軟磁性金属粉末及びその製造方法、圧粉磁心及びその製造方法
【課題】 耐酸化性に優れた軟磁性金属粉末、高透磁率で高密度を有する圧粉磁心、およびそれらの製造方法を提供する。
【解決手段】 酸化鉄粉末を固相還元する還元剤として炭素粉末と共にＡｌ粉末を添加することによって得られ、平均粒径が１μｍ超であり、表面が炭素および酸化アルミで被覆された金属Ｆｅ粒子粉末であり、大気中で加熱する熱重量分析における重量上昇が１．０％以上となる温度が４５０℃以上である軟磁性金属粉末を用いる。この軟磁性金属粉末と、有機樹脂または無機酸化物の少なくとも一方とで、密度が６．０Ｍｇ／ｍ３以上である圧粉磁心を形成する。
【解決手段】 酸化鉄粉末を固相還元する還元剤として炭素粉末と共にＡｌ粉末を添加することによって得られ、平均粒径が１μｍ超であり、表面が炭素および酸化アルミで被覆された金属Ｆｅ粒子粉末であり、大気中で加熱する熱重量分析における重量上昇が１．０％以上となる温度が４５０℃以上である軟磁性金属粉末を用いる。この軟磁性金属粉末と、有機樹脂または無機酸化物の少なくとも一方とで、密度が６．０Ｍｇ／ｍ３以上である圧粉磁心を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に被覆が形成された耐酸化性の軟磁性金属粉末とその製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
チョークコイルやインダクタ素子、トランス等の磁心材料として軟磁性のフェライトや金属材料が用いられている。近年の電子部品においては小型で高周波でも低損失で駆動することが要求されており、動作電流は大電流化する傾向にある。これらの要求に応えるためには従来のフェライトに比べて飽和磁化が大きい金属材料が望まれている。飽和磁化が大きければ小型化が実現するだけでなく、例えばインダクタ用途の場合は直流重畳特性を大電流領域まで維持することができるので、大きな動作電流にも対応することができる。
【０００３】
しかし、金属材料は電気抵抗が低いために、渦電流が流れやすく、渦電流損失が発生してしまう。渦電流損失は周波数の二乗に比例するため、特に高周波磁界の下では損失が大きくなってしまう（実部の透磁率が低下してしまう）。このため、金属材料をバルク体のまま用いることが困難であった。これを解決するべく、たとえばＦｅ系合金の粉末間を樹脂によって絶縁した状態で成形することで、５０ｋＨｚの高周波でもコアロスの低い圧粉磁心が開発されている（特許文献１）。
【０００４】
また、金属材料の粉末を圧粉して成形すると、金属粉末内部に応力歪みが残存して磁気特性の劣化を招く。すなわち保磁力が増大してしまい、ヒステリシス損失が増加してしまう。ヒステリシス損失を低減するためには成形体を熱処理して応力歪みを除去しなければならない。この熱処理において粉末間絶縁に用いた樹脂が分解する問題を回避するため、樹脂ではなく水ガラスを用いることが特許文献２に報告されている。また、ヒステリシス損失を極小とすべく、磁気異方性の小さいアモルファス材料や金属粉末をナノ結晶サイズまで微細化したナノ結晶材が開発されている。
【０００５】
すなわち軟磁性材料として、近年では高磁化でなおかつ高周波用途で安定に使用でき、低損失であることを兼ね備えた金属材料が望まれている。これを実現するためには耐熱性に優れた被覆層を有する軟磁性金属粉末が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２７４３００号公報（表１）
【特許文献２】特開２００４−２５９８０７号公報（表１）
【特許文献３】特開２００９−２４９７３９号公報（実施例９〜１１）
【特許文献４】特開２００９−２７２６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のフェライトに比べて金属磁性材料は磁化が高いものの、容易に酸化することが問題であった。圧粉磁心用途に適用する場合は歪除去焼鈍による被覆層の劣化に伴う軟磁気特性の低下抑制が困難であった。積層インダクタ等の磁心コア材料へ適用する場合は電極焼成工程で酸化してしまい、高磁化を活用することが困難であった。したがって、磁性コアを構成する軟磁性金属粉末において耐酸化性に優れる被覆層が必要であった。
【０００８】
また、軟磁性金属粉末の粒径が１μｍ以下の微小径であると、加圧成形しても成形体密度が十分に向上せず、磁化や透磁率が低い原因となっていた（特許文献２）。したがって、高密度の成形体を提供できる軟磁性金属粉末が必要であった。
【０００９】
本発明の目的は、耐酸化性に優れた軟磁性金属粉末および高密度で高透磁率を有する圧粉磁心の提供、ならびにその製法を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために鋭意検討した結果、本発明に想到した。すなわち本発明の軟磁性金属粉末は、酸化鉄粉末を固相還元する還元剤として炭素粉末と共にＡｌ粉末を添加することによって得られ、平均粒径が１μｍ超であり、表面が炭素および酸化アルミで被覆された鉄粒子粉末であり、大気中で加熱する熱重量分析における重量上昇が１．０％以上となる温度が４５０℃以上であることを特徴とする。
【００１１】
さらに前記軟磁性金属粉末において、平均粒径が１μｍ超、２０μｍ以下である軟磁性金属粉末を提供する。
【００１２】
さらに前記軟磁性金属粉末において、平均粒径が４〜１２μｍである軟磁性金属粉末を提供する。
【００１３】
前記軟磁性金属粉末は、表面が炭素および酸化アルミで被覆されているため、Ｘ線光電子分光法によって分析される表面組成が、Ｆｅが１ａｔ％未満、Ｃが８０〜８５ａｔ％、Ａｌが２．８〜３．４ａｔ％であることを特徴とする。残部は、Ｆｅ、Ｃ、及びＡｌ以外の原料由来の元素である。
【００１４】
本発明の軟磁性金属粉末の製造方法は、還元剤である炭素粉末及びＡｌ粉末と、酸化鉄粉末とを混合し、
得られた混合粉に非酸化性雰囲気中で熱処理を施し、
Ｘ線光電子分光法で検出される表面組成に炭素及び酸化アルミニウムを有し、核組成に鉄を有する粉末を得ることを特徴とする。
【００１５】
本発明の軟磁性金属粉末を用いて圧粉磁心を作製する場合、当該軟磁性金属粉末と、有機樹脂または無機酸化物の少なくとも一方とで構成することにより、密度が６．０Ｍｇ／ｍ３以上である圧粉磁心を得られる。これにより高磁化が実現される。
【００１６】
前記圧粉磁心は、１００ｋＨｚの周波数下で巻線に直流を重畳して発生する直流バイアス磁界が１０ｋＡ／ｍの場合に、得られる増分透磁率が２０以上であることを特徴とする。これにより優れた直流重畳特性が得られる。
【００１７】
また、前記圧粉磁心は、１ＭＨｚの周波数における複素比透磁率の実数部が２０以上であることを特徴とする。これによりＭＨｚ帯域でも高い透磁率が得られる。
【００１８】
また、前記圧粉磁心は、得られた軟磁性金属粉末に、有機樹脂または無機酸化物を添加した後、１０００ＭＰaまたは２０００ＭＰa の圧力で成形することによって得られる。
【発明の効果】
【００１９】
耐酸化性に優れた軟磁性金属粉末、高透磁率で高密度を有する圧粉磁心、およびそれらの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、圧粉磁心を用いたトロイダルコイルの直流重畳特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（１）出発原料
出発原料として用いる酸化鉄はＦｅ２Ｏ３やＦｅ３Ｏ４、ＦｅＯなどの化学式で表されるが、遷移金属元素を含むフェライトであっても構わない。酸化鉄粉末の平均粒径は０．０１〜１００μｍ未満であることが好ましく、より好ましくは２０μｍ未満、更に好ましくは１μｍ未満である。酸化鉄粉末の平均粒径は最終的に得られる軟磁性金属粉末の平均粒径に大きく影響する。酸化鉄粉末の平均粒径が０．０１μｍ未満であると粉末としての取扱いが困難になるだけでなく、還元後の軟磁性金属粉末の粒径が１μｍ未満となってしまい、成形体密度が向上しなくなるので好ましくない。また酸化鉄粉末の平均粒径が１００μｍ以上となると還元反応が十分に進行しなくなるので好ましくない。還元された軟磁性金属粉末の平均粒径は１μｍ超であることが好ましい。１μｍ未満の場合は加圧後の成形体密度が６．０Ｍｇ／ｍ３に到達せず好ましくない。より好ましくは１μｍ超、２０μｍ以下である。２０μｍを越えると粒内に渦電流が流れて渦電流損失が増大してしまうので好ましくない。更に好ましくは４〜１２μｍである。この範囲であれば成形体密度を十分高くすることができる。
【００２２】
還元後の軟磁性金属粉末は、目的に応じて鉄基合金としてもよい。すなわちＦｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｃｏ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂなどの合金であっても構わない。
【００２３】
（２）還元剤
前記酸化鉄を還元するための還元剤として固体粉末を用いる。均一かつ薄い被覆層を形成するためにはグラファイトが好ましく、グラファイトを被覆層とするには炭素から成る粉末を用いるのが好ましい。グラファイトはグラフェンシートが積層した構造であるため２次元的に粒成長しやすく被覆物質として好適である。還元剤として用いる炭素から成る粉末としてはグラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック、各種炭化水素などの粉末を用いるのが好ましい。ただしグラファイトは導電性物質であるため、金属Ａｌを還元剤として用い、副生成物として生成する酸化アルミニウムを被覆層とすることにより電気絶縁性を確保することが好ましい。
【００２４】
還元剤としては金属Ａｌが好ましい。金属Ａｌの融点は６６０℃であり、後述する還元反応が進行する温度（１１００〜１４００℃）よりも低温である。これが被覆構造を形成するには好適である。還元反応が始まる前にＡｌは液相状態で酸化鉄粒子を均一に濡らし、その後昇温されると液相Ａｌが酸化鉄を還元する。このような反応機構であると、還元反応によって生成する酸化アルミニウムが必然的にＦｅ核粒子を被覆する構造となる。融点が１１００℃を越えるＡｌ化合物は還元剤として相応しくない。特許文献３（特開２００９−２４９７３９号公報）では固相反応においてＡｌＮの粉末を添加して核粒子であるＦｅにＡｌを固溶させる方法が開示されているが、被覆層に酸化アルミニウムが含まれることは開示されていない。ＡｌＮの融点は２２００℃と高温であるため酸化アルミニウムの被覆物質源としては好ましくない。
【００２５】
前記還元剤となる固体粉末の平均粒径としては０．０１〜１０μｍが好ましい。０．０１μｍ未満であると取扱いが困難となる。１０μｍ以上であると酸化鉄粉末との混合が不均一となり、固相還元反応が不均一となって好ましくない。
【００２６】
（３）混合条件
前記酸化鉄粉末と前記還元剤粉末は均一に混合されることが好ましい。これら粉末を混合するにあたり、ボールミルやビーズミル、ライカイ機、乳鉢、Ｖ字型ミキサーなどを用いることができる。
【００２７】
（４）反応条件
前記酸化鉄粉末と前記還元剤粉末の混合物は、非酸化性雰囲気中で１１００℃〜１４００℃の範囲で熱処理することが好ましい。１１００℃未満であると還元反応が不十分となるので好ましくない。また１１００℃未満であると炭素被覆層の形成が不十分となる。熱処理温度が１４００℃を越える場合は軟磁性金属粉末が焼結してバルク化してしまう可能性があるため好ましくない。非酸化性雰囲気とは酸素を含まない雰囲気であり、Ａｒ、Ｎ2、Ｈ2、Ｈｅ、ＣＯ2やそれら混合ガスが好ましく、より好ましくはＮ2雰囲気である。このとき不純物として酸素が多少混入しても構わないが、酸素濃度は５００ｐｐｍ以下が好ましく、より好ましくは１００ｐｐｍ以下、さらに好ましくは１０ｐｐｍ以下である。上記好適条件で熱処理すると、前記酸化鉄粉末は均一に還元されて軟磁性金属粉末が生成する。
【００２８】
（５）生成物の精製
固相還元によって得られた前記軟磁性金属粉末には余剰の還元剤や反応副生成物が含まれているため、磁気分離操作によって強磁性粉末のみを精製回収することが好ましい。所定質量の熱処理済み粉末を有機溶媒や水中に十分分散させた後、永久磁石で軟磁性金属粉末のみを磁気捕集して精製回収することが好ましい。
【００２９】
（６）軟磁性金属粉末の粒子特性
このようにして得られた軟磁性金属粉末の平均粒径は１μｍ超であることが好ましい。ここで平均粒径は、レーザー回折散乱法にて測定した粒度分布の体積積算５０％に達するときの粉末粒径である。平均粒径が１μｍ未満の場合は加圧後の成形体密度が６．０Ｍｇ／ｍ３に到達せず好ましくない。より好ましくは１μｍ超、２０μｍ以下である。２０μｍを越えると粒内に渦電流が流れて渦電流損失が増大してしまうので好ましくない。更に好ましくは４〜１２μｍである。この範囲であれば成形体密度を十分高くすることができる。
【００３０】
また前記製法で得られる軟磁性金属粉末は、その表面が炭素および酸化アルミニウムで被覆された鉄粒子である。炭素で被覆されている理由は、還元されたＦｅ粒子表面で余剰の炭素が固溶・析出した、あるいは還元反応の副生成物として生成した炭酸ガスがＦｅ粒子表面で不均化反応を起こした、等によってＦｅ粒子表面にグラファイト状の炭素が析出することによる。また酸化アルミニウムで被覆される理由は、還元剤として添加したＡｌが昇温過程で液相となり酸化鉄粒子を取り囲み、その後還元反応が進行することによって酸化アルミニウムがＦｅ粒子を被覆する為である。表面組成をＸ線光電子分光法（X-ray
Photoelectron Spectroscopy：XPS ）により分析した場合、Feが１ａｔ％未満、Ｃが８０〜８５ａｔ％、Ａｌが２．８〜３．４ａｔ％であることが好ましい。Ｆｅが１ａｔ％以上であると金属Ｆｅ粒子が表出している部分が増加することを表しており、粒子の耐酸化性が低下するので好ましくない。またＣが８０ａｔ％未満であると炭素による被覆が不十分で好ましくない。Ｃが８５ａｔ％以上の場合は被覆層を形成する炭素が過剰であることを表しており、金属Ｆｅ粒子の体積比率が低下して好ましくない。Ａｌが２．８ａｔ％未満では酸化アルミニウムの被覆層が不十分で粒子間絶縁がとれず好ましくない。Ａｌが３．４ａｔ％では非磁性成分の体積比率が大きく、金属Ｆｅ粒子の体積比率が低下して好ましくない。
【００３１】
前記軟磁性金属粉末の飽和磁化は１６０〜２００Ａｍ２／ｋｇであることが好ましい。１６０Ａｍ２／ｋｇ未満であると強磁性成分の含有率が低いために高密度な成形体を得られたとしても透磁率が低下してしまい好ましくない。また２００Ａｍ２／ｋｇ超であると軟磁性材料としては優れているものの、被覆物質が実効的に不足しており、耐酸化性が低下して好ましくない。積層インダクタなどの磁性部品に適用する場合には部品の製造プロセスや使用環境に応じて優れた耐酸化性が要求される。
【００３２】
前記軟磁性金属粉末は優れた耐酸化性を示す。耐酸化性を測定する手段としては、大気中で加熱して酸化に伴う重量増分を分析する手法、大気中で加熱しながら磁化の温度変化を測定する手法、恒温恒湿試験器に所定の時間放置して磁化の変化を測定する手法、などが挙げられる。特に酸化にともなう重量増分は熱重量測定（ＴＧ測定）により精度よく分析することができるので好ましい。本発明においては、熱重量分析において重量増分が１ｍａｓｓ％となる温度を「耐酸化温度」と定義して用いた。前記軟磁性鉄系粉末の耐酸化温度は４５０℃以上であり、耐酸化性に優れる。
【００３３】
（７）圧粉磁心の性能評価
前記軟磁性金属粉末にバインダを混合して圧縮成形を行い、圧粉磁心を作製する。バインダとしてはポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などが用いられる。また粒子間絶縁を補強するため、上記バインダの他にコロイダルシリカやアルミナ微粒子などの絶縁性酸化物微粒子を添加しても構わない。バインダ添加量は軟磁性金属粉末の重量対比で０．１〜１ｍａｓｓ％が好適である。バインダを添加すると成形性が向上するとともに粒子間を絶縁する作用が得られる。一方で、磁心密度が低下してしまうので、添加量は前記範囲が好適である。
【００３４】
成形体密度を十分高くするためには成形時の圧力は１０００〜２０００ＭＰａであることが好ましい。特許文献４（特開２００９−２７２６１５号公報）では成形圧が１０００ＭＰａの場合に透磁率の減衰率とコアロスが共に増大することが開示されており、成形圧力は６００ＭＰａ以下であることが好適としている。特許文献４の磁性粉末はＦｅ粒子を被覆する物質が炭素（導電材料）のみであるため、高圧力で成形した場合は粒子の接触確率が増して圧粉磁心の絶縁性が低下して好ましくないことを表している。本発明ではより高い１０００〜２０００ＭＰaで成形した圧粉磁心の特性について言及しており、本発明と特許文献４は異なる。
【００３５】
トロイダル形状に成形した成形体に巻線を施し、１００ｋＨｚの周波数のもとでＬＣＲメータにて直流重畳特性を測定した場合、巻線に発生する直流バイアス磁界が１０ｋＡ／ｍの時に得られる増分透磁率は２０以上である。ここで増分透磁率とは、巻線に所定の直流電流を流して発生する磁界下で得られる透磁率を表している。増分透磁率が２０未満であるとインダクタンスが小さく軟磁性材料として好ましくない。
【００３６】
またトロイダル形状の成形体についてインピーダンスアナライザで複素比透磁率の周波数依存性を計測すると、１ＭＨｚの周波数における複素比透磁率の実数部が２０以上であることを特徴とする。前記透磁率が２０未満の場合は軟磁性材料として相応しくない。ここで複素比透磁率とは、交流磁界下で測定した比透磁率を実数部と虚数部で表したものである。実数部は、交流磁界において磁束密度が磁界の変化に追従する（磁界波と同位相の）成分を表しており、虚数部は磁界の変化に追いつかない（位相の遅れた）成分を表している。
【実施例】
【００３７】
（実施例１）
平均粒径０．０５μｍの酸化鉄粉末（ケミライト工業：Ｘ−２１）７８ｇと平均粒径３μｍのアルミニウム粉末（添川理化学）１．７ｇと平均粒径０．０１μｍのＳｉＣ粉末（住友大阪セメント）３．３ｇと平均粒径０．０２μｍのカーボンブラック粉末（三菱化学：＃４４）１７ｇをＩＰＡ中でボールミル混合し乾燥させることで、原料混合粉を得た。この原料混合粉を窒素雰囲気中で１４００℃で２時間熱処理し、酸化鉄を鉄へと固相還元させた。得られた還元粉から非磁性成分を除去するため、当該粉末５．０ｇをＩＰＡ１００ｍｌ中に投入して超音波照射し、永久磁石で磁性粒子のみを捕集して上澄み液を捨てる精製操作を実施した。この操作を上澄み液が透明になるまで繰り返し、還元鉄粉を得た。この還元鉄粉の粒度分布をレーザー回折式粒度分布計（ＨＯＲＩＢＡ：ＬＡ−９２０）で測定した。平均粒径（ｄ５０）を表１に示す。また飽和磁化を振動試料型磁力計（理研電子：ＢＨＶ−３５）を用いて最大印加磁界０．８ＭＡ／ｍ（１０ｋＯｅ）として測定した。得られた結果を表１に示す。また示差熱重量分析装置（リガク：ＴＡＳ２００）を用いて当該還元鉄粉を大気中で加熱するＴＧ分析を行ない、耐酸化性を評価した。昇温速度は１０℃／ｍｉｎとし、１０００℃まで昇温した。質量が１％増加する温度を「耐酸化温度」と定義し、得られた耐酸化温度を表１に示す。
【００３８】
（実施例２）
平均粒径０．６μｍの酸化鉄粉（戸田工業：ＰＦ３４００）を用い、熱処理温度を１２００℃とした以外は実施例１と同様にして還元鉄粉を得た。平均粒径、飽和磁化、耐酸化温度を表１に示す。
【００３９】
（実施例３）
熱処理温度を１３００℃とした以外は実施例２と同様にして還元鉄粉を得た。平均粒径、飽和磁化、耐酸化温度を表１に示す。
【００４０】
（実施例４）
熱処理温度を１４００℃とした以外は実施例２と同様にして還元鉄粉を得た。平均粒径、飽和磁化、耐酸化温度を表１に示す。
【００４１】
（実施例５）
酸化鉄粉末の重量を７６．４ｇ、ＳｉＣ粉末の重量を４．９ｇとした以外は実施例１と同様にして還元鉄粉を得た。平均粒径、飽和磁化、耐酸化温度を表１に示す。
【００４２】
（実施例６）
酸化鉄粉末の重量を７６．４ｇ、ＳｉＣ粉末の重量を４．９ｇとした以外は実施例４と同様にして還元鉄粉を得た。平均粒径、飽和磁化、耐酸化温度を表１に示す。
【００４３】
（比較例１）
酸化鉄粉末を７０．５ｇ、Ａｌ粉末を０ｇ（無添加）、ＳｉＣ粉末を４．５ｇ、カーボンブラック粉末を２５ｇとした以外は実施例２と同様にして還元鉄粉を得た。平均粒径、飽和磁化、耐酸化温度を表１に示す。
【００４４】
（比較例２）
熱処理温度を１１２０℃とした以外は比較例１と同様にして還元鉄粉を得た。平均粒径、飽和磁化、耐酸化温度を表１に示す。
【００４５】
比較例１、２の耐酸化温度はそれぞれ４０６℃、３９７℃であり、実施例と比較すると耐酸化温度は低い。表１より、Ａｌ粉末を添加すると耐酸化温度が向上することが分かる。これは還元反応を経てＡｌから生成したＡｌ２Ｏ３が鉄粉末の被覆を補強していることを示している。
【００４６】
表２は実施例と比較例の各粉末についてＸＰＳ分析（アルバック・ファイ：ＰＨＩ Ｑｕａｎｔｅｒａ ＳＸＭ）を行なった結果を示す。Ｆｅ濃度が実施例では１ａｔ％未満であるのに対して比較例では３ａｔ％以上であり、実施例においてＦｅ粒子が十分被覆されていることが分かる。このため、本発明の鉄粉の耐酸化温度は高いのである。
【００４７】
【表１】
【００４８】
【表２】
【００４９】
（実施例７）
実施例１の粉末にポリビニルブチラールを０．６ｍａｓｓ％加えてエタノール中で混錬し乾燥後、５００μｍアンダーに篩分級して造粒粉を得た。この造粒粉を外径１３．４ｍｍ、内径７．７ｍｍの金型にて、油圧プレスにて２０ｔｏｎ／ｃｍ２で圧縮し、密度６．１Ｍｇ／ｍ３のトロイダルリング状成形体を作製した。この成形体に直径０．２５ｍｍのエナメル線を１７０ターン巻いて、ＬＣＲメータ（ヒューレット・パッカード：ＨＰ−４２８５Ａ）を用いて周波数１００ｋＨｚで直流重畳特性を測定した。結果を図１に示す。
【００５０】
（実施例８）
実施例５の粉末を用いた以外は実施例７と同様の手法で成形体密度６．０Ｍｇ／ｍ３のトロイダルリング状成形体を作製し、直流重畳特性を測定した。結果を図１に示す。
【００５１】
（実施例９）
実施例４の粉末を用いた以外は実施例７と同様の手法で成形体密度６．６Ｍｇ／ｍ３のトロイダルリング状成形体を作製し、直流重畳特性を測定した。結果を図１に示す。
【００５２】
（実施例１０）
実施例６の粉末を用いた以外は実施例７と同様の手法で成形体密度６．６Ｍｇ／ｍ３のトロイダルリング状成形体を作製し、直流重畳特性を測定した。結果を図１に示す。
【００５３】
（参考例１）
平均粒径３．５μｍのカルボニルＦｅ粉末（ＢＡＳＦ、ＳＱ）を用いた以外は実施例７と同様の手法で成形体密度７．０Ｍｇ／ｍ３のトロイダルリング状成形体を作製し、直流重畳特性を測定した。結果を図１に示す。
【００５４】
（比較例３）
平均粒径０．６μｍのＮｉ−Ｚｎフェライト粉末（ＮｉＯ：１７．７ｍｏｌ％、ＣｕＯ：８．８ｍｏｌ％、ＺｎＯ：２５．０ｍｏｌ％、Ｆｅ２Ｏ３：４８．５ｍｏｌ％）を用いた以外は実施例７と同様に成形した。この成形体を９００℃で２時間焼成してトロイダルリング状の焼結体とし、この焼結体の直流重畳特性を測定した。結果を図１に示す。
【００５５】
（実施例１１）
実施例２の粉末を用い、外径７．２ｍｍ、内径３．９ｍｍの金型にて、成形圧力を１０ｔｏｎ／ｃｍ２とした以外は実施例圧縮し、密度６．３Ｍｇ／ｍ３のトロイダルリング状成形体を作製した。この成形体について透磁率の周波数特性をインピーダンスアナライザー（アジレント、４２９１Ｂ）を用いて測定し、１ＭＨｚにおける複素比透磁率の実部は４１であった。
【００５６】
（実施例１２）
実施例３の粉末を用いた以外は実施例１１と同様の手法でトロイダルリング状成形体を作製・評価し、１ＭＨｚにおける複素比透磁率の実部２３を得た。
【００５７】
（実施例１３）
実施例４の粉末を用いた以外は実施例１１と同様の手法でトロイダルリング状成形体を作製・評価し、１ＭＨｚにおける複素比透磁率の実部２１を得た。
【００５８】
（実施例１４）
実施例６の粉末を用いた以外は実施例１１と同様の手法でトロイダルリング状成形体を作製・評価し、１ＭＨｚにおける複素比透磁率の実部２３を得た。
【００５９】
（比較例４）
比較例１の粉末を用いた以外は実施例１１と同様の手法でトロイダルリング状成形体を作製・評価し、１ＭＨｚにおける複素比透磁率の実部１３を得た。
【００６０】
（比較例５）
比較例２の粉末を用いた以外は実施例１１と同様の手法でトロイダルリング状成形体を作製・評価し、１ＭＨｚにおける複素比透磁率の実部１３を得た。
【００６１】
【表３】
【００６２】
図１より、実施例８、９の試料は市販Ｆｅ粉末から成る圧粉磁心と同等の透磁率、ならびに直流重畳特性を発現している。一方、比較例３のフェライト焼結体試料の場合は直流が重畳すると透磁率の低下が著しい。磁界１０ｋＡ／ｍの時に得られる増分透磁率は実施例８、９においてはいずれも２０以上であるが、比較例３では５未満となっている。これはフェライト材料の磁束密度が低磁界で飽和してしまうことに起因している。すなわち本発明によれば、耐酸化性に優れた高透磁率の軟磁性金属粉末を提供することができる
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に被覆が形成された耐酸化性の軟磁性金属粉末とその製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
チョークコイルやインダクタ素子、トランス等の磁心材料として軟磁性のフェライトや金属材料が用いられている。近年の電子部品においては小型で高周波でも低損失で駆動することが要求されており、動作電流は大電流化する傾向にある。これらの要求に応えるためには従来のフェライトに比べて飽和磁化が大きい金属材料が望まれている。飽和磁化が大きければ小型化が実現するだけでなく、例えばインダクタ用途の場合は直流重畳特性を大電流領域まで維持することができるので、大きな動作電流にも対応することができる。
【０００３】
しかし、金属材料は電気抵抗が低いために、渦電流が流れやすく、渦電流損失が発生してしまう。渦電流損失は周波数の二乗に比例するため、特に高周波磁界の下では損失が大きくなってしまう（実部の透磁率が低下してしまう）。このため、金属材料をバルク体のまま用いることが困難であった。これを解決するべく、たとえばＦｅ系合金の粉末間を樹脂によって絶縁した状態で成形することで、５０ｋＨｚの高周波でもコアロスの低い圧粉磁心が開発されている（特許文献１）。
【０００４】
また、金属材料の粉末を圧粉して成形すると、金属粉末内部に応力歪みが残存して磁気特性の劣化を招く。すなわち保磁力が増大してしまい、ヒステリシス損失が増加してしまう。ヒステリシス損失を低減するためには成形体を熱処理して応力歪みを除去しなければならない。この熱処理において粉末間絶縁に用いた樹脂が分解する問題を回避するため、樹脂ではなく水ガラスを用いることが特許文献２に報告されている。また、ヒステリシス損失を極小とすべく、磁気異方性の小さいアモルファス材料や金属粉末をナノ結晶サイズまで微細化したナノ結晶材が開発されている。
【０００５】
すなわち軟磁性材料として、近年では高磁化でなおかつ高周波用途で安定に使用でき、低損失であることを兼ね備えた金属材料が望まれている。これを実現するためには耐熱性に優れた被覆層を有する軟磁性金属粉末が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２７４３００号公報（表１）
【特許文献２】特開２００４−２５９８０７号公報（表１）
【特許文献３】特開２００９−２４９７３９号公報（実施例９〜１１）
【特許文献４】特開２００９−２７２６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のフェライトに比べて金属磁性材料は磁化が高いものの、容易に酸化することが問題であった。圧粉磁心用途に適用する場合は歪除去焼鈍による被覆層の劣化に伴う軟磁気特性の低下抑制が困難であった。積層インダクタ等の磁心コア材料へ適用する場合は電極焼成工程で酸化してしまい、高磁化を活用することが困難であった。したがって、磁性コアを構成する軟磁性金属粉末において耐酸化性に優れる被覆層が必要であった。
【０００８】
また、軟磁性金属粉末の粒径が１μｍ以下の微小径であると、加圧成形しても成形体密度が十分に向上せず、磁化や透磁率が低い原因となっていた（特許文献２）。したがって、高密度の成形体を提供できる軟磁性金属粉末が必要であった。
【０００９】
本発明の目的は、耐酸化性に優れた軟磁性金属粉末および高密度で高透磁率を有する圧粉磁心の提供、ならびにその製法を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために鋭意検討した結果、本発明に想到した。すなわち本発明の軟磁性金属粉末は、酸化鉄粉末を固相還元する還元剤として炭素粉末と共にＡｌ粉末を添加することによって得られ、平均粒径が１μｍ超であり、表面が炭素および酸化アルミで被覆された鉄粒子粉末であり、大気中で加熱する熱重量分析における重量上昇が１．０％以上となる温度が４５０℃以上であることを特徴とする。
【００１１】
さらに前記軟磁性金属粉末において、平均粒径が１μｍ超、２０μｍ以下である軟磁性金属粉末を提供する。
【００１２】
さらに前記軟磁性金属粉末において、平均粒径が４〜１２μｍである軟磁性金属粉末を提供する。
【００１３】
前記軟磁性金属粉末は、表面が炭素および酸化アルミで被覆されているため、Ｘ線光電子分光法によって分析される表面組成が、Ｆｅが１ａｔ％未満、Ｃが８０〜８５ａｔ％、Ａｌが２．８〜３．４ａｔ％であることを特徴とする。残部は、Ｆｅ、Ｃ、及びＡｌ以外の原料由来の元素である。
【００１４】
本発明の軟磁性金属粉末の製造方法は、還元剤である炭素粉末及びＡｌ粉末と、酸化鉄粉末とを混合し、
得られた混合粉に非酸化性雰囲気中で熱処理を施し、
Ｘ線光電子分光法で検出される表面組成に炭素及び酸化アルミニウムを有し、核組成に鉄を有する粉末を得ることを特徴とする。
【００１５】
本発明の軟磁性金属粉末を用いて圧粉磁心を作製する場合、当該軟磁性金属粉末と、有機樹脂または無機酸化物の少なくとも一方とで構成することにより、密度が６．０Ｍｇ／ｍ３以上である圧粉磁心を得られる。これにより高磁化が実現される。
【００１６】
前記圧粉磁心は、１００ｋＨｚの周波数下で巻線に直流を重畳して発生する直流バイアス磁界が１０ｋＡ／ｍの場合に、得られる増分透磁率が２０以上であることを特徴とする。これにより優れた直流重畳特性が得られる。
【００１７】
また、前記圧粉磁心は、１ＭＨｚの周波数における複素比透磁率の実数部が２０以上であることを特徴とする。これによりＭＨｚ帯域でも高い透磁率が得られる。
【００１８】
また、前記圧粉磁心は、得られた軟磁性金属粉末に、有機樹脂または無機酸化物を添加した後、１０００ＭＰaまたは２０００ＭＰa の圧力で成形することによって得られる。
【発明の効果】
【００１９】
耐酸化性に優れた軟磁性金属粉末、高透磁率で高密度を有する圧粉磁心、およびそれらの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、圧粉磁心を用いたトロイダルコイルの直流重畳特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（１）出発原料
出発原料として用いる酸化鉄はＦｅ２Ｏ３やＦｅ３Ｏ４、ＦｅＯなどの化学式で表されるが、遷移金属元素を含むフェライトであっても構わない。酸化鉄粉末の平均粒径は０．０１〜１００μｍ未満であることが好ましく、より好ましくは２０μｍ未満、更に好ましくは１μｍ未満である。酸化鉄粉末の平均粒径は最終的に得られる軟磁性金属粉末の平均粒径に大きく影響する。酸化鉄粉末の平均粒径が０．０１μｍ未満であると粉末としての取扱いが困難になるだけでなく、還元後の軟磁性金属粉末の粒径が１μｍ未満となってしまい、成形体密度が向上しなくなるので好ましくない。また酸化鉄粉末の平均粒径が１００μｍ以上となると還元反応が十分に進行しなくなるので好ましくない。還元された軟磁性金属粉末の平均粒径は１μｍ超であることが好ましい。１μｍ未満の場合は加圧後の成形体密度が６．０Ｍｇ／ｍ３に到達せず好ましくない。より好ましくは１μｍ超、２０μｍ以下である。２０μｍを越えると粒内に渦電流が流れて渦電流損失が増大してしまうので好ましくない。更に好ましくは４〜１２μｍである。この範囲であれば成形体密度を十分高くすることができる。
【００２２】
還元後の軟磁性金属粉末は、目的に応じて鉄基合金としてもよい。すなわちＦｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｎｉ、Ｆｅ−Ｃｏ、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂなどの合金であっても構わない。
【００２３】
（２）還元剤
前記酸化鉄を還元するための還元剤として固体粉末を用いる。均一かつ薄い被覆層を形成するためにはグラファイトが好ましく、グラファイトを被覆層とするには炭素から成る粉末を用いるのが好ましい。グラファイトはグラフェンシートが積層した構造であるため２次元的に粒成長しやすく被覆物質として好適である。還元剤として用いる炭素から成る粉末としてはグラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック、各種炭化水素などの粉末を用いるのが好ましい。ただしグラファイトは導電性物質であるため、金属Ａｌを還元剤として用い、副生成物として生成する酸化アルミニウムを被覆層とすることにより電気絶縁性を確保することが好ましい。
【００２４】
還元剤としては金属Ａｌが好ましい。金属Ａｌの融点は６６０℃であり、後述する還元反応が進行する温度（１１００〜１４００℃）よりも低温である。これが被覆構造を形成するには好適である。還元反応が始まる前にＡｌは液相状態で酸化鉄粒子を均一に濡らし、その後昇温されると液相Ａｌが酸化鉄を還元する。このような反応機構であると、還元反応によって生成する酸化アルミニウムが必然的にＦｅ核粒子を被覆する構造となる。融点が１１００℃を越えるＡｌ化合物は還元剤として相応しくない。特許文献３（特開２００９−２４９７３９号公報）では固相反応においてＡｌＮの粉末を添加して核粒子であるＦｅにＡｌを固溶させる方法が開示されているが、被覆層に酸化アルミニウムが含まれることは開示されていない。ＡｌＮの融点は２２００℃と高温であるため酸化アルミニウムの被覆物質源としては好ましくない。
【００２５】
前記還元剤となる固体粉末の平均粒径としては０．０１〜１０μｍが好ましい。０．０１μｍ未満であると取扱いが困難となる。１０μｍ以上であると酸化鉄粉末との混合が不均一となり、固相還元反応が不均一となって好ましくない。
【００２６】
（３）混合条件
前記酸化鉄粉末と前記還元剤粉末は均一に混合されることが好ましい。これら粉末を混合するにあたり、ボールミルやビーズミル、ライカイ機、乳鉢、Ｖ字型ミキサーなどを用いることができる。
【００２７】
（４）反応条件
前記酸化鉄粉末と前記還元剤粉末の混合物は、非酸化性雰囲気中で１１００℃〜１４００℃の範囲で熱処理することが好ましい。１１００℃未満であると還元反応が不十分となるので好ましくない。また１１００℃未満であると炭素被覆層の形成が不十分となる。熱処理温度が１４００℃を越える場合は軟磁性金属粉末が焼結してバルク化してしまう可能性があるため好ましくない。非酸化性雰囲気とは酸素を含まない雰囲気であり、Ａｒ、Ｎ2、Ｈ2、Ｈｅ、ＣＯ2やそれら混合ガスが好ましく、より好ましくはＮ2雰囲気である。このとき不純物として酸素が多少混入しても構わないが、酸素濃度は５００ｐｐｍ以下が好ましく、より好ましくは１００ｐｐｍ以下、さらに好ましくは１０ｐｐｍ以下である。上記好適条件で熱処理すると、前記酸化鉄粉末は均一に還元されて軟磁性金属粉末が生成する。
【００２８】
（５）生成物の精製
固相還元によって得られた前記軟磁性金属粉末には余剰の還元剤や反応副生成物が含まれているため、磁気分離操作によって強磁性粉末のみを精製回収することが好ましい。所定質量の熱処理済み粉末を有機溶媒や水中に十分分散させた後、永久磁石で軟磁性金属粉末のみを磁気捕集して精製回収することが好ましい。
【００２９】
（６）軟磁性金属粉末の粒子特性
このようにして得られた軟磁性金属粉末の平均粒径は１μｍ超であることが好ましい。ここで平均粒径は、レーザー回折散乱法にて測定した粒度分布の体積積算５０％に達するときの粉末粒径である。平均粒径が１μｍ未満の場合は加圧後の成形体密度が６．０Ｍｇ／ｍ３に到達せず好ましくない。より好ましくは１μｍ超、２０μｍ以下である。２０μｍを越えると粒内に渦電流が流れて渦電流損失が増大してしまうので好ましくない。更に好ましくは４〜１２μｍである。この範囲であれば成形体密度を十分高くすることができる。
【００３０】
また前記製法で得られる軟磁性金属粉末は、その表面が炭素および酸化アルミニウムで被覆された鉄粒子である。炭素で被覆されている理由は、還元されたＦｅ粒子表面で余剰の炭素が固溶・析出した、あるいは還元反応の副生成物として生成した炭酸ガスがＦｅ粒子表面で不均化反応を起こした、等によってＦｅ粒子表面にグラファイト状の炭素が析出することによる。また酸化アルミニウムで被覆される理由は、還元剤として添加したＡｌが昇温過程で液相となり酸化鉄粒子を取り囲み、その後還元反応が進行することによって酸化アルミニウムがＦｅ粒子を被覆する為である。表面組成をＸ線光電子分光法（X-ray
Photoelectron Spectroscopy：XPS ）により分析した場合、Feが１ａｔ％未満、Ｃが８０〜８５ａｔ％、Ａｌが２．８〜３．４ａｔ％であることが好ましい。Ｆｅが１ａｔ％以上であると金属Ｆｅ粒子が表出している部分が増加することを表しており、粒子の耐酸化性が低下するので好ましくない。またＣが８０ａｔ％未満であると炭素による被覆が不十分で好ましくない。Ｃが８５ａｔ％以上の場合は被覆層を形成する炭素が過剰であることを表しており、金属Ｆｅ粒子の体積比率が低下して好ましくない。Ａｌが２．８ａｔ％未満では酸化アルミニウムの被覆層が不十分で粒子間絶縁がとれず好ましくない。Ａｌが３．４ａｔ％では非磁性成分の体積比率が大きく、金属Ｆｅ粒子の体積比率が低下して好ましくない。
【００３１】
前記軟磁性金属粉末の飽和磁化は１６０〜２００Ａｍ２／ｋｇであることが好ましい。１６０Ａｍ２／ｋｇ未満であると強磁性成分の含有率が低いために高密度な成形体を得られたとしても透磁率が低下してしまい好ましくない。また２００Ａｍ２／ｋｇ超であると軟磁性材料としては優れているものの、被覆物質が実効的に不足しており、耐酸化性が低下して好ましくない。積層インダクタなどの磁性部品に適用する場合には部品の製造プロセスや使用環境に応じて優れた耐酸化性が要求される。
【００３２】
前記軟磁性金属粉末は優れた耐酸化性を示す。耐酸化性を測定する手段としては、大気中で加熱して酸化に伴う重量増分を分析する手法、大気中で加熱しながら磁化の温度変化を測定する手法、恒温恒湿試験器に所定の時間放置して磁化の変化を測定する手法、などが挙げられる。特に酸化にともなう重量増分は熱重量測定（ＴＧ測定）により精度よく分析することができるので好ましい。本発明においては、熱重量分析において重量増分が１ｍａｓｓ％となる温度を「耐酸化温度」と定義して用いた。前記軟磁性鉄系粉末の耐酸化温度は４５０℃以上であり、耐酸化性に優れる。
【００３３】
（７）圧粉磁心の性能評価
前記軟磁性金属粉末にバインダを混合して圧縮成形を行い、圧粉磁心を作製する。バインダとしてはポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などが用いられる。また粒子間絶縁を補強するため、上記バインダの他にコロイダルシリカやアルミナ微粒子などの絶縁性酸化物微粒子を添加しても構わない。バインダ添加量は軟磁性金属粉末の重量対比で０．１〜１ｍａｓｓ％が好適である。バインダを添加すると成形性が向上するとともに粒子間を絶縁する作用が得られる。一方で、磁心密度が低下してしまうので、添加量は前記範囲が好適である。
【００３４】
成形体密度を十分高くするためには成形時の圧力は１０００〜２０００ＭＰａであることが好ましい。特許文献４（特開２００９−２７２６１５号公報）では成形圧が１０００ＭＰａの場合に透磁率の減衰率とコアロスが共に増大することが開示されており、成形圧力は６００ＭＰａ以下であることが好適としている。特許文献４の磁性粉末はＦｅ粒子を被覆する物質が炭素（導電材料）のみであるため、高圧力で成形した場合は粒子の接触確率が増して圧粉磁心の絶縁性が低下して好ましくないことを表している。本発明ではより高い１０００〜２０００ＭＰaで成形した圧粉磁心の特性について言及しており、本発明と特許文献４は異なる。
【００３５】
トロイダル形状に成形した成形体に巻線を施し、１００ｋＨｚの周波数のもとでＬＣＲメータにて直流重畳特性を測定した場合、巻線に発生する直流バイアス磁界が１０ｋＡ／ｍの時に得られる増分透磁率は２０以上である。ここで増分透磁率とは、巻線に所定の直流電流を流して発生する磁界下で得られる透磁率を表している。増分透磁率が２０未満であるとインダクタンスが小さく軟磁性材料として好ましくない。
【００３６】
またトロイダル形状の成形体についてインピーダンスアナライザで複素比透磁率の周波数依存性を計測すると、１ＭＨｚの周波数における複素比透磁率の実数部が２０以上であることを特徴とする。前記透磁率が２０未満の場合は軟磁性材料として相応しくない。ここで複素比透磁率とは、交流磁界下で測定した比透磁率を実数部と虚数部で表したものである。実数部は、交流磁界において磁束密度が磁界の変化に追従する（磁界波と同位相の）成分を表しており、虚数部は磁界の変化に追いつかない（位相の遅れた）成分を表している。
【実施例】
【００３７】
（実施例１）
平均粒径０．０５μｍの酸化鉄粉末（ケミライト工業：Ｘ−２１）７８ｇと平均粒径３μｍのアルミニウム粉末（添川理化学）１．７ｇと平均粒径０．０１μｍのＳｉＣ粉末（住友大阪セメント）３．３ｇと平均粒径０．０２μｍのカーボンブラック粉末（三菱化学：＃４４）１７ｇをＩＰＡ中でボールミル混合し乾燥させることで、原料混合粉を得た。この原料混合粉を窒素雰囲気中で１４００℃で２時間熱処理し、酸化鉄を鉄へと固相還元させた。得られた還元粉から非磁性成分を除去するため、当該粉末５．０ｇをＩＰＡ１００ｍｌ中に投入して超音波照射し、永久磁石で磁性粒子のみを捕集して上澄み液を捨てる精製操作を実施した。この操作を上澄み液が透明になるまで繰り返し、還元鉄粉を得た。この還元鉄粉の粒度分布をレーザー回折式粒度分布計（ＨＯＲＩＢＡ：ＬＡ−９２０）で測定した。平均粒径（ｄ５０）を表１に示す。また飽和磁化を振動試料型磁力計（理研電子：ＢＨＶ−３５）を用いて最大印加磁界０．８ＭＡ／ｍ（１０ｋＯｅ）として測定した。得られた結果を表１に示す。また示差熱重量分析装置（リガク：ＴＡＳ２００）を用いて当該還元鉄粉を大気中で加熱するＴＧ分析を行ない、耐酸化性を評価した。昇温速度は１０℃／ｍｉｎとし、１０００℃まで昇温した。質量が１％増加する温度を「耐酸化温度」と定義し、得られた耐酸化温度を表１に示す。
【００３８】
（実施例２）
平均粒径０．６μｍの酸化鉄粉（戸田工業：ＰＦ３４００）を用い、熱処理温度を１２００℃とした以外は実施例１と同様にして還元鉄粉を得た。平均粒径、飽和磁化、耐酸化温度を表１に示す。
【００３９】
（実施例３）
熱処理温度を１３００℃とした以外は実施例２と同様にして還元鉄粉を得た。平均粒径、飽和磁化、耐酸化温度を表１に示す。
【００４０】
（実施例４）
熱処理温度を１４００℃とした以外は実施例２と同様にして還元鉄粉を得た。平均粒径、飽和磁化、耐酸化温度を表１に示す。
【００４１】
（実施例５）
酸化鉄粉末の重量を７６．４ｇ、ＳｉＣ粉末の重量を４．９ｇとした以外は実施例１と同様にして還元鉄粉を得た。平均粒径、飽和磁化、耐酸化温度を表１に示す。
【００４２】
（実施例６）
酸化鉄粉末の重量を７６．４ｇ、ＳｉＣ粉末の重量を４．９ｇとした以外は実施例４と同様にして還元鉄粉を得た。平均粒径、飽和磁化、耐酸化温度を表１に示す。
【００４３】
（比較例１）
酸化鉄粉末を７０．５ｇ、Ａｌ粉末を０ｇ（無添加）、ＳｉＣ粉末を４．５ｇ、カーボンブラック粉末を２５ｇとした以外は実施例２と同様にして還元鉄粉を得た。平均粒径、飽和磁化、耐酸化温度を表１に示す。
【００４４】
（比較例２）
熱処理温度を１１２０℃とした以外は比較例１と同様にして還元鉄粉を得た。平均粒径、飽和磁化、耐酸化温度を表１に示す。
【００４５】
比較例１、２の耐酸化温度はそれぞれ４０６℃、３９７℃であり、実施例と比較すると耐酸化温度は低い。表１より、Ａｌ粉末を添加すると耐酸化温度が向上することが分かる。これは還元反応を経てＡｌから生成したＡｌ２Ｏ３が鉄粉末の被覆を補強していることを示している。
【００４６】
表２は実施例と比較例の各粉末についてＸＰＳ分析（アルバック・ファイ：ＰＨＩ Ｑｕａｎｔｅｒａ ＳＸＭ）を行なった結果を示す。Ｆｅ濃度が実施例では１ａｔ％未満であるのに対して比較例では３ａｔ％以上であり、実施例においてＦｅ粒子が十分被覆されていることが分かる。このため、本発明の鉄粉の耐酸化温度は高いのである。
【００４７】
【表１】
【００４８】
【表２】
【００４９】
（実施例７）
実施例１の粉末にポリビニルブチラールを０．６ｍａｓｓ％加えてエタノール中で混錬し乾燥後、５００μｍアンダーに篩分級して造粒粉を得た。この造粒粉を外径１３．４ｍｍ、内径７．７ｍｍの金型にて、油圧プレスにて２０ｔｏｎ／ｃｍ２で圧縮し、密度６．１Ｍｇ／ｍ３のトロイダルリング状成形体を作製した。この成形体に直径０．２５ｍｍのエナメル線を１７０ターン巻いて、ＬＣＲメータ（ヒューレット・パッカード：ＨＰ−４２８５Ａ）を用いて周波数１００ｋＨｚで直流重畳特性を測定した。結果を図１に示す。
【００５０】
（実施例８）
実施例５の粉末を用いた以外は実施例７と同様の手法で成形体密度６．０Ｍｇ／ｍ３のトロイダルリング状成形体を作製し、直流重畳特性を測定した。結果を図１に示す。
【００５１】
（実施例９）
実施例４の粉末を用いた以外は実施例７と同様の手法で成形体密度６．６Ｍｇ／ｍ３のトロイダルリング状成形体を作製し、直流重畳特性を測定した。結果を図１に示す。
【００５２】
（実施例１０）
実施例６の粉末を用いた以外は実施例７と同様の手法で成形体密度６．６Ｍｇ／ｍ３のトロイダルリング状成形体を作製し、直流重畳特性を測定した。結果を図１に示す。
【００５３】
（参考例１）
平均粒径３．５μｍのカルボニルＦｅ粉末（ＢＡＳＦ、ＳＱ）を用いた以外は実施例７と同様の手法で成形体密度７．０Ｍｇ／ｍ３のトロイダルリング状成形体を作製し、直流重畳特性を測定した。結果を図１に示す。
【００５４】
（比較例３）
平均粒径０．６μｍのＮｉ−Ｚｎフェライト粉末（ＮｉＯ：１７．７ｍｏｌ％、ＣｕＯ：８．８ｍｏｌ％、ＺｎＯ：２５．０ｍｏｌ％、Ｆｅ２Ｏ３：４８．５ｍｏｌ％）を用いた以外は実施例７と同様に成形した。この成形体を９００℃で２時間焼成してトロイダルリング状の焼結体とし、この焼結体の直流重畳特性を測定した。結果を図１に示す。
【００５５】
（実施例１１）
実施例２の粉末を用い、外径７．２ｍｍ、内径３．９ｍｍの金型にて、成形圧力を１０ｔｏｎ／ｃｍ２とした以外は実施例圧縮し、密度６．３Ｍｇ／ｍ３のトロイダルリング状成形体を作製した。この成形体について透磁率の周波数特性をインピーダンスアナライザー（アジレント、４２９１Ｂ）を用いて測定し、１ＭＨｚにおける複素比透磁率の実部は４１であった。
【００５６】
（実施例１２）
実施例３の粉末を用いた以外は実施例１１と同様の手法でトロイダルリング状成形体を作製・評価し、１ＭＨｚにおける複素比透磁率の実部２３を得た。
【００５７】
（実施例１３）
実施例４の粉末を用いた以外は実施例１１と同様の手法でトロイダルリング状成形体を作製・評価し、１ＭＨｚにおける複素比透磁率の実部２１を得た。
【００５８】
（実施例１４）
実施例６の粉末を用いた以外は実施例１１と同様の手法でトロイダルリング状成形体を作製・評価し、１ＭＨｚにおける複素比透磁率の実部２３を得た。
【００５９】
（比較例４）
比較例１の粉末を用いた以外は実施例１１と同様の手法でトロイダルリング状成形体を作製・評価し、１ＭＨｚにおける複素比透磁率の実部１３を得た。
【００６０】
（比較例５）
比較例２の粉末を用いた以外は実施例１１と同様の手法でトロイダルリング状成形体を作製・評価し、１ＭＨｚにおける複素比透磁率の実部１３を得た。
【００６１】
【表３】
【００６２】
図１より、実施例８、９の試料は市販Ｆｅ粉末から成る圧粉磁心と同等の透磁率、ならびに直流重畳特性を発現している。一方、比較例３のフェライト焼結体試料の場合は直流が重畳すると透磁率の低下が著しい。磁界１０ｋＡ／ｍの時に得られる増分透磁率は実施例８、９においてはいずれも２０以上であるが、比較例３では５未満となっている。これはフェライト材料の磁束密度が低磁界で飽和してしまうことに起因している。すなわち本発明によれば、耐酸化性に優れた高透磁率の軟磁性金属粉末を提供することができる
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化鉄粉末を固相還元する還元剤として炭素粉末と共にＡｌ粉末を添加することによって得られ、平均粒径が１μｍ超であり、表面が炭素および酸化アルミで被覆された鉄粒子粉末であり、大気中で加熱する熱重量分析における重量上昇が１．０％以上となる温度が４５０℃以上であることを特徴とする軟磁性金属粉末。
【請求項２】
平均粒径が１μｍ超、２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の軟磁性金属粉末。
【請求項３】
平均粒径が４〜１２μｍであることを特徴とする請求項１に記載の軟磁性金属粉末。
【請求項４】
Ｘ線光電子分光法によって分析される表面組成が、Ｆｅが１ａｔ％未満、Ｃが８０〜８５ａｔ％、Ａｌが２．８〜３．４ａｔ％であることを特徴とする、請求項１に記載の軟磁性金属粉末。
【請求項５】
還元剤である炭素粉末及びＡｌ粉末と、酸化鉄粉末とを混合し、
得られた混合粉に非酸化性雰囲気中で熱処理を施し、
Ｘ線光電子分光法で検出される表面組成に炭素及び酸化アルミニウムを有し、核組成に鉄を有する粉末を得ることを特徴とする軟磁性金属粉末の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれかに記載の軟磁性金属粉末と、有機樹脂または無機酸化物の少なくとも一方とで構成されており、
密度が６．０Ｍｇ／ｍ３以上であることを特徴とする圧粉磁心。
【請求項７】
請求項１乃至４のいずれかに記載の軟磁性金属粉末と、有機樹脂または無機酸化物の少なくとも一方とで構成されており、
１００ｋＨｚの周波数下で巻線に直流を重畳して発生する直流バイアス磁界が１０ｋＡ／ｍの場合に、得られる増分透磁率が２０以上であることを特徴とする圧粉磁心。
【請求項８】
請求項１に記載の軟磁性金属粉末と、有機樹脂または無機酸化物の少なくとも一方とで構成されており、
１ＭＨｚの周波数における複素比透磁率の実数部が２０以上であることを特徴とする圧粉磁心。
【請求項９】
請求項１乃至４のいずれかに記載の軟磁性金属粉末に有機樹脂または無機酸化物を添加した後、１０００ＭＰａ〜２０００ＭＰａの圧力で成形することを特徴とする圧粉磁心の製造方法。
【請求項１０】
請求項５に記載の製造方法で得られた軟磁性金属粉末に、有機樹脂または無機酸化物を添加した後、１０００ＭＰａ〜２０００ＭＰａの圧力で成形することを特徴とする圧粉磁心の製造方法。
【請求項１】
酸化鉄粉末を固相還元する還元剤として炭素粉末と共にＡｌ粉末を添加することによって得られ、平均粒径が１μｍ超であり、表面が炭素および酸化アルミで被覆された鉄粒子粉末であり、大気中で加熱する熱重量分析における重量上昇が１．０％以上となる温度が４５０℃以上であることを特徴とする軟磁性金属粉末。
【請求項２】
平均粒径が１μｍ超、２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の軟磁性金属粉末。
【請求項３】
平均粒径が４〜１２μｍであることを特徴とする請求項１に記載の軟磁性金属粉末。
【請求項４】
Ｘ線光電子分光法によって分析される表面組成が、Ｆｅが１ａｔ％未満、Ｃが８０〜８５ａｔ％、Ａｌが２．８〜３．４ａｔ％であることを特徴とする、請求項１に記載の軟磁性金属粉末。
【請求項５】
還元剤である炭素粉末及びＡｌ粉末と、酸化鉄粉末とを混合し、
得られた混合粉に非酸化性雰囲気中で熱処理を施し、
Ｘ線光電子分光法で検出される表面組成に炭素及び酸化アルミニウムを有し、核組成に鉄を有する粉末を得ることを特徴とする軟磁性金属粉末の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれかに記載の軟磁性金属粉末と、有機樹脂または無機酸化物の少なくとも一方とで構成されており、
密度が６．０Ｍｇ／ｍ３以上であることを特徴とする圧粉磁心。
【請求項７】
請求項１乃至４のいずれかに記載の軟磁性金属粉末と、有機樹脂または無機酸化物の少なくとも一方とで構成されており、
１００ｋＨｚの周波数下で巻線に直流を重畳して発生する直流バイアス磁界が１０ｋＡ／ｍの場合に、得られる増分透磁率が２０以上であることを特徴とする圧粉磁心。
【請求項８】
請求項１に記載の軟磁性金属粉末と、有機樹脂または無機酸化物の少なくとも一方とで構成されており、
１ＭＨｚの周波数における複素比透磁率の実数部が２０以上であることを特徴とする圧粉磁心。
【請求項９】
請求項１乃至４のいずれかに記載の軟磁性金属粉末に有機樹脂または無機酸化物を添加した後、１０００ＭＰａ〜２０００ＭＰａの圧力で成形することを特徴とする圧粉磁心の製造方法。
【請求項１０】
請求項５に記載の製造方法で得られた軟磁性金属粉末に、有機樹脂または無機酸化物を添加した後、１０００ＭＰａ〜２０００ＭＰａの圧力で成形することを特徴とする圧粉磁心の製造方法。
【図１】
【公開番号】特開２０１２−２０４７４４（Ｐ２０１２−２０４７４４Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６９９０６（Ｐ２０１１−６９９０６）
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【Ｆターム（参考）】
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