(57)【要約】【課題】軟磁性粒子がＦｅ−Ｓｉ系合金からなり、高密度で低保磁力な圧粉磁心とその製造方法を提供する。【解決手段】複数の軟磁性粒子と、前記軟磁性粒子の各々の表面を覆う絶縁被覆と、を備える圧粉磁心であって、前記軟磁性粒子は、Ｓｉを３質量％以上１０質量％以下、Ｐを０．４質量％以上１．８質量％以下含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなるＦｅ−Ｓｉ−Ｐ系合金粒子であり、前記絶縁被覆は、Ｆｅの酸化物と、Ｓｉの酸化物と、Ｐの酸化物と、を含む酸化物材であり、相対密度が９３％以上である圧粉磁心。【選択図】図１
2017011073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の軟磁性粒子と、前記軟磁性粒子の各々の表面を覆う絶縁被覆と、を備える圧粉磁心であって、
前記軟磁性粒子は、Ｓｉを３質量％以上１０質量％以下、Ｐを０．４質量％以上１．８質量％以下含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなるＦｅ−Ｓｉ−Ｐ系合金粒子であり、
前記絶縁被覆は、Ｆｅの酸化物と、Ｓｉの酸化物と、Ｐの酸化物と、を含む酸化物材であり、
相対密度が９３％以上である圧粉磁心。
【請求項２】
前記酸化物材の含有量は、０．５質量％以上２．０質量％以下である請求項１に記載の圧粉磁心。
【請求項３】
前記圧粉磁心の任意の断面において、前記軟磁性粒子の過半数が単結晶である請求項１又は請求項２に記載の圧粉磁心。
【請求項４】
前記軟磁性粒子の単結晶の平均結晶粒径は、４０μｍ以上３００μｍ以下である請求項３に記載の圧粉磁心。
【請求項５】
原料粉末として、Ｓｉの含有量が２質量％以下であるＦｅ−Ｓｉ系合金からなる低Ｓｉ粉末と、Ｓｉの含有量が９質量％以上であるＦｅ−Ｓｉ系合金からなる高Ｓｉ粉末と、Ｐの含有量が１５質量％以上３６質量％以下であるＦｅ−Ｐ系合金粉末と、Ｓｉの酸化物を含む酸化物粉末と、が混合された混合粉末を準備する準備工程と、
前記混合粉末を加圧圧縮して成形体とする成形工程と、
前記成形体を１０００℃以上１３００℃以下の温度にて焼結する焼結工程と、を備え、
前記焼結工程は、
実質的に酸素を含まない雰囲気中で焼結を行い、前記低Ｓｉ粉末及び前記高Ｓｉ粉末を、Ｓｉの含有量が３質量％以上１０質量％以下、Ｐの含有量が０．４質量％以上１．８質量％以下であるＦｅ−Ｓｉ−Ｐ系合金からなる複数の軟磁性粒子とする一次焼結工程と、
前記一次焼結工程の後、酸素を含む雰囲気中で焼結を行い、前記軟磁性粒子の各々の周囲を、Ｆｅの酸化物と、Ｓｉの酸化物と、Ｐの酸化物と、を含む酸化物材で覆う二次焼結工程と、を備える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、リアクトルやインダクタといった回路部品に備える磁心などに利用される圧粉磁心、及び圧粉磁心の製造方法に関するものである。特に、軟磁性粒子がＦｅ−Ｓｉ−Ｐ系合金からなり、高密度で低保磁力な圧粉磁心に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング電源やＤＣ／ＤＣコンバータなどのエネルギーを変換する回路に備える部品として、巻線を巻回してなるコイルと、このコイルが配置され、閉磁路を形成する磁心とを備える磁気部品がある。上記磁心として、軟磁性材料からなる粉末を用いて製造される圧粉磁心がある。圧粉磁心は、代表的には、軟磁性粒子の表面に絶縁層を有する被覆軟磁性粒子の粉末を所定の形状に加圧成形して成形体とし、その成形体に熱処理を施すことで製造される。
【０００３】
軟磁性材料のうち、特に、センダストに代表されるＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金やＦｅ−Ｓｉ系合金といった鉄基合金は、例えば、純鉄に比較して鉄損を低減し易い。従って、上記鉄基合金から構成される圧粉磁心は、より低損失な磁心を構築できる（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１０７３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述の鉄基合金は、添加元素の固溶体硬化によって純鉄に比較して非常に硬く塑性変形性に劣る。そのため、鉄基合金粒子は、上述の加圧成形によって、実質的に塑性変形しない。よって、圧粉磁心を構成する個々の鉄基合金粒子間に空隙が多くなり、圧粉磁心の密度の低下を招き、磁気特性が低下する。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、本発明の目的の一つは、軟磁性粒子がＦｅ−Ｓｉ−Ｐ系合金からなり、高密度で低保磁力な圧粉磁心を提供することにある。また、本発明の別の目的は、軟磁性粒子がＦｅ−Ｓｉ−Ｐ系合金からなり、高密度で低保磁力な圧粉磁心を効率的に得られる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】
【０００７】
本発明の一態様に係る圧粉磁心は、複数の軟磁性粒子と、前記軟磁性粒子の各々の表面を覆う絶縁被覆と、を備える。前記軟磁性粒子は、Ｓｉを３質量％以上１０質量％以下、Ｐを０．４質量％以上１．８質量％以下含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなるＦｅ−Ｓｉ−Ｐ系合金粒子であり、前記絶縁被覆は、Ｆｅの酸化物と、Ｓｉの酸化物と、Ｐの酸化物と、を含む酸化物材であり、相対密度が９３％以上である。
【０００８】
本発明の一態様に係る圧粉磁心の製造方法は、準備工程と、成形工程と、焼結工程と、を備える。準備工程は、原料粉末として、Ｓｉの含有量が２質量％以下であるＦｅ−Ｓｉ系合金からなる低Ｓｉ粉末と、Ｓｉの含有量が９質量％以上であるＦｅ−Ｓｉ系合金からなる高Ｓｉ粉末と、Ｐの含有量が１５質量％以上３６質量％以下であるＦｅ−Ｐ系合金粉末と、Ｓｉの酸化物を含む酸化物粉末と、が混合された混合粉末を準備する。成形工程は、前記混合粉末を加圧圧縮して成形体とする。焼結工程は、前記成形体を１０００℃以上１３００℃以下の温度にて焼結する。前記焼結工程は、一次焼結工程と、二次焼結工程と、を備える。一次焼結工程は、実質的に酸素を含まない雰囲気中で焼結を行い、前記低Ｓｉ粉末及び前記高Ｓｉ粉末を、Ｓｉの含有量が３質量％以上１０質量％以下、Ｐの含有量が０．４質量％以上１．８質量％以下であるＦｅ−Ｓｉ−Ｐ系合金からなる複数の軟磁性粒子とする。二次焼結工程は、前記一次焼結工程の後、酸素を含む雰囲気中で焼結を行い、前記軟磁性粒子の各々の周囲を、Ｆｅの酸化物と、Ｓｉの酸化物と、Ｐの酸化物と、を含む酸化物材で覆う。
【発明の効果】
【０００９】
上記圧粉磁心は、軟磁性粒子がＦｅ−Ｓｉ−Ｐ系合金からなり、高密度で低保磁力である。
【００１０】
上記圧粉磁心の製造方法は、軟磁性粒子がＦｅ−Ｓｉ−Ｐ系合金からなり、高密度で低保磁力な圧粉磁心を生産性よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る圧粉磁心を製造する状態を模式的に説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［本発明の実施形態の説明］
Ｆｅ−Ｓｉ系合金では、Ｓｉの含有量が６．５質量％近傍であると、保磁力が最も小さくなることが知られている。低保磁力な圧粉磁心を製造するにあたり、例えば、Ｆｅ−６．５質量％Ｓｉ合金からなる合金粉末を用いて焼結することが考えられる。しかし、Ｆｅ−Ｓｉ系合金では、Ｓｉの含有量が高いほど、高硬度となって塑性変形性に劣るため、高密度の圧粉磁心を得ることが困難である。そこで、Ｓｉの含有量が６．５質量％近傍であるＦｅ−Ｓｉ系合金（以下、Ｆｅ−６．５Ｓｉ系合金と呼ぶことがある）からなる圧粉磁心を製造するにあたり、原料粉末として、Ｓｉの含有量が２質量％以下であるＦｅ−Ｓｉ系合金からなる低Ｓｉ粉末を用いることで塑性変形性を向上させることを検討した。このとき、Ｆｅ−６．５Ｓｉ系合金からなる合金粒子と、この合金粒子の表面を覆う絶縁被覆と、を有する被覆軟磁性粒子からなる圧粉磁心を得るために、原料粉末として、低Ｓｉ粉末と、Ｓｉの含有量が高いＦｅ−Ｓｉ系合金からなる高Ｓｉ粉末と、絶縁被覆となる酸化物粉末と、を混合した混合粉末を用いることを考えた。この混合粉末を加圧圧縮⇒焼結することで、低Ｓｉ粉末と高Ｓｉ粉末の各構成元素が相互拡散してＦｅ−６．５Ｓｉ系合金粒子からなる粉末となり、焼結によって液相となった酸化物粉末が各Ｆｅ−６．５Ｓｉ系合金粒子の表面を覆うことで絶縁被覆となると考えられるからである。
【００１３】
ここで、Ｆｅ−Ｓｉ系合金の状態図から、酸化物粉末が液相となる焼結温度（１２００℃近傍）では、Ｓｉの含有量が２質量％以下であるＦｅ−Ｓｉ系合金はγ相であることが知られている。γ相はＦｅの自己拡散が非常に遅いため、上述したような低Ｓｉ粉末と高Ｓｉ粉末との間で各構成元素の相互拡散が生じ難く、焼結が進み難い。そのため、上記混合粉末を加圧圧縮⇒焼結しても、Ｆｅ−６．５Ｓｉ系合金からなる合金粒子と、この合金粒子の表面を覆う絶縁被覆と、を有する被覆軟磁性粒子からなる圧粉磁心を製造することが困難であることがわかった。そこで、本発明者らが鋭意研究した結果、上記混合粉末にＰを含有したＦｅ−Ｐ系合金粉末をさらに混合し、この混合粉末を加圧圧縮⇒焼結することで、Ｐが固溶されたＦｅ−６．５Ｓｉ系合金からなる合金粒子と、この合金粒子の表面を覆う絶縁被覆と、を有する被覆軟磁性粒子を含む圧粉磁心が得られる、ことを見出した。以下、本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
【００１４】
（１）実施形態に係る圧粉磁心は、複数の軟磁性粒子と、前記軟磁性粒子の各々の表面を覆う絶縁被覆と、を備える。前記軟磁性粒子は、Ｓｉを３質量％以上１０質量％以下、Ｐを０．４質量％以上１．８質量％以下含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなるＦｅ−Ｓｉ−Ｐ系合金粒子であり、前記絶縁被覆は、Ｆｅの酸化物と、Ｓｉの酸化物と、Ｐの酸化物と、を含む酸化物材であり、相対密度が９３％以上である。
【００１５】
上記構成によれば、軟磁性粒子がＳｉを３質量％以上１０質量％以下含有するＦｅ−Ｓｉ−Ｐ系合金粒子であるにもかかわらず、相対密度が９３％以上と高密度である。よって、上記圧粉磁心は、低保磁力である。
【００１６】
（２）上記圧粉磁心の一例として、前記酸化物材の含有量は、０．５質量％以上２．０質量％以下である形態が挙げられる。
【００１７】
酸化物材の含有量が０．５質量％以上であることで、各軟磁性粒子の表面に絶縁被覆が均一に配され易い。均一な絶縁被覆の存在により、圧粉磁心の渦電流損を低減できる。一方、酸化物材の含有量が２．０質量％以下であることで、圧粉磁心における絶縁被覆量が適量となり、軟磁性粒子の量を十分とできるため、高密度の圧粉磁心を得易い。
【００１８】
（３）上記圧粉磁心の一例として、前記圧粉磁心の任意の断面において、前記軟磁性粒子の過半数が単結晶である形態が挙げられる。
【００１９】
軟磁性粒子が単結晶であるということは、磁化反転を阻害する結晶粒界が存在しないため保磁力を低減できる。
【００２０】
（４）上記圧粉磁心の一例として、前記軟磁性粒子が単結晶である場合、前記軟磁性粒子の単結晶の平均結晶粒径は、４０μｍ以上３００μｍ以下である形態が挙げられる。
【００２１】
軟磁性粒子の単結晶の平均結晶粒径が４０μｍ以上であることで、保磁力を低減できる。一方、軟磁性粒子の単結晶の平均結晶粒径が３００μｍ以下であることで、渦電流損失の増大を低減し易い。
【００２２】
（５）実施形態に係る圧粉磁心の製造方法は、準備工程と、成形工程と、焼結工程と、を備える。準備工程は、原料粉末として、Ｓｉの含有量が２質量％以下であるＦｅ−Ｓｉ系合金からなる低Ｓｉ粉末と、Ｓｉの含有量が９質量％以上であるＦｅ−Ｓｉ系合金からなる高Ｓｉ粉末と、Ｐの含有量が１５質量％以上３６質量％以下であるＦｅ−Ｐ系合金粉末と、Ｓｉの酸化物を含む酸化物粉末と、が混合された混合粉末を準備する。成形工程は、前記混合粉末を加圧圧縮して成形体とする。焼結工程は、前記成形体を１０００℃以上１３００℃以下の温度にて焼結する。前記焼結工程は、一次焼結工程と、二次焼結工程と、を備える。一次焼結工程は、実質的に酸素を含まない雰囲気中で焼結を行い、前記低Ｓｉ粉末及び前記高Ｓｉ粉末を、Ｓｉの含有量が３質量％以上１０質量％以下、Ｐの含有量が０．４質量％以上１．８質量％以下であるＦｅ−Ｓｉ−Ｐ系合金からなる複数の軟磁性粒子とする。二次焼結工程は、前記一次焼結工程の後、酸素を含む雰囲気中で焼結を行い、前記軟磁性粒子の各々の周囲を、Ｆｅの酸化物と、Ｓｉの酸化物と、Ｐの酸化物と、を含む酸化物材で覆う。
【００２３】
上記構成によれば、原料粉末に塑性変形性に優れる低Ｓｉ粉末を混合することで、圧縮成形時の塑性変形性に優れ、良好な成形性を有することができ、高密度な圧粉磁心を製造することができる。よって、成形用バインダなどを不要とできる。主に一次焼結工程において、低Ｓｉ粉末と高Ｓｉ粉末の各構成元素が相互拡散することで、圧粉磁心を構成する軟磁性粒子を、Ｓｉの含有量が３質量％以上１０質量％以下であるＦｅ−Ｓｉ−Ｐ系合金とでき、低保磁力な圧粉磁心を製造することができる。また、主に二次焼結工程において、原料粉末に由来する酸化物材で各軟磁性粒子の周囲を覆うことができるため、原料粉末の段階で各粉末粒子の表面への絶縁被覆の形成を考慮する必要がなく、絶縁被覆を形成する工程を省略することができる。以上より、上記構成によれば、高密度で低保磁力な圧粉磁心を生産性よく製造することができる。
【００２４】
焼結工程において、１０００℃以上１３００℃以下の温度にて焼結を行うことで、次の現象が生じていると考えられる。まず、一次焼結工程において、実質的に酸素を含まない雰囲気で焼結を行うことで、Ｆｅ−Ｐ系合金粉末が液相状態となり、この液相状態のＦｅ−Ｐ系合金が低Ｓｉ粉末及び高Ｓｉ粉末の各粒子の結晶粒界に侵入する。このとき、低Ｓｉ粉末と高Ｓｉ粉末との間でＦｅ，Ｓｉが相互拡散し、かつ液相状態のＦｅ−Ｐ系合金から溶解したＰが低Ｓｉ粉末及び高Ｓｉ粉末に固溶されることで、Ｓｉの含有量が３質量％以上１０質量％以下、Ｐの含有量が０．４質量％以上１・８質量％以下であるＦｅ−Ｓｉ−Ｐ系合金からなる複数の軟磁性粒子が生成される。原料粉末にＦｅ−Ｐ系合金粉末が混合されていることで、Ｆｅ−Ｓｉ系合金がγ相（Ｆｅの自己拡散が非常に遅い）であっても、Ｆｅの自己拡散係数を向上でき、低Ｓｉ粉末と高Ｓｉ粉末との間でＦｅ，Ｓｉが相互拡散を容易に行え、焼結が進む。液相状態のＦｅ−Ｐ系合金は、各軟磁性粒子の結晶粒界に侵入するため、各軟磁性粒子の表面を覆い、各軟磁性粒子同士を絶縁する絶縁被覆となる。液相状態のＦｅ−Ｐ系合金が各軟磁性粒子の結晶粒界に侵入することで、各軟磁性粒子は互いに近づく方向に移動し、各軟磁性粒子間の空隙が狭められる。
【００２５】
次に、二次焼結工程において、酸素を含む雰囲気中で焼結を行うことで、Ｓｉの酸化物が液相状態となり、かつ液相状態のＦｅ−Ｐ系合金が酸化され、Ｓｉの酸化物と、Ｆｅの酸化物と、Ｐの酸化物とを含む酸化物材による絶縁被覆が生成される。その後、酸化物材が液相から固相に転移するにあたり、各軟磁性粒子は再配列され、各軟磁性粒子間の空隙がさらに縮小することで、高密度の圧粉磁心を製造することができる。
【００２６】
［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態の詳細を、以下に説明する。まず、圧粉磁心の製造方法を説明し、その後に圧粉磁心を説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、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及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。例えば、後述する試験例について原料粉末の混合割合、成形体の成形圧力、成形体の焼結温度・時間などを適宜変更することができる。
【００２７】
＜圧粉磁心の製造方法＞
実施形態の圧粉磁心の製造方法は、以下の準備工程、成形工程、焼結工程を備える。以下、図１に基づいて、各工程を順に説明する。
【００２８】
〔準備工程〕
図１の上段左図に示すように、原料粉末として、Ｓｉの含有量が少ないＦｅ−Ｓｉ系合金からなる低Ｓｉ粉末２１と、Ｓｉの含有量が多いＦｅ−Ｓｉ系合金からなる高Ｓｉ粉末２２と、Ｆｅ−Ｐ系合金粉末２３と、酸化物粉末２４と、を混合した混合粉末２を準備する。
【００２９】
・低Ｓｉ粉末及び高Ｓｉ粉末
低Ｓｉ粉末（低Ｓｉ軟磁性粒子）２１におけるＳｉの含有量は、２質量％以下である。Ｓｉの含有量は、６．５質量％近傍であると低保磁力に寄与するものの、Ｓｉの含有量が多いほど高硬度となり塑性変形性の低下を招く。よって、Ｓｉの含有量が２質量％以下であることで、後述する成形工程において塑性変形性に優れ、良好な成形性を有することができる。Ｓｉの含有量は、１質量％以下が好ましく、Ｓｉを実質的に含有しない純鉄がより好ましい。純鉄は、鉄合金と比較して安価であり、経済性にも優れる。
【００３０】
Ｆｅ−Ｓｉ系合金は、９００℃〜１４００℃程度の領域において、Ｓｉの含有量によってα相とγ相との間で相変態する領域が存在する。γ相はＦｅの自己拡散が非常に遅い領域であり、後述する焼結工程において、低Ｓｉ粉末と高Ｓｉ粉末との間で各構成元素の相互拡散が生じ難く、焼結が進み難い領域である。ここで言う低Ｓｉ粉末は、一次焼結工程の焼結温度（後述する焼結工程において説明する）において、Ｓｉの含有量がγ相の領域に位置するＦｅ−Ｓｉ系合金からなる。このγ相の領域は、代表的にはＦｅ−Ｐ系合金粉末２３及び酸化物粉末２４が液相となる焼結温度では、Ｓｉの含有量が約２質量％以下である。
【００３１】
高Ｓｉ粉末（高Ｓｉ軟磁性粒子）２２におけるＳｉの含有量は、９質量％以上である。Ｓｉの含有量が９質量％以上であることで、後述する焼結工程において高Ｓｉ粉末２２から低Ｓｉ粉末２１にＳｉが十分に拡散して、Ｓｉの含有量が３質量％以上１０質量％以下であるＦｅ−Ｓｉ−Ｐ系合金からなる圧粉磁心を製造し易い。Ｓｉの含有量は、多いほど焼結時に拡散するＳｉ量が多くなって、Ｓｉの含有量が６．５質量％近傍であるＦｅ−Ｓｉ−Ｐ系合金を得易く、１２質量％以上が好ましく、１５質量％以上がより好ましい。
【００３２】
低Ｓｉ粉末２１及び高Ｓｉ粉末２２は、代表的には、上述の範囲でＳｉを含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物というＦｅ−Ｓｉの二相合金からなるものが挙げられる。
【００３３】
低Ｓｉ粉末２１及び高Ｓｉ粉末２２の各配合量（質量）は、低Ｓｉ粉末：高Ｓｉ粉末＝２：１〜１５：１が好ましく、３：１〜１０：１がより好ましい。低Ｓｉ粉末２１及び高Ｓｉ粉末２２の各配合量は、後述するＦｅ−Ｐ系合金粉末２３及び酸化物粉末２４の含有量と併せて、圧粉磁心を構成する軟磁性粒子１０（Ｆｅ−Ｓｉ−Ｐ系合金）中のＳｉの含有量が所望の値（３質量％以上１０質量％以下から選択される値）となるように、各粉末のＳｉの含有量に応じて選択すればよい。また、高密度な圧粉磁心を得ることを考慮すると、低Ｓｉ粉末２１の含有量が高Ｓｉ粉末２２の含有量よりも多い方が好ましい。
【００３４】
低Ｓｉ粉末２１及び高Ｓｉ粉末２２の各粒子の大きさは、適宜選択することができる。成形性及び焼結性を考慮するといずれも、平均粒径は１５０μｍ以下が好ましい。特に、高Ｓｉ粉末２２は、低Ｓｉ粉末２１に比較して高硬度であり、成形性に劣ることから、低Ｓｉ粉末２１よりも小さい方が好ましい。具体的には、高Ｓｉ粉末（各高Ｓｉ軟磁性粒子）２２の平均粒径は、４５μｍ以下であると、原料粉末（混合粉末２）が成形性に優れて好ましく、さらに３０μｍ以下、２０μｍ以下が好ましい。但し、高Ｓｉ粉末２２が小さ過ぎると、取り扱い難く、作業性に劣ることから、高Ｓｉ粉末（各高Ｓｉ軟磁性粒子）２２の平均粒径は、１μｍ以上が好ましく、さらに３μｍ以上、特に５μｍ以上であるとハンドリング性に優れてより好ましい。
【００３５】
低Ｓｉ粉末（低Ｓｉ軟磁性粒子）２１の平均粒径は、４５μｍ以上であると、原料粉末（混合粉末２）が成形性に優れて好ましく、さらに５０μｍ以上、７０μｍ以上が好ましい。低Ｓｉ粉末（低Ｓｉ軟磁性粒子）２１の平均粒径は、１５０μｍ以下であると、後述する焼結工程において、低Ｓｉ合金からなる各粒子の内部にまでＳｉが十分に拡散できて焼結性に優れる。さらに、低Ｓｉ粉末（低Ｓｉ軟磁性粒子）２１の平均粒径は、１２５μｍ以下、特に１００μｍ以下であると、短時間でもＳｉを十分に拡散できて焼結性をさらに高め易い。また、低Ｓｉ粉末（低Ｓｉ軟磁性粒子）２１の平均粒径は、高Ｓｉ粉末（各高Ｓｉ軟磁性粒子）２２の平均粒径の３倍以上、さらに５倍以上であると、低Ｓｉ粉末が十分に大きく、成形性に優れる。
【００３６】
低Ｓｉ粉末２１及び高Ｓｉ粉末２２は、公知のＦｅ−Ｓｉ系合金粉末の製造方法、例えば、アトマイズ法などを利用して製造できる。上述のＳｉの含有量や平均粒径を満たす市販の粉末を利用してもよい。
【００３７】
・Ｆｅ−Ｐ系合金粉末
Ｆｅ−Ｐ系合金粉末（Ｆｅ−Ｐ系合金粒子）２３は、代表的には、Ｐを１５質量％以上３６質量％以下含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物というＦｅ−Ｐの二相合金からなるものが挙げられる。Ｆｅ−Ｐ系合金粉末は、後述する焼結工程において液相状態となり、この液相状態のＦｅ−Ｐ系合金に由来してＦｅ−Ｓｉ−Ｐ系合金粒子（軟磁性粒子）の周囲を覆う絶縁被覆を生成する。また、Ｆｅ−Ｐ系合金粉末は、後述する焼結工程において生じる低Ｓｉ粉末２１と高Ｓｉ粉末２２の各構成元素の相互拡散の促進を促す役割を行う。
【００３８】
Ｐの含有量が１５質量％以上であることで、低Ｓｉ粉末は焼結温度近傍でα相となるため、Ｆｅの自己拡散係数を向上できる。よって、後述する焼結工程において低Ｓｉ粉末２１と高Ｓｉ粉末２２の各構成元素の相互拡散を容易に行うことができ、焼結を促進することができる。具体的には、Ｐの含有量が１５質量％以上であることで、Ｆｅの自己拡散係数をγ相における自己拡散係数の１００倍程度まで向上することができ、α相における自己拡散係数と同等とできる。一方、Ｐの含有量が３６質量％以下であることで、Ｐによる保磁力への影響も実質的に出ない。Ｐの含有量は、２０質量％以上３３質量％以下が好ましく、２５質量％以上３０質量％以下がより好ましい。
【００３９】
Ｆｅ−Ｐ系合金粉末（Ｆｅ−Ｐ系合金粒子）２３の平均粒径は、４５μｍ以下であると、原料粉末（混合粉末２）が成形性に優れて好ましく、さらに３０μｍ以下、２０μｍ以下が好ましい。ただし、Ｆｅ−Ｐ系合金粉末２３が小さ過ぎると、取り扱い難く、作業性に劣ることから、Ｆｅ−Ｐ系合金粉末（Ｆｅ−Ｐ系合金粒子）２３の平均粒径は、１μｍ以上が好ましく、さらに３μｍ以上、特に５μｍ以上であるとハンドリング性に優れてより好ましい。
【００４０】
Ｆｅ−Ｐ系合金粉末２３の配合量は、混合粉末２中に１質量％以上７質量％以下が好ましい。Ｆｅ−Ｐ系合金粉末２３の混合粉末２中の含有量が１質量％以上であることで、一次焼結後にＦｅ−Ｓｉ−Ｐ系合金粒子（軟磁性粒子）の周囲に均一的にＦｅ−Ｐ系の粒界層を形成することができる。一方、Ｆｅ−Ｐ系合金粉末２３の混合粉末２中の含有量が７質量％以下であることで、低Ｓｉ粉末２１及び高Ｓｉ粉末２２の含有量を適量とでき、圧粉磁心におけるＦｅ−Ｓｉ−Ｐ系合金粒子（軟磁性粒子）の含有量を十分に確保できる。
【００４１】
Ｆｅ−Ｐ系合金粉末２３は、所望の大きさの市販のＦｅ−Ｐ系合金粉末を用いてもよいし、市販の粉末を粉砕して所望の大きさのものをふるいなどで選別してもよい。
【００４２】
・酸化物粉末
酸化物粉末（酸化物粒子）２４は、絶縁性を有する適宜な酸化物が利用でき、Ｓｉの酸化物を含む。酸化物粉末２４は、後述する焼結工程において液相状態となり、この液相状態の酸化物に由来して、上述した液相状態のＦｅ−Ｐ系合金と共にＦｅ−Ｓｉ−Ｐ系合金粒子（軟磁性粒子）の周囲を覆う絶縁被覆を生成する。酸化物粉末２４は、（１）Ｆｅ−Ｓｉ系合金やＦｅ−Ｓｉ−Ｐ系合金に固溶しない、もしくは固溶しても磁気特性に影響を及ぼさないもの、（２）Ｆｅ−Ｓｉ系合金やＦｅ−Ｓｉ−Ｐ系合金に対して接触角が小さく（濡れ性が良く）、軟磁性粒子の結晶粒界へ液相侵入し易いもの、を含有することが挙げられる。
【００４３】
酸化物粉末（酸化物粒子）２４の大きさは、平均粒径が１μｍ以上４０μｍ以下であることが挙げられる。酸化物粉末（酸化物粒子）２４の平均粒径が１μｍ以上であることで、低Ｓｉ粉末２１及び高Ｓｉ粉末２２の周囲に均一的に配され易く、さらに原料粉末（混合粉末２）として取り扱い易い。一方、酸化物粉末（酸化物粒子）２４の平均粒径が４０μｍ以下であることで、酸化物に由来して生成される絶縁被覆の厚さのばらつきを抑制し易く、磁気特性の低下を招き難い。酸化物粉末（酸化物粒子）２４の平均粒径は、５μｍ以上３０μｍ以下が好ましく、１０μｍ以上３０μｍ以下がより好ましい。
【００４４】
酸化物粉末２４の配合量は、混合粉末２中に０．５質量％以上２．０質量％以下が好ましい。酸化物粉末２４の混合粉末２中の含有量が０．５質量％以上であることで、低Ｓｉ粉末２１及び高Ｓｉ粉末２２の周囲に均一的に配され易く、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｐ系合金粒子（軟磁性粒子）の周囲を均一的に絶縁被覆で被覆することができる。一方、酸化物粉末２４の混合粉末２中の含有量が２．０質量％以下であることで、低Ｓｉ粉末２１及び高Ｓｉ粉末２２の含有量を適量とでき、圧粉磁心におけるＦｅ−Ｓｉ−Ｐ系合金粒子（軟磁性粒子）の含有量を十分に確保できる。酸化物粉末２４の混合粉末２中の含有量は、さらに１質量％以上１．５質量％以下であることが挙げられる。
【００４５】
酸化物粉末２４の配合量は、混合粉末２中に２．０質量％超１０質量％以下とすることもできる。酸化物粉末２４の混合粉末２中の含有量が２．０質量％超であることで、酸化物に由来して生成される絶縁被覆の含有量を多くでき、低透磁率の圧粉磁心とできる。一方、酸化物粉末２４の混合粉末２中の含有量が１０質量％以下であることで、低Ｓｉ粉末２１及び高Ｓｉ粉末２２の含有量を適量とでき、圧粉磁心における軟磁性粒子の含有量を十分に確保することができる。
【００４６】
酸化物粉末２４は、Ｃａの酸化物を含むことができる。Ｃａは、Ｆｅ−Ｓｉ系合金やＦｅ−Ｓｉ−Ｐ系合金に固溶しないため磁気特性を低下させ難い。また、Ｃａの酸化物を添加した酸化物粉末２４は、液相状態で表面張力が小さくなるため、結晶粒界間に侵入し易い点で好ましい。他に、酸化物粉末２４は、Ａｌ２Ｏ３を含むこともできる。ＡｌはＦｅ−Ｓｉ系合金やＦｅ−Ｓｉ−Ｐ系合金に固溶するものの、固溶によって磁気特性の低下を招き難い。
【００４７】
酸化物粉末２４は、所望の大きさの市販の酸化物粉末を用いてもよいし、市販の粉末を粉砕して所望の大きさのものをふるいなどで選別してもよい。
【００４８】
・原料粉末に含まれるその他のもの
原料粉末（混合粉末２）には、潤滑剤を含有させることができる。この場合、（１）成形性を向上でき、寸法精度に優れる成形体が得られる、（２）成形時の摩擦を低減できるため、金型から成形体を抜き出し易く、表面性状に優れる成形体が得られる、といった利点を有する。潤滑剤は、例えば、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸亜鉛などの金属石鹸、ステアリン酸アミドなどの脂肪酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミドなどの高級脂肪酸アミドといった有機物、窒化硼素やグラファイトなどの無機物などが挙げられる。潤滑剤の含有量は、原料粉末に用いる低Ｓｉ粉末及び高Ｓｉ粉末の合計量（潤滑剤を含まないＳｉ粉末のみの量）に対して０．１質量％以上１．０質量％以下であると、上記利点を十分に得られる上に、原料における合金の割合の低下を防止できる。
【００４９】
〔成形工程〕
準備した混合粉末２を加圧圧縮して成形体を成形する。成形体は、混合粉末２を所望の形状の金型の成形空間に充填して成形する。金型は、圧粉磁心の製造に利用される一般的なものが利用できる。代表的な金型は、貫通孔が設けられた筒状のダイと、この貫通孔に挿入配置されて原料粉末を加圧圧縮する上パンチ及び下パンチとを備えるものが挙げられる。ダイの貫通孔の内周面と、この貫通孔の一方の開口部に挿入した下パンチとで形成される成形空間に、上述の混合粉末２を充填した後、上記貫通孔の他方の開口部に挿入した上パンチと、上記下パンチとで原料粉末を所定の圧力で加圧・圧縮して成形体を形成し、ダイから成形体を抜き出す。この金型を用いた場合、ダイの輪郭形状、及び上パンチ・下パンチの端面形状に応じた柱状の成形体が得られる。上述の筒状のダイ内に挿通配置されるコアロッドを備える金型を用いると、コアロッドの形状に応じた貫通孔や溝を有する成形体を形成できる。コアロッドは、上パンチ及び下パンチの少なくとも一方に挿通配置する。
【００５０】
成形圧力は、例えば、５ｔｏｎ／ｃｍ２（≒４９０ＭＰａ）以上１５ｔｏｎ／ｃｍ２（≒１４７０ＭＰａ）以下が挙げられる。５ｔｏｎ／ｃｍ２以上とすることで、高硬度な高Ｓｉ粉末を含む混合粉末２であっても十分に圧縮でき、１５ｔｏｎ／ｃｍ２以下とすることで、金型寿命が過度に短くならない。この加圧・圧縮は、常温下で行うことが好ましい。
【００５１】
上述した条件で加圧圧縮すると、図１の上段右図に示すように、低Ｓｉ粉末２１（複数の低Ｓｉ軟磁性粒子）が塑性変形し、成形性に優れた成形体３とできる。
【００５２】
〔焼結工程〕
上記成形体３を１０００℃以上１３００℃以下の温度にて焼結を行い、圧粉磁心を成形する。焼結温度が上記範囲であることで、Ｆｅ−Ｐ系合金粉末２３及び酸化物粉末２４が液相となり、この液相を介して低Ｓｉ粉末２１と高Ｓｉ粉末２２との間でＦｅ，Ｓｉが相互拡散できる。焼結温度が１０００℃以上であることで、低Ｓｉ粉末２１と高Ｓｉ粉末２２との間でＦｅ，Ｓｉが相互拡散し易く、Ｆｅ−Ｓｉ系合金中のＳｉの含有量が所望の値（３質量％以上１０質量％以下から選択された値）となる圧粉磁心が得られる。また、Ｆｅ−Ｐ系合金粉末２３及び酸化物粉末２４が液相となって各軟磁性粒子間に液相侵入することができ、各軟磁性粒子間を適切に絶縁する絶縁被覆となる。一方、焼結温度が１３００℃以下であることで、融点（液相点）が低い高Ｓｉ合金が焼結する前に溶出することを抑制できる。焼結温度は、より好ましくは１１００℃以上１２７５℃以下、特に好ましくは１１５０℃以上１２５０℃以下が挙げられる。保持時間は５分以上、好ましくは３０分以上が挙げられる。
【００５３】
本実施形態の圧粉磁心の製造方法では、上述した焼結温度と保持時間内において、一次焼結工程⇒二次焼結工程を行う。以下、図１の下段図に基づいて、一次焼結工程及び二次焼結工程を行うことで生じるメカニズムについて詳しく説明する。
【００５４】
≪一次焼結工程≫
一次焼結工程は、実質的に酸素を含まない雰囲気中で焼結を行う。ここで言う実質的に酸素を含まない雰囲気とは、酸素分圧が１×１０−５ａｔｍ（１Ｐａ）未満のことである。一次焼結を行うと、まず、図１の下段左図に示すように、Ｆｅ−Ｐ系合金粉末２３が液相（液相介在部材４４）となると共に、低Ｓｉ粉末２１と高Ｓｉ粉末との間でＦｅ，Ｓｉが相互拡散し、両Ｓｉ粉末はＳｉを３質量％以上１０質量％以下含有する多結晶軟磁性粒子４０からなる粉末となる。このとき、液相介在部材４４に含有されるＰが低Ｓｉ粉末に固溶することによって低Ｓｉ粉末はα相となり、低Ｓｉ粉末２１と高Ｓｉ粉末２２との間で各構成元素の相互拡散が促進され、焼結が進む。上記固溶により、多結晶軟磁性粒子４０は、Ｐを０．４質量％以上１．８質量％以下含有する。
【００５５】
次に、多結晶軟磁性粒子４０の結晶粒界に液相介在部材４４が侵入する。そうすると、図１の下段中図に示すように、多結晶軟磁性粒子４０は、結晶粒界に侵入した液相介在部材４４によって分断され、複数の単結晶の軟磁性粒子１０となる。液相介在部材４４が結晶粒界に侵入していく過程では、多結晶軟磁性粒子４０，４０間、各軟磁性粒子１０，１０間、多結晶軟磁性粒子４０と軟磁性粒子１０との間で、Ｆｅ，Ｓｉが相互拡散し、各粒子１０，４０と液相介在部材４４との間でＦｅ，Ｐが相互溶解しながらさらに液相焼結が進む。液相介在部材４４は、多結晶軟磁性粒子４０の結晶粒界に侵入することで、各軟磁性粒子１０の全表面を覆うことになり、各軟磁性粒子１０同士を絶縁する絶縁被覆となる。液相焼結が進むと、分断された各軟磁性粒子１０は互いに近づく方向に移動し、各軟磁性粒子１０間の空隙が狭められる。
【００５６】
一次焼結では、実質的に酸素を含まない雰囲気中とすることで、低Ｓｉ粉末２１と高Ｓｉ粉末２２との間で各構成元素の相互拡散を容易に行え、焼結を進ませることができる。一次焼結時の雰囲気に酸素が含まれると、Ｆｅの酸化物が生成され、Ｆｅの拡散が行われなくなるためである。
【００５７】
≪二次焼結工程≫
二次焼結工程は、一次焼結の後、酸素を含む雰囲気中で焼結を行う。そうすると、酸化物粉末２４が液相となり、かつ液相介在部材４４が酸化され、Ｓｉの酸化物と、Ｆｅの酸化物と、Ｐの酸化物とを含む酸化物材による絶縁被覆が生成される。二次焼結の雰囲気は、酸素分圧を１×１０−２ａｔｍ（１０１３Ｐａ）超とすることが挙げられ、さらに１×１０−１ａｔｍ（１０１Ｐａ）以上、特に大気雰囲気が好ましい。
【００５８】
その後、酸化物材が液相から固相に転移するにあたり、各軟磁性粒子１０は再配列され、各軟磁性粒子１０間の空隙がさらに縮小する。この液相の酸化物材が各軟磁性粒子１０間を絶縁する絶縁被覆１４となり、図１の下段右図に示すように、複数の軟磁性粒子１０と、各軟磁性粒子１０間を絶縁する絶縁被覆１４とを備える圧粉磁心１を得ることができる。各軟磁性粒子１０は、上述したように、Ｓｉを３質量％以上１０質量％以下、Ｐを０．４質量％以上１．８質量％以下含有するＦｅ−Ｓｉ−Ｐ系合金粒子である。
【００５９】
上述した一次焼結と二次焼結とは、一次焼結の後に連続して二次焼結を行うことが挙げられる。つまり、一次焼結工程の後に常温に冷却することなく、二次焼結工程を行う。この場合、例えば一次焼結と二次焼結とで焼結温度を同じとすることができ、効率的に液相焼結を行うことができる。他に、一次焼結工程の後に常温に冷却し、常温から再加熱して二次焼結工程を行ってもよいし、一次焼結工程と二次焼結工程とで焼結温度を異ならせてもよい。
【００６０】
＜圧粉磁心＞
上述した圧粉磁心の製造方法によって得られる圧粉磁心は、複数の軟磁性粒子と、各軟磁性粒子の表面を覆う絶縁被覆とを備える。各軟磁性粒子は、Ｓｉを３質量％以上１０質量％以下、Ｐを０．４質量％以上１．８質量％以下含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなるＦｅ−Ｓｉ−Ｐ系合金粒子である。絶縁被覆は、Ｆｅの酸化物と、Ｓｉの酸化物と、Ｐの酸化物とを含む酸化物材である。
【００６１】
軟磁性粒子は、Ｓｉの含有量が６．５質量％近傍であると、保磁力が最も小さくなる。軟磁性粒子のＳｉの含有量は、４質量％以上９質量％以下が好ましく、さらに５質量％以上８質量％以下、特に６質量％以上７質量％以下が好ましい。また、軟磁性粒子のＰの含有量は、０．６質量％以上１．５質量％以下が好ましく、さらに０．８質量％以上１．２質量％以下が好ましい。
【００６２】
軟磁性粒子は、圧粉磁心の任意の断面において、過半数が単結晶であることが挙げられる。上述した圧粉磁心の製造方法では、焼結工程において、液相となったＦｅ−Ｐ系合金粉末及び酸化物粉末を多結晶軟磁性粒子の結晶粒界に侵入させることで絶縁被覆を形成しているため、圧粉磁心中の軟磁性粒子の過半数は単結晶となる。より好ましくは軟磁性粒子の８０％以上、さらには実質的に全ての軟磁性粒子が単結晶であることが挙げられる。軟磁性粒子の状態は、圧粉磁心の任意の断面を光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）で観察することで確認したり、測定したりすることができる。例えば、圧粉磁心の任意の断面において、２００μｍ×３００μｍの視野を５個以上取得して、各視野における単結晶である軟磁性粒子の割合の平均を単結晶粒子の比率とすることが挙げられる。
【００６３】
上述した圧粉磁心の製造方法では、焼結工程において高温の熱処理を行うため、低Ｓｉ粉末と高Ｓｉ粉末の各構成元素が相互拡散するにあたり、各粒子は粒成長し易く、原料粉末の各粒子の大きさよりも大きくなる傾向にある。その後、液相のＦｅ−Ｐ系合金粉末及び酸化物粉末が多結晶軟磁性粒子の結晶粒界に侵入し、多結晶軟磁性粒子を分断することで、複数の単結晶の軟磁性粒子となる。この粒成長と分断によって生じる単結晶の軟磁性粒子の平均結晶粒径は、４０μｍ以上３００μｍ以下が挙げられる。特に、単結晶の軟磁性粒子の平均結晶粒径が７５μｍ以上であると、磁化反転が容易となり、保磁力の低下に寄与し易い。単結晶の軟磁性粒子の平均結晶粒径は、例えば、５０μｍ以上２００μｍ以下や１００μｍ以上１５０μｍ以下が挙げられる。
【００６４】
絶縁被覆を構成する酸化物材の含有量は、０．５質量％以上２．０質量％以下であることが挙げられる。酸化物材の含有量が０．５質量％以上であることで、各軟磁性粒子間を十分に絶縁することができる。一方、酸化物材の含有量が２．０質量％以下であることで、圧粉磁心における軟磁性粒子の量を十分に確保することができる。酸化物材の含有量は、０．７質量％以上１．８質量％以下が好ましく、１．０質量％以上１．５質量％以下がより好ましい。
【００６５】
絶縁被覆を構成する酸化物材の含有量は、２．０質量％超１０質量％以下とすることもできる。酸化物材の含有量が２．０質量％超であることで、酸化物材の含有量を多くでき、低透磁率の圧粉磁心とできる。一方、１０質量％以下であることで、圧粉磁心における軟磁性粉末の量を十分に確保することができる。
【００６６】
本実施形態の圧粉磁心は、（１）原料粉末に塑性変形性に優れる低Ｓｉ粉末を混合することによる塑性変形性の向上、（２）液相焼結によって絶縁被覆を形成することによる各軟磁性粒子間の空隙の縮小、によって、高密度である。圧粉磁心の相対密度は９３％以上である。この圧粉磁心の相対密度は、原料粉末における低Ｓｉ粉末の混合割合や、焼結温度・保持時間などによって、例えば９５％以上、さらには９７％以上であることが挙げられる。本実施形態の圧粉磁心は、高密度であり、低保磁力である。
【００６７】
また、本実施形態の圧粉磁心は、液相焼結によって絶縁被覆を形成しており、各軟磁性粒子が液相を経た酸化物材によって結合されているため、高強度である。
【００６８】
＜試験例＞
Ｆｅ−Ｓｉ系合金粉末を含む混合粉末を加圧圧縮⇒焼結して、複数の軟磁性粒子と、軟磁性粒子の各々の表面を覆う絶縁被覆と、を備える圧粉磁心（試料Ｎｏ．１〜１２）を作製し、得られた各圧粉磁心の相対密度と保磁力を調べた。
【００６９】
・試料Ｎｏ．１〜試料Ｎｏ．１２
原料粉末として、Ｓｉの含有量が異なる２種類のＦｅ−Ｓｉ系合金からなるＳｉ粉末と、Ｆｅ−Ｐ系合金粉末と、酸化物粉末とを準備した。Ｓｉ粉末は、一方がＳｉを実質的に含有しない純鉄粉（Ｆｅ：９９．７質量％以上、残部：不可避不純物）の低Ｓｉ粉末であり、他方がＳｉを１８質量％含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる高Ｓｉ粉末（Ｆｅ−１８Ｓｉ合金粉末）である。純鉄粉は、後述する一次焼結温度においてＰが固溶するため一次焼結温度にてα相になる。低Ｓｉ粉末の平均粒径は７５μｍ、高Ｓｉ粉末の平均粒径は１０μｍである。Ｆｅ−Ｐ系合金粉末は、Ｐを表１に示す所定量含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる合金粉末であり、平均粒径は１０μｍである。酸化物粉末は、Ｓｉの酸化物：ＳｉＯ２粉末であり、平均粒径は３０μｍである。この試験例において平均粒径は、市販の測定装置により測定した５０％粒径（累積質量）である。原料粉末の配合量（質量）は、表１に示す。この原料の配合量によって生成される軟磁性粒子の組成も併せて表１に示す。
【００７０】
【表１】
2017011073.tif 000003
【００７１】
上記原料粉末に潤滑剤を添加し、Ｖ型混合機により十分に混合して、混合粉末を作製した。潤滑剤は、エチレンビスステアリン酸アミドとし、その含有量は、低Ｓｉ粉末、高Ｓｉ粉末、Ｆｅ−Ｐ系合金粉末、及び酸化物粉末の合計量に対して０．６質量％とした。
【００７２】
上記混合粉末を金型の成形空間に給粉し、成形圧力を８ｔｏｎ／ｃｍ２（≒７８４ＭＰａ）として加圧・圧縮し、リング状の成形体（外径：３４ｍｍ×内径：２０ｍｍ×厚さ：５ｍｍ）を作製した。この成形体は、良好に成形することができた。
【００７３】
得られた成形体を、実質的に酸素を含まない真空雰囲気中（酸素分圧：１×１０−３Ｐａ）、６００℃×１時間の熱処理を施して潤滑剤を除去した後、１２００℃×１時間の熱処理（一次焼結）を施した。さらに、一次焼結に連続して、大気雰囲気中、１２５０℃×１時間の熱処理（二次焼結）を施し、圧粉磁心を作製した。
【００７４】
・試料Ｎｏ．１１１
原料粉末として、Ｓｉの含有量が異なる２種類のＦｅ−Ｓｉ系合金からなるＳｉ粉末と、酸化物粉末とを準備した。Ｓｉ粉末は、試料Ｎｏ．１と同様の低Ｓｉ粉末及び高Ｓｉ粉末とした。酸化物粉末は、Ｆｅの酸化物：ＦｅＯと、Ｓｉの酸化物：ＳｉＯ２とを、ＦｅＯ：ＳｉＯ２＝２：１の割合（質量）で混合した粉末である。酸化物粉末の平均粒径は３０μｍである。原料粉末の配合量（質量）は、低Ｓｉ粉末：高Ｓｉ粉末：酸化物粉末＝６３：３６：１とした。つまり、試料Ｎｏ．１１１では、原料粉末にＦｅ−Ｐ系合金粉末を含有していない。
【００７５】
上記原料粉末に試料Ｎｏ．１と同様の潤滑剤を添加して混合粉末を作製した。そして、試料Ｎｏ．１と同様に、リング状の成形体（外径：３４ｍｍ×内径：２０ｍｍ×厚さ：５ｍｍ）を作製した。
【００７６】
得られた成形体を大気雰囲気中、６００℃×１時間の熱処理を施して、潤滑剤を除去した後、１２５０℃×１時間の熱処理（焼結）を施し、圧粉磁心を作製した。
【００７７】
・試料Ｎｏ．１１２
従来の方法（軟磁性粉末の準備→各軟磁性粒子の表面に絶縁被覆を形成→被覆軟磁性粉末を加圧・圧縮→焼結）で圧粉磁心を作製した。まず、原料粉末として、Ｓｉの含有量が６．５質量％であるＦｅ−６．５Ｓｉ合金の軟磁性粉末を準備し、各軟磁性粒子の表面にシリコーンの絶縁被覆を形成して被覆軟磁性粉末を作製した。絶縁被覆の被覆条件は、特許文献１と同様とした。被覆軟磁性粉末に成形用樹脂を添加して造粒粉とし、この造粒粉を８ｔｏｎ／ｃｍ２（≒７８４ＭＰａ）の成形圧力で加圧・圧縮し、リング状の成形体（外径：３４ｍｍ×内径：２０ｍｍ×厚さ：５ｍｍ）を作製した。この成形体を窒素雰囲気中、７７５℃×１時間の熱処理を施し、圧粉磁心とした。
【００７８】
試料Ｎｏ．１〜１２，１１１，１１２の圧粉磁心について、相対密度を測定した。相対密度は、（見掛密度／真密度）×１００で表される密度比のことである。見掛密度は、アルキメデス法を利用して求めた。真密度は、圧粉磁心の成分分析を行い、その構成成分（ここでは、合金粒子・酸化物）の合成密度を用いた。成分分析は、公知の方法（エネルギー分散Ｘ線分光法や誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分光分析法など）を利用する。その結果を表２に示す。
【００７９】
また、試料Ｎｏ．１〜１２，１１１，１１２の圧粉磁心について、保磁力を測定した。保磁力（Ｏｅ）は、各試料のリング状の圧粉磁心に同一の巻線を配置して測定部材を作製し、ＢＨトレーサ（理研電子株式会社製ＤＣＢＨトレーサ）を用いて測定した。その結果を表２に示す。
【００８０】
【表２】
2017011073.tif 000004
【００８１】
表２に示すように、原料粉末として純鉄粉（低Ｓｉ粉末）及び高Ｓｉ粉末、Ｐを１５質量％３６質量％以下含有するＦｅ−Ｐ系合金粉末、酸化物粉末を含有した混合粉末に、加圧圧縮⇒二段階の焼結（一次焼結及び二次焼結）を行い、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｐ系合金粒子（軟磁性粒子）の粉末で構成された圧粉磁心を作製した試料Ｎｏ．２〜７，１０，１１は、高密度であり、保磁力が非常に低いことが分かった。試料Ｎｏ．２〜７，１０，１１では、（１）原料粉末に塑性変形性に優れる純鉄粉（低Ｓｉ粉末）を混合したことで塑性変形性が向上した、（２）二段階の焼結によって絶縁被覆を形成したことで各軟磁性粒子間の空隙が縮小した、という理由により、高密度となったと考えらえる。また、試料Ｎｏ．２〜７，１０，１１では、適量のＰを含有するＦｅ−Ｐ系合金粉末を混合したことによって、Ｆｅの自己拡散係数を向上でき、焼結工程において低Ｓｉ粉末と高Ｓｉ粉末の各構成元素の相互拡散を容易に行うことができ、焼結を促進することができたと考えられる。さらに、試料Ｎｏ．２〜７，１０，１１では、二段階焼結によって、純鉄粉及び高Ｓｉ粉末をＳｉの含有量が６．５質量％近傍であるＦｅ−Ｓｉ系合金からなる軟磁性粒子粉末とすることができ、かつ液相となったＦｅ−Ｐ系合金粉末及び酸化物粉末によって各軟磁性粒子の周囲に絶縁被覆を生成することができ、低保磁力の圧粉磁心が得られたと考えられる。
【００８２】
原料粉末として純鉄粉（低Ｓｉ粉末）を混合し、かつ焼結によって絶縁被覆を形成したが、Ｆｅ−Ｐ系合金粉末を含まない試料Ｎｏ．１１１の圧粉磁心は、相対密度が８６％程度と低く、保磁力も２．１Ｏｅと試料Ｎｏ．２〜７，１０，１１に比較して高かった。また、Ｆｅ−Ｐ系合金粉末を含んだとしても、その含有量が少ない試料Ｎｏ．１の圧粉磁心も、相対密度が８６％程度と低く、保磁力も２．１Ｏｅと試料Ｎｏ．２〜７に比較して高かった。これは、焼結温度が１２００℃近傍では、純鉄粉はγ相であるということに起因すると考えられる。γ相はＦｅの自己拡散が非常に遅いため、純鉄粉と高Ｓｉ粉末との間で各構成元素の相互拡散が生じ難く、焼結が進み難い。そのため、試料Ｎｏ．１１１，１では、純鉄粉を混合した混合粉末を加圧圧縮⇒焼結しても、Ｆｅ−Ｐ系合金粉末を含まない又はその含有量が少ないことで、焼結が進まないために各軟磁性粒子の空隙を縮小することができないためと考えられる。
【００８３】
Ｆｅ−Ｐ系合金粉末の含有量が多い試料Ｎｏ．８，９の圧粉磁心は、保磁力が試料Ｎｏ．２〜７，１０，１１に比較して高かった。これは、Ｐによる保磁力への影響が大きくなったためと考えられる。Ｆｅ−Ｐ系合金粉末の含有量が多い場合でも、そのＦｅ−Ｐ系合金粉末におけるＰの含有量が適量である試料Ｎｏ．８は、高密度であった。これは、ＰによってＦｅの自己拡散係数が向上され、純鉄粉と高Ｓｉ粉末との間で各構成元素の相互拡散が促進されることで、相対密度が向上されたためと考えられる。一方、試料Ｎｏ．２〜７，１０，１１では、原料粉末として適量のＦｅ−Ｐ系合金粉末を混合しているため、Ｐが低Ｓｉ粉末へ固溶しγ相からα相へと変態することで、Ｆｅの自己拡散係数が向上され、純鉄粉と高Ｓｉ粉末との間で各構成元素の相互拡散が促進されたと考えられる。
【００８４】
Ｆｅ−Ｐ系合金粉末を適量混合したとしても、Ｆｅ−Ｐ系合金粉末におけるＰの含有量が多い試料Ｎｏ．１２の圧粉磁心は、相対密度が８５％程度と低く、保磁力も２．１Ｏｅと試料Ｎｏ．２〜７，１０，１１に比較して高かった。これは、Ｆｅ−Ｐ系合金粉末におけるＰの含有量が多過ぎるため、Ｐによる保磁力への影響が大きくなったからと考えられる。また、試料Ｎｏ．１２の圧粉磁心は、Ｆｅ−Ｐ系合金粉末におけるＰの含有量が多いことで、ＦｅＰという安定な化合物が形成され、ＰがＦｅに拡散され難くなり、相対密度が低くなったと考えられる。
【００８５】
従来の方法で得られた試料Ｎｏ．１１２の圧粉磁心は、相対密度が８５％程度と低く、保磁力も２．１Ｏｅと試料Ｎｏ．２〜７，１０，１１に比較して高かった。これは、原料粉末として、Ｓｉの含有量が６．５質量％であるＦｅ−６．５Ｓｉ合金の軟磁性粉末を用いているため塑性変形性に劣り、成形時に相対密度が向上されなかったからと考えられる。
【００８６】
試料Ｎｏ．２〜７，１０，１１の圧粉磁心について、断面を観察した。圧粉磁心の断面を鏡面研磨してＳＥＭで観察すると、コントラストの違いにより各単結晶の識別が可能である。その結果、試料Ｎｏ．２〜７，１０，１１の圧粉磁心は、軟磁性粒子の過半数が単結晶であることが確認できた。また、試料Ｎｏ．２〜７，１０，１１の圧粉磁心の断面のＳＥＭ反射電子像において、任意に選定した１０個の単結晶粒子について、各単結晶粒子の面積を測定し、この面積と同面積の円の直径を各単結晶粒子の粒径とし、単結晶粒子の平均結晶粒径を求めた。その結果、単結晶粒子の平均結晶粒径は１２２μｍであった。さらに、エネルギー分散Ｘ線分光法によって、各軟磁性粒子は均一的な組成のＦｅ−６．５質量％Ｓｉ合金であること、及び各軟磁性粒子の表面にＦｅＯ−ＳｉＯ２−Ｐ２Ｏ５からなる絶縁被覆が形成されていることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明の圧粉磁心は、低保磁力が望まれる用途の磁性部材に利用することができる。また、本発明の圧粉磁心の製造方法は、各種インダクタに用いられる圧粉磁心を得るのに好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００８８】
１  圧粉磁心    ２  混合粉末    ３  成形体
１０  軟磁性粒子（単結晶軟磁性粒子）    １４  絶縁被覆
２１  低Ｓｉ軟磁性粒子（低Ｓｉ粉末）
２２  高Ｓｉ軟磁性粒子（高Ｓｉ粉末）
２３  Ｆｅ−Ｐ系合金粒子（Ｆｅ−Ｐ系合金粉末）
２４  酸化物粒子（酸化物粉末）
４０  多結晶軟磁性粒子    ４４  液相介在部材
【図１】
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