強磁性粉末組成物及びその製造方法
本発明は、強磁性粉末組成物であって、見掛け密度３．２〜３．７ｇ／ｍｌを有する軟磁性鉄基コア粒子を含み、又コア粒子の表面が、リン系無機絶縁層と、この第１のリン系無機絶縁層の外側に位置する、少なくとも１層の金属−有機層とを備えている粉末組成物に関する。本発明はさらに、この組成物の製造方法及びこの組成物から調製した軟磁性複合部品の製造方法並びに得られた部品に関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気絶縁性鉄基粉末（ｉｒｏｎ−ｂａｓｅｄ ｐｏｗｄｅｒ）を含む粉末組成物及びその製造方法に関する。本発明はさらに、この組成物から調製される軟磁性複合部品の製造方法並びに得られた部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
軟磁性材料は、電気機械用誘導子、固定子及び回転子におけるコア材料、アクチュエータ、センサ並びに変圧器コアなどの用途に対して使用されている。従来、電気機械内の回転子及び固定子などの軟磁性コアは、積重ねた鋼積層体で作製される。軟磁性複合体（ＳＭＣ）材料は、通常は鉄基の、軟磁性粒子をベースにしており、それぞれの粒子上に電気絶縁性コーティングを有する。ＳＭＣ部品は、伝統的な粉末冶金（ＰＭ）成形方法を使用し、所望によって潤滑剤及び／又は結合剤と一緒に、その絶縁性粒子を成形する（ｃｏｍｐａｃｔ）ことによって得られる。粉末冶金技術を使用することで、ＳＭＣ材料が、三次元磁束を帯びることができまた成形方法により三次元形状を得ることができるので、鋼積層体の使用による場合よりも、ＳＭＣ部品の設計においてより高い自由度を有する材料を製造することが可能である。
【０００３】
鉄芯部品の２つの重要な特性は、その透磁率及びコア損失特性である。材料の透磁率は、その磁化される能力又はその磁束を帯びる能力の現れである。透磁率は、誘導磁束 対 磁化力又は磁界強度の比率として定義される。磁性材料が変動する磁界に曝されると、ヒステリシス損失及び渦電流損失の両方のためエネルギー損失が生じる。ヒステリシス損失（ＤＣ−損失）は、大抵のモータの全コア損失の大部分を占めるものであり、鉄芯部品内に保持された磁力を克服するのに必要なエネルギー消費によってもたらされる。この力は、ベース粉末の純度及び品質を向上させることによって最小とすることができるが、この部品の熱処理（すなわち、応力解放）の温度及び／又は時間を増大させることによるのが最も重要である。渦電流損失（ＡＣ−損失）は、交流（ＡＣ）条件に起因する磁束の変化のため鉄芯部品内に生じる電流によりもたらされる。渦電流を最小にするため、部品の高い電気抵抗率が望ましい。ＡＣ損失を最小にするため必要な電気抵抗率レベルは、用途の種類（動作周波数）及び部品サイズに依存している。
【０００４】
ヒステリシス損失は、交流電界の周波数に比例し、一方渦電流損失は、周波数の二乗に比例する。したがって、高い周波数では、渦電流損失が非常に問題となり、渦電流損失を少なくし、かつヒステリシス損失の低レベルを保持することが特に要求される。絶縁された軟磁性粉末が使用される高い周波数で動作する用途では、個々の粉末粒子の電気絶縁性が十分であることを前提に、作り出される渦電流がより小さい体積に限定される可能性がある（粒子内渦電流）ので、より微細な粒径を有する粉末を使用することが望ましい。したがって、高い周波数で働く部品については、微粉末並びに高い電気抵抗率がより重要になる。粒子の絶縁がどんなに良好に働くかとは無関係に、その部品の大部分では制約されない渦電流の部分が常に存在し、損失をもたらす。全体の渦電流損失は、磁束を帯びる成形部分の断面積に比例する。したがって、磁束を帯びる、大きな断面積を有する部品は、全体の渦電流損失を抑制するために、より高い電気抵抗率を要することになる。
【０００５】
１００〜４００μｍの、例えば、約１８０μｍと２５０μｍの間の、平均粒径を有する、また４５μｍ未満の粒径を有する粒子が１０％未満（４０メッシュ粉末）の、絶縁された鉄基軟磁性粉末は、通常、１ｋＨｚまでの周波数で動作する部品向けに使用される。５０〜１５０μｍの、例えば、約８０μｍと１２０μｍの間の、平均粒径を有する、また４５μｍ未満が１０〜３０％（１００メッシュ粉末）の粉末は、２００Ｈｚから１０ｋＨｚまで動作する部品向けに使用でき、一方２ｋＨｚから５０ｋＨｚまでの周波数で動作する部品は、約２０〜７５μｍの、例えば、約３０μｍと５０μｍの間の、平均粒径を有する、また５０％を超えるものが４５μｍ未満である（２００メッシュ粉末）、絶縁された軟磁性粉末に基づいている。平均粒径及び粒度分布は、好ましくはその用途の要求条件により最適化されるべきである。したがって、重量平均粒度の例は、１０〜４５０μｍ、２０〜４００μｍ、２０〜３５０μｍ、３０〜３５０μｍ、３０〜３００μｍ、２０〜８０μｍ、３０〜５０μｍ、５０〜１５０μｍ、８０〜１２０μｍ、１００〜４００μｍ、１５０〜３５０μｍ、１８０〜２５０μｍ、１２０〜２００μｍである。
【０００６】
被覆した鉄基粉末を使用した磁性コア部品の粉末冶金的製造の研究は、最終部品の他の特性に悪影響を及ぼさずに、ある物理的及び磁気的特性を向上させる鉄粉末組成物の開発に向けられている。望まれる部品特性には、例えば、広い周波数範囲にわたる高い透磁率、低いコア損失、高い飽和誘導及び高い機械的強度が含まれる。望まれる粉末特性には、圧縮成形技術への適応性がさらに含まれ、これは粉末が、部品表面上への損傷がなく成形装置から容易に抜き出すことができる高密度部品に容易に成形できることを意味する。
【０００７】
公開された特許の例が、以下に概説される。
【０００８】
Ｌａｓｈｍｏｒｅへの米国特許第６３０９７４８号は、約４０〜約６００ミクロンの直径サイズ、及びそれぞれの粒子上に配された無機酸化物のコーティングを有する強磁性粉末を記載している。
【０００９】
Ｊａｎｓｓｏｎへの米国特許第６３４８２６５号は、薄いリン及び酸素含有コーティングで被覆された鉄粉末であり、この被覆された粉末が、加熱処理できる軟磁性コアとして成形するのに適している粉末を教示している。
【００１０】
Ｓｏｉｌｅａｕへの米国特許第４６０１７６５号は、最初にアルカリ金属ケイ酸塩の膜を被覆し、次いでシリコーン樹脂ポリマーを重ねて被覆した鉄粉末を利用する成形した鉄芯を教示している。
【００１１】
Ｍｏｒｏへの米国特許第６１４９７０４号は、フェノール樹脂及び／又はシリコーン樹脂のコーティング及び所望によって酸化チタン又は酸化ジルコニウムのゾルにより電気絶縁性とした強磁性粉末を記載している。得られた粉末は、金属ステアリン酸塩潤滑剤と混合し、成形してダストコアとする。
【００１２】
Ｍｏｒｏへの米国特許第７２３５２０８号は、その中に強磁性粉末が分散されている絶縁性結合剤を有する強磁性粉末製のダストコアであって、その絶縁性結合剤が３官能性アルキル−フェニルシリコーン樹脂及び所望によって無機酸化物、炭化物又は窒化物を含む上記ダストコアを教示している。
【００１３】
軟磁性体の分野内のさらなる資料は、Ｙｕｕｉｃｈｉへの日本特許出願特願２００５−３２２４８９であり、公開番号特開２００７−１２９１５４を有するもの；Ｍａｅｄａへの日本特許出願特願２００５−２７４１２４であり、公開番号特開２００７−０８８１５６を有するもの；Ｍａｓａｋｉへの日本特許出願特願２００４−２０３９６９であり、公開番号特開２００６−０２４４８６９を有するもの；Ｕｅｄａへの日本特許出願特願２００５−０５１１４９であり、公開番号特開２００６−２３３２９５を有するもの、及びＷａｔａｎａｂｅへの日本特許出願特願２００５−０５７１９３であり、公開番号特開２００６−２４５１８３を有するものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の一目的は、鉄基粉末組成物であって、成形されて高抵抗率及び低コア損失を有する軟磁性部品となる電気絶縁性の鉄基粉末を含む上記組成物を提供することである。
【００１５】
本発明の一目的は、鉄基粉末組成物であって、成形されて高強度を有する軟磁性部品となり、この部品を、鉄基粉末の電気絶縁性コーティングが劣化されずに、最適な熱処理温度で熱処理することができる電気絶縁性鉄基粉末を含む上記組成物を提供することである。
【００１６】
本発明の一目的は、鉄基粉末組成物であって、成形されて高強度、高い最大透磁率及び高誘導を有する一方、ヒステリシス損失を最小とし、且つ渦電流損失を低レベルに保持する軟磁性部品となる電気絶縁性鉄基粉末を含む上記組成物を提供することである。
【００１７】
本発明の一目的は、成形及び熱処理した軟磁性部品の製造方法であって、渦電流損失を低レベルに保持しながらヒステリシス損失を最小とすることによって得られる高強度、高い最大透磁率、高誘導及び低コア損失を有する上記部品の製造方法を提供することである。
【００１８】
本発明の一目的は、鉄基粉末組成物の製造方法であって、有害な若しくは環境に好ましくない溶媒又は乾燥手順を必要としない上記方法を提供することである。
【００１９】
一目的は、成形し、又所望により熱処理した軟磁性鉄基複合部品の製造方法であって、十分な機械的強度及び許容できる磁束密度（誘導）並びに最大透磁率とともに、低コア損失を有する上記複合部品を製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
少なくとも１つの上述の目的、及び／又は下記の記述から見えてくることになる言及されていないさらなる目的を達成するために、本発明は、強磁性粉末組成物であって、見掛け密度３．２〜３．７ｇ／ｍｌを有する軟磁性鉄基コア粒子を含み、コア粒子の表面が、リン系無機絶縁層を備えている上記組成物に関する。
【００２１】
所望により、他の実施形態において、少なくとも１層の金属−有機層であって、下記の一般式：
Ｒ１［（Ｒ１）ｘ（Ｒ２）ｙ（ＭＯｎ−１）］ｎＲ１
（式中、Ｍは、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌ又はＺｒから選択される中心原子であり、
Ｏは酸素であり、
Ｒ１は、４個未満、好ましくは３個未満の炭素原子を有するアルコキシ基から選択される加水分解可能な基であり、
Ｒ２は有機部分であり、この場合少なくとも１つのＲ２が少なくとも１つのアミノ基を含有し、
式中ｎは、反復可能単位の数であり、１と２０の間の整数であり、
式中ｘは、０と１の間の整数であり、
式中ｙは１と２の間の整数である。）を有する金属−有機化合物の金属−有機層が、前記第１のリン系無機絶縁層の外側に位置している。
【００２２】
本発明による好ましい実施形態は、強磁性粉末組成物であって、見掛け密度３．２〜３．７ｇ／ｍｌを有する軟磁性鉄基コア粒子を含み、又コア粒子の表面が、リン系無機絶縁層と、少なくとも１層の金属−有機層であり、第１のリン系無機絶縁層の外側に位置している、下記の一般式：
Ｒ１［（Ｒ１）ｘ（Ｒ２）ｙ（ＭＯｎ−１）］ｎＲ１
（式中、Ｍは、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌ又はＺｒから選択される中心原子であり、
Ｏは酸素であり、
Ｒ１は、４個未満の炭素原子を有するアルコキシ基であり、
Ｒ２は有機部分であり、この場合少なくとも１つのＲ２が、少なくとも１つのアミノ基を含有し、
式中ｎは、反復可能単位の数であり、１と２０の間の整数であり、
式中ｘは、０と１の間の整数であり、
式中ｙは１と２の間の整数である。）を有する金属−有機化合物の金属−有機層とを備えている上記組成物に関する。
【００２３】
他の実施形態において、３．５未満のモース硬度を有するさらなる金属又は半金属微粒子化合物が、少なくとも１層の金属−有機層に接着される。
【００２４】
さらに他の実施形態において、本粉末組成物は、微粒子潤滑剤を含む。この潤滑剤は、リン系無機絶縁層及び少なくとも１層の金属−有機層を備えているコア粒子を含む組成物に添加することができ；又は所望によって、金属若しくは半金属微粒子化合物をも含んでいる組成物に添加することができる。
【００２５】
本コア粒子は、３．２〜３．７ｇ／ｍｌの、好ましくは３．３〜３．７ｇ／ｍｌ、好ましくは３．３〜３．６ｇ／ｍｌ、より好ましくは３．３ｇ／ｍｌを超え３．６ｇ／ｍｌ以下、好ましくは３．３５及び３．６ｇ／ｍｌ若しくは３．４及び３．６ｇ／ｍｌ若しくは３．３５及び３．５５ｇ／ｍｌの間の、又は３．４及び３．５５ｇ／ｍｌの間の範囲における、ＩＳＯ−３９２３−１により測定した見掛け密度（ＡＤ）を有するものとする。
【００２６】
本発明はさらに、強磁性粉末組成物の調製方法であって、３．２〜３．７ｇ／ｍｌの、又は、例えば、上述のより好ましい範囲の見掛け密度を有する軟磁性鉄基コア粒子にリン系無機絶縁層を被覆して、コア粒子の表面が電気絶縁性となるようにするステップを含む上記方法に関する。
【００２７】
所望により、他の実施形態において、さらに、ａ）リン系無機絶縁層によって電気的に絶縁された前記軟磁性鉄基コア粒子を、上述の金属−有機化合物と混合するステップと、ｂ）得られた粒子を、所望によりさらなる上述の金属−有機化合物と混合するステップとを含む。
【００２８】
本発明による好ましい実施形態は、強磁性粉末組成物の調製方法であって、見掛け密度３．２〜３．７ｇ／ｍｌを有する軟磁性鉄基コア粒子にリン系無機絶縁層を被覆して、コア粒子の表面が電気絶縁性となるようにするステップ；並びに
ａ）リン系無機絶縁層によって絶縁された前記軟磁性鉄基コア粒子を金属−有機化合物と混合するステップであり、その際、下記の一般式：
Ｒ１［（Ｒ１）ｘ（Ｒ２）ｙ（ＭＯｎ−１）］ｎＲ１
（式中、Ｍは、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌ又はＺｒから選択される中心原子であり、
Ｏは酸素であり、
Ｒ１は、４個未満の炭素原子を有するアルコキシ基であり、
Ｒ２は有機部分であり、この場合少なくとも１つのＲ２が、少なくとも１つのアミノ基を含有し、
式中ｎは、反復可能単位の数であり、１と２０の間の整数であり、
式中ｘは、０と１の間の整数であり、
式中ｙは１と２の間の整数である。）を有する金属−有機化合物の少なくとも１層の金属−有機層が、第１のリン系無機絶縁層の外側に設けられる上記ステップ；及び
ｂ）得られた粒子を、所望によりさらなるａ）において開示した金属−有機化合物と混合するステップを含む上記方法に関する。
【００２９】
他の実施形態において、この方法は、ｃ）この粉末を、３．５未満のモース硬度を有する金属又は半金属微粒子化合物と混合するステップをさらに含む。ステップｃは、所望により、ステップｂの後に加えて、ステップｂの前にも行うことができ、又はステップｂの後の代わりに、ステップｂの前に行うこともできる。
【００３０】
さらに他の実施形態において、この方法は、ｄ）この粉末を微粒子潤滑剤と混合するステップを含む。このステップは、本組成物中に金属又は半金属微粒子化合物が含まれない場合、ステップｂ）の直後に行うことができる。
【００３１】
本発明はさらに、軟磁性複合材料の調製方法であって、本発明による組成物をダイ（金型）内で、少なくとも約６００ＭＰａの成形圧で単軸成形するステップと；所望により、このダイを、添加した微粒子潤滑剤の溶融温度未満の温度まで予熱するステップと；得られた未焼結成形体（ｇｒｅｅｎ ｂｏｄｙ）を抜き出すステップと；所望により、この未焼結成形体を熱処理するステップとを含む上記方法に関する。本発明による複合部品は、典型的には、０．０１〜０．１重量％の間のＰの含量、０．０２〜０．１２重量％の間の、ベース粉末に添加したＳｉの含量を有し、又、３．５未満のモース硬度を有する金属若しくは半金属微粒子化合物の形態でＢｉが添加される場合、Ｂｉの含量は、０．０５〜０．３５重量％の間になる。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
ベース粉末
鉄基軟磁性コア粒子は、水アトマイズ（ａｔｏｍｉｚｅ）、ガスアトマイズ又はスポンジ鉄粉末とすることができるが、水アトマイズ粉末が好ましい。
【００３３】
鉄基軟磁性コア粒子は、本質的に、純鉄；７重量％まで、好ましくは３重量％までのケイ素を有する合金鉄Ｆｅ−Ｓｉ；Ｆｅ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏの群から選択される合金鉄、又はこれらの組合せからなる群から選択することができる。本質的に純鉄が好ましい、すなわち避けられない不純物を有する鉄である。
【００３４】
ここに又、驚くべきことに、粗さがより少ない粒子表面を有するベース粉末が使用される場合、本発明による成形及び熱処理した部品の電気抵抗率のさらなる改善を得ることができる点が見出されている。このような適切な組織形態（ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ）は、例えば、鉄若しくは鉄基粉末について７％を超える若しくは１０％を超える、又は１２％を超える若しくは１３％を超える見掛け密度の上昇、すなわち３．２〜３．７ｇ／ｍｌの、好ましくは３．３ｇ／ｍｌを超え３．６ｇ／ｍｌ以下の、好ましくは３．４及び３．６ｇ／ｍｌの間の、又は３．３５及び３．５５ｇ／ｍｌの間の見掛け密度をもたらす見掛け密度の上昇によって明示される。所望の見掛け密度を有するこのような粉末は、ガス−アトマイズ方法又は水アトマイズ粉末から得ることができる。水アトマイズ粉末が使用される場合、それらの粉末は、粉砕、摩砕又は他の方法に供されることが好ましく、これにより水アトマイズ粉末の不規則形状の表面が物理的に変化する。これらの粉末の見掛け密度が、約２５％を超えて、又は２０％を超えてあまり増加し過ぎる場合、このことは、水アトマイズ鉄基粉末については約３．７又は３．６ｇ／ｍｌを超えることを意味するが、全コア損失が増加することになる。
【００３５】
粉末粒子の形状が、例えば、抵抗率の結果に影響を及ぼすことも見出されている。不規則形状の粒子の使用は、これらの粒子がより凹凸が少なく、平滑な形状である場合よりも、低い見掛け密度及び低い抵抗率をもたらす。したがって、本発明により、粒子がノジュール状であること、すなわち、丸みを帯びた不規則形状の粒子であること、又は球状若しくはほとんど球状の粒子が好ましい。
【００３６】
高い周波数で動作する部品については、高い抵抗率がより重要となるので、より微細な粒度（１００及び２００メッシュなど）を有する粉末が好ましく使用される場合、これらの粉末については「高ＡＤ」がより重要となる。しかし、より粗い粉末（４０メッシュ）についても、抵抗率の改善が示される。通常低周波数の用途（＜１ｋＨｚ）に適するより粗い粉末が、本発明によれば、粉砕操作又は同様な操作により見掛け密度が増加することによって、著しく改善された電気抵抗率を得ることができる。したがって、磁束を帯びるためより大きな断面積を有するが、依然として低いコア損失を示す部品を、本発明により製造することができる。
【００３７】
鉄基粉末を含有する本発明による組成物は、この鉄基粉末の見掛け密度に近い見掛け密度を有することを示す。
【００３８】
第１のコーティング層（無機）
コア粒子は、第１の無機絶縁層を備えており、これはリン系であることが好ましい。この第１のコーティング層は、鉄基粉末を、水又は有機溶媒のいずれかに溶解したリン酸で処理することにより達成することができる。水性溶媒中に、防錆剤及び界面活性剤が所望により添加できる。鉄基粉末粒子の好ましいコーティング方法は、米国特許第６３４８２６５号中に記載されている。リン酸化処理は、反復することができる。鉄基コア粒子のリン系絶縁無機コーティングは、ドーパント、防錆剤又は界面活性剤などの添加を全く伴わないことが好ましい。
【００３９】
層１としてのリン酸塩の含量は、本組成物の０．０１及び０．１５重量％の間とすることができる。
【００４０】
金属−有機層（所望による第２のコーティング層）
所望により、第１のリン系層の外側に位置して、少なくとも１層の金属有機層が存在する。この金属−有機層は、一般式：
Ｒ１［（Ｒ１）ｘ（Ｒ２）ｙ（ＭＯｎ−１）］ｎＲ１
（式中、
Ｍは、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌ又はＺｒから選択される中心原子であり、
Ｏは酸素であり、
Ｒ１は、４個未満、好ましくは３個未満の炭素原子を有するアルコキシ基から選択される加水分解可能な基であり、
Ｒ２は有機部分であり、このことはＲ２基が有機部分であって、少なくとも１つのＲ２が少なくとも１つのアミノ基を含有することを意味し、
式中ｎは、反復可能単位の数であり、１と２０の間の整数であり、
式中ｘは、０と１の間の整数であり、又式中ｙは１と２の間の整数である（したがって、ｘは０又は１とすることができ、ｙは１又は２とすることができる。））を有する、金属−有機化合物の層である。
【００４１】
金属−有機化合物は、次の群：表面改質剤、カップリング剤又は架橋剤から選択できる。
【００４２】
Ｒ２は、１〜６個、好ましくは１〜３個の炭素原子を含むことができる。Ｒ２は、Ｎ、Ｏ、Ｓ及びＰからなる群から選択される１個又は複数のヘテロ原子をさらに含むことができる。Ｒ２基は、直鎖、分岐、環状又は芳香族とすることができる。
【００４３】
Ｒ２は、１個又は複数の次の官能基：アミン、ジアミン、アミド、イミド、エポキシ、ヒドロキシ、エチレンオキシド、ウレイド、ウレタン、イソシアナート、アクリレート、グリセリルアクリレート、ベンジル−アミノ、ビニル−ベンジル−アミノを含むことができる。
【００４４】
金属−有機化合物は、シラン、シロキサン及びシルセスキオキサン（この場合、中心原子はＳｉからなる）又は対応するチタン酸塩、アルミン酸塩若しくはジルコン酸塩（この場合、中心原子は、それぞれＴｉ、Ａｌ及びＺｒからなる）の誘導体、中間体若しくはオリゴマー、或いはこれらの混合物から選択できる。
【００４５】
一実施形態によれば、１層の金属−有機層における少なくとも１種の金属−有機化合物は、モノマー（ｎ＝１）である。
【００４６】
他の実施形態によれば、１層の金属−有機層における少なくとも１種の金属−有機化合物は、オリゴマー（ｎ＝２〜２０）である。
【００４７】
他の実施形態によれば、第１層の外側に位置した金属−有機層は、金属−有機化合物のモノマーの層であり、この場合最も外側の金属−有機層は、金属−有機化合物のオリゴマーの層である。モノマー及びオリゴマーの化学的官能性は必ずしも同じではない。金属−有機化合物のモノマーの層と金属−有機化合物のオリゴマーの層との重量比は、１：０と１：２の間、好ましくは２：１〜１：２の間とすることができる。
【００４８】
金属−有機化合物がモノマーである場合、それはトリアルコキシ及びジアルコキシシラン、チタン酸塩、アルミン酸塩又はジルコン酸塩の群から選択できる。したがって、金属−有機化合物のモノマーは、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−アミノプロピル−メチル−ジエトキシシラン、Ｎ−アミノエチル−３−アミノプロピル−トリメトキシシラン、Ｎ−アミノエチル−３−アミノプロピル−メチル−ジメトキシシラン、１，７−ビス（トリエトキシシリル）−４−アザヘプタン、トリアミノ−官能性プロピル−トリメトキシシラン、３−ウレイドプロピル−トリエトキシシラン、３−イソシアナトプロピル−トリエトキシシラン、トリス（３−トリメトキシシリルプロピル）−イソシアヌレート、０−（プロパルギルオキシ）−Ｎ−（トリエトキシシリルプロピル）−ウレタン、１−アミノエチル−メチル−ジメトキシシラン、又はこれらの混合物から選択できる。
【００４９】
金属−有機化合物のオリゴマーは、シラン、チタン酸塩、アルミン酸塩又はジルコン酸塩のアルコキシ末端アルキル−アルコキシ−オリゴマーから選択できる。したがって、金属−有機化合物のオリゴマーは、メトキシ、エトキシ若しくはアセトキシ末端アミノ−シルセスキオキサン、アミノ−シロキサン、オリゴマー性３−アミノプロピル−メトキシ−シラン、３−アミノプロピル／プロピル−アルコキシ−シラン、Ｎ−アミノエチル−３−アミノプロピル−アルコキシ−シラン若しくはＮ−アミノエチル−３−アミノプロピル／メチル−アルコキシ−シラン又はこれらの混合物から選択できる。
【００５０】
金属−有機化合物の合計量は、本組成物の０．０５〜０．８重量％、又は０．０５〜０．６重量％、又は０．１〜０．５重量％、又は０．２〜０．４重量％、又は０．３〜０．５重量％とすることができる。これらの種類の金属−有機化合物は、Ｅｖｏｎｉｋ Ｉｎｄ．、Ｗａｃｋｅｒ Ｃｈｅｍｉｅ ＡＧ、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ、Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ Ｉｎｔ．Ｃｏｒｐ．、Ｆａｍａｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓａｒｌなどの会社から商業的に得ることができる。
【００５１】
金属又は半金属微粒子化合物
被覆した軟磁性鉄基粉末は、使用される場合、少なくとも１種の微粒子化合物、すなわち金属又は半金属化合物をさらに含有すべきである。金属又は半金属微粒子化合物はモース硬度３．５未満を有して軟らかく、微粒子又はコロイドで構成されるべきである。化合物は、５μｍ未満、好ましくは３μｍ未満、又最も好ましくは１μｍ未満の平均粒径を有することが好ましいであろう。金属又は半金属微粒子化合物のモース硬度は、３以下、より好ましくは２．５以下であることが好ましい。ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ及びＴｉＯ２は研磨剤であり、十分３．５を超えるモース硬度を有し、本発明の範囲内ではない。研磨剤化合物は、ナノサイズ粒子としても、電気絶縁性コーティングへの不可逆性損傷の原因となり抜出し性が悪くなり、又熱処理部品の磁気的及び／又は機械的特性がより悪くなる。
【００５２】
金属又は半金属微粒子化合物は、鉛系、インジウム系、ビスマス系、セレン系、ホウ素系、モリブデン系、マンガン系、タングステン系、バナジウム系、アンチモン系、スズ系、亜鉛系、セリウム系化合物の群から選択される少なくとも１種とすることができる。
【００５３】
金属若しくは半金属微粒子化合物は、酸化物、水酸化物、水和物、炭酸塩、リン酸塩、フルオライト、硫化物、硫酸塩、亜硫酸塩、オキシ塩化物、又はこれらの混合物とすることができる。好ましい実施形態により、金属若しくは半金属微粒子化合物はビスマス、又はより好ましくは酸化ビスマス（ＩＩＩ）である。
【００５４】
金属又は半金属微粒子化合物は、アルカリ又はアルカリ土類金属から選択した第２の化合物と混合でき、この場合、この化合物は炭酸塩、好ましくはカルシウム、ストロンチウム、バリウム、リチウム、カリウム又はナトリウムの炭酸塩とすることができる。
【００５５】
金属又は半金属微粒子化合物又は化合物混合物は、本組成物の０．０５〜０．８重量％、又は０．０５〜０．６重量％、又は０．１〜０．５重量％、又は０．１５〜０．４重量％の量で存在できる。
【００５６】
金属又は半金属微粒子化合物は、少なくとも１層の金属−有機層に接着される。本発明の一実施形態において、金属又は半金属微粒子化合物は、最も外側の金属−有機層に接着される。
【００５７】
潤滑剤
本発明による粉末組成物は、所望により微粒子潤滑剤を含むことができる。微粒子潤滑剤は、重要な役割を果たし、ダイ壁の潤滑を施す必要がなく成形を可能にする。微粒子潤滑剤は、第一級及び第二級脂肪酸アミド、トランス−アミド（ビスアミド）又は脂肪酸アルコールからなる群から選択できる。微粒子潤滑剤の潤滑部分は、１２〜２２個の間の炭素原子を含有する飽和又は不飽和鎖とすることができる。微粒子潤滑剤は、ステアルアミド、エルカアミド、ステアリル−エルカアミド、エルシル−ステアルアミド、ベヘニルアルコール、エルシルアルコール、エチレン−ビスステアルミド（すなわちＥＢＳ又はアミドワックス）から選択できることが好ましい。微粒子潤滑剤は、該組成物の０．１〜０．６重量％、又は０．２〜０．４重量％、又は０．３〜０．５重量％、又は０．２〜０．６重量％の量で存在できる。
【００５８】
組成物の調製方法
本発明による強磁性粉末組成物の調製方法は：見掛け密度３．２〜３．７ｇ／ｍｌを得るように製造及び処理した軟磁性鉄基コア粒子を、リン系無機化合物で被覆して、リン系無機絶縁層を得て、コア粒子の表面が電気絶縁性になるようにするステップを含む。
【００５９】
これらのコア粒子は、ａ）上記において開示した金属−有機化合物と混合され、また、ｂ）得られた粒子は、所望により、上記において開示したさらなる金属−有機化合物と混合される。
【００６０】
又、この方法の他の所望によるステップとして、ｃ）この粉末を、３．５未満のモース硬度を有する金属又は半金属微粒子化合物と混合するステップも存在する。ステップｃは、所望により、ステップｂの後に加えて、ステップｂの前にも行うことができ、又はステップｂの後の代わりに、ステップｂの前に行うこともできる。ステップｃは、ステップａとｂの間に行うことが好ましい。
【００６１】
この方法のさらなる所望によるステップは、ｄ）この粉末を、微粒子潤滑剤と混合するステップである。
【００６２】
第１の無機絶縁層を備えたコア粒子は、それが金属−有機化合物と混合される前にアルカリ性化合物で前処理することができる。前処理は、第１の層と第２の層の間のカップリングのための前提条件を改善することができ、これにより磁性複合部品の電気抵抗率及び機械的強度の両方を向上させ得る。アルカリ性化合物は、アンモニア、ヒドロキシルアミン、水酸化テトラアルキルアンモニウム、アルキル−アミン、アルキル−アミドから選択できる。この前処理は、上掲の薬品のいずれを使用しても実施でき、これらは好ましくは適切な溶媒中に希釈され、粉末と混合され、且つ所望によって乾燥される。
【００６３】
軟磁性部品の製造方法
本発明による軟磁性複合材料の調製方法は、本発明による組成物をダイ内で、少なくとも約６００ＭＰａの成形圧で単軸成形するステップと；所望によりダイを、添加した微粒子潤滑剤の溶融温度未満の温度まで予熱するステップと；所望により、成形前に粉末を２５〜１００℃の間まで予熱するステップと；得られた未焼結成形体を抜き出すステップと；所望によりこの未焼結成形体を熱処理するステップと、を含む。
【００６４】
熱処理方法は、真空、非還元性、不活性、Ｎ２／Ｈ２又は弱酸化性、例えば酸素０．０１〜３％雰囲気中とすることができる。所望により、この熱処理は、不活性雰囲気中で行われ、その後速やかに、水蒸気などの酸化性雰囲気中に曝して、より高強度の表面外皮又は層を造る。温度は、７５０℃までとしてよい。
【００６５】
熱処理条件は、できる限り完全に潤滑剤を蒸発させるものとする。この蒸発は、通常、約１５０〜５００℃を超える、好ましくは約２５０〜５００℃を超える熱処理サイクルの最初の部分の間に得られる。より高温で、金属又は半金属微粒子化合物が金属−有機化合物と反応し、一部網目構造を形成することができる。これは、部品の機械的強度並びに電気抵抗率をさらに増加させることになる。最高温度（５５０〜７５０℃、又は６００〜７５０℃、又は６３０〜７００℃、又は６３０〜６７０℃）で、成形体は完全な応力解放を達成することができ、この点で複合材料の保磁力、したがってヒステリシス損失が最小となる。
【００６６】
本発明により調製し、成形及び熱処理した軟磁性複合材料は、部品の０．０１〜０．１５重量％の間のＰの含量、部品の０．０２〜０．１２重量％の間の、ベース粉末に添加したＳｉの含量を有することが好ましく、又、３．５未満のモース硬度を有する金属若しくは半金属微粒子化合物の形態でＢｉが添加される場合、Ｂｉの含量は、部品の０．０５〜０．３５重量％の間になる。
【実施例】
【００６７】
本発明はさらに、下記の実施例によって例示される。例１〜４は、本発明の特定の見掛け密度を有しない軟磁性粉末組成物の集合体（ｂｕｉｌｄ ｕｐ）について開示し、又下記の例５〜７について、本発明による手順を例示する。
【００６８】
（例１）
例１は、見掛け密度３．０ｇ／ｍｌを有する４０メッシュ鉄粉末から製造し、成形及び熱処理した部品の磁気的、電気的及び機械的特性に及ぼす、種々のコーティング層からの影響、並びに金属又は半金属微粒子化合物添加からの影響について例示する。
【００６９】
鉄基水アトマイズ粉末は、平均粒径約２２０μｍを有し、且つ４５μｍ未満の粒径を有する粒子が５％未満である（４０メッシュ粉末）。この粉末は、純鉄粉末であり、最初に、電気絶縁性リン系薄層が設けられた（リン含量は、被覆した粉末の重量当り約０．０４５％である）。その後、この粉末を撹拌により、０．２重量％のアミノアルキル−アルコキシシランのオリゴマー（Ｄｙｎａｓｙｌａｎ（いずれかの国における登録商標）１１４６、Ｅｖｏｎｉｋ Ｉｎｄ．）と混合した。この組成物をさらに、０．２重量％の、酸化ビスマス（ＩＩＩ）の微粉末と混合した。それぞれ、シラン及びビスマスを使用した表面改質を行わない対応する粉末を、比較用に使用した（Ａ３、Ａ４、Ａ５）。これらの粉末は、最後に、成形する前に微粒子潤滑剤ＥＢＳと混合した。使用した潤滑剤の量は、組成物の０．３重量％であった。
【００７０】
内側直径４５ｍｍ及び外側直径５５ｍｍ及び高さ５ｍｍを有する磁性トロイドを、それぞれ８００及び１１００ＭＰａの異なる成形圧で、ダイ温度６０℃で、単一ステップにおいて単軸成形した。成形後、これらの部品を、窒素中において６５０℃で３０分間熱処理した。対照材料Ａ６及びＡ８は、空気中において５３０℃で３０分間処理し、また対照材料Ａ７は、水蒸気中において５３０℃で３０分間処理した。得られた熱処理したトロイドに、１００センス（ｓｅｎｓｅ）ターン及び１００ドライブ（ｄｒｉｖｅ）ターンで巻き付けた。磁気的測定は、Ｂｒｏｃｋｈａｕｓヒステリシスグラフを使用して、１００ドライブターン及び１００センスターンを有するトロイド試料について測定した。全コア損失は、それぞれ、１テスラ、４００Ｈｚ及び１０００Ｈｚで測定した。ＩＳＯ３９９５により横破断強度（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｒｕｐｔｕｒｅ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ、ＴＲＳ）を測定した。リング試料について、４点測定法により固有電気抵抗率を測定した。
【００７１】
下記の表１は、得られた結果を示す：
【表１】
【００７２】
磁気的及び機械的特性は、１層又はそれ以上のコーティング層が除かれると悪影響を受ける。リン酸塩系層を省くと、より低い電気抵抗率、したがってより高いコア損失（渦電流損失）を生じる（Ａ３）。金属−有機化合物を省くと、より低い電気抵抗率又はより低い機械的強度のいずれかを生じる（Ａ４、Ａ５）。
【００７３】
Ｈｏｇａｎａｓ ＡＢ（スウェーデン）から得られるＳｏｍａｌｏｙ（いずれかの国における登録商標）７００又はＳｏｍａｌｏｙ（いずれかの国における登録商標）３Ｐなどの既存の商業的対照材料（Ａ６〜Ａ８）と比較すると、複合材料Ａ１及びＡ２は、より高温で熱処理することができ、それによりヒステリシス損失（ＤＣ−損失／サイクル）をかなり減少させる。
【００７４】
（例２）
例２は、見掛け密度約３．０ｇ／ｍｌを有する４０メッシュ鉄粉末から製造し、成形及び熱処理した部品の磁気的、電気的及び機械的特性に及ぼす、種々の量の二重金属−有機コーティング層からの影響、並びに種々の添加量の金属又は半金属微粒子化合物からの影響について例示する。
【００７５】
同一のリン系絶縁層を有する、例１と同一のベース粉末を使用した。この粉末を撹拌により、異なる量の、最初に塩基性アミノアルキル−アルコキシシラン（Ｄｙｎａｓｙｌａｎ（いずれかの国における登録商標）Ａｍｅｏ）と、その後アミノアルキル／アルキル−アルコキシシランのオリゴマー（Ｄｙｎａｓｙｌａｎ（いずれかの国における登録商標）１１４６）と１：１の関係を用いて混合した。両方とも、Ｅｖｏｎｉｋ Ｉｎｄ．により製造されたものである。この組成物をさらに、種々の量の、酸化ビスマス（ＩＩＩ）の微粉末（＞９９重量％；Ｄ５０〜０．３μｍ）と混合した。試料Ｃ６は、より低純度及びより大粒径のＢｉ２Ｏ３（＞９８重量％；Ｄ５０〜５μｍ）と混合している。１１００ＭＰａで成形する前に、これらの粉末を、最後に、種々の量の、アミドワックス（ＥＢＳ）と混合した。これらの粉末組成物はさらに、例１において記述したように処理した。これらの結果を、表２に掲げ、磁気的特性及び機械的強度（ＴＲＳ）への効果を示した。
【表２】
【００７６】
試料Ｃ１〜Ｃ５は、種々の量の金属−有機化合物、酸化ビスマス又は潤滑剤を使用した効果を例示している。試料Ｃ５と比較して、試料Ｃ６において電気抵抗率はより低く、しかしＴＲＳは幾分向上している。
【００７７】
（例３）
例３は、見掛け密度約３．０ｇ／ｍｌを有する４０メッシュ鉄粉末から製造し、成形及び熱処理した部品の磁気的、電気的及び機械的特性に及ぼす、種々の量及び型の二重金属−有機コーティング層からの影響、並びに種々の添加量の金属又は半金属微粒子化合物からの影響について例示する。
【００７８】
試料Ｄ１０（Ｐ０．０６重量％）及びＤ１１（Ｐ０．０１５重量％）を除いて同一のリン系絶縁層を有する、例１と同一のベース粉末を使用した。粉末試料Ｄ１〜Ｄ１１は、表３に従いさらに処理したものである。全試料は、最後にＥＢＳ０．３重量％と混合し、８００ＭＰａで成形した。その後軟磁性部品は、窒素中において６５０℃で３０分間熱処理した。
【００７９】
試料Ｄ１〜Ｄ３は、第１又は第２の金属−有機層（２：１又は２：２）のいずれかを省略できることを例示しているが、最良の結果は両層を組み合せることにより得られることになる。試料Ｄ４及びＤ５は、希釈アンモニアを使用し、続いて空気中で１２０℃、１時間乾燥した前処理粉末を例示する。この前処理粉末は、アミノ官能性オリゴマー質シランとさらに混合して、許容できる特性を示した。
【００８０】
試料Ｄ１０及びＤ１１は、層１のリン含量の効果を例示する。粒度分布及び粒子の組織形態などのベース粉末の特性に応じて、最適なリン濃度（０．０１及び０．１５重量％の間）が存在する。表３は、得られた結果を示す。
【表３】
【００８１】
（例４）
例４は、見掛け密度約３．０ｇ／ｍｌを有する４０メッシュ鉄粉末から製造し、成形及び熱処理した部品の磁気的、電気的及び機械的特性に及ぼす、種々の量及び型の、金属又は半金属微粒子化合物からの影響について例示する。
【００８２】
同一のリン系絶縁層を有する、例１と同一のベース粉末を使用した。全ての３点の試料は、金属又は半金属微粒子化合物の添加が異なっている点を除いて、試料Ｄ１と同様に処理した。試料Ｅ１は、酸化ビスマス（ＩＩＩ）に微量の炭酸カルシウムを添加すると、電気抵抗率が向上することを例証している。試料Ｅ２は、他の軟金属化合物ＭｏＳ２の効果を実証している。表４は、得られた結果を示す。
【表４】
【００８３】
モース硬度３．５未満の研磨剤及び硬質化合物の添加とは異なり、モース硬度３．５を十分に超える研磨剤及び硬質化合物例えばコランダム（Ａｌ２Ｏ３）又は石英（ＳｉＯ２）などを添加すると（Ｅ３）、ナノサイズ粒子であっても、軟磁性特性及び機械的特性が悪影響を受ける。
【００８４】
（例５）
例５は、指定の見掛け密度（ＡＤ）の範囲内及び範囲外の、種々の見掛け密度を有する４０メッシュ鉄粉末を使用して、本発明の他の特徴と組み合せた場合の、成形及び熱処理した部品の電気的及び磁気的性状への影響を示す。使用した出発粉末は、見掛け密度約３．０ｇ／ｍｌを有していた。
【００８５】
鉄基水アトマイズ粉末は、平均粒径約２２０μｍを有し、４５μｍ未満粒径を有する粒子が５％未満である（４０メッシュ粉末）。純鉄粉末であるこの粉末を粉砕した。それぞれＥ１，Ｅ２及びＥ３で示される３種の異なった見掛け密度、すなわち３．０４、３．３２及び３．５０ｇ／ｍｌが開示されている。これらの３種の試料は、さらに電気絶縁性リン系薄層を備えていた（リン含量は、被覆した粉末の重量当り約０．０４５％であった）。その後、これらの試料を撹拌により、０．３重量％の塩基性アミノアルキル−アルコキシシラン（Ｄｙｎａｓｙｌａｎ（いずれかの国における登録商標）Ａｍｅｏ）と混合し、また第２にアミノアルキル−アルコキシシランのオリゴマー（Ｄｙｎａｓｙｌａｎ（いずれかの国における登録商標）１１４６）と混合した。両者は、１：１の関係で使用され、いずれもＥｖｏｎｉｋ Ｉｎｄ．製である。これらの組成物は、さらに、０．２重量％の酸化ビスマス（ＩＩＩ）の微粉末（＞９８重量％；Ｄ５０〜５μｍ）と混合した。これらの組成物はさらに、アミドワックス（ＥＢＳ）（０．３重量％を使用）と混合し、１１００ＭＰａ、ダイ温度６０℃を使用して、例１で記述した通り加工した。熱処理は、窒素中において６５０℃で３０分間行った。例１に従い、試験を行った。表５は、得られた結果を示す。
【表５】
【００８６】
表５において観察されるように、ベース粉末のＡＤを増加させると、抵抗率及びコア損失を劇的に改善することができる。より高いＡＤについて成形部品の電気抵抗率が向上し、このことがより高い動作周波数（２ｋＨｚ）における、且つ／又はより大きい断面積の部品（２０×２０ｍｍ）について、コア損失の改善をもたらす。
【００８７】
（例６）
例６は、指定の見掛け密度の範囲内及び範囲外の、種々の見掛け密度を有する１００メッシュ鉄粉を使用して、本発明の他の特徴と組み合せた場合の、成形及び熱処理した部品の電気的及び磁気的性状への影響を示す。使用した出発粉末は、見掛け密度約３．０ｇ／ｍｌを有していた。
【００８８】
平均粒径約９５μｍを有し、４５μｍ未満１０〜３０％の鉄基水アトマイズ粉末（１００メッシュ粉末）を、機械的に粉砕した。２．９６〜３．５７ｇ／ｍｌの４種の異なった見掛け密度を提供する。これらの鉄粒子を、粉砕後、リン酸塩系電気絶縁性コーティング（被覆した粉末のリン０．０６０重量％）によって取り囲んだ。被覆された粉末は、撹拌により、０．２重量％のアミノアルキル−トリアルコキシシラン（Ｄｙｎａｓｙｌａｎ（いずれかの国における登録商標）Ａｍｅｏ）と混合し、その後０．１５重量％のアミノアルキル／アルキル−アルコキシシランのオリゴマー（Ｄｙｎａｓｙｌａｎ（いずれかの国における登録商標）１１４６）とさらに混合した。両者ともＥｖｏｎｉｋ Ｉｎｄ．製である。組成物をさらに、０．２重量％の酸化ビスマス（ＩＩＩ）の微粉末と混合した。これらの粉末は最後に、成形前に、微粒子潤滑剤ＥＢＳと混合した。使用した潤滑剤の量は、組成物の０．３重量％であった。粉末組成物はさらに、１１００ＭＰａ及びダイ温度１００℃だけを使用する点を除いて、例１で記述した通り加工した。熱処理は、窒素中において６６５℃で３５分間行った。例１に従い、試験を行った。表６は、得られた結果を示す。
【表６】
【００８９】
ベース粉末の見掛け密度を少なくとも約３．３ｇ／ｍｌを超えるまで増加させると、１００メッシュ粉末の抵抗率及びコア損失磁気特性を著しく改善することができる。より高い動作周波数（＞１ｋＨｚ）におけるコア損失は、電気抵抗率の改善のおかげで、かなり低下する。
【００９０】
（例７）
例７は、指定の見掛け密度の範囲内及び範囲外の、種々の見掛け密度を有する２００メッシュ鉄粉末を使用して、本発明の他の特徴と組み合せた場合の、成形及び熱処理した部品の電気的及び磁気的性状への影響を示す。使用した出発粉末は、見掛け密度約３．０ｇ／ｍｌを有していた。
【００９１】
平均粒径約４０μｍを有し、４５μｍ未満６０％の鉄基水アトマイズ粉末（２００メッシュ粉末）を、機械的に粉砕し、こうして２種の異なった見掛け密度を提供する。これらの鉄粒子を、その後、リン酸塩系電気絶縁性コーティング（被覆した粉末のリン０．０７５重量％）によって取り囲んだ。被覆された粉末は、撹拌により、０．２５重量％のアミノアルキル−トリアルコキシシラン（Ｄｙｎａｓｙｌａｎ（いずれかの国における登録商標）Ａｍｅｏ）と混合し、その後０．１５重量％のアミノアルキル／アルキル−アルコキシシランのオリゴマー（Ｄｙｎａｓｙｌａｎ（いずれかの国における登録商標）１１４６）とさらに混合した。両者とも、Ｅｖｏｎｉｋ Ｉｎｄ．製である。組成物をさらに、０．３重量％の、酸化ビスマス（ＩＩＩ）の微粉末と混合した。これらの粉末は最後に、成形前に、微粒子潤滑剤ＥＢＳと混合した。使用した潤滑剤の量は、組成物の０．３重量％であった。
【００９２】
粉末組成物はさらに、１１００ＭＰａ及びダイ温度１００℃だけを使用する点を除いて、例１で記述した通り加工した。熱処理は、窒素中において６６５℃で３５分間行った。例１に従い、試験を行った。表７は、得られた結果を示す。
【表７】
【００９３】
ベース粉末の見掛け密度を少なくとも約３．４ｇ／ｍｌを超えるまで増加させると、２００メッシュ粉末の抵抗率及びコア損失を著しく改善することができる。より高い動作周波数（＞１ｋＨｚ）におけるコア損失は、電気抵抗率の改善のおかげで、かなり低下する。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気絶縁性鉄基粉末（ｉｒｏｎ−ｂａｓｅｄ ｐｏｗｄｅｒ）を含む粉末組成物及びその製造方法に関する。本発明はさらに、この組成物から調製される軟磁性複合部品の製造方法並びに得られた部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
軟磁性材料は、電気機械用誘導子、固定子及び回転子におけるコア材料、アクチュエータ、センサ並びに変圧器コアなどの用途に対して使用されている。従来、電気機械内の回転子及び固定子などの軟磁性コアは、積重ねた鋼積層体で作製される。軟磁性複合体（ＳＭＣ）材料は、通常は鉄基の、軟磁性粒子をベースにしており、それぞれの粒子上に電気絶縁性コーティングを有する。ＳＭＣ部品は、伝統的な粉末冶金（ＰＭ）成形方法を使用し、所望によって潤滑剤及び／又は結合剤と一緒に、その絶縁性粒子を成形する（ｃｏｍｐａｃｔ）ことによって得られる。粉末冶金技術を使用することで、ＳＭＣ材料が、三次元磁束を帯びることができまた成形方法により三次元形状を得ることができるので、鋼積層体の使用による場合よりも、ＳＭＣ部品の設計においてより高い自由度を有する材料を製造することが可能である。
【０００３】
鉄芯部品の２つの重要な特性は、その透磁率及びコア損失特性である。材料の透磁率は、その磁化される能力又はその磁束を帯びる能力の現れである。透磁率は、誘導磁束 対 磁化力又は磁界強度の比率として定義される。磁性材料が変動する磁界に曝されると、ヒステリシス損失及び渦電流損失の両方のためエネルギー損失が生じる。ヒステリシス損失（ＤＣ−損失）は、大抵のモータの全コア損失の大部分を占めるものであり、鉄芯部品内に保持された磁力を克服するのに必要なエネルギー消費によってもたらされる。この力は、ベース粉末の純度及び品質を向上させることによって最小とすることができるが、この部品の熱処理（すなわち、応力解放）の温度及び／又は時間を増大させることによるのが最も重要である。渦電流損失（ＡＣ−損失）は、交流（ＡＣ）条件に起因する磁束の変化のため鉄芯部品内に生じる電流によりもたらされる。渦電流を最小にするため、部品の高い電気抵抗率が望ましい。ＡＣ損失を最小にするため必要な電気抵抗率レベルは、用途の種類（動作周波数）及び部品サイズに依存している。
【０００４】
ヒステリシス損失は、交流電界の周波数に比例し、一方渦電流損失は、周波数の二乗に比例する。したがって、高い周波数では、渦電流損失が非常に問題となり、渦電流損失を少なくし、かつヒステリシス損失の低レベルを保持することが特に要求される。絶縁された軟磁性粉末が使用される高い周波数で動作する用途では、個々の粉末粒子の電気絶縁性が十分であることを前提に、作り出される渦電流がより小さい体積に限定される可能性がある（粒子内渦電流）ので、より微細な粒径を有する粉末を使用することが望ましい。したがって、高い周波数で働く部品については、微粉末並びに高い電気抵抗率がより重要になる。粒子の絶縁がどんなに良好に働くかとは無関係に、その部品の大部分では制約されない渦電流の部分が常に存在し、損失をもたらす。全体の渦電流損失は、磁束を帯びる成形部分の断面積に比例する。したがって、磁束を帯びる、大きな断面積を有する部品は、全体の渦電流損失を抑制するために、より高い電気抵抗率を要することになる。
【０００５】
１００〜４００μｍの、例えば、約１８０μｍと２５０μｍの間の、平均粒径を有する、また４５μｍ未満の粒径を有する粒子が１０％未満（４０メッシュ粉末）の、絶縁された鉄基軟磁性粉末は、通常、１ｋＨｚまでの周波数で動作する部品向けに使用される。５０〜１５０μｍの、例えば、約８０μｍと１２０μｍの間の、平均粒径を有する、また４５μｍ未満が１０〜３０％（１００メッシュ粉末）の粉末は、２００Ｈｚから１０ｋＨｚまで動作する部品向けに使用でき、一方２ｋＨｚから５０ｋＨｚまでの周波数で動作する部品は、約２０〜７５μｍの、例えば、約３０μｍと５０μｍの間の、平均粒径を有する、また５０％を超えるものが４５μｍ未満である（２００メッシュ粉末）、絶縁された軟磁性粉末に基づいている。平均粒径及び粒度分布は、好ましくはその用途の要求条件により最適化されるべきである。したがって、重量平均粒度の例は、１０〜４５０μｍ、２０〜４００μｍ、２０〜３５０μｍ、３０〜３５０μｍ、３０〜３００μｍ、２０〜８０μｍ、３０〜５０μｍ、５０〜１５０μｍ、８０〜１２０μｍ、１００〜４００μｍ、１５０〜３５０μｍ、１８０〜２５０μｍ、１２０〜２００μｍである。
【０００６】
被覆した鉄基粉末を使用した磁性コア部品の粉末冶金的製造の研究は、最終部品の他の特性に悪影響を及ぼさずに、ある物理的及び磁気的特性を向上させる鉄粉末組成物の開発に向けられている。望まれる部品特性には、例えば、広い周波数範囲にわたる高い透磁率、低いコア損失、高い飽和誘導及び高い機械的強度が含まれる。望まれる粉末特性には、圧縮成形技術への適応性がさらに含まれ、これは粉末が、部品表面上への損傷がなく成形装置から容易に抜き出すことができる高密度部品に容易に成形できることを意味する。
【０００７】
公開された特許の例が、以下に概説される。
【０００８】
Ｌａｓｈｍｏｒｅへの米国特許第６３０９７４８号は、約４０〜約６００ミクロンの直径サイズ、及びそれぞれの粒子上に配された無機酸化物のコーティングを有する強磁性粉末を記載している。
【０００９】
Ｊａｎｓｓｏｎへの米国特許第６３４８２６５号は、薄いリン及び酸素含有コーティングで被覆された鉄粉末であり、この被覆された粉末が、加熱処理できる軟磁性コアとして成形するのに適している粉末を教示している。
【００１０】
Ｓｏｉｌｅａｕへの米国特許第４６０１７６５号は、最初にアルカリ金属ケイ酸塩の膜を被覆し、次いでシリコーン樹脂ポリマーを重ねて被覆した鉄粉末を利用する成形した鉄芯を教示している。
【００１１】
Ｍｏｒｏへの米国特許第６１４９７０４号は、フェノール樹脂及び／又はシリコーン樹脂のコーティング及び所望によって酸化チタン又は酸化ジルコニウムのゾルにより電気絶縁性とした強磁性粉末を記載している。得られた粉末は、金属ステアリン酸塩潤滑剤と混合し、成形してダストコアとする。
【００１２】
Ｍｏｒｏへの米国特許第７２３５２０８号は、その中に強磁性粉末が分散されている絶縁性結合剤を有する強磁性粉末製のダストコアであって、その絶縁性結合剤が３官能性アルキル−フェニルシリコーン樹脂及び所望によって無機酸化物、炭化物又は窒化物を含む上記ダストコアを教示している。
【００１３】
軟磁性体の分野内のさらなる資料は、Ｙｕｕｉｃｈｉへの日本特許出願特願２００５−３２２４８９であり、公開番号特開２００７−１２９１５４を有するもの；Ｍａｅｄａへの日本特許出願特願２００５−２７４１２４であり、公開番号特開２００７−０８８１５６を有するもの；Ｍａｓａｋｉへの日本特許出願特願２００４−２０３９６９であり、公開番号特開２００６−０２４４８６９を有するもの；Ｕｅｄａへの日本特許出願特願２００５−０５１１４９であり、公開番号特開２００６−２３３２９５を有するもの、及びＷａｔａｎａｂｅへの日本特許出願特願２００５−０５７１９３であり、公開番号特開２００６−２４５１８３を有するものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の一目的は、鉄基粉末組成物であって、成形されて高抵抗率及び低コア損失を有する軟磁性部品となる電気絶縁性の鉄基粉末を含む上記組成物を提供することである。
【００１５】
本発明の一目的は、鉄基粉末組成物であって、成形されて高強度を有する軟磁性部品となり、この部品を、鉄基粉末の電気絶縁性コーティングが劣化されずに、最適な熱処理温度で熱処理することができる電気絶縁性鉄基粉末を含む上記組成物を提供することである。
【００１６】
本発明の一目的は、鉄基粉末組成物であって、成形されて高強度、高い最大透磁率及び高誘導を有する一方、ヒステリシス損失を最小とし、且つ渦電流損失を低レベルに保持する軟磁性部品となる電気絶縁性鉄基粉末を含む上記組成物を提供することである。
【００１７】
本発明の一目的は、成形及び熱処理した軟磁性部品の製造方法であって、渦電流損失を低レベルに保持しながらヒステリシス損失を最小とすることによって得られる高強度、高い最大透磁率、高誘導及び低コア損失を有する上記部品の製造方法を提供することである。
【００１８】
本発明の一目的は、鉄基粉末組成物の製造方法であって、有害な若しくは環境に好ましくない溶媒又は乾燥手順を必要としない上記方法を提供することである。
【００１９】
一目的は、成形し、又所望により熱処理した軟磁性鉄基複合部品の製造方法であって、十分な機械的強度及び許容できる磁束密度（誘導）並びに最大透磁率とともに、低コア損失を有する上記複合部品を製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
少なくとも１つの上述の目的、及び／又は下記の記述から見えてくることになる言及されていないさらなる目的を達成するために、本発明は、強磁性粉末組成物であって、見掛け密度３．２〜３．７ｇ／ｍｌを有する軟磁性鉄基コア粒子を含み、コア粒子の表面が、リン系無機絶縁層を備えている上記組成物に関する。
【００２１】
所望により、他の実施形態において、少なくとも１層の金属−有機層であって、下記の一般式：
Ｒ１［（Ｒ１）ｘ（Ｒ２）ｙ（ＭＯｎ−１）］ｎＲ１
（式中、Ｍは、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌ又はＺｒから選択される中心原子であり、
Ｏは酸素であり、
Ｒ１は、４個未満、好ましくは３個未満の炭素原子を有するアルコキシ基から選択される加水分解可能な基であり、
Ｒ２は有機部分であり、この場合少なくとも１つのＲ２が少なくとも１つのアミノ基を含有し、
式中ｎは、反復可能単位の数であり、１と２０の間の整数であり、
式中ｘは、０と１の間の整数であり、
式中ｙは１と２の間の整数である。）を有する金属−有機化合物の金属−有機層が、前記第１のリン系無機絶縁層の外側に位置している。
【００２２】
本発明による好ましい実施形態は、強磁性粉末組成物であって、見掛け密度３．２〜３．７ｇ／ｍｌを有する軟磁性鉄基コア粒子を含み、又コア粒子の表面が、リン系無機絶縁層と、少なくとも１層の金属−有機層であり、第１のリン系無機絶縁層の外側に位置している、下記の一般式：
Ｒ１［（Ｒ１）ｘ（Ｒ２）ｙ（ＭＯｎ−１）］ｎＲ１
（式中、Ｍは、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌ又はＺｒから選択される中心原子であり、
Ｏは酸素であり、
Ｒ１は、４個未満の炭素原子を有するアルコキシ基であり、
Ｒ２は有機部分であり、この場合少なくとも１つのＲ２が、少なくとも１つのアミノ基を含有し、
式中ｎは、反復可能単位の数であり、１と２０の間の整数であり、
式中ｘは、０と１の間の整数であり、
式中ｙは１と２の間の整数である。）を有する金属−有機化合物の金属−有機層とを備えている上記組成物に関する。
【００２３】
他の実施形態において、３．５未満のモース硬度を有するさらなる金属又は半金属微粒子化合物が、少なくとも１層の金属−有機層に接着される。
【００２４】
さらに他の実施形態において、本粉末組成物は、微粒子潤滑剤を含む。この潤滑剤は、リン系無機絶縁層及び少なくとも１層の金属−有機層を備えているコア粒子を含む組成物に添加することができ；又は所望によって、金属若しくは半金属微粒子化合物をも含んでいる組成物に添加することができる。
【００２５】
本コア粒子は、３．２〜３．７ｇ／ｍｌの、好ましくは３．３〜３．７ｇ／ｍｌ、好ましくは３．３〜３．６ｇ／ｍｌ、より好ましくは３．３ｇ／ｍｌを超え３．６ｇ／ｍｌ以下、好ましくは３．３５及び３．６ｇ／ｍｌ若しくは３．４及び３．６ｇ／ｍｌ若しくは３．３５及び３．５５ｇ／ｍｌの間の、又は３．４及び３．５５ｇ／ｍｌの間の範囲における、ＩＳＯ−３９２３−１により測定した見掛け密度（ＡＤ）を有するものとする。
【００２６】
本発明はさらに、強磁性粉末組成物の調製方法であって、３．２〜３．７ｇ／ｍｌの、又は、例えば、上述のより好ましい範囲の見掛け密度を有する軟磁性鉄基コア粒子にリン系無機絶縁層を被覆して、コア粒子の表面が電気絶縁性となるようにするステップを含む上記方法に関する。
【００２７】
所望により、他の実施形態において、さらに、ａ）リン系無機絶縁層によって電気的に絶縁された前記軟磁性鉄基コア粒子を、上述の金属−有機化合物と混合するステップと、ｂ）得られた粒子を、所望によりさらなる上述の金属−有機化合物と混合するステップとを含む。
【００２８】
本発明による好ましい実施形態は、強磁性粉末組成物の調製方法であって、見掛け密度３．２〜３．７ｇ／ｍｌを有する軟磁性鉄基コア粒子にリン系無機絶縁層を被覆して、コア粒子の表面が電気絶縁性となるようにするステップ；並びに
ａ）リン系無機絶縁層によって絶縁された前記軟磁性鉄基コア粒子を金属−有機化合物と混合するステップであり、その際、下記の一般式：
Ｒ１［（Ｒ１）ｘ（Ｒ２）ｙ（ＭＯｎ−１）］ｎＲ１
（式中、Ｍは、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌ又はＺｒから選択される中心原子であり、
Ｏは酸素であり、
Ｒ１は、４個未満の炭素原子を有するアルコキシ基であり、
Ｒ２は有機部分であり、この場合少なくとも１つのＲ２が、少なくとも１つのアミノ基を含有し、
式中ｎは、反復可能単位の数であり、１と２０の間の整数であり、
式中ｘは、０と１の間の整数であり、
式中ｙは１と２の間の整数である。）を有する金属−有機化合物の少なくとも１層の金属−有機層が、第１のリン系無機絶縁層の外側に設けられる上記ステップ；及び
ｂ）得られた粒子を、所望によりさらなるａ）において開示した金属−有機化合物と混合するステップを含む上記方法に関する。
【００２９】
他の実施形態において、この方法は、ｃ）この粉末を、３．５未満のモース硬度を有する金属又は半金属微粒子化合物と混合するステップをさらに含む。ステップｃは、所望により、ステップｂの後に加えて、ステップｂの前にも行うことができ、又はステップｂの後の代わりに、ステップｂの前に行うこともできる。
【００３０】
さらに他の実施形態において、この方法は、ｄ）この粉末を微粒子潤滑剤と混合するステップを含む。このステップは、本組成物中に金属又は半金属微粒子化合物が含まれない場合、ステップｂ）の直後に行うことができる。
【００３１】
本発明はさらに、軟磁性複合材料の調製方法であって、本発明による組成物をダイ（金型）内で、少なくとも約６００ＭＰａの成形圧で単軸成形するステップと；所望により、このダイを、添加した微粒子潤滑剤の溶融温度未満の温度まで予熱するステップと；得られた未焼結成形体（ｇｒｅｅｎ ｂｏｄｙ）を抜き出すステップと；所望により、この未焼結成形体を熱処理するステップとを含む上記方法に関する。本発明による複合部品は、典型的には、０．０１〜０．１重量％の間のＰの含量、０．０２〜０．１２重量％の間の、ベース粉末に添加したＳｉの含量を有し、又、３．５未満のモース硬度を有する金属若しくは半金属微粒子化合物の形態でＢｉが添加される場合、Ｂｉの含量は、０．０５〜０．３５重量％の間になる。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
ベース粉末
鉄基軟磁性コア粒子は、水アトマイズ（ａｔｏｍｉｚｅ）、ガスアトマイズ又はスポンジ鉄粉末とすることができるが、水アトマイズ粉末が好ましい。
【００３３】
鉄基軟磁性コア粒子は、本質的に、純鉄；７重量％まで、好ましくは３重量％までのケイ素を有する合金鉄Ｆｅ−Ｓｉ；Ｆｅ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏの群から選択される合金鉄、又はこれらの組合せからなる群から選択することができる。本質的に純鉄が好ましい、すなわち避けられない不純物を有する鉄である。
【００３４】
ここに又、驚くべきことに、粗さがより少ない粒子表面を有するベース粉末が使用される場合、本発明による成形及び熱処理した部品の電気抵抗率のさらなる改善を得ることができる点が見出されている。このような適切な組織形態（ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ）は、例えば、鉄若しくは鉄基粉末について７％を超える若しくは１０％を超える、又は１２％を超える若しくは１３％を超える見掛け密度の上昇、すなわち３．２〜３．７ｇ／ｍｌの、好ましくは３．３ｇ／ｍｌを超え３．６ｇ／ｍｌ以下の、好ましくは３．４及び３．６ｇ／ｍｌの間の、又は３．３５及び３．５５ｇ／ｍｌの間の見掛け密度をもたらす見掛け密度の上昇によって明示される。所望の見掛け密度を有するこのような粉末は、ガス−アトマイズ方法又は水アトマイズ粉末から得ることができる。水アトマイズ粉末が使用される場合、それらの粉末は、粉砕、摩砕又は他の方法に供されることが好ましく、これにより水アトマイズ粉末の不規則形状の表面が物理的に変化する。これらの粉末の見掛け密度が、約２５％を超えて、又は２０％を超えてあまり増加し過ぎる場合、このことは、水アトマイズ鉄基粉末については約３．７又は３．６ｇ／ｍｌを超えることを意味するが、全コア損失が増加することになる。
【００３５】
粉末粒子の形状が、例えば、抵抗率の結果に影響を及ぼすことも見出されている。不規則形状の粒子の使用は、これらの粒子がより凹凸が少なく、平滑な形状である場合よりも、低い見掛け密度及び低い抵抗率をもたらす。したがって、本発明により、粒子がノジュール状であること、すなわち、丸みを帯びた不規則形状の粒子であること、又は球状若しくはほとんど球状の粒子が好ましい。
【００３６】
高い周波数で動作する部品については、高い抵抗率がより重要となるので、より微細な粒度（１００及び２００メッシュなど）を有する粉末が好ましく使用される場合、これらの粉末については「高ＡＤ」がより重要となる。しかし、より粗い粉末（４０メッシュ）についても、抵抗率の改善が示される。通常低周波数の用途（＜１ｋＨｚ）に適するより粗い粉末が、本発明によれば、粉砕操作又は同様な操作により見掛け密度が増加することによって、著しく改善された電気抵抗率を得ることができる。したがって、磁束を帯びるためより大きな断面積を有するが、依然として低いコア損失を示す部品を、本発明により製造することができる。
【００３７】
鉄基粉末を含有する本発明による組成物は、この鉄基粉末の見掛け密度に近い見掛け密度を有することを示す。
【００３８】
第１のコーティング層（無機）
コア粒子は、第１の無機絶縁層を備えており、これはリン系であることが好ましい。この第１のコーティング層は、鉄基粉末を、水又は有機溶媒のいずれかに溶解したリン酸で処理することにより達成することができる。水性溶媒中に、防錆剤及び界面活性剤が所望により添加できる。鉄基粉末粒子の好ましいコーティング方法は、米国特許第６３４８２６５号中に記載されている。リン酸化処理は、反復することができる。鉄基コア粒子のリン系絶縁無機コーティングは、ドーパント、防錆剤又は界面活性剤などの添加を全く伴わないことが好ましい。
【００３９】
層１としてのリン酸塩の含量は、本組成物の０．０１及び０．１５重量％の間とすることができる。
【００４０】
金属−有機層（所望による第２のコーティング層）
所望により、第１のリン系層の外側に位置して、少なくとも１層の金属有機層が存在する。この金属−有機層は、一般式：
Ｒ１［（Ｒ１）ｘ（Ｒ２）ｙ（ＭＯｎ−１）］ｎＲ１
（式中、
Ｍは、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌ又はＺｒから選択される中心原子であり、
Ｏは酸素であり、
Ｒ１は、４個未満、好ましくは３個未満の炭素原子を有するアルコキシ基から選択される加水分解可能な基であり、
Ｒ２は有機部分であり、このことはＲ２基が有機部分であって、少なくとも１つのＲ２が少なくとも１つのアミノ基を含有することを意味し、
式中ｎは、反復可能単位の数であり、１と２０の間の整数であり、
式中ｘは、０と１の間の整数であり、又式中ｙは１と２の間の整数である（したがって、ｘは０又は１とすることができ、ｙは１又は２とすることができる。））を有する、金属−有機化合物の層である。
【００４１】
金属−有機化合物は、次の群：表面改質剤、カップリング剤又は架橋剤から選択できる。
【００４２】
Ｒ２は、１〜６個、好ましくは１〜３個の炭素原子を含むことができる。Ｒ２は、Ｎ、Ｏ、Ｓ及びＰからなる群から選択される１個又は複数のヘテロ原子をさらに含むことができる。Ｒ２基は、直鎖、分岐、環状又は芳香族とすることができる。
【００４３】
Ｒ２は、１個又は複数の次の官能基：アミン、ジアミン、アミド、イミド、エポキシ、ヒドロキシ、エチレンオキシド、ウレイド、ウレタン、イソシアナート、アクリレート、グリセリルアクリレート、ベンジル−アミノ、ビニル−ベンジル−アミノを含むことができる。
【００４４】
金属−有機化合物は、シラン、シロキサン及びシルセスキオキサン（この場合、中心原子はＳｉからなる）又は対応するチタン酸塩、アルミン酸塩若しくはジルコン酸塩（この場合、中心原子は、それぞれＴｉ、Ａｌ及びＺｒからなる）の誘導体、中間体若しくはオリゴマー、或いはこれらの混合物から選択できる。
【００４５】
一実施形態によれば、１層の金属−有機層における少なくとも１種の金属−有機化合物は、モノマー（ｎ＝１）である。
【００４６】
他の実施形態によれば、１層の金属−有機層における少なくとも１種の金属−有機化合物は、オリゴマー（ｎ＝２〜２０）である。
【００４７】
他の実施形態によれば、第１層の外側に位置した金属−有機層は、金属−有機化合物のモノマーの層であり、この場合最も外側の金属−有機層は、金属−有機化合物のオリゴマーの層である。モノマー及びオリゴマーの化学的官能性は必ずしも同じではない。金属−有機化合物のモノマーの層と金属−有機化合物のオリゴマーの層との重量比は、１：０と１：２の間、好ましくは２：１〜１：２の間とすることができる。
【００４８】
金属−有機化合物がモノマーである場合、それはトリアルコキシ及びジアルコキシシラン、チタン酸塩、アルミン酸塩又はジルコン酸塩の群から選択できる。したがって、金属−有機化合物のモノマーは、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−アミノプロピル−メチル−ジエトキシシラン、Ｎ−アミノエチル−３−アミノプロピル−トリメトキシシラン、Ｎ−アミノエチル−３−アミノプロピル−メチル−ジメトキシシラン、１，７−ビス（トリエトキシシリル）−４−アザヘプタン、トリアミノ−官能性プロピル−トリメトキシシラン、３−ウレイドプロピル−トリエトキシシラン、３−イソシアナトプロピル−トリエトキシシラン、トリス（３−トリメトキシシリルプロピル）−イソシアヌレート、０−（プロパルギルオキシ）−Ｎ−（トリエトキシシリルプロピル）−ウレタン、１−アミノエチル−メチル−ジメトキシシラン、又はこれらの混合物から選択できる。
【００４９】
金属−有機化合物のオリゴマーは、シラン、チタン酸塩、アルミン酸塩又はジルコン酸塩のアルコキシ末端アルキル−アルコキシ−オリゴマーから選択できる。したがって、金属−有機化合物のオリゴマーは、メトキシ、エトキシ若しくはアセトキシ末端アミノ−シルセスキオキサン、アミノ−シロキサン、オリゴマー性３−アミノプロピル−メトキシ−シラン、３−アミノプロピル／プロピル−アルコキシ−シラン、Ｎ−アミノエチル−３−アミノプロピル−アルコキシ−シラン若しくはＮ−アミノエチル−３−アミノプロピル／メチル−アルコキシ−シラン又はこれらの混合物から選択できる。
【００５０】
金属−有機化合物の合計量は、本組成物の０．０５〜０．８重量％、又は０．０５〜０．６重量％、又は０．１〜０．５重量％、又は０．２〜０．４重量％、又は０．３〜０．５重量％とすることができる。これらの種類の金属−有機化合物は、Ｅｖｏｎｉｋ Ｉｎｄ．、Ｗａｃｋｅｒ Ｃｈｅｍｉｅ ＡＧ、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ、Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ Ｉｎｔ．Ｃｏｒｐ．、Ｆａｍａｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓａｒｌなどの会社から商業的に得ることができる。
【００５１】
金属又は半金属微粒子化合物
被覆した軟磁性鉄基粉末は、使用される場合、少なくとも１種の微粒子化合物、すなわち金属又は半金属化合物をさらに含有すべきである。金属又は半金属微粒子化合物はモース硬度３．５未満を有して軟らかく、微粒子又はコロイドで構成されるべきである。化合物は、５μｍ未満、好ましくは３μｍ未満、又最も好ましくは１μｍ未満の平均粒径を有することが好ましいであろう。金属又は半金属微粒子化合物のモース硬度は、３以下、より好ましくは２．５以下であることが好ましい。ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ及びＴｉＯ２は研磨剤であり、十分３．５を超えるモース硬度を有し、本発明の範囲内ではない。研磨剤化合物は、ナノサイズ粒子としても、電気絶縁性コーティングへの不可逆性損傷の原因となり抜出し性が悪くなり、又熱処理部品の磁気的及び／又は機械的特性がより悪くなる。
【００５２】
金属又は半金属微粒子化合物は、鉛系、インジウム系、ビスマス系、セレン系、ホウ素系、モリブデン系、マンガン系、タングステン系、バナジウム系、アンチモン系、スズ系、亜鉛系、セリウム系化合物の群から選択される少なくとも１種とすることができる。
【００５３】
金属若しくは半金属微粒子化合物は、酸化物、水酸化物、水和物、炭酸塩、リン酸塩、フルオライト、硫化物、硫酸塩、亜硫酸塩、オキシ塩化物、又はこれらの混合物とすることができる。好ましい実施形態により、金属若しくは半金属微粒子化合物はビスマス、又はより好ましくは酸化ビスマス（ＩＩＩ）である。
【００５４】
金属又は半金属微粒子化合物は、アルカリ又はアルカリ土類金属から選択した第２の化合物と混合でき、この場合、この化合物は炭酸塩、好ましくはカルシウム、ストロンチウム、バリウム、リチウム、カリウム又はナトリウムの炭酸塩とすることができる。
【００５５】
金属又は半金属微粒子化合物又は化合物混合物は、本組成物の０．０５〜０．８重量％、又は０．０５〜０．６重量％、又は０．１〜０．５重量％、又は０．１５〜０．４重量％の量で存在できる。
【００５６】
金属又は半金属微粒子化合物は、少なくとも１層の金属−有機層に接着される。本発明の一実施形態において、金属又は半金属微粒子化合物は、最も外側の金属−有機層に接着される。
【００５７】
潤滑剤
本発明による粉末組成物は、所望により微粒子潤滑剤を含むことができる。微粒子潤滑剤は、重要な役割を果たし、ダイ壁の潤滑を施す必要がなく成形を可能にする。微粒子潤滑剤は、第一級及び第二級脂肪酸アミド、トランス−アミド（ビスアミド）又は脂肪酸アルコールからなる群から選択できる。微粒子潤滑剤の潤滑部分は、１２〜２２個の間の炭素原子を含有する飽和又は不飽和鎖とすることができる。微粒子潤滑剤は、ステアルアミド、エルカアミド、ステアリル−エルカアミド、エルシル−ステアルアミド、ベヘニルアルコール、エルシルアルコール、エチレン−ビスステアルミド（すなわちＥＢＳ又はアミドワックス）から選択できることが好ましい。微粒子潤滑剤は、該組成物の０．１〜０．６重量％、又は０．２〜０．４重量％、又は０．３〜０．５重量％、又は０．２〜０．６重量％の量で存在できる。
【００５８】
組成物の調製方法
本発明による強磁性粉末組成物の調製方法は：見掛け密度３．２〜３．７ｇ／ｍｌを得るように製造及び処理した軟磁性鉄基コア粒子を、リン系無機化合物で被覆して、リン系無機絶縁層を得て、コア粒子の表面が電気絶縁性になるようにするステップを含む。
【００５９】
これらのコア粒子は、ａ）上記において開示した金属−有機化合物と混合され、また、ｂ）得られた粒子は、所望により、上記において開示したさらなる金属−有機化合物と混合される。
【００６０】
又、この方法の他の所望によるステップとして、ｃ）この粉末を、３．５未満のモース硬度を有する金属又は半金属微粒子化合物と混合するステップも存在する。ステップｃは、所望により、ステップｂの後に加えて、ステップｂの前にも行うことができ、又はステップｂの後の代わりに、ステップｂの前に行うこともできる。ステップｃは、ステップａとｂの間に行うことが好ましい。
【００６１】
この方法のさらなる所望によるステップは、ｄ）この粉末を、微粒子潤滑剤と混合するステップである。
【００６２】
第１の無機絶縁層を備えたコア粒子は、それが金属−有機化合物と混合される前にアルカリ性化合物で前処理することができる。前処理は、第１の層と第２の層の間のカップリングのための前提条件を改善することができ、これにより磁性複合部品の電気抵抗率及び機械的強度の両方を向上させ得る。アルカリ性化合物は、アンモニア、ヒドロキシルアミン、水酸化テトラアルキルアンモニウム、アルキル−アミン、アルキル−アミドから選択できる。この前処理は、上掲の薬品のいずれを使用しても実施でき、これらは好ましくは適切な溶媒中に希釈され、粉末と混合され、且つ所望によって乾燥される。
【００６３】
軟磁性部品の製造方法
本発明による軟磁性複合材料の調製方法は、本発明による組成物をダイ内で、少なくとも約６００ＭＰａの成形圧で単軸成形するステップと；所望によりダイを、添加した微粒子潤滑剤の溶融温度未満の温度まで予熱するステップと；所望により、成形前に粉末を２５〜１００℃の間まで予熱するステップと；得られた未焼結成形体を抜き出すステップと；所望によりこの未焼結成形体を熱処理するステップと、を含む。
【００６４】
熱処理方法は、真空、非還元性、不活性、Ｎ２／Ｈ２又は弱酸化性、例えば酸素０．０１〜３％雰囲気中とすることができる。所望により、この熱処理は、不活性雰囲気中で行われ、その後速やかに、水蒸気などの酸化性雰囲気中に曝して、より高強度の表面外皮又は層を造る。温度は、７５０℃までとしてよい。
【００６５】
熱処理条件は、できる限り完全に潤滑剤を蒸発させるものとする。この蒸発は、通常、約１５０〜５００℃を超える、好ましくは約２５０〜５００℃を超える熱処理サイクルの最初の部分の間に得られる。より高温で、金属又は半金属微粒子化合物が金属−有機化合物と反応し、一部網目構造を形成することができる。これは、部品の機械的強度並びに電気抵抗率をさらに増加させることになる。最高温度（５５０〜７５０℃、又は６００〜７５０℃、又は６３０〜７００℃、又は６３０〜６７０℃）で、成形体は完全な応力解放を達成することができ、この点で複合材料の保磁力、したがってヒステリシス損失が最小となる。
【００６６】
本発明により調製し、成形及び熱処理した軟磁性複合材料は、部品の０．０１〜０．１５重量％の間のＰの含量、部品の０．０２〜０．１２重量％の間の、ベース粉末に添加したＳｉの含量を有することが好ましく、又、３．５未満のモース硬度を有する金属若しくは半金属微粒子化合物の形態でＢｉが添加される場合、Ｂｉの含量は、部品の０．０５〜０．３５重量％の間になる。
【実施例】
【００６７】
本発明はさらに、下記の実施例によって例示される。例１〜４は、本発明の特定の見掛け密度を有しない軟磁性粉末組成物の集合体（ｂｕｉｌｄ ｕｐ）について開示し、又下記の例５〜７について、本発明による手順を例示する。
【００６８】
（例１）
例１は、見掛け密度３．０ｇ／ｍｌを有する４０メッシュ鉄粉末から製造し、成形及び熱処理した部品の磁気的、電気的及び機械的特性に及ぼす、種々のコーティング層からの影響、並びに金属又は半金属微粒子化合物添加からの影響について例示する。
【００６９】
鉄基水アトマイズ粉末は、平均粒径約２２０μｍを有し、且つ４５μｍ未満の粒径を有する粒子が５％未満である（４０メッシュ粉末）。この粉末は、純鉄粉末であり、最初に、電気絶縁性リン系薄層が設けられた（リン含量は、被覆した粉末の重量当り約０．０４５％である）。その後、この粉末を撹拌により、０．２重量％のアミノアルキル−アルコキシシランのオリゴマー（Ｄｙｎａｓｙｌａｎ（いずれかの国における登録商標）１１４６、Ｅｖｏｎｉｋ Ｉｎｄ．）と混合した。この組成物をさらに、０．２重量％の、酸化ビスマス（ＩＩＩ）の微粉末と混合した。それぞれ、シラン及びビスマスを使用した表面改質を行わない対応する粉末を、比較用に使用した（Ａ３、Ａ４、Ａ５）。これらの粉末は、最後に、成形する前に微粒子潤滑剤ＥＢＳと混合した。使用した潤滑剤の量は、組成物の０．３重量％であった。
【００７０】
内側直径４５ｍｍ及び外側直径５５ｍｍ及び高さ５ｍｍを有する磁性トロイドを、それぞれ８００及び１１００ＭＰａの異なる成形圧で、ダイ温度６０℃で、単一ステップにおいて単軸成形した。成形後、これらの部品を、窒素中において６５０℃で３０分間熱処理した。対照材料Ａ６及びＡ８は、空気中において５３０℃で３０分間処理し、また対照材料Ａ７は、水蒸気中において５３０℃で３０分間処理した。得られた熱処理したトロイドに、１００センス（ｓｅｎｓｅ）ターン及び１００ドライブ（ｄｒｉｖｅ）ターンで巻き付けた。磁気的測定は、Ｂｒｏｃｋｈａｕｓヒステリシスグラフを使用して、１００ドライブターン及び１００センスターンを有するトロイド試料について測定した。全コア損失は、それぞれ、１テスラ、４００Ｈｚ及び１０００Ｈｚで測定した。ＩＳＯ３９９５により横破断強度（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｒｕｐｔｕｒｅ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ、ＴＲＳ）を測定した。リング試料について、４点測定法により固有電気抵抗率を測定した。
【００７１】
下記の表１は、得られた結果を示す：
【表１】
【００７２】
磁気的及び機械的特性は、１層又はそれ以上のコーティング層が除かれると悪影響を受ける。リン酸塩系層を省くと、より低い電気抵抗率、したがってより高いコア損失（渦電流損失）を生じる（Ａ３）。金属−有機化合物を省くと、より低い電気抵抗率又はより低い機械的強度のいずれかを生じる（Ａ４、Ａ５）。
【００７３】
Ｈｏｇａｎａｓ ＡＢ（スウェーデン）から得られるＳｏｍａｌｏｙ（いずれかの国における登録商標）７００又はＳｏｍａｌｏｙ（いずれかの国における登録商標）３Ｐなどの既存の商業的対照材料（Ａ６〜Ａ８）と比較すると、複合材料Ａ１及びＡ２は、より高温で熱処理することができ、それによりヒステリシス損失（ＤＣ−損失／サイクル）をかなり減少させる。
【００７４】
（例２）
例２は、見掛け密度約３．０ｇ／ｍｌを有する４０メッシュ鉄粉末から製造し、成形及び熱処理した部品の磁気的、電気的及び機械的特性に及ぼす、種々の量の二重金属−有機コーティング層からの影響、並びに種々の添加量の金属又は半金属微粒子化合物からの影響について例示する。
【００７５】
同一のリン系絶縁層を有する、例１と同一のベース粉末を使用した。この粉末を撹拌により、異なる量の、最初に塩基性アミノアルキル−アルコキシシラン（Ｄｙｎａｓｙｌａｎ（いずれかの国における登録商標）Ａｍｅｏ）と、その後アミノアルキル／アルキル−アルコキシシランのオリゴマー（Ｄｙｎａｓｙｌａｎ（いずれかの国における登録商標）１１４６）と１：１の関係を用いて混合した。両方とも、Ｅｖｏｎｉｋ Ｉｎｄ．により製造されたものである。この組成物をさらに、種々の量の、酸化ビスマス（ＩＩＩ）の微粉末（＞９９重量％；Ｄ５０〜０．３μｍ）と混合した。試料Ｃ６は、より低純度及びより大粒径のＢｉ２Ｏ３（＞９８重量％；Ｄ５０〜５μｍ）と混合している。１１００ＭＰａで成形する前に、これらの粉末を、最後に、種々の量の、アミドワックス（ＥＢＳ）と混合した。これらの粉末組成物はさらに、例１において記述したように処理した。これらの結果を、表２に掲げ、磁気的特性及び機械的強度（ＴＲＳ）への効果を示した。
【表２】
【００７６】
試料Ｃ１〜Ｃ５は、種々の量の金属−有機化合物、酸化ビスマス又は潤滑剤を使用した効果を例示している。試料Ｃ５と比較して、試料Ｃ６において電気抵抗率はより低く、しかしＴＲＳは幾分向上している。
【００７７】
（例３）
例３は、見掛け密度約３．０ｇ／ｍｌを有する４０メッシュ鉄粉末から製造し、成形及び熱処理した部品の磁気的、電気的及び機械的特性に及ぼす、種々の量及び型の二重金属−有機コーティング層からの影響、並びに種々の添加量の金属又は半金属微粒子化合物からの影響について例示する。
【００７８】
試料Ｄ１０（Ｐ０．０６重量％）及びＤ１１（Ｐ０．０１５重量％）を除いて同一のリン系絶縁層を有する、例１と同一のベース粉末を使用した。粉末試料Ｄ１〜Ｄ１１は、表３に従いさらに処理したものである。全試料は、最後にＥＢＳ０．３重量％と混合し、８００ＭＰａで成形した。その後軟磁性部品は、窒素中において６５０℃で３０分間熱処理した。
【００７９】
試料Ｄ１〜Ｄ３は、第１又は第２の金属−有機層（２：１又は２：２）のいずれかを省略できることを例示しているが、最良の結果は両層を組み合せることにより得られることになる。試料Ｄ４及びＤ５は、希釈アンモニアを使用し、続いて空気中で１２０℃、１時間乾燥した前処理粉末を例示する。この前処理粉末は、アミノ官能性オリゴマー質シランとさらに混合して、許容できる特性を示した。
【００８０】
試料Ｄ１０及びＤ１１は、層１のリン含量の効果を例示する。粒度分布及び粒子の組織形態などのベース粉末の特性に応じて、最適なリン濃度（０．０１及び０．１５重量％の間）が存在する。表３は、得られた結果を示す。
【表３】
【００８１】
（例４）
例４は、見掛け密度約３．０ｇ／ｍｌを有する４０メッシュ鉄粉末から製造し、成形及び熱処理した部品の磁気的、電気的及び機械的特性に及ぼす、種々の量及び型の、金属又は半金属微粒子化合物からの影響について例示する。
【００８２】
同一のリン系絶縁層を有する、例１と同一のベース粉末を使用した。全ての３点の試料は、金属又は半金属微粒子化合物の添加が異なっている点を除いて、試料Ｄ１と同様に処理した。試料Ｅ１は、酸化ビスマス（ＩＩＩ）に微量の炭酸カルシウムを添加すると、電気抵抗率が向上することを例証している。試料Ｅ２は、他の軟金属化合物ＭｏＳ２の効果を実証している。表４は、得られた結果を示す。
【表４】
【００８３】
モース硬度３．５未満の研磨剤及び硬質化合物の添加とは異なり、モース硬度３．５を十分に超える研磨剤及び硬質化合物例えばコランダム（Ａｌ２Ｏ３）又は石英（ＳｉＯ２）などを添加すると（Ｅ３）、ナノサイズ粒子であっても、軟磁性特性及び機械的特性が悪影響を受ける。
【００８４】
（例５）
例５は、指定の見掛け密度（ＡＤ）の範囲内及び範囲外の、種々の見掛け密度を有する４０メッシュ鉄粉末を使用して、本発明の他の特徴と組み合せた場合の、成形及び熱処理した部品の電気的及び磁気的性状への影響を示す。使用した出発粉末は、見掛け密度約３．０ｇ／ｍｌを有していた。
【００８５】
鉄基水アトマイズ粉末は、平均粒径約２２０μｍを有し、４５μｍ未満粒径を有する粒子が５％未満である（４０メッシュ粉末）。純鉄粉末であるこの粉末を粉砕した。それぞれＥ１，Ｅ２及びＥ３で示される３種の異なった見掛け密度、すなわち３．０４、３．３２及び３．５０ｇ／ｍｌが開示されている。これらの３種の試料は、さらに電気絶縁性リン系薄層を備えていた（リン含量は、被覆した粉末の重量当り約０．０４５％であった）。その後、これらの試料を撹拌により、０．３重量％の塩基性アミノアルキル−アルコキシシラン（Ｄｙｎａｓｙｌａｎ（いずれかの国における登録商標）Ａｍｅｏ）と混合し、また第２にアミノアルキル−アルコキシシランのオリゴマー（Ｄｙｎａｓｙｌａｎ（いずれかの国における登録商標）１１４６）と混合した。両者は、１：１の関係で使用され、いずれもＥｖｏｎｉｋ Ｉｎｄ．製である。これらの組成物は、さらに、０．２重量％の酸化ビスマス（ＩＩＩ）の微粉末（＞９８重量％；Ｄ５０〜５μｍ）と混合した。これらの組成物はさらに、アミドワックス（ＥＢＳ）（０．３重量％を使用）と混合し、１１００ＭＰａ、ダイ温度６０℃を使用して、例１で記述した通り加工した。熱処理は、窒素中において６５０℃で３０分間行った。例１に従い、試験を行った。表５は、得られた結果を示す。
【表５】
【００８６】
表５において観察されるように、ベース粉末のＡＤを増加させると、抵抗率及びコア損失を劇的に改善することができる。より高いＡＤについて成形部品の電気抵抗率が向上し、このことがより高い動作周波数（２ｋＨｚ）における、且つ／又はより大きい断面積の部品（２０×２０ｍｍ）について、コア損失の改善をもたらす。
【００８７】
（例６）
例６は、指定の見掛け密度の範囲内及び範囲外の、種々の見掛け密度を有する１００メッシュ鉄粉を使用して、本発明の他の特徴と組み合せた場合の、成形及び熱処理した部品の電気的及び磁気的性状への影響を示す。使用した出発粉末は、見掛け密度約３．０ｇ／ｍｌを有していた。
【００８８】
平均粒径約９５μｍを有し、４５μｍ未満１０〜３０％の鉄基水アトマイズ粉末（１００メッシュ粉末）を、機械的に粉砕した。２．９６〜３．５７ｇ／ｍｌの４種の異なった見掛け密度を提供する。これらの鉄粒子を、粉砕後、リン酸塩系電気絶縁性コーティング（被覆した粉末のリン０．０６０重量％）によって取り囲んだ。被覆された粉末は、撹拌により、０．２重量％のアミノアルキル−トリアルコキシシラン（Ｄｙｎａｓｙｌａｎ（いずれかの国における登録商標）Ａｍｅｏ）と混合し、その後０．１５重量％のアミノアルキル／アルキル−アルコキシシランのオリゴマー（Ｄｙｎａｓｙｌａｎ（いずれかの国における登録商標）１１４６）とさらに混合した。両者ともＥｖｏｎｉｋ Ｉｎｄ．製である。組成物をさらに、０．２重量％の酸化ビスマス（ＩＩＩ）の微粉末と混合した。これらの粉末は最後に、成形前に、微粒子潤滑剤ＥＢＳと混合した。使用した潤滑剤の量は、組成物の０．３重量％であった。粉末組成物はさらに、１１００ＭＰａ及びダイ温度１００℃だけを使用する点を除いて、例１で記述した通り加工した。熱処理は、窒素中において６６５℃で３５分間行った。例１に従い、試験を行った。表６は、得られた結果を示す。
【表６】
【００８９】
ベース粉末の見掛け密度を少なくとも約３．３ｇ／ｍｌを超えるまで増加させると、１００メッシュ粉末の抵抗率及びコア損失磁気特性を著しく改善することができる。より高い動作周波数（＞１ｋＨｚ）におけるコア損失は、電気抵抗率の改善のおかげで、かなり低下する。
【００９０】
（例７）
例７は、指定の見掛け密度の範囲内及び範囲外の、種々の見掛け密度を有する２００メッシュ鉄粉末を使用して、本発明の他の特徴と組み合せた場合の、成形及び熱処理した部品の電気的及び磁気的性状への影響を示す。使用した出発粉末は、見掛け密度約３．０ｇ／ｍｌを有していた。
【００９１】
平均粒径約４０μｍを有し、４５μｍ未満６０％の鉄基水アトマイズ粉末（２００メッシュ粉末）を、機械的に粉砕し、こうして２種の異なった見掛け密度を提供する。これらの鉄粒子を、その後、リン酸塩系電気絶縁性コーティング（被覆した粉末のリン０．０７５重量％）によって取り囲んだ。被覆された粉末は、撹拌により、０．２５重量％のアミノアルキル−トリアルコキシシラン（Ｄｙｎａｓｙｌａｎ（いずれかの国における登録商標）Ａｍｅｏ）と混合し、その後０．１５重量％のアミノアルキル／アルキル−アルコキシシランのオリゴマー（Ｄｙｎａｓｙｌａｎ（いずれかの国における登録商標）１１４６）とさらに混合した。両者とも、Ｅｖｏｎｉｋ Ｉｎｄ．製である。組成物をさらに、０．３重量％の、酸化ビスマス（ＩＩＩ）の微粉末と混合した。これらの粉末は最後に、成形前に、微粒子潤滑剤ＥＢＳと混合した。使用した潤滑剤の量は、組成物の０．３重量％であった。
【００９２】
粉末組成物はさらに、１１００ＭＰａ及びダイ温度１００℃だけを使用する点を除いて、例１で記述した通り加工した。熱処理は、窒素中において６６５℃で３５分間行った。例１に従い、試験を行った。表７は、得られた結果を示す。
【表７】
【００９３】
ベース粉末の見掛け密度を少なくとも約３．４ｇ／ｍｌを超えるまで増加させると、２００メッシュ粉末の抵抗率及びコア損失を著しく改善することができる。より高い動作周波数（＞１ｋＨｚ）におけるコア損失は、電気抵抗率の改善のおかげで、かなり低下する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
強磁性粉末組成物であって、見掛け密度３．２〜３．７ｇ／ｍｌを有する軟磁性鉄基コア粒子を含み、かつ、該コア粒子の表面に、リン系無機絶縁層、及び少なくとも１層の金属−有機層であって、該第１のリン系無機絶縁層の外側に位置している、下記の一般式：
Ｒ１［（Ｒ１）ｘ（Ｒ２）ｙ（ＭＯｎ−１）］ｎＲ１
（式中、Ｍは、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌ又はＺｒから選択される中心原子であり、
Ｏは酸素であり、
Ｒ１は、４個未満の炭素原子を有するアルコキシ基であり、
Ｒ２は有機部分であり、この場合少なくとも１つのＲ２が、少なくとも１つのアミノ基を含有し、
式中ｎは、反復可能単位の数であり、１と２０の間の整数であり、
式中ｘは、０と１の間の整数であり、
式中ｙは１と２の間の整数である。）を有する金属−有機化合物の金属−有機層、
を備えている上記組成物。
【請求項２】
前記コア粒子が、３．３〜３．７ｇ／ｍｌ、好ましくは３．３〜３．６ｇ／ｍｌ、好ましくは３．３５〜３．６ｇ／ｍｌ、例えば、３．４〜３．６ｇ／ｍｌ、３．３５〜３．５５ｇ／ｍｌ又は３．４〜３．５５ｇ／ｍｌの見掛け密度を有する、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
Ｒ１が、３個未満の炭素原子を有するアルコキシ基である、請求項１に記載の組成物。
【請求項４】
３．５未満のモース硬度を有する金属又は半金属微粒子化合物が、前記少なくとも１層の金属−有機層に付着している、請求項１から３までのいずれか一項に記載の組成物。
【請求項５】
前記粉末組成物が、微粒子潤滑剤をさらに含む、請求項１から４までのいずれか一項に記載の組成物。
【請求項６】
１層の金属−有機層中の前記金属−有機化合物が、モノマー（ｎ＝１）である、請求項１から３までのいずれか一項に記載の組成物。
【請求項７】
１層の金属−有機層中の前記金属−有機化合物が、オリゴマー（ｎ＝２〜２０）である、請求項１から３までのいずれか一項に記載の組成物。
【請求項８】
Ｒ２が、１〜６個の、好ましくは１〜３個の炭素原子を含む、請求項１から３及び６から７のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項９】
前記金属−有機化合物の前記Ｒ２基が、Ｎ、Ｏ、Ｓ及びＰからなる群から選択される１個又はそれ以上のヘテロ原子を含む、請求項１から３及び６から８のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１０】
Ｒ２が、１つ又はそれ以上の次の官能基：アミン、ジアミン、アミド、イミド、エポキシ、メルカプト、ジスルフィド、クロロアルキル、ヒドロキシ、エチレンオキシド、ウレイド、ウレタン、イソシアナート、アクリレート、グリセリルアクリレートを含む、請求項１から３及び６から９のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１１】
前記金属−有機化合物が、トリアルコキシ及びジアルコキシシラン、チタン酸塩、アルミン酸塩又はジルコン酸塩から選択されるモノマーである、請求項１から３及び６から１０のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１２】
前記金属−有機化合物が、シラン、チタン酸塩、アルミン酸塩又はジルコン酸塩のアルコキシ末端アルキル／アルコキシオリゴマーから選択されるオリゴマーである、請求項１から３及び６から１０のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１３】
前記金属−有機化合物のオリゴマーが、アルコキシ末端アミノ−シルセスキオキサン、アミノ−シロキサン、オリゴマー性３−アミノプロピル−アルコキシ−シラン、３−アミノプロピル／プロピル−アルコキシ−シラン、Ｎ−アミノエチル−３−アミノプロピル−アルコキシ−シラン若しくはＮ−アミノエチル−３−アミノプロピル／メチル−アルコキシ−シラン、又はこれらの混合物から選択される、請求項７に記載の組成物。
【請求項１４】
前記金属又は半金属微粒子化合物がビスマス、又は好ましくは酸化ビスマス（ＩＩＩ）である、請求項４に記載の組成物。
【請求項１５】
前記ベース粉末の見掛け密度が、不規則形状の表面を物理的に変化させる粉砕、摩砕又は他の方法によって、少なくとも７〜２５％の間で増加されている、請求項１から１４のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１６】
強磁性粉末組成物の調製方法であって、見掛け密度３．２〜３．７ｇ／ｍｌを有する軟磁性鉄基コア粒子にリン系無機絶縁層を被覆して、該コア粒子の表面が電気絶縁性となるようにするステップ；並びに
ａ）リン系無機絶縁層によって絶縁されている前記軟磁性鉄基コア粒子を、請求項１から３及び６から１０のいずれか一項に記載の金属−有機化合物と混合するステップ；
ｂ）所望により、該得られた粒子を、さらなる、請求項１から３及び６から１０のいずれか一項に記載の金属−有機化合物と混合するステップ、
を含む上記方法。
【請求項１７】
ｃ）前記粉末を、３．５未満のモース硬度を有する金属又は半金属微粒子化合物と混合するステップ
をさらに含み、
ステップｃを、所望により、ステップｂの後に加えてステップｂの前にも行うことができ、又はステップｂの後の代わりに、ステップｂの前に行うことができる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
ｄ）前記粉末を微粒子潤滑剤と混合するステップ
をさらに含む、請求項１６又は１７に記載の方法。
【請求項１９】
請求項１６から１８までにより得ることができる強磁性粉末組成物。
【請求項２０】
軟磁性複合材料の調製方法であって、
ａ）請求項１から１４までのいずれか一項に記載の組成物を、ダイ内で、少なくとも約６００ＭＰａの成形圧で単軸成形するステップ；
ｂ）所望により、該ダイを、該添加された微粒子潤滑剤の溶融温度未満の温度まで予熱するステップ；
ｃ）得られた未焼結成形体を抜き出すステップ；及び
ｄ）該未焼結成形体を、真空、非還元性、不活性、Ｎ２／Ｈ２又は弱酸化性雰囲気において５５０〜７５０℃の間の温度で熱処理するステップ、
を含む上記方法。
【請求項２１】
請求項２０により調製した、成形及び熱処理した軟磁性複合材料であって、部品の０．０１〜０．１重量％の間のＰの含量、部品の０．０２〜０．１２重量％の間の、ベース粉末への添加したＳｉの含量、及び部品の０．０５〜０．３５重量％の間のＢｉの含量を有する上記複合材料。
【請求項１】
強磁性粉末組成物であって、見掛け密度３．２〜３．７ｇ／ｍｌを有する軟磁性鉄基コア粒子を含み、かつ、該コア粒子の表面に、リン系無機絶縁層、及び少なくとも１層の金属−有機層であって、該第１のリン系無機絶縁層の外側に位置している、下記の一般式：
Ｒ１［（Ｒ１）ｘ（Ｒ２）ｙ（ＭＯｎ−１）］ｎＲ１
（式中、Ｍは、Ｓｉ、Ｔｉ、Ａｌ又はＺｒから選択される中心原子であり、
Ｏは酸素であり、
Ｒ１は、４個未満の炭素原子を有するアルコキシ基であり、
Ｒ２は有機部分であり、この場合少なくとも１つのＲ２が、少なくとも１つのアミノ基を含有し、
式中ｎは、反復可能単位の数であり、１と２０の間の整数であり、
式中ｘは、０と１の間の整数であり、
式中ｙは１と２の間の整数である。）を有する金属−有機化合物の金属−有機層、
を備えている上記組成物。
【請求項２】
前記コア粒子が、３．３〜３．７ｇ／ｍｌ、好ましくは３．３〜３．６ｇ／ｍｌ、好ましくは３．３５〜３．６ｇ／ｍｌ、例えば、３．４〜３．６ｇ／ｍｌ、３．３５〜３．５５ｇ／ｍｌ又は３．４〜３．５５ｇ／ｍｌの見掛け密度を有する、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
Ｒ１が、３個未満の炭素原子を有するアルコキシ基である、請求項１に記載の組成物。
【請求項４】
３．５未満のモース硬度を有する金属又は半金属微粒子化合物が、前記少なくとも１層の金属−有機層に付着している、請求項１から３までのいずれか一項に記載の組成物。
【請求項５】
前記粉末組成物が、微粒子潤滑剤をさらに含む、請求項１から４までのいずれか一項に記載の組成物。
【請求項６】
１層の金属−有機層中の前記金属−有機化合物が、モノマー（ｎ＝１）である、請求項１から３までのいずれか一項に記載の組成物。
【請求項７】
１層の金属−有機層中の前記金属−有機化合物が、オリゴマー（ｎ＝２〜２０）である、請求項１から３までのいずれか一項に記載の組成物。
【請求項８】
Ｒ２が、１〜６個の、好ましくは１〜３個の炭素原子を含む、請求項１から３及び６から７のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項９】
前記金属−有機化合物の前記Ｒ２基が、Ｎ、Ｏ、Ｓ及びＰからなる群から選択される１個又はそれ以上のヘテロ原子を含む、請求項１から３及び６から８のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１０】
Ｒ２が、１つ又はそれ以上の次の官能基：アミン、ジアミン、アミド、イミド、エポキシ、メルカプト、ジスルフィド、クロロアルキル、ヒドロキシ、エチレンオキシド、ウレイド、ウレタン、イソシアナート、アクリレート、グリセリルアクリレートを含む、請求項１から３及び６から９のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１１】
前記金属−有機化合物が、トリアルコキシ及びジアルコキシシラン、チタン酸塩、アルミン酸塩又はジルコン酸塩から選択されるモノマーである、請求項１から３及び６から１０のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１２】
前記金属−有機化合物が、シラン、チタン酸塩、アルミン酸塩又はジルコン酸塩のアルコキシ末端アルキル／アルコキシオリゴマーから選択されるオリゴマーである、請求項１から３及び６から１０のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１３】
前記金属−有機化合物のオリゴマーが、アルコキシ末端アミノ−シルセスキオキサン、アミノ−シロキサン、オリゴマー性３−アミノプロピル−アルコキシ−シラン、３−アミノプロピル／プロピル−アルコキシ−シラン、Ｎ−アミノエチル−３−アミノプロピル−アルコキシ−シラン若しくはＮ−アミノエチル−３−アミノプロピル／メチル−アルコキシ−シラン、又はこれらの混合物から選択される、請求項７に記載の組成物。
【請求項１４】
前記金属又は半金属微粒子化合物がビスマス、又は好ましくは酸化ビスマス（ＩＩＩ）である、請求項４に記載の組成物。
【請求項１５】
前記ベース粉末の見掛け密度が、不規則形状の表面を物理的に変化させる粉砕、摩砕又は他の方法によって、少なくとも７〜２５％の間で増加されている、請求項１から１４のいずれか一項に記載の組成物。
【請求項１６】
強磁性粉末組成物の調製方法であって、見掛け密度３．２〜３．７ｇ／ｍｌを有する軟磁性鉄基コア粒子にリン系無機絶縁層を被覆して、該コア粒子の表面が電気絶縁性となるようにするステップ；並びに
ａ）リン系無機絶縁層によって絶縁されている前記軟磁性鉄基コア粒子を、請求項１から３及び６から１０のいずれか一項に記載の金属−有機化合物と混合するステップ；
ｂ）所望により、該得られた粒子を、さらなる、請求項１から３及び６から１０のいずれか一項に記載の金属−有機化合物と混合するステップ、
を含む上記方法。
【請求項１７】
ｃ）前記粉末を、３．５未満のモース硬度を有する金属又は半金属微粒子化合物と混合するステップ
をさらに含み、
ステップｃを、所望により、ステップｂの後に加えてステップｂの前にも行うことができ、又はステップｂの後の代わりに、ステップｂの前に行うことができる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
ｄ）前記粉末を微粒子潤滑剤と混合するステップ
をさらに含む、請求項１６又は１７に記載の方法。
【請求項１９】
請求項１６から１８までにより得ることができる強磁性粉末組成物。
【請求項２０】
軟磁性複合材料の調製方法であって、
ａ）請求項１から１４までのいずれか一項に記載の組成物を、ダイ内で、少なくとも約６００ＭＰａの成形圧で単軸成形するステップ；
ｂ）所望により、該ダイを、該添加された微粒子潤滑剤の溶融温度未満の温度まで予熱するステップ；
ｃ）得られた未焼結成形体を抜き出すステップ；及び
ｄ）該未焼結成形体を、真空、非還元性、不活性、Ｎ２／Ｈ２又は弱酸化性雰囲気において５５０〜７５０℃の間の温度で熱処理するステップ、
を含む上記方法。
【請求項２１】
請求項２０により調製した、成形及び熱処理した軟磁性複合材料であって、部品の０．０１〜０．１重量％の間のＰの含量、部品の０．０２〜０．１２重量％の間の、ベース粉末への添加したＳｉの含量、及び部品の０．０５〜０．３５重量％の間のＢｉの含量を有する上記複合材料。
【公表番号】特表２０１３−５０５５６３（Ｐ２０１３−５０５５６３Ａ）
【公表日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５２９２３５（Ｐ２０１２−５２９２３５）
【出願日】平成２２年９月１４日（２０１０．９．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０６３４４８
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０３２９３１
【国際公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（５９５０５４４８６）ホガナス アクチボラゲット (66)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年２月１４日（２０１３．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１４日（２０１０．９．１４）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０６３４４８
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０３２９３１
【国際公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（５９５０５４４８６）ホガナス アクチボラゲット (66)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]