JP3669652B2

JP3669652B2 - 磁性体の対向面の加工方法

Info

Publication number: JP3669652B2
Application number: JP04072796A
Authority: JP
Inventors: 義晴谷口
Original assignee: Nippon Ceramic Co Ltd
Current assignee: Nippon Ceramic Co Ltd
Priority date: 1996-02-02
Filing date: 1996-02-02
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2016-02-02
Also published as: JPH09213557A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波磁性材料からなるインダクタ、或はトランスフォーマなどの二つ以上の磁性体部材をもって構成される磁気回路に於いて対向する面の加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
対向する磁性対の面を機械的なる面粗度、或は面たわみなどを留意して精度高く加工するべく供給エネルギーを力学的、化学的或は電気的な手法で、一種或はそれ等を組み合わせて対応することはあったが、本発明の目的とする磁性材料の実効導磁率を主要因としたるものはない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
高周波磁性材料に就いて本発明の詳細を以下追図しながら記述する。
高周波磁性材料の典型的なものとしてフェライトを例として記述するが一般的なる磁性体の理想状態（質が均一なるフェライトの場合）に於いて第７図で示される如き空隙を有する磁性環の実効導磁率μeはＮ回捲きつけられた線環にＩなる電流密度を流した場合、次の様に定義付けられる。
【０００４】
今ここにｌ：磁性体の磁路長
ｋ：磁路長と空隙ギャップの割合
Ｈf ：磁性体中の磁界
Ｈa ：空隙中の磁界
Ａ：磁路を構成する磁性体の断面積
μ₀ ：真空中の導磁率とすると、
磁気回路全体の磁界の積分値は∫Ｈ・ｄｌ＝ＮＩであるので、
【数１】

同時に磁気回路全体の磁束Ｂは∫Ｂ・ｄｓ＝０相対導磁率μ’ との関係は、
【数２】

前数１、数２式より、
【数３】

ここにインダクタンスＬをＮＢＡ／Ｉと定義すると、
【数４】

空隙項のインダクタンスＬ₀＝μ₀Ｎ²Ａ／ｌと数４式よりなり、
【数５】

であるから、改めて実効導磁率μeは、Ｌ＝μeＬ₀と定義して次の様になる。
【数６】

ここで一般的なる場合磁性体の磁路長ｌはその空隙幅よりも充分大きいのでｋ＞＞１となるために近似式として、
【数７】

更に対向する磁性体の面がミラーポリッシュ加工により理想的なる状態に仕上げられ且、対向面が密着した場合は、
μe → μ’
と、実効導磁率と相対導磁率に近ずく。
【０００５】
ここで第４図（ａ）に見られる如く磁性体は磁界Ｈと磁束Ｂの関係でヒステリシス曲線を描き且、導磁率（Ｂ／Ｈ）は、磁界強度ＨＩに対応した磁束密度Ｂｄの比であり同図（ｂ）に示す如く、最大導磁率μｍをピ−クにした曲線を示すことは周知のところである。本発明の目的は、所定のコイルでその捲数Ｎ並びに電流値Ｉが決定されている場合に、そのＮＩ（超磁力）から発生する磁界強度を、対向する加工面の状態を制御して、ｋ１値（二つ以上の磁性体部材を接合した場合に、事前にその接合面を研削することによって生ずる研削痕によって接合面に生ずる空隙を意味する。以下、ｋ１値と表記する。）を実効導磁率μｅが最大になる磁界ｅｍを中心とした領域で作動させることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
高周波磁性体が有する課題を克服し、本発明の目的を達成する方法として次のものを提案する。即ち、磁性体の対向面の少なくとも一方を研磨加工する方法として、第一段階として１２０＃から２７０＃までの粒度からなるダイヤモンド砥粒の加工用砥石を用いて荒研磨加工し、更にその後、Ｋ１値をチェックしながら、その加工面を１２００＃ないしそれ以上の粒度からなるダイヤモンド砥粒の加工用砥石を用いて精密研磨することにより、対向面の研磨加工面が複数の研削粗度を有するようにするのである。
モデル的に本発明の課題を解決する手段を二つのＵ型のフェライトコア１１、１２を用いて詳記する。
これ等のコアの初期条件は前述した環状の磁心を用いた場合と一致する。すなはち、磁路長は１であり線輪（コイル）捲数はＮ回で電流値はＩであり只、環状のものと見掛け上相違するのは、前者は対向面の数が環状一ヶ所であったが、本件では二本の磁性部材から磁路が構成されているために二ヶ所のＫ１／２の空隙部があるが原理的には相違するものではない。
【０００７】
コイルの捲数Ｎとその電流値Ｉは所定の値であることが初期条件である場合、本発明の主旨とする第４図（ａ）に於いて、磁気履歴曲線をベースに課題とする実効導磁率μeを、最大実効導磁率μem時の磁界強度Ｈemの帯域にて作動するｋｌ値に選定するべき手段により解決する。換言すると、式（１）よりｋｌ値を小さくすれば磁性体中の磁界強度Ｈfが増加する。すなわち、励磁界が大きくなる。一方逆の場合は、空隙磁界Ｈaが強くなり磁性体中の磁界Ｈfは小さい方向に行く。固定された励磁力ＮＩ下でｋｌ値を制御することによって、実効導磁率μeに直接影響する磁性体中の磁界強度Ｈfを、最大実効導磁率μemを示す磁界強度Ｈemと一致させることによって目的とする最大実効導磁率μem帯域での極めて効率的なインダクタンス値を得ることができる。また、ｋの値を選択することにより式（７）で示す如く実効導磁率μeを限りなく相対導磁率μ’に近づけることも可能である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実用磁気回路では、捲線作業の簡易化のために磁性材料を二分割をして組み合わせて使用するので第４図（ａ）に示す磁気履歴曲線は若干変形はするが基本的なる原理は変わるものではなく且、本発明の主旨説明に支障を起こすこともない。すなわち、同図（ｂ）に同一磁界強度軸（Ｈ）上に実効導磁率μeを縦軸に示す場合に、その実効導磁率μeは上述の履歴曲線の立ち上がり過程の最大導磁率を得る磁界強度に相当する。強磁性体内の磁界強度Ｈfとするべく磁性体の対向する面の状態をｋｌ値制御することによって満たさなければならない。また、実効導磁率の本発明の適用範囲は、第１図（ｂ）で示す如く磁界強度が零に近い点での初期実効導磁率よりも大きく且、中心値を最大実効導磁率μemとした範囲に相当する磁界強度域で作動するｋｌ値とする。対象とする磁性体は総ての強磁性材料であるがここではその代表的な材料としてマンガンジンク系フェライトについて説明する。
【０００９】
フェライトの形状は多岐に渡るが特に二つのＵ型、Ｅ型を対向させた状態で使用するもの或はポット型の磁気回路構成部材での対向面の状態は重要なものである。以下説明上最も簡単なる二つのＵ型のマンガンジンク系フェライトの磁気回路部材１１、１２を第１図にモデル的に示した状態で構成したる場合について詳述する。二つの部材１１、１２が対向する面の状態は左右それぞれｋｌ／２毎の磁気回路中に空隙が設けられている。その部分を局部的に二段階に拡大したる状態を第２図（ａ）並びに（ｂ）図に示す。先ず、第２図（ａ）で示す如く機械的に接触する部分２２と空隙を設けたる部分２３から構成され、それ等の各部分は更なる拡大図を同（ｂ）図にモデル的に示す如く、対向する面との空隙状態が最大空隙部ｋｌ₁から順次ｋｌ₂を経てｋｌ₃に至る。この場合、総合的なるｋｌ値が過大で磁性体内の磁界強度Ｈfがその最大実効導磁率を得る磁界よりも弱い（小さい）場合は、空隙部分２３を小さくするべく対向面加工を行ない、機械的なる接触面２２を多くすることで目的を達する。
【００１０】
具体的なｋｌ値の設定は先ず、使用される磁気回路で発生する励磁力ＮＩを基礎に磁性体の材質を、ｋｌ値を最小限にしたる場合に充分に最大実効導磁率を発生させる磁界強度以上であることを条件に選択する。換言すると、使用するコイルから発生される磁生体中の磁界強度Ｈfが、充分に満たされる磁気特性を備えたフェライトを用いる。このフェライトの対向面の一方のみをモデル的に第３図（ａ）に示す如く粗い面の加工処理を研削或は、ラッピングなど多くの面加工手法を用いる。この場合の面の粗さの目安をその窪みの深さＤとして示す。この様な粗い面の仕上げの仕方に代表的な二通りがある。
【００１１】
第５図に傾斜図（ａ）で示す如し、三角縮尺の様に三角状の長い溝が付いたものと、第６図（ｂ）に示す如く三角錘が建ち並んだ型のものである。前者は、正面フライス盤等で被研磨（加工）物に対して研磨（加工）具が一方向にのみに印荷されるものであり後者はロータリー状のテーブル上に被研磨（加工）物がセットされカップ状の加工具によりカップの内部に入る場合と出る場合の二方向で研磨（加工）されその研磨面が菖蒲傘の模様のように研磨砥粒の軌跡が入り側と出る側が交差をした状態で小さな三角錐が整列した型となっている。その他の面加工の手段によって、三角柱を横にした型或は、三角錘を整列させた状態のもの或は、ラッピング等の手法によるとその砥粒の研削軌跡はランダム状である。
【００１２】
本発明の主旨は、一次的に対向する面を粗研磨処理を施し次に目的のｋｌ値を考慮した研磨条件を満たすことによって達成される。すなわち、モデル的に説明すると、第３図（ａ）の様に強磁性材料３１の対向面が粗く仕上げられた三角柱の３２の頭部３３を精密研磨加工によりｋｌ値をチェックしながら、研磨加工する。この場合、精密研磨加工代が第３図（ｃ）に示す如く極めて多い場合は、研磨作業能率が著しく悪化するのでＤ＼ｄ≦１０％となることはよくない。若し、その様な場合は、フェライトの材質を変更しなければならない。
【００１３】
図面には対向する磁性体５１の一側面のみを描写しているが、第１図に示す様に実用に際しては４つの面が互いにｋｌ／２の条件で対向する。すなわち、斜視図で第５図ｂ並びに第６図（ｂ）で示す如く、粗研磨で生じた三角の頭部を精密研磨加工により目Ｈｆ値になる様にｋｌ値を制御する。この場合に都合の良いことには、粗研磨加工により生じた逆三角形の溝は斜視図で第５図（ｂ）並びに第６図（ｂ）で示し且、その側面からの拡大図を第２図（ａ），（ｂ）に示す如く、空隙の状態がｋｌ₁、ｋｌ₂、ｋｌ₃の如く分布的に散在するためにそれ等の微細部分に於ける磁束密度が相違している。換言すると、所定の励磁力ＮＩによって発生する磁束流の分布が対向面で局部的に空隙の条件により不均一となる。このため局部の磁性体の磁気履歴曲線上の作動点が単一になる点となることなくブロードな分布を生じ、実効最大導磁率μemの近傍で磁性体の相対的なる磁界強度Ｈfを調整することが安易である。
【００１４】
【実施例】
磁気回路構成材料：Ｍｎ−Ｚｎ系Ｕ型フェライト２ケの組み合わせ
磁路長：ｌ＝１２mm
磁気回路の断面積：Ａ＝３×４mm＝１２mm²
線軸の捲数：Ｎ＝１００回
電流値：Ｉ＝２mＡ
粗研磨加工用砥石の選択について一般的にフェライトの研削に使用される１２０＃から実験を始めたが２７０＃に至るまでの粒度からなるダイヤモンド砥粒の場合、微細に焼結された被研磨物に残された研削痕に直角に或は、微細なる残留クラックが発生することが顕微鏡での観察で判明したが本実施例では特に荒い研削痕を残すことを目的に２７０＃を用いた「三進精機製ロータリー型」研削機を利用した。この研削機の主なる仕様は、主軸周速１６００ｍ／分、切り込み速度０〜２０μm／分、研削液カストロールシンダイロ２５＃でもって粗研磨面を作成した。その試料を顕微鏡で観察したところ、研削痕に微細な残留クラックがあり数は極めて小数であった。又、面粗度はテーラーホブソンＴａｙｌｏｒ−Ｈｏｂｓｏｎ型１１２／１０３７号で測定したが最大溝の深さＤは４．２μmに達していた。この状態のものをベースに精密研磨加工用砥石として１２００＃のダイヤモンド砥石を用いて切り込み代を０．５μm／分に設定した後、研削加工時間を函数として各３ケ毎のサンプルを１分毎に採取した結果は次の通りであった。
【表１】

【００１５】
ここにＴは切り込み時間を分単位で示し、ｄは切り込み時間より推定した精密研削面から粗研磨によって生じた溝の底までの深さで、第３図（ｂ），（ｃ）のｄb、ｄcに相当するものである。この結果切り込み時間９分の試料は、対向面の全体が従来のように鏡面研磨状態に磨削されその面粗度は、１mm幅内での＋−０．２μm以内であり、極めてｋｌ値は微細なるものであったが機械的な接触面が大きくなりＮＩより励起された磁束が収束されることが少なかったためにその部分の磁性体中の磁界強度Ｈfが最大実効導磁率を生む切り込み時間３分のものよりも、低くなったものと推せる。一方、切り込み時間が０（零）分のものは、対向面間で接触する部分、第２図（ｂ）のｋｌ₃で示す部分の幅が小さく点接触或は線接触状態となりここを通る磁束の密度が多くなり最大実効導磁率の域を超越して磁気飽和域に近づき導磁率の低下を起こしたものと判断できる。一方、切り込み時間が３分、４分、５分帯域の実効導磁率は前述の第２図（ｂ）の対向面の総合的なｋｌの条件が、ｋｌ₁、ｋｌ₂、ｋｌ₃により適正な範囲に満たされた結果といえる。具体的な個々の数値に就いて各種各様の強磁性体材料の機械的な性質、物性的な、磁性的な諸条件が千差万別であり、且、使用する線輪の条件、励磁強度、周波数帯域など多くの周辺条件によって決定される。
【００１６】
【発明の効果】
本発明の主旨は、磁気回路を構成する強磁性体の対向面の研磨加工面を二種類以上の研削粗度を有する砥石の加工代の組み合わせで、最大実効導磁率が得られる範囲に研削加工をすることでありその効果は実施例に見られる如く、粗なる研削砥石２７０＃のみ或は、精密なる研削砥石１２００＃のみでそれぞれ仕上げたる面を対向させたものよりも３．２％〜２０％も実効導磁率を向上させる効果が見られる。
【００１７】
【図面の簡単な説明】
【図１】二つの磁性体１１、１２を対向させたＩなる電流の線輪Ｎを備えた磁気回路である。
【図２】（ａ）図は磁気回路の対向面の側面をモデル的に示したもので、２１は磁性体、２２は機械的接合部、２３は空隙部を、又、（ｂ）図はその一部の拡大でありｋｌ₁、ｋｌ₂、ｋｌ₃は、それぞれ対向面の磁気的な条件を示している。
【図３】対向面の一方のみの側面をモデル的に示したもので、粗研削で発生した三角錘（柱）３２を精密検索加工でその先端部より切り込んで（ｂ）図、（ｃ）図に至る。同図（ｂ）は極わずか先端部を、同図（ｃ）では相当深く研削加工をした状態を示すものである。３３は研削切除部を、３４は精密研削面を示す。
【図４】磁気履歴曲線とその磁界軸上の実効導磁率μeを示す。μemは最大実効導磁率を、Ｈemはその磁界強度をそれぞれ示す。
【図５】磁性体５１の対向面をモデル的に斜視図で、一方向性でフライス盤のような研削加工機により加工した粗研削痕により生じた三角柱５２を示す。同図ｂは、三角柱の頂上部を精密研削にした面５３の図を示す。
【図６】ロータリー型研削機で二方向性のカップ型研削具を使用した場合に生じる粗研削痕をモデル的に斜視図で示している。６１は磁性体、６２は研削痕により生じた三角錘、６３は精密研削された面の図である。
【図７】磁気回路の典型的なものを示した。Ｎ線輪の捲数、ｌは磁路の長さ、ｋは磁路長ｌに対する空隙長の割合を示す。

Claims

高周波磁性体において、その磁性体の最高実効導磁率の近傍で当該磁性体が作動することを目的として、磁性体の対向面（ここに「対向面」とは、二つ以上の磁性体部材において、これら磁性体部材を接合する面のことを意味する）の少なくとも一方を研磨加工する方法として、第一段階として１２０＃から２７０＃までの粒度からなるダイヤモンド砥粒の加工用砥石を用いて荒研磨加工し、更にその後、ｋ１値をチェックしながら、その加工面を１２００＃ないしそれ以上の粒度からなるダイヤモンド砥粒の加工用砥石を用いて精密研磨することにより、対向面の研磨加工面が複数の研削粗度を有するようにしたことを特徴とする加工方法。