JPS61147505A - 鉄心 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、鉄粉または鉄合金粉の表面に、電気絶縁性無
機化合物粉末を略均−に付着させた混合物を圧縮成形し
て形成する鉄心に関するものである。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来、交流を直流に変換する装置、直流を交流に変換す
る装置、成る周波数の交流を異なる周波数の交流に変換
する装置、および所謂チ讐ツバ等の直流を直流に変換す
る装置等のような電力変換装置、あるいは無接点遮断器
等の電気機器には、七の電気回路構成要素として、サイ
リスタまたは、トランジスタに代表される半導体スイッ
チング素子、並にこれに接続されたターンオンストレス
緩和用リアクトル、転流リアクトル、エネルギー蓄積用
リアクトル、あるいはマツチング用変圧器等が使用でれ
ている。

このようなりアクドルや変圧器においては、高周波帯域
でも優れた磁気特性を有する鉄心が必較ときれる。

ｆｆｒ、わち、これらのりアクドルや変圧器においては
、半導体のスイッチングに伴い、数十Ｈｚ〜２００　ｋ
Ｈｚ程度のスイッチング周波数を有する１１ＬＵｔｔ。

の他に、この周波数よりもはるかに高い数十ｋＨｚから
場合によっては５００　ｋＨｚ以上の周波数を有するＴ
４Ｌ流が流れることが、ある。

１に鉄心の′８−流励磁に対する鉄損のうちで、渦貞流
偵は、同一８東密賢では周波数の２乗に比例して増加す
る。従って、高周波帯域では、鉄損の大部分が渦電流損
で占められ、この損失が大きいと高周波帯域でのｉ！磁
率か低下してしフう。

このため磁性粉を用いた鉄心においては、磁性粉間の電
気絶縁性を高めて、高周波帯域での渦電流を小さくする
ことが必要となる。

このように周波数特性を重視した従来の鉄心材料として
は、例えば特許８８７７９号、あるいは特許１１２２３
５号の如き、鉄粉と無機結着剤との混合。

物を圧縮成形した。所謂ダストコアがある。

しかしながら、これらダストコアにおいては、周波数特
性に優れているものの、磁束密度が低く、例えば磁化力
１００００Ａ／ｒｎにおいても、その磁束密度は、高々
０．１２５７にしか過ぎない。この点、絶縁材として有
機物の樹脂を用いた特許６７０５１８号の鉄心材料は、
周波数特性に優れていると共に、高い磁束密度を有する
ものである。

一方、金属磁性粉を圧縮成形する工程を経て製造される
鉄心材料においては、圧縮によって加えられた歪によっ
て、元の金属磁性粉よりも保磁力が増加し、ヒステリシ
ス損もそれに伴って大きくなる問題がある。このため、
一般には高温での熱処理（焼鈍）を行うことにより、圧
縮成形時の歪をとり除くことが有効である。しかしなが
ら、特許６７０５１８号の鉄心では、絶縁材として有機
物の樹脂を用いているため、歪とりの熱処理過程で、樹
脂の劣化分解が避けられず、金属磁性粉粒子間の絶縁を
充分に保持することが離しかった。

〔発明の目的〕

本発明はかかる点に鑑みなされたもので、高い磁束密度
を有すると共に、渦電流損の増大を抑えて高い周波数帯
域まで優れた透磁率を保持し、しかも高温で熱処理を可
能にして低損失化を図ることができる鉄心を提供するも
のである。

〔発明の概要〕

本発明は鉄粉または鉄合金粉などの金属磁性粉と、電気
陰性度が８．５以上１２．５未満で粒径が０．０５繍以
下の電気絶縁性無機化合物粉末とを混合して、金属磁性
粉の表面に静電力で前記無機化合物粉末を略均−に付着
させ、この混合物を所定の形状に圧縮成形したことを特
徴とすものである。

以下本発明の詳細な説明する。

本発明に用いる金属磁性粉としては、純鉄の粉、Ｆｅ−
３Ｓｔで代表されるＦｅ−８ｔ合金粉、Ｆｅ　−ＡＩ合
４、粉、Ｆｅ　−８ｔ　　Ａｌ１合金粉、Ｆｅ−Ｎｉ合
金粉、Ｆｅ　−Ｃｏ合金粉などが挙げられ、これらは各
々単独で、または適宜な組合せによって用いられる。

また本発明において用いられる金属磁性粉は、その固有
電気抵抗率がｌＯμΩ−儂から高々数十Ｋ・−ｃ’ｉ程
度であるため、表皮効果が生ずる高い周波数を含む交流
によっても充分な鉄心材料特上を得るためには、これら
粉末を微細な粒子とし１、粒子表面から粒子内部まで充
分に磁化に寄与さ七なければならない。このため数十ｋ
Ｈｚ程度までの周波数成分をもつ電流に磁化され、その
周波数弗酸まで透磁率特性を要求される鉄心については
、金属磁性粉の平均粒径が３００μｍ以下であることが
望ましい。一方、１００）ｄ（ｚ以上の高周波成分をも
つ交流電流により磁化され、その周波数帯域までの透磁
率特性を要求される鉄心の場合には、金属磁性粉の平均
粒径は１１００Ｉｔ以下であることが望ましい。

しかしながら平均粒径が１０ＩＲｎ未満と極めて小さく
なると、鉄心の成形段階で通常適用される１０００ＭＰ
ａ以下の成形圧力では、得られる鉄心の奇麗が大きくな
らず、結果として磁束密度の低下を１３＜上、以下に述
べる無機化合物粉末が静電力に；シ表面に均一に分散せ
ず、電気絶縁性を保持で建ないため平均粒径は１０羅以
上とする事が特に好ましい。

なおこれらの金属磁性粉は、そのｉｔ用いても良いし、
また大気中で表面に形成される厚さ数千ｍの酸化物層を
還元してから用いても良い。この場合、例えば純鉄粉や
Ｆｅ−Ｎｉ合金粉などでは水素中で加熱還元する方法が
良い。

本発明において電気絶縁性の無機化合物粉末としては、
例えば酸化物、窒化物、炭化物などの粉末を、各々単独
で、またはこれらを混合しても良く、また多成分の化合
物でも良い。

金属イオンを含む無機化合物の電気陰性度Ｘｉはポーリ
ングの金属イオンの電気陰性度ＸＯからＸ１＝（１＋２
Ｚ）Ｘｏ　　（Ｚ：価数）なる関係で求められる。この
電気陰性度と鉄との接触帯電量には相関関係があり、（
小口、玉谷、静電気学会誌Ｖｏｌ−／１６５　（１９８
３）　ｐ２９２参照）、鉄に対して電気陰性度の十分に
大きい、あるいは十分に小さい無機化合物は鉄粉もしく
は鉄合金粉など金属磁性粉の表面に強く引き付けられる
。

しかし、電気陰性度が８．５以上１２゜５未満の無機化
合物の場合は、通常、鉄基磁性粉には付着しに＜＜、特
に数μｍ以上の粒子では、磁性粉に引きつけられるより
も無機化合物どうしで凝集してしまう傾向にある。

一方、一般に粒径が小さくなると１重量ら九シの表面積
が大きくなって蓄えられる静電エネルギーは大きくなり
、重力の１０３〜１０４倍にも達することがある。した
がって、粒子の粒径が十分小さい場合には、通常は鉄基
磁性粉にひきつけられにくい株類の無機化合物において
も、十分な混合を行なうことにより、接触帯電量を増す
ことができ、付着が起こってくる。本発明においては、
０．０５μｍ以下の無機化合物粉末を用いることにより
、電気隘性匿が８゜５以上１２．５未満の種類でも付着
層の形成が可能である。

無機化合物を分散性良く付着させるために、混合に際し
て、分散剤としてＴ１系、Ｓｌ系、ＡＩ系などの有機金
属カップリング剤（Ｋｅｎｒｉｃｈ　Ｐｅｔｒ６ｃｈｅ
ｍｉｃａ１社、Ｕｎｉｏｎ　Ｃａｒｂｉｄｅ社等で販売
されているもの）を使用すると、効率良く付着層を設け
ることができ、鉄心の透磁率の高周波特性がより向上す
る。

次に上記カップリング剤の代表的なものを挙げるが、そ
の混合賞は、全体重量の０．０５〜１．５重量％で充分
な効果が得られる。

テトラ（２，２−ジアリルオキシメチル−１−ブチル）
ビス（ジトリデシルホスファイト）チタネートγ−グリ
シドキシグロビルトリメトキシシランエチルアセトアセ
テ・−ドアルミニウムジイソプロピレート 次に鉄心の製造方法について説明すると、上記の如く、
金属磁性粉末と、電気陰性度が８．５以上１２．５未満
で粒径が０．０５μｍ以下の電気絶縁性無機化合物粉末
とを、そのまま、あるいは有機溶剤中で十分に混合する
と粉体表面が摩擦帯電して、粒径の大きい金属磁性粉の
表面に１粒径の小さい無機化合物粉末が引き付けられて
均一に付着させることができる。

このように無機化合物粉末の付着層を形成した金属磁性
粉の混合物を、金型に充填して、工業的に容易な１００
０ＭＰａ以下の圧力で圧縮成形することにより所望形状
の鉄心を得ることができる。

更に圧縮成形時に加えられた圧力により鉄心に生じた歪
をとる場合には、４５０’　〜１０００’Ｏで０．５Ｈ
以上程度の熱処理を行うことによシ、絶縁劣化を招くこ
となく、保磁力を低下させ、ヒステリシス損の低下に伴
って鉄損の減少を図ることができる。

〔発明の実施例〕

本発明実施例および比較例の鉄心を得るにあたって、第
１表に示す組成／１６１〜６の組み合わせで金属磁性粉
と無機化合物をそれぞれ重量比９９：１で十分混合した
混合物を作成した。その後、それぞれの磁性粉表面の８
１Ｍ観察を行なった。その結果、分散性良く無機化合物
が付着した組み合わせのものを第１表中に○印で示した
。また、良好な状態の得られなかった組成層２，４の混
合物についてはチタン系カップリング剤（Ｋｅｎｒｉｃ
ｈＰｅｔｒｏ　Ｃｈｅｍｉｃａ１社製ＫＲ−４６１３）
を添加して攪拌したが、分散性は改善されず、磁性粉表
面の７０、〜９０％は無機化合物が付着していなかった
。なお、有機溶剤（エタノール）を用いて攪拌した場合
にもそれぞれの表面状態は有機溶剤を用いなかった場合
と比較してほとんど変化はみられなかった。

以下余白 実施例１ 第１表　組成７ｇ６１の組み合わせで十分混合した混合
粉を６００　ＨＰａの圧力で圧縮成形し、鉄心を作成し
た。この鉄心の磁気特性を測定した。

実施例２ 組成／１６１の混合に際して全体重量の０．３％のチタ
ン系カップリング剤を加えた他は実施例１と同様の鉄心
を作成し、磁気特性を測定した。

比較例１ 平均粒径５４　ｕｍのＦｅ−１％Ｓｔ合金粉を６００Ｍ
Ｐａで圧縮成形した。得られた鉄心の磁気特性を測定し
た。

比較例２ 第１表組成１６２の組み合わせの混合粉を６００ＭＰａ
の圧力で圧縮成形し、得られた鉄心の磁気特性を測定し
た。

以上の本発明実施例１．２および比較例１．２の高周波
帯域での初透磁率の低下率を１０　Ｋｔ（ｚのときの値
を１として第１図に示した。本発明実施例１．２の透磁
率の低下（曲ｆｆｌ　１　、２　）は比較例１゜２（曲
線３　、４　）　揚台と比べて非常に小さいことがわか
る。また、実施例１と２を比較すると有機金属カップリ
ング剤を添加した実施例２の鉄心の方がより優れた特性
を示した。これは、本発明の実施例の鉄心中では、磁性
粉間の絶縁性が、無機化合物によって効果的に保たれて
いることを示している。また、実施例１．２の鉄心の磁
束密度は、磁化力１００００Ａ／ｍにおいて、いずれも
１７以上であった。

さらに、本発明実施例１，２の鉄心に、　Ａｒ雰囲気中
で５００°Ｃ２時間の熱処理を施し、保磁力鉄損を測冗
した。その結果を第２表に示す。熱処理後の鉄心中では
保磁力低下が確認され、さらにヒステリシス損減少にみ
あった鉄損減少が得られた。

以下余白 第１表の組成／１６３　、５および６の混合物について
、実施例１を同様の成形を行なって鉄心を作成した。こ
れらの鉄心では周波数特性が優れており、いずれも磁化
力１００００Ａ／ｍにおいて磁束密度１１以上の高い値
が得られた。

また、Ａｒ雰囲気中でこれらの鉄心を熱処理した結果、
いずれも保磁力が低下し、それに伴って交流での大幅な
鉄損減少が確認できた。

〔発明の効果〕

以上説明した如く、本発明に係る鉄心によれば金属磁性
粉の表面に無機化合物粉末を静電力により均一に付着さ
せて、磁性粉間の絶縁性を良好に保持しているので、高
い磁束密度を有すると共に、渦電流損の増大を抑えて高
周波数帯域まで潰れた透磁率を保持し、しかも高温での
熱処理を可能にして低損失化を図れるなど、極めて工業
的価値が高いものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例および比較例の鉄心の、高周波
帯域における初透磁率の変化を示したグラフである。 （ｔｌス）為１名】 第１図 １ρ　　　　２ρ　　　　ｉｌｌ　　　　　　　ｉｍ　
　　　演周友製（ｋＨｚ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鉄粉または鉄合金粉と、電気陰性度が８．５以上、１２
   ．５未満で粒径０．０５μｍ以下の電気絶縁性無機化合
   物粉末との混合物を、所定の形状に圧縮成形して成るこ
   とを特徴とする鉄心。