JP4646768B2 - 軟磁性材料、圧粉磁心、および軟磁性材料の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、軟磁性材料、圧粉磁心、および軟磁性材料の製造方法に関し、より特定的には、鉄損を低下することができる軟磁性材料、圧粉磁心、および軟磁性材料の製造方法に関する。

一般に、電磁弁、モータ、または電源回路などを有する電気機器には、電磁鋼板が軟磁性部品として使用されている。軟磁性部品には、小さな磁場の印加で大きな磁束密度を得ることができ、外部からの磁界変化に対して敏感に反応できる磁気的特性が求められる。

この軟磁性部品を交流磁場で使用した場合、鉄損と呼ばれるエネルギー損失が生じる。この鉄損は、ヒステリシス損と渦電流損との和で表わされる。ヒステリシス損とは、軟磁性部品の磁束密度を変化させるために必要なエネルギーに相当するものである。ヒステリシス損は作動周波数に比例するので、主に、１ｋＨｚ以下の低周波領域において支配的になる。また、ここで言う渦電流損とは、主として軟磁性部品内を流れる渦電流によって生じるエネルギー損失をいう。渦電流損は作動周波数の２乗に比例するので、主に、１ｋＨｚ以上の高周波領域において支配的になる。

軟磁性部品には、この鉄損の発生を小さくする磁気的特性が求められる。これを実現するためには、軟磁性部品の透磁率μ、飽和磁束密度Ｂｓおよび電気抵抗率ρを大きくし、軟磁性部品の保磁力Ｈ_ｃを小さくすることが必要となる。

近年、機器の高出力化、高効率化に向けて、作動周波数の高周波化が進んでいる為に、電磁鋼板に比べて渦電流損が小さい圧粉磁心が注目されている。この圧粉磁心は、複数の複合磁性粒子よりなっており、複合磁性粒子は金属磁性粒子と、その表面を被覆するガラス状の絶縁被膜とを有している。金属磁性粒子は、Ｆｅ、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ａｌ（アルミニウム）系合金、Ｆｅ−Ｎ（窒素）系合金、Ｆｅ−Ｎｉ（ニッケル）系合金、Ｆｅ−Ｃ（炭素）系合金、Ｆｅ−Ｂ（ホウ素）系合金、Ｆｅ−Ｃｏ（コバルト）系合金、Ｆｅ−Ｐ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金、Ｆｅ−Ｃｒ（クロム）系合金あるいはＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金などから形成されている。

圧粉磁心の鉄損のうち、ヒステリシス損を低下させるためには、金属磁性粒子内の歪や転位を除去して磁壁の移動を容易にすることで、圧粉磁心の保磁力Ｈｃを小さくすればよい。金属磁性粒子内の歪や転位を十分に除去するためには、成形した圧粉磁心を４００℃以上の高温、好ましくは５５０℃以上の高温、さらに好ましくは６５０℃以上の高温で熱処理する必要がある。

ところが、絶縁被膜は、成形時の粉末変形への耐性が求められる理由からたとえばリン酸鉄化合物などの非晶質化合物よりなっており、十分な高温安定性が得られていない。すなわち、圧粉磁心を４００℃以上の高温で熱処理しようとすると、金属磁性粒子の構成金属元素が非晶質中へ拡散侵入するなどにより絶縁性が失われてしまう。このため、高温熱処理によってヒステリシス損を低下させようとすると、圧粉磁心の電気抵抗率ρが低下し、渦電流損が大きくなってしまうという問題があった。特に、電気機器の小型化、効率化、および大出力化が近年要求されており、これらの要求を満たすためには、電気機器をより高周波領域で使用することが必要である。高周波領域での渦電流損が大きくなれば、電気機器の小型化、効率化、および大出力化の妨げになってしまう。

そこで、絶縁被膜の高温安定性を向上し得る技術が、たとえば特開２００３−２７２９１１号公報（特許文献１）や特開２００３−３０３７１１号公報（特許文献２）に開示されている。上記特許文献１には、高温安定性の高いリン酸アルミニウム系の絶縁被膜を有する複合磁性粒子よりなる軟磁性材料が開示されている。上記特許文献１では、以下の方法により軟磁性材料が製造されている。まず、アルミニウムを含むリン酸塩と、たとえばカリウム等を含む重クロム塩とを含む絶縁被覆水溶液が鉄粉に噴射される。次に、絶縁被覆水溶液が噴射された鉄粉が３００℃で３０分間保持され、１００℃で６０分間保持される。これにより、鉄粉に形成された絶縁被膜が乾燥される。次に、絶縁被膜が形成された鉄粉が加圧成形され、加圧成形後に熱処理され、軟磁性材料が完成する。

また、上記特許文献２には、鉄を主成分とする粉末の表面がシリコーン樹脂および顔料を含有する被膜で被覆されている鉄基粉末であって、シリコーン樹脂および顔料を含有する被膜の下層として、リン化合物を含む被膜を有する鉄基粉末が開示されている。
特開２００３−２７２９１１号公報 特開２００３−３０３７１１号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された技術においては、リン酸アルミニウムと金属磁性粒子との密着性が不十分であり、リン酸アルミニウム系絶縁被膜の可撓性が低いという欠点がある。このため、リン酸アルミニウム系絶縁被膜が形成された鉄粉を加圧成形すると、絶縁被膜が圧力を受けて破損し、軟磁性材料の電気抵抗率ρが低下していた。その結果、渦電流損が増大するという問題があった。また、上記特許文献２に開示された技術においても、耐熱性および可撓性の両方を改善することはできず、鉄損を十分に低下することはできなかった。

したがって、本発明の目的は、鉄損を低下することができる軟磁性材料、圧粉磁心、および軟磁性材料の製造方法を提供することである。

本発明の軟磁性材料は、Ｆｅ（鉄）を主成分とする金属磁性粒子と、金属磁性粒子を被覆する絶縁被膜とを有する複合磁性粒子を含む軟磁性材料であって、絶縁被膜はリン酸と、Ｆｅと、Ａｌ、Ｓｉ（珪素）、Ｔｉ（チタン）、およびＺｒ（ジルコニウム）よりなる群から選ばれる１種以上の原子とを含んでいる。金属磁性粒子と接触する絶縁被膜の接触面に含まれるＦｅの原子比は、絶縁被膜の表面に含まれるＦｅの原子比よりも大きい。金属磁性粒子と接触する絶縁被膜の接触面に含まれる上記１種以上の原子の原子比は、絶縁被膜の表面に含まれる上記１種以上の原子の原子比よりも小さい。

本発明の軟磁性材料によれば、金属磁性粒子と接触する絶縁被膜の接触面は、リン酸とＦｅとを多く含む層で形成される。リン酸とＦｅとを多く含む層は、Ｆｅに対して高い密着性を有するので、金属磁性粒子と絶縁被膜との密着性を向上できる。したがって、加圧成形の際に絶縁被膜が破損しにくくなり、渦電流損の増大を抑止することができる。また、絶縁被膜の表面は、リン酸と、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、およびＺｒよりなる群から選ばれる１種以上の原子とを多く含む層で形成される。リン酸と、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、およびＺｒよりなる群から選ばれる１種以上の原子とを多く含む層は、リン酸とＦｅとを多く含む層に比べて高温安定性を有するので、軟磁性材料を高温で熱処理しても破損しない。また、金属磁性粒子と接触する絶縁被膜の接触面に形成された層の分解を防ぐ役割も果たす。したがって、絶縁被膜の耐熱性を向上することができ、この軟磁性材料を加圧成形した圧粉磁心のヒステリシス損を、渦電流損を悪化させることなく低下することができる。以上により、圧粉磁心の鉄損を低下することができる。

本発明の軟磁性材料において、絶縁被膜は、金属磁性粒子を被覆する第１絶縁被膜と、第１絶縁被膜を被覆する第２絶縁被膜とを有している。第１絶縁被膜はリン酸とＦｅからなり、第２絶縁被膜はリン酸と前記１種以上の原子とを含んでいる。

これにより、絶縁被膜は、金属磁性粒子との密着性が良好である第１絶縁被膜と、第１絶縁被膜よりも高温安定性を有し、第１絶縁被膜を被覆する第２絶縁被膜との２層構造となる。第１絶縁被膜により金属磁性粒子と絶縁被膜との密着性を向上することができ、第２絶縁被膜により絶縁被膜の耐熱性を向上することができる。

本発明の軟磁性材料において好ましくは、複合磁性粒子は、絶縁被膜の表面を被覆する絶縁性を示すＳｉを含む被膜をさらに有している。これにより、金属磁性粒子同士の絶縁がＳｉを含む被膜により確保されるので、この軟磁性材料を加圧成形した圧粉磁心の渦電流損増大をさらに抑止することができる。

本発明の圧粉磁心は、上記軟磁性材料を加圧成形することにより作製される。
本発明の一の局面に従う軟磁性材料の製造方法は、Ｆｅを主成分とする金属磁性粒子と、金属磁性粒子を被覆する絶縁被膜とを有する複合磁性粒子を含む軟磁性材料の製造方法であって、金属磁性粒子を被覆する絶縁被膜を形成する工程を備えている。絶縁被膜を形成する工程は、Ｆｅイオンとリン酸イオンとを含む化合物または溶液を金属磁性粒子に被覆処理することにより、第１絶縁被膜を形成する第１被覆工程と、第１被覆工程後、Ａｌイオン、Ｓｉイオン、Ｍｎイオン、Ｔｉイオン、Ｚｒイオン、およびＺｎイオンよりなる群から選ばれる１種以上のイオンと、リン酸イオンとを含む化合物または溶液を第１絶縁被膜上に被覆処理することにより、第２絶縁被膜を形成する第２被覆工程とを含んでいる。

本発明の他の局面に従う軟磁性材料の製造方法は、Ｆｅを主成分とする金属磁性粒子と、金属磁性粒子を被覆する絶縁被膜とを有する複合磁性粒子を含む軟磁性材料の製造方法であって、金属磁性粒子を被覆する前記絶縁被膜を形成する工程を備えている。絶縁被膜を形成する工程は、軟磁性粒子粉末を有機溶剤に分散した懸濁液中にリン酸溶液を加え、混合・攪拌することにより、第１絶縁被膜を形成する第１被覆工程と、第１被覆工程後、リン酸と、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、およびＺｒよりなる群から選ばれる１種以上の原子を含有する金属アルコキシドの溶液を懸濁液中に加え、混合・攪拌することにより、第２絶縁被膜を形成する第２被覆工程とを含んでいる。

本発明の軟磁性材料の製造方法によれば、金属磁性粒子と接触する絶縁被膜の接触面は、リン酸とＦｅとを含む第１絶縁被膜で形成される。リン酸とＦｅとを多く含む層は、Ｆｅに対して高い密着性を有するので、金属磁性粒子と絶縁被膜との密着性を向上できる。したがって、加圧成形の際に絶縁被膜が破損しにくくなり、この軟磁性材料を加圧成形した圧粉磁心の渦電流損増大を抑止することができる。また、絶縁被膜の表面は、リン酸と、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、およびＺｒよりなる群から選ばれる１種以上の原子とを含む第２絶縁被膜で形成される。リン酸と、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、およびＺｒよりなる群から選ばれる１種以上の原子とを多く含む層は、リン酸とＦｅとを含む第１絶縁被膜と比較して高温安定性を有するので、軟磁性材料を高温で熱処理しても絶縁性が劣化しない。また、第２絶縁被膜は第１絶縁被膜の分解を防ぐ役割も果たす。したがって、絶縁被膜の耐熱性を向上することができ、この軟磁性材料を加圧成形した圧粉磁心のヒステリシス損を低減することができる。以上により、圧粉磁心の鉄損を低下することができる。

なお、本明細書中における「Ｆｅを主成分とする」とは、Ｆｅの割合が５０質量％以上であることを意味している。

本発明の軟磁性材料、圧粉磁心、および軟磁性材料の製造方法によれば、加圧成形の際に絶縁被膜が破損しにくくなり、圧粉磁心の渦電流損増大を抑止することができる。また、絶縁被膜の耐熱性を向上することができ、ヒステリシス損を低下することができる。したがって、圧粉磁心の鉄損を低下することができる。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における軟磁性材料を用いて作製された圧粉磁心を拡大して示した模式図である。図１に示すように、本実施の形態における軟磁性材料を用いて作製された圧粉磁心は、金属磁性粒子１０と、金属磁性粒子１０の表面を被覆する絶縁被膜２０とを有する複数の複合磁性粒子３０を含んでいる。複数の複合磁性粒子３０の各々は、たとえば図示しない有機物や、複合磁性粒子３０が有する凹凸の噛み合わせなどによって接合されている。

金属磁性粒子１０は、たとえばＦｅ、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、Ｆｅ−Ａｌ系合金、Ｆｅ−Ｎ（窒素）系合金、Ｆｅ−Ｎｉ（ニッケル）系合金、Ｆｅ−Ｃ（炭素）系合金、Ｆｅ−Ｂ（ホウ素）系合金、Ｆｅ−Ｃｏ（コバルト）系合金、Ｆｅ−Ｐ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金、Ｆｅ−Ｃｒ（クロム）系合金あるいはＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系合金などから形成されている。金属磁性粒子１０はＦｅを主成分としていればよく、金属単体でも合金でもよい。

金属磁性粒子１０の平均粒径は、５μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましい。金属磁性粒子１０の平均粒径が５μｍ以上である場合、金属が酸化されにくくなるため、軟磁性材料の磁気的特性の低下を抑止できる。また、金属磁性粒子１０の平均粒径が３００μｍ以下である場合、後に続く成形工程時において混合粉末の圧縮性が低下することを抑止できる。これにより、成形工程によって得られた成形体の密度が低下せず、取り扱いが困難になることを防ぐことができる。

なお、平均粒径とは、ふるい法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。

絶縁被膜２０は、たとえばリン酸鉄化合物よりなる絶縁被膜２０ａと、たとえばリン酸アルミニウム化合物よりなる絶縁被膜２０ｂとを有している。金属磁性粒子１０を絶縁被膜２０ａが被覆しており、絶縁被膜２０ａを絶縁被膜２０ｂが被覆している。つまり、金属磁性粒子１０は２層構造の絶縁被膜２０により覆われている。絶縁被膜２０は、金属磁性粒子１０間の絶縁層として機能する。金属磁性粒子１０を絶縁被膜２０で覆うことによって、この軟磁性材料を加圧成形して得られる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、金属磁性粒子１０間に渦電流が流れるのを抑制して、圧粉磁心の渦電流損を低減させることができる。なお、本実施の形態においては、絶縁被膜２０ｂがリン酸アルミニウム化合物よりなる場合について示したが、本発明はこのような場合の他、絶縁被膜２０ｂがリン酸マンガン化合物や、リン酸亜鉛化合物よりなっていてもよい。

絶縁被膜２０の厚みは、０．００５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。絶縁被膜２０の厚みを０．００５μｍ以上とすることによって、渦電流によるエネルギー損失を効果的に抑制することができる。また、絶縁被膜２０の厚みを２０μｍ以下とすることによって、軟磁性材料に占める絶縁被膜２０の割合が大きくなりすぎない。このため、この軟磁性材料を加圧成形して得られる圧粉磁心の磁束密度が著しく低下することを防止できる。

図２（ａ）は、図１における１個の複合磁性粒子を示す拡大図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の絶縁被膜におけるＩＩ−ＩＩ線に沿ったＦｅの原子比およびＡｌの原子比の変化を示す図である。

図２（ａ）,（ｂ）を参照して、絶縁被膜２０ａにはＦｅが一定量含まれており、Ａｌは含まれていない。そして、絶縁被膜２０ａと絶縁被膜２０ｂとの境界面においてＦｅの原子比およびＡｌの原子比が不連続的に変化しており、絶縁被膜２０ｂにはＦｅが含まれておらず、Ａｌは一定量含まれている。つまり、金属磁性粒子１０と接触する絶縁被膜２０の接触面に含まれるＦｅの原子比は、絶縁被膜２０の表面に含まれるＦｅの原子比よりも大きい。また、金属磁性粒子１０と接触する絶縁被膜２０の接触面に含まれるＡｌの原子比は、絶縁被膜２０の表面に含まれるＡｌの原子比よりも小さい。

続いて、図１に示す圧粉磁心を製造する方法について説明する。
図３は、本発明の実施の形態１における圧粉磁心の製造方法を工程順に示す図である。図３を参照して、Ｆｅを主成分としており、たとえば純鉄や、Ｆｅ、Ｆｅ−Ｓｉ系合金、またはＦｅ−Ｃｏ系合金などよりなる金属磁性粒子１０を準備し、金属磁性粒子１０を温度４００℃以上９００℃未満で熱処理する（ステップＳ１）。熱処理の温度は、７００℃以上９００℃未満であることがさらに好ましい。熱処理前の金属磁性粒子１０の内部には、多数の歪み（転位、欠陥）が存在している。金属磁性粒子１０に熱処理を実施することによって、この歪みを低減させることができる。なお、この熱処理は省略されてもよい。

次に、たとえば湿式処理法により絶縁被膜２０ａを形成する（ステップＳ２）。この工程について詳細に説明する。まず、金属磁性粒子１０を水溶液中に浸漬することにより、金属磁性粒子１０に水溶液が塗布される。本実施の形態で用いられる水溶液として、ＦｅイオンとＰＯ₄（リン酸）イオンとを含む水溶液（第１溶液）が用いられる。また、水溶液のｐＨは、たとえばＮａＯＨを用いて調整されている。なお、金属磁性粒子１０の浸漬時間はたとえば１０分であり、浸漬中には金属磁性粒子１０が底に沈殿しないように水溶液が攪拌され続ける。金属磁性粒子１０に水溶液が塗布されることにより、リン酸鉄化合物よりなる絶縁被膜２０ａで金属磁性粒子１０が被覆される。その後、絶縁被膜２０ａで被覆された金属磁性粒子１０は、水およびアセトンを用いて洗浄される。

次に、絶縁被膜２０ａで被覆された金属磁性粒子１０が乾燥される（ステップＳ３）。乾燥は１５０℃以下の温度で行なわれ、好ましくは１００℃以下の温度で行なわれる。また、乾燥はたとえば１２０分間行なわれる。

次に、たとえば湿式処理法によりリン酸アルミニウム化合物よりなる絶縁被膜２０ｂを形成する（ステップＳ４）。具体的には、絶縁被膜２０ａが形成された金属磁性粒子１０を水溶液中に浸漬することにより、絶縁被膜２０ａに水溶液（第２溶液）が塗布される。本実施の形態で用いられる水溶液として、ＡｌイオンとＰＯ₄イオンとを含む水溶液が用いられる。なお、これ以外の詳細な条件は絶縁被膜２０ａを形成する場合の条件とほぼ同じであるので、その説明を省略する。

また、本実施の形態ではリン酸アルミニウム化合物よりなる絶縁被膜２０ｂが形成される場合について示したが、ＡｌイオンとＰＯ₄イオンとを含む水溶液の代わりに、ＭｎイオンとＰＯ₄イオンとを含む水溶液を用いてリン酸マンガン化合物よりなる絶縁被膜２０ｂを形成してもよい。または、ＺｎイオンとＰＯ₄イオンとを含む水溶液を用いてリン酸亜鉛化合物よりなる絶縁被膜２０ｂを形成してもよい。

次に、絶縁被膜２０ｂで被覆された金属磁性粒子１０が乾燥される（ステップＳ５）。乾燥は１５０℃以下の温度で行なわれ、好ましくは１００℃以下の温度で行なわれる。また、乾燥はたとえば１２０分間行なわれる。

以上の工程により、本実施の形態の軟磁性材料が完成する。なお、圧粉磁心を作製する場合には、さらに以下の工程を行なう。

次に、得られた軟磁性材料の粉末を金型に入れ、たとえば３９０（ＭＰａ）から１５００（ＭＰａ）までの圧力で加圧成形する（ステップＳ６）。これにより、金属磁性粒子１０の粉末が圧縮された圧粉成形体が得られる。なお、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することができる。

次に、加圧成形によって得られた圧粉成形体を温度４００℃以上９００℃以下で熱処理する（ステップＳ７）。加圧成形の工程を経た圧粉成形体の内部には歪や転位が多数発生しているので、熱処理により、このような歪や転位を取り除くことができる。以上に説明した工程により、図１に示す圧粉磁心が完成する。

本実施の形態の軟磁性材料は、Ｆｅを主成分とする金属磁性粒子１０と、金属磁性粒子１０を被覆する絶縁被膜２０とを有する複合磁性粒子３０を含む軟磁性材料であって、絶縁被膜２０はリン酸鉄化合物と、リン酸アルミニウム化合物とを含んでいる。金属磁性粒子１０と接触する絶縁被膜２０の接触面に含まれるＦｅの原子比は、絶縁被膜２０の表面に含まれるＦｅの原子比よりも大きい。金属磁性粒子１０と接触する絶縁被膜２０の接触面に含まれるＡｌの原子比は、絶縁被膜２０の表面に含まれるＡｌの原子比よりも小さい。

本実施の形態の軟磁性材料によれば、金属磁性粒子１０と接触する絶縁被膜２０の接触面は、リン酸鉄化合物で形成される。Ｆｅとリン酸鉄化合物との密着性は、Ｆｅとリン酸アルミニウム化合物との密着性や、Ｆｅと珪リン酸化合物との密着性や、Ｆｅとリン酸マンガン化合物との密着性や、Ｆｅとリン酸亜鉛化合物との密着性などよりも優れているので、金属磁性粒子１０と絶縁被膜２０との密着性を向上できる。したがって、加圧成形の際に絶縁被膜２０が破損しにくくなり、この軟磁性材料を加圧成形して得られる圧粉磁心の渦電流損増大を抑止することができる。また、絶縁被膜２０の表面は、リン酸アルミニウム化合物で形成される。リン酸アルミニウム化合物は、リン酸鉄化合物に比べて高温安定性を有するので、軟磁性材料を高温で熱処理しても絶縁被膜２０ｂは絶縁性が劣化しない。また、絶縁被膜２０ａの分解を防ぐ役割も果たす。したがって、絶縁被膜２０の耐熱性を向上することができ、この軟磁性材料を加圧成形して得られる圧粉磁心のヒステリシス損を低減することができる。以上により、圧粉磁心の鉄損を低減することができる。

本実施の形態の軟磁性材料において、絶縁被膜２０は、金属磁性粒子１０を被覆する絶縁被膜２０ａと、絶縁被膜２０ａを被覆する絶縁被膜２０ｂとを有している。絶縁被膜２０ａはリン酸鉄化合物よりなっており、絶縁被膜２０ｂはリン酸アルミニウム化合物よりなっている。

これにより、絶縁被膜２０は、金属磁性粒子１０との密着性が良好である絶縁被膜２０ａと、絶縁被膜２０ａより良好な高温安定性を有し、絶縁被膜２０ａを被覆する絶縁被膜２０ｂとの２層構造となる。絶縁被膜２０ａにより金属磁性粒子１０と絶縁被膜２０との密着性を向上することができ、絶縁被膜２０ｂにより絶縁被膜２０の耐熱性を向上することができる。

本実施の形態の軟磁性材料の製造方法は、Ｆｅを主成分とする金属磁性粒子１０と、金属磁性粒子１０を被覆する絶縁被膜２０とを有する複合磁性粒子３０を含む軟磁性材料の製造方法であって、金属磁性粒子１０を被覆する絶縁被膜２０を形成する工程を備えている。絶縁被膜２０を形成する工程は、以下の工程を含んでいる。Ｆｅイオンとリン酸イオンとを含む化合物または溶液を金属磁性粒子１０に被覆処理することにより、絶縁被膜２０ａを形成する。絶縁被膜２０ａを形成後、Ａｌイオンとリン酸イオンとを含む化合物または溶液を絶縁被膜２０ａに被覆処理することにより、絶縁被膜２０ｂを形成する。

本実施の形態の軟磁性材料の製造方法によれば、金属磁性粒子１０と接触する絶縁被膜２０の接触面は、リン酸鉄化合物を含む絶縁被膜２０ａで形成される。Ｆｅとリン酸鉄化合物とは高い密着性を有するので、金属磁性粒子１０と絶縁被膜２０との密着性を向上できる。したがって、加圧成形の際に絶縁被膜２０が破損しにくくなり、この軟磁性材料を加圧成形して得られる圧粉磁心の渦電流損増大を抑止することができる。また、絶縁被膜２０の表面は、リン酸アルミニウム化合物を含む絶縁被膜２０ｂで形成される。リン酸アルミニウム化合物はリン酸鉄化合物を含む絶縁被膜２０ａより良好な高温安定性を有するので、この軟磁性材料を加圧成形して得られる圧粉磁心を高温で熱処理しても絶縁性の劣化が小さい。また、絶縁被膜２０ｂは絶縁被膜２０ａの分解を防ぐ役割も果たす。したがって、絶縁被膜２０の耐熱性を向上することができ、圧粉磁心のヒステリシス損を低下することができる。以上により、圧粉磁心の鉄損を低下することができる。

なお、実施の形態１においては湿式塗布処理により絶縁被膜２０を形成する場合について示したが、本発明はこのような場合に限定されるものではなく、湿式塗布処理の代わりに、絶縁被膜２０の成分の固形粉末状化合物と金属磁性粒子１０を機械混合し成膜するメカニカルアロイング法や、スパッタ法などにより絶縁被膜２０を形成してもよい。

また、本実施の形態においては、絶縁被膜２０ａがリン酸鉄化合物よりなり、絶縁被膜２０ｂがリン酸アルミニウム化合物よりなっている場合について示したが、本発明はこのような場合に限定されるものではなく、絶縁被膜２０ａがリン酸とＦｅとを含んでおり、絶縁被膜２０ｂがリン酸と、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、およびＺｎよりなる群から選ばれる１種以上の原子とを含んでいればよい。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における軟磁性材料を用いて作製された圧粉磁心を拡大して示した模式図である。図４に示すように、本実施の形態における軟磁性材料を用いて作製された圧粉磁心は、金属磁性粒子１０と、金属磁性粒子１０の表面を被覆する絶縁被膜２０とを有する複数の複合磁性粒子３０を含んでいる。絶縁被膜２０は、リン酸鉄化合物よりなる絶縁被膜２０ａと、リン酸鉄化合物およびリン酸アルミニウム化合物よりなる絶縁被膜２０ｂと、リン酸アルミニウム化合物よりなる絶縁被膜２０ｃとを有している。金属磁性粒子１０を絶縁被膜２０ａが被覆しており、絶縁被膜２０ａを絶縁被膜２０ｂが被覆しており、絶縁被膜２０ｂを絶縁被膜２０ｃが被覆している。つまり、金属磁性粒子１０は３層構造の絶縁被膜２０により覆われている。

図５（ａ）は、図４における１個の複合磁性粒子を示す拡大図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）の絶縁被膜におけるＶ−Ｖ線に沿ったＦｅの原子比およびＡｌの原子比の変化を示す図である。

図５（ａ）,（ｂ）を参照して、絶縁被膜２０ａにはＦｅが一定量含まれており、Ａｌは含まれていない。そして、絶縁被膜２０ａと絶縁被膜２０ｂとの境界面においてＦｅの原子比およびＡｌの原子比が不連続的に変化しており、絶縁被膜２０ｂには、Ｆｅが絶縁被膜２０ａよりも少ない量で含まれており、Ａｌも一定量含まれている。そして、絶縁被膜２０ｂと絶縁被膜２０ｃとの境界面においてＦｅの原子比およびＡｌの原子比が不連続的に変化しており、絶縁被膜２０ｃには、Ｆｅが含まれておらず、Ａｌが絶縁被膜２０ｂよりも多い量で含まれている。金属磁性粒子１０と接触する絶縁被膜２０の接触面に含まれるＦｅの原子比は、絶縁被膜２０の表面に含まれるＦｅの原子比よりも大きい。また、金属磁性粒子１０と接触する絶縁被膜２０の接触面に含まれるＡｌの原子比は、絶縁被膜２０の表面に含まれるＡｌの原子比よりも小さい。

続いて、図４に示す圧粉磁心を製造する方法について説明する。
図６は、本発明の実施の形態２における圧粉磁心の製造方法を工程順に示す図である。図６を参照して、本実施の形態の製造方法は、絶縁被膜２０ｂの形成の際に用いる水溶液が実施の形態１と異なっている。また、絶縁被膜２０ｂの乾燥（ステップＳ５）後、絶縁被膜２０ｃを形成し（ステップＳ５ａ）、絶縁被膜２０ｃを乾燥する（ステップＳ５ｂ）点で、実施の形態１と異なっている。

具体的には、絶縁被膜２０ｂを形成する（ステップＳ４）際、ＡｌイオンとＰＯ₄イオンとを含む水溶液の代わりに、ＦｅイオンとＡｌイオンとＰＯ₄イオンとを含む水溶液を用いる。この水溶液に含まれるＦｅイオンの濃度は、絶縁被膜２０ａを形成する際に用いられた水溶液に含まれるＦｅイオンの濃度よりも小さい。このような水溶液を用いることによって、リン酸鉄化合物とリン酸アルミニウム化合物とよりなり、かつＦｅが絶縁被膜２０ａよりも少ない量で含まれている絶縁被膜２０ｂを形成することができる。

次に、絶縁被膜２０ｂで被覆された金属磁性粒子１０が乾燥される（ステップＳ５）。続いて、たとえばボンデ法によりリン酸アルミニウム化合物よりなる絶縁被膜２０ｃを形成する（ステップＳ５ａ）。具体的には、絶縁被膜２０ｂが形成された金属磁性粒子１０を水溶液中に浸漬することにより、絶縁被膜２０ｂに水溶液が塗布される。本実施の形態で用いられる水溶液として、ＡｌイオンとＰＯ₄イオンとを含む水溶液が用いられる。その後、絶縁被膜２０ｃで被覆された金属磁性粒子１０が乾燥される（ステップＳ５ｂ）。

なお、これ以外の圧粉磁心の構造およびその製造方法は、実施の形態１に示す圧粉磁心の構造およびその製造方法とほぼ同様であるので、その説明を省略する。

本実施の形態のように、絶縁被膜２０が３層の絶縁被膜２０ａ〜２０ｃよりなっていても、金属磁性粒子１０と接触する絶縁被膜２０の接触面に含まれるＦｅの原子比が絶縁被膜の表面に含まれるＦｅの原子比よりも大きく、金属磁性粒子１０と接触する絶縁被膜２０の接触面に含まれるアルミニウムの原子比が絶縁被膜２０の表面に含まれるアルミニウムの原子比よりも小さい限り、本発明の効果を得ることができる。

（実施の形態３）
本実施の形態における軟磁性材料を用いた圧粉磁心は、絶縁被膜２０ａ〜２０ｃに含まれるＦｅおよびＡｌの原子比が実施の形態２の場合と異なっている。すなわち、絶縁被膜２０は、リン酸鉄化合物およびリン酸アルミニウム化合物よりなる絶縁被膜２０ａと、リン酸鉄化合物よりなる絶縁被膜２０ｂと、リン酸アルミニウム化合物よりなる絶縁被膜２０ｃとを有している。

図７は、本発明の実施の形態３の絶縁被膜における図５（ａ）のＶ−Ｖ線に沿ったＦｅの原子比およびＡｌの原子比の変化を示す図である。図７を参照して、絶縁被膜２０ａにはＦｅおよびＡｌが一定量含まれている。そして、絶縁被膜２０ａと絶縁被膜２０ｂとの境界面においてＦｅの原子比およびＡｌの原子比が不連続的に変化しており、絶縁被膜２０ｂには、Ｆｅが絶縁被膜２０ａよりも多い量で含まれており、Ａｌは含まれていない。そして、絶縁被膜２０ｂと絶縁被膜２０ｃとの境界面においてＦｅの原子比およびＡｌの原子比が不連続的に変化しており、絶縁被膜２０ｃには、Ｆｅが含まれておらず、Ａｌが絶縁被膜２０ａよりも多い量で含まれている。金属磁性粒子１０と接触する絶縁被膜２０の接触面に含まれるＦｅの原子比は、絶縁被膜２０の表面に含まれるＦｅの原子比よりも大きい。また、金属磁性粒子１０と接触する絶縁被膜２０の接触面に含まれるＡｌの原子比は、絶縁被膜２０の表面に含まれるＡｌの原子比よりも小さい。

本実施の形態における軟磁性材料の製造方法は、絶縁被膜２０ａおよび２０ｂの形成の際に用いる水溶液が実施の形態２と異なっている。具体的には、絶縁被膜２０ａを形成する（ステップＳ２）際、ＦｅイオンとＰＯ₄イオンとを含む水溶液の代わりに、ＦｅイオンとＡｌイオンとＰＯ₄イオンとを含む水溶液を用いる。この水溶液に含まれるＡｌイオンの濃度は、絶縁被膜２０ｃを形成する際に用いられる水溶液に含まれるＡｌイオンの濃度よりも小さい。このような水溶液を用いることによって、リン酸鉄化合物とリン酸アルミニウム化合物とよりなる絶縁被膜２０ａを形成することができる。また、絶縁被膜２０ｂを形成する（ステップＳ４）際、ＦｅイオンとＡｌイオンとＰＯ₄イオンとを含む水溶液の代わりに、ＦｅイオンとＰＯ₄イオンとを含む水溶液を用いる。このような水溶液を用いることによって、リン酸鉄化合物よりなる絶縁被膜２０ｂを形成することができる。

なお、これ以外の圧粉磁心の構造およびその製造方法は、実施の形態２に示す圧粉磁心の構造およびその製造方法とほぼ同様であるので、その説明を省略する。

本実施の形態のように、絶縁被膜２０が３層の絶縁被膜２０ａ〜２０ｃよりなっており、絶縁被膜２０ａに含まれるＦｅの原子比よりも絶縁被膜２０ｂに含まれるＦｅの原子比の方が多く、絶縁被膜２０ａに含まれるＡｌの原子比よりも絶縁被膜２０ｂに含まれるＡｌの原子比の方が少なくても、金属磁性粒子１０と接触する絶縁被膜２０の接触面に含まれるＦｅの原子比が絶縁被膜の表面に含まれるＦｅの原子比よりも大きく、金属磁性粒子１０と接触する絶縁被膜２０の接触面に含まれるアルミニウムの原子比が絶縁被膜２０の表面に含まれるアルミニウムの原子比よりも小さい限り、本発明の効果を得ることができる。

（実施の形態４）
図８は、本発明の実施の形態４における軟磁性材料を用いて作製された圧粉磁心を拡大して示した模式図である。図８に示すように、本実施の形態における軟磁性材料を用いて作製された圧粉磁心は、金属磁性粒子１０と、金属磁性粒子１０の表面を被覆する絶縁被膜２０とを有する複数の複合磁性粒子３０を含んでいる。絶縁被膜２０は、リン酸鉄化合物およびリン酸アルミニウム化合物よりなる単一の絶縁被膜である。

図９（ａ）は、図８における１個の複合磁性粒子を示す拡大図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）の絶縁被膜におけるＩＸ−ＩＸ線に沿ったＦｅの原子比およびＡｌの原子比の変化を示す図である。

図９（ａ）,（ｂ）を参照して、Ｆｅの原子比は、金属磁性粒子１０と接触する接触面から絶縁被膜２０の表面へ向かって単調減少している。また、Ａｌの原子比は、金属磁性粒子１０と接触する接触面から絶縁被膜２０の表面へ向かって単調増加している。つまり、金属磁性粒子１０と接触する絶縁被膜２０の接触面に含まれるＦｅの原子比は、絶縁被膜２０の表面に含まれるＦｅの原子比よりも大きい。また、金属磁性粒子１０と接触する絶縁被膜２０の接触面に含まれるＡｌの原子比は、絶縁被膜２０の表面に含まれるＡｌの原子比よりも小さい。

続いて、軟磁性材料から図８に示す圧粉磁心を製造する方法について説明する。
図１０は、本発明の実施の形態４における圧粉磁心の製造方法を工程順に示す図である。図１０を参照して、本実施の形態の製造方法は、絶縁被膜２０ｂの乾燥（ステップＳ５）後、絶縁被膜２０ａおよび２０ｂを熱処理する（ステップＳ５ｃ）点で実施の形態１と異なっている。

具体的には、絶縁被膜２０ｂで被覆された金属磁性粒子１０が乾燥され（ステップＳ５）た後、たとえば２５０℃の温度で５時間、絶縁被膜２０ａおよび２０ｂが熱処理される（ステップＳ５ｃ）。これにより、絶縁被膜２０ａ中のＦｅ原子が絶縁被膜２０ｂ中へ拡散し、絶縁被膜２０ｂ中のＡｌ原子が絶縁被膜２０ａ中へ拡散する。その結果、絶縁被膜２０ａと絶縁被膜２０ｂとの境界がなくなり単一の絶縁被膜２０が形成される。

なお、これ以外の圧粉磁心の構造およびその製造方法は、実施の形態１に示す圧粉磁心の構造およびその製造方法とほぼ同様であるので、その説明を省略する。

本実施の形態のように、絶縁被膜２０が単一の層の絶縁被膜２０よりなっていても、金属磁性粒子１０と接触する絶縁被膜２０の接触面に含まれるＦｅの原子比が絶縁被膜の表面に含まれるＦｅの原子比よりも大きく、金属磁性粒子１０と接触する絶縁被膜２０の接触面に含まれるアルミニウムの原子比が絶縁被膜２０の表面に含まれるアルミニウムの原子比よりも小さい限り、本発明の効果を得ることができる。

（実施の形態５）
図１１は、本発明の実施の形態５における軟磁性材料を用いて作製された圧粉磁心を拡大して示した模式図である。図１１に示すように、本実施の形態における軟磁性材料を用いて作製された圧粉磁心は、金属磁性粒子１０と、金属磁性粒子１０の表面を被覆する絶縁被膜２０と、絶縁被膜２０を被覆するシリコーン樹脂よりなる被膜２５とを有する複数の複合磁性粒子３０を含んでいる。

続いて、図１１に示す圧粉磁心を製造する方法について説明する。
図１２は、本発明の実施の形態５における圧粉磁心の製造方法を工程順に示す図である。図１２を参照して、本実施の形態の製造方法は、絶縁被膜２０ｂの乾燥（ステップＳ５）後、シリコーン樹脂よりなる被膜２５を形成する（ステップＳ５ｄ）点で、実施の形態１と異なっている。

具体的には、絶縁被膜２０ｂで被覆された金属磁性粒子１０を乾燥した（ステップＳ５）後、絶縁被膜２０ｂで被覆された金属磁性粒子１０と、シリコーン樹脂および顔料を含有する塗料とを混合する。あるいは、絶縁被膜２０ｂで被覆された金属磁性粒子１０に、シリコーン樹脂および顔料を含有する塗料を噴霧する。その後、塗料を乾燥させ、溶媒を除去する。これにより、シリコ−ン樹脂よりなる被膜２５が形成される。

なお、これ以外の圧粉磁心の構造およびその製造方法は、実施の形態１に示す圧粉磁心の構造およびその製造方法とほぼ同様であるので、その説明を省略する。

本実施の形態の軟磁性材料において、複合磁性粒子３０は、絶縁被膜２０の表面を被覆するシリコーン樹脂よりなる被膜２５をさらに有している。これにより、金属磁性粒子１０同士の絶縁が被膜２５により確保されるので、この軟磁性材料を加圧成形して得られる圧粉磁心の渦電流損増大をさらに抑止することができる。

なお、本実施の形態においては、シリコーン樹脂よりなる被膜２５が形成される場合について示したが、本発明はこのような場合に限定されるものではなく、Ｓｉを含む被膜が形成されればよい。

なお、実施の形態１〜５においては、絶縁被膜２０がリン酸アルミニウム化合物を含んでいる場合について示したが、絶縁被膜２０がリン酸アルミニウム化合物を含んでいる代わりに、リン酸マンガン化合物や、リン酸亜鉛化合物を含んでいても本発明の効果を得ることができる。これらの化合物を含む絶縁被膜２０は、ＡｌイオンとＰＯ₄イオンとを含む水溶液の代わりに、ＳｉイオンとＰＯ₄イオンとを含む水溶液や、ＭｎイオンとＰＯ₄イオンとを含む水溶液や、ＴｉイオンとＰＯ₄イオンとを含む水溶液や、ＺｒイオンとＰＯ₄イオンとを含む水溶液や、ＺｎイオンとＰＯ₄イオンとを含む水溶液を用いることで形成できる。

（実施の形態６）
図１３（ａ）は、本発明の実施の形態６における１個の複合磁性粒子を示す拡大図である。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の絶縁被膜におけるＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿ったＦｅの原子比およびＡｌの原子比の変化を示す図である。図１３を参照して、本実施の形態における軟磁性材料を用いた圧粉磁心は、絶縁被膜２０ａおよび２０ｂに含まれるＦｅおよびＡｌの原子比が実施の形態１の場合と異なっている。すなわち、絶縁被膜２０は、金属磁性粒子１０の表面に存在する鉄とリン酸とが反応して形成された絶縁被膜２０ａと、リン酸およびアルミニウム化合物よりなる絶縁被膜２０ｂとを有している。

絶縁被膜２０ａにはＦｅが一定量含まれており、Ａｌは含まれていない。そして、絶縁被膜２０ａと絶縁被膜２０ｂの境界領域２０ｄにおいてＦｅの原子比が減少し、Ａｌの原子比が増加している。そして、絶縁被膜２０ｂには、Ｆｅが絶縁被膜２０ａよりも少ない量で含まれており、Ａｌも一定量含まれている。金属磁性粒子１０と接触する絶縁被膜２０の接触面に含まれるＦｅの原子比は、絶縁被膜２０の表面に含まれるＦｅの原子比よりも大きい。また、金属磁性粒子１０と接触する絶縁被膜２０の接触面に含まれるＡｌの原子比は、絶縁被膜２０の表面に含まれるＡｌの原子比よりも小さい。

続いて、図１３に示す圧粉磁心を製造する方法について説明する。
図１４は、本発明の実施の形態６における圧粉磁心の製造方法を工程順に示す図である。図１４を参照して、本実施の形態の製造方法は、絶縁被膜２０の形成方法およびその後の処理が実施の形態１と異なっている。

本実施の形態では、金属磁性粒子１０を熱処理した（ステップＳ１）後で、金属磁性粒子１０を有機溶剤に分散した懸濁液中にリン酸溶液を加え、混合・攪拌する。これにより、金属磁性粉末１０の表面に存在する鉄と、リン酸とが反応して、金属磁性粒子１０の表面に絶縁被膜２０ａが形成される（ステップＳ１２）。続いて、絶縁被膜２０ａの形成の際に用いた懸濁液に、リン酸と、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、およびＺｒよりなる群から選ばれる原子を含有する１種以上の金属アルコキシドの溶液を加え、混合・攪拌する。このとき、金属アルコキシドは水と反応して加水分解し、金属酸化物または金属含水酸化物が生成する。これにより、金属磁性粒子１０の表面にリン酸と金属化合物とよりなる絶縁被膜２０ｂが形成される（ステップＳ１３）。そして、絶縁被膜２０で被覆された金属磁性粒子１０が乾燥される（ステップＳ１４）。具体的には、室温のドラフト中で３〜２４時間乾燥させた後、６０〜１２０℃の温度範囲で乾燥させるか、もしくは減圧雰囲気で３０〜８０℃の温度範囲で乾燥させる。また、空気中またはＮ₂ガスなどの不活性ガス雰囲気下のいずれでも乾燥させることができるが、金属磁性粒子の酸化防止の観点から、Ｎ₂ガスなどの不活性ガス雰囲気下で乾燥させることが好ましい。これにより、本実施の形態の軟磁性材料が得られる。

なお、本実施の形態に用いられる有機溶剤は、一般的に用いられる有機溶剤であればよく、水溶性の有機溶剤が好ましい。具体的には、エチルアルコール、プロピルアルコールまたはブチルアルコールなどのアルコール系溶剤、アセトンまたはメチルエチルケトンなどのケトン系溶剤、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、プロピルセロソルブまたはブチルセロソルブなどのグリコールエーテル系溶剤、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、またはトリプロピレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのオキシエチレン、オキシプロピレン付加重合体、エチレングリコール、プロピレングリコール又は１，２，６−ヘキサントリオールなどのアルキレングリコール、グリセリン、２−ピロリドンなどである。特に、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコールなどのアルコール系溶剤、アセトン、メチルエチルケトンなどのケトン系溶剤が好ましい。

本実施の形態に用いられるリン酸は、五酸化二リンが水和してできる酸であればよい。具体的には、メタリン酸、ピロリン酸、オルトリン酸、三リン酸、四リン酸などである。特にオルトリン酸が好ましい。

本実施の形態に用いる金属アルコキシドは、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、およびＺｒよりなる群から選ばれる原子を含有するアルコキシドである。アルコキシドとしては、メトキシド、エトキシド、プロポキシド、イソプロポキシド、オキシイソプロポキシド、ブトキシドなどを用いることができる。またアルコキシドとして、テトラエトキシシランまたはテトラメトキシシランを部分的に加水分解・縮合することにより得られるエチルシリケートまたはメチルシリケートを用いることができる。処理の均一性及び処理効果を考慮すれば、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシラン、メチルシリケート、アルミニウムトリイソプロポキシド、アルミニウムトリブトキシド、ジルコニウムテトライソプロポキシド、チタニウムテトライソプロポキシドなどがアルコキシドとして用いられることが特に好ましい。

金属磁性粒子粉末とリン酸溶液および金属アルコキシド溶液とを混合するための機器としては、たとえば高速アジテート型ミキサーが使用され、具体的にはヘンシェルミキサー、スピードミキサー、ボールカッター、パワーミキサー、ハイブリッドミキサー、コーンブレンダーなどが使用される。

金属磁性粒子粉末とリン酸溶液及び金属アルコキシド溶液との混合・攪拌は、室温以上であって用いる有機溶剤の沸点以下の温度で行なうことが好ましい。また、金属磁性粒子粉末の酸化防止の観点から、Ｎ₂ガスなどの不活性ガス雰囲気下で反応を行なうことが好ましい。

なお、これ以外の圧粉磁心の製造方法は、実施の形態１に示す圧粉磁心の構造およびその製造方法とほぼ同様であるので、その説明を省略する。

本実施の形態の軟磁性材料によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

以下、本発明の実施例について説明する。本実施例では、本発明の軟磁性材料を加圧成形して得られた圧粉磁心における鉄損の低減および耐熱性の向上の効果を調べた。始めに、軟磁性材料である試料１〜６を以下の方法により作製した。

試料１（発明例）：実施の形態１の製造方法に従って作製した。具体的には、鉄の純度が９９．８％以上であるヘガネスＡＢ社製のＡＢＣ１００．３０を金属磁性粒子１０として準備し、これをリン酸鉄水溶液に浸漬することにより、リン酸鉄化合物よりなる絶縁被膜２０ａを平均厚さ５０ｎｍで金属磁性粒子１０の表面に形成した。次に、リン酸アルミニウム水溶液に浸漬することにより、リン酸アルミニウム化合物よりなる絶縁被膜２０ｂを平均厚さ５０ｎｍで絶縁被膜２０ａの表面に形成し、試料１となる軟磁性材料を得た。

試料２（発明例）：実施の形態５の製造方法に従って作製した。具体的には、試料１の製造方法と同様の方法で得られた軟磁性材料を準備し、エチルアルコールにシリコーン樹脂を溶解および分散させた溶液にこの軟磁性材料を浸漬した。これにより平均厚さ１００ｎｍのシリコーン樹脂よりなる被膜２５を絶縁被膜２０の表面に形成し、試料２となる軟磁性材料を得た。

試料３（比較例）：リン酸鉄化合物よりなる絶縁被膜のみを形成した。具体的には、ヘガネスＡＢ社製のＡＢＣ１００．３０を金属磁性粒子として準備し、これをリン酸鉄水溶液に浸漬することにより、リン酸鉄化合物よりなる絶縁被膜を平均厚さ１００ｎｍで金属磁性粒子の表面に形成し、試料３となる軟磁性材料を得た。

試料４（比較例）：リン酸アルミニウム化合物よりなる絶縁被膜のみを形成した。具体的には、ヘガネスＡＢ社製のＡＢＣ１００．３０を金属磁性粒子として準備し、これをリン酸アルミニウム水溶液に浸漬することにより、リン酸アルミニウム化合物よりなる絶縁被膜を平均厚さ１００ｎｍで金属磁性粒子１０の表面に形成し、試料４となる軟磁性材料を得た。

試料５（発明例）：鉄の純度が９９．８％以上であるヘガネスＡＢ社製のＡＢＣ１００．３０をアセトンに懸濁させた懸濁液に、リン酸水溶液（リン酸含有量８５重量％）を滴下し、Ｎ₂気流下、反応温度４５℃において、２０分間攪拌・混合を行った。次いで、前記混合溶液中に、アルミニウムイソプロポキシドを分散させたアセトン溶液を加えた後、テトラエトキシシランを加え、２０分間攪拌・混合を行った。得られた混合溶液を４５℃において減圧乾燥を行ない、試料５となる軟磁性材料を得た。

試料６（発明例）：試料５の絶縁被膜の表面にシリコーンよりなる絶縁被膜を形成した。具体的には、平均厚さ１００ｎｍのシリコーン樹脂よりなる被膜を試料５の絶縁被膜の表面に形成し、試料６となる軟磁性材料を得た。

次に、作製した試料１〜６に関し、「Ｘ線光電子分析装置 ＥＳＣＡ３５００」（島津製作所（株））を用い、高速Ａｒイオンエッチングによりエッチング処理を行ないながら深さ方向の各原子の存在比の測定を行なった。また、ＦＩＢ（Focused Ion Beam）により切断加工し、絶縁被膜２０の断面についてＥＤＸ（Energy-Dispersive X-ray diffraction）を用いて組成分析を行なった。組成の評価に関しては、Ｐ、Ｆｅ、Ａｌ各元素のＫαスペクトルのピーク面積を計測し、Ｆｅピーク面積とＰピーク面積との比およびＡｌピーク面積とＰピーク面積との比（Ｆｅ／Ｐ原子存在比、Ａｌ／Ｐ原子存在比）を指標として用いた。

軟磁性材料の耐熱性は、下記の方法により求めた。まず、試料粉末０．５ｇを量りとり、ＫＢｒ錠剤成形器（株式会社島津製作所）を用いて、１３．７２ＭＰａの圧力で加圧成形を行ない、円柱状の被測定試料を作製した。次いで、被測定試料を温度２５℃、相対湿度６０％の環境下に１２時間以上暴露した後、この被測定試料をステンレス電極の間にセットし、電気抵抗測定装置（ｍｏｄｅｌ ４３２９Ａ 横河北辰電気株式会社製）で１５Ｖの電圧を印加して抵抗値Ｒ（ｍΩ）を測定した。

次いで、被測定（円柱状）試料の上面の面積Ａ（ｃｍ²）と厚みｔ０（ｃｍ）を測定し、下記式１にそれぞれの測定値を挿入して、体積固有抵抗値（ｍΩ・ｃｍ）を求めた。

体積固有抵抗値（ｍΩ・ｃｍ）＝Ｒ×（Ａ／ｔ０） ・・・（１）
上記被測定用試料を電気炉に入れ、電気炉の温度を種々変化させて各温度において１時間加熱処理を行ない、各温度における加熱前後での体積固有抵抗値を測定し、下記式２に加熱前後の体積固有抵抗値を挿入して、体積固有抵抗値の変化率を求め、片対数グラフを用いて横軸に加熱温度を、縦軸に体積固有抵抗値の変化率をプロットし、体積固有抵抗値の変化率がちょうど１０％となるときの温度を軟磁性材料の耐熱温度とした。

加熱前後の体積固有抵抗値の変化率（％）＝｛体積固有抵抗値（加熱前）−体積固有抵抗値（加熱後）｝／体積固有抵抗値（加熱前）×１００ ・・・（２）
続いて、試料１〜６を１２７５ＭＰａの圧力で加圧成形し、リング形状の圧粉磁心を作製した。次に、窒素雰囲気で５５０℃の温度で１時間熱処理を行なった。そして、試料１〜６について周波数を変化させて励起磁束密度１．０（Ｔ）における鉄損を測定することにより、渦電流損係数ｂを評価した。試料１〜６についての、リン酸鉄化合物の平均厚さ、リン酸アルミニウム化合物の平均厚さ、シリコーン樹脂の平均厚さ、および渦電流損係数ｂを表１に示す。なお、渦電流損係数ｂとは、鉄損Ｗを
Ｗ＝ａ×ｆ＋ｂ×ｆ² （ｆ：周波数、ａ，ｂ：定数）
と表わした場合の定数ｂである。

表１に示すように、渦電流損係数ｂに関して、試料１の渦電流損係数ｂは０．０２５（×１０^-3Ｗ・ｓ²／ｋｇ）であり、試料２の渦電流損係数ｂは０．０２１（×１０^-3Ｗ・ｓ²／ｋｇ）であった。一方、試料３の渦電流損係数ｂは０．０２２（×１０^-3Ｗ・ｓ²／ｋｇ）であり、試料４の渦電流損係数ｂは０．０４８（×１０^-3Ｗ・ｓ²／ｋｇ）であった。試料５の渦電流損係数ｂは０．０２４（×１０^-3Ｗ・ｓ²／ｋｇ）であり、試料６の渦電流損係数ｂは０．０１６（×１０^-3Ｗ・ｓ²／ｋｇ）であった。また、試料１、２、５、および６の耐熱性は試料３の耐熱性よりも優れており、試料４の耐熱性と同等であった。

このように、試料１、２、５、および６は、試料３よりも耐熱温度におけるヒステリシス損係数ａが小さく、かつ試料３と同等の渦電流損係数ｂを示していることから、試料１、２、５、および６は試料３よりも鉄損が小さいことが分かる。また、試料１、２、５、および６は、試料４と耐熱温度におけるヒステリシス損係数ａの値が近く、かつ試料４よりも渦電流損係数ｂの値が小さいことから、試料１、２、５、および６は試料４よりも鉄損が小さいことが分かる。すなわち、リン酸鉄化合物よりなる絶縁被膜２０ａおよびリン酸アルミニウム化合物よりなる絶縁被膜２０ｂを形成することにより鉄損を低減できることが分かる。また、試料２および６の各々の耐熱性が試料１および５の各々の耐熱性よりもそれぞれ上昇しているので、シリコーン樹脂よりなる被膜２５を形成することにより、ヒステリシス損が一層低下することが分かる。さらに、試料２および６の各々の渦電流損係数ｂが試料１および５の各々の渦電流損係数ｂよりもそれぞれ小さくなっているので、シリコーン樹脂よりなる被膜２５を形成することにより、渦電流損が一層低下することが分かる。以上より、シリコーン樹脂よりなる被膜２５を形成することにより、より一層鉄損を低減できることが分かる。

なお、試料５および６に関しては、平均粒子径が１００μｍであり、絶縁被膜の膜厚は、第１絶縁被膜である絶縁被膜２０ａが５０ｎｍであり、第２絶縁被膜である絶縁被膜２０ｂが５０ｎｍであった。Ｘ線光電子分析装置を用いて評価した金属磁性粒子１０と絶縁被膜２０との接触面におけるＦｅ／Ｐ原子存在比は１２．９または１３．６であり、絶縁被膜の表面におけるＦｅ／Ｐ原子存在比は３．３または３．０であった。このことから、金属磁性粒子１０と絶縁被膜２０との接触面におけるＦｅ／Ｐ原子存在比の方が、絶縁被膜の表面におけるＦｅ／Ｐ原子存在比よりも大きい。また、金属磁性粒子１０と絶縁被膜２０との接触面におけるＡｌ／Ｐ原子存在比は、０．７または０．８であり、絶縁被膜の表面におけるＡｌ／Ｐ原子存在比は２．２または２．０であることから、金属磁性粒子１０と絶縁被膜２０との接触面におけるＡｌ／Ｐ原子存在比の方が、絶縁被膜の表面におけるＡｌ／Ｐ原子存在比よりも小さい。

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。

本発明の実施の形態１における軟磁性材料を用いて作製された圧粉磁心を拡大して示した模式図である。 （ａ）は、図１における１個の複合磁性粒子を示す拡大図である。（ｂ）は、（ａ）の絶縁被膜におけるＩＩ−ＩＩ線に沿ったＦｅの原子比およびＡｌの原子比の変化を示す図である。 本発明の実施の形態１における圧粉磁心の製造方法を工程順に示す図である。 本発明の実施の形態２における軟磁性材料を用いて作製された圧粉磁心を拡大して示した模式図である。 （ａ）は、図４における１個の複合磁性粒子を示す拡大図である。（ｂ）は、（ａ）の絶縁被膜におけるＶ−Ｖ線に沿ったＦｅの原子比およびＡｌの原子比の変化を示す図である。 本発明の実施の形態２における圧粉磁心の製造方法を工程順に示す図である。 本発明の実施の形態３の絶縁被膜における図５（ａ）のＶ−Ｖ線に沿ったＦｅの原子比およびＡｌの原子比の変化を示す図である。 本発明の実施の形態４における軟磁性材料を用いて作製された圧粉磁心を拡大して示した模式図である。 （ａ）は、図８における１個の複合磁性粒子を示す拡大図である。（ｂ）は、（ａ）の絶縁被膜におけるＩＸ−ＩＸ線に沿ったＦｅの原子比およびＡｌの原子比の変化を示す図である。 本発明の実施の形態４における圧粉磁心の製造方法を工程順に示す図である。 本発明の実施の形態５における軟磁性材料を用いて作製された圧粉磁心を拡大して示した模式図である。 本発明の実施の形態５における圧粉磁心の製造方法を工程順に示す図である。 （ａ）本発明の実施の形態６における１個の複合磁性粒子を示す拡大図である。（ｂ）（ａ）の絶縁被膜におけるＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線に沿ったＦｅの原子比およびＡｌの原子比の変化を示す図である。 本発明の実施の形態６における圧粉磁心の製造方法を工程順に示す図である。

符号の説明

１０ 金属磁性粒子、２０，２０ａ〜２０ｃ 絶縁被膜、２０ｄ 境界領域、２５ 被膜、３０ 複合磁性粒子。

Claims (5)

1. Ｆｅを主成分とする金属磁性粒子と、前記金属磁性粒子を被覆する絶縁被膜とを有する複合磁性粒子を含む軟磁性材料であって、
   前記絶縁被膜はリン酸と、Ｆｅと、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、およびＺｒよりなる群から選ばれる１種以上の原子とを含み、
   前記金属磁性粒子と接触する前記絶縁被膜の接触面に含まれるＦｅの原子比は、前記絶縁被膜の表面に含まれるＦｅの原子比よりも大きく、
   前記金属磁性粒子と接触する前記絶縁被膜の接触面に含まれる前記１種以上の原子の原子比は、前記絶縁被膜の表面に含まれる前記１種以上の原子の原子比よりも小さく、
   前記絶縁被膜は、前記金属磁性粒子を被覆する第１絶縁被膜と、前記第１絶縁被膜を被覆する第２絶縁被膜とを有し、
   前記第１絶縁被膜はリン酸とＦｅからなり、前記第２絶縁被膜はリン酸と前記１種以上の原子とを含む、軟磁性材料。
2. 前記複合磁性粒子は、前記絶縁被膜の表面を被覆するＳｉを含む被膜をさらに有する、請求項１に記載の軟磁性材料。
3. 請求項１または２に記載の軟磁性材料を加圧成形することにより作製された圧粉磁心。
4. Ｆｅを主成分とする金属磁性粒子と、前記金属磁性粒子を被覆する絶縁被膜とを有する複合磁性粒子を含む軟磁性材料の製造方法であって、
   前記金属磁性粒子を被覆する前記絶縁被膜を形成する工程を備え、
   前記絶縁被膜を形成する工程は、
   Ｆｅイオンとリン酸イオンとを含む化合物または溶液を前記金属磁性粒子に被覆処理することにより、第１絶縁被膜を形成する第１被覆工程と、
   前記第１被覆工程後、Ａｌイオン、Ｓｉイオン、Ｍｎイオン、Ｔｉイオン、Ｚｒイオン、およびＺｎイオンよりなる群から選ばれる１種以上のイオンと、リン酸イオンとを含む化合物または溶液を前記第１絶縁被膜上に被覆処理することにより、第２絶縁被膜を形成する第２被覆工程とを含む、軟磁性材料の製造方法。
5. Ｆｅを主成分とする金属磁性粒子と、前記金属磁性粒子を被覆する絶縁被膜とを有する複合磁性粒子を含む軟磁性材料の製造方法であって、
   前記金属磁性粒子を被覆する前記絶縁被膜を形成する工程を備え、
   前記絶縁被膜を形成する工程は、
   軟磁性粒子粉末を有機溶剤に分散した懸濁液中にリン酸溶液を加え、混合・攪拌することにより、第１絶縁被膜を形成する第１被覆工程と、
   前記第１被覆工程後、リン酸と、Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉ、およびＺｒよりなる群から選ばれる１種以上の原子を含有する金属アルコキシドの溶液を前記懸濁液中に加え、混合・攪拌することにより、第２絶縁被膜を形成する第２被覆工程とを含む、軟磁性材料の製造方法。

Images