(57)【要約】【課題】耐熱性に優れた軟質磁性コアの製造に使用できる磁性材料、磁性コアおよびその製造方法を提供する。【解決手段】磁性材料は、表面に無機絶縁被膜４ｂを有する鉄系軟磁性体粉末４ａと、この無機絶縁被膜の表面に形成されたフッ素樹脂被膜とを備えてなり、フッ素樹脂被膜は、無機絶縁被膜の表面に形成された変性フッ素コーティング膜５ａと、この膜上に形成されたパーフルオロフッ素樹脂被膜５ｂとの複合フッ素樹脂被膜５、または無機絶縁被膜の表面に形成されたパーフルオロフッ素樹脂含有変性フッ素コーティング膜である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に無機絶縁被膜を有する鉄系軟磁性体粉末と、前記無機絶縁被膜の表面に形成されたフッ素樹脂被膜とを備えてなる磁性材料であって、
前記フッ素樹脂被膜は、前記無機絶縁被膜の表面に形成された変性フッ素コーティング膜と、この膜上に形成されたパーフルオロフッ素樹脂被膜との複合フッ素樹脂被膜であることを特徴とする磁性材料。
【請求項２】
前記表面に無機絶縁被膜を有する鉄系軟磁性体粉末を１００質量部として、前記変性フッ素コーティング膜を形成する、固形分濃度０．２〜２質量％のフッ素コーティング剤が０．５〜２質量部、前記パーフルオロフッ素樹脂被膜を形成するパーフルオロフッ素樹脂が２〜８質量部、それぞれ前記無機絶縁被膜が形成された前記鉄系軟磁性体粉末に配合されていることを特徴とする請求項１記載の磁性材料。
【請求項３】
表面に無機絶縁被膜を有する鉄系軟磁性体粉末と、前記無機絶縁被膜の表面に形成されたフッ素樹脂被膜とを備えてなる磁性材料であって、
前記フッ素樹脂被膜は、前記無機絶縁被膜の表面に形成されたパーフルオロフッ素樹脂含有変性フッ素コーティング膜であることを特徴とする磁性材料。
【請求項４】
前記パーフルオロフッ素樹脂含有変性フッ素コーティング膜は、パーフルオロフッ素樹脂と、バインダ樹脂との混合組成からなるコーティング膜であることを特徴とする請求項３記載の磁性材料。
【請求項５】
前記パーフルオロフッ素樹脂含有変性フッ素コーティング膜における、パーフルオロフッ素樹脂と、バインダ樹脂との配合割合は、前記パーフルオロフッ素樹脂が５〜９５質量部、前記バインダ樹脂が９５〜５質量部であることを特徴とする請求項３または請求項４記載の磁性材料。
【請求項６】
前記バインダ樹脂がポリイミド系樹脂であることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項記載の磁性材料。
【請求項７】
前記表面に無機絶縁被膜を有する鉄系軟磁性体粉末は、篩目開き１０６μｍの篩を通過し、同２５μｍの篩を通過しない粒子であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項記載の磁性材料。
【請求項８】
磁性材料の圧縮成形および焼成成形体からなる磁性コアであって、
前記磁性材料が請求項１から請求項７のいずれか１項記載の磁性材料であり、
磁性コアを任意の断面で切断したとき、内部空孔を有する断面組織を有することを特徴とする磁性コア。
【請求項９】
前記磁性コアが高周波焼入装置の誘導加熱コイルに組み込まれる磁性コアであることを特徴とする請求項８記載の磁性コア。
【請求項１０】
表面に無機絶縁被膜を有する鉄系軟磁性体粉末と、変性フッ素コーティング膜を形成するフッ素コーティング剤とを混合する一次混合工程と、
前記変性フッ素コーティング膜上にパーフルオロフッ素樹脂被膜を形成するパーフルオロフッ素樹脂を混合する二次混合工程と、
前記二次混合工程で得られた混合原料を前記パーフルオロフッ素樹脂の融点超から２５℃以下の温度で所定時間混練する加熱混練工程と、
前記加熱混練工程により生成した凝集ケーキを室温で粉砕して磁性粉末からなる磁性材料を得る粉砕工程と、
前記磁性材料を金型を用いて２００〜５００ＭＰａの圧力にて圧縮成形体とする圧縮成形工程と、
前記圧縮成形体を３５０〜４００℃の空気中または窒素中にて焼成する焼成工程とを含むことを特徴とする磁性コアの製造方法。
【請求項１１】
前記一次混合工程における配合割合は、前記鉄系軟磁性体粉末を１００質量部として、固形分濃度０．２〜２質量％の前記フッ素コーティング剤を０．５〜２質量部配合させる割合であり、
前記二次混合工程における配合割合は、前記鉄系軟磁性体粉末を１００質量部として、前記パーフルオロフッ素樹脂を２〜８質量部配合させる割合であることを特徴とする請求項１０記載の磁性コアの製造方法。
【請求項１２】
表面に無機絶縁被膜を有する鉄系軟磁性体粉末と、パーフルオロフッ素樹脂含有変性フッ素コーティング膜を形成するフッ素コーティング剤とを混合する混合工程と、
前記混合工程で得られた混合原料を前記フッ素コーティング剤に含有されたパーフルオロフッ素樹脂の融点超から２５℃以下の温度で所定時間混練する加熱混練工程と、
前記加熱混練工程により生成した凝集ケーキを室温で粉砕して磁性粉末からなる磁性材料を得る粉砕工程と、
前記磁性材料を金型を用いて２００〜５００ＭＰａの圧力にて圧縮成形体とする圧縮成形工程と、
前記圧縮成形体を３５０〜４００℃の空気中または窒素中にて焼成する焼成工程とを含むことを特徴とする磁性コアの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁性材料、磁性コアおよびその製造方法に関し、特に高周波焼入装置の加熱コイル部に取り付けられる耐熱性に優れた鉄系軟質磁性コアおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁性コアは、加熱コイルの背面に取り付けてワークに磁力線を集中させパワーを増強し誘導加熱を促進させる効果や、反対に加熱コイルの前面に取り付けて磁力線を遮蔽（シールド）し焼入れ不要部位の加熱を防ぐ効果があり、高周波焼入装置の加熱コイルには欠かせない部品となっている。
このような磁性コアは、加熱コイルの形状や磁性コアの取付け状態、さらに加熱保持時間や冷却水との接触有無など様々な形態がある。また、１６０℃超で長時間使用できる高い耐熱温度および絶縁性が求められる場合がある。
【０００３】
磁性材料を用いて粉末冶金法により製造される磁性コアは、原料ロスが少なく量産性に優れるため、高周波焼入装置の加熱コイルに用いられる磁性コアとして多用されている。例えば、樹脂被膜を粒子表面に形成させた鉄系軟磁性体粉末を圧縮成形後に熱硬化させる磁性コアを本出願人は提案している（特許文献１）。この磁性コアは、経済性、磁気特性、および材料強度に優れた、高周波焼入装置の加熱コイル部に取り付けられる汎用性の高い磁性コアである。しかし、磁性材料がエポキシ樹脂との複合磁性材料のため、使用用途によってはエポキシ樹脂の熱劣化により、磁性コアの耐久性を著しく低下させる場合がある。このため、長時間１６０℃を超えるような使用用途には、展開が困難であった。
【０００４】
電動機またはリアクトルを対象用途としたコア材として、純鉄粉の表面に絶縁被膜を形成した磁性粉末とシリコン樹脂粉末を混合して、所定の温度雰囲気下で樹脂粉末をゲル化して、加圧成形（温間成形）したコア材が知られている（特許文献２）。しかし、このコア材は生産工数が増える温間成形を用いて樹脂粉末をゲル化して加圧成形するため、生産性の低下および設備費用がかかるという問題がある。
【０００５】
機械的強度を向上することのできる圧粉磁心として、複数の複合磁性粒子の各々の間に介在し、かつ少なくとも炭素を含む絶縁膜とを備え、複数の複合磁性粒子の各々はＦｅ（鉄）を主成分とする平均粒径が７５μｍ以上３００μｍ以下のＦｅ（鉄）を主成分とする金属磁性粒子と、この金属磁性粒子を被覆する絶縁被膜とを有する圧粉磁心が開示され、絶縁被膜の１つとしてフッ素樹脂が例示されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−７２４８２号公報
【特許文献２】特開２００８−２７０５３９号公報
【特許文献３】特開２００７−１２７４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
高周波焼入装置の加熱コイル部に取り付けられる磁性コアには、加熱コイルの形状や磁性コアの取付け形態から、１６０℃を超えるような雰囲気で長時間使用される場合がある。
しかしながら、特許文献１に記載の磁性コアは、磁気特性および機械的強度に優れているが、耐熱性がエポキシ樹脂により定まるとの問題がある。また、特許文献２に記載のコア材は、生産性の低下および設備費用がかかるという問題がある。特許文献３に記載の圧粉磁心は、絶縁被膜の１つとしてフッ素樹脂が例示されているが、単なる例示にとどまり、具体的記載はない。
【０００８】
本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、磁性コア、特に高周波焼入装置の加熱コイル部等に取り付けられる耐熱性に優れた軟質磁性コアの製造に使用できる磁性材料の提供を目的とする。また、磁性コアとして、特許文献１に記載の磁性コアの長所を活かしつつ、耐熱性を付与させた磁性コアおよびその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の磁性材料は、表面に無機絶縁被膜を有する鉄系軟磁性体粉末と、この無機絶縁被膜の表面に形成されたフッ素樹脂被膜とを備えてなる磁性材料である。上記フッ素樹脂被膜は、上記無機絶縁被膜の表面に形成された変性フッ素コーティング膜と、この膜上に形成されたパーフルオロフッ素樹脂被膜との複合フッ素樹脂被膜であることを特徴とする。
【００１０】
上記磁性材料においてそれぞれの配合割合は、上記無機絶縁被膜が形成された上記鉄系軟磁性体粉末を１００質量部として、上記変性フッ素コーティング膜を形成する、固形分濃度０．２〜２質量％のフッ素コーティング剤が０．５〜２質量部、上記パーフルオロフッ素樹脂被膜を形成するパーフルオロフッ素樹脂が２〜８質量部、それぞれ上記表面に無機絶縁被膜を有する鉄系軟磁性体粉末に配合されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の他の磁性材料は、表面に無機絶縁被膜を有する鉄系軟磁性体粉末と、上記無機絶縁被膜の表面に形成されたフッ素樹脂被膜とを備えてなる磁性材料であって、上記フッ素樹脂被膜は、上記無機絶縁被膜の表面に形成されたパーフルオロフッ素樹脂含有変性フッ素コーティング膜であることを特徴とする。
【００１２】
また、上記パーフルオロフッ素樹脂含有変性フッ素コーティング膜は、パーフルオロフッ素樹脂と、バインダ樹脂との混合組成からなるコーティング膜であることを特徴とする。特に、上記パーフルオロフッ素樹脂含有変性フッ素コーティング膜における、パーフルオロフッ素樹脂と、バインダ樹脂との配合割合は、上記パーフルオロフッ素樹脂が５〜９５質量部、上記バインダ樹脂が９５〜５質量部であることを特徴とする。
また、上記バインダ樹脂がポリイミド系樹脂であることを特徴とする。
【００１３】
また、上記表面に無機絶縁被膜を有する鉄系軟磁性体粉末は、篩目開き１０６μｍの篩を通過し、同２５μｍの篩を通過しない粒子であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の磁性コアは、上記本発明に係る磁性材料の圧縮成形後の焼成成形体からなる磁性コアであり、磁性コアを任意の断面で切断したとき、内部空孔が存在する断面組織を有することを特徴とする。
ここで、圧縮成形後の焼成成形により得られる内部空孔が存在する断面組織とは、本発明の磁性材料表面に形成されている無機絶縁被膜、およびパーフルオロフッ素樹脂含有変性フッ素コーティング膜または複合フッ素樹脂被膜の絶縁性を破壊しない成形圧力および焼成条件を採用することにより、断面組織内部に空孔領域を有することをいう。例えば冷間圧縮成形により形成された磁性コアの断面においては、その簡便な成形手法により、多数の内部空孔が存在する断面組織となる。冷間圧縮成形方法は、温間圧縮成形方法に比べ、容易な成形方法とされている。冷間圧縮成形方法は、磁性材料の圧縮成形が容易に行える方法とされている。
【００１５】
また、上記磁性コアが高周波焼入装置の誘導加熱コイルに組み込まれる磁性コアであることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の磁性コアの製造方法は、以下の（１）〜（６）の工程を含むことを特徴とする。
（１）表面に無機絶縁被膜を有する鉄系軟磁性体粉末と、変性フッ素コーティング膜を形成するフッ素コーティング剤とを混合する一次混合工程。
（２）パーフルオロフッ素樹脂被膜を形成するパーフルオロフッ素樹脂を混合する二次混合工程。
（３）上記二次混合工程で得られた混合原料を上記パーフルオロフッ素樹脂の融点超から２５℃以下の温度で所定時間混合する加熱混練工程。
（４）上記加熱混練工程により生成した凝集ケーキを室温で粉砕して磁性粉末からなる磁性材料とする粉砕工程。
（５）上記磁性材料を金型を用いて２００〜５００ＭＰａの圧力にて圧縮成形体とする圧縮成形工程。
（６）上記圧縮成形体を３５０〜４００℃の空気中または窒素中にて焼成する焼成工程。
【００１７】
また、本発明の他の磁性コアの製造方法は、以下の（Ａ）〜（Ｅ）の工程を含むことを特徴とする。
（Ａ）表面に無機絶縁被膜を有する鉄系軟磁性体粉末と、パーフルオロフッ素樹脂含有変性フッ素コーティング膜を形成するフッ素コーティング剤とを混合する混合工程。
（Ｂ）上記混合工程で得られた混合原料を上記フッ素コーティング剤に含有されたパーフルオロフッ素樹脂の融点超から２５℃以下の温度で所定時間混練する加熱混練工程。
（Ｃ）上記加熱混練工程により生成した凝集ケーキを室温で粉砕して磁性粉末からなる磁性材料を得る粉砕工程。
（Ｄ）上記磁性材料を金型を用いて２００〜５００ＭＰａの圧力にて圧縮成形体とする圧縮成形工程。
（Ｅ）上記圧縮成形体を３５０〜４００℃の空気中または窒素中にて焼成する焼成工程。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の磁性材料は、鉄系軟磁性体粉末表面に複合フッ素樹脂被膜が形成されているので、磁性材料の圧縮成形および焼成が容易にできる。また、このように磁性材料が生成されることにより、耐熱性を向上させた磁性材料の提供ができる。鉄系軟磁性体粉末を覆う無機絶縁被膜の表面に形成された変性フッ素コーティング膜と、この膜上に形成されたパーフルオロフッ素樹脂被膜とは、共にフッ素という耐熱性に優れるものを含んでいることから、変性フッ素コーティング膜とパーフルオロフッ素樹脂被膜とを備える複合フッ素樹脂被膜が鉄系軟磁性体粉末上の無機絶縁被膜上に設けられることにより、耐熱性に優れる磁性材料が生成できる。
【００１９】
本発明の磁性材料の配合割合が上記鉄系軟磁性体粉末を１００質量部として、フッ素コーティング剤が０．５〜２質量部、パーフルオロフッ素樹脂が２〜８質量部と構成されているので、耐熱性に優れた複合フッ素樹脂被膜を有する磁性材料が生成できる。
【００２０】
本発明の他の磁性材料は、鉄系軟磁性体粉末表面にパーフルオロフッ素樹脂含有変性フッ素コーティング膜が形成されているので、耐熱性を向上させた磁性材料の提供ができる。鉄系軟磁性体粉末を覆う無機絶縁被膜の表面に形成されたパーフルオロフッ素樹脂含有変性フッ素コーティング膜は、パーフルオロフッ素樹脂という耐熱性に優れるものを含有していることから、パーフルオロフッ素樹脂含有変性フッ素コーティング膜が鉄系軟磁性体粉末上の無機絶縁被膜上に設けられることにより、耐熱性に優れる磁性材料が生成できる。
【００２１】
また、パーフルオロフッ素樹脂含有変性フッ素コーティング膜がバインダ樹脂との混合組成膜からなるコーティング膜であるので、確実に鉄系軟磁性体粉末を覆う無機絶縁被膜の表面に形成できる。パーフルオロフッ素樹脂含有変性フッ素樹脂は、優れた耐熱性を有するが、非粘着特性を有し、無機絶縁被膜などの相手部材には付着しにくい性質を有している。パーフルオロフッ素樹脂含有変性フッ素コーティング膜が、パーフルオロフッ素樹脂と、パーフルオロフッ素樹脂を無機絶縁被膜の表面に付着させるバインダ樹脂との混合組成膜として形成されることにより、パーフルオロフッ素樹脂含有変性フッ素コーティング膜に、バインダ樹脂による無機絶縁被膜への結着性が付与されると共に、耐熱性に優れたパーフルオロフッ素樹脂による耐熱性も付与される。これにより、上記磁性材料を用いて、例えば耐熱性に優れる磁性コアとしての成形ができる。
【００２２】
上記パーフルオロフッ素樹脂含有変性フッ素コーティング膜における、パーフルオロフッ素樹脂と、バインダ樹脂との配合割合は、上記パーフルオロフッ素樹脂が５〜９５質量部、上記バインダ樹脂が９５〜５質量部であるので、無機絶縁被膜の表面ヘの被膜の結着性に優れると共に耐熱性にも優れる。特に上記バインダ樹脂がポリイミド系樹脂である。ポリイミド系樹脂は、分子内に少なくともイミド結合を有する樹脂であり耐熱性に優れる。パーフルオロフッ素樹脂含有変性フッ素コーティング膜として、耐熱性に優れるパーフルオロフッ素樹脂と、耐熱性に優れるポリイミド系樹脂との混合組成膜が採用されているので、優れた耐熱性を有する磁性材料を製造できる。例えば上記磁性材料を用いて形成された磁性コアは、高周波焼入装置の誘導加熱コイルに組み込まれて使用することができる。
【００２３】
上記鉄系軟磁性体粉末が、篩目開き１０６μｍの篩を通過し、同２５μｍの篩を通過しない粒子であるので、鉄系軟磁性体粉末表面への樹脂被膜の形成が容易となり、また、鉄損（渦電流損）を低減することができる。
【００２４】
本発明の磁性コアは、特許文献１に記載の磁性コアに比較して、１６０℃を超えるような雰囲気で長時間使用できる耐熱性を有している。
高周波焼入装置の誘導加熱コイルは、１６０℃を超える温度に熱せられる。
鉄系軟磁性体粉末を覆う無機絶縁被膜の表面に形成されたパーフルオロフッ素樹脂含有変性フッ素コーティング膜または複合フッ素樹脂被膜は、耐熱性に優れるものであるので、このような磁性材料により形成された磁性コアは、高周波焼入装置の誘導加熱コイルに組込むことができる。
本発明の磁性コアは、特許文献１に記載の磁性コアに比較して、１６０℃を超えるような雰囲気で長時間使用できる耐熱性を有している。
【００２５】
本発明の磁性コアの製造方法は、上述した（１）〜（６）の工程を含む方法であり、他の磁性コアの製造方法は、上述した（Ａ）〜（Ｅ）の工程を含む方法であるので、機械的強度および磁気特性に優れた磁性コアを製造することができる。２００〜５００ＭＰａの比較的低い圧力にて圧縮成形するので、鉄系軟磁性体粉末の絶縁被膜の破壊を抑えることができ、また、特に圧縮成形体を３５０〜４００℃の窒素中にて焼成することにより鉄系軟磁性体粉末の酸化を抑制し、磁気特性の低減を極力少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】磁性コアおよび高周波コイルの配置関係を示す図である。
【図２】磁性コアの斜視図である。
【図３】磁性粉末粒子の断面図である。
【図４】磁性材料の製造工程図である。
【図５】他の磁性材料の製造工程図である。
【図６】磁性コアの製造工程図である。
【図７】磁性コアの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
等速自在継手の外側継手部材は、円柱状の素材から冷間鍛造などの鍛造過程を経て製造され、その後、高周波焼き入れされる。この高周波焼き入れは、外側継手部材のカップ部分の内外面および軸部において高周波焼き入れの焼き入れ度を調整するために、高周波コイルの前面もしくは背面に磁性コアを配置して実施されることが多い。
【００２８】
磁性コアおよび高周波コイルの配置関係を図１に示す。図１（ａ）は環状または矩形状コイルの枠内に磁性コアを嵌め込んで使用する形態の場合を示す図であり、図１（ｂ）はコイルの一端に磁性コアを取付けて使用する形態の場合を示す図である。
図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、コイル２は電気抵抗の低い銅のパイプや板などで構成され、加熱効率の向上や加熱部位の調整のために、磁束を制御する磁性コア１ａまたは磁性コア１ｂ（以下、磁性コア１という）が配置されている。この磁性コア１はコイル電流３ａが流れることで発生する磁束をワークへ集中させたり、反対に遮蔽させたりすることで誘導加熱の状態を変化させることができる。図１（ａ）および図１（ｂ）に示す磁性コア１は、大電流が印加されるコイル２の周囲で使用されるため、耐熱性が要求される。なお、図１（ａ）の場合、磁性コア１内を介して漏洩電流３ｂが流れるため、高い絶縁耐力が必要になる。一方、図１（ｂ）の場合、磁性コア１を介しての電気の短絡は起こらないため、高い絶縁耐力は必ずしも必要とされない。
【００２９】
耐熱性を向上させるために、磁性コアの原料となる磁性粉表面を耐熱性に優れたフッ素樹脂で被覆することが考えられた。しかしながら、フッ素樹脂自体は非粘着性を有する材料であり、単に磁性粉表面を被覆するのみでは磁性粉同士の固着力が十分でなく機械的強度に劣る磁性コアしか得られなかった。しかし、変性フッ素コーティング膜とパーフルオロフッ素樹脂被膜との複合フッ素樹脂被膜とし、特定の条件で成形することにより、機械的強度、電気絶縁性および耐熱性に優れた磁性コアが得られた。本発明はこのような知見に基づくものである。
【００３０】
磁性コアの斜視図の一例を図２に示す。図２（ａ）は環状または矩形状コイルの枠内に嵌め込んで使用される磁性コア１ａの例であり、図２（ｂ）はコイルの一端に取付けて使用される磁性コア１ｂの例である。なお、高周波コイルの形状、大きさ、場所等により、配置される磁性コアの形状等も適宜変更できる。
【００３１】
磁性コアを製造するための磁性材料となる磁性粉末粒子の断面図を図３に示す。図３（ａ）は複合フッ素樹脂被膜を有する磁性粉末粒子の断面図であり、図３（ｂ）はパーフルオロフッ素樹脂含有変性フッ素コーティング膜を有する磁性粉末粒子の断面図である。
磁性コア１は、磁性粉末粒子４からなる磁性材料を圧縮成形後、焼成し、成形体とし、その後必要に応じて、切削加工、バレル加工および防錆処理などの後処理をして製造される。
図３（ａ）に示すように、磁性粉末粒子４は、鉄系軟磁性体粉末粒子４ａの表面に無機絶縁被膜４ｂが被覆され、さらにこの無機絶縁被膜４ｂ表面に薄膜状の変性フッ素コーティング膜５ａおよびこのコーティング膜５ａ上に形成されるパーフルオロフッ素樹脂膜５ｂからなる複合フッ素樹脂被膜５が被覆されている。
また、図３（ｂ）に示すように、他の磁性粉末粒子４’は、鉄系軟磁性体粉末粒子４ａの表面に無機絶縁被膜４ｂが被覆され、さらにこの無機絶縁被膜４ｂ表面に薄膜状のパーフルオロフッ素樹脂含有変性フッ素コーティング膜５’が被覆されている。
【００３２】
本発明に使用できる鉄系軟磁性体粉末としては、純鉄、鉄−シリコン系合金、鉄−窒素系合金、鉄−ニッケル系合金、鉄−炭素系合金、鉄−ホウ素系合金、鉄−コバルト系合金、鉄−リン系合金、鉄−ニッケル−コバルト系合金および鉄−アルミニウム−シリコン系合金（センダスト合金）などの粉末を用いることができる。
【００３３】
上記鉄系軟磁性体粉末の中でも、純鉄が好ましく、特に粉末冶金に用いられている還元鉄粉またはアトマイズ鉄粉が好ましい。還元鉄粉は、製鉄工場で発生する酸化鉄などをコークス等で還元し、次に水素雰囲気で熱処理して製造される鉄粉であり、粒子内に空孔を有している。また、アトマイズ鉄粉は、溶けた鋼を高圧水で粉化・冷却し、その後水素雰囲気で熱処理して製造される鉄粉であり、粒子内に空孔がない。還元鉄粉の断面写真は表面に凹凸が多く見られ、この凹凸が圧環強度を低下させていると考えられる。また、アトマイズ鉄粉は、鉄または鉄合金の溶湯をるつぼ底部の小孔から流出させて細流とし、これに高速の空気、窒素、アルゴン、水などを吹き付けると、溶湯は飛散するとともに急冷凝固して粉末となる粉末製造法により製造される鉄粉をいう。
【００３４】
鉄系軟磁性体粉末粒子の表面は無機絶縁材料により被覆されている。無機絶縁材料の種類に特に限定はなく、従来から圧粉磁心において用いられているものを使用することができる。好ましい絶縁材料の例としては、リン酸鉄、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等のリン酸金属塩、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム等の金属酸化物が挙げられる。また、その他の鉱物を用いることもできる。無機絶縁材料としては１種類の材料を用いてもよいし、２種類以上の材料を併用してもよい。無機絶縁被覆されている鉄系軟磁性体粉末の市販品としては、ヘガネス社製商品名；Ｓｏｍａｌｏｙが挙げられる。
【００３５】
上記表面が無機絶縁被膜処理された鉄系軟磁性体粉末は、篩目開きが１０６μｍの篩（米国ＡＳＴＭ規格で１５０メッシュの篩）を通過し、同２５μｍの篩（米国ＡＳＴＭ規格で５００メッシュの篩）を通過しない粒子であることが好ましい。より好ましい範囲は、同９０μｍの篩（米国ＡＳＴＭ規格で１７０メッシュの篩）を通過し、同３８μｍの篩（米国ＡＳＴＭ規格で４００メッシュの篩）を通過しない粒子である。篩目開きが２５μｍを通過する微粉は、鉄粒子表面への樹脂被膜の形成が困難になり、同１０６μｍ不通過の鉄系軟磁性体粉末は鉄損が大きくなる。すなわち、無機絶縁被膜処理した細かな鉄系軟磁性体粉末（篩目開きが１０６μｍの篩を通過し、同２５μｍの篩を通過しない粒子）を使用することで、鉄損（渦電流損）を低減することが可能となった。また、特に薄くて良質な絶縁被膜形成により、磁性粉末（鉄粉）の充填率を損なわず、「飽和磁束密度」や「比透磁率」は、従来品レベルを維持するとともに、耐熱性の高いフッ素樹脂を使用することで高温使用に耐え得る磁性コアを製造できる磁性材料となる。
【００３６】
図３（ａ）に示す複合フッ素樹脂被膜は、変性フッ素コーティング膜およびパーフルオロフッ素樹脂膜からなる。
変性フッ素コーティング膜として用いられる変性フッ素樹脂は、溶剤可溶性の塗料用フッ素樹脂である。例えば含フッ素アクリル樹脂；ビニルエーテル、ビニルエステル、またはビニルシランなどの炭化水素系オレフィンとフルオロオレフィンとの共重合体樹脂；フッ化ビニリデン系共重合体樹脂とアクリル樹脂との混合樹脂；フルオロエポキシ樹脂等が挙げられる。
これらの中で含フッ素アクリル樹脂が好ましく、特にエステルのアルコール部分（側鎖）にフッ素を含むアクリル樹脂、酸部分（主鎖）にフッ素を含むアクリル樹脂等のフッ化アクリル系樹脂（部分フッ素化樹脂）が好ましい。
含フッ素アクリル樹脂のコーティング液としては、フッ化アクリル系樹脂５〜１５質量％、溶媒８５〜９５質量％のコーティング液を希釈して、固形分濃度０．２〜２質量％のフッ素コーティング液として使用することが好ましい。
【００３７】
パーフルオロフッ素樹脂は、分子内に水素原子を含まないフッ素樹脂である。例えば、ポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥという）樹脂、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）樹脂、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）樹脂などのパーフルオロフッ素樹脂が挙げられる。これらの中で耐熱性に優れるＰＴＦＥ樹脂が好ましい。
【００３８】
表面に無機絶縁被膜を有する鉄系軟磁性体粉末と複合フッ素樹脂の配合割合は、鉄系軟磁性体粉末を１００質量部として、変性フッ素コーティング膜を形成する、固形分濃度０．２〜２質量％のフッ素コーティング剤が０．５〜２質量部、パーフルオロフッ素樹脂被膜を形成するパーフルオロフッ素樹脂が２〜８質量部、それぞれ配合されている。これらの配合割合により、それぞれの厚さを有する被膜が形成される。例えば、変性フッ素コーティング膜としては、１μｍ以下の薄膜が形成される。
【００３９】
また、ＰＴＦＥなどのパーフルオロフッ素樹脂の形態は、成形用の粉末であってもよく、いわゆる固体潤滑剤の微粉末であってもよい。その平均粒径は、０．１〜２０μｍ、好ましくは０．２〜１０μｍの範囲である。平均粒径がその範囲のものは、塗布液中で凝集を起こし難く好ましい。
【００４０】
また、図３（ｂ）に示すパーフルオロフッ素樹脂含有変性フッ素コーティング膜を形成するパーフルオロフッ素樹脂と混合されるバインダ樹脂としては、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノ一ル系樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリイミド系樹脂などの耐熱性合成重合体を挙げることができる。
これらの中でもポリイミド系樹脂が好ましい。優れた耐熱性を有するためである。
また、バインダ樹脂は、架橋性を有する樹脂材であってもよい。焼成時に架橋することによって無機絶縁被膜の表面とフッ素系化合物とを良好に密着させることができる。
【００４１】
上記ポリイミド系樹脂は、分子内に少なくともイミド結合を有する樹脂である。例えばポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂、ポリエステルアミドイミド樹脂等を挙げることができる。これらポリイミド系樹脂の中で、ポリアミドイミド樹脂およびポリイミド樹脂が好ましい。特に、イミド結合またはアミド結合とが芳香族基を介して結合している芳香族ポリイミド系樹脂が好ましい。芳香族系樹脂であるとフッ素系樹脂との結着性に優れ、かつ得られる被覆層の耐熱性が優れる。
【００４２】
ポリイミド樹脂は、酸二無水物とジアミンとをＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）やジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）等の非プロトン系極性溶媒中で開環重付加反応により得られるポリイミド前駆体のポリアミドカルボン酸を加熱脱水閉環することなどにより得られる。バインダ樹脂としては、ポリアミドカルボン酸の状態であっても、またポリイミドの状態であっても、さらにはこれらが混在している状態であっても使用することができる。
【００４３】
ポリアミドイミド樹脂は、分子内にイミド結合とアミド結合とを有する樹脂である。また、芳香族ポリアミドイミド樹脂のイミド結合は、ポリアミドカルボン酸などの前駆体であっても、また閉環したイミド環であってもよく、さらにはそれらが混在している状態であってもよい。
このような芳香族ポリアミドイミド樹脂は、芳香族第一級ジアミン、例えばジフェニルメタンジアミンと芳香族三塩基酸無水物、例えばトリメリット酸無水物のモノまたはジアシルハライド誘導体から製造されるポリアミドイミド、芳香族三塩基酸無水物と芳香族ジイソシアネート化合物、例えばジフェニルメタンジイソシアネートとから製造されるポリアミドイミドなどがあり、さらにアミド結合に比べてイミド結合の比率を大きくしたポリアミドイミドとして、芳香族、脂肪族または脂環族ジイソシアネート化合物と芳香族四塩基酸二無水物および芳香族三塩基酸無水物とから製造されるポリアミドイミド等があり、いずれのポリアミドイミド樹脂であっても使用することができる。
また、これらの樹脂をそれぞれ２種類以上を混合して使用することもできる。このようにして形成される被膜を鉄系軟磁性体粉末を覆う無機絶縁被膜の表面に設けることで、耐熱性に優れる磁性材料が得られる。
【００４４】
パーフルオロフッ素樹脂とバインダ樹脂との混合組成物における配合割合は、パーフルオロフッ素樹脂の配合割合が５〜９５質量部、バインダ樹脂の配合割合が９５〜５質量部である。この配合割合は、例えば、磁性材料、磁性コアに要求される特性に応じて決定される。好ましい配合量は、パーフルオロフッ素樹脂１５〜８５質量部、バインダ樹脂８５〜１５質量部であり、より好ましくはパーフルオロフッ素樹脂３０〜７０質量部、バインダ樹脂７０〜３０質量部であり、さらに、パーフルオロフッ素樹脂４０〜６０質量部、バインダ樹脂６０〜４０質量部のものが比較的好ましい。また、パーフルオロフッ素樹脂が５質量部未満であると耐熱性が期待できず、一方バインダ樹脂が５質量部未満であると無機絶縁被膜の表面ヘの被覆層の結着性が不安定となる。
【００４５】
本発明の磁性材料の製造方法を図４に示す。
図４に示すように、表面が無機絶縁被膜処理された鉄系軟磁性体粉末と変性フッ素コーティング剤とを準備する。無機絶縁被膜処理された鉄系軟磁性体粉末は市販品を使用することができる。鉄系軟磁性体粉末は予め分級機により篩目開き１０６μｍの篩を通過し、２５μｍの篩を通過しない粒子に調整されている。変性フッ素コーティング剤は固形分濃度０．２〜２質量％のフッ素コーティング剤を、鉄系軟磁性体粉末を１００質量部として、０．５〜２質量部の割合で配合する。
一次混合工程は、鉄系軟磁性体粉末をブレンダーなどの混合装置に投入し、ついで変性フッ素コーティング剤を上記割合で添加し、室温で十分に混合する。混合時間はフッ素コーティング剤の溶媒、固形分濃度、添加量などによって変動するが、５分〜２０分間である。
【００４６】
二次混合工程は、一次混合された混合物に引き続きパーフルオロフッ素樹脂を添加して混合する工程である。パーフルオロフッ素樹脂としてはＰＴＦＥ樹脂を使用することが好ましく、ＰＴＦＥ樹脂は微粉末状の樹脂、またはこの微粉末状樹脂の分散液を用いることができる。配合量は、鉄系軟磁性体粉末を１００質量部として、固形分換算でパーフルオロフッ素樹脂が２〜８質量部である。二次混合時間は、５分〜２０分間である。
【００４７】
ついで、加圧ニーダーなどの加圧および加熱混合装置に二次混合物を投入して、パーフルオロフッ素樹脂の融点超から２５℃以下の温度で加熱混合／加熱混練する。融点超から２５℃以下の温度で混練することで、表面にパーフルオロフッ素樹脂を被覆することができる。融点が３２７℃であるＰＴＦＥ樹脂の場合、加熱混練温度は３２７℃を超え、３５２℃以下である。好ましくは３３０℃〜３５０℃である。混練時間はパーフルオロフッ素樹脂の種類、添加量などによって変動するが、所定温度到達後５分〜１５分間である。
【００４８】
加熱混練された内容物は、凝集したケーキ状となっている。この凝集ケーキを室温で粉砕し、その後篩分けして磁性粉末からなる磁性材料が得られる。粉砕はヘンシェルミキサーが好ましく、篩分けは６０メッシュ（２５０μｍ）の篩を通過する粒子とすることが好ましい。
【００４９】
上記方法で製造される磁性材料は、無機絶縁被膜と複合フッ素樹脂被膜との複合絶縁被膜を有する粉末状の磁性材料となる。この磁性材料は、エポキシ樹脂絶縁被膜を形成した場合と比べ、優れた絶縁性および耐熱性を両立させた磁性コアなどの原料として利用できる。
【００５０】
本発明の他の磁性材料の製造方法を図５に示す。
図５に示すように、表面が無機絶縁被膜処理された鉄系軟磁性体粉末と、パーフルオロフッ素樹脂が含有された変性フッ素コーティング剤とを準備する。
鉄系軟磁性体粉末については、図４に示す上記鉄系軟磁性体粉末と同じである。
パーフルオロフッ素樹脂が含有された変性フッ素コーティング剤は、例えば固形分として、パーフルオロフッ素樹脂６０質量部、バインダ樹脂４０質量部の比率で混合された混合組成物を含有するコーティング剤である。
混合工程は、鉄系軟磁性体粉末をブレンダーなどの混合装置に投入し、ついで上記混合組成割合のパーフルオロフッ素樹脂が含有された変性フッ素コーティング剤を添加し、室温で十分に混合する。混合時間は、パーフルオロフッ素樹脂含有変性フッ素コーティング剤の溶媒、固形分濃度、添加量などによって変動するが、５分〜２０分間である。
その後の加熱混練工程、粉砕工程については、図４に示す上記加熱混練工程、上記粉砕工程と同じである。
【００５１】
本発明の磁性材料を用いた磁性コアの製造方法を図６に示す。
図６に示すように、本発明の磁性コアは、上記各種磁性材料を用い、金型を用いる圧縮成形工程により成形体とし、その後焼成工程を経て、加圧結着および高温固着成形体として製造できる。
圧縮成形により得られる加圧結着成形体は、比較的低圧である２００〜５００ＭＰaにて金型内で圧縮成形される。その後、金型より取り出して３５０℃〜４００℃空気中または窒素中にて焼成する。好ましくは窒素中にて焼成することで高温固着成形体となる。その後、必要に応じて切削加工、バレルおよび防錆処理など後処理を行ない磁性コアが得られる。
【００５２】
本発明の磁性コアを任意の断面で切断したときの断面図を図７に示す。図７は複合フッ素樹脂被膜を用いた例である。
磁性コア１は、表面に無機絶縁被膜４ｂおよび複合フッ素樹脂被膜５を有する鉄系軟磁性体粉末粒子４ａの圧縮成形体である。複合フッ素樹脂被膜５を形成する薄膜状の変性フッ素コーティング膜５ａは圧縮成形後の焼成により、パーフルオロフッ素樹脂膜５ｂと一体化する。
また、磁性コア１は、金型内での圧縮成形圧力が２００〜５００ＭＰaであるので、鉄系軟磁性体粉末粒子４ａ表面上の無機絶縁被膜４ｂおよび複合フッ素樹脂被膜５の絶縁性を破壊することなく、内部空孔６を有する断面組織が得られる。このように、本発明の磁性コアは、鉄系軟磁性体粉末粒子表面にエポキシ樹脂絶縁被膜を形成した場合と比較して、無機絶縁被膜４ｂと複合フッ素樹脂被膜５の二重絶縁被膜の形成と、この絶縁被膜を破壊しない低圧成形が磁性コアの絶縁性向上に寄与し、さらに複合フッ素樹脂被膜５を用いたことによって長期耐熱温度を２６０℃にまで向上させることができた。その結果、本発明の磁性コアは、高周波焼入装置の誘導加熱コイルに組み込まれる磁性コアに好適に利用できる。
【実施例】
【００５３】
実施例１
粒子表面が無機絶縁被膜で覆われた鉄粉粒子１００ｇに変性フッ素コーティング剤（固形分濃度０．５質量％）１．０ｇを添加してブレンダーにて室温で１０分間混合した。鉄粉粒子は篩目開き１０６μｍの篩を通過し、２５μｍの篩を通過しない粒子を使用した。ついでＰＴＦＥ樹脂粉末５ｇを添加してブレンダーにて室温で１０分間混合した。
その後、混合物を加圧ニーダーに投入して３４０℃で１５分間加熱混練した。ニーダーより凝集したケーキを取り出して冷却した後、粉砕機で粉砕することにより磁性材料を製造した。この磁性材料を金型を用いて、３５０ＭＰａの成形圧力で圧縮成形した。圧縮成形品を金型より取り出し、３７５℃の温度で３０分間窒素雰囲気で焼成した。さらに切削加工を施し磁性コアを製造した。この磁性コアを任意の断面で切断して、その断面組織を調査したところ、内部空孔を有していた。
【００５４】
また、磁気特性測定用トロイダル状の試験片を上記条件で作製し磁気特性を測定した。試験片は、内径７．６ｍｍφ、外径１２．６ｍｍφ、厚さ５．７ｍｍの平円筒状の磁性コアとし、この磁性コアに一次側巻線および二次側巻線を巻回してトロイダル状の供試試験片を得た。一次側巻線に直流を通電して磁化力（Ａ／ｍ）を変化させたときの二次側巻線の磁束密度を測定して飽和磁束密度を測定した。また、上記磁性コアにそれぞれインダクタンスが１０μＨとなるように巻線の巻回数を調製し、１ｋＨｚにおけるインダクタンスを１００％として、周波数を変化させたときのインダクタンスおよび比透磁率を測定した。上記磁性コアを用いて表１に示す条件で鉄損および温度特性（インダクタンス変化率）を測定した。
上記磁気特性測定用トロイダル状の試験片を用いて磁性コアの圧環強度を測定した。測定は、磁性コアに、その直径方向の荷重を破壊が生じるまで連続して加え、破壊したときの荷重を測定した。測定結果を表１に示す。
【００５５】
また、体積抵抗、密度測定用として１０ｍｍ×２５ｍｍ×３ｍｍ厚さの試験片を作製した。体積抵抗は四探針法により、密度は水中法により、それぞれ測定した。
さらに上記試験片を用いて耐熱温度を測定した。耐熱温度は、加速試験における温度の逆数を横軸に、寿命時間の対数を縦軸にしてアルレニウスプロットしたときの温度であり、構造部材としての機械的強度（引張強さ）が初期値の半分となる温度を寿命とした。測定結果を表１に示す。
【００５６】
実施例２
粒子表面が無機絶縁被膜で覆われた鉄粉粒子１００ｇにＰＴＦＥ樹脂およびバインダ樹脂（ポリアミドイミド樹脂）含有の変性フッ素コーティング剤（固形分濃度３質量％）６ｇを添加してブレンダーにて室温で１０分間混合した。鉄粉粒子は篩目開き１０６μｍの篩を通過し、２５μｍの篩を通過しない粒子を使用した。なお、実施例２においては、二次混合工程を省き、二次混合工程におけるＰＴＦＥ樹脂粉末を添加していない。実施例２においては、二次混合工程を省き、二次混合工程におけるＰＴＦＥ樹脂粉末の添加を省いている以外は実施例１と同じである。
【００５７】
比較例１
粒子表面が無機絶縁被膜で覆われた鉄粉粒子を変性フッ素コーティング膜を形成することなく、ＰＴＦＥ樹脂単独で用いて、実施例１と同様の方法で磁性コアを製造した。実施例１と同様の方法で評価した結果を表１に示す。なお、この磁性コアは機械的強度が弱く、薄肉部の切削加工では割れ、クラックが発生した。
【００５８】
比較例２
粒子表面が無機絶縁被膜で覆われた鉄粉粒子９７．０ｇと、硬化剤としてジシアンジアミドを含むエポキシ樹脂粉末３．０ｇとをブレンダーにて室温で１０分間混合した。使用した鉄粉粒子は篩目開き１０６μｍの篩を通過し、２５μｍの篩を通過しない粒子を使用した。混合物をニーダーに投入して１１０℃で１５分間加熱混練した。ニーダーより凝集したケーキを取り出して冷却した後、粉砕機で粉砕した。次いで金型を用いて２００ＭＰａの成形圧力で圧縮成形した。圧縮成形品を金型より取り出し、１８０℃の温度で１時間窒素雰囲気で硬化させた。さらに切削加工を施し磁性コアを製造した。実施例１と同様の方法で評価した結果を表１に示す。
【００５９】
比較例３
鉄粉粒子として粒子表面が無機絶縁被膜で覆われていない以外は、実施例１と同様の鉄粉粒子を用いて、実施例１と同様の方法で磁性コアを製造した。実施例１と同様の方法で評価した結果を表１に示す。
【００６０】
【表１】
2017188680.tif 000003
【００６１】
実施例１および実施例２の磁性コアは、比較例２の磁性コアに比較して、耐熱性が２６０℃と向上した。また、比較例１および比較例３に比較して、圧環強度に優れていた。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の磁性コアは、経済性、磁気特性および耐熱性に優れているとともに、体積固有抵抗、表面抵抗などの電気特性に優れているので、耐熱性磁性コアとして利用できる。特に、環状または矩形状コイルの枠内に磁性コアを嵌め込んで使用する磁性コアに特に有効に利用できる。また、複雑な形状を必要とされる、例えば高周波焼入装置の加熱コイル部に取り付けられる耐熱性に優れた軟質磁性コアとして利用できる。
【符号の説明】
【００６３】
１  磁性コア
２  コイル
３  電流
４  磁性粉末粒子
５  複合フッ素樹脂被膜
６  内部空孔
【図１】
2017188680.tif 000004
【図２】
2017188680.tif 000005
【図３】
2017188680.tif 000006
【図４】
2017188680.tif 000007
【図５】
2017188680.tif 000008
【図６】
2017188680.tif 000009
【図７】
2017188680.tif 000010