JPS6262507A - 鉄心およびその製造方法 - 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、鉄心とその製造方法に関し、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
心とそ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、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ョッパ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、高周波帯域マ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１００００Ａ／ｍにおける磁束密度は高々０
．１２５丁にしかすぎない。

この点、特許第６７０５１８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、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、圧縮工程で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、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
鈍）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
鉄心とそれを製造する方法を提供することを目的とする
。

［発明の概要］ 本発明の鉄心は、金属アセチルアセトナト又はその誘導
体若しくは塩（Ａの群）；金属アセチルアセトナト誘導
体の塩（Ｂの群）：金属アセチルアセトナト若しくはそ
の誘導体と金属アルコキシドの混合物（Ｃの群）；又は
これらの加水分解生成物；の群から選ばれたいずれか１
種から成る絶縁性の付着物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し、その製造方法は。

金属アセチルアセトナト又はその誘導体若しくは塩；金
属アセチルアセトナト誘導体の塩；金属アセチルアセト
ナト若しくはその誘導体と金属アルコキシドの混合物；
の群から選ばれたいずれか１種を、金属磁性粉に接触さ
せて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して成形体とする第２の
工程とから成ることを特徴とする。

本発明の鉄心において、金属磁性粉の表面を被覆する付
着層を形成するために用いる金属アセチで示される有機
金属化合物である。（■）式で、Ｍは金属原子、Ｎは結
合数をそれぞれ表わす。

また、金属アセチルアセトナトの誘導体は、次で示され
る有機金属化合物である。（ＩＩ）式で、Ｍ、Ｎはいず
れも化合物（Ｉ）の場合と同じ意味を有し、Ｒ１、Ｒ２
は同じであっても異なっていてもよく、いかなる基であ
ってもよいが、それぞれ炭素数１〜５のアルキル基、ｙ
＃、素数１〜５のアルコキシ基、フェニル基、ハロゲン
基などを表わす。

金属アセチルアセトナトの塩は、次式：で示される化合
物である。化合物（ＩＩＩ）において、Ｍ、Ｎは上記と
同じ意味を表わし、ＭｏはＮａ、にのようなアルカリ金
属またはＢａ、Ｃａのようなアルカリ土類金属を表わし
、またｉは　１〜Ｎ−１の数を表わす。

また、金属アセチルアセトナト誘導体の塩は、次式： で示される化合物である。化合物（ｆｆ）において、Ｍ
、Ｍ’、Ｎ　、ｉ　、Ｒ’　　、Ｒ２はいずれも上記し
たと同じ意味を有する。

金属アルコキシドは次式： ％式％（） で示される有機化合物である。化合物（Ｖ）において、
Ｍ”は上記したＭ　、　Ｍ’　と同じであっても異なっ
ていてもよく、またＲ３は炭素数１以上のアルキル基を
表わす０通常、炭素数５以下のアルキル基が好適である
。

ここで、金属原子Ｍとしては、周期律表のほとんどの金
属原子若しくは半金属原子であってもよいが、しかし放
射性元素は実用上好ましくないため避けるべきである。

用いるこれら化合物のうち代表的なものを列記すると、
まず、金属アセチルアセトナトとじては、ビス（アセチ
ルアセトナト）亜鉛、ビス（アセチルアセトナト）ニッ
ケル、トリス（アセチルアセトナト）鉄、ビス（アセチ
ルアセトナト）コバルトなどをあげることができ、金属
アセチルアセトナトの誘導体としては、上記金属アセチ
ルアセトナトのメチル基を、フェニル基に置換したもの
、エチル基に置換したもの、メトキシ基に置換したもの
などをあげることができ、金属アセチルアセトナトある
いはその誘導体の塩としては、上記金属アセチルアセト
ナトあるいはその誘導体のナトリウム塩、カリウム塩、
カルシウム塩、バリウム塩などをあげることができる。

また、金属アルコキシドとしては、チタニウムイソプロ
ポキシド、バリウムエトキシド、ナトリウムメトキシド
、ポロンブトキシド、アルミニウムイソプロポキシド、
ジルコニウムベントキシドなどをあげることができる。

本発明において、金属磁性粉の表面に形成される付着層
は、前記したようなＡの群、Ｂの群。

Ｃの群それ自体である場合もあるが、多くの場合は後述
の鉄心の製造過程で生成するこれら各群の分解生成物、
すなわち酸化物、水酸化物あるいは水和物の形に転換し
ている。一般には金属磁性粉に吸着している水分又は後
述の第１工程で添加される水分によって、化合物（Ｉ）
、（ＩＩ）。

（ＩＩＩ）　　、　　（ｒｌｒ）　　、　（Ｖ）等が加
水分解して金属酸化物、金属水酸化物あるいは水和物の
形をした加水分解生成物として金属磁性粉の表面を被覆
するものと推考される。更には、金属磁性粉の表面に付
着せしめられたＡ−Ｃの各群又はその水酸化物あるいは
水和物は、加熱処理を施すことによって酸化物の形態に
転換せしめて付着層たらしめることもできる。

この付着層は充分な電気絶縁性を備えていることが必要
である。少なくとも金属磁性粉の電気抵抗値より大きい
抵抗値を有すべきである。

また、付着層の厚みは１ＯＩＩｊ以下であれば充分であ
る。

つぎに、本発明の鉄心に用いる金属磁性粉としては、例
えば、純鉄の粉末、Ｆｅ−３％Ｓｉで代表されるＦｅ−
９ｉ系合金粉、Ｆｅ−ＡＭ系合金粉、Ｆｅ−９ｉ−ＡＩ
Ｌ系合金粉、Ｆｅ−旧糸合金粉、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、その固有電気低効率が１０１
ＬΩ・Ｃ■から高々数十終Ω・Ｃ■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−以
下であることが望ましい。

同様に１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　１００−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１０−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１
０００ＭＰａ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１０ｐ１以上程度が好ましい。

本発明の鉄心は次に示すような工程を経由せしめること
により製造することができる。まず第１の工程は、金属
磁性粉に上記したＡの群、Ｂの群、Ｃの群のいずれかを
接触せしめて該金属磁性粉表面に付着層を形成する工程
である。

接触の方法としては、上記各群をアルコール。

飽和あるいは不飽和炭化水素のような有機溶剤に溶解せ
しめ得られた溶液に金属磁性粉を浸漬しこれを充分に撹
拌したのち、必要に応じて水分を添加して濾過若しくは
有機溶剤を蒸発せしめて、金属磁性粉の表面に上記各群
又はその加水分解生成物を残置せしめる方法や、上記各
群の溶液またはこれに必要に応じて水分を添加した溶液
を金属磁性粉に吹きつけたのち乾燥する方法などを例示
することができる。なお、前者、後者の方法のいずれに
おいても溶液にアンモニア水などを添加しても何ら不都
合ではない。

第２の工程は、第１の工程で得られた付着層を有する金
属磁性粉を所定形状の金型に充填したのち圧縮成形する
工程である。適用する成形圧は工業的に容易な１０００
ＭＰａ以下程度であればよい。

［発明の実施例］ 実施例１．２ アルミニウムアセチルアセトナトの１０％酢酸エチル−
水溶液にアンモニア水を加えてｐＨを１１とし、これを
５０℃で攪拌した。

平均粒径が５４−（実施例１）　、　　１０５ｕ　（実
施例２）のＦｅ−１％Ｓｉ合金粉に上記攪拌液を噴霧し
、余剰の液を濾過して除去したのち、　２００℃で２時
間・乾燥した。

得られた各合金粉を金型に充填し８００ＭＰａの圧で圧
縮成形して２種類の鉄心を製造した。

実施例３ アルミニウムアセチルアセトナトに代えて、このメチル
基のうちの　１つがメトキシ基で置換された誘導体のナ
トリウム塩を用いたことを除いては実施例１．２と同様
の方法で鉄心を製造した。

実施例４ アルミニウムアセチルアセトナトとストロンチウムエト
キシドをモル比１：１でエタノールに溶解せしめ、得ら
れた溶液を還流したのち、これに希アンモニア水を加え
てｐＨを１１に調整した。

ここに平均粒径６９−のＦｅ−３％Ａ４合金粉を浸漬し
全体を攪拌したのち、濾過した。得られた合金粉を　１
５０℃で３時間乾燥したのち、金型に充填して８００Ｍ
Ｐａの圧で圧縮成形し鉄心を製造した。

比較例１．２ 比較例１として平均粒径５４−のＦｅ−１％Ｓｉ合金粉
を、比較例２として平均粒径８９−のＦｅ−３％Ａｎ合
金粉を、それぞれの金型に充填して８００ＭＰａの圧力
で圧縮成形して鉄心を得た。

以上の６種類の、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０次に、これらの鉄心のうち、実施例１．実施例２．
比較例１の鉄心につき、初透磁率の周波数特性を測定し
た。その結果を図に示す。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２
、曲線Ｃは比較例１の場合を示す０図から明らかな様に
、実施例１の鉄心はＩＭＨｚ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１００ｋＨｚから初
透磁率の大幅な低下がみられた。なお、実施例３．４は
実施例１とほぼ同様な周波数特性を示したのに対し、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、Ａｔ雰囲気中で、５００℃
、２時間の条件で熱処理を施したところ、保磁力が熱処
理前は４ＢＯＡ／１１であったものが熱処理後は２ＢＯ
Ａ７ｍまで低下した。これに伴って鉄損は６５％以下に
低下した。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明の鉄心は、金属
磁性粉の表面に電気絶縁性の付着層が効果的に形成され
ていて、高周波領域に到るまでその透磁率の低下するこ
とがない。

しかもこれら付着層は数−以下の厚みにおいても充分良
好な絶縁層となり得るため、鉄心中の金属磁性粉の充填
率をほとんど低下させることがない、したがって、得ら
れた本発明の鉄心は高い磁束密度を有する。

【図面の簡単な説明】

図は実施例１．実施例２．比較例１の各鉄心の初透磁率
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、金属アセチルアセトナト又はその誘導体若しくは塩
   ；金属アセチルアセトナト誘導体の塩；金属アセチルア
   セトナト若しくはその誘導体と金属アルコキシドの混合
   物；又はこれらの加水分解生成物；の群から選ばれたい
   ずれか１種から成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、金属アセチルアセトナト又はその誘導体若しくは塩
   ；金属アセチルアセトナト誘導体の塩；金属アセチルア
   セトナト若しくはその誘導体と金属アルコキシドの混合
   物；の群から選ばれたいずれか１種を、金属磁性粉に接
   触させて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して成形体とする第
   ２の工程とから成ることを特徴とする鉄心の製造方法。