軟磁性材料、圧粉磁心、トランスコア、モータコアおよび圧粉磁心の製造方法
軟磁性材料は、金属磁性粒子（１０）と、金属磁性粒子（１０）の表面を取り囲む絶縁被膜（２０）とを含む複数の複合磁性粒子（３０）と、複数の複合磁性粒子（３０）を互いに接合する有機物（４０）とを備える。有機物（４０）の荷重たわみ温度は、１００℃以下である。このような構成により、所望の磁気的特性を得ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的には、軟磁性材料、圧粉磁心、トランスコア、モータコアおよび圧粉磁心の製造方法に関し、より特定的には、金属磁性粒子と、その金属磁性粒子を覆う絶縁被膜とによって構成された複合磁性粒子を備える軟磁性材料、圧粉磁心、トランスコア、モータコアおよび圧粉磁心の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、モータコアやトランスコアなどの電気電子部品において高密度化および小型化が図られており、より精密な制御を小電力で行なえることが求められている。このため、これらの電気電子部品の作製に使用される軟磁性材料であって、特に中高周波領域において優れた磁気的特性を有する軟磁性材料の開発が進められている。
【０００３】
このような軟磁性材料に関して、たとえば、特開２００２−２４６２１９号公報には、高い温度環境下の使用に際しても磁気特性が維持できることを目的とした圧粉磁心およびその製造方法が開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された圧粉磁心の製造方法によれば、まず、リン酸被膜処理アトマイズ鉄粉に所定量のポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ樹脂）を混合し、これを圧縮成形する。さらに、得られた成形体を所定の温度で加熱し、冷却することによって圧粉磁心を作製する。
【特許文献１】特開２００２−２４６２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の製造方法によって作製された圧粉磁心の実効透磁率は、５０Ｈｚの周波数において、ＰＰＳ樹脂の含有量の増加に対してほぼ直線的に低下する。また、５０００Ｈｚの周波数において圧粉磁心の実効透磁率は、ＰＰＳ樹脂を含まないものは低く、ＰＰＳ樹脂の含有量が０．３質量％近傍で最大となり、それ以上のＰＰＳ樹脂を含むと、５０Ｈｚの周波数の場合と同様に低下する。
【０００５】
このようにＰＰＳ樹脂の含有量を増加させると、全体に占める鉄基の割合が減少するため、圧粉磁心の実効透磁率が低下するという問題が生じる。また、ＰＰＳ樹脂の含有量が少なすぎると、高周波を印加した場合に、リン酸被膜処理アトマイズ鉄粉の粒子間渦電流損が増大し、圧粉磁心の実効透磁率が低下するという問題が生じる。このような問題を解決するためには、アトマイズ鉄粉を覆うリン酸被膜を絶縁層として十分に機能させ、ＰＰＳ樹脂の含有量にかかわらず粒子間渦電流の発生を確実に抑制することが必要である。
【０００６】
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、所望の磁気的特性を有する軟磁性材料、圧粉磁心、トランスコア、モータコアおよび圧粉磁心の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に従った軟磁性材料は、金属磁性粒子と、金属磁性粒子の表面を取り囲む絶縁被膜とを含む複数の複合磁性粒子と、複数の複合磁性粒子を互いに接合する有機物とを備える。有機物の荷重たわみ温度（１．８２ＭＰａ負荷時）は、１００℃以下である。
【０００８】
荷重たわみ温度（熱変形温度）とは、ＪＩＳ Ｋ ７２０７−１９８３に規定されている荷重たわみ温度試験方法によって測定される温度をいう。この試験方法では、試験片の両端を加熱浴槽中で支え、中央の荷重棒によって試験片に所定の曲げ応力を加えつつ、伝達媒体の温度を２℃／分の速度で上昇させる。そして、試験片のたわみが所定の値に達したときの伝達媒体の温度をもって、その試験片を構成する材料の荷重たわみ温度とする。
【０００９】
このように構成された軟磁性材料によれば、複数の複合磁性粒子と有機物との混合体を加圧成形する際、加圧により発生する熱によって、混合体の温度は、１００℃に近い温度にまで上昇する。このとき、有機物の荷重たわみ温度（１．８２ＭＰａ負荷時）が１００℃以下であるため、複数の複合磁性粒子間で有機物が緩衝材としての役割を果たす。この有機物の働きにより、加圧成形時、複合磁性粒子同士が擦れあって、金属磁性粒子の表面を取り囲む絶縁被膜に局所的な力が加わることを防止できる。これにより、加圧成形後も絶縁被膜による金属磁性粒子間の絶縁性が維持され、粒子間渦電流の発生が抑制される。したがって、本発明によれば、高周波数の交流磁場を印加した場合にも透磁率の低下が抑制される軟磁性材料を実現することができる。
【００１０】
また好ましくは、軟磁性材料に対する有機物の割合は、０を超え１．０質量％以下である。このように構成された軟磁性材料によれば、有機物が緩衝材としての役割を果たす一方、軟磁性材料に占める金属磁性粒子の割合が小さくなりすぎることがない。このため、粒子間渦電流の発生を抑制しつつ、所定値以上の磁束密度を得ることができる。
【００１１】
さらに好ましくは、軟磁性材料に対する有機物の割合は、０を超え０．５質量％以下である。また、さらに好ましくは、軟磁性材料に対する有機物の割合は、０を超え０．３質量％以下である。このように構成された軟磁性材料によれば、軟磁性材料に占める金属磁性粒子の割合を大きくすることによって、より高い値の磁束密度を得ることができる。
【００１２】
この発明に従った圧粉磁心は、上述に記載の軟磁性材料が用いられた圧粉磁心である。好ましくは、有機物の割合が、０を超え１．０質量％以下である軟磁性材料が用いられた圧粉磁心では、１００（エルステッド）の磁場を印加した場合の磁束密度が１．３（Ｔ：テスラ）以上である。また好ましくは、有機物の割合が、０を超え０．５質量％以下である軟磁性材料が用いられた圧粉磁心では、１００（エルステッド）の磁場を印加した場合の磁束密度が１．４（Ｔ：テスラ）以上である。
【００１３】
この発明に従ったトランスコアは、１００（エルステッド）の磁場を印加した場合の磁束密度が１．４（Ｔ：テスラ）以上である圧粉磁心が用いられている。軟磁性材料に対する有機物の割合は、０．３質量％以上０．５質量％以下である。
【００１４】
この発明に従った圧粉磁心では、好ましくは、有機物の割合が、０．３質量％以上０．５質量％以下である軟磁性材料が用いられている。圧粉磁心は、高さＨと肉厚Ｔとを有する中空円筒形状に形成されている。高さＨは、２５ｍｍ以上であり、肉厚Ｔに対する高さＨの比Ｈ／Ｔは、３以上である。
【００１５】
このように構成された圧粉磁心によれば、有機物の割合を、０．３質量％以上０．５質量％以下にすることで、粒子間渦電流の発生をさらに抑制し、磁束密度をさらに向上させることができる。また同時に、有機物の割合を０．３質量％以上にすることで、軟磁性材料の加圧成形時、有機物が潤滑剤として十分に機能する。このため、高さが大きく、肉厚が小さい中空円筒形状、つまり、加圧成形時に焼き付きやむしれが発生しやすい形状を有する場合であっても、金型に潤滑剤を塗布することなく、良好な状態の圧粉磁心を得ることができる。
【００１６】
また、中空円筒形状の外径Ｄは、３０ｍｍ以上である。このように構成された圧粉磁心によれば、加圧成形時、外径が大きいために、潤滑剤を金型の内壁の広い範囲に均一に付着させることが困難である。しかしながら、所定の割合で軟磁性材料に添加された有機物の働きにより、外径が３０ｍｍ以上の場合には金型に潤滑剤を塗布することなく、むしれや焼き付きの発生していない良好な状態の圧粉磁心を得ることができる。
【００１７】
この発明の１つの局面に従ったモータコアは、上述に記載の圧粉磁心が用いられている。このように構成されたモータコアによれば、所望の磁気的特性を実現するとともに、良好な外観形状を得ることができる。
【００１８】
この発明の１つの局面に従った圧粉磁心の製造方法は、上述に記載の圧粉磁心の製造方法である。圧粉磁心の製造方法は、内壁を有し、その内壁に囲まれた位置に加圧空間を規定する金型を準備する工程と、内壁に潤滑剤が塗布されていない状態で、加圧空間に軟磁性材料を投入し、その軟磁性材料を加圧成形する工程とを備える。このように構成された圧粉磁心の製造方法によれば、加圧成形時、所定の割合で軟磁性材料に添加された有機物が、潤滑剤として機能する。このため、金型の内壁に潤滑剤を塗布しなくても、むしれや焼き付きを発生させることなく加圧成形を行なうことができる。
【００１９】
また好ましくは、圧粉磁心の製造方法は、加圧成形する工程の後、有機物のガラス転移温度を超え、有機物の熱分解温度以下の温度で、熱処理する工程をさらに備える。ガラス転移温度とは、無定形高分子物質が温度の上昇によってガラス状の固体からゴム状の状態に移る温度をいう。なお、有機物の種類によっては、ガラス転移温度が明確に特定されない場合があるが、この場合、ガラス転移温度にかえて有機物の融点によって熱処理温度を設定すれば良い。このように構成された圧粉磁心の製造方法によれば、有機物による複合磁性粒子間の接合を確実にし、成形体の強度を向上させることができる。
【００２０】
この発明の別の局面に従った圧粉磁心の製造方法は、金属磁性粒子および金属磁性粒子の表面を取り囲む絶縁被膜を含む複数の複合磁性粒子と、荷重たわみ温度（１．８２ＭＰａ負荷時）が１００℃以下である有機物とを混合することによって混合体を形成する工程と、混合体を加圧成形することによって成形体を形成する工程とを備える。
【００２１】
このように構成された圧粉磁心の製造方法によれば、成形体を形成する工程時、加圧により発生する熱によって、混合体の温度は、１００℃に近い温度にまで上昇する。このとき、有機物の荷重たわみ温度（１．８２ＭＰａ負荷時）が１００℃以下であるため、複数の複合磁性粒子間で有機物が緩衝材としての役割を果たす。この有機物の働きにより、複合磁性粒子同士が擦れあって、金属磁性粒子の表面を取り囲む絶縁被膜に局所的な力が加わることを防止できる。これにより、加圧成形後も、絶縁被膜による金属磁性粒子間の絶縁性が維持され、粒子間渦電流の発生が抑制される。したがって、本発明によれば、高周波数の交流磁場を印加した場合にも透磁率の低下が抑制される圧粉磁心を実現することができる。
【００２２】
また、成形体の加圧成形工程において、公知技術である温間金型成形法を用いることにより、予め粉末または金型、あるいはこれらの両方を加熱することによって、良好な圧粉磁心を得ることができる。
【００２３】
また好ましくは、圧粉磁心の製造方法は、有機物のガラス転移温度を超え、有機物の熱分解温度以下の温度で、成形体を熱処理する工程をさらに備える。このように構成された圧粉磁心の製造方法によれば、有機物の熱分解を抑制するとともに、有機物を複数の複合磁性粒子間の空間に適合する形状に変形し、その空間に浸入させることができる。これにより、有機物による複合磁性粒子間の接合をより確実にし、成形体の強度を向上させることができる。
【００２４】
この発明の別の局面に従ったモータコアは、上述に記載の圧粉磁心の製造方法を用いて作製されている。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように、この発明に従えば、所望の磁気的特性を有する軟磁性材料、圧粉磁心、トランスコア、モータコアおよび圧粉磁心の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の実施の形態１における軟磁性材料が用いられた圧粉磁心を拡大して示す模式図である。
【図２】この発明の実施の形態２におけるリニアモータを示す断面図である。
【図３】実施例１において、透磁率の減少率μＡ／μＢと各周波数との関係を示すグラフである。
【図４】実施例１において、透磁率μＡの５％減周波数と有機物の荷重たわみ温度との関係を示すグラフである。
【図５】実施例２において作製した圧粉磁心を示す斜視図である。
【図６】図５中の圧粉磁心の作製に用いた金型を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１ インナーコア、２ アウターコア、１０ 金属磁性粒子、２０ 絶縁被膜、３０ 複合磁性粒子、４０ 有機物、６０ 圧粉磁心、７０ 金型、７１ 内壁、７２ 加圧空間、７４ 芯棒、７５ 下パンチ、７６ 上パンチ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２９】
（実施の形態１）
図１を参照して、軟磁性材料は、金属磁性粒子１０と、金属磁性粒子１０の表面を取り囲む絶縁被膜２０とから構成された複数の複合磁性粒子３０を備える。
【００３０】
複数の複合磁性粒子３０の間には、荷重たわみ温度（１．８２ＭＰａ負荷時）が１００℃以下である有機物４０が介在している。一般的に、荷重たわみ温度は、ガラス転移温度より高い値を示す。複数の複合磁性粒子３０の各々は、有機物４０によって接合されていたり、複合磁性粒子３０が有する凹凸の噛み合わせによって接合されている。
【００３１】
金属磁性粒子１０は、たとえば、鉄（Ｆｅ）、鉄（Ｆｅ）−シリコン（Ｓｉ）系合金、鉄（Ｆｅ）−窒素（Ｎ）系合金、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）系合金、鉄（Ｆｅ）−炭素（Ｃ）系合金、鉄（Ｆｅ）−ホウ素（Ｂ）系合金、鉄（Ｆｅ）−コバルト（Ｃｏ）系合金、鉄（Ｆｅ）−リン（Ｐ）系合金、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）系合金および鉄（Ｆｅ）−アルミニウム（Ａｌ）−シリコン（Ｓｉ）系合金などから形成することができる。金属磁性粒子１０は、金属単体でも合金でもよい。
【００３２】
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の平均粒径を５μｍ以上にした場合、金属が酸化されにくいため、軟磁性材料の磁気的特性を向上させることができる。また、金属磁性粒子１０の平均粒径を３００μｍ以下にした場合、後に説明する成形工程時において混合粉末の圧縮性が低下するということがない。これにより、成形工程によって得られた成形体の密度を大きくすることができる。
【００３３】
なお、ここで言う平均粒径とは、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。
【００３４】
絶縁被膜２０は、金属磁性粒子１０をリン酸処理することによって形成することができる。また好ましくは、絶縁被膜２０は、酸化物を含有する。この酸化物を含有する絶縁被膜２０としては、リンと鉄とを含むリン酸鉄の他、リン酸マンガン、リン酸亜鉛、リン酸カルシウム、酸化シリコン、酸化チタン、酸化アルミニウムまたは酸化ジルコニアなどの酸化物絶縁体を使用することができる。
【００３５】
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、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、渦電流に起因する圧粉磁心の鉄損を低減させることができる。
【００３６】
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ることがない。このため、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。
【００３７】
有機物４０は、たとえば、荷重たわみ温度が５０℃であるポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））、荷重たわみ温度が６０℃である６−１２ナイロン、荷重たわみ温度が６５℃である６ナイロン、荷重たわみ温度が７０℃である６−６ナイロン、荷重たわみ温度が７８℃であるポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）および荷重たわみ温度が８５℃であるポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）などから形成することができる。なお、ここに挙げた荷重たわみ温度は、１．８２ＭＰａ負荷時の代表値であり、測定時の誤差によって多少の違いが生じるものと考えられる。
【００３８】
軟磁性材料に対する有機物４０の割合は、０を超え１．０質量％以下であることが好ましい。このとき、１００（エルステッド）の磁場を印加した場合の磁束密度Ｂ１００が、１．３（テスラ）以上となる。有機物４０の割合を１．０質量％以下とすることによって、軟磁性材料に占める金属磁性粒子１０の割合を一定以上に確保することができる。これにより、より高い磁束密度の圧粉磁心を得ることができる。
【００３９】
また、軟磁性材料に対する有機物４０の割合は、０を超え０．５質量％以下であることがさらに好ましい。このとき、１００（エルステッド）の磁場を印加した場合の圧粉磁心の磁束密度Ｂ１００が、１．４（テスラ）以上となる。
【００４０】
また、軟磁性材料に対する有機物４０の割合は、０．３質量％以上０．５質量％以下であることがさらに好ましい。この場合、上述の効果に加えて、後に説明する加圧成形時に、有機物４０を潤滑剤として十分に機能させることができる。
【００４１】
続いて、図１中の圧粉磁心の製造方法について説明を行なう。まず、金属磁性粒子１０の表面に絶縁被膜２０を形成することによって、複合磁性粒子３０を作製する。
【００４２】
次に、複合磁性粒子３０と有機物４０とを混合することによって混合粉末を得る。なお、混合方法に特に制限はなく、たとえばメカニカルアロイング法、振動ボールミル、遊星ボールミル、メカノフュージョン、共沈法、化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）、物理気相蒸着法（ＰＶＤ法）、めっき法、スパッタリング法、蒸着法またはゾル−ゲル法などのいずれを使用することも可能である。
【００４３】
次に、得られた混合粉末を金型に入れ、たとえば、７００ＭＰａから１５００ＭＰａまでの圧力で加圧成形する。これにより、混合粉末が圧縮されて成形体が得られる。
【００４４】
加圧成形の際、混合粉末の温度は１００℃程度まで上昇する。一方、この温度条件下で、荷重たわみ温度（１．８２ＭＰａ負荷時）が１００℃以下である有機物４０は、応力を受ければある程度たわむ状態となっている。このため、有機物４０は、複合磁性粒子３０の間で緩衝材として機能し、複合磁性粒子３０同士の接触によって絶縁被膜２０が破壊されることを防ぐ。
【００４５】
また、軟磁性材料に対する有機物４０の割合を０．３質量％以上とした場合、金型潤滑剤を用いることなく、成形品むしれや金型焼き付きのない成形体の作製が可能である。好ましくは、軟磁性材料に対する有機物４０の割合を０．３質量％以上０．５質量％以下とすることにより、金型潤滑剤を用いることなく、１００（エルステッド）の磁場を印加した場合の磁束密度Ｂ１００が１．４（テスラ）以上の磁気的特性を有する圧粉磁心を得ることができる。
【００４６】
次に、加圧成形によって得られた成形体を、有機物４０のガラス転移温度を超え、有機物４０の熱分解温度以下の温度で熱処理する。これにより、有機物４０が熱分解されるのを抑制しつつ、有機物４０を複合磁性粒子３０間に入り込ませることができる。また別に、加圧成形時に成形体の内部に発生した歪および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中の圧粉磁心が完成する。
【００４７】
このように構成された軟磁性材料、圧粉磁心および圧粉磁心の製造方法によれば、所定の荷重たわみ温度を有する有機物４０の働きによって絶縁被膜２０を傷付けず加圧成形を行なうことができるため、絶縁被膜２０を金属磁性粒子１０間の絶縁層として十分に機能させることができる。これにより、粒子間渦電流損の発生を確実に抑制し、圧粉磁心に高周波数の交流磁場を印加した場合にも、透磁率の低下を抑えることができる。なお、このような性質を備える軟磁性材料を、たとえば、圧粉磁心、チョークコイル、スイッチング電源素子、磁気ヘッド、各種モータ部品、自動車用ソレノイド、各種磁気センサおよび各種電磁弁などに使用することができる。
【００４８】
（実施の形態２）
図２を参照して、リニアモータ７では、実施の形態１に説明した軟磁性材料から、モータ用の鉄芯が作製されている。
【００４９】
リニアモータ７は、インナーコア１と、インナーコア１との間に軸線方向（矢印９に示す方向）に直交する間隙６が形成されたアウターコア２と、アウターコア２に対して内装されたコイル３と、間隙６に位置決めされたマグネット４とを備え、マグネット４と一体化し、軸線方向に移動可能な可動体５を有する。可動体５は、ベアリング８によって支持されている。
【００５０】
従来、薄鉄鋼板の積層体で形成していたインナーコア１およびアウターコア２のいずれかあるいは両方を、実施の形態１に記載の軟磁性材料により代替している。これにより、リニアモータ７の組み立て工程の大幅な簡素化を図ることができる。
【００５１】
この構成において、リニアモータ７の動作中、インナーコア１およびアウターコア２の内部には、磁束が通過し、この際、磁力線の周囲には渦電流が発生する。磁力線の通過方向におけるコアの電気抵抗が低い場合、この渦電流が大きくなり、その分がモータ入力における無効エネルギーとして消費される。これにより、モータ効率の低下を招くこととなる。したがって、インナーコア１およびアウターコア２の望ましい特性は、磁束を通過させやすく、かつ、電気抵抗が大きいことである。本発明による軟磁性材料によって形成されたインナーコア１およびアウターコア２によれば、これらの望ましい特性を満足することができ、高効率で、かつ組み立て容易なリニアモータ７を実現することができる。
【００５２】
なお、ここではリニアモータについて説明したが、一般の回転モータ用の鉄芯コアにも本発明による軟磁性材料を適用することが可能であり、この場合にも、渦電流によるエネルギーロスが小さく、かつ、製作が容易なコアを実現することができる。
【実施例】
【００５３】
以下に説明する実施例によって、本発明による軟磁性材料の評価を行なった。
【００５４】
（実施例１）
実施の形態１に記載の製造方法に従って、図１中の圧粉磁心を作製した。この際、複合磁性粒子３０として、ヘガネス社製の商品名「ソマロイ５００」を用いた。この粉末では、金属磁性粒子としての鉄粉の表面に、絶縁被膜としてのリン酸化合物被膜が形成されている。鉄粉の平均粒径は１５０μｍ以下であり、リン酸化合物被膜の平均厚みは２０ｎｍである。
【００５５】
また、有機物４０には、テフロン（登録商標）としてダイキン社製の商品名「ルブロンＬ５」、６−１２ナイロンとしてデュポン社製の商品名「ザイテル１５１Ｌ」、６ナイロンとしてユニチカ社製の商品名「Ａ１０３０ＢＲＬ」、６−６ナイロンとして旭化成社製の商品名「１３００Ｓ」、ＰＢＴとしてポリプラスチックス社製の商品名「ジュラネックス２００２」、およびＰＰＥとして旭化成社製の「ザイロン１００Ｖ」を用いた。
【００５６】
さらに、本発明の効果を確認するため、荷重たわみ温度（１．８２ＭＰａ負荷時）が１００℃を超える有機物４０を用いて圧粉磁心を作製した。この場合、有機物４０には、ＰＯＭ：ポリアセタール樹脂としてポリプラスチックス社製の商品名「ジュラコンＭ９０Ｓ」、ＰＰＳ：ポリフェニレンサルファイドとして日本ポリペンコ社製の商品名「テクトロンＰＰＳ」、ＧＥ社製の商品名「ウルテム」、および宇部興産社製の商品名「ＵＩＰ−Ｒ」を使用した。「ＵＩＰ−Ｒ」は、化学的にはビフェニルテトラカルボン酸二無水物を用いた全芳香族ポリイミドである。
【００５７】
有機物４０の割合は、０．０１質量％から１質量％まで変化させた。また、加圧成形時の圧力を９００ＭＰａとし、熱処理時の条件を、２５０℃から３００℃の温度で１時間とした。
【００５８】
続いて、得られた成形体の圧粉磁心に対して、５０Ｈｚから１０００００Ｈｚの範囲で周波数を変えて交流磁場を常温で印加し、各周波数における透磁率μＡを測定した。そして、５０Ｈｚの交流磁場を印加した場合の透磁率をμＢとしてμＡ／μＢを求め、周波数を上げることによってどの程度透磁率が減少するかを調べた。図３は、実施例１において、透磁率の減少率μＡ／μＢと各周波数との関係を示すグラフである。図３では、有機物４０の割合が０．１質量％の場合のものを示した。
【００５９】
また、測定によって得られた透磁率μＡが、５０Ｈｚの交流磁場を印加した場合の透磁率μＢの５％減となる周波数を求め、有機物４０の種類および割合ごとに表１および図４に示した。図４では、表１に示す結果のうち、特に有機物４０の割合が０．１質量％の場合のものを示した。
【００６０】
【表１】
【００６１】
図３を参照して、本発明の実施品では、周波数が１００００Ｈｚを超える程度まで、透磁率μＡがほとんど減少しないことが分かった。表１および図４を参照して、荷重たわみ温度が低いほど透磁率μＡの５％減周波数は大きくなり、特に、６−１２ナイロンを有機物４０に用いた実施品では、１００００Ｈｚを超える周波数、テフロン（登録商標）を有機物４０に用いた実施品では、１５０００Ｈｚ程度の周波数でも実質的に問題ないことが分かった。
【００６２】
続いて、成形体の圧粉磁心に１００（エルステッド）の磁場を印加して、その時の磁束密度Ｂ１００を測定した。測定した結果を、有機物４０の種類および割合ごとに表２に示した。
【００６３】
【表２】
【００６４】
表２を参照して、本発明の実施品では、有機物４０の割合が１質量％以下である場合、１．３（テスラ）以上の磁束密度を得ることができ、さらに、有機物４０の割合が０．５質量％以下である場合、１．４（テスラ）以上の磁束密度を得ることができることを確認できた。
【００６５】
以上の結果から、本発明に従えば、有機物４０の割合をできるだけ小さくして高い磁束密度を得る一方で、有機物４０の割合が小さくても、より高い透磁率を高周波側まで維持できる圧粉磁心を作製できることを確認できた。
【００６６】
（実施例２）
図５および図６を参照して、本実施例では、実施例１で使用した「ソマロイ５００」と各種の有機物４０との混合体を、金型７０を用いて圧力９８０ＭＰａで加圧成形した。金型７０は、内壁７１を有し、内壁７１に囲まれた位置に加圧空間７２を規定するダイ７３と、加圧空間７２内に配置された芯棒７４と、加圧空間７２の上下に配置された上パンチ７６および下パンチ７５とを備える。加圧成形時、金型７０の内壁７１には、潤滑剤を付着させなかった。
【００６７】
この加圧成形によって、図５に示すように単純中空円筒形状であって、内径ｄ＝５０ｍｍ、外径Ｄ＝６０ｍｍ、肉厚Ｔ＝５ｍｍ、高さＨ＝３０ｍｍの大きさを有する圧粉磁心６０を作製した。有機物４０の添加量を変化させ、それぞれで得られる圧粉磁心６０の表面を観察した。表面にむしれや金型との焼き付き跡が観察されたものは、「×」とし、観察されなかったものは、「○」として、結果を有機物４０の種類および割合ごとに表３に示した。
【００６８】
【表３】
【００６９】
表３を参照して分かるように、有機物の割合を０．３質量％以上とすることにより、表面にむしれや焼き付き跡のない圧粉磁心６０を作製することができた。
【００７０】
金型潤滑法を手塗りで実施するには、生産性の問題があり、スプレー等の機械的な手段により金型の内壁に潤滑剤を塗布するのが、一般的である。金型潤滑を効果的に実施するためには、一回の潤滑剤噴射により、金型の内壁の全面に均一に潤滑剤を塗布する必要がある。しかし、成形体の形状によっては、金型の内部に芯棒（コア）が設けられている。このため、潤滑剤の噴射時に陰になる部分が存在して、その部分に潤滑剤が塗布できなかったりする。また、成形体が肉薄の長尺物である場合、潤滑剤が狭い空間の奥まで入りづらく、内壁の全面に潤滑剤を均一に塗布することが困難となる。さらに、成形体が円筒形状であるために、潤滑剤を均一に塗布できなかったり、外径が大きいものであると、噴射ノズルから金型の内壁までの距離が離れてしまい、潤滑剤を金型の内壁に塗布できなかったりする問題も生じる。
【００７１】
そこで、軟磁性材料に対する有機物の割合を０．３質量％以上とすることによって、金型潤滑剤を用いることなく、複雑構造の成形体の作製が可能となる。好ましくは、軟磁性材料に対する有機物の割合を、０．３質量％以上０．５質量％以下とすることにより、金型潤滑剤を用いることなく、１００（エルステッド）の磁場を印加した場合の磁束密度Ｂ１００が１．４（テスラ）以上の磁気的特性を有する圧粉磁心を得ることができる。
【００７２】
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。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
この発明は、主に、軟磁性材料の圧粉成形体から形成されるモータコアやトランスコアなどの電気電子部品に利用される。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的には、軟磁性材料、圧粉磁心、トランスコア、モータコアおよび圧粉磁心の製造方法に関し、より特定的には、金属磁性粒子と、その金属磁性粒子を覆う絶縁被膜とによって構成された複合磁性粒子を備える軟磁性材料、圧粉磁心、トランスコア、モータコアおよび圧粉磁心の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、モータコアやトランスコアなどの電気電子部品において高密度化および小型化が図られており、より精密な制御を小電力で行なえることが求められている。このため、これらの電気電子部品の作製に使用される軟磁性材料であって、特に中高周波領域において優れた磁気的特性を有する軟磁性材料の開発が進められている。
【０００３】
このような軟磁性材料に関して、たとえば、特開２００２−２４６２１９号公報には、高い温度環境下の使用に際しても磁気特性が維持できることを目的とした圧粉磁心およびその製造方法が開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された圧粉磁心の製造方法によれば、まず、リン酸被膜処理アトマイズ鉄粉に所定量のポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ樹脂）を混合し、これを圧縮成形する。さらに、得られた成形体を所定の温度で加熱し、冷却することによって圧粉磁心を作製する。
【特許文献１】特開２００２−２４６２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の製造方法によって作製された圧粉磁心の実効透磁率は、５０Ｈｚの周波数において、ＰＰＳ樹脂の含有量の増加に対してほぼ直線的に低下する。また、５０００Ｈｚの周波数において圧粉磁心の実効透磁率は、ＰＰＳ樹脂を含まないものは低く、ＰＰＳ樹脂の含有量が０．３質量％近傍で最大となり、それ以上のＰＰＳ樹脂を含むと、５０Ｈｚの周波数の場合と同様に低下する。
【０００５】
このようにＰＰＳ樹脂の含有量を増加させると、全体に占める鉄基の割合が減少するため、圧粉磁心の実効透磁率が低下するという問題が生じる。また、ＰＰＳ樹脂の含有量が少なすぎると、高周波を印加した場合に、リン酸被膜処理アトマイズ鉄粉の粒子間渦電流損が増大し、圧粉磁心の実効透磁率が低下するという問題が生じる。このような問題を解決するためには、アトマイズ鉄粉を覆うリン酸被膜を絶縁層として十分に機能させ、ＰＰＳ樹脂の含有量にかかわらず粒子間渦電流の発生を確実に抑制することが必要である。
【０００６】
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、所望の磁気的特性を有する軟磁性材料、圧粉磁心、トランスコア、モータコアおよび圧粉磁心の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に従った軟磁性材料は、金属磁性粒子と、金属磁性粒子の表面を取り囲む絶縁被膜とを含む複数の複合磁性粒子と、複数の複合磁性粒子を互いに接合する有機物とを備える。有機物の荷重たわみ温度（１．８２ＭＰａ負荷時）は、１００℃以下である。
【０００８】
荷重たわみ温度（熱変形温度）とは、ＪＩＳ Ｋ ７２０７−１９８３に規定されている荷重たわみ温度試験方法によって測定される温度をいう。この試験方法では、試験片の両端を加熱浴槽中で支え、中央の荷重棒によって試験片に所定の曲げ応力を加えつつ、伝達媒体の温度を２℃／分の速度で上昇させる。そして、試験片のたわみが所定の値に達したときの伝達媒体の温度をもって、その試験片を構成する材料の荷重たわみ温度とする。
【０００９】
このように構成された軟磁性材料によれば、複数の複合磁性粒子と有機物との混合体を加圧成形する際、加圧により発生する熱によって、混合体の温度は、１００℃に近い温度にまで上昇する。このとき、有機物の荷重たわみ温度（１．８２ＭＰａ負荷時）が１００℃以下であるため、複数の複合磁性粒子間で有機物が緩衝材としての役割を果たす。この有機物の働きにより、加圧成形時、複合磁性粒子同士が擦れあって、金属磁性粒子の表面を取り囲む絶縁被膜に局所的な力が加わることを防止できる。これにより、加圧成形後も絶縁被膜による金属磁性粒子間の絶縁性が維持され、粒子間渦電流の発生が抑制される。したがって、本発明によれば、高周波数の交流磁場を印加した場合にも透磁率の低下が抑制される軟磁性材料を実現することができる。
【００１０】
また好ましくは、軟磁性材料に対する有機物の割合は、０を超え１．０質量％以下である。このように構成された軟磁性材料によれば、有機物が緩衝材としての役割を果たす一方、軟磁性材料に占める金属磁性粒子の割合が小さくなりすぎることがない。このため、粒子間渦電流の発生を抑制しつつ、所定値以上の磁束密度を得ることができる。
【００１１】
さらに好ましくは、軟磁性材料に対する有機物の割合は、０を超え０．５質量％以下である。また、さらに好ましくは、軟磁性材料に対する有機物の割合は、０を超え０．３質量％以下である。このように構成された軟磁性材料によれば、軟磁性材料に占める金属磁性粒子の割合を大きくすることによって、より高い値の磁束密度を得ることができる。
【００１２】
この発明に従った圧粉磁心は、上述に記載の軟磁性材料が用いられた圧粉磁心である。好ましくは、有機物の割合が、０を超え１．０質量％以下である軟磁性材料が用いられた圧粉磁心では、１００（エルステッド）の磁場を印加した場合の磁束密度が１．３（Ｔ：テスラ）以上である。また好ましくは、有機物の割合が、０を超え０．５質量％以下である軟磁性材料が用いられた圧粉磁心では、１００（エルステッド）の磁場を印加した場合の磁束密度が１．４（Ｔ：テスラ）以上である。
【００１３】
この発明に従ったトランスコアは、１００（エルステッド）の磁場を印加した場合の磁束密度が１．４（Ｔ：テスラ）以上である圧粉磁心が用いられている。軟磁性材料に対する有機物の割合は、０．３質量％以上０．５質量％以下である。
【００１４】
この発明に従った圧粉磁心では、好ましくは、有機物の割合が、０．３質量％以上０．５質量％以下である軟磁性材料が用いられている。圧粉磁心は、高さＨと肉厚Ｔとを有する中空円筒形状に形成されている。高さＨは、２５ｍｍ以上であり、肉厚Ｔに対する高さＨの比Ｈ／Ｔは、３以上である。
【００１５】
このように構成された圧粉磁心によれば、有機物の割合を、０．３質量％以上０．５質量％以下にすることで、粒子間渦電流の発生をさらに抑制し、磁束密度をさらに向上させることができる。また同時に、有機物の割合を０．３質量％以上にすることで、軟磁性材料の加圧成形時、有機物が潤滑剤として十分に機能する。このため、高さが大きく、肉厚が小さい中空円筒形状、つまり、加圧成形時に焼き付きやむしれが発生しやすい形状を有する場合であっても、金型に潤滑剤を塗布することなく、良好な状態の圧粉磁心を得ることができる。
【００１６】
また、中空円筒形状の外径Ｄは、３０ｍｍ以上である。このように構成された圧粉磁心によれば、加圧成形時、外径が大きいために、潤滑剤を金型の内壁の広い範囲に均一に付着させることが困難である。しかしながら、所定の割合で軟磁性材料に添加された有機物の働きにより、外径が３０ｍｍ以上の場合には金型に潤滑剤を塗布することなく、むしれや焼き付きの発生していない良好な状態の圧粉磁心を得ることができる。
【００１７】
この発明の１つの局面に従ったモータコアは、上述に記載の圧粉磁心が用いられている。このように構成されたモータコアによれば、所望の磁気的特性を実現するとともに、良好な外観形状を得ることができる。
【００１８】
この発明の１つの局面に従った圧粉磁心の製造方法は、上述に記載の圧粉磁心の製造方法である。圧粉磁心の製造方法は、内壁を有し、その内壁に囲まれた位置に加圧空間を規定する金型を準備する工程と、内壁に潤滑剤が塗布されていない状態で、加圧空間に軟磁性材料を投入し、その軟磁性材料を加圧成形する工程とを備える。このように構成された圧粉磁心の製造方法によれば、加圧成形時、所定の割合で軟磁性材料に添加された有機物が、潤滑剤として機能する。このため、金型の内壁に潤滑剤を塗布しなくても、むしれや焼き付きを発生させることなく加圧成形を行なうことができる。
【００１９】
また好ましくは、圧粉磁心の製造方法は、加圧成形する工程の後、有機物のガラス転移温度を超え、有機物の熱分解温度以下の温度で、熱処理する工程をさらに備える。ガラス転移温度とは、無定形高分子物質が温度の上昇によってガラス状の固体からゴム状の状態に移る温度をいう。なお、有機物の種類によっては、ガラス転移温度が明確に特定されない場合があるが、この場合、ガラス転移温度にかえて有機物の融点によって熱処理温度を設定すれば良い。このように構成された圧粉磁心の製造方法によれば、有機物による複合磁性粒子間の接合を確実にし、成形体の強度を向上させることができる。
【００２０】
この発明の別の局面に従った圧粉磁心の製造方法は、金属磁性粒子および金属磁性粒子の表面を取り囲む絶縁被膜を含む複数の複合磁性粒子と、荷重たわみ温度（１．８２ＭＰａ負荷時）が１００℃以下である有機物とを混合することによって混合体を形成する工程と、混合体を加圧成形することによって成形体を形成する工程とを備える。
【００２１】
このように構成された圧粉磁心の製造方法によれば、成形体を形成する工程時、加圧により発生する熱によって、混合体の温度は、１００℃に近い温度にまで上昇する。このとき、有機物の荷重たわみ温度（１．８２ＭＰａ負荷時）が１００℃以下であるため、複数の複合磁性粒子間で有機物が緩衝材としての役割を果たす。この有機物の働きにより、複合磁性粒子同士が擦れあって、金属磁性粒子の表面を取り囲む絶縁被膜に局所的な力が加わることを防止できる。これにより、加圧成形後も、絶縁被膜による金属磁性粒子間の絶縁性が維持され、粒子間渦電流の発生が抑制される。したがって、本発明によれば、高周波数の交流磁場を印加した場合にも透磁率の低下が抑制される圧粉磁心を実現することができる。
【００２２】
また、成形体の加圧成形工程において、公知技術である温間金型成形法を用いることにより、予め粉末または金型、あるいはこれらの両方を加熱することによって、良好な圧粉磁心を得ることができる。
【００２３】
また好ましくは、圧粉磁心の製造方法は、有機物のガラス転移温度を超え、有機物の熱分解温度以下の温度で、成形体を熱処理する工程をさらに備える。このように構成された圧粉磁心の製造方法によれば、有機物の熱分解を抑制するとともに、有機物を複数の複合磁性粒子間の空間に適合する形状に変形し、その空間に浸入させることができる。これにより、有機物による複合磁性粒子間の接合をより確実にし、成形体の強度を向上させることができる。
【００２４】
この発明の別の局面に従ったモータコアは、上述に記載の圧粉磁心の製造方法を用いて作製されている。
【発明の効果】
【００２５】
以上説明したように、この発明に従えば、所望の磁気的特性を有する軟磁性材料、圧粉磁心、トランスコア、モータコアおよび圧粉磁心の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の実施の形態１における軟磁性材料が用いられた圧粉磁心を拡大して示す模式図である。
【図２】この発明の実施の形態２におけるリニアモータを示す断面図である。
【図３】実施例１において、透磁率の減少率μＡ／μＢと各周波数との関係を示すグラフである。
【図４】実施例１において、透磁率μＡの５％減周波数と有機物の荷重たわみ温度との関係を示すグラフである。
【図５】実施例２において作製した圧粉磁心を示す斜視図である。
【図６】図５中の圧粉磁心の作製に用いた金型を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１ インナーコア、２ アウターコア、１０ 金属磁性粒子、２０ 絶縁被膜、３０ 複合磁性粒子、４０ 有機物、６０ 圧粉磁心、７０ 金型、７１ 内壁、７２ 加圧空間、７４ 芯棒、７５ 下パンチ、７６ 上パンチ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２９】
（実施の形態１）
図１を参照して、軟磁性材料は、金属磁性粒子１０と、金属磁性粒子１０の表面を取り囲む絶縁被膜２０とから構成された複数の複合磁性粒子３０を備える。
【００３０】
複数の複合磁性粒子３０の間には、荷重たわみ温度（１．８２ＭＰａ負荷時）が１００℃以下である有機物４０が介在している。一般的に、荷重たわみ温度は、ガラス転移温度より高い値を示す。複数の複合磁性粒子３０の各々は、有機物４０によって接合されていたり、複合磁性粒子３０が有する凹凸の噛み合わせによって接合されている。
【００３１】
金属磁性粒子１０は、たとえば、鉄（Ｆｅ）、鉄（Ｆｅ）−シリコン（Ｓｉ）系合金、鉄（Ｆｅ）−窒素（Ｎ）系合金、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）系合金、鉄（Ｆｅ）−炭素（Ｃ）系合金、鉄（Ｆｅ）−ホウ素（Ｂ）系合金、鉄（Ｆｅ）−コバルト（Ｃｏ）系合金、鉄（Ｆｅ）−リン（Ｐ）系合金、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）系合金および鉄（Ｆｅ）−アルミニウム（Ａｌ）−シリコン（Ｓｉ）系合金などから形成することができる。金属磁性粒子１０は、金属単体でも合金でもよい。
【００３２】
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の平均粒径を５μｍ以上にした場合、金属が酸化されにくいため、軟磁性材料の磁気的特性を向上させることができる。また、金属磁性粒子１０の平均粒径を３００μｍ以下にした場合、後に説明する成形工程時において混合粉末の圧縮性が低下するということがない。これにより、成形工程によって得られた成形体の密度を大きくすることができる。
【００３３】
なお、ここで言う平均粒径とは、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。
【００３４】
絶縁被膜２０は、金属磁性粒子１０をリン酸処理することによって形成することができる。また好ましくは、絶縁被膜２０は、酸化物を含有する。この酸化物を含有する絶縁被膜２０としては、リンと鉄とを含むリン酸鉄の他、リン酸マンガン、リン酸亜鉛、リン酸カルシウム、酸化シリコン、酸化チタン、酸化アルミニウムまたは酸化ジルコニアなどの酸化物絶縁体を使用することができる。
【００３５】
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、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、渦電流に起因する圧粉磁心の鉄損を低減させることができる。
【００３６】
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ることがない。このため、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。
【００３７】
有機物４０は、たとえば、荷重たわみ温度が５０℃であるポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））、荷重たわみ温度が６０℃である６−１２ナイロン、荷重たわみ温度が６５℃である６ナイロン、荷重たわみ温度が７０℃である６−６ナイロン、荷重たわみ温度が７８℃であるポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）および荷重たわみ温度が８５℃であるポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）などから形成することができる。なお、ここに挙げた荷重たわみ温度は、１．８２ＭＰａ負荷時の代表値であり、測定時の誤差によって多少の違いが生じるものと考えられる。
【００３８】
軟磁性材料に対する有機物４０の割合は、０を超え１．０質量％以下であることが好ましい。このとき、１００（エルステッド）の磁場を印加した場合の磁束密度Ｂ１００が、１．３（テスラ）以上となる。有機物４０の割合を１．０質量％以下とすることによって、軟磁性材料に占める金属磁性粒子１０の割合を一定以上に確保することができる。これにより、より高い磁束密度の圧粉磁心を得ることができる。
【００３９】
また、軟磁性材料に対する有機物４０の割合は、０を超え０．５質量％以下であることがさらに好ましい。このとき、１００（エルステッド）の磁場を印加した場合の圧粉磁心の磁束密度Ｂ１００が、１．４（テスラ）以上となる。
【００４０】
また、軟磁性材料に対する有機物４０の割合は、０．３質量％以上０．５質量％以下であることがさらに好ましい。この場合、上述の効果に加えて、後に説明する加圧成形時に、有機物４０を潤滑剤として十分に機能させることができる。
【００４１】
続いて、図１中の圧粉磁心の製造方法について説明を行なう。まず、金属磁性粒子１０の表面に絶縁被膜２０を形成することによって、複合磁性粒子３０を作製する。
【００４２】
次に、複合磁性粒子３０と有機物４０とを混合することによって混合粉末を得る。なお、混合方法に特に制限はなく、たとえばメカニカルアロイング法、振動ボールミル、遊星ボールミル、メカノフュージョン、共沈法、化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）、物理気相蒸着法（ＰＶＤ法）、めっき法、スパッタリング法、蒸着法またはゾル−ゲル法などのいずれを使用することも可能である。
【００４３】
次に、得られた混合粉末を金型に入れ、たとえば、７００ＭＰａから１５００ＭＰａまでの圧力で加圧成形する。これにより、混合粉末が圧縮されて成形体が得られる。
【００４４】
加圧成形の際、混合粉末の温度は１００℃程度まで上昇する。一方、この温度条件下で、荷重たわみ温度（１．８２ＭＰａ負荷時）が１００℃以下である有機物４０は、応力を受ければある程度たわむ状態となっている。このため、有機物４０は、複合磁性粒子３０の間で緩衝材として機能し、複合磁性粒子３０同士の接触によって絶縁被膜２０が破壊されることを防ぐ。
【００４５】
また、軟磁性材料に対する有機物４０の割合を０．３質量％以上とした場合、金型潤滑剤を用いることなく、成形品むしれや金型焼き付きのない成形体の作製が可能である。好ましくは、軟磁性材料に対する有機物４０の割合を０．３質量％以上０．５質量％以下とすることにより、金型潤滑剤を用いることなく、１００（エルステッド）の磁場を印加した場合の磁束密度Ｂ１００が１．４（テスラ）以上の磁気的特性を有する圧粉磁心を得ることができる。
【００４６】
次に、加圧成形によって得られた成形体を、有機物４０のガラス転移温度を超え、有機物４０の熱分解温度以下の温度で熱処理する。これにより、有機物４０が熱分解されるのを抑制しつつ、有機物４０を複合磁性粒子３０間に入り込ませることができる。また別に、加圧成形時に成形体の内部に発生した歪および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中の圧粉磁心が完成する。
【００４７】
このように構成された軟磁性材料、圧粉磁心および圧粉磁心の製造方法によれば、所定の荷重たわみ温度を有する有機物４０の働きによって絶縁被膜２０を傷付けず加圧成形を行なうことができるため、絶縁被膜２０を金属磁性粒子１０間の絶縁層として十分に機能させることができる。これにより、粒子間渦電流損の発生を確実に抑制し、圧粉磁心に高周波数の交流磁場を印加した場合にも、透磁率の低下を抑えることができる。なお、このような性質を備える軟磁性材料を、たとえば、圧粉磁心、チョークコイル、スイッチング電源素子、磁気ヘッド、各種モータ部品、自動車用ソレノイド、各種磁気センサおよび各種電磁弁などに使用することができる。
【００４８】
（実施の形態２）
図２を参照して、リニアモータ７では、実施の形態１に説明した軟磁性材料から、モータ用の鉄芯が作製されている。
【００４９】
リニアモータ７は、インナーコア１と、インナーコア１との間に軸線方向（矢印９に示す方向）に直交する間隙６が形成されたアウターコア２と、アウターコア２に対して内装されたコイル３と、間隙６に位置決めされたマグネット４とを備え、マグネット４と一体化し、軸線方向に移動可能な可動体５を有する。可動体５は、ベアリング８によって支持されている。
【００５０】
従来、薄鉄鋼板の積層体で形成していたインナーコア１およびアウターコア２のいずれかあるいは両方を、実施の形態１に記載の軟磁性材料により代替している。これにより、リニアモータ７の組み立て工程の大幅な簡素化を図ることができる。
【００５１】
この構成において、リニアモータ７の動作中、インナーコア１およびアウターコア２の内部には、磁束が通過し、この際、磁力線の周囲には渦電流が発生する。磁力線の通過方向におけるコアの電気抵抗が低い場合、この渦電流が大きくなり、その分がモータ入力における無効エネルギーとして消費される。これにより、モータ効率の低下を招くこととなる。したがって、インナーコア１およびアウターコア２の望ましい特性は、磁束を通過させやすく、かつ、電気抵抗が大きいことである。本発明による軟磁性材料によって形成されたインナーコア１およびアウターコア２によれば、これらの望ましい特性を満足することができ、高効率で、かつ組み立て容易なリニアモータ７を実現することができる。
【００５２】
なお、ここではリニアモータについて説明したが、一般の回転モータ用の鉄芯コアにも本発明による軟磁性材料を適用することが可能であり、この場合にも、渦電流によるエネルギーロスが小さく、かつ、製作が容易なコアを実現することができる。
【実施例】
【００５３】
以下に説明する実施例によって、本発明による軟磁性材料の評価を行なった。
【００５４】
（実施例１）
実施の形態１に記載の製造方法に従って、図１中の圧粉磁心を作製した。この際、複合磁性粒子３０として、ヘガネス社製の商品名「ソマロイ５００」を用いた。この粉末では、金属磁性粒子としての鉄粉の表面に、絶縁被膜としてのリン酸化合物被膜が形成されている。鉄粉の平均粒径は１５０μｍ以下であり、リン酸化合物被膜の平均厚みは２０ｎｍである。
【００５５】
また、有機物４０には、テフロン（登録商標）としてダイキン社製の商品名「ルブロンＬ５」、６−１２ナイロンとしてデュポン社製の商品名「ザイテル１５１Ｌ」、６ナイロンとしてユニチカ社製の商品名「Ａ１０３０ＢＲＬ」、６−６ナイロンとして旭化成社製の商品名「１３００Ｓ」、ＰＢＴとしてポリプラスチックス社製の商品名「ジュラネックス２００２」、およびＰＰＥとして旭化成社製の「ザイロン１００Ｖ」を用いた。
【００５６】
さらに、本発明の効果を確認するため、荷重たわみ温度（１．８２ＭＰａ負荷時）が１００℃を超える有機物４０を用いて圧粉磁心を作製した。この場合、有機物４０には、ＰＯＭ：ポリアセタール樹脂としてポリプラスチックス社製の商品名「ジュラコンＭ９０Ｓ」、ＰＰＳ：ポリフェニレンサルファイドとして日本ポリペンコ社製の商品名「テクトロンＰＰＳ」、ＧＥ社製の商品名「ウルテム」、および宇部興産社製の商品名「ＵＩＰ−Ｒ」を使用した。「ＵＩＰ−Ｒ」は、化学的にはビフェニルテトラカルボン酸二無水物を用いた全芳香族ポリイミドである。
【００５７】
有機物４０の割合は、０．０１質量％から１質量％まで変化させた。また、加圧成形時の圧力を９００ＭＰａとし、熱処理時の条件を、２５０℃から３００℃の温度で１時間とした。
【００５８】
続いて、得られた成形体の圧粉磁心に対して、５０Ｈｚから１０００００Ｈｚの範囲で周波数を変えて交流磁場を常温で印加し、各周波数における透磁率μＡを測定した。そして、５０Ｈｚの交流磁場を印加した場合の透磁率をμＢとしてμＡ／μＢを求め、周波数を上げることによってどの程度透磁率が減少するかを調べた。図３は、実施例１において、透磁率の減少率μＡ／μＢと各周波数との関係を示すグラフである。図３では、有機物４０の割合が０．１質量％の場合のものを示した。
【００５９】
また、測定によって得られた透磁率μＡが、５０Ｈｚの交流磁場を印加した場合の透磁率μＢの５％減となる周波数を求め、有機物４０の種類および割合ごとに表１および図４に示した。図４では、表１に示す結果のうち、特に有機物４０の割合が０．１質量％の場合のものを示した。
【００６０】
【表１】
【００６１】
図３を参照して、本発明の実施品では、周波数が１００００Ｈｚを超える程度まで、透磁率μＡがほとんど減少しないことが分かった。表１および図４を参照して、荷重たわみ温度が低いほど透磁率μＡの５％減周波数は大きくなり、特に、６−１２ナイロンを有機物４０に用いた実施品では、１００００Ｈｚを超える周波数、テフロン（登録商標）を有機物４０に用いた実施品では、１５０００Ｈｚ程度の周波数でも実質的に問題ないことが分かった。
【００６２】
続いて、成形体の圧粉磁心に１００（エルステッド）の磁場を印加して、その時の磁束密度Ｂ１００を測定した。測定した結果を、有機物４０の種類および割合ごとに表２に示した。
【００６３】
【表２】
【００６４】
表２を参照して、本発明の実施品では、有機物４０の割合が１質量％以下である場合、１．３（テスラ）以上の磁束密度を得ることができ、さらに、有機物４０の割合が０．５質量％以下である場合、１．４（テスラ）以上の磁束密度を得ることができることを確認できた。
【００６５】
以上の結果から、本発明に従えば、有機物４０の割合をできるだけ小さくして高い磁束密度を得る一方で、有機物４０の割合が小さくても、より高い透磁率を高周波側まで維持できる圧粉磁心を作製できることを確認できた。
【００６６】
（実施例２）
図５および図６を参照して、本実施例では、実施例１で使用した「ソマロイ５００」と各種の有機物４０との混合体を、金型７０を用いて圧力９８０ＭＰａで加圧成形した。金型７０は、内壁７１を有し、内壁７１に囲まれた位置に加圧空間７２を規定するダイ７３と、加圧空間７２内に配置された芯棒７４と、加圧空間７２の上下に配置された上パンチ７６および下パンチ７５とを備える。加圧成形時、金型７０の内壁７１には、潤滑剤を付着させなかった。
【００６７】
この加圧成形によって、図５に示すように単純中空円筒形状であって、内径ｄ＝５０ｍｍ、外径Ｄ＝６０ｍｍ、肉厚Ｔ＝５ｍｍ、高さＨ＝３０ｍｍの大きさを有する圧粉磁心６０を作製した。有機物４０の添加量を変化させ、それぞれで得られる圧粉磁心６０の表面を観察した。表面にむしれや金型との焼き付き跡が観察されたものは、「×」とし、観察されなかったものは、「○」として、結果を有機物４０の種類および割合ごとに表３に示した。
【００６８】
【表３】
【００６９】
表３を参照して分かるように、有機物の割合を０．３質量％以上とすることにより、表面にむしれや焼き付き跡のない圧粉磁心６０を作製することができた。
【００７０】
金型潤滑法を手塗りで実施するには、生産性の問題があり、スプレー等の機械的な手段により金型の内壁に潤滑剤を塗布するのが、一般的である。金型潤滑を効果的に実施するためには、一回の潤滑剤噴射により、金型の内壁の全面に均一に潤滑剤を塗布する必要がある。しかし、成形体の形状によっては、金型の内部に芯棒（コア）が設けられている。このため、潤滑剤の噴射時に陰になる部分が存在して、その部分に潤滑剤が塗布できなかったりする。また、成形体が肉薄の長尺物である場合、潤滑剤が狭い空間の奥まで入りづらく、内壁の全面に潤滑剤を均一に塗布することが困難となる。さらに、成形体が円筒形状であるために、潤滑剤を均一に塗布できなかったり、外径が大きいものであると、噴射ノズルから金型の内壁までの距離が離れてしまい、潤滑剤を金型の内壁に塗布できなかったりする問題も生じる。
【００７１】
そこで、軟磁性材料に対する有機物の割合を０．３質量％以上とすることによって、金型潤滑剤を用いることなく、複雑構造の成形体の作製が可能となる。好ましくは、軟磁性材料に対する有機物の割合を、０．３質量％以上０．５質量％以下とすることにより、金型潤滑剤を用いることなく、１００（エルステッド）の磁場を印加した場合の磁束密度Ｂ１００が１．４（テスラ）以上の磁気的特性を有する圧粉磁心を得ることができる。
【００７２】
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。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
この発明は、主に、軟磁性材料の圧粉成形体から形成されるモータコアやトランスコアなどの電気電子部品に利用される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属磁性粒子（１０）と、前記金属磁性粒子（１０）の表面を取り囲む絶縁被膜（２０）とを含む複数の複合磁性粒子（３０）と、
前記複数の複合磁性粒子（３０）を互いに接合する有機物（４０）とを備え、
前記有機物（４０）の荷重たわみ温度は、１００℃以下である、軟磁性材料。
【請求項２】
軟磁性材料に対する前記有機物（４０）の割合は、０を超え１．０質量％以下である、請求項１に記載の軟磁性材料。
【請求項３】
請求項２に記載の軟磁性材料が用いられた圧粉磁心であって、
１００（エルステッド）の磁場を印加した場合の磁束密度が１．３（Ｔ：テスラ）以上である、圧粉磁心。
【請求項４】
軟磁性材料に対する前記有機物（４０）の割合は、０を超え０．５質量％以下である、請求項１に記載の軟磁性材料。
【請求項５】
請求項４に記載の軟磁性材料が用いられた圧粉磁心であって、
１００（エルステッド）の磁場を印加した場合の磁束密度が１．４（Ｔ：テスラ）以上である、圧粉磁心。
【請求項６】
請求項５に記載の圧粉磁心が用いられたトランスコアであって、
軟磁性材料に対する前記有機物（４０）の割合が、０．３質量％以上０．５質量％以下である、トランスコア。
【請求項７】
軟磁性材料に対する前記有機物（４０）の割合が、０．３質量％以上０．５質量％以下である軟磁性材料が用いられ、
高さＨと肉厚Ｔとを有する中空円筒形状に形成され、かつ、前記高さＨは、２５ｍｍ以上であり、前記肉厚Ｔに対する前記高さＨの比Ｈ／Ｔは、３以上である、請求項５に記載の圧粉磁心。
【請求項８】
請求項７に記載の圧粉磁心が用いられた、モータコア。
【請求項９】
前記中空円筒形状の外径Ｄは、３０ｍｍ以上である、請求項７に記載の圧粉磁心。
【請求項１０】
請求項９に記載の圧粉磁心が用いられた、モータコア。
【請求項１１】
請求項７に記載の圧粉磁心の製造方法であって、
内壁（７１）を有し、前記内壁（７１）に囲まれた位置に加圧空間（７２）を規定する金型（７０）を準備する工程と、
前記内壁（７１）に潤滑剤が塗布されていない状態で、前記加圧空間（７２）に軟磁性材料を投入し、その軟磁性材料を加圧成形する工程とを備える、圧粉磁心の製造方法。
【請求項１２】
前記加圧成形する工程の後、前記有機物（４０）のガラス転移温度を超え、前記有機物（４０）の熱分解温度以下の温度で、熱処理する工程をさらに備える、請求項１１に記載の圧粉磁心の製造方法。
【請求項１３】
金属磁性粒子（１０）および前記金属磁性粒子（１０）の表面を取り囲む絶縁被膜（２０）を含む複数の複合磁性粒子（３０）と、荷重たわみ温度が１００℃以下である有機物（４０）とを混合することによって混合体を形成する工程と、
前記混合体を加圧成形することによって成形体を形成する工程とを備える、圧粉磁心の製造方法。
【請求項１４】
前記有機物（４０）のガラス転移温度を超え、前記有機物（４０）の熱分解温度以下の温度で、前記成形体を熱処理する工程をさらに備える、請求項１３に記載の圧粉磁心の製造方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の圧粉磁心の製造方法を用いて作製された、モータコア。
【請求項１】
金属磁性粒子（１０）と、前記金属磁性粒子（１０）の表面を取り囲む絶縁被膜（２０）とを含む複数の複合磁性粒子（３０）と、
前記複数の複合磁性粒子（３０）を互いに接合する有機物（４０）とを備え、
前記有機物（４０）の荷重たわみ温度は、１００℃以下である、軟磁性材料。
【請求項２】
軟磁性材料に対する前記有機物（４０）の割合は、０を超え１．０質量％以下である、請求項１に記載の軟磁性材料。
【請求項３】
請求項２に記載の軟磁性材料が用いられた圧粉磁心であって、
１００（エルステッド）の磁場を印加した場合の磁束密度が１．３（Ｔ：テスラ）以上である、圧粉磁心。
【請求項４】
軟磁性材料に対する前記有機物（４０）の割合は、０を超え０．５質量％以下である、請求項１に記載の軟磁性材料。
【請求項５】
請求項４に記載の軟磁性材料が用いられた圧粉磁心であって、
１００（エルステッド）の磁場を印加した場合の磁束密度が１．４（Ｔ：テスラ）以上である、圧粉磁心。
【請求項６】
請求項５に記載の圧粉磁心が用いられたトランスコアであって、
軟磁性材料に対する前記有機物（４０）の割合が、０．３質量％以上０．５質量％以下である、トランスコア。
【請求項７】
軟磁性材料に対する前記有機物（４０）の割合が、０．３質量％以上０．５質量％以下である軟磁性材料が用いられ、
高さＨと肉厚Ｔとを有する中空円筒形状に形成され、かつ、前記高さＨは、２５ｍｍ以上であり、前記肉厚Ｔに対する前記高さＨの比Ｈ／Ｔは、３以上である、請求項５に記載の圧粉磁心。
【請求項８】
請求項７に記載の圧粉磁心が用いられた、モータコア。
【請求項９】
前記中空円筒形状の外径Ｄは、３０ｍｍ以上である、請求項７に記載の圧粉磁心。
【請求項１０】
請求項９に記載の圧粉磁心が用いられた、モータコア。
【請求項１１】
請求項７に記載の圧粉磁心の製造方法であって、
内壁（７１）を有し、前記内壁（７１）に囲まれた位置に加圧空間（７２）を規定する金型（７０）を準備する工程と、
前記内壁（７１）に潤滑剤が塗布されていない状態で、前記加圧空間（７２）に軟磁性材料を投入し、その軟磁性材料を加圧成形する工程とを備える、圧粉磁心の製造方法。
【請求項１２】
前記加圧成形する工程の後、前記有機物（４０）のガラス転移温度を超え、前記有機物（４０）の熱分解温度以下の温度で、熱処理する工程をさらに備える、請求項１１に記載の圧粉磁心の製造方法。
【請求項１３】
金属磁性粒子（１０）および前記金属磁性粒子（１０）の表面を取り囲む絶縁被膜（２０）を含む複数の複合磁性粒子（３０）と、荷重たわみ温度が１００℃以下である有機物（４０）とを混合することによって混合体を形成する工程と、
前記混合体を加圧成形することによって成形体を形成する工程とを備える、圧粉磁心の製造方法。
【請求項１４】
前記有機物（４０）のガラス転移温度を超え、前記有機物（４０）の熱分解温度以下の温度で、前記成形体を熱処理する工程をさらに備える、請求項１３に記載の圧粉磁心の製造方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の圧粉磁心の製造方法を用いて作製された、モータコア。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０１３２９４
【国際公開日】平成１７年２月１０日（２００５．２．１０）
【発行日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５１２５３０（Ｐ２００５−５１２５３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／０１０９５４
【国際出願日】平成１６年７月３０日（２００４．７．３０）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【出願人】（５９３０１６４１１）住友電工焼結合金株式会社 (214)
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１７年２月１０日（２００５．２．１０）
【発行日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／０１０９５４
【国際出願日】平成１６年７月３０日（２００４．７．３０）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【出願人】（５９３０１６４１１）住友電工焼結合金株式会社 (214)
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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