(57)【要約】【課題】磁気特性に優れ、騒音発生を効果的に抑止できる低騒音リアクトル、リアクトル用圧粉磁心およびその製造方法を提供する。【解決手段】軟磁性粉末に、結着性絶縁樹脂を混合した後、所定の形状に成形し、熱処理して作製する。圧粉磁心の圧環強度を２７ＭＰａ以上とする。軟磁性粉末は、ＦｅＳｉＡｌ合金を使用することが好ましい。結着性絶縁樹脂は、メチルフェニル系シリコーン樹脂を使用することが好ましい。軟磁性粉末に、結着性絶縁樹脂を混合するに当たり、シランカップリング剤を添加することができる。熱処理は、大気中で６００℃以上の温度で行うことが好ましい。軟磁性粉末の粉末硬度は１００ＭＰａ以上が好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟磁性粉末に結着性絶縁樹脂を混合した後、その混合物を所定の形状に成形し、その成形体を熱処理してなる圧粉磁心において、
その圧環強度を２７ＭＰａ以上としたことを特徴とする圧粉磁心。
【請求項２】
前記軟磁性粉末の粉末硬度が１００ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１に記載の圧粉磁心。
【請求項３】
前記軟磁性粉末が、ＦｅＳｉＡｌ合金であることを特徴とする請求項１または請求項２にに記載の圧粉磁心。
【請求項４】
前記結着性絶縁樹脂が、メチルフェニル系シリコーン樹脂であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の圧粉磁心。
【請求項５】
前記軟磁性粉末に、結着性絶縁樹脂を混合するに当たり、シランカップリング剤を添加したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の圧粉磁心。
【請求項６】
軟磁性粉末に、結着性絶縁樹脂を混合した後、１３００〜１７００ＭＰａの圧力により所定の形状に成形し、得られた成形体を大気中で６００℃以上の温度で熱処理して、熱処理後の圧環強度を２７ＭＰａ以上としたことを特徴とする圧粉磁心の製造方法。
【請求項７】
前記軟磁性粉末の粉末硬度が１００ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項６に記載の圧粉磁心の製造方法。
【請求項８】
前記請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の圧粉磁心に対して、コイルを巻回して構成したことを特徴とする低騒音リアクトル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低騒音リアクトルと、その低騒音リアクトルに適した圧粉磁心およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＯＡ機器、太陽光発電システム、自動車、無停電電源などの制御用電源にはチョークコイルが用いられており、そのコアとして、フェライト磁心や圧粉磁心が使用されている。これらの中で、フェライト磁心は飽和磁束密度が小さいと言う欠点を有している。これに対して、金属粉末を成形して作製される圧粉磁心は、軟磁性フェライトに比べて高い飽和磁束密度を持つため、直流重畳特性に優れている。
【０００３】
圧粉磁心には、エネルギー交換効率の向上や低発熱などの要求から、小さな印加磁場で大きな磁束密度を得ることが出来る磁気特性と、磁束密度変化におけるエネルギー損失が小さいという磁気特性が求められる。
【０００４】
圧粉磁心を交流磁場で使用した場合、鉄損（Ｐｃ）と呼ばれるエネルギー損失が生じる。この鉄損は、ヒステリシス損失（Ｐｈ）、渦電流損失（Ｐｅ）の和で表され、主に問題となるのは、ヒステリシス損失と渦電流損失である。
【０００５】
ヒステリシス損失は動作周波数に比例し、渦電流損失は動作周波数の２乗に比例する。そのため、ヒステリシス損失は低周波側領域で支配的になり、渦電流損失は高周波領域で支配的になる。圧粉磁心は、この鉄損の発生を小さくする磁気特性が求められている。
【０００６】
Ｐｃ＝Ｐｈ＋Ｐｅ  、Ｐｈ＝Ｋｈ×ｆ、Ｐｅ＝Ｋｅ×ｆ２…式１
Ｋｈ：ヒステリシス損係数、Ｋｅ：渦電流損係数、ｆ：周波数
【０００７】
圧粉磁心のヒステリシス損失を低減するためには、磁壁の移動を容易にすればよく、そのためには軟磁性粉末粒子の保磁力を低下させればよい。この保持力を低減することで、初透磁率の向上とヒステリシス損失の低減が図れる。
【０００８】
一方、渦電流損失は式２で示されるように、コアの比抵抗に反比例する。
Ｋｅ＝ｋ１（Ｂｍ２・ｔ２）／ρ…式２
ｋ１：係数、Ｂｍ：磁束密度、ｔ：粒子径（板材の場合厚さ）、ρ：比抵抗
【０００９】
高密度成形された圧粉磁心は、高い磁束密度を有し優れた磁気特性を発揮する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平６−１７６９１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
太陽光発電システム等は、室内にユニットを配置するケースが多く騒音等の問題があり、これらに用いられるリアクトルの圧粉磁心の材料としては、磁歪が小さいＦｅ−６．５Ｓｉ合金粉末、ＦｅＳｉＡｌ合金（センダスト）等が適している。しかし、これらの材質を用いても圧粉磁心の強度が不十分だと騒音が大きくなる問題が発生する。すなわち、粉末磁心の磁歪を小さくしても、駆動中の励磁磁界によって粉末が振動することにより、騒音が発生する。粉末振動を低減するために絶縁層と粉末の密着強度を向上させる必要がある。
【００１２】
この種の低騒音化技術としては、特許文献１において、センダスト粉末磁心の平均硬度をＨｖ３５０以上あるいは圧縮破壊荷重を６．０ｔｏｎ／ｃｍ２以上（６００ＭＰａ以上）に高くするものが紹介されている。この従来技術では、磁心の硬度を高くする手段として、センダスト粉末に混合する水ガラスの添加量を１ｗｔ％〜３ｗｔ％としている。
【００１３】
しかし、特許文献１の技術は、クラックの発生による騒音を防止するものであって、クラックの発生がない状態での騒音を防止するものではない。すなわち、チョークコイルなどのリアクトルにおける騒音は、クラック発生時にのみ発生するものではなく、クラックがない場合でも、磁心を構成する粉末が励磁磁界によって振動することでも発生する。そのような磁心粉末による振動は、磁心粉末に水ガラスを添加するという特許文献１の方法では防止することができない。特に、特許文献１にも記載のように、硬度を高くするために水ガラスの添加量を多くすると、得られたリアクトルの磁気特性が低下する問題もある。
【００１４】
また、チョークコイルなどのリアクトルは、磁心がリング状に成形されていることから、単に成形体の硬度を平均硬度がＨｖ３５０以上あるいは圧縮破壊荷重が６．０ｔｏｎ／ｃｍ２以上としただけでは騒音の抑止が十分ではない。
【００１５】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものである。本発明の目的は、磁気特性に優れ、騒音発生を効果的に抑止できる低騒音リアクトル、リアクトル用圧粉磁心およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の目的を達成するため、本発明の圧粉磁心は、下記の構成を採用したことを特徴とする。
（１）軟磁性粉末に結着性絶縁樹脂を混合した後、その混合物を所定の形状に成形し、その成形体を熱処理して圧粉磁心を作製する。
（２）圧粉磁心の圧環強度を２７ＭＰａ以上とする。
（３）軟磁性粉末として、ＦｅＳｉＡｌ合金を使用することが好ましい。
（４）結着性絶縁樹脂として、メチルフェニル系シリコーン樹脂を使用することが好ましい。
（５）軟磁性粉末に、結着性絶縁樹脂を混合するに当たり、シランカップリング剤を添加することもできる。
（６）熱処理は、大気中で６００℃以上の温度で行うことが好ましい。
（７）軟磁性粉末の粉末硬度は１００ＭＰａ以上が好ましい。
【００１７】
本発明の圧粉磁心の製造方法は、軟磁性粉末に、結着性絶縁樹脂を混合した後、１３００〜１７００ＭＰａの圧力により所定の形状に成形し、得られた成形体を大気中で６００℃以上の温度で熱処理して、熱処理後の圧環強度を２７ＭＰａ以上としたことを特徴とする。
【００１８】
本発明の低騒音リアクトルは、前記のような構成を有する圧粉磁心に対して、コイルを巻回して構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、圧環強度が２７ＭＰａ以上の磁心を使用することにより、磁心粉末の振動を抑制した低騒音リアクトルを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】圧粉磁心の圧環強度と騒音の関係を示すグラフ。
【図２】圧粉磁心の圧環強度と搬送周波数周辺の騒音値の関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（１）軟磁性粉末
軟磁性粉末としては、純鉄粉、センダスト（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金）粉、Ｆｅ−Ｓｉ合金粉などが使用できる。
【００２２】
他に、軟磁性粉末としては、ＦｅＢＰＮ（ＮはＣｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄから選ばれる１種以上の元素）が使用できる。軟磁性粉末は、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法、水・ガスアトマイズ法により製造されるものを使用できるが、特に、水アトマイズ法によるものが好ましい。理由は、水アトマイズ法はアトマイズ時に急冷するため、結晶化しにくいからである。
【００２３】
軟磁性粉末の平均粒径は３０μｍ〜１００μｍが好ましい。軟磁性粉末の粉末硬度（１０％変位するのに必要な圧力）は１００ＭＰａ以上であることが好ましい。例えば、非晶質合金の粉末硬度は７００ＭＰａ、Ｆｅ−６．５Ｓｉ合金の粉末硬度は３９０ＭＰａ、ＦｅＳｉＡｌ合金の粉末硬度は１００ＭＰａであるから、これらの合金が本発明に適している。但し、粉末硬度が３０ＭＰａ程度の純鉄粉に対して、本発明を適用することも可能である。
【００２４】
（２）結着性絶縁樹脂
結着性絶縁樹脂は、軟磁性粉末に添加する。結着性絶縁樹脂としては、常温で軟磁性粉末を加圧した場合に、ある程度緻密化された状態の成形体が得られ、しかも、その成形体に過大な力が加わらない限り、所定の形状を維持することのできる程度の粘性のある樹脂を用いる。
【００２５】
例として、シリコーン系樹脂、ワックスなどが挙げられる。シリコーン系の樹脂としては、メチルフェニル系シリコーン樹脂が好ましい。メチルフェニル系シリコーン樹脂の添加量は、軟磁性粉末に対して０．７５ｗｔ％〜２．０ｗｔ％が適量である。これよりも少なければ成形体の強度が不足して、割れが発生する。これより多いと、密度低下による最大磁束密度の低下、ヒステリシス損失の増加による磁気特性が低下する問題が発生する。
【００２６】
その他の結着性絶縁樹脂として、アクリル酸共重合樹脂（ＥＡＡ）エマルジョンを使用することができる。混合するアクリル酸共重合樹脂（ＥＡＡ）エマルジョンの添加量は合金粉末に対して０．５ｗｔ％〜２．０ｗｔ％であり、その場合の乾燥温度と乾燥時間は、８０℃〜１５０℃で２時間である。アクリル酸共重合樹脂（ＥＡＡ）エマルジョンの代りに、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）水溶液（１２％水溶液）を使用しても良い。ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）水溶液（１２％水溶液）の添加量は、軟磁性粉末に対して０．５〜３．０ｗｔ％が適量である。
【００２７】
また、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）の水溶液（１２％水溶液）を用いても良く、キシレン、ブタノール等の溶剤に溶かして使用しても良い。その場合の軟磁性粉末に対する添加量は、ＰＶＡと同様である。
【００２８】
（３）潤滑性樹脂
潤滑性樹脂として、ステアリン酸及びその金属塩ならびにエチレンビスステアラマイドなどのワックスが使用できる。これらを混合することにより、粉末同士の滑りを良くすることができるので、混合時の密度を向上させ成形密度を高くすることができる。さらに、成形時の上パンチの抜き圧低減、金型と粉末の接触によるコア壁面の縦筋の発生を防止することが可能である。潤滑性樹脂の添加量は、軟磁性粉末に対して、０．１ｗｔ％〜１．０ｗｔ％程度が好ましく、一般的には、０．５ｗｔ％程度である。
【００２９】
（４）製造方法
本実施形態のコアの製造方法は、次のような各工程を有する。
（ａ）軟磁性粉末に結着性絶縁樹脂を添加して混合する工程。
（ｂ）得られた混合物を、加圧して成形体を作製する工程。
（ｃ）得られた成形体を加熱する熱処理工程。
【００３０】
以下、各工程について、詳細に説明する。
（ａ）結着性絶縁樹脂の混合工程
混合工程では、例えば、平均粒径が３０μｍ〜１００μｍの軟磁性粉末に対して、その０．７５ｗｔ％〜２．０ｗｔ％の結着性絶縁樹脂と、０．１ｗｔ％〜１．０ｗｔ％の潤滑性樹脂を添加して、混合する。
【００３１】
結着性絶縁樹脂の混合工程において、シランカップリング剤を加えることもできる。シランカップリング剤を使用した場合は、結着性絶縁樹脂の分量を少なくすることができる。相性の良いシランカップリング剤の種類としては、アミノ系のシランカップリング剤を使用することができ、特に、γ-アミノプロピルトリエトキシシランが良い。結着性絶縁樹脂に対するシランカップリング剤の添加量は、０．２５ｗｔ％〜１．０ｗｔ％が好ましい。結着性絶縁樹脂にこの範囲のシランカップリング剤を添加することで、成形された圧粉磁心の密度の標準偏差、磁気特性、強度特性を向上させることができる。
【００３２】
（ｂ）成形工程
成形工程では、結着性絶縁樹脂を添加した混合物を金型内に充填して、加圧成形する。その場合、金型温度は常温が好ましいが、８０℃までの範囲であっても構わない。すなわち、ここでの常温とは、５℃〜３５℃までの範囲をいうが、５℃〜８０℃の範囲であっても構わない。成形圧力は、例えば、１３００ＭＰａ〜１７００ＭＰａである。
【００３３】
（ｃ）熱処理工程
成形体に対する熱処理は、非晶質軟磁性粉末の場合６００℃以上が好ましく、加熱時間は２〜４時間程度である。このような温度と加熱時間を保持する理由は、軟磁性粉末の結晶化温度以下の状態で、しかも、圧粉磁心を環状に成形した場合に必要とする圧環強度を確保するためである。一方、熱処理温度を上げ過ぎると、絶縁破壊を起こし、渦電流損失が増加する。そのため、６００℃〜７５０℃の温度を保持することは、鉄損の増加を抑制するために効果的である。また、センダスト合金やＦｅ−Ｓｉ合金の場合には、６００℃〜７５０℃の温度で熱処理することが好ましい。
【００３４】
前記のような成型圧力、熱処理条件の組み合わせにより、熱処理後の圧粉磁心の圧環強度を２７ＭＰａ以上とすることが可能である。
【実施例】
【００３５】
硬度１００ＭＰａのＦｅＳｉＡｌ合金粉末（平均粒子径４０μｍ）の粉末に対して、潤滑剤０．３ｗｔ％を混合し、次にシランカップリング剤１．０ｗｔ％、メチルフェニル系シリコーン樹脂を２．０ｗｔ％混合し、１５０℃で２時間の加熱乾燥を行い、さらに潤滑剤０．３ｗｔ％を混合した。
【００３６】
これを室温にて１５００ＭＰａの圧力で加圧成型し、外形４０．０ｍｍ、内径２４．５ｍｍ、高さ２０．５ｍｍのリング状の成型体を作製し、下記表の条件で２時間の熱処理を行い、圧粉磁心を作製した。
【００３７】
これらのサンプルに対して、φ１．４ｍｍの銅線を１０２ターンの巻線を施してチョークコイルとして使用するリアクトルを作製し、以下の条件によって、圧粉磁心の圧環強度とリアクトルから発生する騒音について測定した。
【００３８】
（１）圧環強度測定
単位ＭＰａ、ＪＩＳ  ２５０７  に基づき測定
【００３９】
（２）騒音評価装置とソフトウェア
(1) 測定装置  SOUND LEBEL METER  NL-31 …リオン株式会社製
(2) 測定環境  無響箱（暗騒音は２５ｄＢ）  KM-1…株式会社アコー製
(3) パワーアンプ（音源）  HIGH SPEED POWER AMPLIFIER/BIPOLAR POWER SUPPLY  4025…NF ELECTRONIC INSTRUMENTS社製
(4) 発振器  80MHz Function/Arbitrary Waveform Generator  33250A…アジレント・テクノロジー株式会社製
(5) 分析処理ソフト  SA-01 CATSYSSA Ver3.5…リオン株式会社製
【００４０】
（３）測定方法
(1) 正弦波  周波数ｆ；１０ｋＨｚ，電圧Ｖｐ−ｐ：３．８Ｖ
(2) マイク距離：測定サンプルから２０ｍｍ
(3) 測定サンプルを無響箱内に設置し、騒音測定用のマイクの距離はサンプルから２０ｍｍとした。
(4) 測定は、サンプルの底面、平面、側面、正面の４箇所について行い、その平均値を採用した。測定結果は、表１のとおりである。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
この表１から分かるように、同じＦｅＳｉＡｌ合金粉末、潤滑剤、シランカップリング剤、メチルフェニル系シリコーン樹脂を使用した場合でも、熱処理条件を代えることで得られる圧粉磁心の圧環強度と、騒音が異なる。そして、大気雰囲気中で６００℃以上の温度で熱処理した場合に、圧粉磁心の圧環強度が高くなり、それに伴い作製されたリアクトルの騒音が低くなる。
【００４３】
この点は、圧粉磁心の圧環強度と騒音の関係を示す図１のグラフと、圧粉磁心の圧環強度と搬送周波数周辺の騒音値の関係を示す図２のグラフからも明らかである。すなわち、図１から分かるように、コア強度が２７ＭＰａ以上の場合に、騒音はリアクトルの使用時において不快と感じられない４２ｄＢ以下となり、本実施例では、騒音の抑止効果が発揮されていることが確認できる。
【００４４】
また、図２から分かるように、本実施例によれば、コア強度が高いと、搬送周波数のピーク値が小さくなり、搬送周波数周辺の騒音値も下がる。なお、図２では、９．０ｋ〜１１ｋＨｚ間の騒音を測定しているが、使用される周波数を変えればその周波数のピーク値が下がる効果がある。特に、可聴周波数帯である低周波周辺におけるピーク値の低減は、人間に聞こえる騒音の低下に繋がるので効果的である。
【００４５】
［他の実施形態］
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図１】
2015015364.tif 000004
【図２】
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