JP2003124035A - コア材 - Google Patents

コア材

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JP2003124035A
JP2003124035A JP2001317015A JP2001317015A JP2003124035A JP 2003124035 A JP2003124035 A JP 2003124035A JP 2001317015 A JP2001317015 A JP 2001317015A JP 2001317015 A JP2001317015 A JP 2001317015A JP 2003124035 A JP2003124035 A JP 2003124035A
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heated
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induction coil
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Satoshi Takemoto
聡 武本
Takanobu Saitou
貴伸 斉藤
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Daido Steel Co Ltd
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Daido Steel Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 誘導コイルに大きな高周波電流を通電した場
合であっても、渦電流の発生は小さく、自己発熱を起こ
しづらいコア材を提供する。 【解決手段】 キュリー点が400℃以上であり、かつ
D50値表示の粒径が70μm以下である軟磁性粉末
と、絶縁剤との圧粉成形体であって、電気抵抗率が0.
03Ωm以上であるコア材。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はコア材に関し、更に
詳しくは、被加熱材を誘導加熱方式で加熱するときに用
いて有効なコア材に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、製品化された鋼材に対しては、
誘導加熱方式で焼き入れを行うことにより表面硬化処理
が実施されている。この誘導加熱方式においては、ま
ず、加熱対象の鋼材の外周に誘導コイルを配置し、高周
波発生装置からの所定周波数の高周波電流を誘導コイル
に導入する。誘導コイルで発生した誘導磁気は鋼材に導
入されることにより、当該鋼材には渦電流が流れる。そ
して、この渦電流により、鋼材は抵抗発熱して所定の温
度にまで昇温し、ここに焼き入れが進行する。
【0003】しかしながら、上記した空心の誘導コイル
だけでは、充分な誘導磁気を発生させることができず、
そのため被加熱材に充分な渦電流を誘導して高温加熱す
ることが困難である。このようなことから、被加熱材を
高温加熱するためには、空心の誘導コイルの中心部に磁
性材料から成るコア材を配置した誘導加熱方式が採用さ
れている。
【0004】その1例を図1に示す。図1において、誘
導コイル1の中心にはコア材2が配置され、このコア材
2の端部2aと対向して被加熱材が配置され、誘導コイ
ル1には所定周波数の高周波電流が投入される。コア材
としては、通常、棒状のフェライト材が使用されてい
る。コア材2からは、その両端部間で閉回路をなす磁束
4が発生する。したがって、この磁束4は被加熱材3の
局部3aに集中して導入されることになる。その結果、
被加熱材の局部3aにのみ渦電流が発生し、その局部3
aが集中的に加熱される。
【0005】この誘導加熱方式は、渦電流の発生要因で
ある磁束を集中して効率的に被加熱材に導入することが
できるので、当該被加熱材を局部的に高温加熱する方式
として有用である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した誘
導加熱方式において、コア材がフェライトコアである場
合には、次のような問題が発生する。 (1)まず、フェライトの飽和磁束密度は最大でも0.
5T程度である。したがって、誘導コイルに大きな高周
波電流を流した場合、発生した大きな誘導磁界によっ
て、フェライトコアの磁束は飽和してしまい、被加熱材
へ導入される磁束密度は小さく、当該被加熱材に対する
充分な発熱効果を発揮しなくなる。
【0007】(2)また、大きな高周波電流を誘導コイ
ルに流すと、フェライトコアそれ自体に渦電流が発生
し、その渦電流による抵抗発熱でフェライトコアの温度
上昇が起こる。そして、フェライトのキュリー点は、1
50〜300℃程度と低い。したがって、大きな高周波
電流を流した直後に、フェライトコアの温度が上記キュ
リー点より高くなり、その結果、当該フェライトコアは
非磁性になってしまう。
【0008】(3)また、上記した誘導加熱方式で被加
熱材を局部加熱するためには、用いるフェライトコアを
小型化することが必要である。しかしながら、フェライ
トコアの場合、飽和磁束密度が低いため、高い磁束を得
るためには、コアサイズを大きくする必要がある。また
キュリー点が低いため、コアの温度上昇を防がねばなら
ず、このため、サイズを大きくし、熱がこもらないよう
にする必要がある。このようなことから、小型化するこ
とには困難性が伴う。
【0009】なお、フェライトコアに代えて、キュリー
点の高い例えばけい素鋼板製のようなコア材を用いた場
合であっても、大きな周波数電流を誘導コイルに流す
と、やはりコア材には渦電流損が生じるので、当該コア
材は赤熱して使用に適さないという問題がある。本発明
は、従来のコア材、とりわけフェライトコアにおける上
記した問題を解決することができる新規なコア材の提供
を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、キュリー点が400℃以上
であり、かつD50値表示の粒径が70μm以下である
軟磁性粉末と、絶縁剤との圧粉成形体であって、電気抵
抗率が0.03Ωm以上であることを特徴とするコア材
が提供される。
【0011】そして、このコア材は、外周に誘導コイル
を配置した状態で使用されることを好適とする。
【0012】
【発明の実施の形態】フェライトコアの使用時に発生し
ていた上記した問題を解決するためには、用いるコア材
としては、次のような性状を備えていることが好適であ
ると考えられる。すなわち、飽和磁束密度が高く、大き
な高周波電流が投入されても、被加熱材に所定量の磁束
を集中して当該被加熱材に渦電流を発生させて誘導加熱
を実現できることである。
【0013】また、自らには渦電流が発生しづらく、自
己発熱をせず、仮に自己発熱しても、キュリー点の高い
軟磁性材料で構成されていることにより、非磁性になる
ことのないコア材であるということである。更には、被
加熱材の局部加熱を考慮するれば、形状の小型化が可能
であるということである。
【0014】このような観点に立って、本発明のコア材
は開発された。まず、コア材を軟磁性粉末の圧粉成形体
とした場合、そのコア材の外周に誘導コイルを配置し、
その誘導コイルに高周波電流を投入したとすると、コア
材に発生する渦電流(Pe)は、次式: Pe=κ・(π・B・f・d)2/ρ・η …(1) で表される。
【0015】ここで、Bはコア材の飽和磁束密度を表
し、B=μH(μは透磁率を、Hは誘導磁界を表す)で
示される。そして、H=i・n/l(iは高周波電流
値、nは誘導コイルの巻数、lは平均磁路長を表す)で
示される。また、fは誘導コイルに投入された高周波電
流の周波数、dはコア材を構成する軟磁性粉末の粒径、
ηはコア材における軟磁性粉末の体積占有率、そしてρ
はコア材の電気抵抗率をそれぞれ表している。
【0016】式(1)から明らかなように、所定巻数の
誘導コイルを用い、所定周波数と所定電流値の高周波電
流を投入したときに、コア材で発生する渦電流の大きさ
は、軟磁性粉末の体積占有率が一定であるとすれば、軟
磁性粉末の粒径の2乗に比例し、コア材の電気抵抗率に
反比例する。したがって、大きな高周波電流を投入して
も発生する渦電流が小さく、したがって自己発熱を起こ
しづらいコア材を得るためには、用いる軟磁性粉末の粒
径を小さくし、またコア材それ自体の電気抵抗率を高く
することが必要になる。
【0017】そして、仮にコア材が渦電流による自己発
熱で温度上昇しても、その温度が用いた軟磁性粉末のキ
ュリー点よりも低ければ、当該コア材が非磁性になるこ
とはなく、誘導加熱用のコア材としての機能を保持する
ことができる。以上の考察の上に立ち、本発明者らは、
各種の軟磁性粉末を用いてコア材を製造し、その性能を
測定することにより、本発明のコア材を開発するに至っ
た。
【0018】本発明のコア材は、後述するような軟磁性
粉末と絶縁剤を混合し、その混合物を例えば所定形状に
圧粉成形し、必要に応じては、その圧粉成形対に熱処理
を行って製造される。本発明のコア材は、軟磁性粉末と
絶縁剤とを必須成分とする圧粉成形体である。
【0019】そして、軟磁性粉末としては、キュリー点
が400℃以上であるものが用いられる。また、コア材
自身の損失が小さい方が好ましく、具体的には、Fe−
0.5〜13%Si,Fe−0.5〜10%Al,Fe−
2〜8%Al−4〜12%Siから成る粉末や、更に、
Fe−45〜85%Niから成る粉末が好適である。
【0020】また、本発明で用いる軟磁性粉末として
は、その粒径がD50値で表示して70μm以下である
ことが必要である。D50値が70μmより大きい粒径
である場合には、(1)式からも明らかなように、製造
したコア材に大きな渦電流が流れるようになって自己発
熱が進み、コア材の温度がキュリー点を超えることもあ
り得るからである。好ましい粒径は、D50値として3
0μm以下である。
【0021】この軟磁性粉末は、絶縁剤と混合される。
絶縁剤としては、例えば水ガラスやシリコーン樹脂など
の液状絶縁剤が用いられる。具体的には、軟磁性粉末と
上記絶縁剤を混合することにより、個々の軟磁性粉末を
絶縁剤で被覆する。したがって、混合後にあっては、個
々の軟磁性粉末の間に絶縁膜が形成され、その結果、製
造したコア材の電気抵抗率は高くなり、(1)式からも
明らかなように、そのコア材では渦電流の発生が低減す
る。
【0022】また、絶縁剤としては例えばAl23粉末
やSiO2粉末などを用い、これら両粉末を混合する際
に、更に上記した液状絶縁剤を添加して、個々の軟磁性
粉末の間を絶縁状態にしてもよい。このとき、用いる絶
縁剤の配合量を適切に選定することにより、製造したコ
ア材の電気抵抗率を0.03Ωm以上にすることが必要
である。
【0023】この電気抵抗率が0.03Ωmより低い場
合には、(1)式からも明らかなように、製造したコア
材に大きな渦電流が流れるようになって自己発熱が進
み、コア材の温度がキュリー点を超えることもあり得る
からである。このようなことを勘案すると、絶縁剤の配
合量は、軟磁性粉末100質量部に対し、0.5〜10
質量部に設定することが好ましい。0.5質量部より少
ない場合は、個々の軟磁性粉末間に充分な絶縁膜が形成
されず、得られるコア材の電気抵抗率は0.03Ωmよ
り低くなってしまう。また、10質量部より多くする
と、電気抵抗率は高くなるとはいえ、(1)式でも明ら
かなように軟磁性粉末の体積占有率(η)は小さくな
り、また透磁率(μ)も低くなって得られたコア材の飽
和磁束密度が低くなってしまう。
【0024】このようにして調製された混合物は、次
に、金型内で例えばプレス成形して所定形状の圧粉成形
体に賦形される。このときの成形圧が高すぎると、前記
した絶縁膜の破壊が起こって個々の軟磁性粉末が直接接
触してコア材としての電気抵抗率が低くなってしまうの
で、その成形圧は、概ね、300〜2000MPa程度に
設定することが好ましい。
【0025】得られた圧粉成形体に対しては、ついで、
絶縁剤の熱分解温度よりも低い温度であって、圧粉成形
時に蓄積された成形歪みを解放することができる温度3
00〜900℃で0.5〜2hr程度の熱処理を実施する
ことが好ましい。このようにして製造された本発明のコ
ア材は、その外周に誘導コイルを配置した状態で実使用
に供される。
【0026】
【実施例】(1)コア材の製造 粒径が表1で示したD50値であり、組成はFe−5.
5%Al−9.5%Siである粉末を用意した。この粉
末のキュリー点は550℃である。また、絶縁剤として
は水ガラスを選定し、上記した粉末100質量部に対し
表1で示した割合(質量部)で混練したのち、得られた
混練物を成形圧1000MPaでプレス成形して、直径5m
m,高さ10mmの成形体を製造した。なお、混練に際し
ては、ステアリン酸鉛を軟磁性粉末100質量部に対し
0.5質量部添加して成形性を高めた。
【0027】得られた成形体に、温度700℃で1時間
の熱処理を行って各種のコア材にした。得られたコア材
の電気抵抗率と飽和磁束密度を測定した。その結果を表
1に示した。 (2)誘導加熱への実使用 直径2mmの導線を2ターン巻き線し、そこに各コア材を
配置した。コア材の端面から5mm離れた位置に鉄製の被
加熱材を配置した。
【0028】そして、150Aで2MHzの高周波電流を
10秒間通電して、被加熱材の表面の加熱状態を観察し
た。また、そのときのインダクタンスも測定した。同時
に、コア材の温度を接触温度計で測定した。その結果を
表1に示した。なお、コア材として同じ寸法形状のフェ
ライトコア(キュリー点250℃)についても同様の試
験を行い、その結果も従来例として併記した。
【0029】
【表1】
【0030】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
コア材は、誘導加熱方式において大きな高周波電流を流
した場合であっても、自己発熱は小さく、確実に被加熱
材を局部発熱させることができる。このようなことか
ら、本発明のコア材は、例えば、プリンタや複写機にお
ける定着装置のヒートローラの部分加熱の分野、例えば
電気釜,ホットプレートのような調理加熱器における局
部加熱の分野、ろう付けの分野、はんだ付けの分野や、
鋼材などの熱処理,無電極ランプなどで使用することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】誘導加熱方式において、コア材からの磁束が被
加熱材に集中する状態を示す概略図である。
【符号の説明】
1 誘導コイル 2 コア材 3 被加熱材 3A 被加熱材の局部 4 磁束

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 キュリー点が400℃以上であり、かつ
    重量で積算したときの重量平均粒径であるD50値表示
    の粒径が70μm以下である軟磁性粉末と、絶縁剤との
    圧粉成形体であって、電気抵抗率が0.03Ωm以上で
    あり、被加熱材を誘導加熱方式で加熱するときに用いる
    ことを特徴とするコア材。
  2. 【請求項2】 外周に誘導コイルを配置した状態で使用
    される請求項1のコア材。
JP2001317015A 2001-10-15 2001-10-15 コア材 Pending JP2003124035A (ja)

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