JP2011094204A - 表面処理還元鉄粉及びその製造方法、並びに、圧粉磁芯 - Google Patents

Abstract

【課題】コアロス及びその周波数依存性が小さく、１ＭＨｚ以上の高周波で駆動してもコアロスが小さい圧粉磁芯を作製し得る、表面処理還元鉄粉等を提供する。
【解決手段】還元−徐酸化法により調整された還元鉄粉を少なくとも表面処理して得られる表面処理還元鉄粉であって、平均粒子径が０．０１〜５μｍの一次粒子が凝集することにより形成された二次粒子を含み、前記二次粒子のＤ９０％粒子径が２０μｍ以下であり、前記一次粒子の表面の少なくとも一部がリン酸鉄を含む絶縁層により被覆されており、リン含有量が５００〜１００００ｐｐｍであることを特徴とする表面処理還元鉄粉。
【選択図】図１

Description

本発明は、表面処理還元鉄粉及びその製造方法、並びに、圧粉磁芯に関する。

従来、インダクタ等に備えられる磁芯として、圧粉磁芯が広く用いられている。圧粉磁芯に求められる性能は、電気抵抗が高く、コアロス（磁芯損失）が小さいことであり、そのような圧粉磁芯を実現するために、圧粉磁芯の材料として、アトマイズ法により製造されるＦｅＳｉ系やＦｅＮｉ系等の合金粉やカルボニル法により製造される純鉄粉（高純度鉄粉）等の金属磁性粉を用いる種々の試みが為されている。

近年、電子機器の小型化及び高出力化が進み、各種部品の高集積化及び高速処理化が進展している。これにともない、電力を供給する電源ラインの小型化及び大電流化が要求されている。例えば、電源等に使用されるパワーインダクタにおいては、直流電流重畳下でのインダクタンス低下が小さいものが求められ、これを実現するために、圧粉磁芯の材料として高飽和磁化を有する磁性材料、例えば、純鉄粉（高純度鉄粉）が広く用いられている。

一方、電源回路を高周波で駆動することによりインダクタ等の小型化が図れることから、高周波で磁芯損失（コアロス）の小さな磁性材料の開発が求められている。駆動周波数の高周波化、例えば、数ＭＨｚに対応するためには、磁性材料の微細化が有効であると考えられる。

磁性材料の微細化技術としては、例えば、特公平６−４８３８９号公報には、ヘマタイトやマグネタイトを還元処理した後に表面を酸化することにより、粒子径０．１〜５μｍの磁性トナー用還元鉄粉が得られることが記載されている（特許文献１参照）。
また、特許第４１５８７６８号には、ヘマタイト粉末を還元性ガス中で加熱し、還元する際にヘマタイト粉末の還元を途中で停止して粉末にマグネタイトを含有せしめることにより、平均一次粒径が０．０１〜１０μｍの電波吸収体用マグネタイト−鉄複合粉末が得られることが記載されている（特許文献２参照）。
さらに、特許第４１７１００２号には、マグネタイト及び所定量のクロムを含有する酸化鉄を還元性雰囲気中で還元した後、さらに、酸化性雰囲気中で徐酸化処理することにより、平均一次粒径が０．７〜３．０μｍの圧粉磁心用マグネタイト−鉄複合粉末が得られることが記載されている（特許文献３参照）。
さらに、特許文献２及び３には、マグネタイト−鉄複合粉末に絶縁性の樹脂を混合した後に加圧成形することにより、圧粉磁心を作製することが記載されている。

特公平６−４８３８９号公報 特許第４１５８７６８号 特許第４１７１００２号

特許文献１に記載の手法は、所謂、還元−徐酸化法により微細な還元鉄粉を得るものであり、この手法によれば、一次粒子の平均粒子径が数μｍ〜サブミクロンオーダーの還元鉄粉を安定して得ることができる。ところが、特許文献１に記載の手法により得られる還元鉄粉を用いて圧粉磁心を作製したところ、コアロスが大きく、特に、１ＭＨｚ以上の高周波で駆動した際のコアロスが著しく大きいという問題があった。

また、特許文献２及び３に記載の手法によっても、一次粒子の平均粒子径が数μｍ〜サブミクロンオーダーの還元鉄粉を安定して得ることができるが、上記特許文献１と同様に、還元鉄粉にした際のコアロスが大きく、特に、１ＭＨｚ以上の高周波で駆動した際のコアロスが著しく大きいという問題があった。

以上のように、酸化鉄を還元する等して得られる還元鉄粉は、微細な鉄粉として圧粉磁心への応用が期待されていたが、現状、それを応用するに十分な技術は見出されていなかった。

本発明は上記課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、コアロス及びその周波数依存性が小さく、１ＭＨｚ以上の高周波で駆動してもコアロスが小さい圧粉磁芯を作製し得る、表面処理還元鉄粉及びその製造方法、並びに、コアロス及びその周波数依存性が小さな圧粉磁芯を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、一次粒子の平均粒子径が数μｍ〜サブミクロンオーダーの還元鉄粉において、一次粒子の平均粒子径のみならず、一次粒子の凝集状態とその表面状態が、得られる圧粉磁心のコアロス及びその周波数依存性と相関関係があることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の表面処理還元鉄粉は、還元−徐酸化法により調整された還元鉄粉を少なくとも表面処理して得られる表面処理還元鉄粉であって、平均粒子径が０．０１〜５μｍの一次粒子が凝集することにより形成された二次粒子を含み、前記二次粒子のＤ９０％粒子径が２０μｍ以下であり、前記一次粒子の表面の少なくとも一部がリン酸鉄を含む絶縁層により被覆されており、リン含有量が５００〜１００００ｐｐｍである、ことを特徴とする。

ここで、本明細書において、「還元鉄粉」とは、酸化鉄を還元して得られる鉄粉のみならず、酸化鉄を還元した後に徐酸化して得られる鉄粉をも包含する概念である。また、「一次粒子」とは、粉末に含まれる最小単位となる粒子を意味し、「二次粒子」とは、かかる一次粒子が分子間力等によって凝集、あるいは緩やかなネッキングによって連結して形成される粒子を意味する。なお、通常、表面処理還元鉄粉は二次粒子の状態で存在するので、表面処理還元鉄粉の粒度分布グラフは二次粒子の分布を示すものとなる。さらに、粒子径は、特に断わりのない限り、体積基準による累積分布でのメジアン径を意味する。

本発明者らが、このように構成された表面処理還元鉄粉を用いて作製した圧粉磁心の特性を測定したところ、従来に比して、５０〜２００ｋＨｚ程度の低周波で駆動した際のコアロスが小さく、その上さらに、１ＭＨｚ以上の高周波で駆動した際のコアロスが格別に小さいことが判明した。かかる効果が奏される作用機構の詳細は、未だ明らかではないものの、例えば、以下のとおり推定される。

上記従来技術によって得られる還元鉄粉は、通常、微細な一次粒子が凝集（連結）した海綿状の構造の二次粒子から構成される。本発明者らの知見によれば、この二次粒子内において渦電流が流れ得るところ、上記従来技術によって得られる還元鉄粉は、二次粒子のＤ９０％粒子径が１００μｍ以上と大きいため、渦電流損失が比較的に大きく、それ故に、コアロスが大きかったものと考えられる。
また、上記従来技術においては、二次粒子の表面を徐酸化する等してマグネタイト等の絶縁層を形成し、さらに必要に応じて絶縁性の樹脂を添加する等の試みもなされている。かかる試みは、渦電流の流れる経路を遮断し、渦電流損失の低減に寄与するものと考えられる。しかしながら、本発明者らの知見によれば、マグネタイトは電気抵抗率が低く十分な絶縁性を有しておらず渦電流損失を十分に小さくすることは困難である、凝集した一次粒子同士の界面には絶縁性の樹脂層が形成し難い、二次粒子が微細な一次粒子が連結した海綿状の構造をとるため内部が密なカルボニル鉄粉やアトマイズ粉に比べて表面積が大きくなっている、等の理由により、上記従来技術において、渦電流損失を十分に低減することは事実上不可能であったものと考えられる。

これに対し、上記構成の表面処理還元鉄粉は、上記従来技術と同程度の平均粒子径を有する一次粒子を含むものの、かかる一次粒子が凝集して形成される二次粒子のＤ９０％粒子径が比較的に小さく、且つ、一次粒子の表面の少なくとも一部がマグネタイト等（の酸化鉄相）に比して所定量のリン酸鉄を含む絶縁層により被覆されている。すなわち、上記構成の表面処理還元鉄粉は、後述するように、絶縁性に優れるリン酸鉄を含む絶縁層により鉄粉間が十分に絶縁されているのみならず、粒子径の小さな一次粒子及び海綿状の構造を有する二次粒子により、渦電流の流れる経路が短く構成され、言い換えれば、渦電流の流れる経路が有効に遮断されたものとなっている。そのため、これを用いて作製した圧粉磁心は、渦電流損失が十分に低減されたものとなり、その結果、低周波領域から高周波領域に亘ってコアロスが格別に低減されたものと考えられる。なお、粒子表面のリン酸鉄の存在は、例えば、エネルギー分散型Ｘ線分析装置を用いたＳＴＥＭ−ＥＤＳ分析等によりＰ、Ｏ及びＦｅを検出することにより、確認可能である。

なお、従来のアトマイズ粉やカルボニル鉄粉等において、リン酸による表面処理を行って二次粒子の表面に絶縁層を形成する手法が知られている。しかしながら、リン酸による表面処理を行って絶縁層を形成したリン酸鉄皮膜等の絶縁層は、硬く塑性に乏しいため、圧粉磁心に加圧成形する際の二次粒子の塑性変形に追従できず、絶縁層が破壊してしまう。そのため、従来のアトマイズ粉やカルボニル鉄粉等においては、金属粉間での導通が生じ易く、渦電流の流れる経路が長く形成され易い。そのため、インダクタ用途の圧粉磁心においては、絶縁性を維持するために、絶縁材料として金属粉の変形に追従し得る樹脂を用いることが一般的であった。
これに対し、上記構成の表面処理還元鉄粉においては、還元−徐酸化法により調整された還元鉄粉を用いており、その還元鉄粉は、平均粒子径が０．０１〜５μｍの一次粒子が凝集することにより形成された二次粒子が海綿状の構造を有する。そのため、圧粉磁心に加圧成形する際には、一次粒子磁心の変形は小さく、その一方で、一次粒子同士が連結（凝集）して形成される二次粒子（の海綿状の構造）が変形を受け易い。すなわち、上記構成の表面処理還元鉄粉においては、一次粒子自身の変形よりも二次粒子の内部の空隙が圧縮される寄与が大きくなっていると考えられる。したがって、たとえ加圧成形時に二次粒子が変形し一次粒子同士が接触する場合でも、上記の通り二次粒子が海綿状の構造を有するため、アトマイズ粉やカルボニル鉄粉等を用いた場合に比して、一次粒子の表面には絶縁層が保持される確率が高く、露出した鉄同士の接触が生じ難い。その結果、鉄同士の接触による導通が抑制されて、渦電流の流れる経路が短く遮断される。そのため、これを用いて作製した圧粉磁心は、渦電流損失が十分に低減されたものとなり、その結果、低周波領域から高周波領域に亘ってコアロスが格別に低減されたものと考えられる。但し、作用はこれらに限定されない。

ここで、上記構成を採用せずに、従来技術においてマグネタイト等の絶縁層を過度に厚く形成することも考え得るが、マグネタイトは電気抵抗率が比較的小さく、また、主相の鉄と磁気的に性質を異にする強磁性相の存在がヒステリシス損失を増大させ得る等の懸念があるため、実用的ではないと考えられる。これに対し、リン酸処理により形成されるリン酸鉄などの表面皮膜は、強磁性を有しないため磁気的な悪影響が小さく、また化合物として安定であることから防錆効果も期待される点で、上記構成の表面処理還元鉄粉は、優位性があると言える。
同様に、上記構成を採用せずに、従来技術において絶縁性の樹脂の添加量を過度に多くすることも考え得るが、非磁性成分の増加はインダクタンスの低下を引き起こし得るので、実用的ではないと考えられる。

上記において、表面処理還元鉄粉は、前記一次粒子の表面の少なくとも一部がリン酸鉄を含む絶縁層により被覆されていることが必要とされる。リン酸鉄を含む絶縁層は、絶縁性に優れるとともに比較的に安定なので、製造時に空気中でハンドリングが可能になる等、表面処理還元鉄粉の取扱性及び生産性が高められる。また、絶縁層の一部に酸化鉄（例えば、ＦｅＯ，Ｆｅ₂Ｏ₃，Ｆｅ₃Ｏ₄等）が含まれていてもよい。リン酸鉄及び酸化鉄を含む絶縁層を採用することにより、絶縁性、取扱性及び生産性がより一層高められる。

また、上記において、表面処理還元鉄粉は、前記還元鉄粉を解砕処理及びリン酸を用いて表面処理して得られるものが好ましい。かかる手法によれば、比較的に低コストで安定して製造することが可能なので、表面処理還元鉄粉の生産性及び経済性が高められる。

また、上記において、表面処理還元鉄粉は、さらに、絶縁性樹脂を含有することが好ましい。鉄粉間の絶縁性が高められるとともに、渦電流の流れる経路が遮断され、渦電流損失がより一層低減される。また、成形性が高められ、実用性に優れるものとなる。

一方、本発明の圧粉磁芯は、上記本発明の表面処理還元鉄粉を用いて有効に得られるものであって、上記の表面処理還元鉄粉を加圧成形して得られるものである。

他方、本発明の表面処理還元鉄粉の製造方法は、上記本発明の表面処理還元鉄粉を有効に製造可能なものであって、還元−徐酸化法により調整された平均粒子径が０．０１〜５μｍの一次粒子を含む還元鉄粉を準備する工程と、前記還元鉄粉を解砕処理する工程と、前記還元鉄粉の重量に対して０．１５〜４．００重量％のリン酸を用いて前記還元鉄粉を表面処理する工程と、を有するものである。かかる製法によれば、二次粒子の解砕（縮径化）、並びに、一次粒子及び二次粒子の絶縁被覆が効果的に実行される。また、リン酸によって表面処理することにより、表面酸化層を除去するとともに、リンと酸素と鉄を主成分とする安定な表面層が形成される。したがって、低周波領域から高周波領域に亘ってコアロスが十分に低減された圧粉磁芯を作製し得る表面処理還元鉄粉を、簡易且つ低コストで製造可能となる。

上記において、前記解砕処理工程と前記リン酸による表面処理工程とを同時に行う、又は、前記表面処理工程においては、前記解砕処理工程の後に前記リン酸による表面処理工程を行う、ことが好ましい。これらの手法によれば、二次粒子の解砕、並びに、一次粒子及び二次粒子の絶縁被覆が高効率に行われるので、低周波領域から高周波領域に亘ってコアロスが十分に低減された圧粉磁芯を作製し得る表面処理還元鉄粉を、簡易且つ低コストで製造可能となる。また、生産性及び経済性がより一層高められる。

また、前記還元鉄粉を準備する工程においては、還元性雰囲気中で還元した後、さらに、酸化性雰囲気中で徐酸化して、前記還元鉄粉を得る、ことが好ましい。この手法によれば、大気中で取り扱いが可能な平均粒子径が０．０１〜５μｍの一次粒子を含む還元鉄粉を簡易且つ低コストで製造可能なので、生産性及び経済性がより一層高められる。

さらに、前記解砕処理工程において、１個あたりの重量が６ｇ以下のメディアを用いて前記還元鉄粉を解砕処理する、ことが好ましい。このようにすると、一次粒子を変形させ、歪による磁気特性の劣化をもたらすことなく、解砕が行われるので、低周波領域から高周波領域に亘ってコアロスが十分に低減された圧粉磁芯を作製し得る表面処理還元鉄粉を、簡易且つ低コストで製造可能となる。また、生産性及び経済性がより一層高められる。

また、表面処理後の前記還元鉄粉に絶縁性樹脂を配合する工程を有する、ことが好ましい。このようにすると、絶縁性が高められるとともに、渦電流の流れる経路を遮断して渦電流損失がより一層低減されるので、低周波領域から高周波領域に亘ってコアロスが十分に低減された圧粉磁芯を作製し得る表面処理還元鉄粉を、簡易且つ低コストで製造可能となる。また、成形性が高められ、実用性に優れるものとなる。

また、本発明の他の態様の表面処理還元鉄粉は、上記本発明の表面処理還元鉄粉の製造方法によって有効に製造されるものであって、還元−徐酸化法により調整された還元鉄粉を解砕処理及びリン酸を用いて表面処理することにより得られる表面処理還元鉄粉であり、平均粒子径が０．０１〜５μｍの一次粒子が凝集することにより形成された二次粒子を含み、前記二次粒子のＤ９０％粒子径が２０μｍ以下であり、リン含有量が５００〜１００００ｐｐｍである、ものである。ここで、前記二次粒子の表面にＰ、Ｏ及びＦｅが含まれていることが好ましい。なお、粒子表面のＰ、Ｏ及びＦｅの存在は、例えば、エネルギー分散型Ｘ線分析装置を用いたＳＴＥＭ−ＥＤＳ分析等により検出可能である。

本発明によれば、低周波領域から高周波領域に亘ってコアロスが十分に低減され、１ＭＨｚ以上の高周波にも対応可能な圧粉磁芯、これを容易に作製し得る表面処理還元鉄粉及びその簡易且つ低コストな製造方法が提供される。また、駆動周波数の高周波化に対応可能なので、インダクタ等の小型化が図られる。

本実施形態の表面処理還元鉄粉の二次粒子及び一次粒子の凝集状態を概念的に示す模式図である。 本実施形態の表面処理還元鉄粉の製造方法及び圧粉磁心の製造方法を示すフローチャートである。 実施例１の表面処理還元鉄粉のＳＥＭ写真である。 実施例１の表面処理還元鉄粉のＳＥＭ写真である。 実施例１の還元鉄粉のＳＴＥＭ−ＥＤＳ分析におけるＦｅ、Ｐ、Ｏ、Ｃの濃度プロファイルである。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明はその実施の形態のみに限定されるものではない。なお、図面中、同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。

図１は、本実施形態の表面処理還元鉄粉の二次粒子及び一次粒子の凝集状態を概念的に示す模式図である。
表面処理還元鉄粉１００は、還元−徐酸化法により調整された還元鉄粉を少なくとも表面処理して得られる表面処理還元鉄粉であって、平均粒子径が０．０１〜５μｍ、好ましくは３μｍ以下、より好ましく２μｍの一次粒子１１が凝集又は連結することにより形成されたＤ９０％粒子径が２０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下、より好ましく７μｍの二次粒子１２を有する。一次粒子１１は、その表面の少なくとも一部が絶縁層１３により被覆されている。絶縁層１３は、少なくともリン酸鉄を含み、表面処理還元鉄粉１００は、その総量に対して、リンを５００〜１００００ｐｐｍ、好ましくは８０００ｐｐｍ以下、より好ましくは６０００ｐｐｍ以下含んでいる。そして、二次粒子１２は、図示の如く、複数の一次粒子１１が凝集又は連結することにより、海綿状の構造を有するものとなっている。以下、本実施形態の表面処理還元鉄粉の製造方法及び圧粉磁心の製造方法を挙げて、本実施形態の表面処理還元鉄粉１００につき、詳述する。

図２は、本実施形態の表面処理還元鉄粉の製造方法及び圧粉磁心の製造方法を示すフローチャートである。
本実施形態の表面処理還元鉄粉は、還元−徐酸化法により調整された還元鉄粉を準備する工程（Ｓ１）と、その還元鉄粉を解砕処理及びリン酸を用いて表面処理する工程（Ｓ２）と、を経て、製造することができる。なお、本実施形態の表面処理還元鉄粉は、必要に応じて絶縁性樹脂を含んでいてもよく、かかる場合は、上記Ｓ１及びＳ２の工程に引き続き、絶縁性樹脂を添加する工程（Ｓ３ａ）を経て、製造することができる。
また、本実施形態の圧粉磁心は、上記のようにして得られた表面処理還元鉄粉を加圧成形した後、熱処理する工程することにより製造することができる（Ｓ４−Ｓ５）。なお、本実施形態の圧粉磁心は、加圧成形時に絶縁性樹脂を添加していてもよく、かかる場合は、上記Ｓ４の工程に先立ち絶縁性樹脂を添加する工程（Ｓ４ａ）を経て、製造することができる。

還元鉄粉を準備する工程（Ｓ１）では、平均粒子径が０．０１〜５μｍの一次粒子を含む還元鉄粉を準備する。平均粒子径が０．０１〜５μｍの一次粒子を含む還元鉄粉は、本実施形態では、低周波領域から高周波領域に亘ってコアロスが十分に低減された圧粉磁芯を得るために、還元−徐酸化法により調整されたものが用いられる。なお、還元−徐酸化法は、酸化鉄を還元した後（Ｓ１ａ）、表面を緩やかに徐酸化する（Ｓ１ｂ）ことで、（表面がわずかに酸化された）表面に安定な不動態層（酸化鉄層）が形成された微細な還元鉄粉を得るものである。

還元鉄粉の原料となる酸化鉄としては、公知のものを用いることができる。その具体例としては、例えば、ヘマタイト、マグヘマタイト、マグネタイト、ウースタイト、ベルトライト、ゲーサイト、アカガナイト及びレピドクロサイト等の鉄酸化物（鉄含水酸化物を含む）が挙げられるが、これらに特に限定されない。これらは、各々単独で使用することができ、また、２種以上を組み合わせて使用することができる。これらのなかでも、鋼板の圧延工程の前処理で酸洗処理に使用された酸から回収処理して製造されたものが安価で容易に入手できるため、還元鉄粉の原料となる酸化鉄としては、ヘマタイトが好ましい。

還元鉄粉の原料となる酸化鉄は、粉体のものが用いられる。その一次粒子の粒子径は、所望の表面処理還元鉄粉の一次粒子の粒子径よりも小さいことが好ましい。還元−徐酸化法による還元鉄粉の調整においては、還元条件を適宜設定することにより一次粒子の粒子径を大きく成長させることはできるが、粒子径の大きな酸化鉄粉から粒子径の小さな還元鉄粉を得るのは困難な傾向にある。

酸化鉄を還元する工程Ｓ１ａは、還元−徐酸化法において公知の条件に基づいて行えばよく、特に限定されない。使用する炉の性能、流下式、流動層式、回転式或いは固定床式等の反応方式、酸化鉄の処理量等に応じて、適宜設定することができる。一般的には、固定式或いは回転式の炉内において、２０〜１００ｇ程度の酸化鉄に対し、低酸素の還元性ガス雰囲気下、２００〜６５０℃程度の還元温度で１〜６時間程度の処理を行う。通常、酸素分圧が１０％を超えると、酸化が急激に進行して粒子内部まで酸化されてしまい、還元が十分に進まない傾向にある。また、還元温度が２００℃未満であると処理時間が長くなったり還元が十分に進まなくなる傾向にあり、一方、７００℃を越えると焼結が生じ易くなり粒径が大きくなる傾向にある。したがって、好ましい還元温度は、４００〜６５０℃である。還元性ガスとしては、例えば、ＣＯ，Ｈ₂Ｓ、ＳＯ₂、Ｈ₂等が挙げられるが、これらの中でも、好ましくはＨ₂である。

還元処理によって得られる鉄粉の表面を緩やかに徐酸化する工程Ｓ１ｂも、還元−徐酸化法において公知の条件に基づいて行えばよく、鉄粉内部まで酸化が進行しない程度に穏やかな表面酸化を行うものである限り、特に限定されない。酸化鉄の処理量等に応じて、処理温度、処理時間及び酸素濃度等を適宜設定することができる。一般的には、炉内において、２０〜１００ｇ程度の酸化鉄に対し、酸素分圧が１〜５％程度の酸素含有雰囲気下、２０〜１００℃程度の温度で５分〜１時間程度の処理を行う。

本実施形態において好ましい処理条件の一例としては、原料となる酸化鉄粉を固定式又は回転式の炉に仕込み、乾燥した水素ガスを導入しながら５００〜６００℃程度の温度で３〜５時間程度の還元処理を行い、常温程度まで冷却した後、酸素分圧が１〜３％程度の不活性ガス雰囲気下、３０〜８０℃程度の温度で５〜３０分間程度保持して徐酸化処理を行う方法が挙げられる。

次に、かくして得られる還元−徐酸化法により調整された平均粒子径が０．０１〜５μｍの一次粒子を含む還元鉄粉を、解砕処理及びリン酸を用いて表面処理する（Ｓ２）。これにより、本実施形態の表面処理還元鉄粉を得ることができる（Ｓ３）。

解砕処理では、上記の還元−徐酸化法により調整された還元鉄粉に外部からエネルギーを印加する。これにより、二次粒子にせん断力が与えられて一次粒子の凝集が解かれ、その結果、二次粒子のＤ９０％粒子径が２０μｍ以下まで低減された還元鉄粉を得ることができる。

解砕処理における処理方法は、一次粒子の凝集を解き二次粒子の粒子径を低減可能なものである限り、特に限定されない。例えば、メディアを用いたボールミルやビーズミル等の他、プラネタリーミキサー、オープンニーダー、ヘンシェルミキサー、ホモジナイザー等の所謂混練機、混合機、攪拌機或いは分散機等を、その名称に囚われることなく解砕装置として用いることができる。これらを用いることにより、二次粒子同士の衝突、二次粒子とメディアとの衝突、二次粒子と容器内壁との衝突等により、二次粒子にせん断力が印加されることにより、一次粒子の凝集を解くことができる。

解砕処理は、還元鉄粉に溶媒を加えた状態で行うことが好ましい。添加した溶媒により一次粒子が被覆されるので一次粒子の再凝集による二次粒子の再形成を抑制でき、また、二次粒子に強いせん断力を与え易くなるので解砕が高効率で行えるとともに、大気によって還元鉄粉が酸化することを防止することができる。使用可能な溶媒としては、例えば、鉱物油、合成油、植物油等の油や、アセトン、アルコールといった有機溶媒等が挙げられるが、これらに特に限定されない。

また、解砕処理は、大気によって還元鉄粉が酸化することを防止するために、酸素濃度が５００ｐｐｍ以下の窒素等の不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。

本実施形態において好ましい解砕処理の一例としては、不活性ガス雰囲気下で、メディアを用いた解砕装置により、還元鉄粉を溶媒とメディアとともに攪拌・混合する方法が挙げられる。メディアとしては、例えば、炭素鋼球、クロム鋼球、ジルコニアボール、アルミナボール、チッ化ケイ素ボール等が挙げられるが、これらに特に限定されない。なお、メディアの重量が重すぎる場合には、還元鉄粉の一次粒子の塑性変形（扁平化）が進行してヒステリス損失の増大を招き得るので、メディア１個あたりの重量が６ｇ以下であることが好ましく、より好ましくは１ｇ以下である。

解砕処理の処理時間は、使用する機器、メディアの有無、メディアや攪拌羽等の重量・形状、回転速度、回転トルク等に応じ適宜設定すればよく、特に制限されないが、生産性及びコストを考慮すると、好ましくは１０分〜１０時間程度である。

リン酸を用いた表面処理では、上記の還元−徐酸化法により調整された還元鉄粉に所定量のリン酸を付与する。これにより、還元鉄粉の粒子表面を徐酸化することにより形成された酸化鉄が溶解或いは除去されるとともに、絶縁性に優れるリン酸鉄が粒子表面に形成される。なお、「リン酸」とは、無機酸であるオルトリン酸（Ｈ₃ＰＯ₄）を指す。

かかる表面処理におけるリン酸の配合量は、還元鉄粉の重量に対して０．１５〜４．００重量％であることが必要とされる。なお、ここでいうリン酸の配合量は、オルトリン酸（Ｈ₃ＰＯ₄）の８９％水溶液に換算した重量割合である。リン酸の配合量が還元鉄粉の重量に対して０．１５重量％未満であると、絶縁層の厚さが不十分となり、或いは、絶縁層が不均一に形成されてしまい、渦電流の抑制効果が十分に発揮されず、これを用いて得られる圧粉磁心の１ＭＨｚを超える高周波におけるコアロスが大きくなり、コアロスの周波数依存性も大きくなる傾向にあるため、不適である。一方、リン酸の配合量が還元鉄粉の重量に対して４．０％を超えると、還元鉄粉の表面の酸化層のみならず内部の金属鉄まで溶解され、磁気的な悪影響が生じてヒステリシス損失が大きくなり、５０〜２００ｋＨｚ程度の低周波におけるコアロスが大きくなる傾向にあるため、不適である。

上記の解砕処理とリン酸を用いた表面処理を行うタイミングは、特に限定されず、以下（ａ）〜（ｃ）：
（ａ）解砕処理を行った後にリン酸を用いた表面処理を行う；
（ｂ）解砕処理と同時にリン酸を用いた表面処理を行う；
（ｃ）リン酸を用いた表面処理を行った後に解砕処理を行う；
のいずれであっても構わない。これらの中でも、得られる圧粉磁心のコアロス及びその周波数依存性をより一層低減させる観点から、上記（ａ）及び（ｂ）が好ましい。

なお、上記（ｂ）の解砕処理と同時にリン酸を用いた表面処理を行う場合、還元鉄粉に溶媒及び所定量のリン酸を加えた後、解砕処理を用いて攪拌・混合することにより、上記の解砕処理と表面処理とを簡易に実施することができる。

かくして得られる本実施形態の表面処理還元鉄粉は、平均粒子径が０．０１〜５μｍの一次粒子が凝集することにより形成された二次粒子を含み、二次粒子のＤ９０％粒子径が２０μｍ以下であり、一次粒子の表面の少なくとも一部がリン酸鉄を含む絶縁層により被覆されたものとなる。

ここで、本実施形態の表面処理還元鉄粉は、リン含有量が５００〜１００００ｐｐｍであることが必要とされる。上記の如く所定量のリン酸により処理された本実施形態の表面処理還元鉄粉は、配合したリン酸の大部分が表面処理還元鉄粉に残留し、還元鉄粉の表面にリン又はその化合物が絶縁層として被覆したものとなる。リン含有量が５００ｐｐｍ未満であると、おそらくは絶縁層の厚さが不十分であり、或いは、絶縁層が不均一に形成されており、渦電流の抑制効果が十分に発揮されず、これを用いて得られる圧粉磁心の１ＭＨｚを超える高周波におけるコアロスが大きくなり、コアロスの周波数依存性も大きくなる傾向にあるため、不適である。一方、リン含有量が１００００ｐｐｍを超えると、おそらくは還元鉄粉の表面の酸化層のみならず内部の金属鉄まで溶解されており、磁気的な悪影響が生じてヒステリシス損失が大きくなり、５０〜２００ｋＨｚ程度の低周波におけるコアロスが大きくなる傾向にあるため、不適である。リン含有量は、６００〜６０００ｐｐｍであることが好ましく、１０００〜５０００ｐｐｍであることがより好ましい。

リン酸を用いた表面処理により表面処理還元鉄粉に形成される絶縁層は、少なくともリン酸鉄を含むものであるが、さらに酸化鉄（例えば、ＦｅＯ，Ｆｅ₂Ｏ₃，Ｆｅ₃Ｏ₄等）を含んでいてもよい。かかる絶縁層の厚みは、３〜１００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは５〜７０ｎｍ、さらに好ましくは１０〜５０ｎｍである。

本実施形態の表面処理還元鉄粉は、絶縁性樹脂を含有していてもよい。表面処理還元鉄粉の表面の一部又は全部を絶縁性樹脂によりコーティングすることにより、粒子間の絶縁性を高め得るとともに、圧粉磁心の成形時の成形性を高め得る。絶縁性樹脂は、必要とされる特性に応じて適宜選択される。その具体例としては、例えば、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂及びエポキシ樹脂等の各種有機高分子樹脂が挙げられる。これらは１種を単独で使用することができ、また、２種以上を組み合わせて用いることができる。また、必要に応じて、公知の硬化剤や架橋剤を含有していてもよい。

本実施形態の表面処理還元鉄粉は、必要に応じて、ＳｉＯ₂やＡｌ₂Ｏ₃等の無機材料、潤滑剤、成形助剤等、当業界において公知の添加剤を含んでいてもよい。

本実施形態の圧粉磁心は、本実施形態の表面処理還元鉄粉を、加圧成形した後、熱処理することにより、本実施形態の圧粉磁心を製造することができる（Ｓ４−Ｓ５）。ここで、上述したように加圧成形時に絶縁性樹脂を配合してもよい（Ｓ４ａ）。本実施形態の圧粉磁心は、コア材料として本実施形態の表面処理還元鉄粉を用いる他は、従来公知の製造方法によって製造することができる。

配合可能な絶縁性樹脂としては、例えば、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂及びエポキシ樹脂等の各種有機高分子樹脂が挙げられるが、これらに特に限定されない。これらは１種を単独で使用することができ、また、２種以上を組み合わせて用いることができる。さらに、必要に応じて、公知の硬化剤や架橋剤、潤滑剤等を配合してもよい。

絶縁性樹脂の配合量は、特に限定されないが、非磁性成分である絶縁性樹脂の増加はインダクタンスの低下を引き起こし得るので、かかる観点から、使用する還元鉄粉の重量に対して０．１〜５重量％であることが好ましい。

表面処理還元鉄粉と絶縁性樹脂等との混合は、加圧ニーダやボールミル等の攪拌機・混合機を用いて行なうことが好ましい。好ましくは室温で２０〜６０分間混合することにより絶縁性樹脂により被覆表面処理還元鉄粉が得られ易い。特に、濡れ性を高める目的で、上述した有機溶媒の存在下で混合を行うことが好ましい。具体的には、好ましくは室温で２０〜６０分間混合し、得られた混合物を、好ましくは５０〜１００℃程度で１０分間〜１０時間乾燥し、その後に有機溶媒を揮発或いは除去することにより、絶縁性樹脂により被覆された表面処理還元鉄粉が得られる。

加圧成形工程では、プレス機械の成形金型内に上記の表面処理還元鉄粉を充填し、その後、表面処理還元鉄粉を加圧して圧縮成形を施すことにより、成形体を得る。この圧縮成形における成形条件は特に限定されず、表面処理還元鉄粉の嵩密度や粘性、所望する圧粉磁芯の形状、寸法及び密度などに応じて適宜決定することができる。例えば、通常、成形圧力は４〜１２ｔｏｎｆ／ｃｍ²程度、好ましくは６〜８ｔｏｎｆ／ｃｍ²程度であり、最大圧力に保持する時間は０．１秒間〜１分間程度である。

熱処理工程では、上述のようにして得られた成形体を、例えば１５０〜３００℃の温度で１５〜１２０分間程度保持する。これにより、成形体中の絶縁体としての樹脂が硬化し、圧粉磁芯（圧粉体）が得られる。

なお、必要に応じて、熱処理工程の後に、圧粉磁芯に防錆処理を施す防錆処理工程を経てもよい。防錆処理は、公知の手法にしたがって行えばよく、例えば、エポキシ樹脂等をスプレーコートする等して行う。スプレーコートによる膜厚は、通常、数十μｍ程度である。防錆処理を施した後、熱処理を行うことが望ましい。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。

以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

なお、実施例及び比較例における各種性能の測定方法は、以下の通りである。
＜一次粒子の粒子径＞
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、鉄粉を観察し、無作為に選択した２００点の一次粒子についてヘイウッド径を測定し、その個数平均粒子径を一次粒子の粒子径とした。

＜二次粒子のＤ９０％粒子径＞
レーザー回折式乾式粒度測定装置（ＨＥＬＯＳシステム、Ｓｙｍｐａｔｅｃ社製）を用いて、鉄粉の二次粒子のＤ９０％粒子径を測定した。

＜リン含有量＞
ＩＣＰ質量分析装置（ＩＣＰ−ＭＳ）を用いて、鉄粉中のリンの重量比を定量分析した。

＜圧粉磁心のコアロス＞
ＢＨアナライザ（ＳＹ−８２３２、岩通製）を用いて、測定条件：印加磁界Ｂｍ＝２５ｍＴ、ｆ＝１００ｋＨｚ〜２ＭＨｚにて圧粉磁心のコアロス（磁芯損失：Ｐｃｖ）を測定した。なお、コアロスが過大なため２ＭＨｚで測定不可な場合には、１００ｋＨｚ〜１ＭＨｚのコアロス−周波数の相関を外挿した数値とした。また、特にコアロスが過大なため１ＭＨｚで測定不可な場合には、「測定不可」とした。

＜２ＭＨｚのコアロスと１００ｋＨｚのコアロスとの比（コアロスの周波数依存性）＞
２ＭＨｚのコアロスを１００ｋＨｚのコアロスで除して算出した。このコアロスの周波数依存性は、これは周波数上昇に対するコアロスの増大の度合いを示すものであり、この値が大きいほど、高周波でのコアロスが大きくなるため、高周波用途での使用に適さないことを意味する。

（比較例１）
まず、原料酸化鉄としてヘマタイト（ＣＳＲ−９００、ケミライト社製）を使用し、これをステンレス容器内に充填した後、ステンレス容器を箱型バッチ炉中に装入した。
次に、系内の空気を真空ポンプにて排出した後、１Ｌ／分の流量で水素ガスを導入して炉内を正圧（１ａｔｍ以上）の水素雰囲気に置換した状態で、６００℃の温度で５時間の熱処理を行った。冷却後、１００℃以下で炉内の水素ガスを排気し、さらにアルゴンガスと空気を導入して、炉内を酸素分圧が２％の雰囲気に置換した状態で、６０〜８０℃の温度で１５分間保持し、穏やかな表面酸化を行った。その後、炉内のステンレス容器を取り出し、比較例１の還元鉄粉を得た。この比較例１の還元鉄粉をＳＥＭにて観察したところ、一次粒子径は、２００〜３００ｎｍの範囲内であった。
次に、比較例１の還元鉄粉を、外径１１．０ｍｍ、内径６．５ｍｍ、厚さ３．０ｍｍのトロイダル形状の成形金型に充填し、６ｔｏｎｆ／ｃｍ²の成形圧力にて加圧成形して、トロイダル成形体を得た。その後、得られたトロイダル成形体を恒温槽中に装入し、１８０℃で１時間保持して、比較例１の圧粉磁心を得た。

（比較例２）
比較例１の還元鉄粉５ｇを２５０ｍｌのポリビンに装入し、鋼球（Φ３．２ｍｍ、０．１６ｇ／ｐｃ）５０ｇと溶媒（アセトン）２０ｇとを加えた後、Ａｒ雰囲気下にて一軸ボールミルにて６時間の解砕処理を行った。その後、解砕処理後の還元鉄粉を取り出し、目開き２ｍｍの篩にて鋼球を分離し、さらに加熱してアセトンを気化し乾燥させて、比較例２の還元鉄粉（解砕処理済み）を得た。この比較例２の還元鉄粉をＳＥＭにて観察したところ、一次粒子径は、２００〜３００ｎｍの範囲内であった。
得られた比較例２の還元鉄粉を用いること以外は、比較例１と同様に操作して、比較例２の圧粉磁心を得た。

（実施例１）
比較例１の還元鉄粉５ｇを２５０ｍｌのポリビンに装入し、スチール製の鋼球（Φ３．２ｍｍ、０．１６ｇ／ｐｃ）５０ｇとアセトン（試薬、９９％）２０ｇとを加え、さらに還元鉄粉の重量に対して１．００重量％のリン酸（試薬、８９％）を加えた後、一軸ボールミルにて６時間の解砕処理及び表面処理を行った。その後、解砕処理及び表面処理後の還元鉄粉を取り出し、目開き２ｍｍの篩にて鋼球を分離し、さらに加熱してアセトンを気化し乾燥させて、実施例１の還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）を得た。この実施例１の還元鉄粉をＳＥＭにて観察したところ、一次粒子径は、２００〜３００ｎｍの範囲内であった。
得られた実施例１の還元鉄粉を用いること以外は、比較例１と同様に操作して、実施例１の圧粉磁心を得た。

（実施例２）
リン酸の配合量を還元鉄粉の重量に対して１．５０重量％に変更すること以外は、実施例１と同様に操作して、実施例２の還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）及び実施例２の圧粉磁心を得た。

（実施例３）
リン酸の配合量を還元鉄粉の重量に対して２．００重量％に変更すること以外は、実施例１と同様に操作して、実施例３の還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）及び実施例３の圧粉磁心を得た。

表１に、実施例１〜３並びに比較例１〜２の圧粉磁心の性能評価を示す。

表１から明らかなように、比較例１〜２の圧粉磁心は、コアロスが非常に大きく、実用に耐えないものであることが確認された。これに対し、実施例１〜３の圧粉磁心は、１００ｋＨｚのコアロスが１５０ｋＷ／ｍ³以下、２ＭＨｚのコアロスが６５００ｋＷ／ｍ³以下であり、数ＭＨｚ程度の高周波駆動に対し適性を有するものであることが確認され、本発明の目的を達成することが可能であることが確認された。

（比較例３）
エポキシ樹脂（Ｎ−６９５、大日本インキ社製）と硬化剤とを混合し、混合物をアセトンに溶解して、液状組成物を調製した。次に、比較例１の還元鉄粉、及び、混合物の総重量が還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）の重量に対して３．０重量％となるように秤量した液状組成物をポリビン中に投入し、ボールミル架台にて回転させながら十分に攪拌混合した後、ビーカーに取り出し、さらに加熱してアセトンを気化し乾燥させて、顆粒状の比較例３の還元鉄粉を得た。
得られた比較例３の還元鉄粉を用いること以外は、比較例１と同様に操作して、トロイダル成形体を得た。その後、得られたトロイダル成形体を恒温槽中に装入し、１８０℃で１時間保持して樹脂を硬化させることにより、比較例３の圧粉磁心を得た。

（比較例４）
比較例２の還元鉄粉を用いること以外は、比較例３と同様に操作して、顆粒状の比較例４の還元鉄粉（解砕処理済）及び比較例４の圧粉磁心を得た。

（比較例５）
リン酸の配合量を還元鉄粉の重量に対して０．０５重量％に変更すること以外は、実施例１と同様に操作して、還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）を得た。
得られた還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）を用いること以外は、比較例３と同様に操作して、顆粒状の比較例５の還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）を得た。
得られた比較例５の還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）を用いること以外は、比較例３と同様に操作して、比較例５の圧粉磁心を得た。

（比較例６）
リン酸の配合量を還元鉄粉の重量に対して０．１０重量％に変更すること以外は、実施例１と同様に操作して、還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）を得た。
得られた還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）を用いること以外は、比較例３と同様に操作して、顆粒状の比較例６の還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）を得た。
得られた比較例６の還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）を用いること以外は、比較例３と同様に操作して、比較例６の圧粉磁心を得た。

（実施例４）
リン酸の配合量を還元鉄粉の重量に対して０．２０重量％に変更すること以外は、実施例１と同様に操作して、還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）を得た。
得られた還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）を用いること以外は、比較例３と同様に操作して、顆粒状の実施例４の還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）を得た。
得られた実施例４の還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）を用いること以外は、比較例３と同様に操作して、実施例４の圧粉磁心を得た。

（実施例５）
リン酸の配合量を還元鉄粉の重量に対して０．４０重量％に変更すること以外は、実施例１と同様に操作して、還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）を得た。
得られた還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）を用いること以外は、比較例３と同様に操作して、顆粒状の実施例５の還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）を得た。
得られた実施例５の還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）を用いること以外は、比較例３と同様に操作して、実施例５の圧粉磁心を得た。

（実施例６）
リン酸の配合量を還元鉄粉の重量に対して１．００重量％に変更すること以外は、実施例１と同様に操作して、還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）を得た。
得られた還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）を用いること以外は、比較例３と同様に操作して、顆粒状の実施例６の還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）を得た。
得られた実施例６の還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）を用いること以外は、比較例３と同様に操作して、実施例６の圧粉磁心を得た。

（実施例７）
リン酸の配合量を還元鉄粉の重量に対して２．００重量％に変更すること以外は、実施例１と同様に操作して、還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）を得た。
得られた還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）を用いること以外は、比較例３と同様に操作して、顆粒状の実施例７の還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）を得た。
得られた実施例７の還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）を用いること以外は、比較例３と同様に操作して、実施例７の圧粉磁心を得た。

（比較例７）
リン酸の配合量を還元鉄粉の重量に対して５．００重量％に変更すること以外は、実施例１と同様に操作して、還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）を得た。
得られた還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）を用いること以外は、比較例３と同様に操作して、顆粒状の比較例７の還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）を得た。
得られた比較例７の還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）を用いること以外は、比較例３と同様に操作して、比較例７の圧粉磁心を得た。

（比較例８）
鋼球の装入を省略すること以外は、実施例１と同様に操作して、還元鉄粉（表面処理済）を得た。
得られた還元鉄粉（表面処理済）を用いること以外は、比較例３と同様に操作して、顆粒状の比較例８の還元鉄粉（表面処理済）を得た。
得られた比較例８の還元鉄粉（表面処理済）を用いること以外は、比較例３と同様に操作して、比較例８の圧粉磁心を得た。

（比較例９）
リン酸に代えて塩酸（試薬、ｍｉｎ３５％、純正一級）を用いること以外は、実施例６と同様に操作して、顆粒状の比較例９の還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）及び比較例９の圧粉磁心を得た。

（比較例１０）
リン酸に代えて酢酸（試薬、ｍｉｎ９９．７％、試薬特級）を用いること以外は、実施例６と同様に操作して、顆粒状の比較例１０の還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）及び比較例１０の圧粉磁心を得た。

表２に、実施例４〜７並びに比較例３〜１０の還元鉄粉及び圧粉磁心の性能評価を示す。

表２から明らかなように、比較例３〜１０の圧粉磁心は、コアロスが非常に大きく、実用に耐えないものであることが確認された。これに対し、実施例４〜７の圧粉磁心は、１００ｋＨｚのコアロスが１５０ｋＷ／ｍ³以下、２ＭＨｚのコアロスが６５００ｋＷ／ｍ³以下であり、数ＭＨｚ程度の高周波駆動に対し適性を有するものであることが確認され、本発明の目的を達成することが可能であることが確認された。とりわけ、リン含有量が１０００〜５０００ｐｐｍの実施例４〜７の圧粉磁心は、コアロス及びその周波数依存性が格別に優れるものであることが確認された。

（比較例１１）
エポキシ樹脂に代えてシリコーン樹脂（ＳＲ２４１４ＬＶ、東レダウコーニングシリコーン社製）を用い、混合物の総重量が還元鉄粉の重量に対して４．０重量％となるように秤量した液状組成物を用いること以外は、比較例４と同様に操作して、顆粒状の比較例１１の還元鉄粉（表面処理済）及び比較例１１の圧粉磁心を得た。

（実施例８）
リン酸の配合量を還元鉄粉の重量に対して０．５０重量％に変更し、エポキシ樹脂に代えてシリコーン樹脂（ＳＲ２４１４ＬＶ、東レダウコーニングシリコーン社製）を用い、混合物の総重量が還元鉄粉の重量に対して４．０重量％となるように秤量した液状組成物を用いること以外は、実施例６と同様に操作して、顆粒状の実施例８の還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）及び実施例８の圧粉磁心を得た。

（実施例９）
リン酸の配合量を還元鉄粉の重量に対して１．００重量％に変更すること以外は、実施例８と同様に操作して、顆粒状の実施例９の還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）及び実施例９の圧粉磁心を得た。

（実施例１０）
リン酸の配合量を還元鉄粉の重量に対して２．００重量％に変更すること以外は、実施例８と同様に操作して、顆粒状の実施例１０の還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）及び実施例１０の圧粉磁心を得た。

表３に、実施例８〜１０並びに比較例１１の還元鉄粉及び圧粉磁心の性能評価を示す。

表３から明らかなように、比較例１１の圧粉磁心は、２ｋＨｚのコアロスが非常に大きく、高周波駆動適性が不十分なものであることが確認された。これに対し、実施例８〜１０の圧粉磁心は、１００ｋＨｚのコアロスが１５０ｋＷ／ｍ³以下、２ＭＨｚのコアロスが６５００ｋＷ／ｍ³以下であり、数ＭＨｚ程度の高周波駆動に対し適性を有するものであることが確認され、本発明の目的を達成することが可能であることが確認された。

（実施例１１）
比較例１の還元鉄粉５ｇを２５０ｍｌのポリビンに装入し、鋼球（Φ３．２ｍｍ、０．１６ｇ／ｐｃ）５０ｇとアセトン（試薬、９９％）２０ｇとを加えた後、一軸ボールミルにて６時間の解砕処理を行った。その後、解砕処理後の還元鉄粉を取り出し、目開き２ｍｍの篩にて鋼球を分離し、さらに加熱してアセトンを気化し乾燥させた。
次いで、得られた解砕処理後の還元鉄粉を、再度２５０ｍｌのポリビンに装入し、還元鉄粉の重量に対して１．００重量％のリン酸（試薬、８９％）を加えた後、一軸ボールミルにて６時間の表面処理を行なった。
かくして得られる還元鉄粉、すなわち解砕処理後に表面処理を行った還元鉄粉を用いること以外は、実施例６と同様に操作して、顆粒状の実施例１１の還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）及び実施例１１の圧粉磁心を得た。

（実施例１２）
比較例１の還元鉄粉５ｇを２５０ｍｌのポリビンに装入し、還元鉄粉の重量に対して１．００重量％のリン酸（試薬、８９％）を加えた後、一軸ボールミルにて６時間の表面処理を行なった。
次いで、得られた表面処理後の還元鉄粉を、再度２５０ｍｌのポリビンに装入し、鋼球（Φ３．２ｍｍ、０．１６ｇ／ｐｃ）５０ｇとアセトン（試薬、９９％）２０ｇとを加えた後、一軸ボールミルにて６時間の解砕処理を行った。その後、解砕処理後の還元鉄粉を取り出し、目開き２ｍｍの篩にて鋼球を分離し、さらに加熱してアセトンを気化し乾燥させた。
かくして得られる還元鉄粉、すなわち表面処理後に解砕処理後を行った還元鉄粉を用いること以外は、実施例６と同様に操作して、顆粒状の実施例１２の還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）及び実施例１２の圧粉磁心を得た。

表４に、実施例６，１１〜１２の還元鉄粉及び圧粉磁心の性能評価を示す。

表４から明らかなように、実施例６，１１〜１２の圧粉磁心は、１００ｋＨｚのコアロスが１５０ｋＷ／ｍ³以下、２ＭＨｚのコアロスが６５００ｋＷ／ｍ³以下であり、数ＭＨｚ程度の高周波駆動に対し適性を有するものであることが確認され、本発明の目的を達成することが可能であることが確認された。なかでも、解砕処理と表面処理を同時に行った実施例６の圧粉磁心、及び、解砕処理後に表面処理を行った実施例１１の圧粉磁心は、表面処理後に解砕処理後を行った実施例１２の圧粉磁心に比して、コアロス及びその周波数依存性に優れることが確認された。

（参考例１）
スチール製の鋼球（Φ３．２ｍｍ、０．１６ｇ／ｐｃ）に代えてスチール製の鋼球（１２．７ｍｍ、８ｇ／ｐｃ）を用いること以外は、実施例６と同様に操作して、顆粒状の参考例１の還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）及び参考例１の圧粉磁心を得た。

表５に、実施例６及び参考例１の還元鉄粉及び圧粉磁心の性能評価を示す。

表５から明らかなように、実施例６と参考例１との比較から、１個あたりの重量が６ｇ以下のメディアを用いて還元鉄粉を解砕処理した実施例６の圧粉磁心は、１００ｋＨｚのコアロスが１５０ｋＷ／ｍ³以下、２ＭＨｚのコアロスが６５００ｋＷ／ｍ³以下であり、数ＭＨｚ程度の高周波駆動に対し適性を有するものであることが確認され、特に、コアロス及びその周波数依存性に優れることが確認された。一方、１個あたりの重量が６ｇを超えるメディアを用いて還元鉄粉を解砕処理した参考例１の圧粉磁心は、特に低周波側のコアロスが大きいことが確認された。このことから、１個あたりの重量が６ｇより大きいメディアを用いて還元鉄粉を解砕処理すると、一次粒子の変形を引き起こし、その結果、ヒステリシス損失が増大して、コアロスが増大する傾向にあることが示唆された。

＜表面観察＞
実施例１の還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）のＳＥＭ写真を図３及び図４に示す。また、実施例１の還元鉄粉（解砕処理済／表面処理済）を樹脂に埋め込み、これを厚み１００ｎｍ程度に加工して、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により観察を行い、さらに、還元鉄粉表面近傍をエネルギー分散型Ｘ線分析装置を用いてＳＴＥＭ−ＥＤＳ分析を行い、Ｆｅ、Ｐ、Ｏの濃度プロファイルを得た。分析結果を、図５に示す。

図３から明らかなように、１〜２μｍ程度の鉄粉（二次粒子）が確認され、鉄粉の内部からはＦｅしか検出されず、表面からはＦｅ、Ｐ、Ｏが検出された。このことから、鉄粉の表面に、Ｆｅ、Ｐ及びＯを主成分とする化合物（リン酸鉄やＦｅＯ、Ｆｅ₂Ｏ₃、Ｆｅ₃Ｏ₄等の酸化鉄等）が被覆していることが示された。かかる化合物の被覆厚みは、約１０ｎｍであった。以上のことから、Ｆｅ、Ｐ及びＯを主成分とする薄い化合物（リン酸鉄やＦｅＯ、Ｆｅ₂Ｏ₃、Ｆｅ₃Ｏ₄等の酸化鉄等）が鉄粉の表面に形成された結果、高度の絶縁性が付与され、渦電流損失が低減したものと考えられる。

上記実施例１〜１２及び比較例１〜１１から、以下のことが示された。
解砕処理に加えてリン酸による表面処理を行うことにより、コアロス及びその周波数依存性が著しく改善し、特に、２ＭＨｚでのコアロスが著しく改善している。これは、上述のリン酸の絶縁効果によって渦電流損失が低減したためと考えられる。また、コアロスの周波数依存性も小さくなっていることから、２ＭＨｚ以上の高周波での損失も低いことが示唆される。
また、還元鉄粉に樹脂を添加することにより、コアロス及びその周波数依存性が小さくなる傾向も示された。但し、解砕処理又はリン酸による表面処理の少なくともいずれか一方を省略した場合には、樹脂を添加して加圧成形しても、おそらくは還元鉄粉の表面積が大きく或いは被覆が不十分となるために、効果は不十分である。

さらに、解砕処理を行うことにより、二次粒子のＤ９０％粒子径を２０μｍ以下まで小さくすることができ、これによりコアロス及びその周波数依存性が小さくなることが確認された。また、解砕処理前後のいずれにおいても、一次粒子径は２００〜３００ｎｍの範囲内であり、殆ど変化していないことが確認された。これらのことから、解砕処理による主たる作用効果は、二次粒子のＤ９０％粒子径を２０μｍ以下まで小さくできる点にあると考えられ、これにより、一次粒子及び二次粒子の微細化により渦電流損失が低減されることが示唆された。

また、リン酸による表面処理を行うことにより、コアロス及びその周波数依存性が小さくなることが確認された。但し、リン酸による表面処理のみでは、効果は不十分であることも示された。これは、還元鉄粉の二次粒子径が大きく、渦電流が流れる範囲が十分に小さくならないことによるものと考えられる。

さらに、リン酸の配合量が還元鉄粉の重量に対して０．１５重量％未満であると、２ＭＨｚのコアロスが大きく、コアロスの周波数依存性も大きくなる。これは、リン酸の配合量が少なすぎることにより、絶縁層の厚さが不十分となり、或いは、絶縁層が不均一に形成されてしまい、渦電流の抑制効果が十分に発揮されなかったためと考えられる。
一方、リン酸の配合量が還元鉄粉の重量に対して４．０％を超えると、１００ｋＨｚのコアロスが大きくなる。これは、リン酸の過剰な配合により、おそらくは還元鉄粉の表面の酸化層のみならず内部の金属鉄まで溶解され、磁気的な悪影響が生じてヒステリシス損失が大きくなったためと考えられる。

また、リン酸の代わりに塩酸を用いて表面処理を行っても、コアロスの周波数依存性は小さくなることが示された。塩酸は酸化鉄を溶解し得ることから、還元鉄粉の表面の酸化層を溶解或いは除去することにより、コアロスの周波数依存性が改善するものと考えられる。しかしながら、塩酸を用いた表面処理では、おそらくは生成する塩化鉄が錆の発生を助長し或いは金属鉄自体を侵し得る等の理由により、コアロスを十分に低減することができなかった。これらのことから、塩酸を用いた表面処理では、表面処理条件の調整が容易でないことが示唆された。
一方、リン酸の代わりに酢酸を用いて表面処理を行った場合は、コアロス及びその周波数依存性ほとんど影響を受けないことが示された。酢酸は弱酸であり、酸化鉄を溶解し得ないので、還元鉄粉の表面の酸化層を除去できないためと考えられる。

表面処理還元鉄粉におけるリンの含有量は、リン酸による表面処理時の配合量と略同量であり、このことから、配合したリン酸の大部分が表面処理還元鉄粉に残留し、還元鉄粉の表面にリン又はその化合物が被覆していることが確認された。

以上説明した通り、本発明の表面処理還元鉄粉及びその製造方法並びに圧粉磁芯は、低周波領域から高周波領域に亘ってコアロスを格別に低減して１ＭＨｚ以上の高周波にも対応可能であり、小型化を実現できるので、インダクタ、各種トランス、磁気シールド材等の電気・磁気デバイス、及びそれらを備える各種機器、設備、システム等に広く且つ有効に利用可能である。

１１…一次粒子、１２…二次粒子、１３…絶縁層、１００…表面処理還元鉄粉。

Claims (11)

1. 還元−徐酸化法により調整された還元鉄粉を少なくとも表面処理して得られる表面処理還元鉄粉であって、
   平均粒子径が０．０１〜５μｍの一次粒子が凝集することにより形成された二次粒子を含み、
   前記二次粒子のＤ９０％粒子径が２０μｍ以下であり、
   前記一次粒子の表面の少なくとも一部がリン酸鉄を含む絶縁層により被覆されており、
   リン含有量が５００〜１００００ｐｐｍである、
   ことを特徴とする表面処理還元鉄粉。
2. 前記還元鉄粉を解砕処理及びリン酸を用いて表面処理して得られる、
   請求項１に記載の表面処理還元鉄粉。
3. さらに、絶縁性樹脂を含有する、
   請求項１又は２に記載の表面処理還元鉄粉。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の表面処理還元鉄粉を加圧成形して得られる、
   圧粉磁芯。
5. 表面処理還元鉄粉の製造方法であって、
   還元−徐酸化法により調整された平均粒子径が０．０１〜５μｍの一次粒子を含む還元鉄粉を準備する工程と、
   前記還元鉄粉を解砕処理する工程と、
   前記還元鉄粉の重量に対して０．１５〜４．００重量％のリン酸を用いて前記還元鉄粉を表面処理する工程と、を有する、
   表面処理還元鉄粉の製造方法。
6. 前記解砕処理工程と前記リン酸による表面処理工程とを同時に行う、又は、前記解砕処理工程の後に前記リン酸による表面処理工程を行う、
   請求項５に記載の表面処理還元鉄粉の製造方法。
7. 前記還元鉄粉を準備する工程においては、還元性雰囲気中で還元した後、さらに、酸化性雰囲気中で徐酸化して、前記還元鉄粉を得る、
   請求項５又は６に記載の表面処理還元鉄粉の製造方法。
8. 前記解砕処理工程において、１個あたりの重量が６ｇ以下のメディアを用いて前記還元鉄粉を解砕処理する、
   請求項５〜７のいずれか一項に記載の表面処理還元鉄粉の製造方法。
9. さらに、表面処理後の前記還元鉄粉に絶縁性樹脂を配合する工程を有する、
   請求項５〜８のいずれか一項に記載の表面処理還元鉄粉の製造方法。
10. 還元−徐酸化法により調整された還元鉄粉を解砕処理及びリン酸を用いて表面処理することにより得られる表面処理還元鉄粉であり、
    平均粒子径が０．０１〜５μｍの一次粒子が凝集することにより形成された二次粒子を含み、
    前記二次粒子のＤ９０％粒子径が２０μｍ以下であり、
    リン含有量が５００〜１００００ｐｐｍである、
    表面処理還元鉄粉。
11. 前記二次粒子の表面にＰ、Ｏ及びＦｅが含まれている、
    請求項１０に記載の表面処理還元鉄粉。