(57)【要約】【課題】比抵抗を更に高くして損失を低減させるのに有利であり、特に周波数が高い領域で損失を低減させるのに有利な磁気回路用高抵抗軟磁性材料及びその製造方法を提供する。【解決手段】透磁性及び導電性を有するマトリックス基地と、マトリックス基地に分散され、マトリックス基地よりも高い電気抵抗をもつ多数の微小障害物からなる微小障害物群とを具備する。微小障害物は、マトリックス基地の２次元的切断面を観察したとき片状をなす。微小障害物は不規則に分散していることが好ましい。マトリックス基地はフェライト系、微小障害物は片状黒鉛とすることができる。【選択図】図３
2004225146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透磁性及び導電性を有するマトリックス基地と、
前記マトリックス基地に分散され、前記マトリックス基地よりも高い電気抵抗をもつ多数の微小障害物からなる微小障害物群とを具備しており、
前記微小障害物は、前記マトリックス基地の２次元的切断面を観察したとき片状をなすことを特徴とする磁気回路用高抵抗軟磁性材料。
【請求項２】
請求項１において、前記マトリックス基地の２次元的切断面を観察したとき、前記微小障害物は不規則に分散していることを特徴とする磁気回路用高抵抗軟磁性材料。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記マトリックス基地の２次元的切断面を観察したとき、前記マトリックス基地（前記微小障害物を含まず）の面積全体を１００％としたとき、面積比で、フェライトは５０％以上であることを特徴とする磁気回路用高抵抗軟磁性材料。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一項において、前記マトリックス基地はフェライト系であり、前記微小障害物は黒鉛であることを特徴とする磁気回路用高抵抗軟磁性材料。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のうちのいずれか一項において、前記マトリックス基地の２次元的切断面を観察したとき、前記微小障害物に関する周囲長は平均で８０μｍ以上であり、前記微小障害物に関する楕円長短軸比は平均で２以上であることを特徴とする磁気回路用高抵抗軟磁性材料。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のうちのいずれか一項において、前記磁気回路用高抵抗軟磁性材料を１００％としたとき、重量比で、炭素２％以上、シリコン２％以上含有する片状黒鉛鋳鉄で形成されていることを特徴とする磁気回路用高抵抗軟磁性材料。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のうちのいずれか一項において、重量比で、炭素含有量よりもシリコン含有量が大きく設定された片状黒鉛鋳鉄で形成されていることを特徴とする磁気回路用高抵抗軟磁性材料。
【請求項８】
鋳物を形成するキャビティをもつ鋳型を加熱する工程と、加熱した前記鋳型のキャビティに片状黒鉛鋳鉄組成の溶湯を注湯させて降温速度を遅らせつつ溶湯を冷却させて鋳物を形成する工程とを実施し、
前記鋳物は、
透磁性及び導電性を有するフェライト系のマトリックス基地と、
前記マトリックス基地に分散され、前記マトリックス基地の２次元的切断面を観察したとき片状をなすと共に前記マトリックス基地よりも高い電気抵抗をもつ多数の片状黒鉛からなる片状黒鉛群とを具備する磁気回路用高抵抗軟磁性材料を形成することを特徴とする磁気回路用高抵抗軟磁性材料の製造方法。
【請求項９】
請求項８において、６００℃以上における降温速度は、鋳物表面部において３０℃／分以下に設定されており、前記磁気回路用高抵抗軟磁性材料は、重量比で、炭素含有量よりもシリコン含有量が大きく設定されていることを特徴とする磁気回路用高抵抗軟磁性材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気回路用高抵抗軟磁性材料（以下、軟磁性材料ともいう）及びその製造方法に関する。本発明は例えば電子機器、電気機器に装備される磁気回路部材に適用することができる。具体的には、モータや電磁アクチュエータ等に装備される鉄心等の磁気回路部材に適用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、磁気回路部材等に使用される軟磁性材料では、損失を低減させるため、比抵抗の高いものが要求されている。このため、透磁性を有する鉄板や珪素鋼板を厚み方向に積層した積層体、あるいは、透磁性を有する鉄粉を圧粉成形した圧粉体を焼き固めた粉末成形体が主に使われている。更に、損失を低減させるため、上記した積層体において電気抵抗が高い絶縁膜を板材間に介在させたり、あるいは、電気抵抗が高い絶縁膜を鉄粉粒子の表面に被覆させたりすることが行われている。
【０００３】
しかし、鉄板や珪素鋼板を積層させた積層体で形成された軟磁性材料では、３次元的な形状、複雑な形状にするのが難しいという問題がある。また、鉄粉を圧粉成形する工程を経た軟磁性材料では、圧粉度を高めて強度を高めようとすると、軟磁性材料の比抵抗が小さくなって損失が増加し、逆に圧粉度を低めにして軟磁性材料の比抵抗を高くすると、軟磁性材料の強度が低下してしまう問題が生じる。  そこで近年、上記した問題を改善すべく、フェライト含有のマトリックス基地に球状黒鉛を分散させた球状黒鉛鋳鉄で形成された磁気回路形成部材が開発されている（特許文献１）。また、従来、各種鋳鉄の電気抵抗に関する論文が開示されている（非特許文献１）。この論文には、片状黒鉛鋳鉄や球状黒鉛鋳鉄の電気抵抗が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２８０２１０号公報
【非特許文献１】鋳物  第５４巻  第２号  ２９〜３３頁（発行  鋳物協会）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した特許文献１に係る技術によれば、磁気回路形成部材は、フェライトのマトリックス基地に多数の球状黒鉛を分散させた球状黒鉛鋳鉄の鋳物で形成されている。このため、安価なコストで複雑な形状の磁気回路形成部材を製造することができる。しかも球状黒鉛はマトリックス基地に比較して高い電気抵抗を有するため、磁気回路形成部材に発生した渦電流等の誘導電流を球状黒鉛が迂回させ得る性質を有しており、比抵抗を高くして損失を低減させるのに有利である利点を有する。
【０００６】
本発明は上記した技術を更に進めたものであり、比抵抗を更に高くして損失を低減させるのに有利であり、特に周波数が高い領域で損失を低減させるのに有利な磁気回路用高抵抗軟磁性材料及びその製造方法を提供することを課題とするにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明者は上記した課題のもとに磁気回路用の軟磁性材料について鋭意開発を進めている。そして、軟磁性材料を構成するマトリックス基地の２次元的切断面を観察したときに片状をなすと共にマトリックス基地よりも高い電気抵抗をもつ微小障害物を不規則的に分散させれば、電流の流れを妨げる性質を高めやすいことに着目し、多数の微小障害物をマトリックス基地に分散させれば、軟磁性材料の比抵抗を高くするのに有利であることを知見した。
【０００８】
比抵抗を高くできる理由としては、２次元的切断面において片状をなす微小障害物がマトリックス基地に不規則的に分散しているため、軟磁性材料において発生する渦電流等の誘導電流を迂回させ、その電流路をあたかも迷路状にするのに貢献できるためと推察される。本発明者は、かかる知見に基づいて本発明に係る磁気回路用高抵抗軟磁性材料及びその製造方法を完成した。
【０００９】
（２）即ち、本発明に係る磁気回路用高抵抗軟磁性材料は、
透磁性及び導電性を有するマトリックス基地と、
マトリックス基地に分散され、マトリックス基地よりも高い電気抵抗をもつ多数の微小障害物からなる微小障害物群とを具備しており、
微小障害物は、マトリックス基地の２次元的切断面を観察したとき片状をなすことを特徴とするものである。
【００１０】
微小障害物群を構成する微小障害物は、マトリックス基地よりも高い電気抵抗をもつ。マトリックス基地の２次元的切断面を観察したとき、微小障害物は片状をなすと共にマトリックス基地に多数、不規則的に分散している。このため軟磁性材料の比抵抗を高めるのに有利となる。前述したように、２次元的切断面において片状をなす微小障害物がマトリックス基地に分散しているため、軟磁性材料において発生する渦電流等の誘導電流を迂回させ、その電流路をあたかも迷路状にさせるのに貢献できるためと推察される。
【００１１】
（３）本発明に係る磁気回路用高抵抗軟磁性材料の製造方法は、
鋳物を形成するキャビティをもつ鋳型を加熱する工程と、加熱した鋳型のキャビティに片状黒鉛鋳鉄組成の溶湯を注湯させて降温速度を遅らせつつ溶湯を冷却させて鋳物を形成する工程とを実施し、
鋳物は、
透磁性及び導電性を有するフェライト系のマトリックス基地と、
マトリックス基地に分散され、マトリックス基地の２次元的切断面を観察したとき片状をなすと共に前記マトリックス基地よりも高い電気抵抗をもつ多数の片状黒鉛からなる片状黒鉛群とを具備する磁気回路用高抵抗軟磁性材料を形成することを特徴とするものである。
【００１２】
本発明方法によれば、加熱した鋳型のキャビティに片状黒鉛鋳鉄組成の溶湯を注湯させて冷却させるため、溶湯及び凝固後の鋳鉄の降温速度を遅らせることができ、片状黒鉛の成長を促進させることができる。これにより軟磁性材料において発生する渦電流等の誘導電流を迂回させ、その電流路をあたかも迷路状にさせるのに貢献できる。更に降温速度を遅らせると、マトリックス基地のフェライト面積率を増加させることができると共に、フェライト結晶粒径を大きくでき、軟磁性材料の透磁性を高めるのに有利となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
・微小障害物は、マトリックス基地よりも高い電気抵抗をもつものを意味する。マトリックス基地としては金属系を採用できる。微小とは、長さが１０ｍｍ以下のものをいう。微小障害物としては片状黒鉛を採用できる。片状黒鉛としては、直線状のものでもよいが、電流の迂回性を高めるためには、湾曲等のように曲成しているものが好ましい。片状黒鉛の長さは一般的には１ｍｍ以下となる。場合によっては、微小障害物としてセラミックス繊維（アルミナ繊維、シリカ繊維等）を片状黒鉛と共に分散させても良い。または、セラミックス繊維のみを分散させても良い。黒鉛、セラミックス繊維は、マトリックス基地よりも電気抵抗が高い。
【００１４】
・マトリックス基地の２次元的切断面を観察したとき、微小障害物は不規則に分散している形態を採用することができる。『不規則に分散している』とは、片状の微小障害物の配向性が低いことを意味する。従って微小障害物はマトリックス基地において四方八方に分散しており、軟磁性材料において発生する渦電流等の誘導電流の電流を迂回させ、その電流路を迷路状とさせるのに貢献できる。『マトリックス基地の２次元的切断面を観察したとき』とは、光学顕微鏡等で微小障害物の形態を把握し易いことを考慮したものである。
【００１５】
・マトリックス基地の２次元的切断面を観察したとき、マトリックス基地（微小障害物を含まず）の面積全体を１００％としたとき、面積比で、フェライトは５０％以上である形態を採用することができる。フェライトは固溶しているＣ成分量が少なく、純鉄と同等であるので、磁気特性が優れ、高い透磁率をもつため、磁気回路としての用途を考慮すると、一般的にはフェライトの割合は高い方が好ましい。例えば、マトリックス基地（微小障害物を含まず）の面積全体を１００％としたとき、面積比でフェライトは５０％以上、７０％以上、８０％以上、９０％以上とすることができる。また、９５％以上、１００％あるいは実質的に１００％とすることもできる。強度を向上させるために一部パーライトとすることもできる。フェライトはα鉄またはこれに他の元素を含む固溶体である。
【００１６】
・微小障害物に関する好ましい物性値について更に説明を加える。マトリックス基地の２次元的切断面を観察したとき、１個の微小障害物に関する周囲長は、平均で８０μｍ以上である形態を採用することができる。微小障害物に関する周囲長が大きいことは、一般的には、微小障害物のアスペクト比（長さ／幅）が大きいことに相当し、軟磁性材料の比抵抗を高めるのに有利となる。また、マトリックス基地の２次元的切断面を観察したとき、微小障害物に関する楕円長短軸比は、平均で２以上である形態を採用することができる。微小障害物に関する楕円長短軸比とは、片状の微小障害物を楕円と模擬化したとき、（楕円の長軸長さ／楕円の短軸長さ）を意味する。微小障害物に関する楕円長短軸比が大きいことは、微小障害物のアスペクト比（長さ／幅）が大きいことに相当し、軟磁性材料の比抵抗を高めるのに有利となる。
【００１７】
・マトリックス基地は鉄系、特にフェライト系であり、微小障害物は片状黒鉛である形態を採用することができる。従って本発明に係る軟磁性材料は、片状黒鉛鋳鉄で形成することができる。鉄系のマトリックス基地の比抵抗に対し、黒鉛の比抵抗はかなり大きく、電流の流れに対して障害物とみなすことができる。文献等によれば、一般的には、黒鉛を固めて電極のようにした場合、その比抵抗は１０００〜１５００μΩ・ｃｍと言われ、鉄系マトリックス基地の比抵抗は１００μΩ・ｃｍ以下と言われている。マトリックス基地に不規則的に分散した片状黒鉛は、マトリックス基地よりも高い電気抵抗をもつため、マトリックス基地における電流のストレートな流れを妨げるように働くことができ、電流を迂回させて電流路を迷路化させるのに有効であり、この結果、軟磁性材料の比抵抗を高くできるものと推察される。
【００１８】
・マトリックス基地の２次元的切断面を観察したとき、１個の黒鉛に関する周囲長は平均で８０μｍ以上である形態を採用することができる。黒鉛に関する周囲長が大きいことは、同じ黒鉛断面積であれば、一般的には片状黒鉛のアスペクト比（長さ／幅）が大きいことに相当し、軟磁性材料の比抵抗を高めるのに有利となる。また、マトリックス基地の２次元的切断面を観察したとき、黒鉛に関する楕円長短軸比は平均で２以上である形態を採用することができる。黒鉛に関する楕円長短軸比が大きいことは、片状黒鉛のアスペクト比（長さ／幅）が大きいことに相当し、軟磁性材料の比抵抗を高めるのに有利となる。なお、障害物が球状黒鉛のような球状であれば、一般的には黒鉛に関する楕円長短軸比は２未満となり易い。
【００１９】
・磁気回路用高抵抗軟磁性材料を１００％としたとき、重量比で、炭素２％以上、シリコン２％以上含有する鋳鉄で形成されている形態を採用することができる。この場合、炭素含有量が多い方が片状黒鉛の成長に有利であるため、当該鋳鉄は、重量比で、炭素２．５％以上、３％以上とすることが好ましく、従って３．２％以上、３．５％以上とすることができる。しかし炭素が過多であると、強度が低下するため、炭素含有量としては重量比で５．０％以下とすることができる。また、シリコン含有量が多い方が片状黒鉛の成長に有利であるため、当該鋳鉄は、重量比で、シリコン２．５％以上、３％以上とすることが好ましく、従って３．２％以上、３．５％以上とすることができる。シリコンはフェライトの割合を増加させるのにも貢献するため、３．５％以上、４．０％以上、４．５％以上、５．０％以上とすることもできる。なお、シリコンを増やして行けば、軟磁性材料の透磁率を高くできると共に、比抵抗を増加させる傾向が得られるが、シリコンが過剰になると、硬度が高くなり、後加工する場合には後加工が難しくなり、更に湯流れ性が低下し、鋳造性が低下する傾向が認められる。この意味等でシリコン含有量としては１２％以下，１５％以下とすることができる。
【００２０】
・本発明に係る磁気回路用高抵抗軟磁性材料が鋳鉄で形成されている場合には、炭素の重量％とシリコンの重量％との合計をα値とすると、磁気回路用高抵抗軟磁性材料の用途によっても異なるが、α値としては４．０％以上、５．０％以上、殊に６．０％以上とすることができ、更に７．０％以上、８．０％以上、９．０％以上とすることもできる。但し、強度を考慮すると、α値としては、磁気回路用高抵抗軟磁性材料の用途によっても異なるが、１７．０％以下、１５．０％以下または１２．０％以下とすることができる。
【００２１】
・軟磁性材料の強度を確保するため、粗大で幅が大きい形態よりも、片状ながらも幅が小さいスマートな微小障害物とすることができる。また軟磁性材料の強度及び透磁率を確保しつつ比抵抗を高めるためには、微小障害物としては、長さが長いものの幅が小さいスマートな形態を分散させることができる。従って、軟磁性材料が片状黒鉛鋳鉄で形成されている場合には、微小障害物としての片状黒鉛としては、長さが長いものの幅が小さいものを分散させることができる。この場合、炭素含有量よりもシリコン含有量が大きく設定することができる。従って重量比で、（シリコン含有量／炭素含有量）としては、１．０以上、１．０５以上、１．０８以上、１．１以上とすることができる。なお、（シリコン含有量／炭素含有量）としては４．０以下とすることができる。
【００２２】
・本発明に係る軟磁性材料が鋳鉄で形成されている場合には、鋳鉄組成としては亜共晶組成、過共晶組成、共晶組成のいずれでも良い。片状黒鉛を成長させて比抵抗を高めることを考慮すると、過共晶組成とすることができる。この場合、鋳放し状態でチルが生じているときには、鋳造後に熱処理してフェライト化を促進させても良い。熱処理温度としてはＡ１変態点以上とすることができ、例えば７５０から１１００℃の範囲内、殊に９００〜１０５０℃とすることができる。但し、チルが生じていたとしても、熱処理せずに用いても良い。
【００２３】
・本発明に係る製造方法によれば、鋳型を加熱する工程と、加熱した鋳型のキャビティに片状黒鉛鋳鉄組成の溶湯を注湯させて降温速度を遅くしつつ溶湯を冷却させる工程とを実施する。降温速度は片状黒鉛の成長に影響を与える。このため、片状黒鉛の晶出形態に影響を与える温度（６００℃以上）における降温速度としては、鋳物表面部において、３０℃／分以下、２０℃／分以下、殊に１０℃／分以下であることが好ましい。鋳型を加熱する加熱要素としては、鋳型の内部に埋設させた電気ヒータ等の発熱体、ガスバーナを例示できる。代表的な鋳型としては砂型が挙げられる。砂型は砂粒子をもつ鋳型であり、生砂型、自硬性型、シェル型等を含む。鋳型を加熱する工程は、溶湯を注湯させた前に行う。これにより凝固速度、凝固後の冷却速度を一層遅くでき、片状黒鉛の成長、フェライト面積率の増加に有利となる。鋳型を加熱する工程は、溶湯を注湯している間においても、溶湯を注湯後においても行うこともできる。鋳型の外面を断熱材で覆うことも、片状黒鉛の成長、フェライト面積率の増加に有効である。
【００２４】
・本発明の係る軟磁性材料は、励磁巻線に直流パルスを給電する用途に用いても良いし、あるいは、励磁巻線に交流電流を給電する用途に用いても良い。例えば、電磁アクチュエータに代表される電気機器、電子機器に使用される磁気回路形成材料に用いることができる、電磁アクチュエータとしてはモータや電磁バルブ等を採用できる。モータ用としては、ロータコア、ステータコア等に使用が可能である。モータとしては、車両の場合には、ＡＢＳシステム用モータ、パワーステアリング用モータ、ワイパーモータ、ウインドレギュレータ用モータ、ドアロック用モータ、サンルーフ用モータ等の各種モータで使用が可能であるが、これらに限定されるものではない。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明を具体化させた実施例について説明する。重量で、高純度の銑鉄（炭素含有量４．０ｗｔ％）を６ｋｇ，炭素鋼（ＪＩＳ  Ｇ４０５１  Ｓ２５Ｃ）を１９ｋｇ、加炭剤（Ｃ含有７０ｗｔ％）を６８０ｇ，フェロシリコン（Ｓｉ含有７０ｗｔ％）１１５０ｇを秤量し、高周波誘導炉に入れて溶解を行い、溶湯を作製した。その溶湯を鋳型つまり自硬性の砂型のキャビティに注湯し、凝固させて鋳物を形成した。注湯温度は１４５０℃とした。注湯時は、大阪特殊合金製のカルバロイ（Ｆｅ−Ｓｉ系）を用い、接種を行った。注湯後１時間経過した後に、砂型を崩壊させ、鋳物を取り出した。
【００２６】
尚、注湯時の湯温低下を抑えるために、図１にその概念図を示すように、加熱要素としての棒状の電気式の発熱体１０を砂型２０の内部に埋設させた。そして注湯に先立ち、発熱体１０により砂型２０のキャビティ２２付近を予熱した。更に、砂型２０の外面を断熱材（シリカ系）で覆い、砂型２０の断熱性を高め、冷却速度が速くならないように調整した。発熱体１０は棒状に限定されるものではなく、面状でも、パネル状でも良い。
【００２７】
図２は鋳造後の鋳物の降温状態の一例を示す。この場合、鋳物の表面相当部位に熱電対を装備して温度を測定した。図２に示すように、降温速度はゆっくりである。降温速度は片状黒鉛の成長に影響を与える。このため、片状黒鉛の晶出形態に影響を与える温度（１０００℃以上）における降温速度としては、鋳物表面部において、３０℃／分以下、２０℃／分以下、殊に１０℃／分以下であることが好ましい。本実施例では上記した降温速度を１０℃／分以下としている。片状黒鉛の晶出形態に影響を与える温度（６００℃以上）における降温速度が速いと、黒鉛の成長は妨げられ易くなり、比抵抗を高めにくくなる。本実施例によれば、発熱体１０により砂型２０のキャビティ２２付近を予熱しているため、降温速度をゆっくりとさせ、片状黒鉛を成長させるのに有利である。
【００２８】
比較例１として球状黒鉛鋳鉄の鋳物を形成した。この場合、球状化処理剤（東洋電化製ＴＤＣＲ−５  Ｍｇ；４．８ｗｔ％、Ｓｉ：４６ｗｔ％、Ｃａ：２．４ｗｔ％、残部：Ｆｅ、平均粒径：２０ｍｍ）を３３０ｇ、フェロシリコン（Ｓｉ含有７０ｗｔ％、残部：Ｆｅ）を７０ｇ、球状化処理用のルツボに挿入し、その上面に、鉄粉（鉄粉１１０ｇ）を被覆させてカバーした。そして球状化ルツボ内に、１６００℃まで溶解した前記した元湯を注ぎ、球状化反応をさせた。その後、球状化処理後の溶湯を自硬性の砂型２０に注湯した。この場合にも、鋳造に先立ち、発熱体１０で砂型２０を予熱した。
【００２９】
実施例及び比較例に係る鋳物から試験片を採取した。試験片は、円柱の鋳物（直径６０ｍｍ，長さ２００ｍｍ）の外周面から深さ１０ｍｍの場所で採取した。
【００３０】
図３は、比抵抗が良好であった実施例４に係る試験片の組織を撮影した光学顕微鏡写真（１００倍）を示す。この場合、マトリックス基地はフェライト系であり、マトリックス基地の２次元的切断面で観察した場合、マトリックス基地（微小障害物を含まず）の面積全体を１００％としたとき、フェライト面積率は９０％以上であった。図３に示すように、迷路をマトリックス基地において形成するように成長した多数の片状黒鉛が不規則的に分散しており、隣接する片状黒鉛同士が接近またはつながっている形態が認められた。また、片状黒鉛が試験片の長さ方向にも径方向にも成長していた。図３によれば、長さが長いものの幅が小さいスマートな片状黒鉛が多数分散していることがわかる。このようにスマートな片状黒鉛が多数分散していれば、軟磁性材料の強度及び透磁率を確保しつつ、軟磁性材料の比抵抗を高めるのに有利である。スマートな片状黒鉛を多数生成させるためには、炭素含有量を比較的抑えつつ、シリコン含有量を大きくすることが有効である。殊に、炭素含有量よりもシリコン含有量を大きくすることが有効である。
【００３１】
片状黒鉛の分散度を別の観点からみると、倍率１００倍を示す顕微鏡写真（図３）において、長さ７２０μｍの直線を規定したとき、微小障害物としての片状黒鉛と当該直線とが交差する交差部の数は１２個以上、殊に１４個以上とされている。交差部の数が多いことは、多数のスマートな片状黒鉛がマトリックス基地に不規則的に分散しており、軟磁性材料の比抵抗を高くできることに対応する。
【００３２】
他の実施例の試験片についても、図３に示す組織と同様の組織が得られた。即ち、迷路を形成するように成長した多数のスマートな片状黒鉛がフェライト系マトリックス基地に不規則的に多数分散しており、隣接する片状黒鉛同士が接近またはつながっている形態が認められた。他の実施例の試験片についても、フェライト面積率は９０％以上であり、前記した交差部の数は基本的には同様であった。
【００３３】
表１は、各試験片について、炭素含有量、シリコン含有量、黒鉛に関する周囲長、黒鉛に関する楕円長短軸比、比抵抗を示す。比抵抗は４端子法（ＪＩＳ  Ｃ２５２５）に基づいて常温において測定した。黒鉛に関する周囲長、黒鉛に関する楕円長短軸比は、次のようにして測定した。即ち、試験片の光学顕微鏡組織を撮影した写真（倍率１００倍）をスキャナで取り込み、取り込んだ画像の濃淡を白黒に２値化し、黒色の部分であるオブジェクトのみを検出して行った。オブジェクトは片状黒鉛に相当する。この画像解析においては、黒鉛の最大粒径が５μｍ以下のものは除外して行った。
【００３４】
ここで、黒鉛に関する周囲長は、図４に示すように、画像におけるオブジェクトの外周の長さを意味し、オブジェクトの外周の始端から終端までの長さを意味し、オブジェクトの長さ方向に沿った往路長さ及び復路長さを含む。黒鉛に関する楕円長短軸比は、画像におけるオブジェクトのアスペクト比に相当するものであり、当該オブジェクトを模擬化した模擬楕円の長軸に沿った長軸長さと、その短軸に沿った短軸長さとに基づいて、（長軸長さ／短軸長さ）として算出した。当該模擬楕円とは、オブジェクトに対して同じ面積で、且つ、１次モーメント及び２次モーメントがオブジェクトと等しくなるように規定した楕円を意味する。なお、上記した黒鉛に関する周囲長、黒鉛に関する楕円長短軸比は、株式会社プラネトロン社のＩｍａｇｅ−Ｐｒｏ  ＰＬＵＳのソフトウェア処理で行った。
【００３５】
表１に示すように、多くの実施例では、炭素含有量よりもシリコン含有量が大きく設定された鋳鉄で形成されている。なお実施例３，実施例７によれば、シリコン含有量は炭素含有量よりも少ないものの、シリコンは２．５％と比較的多めに含有されている。
【００３６】
表１に示すように、黒鉛に関する周囲長は、比較例１では８０μｍ未満であったが、実施例では８０μｍ以上、殊に１００μｍ以上であった。殊に、実施例１，実施例２、実施例４では、黒鉛に関する周囲長は２００μｍ以上と長かった。黒鉛に関する楕円長短軸比は、比較例１では２以下であったが、各実施例では２以上であり、殊に４以上であった。
【００３７】
更に表１に示すように、球状黒鉛鋳鉄で形成されている比較例１よりも、片状黒鉛鋳鉄で形成されている実施例１〜実施例９は、高い比抵抗を示した。片状黒鉛鋳鉄は球状黒鉛鋳鉄よりも、電流を迂回させる割合が高いためと推察される。殊に、実施例１，実施例２，実施例４は高い比抵抗を示した。実施例１，実施例２，実施例４は、黒鉛に関する周囲長がかなり長いものである。
【００３８】
【表１】
2004225146.tif 000003
【００３９】
【表２】
2004225146.tif 000004
【００４０】
各実施例及び比較例１に係る試験片についての磁気特性の結果を表２に示す。磁気特性は、岩崎通信機（株）Ｂ・ＨアナライザーＳＹ・８２３２を用い、正弦波状の交流電流を給電して測定した。この場合、Ｈ（磁界）が２０００Ａ／ｍ時における磁気特性を測定した。
【００４１】
表２に示すように、損失（鉄損）については、片状黒鉛鋳鉄製の各実施例は、交流電流の周波数が１０００Ｈｚの場合でも、２０００Ｈｚの場合でも、３０００Ｈｚの場合でも、球状黒鉛鋳鉄製の比較例１よりも損失（鉄損）を小さくすることができた。
【００４２】
また磁束密度については、周波数が１０００Ｈｚの場合には、各実施例よりも比較例１の方が磁束密度は高かった。周波数が２０００Ｈｚの場合には、各実施例の磁束密度は比較例１の磁束密度に近づいた。更に３０００Ｈｚのように周波数が高い場合には、各実施例の磁束密度は比較例１の磁束密度に匹敵するか、あるいはそれ以上であった。このように本実施例は周波数が高くなるほど磁束密度を相対的に高くできる。
【００４３】
上記したよう各実施例によれば、比抵抗が高くなっているため、交番磁界が作用するとき鉄損を低減させることができ、モータコア等の磁気回路形成部材に適用した場合における発熱を抑えることができる。
【００４４】
鉄損は基本的にはヒステリシス損失Ｗｈ＋渦電流損失Ｗｅ＋残留損失Ｗｒで表され、周波数の影響を大きく受ける。鉄系材料では残留損失Ｗｒは一般的には小さい。このためモータコア等の鉄系の磁気回路形成部材で重要となるのは、ヒステリシス損失Ｗｈ及び渦電流損失Ｗｅである。単位時間あたりのヒステリシス損失Ｗｈは基本的には（１）式で表される。板材のとき、単位時間あたりの電流損失Ｗｅは基本的には（２）式で表される。
Ｗｈ＝Ｋｈ・ｆ・Ｂｍ……（１）
Ｗｅ＝（Ｋｅ・ｆ２・ｔ２・Ｂｍ２）／ρ……（２）
ここで、Ｋｈ、Ｋｅはそれぞれ定数を示す。ｆは周波数を示し、直流パルスの場合にはパルス立ち上がりとパルス立ち下がりとで１Ｈｚとみなし得る。Ｂｍは磁束密度を示す。ｔは板材の厚みを示す。ρは材料の比抵抗を示す。
【００４５】
上記した（１）式、（２）式によれば、周波数ｆが高ければ、ヒステリシス損失Ｗｈ及び渦電流損失Ｗｅが増加するため、鉄損が増加する。よって鉄損を抑えるためには、高周波数領域に対処することが重要である。本実施例に係る軟磁性材料によれば、表２に示すように、高周波数領域において使用しても損失を抑えることができる。
【００４６】
本実施例のように軟磁性材料を鋳鉄で形成した場合には、鋳鉄の優れた鋳造性を生かし、製品近似形状を形成することができ、切削工程を低減または廃止させることができる。このため３次元的な形状のコア等の磁気回路形成部材を容易に製造することができるため、モータ等の機器の小型化及び薄型化が比較的安価に製造可能となる。
【００４７】
またシリコン含有量は軟磁性材料の透磁性を高めるには有利である。しかし珪素鋼板を積層させて軟磁性材料を形成する場合には、シリコン含有量が多いと硬度が高くなるため、珪素鋼板のプレス打ち抜き性が低下する傾向があり、シリコンの増量には制約がある。しかし鋳鉄で軟磁性材料を形成する場合には、鋼板のプレス打ち抜き性の低下を考慮せずとも良いため、鋳鉄の優れた鋳造性を生かして製品近似形状を容易に且つ安価に形成することができる。このため軟磁性材料のシリコン含有量を高め、透磁性を高めるのに有利である。従って本実施例のようにシリコンを重量比で２．５％以上、３．０％以上、４．０％以上とすることが容易にでき、同様に（シリコン含有量／炭素含有量）の比率を高めることも良いのである。
【００４８】
珪素鋼板を積層させて軟磁性材料は、使用条件が厳しいときには、各珪素鋼板の反り変形、剥離等のおそれがあり、強度や磁気特性の安定化の面では必ずしも充分ではない。本実施例の軟磁性材料は溶製材つまり鋳物に基づいているため、軟磁性材料の一体性が高くなり、機械的強度を確保するのに有利である。従って高温環境や温度変化がある環境においても、強度、磁気特性を安定化させることができる。このため使用条件が厳しい環境、例えば自動車等の車両で使用するのに適する。従って、強度が要求される磁気回路形成部材（例えばモータコア材）に適する。
【００４９】
（他の実施例）
本発明に係る第２の実施例は、基本的には前記した実施例と同様に製造するものである。更に、鋳造後の片状黒鉛鋳鉄で形成された鋳物を熱処理炉で焼鈍熱処理し、マトリックス基地におけるフェライト化を更に促進させる。これによりフェライト面積率を一層高めることができ、透磁性を高めることができる。熱処理としては、７５０〜１１００℃の範囲内において所定時間加熱保持することにより行い得る。熱処理の雰囲気としては大気雰囲気、真空雰囲気、還元性雰囲気等を採用できる。熱処理温度が高いと、また熱処理時間が長いと、フェラィトの結晶粒径を大きくでき、透磁率、磁束密度の向上に一層貢献できる。熱処理時間としては、要請されるフェライト面積率、鋳物のサイズによっても相違するが、一般的には１０分〜１００時間の範囲内で設定できる。
【００５０】
本発明に係る第３の実施例によれば、軟磁性材料は、透磁性及び導電性を有する鉄系のマトリックス基地（フェライト系）と、マトリックス基地に分散されたセラミックス繊維からなるセラミックス繊維群とを備えている。セラミックス繊維は、マトリックス基地よりも高い電気抵抗をもつ微小障害物として機能し、アルミナ繊維、シリカ繊維等を例示できる。この場合においても、マトリックス基地において迷路を形成するように成長した多数の繊維が不規則に分散している。当該繊維の比抵抗は鉄系のマトリックス基地の比抵抗に比較してかなり大きく、電流の流れに対して障害物とみなすことができる。このため軟磁性材料の比抵抗を高くし、鉄損を低減させるのに有利である。
【００５１】
（適用例）
図５はモータに適用した一例を示す。図５に示すように、モータは、ハウジングに固定されたステータコア４０と、ステータコア４０内で回転可能なロータ５２とをもつ。ロータ５２は、シャフト５３と、シャフト５３に保持されロータコア５４とをもつ。ロータコア５４は、周方向に沿って一体的に並設された径外方向に突出する複数の突起部５５とをもつ。各突起部５５には励磁巻線（図略）が巻回されている。突起部５５の励磁巻線にＵ相、Ｖ相、Ｗ相となる直流のパルス電流が給電されると、ロータ５２がこれの軸心回りで回転する。ロータコア５４は片状黒鉛鋳鉄で形成されており、透磁性及び導電性を有する鉄系のマトリックス基地（フェライト系）と、マトリックス基地に分散された片状黒鉛からなる片状黒鉛群とを備えている。この片状黒鉛鋳鉄は、前記した実施例１〜実施例９のいずれかに基づいて形成されている。
【００５２】
その他、本発明は上記した実施例及び適用例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。上記した記載から次の技術的思想も把握できる。
（付記項１）各請求項において、微小障害物は湾曲または曲成していることを特徴とする磁気回路用高抵抗軟磁性材料及びその製造方法。比抵抗を高めるのに有利となる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る磁気回路用高抵抗軟磁性材料によれば、比抵抗を高くするのに有利であり、損失を低減させるのに有利である。殊に、本発明に係る磁気回路用高抵抗軟磁性材料は、周波数が高くなるほど有効となる。
【００５４】
本発明方法によれば、加熱した鋳型のキャビティに片状黒鉛鋳鉄組成の溶湯を注湯させて冷却させるため、鋳鉄の凝固速度、冷却速度をゆっくりとすることができ、片状黒鉛の成長を促進させることができる。これにより軟磁性材料において発生する渦電流等の誘導電流を迂回させ、電流路をあたかも迷路状にさせるのに貢献でき、損失を低減させるのに有利である。更にマトリックス基地のフェライト化を促進させることができ、軟磁性材料の透磁性を一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発熱体を装備した砂型を示す概念図である。
【図２】砂型で鋳造したときにおける冷却曲線の一例を示すグラフである。
【図３】実施例４に係る片状黒鉛鋳鉄の顕微鏡写真（倍率１００倍）である。
【図４】黒鉛に関する周囲長の概念を示す図である。
【図５】モータに適用した一例を示す概念図である。
【符号の説明】
図中、４０はステータコア、５２はロータ、５４はロータコアを示す。
【図１】
2004225146.tif 000005
【図２】
2004225146.tif 000006
【図３】
2004225146.tif 000007
【図４】
2004225146.tif 000008
【図５】
2004225146.tif 000009