数の２乗に比例する。そのため、ヒステリシス損失は主に低周波領域において支配的になり、渦電流損失は主に高周波領域において支配的になる。つまり、高周波駆動用の圧粉磁心の鉄損において、渦電流損失が占める割合が大きい。渦電流損を抑えるためには、鉄基粒子の粒径を小さくする必要がある。【０００４】
しかし、鉄基粒子の粒径が小さい場合には、流動性が悪くなる。流動性が悪いと、複合磁性粒子を金型に充填する際の充填性が悪い。このため、複合磁性粒子を加圧成形してなる成形体の密度は一般的に低くなる。【０００５】
特開２００３−１８８００９号公報（特許文献１）には、高周波領域においても低い鉄損で良好な直流重畳特性を有することを課題として、Ｆｅ−Ｓｉ系金属磁性粉の粒度分布が累積５０％粒径をＡ、累積９０％粒径をＢとしたとき、Ｂ／Ａが１．６以上である複合磁性材料が記載されている。【０００６】
この特許文献１では、ＡおよびＢの２つの粒度帯の粉末を混合して状態でバインダ樹脂としてシリコン樹脂を添加混合し、整粒した混合粉を得ていることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１８８００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１の複合磁性材料では、相対的に粒径の小さい微粒帯（Ａ）が凝集し、かつ相対的に粒径の大きい粗粒帯（Ｂ）が凝集してしまうことを本発明者は見出した。微粒が凝集すると、複合磁性粒子を加圧成形してなる成形体の密度の向上が阻害されてしまうという問題が生じる。また、粗粒帯が凝集すると、粗粒同士が隣接することになるので、見かけ上の粒径が大きくなることから、渦電流損失が増大してしまうという問題が生じる。【０００９】
したがって、本発明の目的は、密度を向上するとともに、渦電流損失の増大を抑制する冶金用粉末の製造方法、圧粉磁心の製造方法、圧粉磁心およびコイル部品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の冶金用粉末の製造方法は、複数の第１の粒子の表面に第１の結着剤を被覆する工程と、第１の結着剤の表面に、第１の粒子の粒径よりも小さな粒径を有する複数の第２の粒子を被覆する工程とを備えている。【００１１】
本発明の冶金用粉末の製造方法によれば、相対的に粒径の大きな第１の粒子の表面に第１の結着剤を被覆し、その第１の結着剤の表面に相対的に粒径の小さな第２の粒子を被覆している。このため、第２の粒子は第１の粒子の表面に付着して、第２の粒子同士が凝集することを抑制できる。つまり、第１の粒子同士の凝集を抑制し、かつ第２の粒子同士の凝集を抑制できる。第２の粒子の凝集を抑制することによって、流動性を向上できるので、密度を向上することができる。また、第１の粒子の凝集を抑制することによって、渦電流損失の増大を抑制することができる。【００１２】
上記冶金用粉末の製造方法において好ましくは、上記第２の粒子を被覆する工程では、第１の粒子の粒径の１／５倍以下の粒径を有する複数の第２の粒子を用いる。【００１３】
これにより、密度を向上し、かつ渦電流損失の増大を抑制する効果をより発現することができる。【００１４】
上記冶金用粉末の製造方法において好ましくは、上記第２の粒子を被覆する工程中、または、上記第２の粒子を被覆する工程の後に、第２の結着剤を投入する工程をさらに備えている。これにより、製造する冶金用粉末の特性を調整することができる。【００１５】
上記冶金用粉末の製造方法において好ましくは、上記第１の結着剤を被覆する工程では、第１の鉄基粒子と、第１の鉄基粒子の表面を取り囲む第１の絶縁被膜とを有する第１の粒子を用い、第２の粒子を被覆する工程では、第２の鉄基粒子と、第２の鉄基粒子の表面を取り囲む第２の絶縁被膜とを有する第２の粒子を用いる。【００１６】
これにより、第１および第２の粒子は、他の粒子間を電気的に絶縁することができる。
このため、この冶金用粉末を加圧成形すると、電気抵抗が大きい成形体を形成することができる。【００１７】
本発明の圧粉磁心の製造方法は、上記冶金用粉末の製造方法により冶金用粉末を製造する工程と、冶金用粉末を加圧成形する工程とを備えている。【００１８】
これにより、密度を向上し、かつ渦電流損失の増大を抑制した圧粉磁心を製造することができる。【００１９】
本発明の圧粉磁心は、上記圧粉磁心の製造方法により製造される。これにより、密度を向上し、かつ渦電流損失の増大を抑制することができる圧粉磁心を実現できる。【００２０】
本発明のコイル部品は、上記圧粉磁心を備えている。これにより、密度を向上し、かつ渦電流損失の増大を抑制することができるコイル部品を実現できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の冶金用粉末の製造方法、圧粉磁心の製造方法、圧粉磁心およびコイル部品によれば、密度を向上し、かつ渦電流損失の増大を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１における冶金用粉末を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における冶金用粉末の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】比較例における冶金用粉末を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態２における冶金用粉末を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態３における圧粉磁心を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態３における圧粉磁心の製造方法を示すフローチャートである。
【図７】冶金用粉末を加圧成形する第１段階を模式的に示す断面図である。
【図８】冶金用粉末を加圧成形する第２段階を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００２４】
（実施の形態１）
図１を参照して、本発明の一実施の形態における冶金用粉末について説明する。本実施の形態における冶金用粉末は、図１に示すように、第１の粒子１０と、第２の粒子２０と、第１の結着剤３０と、第２の結着剤４０とを備えている。第１の結着剤３０は、第１の粒子１０の表面を被覆している。第２の粒子２０は、第１の結着剤３０の表面を被覆している。第２の結着剤４０は、第２の粒子２０の表面を被覆し、また冶金用粉末の隙間に存在する。
【００２５】
第１の粒子１０の粒径は、第２の粒子２０の粒径より大きく、第２の粒子２０の粒径の５倍以上であることが好ましい。ここで、第１および第２の粒子１０、２０の粒径とは、平均粒径を意味し、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％粒径をいう。
【００２６】
第１および第２の粒子１０、２０は、鉄基粒子を含んでいる。鉄基粒子は、たとえば、鉄（Ｆｅ）、鉄（Ｆｅ）−シリコン（Ｓｉ）系合金、鉄（Ｆｅ）−アルミニウム（Ａｌ）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）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）系合金および鉄（Ｆｅ）−アルミニウム（Ａｌ）−シリコン（Ｓｉ）系合金などから形成されている。第１および第２の粒子１０、２０は、金属単体でも合金でもよい。
また第１および第２の粒子１０、２０は、同じ材料であっても、異なる材料であってもよい。
【００２７】
第１の結着剤３０は、第１の粒子１０と第２の粒子２０を結着している。第１の結着剤３０は、第１の粒子１０の表面の全周を取り囲んでいてもよく、第１の粒子１０の表面の一部を取り囲んでいてもよい（図示せず）。また、第２の粒子２０は、第１の結着剤３０の表面の全周を取り囲んでいてもよく（図示せず）、第１の結着剤３０の表面の一部を取り囲んでいてもよい。
【００２８】
第１および第２の結着剤３０、４０として、たとえば熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂などを用いることができる。具体的には、第１および第２の結着剤３０、４０として、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルケトン、シリコーン樹脂類、シルセスキオキサン類、チタン−酸素系モノマー、チタン−酸素系オリゴマー、シリコン−酸素系モノマーおよびシリコン−酸素系オリゴマーなどを用いることができる。これらの物質は高強度であるので、成形体の強度をより向上することができる。シリコーン樹脂類としてはジメチルシリコーン、メチルフェニルシリコーンを、シルセスキオキサン類としてはオキセタンシルセスキオキサン、ビニルヒドロキシシルセスキオキサンなどを好ましく用いることができる。チタン−酸素系モノマーとしてはチタンアルコキシド、チタンキレート、チタンアシレートを、チタン−酸素系オリゴマーとしては上記モノマーをオリゴマー処理した重合体を、シリコン−酸素系モノマーとしてはシリコンアルコキシド、シリコンシアネートを、シリコン−酸素系オリゴマーとしては上記モノマーをオリゴマー処理した重合体などを好ましく用いることができる。なお、第１および第２の結着剤３０、４０は、同じ材料であっても、異なる材料であってもよい。
【００２９】
なお、本実施の形態における冶金用粉末は、第１の粒子１０および第２の粒子２０のみよりなっていてもよく、あるいは、銅粉などの粉末等をさらに備えていてもよい。また、本実施の形態における冶金用粉末は、鉄基粒子を含んでいるが、鉄基粒子以外の粒子を含んでいてもよい。
【００３０】
続いて、本実施の形態における冶金用粉末の製造方法について説明する。
図１および図２に示すように、まず、複数の第１の粒子１０の表面に第１の結着剤３０を被覆する（ステップＳ１）。本実施の形態では、鉄基粒子を含む第１の粒子１０を用いる。
【００３１】
具体的には、たとえば上述したような材料の鉄基粒子を準備する。鉄基粒子の製造方法は特に限定されないが、たとえばガスアトマイズ法、水アトマイズ法などを適用することができる。その後、鉄基粒子を熱処理する。熱処理前の鉄基粒子の内部には、アトマイズ処理時の熱応力などに起因する歪みや結晶粒界などの多数の欠陥が存在している。そこで、鉄基粒子に熱処理を施すことによって、これらの欠陥を低減させることができる。なお、この熱処理は省略されてもよい。これにより、第１の粒子１０を準備する。
【００３２】
ここで、第１の粒子１０の粒径は、たとえば５０μｍ以上７０μｍ以下である。第１の粒子１０の粒径を５０μｍ以上とすると、冶金用粉末を用いて作製された圧粉磁心の保磁力およびヒステリシス損失の増加を抑制できる。７０μｍ以下とすると、１ｋＨｚ以上の高周波域において発生する渦電流損失を効果的に低減できる。
【００３３】
その後、上述したような材料の第１の結着剤３０を準備する。そして、混合容器内を加熱できるような攪拌混合機を用いて、複数の第１の粒子１０と第１の結着剤３０とを混合する。そして、混合しながら混合容器内の温度を上昇し、第１の結着剤３０を溶融させる。そして一定時間経過後、混合容器内の温度を下げ、第１の結着剤３０が凝固するまで第１の結着剤３０と複数の第１の粒子１０とを混合し続ける。これにより、溶融した第１の結着剤３０が複数の第１の粒子１０の表面から流れ出したり、第１の結着剤３０で被覆された複数の第１の粒子１０同士がくっついたりすることを抑制して、複数の第１の粒子１０の表面に付着した状態のまま第１の結着剤３０が凝固する。その結果、図１に示すように、複数の第１の粒子１０の表面に第１の結着剤３０を被覆することができる。なお、上述したように、第１の結着剤３０は、第１の粒子１０の表面の一部を被覆していればよい。
【００３４】
また、上記のように複数の第１の鉄基粒子１１と第１の結着剤３０との混合を開始してから混合容器の温度を上昇する場合の他、第１の結着剤３０が溶融する温度まで混合容器内の温度を予め上昇しておいてから複数の第１の粒子１０と第１の結着剤３０とを混合容器内に添加して混合を開始してもよい。
【００３５】
さらに、混合方法に特に制限はなく、たとえばＶ型混合機等のミキサー、垂直転動型ミキサー、振動ボールミル、遊星ボールミルなどのいずれを使用することも可能である。室温で単純に混合させてもよいし、昇温し潤滑剤を液状化させた状態で被覆し、冷却によって安定化させる処理を行なってもよい。
【００３６】
次に、第１の結着剤３０の表面に、第１の粒子１０の粒径よりも小さな粒径を有する複数の第２の粒子２０を被覆する（ステップＳ２）。このステップＳ２では、第１の粒子１０の粒径の１／５倍以下の粒径を有する複数の第２の粒子２０を用いることが好ましい。
この場合、第１および第２の粒子１０、２０の粒径の差が明確になるため、粗粒である第１の粒子１０の効果および微粒である第２の粒子の効果をより発現することができる。
【００３７】
具体的には、たとえば第１の粒子１０と同様に第２の粒子２０を準備する。なお、本実施の形態では、鉄基粒子を含む第２の粒子２０を用いる。第２の粒子２０は、第１の粒子１０の粒径よりも小さな粒径を有する点を除き、第１の粒子１０と基本的には同様に準備する。
【００３８】
その後、攪拌混合機を用いて、複数の第２の粒子２０と、第１の結着剤３０に覆われた複数の第１の粒子１０とを混合する。これにより、第１の結着剤３０の表面に第２の粒子２０を被覆することができる。なお、上述したように、第２の粒子２０は、第１の結着剤３０の表面の一部を被覆していればよい。
【００３９】
ここで、第２の粒子２０の平均粒径は、たとえば１０μｍ以上５０μｍ未満である。第２の粒子２０の平均粒径を１０μｍ以上とすると、第１の粒子１０に対する被覆面積が過剰にならないため、冶金用粉末中での第２の粒子２０の凝集を防ぐことができ、作製された圧粉磁心の密度の低下を抑制できる。５０μｍ未満とすると、冶金用粉末中での第１の粒子１０と第２の粒子２０との粒径差が小さくならず、作製された圧粉磁心の密度の低下を抑制できる。
【００４０】
また、第１の粒子１０に対する第２の粒子２０の質量比が１以上７／３以下になるように、第１の粒子１０と第２の粒子２０とを混合する。
【００４１】
次に、第２の結着剤４０を投入する（ステップＳ３）。このステップＳ３は、
第２の粒子２０を被覆するステップＳ２中、または、第２の粒子２０を被覆するステップＳ２の後のいずれに行なってもよい。また、このステップＳ３は省略してもよい。
【００４２】
具体的には、たとえば上述したような材料の第２の結着剤４０を準備する。攪拌混合機を用いて、第１の粒子１０と、第１の粒子１０の表面を被覆した第１の結着剤３０と、第１の結着剤３０の表面を被覆した第２の粒子２０とを含む粉末と、第２の結着剤４０とを混合する。その後、混合した第２の結着剤４０と粉末とを恒温槽に投入して、加熱する。
これにより、第２の結着剤４０を溶融させて第２の鉄基粒子２１の表面に付着させることができる。この状態で乾燥すると、図１に示すように、第２の粒子２０の表面、第１および第２の粒子１０、２０間などの隙間に第２の結着剤４０を付着することができる。なお、このステップＳ３は省略されてもよい。
【００４３】
以上のステップＳ１〜Ｓ３を実施することにより、図１に示す冶金用粉末を製造することができる。なお、さらに潤滑剤などを混合してもよい。
【００４４】
続いて、本実施の形態における冶金用粉末の製造方法の効果を説明する。図１に示すように、相対的に粒径の大きな第１の粒子１０（粗粒）の表面に第１の結着剤３０を被覆し（ステップＳ１）、その第１の結着剤３０の表面に相対的に粒径の小さな第２の粒子２０（微粒）を被覆している（ステップＳ２）。このため、第２の粒子２０は第１の粒子１０の表面に付着して、第２の粒子２０同士が凝集することを抑制できる。つまり、第１の粒子１０同士の凝集を抑制し、かつ第２の粒子同士２０の凝集を抑制できる。第２の粒子２０の凝集を抑制することによって、流動性を向上できるので、加圧成形してなる成形体の密度を向上することができる。また、第１の粒子１０の凝集を抑制することによって、渦電流損失の増大を抑制することができる。この結果、本実施の形態における冶金用粉末を加圧成形してなる成形体の鉄損の増大を抑制することができる。
【００４５】
一方、図３に示すように、上記特許文献１などの比較例では、相対的に粒径の大きな第１の粒子１０と、相対的に粒径の小さな第２の粒子２０と、第１の結着剤３０とを混合している。この場合、図３に示すように、第１の粒子１０同士が凝集し、かつ第２の粒子２０同士が凝集してしまう。第１の粒子１０同士が凝集すると、渦電流損失が増大してしまう。また、第２の粒子２０が凝集すると、流動性が悪くなり、かつ第１の粒子１０の凝集した状態では第１の粒子１０間に隙間が生じる。このため、加圧成形してなる成形体の密度が低下してしまう。
【００４６】
以上より、複数の第１の粒子１０の表面に第１の結着剤３０を被覆するステップＳ１と、第１の結着剤３０の表面に、第１の粒子１０の粒径よりも小さな粒径を有する複数の第２の粒子２０を被覆するステップＳ２とを実施することにより、密度を向上し、かつ渦電流損失の増大を抑制することができる。
【００４７】
また、本実施の形態における冶金用粉末を加圧成形してなる成形体の内部の均質性を向上できるので、磁束の通りやすい部分と、通りにくい部分（微粒が凝集した部分）とが存在することを抑制できる。このため、透磁率の低下を抑制し、重畳特性の劣化を抑制することができる。
【００４８】
（実施の形態２）
図４に示す本実施の形態における冶金用粉末は、基本的には図１に示す実施の形態１における冶金用粉末と同様の構成を備えているが、第１および第２の粒子１０、２０は、第１および第２の鉄基粒子１１、２１と、第１および第２の鉄基粒子１１、２１の表面を取り囲む第１および第２の絶縁被膜１２、２２とをそれぞれ含む点において異なっている。
【００４９】
第１および第２の鉄基粒子１１、２１は、実施の形態１と同様であるので、その説明は繰り返さない。なお、本実施の形態では、第１の鉄基粒子１１の平均粒径を３０μｍ以上５００μｍ以下とすることが好ましい。この場合、加圧成形したときの保磁力を低減することができる。平均粒径を５００μｍ以下とすることにより、渦電流損失を低減することができる。
【００５０】
第１および第２の絶縁被膜１２、２２は、第１および第２の鉄基粒子１１、２１間の絶縁層として機能する。第１および第２の鉄基粒子１１、２１の各々を絶縁被膜１２、２２の各々で覆うことによって、この冶金用粉末を加圧成形して得られる圧粉磁心の電気抵抗率ρを大きくすることができる。これにより、第１および第２の鉄基粒子１１、２１間に渦電流が流れるのを抑制して、圧粉磁心の渦電流損を低減させることができる。
【００５１】
第１および第２の絶縁被膜１２、２２の平均膜厚は、１０ｎｍ以上１μｍ以下であることが好ましい。第１および第２の絶縁被膜１２、２２の平均膜厚を１０ｎｍ以上とすることによって、渦電流損を効果的に抑制することができる。第１および第２の絶縁被膜１２、２２の平均膜厚を１μｍ以下とすることによって、加圧成形時に第１および第２の絶縁被膜１２、２２がせん断破壊することを防止できる。また、冶金用粉末に占める第１および第２の絶縁被膜１２、２２の割合が大きくなりすぎないので、冶金用粉末を加圧成形して得られる圧粉磁心の磁束密度が著しく低下することを防止できる。
【００５２】
なお、平均膜厚とは、組成分析（ＴＥＭ−ＥＤＸ：transmission electron microscope energy dispersive X-ray spectroscopy）によって得られる膜組成と、誘導結合プラズマ質量分析（ＩＣＰ−ＭＳ：inductively coupled plasma-mass spectrometry）によっ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が適正な値であることを確認して決定されるものをいう。
【００５３】
また、第１および第２の絶縁被膜１２、２２は、リン酸化合物、ケイ素化合物、ジルコニウム化合物、およびホウ素化合物からなる群より選ばれた少なくとも一種の物質よりなることが好ましい。これらの物質は絶縁性に優れているため、第１および第２の鉄基粒子１１、２１間を流れる渦電流を効果的に抑制できる。具体的には、酸化シリコン、または酸化ジルコニウムなどよりなっていることが好ましい。特に、第１および第２の絶縁被膜１２、２２にリン酸塩を含む金属酸化物を使用することにより、第１および第２の鉄基粒子１１、２１の表面を覆う被覆層をより薄くすることができる。これにより、第１および第２の粒子１０、２０の磁束密度を大きくすることができ、磁気特性を向上できる。
【００５４】
また、第１および第２の絶縁被膜１２、２２は、金属としてＦｅ、Ａｌ、Ｔｉ（チタン）、Ｃａ（カルシウム）、Ｍｎ、Ｚｎ（亜鉛）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｖ（バナジウム）、Ｃｒ、Ｙ（イットリウム）、Ｂａ（バリウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）、または希土類元素を用いた金属酸化物、金属窒化物、金属酸化物、リン酸金属塩化合物、ホウ酸金属塩化合物、またはケイ酸金属塩化合物などよりなっていてもよい。
【００５５】
また、第１および第２の絶縁被膜１２、２２は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｙ、Ｃａ、Ｚｒ（ジルコニウム）、およびＦｅからなる群より選ばれる少なくとも１種の物質のリン酸塩の非晶質化合物、および当該物質のホウ酸塩の非晶質化合物よりなっていてもよい。
【００５６】
さらに、第１および第２の絶縁被膜１２、２２は、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｙ、Ｃａ、およびＺｒからなる群より選ばれる少なくとも１種の物質の酸化物の非晶質化合物よりなっていてもよい。
【００５７】
なお、上記においては冶金用粉末を構成する第１および第２の粒子１０、２０が１層の絶縁被膜により構成されている場合について示したが、冶金用粉末を構成する第１および第２の粒子１０、２０が複数層の絶縁被膜により構成されていてもよい。
【００５８】
その他の構成は、実施の形態１における冶金用粉末とほぼ同一であるので、その説明は繰り返さない。
【００５９】
続いて、本実施の形態における冶金用粉末の製造方法について説明する。本実施の形態における冶金用粉末の製造方法は、基本的には実施の形態１における冶金用粉末の製造方法と同様の構成を備えている。しかし、本実施の形態では、第１の結着剤３０を被覆するステップＳ１では、第１の鉄基粒子１１と、第１の鉄基粒子１１の表面を取り囲む第１の絶縁被膜１２とを有する第１の粒子１０を用い、第２の粒子２０を被覆するステップＳ２では、第２の鉄基粒子２１と、第２の鉄基粒子２１の表面を取り囲む第２の絶縁被膜２２とを有する第２の粒子２０を用いている点において実施の形態１と異なる。
【００６０】
具体的には、第１の結着剤３０を被覆するステップＳ１では、まず、実施の形態１と同様に、第１の鉄基粒子１１を準備する。なお、第１の鉄基粒子１１に熱処理を施してもよい。その後、第１の鉄基粒子１１の表面に第１の絶縁被膜１２を被覆する。第１の絶縁被膜１２は、たとえば第１の鉄基粒子１１をリン酸塩化成処理することによって形成することができる。また、リン酸塩からなる第１の絶縁被膜１２の形成方法としては、リン酸塩化成処理の他に溶剤吹きつけや前駆体を用いたゾルゲル処理を利用することもできる。また、シリコン系有機化合物よりなる第１の絶縁被膜１２を形成してもよい。この第１の絶縁被膜１２の形成には、有機溶剤を用いた湿式被覆処理や、ミキサーによる直接被覆処理などを利用することができる。これにより、複数の第１の鉄基粒子１１の各々の表面に第１の絶縁被膜１２を形成した、複数の第１の粒子１０が得られる。
【００６１】
第２の粒子２０を被覆するステップＳ２では、まず、実施の形態１と同様に、第２の鉄基粒子２１を準備する。なお、第２の鉄基粒子２１に熱処理を施してもよい。その後、第１の絶縁被膜１２を被覆した方法と同様に、第２の鉄基粒子２１の表面に第２の絶縁被膜２２を被覆する。これにより、複数の第２の鉄基粒子２１の各々の表面に第２の絶縁被膜２２を被覆した、複数の第２の粒子２０が得られる。
【００６２】
ここで、第１および第２の鉄基粒子１１、２１において２層以上の第１および第２の絶縁被膜１２、２２を形成する場合には、第１および第２の鉄基粒子１１、２１の表面を取り囲む第１の層と、第１の層の表面を取り囲む第２の層とを形成する。この場合、第１の層は非晶質リン酸塩化合物、非晶質ホウ酸塩化合物、非晶質珪酸化合物、非晶質酸化物からなる群より選ばれた少なくとも一種の物質よりなる群より選ばれた少なくとも一種の物質よりなり、第２の層は、シリコーン樹脂および金属酸化物からなる群より選ばれる少なくとも一種の物質よりなることが好ましい。
【００６３】
以上説明したように、本実施の形態における冶金用粉末の製造方法によれば、第１の結着剤３０を被覆するステップＳ１では、第１の鉄基粒子１１と、第１の鉄基粒子１１の表面を取り囲む第１の絶縁被膜１２とを有する第１の粒子１０を用い、第２の粒子２０を被覆するステップＳ２では、第２の鉄基粒子２１と、第２の鉄基粒子２１の表面を取り囲む第２の絶縁被膜２２とを有する第２の粒子２０を用いている。
【００６４】
第１および第２の絶縁被膜１２、２２により、第１および第２の粒子１０、２０において互いの第１および第２の鉄基粒子１１、２１間を電気的に絶縁することができる。このため、製造した冶金用粉末を加圧成形すると、密度を向上し、かつ渦電流損失の増大を抑制し、かつ電気抵抗が大きい圧粉磁心を実現できる。したがって、モーターコア、電磁弁、リアクトルもしくは電磁部品など一般に利用される圧粉磁心の材料として、本実施の形態における冶金用粉末を好適に用いることができる。
【００６５】
（実施の形態３）
図５を参照して、本実施の形態における圧粉磁心について説明する。図５に示すように、本実施の形態における圧粉磁心は、実施の形態２における冶金用粉末を加圧成形してなる。
【００６６】
図５に示すように、圧粉磁心は、第１の粒子１０と、第２の粒子２０と、絶縁物５０とを備えている。本実施の形態における圧粉磁心において、第１および第２の鉄基粒子１１、２１と、第１および第２の鉄基粒子１１、２１の表面を被覆する第１および第２の絶縁被膜１２、２２とを備えた第１および第２の粒子１０、２０の各々は、絶縁物５０によって接合されていたり、第１および第２の粒子１０、２０が有する凹凸の噛み合わせなどによって接合されていたりする。絶縁物５０は、冶金用粉末に含まれていた第１および第２の結着剤３０、４０などが熱処理の際に変化したもの、または残存したものである。
【００６７】
続いて、本実施の形態における圧粉磁心の製造方法について説明する。まず、図６に示すように、実施の形態２における冶金用粉末を製造する（ステップＳ１〜Ｓ３）。
【００６８】
次に、図６に示すように、冶金用粉末を加圧成形（圧縮成形）して、成形体を形成する（ステップＳ１１）。
【００６９】
具体的には、図７に示すように、内壁７３に囲まれた空間７４の上方にフィーダ（図示せず）を位置決めし、フィーダから空間７４に向けて、実施の形態２で製造した冶金用粉末１５を供給する。好ましくは、第２の結着剤が軟化する温度にダイ７２を加熱すると、粉末間のブリッジが解消されるので、密度をより向上しやすくなる。
【００７０】
図８に示すように、空間７４の上方に上パンチ８０を位置決めする。上パンチ８０を下方に移動させ、たとえば、３００ＭＰａから１５００ＭＰａまでの圧力で冶金用粉末１５を加圧成形する。この際、加圧成形する雰囲気は、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冶金用粉末が酸化されるのを抑制できる。
【００７１】
その後、加圧成形により得られた成形体１６を空間７４から抜き出す。このようにして得られた成形体１６は、第１および第２の鉄基粒子１１、２１と、第１および第２の鉄基粒子１１、２１の表面を取り囲む第１および第２の絶縁被膜１２、２２とから構成された複数の第１および第２の粒子１０、２０を備えている。
【００７２】
なお、本実施の形態における加圧成形（ステップＳ３）では、ダイ７２を加熱して冶金用粉末を加圧成形（熱間加工）する場合について示したが、特にこれに限定されない。たとえば、ダイを加熱せずに冶金用粉末を加圧成形（冷間加工）してもよい。この場合には、ダイの温度（最高温度）は約５０℃まで上昇する。
【００７３】
次に、図６に示すように、成形体に熱処理を施す（ステップＳ１２）。なお、このステップＳ１２は省略されてもよい。
【００７４】
このステップＳ１２では、成形体１６に、大気雰囲気中にて第１および第２の結着剤３０、４０の分解温度以上第１および第２の絶縁被膜１２、２２の分解温度未満で熱処理を行なう。このような温度範囲は、たとえば４００℃以上７００℃以下である。これにより、第１および第２の結着剤３０、４０が熱分解され、残渣として絶縁物５０が存在する。
【００７５】
また、熱処理するステップＳ１２の実施により、加圧成形時に成形体１６の内部に発生した多数の歪み（転位、欠陥など）を取り除くことができる。
【００７６】
ここで、第１および第２の結着剤３０、４０がポリイミド類、ポリフェニレンサルファイド類、ポリエーテルケトン類、シリコーン樹脂類およびシルセスキオキサン類からなる群より選ばれた少なくとも一種の物質よりなる場合には、熱処理するステップＳ１２を実施すると、残存する第１および第２の結着剤３０、４０が変成せず、第１および第２の絶縁被膜１２、２２を保護する。
【００７７】
また、第１および第２の結着剤３０、４０がチタン−酸素系モノマー、チタン−酸素系オリゴマー、シリコン−酸素系モノマーおよびシリコン−酸素系オリゴマーよりなる群より選ばれた少なくとも一種の物質よりなる場合、熱処理するステップＳ１２を実施すると、残存する第１および第２の結着剤３０、４０が変成して酸化物として残り、第１および第２の絶縁被膜１２、２２を保護する。
【００７８】
最後に、成形体１６に押出し加工や切削加工などの適当な加工を施すことによって圧粉磁心が完成する。このように製造した圧粉磁心は、コイル部品、たとえば、チョークコイル、スイッチング電源素子および磁気ヘッドなどの電子部品、各種モータ部品、ソレノイド、各種磁気センサならびに各種電磁弁などの製品として利用することができる。
【００７９】
なお、本実施の形態では、実施の形態２における冶金用粉末を用いているが、実施の形態１における冶金用粉末を用いてもよい。この場合、第１および第２の結着剤３０、４０が熱処理されることなどにより、第１および第２の鉄基粒子１１、２１間が絶縁されている場合には、圧粉磁心となる。
【００８０】
以上説明したように、本実施の形態における圧粉磁心の製造方法は、上記冶金用粉末の製造方法により冶金用粉末を製造するステップＳ１〜Ｓ３と、冶金用粉末を加圧成形するステップＳ１１とを備えている。
【００８１】
これにより、密度を向上し、かつ渦電流損失の増大を抑制した圧粉磁心を製造することができる。
【実施例】
【００８２】
本実施例では、複数の第１の粒子１０の表面に第１の結着剤３０を被覆するステップＳ１と、第１の結着剤３０の表面に、第１の粒子１０の粒径よりも小さな粒径を有する複数の第２の粒子２０を被覆するステップＳ２とを備えることの効果について調べた。【００８３】
（本発明例１）
まず、基本的には実施の形態２にしたがって、本発明例１の冶金用粉末を製造した。【００８４】
具体的には、まず、第１の鉄基粒子１１と、第１の鉄基粒子１１の表面を被覆する第１の絶縁被膜１２とを含む第１の粒子１０として、エプソンアトミックス株式会社製のアトマイズＦｅ−Ｓｉ合金粉末を準備した。この第１の鉄基粒子１１は、Ｓｉを５．０質量％含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物（Ｆｅ−Ｓｉ系合金）からなり、５０μｍの粒径を有していた。第１の絶縁被膜は、非晶質リン酸鉄であった。また、第１の粒子１０の粉末変形性（極限伸び率）は０％であった。【００８５】
次いで、第１の鉄基粒子１１の重量に対して、０．５質量％の高粘着シリコーン樹脂（モメンティブ社製のＴＳＲ１５１６）をキシレン溶剤で溶かした第１の結着剤３０を準備した。そして、この第１の結着剤３０と、第１の鉄基粒子１１とを混合した。攪拌しながらキシレンを揮発させることによって、第１の鉄基粒子１１の表面に第１の結着剤３０を被覆した（ステップＳ１）。得られた第１の鉄基粒子１１はそのまま用いてもよいが、エタノール溶剤によって被覆した結着剤が溶解してしまう場合には、適当な熱処理で硬化させてもよい。【００８６】
次に、第２の鉄基粒子２１と、第２の鉄基粒子２１の表面を被覆する第２の絶縁被膜２２とを含む第２の粒子２０として、エプソンアトミックス社製のアトマイズＦｅ−Ｓｉ合金粉末を準備した。この第２の鉄基粒子２１は、第１の粒子１０と同じ組成からなり、１０μｍの粒径を有していた。【００８７】
次に、第１の鉄基粒子１１に対して７／３の質量比になるようにこの第２の鉄基粒子２１を混合した（ステップＳ２）。このとき、ＰＶＢ樹脂（電気化学工業株式会社製のポリビニルブチラール＃３０００）をエタノール溶剤で溶かしたバインダを併せて投入した（ステップＳ３）。以上のステップＳ１〜Ｓ３により、本発明例１の冶金用粉末を製造した。【００８８】
（本発明例２）
本発明例２の冶金用粉末の製造方法は、基本的には本発明例１と同様であったが、第１および第２の鉄基粒子１１、２１は、Ｓｉを６．５質量％含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物（Ｆｅ−Ｓｉ系合金）からなっていた点において異なっていた。【００８９】
（本発明例３）
本発明例３の冶金用粉末の製造方法は、基本的には本発明例２と同様であったが、第１および第２の鉄基粒子１１、２１は、９．５質量％のＳｉと、５．５質量％のＡｌとを含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金）からなっていた点において異なっていた。【００９０】
（比較例１、４、７）
比較例１、４、７の冶金用粉末の製造方法は、基本的には本発明例１〜３とそれぞれ同様であったが、第２の粒子を含んでいない点において異なっていた。【００９１】
具体的には、まず、比較例１、４、７の第１の粒子として、本発明例１〜３の第１の粒子（粒径が５０μｍの粗粒）をそれぞれ準備した。次いで、０．５質量％の高粘着シリコーン樹脂（モメンティブ社製のＴＳＲ１５１６）と、０．５質量％のＰＶＢ樹脂（電気化学工業株式会社製のポリビニルブチラール＃３０００）とをキシレン溶媒で溶かした結着剤を準備した。その後、この結着剤と、第１の粒子とを混合した。【００９２】
（比較例２、５、８）
比較例２、５、８の冶金用粉末の製造方法は、基本的には本発明例１〜３とそれぞれ同様であったが、第１の粒子を含んでいない点において異なっていた。【００９３】
具体的には、まず、比較例２、５、８の第２の粒子として、本発明例１〜３の第２の粒子（粒径が１０μｍの微粒）をそれぞれ準備した。次いで、０．５質量％の高粘着シリコーン樹脂（モメンティブ社製のＴＳＲ１５１６）と、０．５質量％のＰＶＢ樹脂（電気化学工業株式会社製のポリビニルブチラール＃３０００）とをキシレン溶媒で溶かした結着剤を準備した。その後、この結着剤と、第２の粒子とを混合した。【００９４】
（比較例３、６、９）
比較例３、６、９の冶金用粉末の製造方法は、基本的には本発明例１〜３とそれぞれ同様であったが、第１および第２の粒子とを同時に混合した状態で結着剤をさらに混合した点において異なっていた。【００９５】
具体的には、まず、比較例３、６、９の第１および第２の粒子として、本発明例１〜３の第１および第２の粒子を準備した。また、０．５質量％の高粘着シリコーン樹脂（モメンティブ社製のＴＳＲ１５１６）と、０．５質量％のＰＶＢ樹脂（電気化学工業株式会社製のポリビニルブチラール＃３０００）とをキシレン溶媒で溶かした結着剤を準備した。
次に、第１の粒子と、この第１の粒子に対して７／３の質量比になるように第２の粒子を混合し、準備した結着剤をさらに混合した。【００９６】
これにより、比較例３、６、９の冶金用粉末を製造した。比較例３、６、９の冶金用粉末は、図３に示すような状態であった。【００９７】
（評価方法）
本発明例１〜３および比較例１〜９の冶金用粉末について、本発明例１〜３および比較例１〜９の冶金用粉末について、金型を用いて６８０ＭＰａの圧力を印加して成形体をそれぞれ作製した（ステップＳ１１）。そして、この成形体について、３００℃で１時間、大気中で熱処理し、その後７５０℃で１時間、窒素を含む雰囲気中で熱処理した（ステップＳ１２）。これにより、本発明例１〜３および比較例１〜９の冶金用粉末を加圧成形してなる評価用の成形体を作製した。【００９８】
この成形体について、以下の方法で、成形体密度、相対密度、渦電流損失、ヒステリシス損失、鉄損、磁束密度、透磁率、ＤＣバイアス透磁率およびＤＣバイアス透磁率の低下率を測定した。これらの結果を下記の表１に示す。【００９９】
成形体密度は、作製した成形体の密度をアルキメデス法により測定した。成形体密度の値は、大きいほど好ましい。【０１００】
また、相対密度は、アルキメデス法の測定値を同一組成の溶製体の密度測定値で除して算出した。相対密度の値は、大きいほど好ましい。【０１０１】
また、作製した成形体について、一次１５０巻き、二次２０巻きの巻き線を施して、ＡＣ−ＢＨトレーサを用いてヒステリシス損失、渦電流損失、および鉄損を測定した。これらの測定の際には、励起磁束密度を１ｋＧ（＝０．１Ｔ（テスラ））とし、測定周波数を５０ｋＨｚとした。ここで、ヒステリシス損および渦電流損の分離については、鉄損の周波数曲線を次の３つの式で最小２乗法によりフィッティングし、ヒステリシス損係数および渦電流損係数を算出することで行なった。【０１０２】
（鉄損）＝（ヒステリシス損）＋（渦電流損）
（ヒステリシス損）＝（ヒステリシス損係数）×（周波数）
（渦電流損）＝（渦電流損係数）×（周波数）2
鉄損、ヒステリシス損および渦電流損の値は、小さいほど好ましい。【０１０３】
また、磁束密度は、ＤＣ−ＢＨカーブトレーサを用い、１２０００Ａ／ｍの磁界を印加した場合の成形体の磁束密度Ｂ１００を測定した。磁束密度の値は、大きいほど好ましい。【０１０４】
また、透磁率は、作製した成形体に対して、５０ｋＨｚの周波数で交流磁場を常温で印加し、この周波数における透磁率μＡを測定した。透磁率μＡの値は、大きいほど好ましい。【０１０５】
また、ＤＣバイアス透磁率は、作製した成形体に対して、５０ｋＨｚの周波数で交流磁場を常温で印加し、この周波数における透磁率μＢを測定した。ＤＣバイアス透磁率μＢの値は、大きいほど好ましい。【０１０６】
また、ＤＣバイアス透磁率の低下率は、（μＢ−μＡ）／μＡの式から算出した。ＤＣバイアス透磁率の低下率の値は、小さいほど、変化が小さいため好ましい。【０１０７】
【表１】
2010084812.tif 000003
【０１０８】
（測定結果）
表１に示すように、第１および第２の粒子を構成する第１および第２の鉄基粒子として、Ｆｅ−５．０Ｓｉを用いた本発明例１と、比較例１〜３とを比較して、本発明例１は比較例１〜３よりも成形体密度および相対密度が最も高く、かつ本発明例１は、微粒のみを備えた比較例２よりは高いものの、粗粒のみを備えた比較例２、および微粒と粗粒とを混合した比較例３よりも渦電流損失が低かった。【０１０９】
また、第１および第２の粒子を構成する第１および第２の鉄基粒子として、Ｆｅ−６．５Ｓｉを用いた本発明例２と、比較例４〜６とを比較すると、本発明例２は比較例４〜６よりも成形体密度および相対密度が高く、かつ本発明例１は、微粒のみを備えた比較例５よりは高いものの、粗粒のみを備えた比較例４、および微粒と粗粒とを混合した比較例６よりも渦電流損失が低かった。【０１１０】
また、第１および第２の粒子を構成する第１および第２の鉄基粒子として、Ｆｅ−９．５Ｓｉ−５．５Ａｌを用いた本発明例３と、比較例７〜９とを比較すると、本発明例３は比較例７〜９よりも成形体密度および相対密度が最も高く、かつ本発明例１は、微粒のみを備えた比較例８よりは高いものの、粗粒のみを備えた比較例７、および微粒と粗粒とを混合した比較例９よりも渦電流損失が低かった。【０１１１】
さらに、本発明例１〜３は低い渦電流損失を維持できたため、低い鉄損を維持できた。
また、本発明例１〜３は比較例１〜３、４〜６、７〜９とそれぞれ比較して、磁束密度を向上でき、かつ高い透磁率を維持し、かつＤＣバイアス透磁率を向上でき、かつＤＣバイアス透磁率の低下率を低減することができた。【０１１２】
なお、高い透磁率を実現できたのは、密度が高いことに起因すると考えられる。具体的には、粗粒である第１の粒子が凝集することを抑制できたので、大きな隙間があくことを抑制できたので、透磁率を向上できた。【０１１３】
以上より、本実施例によれば、複数の第１の粒子１０の表面に第１の結着剤３０を被覆するステップＳ１と、第１の結着剤３０の表面に、第１の粒子１０の粒径よりも小さな粒径を有する複数の第２の粒子２０を被覆するステップＳ２とを備えることにより、第１および第２の粒子の材料が同じである場合には、成形体の密度を向上でき、かつ低い渦電流損失を維持できることが確認できた。また、複数の第１の粒子１０の表面に第１の結着剤３０を被覆するステップＳ１と、第１の結着剤３０の表面に、第１の粒子１０の粒径よりも小さな粒径を有する複数の第２の粒子２０を被覆するステップＳ２とを備えることにより、第１および第２の粒子の材料が同じである場合には、種々の高い特性を兼ね備えた成形体を作製できる冶金用粉末を製造できることが確認できた。【０１１４】
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実施の形態および実施例ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許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。
【符号の説明】
【０１１５】
１０  第１の粒子、１１  第１の鉄基粒子、１２  第１の絶縁被膜、１５  冶金用粉末、１６  成形体、２０  第２の粒子、２１  第２の鉄基粒子、２２  第２の絶縁被膜、３０，４０  結着剤、５０  絶縁物、７２  ダイ、７３  内壁、７４  空間、８０  上パンチ。
【図１】
2010084812.tif 000004
【図２】
2010084812.tif 000005
【図３】
2010084812.tif 000006
【図４】
2010084812.tif 000007
【図５】
2010084812.tif 000008
【図６】
2010084812.tif 000009
【図７】
2010084812.tif 000010
【図８】
2010084812.tif 000011
【国際調査報告】
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