JP6734371B2 - 被覆磁性粉末の製造方法、圧粉磁心の製造方法、電磁部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、被覆磁性粉末の製造方法、圧粉磁心の製造方法、及び電磁部品の製造方法に関する。
本出願は、２０１６年５月３０日付の日本国出願の特願２０１６−１０７７５０に基づく優先権を主張し、前記日本国出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。

従来、リアクトルやモータなどの電磁部品の磁心（コア）に圧粉磁心が使用されている。一般に、圧粉磁心は、軟磁性粉末の粒子表面に絶縁被覆を施した被覆磁性粉末を原料として用い、被覆磁性粉末を加圧成形することにより製造されている。軟磁性粉末の粒子表面に絶縁被覆を有することで、圧粉磁心を構成する軟磁性粉末の粒子間に絶縁被覆が介在して、粒子同士が直接接触し難くなるため、粒子間の絶縁性を高められ、圧粉磁心の渦電流損失を低減して鉄損（コアロス）を低減できる。絶縁被覆の材料として、例えばシリコーンレジンが使用されている。

軟磁性粉末の粒子表面にシリコーンレジンの被覆を形成する方法としては、シリコーンレジンを有機溶媒（例、キシレン）に溶かし、これを軟磁性粉末の粒子表面に塗布する方法が挙げられる（例えば、特許文献１、２を参照）。

特開２０００−２２３３０８号公報 特開２０１１−２９６０５号公報

本開示に係る被覆磁性粉末の製造方法は、
軟磁性粉末の粒子表面にシリコーンレジンを被覆する被覆磁性粉末の製造方法であって、
界面活性剤を含む水に前記シリコーンレジンを混合し、前記シリコーンレジンを前記水中に分散させたシリコーンエマルジョンを用意する準備工程と、
前記軟磁性粉末の粒子表面に前記シリコーンエマルジョンを塗布する塗布工程と、
前記シリコーンエマルジョンを塗布した後、前記軟磁性粉末を乾燥する乾燥工程と、を備える。

本開示に係る圧粉磁心の製造方法は、
上記被覆磁性粉末の製造方法により製造した被覆磁性粉末を加圧成形して、圧粉体を作製する成形工程と、
前記圧粉体を加熱する熱処理工程と、を備える。

本開示に係る電磁部品の製造方法は、
上記圧粉磁心の製造方法により製造した圧粉磁心にコイルを配置する工程を備える。

本発明の実施形態に係る製造方法により形成したシリコーンレジン被覆を示すイメージ図である。 従来の製造方法により形成したシリコーンレジン被覆を示すイメージ図である。

［本開示が解決しようとする課題］
圧粉磁心の渦電流損失に起因する鉄損をより低減する観点から、軟磁性粉末の粒子表面に緻密なシリコーンレジンの被覆を形成することが望まれる。シリコーンレジンの被覆を緻密化することで、軟磁性粉末の粒子間の絶縁性が向上するため、圧粉磁心の鉄損をより低減できる。

そこで、本開示は、軟磁性粉末の粒子表面に緻密なシリコーンレジンの被覆を形成できる被覆磁性粉末の製造方法を提供することを目的の一つとする。また、鉄損が少ない圧粉磁心の製造方法を提供することを別の目的の一つとする。更に、鉄損が少なく、エネルギー効率が高い電磁部品の製造方法を提供することを別の目的の一つとする。

［本開示の効果］
上記被覆磁性粉末の製造方法は、軟磁性粉末の粒子表面に緻密なシリコーンレジンの被覆を形成できる。上記圧粉磁心の製造方法は、鉄損が少ない圧粉磁心を製造できる。上記電磁部品の製造方法は、鉄損が少なく、エネルギー効率が高い電磁部品を製造できる。

［本願発明の実施形態の説明］
本発明者らは、軟磁性粉末の粒子表面に緻密なシリコーンレジンの被覆を形成する方法について鋭意研究した結果、以下の知見を得た。

従来、シリコーンレジンの被覆の形成は、シリコーンレジンを有機溶媒に溶かした溶液を用いている。シリコーンレジンを有機溶媒に溶かした状態では、分子結合が切れて単分子化され、シリコーン分子が単分子の状態で存在し、有機溶媒中に単分子のシリコーンレジンの粒子（以下、「シリコーン粒子」と呼ぶ場合がある）が溶解している。このシリコーンレジンの有機溶媒溶液を軟磁性粉末の粒子表面に塗布して被覆を形成した場合、図２に示すように、軟磁性粉末の粒子２００の表面に微細なシリコーン粒子１０が堆積した構造のシリコーンレジン被覆１００が形成される。粒子１０間には隙間が形成されるため、微細な粒子１０が堆積した構造の被覆１００は隙間が多く、緻密化することが難しい。したがって、シリコーンレジンの有機溶媒溶液を用いる従来の方法では、緻密なシリコーンレジンの被覆を形成することが難しいと考えられる。

本発明者らが検討を重ねた結果、界面活性剤を含む水にシリコーンレジンを混合したシリコーンエマルジョンを用いることで、緻密なシリコーンレジンの被覆を形成できることを見出した。この理由は次のように考えられる。

シリコーンレジンは水に溶けないため、分子結合が維持され、複数のシリコーン分子が結合した状態で存在する。シリコーンエマルジョンは、界面活性剤によって、水にシリコーンレジンが乳化している状態である。シリコーンエマルジョンの状態では、複数のシリコーン分子が結合した集合体（クラスター）の表面を界面活性剤が覆い、水中に複数のシリコーン分子からなるシリコーン粒子が水中に均一に分散している。このシリコーンエマルジョンを軟磁性粒子の表面に塗布して被覆を形成した場合、図１に示すように、軟磁性粉末の粒子２００の表面に分子集合体のシリコーン粒子１１が堆積した構造のシリコーンレジン被覆１０１が形成される。エマルジョン化したシリコーン粒子１１は、分子集合体であり、図２に示す単分子の粒子１０よりも粒子径が大きいため、シリコーン粒子１１が堆積した構造の被覆１０１は隙間が少なく、緻密化される。また、シリコーン粒子１１は、固形ではなく、乳化している状態であり、変形性が大きい。そのため、シリコーン粒子１１同士が密着して積み重なり、被覆１０１の密度が向上する。

以下、本願発明の実施態様を列挙して説明する。

（１）本願発明の一態様に係る被覆磁性粉末の製造方法は、
軟磁性粉末の粒子表面にシリコーンレジンを被覆する被覆磁性粉末の製造方法であって、
界面活性剤を含む水に前記シリコーンレジンを混合し、前記シリコーンレジンを前記水中に分散させたシリコーンエマルジョンを用意する準備工程と、
前記軟磁性粉末の粒子表面に前記シリコーンエマルジョンを塗布する塗布工程と、
前記シリコーンエマルジョンを塗布した後、前記軟磁性粉末を乾燥する乾燥工程と、を備える。

上記被覆磁性粉末の製造方法によれば、水にシリコーンレジンをエマルジョン化したシリコーンエマルジョンを用い、これを軟磁性粉末の粒子表面に塗布して乾燥することで、緻密なシリコーンレジンの被覆を形成できる。よって、上記被覆磁性粉末の製造方法により製造した被覆磁性粉末は、軟磁性粉末の粒子表面に緻密なシリコーンレジン被覆を有するため、圧粉磁心の原料に用いた場合、圧粉磁心の渦電流損失に起因する鉄損を低減できる。

シリコーンエマルジョンは、溶媒に水を用いており、有機溶媒を用いていないため、経済性、安全性、環境性、作業性に優れる。例えば、揮発性（引火性）の高い有機溶媒を使用しないため、装置を防爆仕様とする必要がなく、設備コストを低減できたり、装置の洗浄も容易に行うことができる。

（２）上記被覆磁性粉末の製造方法の一態様として、前記シリコーンレジンの重量平均分子量が１０００以上３００００以下であることが挙げられる。

重量平均分子量が１０００以上の高分子のシリコーンレジンを用いることで、エマルジョン化したシリコーン粒子の粒子径が大きく、被覆の緻密性が向上する。一方、シリコーンレジンの重量平均分子量が３００００以下であることで、軟磁性粉末の粒子表面にシリコーンエマルジョンを均一な厚さに塗布し易く、緻密で均一な厚さの被覆を形成し易い。シリコーンレジンの重量平均分子量が３００００以下であることで、エマルジョン化し易く、水中にシリコーン粒子を均一に分散させ易い。シリコーンレジンの重量平均分子量は、例えば１００００以下、更に５０００以下が好ましい。

（３）上記被覆磁性粉末の製造方法の一態様として、前記シリコーンレジンが、メチル基の一部をフェニル基で置換したメチルフェニル系シリコーンレジンであり、前記フェニル基を２０モル％以上５０モル％以下含むことが挙げられる。

シリコーンレジンは、ポリシロキサン結合からなる主鎖と、有機基が結合した側鎖とを有する分子構造であり、有機基には、メチル基（ＣＨ_３）、フェニル基（Ｃ_６Ｈ_５）などが挙げられる。シリコーンレジンの具体例としては、ポリシロキサンの側鎖、末端が全てメチル基であるメチル系シリコーンレジンや、メチル系シリコーンレジンのメチル基の一部をフェニル基で置換して、ポリシロキサンの側鎖の一部がフェニル基であるメチルフェニル系シリコーンレジンなどが挙げられる。メチル基の一部をフェニル基で置換することで耐熱性が向上し、フェニル基を２０モル％以上含むメチルフェニル系シリコーンレジンは耐熱性に優れる。したがって、耐熱性に優れる被覆を形成できる。フェニル基の含有量が５０モル％以下の場合、柔軟性が高く、シリコーンエマルジョンを軟磁性粒子の表面に塗布して被覆を形成した際に、シリコーン粒子が密着して被覆を緻密化し易い。フェニル基の含有量（モル％）は、メチル基とフェニル基の合計モル数を１００モル％としたときの、フェニル基のモル数の割合を意味する。

（４）上記被覆磁性粉末の製造方法の一態様として、前記軟磁性粉末が、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金又はＦｅ−Ｓｉ系合金からなり、かつ、そのビッカース硬度がＨＶ１５０以上であることが挙げられる。

軟磁性粉末が、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金又はＦｅ−Ｓｉ系合金からなる軟磁性材料の粉末であることで、圧粉磁心の鉄損をより低減することが可能である。また、軟磁性粉末（軟磁性材料）のビッカース硬度がＨＶ１５０以上であることで、圧粉磁心の製造工程において、加圧成形時の軟磁性粉末の変形によるシリコーンレジン被覆の剥離を抑制し易い。ビッカース硬度の上限は、加圧成形時の成形性や上記鉄基合金の成分系の観点などから、例えばＨＶ８００以下である。

（５）上記被覆磁性粉末の製造方法の一態様として、前記軟磁性粉末の粒子表面に被覆したシリコーンレジン被覆の鉛筆硬度がＨ以上６Ｈ以下であることが挙げられる。

シリコーンレジン被覆の鉛筆硬度がＨ以上であることで、シリコーンレジン被覆の強度が高く、加圧成形時に被覆が破損し難くなる。また、シリコーンレジン被覆の鉛筆硬度が６Ｈ以下であることで、シリコーンレジン被覆の柔軟性が高く、加圧成形時に軟磁性粉末の粒子表面から被覆が剥離し難くなる。更に、シリコーンレジン被覆の柔軟性が高い場合、加圧成形時の軟磁性粉末の塑性変形を阻害し難いため、圧粉体（圧粉磁心）を高密度化できるので、圧粉磁心の透磁率を高めることが可能である。よって、シリコーンレジン被覆の鉛筆硬度がＨ以上６Ｈ以下の場合、加圧成形時のシリコーンレジン被覆の破損や剥離を抑制でき、圧粉磁心の鉄損を効果的に低減できる。

（６）上記被覆磁性粉末の製造方法の一態様として、前記界面活性剤がポリオキシエチレン構造を有するノニオン系界面活性剤であり、その重量平均分子量が３００以上７００以下であることが挙げられる。

ポリオキシエチレン（ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ）_ｎ構造を有するノニオン系界面活性剤は、安定性が高く、乳化分散性に優れる。このような界面活性剤を用いることで、水にシリコーンレジンをエマルジョン化して分散させ易い。界面活性剤の重量平均分子量が３００以上７００以下であることで、シリコーン粒子を均一に分散させ易い。また、安定性が高いため、他の樹脂の水溶液やワックスなどの他のエマルジョンを併用することも可能である。

（７）上記被覆磁性粉末の製造方法の一態様として、前記乾燥工程において、飽和水蒸気圧が２０ｋＰａ以上の雰囲気で乾燥することが挙げられる。

シリコーンエマルジョンを塗布した軟磁性粉末を飽和水蒸気圧が２０ｋＰａ以上の雰囲気で乾燥することで、シリコーンエマルジョンから水分を速やかに蒸発させ、軟磁性粉末が酸化することを抑制し易い。

（８）上記被覆磁性粉末の製造方法の一態様として、前記シリコーンエマルジョンにおける前記シリコーンレジンの含有量が１０質量％以上６０質量％以下であることが挙げられる。

シリコーンレジンの含有量が１０質量％以上であることで、シリコーンエマルジョン中に十分な量のシリコーン粒子を確保でき、所定の厚さの被覆を形成し易い。シリコーンレジンの含有量が６０質量％以下であることで、シリコーンエマルジョンの分散性を高めることができ、軟磁性粉末の粒子表面にシリコーンエマルジョンを均一な厚さに塗布し易く、緻密で均一な厚さの被覆を形成し易い。シリコーンレジンの含有量（質量％）は、水とシリコーンレジンとの合計質量を１００質量％としたときの、シリコーンレジンの質量割合を意味する。

（９）上記被覆磁性粉末の製造方法の一態様として、前記シリコーンエマルジョン中に分散する前記シリコーンレジンの粒子の平均粒子径が２００ｎｍ以上であることが挙げられる。

エマルジョン化したシリコーン粒子の平均粒子径が２００ｎｍ以上であることで、被覆の緻密性が向上する。シリコーン粒子の平均粒子径は、レーザ回折・散乱式粒子径・粒度分布測定装置を用いて測定し、積算質量が全粒子の質量の５０％となる粒径を意味する。

（１０）本願発明の一態様に係る圧粉磁心の製造方法は、
上記（１）から（９）のいずれか１つに記載の被覆磁性粉末の製造方法により製造した被覆磁性粉末を加圧成形して、圧粉体を作製する成形工程と、
前記圧粉体を加熱する熱処理工程と、を備える。

上記圧粉磁心の製造方法によれば、上述した本発明の一態様に係る被覆磁性粉末の製造方法により製造した被覆磁性粉末を圧粉磁心の原料として用いることから、鉄損が少ない圧粉磁心を製造できる。

熱処理工程では、例えば、成形時に圧粉体に導入された歪を除去することを目的として、圧粉体を加熱することが挙げられる。圧粉体を加熱して歪を除去することで、圧粉磁心のヒステリシス損失を低減して鉄損を低減できる。

ここで、圧粉体を熱処理した場合、熱によってシリコーンレジン被覆がＳｉとＣとを含む組成の絶縁被覆に変化することがある。また、シリコーンレジンはシリカ（ＳｉＯ_２）などのＳｉ酸化物に変化することがあり、この絶縁被覆にはＳｉＯ_２を含有する場合がある。熱処理によって軟磁性粉末の粒子に形成された被覆の組成が変化しても、被覆の緻密度は維持されるので、圧粉磁心において、軟磁性粉末の粒子間の絶縁性は確保される。

（１１）本願発明の一態様に係る電磁部品の製造方法は、
上記（１０）に記載の圧粉磁心の製造方法により製造した圧粉磁心にコイルを配置する工程を備える。

上記電磁部品の製造方法によれば、上述した本発明の一態様に係る圧粉磁心の製造方法により製造した圧粉磁心を電磁部品のコアとして用いることから、鉄損が少なく、エネルギー効率が高い電磁部品を製造できる。圧粉磁心と、圧粉磁心に配置されるコイルとを備える電磁部品としては、例えば、リアクトルやモータなどが挙げられる。

［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る被覆磁性粉末の製造方法、圧粉磁心の製造方法、及び電磁部品の製造方法の具体例を以下に説明する。本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、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。

＜被覆磁性粉末の製造方法＞
実施形態に係る被覆磁性粉末の製造方法は、軟磁性粉末の粒子表面にシリコーンレジンを被覆するものであり、シリコーンエマルジョンを用意する準備工程と、軟磁性粉末の粒子表面にシリコーンエマルジョンを塗布する塗布工程と、塗布後、乾燥する乾燥工程とを備える。実施形態に係る被覆磁性粉末の製造方法の特徴の１つは、界面活性剤によってシリコーンレジンを水中に分散させたシリコーンエマルジョンを軟磁性粉末の粒子表面に塗布して乾燥させることで、シリコーンレジン被覆を形成する点にある。以下、各工程について詳しく説明する。

（軟磁性粉末）
はじめに、軟磁性粉末について説明する。軟磁性粉末は、軟磁性材料からなる粉末であり、複数の粒子で構成されている。軟磁性材料としては、例えば、純鉄（純度９９質量％以上）や、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金（センダスト）、Ｆｅ−Ｓｉ系合金（ケイ素鋼）、Ｆｅ−Ａｌ系合金、Ｆｅ−Ｎｉ系合金（パーマロイ）などの鉄基合金が挙げられる。軟磁性粉末には、例えば、アトマイズ法（水アトマイズ法、ガスアトマイズ法）、カルボニル法、還元法などによって製造されたものを用いることができる。軟磁性粉末は、公知のものを利用できる。

軟磁性粉末は、磁気特性に優れる合金粉末であることが好ましい。軟磁性粉末として、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金又はＦｅ−Ｓｉ系合金からなる粉末を用いることで、より鉄損の低い圧粉磁心を得ることが可能である。

軟磁性粉末は、ビッカース硬度がＨＶ１５０以上であることが好ましい。ＨＶ１５０以上の軟磁性粉末を用いることで、圧粉磁心の製造工程において、加圧成形時の軟磁性粉末の変形によるシリコーンレジン被覆の剥離を抑制できる。ビッカース硬度の上限は、加圧成形時の成形性の観点などから、例えばＨＶ８００以下であることが好ましい。

軟磁性粉末の平均粒子径は、例えば２０μｍ以上３００μｍ以下、更に４０μｍ以上２５０μｍ以下とすることが挙げられる。軟磁性粉末の平均粒子径を上記範囲内とすることで、取り扱い易く、加圧成形し易い。軟磁性粉末の平均粒子径は、レーザ回折・散乱式粒子径・粒度分布測定装置を用いて測定し、積算質量が全粒子の質量の５０％となる粒径を意味する。

〈準備工程〉
準備工程は、界面活性剤を含む水にシリコーンレジンを混合し、シリコーンレジンを水中に分散させたシリコーンエマルジョンを用意する工程である。

（シリコーンレジン）
シリコーンレジンには、例えば、重量平均分子量が１０００以上３００００以下のシリコーンレジンを用いることができる。シリコーンレジンの重量平均分子量が１０００以上であることで、シリコーンエマルジョン中に分散するシリコーン粒子の粒子径が大きく、被覆の緻密性が向上する。シリコーンレジンの重量平均分子量は３００００以下であることが好ましい。これにより、塗布工程において、軟磁性粉末の粒子表面にシリコーンエマルジョンを均一な厚さに塗布し易く、緻密で均一な厚さの被覆を形成し易い。また、シリコーンレジンの重量平均分子量が３００００以下であることで、エマルジョン化し易く、水中にシリコーン粒子を均一に分散させ易い。シリコーンレジンの重量平均分子量は、例えば１００００以下、更に５０００以下であることがより好ましい。シリコーンレジンの重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィーにて測定できる。

シリコーンレジンとしては、例えば、ポリシロキサンの側鎖、末端が全てメチル基であるメチル系シリコーンレジン（ジメチルシリコーンレジン）や、ポリシロキサンの側鎖の一部がフェニル基であるメチルフェニル系シリコーンレジンなどが挙げられる。中でも、メチル基の一部をフェニル基で置換したメチルフェニル系シリコーンレジンは、耐熱性が高く、耐熱性に優れる被覆を形成できる。メチルフェニル系シリコーンレジンの場合、フェニル基の含有量が２０モル％以上５０モル％以下であることが好ましい。フェニル基を２０モル％以上含むことで、耐熱性が向上する。フェニル基を５０モル％以下含むことで、柔軟性が高く、シリコーンエマルジョンを軟磁性粒子の表面に塗布して被覆を形成した際に、シリコーン粒子が密着して被覆を緻密化し易い。フェニル基の含有量は、赤外分光分析により測定された赤外吸収スペクトルにおけるメチル基とフェニル基のピーク強度比からモル比を算出する。そして、メチル基とフェニル基の合計を１００モルとして、メチル基とフェニル基の合計に対するフェニル基のモル比から求めることができる。

（界面活性剤）
界面活性剤は、シリコーンレジンをエマルジョン化して水中に分散させる。界面活性剤には、例えば、ポリオキシエチレン（ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ）_ｎ構造を有するノニオン系界面活性剤を用いることができる。界面活性剤の重量平均分子量は、例えば３００以上７００以下であることが挙げられ、これにより、シリコーン粒子を均一に分散させ易い。界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル（ＡＥ）、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル（ＡＰＥ）などが挙げられる。界面活性剤の重量平均分子量は、マトリックス支援レーザ脱離イオン化法にて測定できる。

（シリコーンエマルジョン）
シリコーンエマルジョンは、界面活性剤を用い、シリコーンレジンを水中に分散させたものである。シリコーンエマルジョンの状態では、複数のシリコーン分子が結合した集合体（クラスター）の表面を界面活性剤が覆い、複数のシリコーン分子からなるシリコーン粒子が水中に均一に分散している。

・シリコーンレジンの含有量
シリコーンエマルジョンにおけるシリコーンレジンの含有量は、例えば１０質量％以上６０質量％以下であることが挙げられる。シリコーンレジンの含有量が１０質量％以上であることで、シリコーンエマルジョン中に十分な量のシリコーン粒子を確保でき、所定の厚さの被覆を形成し易い。シリコーンレジンの含有量が６０質量％以下であることで、シリコーンエマルジョンの分散性を高めることができ、軟磁性粉末の粒子表面にシリコーンエマルジョンを均一な厚さに塗布し易く、緻密で均一な厚さの被覆を形成し易い。シリコーンレジンの含有量は、例えば２０質量％以上５０質量％以下であることが好ましい。

・シリコーン粒子の平均粒子径
シリコーンエマルジョン中のシリコーン粒子の平均粒子径は、例えば２００ｎｍ以上であることが挙げられる。シリコーン粒子の平均粒子径が２００ｎｍ以上であることで、被覆の緻密性が向上する。

〈塗布工程〉
塗布工程は、軟磁性粉末の粒子表面にシリコーンエマルジョンを塗布する工程である。

シリコーンエマルジョンの塗布方法は、特に限定されなるものではなく、公知の方法を採用できる。例えば、軟磁性粉末をシリコーンエマルジョンに浸漬したり、軟磁性粉末にシリコーンエマルジョンをスプレーしたり、軟磁性粉末とシリコーンエマルジョンとを一緒に撹拌混合することが挙げられる。シリコーンエマルジョンの塗布量は、形成するシリコーンレジン被覆の厚さにもよるが、例えば、軟磁性粉末１００重量部に対してシリコーンエマルジョンの固形分（シリコーンレジン）が０．０５重量部以上１．０重量部以下となるように調整することが挙げられる。

〈乾燥工程〉
乾燥工程は、シリコーンエマルジョンを塗布した後、軟磁性粉末を乾燥する工程である。

軟磁性粉末を乾燥することで、シリコーンエマルジョンから水分を蒸発させる。これにより、軟磁性粉末の粒子表面にシリコーン粒子が堆積した被覆が形成され、シリコーンレジンが被覆される。乾燥工程は、例えば、飽和水蒸気圧が２０ｋＰａ以上の雰囲気で乾燥することが挙げられる。乾燥雰囲気の飽和水蒸気圧を２０ｋＰａ以上とすることで、シリコーンエマルジョンから水分を速やかに蒸発させ、軟磁性粉末が酸化することを抑制し易い。乾燥雰囲気としては、空気が一般的であるが、これに限らず、窒素ガスやＡｒガスなどの非酸化性雰囲気としてもよい。

軟磁性粉末の酸化を抑制する観点から、シリコーンエマルジョンを塗布した後、すぐに乾燥することが好ましい。例えば、飽和水蒸気圧が２０ｋＰａ以上の雰囲気中で塗布することにより、塗布と乾燥とを同時に実施することが挙げられる。

（シリコーンレジン被覆の硬度）
シリコーンレジン被覆の硬度は、鉛筆硬度でＨ以上６Ｈ以下であることが好ましい。シリコーンレジン被覆の鉛筆硬度がＨ以上であることで、シリコーンレジン被覆の強度が高く、加圧成形時に被覆が破損し難くなる。また、シリコーンレジン被覆の鉛筆硬度が６Ｈ以下であることで、シリコーンレジン被覆の柔軟性が高く、加圧成形時に軟磁性粉末の粒子表面から被覆が剥離し難くなる。更に、シリコーンレジン被覆の柔軟性が高い場合、加圧成形時の軟磁性粉末の塑性変形を阻害し難く、圧粉体（圧粉磁心）を高密度化できるため、圧粉磁心の透磁率を高めることが可能である。よって、シリコーンレジン被覆の鉛筆硬度がＨ以上６Ｈ以下の場合、加圧成形時のシリコーンレジン被覆の破損や剥離を抑制でき、圧粉磁心の鉄損を効果的に低減できる。シリコーンレジン被覆の硬度は、シリコーンレジンの種類や組成、構造、製造条件などによって変えることができる。例えば、シリコーンレジンとして、メチルフェニル系シリコーンレジンを用いる場合、フェニル基の含有量を変えることによって被覆の硬度が変わり、フェニル基の含有量が多いほど、硬度が高くなる（柔軟性が低くなる）傾向がある。また、シリコーンレジンに含まれるＳｉの含有量が多いほど、つまり、シリコーンレジンに含まれるメチル基やフェニル基などの有機置換基の含有量が少ないほど、硬度が高くなる（柔軟性が低くなる）傾向がある。

シリコーンレジン被覆の硬度は、鋼板上にシリコーンエマルジョンを塗布した後、乾燥させてシリコーンレジン被覆を形成する。そして、鋼板表面に被覆したシリコーンレジン被覆の鉛筆硬度を測定し、その硬度を軟磁性粉末の粒子表面に被覆したシリコーンレジン被覆の硬度とみなす。シリコーンレジン被覆の鉛筆硬度は、ＪＩＳ Ｋ ５６００−５−４：１９９９「引っかき硬度（鉛筆法）」に基づき、鉛筆を被覆に対して角度４５°、荷重７５０ｇで押し付けることによって測定する。

《作用効果》
上述した実施形態の被覆磁性粉末の製造方法は、次の効果を奏する。

（１）界面活性剤によってシリコーンレジンを水中に分散させたシリコーンエマルジョンを軟磁性粉末の粒子表面に塗布して乾燥することで、緻密なシリコーンレジンの被覆を形成できる。

シリコーンエマルジョン中のシリコーン粒子は、複数のシリコーン分子が結合した分子集合体の状態で存在している。そのため、シリコーンエマルジョンを軟磁性粒子の表面に塗布して被覆を形成した場合、軟磁性粉末の粒子の表面に分子集合体のシリコーン粒子が堆積した構造のシリコーンレジン被覆が形成されることになる（図１参照）。分子集合体のシリコーン粒子は、粒子径が大きいため、被覆にした場合、粒子間の隙間が少なくなり、被覆を緻密化できる。また、このシリコーン粒子は、固形ではなく、乳化している状態であり、変形性が大きいため、被覆を形成した場合、シリコーン粒子同士が密着して積み重なり、被覆の密度が向上する。

（２）シリコーンエマルジョンは、溶媒に水を使用しており、経済性、安全性、環境性、作業性に優れる。例えば、溶媒として揮発性（引火性）の高い有機溶媒を使用しないため、装置を防爆仕様とする必要がなく、設備コストを低減できたり、装置の洗浄も容易に行うことができる。

《被覆磁性粉末の用途》
上述した実施形態の被覆磁性粉末の製造方法により製造した被覆磁性粉末は、圧粉磁心の原料に用いることができる。この被覆磁性粉末は、軟磁性粉末の粒子表面に緻密なシリコーンレジン被覆を有するため、圧粉磁心にした場合、軟磁性粉末の粒子間の絶縁性を確保でき、圧粉磁心の渦電流損失に起因する鉄損を低減できる。シリコーンレジン被覆の厚さは、例えば０．０５μｍ以上３μｍ以下とすることが挙げられる。特に、フェニル基を２０モル％以上５０モル％以下含むメチルフェニル系シリコーンレジンでシリコーンレジン被覆を形成した場合、緻密で耐熱性に優れるシリコーンレジン被覆を有する被覆磁性粉末が得られる。

＜圧粉磁心の製造方法＞
実施形態に係る圧粉磁心の製造方法は、被覆磁性粉末を加圧して圧粉体を成形する成形工程と、圧粉体を加熱する熱処理工程とを備える。実施形態に係る圧粉磁心の製造方法の特徴の１つは、圧粉磁心の原料に上述した実施形態に係る被覆磁性粉末の製造方法により製造した被覆磁性粉末を用いる点にある。

〈成形工程〉
成形工程は、上述した実施形態に係る被覆磁性粉末の製造方法により製造した被覆磁性粉末を加圧成形して、圧粉体を作製する工程である。

加圧成形は、被覆磁性粉末を金型に充填してプレス成形することが挙げられ、加圧成形は公知のプレス装置を利用できる。加圧成形する際の成形圧力を高くするほど、圧粉体を高密度化でき、圧粉磁心を高密度化できる。成形圧力は、例えば６００ＭＰａ以上、更に７００Ｍｐａ以上とすることが挙げられる。成形圧力の上限は、製造上の観点から、例えば１５００ＭＰａ以下とすることが挙げられる。また、被覆磁性粉末の成形性を高めるため、例えば金型を加熱して、温間で加圧成形を行ってもよい。温間加圧成形する場合、成形温度（金型温度）は、例えば６０℃以上、更に８０℃以上とすることが挙げられる。成形温度の上限は、例えば２００℃以下である。

〈熱処理工程〉
熱処理工程は、圧粉体を加熱する工程であり、主として、成形時に圧粉体に導入された歪を除去することを目的とする。圧粉体を加熱して歪を除去することで、透磁率を改善でき、これにより、圧粉磁心のヒステリシス損失に起因する鉄損を低減できる。加熱温度は、例えば６００℃以上とすることが挙げられる。特に、７００℃以上の高温で熱処理した場合、ヒステリシス損失を大幅に低減できる。加熱温度の上限は、例えば９００℃以下である。

圧粉体を熱処理した場合、熱によってシリコーンレジン被覆がＳｉとＣとを含む組成の絶縁被覆に変化することがある。また、シリコーンレジンはシリカ（ＳｉＯ_２）などのＳｉ酸化物に変化することがあり、この絶縁被覆にはＳｉＯ_２を含有する場合がある。熱処理によって軟磁性粉末の粒子に形成された被覆の組成が変化しても、被覆の緻密度は維持されるので、圧粉磁心において、軟磁性粉末の粒子間の絶縁性は確保される。

《作用効果》
上述した実施形態の圧粉磁心の製造方法は、上述した実施形態の被覆磁性粉末の製造方法により製造した被覆磁性粉末を原料として用いることから、鉄損が少ない圧粉磁心を製造できる。

《圧粉磁心の用途》
上述した実施形態の圧粉磁心の製造方法により製造した圧粉磁心は、電磁部品のコアに用いることができる。この圧粉磁心は、鉄損が少ないため、電磁部品のエネルギー効率を改善できる。

＜電磁部品の製造方法＞
実施形態に係る電磁部品の製造方法は、上述した実施形態に係る圧粉磁心の製造方法により製造した圧粉磁心にコイルを配置する工程を備える。これにより、圧粉磁心と、圧粉磁心に配置されるコイルとを備える電磁部品を製造できる。

《作用効果》
上述した実施形態の電磁部品の製造方法は、上述した実施形態の圧粉磁心の製造方法により製造した圧粉磁心を電磁部品のコアとして用いることから、鉄損が少なく、エネルギー効率が高い電磁部品を製造できる。電磁部品としては、例えば、リアクトルやモータなどが挙げられる。

［実施例１］
実施形態の製造方法により被覆磁性粉末を製造し、その被覆磁性粉末を用いて圧粉磁心を製造して、評価を行った。

実施例１では、軟磁性粉末として、組成がＦｅ−３質量％Ｓｉ（Ｓｉを３質量％含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物）の鉄基合金の粉末（平均粒子径：１２０μｍ）を用意した。この粉末の平均粒子径は、レーザ回折・散乱式粒子径・粒度分布測定装置を用いて測定し、積算質量が全粒子の質量の５０％となる粒径を算出することにより求めた。また、用意した軟磁性粉末は、ガスアトマイズ法により製造したものであり、硬度がＨＶ２００である。

界面活性剤を用い、シリコーンレジンを水中に分散させたシリコーンエマルジョンを用意した。シリコーンレジンには、メチル基とフェニル基のモル比が４：１（即ち、フェニル基の含有量が２５モル％）で、重量平均分子量が２０００のメチルフェニル系シリコーンレジンを用いた。メチル基とフェニル基のモル比は、赤外分光分析を行い、赤外吸収スペクトルにおけるメチル基とフェニル基のピーク強度比から算出することにより求めた。シリコーンレジンの重量平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィーにて測定して求めた。また、界面活性剤には、ポリオキシエチレン（ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ）_ｎ構造を有するノニオン系界面活性剤を用いた。この界面活性剤の重量平均分子量は５００である。界面活性剤の重量平均分子量は、マトリックス支援レーザ脱離イオン化法にて測定して求めた。

界面活性剤を含む水にシリコーンレジンを混合し、撹拌して、シリコーンエマルジョンを作製した。シリコーンエマルジョンは、水とシリコーンレジンとを１：１の質量割合で混合し、シリコーンレジンの含有量を５０質量％とした。また、シリコーンエマルジョン中のシリコーン粒子の平均粒子径は３００ｎｍである。シリコーン粒子の平均粒子径は、レーザ回折・散乱式粒子径・粒度分布測定装置を用いて測定し、積算質量が全粒子の質量の５０％となる粒径を算出することにより求めた。

用意したシリコーンエマルジョンを軟磁性粉末の粒子表面に塗布して乾燥することにより、シリコーンレジンを被覆して被覆磁性粉末を製造した。被覆は、次のように行った。

軟磁性粉末とシリコーンエマルジョンとをミキサーに入れ、ミキサーで撹拌混合して、軟磁性粉末の粒子表面にシリコーンエマルジョンを塗布すると共に乾燥させた。具体的には、軟磁性粉末とシリコーンエマルジョンとを撹拌混合しながら、ミキサー内に８０℃の温風を送り込み、軟磁性粉末を乾燥した。つまり、シリコーンエマルジョンの塗布と乾燥とを一工程で同時に行った。このときの雰囲気の飽和水蒸気圧は４７ｋＰａで、粉末の温度は４０℃であった。また、軟磁性粉末１００重量部に対してシリコーンエマルジョンの固形分（シリコーンレジン）が０．３重量部となるように混合した。

上記シリコーンエマルジョンを塗布した場合のシリコーンレジン被覆の硬度を測定した。シリコーンレジン被覆の硬度は、シリコーンエマルジョンを鋼板上に塗布した後、乾燥させて形成したシリコーンレジン被覆の鉛筆硬度をＪＩＳ Ｋ ５６００−５−４：１９９９「引っかき硬度（鉛筆法）」に基づき測定した。その結果、シリコーンレジン被覆の鉛筆硬度はＨであった。

以上のようにして製造した被覆磁性粉末を試料Ｎｏ．１−１とし、この被覆磁性粉末を原料に用いて圧粉磁心を製造した。圧粉磁心は、次のようにして製造した。

被覆磁性粉末を金型に充填し、９８０ＭＰａの成形圧力でプレス成形して、外径３０ｍｍ、内径２０ｍｍ、高さ５ｍｍのリング状の圧粉体を作製した。成形温度（金型温度）は８０℃とした。その後、圧粉体を窒素雰囲気中、８００℃で１５分間加熱して熱処理を行い、圧粉磁心を製造した。

メチルフェニル系シリコーンレジンのフェニル基の含有量を変更して、シリコーンレジン被覆の硬度が６Ｈとなるように変えた以外は試料Ｎｏ．１−１と同様にして、試料Ｎｏ．１−２の被覆磁性粉末を製造した。そして、この被覆磁性粉末を用いて、試料Ｎｏ．１−１と同様にして圧粉磁心を製造した。試料Ｎｏ．１−２では、フェニル基の含有量を４０モル％とした。

メチルフェニル系シリコーンレジンのフェニル基の含有量を変更して、シリコーンレジン被覆の硬度がそれぞれＦ及び７Ｈとなるように変えた以外は試料Ｎｏ．１−１と同様にして、試料Ｎｏ．１−３及びＮｏ．１−４の被覆磁性粉末を製造した。そして、この被覆磁性粉末を用いて、試料Ｎｏ．１−１と同様にして圧粉磁心を製造した。試料Ｎｏ．１−３では、フェニル基の含有量を１５モル％とし、試料Ｎｏ．１−４では、フェニル基の含有量を６０モル％とした。

比較として、シリコーンエマルジョンに代えて、シリコーンレジンをキシレンに溶かした有機溶媒溶液を用いた以外は試料Ｎｏ．１−１と同様にして、試料Ｎｏ．１００の被覆磁性粉末を製造した。そして、この被覆磁性粉末を用いて、試料Ｎｏ．１−１と同様にして圧粉磁心を製造した。

試料Ｎｏ．１−１〜Ｎｏ．１−４及びＮｏ．１００の被覆磁性粉末を用いて製造した圧粉磁心について、鉄損（コアロス）を測定した。ここでは、圧粉磁心に３００ターンの一次巻線、３０ターンの二次巻線をそれぞれ巻回して、二次巻線法により鉄損を測定した。鉄損の測定は、交流ＢＨアナライザー（メトロン技研株式会社製）を用いて室温（２５℃）で行い、測定条件は、励起磁束密度Ｂｍを１Ｔ（１０ｋＧ）、測定周波数を１ｋＨｚとした。その結果を表１に示す。

表１の結果から、シリコーンエマルジョンを用いて製造した試料Ｎｏ．１−１〜Ｎｏ．１−４の被覆磁性粉末は、シリコーンレジンの有機溶媒溶液を用いて製造した試料Ｎｏ．１００に比較して、圧粉磁心の鉄損を大幅に低減できることが分かる。これは、シリコーンエマルジョンを軟磁性粉末の粒子表面に塗布してシリコーンレジンの被覆を形成した試料では、緻密な被覆が形成されているためと考えられる。特に、シリコーンレジン被覆の硬度がＨ以上６Ｈ以下を満たす試料Ｎｏ．１−１及びＮｏ．１−２の被覆磁性粉末は、シリコーンレジン被覆の硬度がＦの試料Ｎｏ．１−３の被覆磁性粉末に比較して、圧粉磁心の鉄損を低減できており、鉄損の低減効果が高いことが分かる。これは、試料Ｎｏ．１−１及びＮｏ．１−２の被覆磁性粉末では、シリコーンレジン被覆の硬度がＨ以上であるため、被覆の強度が高く、加圧成形時に被覆が破損し難くなったためと考えられる。また、試料Ｎｏ．１−１及びＮｏ．１−２の被覆磁性粉末は、シリコーンレジン被覆の硬度が７Ｈの試料Ｎｏ．１−４の被覆磁性粉末に比較して、圧粉磁心の鉄損を低減できており、鉄損の低減効果が高いことが分かる。これは、試料Ｎｏ．１−１及びＮｏ．１−２の被覆磁性粉末では、シリコーンレジン被覆の硬度が６Ｈ以下であるため、被覆の柔軟性が高く、加圧成形時に被覆が剥離し難くなったためと考えられる。

［実施例２］
実施例２では、軟磁性粉末として、組成がＦｅ−９．５質量％Ｓｉ−５．５質量％Ａｌ（Ｓｉを９．５質量％、Ａｌを５．５質量％含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物）の鉄基合金の粉末（平均粒子径：４０μｍ）を用意した。用意した軟磁性粉末は、ガスアトマイズ法により製造したものであり、硬度がＨＶ５００である。

実施例１の試料Ｎｏ．１−１と同様にして、試料Ｎｏ．１−１と同じシリコーンエマルジョンを軟磁性粉末の粒子表面に塗布して乾燥することにより、メチルフェニル系のシリコーンレジンを被覆して被覆磁性粉末を製造した。製造した被覆磁性粉末を試料Ｎｏ．２とする。そして、この被覆磁性粉末を用いて、試料Ｎｏ．１−１と同様にして圧粉磁心を製造した。

比較として、シリコーンエマルジョンに代えて、シリコーンレジンをキシレンに溶かした有機溶媒溶液を用いた以外は試料Ｎｏ．２と同様にして、試料Ｎｏ．２００の被覆磁性粉末を製造した。そして、この被覆磁性粉末を用いて、試料Ｎｏ．２と同様に圧粉磁心を製造した。

試料Ｎｏ．２及びＮｏ．２００の被覆磁性粉末を用いて製造した圧粉磁心について、鉄損（コアロス）を測定した。鉄損の測定は、測定条件を励起磁束密度Ｂｍ：０．１Ｔ、測定周波数：１００ｋＨｚとした以外は、実施例１と同様にして行った。その結果を表２に示す。

表２の結果から、実施例１と同様に、シリコーンエマルジョンを用いて製造した試料Ｎｏ．２の被覆磁性粉末は、有機溶媒溶液を用いて製造した試料Ｎｏ．２００に比較して、圧粉磁心の鉄損を大幅に低減できることが分かる。

１００、１０１ シリコーンレジン被覆
１０、１１ シリコーン粒子
２００ 軟磁性粉末の粒子

Claims (11)

1. 軟磁性粉末の粒子表面にシリコーンレジンを被覆する被覆磁性粉末の製造方法であって、
   界面活性剤を含む水に前記シリコーンレジンを混合し、前記シリコーンレジンを前記水中に分散させたシリコーンエマルジョンを用意する準備工程と、
   前記軟磁性粉末の粒子表面に前記シリコーンエマルジョンを塗布する塗布工程と、
   前記シリコーンエマルジョンを塗布した後、前記軟磁性粉末を乾燥する乾燥工程と、を備える被覆磁性粉末の製造方法。
2. 前記シリコーンレジンの重量平均分子量が１０００以上３００００以下である請求項１に記載の被覆磁性粉末の製造方法。
3. 前記シリコーンレジンが、メチル基の一部をフェニル基で置換したメチルフェニル系シリコーンレジンであり、前記フェニル基を２０モル％以上５０モル％以下含む請求項１又は請求項２に記載の被覆磁性粉末の製造方法。
4. 前記軟磁性粉末が、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系合金又はＦｅ−Ｓｉ系合金からなり、かつ、そのビッカース硬度がＨＶ１５０以上である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の被覆磁性粉末の製造方法。
5. 前記軟磁性粉末の粒子表面に被覆したシリコーンレジン被覆の鉛筆硬度がＨ以上６Ｈ以下である請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の被覆磁性粉末の製造方法。
6. 前記界面活性剤がポリオキシエチレン構造を有するノニオン系界面活性剤であり、その重量平均分子量が３００以上７００以下である請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の被覆磁性粉末の製造方法。
7. 前記乾燥工程において、飽和水蒸気圧が２０ｋＰａ以上の雰囲気で乾燥する請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の被覆磁性粉末の製造方法。
8. 前記シリコーンエマルジョンにおける前記シリコーンレジンの含有量が１０質量％以上６０質量％以下である請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の被覆磁性粉末の製造方法。
9. 前記シリコーンエマルジョン中に分散する前記シリコーンレジンの粒子の平均粒子径が２００ｎｍ以上である請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の被覆磁性粉末の製造方法。
10. 請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の被覆磁性粉末の製造方法により製造した被覆磁性粉末を加圧成形して、圧粉体を作製する成形工程と、
    前記圧粉体を加熱する熱処理工程と、を備える圧粉磁心の製造方法。
11. 請求項１０に記載の圧粉磁心の製造方法により製造した圧粉磁心にコイルを配置する工程を備える電磁部品の製造方法。

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