(57)【要約】【課題】飽和磁束密度が高く、かつ発熱が少ないリアクトル用鉄心としての分割鉄心を提供する。【解決手段】複数の鉄粉圧粉成型体１、２がギャップ４を介して連結されてなる分割鉄心であって、前記ギャップの個数が、前記鉄粉圧粉成型体の比抵抗ρ（μΩｍ）から式：３０／ｌｏｇρで定まる値の整数部以上であることを特徴とする分割鉄心である。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の鉄粉圧粉成型体がギャップを介して連結されてなる分割鉄心であって、前記ギャップの個数が、前記鉄粉圧粉成型体の比抵抗ρ（μΩｍ）から式：３０／ｌｏｇρで定まる値の整数部以上であることを特徴とする分割鉄心。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源装置のノイズを除去するためのリアクトル等に用いる鉄心材料として好適な分割鉄心に関する。
【０００２】
【従来の技術】
リアクトルは、電子機器用スイッチング電源等に用いられ、直流出力に重畳する交流成分（ノイズ）を除去する目的で利用される。リアクトルは、直流が重畳した状態で交流分が印加されるが、飽和磁束密度が小さい材料を鉄心として用いると、交流が重畳した際に時期的に飽和してしまい、ノイズ除去の効果が充分発現しない。したがって、リアクトル用の鉄心材料には、高い飽和磁束密度が要求される。
【０００３】
また、リアクトルには電源装置の主電流が流れるため、鉄心の損失が大きいと多量の熱が発生する。これは、電子機器の効率低下をもたらすと共に、周辺部品の耐熱性を向上させるためのコスト増につながる。したがって、リアクトルに用いる磁性材料には、鉄損ができる限り小さいことが求められる。
リアクトルに用いられる鉄心材料は、目的とする周波数に応じて使い分けられるが、高周波領域（１０ｋＨｚ　程度以上）では周波数特性に優れたフェライトが用いられることが多い。フェライトは損失が小さく優れた磁性材料であるが、飽和磁束密度が金属系材料に比べて小さい。そのため磁束密度が比較的低い電流で飽和してしまい、大きなノイズを十分に除去できないという問題点があった。
【０００４】
磁束密度が飽和する電流値を上げるためには鉄心の体積を大きくすればよいが、この方法はコストの大幅な増加につながる。また、鉄心に数ヵ所ギャップを入れることにより飽和点を下げる方法も一般的に行なわれているものの、この方法でもフェライトの低い磁気飽和を補うには限界があった。
一方、鉄粉圧粉磁芯は、粒子表面に絶縁被覆を施した鉄粉を所定の形状に圧縮成型したものであり、フェライトに比べて格段に高い磁束密度を示すとともに、高周波領域では積層鋼板に比べて渦電流損失が低いという利点もあるため、大電流用リアクトル用の鉄心として実用化が間近となっている（例えば非特許文献１参照）。ただし、鉄粉圧粉磁心はフェライトに比較すると鉄損が大きいため、特に高周波領域でリアクトル用鉄心として使用した場合には発熱が大きいという問題点があった。
【０００５】
【非特許文献１】
「粉体および粉末冶金」第４７号、第７巻、ｐ．７０５（２０００）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上述した鉄粉圧粉磁芯の問題点を解決し、飽和磁束密度が高く、かつ発熱が少ないリアクトル用鉄心としての分割鉄心を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは前記目的を達成すべく鋭意検討した結果、分割鉄心（ギャップ付き鉄心）を複数の鉄粉圧粉成型体で構成し、その分割数（ギャップの個数＝ギャップ数）を、３０／ｌｏｇρ（ただし、ρ：分割鉄心を構成する鉄粉圧粉成型体の比抵抗（μΩｍ））の整数部以上とすることにより、フェライト等に比べて高い飽和磁束密度を維持したまま、従来の鉄粉圧粉磁芯よりも格段に鉄損を低減させうることを見出し、本発明をなした。
【０００８】
すなわち本発明は、複数の鉄粉圧粉成型体がギャップを介して連結されてなる分割鉄心であって、前記ギャップの個数が、前記鉄粉圧粉成型体の比抵抗ρ（μΩｍ）から式：３０／ｌｏｇρで定まる値の整数部以上であることを特徴とする分割鉄心である。ここで、ｌｏｇ　は常用対数である。なお、より好ましいギャップ個数は４０／ｌｏｇρで定まる値の整数部以上である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図２に、本発明の鉄心とそれを用いたリアクトルの製造方法の一例を示した。まず、原料の鉄粉に絶縁皮膜を施して絶縁鉄粉とする。次にこの絶縁鉄粉を所定形状に圧縮成型し成型体とする。次に必要に応じてこの成型体に絶縁材を塗布する。最後にこの成型体を所定の鉄心形状に組み立てると、分割鉄心が出来上がる。この分割鉄心に、所定巻き数の巻線コイルを装着してリアクトル等の磁性部品とする。
【００１０】
原料鉄粉としては、アトマイズ鉄粉や還元鉄粉など、市販の任意のものを用いうる。また、要求される特性に応じて原料鉄粉の粒度を調整することも可能である。一般的には粒度が小さいほど鉄損は低くなるが、コスト的なバランスから平均粒径として３０〜１００　μｍ　程度のものが選ばれる。絶縁被覆としては、従来公知の任意の技術を適用しうる。好ましいものとしては例えばリンを含む絶縁被覆層が粒子表面に形成された鉄粉（特表２０００−５０４７８５　号公報参照）などが挙げられる。また、未公開技術であるが、本発明者らが特願２００２−０３０１４２　号として提案した、シリコーン樹脂と耐熱顔料を組み合わせた絶縁材料を被覆された鉄粉も、本発明の分割鉄心を製造するための絶縁被覆鉄粉として好適である。
【００１１】
圧縮成型法としては、室温一軸加圧法が最も一般的であるが、温間成型法、金型潤滑法、高圧成型法、高速成型法、粉末鍛造法、静水圧成型法など、公知の任意の方法やそれらの組み合わせを適用しうる。
上記圧縮成型により得られた成型体は、所定の鉄心形状に組み立てられ、巻線コイルを装着されてリアクトルとなる。成型体の形状は１種類とは限らず、複数種の形状の成型体を組み合わせて鉄心としてもよい。また、鉄粉粒子表面に施した絶縁被覆の耐熱温度範囲で歪み取り焼鈍を施すこともできる。成型体表面には、コイル線材との絶縁を確保するため、樹脂等の絶縁材料を塗布してもよい。また、コイルの装着は、成型体を組み立てて製造した鉄心にコイル線材を直巻きしてもよいが、予めボビン等に巻いたものを鉄心に填め込んでもよい。
【００１２】
図１（ａ）に、本発明の分割鉄心の一例を、無分割鉄心（図１（ｂ））と比較して示した。成型体１および成型体２は、紙面に垂直方向の一軸加圧法によって鉄粉を圧縮成型したものである。各成型体の加圧方向の厚さを同一に調整すれば、磁路の断面積を一定に保つことができる。これら成型体を、閉磁路を形成する鉄心形状に配列して、コイル３を装着した。ギャップ４には磁気的な絶縁体を挿入することにより、ギャップ間隔と機械的強度を保持できる。図１（ａ）の例ではギャップ数は８であるが、成型体の寸法および個数により、　ギャップ数を任意に調整することができる。
【００１３】
ギャップを挿入した本発明の分割鉄心（図１（ａ））は、無分割鉄心に比べ、　飽和磁束密度を同レベルに保持したままで鉄損を低減でき、さらにギャップ数を増加すると鉄損低減の効果が顕著となる。鉄心のギャップ数を増加すると鉄損が下がる理由は今のところ明らかではないが、例えばＰＣＩＭ，４月号（１９９３）ｐ．２７に報告されているように，ギャップを挿入することによる磁束密度分布の変化が鉄損の低減に作用しているものと推察される。
【００１４】
本発明のポイントは、鉄粉成型体の比抵抗に応じて組み立て鉄心（分割鉄心）の最適ギャップ数を設計できることにある。具体的なギャップ数は、圧粉成型体の比抵抗がρ（μΩｍ）であるときに、３０／ｌｏｇρの整数部以上、より好ましくは４０／ｌｏｇρの整数部以上とする。ギャップ数がこれより小さい場合には、鉄心のギャップ分割による鉄損低減の効果が十分発現しない。なお、ギャップ数の上限は本発明では特に規定されないが、鉄心を小さく分割することによる圧縮成型工程や組立工程の技術的難易性やコストとのバランスによって決定される。
【００１５】
本発明の分割鉄心を例えばリアクトルに用いれば、従来の鉄粉圧粉磁芯に比較して鉄損が格段に低減する。またフェライトに比較すると、格段に磁束密度が高い鉄心を低コストで製造することができる。したがって、本発明の分割鉄心は，高い飽和磁束密度と低鉄損を要求されるリアクトル等には好適である。
以下、実施例によってさらに詳細に本発明について説明するが、本発明は、以下の例の具体的条件に何ら拘束されるものではない。
【００１６】
【実施例】
（実施例１）
川崎製鉄（株）製アトマイズ純鉄粉３０４ＡＳをリン酸エタノール溶液に浸漬した後乾燥して、絶縁被覆を施した。この鉄粉に潤滑剤を鉄粉１００　重量部に対し潤滑剤０．５　重量部添加して圧力９８０ＭＰａで圧縮成型し、図１（ａ）に示した成型体１、２と同様な形状の分割鉄心用成型体を製造した。この成型体の比抵抗ρは７５００μΩｍであった。本発明で与えられる必要分割数（ギャップ数の下限＝３０／ｌｏｇρの整数部、以下同じ）は７である。
【００１７】
これら成型体を組み立てて、図１（ａ）に示したものと類似の構造のギャップ付き鉄心を製造した。なお、この鉄心を構成する各々の成型体の表面には、組み立て前に予め樹脂を塗布して絶縁を施した。また、成型体１の寸法、形状はそのままとし、成型体２の寸法を変化させて、鉄心の外寸および総ギャップ長は同一に保持してギャップ数のみ変化させた鉄心を幾つか作製した。
【００１８】
これら鉄心に巻き線を施して、１０ｋＨｚ　，０．２Ｔにおける鉄損を測定した結果を表１に示した。ギャップ数が本発明範囲内の実施例（Ｎｏ．１−１〜Ｎｏ．１−３）は、ギャップ数が本発明範囲を下回る比較例（Ｎｏ．１−４）と比べて鉄損が半減していることがわかる。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
（実施例２）
実施例１と同じアトマイズ鉄粉３０４ＡＳを目開き７５μｍの篩下に分級した後、シリコーン樹脂、アルミナ、タルクからなる、濃度１０質量％　の処理溶液を流動槽式被覆装置を用いて、固形換算分で鉄粉に対して０．５％相当量コーティングした。なお、処理溶液の固形分構成比は、シリコーン樹脂２０％　、タルク、アルミナをそれぞれ４０％　ずつとし、溶媒にはキシレンを用いた。この鉄粉には潤滑剤を添加せず、実施例１　で用いた金型に潤滑剤を塗布し、その他の条件は実施例１と同一として分割鉄心用成型体を作製した。成型体の比抵抗は６１００μΩｍであった。このとき本発明で与えられる必要分割数は７である。また、これら成型体を５００　℃で歪み取り焼鈍したときの比抵抗は５９０　μΩｍであった。このとき本発明で与えられる必要分割数は１０である。
【００２１】
これらの成型体から、　実施例１と同じ方法で分割鉄心を作製し、実施例１と同条件で鉄損を測定した結果を、歪み取り焼鈍を施さなかった成型体で作製した鉄心については表２に、５００　℃の歪み取り焼鈍を施した成型体で作製した鉄心については表３に示した。ギャップ数が本発明範囲内の実施例（Ｎｏ．２−１〜Ｎｏ．２−３およびＮｏ．３−１〜Ｎｏ．３−３）は、ギャップ数が本発明範囲を下回る比較例（Ｎｏ．２−４およびＮｏ．３−４）と比べて鉄損が半減していることがわかる。また、Ｎｏ．３−３に比較して、ギャップ数を４０／ｌｏｇρの整数部以上としたＮｏ．３−１、３−２　はより低い鉄損を示す。
【００２２】
【表２】
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【００２３】
【表３】
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【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の分割鉄心によれば、フェライト等に比べて高い飽和磁束密度を保持したまま、従来の鉄粉圧粉磁芯よりも格段に鉄損を低減できる。したがって、高い飽和磁束密度と低鉄損を要求されるリアクトル等の用途に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の分割鉄心の一例（ａ）および無分割鉄心（ｂ）を示す模式図である。
【図２】本発明の鉄心とそれを用いたリアクトルの製造方法の一例を示す工程説明図である。
【符号の説明】
１　成型体（鉄粉圧粉成型体）
２　成型体（鉄粉圧粉成型体、成型体１とは別の形状のもの）
３　コイル（巻線コイル）
４　ギャップ
５　無分割鉄心
【図１】
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【図２】
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