JPS636809A - 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から成る鉄心に関する。

（従来の技術） 従来、交流を直流に交換する装置、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
する装置及び所コ胃チョッパ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、高い周波数成分をもつ電流
が流れる。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Ｉ２２３５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、その磁束密度が低い。

例えば磁化力１００００Ａ／ａ＋ｌこおける磁束密度は
高々０．１２５Ｔ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、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−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。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は従来の圧縮成形工程で発生した歪をとりのぞい
て、圧縮成形工程で生ずる鉄損の増加を低減しようとす
るものである。

［発明の構成コ （問題を解決するための手段と作用） 本発明は金属磁性粉を圧縮成形した鉄心の歪をとり除い
て鉄損を減少させる鉄心の製造方法を提供するものであ
る。

すなわち、本発明は、金属アルコキシド、もしくはその
分解生成物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を４００℃以上８５０℃以下の温度
範囲で焼鈍することを特徴とする鉄心の製造方法である
。

以下、さらに詳しく説明する。

金属アルコキシドは、−数式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、本発明で用いる金
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、Ｓｉ（ＯＣＨ３）　４゜Ｔｉ（ＯＣ２Ｈ５）
４．Ｉｎ（ＯＣ３Ｈ７）３゜ＡＩ　（ＯＣ４Ｈ９）　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、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。−数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（ＭＯ）、金属水酸化物（Ｍ　
（ＯＨ）　　）Ｘ　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　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、付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第１
表に示すものが挙げられる。

第１表 しかしながら付着層を形成する物質は、十分な絶縁体で
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。

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。

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１０００ＭＰａ以下の圧力で圧縮成形
し、その後焼鈍を行って鉄心とする。

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％Ｓ１で代表されるＦｅ−８ｔ系合金粉、Ｆ
ｅ−＾１系合金粉、ｒｅ−３ｔ−ＡＩ系合金粉、Ｐｅ−
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１０μ
Ω・印から高々数十μΩ・１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３００μｍ
以下であることが望ましい。

同様に、周波数帯域が１ｏｏｋ）Ｉｚを越える場合の鉄
心に関しては、磁性粉の平均粒径を１００μｍ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１０μ−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１０μｍ以上程度が好ましい。

本発明の製造方法における焼鈍は、４００℃以上６５０
℃以下の温度範囲で行うことを特徴とする。

その理由は、温度が４００℃未満では磁気特性上、損失
、保磁力の低減が十分得られず、他方、８５０℃を越え
て７００℃になると金属磁性粉間の絶縁が低下し、商用
周波よりはるかに高い周波数帯域におれる鉄損が急激に
増加するからである。

なおこの焼鈍温度範囲でも、４５０℃から８００℃まで
の範囲がより望ましく、また、焼鈍時間は、１０分以上
とることが望ましい。

なお、これらの焼鈍は、非酸化性雰囲気、たとえば真空
、不活性ガス、水素、チッ素、アンモニア分解ガス、或
い、はこれらの混合ガス中で行うことが望ましい。

以下実施例を示す。

（実施例） 実施例１〜４．比較例１〜４ 平均粒径が５４μｍの、Ｆｅ−１，５％Ｓｉ　　合金粉
末を、Ｚｒ　（ＱＣ４）１９）　４の１５％酢酸ブチル
溶液に浸漬、攪拌したのち、ろ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、次いで様々の温度で２時間の焼鈍を行って
鉄心としその磁気特性を測定評価した。その結果を第２
表に示す。

比較例１，２と比べ本発明の温度範囲による焼鈍では明
らかに保磁力と鉄損が減少する。他方、比較例３．４の
如く本発明より高い温度範囲の焼鈍では保磁力は小さく
なるものの鉄損が著しく増加し、粒子間絶縁が劣化する
ことが判る。

なお、これらの鉄心はいずれも磁化力１００００Ａ／＋
Ｉｌにおいて０．８Ｔ以上の磁末密度を有していた。ま
た、これら実施例の鉄心の実効透磁率は５０Ｈｚから５
００ｋＨｚの範囲で１０％未満の低下であった。

（以下余白） 実施例５，６．比較例５．６ 平均粒径６９μｍのＦｅ−３％、４１合金粉末を攪拌し
ながら、ＴＩ（ＯＣ３Ｈ７）４の蒸気にさらした。この
とき、Ｔｌ（ＯＣ３Ｈ７）４の蒸気温度は２０００ｐｐ
ｍ　。

温度２００℃に保った。このようにして得られた磁性粉
を金型で８００ＭＰａで圧縮成形した後、種々の温度で
１時間の焼鈍を行った。その結果を第３表に示す。

３Ｍ このように、本発明による方法では、明確に鉄損が減少
していることが判る。

なお、これらの鉄心はいずれも磁化力１００００Ａ／＋
１１において０．８Ｔ以上の磁末密度を有している。

実施例７〜１２．比較例７，８ 平均粒径が５３μ０の、Ｆｅ−１，０％Ｓｔ合金粉末を
、Ｔａ（ＯＣ３Ｈ７）５の１５％酢酸ブチル溶液に浸漬
、攪拌したのち、ろ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
次いで様々の温度で２時間の焼鈍を行って鉄心とした。

そして、実施例１と同様の条件で磁気特性を測定し、こ
れを未焼鈍の場合（３５０℃の焼鈍と同等であった。）
に対する比にして第１図の特性図に示した。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、高い周波数領域まですぐ
れた透磁率特性を有し、かつ鉄損の小さな鉄心を製造す
ることが可能である。

したがって、本発明の方法で製造した鉄心を用いること
で、リアクトル、変圧器等の鉄損を減少でき、発熱を小
さくすることができる。このことは効率向上をもたらす
と同時に、温度が下るため冷却も容易になる。また、従
来発熱の問題で大寸法とならざるを得ないものを小形化
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例及び比較例の焼鈍温度に対する磁気特
性を示した特性図である。

Claims (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生成物から成る絶縁
   性の付着層を表面に有する金属磁性粉の圧縮成形体を、
   ４００℃以上６５０℃以下の温度範囲で焼鈍することを
   特徴とする鉄心の製造方法。