JP7636633B2 - フェライトコア用粉体及びフェライトコア - Google Patents

Description

本発明は、フェライトコア用粉体及びフェライトコアに関し、特に、可撓性を有する樹脂に混合される、フェライトコア用粉体及びフェライトコアに関する。

特許文献１には、電磁気特性に優れ、しかも電磁導電性能を向上させたフェライトコアが開示されている。このフェライトコアは、フェライト原料を準備する工程と、前記フェライト原料に炭素材料を添加する工程と、前記炭素材料が添加されたフェライト原料を焼成してフェライトコアを製造する工程と、を備えたことを要旨とする、と記載されている。なお、このフェライトコアは、硬性を有する円筒形状をしており、したがって、その内径は一意に決定される定型的なものであると推測される。

ところで、フェライトコアのインピーダンスは、磁束が通る実効断面積Ａｅに比例し、磁束が流れる実効磁路長Ｌｅに反比例することが知られている。このため、フェライトコアは、実効断面積Ａｅが大きくなるように円筒状の外径を大きくするほど、また、実効磁路長Ｌｅが小さくなるように円筒状の内径を小さくするほど、効果的にノイズ除去をできるということになる。

しかし、特許文献１に記載されたフェライトコアは、既述のように、硬性を有する円筒形状をしており、その内径は一意に決定される定型的なものであると推測されるので、円筒状の内径を小さくすることは物理的に困難である。

そうすると、効果的にノイズ除去をしようとすると、実効断面積Ａｅが大きくなるように円筒状の外径を大きくすることになろうが、それではフェライトコアが大型化してしまうという難点がある。

そこで、本発明は、フェライトコア本体が硬性を有していないフェライトコア及びそのようなフェライトコアに好適なフェライトコア用粉体を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、
フェライトコア用粉体と、前記フェライトコア用粉体のバインダとなる可撓性を有する樹脂とが、４０ｗｔ％：６０ｗｔ％～５５ｗｔ％：５ｗｔ％の割合で含まれるフェライトコアであって、
前記フェライトコア用粉体は、フェライトと、少なくとも珪素成分を主成分の一つとして含む鉱石の粉砕物とが、８５ｗｔ％：１５ｗｔ％～９９ｗｔ％：１ｗｔ％の割合で混合されている。

前記フェライト及び前記粉砕物は、いずれも一次粒径が１０μｍ以下であるとよい。

前記フェライトコア本体は帯状をしており、
貫通孔を有する第１端部と、
前記フェライトコア本体を巻付対象に対して巻き付けながら前記貫通孔に複数回通される第２端部と、
前記フェライトコア本体を巻付対象に対して巻き付けた状態を保持する保持部を有する胴部と、
を備えることもできる。

前記保持部は、いずれかが前記貫通孔の縁部に係止する複数の凸部を有し、
前記各凸部のピッチｐは、前記胴部の厚さＴに対応するとよい。

前記保持部は、いずれかが前記貫通孔の縁部に係止する複数の凸部を有し、
前記各凸部のピッチｐは、前記胴部の厚さＴを基準とするとよい。

前記貫通孔は、先端側空洞と一以上の基端側空洞とが相互に隣接しており、
前記保持部は、前記胴部から突出したいずれかが前記貫通孔の縁部に係止する複数の凸部を有し、
前記先端側空洞の長手方向の長さｘ１は、前記胴部の幅Ｘ１に対応しており、
前記基端側空洞の長手方向の長さｘ２は、前記胴部の幅Ｘ１に各側の凸部の総高さ２ｈを加えた幅Ｘ２に対応しており、
前記先端側空洞及び前記基端側空洞のそれぞれの短手方向の長さｙは前記胴部の厚さＴに対応しているとよい。

前記フェライトコア本体は、前記巻付対象に対して巻き付けた後に、テープで覆われてもよい。

前記巻付対象は、電気配線ケーブルとすることができる。

前記フェライトコア本体は板状をしており、貼付対象に対して貼付した状態で、テープで覆われるものであってもよい。

さらに、本発明のフェライトコア用粉体は、
上記フェライトコアに用いられる、
フェライトと、少なくとも珪素成分を主成分の一つとして含む鉱石の粉砕物とが、８５ｗｔ％：１５ｗｔ％～９９ｗｔ％：１ｗｔ％の割合で混合されている。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。各図において同様の部分には、同一符号を付している。なお、本明細書における、上・下・左・右、表・裏などの表現は、相対的なものであり、絶対的なものではない点に留意されたい。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１のフェライトコア１００の説明図である。図１（ａ）には平面図、図１（ｂ）には左側面図、図１（ｃ）には右側面図、図１（ｄ）には正面図、図１（ｅ）には背面図、図１（ｆ）には底側面図、図１（ｇ）には寸法入りの斜視図、をそれぞれ示している。

フェライトコア１００本体は、図１（ａ）～図１（ｇ）に示すように帯状をしている。フェライトコア１００は、これらの用途に限定されるものではないが、フェライトの種別に応じた周波数帯のノイズフィルタや電磁波遮蔽体に好適に用いられる。

フェライトコア１００本体は、フェライトと、少なくとも珪素成分を主成分の一つとして含む鉱石の粉砕物とが、８５ｗｔ％：１５ｗｔ％～９９ｗｔ％：１ｗｔ％の割合で混合されたフェライトコア用粉体を含む。

フェライトコアがノイズフィルタ等として主流となる以前には、珪素鋼板が利用されていたという背景があるが、珪素鋼板は発熱があるなどの理由で、その利用が限定的であった。とはいえ、珪素成分は、ノイズ除去機能や電磁波遮蔽機能を有しており、フェライトに対して相対的に微量の混合をすることによって、フェライト単体でコアを製造する場合に比してノイズ除去や電磁波遮蔽の性能を向上させることができることを見出した。

フェライトコア１００本体は、例えば、樹脂の前駆体（例えば、シリコン）に対して、フェライトコア用粉体及び加硫剤などを投入してから混錬機を用いて十分に混錬し、その混錬物をフェライトコア００の原型となる平板の金型に仕込み、プレス成形機にて加圧及び加熱をすることで加硫をして平板を作成し、フェライトコア００に対応する抜型によって当該平板をプレス抜き加工したものを高温排気炉にて再度加硫することによって製造すればよい。

フェライトコア用粉体と樹脂の前駆体との割合は、例えば、６０ｗｔ％：４０ｗｔ％～４０ｗｔ％：６０ｗｔ％とすることができる。そして、フェライトコア１００本体は、典型的には、樹脂：フェライト：鉱石は、例えば、５０ｗｔ％：４５ｗｔ％：５ｗｔ％とすることができる。

樹脂は、フェライトコア用粉体のバインダとして機能するものである。フェライトコア１００の使用環境に応じて、耐火性、耐油性などを有するものを採用すればよい。樹脂は、これらに限定されるものではないが、例えば、シリコン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリウレタン系樹脂などを用いることができる。

樹脂は、特段必要な特性などがあるわけではなく特性などは限定的ではないが、所要の可撓性を得るためには硬度３０～７０（例えば５０）の汎用的なものを用いることができる。ただし、塩化ビニール樹脂のような塩化系樹脂は、鉱石のミネラル成分と反応して劣化することがあるため、フェライトコア１００の製造に当たって積極的に用いることは好ましくない。

フェライトは、軟磁性を示すソフトフェライトであればよい。したがって、フェライトは、磁性の種別（異方性／等方性）も不問であるし、結晶構造も不問である。強いていえば、本実施形態において用いるフェライトは、ストロンチウムフェライト、バリウムフェライト等の六方晶フェライトが好ましいが、マンガン／ニッケル亜鉛フェライト等のスピネルフェライト、イットリウム鉄ガーネットフェライト等のガーネットフェライトも用いることができる。

また、フェライトは、平均一次粒径（レーザー回折式粒度分布測定装置（例えば、日機装社製、Ｍｉｃｒｏｔｒａｃｋ）の測定によって得られた粒度分布を用い、分割された粒度範囲（チャンネル）に対し、体積について小粒径側から累積分布を引き、全粒子に対して累積５０％となる粒径）が１０μｍ以下である。

鉱石は、既述のように、少なくとも珪素成分を主成分の一つとして含んでいるが、本実施形態で用いたものは、その他にも、カルシウム成分、マグネシウム成分、アルミニウム成分、鉄成分などを含んでいた。なお、鉱石の平均一次粒径も、上記測定方法で計測して１０μｍ以下とした。

表１には、本実施形態のフェライトコア用粉体の蛍光Ｘ線分析法による化学分析結果を示している。表１には、１ｗｔ％を下回る成分は記載していないが、そのようなものとしては、例えば、ナトリウム、チタン、マンガン、リンなどがある。

フェライトコア１００は、以下説明する、第１端部１０と、第２端部２０と、胴部３０と、に大別される構成としている。フェライトコア１００は、既述の製造方法などによって一体成形されている。

第１端部１０は、貫通孔１２を有しており、そのため第２端部２０及び胴部３０よりも幅広（例えば約１．５倍～約２倍）をしている。貫通孔１２は、その長手方向の長さｘが胴部３０の幅Ｘに対応し（例えば、０．９Ｘ≦ｘ≦１．１Ｘ、好ましくは、０．９５Ｘ≦ｘ≦１．０５Ｘ）、その短手方向の長さｙが胴部３０の厚さＴの例えば２倍に対応している（例えば、０．９Ｔ≦ｙ／２≦１．１Ｔ、好ましくは０．９５Ｔ≦ｙ／２≦１．０５Ｔ）。

なお、貫通孔１２は、図１に示す形態のものに限定されるものではなく、例えば、四隅の角部は丸みを帯びた形状とすることもできる。こうすると、角部に対して外力が加わることで、フェライトコア１００が裂けてしまうといったことを回避することができる。また、後述する図６に示すような形態の貫通孔１２とすることもでき、係る場合にも角部を有しない丸みを帯びた形状とすることができる。

ちなみに、フェライトコア１００の各部の具体的な寸法例については、図６に示すものを対象として後述するが、本明細書における寸法の説明での「対応」という意味合いは、概ね、各数値の±１５％程度まで変更することが可能であるものとする。

第２端部２０は、電気配線ケーブルなどの図示しない巻付対象に対して、フェライトコア１００本体を巻き付けながら、貫通孔１２に複数回（例えば２回）通される部分である。第２端部２０は、貫通孔１２に通しやすいように角部を面取りしているが、第２端部２０自体を例えば半円状にしてもよい。

胴部３０は、第１端部１０と第２端部２０との間に位置する部分である。胴部３０は、フェライトコア１００本体を巻付対象に対して巻き付けた状態を保持する保持部４０を有する。本実施形態では、保持部４０は、胴部３０の表面から突出した複数の凸部４２から構成されている。各凸部４２は、短手方向の断面が略直角三角形状としており、相互に隣接する凸部４２が相対的に小さな隙間（例えば、胴部３０の厚さＴに対応する隙間）を空けて配列されている。

各凸部４２は、それらのうちいずれか１つが貫通孔１２の縁部に係止することで、フェライトコア１００本体を巻付対象に対して巻き付けた状態を保持する。各凸部４２のピッチｐ及び高さｈは、胴部３０の厚さＴを踏まえて決定すればよい。

フェライトコア１００は、巻付対象である例えば電気配線ケーブルに巻き付けることによって、フェライトコア１００本体の概形は円筒状となる。フェライトコア１００のインピーダンスの観点からは、既述のように、円筒状の外径を大きくするほど、また、円筒状の内径を小さくするほどよい。本実施形態では、フェライトコア１００が、可撓性を有する帯状であるから、電気配線ケーブル等の巻付対象に対して自由度をもって巻き付けることが可能である。

したがって、フェライトコア１００と巻付対象との隙間が極力生じない態様で巻付対象に巻き付ければ円筒状の内径を小さくすることができるし、巻付対象に対して２重以上に巻き付ければ円筒状の外径は大きくすることができる。このため、フェライトコア１００は、効果的にノイズ除去をすることができる。

（実施形態２）
図２は、本発明の実施形態２のフェライトコア１００の説明図であり、図２（ａ）～図２（ｇ）がそれぞれ図１（ａ）～図１（ｇ）に対応している。図２に示すものは、胴部３０の表面のみならず裏面にも保持部４０を形成している点が、図１に示したものとは異なる。

図２に示す構成とすると、フェライトコア１００の１巻目の表面の凸部４２と２巻目の裏面の凸部４２とが凹凸を埋める態様で巻き付けることも可能となり、円筒状となったときのフェライトコア１００を、高密度のものとすることができる。

（実施形態３）
図３は、本発明の実施形態３のフェライトコア１００の説明図であり、図３（ａ）～図３（ｇ）がそれぞれ図１（ａ）～図１（ｇ）に対応している。図３に示すものは、相互に隣接する凸部４２が相対的に大きな隙間（例えば、胴部３０の厚さＴの２倍に対応する隙間）を空けて配列された保持部４０としている点が、図１に示したものとは異なる。

図３に示す保持部４０を適用した場合には、相互に隣接する凸部４２間の大きな隙間（いわば胴部３０自体の表面）でも、貫通孔１２の縁部を受けることになるので、凸部４２の高さを抑えることに寄与する。この場合にも、図２に示したフェライトコア１００と同じく、円筒状となったときのフェライトコア１００を高密度のものとすることができる。

なお、図３に示すフェライトコア１００は、各凸部４２の両端の位置が、胴部３０の端面よりも内側にあるが（各凸部４２の長手方向の長さは例えば胴部３０の端面間の８０％～９０％とすることができる。）、図１に示したように、各凸部４２の両端の位置が胴部３０の端面まで延びた位置としてもよい。反対に、図１及び図２に示したフェライトコア１００の各凸部４２の両端位置を図３に示すようにしてもよい。

（実施形態４）
図４は、本発明の実施形態４のフェライトコア１００の説明図であり、図４（ａ）～図４（ｇ）がそれぞれ図１（ａ）～図１（ｇ）に対応している。図４に示すフェライトコア１００は、図２及び図３に示した技術思想をハイブリッドしたものである。

すなわち、図４に示すフェライトコア１００は、胴部３０の表面及び裏面の双方に、図３に示した形態の保持部４０を形成している。したがって、図４に示すフェライトコア１００は、これまで説明したフェライトコア１００の中では、円筒状となったときに最も高密度となる。

加えて、図４に示すフェライトコア１００は、相互に隣接する凸部４２が相対的に大きな隙間を空けて配列されているから、フェライトコア１００の１巻目の表面の凸部４２と２巻目の裏面の凸部４２とが凹凸を埋める態様で巻き付けた場合に、凹凸が噛み合って滑りにくくなる。このような効果は図２に示したフェライトコア１００でも得られるが、図４に示すフェライトコア１００の方がより形状的に強固な噛み合わせが実現できる。

（実施形態５）
図５は、本発明の実施形態５のフェライトコア１００の説明図であり、図５（ａ）～図５（ｇ）がそれぞれ図１（ａ）～図１（ｇ）に対応している。図５に示すものは、各凸部４２の短手方向の断面形状が略半円状として、各凸部４２間を相対的に大きな隙間を空けた保持部４０としている点が、図１に示したものとは異なる。

フェライトコア１００本体に採用する樹脂として粘性の高いものを採用する場合、製造時における金型内での流動性が十分でなく、凸部４２の先端部分までに回り込まない場合がある。図５に示すフェライトコア１００は、このことに鑑みて、各凸部４２の形状を変更して、製品のばらつきが生じることを回避している。

なお、図２～図４に示したフェライトコア１００に対して、図５に示すような各凸部４２の短手方向の断面形状が略半円状である保持部４０を適用することもできる。

（実施形態６）
図６は、本発明の実施形態６のフェライトコア１００の説明図であり、図６（ａ）～図６（ｇ）がそれぞれ図１（ａ）～図１（ｇ）に対応している。図６に示すものは、胴部３０の表面に代えて両側面に保持部４０を形成している点、及び、これに付帯して貫通孔１２の形状を工夫した点が、図１に示したものとは異なる。

図６に示す貫通孔１２は、先端側空洞１２ａと基端側空洞１２ｂとが相互に隣接した凸形状をしている。先端側空洞１２ａの長手方向の長さｘ１は、胴部１３の幅Ｘ１に対応している。基端側空洞１２ｂの長手方向の長さｘ２は、胴部１３の幅Ｘ１に各側の凸部４２の総高さ２ｈを加えた幅Ｘ２に対応している。なお、先端側空洞１２ａ及び基端側空洞１２ｂのそれぞれの短手方向の長さｙは、胴部１３の厚さＴに対応している。

このような寸法とすることで、フェライトコア１００本体を巻付対象に対して巻き付けながら貫通孔１２に第２端部２０を複数回通す場合、１回目には、第２端部２０及び胴部３０が基端側空洞１２ｂを無理なく通る。また、２回目には、第２端部２０が先端側空洞１２ａを無理なく通る一方で、胴部３０は凸部４２が先端側空洞１２ａの短辺を若干押し広げながら通り、最終的には凸部４２が先端側空洞１２ａの短辺の縁部で係止することになる。

なお、図６に示す貫通孔１２は、フェライトコア１００本体を巻付対象に対して巻き付けながら、第２端部２０が２回通される例を示しているが、仮に、第２端部２０が３回通されるように設計する場合には、基端側空洞１２ｂの短手方向の長さｙを胴部１３の厚さＴの２倍に対応させればよい。

図６に示すフェライトコア１００は、相対的に凸部４２の体積を減らすことができるので、フェライトコア１００本体を軽量にすることができ、かつ、その分材料費を抑えることもできる。

なお、図６に示すフェライトコア１００の実際の寸法を例示すると、以下のとおりとなる。
・フェライトコア１００本体は、全長が１１０ｍｍ、全幅（最大幅となる第１端部１０の幅）が３５ｍｍ、厚さＴが２ｍｍ、
・第１端部１０は、全長が２５ｍｍ、その端を基準として、先端側空洞１２ａまでの長さが９．８ｍｍ、胴部３０に向けて細くなる位置までの長さが２０ｍｍ、長さｘ１が２０ｍｍ、長さｘ２が２４ｍｍ、ｙが２．３ｍｍ、全幅が３５ｍｍ、端部の各角部が６－Ｒ５、
・第２端部２０は、長さ（その端から１つ目の凸部４２の傾斜が始まる位置までの長さ）が８ｍｍ、幅が２０ｍｍ、端幅が１８ｍｍ、端部の各角部が２－Ｒ３、
・胴部３０は、長さが８５ｍｍ、幅（長さＸ１）が２０ｍｍ、厚さＴが２ｍｍ、
・保持部４０は、凸部４２では高さｈが２ｍｍ、長さ（斜面長）が４ｍｍ、ピッチｐが６．２５ｍｍ、
である。

付言すると、凸部４２のピッチｐの６．２５ｍｍは、フェライトコア１００を巻き付けて使用する際に、１巻目と２巻目とに隙間が理論的に生じなければ、胴部３０の厚さＴが２ｍｍであることを踏まえて、ピッチｐは概ね２πＴである約１２．５６ｍｍを基準として、当該隙間が生じないように細かい係止を可能とするために、例えばその半分である約６．２８ｍｍに対応するものとしている。

他の実施形態のフェライトコア１００の寸法も、ここに例示した寸法と同様とすることができる。もっとも、フェライトコア１００の寸法は、巻付対象の太細によって異なるから、上記の寸本は単なる一例でしかないことに留意されたい。

図７は、図６に示すフェライトコア１００の使用例を示す図である。図７には、電気配線ケーブル２００に対して、フェライトコア１００本体を巻き付けながら貫通孔１２に第２端部２０を２回通し、保持部４０によって保持した状態を示している。

なお、フェライトコア１００は、電気配線ケーブル２００のように線状の巻付対象に巻き付けるのみならず、ブレーカ自体やそれを内部に有する分電盤に貼付することによって、ノイズを除去することもできる。係る場合には、フェライトコア１００を板状として、それを分電盤等の所定位置に対し、テープで貼付しても効果がある。

ちなみに、図７に示すフェライトコア１００の外周を覆うように、テープを巻き付けると、電気配線ケーブル２００に巻き付けられたフェライトコア１００の離脱防止や緩み防止に寄与するため好ましい。

当該テープは、例えばアルミニウムなどのように、ノイズを含む電磁波を遮蔽する機能があるとよい。テープが電磁波遮蔽機能を有すると、電気配線ケーブル２００から生じるフェライトコア１００に対してノイズを向かわせることが可能となり、ノイズ除去効果が高まるという利点がある。

本発明の実施形態１のフェライトコア１００の説明図である。 本発明の実施形態２のフェライトコア１００の説明図である。 本発明の実施形態３のフェライトコア１００の説明図である。 本発明の実施形態４のフェライトコア１００の説明図である。 本発明の実施形態５のフェライトコア１００の説明図である。 本発明の実施形態６のフェライトコア１００の説明図である。 図６に示すフェライトコア１００の使用例を示す図である。

１０ 第１端部
１２ 貫通孔
１２ａ 先端側空洞
１２ｂ 基端側空洞
２０ 第２端部
３０ 胴部
４０ 保持部
４２ 凸部
１００ フェライトコア
２００ 電気配線ケーブル

Claims (7)

1. フェライトコア用粉体と、前記フェライトコア用粉体のバインダとなる可撓性を有する樹脂とが、４０ｗｔ％：６０ｗｔ％～６０ｗｔ％：４０ｗｔ％の割合で含まれる、帯状をしたフェライトコアであって、
   前記フェライトコア用粉体は、フェライトと、少なくとも珪素成分を主成分の一つとして含む鉱石の粉砕物とが、８５ｗｔ％：１５ｗｔ％～９９ｗｔ％：１ｗｔ％の割合で混合されていて、
   貫通孔を有する第１端部と、
   巻付対象に対して巻き付けながら前記貫通孔に通される第２端部と、
   前記巻付対象に対して巻き付けた状態を保持する保持部を有する胴部と、
   を備え、
   前記貫通孔は、前記第２端部が複数回通される大きさであるフェライトコア。
2. 前記フェライト及び前記粉砕物は、いずれも一次粒径が１０μｍ以下である、請求項１記載のフェライトコア。
3. 前記保持部は、いずれかが前記貫通孔の縁部に係止する複数の凸部を有し、
   前記各凸部のピッチｐは、前記胴部の厚さＴに対応する、請求項１記載のフェライトコア。
4. 前記保持部は、いずれかが前記貫通孔の縁部に係止する複数の凸部を有し、
   前記各凸部のピッチｐは、前記胴部の厚さＴを基準とする、請求項１記載のフェライトコア。
5. 前記貫通孔は、先端側空洞と一以上の基端側空洞とが相互に隣接しており、
   前記保持部は、前記胴部から突出したいずれかが前記貫通孔の縁部に係止する複数の凸部を有し、
   前記先端側空洞の長手方向の長さｘ１は、前記胴部の幅Ｘ１に対応しており、
   前記基端側空洞の長手方向の長さｘ２は、前記胴部の幅Ｘ１に各側の凸部の総高さ２ｈを加えた幅X２に対応しており、
   前記先端側空洞及び前記基端側空洞のそれぞれの短手方向の長さｙは前記胴部の厚さＴに対応している、
   請求項１記載のフェライトコア。
6. 前記巻付対象に対して巻き付けた後に、テープで覆われる、請求項１記載のフェライトコア。
7. 前記巻付対象は、電気配線ケーブルである、請求項１記載のフェライトコア。