JP2004296606A

JP2004296606A - 保磁力の低い磁心とその製造方法およびその磁心用鉄粉

Info

Publication number: JP2004296606A
Application number: JP2003084591A
Authority: JP
Inventors: Masashi Fujinaga; 政志藤長; Naomichi Nakamura; 尚道中村
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】保磁力の低い安価な磁心とその製造方法およびその磁心用鉄粉を提供する。
【解決手段】磁心を形成する鉄粉の全量に対して９０体積％以上が７５μｍ以下の粒径を有し、かつ磁心の密度が６ｇ／ｃｍ^３以下とする。
【選択図】無

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、保磁力の低い磁心とその製造方法およびその磁心の素材となる鉄粉に関し、特に高周波電流の電源装置（いわゆるスイッチング電源装置）に備えられるトランスやチョークコイル等に用いられる磁心とその製造方法およびその磁心用鉄粉に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄粉を所定の形状に加圧成形して使用する圧粉磁心は、比抵抗が高いという特性を有している。したがって鉄粉を用いた圧粉磁心をトランス等の磁心（あるいは鉄心ともいう）として使用すると、鉄損（すなわち磁心における渦電流損失とヒステリシス損失，残留損失の合計値）が低減される。つまり比抵抗が高いことによって、渦電流損失が低く抑えられ、その結果、鉄損が低減されるのである。
【０００３】
上記した通り圧粉磁心は、比抵抗が高いために鉄損を低減できるという特性を有するので、電流を流すことによる発熱を抑制するという効果がある。そのため、圧粉磁心はパソコン等の高周波電源装置に備えられるチョークコイル等に使用されている。
ところが近年、パソコンの小型化，軽量化のニーズが著しく高まり、電源装置の小型化の必要性が増大している。そこでパソコンの電源装置に備えられるトランスやチョークコイルの小型化を達成するために、より高い周波数の高周波電流を使用する試みがなされている。つまり高周波電流を使用することによって、所定の誘導起電力を得るための磁束が小さくてすむので、消費電力が同一であっても電源装置の小型化を達成できる。
【０００４】
また、鉄粉を用いた圧粉磁心は、飽和磁束密度が高く、電源装置をより小型化することができる。また、その素材が鉄粉であるから、一般の金属材料と同様に温度が上昇することによって電気抵抗も増大するので、昇温により渦電流損失が低下して、発熱が抑制される利点がある。しかしながら鉄粉を用いた圧粉磁心は、十分に保磁力を低くすることができないので、ヒステリシス損失が問題となり、圧粉磁心を用い、かつ高周波電流を使用して電源装置を小型化する技術には限界があり、パソコンの小型化，軽量化のニーズに十分に対応できない。
【０００５】
そこで鉄系の酸化物磁性材料であるフェライトを素材として製造した磁心を用いて、電源装置の小型化がなされている。しかしフェライトは、高温域では電気抵抗が減少するので、昇温により渦電流損失が一層増加して、さらに激しく昇温する、いわゆる熱暴走を起こす欠点があり、小型化の制約となっている。またフェライトを用いて磁心を製造する工程では、原料コストが高い上に、フェライトの粉末を所定の形状に加圧成形した後、さらに焼結を行なうので、製造コストは圧粉磁心に比べて高くなる。
【０００６】
つまり電源装置のさらなる小型化を低コストで達成するためには、フェライトに比べて安価な鉄粉を所定の形状に加圧成形した磁心（すなわち圧粉磁心）を用いることが有効である。ところが圧粉磁心の小型化は上記したように限界に達しており、さらなる小型化を達成するためには圧粉磁心の保磁力を低下させ、ヒステリシス損失を低減する必要がある。
【０００７】
そこで圧粉磁心の保磁力を低下させるために、種々の技術が提案されている。たとえば特開平４−２９３７０２号公報には、保磁力の小さい軟磁性粉末の製造法が開示されている。この技術は鉄粉を窒素と反応（すなわち窒化処理）させて、鉄粉の保磁力を低下させるものである。しかしながら、この技術では鉄粉に窒化処理を施すので、鉄粉の製造コストが上昇し、圧粉磁心の製造コストも上昇する。
【０００８】
【特許文献１】
特開平４−２９３７０２号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような問題を解消し、保磁力の低い安価な磁心とその製造方法およびその磁心用鉄粉を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、保磁力の低い安価な圧粉磁心を得る技術について鋭意検討を行なった。その結果、圧粉磁心の素材となる鉄粉の粒径を規定し、かつ加圧成形した後の密度を規定することによって、従来から知られている鉄粉を用いて保磁力の低い安価な圧粉磁心を製造できることを見出した。
【００１１】
本発明は、鉄粉を所定の形状に加圧成形した磁心であって、磁心を形成する鉄粉の全量に対して９０体積％以上が７５μｍ以下の粒径を有し、かつ磁心の密度が６ｇ／ｃｍ^３以下である磁心である。
また本発明は、鉄粉を型枠内に充填して加圧し、所定の形状の磁心を製造する磁心の製造方法おいて、全量に対して９０体積％以上が７５μｍ以下の粒径を有する鉄粉を型枠内に充填して加圧し、磁心の密度を６ｇ／ｃｍ^３以下とする磁心の製造方法である。
【００１２】
また本発明は、磁心の加圧成形に用いる磁心用鉄粉であって、全量に対して９０体積％以上が７５μｍ以下の粒径を有する磁心用鉄粉である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明では圧粉磁心の素材である鉄粉は、全量に対して９０体積％以上が７５μｍ以下の粒径を有する鉄粉を用いる。このように粒径の小さい粒子が多量に含まれる鉄粉を、所定の形状の型枠内に充填して加圧し、圧粉磁心を製造する。その際、得られる圧粉磁心の密度は６ｇ／ｃｍ^３以下とする。このようにして圧粉磁心を形成する鉄粉を小粒化し、かつ圧粉磁心の密度を低減することによって、保磁力の低い圧粉磁心（保磁力１２０Ａ／ｍ以下）が得られる。しかも素材として鉄粉を使用し、その鉄粉を加圧成形するのみ（すなわち焼結を行なわない）で製造できるので、安価な圧粉磁心が得られる。
【００１４】
圧粉磁心の素材となる鉄粉は、大径の粒子が多量に含まれると、低い保磁力が得られない。したがって鉄粉は、全量に対して９０体積％以上が７５μｍ以下の粒径を有するものを使用する必要がある。なお、全量に対して９０体積％以上が５０μｍ以下の粒径を有する鉄粉を使用するのが一層好ましい。
また圧粉磁心の密度が６ｇ／ｃｍ^３を超えると、成形歪みが大きくなるので保磁力を低下させることが困難となる。したがって圧粉磁心の密度は６ｇ／ｃｍ^３以下とする必要がある。ただし密度が５ｇ／ｃｍ^３未満では、飽和磁束密度が低下するとともに、圧粉磁心が脆くなり容易に破損する。したがって圧粉磁心の密度は、５〜６ｇ／ｃｍ^３の範囲内が好ましい。
【００１５】
なお本発明で使用する鉄粉の製造方法は、特定の技術に限定せず、従来から知られている方法で製造した鉄粉が使用できる。また本発明は、表面に絶縁被覆を有する鉄粉も支障なく適用できる。つまり、本発明では鉄粉を加圧成形した後、焼結を行なわないので、絶縁被膜が焼失することなく残存する。したがって鉄粉と絶縁被膜の特性の劣化は生じない。
【００１６】
【実施例】
表１に示す３種類の粒径を有する還元鉄粉を用いて、円筒形状（外径２０．２ｍｍ，内径１２．６ｍｍ，高さ９．５ｍｍ）の圧粉磁心を製造した。圧粉磁心の密度は、それぞれ表１に示す値になるように、加圧成形の圧力を調整した。
こうして得られた各圧粉磁心の保磁力（Ａ／ｍ）を測定した。その結果を表１に併せて示す。
【００１７】
なお表１の発明例１，２は、還元鉄粉の粒径が本発明の範囲を満足する例であり、比較例は、還元鉄粉の粒径が本発明の範囲を外れる例である。
【００１８】
【表１】

【００１９】
表１から明らかなように、発明例１，２では、圧粉磁心の密度が５〜６ｇ／ｃｍ^３の範囲内で保磁力が１２０Ａ／ｍ以下（すなわち６０〜１１０Ａ／ｍ）であった。特に発明例２は、圧粉磁心の密度が６．５ｇ／ｃｍ^３であっても保磁力は１２０Ａ／ｍ以下（すなわち１００Ａ／ｍ）を達成した。
一方、比較例では、保磁力は１４０〜２００Ａ／ｍであり、１２０Ａ／ｍ以下は達成されなかった。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、保磁力が低くかつ安価な圧粉磁心を得ることができる。

Claims

鉄粉を加圧成形した磁心であって、前記磁心を形成する鉄粉の全量に対して９０体積％以上が７５μｍ以下の粒径を有し、かつ前記磁心の密度が６ｇ／ｃｍ^３以下であることを特徴とする磁心。
鉄粉を型枠内に充填して加圧し、磁心を製造する磁心の製造方法おいて、全量に対して９０体積％以上が７５μｍ以下の粒径を有する鉄粉を前記型枠内に充填して加圧し、前記磁心の密度を６ｇ／ｃｍ^３以下とすることを特徴とする磁心の製造方法。
磁心の加圧成形に用いる磁心用鉄粉であって、全量に対して９０体積％以上が７５μｍ以下の粒径を有することを特徴とする磁心用鉄粉。