JP2006324612A - 堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末およびその粉末の圧粉焼成体からなる複合軟磁性材 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系堆積酸化膜が鉄シリコン粉末の表面に被覆されてなる堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末およびその粉末を用いた複合軟磁性材を提供する。
【解決手段】鉄シリコン粉末の表面に、Ｍｇ、Ｓｉ、ＦｅおよびＯからなるＭｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系堆積酸化膜が形成されている堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末であって、前記Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系堆積酸化膜は、表面に向ってＭｇおよびＯ含有量が増加しかつ表面に向ってＦｅ含有量が減少する濃度勾配を有し、さらに最表面に近いほどＳｉ含有量が増加するＳｉの濃度勾配を有し、Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系堆積酸化膜は結晶質のＭｇＯ固溶ウスタイト型相を含有し、金属ＦｅまたはＦｅ−Ｓｉ合金が含まれており、平均結晶粒径：２００ｎｍ以下の微細結晶組織を有する。
【選択図】 なし

Description

この発明は、Ｍｇ、Ｓｉ、ＦｅおよびＯからなるＭｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系堆積酸化膜が鉄シリコン粉末の表面に被覆されてなる堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末に関するものであり、さらにこの発明はこの堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末の圧粉焼成体からなるからなる複合軟磁性材に関するものであり、さらにこの発明は前記複合軟磁性材からなる各種電磁気部品のコアに関するものであり、さらにこの発明は前記コアを組み込んだ電気機器、特にリアクトルに関するものである。

一般に、各種電磁気回路部品に使用される軟磁性材は、鉄損が小さいことが要求されるため、電気抵抗を高くして渦電流損を低減させ、保磁力を小さくしてヒステリシス損を低減させることが必要であり、さらに、近年、電磁気回路の小型化、高応答化が求められているところから、磁束密度がより高いことも重要視されている。
かかる高比抵抗を有する軟磁性材料を製造するための原料粉末の一例として鉄シリコン粉末の表面にＭｇ含有化成処理膜を被覆した化成処理膜被覆鉄シリコン粉末が知られている（特許文献１参照）。
特開２００３−１４２３１０号公報

しかし、これら従来のＭｇ含有化成処理膜を被覆した化成処理膜被覆鉄シリコン粉末は、Ｍｇ含有化成処理膜が化学的方法により被覆されるため、鉄シリコン粉末に対する酸化膜の密着強度が弱くかつ酸化膜自体の強度が弱いので、従来の化成処理膜被覆鉄シリコン粉末をプレス成形し焼成することにより作製した複合軟磁性材はプレス成形中に化成処理膜が剥離したり破れるなどして十分な絶縁効果が発揮できず、また前記Ｍｇ含有化成処理膜が化学的方法により被覆された化成処理膜は高温歪取り焼成中に分解して抵抗が低下するものもあるなどして、十分な高比抵抗を有する複合軟磁性材が得られないという欠点があった。

そこで、本発明者らは、プレス成形してもプレス成形時に鉄シリコン粉末表面に形成された絶縁膜が破れることが無くかつ絶縁膜が鉄シリコン粉末表面に強固に密着し、さらにプレス成形後に焼成を行っても鉄シリコン粉末表面の絶縁性が低下することのない絶縁膜被覆鉄シリコン粉末を得るべく研究を行った。

その結果、表面酸化した鉄シリコン粉末（表面が自然酸化した鉄シリコン粉末および酸化処理することにより表面に酸化膜が形成された鉄シリコン粉末を含む。以下、同じ）にＭｇ粉末を添加し混合して得られた混合粉末を不活性ガス雰囲気または真空雰囲気中で加熱した後、さらに必要に応じて酸化性雰囲気中で加熱する後酸化処理を施すと、鉄シリコン粉末の表面にＭｇ、Ｓｉ、ＦｅおよびＯからなるＭｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系堆積酸化膜が形成された堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末が得られ、この堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末は、従来の鉄シリコン粉末の表面に化成処理膜が形成された化成処理膜被覆鉄シリコン粉末に比べてＭｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系堆積酸化膜の鉄シリコン粉末に対する密着性が格段に優れることから、プレス成形中に絶縁皮膜であるＭｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系堆積酸化膜が破壊されて鉄シリコン粉末同士が接触することが少なく、プレス成形後に高温歪取り焼成を行ってもＭｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系堆積酸化膜の絶縁性が低下することなく高抵抗を維持することができるところから渦電流損失が低くなり、高温歪取り焼成を行った場合、より保磁力が低減できることからヒステリシス損失を低く抑えることができ、したがって、低鉄損を有する複合軟磁性材料が得られること、
（ロ）前記Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系堆積酸化膜は、表面に向ってＭｇおよびＯ含有量が増加しかつ表面に向ってＦｅ含有量が減少する濃度勾配を有し、最表面近傍において最表面に近いほどＳｉ含有量が増加する濃度勾配を有すること、
（ハ）前記Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系堆積酸化膜には、結晶質のＭｇＯ固溶ウスタイト型相が含まれていること
（ニ）前記Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系堆積酸化膜は結晶粒径が２００ｎｍ以下の微細結晶組織を有すること、
（ホ）前記Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系堆積酸化膜には、金属ＦｅまたはＦｅ−Ｓｉ合金が含まれること、などの知見が得られたのである。

この発明は、かかる知見に基づいてなされたものであって、
（１）鉄シリコン粉末の表面に、Ｍｇ、Ｓｉ、ＦｅおよびＯからなるＭｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系堆積酸化膜が形成されている堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末、
（２）前記Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系堆積酸化膜は、表面に向ってＭｇおよびＯ含有量が増加しかつ表面に向ってＦｅ含有量が減少する濃度勾配を有し、さらに最表面近傍において最表面に近いほどＳｉ含有量が増加するＳｉの濃度勾配を有する前記（１）記載の堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末、
（３）前記Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系堆積酸化膜には、結晶質のＭｇＯ固溶ウスタイト型相が含まれている前記（１）または（２）記載の堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末、
（４）前記Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系堆積酸化膜には、金属ＦｅまたはＦｅ−Ｓｉ合金が含まれている前記（１）、（２）または（３）記載の堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末、
（５）前記Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系堆積酸化膜は、平均結晶粒径：２００ｎｍ以下の微細結晶組織を有する前記（１）、（２）、（３）または（４）記載の堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末、に特徴を有するものである。

前記（１）、（２）、（３）、（４）または（５）記載のこの発明の堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末を製造する際に使用する鉄シリコン粉末は、Ｓｉ：０．１〜１０質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有する鉄シリコン粉末が使用され、この成分組成は一般に知られている成分組成である。したがって、この発明は、
（６）前記鉄シリコン粉末は、Ｓｉ：０．１〜１０質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有する前記（１）、（２）、（３）、（４）または（５）記載の堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末、に特徴を有するものである。

前記（１）、（２）、（３）、（４）、（５）および（６）記載のこの発明の堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末を製造するには、前記成分組成を有する表面に酸化膜を有する鉄シリコン粉末にＭｇ粉末を添加し混合して得られた混合粉末を温度：１５０〜１１００℃、圧力：１×１０^−１２〜１×１０^−１ＭＰａの不活性ガス雰囲気または真空雰囲気中で加熱した後、さらに必要に応じて酸化性雰囲気中で長時間加熱する後酸化処理を施すことにより得られる。
前記表面に酸化膜を有する鉄シリコン粉末は、水アトマイズ、ガスアトマイズまたはガス水アトマイズすることにより得られたＳｉ：０．１〜１０質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有する鉄シリコン粉末を大気中に放置するだけで得られるが、酸化処理することによっても得られる。ガスアトマイズやガス水アトマイズして得られた鉄シリコン粉末は球形に近いために比較的高抵抗を有する複合軟磁性材を得るのに適しており、一方、水アトマイズして得られた鉄シリコン粉末は粉末表面形状が凹凸を有するために比較的高強度の複合軟磁性材を得るのに適している。

ここで「堆積酸化膜」という用語は、通常は真空蒸発やスパッタされた皮膜構成原子が例えば基板上に堆積した酸化皮膜を示すが、この発明の鉄シリコン粉末の表面に形成されているＭｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系堆積酸化膜は、表面酸化した鉄シリコン粉末の表面酸化膜がＭｇと反応して当該鉄シリコン粉末表面に形成された皮膜を示す。そして、この鉄シリコン粉末の表面に形成されている堆積酸化膜の膜厚は、圧粉成形した複合軟磁性材の高磁束密度と高比抵抗を得るために、５ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内にあることが好ましい。膜厚が５ｎｍより薄いと圧粉成形した複合軟磁性材の比抵抗が充分でなく渦電流損が増加するので好ましくなく、一方、膜厚が５００ｎｍより厚いと圧粉成形した複合軟磁性材の磁束密度が低下して好ましくないからである。さらに好ましい膜厚は５ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内である。

この発明の堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末の表面に形成されているＭｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系堆積酸化膜は、表面に向ってＭｇおよびＯ含有量が増加しかつ表面に向ってＦｅ含有量が減少する濃度勾配を有することにより前記Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系堆積酸化膜の鉄シリコン粉末に対する密着性が向上し、さらに金属ＦｅまたはＦｅ−Ｓｉ合金が含まれことにより前記Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系堆積酸化膜の鉄シリコン粉末に対する密着性が向上し、したがって、かかるＭｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系堆積酸化膜を有するこの発明の堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末は、圧縮成形などの工程において膜が破損または剥離することが無く、高抵抗を有する複合軟磁性材が得られるものと考えられる。
この発明の堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末の表面に形成されているＭｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系堆積酸化膜には結晶質のＭｇＯ固溶ウスタイト型相が含まれていることが好ましい。前記結晶質のＭｇＯ固溶ウスタイト型相はＮａＣｌ型結晶構造を有することが最も好ましい。
この発明の堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末の表面に形成されているＭｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系堆積酸化膜は、その結晶粒が微細であるほど好ましく、結晶粒径が２００ｎｍ以下の微細結晶組織を有する事が好ましい。この様な微細結晶組織を有することにより、圧粉成形時の粉末の変形に微結晶堆積酸化膜が追従して被覆の破れを防止することができ、焼成時にも鉄シリコン粉末同士の接触結合を防止することができ、また、高温歪取り焼成を行っても酸化物が安定で絶縁性低下が防止でき高抵抗で渦電流損失が低くなる。結晶粒径が２００ｎｍより大きいと圧粉成形した複合軟磁性材の磁束密度が低下するようになるので好ましくない。さらに好ましい結晶粒径は５０ｎｍ以下である。

前記（１）〜（５）記載の堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末を製造する際に使用する前記（６）記載の鉄シリコン粉末の平均粒径は５〜５００μｍの範囲内にある粉末を使用することが好ましい。その理由は、平均粒径が５μｍより小さすぎると、粉末の圧縮性が低下し、粉末の体積割合が低くなるために磁束密度の値が低下するので好ましくなく、一方、平均粒径が５００μｍより大きすぎると、粉末内部の渦電流が増大して高周波における透磁率が低下することによるものである。前記（１）〜（４）の堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末を製造する際に使用する鉄シリコン粉末の一層好ましい平均粒径は５〜１００μｍである。

この発明の堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末を圧粉成形し、得られた圧粉成形体を温度：５００〜１０００℃で燒成することにより複合軟磁性材を作製することができる。
また、この発明の堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末を有機絶縁材料または無機材料と共に圧粉焼成することにより比抵抗および強度が向上した複合軟磁性材とすることができる。この場合、有機絶縁材料では、エポキシ樹脂やフッ素樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、フェノキシ樹脂、ユリア樹脂、イソシアネート樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂（以下、ＰＰＳ樹脂という）等を用いることができるが、これら有機絶縁材料の内でもシリコーン樹脂、ポリイミド樹脂またはＰＰＳ樹脂が特に好ましい。バインダの硬度を調整するための柔軟剤や、バインダと粉末との密着性を高めるためにカップリング剤を適宜添加することが良い。圧密時の粉末のすべりを改善し、堆積膜の絶縁を確保するためにステアリン酸、各種ステアリン酸塩などの潤滑剤を添加しても良い。また、複合軟磁性材の強度を向上させるには、適宜無機絶縁材料のガラスバインダを加えても良い。

したがって、この発明は、
（７）前記（１）、（２）、（３）、（４）、（５）または（６）記載の堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末の圧粉焼成体からなる複合軟磁性材、
（８）前記（１）、（２）、（３）、（４）、（５）または（６）記載の堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末粒子間にシリコーン樹脂、ポリイミド樹脂またはＰＰＳ樹脂の絶縁材料が介在してなる圧粉焼成体からなる複合軟磁性材、に特徴を有するものである。
この発明の前記（１）、（２）、（３）、（４）、（５）または（６）記載の堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末で作製した複合軟磁性材は、鉄シリコン粒子相とこの鉄シリコン粒子相を包囲する粒界相からなり、前記粒界相には結晶質のＭｇＯ固溶ウスタイト型相を含有するＭｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系酸化物を含むことが好ましい。前記結晶質のＭｇＯ固溶ウスタイト型相はＮａＣｌ型結晶構造を有することが最も好ましい。したがって、この発明は、
（９）鉄シリコン粒子相とこの鉄シリコン粒子相を包囲する粒界相からなり、前記粒界相には結晶質のＭｇＯ固溶ウスタイト型相を含有するＭｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系酸化物を含む前記（７）または（８）記載の複合軟磁性材、に特徴を有するものである。

この発明の堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末を用いて作製した複合軟磁性材は高密度、高強度、高比抵抗および高磁束密度を有し、この複合軟磁性材は、高磁束密度で高周波低鉄損の特徴を有する事から、この特徴を生かした各種電磁気回路部品の材料として使用できる。前記電磁気回路部品のコア材としては、磁心、電動機コア，発電機コア、ソレノイドコア、イグニッションコア、リアクトルコア、トランスコア、チョークコイルコアまたは磁気センサコアなどがある。そして、この発明の堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末を用いた高抵抗を有する複合軟磁性材からなる電磁気回路部品を組み込んだ電気機器には、電動機、発電機、ソレノイド、インジェクタ、電磁駆動弁、インバータ、コンバータ、変圧器、継電器、磁気センサシステム等があり、電気機器の高効率高性能化や小型軽量化を行うことができる。
近年、一般家電や自動車、産業機器の分野において環境問題から省エネルギー対策が進められており、電気回路部品の高効率化が望まれているが、この中で、自動車用の電源の昇圧や降圧などの電圧変換や、インピーダンス調整、フィルター用電源部品としてリアクトルが知られており、このリアクトルには、小型、低損失のために高い飽和磁化と高抵抗で低保磁力の軟磁性材料が用いられている。直流重畳特性を向上させるには透磁率が安定していることが望ましく、このリアクトルのコアにはギャップが設けられており、入力電流が使用範囲内で変動しても一定のインダクタンスが得られるように設計されている。
この発明の堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末の圧粉焼成体、またはこの発明の堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末粒子間にシリコーン樹脂、ポリイミド樹脂またはＰＰＳ樹脂の絶縁材料を介在させた圧粉焼成体からなる複合軟磁性材をコア材としたリアクトルは、高温歪取り焼成を行っても絶縁を確保すると同時に保磁力が低減する特徴があるため、高周波数領域と中低周波数領域で損失が低減され、優れた交流特性を有する。この為、自動車用電源の昇圧や降圧などの電圧変換やインピーダンス調整、フィルター用電源等に小型、低損失、低騒音で直流重畳特性に優れたリアクトルとして用いることができる。

この発明の堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末を使用して複合軟磁性材を製造すると、高比抵抗を有することから低渦電流損失を有し、さらに保磁力が低いことから低ヒステリシス損失を有する複合軟磁性材を低コストで安定して作製することができ、電気・電子産業上優れた効果をもたらすものである。

実施例１
原料粉末として、Ｓｉ：３質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、平均粒径：７０μｍを有するガス水アトマイズ鉄シリコン粉末を用意し、さらに平均粒径：５０μｍのＭｇ粉末を用意した。
前記ガス水アトマイズ鉄シリコン粉末は表面に自然酸化して形成された酸化膜が形成されていた。この鉄シリコン粉末にＭｇ粉末を鉄シリコン粉末：Ｍｇ粉末＝９９．８質量％：０．２質量％の割合で添加し混合して混合粉末を作製し、得られた混合粉末を温度：６５０℃、圧力：２．７×１０^−４ＭＰａ、１時間保持したのち、さらに大気中、温度：２００℃、１時間保持することにより鉄シリコン粉末の表面に堆積酸化膜が被覆されている本発明堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末を作製した。
この堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末における堆積酸化膜の深さ方向のＭｇ、Ｓｉ、ＯおよびＦｅの濃度分布をオージェ電子分光装置を用て調べ、その結果を図１のグラフに示す。図１のグラフは堆積膜の深さ方向の分析結果を示しており、図１のグラフにおいて、縦軸はオージェ電子のピーク強度を示しており、一方、横軸は堆積膜のエッチング時間を示しており、エッチング時間が長いほど堆積膜の内部の深い位置を示している。図１から、ＭｇおよびＯは表面から内部に向って減少しておりかつＦｅは内部に向って増加している濃度勾配を有し、さらにＳｉは最表面近傍において最表面に近いほどＳｉ含有量が増加するＳｉの濃度勾配を有することが解る。
また、この堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末の表面に形成されている堆積酸化膜をＸ線光電子分光装置により分析を行い、結合エネルギーを解析したところ、金属ＦｅまたはＦｅ−Ｓｉ合金が含まれていることが解った。
さらに本発明堆積膜被覆鉄シリコン粉末の表面に形成された堆積膜の電子線回折図形から、Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系堆積酸化膜には結晶質のＭｇＯ固溶ウスタイト型相を含有することが解った。
従って、この発明の堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末の表面に形成されている堆積酸化膜は、Ｍｇ、Ｓｉ、ＦｅおよびＯからなるＭｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系堆積酸化膜であって、このＭｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系堆積酸化膜はＭｇおよびＯが表面から内部に向って減少しておりかつＦｅが内部に向って増加している濃度勾配を有し、最表面に近いほどＳｉ含有量が増加するＳｉの濃度勾配を有すること、金属ＦｅまたはＦｅ−Ｓｉ合金が含まれていること、Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系堆積酸化膜は結晶質のＭｇＯ固溶ウスタイト型相を含有することなどが分かる。さらに、堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末における堆積酸化膜の組織を電子顕微鏡で観察し、その堆積酸化膜の厚さと最大結晶粒径を測定し結果、堆積酸化膜の平均厚さは４０ｎｍ、最大結晶粒径は１０ｎｍであった。

このようにして得られた本発明堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末を金型に入れ、プレス成形して縦：５５ｍｍ、横：１０ｍｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を有する板状圧粉体および外径：３５ｍｍ、内径：２５ｍｍ、高さ：５ｍｍの寸法を有するリング形状圧粉体を成形し、得られた圧粉体を窒素雰囲気中、温度：６００℃、３０分保持の条件で焼成を行い、板状およびリング状圧粉焼成体からなる複合軟磁性材を作製し、この板状圧粉焼成体からなる複合軟磁性材の比抵抗を測定してその結果を表１に示し、さらにリング状圧粉焼成体からなる複合軟磁性材に巻き線を施し、磁束密度、保磁力、並びに磁束密度０．１Ｔ、周波数１０ｋＨｚの時の鉄損および磁束密度１．０Ｔ、周波数４００Ｈｚの時の鉄損などの磁気特性を測定し、それらの結果を表１に示した。さらに本発明堆積膜被覆鉄シリコン粉末を用いた複合軟磁性材を透過電子顕微鏡で観察したところ、鉄粒子相とこの鉄粒子相を包囲する粒界相が観察され、前記粒界相から得られた電子線回折図形から、粒界相には結晶質のＭｇＯ固溶ウスタイト型相を含有することが解った。

従来例１
実施例１で用意した鉄シリコン粉末の表面にＭｇ含有化成処理膜を化学的に形成した従来化成処理膜被覆鉄シリコン粉末を作製し、この従来化成処理膜被覆鉄シリコン粉末を金型に入れ、プレス成形して縦：５５ｍｍ、横：１０ｍｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を有する板状圧粉体および外径：３５ｍｍ、内径：２５ｍｍ、高さ：５ｍｍの寸法を有するリング形状圧粉体を成形し、得られた圧粉体を窒素雰囲気中、温度：６００℃、３０分保持の条件で焼成を行い、板状およびリング状圧粉焼成体からなる複合軟磁性材を作製し、板状圧粉焼成体からなる複合軟磁性材の比抵抗を測定してその結果を表１に示し、さらにリング状圧粉焼成体からなる複合軟磁性材に巻き線を施し、磁束密度、保磁力、並びに磁束密度０．１Ｔ、周波数１０ｋＨｚの時の鉄損および磁束密度１．０Ｔ、周波数４００Ｈｚの時の鉄損などの磁気特性を測定し、それらの結果を表１に示した。

実施例２
実施例１で作製した本発明堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末にシリコーン樹脂を１質量％添加し混合して得られた混合粉末を金型に入れ、プレス成形して縦：５５ｍｍ、横：１０ｍｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を有する板状圧粉体および外径：３５ｍｍ、内径：２５ｍｍ、高さ：５ｍｍの寸法を有するリング形状圧粉体を成形し、得られた圧粉体を真空雰囲気中、温度：８００℃、３０分保持の条件で焼成を行い、板状およびリング状圧粉焼成体からなる複合軟磁性材を作製し、板状圧粉焼成体からなる複合軟磁性材の比抵抗を測定してその結果を表１に示し、さらにリング状圧粉焼成体からなる複合軟磁性材に巻き線を施し、磁束密度、保磁力、並びに磁束密度０．１Ｔ、周波数１０ｋＨｚの時の鉄損および磁束密度１．０Ｔ、周波数４００Ｈｚの時の鉄損などの磁気特性を測定し、それらの結果を表１に示した。さらにこの複合軟磁性材を透過電子顕微鏡で観察したところ、鉄粒子相とこの鉄粒子相を包囲する粒界相が観察され、前記粒界相から得られた電子線回折図形から、粒界相には結晶質のＭｇＯ固溶ウスタイト型相を含有することが解った。

従来例２
従来例１で作製した鉄シリコン粉末の表面にＭｇ含有化成処理膜を化学的に形成した従来化成処理膜被覆鉄シリコン粉末にシリコーン樹脂を１質量％添加し混合して得られた混合粉末を金型に入れ、プレス成形して縦：５５ｍｍ、横：１０ｍｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を有する板状圧粉体および外径：３５ｍｍ、内径：２５ｍｍ、高さ：５ｍｍの寸法を有するリング形状圧粉体を成形し、得られた圧粉体を真空雰囲気中、温度：８００℃、３０分保持の条件で焼成を行い、板状およびリング状圧粉焼成体からなる複合軟磁性材を作製し、板状圧粉焼成体からなる複合軟磁性材の比抵抗を測定してその結果を表１に示し、さらにリング状圧粉焼成体からなる複合軟磁性材に巻き線を施し、磁束密度、保磁力、並びに磁束密度０．１Ｔ、周波数１０ｋＨｚの時の鉄損および磁束密度１．０Ｔ、周波数４００Ｈｚの時の鉄損などの磁気特性を測定し、それらの結果を表１に示した。

実施例３
実施例１で作製した本発明堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末にポリイミド樹脂を１質量％添加し混合して得られた混合粉末を金型に入れ、プレス成形して縦：５５ｍｍ、横：１０ｍｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を有する板状圧粉体および外径：３５ｍｍ、内径：２５ｍｍ、高さ：５ｍｍの寸法を有するリング形状圧粉体を成形し、得られた圧粉体を窒素雰囲気中、温度：５５０℃、３０分保持の条件で熱硬化させ、板状およびリング状圧粉焼成体からなる複合軟磁性材を作製し、板状圧粉焼成体からなる複合軟磁性材の比抵抗を測定してその結果を表１に示した。さらにこの複合軟磁性材を透過電子顕微鏡で観察したところ、鉄粒子相とこの鉄粒子相を包囲する粒界相が観察され、前記粒界相から得られた電子線回折図形から、粒界相には結晶質のＭｇＯ固溶ウスタイト型相を含有することが解った。
さらにリング状圧粉焼成体からなる複合軟磁性材に巻き線を施し、磁束密度、保磁力、並びに磁束密度１．５Ｔ、周波数５０Ｈｚの時の鉄損および磁束密度１．０Ｔ、周波数４００Ｈｚの時の鉄損などの磁気特性を測定し、それらの結果を表１に示した。

従来例３
従来例１で作製した鉄シリコン粉末の表面にＭｇ含有化成処理膜を化学的に形成した従来化成処理膜被覆鉄シリコン粉末にポリイミド樹脂を１質量％添加し混合して得られた混合粉末を金型に入れ、プレス成形して縦：５５ｍｍ、横：１０ｍｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を有する板状圧粉体および外径：３５ｍｍ、内径：２５ｍｍ、高さ：５ｍｍの寸法を有するリング形状圧粉体を成形し、得られた圧粉体を窒素雰囲気中、温度：５５０℃、３０分保持の条件で熱硬化させ、板状およびリング状圧粉焼成体からなる複合軟磁性材を作製し、板状圧粉焼成体からなる複合軟磁性材の比抵抗を測定してその結果を表１に示し、さらにリング状圧粉焼成体からなる複合軟磁性材に巻き線を施し、磁束密度、保磁力、並びに磁束密度０．１Ｔ、周波数１０ｋＨｚの時の鉄損および磁束密度１．０Ｔ、周波数４００Ｈｚの時の鉄損などの磁気特性を測定し、それらの結果を表１に示した。

実施例４
実施例１で作製した本発明堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末にＰＰＳ樹脂を１質量％添加し混合して得られた混合粉末を金型に入れ、プレス成形して縦：５５ｍｍ、横：１０ｍｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を有する板状圧粉体および外径：３５ｍｍ、内径：２５ｍｍ、高さ：５ｍｍの寸法を有するリング形状圧粉体を成形し、得られた圧粉体を窒素雰囲気中、温度：５００℃、３０分保持の条件で焼成し、板状およびリング状圧粉焼成体からなる複合軟磁性材を作製し、板状圧粉焼成体からなる複合軟磁性材の比抵抗を測定してその結果を表１に示した。さらにこの複合軟磁性材を透過電子顕微鏡で観察したところ、鉄粒子相とこの鉄粒子相を包囲する粒界相が観察され、前記粒界相から得られた電子線回折図形から、粒界相には結晶質のＭｇＯ固溶ウスタイト型相を含有することが解った。
さらにリング状圧粉焼成体からなる複合軟磁性材に巻き線を施し、磁束密度、保磁力、並びに磁束密度０．１Ｔ、周波数１０ｋＨｚの時の鉄損および磁束密度１．０Ｔ、周波数４００Ｈｚの時の鉄損などの磁気特性を測定し、それらの結果を表１に示した。

従来例４
従来例１で作製した鉄シリコン粉末の表面にＭｇ含有化成処理膜を化学的に形成した従来化成処理膜被覆鉄シリコン粉末にＰＰＳ樹脂を１質量％添加し混合して得られた混合粉末を金型に入れ、プレス成形して縦：５５ｍｍ、横：１０ｍｍ、厚さ：５ｍｍの寸法を有する板状圧粉体および外径：３５ｍｍ、内径：２５ｍｍ、高さ：５ｍｍの寸法を有するリング形状圧粉体を成形し、得られた圧粉体を窒素雰囲気中、温度：５００℃、３０分保持の条件で焼成し、板状およびリング状の圧粉焼成体からなる複合軟磁性材を作製し、板状圧粉焼成体からなる複合軟磁性材の比抵抗を測定してその結果を表１に示し、さらにリング状圧粉焼成体からなる複合軟磁性材に巻き線を施し、磁束密度、保磁力、並びに磁束密度０．１Ｔ、周波数１０ｋＨｚの時の鉄損および磁束密度１．０Ｔ、周波数４００Ｈｚの時の鉄損などの磁気特性を測定し、それらの結果を表１に示した。

表１に示される結果から、実施例１で作製した本発明堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末の圧粉焼成体である複合軟磁性材は、従来例１で作製した従来化成処理膜被覆鉄シリコン粉末の圧粉焼成体である複合軟磁性材と比べて、密度については大差は無いが、実施例１で作製した本発明堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末を使用して作製した複合軟磁性材は、従来例１で作製した従来化成処理膜被覆鉄シリコン粉末の圧粉焼成体である複合軟磁性材に比べて、磁束密度が高く、保磁力が小さく、さらに比抵抗が格段に高く、そのため鉄損が格段に小さく、特に周波数が大きくなるほど鉄損が小さくなるなどの特性を有することが分かる。

さらに、実施例２で作製した本発明堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末の粒子間にシリコーン樹脂の絶縁材が介在した圧粉焼成体である複合軟磁性材は、従来例２で作製した従来化成処理膜被覆鉄シリコン粉末の粒子間にシリコーン樹脂の絶縁材が介在した圧粉焼成体である複合軟磁性材と比べて、密度については大差は無いが、実施例２で作製した本発明堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末の粒子間にシリコーン樹脂の絶縁材が介在した圧粉焼成体である複合軟磁性材は、従来例２で作製した従来化成処理膜被覆鉄シリコン粉末の粒子間にシリコーン樹脂の絶縁材が介在した圧粉焼成体である複合軟磁性材と比べて、磁束密度が高く、保磁力が小さく、さらに比抵抗が格段に高く、そのため鉄損が格段に小さく、特に周波数が大きくなるほど鉄損が小さくなるなどの特性を有することが分かる。

さらに、実施例３で作製した本発明堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末の粒子間にポリイミド樹脂の絶縁材が介在した圧粉焼成体である複合軟磁性材と従来例３で作製した従来化成処理膜被覆鉄シリコン粉末の粒子間にポリイミド樹脂の絶縁材が介在した圧粉焼成体である複合軟磁性材と比べ、さらに実施例４で作製した本発明堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末の粒子間にＰＰＳ樹脂の絶縁材が介在した圧粉焼成体である複合軟磁性材と従来例４で作製した従来化成処理膜被覆鉄シリコン粉末の粒子間にＰＰＳ樹脂の絶縁材が介在した圧粉焼成体である複合軟磁性材と比べても同様の結果を示すことがわかる。

実施例５
実施例1で作製した本発明堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末にシラン系カップリング剤の前処理を施した後、１．０質量％シリコーン樹脂を有機溶剤に希釈して添加した後２００℃で乾燥して混合粉末を作製した。この混合粉末に０．１質量%ステアリン酸亜鉛を添加し混合した粉末を成形し、外径：３５mm、内径：２５mm、高さ：５mmの寸法を有するリング圧粉体、外径：５０mm、内径：２５mm、高さ：２５ｍｍの寸法を有するリング状圧粉体を作製し、これら圧粉体を真空雰囲気中、８５０℃で歪取焼成して、小外径リング状圧粉焼成体および大外径リング状圧粉焼成体からなる複合軟磁性材を作製した。これら複合軟磁性材を透過電子顕微鏡で観察したところ、鉄粒子相とこの鉄粒子相を包囲する粒界相が観察され、前記粒界相から得られた電子線回折図形から、粒界相には結晶質のＭｇＯ固溶ウスタイト型相を含有することが解った。
小外径リング状圧粉焼成体に巻線を施し、直流磁気特性および０．１Ｔ、１０ｋＨｚの鉄損を測定してその結果を表２に示した。この小外径リング状圧粉焼成体で２０Ａ直流重畳時の２０ｋＨｚにおけるインダクタンスを測定することにより交流の透磁率を求め、その結果を表２に示した。
次に、大外径リング状圧粉焼成体を用いて巻線を施し、インダクタンスがほぼ一定になるリアクトルを作製した。一般的なアクティブフィルタ付きのスイッチング電源に、このリアクトルを接続し、入力電力１０００Ｗおよび１５００Ｗに対する出力電力の効率（％）を測定しその結果を表２に示した。

実施例６
原料粉末として、Ｓｉ：６．５質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、平均粒径：５５μｍを有する粉末形状が球形に近いガス水アトマイズ鉄シリコン粉末を用意し、さらに平均粒径：４０μmのＭｇ粉末を用意した。このガス水アトマイズ鉄シリコン粉末を大気中、２２０℃、１時間保持の条件で粉末表面の酸化処理を行い、この酸化処理したガス水アトマイズ鉄シリコン粉末にＭｇ粉末をガス水アトマイズ鉄シリコン粉末：Ｍｇ粉末＝９９．６：０．４割合で添加混合して混合粉末を作製し、この混合粉末を温度：６００℃、圧力：1×１０^−５ＭPa、１．５時間保持することによりガス水アトマイズ鉄シリコン粉末の表面に堆積酸化膜が被覆されている本発明堆積酸化膜鉄シリコン粉末を作製した。
この堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末における堆積酸化膜の深さ方向のＭｇ、Ｓｉ、ＯおよびＦｅの濃度分布をオージェ電子分光装置を用て調べた結果、ＭｇおよびＯは表面から内部に向って減少しておりかつＦｅは内部に向って増加している濃度勾配を有し、さらにＳｉは最表面近傍において最表面に近いほどＳｉ含有量が増加するＳｉの濃度勾配を有することが解った。
また、この堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末の表面に形成されている堆積酸化膜をＸ線光電子分光装置により分析を行い、結合エネルギーを解析したところ、金属ＦｅまたはＦｅ−Ｓｉ合金が含まれていることが解った。
従って、この発明の堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末の表面に形成されている堆積酸化膜は、Ｍｇ、Ｓｉ、ＦｅおよびＯからなるＭｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系堆積酸化膜であって、このＭｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系堆積酸化膜はＭｇおよびＯが表面から内部に向って減少しておりかつＦｅが内部に向って増加している濃度勾配を有し、最表面に近いほどＳｉ含有量が増加するＳｉの濃度勾配を有すること、、金属ＦｅまたはＦｅ−Ｓｉ合金が含まれていることが分かる。さらに、堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末における堆積酸化膜の組織を電子顕微鏡で観察し、その堆積酸化膜の厚さと最大結晶粒径を測定し結果、堆積酸化膜の平均厚さは６０ｎｍ、最大結晶粒径は２０ｎｍであった。
この本発明堆積酸化膜鉄シリコン粉末にシラン系カップリング剤の前処理を施した後、１．０質量％シリコーン樹脂を有機溶剤に希釈して添加した後２５０℃で乾燥して混合粉末を作製した。この混合粉末に０．１質量％ステアリン酸亜鉛を添加し混合した粉末を成形し、外径：３５mm、内径：２５mm、高さ：５mmの寸法を有するリング圧粉体、外径：５０mm、内径：２５mm、高さ：２５ｍｍの寸法を有するリング状圧粉体を作製し、これら圧粉体を真空雰囲気中、８５０℃で歪取焼成して小外径リング状圧粉焼成体および大外径リング状圧粉焼成体からなる複合軟磁性材を作製した。これら複合軟磁性材を透過電子顕微鏡で観察したところ、鉄粒子相とこの鉄粒子相を包囲する粒界相が観察され、前記粒界相から得られた電子線回折図形から、粒界相には結晶質のＭｇＯ固溶ウスタイト型相を含有することが解った。
小外径リング状圧粉焼成体に巻線を施して直流磁気特性および０．１Ｔ、１０ｋＨｚの鉄損を測定し、その結果を表２に示した。この小外径リング状圧粉焼成体で２０Ａ直流重畳時の２０ｋＨｚにおけるインダクタンスを測定し、交流の透磁率を求め、その結果を表２に示した。
次に、大外径リング状圧粉焼成体に巻線を施してインダクタンスがほぼ一定になるリアクトルを作製した。一般的なアクティブフィルタ付きのスイッチング電源に、このリアクトルを接続し、入力電力１０００Ｗおよび１５００Ｗに対する出力電力の効率（％）を測定し、その結果を表２に示した。

従来例５
実施例で用意したＳｉ：３質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有し、平均粒径：７０μｍを有するガス水アトマイズ鉄シリコン粉末にシラン系カップリング剤の前処理を施した後、１．０質量％シリコーン樹脂、０．２質量％ＭｇＯ粉末を混合し混合粉末を作製した。得られた混合粉末を圧粉成形し、得られた圧粉体を真空雰囲気中、８５０℃で歪取焼成して実施例５と同じ形状および寸法を有する圧粉焼成体を作製した。
小外径リング状圧粉焼成体に巻線を施し直流磁気特性および０．１Ｔ、１０ｋＨｚの鉄損を測定し、その結果を表２に示した。この小外径リング状圧粉焼成体で２０Ａ直流重畳時の２０ｋＨｚにおけるインダクタンスを測定し、交流の透磁率を求め、その結果を表２に示した。
次に、大外径リング状圧粉焼成体に巻線を施してインダクタンスがほぼ一定になるようにリアクトルを作製した。一般的なアクティブフィルタ付きのスイッチング電源に、このリアクトルを接続し、入力電力１０００Ｗおよび１５００Ｗに対する出力電力の効率（％）を測定しその結果を表２に示した。

表２に示される結果から、本発明堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末の圧粉焼成体からなる実施例５〜６の複合軟磁性材は、鉄シリコン粉末を使用して作製した従来例５の複合軟磁性材と比べて、保磁力が低く、鉄損が小さく、直流重畳特性が良好なこと、並びに実施例５〜６の複合軟磁性材を用いて作製したリアクトルに接続したスイッチング電源は、従来例５で作製した複合軟磁性材を用いて作製したリアクトルに接続したスイッチング電源と比べて、効率が向上することから、本発明堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末粒子間にシリコーン樹脂が介在した圧粉焼成体の複合軟磁性材からなるコアを有するリアクトルはその特性が一層向上することがわかる。

堆積酸化膜の深さ方向のＭｇ、Ｓｉ、ＯおよびＦｅの濃度分布をオージェ電子分光装置を用て調べた結果を示すグラフである。

Claims (28)

1. 鉄シリコン粉末の表面に、Ｍｇ、Ｓｉ、ＦｅおよびＯからなるＭｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系堆積酸化膜が形成されていることを特徴とする堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末。
2. 前記Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系堆積酸化膜は、表面に向ってＭｇおよびＯ含有量が増加しかつ表面に向ってＦｅ含有量が減少する濃度勾配を有し、さらに最表面近傍において最表面に近いほどＳｉ含有量が増加するＳｉの濃度勾配を有することを特徴とする請求項１記載の堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末。
3. 前記Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系堆積酸化膜には、結晶質のＭｇＯ固溶ウスタイト型相が含まれていることを特徴とする請求項１または２記載の堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末。
4. 前記Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系堆積酸化膜には、金属ＦｅまたはＦｅ−Ｓｉ合金が含まれていることを特徴とする請求項１、２または３記載の堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末。
5. 前記Ｍｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系堆積酸化膜は、平均結晶粒径：２００ｎｍ以下の微細結晶組織を有することを特徴とする請求項１、２、３または４記載の堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末。
6. 前記鉄シリコン粉末は、Ｓｉ：０．１〜１０質量％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる成分組成を有することを特徴とする請求項１、２、３、４または５記載の堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末。
7. 請求項１、２、３、４、５または６記載の堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末の圧粉焼成体からなることを特徴とする複合軟磁性材。
8. 請求項１、２、３、４、５または６記載の堆積酸化膜被覆鉄シリコン粉末の粒子間にシリコーン樹脂、ポリイミド樹脂またはＰＰＳ樹脂の絶縁材料が介在してなる圧粉焼成体からなることを特徴とする複合軟磁性材。
9. 鉄シリコン粒子相とこの鉄シリコン粒子相を包囲する粒界相からなり、前記粒界相には結晶質のＭｇＯ固溶ウスタイト型相を含有するＭｇ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｏ四元系酸化物を含むことを特徴とする請求項７または８記載の複合軟磁性材。
10. 請求項７、８または９記載の複合軟磁性材からなることを特徴とするリアクトル用コア。
11. 請求項１０記載のコアを有するリアクトル。
12. 請求項７、８または９記載の複合軟磁性材からなる電動機用コア。
13. 請求項１２記載のコアを有する電動機。
14. 請求項７、８または９記載の複合軟磁性材からなる発電機用コア。
15. 請求項１４記載のコアを有する発電機。
16. 請求項７、８または９記載の複合軟磁性材からなるソレノイド用コア。
17. 請求項１６記載のコアを有するソレノイド。
18. 請求項７、８または９記載の複合軟磁性材からなるイグニッション用コア。
19. 請求項１８記載のコアを有するイグニッション。
20. 請求項７、８または９記載の複合軟磁性材からなるトランス用コア。
21. 請求項２０記載のコアを有するトランス。
22. 請求項７、８または９記載の複合軟磁性材からなるチョークコイル用コア。
23. 請求項２２記載のコアを有するチョークコイル。
24. 請求項７、８または９記載の複合軟磁性材からなる磁気センサ用コア。
25. 請求項２４記載のコアを有する磁気センサ。
26. 請求項７、８または９記載の複合軟磁性材からなる磁心。
27. 請求項２６記載の磁心を有する請求項１１、１３、１５、１７、１９、２１、２３または２５記載の電磁気回路部品。
28. 請求項２７記載の電磁気回路部品を組み込んだ電気機器。

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