JPS61154111A - 鉄心及びその製造方法 - 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、鉄心に関し、より詳しくは、高磁束密度であ
り、かつ透磁率の周波数特性が優れた鉄心に関する。

［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
する装置及び所謂チ諺ツバ等の直流を交流に変換する装
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、その電気回路構成要素として、サイリス
タ又はトランジスタに代表される半導体スイッチング素
子ならび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されている。

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要とされる。

すなわち、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〜２００ｋＨｚ程
度のスイッチング周波数を有する電流の他に、この周波
数よりはるかに高い数十ｋＨｚから場合によっては５０
０ｋＨｚ以上の周波数を有する電流が流れることがある
。したがって、高周波帯域で使用した場合でも鉄損が小
さく透磁率の低下しない鉄心が必要となってくる。

ところで、鉄心の交流励磁に対する鉄損のうちで、渦電
流損は、同一磁束密度においては周波数の２乗に比例し
て増加する。したがって、高周波帯域では・、鉄損の大
部分が渦電流損で占められるようになってくるので、こ
の帯域では鉄損が増大し、高周波帯域での透磁率が低下
する。

このため、磁性粉を用いた鉄心においては、磁性粉間の
電気絶縁性を高めることが鉄損の減少につながる。

上記したような高周波帯域の周波数特性を重視した鉄心
としては、特許第８８７７９号や特許第１１２２３５号
に開示されているような所謂ダストコアがある。

しかしながら、これらのダストコアは周波数特性には優
れているものの、しかし一方ではその磁束密度が低い０
例えば磁化力１００ＧＯＡ／ｍにお（する磁束密度は高
々０．１２５７にしかすぎない。

この点、特許第８７０５１８号に開示されている如き磁
性粉と結着樹脂を用いた鉄心は１周波数特性が優れてい
ると共に高い磁束密度を有するものである。

しかしながら、この鉄心は、製造時における熱処理工程
に以下のような問題を有していた。

すなわち、金属磁性粉を圧縮成形する工程を経て製造さ
れる鉄心においては、圧縮によって発生した歪みによっ
て、圧縮前より保磁力が増大し、かつ、ヒステリシス損
もそれに伴って増大する。より低損失の鉄心を得るため
には、この歪みを取除くことが必要であり、そのために
は一般に高温での熱処理（焼純）を施すことが有効であ
る。しかしながら、結着樹脂を用いた上記鉄心において
は、熱処理時に該樹脂が分解もしくは劣化してしまい、
金属磁性粉間の電気絶縁性を維持することが困難になり
、より低鉄損の鉄心を得ることが困難であった。

［発明の目的］ 本発明は以上の点を考慮してなされたもので、高磁束密
度で、かつ透磁率の周波数特性が優れ。

また、焼鈍することも可能な金属磁性粉を主成分とする
鉄心を提供することを目的とする。

［発明の概要］ 本発明は、金属アルコキシドもしくはその分解物からな
る絶縁性の付着層を表面に有する金属磁性粉の圧縮成形
体である鉄心である。

この鉄心は、金属磁性粉に金属アルコキシドを接触させ
た後、この金属磁性粉を圧縮成形することにより製造す
ることができる。

金属アルコキシドは、一般式：Ｍ（ＯＲ）ｘ（式中、Ｍ
は金属原子もしくは半金属原子、Ｒはアルキル基、Ｘは
金属の価数を表わす、）で示される有機化合物である。

周期率表のほとんどの金属原子もしくは半金属原子は、
金属アルコキシドを構成しうるが、未発′明で用いる金
属アルコキシドの金属原子Ｍとして放射性元素は実用上
好ましくない。

式中のアルキル基は炭素数１以上のものであればよいが
、通常、炭素数１〜５のもの、すなわち、例えば、メチ
ル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基な
どが好適である。

したがって、上式で示される金属アルコキシドとしては
、例えば、５ｉ（ＱＣ：Ｈ３）４　　、　Ｔｉ（００２
１（５）４゜Ｉｎ（ＯＣ３Ｈ７）３　、　　Ａ９．（０
０４８９）３　、Ｚｒ（ＯＣ５Ｈ１１）４　　。

Ｔａ（ＯＣ３Ｈ７）５などがあげられる。

この金属アルコキシドを金属磁性粉に接触させることに
より、金属磁性粉表面には、金属アルコキシドもしくは
その分解物である酸化物、水酸化物、水和物等の形での
付着層が形成される。

このような付着層の形成のために金属磁性粉に金属アル
コキシドを接触させる方法としては、（１）金属アルコ
キシドを溶解した有機溶剤中に磁性粉を浸漬、攪拌した
のち、ろ過もしくは有機溶剤を蒸発させることによって
磁性粉を取出す方法、 （２）金属アルコキシドを溶解した有機溶剤を金属磁性
粉に吹付けた後に乾燥させる方法、（３）金属アルコキ
シドの蒸気を磁性粉に接触させる方法、 などがあげられる。

このようにして形成された付着層は金属アルコキシド自
体の場合もあるが１分解により酸化物、水酸化物等の形
にかわっている場合もある。一般的には金属磁性粉表面
に吸着している水分によって金属アルコキシドの加水分
解が起こり、金属酸化物（ＭＯＸ）、金属水酸化物（Ｍ
（Ｏ）Ｉ）ｘ）等の形で金属磁性粉表面を被覆する付着
層が形成されると考えられる。また、水和物の形で被覆
していることも考えられる。さらに、刺着層を形成する
金属アルコキシド、水酸化物等は加熱によって酸化物に
変えることも可能である。付着層を形成する分解生成物
としては例えば表に示すものが挙げられる。

しかしながら付着層を形成する物質は、十分公絶縁体で
あることが望ましく、少なくとも金属磁性粉の抵抗値よ
りも高い値を有する物質である必要がある。

このような付着層を有する金属磁性粉を金型に充填し、
工業的に容易な例えば１０００ＭＰａ以下程度の圧以下
用縮成形し、鉄心とする。

本発明で用いる金属アルコキシドもしくは第１表に示し
たような分解生成物からなる付着層は、電気的に絶縁性
であれば良い。これらの金属アルコキシドを用いること
により、金属磁性体粉表面を電気的に絶縁性の付着層で
効率良く覆うことができる。従って、磁性粉同士の接触
による渦電流損の増大を抑制でき、高い周波数帯域まで
透磁率を低下させずに保つことができる。

また、このように本発明の鉄心においては金属磁性粉間
の絶縁体として樹脂を用いることがないため、成形後の
歪取りのための比較的高温の熱処理を行なうことが可能
である。従って、前述のようにして得られた圧縮成形体
に熱処理を加えることにより、金属磁性粉の歪取りを行
ない、保持力を小さくして、低損失化を図ることができ
る。

次に、本発明で用いる金属磁性粉であるが、例えば、純
鉄の粉末、Ｆｅ−３％Ｓｉで代表されるＦｅ−５ｉ系合
金粉、Ｆｅ−Ａ　ｌ系合金粉、Ｆｅ−５ｉ−ＡＩＬ系合
金粉、　　Ｆｅ−Ｎｉ系合金粉、鉄を含む非晶質合金磁
性粉などをあげることができる。上記した磁性粉はそれ
ぞれ単独で用いてもよいし２種以上を適宜に組合せて使
用してもよい。

このような金属磁性粉は、その固有電気抵抗率がｌＯル
Ω・Ｃ■から高々数十終Ω・Ｃ腸程度であるため、表皮
効果が生ずる高い周波数を含む交流電流においても充分
な鉄心材料特性を得るためには、それら磁性粉を微細な
粒子にすることによって粒子表面から粒子内部までが十
分磁化されるようにすることが必要である。

例えば、数十ｋＨｚ程度までの周波数成分を持つ電流に
より励磁され、その周波数帯域までの透磁率特性を要求
される鉄心については、磁性粉の平均粒径が３００終副
以下であることが望ましい。

同様に、周波数帯域が１００ｋＨｚを超える場合の鉄心
に関しては、磁性粉の平均粒径をｉｏｏ　ＩＬ■以下に
することが望ましい。

しかしながら、その平均粒径がＩＯＩＬｍ未満と極めて
小さくなると、後述する鉄心の成形段階で通常適用され
る　１０００ＭＰａ以下の成形圧では得られた鉄心の密
度が大きくならず、その結果磁束密度の低下という不都
合を生ずるため１０ＩＬｍ以上程度が好ましい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、金属磁性粉表面に
効率良く電気絶縁性の付着層を形成することができるた
め、高い周波数領域まで透磁率が低下しない鉄心を得る
ことができる。

また、これらの付着層は数ｐｍ以下の厚さにおいても十
分に絶縁体となり得るため、鉄心中の金属磁性粉の充填
率をほとんど低下させずにすむ、したがって、本発明の
鉄心は高い磁束密度を有している。

［発明の実施例］ 以下に本発明の詳細な説明する。

（実施例１，２） 、平均粒径が実施例１では５す」、実施例２では　１０
５４ｍのＦｅ−１，５％Ｓｉ合金粉末をＺｒ（ＯＣ４Ｈ
ｓ）ａの１５％酢酸ブチル溶液に浸漬、攪拌したのち、
濾過によって酢酸ブチル溶液を除き、さらに３９３にで
７０００秒間乾燥させた。得られた磁性粉を金型に充填
して８００ＭＰａの圧力で圧縮成形して鉄心を得た。

（実施例３） 平均粒径８９％■のＦｅ−３％Ａｉ合金粉末を攪拌しな
がら、Ｔｉ（０１１：３Ｈ７）４の蒸気にさらした。こ
のとき、Ｔｉ（ＯＣ３Ｈ７）４の蒸気濃度は２００Ｏｐ
ｐ諺、温度４７３Ｋに保った。得られた磁性粉から実施
例１．２と同様にして鉄心を得た。

（比較例１，２） 比較例１として平均粒径５４終■のＦｅ−１，５％Ｓｉ
合金粉末を、比較例２として平均粒径８９終履のＦｅ−
３＄Ａｌ１合金粉末を、それぞれの金型に充填して８０
０ＭＰａの圧力で圧縮成形して鉄心を得た。

以上の鉄心はいずれも磁化力１００００Ａ／ｍにおいて
０．８丁以上の高い磁束密度の値を有していた。

次に、この鉄心の初透磁率の周波数特性を測定した。そ
の結果を図に示す０図においては４０ｋＨｚでの初透磁
率を１としたときの他の周波数における初透磁率の比を
表わした０曲線ａは実施例１、曲線すは実施例２１曲線
Ｃは比較例１の場合を示す、　図から明らかな様に、実
施例１の鉄心はＩ　ＭＨｚまで、また実施例２の鉄心の
初透磁率は２００ＫＨｚまでほとんど低下しなかった。

これに対し、比較例１の鉄心では１σ０ｋＨｚから初透
磁率の大幅な低下がみられた。実施例３は実施例１とほ
ぼ同様な周波数特性を示し、比較例２では大幅な初透磁
率の低下がみられた。

さらに、実施例１の鉄心に、Ａｒ雰囲気中で７２３Ｋ　
、　７２００秒間の条件で熱処理を施したところ、保磁
力が熱処理前は４８０＾／ｍであったものが熱処理後は
２８ＯＡ／ＩＩまで低下した。これに伴って高周波での
鉄損は８５％以下に低下した。

【図面の簡単な説明】

図は初透磁率の周波数特性を示す特性図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、金属アルコキシドもしくはその分解物からなる絶縁
   性の付着層を表面に有する金属磁性粉の圧縮成形体であ
   ることを特徴とする鉄心。 ２、金属アルコキシドを金属磁性粉に接触させ絶縁性の
   付着層を形成する第１の工程と、 第１の工程で得られた金属磁性粉を圧縮成形する第２の
   工程とを具備したことを特徴とする鉄心の製造方法。