(57)【要約】【課題】高温磁気焼鈍による鉄損の増大を抑制し、高磁束密度、高透磁率、高強度の圧粉磁心を得る。【解決手段】軟磁性金属粉２と、軟磁性金属粉２の表面を被覆する酸化物からなる第一絶縁被膜３と、第一絶縁被膜３の表面を被覆する膨潤性層状粘土鉱物からなる第二絶縁被膜４とを有する被覆金属粉１を用いて、圧粉磁心を作製する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟磁性金属粉と、前記軟磁性金属粉の表面を被覆する酸化物からなる第一絶縁被膜と、前記第一絶縁被膜の表面を被覆する膨潤性層状粘土鉱物からなる第二絶縁被膜とを有する被覆金属粉。
【請求項２】
請求項１に記載の被覆金属粉を含む原料粉末を用いて形成された圧粉磁心。
【請求項３】
軟磁性金属粉に熱処理を施すことにより、前記軟磁性金属粉の表面を被覆する酸化物からなる第一絶縁被膜を形成する工程と、前記第一絶縁被膜の表面に膨潤性層状粘土鉱物の水溶液を付着させて乾燥させることにより、前記膨潤性層状粘土鉱物からなる第二絶縁被膜を形成する工程とを経て行う被覆金属粉の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法で被覆金属粉を形成する工程と、
前記被覆金属粉を含む原料粉末を圧縮成形して圧粉体を得る圧粉工程と、
前記圧粉体を６００℃以上の温度で焼鈍処理する磁気焼鈍工程とを経て行う圧粉磁心の製造方法。
【請求項５】
前記第一絶縁被膜を形成する工程において、前記軟磁性金属粉の熱処理温度を２５０℃〜４５０℃の範囲内とする請求項４に記載の圧粉磁心の製造方法。
【請求項６】
前記磁気焼鈍工程における焼鈍温度を７５０℃未満とする請求項４又は５に記載の圧粉磁心の製造方法。
【請求項７】
前記圧粉工程における成形圧を９８０ＭＰａ以上とする請求項４〜６の何れか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、各種磁気部品のコアとして利用される圧粉磁心、及びこれに用いられる被覆金属粉、並びにこれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧粉磁心とは、絶縁被膜で被覆した軟磁性金属粉（以下、被覆金属粉）を含む原料粉末を圧縮成形して得られる圧粉成形体であり、リアクトル、トランス、チョークコイルなどの磁気部品のコアとして使用される電磁部品である。周知のように、省資源・省エネルギーの観点から、コアの小型化・高効率化が求められており、これらを満たすには高磁束密度・低鉄損といった圧粉磁心の諸特性を向上させる必要がある。鉄損は、主に、軟磁性粉末に対して外部磁場をかけた際に生じるヒステリシス損失と、磁場が発生する際に軟磁性粉末に流れる電流を損失源とする渦電流損失とからなる。渦電流損失は、さらに、軟磁性粉内を流れる電流を損失源とする粒子内渦電流損失と、軟磁性粉間を流れる電流を損失源とする粒子間渦電流損失とに大別される。ヒステリシス損失の低減には、高純度で粗大な軟磁性粉の使用、磁心の高密度化、高温磁気焼鈍の適用が効果的である。渦電流損失の低減には、軟磁性粉間の絶縁確保、微細粉の使用が効果的である。
【０００３】
磁心は、高効率化の要請に伴い、より高周波域での使用が求められている。しかし、ヒステリシス損失は周波数に比例して増加し、渦電流損失は周波数の２乗に比例して大きくなる。したがって、軟磁性粉の種類に関わらず、軟磁性粉の素地が露出しないように絶縁被覆して粒子間渦電流損失を抑制した上で、圧粉磁心の高密度化や高温磁気焼鈍の適用によりヒステリシス損失を低減することが重要となる。軟磁性粉を被覆する絶縁被膜の代表例としては、以下のような例がある。
【０００４】
特許文献１では、リン酸塩を絶縁被膜材に用いている。この被膜は水溶液プロセスで化学的に形成される絶縁皮膜であり、軟磁性粉との密着性が高いため、高圧成形時に剥離する懸念が少なく、かつ高密度に成形できるメリットがある。
【０００５】
特許文献２では、リン酸カルシウムを絶縁被膜材に用いている。この被膜も、水溶液プロセスで化学的に形成される絶縁被膜であり、軟磁性粉との密着性が高いというメリットがある。
【０００６】
特許文献３、４では、軟磁性粉の表面をシリコーン樹脂で被覆している。この場合、８００℃程度の高温磁気焼鈍を施しても高絶縁性を維持でき、かつ高強度な圧粉磁心を得ることができる。
【０００７】
特許文献５では、膨潤性層状粘土鉱物（膨潤性層状ケイ酸塩）の水溶液を軟磁性表面に付着、乾燥させることで、絶縁被膜を形成している。この場合、１００ｎｍ以下の高い絶縁性を有する薄膜が得られるため、磁心の密度を大きく低下させることなく高絶縁性の圧粉磁心を作製することができる。
【０００８】
特許文献６では、純鉄粉末の表面に、酸化鉄からなる絶縁被膜を形成している。酸化鉄は自発磁化を持つため、酸化鉄以外の絶縁被膜を用いた場合に比べ、圧粉磁心の磁束密度および透磁率が高くなると期待できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第４８２５９０２号公報
【特許文献２】特許第５５６５５９５号公報
【特許文献３】特開２０１４−１１４４８７号公報
【特許文献４】特開２０１４−１１６５２７号公報
【特許文献５】国際公開第２０１３／１１８６７７号
【特許文献６】特許第３６５６９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
圧粉磁心は、高磁束密度、高透磁率、低鉄損、および高強度が求められる。これらの要求を満たすためには、使用する粉末の粒子径の変更、高密度化、高温磁気焼鈍の適用等が有効である。特に、高温磁気焼鈍の適用は、鉄損、具体的に言えばヒステリシス損失の低減に大きな効果があるため、高温磁気焼鈍に耐えうる被膜を選定することが重要な課題と言える。
【００１１】
特許文献１に示されている圧粉磁心は、磁気焼鈍温度が４２０℃であり、十分に成形時の歪を除去できているとは言い難い。また、これよりも高温で磁気焼鈍を施すと、リン酸塩からなる絶縁被膜が劣化し、高鉄損となる恐れがある。
【００１２】
特許文献２に示されているリン酸カルシウムからなる絶縁被膜は、水溶液プロセスで合成しているため、内部構造水が多い。この場合、磁気焼鈍時に絶縁被膜の内部構造水が揮発することで空隙が形成され、磁心の低密度化を招く恐れがある。
【００１３】
特許文献３、４に示されているシリコーン樹脂からなる絶縁被膜は、優れた耐熱性を有しているが、低密度であるため、圧粉磁心に含まれる鉄の体積分率が低下し、磁束密度および透磁率が不足する恐れがある。
【００１４】
特許文献５に示されている膨潤性層状粘土鉱物からなる絶縁被膜は、極めて薄く且つ高絶縁性を有しているが、膨潤性層状粘土鉱物からなる複数の層間に構造水が存在する。このような絶縁被膜を有する被覆金属粉で形成した圧粉体に７００℃以上の高温磁気焼鈍を施すと、膨潤性粘土鉱物の層間の構造水が脱離して絶縁被膜が収縮し、軟磁性粉の被覆率が低下して粒子間渦電流損失が増大する恐れがある。
【００１５】
特許文献６に示されている酸化鉄からなる絶縁被膜に不活性もしくは還元性雰囲気下で磁気焼鈍を施すと、酸化鉄が還元されて、絶縁性が損なわれる恐れがある。一方、上記の絶縁被膜に酸化性雰囲気下で磁気焼鈍を施すと、鉄粉のさらなる酸化、膨張により圧粉磁心に歪が加わり、ヒステリシス損失が増大する恐れがある。
【００１６】
以上のように、上記の各特許文献に示された絶縁被膜では、要求される特性を満たすことができない場合があり、特に、高温磁気焼鈍による鉄損の増大を回避することは難しい。
【００１７】
以上の事情に鑑み、本発明が解決すべき課題は、高温磁気焼鈍による鉄損の増大を抑制し、高磁束密度、高透磁率、高強度の圧粉磁心を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述のように、膨潤性層状粘土鉱物からなる絶縁被膜や酸化物からなる絶縁被膜は、それぞれ単独では高温磁気焼鈍に対する耐久性が十分ではないが、本発明者らの検証によれば、軟磁性金属粉の表面に酸化鉄を第一絶縁被膜として設け、その上にさらに膨潤性層状粘土鉱物を第二絶縁被膜として設けることで、高温磁気焼鈍に耐えうる絶縁被膜が得られることが明らかになった。
【００１９】
すなわち、前記課題を解決するために、本発明は、軟磁性金属粉と、前記軟磁性金属粉の表面を被覆する酸化物からなる第一絶縁被膜と、前記第一絶縁被膜の表面を被覆する膨潤性層状粘土鉱物からなる第二絶縁被膜とを有する被覆金属粉を提供する。また、前記課題を解決するために、本発明は、軟磁性金属粉に熱処理を施すことにより、前記軟磁性金属粉の表面を被覆する酸化物からなる第一絶縁被膜を形成する工程と、前記第一絶縁被膜の表面に膨潤性層状粘土鉱物の水溶液を付着させて乾燥させることにより、前記膨潤性層状粘土鉱物からなる第二絶縁被膜を形成する工程とを経て行う被覆金属粉の製造方法を提供する。
【００２０】
上記の方法で被覆金属粉を形成する工程と、前記被覆金属粉を含む原料粉末を圧縮成形して圧粉体を得る圧粉工程と、前記圧粉体を６００℃以上の温度で焼鈍処理する磁気焼鈍工程とを経て圧粉磁心を製造すれば、高磁束密度、高透磁率、高強度な圧粉磁心を得ることができる。
【００２１】
この場合、２５０℃〜４５０℃の温度で熱処理を施すことにより、前記軟磁性金属粉の表面に前記第一絶縁被膜を形成することが好ましい。また、圧粉磁心の焼鈍処理は、７５０℃未満の温度で行うことが好ましい。さらに、圧粉工程の成形圧は、９８０ＭＰａ以上とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、軟磁性金属粉の表面に、酸化物からなる第一絶縁被膜及び膨潤性層状粘土鉱物からなる第二絶縁被膜を設けることで、圧粉体を高温磁気焼鈍したときの鉄損の増大を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】（ａ）は軟磁性金属粉、（ｂ）は第一被膜で被覆された軟磁性金属粉（予備被覆金属粉）、（ｃ）は第一被膜及び第二被膜で被覆された軟磁性金属粉（被覆金属粉）をそれぞれ模式的に示す断面図である。
【図２】膨潤性層状粘土鉱物からなる第二絶縁被膜が形成される様子を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の効果を確認する試験に用いた試験片（実施例）の諸元及び試験結果を示す表である。
【図４】上記試験に用いた試験片（比較例）の諸元及び試験結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２５】
圧粉磁心は、主に、被覆金属粉１を生成する被覆金属粉生成工程と、被覆金属粉１と他の粉末を混合して原料粉末を得る混合工程と、原料粉末を圧縮成形して圧粉体を得る圧粉工程と、圧粉体に焼鈍処理を施す磁気焼鈍工程とを順に経て製造される。以下、各工程について詳述する。
【００２６】
［被覆金属粉生成工程］
被覆金属粉生成工程では、図１に示すように、軟磁性金属粉２の表面に、第一絶縁被膜３及び第二絶縁被膜４を形成する。軟磁性金属粉２は、例えば、純鉄粉、珪素鋼粉、センダスト、Ｆｅ−Ａｌ合金、パーマロイ、パーメンジュールなどの鉄基合金粉末およびアモルファス粉末、鉄基ナノ結晶から選ばれる一種類もしくはこれらの複合粉を主成分として含む。なおここで言う主成分とは、軟磁性金属粉２のうち５０質量％以上を占める成分のことを言う。
【００２７】
軟磁性金属粉２としては、純鉄粉、特に純度９７％以上の純鉄粉を使用することが好ましい。これは鉄の純度が高いほど損失を低く、また比透磁率を高くすることができるためである。軟磁性金属粉２は、どのような製法で製造されたものであっても構わない。具体的には、水アトマイズ粉、ガスアトマイズ粉、電解粉、還元粉、あるいはカルボニル粉等が使用可能であり、特にアトマイズ粉（ガスアトマイズ粉あるいは水アトマイズ粉）が好ましい。
【００２８】
軟磁性金属粉２は、その粒子径が小さいほど渦電流損失を低減することができる。一方、軟磁性金属粉２の粒子径が大きくなると、比表面積の関係から粒子間の界面が減るため、ヒステリシス損失を低減できる。このため、軟磁性粉の粒子径は、所定の範囲内であることが好ましく、例えば５〜１００μｍの範囲内とされる。なお、本発明でいう粒子径は、レーザー回折・散乱法で測定した値である。
【００２９】
そして、軟磁性金属粉２の表面に、酸化物からなる第一絶縁被膜３を形成して予備被覆金属粉１’を得る（図１（ｂ）参照）。本実施形態では、純鉄粉からなる軟磁性金属粉２を大気圧下で熱処理することで、軟磁性金属粉２の表面が酸化し、酸化鉄からなる第一絶縁被膜３が形成される。この第一絶縁被膜３は、軟磁性金属粉２の表面全体を完全に被覆している。第一絶縁被膜３の膜厚が薄すぎると、粒子間渦電流損失が大きくなって高鉄損化する恐れがあり、第一絶縁被膜３の膜厚が厚すぎると、磁心の低密度化を招き、高ヒステリシス損失となる懸念がある。このため、第一絶縁被膜３の膜厚は、例えば１〜１００ｎｍ、さらには１〜２０ｎｍとすることが好ましい。熱処理温度が３００℃未満では酸化鉄の膜厚が薄すぎ、熱処理温度が４００℃を超えると酸化鉄の膜厚が厚すぎるため、熱処理温度は、３００〜４００℃の範囲であることが好適である。熱処理温度だけでなく、熱処理時間も酸化鉄の膜厚に影響するパラメータであり、熱処理温度に応じて適した処理時間に設定される。例えば、第一絶縁被膜３の膜厚が上記の範囲内となるように、熱処理時間を設定すればよい。具体的に、熱処理温度が３００〜４００℃の場合、処理時間は１０〜９０分の範囲に設定することが好ましい。
【００３０】
その後、予備被覆金属粉１’の表面（すなわち、第一絶縁被膜３の表面）に、膨潤性層状粘土鉱物からなる第二絶縁被膜４を形成して被覆金属粉１を得る（図１（ｃ）参照）。具体的には、予備被覆金属粉１’の表面に、膨潤性粘土鉱物を含む溶液を付着させた後、溶液の液体成分を除去する乾燥処理を施すことにより、予備被覆金属粉１’の表面を被覆する第二絶縁被膜４が形成される。第二絶縁被膜４の膜厚は、これが厚くなるほど高密度の圧粉体、ひいては高い磁気特性（特に透磁率）を有する圧粉磁心を得ることが難しくなる。一方、第二絶縁被膜４の膜厚が薄過ぎると、圧粉工程で原料粉末を圧縮する際に第二絶縁被膜４が破損等し易くなり、隣接する被覆金属粉１（軟磁性金属粉２）間で渦電流が流れるおそれがある。そのため、第二絶縁被膜４の膜厚は、軟磁性金属粉２の粒径によっても左右されるが、１ｎｍ以上５００ｎｍとするのが好ましく、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下とするのが一層好ましく、１ｎｍ以上２０ｎｍ以下とするのがより一層好ましい。
【００３１】
膨潤性粘土鉱物を含む溶液は、例えば、純水や有機溶媒等の適当な溶媒を撹拌しつつ、膨潤性層状粘土鉱物を凝集物が生じないように少量ずつ投入することで作製される。ここで、膨潤性層状粘土鉱物とは、負の電荷を有する珪酸塩の結晶がアルカリ金属カチオンあるいはアルカリ土類金属カチオンを介して積層したフィロ珪酸塩の一種であり、大気中、又は溶媒中で撹拌を加えない場合においては、結晶の負の電荷が結晶間に介在する金属カチオンで中和されることによって電荷のバランス、すなわち結晶の積層構造が安定状態で保たれている。一方、この膨潤性層状粘土鉱物を撹拌中の溶媒（流れのある溶媒）に投入すると、結晶が完全にへき開した状態で分散した溶液が容易に作製される。すなわち、膨潤性層状粘土鉱物を流れのある溶媒中に投入すると、負の電荷を有する結晶と、正の電荷を有する金属カチオンとが完全に分離した状態で分散した溶液が作製される。
【００３２】
溶液における膨潤性層状粘土鉱物の濃度が０．１質量％を下回るような低濃度である場合、所定厚さの第二絶縁被膜４を得るのに長時間を要する懸念がある。一方、上記濃度が２．０質量％を上回るような高濃度である場合、溶液の粘度が高くなり過ぎ、第二絶縁被膜４を精度良く形成するのが難しくなる。従って、溶液における膨潤性層状粘土鉱物の濃度は０．１〜２．０質量％の範囲内に設定するのが好ましい。
【００３３】
膨潤性層状粘土鉱物の代表的なものとしては、ハロイサイト、カオリナイト、エンデライト、ディッカイト、ナクライトなどのカオリナイト族粘土鉱物、アンチゴライト、クリソタイルなどのアンチゴライト族粘土鉱物、モンモリロナイト、バイデライト、ノントロナイト、サポナイト、ヘクトライト、ソーコナイト、スティーブンサイトなどのスメクタイト族粘土鉱物、バーミキュライトなどのバーミキュライト族粘土鉱物、白雲母、金雲母などの雲母、マーガライト、テトラシリリックマイカ、テニオライトなど雲母またはマイカ族粘土鉱物などが挙げられる。これらの無機層状鉱物は、１種または２種以上が組み合わせられて用いられる。
【００３４】
上記の膨潤性層状粘土鉱物のうち、スメクタイト族鉱物を構成する結晶は、その長さ（最大直径）を厚さで除して算出されるアスペクト比（＝長さ／厚さ）が少なくとも２５以上とされた平板状をなし、かつその厚さが１ｎｍ程度で安定している。また、雲母族鉱物を構成する結晶は、上記アスペクト比が少なくとも１００以上とされた平板状をなし、かつその厚さが１０ｎｍ程度で安定している。第二絶縁被膜４は、その膜厚が薄いほど、またその構造が緻密であるほど、磁気特性に優れた圧粉磁心を得易くなるため、第二絶縁被膜４を構成する結晶は、厚さ１ｎｍ以下、長さ５０ｎｍ以下であるのが好ましい。かかる観点から、膨潤性粘土鉱物としては、膨潤性スメクタイト族鉱物をへき開させたものが特に好ましく使用される。
【００３５】
そして、以上のようにして作製された溶液を、予備被覆金属粉１’の表面に付着させる。例えば、膨潤性層状粘土鉱物の結晶を分散させた溶液中に予備被覆金属粉１’を浸漬させることにより、図２に示すように、予備被覆金属粉１’の第一絶縁被膜３の表面に、膨潤性層状粘土鉱物の結晶４ａが順次析出・堆積する。こうして結晶４ａを析出・堆積させた後、軟磁性金属粉２を溶液中から取り出して溶液の液体成分を除去する乾燥処理を施せば、析出した結晶４ａの集合体で、第一絶縁被膜３の表面を被覆する第二絶縁被膜４が形成される。
【００３６】
膨潤性層状粘土鉱物を構成する結晶４ａは、その体積抵抗が１０１２Ω・ｃｍ以上と高い。また、結晶４ａの分解温度は、軟磁性金属粉２に蓄積された歪を適切に除去し得るような温度（概ね７００℃）以上とされる。さらに上記のとおり、個々の結晶４ａは薄肉の平板状をなし、しかもその厚さが数ｎｍ〜１０ｎｍ程度で安定している。以上より、膨潤性層状粘土鉱物の結晶４ａの集合体で形成した第二絶縁被膜４は、その膜厚が薄くても高い耐熱性や絶縁性能を有するものとなる。
【００３７】
尚、溶液への軟磁性金属粉２の浸漬時間や溶液の濃度等によっては、必要以上に多くの結晶４ａが予備被覆金属粉１’の表面に析出し、第二絶縁被膜４の膜厚が過大となる可能性がある。このような場合でも、アルカリ金属やアルカリ土類金属等のカチオンとイオン結合した結晶４ａ同士は、溶媒のある状態では容易にへき開するため、第一絶縁被膜３とイオン結合した結晶４ａと比較して容易に取り除くことができる。具体的に、結晶４ａが必要以上に多く析出した場合には、例えばこれを流水に曝すだけで、積層した結晶４ａを層間剥離させて第二絶縁被膜４の膜厚を薄くすることができる。
【００３８】
また、第二絶縁被膜４は、以上のように膨潤性層状粘土鉱物を含む溶液中に予備被覆金属粉１’を浸漬させる他、例えば溶液を予備被覆金属粉１’に噴霧して付着させることで形成することもできる。具体的には、例えば、第一絶縁被膜３が形成された軟磁性金属粉２を、転動流動装置の容器の内部に投入してから、容器内部に気流を発生させ、予備被覆金属粉１’を容器内部で浮遊させた状態で攪拌・流動させる。この状態を維持したまま、膨潤性層状粘土鉱物を含む溶液を容器内部にミスト状に噴射し、この溶液を予備被覆金属粉１’の第一絶縁被膜３の表面に付着させる。第一絶縁被膜３に付着した溶液に含まれる溶媒等の液体成分は、上記気流（風）によって消失し、これに伴って上記溶液に含まれる結晶４ａが第一絶縁被膜３の表面に析出・堆積する。この析出・堆積した結晶４ａにより、第二絶縁被膜４が形成される。
【００３９】
［混合工程］
以上のようにして得られた被覆金属粉１を、混合工程において固体潤滑剤（固体潤滑剤粉）と混合することで、原料粉末が得られる。固体潤滑剤を適量配合することで、被覆金属粉１同士の摩擦、及び、被覆金属粉１と金型との摩擦を低減することができる。これにより、高い絶縁性を維持した高密度成形が可能となり、圧粉体の空孔量を低減できる。空孔は磁性部品ではエアギャップとして機能することから、空孔量が多いと磁束密度の低下および透磁率低下が発生するため、好ましくない。
【００４０】
原料粉末中の固体潤滑剤の配合量は、０．５〜５質量％とされる。固体潤滑剤が０．５質量％よりも少ない場合は、上記のような摩擦低減効果が十分に得られない恐れがある。一方、固体潤滑剤が５質量％より多い場合は、成形体内部に存在する固体潤滑剤量が多くなり、軟磁性金属粉２の存在割合が低下するため、透磁率および磁束密度が低下する。固体潤滑剤はステアリン酸Ａｌ、ステアリン酸Ｚｎ等の金属セッケン、ステアリン酸アミド、ビスステアリン酸アミド等のアミドワックス、グラファイト、二硫化モリブデン等の無機系固体潤滑剤から選択できる。また、金型と被覆金属粉１との間の摩擦を低減するため、ＤＬＣ、ＴｉＡｌＮなどの硬質皮膜を金型にコーティングしてもよい。
【００４１】
［圧粉工程］
次に、上記の原料粉末を成形金型に充填して圧縮成形することで、圧粉体を得る。このときの成形圧は、所定の真密度比を得られるなら特に限定されるものではないが、例えば８００〜２０００ＭＰａとされる。８００ＭＰａ未満の成形圧では十分な圧粉体の密度を得にくく、逆に２０００ＭＰａ以上では、金型寿命の低下や、被覆金属粉１同士の摩擦により第二絶縁被膜４に機械的な破壊が生じて電気絶縁性が低下する恐れがあるからである。
【００４２】
［磁気焼鈍工程］
その後、圧粉体は磁気焼鈍工程に移送される。この磁気焼鈍工程では、適当な雰囲気下におかれた圧粉体を、軟磁性金属粉２の再結晶温度以上融点以下で所定時間加熱する。これにより、軟磁性金属粉２に蓄積した歪（結晶歪）が適当に除去された高磁束密度の圧粉磁心が得られる。焼鈍温度が低すぎると、歪取効果が十分に得られず、高鉄損となるため、焼鈍温度は６００℃以上とすることが好ましい。一方、焼鈍温度が高すぎると、被膜が劣化し、高鉄損となる恐れがあるため、焼鈍温度は８００℃以下とすることが好ましい。特に軟磁性粉に純鉄粉を用いる場合は、焼鈍温度を７００℃以下とすることが好ましい。また、磁気焼鈍雰囲気は不活性雰囲気が好適である。酸化性雰囲気では、軟磁性粉の酸化、膨張により、第二層被膜４を構成する膨潤性層状粘土鉱物の結晶４ａが剥離する恐れがあるためである。
【００４３】
上記のような焼鈍処理を施すことで得られた圧粉磁心は、軟磁性金属粉２に蓄積した歪が適当に除去され、磁気特性に優れたものとなる。また、上記のように高温で焼鈍処理を実施すれば、軟磁性金属粉２に蓄積した歪が除去されるのと同時に、第二絶縁被膜４を構成する個々の結晶４ａは、縮合反応によって隣接する結晶４ａと結合する。そのため、機械的強度が高められた圧粉磁心を得ることができる。
【００４４】
しかし、膨潤性層状粘土鉱物からなる第二絶縁被膜４は、結晶４ａで形成された層間に内部構造水を含むため、高温磁気焼鈍により内部構造水が脱離して被膜が収縮し、第二絶縁被膜４による軟磁性金属粉２の被覆率が低下して粒子間渦電流損失が増大する恐れがある。本発明の被覆金属粉１では、第二絶縁被膜４の内側に、酸化物からなる第一絶縁被膜３が形成されているため、第二絶縁被膜４が多少収縮しても、軟磁性金属粉２は第一絶縁被膜３で被覆されているため、軟磁性金属粉２の被覆率の低下を抑えて粒子間渦電流損失の増大を防止することができる。
【００４５】
また、上記の圧粉体に高温磁気焼鈍を施すと、酸化物からなる第一絶縁被膜３が還元されて絶縁性が損なわれたり、第一絶縁被膜３がさらに酸化されて膨張することで歪が生じたりする恐れがある。本発明の被覆金属粉１では、酸化物からなる第一絶縁被膜３の表面が、膨潤性粘土鉱物からなる第二絶縁被膜４で覆われているため、高温磁気焼鈍を施した場合でも第一絶縁被膜３が還元あるいは酸化される事態を防止できる。
【００４６】
以上のように、被覆金属粉１の絶縁被膜を、酸化物（酸化鉄）からなる第一絶縁被膜３と、膨潤性層状粘土鉱物からなる第二絶縁被膜４とを有する複層構造とし、かつ、第一絶縁被膜３を内層、第二絶縁被膜４を外層としたことにより、高温磁気焼鈍処理に対して十分な耐久性を有することができる。
【００４７】
こうして得られた圧粉磁心は、磁気特性及び機械的強度に優れている。具体的に、上記の圧粉磁心は、磁界１００００Ａ／ｍにおいて１．５０Ｔ以上の高飽和磁束密度を有する。また、上記の圧粉磁心は、交流磁界中において、周波数１０ｋＨｚ、磁束密度０．０５Ｔの条件下で、４５ｋＷ／ｍ３以下の低鉄損を示す。さらに、上記の圧粉磁心は、６０ＭＰａ以上の圧環強さを有する。このような圧粉磁心は、自動車や鉄道車両等、高回転速度および高加速度で、しかも常時振動に曝される輸送機用モータの他、チョークコイル、パワーインダクタまたはリアクトル等の電源回路用部品の磁心（コア）として好ましく使用することができる。具体例を挙げると、上記の圧粉磁心は、例えばチョークコイル用の円環状のコアとして使用することができる。このコアにコイルを巻き回せば、チョークコイルが得られる。なお、圧粉磁心は、圧縮成形された圧粉体を加熱することで得られる関係上、形状自由度が高い。そのため、単純形状のコアのみならず、複雑形状のコアであっても、容易に量産することができる。
【００４８】
以上、本実施形態に係る被覆金属粉１及びこれを用いて作製した圧粉磁心について説明を行ったが、これらには本発明の要旨を逸脱しない範囲で適当な変更を施すことが可能である。
【００４９】
例えば、被覆金属粉生成工程において、膨潤性粘土鉱物を分散させた水溶液中に適量のシリコーン樹脂を添加してもよい。この場合のシリコーン樹脂の添加量は水溶液に対して０．１〜１．０質量％、より好ましくは０．１〜０．３質量％である。これにより、酸化鉄からなる第一絶縁被膜３と、膨潤性粘土鉱物からなる第二絶縁被膜４との間にシリコーン樹脂が介在し、両被膜３、４の密着性が高められる。また、シリコーン樹脂の添加は、軟磁性金属粉２間の絶縁性の向上や、圧粉磁心の強度向上にも有効である。
【００５０】
また、原料粉末に、粉末状のバインダーを添加・混合してもよい。このような原料粉末を用いれば、被覆金属粉１同士の密着力（耐欠け性）が高く、取り扱い性に優れた圧粉体を得ることができる。但し、原料粉末に対するバインダーの添加量が多過ぎると、高密度の圧粉体、ひいては高磁束密度の圧粉磁心を得る上での障害となることから、原料粉末に対するバインダーの添加量は１質量％以下とするのが好ましい。粉末状のバインダーは、そのまま原料粉末に添加しても良いし、適当な溶媒に分散させた状態で原料粉末に添加しても良い。
【００５１】
バインダーとしては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロースフタレート、ヒプロメロース酢酸エステルコハク酸エステル、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂等の群から選択される少なくとも一種を用いることができる。なお、このようなバインダーを含む圧粉体に焼鈍処理を施すと、使用するバインダーの種類によっては多少の残渣が生じるが、バインダーの大半は消失する。
【００５２】
また、原料粉末が、小粒径の被覆金属粉１（例えば、粒径３０μｍ以下の軟磁性金属粉２を母材とした被覆金属粉１）を比較的多く含む場合には、圧粉体の成形性等に悪影響が及ぶ可能性がある。そのため、原料粉末としては、複数の被覆金属粉１をバインダーで結合し、粒径を１０μｍ〜２００μｍ程度にまで拡大した造粒粉を含むものを用いても良い。造粒粉は、例えば、被覆金属粉１とバインダーの溶液とを混合し、その後、上記溶液の溶媒（液体成分）を消失させることで作製することができる。原料粉末が造粒粉を含んでいれば、成形金型内での原料粉末の流動性、ひいては圧粉体の成形性を高めることができるので、高密度の圧粉体を得易くなる。
【００５３】
また、圧粉体は、成形金型の内壁面（キャビティの画成面）にステアリン酸亜鉛等の潤滑剤を付着させる金型潤滑成形法、および成形金型を最大で１５０℃程度に加温する温間成形法の何れか一方又は双方を採用して圧縮成形しても良い。このようにすれば、一層高密度の圧粉体を得易くなる。
【実施例１】
【００５４】
本発明の効果を確認するための試験について説明する。まず、本試験に用いた各試験片の諸元を図３及び図４に示し、その詳細を以下に説明する。尚、本試験では、良好な特性を示した試験片（具体的には、後述する磁束密度、鉄損、及び圧環強さの点数が何れも２点以上であるもの）を「実施例」と言い、特性が劣っていた試験片（具体的には、磁束密度、鉄損、及び圧環強さのうちの何れかの点数が１点であるもの）を「比較例」と言う。
【００５５】
実施例１は、以下のようにして作製した。まず、水アトマイズ法で製造した純鉄粉を３５０℃の大気炉中で１０分間熱処理し、該粉末の表面を酸化させた（第一絶縁被膜形成）。そして、転動流動装置を用いて所定の濃度になるように調整した層状ケイ酸塩溶液を該粉末に噴霧し、酸化鉄被膜付純鉄粉の表面に層状ケイ酸塩をコーティングした（第二絶縁被膜形成）。こうして二層の絶縁被膜を形成した被覆金属粉に、固体潤滑剤としてステアリン酸アミドを２．５質量％配合し、よく混ぜ合わせた。この粉末を金型に充填し、１４７０ＭＰａで圧粉成形し、φ２０ｍｍ×φ１２ｍｍ×７ｍｍのリング状試験片を作製した。磁気焼鈍は６５０℃で１０分、窒素中で行った。
【００５６】
その他の試験片は、実施例１と異なる点のみ説明する。実施例２は、純鉄粉の熱処理温度を４００℃とした。実施例３は、純鉄粉の熱処理温度を３００℃とした。実施例４は、純鉄粉の熱処理時間を６０分とした。実施例５は、成形圧を９８０ＭＰａにした。実施例６は、成形圧を１９６０ＭＰａにした。実施例７は、磁気焼鈍温度を７００℃にした。実施例８は、軟磁性粉を、水アトマイズ法で製造した３質量％含有ケイ素鋼粉とした。実施例９は、軟磁性粉を、水アトマイズ法で製造した６．５質量％含有ケイ素鋼粉とした。
【００５７】
比較例１は、純鉄粉に層状ケイ酸塩からなる第一絶縁被膜を形成した後、この粉末に所定の熱処理を加えることで、酸化鉄からなる第二絶縁被膜を形成した。純鉄粉の熱処理温度は３００℃とした。比較例２は、純鉄粉の熱処理温度を４５０℃とした。比較例３は、純鉄粉の熱処理温度を２５０℃とした。比較例４は、純鉄粉の熱処理時間を１２０分とした。比較例５は、純鉄粉の熱処理を省略し、層状ケイ酸塩からなる第二絶縁被膜のみを形成した。比較例６は、層状ケイ酸塩の被覆を省略し、酸化鉄からなる第一絶縁被膜のみを形成した。比較例７は、成形圧を７８４ＭＰａとした。比較例８は、内部潤滑剤を添加せず、金型潤滑成形とした。比較例９は、磁気焼鈍温度を５５０℃にした。比較例１０は、磁気焼鈍温度を７５０℃にした。比較例１１は、磁気焼鈍雰囲気を大気にした。
【００５８】
［試験方法］
得られたリング状試験片について磁束密度測定、鉄損測定、圧環試験を実施した。
【００５９】
（１）磁束密度測定
直流Ｂ−Ｈ測定器（メトロン技研社製ＳＫ−１１０型）を用いて、磁界１０，０００Ａ／ｍ、周波数１０Ｈｚでの磁束密度を測定した。磁束密度は高いほど好ましい。算出値に応じて以下の評価点を付与した。
４点：１．６０Ｔ以上
３点：１．５５Ｔ以上１．５５Ｔ未満
２点：１．５０Ｔ以上１．５５Ｔ未満
１点：１．５０Ｔ未満
【００６０】
（２）鉄損測定
交流Ｂ−Ｈ測定器（岩通計測社製Ｂ−ＨアナライザＳＹ−８２１８）にて、励磁磁束密度０．０５Ｔ、測定周波数１０ｋＨｚでの鉄損を測定した。鉄損失は小さいほど好ましい。測定値に応じて以下の評価点を付与した。
４点：３５ｋＷ／ｍ３未満
３点：３５ｋＷ／ｍ３以上４５ｋＷ／ｍ３未満
２点：４５ｋＷ／ｍ３以上５５ｋＷ／ｍ３未満
１点：５５ｋＷ／ｍ３以上
【００６１】
（３）圧環試験
リング状試験片について、島津製作所社製オートグラフを用いて圧環試験を行なった。リング側面より応力を加え、破壊時の荷重を破壊断面積で割った値を圧環強さとした。なお、圧縮速度は１ｍｍ／ｍｉｎとした。圧環強さは高いほど好ましい。算出値に応じて以下の評価点を付与した。
４点：８０ＭＰａ以上
３点：６０ＭＰａ以上８０ＭＰａ未満
２点：４０ＭＰａ以上６０ＭＰａ未満
１点：４０ＭＰａ未満
【００６２】
［試験結果］
実施例１〜９は高磁束密度・低鉄損・高強度の全てを満たしたが、比較例１〜１１は磁束密度・鉄損・強度のうち少なくとも一つの特性が低かった。以下にその理由を述べる。
【００６３】
＜実施例１＞
純鉄粉の酸化により生成した酸化鉄の量は十分多かったため、この酸化鉄と膨潤性層状ケイ酸塩との二層被膜により、純鉄粉同士の接触は避けられ、鉄損は低かった。また、成形圧が高かったため、磁心は高密度となり、磁束密度は高く、かつ圧環強さも強かった。
＜実施例２＞
実施例１よりも鉄粉の熱処理温度が高く、生成する酸化鉄の量が多かったため、磁心の密度は実施例１よりも低下した。したがって、磁束密度は低下したが、粒子間の渦電流損の低減効果により、鉄損は低下した。また、成形圧が高かったため、圧環強さは強かった。
＜実施例３＞
実施例１よりも鉄粉の熱処理温度が低く、生成する酸化鉄の量は少なかったが、十分な絶縁性を有していたため、鉄損は低かった。また、成形圧が高かったため、磁心は高密度となり、磁束密度は高く、かつ圧環強さも強かった。
＜実施例４＞
実施例１よりも鉄粉の熱処理時間が長く、生成する酸化鉄の量が多かったため、磁心の密度は実施例１よりも低下した。したがって、磁束密度は低下したが、粒子間の渦電流損の低減効果により、鉄損は低下した。また、成形圧が高かったため、圧環強さは強かった。
＜実施例５＞
実施例１よりも成形圧が低く、磁束密度は低下した。鉄粉の熱処理により、生成する酸化鉄の量が多かったため、粒子間の渦電流損の低減効果により、鉄損は低下した。また、成形圧が高かったため、圧環強さは強かった。
＜実施例６＞
実施例１よりも成形圧が高く、磁束密度は向上した。鉄粉の熱処理により、生成する酸化鉄の量が多かったため、粒子間の渦電流損の低減効果により、鉄損は低下した。また、成形圧が高かったため、圧環強さは強かった。
＜実施例７＞
実施例１よりも磁気焼鈍温度が高く、鉄損は低下した。また、成形圧が高かったため、磁束密度は高く、圧環強さは強かった。
＜実施例８＞
軟磁性粉がＦｅ−３Ｓｉであったため、実施例１よりも磁束密度は低下したが、比抵抗が高く、鉄損は低下した。また、成形圧が高かったため、圧環強さは強かった。
＜実施例９＞
軟磁性粉がＦｅ−６．５Ｓｉであったため、実施例１よりも磁束密度は低下したが、比抵抗が高く、鉄損は低下した。また、成形圧が高かったため、圧環強さは強かった。
【００６４】
＜比較例１＞
層状ケイ酸塩からなる第一絶縁被膜を有する純鉄粉を熱処理した際に、層状ケイ酸塩が純鉄粉表面から剥離したため、高鉄損となった。
＜比較例２＞
鉄粉熱処理温度が高すぎたため（４５０℃）、生成した酸化鉄の量が多く、高圧成形を施しても低密度となり、低磁束密度となった。酸化鉄量が多かったため、絶縁性が高く、鉄損は低かった。
＜比較例３＞
鉄粉熱処理温度が低すぎたため（２５０℃）、純鉄粉表面にはほとんど酸化鉄は生成しなかった。したがって、層状ケイ酸塩単独では６５０℃磁気焼鈍時に絶縁性が低下し、高鉄損となった。
＜比較例４＞
鉄粉熱処理時間が長すぎたため（１２０分）、生成した酸化鉄の量が多く、高圧成形を施しても低密度となり、低磁束密度となった。酸化鉄量が多かったため、絶縁性が高く、鉄損は低かった。
＜比較例５＞
絶縁被膜が層状ケイ酸塩単独であったため、６５０℃の磁気焼鈍を施すと被膜が劣化し、高鉄損となった。
＜比較例６＞
絶縁被膜が酸化鉄単独であったため、６５０℃の磁気焼鈍を施すと被膜が劣化し、高鉄損となった。
＜比較例７＞
成形圧が７８４ＭＰａと低かったため、低密度であり、低磁束密度となった。低密度であるため、ヒステリシス損が高く、鉄損は高かった。また、成形圧が低いため、圧環強さも低かった。
＜比較例８＞
内部潤滑剤を添加せずに圧粉成形したため、絶縁被膜同士の摩擦力が大きく、被膜が劣化し、高鉄損となった。
＜比較例９＞
磁気焼鈍温度が５５０℃と低かったため、圧粉成形で生じる歪を除去しきれず、高鉄損となった。
＜比較例１０＞
磁気焼鈍温度が７５０℃と高かったため、磁気焼鈍時に被膜が劣化し、高鉄損となった。また、軟磁性粉が純鉄粉であったため、７５０℃の高温で結晶粒子が微細化し、これも高  鉄損の一因となった。
＜比較例１１＞
磁気焼鈍雰囲気が酸化性の大気であったため、磁気焼鈍時に母材の純鉄粉がさらに酸化・膨張し、純鉄粉から層状ケイ酸塩が剥離し、高鉄損となった。成形圧が高かったため、磁束密度が高かった。さらに酸化鉄の生成により、粉体間の結合力が増し、圧環強さは高くなった。
【００６５】
以上の結果から、酸化鉄からなる第一絶縁被膜と、膨潤性層状粘土鉱物からなる第二被膜を有する被覆金属粉を用いた上で、諸条件を適宜設定することで、磁束密度、鉄損、及び圧環強さの全てにおいて優れた圧粉磁心が得られることが確認された。具体的な条件としては、軟磁性粉の熱処理温度は２５０℃超４５０℃未満とし、軟磁性粉の熱処理時間は１２０分未満とすることが好ましい。成形圧は、９８０ＭＰａ以上、より好ましくは１４００ＭＰａ以上とすることが望ましい。圧粉時には、内部潤滑剤を配合することが好ましい。焼鈍温度は、６００℃以上７５０℃未満であることが好ましい。焼鈍雰囲気は不活性雰囲気であることが好ましい。
【符号の説明】
【００６６】
１     被覆金属粉
１’   予備被覆金属粉
２     軟磁性金属粉
３     第一絶縁被膜
４     第二絶縁被膜
４ａ   結晶
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2016225499.tif 000006