(57)【要約】      （修正有）【課題】耐食性に優れた圧粉磁心を提供する。【解決手段】金属磁性材料１１および樹脂１２を含む圧粉磁心１であって、前記圧粉磁心の表面において微粒子１３が存在している。前記微粒子の平均粒径は１．０〜２００ｎｍであり、前記微粒子の粒径の標準偏差σは３０ｎｍ以下である。前記微粒子はＳｉ−Ｏ系の化合物を含む。また、前記金属磁性材料に前記微粒子が付着しており、前記金属磁性材料が、Ｆｅを主成分として含み、あるいは、前記金属磁性材料が、ＦｅおよびＳｉを主成分として含む。【選択図】図１
2018152557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属磁性材料および樹脂を含む圧粉磁心であって、
前記圧粉磁心の表面において微粒子が存在していることを特徴とする圧粉磁心。
【請求項２】
前記圧粉磁心の表面における前記微粒子の平均粒径が１．０〜２００ｎｍである請求項１に記載の圧粉磁心。
【請求項３】
前記圧粉磁心の表面における前記微粒子の粒径の標準偏差σが３０ｎｍ以下である請求項２に記載の圧粉磁心。
【請求項４】
前記微粒子がＳｉ−Ｏ系の化合物を含む請求項１〜３のいずれかに記載の圧粉磁心。
【請求項５】
前記金属磁性材料に前記微粒子が付着している請求項１〜４のいずれかに記載の圧粉磁心。
【請求項６】
前記金属磁性材料が、Ｆｅを主成分として含む請求項１〜５のいずれかに記載の圧粉磁心。
【請求項７】
前記金属磁性材料が、ＦｅおよびＳｉを主成分として含む請求項１〜５の何れかに記載の圧粉磁心。
【請求項８】
前記金属磁性材料の表面にＳｉ−Ｏ系の酸化物からなる酸化膜が存在する請求項１〜７のいずれかに記載の圧粉磁心。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧粉磁心に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、インダクタ、チョークコイル、トランス等といったコイル部品やモータなどの小型化が求められていることから、フェライトと比較して飽和磁束密度が大きく、直流重畳特性が高磁界まで保たれる金属磁性材料が広く用いられるようになっている。また、これらの圧粉磁心は、様々な環境下での使用も期待されているため、信頼性の向上が望まれている。
【０００３】
そして、信頼性の中でも特に耐食性の向上が望まれている。現在使用されている圧粉磁心の大部分はＦｅ系合金粒子で構成されているため、特に耐食性の向上が望まれている。
【０００４】
特許文献１には、金属磁性材料としてＣｒを含有させることで耐食性を向上させた例が記載されている。しかし、Ｃｒを必須とする場合には、材料選択の幅が狭くなる。
【０００５】
特許文献２には、金属磁性材料を無機物コート（リン酸塩）で被覆した例が記載されている。しかし、リン酸塩は靱性が低く、成形圧力を増加させた場合にコーティング膜が破損してしまう場合がある。
【０００６】
特許文献３には、磁性製品をセラミックスおよび樹脂でコーティングすることによって耐食性を向上させた例が記載されている。しかし、特許文献３に記載の方法では圧粉磁心を８００℃以上の高温で熱処理する必要がある。圧粉磁心中に絶縁処理した銅の巻線などを含む場合には、巻線の絶縁性が破壊されてしまう場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−０６２４２４号公報
【特許文献２】特開２００９−１２０９１５号公報
【特許文献３】特許第５１９０３３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、耐食性に優れた圧粉磁心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】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明に係る圧粉磁心は、
金属磁性材料および樹脂を含む圧粉磁心であって、
前記圧粉磁心の表面において微粒子が存在していることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る圧粉磁心は、上記の構成を有することにより、耐食性に優れた圧粉磁心となる。
【００１１】
前記圧粉磁心の表面における前記微粒子の平均粒径が１．０〜２００ｎｍであることが好ましい。
【００１２】
前記圧粉磁心の表面における前記微粒子の粒径の標準偏差σが３０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１３】
前記微粒子がＳｉ−Ｏ系の化合物を含むことが好ましい。
【００１４】
前記金属磁性材料に前記微粒子が付着していることが好ましい。
【００１５】
前記金属磁性材料が、Ｆｅを主成分として含むことが好ましい。
【００１６】
前記金属磁性材料が、ＦｅおよびＳｉを主成分として含むことが好ましい。
【００１７】
前記金属磁性材料の表面にＳｉ−Ｏ系の酸化物からなる酸化膜が存在することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る圧粉磁心の断面の模式図である。
【図２】表１の実施例における微粒子の平均粒径と錆面積比率との関係を示すグラフである。
【図３】表２の実施例における微粒子の粒径の標準偏差σと錆面積比率との関係を示すグラフである。
【図４】圧粉磁心の表面を原子間力顕微鏡で観察した写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
【００２０】
本実施形態に係る圧粉磁心は金属磁性材料および樹脂からなり、当該圧粉磁心の表面において微粒子が存在していることを特徴とする。当該圧粉磁心の表面において微粒子が存在していることにより、当該圧粉磁心の耐食性が向上する。
【００２１】
本実施形態に係る圧粉磁心１は図１に示すように、金属磁性材料１１および樹脂１２を含む。さらに、金属磁性材料１１の表面に微粒子１３が付着している。なお、本実施形態では、金属磁性材料１１の表面に後述する酸化膜（図示せず）が存在している場合には、当該酸化膜に微粒子１３が付着している場合も金属磁性材料１１の表面に微粒子１３が付着している場合に含まれるとする。
【００２２】
金属磁性材料１１の成分には特に制限はないが、金属磁性材料１１がＦｅを主成分として含むことが、飽和磁化が高くなるため好ましい。また、金属磁性材料１１がＦｅおよびＳｉを主成分として含むことが、透磁率が高くなるため好ましい。なお、本実施形態での「主成分として含む」とは、金属磁性材料全体を１００重量％とする場合において、含有量が合計８０重量％以上であることを指す。すなわち、Ｆｅを主成分として含む場合には、Ｆｅの含有量が８０重量％以上である。また、ＦｅおよびＳｉを主成分として含む場合には、ＦｅおよびＳｉの含有量が合計８０重量％以上である。また、ＦｅとＳｉとの比率には特に制限はないが、重量比でＳｉ／Ｆｅ＝０／１００〜１０／９０であることが、飽和磁化が高くなるため好ましい。なお、本実施形態の金属磁性材料における主成分以外の成分の種類には特に制限はない。主成分以外の成分の種類としては、例えば、Ｎｉ，Ｃｏなどが挙げられる。
【００２３】
樹脂１２の種類には特に制限はないが、エポキシ樹脂および／またはイミド樹脂を用いてもよい。エポキシ樹脂としては、例えばクレゾールノボラックなどが挙げられる。イミド樹脂としては、例えばビスマレイミドなどが挙げられる。
【００２４】
金属磁性材料１１および樹脂１２の含有量には特に制限はない。圧粉磁心１全体に占める金属磁性材料１１の含有量は９０重量％〜９８重量％であることが好ましく、樹脂１２の含有量は２重量％〜１０重量％であることが好ましい。
【００２５】
本実施形態に係る圧粉磁心１は、さらに潤滑剤を含有してもよい。潤滑剤の種類は任意であるが、例えばステアリン酸亜鉛が挙げられる。
【００２６】
図１に示すように、本実施形態に係る圧粉磁心１は、金属磁性材料１１に微粒子１３が付着していることに特徴がある。また、微粒子１３の材質には特に制限はないが、例えばＳｉ−Ｏ系酸化物が挙げられる。Ｓｉ−Ｏ系酸化物の種類には特に制限はない。例えば、ＳｉＯ２などのＳｉの酸化物の他、Ｓｉおよびその他の元素を含む複合酸化物などであってもよい。
【００２７】
本実施形態に係る圧粉磁心１は、金属磁性材料１１に微粒子１３が付着していることにより、耐食性が向上する。微粒子１３の付着により圧粉磁心１の表面に微粒子１３が存在し、圧粉磁心１の耐食性が向上するメカニズムは以下に示すメカニズムであると本発明者らは考えている。
【００２８】
金属磁性材料１１に微粒子１３が付着することにより、最終的に得られる圧粉磁心１の表面または表面近傍に微粒子１３が存在する。そして、微粒子１３の存在により圧粉磁心１の表面にナノスケールの凹凸が生じる。圧粉磁心１の表面にナノスケールの凹凸が生じることは、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により確認することができる。そして、当該凹凸が生じることにより、圧粉磁心１の撥水性が高まる。そして、圧粉磁心１の撥水性が高まることにより、圧粉磁心１の耐食性が高まる。
【００２９】
圧粉磁心１の表面における微粒子１３の平均粒径には特に制限はなく、例えば０．５〜２４７．３ｎｍとしてもよい。圧粉磁心１の表面における微粒子１３の平均粒径が１．０〜２００ｎｍであることが好ましい。微粒子１３の平均粒径が１．０〜２００ｎｍであることにより、圧粉磁心１の撥水性が高まり、耐食性が向上する。なお、微粒子１３の平均粒径は、１．１〜１９９．４ｎｍとしてもよい。
【００３０】
なお、圧粉磁心１の表面における微粒子１３の平均粒径は原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により測定することができる。具体的には、まず、圧粉磁心１の表面を原子間力顕微鏡で撮影する。圧粉磁心１の表面を原子間力顕微鏡で撮影した画像の一例を図４に示す。次に、圧粉磁心１の表面における金属磁性材料１１を最低５粒子以上、好ましくは１０粒子以上をランダムに選択する。そして、選択した粒子を中心として周囲５μｍ×５μｍを原子間力顕微鏡により観察する。得られた形状像の観察範囲内に存在する微粒子１３の粒径を全て測定する。具体的には、微粒子１３の面積を画像解析により求めた上で、該面積を有する円の直径（円相当径）を微粒子１３の粒径とする。そして、（微粒子１３の粒径の合計値）／（微粒子１３の個数）により算出した算術平均値を平均粒径と定義する。
【００３１】
さらに、圧粉磁心１の表面における微粒子１３の粒径の標準偏差σが３０ｎｍ以下であることが好ましい。圧粉磁心１の表面における微粒子１３の粒径の標準偏差σが３０ｎｍ以下であることにより、耐食性を更に向上させることができる。
【００３２】
微粒子１３の含有量に特に制限はない。圧粉磁心１の表面に占める微粒子１３の面積割合が１〜１００％であってもよい。
【００３３】
なお、圧粉磁心１の表面における金属磁性材料１１の平均粒径（Ｄ５０）は３〜１００μｍであることが好ましい。金属磁性材料１１の粒径は原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）により測定することができる。具体的には、まず、圧粉磁心１の表面を原子間力顕微鏡で撮影する。圧粉磁心１の表面を原子間力顕微鏡で撮影した画像の一例を図４に示す。次に、圧粉磁心１の表面における金属磁性材料１１を最低５粒子以上、好ましくは１０粒子以上をランダムに選択する。そして、選択した金属磁性材料の粒径を測定する。具体的には、金属磁性粒子１１の面積を画像解析により求めた上で、該面積を有する円の直径（円相当径）を金属磁性粒子１１の粒径とする。そして、測定した各金属磁性粒子１１の粒径より平均粒径（Ｄ５０）を算出することができる。
【００３４】
本実施形態に係る圧粉磁心１の製造方法を以下に示すが、圧粉磁心１の製造方法は下記の方法に限定されない。
【００３５】
まず、金属磁性材料１１となる金属粒子を作製する。金属粒子の作製方法には特に制限はないが、例えばガスアトマイズ法，水アトマイズ法などが挙げられる。金属粒子の粒子径および円形度には特に制限はないが、粒子径の中央値（Ｄ５０）は１μｍ〜１００μｍであることが、透磁率が高くなるため好ましい。
【００３６】
次に、金属磁性材料１１にＳｉ−Ｏ系の酸化物からなる酸化膜を形成するためのコーティングを行った。コーティング方法には特に制限はないが、例えばアルコキシシラン溶液を、金属磁性材料１１へ塗布する方法が例示される。アルコキシシラン溶液を金属磁性材料１１へ塗布する方法には特に制限はなく、例えば湿式噴霧による方法が挙げられる。アルコキシシランの種類には特に制限はなくトリメトキシシラン，などが用いられる。また、アルコキシシラン溶液の濃度および溶媒にも特に制限はない。アルコキシシラン溶液の濃度は５０重量％〜９５重量％でることが好ましい。また、アルコキシシラン溶液の溶媒にも特に制限はない。例えば水，エタノールなどが挙げられる。
【００３７】
湿式噴霧後の粉体に対し、第１焼成を行うことで、Ｓｉ−Ｏ系の酸化物からなる酸化膜を形成した。このときに水素分圧１〜３％の窒素雰囲気下で第１焼成を行うことで、加熱中の雰囲気が還元性となる。還元性雰囲気で加熱処理を行うことで、酸化膜はＳｉ結晶性の低いアモルファス層となる。また、加熱条件は４００℃〜６００℃で１〜１０時間としてもよい。水素分圧が高くなるほど、最終的に得られる微粒子１３の平均粒径が大きくなる傾向にある。加熱時間（焼成時間）が長くなるほど微粒子１３の粒径の標準偏差σが小さくなる傾向にある。
【００３８】
次に、Ｓｉ−Ｏ系の酸化物からなる微粒子１３を金属磁性材料１１に付着させるために第２焼成を行う。酸素分圧０．１〜１％の窒素雰囲気下で８００℃〜１２００℃で１０〜３０時間、第２焼成を行う。当該焼成により、上述したＳｉ結晶性の低いアモルファス層の球状化が進む。その結果、金属磁性材料１１の表面に酸化膜が生成し、さらに酸化膜に微粒子１３が生成し付着する。ここまでに得られた粉体を「微粒子付着金属材料」とする。焼成時間が長くなるほど微粒子１３の平均粒径が大きくなる傾向にある。酸素分圧が低くなるほど微粒子１３の粒径の標準偏差σが小さくなる傾向にある。
【００３９】
次に、樹脂溶液を作成する。樹脂溶液には、上記したエポキシ樹脂および／またはイミド樹脂の他、硬化剤を添加してもよい。硬化剤の種類には特に制限はなく、例えばエピクロルヒドリンなどが挙げられる。また、樹脂溶液の溶媒についても特に制限はないが、揮発性の溶媒であることが好ましい。例えば、アセトン，エタノール等を用いることができる。また、樹脂溶液全体を１００重量％とした場合における樹脂および硬化剤の合計濃度は０．０１〜０．１重量％とすることが好ましい。
【００４０】
次に、微粒子付着金属材料および樹脂溶液を混合する。そして、樹脂溶液の溶媒を揮発させて顆粒を得る。得られた顆粒はそのまま金型に充填してもよいが、整粒してから金型に充填してもよい。整粒する場合の整粒方法には特に制限はなく、例えば、目開き４５〜５００μｍのメッシュを用いてもよい。
【００４１】
次に得られた顆粒を所定の形状の金型に充填し、加圧して圧粉体を得た。加圧時の圧力には特に制限はなく、例えば６００〜１５００ＭＰａとすることができる。また、加圧時において、微粒子１３は滑材の役割も果たす。このことにより、金属磁性材料１１上の酸化膜が金型の摺動面においても剥離しづらくなる。その結果、圧粉磁心表面に微粒子が残存することになり、撥水性が向上し耐食性が向上する。
【００４２】
作製した圧粉体に対し、熱硬化処理を行うことで、圧粉磁心が得られる。熱硬化処理の条件に特に制限はなく、例えば１５０〜２２０℃で１〜１０時間、熱処理を行う。また、熱処理時の雰囲気にも特に制限はなく、大気中で熱処理をしてもよい。
【００４３】
以上、本実施形態に係る圧粉磁心およびその製造方法について説明したが、本発明の圧粉磁心およびその製造方法は上記の実施形態に限定されない。例えば、成形工程までは通常の方法で圧粉磁心を作成し、成形終了後の圧粉磁心表面に化学的な処理を行うことによって微粒子を付着させてもよい。
【００４４】
また、本発明の圧粉磁心の用途にも特に制限はない。例えば、インダクタ、チョークコイル、トランス等のコイル部品が挙げられる。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
【００４６】
実験例１
金属磁性材料として、重量比でＳｉ／Ｆｅ＝４．５／９５．５であり、ＦｅとＳｉとの
合計量が９９重量％であるＦｅ−Ｓｉ系合金粒子をガスアトマイズ法で作製した。なお、当該Ｆｅ−Ｓｉ系合金粒子の粒子径の中央値（Ｄ５０）は３０μｍであった。
【００４７】
次に、前記金属磁性材料にＳｉ−Ｏ系酸化物からなる酸化膜を形成するため、金属磁性材料１００ｗｔ％に対してアルコキシシラン溶液２ｗｔ％を湿式噴霧した。なお、前記アルコキシシラン溶液としてトリメトキシランの５０ｗｔ％溶液を用いた。
【００４８】
ここで、湿式噴霧量は５ｍＬ／ｍｉｎとし、アルコキシシラン溶液の全量を塗布した。
【００４９】
湿式噴霧後の粉体に対し、第１焼成を行った。第１焼成は水素分圧１％〜３％の窒素雰
囲気下、６００℃で０．５時間〜３時間行った。なお、最終的に得られる圧粉磁心表面における微粒子の平均粒径および粒径の標準偏差σを表１および表２に記載した大きさにするため、第１焼成の条件を制御した。
【００５０】
次に、ＳｉＯ２からなる微粒子を形成するため、第２焼成を行った。第２焼成は酸素分圧０．１％〜１％の窒素雰囲気下、１０００℃で１０時間〜３０時間行った。なお、最終的に得られる圧粉磁心表面における微粒子の平均粒径および粒径の標準偏差σを表１および表２に記載した大きさにするため、第２焼成の条件を制御した。
【００５１】
次に、エポキシ樹脂、硬化剤、イミド樹脂およびアセトンを混合して樹脂溶液を作成した。エポキシ樹脂としてはクレゾールノボラックを用いた。硬化剤としてはエピクロルヒドリンを用いた。イミド樹脂としてはビスマレイミドを用いた。エポキシ樹脂、硬化剤およびイミド樹脂の重量比が９６：３：１であり、樹脂溶液全体を１００重量％としてエポキシ樹脂、硬化剤およびイミド樹脂の合計が４重量％となるように各成分を混合した。
【００５２】
上記の微粒子付着金属材料に対し、上記の樹脂溶液を混合した。次にアセトンを揮発させて顆粒を得た。次に、目開き３５５μｍのメッシュを用いて整粒した。得られた顆粒を外径１７．５ｍｍ、内径１１．０ｍｍのトロイダル形状の金型に充填し、成形圧９８０ＭＰａで加圧し、圧粉体を得た。圧粉体の重量が５ｇとなるように充填した。次に、作製した圧粉体を大気中にて２００℃で５時間加熱することで熱硬化処理を行い、圧粉磁心を得た。樹脂の混合量は、最終的に得られる圧粉磁心を１００重量％とする場合において、金属磁性材料が９７重量％程度となるようにした。なお、圧粉磁心は、以下に記載する測定を全て行うために必要な数を作成した。
【００５３】
得られた圧粉磁心の表面を原子間力顕微鏡（日立ハイテクサイエンス社製ＡＦＭ５１００ＩＩ）によって観察した。画像のスキャンモードはＤＦＭ、感知レバーはＳＩ−ＤＦ４０Ｐ２、走査周波数は０．３Ｈｚ、Ｉゲインは０．１、Ａゲインは０．０２４９とし、ＳＩＳモードを利用し、退避距離は２０ｎｍとした。圧粉磁心の表面における金属磁性材料を１０粒子、ランダムに選択した。そして、選択した粒子を中心として周囲５μｍ×５μｍを観察した。そして、観察範囲内に存在する微粒子の粒径を全て測定して平均することで、圧粉磁心の表面における微粒子の平均粒径を算出した。さらに、得られた微粒子の粒径より粒径の標準偏差σを算出した。
【００５４】
次に、圧粉磁心の耐食性を評価するために、各圧粉磁心に対して塩水噴霧試験を行った。塩水噴霧試験はＷ９００ｍｍ、Ｄ６００ｍｍ、Ｈ３５０ｍｍの塩水噴霧試験器中で行った。塩水噴霧量は１．５±０．５ｍＬ／ｈ  ａｔ ８０ｃｍ２とした。本条件の下３５℃
で２４時間塩水噴霧試験を行った。塩水噴霧後、３ｍｍ×３ｍｍの測定部位をランダムに１０か所設定した。各測定部位について、光学顕微鏡（倍率５０倍）に備え付けたカメラにより撮影し、各測定部位の錆面積比率を算出した。そして、１０か所の測定部位の平均の錆面積比率を算出した。平均の錆面積比率が１５．０％以下である場合を良好とした。そして、１０．０％以下である場合をより良好とし、５．０％以下である場合を最も良好とした。
【００５５】
【表１】
2018152557.tif 000003
【００５６】
【表２】
2018152557.tif 000004
【００５７】
表１の実施例１〜１８は第１焼成および第２焼成における焼成時間および焼成雰囲気を変化させることで微粒子の平均粒径を変化させた実施例である。また、表１の結果をグラフに表すと図２になる。
【００５８】
表１に記載した微粒子の平均粒径は上記した平均粒径の定義に基づく値である。微粒子の平均粒径が０より大きい場合には、圧粉磁心の表面に微粒子が存在することになる。表１では、全ての実施例において微粒子の平均粒径が０より大きい。すなわち、表１の全ての実施例において圧粉磁心の表面に微粒子が存在する。表１より、全ての実施例において耐食性が良好であることが分かる。特に、微粒子の平均粒径が１．０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である実施例３〜１６は微粒子の平均粒径が上記の範囲外である実施例１，２，１７および１８より良好な耐食性を示した。
【００５９】
表２の実施例２１〜３１は、第１焼成および第２焼成における焼成温度を変化させることで微粒子の平均粒径を４０ｎｍ付近に制御しながら微粒子の粒径の標準偏差σを変化させた実施例である。また、表２の結果をグラフに表すと図３になる。
【００６０】
表２より、全ての実施例において耐食性が良好であることが分かる。特に微粒子の粒径の標準偏差σが３０ｎｍ以下である実施例２４〜３１はσが３０ｎｍ超である実施例２１〜２３と比較して耐食性が特に良好であった。
【符号の説明】
【００６１】
１・・・圧粉磁心
１１・・・金属磁性材料
１２・・・樹脂
１３・・・微粒子
【図１】
2018152557.tif 000005
【図２】
2018152557.tif 000006
【図３】
2018152557.tif 000007
【図４】
2018152557.tif 000008