(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末にシリコーンオリゴマーを混合し、乾燥させ、シリコーンオリゴマー層を形成するシリコーンオリゴマー層形成工程と、
前記シリコーンオリゴマー層が形成された前記Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末にシリコーンレジンを混合し、乾燥させ、シリコーンレジン層を形成するシリコーンレジン層形成工程と、
前記各工程を経た前記Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末を、加圧成形処理して成形体を作製する成形工程と、
前記成形工程を経た成形体を６５０℃以上で熱処理する熱処理工程と、
を有し、
前記シリコーンオリゴマーの添加量が前記Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末に対して０．７５〜３．５ｗｔ％であり、
前記シリコーンオリゴマーの乾燥温度が１００℃〜４００℃であることを特徴とする圧粉磁心の製造方法。
【請求項２】
前記シリコーンオリゴマーが、メチル系またはメチルフェニル系のシリコーンオリゴマーであることを特徴とする請求項１に記載の圧粉磁心の製造方法。
【請求項３】
前記シリコーンオリゴマーは、分子量が１００〜４０００であることを特徴とする請求項１又は２記載の圧粉磁心の製造方法。
【請求項４】
前記シリコーンオリゴマー層形成工程において、前記シリコーンオリゴマーを混合する前記Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末は、その表面に無機絶縁粉末が付着されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧粉磁心の製造方法。
【請求項５】
前記無機絶縁粉末は、酸化アルミニウム粉末、酸化マグネシウム粉末、酸化カルシウム粉末、酸化チタン粉末、又は酸化ジルコニウム粉末を含むこと特徴とする請求項４に記載の圧粉磁心の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧粉磁心、圧粉磁心に用いる軟磁性材料、及び圧粉磁心の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
モーター、インバーター、コンバーターへの電力供給系統の一部として、リアクトルが利用されている。このリアクトルのコアとして、圧粉磁心が使用される。圧粉磁心は、金属粉末とこれを覆う絶縁皮膜とから構成された粉末を加圧成形することにより形成される。
【０００３】
圧粉磁心は、エネルギー交換効率の向上や低発熱などの要求から、小さな印加磁界で大きな磁束密度を得ることが出来る磁気特性と、磁束密度変化におけるエネルギー損失が小さいという磁気特性が求められる。磁束密度に関する磁気特性とは、具体的には透磁率（μ）である。エネルギー損失に関する磁気特性とは、具体的には鉄損（Ｐｃｖ）である。鉄損（Ｐｃｖ）は、ヒステリシス損失（Ｐｈ）と、渦電流損失（Ｐｅ）の和で表される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2013-191839号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
軟磁性粉末を用いた圧粉磁心は、上記の通り磁束密度の向上が求められており、そのためには、圧粉磁心を高密度にする必要がある。そのため、高い圧力で圧粉成形されるが、その際に多くの歪みが軟磁性粉末の粒子内に発生する。この歪みにより圧粉磁心の保磁力が高まり、ヒステリシス損失が増加してしまう。ヒステリシス損失が増加することにより、全体としての損失が増加し、飽和磁束密度が低下することにより、直流重畳特性が悪化してしまう。故に、これを除去する熱処理を与えることが好ましい。
【０００６】
一方、熱処理温度を上げ過ぎると、軟磁性粉末間の絶縁被膜が破壊または消失してしまい、それにより軟磁性粉末間が絶縁破壊してしまう。そのため、高い温度での熱処理を実現するためには、軟磁性粉末間の絶縁被膜が高い温度においても破壊または消失せず、維持されている必要がある。
【０００７】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものである。本発明の目的は、低鉄損かつ直流重畳特性を向上させた圧粉磁心、軟磁性粉末、及び圧粉磁心の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の圧粉磁心の製造方法は、Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末にシリコーンオリゴマーを混合し、乾燥させ、シリコーンオリゴマー層を形成するシリコーンオリゴマー層形成工程と、前記シリコーンオリゴマー層が形成された前記Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末にシリコーンレジンを混合し、乾燥させ、シリコーンレジン層を形成するシリコーンレジン層形成工程と、前記各工程を経た前記Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末を、加圧成形処理して成形体を作製する成形工程と、前記成形工程を経た成形体を６５０℃以上で熱処理する熱処理工程と、を有し、前記シリコーンオリゴマーの添加量が前記Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末に対して０．７５〜３．５ｗｔ％であり、前記シリコーンオリゴマーの乾燥温度が１００℃〜４００℃であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、低鉄損かつ直流重畳特性を向上させることのできる圧粉磁心、軟磁性粉末、及び圧粉磁心の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る圧粉磁心の製造方法を示すフローチャートである。
【図２】各実施例及び比較例の直流重畳特性を示すグラフである。
【図３】実施例５の圧粉磁心のＳＥＭ写真である。
【図４】図３の圧粉磁心の各元素の成分を示す写真である。（ａ）は、Ｆｅ成分を示す。（ｂ）は、Ｎｉ成分を示す。（ｃ）は、Ａｌ成分を示す。（ｄ）は、Ｓｉ成分を示す。（ｅ）は、Ｏ成分を示す。
【図５】比較例２の圧粉磁心のＳＥＭ写真である。
【図６】図５の圧粉磁心の各元素の成分を示す写真である。（ａ）は、Ｆｅ成分を示す。（ｂ）は、Ｎｉ成分を示す。（ｃ）は、Ａｌ成分を示す。（ｄ）は、Ｓｉ成分を示す。（ｅ）は、Ｏ成分を示す。
【図７】実施例５、８〜１２の直流重畳特性を示すグラフである。
【図８】実施例５、１３〜１５の直流重畳特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［１−１．圧粉磁心］
本実施形態に係る圧粉磁心は、軟磁性粉末と、当該軟磁性粉末の周囲に設けられた絶縁層とを備える。軟磁性粉末としては、Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末（パーマロイ）を用いることができ、他にも圧粉磁心とした場合に軟磁性粉末の周囲にケイ素（Ｓｉ）を含む層が二層形成される軟磁性粉末を用いても良い。Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末を用いる場合、Ｆｅに対するＮｉの比率は５０：５０や２５：７５が好ましいが、他の比率であってもよい。例えば、Ｆｅ−８０Ｎｉ、Ｆｅ−３６Ｎｉでもよい。Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末には、０．５％以下のＣｒ、Ｍｎが含まれていても良い。また、ＦｅとＮｉの他にＳｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｎ等を含んでいても良い。
【００１４】
軟磁性粉末の製造方法は問わない。粉砕法により作製されたものでも、アトマイズ法により作製されたものでも良い。アトマイズ法は、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、水ガスアトマイズ法のいずれでも良い。水アトマイズ法は、現状、もっとも入手性が良く低コストである。水アトマイズ法を使用した場合は、その粒子形状がいびつであるので、それを加圧成形した粉末成形体の機械的強度を向上させやすい。
【００１５】
以下では、軟磁性粉末は、Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末であるとして以下の説明をする。
【００１６】
絶縁層は、Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末の表面に設けられたケイ素（Ｓｉ）を含む第１の層と、第１の層の表面に設けられたケイ素（Ｓｉ）を含む第２の層とを備える。
【００１７】
第１の層は、後述のシリコーンオリゴマー層のシリコーンオリゴマーが熱処理工程により重合反応して形成された層である。圧粉磁心が後述の無機絶縁粉末付着工程を経て得られたものである場合、第１の層には無機絶縁粉末が含まれる。この場合、第１の層は、第２の層と比べてＳｉの密度が小さくなる傾向がある。第１の層と第２の層は、例えばＳｉの密度の違いにより識別可能である。第１の層には無機絶縁粉末が含まれるが、第２の層には、無機絶縁粉末が含まれないか、含まれても微量であるためである。無機絶縁粉末の詳細は後述する。
【００１８】
第１の層の厚みは、例えば、１０ｎｍ〜５０００ｎｍであることが好ましい。当該厚みが１０ｎｍより薄いと絶縁性能が確保できず、鉄損が増加する。一方、当該厚みが５０００ｎｍより厚いと磁気特性が低下する。
【００１９】
第２の層は、後述のシリコーンレジン層のシリコーンレジンが熱処理工程により重合反応して形成された層である。第２の層の厚みは、例えば、１０ｎｍ〜５０００ｎｍであることが好ましい。当該厚みが１０ｎｍより薄いと絶縁性能が確保できず、鉄損が増加する。一方、当該厚みが５０００ｎｍより厚いと磁気特性が低下する。
【００２０】
［１−２．圧粉磁心の製造方法］
本実施形態に係る圧粉磁心の製造方法は、次のような各工程を有する。この工程を図１のフローチャートに示す。
（１）表面に無機絶縁粉末が付着したＦｅ−Ｎｉ合金粉末に対して、シリコーンオリゴマーを混合してシリコーンオリゴマー層を形成するシリコーンオリゴマー層形成工程（ステップ１）。
（２）シリコーンオリゴマー層が形成されたＦｅ−Ｎｉ合金粉末に対し、シリコーンレジンを混合してシリコーンレジン層を形成するシリコーンレジン層形成工程（ステップ２）。
（３）前記工程を経た前記Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末を、加圧成形処理して成形体を作製する成形工程（ステップ３）。
（４）成形工程を経た成形体を６５０℃以上で熱処理する熱処理工程（ステップ４）。
なお、シリコーンオリゴマー層形成工程の前に、Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末に対して、無機絶縁粉末を混合して無機絶縁粉末を付着させる無機絶縁粉末付着工程を有していても良い。
以下、各工程を具体的に説明する。
【００２１】
（１）無機絶縁粉末付着工程
無機絶縁粉末付着工程では、Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末と、無機絶縁粉末とを混合する。混合は、混合機（Ｗ型、Ｖ型）、ポットミル等を使用して行い、この時、粉末に内部歪が入らないように混合する。以上により、Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末の表面に無機絶縁粉末層を付着することができる。Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末の表面に無機絶縁粉末を付着することにより、Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末の間を絶縁することができ、熱処理温度を上げることが可能になる。
【００２２】
無機絶縁粉末の付着の態様としては、Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末の表面に点状に分散して付着している場合、Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末の表面に塊状に分散して付着している場合、Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末の全表面若しくは表面の一部を覆うように無機絶縁粉末の層を形成しながら付着している場合などが含まれる。また、Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末の表面に付着するだけでなく、Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末の外側に形成されたシリコーンオリゴマー層と混合し、シリコーンオリゴマー層の中に分散している場合も含まれる。なお、混合機による撹拌時間などの条件によっては、シリコーンオリゴマー層の中に分散しないこともある。
【００２３】
（無機絶縁粉末）
Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末に混合する無機絶縁粉末としては、融点が１０００℃以上の無機絶縁粉末である酸化アルミニウム粉末（アルミナ、Ａｌ２Ｏ３）、酸化マグネシウム粉末（マグネシア、ＭｇＯ）、二酸化ケイ素粉末（シリカ、ＳｉＯ２）、酸化チタン粉末（チタニア、ＴｉＯ２）、酸化ジルコニウム粉末（ジルコニア、ＺｒＯ２）の少なくとも１種類以上であることが好ましい。融点が１０００℃以上の無機絶縁粉末を使用するのは、後述の成形時に加わった圧力による歪みをとる目的で行う熱処理工程で加えられる熱により、無機絶縁粉末が焼結し圧粉磁心の材料として使用できなくなることを防止するためである。
【００２４】
無機絶縁粉末の比表面積は６５〜１４５ｍ２／ｇ（粒子径にすれば７〜２００ｎｍ）が好ましく、より好ましくは１００〜１３０ｍ２／ｇである。無機絶縁粉末の比表面積が大きいほうが、粒子径が小さくなる。粒子径が小さいほうが、Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末間に無機絶縁粉末が隙間なく入り込み、密度の高い絶縁被膜が形成され、圧粉磁心成形時の歪が緩和される。一方、無機絶縁粉末の比表面積が大きすぎると、粒子径が小さくなりすぎて製造が困難となる。
【００２５】
無機絶縁粉末の添加量は、Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末に対して０．５〜２．０ｗｔ％とする。無機絶縁粉末の添加量が０．５ｗｔ％以上であれば、絶縁性能が向上し、高い熱処理温度での著しい渦電流損失を低減できる。一方、無機絶縁粉末の添加量が２．０ｗｔ％以下であれば、成形密度が高くなり、磁気特性が向上する。
【００２６】
上記の通り、無機絶縁粉末付着工程は、本発明に係る圧粉磁心を得るために必須の工程ではなく、Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末に対してシリコーンオリゴマー層形成工程によりシリコーンオリゴマー層を形成するようにしても良い。この場合、Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末の表面にシリコーンオリゴマー層が形成される。
【００２７】
（２）シリコーンオリゴマー層形成工程
シリコーンオリゴマー層形成工程では、無機絶縁粉末が付着されたＦｅ−Ｎｉ合金粉末に対して、シリコーンオリゴマーを所定量添加して、大気雰囲気中、所定の温度で乾燥を行う。シリコーンオリゴマー層形成工程により、Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末の外側にシリコーンオリゴマー層が形成される。
【００２８】
（シリコーンオリゴマー）
シリコーンオリゴマーは、アルコキシシリル基を有し、反応性官能基を有さないメチル系、メチルフェニル系のものや、アルコキシシリル基及び反応性官能基を有するエポキシ系、エポキシメチル系、メルカプト系、メルカプトメチル系、アクリルメチル系、メタクリルメチル系、ビニルフェニル系のもの、アルコキシシリル基を有さずに、反応性官能基を有する脂環式エポキシ系のもの等を用いることができる。特に、メチル系またはメチルフェニル系のシリコーンオリゴマーを用いることで厚く硬い絶縁層を形成することができる。
【００２９】
また、シリコーンオリゴマー層形成工程のしやすさを考慮して、粘度の比較的低いメチル系、メチルフェニル系を用いても良い。より具体的には、粘度の比較的低いシリコーンオリゴマーとして、下記の表１のシリコーンオリゴマーＡ〜Ｅを用いることができる。なお、表８のシリコーンオリゴマーＡは、アルコキシシランを４０〜５０％含むシリコーンオリゴマーであり、シリコーンオリゴマーＢは、オルガノポリシロキサンを１００％含むシリコーンオリゴマーである。シリコーンオリゴマーＣは、オルガノポリシロキサンを１００％含むシリコーンオリゴマーであり、シリコーンオリゴマーＤは、アルコキシシロキサンを１００％含むシリコーンオリゴマーである。シリコーンオリゴマーＥは、メトキシ官能性メチル-フェニル-ポリシロキサンを含むシリコーンオリゴマーである。
【表１】
0006467376.tif 000002
【００３０】
シリコーンオリゴマーの分子量は、１００〜４０００であることが好ましい。分子量が１００より小さい場合、熱処理工程において熱分解により破壊または消失されやすく、Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末間が絶縁破壊されやすい。例えば、無機絶縁粉末をＦｅ−Ｎｉ合金粉末の表面に付着させた場合、熱処理工程前はその分布が均一であっても、熱処理工程後はその分布にバラツキが生じていることが考えられる。一方、分子量が４０００より大きい場合、膜厚が厚くなりすぎて、磁気特性が低下してしまう。
【００３１】
シリコーンオリゴマーの添加量は、Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末に対して、０．７５〜３．５ｗｔ％であることが好ましい。添加量が０．７５ｗｔ％より少ないと絶縁被膜として機能せず、渦電流損失が増加することにより磁気特性が低下する。添加量が３．５ｗｔ％より多いと成形体の成形性が悪化し、また、透磁率が低下する。
【００３２】
シリコーンオリゴマー層の乾燥温度は、１００℃〜４００℃が好ましい。乾燥温度が１００℃以下であると膜の形成が不完全となり、渦電流損失が高くなる。一方、乾燥温度４００℃より高いとＦｅ−Ｎｉ合金粉末が酸化することによりヒステリシス損失が高くなり、成形体の密度及び透磁率が低下する。乾燥時間は、２時間程度である。圧粉磁心の絶縁層が２層形成されるのは、シリコーンオリゴマー層の乾燥温度が１００℃〜４００℃のように比較的高温であることが一因であると考えられる。
【００３３】
（３）シリコーンレジン層形成工程
シリコーンレジン層形成工程では、シリコーンオリゴマー層が形成されたＦｅ−Ｎｉ合金粉末に対して、シリコーンレジンを所定量添加し、大気雰囲気中、所定の温度で乾燥させる。シリコーンレジン層形成工程により、シリコーンオリゴマー層の外側にシリコーンレジン層が形成される。
【００３４】
（シリコーンレジン）
シリコーンレジンはシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ―Ｓｉ）を主骨格に持つ樹脂である。シリコーンレジンを用いることで可撓性に優れた被膜を形成することができる。シリコーンレジンは、メチル系、メチルフェニル系、プロピルフェニル系、エポキシ樹脂変性系、アルキッド樹脂変性系、ポリエステル樹脂変性系、ゴム系等を用いることができる。この中でも特に、メチルフェニル系のシリコーンレジンを用いた場合、加熱減量が少なく、耐熱性に優れたシリコーンレジン層を形成することができる。
【００３５】
シリコーンレジンの添加量は、Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末に対して、１．０〜１．５ｗｔ％であることが好ましい。添加量が１．０ｗｔ％より少ないと絶縁被膜として機能せず、渦電流損失が増加することにより磁気特性が低下する。添加量が１．５ｗｔ％より多いとコアが膨張することにより成形体の密度が低下し、透磁率が低下する。シリコーンオリゴマーに対するシリコーンレジンの添加量を適宜調整することで、強固で絶縁性能の高い絶縁被膜を形成することができる。
【００３６】
シリコーンレジン層の乾燥温度は、１００℃〜３００℃が好ましい。乾燥温度が１００℃より低いと膜の形成が不完全となり、渦電流損失が高くなる。一方、乾燥温度３００℃より高いとＦｅ−Ｎｉ合金粉末が酸化することによりヒステリシス損失が高くなり、成形体の密度及び透磁率が低下する。乾燥時間は、２時間程度である。
【００３７】
シリコーンレジン層は、シリコーンレジンの可撓性により、シリコーンオリゴマー層と比べて比較的柔らかい。すなわち、Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末の第１層目が比較的硬いシリコーンオリゴマー層であり、その周囲に比較的柔らかいシリコーンレジン層が設けられているので、成形性を向上させることができる。換言すれば、粉末の最外層が硬いと当該粉末同士がくっつきにくくなり成形性が悪化する。仮に成形できたとしてもその成形体は脆い。しかし、本発明では、硬いシリコーンオリゴマー層の外側に比較的柔らかいシリコーンレジン層を設けたので粉末同士がくっつき易くなり成形性を向上させることができる。また、シリコーンレジン層は、熱処理工程後は絶縁性向上に寄与する。
【００３８】
（４）成形工程
成形工程では、表面に絶縁被膜が形成されたＦｅ−Ｎｉ合金粉末を加圧成形することにより、成形体を形成する。成形時の圧力は１０〜２０ｔｏｎ／ｃｍ２であり、平均で１５ｔｏｎ／ｃｍ２程度が好ましい。
【００３９】
（５）熱処理工程
熱処理工程では、成形工程を経た成形体に対して、Ｎ２ガス中やＮ２＋Ｈ２ガス非酸化性雰囲気中にて、６５０℃以上且つＦｅ−Ｎｉ合金粉末に被覆した絶縁被膜が破壊される温度（例えば、８５０℃とする）以下で、熱処理を行うことで圧粉磁心が作製される。絶縁被膜が破壊される温度以下で熱処理を行うのは、成形工程での歪みを開放すると共に、熱処理時の熱によりＦｅ−Ｎｉ合金粉末の周囲に被覆した絶縁被膜が破れることを防止するためである。一方、熱処理温度を上げ過ぎると、このＦｅ−Ｎｉ合金粉末に被覆した絶縁被膜が破れることにより、絶縁性能の劣化から渦電流損失が大きく増加してしまう。それにより、磁気特性が低下するという問題が発生する。
【実施例】
【００４０】
本発明の実施例を、表２〜表７及び図２〜図８を参照して、以下に説明する。
【００４１】
［１．測定項目］
測定項目は、透磁率と鉄損である。透磁率は、振幅透磁率であり、作製された圧粉磁心に１次巻線（２０ターン）を施し、インピーダンスアナライザー（アジレントテクノロジー：４２９４Ａ）を使用することで、２０ｋＨｚ、１．０Ｖにおけるインダクタンスから算出した。
【００４２】
鉄損は、圧粉磁心に１次巻線（２０ターン）及び２次巻線（３ターン）を施し、磁気計測機器であるＢＨアナライザ（岩通計測株式会社：ＳＹ−８２３２）を用いて、周波数１００ｋＨｚ、最大磁束密度Ｂｍ＝０．１Ｔの条件下で鉄損（Ｐｃｖ）を測定した。この算出は、鉄損の周波数曲線を次の（１）〜（３）式で最小２乗法により、ヒステリシス損係数、渦電流損失係数を算出することで行った。
【００４３】
Ｐｃｖ＝Ｋｈ×ｆ＋Ｋｅ×ｆ２…（１）
Ｐｈ  ＝Ｋｈ×ｆ…（２）
Ｐｅ  ＝Ｋｅ×ｆ２…（３）
Ｐｃｖ：鉄損
Ｋｈ  ：ヒステリシス損係数
Ｋｅ  ：渦電流損係数
ｆ    ：周波数
Ｐｈ  ：ヒステリシス損失
Ｐｅ  ：渦電流損失
【００４４】
本実施例において、各粉末の平均粒子径と円形度は、下記装置を用いて３０００個の平均値をとったものであり、ガラス基板上に粉末を分散して、顕微鏡で粉末写真を撮り一個毎自動で画像から測定した。
会社名：Ｍａｌｖｅｒｎ
装置名：ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉ  Ｇ３Ｓ
比表面積は、ＢＥＴ法により測定した。
【００４５】
［２．サンプルの作製方法及び特性比較］
［２−１．第１の特性比較（無機絶縁粉末が無い場合の絶縁層を構成する材料の種類の違いによる特性比較）］
第１の特性比較では、絶縁層を構成する材料の種類の違いによる圧粉磁心の鉄損及び直流重畳特性の比較を行った。実施例１、２及び比較例１で使用する試料は、下記のように作製した。実施例１、２の違いは、最後の熱処理温度の違いのみであり、その他は同じである。実施例１の熱処理温度は６５０℃であり、実施例２の熱処理温度は７００℃である。なお、以下の記述において、「ｗｔ％」とは、軟磁性粉末に対する重量比を示す。
【００４６】
（実施例１、２）
（１）平均円形度０．９７のパーマロイ（Ｆｅ−５０Ｎｉ）からなる軟磁性粉末を水アトマイズ法で作製した。その後、２００目（目開き７５μｍ）の篩で篩通しを行い、平均粒子径（Ｄ５０）を３３．２μｍとした。
（２）作製した軟磁性粉末に対して、表１のメチル系のシリコーンオリゴマーＡを１ｗｔ％混合し、３００℃で２時間の加熱乾燥を行った。
（３）乾燥させた粉末に対してメチルフェニル系シリコーンレジン（品名：ＴＳＲ−１０８）を１．４ｗｔ％混合して、大気雰囲気中、３００℃で２時間の加熱乾燥を行った。
（４）加熱乾燥後に生じた塊を解砕する目的で３０目（目開き５００μｍ）の篩通しを行った。その後、潤滑剤としてエチレンビスステアレートアミドを０．６ｗｔ％を混合した。
（５）上記工程により絶縁被膜が形成された軟磁性粉末を、外径１７ｍｍ、内径１１ｍｍ、高さ８ｍｍのトロイダル形状の容器に充填し、成形圧力１５ｔｏｎ／ｃｍ２で成形体を作製した。
（６）最後に、成形体を６５０℃、７００℃の異なる熱処理温度で窒素雰囲気中にて２時間熱処理を行い、圧粉磁心を作製した。
【００４７】
（比較例１）
比較例１は、上記実施例１、２の工程（２）、（６）に代えて下記の工程（２’）、（６’）を行った。
（２’）作製した軟磁性粉末に対して、シランカップリング剤（γ−アミノプロピルトリエトキシシラン（品名：Ａ１１００））を０．５ｗｔ％、メチルフェニル系シリコーンレジン（品名：ＴＳＲ−１０８）を２．０ｗｔ％混合して、大気雰囲気中、１５０℃で２時間の加熱乾燥を行った。
（６’）最後に、成形体を熱処理温度５００℃で窒素雰囲気中にて２時間熱処理を行い、圧粉磁心を作製した。
【００４８】
実施例１、２及び比較例１の、鉄損及び直流重畳特性を表２及び図２のグラフに示す。図２は、横軸が磁界の強さ（Ａ／ｍ）、縦軸が透磁率の比率のグラフである。なお、図２に示す直流重畳特性のグラフは、透磁率（振幅透磁率）を上記の測定方法で各磁界の強さのインダクタンスから算出し、縦軸の「透磁率の比率」は、直流を重畳させていない状態（磁界の強さが０Ｈ（Ａ／ｍ）の時）の透磁率を１００％とし、各磁界における０Ｈ（Ａ／ｍ）時の透磁率との変化割合を示す。
【表２】
0006467376.tif 000003
【００４９】
表２に示すように、実施例１、２の方が、比較例１より鉄損が小さいことが確認できる。このことから、絶縁層の構成材料にシランカップリング剤よりシリコーンオリゴマーを用いた方が低鉄損化できることが分かる。
【００５０】
なお、実施例１、２と比較例１とで熱処理温度が異なるが、これは軟磁性粉末の表面に形成した絶縁被膜の絶縁破壊温度の違いによるものである。すなわち、比較例１では熱処理温度を５００℃よりも上げると、絶縁被膜に絶縁破壊が生じ、ヒステリシス損失の増大により鉄損が増大するが、実施例１、２では、軟磁性粉末の表面に、機械的結合力が強く、シランカップリング剤の層より厚いシリコーンオリゴマー層が形成されることにより、高い熱処理温度でも絶縁被膜が保持されるものと考えられる。熱処理温度を上げられることで、ヒステリシス損失が低減され、飽和磁束密度を上げることができる。これにより、低鉄損かつ直流重畳特性に優れた圧粉磁心を得ることができる。なお、図２に比較例１の直流重畳特性は示していない。比較例１は鉄損が大きく、直流重畳特性を得るための有効な透磁率が得られなかったためである。
【００５１】
［２−２．第２の特性比較（無機絶縁粉末がある場合の絶縁層を構成する材料の種類の違いによる特性比較））］
第２の特性比較では、第１の特性比較と比べて軟磁性粉末の表面に無機絶縁粉末を付着させる工程を追加し、圧粉磁心の鉄損及び直流重畳特性の比較を行った。実施例３〜５及び比較例２、３で使用する試料は、下記のように作製した。実施例３〜５の違いは、最後の熱処理温度の違いのみであり、その他は同じである。実施例３〜５の熱処理温度は順に８００、８２５、８５０℃である。
【００５２】
（実施例３〜５）
（１）平均円形度０．９７のパーマロイ（Ｆｅ−５０Ｎｉ）からなる軟磁性粉末を水アトマイズ法で作製した。その後、２００目（目開き７５μｍ）の篩で篩通しを行い、平均粒子径を３３．２μｍとした。
（２）作製した軟磁性粉末に対して、比表面積が１３０ｍ２／ｇのアルミナ粉末を０．７５ｗｔ％混合した。
（３）これらに対して表１のメチル系のシリコーンオリゴマーＡを１ｗｔ％混合し、３００℃で２時間の加熱乾燥を行った。
（４）乾燥させた粉末に対してメチルフェニル系シリコーンレジン（品名：ＴＳＲ−１０８）を１．８ｗｔ％混合して、大気雰囲気中、３００℃で２時間の加熱乾燥を行った。
（５）加熱乾燥後に生じた塊を解砕する目的で３０目（目開き５００μｍ）の篩通しを行った。その後、潤滑剤としてエチレンビスステアレートアミドを０．６ｗｔ％を混合した。
（６）上記工程により絶縁被膜が形成された軟磁性粉末を、外径１７ｍｍ、内径１１ｍｍ、高さ８ｍｍのトロイダル形状の容器に充填し、成形圧力１５ｔｏｎ／ｃｍ２で成形体を作製した。
（７）最後に、成形体を８００℃〜８５０℃の異なる熱処理温度で窒素雰囲気中にて２時間熱処理を行い、圧粉磁心を作製した。
【００５３】
（比較例２、３）
比較例２、３は、上記実施例３〜５の工程（３）、（４）、（６）に代えて下記の工程（３’）、（６’）を行った。比較例２、３の熱処理温度は順に５００℃、６００℃である。
（３’）作製した軟磁性粉末に対して、シランカップリング剤（γ−アミノプロピルトリエトキシシラン（品名：Ａ１１００））を０．５ｗｔ％、メチルフェニル系シリコーンレジン（品名：ＴＳＲ−１０８）を２．０ｗｔ％混合して、大気雰囲気中、１５０℃で２時間の加熱乾燥を行った。
（６’）最後に、成形体を５００℃、６００℃の熱処理温度で窒素雰囲気中にて２時間熱処理を行い、圧粉磁心を作製した。
【００５４】
図３に、実施例５の圧粉磁心のＳＥＭ写真を示す。当該写真は、圧粉磁心の軟磁性粉末間の境界の写真である。図４は、図３の圧粉磁心の各元素分布を示す写真である。図４（ａ）〜図４（ｅ）において、明るい領域程、各元素成分が分布しており、密度が高いことを示している。図４（ａ）は、Ｆｅ成分１ａを示す写真であり、図４（ｂ）は、Ｎｉ成分１ｂを示す写真である。図４（ａ）及び図４（ｂ）から図３におけるＦｅ−５０Ｎｉ合金粉末１の位置が特定できる。すなわち、図３において中央部分の両側のグレー部分がＦｅ−５０Ｎｉ合金粉末１であり、２つのＦｅ−５０Ｎｉ合金粒子１が絶縁被膜を介して隣接していることが分かる。また、図４（ａ）の中央部分の黒い領域は、当該粒子１の絶縁被覆２を示していることが分かる。
【００５５】
図４（ｃ）は、Ａｌ成分３を示す写真である。図４（ｄ）は、Ｓｉ成分４を示す写真であり、図４（ｅ）はＯ成分５を示す写真である。本実施例では、アルミナ粉末をＦｅ−５０Ｎｉ合金粉末１の表面に付着させたため、図４（ｃ）に示すように、Ｆｅ−５０Ｎｉ合金粉末１の表面にＡｌが分布していることが確認できる。そして、Ａｌ成分３の分布は、各Ｆｅ−５０Ｎｉ合金粉末１の表面に分かれており、その中央部分の陰が薄いことから、Ｆｅ−５０Ｎｉ合金粉末１の表面のシリコーンオリゴマー層に含まれたアルミナ粉末が、圧粉磁心とした場合でもアルミナ粉末がそのまま含まれた状態で第１の層２ａが形成され、当該第１の層２ａの外側にシリコーンレジン層に由来する第２の層２ｂが形成されていると考えられる。なお、図４（ｃ）に示すように、第１の層２ａと第２の層２ｂとでＡｌ成分３の分布が濃い部分と薄い部分があるが、これは無機絶縁粉末付着工程において、アルミナ粉末が均一に分布しなかったことが一つの要因と考えられる。
【００５６】
一方、シリコーンオリゴマーにもシリコーンレジンにも、Ｓｉ及びＯ成分が含まれているため、図４（ｄ）及び図４（ｅ）に示すように、第１の層２ａ及び第２の層２ｂを問わず、絶縁被覆全体にＳｉ及びＯが分布していることが確認できる。但し、第１の層２ａにはアルミナ粉末が含まれることから、その分、図４（ｄ）に示すように、Ｆｅ−５０Ｎｉ合金粉末の表面付近においては、陰が薄く、Ｓｉ成分４の分布が少ないことが確認できる。このため、本発明に係る圧粉磁心は、軟磁性粉末の表面にシリコーンオリゴマー層に由来する第１の層２ａと、その外側に設けられたシリコーンレジン層に由来する第２の層２ｂが形成されているものと考えられる。
【００５７】
図５に、比較例２のＳＥＭ写真を示す。当該写真は、圧粉磁心の軟磁性粉末間の境界の写真である。図６は、図５の圧粉磁心の各元素成分を示す写真である。図６（ａ）は、Ｆｅ成分１０１ａを示す写真である。図６（ｂ）は、Ｓｉ成分１０４を示す写真である。図６（ｃ）は、Ａｌ成分１０３を示す写真である。図６（ｄ）は、Ｏ成分１０５を示す写真である。
【００５８】
図６（ａ）から、図５の中央部分の両側がＦｅ−Ｎｉ合金粉末１０１であり、２つの当該粉末１０１が絶縁被膜を介して隣接していることが分かる。また、図６（ｃ）に示すように、Ａｌ成分１０３が２つの粉末間に介在する絶縁被膜１０２全体に分布していることが確認できる。これは、Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末１０１の表面に上記実施例のような第１の層２ａ及び第２の層２ｂが形成されず、絶縁層が１層のみ形成されているものと考えられる。このように軟磁性粉末の周囲に１層の絶縁層しか形成されない理由は、軟磁性粉末の表面に形成した層が、分子量が小さくモノマーであるシランカップリング剤により形成されたものであるためと考えられる。すなわち、軟磁性粉末の表面のシランカップリング剤により形成された層の外側にシリコーンレジン層を形成したとしても、熱処理の過程において、分子量の小さいシランカップリング剤の層が熱分解により破壊又は消失されることが要因であると考えられる。この熱処理工程において、シランカップリング剤の層とシリコーンレジン層とが渾然一体となったものと考えられる。
【００５９】
以上のように、本発明の圧粉磁心は、軟磁性粉末の表面にシリコーンオリゴマー層を形成したことで、熱処理工程後でも当該粉末の周囲に２つの絶縁層を形成することが可能となり、この２つの絶縁層を有することで、鉄損の低減及び直流重畳特性の向上を図ることができたものと考えられる。
【００６０】
【表３】
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実施例３〜５及び比較例２、３の、鉄損及び直流重畳特性を表３、及び図２のグラフに示す。表３及び図２に示すように、実施例３〜５の方が、比較例２、３より鉄損が小さいことが確認できる。このことから、軟磁性粉末の表面に無機絶縁粉末を付着させた場合でも、シリコーンオリゴマーを用いた方がシランカップリング剤よりも低鉄損化できることが分かる。また、表２、３から、実施例３〜５の方が、実施例１、２よりも鉄損が小さいことが確認できる。このことから、無機絶縁粉末により熱処理温度を上げることができ、その結果として低鉄損化を図ることができることが分かる。
【００６１】
直流重畳特性は、図２に示すように、実施例３〜５の方が、比較例２より向上していることが分かる。シリコーンオリゴマーを用いたことにより、絶縁被膜が保持されて飽和磁束密度を上げることができたことが要因と考えられる。
【００６２】
［２−３．第３の特性比較（無機絶縁粉末の種類による特性比較）］
第３の特性比較では、無機絶縁粉末の種類を変えて、圧粉磁心の鉄損及び直流重畳特性の比較を行った。具体的には、実施例６、７は、無機絶縁粉末を酸化マグネシウム粉末（ＭｇＯ）、酸化カルシウム粉末（ＣａＯ）として、実施例５の上記工程（２）を下記の工程（２）に代えて行った。
（実施例６）
（２）作製した軟磁性粉末に対して、平均粒子径（Ｄ５０）が０．５μｍの酸化マグネシウム粉末を１．２５ｗｔ％混合した。
（実施例７）
（２）作製した軟磁性粉末に対して、平均粒子径（Ｄ５０）が０．６μｍの酸化カルシウム粉末を１．５ｗｔ％混合した。
【００６３】
【表４】
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実施例６、７の、鉄損及び直流重畳特性を表４及び図２のグラフに示す。表３、４に示すように、無機絶縁粉末が酸化マグネシウム粉末（ＭｇＯ）又は酸化カルシウム粉末（ＣａＯ）である場合も、比較例２、３より鉄損が小さいことから、シリコーンオリゴマーによる低鉄損効果が確認できる。また、実施例６、７よりも実施例５の方が、鉄損が小さいことが分かる。
【００６４】
直流重畳特性は、図２に示すように、実施例６、７でほとんど同様であり、実施例６、７は、比較例２と比べると、各磁界の強さにおいて透磁率の比率が上回っており、直流重畳特性が良好であることが分かる。
【００６５】
［２−４．第４の特性比較（シリコーンオリゴマーの添加量による特性比較）］
第４の特性比較では、実施例５において、シリコーンオリゴマーの添加量を変えて、圧粉磁心の鉄損及び直流重畳特性の比較を行った。実施例８〜１２及び比較例４として、シリコーンオリゴマーの添加量が、０．５ｗｔ％〜３．５ｗｔ％までのものを用意した。
【００６６】
表５に、実施例５、８〜１２及び比較例４におけるシリコーンオリゴマーの添加量と、鉄損との関係を示す。図８に、実施例５、８〜１２の直流重畳特性の結果を示す。
【表５】
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【００６７】
表５に示すように、シリコーンオリゴマーの添加量が０．７５ｗｔ％〜３．５ｗ％の範囲で鉄損が低減することが分かった。シリコーンオリゴマーの添加量が０．７５ｗｔ％未満であると、鉄損が増加していることが分かる。これは、軟磁性粉末の絶縁層が絶縁被膜として機能せず、渦電流損失が増加することが要因と考えられる。シリコーンオリゴマーの添加量が３．０ｗｔ％超でも鉄損が低減するが、３．０ｗｔ％より多いと成形体の成形性が悪化し、また、透磁率が低下する。
【００６８】
図７に示すように、実施例５、８〜１２は、各磁界の強さにおいて、比較例２よりも上回っており、直流重畳特性が向上していることが分かる。その中でも、実施例１０、１１が、直流重畳特性が格段に向上しており、シリコーンオリゴマーの添加量が２ｗｔ％〜３ｗｔ％の範囲で良好な結果を得ていることが分かる。
【００６９】
［２−５．第５の特性比較（シリコーンオリゴマーの乾燥温度による特性比較）］
第５の特性比較では、シリコーンオリゴマーの乾燥温度を変えて、圧粉磁心の鉄損及び直流重畳特性の比較を行った。実施例１３〜１５及び比較例５、６として、実施例５とシリコーンオリゴマーの乾燥温度以外を同じにして、シリコーンオリゴマーの乾燥温度を、５０℃〜４５０℃までのものを用意した。
【００７０】
表６に、シリコーンオリゴマーの乾燥温度と、鉄損との関係を示す。図８に、実施例５、１３〜１５の直流重畳特性を示す。なお、図８に比較例５、６の直流重畳特性は示していない。比較例５、６は鉄損が大きく、直流重畳特性を得るための有効な透磁率が得られなかったためである。
【表６】
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【００７１】
表６に示すように、シリコーンオリゴマーの乾燥温度が１００℃〜４００℃の範囲で鉄損が低減することが分かった。シリコーンオリゴマーの乾燥温度が１００℃未満であると、シリコーンオリゴマー層の形成が不完全となり、渦電流損失が高くなると考えられる。一方、シリコーンオリゴマーの乾燥温度が４００℃超であると、軟磁性粉末が酸化することによりヒステリシス損失が高くなり、成形体の密度及び透磁率が低下すると考えられる。
【００７２】
図８に示すように、実施例５、１３〜１５は、各磁界の強さにおいて、比較例２よりも上回っており、直流重畳特性が向上していることが分かる。その中でも、実施例１４が最も直流重畳特性が向上していることが確認できる。
【００７３】
［２−６．第６の特性比較（シリコーンオリゴマーの種類の違いによる特性比較）］
第６の特性比較では、Ｆｅ−Ｎｉ合金粉末に添加するシリコーンオリゴマーの種類を変えて圧粉磁心の鉄損及び直流重畳特性の比較を行った。実施例１６〜１９として、シリコーンオリゴマーの種類以外の工程を実施例５と同じにして、シリコーンオリゴマーの種類を表１のシリコーンオリゴマーＢ〜Ｅの通りとした。
【００７４】
【表７】
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実施例５、１６〜１９の、鉄損及び直流重畳特性を表７及び図２のグラフに示す。表３、７に示すように、シリコーンオリゴマーＡ〜Ｅは、比較例２、３と比べて低鉄損であることが分かった。特に、シリコーンオリゴマーＥが最も低鉄損であることが分かった。また、図２に示すように、シリコーンオリゴマーＡ〜Ｅは、比較例２と比べて各磁界の強さにおいて直流重畳特性が良好であることが分かった。特に、シリコーンオリゴマーＡ〜Ｄが格段に良好であり、その中でもシリコーンオリゴマーＤが最も直流重畳特性が良好であることが分かった。
【００７５】
［他の実施形態］
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１          Ｆｅ−５０Ｎｉ合金粉末
１ａ        Ｆｅ成分
１ｂ        Ｎｉ成分
２          絶縁被覆
２ａ        第１の層
２ｂ        第２の層
３          Ａｌ成分
４          Ｓｉ成分
５          Ｏ成分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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