(57)【要約】【課題】所望の磁気的特性を有する軟磁性材料の製造方法を提供する。【解決手段】軟磁性材料の製造方法は、金属磁性粒子と金属磁性粒子の表面を取り囲むリン酸塩を含む絶縁被膜とを有する複数の複合磁性粒子を成形することによって成形体を形成する工程と、成形体に対して第１の熱処理を行なう工程と、成形体に対して４００℃以上５００℃以下で１時間以上第２の熱処理を行なう工程とを備える。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属磁性粒子と、その金属磁性粒子の表面を取り囲むリン酸塩を含む絶縁被膜とを有する複数の複合磁性粒子を成形して成形体を形成する工程と、
前記成形体に第１の熱処理を行なう工程と、
前記第１の熱処理後に、前記成形体を温度４００℃以上５００℃以下で１時間以上第２の熱処理を行なう工程とを備えた、軟磁性材料の製造方法。
【請求項２】
前記熱処理を行なう工程は、１００時間以下熱処理する工程を含む、請求項１に記載の軟磁性材料の製造方法。
【請求項３】
前記成形体を形成する工程は、前記複数の複合磁性粒子が有機物で接合された前記成形体を形成する工程を含む、請求項１または２に記載の軟磁性材料の製造方法。
【請求項４】
前記有機物は熱可塑性樹脂または非熱可塑性樹脂である、請求項３に記載の軟磁性材料の製造方法。
【請求項５】
前記成形体を形成する工程は、前記複数の複合磁性粒子と不可避的不純物とのみからなる前記成形体を形成する工程を含む、請求項１または２に記載の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、透磁率を向上させ、保磁力を低減させることにより磁気特性を向上させた軟磁性材料の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気電子部品の高密度化および小型化が図られており、モータコアやトランスコアなどにおいて、より精密な制御を小電力で行えることが求められている。このため、これらの電気電子部品に使用される軟磁性材料であって、中高周波領域において優れた磁気的特性を有する軟磁性材料の開発が進められている。軟磁性材料が中高周波領域で優れた磁気的特性を有するためには、高い飽和磁束密度、高い透磁率および高い電気抵抗率を併せ持つ必要がある。
【０００３】
軟磁性材料を交流磁場で使用した場合、鉄損と呼ばれるエネルギー損失が生じる。この鉄損は、主に低周波領域において発生するヒステリシス損と、主に高周波領域において発生する渦電流損とに大別される。ヒステリシス損とは、軟磁性材料の磁束密度を変化させるために必要なエネルギーによって生じるエネルギー損失をいう。たとえば軟磁性材料の圧縮成形時に歪、転位が生じるとヒステリシス損は増大する。また、渦電流損とは、粉末軟磁性材料の場合は主として軟磁性材料を構成する金属磁性粒子間を流れる渦電流によって生じるエネルギー損失をいう。軟磁性材料には、この鉄損の発生を小さくする磁気的特性が求められる。
【０００４】
上記の磁気的特性を達成するため、たとえば、ボロシロキサン樹脂を主成分とする樹脂を磁性金属粉とともに圧縮成形することにより、樹脂で磁性金属粉を絶縁被覆した圧粉磁心を得る方法が提案されている（特許文献１）。この方法では、圧縮成形後に５５０℃以上で磁性金属粉の歪み取りのための熱処理を行なっている。一方、鉄を主成分とする軟磁性粉末とＳｉＯ２酸化物微粒子とを混合後、得られた混合粉末を成形プレスする方法も提案されている（特許文献２）。これにより、軟磁性粉末がＳｉＯ２酸化物微粒子を含む絶縁層で被膜され、その絶縁層を介して軟磁性粉末同士が接合された圧粉磁心が形成される。さらに成形プレスの後、軟磁性粉末内に生じている歪を開放することを目的として、その圧粉磁心を８００℃以上１０００℃以下の温度で焼鈍している。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−２９１１４
【０００６】
【特許文献２】
特開平９−１８０９２４
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に開示されている製造方法では、５５０℃以上で歪み取りのための焼鈍を行なっている。しかし、焼鈍時の温度が高すぎるために、ボロシロキサン樹脂を主成分とする樹脂で構成された絶縁被膜の一部が熱分解し、磁性金属粉に拡散する。したがって絶縁被膜の一部が消失したり、磁性金属粉に拡散した絶縁被膜の熱分解物が磁性金属粉中の不純物となり、圧粉磁心の磁気的特性を低下させる原因となる。
【０００８】
また、特許文献２に開示されている圧粉磁心の製造方法においても、８００℃以上１０００℃以下の温度で歪取り用の焼鈍を行なっている。焼鈍時の温度が高すぎるために、ＳｉＯ２酸化物微粒子が鉄を主成分とする軟磁性粉末に拡散する。ＳｉＯ２酸化物微粒子の拡散によって、ＳｉＯ２酸化物微粒子を含む絶縁層が消失したり、軟磁性粉末に含まれる不純物が増加する。これにより、圧粉磁心の磁気的特性が劣化するという問題が発生する。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決し、高透磁率と低保磁力を確保し、優れた磁気的特性を有する軟磁性材料の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る軟磁性材料の製造方法は、金属磁性粒子とその金属磁性粒子の表面を取り囲むリン酸塩を含む絶縁被膜とを有する複数の複合磁性粒子を成形して成形体を形成する工程と、成形体に第１の熱処理を行なう工程と、第１の熱処理後に温度４００℃以上５００℃以下で１時間以上第２の熱処理を行なう工程とを含む。第１の熱処理工程の後、さらに第２の熱処理工程を設けることにより、金属磁性粒子内の歪、転位をより完全に近く解消することができる。また、熱処理工程を２回設けることにより、４００℃以上５００℃以下という比較的低い温度で熱処理を行なうことが可能となるため、リン酸塩を含む絶縁被膜を用いた場合にも、絶縁被膜の熱分解が生じにくく、渦電流の増大を効果的に抑制することができる。
【００１１】
本発明の製造方法で金属磁性粒子の絶縁被覆に用いる被膜はリン酸塩を含む。リン酸塩を含む絶縁被膜を用いた場合、４００℃以上５００℃以下の熱処理温度において渦電流の増大を抑制する効果は、他の塩や酸化物を用いる場合と比べて著しく高い。
【００１２】
第１の熱処理における処理温度は、２５０℃以上５００℃以下であることが好ましい。２５０℃以上５００℃以下であれば、複合磁性粒子内の歪、転位を効果的に解消でき、かつ絶縁被膜の熱分解を防ぐことができる。
【００１３】
第２の熱処理における処理温度は、４００℃以上５００℃以下であり、より好ましくは４５０℃以上５００℃以下である。処理温度が４００℃より低い場合、複合磁性粒子内の歪、転位を十分に解消して良好な透磁率を確保することができず、処理温度が５００℃より高い場合、絶縁被膜の熱分解による渦電流の増大が生じる。
【００１４】
第２の熱処理における処理時間は１時間以上であり、さらに好ましくは１時間以上１００時間以下、最も好ましくは５時間以上１００時間以下である。処理時間が１時間より短い場合、複合磁性粒子内の歪、転位を十分に解消することができず、良好な透磁率を確保できない。一方処理時間は１００時間以上でもよいが、１００時間以下とした場合には、より良好な生産効率を確保できる。
【００１５】
本発明は、第１の熱処理工程と、第２の熱処理工程とを必須に含むが、３つ以上の熱処理工程を含むものであってもよい。
【００１６】
成形体を形成する工程は、好ましくは複数の複合磁性粒子が有機物で接合された成形体を形成する工程を含む。このように構成された軟磁性材料の製造方法によれば、複数の複合磁性粒子の各々の間には有機物が介在している。そこで有機物は、潤滑剤としての機能を発揮する。このため、成形体を形成する工程において絶縁被膜が破壊されることを抑制できる。これにより、所望の磁気的特性を有する軟磁性材料を形成することができる。
【００１７】
有機物は、熱可塑性樹脂または非熱可塑性樹脂が特に好ましい。ここで非熱可塑性樹脂とは、熱可塑性樹脂に似た特性を有するが、融点が熱分解温度以下の温度で存在しない樹脂をいう。
【００１８】
一方、成形体を形成する工程は、複数の複合磁性粒子と不可避的不純物とのみからなる成形体を形成する工程を含んでもよい。ここで不可避的不純物とは、可能な限り精製してもなお複合磁性粒子中に含まれる微量の不純物を指し、たとえばＣｕ、Ｍｎ、Ｐ等の金属不純物、Ｈ、Ｃ、Ｓｉ、Ｎ、Ｏ、Ｓ等の非金属不純物やその化合物がある。複合磁性粒子と不可避的不純物のみからなる軟磁性材料を用いた場合、成形体の単位体積に占める複合磁性粒子の割合が高くなり、小さい外部磁界から効率良く大きい磁束密度を得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
発明者等は、軟磁性材料に求められる磁気的特性を実現するために、高い透磁率と低い保磁力を備えた軟磁性材料の製造方法を完成させるに至った。以下に本発明の好ましい実施の形態について説明する。
（実施の形態１）
本発明に係る軟磁性材料の製造方法は、リン酸塩を含む絶縁性被膜層を有する複合磁性粒子を成形して得られた成形体にまず第１の熱処理を行ない、次いで４００℃以上５００℃以下で１時間以上第２の熱処理を行なうことにより達成される。
【００２０】
成形体の熱処理、特に第２の熱処理を所定の温度で行なうことによって、成形体の歪および転位を取り除くことができる。これにより、保磁力を小さくするとともに、透磁率を大きくすることによって、軟磁性材料の鉄損を低減させることができる。加えて、高温の熱処理による効果によって、軟磁性材料の破壊強度を向上させることもできる。
【００２１】
また、成形体を形成する工程は、好ましくは複数の複合磁性粒子が有機物で接合された成形体を形成する工程を含み、まず金属磁性粒子と絶縁被膜とを有する複合磁性粒子を得た後、有機物と混合する方法等を用いることができる。
【００２２】
なお、平均粒径とは、ふるい法によって測定した粒径のヒストグラム中、粒径の小さいほうからの質量の和が総質量の５０％に達する粒子の粒径、つまり５０％粒径Ｄをいう。
【００２３】
また、リン酸塩を含む被膜は絶縁層として作用して渦電流損を抑制する。リン酸塩としては、リン酸亜鉛、リン酸カルシウム等が挙げられる。
【００２４】
複合磁性粒子は、有機物と混合して混合粉末とする。なお、混合方法に特に制限はなく、たとえばメカニカルアロイング法、振動ボールミル、遊星ボールミル、メカノフュージョン、共沈法、化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）、物理気相蒸着法（ＰＶＤ法）、めっき法、スパッタリング法、蒸着法またはゾル−ゲル法などのいずれを使用することも可能である。
【００２５】
有機物には、熱可塑性ポリイミド、熱可塑性ポリアミド、熱可塑性ポリアミドイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリアミドイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミドまたはポリエーテルエーテルケトンなどの熱可塑性樹脂、全芳香族ポリエステルまたは全芳香族ポリイミドなどの非熱可塑性樹脂を用いることができる。このような有機物を設けることによって、複数の複合磁性粒子の各々の間で有機物が潤滑剤として機能する。これにより、成形工程時において、絶縁被膜が破壊されることを抑制できる。
【００２６】
混合粉末の成形工程においては、温間成形法、金型潤滑法等の公知の方法を用いることにより、成形体の高密度化、占積率の向上を実現させ、磁気的特性を向上させることができる。温間成形時の粉末温度は１００〜１８０℃が好ましい。
【００２７】
次に、得られた成形体に対し、たとえば温度２５０℃以上５００℃以下で第１の熱処理を行なう。加圧成形の工程を経た成形体の内部には、歪および転位が多数発生している。この歪および転位を取り除くことと、成形体に含まれる有機物を軟化させて、複数の複合磁性粒子間に有機物を入り込ませることとを目的として、成形体に対して熱処理を行なう。この雰囲気も大気であってもよいが、好ましくは、不活性ガス、減圧ガスとする。不活性ガスとしては窒素ガスが製造コスト上有利であるが、アルゴンガス、ヘリウムガスでも良い。
【００２８】
本発明に係る製造方法では、上記の熱処理後に残留している歪、転位をさらに取り除くために、成形体に対して４００℃以上５００℃以下で第２の熱処理を行なう。雰囲気は大気であってもよいが、好ましくは、不活性ガス、減圧ガスとする。不活性ガスとしては窒素ガスが製造コスト上有利であるが、アルゴンガス、ヘリウムガスでも良い。
【００２９】
第２の熱処理の処理時間は、１時間以上、特に１時間以上１００時間以下とすることが好ましい。この場合、熱処理によって成形体から歪および転位を取り除くとともに、軟磁性材料の生産効率を向上させることができる。
【００３０】
以上に説明した工程によって軟磁性材料が完成する。実施の形態１においては、軟磁性材料が有機物によって接合されているため物理的強度に優れ、成形時の絶縁被膜の破壊を防ぐことができる。
【００３１】
実施の形態１に記載の軟磁性材料の製造方法では、複合磁性粒子と有機物とを混合する工程を行なったが、本発明の別の局面に従えば、複合磁性粒子と不可避的不純物とのみからなる成形体を形成する工程を含み、複合磁性粒子を形成後、その複合磁性粒子を加圧成形することによって成形体を形成する製造方法をも採用することができる。この場合、得られる軟磁性材料の単位体積に占める複合磁性粒子の割合が高いため、小さい外部磁界で高い磁束密度を効率良く得ることができる。
【００３２】
なお、実施の形態１に記載の製造方法によって得られた軟磁性材料を、チョークコイル、スイッチング電源素子および磁気ヘッドなどの電子部品、各種モータ部品、自動車用ソレノイド、各種磁気センサならびに各種電磁弁などに使用することができる。
【００３３】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を示す。
【００３４】
鉄系粉末９９．９質量部とポリフェニレンサルファイド０．１質量部とを、ボールミルを用いて３６ｒｐｍで２時間混合し、得られた混合粉末を金型に入れて圧縮成形した。成形方法としては、窒素ガス雰囲気中、面圧９ｔ／ｃｍ２で、密度が７．５ｇ／ｃｍ３となるようプレスし、「プレス体」サンプルを得た。なお、鉄系粉末としては、リンと鉄とを含む金属酸化物被膜を有するヘガネス社製の商品名「ソマロイ５００」を使用した。この粉末は、鉄粉の平均粒径が１５０μｍ以下であり、リン酸化合物被膜の平均厚みは２０ｎｍである。またポリフェニレンサルファイドとしては、ガラス転移点が約８５℃、融点が約２８５℃である大日本インキ化学工業（株）製の商品名「ＦＺ−２２００」を用いた。
【００３５】
「プレス体」に、窒素ガス雰囲気中、温度３００℃で１Ｈ（１Ｈ＝１時間、以下同様）第１の熱処理を行なって焼成し、「焼成後」サンプルを得た。さらに、「焼成後」サンプルに４００℃×１０Ｈ、４００℃×１００Ｈ、４５０℃×１０Ｈ、４５０℃×１００Ｈ、５００℃×１０Ｈ、５００℃×１００Ｈの６条件で第２の熱処理を行ない、「４００℃１０Ｈ」、「４００℃１００Ｈ」、「４５０℃１０Ｈ」、「４５０℃１００Ｈ」、「５００℃１０Ｈ」、「５００℃１００Ｈ」の６サンプルを得た。
【００３６】
各々の軟磁性材料サンプルの保磁力、最大透磁率を常温にて測定した。図１は実施例に係る軟磁性材料の保磁力を示す図、図２は実施例に係る軟磁性材料の最大透磁率を示す図である。測定用サンプルは内径２５ｍｍ、外径３５ｍｍ、厚み５ｍｍのリング片の試験片とし、磁場を印加するコイルの１次巻き数を３００回、２次巻き数を２０回として、２次コイルの出力を測定した。
【００３７】
５０Ｈｚ〜１０００００Ｈｚの範囲で周波数を変えた１００（エルステッド）（＝８．０×１０３（Ａ／ｍ））の交流磁場を常温で印加し、各周波数における透磁率μＡを測定した。得られたμＡの値を、交流磁場の周波数が５０Ｈｚのときの透磁率μＢを１とした相対値で表した。図３は実施例に係る軟磁性材料の透磁率（μＡ／μＢ）を示す図である。また、交流磁場の周波数を５０Ｈｚから高周波数側に変化させた場合に、透磁率μＡが透磁率μＢの５％減となる周波数（Ｈｚ）を求めた。図４は実施例に係る軟磁性材料において透磁率μＡが透磁率μＢの５％減となる周波数を示す図である。
【００３８】
図１および図２から分かるように、本発明に係る製造方法により２回の熱処理を行なったサンプルは、６つの熱処理条件すべてにおいて、「焼成後」と比較して低い保磁力と高い最大透磁率を有する。なお、図３、図４から分かるように、本発明に係る製造方法により２回の熱処理を行なったサンプルは、印加する交流磁場の周波数を高くした際の透磁率の低下挙動自体、および５０Ｈｚにおける透磁率の５％減の透磁率となる周波数には「焼成後」と比べて優位性は見られない。しかし、本発明に係る軟磁性材料において、熱処理による効果は最大透磁率の著しい向上という点で十分得られており、優れた磁気的性能を有していることが確認できる。
【００３９】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、低い保磁力と高い透磁率を示し、優れた磁気的特性を有する軟磁性材料を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に係る軟磁性材料の保磁力を示す図である。
【図２】実施例に係る軟磁性材料の最大透磁率を示す図である。
【図３】実施例に係る軟磁性材料の透磁率（μＡ／μＢ）を示す図である。
【図４】実施例に係る軟磁性材料において透磁率μＡが透磁率μＢの５％減となる周波数を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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