JPS6182402A - 鉄心 - Google Patents

鉄心

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Publication number
JPS6182402A
JPS6182402A JP20487084A JP20487084A JPS6182402A JP S6182402 A JPS6182402 A JP S6182402A JP 20487084 A JP20487084 A JP 20487084A JP 20487084 A JP20487084 A JP 20487084A JP S6182402 A JPS6182402 A JP S6182402A
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JP
Japan
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powder
inorganic compound
iron
particle size
less
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JP20487084A
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English (en)
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Hisami Ochiai
落合 久美
Hiromichi Horie
宏道 堀江
Itsuo Arima
有馬 逸男
Mikiro Morita
森田 幹郎
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Priority to DE3587906T priority patent/DE3587906T2/de
Priority to EP85306848A priority patent/EP0177276B2/en
Priority to DE3587010T priority patent/DE3587010T3/de
Publication of JPS6182402A publication Critical patent/JPS6182402A/ja
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Priority to US07/260,314 priority patent/US4927473A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/20Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys in the form of particles, e.g. powder
    • H01F1/22Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys in the form of particles, e.g. powder pressed, sintered, or bound together
    • H01F1/24Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys in the form of particles, e.g. powder pressed, sintered, or bound together the particles being insulated

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)

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、および所謂チョッノ4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、そ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〜200 kH
z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)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電流が流れるこ
とがある。
また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透磁率が低
下してしまう。
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
10000 A7mにおいても、その磁束密度は、高々
0.125T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、元の金属磁性粉よシも保磁力が増加し、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)を行うことによシ、圧
縮成形時の歪をとシ除くことが有効でおる。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9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難しかった。
〔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〕
本発明は粒径が10μm以上の鉄粉または鉄合金粉など
の金属磁性粉と、電気陰性度が12.5以上もしくは8
.5未満で粒径が5μ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るものである。
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−
3Siで代表されるFe−8t合金粉、Fe −AJ合
金粉、Fe−8t−Aj!合金粉、Fe−Ni合金粉、
Fe−C。
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10μΩ−のから高々数十μΩ−α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
によっても充分な鉄心材料特性を得るためには、これら
粉末を微細な粒子として、粒子表面から粒子内部まで充
分に磁化に寄与させなければならない。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
周波数帯域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 kHz以上の高周波成分をも
つ交流電流によシ磁化され、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100μm以下であることが望ましい。
しかしながら平均粒径が10μm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1 000 M
Pa以下の成形圧力では、得られる鉄心の密度が大きく
ならず、結果として磁束密度の低下を招く上、以下に述
べる無機化合物粉末が静電力によシ表面に均一に分散せ
ず、電気絶縁性を保持できないため平均粒径は10μm
以上必要である。
なおこれらの金属磁性粉は、そのまま用いても良いし、
また大気中で表面に形成される厚さ数十nm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。
またこれら無機化合物の電気陰性度は12,5以上か8
.5未満で粒径が5μm未満が望ましい。
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X0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シて小口、玉谷、静電気学会誌V
oj!、 7 A5 (1983) 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。
また本発明の無機化合物粉末の粒径は5μm以下が望ま
しい。一般に粒径が小さくなると、重量当)の表面積が
大きくなシ、これに伴って蓄えられる静電エネルギーは
犬きくなシ、重力の103〜10倍にも達することがあ
る。本発明では無機化合物粉末の最大粒径を5μ惧以下
に規定することによって大きな静電エネルギーが蓄積さ
れ、金属磁性粉の表面に強固に付着させることができる
。この場合、粒径が5μmよシ大きい粉末では、金属磁
性粉の表面から離れ易く、また最大粒径5μmを超える
粉末粒子が、ある程度混入していると、無機化合物粉末
同志が凝集して、金属磁性粉の表面に均一に付着できな
い。
なお無機化合物粉末の分散性を更に高めるためには、必
要に応じて、混合の際に分散剤として、Ti系、St系
、B系などの有機金属カップリング剤(例えばKenr
ich Petro ChemicaJ社、Union
 Carbid@社で販売しているもの)を使用すると
、よシ効率良く付着層を得ることができ、更に透磁率の
高周波特性を向上させることができる。
次に上記力、プリング剤の代表的なものを挙げるが、そ
の混合量は、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(ノドリプシルホス7アイト)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
セトアセテートアルミニウムソイソプロビレート 次に鉄心の製造方法について説明すると、上述の如く、
粒径が10μ常以上の金属磁性粉末と、電気陰性度が1
2.5以上もしくは8.5未満で粒径が5μm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、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
。この状態をSEM (走査匿電子顕微鏡)写真で見る
と第1図のように分散性良く均一に付着している。これ
に対して電気陰性度が本発明に規定する範囲を外れた無
機化合物粉末を混合しても第2図のSEM写真に示すよ
うに、金属磁性粉の表面に付着しに<<、無機化合物粉
末同志の凝集が優先し、磁性粉間の充分な電気的絶縁が
得られない。
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
0 MPa以下の圧力で圧縮成形することによシ所望形
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シ鉄心に生じた歪
をとる場合には、450’〜1000℃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〕
(実施例1) 第1表の試料7f&1〜A5の組成の金属磁性粉と無機
化合物粉末とを、夫°々重量比で99=1の割合で混合
し、充分に攪拌して、得られた混合物の磁性粉表面の状
態をSEMで観察した。その結果、試料A1の混合物は
第1図のSEM写真のように均一に分散付着し、この状
態が得られたものを第1表にO印で示した。
(比較例1) 第1表の試料46、A7、およびj168に示すように
本発明に規定する範囲を外れた組成の金属磁性粉と無機
化合物粉末を上記実施例1と同様に混合して、その混合
物についてSEM観察を行ったところ、第2図のSEM
写真のように表面に均一に付着していないものを第1表
にX印で示した。
第1表の結果から、本発明の実施同品は静電作用によυ
均一に分散付着することが確認された。また比較例の試
料点6〜煮8については、更にカップリング剤(Ken
rich Petrochemica1社製KR−46
13)を添加して攪拌したが、分散性は余シ改善されず
、磁性粉表面の70〜90%に無機化合物粉末が付着し
ていなかった。また同様に比較同品について有機溶剤(
エタノール)を添加して攪拌したところ、有機溶剤を用
いなかった場合とほとんど変化がなく、付着率の向上は
認められなかった。
(実施例2) 第1表の試料点1の組成で充分に攪拌した混合物を、6
00 MPaの圧力で圧縮成形して鉄心を作成した。
このようにして得られた鉄心について、高周波帯域での
初透磁率の低下率を10 kHzのときの値を1として
200 kHzまでの変化状態を測定してその結果を第
3図のグラフに曲線Aで示した。
また鉄心の磁束密度は磁化力i o o o o ym
において11以上であった。
更に上記方法な形成した鉄心を、Ar雰囲気中で500
℃2時間の熱処理を施して、その前後における保磁力と
鉄損の変化を測定し、その結果を第2表に示した。
(実施例3) 第1表の試料41の組成の混合に際して、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
2と同様の鉄心を作成した。
得られた鉄心について初透磁率の変化を上記実施例2と
同様に測定し、その結果を第3図のグラフに曲線Bで示
した。
また鉄心の磁束密度を測定したところ磁化力10000
 A、4において17以上であった。
更にこの゛鉄心を上記実施例2と同様に熱処理を施し、
その前後における保持力と鉄損の変化を測定し、その結
果を第2表に示した。
第2表から明らかな如く、熱処理後の鉄心では、保磁力
の低下が確認され、更にヒステリシス損の減少沈みあっ
た鉄損減少が認められた。
(比較例2) 平均粒径54 urnのFe−1181合金粉を600
MPaで圧縮成形して鉄心を作成した。得られた鉄心に
ついて初透磁率の変化を上記実施例2と同様に測定し、
その結果を第3図のグラフに曲線Cで示した。
(比較例3) 第1表の試料ムロに示す組成のFe−1%Si合金粉と
電気陰性度が10,5のA−120s粉末との混合物を
600 MPaの圧力で圧縮成形して鉄心を作成した。
得られた鉄心についても上記実施例2と同様に初透磁率
の変化を測定し、その結果を第3図のグラフに曲線りで
示した。
第3図のグラフから明らかな如く、実施例2(曲線A)
および実施例3(曲線B)の鉄心は、比較例2(曲線C
)および比較例3(曲線D)の鉄心に比べて高周波帯域
での初透磁率の低下が少なく、金属磁性粉間の絶縁性が
、表面に均一に付着した無機化合物粉末によシ効果的に
保たれていることを示している。
またカッブリング剤を添加した実施例3(曲線B)の鉄
心の方が、添加していない実施例2(曲線A)の鉄心に
比べて、特性が優れていることが認められた。
なお第1表中、試料&2〜ム5の組成の混合物について
も、夫々鉄心を圧縮成形し、得られた鉄心について同様
に各種の磁気特性を調べたところ実施例2の鉄心とほぼ
同様の優れた特性を有することが確認された。
〔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シ均一に付着さ
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
周波数帯域まで優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図は本発明によるもので無機化合物粉末が金属磁性
粉の表面に均一に付着した状態を示すsm写真、第2図
は無機化合物粉末がほとんど付着していない金属磁性粉
の表面状態を示したSEM写真、第3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。 出願人代理人  弁理士 鈴 江 武 彦第1図 第22図 第3図 同及改(KH7) 特許庁長官  志 賀   学  殿 1、事件の表示 特願昭59−204870号 2、発明の名称 鉄心 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 (307)株式会社 東芝 4、代理人 昭和60年1月29日 6、補正の対象 明細書 ′、補正の内容 明細書中第18頁5行目及び7行目において、1’−8
EM写真」とあるを「sEM(走査型電子顕微鏡)で撮
った粒子構造の写真」と訂正する。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 粒径が10μm以上の鉄粉または鉄合金粉と、電気陰性
    度が12.5以上もしくは8.5未満で粒径5μm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。
JP20487084A 1984-09-29 1984-09-29 鉄心 Pending JPS6182402A (ja)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP20487084A JPS6182402A (ja) 1984-09-29 1984-09-29 鉄心
EP91103347A EP0434669B1 (en) 1984-09-29 1985-09-26 Method of making a coated magnetic powder and a compressed magnetic powder core
DE3587906T DE3587906T2 (de) 1984-09-29 1985-09-26 Verfahren zur Herstellung eines gecoateden magnetischen Pulvers und gepresster magnetischer Pulverkern.
EP85306848A EP0177276B2 (en) 1984-09-29 1985-09-26 Compressed magnetic powder core
DE3587010T DE3587010T3 (de) 1984-09-29 1985-09-26 Gepresster Magnetpulverkern.
US07/097,402 US4919734A (en) 1984-09-29 1987-09-14 Compressed magnetic powder core
US07/260,314 US4927473A (en) 1984-09-29 1988-10-20 Compressed magnetic powder core

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61243101A (ja) * 1985-04-17 1986-10-29 Hitachi Metals Ltd Fe−Ni系合金圧粉磁心
JPH03150810A (ja) * 1989-11-07 1991-06-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd ラインフィルタ
JP2016508673A (ja) * 2013-01-29 2016-03-22 インスティトゥト ニスキク テンペラトゥル イ バダン ストルクトゥラリンクInstytut Niskich Temperatur I Badan Strukturalnych 軟磁性セラミック材の製造方法

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