特許 7517409 被覆軟磁性合金粒子、圧粉磁心、磁気応用部品及び被覆軟磁性合金粒子の製造方法

(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】

(24)【登録日】2024-07-08

(45)【発行日】2024-07-17

(54)【発明の名称】被覆軟磁性合金粒子、圧粉磁心、磁気応用部品及び被覆軟磁性合金粒子の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01F 1/153 20060101AFI20240709BHJP

   H01F 1/24 20060101ALI20240709BHJP

   H01F 27/255 20060101ALI20240709BHJP

【ＦＩ】

H01F1/153 183

H01F1/153 108

H01F1/153 158

H01F1/24

H01F27/255

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022511735

(86)(22)【出願日】2021-03-09

(86)【国際出願番号】 JP2021009355

(87)【国際公開番号】W WO2021199970

(87)【国際公開日】2021-10-07

【審査請求日】2022-08-24

(31)【優先権主張番号】P 2020064422

(32)【優先日】2020-03-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000914

【氏名又は名称】弁理士法人ＷｉｓｅＰｌｕｓ

(72)【発明者】

【氏名】ラン ケン

(72)【発明者】

【氏名】猪口 真志

(72)【発明者】

【氏名】坂口 健二

【審査官】井上 健一

(56)【参考文献】

【文献】特開平０２－０９４４０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２０９６９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２０６０８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－００３３６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１４１２０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｆ １／１５３

Ｈ０１Ｆ １／２４

Ｈ０１Ｆ ２７／２５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

非晶質相を含む軟磁性合金粒子と、
六方晶、三方晶又は単斜晶の結晶構造を有する無機化合物、及び、層状ケイ酸塩鉱物からなる群から選択される少なくとも１種の化合物を有し、前記軟磁性合金粒子の表面を被覆する第一の皮膜と、
酸化物を有し、前記第一の皮膜の表面を被覆する第二の皮膜とを備え、
その断面の外周輪郭の平均平滑度ζ＿ａｖｅが０．９２以上１．００以下である被覆軟磁性合金粒子を含み、
さらに結着材を含むことを特徴とする圧粉磁心。

【請求項2】

前記第二の皮膜が二酸化ケイ素を含む、請求項１に記載の圧粉磁心。

【請求項3】

前記軟磁性合金粒子が、Ｆｅ_ａＳｉ_ｂＢ_ｃＣ_ｄＰ_ｅＣｕ_ｆＳｎ_ｇＭ１_ｈＭ２_ｉで表される化学組成を有し、
Ｍ１は、ＣｏおよびＮｉのうちの１種類以上の元素であり、
Ｍ２は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｎ、Ａｇ、Ｖ、Ｚｎ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｙおよび希土類元素のうちの１種類以上の元素であり、
７９≦ａ＋ｈ＋ｉ≦８６、０≦ｂ≦５、４≦ｃ≦１３、０≦ｄ≦３、５≦ｃ＋ｄ≦１４、１≦ｅ≦１０、０．４≦ｆ≦２、０．３≦ｇ≦６、０≦ｈ≦３０、０≦ｉ≦５かつａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ＋ｈ＋ｉ＝１００（モル部）を満たす、請求項１又は２に記載の圧粉磁心。

【請求項4】

前記第一の皮膜が二硫化モリブデンを含む請求項１～３のいずれかに記載の圧粉磁心。

【請求項5】

請求項１～４のいずれかに記載の圧粉磁心を含むことを特徴とする磁気応用部品。

【請求項6】

軟磁性合金粒子を準備する工程と、
前記軟磁性合金粒子と、六方晶、三方晶又は単斜晶の結晶構造を有する無機化合物、及び、層状ケイ酸塩鉱物からなる群から選択される少なくとも１種の化合物とを混合し、メカノフュージョン法により処理することにより前記軟磁性合金粒子の表面に第一の皮膜を形成する工程と、前記第一の皮膜の表面に、酸化物を有する第二の皮膜を形成する工程とを行って、被覆軟磁性合金粒子を製造し、
該被覆軟磁性合金粒子と結着材とを混合し、成型することを特徴とする、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、被覆軟磁性合金粒子、圧粉磁心、磁気応用部品及び被覆軟磁性合金粒子の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

モーター、リアクトル、インダクタ、各種コイル等の磁気応用部品は高効率動作と大電流での動作が求められている。そのため、磁気応用部品の鉄芯（圧粉磁心）に用いられる軟磁性材料は、鉄損が低く、且飽和磁束密度が高いことが求められる。一般的に、鉄損にはヒステリシス損失と渦電流損失が含まれるが、磁気応用部品の小型化を背景に高い周波数で駆動させるために、渦電流損失の小さい圧粉磁心が望まれている。

【0003】

圧粉磁心は軟磁性材料からなる軟磁性粒子を少なくとも含み、さらに結着材及び潤滑剤等が必要に応じて含まれる。圧粉磁心に含まれる軟磁性材料間の電気抵抗が高いほど渦電流損失を小さくできる。
また、圧粉磁心における軟磁性材料の空間充填率が高いほどコイルの透磁率を高くでき、飽和磁束密度も高くできるため好ましい。

【0004】

飽和磁束密度を充分に高めながら鉄損を小さくするためには、軟磁性材料中に非晶質相を含むナノ結晶材料が適している。ナノ結晶材料の製造方法としてはアトマイズ法（特許文献１）と粉砕法（特許文献２）が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】国際公開第２０１９／０３１４６３号

【文献】特開２０１８－５００５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし特許文献１に記載の方法では、作製できるナノ結晶材料の平均粒子径が小さく、飽和磁束密度が小さいという問題があった。
特許文献２に記載の方法は液体急冷法で作製した薄帯を粉砕することにより軟磁性粒子を製造する方法である。液体急冷法は冷却速度が速いため飽和磁束密度を大きくできるが、軟磁性粒子の粒子形状が球形ではなく扁平形状となる。そのため、軟磁性粒子を圧粉磁心とした際に軟磁性粒子の空間充填率が低くなるという問題があった。
また、薄帯の粉砕により軟磁性粒子を製造した場合、扁平形状の軟磁性粒子の表面には凹凸（エッジ）が形成されていた。

【0007】

さらに、圧粉磁心における軟磁性粒子の空間充填率が低いと、圧粉磁心の透磁率が低くなると同時に、軟磁性粒子間の接触面積が小さくなり、成型時の応力が軟磁性粒子間の接触点に集中して鉄損が大きくなるという問題があった。

【0008】

本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、圧粉磁心とした際に軟磁性粒子の空間充填率を高くできると同時に、鉄損を小さくできる軟磁性合金粒子を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の被覆軟磁性合金粒子は、非晶質相を含む軟磁性合金粒子と、六方晶、三方晶又は単斜晶の結晶構造を有する無機化合物、及び、層状ケイ酸塩鉱物からなる群から選択される少なくとも１種の化合物を有し、上記軟磁性合金粒子の表面を被覆する第一の皮膜とを備え、その断面の外周輪郭の平均平滑度ζ＿ａｖｅが０．９２以上１．００以下であることを特徴とする。

【0010】

本発明の圧粉磁心は、本発明の被覆軟磁性合金粒子を含むことを特徴とする。

【0011】

本発明の磁気応用部品は、本発明の被覆軟磁性合金粒子を含む又は本発明の圧粉磁心を含むことを特徴とする。

【0012】

本発明の被覆軟磁性合金粒子の製造方法は、軟磁性合金粒子を準備する工程と、上記軟磁性合金粒子と、六方晶、三方晶又は単斜晶の結晶構造を有する無機化合物、及び、層状ケイ酸塩鉱物からなる群から選択される少なくとも１種の化合物とを混合し、メカノフュージョン法により処理することにより上記軟磁性合金粒子の表面に第一の皮膜を形成する工程とを行うことを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、圧粉磁心とした際に軟磁性粒子の空間充填率を高くできると同時に、鉄損を小さくできる軟磁性合金粒子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本発明の被覆軟磁性合金粒子の一例を模式的に示す断面図である。

【図2】図２は、粒子の平均平滑度の説明図である。

【図3】図３は、メカノフュージョン法による処理に用いる被覆装置の断面模式図である。

【図4】図４は、磁気応用部品としてのコイルの一例を模式的に示す斜視図である。

【図5】図５は、試料番号２の被覆軟磁性合金粒子の電子顕微鏡写真である。

【図6】図６は、試料番号６の軟磁性合金粒子の電子顕微鏡写真である。

【図7】図７は、試料番号１の被覆軟磁性合金粒子の電子顕微鏡写真である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の被覆軟磁性合金粒子、圧粉磁心、磁気応用部品及び被覆軟磁性合金粒子の製造方法について説明する。
しかしながら、本発明は、以下の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。なお、以下において記載する本発明の個々の好ましい構成を２つ以上組み合わせたものもまた本発明である。

【0016】

［被覆軟磁性合金粒子］
図１は、本発明の被覆軟磁性合金粒子の一例を模式的に示す断面図である。
図１に示す被覆軟磁性合金粒子１は、軟磁性合金粒子１０と、軟磁性合金粒子１０の表面を被覆する第一の皮膜２０と、第二の皮膜の表面を被覆する第二の皮膜３０とを備える。

【0017】

軟磁性合金粒子１０の表面には凹凸（エッジ）が形成されているが、第一の皮膜２０によりその凹凸が埋められて平滑になる。また、第二の皮膜３０が第一の皮膜２０の表面上に形成されたのちの被覆軟磁性合金粒子１の表面も平滑となる。

【0018】

本発明の被覆軟磁性合金粒子は、その断面の平均平滑度ζ＿ａｖｅが０．９２以上１．００以下である。平均平滑度について図面を参照して説明する。
図２は、粒子の平均平滑度の説明図である。
図２の左側には粒子４０の断面形状を示している。Ｌｏｐは粒子４０の輪郭の全周長を示している。全周長Ｌｏｐは画像解析ソフト（例えばＷｉｎＲＯＯＦ２０１８：三谷商事株式会社製）による手動解析全周長ＩＩとして得られる。
この粒子の長径をａとし、長径ａに直交する径を短径ｂとする。また、この粒子の画像面積をＳｐとする。

【0019】

図２の右側には粒子４０につき、粒子４０の二次元投影画像の長短比λと画像面積Ｓｐとが等しい楕円を点線で描いている。楕円における長径ａ´及び短径ｂ´の長さの値そのものは、長径ａ及び短径ｂとは異なる。
この楕円の全周長をＬｏｅとする。
そして、Ｌｏｐに対するＬｏｅの比＝Ｌｏｅ／Ｌｏｐを平滑度ζとする。

【0020】

この平滑度ζは粒子が凹凸のない円又は楕円であれば１となるが、その表面に凹凸がある場合は１未満となる。
被覆軟磁性合金粒子の電子顕微鏡写真において撮像された任意の２０個の粒子について平滑度ζを測定し、平均値をとって平均平滑度ζ＿ａｖｅを求める。
そして、平均平滑度ζ＿ａｖｅが０．９２以上１．００以下であれば表面の平滑度が高い粒子であると判断する。被覆軟磁性合金粒子の平均平滑度ζ＿ａｖｅは、０．９２以上、０．９４以下であることが好ましい。

【0021】

平均平滑度の高い被覆軟磁性合金粒子を使用すると、その粒子の表面の凹凸の存在による空間形成が生じにくくなる。そのため、軟磁性合金粒子を圧粉磁心とした際に軟磁性合金粒子の空間充填率を高くすることができ、鉄損を小さくすることができる。

【0022】

軟磁性合金粒子は、非晶質相を含む粒子である。また、軟磁性合金粒子は非晶質相を有するナノ結晶材料であることが好ましい。ナノ結晶材料は、主に平均結晶粒径が３０ｎｍ以下の微細な結晶粒からなる材料である。

【0023】

軟磁性合金粒子に含まれる結晶の平均結晶粒径は保磁力に関連があり、平均結晶粒径に対して保磁力は極大値を示す。例えば５０ｎｍから１００ｎｍ近傍に極大値が現れる。極大値を示す結晶粒径よりも小粒径側では保磁力が平均結晶粒径の－６乗に比例する強い相関を有するため、保磁力を低減するためには結晶粒径を小さくすることが有効である。
ナノ結晶材料は非晶質相を結晶化させて得ることができる。非晶質相は準安定相なので結晶化開始温度以上の温度による加熱や、長時間の加熱保持等によって結晶核が生成および成長する。

【0024】

例えばＦｅ基のナノ結晶材料は非晶質相を形成させるために例えばＢやＰ、Ｃ及びＳｉからなる群から選択された少なくとも１種の元素でＦｅが置換されていることが好ましい。また結晶核生成を促進させるためにＣｕでＦｅを置換することが好ましい。
さらに、結晶粒成長を抑制して微細な結晶粒を多数生成させるために例えばＮｂ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｔａ及びＷからなる群から選択された少なくとも１種の元素でＦｅを置換してもよい。
飽和磁化や磁歪を調整するためにＮｉ及びＣｏからなる群から選択された少なくとも１種の元素でＦｅを置換してもよい。

【0025】

Ｆｅに固溶できる溶質元素の種類と量は限られているため、非晶質相の結晶化が進行すると、溶質元素が非晶質相に拡散して非晶質相の熱的な安定性が高まる。そのため、結晶化後も非晶質相が残存する。

【0026】

非晶質相の存在の有無は、透過型電子顕微鏡を用いて局所部の電子線回折パターンを取得することで確認することができる。測定精度が高いため、ナノビームディフラクション法が好ましい。またはＸ線回折装置のθ－２θ法で測定したＸ線回折プロファイルから、２θ＝４４°近傍の非晶質構造に由来するハローパターンの有無によって非晶質相の有無を確認することができる。

【0027】

上記を踏まえた軟磁性合金粒子の化学組成は特に限定されないが、Ｆｅを主成分とする金属材料が好ましく、具体的には、純鉄系軟磁性材料（電磁軟鉄）、Ｆｅ系合金、Ｆｅ－Ｓｉ系合金、Ｆｅ－Ｎｉ系合金、Ｆｅ－Ａｌ系合金、Ｆｅ－Ｓｉ－Ａｌ系合金、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｃｒ系合金、Ｆｅ－Ｎｉ－Ｓｉ－Ｃｏ系合金、又は、Ｆｅ系アモルファス合金であることがより好ましい。Ｆｅ系アモルファス合金としては、たとえば、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ系、Ｆｅ－Ｓｉ－Ｂ－Ｃｒ－Ｃ系等が挙げられる。上記金属材料としては、１種を用いてもよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

【0028】

また、軟磁性合金粒子は、Ｆｅ_ａＳｉ_ｂＢ_ｃＣ_ｄＰ_ｅＣｕ_ｆＳｎ_ｇＭ１_ｈＭ２_ｉで表される化学組成を有することが好ましい。
上記化学組成において、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ＋ｈ＋ｉ＝１００（モル部）を満たす。

【0029】

Ｆｅの一部は、ＣｏおよびＮｉのうちの１種類以上の元素であるＭ１で置換されてもよい。その場合、Ｍ１は、化学組成全体の３０原子％以下であることが好ましい。したがって、Ｍ１は、０≦ｈ≦３０を満たす。

【0030】

Ｆｅの一部は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｎ、Ａｇ、Ｖ、Ｚｎ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｙおよび希土類元素のうちの１種類以上の元素であるＭ２で置換されてもよい。その場合、Ｍ２は、化学組成全体の５原子％以下であることが好ましい。したがって、Ｍ２は、０≦ｉ≦５を満たす。

【0031】

なお、Ｆｅの一部は、Ｍ１およびＭ２の両方で置換されてもよい。Ｆｅ、Ｍ１およびＭ２の合計は、７９≦ａ＋ｈ＋ｉ≦８６を満たす。

【0032】

Ｓｉの割合は、０≦ｂ≦５を満たし、好ましくは、０≦ｂ≦３を満たす。
Ｂの割合は、４≦ｃ≦１３を満たす。
Ｃの割合は、０≦ｄ≦３を満たす。０．１≦ｄ≦３であるとより好ましい。
また、Ｂ及びＣの合計の割合は、５≦ｃ＋ｄ≦１４を満たす。
Ｐの割合は、１≦ｅ≦１０を満たす。
Ｃｕの割合は、０．４≦ｆ≦２を満たす。
Ｓｎの割合は、０．３≦ｇ≦６を満たす。

【0033】

また、軟磁性合金粒子は、上記化学組成の成分合計を１００重量％としたとき、０．１重量％以下のＳ（硫黄）をさらに含んでもよい。

【0034】

第一の皮膜は、六方晶、三方晶又は単斜晶の結晶構造を有する無機化合物、及び、層状ケイ酸塩鉱物からなる群から選択される少なくとも１種の化合物を有する。
第一の皮膜は層状に剥離する性質を持つ無機化合物であることが好ましい。

【0035】

六方晶、三方晶又は単斜晶の結晶構造を有する無機化合物としては、六方晶窒化ホウ素（ｈ－ＢＮ）、二硫化ジルコニウム（ＺｒＳ_２）、二硫化バナジウム（ＶＳ_２）、二硫化ニオブ（ＮｂＳ_２）、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）、二硫化タングステン（ＷＳ_２）、二硫化レニウム（ＲｅＳ_２）等の硫化物、セレン化タングステン（ＷＳｅ）、セレン化モリブデン（ＭｏＳｅ）、セレン化ニオブ（ＮｂＳｅ）等のセレン化物、グラファイト、塩化カドミウム（ＣｄＣｌ_２）、ヨウ化カドミウム（ＣｄＩ_２）等が挙げられる。
これらの中では二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）が好ましい。

【0036】

層状ケイ酸塩鉱物としては、マイカ、黒雲母、海緑石、イライト、リチア雲母、チンワルド雲母、タルク、パイロフィライト等が挙げられる。

【0037】

上記無機化合物及び層状ケイ酸塩鉱物は、応力が印加されたとき層状に剥離あるいは脆性破壊される性質を有する。そのため軟磁性合金粒子と混合して応力を印加したときに軟磁性合金粒子表面の凸部で引っかかれて剥離あるいは破壊された破片が軟磁性合金粒子表面の凹部を埋める。さらに混合と応力印加を続けることで軟磁性合金粒子の表面が第一の皮膜で被覆された、平滑な表面を有する粒子が形成される。

【0038】

第一の皮膜は、軟磁性合金粒子の絶縁被膜として機能する。軟磁性合金粒子の絶縁性を高めることにより軟磁性合金粒子の粒子間の電気抵抗が高くなるため、渦電流損失を低減させることができる。

【0039】

被覆軟磁性合金粒子は、酸化物を有し、第一の皮膜の表面を被覆する第二の皮膜をさらに備えることが好ましい。
被覆軟磁性合金粒子が第二の皮膜をさらに備えることにより、軟磁性合金粒子の粒子間の電気抵抗を高めることができ、渦電流をさらに低減させることができる。
第二の皮膜に含まれる酸化物としては、ケイ素を含む酸化物が好ましく、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）がより好ましい。すなわち、第二の皮膜は、酸化ケイ素を含むことが好ましい。二酸化ケイ素は絶縁抵抗が高く皮膜強度が高いため、第二の皮膜として好ましい。

【0040】

軟磁性合金粒子の平均粒径は、１０μｍ以上であることが好ましく、５０μｍ以下であることが好ましい。

【0041】

また、第一の皮膜の平均厚さは５０ｎｍ以上であることが好ましく、４００ｎｍ以下であることが好ましい。第一の皮膜の平均厚さが５０ｎｍ以上であると、軟磁性合金粒子の表面の凹凸を平滑化する効果が好適に発揮される。第一の皮膜の平均厚さが厚すぎると、軟磁性合金粒子の粒子間の磁気相互作用が抑制されるため、第一の皮膜の平均厚さが４００ｎｍ以下であることが好ましい。

【0042】

また、第二の皮膜の平均厚さは１０ｎｍ以上であることが好ましく、３００ｎｍ以下であることが好ましい。
さらに、被覆軟磁性合金粒子の平均粒径は、１０μｍ以上であることが好ましく、５５μｍ以下であることが好ましい。

【0043】

軟磁性合金粒子の平均粒径、被覆軟磁性合金粒子の平均粒径は、レーザー回折・散乱式粒子径、粒度分布測定装置で測定することができる。

【0044】

［被覆軟磁性合金粒子の製造方法］
はじめに、軟磁性合金粒子を準備する。
このような軟磁性合金粒子は例えば以下のように作製することができる。
所定の化学組成になるように秤量した原材料（軟磁性合金）を加熱溶解して溶湯を作製し、当該溶湯を冷却して薄帯を得る。非晶質相を含む薄帯を製造するために、冷却速度の速い冷却凝固方法および条件が好ましい。

【0045】

得られた薄帯に応力を印加して、粉砕粉を作製する。例えばピンミルやハンマーミル、フェザーミル、サンプルミル、ボールミル、スタンプミルなど、粉砕方法は特に限定されない。

【0046】

粉砕粉に、せん断応力および圧縮応力を同時に印加して塑性変形させることで、球形に近い粒子を作製してもよい。粉砕機は特に限定されないが、例えばハイブリダイゼーションシステム（株式会社奈良機械製作所製）などの高速回転式粉砕機が好ましい。軟磁性合金粒子どうしの接触点に応力が印加されることで、複数の粒子が集合して単一の粒子となる条件では、より球形に近い軟磁性合金粒子が得られるため好ましい。

【0047】

また、軟磁性合金粒子として市販の粉体［例えば、Ｆｅ系アモルファス合金粉体（エプソンアトミックス株式会社製）］を準備してもよい。

【0048】

軟磁性合金粒子は、２種類の篩径の異なる篩を用いて粗大粒子と微小粒子をそれぞれ除去して粒径を揃えて使用することが好ましい。

【0049】

次に、軟磁性合金粒子の表面に第一の皮膜を形成する。
第一の皮膜を形成する際には、軟磁性合金粒子と、六方晶、三方晶又は単斜晶の結晶構造を有する無機化合物、及び、層状ケイ酸塩鉱物からなる群から選択される少なくとも１種の化合物（以下、第一の皮膜用化合物ともいう）とを混合し、メカノフュージョン法による処理を行う。

【0050】

メカノフュージョン法による処理では、軟磁性合金粒子と第一の皮膜用化合物とを容器に投入し、機械的衝撃力を加えながら混合する。
図３は、メカノフュージョン法による処理に用いる被覆装置の断面模式図である。
図３に示す被覆装置５１は、断面円筒状のチャンバ５２を備え、このチャンバ５２内で羽根５３が矢印５４で示すように回転するように構成されている。チャンバ５２内に被処理物５５（軟磁性合金粒子及び第一の皮膜用化合物）が投入され、その状態で、羽根５３が回転することによって、被処理物５５が処理される。
上記のような被覆装置としては、ホソカワミクロン株式会社製の粉体処理装置（ノビルタ、ノビルタミニ）等が挙げられる。
当該処理によって軟磁性合金粒子の表面の凹凸が第一の皮膜用化合物で埋められ、第一の皮膜の表面が平滑な表面となる。

【0051】

平滑な表面を得るための好ましい条件として、第一の皮膜用化合物の配合量が軟磁性合金粒子の表面の凹凸を埋めるために充分な量であることが挙げられる。第一の皮膜用化合物の配合量が軟磁性合金粒子１００重量％に対して０．３０重量％以上であることが好ましく、０．６０重量％以上であることがより好ましい。
また、第一の皮膜用化合物の平均粒径は５００ｎｍ以下であることが好ましい。
また、被覆装置における羽根の回転数を、例えば１ｒｐｍ以上、１００００ｒｐｍ以下の回転数とすることが好ましい。また、処理時間を１分以上、６０分以下とすることが好ましい。
上記手順により、本発明の被覆軟磁性合金粒子を製造することができる。

【0052】

第一の皮膜を形成した後、軟磁性合金粒子を第一結晶化開始温度以上に加熱することで、微細な結晶組織を生成することができる。第一結晶化開始温度とは、軟磁性合金粒子を構成する化学組成を有する非晶質相を室温から加熱したときに、体心立方構造を有する結晶相が生成し始める温度である。第一結晶化開始温度は加熱昇温速度に依存し、加熱昇温速度が速いほど第一結晶化開始温度は高くなり、加熱昇温速度が遅いほど第一結晶化開始温度は低くなる。体心立方構造を有する結晶相を充分生成させると、飽和磁束密度が向上し、保磁力は低下する。

【0053】

続いて、第一の皮膜の表面に、酸化物を有する第二の皮膜を形成する工程をさらに行うことが好ましい。
第二の皮膜の形成方法は特に限定されないが、均一で強固な皮膜を形成するためにゾルゲル法を用いることができる。
また、第二の皮膜を構成する化合物（以下、第二の皮膜用化合物ともいう）の配合量が軟磁性合金粒子１００重量％に対して０．１０重量％以上であることが好ましく、０．５０重量％以下であることが好ましい。
第二の皮膜を形成する工程は、例えば、第二の皮膜用化合物又はその前駆体を含む溶液と、第一の皮膜を形成した被覆軟磁性合金粒子を混合して、加熱乾燥する方法により行うことができる。

【0054】

［圧粉磁心］
本発明の圧粉磁心は、本発明の被覆軟磁性合金粒子を含む。
本発明の圧粉磁心は、モーター、リアクトル、インダクタ、各種コイルなどの磁気応用部品に使用することができる。
圧粉磁心は、溶剤で溶解した結着材と被覆軟磁性合金粒子とを混錬し、金型に充填して圧力を加えることで作製することができる。結着材を構成する樹脂は特に限定されず、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコン樹脂などの熱硬化性樹脂でもよく、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂とを混合してもよい。成形した圧粉磁心は余分な溶剤を乾燥させたのち、加熱して機械強度を高めることができる。
圧粉成型の条件は、従来公知の方法を採用できるが、例えば、２５０℃以下、０．１ＭＰａ以上、８００ＭＰａ以下で圧粉成型することが好ましい。
成形時の圧力によって導入された被覆軟磁性合金粒子の歪を緩和するため、熱処理を施してもよい。例えば、樹脂が燃焼あるいは揮発して磁気特性に悪影響を及ぼさない条件で３００℃以上４５０℃以下の温度で熱処理すると歪を緩和させやすい。
本発明の圧粉磁心は、本発明の被覆軟磁性合金粒子を用いるので、軟磁性粒子の空間充填率が高くなる。そのため、透磁率が高く、飽和磁束密度の高いコイルを形成することができる。

【0055】

［磁気応用部品］
本発明の磁気応用部品は、本発明の被覆軟磁性合金粒子を含む、又は、本発明の圧粉磁心を含む。
磁気応用部品としては、モーター、リアクトル、インダクタ、各種コイル等が挙げられる。例えば、圧粉磁心の周囲に導線を巻いたコイルが挙げられる。
図４は、磁気応用部品としてのコイルの一例を模式的に示す斜視図である。
図４に示すコイル１００は、本発明の被覆軟磁性合金粒子を含む圧粉磁心１１０と、圧粉磁心１１０に巻回される一次巻線１２０および二次巻線１３０とを備える。図４に示すコイル１００では、環状のトロイダル形状を有する圧粉磁心１１０に、一次巻線１２０および二次巻線１３０がバイファイラ巻きされている。

【0056】

コイルの構造は、図４に示すコイル１００の構造に限定されない。例えば、環状のトロイダル形状を有する圧粉磁心に１本の巻線が巻回されてもよい。また、本発明の被覆軟磁性合金粒子を含む素体と、上記素体に埋め込まれたコイル導体とを備える構造などであってもよい。
本発明の磁気応用部品としてのコイルは、圧粉磁心における軟磁性粒子の空間充填率が高いので、透磁率が高く、飽和磁束密度の高いコイルとなる。

【実施例】

【0057】

以下、本発明をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。

【0058】

［実施例１］
化学組成式Ｆｅ_８４．２Ｓｉ_１Ｂ_９Ｃ_１Ｐ_３Ｃｕ_０．８Ｓｎ_１を満たすように原材料を秤量した。原材料の合計の重量は１５０ｇとした。Ｆｅの原材料は東邦亜鉛株式会社製のマイロン（純度９９．９５％）を用いた。Ｓｉの原材料は株式会社高純度化学研究所製の粒状シリコン（純度９９．９９９％）を用いた。Ｂの原材料は株式会社高純度化学研究所製の粒状硼素（純度９９．５％）を用いた。Ｃの原材料は株式会社高純度化学研究所製の粉末状黒鉛（純度９９．９５％）を用いた。Ｐの原材料は株式会社高純度化学研究所製の塊状リン化鉄Ｆｅ_３Ｐ（純度９９％）を用いた。Ｃｕの原材料は株式会社高純度化学研究所製のチップ状銅（純度９９．９％）を用いた。Ｓｎの原材料は株式会社高純度化学研究所製の粒状錫（純度９９．９％）を用いた。

【0059】

上記原材料をＴＥＰ株式会社製アルミナるつぼ（Ｕ１材質）に充填し、誘導加熱で試料温度が１３００℃になるまで加熱して、１分間保持して溶解した。溶解雰囲気はアルゴンとした。原材料を溶解して得た溶湯を銅製の鋳型に流し込み、冷却凝固させて母合金を得た。母合金をジョークラッシャーで３ｍｍ～１０ｍｍ程度の大きさに粉砕した。次に単ロール液体急冷装置で粉砕した母合金を薄帯に加工した。具体的には、石英材質のノズルに母合金を１５ｇ充填し、アルゴン雰囲気中で誘導加熱によって１２００℃に加熱して溶解した。母合金を溶解して得た溶湯を銅材質の冷却ロールの表面に供給して、厚さ１５μｍ～２５μｍ、幅１ｍｍ～４ｍｍの薄帯を得た。出湯ガス圧は０．０１５ＭＰａとした。石英ノズルの穴径は０．７ｍｍとした。冷却ロールの周速度は５０ｍ／ｓとした。冷却ロールと石英ノズル間の距離は０．２７ｍｍとした。

【0060】

得られた薄帯を株式会社奈良機械製作所製のサンプルミルＳＡＭを用いて粉砕した。ＳＡＭの回転数は１５０００ｒｐｍとした。

【0061】

ＳＡＭによる粉砕で得られた粉砕粉に対して、高速回転式粉砕機を用いて球形化処理を施した。高速回転式粉砕機は株式会社奈良機械製作所製のハイブリダイゼーションシステムＮＨＳ－０型を用いた。回転数は１３０００ｒｐｍとし、処理時間は３０分とした。

【0062】

球形化処理が施された粉砕粉末を目開き３８μｍの篩に通して、篩上に残った粗大な粒子を除去した。次いで、粉末を目開き２０μｍの篩に通して、篩を通過した微小な粒子を除去し、篩上に残った軟磁性合金粒子を回収した。

【0063】

その次に、以下の手順で軟磁性合金粒子に第一の皮膜を形成した。
上記篩で分級して回収した軟磁性合金粒子４０ｇに対して、０．２４ｇの二硫化モリブデン粒子を混合した。軟磁性合金粒子１００重量％に対する二硫化モリブデンの配合量は０．６０重量％となる。
二硫化モリブデン粒子の平均粒径は５００ｎｍ以下である。

【0064】

上記混合粉末をメカノフュージョン法で処理し、第一の皮膜を形成した。使用した装置はホソカワミクロン株式会社製ノビルタミニで、回転速度を６０００ｒｐｍに設定し、処理時間を３０分と設定した。

【0065】

その後、軟磁性合金粒子を、軟磁性合金粒子の第一結晶化開始温度より２０℃高い温度で熱処理して、非晶質相からナノ結晶を生成させた。
熱処理炉はアドバンス理工株式会社製の赤外線ランプアニール炉ＲＴＡを用いた。熱処理雰囲気はアルゴンとし、赤外線のサセプタはカーボンを用いた。直径４インチのカーボン製サセプタの上に試料を２ｇ置き、さらにその上に直径４インチのカーボン製サセプタを置いた。制御用熱電対は下側のカーボン製サセプタに空いた熱電対挿入用の穴に差し込んだ。昇温速度は４００℃／ｍｉｎとした。熱処理温度での保持時間は１分とした。冷却は自然冷却とし、およそ３０分で１００℃以下に達した。

【0066】

第一結晶化開始温度は示差走査熱量計（Ｎｅｔｓｃｈ社製ＤＳＣ４０４Ｆ３）で測定した。室温から６５０℃まで２０℃／ｍｉｎの条件で昇温し、各温度における試料の発熱を測定した。試料容器にはプラチナを用いた。雰囲気はアルゴン（９９．９９９％）を選択し、ガスフロー速度は１Ｌ／ｍｉｎとした。試料の量は１５ｍｇ～２０ｍｇとした。結晶化による発熱が開始される温度以下のＤＳＣ曲線の接線と、結晶化反応による試料の発熱ピークの立ち上がりにおける最大傾き接線との交点を第一結晶化開始温度とした。
この被覆軟磁性合金粒子を試料番号１の被覆軟磁性合金粒子とした。

【0067】

続いて、試料番号１の被覆軟磁性合金粒子の表面に第二の皮膜を形成した。試料番号１の被覆軟磁性合金粒子３０ｇに対し、イソプロピルアルコール８．５ｇ、９％アンモニア水８．５ｇ、３０％プライサーフＡＬ（第一工業製薬株式会社製、リン酸エステル型アニオン界面活性剤）を１．１４ｇ混合した。

【0068】

次いで、イソプロピルアルコール７．９ｇとＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）２．１ｇの混合溶液を１．０ｇずつ３回に分けて混合し、ろ紙でろ過した。ろ紙で回収した試料をアセトンで洗浄したのち、８０℃の温度条件で６０分加熱乾燥し、１４０℃の温度条件で３０分熱処理して第二の皮膜を形成し、被覆軟磁性合金粒子を得た。
この被覆軟磁性合金粒子を試料番号２の被覆軟磁性合金粒子とした。

【0069】

表１に示すように、第一の皮膜及び第二の皮膜の構成を変更して被覆軟磁性合金粒子を作製し、試料番号３、４、５の被覆軟磁性合金粒子を得た。
また、第一の皮膜及び第二の皮膜を形成していない軟磁性合金粒子を試料番号６とした。なお、以下に示す測定方法の記載においては試料番号６の粒子も被覆軟磁性合金粒子として扱う。

【0070】

作製した試料の平均平滑度ζ＿ａｖｅ、飽和磁束密度Ｂｓ、保磁力Ｈｃ、粉体体積抵抗率を測定し、結果を表１に示した。測定方法は以下の通りである。

【0071】

被覆軟磁性合金粒子の平均平滑度の測定方法は、本明細書において図２を参照して説明した通りである。画像解析ソフトとしてＷｉｎＲＯＯＦ２０１８（三谷商事株式会社製）を使用した。

【0072】

飽和磁束密度Ｂｓの測定方法は以下の通りである。
飽和磁化Ｍｓを振動試料型磁化測定器（ＶＳＭ）で測定した。粉末測定用のカプセルに被覆軟磁性合金粒子を充填し、磁場印加時に粒子が移動しないように圧密した。

【0073】

見かけ密度ρをピクノメータ法で測定した。置換ガスはＨｅとした。

【0074】

ＶＳＭで測定した飽和磁化Ｍｓとピクノメータ法で測定した見かけ密度ρの数値から、下記（１）式を用いて、飽和磁束密度Ｂｓを計算した。
Ｂｓ＝４π・Ｍｓ・ρ ・・・（１）

【0075】

保磁力Ｈｃは、東北特殊鋼株式会社製の保磁力計Ｋ－ＨＣ１０００で測定した。粉末測定用のカプセルに被覆軟磁性合金粒子を充填し、磁場印加時に粒子が移動しないように圧密した。

【0076】

粉体体積抵抗率は、三菱ケミカルアナリテック株式会社製の粉体抵抗率測定ユニットＭＣＰ－ＰＤ５１を用いて、６０ＭＰａ加圧時の体積抵抗率として測定した。

【0077】

第一の皮膜及び第二の皮膜を形成する前の軟磁性合金粒子（試料番号６の粒子）と、第一の皮膜及び第二の皮膜を形成した後の被覆軟磁性合金粒子（試料番号２の粒子）の電子顕微鏡写真を示す。また、第一の皮膜だけを形成した後の軟磁性合金粒子（試料番号１の粒子の作製過程の粒子）の電子顕微鏡写真を示す。
図５は、試料番号２の被覆軟磁性合金粒子の電子顕微鏡写真であり、図６は、試料番号６の軟磁性合金粒子の電子顕微鏡写真である。図７は、試料番号１の被覆軟磁性合金粒子の電子顕微鏡写真である。
図５及び図６を比較すると、第一の皮膜及び第二の皮膜を形成することにより、軟磁性合金粒子の表面が平滑になっていることが分かる。
また、図７から、第一の皮膜を形成することによって軟磁性合金粒子の表面が平滑になることがわかる。

【0078】

【表1】

【0079】

表１において、試料番号に＊を付したものは、本発明の範囲外の比較例である。試料番号４、５では二酸化ケイ素の皮膜のみを付与しており、第一の皮膜に相当する二硫化モリブデンの皮膜を付与していないが、この二酸化ケイ素皮膜について第二の皮膜とみなして表１に記載した。

【0080】

表１から、本発明の範囲内に属する試料番号１、２、３では、平均平滑度ζ＿ａｖｅが０．９２以上であり、飽和磁束密度が高く、保磁力が低くなっている。さらに、試料番号２、３では粉体体積抵抗率が高くなっている。
試料番号４は保磁力が高く、粉体体積抵抗率が低くなっている。
試料番号５は粉体体積抵抗率が高いものの、飽和磁束密度が低く、保磁力が高くなっている。
試料番号６は粉体体積抵抗率が低くなっている。

【0081】

［実施例２］
実施例１で作製した試料をトロイダル形状の圧粉磁心に加工した。被覆軟磁性合金粒子を７０重量％とし、平均粒径５μｍの鉄粉を３０重量％とする混合粉末の重量を１００重量％とし、フェノール樹脂ＰＣ－１を１．５重量％とアセトン３．０重量％とを乳鉢で混合した。
防爆オーブンで温度８０℃、保持時間３０分の条件でアセトンを揮発させたのち、試料を金型に充填して６０ＭＰａの圧力、１８０℃の温度の熱間成型で、外径８ｍｍ、内径４ｍｍのトロイダル形状に成形して圧粉磁心を作製した。

【0082】

次いで、圧粉磁心の充填率Ｐｒを求めた。圧粉磁心の外径φｏと内径φｉをノギスで三点ずつ測定して平均値を計算した。マイクロメータを用いて磁心の厚さｔを三点測定し、（２）式を用いて圧粉磁心の体積Ｖｃを求めた。
電子天秤で試料の重量ｍを測定し、（３）式で圧粉磁心の充填密度ρｃを求めた。
混合粉末の見かけ密度をρｍとし、（４）式で圧粉磁心の充填率Ｐｒを求めた。

【数1】

【数2】

【数3】

【0083】

圧粉磁心の比初透磁率をキーサイト・テクノロジー株式会社製インピーダンスアナライザＥ４９９１Ａおよび磁性材料テストフィクスチャ１６４５４Ａで測定した。
鉄損を測定するために、圧粉磁心に銅線を巻いた。銅線の直径は０．２６ｍｍとした。励磁のための一次巻線と検出のための二次巻線の巻き数は２０ターンで同一とし、バイファイラ巻きを施した。周波数条件は１００ｋＨｚとし、最大磁束密度を２０ｍＴとした。
実施例１で作製した各試料を用いたトロイダル形状の圧粉磁心の充填率Ｐｒ、比初透磁率並びに鉄損を表２に示した。尚、実施例１と実施例２の対応関係は試料１→試料７、試料２→試料８、試料３→試料９、試料４→試料１０、試料５→試料１１、試料６→試料１２となる。

【0084】

【表2】

【0085】

表２において、試料番号に＊を付したものは、本発明の範囲外の比較例である。
表２から、本発明の範囲内に属する試料番号７、８、９では、圧粉磁心の充填率Ｐｒ（空間充填率）が高く、比初透磁率が高く、かつ、鉄損が低くなっている。
試料番号１０、１１、１２はいずれも圧粉磁心の充填率Ｐｒが低く、比初透磁率が低くなっている。さらに、試料番号１０、１２では鉄損が高くなっている。

【符号の説明】

【0086】

１ 被覆軟磁性合金粒子
１０ 軟磁性合金粒子
２０ 第一の皮膜
３０ 第二の皮膜
４０ 粒子
５１ 被覆装置
５２ チャンバ
５３ 羽根
５４ 羽根の回転方向を示す矢印
５５ 被処理物（軟磁性合金粒子及び第一の皮膜用化合物）
１００ コイル（磁気応用部品）
１１０ 圧粉磁心
１２０ 一次巻線
１３０ 二次巻線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】