JPS61296704A

JPS61296704A - 鉄心の製造方法

Info

Publication number: JPS61296704A
Application number: JP60137941A
Authority: JP
Inventors: Hisami Ochiai; 落合　久美; Hiromichi Horie; 宏道堀江; Itsuo Arima; 有馬　逸男; Mikiro Morita; 森田　幹郎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-06-26
Filing date: 1985-06-26
Publication date: 1986-12-27
Anticipated expiration: 2010-05-01
Also published as: JPH0740528B2

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〕本発明は鉄心の製造方法に関する。

〔発明の技術的背景と−その問題点〕

従来から良く知られている鉄少の製造方法として例えば
特公昭４７−２２５１４号公報、特公昭４７−２２５１
５号公報に記載されているような、磁性粉と樹脂とを混
合した後、圧縮成形する方法がある。

このような方法；二よれば高い飽和磁束密度、高透磁率
を有する等の優れた特性の鉄心を得ることができる。

一方、このような鉄心の用途としては例えば電力増幅器
用、磁気増幅器用等の各種リアクトル、変圧器用等の用
途が挙げられる。このような用途においては、かなりの
高周波の電流が流れる場合がある。例えばスイッチング
回路（＝用いられるリアクトルについてみると、数＋Ｈ
Ｘ〜２００ＫＨｚ程度のスイッチング周波数の電流や、
さらに高調波として例えば５００ＫＨｚ以上もの高周波
の電流が流れる場合がある。交流磁気特性（二おける鉄
損は。

ヒステリシス損と渦電流損との和で示され、周波数が高
くなればなるほど周波数の２乗に比例して増大する渦電
流損が支配的になる。従って高周波での使用を考慮した
場合、この渦電流損を小さく抑える必要が有り、この渦
電流損を小さくすることに上り鉄損を小さくすることが
できる。また一般（二鉄損増加率が大きい場合には、透
磁率は周波数の増加に伴ない低下する傾向があるが、高
周波領域でも透磁率の低下は小さいことが望まれる。

ここで前述の特公昭４７−２２５１４号公報等に示され
たような方法では、高透磁率、高飽和磁束密度等の効果
を得ることはできるものの、例えば１０ＫＨｚを超える
ような高周波領域での低鉄損、高透磁率を得ることは困
難であった。これは上記方法が磁性粉と樹脂を混合した
後圧縮成形して製造していたため、磁性粉の表面を覆う
高分子層の厚さが不拘−吃；なり易く、磁性粉相互間を
十分（二電気的に絶縁することができなかったためと考
えられる。またこのような絶縁を良好にするためには混
合する樹脂の量を多くすることが考えられるが。

すると磁性粉の量が少なくなり、又、磁性粉間の磁気抵
抗が必要以上（二大きくなり、磁束密度の低下等、磁気
特性が低下してしまう。

従っていか（＝効率良くかつ良好迄二磁性粉間を絶縁す
るかが問題となっていた。

〔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、透磁率の
周波数特性に優れ、磁束密度の高い鉄心の製造方法を提
供することを目的とする。

〔発明の概要〕

本発明は金属磁性粉と高分子エマルジョンとを接触させ
た後（二乾燥し前記磁性粉表面に絶縁層を形成する第１
の工程と、前記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である。

本発明者等が前記目的を達成するために鋭意研究を進め
た結果、磁性粉と高分子エマルジョンとを接触させ、磁
性粉表面にポリマー粒子を付着せしめた後（二乾燥し、
ポリマー粒子をフィルム化すること；二より、効率良く
良好な絶縁層を形成することができる−ことが見出され
た。このような磁性粉を用い圧縮成形して得られた鉄心
は磁束密度が高く、鉄損が小さく、透磁率の周波数特性
ζ二優れたものとなる。

本発明で用いられる磁性粉としては、純鉄粉。

Ｆｅ−８ｉ合金粉（Ｆｅ　−３％　８を合金粉など）、
Ｆ６−人４合金粉、Ｆ６−８ｉ−人！合金粉、Ｆｅ−Ｎ
１合金粉。

Ｐａ−Ｃｏ・合金粉、　Ｆｅ基あるいはＣｏ基非晶質合
金等が例示されるが、この他にも従来から鉄心材料とし
て用いられているものであればいかなるものを使用して
もよい１　これらの磁性粉は単独で又は混合系で使用さ
れる。

上記した磁性粉の固有電気抵抗率は、高々１０μΩ・α
から数十μΩ・ｃｍ＞ｘ度である。したがって、表皮効
果が生じる高い周波数成分を含む交流電流で励磁する場
合においても充分に良好な特性を有する鉄心とするため
には、これらの磁性粉を微細な粒子として、粒子表面か
ら粒子内部まで充分磁化に寄与せしめなければならない
。このため、数十ＫＨｚ程度までの周波数成分を含む電
流二より励磁され、その周波数帯域までの透磁率特性が
要求される鉄心を得るためには、平均粒径が３００μｍ
以下の磁性粉を用いることが好ましい。また１００ＫＨ
ｚ以上の周波数成分を含む電流（二より励磁され、その
周波数帯域までの透磁率特性が要求される鉄心を得るた
めには、平均粒径が１００μｍ以下の磁性粉を用いるこ
とが好ましい。一方平均粒径が極めて小さくなると、通
常の成形圧力（１０００ＭＰａ以下）を加えて圧縮成形
しただけでは得られる鉄心の密度が大きくならずに磁束
密度の低下を招くことから、磁性粉の平均粒径は１０μ
ｍ以上であることが好ましい。

第１の工程について説明する。

第１の工程ではまず磁性粉と高分子エマルジョンとを接
触させる。この工程で用いられるエマルジョンは、水あ
るいは水−アルコール、水−７セトンなどの分散媒中シ
ニ、微細な球形ポリマー粒子が分散したものである。こ
れらのポリマー粒子は、側光ばエデレン、スチレン、ブ
タジェン、酢酸ビニル、アクリル酸エステル、およびそ
れらの誘導体のうち、いずれか１糧のモノマーの重合体
、あるいは２種以上のモノマーの共重合体である。した
がって、これらのポリマー粒子の例としては、ポリエチ
レン、ポリスチレン、ポリブタジェン。

ポリビニルトルエン、ポリインプレン、ポリクロロプレ
ン、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリル酸エチル、スチレン
−ブタジェン共１１合体、スチ、レンーメｔルメタクリ
ンート共重合体などを挙げることができる。エマルジョ
ン中（二は以上のようなポリマー粒子の少なくとも１種
類以上が分散している。

また、これらのポリマー粒子の直径は一般にほぼ均一で
あるが、本発明に用いるエマルジョン中では、最大の粒
子でも１０μｍ以下であることが望ましい。その理由は
、これらのポリマー粒子がフィルム化し、金属磁性粉間
の絶縁層となった場合に、その絶縁層の厚さが１０μｍ
以下であることが望ましいこと（二よる。この厚さを越
えた絶縁層は、金属磁性粉間の磁気抵抗を必要以上（＝
増加させ、結果として励磁力１ｏｏｏｏ　ｖｍの磁束密
度がフェライ゛トと同等かそれ以下になってしまう。

このような高分子エマルジョンと磁性粉とを接触させる
方法であるが、磁性粉表面（：ポリマー粒子が付着すれ
ば良く１例えば磁性粉を攪拌しているところへエマルジ
ョンを滴下あるいはスプレーする方法、エマルジョン中
に金属磁性粉を入れて攪拌したのち金属磁性粉をひき上
げる方法等が挙げられる。エマルジョン中のポリマー粒
子は表面電荷密度が高く、磁性粉と接触させることで磁
性粉表面；：１〜数層付着する。従って後で乾燥するこ
と（二より、薄くかつ均質な絶縁膜を形成することがで
きる。なおエマルジョン中のポリマー粒子濃度は適宜数
−〜数十嗟に調整して用いれば良い。

エマルジョンと磁性粉を接触させた後乾燥するが、この
乾燥により、エマルジョンを構成していた溶媒の蒸発と
ともにポリマー粒子がフィルム化し、絶縁層を形成する
。これは、例えば集合したポリマー粒子が粒子間隙に残
存する分散媒：：よって生じた毛細管圧により変形し融
着するためと考えられる。

前記の乾燥は、大気中１００Ｃ以下の温度で放置するの
が最も一容易な方法であるが、鉄心製造工程を短縮化す
るため；ニガス気流中や減圧化で行なっても良い。さら
；二、融着したフィルム層と金属磁性粉との密着性を高
めるため）；、乾燥後の金属磁性粉に２００Ｃ以下程度
の熱処理を施してもよい。

この場合の熱処理時間は１時間以内で十分である。

前述の磁性粉と高分子エマルジョンの接触の際、磁性粉
に表面処理剤を添加しておくとポリマー粒子の付着をさ
ら（二分散性良く行なわせることができる。表面処理剤
としてはチタン系カップリング剤、シラン系カップリン
グ剤、アルミニウム系カップリング剤のカップリング剤
が挙げられる。他にもインジウム系、クロム系、ジルコ
ニウム系等のカップリング剤等が挙げられる。なおこれ
らの添加量は磁性粉の０．３〜５　ｖｏ１％で良い。

チタン系カップリング剤は、加水分解され易い少なくと
も一つの基（６）と、加水分解され（＝＜＜親油性を示
す少なくとも一つの基（イ）とが、チタン原子（Ｔ＋）
に結合して成るチタン化合物であり、Ｒｍ　−Ｔ　Ｉ　
−Ｘｎ　　（ｍ＋　ｎ＝４，６．１≦ｍ≦４）の一般式
で表わされる。加水分解され易い基Ｂとしては、例えば
モノアルコキシ基、オキシ酢酸の残基、エチレングリコ
ールの残基等があり、Ｘは炭化水素等を有する１一種あ
るいは数種の親油性の基である。チタン系カップリング
剤としては例えば、イソプロピルトリ（Ｎ−アミノエテ
ル−アミノエテル）チタネート、イソプロピルトリイソ
ステアロイルチタネート、４−アミンベンゼンスルホニ
ルドデシルベンゼンスルホニルエチレンチタネート、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、テトラオク
チルビス（ジトリデシルホスファイト）ｆ−タネート、
ジクミフェニルオキシアセテートチタネート等が挙げら
れる。

またシラン系カップリング剤は（ＣＨ，）、。

（ＲＯ）、−８ｉ−Ｘ　　　（ｎ＝２．３　）の一般式
で示されるシラン化合物である。ＲＯはアルコキン基で
、これは例えばメトキシ基、エトキシ基があり、Ｘはエ
ポキシ基９、メタクリル基。

アミノ基等を有する有機官能基である。シラン系カップ
リング剤としては例えば、ｒ−アミノプロピルトリエト
キシシラン、ｒ−グリシドキンプロピルトリメトキシシ
ラン、β−（３，４−エポキ。

ジシクロヘキシル）エテルトリメトキシシラン。

Ｎ−β（アミノエテル）−ｒ−アミノブロピルメチルジ
メトキンシラン等が挙げられる。

以上説明した％ｘの工程で得られた絶縁層を有する磁性
体を用い、本発明率２の工程では圧縮成形により所望の
形状の鉄心を製造する。すなわち、成形用金型に磁性粉
を充填して、　１０００ＭＰａ＋以下程度の工業的に容
易な圧力で圧縮成形すれば良い。

得られた鉄心には、必要に応じて３００　Ｃ以下程度の
熱処理を施してもよい。この熱処理を施すと絶縁層が隣
接する他の磁性粉表面の絶縁層と一体化し、鉄心全体の
機械的強度を向上させることができる。

以上のよう（二して得られた鉄心は、磁性体が数μｍ以
下程度の薄い絶縁体層で均一１＝覆われている゛。従っ
て磁性粉間の十分な絶縁性を少量の絶縁物で確保するこ
とができる。よって鉄心の密度が高く、高い磁束密度を
維持することができ、かつ磁性粉粒子間の電気絶縁性が
高いため、鉄心全体の交流磁化（；対する渦電流損が極
めて少なくなり、ひいては鉄損も少なくなる。このため
、該鉄心（：あっては、高周波帯域で使用しても鉄損が
少ないため発熱等の問題はさほどなく、また、実効透磁
率の低下が小さい。

また、本発明製造方法では、金属磁性粉表面に高分子層
を設けるのに通常必要とされる樹脂の混線等のための特
別な装置を必要としない。

更に、圧縮成形工程においては、磁性体の表面は柔軟な
高分子層で覆われているため、表面に凹凸があり硬度の
高い磁性粉相互間の摩擦が緩和され、成形体充填率が向
上するととも）二、圧縮成形後の梨からの抜き圧が減少
するという利点もある。

〔発明の効果〕

以上説明したよう（二本発明によれば、少量の絶縁物で
良好に磁性粉間の絶縁が確保されるため、磁束密度が高
く、鉄損が小さく、透磁率の周波数特性に優れた奴心を
得ることができる。特；；数十ＫＨｚ以上の高周波域で
の使用（二適した鉄心を製造するのに好適である。

〔発明の実施例〕

・本発明の実施例を以下（二説明する。

（実施例１）磁性粉として平均粒径５４μｍのｒｅ　−１％　ｓｔ合
金粉１００９−を攪拌しながら、その中へ平均直径０．
２μｍのポリスチレン粒子含有量１０重量饅の水を溶媒
とする高分子エマルジョン０．２５ｃｃを滴下した。こ
の合金粉を室温で２４時間放置して乾燥し、その後大気
中１８０Ｃで０．５時間加熱した。合金粉表面を走査量
電子顕微鏡（ｓｇＭ）で観察したところ、合金粉表面は
ほぼ全面にわたって多孔質フィルム状の高分子に覆われ
ていることが確認された。

この合金粉のうち２０　ｆを成形用金温（＝充填し、６
００　ＭＰ、の圧力で圧縮成形し、鉄心とした。このと
き、金温からの抜き圧は１０００　ｋｌと測定された。

（実施例２）磁性粉として平均粒径５４μｍのＦｅ　−１５４！９ｉ
合金粉１００９−に対してチタン系カップリング剤（イ
ソプロピルトリス（ジオクチルパイロホスフェート　ブ
タネート）を１体積チ添加し、十分攪拌した。次；；直
径０゜２μｍのポリスチレン粒子含有量１０重量％の水
を溶媒とする高分子エマルジョンＱ、２５ｃｃを滴下し
、十分攪拌した。この合金粉を室温で冴時間放置して乾
燥した後、大気中１８０Ｃで０．５時間加熱した。

得られた合金粉のうち、２０９−を成形用金型Ｃ：充填
し、６００ＭＰａの圧力で圧縮成形し、鉄心とした。

（実施例３）磁性粉として平均粒径２５０μｍのＦｅ−３％人１合金
粉１００？を最大粒径５μｍのスチレンブタジェン共重
合体の粉子５重量％含有の水−アルコール溶媒の高分子
エマルジョン中：二人れて攪拌した後、合金粉をひき上
げた。この合金粉を５０Ｃで６時間乾燥した。得られた
合金粉を成形用金型に充填し。

６００　ＭＰａの圧力で圧縮成形し、鉄心とした。

（実施例４）最大粒径ルμｍのスチレンブタジェン共重合体粒子５重
量％含有の水−アルコール溶媒の高分子エマルジョンを
使用した他は、実施例３と同様にして鉄心を作成した。

（比較例１，２）平均粒径５４μｍのＦｅ　−１％８１合金粉およびＦｅ
−３チλＪ合金粉をそれぞれ実施例と同様の成形用金型
に充填し、５００ＭＰａの圧力で圧縮成形すること（；
より鉄心を得た。それぞれを比較例１．比較例２とする
。比較例１の圧縮成形の際の金型からの抜き圧は、実施
例１の圧縮成形と全く同様の条件でありながら、２５０
０に＃と高い値であった。

（比較例３）平均粒径５４μｍのＦｅ−１％８ｉ合金粉に１５０メツ
シユパスの粉体樹脂（ポリアミド樹脂）を１５体積チ混
合し、これを比較例１，２と同様にして圧縮成形し鉄心
とした。

特性の測定上記の実施例および比較例で得られた鉄心の１００ＫＨ
ｚからＩＭＨｚの高周波帯域における初透磁率特性を測
定した。また、励磁力１００００人／ｍに対する磁束密
度を測定した。さらに、１００ＫＨｚ０．０５　’ｒ　
ｌ二おける実効透磁率と鉄損をＵ関数計を用いて測定し
た。

第１図に１００ＫＨｚでの初透磁率を１００％としたと
きの各周波数での比透磁率の比を図示したが、図中の曲
線人は実施例２１曲線Ｂは比較例１９曲線Ｃは比較例３
の変化を示している。本発明の鉄心の初透磁率の低下は
、比較例と比べて非常に小さく、測定範囲内：二おいて
はほとんど変化がなかった。また、実施例１．３および
４の鉄心は実施例２には劣るものの、いずれも初透磁率
の低下は小さかった。しかし、比較例２の鉄心は比較例
１よりもさらに低下が大きかった。

本発明実施例１，２の鉄心は、励磁力１００００人／ｍ
　ｔ：対して０．９　Ｔ以上、また実施例３の鉄心でも
０．６　Ｔ以上あり、フェライトに比べて高磁束密度を
有しており、実施例４の鉄心では０，４Ｔであり、フェ
ライトと同等であった。すなわちいずれもフェライトと
同等以上の高磁束密度を有していた。

また、第１表ζ二は、Ｕ関数計で測定した鉄心の１００
ＫＨｚ、０．０５Ｔでの特性を示したが、本発明実施例
の優位さが明らかである。

第１表以上のように本発明実施例の鉄心は、高磁束密度を有し
ていながら、しかも高周波帯域においても透磁率低下が
非常（二手さい。これは本発明実施例の鉄心中の金属磁
性粉間の絶縁が良好であり。

鉄損が小さく抑えられていることによる。

さら（二実施例１の鉄心と同様にして板状試験片を圧縮
成形して作成した。試験片のうち１本はそのままでまた
１本七言２００Ｃで１時間加熱した後（＝曲げ試験を行
なったところ、加熱した試験片の方が伸びが１．５倍以
上も増加していた。このようＣ二圧縮成形後熱処理を加
えることにより、機械的強度が向上する。

以上のごとく本発明による鉄心は磁気特性、特に高周波
域での磁気特性（二優れ、工業上非常に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は透磁率の周波数特性図。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）金属磁性粉と高分子エマルジョンとを接触させた
後に乾燥し前記磁性粉表面に絶縁層を形成する第１の工
程と、前記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。
（２）前記高分子エマルジョン中のポリマー粒子は、エ
チレン、スチレン、ブタジエン、酢酸ビニル、アクリル
酸エステル及びこれらの誘導体の重合体または共重合体
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の鉄
心の製造方法。
（３）前記高分子エマルジョン中のポリマー粒子の粒径
が１０μｍ以下であることを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の鉄心の製造方法。