(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄を主成分とするコア粒子と、
前記コア粒子上に形成されたコーティング層と、を備え、
前記コーティング層は、非鉄中心金属と１以上の有機配位子とを有する金属錯体を２種類以上含み、該２種類以上の金属錯体の非鉄中心金属は膜厚方向に異なる濃度分布を各々有する、
軟磁性材料。
【請求項２】
前記コア粒子は、鉄を主成分とする軟磁性粒子、及び前記軟磁性粒子の表面に形成された絶縁膜を有する、
請求項１に記載の軟磁性材料。
【請求項３】
前記コーティング層の表面側に位置する前記金属錯体の安定性が、前記コーティング層の下地側に位置する前記金属錯体の安定性よりも高い、
請求項１又は２に記載の軟磁性材料。
【請求項４】
前記コーティング層中の前記有機配位子が、多座配位子である、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の軟磁性材料。
【請求項５】
前記コーティング層中の２種類以上の金属錯体の前記有機配位子の少なくとも１種は、同じ配位子である、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の軟磁性材料。
【請求項６】
前記コーティング層中の前記非鉄中心金属として、アルミニウム、ジルコニウム、マグ
ネシウム、クロム、及びマンガンからなる群より選ばれる少なくとも２種を含む、
請求項１〜５のいずれか一項に記載の軟磁性材料。
【請求項７】
前記コーティング層中の前記有機配位子として、アセチルアセトナート配位子を含む、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の軟磁性材料。
【請求項８】
前記コア粒子に含まれる鉄に対する、前記コーティング層中の前記非鉄中心金属の含有量の合計が、それぞれ０．００１〜１．０ｍｏｌ％である、
請求項１〜７のいずれか一項に記載の軟磁性材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟磁性材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータ、ジェネレータ、リアクトル等の電磁気デバイスに備えられる磁心として、圧粉磁心が用いられている。この種の圧粉磁心は、一般に、絶縁性の向上及び高磁束密度化のために、リン酸処理等により薄い絶縁膜が形成された鉄を主成分とする軟磁性材料（粉末）を成形することにより製造されている。また、成形後においては、成形時の圧縮歪を解放して鉄損（コアロス）を低減させるために、熱処理（アニール処理）が行われている。
【０００３】
交流磁場で駆動する圧粉磁心は、一般的に、コアロスの小さいものが要求されている。コアロスの低減には、熱処理温度を上げることが効果的である。しかしながら、リン酸処理等の絶縁処理を行った鉄粉を用いて作製した圧粉磁心は、リン酸被膜の耐熱性が乏しいため、５００℃以上の熱処理によりコア抵抗が低下し易く、渦電流損失が増加する等した結果、コアロスが十分に低減されたものではなかった。
【０００４】
かかる問題を解決すべく、例えば、特許文献１には、鉄粉に縮合リン酸塩又はリン酸塩とリン酸水素塩を用いた絶縁膜を形成する技術が開示されている。また、特許文献２には、Ｆｅ及びＳｉを主成分とする原料粉を用いて特定の酸化雰囲気で熱処理することでＳｉＯ2の薄膜を形成することを特徴とする技術が開示されている。さらに、特許文献３には、鉄または鉄を主成分とする合金粉末にＣａ層を下地としたフッ化物の絶縁膜を形成する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１２０９１５号公報
【特許文献２】特許第４２７８１４７号公報
【特許文献３】特開２００９−１４１２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、得られる圧粉磁心はある程度の耐熱性を有するが、その電気抵抗率は低いという欠点がある。また、特許文献２に記載の技術では、得られる圧粉磁心は、特にシラン系カップリング剤やシリコーン樹脂を用いて被覆することで電気抵抗率が高められると期待されるが、磁束密度が大きく低下してしまうので、高電気抵抗率と高磁束密度を両立することができないといった欠点がある。
【０００７】
一方、特許文献３の技術は、製造工程においてＣａの蒸着や高い圧力での成形を必要とするため、一般的には作製が困難であり、実用的なものではない。
【０００８】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、高電気抵抗率かつ高磁束密度である圧粉磁心を容易に実現することができる軟磁性材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、軟磁性材料を構成する材料として、鉄を主成分とするコア粒子の外周を、金属錯体を含む２層以上のコーティング層で被覆したものを採用することにより、上記課題が解決されることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明の軟磁性材料は、鉄を主成分とするコア粒子と、該コア粒子上に形成されたコーティング層と、を備え、非鉄中心金属と１以上の有機配位子とを有する金属錯体を２種類以上含み、該２種類以上の金属錯体の非鉄中心金属は膜厚方向に異なる濃度分布を各々有するものである。
【００１１】
本発明者らが、上記構成の軟磁性材料を用いて圧粉磁心を作製したところ、その圧粉磁心は、上記従来のものに比較して、高電気抵抗率かつ高磁束密度であることが判明した。さらに、その製造も容易であることが判明した。かかる効果が奏される作用機構の詳細は、未だ明らかではないものの、例えば、以下のとおり推定される。
【００１２】
上記の軟磁性材料においては、耐熱性及び被膜成形性に優れる金属錯体、すなわち非鉄中心金属及び少なくとも１つの有機配位子を有する金属錯体を２種類以上含み、該２種類以上の金属錯体は膜厚方向に異なる濃度分布を有するコーティング層を備えるため、従来技術に比して、コーティング層の耐熱性・密着性・均一性が格段に高められている。言い換えれば、上記の軟磁性材料においては、耐熱性及び被膜成形性に優れる２種類以上の金属錯体を重ねてコーティングするため、コア粒子の周囲が均一且つ十分に被覆されたものになり、その絶縁性及び耐熱性が格別に高められている。そのため、上記の軟磁性材料においては、高温処理による性能劣化が抑制され、高コア抵抗（高電気抵抗率）かつ高磁束密度である圧粉磁心が作製可能になったものと考えられる。これに対し、従来技術で使用されている軟磁性材料は、熱が加わる際に局所的な酸化物の凝集を引き起こし得るので、均一なコーティングを保てず、そのためにコア抵抗の低下を引き起こしていたものと考えられる。但し、作用はこれらに限定されない。
【００１３】
ここで、コア粒子は、鉄を主成分とする軟磁性粒子、及び該軟磁性粒子の表面に形成された絶縁膜を有することが好ましい。絶縁膜により被覆された軟磁性粒子は絶縁性を有するコア粒子として有効に機能するので、高性能な軟磁性材料を実現することができる。
【００１４】
上記におけるコーティング層内の金属錯体において、コーティング層の表面側に位置する金属錯体の安定性が、コーティング層の下地側（コア粒子側）に位置する金属錯体の安定性よりも高いことが好ましい。なお、コーティング層内における金属錯体の位置については、コーティング層の深さ方向の元素分析により測定される、各金属錯体の中心金属元素の最大強度ピーク位置により決定される。コーティング層の表面側に位置する金属錯体が、下地側に位置する金属錯体よりも安定性が高い場合、アニール処理して圧粉磁心とする際に、コーティング層の下地側から表面側に向けて金属錯体の熱分解等の反応が連続的に進行し、コア粒子の中心側から外周側へ向かって均一かつ十分に酸化させることができる。その結果、コア粒子及びコーティング層の密着性を一層優れたものにでき、且つ形成される被膜の膜厚を一層厚くすることができるので、より高い電気抵抗率及び磁束密度を付与することができる。
【００１５】
なお、本発明では、コーティング層は２種類以上の金属錯体が膜厚方向に異なる濃度分布をもっていればよく、例えば、３種類、４種類の金属錯体が膜厚方向に異なる濃度を形成されていてもよい。その場合でも含まれる金属錯体の位置は、コーティング層の下地側から表面側になるにつれて、金属錯体の安定性が高くなることがより好ましい。
【００１６】
なお、本明細書において、「金属錯体の安定性」とは、中心金属と配位子との結合の強さを表す尺度であって、金属錯体の相対的安定度を意味する。この金属錯体の安定性は、金属錯体の安定度定数（生成定数）の大小に基づいて評価される。具体的には、金属錯体の安定度定数は、改訂第５版化学便覧基礎編（ＩＩ）に記載の安定度定数（生成定数）に基づいて評価される。例えば、有機配位子としてエチレンジアミン四酢酸（ＥＤＴＡ）を用いる場合、その金属錯体の安定性は、Ａｌ3+＜Ｍｇ2+＜Ｃｒ2+＜Ｍｎ2+＜Ｚｎ2+＜Ｃｒ3+である。なお、金属錯体の安定度定数が不明なものについては、熱分析装置により錯体の熱重量変化（ＴＧ）を測定し、錯体が蒸発や酸化してその重量が一定となる温度の大小によって評価される。例えば、有機配位子としてアセチルアセトナート（ａｃａｃ）を用いる場合、その金属錯体の安定性は、Ａｌ3+＜Ｃｒ3+＜Ｚｒ4+である。
【００１７】
また、コーティング層中の有機配位子が、多座配位子であることが好ましい。有機配位子が多座配位子であることによりキレート錯体を形成することができ、キレート錯体によるキレート効果により金属錯体の安定性がより高くなり、水や熱への変化が少なく、コーティング時の被膜の密着性・均一性が一層高められる。その結果、軟磁性材料の絶縁性及び耐熱性も一層高められる。ここで、キレート効果を生じる多座配位子としては、２〜６座配位子が好ましい。
【００１８】
そして、コーティング層中の２種類以上の金属錯体の有機配位子の少なくとも１種は、同じ配位子であることが好ましい。コーティング層の金属錯体が共通する有機配位子を含有することにより、アニール処理して圧粉磁心とする際に、錯体金属の分解、酸化等の反応をコーティング層の内側から外側に効果的に進行させることができる。そのため、密着性が高く、膜厚が厚く、被覆性のよい被膜を形成することができる。その結果、高電気抵抗率かつ高密度化が可能となる。
【００１９】
さらに、コーティング層中の２種類以上の金属錯体の非鉄中心金属として、アルミニウム、ジルコニウム、マグネシウム、チタン、クロム、及びマンガンからなる群より選ばれる少なくとも２種を含むことが好ましい。耐熱性に優れる金属酸化物を形成可能な金属を非鉄中心金属として含む金属錯体を用いることにより、コア粒子の絶縁性及び耐熱性がより一層高められる。
【００２０】
コーティング層中の２種類以上の金属錯体の有機配位子として、アセチルアセトナート配位子を含むことが好ましい。２種類以上の金属錯体のもつ共通の配位子としてアセチルアセトナート配位子を有する軟磁性材料とすることにより、得られる圧粉磁心の電気抵抗率及び磁束密度を一層高くすることができる。
【００２１】
また、コア粒子に含まれる鉄に対する、コーティング層中における非鉄中心金属の含有量の合計は、それぞれ０．００１〜１．０ｍｏｌ％であることが好ましく、０．００３〜０．１ｍｏｌ％であることがより好ましい。この範囲内において、高コア抵抗及び低コアロスであるのみならず、成形密度、透磁率、強度等においても従来のものと同等以上の性能を有するものが実現可能である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、高電気抵抗率かつ高磁束密度である圧粉磁心を容易に実現することができる軟磁性材料が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態の軟磁性材料の一実施形態の模式断面図である。
【図２】実施形態の軟磁性材料から圧粉磁心を製造する工程を示すフローチャートである。
【図３】実施例１の軟磁性材料におけるＡｌとＺｒとＦｅの分布を示すチャートである。
【図４】実施例２の軟磁性材料におけるＡｌとＺｒとＦｅの分布を示すチャートである。
【図５】実施例３の軟磁性材料におけるＣｒとＺｒとＦｅの分布を示すチャートである。
【図６】実施例１〜３と比較例１、２における電気抵抗率と磁束密度の関係を示すグラフである。
【図７】実施例におけるＡｌ錯体混合量と、磁束密度及び電気抵抗率の関係を示すグラフである。
【図８】実施例におけるＺｒ錯体混合量と、磁束密度及び電気抵抗率の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。また、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明はその実施の形態のみに限定されるものではない。
【００２５】
図１は、本実施形態の軟磁性材料の一実施形態の模式断面図である。
軟磁性材料１は、鉄を主成分とするコア粒子２と、このコア粒子２の表面上に形成されたコーティング層３とを備え、コーティング層３は、２種類以上の非鉄中心金属と１以上の有機配位子とを有する金属錯体を含み、該２種類以上の非鉄中心金属は膜厚方向に異なる濃度分布を各々有する。したがって、軟磁性材料１は、コア粒子２が、膜厚方向に異なる濃度分布をもった２種類以上の非鉄中心金属を有する金属錯体を含むコーティング層３によって被覆された、複合コーティング粒子となっている。
【００２６】
コア粒子２は、鉄（純鉄及び不可避的不純物を含む鉄が含まれる）を主成分とする鉄基粉（粒子、粉末）である。コア粒子２の具体例としては、例えば、鉄のみ、鉄に他の元素（例えば、Ｓｉ、Ｐ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｂ、Ｖ、Ｓｎ等）を少量添加した組成物が挙げられる。また、コア粒子２は、金属単体や金属単体に他の元素を含むものの他、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ａｌ系合金、Ｆｅ−Ｎ系合金、Ｆｅ−Ｃ系合金、Ｆｅ−Ｂ系合金、Ｆｅ−Ｃｏ系合金、Ｆｅ−Ｐ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金、Ｆｅ−Ｃｒ系合金、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金等の合金であっても構わない。これらは、１種のみを単独で、或いは２種以上を組み合わせて、用いることができる。
【００２７】
好ましいコア粒子２としては、特に限定されないが、鉄を９９質量％以上含むもの（純鉄）が挙げられる。鉄を９９質量％以上含有する軟磁性粒子は、上記従来のＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金粉末や純度９９質量％未満の鉄系の粒子に比して、粒子のビッカース硬さが低く、成形性に優れる傾向にあるので、これを用いることで、より一層の高密度化が図られ、磁気特性の向上が図られる。とりわけ、０．５質量％以下のＰ、０．１質量％以下のＭｎ、夫々０．０３質量％以下のＡｌ、Ｖ、Ｃｕ、Ａｓ、Ｍｏ、残部が鉄の組成を有するものが、より好ましい。コア粒子２は、単一のものであっても、複数の部材（コア片）が凝集或いは結合したものであっても構わない。
【００２８】
コア粒子２の粒径は、特に限定されず、所望の性能に応じて適宜設定すればよい。なお、軟磁性粒子の粒径は、形成される圧粉磁心の密度及び透磁率に影響を与え、粒径が大きいと温間成形時の圧力により軟磁性粒子が変形し、密度が上がりやすい傾向にある。そのため、コア粒子２の粒径は、例えば、平均粒径２０〜３００μｍ程度が好ましい。なお、ここでいう平均粒径とは、Ｄ５０％粒子径を意味する。
【００２９】
コア粒子２は、公知の方法により製造することができ、その製法は特に限定されない。例えば、鉱石還元法、メカニカルアロイ法、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法、回転アトマイズ法、鋳造粉砕法等の公知の製法を用いて、任意の組成及び任意の粒径の軟磁性粒子を得ることができる。
【００３０】
コア粒子２は、鉄を主成分とする軟磁性粒子、及び該軟磁性粒子の表面に形成された絶縁膜を有することが好ましい。この場合、コア粒子２は、鉄を主成分とする軟磁性粒子の外周に形成された絶縁膜を有するコアシェル構造の粒子とすることができる。絶縁膜を有することにより、より優れた絶縁性をコア粒子２に付与することができる。
【００３１】
絶縁膜を構成する材料は、コア粒子２の表面に絶縁性を付与するものであれば特に限定されず、例えば、リン酸鉄、ホウ酸鉄、硫酸鉄、硝酸鉄、酢酸鉄、炭酸鉄、シリカ、チタニア、ジルコニア、マグネシア、アルミナ、酸化クロム、酸化亜鉛等が挙げられる。これらは、１種のみを単独で、或いは２種以上を組み合わせて、用いることができる。耐熱性の観点から、好ましい絶縁膜としては、リン酸鉄、シリカ、チタニア、ジルコニア、マグネシア、アルミナ、酸化クロム、酸化亜鉛等が挙げられ、より好ましくはリン酸鉄である。
【００３２】
絶縁膜の厚みは、特に限定されないが、５〜５００ｎｍ程度であることが好ましい。かかる範囲内とすることで、必要とされる絶縁性及び高透磁率を担保し易い傾向にある。
【００３３】
コーティング層３を構成する非鉄中心金属としては、鉄以外の金属であれば特に限定されず、例えば、各種公知の金属が挙げられる。Ｆｅを除く金属であれば特に限定されないが、耐熱性に優れる金属酸化物を形成可能な金属、例えば、Ａｌ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔｉ及びＣｏよりなる群から選択される少なくとも２種を含むことが好ましく、耐熱性を考慮すると、Ａｌ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｃｒ及びＭｎよりなる群から選択される少なくとも２種を含むことがより好ましい。
【００３４】
有機配位子としては、特に限定されず、例えば、Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ、及びＦ等から構成される配位子が挙げられる。金属錯体が有機配位子を有することで、耐熱性及び被膜成形性に優れるコーティング層３が形成される。好ましい有機配位子としては、例えば、アセチルアセトナート、エチルアセトアセテート、トリフルオロアセチルアセトネート、ヘキサフルオロアセチルアセトネート等の多座配位子が挙げられるが、これらに特に限定されない。
【００３５】
金属錯体中の中心金属は、通常、１〜２４の配位数をとり得るが、好ましくは２〜１２であり、より好ましくは２〜８である。なお、金属錯体が複数の有機配位子を有する場合、各々の有機配位子は同一であっても異なっていてもよい。
【００３６】
好ましい金属錯体としては、非鉄中心金属及び少なくとも１つのキレート配位子を有する金属キレート錯体が挙げられる。キレート効果によって安定化した金属キレート錯体を用いることにより、耐熱性及び被膜成形性に優れるコーティング層３が形成可能である。また、他の好ましい金属錯体としては、非鉄中心金属と複数のキレート配位子を有する金属キレート錯体が挙げられる。
【００３７】
金属錯体の具体例としては、例えば、ジルコニウムテトラアセチルアセトナート、ジルコニウムトリブトキシアセチルアセトナート、ジルコニウムアセチルアセトナートビス（エチルアセトアセテート）、アルミニウムエチルアセトアセテート・ジイソプロピレート、アルミニウムトリスエチルアセトアセテート、アルミニウムビスエチルアセトアセテート・モノアセチルアセトナート、アルミニウムアセチルアセトナート、マグネシウムアセチルアセトナート、マグネシウムビストリフルオロアセチルアセトナート、マグネシウムヘキサフルオロアセチルアセトナート、マンガンアセチルアセトナート、コバルトアセチルアセトナート、クロムアセチルアセトナート、チタンアセチルアセトナート、チタンオキシアセチルアセトナート等が挙げられるが、これらに特に限定されない。これらは、１種のみを単独で、或いは２種以上を組み合わせて、用いることができる。
【００３８】
金属錯体の含有量は、特に限定されないが、コア粒子２に含まれる鉄に対するコーティング層３の非鉄中心金属の合計は割合で、０．００１〜１．０ｍｏｌ％であることが好ましく、より好ましくは、０．００３〜０．１ｍｏｌ％である。かかる金属錯体の含有量が０．００１ｍｏｌ％以上とすることにより、耐熱性が一層向上する傾向にあり、１．０ｍｏｌ％以下とすることにより、透磁率や成形密度が一層向上する傾向にある。
【００３９】
コーティング層３の形成方法は、特に限定されず、従来公知の形成方法を採用することができる。例えば、浸漬塗布法、スプレー塗布法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法等の各種公知の手法を適宜採用して、コーティング層を構成する材料又はその前駆体をコア粒子２の外周に繰り返し付与することにより、コーティング層３の濃度分布を形成することができる。
【００４０】
コーティング層３を構成する非鉄中心金属との好ましい組み合わせとしては、特に限定されないが、例えば、ＺｒとＡｌの組み合わせ、ＺｒとＣｒとの組み合わせ等が挙げられる。これらの材料で構成された軟磁性材料１は、圧粉コアとした際の電気的特性に優れ、また、透磁率や磁束密度等の磁気特性にも優れる傾向にある。
【００４１】
コーティング層３は２種類以上の金属錯体が膜厚方向に異なる濃度分布をもっていればよく、例えば、３種類、４種類の金属錯体が膜厚方向に異なる濃度分布を各々有していてもよい。その場合でも、コーティング層の下地側から表面側になるにつれて、配合される金属錯体の安定性が高くなるように配置されていることが好ましい。このようなコーティング層としては、例えば、非鉄中心金属と１以上の有機配位子とを有する金属錯体を２種以上含み、該２種以上の金属錯体をコア粒子上に順次塗布することにより形成されるコーティング層が挙げられる。２種類以上の金属錯体をコア粒子上に順次塗布することにより、各非鉄中心金属の濃度分布の相違がより顕著であるコーティング層をコア粒子上に形成することができる。
【００４２】
本実施形態の軟磁性材料は、従来公知の方法によって圧粉磁心とすることができ、例えば、軟磁性材料と潤滑剤とを含む混合物を温間成形して得られる成形体を熱処理することにより、作製することができる。以下、本実施形態の軟磁性材料から圧粉磁心を製造する方法の好ましい一例について詳述する。
【００４３】
図２は、本実施形態の軟磁性材料から圧粉磁心を製造する工程を示すフローチャートである。ここでは、コア粒子を準備する工程（Ｓ１）、及び、コア粒子に金属錯体を塗布してコーティング層を形成する工程（Ｓ２）から、本実施形態の軟磁性材料が作製される。そして、かかる軟磁性材料に潤滑剤を添加する工程（Ｓ３）と、かくして得られる混合物を温間成形する工程（Ｓ４）と、この温間成形後に得られる成形体を熱処理する工程（Ｓ５）とを経て、圧粉磁心が作製される。
【００４４】
コア粒子を準備する工程（Ｓ１）においては、必要に応じて軟磁性粒子すなわち鉄基粉の表面を絶縁処理して絶縁膜を形成する（Ｓ１ａ）ことにより、コア粒子を得る。軟磁性粒子の絶縁処理方法は、上記で例示した組成の絶縁膜を形成し得るものであれば特に限定されず、例えば、リン酸及び／又はリン酸塩を含有する水溶液（例えば、オルトリン酸（Ｈ3ＰＯ4）の８０〜９０％水溶液等）を用いて鉄基粉を処理した後に乾燥する等、公知の手法を適宜採用できる。なお、軟磁性粒子すなわち鉄基粉の表面に絶縁膜が形成されたコア粒子の市販品を予め入手することにより、上記Ｓ１ａ工程を省略することができる。
【００４５】
コーティング層を形成する工程（Ｓ２）においては、２種類以上の金属錯体を含有し、該２種類以上の金属錯体の非鉄中心金属は膜厚方向に異なる濃度分布を各々有するようにコーティング層を形成できればよく、その方法は特に限定されないが、例えば、２種類以上の金属錯体をコア粒子上に順次塗布することによりコーティング層を形成する方法が好ましい。具体的には、コア粒子に第一の金属錯体を塗布し、さらに第二の金属錯体を塗布することにより、膜厚方向に異なる濃度分布を有する２種類以上の非鉄中心金属を含有するコーティング層を形成することができる。必要に応じて、第三、第四の金属錯体を続けて塗布することにより３種類目、４種類目といったさらなる非鉄中心金属の濃度分布を形成することも可能である。このように２種類以上の金属錯体をコア粒子上に順次塗布することにより、コーティング層における金属錯体中の各非鉄中心金属の濃度分布の相違がより顕著となる。かくして、本実施形態の軟磁性材料が得られる。金属錯体の塗布方法は、特に限定されず、例えば、金属錯体を溶媒に分散又は溶解させた塗布液をコア粒子に付与した後に乾燥する等、公知の手法を適宜採用できる。
【００４６】
なお、金属錯体の塗布時に、必要に応じて混練機、混合機、攪拌機、造粒機或いは分散機等を用いて混合処理を行ってもよい。さらに、コーティング層の均一性及び密着性を高める観点から、スプレー法、すなわち金属錯体を溶媒に分散又は溶解させた塗布液をスプレーガン等により噴霧してコア粒子に塗布する方法が好ましい。スプレー法において、使用可能な溶媒としては、例えば、鉱物油、合成油、植物油等の油や、トルエン、アセトン、アルコールといった有機溶媒等が挙げられるが、これらに特に限定されない。
【００４７】
軟磁性材料に潤滑剤を添加する工程（Ｓ３）では、軟磁性材料に潤滑剤を添加する。潤滑剤は、当業界で公知のものを適宜選択して用いることができ、特に限定されないが、金属石鹸であることが好ましい。潤滑剤は、温間成形時の際の軟磁性材料（粉末）の流動性を向上させ、圧力印加の際の軟磁性材料の変形を促進するとともに、コア粒子間に介在する絶縁層、及び、コア粒子間に介在する保護膜としても機能し得る。かかる金属石鹸は、温間成形時に軟磁性材料の周囲に均一な被膜を形成し易く、また、絶縁性にも優れるので、上記の製造方法に使用する潤滑剤として、特に好適に用いられる。金属石鹸の具体例としては、例えば、オレイン酸亜鉛、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸リチウム等が挙げられる。これらは、１種のみを単独で、或いは２種以上を組み合わせて、用いることができる。
【００４８】
潤滑剤の添加量は、特に限定されないが、軟磁性材料及び潤滑剤の総質量に対して、通常は０．０２質量％以上０．５質量％以下であり、好ましくは０．０５質量％以上０．２質量％以下である。潤滑剤の添加量が０．０５質量％以上とすることにより、潤滑剤が軟磁性材料の周囲に均一に行き渡り易くなる傾向にある。一方、潤滑剤の添加量を０．２質量％以下とすることにより、軟磁性材料に対する潤滑剤の量が適量となり、潤滑剤の添加効果が十分に得られる傾向にあるとともに、軟磁性材料の含有率も低下せず高密度化及び高透磁率化を図り易くなる傾向にある。
【００４９】
軟磁性材料に潤滑剤を添加する工程（Ｓ３）では、添加した潤滑剤を軟磁性材料に均一に行き渡らせるために、かかる混合物を混練することが好ましい。混練は、公知の方法により行えばよく、特に限定されないが、混合機（例えば、フラッシュブレンダー、ロッキングシェーカー、ドラムシェーカー、Ｖミキサー等）や造粒機（例えば、流動造粒機、転動造粒機等）等を用いて行うことが好ましい。
【００５０】
温間成形する工程（Ｓ４）では、上記のようにして得られる混合物、すなわち軟磁性材料及び潤滑剤を少なくとも含有する混合物を、熱及び圧力を印加しながら任意の形状に成形する。かかる温間成形は、公知の方法により行えばよく、特に限定されないが、所望する形状のキャビティを有する成形金型を用い、そのキャビティ内に混合物を充填し、所定の成形温度及び所定の成形圧力でその混合物を圧縮成形することが好ましい。
【００５１】
温間成形時の成形温度は、特に限定されないが、通常、８０℃以上２００℃以下であり、好ましくは１００℃以上１６０℃以下である。なお、温間成形時の成形温度を上げるほど成形体の密度は上がる傾向にあるが、これを２００℃以下とすることにより、コア粒子（軟磁性粒子）の酸化が適度に抑制されて、得られる圧粉磁心の性能の劣化を抑制できる。また、生産性及び経済性にも優れる。
【００５２】
温間成形時の成形圧力は、特に限定されないが、通常、６００ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下とされる。温間成形時の成形圧力を６００ＭＰａ以上とすることにより、温間成形による高密度化及び高透磁率化を図り易くなる傾向にある。一方、温間成形時の成形圧力を１２００ＭＰａ以下とすることにより、圧力印加効果の飽和を抑制できる傾向にあるとともに、生産性及び経済性に優れる傾向にあり、また、成形金型の劣化を抑制でき耐久性が向上する傾向にある。
【００５３】
温間成形後に得られる成形体を熱処理する工程（Ｓ５）では、温間成形時において発生する圧縮歪を解放してコア抵抗を高めるとともにコアロス（特に、ヒステリシス損失）を低減させる。熱処理は、公知の方法により行えばよく、特に限定されないが、一般的には、温間成形により任意の形状に成形された軟磁性材料の成形体を、アニール炉を用いて所定の温度で熱処理することにより行うことが好ましい。
【００５４】
熱処理時の処理温度は、特に限定されないが、通常、４５０〜６００℃程度が好ましい。熱処理時の処理温度を４５０℃以上とすることにより、絶縁膜やコーティング層の反応が適度に進行し、コア抵抗が小さくなる傾向にあり、熱処理時の処理温度を６００℃以下とすることにより、絶縁膜やコーティング層の反応が適度に抑制され、絶縁性を維持でき、コア抵抗が大きくなる傾向にある。
【００５５】
熱処理工程は、酸素含有雰囲気下にて行うことが好ましい。ここで、酸素含有雰囲気とは、大気雰囲気（通常、２０．９５％の酸素を含む）、または、アルゴンや窒素等の不活性ガスとの混合雰囲気等が挙げられるが、これらに特に限定されない。酸素含有雰囲気下で熱処理することでコーティング層中の錯体金属の分解、酸化等の反応を促進し、酸化物を生成することでコア抵抗を格別に高めることができるとともに、コアロスを著しく低下させることができる。
【００５６】
かくして得られる圧粉磁心は、高密度化され、高透磁率、高強度、高コア抵抗、低コアロスといった各種性能において優れたものである。
【実施例】
【００５７】
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００５８】
［作製方法］
【００５９】
＜実施例１＞
まず、鉄を主成分とする軟磁性粒子及びその表面に形成された絶縁膜を有するコア粒子として、絶縁膜付き純鉄（ヘガネスＡＢ社製、商品名：Ｓｏｍａｌｏｙ７００、平均粒径約２００μｍ）を準備した。次に、ジルコニウムアセチルアセトナートをトルエンに溶かしたＺｒ錯体溶液、及びアルミニウムアセチルアセトナートをトルエンに溶かしたＡｌ錯体溶液を作製した。続いて、絶縁膜付き純鉄に、前記Ｚｒ錯体溶液を軟磁性粉に含まれるＦｅ原子量に対してＺｒ原子量で０．０４ｍｏｌ％の割合で塗布し、加熱乾燥した。その後、前記Ａｌ錯体溶液を軟磁性粉に含まれるＦｅ原子量に対してＡｌ原子量で０．００６ｍｏｌ％の割合で更に塗布し、加熱乾燥してコーティング層を形成させて、軟磁性材料を作製した。なお、得られた軟磁性材料の層構造は、深さ方向へのオージェ電子分光分析にて測定したことにより確認した。オージェ電子分光は加速電圧：１０ｋＶ、照射電流：１０ｎＡ、×３０００粉体表面２μｍ角をＡｒエッチング条件、加速電圧１ｋＶ、ラスター１×１ｍｍ角、３０秒エッチング間隔で行った。その結果を図３に示す。図３は、実施例１の軟磁性材料におけるＡｌとＺｒとＦｅの分布を示すチャートである。図３に示すとおり、コーティング層の表面側から下地側（コア粒子側）に沿って、Ａｌ、Ｚｒの順に非鉄金属が配置されていることが確認された。
【００６０】
その後、軟磁性材料に潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を０．１質量％添加し、その混合物を混合機（筒井理化学器械製、商品名：Ｖミキサー）に入れ、回転数１２ｒｐｍで１０分間混錬した。次いで、混合物を、１３０℃の温度下９８１ＭＰａで温間成形を行って、外径１７．５ｍｍ、内径１０ｍｍ、厚さ４ｍｍであるトロイダルコア（成形体）を成形した。その後、窒素とＡｉｒの切替雰囲気による５５０℃熱処理を行い、圧粉磁心を得た。
【００６１】
＜実施例２＞
まず、鉄を主成分とする軟磁性粒子及びその表面に形成された絶縁膜を有するコア粒子として、絶縁膜付き純鉄（ヘガネスＡＢ社製、商品名：Ｓｏｍａｌｏｙ７００、平均粒径約２００μｍ）を準備した。次に、ジルコニウムアセチルアセトナートをトルエンに溶かしたＺｒ錯体溶液、及びアルミニウムアセチルアセトナートをトルエンに溶かしたＡｌ錯体溶液を作製した。続いて、絶縁膜付き純鉄に、前記Ａｌ錯体溶液を軟磁性粉に含まれるＦｅ原子量に対してＡｌ原子量で０．００３ｍｏｌ％の割合で塗布し、加熱乾燥した。その後、前記Ｚｒ錯体溶液を軟磁性粉に含まれるＦｅ原子量に対してＺｒ原子量で０．０２ｍｏｌ％の割合で更に塗布し、加熱乾燥し、コーティング層を形成させて、軟磁性材料を作製した。なお、得られた軟磁性材料の層構造は、深さ方向へのオージェ電子分析にて測定したことにより確認した。その結果を図４に示す。図４は、実施例２の軟磁性材料におけるＡｌとＺｒとＦｅの分布を示すチャートである。図４に示す通り、コーティング層の表面側から下地側（コア粒子側）に沿って、Ｚｒ、Ａｌの順に非鉄金属が配置されていることが確認された。
【００６２】
その後、軟磁性材料に潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を０．１質量％添加し、その混合物を混合機（筒井理化学器械製、商品名：Ｖミキサー）に入れ、回転数１２ｒｐｍで１０分間混錬した。次いで、混練した混合物（混練物）を、１３０℃の温度下９８１ＭＰａで温間成形を行って、外径１７．５ｍｍ、内径１０ｍｍ、厚さ４ｍｍであるトロイダルコア（成形体）を成形した。その後、窒素とＡｉｒの切替雰囲気による５５０℃熱処理を行い、圧粉磁心を得た。
【００６３】
＜実施例３＞
まず、鉄を主成分とする軟磁性粒子及びその表面に形成された絶縁膜を有するコア粒子として、絶縁膜付き純鉄（ヘガネスＡＢ社製、商品名：Ｓｏｍａｌｏｙ７００、平均粒径約２００μｍ）を準備した。次に、クロム（ＩＩＩ）アセチルアセトナートをトルエンに溶かしたＣｒ錯体溶液、及びジルコニウムアセチルアセトナートをトルエンに溶かしたＺｒ錯体溶液を作製した。続いて、絶縁膜付き純鉄に、前記Ｃｒ錯体溶液を軟磁性粉に含まれるＦｅ原子量に対してＣｒ原子量で０．００４ｍｏｌ％の割合で塗布し、加熱乾燥した。その後、前記Ｚｒ錯体溶液を軟磁性粉に含まれるＦｅ原子量に対してＺｒ原子量で０．０２ｍｏｌ％の割合で更に塗布し、加熱乾燥し、コーティング層を形成させて、軟磁性材料を作製した。なお、得られた軟磁性材料の層構造は、深さ方向へのオージェ電子分析にて測定したことにより確認した。その結果を図５に示す。図５は実施例３の軟磁性材料におけるＣｒとＺｒとＦｅの分布を示すチャートである。図５に示す通り、コーティング層の表面側から下地側（コア粒子側）に沿って、Ｚｒ、Ｃｒの順に非鉄金属が配置されていることが確認された。
【００６４】
その後、軟磁性材料に潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を０．１質量％添加し、その混合物を混合機（筒井理化学器械製、商品名：Ｖミキサー）に入れ、回転数１２ｒｐｍで１０分間混錬した。次いで、混練した混合物（混練物）を、１３０℃の温度下９８１ＭＰａで温間成形を行って、外径１７．５ｍｍ、内径１０ｍｍ、厚さ４ｍｍであるトロイダルコア（成形体）を成形した。その後、窒素とＡｉｒの切替雰囲気による５５０℃熱処理を行い、圧粉磁心を得た。
【００６５】
＜比較例１＞
軟磁性材料として絶縁膜付き純鉄（ヘガネスＡＢ社製、商品名：Ｓｏｍａｌｏｙ７００、平均粒径約２００μｍ）に潤滑剤（ステアリン酸亜鉛）を０．１質量％添加し、その混合物を混合機（筒井理化学器械製、商品名：Ｖミキサー）に入れ、回転数１２ｒｐｍで１０分間混錬した。次いで、混練した混合物（混練物）を、１３０℃の温度下９８１ＭＰａで温間成形を行って、外径１７．５ｍｍ、内径１０ｍｍ、厚さ４ｍｍのトロイダルコア（成形体）を成形した。その後、窒素とＡｉｒの切替雰囲気による５５０℃熱処理を行い、圧粉磁心を得た。
【００６６】
＜比較例２＞
軟磁性材料として絶縁膜付き純鉄（ヘガネスＡＢ社製、商品名：Ｓｏｍａｌｏｙ７００、平均粒径約２００μｍ）に潤滑剤（ステアリン酸亜鉛）を０．３質量％添加し、その混合物を混合機（筒井理化学器械製、商品名：Ｖミキサー）に入れ、回転数１２ｒｐｍで１０分間混錬した。次いで、混練した混合物（混練物）を、２４℃（室温）の温度下９８１ＭＰａで外径１７．５ｍｍ、内径１０ｍｍ、厚さ４ｍｍのトロイダルコア（成形体）を成形した。その後、窒素とＡｉｒの切替雰囲気による４５０℃熱処理を行い、圧粉磁心を得た。
【００６７】
＜実施例４〜９＞
まず、鉄を主成分とする軟磁性粒子及びその表面に形成された絶縁膜を有するコア粒子として、絶縁膜付き純鉄（ヘガネスＡＢ社製、商品名：Ｓｏｍａｌｏｙ７００、平均粒径約２００μｍ）を準備した。次に、アルミニウムアセチルアセトナートをトルエンに溶かしたＡｌ錯体溶液、及びジルコニウムアセチルアセトナートをトルエンに溶かしたＺｒ錯体溶液を作製した。続いて、絶縁膜付き純鉄に、前記Ａｌ錯体溶液を軟磁性粉に含まれるＦｅ原子量に対して当分量、塗布し、加熱乾燥した。その後、前記Ｚｒ錯体溶液を軟磁性粉に含まれるＦｅ原子量に対してＺｒ原子量で０．０２ｍｏｌ％さらに塗布し、加熱乾燥して、軟磁性材料を作製した。
【００６８】
その後、軟磁性材料に潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を０．１質量％添加し、その混合物を混合機（筒井理化学器械製、商品名：Ｖミキサー）に入れ、回転数１２ｒｐｍで１０分間混錬した。次いで、混練した混合物（混練物）を、１３０℃の温度下９８１ＭＰａで温間成形を行って、外径１７．５ｍｍ、内径１０ｍｍ、厚さ４ｍｍのトロイダルコア（成形体）を成形した。その後、窒素とＡｉｒの切替雰囲気による５５０℃熱処理を行い、圧粉磁心を得た。
【００６９】
＜実施例１０、１１＞
まず、鉄を主成分とする軟磁性粒子及びその表面に形成された絶縁膜を有するコア粒子として、絶縁膜付き純鉄（ヘガネスＡＢ社製、商品名：Ｓｏｍａｌｏｙ７００、平均粒径約２００μｍ）を準備した。次に、アルミニウムアセチルアセトナートをトルエンに溶かしたＡｌ錯体溶液、及びジルコニウムアセチルアセトナートをトルエンに溶かしたＺｒ錯体溶液を作製した。続いて、絶縁膜付き純鉄に、前記Ａｌ錯体溶液を軟磁性粉に含まれるＦｅ原子量に対してＡｌ原子量で０．００３ｍｏｌ％の割合で塗布し、加熱乾燥した。その後、前記Ｚｒ錯体溶液を軟磁性粉に含まれるＦｅ原子量に対して当分量更に塗布し、加熱乾燥して、軟磁性材料を作製した。
【００７０】
その後、軟磁性材料に潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を０．１質量％添加し、その混合物を混合機（筒井理化学器械製、商品名：Ｖミキサー）に入れ、回転数１２ｒｐｍで１０分間混錬した。次いで、混練した混合物（混練物）を、１３０℃の温度下９８１ＭＰａで温間成形を行って、外径１７．５ｍｍ、内径１０ｍｍ、厚さ４ｍｍのトロイダルコア（成形体）を成形した。その後、窒素とＡｉｒの切替雰囲気による５５０℃熱処理を行い、圧粉磁心を得た。
【００７１】
＜評価方法＞
直流磁化特性試験装置（メトロン技研社製ＳＫ１１０）により直流磁場中のヒステリシス曲線を測定し、磁場８０００Ａ／ｍでの磁束密度の値を求めた。圧環強度は抗折強度試験機（ＡＩＫＯＨ  ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ社製１３１１Ｄ）により、トロイダルコアの強度を測定した。電気抵抗率はトロイダルコアの両端の抵抗値を低抵抗計（ＴＳＵＲＵＧＡ製、ＭＯＤＥＬ３５６９又はＭＯＤＥＬ３５６８）で測定後、下記式に基づいて棒状試料の電気抵抗率に換算した。
電気抵抗率＝（２０．３４３×実測値）＋４１８．９２
【００７２】
金属錯体の熱安定性を確認するために、リガク社製熱分析装置Ｔｈｅｒｍｏ  ｐｌｕｓ（ＴＧ８１２０）により熱重量変化（ＴＧ）を測定した。ここでは、Ａｉｒを流量１００ｍＬ／ｍｉｎ、昇温速度１０℃／ｍｉｎ、室温から６００℃の温度範囲を測定し、材料が蒸発、もしくは酸化して重量が一定となる温度を求めた。その結果、アルミニウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート、クロム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート、ジルコニウム（ＩＶ）アセチルアセトナート金属錯体の安定性は、アルミニウム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート＜クロム（ＩＩＩ）アセチルアセトナート＜ジルコニウム（ＩＶ）アセチルアセトナートの順番であることが確認された。
【００７３】
表１に、実施例１〜３及び比較例１、２の測定結果を示す。また、図６に、実施例１〜３と比較例１、２における電気抵抗率と磁束密度の関係を示すグラフを示す。
【００７４】
【表１】
0005716478.tif 000002
【００７５】
表１及び図６に示す通り、実施例１〜３の圧粉磁心は、比較例１、２の圧粉磁心に比して、磁束密度が１６５０ｍＴ以上、コア抵抗（抵抗値及び電気抵抗率）が０．０１Ω・ｃｍ以上と両特性とも格別に高いことが確認された。比較例１、２はコア抵抗もしくは磁束密度の片方だけが高く、両方に高い特性を満たしていない。また、実施例１〜３の圧粉磁心は、いずれも、７．６０（ｇ／ｃｍ3）を超える程度まで高密度化されていてコアロスや透磁率及び強度など十分な性能を有していることが確認された。
【００７６】
さらに、表１及び図６に示す通り、コーティング層の表面側に位置する金属錯体の安定性が、コーティング層の下地側（コア粒子側）に位置する金属錯体の安定性よりも高い、実施例２、３の圧粉磁心は非鉄金属の混合量が少ないにも関わらず、コア抵抗（抵抗値及び電気抵抗率）が０．０１Ω・ｃｍ以上と高く、磁束密度も１７００ｍＴ以上と、さらに高い特性を持つことが確認された。また、実施例２、３の圧粉磁心は、いずれも、７．７０（ｇ／ｃｍ3）を超える程度まで高密度化されていてコアロスや透磁率及び強度など十分な性能を有していることが確認された。
【００７７】
表２及び表３に、実施例２、４〜１１の測定結果を示す。また、図７に、実施例２、４〜９におけるＡｌ錯体混合量と、磁束密度及び電気抵抗率の関係を示すグラフを示す。さらに、図８に、実施例１０、１１におけるＺｒ錯体混合量と、磁束密度及び電気抵抗率の関係を示すグラフを示す。
【００７８】
【表２】
0005716478.tif 000003
【００７９】
【表３】
0005716478.tif 000004
【００８０】
表２、表３、図７及び図８に示す結果から、実施例２、４〜１１の圧粉磁心は、いずれも磁束密度が１６５０ｍＴ以上と格別に高く、かつコア抵抗（抵抗値及び電気抵抗率）も０．０１Ω・ｃｍ以上と格別に高く向上されていることが確認された。また、実施例２、４〜１１の圧粉磁心は、いずれも、７．６０（ｇ／ｃｍ3）を超える程度まで高密度化されているのみならず、透磁率及び強度においても十分な性能を有していることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明の軟磁性材料は、高電気抵抗率かつ高磁束密度である圧粉磁心を容易に実現できる材料として用いることができるため、インダクタ、各種トランス等の電気・磁気デバイス、及びそれらを備える各種機器、設備、システム等に幅広く且つ有効に利用可能である。
【符号の説明】
【００８２】
１・・・軟磁性材料、２・・・コア粒子、３・・・コーティング層
【図１】
0005716478.tif 000005
【図２】
0005716478.tif 000006
【図３】
0005716478.tif 000007
【図４】
0005716478.tif 000008
【図５】
0005716478.tif 000009
【図６】
0005716478.tif 000010
【図７】
0005716478.tif 000011
【図８】
0005716478.tif 000012