JPH0478112A

JPH0478112A - 複合磁心

Info

Publication number: JPH0478112A
Application number: JP2190456A
Authority: JP
Inventors: Morie Yamaguchi; 山口　守衛; Kunpei Kobayashi; 薫平小林; Takao Sawa; 孝雄沢
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-07-20
Filing date: 1990-07-20
Publication date: 1992-03-12

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は複合磁心に係り、特に長尺で円形断面を有し、
透磁率などの磁気特性が優れ、かつ機械的強度が大きな
複合磁心に関する。

（従来の技術）例えば自動車のエンジン点火装置のイグニッションコイ
ルなどに使用される比較的長尺な磁心には、従来、電磁
鋼板の積層体や巻回体が用いられてきた。ところで、イ
グニッションコイルでは高周波励磁が必要とされるが、
従来の電磁鋼板製の磁心は周波数特性が劣るために、以
下に示すような問題があった。

すなわち、イグニッションコイルに数ＫＨｚ以上の高周
波励磁を行なうと、渦電流損失の増大によって、磁化特
性が低下してしまう。これによって、イグニッションコ
イルの二次電圧が低下し、ミススパークが発生し易いと
いう問題か生じている。

また、電磁鋼板の積層体で磁心を形成する場合には、矩
形の電磁鋼板要素を積層する構造であるため、断面が円
形状の磁心を形成することが実質的に困難であり、通常
、角形断面を有するものか使用されている。そのため角
形の磁心にコイルを１回してイグニッションコイルを形
成する際に、磁心の稜線部にコイルが当接して、切断し
易く、またコイルのエナメル被覆が剥離し易くなるなど
巻線性が極めて低い欠点がある。

また断面が角形の磁心は、一般に円筒状の収納容器内に
収納してイグニッションコイル等に形成されるため、磁
心の占積率を大きくとることが困難である。そのため、
製品となるコイル全体の容積が増大して、配置スペース
の利用効率が大幅に低下してしまう欠点がある。

そこで円柱形状に形成して巻線性を向上させることが容
易であり、かつ占積率を大きく設定することが可能な圧
粉磁心が、近年多用化されている。

このような圧粉磁心は、一般に軟磁性粉と絶縁性を有す
るバインダとの混合体をプレス成形すること１こよって
製造される。

このようにして製造された圧粉磁心は占積率を大きく設
定することが可能であるため、比較的に機器を小形に形
成することかできる上に、高周波領域においても渦電流
損失か小さい軟磁性粉を使用しているため、周波数特性
が良好となる。

（発明が解決しようとする課題）このような従来の圧粉磁心は、絶縁性を有するエポキシ
樹脂等のバインダで粒状の磁性材料粉を相互に結合して
形成されており、各バインダ部が磁気的なギャップとな
るため、周波数の高低によって透磁率が大きな変化を受
けることは少ない。

しかし、概して透磁率は小さく、特に８〜１２ＫＨ２程
度の周波数領域で使用される磁心としては、従来材の電
磁鋼板を積層して形成した磁心と比較して、磁気特性が
劣る欠点があった。

また磁性材料粉として一般にアスペクト比（粉体の縦横
の寸法比）が１に近い粒状の軟磁性粉を使用していたた
め、長尺の圧粉磁心を形成したときに軸方向に多数の磁
気的ギャップが形成され易い。したがって透磁率等の磁
気特性が低いという問題点がある。

ざらに圧粉磁心に共通する難点であるが、圧粉磁心はバ
インダによって磁性材料粉を固定化しただけで形成され
ているため、衝撃に対する強度が弱く、外力あるいは機
械的な振動が付加するような条件下で使用する場合には
、その信頼性が低下し易い傾向がある。そしてこの傾向
は磁心がより長尺化するに伴ってより顕著になる。

近年、高周波数領域で使用される電気機器の小型化が望
まれており、より鉄損を低減して動作磁束密度の増大を
図ることが要請されている。

本発明は上記の問題点を解決するためにさなれたもので
あり、長尺で円形断面を有し、高周波数領域においても
透磁率などの磁気的特性が優れ、かつ機械的強度が大き
く耐久性に優れた複合磁心を提供することを目的とする
。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段と作用）上記目的を達成するため本発明に係る複合磁心は、偏平
形状を有する軟磁性合金粉と絶縁材とから成る圧粉磁心
と、この圧粉磁心を収容する金属製外管とを備え、上記
軟磁性合金粉の偏平面か上記金属製外管の軸方向に配向
されており、上記軟磁性合金粉は６０重量％以上９０重
量％以下のＮｉおよび不可避的に含まれる不純物から成
るＦｅ−Ｎｉ合金であることを特徴とする。

また軟磁性合金粉を構成するＦｅの５重量％以下を、周
期律表第ＩＶａ族、Ｖａ族、ＶＴａ族元素およびＣｕか
ら選択される少なくとも１種の元素で置換してもよい。

また軟磁性合金粉のアスペクト比（厚さに対する偏平面
の最大長さの比）を５以上に設定するとよい。

以下本発明の各構成要素および組成の限定理由を説明す
る。

本発明の対象となる複合磁心に使用される軟磁性合金粉
としては、下記一般式Ｆｅ　　　　Ｎｌ　　　　　　　　　　・・・・・・（
１）１００−ａ　　　　　ａ（但し、６０≦ａ≦９０重量％）で表わされる組成を有する粉状の鉄ニツケル合金か採用
される。

ここで上記（１）式中において、Ｎｉは飽和磁束密度の
改善に有効であり、Ｆｅとの合金において磁歪および磁
気異方性を調整し優れた軟磁気特性を得るために６０〜
９０重量％の範囲で構成される。含有量か６０重量％未
満の場合は、磁歪か大きくなり、９０重量％を超える場
合には飽和磁束密度が低下してしまう。特に優れた軟磁
気特性を得るためには添加量を７０〜８５重量％の範囲
に設定することが望ましい。

またＶｌａ族、Ｖａ族、ＩＶａ族元素およびＣｕは軟磁
性特性の改善、インダクタンス値の改善および温度変化
に対する磁気特性の安定化に有効な元素である。その含
有量が５重量％を超えると、飽和磁束密度が低くなるた
め、その量を５重量％以下とした。好ましくは１〜４重
量％である。

なお、上記Ｆｅ−Ｎｉ系軟磁性合金粉において、０、Ｓ
等の通常のＦｅ系合金に含まれているような不可避的な
不純物を微量含んでいても、本発明の効果を損うもので
はない。

また本発明において使用するＦｅ−Ｎｉ系軟磁性合金粉
は、例えば通常のアトマイズ法なとによって製造される
。

なお軟磁性合金粉の偏平度は粉砕強度および粉砕時間を
変えることによって調整される。

ここで本発明に使用される圧粉磁心は、前記のように調
製された、偏平形状を有し、かつ保磁力か小さい軟磁性
粉と、絶縁材である有機系バインダなどとの混合体をプ
レス等により圧縮成形したものである。

また上記軟磁性粉としては、磁気特性を改善するために
、第４図に示すように、特に偏平形状を有する軟磁性粉
１を使用することが本発明の特徴の１つである。この偏
平状の軟磁性粉１の厚さｔに対する偏平面の最大長さ１
の比をアスペクト比Ｒとした場合に、その値は５以上に
設定される。

アスペクト比Ｒが５未満の場合には後述する配向性が低
下するため磁気特性も低下する。特に顕著な磁気特性の
改善効果を発現させるためにはアスペクト比を２０以上
に設定することが望ましい。

なお粉砕操作によって製造する軟磁性粉のアスペクト比
は、原料となる軟磁性材料片の粉砕強度や粉砕時間を適
宜変更することにより調整される。

また金属製外管としては、圧粉磁心に対する巻線を容易
にするために、断面が円形状を有するものが好ましく、
またその材質は、使用用途に応じて適宜選択するものと
する。例えば軟磁性材からなる外管を用いれば、より磁
気特性の向上が図れ、また内部に充填される軟磁性材と
は異なる軟磁性材を用いることによって、中間的な磁気
特性を付与することも可能となる。また、ステンレスの
ような耐蝕性金属材料を用いることにより、過酷な条件
下での使用が可能となり、さらに磁心全体の機械的強度
の向上も図ることができる。

さらに圧粉磁心は、金属製外管の内容積に対する占積率
が９８％以上となるように、金属製外管内に充填される
。また、充填された圧粉磁心の充填密度は７５％以上と
することが好ましい。

上記占積率は、上記圧粉磁心を一体化させたものとして
換算し、この圧粉磁心の金属製外管の内容積に対する占
積率として求めたもので、具体的には金属製外管の各断
面における外管内の面積に対する圧粉磁心の面積の割合
の平均値により求めるものとする。

この占積率が９８％未満であるということは、金属製外
管と圧粉磁心との間に、磁気特性の低下を招くような空
間が形成されることを意味する。

つまり、圧粉磁心の占積率を９８％以上、好ましくは１
００％により近付けることによって、金属製外管の存在
が磁気特性の低下要因となることが防止され、良好な磁
気特性が得られる。

また、上記充填密度は、軟磁性粉の固有密度を基準とし
、この密度値に対する実際に外管内に充填された軟磁性
粉の密度値の比率（密度比）として求めたものである。

この充填密度が７５％未満であると、磁気特性の低下を
招いてしまう。

本発明の目的とする特性を有する複合磁心は、偏平形状
を有する軟磁性粉と絶縁材との混合体を金属製外管内に
充填した後に、金属製外管をスウ工−ジングマシンなど
を使用して周方向から転打したり、または熱間静水圧プ
レス（ＨＩ　Ｐ）処理して縮径したりすることにより、
上記軟磁性粉の偏平面を金属製外管の軸方向に配向させ
た圧粉磁心を形成するとともに、圧粉磁心と金属製外管
とを一体化して製造される。

また他の製造方法として偏平形状を有する軟磁性粉と絶
縁材との混合体を冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）処理して
圧縮成形することにより、上記軟磁性粉の偏平面を長手
方向に配向させた圧粉磁心を形成した後に、得られた圧
粉磁心を円形断面を有する金属製外管内に装填し一体に
固定する製造方法でもよい。

このようなスウエージング法、ＨＩＰ処理法、ＣＩＰ処
理法を利用することにより、金属製外管と混合体との間
に空隙を殆ど形成することなく、両者を一体化すること
ができ、同時に高い充填密度を存し、円形断面で長尺の
圧粉磁心を形成することかできる。

また軟磁性粉として、アスペクト比か大きな偏平形状を
有する軟磁性粉を使用してスウエージング処理、Ｈ１Ｐ
処理またはＣＩＰ処理を行なった場合には、軟磁性粉等
の混合体は、徐々に縮径されることにより、各軟磁性粉
は、その偏平面か軸方向に配向されつつ高密度化される
。この際軟磁性粉のアスペクト比が５未満であると配向
が不充分となる。

上記構成に係る複合磁心によれば、構成材料としてアス
ペクト比が大きな偏平形状を有し、磁気特性が優れた軟
磁性粉を使用しており、この偏平面か軸方向に配向され
て、高密度の圧粉磁心が形成される。そのため、アスペ
クト比か小さな軟磁性粉で形成した従来の圧粉磁心上比
較して、軸方向に配列する粉体間に形成される磁気的ギ
ャップが大幅に減少し磁気特性が大幅に改善される。

また金属製外管によって圧粉磁心が保護される構造であ
るため、磁心全体としての強度が高まり、過酷な条件下
で使用される場合にも優れた耐久性と信頼性とを保持で
きる。

（実施例）次に本発明の複合磁心について以下の実施例を参照して
より具体的に説明する。

実施例１〜７、比較例１〜４実施例１〜７として第１表左欄に示す組成を有する合金
粉末をアトマイズ法により調製し、得られた粉末を粉砕
し、さらに温度１１００℃で１時間水素中で熱処理する
ことにより、平均粒径８０〜１２０μｍ１アスペクト比
（１／ｌ）が９０の偏平状のＦｅ−Ｎｉ系軟磁性合金粉
末を得た。

次に各軟磁性合金粉末に、平均粒径が５０μ山のエポキ
シ樹脂粉末を１重量％添加し、充分に混合して均一な混
合体を調製した。

一方金属製外管として、外径１５ｍ１内径１３鵬、長さ
３００ａ１１の円形断面のステンレス管を用意し、この
ステンレス管内に、上記混合体を充填した後に、ステン
レス管の両端開口をシリコンゴムで封止した。

次に上記混合体を充填したステンレス管をスウ工−ジン
グマシンにセットし、ステンレス管を回転させながら、
ステンレス管の外表面を四方から径方向に転打して、外
径８ｍｍ、内径５．４−まで縮径することにより、第１
図に示すような金属製外管としてのステンレス管２内に
圧粉磁心３が充填された複合磁心４を得た。上記圧粉磁
心３は、軟磁性合金粉としてのアトマイズ合金粉１と、
絶縁材としてのエポキシ樹脂粉末５とから成る。

なおこれらの実施例１〜７の複合磁心４・・・の占積率
はいずれも９８．０〜９９，５％で充填密度は８８．０
〜８８゜７％の範囲であった。

そして得られた複合磁心の磁気特性を評価するため、交
流での初透磁率μ　　をＬＣＲメータをＯ使用して測定する一方、機械的強度を評価するために抗
折試験に供した。

一方、比較例１として、実施例１で使用した軟磁性粉と
同一の組成を有し、平均粒径が８０μｍ、アスペクト比
か１．２である粒状のアトマイズ鉄粉に、平均粒径が５
０μｍのエポキシ樹脂粉末を１重量％添加して混合体を
調製した。そして得られた混合体を実施例１と同様な製
造プロセスを経て複合磁心を製造した。

また比較例２として実施例１で調製した混合体を圧縮成
形して第２図に示すような３．８ｍｍＸ３゜８ｎｍＸ１
００ｍｍの寸法で角形断面を有する従来の圧粉磁心３ａ
を製造した。なおこの圧粉磁心３ａの充填密度は８９．
０％であった。また、この圧粉磁心３ａの寸法は、実施
例１で縮径したステンレス管（内径５．４ＨＤ）内に挿
入し得る最大寸法として選択したものである。

次に得られた圧粉磁心３ａを抗折試験に供するとともに
、外径８−１内径５．４■のステンレス管内に挿入して
複合磁心とし、実施例１と同様に磁気特性の測定評価を
行なった。

一方、比較例３として第３図に示すように縦３゜８ｍｍ
、横１００、厚さ０．３５ｍｍの無方向電磁鋼板（Ｓ　
１４）で形成した多数の薄板６・・・を絶縁層を介して
積層して３．８ｍｍＸ３．８ｍｍＸ１００闘の寸法を有
する従来の積層磁心７を製作し、特性評価に供した。

また比較例４として、第１表の左欄に示すように軟磁性
合金材の組成範囲か本発明において規定する範囲から逸
脱した軟磁性合金粉を使用して実施例１〜７と同様のプ
ロセスで同一寸法の複合磁心を調製した。

こうして得た実施例１〜７および比較例１〜４の複合磁
心の、交流における初透磁率μ　　およＣび抗折強度の測定結果を第１表に示す。

〔以下余白〕

第１表の測定結果から明らかなように実施例１〜７に係
る複合磁心によれば、アスペクト比が小さな粒状のアト
マイズ鉄粉を軟磁性粉として使用して形成した従来の複
合磁心（比較例１）と比較して、軟磁性に優れ、アスペ
クト比が大きな偏平状のアトマイズ鉄粉を軸方向に配向
させているため、軸方向の磁気的ギャップが少ない。し
たがって高周波数領域においても高い透磁率を得ること
ができる。

また、磁束密度に関しては、実施例１〜７による複合磁
心は、電磁鋼板による磁心（比較例３）と同等の結果か
得られたのに対し、比較例２による磁心では管内の空隙
の存在によって約３５％低下していた。

さらに、強度特性については、圧粉磁心のみで測定した
比較例２の磁心においては抗折強度が７ｋｇ／−と小さ
いが、実施例１〜７および比較例１および比較例４の複
合磁心によれば、ステンレス管か補強部材として機能す
るため、機械的強度が４倍程度に上昇する。また実施例
１〜７および比較例２のような圧粉磁心３．３ａをステ
ンレス管２内に挿填したものは、ステンレス２管によっ
て圧粉磁心３，３ａが保護されるため、長期間使用後に
おいても、圧粉磁心３，３ａに割れや欠けか発生するこ
とが少なく、耐久性が著しく改善されることが実証され
た。

さらに、上記実施例１〜７の複合磁心に一次および二次
の巻線を施してコイル化し、動作特性を調べたところ、
ＫＨｚオーダーでの励磁に対しても二次巻線側での電圧
低下もほとんどなく、また機械的なノイズの発生も認め
られなかった。

〔発明の効果〕

以上説明の通り本発明に係る複合磁心によれば、構成材
料として軟磁気特性が優れアスペクト比か大きな偏平形
状を有する軟磁性粉を使用しており、この偏平面が軸方
向に配向されて、高密度の圧粉磁心が形成される。その
ため、アスペクト比が小さな軟磁性粉で形成した従来の
圧粉磁心と比較して、軸方向に配列する粉体間に形成さ
れる磁気的ギャップが大幅に減少し磁気特性が大幅に改
善される。

さらに本発明に係る複合磁心の構造によれば、軟磁性粉
と絶縁材との混合体を充填した金属製外管をスウエージ
ングやＨＩＰ処理またはＣＩＰ処理することにより、金
属製外管内の軸方向に軟磁性粉の偏平面が配向した高密
度の磁心本体を容易に製造することが可能であり、特に
巻線性が優れる円形断面を有する複合磁心を容易に製造
することができる。

１・・・アトマイズ合金粉（軟磁性粉）、２・・・ステ
ンレス管（金属製外管）、３．３ａ・・圧粉磁心、４・
・・複合磁心、５・・・エポキシ樹脂粉末（絶縁材）、
６・・・薄板、７・・・積層磁心。

呂願人代理人波多野久

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る複合磁心の一実施例を示す斜視図
、第２図は角形断面を有する従来の圧粉磁心を示す斜視
図、第３図は電磁鋼板を積層して形成した従来の積層磁
心を示す斜視図、第４図は軟磁性粉の外形を示す斜視図
である。

Claims

【特許請求の範囲】

１．偏平形状を有する軟磁性合金粉と絶縁材とから成る
圧粉磁心と、この圧粉磁心を収容する金属製外管とを備
え、上記軟磁性合金粉の偏平面が上記金属製外管の軸方
向に配向されており、上記軟磁性合金粉は、６０重量％
以上９０重量％以下のＮｉおよび不可避的に含まれる不
純物から成るＦｅ−Ｎｉ合金であることを特徴とする複
合磁心。
２．軟磁性合金粉を構成するＦｅの５重量％以下を、周
期律表第IVａ族、Ｖａ族、VIａ族元素およびＣｕから選
択される少なくとも１種の元素で置換したことを特徴と
する請求項１記載の複合磁心。
３．軟磁性合金粉のアスペクト比（厚さに対する偏平面
の最大長さの比）を５以上に設定したことを特徴とする
請求項１または２記載の複合磁心。