圧粉磁心用粉末と圧粉磁心、およびそれらの製造方法
【課題】高密度、高比抵抗で、高強度な圧粉磁心と、圧粉磁心用粉末、およびそれらの製造方法を提供する。
【解決手段】圧粉磁心用粉末１０は、軟磁性金属粉末１と、該軟磁性金属粉末１を被覆するＡｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層２と、該アルコキシド層２を被覆する絶縁層４と、からなり、該アルコキシド２層内に低融点のガラス粉末３が分散しているものである。
【解決手段】圧粉磁心用粉末１０は、軟磁性金属粉末１と、該軟磁性金属粉末１を被覆するＡｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層２と、該アルコキシド層２を被覆する絶縁層４と、からなり、該アルコキシド２層内に低融点のガラス粉末３が分散しているものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧粉磁心用粉末と、この圧粉磁心用粉末を加圧成形してなる圧粉磁心、およびそれらの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地球環境への負荷軽減の観点から自動車産業ではハイブリッド自動車や電気自動車の開発が日々進められており、中でも、主要な搭載機器である電動機やリアクトルの高性能化や小型化は急務の開発課題の一つとなっている。
【０００３】
この電動機を構成するステータコアやロータコア、リアクトルを構成するリアクトルコアは珪素鋼板を積層してなる鋼板積層体から形成されたり、樹脂コーティングされた鉄系の軟磁性粉末を加圧成形してなる圧粉磁心から形成されている。圧粉磁心から各種コアを成形する場合には、その磁気特性として積層鋼板に比して高周波鉄損が少ないこと、加圧成形されることから形状バリエーションに臨機かつ安価に対応できること、珪素鋼板（電磁鋼板）に比して材料費が廉価であること、などの利点を有している。
【０００４】
しかし、上記利点を有する一方で、たとえば焼結材などと比較してその強度が著しく低いことが最大の欠点であることから、圧粉磁心から上記コア材を成形した際に、如何にその強度を確保するかが大きな課題の一つとなっている。
【０００５】
上記課題に対して、軟磁性金属粉末表面にガラス粉末を半溶融させ、これを硬化させてなる皮膜を有した磁性粉末を製造し、これを加圧成形することでその強度向上を図るというアプローチもあり、たとえば特許文献１に当該技術の開示がある。
【０００６】
しかし、母材である軟磁性金属粉末、たとえば、鉄合金や純鉄などの軟磁性金属粉末とガラス粉末を混ぜ合わせ、所望の高温雰囲気下で焼鈍処理し、この焼鈍処理時に半溶融したガラス粉末が軟磁性粉末間の隙間を閉塞した際に、純鉄等の軟磁性金属粉末と半溶融状態のガラス粉末とのなじみが良好でないことが本発明者等によって特定されている。そのため、軟磁性金属粉末表面とガラス粉末からなる皮膜との間の接合強度が低くなってしまい、圧粉磁心の比抵抗を著しく低下させることとなり、鉄損の増大を招来するという致命的な課題を生じてしまう。
【０００７】
また、軟磁性金属粉末表面をシリコーン樹脂などからなる絶縁皮膜でコーティングする場合に、このシリコーン樹脂溶液中に上記するガラス粉末を添加できないことから、特許文献１と同様にたとえば低融点のガラス粉末（が溶融し、硬化してなる）のみで皮膜を形成せざるを得ず、この場合には、上記と同様の課題が生じてしまう。
【０００８】
ここで、シリコーン樹脂溶液中にガラス粉末を添加できない理由は、ガラス粉末をシリコーン樹脂溶液中に分散させると、樹脂のゲル化によって樹脂コーティングができなくなること、樹脂溶液の保存性が悪化すること、などの問題を有しているからである。これは、一般にシリコーン樹脂はその脱水縮合にて架橋していくものであること、この脱水反応がガラス粉末中のアルカリ金属によって促進されるために、上記する溶液のゲル化や溶液保存性の悪化に繋がるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−１８９３２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、高密度（磁束密度が高い）で、比抵抗が高く（高周波鉄損が低い）、しかも、その強度が従来の圧粉磁心に比して格段に高い圧粉磁心と、この圧粉磁心成形用の粉末、さらには、これらの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成すべく、本発明による圧粉磁心用粉末は、軟磁性金属粉末と、該軟磁性金属粉末を被覆するＡｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層と、該アルコキシド層を被覆する絶縁層と、からなり、該アルコキシド層内にガラス粉末が分散しているものである。
【００１２】
また、本発明による圧粉磁心は、上記する本発明の圧粉磁心用粉末が加圧成形され、少なくとも前記ガラス粉末のガラス転移温度以上の温度雰囲気にて焼鈍処理されてなるものである。
【００１３】
さらに、本発明による圧粉磁心用粉末の製造方法は、Ａｌアルコキシドと、Ｓｉアルコキシドと、ガラス粉末と、を有機溶媒内で混合して混合液を形成し、該混合液内に軟磁性金属粉末を浸漬し、乾燥させることで、軟磁性金属粉末と、該軟磁性金属粉末表面上に形成され、ガラス粉末が分散したＡｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層と、からなる中間粉末を生成する第１の工程、絶縁樹脂が混合された有機溶媒内に前記中間粉末を浸漬させ、乾燥させることで、軟磁性金属粉末と、該軟磁性金属粉末を被覆してガラス粉末が分散したＡｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層と、該アルコキシド層を被覆する絶縁層と、からなる圧粉磁心用粉末を製造する第２の工程、からなるものである。
【００１４】
ここで、軟磁性金属粉末として、たとえば、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−シリコン系合金などを用いることができる。中でも、粉末自体が比較的軟質であり、したがって、粉末を加圧成形して圧粉磁心を成形した際の成形密度が極めて高く、もって高磁束密度の圧粉磁心を成形できること、および、比較的低コストであること、などの理由から純鉄を軟磁性金属粉末として使用するのが好ましい。
【００１５】
この圧粉磁心用粉末を構成するアルコキシド層は、Ａｌアルコキシドと、Ｓｉアルコキシドと、ガラス粉末と、を有機溶媒内で混合して混合液を形成し、該混合液内に軟磁性金属粉末を浸漬し、乾燥させることで形成できる。
【００１６】
ここで、Ｓｉアルコキシドは化学的に安定しており、したがって、加水分解を促進するために酸などを必要とする一方、この酸が軟磁性金属粉末表面を腐食するという背反を有している。一方、Ａｌアルコキシドは化学的に不安定であり、したがって容易に加水分解されることから、溶液中にて均一核生成を生じて沈殿物を生ぜしめ、結果として軟磁性金属粉末表面への皮膜形成が困難であるという課題を有している。
【００１７】
そこで、本発明者等は、反応速度が極めて遅いＳｉアルコキシドと、反応速度が極めて早いＡｌアルコキシドを有機溶媒内で混合させることにより、適度な反応速度にてＳｉ−Ａｌ系アルコキシドよりなる皮膜が形成できること、より詳細には、有機溶媒内に添加された軟磁性金属粉末表面の付着水と選択的に化学反応し、母材である軟磁性金属粉末との濡れ性が極めて良好なＳｉ−Ａｌ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層を形成できる、との知見に至っている。
【００１８】
なお、ＳｉおよびＡｌの両金属アルコキシドが分子レベルで略均一に分散した溶液を形成するのが好ましいものの、一般に、Ａｌアルコキシドは、溶媒中で２〜５量体のオリゴマーを形成しており、一般的なＳｉアルコキシドとＡｌアルコキシドとを有機溶媒に混合しても、ＳｉおよびＡｌの両金属アルコキシドが均一に分散した溶液とはなり難い。そこで、Ｓｉアルコキシドとして、Ｎ，Ｐ，Ｓ，Ｏ原子を単数もしくは複数含む極性基を有する有機基を少なくとも一つ備えたものを使用し、有機溶媒内で混合することにより、Ａｌアルコキシドのオリゴマーが解離してモノマー化したり、ＳｉアルコキシドがＡｌアルコキシドに配位して混合オリゴマーを形成する等して、ＳｉおよびＡｌの両金属アルコキシドが分子レベルで均一に分散した溶液を形成することができる。
【００１９】
また、反応溶液の溶媒は、水を可及的に廃した脱水有機溶媒であるのが好ましい。すなわち、アルコキシドの反応に必要な水もしくは水酸基として、軟磁性金属粉末表面の吸着水や水酸基が利用されるものである。上記するＡｌアルコキシドとして、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）、ＴＭＯＳ（テトラメトキシシラン）などを挙げることができ、Ｓｉアルコキシドに比して反応性が高く、水による加水分解、脱水縮合といった過程を経ずとも、水酸基に対して脱アルコール反応により結合（−Ｏ−Ａｌ−）を生じることが本発明者等によって特定されており、たとえば純鉄の場合には、その表面に存在する吸着水や水酸基によってゾルゲル反応が引き起こされる。
【００２０】
ここで、Ｓｉアルコキシドは溶液中でＡｌアルコキシドと混合オリゴマーを形成しているため、ＡｌアルコキシドとともにＳｉアルコキシドも上記ゾルゲル反応に加わる。その結果、たとえば純鉄表面において、ＳｉおよびＡｌの両金属アルコキシドが反応し、比較的均一で、かつ薄膜なＡｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層が形成されることとなる。このＡｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層は、純鉄等の軟磁性金属粉末との濡れ性が極めて良好であることも特定されている。
【００２１】
さらに、本発明の圧粉磁心用粉末では、軟磁性金属粉末表面に形成されるアルコキシド層にガラス粉末が分散してなるものである。
【００２２】
既述するように、絶縁層となるシリコーン樹脂内には、該樹脂のゲル化や樹脂溶液の保存性悪化等の危険性から、直接的にガラス粉末を混合するのは好ましくない。それに対して、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなり、純鉄等の軟磁性金属粉末との濡れ性が良好なアルコキシド層内にガラス粉末を分散させることで、上記するシリコーン樹脂内に混合する場合に生じ得る課題を回避でき、しかも、軟磁性金属粉末とガラス粉末とを、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物を介して間接的に強固に結び付けることができる。したがって、形成される圧粉磁心用粉末を加圧成形してなる圧粉磁心の強度、具体的には、圧縮強度や圧環強度などを、ガラス粉末が分散していない粉末から成形された圧粉磁心に比して格段に向上させることができる。
【００２３】
ここで、上記するガラス粉末は、低融点のガラス粉末であるのが好ましい。本明細書におけるこの「低融点」とは、従来一般の普通ガラスのガラス転移温度：Ｔｇ（たとえば、シリカの場合は１６００℃程度）よりも低温であって、本発明の圧粉磁心用粉末を加圧成形し、所望の高温雰囲気にて焼鈍処理をおこなって圧粉磁心を形成する際の、該焼鈍処理時の温度にてガラス粉末が軟化する温度を意味している。そして、この低融点のガラス粉末としては、リン酸系ガラス、硼珪酸系ガラス、アルカリ珪酸系ガラスおよびビスマス系ガラス、主成分がＰｂＯとＢ２Ｏ３からなるもの、Ｂ２Ｏ３と遷移金属酸化物と希土類酸化物からなる成分組成を有するもの、などの粉末を挙げることができる。
【００２４】
本発明者等の検証によれば、およそ８００℃以下で圧粉磁心用粉末の焼鈍温度を規定できること、この焼鈍温度との関係、および、上記素材のガラス粉末のガラス転移温度：Ｔｇと、から、その軟化点温度：Ｔｇを４００〜８００℃の範囲で規定できること、特に、４５０〜６５０℃で規定できることが特定されている。
【００２５】
さらに、本発明の圧粉磁心用粉末は、ガラス粉末が分散されたＡｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層の表面に、絶縁層が形成されたものである。
【００２６】
ここで、この絶縁層は、シリコーン樹脂皮膜、ポリイミド樹脂皮膜、リン酸系樹脂皮膜などから形成することができる。
【００２７】
中でも、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層との濡れ性の観点から、シリコーン樹脂からなる絶縁層を適用するのが好ましい。
【００２８】
本発明者等によれば、焼鈍処理時に該焼鈍処理温度以下のガラス転移温度を有する低融点のガラス粉末が半溶融もしくは溶融して、たとえば、圧粉磁心用粉末（軟磁性金属粉末）間の隙間を閉塞しながら硬化することにより、極めて高強度な圧粉磁心が成形できることが実証されている。
【００２９】
上記する本発明の圧粉磁心用粉末、もしくは、本発明の製造方法によって製造された圧粉磁心用粉末を加圧成形し、焼鈍処理して製造された圧粉磁心は、純鉄等の軟磁性金属粉末表面に形成された絶縁層により、高耐熱性で、高比抵抗の圧粉磁心となる。さらには、絶縁層と軟磁性金属粉末の双方との間で濡れ性が良好なＡｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層によって、強固に絶縁層と軟磁性金属粉末がバインドされていること、このアルコキシド層内に粉末全体の強度を向上させるガラス粉末が分散していることにより、圧環強度や圧縮強度等が極めて高い、高強度な圧粉磁心となる。
【００３０】
上記のごとく、高密度で（したがって磁束密度が高い）、比抵抗が高く（したがって高周波鉄損が低い）、高強度な圧粉磁心は、近時その生産が盛んであり、しかも車載機器の高性能化と高耐久化を急務の課題とする、ハイブリッド車や電気自動車の駆動用電動機を構成するステータやロータ、電力変換装置を構成するリアクトル用のコア（リアクトルコア）に好適である。
【発明の効果】
【００３１】
以上の説明から理解できるように、本発明の圧粉磁心用粉末、もしくは本発明の製造方法によってできる圧粉磁心用粉末と、これによってできる圧粉磁心によれば、高密度で比抵抗が高く、しかも高強度であり、強度特性および磁気特性の双方に優れた圧粉磁心を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】（ａ）は、本発明の圧粉磁心用粉末の製造方法の第１の工程、（ｂ）は、第１の工程に続く第２の工程をそれぞれ示した模式図である。
【図２】本発明の圧粉磁心用粉末からなる圧粉磁心（実施例１，２）と、従来の圧粉磁心用粉末からなる圧粉磁心（比較例）とで、略同一な鉄損の際の、強度（圧環強さ）を比較した実験結果である。
【図３】本発明の圧粉磁心用粉末からなる圧粉磁心（実施例１，２）と、従来の圧粉磁心用粉末からなる圧粉磁心（比較例）とで、略同一な密度の際の、強度（圧環強さ）を比較した実験結果である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の圧粉磁心用粉末の製造方法を示した模式図であり、図１ａは、その第１の工程を、図１ｂは、その第２の工程をそれぞれ示したものである。
【００３４】
本発明の圧粉磁心用粉末の製造方法は、大きく２つのステップからなるものであり、その第１の工程において、図１ａで示すような中間粉末１０’を製造するものである。具体的には、Ａｌアルコキシドと、Ｓｉアルコキシドと、ガラス粉末と、を有機溶媒内で混合して混合液を形成し、該混合液内に軟磁性金属粉末を浸漬し、次いで乾燥して溶媒を消去することにより、軟磁性金属粉末１と、該軟磁性金属粉末１の表面上に形成され、ガラス粉末３，…が分散したＡｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層２と、からなる中間粉末１０’が生成される。
【００３５】
ここで、Ｓｉアルコキシドは、Ｎ，Ｐ，Ｓ，Ｏ原子を単数もしくは複数含む極性基を有する有機基を少なくとも一つ備えたものであり、この有機基としては、アミノ基、アミン、アミド、カルバミン酸基、ニトロ基、含窒素複素環、アンモニウム塩、シアノ基、イソシアネート基、カルボキシル基、エステル基、アルデヒド類、ケトン類、水酸基、スルフォニル基などを挙げることができる。
【００３６】
また、Ｓｉアルコキシドは、一般式を、Ｒ１Ｓｉ（ＯＲ’）３、Ｒ１Ｒ２Ｓｉ（ＯＲ’）２、または、Ｒ１Ｒ２Ｒ３ＳｉＯＲ’のいずれかで表すことができる。
【００３７】
ここで、上記するＲ１は、Ｎ，Ｐ，Ｓ，Ｏ原子を単数もしくは複数含む極性基を有する有機基である。また、上記するＲ２、Ｒ３としては、Ｒ１と同様にＮ，Ｐ，Ｓ，Ｏ原子を単数もしくは複数含む極性基を有する有機基か、もしくは、その他の有機基からなるものである。さらに、上記するＯＲ’は、アルコキシ基、メトキシ基（−ＯＣＨ３）、エトキシ基（−ＯＣ２Ｈ５−）、イソプロポキシ基（−ＯＣ３Ｈ７）などである。
【００３８】
また、上記するＳｉアルコキシドとして、アミノ基（−ＮＨ２）、アミン（−ＮＨＣＨ３、−Ｎ（ＣＨ３）２）を有するものとして、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルジメチルエトキシシラン、１−アミノ−２−プロパン、（アミノメチルアミノ）−３−イソブチルジメチルメトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノイソブチルメチルジメトキシシラン、Ｎ−（６−アミノヘキシル）アミノメチルトリメトキシシラン、ジメチルアミノメチルエトキシシラン、（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピル）トリメトキシシランなどを挙げることができる。また、アミド（−ＮＨ−ＣＯＲ）を有するものとして、Ｎ−（トリエトキシシリルプロピル）ダンシルアミドなどを挙げることができる。また、カルバミン酸基（−ＮＨ−ＣＯＯＲ）を有するものとして、（Ｏ−４−メチルクマリニル−Ｎ−[３−（トリエトキシシリル）プロピル]カルバメート）、トリエトキシシリルプロピルエチルカルバメートなどを挙げることができる。また、ニトロ基（−ＮＯ２）を有するものとして、３−（２，４−ジニトロフェニルアミノ）プロピルトリエトキシシランなどを挙げることができる。また、含窒素複素環（イミダゾール、イミダゾリンなど）を有するものとして、Ｎ−（３−トリエトキシシリルプロピル）−４，５−ジヒドロイミダゾール、２−（トリメトキシシリルエチル）ピリジンなどを挙げることができる。また、アンモニウム塩（−[Ｎ（ＣｎＨ２ｎ＋１）３]＋Ｈａ−、Ｈａ：ハロゲン元素）を有するものとして、Ｎ，Ｎ−デシル−Ｎ−メチル−Ｎ−（３−トリメトキシシリルプロピル）アンモニウム、クロライド、オクタデシルジメチルアンモニウムクロライドなどを挙げることができる。また、シアノ基（−ＮＣ）やイソシアネート基を有するものとして、３−シアノプロピルフェニルジメトキシシラン、３−イソシアネートプロピルトリメトキシシランなどを挙げることができる。また、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）やエステル基（−ＣＯＯ−）を有するものとして、３−（トリメトキシシリルプロピル）−２−ブロモ−２−メチルプロピオン酸、２−（カルボメトキシ）エチルトリメトキシシランなどを挙げることができる。また、アルデヒド類（−ＣＨ＝Ｏ）を有するものとして、トリエトキシシリルブチルアルデヒドなどを挙げることができる。また、ケトン類（−（Ｃ＝Ｏ）−Ｒ）を有するものとして、２−ヒドロキシ−４−（３メチルジエトキシシリルプロポキシ）ジフェニルケトンなどを挙げることができる。また、水酸基（−ＯＨ）を有するものとして、ヒドロキシメチルトリエトキシシラン、Ｎ−（ヒドロキシエチル）−Ｎ−メチルアミノプロピルトリメトキシシランなどを挙げることができる。また、スルフォニル基（−Ｓ（＝Ｏ）２−）を有するものとして、（２−トリエトキシシリルプロポキシ）エトキシスルホランなどを挙げることができる。
【００３９】
また、上記するＡｌアルコキシドとしては、アルミニウムトリメトキシド、アルミニウムトリエトキシド、アルミニウムトリイソプロポキシドなどを挙げることができる。
【００４０】
また、上記する有機溶媒（もしくは脱水有機溶媒）としては、ＳｉアルコキシドやＡｌアルコキシドを可及的に均一に溶解でき、しかも、加熱や減圧による乾燥の際に容易に除去可能なものが好ましく、たとえば、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルブチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、エチルエーテル、ジメチルエーテル等のエーテル類、フラン、ジベンゾフラン、ジオキサン等の環状エーテル類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル等のエステル類、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類、ピリジン、ピペリジン等の環式アミン類、アセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル類などを単独で、もしくはそれらの２以上を混合して使用することができる。
【００４１】
また、ガラス粉末は、そのガラス転移温度：Ｔｇが８００℃程度かそれ未満となる（具体的には４００〜８００℃程度）低融点のガラス粉末であり、たとえば、リン酸系ガラス、硼珪酸系ガラス、アルカリ珪酸系ガラスおよびビスマス系ガラス、主成分がＰｂＯとＢ２Ｏ３からなるもの、Ｂ２Ｏ３と遷移金属酸化物と希土類酸化物からなる成分組成を有するもの、などからなる粉末を挙げることができる。また、このガラス粉末の粒径は、０．５〜１００μｍのものが好ましく、中でも、０．５〜１０μｍの粒径のものがより好ましい。さらに、ガラス粉末の添加割合としては、軟磁性金属粉末に対して、０．１〜５．０質量％程度が好ましく、中でも、０．１〜２．０質量％がより好ましい。
【００４２】
さらに、軟磁性金属粉末としては、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−シリコン系合金などを用いることができるが、中でも、粉末自体が比較的軟質であり、したがって、粉末を加圧成形して圧粉磁心を成形した際に成形密度が高く、もって高磁束密度の圧粉磁心を成形できること、および、比較的低コストであること、などの理由から純鉄を軟磁性金属粉末として使用するのが好ましい。
【００４３】
本発明の製造方法の第１の工程では、上記する素材の有機溶媒内に、Ｓｉアルコキシド、Ａｌアルコキシドと、さらに低融点のガラス粉末と、を混合して混合液を形成し、該混合液内に純鉄等の軟磁性金属粉末を浸漬し、乾燥して有機溶媒を揮発除去することにより、軟磁性金属粉末１の表面に、低融点のガラス粉末３が分散し、Ｓｉアルコキシド、Ａｌアルコキシドと、からなるＡｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層２が形成され、中間粉末１０’が生成される。
【００４４】
次に、第１の工程にて生成された中間粉末１０’を、絶縁樹脂が混合された有機溶媒内に浸漬し、乾燥させることにより、図１ｂで示すごとく、中間粉末１０’の表面に絶縁層４が形成された圧粉磁心用粉末１０を製造することができる。
【００４５】
ここで、使用される絶縁樹脂としては、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、リン酸系樹脂などを使用することができるが、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層２との濡れ性の観点から、シリコーン樹脂から絶縁層４を形成するのが好ましい。また、絶縁樹脂が投入される有機溶媒は、上記する第１の工程で使用される素材からなる有機溶媒、もしくは別途の素材からなる有機溶媒を適用できる。
【００４６】
図１ｂで示す圧粉磁心用粉末１０を成形型内に充填して加圧成形し、次いで、低融点ガラス３よりも高温（４００〜８００℃程度）で焼鈍処理することにより、所望形状の圧粉磁心（不図示）が成形される。
【００４７】
この圧粉磁心は、純鉄等の軟磁性金属粉末１表面に形成された絶縁層４により、高耐熱性で、高比抵抗の圧粉磁心となることに加えて、この絶縁層４および軟磁性金属粉末１の双方との間の濡れ性が極めて良好なＡｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層２によって、強固に絶縁層４と軟磁性金属粉末１がバインドされていること、このアルコキシド層２内に粉末全体の強度を向上させる低融点のガラス粉末３が分散していることにより、圧環強度や圧縮強度等が極めて高い、高強度な圧粉磁心となる。
【００４８】
[圧粉磁心の強度を検証した実験とその結果]
本発明者等は、以下の材料および手順によって圧粉磁心用粉末を製造するとともに、この圧粉磁心用粉末を加圧成形して、圧粉磁心を製造した。
【００４９】
まず、純鉄のガスアトマイズ粉（山陽特殊製鋼製で、粒度が１５０〜２１２μｍ）を用い、アルミニウムトリブトキシドからなるＡｌアルコキシドと、アミノプロピルトリメトキシシランからなるＳｉアルコキシドを用意した。
【００５０】
水分を除去した窒素雰囲気のグローブボックス内で、５００ｍｌフラスコに純鉄粉を１００ｇ、脱水テトラヒドロフランを１００ｍｌ、上記するＡｌアルコキシドとＳｉアルコキシドをそれぞれ０．６ｇずつ投入した。
【００５１】
さらに、低融点のガラス粉末（ガラス転移温度：４７５℃のガラス粉末（実施例１）と、５２０℃のガラス粉末（実施例２）：日本琺瑯釉薬株式会社製）を用意し、この溶媒内に、実施例１のガラス粉末もしくは実施例２のガラス粉末を０．４ｇ添加し、十分に攪拌して混合液を生成した。
【００５２】
次いで、フラスコをロータリーエバポレータにセットし、１５分間の還流後、減圧蒸留することでテトラヒドロフランを除去し、最終的には、１００Ｔｏｒｒ，８０℃で乾燥した。乾燥後の粉末を取り出し、窒素雰囲気中で１６０℃、２時間程度乾燥することで、図１ａで示す中間粉末を生成した。
【００５３】
なお、比較例として、低融点のガラス粉末を含まない粉末も同様の素材および手順で生成した。
【００５４】
次いで、シリコーン樹脂をエタノールに溶解し、この中に、生成された実施例１，２の中間粉末、もしくは比較例の粉末をそれぞれ個別に投入し、１３０℃に加熱しながらエタノールを蒸発させることで、図１ｂで示すように、シリコーン樹脂からなる絶縁層が最外層をコーティングしてなる圧粉磁心用粉末を製造した。
【００５５】
次に、実施例１，２および比較例それぞれの圧粉磁心用粉末を用いて、金型温度を１３０℃、成形圧力を１６００ＭＰａにて金型潤滑温間成形し、脱型した成形体を窒素雰囲気で、実施例１，２それぞれのガラス粉末のガラス転移温度よりも高温な６００℃の熱処理を１時間実施して（焼鈍処理）、成形歪の除去を図り、実施例１，２および比較例の圧粉磁心を得た。
【００５６】
得られた各圧粉磁心について、本発明者等は、比較例の圧粉磁心を基準とした際の、実施例１，２の圧粉磁心の強度特性を検証した。
【００５７】
具体的には、比較例、実施例１，２ともに、純鉄粉の表面に、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層と、さらにシリコーン樹脂から絶縁層と、を有している構成で共通していることから、同程度の鉄損となっている。また、基本構成が同様であることから、圧粉磁心とした際の密度も同程度となる。
【００５８】
そこで、鉄損もしくは密度が同程度であるとして、実施例１，２と比較例それぞれの強度を測定し、比較例の測定結果にて実施例１，２の測定結果を正規化した値を求めた。ここで、強度を測定する試験は、ＪＩＳＺ２５０７の「焼結軸受−圧環強さ試験方法」に則り、実施例１，２と比較例それぞれの圧環強さを求めたものである。なお、実施例１，２の試験片はそれぞれ４基、比較例の試験片は３基用意して、強度試験を実施している。
【００５９】
図２に、鉄損と強度の関係を、図３に、密度と強度の関係を、それぞれ示している。
【００６０】
図２より、鉄損は、比較例の試験片に比して、実施例１では最大で５％程度大きくなり、実施例２では最大で５％程度小さくなるものの、いずれも誤差範囲の鉄損となっている。すなわち、実施例と比較例で同程度の鉄損であるのに対して、双方の強度は、実施例１が比較例に対しておよそ１．４〜１．５倍、実施例２が比較例に対しておよそ１．２〜１．３倍の強度増加となることが実証された。
【００６１】
また、図３より、実施例１，２の密度は、比較例の密度とほとんど誤差がない結果となっており、双方の強度は、実施例１が図２と同様に比較例に対して１．４〜１．５倍、実施例２も図２と同様に比較例に対して１．２〜１．３倍の強度増加となることが実証された。
【００６２】
この実験結果を受け、本発明者等は、軟磁性金属粉末を直接コーティングするアルコキシド層内に低融点のガラス粉末が分散していること、このガラス粉末のガラス転移温度よりも高温雰囲気にて焼鈍処理した際に、ガラス粉末が半溶融して粉末間の隙間を閉塞しながら硬化すること、などを理由として、比較例に比して実施例の強度が大幅に増加したものと結論付けている。
【００６３】
本発明の圧粉磁心用粉末を加圧成形し、焼鈍処理してなる圧粉磁心は、たとえば純鉄等の軟磁性金属粉末を使用することで高密度な圧粉磁心を成形でき（したがって磁束密度が高い）、シリコーン樹脂等の絶縁層にて軟磁性金属粉末間の絶縁が確保されていることで比抵抗が高く（したがって高周波鉄損が低い）、しかも、この軟磁性金属粉末と絶縁層の間にＡｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層が介在し、このアルコキシド層内に低融点のガラス粉末が分散していることにより、高強度な圧粉磁心となる。このように、磁気特性と強度特性の双方に優れている圧粉磁心は、その車載機器に一層の高性能性と高耐久性を要求する、電気自動車やハイブリッド車等に車載される駆動用モータやリアクトルなどのコア材に好適である。
【００６４】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６５】
１…軟磁性金属粉末（純鉄の粉末）、２…アルコキシド層（Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層）、３…ガラス粉末、４…絶縁層、１０…圧粉磁心用粉末、１０’…中間粉末
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧粉磁心用粉末と、この圧粉磁心用粉末を加圧成形してなる圧粉磁心、およびそれらの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地球環境への負荷軽減の観点から自動車産業ではハイブリッド自動車や電気自動車の開発が日々進められており、中でも、主要な搭載機器である電動機やリアクトルの高性能化や小型化は急務の開発課題の一つとなっている。
【０００３】
この電動機を構成するステータコアやロータコア、リアクトルを構成するリアクトルコアは珪素鋼板を積層してなる鋼板積層体から形成されたり、樹脂コーティングされた鉄系の軟磁性粉末を加圧成形してなる圧粉磁心から形成されている。圧粉磁心から各種コアを成形する場合には、その磁気特性として積層鋼板に比して高周波鉄損が少ないこと、加圧成形されることから形状バリエーションに臨機かつ安価に対応できること、珪素鋼板（電磁鋼板）に比して材料費が廉価であること、などの利点を有している。
【０００４】
しかし、上記利点を有する一方で、たとえば焼結材などと比較してその強度が著しく低いことが最大の欠点であることから、圧粉磁心から上記コア材を成形した際に、如何にその強度を確保するかが大きな課題の一つとなっている。
【０００５】
上記課題に対して、軟磁性金属粉末表面にガラス粉末を半溶融させ、これを硬化させてなる皮膜を有した磁性粉末を製造し、これを加圧成形することでその強度向上を図るというアプローチもあり、たとえば特許文献１に当該技術の開示がある。
【０００６】
しかし、母材である軟磁性金属粉末、たとえば、鉄合金や純鉄などの軟磁性金属粉末とガラス粉末を混ぜ合わせ、所望の高温雰囲気下で焼鈍処理し、この焼鈍処理時に半溶融したガラス粉末が軟磁性粉末間の隙間を閉塞した際に、純鉄等の軟磁性金属粉末と半溶融状態のガラス粉末とのなじみが良好でないことが本発明者等によって特定されている。そのため、軟磁性金属粉末表面とガラス粉末からなる皮膜との間の接合強度が低くなってしまい、圧粉磁心の比抵抗を著しく低下させることとなり、鉄損の増大を招来するという致命的な課題を生じてしまう。
【０００７】
また、軟磁性金属粉末表面をシリコーン樹脂などからなる絶縁皮膜でコーティングする場合に、このシリコーン樹脂溶液中に上記するガラス粉末を添加できないことから、特許文献１と同様にたとえば低融点のガラス粉末（が溶融し、硬化してなる）のみで皮膜を形成せざるを得ず、この場合には、上記と同様の課題が生じてしまう。
【０００８】
ここで、シリコーン樹脂溶液中にガラス粉末を添加できない理由は、ガラス粉末をシリコーン樹脂溶液中に分散させると、樹脂のゲル化によって樹脂コーティングができなくなること、樹脂溶液の保存性が悪化すること、などの問題を有しているからである。これは、一般にシリコーン樹脂はその脱水縮合にて架橋していくものであること、この脱水反応がガラス粉末中のアルカリ金属によって促進されるために、上記する溶液のゲル化や溶液保存性の悪化に繋がるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−１８９３２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記する問題に鑑みてなされたものであり、高密度（磁束密度が高い）で、比抵抗が高く（高周波鉄損が低い）、しかも、その強度が従来の圧粉磁心に比して格段に高い圧粉磁心と、この圧粉磁心成形用の粉末、さらには、これらの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成すべく、本発明による圧粉磁心用粉末は、軟磁性金属粉末と、該軟磁性金属粉末を被覆するＡｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層と、該アルコキシド層を被覆する絶縁層と、からなり、該アルコキシド層内にガラス粉末が分散しているものである。
【００１２】
また、本発明による圧粉磁心は、上記する本発明の圧粉磁心用粉末が加圧成形され、少なくとも前記ガラス粉末のガラス転移温度以上の温度雰囲気にて焼鈍処理されてなるものである。
【００１３】
さらに、本発明による圧粉磁心用粉末の製造方法は、Ａｌアルコキシドと、Ｓｉアルコキシドと、ガラス粉末と、を有機溶媒内で混合して混合液を形成し、該混合液内に軟磁性金属粉末を浸漬し、乾燥させることで、軟磁性金属粉末と、該軟磁性金属粉末表面上に形成され、ガラス粉末が分散したＡｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層と、からなる中間粉末を生成する第１の工程、絶縁樹脂が混合された有機溶媒内に前記中間粉末を浸漬させ、乾燥させることで、軟磁性金属粉末と、該軟磁性金属粉末を被覆してガラス粉末が分散したＡｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層と、該アルコキシド層を被覆する絶縁層と、からなる圧粉磁心用粉末を製造する第２の工程、からなるものである。
【００１４】
ここで、軟磁性金属粉末として、たとえば、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−シリコン系合金などを用いることができる。中でも、粉末自体が比較的軟質であり、したがって、粉末を加圧成形して圧粉磁心を成形した際の成形密度が極めて高く、もって高磁束密度の圧粉磁心を成形できること、および、比較的低コストであること、などの理由から純鉄を軟磁性金属粉末として使用するのが好ましい。
【００１５】
この圧粉磁心用粉末を構成するアルコキシド層は、Ａｌアルコキシドと、Ｓｉアルコキシドと、ガラス粉末と、を有機溶媒内で混合して混合液を形成し、該混合液内に軟磁性金属粉末を浸漬し、乾燥させることで形成できる。
【００１６】
ここで、Ｓｉアルコキシドは化学的に安定しており、したがって、加水分解を促進するために酸などを必要とする一方、この酸が軟磁性金属粉末表面を腐食するという背反を有している。一方、Ａｌアルコキシドは化学的に不安定であり、したがって容易に加水分解されることから、溶液中にて均一核生成を生じて沈殿物を生ぜしめ、結果として軟磁性金属粉末表面への皮膜形成が困難であるという課題を有している。
【００１７】
そこで、本発明者等は、反応速度が極めて遅いＳｉアルコキシドと、反応速度が極めて早いＡｌアルコキシドを有機溶媒内で混合させることにより、適度な反応速度にてＳｉ−Ａｌ系アルコキシドよりなる皮膜が形成できること、より詳細には、有機溶媒内に添加された軟磁性金属粉末表面の付着水と選択的に化学反応し、母材である軟磁性金属粉末との濡れ性が極めて良好なＳｉ−Ａｌ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層を形成できる、との知見に至っている。
【００１８】
なお、ＳｉおよびＡｌの両金属アルコキシドが分子レベルで略均一に分散した溶液を形成するのが好ましいものの、一般に、Ａｌアルコキシドは、溶媒中で２〜５量体のオリゴマーを形成しており、一般的なＳｉアルコキシドとＡｌアルコキシドとを有機溶媒に混合しても、ＳｉおよびＡｌの両金属アルコキシドが均一に分散した溶液とはなり難い。そこで、Ｓｉアルコキシドとして、Ｎ，Ｐ，Ｓ，Ｏ原子を単数もしくは複数含む極性基を有する有機基を少なくとも一つ備えたものを使用し、有機溶媒内で混合することにより、Ａｌアルコキシドのオリゴマーが解離してモノマー化したり、ＳｉアルコキシドがＡｌアルコキシドに配位して混合オリゴマーを形成する等して、ＳｉおよびＡｌの両金属アルコキシドが分子レベルで均一に分散した溶液を形成することができる。
【００１９】
また、反応溶液の溶媒は、水を可及的に廃した脱水有機溶媒であるのが好ましい。すなわち、アルコキシドの反応に必要な水もしくは水酸基として、軟磁性金属粉末表面の吸着水や水酸基が利用されるものである。上記するＡｌアルコキシドとして、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）、ＴＭＯＳ（テトラメトキシシラン）などを挙げることができ、Ｓｉアルコキシドに比して反応性が高く、水による加水分解、脱水縮合といった過程を経ずとも、水酸基に対して脱アルコール反応により結合（−Ｏ−Ａｌ−）を生じることが本発明者等によって特定されており、たとえば純鉄の場合には、その表面に存在する吸着水や水酸基によってゾルゲル反応が引き起こされる。
【００２０】
ここで、Ｓｉアルコキシドは溶液中でＡｌアルコキシドと混合オリゴマーを形成しているため、ＡｌアルコキシドとともにＳｉアルコキシドも上記ゾルゲル反応に加わる。その結果、たとえば純鉄表面において、ＳｉおよびＡｌの両金属アルコキシドが反応し、比較的均一で、かつ薄膜なＡｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層が形成されることとなる。このＡｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層は、純鉄等の軟磁性金属粉末との濡れ性が極めて良好であることも特定されている。
【００２１】
さらに、本発明の圧粉磁心用粉末では、軟磁性金属粉末表面に形成されるアルコキシド層にガラス粉末が分散してなるものである。
【００２２】
既述するように、絶縁層となるシリコーン樹脂内には、該樹脂のゲル化や樹脂溶液の保存性悪化等の危険性から、直接的にガラス粉末を混合するのは好ましくない。それに対して、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなり、純鉄等の軟磁性金属粉末との濡れ性が良好なアルコキシド層内にガラス粉末を分散させることで、上記するシリコーン樹脂内に混合する場合に生じ得る課題を回避でき、しかも、軟磁性金属粉末とガラス粉末とを、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物を介して間接的に強固に結び付けることができる。したがって、形成される圧粉磁心用粉末を加圧成形してなる圧粉磁心の強度、具体的には、圧縮強度や圧環強度などを、ガラス粉末が分散していない粉末から成形された圧粉磁心に比して格段に向上させることができる。
【００２３】
ここで、上記するガラス粉末は、低融点のガラス粉末であるのが好ましい。本明細書におけるこの「低融点」とは、従来一般の普通ガラスのガラス転移温度：Ｔｇ（たとえば、シリカの場合は１６００℃程度）よりも低温であって、本発明の圧粉磁心用粉末を加圧成形し、所望の高温雰囲気にて焼鈍処理をおこなって圧粉磁心を形成する際の、該焼鈍処理時の温度にてガラス粉末が軟化する温度を意味している。そして、この低融点のガラス粉末としては、リン酸系ガラス、硼珪酸系ガラス、アルカリ珪酸系ガラスおよびビスマス系ガラス、主成分がＰｂＯとＢ２Ｏ３からなるもの、Ｂ２Ｏ３と遷移金属酸化物と希土類酸化物からなる成分組成を有するもの、などの粉末を挙げることができる。
【００２４】
本発明者等の検証によれば、およそ８００℃以下で圧粉磁心用粉末の焼鈍温度を規定できること、この焼鈍温度との関係、および、上記素材のガラス粉末のガラス転移温度：Ｔｇと、から、その軟化点温度：Ｔｇを４００〜８００℃の範囲で規定できること、特に、４５０〜６５０℃で規定できることが特定されている。
【００２５】
さらに、本発明の圧粉磁心用粉末は、ガラス粉末が分散されたＡｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層の表面に、絶縁層が形成されたものである。
【００２６】
ここで、この絶縁層は、シリコーン樹脂皮膜、ポリイミド樹脂皮膜、リン酸系樹脂皮膜などから形成することができる。
【００２７】
中でも、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層との濡れ性の観点から、シリコーン樹脂からなる絶縁層を適用するのが好ましい。
【００２８】
本発明者等によれば、焼鈍処理時に該焼鈍処理温度以下のガラス転移温度を有する低融点のガラス粉末が半溶融もしくは溶融して、たとえば、圧粉磁心用粉末（軟磁性金属粉末）間の隙間を閉塞しながら硬化することにより、極めて高強度な圧粉磁心が成形できることが実証されている。
【００２９】
上記する本発明の圧粉磁心用粉末、もしくは、本発明の製造方法によって製造された圧粉磁心用粉末を加圧成形し、焼鈍処理して製造された圧粉磁心は、純鉄等の軟磁性金属粉末表面に形成された絶縁層により、高耐熱性で、高比抵抗の圧粉磁心となる。さらには、絶縁層と軟磁性金属粉末の双方との間で濡れ性が良好なＡｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層によって、強固に絶縁層と軟磁性金属粉末がバインドされていること、このアルコキシド層内に粉末全体の強度を向上させるガラス粉末が分散していることにより、圧環強度や圧縮強度等が極めて高い、高強度な圧粉磁心となる。
【００３０】
上記のごとく、高密度で（したがって磁束密度が高い）、比抵抗が高く（したがって高周波鉄損が低い）、高強度な圧粉磁心は、近時その生産が盛んであり、しかも車載機器の高性能化と高耐久化を急務の課題とする、ハイブリッド車や電気自動車の駆動用電動機を構成するステータやロータ、電力変換装置を構成するリアクトル用のコア（リアクトルコア）に好適である。
【発明の効果】
【００３１】
以上の説明から理解できるように、本発明の圧粉磁心用粉末、もしくは本発明の製造方法によってできる圧粉磁心用粉末と、これによってできる圧粉磁心によれば、高密度で比抵抗が高く、しかも高強度であり、強度特性および磁気特性の双方に優れた圧粉磁心を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】（ａ）は、本発明の圧粉磁心用粉末の製造方法の第１の工程、（ｂ）は、第１の工程に続く第２の工程をそれぞれ示した模式図である。
【図２】本発明の圧粉磁心用粉末からなる圧粉磁心（実施例１，２）と、従来の圧粉磁心用粉末からなる圧粉磁心（比較例）とで、略同一な鉄損の際の、強度（圧環強さ）を比較した実験結果である。
【図３】本発明の圧粉磁心用粉末からなる圧粉磁心（実施例１，２）と、従来の圧粉磁心用粉末からなる圧粉磁心（比較例）とで、略同一な密度の際の、強度（圧環強さ）を比較した実験結果である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の圧粉磁心用粉末の製造方法を示した模式図であり、図１ａは、その第１の工程を、図１ｂは、その第２の工程をそれぞれ示したものである。
【００３４】
本発明の圧粉磁心用粉末の製造方法は、大きく２つのステップからなるものであり、その第１の工程において、図１ａで示すような中間粉末１０’を製造するものである。具体的には、Ａｌアルコキシドと、Ｓｉアルコキシドと、ガラス粉末と、を有機溶媒内で混合して混合液を形成し、該混合液内に軟磁性金属粉末を浸漬し、次いで乾燥して溶媒を消去することにより、軟磁性金属粉末１と、該軟磁性金属粉末１の表面上に形成され、ガラス粉末３，…が分散したＡｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層２と、からなる中間粉末１０’が生成される。
【００３５】
ここで、Ｓｉアルコキシドは、Ｎ，Ｐ，Ｓ，Ｏ原子を単数もしくは複数含む極性基を有する有機基を少なくとも一つ備えたものであり、この有機基としては、アミノ基、アミン、アミド、カルバミン酸基、ニトロ基、含窒素複素環、アンモニウム塩、シアノ基、イソシアネート基、カルボキシル基、エステル基、アルデヒド類、ケトン類、水酸基、スルフォニル基などを挙げることができる。
【００３６】
また、Ｓｉアルコキシドは、一般式を、Ｒ１Ｓｉ（ＯＲ’）３、Ｒ１Ｒ２Ｓｉ（ＯＲ’）２、または、Ｒ１Ｒ２Ｒ３ＳｉＯＲ’のいずれかで表すことができる。
【００３７】
ここで、上記するＲ１は、Ｎ，Ｐ，Ｓ，Ｏ原子を単数もしくは複数含む極性基を有する有機基である。また、上記するＲ２、Ｒ３としては、Ｒ１と同様にＮ，Ｐ，Ｓ，Ｏ原子を単数もしくは複数含む極性基を有する有機基か、もしくは、その他の有機基からなるものである。さらに、上記するＯＲ’は、アルコキシ基、メトキシ基（−ＯＣＨ３）、エトキシ基（−ＯＣ２Ｈ５−）、イソプロポキシ基（−ＯＣ３Ｈ７）などである。
【００３８】
また、上記するＳｉアルコキシドとして、アミノ基（−ＮＨ２）、アミン（−ＮＨＣＨ３、−Ｎ（ＣＨ３）２）を有するものとして、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルジメチルエトキシシラン、１−アミノ−２−プロパン、（アミノメチルアミノ）−３−イソブチルジメチルメトキシシラン、Ｎ−（２−アミノエチル）−３−アミノイソブチルメチルジメトキシシラン、Ｎ−（６−アミノヘキシル）アミノメチルトリメトキシシラン、ジメチルアミノメチルエトキシシラン、（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノプロピル）トリメトキシシランなどを挙げることができる。また、アミド（−ＮＨ−ＣＯＲ）を有するものとして、Ｎ−（トリエトキシシリルプロピル）ダンシルアミドなどを挙げることができる。また、カルバミン酸基（−ＮＨ−ＣＯＯＲ）を有するものとして、（Ｏ−４−メチルクマリニル−Ｎ−[３−（トリエトキシシリル）プロピル]カルバメート）、トリエトキシシリルプロピルエチルカルバメートなどを挙げることができる。また、ニトロ基（−ＮＯ２）を有するものとして、３−（２，４−ジニトロフェニルアミノ）プロピルトリエトキシシランなどを挙げることができる。また、含窒素複素環（イミダゾール、イミダゾリンなど）を有するものとして、Ｎ−（３−トリエトキシシリルプロピル）−４，５−ジヒドロイミダゾール、２−（トリメトキシシリルエチル）ピリジンなどを挙げることができる。また、アンモニウム塩（−[Ｎ（ＣｎＨ２ｎ＋１）３]＋Ｈａ−、Ｈａ：ハロゲン元素）を有するものとして、Ｎ，Ｎ−デシル−Ｎ−メチル−Ｎ−（３−トリメトキシシリルプロピル）アンモニウム、クロライド、オクタデシルジメチルアンモニウムクロライドなどを挙げることができる。また、シアノ基（−ＮＣ）やイソシアネート基を有するものとして、３−シアノプロピルフェニルジメトキシシラン、３−イソシアネートプロピルトリメトキシシランなどを挙げることができる。また、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）やエステル基（−ＣＯＯ−）を有するものとして、３−（トリメトキシシリルプロピル）−２−ブロモ−２−メチルプロピオン酸、２−（カルボメトキシ）エチルトリメトキシシランなどを挙げることができる。また、アルデヒド類（−ＣＨ＝Ｏ）を有するものとして、トリエトキシシリルブチルアルデヒドなどを挙げることができる。また、ケトン類（−（Ｃ＝Ｏ）−Ｒ）を有するものとして、２−ヒドロキシ−４−（３メチルジエトキシシリルプロポキシ）ジフェニルケトンなどを挙げることができる。また、水酸基（−ＯＨ）を有するものとして、ヒドロキシメチルトリエトキシシラン、Ｎ−（ヒドロキシエチル）−Ｎ−メチルアミノプロピルトリメトキシシランなどを挙げることができる。また、スルフォニル基（−Ｓ（＝Ｏ）２−）を有するものとして、（２−トリエトキシシリルプロポキシ）エトキシスルホランなどを挙げることができる。
【００３９】
また、上記するＡｌアルコキシドとしては、アルミニウムトリメトキシド、アルミニウムトリエトキシド、アルミニウムトリイソプロポキシドなどを挙げることができる。
【００４０】
また、上記する有機溶媒（もしくは脱水有機溶媒）としては、ＳｉアルコキシドやＡｌアルコキシドを可及的に均一に溶解でき、しかも、加熱や減圧による乾燥の際に容易に除去可能なものが好ましく、たとえば、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルブチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、エチルエーテル、ジメチルエーテル等のエーテル類、フラン、ジベンゾフラン、ジオキサン等の環状エーテル類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル等のエステル類、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類、ピリジン、ピペリジン等の環式アミン類、アセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル類などを単独で、もしくはそれらの２以上を混合して使用することができる。
【００４１】
また、ガラス粉末は、そのガラス転移温度：Ｔｇが８００℃程度かそれ未満となる（具体的には４００〜８００℃程度）低融点のガラス粉末であり、たとえば、リン酸系ガラス、硼珪酸系ガラス、アルカリ珪酸系ガラスおよびビスマス系ガラス、主成分がＰｂＯとＢ２Ｏ３からなるもの、Ｂ２Ｏ３と遷移金属酸化物と希土類酸化物からなる成分組成を有するもの、などからなる粉末を挙げることができる。また、このガラス粉末の粒径は、０．５〜１００μｍのものが好ましく、中でも、０．５〜１０μｍの粒径のものがより好ましい。さらに、ガラス粉末の添加割合としては、軟磁性金属粉末に対して、０．１〜５．０質量％程度が好ましく、中でも、０．１〜２．０質量％がより好ましい。
【００４２】
さらに、軟磁性金属粉末としては、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−シリコン系合金などを用いることができるが、中でも、粉末自体が比較的軟質であり、したがって、粉末を加圧成形して圧粉磁心を成形した際に成形密度が高く、もって高磁束密度の圧粉磁心を成形できること、および、比較的低コストであること、などの理由から純鉄を軟磁性金属粉末として使用するのが好ましい。
【００４３】
本発明の製造方法の第１の工程では、上記する素材の有機溶媒内に、Ｓｉアルコキシド、Ａｌアルコキシドと、さらに低融点のガラス粉末と、を混合して混合液を形成し、該混合液内に純鉄等の軟磁性金属粉末を浸漬し、乾燥して有機溶媒を揮発除去することにより、軟磁性金属粉末１の表面に、低融点のガラス粉末３が分散し、Ｓｉアルコキシド、Ａｌアルコキシドと、からなるＡｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層２が形成され、中間粉末１０’が生成される。
【００４４】
次に、第１の工程にて生成された中間粉末１０’を、絶縁樹脂が混合された有機溶媒内に浸漬し、乾燥させることにより、図１ｂで示すごとく、中間粉末１０’の表面に絶縁層４が形成された圧粉磁心用粉末１０を製造することができる。
【００４５】
ここで、使用される絶縁樹脂としては、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、リン酸系樹脂などを使用することができるが、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層２との濡れ性の観点から、シリコーン樹脂から絶縁層４を形成するのが好ましい。また、絶縁樹脂が投入される有機溶媒は、上記する第１の工程で使用される素材からなる有機溶媒、もしくは別途の素材からなる有機溶媒を適用できる。
【００４６】
図１ｂで示す圧粉磁心用粉末１０を成形型内に充填して加圧成形し、次いで、低融点ガラス３よりも高温（４００〜８００℃程度）で焼鈍処理することにより、所望形状の圧粉磁心（不図示）が成形される。
【００４７】
この圧粉磁心は、純鉄等の軟磁性金属粉末１表面に形成された絶縁層４により、高耐熱性で、高比抵抗の圧粉磁心となることに加えて、この絶縁層４および軟磁性金属粉末１の双方との間の濡れ性が極めて良好なＡｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層２によって、強固に絶縁層４と軟磁性金属粉末１がバインドされていること、このアルコキシド層２内に粉末全体の強度を向上させる低融点のガラス粉末３が分散していることにより、圧環強度や圧縮強度等が極めて高い、高強度な圧粉磁心となる。
【００４８】
[圧粉磁心の強度を検証した実験とその結果]
本発明者等は、以下の材料および手順によって圧粉磁心用粉末を製造するとともに、この圧粉磁心用粉末を加圧成形して、圧粉磁心を製造した。
【００４９】
まず、純鉄のガスアトマイズ粉（山陽特殊製鋼製で、粒度が１５０〜２１２μｍ）を用い、アルミニウムトリブトキシドからなるＡｌアルコキシドと、アミノプロピルトリメトキシシランからなるＳｉアルコキシドを用意した。
【００５０】
水分を除去した窒素雰囲気のグローブボックス内で、５００ｍｌフラスコに純鉄粉を１００ｇ、脱水テトラヒドロフランを１００ｍｌ、上記するＡｌアルコキシドとＳｉアルコキシドをそれぞれ０．６ｇずつ投入した。
【００５１】
さらに、低融点のガラス粉末（ガラス転移温度：４７５℃のガラス粉末（実施例１）と、５２０℃のガラス粉末（実施例２）：日本琺瑯釉薬株式会社製）を用意し、この溶媒内に、実施例１のガラス粉末もしくは実施例２のガラス粉末を０．４ｇ添加し、十分に攪拌して混合液を生成した。
【００５２】
次いで、フラスコをロータリーエバポレータにセットし、１５分間の還流後、減圧蒸留することでテトラヒドロフランを除去し、最終的には、１００Ｔｏｒｒ，８０℃で乾燥した。乾燥後の粉末を取り出し、窒素雰囲気中で１６０℃、２時間程度乾燥することで、図１ａで示す中間粉末を生成した。
【００５３】
なお、比較例として、低融点のガラス粉末を含まない粉末も同様の素材および手順で生成した。
【００５４】
次いで、シリコーン樹脂をエタノールに溶解し、この中に、生成された実施例１，２の中間粉末、もしくは比較例の粉末をそれぞれ個別に投入し、１３０℃に加熱しながらエタノールを蒸発させることで、図１ｂで示すように、シリコーン樹脂からなる絶縁層が最外層をコーティングしてなる圧粉磁心用粉末を製造した。
【００５５】
次に、実施例１，２および比較例それぞれの圧粉磁心用粉末を用いて、金型温度を１３０℃、成形圧力を１６００ＭＰａにて金型潤滑温間成形し、脱型した成形体を窒素雰囲気で、実施例１，２それぞれのガラス粉末のガラス転移温度よりも高温な６００℃の熱処理を１時間実施して（焼鈍処理）、成形歪の除去を図り、実施例１，２および比較例の圧粉磁心を得た。
【００５６】
得られた各圧粉磁心について、本発明者等は、比較例の圧粉磁心を基準とした際の、実施例１，２の圧粉磁心の強度特性を検証した。
【００５７】
具体的には、比較例、実施例１，２ともに、純鉄粉の表面に、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層と、さらにシリコーン樹脂から絶縁層と、を有している構成で共通していることから、同程度の鉄損となっている。また、基本構成が同様であることから、圧粉磁心とした際の密度も同程度となる。
【００５８】
そこで、鉄損もしくは密度が同程度であるとして、実施例１，２と比較例それぞれの強度を測定し、比較例の測定結果にて実施例１，２の測定結果を正規化した値を求めた。ここで、強度を測定する試験は、ＪＩＳＺ２５０７の「焼結軸受−圧環強さ試験方法」に則り、実施例１，２と比較例それぞれの圧環強さを求めたものである。なお、実施例１，２の試験片はそれぞれ４基、比較例の試験片は３基用意して、強度試験を実施している。
【００５９】
図２に、鉄損と強度の関係を、図３に、密度と強度の関係を、それぞれ示している。
【００６０】
図２より、鉄損は、比較例の試験片に比して、実施例１では最大で５％程度大きくなり、実施例２では最大で５％程度小さくなるものの、いずれも誤差範囲の鉄損となっている。すなわち、実施例と比較例で同程度の鉄損であるのに対して、双方の強度は、実施例１が比較例に対しておよそ１．４〜１．５倍、実施例２が比較例に対しておよそ１．２〜１．３倍の強度増加となることが実証された。
【００６１】
また、図３より、実施例１，２の密度は、比較例の密度とほとんど誤差がない結果となっており、双方の強度は、実施例１が図２と同様に比較例に対して１．４〜１．５倍、実施例２も図２と同様に比較例に対して１．２〜１．３倍の強度増加となることが実証された。
【００６２】
この実験結果を受け、本発明者等は、軟磁性金属粉末を直接コーティングするアルコキシド層内に低融点のガラス粉末が分散していること、このガラス粉末のガラス転移温度よりも高温雰囲気にて焼鈍処理した際に、ガラス粉末が半溶融して粉末間の隙間を閉塞しながら硬化すること、などを理由として、比較例に比して実施例の強度が大幅に増加したものと結論付けている。
【００６３】
本発明の圧粉磁心用粉末を加圧成形し、焼鈍処理してなる圧粉磁心は、たとえば純鉄等の軟磁性金属粉末を使用することで高密度な圧粉磁心を成形でき（したがって磁束密度が高い）、シリコーン樹脂等の絶縁層にて軟磁性金属粉末間の絶縁が確保されていることで比抵抗が高く（したがって高周波鉄損が低い）、しかも、この軟磁性金属粉末と絶縁層の間にＡｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層が介在し、このアルコキシド層内に低融点のガラス粉末が分散していることにより、高強度な圧粉磁心となる。このように、磁気特性と強度特性の双方に優れている圧粉磁心は、その車載機器に一層の高性能性と高耐久性を要求する、電気自動車やハイブリッド車等に車載される駆動用モータやリアクトルなどのコア材に好適である。
【００６４】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６５】
１…軟磁性金属粉末（純鉄の粉末）、２…アルコキシド層（Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層）、３…ガラス粉末、４…絶縁層、１０…圧粉磁心用粉末、１０’…中間粉末
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟磁性金属粉末と、該軟磁性金属粉末を被覆するＡｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層と、該アルコキシド層を被覆する絶縁層と、からなり、該アルコキシド層内にガラス粉末が分散している、圧粉磁心用粉末。
【請求項２】
前記軟磁性金属粉末が純鉄である、請求項１に記載の圧粉磁心用粉末。
【請求項３】
前記ガラス粉末は、そのガラス転移温度：Ｔｇが４００℃〜８００℃の低融点ガラス粉末である、請求項１または２に記載の圧粉磁心用粉末。
【請求項４】
前記絶縁層がシリコーン樹脂皮膜からなる、請求項１〜３のいずれかに記載の圧粉磁心用粉末。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の圧粉磁心用粉末が加圧成形され、少なくとも前記ガラス粉末のガラス転移温度以上の温度雰囲気にて焼鈍処理されてなる、圧粉磁心。
【請求項６】
Ａｌアルコキシドと、Ｓｉアルコキシドと、ガラス粉末と、を有機溶媒内で混合して混合液を形成し、該混合液内に軟磁性金属粉末を浸漬し、乾燥させることで、軟磁性金属粉末と、該軟磁性金属粉末表面上に形成され、ガラス粉末が分散したＡｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層と、からなる中間粉末を生成する第１の工程、
絶縁樹脂が混合された有機溶媒内に前記中間粉末を浸漬させ、乾燥させることで、軟磁性金属粉末と、該軟磁性金属粉末を被覆してガラス粉末が分散したＡｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層と、該アルコキシド層を被覆する絶縁層と、からなる圧粉磁心用粉末を製造する第２の工程、からなる、圧粉磁心用粉末の製造方法。
【請求項７】
前記軟磁性金属粉末が純鉄である、請求項６に記載の圧粉磁心用粉末の製造方法。
【請求項８】
前記ガラス粉末は、そのガラス転移温度：Ｔｇが４００℃〜８００℃の低融点ガラス粉末である、請求項６または７に記載の圧粉磁心用粉末の製造方法。
【請求項９】
前記第２の工程において、絶縁樹脂としてシリコーン樹脂が使用され、シリコーン樹脂皮膜からなる絶縁層を形成する、請求項６〜８のいずれかに記載の圧粉磁心用粉末の製造方法。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれかに記載の製造方法によって製造された圧粉磁心用粉末を加圧成形し、次いで、少なくとも前記ガラス粉末のガラス転移温度以上の温度雰囲気にて焼鈍処理して圧粉磁心を製造する、圧粉磁心の製造方法。
【請求項１】
軟磁性金属粉末と、該軟磁性金属粉末を被覆するＡｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層と、該アルコキシド層を被覆する絶縁層と、からなり、該アルコキシド層内にガラス粉末が分散している、圧粉磁心用粉末。
【請求項２】
前記軟磁性金属粉末が純鉄である、請求項１に記載の圧粉磁心用粉末。
【請求項３】
前記ガラス粉末は、そのガラス転移温度：Ｔｇが４００℃〜８００℃の低融点ガラス粉末である、請求項１または２に記載の圧粉磁心用粉末。
【請求項４】
前記絶縁層がシリコーン樹脂皮膜からなる、請求項１〜３のいずれかに記載の圧粉磁心用粉末。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の圧粉磁心用粉末が加圧成形され、少なくとも前記ガラス粉末のガラス転移温度以上の温度雰囲気にて焼鈍処理されてなる、圧粉磁心。
【請求項６】
Ａｌアルコキシドと、Ｓｉアルコキシドと、ガラス粉末と、を有機溶媒内で混合して混合液を形成し、該混合液内に軟磁性金属粉末を浸漬し、乾燥させることで、軟磁性金属粉末と、該軟磁性金属粉末表面上に形成され、ガラス粉末が分散したＡｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層と、からなる中間粉末を生成する第１の工程、
絶縁樹脂が混合された有機溶媒内に前記中間粉末を浸漬させ、乾燥させることで、軟磁性金属粉末と、該軟磁性金属粉末を被覆してガラス粉末が分散したＡｌ−Ｓｉ−Ｏ系複合酸化物よりなるアルコキシド層と、該アルコキシド層を被覆する絶縁層と、からなる圧粉磁心用粉末を製造する第２の工程、からなる、圧粉磁心用粉末の製造方法。
【請求項７】
前記軟磁性金属粉末が純鉄である、請求項６に記載の圧粉磁心用粉末の製造方法。
【請求項８】
前記ガラス粉末は、そのガラス転移温度：Ｔｇが４００℃〜８００℃の低融点ガラス粉末である、請求項６または７に記載の圧粉磁心用粉末の製造方法。
【請求項９】
前記第２の工程において、絶縁樹脂としてシリコーン樹脂が使用され、シリコーン樹脂皮膜からなる絶縁層を形成する、請求項６〜８のいずれかに記載の圧粉磁心用粉末の製造方法。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれかに記載の製造方法によって製造された圧粉磁心用粉末を加圧成形し、次いで、少なくとも前記ガラス粉末のガラス転移温度以上の温度雰囲気にて焼鈍処理して圧粉磁心を製造する、圧粉磁心の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−２５１６００（Ｐ２０１０−２５１６００Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１００８８２（Ｐ２００９−１００８８２）
【出願日】平成２１年４月１７日（２００９．４．１７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１７日（２００９．４．１７）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【Ｆターム（参考）】
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