JPS63244706A - 鉄心の製造方法 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は軟質磁性材料を主成分とする鉄心の製造方法に
関する。

（従来の技術） 交流を直流に変換する装置、直流を交流に変換する装置
、ある周波数の交流を異なる周波数の交流に変換する装
置、及びいわゆる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や、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、及
び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、マ
ツチング用度圧ａ等が使用されている。

上記のようなリアクトルや変圧器には、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。これは、
半導体のスイッチングに伴って、これらのリアクトルや
変圧器に数十Ｈ２〜２００ｋＨｚ程度のスイッチング周
波数を有する電流のほかに、この周波数よりもはるかに
高い数十ｋ）ｌｚから、場合によっては５００ｋ　Ｈ２
以上の周波数を有する電流が流れることがあるためであ
る。

また、鉄心の交流励磁に対する鉄損のうち渦電流損は、
同一磁束密度では周波数の２乗に比例して増加する。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、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、磁性粉間を絶縁することにより、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としては、
例えば特許８８７７９号、あるいは特許１１２２３５号
のように、磁性粉と無機結着剤との混合物を圧縮成形し
た、いわゆるダストコアが知られている。

ところが、これらのダストコア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
　／　ｍでも磁束密度はたかだか０．１２５７にしか過
ぎなかった。

この点、特許６７０５１８号、特公昭４７−２２５１４
号公報、特公昭４７−２２５１５号公報に記載されてい
るような、絶縁材として有機樹脂を用い、磁性粉と樹脂
とを混合した後、圧縮成形して製造される鉄心は、周波
数特性に優れているとともに、高い飽和磁束密度を有す
る。

なお、金属磁性粉を圧縮成形する工程を経て製造される
鉄心では、圧縮によって加えられた歪を＾瀉での熱処理
（焼鈍）によって取除き、保磁力を減少させ、それに伴
ってヒステリシス損を減少させる方法が有効である。た
だし、この方法は、絶縁材として無機化合物を用いた場
合のみ実施することが可能である。

しかしながら、従来のいずれの方法においても、磁性粉
の表面を覆う絶縁材が不均一になりやすく、磁性粉相互
間を充分に電気的に絶縁することができないことが問題
となる。そこで、絶縁を良好にするために、混合する絶
縁材の量を多くすることが考えられるが、このような手
段では結果的に磁性粉の占積率が小さくなり、しかも磁
性粉間の磁気抵抗が大きくなるため、磁束密度が低下す
る等磁気特性の低下を招く。したがって、効率よく、か
つ良好に磁性粉間を絶縁できる手段が要望されていた。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は上記問題点を解決するためになされたものであ
り、透磁率の周波数特性に優れ、しかも磁束密度の高い
鉄心を容易に製造し得る方法を提供することを目的とす
る。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明の鉄心の製造方法は、平均粒径比で５＝１ｊＸ上
差のある、鉄粉又は鉄合金粉と、無機化合物粉又は有機
樹脂粉とを、互いに衝突させることにより、上記鉄粉又
は鉄合金粉の表面に無機化合物又は有機樹脂を付着させ
る工程と、得られた粉体を圧縮成形して鉄心とする工程
とを具備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。

本発明において用いられる金属磁性粉としては、純鉄の
粉、Ｆｅ−３８ｉで代表されるＦｅ−３１合金粉、Ｆｅ
−Ａｌ２合金粉、Ｆｅ−８１−ＡＱ合金粉、）：ｅ−Ｃ
ｏ合金粉等が挙げられる。これらは各々単独で、又は適
宜組合わせて用いられる。

これらの金属磁性粉は、その固有電気抵抗率が１０μΩ
−αから、たかだか数十μΩ−α程度であるため、表皮
効果が生じる高い周波数を含む交流電流によっても十分
な鉄心材料特性を有するためには、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ｋＨ２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３００−以下であることが望ましい。また
、１００ｋ　Ｈ２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１００−
以下であることが望ましい。

ただし、金属磁性粉の平均粒径が１０．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１０００
Ｍ　Ｐ　ａ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。しか
も、以下に述べる無機化合物粉末又は有機樹脂粉末が静
電力により表面に均一に分散せず、電気絶Ｒ性を保持で
きない。このため、金属磁性粉の平均粒径は１０−以上
であることが望ましい。

なお、これらの金属磁性粉は、そのまま用いてもよいし
、大気中で表面に形成される厚さ数＋ｎｌの酸化物を還
元してから用いてもよい。この場合、例えば純鉄粉やＦ
ｅ−Ｎ　ｉ合金粉等については水素中で加熱還元する方
法が好ましい。

本発明において用いられる電気絶縁性の無機化合物粉と
しては、例えば酸化物、窒化物、炭化物等又はこれらの
化合物を挙げることができる。これらの粉末は各々単独
で、又は適宜混合して用いられる。

本発明において用いられる電気絶縁性の有機樹脂粉とし
ては、例えばエポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミ
ド樹脂、ポリカーボネート樹脂、フェノール樹脂、ポリ
エチレン、ポリスチレン等を挙げることができる。これ
らの粉末は各々単独で、又は２種以上を適宜混合して用
いられる。また、熱硬化性樹脂を用いる場合には、半硬
化状態で用いるとよい。

上述した金ｒｓ磁性粉の平均粒径と無機化合物粉又は有
機樹脂粉の平均粒径との比は、５：１以上差のあること
が必要である。これは、金属磁性粉の表面に無機化合物
粉又は有機樹脂粉を付着させる過程で均一な付着状態を
得るため、及び圧縮成形体中で磁性粉間の磁気的ギャッ
プを小さくして透磁率の低下を防止するために必要な条
件である。

これら金属磁性粉と無機化合物粉又は有機樹脂粉とを衝
突させるには、例えば衝撃型粉砕機又はジェット粉砕機
（カウンタージェットミル）を用いる。衝撃型粉砕機は
、内壁に１〜３０枚の回転羽根を有するものであり、回
転数を３００〜１５０００ｐｐｍとすることにより粒子
スピードを数ｍ／　Ｓｅｃ〜２００　ｍ／Ｓｅｃに加速
し、粒子と回転羽根、粉砕機内壁との間、又は粒子どう
しで７００〜１０００回／１ｎの衝突を起させる。また
、ジェット粉砕機はジェットノズルから噴出する気流に
よって作られる吸引力で粒子を数十〜２００　ｍ／５１
３Ｃの速度に加速し、更に剪断作用によって凝集粉体を
分散し、激しい衝突を起させる。これらの粉砕機にかけ
る時間は、数秒から１０分間でよい。このようにして、
通常の状態では凝集している無機化合物粉又は有機樹脂
粉はその凝集が解かれ、個々に金属磁性粉と激しく衝突
して金属磁性粉表面に打込まれる。

この結果、無機化合物粉の場合には金属磁性粉表面に均
一に密着して擬似被膜を形成し、磁性粉を核とするカプ
セルが得られる。また、有機樹脂粉の場合には金属磁性
粉表面に均一に付着し、更に付着した樹脂粉どうしが融
着しあって連続被膜を形成し、磁性粉を核とするカプセ
ルが得られる。

なお、上述したように粒子どうしを衝突させる前工程と
して一般のミキサー等で予備混合してもよい。すなわち
、上述した金属磁性粉や無機化合物粉又は有ｉ樹脂粉の
平均粒径は衝突時に満たしていればよく、前工程時や衝
撃型粉砕機又はジェット粉砕機等への装入時にはより大
きな粒子であってもよい。また、粒子どうしを衝突させ
る際、全体の温度を上昇させてもよい。。

次いで、得られた混合粉を金型に充填し、工業的に容易
な１０００Ｍ　ｐ　ａ以下の圧力で圧縮成形して鉄心を
製造する。なお、有機樹脂粉を用いて成形した鉄心には
、３５０℃以下の温度範囲であれば熱処理を施してもよ
い。こうした熱処理により、有機樹脂成分の重合、架橋
が促進されるので、機械的強度を向上させることができ
る。

（作用） 従来のように、単に金属磁性粉と無機化合物粉又は有機
樹脂粉とを混合した場合には、両者は静電力やファン・
デア・ワールス力など比較的弱い結合力で付着している
だけであるので、圧縮成形時の混合粉間の摩擦力によっ
て、無機化合物粉や有機樹脂粉は磁性体表面から容易に
脱落してしまう。このため、均一で薄いギャップによる
良好な電気絶縁性を得ることができない。これに対して
、本発明方法では、無機化合物粉は均一に磁性粉表面に
埋め込まれるように密着し、また有機樹脂粉は磁性粉表
面に密着して一体化した連続被膜となっているので、圧
縮成形時の脱落も起こりにくい。また、均一で薄い磁気
的ギャップのために透磁率の値も低下しない。このよう
に本発明では、透磁率の周波数特性に優れ、磁束密度の
高い鉄心を容易に得ることができる。

（実施例） 以下、本発明の詳細な説明する。

実施例１ 平均粒径５４譚のＦｅ−１％３ｉ合金粉（磁性粉）１ｋ
ａと、平均粒径０．５＃のＴｉＯ２粉（無機化合物粉）
２０ｑとを自動乳鉢で予備混合した後、回転羽根付の高
速衝撃型粉砕機に入れ、１１０００ｒｐで２分間運転し
た。得られた粉体をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で観察
したところ、個々の合金粉の表面にぎっしりとＴｉＯ２
粉が打ち込まれていた。

この粉体２０Ｑを金型に充填し、６００Ｍ　Ｐ　ａの圧
力で圧縮成形し、環状の鉄心を作製した。

比較例１ 平均粒径５４譚のＦｅ−１％３ｉ合金粉２０Ｑを金型に
充填し、６００Ｍ　Ｐ　ａの圧力で圧縮成形して環状の
鉄心を作製した。

比較例２ 実施例１において用いたのと同一のＦｅ−１％８１合金
粉及びＴｉＯ２粉を自動乳鉢で混合した後の粉体２０Ｑ
を金型に充填し、６００Ｍ　Ｐ　ａの圧力で圧縮成形し
て環状の鉄心を得た。

以上のようにして得られた実施例１及び比較例１．２の
鉄心の成形体密度はほぼ同等で２％以内の差しかなかっ
た。また、磁化力１００００Ａ　／　ｍに対して磁束密
度は１Ｔ以上であった。

次いで、各鉄心にそれぞれ巻線を施して、１０〜２００
ｋＨ２での初透磁率を測定した結果を第１図に示す。第
１図では、１０ｋＨ２のときの初透磁率の値を１として
表示している。第１図から明らかなように、比較例１の
鉄心は高周波帯域での初透磁率の低下が顕著であり、比
較例２の鉄心でも２００ｋ　ＨＺでは初透磁率が２０％
以上低下している。

これに対して、実施例１の鉄心は高周波帯域まで初透磁
率が低下しなかった。

更に、実施例１の鉄心を、Ａｒ雰囲気で、５００℃、２
時間の熱処理を施し、熱処理前後における保磁力と鉄損
の変化を比較した。その結果、熱処理前と比較して、保
磁力は６５％に減少し、５０ＨＺ　１１Ｔにおける鉄損
は７５％に減少した。

実施例２ 磁性粉として篩分けした平均粒径１５８．のＦｅ−３％
ＡＩ２合金粉５ｋｏと、平均粒径１５−のアルミナセメ
ント２５０ｇとを、カウンタージェットミルで５分Ｗ！
Ｉ混合した。得られた粉体の表面をＳＥＭで観察したと
ころ、個々の合金粉の表面にセメント粒子が一面に付着
していた。この粉体２０Ｑを金型に充填し、８ＱＯＭ　
Ｐ　ａの圧力で圧縮成形して鉄心を作製した。

比較例３ 磁性粉として篩分けした平均粒径６９．のｒｉ−ｅ−３
％Ａβ合金粉を用いた以外は、上記実施例２と全く同様
にしてアルミナセメント、とともに、カウンタージェッ
トミルによる混合を行なった。得られた粉体の表面をＳ
ＥＭで観察したところ、合金粉の曲率に対してセメント
粒子が大きく、すきまが多くみられ、密着面積も小さか
った。この粉体２０ＣＩを金型に充填し、８００Ｍ　Ｐ
　ａの圧力で圧縮成形して鉄心を作製した。

実施例２及び比較例３の鉄心にそれぞれ水分を加えてセ
メント硬化を行なった後、巻線を施して磁気特性を測定
した。その結果、いずれも良好な周波数特性を示したが
、比較例３の鉄心の透磁率は１０μＨ／ｍ以下とダスト
コア並みであったのに対し、実施例２の鉄心では約２０
μＨ／ｍであった。

実施例３ 平均粒径５４ＩＩＲのＦｅ−１％３ｉ合金粉（磁性粉）
１ｋＱと、平均粒径０．５譚のポリスチレン粉（有機樹
脂粉）２０Ｑとを自動乳鉢で予備混合した後、回転羽根
付の高速衝撃型粉砕機に入れ、５０００ｒｐｍで６分間
運転した。得られた粉体をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）
で観察したところ、個々の合金粉の表面に膜状に樹脂が
均−付着していた。この粉体２０Ｇを金型に充填し、６
００Ｍ　Ｐ　ａの圧力で圧縮成形し、環状の鉄心を作製
した。

比較例４ 実施例３において用いたのと同一のｌ”ｅ−１％３ｉ合
金粉及びポリスチレン粉を自動乳鉢で混合した後の粉体
２０Ｑを金型に充填し、６００Ｍ　Ｐ　ａの圧力で圧縮
成形して環状の鉄心を得た。

以上のようにして得られた実施例３及び比較例４の鉄心
の成形体密度はほぼ同等で・２％以内の差しかなかった
。また、磁化力１００００Ａ　／　ｍに対して磁束密度
は１Ｔ以上であった。

次いで、各鉄、心にそれぞれ巻線を施して、１０〜２０
０ｋ）−１ｚでの初透磁率を測定した。その結果、比較
例４の鉄心は第１図の比較例２とほぼ同様に２００ｋ　
ＨＺでは初透磁率が２０％以上低下したのに対して、実
施例３の鉄心は第１図の実施例１とほぼ同様に高周波帯
域まで初透磁率が低下しなかった。実施例３の鉄心の直
流での最大透磁率の値は１００μＨ／ｍ以上であった。

実施例４ 磁性粉として平均粒径１５８譚のＦｅ−３％Ａ℃合金粉
５ｋｇと、平均粒径１３−のエポキシ樹脂５０Ｑとを、
カウンタージェットミルで１０分間混合した。

得られた粉体の表面をＳＥＭで観察したところ、合金粉
の表面は多孔質ではあったが、樹脂成分が一面に付着し
ていた。この粉体２０ｑを金型に充填し、８００Ｍ　Ｐ
　ａの圧力で圧縮成形して鉄心を作製した。

比較例５ 磁性粉として篩分けした平均粒径５４．のｌ”ｅ−３％
Ａ２合金粉を用いた以外は、上記実施例４と全く同様に
してエポキシ樹脂とともに、カウンタージェットミルに
よる混合を行なった。得られた粉体の表面をＳＥＭで観
察したところ、合金粉の表面の一部に樹脂の凝集がみら
れた。この粉体２０Ｑを金型に充填し、８００Ｍ　Ｐ　
ａの圧力で圧縮成形して鉄心を作製した。

実施例４及び比較例５の鉄心にそれぞれ大気中で、強度
向上のための２００℃、１時間の熱処理を行なった後、
巻線を施して磁気特性を測定した。

その結果、いずれも良好な周波数特性を示したが、比較
例５の鉄心の透磁率は１０μＨ／ｍ以下とダストコア並
みであったのに対し、実施例４の鉄心では約３０μＨ／
ｍｕ上の値が得られた。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、磁性粉間の絶縁材
となる無機化合物粉又は有機樹脂粉が圧縮成形の際にも
脱落することがなく、無機化合物粉又は有機樹脂粉のｌ
が少なくても仕分な絶縁状態を得ることができ、＾磁束
密度あるいは高透磁率と、優れた周波数特性とをともに
満足する鉄心を製造することができる。また、本発明の
製造工程は全て乾式であるため、粉体の金型への自動フ
ィード、自動成形が容易であり、短ｌｌｆｆ１での量産
性という面においても優れている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１及び比較例１．２で製造され
た鉄心の高周波領域における初透磁率の変化を示す特性
図である。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 周敗便（にＨｚ） 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）平均粒径比で５：１以上差のある、鉄粉又は鉄合
   金粉と、無機化合物粉又は有機樹脂粉とを、互いに衝突
   させることにより、上記鉄粉又は鉄合金粉の表面に無機
   化合物又は有機樹脂を付着させる工程と、得られた粉体
   を圧縮成形して鉄心とする工程とを具備したことを特徴
   とする鉄心の製造方法。
2. （２）鉄粉又は鉄合金粉の平均粒径が１０〜３００μｍ
   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。