(57)【要約】【課題】  所望の磁気的特性が得られる軟磁性材料の製造方法、軟磁性粉末および圧粉磁心を提供する。【解決手段】  軟磁性材料の製造方法は、複数の軟磁性粒子１０を含む軟磁性粉末を準備する工程と、軟磁性粉末をエッチングすることによって、軟磁性粒子１０の表面１０ａを除去する工程と、エッチングする工程の後、粉末状の軟磁性粉末を４００℃以上９００℃以下の温度で熱処理をする工程とを備える。【選択図】        図２
2005281805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の軟磁性粒子を含む軟磁性粉末を準備する工程と、
前記軟磁性粉末をエッチングすることによって、前記軟磁性粒子の表面を除去する工程と、
前記エッチングする工程の後、粉末状の前記軟磁性粉末を４００℃以上９００℃以下の温度で第１の熱処理をする工程とを備える、軟磁性材料の製造方法。
【請求項２】
前記エッチングする工程の後、前記軟磁性粉末は、１０μｍ以上４００μｍ以下の範囲にのみ実質的に存在する粒度分布を有する、請求項１に記載の軟磁性材料の製造方法。
【請求項３】
前記エッチングする工程は、前記準備する工程により準備された軟磁性粉末の平均粒径に対して、平均粒径が９０％以上の値に低減する範囲で、前記軟磁性粒子の表面を除去する工程を含む、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】
請求項１から３のいずれか１項に記載の軟磁性材料の製造方法を用いて作製された軟磁性粉末であって、
前記準備する工程により準備された軟磁性粉末の保磁力に対して、７０％以下の値に低減された保磁力を有する、軟磁性粉末。
【請求項５】
前記第１の熱処理をする工程の後、前記複数の軟磁性粒子の各々に絶縁被膜を形成する工程と、
前記絶縁被膜が形成された前記複数の軟磁性粒子を加圧成形することによって、成形体を形成する工程とをさらに備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の軟磁性材料の製造方法。
【請求項６】
前記成形体を形成する工程の前に、前記軟磁性粉末に有機物を添加する工程をさらに備える、請求項５に記載の軟磁性材料の製造方法。
【請求項７】
前記成形体を、３０℃以上前記絶縁被膜の熱分解温度未満の温度で第２の熱処理をする工程をさらに備える、請求項５または６に記載の軟磁性材料の製造方法。
【請求項８】
請求項７に記載の軟磁性材料の製造方法を用いて作製され、１．０×１０２Ａ／ｍ以下の保磁力を有する、圧粉磁心。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的には、軟磁性材料の製造方法、軟磁性粉末および圧粉磁心に関し、より特定的には、絶縁被膜によって覆われた複数の軟磁性粒子を備える軟磁性材料の製造方法、軟磁性粉末および圧粉磁心に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モーターコアやトランスコアなどの電気電子部品において高密度化および小型化が図られており、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の作製に使用される軟磁性材料であって、特に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。
【０００３】
このような軟磁性材料に関して、たとえば、特開２００２−２４６２１９号公報には、高い温度環境下の使用に際しても磁気特性が維持できることを目的とした圧粉磁心およびその製造方法が開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された圧粉磁心の製造方法によれば、まず、リン酸被膜処理アトマイズ鉄粉に所定量のポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ樹脂）を混合し、これを圧縮成形する。得られた成形体を空気中において温度３２０℃で１時間加熱し、さらに温度２４０℃で１時間加熱する。その後、冷却することによって圧粉磁心を作製する。
【特許文献１】特開２００２−２４６２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように作製された圧粉磁心の内部に、多数の結晶不連続点（転位、粒界、欠陥）が存在する場合、これらの結晶不連続点は磁壁移動（磁束変化）の妨げとなるため、圧粉磁心の透磁率を低下させ、保磁力を増大させる原因となる。特許文献１に開示された圧粉磁心では、二度に渡って成形体に実施される熱処理によっても内部に存在する結晶不連続点が十分に解消されていない。このため、得られた圧粉磁心の実効透磁率は、周波数やＰＰＳ樹脂の含有量によっても変化するが、常に４００以下の低い値にとどまっている。
【０００５】
また、圧粉磁心の内部に存在する結晶不連続点を十分に低減させるため、成形体に実施する熱処理の温度を１０００℃以上の高温にすることが考えられる。しかし、アトマイズ鉄粉を覆うリン酸化合物は、耐熱性に劣っているため、温度を高く設定すると熱処理時に劣化する。これにより、リン酸被膜処理アトマイズ鉄粉の粒子間渦電流損が増大し、圧粉磁心の透磁率が低下するおそれが生じる。
【０００６】
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、所望の磁気的特性が得られる軟磁性材料の製造方法、軟磁性粉末および圧粉磁心を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
圧粉磁心の内部に存在する結晶不連続点には、軟磁性粉末の加圧成形時に導入される転位に代表される歪みのほか、軟磁性粒子の表面に沿って形成される表層微結晶の粒界や、軟磁性粒子の内部に形成される副結晶の粒界が含まれる。これらの結晶粒界は、たとえば、軟磁性粉末を作製するためのアトマイズ工程時において、軟磁性粉末を強制急冷する際の熱応力歪みによって形成される。
【０００８】
これらの結晶粒界は、軟磁性粉末の保磁力を著しく増大させる因子となっている。しかし、これらの結晶粒界は、元々エネルギー的に安定しているため、たとえば１０００℃以上の高温の熱処理によってしか解消させることできない。そこで、発明者等は、軟磁性粒子の表面に沿って形成されている表層微結晶に注目することで、比較的低い温度の熱処理であっても保磁力を十分に低減させることができる本発明を完成させるに至った。
【０００９】
この発明の１つの局面に従った軟磁性材料の製造方法は、複数の軟磁性粒子を含む軟磁性粉末を準備する工程と、軟磁性粉末をエッチングすることによって、軟磁性粒子の表面を除去する工程と、エッチングする工程の後、粉末状の軟磁性粉末を４００℃以上９００℃以下の温度で第１の熱処理をする工程とを備える。
【００１０】
このように構成された軟磁性材料の製造方法によれば、第１の熱処理の前に予め、軟磁性粉末をエッチングすることによって、表層微結晶が形成された軟磁性粒子の表面を取り除くことができる。これにより、表層微結晶の粒界が存在しない軟磁性粉末に対して第１の熱処理を実施できるため、第１の熱処理によって、残る結晶不連続点を効果的に消滅させることができる。結果、保磁力が十分に小さい軟磁性粉末を得ることができる。
【００１１】
この際、熱処理の温度を４００℃以上にすることにより、第１の熱処理による上述の効果を十分に得ることができる。また、熱処理の温度を９００℃以下にすることにより、熱処理時に軟磁性粉末が焼結し、固まってしまうことを防止できる。軟磁性粉末が焼結すると、固まった軟磁性粉末を機械的に細かくする必要があり、この際に軟磁性粒子の内部に新たな歪みを発生させるおそれが生じる。このため、熱処理の温度を９００℃以下にすることによって、このようなおそれを回避することができる。
【００１２】
また好ましくは、エッチングする工程の後、軟磁性粉末は、１０μｍ以上４００μｍ以下の範囲にのみ実質的に存在する粒度分布を有する。このように構成された軟磁性材料の製造方法によれば、軟磁性粉末の粒径分布を１０μｍ以上にすることで、「表面エネルギーによる応力歪み」の影響を抑制することができる。ここで言う「表面エネルギーによる応力歪み」とは、軟磁性粒子の表面に存在する歪みや欠陥に起因して発生する応力歪みのことであり、その存在は、磁壁の移動を妨げる原因となる。このため、この影響を抑制することによって、軟磁性粉末の保磁力を小さくすることができる。加えて、粒径分布を１０μｍ以上にすることで、軟磁性粉末が固まった状態になることを防止できる。また、粒径分布を４００μｍ以下にすることで、本発明による製造方法を用いて圧粉磁心を作製した場合に、圧粉磁心の粒子内渦電流損を低減させることができる。これにより、粒子内渦電流損に起因する圧粉磁心の鉄損を低減させることができる。
【００１３】
また好ましくは、エッチングする工程は、準備する工程により準備された軟磁性粉末の平均粒径に対して、平均粒径が９０％以上の値に低減する範囲で、軟磁性粒子の表面を除去する工程を含む。このように構成された軟磁性材料の製造方法によれば、軟磁性粒子が元々の平均粒径に対して小さくなりすぎて、形状反磁界の影響が大きくなることを防止でき、また「表面エネルギーによる応力歪み」の影響が増大することを防止できる。これにより、得られる軟磁性粉末の保磁力を小さくすることができる。
【００１４】
この発明に従った軟磁性粉末は、上述のいずれかに記載の軟磁性材料の製造方法を用いて作製された軟磁性粉末である。この軟磁性粉末は、準備する工程により準備された軟磁性粉末の保磁力に対して、７０％以下の値に低減された保磁力を有する。本発明による軟磁性材料の製造方法を用いることによって、軟磁性粉末の保磁力を元々の値から７０％以下の値に低減させることができる。
【００１５】
また好ましくは、軟磁性材料の製造方法は、第１の熱処理をする工程の後、複数の軟磁性粒子の各々に絶縁被膜を形成する工程と、絶縁被膜が形成された複数の軟磁性粒子を加圧成形することによって、成形体を形成する工程とをさらに備える。このように構成された軟磁性材料の製造方法によれば、第１の熱処理の後に絶縁被膜を形成するため、第１の熱処理によって絶縁被膜が劣化するということがない。
【００１６】
また、結晶不連続点が十分に解消された軟磁性粉末を用いて成形体を形成するため、成形体の内部に存在する結晶不連続点は、そのほとんどが加圧成形時に生じる歪みによるものとなる。このため、成形体の内部に存在する結晶不連続点を少なくすることができる。さらに、結晶不連続点が低減された軟磁性粒子は、加圧成形時に変形しやすい状態になっている。このため、複数の軟磁性粒子が互いに隙間なく噛み合った状態の成形体を得ることができ、成形体の密度を大きくすることができる。
【００１７】
また好ましくは、軟磁性材料の製造方法は、成形体を形成する工程の前に、軟磁性粉末に有機物を添加する工程をさらに備える。このように構成された軟磁性材料の製造方法によれば、加圧成形時、絶縁被膜が形成された軟磁性粒子の各々の間には、有機物が介在する。このため、有機物は、加圧成形時に潤滑剤としての機能を発揮し、絶縁被膜が破壊されることを抑制する。また、加圧成形後において、有機物は、軟磁性粒子を互いに接合する役割を果たす。これにより、成形体の強度を向上させることができる。
【００１８】
また好ましくは、軟磁性材料の製造方法は、成形体を、３０℃以上絶縁被膜の熱分解温度未満の温度で第２の熱処理をする工程をさらに備える。このように構成された軟磁性材料の製造方法によれば、第２の熱処理によって、成形体の内部に存在する結晶不連続点を低減させることができる。この際、第１の熱処理によって、軟磁性粉末の内部に存在する結晶不連続点は、予め十分に低減されている。このため、成形体の内部に存在する結晶不連続点は、そのほとんどが加圧成形時に生じた歪みによるものである。したがって、絶縁被膜の熱分解温度未満、たとえば、リン酸系絶縁被膜の場合では５００℃未満という比較的低い熱処理温度であっても、成形体の内部に存在する歪みを十分に低減させることができる。
【００１９】
加えて、第２の熱処理では、熱処理時の温度が絶縁被膜の熱分解温度未満であるため、軟磁性粒子を取り囲む絶縁被膜が劣化することを抑制できる。これにより、適切に保護された絶縁被膜によって、軟磁性粒子間で発生する粒子間渦電流損を低減させることができる。また、熱処理温度を３０℃以上とすることで、第２の熱処理による上述の効果を一定の水準で得ることができる。
【００２０】
この発明に従った圧粉磁心は、上述の軟磁性材料の製造方法を用いて作製された圧粉磁心である。圧粉磁心は、１．０×１０２Ａ／ｍ以下の保磁力を有する。このように構成された圧粉磁心によれば、保磁力が十分に小さいため、圧粉磁心のヒステリシス損を低減させることができる。これにより、鉄損に占めるヒステリシス損の割合が大きくなる低周波領域においても、圧粉磁心を有効に利用することができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、この発明に従えば、所望の磁気的特性が得られる軟磁性材料の製造方法、軟磁性粉末および圧粉磁心を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は、この発明の実施の形態における軟磁性材料の製造方法を用いて作製された圧粉磁心の断面を示す模式図である。図１を参照して、圧粉磁心は、軟磁性粒子１０と、軟磁性粒子１０の表面を取り囲む絶縁被膜２０とから構成された複数の複合磁性粒子３０を備える。複数の複合磁性粒子３０の間には、有機物４０が介在している。複数の複合磁性粒子３０の各々は、有機物４０によって接合されていたり、複合磁性粒子３０が有する凹凸の噛み合わせによって接合されている。有機物４０は、複合磁性粒子３０同士を強固に接合して、圧粉磁心の強度を向上させている。
【００２４】
軟磁性粒子１０は、たとえば、鉄（Ｆｅ）、鉄（Ｆｅ）−シリコン（Ｓｉ）系合金、鉄（Ｆｅ）−窒素（Ｎ）系合金、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）系合金、鉄（Ｆｅ）−炭素（Ｃ）系合金、鉄（Ｆｅ）−ホウ素（Ｂ）系合金、鉄（Ｆｅ）−コバルト（Ｃｏ）系合金、鉄（Ｆｅ）−リン（Ｐ）系合金、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）系合金および鉄（Ｆｅ）−アルミニウム（Ａｌ）−シリコン（Ｓｉ）系合金などから形成することができる。軟磁性粒子１０は、金属単体でも合金でもよい。
【００２５】
絶縁被膜２０は、たとえば、軟磁性粒子１０をリン酸処理することによって形成されている。また好ましくは、絶縁被膜２０は、酸化物を含有する。この酸化物を含有する絶縁被膜２０としては、リンと鉄とを含むリン酸鉄の他、リン酸マンガン、リン酸亜鉛、リン酸カルシウム、リン酸アルミニウム、酸化シリコン、酸化チタン、酸化アルミニウムまたは酸化ジルコニウムなどの酸化物絶縁体を使用することができる。絶縁被膜２０は、図中に示すように１層に形成されていても良いし、多層に形成されていても良い。
【００２６】
絶縁被膜２０は、軟磁性粒子１０間の絶縁層として機能する。軟磁性粒子１０を絶縁被膜２０で覆うことによって、圧粉磁心の電気抵抗率ρを大きくすることができる。これにより、軟磁性粒子１０間に渦電流が流れるのを抑制して、渦電流に起因する圧粉磁心の鉄損を低減させることができる。
【００２７】
有機物４０としては、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や、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や、高分子量ポリエチレン、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸カルシウム、パルミチン酸リチウム、パルミチン酸カルシウム、オレイン酸リチウムおよびオレイン酸カルシウムなどの高級脂肪酸を用いることができる。また、これらを互いに混合して用いることもできる。なお、高分子量ポリエチレンとは、分子量が１０万以上のポリエチレンをいう。
【００２８】
図２および図５から図８は、図１中の圧粉磁心を製造する各工程において、得られる軟磁性粒子の状態を示す模式図である。続いて、図２から図８を用いて、本実施の形態における軟磁性材料の製造方法について説明を行なう。
【００２９】
図２を参照して、まず、アトマイズ法を用いて、複数の軟磁性粒子１０から構成される軟磁性粉末を作製する。より具体的には、溶解された原料金属を、高圧の水を利用して噴霧しながら急冷することによって粉末状とし、複数の軟磁性粒子１０を作製する。このような急冷工程を経て得られた軟磁性粒子１０には、結晶間に延びる結晶粒界５１のほかに、表面１０ａに沿って所定の深さで形成された表層微結晶５７と、表層微結晶５７間に延びる表層微結晶粒界５３と、軟磁性粒子１０の内部に形成された副結晶５６と、副結晶５６間に延びる副結晶粒界５２とが存在する。なお、軟磁性粉末を作製する方法は、水アトマイズ法に限定されず、ガスアトマイズ法であっても良い。
【００３０】
図３は、図２中に模式的に示した軟磁性粒子のＳＥＭ−ＥＢＳＰ像（scanning electron microscope−electron back scattering pattern）写真である。図４は、図３中の２点鎖線ＩＶで囲まれた範囲を示す軟磁性粒子の拡大図である。図中には、水アトマイズ法により作製された純度９９．８％以上のアトマイズ鉄粉が示されている。図３および図４を参照して、水アトマイズ法を用いた場合、１００μｍ程度の直径を有する軟磁性粒子１０では、その表面から１００ｎｍから２５０ｎｍ程度の深さに渡って表層微結晶５７が形成される。一方、ガスアトマイズ法を用いて軟磁性粉末を作製した場合、表層微結晶が形成される深さは、比較的浅くなり、１００μｍ程度の直径に対して１０ｎｍ前後の深さとなる。但し、ここに挙げた表層微結晶が形成される深さは一例であり、軟磁性粒子の材質や粒径、軟磁性粉末を作製する条件等によって変化する。
【００３１】
図５を参照して、次に、塩化水素（ＨＣｌ）水溶液（塩酸）に軟磁性粉末を投入し、所定時間、攪拌処理することによって、軟磁性粉末にエッチング処理を行なう。この場合、塩酸のほかに、リン酸（Ｈ３ＰＯ４）、硝酸（ＨＮＯ３）、硫酸（Ｈ２ＳＯ４）およびこれらの混合液を用いることもできる。また、これらの水溶液を用いた酸処理のほかに、たとえば、イオンミリング装置を用いて実施するアルゴンイオンミリング法や、プラズマ中にて反応性ガスの活性種を用いる反応性イオンエッチング法などを利用することもできる。
【００３２】
このようなエッチング処理により、表面１０ａから所定の深さに渡って、軟磁性粒子１０の表面が除去され、これに伴い、軟磁性粒子１０に形成されていた表層微結晶５７が軟磁性粒子１０から取り除かれる。この際、エッチング処理後の軟磁性粉末の平均粒径が、エッチング処理前の軟磁性粉末の平均粒径の９０％以上の値となるように、エッチング処理を実施することが好ましい。ここで言う平均粒径とは、レーザー散乱回折法など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。
【００３３】
またエッチング処理後において、軟磁性粒子１０の粒径は、１０μｍ以上４００μｍ以下の範囲にのみ実質的に分布していることが好ましい。この場合、エッチング処理後の軟磁性粉末から、適当なメッシュ粗さの篩を用いて、１０μｍ未満の粒径を有する粒子と４００μｍを超える粒径を有する粒子とを強制的に排除すれば良い。軟磁性粒子１０の粒径は、７５μｍ以上３５５μｍ以下の範囲にのみ実質的に分布していることがさらに好ましい。
【００３４】
次に、エッチング処理された軟磁性粉末を水洗し、その後、アセトンにより水分を置換することによって、軟磁性粉末を乾燥させる。
【００３５】
図６を参照して、次に、軟磁性粉末を４００℃以上９００℃以下の温度で、たとえば１時間、熱処理する。熱処理の温度は、７００℃以上９００℃以下であることがさらに好ましい。この熱処理によって、軟磁性粒子１０の内部に形成されている副結晶粒界５２や、軟磁性粒子１０の新たな表面１０ｂに表層微結晶が残存している場合には、その表層微結晶による結晶粒界を解消させる。この際、先の工程で実施したエッチング処理により、表層微結晶の全てまたはその大部分が予め除去されているため、軟磁性粒子１０の内部に存在する結晶不連続点を効果的に解消することができる。
【００３６】
図７を参照して、軟磁性粒子１０の表面１０ｂに絶縁被膜２０を形成し、複合磁性粒子３０を作製する。次に、得られた複合磁性粒子３０に有機物４０を添加し、これらを混合することによって混合粉末を得る。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。
【００３７】
次に、得られた混合粉末を金型に入れ、たとえば、７００ＭＰａから１５００ＭＰａまでの圧力で加圧成形する。これにより、混合粉末が圧縮されて成形体が得られる。加圧成形する雰囲気は、不活性ガス雰囲気または減圧雰囲気とすることが好ましい。この場合、大気中の酸素によって混合粉末が酸化されるのを抑制できる。この加圧成形によって、軟磁性粒子１０には、歪み６１が新たに形成される。
【００３８】
この際、軟磁性粒子１０の内部に元々、存在する表層微結晶粒界５３や副結晶粒界５２は、図５を用いて説明したエッチング処理や図６を用いて説明した熱処理によって、その大部分が消滅させられている。このため、複合磁性粒子３０は、加圧成形時において変形しやすい状態とされている。このため、図１に示すように複数の複合磁性粒子３０が互いに噛み合った隙間のない状態に成形体を形成することができる。これにより、成形体の密度を大きくし、高い透磁率を得ることができる。また、有機物４０は、隣り合う複合磁性粒子３０間に位置して潤滑剤として機能し、複合磁性粒子３０同士が擦れ合って絶縁被膜２０が破壊されることを防止する。
【００３９】
図８を参照して、次に、加圧成形によって得られた成形体を、３０℃以上絶縁被膜２０の熱分解温度未満の温度で熱処理する。絶縁被膜２０の熱分解温度は、たとえばリン酸系絶縁被膜の場合、５００℃である。
【００４０】
この際、軟磁性粒子１０の内部に元々、存在する表層微結晶粒界５３や副結晶粒界５２は、その大部分が消滅させられているため、加圧成形後においても、成形体の内部に存在する結晶不連続点の量は、比較的少ない。また、加圧成形時、軟磁性粒子１０の内部には結晶不連続点がほとんど存在しないため、新たな歪み６１は、これらの結晶不連続点と複雑に絡み合うことなく形成されている。これらの理由から、絶縁被膜２０の熱分解温度未満という比較的低い温度で熱処理しているにもかかわらず、成形体の内部に存在する結晶不連続点を、容易に低減させることができる。
【００４１】
また、成形体に対する熱処理は絶縁被膜２０の熱分解温度未満の温度で実施されているため、熱処理によって絶縁被膜２０が劣化するということがない。これにより、熱処理後においても絶縁被膜２０が軟磁性粒子１０を覆う状態が保持され、絶縁被膜２０によって軟磁性粒子１０間に渦電流が流れるのを確実に抑制することができる。さらに好ましくは、加圧成形によって得られた成形体を、３０℃以上３００℃以下の温度で熱処理する。この場合、絶縁被膜２０の劣化をさらに抑制することができる。
【００４２】
その後、得られた成形体に押出し加工や切削加工など適当な加工を施すことによって、図１中に示す圧粉磁心が完成する。
【００４３】
この発明の実施の形態における軟磁性材料の製造方法は、複数の軟磁性粒子１０を含む軟磁性粉末を準備する工程と、軟磁性粉末をエッチングすることによって、軟磁性粒子１０の表面１０ａを除去する工程と、エッチングする工程の後、粉末状の軟磁性粉末を４００℃以上９００℃以下の温度で熱処理をする工程とを備える。
【００４４】
このように構成された軟磁性材料の製造方法によれば、加圧成形前の軟磁性粒子１０に対して、エッチング処理を行ない、さらに所定の温度範囲で熱処理を実施することによって、結晶不連続点が十分に解消された圧粉磁心を作製することができる。これにより、圧粉磁心のヒステリシス損を低減することができる。また、軟磁性粉末に対する熱処理は、軟磁性粒子１０に絶縁被膜２０を形成する前に行なわれるため、その熱処理によって絶縁被膜２０が劣化するということがない。さらに、成形体に対する熱処理は、絶縁被膜２０の熱分解温度未満の温度で実施されているため、その熱処理によって絶縁被膜２０が劣化することも抑制されている。このため、絶縁被膜２０を軟磁性粒子１０間の絶縁層として十分に機能させ、圧粉磁心の渦電流損を低減させることができる。結果、ヒステリシス損および渦電流損の低減を通じて、圧粉磁心の鉄損を大幅に小さくすることができる。
【実施例】
【００４５】
以下に説明する実施例によって、本発明における軟磁性材料の製造方法の評価を行なった。
【００４６】
（実施例１）
まず、実施の形態に記載の製造方法に従って、軟磁性粉末に対してエッチング処理を行なった。この際、軟磁性粒子１０としては、純度９９．８％以上の水アトマイズ鉄粉（ヘガネス社製の商品名「ＡＢＣ１００．３０」）を用いた。また、エッチング処理は、３質量％の濃度の塩化水素水溶液（６００ｃｍ３）を準備し、その水溶液に２００ｇの軟磁性粉末を投入し、攪拌処理することによって実施した。この際、攪拌時間を１０分間から３００分間の範囲で変化させ、エッチング条件の異なる複数の軟磁性粉末を作製した。また、比較のため、エッチング処理を実施しない軟磁性粉末も準備した。
【００４７】
このように作製された軟磁性粉末の平均粒径と保磁力とを測定した。保磁力の測定に際しては、まず、樹脂バインダーを用いて軟磁性粉末を固め、ペレット（直径２０ｍｍ、厚み５ｍｍ）を作製した。そのペレットに対して、１（Ｔ：テスラ）→−１Ｔ→１Ｔ→−１Ｔの磁場を順に印加するとともに、試料振動型磁力計（ＶＳＭ）を用いてそのときのＢ（磁場）Ｈ（磁界）ループの形状を特定した。そして、このＢＨループの形状からペレットの保磁力を算出し、その値を軟磁性粉末の保磁力とした。
【００４８】
次に、軟磁性粉末に対して、水素気流中、温度８５０℃、１時間の条件で、熱処理を実施した。熱処理後の軟磁性粉末の保磁力を、上述と同様の方法により測定した。
【００４９】
次に、軟磁性粉末に被膜処理を実施し、軟磁性粒子１０の表面に絶縁被膜２０としてのリン酸鉄被膜を形成した。被膜処理された軟磁性粉末に、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ樹脂）を、軟磁性粉末に対して１質量％の割合で添加し、これらを混合した。得られた混合粉末を面圧１３ｔｏｎ／ｃｍ２でプレス成形し、リング状（外径３４ｍｍ、内径２０ｍｍ、厚み５ｍｍ）の成形体を作製した。得られた成形体にコイル（１次巻き数が３００回、２次巻き数が２０回）を設け、磁場を印加することによって、成形体の保磁力および透磁率を測定した。
【００５０】
次に、成形体に対して、窒素気流中、温度５５０℃、１時間の条件で熱処理を実施した。熱処理後の成形体の保磁力および透磁率を、上述と同様の方法により測定した。以上の測定により得られた軟磁性粉末および成形体の保磁力、透磁率の値を表１に示した。
【００５１】
【表１】
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【００５２】
表１を参照して分かるように、攪拌時間を６０分以下とした軟磁性粉末では、エッチング処理を行なう前の平均粒径に対して９０％以上の値に維持された平均粒径が得られた。この場合、エッチング処理を行なわなかった軟磁性粉末と比較して、熱処理後の保磁力を小さくすることができた。また特に、攪拌時間が３０分から４０分の範囲で、より効果的に保磁力を小さくすることができた。なお、攪拌時間が６０分間以上の範囲で、攪拌時間の増加とともに保磁力が増大したのは、軟磁性粒子１０の粒径が小さくなりすぎて、形状反磁界や表面エネルギーによる応力歪みの影響が、エッチングにより表層微結晶粒界を解消した効果を上回ったためと考えられる。
【００５３】
より詳細には、加工を行なわなかった場合、軟磁性粉末の元々の保磁力は、２．８６（Ｏｅ：エルステッド）であり、熱処理を実施することによって、その保磁力が、７７％程度の２．２０（Ｏｅ）となった。一方、エッチング時に３０分間の攪拌処理を行なった場合、熱処理後の保磁力は、２．８６（Ｏｅ）に対して６８％程度の値の１．９５（Ｏｅ）となった。これにより、本発明に従えば、軟磁性粉末の保磁力を７０％以下の値まで低減できることを確認できた。
【００５４】
このような軟磁性粉末の保磁力の低減と相伴って、加圧成形によって得られた成形体およびさらに熱処理が実施された成形体の保磁力を小さくし、透磁率を大きくすることができた。特に加工時間を３０分から４０分の範囲とした場合には、熱処理後の成形体の保磁力を、１．３０（Ｏｅ）（＝１．０×１０２Ａ／ｍ）以下の値まで小さくすることができた。
【００５５】
（実施例２）
本実施例では、実施例１で使用した、エッチング処理を実施しなかった軟磁性粉末と、エッチング処理時の攪拌時間を３０分とした軟磁性粉末とに対して、水素気流中、１時間の条件で、熱処理温度を変化させて熱処理を行なった。その後、それぞれの熱処理温度で処理された軟磁性粉末の保磁力を、実施例１と同様の方法により測定した。図９は、この発明の実施例２において、熱処理温度と軟磁性粉末の保磁力との関係を示すグラフである。測定により得られた保磁力の値を表２に示すとともに、図９にその値をプロットして示した。
【００５６】
【表２】
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【００５７】
表２および図９を参照して、熱処理温度を９００℃にした場合、熱処理によって軟磁性粉末が軽く固まり、軽微な粉砕加工を行なう必要が生じた。結果、測定された保磁力の値が大きくなった。また、熱処理温度を９００℃を超える値とした場合には、粉砕不可能なほどに軟磁性粉末が堅く固まる場合が生じた。また、粉砕できた場合にも、測定された保磁力の値が大きく増大した。このことから、軟磁性粉末に行なう熱処理時の温度を、９００℃以下の温度、たとえば実施例１で実施したように８５０℃に設定することで、軟磁性粉末の保磁力の低減が図られることを確認できた。
【００５８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】この発明の実施の形態における軟磁性材料の製造方法を用いて作製された圧粉磁心の断面を示す模式図である。
【図２】図１中の圧粉磁心を製造するアトマイズ工程において、得られる軟磁性粒子の状態を示す模式図である。
【図３】図２中に模式的に示した軟磁性粒子のＳＥＭ−ＥＢＳＰ像写真である。
【図４】図３中の２点鎖線ＩＶで囲まれた範囲を示す軟磁性粒子の拡大図である。
【図５】図１中の圧粉磁心を製造するエッチング工程において、得られる軟磁性粒子の状態を示す模式図である。
【図６】図１中の圧粉磁心を製造する第１の熱処理工程において、得られる軟磁性粒子の状態を示す模式図である。
【図７】図１中の圧粉磁心を製造する加圧成形工程において、得られる軟磁性粒子の状態を示す模式図である。
【図８】図１中の圧粉磁心を製造する第２の熱処理工程において、得られる軟磁性粒子の状態を示す模式図である。
【図９】この発明の実施例２において、熱処理温度と軟磁性粉末の保磁力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６０】
１０  軟磁性粒子、１０ａ  表面、２０  絶縁被膜、３０  複合磁性粒子、４０  有機物。
【図１】
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【図２】
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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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【図９】
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【図３】
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【図４】
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