特許 6578083 低騒音リアクトル、圧粉磁心およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6578083

(24)【登録日】2019年8月30日

(45)【発行日】2019年9月18日

(54)【発明の名称】低騒音リアクトル、圧粉磁心およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01F 27/255 20060101AFI20190909BHJP

   H01F 27/24 20060101ALI20190909BHJP

   H01F 1/26 20060101ALI20190909BHJP

   H01F 37/00 20060101ALI20190909BHJP

   H01F 41/02 20060101ALI20190909BHJP

【ＦＩ】

   H01F27/255

   H01F27/24 K

   H01F1/26

   H01F37/00 A

   H01F37/00 M

   H01F37/00 S

   H01F41/02 D

【請求項の数】8

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-234444(P2013-234444)

(22)【出願日】2013年11月12日

(65)【公開番号】特開2015-95570(P2015-95570A)

(43)【公開日】2015年5月18日

【審査請求日】2016年11月10日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】390005223

【氏名又は名称】株式会社タムラ製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100081961

【弁理士】

【氏名又は名称】木内 光春

(74)【代理人】

【識別番号】100112564

【弁理士】

【氏名又は名称】大熊 考一

(74)【代理人】

【識別番号】100163500

【弁理士】

【氏名又は名称】片桐 貞典

(74)【代理人】

【識別番号】230115598

【弁護士】

【氏名又は名称】木内 加奈子

(72)【発明者】

【氏名】大島 泰雄

(72)【発明者】

【氏名】綱川 昌明

(72)【発明者】

【氏名】赤岩 功太

(72)【発明者】

【氏名】田村 泰治

【審査官】 井上 健一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２４５４５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２５１４７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−３０２１６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２５９９７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０４０４７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０７７６０１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−２５９９７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−３０２４２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２５９９３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０２９８７３０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１１／０７７６９４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−２１２８５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｆ ２７／２５５

Ｈ０１Ｆ １／２６

Ｈ０１Ｆ ２７／２４

Ｈ０１Ｆ ３７／００

Ｈ０１Ｆ ４１／０２

Ｂ２２Ｆ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軟磁性粉末に絶縁微粉末、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、
前記絶縁微粉末がＡｌ_２Ｏ_３であり、その添加量が０．１ｗｔ％〜０．３ｗｔ％であり、
前記結着性絶縁樹脂の添加量に対する前記絶縁微粉末の添加量の比率が、０．０５〜０．１５であり、
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とシランカップリング剤の混合物であり、
前記シランカップリング剤が、エポキシシラン系、又はイソシアヌレート系のシランカップリング剤であり、
前記軟磁性粉末の平均粒径が２０μｍ〜１００μｍであり、前記絶縁微粉末の平均粒径の上限値が０．５０μｍであり、
前記軟磁性粉末が、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金粉末又はＦｅ−Ｓｉ合金粉末である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】

前記請求項１又は前記請求項２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。

【請求項4】

軟磁性粉末に対して絶縁微粉末を混合する第１混合工程と、
前記第１混合工程で得られた混合物に対し結着性絶縁樹脂を混合する第２混合工程と、
前記第２混合工程で得られた混合物を加圧成型する加圧成型工程と、
前記加圧成型工程で得られた成形体を６００℃以上の温度で熱処理する熱処理工程と、
を有し、
前記第１混合工程において、前記絶縁微粉末がＡｌ_２Ｏ_３であり、その添加量が０．１ｗｔ％〜０．３ｗｔ％であり、
前記結着性絶縁樹脂の添加量に対する前記絶縁微粉末の添加量の比率が、０．０５〜０．１５であり、
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とシランカップリング剤の混合物であり、
前記シランカップリング剤が、エポキシシラン系、又はイソシアヌレート系のシランカップリング剤であり、
前記軟磁性粉末の平均粒径が２０μｍ〜１００μｍであり、前記絶縁微粉末の平均粒径の上限値が０．５０μｍであり、
前記軟磁性粉末が、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金粉末又はＦｅ−Ｓｉ合金粉末であることを特徴とする圧粉磁心の製造方法。

【請求項5】

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４に記載の圧粉磁心の製造方法。

【請求項6】

前記軟磁性粉末がＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金粉末であり、
前記熱処理工程は、大気雰囲気で熱処理することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の圧粉磁心の製造方法。

【請求項7】

前記軟磁性粉末がＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金粉末であり、前記加圧成型工程よりも前に、前記第１混合工程で得られた混合物に対し熱処理を行わないことを特徴とする請求項４〜請求項６の何れか１項に記載の圧粉磁心の製造方法。

【請求項8】

前記軟磁性粉末がＦｅ−Ｓｉ合金粉末であり、
前記第１混合工程と前記加圧成型工程との間において、前記第１混合工程以降に得られた混合粉末を熱処理することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の圧粉磁心の製造方法。

【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。

【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い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、式１に示すように、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×ｆ^２…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（Ｂｍ^２・ｔ^２）／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

【特許文献2】特開２００８−１９２８９７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絶縁層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。そのため、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、絶縁層の硬度を高くする必要がある。

【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／ｃｍ^２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、磁性粉末内の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／ｃｍ^２以上としただけでは騒音の抑止が十分ではない。

【0015】

一方、低騒音化技術として、特許文献２では、ＦｅＳｉ合金と純鉄を混合することで占有率を上げる技術が紹介されている。しかしながら、占有率を上げて空壁を少なくすることは有効であるものの、純鉄を添加することで損失が増加する問題が発生する。すなわち、周波数が低い大電流用リアクタ用途では使用することが可能であるが、比較的周波数が高い太陽光発電用途では損失が高く、使用できない。また、空壁を低減させても、励磁磁界からなる粉末振動を抑える効果は少ない。

【0016】

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、圧粉磁心の絶縁層の硬度を上げ、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】

【0017】

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）軟磁性粉末に絶縁微粉末、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）絶縁微粉末がＡｌ_２Ｏ_３であり、その添加量が０．１ｗｔ％〜０．３ｗｔ％とする。
（３）結着性絶縁樹脂の添加量に対する絶縁微粉末の添加量の比率を、０．０５〜０．１５とする。
（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とシランカップリング剤の混合物を使用する。
（５）シランカップリング剤が、エポキシシラン系、又はイソシアヌレート系のシランカップリング剤である。
（６）軟磁性粉末の平均粒径が２０μｍ〜１００μｍであり、絶縁微粉末の平均粒径の上限値が０．５０μｍである。
（７）軟磁性粉末が、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金粉末又はＦｅ−Ｓｉ合金粉末である。

【0018】

（８）軟磁性粉末の粉末硬度が、１００ＭＰａ以上であることが好ましい。

【0019】

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。

【0020】

本発明の圧粉磁心の製造方法は、軟磁性粉末に対して絶縁微粉末を混合する第１混合工程と、前記第１混合工程で得られた混合物に対し結着性絶縁樹脂を混合する第２混合工程と、前記第２混合工程で得られた混合物を加圧成型する加圧成型工程と、前記加圧成型工程で得られた成形体を６００℃以上の温度で熱処理する熱処理工程と、を有し、前記第１混合工程において、前記絶縁微粉末がＡｌ_２Ｏ_３であり、その添加量が０．１ｗｔ％〜０．３ｗｔ％であり、前記結着性絶縁樹脂の添加量に対する前記絶縁微粉末の添加量の比率が、０．０５〜０．１５であり、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とシランカップリング剤の混合物であり、前記シランカップリング剤が、エポキシシラン系、又はイソシアヌレート系のシランカップリング剤であり、前記軟磁性粉末の平均粒径が２０μｍ〜１００μｍであり、前記絶縁微粉末の平均粒径の上限値が０．５０μｍであり、前記軟磁性粉末が、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金粉末又はＦｅ−Ｓｉ合金粉末であることを特徴とする。

【0021】

また、以下の構成を有するようにしても良い。
（１）軟磁性粉末の粉末硬度は１００ＭＰａ以上であること。
（２）軟磁性粉末がＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金粉末であり、前記熱処理工程は、大気雰囲気で熱処理すること。
（３）前記軟磁性粉末がＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金粉末であり、前記加圧成型工程よりも前に、前記第１混合工程で得られた混合物に対し熱処理を行わないこと。
（４）前記軟磁性粉末がＦｅ−Ｓｉ合金粉末であり、前記第１混合工程と前記加圧成型工程との間において、前記第１混合工程以降に得られた混合粉末を熱処理すること。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、圧粉磁心の絶縁層の硬度を上げることにより、磁心粉末の振動を抑制して騒音発生を効果的に抑止できる低騒音リアクトル、圧粉磁心およびその製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】絶縁微粉末のモース硬度と騒音との関係を示すグラフである。

【図2】絶縁微粉末の添加量と騒音との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0024】

（１）軟磁性粉末
軟磁性粉末としては、センダスト（Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金）粉、Ｆｅ−Ｓｉ合金粉、純鉄粉などが使用できる。

【0025】

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。

【0026】

軟磁性粉末の平均粒径は２０μｍ〜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−６．５％Ｓｉ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。

【0027】

（２）絶縁微粉末
絶縁微粉末は、モース硬度が７以上のものを用いる。例えば、モース硬度が７．０のＳｉＯ_２、モース硬度が９．０のＡｌ_２Ｏ_３を用いる。絶縁微粉末の添加量は、０．０５ｗｔ％〜１．０ｗｔ％であることが好ましい。０．０５ｗｔ％未満であると低騒音効果が得られない。１．０ｗｔ％超であると、透磁率が低下することでディップル電流が大きくなり、振動が大きくなって騒音が増加する。絶縁微粉末の平均粒径は、その上限値が０．５０μｍであることが好ましい。０．５０μｍ超であると密度低下を招き、透磁率が低下してしまう。なお、下限値は特に限定されないが、例えば、０．０２μｍとすることができる。

【0028】

特に、本発明では、モース硬度が７以上の絶縁微粉末を軟磁性粉末に対して混合するため、圧粉磁心の絶縁層を硬くすることができる。そのため磁心の振動を抑制し、低騒音効果を得ることができる。

【0029】

（３）結着性絶縁樹脂
結着性絶縁樹脂は、軟磁性粉末と絶縁微粉末の混合粉に添加する。結着性絶縁樹脂としては、常温で軟磁性粉末と絶縁微粉末の混合物を加圧した場合に、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。

【0030】

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。

【0031】

その他の結着性樹脂として、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０．５ｗｔ％〜３．０ｗｔ％が適量である。

【0032】

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。

【0033】

（４）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。潤滑性樹脂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。

【0034】

（５）製造方法
本実施形態の圧粉磁心の製造方法は、次のような各工程を有する。
（ａ）軟磁性粉末に対して絶縁微粉末を混合する第１混合工程。
（ｂ）第１混合工程で得られた混合物に対し結着性絶縁樹脂を混合する第２混合工程。
（ｃ）第２混合工程で得られた混合物を加圧成型する加圧成型工程。
（ｄ）加圧成型工程で得られた成形体を熱処理する熱処理工程。

【0035】

以下、各工程について、詳細に説明する。
（ａ）第１混合工程
第１混合工程では、例えば、平均粒径が２０μｍ〜１００μｍの軟磁性粉末に対して、その０．０５ｗｔ％〜１．０ｗｔ％の絶縁微粉末を添加して混合する。

【0036】

（ｂ）第２混合工程
軟磁性粉末と絶縁微粉末の混合物に対して、軟磁性粉末に対して０．７５ｗｔ％〜２．０ｗｔ％の結着性絶縁樹脂と、０．１ｗｔ％〜１．０ｗｔ％の潤滑性樹脂とを添加して、更に混合する。

【0037】

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、アミノシラン系、エポキシシラン系、イソシアヌレート系のシランカップリング剤を使用することができ、特に、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、トリス−（３−トリメトキシシリルプロピル）イソシアヌレートが良い。結着性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。

【0038】

（ｃ）加圧成型工程
加圧成型工程では、第２混合工程を経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、９００ＭＰａ〜１７００ＭＰａである。

【0039】

（ｄ）熱処理工程
成形体に対する熱処理は、軟磁性粉末の種類に応じて所定雰囲気において所定温度で行う。いずれの場合も加熱温度は６００℃以上であり、加熱保持時間は２時間〜４時間程度である。熱処理雰囲気は、軟磁性粉末がＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金粉末の場合は、窒素雰囲気若しくは大気雰囲気である。特に大気雰囲気の方が作製されたリアクトルの騒音が低くなるため好ましい。Ｆｅ−Ｓｉ合金粉末、純鉄粉の場合は、それぞれ窒素雰囲気、１０％〜３０％水素ガスなどの還元雰囲気が好ましい。また、熱処理温度は、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、鉄損の増加を抑制する観点からＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金粉末及びＦｅ−Ｓｉ合金粉末の場合、６００℃〜７５０℃が好ましく、特にＦｅ−Ｓｉ−Ａｌ合金粉末は６００℃〜７２５℃がより好ましい。純鉄粉の場合は、５００℃〜６５０℃であっても良い。これらの温度範囲にすることで作製されたリアクトルの騒音が低くなる。

【実施例】

【0040】

本発明の実施例を、表１〜表６、図１および図２を参照して、以下に説明する。

【0041】

（１） 測定項目
測定項目は、透磁率、鉄損、及び騒音である。作製された各圧粉磁心のサンプルに対して、φ２．６ｍｍの銅線で４２ターンの巻線を施してリアクトルを作製した。騒音測定用の圧粉磁心は、外径φ７７．８ｍｍ、内径４９．２ｍｍ、高さ３０ｍｍとした。また、作製したリアクトルの透磁率及び鉄損を下記の条件で算出し、下記の条件でリアクトルから発生する騒音について測定した。

【0042】

＜透磁率及び鉄損＞
透磁率及び鉄損の測定条件は、周波数１００ｋＨｚ、最大磁束密度Ｂｍ＝５０ｍＴとした。透磁率は、鉄損Ｐｃｖ測定時に最大磁束密度Ｂｍを設定したときの振幅透磁率とした。鉄損については、磁気計測機器であるＢＨアナライザ（岩通計測株式会社：ＳＹ−８２３２）を用いて算出した。この算出は、鉄損の周波数曲線を次の（１）〜（３）式で最小２乗法により、ヒステリシス損係数、渦電流損失係数を算出することで行った。

【0043】

Ｐｃｖ＝Ｋｈ×ｆ＋Ｋｅ×ｆ^２…（１）
Ｐｈ ＝Ｋｈ×ｆ…（２）
Ｐｅ ＝Ｋｅ×ｆ^２…（３）
Ｐｃｖ：鉄損
Ｋｈ ：ヒステリシス損係数
Ｋｅ ：渦電流損係数
ｆ ：周波数
Ｐｈ ：ヒステリシス損失
Ｐｅ ：渦電流損失

【0044】

＜騒音測定＞
騒音測定について、その測定装置、測定環境、測定方法等を以下に示す。
［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

【0045】

［測定方法］
(1) 太陽光発電用パワーコンディショナに接続
(2) マイク距離：測定サンプルから１０ｍｍとした。
(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１０ｍｍとした。

【0046】

（２）サンプルの作製方法
圧粉磁心のサンプルは、下記のように、(a)絶縁微粉末のモース硬度、(b)絶縁微粉末の添加量、(c)結着性絶縁樹脂の種類の観点から作製した。また、(d)軟磁性粉末の粉末熱処理、(e)絶縁微粉末の粒径の観点からも作製した。これらの作製方法と、その結果について下記に順に示す。

【0047】

(a) 絶縁微粉末のモース硬度
硬度１００ＭＰａのＦｅＳｉＡｌ合金粉末（平均粒子径４０μｍ）の粉末に対して、絶縁微粉末（表１に示す種類と添加量）、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レジンを１．０ｗｔ％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。

【0048】

これを室温にて１０００ＭＰａの圧力で加圧成型し、外径７７．８ｍｍ、内径４９．２ｍｍ、高さ３０．０ｍｍのリング状の成型体を作製し、大気中で７００℃で保持時間２時間で熱処理を行い、圧粉磁心を作製した。

【0049】

これらのサンプルに対して、上記「（１）測定項目」で示したように、リアクトルを作製し、透磁率、鉄損の算出、及び騒音測定を行った。その結果を表１及び図１に示す。なお、表１〜表６において、μａは透磁率、Ｐｃｖは鉄損を示している。騒音Ｍａｘ値は搬送周波数でのピーク値である。

【表1】

【0050】

図１は、絶縁微粉末のモース硬度と騒音との関係を示すグラフである。表１及び図１から、絶縁微粉末のモース硬度が高くなるほど騒音Ｍａｘ値が低下していることが分かる。特に、モース硬度が７．０以上で騒音の抑止効果が発揮され、低騒音になっていることが確認できる。なお、低騒音がどの程度の騒音レベルを指すかは、リアクトルの使用環境によって要求されるレベルが異なる。一般的には、リアクトルの使用時において不快と感じられないレベルの騒音は４２ｄＢ以下とされているが、太陽光発電システム等のユニットを室内に配置する場合には、さらに低い騒音レベルが要求される場合がある。このような場合であっても、本実施例では、絶縁微粉末のモース硬度が７．０以上である場合に低騒音効果を実現することができる。特に、モース硬度が９．０であるＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）が、低騒音効果が顕著である。

【0051】

(b) 絶縁微粉末の添加量
絶縁微粉末の種類と添加量を表２に示す条件とし、上記(a)と同様の手順で圧粉磁心を作製した。

【0052】

これらのサンプルに対して、上記「（１）測定項目」で示したように、リアクトルを作製し、透磁率、鉄損の算出、及び騒音測定を行った。その結果を表２及び図２に示す。なお、「絶縁微粉末／結着性絶縁樹脂」は、結着性絶縁樹脂の添加量に対する絶縁微粉末の添加量の比率を示している。

【表2】

【0053】

図２は、絶縁微粉末の添加量と騒音との関係を示すグラフである。表２及び図２から、絶縁微粉末の添加量が０．０５ｗｔ％〜１．０ｗｔ％で低騒音効果が確認できる。０．０５ｗｔ％未満であると、添加量が少なく圧粉磁心の絶縁層の硬度が十分に上がらない。そのため、励磁磁界による粉末振動を抑制できず、十分な騒音抑止の効果が得られない。１．０ｗｔ％を超えると透磁率が低下し、これに起因して騒音が増加する傾向になるリアクタのＬ値が低下する。これにより、ディップル電流が大きくなり、磁束密度変化が増加するため、騒音が増加する。

【0054】

また、表２から、絶縁微粉末／結着性絶縁樹脂の比率は、０．０３〜０．５が好ましい。この範囲を超えると十分な騒音抑止効果が得られないか、鉄損が低下し実用的なリアクトルを作製できない。

【0055】

(c) 結着性絶縁樹脂の種類
絶縁微粉末の種類と添加量、及び結着性絶縁樹脂（シリコーン樹脂、シランカップリング剤）の種類と添加量を、表３に示す条件とし、上記(a)と同様の手順で圧粉磁心を作製した。

【0056】

これらのサンプルに対して、上記「（１）測定項目」で示したように、リアクトルを作製し、透磁率、鉄損の算出、及び騒音測定を行った。その結果を表３に示す。

【表3】

【0057】

表３から分かるように、結着性絶縁樹脂としてメチルフェニル系のシリコーン樹脂、特にメチルフェニル系シリコーンレジンを用いた場合に騒音抑止の効果が高い。また、結着性絶縁樹脂をシリコーン樹脂とシランカップリング剤の混合物とする場合には、シリコーン樹脂をメチルフェニル系シリコーン樹脂とし、シランカップリング剤をアミノシラン系、エポキシシラン系、イソシアヌレート系のシランカップリング剤を用いると、低騒音効果が高い。その中でも特に、エポキシシラン系のシランカップリング剤を用いた場合に騒音Ｍａｘ値が２８．１ｄＢであり、低騒音効果が顕著である。また、透磁率も他の例と比べて良好な数値を示している。イソシアヌレート系のシランカップリング剤を用いた場合には、低騒音効果に加えて、鉄損が１２５ｋＷ／ｍ^３であり、鉄損が顕著に低い特徴がある。

【0058】

(d) 軟磁性粉末の粉末熱処理
軟磁性粉末の粉末熱処理の有無による騒音抑制効果についても検証した。軟磁性粉末の粉末熱処理とは、第２混合工程を行う前段階における第１混合工程で得られた混合物に対する熱処理である。軟磁性粉末として、Ｆｅ―Ｓｉ−Ａｌ合金粉末、Ｆｅ―６．５％Ｓｉ合金粉末を用いた場合の圧粉磁心の作製方法と、その結果を以下にそれぞれ順に示す。

【0059】

(d−1) Ｆｅ―Ｓｉ−Ａｌ合金粉末の粉末熱処理
硬度１００ＭＰａのＦｅＳｉＡｌ合金粉末（平均粒子径４０μｍ）の粉末に対して、絶縁微粉末０．６ｗｔ％混合した混合粉に対し、還元雰囲気水素３０％の環境下において、下記表４の温度で熱処理を施した。

【0060】

その後、熱処理を施した混合粉に潤滑剤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レジンを１．０ｗｔ％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。

【0061】

これを室温にて１０００ＭＰａの圧力で加圧成型し、外径７７．８ｍｍ、内径４９．２ｍｍ、高さ３０．０ｍｍのリング状の成型体を作製し、大気中で７００℃で保持時間２時間で熱処理を行い、圧粉磁心を作製した。

【0062】

これらのサンプルに対して、上記「（１）測定項目」で示したように、リアクトルを作製し、透磁率、鉄損の算出、及び騒音測定を行った。その結果を表４に示す。

【表4】

【0063】

表４の騒音Ｍａｘ値から明らかなように、ＦｅＳｉＡｌ合金粉末の場合、粉末熱処理を１０５０℃で実施すると、実施しない場合と比べて騒音が増加した。これは、ＦｅＳｉＡｌ合金粉末（センダスト粉末）は水素雰囲気中で熱処理することで脆くなり（脆化）、加圧成形時に粉末に亀裂が生じて騒音が増加したからであると考えられる。熱処理により脆化が生じ、加圧成形時に粉末に亀裂が生じたであろうことは、粉末熱処理した場合に密度が低下していることからも理解できる。

【0064】

以上のことから、ＦｅＳｉＡｌ合金粉末の場合、加圧成型工程よりも前に、第１混合工程で得られた混合物に対し熱処理を行わないことが、ＦｅＳｉＡｌ合金粉末の硬度を保つことに繋がる結果、騒音抑制効果を実現できることが分かる。

【0065】

(d−2) Ｆｅ―６．５％Ｓｉ合金粉末の粉末熱処理
硬度３９０ＭＰａのＦｅ―６．５％Ｓｉ合金粉末（平均粒子径２０μｍ）の粉末に対して、絶縁微粉末０．２ｗｔ％混合した混合粉に対し、還元雰囲気水素１００％の環境下において、下記表５の温度で熱処理を施した。

【0066】

その後、熱処理を施した混合粉にシランカップリング剤０．５ｗｔ％、メチルフェニル系シリコーンレジンを０．９ｗｔ％混合し、１５０℃で２時間の加熱乾燥を行い、さらに潤滑剤０．６ｗｔ％を混合した。

【0067】

これを室温にて１０００ＭＰａの圧力で加圧成型し、外径７７．８ｍｍ、内径４９．２ｍｍ、高さ３０．０ｍｍのリング状の成型体を作製し、窒素中で７００℃で保持時間２時間で熱処理を行い、圧粉磁心を作製した。

【0068】

これらのサンプルに対して、上記「（１）測定項目」で示したように、リアクトルを作製し、透磁率、鉄損の算出、及び騒音測定を行った。その結果を表５に示す。

【表5】

【0069】

Ｆｅ―６．５％Ｓｉ合金粉末の場合、粉末熱処理を実施することで、騒音抑止効果を得ることができる。これは、不純物が除去され（酸素濃度低下）、結晶内の粒子径を成長させることができるため、磁壁移動がスムーズになり、励磁磁界の追従性が増して騒音が低減できるからと考えられる。

【0070】

(e) 絶縁微粉末の粒径
絶縁微粉末の粒径を下記表６のようにして、上記(a)と同様の手順で圧粉磁心を作製した。

【0071】

これらのサンプルに対して、上記「（１）測定項目」で示したように、リアクトルを作製し、透磁率及び鉄損を算出した。その結果を表６に示す。

【表6】

【0072】

表６から分かるように、絶縁微粉末の平均粒径が大きくなると密度が低下する傾向にある。これに伴い透磁率も低下する。このため、絶縁微粉末の平均粒径の上限は、０．５０μｍであることが好ましい。これを超えると、低透磁率であるため、この圧粉磁心で作製したリアクトルは実用的でない。なお、絶縁微粉末の平均粒径の下限は、特に限定されないが、例えば、表２のＳｉＯ_２（シリカ）から０．０２μｍとすることができる。

【0073】

［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。

【0074】

（１）表２では、結着性絶縁樹脂をシリコーン樹脂とシランカップリング剤の混合物とし、結着性絶縁樹脂の添加量に対する絶縁微粉末の添加量の比率を示したが、シランカップリング剤は添加せず、シリコーン樹脂の添加量に対する絶縁微粉末の添加量の比率を０．０５〜０．５としても、シランカップリング剤を添加した場合と同様の効果を奏する。
（２）前記（ａ）の絶縁微粉末の混合（第１混合工程）と、（ｂ）の結着性絶縁樹脂の混合（第２混合工程）を同時に行うことも可能である。軟磁性粉末（Ｆｅ―Ｓｉ合金粉末）に対する粉末熱処理は、第１混合工程と第２混合工程の間だけでなく、第２混合工程と加圧成型工程との間に行っても上記と同様の効果を奏する。

【図1】

【図2】