(57)【要約】【課題】圧縮性に優れかつ高い絶縁性を有する軟磁性金属粉末を提供する。【解決手段】表面の全面または一部に合金成分の酸化物をそなえるアトマイズ合金粉末の該表面に、酸化物、炭酸塩および硫酸塩のうちから選んだ少なくとも一種の絶縁層を被覆し、さらにその上にシリコーン樹脂層を被覆し、さらに上記アトマイズ合金粉末の表面と上記絶縁層とを結合強化処理により固着する。【選択図】図１
2006128521.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の全面または一部に合金成分の酸化物をそなえるアトマイズ合金粉末の該表面に、酸化物、炭酸塩および硫酸塩のうちから選んだ少なくとも一種の絶縁層を被覆し、さらにその上にシリコーン樹脂層を被覆した構造になる合金粉末であって、上記アトマイズ合金粉末の表面と上記絶縁層とを結合強化処理により固着したことを特徴とする圧粉磁心用の軟磁性金属粉末。
【請求項２】
請求項１において、結合強化処理が、非酸化性雰囲気中、500〜1200℃、20〜240分の加熱処理であることを特徴とする、圧粉磁心用の軟磁性金属粉末。
【請求項３】
請求項１または２において、合金粉末が、Fe−Si系合金粉末、Fe−Al系合金粉末およびFe−Ni系合金粉末のうちから選んだいずれかであることを特徴とする、圧粉磁心用の軟磁性金属粉末。
【請求項４】
請求項１，２または３において、絶縁層が、Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zr, Co, Ni, Al, Si等の金属元素の酸化物、炭酸塩および硫酸塩のうちから選んだ一種または二種以上であることを特徴とする、圧粉磁心用の軟磁性金属粉末。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の軟磁性金属粉末を、金型に充填し、加圧成形後、焼鈍処理を施して得たことを特徴とする、磁束密度が高くかつ鉄損が低い圧粉磁心。
【請求項６】
請求項５において、焼鈍処理が、非酸化性雰囲気中、600℃以上、30分以上の処理であることを特徴とする、磁束密度が高くかつ鉄損が低い圧粉磁心。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧粉磁心用の軟磁性金属粉末およびこの軟磁性金属粉末を用いて作製した磁束密度が高くかつ鉄損が低い圧粉磁心に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
1997年の京都会議における CO2排出量削減の目標設定を受けて、近年、そのための化石燃料消費量抑制のための技術開発やそれを受けた商品開発が広く行われている。例えば、日本国内では CO2排出量の相当割合を発電による化石燃料消費が占めているため、これを削減すべく、太陽電池や燃料電池などの分散型電力源の開発が、ベースロードの原子力発電化推進と並行して精力的に進められている。
また、同様に CO2排出量の相当割合を占めている自動車についても、ハイブリッド化などを通じた化石燃料の削減技術の開発が進められている。
【０００３】
ところで、これらの技術においては、動力や太陽光によって得られたエネルギーを一旦電力に変換し、再度目的の形態のエネルギーに変換するという手法が広く採用されている。この理由は、電力が比較的制御し易いエネルギーというだけでなく、別形態のエネルギーへの変換が容易なためである。
従って、電力変換効率を改善することは、新技術でのエネルギー効率の改善に極めて重要な意味をもっている。
【０００４】
電力変換回路には種々の素子があり、それぞれの特性および制御方法が効率に強く影響する。その中でも取り分け効率に強く影響するものの一つとして、トランスやリアクトルなどに代表されるコイルと鉄心から構成される磁気素子が挙げられる。これらの素子は、変換回路において常に動作する素子であるため、僅かな効率改善であっても変換回路全体の効率改善に多大な影響を与えることが多い。そのため、常に効率改善が求められる素子である。
【０００５】
また、かような磁気素子は、鉄心に巻き線をするという構造を持つため、半導体素子などに比べて大型でかつ大重量であることが多い。巻き線部分が多いことは重量や形状だけでなく製造コストの増大にも直結するため小型化に対する要求も効率改善と並んで大きい。
【０００６】
上記した二つの問題の改善を図るため、種々の開発が広く行われている。
開発内容を具体的に記述すると、巻き線数の削減や鉄心の小型化が可能になる透磁率や磁束密度の向上、効率改善に直結する鉄損低減が挙げられる。これらは磁気素子中でも鉄心に強く依存する性質である。そのため、鉄心素材の改良は磁気素子の特性改善のために避けては通れない非常に重要な課題である。特に電力変換回路では、一旦電流を周波数１kHz〜50kHz 程度の交流に変換し、さらにそれを目的とする出力に変換することが多いので、かような周波数域における特性改善が極めて重要である。
【０００７】
一般に磁気素子の鉄心としては、ソフトフェライトコアや電磁鋼板、電磁鉄板などを積層して作製される積層鉄心が広く利用されている。
このうち、積層鉄心は、透磁率が高く、高い磁束密度が容易に得られるだけでなく、比較的安価であるという特長を持つ。しかしながら、一方で、使用する交流電流の周波数が高くなると、電流によって誘起される交番磁界に起因して発生する鋼板内部での渦電流が急激に増大し、それに伴って鉄心の発熱や磁心損失、いわゆる鉄損が急激に増大するという問題がある。
【０００８】
一方、ソフトフェライトコアは、鉄損は小さいが、飽和磁束密度が低いという問題があった。飽和磁束密度が低い鉄心を用いた磁気素子は、大電流が流れると鉄心が磁気飽和を起こしてしまうことがある。磁気飽和が起きた場合、磁気素子としての機能を果たさなくなるだけでなく、最悪の場合には変換回路の暴走を引き起こしてしまう危険性がある。
変換回路の大出力化が進むにつれ、磁気素子に流れる電流も増大するようになってきた昨今、ソフトフェライトコアの飽和磁束密度の低さは大きな問題であった。
上記のような背景から、変換回路の一層の効率改善のために、積層鉄心やソフトフェライトコアに代わる、新しい鉄心材料の開発が強く求められていた。
【０００９】
このような背景を受けて、軟磁性金属粉末に適宜樹脂などのバインダーを添加した混合粉末を、加圧成形することで作製される圧粉磁心が注目を浴び始めている。これは圧粉磁心が次の２つのメリットを持つからである。すなわち、一つは、粉末を原料とし、さらに樹脂など絶縁性の優れる材料をバインダーとして使用するため、渦電流の発生を抑制することができ、その結果積層鉄心に比べて鉄損を低減することが可能であるということである。さらにもう一つは、原料に軟磁性金属を利用するので、ソフトフェライトに比べて飽和磁束密度が高く、磁気飽和を起こし難い鉄心が得られるということである。
【００１０】
これらの特長を受けて、圧粉磁心は電磁鋼板やソフトフェライトにかわる鉄心材料として強い注目を集めている。
しかしながら、変換回路で用いられる周波数域では圧粉磁心の鉄損は依然として大きく、また透磁率や磁束密度も十分ではないという問題がある。圧粉磁心を電磁鋼板やソフトフェライトに変わる新たな鉄心材料とするためには、圧粉磁心の磁束密度の向上および鉄損の低減が不可欠である。
【００１１】
上述した圧粉磁心の課題、すなわち鉄損の低減と磁束密度の向上という目標を達成するために、従来からいくつかの技術が提案されている。
例えば、圧粉磁心の磁束密度は、成形体密度の上昇に伴い向上することが広く知られているが、この知見に基づき圧粉磁心の成形体密度を向上するための技術開発が広く行われている。
【００１２】
一方、圧粉磁心の鉄損は、大きくヒステリシス損失と渦電流損失に分けられるが、このうち渦電流損失を低減するためにいくつかの技術が提案されている。
例えば、軟磁性金属粉末の粒径を制御方法（例えば特許文献１）や、軟磁性金属粉末と樹脂などの絶縁性物質を混合する方法（例えば特許文献２）などが挙げられる。
一方、ヒステリシス損失の低減を図るためにも種々の検討が行なわれている。そもそも圧粉磁心においてヒステリシス損失が顕著となるのは、軟磁性金属粉末を加圧成形して圧粉磁心とする際、軟磁性金属粉末に巨大な加工歪みが加えられることに起因する。従って、ヒステリシス損失の低減には、加圧成形後、成形体を焼鈍することにより、軟磁性金属粉末中に加えられた歪みを解放することが有効であると指摘されている（例えば非特許文献１）。特に、600℃ 以上での焼鈍が有効であるといわれている。しかしながら、渦電流損失の低減を図るために使用される樹脂は一般に耐熱性に劣るため、ヒステリシス損失を低減するための焼鈍を行うと、絶縁物質が分解してしまい、絶縁性が著しく劣化してしまう。その結果、渦電流損失の低減とヒステリシス損失の低減を両立させることは非常に困難であるという問題があった。
【００１３】
そこで、かかる問題を解決するために、従来からいくつかの技術が提案されている。
例えば、軟磁性金属粉末表面をリン酸やクロム酸などを含む材料で処理して、耐熱性に優れた絶縁被膜を形成する技術がいくつか提案されている（例えば特許文献３）。
しかしながら、この技術について発明者らが調査したところ、これらの材料は550℃以上で焼鈍すると変質し、絶縁性が失われてしまうことが判明した。そのため、ヒステリシス損失と渦電流損失の双方を低減させることは困難であることが確認された。
類似した技術としては、樹脂の中でも比較的耐熱性に優れたシリコーン樹脂を用いる方法もいくつか提案されている（例えば特許文献４)。
しかしながら、シリコーン樹脂も500℃以上では熱分解してしまうため、500℃以上で焼鈍した場合、絶縁性が失われてしまうことが判明した。従って、この技術によってもヒステリシス損失と渦電流損失双方の低減は困難であった。
【００１４】
そこで、より耐熱性の優れた材料、例えばSiO2やAl2O3などの高融点酸化物などで金属粉末の表面を被覆することによって、歪み取り焼鈍後も絶縁性を維持することを企図した技術がいくつか提案されている。例えば、特許文献５においては、酸化物などの微粉末と樹脂を軟磁性金属粉末と混合した後、加圧成形して、焼鈍後も絶縁性が高い試料が得られるとする技術が開示されている。
しかしながら、発明者らが試験したところ、単に微粉末を混合しただけでは微粉末が不均一に分散した状態になるため、十分に絶縁が取れない個所が発生し、その結果、焼鈍前から十分な絶縁性は得られず、焼鈍するとさらに絶縁性は低下し、鉄損低減は実現困難であることが判明した。
【００１５】
また、特許文献６においては、高純度鉄粉にシリカゾルを被覆したものから圧粉磁心を作製する絶縁被膜を持つ高純度鉄粉を得る技術が紹介されている。
そこで、発明者らは、この技術についても試験を行った。その結果、シリカゾル被膜は高純度鉄粉との密着性が悪く、加圧成形によって被膜が剥離してしまうため、この方法によって得られた圧粉磁心も、上述した酸化物粉末を用いた場合と同様に十分な絶縁性が得られないことが判明した。
【００１６】
また、軟磁性金属粉末を意図的に酸化させることで表面に耐熱性の優れた絶縁層を形成し、歪み取り焼鈍後も絶縁性を維持することを企図した技術もいくつか提案されている(例えば特許文献７)。
しかしながら、発明者らが試験したところ、このようにして形成した絶縁被膜は、焼鈍時、熱平衡反応によって酸化層が軟磁性金属と酸素に分解してしまうため、焼鈍中に絶縁性が失われてしまい鉄損低減は実現困難であることが判明した。
【００１７】
酸化物粉末などを用いた場合、密着性が不十分になるという課題を回避するための技術もいくつか提案されている。例えば、特許文献８においては、メカノフュージョンなど強力なせん断力を付与する手法を用いることで、軟磁性金属粉末表面へ酸化物粒子を機械的に埋設することによって付着させて耐熱性に優れた絶縁被膜を形成し、さらにその上にリン酸系の材料で絶縁被覆を施すことで、耐熱性に優れた絶縁被覆を持つ軟磁性金属粉末を得る方法が示されている。
しかしながら、発明者らが試験したところ、この手法では、金属粉の表面に均一に酸化物粒子を埋設することは極めて難しく、やはり十分満足いくほどの絶縁性は得られないことが判明した。
【００１８】
また、特許文献９においては、軟磁性金属粉末とケイ素を含む粉末を混合した上で熱処理して、ケイ素を軟磁性金属粉末に拡散する技術が紹介されているが、この手法では表面に絶縁層が形成されないので、耐熱性に優れた絶縁被膜を得ることはできなかった。
【００１９】
さらに、合金成分としてシリコンを予合金として添加した軟磁性金属粉末を作製する技術がいくつか公開されている（例えば特許文献10、特許文献11）。これらは、シリコンが表面に濃化し易いという特徴を利用した技術である。すなわち、アトマイズおよびその後の熱処理においてシリコンを表面に濃化させ、さらに酸化させることにより、軟磁性金属粉末表面に耐熱性に優れた絶縁被膜を形成し、さらに、その上にシリコーン樹脂などによる絶縁被覆処理を行うことにより、耐熱性に優れた絶縁被膜を持つ軟磁性金属粉末を得ようというものである。金属粉末表面に濃化したシリコンは酸化物として存在すると推定され、このシリコン酸化物層が下地として存在することにより、絶縁被覆処理後の絶縁性が向上していることが、これらの公報において指摘されている。
そこで、発明者らは、これらの手法に従って試験を行った。その結果、この技術によって得られた軟磁性金属粉末は、他の従来技術に比べると、ある程度絶縁性が改善されることが確認された。しかしながら、絶縁性は依然として不十分であり、その上シリコン添加による軟磁性金属粉末の硬度上昇が原因となって圧粉体密度の低下が生じ、結果として十分な磁束密度が得られないという問題があることが判明した。
【００２０】
さらに、特許文献12には、軟磁性金属粉末の表面を高抵抗物質で被覆し、さらにその高抵抗物質の表面をリン酸系化成処理液で処理して二層の絶縁層をもった粉末を用いることで、比抵抗が高く高密度な軟磁性成形体を得る方法が提案されている。
しかしながら、この技術は、リン酸系化成膜が高温で変質してしまうため600℃以上の温度では熱処理できないという問題があった。
また，発明者らが試験したところ、400℃以上で焼鈍すると比抵抗が大幅に低下してしまい所期の狙いを実現することは困難であることが判明した。
【００２１】
ところで、発明者らは、先に、上記の問題を解決するものとして、シリコーン樹脂と耐熱性に優れた絶縁粉末から構成される材料で表面を被覆した軟磁性金属粉末を開発し、特許文献13において開示した。
しかしながら、この技術をもってしても、十分に満足のいく絶縁性は得難かった。
【００２２】
【特許文献１】特開昭58−147106号公報
【特許文献２】特開昭62−71202号公報
【特許文献３】特開平６−260319号公報
【特許文献４】特開2004−103778号公報
【特許文献５】特開平11−238613号公報
【特許文献６】特開平９−180924号公報
【特許文献７】特表2001−510286号公報
【特許文献８】特開2003−332116号公報
【特許文献９】特開平２−97603号公報
【特許文献１０】特開2003−297624号公報
【特許文献１１】特開2003−142310号公報
【特許文献１２】特開2001−85211号公報
【特許文献１３】特開2003−303711号公報
【非特許文献１】堀江ら：日本応用磁気学会誌, Vol.22, No.2, P.45 (1998)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明は、上述した課題を有利に解決するもので、低鉄損でかつ高磁束密度を有する圧粉磁心用の軟磁性金属粉末を提供することであり、具体的には圧縮性の高い金属粉末を原料として、その上に耐熱性の高い絶縁被膜を被覆した軟磁性金属粉末を提供することを第１の目的とする。
また、本発明は、上記の軟磁性金属粉末を素材として製造した磁束密度が高くかつ鉄損が低い圧粉磁心を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
さて、発明者らは、上記の問題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、素材である軟磁性金属粉末に直接シリコーン樹脂を被覆するのではなく、まず素材粉末表面に酸化物を存在させ、次にその上に酸化物などの耐熱性に優れた絶縁物質を存在させ、さらに加熱等により結合強化処理を行うことで、２つの部分を互いに強固に固着することにより、かかる粉末を加圧成形して圧粉磁心を作製した場合に、その絶縁性が飛躍的に向上することの知見を得た。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。
【００２５】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
（１）表面の全面または一部に合金成分の酸化物をそなえるアトマイズ合金粉末の該表面に、酸化物、炭酸塩および硫酸塩のうちから選んだ少なくとも一種の絶縁層を被覆し、さらにその上にシリコーン樹脂層を被覆した構造になる合金粉末であって、上記アトマイズ合金粉末の表面と上記絶縁層とを結合強化処理により固着したことを特徴とする圧粉磁心用の軟磁性金属粉末。
【００２６】
（２）上記（１）において、結合強化処理が、非酸化性雰囲気中、500〜1200℃、20〜240分の加熱処理であることを特徴とする、圧粉磁心用の軟磁性金属粉末。
【００２７】
（３）上記（１）または（２）において、合金粉末が、Fe−Si系合金粉末、Fe−Al系合金粉末およびFe−Ni系合金粉末のうちから選んだいずれかであることを特徴とする、圧粉磁心用の軟磁性金属粉末。
【００２８】
（４）上記（１），（２）または（３）において、絶縁層が、Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zr, Co, Ni, Al, Si等の金属元素の酸化物、炭酸塩および硫酸塩のうちから選んだ一種または二種以上であることを特徴とする、圧粉磁心用の軟磁性金属粉末。
【００２９】
（５）上記（１）〜（４）のいずれかに記載の軟磁性金属粉末を、金型に充填し、加圧成形後、焼鈍処理を施して得たことを特徴とする、磁束密度が高くかつ鉄損が低い圧粉磁心。
【００３０】
（６）上記（５）において、焼鈍処理が、非酸化性雰囲気中、600℃以上、30分以上の処理であることを特徴とする、磁束密度が高くかつ鉄損が低い圧粉磁心。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、圧縮性に優れかつ高い絶縁性を有する軟磁性金属粉末を得ることができる。
従って、上記の軟磁性金属粉末を素材とすることにより、磁束密度が高くかつ鉄損が低い圧粉磁心を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明を具体的に説明する。
図１に、本発明に従う軟磁性金属粉末の代表的な被覆構造を示す。図中番号１は素材であるアトマイズ合金粉末、２はその表面に形成させた酸化物であり、かかる酸化物は、アトマイズ法で作製する時の製造条件により、図１(a)に示したように、アトマイズ合金粉末１の表面全面に形成される場合もあれば、同図(b)に示したように、アトマイズ合金粉末１の表面の一部に島状に形成される場合もある。番号３は、上記したような表面の全面または一部に合金成分の酸化物２をそなえるアトマイズ合金粉末１の表面に形成された、該酸化物２と同種または異種の絶縁層、そして４がその上にさらに被覆されたシリコーン樹脂層である。
【００３３】
そして、本発明では、表面の全面または一部に合金成分の酸化物２をそなえるアトマイズ合金粉末１の表面に、例えば絶縁層３を被覆したのち、これらの接合強度を高めるための接合強化処理が施されているところに特徴を有している。
【００３４】
従来、酸化物２を介在させずに、アトマイズ合金粉末１の表面に直接、絶縁被膜層３を被覆していたので、合金粉末１と絶縁層３の結合力は極めて小さかった。そのため、加圧成形時に絶縁被膜が剥がれ、結果として歪取り焼鈍後の絶縁性低下を余儀なくされた。
これに対し、本発明の軟磁性金属粉末では、アトマイズ合金粉末中の成分が濃化して形成される酸化物２に絶縁層３が結合強化処理により強く固着される。酸化物２は、合金中の成分が濃化して形成されたものであり、合金粉末１と酸化物２の界面は連続的となるため、酸化物２と合金粉末１の結合力は極めて高くなる。さらに、この酸化物２と絶縁層３とは、接合強化処理を経て結合されているので、最終的に絶縁層３は酸化物２を介して合金粉末１と強く結合する。
【００３５】
かような構造を採ることにより、加圧成形時に粉末表面に作用する応力によっても絶縁被膜が剥がれることなくなり、作製された圧粉磁心は 600℃以上の温度にて歪み取り焼鈍を行った後も、依然として高い絶縁性を示す。そのため、従来困難であったヒステリシス損失と渦電流損失の双方を低減させることが可能になるので、非常に鉄損が低い圧粉磁心が得られる。
【００３６】
また、従来のシリコーン樹脂だけを被覆した技術の場合には、600℃以上の温度でシリコーン樹脂の分解による絶縁性の低下が生じていた。しかしながら、本発明では、シリコーン樹脂の下に合金粉末と強く結合し、さらに高い耐熱性と絶縁性を示す２層の絶縁被膜が形成されているので、600℃以上の温度での加熱によりシリコーン樹脂の分解が若干進行しても、下層の絶縁被膜によって合金粉末間の絶縁性が維持されるため、十分満足のいく絶縁性が確保される。
【００３７】
なお、従来のFe−Si合金粉を用いた技術では、表面の絶縁層として、上記したような酸化物２と絶縁層３のの役割を担わせる必要があった。そのため、軟磁性金属粉末中にシリコンを比較的多量に含有させる必要があり、それが圧縮性の低下を招き、結果として磁束密度の低下を余儀なくされていた。
しかしながら、本発明においては、軟磁性金属粉末原料に由来する、酸化物２の上に、別途絶縁層３を被覆し、さらに結合強化処理を施すことによって、金属粉末中にシリコンを多量に含有させることなく、Fe−Si合金粉を用いた従来技術と同等の絶縁性を得ることが可能となった。その結果、多量のシリコンを含ませていないので圧縮性の低下が防止され、ひいては高い磁束密度を得ることができるのである。
【００３８】
以下、各構成要件について詳細に説明する。
（合金粉末）
本発明において用いられる合金粉末としては、強磁性で、アトマイズ法による作製時に表面に酸化物絶縁層が形成されるものであればいずれでもよい。代表的な合金粉末としては、Siを0.005〜1.0mass％含有するFe−Si系合金粉末、Alを３〜20mass％含有するFe−Al系合金粉末、Niを20〜80mass％含有するFe−Ni系合金粉末などが挙げられる。なお、これらの合金粉末には、上記した基本成分の他に、圧縮性や圧粉磁心の磁気特性などに悪影響を及ぼさない範囲で、他の元素を適宜含有させることができるのは言うまでもない。また、本発明における合金粉末としては、上記のものだけに限るものではなく、上述したとおり、強磁性で、アトマイズ法による作製時に表面に酸化物絶縁層が形成されるものであればいずれもが適合する。
【００３９】
なお、上記した合金粉末のうち、特に合金成分としてシリコンを添加した場合は、純鉄粉に比べて磁気異方性が低下するので、透磁率や磁束密度などが高くなるという性質がある。その上、シリコンは粉末表面に拡散し易いので表面に濃化し易いという性質がある。表面で濃化したシリコンは空気中の酸素などで容易に酸化され、絶縁性に優れたシリカへと容易に変化する。そのためシリコンを添加した粉末は、磁気特性に優れ、その上絶縁性が高いという特徴がある。従って、本発明において合金粉末としてはFe−Si系合金粉が特に好適である。なお、この場合、Si量が0.005mass％に満たないと十分な絶縁性が得られず、一方1.0mass％を超えると圧縮性が低下して透磁率や磁束密度が低下するという問題が生じる。より好ましくは0.01mass％以上、0.5mass％以下の範囲である。
また、合金粉末の粒度については特に制限はなく、圧粉磁心の用途や要求特性に応じて、適宜決定すればよい。
【００４０】
（合金粉末の表面の酸化物）
この酸化物は、合金粉末をアトマイズ法で製造する過程で積極的に形成させる。従来、アトマイズ粉の製造に際しては、かような酸化物の形成は極力回避するのが常であったが、本発明ではこれとは逆に積極的に表面を酸化させて、合金粉末の表面全面または一部に酸化物を形成するのである。合金粉末がFe−Si系合金の場合には表面にSiO2が、Fe−Al系合金の場合には表面にAl2O3が、Fe−Ni系合金の場合には表面にNiＯがそれぞれ形成される。
また、かかる酸化物の量は、アトマイズ法における製造条件（例えばアトマイズ時粉末化に用いられる媒質［例えば水を用いる方法など］、アトマイズを行う雰囲気中の酸素濃度の調整、アトマイズ後の加熱あるいは媒質の乾燥条件［温度、時間、雰囲気］等）を制御することによって、適宜調整することができる。
ここに、酸化物の好適量は、粉末中に含有される合金成分の量によって幾分変化するが、例えば膜状の場合には、膜厚で概ね0.5〜1000nm程度が好適である。
【００４１】
このようにして形成された酸化物は、原料粉末と酸化物の界面部における成分濃度変化が連続的なものとなるため、例えば接着した場合のように成分濃度が非連続的に変化する場合に比べると、原料粉末との密着性は極めて優れている。
【００４２】
（絶縁層）
本発明において、絶縁層の材質は、好ましくは上記した酸化物よりも絶縁性が高く、かつ酸化物との間で結合強化処理が可能であるならば、どのようなものでも構わない。その中でも、絶縁性に優れ、なおかつ耐熱性に優れた材質は、本発明の最終的な目的である耐熱性に優れた絶縁被膜を形成するという目的を達成するためにとりわけ好適である。
【００４３】
このような絶縁物質としては、例えば絶縁性の高い Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zr, Co, Ni,Al, Siなどの金属元素の酸化物、炭酸塩や硫酸塩などに代表される塩などが挙げられる。本発明においては、これらを単体で用いても構わないし、併用しても構わない。
また、これらの材料の原料や前駆体となるものを用いても構わない。このようなものとしては、例えば、アルミナゾル、シリカゾル、チタニアゾルのように酸化物を水和した溶液、あるいは上記した金属の錯体溶液やアルコキシド溶液などの前駆体を分散・溶解した溶液などが挙げられる。また、溶液に粉末を分散した形態のものなど、複数の形態が混在した状態のものを用いても構わない。勿論、ここに挙げたもの以外の形態であっても、最終的に絶縁層が形成されるのであれば、それを用いても構わない。
【００４４】
かような絶縁層を形成する方法としては、例えば、上記した酸化物をそなえる合金粉末に、絶縁物質を添加した上で混合して材料を被覆する方法、ＣＶＤ、ＰＶＤなどの気相蒸着法で被覆する方法、あるいはこれらの方法を複数組み合わせた方法などが挙げられる。勿論、ここに記載した方法以外の方法を用いても構わない。
【００４５】
上記の方法の中でも、原料粉末に絶縁物質を混合して被覆する方法は、被覆成分、被覆成分の付着量、被覆層厚み等の調整が容易であるため、確実に所望の絶縁被膜が得られるので好ましい。
かような混合手段としては、アトライター、ヘンシェルミキサー、ボールミルなどの混合装置を用いた混合処理が挙げられる。
【００４６】
また、絶縁層の材料として、前記したアルミナゾル、シリカゾル、チタニアゾルのように酸化物を水和した溶液、あるいは前記した金属の錯体溶液やアルコキシド溶液などの前駆体を分散・溶解した溶液などを用いると、粉末を原料とする場合に比べ、緻密かつ均一な状態で絶縁層を形成することが可能である。このような絶縁層を形成することにより、得られた粉末は最終的に高い絶縁性を示すようになり、本発明においては特に好適である。さらに、酸化物を水和した溶液の場合、加熱によって分子中の水分を飛散させれば、加熱しても重量減少や体積減少が起き難い耐熱性に優れた絶縁被膜を形成するので、本発明においてはさらに好ましい。
【００４７】
本発明では、合金粉末に対する絶縁層形成物質の添加量は0.01〜5.0 mass％程度とすることが好ましい。というのは、添加量が0.01mass％を下回ると、添加量が少なすぎるために被覆が不均一となって、十分な絶縁性が得難く、さらに強度も低下する。一方 5.0mass％を超えると、圧粉磁心中の原料粉末の割合が低下するので、その分磁束密度の低下を招き好ましくない。
【００４８】
さて、本発明においては、上記した酸化物と絶縁層の密着性を向上させるために、結合強化処理を施す。この処理を行うことにより、耐熱性に優れた酸化物と絶縁層を強固に固着させると同時に、最終的に得られる軟磁性金属粉末において３つの部分で構成される絶縁被覆が確実に得られるようになる。従って、本発明においては、この処理は極めて重要である。
なお、この処理に、熱処理を用いる方法は、既知の知見を利用することによる柔軟な物質設計が可能であることに加え、機械的手法や化学反応を利用する方法に比べて局所的な反応が起き難いため、処理粉末全体で均一な状態を得ることが容易であり、工業的な生産も容易であり、さらには装置全体が簡便であるという特徴をもち、本発明の軟磁性金属粉末を作製するための結合強化処理方法として、極めて有効である。
この点、メカノフュージョン等の強力なせん断力を付与する手法を結合強化処理として利用した場合、処理度合いにムラが生じ易いため、前述したような金属粉末の表面に均一に絶縁層を形成することが極めて難しいため、十分満足いくほどの絶縁性は得られない。また、加工歪に起因して圧縮性の低下も招き、さらに加工により粉末が球形化してしまうため、この粉末を成形した試料は著しく脆いものになり、実用上取り扱いが難しい。
【００４９】
かような熱処理の際における、処理温度、時間、雰囲気などの条件は、用いる材料の組み合わせによって変化するが、原料粉末や絶縁物質の融点、それぞれの物質相互間及び材料内での物質の拡散係数、酸素などに代表される各成分量、それぞれ材料の粒径、絶縁物質の添加量などを考慮して決定すればよい。例えば、合金粉末がFe−Si系合金粉で、被覆材料がAl2O3やSiO2などの高融点材料の場合には、500℃以上、1200℃以下程度とするのが好ましい。というのは、処理温度が500℃未満では物質拡散が不十分になるので密着性向上の効果が小さく、一方1200℃超では、原料粉末相互での拡散が著しくなり粉末同士が焼結してしまうからである。一旦焼結した材料を再度粉末化するには、巨大な力を加えて粉砕する必要がある。このような巨大な力が作用すると、一旦原料粉末と接合した絶縁層質が脱落がおきてしまい絶縁性改善の効果が不十分になる。その上、巨大な力によって粉末に加工歪みが入るため加工硬化が起きる。このような粉末を成形して得られる試料の圧粉体密度は極めて低いものになるため、磁束密度の低下が避けられない。
また、時間についても、用途に応じて適宜決定すればよい。好適には20〜240分である。
【００５０】
さらに、かかる熱処理における雰囲気は、用途に応じて大気や酸素雰囲気のような酸化性雰囲気、窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性雰囲気、水素ガス、アンモニアガス、RXガスなどの還元性雰囲気あるいは真空下などから適宜選べばよい。また、熱処理中に雰囲気を切り替えても構わない。なお、雰囲気が酸化性の場合には、結合強化処理時に金属が酸化して磁気特性や圧縮性の低下を招く場合がある。従って、本発明においては、不活性あるいは還元性雰囲気あるいは真空下などの非酸化性雰囲気中で行うことがより好ましい。必要に応じて水蒸気露点を調整しても良い。
【００５１】
なお、ここでの熱処理温度は、後述する成形体の焼鈍温度よりも高いことが好ましい。温度が低いと強化処理が十分でなくなるだけでなく、結合強化処理時に未反応だった部分が成形体焼鈍時に反応し、その際ガスが発生して成形体破壊を引き起こしたりするので好ましくない。従って、結合強化のための熱処理温度は、成形体の焼鈍温度に対して＋10〜＋150℃程度とすることが好ましい。特に好ましくは＋50〜＋150℃の範囲である。
【００５２】
上記したような加熱結合強化処理を行う場合、図１に示した酸化物２、絶縁層３が酸化物や金属塩の場合には、金属と酸化物を結合する場合に比べると、強い結合が得られる。これは、熱エネルギーによって酸化物中に含まれる酸素の拡散が金属原子の拡散よりも容易に進行するため、まず酸素の交換が最初に生じ、ついでその酸素の拡散によって金属成分の拡散が、単なる金属−酸化物の場合よりも加速された状態になり、結果として成分全体の拡散が加速されるためである。特に酸化物同士の場合にはこの現象が顕著に生じるのでとりわけ有利である。
【００５３】
なお、本発明に従う３つの部分から構成される絶縁被膜のうち、酸化物と絶縁層は特に耐熱性を持つことが好ましい。この部分の耐熱性が低いと、シリコーン樹脂層の耐熱性が十分に高くても所望の耐熱性が得られなくなる場合がある。なお、ここでいう耐熱性を持つとは、軟磁性金属粉末を圧粉磁心にして、さらにその圧粉磁心を焼鈍した後にも絶縁性が維持されていることを意味する。従って、この条件を満たす物質なら、どのような物質を用いてもかまわないし、評価に利用する指標にも特に制限はない。
その中でも重量減少率Δmは、簡便に測定できる上、圧粉磁心に成形し、焼鈍した後の絶縁性を評価した場合との対応がよく取れるので、特に酸化物と絶縁層の耐熱性を評価する指標として好適である。
【００５４】
酸化物と絶縁層の重量減少率Δmを評価する方法としては、被覆部分の物質単体を取り出して測定する方法、酸化物と絶縁層をそなえる軟磁性金属粉末全体で測定する方法が挙げられる。勿論、これら以外の方法で測定してもかまわない。
単体で取り出す場合は、軟磁性金属粉末の金属部分を酸、アルカリあるいはその他の溶解性物質で溶解させ、その残渣を取り出す方法、軟磁性金属粉末に機械的エネルギーを与えた濃化部分だけを分離する方法、濃化部分の破壊が起きない程度の低圧力で加圧成形したものを電極として、電気的に金属部分だけを溶解する方法などが挙げられる。
重量減少率Δm は、加熱前質量をMb、不活性ガス雰囲気中で加熱したときの質量をMaとするとき、Δm＝Ma／Mbなる関係から算出される。
本発明においては、N2ガス中で800℃まで加熱した後の重量をMa 、加熱前の重量をMbとしたとき、好ましいΔmは 0.3以上、1.0以下である。特に好ましくは 0.5以上、1.0以下であり、さらに好ましくは 0.7以上、1.0以下である。
【００５５】
本発明では、上記の手順によって得た軟磁性金属粉末において、表面の酸化物と絶縁層の元素濃度合計をCs(at％)、際外表面から深さ10μmでの主要元素濃度合計をCb(at％)としたとき、Cs／Cbが 1.5以上であることが好ましい。Cs／Cbが 1.5未満の場合には、表面での濃化が不十分なため圧粉磁心にしたとき十分な絶縁性が得られない。
CsおよびCbの測定は、オージェ電子分光法を用いた表面分析装置(AES)によって行えばよい。測定対象部分の面積は、使用する原料粉末の粒径により適宜決定すればよいが、例えば粒径が30〜100μm 程度の粉末を対象とする場合は、一辺が５μmから30μm 程度の正方形の部分で評価すればよい。また測定値の精度を向上させるために、Cs／Cbは複数の粒子について測定することが好ましい。好ましい測定数は、５以上、15以下である。
【００５６】
また、本発明において、酸化物と絶縁層は、合金粉末の表面全体に均一に存在していることが好ましく、その形態は図１に示したような状態であることが好ましい。酸化物２と絶縁層３の分布が不均一になると、本発明である軟磁性金属粉末を加圧成形して得られる圧粉磁心の絶縁性が焼鈍前から低下し、焼鈍後はさらに低下してしまう場合があるので、好ましくない。
かような酸化物と絶縁層は、AESにて絶縁被膜成分をマッピングしたとき、総測定面積中をSa、絶縁被膜成分の元素が存在する面積をStとした場合、St／Sa が 0.1以上、1.0以下とすることが好ましい。この値が 0.1を下回る場合、絶縁被膜が存在する部分が少なすぎて、本発明である軟磁性金属粉末から作製される圧粉磁心は十分な絶縁性が得られない。好適なSt／Saの範囲は 0.3以上、1.0以下であり、さらに 好ましくは0.5以上、1.0以下である。
測定対象部分の面積は、使用する原料粉末の粒径により適宜決定すればよいが、例えば粒径が30〜100μm 程度の粉末を対象とする場合には、一辺が５μmから30μm 程度の正方形の部分で評価すればよい。なお、本測定値 も精度向上のため、St／Saは複数の粒子について測定されることが好ましい。好ましい測定数は、Cs／Cb の場合と同様、５以上、 15以下である。St／Saについては、Csを評価する際に、併せて評価すると効率的な評価ができるので好ましい。
【００５７】
さらに、酸化物と絶縁層の合計厚みは0.5nm〜4000nm程度とすることが好ましい。特に好ましくは１〜1000nmの範囲である。なお、酸化物と絶縁層の合計厚みは、軟磁性金属粉末の断面を切り出し、原料金属部分の最外表面と、絶縁層の最外表面の距離によって定義される。距離は、金属部分の最外表面での垂線と金属の最外表面の交点１と、交点１を通るように引いた垂線と、絶縁層の最外表面部での交点２の間の長さによって定義される。この測定点は１粒子の外周を均等に分割するように複数配置することが好ましい。分割数は100以上とすることが好ましい。これを複数の粒子に対して繰り返し行い、それぞれの点で測定した結果の平均値を酸化物と絶縁層の合計厚みＳ、その分散値を酸化物と絶縁層の合計厚みの変動Ｖとする。
【００５８】
酸化物と絶縁層の合計厚みＳと酸化物と絶縁層の合計厚みの変動Ｖの比Ｖ／Ｓは、0.0以上、0.90以下であることが好ましい。特に好ましくは0.0 以上、 0.50以下であり、さらに好ましくは0.0 以上、0.40以下である。Ｖ／Ｓが0.90を上回る場合、加圧成形後、被膜がごく薄くなり、成形体内部での軟磁性金属粉末粒子間の距離が十分に離れないところが発生するので、圧粉磁心は十分な絶縁性が得られないので好ましくない。また、酸化物と絶縁層の内部は稠密であることが好ましい。酸化物と絶縁層を断面から観察したとき、その酸化物と絶縁層全体の面積をCa、酸化物と絶縁層の被膜部分内部に存在する空孔部分の面積をCpとそれぞれ定義するとき、Cp／Caは0.0以上、0.3未満であることが好ましい。特に好ましくは0.0以上、0.1未満である。Cp／Caが大きいと、酸化物と絶縁層の被膜部分の強度が弱くなるため加圧成形時、被膜部分が破壊されてしまう。その結果、絶縁被膜の厚み変動が増大し、軟磁性金属粉末を加圧成形して作製される圧粉磁心の絶縁性が低下してしまう。なお、軟磁性金属粉末の断面側から見た粉末表面近傍での酸化物と絶縁層の大きさおよび内部の充填状態は、軟磁性金属粉末を樹脂に埋め込み研磨して断面を観察できるようにした試料の走査型電子顕微鏡(SEM)による観察結果を用いて評価すればよい。
【００５９】
このようにして得た軟磁性金属粉末に、さらに耐熱性に優れたシリコーン樹脂を被覆して最外層を形成する。これにより、圧粉磁心の絶縁性がさらに向上し、その上成形体強度まで向上する。このシリコーン樹脂は、他の被覆可能な樹脂と比べて密着性に優れ、その上耐熱性、絶縁性にも優れている。
【００６０】
本発明におけるシリコーン樹脂とは、分子内に３官能性（Ｔ単位）、あるいは４官能性（Ｑ単位）シロキサン単位を含有するポリオルガノシロキサンを指す。かかるシリコーン樹脂は、シリコーンオイルやシリコーンゴムなどに比べ架橋密度が高く、硬化物は硬いという特徴があり、本発明に好適である。ところで、シリコーン樹脂は、成分がシリコーンのみから構成されるストレートシリコン樹脂と、シリコーン成分と有機樹脂の共重合体であるシリコーン変成有機樹脂に大別されるが、本発明においては、そのいずれを使用しても構わない。ストレートシリコーン樹脂は、MQレジンとDTレジンに大別されるが、本発明においては、そのいずれを用いても構わない。シリコーン変成有機樹脂としては、アルキド変成型、エポキシ変成型、ポリエステル変成型、アクリル変成型、フェノール変成型などが挙げられるが、本発明においては、そのいずれを用いても構わない。また、シリコーン樹脂には、加熱すると硬化するタイプのものと、室温においても硬化が進行するタイプのものがあるが、本発明においてはその何れを用いても構わない。シリコーン樹脂の硬化反応には、いくつかのタイプがあり、例えば加熱硬化型シリコーン樹脂の硬化の機構は大きく分けて、脱水縮合反応、付加反応、過酸化物反応によるものに、室温硬化型シリコーン樹脂の硬化の機構は、脱オキシム反応、脱アルコール反応によるものに区別することができる。本発明において用いられるシリコーン樹脂は、上記にある何れかの硬化反応によって硬化するものであれば良い。
【００６１】
本発明で使用されるシリコーン樹脂としては、たとえば東レダウコーニングシリコーン社の製造する、SH805 , SH805, SH806A ,SH840, SH997, SR620, SR2306,  SR2309, SR2310, SR2316, DC12577, SR2400, SR2402, SR2404, SR2405, SR2406, SR2410, SR2411, SR2416, SR2420, SR2107, SR2115, SR2145, SH6018, DC6-2230, DC3037, DC3074, QP8-5314や、信越化学の製造する KR251, KR255, KR114A, KR112, KR2610B, KR2621-1,  KR230B, KR220, KR220L, KR285, K295, KR300,KR2019, KR2706, KR165, KR166, KR169, KR2038, KR221, KR155, KR240, KR101-10, KR120, KR105, KR271, KR282, KR311, KR211, KR212, KR216, KR213, KR217, KR9218, SA-4, KR206, KR5206, ES1001N, ES1002T, ES1004, KR9706, KR5203, KR5221,X-52-1435などが挙げられる。勿論、ここに挙げた以外のシリコーン樹脂を使用しても構わない。また、これらの物質、あるいはこれらの原料物質を変成したシリコーン樹脂を使用しても構わない。さらに、種類、分子量、官能基が異なる２種以上のシリコーン樹脂を、適当な割合で混合したシリコーン樹脂 を使用しても構わない。
【００６２】
最外層を構成するシリコーン樹脂を軟磁性金属粉末に添加あるいは被覆する際は、粉末状のものを混合してもよいし、あるいはシリコーン樹脂を溶剤に溶かし、その溶液と軟磁性金属粉末を接触させることで混合あるいは被覆してもかまわない。溶液にする場合、溶剤にはシリコーン樹脂が溶解するものであれば、いずれを用いてもよい。このような材料としては、例えばエタノールやメタノールに代表されるアルコール系溶剤、アセトンやメチルエチルケトンに代表されるケトン系溶剤、ベンゼン、トルエン、キシレン、フェノール、安息香酸などに代表される芳香族系溶剤、リグロイン、ケロシンなどの石油系溶剤が挙げられる。シリコーン樹脂を溶解し易い芳香族系溶媒が、特に好ましい。また、シリコーン樹脂が可溶なら、水を用いても構わない。その溶液の濃度は、施工のし易さや乾燥時間などを勘案して決めれば良い。さらに、シリコーン樹脂溶液の粘度・チキソトロピー性・レベリング性、また塗布後の乾燥時間、樹脂が硬化するまでの時間、樹脂の硬化温度や硬化時の架橋密度などを制御するために、上記塗料に若干の添加物を加えてもよい。このような添加物としては、シリコーン樹脂の硬化を制御するステアリン酸金属塩などの金属石鹸、パーフルオロアルキルなどの界面活性剤などがあげられる。なお、溶剤にして添加するとシリコーン樹脂の偏析が防止できるため、添加量が同一であっても粉末を用いた場合に比べ圧粉磁心の絶縁性が改善されるので、本発明においては溶液状にして添加することが好ましい。
【００６３】
なお、最外層を構成するシリコーン樹脂の添加は、最初に全量添加しても良いし、撹拌の途中で分割して添加しても良い。また、撹拌時にスプレーノズルを通して噴霧してもよい。本発明で用いられるシリコーン樹脂溶液をスプレーノズルを通して噴霧・添加すると、本発明で用いられるシリコーン樹脂溶液が軟磁性金属粉末に対して均一に添加され、皮膜も均一になるので好適である。撹拌混合には、アトライタ、ヘンシェルミキサー、ボールミル、流動造粒機、転動造粒機などを利用するのが一般的である。流動造粒機や転動造粒機のように、流動槽による撹拌を行なうと、粉体同士の凝集が抑制されるので好適である。また、流動槽に対してスプレーを通して本発明で用いられるシリコーン樹脂溶液を噴霧すると、スプレー噴霧による効果と、流動槽を利用した効果が複合し、一層均一な被覆が得られるので、特に好ましい。溶媒の乾燥を促進やシリコーン樹脂の硬化などを目的として、混合中あるいは混合後に加熱処理を行なっても良い。
【００６４】
本発明において、最外層を構成するシリコーン樹脂の添加量は、軟磁性金属粉末に対してシリコーン樹脂の固形分量(固形分量＝添加した溶液量−溶液中の溶剤量)で軟磁性金属粉末に対して0.01〜５mass％程度とすることが好ましい。添加量が0.01mass％を下回ると、シリコーン樹脂が少なすぎるために原料粉末の被覆が不均一となり絶縁性改善の効果が不十分となり、一方５mass％を超えた場合には、圧粉磁心中の原料粉末の割合が著しく低下するので、磁束密度の低下を招き好ましくない。
【００６５】
以上の方法によって作製された、絶縁被覆付き軟磁性金属粉末は、必要に応じて潤滑剤などが添加された後、金型などを用いて加圧成形される。潤滑剤としては、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウムなどの金属石鹸、あるいは脂肪酸アミドなどのワックスが挙げられる。軟磁性金属粉末に対して潤滑剤を添加せず、金型表面に潤滑剤を塗布する金型潤滑を用いてもよい。
成形圧は、用途に応じて適宜決定すれば良いが490〜1960MPa程度とするのが好ましい。成形圧が490MPaを下回ると、成形体密度が低くなるため磁束密度が低くなるという問題が生じ、一方1960MPaを超えると成形時の金型磨耗が顕著となり実用的でない。
【００６６】
上記の成形後、加圧時に鉄基粉末に加えられた歪を解放してヒステリシス損失を低減させるために、成形体を 600℃以上の温度で保持しながら、焼鈍することが特に好ましい。特に好ましい焼鈍温度は800℃以上である。また前述した理由より、かかる焼鈍温度は、結合強化処理時の温度より−10℃〜−150℃程度とすることが好ましい。特に好ましくは−50℃〜−150℃である。また、焼鈍時間は30分以上とすることが好ましい。焼鈍雰囲気は、ArやN2などの不活性雰囲気、水素などの還元性雰囲気、あるいは真空などの非酸化性雰囲気とすることが好ましい。水蒸気の露点は用途等に応じて適宜決定すれば良い。焼鈍の際の昇温速度、降温速度は、熱膨張率の違いにより絶縁被覆の破壊、急冷による軟磁性金属粉末の金属組織内での熱歪みの発生などを防止するため、20℃／分以下程度とすることが好ましい。また、昇温時あるいは降温時に、一定の温度で保持する段階を設けてもよい。
【実施例】
【００６７】
実施例１
原料粉末としては、アトマイズ法により製造した表１に示す７種類の合金粉末を用いた。各合金粉末の成分、粒度分布および粉体特性（見かけ密度）を表１に示す。
また、AESにより表面分析を行い、表面の成分を測定した。AESの測定条件は、PHISICAL ELECTONICS社製 PHI MODEL 660 にて加速電圧：10kV、試料電流量：0.2μA、測定領域：20μm平方の正方形、試料傾斜角：30°とした。そこで検出された元素および元素濃度(at％)も表１に併せて示す。シリコン(Si)や酸素(O)など、鉄(Fe)以外の元素を含んでおり、合金粉末の表面に酸化物が形成されていることが確認できた。
なお、本発明は、あらゆる強磁性を示す金属粉末に対して有効である。従って、実施例に無い強磁性を示す金属粉末に対しても、勿論ながら本発明は有効である。
【００６８】
【表１】
2006128521.tif 000003
【００６９】
次に、絶縁層の形成を行った。ここでは表２に示す材料を使用した。溶液状のはものは濃度：10mass％の溶液を準備した後、転動流動層によって被覆処理を施した。粉末状のものは原料粉末に耐熱性に優れた絶縁材料を添加した後、ヘンシェルミキサーで10分間混合した。さらに、表２に併せて示した熱処理による結合強化処理を行った。結合強化処理後、目開き180μmのふるいで分級して本発明の軟磁性金属粉末を得た。その粉末を別途熱天秤にて不活性雰囲気中での重量変化を調査し、その結果からΔmを算出した。
その結果も表２に併記する。
【００７０】
上記のようにして得た粉末について、AESを用いてCs／Cb、St／Sa を求めた。なお AESの測定条件は、PHISICAL ELECTONICS社製 PHI MODEL 660 にて加速電圧：10kV、試料電流量：0.2μA、測定領域：20μm平方の正方形、試料傾斜角：30°とした。Cbは、表面測定後、イオン銃で上記の測定面積分を10μm深さ方向でスパッタリングしてから、同一条件で測定した。表２に、Cs／CbおよびSt／Saの評価に際して用いた元素、測定点数、測定したそれぞれの平均値と分散を示す。なお、Stを確認した際、併せて酸素原子の分布についても調査した。いずれの結果においても、酸素の濃度分布はSt／Saの評価に用いた元素の分布と一致していた。これより、表面で観察される原子は、SiO2やAl2O3、TiO2、ZrO2など耐熱性に優れた絶縁酸化物の形で存在していることが判明した。
【００７１】
また、軟磁性金属粉末：５ｇを樹脂に埋め込んだ後、樹脂ごと研磨して粉末断面を観察できるようにした研磨試料を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、１mm平方の観察視野内で確認されるすべての粉末を対象として、表面濃化部分の耐熱性及び絶縁性に優れた物質部分の濃化部分の分布状態および大きさの平均値と分散、および濃化内部の充填率Cp／Caを求めた。なお、これらの値は、粒子の外周部分を、倍率：100,000倍で連続的に観察した結果を用いて算出している。視野内での粉末個数およびそれらの測定結果も併せて表２に示す。
【００７２】
上記のようにして絶縁層を形成した軟磁性金属粉末に、シリコーン樹脂による最外層を形成した。シリコーン樹脂としては、東レダウコーニング社のSR2400を用いた。被覆に当たっては、樹脂をキシレンにて濃度：５mass％とした溶液を用いた。軟磁性金属粉末に対するシリコーン樹脂の被覆は、転動流動槽型被覆装置により実施した。シリコーン樹脂溶液の添加は、原料粉末を装置容器内で流動化させた上で、スプレーを用いてその流動状態にある粉末に対し、被覆材を固形分量が表２に示す量になるように噴霧することにより行った。噴霧終了後、乾燥のために20分間流動状態を保持して、原料粉末の上に被覆材を被覆した軟磁性金属粉末を得、さらに大気雰囲気中にて、250℃で60分間加熱することでシリコーン樹脂を加熱硬化して、軟磁性金属粉末試料を得た。
【００７３】
かくして得られた軟磁性金属粉末を、金型に充填し、加圧成形して測定用のリング試料(外径：38mm，内径：25mm，高さ：6.2mm)を得た。成形圧は 980MPaとした。加圧の際の潤滑は、水にステアリン酸亜鉛を分散させた潤滑剤溶液を金型面に塗布する金型潤滑とした。さらに、一部の試料については、表２に示した温度にてN2ガス雰囲気下で60分の焼鈍を行った。表２に使用した軟磁性金属粉末とシリコーン樹脂、シリコーン樹脂の固形分添加量、成形時の潤滑剤添加量、成形圧、成形体試料の焼鈍温度を示す。
【００７４】
上記のようにして得られた試料を用いて、圧粉体密度、比抵抗、磁束密度、鉄損を測定した。圧粉体密度は、試料の寸法と重量を測定し、その値を用いて算出した。比抵抗は四端子法にて測定した。通電電流は１Ａとした。圧環強度はJIS Z 2507において「焼結含油軸受けの圧環強さ試験方法」として規定されている方法に準拠して測定した。磁束密度は、リング試料にφ0.6mm のホルマル被覆導線を １次側：100巻、２次側：20巻したコイルを用い、磁界Ｈ＝10 kA/mでの磁束密度Ｂ10kで評価した。鉄損は、リング試料にφ0.6mm のホルマル被覆導線を１次側：40巻、２次側：40巻したコイルを用いて、周波数：200Hz〜10kHz、磁束密度Ｂm＝0.2Ｔの条件で評価した。鉄損については、周波数：５kHz,磁束密度：0.2Ｔ(Ｗ2/5k)の値を、その他の値については各測定値を表２に示す。
【００７５】
【表２】
2006128521.tif 000004
【００７６】
表２に実施例と比較例を比較して示したとおり、酸化物と絶縁層を形成後、結合強化処理を行い、さらにシリコーン樹脂による最外層を形成した本発明に従う金属粉末は、かような３層構造をとっていないか、あるいは結合強化処理を施していない比較例によりも、比抵抗が高く、鉄損が低くなっていることが分かる（実施例１-1〜１-9と比較例１-1〜１-5)。また特に、ゾルのような溶液を用いた場合には、粉末を用いた場合に比べて、酸化物と絶縁層の均一さを表す指標であるSt／Saが向上し、酸化物と絶縁層の厚さを表すＳも向上し、その上Ｓの分散ＶやＶ／Ｓの値も小さくなり、結果として比抵抗が高く鉄損が低減していることが、実施例１-4，１-5と実施例１-18，１-19の比較から分かる。
【００７７】
実施例１-1〜１-2と実施例１-3〜１-8を比較すると、シリカゾルの添加量は同一であっても酸素量が多く、表面に鉄と酸素から構成される酸化物が形成されていた粉末２を用いた実施例１-3〜１-8の方が、St／Saの値が高くなり、均一に酸化物および絶縁層が形成されていることが分かる。また、前者に比べ後者の方が比抵抗が高く鉄損が小さい。これにより、酸素量が多い粉末を用いると、より特性が改善できることが分かる。また、結合強化処理温度が成形体焼鈍温度より低い場合は、比抵抗が低下して、鉄損が高くなる傾向があり、結合強化処理温度が成形体焼鈍温度より高いほうが好ましいことが分かる。なお、実施例１-10と同様の組成を準備した上で、結合強化処理として大気中での熱処理を行った。その結果、圧粉体密度が5.80Mg/m3、比抵抗は10μΩm、磁束密度は0.45Ｔ、鉄損は220W/kgとなり、実施例１-10よりも磁束密度が低く鉄損が大きくなってしまった。これより、結合強化処理として熱処理を行う時は非酸化性雰囲気で行うことが好ましいことが分かる。
【００７８】
また、シリコンを含むため表面にシリコンと酸素を中心とする酸化物が形成されていた粉末５を用いた場合、Cs／Ctの値が高く、耐熱性に優れた絶縁物質を後から被覆させなくても表面には酸化物が形成されていたが、絶縁層あるいは最外層のいずれかを欠落させた比較例１-6，１-7では比抵抗は低く鉄損は高かった。さらに、圧粉体密度は、絶縁層の形成あるいは最外層の形成条件が類似した他の実施例の場合よりも低下し、磁束密度も低下した。これより、本発明に従い３つの部分で構成される絶縁被覆をそなえる本発明は、高い磁束密度と低い鉄損を得るために有効であることが分かる。
【００７９】
実施例１-38，１-39はそれぞれ、パーマロイ45(45%Ni)とアルパーム(16%Al)にSiを 0.2mass％添加し，表面に酸化物を形成するようにした粉末を用いた場合の結果である。他の実施例と同様に、本発明はNiやAl合金粉末に対しても有効であることが分かる。
【００８０】
実施例２
シリコーン樹脂として、東レダウコーニング社のSR2400, SR2410, SH805、信越化学の KR220L, KR300, X-52-1435,ES1004を準備した。次に、これらをキシレン(X-52-1435を用いた場合のみ水)にて濃度：５mass％とした溶液とした。この溶液を用いて、実施例１-6,実施例１-11の各条件でシリカを濃化させた粉末にシリコーン樹脂を被覆した上で、圧粉磁心を作製した。用いたシリコーン樹脂の種類、被覆量、成形圧、焼鈍温度および実施例１と同様の手順で測定した特性を表３に示す。
【００８１】
【表３】
2006128521.tif 000005
【００８２】
表３に示したとおり、何れのシリコーン樹脂を用いても良好な特性を示していることが分かる。また潤滑方法や添加量を変化させても良好な特性を示していることも分かる。
【００８３】
実施例３
実施例１-11で得た粉末を成形圧：490〜1960MPaで加圧成形した。また、いくつかの試料については焼鈍温度を変化させた。それらの特性について評価した結果を表４に示す。
【００８４】
【表４】
2006128521.tif 000006
【００８５】
表４に示したとおり、何れにおいても本発明は有効であることが分かる。
【００８６】
実施例４
実施例４は、表５に示す粉末およびシリカを，同じく表５に示した量だけ添加した後、予備混合し、その後ホソカワミクロン製メカノフュージョンシステムを用いてメカノケミカル処理を実施して結合強化処理を行った。一回当たりの処理量は 1.0kg/ch 、処理時間は10分、回転数は 2,600rpm とした。この時、回転動力は 1.2 kW±0.05 kWであった。
処理後、他の実施例と同様にシリコーン樹脂からなる最外層の形成及び成形体試料の作製と熱処理行い，その特性を評価した。
得られた結果を表５に併記する。
【００８７】
【表５】
2006128521.tif 000007
【００８８】
表５に示したとおり、メカノフュージョン処理時、鉄粉に加えられた加工歪みのため圧縮性が低下した。その結果、同様の組成を用い熱処理による接合強化処理を施した実施例１-20に比べると圧粉体密度や磁束密度が低下したが、何れの比較例に比しても高抵抗で低鉄損が実現していることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明により、圧縮性に優れかつ高い絶縁性を有する軟磁性金属粉末および軟磁性金属粉末を使用して磁束密度が高くかつ鉄損が低い圧粉磁心を得ることができ、その結果、積層鉄心やソフトフェライトコアの代替となる圧粉磁心を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明に従う３つの部分で構成される絶縁被覆をそなえる合金粉末の断面図であり、(a)はアトマイズ合金粉末の表面全面に酸化物を形成した場合、(b)はアトマイズ合金粉末の表面の一部に酸化物を島状に形成した場合である。
【符号の説明】
【００９１】
１  アトマイズ合金粉末
２  酸化物
３  絶縁層
４  シリコーン樹脂層
【図１】
2006128521.tif 000008