特許 6578266 軟磁性材料、軟磁性材料を用いた圧粉磁心、及び圧粉磁心の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6578266

(24)【登録日】2019年8月30日

(45)【発行日】2019年9月18日

(54)【発明の名称】軟磁性材料、軟磁性材料を用いた圧粉磁心、及び圧粉磁心の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01F 1/26 20060101AFI20190909BHJP

   H01F 27/255 20060101ALI20190909BHJP

   H01F 41/02 20060101ALI20190909BHJP

   B22F 1/00 20060101ALI20190909BHJP

   B22F 3/00 20060101ALI20190909BHJP

   B22F 1/02 20060101ALI20190909BHJP

   B22F 3/24 20060101ALI20190909BHJP

   C22C 38/00 20060101ALN20190909BHJP

   C22C 19/03 20060101ALN20190909BHJP

【ＦＩ】

   H01F1/26

   H01F27/255

   H01F41/02 D

   B22F1/00 Y

   B22F3/00 B

   B22F1/02 C

   B22F1/02 E

   B22F3/24 B

   !C22C38/00 303S

   !C22C19/03 E

【請求項の数】9

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2016-212198(P2016-212198)

(22)【出願日】2016年10月28日

(65)【公開番号】特開2018-73996(P2018-73996A)

(43)【公開日】2018年5月10日

【審査請求日】2017年10月13日

(73)【特許権者】

【識別番号】390005223

【氏名又は名称】株式会社タムラ製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100081961

【弁理士】

【氏名又は名称】木内 光春

(72)【発明者】

【氏名】大島 泰雄

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼橋 渡

(72)【発明者】

【氏名】青山 大輔

(72)【発明者】

【氏名】有間 洋

(72)【発明者】

【氏名】赤岩 功太

【審査官】 木下 直哉

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０１８８２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１９０３３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−０９５５９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０７７６０１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−１８３０５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２０２９５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｆ １／２６

Ｈ０１Ｆ ２７／２５５

Ｈ０１Ｆ ４１／０２

Ｂ２２Ｆ １／００

Ｂ２２Ｆ １／０２

Ｂ２２Ｆ ３／００

Ｂ２２Ｆ ３／２４

Ｃ２２Ｃ １９／０３

Ｃ２２Ｃ ３８／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軟磁性粉末と、
前記軟磁性粉末の表面を覆う絶縁被膜と、
を有し、
前記絶縁被膜は、
前記軟磁性粉末の外側を被覆するシリコーンオリゴマー層と、
前記シリコーンオリゴマー層の外側に形成されたシリコーンレジン層と、
を備え、
前記シリコーンオリゴマー層は、（式１）で表されるＴ単位及びアルコキシシリル基を有するシリコーンオリゴマーで構成され、前記シリコーンオリゴマーに対する前記アルコキシシリル基の含有量が２０ｗｔ％〜４５ｗｔ％（但し、３０ｗｔ％を除く）であること、
を特徴とする軟磁性材料。
（式１）
ＲＳｉＯ_３／２（Ｒは、有機置換基である。）

【請求項2】

前記アルコキシシリル基の含有量が、前記シリコーンオリゴマーに対して２８ｗｔ％〜４０ｗｔ％（但し、３０ｗｔ％を除く）であること、
を特徴とする請求項１に記載の軟磁性材料。

【請求項3】

前記シリコーンオリゴマーの添加量は、前記軟磁性粉末に対して１．０ｗｔ％〜２．０ｗｔ％であること、
を特徴とする請求項１又は２に記載の軟磁性材料。

【請求項4】

前記絶縁被膜は、前記軟磁性粉末と前記シリコーンオリゴマー層との間に無機絶縁粉末が介在していること、
を特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の軟磁性材料。

【請求項5】

請求項１〜４の何れかに記載の軟磁性材料を用いた圧粉磁心。

【請求項6】

軟磁性粉末にシリコーンオリゴマーを混合し、乾燥させ、シリコーンオリゴマー層を形成する工程と、
前記シリコーンオリゴマー層が形成された前記軟磁性粉末にシリコーンレジンを混合し、乾燥させ、シリコーンレジン層を形成する工程と、
前記各工程を経た前記軟磁性粉末を、加圧成形処理して成形体を作製する成形工程と、
前記成形工程を経た成形体を７００℃〜９００℃で熱処理する熱処理工程と、
を有し、
前記シリコーンオリゴマーは、（式２）で表されるＴ単位及びアルコキシシリル基を有し、前記シリコーンオリゴマーに対するアルコキシシリル基の含有量が２０ｗｔ％〜４５ｗｔ％（但し、３０ｗｔ％を除く）であること、
を特徴とする圧粉磁心の製造方法。
（式２）
ＲＳｉＯ_３／２（Ｒは、有機置換基である。）

【請求項7】

前記アルコキシシリル基の含有量が、前記シリコーンオリゴマーに対して２８ｗｔ％〜４０ｗｔ％（但し、３０ｗｔ％を除く）であること、
を特徴とする請求項６に記載の圧粉磁心の製造方法。

【請求項8】

前記シリコーンオリゴマーの添加量は、前記軟磁性粉末に対して１．０ｗｔ％〜２．０ｗｔ％であること、
を特徴とする請求項６又は７に記載の圧粉磁心の製造方法。

【請求項9】

前記シリコーンオリゴマー層を形成する工程の前に、
前記軟磁性粉末に無機絶縁粉末を混合して、前記軟磁性粉末の表面に無機絶縁粉末を付着させる工程を有すること、
を特徴とする請求項６〜８の何れかに記載の圧粉磁心の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、軟磁性材料、軟磁性材料を用いた圧粉磁心、及び圧粉磁心の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

モーター、インバーター、コンバーターへの電力供給系統の一部として、リアクトルが利用されている。このリアクトルのコアとして、圧粉磁心が使用される。圧粉磁心は、金属粉末とこれを覆う絶縁皮膜とから構成された粉末を加圧成形することにより形成される。

【0003】

圧粉磁心は、エネルギー交換効率の向上や低発熱などの要求から、小さな印加磁界で大きな磁束密度を得ることが出来る磁気特性と、磁束密度変化におけるエネルギー損失が小さいという磁気特性が求められる。磁束密度に関する磁気特性とは、具体的には透磁率（μ）である。エネルギー損失に関する磁気特性とは、具体的には鉄損（Ｐｃｖ）である。鉄損（Ｐｃｖ）は、ヒステリシス損失（Ｐｈｖ）と、渦電流損失（Ｐｅｖ）の和で表される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特表２０００−５０４７８５号公報

【特許文献2】特開２００６−００５１７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

軟磁性粉末を用いた圧粉磁心は、上記の通り磁束密度の向上が求められており、そのためには、圧粉磁心を高密度にする必要がある。そのため、高い圧力で圧粉成形されるが、その際に多くの歪みが軟磁性粉末の粒子内に発生する。この歪みにより圧粉磁心の保磁力が高まり、ヒステリシス損失が増加してしまう。ヒステリシス損失が増加することにより、全体としての損失が増加し、飽和磁束密度が低下するため、直流重畳特性が悪化してしまう。故に、これを除去する熱処理を与えることが好ましく、十分な除去には、例えば７００℃程度以上の高い温度での熱処理が好ましい。

【0006】

しかし、熱処理温度を上げ過ぎると、軟磁性粉末間の絶縁被膜が破壊または消失してしまい、それにより軟磁性粉末間が絶縁破壊してしまう。例えば、特許文献１では、軟磁性粉末の周囲にリン酸塩系の絶縁被覆が施された圧粉磁心において、成形後の熱処理温度が５００℃として開示されているが、これよりも熱処理温度を高くすると、リン酸塩系の絶縁被膜が破壊または消失してしまい、渦電流損失が増加して十分な効果が得られない。また、特許文献２では、磁性粉末の表面にリン酸塩系の第１絶縁層を設け、更に第１絶縁層の上にシリコーン樹脂からなる第２絶縁層が形成された磁性材料を用いた圧粉磁心が開示されているが、この磁性材料の成形後の熱処理温度を６５０℃より高くすると、絶縁破壊が生じ、渦電流損失が増加する。

【0007】

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、熱処理工程における熱処理温度の向上を図り、高密度かつ低損失の圧粉磁心を得ることのできる軟磁性材料、圧粉磁心、及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】

【0008】

本発明の軟磁性材料は、軟磁性粉末と、前記軟磁性粉末の表面を覆う絶縁被膜と、を有し、前記絶縁被膜は、前記軟磁性粉末の外側を被覆するシリコーンオリゴマー層と、前記シリコーンオリゴマー層の外側に形成されたシリコーンレジン層と、を備え、前記シリコーンオリゴマー層は、下記の（式１）で表されるＴ単位及びアルコキシシリル基を有するシリコーンオリゴマーで構成され、前記シリコーンオリゴマーに対する前記アルコキシシリル基の含有量が２０ｗｔ％〜４５ｗｔ％（但し、３０ｗｔ％を除く）であること、を特徴とする。
（式１）
ＲＳｉＯ_３／２（Ｒは、有機置換基である。）

【0009】

本発明は、上記軟磁性材料を用いた圧粉磁心として捉えることもできる。

【0010】

本発明の圧粉磁心の製造方法は、軟磁性粉末にシリコーンオリゴマーを混合し、乾燥させ、シリコーンオリゴマー層を形成する工程と、前記シリコーンオリゴマー層が形成された前記軟磁性粉末にシリコーンレジンを混合し、乾燥させ、シリコーンレジン層を形成する工程と、前記各工程を経た前記軟磁性粉末を、加圧成形処理して成形体を作製する成形工程と、前記成形工程を経た成形体を７００℃〜９００℃で熱処理する熱処理工程と、を有し、前記シリコーンオリゴマーは、（式２）で表されるＴ単位及びアルコキシシリル基を有し、前記シリコーンオリゴマーに対するアルコキシシリル基の含有量が２０ｗｔ％〜４５ｗｔ％（但し、３０ｗｔ％を除く）であること、を特徴とする。
（式２）
ＲＳｉＯ_３／２（Ｒは、有機置換基である。）

【発明の効果】

【0011】

以上のような本発明によれば、７００℃以上の高い温度で熱処理を行っても絶縁被膜の破壊または焼失が起こらない。高い熱処理温度を実現することにより、軟磁性粉末内の歪みを除去し、損失を低減することができる。その結果、高密度かつ低損失の圧粉磁心とその製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態に係る圧粉磁心の製造方法を示すフローチャート。

【図2】本発明の実施例１〜４及び比較例１、２において、アルコキシシリル基の含有量と圧粉磁心の密度との関係を示したグラフ。

【図3】本発明の実施例１〜４及び比較例１、２において、アルコキシシリル基の含有量と圧粉磁心の損失との関係を示したグラフ。

【図4】本発明の実施例２、５〜８及び比較例３、４において、シリコーンオリゴマーの添加量と圧粉磁心の密度との関係について示したグラフ。

【図5】本発明の実施例２、５〜８及び比較例３、４において、リコーンオリゴマーの添加量と圧粉磁心の損失との関係について示したグラフ。

【図6】本発明の実施例４、９、１０及び比較例５、６において、シリコーンオリゴマーの添加量と圧粉磁心の密度との関係について示したグラフ。

【図7】本発明の実施例４、９、１０及び比較例５、６において、シリコーンオリゴマーの添加量と圧粉磁心の損失との関係について示したグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0013】

［１．圧粉磁心の製造方法］
本実施形態の圧粉磁心の製造方法は、次のような各工程を有する。この工程を図１のフローチャートに示す。
（１）軟磁性粉末に対して、無機絶縁粉末を混合して無機絶縁粉末を付着させる無機絶縁粉末付着工程（ステップ１）。
（２）表面に無機絶縁粉末が付着した軟磁性粉末に対し、シリコーンオリゴマーを混合してシリコーンオリゴマー層を形成するシリコーンオリゴマー層形成工程（ステップ２）。（３）シリコーンオリゴマー層が形成された軟磁性粉末に対し、シリコーンレジンを混合してシリコーンレジン層を形成するシリコーンレジン層形成工程（ステップ３）。
（４）前記工程を経た前記軟磁性粉末を、加圧成形処理して成形体を作製する成形工程（ステップ４）。
（５）成形工程を経た成形体を７００℃以上で熱処理する熱処理工程（ステップ５）。
以下、各工程を具体的に説明する。

【0014】

（１）無機絶縁粉末付着工程
無機絶縁粉末付着工程では、軟磁性粉末と、無機絶縁粉末とを混合する。混合は、混合機（Ｗ型、Ｖ型）、ポットミル等を使用して行い、この時、粉末に内部歪が入らないように混合する。以上により、軟磁性粉末の表面に無機絶縁粉末層を付着することができる。軟磁性粉末の表面に無機絶縁粉末を付着することにより、軟磁性粉末の間を絶縁することができ、熱処理温度を上げることが可能になる。

【0015】

無機絶縁粉末の付着の態様としては、軟磁性粉末の表面に点状に分散して付着している場合、軟磁性粉末の表面に塊状に分散して付着している場合、軟磁性粉末の全表面若しくは表面の一部を覆うように無機絶縁粉末の層を形成しながら付着している場合などが含まれる。また、軟磁性粉末の表面に付着するだけでなく、軟磁性粉末の外側に形成されたシリコーンオリゴマー層と混合し、シリコーンオリゴマー層の中に分散している場合も含まれる。なお、混合機による撹拌時間などの条件によっては、シリコーンオリゴマー層の中に分散しないこともある。

【0016】

（軟磁性粉末）
本実施形態で使用する軟磁性粉末は、鉄を主成分とする軟磁性粉末であって、パーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ合金）、Ｓｉ含有鉄合金（Ｆｅ−Ｓｉ合金）、センダスト合金（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金）、純鉄粉、などを用いる。鉄合金は、その他にＣｏやＡｌ、Ｃｒ、Ｍｎを含んでもよい。パーマロイ（Ｆｅ−Ｎｉ合金）を用いる場合、Ｆｅに対するＮｉの比率は５０：５０や２５：７５が好ましいが、他の比率であってもよい。例えば、Ｆｅ−８０Ｎｉ、Ｆｅ−３６Ｎｉでもよい。ＦｅとＮｉの他にＳｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｔａ等を含んでいても良い。Ｆｅ−Ｓｉ合金粉末は、例えば、Ｆｅ−３．５％Ｓｉ合金粉末、Ｆｅ−６．５％Ｓｉ合金粉末が挙げられるが、Ｆｅに対するＳｉの比率は、３．５％や６．５％以外であっても良い。純鉄粉は、Ｆｅを９９％以上含むものである。軟磁性粉末は１種類でなく、２種類以上の混合粉でも良い。

【0017】

軟磁性粉末の製造方法は問わない。粉砕法により作製されたものでも、アトマイズ法により作製されたものでも良い。アトマイズ法は、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、水ガスアトマイズ法のいずれでも良い。水アトマイズ法は、現状、もっとも入手性が良く低コストである。水アトマイズ法を使用した場合は、その粒子形状がいびつであるので、それを加圧成形した粉末成形体の機械的強度を向上させやすい。

【0018】

（無機絶縁粉末）
軟磁性粉末に混合する無機絶縁粉末としては、融点が１０００℃以上の無機絶縁粉末であるアルミナ粉末、マグネシア粉末、シリカ粉末、チタニア粉末、ジルコニア粉末の少なくとも１種類以上であることが好ましい。融点が１０００℃以上の無機絶縁粉末を使用するのは、後述の成形時に加わった圧力による歪みをとる目的で行う熱処理工程で加えられる熱により、無機絶縁粉末が焼結し圧粉磁心の材料として使用できなくなることを防止するためである。

【0019】

無機絶縁粉末の比表面積は６５〜１３０ｍ^２／ｇ（粒子径にすれば７〜２００ｎｍ）が好ましく、より好ましくは１００〜１３０ｍ^２／ｇ（粒子径で７〜５０ｎｍ）である。無機絶縁粉末の比表面積が大きいほうが、粒子径が小さくなる。粒子径が小さいほうが、軟磁性粉末間に無機絶縁粉末が隙間なく入り込み、密度の高い絶縁被膜が形成され、圧粉磁心成形時の歪みが緩和される。一方、無機絶縁粉末の比表面積が大きすぎると、粒子径が小さくなりすぎて製造が困難となる。

【0020】

無機絶縁粉末の添加量は、軟磁性粉末に対して０．５〜２．０ｗｔ％とする。これより少なければ絶縁性能が十分に発揮できず、高い熱処理温度では渦電流損失が著しく増加する場合がある。一方、これより多いと絶縁性能は発揮できるが、成形密度が低くなり、渦電流損失以外の磁気特性が低下するという問題点が生じる場合がある。これらの問題が生じない場合は、無機絶縁粉末付着工程は必ずしも必要ではない。

【0021】

（２）シリコーンオリゴマー層形成工程
シリコーンオリゴマー層形成工程では、無機絶縁粉末が付着された軟磁性粉末に対して、シリコーンオリゴマーを所定量添加して、大気雰囲気中、所定の温度で乾燥を行う。シリコーンオリゴマー層形成工程により、軟磁性粉末の外側にシリコーンオリゴマー層が形成される。

【0022】

（シリコーンオリゴマー）
シリコーンオリゴマーは、主骨格がシロキサン結合であり、機械的結合力が強い。また、Ｓｉ原子を１個有するモノマーであるシランカップリング剤に対して、低分子で、二量体、三量体である分子量１０００程度のシリコーンオリゴマーを用いたほうが、その構造上、膜厚を厚くできると考えられる。すなわち、シリコーンオリゴマー層を絶縁被膜の中間層として形成することにより、絶縁被膜全体として機械的結合力を強く、膜厚を厚くすることができる。

【0023】

具体的には、シリコーンオリゴマーは、アルコキシシリル基を有する。アルコキシシリル基は、メトキシ系、エトキシ系、メトキシ／エトキシ系のものが含まれる。アルコキシシリル基を有するシリコーンオリゴマーであれば、反応性官能基を有さないメチル系、メチルフェニル系のものや、アルコキシシリル基及び反応性官能基を有するエポキシ系、エポキシメチル系、メルカプト系、メルカプトメチル系、アクリルメチル系、メタクリルメチル系、ビニルフェニル系のもの等を用いることができる。特に、メチル系またはメチルフェニル系のシリコーンオリゴマーを用いることで厚く硬い絶縁層を形成することができる。

【0024】

シリコーンオリゴマーに対するアルコキシシリル基の含有量は、２０ｗｔ％〜４５ｗｔ％であることが好ましい。アルコキシシリル基の含有量が２０ｗｔ％より少ないと、密度が低下し、直流重畳特性が悪化するとともにヒステリシス損失が増加する。また、アルコキシシリル基の含有量が４５ｗｔ％より多いと、密度が低下して、ヒステリシス損失が増加する。より好ましくは、アルコキシシリル基の含有量は、２８ｗｔ％〜４０ｗｔ％である。この範囲であれば、含有量が２０ｗｔ％〜４５ｗｔ％の範囲の中でも、損失が少なく、かつ、密度が高いため、良好である。また、密度が高いため、透磁率が高く、直流重畳特性が良好である。

【0025】

シリコーンオリゴマーは、その構造内に下記の（式１）で表されるＴ単位（３官能性）を含むシリコーンオリゴマーである。シリコーンオリゴマー層を形成するシリコーンオリゴマーは、モノマー、すなわち、下記の（式２）で表されるＭ単位（１官能性）を含まないことが好ましい。シリコーンオリゴマー層を形成する際の乾燥時にＭ単位部分が揮発して揮発した部分が粗になり、高温高湿に曝した場合に、磁気特性が悪化するからである。すなわち、シリコーンオリゴマーにＭ単位が含まれる場合には、シリコーンオリゴマー層を形成した際にＭ単位部分が粗になり、その部分が外気に触れやすくなる。この状態で高温高湿の環境下で曝すと、粗になった隙間部分に外気が入り込み、その部分で錆などが発生し、特性悪化の原因となる。例えば、リアクトルのサンプルを、８５℃、９５％の高温高湿の環境下で１００時間放置した場合、Ｍ単位が含まれるシリコーンオリゴマーでシリコーンオリゴマー層を形成した場合の従来例では、その放置前よりも、透磁率が１０％低下し、損失が３０％増加する。これに対し、同じ条件でシリコーンオリゴマー層をＴ単位のみで構成されＭ単位を含まないシリコーンオリゴマーで形成した場合では、その放置前よりも、透磁率が３％低下するに留まり、また、損失が５％増加する程度に留まる。
（式１）
ＲＳｉＯ_３／２（Ｒは、有機置換基である。）
（式２）
Ｒ_３ＳｉＯ_１／２（Ｒは、有機置換基である。）

【0026】

シリコーンオリゴマー層を形成するためのＭ単位を含まないシリコーンオリゴマーとしては、Ｔ単位のみからなるシリコーンオリゴマーや、Ｔ単位を含むシリコーンオリゴマーの他に、下記の（式３）で表されるＤ単位（２官能性）又は（式４）で表されるＱ単位（４官能性）を含むシリコーンオリゴマーであっても良い。これらのシリコーンオリゴマーであっても、高温高湿下で長時間曝しても、透磁率、損失の劣化を少なくすることができる。
（式３）
Ｒ_２ＳｉＯ_２／２（Ｒは、有機置換基である。）
（式４）
ＳｉＯ_４／２

【0027】

シリコーンオリゴマーの分子量は、１００〜４０００であることが好ましい。分子量が１００より小さい場合、熱処理工程において熱分解により破壊または消失されやすく、軟磁性粉末間が絶縁破壊されやすい。一方、分子量が４０００より大きい場合、膜厚が厚くなりすぎて、磁気特性が低下してしまう。

【0028】

シリコーンオリゴマーの添加量は、軟磁性粉末に対して、１．０ｗｔ％〜２．０ｗｔ％であることが好ましい。添加量が１．０ｗｔ％より少ないと直流重畳特性が悪化する。添加量が２．０ｗｔ％より多いと密度が低下することにより、初透磁率が低下するとともにヒステリシス損失が増加する。

【0029】

シリコーンオリゴマー層の乾燥温度は、２５℃〜３５０℃が好ましく、軟磁性粉末がＦｅ−Ｎｉ合金粉末である場合には２００℃〜３５０℃がより好ましい。軟磁性粉末がＦｅ−Ｓｉ合金粉末又は純鉄粉である場合には、２５℃〜３５０℃がより好ましい。乾燥温度が２５℃未満であると膜の形成が不完全となり、渦電流損失が高くなる。一方、乾燥温度３５０℃より大きいと粉末が酸化することによりヒステリシス損失が高くなり、成形体の密度及び透磁率が低下する。乾燥時間は、数時間程度であり、例えば、１時間〜２時間程度とする。

【0030】

なお、無機絶縁粉末付着工程を設けない場合、シリコーンオリゴマー層形成工程は、軟磁性粉末に対して、シリコーンオリゴマーを所定量添加して、大気雰囲気中、所定の温度で乾燥を行う。シリコーンオリゴマー層形成工程により、軟磁性粉末の表面にシリコーンオリゴマー層を形成する。

【0031】

（３）シリコーンレジン層形成工程
シリコーンレジン層形成工程では、シリコーンオリゴマー層が形成された軟磁性粉末に対して、シリコーンレジンを所定量添加し、大気雰囲気中、所定の温度で乾燥させる。シリコーンレジン層形成工程により、シリコーンオリゴマー層の外側にシリコーンレジン層が形成される。

【0032】

（シリコーンレジン）
シリコーンレジンはシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ―Ｓｉ）を主骨格に持つ樹脂である。シリコーンレジンを用いることで可撓性に優れた被膜を形成することができる。シリコーンレジンは、メチル系、メチルフェニル系、プロピルフェニル系、エポキシ樹脂変性系、アルキッド樹脂変性系、ポリエステル樹脂変性系、ゴム系等を用いることができる。この中でも特に、メチルフェニル系のシリコーンレジンを用いた場合、加熱減量が少なく、耐熱性に優れたシリコーンレジン層を形成することができる。

【0033】

シリコーンレジンの添加量は、軟磁性粉末に対して、０．５〜１．５ｗｔ％であることが好ましい。添加量が０．５ｗｔ％より少ないと絶縁被膜として機能せず、渦電流損失が増加することにより磁気特性が低下する。添加量が１．５ｗｔ％より多いとコアが膨張することにより成形体の密度が低下し、透磁率が低下する。シリコーンオリゴマーに対するシリコーンレジンの添加量を適宜調整することで、強固で絶縁性能の高い絶縁被膜を形成することができ、特にシリコーンオリゴマーに対するシリコーンレジンの重量比が１：０．８〜１：３の場合に、強度と絶縁性能が優れている。

【0034】

シリコーンレジン層の乾燥温度は、１００℃〜４００℃が好ましく、軟磁性粉末がＦｅ−Ｎｉ合金粉末である場合には２００℃〜３００℃がより好ましい。軟磁性粉末がＦｅ−Ｓｉ合金粉末である場合は１００℃〜４００℃がより好ましい。軟磁性粉末が純鉄粉である場合には１００℃〜３００℃がより好ましい。乾燥温度が１００℃より小さいと膜の形成が不完全となり、渦電流損失が高くなる。一方、乾燥温度４００℃より大きいと粉末が酸化することによりヒステリシス損失が高くなり、成形体の密度及び透磁率が低下する。乾燥時間は、２時間程度である。

【0035】

（４）成形工程
成形工程では、表面に絶縁被膜が形成された軟磁性粉末を加圧成形することにより、成形体を形成する。成形時の圧力は１０〜２０ｔｏｎ／ｃｍ^２であり、平均で１５ｔｏｎ／ｃｍ^２程度が好ましい。

【0036】

（５）熱処理工程
熱処理工程では、成形工程を経た成形体に対して、Ｎ_２ガス中やＮ_２＋Ｈ_２ガス非酸化性雰囲気中にて、７００℃以上且つ軟磁性粉末に被覆した絶縁被膜が破壊される温度（例えば、９５０℃とする）以下で、熱処理処理を行うことで圧粉磁心が作製される。絶縁被膜が破壊される温度以下で熱処理処理を行うのは、成形工程での歪みを開放すると共に、熱処理処理時の熱により軟磁性粉末の周囲に被覆した絶縁被膜が破れることを防止するためである。一方、熱処理温度を上げ過ぎると、この軟磁性粉末に被覆した絶縁被膜が破れることにより、絶縁性能の劣化から渦電流損失が大きく増加してしまう。それにより、磁気特性が低下するという問題が発生する。熱処理工程における熱処理温度は、７００℃以上９００℃以下とする。

【実施例】

【0037】

本発明の実施例１〜１０及び比較例１〜６を、表１〜３及び図２〜図７を参照して、以下に説明する。
［１．測定項目］
測定項目として、透磁率と鉄損（損失）を次のような手法により測定した。透磁率は、作製された圧粉磁心に１次巻線（２０ターン）を施し、インピーダンスアナライザー（アジレントテクノロジー：４２９４Ａ）を使用することで、１０ｋＨｚ、０．５Ｖにおけるインダクタンスから算出した。

【0038】

鉄損は、圧粉磁心に１次巻線（２０ターン）及び２次巻線（３ターン）を施し、磁気計測機器であるＢＨアナライザ（岩通計測株式会社：ＳＹ−８２３２）を用いて、周波数１００ｋＨｚ、最大磁束密度Ｂｍ＝０．１Ｔの条件下で鉄損（Ｐｃｖ）を測定した。そして、鉄損からヒステリシス損失（Ｐｈ）と渦電流損失（Ｐｅ）を算出した。この算出は、鉄損の周波数曲線を次の（１）〜（３）式で最小２乗法により、ヒステリシス損係数（Ｋｈ）、渦電流損係数（Ｋｅ）を算出することで行った。

【0039】

Ｐｃｖ＝Ｋｈ×ｆ＋Ｋｅ×ｆ^２…（１）
Ｐｈ＝Ｋｈ×ｆ…（２）
Ｐｅ＝Ｋｅ×ｆ^２…（３）
Ｐｃｖ：鉄損
Ｋｈ：ヒステリシス損係数
Ｋｅ：渦電流損係数
ｆ：周波数
Ｐｈ：ヒステリシス損失
Ｐｅ：渦電流損失

【0040】

本実施例において、各粉末の平均粒子径と円形度は、下記装置を用いて３０００個の平均値をとったものであり、ガラス基板上に粉末を分散して、顕微鏡で粉末写真を撮り一個毎自動で画像から測定した。
会社名：Ｍａｌｖｅｒｎ
装置名：ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉ Ｇ３Ｓ
比表面積は、ＢＥＴ法により測定した。

【0041】

［２．第１の特性比較（シリコーンオリゴマーに含まれるアルコキシシリル基の含有量の比較）］
第１の特性比較では、シリコーンオリゴマーに含まれるアルコキシシリル基の含有量の比較を行った。

【0042】

本実施例１〜４及び比較例１、２で使用する試料は、下記のように作製した。なお、以下の記述において、「ｗｔ％」とは、軟磁性粉末に対する重量比を示す。表１に示すシリコーンオリゴマー（樹脂１〜６）は何れもＴ単位を含む。
（１）平均円形度０．９８２のＦｅ−６．５％Ｓｉ合金からなる軟磁性粉末をガスアトマイズ法で作製した。その後、２５０目（目開き６０μｍ）の篩で篩通しを行い、平均粒子径を３９μｍとした。
（２）作製した軟磁性粉末に対して、比表面積が１００ｍ^２／ｇのアルミナ粉末を０．７５ｗｔ％混合した。
（３）これらに対して表１に示すシリコーンオリゴマー（樹脂１〜６）を１ｗｔ％混合し、大気雰囲気中、１５０℃で１時間の加熱乾燥を行った。
（４）乾燥させた粉末に対してメチルフェニル系シリコーンレジン（品名：ＳＩＬＲＥＳ（登録商標）ＲＥＮ６０）を１．５ｗｔ％混合して、大気雰囲気中、３００℃で２時間の加熱乾燥を行った。
（５）加熱乾燥後に生じた塊を解砕する目的で３０目（目開き５００μｍ）の篩通しを行った。その後、潤滑剤としてエチレンステアルアミドを０．５ｗｔ％を混合した。
（６）上記工程により絶縁被膜が形成された軟磁性粉末を、外径１７ｍｍ、内径１１ｍｍ、高さ８ｍｍのトロイダル形状の容器に充填し、成形圧力１５ｔｏｎ／ｃｍ^２で成形体を作製した。
（７）最後に、成形体を８５０℃の熱処理温度で窒素雰囲気中にて熱処理を行い、圧粉磁心を作製した。

【0043】

【表1】

【0044】

表１は、実施例１〜４及び比較例１、２の圧粉磁心について、シリコーンオリゴマーに含まれるアルコキシシリル基の含有量を１７ｗｔ％〜５０ｗｔ％としたときの圧粉磁心の磁気特性を示した表である。また、図２は、実施例１〜４及び比較例１、２について、アルコキシシリル基の含有量と圧粉磁心の密度との関係について示したグラフである。図３は、実施例１〜４及び比較例１、２について、アルコキシシリル基の含有量と圧粉磁心の損失との関係について示したグラフである。

【0045】

表１及び図２に示すように、実施例１〜４で密度が６．６ｋｇ／ｍ^３以上であり、良好な結果が得られている。実施例１〜４は、密度が高いため、透磁率も高い。これに対し、比較例１は、密度が６．５０ｋｇ／ｍ^３であり実施例１〜４と比べて低く、直流重畳特性が悪化する。一方、比較例２は、密度は６．６１ｋｇ／ｍ^３であり、高密度であるが、損失が１２５５ｋＷ／ｍ^３であり、損失が大きくなってしまっている。

【0046】

また、表１及び図２に示すように、実施例１〜４で損失が１２００ｋＷ／ｍ^３以下であり、比較例２と比べて低損失であることが分かる。比較例２では、損失が１２５５ｋＷ／ｍ^３であり、損失が大きくなっている。比較例１は、損失は低損失であるが、密度が低下しており、必要な磁気特性が得られない。

【0047】

図２から明らかなように、アルコキシシリル基の含有量は、ヒステリシス損失（Ｐｈｖ）の低減に寄与していることが分かる。すなわち、実施例１〜４及び比較例１、２では渦電流損失（Ｐｅｖ）については、アルコキシシリル基の含有量が多くなるに従い、緩やかに増加するのに対し、ヒステリシス損失については、２０ｗｔ％未満および４５ｗｔ％超で比較的大きく増加する。そのため、ヒステリシス損失の大きさが、損失の大きさに寄与していることが分かる。換言すれば、アルコキシシリル基の含有量が２０ｗｔ％〜４５ｗｔ％の範囲、特に２８ｗｔ％〜４０ｗｔ％の範囲で、ヒステリシス損失が低減していることが分かる。

【0048】

また、８５０℃の高温で熱処理を行った実施例１〜４及び比較例１、２では、損失にバラツキがあることが確認できるが、最も大きな損失となった比較例２でも１２５５ｋＷ／ｍ^３であり、いずれも目立った絶縁破壊が生じていない。これは、シリコーンオリゴマーにＴ単位が含有されていることにより、シリコーンオリゴマー層の破壊または消失が防止できたことが要因であると思われる。すなわち、８５０℃の高温で熱処理しても絶縁被膜の破壊または消失が防止できるのは、シリコーンオリゴマー層やシリコーンレジン層の各形成時に、乾燥工程を経たとしても、軟磁性粉末の外側にシリコーンオリゴマー層とシリコーンレジン層が保持されているからであると考えられる。特に、シリコーンオリゴマーにＴ単位が含有されていることが、シリコーンオリゴマー層の機械的結合力を高め、シリコーンオリゴマー層の保持に寄与しているものと考えられる。

【0049】

以上のように、アルコキシシリル基の含有量が２０ｗｔ％〜４５ｗｔ％の範囲で、高密度、かつ、低損失の圧粉磁心が得られることが分かる。特に、当該含有量が２８ｗｔ％〜４０ｗｔ％において、６．７ｋｇ／ｍ^３以上の高密度を実現でき、かつ、１２５５ｋＷ／ｍ^３未満の低損失を実現できていることが分かる。

【0050】

［３．第２の特性比較（シリコーンオリゴマーの添加量による比較）］
第２の特性比較では、軟磁性粉末に添加するシリコーンオリゴマーの添加量を変えて圧粉磁心の磁気特性の比較を行った。第２の特性比較で使用したシリコーンオリゴマーは、表１の樹脂２、５の二種類のシリコーンオリゴマーとした。

【0051】

（１）表１の樹脂２のシリコーンオリゴマー（アルコキシシリル基の含有量：４０ｗｔ％）
実施例２、５〜８及び比較例３、４として、表１の樹脂２のシリコーンオリゴマーの添加量が０．７５ｗｔ％〜２．５ｗｔ％までの圧粉磁心を用意した。

【0052】

実施例２、５〜８及び比較例３、４で使用する試料は、シリコーンオリゴマーの添加量以外は、上記第１の特性比較における作製工程（１）〜（７）と同じ作製工程で作製した。

【0053】

【表2】

【0054】

表２は、実施例２、５〜８及び比較例３、４の圧粉磁心について、シリコーンオリゴマーの添加量を０．７５ｗｔ％〜２．５ｗｔ％としたときの圧粉磁心の磁気特性を示した表である。なお、透磁率は、振幅透磁率であり、前述のインピーダンスアナライザーを使用することで、２０ｋＨｚ、１．０Ｖにおける各磁界の強さのインダクタンスから算出した。表２中の「μ０」は、直流を重畳させていない状態、すなわち磁界の強さが０Ｈ（Ａ／ｍ）の時の初透磁率を示す。表２中の「μ（１０ｋＡ／ｍ）」は、磁界の強さが１０ｋＨ（ｋＡ／ｍ）の時の透磁率を示す。

【0055】

図４は、実施例２、５〜８及び比較例３、４について、シリコーンオリゴマーの添加量と圧粉磁心の密度との関係について示したグラフである。図５は、実施例２、５〜８及び比較例３、４について、シリコーンオリゴマーの添加量と圧粉磁心の損失との関係について示したグラフである。

【0056】

表２及び図４に示すように、シリコーンオリゴマーの添加量が多くなるに従い、密度は低下していくことが分かる。シリコーンオリゴマーの添加量を２．５ｗｔ％とすると、密度が低下しすぎて初透磁率が低下し、ヒステリシス損失が増加する。一方、シリコーンオリゴマーの添加量を０．７５ｗｔ％とすると、密度及び初透磁率は高いが、直流重畳時の透磁率（μ（１０ｋＡ／ｍ））が低下し、直流重畳特性が悪化することが分かった。

【0057】

また、表２及び図５に示すように、シリコーンオリゴマーの添加量を変えても、損失に大きな違いは見られないが、シリコーンオリゴマーの添加量が１．０ｗｔ％〜２．０ｗｔ％の範囲で比較的損失が小さく良好であることが分かる。より詳細には、添加量が１．０ｗｔ％〜２．０ｗｔ％の範囲で比較的損失が小さく、添加量が１．０ｗｔ％未満、２．０ｗｔ％超であると、損失が増加する。添加量が１．０ｗｔ％未満で損失が高いのは、渦電流損失の増大が影響し、添加量が２．０ｗｔ％超で損失が高いのは、ヒステリシス損失が増大することが要因と考えられる。すなわち、渦電流損失は、添加量が１．０ｗｔ％未満で最も高く、添加量が多くなるに従い低下する。一方、ヒステリシス損失は、添加量が２．０ｗｔ％超で最も高く、添加量が少なくなるに従い低下する。

【0058】

以上より、シリコーンオリゴマーの添加量が１．０ｗｔ％〜２．０ｗｔ％の範囲である場合に、高密度かつ低損失の圧粉磁心を得ることができることが分かる。特に、シリコーンオリゴマーの添加量は、１．０ｗｔ％〜１．５ｗｔ％の範囲が好ましく、更に１．０ｗｔ％〜１．２５ｗｔ％の範囲がより好ましい。

【0059】

（２）表１の樹脂５のシリコーンオリゴマー（アルコキシシリル基の含有量：２８ｗｔ％）
実施例４、９、１０及び比較例５、６として、表１の樹脂５のシリコーンオリゴマーの添加量が０．７５ｗｔ％〜２．５ｗｔ％までの圧粉磁心を用意した。

【0060】

実施例４、９、１０及び比較例５、６で使用する試料は、シリコーンオリゴマーの添加量以外は、上記第１の特性比較における作製工程（１）〜（７）と同じ作製工程で作製した。

【0061】

【表3】

【0062】

表３は、実施例４、９、１０及び比較例５、６の圧粉磁心について、シリコーンオリゴマーの添加量を０．７５ｗｔ％〜２．５ｗｔ％としたときの圧粉磁心の磁気特性を示した表である。図６は、実施例４、９、１０及び比較例５、６について、シリコーンオリゴマーの添加量と圧粉磁心の密度との関係について示したグラフである。図７は、実施例４、９、１０及び比較例５、６について、シリコーンオリゴマーの添加量と圧粉磁心の損失との関係について示したグラフである。

【0063】

表２及び図６に示すように、シリコーンオリゴマーの添加量が多くなるに従い、密度は低下していくことが分かる。シリコーンオリゴマーの添加量を２．５ｗｔ％とすると、密度が低下しすぎて初透磁率が低下し、かつ、損失が増加する。一方、シリコーンオリゴマーの添加量を０．７５ｗｔ％とすると、密度は高いが、渦電流損失が増加することが分かった。

【0064】

表３及び図７に示すように、シリコーンオリゴマーの添加量を変えても、損失に大きな違いは見られないが、シリコーンオリゴマーの添加量が１．０ｗｔ％〜２．０ｗｔ％の範囲で比較的損失が小さく良好であることが分かる。より詳細には、添加量が１．０ｗｔ％〜２．０ｗｔ％の範囲で比較的損失が小さく、添加量が１．０ｗｔ％未満、２．０ｗｔ％超であると、損失が増加する。添加量が１．０ｗｔ％未満で損失が高いのは、渦電流損失の増大が影響し、添加量が２．０ｗｔ％超で損失が高いのは、ヒステリシス損失が増大することが要因と考えられる。すなわち、渦電流損失は、添加量が１．０ｗｔ％未満で最も高く、添加量が多くなるに従い低下する。一方、ヒステリシス損失は、添加量が２．０ｗｔ％超で最も高く、添加量が少なくなるに従い低下する。

【0065】

以上より、シリコーンオリゴマーの添加量が１．０ｗｔ％〜２．０ｗｔ％の範囲である場合に、高密度かつ低損失の圧粉磁心を得ることができることが分かる。特に、シリコーンオリゴマーの添加量は、１．０ｗｔ％〜１．５ｗｔ％の範囲が好ましい。

【0066】

［他の実施形態］
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】