JPH0478111A

JPH0478111A - 複合磁心

Info

Publication number: JPH0478111A
Application number: JP2190453A
Authority: JP
Inventors: Takao Sawa; 孝雄沢; Morie Yamaguchi; 山口　守衛; Kunpei Kobayashi; 薫平小林
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か必要上されるか、
従来の電磁鋼板製の磁心は周波数特性か劣るために、以
下に示すような問題かあった。

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、断面か円
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が使用されている。そのため角
形の磁心にコイルを巻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か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、
製品となるコイル等の容積が増大して、配置スペースの
利用効率か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によって製
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
成することができる上に、高周波領域においても渦電流
損失が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か大きな変化を受
けることは少ない。

しかし、概して透磁率は小さく、特に８〜１２ＫＩＩ２
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
か劣る欠点があった。

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、圧粉磁心の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。

さ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。

また従来から、高周波数領域で使用する磁心の材料とし
ては、パーマロイ、フェライトなどの結品質材料も用い
られている。

しかしなから、パーマロイは比抵抗か小さいので高周波
数領域での鉄損が大きくなる。また、フェライトは高周
波数領域での損失は小さいが、磁束密度もせいぜい５０
００ガウスと小さく、そのため、大きな動作磁束密度で
の使用時にあっては、飽和に近くなり、その結果鉄損が
増大する。

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、長尺て円形断面を有し、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粉と絶縁材とから成る圧粉磁心と、
この圧粉磁心本体を収容する金属製外管とを備え、上記
軟磁性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、上記軟磁性粉は、一般式％式％（１）ＭはＣｏ、ＮｉおよびＡｌから選択される少なくとも１
種の元素であり、ａｂはそれぞれ重量％（ｗｔ％）で２≦ａ≦２２゜３≦ｂ≦１６を満足することを特徴とする。

また、特に軟磁気特性を改善するためには下記（２）、
　　（３）式の組成を有する軟磁性粉が好ましい。

ＦＪＨ−ａ−ｂ　　ａ＝ｌθ〜２２３１ｂ＝８〜１６°
−−−−−（２）ＦｅＩＱＱ−ａ−ｂ　Ｎ１ａｌＯ〜２
０Ｓ１ｂ・６〜１４・・・・・・（３）さらに、特に軟磁気特性を改善するためには下記（４）
式の組成が好ましい。

Ａｌ　　　　　　５ｉＦｅＩＯＱ−ａ−ｂ　　　ｂ□２〜８　　　ｂ・３〜ｌ
ｌ・・・・・・　（４）また（４）式において、より特性を高めるために、Ａｌ
、Ｓｉの含有量はそれぞれ４〜５ｗｔ％、６〜１０ｗｔ
％の範囲か好ましい。

また、Ｆｅの５重量％を、周期律表第ＩＶａ族、Ｖａ族
、ＴＶａ族元素、Ｍｎ、Ｃｕ、ＧａおよびＡｌから選択
される少なくとも１種の元素で置換すると、より軟磁気
特性を向上させることができる。

さらに、Ｆｅの１重量％以下を、Ｂ、　　ＰおよびＣ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材
としては、上記一般式（１）、　　（２）。

（３）、　　（４）で表わされる組成を有する。

二こで上記（１）式中において、Ｍは軟磁気特性の改善
等の効果を有しており、２〜２２重量％の範囲で添加さ
れる。添加量が２重量％未満では改善効果が少ない一方
、２２重量％を超える過大量になると飽和磁束密度が低
下してしまうため上記範囲に設定される。

またＳｉは、軟磁性合金粉の主成分であるＦｅに固溶し
磁歪、磁気異方性の低減に有効である。

その量が３型具％未満、１６重量％以上では軟磁気特性
の改善効果が顕著ではなく、特に１６重量％以上では飽
和磁束密度が低下し、良好な軟磁気特性は得られない。

れない。

特に軟磁気特性を改善するために（２）式に示すように
ＭをＣＯとした場合には、その含有量ａを１０ｗｔ％以
上２２ｗｔ％以下の範囲に設定するとともに、Ｓｉ含有
量すを８ｗｔ％以上１６ｗｔ％以下とする組成が望まし
い。

同様に（３）式に示すようにＭをＮｉとした場合にはそ
の含有量をａを１０ｗｔ％以上２０ｗｔ％以下の範囲に
設定するとともに、Ｓ１含有量すを５ｗｔ％以上１４ｗ
ｔ％以下に設定するのか良い。

さらに特に、磁歪および磁気異方性をほとんど０にする
ためには（４）式に示すようにＭをＡｌとし、その含有
量ａを２ｗｔ％以上８ｗｔ％以下の範囲に設定するとと
もに、Ｓｉ含有量すを３ｗｔ％以上１１ｗｔ％以下に設
定することが必要である。

またＩＶａ族、Ｖａ族、ＩＶａ族元素、Ｃｕ、　Ｍｎ。

Ｇａは、磁歪および磁気異方性を低減させ軟磁性特性の
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。その量が５ｗｔ％を超えると、飽和磁束
密度が低くなるため、その量は５ｗｔ％以下とした。好
ましくは１〜４重量％である。

Ｍ　ｎ　、　Ａ　ｊｉ　、　Ｇ　ａ　、　Ｇ　ｅは軟磁
性特性の改善あるいは耐食性の改善に有効な元素である
。

またＢ、　　Ｐ、　　Ｃは磁気特性向上のための熱処理
条件の緩和に対して有効である。

また、Ｓｉ量を３〜１６重量％にすることにより磁歪λ
Ｓか０近くになり、樹脂モールドによる磁気特性劣化か
なくなり、熱処理直後に得られた優れた軟磁気特性か長
期間保持される。さらにこの場合、Ｍを２原子％以上に
することにより耐食性か大幅に改善され実用上好ましい
。

なお、上記Ｆｅ基基磁磁性合金粉おいて、０゜Ｓ等の通
常のＦｅ系合金にも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。

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。

また軟磁性合金粉は、アトマイズ法、メカニカルアロイ
ング法などによって直接非晶質合金粉末を調製した後に
、得られた合金粉末を、その結晶化温度以上の温度で熱
処理することにより微細結晶の平均粒径を所定値に設定
して製造することもてきる。

次に、上記軟磁性合金材の微細結晶粒について述べる。

軟磁性合金中において、結晶粒か可及的に小さく、実質
的に非晶質である方が、一般に磁気特性が高い。しかし
、あまり微細結晶粒が少なく、すなわち非晶質相があま
り多いと鉄損が大きく、透磁率が低く、磁歪が大きいな
ど、磁気特性の劣化が増大するので好ましくない。一方
結晶粒径が５０ｎｍを超える粗大な結晶組織を形成した
場合にも軟磁気特性が低下する。

また、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、かつ保磁力が小さい軟磁性
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か低
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
に設定することか望ましい。

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
することか好ましい。

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か防止され、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シング法、ＨＩＰ処理法、ＣＥＰ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
かでき、同時に高い充填密度を有し、円形断面で長尺の
圧粉磁心を形成することができる。

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ェーシング処理、ＨＩＰ
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、その偏平面が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、
配向か不充分となる。

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。

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て
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１〜１０、比較例１〜５実施例１〜１０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６００℃で１時間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
５〜９０の偏平状のＦｅ基基磁磁性合金粉末得た。

次に各軟磁性合金粉末に、平均粒径が５０μｍ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１５ｍｍ、内径１３−１長
さ３００画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ェーンン
グマシンにセットし、ステンレス管を回転させなから、
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８聰、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か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１〜１２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ａＣ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
が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て調製した混合体を圧縮成
形して第２図に示すような８．．８ｍｍＸ３゜８ｍｍＸ
１００−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５．４ｍｍ）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０．３５−の無方向電磁鋼板（Ｓ　１
４）で形成した多数の薄板６・・・を絶縁層を介して積
層して８．８ｍｍＸ８．８ｍｍＸ１００ｍｍ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４〜５として、第１表の左欄に示すように軟
磁性合金粉の組成範囲が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１〜１０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１〜１０および比較例１〜５の複合
磁心の、交流における初透磁率μ　　お【ａＣよ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１〜１０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。

したか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１〜１０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
が得られたのに対し、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１〜１０および比較例１の複合磁心によれ
ば、ステンレス管が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。なお実施例１〜１０およ
び比較例２のような圧粉磁心３，３ａをステンレス２管
内に挿填したものは、ステンレス管２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に割れや欠けが発生することか少なく
、耐久性が改善されることか実証された。

さらに、上記実施例１〜１０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が大きな偏平形
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。

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。

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。

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。

Claims

【特許請求の範囲】

１．偏平形状を有する軟磁性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、上記軟磁性粉は一般式：Ｆｅ＿１＿０＿０＿−＿ａ＿−＿ｂＭ＿ａＳｉ＿ｂで表
わされ、但し、ＭはＣｏ，ＮｉおよびＡｌから選択される少なくとも１
種の元素であり、ａ，ｂはそれぞれ重量％で２≦ａ≦２２，３≦ｂ≦１６を満足することを特徴とする複合磁心。
２．ＭがＣｏであり、かつａ，ｂがそれぞれ１０≦ａ≦
２２，８≦ｂ≦１６を満足することを特徴とする請求項
１記載の複合磁心。
３．Ｆｅの５重量％を、周期律表第IVａ族、Ｖａ族、I
Vａ族元素、Ｍｎ，Ｃｕ，Ｇａ．ＮｉおよびＡｌ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２記載の複合磁心。
４．ＭがＮｉであり、かつａ，ｂがそれぞれ１０≦ａ≦
２０，６≦ｂ≦１４を満足することを特徴とする請求項
１記載の複合磁心。
５．Ｆｅの５重量％以下を、周期律表第IVａ族、Ｖａ族
、IVａ族元素、Ｍｎ，Ｃｕ，ＧａおよびＡｌ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４記載の複合磁心。
６．ＭがＡｌであり、かつａ，ｂがそれぞれ２≦ａ≦８
，３≦ｂ≦１１を満足することを特徴とする請求項１記
載の複合磁心。
７．Ｆｅの５重量％を、周期律表第IVａ族、Ｖａ族、I
Vａ族元素、Ｍｎ，Ｃｕ，ＧａおよびＮｉ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６記載の複合磁心。
８．Ｆｅの１重量％を、Ｂ，ＰおよびＣ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１〜７いずれかに記載の複合磁心。
９．軟磁性粉のアスペクト比（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ないし８いずれかに記載の複合磁心。