(57)【要約】【課題】粉末間の電気抵抗を高めるために粉末表面に被覆される絶縁被覆量を大幅に低減あるいはゼロにしても、高い絶縁性を維持し、その結果、高い飽和磁束密度と高い電気抵抗の両者を共に向上させた圧粉磁心用金属粉末を提供する。【解決手段】粒径が10〜500μmで純度が99mass％以上の純鉄粉を、600℃以上 1000℃以下の温度域に加熱し、この温度域にて気相反応により該純鉄粉の表面にSiを濃化させ、この濃化層の表面から１μm までの深さ範囲における平均Si濃度を0.05mass％以上 ２mass％以下とたのち、酸化処理により、粉体の表面に１〜500nm厚の酸化Si層を形成する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒径が10〜500μmで純度が99mass％以上の純鉄粉を、600℃以上 1000℃以下の温度域に加熱し、この温度域にて気相反応により該純鉄粉の表面にSiを濃化させ、この濃化層の表面から１μm までの深さ範囲における平均Si濃度を0.05mass％以上 ２mass％以下とし、ついで酸化処理を施して、粉体の表面に１〜500nm厚の酸化Si層を形成することを特徴とする圧粉磁心用金属粉末の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、前記酸化Si層の表面に、さらに絶縁被覆処理を施すことを特徴とする圧粉磁心用金属粉末の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法により製造した圧粉磁心用金属粉末を、加圧成形することを特徴とする圧粉磁心の製造方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載の方法により製造した圧粉磁心用金属粉末を、加圧成形後、600℃以上 1000℃以下の温度域にて熱処理を施すことを特徴とす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、モータやトランスの磁心の素材として好適な圧粉磁心用金属粉末の製造方法および該金属粉末を用いた圧粉磁心の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モータやトランスの磁心材料には、小さな磁界で磁化が容易ないわゆる軟磁性材料が用いられる。この軟磁性材料には、キュリー温度が高いことの他、保磁力が小さいこと、透磁率が高いこと、飽和磁束密度が大きいこと、低損失であることなど多くの特性が要求される。
これらの要求を満たす軟磁性材料としては、金属軟磁性材料と酸化物軟磁性材料に大別され、周波数や電力により使い分けがなされている。
【０００３】
MnZnフェライトに代表される酸化物軟磁性材料は、電気抵抗が高いため100kHzを超える高周波領域でも損失が小さいという利点をもつ反面、飽和磁束密度が小さいという欠点がある。
一方、金属軟磁性材料は、電気抵抗が低いことから、使用周波数は低周波帯域に限定されるものの、飽和磁束密度が高く、大きなエネルギーの変換や伝達が可能という利点がある。たとえば、金属軟磁性材料の代表例である電磁鋼板は、商用周波数帯域の大電力用トランスやモータの磁心として使用されている。
【０００４】
金属軟磁性材料の使用が低周波帯域に限定されるのは、周波数が高くなるにつれて磁性体内部に渦電流が発生し、これが損失となってエネルギー効率の低下を招くためである。この渦電流損失を抑えるため、表面を絶縁被覆した電磁鋼板を幾層にも積層して磁心とする方法が採られている。特により高い周波数で駆動されるトランスやモータの磁心に使用する場合は、電磁鋼板の板厚を薄くすることにより渦電流の発生を抑制している。
【０００５】
しかしながら、板厚を薄くすることにより、積層板間の電気抵抗は改善されるものの、板面内の高電気抵抗化には限度があるため、10kHzより高い周波数での渦電流損失を抑制 するのは困難である。
【０００６】
上記の問題に対する対処案として、圧粉磁心を利用することが提案されている。圧粉磁心とは、純鉄や軟磁性合金からなる磁性粉末に樹脂などのバインダーを適宜添加した粉末を、金型に充填して加圧成形することにより、所望の形状に成形した磁心のことである。ここで、磁性粉末粒子の表面に絶縁処理を施すことにより、電磁鋼板材料と違って三次元の絶縁が可能となり、電気抵抗が高められるため、より高周波域まで渦電流損失を抑制することができる。
【０００７】
しかしながら、加圧成形後の成形密度が低い場合には、飽和磁束密度が低く、また機械的強度も低下するため、電磁鋼板に比べると不利となる。従って、圧粉磁心をモータやトランスのコアとする場合は、いかにして圧縮性を高め、成形体の密度を高めるかが重要となる。しかしながら、成形荷重を高めて高い成形密度を得ようとすると、塑性変形による歪みが大きくなる。磁性体に塑性歪みが加わると、渦電流損失以外の損失の要因であるヒステリシス損失が増大し、結果として損失の増大を招く。
【０００８】
この問題に対処するには、歪み取りのために成形体を600℃以上の温度に加熱することであり、この熱処理により塑性ひずみを小さくすることができる。熱処理の温度が高いほど歪みは小さくなり、ヒステリシス損失も小さくすることができる。
しかしながら、その反面、熱処理温度が高いと、粒子表面に被覆した絶縁材料が分解あるいは結晶化して粒子間の電気抵抗が低下し、渦電流損失の増大を招く。また、絶縁材料と粒子との密着性が良好でないと、時として成形時に絶縁被膜が剥がれ、この段階で電気抵抗の低下を生じる。
【０００９】
従って、粒子表面に被覆する絶縁材料は、粒子との密着性が良く、かつ耐熱性が高いものが求められる。このような要求を満たす絶縁材料として、シリコーン樹脂やリン酸塩などが提案されている。
また、特許文献１には、軟磁性金属粉末の表面付近にある程度以上のSiが存在していると、絶縁処理効果が高まり、その結果、高い電気抵抗を有する圧粉磁心が得られることが報告されている。
【特許文献１】特開2003−142310号公報
【００１０】
前掲した特許文献１では、Siを含有する合金組成の溶湯をたとえば水噴霧することによって、表面近傍にSiを高濃度に存在させた軟磁性金属粉末を作製している。このように、合金溶湯中にSiを含有させた場合、表面付近にSiが高濃度に存在する場合がしばしば認められるとはいえ、その分布を細かく制御することは極めて難しい。
【００１１】
ところで、従来から、気相反応法により低Si含有の鋼板に浸珪して、高珪素鋼板を製造する方法が知られている。この方法は、たとえば、圧延の容易なSi含有量が４mass％未満の鋼板をSiCl4と1000〜1200℃程度の温度で反応させ、SiCl4＋５Fe→Fe3Si＋２FeCl2の反応により、鋼板表面にFe3Siを形成し、さらに板厚方向にSiを拡散させることにより、磁気特性および磁歪特性に優れた高Si濃度の鋼板を得る方法である。
【００１２】
また、このような気相反応を用いて、特許文献２では、10kHzを超える高周波に対して初透磁率の低下が少ない電源用トランス磁心に用いられる軟磁性粉末を作製している。この軟磁性粉末は、粉末の表面からその粒径の10分の１の厚さの表層部分におけるSi濃度が、粉末の中心から表面に向かって粒径の10分の１の範囲の中心部分におけるSi濃度より高いSi濃度分布を有するFe基合金粉末であり、このような濃度分布を形成することにより、表層部分では電気抵抗および透磁率が高く、中心部では、Si濃度が低いために飽和磁束密度が高く、その結果透磁率も高くすることができるとされている。
【特許文献２】特開平11−87123号公報
【００１３】
前掲特許文献２では、粉末の表層部分におけるSi濃度が、中心部分におけるSi濃度より高いSi濃度勾配を付与するために、純鉄粉を600〜900℃でSiCl4を含む混合ガス中で浸珪処理することにより作製している。この方法によれば、特許文献１の方法に比べると、表面近傍のSi濃度をより細かく制御することができると考えられる。
【００１４】
ところで、Fe−Si合金あるいはセンダスト合金（Fe−Si−Al合金）などのように合金組成としてSiが多く含まれている場合は、合金自体が硬くなることが知られている。Si含有量が6.5mass％の電磁鋼板は磁気特性に優れているが、鋼板が硬いため圧延が困難となる。このため、高珪素鋼板を製造する方法として、低Si濃度の鋼板を圧延した後に気相反応による浸珪処理を施す方法が採られている。
【００１５】
この気相反応法を、たとえば２mass％のSiを含む金属粉末に対して適用した場合、粉末は鋼板に比べて比表面積が大きく反応性が高いため、比較的短時間のうちに粉末内部へSiが浸透、拡散する。Siを高濃度に含む粉末も圧縮性が悪いため、これを用いて高密度の圧粉体を得るのは難しい。また、圧粉体の密度を高めるためには、高い成形圧力が必要となり、その結果歪みも著しくなる。
ただし、表面層のみのSi濃度を高くし、中心部のSi濃度は低くすれば、粉末の圧縮性は改善されると考えられる。
【００１６】
そこで、発明者らは、気相反応法により粒子表面にSiを蒸着させるにしても、粒子表面に蒸着したSiが鉄粉内部に拡散する拡散速度の遅い温度域を選択するか、あるいは拡散速度が遅い組織を有する鉄粉を選択することにより、反応時間により深さ方向のSi濃度を制御して、表面層のみにSi濃化層を形成できることを見出し、特許文献３において提案した。
【特許文献３】特願2006−52490号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上記特許文献３に開示の技術により、電気抵抗が高く、かつ圧縮性に優れた圧粉磁心用の金属粉末を得ることができるようになった。
ところで、かような圧粉磁心用の金属粉末は、粉末間の絶縁性を高めるために、粉末表面に絶縁被覆処理を施したのち、成形に供されるが、この絶縁被覆量が多くなれば、相対的に磁性を有する金属粉末の割合が減り、その結果飽和磁束密度の低下を招く。
そのため、絶縁被膜量をできるだけ少なくし、かつ圧粉体の電気抵抗を高めたいという強い要望があった。
【００１８】
本発明は、上記の要望に有利に応えるもので、粉末間の電気抵抗を高めるために粉末表面に被覆される絶縁被覆量を大幅に低減あるいはゼロにしても、高い絶縁性を維持し、その結果、高い飽和磁束密度と高い電気抵抗の両者を共に得ることができる圧粉磁心用金属粉末の有利な製造方法を提案することを目的とする。
また、本発明は、上記の方法で得られた圧粉磁心用金属粉末を素材とする圧粉磁心の製造方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
金属粉末の表層部に適量のSiが存在すると絶縁処理効果が高まり、その結果、高い電気抵抗を有する圧粉磁心が得られるという報告がなされている。これは、合金組成としてSiを含んだ場合に粉末自体の電気抵抗が高まることの他、絶縁被覆剤との密着性がいくぶん高まっている効果もあると考えられる。
そこで、発明者らは、さらに研究を進めた結果、鉄粉粒子の表層部に形成するSi濃化層の最外層にさらに酸化Si層を形成することにより、この酸化Si層が絶縁層として作用すること、またこの酸化Si層の存在により絶縁被覆との密着性が格段に高まり、従ってたとえ絶縁被覆処理を施す場合であっても、少ない被覆量で高い電気絶縁性を実現できることの知見を得た。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。
【００２０】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．粒径が10〜500μmで純度が99mass％以上の純鉄粉を、600℃以上 1000℃以下の温度域に加熱し、この温度域にて気相反応により該純鉄粉の表面にSiを濃化させ、この濃化層の表面から１μm までの深さ範囲における平均Si濃度を0.05mass％以上 ２mass％以下とし、ついで酸化処理を施して、粉体の表面に１〜500nm厚の酸化Si層を形成することを特徴とする圧粉磁心用金属粉末の製造方法。
【００２１】
２．上記１において、前記酸化Si層の表面に、さらに絶縁被覆処理を施すことを特徴とする圧粉磁心用金属粉末の製造方法。
【００２２】
３．上記１または２に記載の方法により製造した圧粉磁心用金属粉末を、加圧成形することを特徴とする圧粉磁心の製造方法。
【００２３】
４．上記１または２に記載の方法により製造した圧粉磁心用金属粉末を、加圧成形後、600℃以上 1000℃以下の温度域にて熱処理を施すことを特徴とする圧粉磁心の製造方法。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、絶縁性に優れ、かつ飽和磁束密度の高い圧粉磁心用金属粉末を得ることができる。
また、上記の圧粉磁心用金属粉末を素材として加圧成形することにより、電気抵抗が高く、かつ成形密度が高い圧粉磁心を得ることができる。従って、上記の圧粉磁心を利用することにより、優れた磁気特性を有するモータおよびトランス等を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を具体的に説明する。
本発明では、素材として、Fe濃度が99mass％以上の純鉄粉を用いる。かかる純鉄粉は、高純度で軟質であるが故に、高い飽和磁束密度と優れた圧縮性をそなえている。
本発明は、上記した純鉄粉を所定の温度域に加熱したのち、気相反応により鉄粉の表層部のみにSiを的確に濃化させ、ついで粒子表面に極薄の酸化層を形成し、さらに必要に応じて粒子表面に絶縁被覆処理を施したのち、加圧成形により所望の磁心の形状に加工し、さらに好適には歪み取りのための熱処理を行うという一連のプロセスからなる。
【００２６】
本発明で使用する純鉄粉の代表的な製造方法としては、アトマイズ法、酸化物還元法、機械的粉砕法、化学反応法および電解析出法がある。
アトマイズ法は、溶融金属から小滴の噴霧により粉末を作製する方法であり、溶融金属流を粉砕する流体としてガスを用いるガスアトマイズ法と、高圧水を用いる水アトマイズ法に分類される。また、遠心力により溶融金属を飛沫状に飛散させて粉末を得る遠心アトマイズ法等もある。ガスアトマイズ法や遠心アトマイズ法では、溶湯の冷却制御によりほぼ球形の粉末が得られるが、水アトマイズでは、粒形状はやや不規則形状となる。
【００２７】
酸化鉄を還元して純鉄粉を得る方法は、形状や粒径は還元処理前の酸化鉄粉末の形状や粒径によってほぼ決定される。工業的に量産されている酸化鉄を例にとると、鋼板の酸洗処理で発生した塩化鉄を噴霧焙焼または流動焙焼することにより酸化鉄を得ている。前者は細かい不規則形状で、後者は比較的大きな球状の酸化鉄の粒子が得られる。これらの酸化鉄を還元した粉末も同様な形状となる。また、鋼板の圧延工程で発生するいわゆるミルスケールも、酸化物還元法による鉄粉原料として利用可能である。
【００２８】
圧粉磁心を製造する工程は、絶縁被膜処理ならびに加圧成形を含んでいる。粉末の粒子表面に絶縁被膜を形成するためには、粒子の凹凸ができるだけ少なく滑らかであることが好ましい。また、粉末を金型に充填して加圧成形することを考えると、流動性が高くかつ充填性の良い粒子形状であることが望まれる。これらの要請に応えるためには、粒子は球状であることが有利である。ただし、成形後の成形体の機械強度に関しては、球状よりもやや変形した形状の方が好適な場合があるため、粒子形状は目的に応じて適宜選択される。また、凹凸を持つ粒子形状でも、粒子表面を平滑化する処理を施せば流動性や充填性を高めることができる。
たとえば、ガス気流中で粒子同士を対向する位置から衝突させて機械的に表面を改質する方法などを利用することができる。さらに、還元鉄粉にしばしば見られるように、不規則形状で、かつ粒子内に空孔が存在する場合には、成形体の密度を高める上で阻害要因となることがあり、その結果、圧粉磁心の飽和磁束密度値が期待されたほど高い値とならず、またヒステリシス損失が増加する場合がある。このような場合は、ボールミルやジェットミル等で機械的に解砕することにより、空孔を含まない粒子にまで粉砕すると同時に、表面の凹凸も平滑化することができる。また、空孔の多い粉末を不活性ガス気流によって管内に浮遊させ、管の周囲に巻かれた誘導コイルで加熱するレビテーション溶解法を用いて個々の粒子を溶融することにより、内部に空孔のない球状に近い粉末粒子とすることができる。
【００２９】
粉末の製造方法により、粉末の粒子径ならびに粒度分布は異なる。
モータあるいはトランス等の磁心とする場合には、所望の形状にする加圧成形工程が不可欠である。従って、成形の際の金型への充填性および圧縮性を考慮すると、粒径は10〜500μmの範囲とする必要がある。すなわち、粒径が10μm未満の微粉を含む場合には流動性が低くなるため、金型への充填性が低下する。一方、500μm超の粒径の粉末では、成形圧力を高めても高い成形密度を得ることが難しく、また機械的強度も低下する。
なお、粒径の上下限値を決定するには、レーザー散乱回折式粒度分布装置で測定した積算粒度分布の10％および90％をそれぞれ下限値、上限値として採用することが好ましい。また、平均粒径は上記の50％とすればよい。
【００３０】
上記したいずれの製造方法でも、粉末の粒度分布はある範囲内において制御可能である。たとえば、アトマイズ法では、溶湯温度とアトマイズ圧力を変えることで10〜1000μm の粒径の範囲の粉末を得ることができる。還元法では、もともとの酸化鉄の粒径に依存するが、この場合も酸化鉄の製造方法により１〜1000μmの範囲で粒径制御が可能である。従って、所望の圧粉磁心に適した粒径となるよう、粉末の製造方法を選択し、かつ製造条件を制御することが肝要である。
【００３１】
次に、粉末粒子の表層部にSiを濃化させる方法について説明する。
前述したとおり、気相反応法により低Si含有の鋼板に浸珪処理を施して、高珪素鋼板を製造する方法が知られている。この方法は、たとえば、圧延の容易なSi含有量：４mass％未満の鋼板をSiCl4と1000〜1200℃の温度で反応させることにより、SiCl4＋５Fe→Fe3Si＋２FeCl2の反応により、鋼板表面にFe3Siを形成し、さらに板厚方向にSiを拡散させることにより、磁気特性および磁歪特性に優れた高Si濃度の鋼板を得る方法である。
【００３２】
しかしながら、この浸珪法を、たとえば２mass％のSiを含む金属粉末に対して適用した場合、粉末は鋼板に比べて比表面積が大きく反応性が高いために、比較的短時間のうちに粉末内部へSiが浸透・拡散し、粉末の表層部のみにSiを濃化させることはできなかった。粉末表層からある程度の深さにわたってSi濃度が高まると、高Si濃度の鋼板の圧延が困難であることと同様に、粒子が硬くなり、後工程である成形工程において圧縮性が低下して成形体密度が低下し、その結果高い飽和磁束密度が得られなくなる。
【００３３】
この点、発明者らは、先に、気相反応法により粒子表面にSiを蒸着させるにしても、粒子表面に蒸着したSiが鉄粉内部に拡散する拡散速度の遅い温度域を選択すること、あるいは拡散速度が遅い組織を有する鉄粉を選択することにより、反応時間により深さ方向のSi濃度を制御できることを見出した。さらに、鉄粉粒子の表層部に形成するSi濃化層の厚みを制限することにより、粉末の圧縮性を良好に保ち、かつ高い電気絶縁性を有するという両特性を同時に満たし得ることが判明した。
【００３４】
以下、SiC14ガスを用いる場合を例として、好適なSi濃化方法について説明する。なお、Si濃厚法はこれだけに限定されないことは言うまでもない。
石英製の容器内に、粒径が10〜500μmの純鉄粉を、非酸化性雰囲気下で600℃以上 1000℃以下、より好ましくは700℃以上1000℃以下に加熱する。次に、SiCl4ガスあるいは非酸化性ガスとSiCl4ガスの混合ガスを、容器内の金属粉末重量に対し、0.01〜50 Nl/min/kg導入する。ここで、反応温度が600℃に満たないと、反応中あるいは反応後に残留塩化鉄が多量に粉体表面に付着して、後の工程に悪影響を及ぼす。また、反応温度が高くなるにつれて反応速度は速くなり、1000℃を超えると、Siが著しく粒子内部まで拡散するので、粒子が硬くなって圧縮性が低下し、好ましくない。
この点、600〜1000℃の温度範囲であれば、適切な反応時間を選ぶことにより、表面から５μmの範囲にSi濃化層を止めることが可能である。反応時間は、反応温度が高い場合は短くする必要があるが、おおむね１〜30分である。
かくすることにより、粉末の表面から５μmの深さ範囲の表層部のみに安定してSiを濃化することができる。
【００３５】
Si濃化法を用いて粉末の表層部に形成するSi濃化層の厚みは、0.01μm以上とすることが好ましい。Si濃化層の厚みが0.01μmに満たないと、本発明で意図する絶縁処理効果の向上が望めないからである。一方、粉末の表層部に形成されるSi濃化層の厚みは５μm以下とするのが好ましい。これより内部では、ほぼ気相反応処理を施す前の成分になっている。すなわち、純鉄であることにより、圧縮性が優れ、その結果、成形密度が高められ、高飽和磁束密度を実現できる。Si濃化層の厚みが５μmより大きくなると、粉末粒子が硬くなり、圧縮性が低下して高い成形体密度が得られないか、あるいは高い成形密度を得るためにより高い圧力で成形する必要が生じてくる。
【００３６】
また、このSi濃化層中、とくに表面から１μm までの深さ範囲における平均Si濃度は、0.05mass％以上、２mass％以下とする必要がある。というのは、0.05mass％に満たないと、本発明で意図する絶縁処理効果の向上が望めず、一方２mass％を超えると表層部が硬くなり、内部との硬度差が生じて成形時に一様に圧縮されず、成形密度が低下するからである。Si濃化層中の平均Si濃度は、オージュ分光法で得た表層から１μm までの深さ方向のSi濃度プロファイルを平均することで得られる。なお、表層から１μm までにSiが濃化していない部分があったとしても、濃化層とみなして平均Si濃度の計算に入れる。
いうまでもなく、かようなSi濃化層よりも内部、すなわち表面から５μmの深さ位置よりも深い範囲においては、気相反応処理を施す前の鉄粉の成分となっている。
【００３７】
先に成形性の観点から鉄粉の粒径の限定理由を述べた。本発明においては、粉末表面から５μmの範囲にSi濃化層があり、それより内部では純鉄であることが圧縮性に優れる粉末の要件となっている。ここで、粉末の粒径が10μmの場合は、粉末のほぼ中心までSiが濃化されていることになるため、粉末は硬くなる。しかしながら、より大きな粒径の粉末が存在する場合は、成形時にはこれらの大きな粒径の粉末の圧縮性が相対的に高いので、成形時には全体として成形密度を高くすることができる。従って、圧縮成形に供する粉体の平均粒径としては100μm以上であることが好ましい。
【００３８】
上記のようにして、粉末の表層部にSi濃化層を形成したのち、さらに粉末の最外側に極薄の酸化Si層を形成する。
粉末の表面にこのような極薄の酸化Si層を形成する理由は、この酸化Si層を絶縁層として作用させるためであり、さらにはその後に施す絶縁被覆層との密着性を高めるためである。
【００３９】
粒子表面に酸化Si層を形成する最も簡便な方法は、気相反応後、酸素を微量含む混合ガスを系内に導入して、粉末粒子の表面を酸化し、もってSi02を形成する方法である。この処理は、特に10〜20μmの粒径の粉末が大気に曝された瞬間に急激に酸化されて発熱し、さらに酸化が進行することを防ぐ効果もある。
その他、気相反応後、取り出した粉末を、別途、酸素を含む不活性ガスとの混合ガス中または真空度の低い減圧中で加熱して、酸化させる方法でもよい。
【００４０】
ここに、形成する酸化Si層（Si02）の厚みは１〜500nmの範囲とする。厚みが１nmに満たないと、絶縁性の改善効果に乏しく、また絶縁被覆剤との密着性も十分に向上しない。一方、500nmを超えると、非磁性相の割合が多くなり、やはり飽和磁束密度が低下する。
【００４１】
本発明では、上記のようにして粉末の最外側に極薄の酸化Si層を形成したのち、電気抵抗をさらに高めるために、絶縁被覆処理を施すことが有利である。
すなわち、本発明の鉄粉を、圧粉磁心のような磁性部品に適用する際には、粉末粒子に絶縁被覆処理を施し、粒子表面を層状に覆う皮膜構造の絶縁層を形成して圧粉体の電気抵抗を高め、渦電流損失を低減することにより、磁気特性を高めることが有利である。
以下、この絶縁被覆処理について説明する。
【００４２】
まず、粉末の絶縁被覆処理に供される被覆剤ついて説明する。
絶縁被覆用の材料としては、粉末を加圧成形し所望の形状に成形された後でも絶縁性を保持できるものであれば良く、特に限定はされない。かような材料としては、例えばAl，Si，Mg，Ca，Mn，Zn，Ni，Fe，Ti，Ｖ，Bi，Ｂ，Mo，Ｗ，Na，Ｋ等の酸化物等が挙げられる。また、スピネル型フェライトのような磁性酸化物、水ガラスに代表される非晶質材を使用することもできる。さらに、リン酸塩化成処理皮膜やクロム酸塩化成処理皮膜なども用いることができる。リン酸塩化成処理皮膜には、ホウ酸やMgを含むこともできる。その他、絶縁材料として、リン酸アルミニウム、リン酸亜鉛、リン酸カルシウムおよびリン酸鉄等のリン酸化合物を用いることもできる。また、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂等の有機樹脂を用いてもよい。
【００４３】
なお、絶縁材料の鉄粉粒子表面への付着力を高めるため、あるいは絶縁層の均一性を高める目的で、界面活性剤やシランカップリング剤を添加してもよい。界面活性剤やシランカップリング剤の添加量は、絶縁層全量に対し0.001〜１mass％の範囲とすることが好ましい。
【００４４】
絶縁被覆処理により形成される絶縁層の厚さは、粉末の粒径にもよるが、10〜10000nm 程度とすることが好ましい。10nm未満では、絶縁効果が十分でなく、一方10000nmを超えると 圧粉体の密度が低下し、高い磁束密度が得られなくなる。
なお、本発明の粉末は、表面に酸化Si層を有しているので、絶縁被覆層との密着性が良好であり、従って従来よりも少ない10〜2000nm程度の被覆量であっても安定して高い電気絶縁性を得ることができる。
【００４５】
鉄粉粒子表面に絶縁層を形成する方法としては、従来から公知の皮膜形成方法（コーティング方法）がいずれも好適に適用できる。使用できるコーティング方法としては、流動層法、浸漬法、噴霧法などが挙げられる。なお、いずれの方法においても、被覆工程の後あるいは被覆工程と同時に、絶縁材料を溶解または分散させる溶媒を乾燥する工程が必要となる。また、絶縁層が粉末粒子に密着し、加圧成形時に剥離することを防止するために、絶縁層と粉末粒子表面との間に反応層を形成してもよい。反応層の形成は、化成処理を施すことによるのが好ましい。
【００４６】
次に加圧成形について説明する。
上記したような絶縁被覆処理を施し、粒子表面に絶縁層を形成した粉末（絶縁被覆粉）を、加圧成形して圧粉磁心とする。なお、加圧成形に先立ち、粉末には必要に応じて金属石鹸やアミド系ワックス等の潤滑剤を配合することもできる。潤滑剤の配合量は、粉末：100 質量部に対し0.5質量部以下とすることが好ましい。潤滑剤の配合量が多くなると圧粉磁心の密度が低下するためである。
【００４７】
加圧成形法としては、従来公知の方法がいずれも適用できる。例えば、一軸プレスを用いて常温で加圧成形する金型成形工法、温間で加圧成形する温間成形工法、金型を潤滑して加圧成形する金型潤滑工法、それを温間で行う温間金型潤滑工法、あるいは高圧で成形する高圧成形工法、静水圧プレス法などである。
【００４８】
次に歪み取りのための熱処理について説明する。
圧粉体は、成形時に歪みが加わっているため、ヒステリシス損失が大きくなっている。従って、歪みを取り除いて本来の磁気特性を発現するためには、歪み取り熱処理が必要である。この処理温度は、600℃以上 1000℃以下程度とすることが好ましい。この処理温度が高すぎると、歪み取り効果は増加するものの絶縁被覆が結晶化したり分解するために絶縁効果を失い、電気抵抗が著しく低下する．また、熱処理時間も長い方が歪み取りには好適であるが、長すぎると同様に電気抵抗が著しく低下する。従って、熱処理時間は効果ならびに経済性の観点から５〜300分、より好ましくは10〜120分程度とすることが好適である。
【００４９】
さらに、一旦成形した圧粉磁心に再び気相反応処理を施して、圧粉体内部のSi濃度を高めることもできる。この処理は、圧粉磁心の大きさや絶縁被覆材料の耐熱温度にもよるが、800℃以上 1000℃以下の温度での加熱処理とすることにより歪み取り熱処理を兼ねさせることもできる。
【実施例１】
【００５０】
素材粉末として、表１に示す粒径の純鉄粉（Fe濃度：99.8mass％）を用意した。粉末の粒径は、レーザー散乱回折式粒度分布測定装置により測定し、積算粒度分布が10％（ｄ10）、50％（ｄ50）、90％（ｄ90）となる粒径を求めた。
これらの粉末を、アルゴンガス中にて 550〜1050℃で５分間加熱後、塩化珪素ガスを20Nl/min/kgの流量で１〜30分間流しながら所定の温度に保持する気相反応処理を施して、鉄粉粒子の表面にSi濃化層を形成した。
ついで、雰囲気を、酸素を0.05vol％含む酸素−アルゴン混合ガスに置換すると共に、温度を850℃として所定時間保持する酸化処理を施し、鉄粉粒子の表面に酸化Si層を形成した。
表１に、各々の粉末の気相反応条件および酸化処理条件を示す。また、表１には、オージェ分光法によって求めたSi濃化層中の平均Si濃度および酸化Si層厚みを併せて示す。
【００５１】
ついで、得られた鉄粉粒子表面に、以下の方法によってシリコーン樹脂を被覆した。シリコーン樹脂として、東レダウコーニング社の「SR2400」を用いた。樹脂分で５mass％となるようにキシレンで希釈した被覆液を、転動流動層型被覆装置にて装置容器内で流動化させたSi濃化粉末に、スプレーを用いて樹脂分が0.4mass％となるように噴霧した。噴霧終了後、20分間流動状態を維持して乾燥した。ついで、大気中にて250℃、60分間の加熱処理を行い、シリコーン樹脂を加熱硬化させてシリコーン樹脂被覆を形成した。
【００５２】
ついで、得られた粉末を、加圧成形して測定用のリング状の圧粉磁心（外径：38mm、内径：25mm、高さ：６mm）を作製した。なお、成形前に金型内にステアリン酸亜鉛の５mass％アルコール懸濁液を塗布して金型潤滑を行い、成形圧力：950MPaで成形した。
その後、得られた圧粉体を、窒素雰囲気中にて700℃、60分間熱処理して、圧粉磁心とした。
かくして得られた圧粉磁心の密度および電気抵抗について調べた結果を、表１に併記する。
なお、密度は、圧粉磁心の質量と寸法から算出した。
また、電気抵抗は四端子法により、通電電流：１Ａで測定した。
【００５３】
【表１】
2009235517.tif 000002
【００５４】
表１に示したとおり、発明例であるNo.２〜６，９，10，14，16はいずれも、100μΩmを超える高い比抵抗を示し、また密度も高いレベルにあった。
これに対し、気相反応処理後、積極的に酸化処理を施さなかった比較例No.１は、比抵抗が発明例よりも低いレベルにあった。
また、Si濃化層内の平均Si濃度が本発明の下限に満たない比較例No.11も、比抵抗が発明例よりも低いレベルにあった。
一方、Si濃化層内の平均Si濃度が本発明の上限を超える比較例No.７、酸化Si層の厚みが本発明の上限を超える比較例No.８、粒度が本発明の範囲よりも小さい比較例No.13および気相反応処理温度が本発明の上限を超える比較例No.17はいずれも、圧粉体の密度が発明例よりも低いレベルであった。
なお、粒径が本発明の範囲よりも大きい比較例No.15は、極めて脆かったので、評価を中止した。
同じく、気相反応処理温度が本発明の下限に満たない比較例No.12は、塩素の残留が顕著であったため、評価を中止した。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明によれば、気相反応処理により粉末粒子表面にSiを蒸着させ、その後酸化処理を施すに際し、気相反応処理および酸化処理の処理条件を的確に制御することにより、最表層部に酸化Si層を形成し、その内側に適量のSiを濃化させた粉末を得ることができる。さらに、この粉末に絶縁被覆処理を施した後、加圧成形し、600℃以上 1000℃以下で焼鈍処理をすることにより、高い庄粉密度ならびに優れた磁気特性を有する圧粉磁心を得ることができる。その結果、優れた特性を有するモータおよびトランス用の圧粉磁心を低コストで得ることが可能となる。